KR20120106998A

KR20120106998A - 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 그 제조 방법 및 반투과형 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20120106998A
Application number: KR1020127019816A
Authority: KR
Inventors: 히데사또 하기와라; 미에 시미즈; 겐조 후꾸요시; 다까오 다구찌
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-09-27
Also published as: JP2011154327A; CN102725662A; EP2530497A1; EP2530497A4; TW201133079A; TWI470316B; CN102725662B; US20120287380A1; JP5077367B2; KR101385911B1; WO2011093337A1

Abstract

투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에 있어서, 상기 착색 화소의 각각에는 오목부가 형성되며, 상기 제1 위상차층은 상기 오목부 내에 형성됨과 함께, 직선 편광으로 변환된 입사광을 상기 제1 위상차층의 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이다.

Description

반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 그 제조 방법 및 반투과형 액정 표시 장치{COLOUR FILTER SUBSTRATE FOR SEMITRANSPARENT-TYPE LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND SEMITRANSPARENT-TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 그 제조 방법 및 액정 표시 장치에 관한 것이며, 특히 액정 표시 장치의 이면의 백라이트와 외광을 병용하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 그 제조 방법 및 그것을 구비하는 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다. 또한, 특히, 본 발명은 FFS나 IPS 등의 액정 구동 방식의 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터 기판에 관한 것이다.

최근, 액정 디스플레이 등의 박형 표시 장치의 한층 더한 고화질화, 저가격화 및 전력 절약화가 요구되고 있다. 액정 표시 장치용 컬러 필터에 있어서는 충분한 색 순도나 높은 콘트라스트, 평탄성 및 낮은 유전율 등 액정 구동에 지장을 주기 어려운 전기적 특성이 요구되고 있다.

고화질 액정 디스플레이에 있어서, IPS(In-Plane Switching), VA(Vertically Alignment), HAN(Hybrid Aligned Nematic), FFS(Fringe Field Switching), OCB(Optically Compensated Bend) 등의 액정 구동 방식 혹은 액정의 배향 방식이 제안되며, 그에 의해 광시야각ㆍ고속 응답의 디스플레이가 실용화되어 있다.

액정을 유리 등 기판면에 평행하게 배향시킨 IPS 방식이나, 고속 응답에 대응하기 쉬운 VA 방식, 또한 광시야각에 유효한 FFS 방식 등의 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터에 대하여 평탄성(막 두께의 균일성이나 컬러 필터 표면의 요철의 저감)과 유전율 등 전기적 특성에 대하여 더욱 높은 레벨이 요구되고 있다. 이러한 고화질 액정 디스플레이에서는 경사 방향의 시인에서의 착색의 저감을 위하여, 액정 셀 두께(액정층의 두께)를 얇게 하는 기술이 주요한 과제가 되고 있다. 또한, VA 방식 등의 두께 방향으로 구동 전압을 인가하는 세로 전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 한층 빠른 액정 구동을 위하여 마찬가지로 액정 셀 두께(액정층의 두께)를 얇게 하는 기술이 주요한 과제가 되고 있다.

액정 표시 장치의 경사 방향의 시인에서의 착색의 저감에 대해서는, 컬러 필터의 평탄화와 함께, 액정 셀 두께의 균일화를 위하여 복수의 착색층을 겹쳐 스페이서로서 이용하는 기술이 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 이와 같이 포토리소그래피의 방법에 의해 복수의 착색층 등을 적층함으로써 스페이서를 형성하는 것은 균일한 액정 셀 갭 확보의 관점에서는 우수하다. 그러나, 특허문헌 1에는 FFS 방식이나 IPS 방식에 적절한 컬러 필터 특성이나 구성은 개시되어 있지 않고, 광산란층에 관한 기술의 기재도 없다.

FFS 방식이나 IPS 방식 등의 일반적인 액정 셀은, 컬러 필터 기판의 컬러 필터측과 어레이 기판의 어레이측을 마주 보도록 배치하여 접합함으로써 구성된다. 통상, 컬러 필터에 액정 셀의 액정 두께를 확보하기 위하여 기판간에 스페이서를 배치하여 양쪽 기판간에 협지되는 액정층의 두께를 제어한다. 또한, 투과형 액정 표시 장치에 있어서는, 액정 셀로서의 어레이 기판측의 이면에 상기한 백라이트와 함께 광을 확산시키는 확산판을 설치하는 구성이 많다.

통상, FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 표시 장치의 기본적 구성은, 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 복수의 화소 전극(예를 들어, TFT 소자와 전기적으로 접속되고, 빗살 모양 패턴 형상으로 형성된 투명 전극) 및 공통 전극을 구비한 어레이 기판 사이에 액정을 협지하는 구성이다. 이 구성에서는 공통 전극이 어레이 기판측에 형성되기 때문에, 컬러 필터 기판의 컬러 필터 표면에 공통 전극(통상, ITO라고 불리는 도전성 금속 산화물의 박막이며, 투명 전극이라고도 호칭됨)을 형성할 필요가 없다.

FFS 방식에 의한 액정 구동은, 어레이 기판 표면과 평행 방향(수평)으로 배향된 액정을, 상기와 같은 빗살 모양 화소 전극과, 이 화소 전극 하부에 0.3㎛ 내지 0.5㎛ 정도의 절연층을 개재하여 배치되어 있는 공통 전극간에 발생하는 아치 형상의 전계(전기력선)로 구동하는 방식이다. 이들 FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 표시 장치의 배면이나 측면에 형광등이나 LED에 의한 백라이트를 배치하는 일이 많다. 최근, 이 FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 표시 장치의 구성에 있어서, 공통 전극의 전부 혹은 일부를 알루미늄 합금이나 은 합금의 광반사성의 금속 박막으로 형성함으로써, 반사형이나 반투과형으로서 사용하는 액정 표시 장치의 검토가 진행되고 있다.

반투과형 액정 표시 장치(Transreflective LCD)는, 하나의 화소를 백라이트의 이면으로부터의 광을 투과광으로서 사용하는 투과부와, 외광이나 프론트 라이트로부터의 광을 반사하여 사용하는 반사부로 분할하여 사용하는 액정 표시 장치이다. 혹은, 밝은 실외에서는 백라이트를 끄고 태양광 등의 밝은 외광으로 그 표시를 시인할 수 있는 액정 표시 장치이다.

반사형이나 반투과형 액정 표시 장치용으로 광산란막을 형성하는 기술은, 예를 들어 특허문헌 2, 3에 개시되어 있다. 이들 기술에는 FFS 방식이나 IPS 방식에 적절한 컬러 필터 특성이 개시되어 있지 않고, 또한 관찰자측 전극 기판 등에 배치되는 컬러 필터 상에 투명 전극이 적층된 구성을 전제로 하고 있다.

적색, 녹색, 청색의 색마다 상이한 위상차를 갖는 위상차 소자의 기술이나, 컬러 필터 상에 적층된 연속막의 위상차층의 기술 등은 공지이다(예를 들어 특허문헌 4, 5 참조). 그러나, 이들 어느 특허 공보에도 FFS 방식이나 IPS 방식에 적절한 컬러 필터 특성은 개시되어 있지 않고, 광산란층에 관한 기술의 기재도 없다.

액정 표시 장치의 반사부에 위상차 조정의 목적으로 1/4 파장의 위상차층을 배치하는 기술(예를 들어, 특허문헌 6, 7 참조)은 공지이다. 특허문헌 7에서 개시되는 기술은 반사부와 투과부에서 상이한 위상차를 갖는 컬러 필터를 제안하고 있다. 이들 어느 특허문헌에도 FFS 방식이나 IPS 방식에 적절한 컬러 필터 특성은 개시되어 있지 않고, 광산란층에 관한 기술의 기재도 없다.

또한, 차광성의 격벽부를 설치하고, 액적 토출법에 의해 컬러 필터, 배향막, 위상차막, 액정층 두께 조정층을 형성하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 8 참조).

일본 특허 공개 평9-49914호 공보 일본 특허 제3886740호 공보 일본 특허 공개 제2001-272674호 공보 일본 특허 공개 제2004-191832호 공보 일본 특허 공개 제2005-24919호 공보 일본 특허 공개 제2008-165250호 공보 일본 특허 제3788421호 공보 일본 특허 공개 제2009-128860호 공보

광산란층을 사용하는 기술(특허문헌 2, 3)에서는 차광층이나 블랙 매트릭스 등의 컬러 필터의 부재가, 그 전기적 특성이나 평탄성의 관점에서 FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치용에 대응하지 않고, FFS 방식이나 IPS 방식 등에 특유한 화소 전극과 공통 전극간에 걸리는 구동 전압에 의한, 액정을 통한 원활한 전계 형성에 지장이 있어 고화질 표시에 문제가 있었다.

이들 기술에는 반투과형 액정 표시 장치에 필요한 위상차 조정, 예를 들어 1/4 파장층(통상, 직선 편광을 원편광으로 하는 기능을 갖는 위상차층, 혹은 원편광을 직선 편광으로 복귀시키는 기능을 갖는 위상차층. 이하, 액정 표시 장치에 있어서 직선 편광으로 한 외부로부터의 입사광을 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시키는 기능을 갖는 위상차층을 간단히 위상차층 혹은 1/4 파장층이라고 칭함)을 고려하고 있지 않다. 또한, 특허문헌 7에 개시되어 있는 기술은, 한쪽의 기판에 반사층과 위상차층을 이 순서대로 배치하는 구성이기 때문에, 반사층을 광반사성의 전극으로서 활용할 수 없다.

반투과형 액정 표시 장치에 있어서 위상차층의 형성을 개시하는 특허문헌 6, 7의 기술은, 태양광 등의 강도가 높고, 평행광 하에서 액정 표시 장치를 사용하는 것을 상정하고 있지 않아, 밝은 환경 및 어두운 환경 모두에 사용할 수 있는 액정 표시 장치로 하는 것은 아니었다. 또한, 상기한 바와 같은 FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치용에 대응하지 않고, 이들 액정 표시 장치에 필요한 컬러 필터 특성의 기재가 없다.

특허문헌 8의 기술에서 제안하고 있는 컬러 필터 기판은, 도전성이 있는 대향 전극을 컬러 필터 상에, 또한 도전성이 있는 금속 크롬을 블랙 매트릭스로서 하고 있기 때문에, FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치에 적용하는 것이 곤란하다.

1/4 파장층을 광경화에 의해, 또는 광경화와 열경화의 병용에 의해 형성하는 경우, 1/4 파장층의 형성에 사용하는 중합성 액정 화합물의 미반응 단량체가 1/4 파장층의 표면 부위에 잔류하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 미반응 단량체는 액정 표시 장치에 사용하는 액정을 오염시켜 표시 특성을 열화시키는 원인이 되거나, 또한 1/4 파장층 자체의 위상차에 경시 변화를 발생시키는 원인이 되는 경우가 있었다. 중합성 액정 화합물의 대부분은 산소 저해가 있고, 노광 후의 경막 후에도 상기와 같은 미반응부가 남기 쉬워 광학 기능의 열화로 연결되었다.

또한, 1/4 파장층을 반사부에 단면 직사각 형상의 독립된 패턴으로서 형성할 때에, 열 처리에 의한 경막 시에 유동화하여 형상 붕괴가 발생하는 경우가 있었다. 나아가, 1/4 파장층을 착색 화소마다 패턴 형성하지 않고, 솔리드막으로 사용하는 경우에는, 1/4 파장의 위상차가 불필요한 부분(투과부)에 위상차가 잔류하여 표시 품질에의 악영향을 피할 수 없었다.

특허문헌 1의 단락 0023에는 카본 블랙이 차광성의 관점에서 우수하고, 특히 바람직하다고 되어 있지만, 카본 블랙은 유전율이 높은 색재이며, FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치에는 적당하지 않다. 카본을 주된 색재(안료 총량(중량비)에 대하여 100% 내지 90%)로서 사용하는 경우, 그 차광층이나 블랙 매트릭스의 비유전율은 대략 7 내지 15가 되어, FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 구동에는 적합하지 않은 컬러 필터 구성 부재가 된다.

TFT 등 능동 소자로 구동하는 액정 재료의 비유전율은, 비유전율이 큰 분자 방향에서 7 내지 40 정도이다. FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 표시 장치용의 컬러 필터의 구성 부재로서, 그 비유전율은 5 이하, 바람직하게는 4.5 이하가 필요하다. FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치에서는, 빗살 모양의 화소 전극과 공통 전극간에 형성되는 아치 형상의 전기력선이, 카본 등의 고유전율 색재를 함유하는 종래의 차광층이나 블랙 매트릭스에 의해 변형되어 액정층의 균일한 응답에 지장이 발생하였다. 또한, 차광성 재료를 사용하는 블랙 매트릭스를 배치하는 이들 기술(특허문헌 2를 포함함)은, 블랙 매트릭스와 착색 화소의 막 두께를 평탄성의 관점에서 고려하지 않아, 고화질을 구하는 액정 표시 장치에 적용하기 어렵다.

나아가, 이들 종래 기술에는 사람의 눈의 시감도를 감안하여 녹색 화소와 차광층(차광성의 프레임부)의 평탄성을 개선하고, 제조 공정을 증가시키지 않고 반투과형의 액정 표시 장치로 하는 기술은 개시되어 있지 않았다.

특허문헌 8은 미리 차광성의 격벽부를 기판 상에 설치하고, 이 격벽부의 사이에 액적 토출법으로 컬러 필터나 위상차층을 형성하는 기술을 개시하고 있다. 이 기술에는 몇가지 문제가 있었다. 노즐로부터 토출된 액적을 유지하는 높이가 있는 격벽부는 이 기술의 중요한 구성 부분이지만, 차광성이고, 또한 감광성의 재료(예를 들어 특허문헌 8의 단락 0048 및 0060에 방법 등의 기재가 있음. 그러나, 격벽부의 높이나 막 두께의 기재는 없음)에서는 액정 표시 장치에 적합한 세선이나 양호한 단면 형상에서의 수율 높은 제조가 곤란하다. 인쇄법에 의한 형성으로 하여도 감광성 차광성 재료와 마찬가지로, 예를 들어 10㎛의 화상 선폭이고 4㎛의 높이의 격벽부를 단면 직사각 형상의 양호한 형상으로 형성하는 것은 곤란하여, 고화질이나 모바일용의 액정 표시 장치에는 적용이 어렵다. 당 기술의 차광성의 격벽부의 구체적 재료의 기재가 없고, FFS 방식에 필요한 컬러 필터 재료의 전기적 특성에 관한 기술도 개시되어 있지 않다. 반사 공통 전극만으로는 광의 반사가 경면 형상으로 되어, 반사 표시에서의 광시야를 확보할 수 없다. 광산란막을 사용한 페이퍼 화이트 표시에 관한 기술은 개시되어 있지 않다.

특허문헌 8의 기술에 개시되는 구성 부재에서는, 반사 표시 영역을 포함시킨 표시 영역의 액정층 두께를 균일하게 유지하는 스페이서의 형성이 곤란하고, 기판의 휨이나 온도, 압력 변화에 의한 액정층 두께의 변화로부터 오는 표시 불균일이 고려되어 있지 않다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어지며, FFS 방식이나 IPS 방식 등의 액정 표시 장치용에 적합한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 그 제조 방법 및 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에 있어서, 상기 착색 화소의 각각에는 오목부가 형성되며, 상기 제1 위상차층은 상기 오목부 내에 형성됨과 함께, 직선 편광으로 변환된 입사광을 상기 제1 위상차층의 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 상술한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 복수의 착색 화소의 각각에 오목부를 형성하는 공정 및 상기 오목부에 잉크젯 방식에 의해 위상차층을 배향시키는 배향막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, FFS 방식이나 IPS 방식에 최적의 컬러 필터 기판이 제공되며, 특히 투과부 표시와 반사부 표시가 모두 우수한 반투과형 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 위상차층을, 또한 위상차층과 함께 셀 갭 조정층 혹은 광을 확산시키는 기능을 부여한 광산란층을 착색 화소에 배치함으로써, 반투과형의 액정 표시 장치에 최적의 컬러 필터 기판을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 셀 갭 조정층 혹은 광산란층을 위상차층 형성 후 위에 적층한 경우에는, 셀 갭 조정층 혹은 광산란층이 위상차층의 보호 효과와, 이유는 후술하겠지만 위상차층의 경화 촉진에 의해 안정된 위상차 특성을 갖는 위상차층을 얻을 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면, 위상차층의 배향 처리를 위한 배향막을 미리 착색층의 오목부에 적은 공정으로 또한 선택적으로 형성할 수 있기 때문에, 액정 표시 장치로서 고화질을 얻을 수 있는 컬러 필터 기판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따르면, 셀 갭 조정층 혹은 위상차층을 프레임 형상의 차광층 상에 적층함으로써, 프레임부의 단차를 없앨 수 있고, 또한 그 적층의 두께를 녹색 화소와 대략 동일하게 함으로써 액정 배향의 흐트러짐에 의한 광누설을 해소하는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

녹색은 사람의 눈의 시감도가 높은 중요한 색임과 함께, 그 분광 특성으로 인해 광이 누설되기 쉽다. 프레임부 등 액정 두께는 녹색 화소 기준으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 평탄성이 우수한 컬러 필터 기판이 적은 공정으로 고정밀도로 형성 가능하고, 또한 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 비유전율 등의 전기적 특성을 고려한 고화질 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치가 제공된다. 나아가, 복수의 유기 안료를 주된 색재로 하는 차광층과, 녹색 화소에 전기적 및 광학적 특성이 우수한 할로겐화 아연 프탈로시아닌을 주된 색재로서 사용함으로써, 고화질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따르면, 청색 화소와 녹색 화소와 적색 화소의 위상차, 혹은 이들 착색 화소에 위상차층의 위상차를 가산한 위상차를 적색 화소≥녹색 화소≥청색 화소의 관계로 함으로써, 위상차층만으로는 충분하지 않은 파장 분산을 완전히 보충할 수 있다. 적어도 컬러 표시를 전제로 하여, 위상차가 적색 화소<녹색 화소<청색 화소의 바람직하지 않은 관계가 되는 것을 해소하여, 흑색 표시에서의 광누설이나 표시에서의 착색을 경감할 수 있다.

