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KR101439803B1 - 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치 - Google Patents

컬러 필터 기판 및 이를 이용한 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101439803B1
KR101439803B1 KR1020137010530A KR20137010530A KR101439803B1 KR 101439803 B1 KR101439803 B1 KR 101439803B1 KR 1020137010530 A KR1020137010530 A KR 1020137010530A KR 20137010530 A KR20137010530 A KR 20137010530A KR 101439803 B1 KR101439803 B1 KR 101439803B1
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KR
South Korea
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노조미 오나카
야스히로 히바야시
히데사토 하기와라
겐조 후쿠요시
Original Assignee
도판 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 컬러 필터 기판과, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판 사이에 액정층을 개재시켜 대향 배치하여 이루어지는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터 기판을 제공한다. 이 컬러 필터 기판은, 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에 형성된 유기 안료를 주된 색제로 하는 블랙 매트릭스와, 상기 투명 기판 위의 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비한다. 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있다.

Description

컬러 필터 기판 및 이를 이용한 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE AND FRINGE-FIELD SWITCHING LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING SAME}
본 발명은 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치를 대상으로 한 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근 액정의 초기 배향을 기판면에 수평인 배향으로 하고, 액정을 기판면에 평행하게 회전시키는 횡전계 방식이나, 추가로 투과율의 향상을 위해 신규인 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치가 제안되어, 시판되고 있다. 이들 액정 표시 장치는 노멀 블랙(구동 전압 무인가이고, 액정이 수평 배향, 편광판은 크로스니콜)으로 이용되어, 넓은 시야각과 높은 콘트라스트가 얻어지기 때문에, 대형 TV나 휴대 모바일 기기의 디스플레이에서 주류를 이루고 있다.
이 프린지필드·스위칭(Fringe-Field Switching, 이하 FFS라 약칭함) 방식의 액정 표시 장치는, 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치보다 투과율이 높아, 고화질 표시가 얻어지는 반면, 이 액정 표시 장치에 이용하는 컬러 필터나, 액정을 구동하는 화소 전극과 공통 전극간의 절연층을 포함시킨 부재의 전기 특성, 특히 비유전율의 요구가 엄격해지고 있다.
횡전계 방식의 액정 표시 장치와 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치의 차이에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은, 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이고, 컬러 필터 기판 (40)과 어레이 기판 (50)을 대향하도록 배치하고, 그 사이에 액정층 (46)을 개재시켜 접합시키는 것으로 구성되어 있다. 어레이 기판 (50) 위에는, 그 사이에 절연층 (22)를 개재시켜 화소 전극 (51) 및 공통 전극 (52)가 형성되어 있다. 화소 전극 (51) 및 공통 전극 (52)는, 금속 등의 도전성이 높은 재료로 이루어지는 배선층으로, 수십 ㎛ 피치의 빗살상 패턴으로 형성되는 경우가 많다. 액정층 (46)은, 기판면에 수평으로 초기 배향하는, 유전율 이방성이 양의 액정을 이용하고 있다.
도 1은, 화소 전극 (51)과 공통 전극 (52) 사이에, 예를 들면 5 V의 액정 구동 전압을 인가한 "백색 표시"의 상태를 나타내고 있다. 전계는, 도 1의 전기력선 (43)에 도시된 바와 같이 가로 방향으로 인가되어 있고, 화소 전극 (51)과 공통 전극 (52) 사이의 액정 분자는 이 인가 전압에 의해 수평 방향으로 회전하고 있다. 또한, 기판면에 가까운 액정 분자 (47)은, 배향막의 러빙의 규제력이 강하기 때문에 충분한 회전이 불가능하다. 도 1에서는, 화소 전극 (51) 위의 액정 분자 (48) 및 공통 전극 (52) 위의 액정 분자 (49)는, 액정 분자를 회전시키는 전압이 가해지기 어렵기 때문에, 초기의 수평 배향대로 회전하지 않는다(액정 분자 (49)는 지면에 대하여 수직 방향으로 배향되어 있음). 이는, 예를 들면 화소 전극 (51)과 공통 전극 (52)를 ITO 등의 투명 도전막을 이용하여 형성하여도, 구동 전압 인가에도 불구하고 회전하지 않은 액정 분자가 남아, 투과율 저하의 원인이 되는 것을 의미하고 있다.
도 2는, 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이고, 컬러 필터 기판 (40)과 어레이 기판 (60)을 대향하도록 배치하고, 그 사이에 액정층 (56)을 개재시켜 접합시킴으로써 구성되어 있다. 어레이 기판 (60) 위에는, 그 사이에 절연층 (22)를 통해 화소 전극 (61) 및 공통 전극 (62)가 형성되어 있다. 화소 전극 (61)과 공통 전극 (62)는, 함께 ITO 등의 투명 전막으로 형성된다. 이들 전극 구조에 특징적인 것은, 하나의 화소 내에서 공통 전극 (62)는 베타 평면상으로 형성되고, 화소 전극 (61)은 2 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도의 전극 폭 WL로 매우 미세하면서, 15 ㎛ 이하의 피치로 형성되어 있다.
일례로서, 화소 전극 (61)의 전극 폭 WL을 5 ㎛로 하고, 피치를 11 ㎛로 하여 형성할 수 있다. 화소 전극 (61)의 전극 폭 WL과 피치는, 작은 쪽이 액정 표시 장치의 투과율 상승에 기여한다. 왜냐하면, 화소 전극 (61)의 패턴 단부로부터 공통 전극 (62) 사이에 형성되는 프린지 전계가 액정 구동의 주체가 되기 때문이다. 또한, 전극 폭 WL을, 예를 들면 2 ㎛로 형성한 경우, 전극간 거리 Ws를 3 ㎛ 정도로 조금 넓게 형성하는 것은 투과율 향상 측면에서 효율적이다.
도 2에 도시되는 액정층 (56)은, 화소 전극 (61)과 공통 전극 (62) 사이에 액정의 구동 전압을 인가함으로써, 화소 내 거의 전역에 걸쳐 액정 분자가 회전하여, 고투과율을 표시할 수 있다. 초기 수평 배향의 액정을 이용하는 액정 표시 장치에 있어서, FFS 방식은 프린지 전계를 짧은 주기로 발생시키는 것에 의한 투과율 향상 수단이라고 할 수 있다.
횡전계 방식의 액정 표시 장치를 대상으로 한 컬러 필터에 관한 공지 기술로서, 일본 특허 공개 제2009-229826호 공보, 일본 특허 공개 (평)9-292514호 공보가 있다. 일본 특허 공개 제2009-229826호 공보에 개시되어 있는 기술은, 횡전계 방식 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 컬러 필터의 유전 정접과 그의 색도를 규정하는 것이다. 또한, 횡전계 방식에 필요한 비유전율이 그의 청구항에 기재되어 있다. 그러나, 적색, 녹색, 청색의 각각의 착색층이 갖는 비유전율의 구체값의 개시가 없어, 필요한 비유전율의 평균값이나 변동의 크기도 개시되어 있지 않다.
따라서, 당연한 일이지만, 중간조 표시시에 필요한 적색, 녹색, 청색의 착색층에 균질하게 구비되어야 하는 각각의 유전율을 고려하지 않는다. 또한, 통상 이러한 착색 화소에 의한 컬러 표시시에 콘트라스트를 확보하기 위해서 형성하는 블랙 매트릭스의 유전율의 영향에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다. 높은 투과율 표시가 가능하면서, 액정 주변 부재에 고도의 전기적 특성을 요구하는 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치에 필요한 컬러 필터의 비유전율에 대한 기재가 없다. 또한, 횡전계 방식이나 프린지필드·스위칭 방식을 적용한 액정 텔레비젼에서 주류를 이루고 있는 액정의 구동 주파수(120 Hz, 240 Hz)를 검토하지 않고, 그 주파수에서의 비유전율을 개시하지 않는다. 액정 주변 부재의 전기 특성은, 저주파 영역과 고주파 영역에서 그 값을 변경하는 경우가 많아, 실제 사용 조건으로 측정할 필요가 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2009-229826호 공보에 개시되어 있는 컬러 필터의 구성은, 투명 수지층에 의한 오버 코팅층을 배제하고 있다. FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터의 착색층 위에 투명 수지층에 의한 오버 코팅층을 형성할 필요가 있다. 왜냐하면, FFS 방식에 이용하는 액정 재료의 전압 유지율에 매우 고도의 요구가 있어, 착색층의 유기 안료에 포함되는 불순물 이온의 악영향에 의한 전압 유지율 저하를 피할 목적으로 투명 수지에 의한 오버 코팅층이 필연적이다.
