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KR102810732B1 - 자외선 경화형 보호소재 조성물 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 - Google Patents

자외선 경화형 보호소재 조성물 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 Download PDF

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KR102810732B1
KR102810732B1 KR1020240085517A KR20240085517A KR102810732B1 KR 102810732 B1 KR102810732 B1 KR 102810732B1 KR 1020240085517 A KR1020240085517 A KR 1020240085517A KR 20240085517 A KR20240085517 A KR 20240085517A KR 102810732 B1 KR102810732 B1 KR 102810732B1
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KR
South Korea
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ultraviolet
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curable protective
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KR1020240085517A
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김세라
유현지
신문철
김현아
Original Assignee
주식회사 오플렉스
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Abstract

본 발명은 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머; 아크릴 단량체; 및 광개시제를 포함하며, 25℃에서 영률(Young's modulus)이 100MPa 내지 2,000MPa이고, 자외선 경화 후의 택 강도(tack force)가 20gf 미만인, 자외선 경화형 보호소재 조성물에 관한 것이다.

Description

자외선 경화형 보호소재 조성물 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이{Ultraviolet-curable protective material composition and micro LED display using the same}
본 발명은 자외선 경화형 보호소재 조성물 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이에 관한 것이다.
마이크로 LED 디스플레이는 최근 몇 년간 디스플레이 기술에서 주목받고 있는 혁신적인 기술이며, 기존의 LCD나 OLED와는 다른 구조를 가짐으로써, 더욱 밝고 선명한 화면을 제공할 수 있다.
마이크로 LED 디스플레이는 매우 작은 크기의 소형 LED을 이용하여 고밀도, 소형화된 LED 어레이를 제공하는 것에 특징이 있다. 각 LED 픽셀 사이의 거리를 10 마이크로미터 이하로 구현함으로써, 픽셀 크기가 현저히 감소하고 각 픽셀이 독립적으로 빛을 발산한다.
이와 같이, 마이크로 LED 디스플레이는 소형 LED를 사용하여 더 많은 LED를 화면에 배치하여 해상도를 높일 수 있으며, 개별 LED가 픽셀을 형성하므로 픽셀 단위로 명암비를 조절하여 고대비를 구현하며, 어두운 장면에서도 뛰어난 블랙감을 표현한다. 또한, 소형 LED과 TFT(박막 트랜지스터) 구동 기판을 결합하면 각 칩의 밝기를 정확하게 제어할 수 있어 섬세하고 사실적인 이미지를 표현할 수 있다.
이러한 디스플레이 방법은 이미지의 선명도와 채도를 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 소비를 크게 줄여 고효율 및 에너지 절약 효과를 달성함으로써, LED 수명이 길어지고 장기적으로 디스플레이의 수명도 연장된다. 따라서, 마이크로 LED는 일반적으로 OLED와 비교해 더 긴 수명을 가지며 5배 이상의 전력 절감 효과가 있다.
전술한 기술적인 장점들 때문에 마이크로 LED는 스마트폰, 스마트 시계, 헤드업 디스플레이, 대형 TV, 디지털 사이니지, 온보드 디스플레이, 가상 현실 등 다방면에서 다양한 용도를 가질 것으로 예상된다.
이와 같이, 마이크로 LED 디스플레이는 고정밀 기기이며, 안정적인 작동이 필수적이나, LED 사이즈의 소형화로 LED와 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 및/또는 솔더와의 부착 면적이 축소되면서 외부 충격에 의해 LED가 쉽게 탈락되는 단점이 있다. 또한, LED는 열과 습기에 민감하기 때문에, 적절한 보호 없이 사용될 경우 시간이 지남에 따라 열화되어 수명이 단축될 가능성이 있으며, 더욱이 옥외 광고판이나 휴대용 장치처럼 외부 환경에 노출되는 경우와 같이 다양한 환경에서 사용되는 경우에는 특히나 디스플레이의 내구성이 요구된다.
따라서, 마이크로 LED 디스플레이에서 LED를 보호하는 기술은 디스플레이의 성능, 수명, 신뢰성을 보장하는 데 필수적이다. 이를 위해 다양한 보호 소재와 기술이 개발 및 연구되고 있는 실정이다.
