KR101969193B1 - 컬러 필터 기판 및 그것을 이용한 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상 표시 장치, 특히 컬러 필터 방식 유기 EL 디스플레이에 적합한 신뢰성이 높은 컬러 필터 기판을 제공하고, 선명하고 콘트라스트가 우수한 표시 품위가 높은 화상 표시 장치를 저렴 또한 간편하게 실현, 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 컬러 필터 기판은 유기 전계 발광 소자를 구비한 화상 표시 장치에 이용되는 적색, 녹색, 청색의 각 착색층, 오버코트막 및 무기 배리어막을 가진 컬러 필터 기판에 있어서, 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 N-메틸피롤리돈의 발생량이 컬러 필터 기판의 질량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm인 것을 특징으로 한다.

Description

컬러 필터 기판 및 그것을 이용한 화상 표시 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE AND IMAGE DISPLAY DEVICE USING SAME}

본 발명은 컬러 필터 기판 및 그것을 이용한 화상 표시 장치에 관한 것이다.

최근 들어 새로운 박형 디스플레이의 하나로서 유기 EL(Electro Luminescence; 전계 발광) 디스플레이가 주목을 모으고 있고, 휴대 전화나 모바일 기기 등의 표시용 디스플레이로서 시장에 나오기 시작하고 있다. 박형 디스플레이의 선구자인 액정 디스플레이가 비자발광형인 것에 대하여 유기 EL 디스플레이는 자발광형 표시 소자이기 때문에, 색 재현 범위가 넓어 선명한 발색이 가능한 점, 응답성이 빨라 보다 매끄러운 동화상 영상을 실현 가능한 등의 점에서 액정 디스플레이보다도 우수하였고, 차세대 박형 디스플레이의 본명 후보로서 유망시되고 있다.

유기 EL 디스플레이를 풀컬러화하는 방법으로서는 종래부터 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 발광 재료를 제막하는 RGB 구분 도포 방식의 개발이 진행되어 왔지만, 디스플레이의 대형화에 수반하여 제막 장치의 거대화에 의한 비용 증가나 고정밀화에 한계가 있는 등의 폐해가 나오고 있어 각종 방식이 검토되고 있다. 그 중에서도 백색 발광의 유기 EL 소자와 RGB의 각 착색층을 갖는 컬러 필터 기판을 조합하는 컬러 필터 방식이 주목을 모으고 있고, 다양한 제안이 이루어지고 있다(특허문헌 1 내지 3).

종래의 컬러 필터 방식의 유기 EL 디스플레이 일례를 도 1에 도시한다. 컬러 필터 기판(20) 및 백색광을 방출하는 1종류의 유기 EL 발광 소자(30)가 조합된 구조를 하고 있고, 유기 EL층(9)으로부터 방출된 백색광이 컬러 필터의 RGB 착색층(3 내지 5)을 통과하여 색도 변환됨으로써 풀컬러 표시가 가능해지고 있다. 따라서, 유기 EL층(9)은 백색 발광하는 1종류만으로 충분하기 때문에, 비용면이나 제조 수율, 대형 화면화의 용이함 등의 점에서 구분 도포 방식보다도 우수하다.

그러나, 이러한 컬러 필터 방식 유기 EL 디스플레이에 있어서는 전기 에너지를 광으로 변환하는 유기 EL 소자의 원리상, 불순물이나 수분 등에 의한 문제가 발생하기 쉬워 종래의 컬러 필터 기판을 이용한 경우, 안정된 제조나 화상 표시가 어려워 해결이 요망되고 있었다.

이러한 문제를 경감하기 위해서, 도 2와 같이 컬러 필터의 RGB 착색층(3 내지 5)의 표면에 오버코트층(평탄화층)(6) 외에 배리어층(7) 등을 형성하는 제안이 이루어지고 있고, 예를 들어 폴리실라잔을 컬러 필터 표면에 도포하고, 가열 산화시킴으로써 실리카막을 얻는 방법(특허문헌 4)이나, 최표면 상에 산화규소(SiO_x)나 질화산화규소(SiO_xN_y) 등의 무기 배리어막을 스퍼터링법이나 CVD법에 의해 형성하는 방법(특허문헌 5)도 검토되고 있지만, 크랙의 발생 등에 의해 유기 EL 소자에 흑색점(다크 스폿)이나 백색점(휘도 이상) 등의 결함이 발생하기 쉬워 그 해결이 요망되고 있었다.

일본 특허 공개 평11-260562호 공보 일본 특허 공개 제2004-227853호 공보 일본 특허 공개 제2007-273327호 공보 일본 특허 공개 제2002-222691호 공보 일본 특허 공개 제2004-277317호 공보

본 발명은 이 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 화상 표시 장치, 특히 컬러 필터 방식 유기 EL 디스플레이에 적합한 신뢰성이 높은 컬러 필터 기판을 제공하고, 선명하고 콘트라스트가 우수한 표시 품위가 높은 화상 표시 장치를 저렴 또한 간편하게 실현, 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제는 이하의 수단에 의해 해결하는 것이 가능하다.

즉, (1) 유기 전계 발광 소자를 구비한 화상 표시 장치에 이용되는 적색, 녹색, 청색의 각 착색층 및 무기 배리어막을 가진 컬러 필터 기판에 있어서, 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 N-메틸피롤리돈의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.

(2) 상기 적색, 녹색, 청색의 각 착색층에 사용되고 있는 수지가 각각 폴리이미드 수지인 (1)에 기재된 컬러 필터 기판.

(3) (1) 또는 (2)에 기재된 컬러 필터 기판의 제조 방법이며, 적어도 착색제, 수지, 용제를 포함하는 착색 페이스트로부터 적색, 녹색, 청색의 각 착색층이 형성되는 공정을 갖고, 적어도 1색의 착색 페이스트가 용제로서 N-메틸피롤리돈을 10 내지 95질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.

(4) 적어도 1색의 착색 페이스트가 용제로서 N-메틸피롤리돈을 30 내지 90질량% 및 비점이 170 내지 210℃인 용제를 5 내지 20질량% 포함하는 (3) 기재의 컬러 필터 기판의 제조 방법.

(5) 열 처리 공정을 갖고, 최대 열 처리 온도가 200 내지 270℃인 (3) 또는 (4)에 기재된 컬러 필터 기판의 제조 방법.

(6) 적어도 유기 전계 발광 소자와 (1) 또는 (2) 기재의 컬러 필터 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.

본 발명의 컬러 필터 기판을 이용함으로써, 선명하고 콘트라스트가 우수한 표시 품위가 높은 화상 표시 장치를 크랙이나 휘도 저하 등의 결함 없이 안정적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 화상 표시 장치의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 화상 표시 장치의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 화상 표시 장치의 일례를 도시한 개략 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 컬러 필터 기판은 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 N-메틸피롤리돈(이하 NMP라고 약칭함)의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm이고, 이러한 컬러 필터 기판을 사용함으로써 컬러 필터 표면에 형성하는 무기 배리어막의 크랙 등의 결함을 방지할 수 있음과 함께, 화상 표시 장치로 한 경우의 다크 스폿 등의 결함을 억제할 수 있다.

NMP의 함유량이 상기 범위인 것으로 크랙이나 다크 스폿 등의 결함을 방지할 수 있는 것은 놀랄 만한 일인데, 그 이유로서는 이하와 같이 생각하고 있다. 즉, 일반적으로는 컬러 필터의 착색층은 내용제성이나 내광성 등의 신뢰성을 충족하기 위해서는 큐어시에서의 열경화 반응을 이용하는 경우가 많고, 결과적으로 막의 표면에는 잔류 응력이 발생한다. 그리고, 또한 그 표면 상에 산화 규소(SiOx)나 질화산화규소(SiOxNy) 등의 무기 배리어막을 형성하는 경우에는 그 잔류 응력에 의해 크랙 등이 발생하는 경우가 있다.