일본 특허 공개 (평)9-292514호 공보에는, 비유전율이 4.5 이하인 착색막이 개시되어 있고, 또한 단락 [0014]에는, 블랙 매트릭스의 흑색 안료로서 카본인 피그먼트블랙 7이 개시되어 있다. 그러나, 일본 특허 공개 (평)9-292514호 공보의 도 3에 개시되어 있는 착색막의 비유전율은, 예를 들면 주파수 100 Hz에서 청색의 착색막이 대개 3.9, 적색의 착색막이 3.45 전후, 녹색의 착색막이 3.1 정도로 판독할 수 있고, 비유전율의 차가 커서, 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치에는 적용할 수 있어도, 고화질의 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치의 표시에는 적합하지 않다. 일본 특허 공개 (평)9-292514호 공보는, 각각의 착색막의 비유전율을 균일하게 하는 개념을 개시하지 않는다. 또한, 블랙 매트릭스의 비유전율의, FFS 방식 액정 표시 장치에서의 영향에 대해서 개시하지 않는다.
FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터 부재의 비유전율을 균질화할 필요가 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 (평)9-292514호 공보의 도 3에 개시된 착색층과 같이, 비유전율의 차이가 큰 것은, 계조 표시시에 비유전율이 큰 화소의 투과율이 다른 화소보다 저하되어, 색 균형이 어긋나게 된다는 문제가 있다. 또한, 일반적으로 콘트라스트 개선을 위해 이용하는 블랙 매트릭스에는, 차광성(흑색)의 색제로서 카본이 이용되지만, 카본을 주된 안료로 하는 블랙 매트릭스의 비유전율은 10 내지 40으로 매우 크다. 액정의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴에 필요한 차광성(광학 농도)을 얻을 수 있는 블랙 매트릭스의 비유전율은, 통상 30 전후의 큰 값이 된다. 이러한 비유전율이 큰 블랙 매트릭스의 경우, FFS 방식의 액정 표시 장치에서는 저계조 등의 중간 표시로, 블랙 매트릭스와 착색층의 경계부에서 광 누설이 발생하는 문제가 있다. 이는 구동 전압 인가시에 본래, 1 화소 내에서 균등해야 하는 등전위선이, 블랙 매트릭스가 높은 비유전율의 악영향으로 변형되어 블랙 매트릭스 주변에서의 광 누설이 관찰되기 때문이다.
FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, 고화질이기 때문에 적색 불균일이나 백색 불균일과 같은 색 불균일이 관찰되기 쉬운 경향이 있다. 이 색 불균일 중 하나의 원인은, 착색층으로부터의 이온성 불순물의 액정에의 용출에 의해서 발생하지만, 이 이온성 불순물의 용출은 고순도의 투명 수지층을 오버 코팅층으로서 착색층 위를 덮음으로써 거의 해소할 수 있다. 그러나, 착색층의 각각 상이한 유기 안료종에 기인하는 비유전율의 차는, 오버 코팅층으로 덮는 것만으로는 해소하기 어렵다. 예를 들면, 녹색 안료에 이용하는 할로겐화 구리 프탈로시아닌 안료는, 이를 색제로 하는 녹색 화소의 비유전율을 높이고, 녹색 화소의 투과율을 약간 저하시켜, 적색 불균일 등의 표시 불량이 되는 문제가 있다.
FFS 방식의 액정 표시 장치는, 예를 들면 유전율 이방성이 3.2 내지 7까지의 범위에 있는 액정을 이용한다. 역치 전압을 낮추기 위해, 또는 응답 시간(액정의 상승)을 짧게 하기 위해, 대개 5전후의 약간 큰 유전율 이방성의 액정을 이용하는 경우가 많다. 이 액정의 유전율 이방성의 값으로부터, 더 큰 유전율 재료를 컬러 필터의 부재로서 이용하면, 상기한 색 불균일이나 광 누설 등의 문제를 일으키기 쉽다. 상기한 높은 비유전율의 블랙 매트릭스를 컬러 필터에 적용한 경우의 광 누설이 그 나쁜 예이다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어지고, 횡전계 방식의 액정 표시 장치로부터, 고투과율이고 고화질인 색 불균일이나 광 누설이 없는, FFS 방식 액정 표시 장치에 최적의 컬러 필터 기판, 및 FFS 방식 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 컬러 필터 기판과, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판 사이에 액정층을 개재시켜 대향 배치하여 이루어지는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터 기판으로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에 형성된 유기 안료를 주된 색제로 하는 블랙 매트릭스와, 상기 투명 기판 위의 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비하고, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있는 컬러 필터 기판이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 상술한 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 의하면, 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에 형성된 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비하고, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있는 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판과, 상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치가 제공된다.
또한, 본 명세서의 기재에 있어서, 블랙 매트릭스 개구부에 패턴 형성된 착색층을 착색 화소라 하고, 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소라 한다. 액정 유효 표시 영역밖의 프레임부 위의 착색층은, 적색층, 청색층 등이라 한다. 또한, 비유전율 측정에 사용되는 측정 시료의 도막은, 마찬가지로 적색층, 녹색층, 청색층이라 한다. 본 명세서에서 말하는 착색 화소의 비유전율은, 측정 시료로서 형성하고, 측정한 착색층에 대한 데이터를 가리킨다.
[도 1] 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 모식 단면도이다.
[도 2] 종래의 프린지필드·스위칭 방식의 액정 표시 장치의 모식 단면도이다.
[도 3] 본 발명의 한 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판의 모식 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 실시예 2에 관한 컬러 필터 기판의 모식 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 실시예 3에 관한 액정 표시 장치의 모식 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 한 양태에 관한 컬러 필터 기판은, 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이다. 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치는, 컬러 필터 기판과, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판 사이에 액정층을 개재시켜 대향 배치함으로써 구성된다. 빗살상 화소 전극의 전극 폭이 10 ㎛를 초과하면, 노멀 블랙인 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치가 켜졌을 때(빗살상 화소 전극에의 액정 구동 전압의 인가시) 투과율을 저하시킨다. 빗살상 화소 전극의 전극 폭 WL과 그의 전극간 거리 Ws는 좁은 것이 높은 투과율이 되지만, 1 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극의 전극 폭은 포토리소그래피 공정에서의 패턴 재현 정밀도가 저하되어, 수율의 저하를 초래한다. 빗살상 화소 전극의 전극 폭 WL과 그의 전극간 거리 Ws는 2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
이 컬러 필터 기판은 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에 형성된 유기 안료를 주된 색제로 하는 블랙 매트릭스와, 상기 투명 기판 위의 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비한다. 각 착색 화소의 비유전율이 2.9 미만이면, 색 순도를 확보하기 위한 충분한 양의 유기 안료 등의 색제를 투명 수지에 첨가할 수 없기 때문에, 특성이 양호한 컬러 필터를 제공할 수 없다. 착색 화소의 비유전율이 4.4를 초과하면, 액정의 응답 지연이나 계조 표시의 불균일이 발생하여 바람직하지 않다.
또한, 이들 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율은 ±0.3의 범위 내(차가 0.3 이하)에 있다. 이 비유전율의 차가 이 범위 외인 경우에는, 색 불균일이 발생하게 된다.
이상의 컬러 필터 기판에 있어서, 블랙 매트릭스의 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율을 2.9 이상 4.4 이하로 할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스의 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율을, 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작게 할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스의 색제를, 색제의 전체량에 대한 유기 안료의 비율로 92 질량％ 이상으로 하고, 잔부를 카본으로 할 수 있다.
녹색 화소의 주된 색제로서, 할로겐화아연프탈로시아닌 안료를 이용할 수 있다.
이상의 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율의 값을, 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작게 할 수 있다.
비유전율의 측정에 이용하는 상기 주파수를 120 Hz 내지 480 Hz의 범위의 주파수로 할 수 있다.
블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상일 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층, 및 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층의 1색 또는 2색을 중첩한 것으로 할 수 있다.
