KR100891394B1 - 컬러 필터 및 그것을 구비하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

컬러 필터가 액정 표시 장치의 액정과 화소 사이에 전극을 개재시키지 않고 액정 표시 장치에 내장되는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터 에서, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 상기 화소 상에는 보호층이 형성되어 있지 않으며, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)이, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하인 것을 특징으로 하는 컬러 필터이다.
녹색 착색층, 청색 착색층, 적색 착색층, 유전 정접, 투명 기판, 보호층, 녹색 안료

Description

컬러 필터 및 그것을 구비하는 액정 표시 장치{COLOR FILTER AND LIQUID DISPLAY DEVICE PROVIDED WITH COLOR FILTER}
본 발명은, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 이용되는 컬러 필터 및 그것을 구비하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 화소를 구성하는 착색층의 전기적인 성질이 액정의 스위칭 성능에 악영향을 미치지 않아, 화소 상에 보호층을 형성하지 않아도 충분한 신뢰성을 확보할 수 있는 컬러 필터 및 그것을 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
컬러 액정 표시 장치는, 컴퓨터 단말 표시 장치, 텔레비전 화상 표시 장치를 중심으로 급속하게 보급이 진행되고 있다. 컬러 필터는, 액정 표시 장치의 컬러 표시화에는 필요 불가결한 중요한 부품이다. 최근, 이 액정 표시 장치에 대하여, 고화질화의 요구가 높아, 시야각, 고속 응답성을 구비하는 다양한 새로운 방식의 액정 표시 장치가 출현하고 있다. 이 중에서도, 횡전계 방식(In Plane Switching=IPS 방식)의 액정 표시 장치는, 시야각, 콘트라스트비 등의 표시 품위가 우수하기 때문에, 널리 보급이 기대되고 있는 방식의 액정 표시 장치이다.
그런데, 횡전계 방식의 액정 표시 장치는, 다른 Twisted Nematic 방식(TN 방식)이나 Vartical Alignment 방식(VA 방식)의 액정 표시 장치 등과는 달리, 화소와 액정 사이에 전극이 개재되지 않고, 따라서 액정 구동 전계 중에 컬러 필터의 착색층이 존재하기 때문에, 액정 분자가 착색층의 재료의 전기적인 특성의 영향을 직접 받게 된다고 하는 문제점이 있다.
실제로, 컬러 필터의 화소를 구성하는 착색층으로서 종래의 착색층 재료를 사용한 경우, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 착색층 재료의 전기적 특성에 기인하는 액정의 배향 흐트러짐, 스위칭의 임계값 어긋남에 의한 소부 현상(image persistence) 등, 다양한 표시 불량이 발생하였다.
이 착색층 재료의 전기적 특성은, 주로 착색층에 포함되는 착색제인 안료의 성질에 의한 것으로, 근본적으로 회피하는 것은 어렵기 때문에, 종래의 착색층 재료를 이용한 컬러 필터를 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 이용하는 경우에는, 화소 상에 투명 수지에 의한 보호층(오버코트층)을 형성하여, 액정 협지면과 착색층이 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 일반적이다.
그러나, 최근의 액정 표시 장치의 저가격화는 현저하여, 그 부재인 컬러 필터도 저가격화의 필요가 강요되고 있다. 전술한 바와 같이, 화소 상에 투명 수지로 이루어지는 오버코트층을 형성함으로써, 화소에 종래의 착색층 재료를 이용하여도, 그와 같은 컬러 필터를 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 내장하는 것은 가능하지만, 그런데도 다양한 표시 불량이 발생하는 경우가 있다(예를 들면, 일본 특개2004-117537호 공보 참조).
또한, 착색층 재료, 오버코트층 재료 모두 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 적합하도록 개량이 이루어져 가고는 있지만, 충분한 성능을 확보하기 위해서는, 경 우에 따라서는 2㎛ 이상이라고 하는 두꺼운 오버코트층을 형성할 필요도 있어, 균일하게 도포하는 것이 어렵다고 하는 문제가 발생하여, 저가격화를 방해하는 하나의 요인으로 되고 있다.
또한, 재료비나 공정수의 증가에 의한 수율 저하도 저가격화를 방해하는 요인으로 되고 있어, 오버코트층을 형성하지 않고 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 컬러 필터를 요망하고 있지만, 전술과 같은 문제에 의해 실현이 어려웠다.
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
본 발명의 목적은, 상기의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 이용되는 컬러 필터로서, 화소를 구성하는 착색층의 전기적인 성질이 액정의 스위칭 성능에 악영향을 미치지 않아, 투명 수지에 의한 보호층(오버코트층)을 형성하지 않고 충분한 성능을 확보할 수 있는 컬러 필터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 그와 같은 컬러 필터를 구비하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명의 제1 양태에 따르면, 컬러 필터가 액정 표시 장치의 액정과 화소 사이에 전극을 개재시키지 않고 액정 표시 장치에 내장되는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터에서, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수 색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 상기 화소 상에는 보호층이 형성되어 있지 않으며, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)이, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하인 것을 특징으로 하는 컬러 필터가 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터에서, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)과 상기 액정 표시 장치의 액정 재료의 유전 정접의 차가, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이내인 것을 특징으로 하는 컬러 필터가 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 전술한 컬러 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치가 제공된다.
도 1은 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 단면 모식도.
도 2는 적색 착색층 재료의 유전 정접의 주파수 특성을 도시하는 도면.
도 3은 녹색 착색층 재료의 유전 정접의 주파수 특성을 도시하는 도면.
도 4는 청색 착색층 재료의 유전 정접의 주파수 특성을 도시하는 도면.
도 5는 녹색 착색층 재료에 대해서 녹 안료 농도와 유전 정접과의 관계를 도시하는 도면.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
본 발명의 제1 양태에 따른 컬러 필터는, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터로서, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된, 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 상기 화소 상에는 보호층을 형성하지 않고 액정 배향막이 적층되며, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)이, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 컬러 필터는, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 이용하였을 때에, 투명 수지로 이루어지는 보호층(오버코트층)을 형성하지 않아도, 액정의 배향 흐트러짐이나 스위칭의 임계값의 어긋남이 발생하지 않아, 즉, 액정 표시 장치의 표시 성능에 악영향을 미치지 않는다.
