KR20100105625A - 색변환 필터의 제조 방법 - Google Patents

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KR20100105625A
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유코 나카마타
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후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 베이스가 되는 컬러필터층과 색변환 형성용의 잉크 액적과의 상호작용을 조정하여, 고정세 패턴을 가지는 색변환층을 형성하기 위한 간편한 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은, 투명기판 위에, 폴리실록산 및 안료로 구성되는 복수 종의 컬러필터층, 및 이종의 컬러필터층의 경계가 되는 부분에 수지로 구성되는 뱅크를 형성해서 컬러필터를 제공하는 공정과, 컬러필터에 대하여 산소 플라즈마 처리를 행하는 공정과, 상기 컬러필터에 대하여 불소 플라즈마 처리를 행하는 공정과, 상기 컬러필터의 컬러필터층 위에, 잉크젯법을 이용하여 1개 또는 복수 종의 색변환층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

색변환 필터의 제조 방법{COLOR CONVERSION FILTER MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 색변환 필터의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 고정밀도 패턴을 가지는 색변환층을 포함하는 색변환 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
유기EL 소자를 이용하여 다색(多色)발광을 실현하는 방법의 하나로서, 색변환 방식이 있다. 색변환 방식은, 유기EL 소자의 발광을 흡수해서 파장분포 변환을 행하여 다른 파장분포를 가지는 광을 방사하는 색변환층을, 유기EL 소자의 전면(前面)에 설치하여 다색을 실현하는 방법이다. 색변환 방식은, 사용하는 유기EL 소자가 1종(단색)이기 때문에 제조가 용이하여, 대화면 디스플레이로의 전개가 적극적으로 검토되고 있다. 또한, 색변환 방식은, 특정 파장영역의 광을 투과시키는 컬러필터층을 더 조합시킴으로써, 양호한 색재현(色再現)성을 얻을 수 있는 등의 유리한 특징을 가진다.
그러한 색변환층으로서, 일본 특허공개 평8-286033호 공보는, 고분자 수지 중에 형광색소를 분산시킨 구성이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 그렇지만, 제안되어 있는 수지분산형 색변환층에 의해 충분한 효율을 얻기 위해서는, 색변환층의 막 두께를 10㎛ 정도로 할 필요가 있다. 덧붙여, 색변환층의 상면에 유기EL 소자를 형성하기 위해서는, 색변환층 상면의 요철(凹凸)을 평탄하게 하는 기술, 및 색변환층으로부터 생기는 수분을 차단하는 기술 등의 특수한 기술을 필요로 한다. 이러한 점들은, 디스플레이의 가격 상승을 초래한다.
수지분산형 색변환층의 문제점을 해결하기 위해서, 일본 특허공개 2002-75643호 공보 및 일본 특허공개 2003-217859호 공보는, 증착법, 스퍼터법 등의 드라이프로세스를 이용하여 수지를 포함하지 않는 색변환층을 형성하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 2 및 3 참조). 이 방법에 있어서는, 막 두께 2㎛ 이하의 색변환층을 형성할 수 있지만, 고정세(高精細)(예를 들면 150ppi 이상) 패터닝이 곤란하다고 하는 문제점을 가진다.
작은 막 두께 및 고정세도의(고도의 정밀도로 세밀한) 패턴을 가지는 색변환층의 형성 방법으로서, 일본 특허공개 2004-253179호 공보, 일본 특허공개 2006-73450호 공보, 일본 특허공개 2006-32010호 공보, 일본 특허공개 2003-229261호 공보 등은, 잉크젯(ink-jet)법을 제안하고 있다(특허문헌 4 ∼ 7 참조). 잉크젯법을 이용하여 색변환층을 형성하는 것의 이점은, 잉크의 이용 효율이 대단히 높아, 그것에 의해서 색변환층의 형성 가격을 억제할 수 있는 점에 있다.