블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상일 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층, 및 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층의 2색을 이 순서대로 중첩한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 한 양태에 의하면, 액정 표시 장치로 했을 때에, 색 균형 어긋남 및 적색 불균일이나 백색 불균일 등의 표시 불량이 없는 FFS 방식의 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 제공할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스와 착색층의 경계부에서의 광 누설이 없는 FFS 방식의 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 제공할 수 있다. 또한, 상기 표시 불량을 해소한 FFS 방식의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 한 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도이다. 도 3에 있어서, 예를 들면 유리로 이루어지는 투명 기판 (10) 위에, 유기 안료를 주된 색제로 하는 블랙 매트릭스 BM이 형성되고, 이 블랙 매트릭스 BM에 의해 구획된 투명 기판 (10) 위의 영역에 적색 화소 R, 녹색 화소 G, 및 청색 화소 B가 형성되어 있다. 그리고, 이들 적색 화소 R, 녹색 화소 G, 및 청색 화소 B 위에 투명 수지층 (15)가 형성되어 컬러 필터 기판이 구성된다.
또한, 이 컬러 필터 기판은, 상술한 바와 같이 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판에, 액정을 통해 접합되는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이다.
본 실시 형태는, 초기 배향이 수평 배향 또는 수직 배향인 액정을 이용하여, 노멀 블랙 표시의 액정 표시 장치를 주된 적용 대상으로 하여, 컬러 필터 기판과, TFT 등 액정 구동 소자가 형성된 어레이 기판을 액정층을 협지하는 형태로 접합시켜 구성되는 액정 표시 장치를 전제로 한다. 액정은 유전율 이방성이 양의 액정 및 음의 액정 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 유전율 이방성이 양인 액정은, 그 유전율 이방성 Δε 및 액정의 복굴절률 Δn을 넓은 액정 재료의 범위에서 선택할 수 있다는 이점이 있다.
본 실시 형태 중 하나의 요점은, 이용하는 액정의 구동에 의해 색이 다른 화소 사이에서 표시 차이를 일으키지 않도록, 컬러 필터의 착색 화소의 비유전율을 일치시키는 데에 있다. 또한, 본 실시 형태의 다른 요점은, 이용하는 액정의 구동에 영향을 미치지 않도록, 액정의 유전율 이방성의 값보다 작은 재료에 의해 착색 화소를 구성하는 데에 있다. 초기 배향을 수평으로 하고, 유전율 이방성이 양인 액정을 이용하는 FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, Δε을 예를 들면 4.5 내지 6.5의 약간 큰 유전율 이방성의 범위에서 선택하고, 본 실시 형태에 적용함으로써, 복수의 이점이 얻어진다. 그 중 하나는, 액정 구동에 관계되는 역치 전압을 저하시키는 것, 및 액정의 응답성(상승)을 개선하는 것이다. 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치에 이용하는 상기 액정 재료의 선택은, 다음과 같이 상술한다.
상술한 바와 같이, 컬러 필터의 착색 화소는, 컬러 표시에서의 색 불균일을 피하기 위해서, 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율의 값이 ±0.3 이내인 것을 이용할 필요가 있다. 후술하는 바와 같이, FFS 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 착색 화소간의 비유전율의 차가 0.8 또는 1.0을 초과하면, 액정 표시에서의 색 불균일이나 광 누설을 발생시키기 쉽다. 착색 화소의 비유전율은, 이하의 실시예에서 상술하지만, 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 색제인 유기 안료의 선택 및 안료 비율, 모재의 수지나 분산재 등의 재료 선택에 의해, 블랙 매트릭스와 같은 높은 비유전율이 되기 쉬운 부재여도, 4.4 이하로 억제할 수 있다.
유전율 이방성이 양인 액정을 이용하는 FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, Δε을 예를 들면 4.5 내지 6.5의 약간 큰 유전율 이방성의 범위에서 선택함으로써, 컬러 필터 구성 부재의 비유전율의 값을 액정의 유전율 이방성의 값보다 작게 할 수 있어, 액정 구동에 지장이 없는 조건을 얻을 수 있다. 컬러 필터의 착색 화소의 형성에는, 통상 감광성의 아크릴 수지를 포함하는 착색 조성물을 이용하지만, 일반적으로 아크릴 수지 등의 투명 수지의 비유전율은 2.8 전후이다. 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 유기 안료의 분산계인 착색 화소의 비유전율의 하한은 2.9였다.
(비유전율의 측정)
후술하는 실시예에서의 착색 화소의 비유전율은, 솔라트론(Solartron)사 제조 임피던스 애널라이저 1260형을 이용하여, 전압 5 V의 조건으로, 120, 240, 480 Hz의 주파수로 측정하였다. 측정 시료는, 알루미늄 박막으로 이루어지는 도전막을 패턴 형성한 유리 기판 위에 착색층을 도포·경막하고(막 두께는 후술하는 실시예와 동일함), 추가로 이 착색층 위에 알루미늄 박막으로 이루어지는 도전막 패턴을 형성한 것이다.
(블랙 매트릭스의 OD 측정)
차광성의 지표가 되는 광학 농도(OD값)에 대해서는, 맥베스 D-200II를 이용하여 측정을 행하였다.
(색도 측정)
각각의 착색층의 색도 좌표는, 현미 분광 측광 장치 OSP-2000(올림푸스 고가꾸 고교사 제조)을 사용하여 측정하였다.
이하에, 이상 설명한 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판에 이용하는 것이 가능한 투명 수지 및 유기 안료 등에 대해서 예시한다.
(투명 수지)
차광층 또는 착색 화소의 형성에 이용하는 감광성 착색 조성물은, 안료 분산체 뿐 아니라, 추가로 다관능 단량체, 감광성 수지, 비감광성 수지, 중합 개시제, 용제 등을 함유한다. 감광성 수지 및 비감광성 수지 등, 본 실시 형태에 이용하는 것이 가능한 투명성이 높은 유기 수지를 총칭해서 투명 수지라 한다. 투명 수지로는, 하기의 것을 사용할 수 있다.
즉, 투명 수지로서, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지로는, 예를 들면 부티랄 수지, 스티렌-말레산 공중합체, 염소화폴리에틸렌, 염소화폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 폴리아세트산비닐, 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 수지로는, 예를 들면 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 열경화성 수지는, 멜라민 수지와 이소시아네이트기를 함유하는 화합물을 반응시켜 이루어지는 것을 이용할 수도 있다.
(알칼리 가용성 수지)
본 실시 형태에 이용하는 블랙 매트릭스의 형성 재료인 블랙 매트릭스(차광층), 착색 화소, 오버 코팅인 투명 수지층의 형성에는, 포토리소그래피에 의한 패턴 형성 가능한 감광성 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 이들 투명 수지는 알칼리 가용성이 부여된 수지인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로는 카르복실기 또는 수산기를 포함하는 수지이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 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 실시 형태에 채용 가능한 투명 수지의 대표로서, 이하의 아크릴계 수지를 예시할 수 있다.
즉, 아크릴계 수지는, 단량체로서, 예를 들면 (메트)아크릴산; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트벤질(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 이용하여 얻은 중합체를 들 수 있다.
또한, 이상 예를 든 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 이들 단량체와 공중합 가능한 스티렌, 시클로헥실말레이미드 및 페닐말레이미드 등의 화합물과의 공중합체일 수도 있다.
또한, 예를 들면 (메트)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 카르복실산을 공중합하고, 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)아크릴레이트와의 공중합체에 (메트)아크릴산 등의 카르복실산 함유 화합물을 부가시킴으로써도 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.
또한, 예를 들면 히드록시에틸메타아크릴레이트 등의 단량체로부터 얻은 수산기를 갖는 중합체에, 메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트 등의 이소시아네이트기 및 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물을 반응시킴으로써도 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 복수의 수산기를 갖는 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 단량체로부터 얻은 공중합체와 다염기산 무수물을 반응시켜 공중합체에 카르복실기를 도입하고, 카르복실기를 갖는 수지를 얻을 수 있다. 카르복실기를 갖는 수지의 제조 방법은, 이 방법으로만 한정되는 것은 아니다.
