KR100268289B1 - 칼라패턴을 형성시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단계가 간소화된 칼라 패턴 형성방법을 제공하므로, 저렴한 비용으로 제품을 생산할 수 있고 우수한 패턴 정밀성을 갖는 RGB 칼라 필터를 수득할 수 있다.

Description

칼라패턴을 형성시키는 방법

제1도는 본 발명의 패턴 착색 단계를 나타내는 도면이다.

본 발명은 투명한 기판 위에 칼라 패턴을 형성시키는 방법에 관한 것이며, 특히 칼라 액정 디스플레이용 칼라 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

액정을 광학 셔터로 사용하는 칼라 액정 디스플레이에 대한 수요가 급증하고 있다. 현재 개발중인 칼라 액정 디스플레이에는 2 가지 종류가 있는데, 그중 하나는 단순 매트릭스 구동 시스템이고 다른 하나는 활성 매트릭스 구동 시스템이다.

어느 경우에서도, 칼라 필터는 디스플레이의 성능을 좌우하는 중요 소자이다.

칼라 필터를 제조하는 주요방법에는 착색 방법, 칼라 레지스트 방법, 전착 방법 및 프린트 방법이 있다.

상기 칼라 필터 제조방법중에서, 착색 방법, 칼라 레지스트 방법 및 전착 방법은 필터 재료 위에 3 원색 RGB(적색, 녹색 및 청색)를 생성하도록 각 색상에 대한 습식 현상 단계를 포함하는 사진 평판 공정을 요구한다. 그러므로, 제조단계가 복잡해지고, 수율이 떨어지며, 비용 절감이 어려워진다.

프린트 방법은 사진 평판 공정을 필요로 하지 않으며 공정이 비교적 간단하나, 이 방법에서는 형성될 RGB 패턴의 위치를 정확히 조절할 수 없다. 그러므로, 흑색 매트릭스의 가장자리 부분이 팽윤되거나 엷어지므로써 패턴 장애가 일어난다.

따라서, 우수한 패턴 정밀성을 갖는 칼라 필터를 제공할 수 있는 칼라 패턴형성 방법을 개발하고자 연구해 왔다.

한편, 유기 폴리실란을 자외선 조사하여 생성된 실란을 그룹을 사용하는 패턴 착색 방법이 마사아끼 요꼬야마(Masaaki Yokoyama)등의 문헌[Chemistry Letters, page 1163-1566, 1991]에 개시되어 있다. 상기 문헌에는 유기 폴리실란층이 자외선에 조사될 때, 자외선에 노출된 폴리실란층의 부분이 특정 염료에 대해 우수한 착색 특성을 나타내는 현상의 메카니즘을 소개하고 있다.

상기 문헌은 칼라 필터를 제조하기 위해 상기 착색 방법을 적용할 것을 제안하고 있다. 그러나, 폴리실란층이 다색으로 착색되는 실례에 대해서는 개시하고 있지 않다.

본 발명은 공정이 간소화된 칼라 패턴 형성방법을 제공하므로, 저렴한 비용으로 제품을 생산할 수 있고 우수한 패턴 정밀성을 갖는 RGB 칼라 필터를 수득할 수 있다.

본 발명은 그리하여

a) 하기 일반식의 화학 구조를 갖는 폴리실란으로 제조된, 기판상에 형성된 폴리실란층에 자외선을 선택적으로 조사함으로써 착색 패턴의 잠상을 형성시키는 잠상형성 단계:

(상기식에서, R₁, R₂, R₃및 R₄는 각각 치환되거나 비치환된 지방족 탄화수소 그룹, 지환족 탄화수소 그룹 및 방향족 탄화수소 그룹으로 구성된 군중에서 선택된 그룹이고, m 및 n 은 정수이다),

b) 착색 패턴의 잠상이 형성되어 있는 상기 폴리실란층을 한 종류 이상의 염기성 염료를 함유하는 염료 욕에 침지시키는 패턴 착색 단계, 및

c) 상이한 착색 패턴의 상을 상기 폴리실란층에 형성시키고 상이한 종류의 염기성 염료를 사용함을 제외하고는, 상기 패턴 착색 단계 b)에서와 동일한 방식으로, 1회 이상 수행하는 또 다른 패턴 착색 단계를 포함하는 폴리실란층 위에 다색 착색 패턴을 형성시키는 방법을 제공한다(제1발명).

본 발명은 또한 상기 패턴 착색 단계 b)에서 염기성 염료를 함유하는 염료 욕을 사용하지 않고, 금속 알콕사이드로부터 제조되고 한 종류 이상의 염료 또는 안료를 함유하는 착색 졸 용액을 사용함으로써 수행되는 방법을 제공한다(제2발명).

본 발명에 사용된 폴리실란은 하기 일반식의 화학 구조를 갖는 폴리실란이다.

상기식에서, R₁, R₂, R₃및 R₄는 각각 치환되거나 비치환된 지방족 탄화수소 그룹(예: 메틸 그룹, n-프로필 그룹, n-부틸 그룹, n-헥실 그룹, 페닐에틸 그룹, 트리플루오로프로필 그룹 및 노나플루오로헥실 그룹), 치환되거나 비치환된 방향족 탄화수소 그룹(예: p-톨릴 그룹, 비페닐 그룹 및 페닐 그룹) 및 치환되거나 비치환된 지환족 탄화수소 그룹(예: 사이클로헥실 그룹 및 메틸사이클로헥실 그룹)을 포함하는 군중에서 선택된 그룹을 나타내고, m 및 n 은 정수이다.

지방족 탄화수소 그룹은 C_l내지 C₁₀을 갖는 것이 바람직하며, 지환족 탄화수소 그룹은 C₆내지 C₁₀을 갖는 것이 바람직하며, 방향족 탄화수소 그룹은 C₆내지 C₁₀을 갖는 것이 바람직하다. 치환체 R₁내지 R₄는 할로겐 원자, 하이드록실 그룹 니트릴 그룹, C₁내지 C₅알콕시 그룹등을 포함하는 것이 바람직하다. 폴리실란 수지가 유기 용매에 용해되고, 도포되어 투명한 균일 박막(두께 1 내지 10㎛)을 생산할 수 있기만 하면, R₁내지 R₄의 종류 및 m 및 n 의 값은 특별히 중요하지 않다.