잉크젯법에 의해 고정세 패턴을 형성할 경우에는, 미량(微量)의 액적(液滴)을 정밀하게 토출시킬 필요가 있어, 이를 위해 잉크의 점도(粘度)를 낮게 할 필요가 있다. 따라서, 잉크의 점도 증가(增粘)의 원인이 되는 고형분 함유량을 그다지 크게 할 수는 없어, 필요한 막 두께를 얻기 위한 액적의 체적이 필연적으로 커진다. 액적의 체적증대에 대한 해결책으로서, 일본 특허공개 2000-353594호 공보는, 기판에 뱅크를 형성하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 8 참조). 일본 특허공개 2000-353594호 공보는, 고정세도의 패턴을 형성하기 위해서는, 뱅크의 형상뿐만 아니라, 뱅크 표면의 습윤성(wettability)을 제어하는 것이 중요하다는 것을 기재하고 있다. 구체적으로는, 뱅크 표면이 잉크에 대하여 발액성(撥液性)을 가지고, 또한 베이스가 되는 면(즉, 잉크 수용면)이 잉크에 대하여 친액성을 가지는 상태로 제어하는 것이 필요하다. 게다가, 일본 특허공개 2000-353594호 공보는, 뱅크 표면의 습윤성을 제어하여 고정세도의 패턴을 형성하기 위해서, (a) 다른 습윤성을 가지는 2종의 재료를 이용하여 뱅크를 형성하는 공정, 및 (b) 복수의 가스를 사용하고, 또한 이들 가스의 혼합비를 제어하는 플라즈마 처리(불소 플라즈마/산소 플라즈마 처리)를 행하는 공정을 수반하는 방법을 기재하고 있다.
혹은 또, 일본 특허공개 2007-102030호 공보는, 블랙 매트릭스를 격벽(隔璧)으로서 이용하는 잉크젯법에 의해 컬러필터층을 형성할 때에, 블랙 매트릭스가 형성된 기판을, 이산화탄소와 희(希)가스의 혼합 가스 분위기하에서 대기압 플라즈마 처리하고, 잉크에 대한 기판 표면의 친액성(親液性)을 향상시키는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 9 참조). 이 방법에서는, 대기압 플라즈마 처리시의 가스 혼합비 등의 복잡한 제어가 필요하다.
게다가, 일본 특허공개 2003-229261호 공보는, 습윤성 가변층을 이용하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 7 참조). 이 방법은, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 격벽을 덮도록 습윤성 가변층을 형성하는 공정과, 광촉매 함유층을 포함하는 제2 기판을 통하여 습윤성 가변층의 기판에 접촉하고 있는 부분만을 노광하고, 노광 영역의 습윤성 가변층의 잉크에 대한 친액성을 향상시키는 공정을 포함한다. 이 방법에서는, 습윤성 가변층의 기판에 접촉하고 있는 부분만을 노광하기 위해서, 노광 공정에 있어서 격벽에 대하여 위치 맞춤을 행한 마스크가 필요하다. 이 때문에, 공정이 번잡하다.
또한, 일본 특허공개 2005-156739호 공보는, 광촉매 및 발액성 부여제로서 유기 폴리실록산을 포함하는 층에 대하여 패턴형상 노광을 행하는 것에 의해, 발액성 부분과 친액성 부분을 포함하는 패턴 형성체를 제작하는 방법을 제안하고 있다(특허문헌 10 참조). 일본 특허공개 2005-156739호 공보는, 패턴 형성체가 패턴 형성체 위에, 컬러필터, 금속배선, 유기EL층, 바이오칩 등을 제작할 수 있다는 것을 기재하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 평 8-286033호
[특허문헌 2] 일본 특허공개공보 2002-75643호
[특허문헌 3] 일본 특허공개공보 2003-217859호
[특허문헌 4] 일본 특허공개공보 2004-253179호
[특허문헌 5] 일본 특허공개공보 2006-73450호
[특허문헌 6] 일본 특허공개공보 2006-32010호
[특허문헌 7] 일본 특허공개공보 2003-229261호
[특허문헌 8] 일본 특허공개공보 2000-353594호
[특허문헌 9] 일본 특허공개공보 2007-102030호
[특허문헌 10] 일본 특허공개공보 2005-156739호
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 베이스(下地)가 되는 컬러필터층과 색변환 형성용의 잉크 액적의 상호작용을 조정하고, 고정세 패턴을 가지는 색변환층을 형성하기 위한 간편한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 색변환 필터의 제조 방법은, (1) 투명기판 위에, 폴리실록산(polysiloxane) 및 안료(顔料)로 구성되는 복수 종의 컬러필터층 및 이종(異種)의 컬러필터층의 경계가 되는 부분에 수지로 구성되는 뱅크를 형성하여, 컬러필터를 제공하는 공정과, (2) 상기 컬러필터에 대하여 산소 플라즈마 처리를 행하는 공정과, (3) 상기 컬러필터에 대하여 불소 플라즈마 처리를 행하는 공정과, (4) 상기 컬러필터의 컬러필터층 위에, 잉크젯법을 이용하여 1개 또는 복수의 색변환층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은, 상기의 방법으로 제조되는 색변환 필터에 관한 것이다.