특히, IPS 방식에서는 청색 화소, 나아가 청색 화소의 반사부의 위상차를, 다른 착색 화소의 투과 피크의 파장 관계(파장의 대소 관계)를 유지하면서 다른 착색 화소의 위상차보다 작게 함으로써, 흑색 표시에 있어서 청색의 광의 누설을 감소시킬 수 있다. 또한, 착색 화소의 막 두께를 적색 화소≤녹색 화소≤청색 화소의 관계로 하는 것은, 바꾸어 말하면 각 색 화소 상의 액정층의 막 두께를 적색 표시부≥녹색 표시부≥청색 표시부로 하는 효과를 부여할 수 있어, 가시 영역 전체에서의 액정 표시 장치의 화질 개선으로 연결시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판의 다른 부분을 도시하는 단면도.
도 4는 도 3의 파선의 원으로 둘러싼 부분을 확대하여 도시하는 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 평면도.
도 6은 받침대 막 두께와 받침대 상의 착색층의 적층부의 막 두께의 관계를 나타내는 특성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 평면도.
도 8은 블랙 매트릭스의 막 두께와 블랙 매트릭스 상에서 중첩하는 착색 화소 단부의 돌기 높이의 관계를 나타내는 특성도.
도 9는 두꺼운 막 두께의 착색 화소의 패턴 에지 형상 및 경사 각도를 나타내는 단면도.
도 10은 얇은 막 두께의 착색 화소의 패턴 에지 형상 및 경사 각도를 나타내는 단면도.
도 11은 실시예 3에 의해 얻은 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 부분 단면도.
도 13은 본 발명의 액정 표시 장치를 도시하는 부분 단면도이며, 또한 액정의 FFS 구동을 도시하는 모식도.
도 14는 종래의 컬러 필터 기판의 모식 단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판은, 투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성하여 이루어지며, 반투과형 액정 표시 장치에 적용된다. 반투과형 액정 표시 장치는, 외광이나 프론트 라이트 등의 관찰자측으로부터 입사하는 광을 받아 반사하는 반사부와, 액정 표시 장치의 이면에 배치된 백라이트로부터의 광을 투과하는 투과부로 나누어지고, 착색 화소도 그것에 대응하여 화소마다 반사부와 투과부로 나누어진다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 차광층과 프레임부는 동일한 의미이며, 유효 표시 영역의 외주의 프레임 형상의 차광 패턴을 의미한다.

본 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판에 있어서, 착색 화소의 각각의 반사부에는 오목부가 형성되고, 이 오목부 내에 위상차층이 형성된다. 이 위상차층은 상술한 반사부와 투과부의 광로차를 보충하는 기능을 갖는다. 바꾸어 말하면, 액정 표시 소자의 외장형의 편광판을 투과한 입사광(외광)인 직선 편광을 원편광으로 하고, 액정 표시 소자의 내측에 배치되는 광반사성의 전극(혹은 반사판)에서 반사하여 재귀되는 광을 거의 직선 편광으로 복귀시켜 출사광으로 하는 기능을 갖는다.

구체적으로는, 위상차층은 광반사성의 반사 전극을 사용하는 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 편광을 1/4 파장 혹은 1/2 파장 위상 변화시켜, 액정층의 두께 방향의 1회의 왕복(반사)으로 90도 방향이 상이한 직선 편광으로 하는 기능을 갖는다.

또한, 편광판의 흡수축과 위상차층의 지상축의 조정을 행한 후에, 1/2 파장의 위상차층을 사용하여 90도 혹은 270도 편광 회전시켜도 된다. 예를 들어, 액정 분자를 기판면에 대하여 평행 배향시키고, 또한 기판면 방향으로 회전시키는 IPS 방식 액정 표시 장치에서는, 편광판의 흡수축과 위상차층의 지상축을 22.5도 혹은 67.5도 어긋나게 하고, 1/2 파장의 위상차층을 사용함으로써 직선 편광으로 변환된 입사광을 실효적으로 90도 편광 회전시킬 수 있다. 상기와 같은 구성으로 위상차층을 반투과형 액정 표시 장치의 반사부에 적용함으로써, 반사부와 투과부의 광로차 조정이나 위상의 보상을 행할 수 있다.

VA 방식이나 TN 방식의 액정 표시 방식에서의 액정 배향을 전제로 하면, 1/4 파장의 위상차층의 지상축과 편광판의 흡수축이 이루는 각을 약 45도로 할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판에 있어서, 스페이서는 유효 표시 영역 내의 투과부의 액정층의 두께를 균일화하기 위하여 형성되는, 단면이 사다리꼴 혹은 기둥 형상의 구조물이며, 액정층의 두께와 거의 동일한 높이를 갖는다. 이 스페이서 외에, 높이가 낮은 서브 스페이서를 유효 표시 영역 내 및 차광층 상에 형성하는 것도 가능하다. 이들 스페이서는, 예를 들어 알칼리 가용의 감광성 아크릴 수지를 사용하여 컬러 필터 상에 형성하여도 되지만, 착색층의 단층 내지 3층의 적층체에 의해 형성함으로써, 착색 화소를 형성할 때에 동시에 형성할 수 있으므로 제조 프로세스를 간략화할 수 있다.

또한, 통상, 액정의 패널화는, 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 능동 소자가 형성된 어레이 기판을, 액정층을 협지하도록 마주 보게 하여 접합함으로써 행해진다. 스페이서 높이는 이때의 마진을 포함하는 것이어야 한다. 또한, 스페이서 높이는 스페이서의 톱부터 인접하는 화소 중심, 착색 화소의 표면까지의 높이로 한다.

이하, 단면의 두께의 관점에서, 착색 화소 중 투과부를 형성하는 부분을 간단히 착색층으로, 반사부가 얇은 막 두께의 부분은 오목부 착색층으로, 또한 스페이서로서 적층되는 착색층을 적층 착색층으로 나누어서 표현한다. 이들 착색층은 동일한 도포 공정 및 포토리소그래피 공정에 의해 제조할 수 있다.

또한, 컬러 필터의 화소를 형성하기 위한 감광성 착색 조성물에 의한 투명 기판 상의 도포된 도막, 혹은 감광성 착색 조성물에 의한 단층의 레이어를 착색층으로 하고, 당해 착색층을 사용하여 공지의 포토리소그래피 기술로 패턴 형성한 것을 착색 화소라고 칭한다.

착색 화소의 막 두께는, 투명 기판의 면부터 각각 착색 화소의 중심(여기서는 오목부 형성이 없는 착색층에서의 화소 중심을 나타냄)의 표면까지의 높이를 가리킨다. 오목부 착색층의 막 두께와 착색층(오목부 형성이 없는 부분)의 막 두께의 비를 1/2 내지 1/4의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 막 두께비 1/2의 오목부 착색층의 막 두께는, 착색층의 두께에 대하여 ±0.2㎛의 오차의 범위 내에서 1/2인 것을 말한다. 오목부의 착색층의 막 두께와 착색층(오목부 형성이 없는 부분)의 막 두께의 비를 대략 1/2로 함으로써, 투과부와 반사부의 광로차를 고려한 본래의 컬러 표시를 얻을 수 있다.

반사부는 옥외 등의 밝은 환경 하에서 관찰하기 위한 것이며, 밝기가 중요하다. 투과부와 반사부의 색도 영역이 일치하고 있는 것은 바람직하지만, 밝기를 최대한 중시하는 경우에는 색이 들어 있다고 인식할 수 있을 정도로도 충분하다. 예를 들어, 반사 표시는 투과부 표시의 색 조합으로부터 "밝기"를 중시해야만 하는 용도(예를 들어 태양광이 있는 옥외에서의 사용)에서는, 막 두께비 1/3이나 1/4로 함으로써 명도가 높은 색으로 하는 것이 바람직하다.

스태틱 표시(정지 화상)에서의 투과부의 색도 영역을 표준적인 NTSC비 70% 정도로 하면, 반사부에 대해서는 1/4 막 두께일 때(2회 투과에서) NTSC비가 대략 35 내지 40% 정도가 된다. NTSC비가 35 내지 40%이면 색이 들어 있는 것을 용이하게 인식할 수 있지만, 이것을 크게 하회하면 색이 들어 있는 것을 인식하기 어려워진다. 따라서, 반사부의 막 두께는 NTSC비가 35 내지 40% 정도가 되는 1/4 이상인 것이 바람직하다.

동화상 계조 표시에서의 색의 시인성은 정지 화상 표시보다 저하하는 경향이 있다. 사용자(관찰자)에 따른 개인차가 있지만, 착색층의 막 두께에 대하여 1/4의 오목부 착색층의 막 두께가, 동화상 계조 표시를 행하였을 때에 컬러 표시라고 인식하기 쉬운 거의 하한의 막 두께이다. 인접하는 착색 화소의 중첩 부분(이하, 돌기라고 호칭함) 높이는, 돌기의 톱부터 화소 중심의 착색 화소 표면까지의 높이로 한다. 복수색의 착색 화소는 청색 화소, 적색 화소, 녹색 화소, 황색 화소, 백색 화소(투명한 화소) 등으로 표현한다.

본 명세서에서는 차광층을 포함시킨 복수색의 착색 화소의 구성을 컬러 필터라고 호칭하고, 컬러 필터를 유리 등의 투명 기판에 형성한 것을 컬러 필터 기판이라고 칭한다. 스페이서로서 적층하는 착색층은 각각 적색 적층부, 녹색 적층부, 청색 적층부라고 호칭한다. 본 명세서에 있어서, 대략 동일한 막 두께란 차광층이나 착색층의 형성에 있어서 그 제조 프로세스에서 제어할 수 있는, 예를 들어 설정 막 두께에 대하여, 컬러 필터의 제조 공정에 있어서 그 제조 마진인 ±0.2㎛ 이내에 들어가는 막 두께를 가리킨다.

본 명세서의 기재에서 말하는 비유전율은, 액정 구동에 사용하는 주파수 50Hz 내지 500Hz에서 실온에서의 측정을 전제로 하고 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판에서는, 상술한 투과부와 반사부에서의 액정층의 두께를 조정할 목적에서, 위상차층 상에 셀 갭 조정층이 배치된다. 이 경우, 셀 갭 조정층의 표면과 오목부가 형성되어 있지 않은 착색 화소의 표면으로부터의 높이의 차는, 액정 표시 장치를 구성하였을 때의 액정층의 두께의 대략 1/2로 할 수 있다. 또한, 액정층의 두께의 대략 1/2이란, 액정층의 두께의 10% 이내의 범위에서 변동하여도 되며, 또한 컬러 필터의 제조 공정에 있어서 그 제조 마진인 ±0.2㎛ 이내인 것이 바람직하다. 본 명세서의 이하의 기재에 있어서, 대략 동일한 막 두께란 마찬가지로 컬러 필터의 제조 공정에 있어서 그 제조 마진인 ±0.2㎛ 이내에서 증감하는 막 두께를 가리킨다.

셀 갭 조정층은 가시 영역에서 투명한 절연체이면 되지만, 광산란성을 부여한 광산란층인 것이 바람직하다. 즉, 광산란층은 출사광에 확산성을 부여하고, 관찰자의 눈에 들어가는 액정 표시 장치로부터의 광을 페이퍼 화이트 모양으로 하여 시인성 좋은 표시로 하기 위한 디퓨저의 역할을 한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판에서는 받침대 및 블랙 매트릭스가 배치된다. 이들 받침대 및 블랙 매트릭스는 차광층과 동일한 차광성의 재료에 의해 형성된다. 받침대는 컬러 필터 기판과 어레이 기판을 접합하여 구성되는 액정 표시 장치를 전제로 하였을 때에, TFT 등의 능동 소자의 위치에 거의 대응하여 배치되고, 이것을 차광할 목적에서 컬러 필터 기판측에 배치하는 것이며, 셀 갭을 균일화하는 스페이서가 그 위에 배치된다. 받침대는 평면에서 보아 능동 소자를 대략 덮는 면적이 있으면 된다. 필요에 따라 형성되는 블랙 매트릭스는, 액정 표시 장치의 콘트라스트 향상의 목적에서 표시 영역 내에 설치되는 격자 형상 혹은 스트라이프 형상의 차광 패턴을 가리킨다.

받침대 및 블랙 매트릭스의 막 두께는, 차광층의 막 두께보다 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 이것들을 얇게 형성하는 방법은, 현상 공정이나 열 처리 공정 등 프로세스에서의 조정 외에, 노광에 사용하는 하프톤 마스크, 그레이톤 마스크나 마스크의 개구 형상 등으로 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판의 일부의 단면을 도시하는 도면이며, 후술하는 도 5에 도시하는 평면도의 A-A' 단면에 상당한다. 도 1에 있어서, 투명 기판(1) 상의 표시 영역의 외주의 프레임부에 유기 안료를 주된 색재로 하는 차광층(2)이, 표시 영역에 적색 화소(3R)(도시하지 않음), 녹색 화소(3G) 및 청색 화소(3B)(도시하지 않음)로 이루어지는 3색의 착색 화소가 각각 형성되어 있다.

착색 화소(도 1에서는 3G)는 반사부와 투과부로 이루어지며, 반사부에는 오목부(10)가 형성되어 있다. 이 오목부(10) 내에는 위상차층(11)이 형성되고, 이 위상차층(11) 상에는 광산란층(셀 갭 조정층)(12)이 형성되어 있다. 또한, 프레임 형상의 차광층(2) 상에도 위상차층(11')이 배치되어 있다.

도 1에 도시하는 컬러 필터 기판에 있어서, 광산란층(12)은 단일 혹은 복수종의 비정질 미립자(13)가 굴절률이 상이한 매트릭스 수지(14) 중에 분산되어 이루어지는 층이다. 이 광산란층(12)으로서 기능하는 셀 갭 조정층은, 입사광을 산란시켜 관찰자의 눈에 페이퍼 화이트와 같은 효과를 갖게 하는 광기능막이다. 매트릭스 수지(14)는 내열성이 있고, 가시 영역 투과성이 있는 투명 수지이면 된다. 광산란층의 막 두께는 비정질 미립자 직경, 광의 파장 및 제조 공정에서 적합하게 하기 쉽다고 하는 관계로 약 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위가 바람직하다.

도 2에 도시하는 컬러 필터 기판에서는, 셀 갭 조정층으로서 도 1에 도시하는 광산란층(12) 대신에 투명 수지로 이루어지는 셀 갭 조정층(15)이 형성되어 있다. 이 셀 갭 조정층(15)은 투과부와 반사부의 광로차를 조정할 목적에서 배치한다. 그로 인해, 적어도 가시광의 높은 투과성과 액정 패널 공정에서 필요한 내열성이 있는 수지 재료를 셀 갭 조정층(15)에 사용할 수 있다. 도 2에 도시하는 컬러 필터 기판에 있어서, 프레임 형상의 차광층(2) 상에도 셀 갭 조정층(15')이 배치되고, 이 부분에서의 셀 갭 조정층(15')과 차광층(2)의 막 두께의 합계는, 녹색 화소(3G)의 막 두께와 대략 동등하게 되어 있다. 또한, 도 2는 후술하는 도 7에 도시하는 평면도의 C-C' 단면에 상당한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판의 다른 부분을 도시하는 단면도이며, 후술하는 도 5에 도시하는 평면도의 B-B' 단면에 상당한다. 도 3에 있어서, 투명 기판(1) 상의 표시 영역의 외주의 프레임부에 유기 안료를 주된 색재로 하는 차광층(2)이, 표시 영역에 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G) 및 청색 화소(3B)로 이루어지는 3색의 착색 화소가 각각 형성되어 있다. 차광층(2)의 두께와 착색 화소의 두께는 대략 동일하게 되어 있다. 적색 화소(3R)와 녹색 화소(3G)의 경계에서의 투명 기판(1) 상에는, 차광층(2)과 동일한 재료로 이루어지는 받침대(4)가 형성되고, 이 받침대(4) 상에는 적색 적층부(5R), 녹색 적층부(5G) 및 청색 적층부(5B)의 적층으로 이루어지는 스페이서(5)가 형성되어 있다.

또한, 녹색 화소(3G)와 청색 화소(3B)의 경계에서의 투명 기판(1) 상에는, 그 위에 스페이서(5)가 형성되어 있지 않은, 차광층(2)과 동일한 재료로 이루어지는 받침대(4')가 형성되어 있다. 이 스페이서(5)가 형성되어 있지 않은 받침대(4')는, 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 청색 화소(3B)의 개구율의 조정 및 TFT 등의 능동 소자의 차광 목적에서 배치되어 있다.

또한, 차광층(2) 상에는 3층 구조의 스페이서(5)보다도 높이가 낮은, 예를 들어 2층 구조의 서브 스페이서(6)가 배치되어 있다.