그러나, 일반적으로 말하여 폴리실란의 분자량이 낮으면 낮을수록 폴리실란 층의 유기용매 저항성은 더 약해진다. 그러므로, 폴리실란층이 저분자량의 폴리실란으로 제조된다면, 폴리실란층의 저분자량 부분은 염료 욕에 함유된 유기 용매의 양이 많거나 또는 착색 온도 또는 착색 시간과 같은 착색 조건이 엄격한 경우 착색시 특히 염료 욕에 재용해된다. 폴리실란층이 염료 욕에 부분적으로 재용해될 때, 착색되는 폴리실란층에 작은 구멍(pinholes)이 형성된다. 그러므로, 10,000 이상의 분자량을 갖는 폴리실란이 본 발명의 폴리실란층으로 특히 바람직하다.

상기 폴리실란은 예를들면 100℃ 이상의 온도에서 3 시간이상 동안 나트륨 금속의 존재하에 톨루엔 또는 H-데칸 용매중에서 단독 또는 다수의 디유기-디클로로실란을 중합시킴으로써 제조한다.

본 발명에 사용하기 바람직한 폴리실란의 구체적인 예를 들면 폴리(페닐메틸실란)(이때, R₁은 메틸 그룹이고, R₂는 페닐 그룹이다), 페닐메틸/메틸-트리플루오로프로필 코폴리실란(이때, R₁은 메틸 그룹이고, R₂는 페닐 그룹이고, R₃는 메틸 그룹이고, R₄는 트리플루오로프로필 그룹이다)등을 들 수 있다.

폴리실란층의 부분적인 재용해에 의해 발생된 표면 장애는 가교결합제를 폴리실란층에 배합함으로써 폴리실란층의 유기용매 저항성을 개선시켜 방지할 수도 있다. 본 발명의 폴리실란층에 사용하기 바람직한 가교결합제는 앙쪽 말단에 폴리 (디메틸실록산 디올)과 같은 실란을 그룹을 갖는 실리콘 오일 100 중량부, 3 작용성실란(예: 아세톡시실란, 옥심실란, 알콕시실란, 에녹시실란, 아미노실란, 아미도실란 및 아미녹시실란등) 2 내지 10 중량부 및 금속 촉매(예: 주석 화합물 및 백금 화합물) 0.05 내지 1 중량부로 구성된 실리콘 고무 조성물일 수 있다. 상기 실리콘 고무 조성물은 수분에 의해 야기된 축합 반응에 의해 폴리실란층을 가교결합시켜 폴리실란층의 유기용매 저항성을 개선시킨다. 폴리실란층중의 실리콘 고무 조성물의 양은 폴리실란 100 중량부에 대해 0.01 내지 50 중량부, 특히 1 내지 10 중량부가 바람직하다 그 양이 0.01 중량부보다 적다면, 충분한 유기 용매 저항성을 얻을 수 없으며, 배합량이 50 중량부를 초과한다면 착색능이 감소된다.

폴리실란층의 표면에 염료가 응집하여 때때로 작은 돌기가 생긴다. 이러한 경우, R₁에 메틸 그룹을 갖고 R₂에 트리플루오로프로필 그룹을 갖는 폴리(메틸트리플루오로프로필실란)과 같은 불소 기재 폴리실란을 폴리실란층으로 사용함으로써 폴리실란의 돌기가 돋아난 표면에 염료가 점착되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1발명에 사용되는 염료는 수성 매질중에서 실란을 그룹과 이 온 교환과 같은 상호 작용을 할 수 있는 모든 종류의 염료이다. 그러한 염료는 자외선 조사시 폴리실란층내에 형성될 실란을 그룹과의 상호 작용에 의해 필터 재료에 흡착된다. 따라서, 필터 재료는 노출 패턴에 따라 착색된다.

이들 염료에는 염기성 염료가 포함된다. 염기성 염료는 수용액중에서 실란을 그룹과 교환 반응을 한다고 생각된다. 본 발명에 따르면, 폴리실란층의 부분적인 재용해를 방지하기 위해 비교적 저온에서 패턴 착색을 수행하는 것이 바람직하다.

산 염료의 경우와 비교하면, 염기성 염료로 착색시키는 것은, 20 내지 40℃의 저온에서 및 착색 온도가 20 내지 40℃의 범위내에서 변동되는 경우에서 조차도 착색을 수행할 수 있고 필터 재료에 대한 흡착 농도가 많이 변화하지 않는다는 잇점이 있기 때문에 바람직하다. 염기성 염료를 사용하는 경우 염료 욕 용액의 관리가 간단하며 착색에 많은 비용이 들지 않는다.

염기성 염료들중에서, 저온에서 진한 착색을 가능하게 하는 트리페닐메탄형 또는 메틴형이 바람직하다. 본 발명의 방법에 특히 바람직한 염료는 하기 식(I) 내지 (V)의 화학 구조를 갖는 염료들을 포함한다.

상기식에서, R₁은 알킬 그룹이고, R₂ 및 R₃는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 페닐 그룹 및 치환된 페닐 그룹으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹이고, X- 는 할로겐 이온, 퍼클로레이트 이온, 메틸 설페이트 이온 및 포스페이트 이온으로 구성된 군중에서 선택된 라디칼이다.

상기식에서, R₁은 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 알콕시 그룹 및 할로겐으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹이고, R₂는 알킬 그룹이며, R₃및 R₄는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 페닐 그룹 및 치환된 페닐 그룹으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹이고, R₅는 알킬 그룹이며,

X^-는 할로겐 이온, 퍼클로레이트 이온, 메틸 설페이트 이온 및 포스페이트

이온으로 이루어진 군중에서 선택된 라디칼이다.