이상의 구성을 채용함으로써, 폴리실록산을 베이스로 하는 컬러필터층 및 수지제의 뱅크에 대하여, 산소 및 불소 플라즈마 처리를 행함으로써, 색변환층 형성용 잉크에 대한 컬러필터층의 친액성 및 뱅크의 발액성을 양립시키며, 잉크젯법을 이용하여 고정세도의 패턴을 가지는 색변환층을 포함하는 색변환 필터의 신규 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 색변환 필터를 이용하여, 고정세도를 갖는 플랫패널 디스플레이의 제조 가격의 저감을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제조 방법으로 형성된 색변환 필터를 나타내는 단면도이다.
도 1에 본 발명의 제조 방법으로 형성된 색변환 필터를 나타낸다. 도 1의 색변환 필터는, 투명기판(1) 위에, 블랙 매트릭스(2), 적색, 녹색 및 청색의 3종의 컬러필터층(3(R, G, B)), 이종(異種)의 컬러필터층(3)의 경계에 설치된 뱅크(4), 적색 및 녹색 컬러필터층(3(R, G)) 위에 설치된 적색 및 녹색의 2종의 색변환층(5(R, G)), 및 색변환층(5) 이하의 층을 덮도록 형성된 배리어층(6)을 가진다.
최초로, 임의 선택적 공정이지만, 투명기판(1) 위에 블랙 매트릭스(2)를 형성한다. 블랙 매트릭스(2)는, 도포법(스핀코트 등)을 이용해서 투명기판(1) 전면(全面)에 형성한 후에, 포토리소그래피법 등을 이용하여 패터닝함으로써 형성해도 좋고, 혹은 스크린 인쇄법 등을 이용해서 패턴 형상으로 형성해도 좋다.
투명기판(1)은, 이하의 조건을 충족시키는 재료로 형성하는 것이 바람직하다:
(a) 뛰어난 광 투과성 및 치수 안정성을 가지는 것;
(b) 그 위에 형성되는 층(블랙 매트릭스(2), 컬러필터층(3), 색변환층(5) 등)의 형성에 이용되는 조건(용매, 온도 등)을 견디는 것;
(c) 색변환 필터 위에 유기EL 소자를 형성할 경우, 유기EL 소자의 형성에 이용되는 조건(용매, 온도 등)을 견디는 것; 및
(d) 얻어진 색변환 필터를 이용하여 형성되는 다색발광 디스플레이의 성능저하를 일으키지 않는 것.
투명기판(1)을 형성하기 위한 재료의 예는, 유리, 각종 플라스틱, 각종 필름등을 포함한다.