받침대(4)는 차광층(2)보다도 얇은 0.4㎛ 이상 1.0㎛ 이하의 막 두께를 갖고 있다. 받침대(4)의 막 두께가 0.4㎛ 미만에서는, 포토리소그래피에 의해 받침대(4)를 형성할 때에 안정된 막 두께를 얻기 어려워진다. 한편, 1.0㎛를 초과하면, 그 위에 적층되는 적층부의 두께가 얇아지고, 화소와의 사이에서 급격한 막 두께의 변화가 발생하여 적층부의 두께가 불안정하게 된다.

이상과 같이 구성되는 컬러 필터 기판에 대향하여 TFT 기판이 배치되고, 컬러 필터 기판과 TFT 기판의 사이에 액정층을 개재시켜 액정 표시 장치가 구성되는데, 이 액정층의 두께와, 받침대 상에 형성된 스페이서의 높이가 대략 동등하게 되어 있다. 또한, 스페이서(5)의 높이 h는 적색 적층부(5R), 녹색 적층부(5G) 및 청색 적층부(5B)의 적층 중, 착색 화소(3R, 3G, 3B)의 표면으로부터 돌출된 부분의 두께이며, 액정 셀의 제조 프로세스에서의 마진 0.1㎛ 정도를 액정층의 두께에 가산한 높이인 것이 바람직하다.

도 4는 도 3에 도시하는 컬러 필터 기판의 파선의 원으로 둘러싼 부분을 확대하여 도시하는 도면이다. 이 파선의 원으로 둘러싼 부분은 청색 화소(3B)와 녹색 화소(3G)의 중첩부이다. 이 중첩부는 화소의 면에 대하여 돌출된 돌기(7)로 되어 있고, 이 돌기(7)의 높이 d는 지나치게 높으면 화소의 평탄성을 손상시켜 버리기 때문에 0.25㎛ 이하인 것이 바람직하다.

도 5는 컬러 필터 기판에서의 차광층(2), 받침대(4, 4'), 스페이서(5), 서브 스페이서(6) 및 광산란층(셀 갭 조정층)(12)의 평면 배치를 도시하는 도면이다. 도 5의 A-A' 단면이 도 1에 상당하고, B-B' 단면이 도 3에 상당한다.

이어서, 이상과 같이 구성되는 컬러 필터 기판을 구성하는 재료에 대하여 설명한다.

처음에, 차광층(2), 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 청색 화소(3B), 받침대(4), 스페이서(5)에 사용하는 것이 가능한 유기 안료를 이하에 열거한다. 또한, 차광층에 함유시키는 유기 안료는 각종 유기 안료의 혼합물이지만, 하기에 기재된 녹색 안료를 빼도 되고, 또한 차광층의 비유전율을 크게 하지 않는 범위(예를 들어, 비유전율 5 이하)에서 카본을 첨가하여도 된다. 첨가할 수 있는 카본은, 비유전율을 낮추기 위하여 카본 입자에 수지 피복이나 표면 처리를 실시한 것이 보다 바람직하다. 첨가할 수 있는 카본은, 안료 총량에 대하여 10중량％ 이하인 것이 바람직하고, 5중량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 카본을 주된 색재(안료 총량에 대하여 100질량% 내지 90질량%)로서 사용하는 경우, 그 차광층이나 블랙 매트릭스의 비유전율은 약 7 내지 15가 되어, FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 구동에는 적합하지 않은 컬러 필터 구성 부재가 된다.

유기 안료의 사용량은, 안료 총량에 대하여 90질량% 이상이 바람직하고, 95질량% 이상이 특히 바람직하다. 본 발명의 컬러 필터 기판에서의 차광층에서는 색재 모두를 유기 안료로 할 수 있다.

(유기 안료)

적색 안료로서는, 예를 들어 C.I.피그먼트 레드 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, 179, 180, 184, 185, 187, 192, 200, 202, 208, 210, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 246, 254, 255, 264, 272, 279 등을 사용할 수 있다.

황색 안료로서는, 예를 들어 C.I.피그먼트 옐로우 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 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.

청색 안료로서는, 예를 들어 C.I.피그먼트 블루 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등을 사용할 수 있으며, 이들 중에서는 C.I.피그먼트 블루 15:6이 바람직하다.

자색 안료로서, 예를 들어 C.I.피그먼트 바이올렛 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 사용할 수 있으며, 이들 중에서는 C.I.피그먼트 바이올렛 23이 바람직하다.

녹색 안료로서는, 예를 들어 C.I.피그먼트 그린 1, 2, 4, 7, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 26, 36, 45, 48, 50, 51, 54, 55, 58 등을 사용할 수 있으며, 이들 중에서는 C.I.피그먼트 그린 58이 바람직하다.

이하, C.I.피그먼트의 안료 종류의 기재에 있어서, 간단히 PB(피그먼트 블루), PV(피그먼트 바이올렛), PR(피그먼트 레드), PY(피그먼트 옐로우), PG(피그먼트 그린) 등으로 생략하여 기재하는 경우가 있다.

상기한 PG58은 할로겐화 아연 프탈로시아닌이라고 불리며, 후술하는 [안료 제조예 G2]에서 그 제조예를 나타낸다. PG58은 PG36인 할로겐화 구리 프탈로시아닌보다 조금 작은 유전율을 가지며, 명도가 높은 녹색 화소를 형성할 수 있다. PG58과 PG36은 중심화 금속이 아연과 구리인 차이를 제외하고, 거의 동일한 구조를 갖는 유기 안료인데, 전기적 특성은 유전율의 편차를 포함하여 PG58의 쪽이 작은 경향에 있다.

구조가 유사함에도 불구하고, PG58이 본 발명에 적합한 이유는 본 발명자들의 검토에 따르면, 이하의 광학적 측정[녹색 안료의 복굴절률 Δn의 측정]으로부터 실증할 수 있다. 또한, 착색 조성물 중의 할로겐화 아연 프탈로시아닌 등 유기 안료의 고형 비율은, 작은 쪽이 비유전율을 낮추는 경향이 있어 바람직하다.

액정 구동에 지장이 있는 컬러 필터 기인의 부유 용량을 낮추기 위하여, 안료 비율을 낮추고 수지 비율을 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 실시예와 같이 차광층이나 착색 화소의 막 두께를 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

[녹색 안료의 복굴절률 Δn의 측정]

이미 알고 있는 바와 같이, 유전율의 값은 굴절률의 제곱과 거의 동등하다. 바꾸어 말하면, 전자 분극에 기인하는 유전율은 굴절률의 제곱에 비례한다.

이 관점으로부터 PG58과 PG36의 분극의 차이를 직교 좌표계 X축, Y축, Z축에서의 각각 굴절률 Nx, Ny, Nz를 측정하여 명확하게 하였다. 측정 시료는 실제로 사용하는 녹색 착색층에 가까운 구성으로 하기 위하여, 하기 표 4에 나타내는 안료 분산체(예를 들어 GP-4)를 유리 기판 상에 1㎛의 막 두께로 도포하고, 230℃에서 건조시킨 것을 사용하였다.

하기 표 4에 나타내는 GP-4의 안료 분산체의 주된 안료 G2는 PG58이다. GP-4의 제1 안료 G2를 PG36으로 치환한 안료 분산체를 GP-5로서 표기한다. 측정은 분광 엘립소미터 M-220(닛본 분꼬우제)을 사용하여 Nx, Ny, Nz를 측정하고, 하기 식으로부터 Δn을 산출하였다. 측정 파장은 550nm로 하였다.

Δn=[(Nx+Ny)/2]-Nz

하기 표 1로부터 할로겐화 구리 프탈로시아닌(PG36)을 주된 안료로 하는 녹색 안료 분산체 GP-5보다도, 할로겐화 아연 프탈로시아닌(PG58)을 주된 안료로 하는 녹색 안료 분산체 GP-4의 도막의 쪽이 Δn의 절대값이 작고, 분극이 작은 것을 이해할 수 있다.

[녹색 안료의 비유전율의 측정]

녹색 안료의 비유전율은 솔라트론(Solartron)사제의 임피던스 애널라이저 1260형을 사용하여, 전압 5V의 조건에서 120, 240, 480Hz의 주파수로 측정하였다. 측정 시료는 알루미늄 박막으로 이루어지는 도전막을 패턴 형성한 유리 기판 상에 착색층을 도포ㆍ경막하고(막 두께는 후술하는 실시예와 동일함), 또한 이 착색층 상에 알루미늄 박막으로 이루어지는 도전막 패턴을 형성한 것이다.

이하에 나타내는 녹색 안료 1을 포함하는 녹색 조성물 1, 녹색 안료 2를 포함하는 녹색 조성물 2, 녹색 안료 3을 포함하는 녹색 조성물 3을 사용하여 얻은 3종의 착색층에 대하여 비유전율을 측정하였다.

<녹색 안료 1의 제조>

하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1mm의 유리 비즈를 사용하여 샌드 밀로 5시간 분산시킨 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 안료 1의 분산체를 제작하였다.

ㆍ녹색 안료: C.I.피그먼트 그린 58

(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주)제 「프탈로시아닌 그린 A1 10」)

10.4부

ㆍ황색 안료: C.I.피그먼트 옐로우 150(란세스사제 「E4GN-GT」))

9.6부

ㆍ분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 2부

ㆍ아크릴 바니시(고형분 20질량%) 66부

<녹색 안료 2의 제조>

하기 조성의 혼합물을 사용하여 녹색 안료 1과 마찬가지의 방법으로 녹색 안료 2의 분산체를 제작하였다.

ㆍ녹색 안료: C.I.피그먼트 그린 58

10.4부

3.2부

ㆍ황색 안료: C.I.피그먼트 옐로우 138 7.4부

ㆍ분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 2부

ㆍ아크릴 바니시(고형분 20질량%) 66부

<녹색 안료 3의 제조>

하기 조성의 혼합물을 사용하여 녹색 안료 1과 마찬가지의 방법으로 녹색 안료 3의 분산체를 제작하였다.

ㆍ녹색 안료: C.I.피그먼트 그린 36(도요 잉크 세조(주)제 「리오놀 그린 6YK」) 10.4부

9.6부

ㆍ분산제(빅 케미사제 「Disperbyk-163」) 2부

ㆍ아크릴 바니시(고형분 20질량%) 66부

1. 녹색 조성물 1의 제조

그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 착색 조성물을 얻었다.

ㆍ 녹색 안료 1 46부

ㆍ아크릴 수지 용액 8부

ㆍ디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트(도아 고세(주)제 「M-402」)

4부

ㆍ광중합 개시제(시바 가이기사제 「IRGACURE OXE 02」) 1.2부

ㆍ광중합 개시제(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가큐어-907」)

3.5부

ㆍ증감제(호도가야 가가꾸 고교(주)제 「EAB-F」) 1.5부

ㆍ시클로헥사논 5.8부

ㆍ프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 30부

2. 녹색 조성물 2의 제조

분산체로서 녹색 안료 2를 사용한 것 이외에는, 녹색 조성물 1과 마찬가지의 조성, 방법으로 녹색 조성물 2를 얻었다.

3. 녹색 조성물 3의 제조

분산체로서 녹색 안료 3을 사용한 것 이외에는, 녹색 조성물 1과 마찬가지의 조성, 방법으로 녹색 조성물 3을 얻었다.

그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

(유기 안료 분산체의 제조)

유기 안료의 분산체의 제조 방법으로서는 다양한 방법을 채용할 수 있는데, 이하에 그 일례를 나타낸다.

우선, 안료, 용제, 안료 분산제(색소 유도체를 포함함) 및/또는 분산 보조제, 계면 활성제, 경우에 따라 중합체나 단량체를 각각 소정량 칭량하고, 분산 처리 공정에 제공하여 안료를 분산시켜 액상의 안료 분산액으로 한다. 이 분산 처리 공정에서는, 예를 들어 페인트 컨디셔너, 비즈 밀, 볼 밀, 롤 밀, 스톤 밀, 제트 밀, 호모게나이저 등을 사용할 수 있다. 이 분산 처리를 행함으로써 안료가 미립자화되기 때문에, 상기 안료 분산체를 사용한 감광성 수지 조성물의 도포 특성이 향상된다.

안료를 분산 처리할 때에는, 상기 알칼리 가용성 수지 또는 색소 유도체 등을 적절하게 병용하여도 된다. 예를 들어, 비즈 밀을 사용하여 분산 처리를 행하는 경우에는, 0.1mm 내지 수mm 직경의 유리 비즈 또는 지르코니아 비즈를 사용하는 것이 바람직하다. 분산 처리할 때의 온도는 통상 0℃ 이상, 바람직하게는 실온 이상이며, 통상 100℃ 이하, 바람직하게는 80℃ 이하의 범위로 설정한다. 또한, 분산 시간은 안료 분산액의 조성(함유되는 안료, 용제, 분산제 등) 및 비즈 밀 등의 장치의 크기 등에 따라 최적의 분산 시간이 상이하기 때문에 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

(착색 화소의 위상차 조정)

착색 화소는, 특히 두께 방향 위상차의 관점에서 그 위상차를 미세 조정할 수 있다. 사용하는 안료 종류, 안료의 분산 방법, 분산제, 안료의 미세화, 또한 리타데이션 조정제로서 첨가하는 멜라민 수지, 스티렌 수지, 벤질기를 갖는 유기 화합물 등 다양한 방법으로 위상차를 크게 혹은 작게 할 수 있다. 멜라민 수지는 위상차를 증가시키는 방향으로 조정할 수 있고, 스티렌 수지는 위상차를 감소시키기 위하여 사용할 수 있다. 녹색 화소에 있어서, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료가, 그 두께 방향 위상차를 제로에 근접시키기 쉬워 바람직하다.

또한, 착색 화소의 위상차를 조정하기 위해서는, 예를 들어 일본 특허 제4306736호 공보에 기재된 기술을 적용할 수 있다.

(분산제ㆍ분산 보조제)

안료 분산제로서 고분자 분산제를 사용하면, 경시의 분산 안정성이 우수하므로 바람직하다. 고분자 분산제로서는, 예를 들어 우레탄계 분산제, 폴리에틸렌이민계 분산제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르계 분산제, 폴리옥시에틸렌글리콜디에스테르계 분산제, 소르비탄 지방족 에스테르계 분산제, 지방족 변성 폴리에스테르계 분산제 등을 들 수 있다. 그 중에서도 특히 질소 원자를 함유하는 그래프트 공중합체로 이루어지는 분산제가, 안료를 많이 포함하는 본 발명의 차광성 감광성 수지 조성물로서는 현상성의 점에서 바람직하다.

이들 분산제의 구체예로서는 상품명으로 EFKA(에프카 케미컬즈 비브이(EFKA)사제), Disperbik(빅 케미사제), 디스팔론(구스모또 가세이사제), SOLSPERSE(루브리졸사제), KP(신에쯔 가가꾸 고교사제), 폴리플로우(교에샤 가가꾸사제) 등을 들 수 있다. 이들 분산제는 1종을 사용하여도 되고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수 있다.

분산 보조제로서는, 예를 들어 색소 유도체 등을 사용할 수 있다. 색소 유도체로서는, 예를 들어 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 벤즈이미다졸론계, 퀴노프탈론계, 이소인돌리논계, 디옥사진계, 안트라퀴논계, 인단트렌계, 페릴렌계, 페리논계, 디케토피롤로피롤계, 디옥사진계 등의 유도체를 들 수 있지만, 그 중에서 퀴노프탈론계가 바람직하다.

색소 유도체의 치환기로서는, 예를 들어 술폰산기, 술폰아미드기 및 그의 4급 염, 프탈이미도메틸기, 디알킬아미노알킬기, 수산기, 카르복실기, 아미드기 등이 안료 골격에 직접 또는 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 개재하여 결합한 것을 들 수 있다. 이들 중에서는 술폰산기가 바람직하다. 또한, 이들 치환기는 하나의 안료 골격에 복수 치환되어도 된다.

색소 유도체의 구체예로서는 프탈로시아닌의 술폰산 유도체, 퀴노프탈론의 술폰산 유도체, 안트라퀴논의 술폰산 유도체, 퀴나크리돈의 술폰산 유도체, 디케토피롤로피롤의 술폰산 유도체, 디옥사진의 술폰산 유도체 등을 들 수 있다.

이상의 분산 보조제 및 색소 유도체는 1종을 사용하여도 되고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용하여도 된다. 후술하는 실시예에서 사용하는 색소 유도체를 하기 표 3에 나타낸다.

(투명 수지)

차광층 혹은 착색층으로서 사용하는 감광성 착색 조성물은, 상기 안료 분산체 외에 다관능 단량체, 감광성 수지 내지 비감광성 수지, 중합 개시제, 용제 등을 더 함유한다. 감광성 수지 및 비감광성 수지 등, 본 발명에 사용하는 것이 가능한 투명성이 높은 유기 수지를 총칭하여 투명 수지라고 칭한다.

투명 수지에는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지가 포함된다. 열가소성 수지로서는, 예를 들어 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 수지, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화 고무계 수지, 셀룰로오스류, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 또한, 열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 열경화성 수지는, 하기의 멜라민 수지와 이소시아네이트기를 함유하는 화합물을 반응시켜 이루어지는 것을 사용하여도 된다.