그런데, 본 발명의 컬러 필터 기판에 있어서는 적절하게 NMP를 포함하고 있기 때문에 잔류 응력이 완화되고, 결과적으로 무기 배리어막의 크랙 발생을 억제하고 있는 것으로 추측된다. 이러한 효과는 NMP가 컬러 필터 기판에 대하여 어느 정도의 양 포함되어 있기 때문에 발현한다고 생각되고, 구체적으로는 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02ppm 이상이면 되는 것을 발견하였다.

한편, 화상 표시 장치, 특히 바람직하게는 유기 전계 발광(EL) 소자를 구비한 유기 EL 디스플레이의 경우에는, 컬러 필터나 절연막으로부터의 수분이나 이산화탄산 가스, 일산화탄소 가스, 유기물의 분해 가스 등에 의한 탈가스에 의해 소자 자체가 열화되는 것이 알려져 있다. NMP에 대해서는 분자량이 약간 크고 화학적으로 안정한 구조이기 때문에 열화 촉진의 영향은 비교적 경미하다고 생각되지만, 그 함유량이 과잉한 경우에는 유기 EL 디스플레이에 악영향을 미치는 것이 판명되었다. 구체적으로는 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.5ppm 이하이면 되는 것을 발견하였다.

즉, 유기 EL 디스플레이와 조합하기에 바람직한 컬러 필터 기판으로서는 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm인 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다. 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 0.02 내지 0.5ppm이면 무기 배리어막이 유효하게 작용하여 흑색점이나 백색점 등의 결함이 없는 선명하고 콘트라스트가 우수한 디스플레이를 얻기에 바람직한 컬러 필터 기판을 얻을 수 있다. NMP의 발생량이 0.02ppm보다 적은 컬러 필터 기판을 이용한 디스플레이는 결함이 다수 보여 표시 성능이 떨어지는 것이 되기 때문에 바람직하지 않고, NMP의 발생량이 0.5ppm보다 많은 컬러 필터 기판을 이용한 디스플레이는 유기 EL 소자의 열화에 의해 선명함이나 콘트라스트가 떨어지는 것이 되기 때문에 바람직하지 않다.

이러한 NMP의 발생량의 측정 방법으로서는 승온 탈리-질량 분석법을 사용할 수 있고, 예를 들어 10mm×20mm 정도로 절단한 컬러 필터 기판을 준비하고, 헬륨 분위기하, 50mL/분의 헬륨류의 분위기하에서 실온(25℃)에서부터 300℃까지 승온 속도 10℃/분(계 27.5분간)의 조건하에서 발생하는 기체의 양을 정량하고, 질량수가 NMP의 분자량에 상당하는 99의 피크로서 관측할 수 있다.

또한, 일반적으로 컬러 필터 기판이란 투명 기판 상의 액정 패널 사이즈에 맞춘 패턴을 중앙 부근 1개소에 작성하는 경우 외에, 1매의 투명 기판 내에 6 모따기, 8 모따기 등과 복수 개소에 작성하는 경우가 있지만, 본 발명의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량에 대해서는 패턴이 제작되어 있는 기판 내의 임의의 개소를 절단함으로써 측정할 수 있고, 이것이 상기 범위에 들어감으로써 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량으로서 어림잡을 수 있다. 패턴이 제작되어 있지 않은 면외에 대해서는 제외하도록 절단한다. 여기에서 말하는 면외란, 블랙 매트릭스나 착색층 등이 형성되어 있지 않은 영역으로서, 기판 번호나 그 외 얼라인먼트 마크 등이 있어도 화상 표시 장치로 한 경우에 표시 에어리어에 들어가지 않는 영역에 대해서는 면외로 간주한다. 또한, 측정에 의한 편차를 없애기 위해서 절단은 컬러 필터 기판의 면에 대하여 수직으로 행하고, 10mm×20mm 정도의 단편을 10개 이상 이용하여 측정한다.

이와 같이 하여 측정한 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량은 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm인 것이 필요하고, 0.04 내지 0.4ppm인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 컬러 필터 기판은 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 컬러 필터 기판의 단위 면적당 0.003 내지 0.09μg/cm²인 것이 바람직하고, 0.007 내지 0.07μg/cm²인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위로 함으로써 무기 배리어막의 크랙 등의 결함의 발생을 억제하고, 표시 성능이 우수한 컬러 필터 기판을 얻을 수 있다.

NMP의 발생량과 마찬가지의 측정 방법으로 컬러 필터 기판의 수분 발생량을 정량할 수 있고, 물의 분자량에 상당하는 18의 피크로서 관측할 수 있다. 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터 수분의 발생량은 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 1 내지 20ppm이 바람직하고, 2 내지 10ppm이 보다 바람직하다. 수분의 발생량이 1ppm보다 적은 경우에는 NMP의 발생량이 너무 적은 경향에 있기 때문에 바람직하지 않고, 20ppm보다 많은 경우에는 NMP의 발생량이 너무 많은 경향이 있다.

또한, 마찬가지의 방법으로 컬러 필터 기판의 다른 탈가스 발생량을 정량할 수 있고, 탈가스 성분 전체의 양으로부터 분자량 99 상당의 NMP의 발생량과 분자량 18의 수분의 발생량을 차감함으로써 구할 수 있다. 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 다른 탈가스 발생량은 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.1 내지 10ppm이 바람직하고, 0.3 내지 5ppm이 보다 바람직하다. 다른 탈가스 발생량이 0.1ppm보다 적은 경우에는 NMP의 발생량이 너무 적은 경향에 있기 때문에 바람직하지 않고, 10ppm보다 많은 경우에는 NMP의 발생량이 너무 많은 경향이 있을뿐만 아니라, 그 자체가 유기 EL 소자, 나아가서는 화상 표시 장치의 성능에 악영향을 미칠 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에서는 NMP가 상기 범위에 있음으로써 선명하고 콘트라스트가 높은 우수한 표시 성능을 갖는 유기 EL 디스플레이를 실현할 수 있는 것을 발명한 것인데, 컬러 필터 기판이 다른 용제를 포함하고 있어도 이러한 특이적인 효과는 발현되지 않는다. 이는 비점 204℃의 NMP가 응력 완화에 의한 크랙의 억제에 적당한 비점을 갖기 때문이라고 생각되고, 나아가서는 용제 자체의 화학 구조로서 폐환 구조를 갖고 있어 열 안정성이 높고 분해 가스가 발생하기 어렵기 때문이라고 추측하고 있다. 비점이 너무 낮아도 너무 높아도 이러한 현저한 효과는 기대할 수 없다고 생각되고, 또한 폐환 구조를 갖고 있지 않은 다른 용제나 에스테르 골격을 갖도록 하는 락톤계 용제만을 이용하여도 열 안정성이 나쁘기 때문에 상기와 같은 효과는 발휘할 수 없고, 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.02 내지 0.5ppm인 것이 긴요하고, 0.04 내지 0.4ppm인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서 말하는 컬러 필터 기판이란 적어도 광을 투과 또는 반사하였을 때에 색으로서 인식 가능한 착색층을 갖는 것으로서, 일반적으로는 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색의 착색층을 갖는 것이다. 착색층 외에 블랙 매트릭스나 TFT 회로, 평탄화막, 투명 전극, 기타 필요에 따라 다른 유기물 부재, 무기물 부재나 RGB 이외의 착색층을 갖고 있어도 되고, 이미 디스플레이에 내장되어 있는 경우에는 유기 EL 소자와 컬러 필터 기판으로 해체한 후에 NMP의 발생량을 측정할 수도 있다. 해체가 어려운 경우에는 유기 EL 소자와 컬러 필터 기판이 일체가 된 채로 NMP의 발생량을 측정하고, 유기 EL 소자로부터의 NMP의 발생은 전혀 없는 것으로서 계산하여 구해도 전혀 지장없다.

이어서, 본 발명의 컬러 필터 기판의 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 컬러 필터 기판은 적어도 착색층을 갖는다.

