KR100320690B1

KR100320690B1 - 칼라필터,그제조방법및액정표시장치

Info

Publication number: KR100320690B1
Application number: KR1019960009608A
Authority: KR
Inventors: 다께시 미야자끼; 가쯔히로 시로따; 고이찌로 나까자와; 아끼히꼬 야마다
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-30
Publication date: 2002-06-20
Also published as: US6341862B1; EP0735401A3; EP0735401B1; JP4046783B2; DE69619419T2; KR960035106A; EP0735401A2; JPH08327817A; DE69619419D1

Abstract

본 발명은 분광 특성이 상이한 복수의 칼라 잉크 도트를 이용하여 형성되는 화소부로서의 복수의 착색 부재를 갖고 있는 칼라 필터에 관한 것이다. 칼라 잉크도트 이외의 투광성 잉크 도트가 화소부 상에 각각 형성된다.

Description

칼라 필터, 그 제조 방법 및 액정 표시 장치

본 발명은 칼라 필터, 그 제조 방법 및 칼라 필터를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근에는, 평면 표시 패널로서의 액정 표시 장치의 연구 및 개발이 꾸준히 진행되며, 액정 표시 장치의 시장이 크게 신장되었다.

액정 표시 장치를 형성하는데 이용되는 성분 재료는 편광판(polarizing plate), 글래스 기판, 배향막(oriented film), 액정 재료, 스페이서(spacer), 칼라 필터 등으로 대략 구별된다. 이러한 재료들 중에서, 칼라 필터는 비교적 고가이므로, 합리적 가격에서 액정 표시 장치의 공급을 가능하게 하는 키포인트라고 할 수 있다.

액정 표시 장치의 칼라 필터는, 투명 기판 상에 제공되는 광 투과율(light transmittance)이 상이한 복수의 착색 부재 -일반적으로 적(R), 녹(G), 청(B)의 착색 부재 -를 포함하며, 각 착색 부재는 화소의 기능을 한다.

표시 콘트라스트를 증가시키기 위해서 각 화소 사이에 차광 부재가 제공된다. 차광 부재는 일반적으로 부재가 검정색이므로 "블랙 매트릭스(black matrix)"로 칭한다. 또한 블랙 매트릭스는 칼라 필터에 대향하는 기판 측에 제공된다.

블랙 매트릭스는 일반적으로 금속 크롬 증착막 또는 스퍼터링된 막을 에칭하여 형성된다. 각각이 화소를 형성하는 착색 부재를 형성하는 방법은, 포토리소그래피에 의해 형성된 가염(dyeable) 매체를 염색하는 방법, 안료 분산 감광성 조성물 (pigment-dispersed photosensitive composition)을 이용한 방법, 전극 패턴을 이용한 전착법(electrodeposition method), 및 잉크-제트 공정을 이용한 저가 방법을 포함한다.

잉크-제트 공정을 이용하여 칼라 필터를 제조하는 방법은, 종래의 칼라 필터의 제조 방법에 비해 단순한 제조 공정을 포함하며 경제적으로 유리하다.

상이한 광 투과율을 가지는 복수의 착색 부재를 포함하는 칼라 필터가 형성 될 때, 상이하게 조성물을 갖는 예를 들면 R, G, B의 3색 잉크가 칼라를 위해 토출 (discharge)된다.

그리나, 이 방법은, R, G 및 B 색을 각각 형성하고 잉크 도트를 포함하는 착색 부재들 간의 높이차(소위 칼라 간의 높이차)를 초래하는 문제가 종종 발생한다. 각 R, G 및 B 칼라 잉크의 분광 특성이 최적화되는 경우 특히 잉크 흡수층이 하지층(하지층; ground layer)으로 이용되는 경우, 그 하지층이 잉크 내에 함유된 R, G, 및 B 색의 착색 용재의 종류 및 양에 따라 팽창하기 때문이다.

액정 표시 장치가 이러한 색들 간의 높이차를 가지는 칼라 필터를 이용하여 조합되는 경우, 보호막 등에 특별한 주의를 기울이지 않으면, 불가피하게 화상 품위(image quality)의 손상 문제가 발생한다. 일반적으로, 활성 매트릭스 액정 패널은 0.3㎛ 이하의 평탄성이 요구되며, 특히 단순 매트릭스 액정 패널은 0.1㎛ 이하의 평탄성이 요구된다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로, 칼라 화소부 상의 평탄화층을 피복함으로써 높이차가 감소되는 방법이 제안되었다. 그러나, 색들 간의 높이차가 큰 경우, 평탄화층의 두께를 증가시키거나 다중층을 형성하는 것이 필요하다. 이 경우에, 이 방법은 투과율을 저하시키는 문제를 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해결하여, 각 칼라 화소들 간의 높이차가 작은 칼라 필터, 색들 간의 높이차가 작은 칼라 필터를 저가로 제조하는 방법, 및 고화질의 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두꺼운 평탄화층을 요구하지 앉으며 높은 투과율을 가지는 칼라 필터를 제공하는 것이다.

