KR101364442B1

KR101364442B1 - 컬러 필터 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101364442B1
Application number: KR1020087021108A
Authority: KR
Inventors: 사토시 오쿠츠; 겐로 수나하라; 아츠시 니시다; 유키노 미야가와; 도모유키 가도와키; 미에 시미즈; 다케시 이토이; 고이치 미나토
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤; 토요잉크Sc홀딩스주식회사
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2014-02-17
Also published as: TW200736676A; JPWO2007102386A1; US20090002858A1; KR20080105050A; CN101395500B; US8049844B2; TWI360670B; WO2007102386A1; JP5238490B2; CN101395500A

Abstract

컬러 필터는 기판 상에 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트를 구비하고, 430nm∼485nm의 범위에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 적합한 것이다. 적색 필터 세그먼트는 50% 투과율 파장이 595∼610nm의 범위 내에 있고, 630nm의 파장에서의 투과율이 85% 이상이다. 청색 필터 세그먼트는 최대 투과율 파장이 455nm 이하이고, 450nm의 파장에서의 투과율이 55% 이상이다. 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트의 막두께는 각각 3.0μm 이하이다. 이 컬러 필터와 광원으로서 상기 백색 LED를 구비하는 액정 표시 장치도 개시되어 있다.

컬러 필터, 액정, LED, 표시 장치, 디스플레이.

Description

컬러 필터 및 액정 표시 장치{COLOR FILTER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 예컨대 컬러 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터 및 이를 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 컬러 액정 디스플레이는 저소비 전력, 공간 절감 등의 이점이 있어 개인용 컴퓨터(PC)의 모니터, 휴대 전화의 디스플레이, 나아가서는 노트북 PC, 휴대 정보 단말 등의 다양한 용도로 사용되며, 최근에는 종래의 브라운관 텔레비전 대신 액정 텔레비전에도 사용되고 있다.

액정 텔레비전에서는 색 재현성이 중요시된다.

컬러 액정 표시 장치의 색 재현성은 컬러 필터를 구성하는 적, 녹, 청의 필터 세그먼트로부터 방사되는 광의 색으로 결정되며, 적, 녹, 청의 필터 세그먼트의 색도점을 각각 (xR, yR), (xG, yG), (xB, yB)로 표시하였을 때, x-y 색도도 상의 이들 3점으로 규정되는 삼각형의 면적(색 재현 영역, 이하 "면적 A")에 기초하여 평가된다.

구체적으로는, 이 색 재현성은 미국 National Television System Committee(NTSC)에 의해 정해진 표준 방식의 3원색, 적(0.67, 0.33), 녹(0.21, 0.71), 청(0.14, 0.08)의 3점으로 규정되는 삼각형의 면적(면적 B)에 대한 면적 A의 비(이하 "NTSC비"라고 약칭함. 단위는 %((면적 A/면적 B)×100)임)로 표현된다. 이 NTSC비의 값은 일반적인 노트북 PC에서 40∼50% 정도, PC용 모니터에서 50∼60%, 액정 텔레비전에서는 약 72%이다.

NTSC비는 각각의 필터 세그먼트의 색순도를 높게 하면 커진다.

그러나, 필터 세그먼트의 색순도를 높게 하면 백라이트의 광의 이용 효율(명도 Y값으로 표시됨.)이 낮아진다. 따라서, 높은 색순도를 유지한 채 Y값을 높게 하려면 높은 전력을 인가할 필요가 있다.

종래의 컬러 액정 표시 장치 중에서 휴대 정보 단말이나 휴대 전화 등과 같이 주로 배터리로 구동되는 제품의 경우에는 소비 전력을 중시하므로 높은 전력을 사용하지 않기 때문에 NTSC비는 30∼50%로 낮다.

그러나, 최근에는 휴대 정보 단말이나 휴대 전화로 사진이나 텔레비전을 볼 기회가 많아졌기 때문에 휴대 정보 단말이나, 휴대 전화의 디스플레이에서도 저소비 전력 이외에 NTSC비를 크게 하자는 요구가 높아지고 있다.

노트북 PC나 모니터, 액정 텔레비전에는 냉음극관을 광원으로 사용하는 백라이트가 사용되며, 다른 한편 휴대 정보 단말이나 휴대 전화 등과 같이 주로 배터리로 구동되는 제품의 디스플레이에는 소비 전력이 낮은 청색 LED 칩의 표면에 청색의 광을 황색의 광으로 변환하는 형광체의 층을 도포하여 구성되는 백색 LED를 광원으로 사용하는 프론트 라이트나 백라이트를 사용하는 경우가 많다.

상기 백색 LED에 있어서는, 청색 LED가 방사하는 청색광의 일부가 형광체층 을 투과하고, 나머지는 형광체에 흡수되어 황색광으로 변환된다. 관찰자는 청색 발광과 황색 발광의 2색의 광이 서로 섞인 광을 백색광으로서 인식한다.

즉, 이 백색 LED로부터 방사된 광은 청색광과 황색광이 서로 섞인 상태에 있으며, 냉음극관을 광원으로 사용하는 백라이트 광과는 파장이나 스펙트럼 피크가 다르다.

따라서, 백색 LED를 사용한 경우에 색 재현성을 향상시키기 위해서는 냉음극관 백라이트에서 사용되고 있는 필터 세그먼트와 다른 분광 특성을 갖는 필터 세그먼트가 필요해진다.

백색 LED를 사용한 경우, 색 재현성을 향상시키는 기술은 녹색 필터 세그먼트에 대해서는 일본 특허 공개 2004-177592호 공보에, 적색 필터 세그먼트에 대해서는 일본 특허 공개 2004-145275호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 컬러 액정 표시 장치의 경우에는 적, 녹, 청 각각의 색 재현성도 중요하지만, 백색의 색 재현성 및 명도(Y값)도 중요하다.

전술한 일본 특허 공개 2004-177592호 공보, 일본 특허 공개 2004-145275호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 단순히 녹색이나 적색 필터 세그먼트의 색재현성을 향상시키는 것만으로는 백색의 색 재현성과 명도(Y값)를 향상시킬 수는 없다.

특히 적색 세그먼트는 백색 LED로부터 방사된 적색 파장의 광 강도가 녹색 파장의 광 강도 및 청색 파장의 광 강도와 비교하여 약하기 때문에, 녹색 세그먼트, 청색 세그먼트와 달리 어느 파장 이상 또는 어느 파장 이하의 투과광을 차광할뿐만 아니라, 적색 파장도 동시에 밸런스 있게 투과하여야 한다.

또한, 청색 세그먼트는 상기 적색 세그먼트의 특성에 대응하여 특정 파장 범위의 광을 차광 또는 투과하여야 한다.

