KR20130087003A - 전자 페이퍼용 컬러 표시 장치, 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 페이퍼 등에서 채용되는 반사형 표시 장치에 있어서, 밝기를 저하시키는 일 없이 효율적이면서도 간편하고 저렴하게 컬러 표시화를 가능하게 한 컬러 표시 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
화소 스위치(1)에 접속된 화소 전극(2)이 소정 패턴으로 형성된 구동측 기판(3)과, 도전층(4)을 구비한 투명 기판(5) 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체(10)를 가지고, 화소 전극(2)에 대응하는 화소에 의해 임의의 화상을 형성하는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판(5)측에 구비된 컬러 필터(11)가, 기재상에 형성된 무착색의 칸막이벽(13)에 의해 화소를 구획하여 화소영역(14)을 형성하고 있으며, 적어도 블루(B), 그린(G), 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 잉크젯법으로 토출하여 착색층(15)을 형성한다.

Description

전자 페이퍼용 컬러 표시 장치, 및 그 제조방법{COLOR DISPLAY DEVICE FOR ELECTRONIC PAPER, AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 컬러 필터를 구비한 반사형 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자세하게는 전자 페이퍼용 반사형 표시 장치로 컬러 표시를 가능하게 하는 것에 상응하도록, 잉크젯법을 이용해서 컬러 필터를 형성한 컬러 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종이를 대체할 전자 매체로서 전자 페이퍼 등의 표시 장치의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 종래형 디스플레이인 CRT나 액정 디스플레이에 대하여 전자 페이퍼 등은 백색 입자나 흑색 입자 등으로 이루어지는 표시 매체를 이용한 반사형 표시 방식을 주로 채용하고 있어, 높은 백반사율이나 높은 콘트라스트비를 가질 필요가 있게 되고, 아울러, 표시한 화상에 대한 메모리 효과가 있을 것이나, 저전압으로 구동할 수 있을 것, 나아가서는 얇고 가벼울 것, 저렴할 것 등이 요구된다. 특히 표시 특성으로서는 종이와 동질(同質)의 백반사율·콘트라스트비가 요구되고, 또한 종래의 종이 매체는 당연하다는 듯이 풀 컬러 표시를 하고 있기 때문에, 전자 페이퍼 등의 표시 장치에 대한 컬러화의 요망이 매우 크다.

지금까지 제안되어 있는 기술 중에서 컬러 표시가 가능한 전자 페이퍼로서, 액정 소자에 컬러 필터를 형성한 것 등이 제품화되어 있지만, 이들은 편광판을 이용하기 때문에 광의 이용 효율이 낮고 어두운 백색 표시밖에 되지 않는다. 또한 흑색을 표시할 수 없기 때문에 콘트라스트비도 나쁘다.

또한 편광판을 이용하지 않고 밝은 반사형 표시 장치로서, 대전된 백색 입자와 흑색 입자를 전장(電場)에서 움직이는 것을 원리로 하는 전기 영동 방식이 알려져 있다. 일반적으로 이 전기 영동 방식에 의한 산란 반사율은 고작해야 40% 미만이라고 일컬어지고 있어, 현재는 반사 효율의 향상이 더욱 요구되고 있다. 특히 컬러 표시화를 하려고 하면, 컬러층에 의한 흡수에 의해 광의 이용 효율이 저하되기 때문에 밝은 컬러 전자 페이퍼의 연구·개발이 활발하게 이루어지고 있다.

예를 들어 특허문헌 1, 2 및 3에는 전압을 인가함으로써 대전된 백색 입자와 흑색 상태가 임의로 전환되는 입자를 움직이는 전기 영동식 표시 소자가 제안되어 있고, 또한 컬러 필터를 마련하여 컬러 표시를 가능하게 하는 기술이 기재되어 있다. 그러나 액정표시장치 등에서 이용되고 있는 종래의 컬러 필터는 차광부로서 블랙 매트릭스를 가지거나, 착색 화소에 의한 겹침으로 인해, 대전 입자에 의한 산란 반사광에 의한 밝기를 일부에서 손상시킨다. 또한 컬러 필터의 착색층을 포토리소그래프법으로 형성할 경우에는 다색 표시를 실현하기 위해, 착색층의 수와 같은 횟수의 공정을 필요로 하기 때문에, 그 공정 비용이나 착색 레지스트도 불필요하게 사용하게 된다.

그런데 잉크젯법에 의한 컬러 필터의 제조방법은 이미 액정표시장치 등에서 잘 알려져 있으며, 화소가 구성되는 영역에 적, 청, 녹의 착색 잉크를 각각 필요한 개소에서 동시에 분사 도포하고 경화시켜서 착색층을 형성한다. 그 때, 정확하게 착색층을 형성하기 위해 미리 포토리소 공정에서 칸막이벽을 형성하고, 칸막이벽에 의해 형성된 영역에 착색 잉크를 토출할 필요가 있는데, 예를 들어 특허문헌 4에는 착색 잉크와 칸막이벽 표면과의 정적 접촉각을 30~55°로 유지함으로써, 인접한 화소영역에서의 혼색을 피할 수 있다고 되어 있다.