상기한 반응에 이용하는 산 무수물의 예로서, 예를 들면 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 산가는 20 내지 180 mgKOH/g인 것이 바람직하다. 산가가 20 mgKOH/g보다 작은 경우에는, 감광성 수지 조성물의 현상 속도가 너무 늦어 현상에 요하는 시간이 많아져, 생산성이 떨어지는 경향이 있다. 또한, 고형분 산가가 180 mgKOH/g보다 큰 경우에는, 반대로 현상 속도가 너무 빨라, 현상 후의 패턴 박리나 패턴 결함의 문제점이 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 광 경화성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
(광 중합성 단량체)
광 중합성 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 아크릴산에스테르 및 메타크릴산에스테르, (메트)아크릴산, 스티렌, 아세트산비닐, (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 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트와 다관능 이소시아네이트와의 조합은 임의이고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 1종의 다관능 우레탄아크릴레이트를 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다.
(광 중합 개시제)
광 중합 개시제로는 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, 벤조일벤조산메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드 등의 벤조페논계 화합물; 티오크산톤, 2-클로르티오크산톤, 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-비페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-스티릴s-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 향상에는, 옥심 유도체류(옥심계 화합물)가 유효하다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
(증감제)
광 중합 개시제와 증감제를 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 광 중합 개시제 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 내지 60 질량부의 양을 함유시킬 수 있다.
(에틸렌성 불포화 화합물)
상술한 광 중합 개시제는, 에틸렌성 불포화 화합물과 함께 이용하는 것이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 화합물로는, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물을 의미한다. 그 중에서도, 중합성, 가교성, 및 그에 따른 노광부와 비노광부와의 현상액 용해성의 차이를 확대할 수 있는 등의 측면에서, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 그 불포화 결합이 (메트)아크릴로일옥시기에서 유래되는 (메트)아크릴레이트 화합물이 특히 바람직하다.
에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물로는, 예를 들면 (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 화합물로는, 대표적으로는, 예를 들면 불포화 카르복실산과 폴리히드록시 화합물과의 에스테르류, (메트)아크릴로일옥시기 함유 포스페이트류, 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물과의 우레탄(메트)아크릴레이트류, 및 (메트)아크릴산 또는 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리에폭시 화합물과의 에폭시(메트)아크릴레이트류 등을 들 수 있다.
상기 광 중합성 개시제, 증감제 및 에틸렌성 불포화 화합물은, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판에 위상차층을 형성하는 경우에는, 중합성 액정 화합물을 포함하는 조성물에 가할 수도 있다.
(다관능 티올)
감광성 착색 조성물에는, 연쇄 이동제로서의 기능을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은 티올기를 2개 이상 갖는 화합물일 수 있고, 예를 들면 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부티레이트), 펜타에리트리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리트리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리메르캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1,4-디메틸메르캅토벤젠, 2,4,6-트리메르캅토-s-트리아진, 2-(N,N-디부틸아미노)-4,6-디메르캅토-s-트리아진 등을 들 수 있다.
이들 다관능 티올은 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 다관능 티올은, 감광성 착색 조성물 중에 안료 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.2 내지 150 질량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 100 질량부의 양으로 사용할 수 있다.
(저장 안정제)
감광성 착색 조성물에는, 조성물의 경시 점도를 안정화시키기 위해서 저장 안정제를 함유시킬 수 있다. 저장 안정제로는, 예를 들면 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 중 안료 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 내지 10 질량부의 양으로 함유시킬 수 있다.
(밀착 향상제)
감광성 착색 조성물에는, 기판과의 밀착성을 높이기 위해서 실란 커플링제 등의 밀착 향상제를 함유시킬 수도 있다. 실란 커플링제로는, 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-아미노프로필메틸디에톡시시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리에톡시실란 등의 아미노실란류; γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리에톡시실란 등의 티오실란류 등을 들 수 있다. 실란 커플링제는 감광성 착색 조성물 중에, 안료 100 질량부에 대하여 0.01 질량부 내지 100 질량부로 함유시킬 수 있다.
(용제)
감광성 착색 조성물에는, 기판 위에의 균일한 도포를 가능하게 하기 위해, 물이나 유기 용제 등의 용제가 배합된다. 또한, 본 실시 형태에 이용하는 조성물이 컬러 필터의 착색층인 경우, 용제는 안료를 균일하게 분산시키는 기능도 갖는다. 용제로는, 예를 들면 시클로헥사논, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸벤젠, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸셀로솔브, 메틸-n 아밀케톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부틸케톤, 석유계 용제 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 용제는, 착색 조성물 중에 안료 100 질량부에 대하여 800 질량부 내지 4000 질량부, 바람직하게는 1000 질량부 내지 2500 질량부로 함유시킬 수 있다.
(유기 안료)
적색 안료로는, 예를 들면 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, 242, 246, 254, 255, 264, 272, 279 등을 사용할 수 있다.
황색 안료로는, 예를 들면 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 안료로는, 예를 들면 C.I. 피그먼트 블루 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등을 사용할 수 있고, 이 중에서는 C.I. 피그먼트 블루 15:6이 바람직하다.
보라색 안료로서, 예를 들면 C.I. 피그먼트 바이올렛 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 사용할 수 있고, 이 중에서는 C.I. 피그먼트 바이올렛 23이 바람직하다.
녹색 안료로는, 예를 들면 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 있고, 특히 C.I. 피그먼트 그린 58을 주된 색제로서 이용하는 것이 바람직하다.
이하, C.I. 피그먼트의 안료종의 기재에 있어서, 단순히 PB(피그먼트 블루), PV(피그먼트 바이올렛), PR(피그먼트 레드), PY(피그먼트 옐로우), PG(피그먼트 그린) 등으로 생략하여 기재하는 경우가 있다.
(염료)
본 실시 형태에 따른 컬러 필터에 이용되는 착색 조성물은, 상기 안료 이외에 염료를 포함할 수 있다.
이들 염료로는, 산성 염료, 유용성 염료, 분산 염료, 반응성 염료, 직접 염료 등을 들 수 있다. 예를 들면, 아조계 염료, 벤조퀴논계 염료, 나프토퀴논계 염료, 안트라퀴논계 염료, 시아닌계 염료, 스쿠아릴륨계 염료, 크로코늄계 염료, 메로시아닌계 염료, 스틸벤계 염료, 디아릴메탄계 염료, 트리아릴메탄계 염료, 플루오란계 염료, 스피로피란계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 인디고계 염료, 풀기드계 염료, 니켈 착체계 염료, 및 아줄렌계 염료를 들 수 있다.