따라서 본 발명은, 청색 LED의 표면에 형광체를 도포함으로써 구성되는 백색 LED를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 있어서도, 적, 녹, 청 각각의 색 재현성, 백색의 색 재현성, 색온도 및 명도(Y값)에 관하여 가장 양호한 컬러 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 적, 녹, 청 각각의 색 재현성이 양호하며, 백색의 색 재현성도 양호한, 백색 LED를 광원으로 사용하는 컬러 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 430nm∼485nm의 범위 내에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위 내에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터로서, 기판 상에 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트를 구비하고, 상기 적색 필터 세그먼트는 50% 투과율 파장이 595∼610nm의 범위 내에 있고, 630nm의 파장에서의 투과율이 85% 이상이며, 청색 필터 세그먼트는 최대 투과율 파장이 460nm 이하이고, 450nm의 파장에서의 투과율이 65% 이상이며, 상기 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트의 막두께가 각각 3.0μm 이하인 컬러 필터가 제공된다.

또한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 컬러 필터와, 430nm∼485nm의 범위 내에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위 내에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED를 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다.

도 1은 니치아 가가쿠사 제조 의사 백색 LED(제품명 NSPW300BS)의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 2는 대표적인 냉음극관의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치의 일례를 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 컬러 필터에 대하여 설명한다.

본 발명의 컬러 필터는, 기판 상에 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트를 갖는다.

그리고, 430nm∼485nm의 범위 내에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위 내에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED(이하, "특정 백색 LED"라고 함)를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 사용한 경우, 상기 적색 필터 세그먼트는 50% 투 과율 파장이 595∼610nm의 범위 내에 있고, 630nm의 파장에서의 투과율이 85% 이상이며, 청색 필터 세그먼트는 최대 투과율 파장이 460nm 이하이고, 450nm의 파장에서의 투과율이 65% 이상이다. 상기 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트의 막두께는 각각 3.0μm 이하이다.

본 발명의 컬러 필터는 72% 이상의 NTSC비를 나타내며, 7000K 이상의 색온도를 나타내는 것이 바람직하다.

NTSC비는 상기 정의로부터, 색재현 영역의 크기를 표현하는 값이며, 색재현 영역을 넓게 하기 위해서는 텔레비전의 색재현 범위인 NTSC비 72% 이상이어야 한다. NTSC비가 72% 미만인 경우에는 색재현 영역이 좁고, 따라서 색의 재현성이 나쁘다. 또한 NTSC비는 높을수록 색재현 영역이 넓어 바람직하나, NTSC비와 백색의 명도는 트레이드 오프의 관계에 있으므로 NTSC비는 100% 이하인 것이 바람직하다.

색온도는 백색의 색상을 표현하는 값이다. 색온도가 낮으면 누르스름한 백색이 되고, 색온도가 높으면 푸르스름한 백색이 된다. 자연스러운 백색이 되는 색온도로는 CIE 주광의 6500K가 목표값이다. 그러나, 색온도는 액정 표시 장치에 필수적인 편광판을 통과하면 낮아지기 때문에 7000K 이상으로 할 필요가 있으며, 특히 7500K 이상이 바람직하다.

또한 색온도는 높을수록 백색의 색상은 푸르스름하게 보이는데, 쾌청한 날의 창공의 빛으로 보이는 25000K 이하가 바람직하다.

또한 적색, 녹색 및 청색 필터 세그먼트의 막두께는 두껍게 하면 색재현 영역을 넓힐 수 있지만, 두꺼운 막두께는 건조에 장시간을 요하며, 또한 현상에도 장 시간을 요하는 등 생산성이 저하하기 때문에 각각 3.0μm 이하, 바람직하게는 2.3μm 이하로 한다. 적색, 녹색 및 청색 필터 세그먼트의 막두께는 통상 0.5μm 이상이다.

본 발명의 컬러 필터를 구성하는 적색, 녹색, 청색 필터 세그먼트는 각각 투명 수지, 그 전구체 또는 그들의 혼합물로 이루어지는 안료 담체와, 안료와, 필요에 따라 유기 용제를 함유하는 착색 조성물을 이용하여 형성된다.

특정 백색 LED는 시판되고 있으며, 예컨대 일본의 니치아 가가쿠사에서 제품 명 NSPW300BS로 입수할 수 있다. 도 1에 니치아 가가쿠사 제품 백색 LED NSPW300BS의 분광 특성을 도시하였다.

또한 도 2에 대표적인 냉음극관의 분광 특성을 도시하였다. 도 1 및 도 2에 있어서, 세로축의 발광 상대 강도는 임의 단위(a.u.)이다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 특정 백색 LED 및 냉음극관은 분광 특성에 있어서 크게 다르다. 따라서, 특정 백색 LED를 광원으로 사용한 경우에는 종래의 냉음극관용 컬러 필터와 동일한 분광 특성을 갖는 컬러 필터를 사용하면 NTSC비 72% 이상을 달성할 수 없다.

도 1에 도시한 바와 같은 분광 특성을 갖는 특정 백색 LED를 광원으로 사용한 경우에도 적색, 녹색, 청색의 색 재현성, 백색의 색 재현성, 색온도 및 명도(Y값)를 가장 양호하게 하기 위해서는 적색 필터 세그먼트는 50% 투과율 파장이 595∼610nm의 범위 내에 있고, 630nm의 파장에서의 투과율이 85% 이상이며, 청색 필터 세그먼트는 최대 투과율 파장이 460nm 이하이고, 450nm의 파장에서의 투과율이 65% 이상이어야 한다.

이하, 상기 분광 특성을 갖는 적색, 녹색 및 청색 필터 세그먼트 및 그들 필터 세그먼트를 형성하기 위한 적색, 녹색 및 청색 착색 조성물의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

<녹색 필터 세그먼트(또는 녹색 착색 조성물)의 안료>

특정 백색 LED의 분광 특성에서는 녹색의 색상 파장에 해당하는 500nm∼550nm 부근에 극대 발광이 없다. 따라서 NTSC비를 72% 이상으로 하기 위해서는 녹색 필터 세그먼트의 분광 스펙트럼을 좁게 할 필요가 있다.

녹색 필터 세그먼트에는 예컨대 C.I.Pigment Green 7, 10, 36, 37 등의 녹색 안료를 사용할 수 있고, 황색 안료를 병용할 수 있다.

황색 안료로는 C.I.Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 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, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 126, 127, 128, 129, 147, 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, 187, 188, 193, 194, 199, 198, 213, 214를 들 수 있다.