일본국 공개특허공보 2003-161964호 일본국 공개특허공보 2004-361514호 일본국 공개특허공보 2008-83536호 일본국 공개특허공보 평11-281815호 일본국 공개특허공보 2001-350012호

본 발명은 종래 기술의 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 전자 페이퍼 등에서 채용되는 반사형 표시 장치에 있어서, 밝기를 저하시키는 일 없이 효율적이면서도 간편하고 저렴하게 컬러 표시화를 가능하게 한 컬러 표시 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 다양한 검토를 한 결과, 전압을 인가함으로써 대전된 백색 입자와 흑색 상태가 임의로 전환되는 입자를 함유한 마이크로 캡슐을 가지는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판측에 구비된 컬러 필터에 있어서, 무착색의 칸막이벽으로 화소를 구획해서 화소영역을 형성하여, 반사 효율을 저하시키는 일 없이 효율적인 컬러 표시화가 가능하게 되고, 게다가 잉크젯법을 이용해서 화소영역을 착색함으로써, 착색 잉크의 사용량을 필요 최소한으로 억제할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1)화소 스위치에 접속된 화소 전극이 소정의 패턴으로 형성된 구동측 기판과, 도전층을 구비한 투명 기판과의 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체를 가지고, 화소 전극에 대응하는 화소에 의해 임의의 화상을 형성하는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판측에 구비된 컬러 필터는 기재상에 형성된 무착색의 칸막이벽에 의해 화소를 구획하여 화소영역을 형성하고 있으며, 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 잉크젯법으로 토출하여 착색층을 형성한 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.

(2)칸막이벽이 투명 수지 조성물로 형성되어 있는 동시에, 일부의 화소영역이, 이 투명 수지 조성물로 형성된 무착색층을 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 컬러 표시 장치.

(3)화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 30% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 컬러 표시 장치.

(4)화소 스위치에 접속된 화소 전극이 소정의 패턴으로 형성된 구동측 기판과, 도전층을 구비한 투명 기판과의 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체를 가지고, 화소 전극에 대응하는 화소에 의해 임의의 화상을 형성하는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판측에 구비된 컬러 필터는 자외선 경화성 수지를 포함한 투명 수지 조성물을 기재상에 도포하고, 포토리소그래프법에 의해 화소를 구획하도록 칸막이벽을 형성한 후, 칸막이벽에 의해 구획된 화소영역에 대하여 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 잉크젯법으로 토출하여, 소정의 화소영역에 착색층을 형성하여 컬러 필터를 얻는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치의 제조방법.

(5)포토리소그래프법으로 칸막이벽을 형성할 때, 일부의 화소영역이 칸막이벽과 같은 재료로 이루어지는 무착색층을 구비하도록 하는 것을 특징으로 하는 청구항 4에 기재된 컬러 표시 장치의 제조방법.

(6)화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 30% 이상 90% 이하가 되도록, 잉크젯법으로 착색 잉크를 토출하는 것을 특징으로 하는 청구항 4 또는 5에 기재된 컬러 표시 장치의 제조방법.

본 발명에 의하면, 반사형 표시 장치에 있어서, 밝기를 저하시키는 일 없이 효율적으로 컬러 표시화가 가능해지고, 게다가 착색 잉크의 사용량도 필요량으로 억제할 수 있다. 또한 본 발명은 반사형 표시 장치에 상응하여 효율적으로 컬러 표시화를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 컬러 표시 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도(일부)이다.
도 2는 착색층에 의한 컬러 필터의 착색 패턴의 일례를 나타내는 평면 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 제작한 컬러 필터의 모습을 설명하는 평면 모식도(일부)이다.
도 4는 도 3의 컬러 필터가 구비하는 칸막이벽의 모습을 나타내는 단면 모식도이다.
도 5는 실시예 1에서 제작한 컬러 필터가 구비하는 3색의 착색층에 대하여 각각의 색도 분포를 측정한 결과이다.
도 6은 실시예 1의 컬러 표시 장치에서의 구동측 기판의 모습을 설명하는 평면 모식도이다.

이하, 도면을 이용하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 컬러 표시 장치의 일례가 단면도(일부)를 이용해서 도시되어 있다. 이 컬러 표시 장치는 박막 트랜지스터(TFT) 등의 화소 스위치(1)에 접속된 화소 전극(2)이 소정의 패턴으로 형성된 구동측 기판(3)과, ITO 유리 등과 같이 도전층(4)을 구비한 투명 기판(5)을 구비하고, 이 기판들 사이에는 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체(10)가 봉입되어 있다. 도 1에서는 서로 다른 전하로 대전된 백색 입자(6) 및 흑색 입자(7)로 표시 매체(10)를 형성하고 있으며, 이 표시 매체(10)가 투명 분산매(8)로 분산되어, 1~1000㎛ 정도, 바람직하게는 수십㎛ 정도의 크기를 가진 마이크로 캡슐(9)에 담긴 모습을 나타낸다. 이 밖에도 예를 들어 백색 및 흑색의 표면영역을 가지며, 각각의 색영역이 다른 전하로 대전된 회전 입자에 의해 표시 매체를 형성하도록 해도 된다.