컬러 필터 기판에 사용되는 투명 기판으로서는 특별히 한정되지 않고, 소다 유리, 무알칼리 유리, 붕규산 유리, 석영 유리 등의 유리나 플라스틱 필름, 시트 등을 이용할 수 있다. 이들 투명 기판 중에서도 무알칼리 유리를 사용한 경우에 불순물의 용출이 적어 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 투명 기판의 두께에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.01 내지 3mm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.8mm이다. 0.01mm보다 얇은 경우에는 지지체로서의 강도가 부족해지고, 3mm보다 두꺼운 경우에는 화상 표시 장치가 무거워진다. 또한, 투명 기판 상에는 필요에 따라 블랙 매트릭스나 TFT 회로 등을 형성해 둘 수도 있다.

착색층을 형성하는 방법으로서는 염색법, 전착법, 인쇄법, 안료 분산법 등 공지된 방법을 이용할 수 있지만, 그 중에서도 안료 분산법이 바람직하다. 안료 분산법으로서는 안료 등의 착색제를 비감광 폴리이미드 수지에 분산시킨 착색 페이스트를 도포한 후에, 포지티브형 포토레지스트 또는 네가티브형 포토레지스트를 적층 도포하고, 노광, 현상을 거쳐 패터닝을 행하는 비감광 폴리이미드법이어도 되고, 안료를 바인더 수지와 광중합 개시제를 포함하는 용액에 분산시킨 감광 컬러 레지스트를 이용하여도 되지만, 고정밀 가공이 가능한 비감광 폴리이미드법을 이용하는 것이 바람직하다.

비감광 폴리이미드법에 사용하는 착색층으로서는 적어도 착색제, 폴리이미드 수지 및/또는 폴리이미드 전구체, 용제를 포함하는 착색 페이스트를 사용할 수 있다.

착색 페이스트에 사용하는 착색제로서는 염료, 유기 안료, 무기 안료 등을 이용할 수 있지만, 내열성, 투명성의 면으로부터 유기 안료가 바람직하다. 그 중에서도 투명성이 높고, 내광성, 내열성, 내약품성이 우수한 것이 바람직하다. 대표적인 유기 안료의 구체적인 예를 컬러 인덱스(CI) 넘버로 나타내면 다음과 같은 것이 바람직하게 사용되지만, 모두 이들에 한정되는 것은 아니다.

황색 안료의 예로서는 피그먼트 옐로우(이하 PY라고 약칭함) 12, 13, 17, 20, 24, 83, 86, 93, 95, 109, 110, 117, 125, 129, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 153, 154, 166, 168, 180, 185 등이 사용된다.

또한, 오렌지색 안료의 예로서는 피그먼트 오렌지 13, 36, 38, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65, 71 등이 사용된다.

또한, 적색 안료의 예로서는 피그먼트 레드(이하 PR이라고 약칭함) 9, 48, 97, 122, 123, 144, 149, 166, 168, 177, 179, 180, 192, 209, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 254 등이 사용된다.

또한, 자색 안료의 예로서는 피그먼트 바이올렛 19, 23, 29, 30, 32, 37, 40, 50 등이 사용된다.

또한, 청색 안료의 예로서는 피그먼트 블루(이하 PB라고 약칭함) 15, 15:3, 15:4, 15:6, 22, 60, 64, 80 등이 사용된다.

또한, 녹색 안료의 예로서는 피그먼트 그린(이하 PG라고 약칭함) 7, 10, 36, 58 등이 사용된다.

이들 안료는 필요에 따라 로진 처리, 산성기 처리, 염기성 처리 등의 표면 처리가 되어 있어도 상관없다.

상기 안료는 목적이 되는 색조에 따라 사용하는 유기 EL 소자의 색조에 의해 적절히 조정하는 것이 가능하다. 유기 EL 소자로서는 백색광을 발광하는 소자이어도 되고, RGB의 각각의 발광 소자를 조합하여도 되지만, 저비용으로 제조 가능한 것을 고려하면 백색광을 발광하는 유기 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다.

백색광을 발광하는 유기 EL 소자와 조합하는 경우의 안료의 일례로서 R(레드)의 경우를 예로 들면, PR-254와 PR-177의 조합, PR-254와 PY-138의 조합, PR-254와 PY-139의 조합, PR-254와 PR-150의 조합 등으로 색도가 조색되고, G(그린)의 경우에는 PG-7, PG-36, PG-58의 군으로부터 선택되는 녹색 안료와, PY-138, PY-139, PY-150의 군으로부터 선택되는 황색 안료 조합 등으로 색도가 조색되고, B(블루)의 경우에는 PB15:3이나 PB15:6을 PV23 등과 조합하여 조색되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.

착색 페이스트에 사용되는 수지로서는 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 등의 투명 수지를 사용할 수 있지만, 도막의 내열성, 내광성, 내용제성으로 보아 폴리이미드 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 폴리이미드 수지란 완전 기폐환 구조를 갖는 폴리이미드 수지 이외에도 완전 기폐환 구조를 갖는 폴리이미드 수지의 전구체인 폴리아믹산 수지 및 폴리아믹산 수지가 일부 폐환한 폴리이미드 수지를 포함한다.

폴리이미드 수지는 테트라카르복실산 이무수물과 디아민을 반응시킴으로써 얻을 수 있다.

폴리이미드 수지의 합성에는 테트라카르복실산 이무수물로서 예를 들어 지방족계 또는 지환식계의 것을 이용할 수 있고, 그 구체적인 예로서 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,3,4-시클로펜탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,3,5-시클로펜탄테트라카르복실산 이무수물, 1,2,4,5-비시클로헥센테트라카르복실산 이무수물, 1,2,4,5-시클로헥산테트라카르복실산 이무수물, 1,3,3a,4,5,9b-헥사히드로-5-(테트라히드로-2,5-디옥소-3-푸라닐)-나프토[1,2-C]푸란-1,3-디온 등을 들 수 있다. 또한, 방향족계의 것을 이용하면, 내열성이 양호한 막으로 변환할 수 있는 폴리이미드 수지를 얻을 수 있고, 그 구체적인 예로서 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 피로멜리트산 이무수물, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물, 4,4'-옥시디프탈산 무수물, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물, 1,2,5,6-나프탈렌테트라카르복실산 이무수물, 3,3",4,4"-파라터페닐테트라카르복실산 이무수물, 3,3",4,4"-메타터페닐테트라카르복실산 이무수물을 들 수 있다. 또한, 불소계의 것을 이용하면 단파장 영역에서의 투명성이 양호한 막으로 변환할 수 있는 폴리이미드 수지를 얻을 수 있고, 그 구체적인 예로서 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명은 이들에 한정되지 않고 테트라카르복실산 이무수물이 1종 또는 2종 이상 이용된다.

또한, 디아민으로서 예를 들어 지방족계 또는 지환식계의 것을 이용할 수 있고, 그 구체적인 예로서 1,3-디아미노시클로헥산, 1,4-디아미노시클로헥산, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실 등을 들 수 있다. 또한, 방향족계의 것을 이용하면 내열성이 양호한 막으로 변환할 수 있는 폴리이미드 수지를 얻을 수 있고, 그 구체적인 예로서 4,4'-디아미노디페닐에테르, 3,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐술폰, 3,3'-디아미노디페닐술폰, 4,4'-디아미노디페닐술피드, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 벤지딘, 3,3'-디메틸벤지딘, 3,3'-디메톡시벤지딘, o-톨리딘, 4,4"-디아미노터페닐, 1,5-디아미노나프탈렌, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]에테르, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]술폰, 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]술폰 등을 들 수 있다. 또한, 불소계의 것을 이용하면 단파장 영역에서의 투명성이 양호한 막으로 변환할 수 있는 폴리이미드 수지를 얻을 수 있고, 그 구체적인 예로서 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등을 들 수 있다.

또한, 디아민의 일부로서 실록산디아민을 이용하면 기판과의 접착성을 양호하게 할 수 있다. 실록산디아민은 통상 전체 디아민 중의 1 내지 20몰%량 이용한다. 실록산디아민의 양이 너무 적으면 접착성 향상 효과가 발휘되지 않고, 너무 많으면 내열성이 저하된다. 실록산 디아민의 구체예로서는 비스-3-(아미노프로필)테트라메틸실록산 등을 들 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 디아민이 1종 또는 2종 이상 이용된다.