본 발명은 열과 습기로 인한 손상 및 물리적 손상으로부터 마이크로 LED 디스플레이 내의 LED 및 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 회로면을 보호하고, 동시에 화질 손실을 최소화하여 화질 저하를 방지하는 기능을 갖는 보호층을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이를 제공하고자 한다.
또한, 상기 마이크로 LED 디스플레이의 보호층을 형성하는 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이의 보호층을 형성하는 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제공하며, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머; 아크릴 단량체; 및 광개시제를 포함하며, 25℃에서 영률(Young's modulus)이 100MPa 내지 2,000MPa이고, 자외선 경화 후의 택 강도(tack force)가 20gf 미만이다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 자외선 경화 전, 10cps ~ 3,000cps의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머 10 ~ 50 중량부; 상기 아크릴 단량체 50~90 중량부; 및 상기 광개시제 0.05 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머가 3,000 내지 100,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 아크릴 단량체는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)의 최상부에 형성된 솔더 레지스트(solder resist)와 화학적 결합이 가능한 관능기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 아크릴 단량체는 에폭시, 이소시아네이트, 하이드록시, 실란, 아마이드, 아민 중 하나 이상의 관능기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 안료, 염료, 산화방지제, 열안정제, 자외선 안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 대전 방지제 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물을 자외선 경화하여 제조한 보호층을 포함하는, 마이크로 LED 디스플레이를 제공한다.
본 발명의 마이크로 LED 디스플레이는 LED 및 PCB 상에 적층되는 보호층을 통해 LED의 외부 충격으로 인한 손상을 방지하고, 광학적 특성을 최적화하여 발광 특성이 유지되도록 한다. 상기 보호층은 습기에 대한 낮은 투과율, 우수한 내후성 및 내구성 특성을 가지는 반면, 화질 손실을 최소화한다.
이를 통해, 마이크로 LED 디스플레이는 높은 화질을 유지하며, 장기간 안정적인 성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결", “부착”, 점착” 또는 점착”되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "위에", "상에", "상부에", "아래에" 혹은 "하부에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에 직접적으로", "상부에 직접적으로", "상단에 직접적으로", "하에 직접적으로", "하부에 직접적으로", "하단에 직접적으로" 위치하고 있다고 할 때, 다른 부재에 접해 있으며, 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하지 않는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 (기술적 용어들 및 과학적 용어들을 포함한) 모든 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 전문가가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 명세서 및 관련 기술 분야에서의 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 자외선 경화형 보호소재 조성물 및 이를 적용한 마이크로 LED 디스플레이를 제공한다.
도 1은 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물로 형성된 보호층을 포함하는 PCB의 단면도를 도시한다.
본 발명의 일 구현예는 PCB 기판(100); 상기 PCB 기판(100)의 적어도 일 부분에 위치하는 전극층(110); 상기 전극층(110) 상의 적어도 일 부분에 형성되는 솔더(120); 상기 솔더(120) 상에 위치하여 상기 전극층(110)과 연결되는 LED(130); 및 상기 전극층(110)의 영역을 제외하고 상기 PCB 기판(100)의 최상부 전면에 위치하는 솔더 레지스트(150); 및 전극층(110) 영역 및 솔더 레지스트(150)가 적층된 상기 PCB 기판(100)의 전면에 도포되는 보호층(140)을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 PCB 기판(100)의 최상층으로부터 측정된 보호층(140)의 두께(A)는 솔더 두께(B)와 LED의 두께(C) 합과 같거나 클 수 있다.
상기 보호층(140) 상에는 하나 이상의 다른 층이 적층될 수 있으며, 또는 상기 보호층(140)이 마이크로 LED 디스플레이의 최외각면을 구성할 수 있다.