상기식에서, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅및 R₆는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 페닐 그룹 및 치환된 페닐 그룹으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹들이고, R₇, R₈및 R₉는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹 및 할로겐 (R₈및 R₉에 방향족 고리가 결합될 수도 있다)으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹들이고, X^-는 할로겐 이온, 퍼클로레이트 이온, 메틸 설페이트 이온 및 포스페이트 이온으로 이루어진 군중에서 선택된 라디칼이다.

상기식에서, R₁, R₂, R₃및 R₄는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹, 페닐 그룹 및 치환된 페닐 그룹으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹들이고, R₇, R₈및 R₉는 각각 수소, 알킬 그룹, 치환된 알킬 그룹 및 할로겐 (R₈및 R₉에 방향족 고리가 결합될 수도 있다)으로 이루어진 군중에서 선택된 그룹들이고, X^-는 할로겐 이온, 퍼클로레이트 이온, 메틸 설페이트 이온 및 포스페이트 이온으로 이루어진 군중에서 선택된 라디칼이다.

상기식에서, R₁은 알킬 그룹이고, X^-는 할로겐 이온, 퍼클로레이트 이온, 메틸 설페이트 이온 및 포스페이트 이온으로 구성된 군중에서 선택된 라디칼이다.

본 발명에 사용하기에 바람직한 염료의 C. I. 번호를 하기에 나타낸다: 베이직(Basic) 레드 12, 베이직 레드 27, 베이직 바이올렛 7, 베이직 바이올렛 10, 베이직 바이올렛 40, 베이직 블루 1, 베이직 블루 7, 베이직 블루 26, 베이직 블루 77, 베이직 그린 1 및 베이직 옐로우 21.

제1발명에서는, 폴리실란층에 대해 가장 빠른 흡착 속도를 가진 염료로 출발하여 차례로 패턴 착색 단계를 반복하는 것이 바람직하다.

제2발명은 색의 선택 범위를 확대하도록 하였다.

제2발명에 바람직한 염료 및 안료는, 졸 용액중에서 실란을 그룹과 상호 작용할 수 있는 모든 염료 또는 안료를 비롯한, 금속 알콕사이드의 알콜 용액에 용해 또는 분산될 수 있는 염료 및 안료들이다. 이들 염료 및 안료는 자외선 조사시 폴리실란층 내에 형성되는 실란을 그룹과의 상호 작용에 의해 필터 재료에 흡착된다고 생각된다. 따라서, 필터 재료는 노출 패턴에 따라 착색된다.

그러한 염료에는 염기성 염료, 유용성(oil soluble) 염료 및 분산 염료가 포함된다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 염료의 C. I. 번호의 예들을 하기에 나타낸다:

염기성 염료 : 베이직 레드 12, 베이직 레드 27, 베이직 바이올렛 7, 베이직 바이올렛 10, 베이직 바이올렛 40, 베이직 블루 1, 베이직 블루 7, 베이직 블루 26, 베이직 블루 77, 베이직 그린 1 및 베이직 옐로우 21.

유용성 염료 : 솔벤트(Solvent) 레드 125, 솔벤트 레드 132, 솔벤트 레드 83, 솔벤트 레드 109, 솔벤트 블루 67, 솔벤트 블루 25, 솔벤트 옐로우 25, 솔벤트 옐로우 89 및 솔벤트 옐로우 146.

분산 염료 : 디스퍼스(Disperse) 레드 60, 디스퍼스 레드 72, 디스퍼스 블루 56, 디스퍼스 블루 60 및 디스퍼스 옐로우 60.

이들 염료중에서, 특히 우수한 내열성 및 광 안정성을 가진 금속 착염 유용성 염료가 칼라 필터 재료에 사용하기에 바람직하다.

안료는 우선 금속 알콕사이드의 알콜 용액에 의해 분산시킨 다음 졸로 만들거나, 달리 졸 용액에 분산시킬 수 있다. 칼라 필터 재료에 안료가 사용되는 경우, 안료는 가시광선 파장 보다 작은 입경으로 분산되는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 안료의 C, I. 번호의 예들을 하기에 나타낸다: 피그먼트(Pigment) 레드 220, 피그먼트 레드 221, 피그먼트 레드 53:1, 피그먼트 블루 15:3, 피그먼트 블루 60, 피그먼트 그린 7 및 피그먼트 바이올렛 37.

착색된 졸 재료에는, 일반적으로 졸-겔 법에 사용되는 Si, Al, Zr, Ti 등과 같은 금속 알콕사이드를 사용할 수 있다. 본 발명에는 특히, 취급하기 쉬운 실리카의 알콕사이드를 사용하는 착색된 졸이 바람직하다.

예를들면, 테트라에톡시실란을 알콜-물 혼합용매에 용해시키고 그 용액에 착색제 또는 안료를 용해 또는 분산시킨 후 산을 가하고 그 혼합물을 실온에서 2시간동안 교반하면, 테트라에톡시실란이 가수분해, 탈수 및 축합되어 균일하게 착색된 실리카 졸이 된다.

착색된 졸의 바람직한 조성은 에틸 실리케이트 100 중량부를 에탄을 50 내지 200 중량부, 물 50 내지 200 중량부, 염산 0.1 내지 3 중량부 및 안료 0.5 내지 25 중량부와 배합시킨 것일 수 있다. 어떤 경우에는, 수용성 유기 용매, 예를들면 아세토니트릴, 디옥산, 테트라하이드로푸란을 가할 수도 있다.

본 발명의 패턴 형성방법에 따르면, 우선 폴리실란층을 적합한 투명 기판상에 형성시킨다. 투명 기판은 유기 용매에 대한 내성이 있고 착색후에 조차도 투명도가 저하되지 않는다면 특별한 제한이 없다. 보다 구체적으로는, 폴리에스테르 필름, 폴리에테르 설폰 필름 및 유리 기판등이 사용하기에 적합하다 기판으로서 유리 시이트를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 기판의 두께는 구성재료의 강도에 따라 변할 수 있다. 예를들면, 유리 시이트를 사용하는 경우, 칼라 필터 재료로서의 강도 면에서 0.6 내지 1.2mm 범위의 두께가 바람직하다.