(알칼리 가용성 수지)

본 발명에 사용하는 차광층, 광산란층, 착색층, 셀 갭 규제층에는, 포토리소그래피에 의한 패턴 형성이 가능한 감광성 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 투명 수지는 알칼리 가용성이 부여된 수지인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로서는 카르복실기 또는 수산기를 포함하는 수지이면 특별히 한정은 없다. 예를 들어, 에폭시아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 폴리비닐페놀계 수지, 아크릴계 수지, 카르복실기 함유 에폭시 수지, 카르복실기 함유 우레탄 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 에폭시아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 아크릴계 수지가 바람직하고, 특히 에폭시아크릴레이트계 수지나 노볼락계 수지가 바람직하다.

(아크릴 수지)

본 발명에 채용 가능한 투명 수지의 대표로서, 이하의 아크릴계 수지를 예시할 수 있다.

아크릴계 수지는, 단량체로서 예를 들어 (메트)아크릴산; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트; 히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 히드록시프로필(메트)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메트)아크릴레이트; 에톡시에틸(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 에테르기 함유 (메트)아크릴레이트; 및 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트 등의 지환식 (메트)아크릴레이트 등을 사용한 중합체를 들 수 있다.

또한, 이상에 예시한 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 이들 단량체와 공중합 가능한 스티렌, 시클로헥실말레이미드 및 페닐말레이미드 등의 화합물의 공중합체이어도 된다.

또한, 예를 들어 (메트)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 카르복실산을 공중합하여 얻어진 공중합체와, 글리시딜메타크릴레이트 등의 에폭시기 및 불포화 이중 결합을 함유하는 화합물을 반응시키는 것이나, 글리시딜메타크릴레이트 등의 에폭시기 함유 (메트)아크릴레이트의 중합체, 또는 그것과 그 밖의 (메트)아크릴레이트의 공중합체에 (메트)아크릴산 등의 카르복실산 함유 화합물을 부가시킴으로써 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.

또한, 예를 들어 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 단량체의 수산기를 갖는 중합체에, 메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트 등의 이소시아네이트기 및 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물을 반응시키는 것에 의해서도 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 복수의 수산기를 갖는 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 공중합체와 다염기산 무수물을 반응시켜, 공중합체에 카르복실기를 도입하여 카르복실기를 갖는 수지를 얻을 수 있다. 그 제조 방법은 상기 기재된 방법에만 한정되는 것은 아니다.

상기의 반응에 사용하는 산 무수물의 예로서, 예를 들어 말론산 무수물, 숙신산 무수물, 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물 및 트리멜리트산 무수물 등을 들 수 있다.

상술한 아크릴계 수지의 고형분 산값은 20 내지 180mgKOH/g인 것이 바람직하다. 산값이 20mgKOH/g보다 작은 경우에는, 감광성 수지 조성물의 현상 속도가 지나치게 느려 현상에 필요로 하는 시간이 많아지고, 생산성이 떨어지는 경향이 있다. 또한, 고형분 산값이 180mgKOH/g보다 큰 경우에는, 반대로 현상 속도가 지나치게 빨라 현상 후에서의 패턴 박리나 패턴 절결의 문제가 발생하는 경향이 있다.

또한, 상기 아크릴계 수지가 감광성을 갖는 경우, 이 아크릴 수지의 이중 결합 당량은 100 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 내지 2000이고, 가장 바람직하게는 100 내지 1000이다. 이중 결합 당량이 2000을 초과하는 경우에는 충분한 광경화성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

(광중합성 단량체)

광중합성 단량체의 예로서 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메트)아크릴레이트, 멜라민(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트 등의 각종 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르, (메트)아크릴산, 스티렌, 아세트산 비닐, (메트)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메트)아크릴아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.

또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트에 다관능 이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 (메트)아크릴로일기를 갖는 다관능 우레탄아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트와 다관능 이소시아네이트의 조합은 임의이며, 특별히 한정되는 것이 아니다. 또한, 1종의 다관능 우레탄 아크릴레이트를 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

(광중합 개시제)

광중합 개시제로서는 4-페녹시디클로로아세토페논, 4-t-부틸-디클로로아세토페논, 디에톡시아세토페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온 등의 아세토페논계 화합물, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤질디메틸케탈 등의 벤조인계 화합물, 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산 메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드 등의 벤조페논계 화합물, 티오크산톤, 2-클로르 티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤 등의 티오크산톤계 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-피페닐-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-옥탄디온, 1-[4-(페닐티오)-, 2-(O-벤조일옥심)], O-(아세틸)-N-(1-페닐-2-옥소-2-(4'-메톡시-나프틸)에틸리덴)히드록실아민 등의 옥심에스테르계 화합물, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥시드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드 등의 포스핀계 화합물, 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논 등의 퀴논계 화합물, 보레이트계 화합물, 카르바졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 티타노센계 화합물 등을 들 수 있다. 감도 향상에 옥심 유도체류(옥심계 화합물)가 유효하다. 이것들은 1종을 단독으로 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

(증감제)

중합 개시제와 광증감제를 병용하는 것이 바람직하다. 증감제로서 α-아실옥시에스테르, 아실포스핀옥시드, 메틸페닐글리옥실레이트, 벤질, 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논, 4,4'-디에틸이소프탈로페논, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논 등의 화합물을 병용할 수도 있다.

증감제는 광중합 개시제 100질량부에 대하여 0.1질량부 내지 60질량부의 양을 함유시킬 수 있다.

(에틸렌성 불포화 화합물)

상기의 광중합 개시제는 에틸렌성 불포화 화합물과 함께 사용하는 것이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 화합물로서는 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물을 의미한다. 그 중에서도 중합성, 가교성 및 그에 따른 노광부와 비노광부의 현상액 용해성의 차이를 확대할 수 있는 등의 점에서, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 그 불포화 결합은 (메트)아크릴로일옥시기에 유래하는 (메트)아크릴레이트 화합물이 더욱 바람직하다.

에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물로서는, 예를 들어 (메트)아크릴산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산, 이타콘산, 시트라콘산 등의 불포화 카르복실산, 및 그의 알킬에스테르, (메트)아크릴로니트릴, (메트)아크릴아미드, 스티렌 등을 들 수 있다. 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물로서는, 대표적으로는 예를 들어 불포화 카르복실산과 폴리히드록시 화합물의 에스테르류, (메트)아크릴로일옥시기 함유 포스페이트류, 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물의 우레탄(메트)아크릴레이트류, 및 (메트)아크릴산 또는 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리에폭시 화합물의 에폭시(메트)아크릴레이트류 등을 들 수 있다.

상기 광중합성 개시제, 증감제 및 에틸렌성 불포화 화합물은, 후술하는 위상차층의 형성에 사용되는 중합성 액정 화합물을 포함하는 조성물에 첨가하여도 된다.

(다관능 티올)

감광성 착색 조성물에는 연쇄 이동제로서의 작용을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은 티올기를 2개 이상 갖는 화합물이면 되며, 예를 들어 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리코레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리코레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리코레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토부티레이트), 펜타에리트리톨테트라키스티오글리코레이트, 펜타에리트리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리머캅토프로피온산 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1,4-디메틸머캅토벤젠, 2,4,6-트리머캅토-s-트리아진, 2-(N,N-디부틸아미노)-4,6-디머캅토-s-트리아진 등을 들 수 있다.

이들 다관능 티올은 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다관능 티올은, 감광성 착색 조성물 중의 안료 100질량부에 대하여 0.2 내지 150질량부, 바람직하게는 0.2 내지 100질량부의 양으로 사용할 수 있다.

(저장 안정제)

감광성 착색 조성물에는 조성물의 경시 점도를 안정화시키기 위하여 저장 안정제를 함유시킬 수 있다. 저장 안정제로서는, 예를 들어 벤질트리메틸클로라이드, 디에틸히드록시아민 등의 4급 암모늄클로라이드, 락트산, 옥살산 등의 유기산 및 그의 메틸에테르, t-부틸피로카테콜, 트리에틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 유기 포스핀, 아인산염 등을 들 수 있다. 저장 안정제는, 감광성 착색 조성물 중의 안료 100질량부에 대하여 0.1질량부 내지 10질량부의 양으로 함유시킬 수 있다.

(밀착 향상제)

감광성 착색 조성물에는 기판과의 밀착성을 높이기 위하여 실란 커플링제 등의 밀착 향상제를 함유시킬 수도 있다. 실란 커플링제로서는 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등의 비닐실란류, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 (메트)아크릴실란류, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)메틸트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)메틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 등의 에폭시실란류, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디에톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리에톡시실란 등의 아미노실란류, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란 등의 티오실란류 등을 들 수 있다. 실란 커플링제는, 감광성 착색 조성물 중의 안료 100질량부에 대하여 0.01질량부 내지 100질량부로 함유시킬 수 있다.

(용제)

상기 감광성 착색 조성물에는 기판 상에의 균일한 도포를 가능하게 하기 위하여 물이나 유기 용제 등의 용제가 배합된다. 또한, 본 발명의 조성물이 컬러 필터의 착색층인 경우, 용제는 안료를 균일하게 분산시키는 기능도 갖는다. 용제로서는, 예를 들어 시클로헥사논, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸벤젠, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸셀로솔브, 메틸-n-아밀케톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 아세트산 에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부틸케톤, 석유계 용제 등을 들 수 있으며, 이것들을 단독으로 혹은 혼합하여 사용한다. 용제는, 착색 조성물 중의 안료 100질량부에 대하여 800질량부 내지 4000질량부, 바람직하게는 1000질량부 내지 2500질량부로 함유시킬 수 있다.

(막 두께/액정층의 두께)

본 발명에 관한 기술은, 상술한 바와 같이 IPS(수평 배향, 가로 전계 방식)나 FFS(Fringe Field Switching)와 같은 액정 구동 방식에 적합하다. 특허문헌 10에 기재되어 있는 기술 등을 적용함으로써, FFS 방식에서의 VA 액정 표시 장치로서 본 발명의 컬러 필터를 사용할 수 있다. 컬러 필터 상의 투명 전극과, 대향하는 기판인 액정 구동 소자(TFT)가 형성된 어레이 기판의 화소 전극과의 사이에서 액정의 구동 전압을 인가하는 방식에서는, 통상, 액정 두께(셀 갭)는 얇은 쪽이 액정의 응답 속도를 높일 수 있다.

상기한 주요한 액정 구동 방식에서는, 액정 두께는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위이다. 또한, 액정 두께를 얇게 한 쪽이 경사 방향으로부터 보았을 때의 착색(색 변화)이 작아지기 때문에, 응답성이나 착색의 개선의 관점에서, 또한 액정 재료의 사용량의 관점에서 액정 두께는 얇은 쪽이 좋다. 또한, 착색 화소의 막 두께는, 착색 화소 중앙의 표면부터 당해 착색 화소가 접하고 있는 투명 기판 표면까지의 두께를 말한다.

그러나, 액정 두께를 얇게 할수록 혹은 액정의 표시 화면이 커질수록 액정 셀화 시의 쓰레기ㆍ이물질의 영향이 커지므로, 세로 전계 방식에서의 액정 두께는 대략 3㎛가 하한이다. IPS나 FFS 방식에서는 컬러 필터측에 투명 전극을 형성할 필요가 없기 때문에, 혼입하는 도전성 쓰레기에 의한 대향 쇼트(전기적 단락)가 발생하기 어렵다. 도전성 쓰레기의 관점에서는 IPS나 FFS 방식의 쪽이 액정 두께를 얇게 할 수 있다. 액정층 두께를 얇게 하기 위해서는, 사용하는 액정의 굴절률 이방성 Δn은 0.07보다 큰 것이 바람직하다.

FFS 방식이나 IPS 방식의 액정 표시 장치에서는, 빗살 모양 화소 전극(통상, ITO라고 불리는 도전성 금속 산화물 박막)의 빗살(스트라이프 형상 패턴)의 피치를 잘게 함으로써 액정의 응답성이나 투과율을 향상시킬 수 있기 때문에, 세로 전계 방식과 비교하면 액정 두께의 영향은 적다. 또한, 착색 화소의 각각 주요한 투과율 피크의 파장에 비례하도록 빗살의 피치를 조정하여도 된다.

반투과형 액정 표시 장치에서는, 투과부와 반사부에서는 광로차(반사부에서는 후술하는 광반사성의 전극에서 입사광이 반사하고, 액정층을 2회 통과함)의 관계로부터 반사부의 액정층의 두께를 투과부의 그것에 대하여 1/2 정도로 하는 것이 바람직하다.

FFS 방식에서의 빗살 모양 화소 전극 혹은 공통 전극은, 임의의 한쪽을 광반사성의 금속(알루미늄 합금이나 은 합금) 박막으로 형성함으로써 반사형 액정 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 빗살 모양 화소 전극 혹은 공통 전극의 일부를 ITO 등의 투명 도전성의 박막으로 형성함으로써 반투과형의 액정 표시 장치로 할 수 있다.

(받침대 및 스페이서)

본 발명에 관한 스페이서용 받침대는, 적어도 후술하는 스페이서가 형성되는 부분과 TFT 등 능동 소자의 차광에 필요한 부분에만 형성하면 된다. 또한, 본 발명에 관한 스페이서용 받침대는, 프레임부인 차광층과 동일 재료로 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 그레이톤(계조 마스크)류의 복수종의 투과율이 상이한 패턴을 형성한 포토마스크, 혹은 받침대의 패턴 크기보다 작은 개구부(개구부의 크기 조정으로 노광량을 조절함)나 개구 형상을 연구한 개구부를 형성한 포토마스크를 사용한 노광 및 노광 후의 현상 이후의 포토리소그래피의 방법에 의해 차광층과 받침대를 동시에 형성할 수 있다.

포토마스크로서 차광 패턴을 금속 크롬의 박막, 반투과부를 ITO 등의 금속 산화물막, 또한 이들의 막 형성이 없는 투과부를 갖는 포토마스크를 사용하여도 된다. 금속 산화물막은 성막 조건이나 막 두께로 투과율을 조정할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명자들은 프레임부(차광층)와 동일 재료에 의한 받침대나 후술하는 블랙 매트릭스에 있어서, 받침대나 블랙 매트릭스의 막 두께를 얇게 하는 것이 평탄성 향상에 효과가 있는 것을 확인하고 있다. 본 발명자들의 정교하고 치밀한 검토 결과에 따르면, 받침대의 막 두께는 1.0㎛ 이하이면, 그 위에 적층되는 착색층의 막 두께를 안정하게 얻기 쉽다.

받침대 막 두께와 받침대 상의 착색층의 적층부의 막 두께의 관계를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 받침대 막 두께가 1.2㎛를 초과하면, 그 위에 적층되는 착색층의 막 두께는 얇고 급한 변화를 일으키게 되어 불안정해진다. 반대로 0.3㎛ 이하의 얇은 막 두께에서는 포토리소그래피의 공정에서 안정된 막 두께를 얻기 어렵다. 따라서, 받침대의 막 두께는 0.4㎛ 내지 1.0㎛가 바람직한 범위가 된다.

후술하는 블랙 매트릭스의 막 두께는 0.4㎛ 이하의 얇은 막 두께로 형성하여도 되며, 나아가 블랙 매트릭스의 형성을 생략하여도 된다. 또한, 도 6은 착색층의 막 두께를 4.5㎛로 한 경우의 적층부의 막 두께를 나타낸 것이지만, 착색층의 실용적인 막 두께 범위인 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위에 있어서 마찬가지의 경향을 나타낸다.

받침대의 패턴 형상은, 액정을 구동하는 TFT 등 능동 소자에 입사하는 광에 의한 광전류의 발생을 억제하기 위한 차광 패턴으로서 병용할 수 있다. TFT 등 능동 소자의 차광은 광학 농도로 1이면 충분하기 때문에, 0.4㎛ 내지 1.0㎛의 받침대의 막 두께와 착색 화소의 중첩부 막 두께의 가산으로 충분하다. 또한, 본 발명에 관한 구성에서는 받침대 상에 복수층의 착색층이 스페이서로서 적층되어 있기 때문에, 차광성을 더 가산할 수 있다.

스페이서를 형성하는 착색층의 색의 선택은 목적이나 사양에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, TFT 등 능동 소자에의 차광성을 우선하는 것이라면, 단파장의 광의 차광성 있는 적색 착색층을 포함하도록 선택할 수 있다. 둥그스름해진 형상을 우선하는 것이라면, 다른 2색과 비교하여 안료 함유량이 적고 유동성이 있는 청색 착색층을 3층 적층이나 2층 적층의 스페이서의 최상층으로서 선택할 수 있다.

본 발명의 컬러 필터에서는 청색 화소, 적색 화소, 녹색 화소 외에, 황색 화소 등의 보색에 의한 착색 화소 혹은 백색(투명) 화소를 설치한 4색 이상의 컬러 필터로 하여도 된다. 액정 두께에 맞춘 높이의 스페이서(메인 스페이서) 외에, 높이가 낮은 서브 스페이서를 배치하여도 된다. 메인 스페이서가 3층 적층인 경우에는, 예를 들어 2층 적층의 서브 스페이서를 프레임부에만 배치하여도 된다. 메인 스페이서, 서브 스페이서는 각각 단층의 착색층으로 하여도 된다. 서브 스페이서는 그레이톤 마스크 등 투과율이 상이한 개구부를 갖는 포토마스크를 사용하거나, 소직경의 개구부를 갖는 포토마스크를 사용함으로써 낮은 높이의 스페이서로 할 수 있다.

본 발명의 기술은 가까운 장래의 얇은 액정층의 두께의 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 것이지만, 액정의 유동성이 나쁜 얇은 액정층의 두께에서는, 예를 들어 액정의 봉입구 근처의 스페이서 형성의 배치를 바꾸는 등, 액정 셀화 시의 액정 재료의 흐름을 감안하여 스페이서수나 레이아웃을 조정하여도 된다. 본 발명에 관한 컬러 필터 기판에 있어서, 차광층과 받침대는 후술하는 바와 같이 동일한 포토리소그래피의 공정으로 형성할 수 있다.