블랙 매트릭스(2)는, 가시광을 차단하고, 콘트라스트를 향상시키기 위한 층이다. 블랙 매트릭스(2)의 막 두께는, 상술한 기능을 충족시키는 한, 임의로 설정할 수 있다. 블랙 매트릭스(2)는, 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상부분으로 구성되어도 좋다. 혹은 또, 블랙 매트릭스(2)는, 제1의 방향 및 제2의 방향(제1의 방향과 직교하는 방향)으로 연장하는 스트라이프 형상부분으로 구성되는, 복수의 개구부를 가지는 격자무늬 형상을 가지는 일체(一體)의 층이어도 좋다. 이 경우, 블랙 매트릭스(2)의 개구부가 서브픽셀을 획정(劃定)한다. 블랙 매트릭스(2)는, 통상의 플랫패널 디스플레이용의 재료를 이용하여 형성할 수 있다.
제1공정으로서, 투명기판(1) 위에, 복수 종의 컬러필터층(3) 및 이종(異種)의 컬러필터층(3)의 경계가 되는 부분에 뱅크(4)를 형성하고, 컬러필터를 얻는다.
최초로, 이종의 컬러필터층(3)의 경계가 되는 부분에, 뱅크(4)를 형성한다.뱅크(4)는, 블랙 매트릭스(2)를 설치하지 않는 경우에는 투명기판(1) 위에, 블랙 매트릭스(2)를 설치하는 경우에는 블랙 매트릭스(2) 위에 형성된다. 뱅크(4)는, 예를 들면 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상 부분으로 구성되어 있어도 좋다.
뱅크(4)는, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크가 원하지 않는 영역으로 확산하는 것을 방지하는 점에 있어서 유효하다. 특히, 고정세도의 패턴을 가지는 색변환층을 잉크젯법으로 형성하는 경우에, 뱅크(4)는 유효하다. 고정세도의 패턴을 형성할 경우, 토출(吐出) 체적을 정밀하게 제어하면서 액적을 토출하기 위하여, 잉크의 점도를 낮게 할 필요가 있어, 잉크의 점도 증가의 원인이 되는 잉크의 고형분 함유량을 크게 할 수 없다. 이 때문에, 필요한 막 두께의 색변환층을 얻기 위한 잉크의 체적이 필연적으로 커지며, 뱅크(4)에 의한 확산 방지가 중요하게 된다.
또한, 후술하는 바와 같이 컬러필터층(3)을 잉크젯법으로 형성하는 경우, 뱅크(4)는, 컬러필터층(3)을 형성하기 위한 잉크가 원하지 않는 영역으로 확산하는 것을 방지하는 점에 있어서 유효하다. 이 경우, 컬러필터층(3)의 형성 전에, 투명기판(1), 뱅크(4) 및 존재하는 경우에는 블랙 매트릭스(2)에 대하여, 불소 플라즈마 처리를 행하고, 컬러필터층(3)을 형성하기 위한 잉크에 대하여 뱅크(4) 및 블랙 매트릭스(2)를 발액성으로 하여도 좋다.
뱅크(4)는, 후술하는 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대하여 발액성을 가지는 것이 바람직하다. 뱅크(4)를 형성하기 위한 재료는, 수지 중에서도 광경화형 수지 또는 광열경화형 수지(예를 들면, 경화성 부위를 포함하는 아크릴 수지 등)를 포함한다. 뱅크(4)는, 이들 재료를 전면(全面)에 도포한 후에 패터닝을 행하는 것에 의해 형성해도 좋고, 스크린 인쇄법 등을 이용해서 소망하는 부위에만 이들 재료를 부착함으로써 형성해도 좋다.
그 다음에, 복수 종의 컬러필터층(3)을 형성한다. 뱅크(4)가 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상 부분으로 구성되는 경우, 복수 종의 컬러필터층(3)의 각각도 또한, 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상 부분으로 구성된다. 복수 종의 컬러필터층(3)은, 각각 다른 파장영역의 광을 투과시켜, 투과광을 원하는 색상으로 하고, 그리고 투과광의 색순도(色純度)를 향상시키기 위한 층이다. 도 1의 색변환 필터를 형성할 경우에는, 400nm∼550nm의 파장영역의 광을 투과하는 청색 컬러필터층(3B), 500nm∼600nm의 파장영역의 광을 투과하는 녹색 컬러필터층 (3G) 및 600nm 이상의 파장영역의 광을 투과하는 적색 컬러필터층(3R)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 컬러필터층(3)은, 폴리실록산 재료와, 폴리실록산 재료 중에 분산된 유기안료로 형성된다. 유기안료는, 폴리실록산 재료의 질량을 기준으로 하여 1∼20질량％、 바람직하게는 1∼10질량％의 양으로, 폴리실록산 재료 중에 분산된다.