폴리실란층을 그러한 투명 기판상에 형성시킨다. 폴리실란층을 균일 두께로 형성하는 것이 가능하기만 하면 형성방법에 대한 특별한 제한은 없다. 일반적으로는 스핀 도포법을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 기판상에 폴리실란을 함유하는 용액 및 필요에 따라서는 가교제를 도포하고 건조시킴으로써, 투명 기판상에 형성된 폴리실란층을 가진 필터재료가 수득된다. 폴리실란층 형성단계에 사용되는 유기 용매는 폴리실란을 용해 시킬 수 있는 휘발성 유기 용매이기만 하면 되며, 그에 대한 특별한 제한은 없다. 톨루엔 및 n-데칸이 사용하기에 바람직하다. 폴리실란층은 건조 두께로 1 내지 10㎛ 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

수득한 필터 재료를 다색 패턴으로 착색하는 단계의 실례를 제1(a)도 내지 (f)로 나타냈다. 제1(a)도에 나타낸 바와같이, 수은등과 같은 자외선 공급원을 사용하여 기판(101) 및 전술한 바와 같이 수득한 폴리실란층(102)으로 구성된 필터 재료(104)를 패턴을 따라 조사한다. 자외선(110) 조사는 필터 재료(104)상에 중첩된 패턴의 마스크 필름(103)을 통해 수행한다.

본 발명에 사용된 자외선은 폴리실란의 σ-σ^*흡수영역인 300 내지 400nm의 파장을 갖고있다. 이러한 자외선의 조사는 0.5 내지 10 J/cm²의 광량으로 수행하는 것이 바람직하다. 조사 광량이 0.5 J/cm²미만이라면, 착색성이 떨어지는 반면, 상기 광량이 10 J/cm²이상이라면, 작은 구멍의 발생이 증가한다.

폴리실란층에 존재하는 Si-Si 결합은 자외선 조사에 의해 분해되어 SiOH(실란을 그룹)를 생성한다. 그러므로, 실란을 그룹을 함유한 잠상이 패턴에 따라서 조사된 필터 재료상에 형성된다.

이어서, 실란을 그룹을 함유한 잠상이 형성되어 있는 필터 재료를 염료 욕 또는 착색된 졸 용액에 침지시킴으로써, 필터 재료의 패턴 부분을 착색한다. 염료 욕에 대해서는 본 발명에 사용된 염료(예를들면, 일반식(I) 내지 (V)로 나타난 염료)중 하나이상을 0.1 내지 2 중량% 함유한 염료의 수용액이 바람직하다. 폴리실란층을 팽윤시키고 착색 속도 및 착색 강도를 증가시키기 위해서는 아세토니트릴, 디옥산 및 테트라하이드로푸란과 같은 수용성 유기 용매를 가할 수도 있다. 염료 욕내에서 이러한 수용성 유기 용매의 바람직한 함량은 1 내지 20 중량% 이다. 용매 함량이 20 중량% 이상이면, 폴리실란층의 부분적인 재용해가 일어나서, 수득한 착색 필터 재료의 표면에 불규칙성이 일어날 수 있다.

착색 온도 및 착색 시간과 같은 착색 조건은 목적하는 착색 강도 및 사용된 염료의 종류와 양에 따라서 변화할 수 있다. 그러나, 필터 재료를 긴 시간동안 너무 높은 고온에서 염료 욕 또는 착색 졸 용액에 침지시키면, 폴리실란층의 부분적인 재용해가 일어나서 수득된 착색 필터 재료의 표면에 불규칙성이 발생할 수도 있다.

본 발명에 따른 바람직한 착색은 일반적으로 필터 재료를 5 내지 40 분간 20 내지 40℃로 가열된 염료 욕 또는 착색 졸 용액에 침지시킴으로써 수행할 수 있다.

착색된 필터 재료는 염료 용액 또는 착색 졸 용액을 제거한 후에 건조시킨다. 제거하기 위해서는 물 세척 또는 공기 취입을 이용할 수 있다. 제1발명에서, 건조는 챔버내에 필터를 정치하여 수행할 수도 있지만, 바람직한 방식은 50 내지 100℃ 에서 5 내지 30 분간 필터를 가열함으로써 강제 건조시키는 것이다. 제2발명에 있어서, 폴리실란층의 노출부분에 흡착된 착색 졸 과립의 겔화를 추가로 촉진시키기 위해서는 필터를 100℃ 이상의 온도에서 10 분 내지 1 시간동안 건조시킨다. 이러한 상황하에, 착색 물질 또는 안료는 가교된 SiO₂필름에 유폐되어 유기 용매등에 용출되지 않는다. 후속적인 착색 단계에서, 착색은 상기 부분에서 일어나지 않는다.

건조 온도는 기판, 염료 및 안료의 허용범위내에서 가능한한 높은 것이 바람직하며, 착색된 필름은 보다 높은 경도와 저항성 및 우수한 품질을 갖는 필름이 된다. 유리 기판 및 안료를 사용하는 경우, 200℃ 에서 30 분간 건조시킬 수 있다. 이러한 제1패턴 착색 단계의 결과, 하나의 목적하는 색으로 착색된 필터 재료(104′)의 패턴이 제1(b)도에 나타낸 바와 같이 수득된다.

칼라 필터와 같은 다색으로 착색된 필터 재료의 패턴이 요구되는 경우, 마스크 필름(103) 대신에 마스크 필름(113)을 사용하고 상이한 칼라 패턴의 잠상을 제1(c)도에 나타낸 바와 같이 폴리실란층상에 형성시키며 다른 색을 나타내는 염료 또는 안료를 사용하여, 상기 제1패턴 착색 단계에서와 동일한 방식으로 공정을 수행하므로써, 목적하는 2개의 색으로 착색된 필터 재료(104″)의 패턴을 수득한다(제2패턴 착색 단계). 본원에서 사용된 마스크 필름(113)은 일반적으로 전술한 제1패턴 착색 단계로 착색된 폴리실란층의 패턴을 덮고, 비착색된 부분을 노출시키는 마스크 패턴을 갖는다.