그리고 화소 스위치(1)를 전환하면서, 소정의 화소 전극(2)과 투명 기판(5)의 도전층(4) 사이에 전압을 인가하면, 도 1의 경우에는 백색 입자(6)와 흑색 입자(7)가 기판간의 방향으로 이동하여 배열되거나, 혹은 회전 입자일 경우에는 회전 입자가 회전하여 기판간의 방향으로 색영역의 방향이 가지런히 배열됨으로써, 투명 기판(5)측에서 입사한 광이 백색의 표시 매체에 반사되어 임의의 화상을 형성할 수 있다. 이 때, 본 발명에서는 투명 기판측에 컬러 필터(11)를 구비하기 때문에, 투명 기판측의 표시면에서는 반사광이 컬러 필터(11)를 통해 컬러 표시의 화상이 시인된다. 도 1에서는 투명 기판을 사이에 끼고서 도전층(4)과 착색층(15)이 형성되어 있지만, 투명 기판상에 본 발명과 같이 잉크젯법으로 착색층을 형성하고, 그 위에 스퍼터 등에 의해 ITO 등의 투명 도전층(4)을 형성해도 된다.

즉, 본 발명의 컬러 표시 장치에 있어서, 컬러 필터(11)는 기재(12) 위에 형성된 무착색의 칸막이벽(13)에 의해, 구동측 기판(3)이 구비하는 화소 전극(2)에 대응한 화소를 구획하여 화소영역(14)을 형성하고, 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크가 잉크젯법에 의해 토출됨으로써, 화소영역(14)에는 소정의 색을 가진 착색층(15)이 형성된다. 이들 칸막이벽 및 착색층의 두께는 마이크로 캡슐의 두께에 비해 얇은 것이 화소간의 혼색을 방지하는 의미에서 바람직하다. 또한 이 착색층(15)의 두께에 대한 칸막이벽(13)의 두께, 높이는 표시 장치로 표시하는 화상의 종류나 그 용도 등에 따라서도 다른데, 칸막이벽이 투명하기 때문에 그 컬러 표시 특성에 영향을 주는 일은 없다. 또한 칸막이벽(13)에 의해 구획되는 화소영역(14)에 대하여, 표시하는 화상의 종류나 필요한 성능 등에 따라서 그 평면형상에 대해서도 정사각형, 직사각형, 원형 등의 임의의 형상을 선택할 수 있다. 본 발명에서는 실시예에서 설명하는 바와 같이, 화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율에 대하여, 바람직하게는, 대향하는 구동측 기판상의 화소 전극의 면적의 30% 이상 90% 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 칸막이벽에 의해 구획된 화소영역에 착색 잉크를 토출하여 형성하는 착색층은 각각의 화소영역에 있어서의 착색층의 번짐을 피하거나, 이웃하는 영역간에서의 혼색을 피하도록 하기 위해, 화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율을 90% 이하로 할 수 있다. 화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 이 범위 이하이면, 착색되지 않고 남은 영역이 존재해도 반사형 표시 장치의 원리를 이용해서 표시 매체로부터의 산란광의 일부가 착색층을 통과하기 때문에, 원하는 화상을 컬러 표시하는 데에 특단의 문제가 생기지 않고, 또한 시야각에 의해 생기는 색 혼색에 기인하여 밝기가 손실될 우려를 배제할 수도 있다. 또한 본 발명의 컬러 표시 장치를 제조할 때, 컬러 필터를 접합할 때의 얼라이먼트 정밀도나, 잉크젯법으로 착색 잉크를 토출할 때의 위치 정밀도의 허용 범위를 넓히는 것으로도 이어진다. 또한 표시 장치의 용도나 요구 특성에도 의존하지만 원하는 색 특성을 표현할 목적에서 화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율은 30% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40% 이상이다. 이 범위를 밑돌면 원하는 색 특성을 얻기 위해 착색층을 두껍게 하거나 착색층 중의 안료 농도를 높게 할 필요가 있거나, 또는 원하는 색 특성을 표시할 수 없게 된다.

또한 화소영역에 착색층을 형성하여 컬러 필터를 착색하는 배치 패턴으로서, 일반적으로는 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)의 3색의 패턴을 번갈아 반복해서 나열하거나, 모자이크 배열이나 랜덤 배열 등을 채용할 수도 있다. 또한 도 2에 나타내는 바와 같이, 그린 착색층 15-G, 레드 착색층 15-R, 블루 착색층 15-B와 함께, 일부의 화소영역에는 착색 잉크를 토출하지 않고 무착색영역으로 할 수도 있다. 무착색영역은 얻어지는 컬러 표시 화상의 밝기를 유지하는 효과가 있는데, 이 무착색영역에 대해서는 칸막이벽(13)을 형성하는 재료와 같은 투명 수지 조성물을 이용해서 무착색층 15-W를 형성하면(표시상 화소의 색은 흰색이 된다), 얼룩이 없는 균일한 화상을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 특히 본 발명과 같이 잉크젯법으로 착색층을 형성할 경우에는 포토리소법에서 필요한 포토마스크 작성이나 착색수만큼의 포토리소 프로세스를 할 필요 없이 착색 배치 패턴을 선택할 수 있으므로 재료, 프로세스 비용의 삭감에 바람직하다. 또한 4색 이상의 착색층을 형성하고 싶을 경우에는 포토리소법에 비해 우위이다.