폴리실록산 재료는, 유기 디알콕시실란(dialkoxysilane)류, 유기 디아실옥시실란류, 유기 디알콕시실란류 등의 모노머(전구체)를 가수분해 축합(縮合) 또는 공(共)가수분해 축합함으로써 형성된다. 이용할 수 있는 유기 디알콕시실란류는, 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxysilane), 디메틸디에톡시실란(dimethyldiethoxysilane), 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 메틸페닐디메톡시실란, 메틸비닐디메톡시실란, 메틸비닐디에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란(glycidoxypropylmethyldimethoxysilane), 3-아미노프로필메틸디메톡시실란(aminopropylmethyldimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란(chloropropylmethyldimethoxysilane), 3-클로로프로필메틸디에톡시실란(chloropropylmethyldiethoxysilane), 시클로헥실메틸디메톡시실란(ＣＭＤＳ）, 헵타데카플루오로데실메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필디메톡시실란(methacryloxypropyldimethoxysilane), 옥타데실메틸디메톡시실란 등을 포함한다. 이용할 수 있는 유기 디아실옥시실란류는, 디메틸디아세톡시실란(dimethyldiacetoxysilane), 디페닐디아세톡시실란 등을 포함한다. 이용할 수 있는 유기 디아실옥시실란류는, 디메틸디클로로실란(dimethyldichlorosilane), 디에틸디클로로실란, 디페닐디클로로실란, 메틸페닐디클로로실란, 메틸비닐디클로로실란, 옥타데실메틸디클로로실란, 헵타데카플루오로데실메틸디클로로실란 등을 포함한다. 가수분해 축합 또는 공가수분해 축합은, 산(酸)촉매가 존재하는 수성(水性) 조건 하에서, 1개 또는 복수의 모노머를 혼합함으로써 실시할 수 있다. 혹은 또, 투명기판(1) 위에서, 예를 들면, 30분간에 걸쳐 150℃로 가열함으로써 전구체(前驅體)의 가수분해 축합 또는 공가수분해 축합을 실시할 수 있다.
컬러필터층(3)에 있어서 이용할 수 있는 유기안료는, 아조레이크(Azo Lake)계 안료, 불용성 아조계 안료, 축합 아조계 안료, 프탈로시아닌(phthalocyanine)계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 디옥사진계 안료, 이소인돌리논(isoindolinone)계 안료, 안트라퀴논(anthraquinone)계 안료, 페리논(perinone)계 안료, 티오인디코( thioindigo)계 안료, 페릴렌(perylene)계 안료, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
컬러필터층(3)은, 폴리실록산 재료 또는 그 전구체와, 유기안료와의 분산물을, 잉크젯법, 스크린 인쇄법 등을 이용해서 투명기판(1) 위에 부착함으로써 제작된다. 폴리실록산 재료의 전구체를 이용한 경우, 투명기판(1) 위에서 가수분해 축합 또는 공가수분해 축합을 행하여, 폴리실록산을 형성한다.
제2공정으로서, 컬러필터(즉, 컬러필터층(3) 및 뱅크(4)를 형성한 투명기판(1))에 대한 산소 플라즈마 처리를 실시하여, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대하여 컬러필터층(3)의 표면을 친액화한다. 컬러필터층(3)이 형성된 그대로의 상태에서, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대한 충분한 친액성을 가지는 경우에는, 이 공정을 생략할 수 있다. 본 발명에 있어서의 「산소 플라즈마 처리」는, 1∼10Pa 압력의 감압(減壓)분위기 하에서 플라즈마 조사를 행하는 감압 플라즈마 처리이다. 이때, 산소 가스의 유량을 50∼1000mL/분으로 설정하고, 인가하는 전력을 50∼1000W로 설정할 수 있다. 산소 플라즈마 처리에 의해, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대한 컬러필터층(3)의 표면의 접촉각을 15°이하로 하는 것이 바람직하다.