더욱이, 3 색으로 착색된 필터 재료가 요구되는 경우, 상이한 착색 패턴의 상을 제1(e)도에 나타낸 바와 같이 마스크 필름(113)대신 마스크 필름(123)을 사용하여 폴리실란층상에 형성시키고 다른 색을 나타내는 염료 또는 안료를 사용하여, 공정을 전술한 제2패턴 착색 단계에서와 동일한 방식으로 수행함으로써, 목적하는 3색으로 착색된 패턴인 필터 재료(104″)를 수득한다(제3패턴-착색 단계). 본원에서 사용된 마스크 필름(123)은 일반적으로 제1(e)도에 나타난 바와 같이 전술한 제1패턴 착색 단계 및 제2패턴 착색 단계로 착색된 폴리실란층의 패턴 부분을 덮고 비착색된 부분을 노출시키는 마스크 패턴을 갖는다.

이러한 단계를 반복함으로써, 더욱 많은 색으로 착색된 필터 재료 패턴을 제조하는 것이 가능하다. 본원에 나타난 실례로서, 제1, 제2 및 제3패턴의 착색 단계로 폴리실란층상에 형성된 착색 패턴은 패턴의 중첩없이 형성된다.

본 명세서에서, “상이한 칼라 패턴의 잠상을 형성시키는”이란 각각의 패턴 착색 단계에서 완전히 동일한 칼라 패턴의 잠상이 형성되지 않음을 의미하나, 서로 중첩되지 않는 칼라 패턴을 형성시키는 공정으로 제한되지는 않는다. 또한, “상이한 염료 또는 안료를 사용한다”란 각각의 패턴-착색 단계에서 한 종류 이상의 염료 또는 안료를 함유한 상이한 색조를 갖는 착색 졸 용액을 사용하여, 졸 용액에 사용된 염료 또는 안료 조성물의 일부를 중첩시킬 수 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 본 명세서에서 “상이한 염기성 염료를 사용한다”란 각각의 패턴 착색 단계에서 한 종류 이상의 염기성 염료를 함유한 상이한 색조를 갖는 염료 욕을 사용하여, 염료 욕에 사용된 염료 조성물의 일부를 중첩시킬 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에서, 일단 착색 및 염색된 폴리실란층의 패턴 부분은 실제로 실란을 그룹을 함유하지 않으므로, 후속적인 착색 단계에서 다른 염료로 거의 착색되지 않는다. 그러므로, 본 발명의 방법에 따르면, 혼색 문제는 거의 일어나지 않는다.

착색된 패턴의 혼색을 방지하기 위해서는, 상이한 염료를 사용하는 상기 제1, 제2 및 제3착색 단계에서, 보다 빠른 흡착 속도를 갖는 염료로 부터 차례로 염색하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용된 염료의 흡착 속도는 실리카겔 크로마토그래피에 의해 측정된다.

동일한 이유로, 자외선 조사 용량을 제 1, 제 2 및 제 3 패턴 착색 단계의 순서로 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 거의 동일한 흡착 속도를 갖는 상이한 염료들을 사용하는 경우에 특히 유용하다. 전술한 바와 같은 간단하면서도 편리한 방법에 의해, 칼라 필터의 제조시 심각한 문제를 일으키는 혼색을 방지할 수 있다. 그 결과, 칼라 필터를 제조하는 종래의 공정에서는 필요했던 각각의 착색 부분을 개별적으로 도포하는 것을 수행할 필요가 없게 되었다.

제2발명에서, 착색 및 건조된 폴리실란층의 패턴 부분은 실란을 그룹 및 졸 과립의 축합으로 인해 사라지므로, 다른 염료 및 안료에 의한 후속적인 착색 단계에서 착색되지 않는다. 이러한 간단하고도 편리한 공정에 의해, 칼라 필터의 제조시 심각한 문제를 일으켰던 혼색이 방지된다. 그 결과, 칼라 필터를 제조하는 종래의 공정에서는 필요했던 각각의 착색 부분을 도포하는 단계를 수행할 필요가 없게 되었다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 패턴 착색 방법의 경우에 있어서, 습식 현상 단계를 포함한 사진 평판 공정은 착색된 패턴을 형성시키는데 필요하지 않다. 이외에도, 본 방법으로 수득한 패턴-착색 필터 재료는 투명한 기판상에 형성된 단일 폴리실란층으로 구성되어 있으므로, 그 표면은 본질적으로 편평한 표면이 된다. 그러므로, 표면을 매끄럽게 하기 위한 연마단계 및 매끄러운 층을 표면에 도포시키는 단계가 필요없다. 추가로, 혼색을 방지하기 위한 착색 방지층을 사용하는 것이 필요치 않다. 그 결과, 착색된 패턴을 형성시키는 단계가 현저하게 간단해진다.

착색된 필터 재료 패턴은 편평한 표면을 갖고 있으며, 칼라 패턴의 혼합은 일어나지 않으므로, 우수한 정밀도를 갖는 패턴이 얻어진다.

더욱이, 우수한 내열성 및 광 안정성을 갖는 금속 착염 염료 또는 안료를 착색하는데 사용하므로, 칼라 디스플레이를 제조하는 동안 가열단계에서 착색 재료의 퇴화를 방지할 수 있다.

본 발명은 칼라 액정 디스플레이용 칼라 필터를 제조하는데 특히 바람직하다. 이러한 목적으로, 전술한 제1, 제2 및 제3패턴 착색 단계에서, 3 원색 RGB 에 상응하는 염료 또는 안료를 각각 사용한다. 또한, 제4착색단계에서 흑색 염료 또는 안료를 사용함으로써 흑색띠를 형성하는 것도 가능하다. 당연히, 상기 제4패턴 착색 단계는 3 원색 RGB 를 착색한 후에 수행하지 않아도 좋다. 3원색 RGB 의 패턴 착색은 흑색띠를 미리 형성시킨 필터 재료상에서 수행할 수도 있다.