상기 문제점들을 해결하고 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따라 상이한 분광 특성을 가지는 복수의 칼라 잉크 도트를 이용함으로써 형성되는 화소부로서 복수의 착색 부재를 포함하는 칼라 필터가 제공되는데, 칼라 잉크 도트 이외의 투광성 잉크 도트는 화소부 상에 각각 형성된다.

본 발명은 또한 칼라 필터를 제조하는 방법 및 칼라 필터를 구비한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 화소부를 형성하는 잉크 제트 방법에 의해 기판 상에 상이한 분광 특성을 가지는 복수의 칼라 잉크의 도트를 형성하는 공정 및 칼라 잉크 도트 이외의 투광성 잉크 도트를 화소부 상에 형성하는 공정을 적어도 포함하는 칼라 필터를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 칼라 필터가 제공되는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 전극을 가지는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정 재료를 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다.

칼라 필터, 칼라 필터 제조 방법 및 본 발명의 칼라 필터를 구비한 액정 표시 장치에 의해 상술한 기술적 문제가 해결되고 상술한 목적을 달성할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명의 칼라 필터는 칼라 잉크 도트를 이용함으로써 형성된 화소부 상에 각각 형성되는 칼라 잉크 도트 이외의 투광성 잉크 도트를 가지므로, 상이한 색을 가지는 각 화소들 사이의 높이 차이를 제거하거나 상당히 감소시킬 수 있다. 이것은 색들 사이의 높이 차이에 의해 발생되는 화상 품위의 손상을 제거하거나 크게 감소시킬 수 있다. 본 발명의 칼라 필터는 또한 평탄화막이 필요 없으므로 높은 투과율을 달성할 수 있다.

본 발명의 칼라 필터 제조하는 방법을 저가이며 최적의 칼라 필터를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 칼라 필터를 도시한 개략도이다. 제1도에서 참조 번호(1)는 유리 등으로 이루어진 투광성 기판, 참조 번호(2)는 금속 또는 블랙 레지스트(black resist)로 이루어진 블랙 매트릭스, 참조 번호(3)는 하지층(하지층; undercoat layer), 참조 번호(4)는 칼라 잉크 도트, 및 참조 번호(5)는 투광성 잉크 도트를 나타내고 있다.

분광 특성이 상이한 복수의 칼라 잉크의 도트가 형성되어야 하기만, 칼라 잉크는 제1도에 도시된 R(적), G(녹) 및 B(청) 색으로 한정되지 않고 다른 칼라 잉크가 사용될 수 있다. 본 발명의 칼라 필터는 화소 영역 상에 행성되는 상이한 분광 특성을 갖는 복수의 칼라 잉크 도트(4)와는 별도의 투광성 잉크 도트(5)가 화소 영역 상에 형성되어, 각각의 화소들 간의 높이차를 제거 또는 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

제1도에 도시된 필터의 투명 기판의 재료로서 유리가 일반적으로 사용되지만, 액정 칼라 필터에 요구되는 투명성, 기계적 강도 등의 특성을 갖는 플라스틱도 사용될 수 있고, 이 기판은 유리 기판으로 한정되지 않는다.

칼라 용액은 잉크 제트 기록 헤드로부터 잉크 액적(droplet)을 분출하는 잉크제트 기록법에 의해 투명 기판 상에 토출된 후 건조되어, 각각의 색의 칼라 잉크 도트를 형성한다. 이 경우에, 칼라 용액의 정착성(fixing properties)을 향상시키기 위해, 칼라 용액을 수용하기 위한 수용층(receiving layer)으로서, 잉크 흡수성 수치 등으로 이루어지는 하지층(3)을 미리 설치할 수 있다.

이러한 잉크 흡수성 수지의 양호한 예로는 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피폴리돈, 히드록시프로필 셀룰로즈 등의 셀룰로즈 유도체, 아크릴 수지 등이 있다. 잉크 흡수 수지는 착색부 상에, 또는 기판의 전면에, 매트릭스 형태로 형성될 수 있다.

잉크 흡수성 수지로서, 선택적으로 경화 처리(curing)가 가능한 수지가 사용될 수 있다. 경화 처리는 통상 광 조사에 의해 행해질 수 있지만, 가열에 의해서도 행해질 수 있다. 감광성 수지의 예로는 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지,히드록시프로필 셀룰로즈, 히드록시 에틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 카르복시메틸 셀룰로즈 등의 셀룰로즈 유도체 또는 변성체 등을 들 수 있다. 이 수지들 중에서, 아크릴 산, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, N-메틸올 아크릴아마드, N-에톡시메틸 아크릴아미드 등의 단량체(monomer)를 포함하는 아크릴계 공중합체(copolymer) 수지가 바람직하다.

광만을 수지에 공급하거나 광과 열 모두를 수지에 공급할 때 가교 반응 (crosslinking reaction)을 진행시키기 위한 광 개시제(photo-initiator)로서는, 중크롬산염, 비스아지드 화합물, 래디컬계 개시제, 양이온계 개시제, 음이온계 개시제 등이 사용 가능하다. 이들 개시제를 혼합하여 사용하거나, 또는 다른 증감제 (sensitizer)와 조합하여 사용할 수도 있다. 또한 오늄염(onium salt)과 같은 광 산 발생제(optical acid generator)를 가교제와 병행하여 사용할 수 있다.