폴리이미드 수지의 합성은 극성 유기 용매 중에서 테트라카르복실산 이무수물과 디아민을 혼합하여 반응시킴으로써 행하는 것이 일반적이다. 이때, 디아민과 테트라카르복실산 이무수물의 혼합비에 의해 얻어지는 폴리이미드 수지의 중합도를 조절할 수 있다.

그 외에 테트라카르복실산디클로라이드와 디아민을 극성 유기 용매 중에서 반응시켜, 그 후 염산과 용매를 제거함으로써 폴리이미드 수지를 얻는 등, 폴리이미드 수지를 얻기 위해서는 다양한 방법이 있다.

이들 폴리이미드 수지 중에서도 산 이무수물과 디아민의 어느 쪽에나 방향족 구조를 포함하면 내열성이 우수하기 때문에 바람직하고, 나아가서는 하기 화학식 (1)로 표시되는 이미드 구조, 하기 화학식 (2)로 표시되는 아믹산 구조, 하기 화학식 (3)으로 표시되는 일부 이미드 폐환하여 이루어지는 구조 중 어느 하나를 갖는 방향족 폴리이미드 수지가 보다 바람직하다.

상기 화학식 (1) 내지 (3)에 있어서, X 및 Y는 연결기를 나타내고, -X-는 -O-, -CO-, 일부의 H가 다른 원자 또는 원자단으로 치환할 수도 있는 -CH₂-, 연결기 없음의 직접 결합 중 어느 하나를 나타내고, -Y-는 -O-, -SO₂-, -CONH-, 일부의 H가 다른 원자 또는 원자단으로 치환할 수도 있는 -CH₂-, 연결기 없음의 직접 결합 중 어느 하나를 나타낸다.

또한, 이러한 방향족 폴리이미드 수지의 일부가 다른 지방족기와 치환되어 있어도 상관없지만, 방향족기를 포함하는 산 이무수물 및 디아민의 비율이 폴리이미드 수지 전체 중 바람직하게는 50몰% 이상, 보다 바람직하게는 70몰% 이상이면 내열성이 높아 바람직하다.

착색 페이스트에 사용하는 용제로서는 NMP를 포함하는 것이 바람직하고, 10 내지 95질량% 포함하는 것이 바람직하고, 나아가서는 30 내지 90질량% 포함하는 것이 바람직하다.

NMP는 폴리이미드 수지나 폴리아믹산의 용해성이 높아 겔화 등의 우려가 없는 것에 더하여, 지금까지 설명해 온 바와 같이 본 발명의 컬러 필터 기판으로부터 발생하는 성분으로서 필수적인 것이다. NMP 이외의 용제도 바람직하게 포함할 수 있고, 예를 들어 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 메틸카르비톨, 에틸카르비톨, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르 등의 (폴리)알킬렌글리콜에테르계 용제, 또는 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 아세토아세트산에틸, 메틸-3-메톡시프로피오네이트, 3-메톡시-3-메틸-1-부틸아세테이트, 아세트산벤질, 벤조산에틸, 옥살산디에틸, 말레산디에틸, 말론산디에틸, 프로필렌글리콜디아세테이트, 1,3-부틸렌글리콜디아세테이트 등의 에스테르류, 또는 에탄올, 1-옥탄올, 1-노난올, 벤질알코올, 3-메톡시-3-메틸부탄올 등의 알코올류, 시클로펜타논, 시클로헥사논 등의 케톤류, 또는 β-프로피오락톤, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, γ-카프로락톤, ε-카프로락톤 등의 락톤류, 나아가서는 벤질에틸에테르, 디헥실에테르, 아세토닐아세톤, 이소포론, 카프로산, 카프릴산, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 페닐셀로솔브아세테이트, 메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 다이아세톤알코올, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 시클로헥산올아세테이트 등을 들 수 있고, 이들 용제를 2종류 이상 조합하여 사용할 수도 있다.

이들 용제 중에서도 비점이 170 내지 210℃인 용제를 포함하는 것이 컬러 필터 기판으로부터의 NMP의 발생량에 영향을 컨트롤하기 쉽기 때문에 바람직하다. 170 내지 210℃의 용제를 5 내지 20질량% 포함하는 것이 보다 바람직하다.

NMP 외에 비점이 170℃보다 낮은 용제만 포함되는 경우에는 착색층의 큐어시에 저비점 용제가 휘발하는 것에 영향을 받아서 NMP도 함께 휘발하기 쉽고, 결과적으로 컬러 필터 기판의 NMP 함유량이 적어지기 때문에 바람직하지 않고, 반대로 NMP 외에 비점이 210℃보다 높은 용제만 포함되는 경우에는 NMP의 잔존량이 과잉이 되는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다.

나아가서는 이들 비점이 170 내지 210℃인 용제 중에서도 폴리이미드 수지나 폴리아믹산의 용해성의 관점에서, 3-메톡시-3-메틸부탄올, 3-메톡시-3-메틸-1-부틸아세테이트, γ-부티로락톤을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

착색 페이스트로서는 다른 첨가제도 함유할 수 있으며, 예를 들어 고분자 분산제나 안료 유도체 등의 안료 분산에 효과의 있는 것이나, 밀착 개량제, 계면 활성제, 유기산, 유기 아미노 화합물, 중합 금지제나 산화 방지제 등을 들 수 있다.

고분자 분산제로서는 통상 컬러 필터용에 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 폴리에스테르, 폴리알킬아민, 폴리아릴아민, 폴리이민, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 또는 이들의 공중합체 등 다양한 것을 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있다. 비감광성 폴리이미드법에 사용하는 착색 페이스트의 경우에는 이들 중에서도 폴리이미드 수지가 분산 안정성이나 상용성의 관점에서 바람직하다.

밀착 개량제는 도막의 기판에 대한 밀착성을 향상시킬 목적으로 바람직하게 첨가할 수 있다. 예를 들어 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 실란 커플링제를 들 수 있고, 그 중에서도 아미노기를 갖는 실란 커플링제를 함유하는 것이 밀착력 향상의 효과가 높아 바람직하고, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란은 특히 바람직하다.

계면 활성제는 열경화성 착색 조성물의 도포성 및 착색층의 표면의 균일성을 양호하게 하는 목적으로, 또는 안료의 분산성을 양호하게 하는 목적으로 첨가할 수 있다. 이러한 계면 활성제의 첨가량은 안료에 대하여 바람직하게는 0.001 내지 10질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1질량%인 것이 좋다. 첨가량이 이 범위보다 적으면, 도포성, 착색막 표면의 균일성의 개량, 또는 안료 분산성의 개량의 효과가 작고, 너무 많으면 반대로 도포성이 불량이 되거나 안료의 응집이 일어나는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.

구체적으로는 라우릴황산암모늄, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산트리에탄올아민 등의 음이온 계면 활성제, 스테아릴아민아세테이트, 라우릴트리메닐암모늄클로라이드 등의 양이온 계면 활성제, 라우릴디메틸아민옥시드, 라우릴카르복시메틸히드록시에틸이미다졸륨베타인 등의 양쪽성 계면 활성제, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 소르비탄모노스테아레이트 등의 비이온 계면 활성제, 아크릴계 계면 활성제, 불소계 계면 활성제나 실리콘계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 그 중에서도 본 발명의 컬러 필터용 기판에 사용되는 착색 페이스트로서는 NMP를 포함하는 것임이 바람직하고, 상성이 좋아 소량으로 효과가 있는 아크릴계 계면 활성제가 바람직하다.

아크릴계 계면 활성제로서는 아크릴계 단량체를 공중합체한 것이 바람직하고, 아크릴계 단량체의 공중합체이어도 되고, 다른 비닐계, 스티렌계 등과의 공중합체이어도 되고, 나아가서는 아크릴계 단량체와 알킬비닐에테르류 및/또는 방향족 함유 비닐에테르류의 공중합체를 포함하는 아크릴계 계면 활성제를 이용한 경우, 착색층 형성시의 도포시의 불균일을 현저하게 억제할 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 아크릴계 계면 활성제의 겔 투과 크로마토그래피법(GPC법)에 의한 중량 평균 분자량은 바람직하게는 1,000 내지 50,000, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 5,000이다. 1,000보다 작으면 불균일 억제의 효과가 작고, 50,000보다 크면 용제에 대한 용해성이 악화하는 경우가 있다.