[실시예]

본 발명을 하기 실시예에 의해 예시하지만, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 사용된 “%” 및 “부”는 모두 중량기준이다.

[제조실시예 1]

400㎖ 의 톨루엔 및 13.3g 의 나트륨을 교반기가 장착되어 있는 1000㎖ 용량의 플라스크에 첨가했다. 고속 교반에 의해 톨루엔중에 나트륨을 고르게 분산시킨 후, 51.6g 의 페닐메틸 디클로로실란을 가했다. 이어서 플라스크내의 내용물을, 자외선을 차단하는 황색실에서 111"C 로 가열하고 5시간동안 혼합시켜 중합시켰다.그 후에 수득한 반응 혼합물에 에탄올을 가하여 과량의 나트륨을 불활성화시키고 수세하여 유기층을 분리하였다. 상기 유기층을 에탄올내에 가함으로써 폴리실란을 침전시켰다. 이렇게 수득한 조 폴리(페닐메틸실란)을 에탄올내에서 3회에 걸쳐 재결정하여 중량 평균 분자량이 200,000 인 폴리(페닐메틸실란)을 수득하였다.

[제조실시예 2]

교반 시간을 3시간으로 고정시키는 것을 제외하고는 공정을 제조실시예1 과 동일한 방법으로 수행하여 분자량이 10,000 인 폴리(페닐메틸실란)을 수득하였다

[제조실시예 3]

페닐메틸 디클로로실란 대신 25.8g 의 페닐메틸 디클로로실란 및 28.5g 의 메틸트리플루오로프로필 디클로로실란을 사용하는 것을 제외하고는 제조실시예1과 동일한 방법으로 공정을 수행하여 분자량이 60,000 인 페닐메틸/메틸트리플루오로프로필(1/1) 코폴리실란을 수득하였다.

[실시예 1]

제조실시예 1 에서 수득한 폴리(페닐메틸실란)의 5% 톨루엔 용액을 스핀 도포기(디나파트 코포레이션(Dinapart Corp.)의 제품, “PRS-14E”)로 5cm(길이)x5cm(폭) x 0.11cm(두께)의 유리 기판상에 도포하였다. 이어서 도막을 건조시켜 2㎛ 두께의 폴리실란층을 형성하였다.

칼라 필터의 청색용 투과 패턴이 놓인 은염 네가티브 필름을 상기에서 수득한 도막(필터 재료)상에 놓고 중등압 수은등을 사용하여 4.8J/cm²의 광량으로 자외선을 조사하였다. 은염 네가티브 필름을 제거한 후에, 잠상이 형성된 필터 재료를 호도가야 케미칼 캄파니(Hodogaya Chemical Co.)제의 빅토리아 블루 비에이치 (Victoria Blue BH)라 불리는 트리페닐메탄형 염료 1% 및 아세토니트릴 10% 를 함유한 아세토니트릴 수용액중에 침지시켰다. 25℃에서 20분간 계속 침지시켰다.

이어서 필터 재료를 염료 욕에서 꺼내어 수세하고 80℃ 에서 20분간 건조시켜, 청색의 착색 패턴을 갖는 필터 재료를 수득하였다(제1패턴의 착색 단계).

계속해서, 청색용 은염 네가티브 필름 대신 칼라 필터의 적색용 투과 패턴이 형성된 은염 네가티브 필름을 사용하고, 빅토리아 블루 비에이치 대신 호도가야 케미칼 캄파니제의 아스트라 플로신 에프에프(Astra Phloxine FF) 농축물로 불리우는 메틴형 염료를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 제1패턴 착색 단계에서와 같이 그대로 수행하여, 청색 및 적색의 착색 패턴을 갖는 필터 재료를 얻었다(제2패턴 착색 단계 ).

이어서, 청색용 은염 네가티브 필름 대신 칼라 필터의 녹색용 투과 패턴이 형성된 은염 네가티브 필름을 사용하고, 6.OJ/cm²의 광량을 갖는 자외선에 노광시키며, 빅토리아 블루 비에이치 대신 호도가야 케미칼 캄파니제의 브릴리언트 베이직시아닌 6지에이치(Brilliant Basic Cyanide 6GH)라 불리우는 트리페닐메탄 염료 0.5% 와 호도가야 케미칼 캄파니제의 옐로우 7지엘(Yellow 7GL)이라 불리우는 메틴 염료 0.7% 를 사용하는 것을 제외하고는 상기 제1패턴 착색 단계에서와 동일한 방법으로 수행하여 청, 적 및 녹색의 착색 패턴을 갖는 칼라 필터를 수득하였다.(제3패턴 착색 단계).

이렇게 하여 수득된 칼라 필터의 혼색력, 착색 표면의 외판 및 광 투과율을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

혼색력에 대해, 가시 영역에서 각 화소의 분광 투과율을 측정하고 그 결과를 별도의 착색에서 얻은 분광 투과율과 비교하였으며, 이때 그 차이(투과율의 차이)가 10% 미만일 경우를“○”이라 하고,10% 를 넘으면 “×”라 표시등급을 매겼다.

착색 표면의 외관은 폴리실란층의 착색 표면에서 작은 구멍, 먼지 및 착색의 불규칙성을 가시적으로 관찰함으로써 평가하였다. 상태가 양호한 경우에는 “○”하고 적당한 경우에는“△”라 하고 불량한 경우에는 “×”라 표시하였다.

광 투과율과 관련하여, 형성된 각 화소의 최대 흡수 파장에서의 광 투과율을 측정하였다. 광 투과율이 5% 미만인 경우에 칼라 필터로서 바람직하게 사용될 수 있다.

[실시예 2]

분자량이 200,000 인 폴리(페닐메틸실란) 대신 제조실시예 2에서 수득한 분자량이 10,000 인 폴리(페닐메틸실란)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 칼라 필터를 수득하였다. 이렇게 수득한 칼라 필터의 혼색력, 착색 표면의 외관 및 광 투과율을 평가하고 그 결과를 표 1 에 나타내었다.