녹색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7, CJ.Pigment Yellow 150, C.I.Pigment Yellow 185에서 선택되는 적어도 3종의 안료(그 중 적어도 1종은 녹색 안료임)를 함유하는 경우에는 1종의 녹색 안료 및 1종의 황색 안료를 함유하는 녹색 필터 세그먼트와 비교하여 백색의 명도(Y값)가 높아지고, 또한 녹색 필터 세그먼트의 막두께가 3.0μm 이하, 바람직하게는 2.3μm 이하로 되기 때문에 바람직하다.

녹색 필터 세그먼트에 함유되는 적어도 3종의 안료의 조합으로는 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7 및 C.I.Pigment Yellow 150의 3종(바람직하게는 중량비 20∼80/15∼75/5∼65), C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7 및 C.I.Pigment Yellow 185의 3종(바람직하게는 중량비 20∼80/15∼75/5∼65), C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Yellow 150, C.I.Pigment Yellow 185의 3종(바람직하게는, 중량비 40∼90/15∼55/5∼55)을 들 수 있다. 특히, 녹색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7, C.I.Pigment Yellow 150, C.I.Pigment Yellow 185의 4종류를 모두 함유하는 경우에는 가장 백색의 명도(Y값)가 높아지기 때문에 바람직하다. C.I.Pigment Green 36, C.I. Pigment Green 7, C.I.Pigment Yellow 150 및 C.I.Pigment Yellow 185는 중량비 20∼80/5∼70/5∼70/5∼70으로 배합하는 것이 바람직하다.

<적색 필터 세그먼트(또는 적색 착색 조성물의 안료>

적색 필터 세그먼트에는 예컨대 C.I.Pigment Red 7, 14, 41, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 81:4, 146, 168, 177, 178, 179, 184, 185, 187, 200, 202, 208, 210, 246, 254, 255, 264, 270, 272, 279 등의 적색 안료를 사용할 수 있다.

적색 필터 세그먼트는 C.I.Pigment Red 254, C.I.Pigment Red 177, C.I.Pigment Red 179에서 선택되는 적어도 2종의 안료를 함유하는 것이 바람직하다. C.I.Pigment Red 254와 C.I.Pigment Red 177의 조합(바람직하게는 중량비 10∼90/10∼90) 또는 C.I.Pigment Red 177과 C.I.Pigment Red 179의 조합(바람직하게는 중량비 10∼90/10∼90)은 색온도가 높아지고, 백색의 명도(Y값)가 높아지기 때문에 가장 바람직하다.

C.I.Pigment Red 254만으로는 색온도가 낮아지게 되고, C.I.Pigment Red 177만 또는 C.I.Pigment Red 179만으로는 백색의 명도(Y값)가 낮아지게 된다.

<청색 필터 세그먼트(또는 청색 착색 조성물)의 안료>

청색 필터 세그먼트에는 예컨대 C.I.Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64 등의 청색 안료를 사용할 수 있고, C.I.Pigment Violet 23 등의 자색 안료를 병용할 수 있다.

청색 필터 세그먼트는 C.I.Pigment Blue 15:6 및 C.I.Pigment Violet 23을 함유하고, C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비가 85/15∼40/60인 것이 백색의 (Y값)이 높아지고 또한 색온도가 높아지기 때문에 바람직하다. C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비는 80/20∼50/50인 것이 더욱 바람직하다.

C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비가 100/0∼85/15에서는 청색 필터 세그먼트의 막두께가 2.3μm 이상으로 되어 버리고, C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비가 40/60∼0/100에서는 청색 필터 세그먼트의 명도가 낮아져 백색의 색온도가 낮아지게 된다.

광원으로서 특정 백색 LED를 사용하는 경우, C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7 및 C.I.Pigment Yellow 150의 3종, C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7 및 C.I.Pigment Yellow 185의 3종, C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Yellow 150 및 C.I.Pigment Yellow 185의 3종, 또는 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7, C.I.Pigment Yellow 150 및 C.I.Pigment Yellow 185의 4종의 안료를 함유하는 녹색 필터 세그먼트와, C.I.Pigment Red 254와 C.I.Pigment Red 177의 2종, 또는 C.I.Pigment Red 177과 C.I.Pigment Red 179의 2종의 안료를 함유하는 적색 필터 세그먼트와, C.I.Pigment Blue 15:6과 C.I.Pigment Violet 23을 85/15∼40/60의 중량비로 함유하는 청색 필터 세그먼트를 조합하여 컬러 필터를 구성함으로써 각 색 필터 세그먼트의 막두께가 얇아도 NTSC비가 72% 이상이 되고, 백색의 색온도가 7000K 이상이 되어 백색의 명도(Y값)가 높아지기 때문에 바람직하다.

안료는 안료, 수용성 무기염 및 수용성 무기염을 실질적으로 용해하지 않는 수용성 유기 용제를 포함하는 혼합물을 혼련(이하, 이 공정을 솔트 밀링이라고 함.)한 후, 수용성 무기염과 수용성 유기 용제를 제거함으로써 미세화하는 것이 바람직하다.

미세화한 안료를 사용하면, 필터 세그먼트의 분광 투과율이 향상된다. 솔 트 밀링시에는 염기성기 함유 유도체, 수용성 유기 용제에 적어도 일부 용해하는 수지 또는 분산제 등을 병용할 수 있다. 이러한 처리에 의해 얻어진 미세화 안료를 사용함으로써 보다 광학 특성이 양호한 필터 세그먼트를 형성할 수 있다.

<안료 담체>

각 착색 조성물에 함유되는 안료 담체는 투명 수지, 그 전구체 또는 그들의 혼합물로 구성되며, 형성되는 각 필터 세그먼트에 있어서, 수지질 바인더를 제공한다.

투명 수지는 가시광 영역의 400∼700nm의 전체 파장 영역에 있어서 투과율이 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 수지이다.

투명 수지에는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 활성 에너지선 경화성 수지가 포함되고, 그 전구체에는 활성 에너지선 조사에 의해 경화하여 투명 수지를 생성하는 모노머 또는 올리고머가 포함되며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 열가소성 수지로는 예컨대 부티랄 수지, 스티렌-말레산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화 비닐, 염화 비닐-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아세트산 비닐, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리스티렌, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화 고무계 수지, 셀룰로오스류, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 또한 열경화성 수지로는 예컨대 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 유레아 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다.

상기 활성 에너지선 경화성 수지로는 수산기, 카르복실기, 아미노기 등의 반응성의 치환기를 갖는 선형 고분자에 이소시아네이트기, 알데히드기, 에폭시기 등 의 반응성 치환기를 갖는 (메타)아크릴 화합물이나 신남산을 반응시켜 (메타)아크릴로일기, 스틸일기 등의 광가교성기를 상기 선형 고분자에 도입한 수지가 사용된다. 또한 스티렌-무수말레산 공중합물이나 α-올레핀-무수 말레산 공중합물 등의 산 무수물을 포함하는 선형 고분자를 히드록시알킬(메타)아크릴레이트 등의 수산기를 갖는 (메타)아크릴 화합물에 의해 하프 에스테르화한 것도 사용된다.