가교 반응이 진행한 영역(경화 영역)의 수성 칼라 잉크에 대한 습윤성 (wettability) 및 흡수성은 낮고, 미반응 영역(비경화 영역)의 수성 칼라 잉크에 대한 습윤성 및 흡수성은 높은 감광성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

투명 수지 잉크 액적을 잉크 제트 기록 헤드로부터 칼라 잉크 도트(4) 상에 토출한 후, 그 잉크 도트를 건조시키는 잉크 제트 기록 공정에 의해, 투광성 잉크 도트(5)가 형성된다. 각각의 투광성 잉크 도트는, 제2(a)도에 도시된 바와 같이 칼라 잉크 도트 상에 형성될 수 있고, 또는 칼라 잉크 및 그 주위 영역 상에 형성할 수 있다.

칼라 잉크 도트를 하지층으로부터 균일한 높이로 제공하기 위해, 각각의 칼라 잉크 도트 상에 형성되는 투광성 잉크 도트의 두께를 칼라 잉크 도트의 높이에 따라 적절히 변화시키는 것이 양호하다. 형성된 투광성 잉크 도트의 두께는, 각각 의 칼라 화소 간의 높이차(색 간 높이차)가 0.3 ㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 색들 사이의 높이차가 이 값을 초과하면, 액티브 매트릭스형(TFT) 액정 표시 장치에서도 화질이 저하된다. 높은 평탄성이 요구되는 단순 매트릭스형 액정 패널에 본 발명이 적용되는 경우에도 충분히 양호한 화질을 얻을 수 있기 때문에, 높이차를 0.1 ㎛ 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 투광성 잉크 도트는 칼라 잉크 도트의 일부 상에만 형성될 수 있다.

투광성 잉크 도트는 가시 영역(400 nm 내지 700 nm) 내에서 적어도 약 90 %의 투과율을 갖는 것이 양호하다.

투광성 잉크 도트를 형성하기 위한 투명 수지 잉크는, 아크릴 수지, 스틸렌수지, 셀룰로즈 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지 등의 투명 중합체를 물 또는 에틸 셀로솔브와 같은 유기 용매로 용해함으로써 형성될 수 있다.

또한, 광, 또는 광과 열을 이용하여 수지의 가교 반응을 진행시키기 위해, 아지드 화합물이나 중크롬산 염 등의 광 개시제(가교제)를 이용하는 것도 가능하다.

칼라층이 형성되는 투명 기판 또는 하지층 상에는, 필요에 따라 보호막을 형성할 수 있다. 보호막으로서는, 광 경화형, 열 경화형 또는 광 및 열 경화형 수지재료, 또는 증착이나 스퍼터링에 의해 형성되는 무기막을 이용할 수 있으며, 칼라 필터에 사용될 때 투명성을 갖고, 배향막 형성 공정에 견딜 수 있는 소정의 막이사용 될 수 있다.

제3도는 본 발명의 칼라 필터를 포함하는 액정 표시 장치의 액정 패널의 일례를 도시하고 있다. 제3도에서, 참조 번호(21)는 편광판, 참조 번호(22)는 유리 등의 투명 기판, 참조 번호(23)는 블랙 매트릭스, 참조 번호(24)는 하지층, 참조 번호(6)는 공통 전극, 참조 번호(7)는 배향막, 참조 번호(8)는 액정층, 참조 번호(9)는 배향막, 참조 번호(10)는 화소 전극, 참조 번호(11)는 투명 기판, 참조 번호(12)는 편광판, 및 참조 번호(13)는 백라이트이다.

제3도에 도시된 액정 패널은 소위 액티브 매트릭스형이다. 제3도에 도시된 바와 같이,이러한 액정 패널에서는, 액정 패널에 조립되어 있는 칼라 필터와 대향기판 사이에 액정 화합물이 봉입되며, 투명 화소 전극(10)은 칼라 필터에 대향하는 기판(11)의 내측에 매트릭스 형태로 형성된다. 스위치로서 작용하는 트랜지스터(도시하지 않음)는 화소 전극(10)에 접속되어 있다. 칼라 필터는, R, G, 및 B 착색재가 화소 전극(10)에 각각 대향하도록 설치되어 있다.

양 기판(11 및 22)의 내측에는 배향막(7)이 형성되어 있어서, 막(7)을 러빙함으로써 액정 분자를 일정 방향으로 배열시킬 수 있다. 기판의 외측에 각각 편광판이 접착되며, 액정 화합물은 두 기판 사이에 유지된다. 일반적으로, 형광 램프와 산란판(모두 도시되지 않음)이 백라이트(13)로서 이용되고 있다. 디스플레이에서, 액정 화합물은 백라이트(13)의 투과율을 변화시키는 광 셔터로서 기능하고 있다.

제3도는, 액티브 매트릭스 기판에 대향하는 대향 기판 측에 본 발명의 칼라 필터를 설치한 예가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 칼라 필터는 액티브 매트릭스 기판 측에 설치될 수도 있다.