[실시예 3]

99 부의 디메틸실리콘 오일(도시바 실리콘 코포레이션(Toshiba Silicone Corp.)제의 실리콘 오일 “YF 3802”), 1 부의 메틸트리아세톡시실란 및 0.1 부의 디부틸틴 디라우레이트를 포함하는 1% 의 실리콘 고무 조성물을 함유한 폴리실란층을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하여 칼라 필터를 수득하였다. 이렇게 수득한 칼라 필터의 혼색력, 착색 표면의 외관 및 광 투과율을 평가하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다.

[실시예 4]

분자량이 200,000 인 폴리(페닐메틸실란) 대신 제조실시예 3에서 수득한 분자량이 60,000 인 페닐메틸/메틸트리플루오로프로필(1/1) 코폴리실란을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 칼라 필터를 수득하였다.이렇게 수득한 칼라 필터의 혼색력, 착색 표면의 외관 및 광 투과율을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

^*1 분자량의 감소로 인한 불규칙한 착색

^*2 불규칙한 착색은 실리콘 고무를 배합함으로써 방지되었다.

^*3 불규칙한 착색은 불소 기재 폴리실란을 가함으로써 방지되었다.

[실시예 5]

제조실시예 1에서 수득한 폴리(페닐메틸실란)의 5% 톨루엔 용액을 스핀 도포기(디나파트 코포레이션제“PRS-l4E”)로 5cm(길이) x 5cm(폭) x 0,11cm(두께)의 유리 기판상에 도포하였다. 도막을 건조시켜 27m 두께의 폴리실란층을 형성하였다.

칼라 필터의 적색용 투과 패턴이 놓인 은염 네가티브 필름을 상기에서 수득한 필터 재료상에 놓고, 중등압 수은등을 사용하여 4.81/cm2 의 광량으로 자외선을 조사하였다. 은염 네가티브 필름을 제거한 후에 잠상이 형성된 필터 재료를 후술하는 바와 같은 착색 졸 용액에 침지시켰다.

상기 착색 졸 용액은 호도가야 케미칼 캄파니제의 마스트라 플로신 에프에프 농축물이라 불리우는 염기성 염료 1g 을 테트라에톡시실란 25g, 에탄올 38g 및 물 49g으로 이루어진 용액중에 용해시킨 다음, 염산 0.3g 을 첨가함으로써 제조하였다.

다음에는, 실온에서 2 시간 혼합한 다음 물 80g 및 아세토니트릴 10g 을 첨가하였다.

필터 재료를 착색 졸 용액에 침지시키는 단계는 25℃에서 10 분간 수행하였다. 계속해서, 착색 졸 용액으로부터 필터 재료를 꺼내어 물로 세척하고 110℃에서 30 분간 건조시켜, 적색의 착색 패턴을 갖는 필터 재료를 수득하였다(제1패턴 착색 단계 .

계속해서, 적색용 은염 네가티브 필름 대신 칼라 필터의 청색용 투과 패턴이 형성된 은염 네가티브 필름을 사용하고, 아스트라 플로신 에프에프 농축물 대신 호도가야 케미칼 캄파니제의 빅토리아 블루 비이에치라 불리우는 염기성 염료를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 제1패턴 착색 단계에서와 같이 그대로 수행하여, 청색 및 적색의 착색 패턴을 갖는 필터 재료를 얻었다(제2패턴 착색 단계).

이어서, 적색용 은염 네가티브 필름 대신 칼라 필터의 녹색용 투과 패턴이 형성된 은염 네가티브 필름을 사용하고, 4.8J/cm²의 광량을 갖는 자외선에 노광시키며, 아스트라 플로신 에프에프 대신 옐로우 7지엘에이치 염기성 염료 0.6g 및 호도가야 케미칼 캄파니제의 브릴리언트 베이직 시아닌 6지에이치 염기성 염료 0.4g을 사용하는 것을 제외하고는 상기 제1패턴 착색 단계에서와 마찬가지로 수행하여, 적, 청 및 녹색의 착색 패턴을 갖는 칼라 필터를 수득하였다(제3패턴 착색 단계).

이렇게 하여 수득된 칼라 필터의 혼색력, 분광 투과율 및 내열성을 평가하고, 그 결과를 표 2 에 나타내었다.

혼색력에 대해, 가시영역에서 각 화소의 분광 투과율을 측정하고, 그 결과를 별도의 착색에서 얻은 분광 투과율과 비교하였으며, 이때 그 차이(투과율의 차이)가 10% 미만일 경우를“○”이라 하고,10% 를 넘으면“×”라 등급을 매겼다.

최대 흡수 파장의 투과율로 측정된 퇴색도가 5 미만이 되는 최대 내열온도 (유지시간은 1 시간임)로 내열성을 평가하였다.

광 투과율과 관련하여, 형성된 각 화소의 최대 흡수 파장에서의 광 투과율을 측정하였다.

[실시예 6]

실시예 5 에서와 같은 방법으로 평가하되, 단 아스트라 플로신 에프에프 1g을 오라졸 레드 지(Orasol red G; 시바 가이기 캄파니(Ciba Geigy Co.) 제품)로 바꾸고, 빅토리아 블루 비에이치 1g 을 베리페스트 블루(Varifast Blue) 1607(오리엔트 케미칼 인더스트리즈 리미티드(Orient Chemical Industries Ltd.) 제품)로 교체하고, 브릴리언트 베이직 시아닌 지에이치(Brilliant Basic Cyanine G반) 0.5g 대신 오라졸 블루 지엔(Orasol Blue GN) 0.5g 을 사용하며, 옐로우 7지엘에이치 0.7g 대신 오라졸 옐로우 2 알엘엔(Orasol Yellow 2RLN; 시바 가이기 캄파니 제품)0.5g 을 사용하였다.