제3공정으로서, 컬러필터에 대한 불소 플라즈마 처리를 실시하여, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대하여 뱅크(4)를 발액화한다. 본 발명에 있어서의 불소 플라즈마 처리는, 대략 대기압의 불소 또는 불소화합물을 포함하는 가스 중에서 플라즈마를 조사하는 대기압 플라즈마 처리이다. 불소 플라즈마 처리는, 공지의 표면처리 장치를 이용해서 실시할 수 있다. 이용할 수 있는 불소화합물은, ＣＦ4, ＣＨＦ3, ＳＦ6 등을 포함한다. 불소 플라즈마 처리에 이용하는 가스는, Ａｒ 또는 Ｈｅ가스 중에, 1∼10%, 바람직하게는 2∼5%의 불소 또는 불소화합물을 혼합한 가스이다. 불소 플라즈마 처리에 의해, 색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크에 대한 뱅크(4)의 표면의 접촉각을 30°이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 산소 플라즈마 처리를 실시한 컬러필터층(3)의 표면은, 불소 플라즈마 처리에 의해서도 잉크에 대한 친액성을 유지하고, 발액화하지 않는다.
제4공정으로서, 잉크젯법을 이용하여, 컬러필터층(3) 위에 1개 또는 복수 종의 색변환층(5)을 형성한다. 도 1에 있어서는, 적색 변환층(5R) 및 녹색 변환층(5G)을 형성하는 예를 나타냈다. 필요에 따라서, 적색 변환층(5R)만을 설치하여도 좋다. 혹은 또, 적색 변환층(5R) 및 녹색 변환층(5G)에 더해서, 청색 변환층(미도시)을 설치해도 좋다.
색변환층(5)을 형성하기 위한 잉크는, 적어도 1종의 색변환 색소와, 용매를 포함한다. 본 발명에 있어서 이용가능한 색변환 색소는, 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄착체(tris(8-quinolinolate)aluminum(III)(Ａｌｑ3) 등의 알루미늄킬레이트(aluminum chelate)계 색소;3-(2-벤조티아졸릴(benzothiazolyl))-7-디에틸아미노쿠마린(쿠마린(coumarin)6), 3-(2-벤조이미다졸릴(benzimidazolyl))-7-디에틸아미노쿠마린(쿠마린7), 쿠마린135 등의 쿠마린계 색소; 및 솔벤트옐로(solvent yellow)43, 솔벤트옐로44와 같은 나프탈이미드계 색소와 같은 저(低)분자계 유기 형광색소를 포함한다. 혹은 또, 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아릴렌(polyarylenes) 및 폴리플루오렌(polyfluorene)으로 대표되는 고분자 형광재료를, 색변환 색소로서 이용해도 좋다.
필요에 따라서, 색변환 색소로서, 2종 이상의 색소 혼합물을 사용해도 좋다. 색소혼합물의 사용은, 청색광으로부터 적색광으로의 변환시 등과 같이 파장 시프트 폭이 넓은 경우에 유효한 수단이다. 색소혼합물은, 상술한 색소끼리의 혼합물이어도 좋다. 혹은 또, 상술한 색소와, 하기의 색소
(1) 디에틸퀴나크리돈(diethylquinacridone, ＤＥＱ) 등의 퀴나크리돈 유도체;
(2) 4-디시아노메틸렌(dicyanomethylene)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴(dimethylaminostyryl))-4H-피란(ＤＣＭ-1), 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(쥴로리딘(julolidine)-9-에닐(enyl))-4H-피란(ＤＣＭ-2), 및 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸쥴로리딘-9-에닐)-4H-피란(ＤＣＪＴＢ) 등의 시아닌 색소;
(3) 4,4-디플루오로(difluoro)-1,3,5,7-테트라페닐(tetraphenyl)-4-보라(bora)-3a,4a-디아자(diaza)-s-인다센(indacene);
(4) 루모겐(lumogen)F 레드;
(5) 나일 레드(nile red);
(6) 로다민(rhodamine)B, 로다민6G 등의 크산텐(xanthene)계 색소; 또는
(7) 피리딘(pyridine)1 등의 피리딘계 색소
의 혼합물이어도 좋다.