상기 투명 수지의 전구체인 모노머, 올리고머로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, β-카르복시에틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 디글리시딜에테르디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트, 메틸올화 멜라민의 (메타)아크릴산 에스테르, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등의 각종 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르, (메타)아크릴산, 스티렌, 아세트산 비닐, 히드록시에틸비닐에테르, 에틸렌글리콜디비닐에테르, 펜타에리스리톨트리비닐에테르, (메타)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메타)아크릴아미드, N-비닐포름아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

안료 담체는 안료의 총 100 중량부에 대하여 바람직하게는 50∼700 중량부, 보다 바람직하게는 100∼400 중량부의 비율로 사용할 수 있다.

<유기 용제>

각 착색 조성물에는 안료를 충분히 안료 담체 중에 분산시키고, 유리 기판 등의 투명 기판 상에 건조 막두께가 3.0μm 이하, 바람직하게는 2.3μm 이하가 되도록 도포하여 필터 세그먼트를 형성하는 것을 용이하게 하기 위하여 유기 용제를 함유시킬 수 있다.

유기 용제로는 예컨대 시클로헥산, 아세트산 이소아밀, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 3-에톡시프로피온산 에틸, 프로필렌글리콜디아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 1,2,3-트리클로로프로판, 2-헵탄온, 4-헵탄온, m-크실렌, N,N-디메틸포름아미드, n-부틸알코올, o-크실렌, o-클로로톨루엔, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 메틸이소부틸케톤, 아세트산 n-아밀, 아세트산 n-부틸, 아세트산 이소부틸, 트리프로필렌글리콜모노부틸에테르, n-프로필아세테이트, 트리아세틴, 아세트산 프로필, 이소부틸알코올, 에틸렌글리콜모노터셔리부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트, 1,4-디옥산, 3,3,5-트리메틸시클로헥산온, 시클로헥산올아세테이트, γ-부티로락톤, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올, 1,3-부탄디올, 3-메틸-1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 디이소부틸케톤, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노이소프로필에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메톡시-3-메틸부틸아세테이트, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, p-클로로톨루엔, o-디에틸벤젠, m-디에틸벤젠, p-디에틸벤젠, o-디클로로벤젠, m-디클로로벤젠, n-부틸벤젠, sec-부틸벤젠, tert-부틸벤젠, 시클로헥산올, 메틸시클로헥산올, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 1,3-부틸렌글리콜디아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 3-메톡시부탄올, 1,3-부틸렌글리콜, 3,3,5-트리메틸-2-시클로헥센-1-온, 다이아세톤알코올, 이소포론, 2염기산 에스테르, 벤질알코올, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트 등을 들 수 있다. 이들 용제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

유기 용제는 안료 100 중량부에 대하여 800∼4000 중량부, 바람직하게는 1000∼2500 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

<착색 조성물의 제조 방법>

각 착색 조성물은 1종 또는 2종 이상의 안료를 안료 담체 중에 3개 롤 밀, 2 개 롤 밀, 샌드 밀, 니더, 어트리터(attriter) 등의 각종 분산 수단을 이용하여 미세하게 분산하여 제조할 수 있다.

또한 2종 이상의 안료를 포함하는 착색 조성물은 각 안료를 각각 안료 담체 중에 미세하게 분산시킨 것을 혼합하여 제조할 수도 있다. 안료를 안료 담체에 분산할 때에는 적당히 수지형 안료 분산제, 계면 활성제, 색소 유도체 등의 분산 조제를 함유시킬 수 있다.

분산 조제는 안료의 분산이 뛰어나며, 분산후의 안료의 재응집을 방지하는 효과가 크므로, 분산 조제를 이용하여 안료를 안료 담체 중에 분산시켜 이루어지는착색 조성물을 사용한 경우에는 투명성이 뛰어난 컬러 필터를 얻을 수 있다.

또한 안료를 안료 담체에 분산시킬 때에는 안료를 충분히 안료 담체 중에 분산시키기 위하여 유기 용제를 함유시키는 것이 바람직하다.

상기 계면 활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산염, 도데실벤젠술폰산 나트륨, 스티렌-아크릴산 공중합체의 알칼리염, 알킬나프탈렌술폰산 나트륨, 알킬디페닐에테르디술폰산 나트륨, 라우릴황산 모노에탄올아민, 라우릴황산 트리에탄올아민, 라우릴황산 암모늄, 스테아르산 모노에탄올아민, 스테아르산 나트륨, 라우릴황산 나트륨, 스티렌-아크릴산 공중합체의 모노에탄올아민, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산 에스테르 등의 음이온성 계면 활성제; 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노스테아레이트, 폴리에틸렌글리콜모노라우레이트 등의 비이온성 계면 활성제; 알킬 4차 암모늄염이나 그들의 에틸렌옥사 이드 부가물 등의 양이온성 계면 활성제; 알킬디메틸아미노아세트산 베타인 등의 알킬베타인, 알킬이미다졸린 등의 양쪽성 계면 활성제를 들 수 있다. 이들 계면 활성제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

계면 활성제는 안료 100 중량부에 대하여 통상 50 중량부 이하, 바람직하게는 30 중량부 이하의 양으로 사용할 수 있다.

수지형 분산제는 안료에 흡착하는 성질을 갖는 안료 친화성 부위와 안료 담체와 상용성이 있는 부위를 가지며, 안료에 흡착되어 안료의 안료 담체에의 분산을 안정화시키는 작용을 하는 것이다.

수지형 분산제로서 구체적으로는, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 등의 폴리카르복실산 에스테르, 불포화 폴리아미드, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 (부분) 아민염, 폴리카르복실산 암모늄염, 폴리카르복실산 알킬아민염, 폴리실록산, 장쇄 폴리아미노아미드인산염, 수산기 함유 폴리카르복실산 에스테르나 이들의 변성물, 폴리(저급 알킬렌이민)과 유리의 카르복실기를 갖는 폴리에스테르와의 반응에 의해 형성된 아미드나 그 염 등의 유성 분산제; (메타)아크릴산-스티렌 공중합체, (메타)아크릴산-(메타)아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 등의 수용성 수지나 수용성 고분자 화합물, 폴리에스테르계, 변성 폴리아크릴레이트계, 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 부가 화합물, 인산 에스테르계 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

수지형 분산제는 안료 100 중량부에 대하여 통상 0.1∼50 중량부, 바람직하 게는 1∼30 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

색소 유도체는 유기 색소에 치환기를 도입한 화합물이며, 안료의 응집을 방지하고, 안료가 미세하게 분산된 상태를 유지하는 작용을 하는 것이다.