본 발명의 제1 양태에 따른 컬러 필터는, 화소가 녹색 착색층을 포함하는 것, 즉, 복수색이 R, G, B인 경우에 바람직하게 적용된다. 이 경우, 녹색 착색층의 유전 정접(tanδ)이 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이하인 것이 바람직하다. 또한, 화소는, 유전 정접(tanδ)이 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이하인 적색 착색층 및 청색 착색층을 포함하는 것으로 할 수 있다.
녹색 착색층은, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 5.0 이하의 비유전률을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 화소가, 적, 녹, 청(R, G, B) 3색의 착색층으로 이루어지는 것을 상정한 경우, 그 착색 안료의 성질로 인하여, 유전 정접의 값이 커지는 경향이 있는 녹색 착색층의 비유전률을 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 5.0 이하로 억제하는 것도, 양호한 표시 성능의 액정 표시 장치로 하는 데에 효과적이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 컬러 필터는, 표면 단차가, 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 컬러 필터의 표면 단차가, 0.3㎛ 이하인 것에 의해, 액정 분자의 배향 흐트러짐을 발생시키는 것이 방지되어, 액정 표시 성능의 향상에 기여한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 컬러 필터는, 표면의 물과의 접촉각이 65°이하인 것이 바람직하다. 컬러 필터의 표면의 물과의 접촉각이 65°이하인 것에 의해, 컬러 필터 상에 얇게 형성되는 폴리이미드의 배향막과의 친화성이 양호하게 되어, 전체 면 균일한 폴리이미드 배향막을 형성할 수 있으므로, 액정 분자의 배향이 균질하게 되어, 표시 특성의 향상으로 이어진다.
또한, 복수색의 착색층의 각각은, 도포액의 기판에 대한 도포성을 양호하게 하기 위해서, 계면 활성제를 함유할 수 있지만, 물과의 접촉각을 65°이하로 하기 위해서는, 계면 활성제의 함유량을 착색층 형성용 도포 재료에 대하여 0.001∼0.2중량%로 약간 적게 억제하는 것이 바람직하다.
녹색 착색층은, 전체 고형분의 30중량% 이하의 녹색 안료를 함유하는 것이 바람직하다. 녹색 안료를 전체 고형분의 30중량% 이하로 함으로써, 녹색 착색층의 유전 정접(tanδ)을, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하로 할 수 있다.
또한, 녹색 착색층은, 순수(純水) 중에서의 3시간 용출 테스트에서 Na+, K+의 알칼리 금속 이온 및 Cl-, Br-의 할로겐 원소 이온의 용출량이, 모두 2ppm 이하인 녹색 안료를 함유하는 것이 바람직하다. 녹색 안료의 이온의 용출량을 모두 2ppm 이하로 함으로써, 녹색 착색층의 유전 정접(tanδ)을, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하로 할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따른 컬러 필터는, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하는, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터로서, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)과 상기 액정 표시 장치의 액정 재료의 유전 정접의 차가, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이내인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 착색층의 유전 정접(tanδ)과 액정 재료의 유전 정접의 차를 작게 함으로써, 양호한 표시 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따른 액정 표시 장치는, 전술한 컬러 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 액정 표시 장치에 의하면, 전술한 컬러 필터를 구비함으로써, 양호한 표시 성능을 얻을 수 있다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터에 대해서, 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 투명 기판 상에 복수색의 착색층으로 이루어지는 화소를 구비하고 있다. 복수색에는 적, 녹, 청(RGB)의 조합이나 옐로우, 마젠더, 시안(YMC)의 조합을 들 수 있지만, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 녹 착색층을 갖는 컬러 필터(즉 RGB계)에 대하여, 특히 바람직하게 적용된다.
본 발명자들은, 컬러 필터의 전기적인 성질과 횡전계 방식의 액정 표시 장치에서의 표시 불량의 관계에 대해서 다양하게 검토한 결과, 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 액정 배향 불량이나 스위칭의 임계값 어긋남은, 주로 착색층 재료의 유전 특성에 의해 발생하고 있는 것을 발견하였다. 이 현상은, 구체적으로는, 유전 정접의 값을 이용하여 설명이 가능하며, 대략 이하와 같은 메커니즘에 의한 것으로 생각된다.
유전 정접(tanδ)은, 유전체 내에 축적되는 전하량과 소비되는 전하량의 비이다. 유전 정접이 비교적 작은 경우에는, 유전체 내에 축적된 전하는 유지되는 것에 비하여, 비교적 큰 경우에는, 전하는 소비되어 유지되지 않는다.
도 1에 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 단면 모식도를 도시한다. 횡전계 방식의 액정 표시 장치(20)는, 투명 기판(1a) 상에 착색층(2)을 형성하여 이루어지는 컬러 필터(10)와, 투명 기판(1b) 사이에 액정층(7)이 협지된 구조를 갖고, 투명 기판(1b)측에 화소 전극(4)과 공통 전극(5)의 쌍방이 설치되어 있다. 또한, 투명 기판(1a, 1b)의 외면에는, 편광판(3a, 3b)이 배치되어 있다.
도 1에 도시하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터(10)의 화소를 구성하는 착색층(2)이, 대향하는 1쌍의 기판(1) 사이에 내측을 향하도록 배치되어, 액정 구동 전계(6) 내에 존재한다. 그 때문에, 횡전계 방식의 컬러 액정 표시 장치에서는, 착색층(2)의 유전 정접과 다른 셀 내의 부재(액정, 배향막 등)의 유전 정접의 값이 크게 다르면, 액정 분자의 전하의 유지 상태가 불균일하게 된다고 하는 현상이 발생한다.