칼라 필터를 액티브 매트릭스 기판에 설치할 때, 칼라 필터는 화소 전극(10)과 투명 기판(11) 사이, 또는 화소 전극(10)과 액정층(8) 사이에 설치될 수 있다. 칼라 필터가 액티브 매트릭스 기판 상에 설치될 때, 대향 기판과의 위치 정합의 정도가 완화된다는 이점이 있다.

본 발명의 칼라 필터는, 피에조 소자를 이용하는 기계적인 방법 또는 가열 소자를 이용하는 열적인 방법이 이용되며, 열적인 방법에서는 잉크 제트 기록 헤드, 특히 바람직하게는 열 에너지를 이용하여 액적을 형성하는 방식의 잉크 제트 기록 헤드가 이용된다.

그 잉크 제트 기록 헤드의 대표적인 구성이나 원리로는, 예를 들면, 미합중국 특허 제4,723,129호 공보 및 제4,740,796호 공보에 개시되어 있는 기본적인 원리를 이용하는 것이 바람직하다. 이 방식은 소위 온 디맨드형(on-demand type), 콘티뉴어스형(continuous type) 중 어디에도 적용할 수 있다. 특히, 온 디맨드형은, 액체(잉크)가 포함되어 있는 시트나 액로(liquid passage)에 대향하여 배치되어 있는 전기 열 변환기에, 기록 정보에 대응하여 핵 비등 온도 이상으로 온도를 상승시키기 위한 적어도 하나의 구동 신호를 인가함으로써, 그 전기-열 변환기에서 열 에너지가 발생되어, 기록 헤드의 열 작용면에 막비등을 생성하기 때문에 효과적이다. 결과적으로 이 구동 신호에 일 대 일로 대응하여 액체(잉크) 내에 기포를 형성할 수 있기 때문에 효과적이다. 이 기포의 성장 및 수측에 의해 토출구로부터 액체(잉크)가 토출되어, 적어도 하나의 액적이 형성된다. 이 구동 신호를 펄스 형상으로하면, 즉시 적절하게 기포의 성장 수축이 행해지기 때문에, 특히 응답성에 뛰어난 액체(잉크)의 토출을 달성할 수 있어 보다 바람직하다.

이 펄스 형성의 구동 신호로서는, 미합중국 특허 제4,463,359호 공보, 및 제4,345,262호 공보에 기재되어 있는 구동 신호가 적합하다. 또, 상기 열 작용면의 온도 상승율에 관한 미합중국 특허 제4,313,124호 공보에 기재되어 있는 조건을 채용하면, 더욱 우수한 기록을 행할 수 있다.

잉크 제트 기록 헤드의 구성으로서는, 상술한 각 출원에 개시되어 있는 것과 같이, 토출구, 액로(직선 액로 또는 직각 액로), 전기-열 변환기로 구성되어 있는 것 뿐만 아니라, 미합중국 특허 제4,558,333호 공보 및 미합중국 특허 제4,459,600호 공보에 개시되어 있는 것과 같이 열 작용부가 굴곡하는 영역에 배치되어 있는 구성을 이용하여도 좋다.

또한, 본 발명은, 일본국 특개소 59-123670호 공보에 개시된 바와 같이 공통 슬릿을 복수의 전기-열 변환기의 토출부로 하는 구성, 또는 일본국 특개소 59-138461호 공보에 개시되어 있는 것과 같이 열 에너지의 압력파를 흡수하는 개구를 토출부에 대향하여 설치하는 구성을 기초로 하는 구성에 대해서도 효과적이다.

또한, 본 발명은 기록 장치가 화상을 기록할 수 있는 기록 매체의 최대폭에 대응하는 길이를 갖는 풀 라인형(full-line type)의 기록 헤드에 유효하게 적용될 수 있다. 이러한 기록 헤드는, 기록 헤드의 길이를 만족시키는 복수 기록 헤드의 조합, 또는 일체적으로 형성된 1개의 기록 헤드로 구성될 수 있다.

게다가, 장치 본체와의 전기적인 접속이 허용되어 장치 본체 상으로의 장착시 장치 본체로부터의 잉크 공급이 가능하게 되는 칩 교환 가능형 기록 헤드, 또는 기록 헤드 자체에 일체적으로 잉크 탱크가 설치된 카트리지형 기록 헤드에도, 본 발명이 효율적으로 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 기록 장치에, 기록 헤드에 대한 회복 수단, 예비적인 보조수단 등을 부가하면, 본 발명의 효과를 더 안정시킬 수 있다. 안정된 토출을 수행하기 위한 이러한 수단의 예로는, 기록 헤드에 대한 캡핑 수단, 클리닝 수단, 가압 또는 흡인 수단, 전기 열 변환체 또는 이것과는 별도의 가열 소자 또는 이들 조합을 이용하여 가열하기 위한 예비 가열 수단, 및 기록과는 별도로 잉크를 토출하기 위한 예비 토출 수단이 있다.