유기 색소로는 디케토피롤로피롤계 안료, 아조, 디스아조, 폴리아조 등의 아조계 안료, 구리 프탈로시아닌, 할로겐화 구리 프탈로시아닌, 무금속 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌계 안료, 아미노안트라퀴논, 디아미노디안트라퀴논, 안트라피리미딘, 플라반트론, 안트안트론, 인단트론, 피란트론, 비올란트론 등의 안트라퀴논계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 디옥사진계 안료, 페리논계 안료, 페릴렌계 안료, 티오인디고계 안료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료, 퀴노프탈론계 안료, 트렌계 안료, 금속 착체계 안료를 들 수 있다.

색소 유도체로는 예컨대 일본 특허 공개 소 63-305173호 공보, 일본 특허 공고 소 57-15620호 공보, 일본 특허 공고 소 59-40172호 공보, 일본 특허 공고 소 63-17102호 공보, 일본 특허 공고 평 5-9469호 공보 등에 기재되어 있는 것을 사용할 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

색소 유도체는 안료 100 중량부에 대하여 통상 0.1∼40 중량부, 바람직하게는 1∼30 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

<기타 첨가제>

각 착색 조성물에는 상기 조성물을 자외선 조사에 의해 경화하는 경우에는 광중합 개시제 등이 첨가된다.

광중합 개시제로는 4-페녹시디클로로아세토페논, 4-t-부틸-디클로로아세토페 논, 디에톡시아세토페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온 등의 아세토페논계 광중합 개시제, 1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]-에탄온1-o-아실옥심), 1,2-옥타디온-1-[4-(페닐티오)-, 2-(0-벤조일옥심)] 등의 옥심에스테르계 광중합 개시제, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤질디메틸케탈 등의 벤조인계 광중합 개시제, 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산 메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐설파이드 등의 벤조페논계 광중합 개시제, 티옥산톤, 2-클로르티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 이소프로필티옥산톤, 2,4-디이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤계 광중합 개시제, 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-톨일)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-피페로닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-스틸일-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'-메톡시스틸일)-6-트리아진 등의 트리아진계 광중합 개시제, 보레이트계 광중합 개시제, 카르바졸계 광중합 개시제, 이미다졸계 광중합 개시제 등이 사용된다. 이들 광중합 개시제는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

광중합 개시제는 상기 투명 수지의 전구체인 모노머 및/또는 올리고머 100 중량부에 대하여 0.5∼200 중량부, 바람직하게는 20∼150 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

광중합 개시제에는 증감제를 병용할 수 있다. 증감제로는 α-아실옥시에스테르, 아실포스핀옥사이드, 메틸페닐글리옥실레이트, 벤질, 9,10-페난트렌퀴논, 캄퍼퀴논, 에틸안트라퀴논, 4,4'-디에틸이소프탈로페논, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논 등의 화합물을 들 수 있다.

증감제는 광중합 개시제 100 중량부에 대하여 0.1∼60 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

더욱이, 착색 조성물에는 연쇄 이동제로서의 작용을 하는 다작용 티올을 함유시킬 수 있다.

다작용 티올은 티올기를 2개 이상 갖는 화합물이면 되며, 예컨대 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토부틸레이트), 펜타에리스리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리스리톨테트라키스티오프로피오네이트, 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. 이들의 다작용 티올은 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

다작용 티올은 착색 조성물 중의 안료 100 중량부에 대하여 0.1∼50 중량부, 바람직하게는 1∼20 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

착색 조성물에는 조성물의 시간 경과에 따른 점도를 안정화시키기 위하여 저장 안정제를 함유시킬 수 있다.

저장 안정제로는 예컨대 벤질트리메틸클로라이드, 디에틸히드록시아민 등의 4차 암모늄클로라이드, 락트산, 옥살산 등의 유기산 및 그 메틸에테르, t-부틸피로카테콜, 트리에틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 유기 포스핀, 아인산염 등을 들 수 있다.

저장 안정제는 조성물 중의 안료 100 중량부에 대하여 0.1∼10 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

본 발명의 착색 조성물은 원심 분리, 소결 필터, 멤브레인 필터 등의 수단으로 5μm 이상의 조대 입자, 바람직하게는 1μm 이상의 조대 입자, 더욱 바람직하게는 0.5μm 이상의 조대 입자 및 혼입된 먼지의 제거를 행하는 것이 바람직하다.

<컬러 필터의 제조 방법>

본 발명의 컬러 필터는 투명 기판 또는 반사 기판 상에 적어도 적, 녹, 청, 3색의 필터 세그먼트가 형성된 것이다. 필터 세그먼트는 인쇄법, 잉크젯법 또는 포토리소그래피법에 의해 상기 착색 조성물을 이용하여 형성된다.

투명 기판으로는 소다 석회 유리, 저알칼리 붕규산 유리, 무알칼리알루미노 붕규산 유리 등의 유리판이나 폴리카보네이트, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지판이 사용된다.

또한 유리판이나 수지판의 표면에는 액정 패널화 후의 액정 구동을 위하여 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, 산화 안티몬 등으로 이루어지는 투명 전극이 형성되어 있을 수도 있다.

인쇄법에 의한 각 색 필터 세그먼트의 형성은 상기 각종 인쇄 잉크로서 조제한 착색 조성물의 인쇄와 건조를 반복하는 것만으로 패턴화를 할 수 있기 때문에 컬러 필터의 제조법으로는 저비용이고 양산성이 뛰어나다.

더욱이, 인쇄 기술의 발전에 따라 높은 치수 정밀도 및 평활도를 갖는 미세 패턴의 인쇄를 행할 수 있다. 인쇄를 행하기 위해서는 인쇄의 판상에서 또는 블랭킷 상에서 잉크가 건조, 고화하지 않는 조성으로 하는 것이 바람직하다.

또한 인쇄기 상에서의 잉크의 유동성의 제어도 중요하며, 분산제나 체질 안료에 의한 잉크 점도의 조정을 행할 수도 있다.

포토리소그래피법에 의해 각 색 필터 세그먼트를 형성하는 경우에는, 상기 용제 현상형 또는 알칼리 현상형 착색 레지스트재로서 조제한 착색 조성물을 투명 기판 상에 스프레이 코팅이나 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅 등의 도포 방법에 의해 건조 막두께가 0.5∼3.0μm, 바람직하게는 1.0μm∼2.3μm가 되도록 도포한다.

필요에 따라 건조된 막에는 이 막과 접촉 또는 비접촉 상태로 설치된 소정의 패턴을 갖는 마스크를 통하여 자외선 노광을 행한다.