색변환층(5) 형성을 위한 잉크용 용매는, 상기의 색변환 색소를 용해할 수 있는 임의인 용매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 톨루엔 등의 비극성(非極性) 유기용매, 혹은 클로로포름(chloroform), 알코올계, 케톤계 등의 극성 유기용매를, 잉크용 용매로서 이용할 수 있다. 잉크용 용매는, 단일 성분으로 구성되어도 좋다. 혹은 또, 점도, 증기압, 용해성 및/또는 습윤성의 조정을 목적으로 하여, 복수의 용매를 혼합하여, 잉크용 용매를 조제해도 무방하다.
본 실시 형태에 있어서, 적어도 1종의 색변환 색소를, 용매 중에 혼합함으로써 잉크를 제작할 수 있다. 수분 및 산소의 영향을 배제하기 위해, 불활성 가스(예를 들면, 질소 가스 또는 아르곤 등의 희가스) 분위기 하에서 잉크를 제작하는 것이 바람직하다. 잉크를 제작하기 전에, 용매 중의 수분 및 산소를 제거하기 위해서, 탈기(脫氣) 처리, 수분 흡수제에 의한 처리, 산소 흡수제에 의한 처리, 증류(蒸溜) 등의 당해 기술에 있어서 알려져 있는 임의의 수단을 이용해서 용매를 전(前)처리해도 좋다.
제작한 잉크는, 원하는 해상도에서의 도포가 가능한 것을 조건으로 하여, 당해 기술에 있어서 알려져 있는 임의의 잉크젯 장치 및 방법을 이용하고, 뱅크(4)에 의해 이종(異種)의 컬러필터층(3)과 분리되어, 플라즈마 처리가 시행된 컬러필터층(3) 위에 부착된다. 잉크젯 장치 및 방법은, 서멀(thermal) 잉크젯 방식이어도, 피에조(piezo) 잉크젯 방식이어도 좋다. 잉크젯 방법을 이용하여 부착된 잉크는, 뱅크(4)에 의해 필요부위 이외로 확산하는 것이 방지되는 동시에, 튀기지 않고, 컬러필터층(3) 위로 퍼진다.
부착 후에, 용매를 증발시켜 제거하고, 적어도 1종의 색변환 색소로 이루어지는 색변환층(5)을 형성한다. 색변환층(5)은, 2개의 뱅크 사이에 끼인 영역에 형성된다. 뱅크(4)가 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상부분으로 구성될 경우, 색변환층(5)도 또한 제1의 방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상으로 구성된다. 용매의 제거는, 상술한 불활성 가스 분위기 하 또는 진공 중에서, 용매가 증발하는 온도까지 가열함으로써 실시할 수 있다. 이때, 잉크 중의 색변환 색소의 열화 또는 열분해가 발생하지 않도록 가열 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 블랙 매트릭스(2), 컬러필터층(3), 뱅크(4) 및 색변환층(5)을 덮도록, 배리어층(6)을 형성해도 좋다. 배리어층(6)의 형성은, 임의선택적으로 행하여도 좋은 공정이다. 배리어층(6)은, 물, 산소 및/또는 유기용제의 존재에 의해 열화하는 재료를 이용해서 색변환층(5)을 형성한 경우에, 색변환층(5)의 특성을 유지한다고 하는 점에서 유효하다.