본 발명의 제조 공정에서 착색액으로 사용되는 잉크로는, 상온에서 액체인 잉크, 또는 실온이나 그 이하에서 고화하고, 실온에서 연화되거나 액체인 잉크이다. 상술한 잉크 제트 방식에서, 잉크 자체의 온도는 30℃ 이상 70℃ 이하로 제어되어, 잉크의 점성이 안정 토출 범위 내로 유지되는 것이 일반적이기 때문에, 기록 신호가 인가될 때 액체인 잉크를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은, 열 에너지에 의한 승온을, 잉크의 상태를 고형 상태로부터 액체 상태로 변화시키기 위한 에너지로서 사용하거나, 또는 잉크의 증발 방지를 목적으로서 방치 상태에서 고화하는 잉크를 적극적으로 이용하여, 열에너지가 공급될 때까지 액화되지 않는 임의의 이용에도 적용될 수 있다. 이러한 잉크의 예로는, 기록 신호에 대응하여 열에너지를 공급함으로서 액화되고 액상 잉크로서 토출되는 잉크 또는 기판에 도달하는 시점에서 이미 고화하기 시작하는 잉크가 있다. 이러한경우, 일본국 특개소 54-56847호 공보 및 60-71260호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 전기-열 변환기에 대해 대향하는 다공질 시트 오목부(recess) 또는 관통홀에 액체 또는 고체 상태로서 유지될 수 있다. 본 발명에서, 상술한 각 잉크에 대해서는 상술한 막비등 방식이 가장 효과적이다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

표면 연마한 무알카리 유리(200 평방 mm/두께 1.1 mm) 상에 크롬 박막을 스퍼터링에 의해서 약 2000 Å의 두께로 형성하고, 유리 상에 포트리소그래피에 의해 차광 부재인 블랙 매트릭스를 형성하였다.

다음에, 상기한 블랙 매트릭스가 형성된 유리 기판 상에, 하기에 표시한 조성을 가지는 에틸 세로솔부 용액인 감광성 수지 조성물 및 메틸메타크릴레이트, 히드록시 에틸메타크릴레이트, N 메틸올 아크릴아미드, 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트를 이용하여 형성된 폴리머를 함유하는 아크릴계 코폴리머를 도포하여, 수지층을 형성했다.

구체적으로는, 그 감광성 조성물을 스피너(spinner) 도포한 후, 90℃에서 20분간 프리 베이크(pre-bake) 처리를 실시하여, 막 두께 21 ㎛의 하지층인 감광성 수지층을 형성하였다.

감광성 수지 조성물

메틸 메타크릴레이트 5.0 중량부

히드록시에틸 메타크릴레이트 3.0 중량부

N-메틸올 아크릴아미드 2.0 중량부

트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트 0.3 중량부

에틸 세로솔브 89.7 중량부

블랙 매트릭스가 형성되는 영역에 개구부를 갖는 포토마스크를 통해 감광성 수지층의 일부를 패턴 노광한 후, 120℃의 핫 플레이트 상에서 1 분간 열 처리했다. 이 공정에 의해 수지층이 부분적으로 경화되었다.

이어서, 표 1에 표시된 조성을 갖는 R, G, B의 각색의 칼라 잉크가 준비되어, 잉크 제트 헤드에 의해 블랙 매트릭스의 개구부에 배치되었다. 구체적으로는, 잉크 도트가 형성되고, 90℃의 온도에서 20 분간 프리베이크된 후, 계속 230℃에서 30분간 베이크(bake)되었다.

1) C.I. 안료 레드 35와 C.I. 아시드 옐로우 23의 11 : 5 혼합물

2) C.I. 아시드 블루 9와 C.I. 아시드 옐로우 23의 7 : 2 혼합물

3) C.I. 아시드 블루 9와 C.I. 아시드 레드 35의 9 : 1 혼합물

베이크 후, 감광성 수지 상에 제공된 각각의 착색부의 높이를 후술의 방법으로 측정하였다.

다음에, 이하의 표 2의 조성의 투광성 잉크를 조제하고, 잉크 제트 헤드로부터 칼라 화소부 상으로 투광성 잉크를 토출하여, R, G, B 착색부 각각의 건조 두께가 0.05 ㎛, 0.31 ㎛, 0.27 ㎛가 되도록 칼라 화소부 상에 투광성 잉크 도트를 형성하였다.

잉크 도트는 형성된 후, 90℃의 온도에서 20 분간 프리 베이크된 다음, 계속해서 200℃에서 30 분간 베이크되었다.

(실시예 2)

칼라 화소부에의 칼라 잉크 도트의 형성까지의 공정은, 실시예 1과 마찬가지로 행하였다.

실시예 1과 동일한 조성의 투광성 잉크가 G 및 B 칼라 화소부의 건조 두께가 각각 0.29 ㎛ 및 0.19 ㎛가 되도록 G 및 B 칼라 화소부로 토출되어, 투광성 잉크 도트를 형성하였다. R의 칼라 화소부 상에는 투광성 잉크 도트가 형성되지 않았다.