그 후 용제 또는 알칼리 현상액에 침지하거나 스프레이 등에 의해 현상액을 분무하여 미경화 부분을 제거하여 원하는 패턴을 형성한 후, 동일한 조작을 다른 색에 대하여 반복하여 컬러 필터를 제조할 수 있다.

더욱이, 착색 레지스트재의 중합을 촉진하기 위하여, 필요에 따라 가열을 실 시할 수도 있다. 포트리소그래피법에 의하면, 상기 인쇄법보다 정밀한 컬러 필터를 제조할 수 있다.

상기 알칼리 현상형 착색 레지스트재로서 조제한 착색 조성물의 현상을 함에 있어서는, 알칼리 현상액으로서 탄산 나트륨, 수산화 나트륨 등의 수용액이 사용되고, 디메틸벤질아민, 트리에탄올아민 등의 유기 알칼리를 사용할 수도 있다. 또한 현상액에는 소포제나 계면 활성제를 첨가할 수도 있다.

또한, 자외선 노광 감도를 높이기 위하여 상기 착색 레지스트재를 도포 건조후, 수용성 또는 알칼리 가용성 수지, 예컨대 폴리비닐알코올이나 수용성 아크릴 수지 등을 도포 건조하고 산소에 의한 중합 저해를 방지하는 막을 형성한 후, 자외선 노광을 행할 수도 있다.

본 발명의 컬러 필터는 상기 방법 이외에 전착법, 전사법 등에 의해 제조할 수 있다.

또한, 전착법은 투명 기판 상에 형성한 투명 도전막을 이용하여 콜로이드 입자의 전기 영동에 의해 각 색 필터 세그먼트를 투명 도전막 상에 전착 형성함으로써 컬러 필터를 제조하는 방법이다.

또한 전사법은 박리성의 전사 베이스 시트의 표면에 미리 각 색 필터 세그먼트층을 형성해 두고, 이 각 색 필터 세그먼트층을 원하는 투명 기판에 전사시키는 방법이다.

투명 기판 또는 반사 기판 상에 각 색 필터 세그먼트를 형성하기 전에 미리 블랙 매트릭스를 형성해 두면, 액정 표시 패널의 콘트라스트비를 훨씬 높일 수 있 다.

블랙 매트릭스로는 크롬이나 크롬/산화 크롬의 다층막, 질화 티타늄 등의 무기막이나 차광제를 분산한 수지막이 사용되는데, 이들에 한정되지 않는다.

또한 상기한 투명 기판 또는 반사 기판 상에 박막 트랜지스터(TFT)를 미리 형성해 두고, 그 후에 각 색 필터 세그먼트를 형성할 수도 있다.

TFT 기판 상에 각 색 필터 세그먼트를 형성함으로써 액정 표시 패널의 개구율을 높이고, 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 컬러 필터 상에는 필요에 따라 오버 코팅막이나 기둥형 스페이서, 투명 도전막, 액정 배향막 등이 형성된다.

다음 본 발명의 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 액정 표시 장치는 본 발명의 컬러 필터와 특정 백색 LED로 이루어지는 광원을 구비한다.

도 3은 본 발명의 컬러 필터를 구비한 액정 표시 장치(10)의 개략적인 단면도이다.

도 3에 도시한 장치(10)는 이간 대향하여 배치된 한 쌍의 투명 기판(11 및 21)을 구비하며, 그들 사이에는 액정 LC가 밀봉 주입되어 있다.

액정 LC는 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), IPS(In-Plane switching), VA(Vertical Alignment), OCB(Optically Compensated Birefringence) 등의 구동 모드에 따라 배향된다.

제1 투명 기판(11)의 내면에는 TFT(박막 트랜지스터) 어레이(12)가 형성되어 있으며, 그 위에는 예컨대 ITO로 이루어지는 투명 전극층(13)이 형성되어 있다.

투명 전극층(13) 상에는 배향층(14)이 설치되어 있다. 또한 투명 기판(11)의 외면에는 편광판(15)이 형성되어 있다.

다른 한편, 제2 투명 기판(21)의 내면에는 본 발명의 컬러 필터(22)가 형성되어 있다. 컬러 필터(22)를 구성하는 적색, 녹색 및 청색의 필터 세그먼트는 블랙 매트릭스(도시 생략)에 의해 분리되어 있다.

컬러 필터(22)를 덮어, 필요에 따라 투명 보호막(도시 생략)이 형성되며, 그 위에 예컨대 ITO로 이루어지는 투명 전극층(23)이 더 형성되고, 투명 전극층(23)을 덮어 배향층(24)이 설치되어 있다.

또한 투명 기판(21)의 외면에는 편광판(25)이 형성되어 있다. 또한, 편광판(15)의 하방에는 특정 백색 LED(31)를 광원으로서 구비한 백라이트 유닛(30)이 설치되어 있다.

특정 백색 LED(31)는 청색 LED의 표면에 형광 필터를 형성한 것이나, 청색 LED의 수지 패키지에 형광체를 함유시킨 것이며, 전술한 바와 같이, 430nm∼485nm의 범위 내에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위 내에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는다.

상기 청색 LED는 예컨대 InGaN계 또는 GaN계 등의 청색광(파장은 예컨대 470nm)을 발광하는 LED이다.

또한 형광체는 청색 LED로부터 방사된 청색 발광의 일부를 흡수하여 500∼600nm 사이에 극대 발광을 갖는 황색광을 발광한다.

이러한 방식의 백색 LED에서는 청색 LED가 방사하는 청색광의 일부가 형광체층을 투과하고, 나머지는 형광체에 흡수되어 황색광으로 변환된다.

관찰자는 청색 발광과 황색 발광의 2색의 광이 서로 섞인 광을 백색광으로서 인식한다. 청색광을 황색광으로 변환하는 형광체로는 YAG(이트륨, 알루미늄·가닛) 등이 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 실시예 및 비교예에서 "부"란 "중량부"를 의미한다.

아크릴 수지 용액 1의 조제

온도계, 냉각관, 질소 가스 도입관, 적하관 및 교반 장치를 부착한 분리 가능한 4구 플라스크에 시클로헥산온 70.0부를 주입하고, 80℃로 승온하고, 플라스크 안을 질소 치환한 후, 적하관으로부터 n-부틸메타크릴레이트 13.3부, 2-히드록시에틸메타크릴레이트 4.6부, 메타크릴산 4.3부, 파라쿠밀페놀에틸렌옥사이드 변성 아크릴레이트(도아 고세이 가부시키가이샤 제품 "아로닉스 M110") 7.4부 및 2,2'-아조비스이소부틸로니트릴 0.4부의 혼합을 2시간에 걸쳐 적하하였다.

적하 종료후, 3시간 더 반응을 계속하여, 중량 평균 분자량 26000의 아크릴 수지의 용액(고형분 30 중량%)을 얻었다.