본 발명에 관한 컬러 필터 기판에 있어서, 스페이서는 착색 화소 단위에 예를 들어 화소의 길이 방향의 중앙(화소 중앙 혹은 화소 긴 변의 중앙부 1개소)에 형성하여 당해 스페이서를 액정 배향 제어 기능을 겸하는 구조물로서 형성할 수 있다. 이 구조물의 평면에서 본 형상은 원형, 마름모형, 다각형 등을 채용할 수 있다. 액정을 구동하는 TFT 소자도 이 스페이서 위치에 맞추어 화소의 길이 방향 중앙에 형성할 수 있다. 예를 들어, 평면에서 보아 마름모형의 액정 배향 제어 구조물로 하였을 때, TFT 기판측의 화소 전극은 마름모형의 동심 형상의 슬릿 형상(く자 형상이고 투명 전극의 개구부와 패턴을 교대)이고 스페이서를 둘러싸도록 배치하면 된다. 이 구성은 수직 배향의 액정을 FFS 방식으로 구동할 때에 특히 유효하다.

본 발명자들이 제안하는 스페이서와 배향 제어용 구조물을 겸용하는 구성은, 실질적으로 액정 표시 장치의 개구율을 높여 밝기를 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 배향 제어용 구조물은 그 높이를 높게 형성하거나 혹은 높은 밀도로 형성함으로써 액정의 응답성을 향상시킬 수 있는데, 이들 기술은 실질적으로 화소의 개구율의 저하로 연결된다. 본 발명의 제안 기술에서는, 스페이서와 배향 제어용 구조물을 겸용할 수 있으므로 개구율의 저하로 연결되지 않는다.

또한, 화소의 중앙에 형성한 스페이서는, 액정 표시 장치로서 예를 들어 자외선광을 사용한 광배향막을 채용하는 경우에, 멀티 도메인의 배향 구분으로서의 구조물로서 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하는 스페이서는, 스페이서의 열경화 시에 유동성이 풍부한, 예를 들어 청색 착색층을 최상층으로 하여 스페이서 전체를 덮음으로써 매끄러운 단면 형상으로 형성할 수 있다.

스페이서를 단색(적색 착색층)에 의해 형성하는 것도 가능하다. 스페이서를 단색으로 형성하는 것은, 이하의 장점이 있다. 즉, 착색층의 2층이나 3층을 적층하여 독립된 배치로 스페이서를 형성하는 기술(예를 들어, 특허문헌 1)은, 단순한 색 겹침을 스페이서로서 사용하는 기술(특허문헌 1)보다 액정 배향의 점에서 유리하다. 그러나, 2회, 3회로 색을 겹칠 때의 위치 어긋남을 흡수하기 위하여, 1색째의 착색 적층부의 저면적을 크게 형성할 필요가 있어 화소 개구율에 악영향을 미친다. 더불어, 독립된 가는 형상으로 높이가 있는 스페이서를 착색층의 적층에 의해 형성하는 경우, 1색째, 2색째, 3색째로 착색 화소의 막 두께로부터 유리된 얇은 막 두께에서의 적층이 되어, 스페이서의 높이 설계나 제조 공정에서 조건을 확인하는 측면에서의 곤란함이 있다. 이러한 착색층의 2층이나 3층으로 독립된 배치로 스페이서를 형성하는 기술은, 사용하는 컬러 레지스트의 품종이나 제조하는 컬러 필터의 품종마다 상기의 확인 작업이 필요하게 되어 문제였다. 스페이서를 단색으로 형성하는 것은 이러한 문제를 해소할 수 있다.

(블랙 매트릭스의 막 두께)

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 컬러 필터 기판에서의 차광층(2), 받침대(4), 블랙 매트릭스(8), 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 착색층의 적층에 의한 스페이서(5), 높이가 낮은 서브 스페이서(6), 셀 갭 조정층(15)의 평면에서 본 배치를 도시하는 도면이다. 즉, 도 7에는 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G) 및 청색 화소(3B)로 이루어지는 3색의 착색 화소를 구분하는 블랙 매트릭스(8)가 설치되어 있다. 또한, 도 7의 C-C' 단면을 도 2에 도시한다.

본 발명의 일 실시 형태에서의 특징 중 하나는, 차광층과 차광층 상에 적층된 셀 갭 규제층과의 합계 막 두께와, 녹색 화소의 두께를 대략 동일하게 하여 액정의 배향에 적합한 평탄성을 갖고, 액정 배향 불량에 의한 프레임부에서의 광누설이 없는 컬러 필터 기판을 제공하는 데에 있다. 본 발명자들은 프레임부(차광층)와 동일 재료에 의한 블랙 매트릭스에 있어서, 그 막 두께가 평탄성 향상에 영향을 주는 것을 확인하고 있다. 또한, 블랙 매트릭스는, 통상, 콘트라스트를 향상시키는 목적에서 착색 화소를 둘러싸도록 형성하는 격자 형상의 차광 패턴이지만, 스트라이프 형상으로 화소 길이 방향으로 형성하여도 된다. 또한, 본 발명에 있어서 블랙 매트릭스를 생략한 컬러 필터 기판이어도 된다. 혹은, 블랙 매트릭스, 받침대 및 두께가 상이한 차광층을, 다른 포토마스크를 사용하여 2회의 공정으로 형성하여도 된다. 혹은, 레이저 조사 노광에서의 샷 횟수를 조정하여 막 두께가 상이한 블랙 매트릭스, 받침대 및 차광층을 형성하여도 된다.

도 8은 블랙 매트릭스의 막 두께와, 블랙 매트릭스(8) 상에서 중첩하는 착색 화소 단부의 돌기 상 높이와의 관계를 나타내는 것이다. 블랙 매트릭스(8)의 막 두께가 1.1㎛를 초과하면, 돌기(7)의 높이는 현저하게 높아져 액정 배향에 바람직하지 않은 높이가 된다. 블랙 매트릭스의 막 두께가 1㎛보다 얇으면, 나아가 0.8㎛보다 얇으면, 착색 화소 단부의 돌기 높이는 0.25㎛, 나아가 0.2㎛보다 낮은 높이가 된다.

착색 화소의 막 두께의 편차를 포함시킨 평탄성은 ±0.15㎛를 하회하는 양호한 평탄성을 확보할 수 있어, IPS 방식이나 FFS 방식 등의 고화질 액정 표시 장치의 높은 요구에 대응하는 컬러 필터를 제공할 수 있다. 또한, 사람의 눈의 시감도가 높은 녹색의 파장 550nm의 1/4 파장의 레인지(±0.15㎛) 이내의 높은 평탄성을 갖는 컬러 필터가 되어, 착색 불균일을 저감할 수 있다.

블랙 매트릭스는, 상기 받침대와 마찬가지로 그레이톤 마스크나 하프톤 마스크 등을 사용하는 포토리소그래피의 방법으로 차광층과 함께 동시에 형성할 수 있다. 혹은, 레이저 노광을 사용하여 차광층과 블랙 매트릭스의 노광량을 샷 횟수를 바꿈으로써 막 두께에 차이를 주어 형성하여도 된다.

또한, 도 8은 0.4㎛ 미만의 막 두께의 블랙 매트릭스를 도시하고 있지 않지만, 얇은 막 두께의 블랙 매트릭스에 중첩된 돌기의 높이는 낮아지는 것을 본 발명자들은 확인하고 있다. 차광층(프레임부)과 달리 블랙 매트릭스의 차광성은 그다지 요구되지 않으므로, 본 발명에 있어서 블랙 매트릭스의 형성을 생략하고, 상이한 색의 착색층의 중첩만으로 블랙 매트릭스의 대체로 하여도 된다. 또한, 투과형 액정 표시 장치의 이면에 배치되는 광원(백라이트)으로부터의 광은, TFT 등 능동 소자의 주사선이나 신호선으로 차광할 수 있다.

또한, 유효 표시 영역 내에서의 스페이서(5)의 높이는 대략 동일하게 되는데, 높이의 조정은 받침대 두께 및 착색층의 선택, 컬러 필터 제조 공정에서의 도포, 현상, 경막 등의 프로세스, 스페이서 직경(크기) 등에 의해 여러가지 조정 가능하다. 또한, 스페이서(5)를 형성하지 않은 받침대(4')는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)의 개구율의 조정 및 TFT 등의 능동 소자를 차광할 목적에서 배치되어 있다.

(셀 갭 조정층)

본 발명에 관한 셀 갭 조정층(15)이 착색 화소 상에 부분적으로 배치되는 예로서 도 2에 도시하였다. 이 예에서는 셀 갭 조정층(15)은 평면에서 보아 반사부(25)와 동일한 위치의 착색 화소(3G)의 반사부 및 위상차층(11)의 상부에 적층된다. 상술한 바와 같이, 셀 갭 조정층(15)은 투과부와 반사부의 광로차를 조정할 목적에서 배치된다. 그로 인해, 적어도 가시광이 높은 투과성과 액정 패널 공정에서 필요한 내열성이 있는 수지 재료를 셀 갭 조정층에 사용할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 프레임 형상의 차광층(2) 상에도 셀 갭 조정층(15')이 배치되며, 셀 갭 조정층(15')과 차광층(2)의 막 두께의 합계는 녹색 화소의 막 두께와 대략 동등하게 되어 있다.

또한, 셀 갭 조정층(15)은 액정 표시 장치로서 액정의 투과부와 반사부의 광로차를 조정하는 것이 주목적이지만, 예를 들어 감광성의 알칼리 가용성 수지를 사용함과 함께 그레이톤 마스크 등 부분적으로 투과율이 상이한 포토마스크를 사용하여 두께를 바꾸어 형성하여도 된다. 착색 화소의 주요 투과부의 광의 파장에 맞추어 두께를 바꾸어도 된다. 반사부에 두껍게 형성하는 것만이 아니라, 투과부에 얇은 막 두께로 셀 갭 조정층을 형성하여도 된다.

셀 갭 조정층(15)은, 상술한 투명 수지, 알칼리 가용성 수지, 아크릴 수지에 의해 형성할 수 있다. 셀 갭 조정층(15)은 패턴 형상으로 형성하기 위하여, 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝 가능한 알칼리 가용성 수지를 그 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 열경화형 수지를 사용하여도 건식 에칭이나 리프트 오프의 방법으로 패턴 형성이 가능하다. 또한, 도 1에 도시하는 실시 형태에서와 같이 셀 갭 조정층을 광산란층(12)에 의해 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 컬러 필터 기판은, 특히 반투과형 액정 표시 장치에 적용된다. 본 발명의 컬러 필터의 착색 화소는 투과부와 반사부로 구분되는데, 그 반사부에는 도 2에 도시한 바와 같이 광산란층(12)이 착색 화소의 반사부에 배치된다. 즉, 착색 화소의 반사부의 오목부 내에 형성된 위상차층(11) 상의 평면에서 보아 동일한 위치에 광산란층(12)이 배치된다.

광산란층(12)은 단일 혹은 복수종의 비정질 미립자가 굴절률이 상이한 매트릭스 수지(14) 중에 분산되어 이루어지는 것이며, 입사광을 산란시켜 관찰자의 눈에 페이퍼 화이트와 같은 효과를 갖게 하는 광기능막이다. 매트릭스 수지(14)는 내열성이 있고 가시 영역 투과인 투명 수지이면 된다. 광산란층(12)의 막 두께는 비정질 미립자 직경ㆍ광의 파장 및 제조 공정에서 적합하게 하기 쉬운 관계로부터 대략 1.5㎛ 내지 5㎛의 범위가 바람직하다.

광산란층(12)의 비정질 미립자(13)로서는 무기물로 이루어지는 미립자 및 유기 중합체로 이루어지는 미립자를 예시할 수 있다. 특히, 비정질이라고 하는 점에서 유기 중합체 미립자를 주로 들 수 있지만, 무기물 미립자이어도 비정질이면 문제가 없다. 후술하는 상 분리에 의해 매트릭스 수지 중에 비정질 미립자를 발현시키는 방식이어도 된다. 비정질 미립자를 포토리소그래피의 방법으로 형성하고, 그 위에 매트릭스 수지(이하, 투명 수지로서 기재함)를 도포하는 방법으로 형성하여도 된다.

예를 들어, 무기물 미립자이면 실리카나 알루미나의 산화물 등의 구형상의 비정질 미립자, 유기 중합체 미립자로서는 아크릴 미립자나 스티렌아크릴 미립자 및 그의 가교체, 멜라민 미립자, 멜라민-포르말린 축합물, (폴리테트라플루오로에틸렌)이나 PFA(퍼플루오로알콕시수지), FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체), PVDF(폴리플루오로비닐리덴), ETFE(에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체) 등의 불소 함유 중합체, 실리콘 수지 미립자 등을 예시할 수 있지만, 그 중에서도 가교 아크릴 수지 미립자는 굴절률이 1.5 미만이고, 또한 실리카 입자 혹은 실리콘 수지 미립자는 굴절률이 1.42 내지 1.45(할로겐 램프 D선 589nm)로 작기 때문에 특히 바람직하다.

또한, 이들 미립자는 광산란층 중의 미립자로서 주로 포함되어 있으면 되며, 예를 들어 미립자의 70% 정도 이상이 포함되어 있으면 된다. 이들 미립자 외에 도포액 중에서의 미립자의 분산 안정성이나 광산란 특성의 미세 조정 등을 목적으로 하여, 부정형 미립자 등의 비구형상 미립자나, 결정성 미립자를 30% 정도 이하의 소량으로 첨가하여도 된다.

또한, 이들 미립자에 적당한 표면 처리를 실시하여 용제 분산성이나 투명 수지와의 상성을 개선한 후에, 상기 미립자로서 적용하는 것도 가능하다. 이러한 표면 처리의 예로서는, 예를 들어 SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, ZnO, 투명 수지, 커플링제, 또는 계면 활성제 등을 도포 피복하는 처리를 들 수 있다. 또한, 그 밖에 알코올, 혹은 아민이나 유기산 등으로 표면 반응을 발생시키거나 하는 처리를 예시할 수 있다.

비정질 미립자(13)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구형 또는 구형에 유사한 형상이다. 구형 미립자는 크기, 입경 분포 등의 컨트롤이 용이하며, 따라서 광산란층(12)의 광학 특성의 제어가 용이해진다. 미립자의 입경으로서는 목적으로 하는 광산란층의 막 두께나 착색 유무에 따라 허용 범위가 상이하며, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 통상, 광산란층의 막 두께보다도 큰 미립자를 사용하면, 광산란층의 표면이 매우 거칠게 되어 그다지 바람직하지 않다. 상기 미립자의 입경으로서는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 입경 범위로서는 평균 입자 직경 0.8㎛ 내지 3㎛ 정도, 바람직하게는 평균 입자 직경 1㎛ 내지 2㎛이다.

미립자의 비중은 광산란층의 광학 특성에 직접 영향을 미치는 것은 아니지만, 광산란층(12)을 형성할 때의 도포 특성에 다대한 영향을 미치고, 나아가 광산란층(12) 자체의 특성에도 연관된다. 따라서, 그 값은 매트릭스 수지(14)의 용액의 비중에 가까운 것이 도포액의 안정성에 있어서 바람직하다.

상기 미립자를 분산시키는 매트릭스 수지(14)로서는 가시광선 투과율이 높고, 또한 액정 표시 장치의 제조 공정 중에서의 열 처리나 약품 처리에 대한 충분한 내성을 구비하는 것이 바람직하며, 예를 들어 굴절률이 높은 수지로서 에폭시 변성 아크릴 수지, 플로렌 수지, 폴리이미드 수지가, 또한 굴절률이 낮은 수지로서 불소 변성 아크릴 수지, 실리콘 변성 아크릴 수지를 적용할 수 있다. 그 밖에 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 등을 적절하게 사용할 수 있다.

광산란막층을 포토리소그래피 공정에 의해 패턴 형상으로 형성하는 경우에는, 감광성과 현상성을 갖는 아크릴계 수지나 에폭시계 수지를 이용할 수 있다. 또한, 이들 수지에 열경화나 자외선 경화를 부여하여 병용하는 것도 가능하다.

예를 들어, 미립자의 굴절률이 1.49(할로겐 램프 D선 589nm를 사용한 값)인 가교 아크릴 미립자인 경우, 매트릭스 수지의 굴절률은 1.55 내지 1.65인 것이 바람직하다. 또한, 미립자가 굴절률 1.42 내지 1.45의 실리카 입자 혹은 실리콘 수지 미립자인 경우, 매트릭스 수지는 굴절률 1.50 내지 1.60인 것이 바람직하다.

상기 광산란층(12)은 비정질 미립자(13)를 매트릭스 수지인 투명 수지(14) 중에 혼합ㆍ분산시켜 투명 기판 상에 도포하고, 건조한 후, 포토리소그래피 공정을 거쳐 임의의 형상으로 형성한다. 또한, 도포 방법으로서는 스핀 코트, 플로우 코트, 롤 코트법 등을 적용할 수 있고, 노광 방법으로서는 투영 노광, 프록시미티 노광을 적용할 수 있다.

광산란층(12) 중의 비정질 미립자(13)로서는, 2개의 수지를 혼합하여 상 분리함으로써 형성 가능한 미립자를 예시할 수 있다. 상이한 굴절률을 갖는 2개 이상의 수지, 첨가재를 적당량 선정하고, 용제 중에 용해한 도포액을 기판 상에 도포 건조함으로써 비정질 미립자(13)를 형성할 수 있다.