(실시예 3)

실시예 1에서와 같이 제작한 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 동일한 유리 기판 상에, 히드록시프로필 셀룰로즈(니혼소다 제조 HP-H)로 이루어지는 수지 조성물을 스핀 도포(spin-coat)한 후, 90℃에서 10 분간 건조하여, 1.2㎛의 하지층을 형성 하였다.

실시예 1과 마찬가지로, 표 1에 표시된 조성으로 R, G, B 칼라 잉크가 조제되고, 잉크 제트 헤드에 의해 블랙 매트릭스의 개구부에 배치된다. 구체적으로는, 잉크 제트에서 기록 장치의 잉크 제트 헤드로부터 잉크가 토출되어, 잉크 도트가 형성된다.

또한, 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 투광성 잉크가, R. G, B 칼라 화소부의 건조 두께가 각각 0.07 ㎛, 0.28 ㎛ 및 0.23 ㎛가 되도록, R, G, B 칼라 화소부 상으로 토출되어, 투광성 잉크 도트를 형성하였다.

(실시예 4)

실시예 2에서 제작한 것과 동일한 칼라 필터의 상층에, 열 경화형 수지(산요가세이(주) 제조 하이코트 LC2001)를 건조막 두께가 0.5 ㎛가 되도록 도포하고, 120℃에서 30 분간의 프리베이크한 후, 200℃에서 30 분간 베이크하여, 보호층을형성하였다.

(비교예 1)

투광성의 잉크 도트가 형성하지 않은 이외는, 실시예 1과 동일한 칼라 필터를 제작하였다.

칼라 화소부의 높이차 측정

이상의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제작한 칼라 필터의 높이차를, 촉침식 막후계(feeler type thickness meter)(P-10 프로파일러 : 텐콜사 제조)를 이용하여 측정하였다.

칼라 잉크 도트 및 칼라 잉크 도트 상에 적층된 투광성 잉크 도트는, 블랙 매트릭스 상에 형성된 하기층으로부터의 최대 높이에서 측정되었다(제4도 참조). 최대 높이는, 각각의 색에 대해 50개의 칼라 도트에서 측정되어, 그 평균을 취하였다. 또한, 색 간 높이차는, 높이가 가장 큰 색과 가장 작은 색 간의 차를 계산하여 구하였다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.

단위는 모두 ㎛

^*보호막을 포함해서 측정한 경우의 색 간 높이차.

액정 표시 장치의 조립

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제작한 각각의 칼라 필터를 이용하여, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제작하였다.

우선, 칼라 필터의 화소를 구성하는 R, G, B 패턴에 대응하여, 유리 기판 상에 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성한 후, 폴리이미드 배향막을 설치하여, 소위 액티브 매트릭스 기판을 제작하였다. 이어서, 칼라 필터 상에 ITO 투명 도전막과 폴리이미드 배향막을 형성하여 대향 기판을 제작하였다.

액피브 매트릭스 기판과 대향 기판을 밀봉제를 통해 접합하고, 양 기판의 간극에 TN(트위스트 네마틱) 액정을 봉입하였다. 이 후, 액정을 봉입한 기판의 양측에 편광판을 배치함과 동시에, 액티브 매트릭스 기판 측에 냉음극형 평면 형광 램프를 배치하여 액정 표시 장치를 구성하였다.

이와 같이 하여 구성한 액정 표시 장치에 NYSC 방식의 텔레비전 신호를 입력하여 화상 표시를 수행한 경우, 실시예 1 내지 4의 칼라 필터를 포함하는 표시 장치에서는, 색 얼룩짐이나 변동 등의 장해가 관찰되지 않았다.

한편, 비교예 1에서 제작된 필터를 포함하는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치는, 일부에 색 얼룩짐 및 변동을 발생시켰다.

그들의 결과를 표 4에 정리하였다.

액티브형 액정 표시 장치의 장기 구동 시험

상술과 같이 구성된 액정 표시 장치를, 백라이트를 점등한 상태예서 2000 시간 구동시키고, 콘트라스트의 저하를 측정하였다.

평가 기준은 다음과 같다.

○ : 콘트라스트의 저하가 초기의 5 % 미만.

△ : 콘트라스트의 저하가 10 % 미만.

× : 콘트라스트의 저하가 10 % 이상.

그 결과를 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타난 것과 같이, 실시예 1 내지 4의 칼라 필터를 각각 포함하는 액정 표시 장치로서는, 비교예 1과 비교하여 콘트라스트의 저하가 작다. 이것은, 칼라 화소부 상에 헝성된 투광성 잉크 도트가 보호막의 역할을 하여, 저해 물질이 칼라 화소부로부터 액정으로 용출되는 것을 방지하기 때문인 것으로 생각된다.

실시예 2의 필터를 포함하는 액정 표시 장치에서는, R 칼라 화소부 상에 투광성 잉크 도트가 형성되어 있지 않기 때문에, 다른 실시예에 비해 콘트라스트의 저하가 약간 컸다.

1) 색 얼룩짐, 변동의 판정 기준

○ : 육안으로 관찰 시, 색 얼룩짐, 변동이 없다.

× : 육안으로 관찰 시, 색 얼룩짐, 변동이 있다.