상기 보호층(140)은 강도와 PCB 기판(100) 표면과의 부착력을 강화시키도록 설계되었으며, 외부 충격이나 스크래치에 강한 재질을 사용하여 LED(130)의 물리적 보호 기능을 수행한다. 한편, 상기 보호층(140)은 광학적 특성을 최적화하여 LED(130)의 발광 특성의 저하를 방지한다. 이러한 설계를 통해 마이크로 LED 디스플레이 장치에서 높은 화질과 내구성을 동시에 유지할 수 있다.
상기 보호층(140)은 습기에 대한 낮은 투과율, 우수한 내후성 및 내구성 특성을 가짐으로써 LED를 보호하는 반면, 상기 보호층(140)으로 인한 LED 디스플레이의 화질 손상은 최소화하도록 설계되었다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예로서 상기 보호층을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 2에서와 같이 보호층(140)은 상기 PCB 기판(100)의 측면까지 도포하는 구조를 가짐으로써, 외부 충격으로부터 LED(130)를 보호하고, 외부 열과 습기로부터LED(130)와 회로면을 보호한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 단면도를 도시한 것으로, 상기 보호층(140) 상부에 광조절 필름(160)을 포함한 것을 나타낸다.
상기 광조절 필름(160)은 광을 확산, 굴절, 반사, 분산, 흡수시키는 기능을 갖는 필름이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 마이크로 LED 디스플레이의 시인성 및 색시야각을 개선시키는 목적으로 선택적으로 사용될 수 있다.
도 4는 도 3에 있어서, 상기 보호층(140)은 상기 PCB 기판(100)의 측면까지 도포하는 구조를 가짐으로써, 외부 충격으로부터 LED(130)를 보호하고, 외부 열과 습기로부터LED(130)와 회로면을 보호한다.
상기 보호층(140)은 본 발명의 보호소재 조성물은 자외선 경화하여 제조될 수 있다.
이하 본 발명의 본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물은 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머; 아크릴 단량체; 및 광개시제를 포함하며, 25℃에서 영률(Young's modulus)이 100MPa 내지 2,000MPa이고, 자외선 경화 후의 표면의 택 강도(tack force)가 20gf 미만의 범위를 만족한다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물은 25℃에서 영률(Young's modulus) 값이 100MPa 내지 2,000MPa이며, 바람직하게는 150MPa 내지 1500 MPa의 범위 영률 값을 갖는다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 PCB 및 LED를 비롯한 PCB 상에 적층된 부품에 대한 물리적으로 보호할 수 있는 성능을 가질 수 있다. 반면, 상기 영률이 25℃에서 100MPa 미만인 경우, 상기 보호층이 물리적인 손상에 대한 저항이 취약하고, 2,000MPa 초과인 경우는 물리적인 충격이 가해졌을 때 상기 보호층에 크랙이 발생하여 내구신뢰성 조건에서 LED를 충분히 보호할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물은 자외선 경화 후의 택 강도(tack force)가 20gf 미만의 값을 가진다. 본 발명의 일 구현예로, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 상기 PCB의 일면에 도포 및 자외선 경화되어 마이크로 LED 디스플레이의 최외각 표면을 구현하는 보호층을 구성할 수 있는데, 이때, 자외선 경화 후의 택 강도(tack force)가 20gf 미만으로, 상기 보호층이 끈적임(tacky) 측면에서 소정의 값 이하를 가지기 때문에 외부에 노출된 보호층 표면이 오염됨으로써 마이크로 LED 디스플레이 화질 손상의 우려가 없다.