얻어진 아크릴 수지 용액을 실온까지 냉각한 후, 수지 용액 약 2g을 샘플링 하여 180℃, 20분 가열 건조하여 비휘발분을 측정하고, 그 측정값에 기초하여 먼저 합성한 아크릴 수지 용액에 비휘발분이 20 중량%가 되도록 시클로헥산온을 첨가하여 아크릴 수지 용액 1을 조제하였다.

녹색 처리 안료 1의 조제

프탈로시아닌계 녹색 안료 C.I.Pigment Green 36(도요 잉키 세이조 가부시키가이샤 제품 "리오놀 그린 6YK") 500부, 염화 나트륨 500부 및 디에틸렌글리콜 250부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼 제조)에 주입하고, 120℃에서 4시간 혼련하였다.

다음, 이 혼련물을 5리터의 온수에 투입하고, 70℃로 가열하면서 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 반복 여과 및 수세하여 염화 나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외한 후, 80℃에서 하룻밤 건조하여 490부의 녹색 처리 안료 1(G1)을 얻었다.

녹색 처리 안료 2의 조제

프탈로시아닌계 녹색 안료 C.I.Pigment Green 36을 프탈로시아닌계 녹색 안료 C.I.Pigment Green 7(도요 잉키 세이조 가부시키가이샤 제품 "리오놀 그린 YS-07")로 바꾼 것 이외에는 녹색 처리 안료 1의 조제와 동일한 방법으로 490부의 녹색 처리 안료 2(G2)를 얻었다.

황색 처리 안료 1의 조제

프탈로시아닌계 녹색 안료 C.I.Pigment Green 36을 아조계 황색 안료 C.I.Pigment Yellow 150(랑세스사 제조 "E-4GN")으로 바꾼 것 이외에는 녹색 처리 안료 1의 조제와 동일한 방법으로 490부의 황색 처리 안료 1(Y1)을 얻었다.

황색 처리 안료 2의 조제

프탈로시아닌계 녹색 안료 C.I.Pigment Green 36을 이소인돌린계 황색 안료 C.I.Pigment Yellow 185(BASF사 제조 "팔리오젠 옐로 D1155")로 바꾸고, 혼련 시간을 4시간에서 8시간으로 바꾼 것 이외에는 녹색 처리 안료 1의 조제와 동일한 방법으로 490부의 황색 처리 안료 2(Y2)를 얻었다.

청색 처리 안료 1의 조제

청색 안료 C.I.Pigment Blue 15:6(도요 잉키 세이조 가부시키가이샤 제품 "LIONOL BLUE ES") 200부, 염화 나트륨 1600부 및 디에틸렌글리콜(도쿄 가세이사 제조) 100부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼사 제조)에 주입하고 70℃에서 12시간 혼련하였다.

다음 이 혼련물을 약 5리터의 온수에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이 스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과, 수세하여 염화 나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외하고, 80℃에서 24시간 건조하여 198부의 청색 안료 1(B1)을 얻었다.

자색 처리 안료 1의 조제

자색 안료 C.I.Pigment Violet 23(도요 잉키 세이조 가부시키가이샤 제품 "LIONOGEN VIOLET RL") 200부, 염화 나트륨 1600부 및 디에틸렌글리콜(도쿄 가세이사 제조) 100부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼사 제조)에 주입하고, 90℃에서 3시간 혼련하였다.

다음 이 혼련물을 약 5리터의 온수에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이 스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과, 수세하여 염화 나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외하고, 80℃에서 24시간 건조하여 198부의 자색 안료 2(V2)를 얻었다.

적색 처리 안료 1의 조제

적색 안료 C.I.Pigment Red 254(치바 스페셜티 케미칼스사 제조 "IRGAZIN RED 2030") 160부, 염화 나트륨 1600부 및 디에틸렌글리콜(도쿄 가세이사 제조) 190부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼사 제조)에 주입하고, 60℃에서 10시간 혼련하였다.

다음 이 혼련물을 약 5리터의 온수에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이 스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과, 수세하여 염화나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외하고, 80℃에서 24시간 건조하여 156부의 적색 안료 1(R1)을 얻었다.

적색 처리 안료 2의 조제

적색 안료 C.I.Pigment Red 177(치바 스페셜티 케미칼스사 제조 "CROMOPHTAL RED A2B") 152부, 표 1에 나타낸 분산제 A-2를 8부, 염화 나트륨 1600부 및 디에틸렌글리콜(도쿄 가세이사 제조) 190부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼사 제조)에 주입하고, 60℃에서 10시간 혼련하였다.

다음 이 혼련물을 약 5리터의 온수에 투입하고, 약 70℃로 가열하면서 하이 스피드 믹서로 약 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과, 수세하여 염화 나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외하고, 80℃에서 24시간 건조하여 156부의 적색 안료 2(R2)를 얻었다.

적색 처리 안료 3의 조제

적색 안료 C.I.Pigment Red 179 안료(BASF 재팬 가부시키가이샤 제조 "팔리오젠 L-3920"): 500부, 염화 나트륨:500부 및 디에틸렌글리콜: 250부를 스테인리스제 1갤런 니더(이노우에 세이사쿠쇼 제조)에 주입하고, 120℃에서 8시간 혼련하였다.

다음 이 혼련물을 5리터의 온수에 투입하고, 70℃로 가열하면서 1시간 교반하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과, 수세를 반복하여 염화 나트륨 및 디에틸렌글리콜을 제외한 후, 80℃에서 하룻밤 건조하여 490부의 적색 안료 3(R3)을 얻었다.

각 색 착색 조성물의 조제

먼저, 각 색 착색 조성물의 조제에 사용한 색소 유도체 (A-1∼A-4)를 이하에 나타내었다.

A-1:

A-2:

A-3:

A-4:

하기 표1에 나타낸 안료, 색소 유도체, 아크릴 수지 용액 1 및 유기 용제의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1mm의 지르코니아 비즈를 이용하여 아이거 밀(아이거 재팬사 제조 "미니 모델 M-250 MKⅡ")로 5시간 분산시켰다.

그 후 시클로헥산온 30.0부를 가한 후, 얻어진 혼합물을 5μm의 필터로 여과하고, 안료 분산체(녹색 안료 분산체 GP-1 및 GP-2, 황색 안료 분산체 YP-1 및 YP-2, 청색 안료 분산체 BP-1, 자색 안료 분산체 VP-1 및 적색 안료 분산체 RP-1, RP-2 및 RP-3)를 조제하였다.