비감광 폴리이미드법으로 착색층을 형성하는 방법으로서는 투명 기판 상에 착색 페이스트를 도포하고, 핫 플레이트, 오븐, 진공 건조를 이용하여 가열 건조(프리베이크)한다. 프리베이크 후에 포지티브형 포토레지스트를 도포 건조하고, 계속하여 마스크 노광을 행하고 나서 알칼리 현상하고, 또한 포토레지스트를 용제로 박리함으로써 착색층을 얻을 수 있다.

착색 페이스트를 도포하는 방법으로서는 침지법, 롤 코터법, 스핀 코팅법, 다이 코팅법, 다이 코팅과 스핀 코팅 병용법, 와이어 바 코팅법 등이 바람직하게 이용되고, 그 중에서도 막 두께 균일성이 우수하고, 페이스트의 사용 효율이 좋은 다이 코팅법이 바람직하다.

상기에 의해 기판 상에 감광성 투명 수지 조성물을 도포한 후, 풍건, 감압 건조, 가열 건조 등에 의해 용매를 제거하고, 감광성 투명 수지 조성물의 도막을 형성한다. 특히 감압 건조 공정을 둔 후, 오븐 또는 핫 플레이트에서 추가로 가열 건조함으로써, 대류에 의해 발생하는 도포 결점이 해소되어 보다 바람직하다. 계속해서, 도포한 착색 페이스트 상에 포지티브형 포토레지스트의 도포, 건조를 행한다. 도포, 건조의 방법은 착색 페이스트의 경우와 마찬가지의 방법에 의해 행할 수 있다. 계속하여 포토리소 가공의 노광 공정을 행한다. 상기 착색 페이스트와 포지티브형 포토레지스트가 적층된 도막의 상부에 마스크를 설치하고, 초고압 수은등, 케미컬등, 고압 수은등 등을 이용하여 자외선 등에 의해 선택적으로 노광한다.

알칼리 현상액은 유기 알칼리 현상액과 무기 알칼리 현상액의 어느 쪽이나 이용할 수 있다. 무기 알칼리 현상액에서는 탄산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨의 수용액 등이 바람직하게 이용된다. 유기 알칼리 현상액에서는 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액, 메탄올아민 등의 아민계 수용액이 바람직하게 이용되고, 불순물 경감의 관점에서 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액이 특히 바람직하다.

이들 현상액의 알칼리성 물질의 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.01 내지 10질량%, 바람직하게는 0.05 내지 5질량%이다. 알칼리 농도가 너무 낮으면 현상되기 어렵고, 반대로 너무 높으면 도막 표면의 막 거칠기나 패턴의 기자리가 일어나기 쉬워 바람직하지 않다. 또한, 현상액에는 계면 활성제도 바람직하게 이용되고, 비이온계 계면 활성제 등을 0.01 내지 10질량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3질량% 첨가함으로써 패턴 형상을 향상시킬 수도 있다.

알칼리 현상은 딥 현상, 샤워 현상, 패들 현상 등의 방법이 가능하고, 이들을 조합하여도 된다. 샤워 현상에서는 최적의 화소 형상이 되도록 샤워 압력을 조정하는 것이 바람직하고, 샤워의 압력은 0.05 내지 5MPa가 바람직하다. 현상 후에는 알칼리 현상액을 제거하기 위해서 적절히 순수 등에 의한 세정 공정을 추가할 수도 있다.

현상 후에는 포지티브형 포토레지스트를 박리한다. 포지티브형 포토레지스트는 용제에 의해 용해시키거나 진공 중에서 이온 에칭함으로써 박리할 수 있다. 포지티브형 포토레지스트를 용해시키는 용제로서는 유기 용제가 바람직하게 이용되고, 아세톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산메틸셀로솔브 등이 바람직하게 이용되지만, 이들에 한정되지 않는다.

얻어진 착색층의 도막 패턴은 그 후 가열 처리(큐어)함으로써 패터닝된다. 가열 처리는 통상 공기 중, 질소 분위기 중, 또는 진공 중 등에서 150 내지 300℃의 온도하에서 0.1 내지 5시간 연속적 또는 단계적으로 행하여진다. 본 발명의 컬러 필터 기판에서는 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 NMP의 발생량이 0.02 내지 0.5ppm인 것이 필요하고, 그 때문에 큐어 온도, 특히 가장 높은 온도가 가해지는 최대 열 처리 온도가 중요하다.

구체적으로는 컬러 필터 기판의 제조시의 최대 열 처리 온도가 200 내지 270℃인 것이 바람직하고, 210 내지 240℃인 것이 보다 바람직하다. 최대 열 처리 온도가 270℃보다 높은 경우에는 NMP의 잔존량은 매우 적어지고, 배리어막의 크랙 방지 등의 효과가 작아지는 경향에 있기 때문에 바람직하지 않고, 최대 열 처리 온도가 200℃보다도 낮으면 NMP의 잔존량이 과잉이 되고, 결과적으로 탈가스의 영향에 의한다고 추측되는 유기 EL 소자의 결함으로 이어지기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

착색층의 형성은 상기 비감광 폴리이미드법으로 행하는 것 외에 감광성 착색 페이스트를 이용할 수도 있다.

착색층의 형성은 상기 비감광 폴리이미드법 외에 안료를 바인더 수지와 광중합 개시제를 포함하는 용액에 분산시킨 감광 컬러 레지스트를 이용하여 제작할 수도 있다. 이 경우에는 포지티브형 포토레지스트를 도포하지 않고, 감광 컬러 레지스트를 도포, 건조 후에 포토리소 가공으로 직접 패터닝할 수 있지만, 고정밀의 가공은 어려운 경향에 있다.

본 발명의 컬러 필터 기판은 적어도 복수의 착색층이 형성되어 있는 것으로서, 상기 착색층의 적어도 1층에 사용되고 있는 수지가 폴리이미드 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지를 포함함으로써 고성능이고 신뢰성이 높은 컬러 필터 기판을 얻을 수 있다. 나아가서는 본 발명의 컬러 필터 기판은 적어도 적색, 녹색, 청색의 착색층이 형성되어 있는 것으로서, 적색, 녹색, 청색의 각 착색층에 사용되고 있는 수지가 각각 폴리이미드 수지를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 보다 고도의 신뢰성이 있는 컬러 필터 기판을 얻을 수 있다.

착색층의 형성은 RGB를 순차 행할 수 있고, 그 순서는 특별히 상관없다.

착색층의 표면에는 필요에 따라 오버코트층을 형성할 수 있다. 오버코트는 블랙 매트릭스나 착색층을 보호하고, 컬러 필터 표면의 평탄성 향상이나 컬러 필터로부터 유기 EL 소자에 대한 오염을 방지하기 위해서 형성되는 것이다. 특히, 블랙 매트릭스로서 수지 블랙 매트릭스를 사용한 경우에는 수지 블랙 매트릭스의 막 두께에 기초한 컬러 필터 표면 단차를 저감시키기 위해서 오버코트가 필요해지는 경우가 있다. 오버코트에는 하층·상층과의 접착성, 불순물의 차단성, 평활성, 내광성, 내습열성, 내용제성, 내약품성, 강인성, 투명성, 내열성 등 폭넓은 특성이 요구되고, 오버코트로서는 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실록산 수지 전구체, 실리콘 수지 및 이들의 복합 수지 등을 사용할 수 있다.

이들 중에서도 폴리이미드 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 사용하는 수지 및 용제로서는 착색층에서 사용하는 것과 마찬가지의 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 특히, 오버코트층에 사용하는 투명 페이스트의 용제로서 NMP를 10 내지 95질량% 포함하는 것이 바람직하고, 나아가서는 NMP를 30 내지 90중량부 및 비점이 170 내지 210℃인 용제를 5 내지 20질량% 포함하는 것이 보다 바람직하다.

오버코트층을 큐어할 때에도 큐어 온도는 200 내지 270℃가 바람직하고, 210 내지 240℃가 더욱 바람직하다. 이 오버코트층도 컬러 필터 기판에 포함되고, 최대 가열 온도로서 상기 범위가 바람직하다.