전하의 유지 상태가 불균일하게 됨으로써, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 발생해서는 안 되는 세로 방향의 전계가 발생하여, 액정의 배향 불량이 발생하거나, 혹은 전하가 여분으로 남게 되는 것에 의한 임계값 어긋남에 의해, 화상의 소부가 발생하는 등의 표시 불량으로 된다. 따라서, 컬러 필터(10)의 화소를 구성하는 착색층(2)의 재료의 유전 정접은, 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 표시 특성을 결정하는 중요한 특성으로 된다. 유전 정접은 측정 주파수에 의존하는 값이지만, 액정 구동의 1프레임이 60㎐ 정도이기 때문에, 주기(초) 즉 주파수에서 30㎐ 근변, 대략 10∼100㎐의 주파수에서의 유전 정접에 주목하는 것이 바람직하다.
여기서 종래의 컬러 필터에 이용되고 있는 수 종류의 착색층 재료의 유전 정접의 측정 결과를 도 2, 도 3, 및 도 4에 도시한다. 종래의 컬러 필터의 화소를 구성하는 각 색의 착색층의 유전 정접은, 10㎐∼100㎐의 범위에서, 착색층 재료의 종류에 따라 0.006∼0.2 정도의 값을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 특히 녹의 착색층 재료에서 유전 정접이 큰 재료가 많아, 실제로, 적어도 녹의 착색층 에서는, 액정 협지면과의 경계에 오버코트층을 형성하지 않으면 화소 배향 불량, 임계값 어긋남 등이 현저하게 발생하기 쉬웠다.
본 발명자들은, 액정 표시 장치, 특히 화소와 액정 사이에 전극을 설치하지 않는 가로 배향 방식의 액정 표시 장치에 이용되는 컬러 필터에서, 화소와 액정 협지면의 경계에 오버코트층을 형성하지 않아도, 화소의 임계값 어긋남, 배향 불량 등을 해소하여, 표시 품위를 향상시킬 수 있는 컬러 필터를 제공하기 위해, 이 특징적인 유전 특성의 개선에 대해서 다양하게 검토를 행하였다.
일반적으로, 액정 재료, 배향막 재료 등은, 전하를 유지하는 능력이 큰, 즉 액정 재료, 배향막 재료 등은 유전 정접이 비교적 작은 재료이며, 그 값은 통상 0.005∼0.02 정도의 값이다. 따라서, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 이용하는 컬러 필터가 구비하고 있는 착색층 재료의 유전 정접의 값은, 액정 재료나 배향막 재료의 유전 정접과 동일한 정도의 값인 것이 바람직하다고 생각된다.
즉, 본 발명자들은, 다색화된 액정 표시 장치용 컬러 필터에서, 컬러 필터의 화소를 구성하는 착색층의 유전 정접이 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 정도 이하, 더 바람직하게는 0.02 이하로 함으로써, 화소 상에 오버코트층을 형성하지 않고, 화소 배향 불량, 임계값 어긋남 등의 표시 품위의 저하를 효과적으로 막을 수 있는 것을 발견하였다. 착색층의 유전 정접은 낮을수록 바람직하지만, 착색층의 재료의 특성상, 현 시점에서는 0.005∼0.006 정도가 하한으로 된다.
또한, 본 발명자들은, 다양하게 검토를 행한 결과, 본 발명의 일 실시 형태 에 따른 컬러 필터에서는, 착색층의 비유전률을 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 5.0 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 비유전률은, 유전체 내에 축적되는 전하량의 지표로서, 착색층에서 현저하게 값이 크면 셀 내의 부재(액정, 배향막 등)와의 사이에 축적되는 전하량의 밸런스가 크게 무너져, 임계값 어긋남으로 화상의 소부가 발생하는 등의 표시 불량으로 된다. 따라서, 컬러 필터의 화소를 구성하는 착색층의 비유전률은, 10㎐∼100㎐의 주파수에서, 바람직하게는 5.0 이하, 더 바람직하게는 4.5 이하인 것이 좋다. 비유전률은 낮은 쪽이 바람직하지만, 재료의 특성상, 현 시점에서는 3.0 정도가 하한으로 된다.
이들 특성을 실현하기 위해서 효과적인 수단으로서, 유전 정접이 높은 성분인 녹색 안료의 농도를, 컬러 필터의 착색층의 고형분에 대하여 일정값 이하, 즉 30중량% 이하로 하는 것을 들 수 있다.
또한, 안료의 순도를 향상시키는 것도, 안료 자체의 유전 정접을 작게 하도록 작용한다. 안료의 순도를 확인하는 수단으로서는, 안료를 순수 중에서 3시간 자비하여, Na+, K+ 등의 알칼리 금속 이온 및 Cl-, Br- 등의 할로겐 원소 이온의 용출량을 구하는 이온 용출 시험을 들 수 있다. 10㎐ ∼100㎐의 범위에서 0.03 이하의 유전 정접을 얻기 위한 이온의 용출량은, 안료의 중량당으로 환산하여, 모두 2ppm 이하이며, 이러한 이온의 용출량(순도)의 안료에 의해 착색층을 구성하는 것이 바람직하다.
10㎐ ∼100㎐의 범위에서 0.03 이하의 유전 정접의 착색층을 얻기 위한 다른 수단으로서, 유전 정접이 낮은 수지 재료를 이용하는 것 등을 들 수 있다.
컬러 필터의 착색층의 표면은, 평탄한 것이 바람직하다. 액정 분자의 배향을 흐트러뜨리지 않기 위해서이다. 본 발명의 경우, 착색층 상에 투명 보호층은 존재하지 않고, 착색층은, 매우 얇은 폴리이미드 배향막을 개재하여 액정과 접하는 것이기 때문에, 착색층의 표면의 평탄성은 더욱 중요하다. 이 때문에, 컬러 필터의 표면 단차는, 0.3㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 최근의 컬러 필터에서는, 글래스 투명 기판 상에 우선 격자 형상 패턴의 차광층, 즉 블랙 매트릭스층을 형성한 후, 각 색의 착색층을 형성하고 있다. 그러나, 이 차광막은, 수지와 흑색 안료를 주성분으로 하는 수지 블랙 매트릭스인 경우, 1.0∼1.5㎛ 정도의 두께이다. 한편, 착색층의 두께는, 1.0∼3.0㎛이나 되기 때문에, 양자의 겹침부에서는, 상당한 높이의 돌출부로 되는 경향이 있다.