본 발명에서는 컬러 필터의 칸막이벽(13)을 무착색으로 함으로써, 외부로부터의 입사광 및 표시 매체(10)로부터의 반사광을 이용할 수 있어 보다 밝은 화상을 형성할 수 있다. 이러한 무착색의 칸막이벽을 형성하는 재료로서는 예를 들면 공지의 아크릴 수지나 에폭시 수지 등과 같은 투명한 수지를 이용할 수 있고, 바람직하게는 안료를 포함하지 않는 투명 수지 조성물을 이용해서 형성하는 것이 좋다. 여기서 투명하다는 것은 경화시켜서 형성한 칸막이벽의 광투과율이 90% 이상인 것을 의미한다. 또한 이 투명 수지 조성물은 광경화형 투명 수지를 포함하도록 해도 되고, 열경화형 투명 수지를 포함하도록 해도 되지만, 후술하는 바와 같이 포토리소그래프법으로 칸막이벽을 형성할 경우에는 자외선 경화 수지를 이용하는 것이 좋다. 이 투명 수지 조성물에는 투명성을 저해하지 않는 범위이면, 칸막이벽의 강도향상이나 경화 수축을 적게 하여 밀착력을 부여하는 것을 목적으로, 예를 들면 직경 100nm 이하의 실리카나 침전 바륨과 같은 투명 미립자를 배합해도 된다. 또한 이 투명 수지 조성물에는 공지의 중합 개시제를 배합할 수 있으며, 또한 칸막이벽 표면에 발(撥)잉크성을 부여할 목적으로, 함(含)불소 아크릴 모노머와 공중합한 올리고머나 함불소계 계면 활성제 등을 배합하는 것도 바람직하다.

한편, 화소영역에 착색층을 형성하기 위한 착색 잉크에 대해서는 잉크젯 헤드로부터 안정되게 연속으로 토출할 수 있는 액적으로 할 수 있다면, 공지의 재료를 구성 성분으로 선정할 수 있고, 후술하는 바와 같은 잉크 적정 물성이 되도록 조정함으로써 사용할 수 있다. 그러한 구성 성분으로서는, 잉크젯 연속 토출에 바람직한 비점 200℃의 무착색 용매에 자외선 혹은 열에 의해 경화되는 수지를 주체로 용해하고, 또한 착색 성분으로서 100nm 이하로 미분산, 안정화된 유기 안료가 바람직하게 이용된다.

본 발명에서는 이 착색 잉크에 대하여 잉크젯법에 의한 토출 안정성 등을 고려하도록 한다. 그 일례로서, 일반적인 압전 소자의 잉크젯 헤드를 이용할 경우, 안정적으로 액적이 형성되기 위해 필요한 조건은 헤드 구성 등에 따라서도 다르지만, 헤드 내부의 온도에 있어서 착색 잉크의 점도는 일반적으로는 3~150mPa·sec인 것이 좋고, 바람직하게는 4~30mPa·sec인 것이 좋다. 착색 잉크의 점도가 150mPa·sec보다 크면 토출 불가능이 될 우려가 있고, 반대로 3mPa·sec보다 낮으면 토출량이 안정되지 않을 우려가 있다. 또한 착색 잉크의 표면 장력은 헤드 내부의 온도에 있어서 20~40mN/m인 것이 좋다. 표면 장력이 40mN/m보다 크면 토출 불능이 될 우려가 있고, 반대로 20mN/m보다 낮으면 연속 토출시의 액적량이 안정되지 않을 우려가 있다. 한편, 헤드 내부의 온도는 이용하는 착색 잉크의 재료 안정성에도 의존하지만, 일반적으로는 실온 20℃~45℃이며, 착색 잉크 중의 고형분량을 올려서 막두께를 향상시키기 위해서는 40℃ 정도의 온도가 채용된다.

본 발명의 컬러 표시 장치를 제조하는 방법의 일례로서는 먼저 유리나 PET 필름 등의 수지 필름으로 이루어지는 기재상에, 안료를 포함하지 않으면서 자외선 경화성 수지를 포함한 투명 수지 조성물을 도포하고, 공지의 포토리소그래프법으로 표시 장치의 화소에 대응시켜서 이것을 구획하는 칸막이벽을 형성한다. 그 때, 칸막이벽으로 구획한 화소영역 중 몇 개는 에칭하지 않고 남기고, 일부의 화소영역이 칸막이벽과 같은 재료로 이루어지는 무착색층을 형성하도록 해도 된다. 또한 투명 수지 조성물에 불소계 혹은 실리콘계 화합물을 첨가하여, 얻어진 칸막이벽이 발잉크성을 구비하도록 하거나, 칸막이벽의 표면을 불소함유 플라즈마 가스 등으로 처리하거나 하여, 후술하는 착색 잉크와의 정적 접촉각이 35~65°의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로 공지의 잉크젯 장치를 이용해서 잉크젯법으로, 칸막이벽에 의해 화소를 구획한 소정의 화소영역에 대하여, 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 토출한다. 그리고 핫플레이트상에서 착색 잉크를 건조시킨 후, 자외선을 조사하는 경화 처리를 거쳐, 소정의 화소영역에 착색층을 형성하여 컬러 필터를 얻을 수 있다. 화소영역에 착색 잉크를 토출할 때에는 적어도 화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 30% 이상 90% 이하가 되도록 함으로써, 인접한 화소영역에서의 착색 잉크의 혼색을 확실하게 막고, 나아가 착색 잉크의 사용량을 필요 최소한으로 억제하면서 목적으로 하는 컬러 표시화된 화상을 얻을 수 있다.