상 분리는 2개의 수지를 용액 중에 혼합한 시점에서, 혹은 기판 상에 도포 건조하여 용제가 휘발해 가는 과정에서 성장하여, 도막이 건조된 시점에서 투명한 비정질 미립자(13)를 형성할 수 있다. 이때, 용액 중에서는 상 분리된 한쪽의 수지가 구형으로 성장하고자 하지만, 기판 상에 도포한 경우, 도막 중의 용제가 휘발함에 따라 막 용적이 감소하고, 또한 상기 구형은 성장하여 용적을 증가시켜 가지만, 상면으로부터의 응력에 의해 구형으로부터 원반 형상으로 변형되면서 성장한다.

2개의 수지 용액으로부터 한쪽의 수지가 액적으로서 생성 성장하고, 비정질 미립자(13)가 형성되는 조건은, 한쪽의 수지를 A, 다른 수지를 B로 하면,

1) A의 양이 B의 양보다 적은 것

2) A 용액의 표면 장력이 B 용액의 표면 장력보다 큰 것

3) A 용액의 증발 속도가 B 용액의 증발 속도보다 큰 것

4) A의 분자량이 B의 분자량보다 큰 것

등을 들 수 있는데, 특히 양의 대소는 강도의 제약 조건이다.

비정질 미립자가, 굴절률이 상이한 2종류 이상의 수지 용액으로부터 상 분리하여 생성되어 형성되면, 비정질 미립자가 막의 내부에 머무르게 되어 표면에 나오는 경우가 없으므로, 광산란막층의 표면이 평탄해지고, 또한 컬러 필터의 막 두께도 균일한 것이 된다.

상 분리되어 형성된 투명 매트릭스 수지(14) 및 비정질 미립자(13)는 가시광선 투과율이 높고, 또한 액정 표시 장치의 제조 공정 중에서의 열 처리나 약품 처리에 대한 충분한 내성을 구비하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 굴절률이 높은 수지로서 에폭시 변성 아크릴 수지, 플로렌 수지, 폴리이미드 수지, 멜라민 수지를, 또한 굴절률이 낮은 수지로서 불소 변성 아크릴 수지, 실리콘 변성 아크릴 수지를 적용할 수 있다. 그 밖에 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 등을 적절하게 사용할 수 있다.

비정질 미립자는 구형상의 것이 입수하기 쉬우며, 또한 투명한 실리카, 실리콘 수지의 굴절률은 1.43 내지 1.44, 가교 아크릴 수지의 굴절률은 1.49로서, 굴절률이 높은 수지로서 적용할 수 있다.

광산란층을 포토리소그래피 공정에 의해 패턴 형상으로 형성하는 경우에는, 감광성과 현상성을 갖는 아크릴계 수지나 에폭시계 수지를 이용할 수 있다. 또한, 열경화성 수지나 자외선 경화형 수지를 이용하는 것도 가능하다.

상기 수지 이외에도 도포 적성을 개선하기 위한 계면 활성제, 감광성을 부여시키기 위한 광중합 개시제, 증감제 등을 첨가할 수 있다.

광산란층(12) 중의 비정질 미립자(13)로서 상기 두가지 예와는 다른 형상, 다른 제조 프로세스를 예시할 수 있다. 즉, 투명 수지를 기판 상에 도포 건조하고 포토리소그래피법 등의 수단을 이용하여 막 두께 수㎛, 패턴 크기 수㎛ 내지 수십㎛의 미세한 릴리프를 다수 형성하고, 가열에 의해 상기 릴리프를 연화시킨 후 열가교시킨다. 이 위에 굴절률이 상이한 투명 수지를 도포함으로써 광산란막층을 형성할 수 있다.

비정질 미립자가 미소 수지 패턴을 용융하여 형성된 반구형상의 마이크로 렌즈이면, 패턴 형상(크기와 형태, 밀도)을 변경함으로써 광산란 특성을 조정할 수 있다. 혹은, 마이크로 렌즈의 단면 형상을 비대칭으로 하거나, 혹은 포물선 형상으로 함으로써 지향성 있는 광산란층으로 할 수 있다.

셀 갭 조정층인 광산란층의 패턴의 크기는, 위상차층의 평면에서 본 크기와 동일한 크기이거나, 혹은 위상차층보다 큰 크기의 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.

(착색 화소의 중첩 형상)

TFT용 노광 장치는 3σ가 1.5㎛인 높은 얼라인먼트 정밀도의 장치가 시판되고 있다. TFT의 경우에는 금속 배선에 부착된 얼라인먼트 마크가 사용되고 있지만, 컬러 필터의 경우에는 그것과 달리 유기물막(예를 들어 블랙 매트릭스 등의 감광성 착색 조성물막)에 부착된 얼라인먼트 마크를 사용한다. 또한, 적층해 가는 착색층도 마찬가지로 얼라인먼트 마크는 유기물막에 부착되고, 유기물막의 막 두께도 1㎛ 내지 4㎛로 TFT의 배선과 비교하여 두껍고, 패턴 에지에도 테이퍼가 형성되기 때문에, 그 얼라인먼트 정밀도는 3σ에서 4.5㎛인 얼라인먼트 정밀도가 적어도 필요하게 된다.

상술한 바와 같이, IPS나 VA, FFS 방식의 액정 표시 장치의 액정 두께는 약 2㎛ 내지 4㎛이다. 본 발명의 컬러 필터에서의 착색층의 두께는, 그 액정 두께의 0.6배 내지 1배 정도이다. 따라서, 착색층의 구체적 두께는 약 1.2㎛ 내지 4㎛가 된다.

또한, 블랙 매트릭스의 화상 선폭은 모바일(소형) 액정 표시 장치용과 대형 TV용에서 상이하지만, 약 5㎛ 내지 30㎛이다. 화소의 개구율을 우선하는 경우에는, 상술한 바와 같이 블랙 매트릭스의 형성을 생략하여도 된다.

도 9에 두꺼운 막 두께의 착색 화소(22)의 패턴 에지 형상을, 도 10에 얇은 막 두께의 착색 화소(23)의 패턴 에지 형상을 각각 도시한다. 얼라인먼트에 관계된 패턴 에지의 길이 m, n을 4.5㎛로 하고, 착색 화소(22)의 막 두께 s, 착색 화소(23)의 막 두께 t에 상술한 착색층의 두께 1.2㎛ 이상 4.0㎛ 이하를 적용하여, 그 패턴 에지의 테이퍼 각도 θ₁, θ₂(착색 화소 단부의 투명 기판(1)의 면과 이루는 각도)를 계산하면, 그 각도 범위는 약 15°이상 40°이하가 된다. 따라서, 착색층(22, 23)의 막 두께 s, t에도 따르지만, 양호한 평탄성을 얻기 위해서는 15°이상 40°이하의 테이퍼 각도로 착색 화소의 단부 형상을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 착색 화소의 단부 형상은 중합 개시제의 양, 현상 방법, 노광량 등을 바꾸는 등, 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 착색 화소의 평면에서 본 형상은, 착색 화소의 연속된 스트라이프 형상인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 컬러 필터 기판 상에, 컬러 필터 표면의 미묘한 텍스처나, 후술하는 셀 갭 조정층 표면이나, 셀 갭 조정층 형성 전의 처리(배향 처리) 등의0.1㎛ 이하의 표면의 요철을 커버하는 목적이나, 전기 절연성을 향상시키는 관점에서 투명 수지로 이루어지는 보호층이나 절연층을 적층하여도 된다. 보호층은 스페이서의 높이를 어느 정도 확보하기 위하여, 사용하는 투명 수지의 분자량을 크게 하는 등의 고안에 의해 추종성을 확보(평탄성 확보와 반대의 방향)하기 쉬운 것을 형성할 수 있다. 보호층을, 예를 들어 0.05㎛ 내지 0.3㎛의 얇은 막 두께로 도포 형성함으로써 스페이서 높이를 확보할 수 있다. 또한, 미리 스페이서를 높게 형성함으로써, 막 두께 1㎛ 이상의 보호막을 형성하여도 된다.

보호층은 배향막을 겸하여도 되고, 후술하는 위상차층의 전처리 전에 미리 도포 형성하여도 된다. 혹은, 위상차층이나 액정의 배향막의 광배향을 어시스트 하는 첨가제(예를 들어 자외선 흡수제)를 함유하는 것이어도 된다. 또한, 차광층과 동일한 재료로 돌기를 미리 화소 내에 형성하고, 또한 착색층을 적층하여 배향 제어용 구조물로서 사용하여도 된다. 스페이서와 배향 제어용 구조물을 겸용하여도 된다. 예를 들어, TFT 기판측의 액정을 구동하는 TFT 소자와, 컬러 필터 기판측의 받침대를 마주 보도록 화소 중심에 형성함으로써 수직 배향의 액정 디스플레이의 스페이서와 배향 제어용 구조물로서 겸용할 수 있다.

(위상차층)

반투과형 액정 표시 장치의 반사부는, 투과부와 비교하여 광로차 외에 액정에 기인하는 위상차의 차가 발생한다. 이러한 반사부와 투과부의 위상차의 차이에 의해, 반사부의 반사광이나 흑색 표시에 착색을 발생시키거나, 혹은 노멀리 블랙 표시이어야 할 표시가 노멀리 화이트 표시가 되는 경우가 있어 위상차의 문제는 크다.

이에 대해, 입사광을 1/4 파장 위상차를 어긋나게 하고, 반사 전극에서의 반사에 의해 1/4 파장분 위상차를 더 가함으로써, 이 문제를 해소할 수 있다(직선 편광으로 변환된 입사광을 상기 위상차층의 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시킴).

본 발명에 관한 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 위상차층에 1/4 파장 위상 혹은 1/2 파장 위상을 변화시키는 기능을 부여하는 구체적인 방법으로서, 고분자 액정이나 가교성 고분자 액정 용액을 사용한 도포 형성 방법, 상술한 알칼리 가용의 투명 수지에 복굴절 조정제를 첨가하여 형성하는 방법, 중합성 액정 화합물을 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 중합성 액정 화합물의 경우에는, 원반 형상의 분자 구조를 갖는 디스코틱 중합성 액정 화합물이나 막대 형상 중합성 액정 화합물을 사용할 수 있다. 이들에 열거한 방법이나 재료를 조합하여 형성하여도 된다.

또한, 편광을 1/4 파장 위상 혹은 1/2 파장 위상 변화시키는 기능 부여의 재현성을 높이기 위하여, 위상차층의 형성 전에 배향막의 형성이나 배향 처리를 실시하여도 된다. 중합성 액정 화합물과 같이 노광의 양이나 노광 파장으로 배향 조정이 가능한 경우에는, 착색 화소의 색에 의해 그 배향의 밀도나 배향 방향을 조정할 수 있다. 배향막의 배향 처리도 상기 중합성 액정 화합물과 마찬가지의 광배향 처리를 채용할 수 있다.

노광기는 초고압 수은등, YAG 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저 등을 노광 파장도 포함시켜 적절하게 선택할 수 있다. 레이저 노광과 같이 노광 파장의 선택이나 레이저 샷 횟수에 의한 노광량 조정, 레이저광의 입사 각도 등으로 배향의 밀도나 배향 방향을 조정할 수 있다. 복수의 포토마스크를 사용하여 대응하는 착색 화소마다 선택 노광하여도 된다. 복수 방향으로부터의 조사를 한번에 행하여도 된다. 또한, 노광은 편광 조사 혹은 비편광 조사를 불문한다. 먼저 편광 조사를 행한 후, 가온하면서 비편광 조사로 고정화를 행하여도 된다. 산소 저해가 있는 경우에는, 불활성 가스 분위기 하에서 행하는 것이 바람직하다.

위상차층의 막 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛ 정도의 범위에서 컬러 필터 구성 재료만이나 혹은 액정 표시 장치에 적용하는 액정의 복굴절률에 맞추어 조정하면 된다. 위상차층의 위상차의 차는, 노광량 외에 중합성 액정 화합물에 첨가하는 중합성 개시제의 첨가량이나 그 종류, 블렌드에 의해 조정할 수 있다. 또한, 중합성 액정 화합물이 단량체인 경우, 단량체의 반응성기를 복수로 함으로써 가교 밀도를 높여 신뢰성 높은 위상차층으로 할 수 있다.

위상차층을 착색 화소의 각각 주요한 투과광의 파장에 맞춘 위상차층으로 할 수도 있다. 노멀리 블랙 표시의 경우, 착색 화소 상에 형성하는 위상차층뿐만 아니라, 차광층(프레임부) 상의 위상차층에도 1/4 파장 혹은 1/2 파장 위상 변화시키는 기능을 부여함으로써 광누설을 없앨 수 있다. 노멀리 블랙 표시의 액정 표시 장치에 있어서, 위상차층(11')을 프레임 형상의 차광층(2) 상에 위상차층(11')과 차광층(11)의 합계 막 두께와 녹색 화소의 막 두께가 거의 동등해지도록 형성함으로써, 광누설을 없애 화질 향상으로 연결시킬 수 있다.

중합성 액정 화합물을 위상차층으로서 사용하는 경우, 위상차층 형성 전에 전처리로서 배향막을 도포 형성하여 배향 처리를 행하여도 된다. 또한, 위상차층을 형성하여 컬러 필터 기판으로 한 후, 액정 배향을 위한 배향막을 형성하는 것이 바람직하다. 당 배향막이 자외선 등의 에너지선으로 배향량을 조정할 수 있는 배향막인 경우에는, 상술한 바와 같은 레이저 노광으로 투과부와 반사부의 배향량을 바꾸거나, 또한 색마다의 배향을 상이하게 할 수 있다. 혹은, 위상차층의 배향 처리에 사용한 배향막을 투과부의 액정 배향에 사용하고, 또한 반사부의 위상차층에는 다른 배향 기능을 갖는 막을 별도로 형성할 수도 있다.

위상차층의 하지가 되는 배향막에 사용할 수 있는 유기 화합물에는 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴산/메타크릴산 공중합체, 스티렌/말레이미드 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리(N-메틸올아크릴아미드), 스티렌/비닐톨루엔 공중합체, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 니트로셀룰로오스, 폴리염화비닐, 염소화 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 아세트산 비닐/염화비닐 공중합체, 에틸렌/아세트산 비닐 공중합체, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카르보네이트 등의 중합체 및 실란 커플링제 등의 화합물을 들 수 있다. 바람직한 중합체의 예로서는 폴리이미드, 폴리스티렌, 스티렌 유도체의 중합체, 젤라틴, 폴리비닐알코올 및 알킬기(탄소 원자수 6 이상이 바람직함)를 갖는 알킬 변성 폴리비닐알코올을 들 수 있다.

컬러 필터의 착색 화소 표면을 러빙하는 것에 의해서도 배향 효과를 얻을 수 있다. 또한, 시판되고 있는 배향막 재료를 적용할 수 있으며, 예를 들어 닛산 가가꾸사제의 배향막 재료(산에버), 히따찌 가세이 듀퐁 마이크로 시스템즈사제의 배향막 재료(QL, LX 시리즈), JSR사제의 배향막 재료(AL 시리즈), 틱소사제의 배향제(릭슨 얼라이너) 등을 들 수 있다. 이들 배향막 재료는 잉크젯용 잉크로서 점도 조정을 행하는 경우, 감마 부티로락톤, 디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸아세테이트, 시클로헥사논 등의 유기 용제의 첨가로 가능하다.

위상차층의 하지가 되는 배향막의 배향 처리는, 액정 표시 장치로서 사용하는 액정의 배향막의 배향 방법과 동일한 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 기계적으로 배향막의 표면을 문지르는 러빙 방법 외에, 자외광을 사용하는 광배향의 방법이어도 된다. 자외광의 광원은 초고압 수은등, 저압 수은등, 쇼트 아크형의 크세논 램프, 고체 레이저, YAG 레이저, 반도체 레이저 등 노광하는 자외광의 파장, 조사 각도, 조사량 등을 적절하게 선택할 수 있다. 자외광은 2방향, 4방향 등 복수의 방향으로부터의 조사 방법을 채용하여도 된다.

후술하는 본 발명의 실시예에서는 배향막의 패턴 형성에 가장 간편한 잉크젯 방식으로 행한 예에 대하여 설명하지만, 현상 처리 가능한 감광성의 배향막 재료를 사용하여 포토리소그래피의 방법으로 패턴 형성을 행하여도 된다.

셀 갭 조정층 혹은 위상차층을 차광부 상에 적층하여 차광부 단차를 적게 하는 것은 바람직하다. 도 14에 도시한 바와 같이, 종래, 컬러 필터의 착색 화소(3)와 차광층(2)에서 발생하고 있었던 단차 a에 기인하는 액정 배향 불균일이 컬러 필터의 평탄성 향상으로 개선되는 것이 그 이유이다.

또한, 본 발명에 관한 컬러 필터 기판의 투과부와 반사부의 면적 비율은, 그 액정 표시 장치의 사용 목적ㆍ조건으로 조정할 수 있다.

<실시예>

(차광층 재료/흑색 조성물의 조정)

(안료 분산체 RD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 레드 254/C.I.피그먼트 레드 177=80/20(중량비) 혼합물 20부, 분산제로서 BYK-2001을 5부(고형분 환산), 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75부를 비즈 밀에 의해 처리하여 안료 분산체(RD1)를 제조하였다.