2) 콘트라스트 저하의 판정 기준

○ : 초기치의 5% 미만.

△ : 초기치의 10% 미만.

× : 초기치의 10 % 이상.

(제5 ∼ 제9 실시예)

제5(a)도를 이용하여 설명한다.

표면 연마된 무알칼리 유리(1) 상에 수지(FH-2030, 富土 한토 제품)를 1500rpm으로 15초 동안 스핀 코팅한 후, 후 핫 플레이트 상에서 120℃, 90초 동안프리 베이크(pre-bake)를 행하였다.

그 후, 유리 기판은, 마스크를 통하여 500 mJ/cm²에서 노광된 후, 30℃에서 60초 동안 현상되고, 고압 세정을 거쳐 240℃, 40분 간 베이크(bake)되어, 블랙 매트릭스(2)를 형성하였다.

계속하여, 표 5에 나타낸 조성으로 조정한 R, G, B 칼라 잉크(4)를 잉크 제트 헤드에 의해 블랙 매트릭스의 개구부에 배치하였다. 구체적으로는 잉크 도트 형성후, 90℃, 20분 간 프리 베이크하고, 계속 230℃, 30분 동안 베이크를 행하였다.

1) 적색 안료 C.I 안료 레드 168 : C.I, 안료 오렌지 36 = 23 : 8의 혼합물

녹색 안료 C.I 안료 그린 36 : C.I. 안료 옐로우 83 = 15 : 4의 혼합물

청색 안료 C.I. 안료 블루 60 : C.I 안료 바이올렛 23 = 9 : 3의 혼합물

상기 잉크는 샌드밀에 의해 분산 후. 1 ㎛ 필터로 여과 후 사용하였다.

본 베이크 후에 각 색의 착색부 높이차를 후술하는 방법으로 측정하었다.

다음에 표 6에 나타낸 조성으로 조정한 투광성 잉크(5)를 칼라 화소부 상에잉크 제트 헤드에 의해 형성하였다. R, G, B 각각의 칼라부의 건조 두께가 표 7에 니타낸 값을 가지도록 투광성 잉크 제트를 형성하였다.

잉크 도트 형성 후, 90℃, 20 분 간 프리 베이크하고, 계속 230℃, 30 분 간베이크를 행하였다.

(제2 ∼ 제6 비교예)

투광성 잉크 도트를 형성하지 않은 이외의 제5 ∼ 제9 실시예와 마찬가지로 하여 표 7에 나타낸 칼라 필터를 제작하였다.

칼라 화소부의 높이차 측정

이상의 실시예, 비교예에서 작성한 칼라 필터의 색 간 높이차를 촉침식 막후계(P-10 프로파일러 : 텐콜사 제품)를 이용하여 측정하였다.

높이 측정 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 기판으로부터의 블랙 매트릭스 높이를 측정한다.

(2) 블랙 매트릭스의 정상과 칼라 잉크 도트의 정상 간의 높이차를 측정한다.

(3) (1) - (2)에서 칼라 잉크 도트 높이를 구한다.

(4) 블랙 매트릭스의 정상과 투광성 잉크 도트의 정상 간의 높이차를 측정한다.

(5) (2) - (4)에서 투광성 잉크 도트 높이를 구한다.

칼라 잉크 도트 높이 및 (칼라 잉크 도트 + 투광성 잉크 도트) 높이는 각 색상마다 50 포인트씩 측정하여, 그 평균치로 하였다. 또한, 색 간 높이차는 높이가 최대인 색과 최소인 색의 차에서 구하였다.

다음에, 제1 ∼ 제4 실시예 및 제1 비교예에 대하여 행했던 것과 마찬가지로 하여 액티브형 액정 표시 장치의 장기 구동 시험을 행하였다. 결과를 표 8에 나타내었다. 표 8에 나타낸 결과에서 상술한 실시예와 마찬가지로, 본 발명의 칼라 필터를 구비한 액정 표시 장치는 투광성 잉크 도트를 설치하지 않은 칼라 필터를 구비한 액정 표시 장치에 비하여, 색 얼룩짐, 변동, 콘트라스트에 대하여 현격하게 우수한 것이 멍확히 이해된다. 또, 본 예에서는 제5(a)도에 도시된 칼라 필터를 구성하였지만, 제5(b)도에 도시한 칼라 필터를 구성할 수도 있다. 제5(a)도에 도시한 것과 제5(b)도에 도시한 것과는 블랙 매트릭스(2)의 높이가 상이하지만, 제5(b)도에 도시한 바와 같이 블랙 매트릭스(2)의 높이와 화소부(4)와 투광성 잉크부(5)와의 높이를 합한 구성으로 하면, 평탄화의 점에서 형편이 좋다.

1) 색 얼룩짐, 변동의 판정 기준

○ : 육안으로의 관찰 시, 색 얼룩짐, 변동이 없다

× : 육안으로의 관찰 시, 색 억룩짐, 변동이 있다

2) 콘트라스트 저하의 판정 기준

○ : 초기치의 5% 미만

△ : 초기치의 10% 미만

× : 초기치의 10% 이상

제1도는 본 발명에 따른 칼라 필터를 도시한 개략 부분 단면도.