구체적인 염료로는, 컬러 인덱스 번호로 이하의 것을 들 수 있다. C.I. 솔벤트 옐로우 2, 3, 7, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 21, 25, 25:1, 27, 28, 29, 30, 33, 34, 36, 42, 43, 44, 47, 56, 62, 72, 73, 77, 79, 81, 82, 83, 83:1, 88, 89, 90, 93, 94, 96, 98, 104, 107, 114, 116, 117, 124, 130, 131, 133, 135, 141, 143, 145, 146, 157, 160:1, 161, 162, 163, 167, 169, 172, 174, 175, 176, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 189, 190, 191, C.I. 솔벤트 오렌지 1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 14, 20, 23, 25, 31, 40:1, 41, 45, 54, 56, 58, 60, 62, 63, 70, 75, 77, 80, 81, 86, 99, 102, 103, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, C.I. 솔벤트 레드 1, 2, 3, 4, 8, 16, 17, 18, 19, 23, 24, 25, 26, 27, 30, 33, 35, 41, 43, 45, 48, 49, 52, 68, 69, 72, 73, 83:1, 84:1, 89, 90, 90:1, 91, 92, 106, 109, 110, 118, 119, 122, 124, 125, 127, 130, 132, 135, 141, 143, 145, 146, 149, 150, 151, 155, 160, 161, 164, 164:1, 165, 166, 168, 169, 172, 175, 179, 180, 181, 182, 195, 196, 197, 198, 207, 208, 210, 212, 214, 215, 218, 222, 223, 225, 227, 229, 230, 233, 234, 235, 236, 238, 239, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 247, 248, C.I. 솔벤트 바이올렛 2, 8, 9, 11, 13, 14, 21, 21:1, 26, 31, 36, 37, 38, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, C.I. 솔벤트 블루 2, 3, 4, 5, 7, 18, 25, 26, 35, 36, 37, 38, 43, 44, 45, 48, 51, 58, 59, 59:1, 63, 64, 67, 68, 69, 70, 78, 79, 83, 94, 97, 98, 100, 101, 102, 104, 105, 111, 112, 122, 124, 128, 129, 132, 136, 137, 138, 139, 143, C.I. 솔벤트 그린 1, 3, 4, 5, 7, 28, 29, 32, 33, 34, 35, C.I. 솔벤트 브라운 1, 3, 4, 5, 12, 20, 22, 28, 38, 41, 42, 43, 44, 52, 53, 59, 60, 61, 62, 63, C.I. 솔벤트 블랙 3, 5, 5:2, 7, 13, 22, 22:1, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 43, 45, 46, 48, 49, 50, C.I. 애시드 레드 6, 11, 26, 60, 88, 111, 186, 215, C.I. 애시드 그린 25, 27, C.I. 애시드 블루 22, 25, 40, 78, 92, 113, 129, 167, 230, C.I. 애시드 옐로우 17, 23, 25, 36, 38, 42, 44, 72, 78, C.I. 베이직 레드 1, 2, 13, 14, 22, 27, 29, 39, C.I. 베이직 그린 3, 4, C.I. 배이직 블루 3, 7, 9, 11, 17, 41, 66, C.I. 베이직 바이올렛 1, 3, 18, 39, 66, C.I. 베이직 옐로우 11, 23, 25, 28, 41, C.I. 다이렉트 레드 4, 23, 31, 75, 76, 79, 80, 81, 83, 84, 149, 224, C.I. 다이렉트 그린 26, 28, C.I. 다이렉트 블루 71, 78, 98, 106, 108, 192, 201, C.I. 다이렉트 바이올렛 51, C.I. 다이렉트 옐로우 26, 27, 28, 33, 44, 50, 86, 142, C.I. 다이렉트 오렌지 26, 29, 34, 37, 72, C.I. 설퍼 레드 5, 6, 7, C.I. 설퍼 그린 2, 3, 6, C.I. 설퍼 블루 2, 3, 7, 9, 13, 15, C.I. 설퍼 바이올렛 2, 3, 4, C.I. 설퍼 옐로우 4, C.I. 배트 레드 13, 21, 23, 28, 29, 48, C.I. 배트 그린 3, 5, 8, C.I. 배트 블루 6, 14, 26, 30, C.I. 배트 바이올렛 1, 3, 9, 13, 15, 16, C.I. 배트 옐로우 2, 12, 20, 33, C.I. 배트 오렌지 2, 5, 11, 15, 18, 20, C.I. 아조익 커플링 컴포넌트 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 32, 37, 41, 48, C.I. 리액티브 레드 8, 22, 46, 120, C.I. 리액티브 블루 1, 2, 7, 19, C.I. 리액티브 바이올렛 2, 4, C.I. 리액티브 옐로우 1, 2, 4, 14, 16, C.I. 리액티브 오렌지 1, 4, 7, 13, 16, 20, C.I. 디스퍼스 레드 4, 11, 54, 55, 58, 65, 73, 127, 129, 141, 196, 210, 229, 354, 356, C.I. 디스퍼스 블루 3, 24, 79, 82, 87, 106, 125, 165, 183, C.I. 디스퍼스 바이올렛 1, 6, 12, 26, 27, 28, C.I. 디스퍼스 옐로우 3, 4, 5, 7, 23, 33, 42, 60, 64, C.I. 디스퍼스 오렌지 13, 29, 30.
이들 염료는, 원하는 분광 스펙트럼을 발현시키기 위해 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상 조합하여 이용할 수도 있다.
염료로는 양이온 염료가 보다 바람직하고, 이들 양이온 염료의 카운터 음이온은 공지된 방법으로 변경할 수도 있다. 변경하는 음이온으로는 이른바 초강산의 음이온인 것이 보다 높은 내열성, 내광성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 양이온 염료의 예로는, 컬러 인덱스 번호로 이하의 것을 들 수 있다.
C.I. 베이직 레드 1, 2, 12, 13, 14, 16, 18:1, 21, 22, 26, 27, 28, 29, 36, 46, 54, 56, 58, 78, C.I. 베이직 옐로우 1, 11, 12, 13, 14, 15, 24, 28, 29, 30, 37, 40, 41, 45, 46, 51, 57, 62, 67, C.I. 디스퍼스 레드 50, 90, 117, 118, 177, 122, 126, 128, 145, 146, 157, C.I. 디스퍼스 옐로우 5, 8, 22, 27, 50, 56, 74, 84, 88, 114, 119, 160, 164, 182, 184, 187, 203, 227, 221, C.I. 베이직 그린 4, 5, 8, 10, C.I. 디스퍼스 그린 7, C.I. 베이직 블루 1, 3, 4, 7, 8, 9, 11, 12, 15, 18:1, 22, 41, 42, 45, 53, 54, 54:1, 55, 57, 60, 62, 66, 71, 75, 77, 92, 105, 113, 141, 147, 148, 162, C.I. 디스퍼스 블루 7, 9, 10, 20, 35, 55, 56, 58, 62, 63, 65, 82, 85, 86, 87, 89, 91, 95, 102, 104, 106, 118, 124, 142, 143, 148, 162, 166, 179, 181, C.I. 바이올렛 1, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 14, 15, 16, 20, 22, 27, 28, 35, 37, 39, 53, 62, 63, 83 등이다. 더욱 바람직하게는, C.I. 베이직 레드 1, 2, 13, 14, 22, 27, 29, 39, C.I. 베이직 그린 3, 4, C.I. 베이직 블루 3, 7, 9, 11, 17, 41, 66, C.I. 베이직 바이올렛 1, 3, 18, 39, 66, C.I. 베이직 옐로우 11, 23, 25, 28, 41 등이다.
(차광층의 색재)
차광층 또는 블랙 매트릭스가 포함되는 차광성의 색재는, 가시광 파장 영역에 흡수를 가짐으로써 차광 기능을 나타내는 색재이다. 본 실시 형태에서 차광성의 색재에는, 예를 들면 유기 안료, 무기 안료, 염료 등을 들 수 있다. 무기 안료로는, 예를 들면 카본블랙, 산화티탄 등을 들 수 있다. 염료로는, 예를 들면 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 퀴논이민계 염료, 퀴놀린계 염료, 니트로계 염료, 카르보닐계 염료, 메틴계 염료 등을 들 수 있다. 유기 안료에 대해서는, 상기한 유기 안료를 채용할 수 있다. 또한, 차광성 성분은 1종을 이용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다. 또한, 이들 색재의 표면에 의한 수지 피복에 의한 고부피 저항화, 반대로 수지의 모재에 대하여 색재의 함유 비율을 높여 약간의 도전성을 부여하는 것에 의한 저부피 저항화를 행할 수도 있다. 그러나, 이러한 차광성 재료의 부피 저항값은, 대개 1×108 내지 1×1015 Ω·cm의 범위이기 때문에, 투명 도전막의 저항값에 영향을 미치는 수준은 아니다. 마찬가지로, 차광층의 비유전율도 색재의 선택이나 함유 비율로 대개 3 내지 20의 범위에서 조정할 수 있다. 차광층, 제1 투명 수지층, 착색층의 비유전율은, 액정 표시 장치의 설계 조건이나 액정의 구동 조건에 맞춰 조정할 수 있다. 본 발명에서는, 비유전율이 상승하는 경향이 있는 카본의 첨가량을 줄이고, 유기 안료의 함유량이 많은 FFS 방식 액정 표시 장치용 블랙 매트릭스를 사용할 수 있다.
(분산제·분산 보조제)
안료 분산제로서 고분자 분산제를 이용하면, 경시의 분산 안정성이 우수하기 때문에 바람직하다. 고분자 분산제로는, 예를 들면 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 실시 형태에 이용하는 차광성 감광성 수지 조성물에 대해서는, 현상성 측면에서 바람직하다.
이들 분산제의 구체예로는, 상품명으로 EFKA(에프카 케미컬즈 비브이사 제조), 디스퍼빅(빅케미사 제조), 디스팔론(구스모또 가세이사 제조), 솔스퍼스(루브리졸사 제조), KP(신에쓰 가가꾸 고교사 제조), 폴리플로우(교에이샤 가가꾸사 제조) 등을 들 수 있다. 이들 분산제는 1종을 이용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수 있다.
