KR101576365B1 - 컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법 - Google Patents

컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법 Download PDF

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KR101576365B1
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Abstract

본 명세서는 컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법{COLOR FILTER, DISPLAY DEVICE HAVING THE COLOR FILTER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE COLOR FILTER}
본 명세서는 2013년 03월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2013-0032537 호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널 등의 디스플레이 장치에 사용되는 차광 패턴은 전 파장의 빛이 반사 또는 흡수되고, 컬러 패턴은 특정한 색을 나타내는 파장범위의 빛은 투과되고, 그외 파장범위의 빛은 흡수된다.
컬러 필터의 차광 패턴 및 컬러 패턴에 흡수된 빛은 대부분 열 에너지로 전환되어 발열된다.
한국공개특허 제2001-0018075호
본 명세서는 컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서는 기판; 상기 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴; 및 상기 패턴 상에 전해질층을 포함하는 컬러 필터를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 컬러 필터를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서는 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 패턴 상에 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 패턴에 흡수되는 빛 에너지는 전기 에너지로 재충전될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서에 따른 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치 중 컬러 필터의 모식도이다.
도 2는 본 명세서에 따른 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서에 따른 일 실시상태에 따른 컬러 필터 제조 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 명세서에 따른 일 실시상태에 따른 컬러 필터에서 전원부로 재충전되는 구조를 나타낸 것이다.
이하 본 명세서를 보다 상세히 설명한다.
본 명세서는 기판; 상기 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴; 및 상기 패턴 상에 전해질층을 포함하는 컬러 필터를 제공한다.
상기 기판은 투명하며, 본 발명에서 기판으로서 필요한 물성을 갖추었다면, 특별히 한정하지 않는다.
예를 들면, 상기 기판은 유리 또는 플라스틱의 재질로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 컬러 필터는 플렉서블 디스플레이 장치에 적용하기 위해, 컬러 필터의 기판이 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 표면의 평탄성을 높히기 위하여 추가 처리 또는 평탄화막을 형성할 수 있다.
염료 흡착성 무기입자의 총 표면적은 SP, 염료분자 전체가 무기 입자의 표면에 단층(single layer)으로 흡착될 경우에 차지하게 되는 면적을 SD로 표시할 경우에는, 상기 컬러 패턴에 포함되는 염료 및 염료 흡착성 무기입자는 SP에 대한 SD의 비율이 0.2 초과 5 미만일 수 있다. 즉,
Figure 112014029676784-pat00001
일 수 있다. 이때, 염료분자가 무기 입자의 표면에 흡착되었을 때, SD는 흡착된 염료분자가 염료 흡착성 무기입자와 접촉하는 면적을 의미한다.
이 경우 염료 흡착성 무기입자에 흡착되는 염료의 양이 적절하여 컬러필터로서의 색상을 구현할 수 있으며, 염료 흡착성 무기입자에 흡착되지 못하는 염료가 적어 효율이 높은 장점이 있다.
- 염료 흡착성 무기입자의 총 표면적:
Figure 112014029676784-pat00002
R: 염료 흡착성 무기입자의 반지름
n: 염료 흡착성 무기입자의 수
- 염료분자 전체가 염료 흡착성 무기입자의 표면에 단층(single layer)으로 흡착될 경우에 차지하게 되는 면적:
Figure 112014029676784-pat00003
N0: 아보가드로 수
WD: 염료의 질량
MW: 염료분자의 분자량
AD: 염료분자 1개가 염료 흡착성 무기입자 표면에 흡착할 때 차지하는 면적
상기의 표면적 비율 값은 다음과 같이 중량비의 값으로 환산할 수 있습니다.
- 염료 흡착성 무기입자의 중량:
Figure 112014029676784-pat00004
- 염료의 중량:
Figure 112014029676784-pat00005
예를 들면, 염료 흡착성 무기입자로서 입자크기는 20nm (R=10nm)이고, 밀도(ρ)는 4.23 g/cm3인 이산화 티타늄(TiO2), 염료로서 분자량(MW)이 1364.98 g/mole인 N749(루테늄계 염료)를 예시로 사용한 중량비의 값은 하기와 같으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112014029676784-pat00006
(g/cm2)
Figure 112014029676784-pat00007
(AD는 1.96nm2(≒2nm2))
이때, N749 염료의 경우, 캠드로우 소프트웨어(chemdraw software)를 이용하여 입체구조를 시뮬레이션하면, 장축의 길이가 약 14Å(14nm)이며, 따라서 AD는 1.96nm2(≒2nm2)임을 알 수 있다.