평탄화의 수단으로서는, 착색층의 단부가 완만한 경사를 갖도록 착색층 재료를 설계함으로써, 수지 블랙 매트릭스층과 착색층의 겹침부에서의 착색층의 돌출을 억제할 수 있다. 또한, 수지 블랙 매트릭스층의 두께에 대하여, 착색층의 두께를 크게 함으로써, 돌출을 억제할 수도 있다. 혹은, 착색층과 수지 블랙 매트릭스층의 겹침부를 가능한 한 작게 함으로써, 돌출을 억제할 수도 있다. 또한, 착색층을 형성한 후에, 착색층의 표면을 연마하여, 돌출부를 깎음으로써, 돌출부를 소거하는 것도 가능하다. 연마 방법으로서는, 예를 들면 평반 연마기, 혹은 오스카형 연마기를 이용한 기계적 연마를 이용할 수 있다.
컬러 필터를 액정 표시 장치에 내장할 때에는, 컬러 필터 표면에, 액정을 배향하기 위한 배향막을 얇게 형성한다. 배향막은, 주로 폴리이미드 수지가 이용되며, 폴리이미드 수지 혹은 그 전구체를 어떠한 용매에 용해한 것을, 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄 등의 수단으로 도포하고, 건조, 가열 경화하여 형성하는 것이 일반적이다.
폴리이미드 수지, 혹은 그 전구체를 용해하는 용매로서는, NMP(N-메틸-2-피롤로디돈) 혹은 γ-부티로락톤 등이 일반적으로 이용되고 있다. 컬러 필터 표면이 이들 용매에의 습윤성이 충분하지 않으면, 배향막용 도포액을 컬러 필터 표면에 도포하였을 때에, 부분적으로, 혹은 전면적으로 배향막이 형성되지 않는 부분이 발생하여, 액정 표시의 불량의 원인으로 된다.
일반적으로, 횡전계 방식의 액정 표시 장치용의 컬러 필터에 투명 보호층을 형성하는 경우에는, 투명 보호층에 의해 용매 습윤성을 확보할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 투명 보호층을 생략하는 것이기 때문에, 그러한 것은 기대할 수 없다. 따라서, 컬러 필터의 착색층 자체가, 용매에 대한 만족할 만한 습윤성을 가질 필요가 있다.
이를 위해서는, 착색층의 표면의, 물과의 접촉각을 65° 이하로 함으로써, 상기의 폴리이미드용 용매에의 습윤성을 확보할 수 있다. 접촉각은, 바람직하게는 55° 이하, 더 바람직하게는 45° 이하이다. 컬러 필터에 산소 존재 하에서 자외선 조사 처리를 행함으로써, 물과의 접촉각을 65° 이하로 할 수 있다. 혹은, 일반적으로 착색층 형성용 도포 재료에는, 도포 공정에서의 도포 적정을 확보하기 위해 계면 활성제를 첨가하지만, 첨가량을 낮게 설정함으로써 물과의 접촉각을 65° 이하로 할 수 있다. 첨가량으로서는, 착색층 형성용 도포 재료에 대하여, 바람직하게는 0.001∼0.2중량%, 보다 바람직하게는 0.005∼0.1중량%이다. 이용되는 계면 활성제에 대해서는 후술한다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 투명 기판 상에 복수색의 착색층으로 이루어지는 화소를 구비하고 있다. 복수색으로는 적, 녹, 청(RGB)의 조합이나 옐로우, 마젠더, 시안(YMC)의 조합을 들 수 있지만, 본 발명의 컬러 필터는 녹 착색층을 갖는 컬러 필터(즉 RGB계)에 대하여, 특히 바람직하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 화소의 형성면을 액정측을 향하게 하여 액정 표시 장치에 내장되어 있다. 필요에 따라서 화소 상에는 배향막이 형성된다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터에서는, 착색층의 전기 특성의 영향이 액정 구동 전계 내에 미치지 않기 때문에, 착색층을 피복하는 오버코트층을 형성할 필요가 없고, 그 때문에 수율이 좋아져, 비용 절감으로 이어진다. 또한, 액정과 화소와의 거리가 보다 가까워지기 때문에, 시야각이 향상되어, 고정밀 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 화소 상에 착색층의 전기 특성을 보충하기 위해서 오버코트층을 형성할 필요는 없지만, 컬러 필터의 평탄화의 목적 등, 전기 특성을 보충하는 것 이외의 목적으로, 수지층을 형성할 수 있다. 이 경우, 종래의 오버코트층과 같은 두께는 필요하지 않다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 컬러 필터에 이용되는 투명 기판은, 가시광에 대해서 어느 정도의 투과율을 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80% 이상의 투과율을 갖는 것을 이용할 수 있다. 투명 기판은, 일반적으로 액정 표시 장치에 이용되고 있는 것이면 되고, PET 등의 플라스틱 기판이나 글래스 기판을 들 수 있지만, 통상은 글래스 기판을 이용하면 된다. 차광 패턴을 이용하는 경우에는, 미리 투명 기판 상에 크롬 등의 금속 박막이나 차광성 수지로 이루어지는 패턴을 공지의 방법으로 형성한 것을 이용하면 된다.
투명 기판 상에의 화소의 제작 방법은, 공지의 잉크제트법, 인쇄법, 포토리소그래피법, 에칭법 등 어떠한 방법도 채용할 수 있다. 그러나, 고정밀성, 분광 특성의 제어성 및 재현성 등을 고려하면, 투명한 수지 중에 안료를, 광 개시제, 중합성 모노머와 함께 적당한 용제로 분산시킨 착색 조성물을 투명 기판 상에 도포 제막하여 감광성 착색 조성물층을 형성하고, 이 감광성 착색 조성물층을 패턴 노광, 및 현상함으로써 1색의 착색층을 형성하는 공정을 각 색마다 반복하여 행하여 복수색의 착색층으로 이루어지는 화소를 구비하는 컬러 필터를 제작하는 포토리소그래피법이 바람직하다.