상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은, 자외선 경화 전에 10 cps ~ 3,000cps의 점도를 가지며, 바람직하게는 100cps 에서 2,500cps 범위의 점도를 갖는다. 상기 점도 범위를 가짐으로써, 상기 보호층 형성 시 LED 주변부의 기포 발생 가능성을 제거하고, 그로 인한 디스플레이의 화질 및 성능 저하를 방지한다. 반면, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물의 상기 점도가 3,000cps를 초과하는 경우, PCB 상에 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물의 도포시 LED 주변부로 기포 발생이 용이하며, 생성된 기포의 제거도 어렵다. 따라서, 이로 인해 디스플레이 장치의 광학적 특성이 저하되며, 내구신뢰성 후 외관 불량 발생의 원인이 된다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머; 아크릴 단량체; 및 광개시제를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물은 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머 10 ~ 50 중량부; 및 상기 아크릴 단량체 50~90 중량부; 및 상기 광개시제 0.05 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물에 포함되는 각 성분에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물은 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머를 포함한다. 상기 올리고머를 포함함으로써, 수분 및 가스 투과율을 현저히 낮춤으로써 디스플레이 내 LED에 대한 탁월한 보호 성능과 뛰어난 내구성을 갖는 보호층을 제공한다. 상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지는 올리고머는 3,000 내지 100,000의 중량평균분자량을 가지며, 바람직하게는 5,000 내지 95,000의 중량평균분자량을 갖는다. 이 경우, 중량평균 분자량이 3,000 이하인 경우는 높은 가교 밀도와 치성으로 인해 내구신뢰성이 취약하며, 100,000 이상인 경우는 자외선 경화가 취약하여 미반응 물질로 인한 내구신뢰성이 취약한 문제가 발생된다.
본 발명의 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지는 올리고머는 2 관능 아크릴기를 갖는다. 상기의 올리고머의 아크릴 관능기가 1개인 경우는 자외선 경화 속도가 느리고, 미반응 물질로 인한 내구신뢰성 문제가 있으며, 아크릴 관능기가 3개 이상인 경우는 가교밀도가 촘촘하여 상기 보호층에 크랙이 발생하고, 상기 보호층과 접촉하는 LED 및 솔더 레지스트 층간의 분리가 발생하여 내구신뢰성이 현저하게 저하된다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물에서의 상기 올리고머의 함량은 10 ~ 50 중량부이며, 상기 올리고머의 함량이 10 중량부 미만일 경우, 외부 습기 차단 특성 감소로 LED 손상 및 PCB 에 노출된 회로면의 부식의 문제점이 있으며, 50 중량부를 초과할 경우, 높은 점도로 인한 도포 시 기포 발생이 쉬우며 제거도 용이하지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 아크릴 단량체로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, n-헥실 아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소노닐(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 하이록시에틸(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 및 테트라데실(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 사이크로헥실(메타)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 (메타)아크릴레이트 또는 모르폴리닐 (메타)아크릴레이트, 알콕시기를 가지는 (메타)아크릴레이트 또는 아크릴산 중에서 단독 또는 복수개가 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 아크릴 단량체는 PCB 표면에 위치하는 솔더 레지스트 (solder resist)와 화학적으로 결합할 수 있는 관능기를 포함할 수 있다. 이러한 관능기로는 에폭시, 이소시아네이트, 하이드록시, 실란, 아마이드, 아민 중 하나 이상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 아크릴 단량체로는 에폭시 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 3-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 3-(메타)아크로일옥시 프로필 트리에톡시 실란, 3-(메타)아크로일옥시 프로필 트리메톡시 실란, N,N-디메틸 아크릴 아마이드, N,N-디에틸 아크릴 아마이드, (메타)아크릴로일옥시에틸 이소시아네이트가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 (메타)아크릴레이트가 사용될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 보호층과 PCB 표면의 솔더 레지스트 간의 부착력이 향상되어, 내구신뢰성이 향상되고 기포 및 박리 발생이 방지된다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물에서의 상기 아크릴 단량체로의 함량은 50 ~ 90 중량부이며, 상기 아크릴 단량체로의 함량이 50 중량부 미만일 경우는 높은 점도로 인해 보호층 형성 시 기포 발생 및 제거하기 어려운 문제점이 있으며, 90 중량부를 초과할 경우, 상기 보호층의 인성(toughness)이 취약하여 물리적인 충격에 의해 쉽게 크랙이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 광개시제로는 자외선에 의해 활성을 갖게 되는 것을 사용할 수 있으며, 광개시제에 자외선(UV light)을 조사하면 중합을 개시하는 라디칼을 생성한다. 