염료분자 1개가 무기 입자의 표면에 흡착되었을 때, 상기 AD는 염료 흡착성 무기입자에 흡착된 염료분자 1개가 염료 흡착성 무기입자와 접촉하는 면적을 의미한다.
Figure 112014029676784-pat00008
이에 따라, SD/SP를 WD/WP로 대체하면 하기와 같다.
Figure 112014029676784-pat00009
그러므로, 평균입경 20nm의 이산화 티타늄(TiO2) 입자에 루테늄계 염료인 N749를 흡착시키는 경우, 이산화 티타늄(TiO2) 입자에 대한 루테늄계 염료의 중량비의 범위는
Figure 112014029676784-pat00010
이다.
만약, 이산화 티타늄(TiO2) 입자의 크기가 10nm(R=5nm)이고, 염료가 N749로 동일하다면 식이
Figure 112014029676784-pat00011
가 되므로, 이산화 티타늄(TiO2) 입자에 대한 루테늄계 염료의 중량비의 범위는
Figure 112014029676784-pat00012
이다.
즉, 염료 흡착성 무기입자와 염료의 중량비는 염료 흡착성 무기입자의 종류와 크기, 염료의 종류와 구조에 따라 다양해 질 수 있다.
본 명세서에서, 상기 패턴에 포함된 염료는 광감응성 염료이다.
상기 광감응성 염료는 빛 에너지를 받아 전자를 발생시킬 수 있는 염료라면 특별히 한정하지 않는다.
이때, 발생된 전자는 염료 흡착성 무기입자에 전달되어 전기를 발생시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 광감응성 염료는 루테늄계 염료, 쿠마린계 염료 및 인돌계 염료 중 적어도 하나일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 패턴에 포함된 염료 흡착성 무기입자는 상기 염료를 흡착할 수 있고, 반도체의 전도띠 에너지(energy band)가 염료의 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital; LUMO)보다 낮다면 특별히 특별히 한정하지 않는다.
상기 염료 흡착성 무기 입자의 크기는 2 nm 이상 50 nm 이하일 수 있으며, 이 경우 염료 흡착성 무기입자의 분산과 염료 흡착성 무기입자 사이로 염료가 침투 및 흡착되기에 용이하고, 염료의 흡착 효율이 좋은 장점이 있다.
본 명세서에서, 상기 염료 흡착성 무기입자는 다공성 산화물 반도체 입자일 수 있다.
상기 다공성 산화물 반도체 입자는 이산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 및 산화니오븀(Nb2O5)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 패턴은 차광 패턴 및 1 이상의 컬러 패턴 중 적어도 하나일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 컬러 필터는 차광 패턴 및 1 이상의 컬러 패턴을 포함하며, 상기 컬러 패턴 중 어느 하나 이상은 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함할 수 있다.
상기 컬러 패턴은 이를 투과한 빛이 색을 나타낸다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 적색 패턴, 녹색 패턴 및 청색 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 패턴은 2층 이상일 수 있으며, 예를 들면, 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 제1 패턴; 및 상기 제1 패턴 상에 염료를 포함하는 제2 패턴을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 패턴은 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 하부 패턴; 및 상기 하부 패턴 상에 염료를 포함하는 상부 패턴을 포함할 수 있다.
상기 전해질층은 액체형 전해질 또는 고분자 전해질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전해질층은 고분자 전해질을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 고분자 전해질은 폴리아크릴로니트릴계, 폴리비닐이덴계, 피리딘계 또는 폴리에틸렌옥사이드계 등일 수 있다.
본 명세서의 컬러 필터는 상기 전해질층 상에 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 보호막은 경화성 조성물을 도포하여 경화시킨 박막 또는 플라스틱 필름일 수 있다.