(안료 분산체 YD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 옐로우 150을 20부, 분산제로서 솔스퍼스 24000을 5부(고형분 환산), 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75부를 비즈 밀에 의해 처리하여 안료 분산체(YD1)를 제조하였다.

(안료 분산액 BD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 블루 15:6을 20부, 분산제로서 아지스퍼 PB-821을 5부(고형분 환산), 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75부를 비즈 밀에 의해 처리하여 안료 분산체(BD1)를 제조하였다.

(안료 분산액 VD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 바이올렛 23을 20부, 분산제로서 아지스퍼 PB-821을 5부(고형분 환산), 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 75부를 비즈 밀에 의해 처리하여 안료 분산체(VD1)를 제조하였다.

(수지 용액(P1)의 합성)

반응 용기에 시클로헥사논 800부를 넣고, 용기에 질소 가스를 주입하면서 가열하고, 하기 단량체 및 열중합 개시제의 혼합물을 적하하여 중합 반응을 행하였다.

스티렌 60부

메타크릴산 60부

메틸메타크릴레이트 65부

부틸메타크릴레이트 65부

열중합 개시제 10부

연쇄 이동제 3부

적하 후 충분히 가열한 후, 열중합 개시제 2.0부를 시클로헥사논 50부로 용해시킨 것을 첨가하고, 또한 반응을 계속하여 아크릴 수지의 용액을 얻었다. 이 수지 용액에 불휘발분이 20중량％가 되도록 시클로헥사논을 첨가하여 아크릴 수지 용액을 제조하여 수지 용액(P1)으로 하였다. 아크릴 수지의 중량 평균 분자량은 약 10,000이었다.

(흑색 조성물)

하기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 흑색 조성물을 얻었다. 흑색 조성물은 나중의 실시예에서 차광층 및 받침대의 형성에 사용한다.

상기 안료 분산액(RD1) 21부

상기 안료 분산액(BD1) 17부

상기 안료 분산액(YD1) 4부

수지 용액(P-1) 9부

트리메틸올프로판트리아크릴레이트 4.8부

광중합 개시제(시바 가이기사제 「이르가큐어-369」) 2.8부

광증감제(호도가야 가가꾸사제 「EAB-F」) 0.2부

시클로헥사논 36.2부

이상과 같이 하여 얻은 흑색 조성물은, 도포 형성 후의 경화시킨 막 두께 1㎛에서 대략 1.8의 광학 농도(OD값)이다. 도포 조건에 따라 막 두께 조정이 가능하다. 수지의 고형비(수지 용액)의 성분비 조정으로 도막의 광학 농도의 조정도 가능하다. 또한, 상기 흑색 조성물에서는 녹색 유기 안료는 차광성이 나쁘기 때문에 첨가하지 않았다.

(광학 농도(OD)의 측정)

광학 농도(OD값)는 물질이 광을 흡수하는 정도를 나타내는 값이며, 광로 길이가 일정할 때 OD값이 클수록 물질의 농도가 높은 것을 나타낸다. 본 발명에서의 광학 농도(OD값)는 하기 수학식 (1)로 표시된다. 상기에서 얻어진 흑색 조성물 도포 기판을 올림푸스사제의 분광기 OSP-200을 사용하여 C 광원에서의 3자극치 Y를 측정하고, 식 (1)을 사용하여 광학 농도(OD)를 산출하였다.

광학 농도(OD)=-log(Y/100) …(1)

(단, Y는 C 광원에서의 3자극치 Y임)

측정용 시료로서, 유기 용제로 희석하여 농도 조정한 흑색 조성물 Blk를 유리 기판 상에 1㎛의 두께로 도포 시공하여 자연 건조시켰다. 핫 플레이트에서 90℃로 1분간 가열하여 잉여의 용제를 제거 건조시켰다. 그 후, 230℃에서 1시간 오븐에서 소성을 행하여 차광층의 광학 농도 측정 시료로 하였다. 광학 농도(OD)는 약 1.8이었다.

도포 조건에 의해 막 두께의 조정이 가능하다. 또한, 수지 용액의 성분(고형분)비의 조정에 의해 농도를 제어하는 것도 가능하다. 상기 흑색 조성물에서 막 두께를 4㎛ 내지 5㎛로 두껍게 형성하는 경우에는, 수지 용액과 용제(시클로헥사논 등)의 배합량을 증가시켜, 유기 안료 농도를 흑색 조성물의 10% 전후로 함으로써 대응할 수 있다. 이때의 차광성은 광학 농도로 3 내지 4의 범위로 설정할 수 있다.

후술하는 실시예에서는 흑색 조성물의 수지 고형비 및 용제량을 조정하여, 막 두께 1.6㎛에서 광학 농도를 약 3으로 하였다.

(광산란층용 수지 조성물의 제조)

감광성의 광산란층용 수지 조성물을 이하에 나타내는 조성으로 제조하였다.

알칼리 가용형 감광성 투명 수지 A2:

플루오렌 골격을 갖는 에폭시아크릴레이트 수지 4.5중량부

투명 입자 B3: MX180(소껜 가가꾸사제) 2중량부

광중합 개시제 C: 이르가큐어 819

(시바 스페셜티 케미컬즈사제) 0.45중량부

용제 D: 시클로헥사논 21중량부

광중합 단량체 E: M400(도아 고세이사제) 2중량부

A2와 C와 E를 혼합하고 도포하고 건조하고 노광(200mJ/cm²)하고 현상한 후, 230℃에서 60분간 경막화한 후의 투명 수지의 굴절률은 1.58(D선 589nm)이었다.

상기 A2, B3, C, D, E를 중량비로 A2:B3:C:D:E=4.5:2:0.45:21:2로 하여 미디어레스 분산기로 3시간 혼합 교반하여 광산란층용 수지 조성물을 얻었다. 이때의 조성물의 점도는 14cp/25℃이었다.

(착색 화소 재료/착색 조성물의 제조)

[안료 제조예 R2]

디케토피롤로피롤계 적색 안료 PR254(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가포어 레드 B-CF」; R-1) 100부, 색소 유도체(D-1) 18부, 분쇄한 식염 1000부 및 디에틸렌글리콜 120부를 스테인리스제 1갤론 니이더(이노우에 세이사꾸쇼제)에 투입하여 60℃에서 10시간 혼련하였다.

이 혼합물을 온수 2000부에 투입하고, 약 80℃로 가열하면서 하이스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리 상태로 하고, 여과, 수세를 반복하여 식염 및 용제를 제거한 후, 80℃에서 24시간 건조하여 115부의 솔트 밀링 처리 안료(R2)를 얻었다.

[안료 제조예 R3]

안트라퀴논계 적색 안료 PR177(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「크로모프탈 레드 A2B」) 100부, 색소 유도체(D-2) 8부, 분쇄한 식염 700부 및 디에틸렌글리콜 180부를 스테인리스제 1갤론 니이더(이노우에 세이사꾸쇼제)에 투입하여 70℃에서 4시간 혼련하였다. 이 혼합물을 온수 4000부에 투입하고, 약 80℃로 가열하면서 하이스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리 상태로 하고, 여과, 수세를 반복하여 식염 및 용제를 제거한 후, 80℃에서 24시간 건조하여 102부의 솔트 밀링 처리 안료(R3)를 얻었다.

[안료 제조예 R4]

술폰화 플라스크에 tert-아밀알코올 170부를 질소 분위기 하에서 장전하여 나트륨 11.04부를 첨가하고, 이 혼합물을 92 내지 102℃로 가열하였다. 용융된 나트륨을 세차게 교반하면서 100 내지 107℃로 밤새 유지하였다.

얻어진 용액에 4-클로로벤조니트릴 44.2부 및 디이소프로필숙시네이트 37.2부를 80℃에서 tert-아밀알코올 50부 중에 용해한 용액을 80 내지 98℃에서 2시간에 걸쳐 도입하였다. 도입 후, 이 반응 혼합물을 80℃에서 3시간 더 교반하고, 동시에 디이소프로필숙시네이트 4.88부를 적하 첨가하였다.

이 반응 혼합물을 실온으로 냉각하여 메탄올 270부, 물 200부 및 농황산 48.1부의 20℃의 혼합물에 첨가하고, 20℃에서 교반을 6시간 계속하였다. 얻어진 적색 혼합물을 여과하고, 잔류물을 메탄올과 물로 세정한 후, 80℃에서 건조하여 46.7부의 적색 안료(R4)를 얻었다.

[안료 제조예 G2]

염화알루미늄 356부 및 염화나트륨 6부의 200℃의 용융염에 아연 프탈로시아닌 46부를 용해하여 130℃까지 냉각하고, 1시간 교반하였다. 반응 온도를 180℃로 승온하고, 브롬을 1시간당 10부로 10시간 적하하였다. 그 후, 염소를 1시간당 0.8부로 5시간 도입하였다.

이 반응액을 물 3200부에 서서히 주입한 후, 여과하고 수세하여 107.8부의 조제(粗製) 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료를 얻었다. 조제 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료의 1분자 내에 포함되는 평균 브롬화수는 14.1개, 평균 염소수는 1.9개이었다. 또한, 당 실시예에 있어서 브롬화수를 한정하는 것은 아니다.

얻어진 조제 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료 120부, 분쇄한 식염 1600부 및 디에틸렌글리콜 270부를 스테인리스제 1갤론 니이더(이노우에 세이사꾸쇼제)에 투입하여 70℃에서 12시간 혼련하였다.

이 혼합물을 온수 5000부에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리 상태로 하고, 여과, 수세를 반복하여 식염 및 용제를 제거한 후, 80℃에서 24시간 건조하여 117부의 솔트 밀링 처리 안료(G2)를 얻었다.

[안료 제조예 Y2]

세퍼러블 플라스크에 물 150부를 투입하고, 또한 교반하면서 35% 염산 63부를 투입하여 염산 용액을 제조하였다. 발포에 주의하면서 벤젠술포닐히드라지드 38.7부를 투입하여 액온이 0℃ 이하가 될 때까지 얼음을 추가하였다. 냉각 후, 30분에 걸쳐 아질산나트륨 19부를 투입하고, 0 내지 15℃의 사이에서 30분간 교반한 후, 요오드화칼륨 전분지로 착색이 확인되지 않게 될 때까지 설파민산을 투입하였다.

이어서, 바르비투르산 25.6부를 첨가한 후, 55℃까지 승온하고 2시간 그대로 교반하였다. 계속해서, 바르비투르산 25.6부를 투입하여 80℃까지 승온한 후, pH가 5가 될 때까지 수산화나트륨을 투입하였다. 또한, 80℃에서 3시간 교반한 후, 70℃까지 온도를 낮추고 여과하여 온수 세정을 행하였다.

얻어진 프레스 케이크를 1200부의 온수에 리슬러리한 후, 80℃에서 2시간 교반하였다. 그 후, 그대로의 온도에서 여과를 행하고, 80℃의 물 2000부로 온수 세정을 행하여 벤젠폰아미드가 여과액측으로 이행하고 있는 것을 확인하였다. 얻어진 프레스 케이크를 80℃에서 건조하여 아조바르비투르산디나트륨염 61.0부를 얻었다.

계속해서, 세퍼러블 플라스크에 물 200부를 투입하고, 더 교반하면서 얻어진 아조바르비투르산디나트륨염의 분말 8.1부를 투입하여 분산시켰다. 균일하게 분산시킨 후, 용액을 95℃까지 승온하고, 멜라민 5.7부, 디알릴아미노멜라민 1.0부를 첨가하였다. 또한, 염화코발트(II) 6수화물 6.3부를 물 30부에 용해한 녹색 용액을 30분에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료 후, 90℃에서 1.5시간 착체화를 행하였다.

그 후, pH를 5.5로 조정하고, 크실렌 4부, 올레산나트륨 0.4부, 물 16부를 미리 교반하여 에멀전 상태로 한 용액 20.4부를 더 첨가하고, 4시간 더 가온 교반하였다. 70℃까지 냉각한 후, 빠르게 여과하고, 무기염을 세정할 수 있을 때까지 70℃에서 온수 세정을 반복하였다.

그 후, 건조, 분쇄의 공정을 거쳐 14부의 아조계 황색 안료(Y2)를 얻었다.

[안료 제조예 B2]

구리 프탈로시아닌계 청색 안료 PB15:6(도요 잉크 세조사제 「리오놀 블루 ES」) 100부, 분쇄한 식염 800부 및 디에틸렌글리콜 100부를 스테인리스제 1갤론 니이더(이노우에 세이사꾸쇼제)에 투입하고, 70℃에서 12시간 혼련하였다.

이 혼합물을 온수 3000부에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리 상태로 하고, 여과, 수세를 반복하여 식염 및 용제를 제거한 후, 80℃에서 24시간 건조하여 98부의 솔트 밀링 처리 안료(B2)를 얻었다.

[안료 제조예 V2]

LIONOGEN VIOLET RL(도요 잉크 세조제) 300부를 96% 황산 3000부에 투입하여 1시간 교반한 후, 5℃의 물에 주입하였다. 1시간 교반한 후, 여과하고, 온수로 세정액이 중성이 될 때까지 세정하여 70℃에서 건조하였다.

얻어진 산 페이스팅 처리 안료 120부, 염화나트륨 1600부 및 디에틸렌글리콜(도꾜 가세이사제) 100부를 스테인리스제 1갤론 니이더(이노우에 세이사꾸쇼제)에 투입하고, 90℃에서 18시간 혼련하였다. 이어서, 이 혼합물을 약 5리터의 온수에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리 상태로 한 후, 여과, 수세하여 염화나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제거하고, 80℃에서 24시간 건조하여 118부의 솔트 밀링 처리 안료(V2)를 얻었다.

(수지 용액(P2)의 제조)

반응 용기에 시클로헥사논 800부를 넣고, 용기에 질소 가스를 주입하면서 100℃로 가열하고, 동일 온도에서 하기의 단량체 및 열중합 개시제의 혼합물을 1시간에 걸쳐 적하하여 중합 반응을 행하였다.

스티렌 70.0부

메타크릴산 10.0부

메타크릴산 메틸 65.0부

메타크릴산 부틸 65.0부

아조비스이소부티로니트릴 10.0부

적하 후, 100℃에서 3시간 더 반응시킨 후, 아조비스이소부티로니트릴 2.0부를 시클로헥사논 50부에 용해한 것을 첨가하고, 100℃에서 1시간 더 반응을 계속하여 수지 용액을 합성하였다.

실온까지 냉각한 후, 수지 용액 약 2g을 샘플링하여 180℃에서 20분간 가열 건조하여 불휘발분을 측정하고, 먼저 합성한 수지 용액에 불휘발분이 20%가 되도록 시클로헥사논을 첨가하여 아크릴의 수지 용액(P2)을 제조하였다.

(안료 분산체 및 착색 조성물의 제조)

하기 표 4에 나타내는 조성(중량부)의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1mm의 지르코니아 비즈를 사용하여 샌드 밀로 5시간 분산시킨 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색, 녹색, 청색의 안료 분산체를 얻었다.

그 후, 하기 표 5에 나타낸 바와 같이 안료 분산체 아크릴 수지 용액(P2), 단량체, 중합 개시제, 증감제, 유기 용제 등의 혼합물을 혼합 교반한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색, 녹색, 청색의 각각의 착색 조성물을 얻었다. 이하의 실시예에서는 하기 표 5의 착색 조성물을 사용하여 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 형성하였다.

이하, 실시예 1에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

(컬러 필터 기판의 제작)

도 1, 3 및 5를 참조하여, 실시예 1에 관한 컬러 필터 기판의 제작에 대하여 설명한다.

상술한 흑색 조성물을 사용하여 유리인 투명 기판(1) 상에 도 1, 3 및 5에 도시하는 프레임 형상의 차광층(2)과 받침대(4)를 형성하였다. 차광층(2)의 두께는 1.6㎛, 받침대(4)의 두께는 0.6㎛로 하였다. 또한, 차광층(2)과 받침대(4)는, 상술한 흑색 조성물을 도포하여 건조한 후, 그레이톤 포토마스크(차광층 패턴과 받침대 패턴에 각각 투과율차를 생기게 한 포토마스크)를 사용하여 1회의 노광ㆍ현상 및 열 처리에 의한 경막 처리로 투명 기판(1) 상에 형성하였다.

계속해서, 투명 기판(1) 상에 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 적색 적층부(5R), 녹색 적층부(5G), 청색 적층부(5B)의 적층에 의한 스페이서(5)를 형성하였다. 도 1에 도시하는 반사부의 착색 화소를 포함하는 착색 화소 및 스페이서 형성을 위한 노광용 마스크는 그레이톤 포토마스크를 사용하였다. 그 결과, 착색 화소의 반사부에는 오목부가 형성되었다.

투명 기판(1)에 직접 형성되는 착색층(적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 청색 화소(3B)) 부분의 막 두께는 3.2㎛±0.2㎛로 하였다. 반사부(오목부)의 착색 화소의 막 두께는 1.6㎛±0.2㎛로 하였다. 본 실시예에서는 착색 화소의 반사부인 오목부를 둘러싸도록 높이 약 1.6㎛의 착색 화소의 벽이 형성되어 있으므로, 다음에 나타내는 잉크젯에 의한 배향막 형성에 있어서, 잉크 방울의 착탄 시에 잉크 방울이 오목부 밖으로 유출되지 않고 배향막을 도포 형성할 수 있다.