이하, 포토리소그래피법에 의한 화소의 형성 방법에 대해서 설명한다.
우선, 착색제로 되는 안료를 투명한 수지 중에 광 개시제, 중합성 모노머와 함께 적당한 용제로 분산시켜, 감광성 착색 조성물을 조제한다. 분산시키는 방법으로서는, 밀 베이스, 3본롤, 제트 밀 등을 이용하는 다양한 방법이 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
감광성 착색 조성물에 착색제로서 이용할 수 있는 유기 안료의 구체예를, 이하에 컬러 인덱스 번호로 나타낸다.
적색 필터 세그먼트(화소)를 형성하기 위한 적색 착색 조성물에는, 예를 들면 C.I. Pigment Red 7, 9, 14, 41, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 97, 122, 123, 146, 149, 168, 177, 178, 180, 184, 185, 187, 192, 200, 202, 208, 210, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 254, 255, 264, 272, 279 등의 적색 안료를 이용할 수 있다. 적색 착색 조성물에는, 황색 안료, 등색(오렌지색) 안료를 병용할 수 있다.
황색 안료로서는 C.I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 86, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 125, 126, 127, 128, 129, 137, 138, 139, 144, 146, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214 등을 들 수 있다. 등색 안료로서는 C.I. Pigment Orange 36, 43, 51, 55, 61, 71, 73 등을 들 수 있다.
녹색 필터 세그먼트를 형성하기 위한 녹색 착색 조성물에는, 예를 들면 C.I. Pigment Green 7, 10, 36, 37 등의 녹색 안료를 이용할 수 있다. 녹색 착색 조성물에는 적색 착색 조성물과 마찬가지의 황색 안료를 병용할 수 있다.
청색 필터 세그먼트를 형성하기 위한 청색 착색 조성물에는, 예를 들면 C.I. Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등의 청색 안료, 바람직하게는 C.I. Pigment Blue 15:6을 이용할 수 있다. 또한, 청색 착색 조성물에는, C.I. Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등의 자색 안료, 바람직하게는 C.I. Pigment Violet 23을 병용할 수 있다.
또한, 상기 유기 안료와 조합하여, 채도와 명도의 밸런스를 취하면서 양호한 도포성, 감도, 현상성 등을 확보하기 위해서, 무기 안료를 조합하여 이용하는 것도 가능하다. 무기 안료로서는, 황색 납, 아연황, 철단(적색 산화철(Ⅲ)), 카드뮴적, 군청, 감청, 산화 크롬녹, 코발트녹 등의 금속 산화물분, 금속 황화물분, 금속분 등을 들 수 있다. 또한，조색을 위해, 내열성을 저하시키지 않는 범위 내에서 염료를 함유시킬 수 있다.
착색 조성물에 이용할 수 있는 투명 수지는, 가시광 영역의 400∼700㎚의 전체 파장 영역에서 투과율이 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상인 수지이다. 투명 수지에는, 열가소성 수지, 열변화성 수지, 및 감광성 수지가 포함된다. 투명 수지에는, 필요에 따라서, 그 전구체인, 방사선 조사에 의해 경화하여 투명 수지를 생성하는 모노머 혹은 올리고머를 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면, 부티랄 수지, 스티렌 말레산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아세트산 비닐, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리스티렌, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화 고무계 수지, 셀룰로스류, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 또한, 열변화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다.
감광성 수지로서는, 수산기, 카르복실기, 아미노기 등의 반응성의 치환기를 갖는 선 형상 고분자에 이소시아네이트기, 알데히드기, 에폭시기 등의 반응성 치환 기를 갖는 (메타)아크릴 화합물이나 계피산을 반응시켜, (메타)아크릴로일기, 스티릴기 등의 광 가교성 기를 그 선 형상 고분자에 도입한 수지가 이용된다. 또한, 스티렌-무수 말레산 공중합물이나 α-올레핀-무수 말레산 공중합물 등의 산무수물을 포함하는 선 형상 고분자를 히드록시알킬(메타)아크릴레이트 등의 수산기를 갖는 (메타)아크릴 화합물에 의해 하프 에스테르화한 것도 이용된다.
이용할 수 있는 중합성 모노머 및 올리고머로서는, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, β-카르복실에틸(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1, 6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 1, 6-헥산디올디글리시딜에테르디(메타)아크릴레이트, 비스페놀A디글리시딜에테르(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥산(메타)아크릴레이트, 트리시클로디카닐(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트, 메틸올화 멜라민의 (메타)아크릴산 에스테르, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등의 각종 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르, (메타)아크릴산, 스티렌, 아세트산비닐, 히드록시에틸비닐에테르, 에틸렌글리콜디비닐에테르, 펜타에리스리톨트리비닐에테르, (메타)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메타)아크릴아미드, N-비닐포름아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.
이들은, 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
착색 조성물을 자외선 조사에 의해 경화하는 경우에는, 착색 조성물에는, 광 중합 개시제 등이 첨가된다. 광 중합 개시제로서는, 4-페녹시디클로로아세트페논, 4-t-부틸-디클로로아세트페논, 디에톡시아세트페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시크로헥실페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르포리노페닐)-부탄-1-온 등의 아세트페논계 화합물, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤졸디메틸케탈 등의 벤조인계 화합물, 벤조페논, 벤조일 안식향산, 벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일―4'-메틸디페닐살파이드, 3, 3', 4, 4'-테트라(t-부틸페록시카르보닐)벤조페논 등의 벤조페논계 화합물, 티옥산톤, 2-클로르티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 이소프로필티옥산톤, 2, 4-디이소프로필티옥산톤, 2, 4-디에틸티옥산톤 등의 티옥산톤계 화합물, 2, 4, 6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시페닐)-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(p-톨릴)-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-피페로닐-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2, 4-비스(트리클로로메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-(나프토-1-일)-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시-나프토-1-일)-4, 6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2, 4-트리클로로메틸-(피페로닐)-6-트리아진, 2, 4-트리클로로메틸(4'-메톡시스티릴)-6-트리아진 등의 트리아진계 화합물, 1, 2-옥탄디올, 1-〔4-(페닐티오)-2-(O-벤조일 옥심)〕, O-(아세틸)-N-(1-페닐-2-옥소-2-(4'-메톡시-나프틸)에틸리덴)히드록실아민 등의 옥심 에스테르계 화합물, 비스(2, 4, 6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 2, 4, 6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 등의 포스핀계 화합물, 9, 10-페난트렌퀴논, 캠퍼퀴논, 에틸안트라퀴논 등의 퀴논계 화합물, 보레이트계 화합물, 칼바졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 티타노센계 화합물 등이 이용된다.