상기 보호막은 차광 패턴, 컬러 패턴 및 절연층의 절연보호, 추가 공정의 열로부터 보호 또는 추가 공정 시 접촉될 수 있는 화학물질로부터 보호 등의 기능을 수행할 수 있다면, 특별히 박막 또는 플라스틱 필름의 재료를 한정하지 않으며, 당 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 것들을 포함할 수 있다.
본 명세서의 컬러 필터는 상기 기판과 상기 차광 패턴 및 컬러 패턴 사이에 구비된 제1 전극; 및 상기 전해질층과 보호막 사이에 구비된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 독립적으로 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 형성할 수 있다.
본 발명의 제1 전극 또는 제2 전극은 투명한 전극으로, 서로 대응하여 양극 또는 음극일 수 있다.
구체적으로, 제1 전극이 양극이라면 제2 전극은 음극이고, 제1 전극이 음극이라면 제2 전극은 양극일 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 전극 또는 제2 전극을 형성하는 재료로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO) 또는 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸화합물의), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 전극 및 제2 전극은 도 4에 도시된 바와 같이 외부전압에 인가되어 발생된 전기 에너지가 충전될 수 있는 전원부와 연결될 수 있다.
본 명세서의 컬러 필터는 상기 전해질층과 제2 전극 사이에 구비된 금속층을 더 포함할 수 있다.
상기 금속층은 전해질 층의 전자 전달을 촉진할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속층은 백금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터는 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서는 상기 컬러 필터를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 디스플레이 장치는 컬러 필터에 입사되는 빛 에너지 중 컬러 필터에 흡수되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 재충전할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 차광 패턴 또는 컬러 패턴 중 광감응성 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴은 요구되는 색에 해당하는 특정 파장의 빛을 투과시키고, 그 외, 상기 패턴에 흡수되는 빛은 광감응성 염료에 의해서 전자가 발생된다. 이와 같이, 발생된 전자는 염료 흡착성 무기입자로 이동된 후 외부로 전달된다. 이때, 광감응성 염료에서 전자가 외부로 빠져나갔기 때문에 전해질 내부의 이온로부터 광감응성 염료로 전자가 공급되고, 상대전극으로 돌아온 전자는 전해질 내부의 이온에 전달된다. 이와 같은 에너지 전달 과정이 연속적으로 진행되면서 전기를 생산하여 전원부에 다시 충전할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 터치패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin FIlm Transistor- Liquid Crystal Display, LCD-TFT) 및 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치는 액정 표시 장치 또는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 표시 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴을 포함하는 컬러 필터를 사용함으로써, 흡수되는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하여 충전할 수 있다.
본 발명은 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 패턴 상에 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전해질층은 고분자 전해질을 포함하는 전해질층용 수지 조성물을 차광 패턴 또는 컬러 패턴 상에 도포하여 제조할 수 있다.
상기 전해질층용 수지 조성물은 스핀 코팅, 잉크젯 코팅 또는 롤 프린팅 등의 방법으로 도포될 수 있다.
상기 패턴은 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 잉크젯 방법, 스크린 프린팅 또는 롤프린팅 방법으로 형성될 수 있다.
상기 패턴은 2층 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법에서, 상기 패턴을 형성하는 단계는 기판 상에 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 제1 수지 조성물로 제1 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1 패턴 상에 염료를 포함하는 제2 수지 조성물로 제2 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법에서, 상기 패턴을 형성하는 단계는 기판 상에 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 제1 수지 조성물로 하부 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 하부 패턴 상에 염료를 포함하는 제2 수지 조성물로 상부 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법은 기판 상에 차광 패턴을 형성하는 단계;
상기 차광 패턴 상에 형성되는 컬러 패턴 중 어느 하나 이상은 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 제1 수지 조성물로 하부 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 하부 패턴 상에 잉크젯 방법 또는 롤프린팅 방법으로 염료를 포함하는 제2 수지 조성물로 상부 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부 패턴 및 상부 패턴은 각각 독립적으로 상기 제1 수지 조성물 및 제2 수지 조성물을 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 및 롤 프린팅 중 어느 하나의 방법을 사용하여 형성된 것이다.