또한, 필요에 따라 무기 배리어막을 형성할 수 있다.

본 발명의 컬러 필터 기판은 무기 배리어막(이하, 배리어층이라고 하는 경우가 있음)을 갖고, 배리어층은 산화 규소(SiOx)나 질화산화규소(SiOxNy), 질화규소(SixNy) 등에 의해 형성할 수 있다. 특히 질소산화규소가 바람직하게 이용된다. 배리어층의 굴절률은 1.4 내지 1.6이 바람직하고, 1.42 내지 1.48이 보다 바람직하다. 굴절률에 의해 배리어 성능에 차이가 나는 경우가 많고, 너무 높으면 탈가스 성분을 투과하기 쉬운 경향에 있고, 너무 낮으면 수분을 투과하는 경향에 있기 때문에 바람직하지 않다. 배리어층의 막 두께는 통상 0.1 내지 5㎛이고, 0.3 내지 3㎛가 보다 바람직하다. 너무 얇으면 배리어 효과가 작아지는 경향에 있기 때문에 바람직하지 않고, 너무 두꺼우면 반대로 배리어층에 크랙 등의 결함이 발생하기 쉬운 경향에 있다.

배리어층은 스퍼터법, 플라즈마 CVD법 등에 의해서도 성막할 수 있으며 플라즈마 CVD법으로 성막하는 것이 보다 바람직하다. 플라즈마 CVD법으로 성막하는 방법으로서는 산소 및/또는 질소 가스의 존재하 Si를 포함하는 화합물, 예를 들어 메틸실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 디에틸실란, 테트라에틸실란, 테트라부틸실란, 디메틸디에틸실란, 테트라페닐실란, 메틸트리페닐실란, 디메틸디페닐실란, 트리메틸페닐실란, 트리메틸실릴-트리메틸실란, 트리메틸실릴메틸-트리메틸실란 등을 이용하여 0.1 내지 100Pa의 감압하에서 성막할 수 있다.

이러한 배리어막은 표면에 크랙 등의 결함이 없는 것이 중요하고, 본 발명의 컬러 필터 기판으로 함으로써 표면 크랙을 방지할 수 있다. 표면 크랙이 발생한 경우에는 크랙의 발생 장소로부터 수분이나 불순물 가스 등이 투과하여 본래의 역할을 다하지 못한다. 이러한 표면 크랙은 광학 현미경이나 전자 현미경 등으로 관찰할 수도 있지만, 통상의 관찰에서는 확인할 수 없을 만큼 미소한 크랙이 발생한 경우도 있고, 최종적으로는 화상 표시 장치에 내장하고 나서 결함이 발견되는 경우도 많다.

또한, 본 발명의 컬러 필터 기판은 필요에 따라 투명 전극을 가질 수도 있다. 투명 전극은 통상 인듐·주석 산화물(ITO)이 바람직하게 사용된다. 투명 전극은 유기 EL 소자를 구동시키기 위해서 필요한 것인데, 보텀 에미션 타입, 톱 에미션 타입의 어느 것이어도 되고, 또한 다른 임의의 구성을 취할 수 있고, ITO를 포토리소 에칭법 등에 의해 패터닝하고 있어도 된다.

본 발명의 컬러 필터의 제조 공정의 개략을 이하에 설명한다.

투명 기판 상에 적어도 착색제, 수지, 용제를 포함하는 비감광성 착색 페이스트를 스핀 코터 또는 다이 코터 등을 이용하여 투명 기판 상에 도포한 후, 풍건, 가열 건조, 진공 건조 등에 의해 착색 피막을 형성한다. 착색 피막의 두께로서는 통상 0.5 내지 3.0㎛의 범위가 이용된다. 오븐, 핫 플레이트 등을 사용하고, 60 내지 160℃의 범위에서 1 내지 60분 가열 건조(세미 큐어)를 행하는 것이 바람직하다. 이어서, 이와 같이 하여 얻어진 착색 피막에 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 오븐, 핫 플레이트 등을 사용하여 50 내지 150℃의 범위에서 1 내지 30분 가열 건조시킨다(프리베이크). 이어서, 포토마스크와 근접 노광 장치를 이용하여 h선 노광량 20 내지 300mJ/cm²의 자외선을 조사하고, 원하는 패턴을 베이킹한 후, 알칼리 현상하여 원하는 위치에 원하는 패턴으로 착색층을 얻는다. 포지티브형 포토레지스트를 용제 등으로 박리하고, 마지막으로 착색층을 150 내지 300℃에서 1분 내지 3시간 가열함으로써 경화(큐어)시킨다.

이상의 공정을 원하는 적색, 녹색, 청색의 화소에 대하여 행한다.

본 발명의 화상 표시 장치는 본 발명의 컬러 필터 기판을 사용한 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명의 컬러 필터 기판을 유기 EL 디스플레이와 조합함으로써, 다크 스폿 등의 결함이 없고 표시 성능이 양호하고 선명한 화상 표시 장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명의 액정 표시 장치는 투명 기판(1) 상에 필요에 따라 제작된 블랙 매트릭스(2) 및 필수 요건으로서의 적색, 녹색, 청색에 상당하는 착색층(3, 4, 5) 및 필요에 따라 제작되는 오버코트층(6), 배리어층(7)을 포함하는 컬러 필터 기판(20)과, ITO 등의 투명 전극(8), 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층을 포함하는 유기 전계 발광층(유기 EL층)(9), 배면 전극층(10), 절연막(11), 기판(12), 외부 전원에 연결되는 취출 전극(13)을 포함하는 유기 EL 소자(30)를 조합한 것으로, 밀봉제(14)에 의해 시일되고 있고, 필요에 따라 건조제(15) 등이 설치되어 있어도 된다.

또한, 다른 구성을 취할 수도 있고, 도 2와 같이 컬러 필터 기판과 유기 EL 소자가 밀착하고 있는 구조로 되어 있어도 되고, 도 3과 같이 밀봉제(14)가 오버코트층(6) 상에 형성되어 있어도 된다. 본 발명의 액정 표시 장치는 본 발명의 컬러 필터 기판을 사용한 것이면 되고, 도시되어 있지 않은 임의의 구성을 취할 수 있다.

컬러 필터 기판의 각 구성 요소에 대해서는 위에서 설명해 온 바와 같다.

유기 EL 소자에 사용되는 기판(12)로서는 유기 EL 소자를 제작하기 위한 지지 기판이고, 유리, 필름, 플라스틱 등의 각종 투명 기판 외에 알루미늄, 크롬, 스테인리스 등의 각종 금속 기판이나 세라믹 등 불투명한 기판이어도 된다.

절연막으로서는 투명 전극층과 배면 전극층의 통전을 방지할 수 있는 것으로, 유기 재료에 의해 제작하는 것이 바람직하다. 사용되는 수지로서는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있지만, 폴리이미드 수지를 포함하는 것을 사용하면 신뢰성이 높아 바람직하다. 절연막은 감광성 재료로 함으로써 포토리소그래피에 의해 형성할 수 있다.

배면 전극층(10)으로서는 기판(12)과 유기 EL층(9)의 사이에 제작하는 것으로, 투명 전극(8)과의 사이에 전압을 가함으로써 유기 EL층이 발광하는 구조이다. 배면 전극층의 형성 재료로서는 금속, 금속 산화물이나 합금 및 그들의 혼합물을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 리튬, 은, 산화알루미늄 등을 들 수 있고, 이들의 혼합물도 바람직하게 이용할 수 있다. 배면 전극층의 막 두께로서는 통상 0.01 내지 1㎛이고, 증착, 스퍼터 등에 의해 박막을 형성한 후, 포토리소그래피법에 의해 패터닝하는 방법이 바람직하게 이용된다.