이들 광 중합 개시제는 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 광 중합 개시제의 사용량은, 착색 조성물의 전체 고형분량을 기준으로 하여 0.5∼50중량%이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼30중량%이다.
착색 조성물에는, 증감제로서, 트리에타놀아민, 메틸디에타놀아민, 트리이소프로파놀아민, 4-디메틸아미노 안식향산 메틸, 4-디메틸아미노 안식향산 에틸, 4-디메틸아미노 안식향산 이소아밀, 안식향산2-디메틸아미노에틸, 4-디메틸아미노 안식향산2-에틸헥실, N, N-디메틸파라톨루이딘, 4, 4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4, 4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4, 4'-비스(에틸메틸아미노)벤조페논 등의 아민계 화합물을 가할 수도 있다.
이들 증감제는, 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 증감제의 사용량은, 광 중합 개시제와 증감제의 합계량을 기준으로 하여 0.5∼60중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3∼40중량%이다.
또한, 착색 조성물에는, 연쇄 이동제로서의 작용을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은, 티올기를 2개 이상 갖는 화합물이면 되고, 예를 들면, 헥산디티올, 디캄디티올, 1, 4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1, 4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부틸렌레이트), 펜타에리스리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리스리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리메르캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1, 4-디메틸메르캅토벤젠, 2, 4, 6-트리메르캅토-s-트리아진, 2-(N, N-디부틸아미노)-4, 6-디메르캅토-s-트리아진 등을 들 수 있다.
이들 다관능 티올은, 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 다관능 티올의 사용량은, 착색 조성물의 전체 고형분량을 기준으로 하여 0.1∼30중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1∼20중량%이다. 0.1질량% 미만에서는 다관능 티올의 첨가 효과가 불충분하고, 30질량%를 초과하면 감도가 너무 높아, 반대로 해상도가 저하된다.
착색 조성물은, 필요에 따라서 유기 용매를 함유할 수 있다. 유기 용매로서는, 예를 들면 시클로헥사논, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸벤젠, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸셀로솔브, 메틸-n아밀케톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르톨루엔, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올, 이소부틸케톤, 석유계 용제 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 혹은 혼합하여 이용한다.
착색 조성물은, 필요에 따라서 계면 활성제를 함유할 수 있다. 계면 활성제로서는, 라우릴 황산 소다, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 황산염, 도데실 벤젠 술폰산 소다, 스티렌-아크릴산 공중 합체의 알칼리염, 스테아린산 나트륨, 알킬나프탈린술폰산 나트륨, 알킬디페닐에테르디술폰산 나트륨, 라우릴 황산 모노에탄올아민, 라우릴 황산 트리에탄올아민, 라우릴 황산 암모늄, 스테아린산 모노에탄올아민, 스테아린산 나트륨, 라우릴 황산 나트륨, 스티렌-아크릴산 공중 합체의 모노에탄올아민, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산에스테르 등의 음 이온성 계면 활성제; 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산에스테르, 폴리옥시에틸렌솔비탄 모노스테아레이트, 폴리에틸렌글리콜모노라우레이트, 폴레에테르 변성 디메틸폴리실록산, 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 폴리메틸알킬실록산, 폴리에스테르 변성 폴리메틸알킬실록산, 폴리에테르 변성 폴리메틸알킬실록산, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬실록산 등의 논이온성 계면 활성제; 알킬 4급 암모늄염이나 그들의 에틸렌옥사이드 부가물 등의 카오틴성 계면 활성제; 알킬디메틸아미노 아세트산 베타인 등의 알킬베타인, 알킬이미다졸린 등의 양성 계면 활성제를 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.
계속해서, 이상의 각 성분을 포함하는 감광성 착색 조성물을 투명 기판 상에 도포하고, 프리베이크를 행한다. 도포하는 수단으로서는, 스핀 코트, 딥 코트, 다이 코트 등이 통상 이용되지만, 40∼60㎝ 사방 정도의 기판 상에 균일한 막 두께로 도포 가능한 방법이면, 이들에 한정되는 것은 아니다. 프리베이크는, 50∼120℃에서 10∼20분 정도 행하는 것이 바람직하다. 도포막 두께는 임의이지만, 분광 투과율 등을 고려하면, 통상은 프리베이크 후의 막 두께로 2㎛ 정도이다.
다음으로, 이와 같이 기판 상에 형성된 감광성 착색 조성물층에, 패턴 마스크를 개재하여 노광을 행한다. 광원에는 통상의 고압 수은등 등을 이용하면 된다.
계속해서, 노광된 감광성 착색 조성물층을 현상 처리한다. 현상액으로서는, 알칼리성 수용액을 이용한다. 알칼리성 수용액의 예로서는, 탄산 나트륨 수용액, 탄산 수소 나트륨 수용액, 또는 양자의 혼합 수용액, 혹은 그들에 적당한 계면 활성제 등을 가한 것을 들 수 있다. 현상 후, 수세, 건조하여 임의의 1색의 착색층이 얻어진다.
이상의 일련의 공정을, 감광성 착색 조성물 및 패턴을 바꾸어, 필요한 수만큼 반복함으로써, 필요한 수의 색의 착색층이 조합된 화소를 얻을 수 있다.
<실시예>
이하에, 실시예에 따라 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 성분의 함유량은, 모두 중량부이다.