본 명세서에서, 상기 하부 패턴은 잉크젯 프린팅의 방법으로 형성될 수 있다. 이 경우 차광 패턴이 형성된 기판의 서브-픽셀 안에 염료 흡착성 무기입자의 패턴을 형성하기에 용이하다.
본 명세서에서, 상기 상부 패턴은 잉크젯 프린팅의 방법으로 형성될 수 있다. 이 경우 제2 수지 조성물의 염료 분자가 염료 흡착성 무기입자의 표면에 효율적으로 흡착될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법은 상기 전해질층 상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호막은 경화성 조성물을 도포하여 경화시킨 박막 또는 플라스틱 필름일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법은 상기 전해질층 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 기판과 상기 패턴 사이에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층과 보호막 사이에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터의 제조방법은 상기 전해질층 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 기판과 상기 패턴 사이에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 전해질층과 보호막 사이에 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층과 제2 전극 사이에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 순서로 본 발명의 일 실시상태에 따른 컬러 필터를 제조할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 전극, 제2 전극 및 금속층은 화학 기상 증착법, 물리 증착법 및 플라즈마 이온화 증착법 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 염료, 염료 흡착성 무기입자, 전해질층, 보호막, 제1 전극, 제2 전극, 금속층에 대한 내용은 본 발명에서 컬러 필터의 내용과 동일하다.

Claims (20)

  1. 기판; 상기 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴; 및 상기 패턴 상에 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 폴리비닐이덴계 고분자, 피리딘계 고분자 또는 폴리에틸렌옥사이드계 고분자를 포함하는 고분자 전해질층을 포함하는 컬러 필터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 염료는 광감응성 염료인 컬러 필터.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 염료 흡착성 무기입자는 다공성 산화물 반도체 입자인 것인 컬러 필터.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 다공성 산화물 반도체 입자는 이산화 티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 및 산화니오븀(Nb2O5) 중 적어도 하나를 포함하는 컬러 필터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 염료 흡착성 무기입자의 크기는 2 nm 이상 50 nm 이하인 컬러 필터.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴은 차광 패턴 및 1 이상의 컬러 패턴 중 적어도 하나인 것인 컬러 필터.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴은 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 하부 패턴; 및 상기 하부 패턴 상에 염료를 포함하는 상부 패턴을 포함하는 것인 컬러 필터.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질층 상에 보호막을 더 포함하는 것인 컬러 필터.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 보호막은 수지 조성물을 도포하여 경화시킨 박막 또는 플라스틱 필름인 것인 컬러 필터.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 기판과 상기 패턴 사이에 구비된 제1 전극; 및 상기 전해질층과 보호막 사이에 구비된 제2 전극을 더 포함하는 컬러 필터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전해질층과 제2 전극 사이에 구비된 금속층을 더 포함하는 컬러 필터.
  13. 청구항 1 내지 5 및 7 내지 12 중 어느 한 항의 컬러 필터를 포함하는 디스플레이 장치.
  14. 기판 상에 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴 상에 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 폴리비닐이덴계 고분자, 피리딘계 고분자 또는 폴리에틸렌옥사이드계 고분자를 포함하는 고분자 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 5 및 7 내지 12 중 어느 한 항의 컬러 필터의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 패턴은 염료 및 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 잉크젯 방법, 스크린 프린팅 또는 롤프린팅 방법으로 형성되는 것인 컬러 필터의 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 패턴을 형성하는 단계는 기판 상에 염료 흡착성 무기입자를 포함하는 제1 수지 조성물로 하부 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 패턴 상에 염료를 포함하는 제2 수지 조성물로 상부 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터의 제조 방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 패턴을 형성하기 전에 기판 상에 차광 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터의 제조 방법.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 전해질층 상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터의 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 기판과 상기 패턴 사이에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전해질층과 보호막 사이에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 전해질층과 제2 전극 사이에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터의 제조 방법.
KR1020140036171A 2013-03-27 2014-03-27 컬러 필터, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 컬러 필터의 제조 방법 KR101576365B1 (ko)

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