제2도는 본 발명의 방법에 의해 칼라 화소 부에 투광선 잉크 제트를 형성한 칼라 필터의 개략 부분 단면도로, 제2(a)도는 잉크 도트가 칼라 화소부 상에만 형성되는 경우를 도시하고, 제2(b)도는 잉크 도트가 칼라 화소부뿐만 아니라 그 주위에도 피복하도록 형성되는 경우를 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략 단면도.

제4도는 실시예 및 비교예로 제조된 칼라 필터 각각에서 칼라 화소부의 높이 측정을 도시한 개략 단면도로, 제4(a)도는 칼라 임의 도트의 높이 측정을 도시하고, 제4(b)도는 칼라 잉크 도트 및 투광성 잉크 도트의 높이의 합의 측정을 도시한 도면.

제5도는 본 발명의 따른 실시예에 따른 칼라 필터를 도시한 개략 부분 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 11, 22 : 투명 기판 2, 23 : 블랙 매트릭스

3, 24 : 하지층 4 : 칼라 잉크 도트

5 : 투광성 잉크 도트 6 : 공통 전극

7, 9 : 배향막 8 : 액정층

10 : 화소 전극 12, 21 : 편광판

13 : 배면광 25 : 보호막

Claims

칼라 필터에 있어서,

분광 특성이 상이한 복수의 칼라 잉크의 도트를 각각 포함하는 화소부로서의 복수의 착색 부재; 및

상기 화소부 상에 투광층을 형성하는, 상기 칼라 잉크 도트와는 다른 투광성 잉크 도트

를 포함하고,

상기 화소부 상에 형성된 상기 투광층은 모두 실질적으로 동일한 높이를 가지며, 상기 투광층은 실질적으로 분리되는(isolated) 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 화소부는 각각 선정된(predetermined) 색을 지니고, 기판 상에 각각의 색에 대한 패턴으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화소부는, 기판 상에 형성된 하지층 중 잉크 흡수능(absorbing ability)을 갖는 선정된 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제3항에 있어서, 상기 하지층의 화소부 패턴은, 감광성 수지 조성물을 포함하는 상기 하지층을 선정된 패턴을 이용하여 광 경화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제4항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물은 아크릴계 공중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제2항에 있어서, 상기 복수의 화소부의 각각은, 적(R), 녹(G) 및 청(B) 중 어느 하나로 착색되어 있는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제6항에 있어서, 상기 각각의 화소부 상의 상기 투광성 잉크 도트들 간의 정상 높이차가 0.3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제7항에 있어서, 상기 각각의 화소부 상의 상기 투광성 잉크 도트들 간의 정상 높이차가 0.1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
제1항에 있어서, 상기 칼라 잉크 도트를 포함하는 상기 복수의 착색 부재는, 잉크 흡수능을 갖는 하지층없이 상기 기판 상에 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터.
액정 표시 장치에 있어서,

제1항의 칼라 필터가 제공되는 제1 기판;

상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판; 및

상기 양 기판들 사이에 배치된 액정 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
칼라 필터 제조 방법에 있어서,

잉크 제트 공정을 이용하여, 분광 특성이 상이한 복수의 칼라 잉크 도트를 기판 상에 형성하여, 복수의 화소부를 형성하는 단계; 및

상기 화소부 상에 투광층을 형성하는 잉크 제트 공정을 이용하여, 상기 칼라잉크 도트와는 다른 투광성 잉크 도트를 형성하는 단계를 포함하고,

상기 화소부 상에 형성된 상기 투광층은 모두 실질적으로 동일한 높이를 가지며, 상기 투광층은 실질적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제11항에 있어서, 선정된 색의 칼라 잉크 도트가, 색 별로 소정의 패턴으로 기판 상에 배열된 상기 복수의 화소부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라필터 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 기판 상에 하지층을 형성하고, 상기 하지층에 선정된패턴으로 잉크 흡수능을 갖는 영역을 형성하되, 상기 화소부는 상기 잉크 흡수능을 갖는 영역에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 기판 상에 감광성 수지 조성물의 층이 형성되고 선정된 패턴으로 광 경화되어, 상기 선정된 패턴으로 잉크 흡수능을 갖는 영역을 가지는 상기 하지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 감광성 수지 조성물은 아크릴계 공중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 화소부의 각각은, 적(R), 녹(G) 및 청(B) 중 어느 하나로 착색되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 각각의 화소부 상에 형성되는 상기 투광성 잉크 도트의 두께는, 상기 화소부 상의 상기 투광성 잉크 도트가 실질적으로 동일한 높이를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 투광성 잉크 도트의 높이는, 투광성 잉크 부여량을 조정함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 각각의 화소부 상의 상기 투광성 잉크 도트의 정상 높이차가 0.3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 각각의 화소부 상의 상기 투광성 잉크 도트의 정상 높이차가 0.1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 칼라 잉크 도트는, 열 에너지가 공급될 때까지는 액화되지 않는 잉크를 이용하여 형성되는 칼라 필터 제조 방법.