[착색 조성물의 조제]
하기의 요령으로 적, 청, 녹의 착색 조성물을 조제하였다.
적색 착색 조성물 :
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1㎜의 글래스 비즈를 이용하여, 샌드 밀로 5시간 분산한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 안료의 분산체를 제작하였다.
적색 안료 : C.I. Pigment Red 254
(치바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가포 레드 B-CF」) 18부
적색 안료 : C.I. Pigment Red 177
(치바 스폐셜티 케미컬즈사제 「크로모프탈 레드 A2B」) 2부
분산제(아지노모또 파인 테크노사제 「아지스파 PB821」) 2부
아크릴 와니스(고형분 20%) 108부
그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 착색 조성물을 얻었다.
상기 분산체 130부
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 13부
(신나카무라화학(주)사제 「NK에스테르ATMPT」)
광 개시제(치바가이기사제 「이르가 큐어907」) 3부
증감제(호도가야 화학 공업(주)사제 「EAB-F」) 1부
시클로헥사논 253부
계면 활성제(빅 케미사제 「BYK-341」) 0.02부
청색 착색 조성물 :
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1mm의 글래스 비즈를 이용하여, 샌드 밀로 5시간 분산한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 청색 안료의 분산체를 제작하였다.
청색 안료 : C.I. Pigment Blue 15
(도요 잉크 제조(주)사제 「리오놀 블루 ES」) 50부
자색 안료 : C.I. Pigment Violet 23
(BASF사제 「파리오겐 바이올렛5890」) 2부
분산제(제네카사제 「솔스바즈20000」) 6부
아크릴 와니스(고형분 20%) 200부
그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 청색 착색 조성물을 얻었다.
상기 분산체 268부
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 19부
(신나카무라화학(주)사제 「NK에스테르ATMPT」)
광 개시제(치바가이기사제 「이르가 큐어907」) 4부
증감제(호도가야 화학 공업(주)사제 「EAB-F」) 2부
시클로헥사논 214부
계면 활성제(빅 케미사제 「BYK-341」) 0.035부
녹색 착색 조성물1 :
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1㎜의 글래스 비즈를 이용하여, 샌드 밀로 5시간 분산한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 녹색 안료의 분산체를 제작하였다.
녹색 안료 : C.I. Pigment Green 36
(도요잉크제조(주)사제 「리오놀 그린 6YK」) 세정 처리 없음 16부
황색 안료 : C.I. Pigment Yellow 150
(바이엘사제 「팬쳔 퍼스트 옐로우 Y-5688」) 8부
분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 2부
아크릴 와니스(고형분 20%) 102부
그 후, 상기 분산체를 128부 이용하고, 또한 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 녹색 착색 조성물을 얻었다.
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14부
(신나카무라화학(주)사제 「NK에스테르ATMPT」)
광 개시제(치바가이기사제 「이르가 큐어907」) 4부
증감제(호도가야 화학 공업(주)사제 「EAB-F」) 2부
시클로헥사논 257부
계면 활성제(빅 케미사제 「BYK-341」) 0.028부
녹색 착색 조성물2 :
녹색 안료의 분산체를 이하의 비율로 조정하여 122부 이용한 것 외에는 녹색 착색 조성물1과 마찬가지로 하여, 녹색 착색 조성물2를 조제하였다.
녹색 안료 : C.I. Pigment Green 36 12부
황색 안료 : C.I. Pigment Yellow 150 6부
분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 2부
아크릴 와니스(고형분 20%) 102부
녹색 착색 조성물3 :
녹색 안료로서 C.I. Pigment Green 36(도요 잉크 제조(주)제 「리오놀 그린 6YK」)을 100배의 중량의 순수 중에 확산시켜, 6시간 교반한 후, 여과한 것(세정 처리 있음)을 이용하여, 녹색 안료의 분산체를 이하의 비율로 조제하여 142부 이용한 것 외에는, 녹색 착색 조성물1과 마찬가지로 하여, 녹색 착색 조성물3을 조제하였다.
녹색 안료 : C.I. Pigment Green 36 24부
황색 안료 : C.I. Pigment Yellow 150 12부
분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 4부
아크릴 와니스(고형분 20%) 102부
녹색 착색 조성물4 :
녹색 안료의 분산체를 이하의 비율로 조제하여 155부 이용한 것 외에는, 녹색 착색 조성물1과 마찬가지로 하여, 녹색 착색 조성물4를 조제하였다.
녹색 안료 : C.I. Pigment Green 36 32부
황색 안료 : C.I. Pigment Yellow 150 16부
분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 5부
아크릴 와니스(고형분 20%) 102부
녹색 착색 조성물5 :
녹색 안료의 분산체를 이하의 비율로 조제하여 168부 이용한 것 외에는, 녹색 착색 조성물1과 마찬가지로 하여, 녹색 착색 조성물5를 조제하였다.
녹색 안료 : C.I. Pigment Green 36 40부
황색 안료 : C.I. Pigment Yellow 150 20부
분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 6부
아크릴 와니스(고형분 20%) 102부
[컬러 필터의 제작]
얻어진 적색 착색 조성물, 청색 착색 조성물 및 녹색 착색 조성물을 이용하여, 하기의 요령으로 컬러 필터를 작성하였다. 녹색 착색 조성물로서 녹색 착색 조성물1부터 5까지를 이용하여, 실시예1∼3 및 비교예1, 2로 하였다.
글래스 기판에, 적색 착색 조성물을 스핀 코트에 의해 막 두께 2㎛로 되도록 도포하였다. 건조한 후, 노광기로 스트라이프 형상의 패턴 노광을 하고, 알칼리 현상액으로 90초간 현상하여, 스트라이프 형상의 적색 착색층을 투명 기판 상에 형성하였다. 또한, 알칼리 현상액은 이하의 조성으로 이루어진다. 이하, 실시예 및 비교예에서는 이 알칼리 현상액을 이용하여 현상을 행한다.