[실시예 7]

실시예 5 에 기술된 바와 동일한 방법으로 평가하되, 단 적색 착색물질을 미케톤 폴리에스테르 레드 에프엘(Miketon Polyester Red FL) 2g 으로 대치시키고, 청색 착색 물질을 미케톤 폴리에스테르 블루 에프비엘(Miketon Polyester Blue FBL) 2g 으로 대치시키고, 녹색 착색물질은 미케톤 폴리에스테르 브릴리언트 블루비지(Miketon Polyester Brillant Blue BG) Ig 및 미케톤 폴리에스테르 옐로우 지피엘(Miketon Polyester Yellow GPL) Ig 의 혼합물로 대치시켰다(이들 미케톤 제품은 모두 미쓰이 도아쓰 케미칼즈 인코포레이티드(Mitsui Toatsu Chemicals Inc.) 제품이다).

[실시예 8]

[착색 졸의 제조]

적색용 착색 졸은 마이크로리스 레드 2비더블유에이(Microlith Red 2BWA; 시바 가이기 캄파니 제품) 안료 10g 을 테트라에톡시실란 25g, 에탄을 25g 및 물 17g 으로 이루어진 용액에 첨가한 뒤, 유리 비드 100g 을 가하고 이 용액을 20℃에서 30 분간 분산시킨 후 염산 0.3g 을 가하여, 이를 20℃에서 2 시간 분산시켜 제조하였다. 착색 물질을 가하지 않은 동일한 조성의 졸 용액을 제조하고, 이러한 졸 용액 30g 을 착색 졸 10g 과 혼합한 다음 물 30g 을 가하여 착색용 졸 용액을 제조하였다.

청색용 안료: 마이크로리스 블루 4지더블유에이(Microlith Blue 4GWA; 시바 가이기 캄파니 제품) 10g

녹색용 안료: 이르갈라이트 그린 지엘엔 뉴(Irgalite Green GLN New; 시바 가이기 캄파니 제품) 10g

건조 온도: 110 내지 200℃

상기 조건을 제외하고는 실시예 5 에서와 같이 실시하였다.

[비교실시예 1]

착색 졸 용액을 사용하지 않고, 착색 물질의 수용액(착색물질 0.6g, 물 90g 및 아세토니트릴 10g)을 사용하여 착색하였다.

상기 사항을 제외하고는 실시예 5 에서와 같이 실시하였다

[비교실시예 2]

착색 졸 용액을 사용하지 않고 착색 물질의 수용액(착색물질 0.3g, 물 80g 및 아세토니트릴 20g)을 사용하여 착색하였다.

상기 사항을 제외하고는 실시예 7 에서와 같이 실시하였다.

[표 2]

^*4 염기성 염료(Basic dye)

^*5 용매 염료(Solvent dye)

^*6 분산 염료(Disperse dye)

^*7 안료

^*8 R 및 B 를 혼합

^*9 모든 색을 혼합

본 발명은 단계가 간소화된 칼라 패턴 형성 방법을 제공하므로, 저렴한 비용으로 제품을 생산할 수 있고 우수한 패턴 정밀성을 갖는 RGB 칼라 필터를 수득할 수 있다.

Claims (7)

1. a) 하기 일반식의 화학 구조를 갖는 폴리실란을 포함하며 기판상에 형성된 폴리실란층에 자외선을 선택적으로 조사함으로써 착색 패턴의 잠상을 형성시키는 잠상 형성 단계:

   (상기 식에서, R₁, R₂, R₃및 R₄는 각각 치환되거나 비치환된 지방족 탄화수소 그룹, 지환족 탄화수소 그룹 및 방향족 탄화수소 그룹으로 구성된 군중에서 선택된 그룹이고, m 및 n 은 정수이다), b) 착색 패턴의 잠상이 형성되어 있는 상기 단계 a)의 폴리실란층을 한 종류 이상의 염기성 염료를 함유하는 염료 욕에 침지시키는 패턴 착색 단계, c) 상이한 착색 패턴의 상을 상기 폴리실란층에 형성시키고 폴리실란층에 대한 흡착 속도가 상이한 종류의 염기성 염료를 사용함을 제외하고는, 상기 패턴 착색 단계 b)에서와 동일한 방식으로 1 회이상 수행하는 또 다른 패턴 착색 단계, 및 d) 폴리실란층에 대해 가장 빠른 흡착 속도를 갖는 염료를 사용하는 패턴 착색 단계로 출발하여 차례로 상기 패턴 착색 단계를 2회이상 반복하는 단계를 포함하는 폴리실란층 위에 다색 착색 패턴을 형성시키는 방법.
2. a) 하기 일반식의 화학 구조를 갖는 폴리실란을 포함하며 기판상에 형성된 폴리실란층에 자외선을 선택적으로 조사함으로써 착색 패턴의 잠상을 형성시키는 잠상 형성 단계:

   (상기 식에서, R₁, R₂, R₃및 R₄는 각각 치환되거나 비치환된 지방족 탄화수소 그룹, 지환족 탄화수소 그룹 및 방향족 탄화수소 그룹으로 구성된 군중에서 선택된 그룹이고, m 및 n은 정수이다), b) 착색 패턴의 잠상이 형성되어 있는 상기 단계 a)의 폴리실란층을 금속 알콕사이드 및 한 종류 이상의 염료 또는 안료를 함유하는 착색된 졸 용액의 욕에 침지시키는 패턴 착색 단계, 및 c) 상이한 종류의 염료 또는 안료를 포함하는 졸 용액을 사용하여 상이한 착색 패턴의 상을 상기 폴리실란층에 형성시킴을 제외하고는, 상기 패턴 착색 단계 b)에서와 동일한 방식으로 1회이상 수행하는 또 다른 패턴 착색 단계를 포함하는 폴리실란층 위에 다색 착색 패턴을 형성시키는 방법.
3. 제1항에 있어서, 폴리실란의 분자량이 10,000 이상인 방법.
4. 제1항에 있어서, 폴리실란층의 두께가 약 1 내지 10㎛ 인 방법.
5. 제1항에 있어서, 폴리실란층이 가교결합제를 함유하는 방법.
6. 제1항의 방법에 의해 제조된 투명 기판상의 칼라 패턴을 포함하는 액정 디스플레이용 칼라 필터.
7. 제2항의 방법에 의해 제조된 투명 기판상의 칼라 패턴을 포함하는 액정 디스플레이용 칼라 필터.