본 발명의 광 개시제의 종류는 특별히 제한되지는 않으며, 벤조페논 및 아세토페논류의 케톤류와 퍼옥시드계 또는 포스핀 옥시드계, 벤조인, 벤조인 에테르, 벤질 및 벤질 케탈 등의 다양한 광개시제를 선택하여 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 1-하이드록시 사이클로헥실 페닐 케톤 (1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone), 1-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-케톤 (1-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-ketone), 2-클로로티옥산톤 (2-chlorothioxantone), 2-이소프로필티옥산톤 (2-isopropylthioxantone), 및 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone), 2,4,6-트리메틸벤질-디페닐 포스핀 옥사이드 (2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl phosphine oxide), 에틸(2,4,6-트리벤조일)-페닐 포스피네이트 (Ethyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)-phenylphosphinate), 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드((Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide), 벤조페논 (benzophenone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물에서의 상기 광개시제의 함량은 0.05 ~ 5 중량부이며, 상기 광개시제의 함량이 0.05 중량부 미만일 경우, 자외선 경화가 충분히 진행되지 않을 가능성이 높으며, 5 중량부를 초과할 경우, 미반응 광개시제가 경화물에 남아있을 수 있어 황변 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 자외선 경화형 보호소재 조성물은 안료, 염료, 산화방지제, 열안정제, 자외선 안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 대전 방지제 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 성분들로는 공지된 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물을 자외선 경화하여 제조한 보호층을 포함하는, 마이크로 LED 디스플레이를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예
1. 자외선 경화 조성물의 제조
[실시예 1]
중량 평균 분자량 15,000이며 폴리이소부틸렌 구조를 가진 2 관능 아크릴레이트 올리고머 41 중량부와 이소보닐아크릴레이트 50 중량부, 이소옥틸 아크릴레이트 3 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 6 중량부 배합하고, 광개시제인 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사) 1.0 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
중량 평균 분자량 47,000이며 수소화된 폴리부타티엔 구조를 포함하는 2관능 아크릴레이트 올리고머 14 중량부와 라우릴 메타 아크릴레이트 29 중량부, 이소보닐아크릴레이트 39 중량부, 하이록시 부틸 아크릴레이트 3 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 15 중량부 배합하고, 광개시제인 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사) 0.8 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
중량 평균 분자량 35,000이며 폴리올과 디이소시네이트로 이루어진 우레탄 아크릴레이트 올리고머 28 중량부와 이소보닐아크릴레이트 46 중량부, 사이클로 헥실 아크릴레이트 20 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 6 중량부 배합하고, 광개시제인 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사) 1.0 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
중량 평균 분자량 54,000이며 폴리이소부틸렌 구조를 가진 2관능 아크릴레이트 올리고머 64 중량부와 이소보닐아크릴레이트 11 중량부, 라우릴 메타 아크릴레이트 25 중량부 배합하고, 광개시제인 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사) 1.0 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
중량 평균 분자량 19,000이며 수소화된 폴리부타티엔 구조를 포함하는 4관능 아크릴레이트 올리고머 35 중량부와 라우릴 메타 아크릴레이트 24 중량부, 이소보닐아크릴레이트 35 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 6 중량부 배합하고, 광개시제인 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논 (IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사 제조)) 1.0 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
[비교예 4]
중량 평균 분자량 47,000이며 수소화된 폴리부타티엔 구조를 포함하는 2관능 아크릴레이트 올리고머 24 중량부와 라우릴 메타 아크릴레이트 39 중량부, 이소보닐아크릴레이트 19 중량부, 하이록시 부틸 아크릴레이트 3 중량부, 글리시딜 메타크릴레이트 15 중량부 배합하고, 광개시제인 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(IRGACURE 651, 시바 스페셜티 케미컬즈사) 0.8 중량부를 추가로 첨가, 혼합 및 탈포하여 자외선 경화형 보호소재 조성물을 제조하였다.
실험예. 특성 평가
(1) 점도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 브룩필드 점도계를 이용하여 64번 스핀들로 토크가 20~40%가 걸리도록 RMP을 조정한 후 상온에서 점도를 측정하였다.