이어서, 위상차층(11)을 형성하기 전에 전처리로서 배향 처리를 이하와 같이 하여 실시하였다. 즉, 위상차층(11)을 형성하기 위한 착색 화소 표면의 전처리로서 닛산 가가꾸사제의 배향막 재료 산에버를 점도 조정한 것을 사용하여, 잉크젯 도포 장치로 반사부 착색 화소 상에 선택적으로 건조 막 두께가 0.1㎛가 되도록 토출하였다.

잉크젯에서의 비토출, 미스 디렉션, 미스트가 없고 정확하게 토출하기 위해서는, 비토출 시에서의 레올로지 특성을 제어할 필요가 있다. 잉크젯에 충전된 잉크의 우수한 토출성을 갖는 레올로지 특성은, 주파수를 100에서 0.1Hz까지 변화시켰을 때의 23℃ 내지 25℃에서의 잉크의 복소 점성률의 초기값이 20mPaㆍs 이하, 또한 최대값이 1000mPa 이하이고, 주파수 10Hz로부터 50Hz에서의 정접 손실이 1부터 20이다. 잉크젯의 노즐로부터의 토출량으로서 2부터 10pl(피코리터)의 범위 내에서 1화소당 1회의 토출로 하였다.

또한, 핫 플레이트 상에서 90℃에서 1분간 가열 건조시킨 후, 클린 오븐 중에 260℃에서 40분간 소성하여 경막하였다. 계속해서, 이 기판에 대하여 일정 방향으로 러빙 처리를 실시함으로써 전처리로 하였다.

전처리를 행한 반사부 착색 화소 상에 이하에 상세하게 설명하는 1/4 파장 변화시키는 위상차 기능을 갖는 위상차층(11)을 막 두께 1.6㎛±0.1㎛로 형성하였다. 즉, 위상차층이 되는 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합하고, 0.6㎛의 필터로 여과하여 얻은 중합성 액정 화합물을 전처리를 실시한 착색 화소 상에 건조 막 두께가 1.6㎛가 되도록 도포하고, 핫 플레이트에서 90℃로 2분간 가열 건조하여 액정 배향 기판을 얻었다.

수평 배향 중합성 액정 39.7부

(바스프(BASF) 재팬 가부시끼가이샤제 「Paliocolor LC 242」)

광중합 개시제 0.3부

(시바ㆍ스페셜리티ㆍ케미컬즈 가부시끼가이샤제 「이르가큐어-907」)

계면 활성제 6.0부

(빅 케미사제 「BYK111」 2% 시클로헥사논 용액)

시클로헥사논 154.0부

이어서, 이 중합성 액정 화합물을 도포한 기판을, 반도체 레이저를 광원으로 하는 노광기를 사용하여, 포토마스크를 개재하여 반사부의 각각 착색 화소 영역마다 자외선을 노광하였다. 자외선의 조사량은 레이저의 샷 횟수를 바꾸어 적색 화소 영역에서는 500mJ/cm², 녹색 화소 영역에서는 200mJ/cm², 청색 화소 영역에서는 5mJ/cm²로서 각각 노광하고, 또한 현상 처리하여 위상차층의 패턴을 형성하였다.

계속해서, 기판을 클린 오븐에 넣고, 230℃에서 40분간 소성을 행하여 1/4 파장층인 위상차층이 형성된 컬러 필터 기판을 얻었다.

얻어진 컬러 필터 기판의 착색 화소 및 위상차층의 위상차의 합계를 측정한 바, 적색 화소 부분은 파장 630nm의 광에 있어서 166nm, 녹색 화소 부분은 파장 550nm의 광에 있어서 136nm, 청색 화소 부분은 파장 450nm의 광에 있어서 112nm이었다. 그 결과를 하기 표 6에 나타낸다.

프레임 형상의 차광층(2) 상에도 동일한 프레임 형상 패턴으로 위상차층(11')을 형성하였다. 차광층(2)과 그 차광층 상의 위상차층(11')의 합계 막 두께는 약 3.2㎛이며, 녹색 화소(3G)의 막 두께와 대략 동일하게 하였다.

이어서, 광산란층(셀 갭 조정층)(12)을 상기의 광산란층 조성물을 사용하여 1.9㎛의 막 두께로 형성하였다. 형성 방법은 광산란층(12)의 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 200mJ/cm²의 자외선 노광을 행하여 알칼리 현상액으로 현상한 후, 230℃에서 40분간의 열 처리로 경막하였다. 이 노광 및 열 처리는 광산란층(12) 하부에 이미 배치된 위상차층의 추가 경막에서의 안정화로 연결된다. 광산란층(12)의 적층에 의해 위상차층의 산소 저해가 해소되고, 다시 자외선 노광을 포함시킨 경막 처리로 안정화시킬 수 있다. 당 실시예에서는 미리 착색 화소에 오목부를 형성한 후, 위상차층의 열 처리에서의 경막을 행하므로, 노광량의 차를 불문하고 위상차층의 형상 붕괴없이 양호하게 형성할 수 있었다.

도 4에 도시하는 받침대(4) 상의 돌기 높이 d는 청색 화소측에서 0.1㎛, 녹색 화소측에서 0.14㎛로 낮고, 평탄성은 양호하였다.

또한, 도 3에 도시하는 스페이서(5)의 저변의 크기는 25㎛로 하고, 스페이서(5)를 구성하는 적층 착색층의 전체의 높이는 약 3.9㎛로 하였다. 대상으로 하는 액정 표시 장치의 액정 두께는 3.8㎛이다. 후술하는 도 12에 도시하는 반사부 상의 액정층의 두께는 1.8㎛로 하였다.

[실시예 2]

(컬러 필터 기판의 제작)

우선, 컬러 필터 기판의 모식 평면도인 도 7에 기초하여, 또한 그의 부분 단면도인 도 2 및 도 3을 병용하여 실시예를 설명한다. 본 실시예는 블랙 매트릭스를 형성하고, 또한 셀 갭 조정층으로서 광산란층이 아니라 투명 수지를 사용한 점이 실시예 1과 상이하다.

상술한 흑색 조성물을 사용하여 유리인 투명 기판(1) 상에, 도 7, 도 2에 도시하는 차광층(2)과 받침대(4)를 형성하였다. 차광층(2)의 두께는 1.6㎛, 블랙 매트릭스(8) 및 받침대(4)의 두께는 0.6㎛로 하였다. 또한, 차광층(2)과 블랙 매트릭스(8) 및 받침대(4)는, 상술한 흑색 조성물을 도포하여 건조한 후, 그레이톤 포토마스크(차광층 패턴과 받침대 패턴에 각각 투과율 차를 생기게 한 포토마스크)를 사용하여 1회의 노광ㆍ현상 및 열 처리에 의한 경막 처리로 투명 기판(1) 상에 형성하였다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 기판(1) 상에 차광층(11), 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 또한 착색층 적층에 의한 스페이서(5), 서브 스페이서(6)를 형성하였다. 스페이서(5), 서브 스페이서(6) 형성을 위한 노광용 마스크는, 당해 패턴부가 저투과율인 그레이톤 포토마스크를 사용하였다.

유리인 투명 기판(1)에 직접 형성되는 착색층(적색 화소(R), 녹색 화소, 청색 화소(B)) 부분의 막 두께는 모두 3.2㎛±0.2㎛로 하였다.

도 2에 도시하는 착색 화소(3G)의 반사부(오목부)에는, 1/4 파장 변화시키는 위상차 기능을 갖는 위상차층(11)을 막 두께 1.6㎛±0.1㎛로 형성하였다. 위상차층(11)을 배향시켜 위상차 기능을 부여하기 위한 착색 화소 표면의 전처리 및 위상차층(11)의 형성 및 이것들에 사용한 재료는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.

이어서, 위상차층(11) 상에 알칼리 현상 가능한 아크릴계 광감광성 수지를 사용하여 막 두께 1.9㎛의 셀 갭 조정층(15)을 형성하였다. 프레임 형상의 차광층(11) 상에도 동일한 프레임 형상 패턴으로 셀 갭 조정층(15')을 형성하였다. 차광층(2)과 그 차광층 상의 셀 갭 조정층(15')의 합계 막 두께는 약 3.2㎛이며, 녹색 화소(3G)의 막 두께와 대략 동일하게 하였다.

또한, 도 3에 도시하는 스페이서(5)의 저변의 크기는 25㎛로 하며, 스페이서(5)를 구성하는 착색층 적층부의 높이는 약 3.9㎛, 대상으로 하는 액정 표시 장치의 액정 두께는 3.8㎛이다.

[실시예 3]

(컬러 필터 기판의 제작)

본 발명의 컬러 필터 기판의 모식 평면도인 도 7에 기초하여, 또한 그의 부분 단면도인 도 2 및 도 3을 병용하여 실시예를 설명한다.

상술한 흑색 조성물을 사용하여 유리인 투명 기판(1) 상에 도 7, 도 2에 도시하는 차광층(2)과 받침대(4)를 형성하였다. 차광층(2)의 두께는 1.6㎛, 블랙 매트릭스(8) 및 받침대(4)의 두께는 0.6㎛로 하였다. 또한, 차광층(2)과 블랙 매트릭스(8) 및 받침대(4)는, 상술한 흑색 조성물을 도포하여 건조한 후, 그레이톤 포토마스크(차광층 패턴과 받침대 패턴에 각각 투과율 차를 생기게 한 포토마스크)를 사용하여 1회의 노광ㆍ현상 및 열 처리에 의한 경막 처리로 투명 기판(1) 상에 형성하였다.

이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 기판(1) 상에 차광층(2), 적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 청색 화소(3B), 또한 착색층의 적층에 의한 스페이서(5), 서브 스페이서(6)를 형성하였다. 스페이서(5), 서브 스페이서(6)의 형성을 위한 노광용 마스크는, 당해 패턴부가 저투과율인 그레이톤 포토마스크를 사용하였다.

투명 기판(1)에 직접 형성되는 착색층(적색 화소(3R), 녹색 화소(3G), 청색 화소(3B)) 부분의 막 두께는 모두 3.2㎛±0.2㎛로 하였다.

도 2에 도시하는 착색 화소의 반사부(오목부)에는, 1/2 파장의 위상차 기능을 갖는 위상차층(11)을, 하기 표 7에 나타낸 바와 같이 막 두께 2.6㎛±0.15㎛로 형성하였다. 위상차층(11)을 배향시켜 위상차 기능을 부여하기 위한 착색 화소 표면의 전처리는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 각 착색 화소에 대응하는 위상차량은 노광량으로 조정하였다. 위상차층(11)이 되는 중합성 액정 조성물은, 하기에 나타내는 조성으로 하였다.

수평 배향 중합성 액정 49.5부

(다이닛본 잉크 가가꾸 고교 가부시끼가이샤제 「UCL-017」)

광중합 개시제 0.5부

(시바ㆍ스페셜리티ㆍ케미컬즈사제 「이르가큐어-OXE01」)

계면 활성제 2.0부

(빅 케미사제 「BYK330」 2% 시클로헥사논 용액)

시클로헥사논 148.0부

이어서, 알칼리 현상 가능한 아크릴계 광감광성 수지를 사용하여 막 두께 0.9㎛의 셀 갭 조정층(15)을 형성하였다. 도 2에 도시하는 프레임 형상의 차광층(2) 상에도 마찬가지의 패턴으로 셀 갭 조정층(15')을 형성하였다. 스페이서의 높이 및 형상은 실시예 1과 마찬가지이다.

또한, 이상의 실시예 3에 의해 얻은 컬러 필터 기판에서는 위상차층(11)의 막 두께는 2.6㎛이며, 막 두께 3.2㎛의 착색 화소(예를 들어, 녹색 화소(3G))의 오목부에 형성되면, 착색 화소의 표면보다 돌출되므로, 실제로는 도 11에 도시하는 바와 같은 구성이 된다.

[실시예 4]

도 12에 도시하는 구성의 액정 표시 장치를 제작하였다.

실시예 3에서 제작한 컬러 필터 기판(31)과, TFT 기판(32)을 대향하여 배치하고, 그들 사이에 기판면과 병행으로 배향되는 수평 배향(IPS) 방식의 액정층(33)을 협지하여 액정 표시 장치로 하였다. 또한, 편광 필름, 위상차 필름, 배향막의 도시는 생략하였다.

TFT 소자(34)와 전기적으로 접속되는 화소 전극(35)은 투명 도전막으로 이루어지는 빗살 모양 패턴으로 하고, 도시되어 있지 않지만, 공통 전극이 절연층을 개재하여 화소 전극 하부에 배치되어 있다.

액정층(33)의 두께는 3.8㎛의 설정으로 하였다.

[실시예 5]

(액정 표시 장치의 제작)

실시예 1에서 제작한 컬러 필터 기판(31)과 TFT 기판(32)을 대향시켜 배치하고, 그들 사이에 기판면과 평행하게 배향하는 수직 배향(VA) 방식의 액정층(33)을 협지하여 액정 표시 장치로 하였다. 또한, 편광 필름, 위상차 필름, 배향막의 도시는 생략하였다.

본 실시예에 있어서, 컬러 필터 기판(31)은 차광층과 셀 갭 규제층을 합친 막 두께가 녹색 화소인 착색층(3G)과 동일한 막 두께이며, 여분의 돌기 구조물이 없기 때문에 원활하고 균일한 액정의 충전이 가능하고, 화상 표시도 극히 균질하고 양호하였다. 착색 화소 주변이나 차광층과 표시 영역의 경계부에서의 액정 배향의 흐트러짐도 없고, 광누설이 없는 고화질의 액정 표시 장치가 얻어졌다.

또한, 도 12에 도시한 TFT 소자(34)의 근방의 액정 표시 장치의 부분 확대도를 도 13에 도시하였다(광산란층 및 셀 갭 규제층은 도시되어 있지 않음). 절연층(41)의 막 두께가 얇은 경우, 화소 전극(42)과 공통 전극(43)의 사이에 형성되는 아치 형상의 전기력선(44)에 의해 절연층(41)을 개재한 보다 효율적인 액정 구동이 가능하다. 본 실시예에 따르면, 반사부에 형성된 위상차층의 존재로 인해 반사부와 투과부에서의 표시 품질에 차가 없어져 고투과율의 액정 표시 장치가 얻어진다.

Claims

투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에 있어서,
상기 착색 화소의 각각에는 오목부가 형성되며, 상기 제1 위상차층은 상기 오목부 내에 형성됨과 함께, 직선 편광으로 변환된 입사광을 상기 제1 위상차층의 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 오목부가 형성되어 있는 착색 화소의 막 두께와, 상기 오목부가 형성되어 있지 않은 착색 화소의 막 두께의 비가 1/2 내지 1/4의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 녹색 화소가 할로겐화 아연 프탈로시아닌을 주된 색재로서 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 제1 위상차층 상에 제1 셀 갭 조정층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제4항에 있어서, 상기 제1 셀 갭 규제층의 표면과 상기 오목부가 형성되어 있지 않은 착색 화소의 표면과의 높이의 차가, 액정 표시 장치의 액정층의 두께의 약 1/2인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 셀 갭 조정층이 광산란층인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 투명 기판 상의 유효 표시 영역에 상기 착색 화소를 구분하도록 배치된, 상기 차광층과 동일 재료로 이루어지는 블랙 매트릭스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제7항에 있어서, 상기 차광층의 막 두께보다 상기 블랙 매트릭스의 막 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 차광층은 복수의 유기 안료의 혼합물을 주된 색재로 하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 차광층 상에 적층된 제2 위상차층을 더 구비하고, 상기 차광층과 제2 위상차층의 합계 막 두께가 상기 녹색 화소의 막 두께와 대략 동일한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 차광층 상에 적층된 제2 셀 갭 조정층을 더 구비하고, 상기 차광층과 제2 셀 갭 조정층의 합계 막 두께가 상기 녹색 화소의 막 두께와 대략 동일한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 복수색의 착색 화소가 적어도 적색 화소와 녹색 화소와 청색 화소를 포함하고, 이들 착색 화소의 위상차가 적색 화소≥녹색 화소≥청색 화소의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 복수색의 착색 화소가 적어도 적색 화소와 녹색 화소와 청색 화소를 포함하고, 이들 착색 화소의 위상차와 당해 착색 화소 상에 적층된 제1 위상차층의 위상차의 각각 색마다 합계한 위상차가 적색 화소≥녹색 화소≥청색 화소의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 스페이서가 복수의 착색층의 적층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항에 있어서, 상기 스페이서는 액정 배향 제어의 역할을 겸함과 함께, 상기 착색 화소의 길이 방향 중앙에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
컬러 필터 기판과, 이 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정 구동 소자를 구비하는 대향 기판과, 상기 컬러 필터 기판 및 대향 기판의 사이에 형성된 액정층을 구비하는 반투과형 액정 표시 장치이며,
상기 컬러 필터 기판은, 투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 제1 위상차층을 유효 표시 영역에 형성하여 이루어지고,
상기 착색 화소의 각각에는 오목부가 형성되며, 상기 제1 위상차층은 상기 오목부 내에 형성됨과 함께, 직선 편광으로 변환된 입사광을 상기 제1 위상차층의 두께 방향으로 1회의 왕복으로 90도 편광 회전시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
투명 기판 상에 차광층을 유효 표시 영역의 외주에 배치함과 함께, 녹색 화소를 포함하는 복수색의 착색 화소, 스페이서 및 위상차층을 유효 표시 영역에 형성한 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 제조하는 방법에 있어서,
상기 복수의 착색 화소의 각각에 오목부를 형성하는 공정, 및
상기 오목부에 잉크젯 방식에 의해 위상차층을 배향시키는 배향막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조 방법.