분산 보조제로는, 예를 들면 색소 유도체 등을 사용할 수 있다. 색소 유도체로는, 예를 들면 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 벤즈이미다졸론계, 퀴노프탈론계, 이소인돌리논계, 디옥사진계, 안트라퀴논계, 인단트렌계, 페릴렌계, 페리논계, 디케토피롤로피롤계, 디옥사진계 등의 유도체를 들 수 있지만, 그 중에서도 퀴노프탈론계가 바람직하다.
색소 유도체의 치환기로는, 예를 들면 술폰산기, 술폰아미드기 및 그의 4급염, 프탈이미드메틸기, 디알킬아미노알킬기, 수산기, 카르복실기, 아미드기 등이 안료 골격에 직접 또는 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 통해 결합한 것을 들 수 있다. 이 중에서는 술폰산기가 바람직하다. 또한, 이들 치환기는 하나의 안료 골격에 복수 치환할 수도 있다.
색소 유도체의 구체예로는, 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 이용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다.
<컬러 필터의 제작 방법>
본 실시 형태에 따른 컬러 필터에 있어서의 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소는, 투명 기판 위에 인쇄법, 잉크젯법, 또는 포토리소그래피법 등에 의해 상기한 각 색 착색 조성물을 이용하여 형성할 수 있다.
인쇄법에 의한 각 색 필터 세그먼트의 형성은, 상기 각종 인쇄 잉크로서 제조한 착색 조성물의 인쇄와 건조를 반복하는 것만으로 패턴화가 가능하기 때문에, 컬러 필터의 제조법으로는 저비용이고 양산성이 우수하다. 또한, 인쇄 기술의 발전에 의해, 높은 치수 정밀도 및 평활도를 갖는 미세 패턴의 인쇄를 행할 수 있다. 인쇄를 행하기 위해서는, 인쇄의 판 위에서 또는 블랭킷 위에서 잉크가 건조, 고화하지 않은 조성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 인쇄기 위에서의 잉크의 유동성의 제어도 중요하고, 분산제나 체질 안료에 의한 잉크 점도의 조정을 행할 수도 있다.
잉크젯법은 미세한 복수의 토출구(잉크젯 헤드)를 색마다 일치시킨 잉크젯 장치로써, 투명 기판 또는 TFT 등 능동 소자를 형성한 기판에 직접 인쇄 형성하는 방법이다.
포토리소그래피법에 의해 각 착색 화소를 형성하는 경우에는, 상기 용제 현상형 또는 알칼리 현상형 착색 레지스트로서 제조한 착색 조성물을, 투명 기판 위에 스프레이 코팅이나 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅 등의 도포 방법에 의해 건조막 두께가 0.2 내지 10 ㎛가 되도록 도포한다. 도포막을 건조시킬 때에는, 감압 건조기, 컨백션 오븐, IR 오븐, 핫 플레이트 등을 사용할 수도 있다. 필요에 따라 건조된 막에는, 이 막과 접촉 또는 비접촉 상태로 설치된 소정의 패턴을 갖는 마스크를 통과시켜 자외선 노광을 행한다. 그 후, 용제 또는 알칼리 현상액에 침지하거나 또는 스프레이 등에 의해 현상액을 분무하여 미경화부를 제거하여 원하는 패턴을 형성한 후, 동일한 조작을 다른색에 대해서 반복하여 컬러 필터를 제조할 수 있다. 또한, 착색 레지스트의 중합을 촉진시키기 위해, 필요에 따라 가열을 실시할 수도 있다. 포토리소그래피법에 따르면, 상기 인쇄법보다 정밀도가 높은 컬러 필터를 제조할 수 있다.
현상시에는, 알칼리 현상액으로서 탄산나트륨, 수산화나트륨 등의 수용액이 사용되고, 디메틸벤질아민, 트리에탄올아민 등의 유기 알칼리를 이용할 수도 있다. 또한, 현상액에는 소포제나 계면활성제를 첨가할 수도 있다. 현상 처리 방법으로는, 샤워 현상법, 스프레이 현상법, 디프(침지) 현상법, 퍼들(액고임) 현상법 등을 적용할 수 있다.
또한, 자외선 노광 감도를 높이기 위해, 상기 착색 레지스트를 도포 건조한 후, 수용성 또는 알칼리 수용성 수지, 예를 들면 폴리비닐알코올이나 수용성 아크릴 수지 등을 도포 건조하여 산소에 의한 중합 저해를 방지하는 막을 형성한 후, 자외선 노광을 행할 수도 있다.
본 실시 형태에 따른 컬러 필터는, 상기 방법 이외에 전착법, 전사법 등에 의해 제조할 수 있다. 또한, 전착법은, 투명 기판 위에 형성한 투명 도전막을 이용하여, 콜로이드 입자의 전기 영동에 의해 각 색 필터 세그먼트를 투명 도전막 위에 전착 형성함으로써 컬러 필터를 제조하는 방법이다. 또한, 전사법은 박리성의 전사 베이스 시트의 표면에 미리 컬러 필터층을 형성해 놓고, 이 컬러 필터층을 원하는 투명 기판에 전사시키는 방법이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 대해서 설명한다.
이하에 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않은 범위에서 다양한 변경, 변형시킬 수 있다. 또한, 실시예에 나타내는 조성 함유량은 전부 질량비이고, 부는 질량부이다.
〔아크릴 수지 용액의 제조〕
반응 용기에 시클로헥사논 800부를 넣고, 용기에 질소 가스를 주입하면서 100℃로 가열하여, 동일한 온도로 하기 단량체 및 열 중합 개시제의 혼합물을 1시간에 걸쳐서 적하하여 중합 반응을 행하였다.
스티렌 60.0부
메타크릴산 60.0부
메타크릴산메틸 65.0부
메타크릴산부틸 65.0부
아조비스이소부티로니트릴 10.0부
적하 후, 추가로 100℃에서 3시간 반응시킨 후, 아조비스이소부티로니트릴 2.0부를 시클로헥사논 50부에서 용해시킨 것을 첨가하고, 추가로 100℃에서 1시간 반응을 계속하여, 중량 평균 분자량이 약 40000인 아크릴 수지의 용액을 얻었다.
실온까지 냉각한 후, 수지 용액 약 2 g을 샘플링하여 180℃, 20분간 가열 건조하여 불휘발분을 측정하고, 먼저 합성한 수지 용액에 불휘발분이 20％가 되도록 시클로헥사논을 첨가하여 아크릴 수지 용액을 제조하였다.
하기의 요령으로 흑색, 적색, 녹색, 청색의 착색 조성물을 제조하였다.
[흑색 안료 1의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 흑색 안료 1의 분산체를 제작하였다.
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가포 레드 B-CF") 31.6부
·청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15:6
(도요 잉크 세이조(주) 제조 "리오놀 블루 ES") 34.2부
·카본 안료(미쯔비시 가가꾸사 제조 "#47") 11.1부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-161") 5부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 72부
[흑색 안료 2의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 흑색 안료 1의 분산체를 제작하였다.
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가포 레드 B-CF") 39.6부
·청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15:6
(도요 잉크 세이조(주) 제조 "리오놀 블루 ES") 42.8부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-161") 5부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 72부
[흑색 안료 3의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 비드밀 분산기로 교반하고, 카본 블랙 분산액을 제작하였다.
·카본 안료(미쯔비시 가가꾸사 제조 #47) 20부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-161") 8.3부
·구리 프탈로시아닌 유도체(도요 잉크 세이조사 제조) 1.0부
·프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 71부
[흑색 조성물 1의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 흑색 착색 조성물 1을 얻었다.
·흑색 안료 1 54.2부
·아크릴 수지 용액 8부
·디펜타에리트리톨펜타 및 헥사-아크릴레이트
(도아 고세이(주) 제조 "M-402") 4.7부
·광 중합 개시제(시바 가이기사 제조 "이르가큐어 OXE 02") 0.9부
·증감제(호도가야 가가꾸 고교(주) 제조 "EAB-F") 0.1부
·레벨링제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-163") 0.1부
·시클로헥사논 16부
·프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 16부
[흑색 조성물 2의 제조]
분산체로서, 흑색 안료 2를 사용한 것 이외에는, 흑색 조성물 1과 동일한 조성, 방법으로 흑색 조성물 2를 얻었다.