(2) 영률 측정
폴리에스테르 이형필름 위에 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 바 코터를 이용하여 두께가 500㎛가 되도록 도포하여 보호층을 형성하고, 이 때 보호층과 산소와의 접촉을 막기 위하여 상기 형성된 보호층 위에 추가적으로 폴리에스테르 이형필름을 합지하였다. 이 후 365 LED 자외선 램프를 이용하여 광량이 3000 mJ/cm2이 되도록 한쪽면에서 자외선을 조사하여 경화시키고 양쪽의 이형필름을 제거하여 자외선 경화된 보호층 단독 샘플을 제조하였다.
상기에서 제조된 자외선 경화된 보호층을 폭 10mm, 길이 100mm 로 컷팅하여 측정 시편을 준비하였다. UTM장비를 이용하여 시편을 양쪽 지그에 50mm 간격이 되도록 고정한 후 100mm/min 속도로 샘플이 파단될 때까지 인장하여 응력-변형률 그래프(Stress-strain curve)를 얻었다. 이때 변형률 0.1%에서 변형률 1% 구간의 기울기를 계산하여 영율(Young's modulus)값을 얻었다.
(3) 택 강도 측정
높이 250㎛ LED가 실장된 PCB 패널에 높이가 500㎛ 되도록 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 전면에 도포한 후 산소와의 접촉을 막기 위해 도포된 보호층 위에 폴리에스테르 이형필름을 합지하였다. 이후 365 LED 자외선 램프를 이용하여 광량이 3000 mJ/cm2이 되도록 폴리에스테르 이형필름면에서 자외선을 조사하여 경화시키고 폴리에스테르 이형필름을 제거하여 마이크로 LED 패널을 완성하였다. 최외각 보호층면에 대해 Taxture anlayer 장비를 이용하여 1인치 SUS ball을 0.1mm/s의 속도로 800gf가 되도록 눌러준 후 1초 유지한 후, 1mm/s의 속도를 되돌아올때 걸리는 최대의 힘을 택 강도로 기록하였다.
(4) 부착성 평가
높이 250㎛ LED가 실장된 PCB 패널에 높이가 500㎛ 되도록 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 전면에 도포한 후 산소와의 접촉을 막기 위해 도포된 보호층 위에 폴리에스테르 이형필름을 합지 하였다. 이후 365 LED 자외선 램프를 이용하여 광량이 3000 mJ/cm2이 되도록 폴리에스테르 이형필름면에서 자외선을 조사하여 경화시키고 폴리에스테르 이형필름을 제거하여 마이크로 LED 패널을 완성하였다. 칼날을 이용하여 측면에서 PCB와 보호소재 경계면을 분리하여 하기와 같은 평가 기준으로 부착성을 평가하였다.
O: PCB와 보호소재의 들뜸/박리 미발생
X: PCB와 보호소재의 들뜸/박리 발생
(5) 외관 관찰
높이 250㎛ LED가 실장된 PCB 패널에 높이가 500㎛ 되도록 상기 실시예 및 비교예에서 제조 조성물을 전면에 도포한 후 산소와의 접촉을 막기 위해 도포된 보호층 위에 폴리에스테르 이형필름을 합지 하였다. 이후 365 LED 자외선 램프를 이용하여 광량이 3000 mJ/cm2이 되도록 폴리에스테르 이형필름면에서 자외선을 조사하여 경화시키고 폴리에스테르 이형필름을 제거하여 마이크로 LED 패널을 완성하였다. 현미경을 이용하여 LED 주변부에 기포 유/무를 관찰하였다.
O: LED 주변부 기포 미발생
X: LED 주변부 기포 발생
(6) 내구신뢰성
높이 250㎛ LED가 실장된 PCB 패널에 높이가 500㎛ 되도록 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 조성물을 전면에 도포한 후 산소와의 접촉을 막기 위해 도포된 보호층 위에 폴리에스테르 이형필름을 합지 하였다. 이후 365 LED 자외선 램프를 이용하여 광량이 3000 mJ/cm2이 되도록 폴리에스테르 이형필름면에서 자외선을 조사하여 경화시키고 폴리에스테르 이형필름을 제거하여 마이크로 LED 패널을 완성하였다. 상기 제조된 LED 패널을 85℃ 조건의 고온 고습 조건에서 300시간 방치 후 외관 변화 및 LED 손상 유무를 관찰하였다.