컬러 표시 장치를 제작할 때에는 반사형 모노크롬 표시 장치의 투명 기판측에 기재를 부착한 상태로, 상기와 같이 해서 컬러 필터를 얻도록 해도 되고, 컬러 필터를 얻은 후에 모노크롬 표시 장치의 투명 기판측에 위치 맞춤해서 부착하도록 해도 된다. 또한 투명 기판상에 본 발명과 같이 잉크젯법으로 착색층을 형성하고, 그 위에 스퍼터 등에 의해 ITO 등의 투명 전극층(4)을 형성한 컬러 필터 기판을, 구동측 기판에 미리 형성한 마이크로 캡슐층 위에 접합해도 된다. 접합시에는 액정 셀 제조 공정에서 통상적으로 이용되는 셀 접합 장치를 이용해서 이루어진다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이 실시예들의 내용에 한정되지 않는다. 또한 특별히 언급이 없는 한, "부"의 표기는 중량부를 나타낸다.

[실시예 1]

<투명 수지 조성물(A1)의 조제>

알칼리 현상성 광경화 수지 V-259ME(신닛테츠카가쿠 가부시키가이샤 제품: 고형분 56.5%, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 용매)를 205부, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트와 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트와의 혼합물(닛폰카야쿠사 제품: 카야드 DPHA)을 50부, 비페닐형 에폭시 수지 YX4000HK(재팬에폭시레진사 제품)을 25부, 이르가큐어 907(치바재팬 제품)을 5부, 4,4'-N,N-디에틸-4,4'-디페닐 EAB-F(호도가야카가쿠 제품)을 0.8부, 실란 커플링제 S-510(칫소 제품)을 1.9부, 불소계 계면 활성제 F470(DIC사 제품)을 0.2부, 및 디에틸렌글리콜디메틸에테르를 608부 사용하고 이들을 균일하게 혼합하였다. 이것을 0.2㎛의 마이크로 필터를 이용해서 여과하여 투명 수지 조성물(A1)을 얻었다(고형분 농도 22중량%).

<착색 잉크(R1, G1, B1)의 조제>

표 1에 나타내는 바와 같이, 컬러 필터용 미세안료를 이용해서 고분자 분산제 공존하에, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트를 용매로 해서 비즈밀 중에서 분산하여 레드, 그린 및 블루의 분산액을 조제하였다. 이 분산액을 바탕으로 표 1에 나타내는 조성으로 혼합하고, 이것을 1㎛ 마이크로 필터로 가압 여과하여 3색의 착색 잉크젯 잉크를 조제하였다. 아울러, 이 잉크들의 물성값을 표 1에 나타낸다.

한편, 표 1의 약칭의 의미는 다음과 같다.

"PGMEA": 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트

"DPHA": 디펜타에리스톨프로판헥사아크릴레이트와 펜타아크릴레이트의 혼합물(닛폰카야쿠 제품)

"YX4000HK": 테트라메틸디페닐에폭시 수지(재팬에폭시레진사 제품)

"S510": 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(칫소사 제품 사일라 에이스 S-510)

"BYK-330": 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산계 계면 활성제(빅케미사 제품)

"EGDAC": 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트(다이셀카가쿠코교 제품)

"PR254": 피그먼트 레드 254

"PY150": 피그먼트 옐로우 150

"PG36/PY150=50/50": 피그먼트 그린 36과 피그먼트 옐로우 150의 공분산

"PB15:6": 피그먼트 블루 15:6

또한 표 1에 나타내는 물성값에 대하여, 잉크 점도는 E형 점도계를 이용해서 23℃에서 측정하였다. 또한 잉크 표면 장력은 백금판을 이용한 부력법에 의해, CBVP-Z(쿄와카이멘카가쿠 제품)을 이용해서 23℃에서 측정하였다. 또한 이하에서 설명하는 착색 화소의 표면형상 및 크기에 대해서는 묘화 직후의 충전 상태를 광학 현미경으로, 또한 형상을 광학 간섭식 표면형상 측정기 WYCO NT 1100(니혼비코사 제품)을 이용해서 측정하였다.

<컬러 필터의 제작>

6인치×6인치의 무알칼리 유리 기판(두께 0.7mm)상에, 상기에서 조제한 투명 수지 조성물(A1)을 균일하게 도포하고, 80℃ 핫플레이트상에서 1분간 건조하였다. 이어서 소정의 포토마스크를 통해 일괄 자외선 노광(조도 I선 기준 30mJ) 300mJ를 실시하고, 0.05% KOH 수용액(23℃)으로 1kg/㎠G 스프레이압으로 60초 현상하여 미노광 부분을 제거하고 순수(pure water)로 세정하였다. 또 230℃에서 30분간 오븐 내에서 가열하여, 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 같은 높이 2.1㎛의 무착색 칸막이벽(13)을 형성하였다.