유기 EL층(9)으로서는 통상 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등의 유기물을 적층한 구성을 취한다. 본 발명의 화상 표시 장치에 있어서는 RGB 등의 착색층을 갖는 컬러 필터 기판이 이용되기 때문에, 발광층에서 발색하는 광은 백색광인 것이 바람직하다. 백색광의 파장 분포에 대해서는 임의의 것을 사용할 수 있지만, 적색, 녹색, 청색의 각 파장 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 백색광의 파장 분포에 맞춰 컬러 필터 기판에 이용되는 착색층의 색조를 적절히 변경하여 원하는 색 재현 범위를 갖는 화상 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 유기 EL층을 RGB 구분 도포 방식으로 하고, 본 발명의 컬러 필터 기판과 조합할 수도 있고, 색 재현 범위를 넓힐 수 있어 바람직하다.

발광 재료로서는 형광 또는 인광을 발하는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 색소계 재료, 금속 착체계 재료 및 고분자계 재료를 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 색소계 재료로서 시클로펜다민, 테트라페닐부타디엔, 트리페닐아민, 옥사디아졸, 피라졸로퀴놀린, 디스티릴벤젠, 디스티릴아릴렌, 사일롤, 티오펜, 피리딘, 페리논, 페릴렌, 올리고티오펜, 트리푸마닐아민 등의 각 골격을 갖는 유기 화합물이나 옥사디아졸 이량체, 피라졸린 이량체 등을 들 수 있고, 금속 착체계 재료로서는 알루미늄퀴놀리놀 착체, 벤조퀴놀리놀베릴륨 착체, 벤조옥사졸아연 착체, 벤조티아졸아연 착체, 아조메틸아연 착체, 포르피린아연 착체, 유로퓸 착체, 또는 중심 금속으로 Al, Zn, Be 등 또는 Tb, Eu, Dy 등의 희토류 금속을 갖고, 배위자로 옥사디아졸, 티아디아졸, 페닐피리딘, 페닐벤조이미다졸, 퀴놀린 구조 등을 갖는 금속 착체 등을 들 수 있고, 고분자계 재료로서는 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리실란 유도체, 폴리아세틸렌 유도체 등, 폴리플루오렌 유도체, 폴리비닐카르바졸 유도체, 상기 색소계 재료나 금속 착체계 재료를 고분자화한 것 등을 들 수 있다.

발광층의 형성 방법으로서는 증착법, 스핀 코팅법, 인쇄법 및 잉크젯법 등을 이용할 수 있고, 발광층의 막 두께로서는 통상 0.05 내지 5㎛ 정도이다.

투명 전극(8)으로서는 유기 EL층에서 발광한 광을 투과하는 것이 바람직하고, 투과율은 80 내지 99%가 바람직하고, 90 내지 99%가 보다 바람직하다. 이러한 투명 전극에 사용되는 재료로서는 금속 산화물을 들 수 있고, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐, 산화아연, 또는 산화제2주석 등을 들 수 있다. 막 두께로서는 통상 0.1 내지 1㎛이고, 증착법 또는 스퍼터링법 등에 의해 박막을 형성한 후에 포토리소그래피법에 의해 패터닝하는 방법이 바람직하게 이용된다.

취출 전극(13)으로서는 도전성을 갖는 재료라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 유기 EL 소자의 취출 전극에 이용되는 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어 은, 알루미늄, 금, 크롬, 니켈, 몰리브덴 등의 금속이나 각종 합금 등을 이용할 수 있어 적층막으로서 형성하여도 된다.

상기와 같은 컬러 필터 기판과 유기 EL 디스플레이를 조합하고, 밀봉제 등을 이용하여 접합함으로써 화상 표시 장치를 제작할 수 있다.

밀봉제로서는 유기 EL 소자를 대기 중의 수분 등과 접촉하는 것을 억제할 수 있는 것이 바람직하고, 공지된 재료를 사용할 수 있다.

이상과 같이 하여 제조한 본 발명의 컬러 필터 기판 및 본 발명의 컬러 필터 기판을 사용한 화상 표시 장치는 결함이 적어 선명하고 표시 성능이 양호한 디스플레이에 바람직하다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

실시예 1

A. 폴리이미드 수지 용액의 제작

4,4'-디아미노디페닐에테르 95.1g 및 비스(3-아미노프로필)테트라메틸디실록산 6.2g을 NMP745g과 함께 투입하고, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물 144.1g을 첨가하고, 70℃에서 3시간 반응시킨 후, 무수 프탈산 3.0g을 첨가하고, 70℃에서 2시간 더 반응시키고, 25질량%의 폴리이미드 수지 용액(PAA)을 얻었다.

B. 고분자 분산제의 합성

4,4'-디아미노벤즈아닐리드 161.3g, 3,3'-디아미노디페닐술폰 176.7g 및 비스(3-아미노프로필)테트라메틸디실록산 18.6g을 NMP 3194g과 함께 투입하고, 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실산 이무수물 439.1g을 첨가하고, 70℃에서 3시간 반응시킨 후, 무수 프탈산 2.2g을 첨가하고, 70℃에서 2시간 더 반응시키고, 20질량%의 폴리이미드 수지 용액인 고분자 분산제(PD)를 얻었다.

C. 착색 페이스트의 제작

PR254 3.6g(80질량%), PR177 0.9g(20질량%)과 고분자 분산제(PD) 22.5g 및 NMP 63g을 글라스 비드(90g)와 함께 투입하고, 호모게나이저를 이용하고, 7000rpm으로 5시간 분산 후, 글라스 비드를 여과하고, 제거하였다. 이와 같이 하여 PR254와 PR177을 포함하는 분산액 5% 용액(RD)을 얻었다.

분산액(RD) 45.6g에 폴리이미드 수지 용액(PAA) 18.2g, 밀착 개량제로서 3-아미노프로필트리에톡시실란을 0.1g, 계면 활성제로서 아크릴계 계면 활성제를 0.03g 및 적당량의 NMP를 첨가 혼합하고, 안료/수지 비율이 25/75, 고형분 농도가 6%이고 용제로서 NMP를 94% 포함하는 적색 착색 페이스트(RP-1)를 얻었다. 마찬가지로 하여 PG36과 PY150의 중량 혼합비(G/Y)가 60/40이고, 안료/수지 비율이 25/75, 고형분 농도 6%, 용제로서 NMP를 94% 포함하는 녹색 착색 페이스트(GP-1), PB 15:6을 포함하고, 안료/수지 비율이 25/75이고 고형분 농도 6%, 용제로서 NMP를 94% 포함하는 청색 착색 페이스트(BP-1)를 얻었다.

D. 착색층의 제작

유리 기판(코닝 제조, 이글 XG재, 두께 0.7mm)에 상기 적색 착색 페이스트 PR-1을 슬릿 코터로 도포하고, 120℃의 핫 플레이트에서 10분간 가열함으로써 세미 큐어 처리한 적색의 수지 도막을 형성하였다. 포지티브형 포토레지스트(롬앤드하스전자재료사 제조, "LC-100A")를 슬릿 코터로 프리베이크 후의 막 두께가 1.0㎛가 되도록 도포하고, 100℃의 핫 플레이트에서 5분간 건조하고, 프리베이크를 행하였다.

캐논가부시키가이샤 제조 자외선 노광기 PLA-501F를 이용하고, 포토마스크를 개재하여 100mJ/cm²(365nm의 자외선 강도)로 마스크 노광하고, 다음으로 2.0%의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액을 이용하여 포토레지스트의 현상과 수지 도막의 에칭을 동시에 행하고, 패턴을 형성, 계속하여 메틸셀로솔브아세테이트로 레지스트를 박리하였다. 다음으로 230℃의 오븐에서 30분간 열 처리함으로써 큐어를 행하고, 막 두께 1.5㎛의 적색 착색층을 형성하였다.

마찬가지로 하여 녹색 착색 페이스트 PG-1을 이용하여 녹색 착색층을, 청색 착색 페이스트를 이용하여 청색 착색층을 형성하였다.

E. 배리어막의 제작

배리어막의 제작은 플라즈마 CVD법으로 행하였다. 산소 및 질소 가스의 존재하에서 테트라메틸실란을 이용하여 감압하에서 성막하고, 막 두께 2㎛의 질화산화규소막을 형성하였다.