[흑색 조성물 3의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 흑색 착색 조성물 3을 얻었다.
·흑색 안료 3 25.2부
·아크릴 수지 용액 18부
·디펜타에리트리톨펜타 및 헥사-아크릴레이트
(도아 고세이(주) 제조 "M-402") 5.2부
·광 중합 개시제(시바 가이기사 제조 "이르가큐어 OXE 02") 1.2부
·증감제(호도가야 가가꾸 고교(주) 제조 "EAB-F") 0.3부
·레벨링제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-163") 0.1부
·시클로헥사논 25부
·프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25부
[적색 안료 1의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 적색 안료 1의 분산체를 제작하였다.
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가포 레드 B-CF") 8부
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 177
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "크로모프탈 레드 A2B") 10부
·황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150(란세스사 제조 "E4GN-GT")) 2부
·분산제(아지노모또 파인테크노사 제조 "아지스퍼 PB821") 2부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 108부
[적색 안료 2의 제조]
하기 조성의 혼합물을 이용하여, 적색 안료 1과 동일한 방법으로 적색 안료 2의 분산체를 제작하였다.
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가포 레드 B-CF") 11부
·적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 177
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "크로모프탈 레드 A2B") 9부
·분산제(아지노모또 파인테크노사 제조 "아지스퍼 PB821") 2부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 108부
[적색 조성물 1의 제조]
그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 적색 착색 조성물을 얻었다.
·적색 안료 1 42부
·아크릴 수지 용액 18부
·디펜타에리트리톨펜타 및 헥사-아크릴레이트
(도아 고세이(주) 제조 "M-402") 4.5부
·광 중합 개시제
(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가큐어-907") 1.2부
·증감제(호도가야 가가꾸 고교(주) 제조 "EAB-F") 2.0부
·시클로헥사논 32.3부
[적색 조성물 2의 제조]
분산체로서 적색 안료 2를 사용한 것 이외에는, 적색 조성물 1과 동일한 조성, 방법으로 적색 조성물 2를 얻었다.
[녹색 안료 1의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 적색 안료 1의 분산체를 제작하였다.
·녹색 안료: C.I. 피그먼트 그린 58
(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주) 제조 "프탈로시아닌 그린 A110") 10.4부
·황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150(란세스사 제조 "E4GN-GT")) 9.6부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-163") 2부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 66부
[녹색 안료 2의 제조]
하기 조성의 혼합물을 이용하여, 녹색 안료 1과 동일한 방법으로 녹색 안료 2의 분산체를 제작하였다.
·녹색 안료: C.I. 피그먼트 그린 58
(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주) 제조 "프탈로시아닌 그린 A110") 10.4부
·황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150(란세스사 제조 "E4GN-GT")) 3.2부
·황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 138 7.4부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-163") 2부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 66부
[녹색 안료 3의 제조]
하기 조성의 혼합물을 이용하여, 녹색 안료 1과 동일한 방법으로 녹색 안료 3의 분산체를 제작하였다.
·녹색 안료: C.I. 피그먼트 그린 36
(도요 잉크 세이조(주) 제조 "리오놀 그린 6YK") 10.4부
·황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150(란세스사 제조 "E4GN-GT")) 9.6부
·분산제(빅케미사 제조 "디스퍼빅-163") 2부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 66부
[녹색 조성물 1의 제조]
그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 적색 착색 조성물을 얻었다.
·녹색 안료 1 46부
·아크릴 수지 용액 8부
·디펜타에리트리톨펜타 및 헥사-아크릴레이트
(도아 고세이(주) 제조 "M-402") 4부
·광 중합 개시제(시바 가이기사 제조 "이르가큐어 OXE 02") 1.2부
·광 중합 개시제(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가큐어-907") 3.5부
·증감제(호도가야 가가꾸 고교(주) 제조 "EAB-F") 1.5부
·시클로헥사논 5.8부
·프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 30부
[녹색 조성물 2의 제조]
분산체로서 녹색 안료 2를 사용한 것 이외에는, 녹색 조성물 1과 동일한 조성, 방법으로 녹색 조성물 2를 얻었다.
[녹색 조성물 3의 제조]
분산체로서 녹색 안료 3을 사용한 것 이외에는, 녹색 조성물 1과 동일한 조성, 방법으로 녹색 조성물 3을 얻었다.
[청색 안료 1의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 청색 안료의 분산체를 제작하였다.
·청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15:6
(도요 잉크 세이조(주) 제조 "리오놀 블루 ES") 52부
·분산제(제네카사 제조 "솔스퍼스 20000") 6부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 200부
[청색 안료 2의 제조]
하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1 mm의 유리 비드를 이용하여 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 청색 안료의 분산체를 제작하였다.
·청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15:6
(도요 잉크 세이조(주) 제조 "리오놀 블루 ES") 49.4부
·분산제(제네카사 제조 "솔스퍼스 20000") 6부
·아크릴바니시(고형분 20 질량％) 200부
이 분산체에 하기 보라색 염료 분체를 첨가하여 충분히 교반하고, 청색 안료 2를 얻었다.
·보라색 염료
(NK-9402, (주)하야시바라 세이부쯔 가가꾸 겡뀨쇼 제조) 2.6부
[청색 조성물 1의 제조]
그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여 청색 착색 조성물을 얻었다.
·청색 안료 1 16.5부
·아크릴 수지 용액 25.3부
·디펜타에리트리톨펜타 및 헥사-아크릴레이트
(도아 고세이(주) 제조 "M-402") 1.8부
·광 중합 개시제(시바 스페셜티 케미컬즈사 제조 "이르가큐어-907") 1.2부
·증감제(호도가야 가가꾸 고교(주) 제조 "EAB-F") 0.2부
·시클로헥사논 25부
·프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 30부
〔컬러 필터의 제작〕
각 색 조성물을 조합하여, 하기에 나타내는 방법에 의해 컬러 필터를 제작하였다.
또한, 본 실시예에 관한 컬러 필터 기판의 2개의 예의 모식 단면도를 도 3 및 도 4에 도시하고 있다. 이들 도면에서는, 컬러 필터는 막면이 아래를 향하도록 도시되어 있지만, 실제 제조 공정에서는 막면을 위로 향하도록 제조되어 있다.
실시예 1
우선, 흑색 착색 조성물 1을 스핀 코팅법에 의해 막 두께가 2.0 ㎛가 되도록 도 3에 나타내는 유리 기판 (10)에 도공한 후, 클린 오븐 내에서 70℃에서 20분간 프리베이킹하였다. 이어서, 이 기판을 실온으로 냉각한 후, 초고압 수은 램프를 이용하여 포토마스크를 통해 자외선을 노광하였다. 그 후, 이 기판을 23℃의 탄산나트륨 수용액을 이용하여 스프레이 현상한 후, 이온 교환수로 세정하고, 풍건하였다. 또한, 클린 오븐 내에서, 230℃에서 30분간 포스트 베이킹을 행하고, 기판 위에 스트라이프 패턴의 블랙 매트릭스 BM을 형성하였다.
다음으로, 적색 착색 조성물 1을 마찬가지로 스핀 코팅으로 막 두께가 2.8 ㎛가 되도록 도포하여 건조한 후, 노광기로 스트라이프상의 착색층을 노광하고 현상함으로써, 적색 화소 R을 형성하였다.
이어서, 녹색 착색 조성물 1도 마찬가지로 스핀 코팅으로 막 두께가 2.8 ㎛가 되도록 도포하고 건조한 후, 노광기로 스트라이프상의 착색층을 상술한 적색 화소와는 다른 장소에 노광하고 현상함으로써, 상술한 적색 화소 R과 인접한 위치에 녹색 화소 G를 형성하였다.
또한, 적색, 녹색과 완전히 동일하게 하여, 청색 착색 조성물 1에 대해서도 막 두께 2.8 ㎛로 적색 화소 R, 녹색 화소 G와 인접한 위치에 청색 화소 B를 형성하였다.
이상과 같이 하여, 도 3에 나타낸 바와 같이, 투명 기판 (10) 위에 적색 화소 R, 녹색 화소 G, 청색 화소 B의 3색의 스트라이프 패턴의 착색 화소를 포함하는 컬러 필터 기판을 얻었다.