이어서 대기압 플라즈마 장치를 이용해서, 무알칼리 유리 기판상에 형성한 칸막이벽(13)의 표면을 산소/Ar으로 처리하고, 계속해서 불소 가스 플라즈마 처리를 하여, 부틸카르비톨아세테이트(BCA)에 대한 접촉각이 60°인 표면 발잉크성의 칸막이벽을 구비한 컬러 필터 기판을 얻었다.

여기서 도 3은 무알칼리 유리 기판상에 형성된 칸막이벽(13)을 나타내는 평면 모식도이며, 도 3의 I-I 단면도에 상당하는 것이 도 4(I)이고, II-II 단면도에 상당하는 것이 도 4(II)이다. 즉, 칸막이벽(13)에 의해 무알칼리 유리 기판상에는 153㎛×151㎛피치로 화소영역이 다수 형성되는데, 후술하는 모노크롬 표시 장치의 화소 피치에 대응하도록 설계한 것이다. 따라서 표면 발잉크성을 가지는 투명 칸막이벽으로 형성한 착색영역은 칸막이벽 개구부에 대하여 착색 잉크가 충전되므로, 최대 이 115㎛×113㎛의 평면영역을, 칸막이벽(13)에 의해 구획된 화소영역(14)으로서 설명한다. 이하, 1화소의 사이즈153㎛×151㎛, 800×600화소의 6인치 패널에 사용하는 컬러 필터를 작성하였다. 구동측에 사용하는 TFT 기판의 개구 화소 사이즈는 133㎛×131㎛이다. 따라서 잉크젯 잉크로 착색되는 착색층의 면적은 대향하는 구동측 기판에서의 화소 전극의 면적에 비해 최대 76%이다. 또한 이 실시예 1에서는 화소영역(14)에 대응하는 개소의 일부가 노광되도록 하여, 투명 수지 조성물(A1)로 이루어지는 무착색층 15-W를 구비하도록 하였다.

다음으로 라이트렉스(Litrex)제 잉크젯 프린터 M500에 코니카 미놀타제 잉크젯 헤드 KM216DPN을 3헤드 장전한 잉크젯 장치를 준비하고, 칸막이벽(13)을 구비한 무알칼리 유리 기판(12)의 화소영역(14)에 대하여, 도 2에 나타낸 착색 패턴이 되도록, 이하의 조건으로 3색의 착색 잉크(R1, G1, B1)를 동시에 인쇄하였다. 그 때, 노즐로부터의 불토출은 확인되지 않고, 양호한 연속 토출 특성을 나타냈다.

제트 스피드: 4.1m/초

프린트 스피드: 305mm/초

액적 체적: 15pl/방울(1화소영역에 10방울을 토출)

도 2에 나타낸 소정의 착색 패턴이 되도록 잉크젯법으로 인쇄한 후, 무알칼리 유리 기판(12)이 80℃가 되도록 해서 3분간 예비 건조를 실시하고, 또 230℃에서 30분간 소성하여 착색층을 가진 컬러 필터를 제작하였다. 얻어진 컬러 필터에 대하여, 광학 간섭식 표면형상 측정기 WYCO NT 1100(니혼비코사 제품)으로 확인한 결과, 각 화소영역에서의 착색층의 표면은 모두 볼록형상을 가지고 있고, 그 두께는 가장 두꺼운 부분에서 3.5㎛였다. 또한 1개의 화소 전극에 대하여 착색층이 차지하는 면적비율을 구한 결과 75%였다.

<컬러 필터의 성능 평가>

상기에서 얻어진 컬러 필터에 대하여 오츠카덴시(주)제 측색계(colorimeter)를 이용해서, 각 착색층의 평면중심부분 100㎛×100㎛의 영역으로 좁혀서 투과 색도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 도 5에는 6인치×6인치 유리 기판면 내에서의 각 색의 색도 분포 측정 결과를 나타낸다. 이것으로부터 명백하듯이, 색도 분포가 균일한 컬러 필터가 얻어진 것이 확인되었다. 또, 무착색 칸막이벽을 포함하는 동시에, 3색의 착색층 및 무착색층을 포함하도록 해서 300㎛×300㎛의 측정영역으로 좁혀, 마찬가지로 투과시에 화이트 밸런스를 측정하였다. 그 결과는 표 3에 나타낸 대로이며, 거의 무채색의 화이트 밸런스이며 또한 밝기Y도 높아, 밝은 전자 페이퍼에 적합하다는 것을 알 수 있었다.

<컬러 표시 장치의 제작>

마이크로 캡슐을 사용한 전기 영동식 모노크롬 표시 장치인 전자서적Kindle(아마존사 제품 D701)의 투명 기판측에 상기에서 얻어진 컬러 필터를 아래와 같이 해서 장착하여 실시예 1에 따른 컬러 표시 장치를 얻었다.