O : 기포 및 들뜸 등의 외관 변화없으며, LED 손상 없이 구동 시 전체 발광
X : 기포 및 들뜸 등의 외관 변화 발생 및 LED 손상으로 구동 시 LED 미 발광 영역 있음
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예4
점도 (cps) 1150 175 358 3750 657 755
영율 (MPa) 998 135 468 20 965 57
택 강도 (gf) 2 15 9 50 2 35
부착성 O O O X O O
외관 O O O X O O
내구신뢰성 O O X X X X
상기 표 1로부터 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 2는 모두 PCB와 보호층 간의 부착력이 우수하며, 적절한 점도로 인해 기포 발생이 억제되어 들뜸 및 박리가 발생되지 않았다. 또한, 본 발명의 경화형 보호소재 조성물은 경화 후 영률이 100MPa 내지 2000MPa이고, 택 강도가 20gf 미만으로 보호층이 최외각층으로 사용되기 적합함을 확인하였다.
반면, 비교예 1 내지 4는 모두 PCB와 보호층 계면에서 기포가 발생하여 들뜸현상이 확인되었고, 또한, 상기 보호층이 LED 및 솔더 레지스트로부터 탈리됨으로써 내구신뢰성이 저하됨을 확인하였다.
구체적으로, 비교예 1은 수소화된 폴리부타티엔 또는 폴리이소부틸렌의 구조를 포함하는 올리고머를 포함하지 않음으로써, 고온 고습 조건의 내구신뢰성이 저하되었다. 비교예 4는 수소화된 폴리부타티엔 구조를 포함하는 2관능 아크릴레이트 올리고머를 사용하였음에도 낮은 영률(경도)로 인해 디스플레이의 내구성이 충족되지 않으며, 높은 택 강도로 인해 디스플레이의 최외각 층으로 사용하기 적합하지 않았다.
특히, 비교예 2는 본 발명의 조성과 다른 조성을 포함하고, 높은 점도를 가짐으로써, LED 주변부에 기포가 발생하였다. 그로 인해, 디스플레이의 광학적인 특성뿐 아니라 내구신뢰성 및 외관이 충족되지 않았다. 또한, 낮은 영률은 PCB와 보호층의 부착 신뢰성 및 보호층의 내구 신뢰성을 저하시키는 한편, 낮은 영률과 높은 택 강도로 인해 최외각 층으로 사용하기 적합하지 않았다.
10: LED 디스플레이 모듈
100: PCB 기판 110: 전극층 120: 솔더
130: LED 140: 보호층 150: 솔더 레지스트
160: 광조절 필름
A: 보호층의 높이 B: 솔더의 높이 C: LED의 두께

Claims (8)

  1. 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머; 아크릴 단량체; 및 광개시제를 포함하며,
    25℃에서 영률(Young's modulus)이 100MPa 내지 2,000MPa이고, 자외선 경화 후의 택 강도(tack force)가 0gf 초과 및 20gf 미만인, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    자외선 경화 전, 10cps ~ 3,000cps의 점도를 갖는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머 10 ~ 50 중량부;
    상기 아크릴 단량체 50~90 중량부; 및
    상기 광개시제 0.05 ~ 5 중량부를 포함하는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소화된 폴리부타티엔 및 폴리이소부틸렌으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 골격을 가지며, 2 관능 아크릴기를 갖는 올리고머가 3,000 내지 100,000의 중량평균분자량을 갖는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴 단량체는 PCB의 최상부에 형성된 솔더 레지스트(solder resist)와 화학적 결합이 가능한 관능기를 포함하는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 아크릴 단량체는 에폭시, 이소시아네이트, 하이드록시, 실란, 아마이드, 아민 중 하나 이상의 관능기를 갖는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    안료, 염료, 산화방지제, 열안정제, 자외선 안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 대전 방지제 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 자외선 경화형 보호소재 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 자외선 경화형 보호소재 조성물을 자외선 경화하여 제조한 보호층을 포함하는, 마이크로 LED 디스플레이.
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