탄산나트륨 1.5중량%
탄산수소나트륨 0.5중량%
음 이온계 계면 활성제 8.0중량%
(카오(주)사제 「페리렉스NBL」)
물 90중량%
다음으로, 녹색 착색 조성물도 마찬가지로 스핀 코트로 막 두께가 2㎛로 되도록 도포하고, 건조한 후, 노광기로 스트라이프 형상의 착색층을 전술한 적색 착색층과는 어긋나게 한 장소에 노광하고, 현상함으로써, 전술한 적색 착색층과 인접하여 녹색 착색층을 형성하였다.
또한, 적색, 녹색과 완전히 마찬가지로 하여, 청색 착색 조성물에 대해서도 막 두께 2㎛로 적색 착색층, 녹색 착색층과 인접하여 청색 착색층을 형성하였다. 그것으로, 투명 기판 상에 적, 녹, 청 3색의 스트라이프 형상의 착색층으로 이루어지는 화소를 갖는 컬러 필터가 얻어졌다.
컬러 필터의 제작에 이용한 녹색 착색 조성물1∼5의 조성을 하기 표 1에, 실시예1∼3, 및 비교예1, 2의 컬러 필터에 대해서, 착색층 내에서의 녹색 안료의, 고형분에 대한 농도의 비교를 하기 표 2에 나타낸다.
녹색 착색 조성물 세정 처리 녹색 안료 황색 안료 분산제 알칼리 와니스 중합성모노머 광 개시제 증감제 용제 계(부)
1 없음 16 8 2 102 14 4 2 257 405
2 없음 12 6 2 102 14 4 2 257 399
3 있음 24 12 4 102 14 4 2 257 419
4 없음 32 16 5 102 14 4 2 257 432
5 없음 40 20 6 102 14 4 2 257 445
녹색 착색 조성물 세정 처리 녹색 안료 농도(wt%)
실시예1 1 없음 24.1
실시예2 2 없음 19.9
실시예3 3 있음 29.9
비교예1 4 없음 34.3
비교예2 5 없음 37.6
실시예1은, 녹색 안료 Pigmemt Greeen 36이 고형분 중의 24.1%, 실시예2는 19.9%, 실시예3은 29.9%, 비교예1은 34.3%, 비교예2는 37.6%이다.
또한, 실시예3에 이용한 세정 처리를 행한 녹색 안료, Pigment Green 36과, 실시예1, 2 및 비교예1, 2에서 이용한 세정 처리를 행하지 않은 녹색 안료, Pigment Green 36을 각각, 순수 중에서 3시간 보일하였을 때의 용출 이온분을 안료의 중량당으로 환산한 값을 표 3에 나타낸다. 실시예3에서 세정 처리를 행한 녹색안료 Pigment Greeen 36이 정제도가 향상되어 있었다.
이온종 순수 자비 시의 용출량(대 안료 ppm)
실시예3 (세정 처리 있음) 실시예1, 2, 비교예 (세정 처리 없음)
Na+ <2.0 13
K+ <2.0 4.0
Cl- <2.0 14
Br- <2.0 5.0
착색층 내의 고형분 중의 녹색 안료의 농도에 대하여, 유전 정접을 플롯한 그래프를 도 5에 도시한다. 유전 정접의 값은, 대표값으로서 20㎐에서의 값을 이용하였다.
도 5로부터, 유전 정접의 값은 안료 농도에 크게 의존하여, 세정 처리 없음의 녹색 안료 농도가 30wt%를 초과하면 유전 정접은 0.03을 크게 상회하고, 20wt% 정도에서 유전 정접을 0.02 정도로 할 수 있는 결과로 되었다. 한편, 세정 처리를 실시한 녹색 안료에서는，30wt% 정도에서도 0.025 정도로 할 수 있다.
실시예1, 2, 3의 컬러 필터, 및 비교예1, 2의 컬러 필터를 내장하여 각각 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 작성한 결과, 실시예1, 2 및 실시예3의 컬러 필터를 내장한 액정 표시 장치에서는, 화소의 액정 배향 불량, 구동 전압의 임계값 어긋남을 발생시키지 않아, 양호한 표시 품위가 얻어졌다. 이에 대하여, 비교예1, 2의 컬러 필터를 내장한 액정 표시 장치에서는, 화소의 액정 배향 불량, 구동 전압의 임계값 어긋남에 의한 소부 현상이 발생하여, 양호한 표시 특성이 얻어지지 않았다.

Claims (11)

  1. 컬러 필터가 액정 표시 장치의 액정과 화소 사이에 전극을 개재시키지 않고 액정 표시 장치에 내장되는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터 로서,
    투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 상기 화소 상에는 보호층이 형성되어 있지 않고, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)이, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서, 0.03 이하이며,
    표면의 물과의 접촉각이 65°이하인 컬러 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 유전 정접(tanδ)이 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이하인 녹색 착색층을 포함하는 컬러 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화소는, 유전 정접(tanδ)이 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이하인 적색 착색층 및 청색 착색층을 포함하는 컬러 필터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 녹색 착색층은, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 5.0 이하의 비유전률을 갖는 컬러 필터.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 단차가 0.3㎛ 이하인 컬러 필터.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수색의 착색층의 각각은, 착색층 형성용 도포 재료에 대하여 0.001∼0.2중량%의 계면 활성제를 함유하는 컬러 필터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 녹색 착색층은, 전체 고형분의 30중량% 이하의 녹색 안료를 함유하는 컬러 필터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 녹색 착색층은, 순수(純水) 중에서의 3시간 용출 테스트에서 Na+, K+의 알칼리 금속 이온 및 Cl-, Br-의 할로겐 원소 이온의 용출량이, 모두 2ppm 이하인 녹색 안료를 함유하는 컬러 필터.
  10. 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터로서,
    투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 복수색의 착색층을 포함하는 화소를 구비하고, 적어도 1색의 착색층의 유전 정접(tanδ)과 상기 액정 표시 장치의 액정재료의 유전 정접의 차가, 주파수 10㎐∼100㎐의 범위에서 0.03 이내인 컬러 필터.
  11. 제1항 또는 제10항의 컬러 필터를 구비하는 횡전계 방식의 액정 표시 장치.
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