이 전자서적 Kindle은 도 1에 나타낸 것과 같이, 대전된 백색 입자 및 흑색 입자로 이루어지는 표시 매체가 마이크로 캡슐에 담겨, 구동측 기판과 투명 기판 사이에 봉입되어 있다. 이 중 구동측 기판(3)에서는 도 6에 나타낸 것과 같이, TFT(화소 스위치)(1)에 접속된 ITO 전극(화소 전극)(2)이 153㎛×151㎛의 피치로 격자형상으로 붙여진 배선(17)을 통해, 다수의 TFT 개구부(16)가 소정 패턴으로 형성되어 있다. 그리고 이 TFT 개구부(16)를 투명 기판측에 투영한 영역 중 133㎛×131㎛의 사이즈를 가진 ITO 전극(2)에 대응하는 부분이, 실질적으로 투명 기판측의 표시면에 그려지는 화상을 형성하는 1화소에 상당하고, 이 전자서적 Kindle은 800×600화소로 이루어지는 표시면을 구비한다.

이 전자서적 Kindle에 대하여 상기에서 얻어진 컬러 필터를 장착할 때에는 TFT 개구부(16)의 중심과 컬러 필터에서의 화소영역의 중심이 일치하도록 위치 맞춤하여, 전자서적 Kindle의 투명 기판측에 아크릴계 점착재를 통해 컬러 필터의 기재를 붙여, 본 발명에 따른 컬러 표시 장치를 완성시켰다. 얻어진 컬러 표시 장치에 대하여, 전자서적 Kindle의 전원을 넣어 표시면에 화상을 그려낸 결과, 컬러 필터를 통해 화상이 컬러 표시되며, 실내에서도 백색부의 착색을 수반하지 않고, 또한 전자서적 Kindle이 본래 구비하는 밝기를 손상하지 않고 충분히 시인 가능하였다. 각 색의 화소를 점등한 결과 착색 화소간의 혼색은 보이지 않았고, 또한 컬러 필터를 붙이기 전의 모노크롬 표시시를 100%로 했을 때에 비해 컬러 표시 소자의 반사율이 모두 60%를 넘어, 밝은 패널이 얻어진 것을 확인하였다.

[실시예 2]

1화소영역당 8방울을 토출하도록 한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 해서 컬러 필터를 얻었다. 이 컬러 필터는 실시예 1과 동일하게 해서 조사한 결과, 각 화소영역에서의 착색층의 표면이 모두 볼록형상을 가지고 있고, 그 두께는 가장 두꺼운 부분에서 3.0㎛였다. 또한 1개의 화소 전극에 대하여 착색층이 차지하는 면적비율은 67%였다. 또, 오츠카덴시(주)제 측색계를 이용해서 실시예 1과 동일하게 각 착색층의 색도와 화이트 밸런스를 측정하였다. 결과를 표 2 및 3에 나타낸다. 그 결과, 거의 무채색의 화이트 밸런스이며, 또한 밝기Y도 높아 밝은 전자 페이퍼에 적합하다는 것을 알 수 있었다.

이 컬러 필터를 실시예 1과 동일하게 해서 전자서적 Kindle의 투명 기판측에 투명한 아크릴계 점착제를 통해 붙여, 실시예 2에 따른 컬러 표시 장치를 완성시켰다. 그리고 실시예 1과 동일하게 해서 표시면에 화상을 그려낸 결과, 컬러 필터를 통해 화상이 컬러 표시되고, 실내에서도 백색부의 착색을 수반하지 않고, 또한 전자서적 Kindle이 본래 구비하는 밝기를 손상하지 않고 충분히 시인 가능하였다.

[실시예 3 및 4]

실시예 1에서 사용한 투명 수지 조성물(A1)에 대하여, 추가로 불소함유 아크릴 올리고머 용액(20% 고형분 농도)을 2부 첨가하여 투명 수지 조성물(A2)을 얻었다. 이 투명 수지 조성물(A2)을 이용해서 실시예 1과 동일한 포토리소그래프법으로 무알칼리 유리 기판(두께 0.7mm)상에 높이 2.1㎛의 무착색 칸막이벽을 형성한 결과, 실시예 1과 같은 표면 플라즈마 처리를 하지 않아도 부틸카르비톨아세테이트에 대한 접촉각이 40°였다.

상기와 같이 해서 칸막이벽을 구비한 컬러 필터 기판을 2개 준비하고, 하나는 실시예 1과 동일하게 해서, 즉 1화소영역당 착색 잉크의 액적량을 10방울로 해서 컬러 필터를 제작하고(실시예 3), 다른 하나는 실시예 2와 동일하게 해서 1화소영역당 착색 잉크의 액적량을 8방울로 해서 컬러 필터를 제작하였다(실시예 4).

상기에서 얻어진 2종류의 컬러 필터에 대하여, 실시예 1과 동일하게 해서 조사한 결과, 각 화소영역에서의 착색층의 표면은 실시예 1이나 2의 경우에 비해 모두 평탄하고, 그 두께는 실시예 3의 컬러 필터에서는 가장 두꺼운 부분이 2.5㎛이고, 실시예 4의 컬러 필터에서는 가장 두꺼운 부분이 2.1㎛였다. 또 실시예 3의 컬러 필터에서는 1개의 화소 전극에 대하여 착색층이 차지하는 면적비율이 75%이고, 실시예 4의 컬러 필터에서는 1개의 화소 전극에 대하여 착색층이 차지하는 면적비율이 76%였다. 또, 오츠카덴시(주)제 측색계를 이용해서 실시예 1과 동일하게 각 착색층의 색도와 화이트 밸런스를 측정하였다. 결과를 표 2 및 3에 나타낸다. 그 결과, 거의 무채색의 화이트 밸런스이며, 또한 밝기Y도 높아 밝은 전자 페이퍼에 적합하다는 것을 알 수 있었다.