실시예 2
흑색 착색 조성물 2, 적색 착색 조성물 2, 녹색 착색 조성물 2, 청색 착색 조성물 2를 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 컬러 필터 기판을 얻었다.
또한, 실시예 2에 있어서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 액정의 유효 표시 영역을 둘러싸도록 프레임부 F를 약 3 mm 폭의 차광층(블랙 매트릭스와 동일한 재료, 공정)으로 형성하고, 그 프레임부 F 위에 적색층 (3), 청색층 (4)를 적층하고 있다. 블랙 매트릭스 재료로 이루어지는 프레임부 F의 차광성을, 적색층 (3) 및 청색층 (4)의 적층에 의해 보충할 수 있어, 3 이상의 광학 농도를 확보할 수 있다. 이들 2층의 착색층의 막 두께는, 하프톤 마스크의 사용 등으로 막 두께를 조정하여 형성할 수 있다. 청색층 (4)의 비유전율이 다른 착색층의 비유전율보다 작기 때문에, 착색층의 적층 구성에 있어서는, 액정에 가까운 측에 청색층 (4)를 적층 형성하는 것이 유리하다.
또한, 도시하지 않지만, 액정 표시 장치로 할 때의 액정층의 두께에 맞춰 적색층, 녹색층, 청색층의 적층에 의한 스페이서를 형성하였다. 상기와 마찬가지로 청색층의 비유전율이 다른 착색층의 비유전율보다 작기 때문에, 청색층을 이 적층 구성의 스페이서의 최상층으로서 이용하거나, 또한 스페이서를 덮도록 형성할 수 있다.
실시예 3
본 실시예에 관한 FFS 방식의 액정 표시 장치의 단면도를 도 5에 나타내었다.
본 실시예에 이용한 컬러 필터 기판 (20)은, 실시예 2의 도 4에 나타내는 컬러 필터 기판이다. 능동 소자(TFT)가 형성된 어레이 기판 (30)은, 베타 형상의 공통 전극 (32) 위에 절연층 (22)를 통해 화소 전극 (31)이 형성되어 있다. TFT, 배향막, 편광판이나 위상차판 등은 도시를 생략하였다.
컬러 필터 기판 (20)과 어레이 기판 (30)은, 유전율 이방성이 4.5(유전율 이방성이 양인 액정)인 액정 (26)을 통해 대향하여 접합되어 있다. 도시를 생략한 배향막은 러빙 처리를 행하여, 기판면에 수평인 액정 배향으로 하고 있다. 또한, 화소 전극 (31)은 지면에 수직인 빗살상 패턴으로 했지만, 러빙 방향은 이 빗살 무늬 패턴 및 완전히는 평행하지 않은, 대략 5도 어긋나게 한 각도로 러빙하였다.
비교예
흑색 착색 조성물 3, 적색 착색 조성물 1, 녹색 착색 조성물 3, 청색 착색 조성물 1을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 컬러 필터 기판을 얻었다.
하기 표 1에, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 각각의 착색층의 비유전율과 함께, 컬러 레지스트의 조성을 나타내었다.
Figure 112013036354425-pct00001
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2의 적색층, 녹색층 및 청색층의 120 Hz, 240 Hz, 480 Hz의 주파수에서의 비유전율은 모두 2.9 내지 4.4의 범위 내이다. 또한, 이들의 비유전율은 적색층, 녹색층 및 청색층의 비유전율의 평균값에 대하여 ±0.3의 범위 내에 있다.
이에 대하여, 비교예의 녹색층의 주된 색제는, 할로겐화 구리 프탈로시아닌 녹색 안료이고, 그 착색층의 120 Hz, 240 Hz, 480 Hz의 주파수에서의 비유전율은 각각 4.6, 4.5, 4.5로 높아, 2.9 내지 4.4의 범위 외이다. 또한, 적색층, 녹색층 및 청색층의 각각의 주파수에서의 비유전율의 평균값 4.0, 4.0, 3.9와의 차는, 각각 0.6, 0.5, 0.6으로 커서, ±0.3의 범위 외이다.
또한, 비교예의 블랙 매트릭스의 흑색 안료는 카본이고, 비교예의 블랙 착색층(BM)의 120 Hz, 240 Hz, 480 Hz의 주파수에서의 비유전율은 16.2, 16.1, 15.5로 커서, 적색층의 비유전율과의 차는 12.6, 12.5, 12.0으로 매우 크다.
상기 표 1에 나타내는 조성의 컬러 레지스트(착색 조성물), 및 블랙 착색 조성물(BM)을 이용하여 컬러 필터 기판을 제작하고, 실시예 3과 동일하게 하여 유전율 이방성 4.5의 액정을 통해 어레이 기판과 접합시켜, 비교예에 관한 액정 표시 장치를 구성하였다.
실시예 3에 관한 액정 표시 장치와 비교예에 관한 액정 표시 장치에 대해서, 어레이 기판의 화소 전극과 공통 전극 사이에 구동 전압을 인가하여 화상을 표시시킨 바, 실시예 3에 관한 액정 표시 장치는 표시 불량이 없이, 우수한 화질의 화상이 얻어졌다. 이에 반해, 비교예에 관한 액정 표시 장치는, 적색 불균일이나, 화소 개구부의 엣지에 광 누설이 관찰되었다.

Claims (20)

  1. 컬러 필터 기판과, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판 사이에 액정층을 개재시켜 대향 배치하여 이루어지는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터 기판으로서,
    투명 기판과,
    상기 투명 기판 위에 형성된 유기 안료를 주된 색제로 하는 블랙 매트릭스와,
    상기 투명 기판 위의 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와,
    상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비하고,
    상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있는 컬러 필터 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 컬러 필터 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작은 컬러 필터 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 색제가, 색제의 전체량에 대한 유기 안료의 비율이 92 질량％ 이상이고, 잔부가 카본인 컬러 필터 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 녹색 화소의 주된 색제가 할로겐화아연프탈로시아닌 안료인 컬러 필터 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소, 및 상기 청색 화소의 평균 비유전율의 값이 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작은 컬러 필터 기판.
  7. 제1항에 있어서, 비유전율의 측정에 이용하는 상기 주파수가 120 Hz 내지 480 Hz 범위의 주파수인 컬러 필터 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상을 가질 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층, 및 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층의 1색이 형성, 또는 2색이 중첩되어 있는 컬러 필터 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상일 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층, 및 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층의 2색이 이 순서대로 중첩되어 있는 컬러 필터 기판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 컬러 필터 기판을 구비하는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치.
  11. 투명 기판과, 상기 투명 기판 위에 형성된 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 영역에 설치된, 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소와, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소 위에 형성된 투명 수지층을 구비하고, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있는 컬러 필터 기판과,
    상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 전극 폭 10 ㎛ 이하의 빗살상 화소 전극을 구비하는 어레이 기판과,
    상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 빗살상 화소 전극의 상기 전극 폭이 2 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 프린지필드·스위칭 방식 액정 표시 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 2.9 이상 4.4 이하인 액정 표시 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 액정을 구동하는 주파수로 측정한 비유전율이 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작은 액정 표시 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 색제가, 색제의 전체량에 대한 유기 안료의 비율이 92 질량％ 이상이고, 잔부가 카본인 액정 표시 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 녹색 화소의 주된 색제가 할로겐화아연프탈로시아닌 안료인 액정 표시 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소, 및 상기 청색 화소의 평균 비유전율의 값이 프린지필드·스위칭 방식에 이용하는 액정의 유전율 이방성의 값보다 작은 액정 표시 장치.
  18. 제11항에 있어서, 비유전율의 측정에 이용하는 상기 주파수가 120 Hz 내지 480 Hz의 범위의 주파수인 액정 표시 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상을 가질 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층, 및 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층의 1색이 형성, 또는 2색이 중첩되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스가 착색 화소의 4변을 격자상 또는 2변을 스트라이프상으로 구분하는 패턴 형상일 뿐 아니라, 액정 표시의 유효 표시 영역을 둘러싸는 프레임 패턴을 갖고, 상기 프레임 패턴 위에 적색 화소의 형성에 이용하는 적색층, 및 청색 화소의 형성에 이용하는 청색층의 2색이 이 순서대로 중첩되어 있는 액정 표시 장치.
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