이어서, 하기 표 2(적색 착색 조성물), 표 3(녹색 착색 조성물), 표 4(청색 착색 조성물)에 나타낸 혼합물을 균일해질 때까지 교반 혼합한 후, 1μm의 필터로 여과하여 각 색 착색 조성물(알칼리 현상형 레지스트재)을 얻었다. 광중합 개시제로는 치바 스페셜티 케미칼스사 제조 "CGI OXE-01"을 사용하고, 펜타에리스리톨헥사 또는 펜타아크릴레이트로는 도아 고세이 가부시키가이샤 제조 "아로닉스 M402"를 사용하였다.

실시예 1∼14 및 비교예 1∼2: 컬러 필터의 제작

유리 기판 상에 블랙 매트릭스 패턴을 형성하고, 상기 기판 상에 스핀 코터로 하기 표 5에 나타낸 적색 착색 조성물을 도포하여 적색 착색 조성물의 피막을 형성하였다.

상기 피막에 포토마스크를 통하여 초고압 수은 램프를 이용하여 300mJ/cm²의 자외선을 조사하였다. 이어서, 상기 피막을 2%의 탄산 나트륨 수용액으로 이루어지는 알칼리 현상액에 의해 스프레이 현상하여 미노광 부분을 제거한 후, 이온 교환수로 세정하고, 이 기판을 230℃에서 20분 가열하여 표 7에 나타낸 막두께의 적색 필터 세그먼트를 형성하였다.

동일한 방법에 의해 표 5에 나타낸 녹색 착색 조성물을 도포하고, 포토마스크를 통하여 자외선을 조사한 후, 현상하여 적색 필터 세그먼트의 우측 인근에 표 7에 나타낸 막두께의 녹색 필터 세그먼트를 형성하였다.

이어서, 동일한 방법에 의해 표 5에 나타낸 청색 착색 조성물을 도포하고, 포토마스크를 통하여 자외선을 조사한 후, 현상하여 적색 필터 세그먼트의 상측 인근에 표 7에 나타낸 막두께의 청색 필터 세그먼트를 형성하여 컬러 필터를 제작하였다.

<컬러 필터의 색상 평가>

실시예 1∼14, 비교예 1∼2에서 제작한 컬러 필터에 니치아 가가쿠사 제조 백색 LED(제품명 NSPW300BS: 발광 스펙트럼은 도 1에 도시한 바와 같다. 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1), 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2), 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)를 100이라 하였을 때의 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)를 표 6에 나타내었다.)를 이용하여 광을 조사하였을 때의 컬러 필터의 색 특성을 현미 분광 광도계(올림푸스 고가쿠사 제조 "OSP-SP100")를 이용하여 측정하였다.

각 색 필터 세그먼트의 CIE 표색계에서의 색도점(x, y), NTSC비, 백색 표시의 명도 및 색 온도를 표 7에 나타내었다.

또한 적색 필터 세그먼트의 50% 투과율 파장 및 630nm 투과율 및 청색 필터 세그먼트의 최대 투과율 파장 및 450nm 투과율을 표 8에 나타내었다.

NTSC비가 약 75%인 실시예 1∼8의 컬러 필터를 사용하였을 때에는 비교예 1의 컬러 필터를 사용하였을 때와 비교하여 색온도가 높아졌다. 비교예 1의 컬러 필터를 사용하였을 때에는 NTSC비는 73%로 실시예 1∼8의 컬러 필터를 사용하였을 때와 거의 동등하나, 색온도가 7000K보다 작고, 또한 녹색 필터 세그먼트, 청색 필터 세그먼트의 막두께가 3.0μm를 초과해 있었다.

또한 NTSC비가 약 80%인 실시예 9∼14의 컬러 필터를 사용하였을 때에는 비교예 2의 컬러 필터를 사용하였을 때와 비교하여 색온도가 높아졌다. 비교예 2의 컬러 필터를 사용하였을 때에는 NTSC비는 79%로 실시예 9∼14의 컬러 필터를 사용하였을 때와 거의 동등하나, 색온도가 7000K보다 작고, 또한 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트, 청색 필터 세그먼트의 막두께가 3.0μm를 초과해 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 컬러 필터는 특정 백색 LED를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 사용하여도 적, 녹, 청의 색 재현성, 백색의 색 재현성, 색온도 및 명도(Y값)에 관하여 가장 양호하게 할 수 있다. 또한 본 발명의 컬러 필터는 NTSC비 72% 이상, 색온도 7000K 이상을 달성할 수 있다.

Claims

430nm∼485nm의 범위에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED를 광원으로 사용한 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터로서,

기판 상에 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트를 구비하고, 상기 적색 필터 세그먼트는 50% 투과율 파장이 595∼610nm의 범위 내에 있고, 630nm의 파장에서의 투과율이 85% 이상이며, 청색 필터 세그먼트는 최대 투과율 파장이 455nm 이하이고, 450nm의 파장에서의 투과율이 55% 이상이며, 상기 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트의 막두께가 각각 3.0μm 이하이며, 상기 적색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Red 177 및 C.I.Pigment Red 179를 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제 1 항에 있어서, 상기 적색 필터 세그먼트, 녹색 필터 세그먼트 및 청색 필터 세그먼트의 CIE 표색계에서의 색도점이 각각 (xR, yR), (xG, yG), (xB, yB)로 표시되고, x-y 색도도 상의 이들 3개의 색도점에 의해 규정되는 삼각형의 면적이 적(0.67, 0.33), 녹(0.21, 0.71), 청(0.14, 0.08)의 3개의 점에 의해 규정되는 삼각형의 면적의 72% 이상이고, 상기 컬러 필터는 7000K 이상의 색온도를 나타내는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제 1 항에 있어서, 상기 청색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Blue 15:6 및 C.I.Pigment Violet 23을 함유하고, C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비가 85/15∼40/60인 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제 1 항에 있어서, 상기 녹색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7, C.I.Pigment Yellow 150 및 C.I.Pigment Yellow 185로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 3종의 안료를 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제 1 항에 있어서, 상기 청색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Blue 15:6 및 C.I.Pigment Violet 23을 함유하고, 여기서 C.I.Pigment Blue 15:6/C.I.Pigment Violet 23의 중량비가 85/15∼40/60이고,

상기 녹색 필터 세그먼트가 C.I.Pigment Green 36, C.I.Pigment Green 7, C.I.Pigment Yellow 150 및 C.I.Pigment Yellow 185로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 3종의 안료를 함유하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터.
제 1 항에 기재된 컬러 필터와, 430nm∼485nm의 범위에 발광 강도가 최대가 되는 파장(λ1)을 가지고, 530nm∼580nm의 범위에 제2 발광 강도의 피크 파장(λ2)을 가지며, 파장(λ1)에서의 발광 강도(I1)와 파장(λ2)에서의 발광 강도(I2)의 비(I2/I1)가 0.2 이상 0.7 이하인 분광 특성을 갖는 백색 LED를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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