그리고 이 2종류의 컬러 필터에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 전자서적 Kindle을 이용해서 컬러 표시 장치를 제작하였다. 그리고 실시예 1과 동일하게 해서 표시면에 화상을 그려낸 결과, 모든 컬러 표시 장치에서 실시예 1과 동등 수준의 컬러 화상이 표시되는 것이 확인되었다.

[비교예 1]

0.7mm 두께의 무알칼리 유리상에 포토리소그래프법으로 각 착색부가 131㎛×133㎛이고, 도 1과 동일한 레드, 그린, 블루, 화이트의 x착색 패턴이 되도록 수지 블랙 매트릭스를 작성하였다. 그 때의 블랙 매트릭스는 막두께가 2㎛이며, 광학 농도(OD)는 4, 표면 발잉크성을 가지는 것이다. 이 수지 블랙 매트릭스 내에 도 1과 동일한 착색 패턴으로 R1, G1, B1 잉크 및 감광성 투명 수지 잉크를 잉크젯으로 충전하여, 경화 후의 막두께가 1.8㎛가 되는 6인치 컬러 필터를 작성하였다.

이 컬러 필터를 1화소의 사이즈151㎛×153㎛(TFT 기판의 개구 화소 사이즈는 131㎛×133㎛), 600×800화소의 6인치 전자 페이퍼 패널에 붙임으로써 컬러 표시 소자를 작성하였다. 컬러 필터를 붙이기 전의 모노크롬 표시시에 비해 컬러 표시 소자의 반사율은 50% 미만이며, 패널로서 밝기가 부족하였다.

[비교예 2]

토요보제 PET 필름 A4100(125㎛ 두께)을 7인치 사이즈로 잘라 유리 기판상에 붙이고, 포토리소그래프법으로 투명한 감광성 수지 조성물에 의해, 착색영역이 131㎛×133㎛가 되도록 막두께 2㎛의 투명 칸막이벽을 형성하였다. 감광성 수지 조성물은 함불소 올리고머를 구성 성분으로 하기 때문에, 얻어진 칸막이벽의 표면은 발잉크성을 가지고 있다. 이 칸막이벽 내에 비교예 1과 동일하게 해서 R1, G1, B1 잉크의 감광성 투명 수지 잉크를 잉크젯으로 충전하여, 경화 후의 막두께가 1.8㎛가 되는 6인치 컬러 필터를 제작하였다.

이 필름 컬러 필터를 화소 피치151㎛×153㎛(TFT 기판의 화소 전극 사이즈는 131㎛×133㎛), 600×800화소의 6인치 전자 페이퍼 패널에 붙임으로써 컬러 표시 소자를 작성하였다. 각 색의 화소를 점등한 결과, 일부 착색 화소간의 혼색이 보여졌다.

1 화소 스위치
2 화소 전극
3 구동측 기판
4 도전층
5 투명 기판
6 백색 입자
7 흑색 입자
8 분산매
9 마이크로 캡슐
10 표시 매체
11 컬러 필터
12 기재
13 칸막이벽
14 화소영역
15 착색층
16 배선

Claims (6)

1. 화소 스위치에 접속된 화소 전극이 소정의 패턴으로 형성된 구동측 기판과, 도전층을 구비한 투명 기판과의 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체를 가지고, 화소 전극에 대응하는 화소에 의해 임의의 화상을 형성하는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판측에 구비된 컬러 필터가, 기재상에 형성된 무착색의 칸막이벽에 의해 화소를 구획하여 화소영역을 형성하고 있고, 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 잉크젯법으로 토출하여 착색층을 형성한 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   칸막이벽이 투명 수지 조성물로 형성되어 있는 동시에, 일부의 화소영역이, 이 투명 수지 조성물로 형성된 무착색층을 가지는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 30% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
4. 화소 스위치에 접속된 화소 전극이 소정의 패턴으로 형성된 구동측 기판과, 도전층을 구비한 투명 기판과의 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시 매체를 가지고, 화소 전극에 대응하는 화소에 의해 임의의 화상을 형성하는 반사형 표시 소자에 있어서, 투명 기판측에 구비된 컬러 필터는 자외선 경화성 수지를 포함한 투명 수지 조성물을 기재상에 도포하고, 포토리소그래프법에 의해 화소를 구획하도록 칸막이벽을 형성한 후, 칸막이벽에 의해 구획된 화소영역에 대하여 적어도 블루(B), 그린(G), 및 레드(R)로 착색된 3색의 착색 잉크를 잉크젯법에 의해 토출하여, 소정의 화소영역에 착색층을 형성하여 컬러 필터를 얻는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   포토리소그래프법으로 칸막이벽을 형성할 때, 일부의 화소영역이 칸막이벽과 같은 재료로 이루어지는 무착색층을 구비하도록 하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치의 제조방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   화소영역을 차지하는 착색층의 면적비율이 30% 이상 90% 이하가 되도록, 잉크젯법으로 착색 잉크를 토출하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치의 제조방법.

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