F. 컬러 필터 기판의 외관 검사

제작한 컬러 필터 기판을 광학 현미경을 이용하여 외관 검사를 행하였다. RGB 각각 100 화소에 대하여 검사를 행하고, 이하의 평가 방법으로 판정하였다.

A: 100 화소 중, 크랙 등의 결함은 1개도 보이지 않았다.

B: 100 화소 중, 경미한 크랙이 1 내지 3개 관찰되었다.

C: 100 화소 중, 크랙이 4개 이상 관찰되었다.

G. NMP 발생량의 측정

NMP의 발생량은 승온 탈리-질량 분석법으로 측정을 행하였다. 제작한 컬러 필터 기판의 패턴부를 10mm×20mm 정도로 절단하여 무게를 정칭하고, 헬륨 분위기하, 50mL/분의 헬륨류의 분위기하에서 실온(25℃)에서부터 300℃까지 승온 속도 10℃/분의 조건하(계 27.5분간)에서 발생하는 기체의 양을 정량하였다. 발생한 기체는 시마즈세이사쿠쇼 제조의 가스 크로마토그래피 질량 분석 장치 GC/MS "QP5050A"를 사용하여 분석하고, 질량수가 NMP의 분자량에 상당하는 99의 피크를 NMP의 발생량으로서 구하였다. 마찬가지로 하여 수분의 분자량에 상당하는 18의 피크를 수분 발생량으로서 구하고, 다른 탈가스 발생량을 전체의 탈가스 발생량으로부터 NMP 발생량과 수분 발생량을 차감함으로써 구하였다.

H. 유기 EL 소자의 제작

유리 기판 상에 절연막으로서 감광성 폴리이미드 수지를 포토리소그래피법으로 형성하였다. 배면 전극층으로서 알루미늄을 스퍼터한 후, 포토리소그래피법으로 패터닝을 행하고, 절연막이 없는 개구부에 형성하였다. 계속하여 전자 수송층으로서 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(이하 Alq3이라고 약칭함)을 진공 증착법에 의해 성막한 후, 발광층으로서 Alq3에 디시아노메틸렌피란, 퀴나크리돈, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐을 도핑한 백색 발광층을 형성하였다. 다음으로 정공 수송층으로서 N,N'-디페닐-N,N'-비스(α-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민을 진공 증착법으로 성막하였다. 마지막으로 투명 전극으로서 ITO를 스퍼터링으로 성막하고, 백색 발광층을 갖는 유기 EL 소자를 제작하였다.

I. 화상 표시 장치의 제작

상기 방법으로 제작한 컬러 필터 기판과 유기 EL 소자를 대향시켜 밀봉제에 의해 접합하고, 화상 표시 장치를 제작하였다.

A: 선명하고 콘트라스트가 우수한 디스플레이이다.

B: 일부에서 흑색점, 백색점 등의 결함이 보이지만 전체적으로 표시 양호한 디스플레이이다.

C: 결함이 다수 보이고, 표시 성능이 떨어지는 디스플레이이다.

실시예 2 내지 13, 비교예 1, 2

큐어 온도 및 착색 페이스트의 용제를 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 컬러 필터 기판 및 화상 표시 장치를 제작하였다. 결과를 실시예 1과 함께 표 1 및 표 2에 정리하였다. 또한, 표 1 및 표 2 중에서 사용한 용제는 이하와 같다.

NMP: N-메틸피롤리돈(가부시키가이샤구라레 제조 NMP) 비점 202℃

γBL: γ-부티로락톤(가부시키가이샤구라레 제조 GBL) 비점 204℃

MMB: 3-메톡시-3-메틸부탄올(가부시키가이샤구라레 제조 솔피트) 비점 174℃

MMB-AC: 3-메톡시-3-메틸-1-부틸아세테이트(가부시키가이샤구라레 제조 솔피트 AC) 비점 188℃

PMA: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(가부시키가이샤구라레 제조 PGM-AC) 비점 146℃

비교예 3

C. 착색 페이스트의 제작

착색 페이스트로서 안료, 아크릴계 수지, 광중합 개시제, 용제를 포함하는 감광성 컬러 레지스트를 이용하였다. 고형분 농도 20%, 용제로서 PMA를 80% 포함하는 적색 감광성 컬러 레지스트(PR-2), 동일하게 녹색 감광성 컬러 레지스트(PG-2), 동일하게 청색 감광성 컬러 레지스트(PB-2)를 제작하였다.

D. 착색층의 제작

유리 기판(코닝 제조, 이글 XG재, 두께 0.7mm)에 상기 적색 감광성 컬러 레지스트 PR-2를 슬릿 코터로 도포하고, 90℃의 핫 플레이트에서 10분간 가열함으로써 프리베이크 처리한 적색의 수지 도막을 형성하였다. 캐논가부시키가이샤 제조 자외선 노광기 PLA-501F를 이용하고, 포토마스크를 개재하여 100mJ/cm²(365nm의 자외선 강도)로 마스크 노광하고, 다음으로 0.05%의 수산화칼륨 수용액을 이용하여 현상을 행하여 패턴 형성하였다. 다음으로 230℃의 오븐에서 30분간 열 처리함으로써 큐어를 행하고, 막 두께 1.5㎛의 적색 착색층을 형성하였다.

마찬가지로 하여 녹색 감광성 컬러 레지스트 PG-2를 이용하여 녹색 착색층을, 청색 감광성 컬러 레지스트 PB-2를 이용하여 청색 착색층을 형성하였다.

E 내지 I는 실시예 1과 마찬가지로 하여 컬러 필터 기판 및 화상 표시 장치의 제작을 행하였다. 결과는 표 1 및 표 2에 정리하였다.

표 1 및 표 2와 같이 모든 실시예에 있어서 NMP 발생량이 0.02 내지 0.5ppm인 것에서 양호한 표시 성능을 갖는 화상 표시 장치를 얻을 수 있었던 것에 대하여, 상기 범위로부터 벗어난 비교예 1 내지 3에서는 선명한 화상을 얻을 수 없었다.

1 : 투명 기판
2 : 블랙 매트릭스
3 : 적색 착색층
4 : 녹색 착색층
5 : 청색 착색층
6 : 오버코트층
7 : 배리어층
8 : 투명 전극
9 : 유기 EL층
10 : 배면 전극층
11 : 절연막
12 : 기판
13 : 취출 전극
14 : 밀봉제
15 : 건조제
20 : 컬러 필터 기판
30 : 유기 EL 발광 소자

Claims (7)

1. 유기 전계 발광 소자를 구비한 화상 표시 장치에 이용되는 적색, 녹색, 청색의 각 착색층 및 무기 배리어막을 가진 컬러 필터 기판에 있어서, 헬륨 분위기 중에서 300℃까지 가열하였을 때의 컬러 필터 기판으로부터의 N-메틸피롤리돈의 발생량이 컬러 필터 기판의 중량에 대하여 0.04 내지 0.4ppm인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 적색, 녹색, 청색의 각 착색층에 사용되고 있는 수지가 각각 폴리이미드 수지인 컬러 필터 기판.
3. 제1항의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법이며, 적어도 착색제, 수지, 용제를 포함하는 착색 페이스트로부터 적색, 녹색, 청색의 각 착색층이 형성되는 공정을 갖고, 적어도 1색의 착색 페이스트가 용제로서 N-메틸피롤리돈을 10 내지 95질량% 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 적어도 1색의 착색 페이스트가 용제로서 N-메틸피롤리돈을 30 내지 90질량% 및 비점이 170 내지 210℃인 용제를 5 내지 20질량% 포함하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 열 처리 공정을 갖고, 최대 열 처리 온도가 210 내지 260℃인 컬러 필터 기판의 제조 방법.
6. 제3항에 있어서, 투명 기판 상에 착색 페이스트를 도포하고, 프리베이크 후에 포지티브형 포토레지스트를 도포 건조하고, 계속하여 마스크 노광을 행하고 나서 알칼리 현상하고, 또한 포토레지스트를 용제로 박리하는 공정을 포함하는 컬러 필터 기판의 제조 방법.
7. 적어도 유기 전계 발광 소자와 제1항 또는 제2항의 컬러 필터 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.

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