배리어층(6)은, 가스(수증기 및 산소를 포함한다) 및 유기용제에 대한 배리어성을 가지고, 또한 가시영역(可視域)에 있어서의 투명성이 풍부한 재료(400∼700nm의 범위에서 투과율 50% 이상)를 사용하여 형성할 수 있다. 배리어층(6)의 재료는, 전기절연성을 가지는 것이 바람직하다. 배리어층(6)의 형성에 이용할 수 있는 재료는, 예를 들면, ＳｉＯｘ, ＡｌＯｘ, ＴｉＯｘ, ＴａＯｘ, ＺｎＯｘ 등의 무기산화물, ＳｉＮｘ 등의 무기 질화물, 및 ＳｉＮｘＯｙ 등의 무기 산화질화물을 포함한다. 배리어층(6)은, 상술한 재료의 단일 층이어도 되고, 복수 층의 적층체이어도 좋다.
배리어층(6)은, 스퍼터법, ＣＶＤ법, 진공증착법 등의 당해 기술에 있어서 알려져 있는 임의의 수법에 의해 형성할 수 있다. 배리어층(6) 형성시 색변환층(5)에 대한 손상을 회피한다고 하는 점에 있어서는, 100℃ 이하의 저온에서 실시할 수 있고, 또한 막 형성에 이용하는 입자의 에너지가 작은 ＣＶＤ법을 이용하여, 배리어층(6)을 형성하는 것이 바람직하다.
이상에 있어서는, 3종의 컬러필터층(3) 및 2종의 색변환층(5)을 가지는, 도 1에 나타낸 색변환 필터를 예로 하여, 본 발명의 제조 방법을 설명했다. 당업자에 있어서는, 본 발명의 제조 방법이 2종 또는 4종 이상의 컬러필터층(3)을 가지는 색변환 필터에도 적용할 수 있는 것은 명확할 것이다.
실시예
<실시예 1>
투명기판(1)(코닝사제 1737 유리) 위에, 컬러 모자이크ＣＫ-7001(후지필름 주식회사에서 입수가능)을 도포하고, 포토리소그래피법을 이용하여, 복수의 직사각형상 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(2)를 형성했다. 블랙 매트릭스(2)는, 1㎛의 막 두께를 가졌다. 직사각형상 개구부의 각각(서브픽셀에 상당한다)은, 세로방향 300㎛ x 가로방향 100㎛를 가지며, 인접하는 직사각형상 개구부 간의 간격은, 세로방향 30㎛ 및 가로방향 10㎛이었다.
그 다음에, 광 경화성 아크릴수지(V259PA/P5, 신닛테츠카가쿠제)를 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝을 행하여, 블랙 매트릭스(2) 위에, 세로방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상 부분으로 이루어지는 뱅크(4)를 형성한, 뱅크(4)를 구성하는 스트라이프 형상 부분의 각각은, 10㎛의 폭 및 5㎛의 높이를 가졌다.
다음으로, 대기압 하에서, ＡＴＯＭＦＬＯ장치(서펙스주식회사(Surfx Technologies LLC)제)에 대하여 Ａｒ가스 중에 3%의 ＣＦ4을 혼합한 가스를 도입하여, 블랙 매트릭스(2) 및 뱅크(4)를 형성한 투명기판(1)에 대하여 플라즈마를 조사했다. 이때, 투명기판(1)과 플라즈마 조사구(照射口) 간의 거리를 1cm로 설정했다.
그 다음에, 디메틸디메톡시실란에 3질량％의 크로모프탈 레드(Cromophtal Red)ＢＲＮ(치바가이기사제 적색안료: 디스아조(disazo)계 안료)을 혼합하고, 적색 컬러필터 재료를 조제했다. 얻어진 적색 컬러필터 재료를 잉크젯법을 이용하여 부착시키고, 세로방향으로 연장하는 복수의 스트라이프 형상 부분으로 이루어지는 적색 컬러필터층(3R)을 형성했다. 복수의 스트라이프 형상 부분의 각각은, 1㎛의 막 두께 및 110㎛의 폭을 가졌다. 또한, 복수의 스트라이프 형상 부분의 각각은, 도 1에 나타낸 바와 같이 스트라이프 형상 부분의 양측 가장자리가 블랙 매트릭스(2) 및 뱅크(4)에 접하며, 220㎛의 간격으로 배치되었다. 이어서, 30분간에 걸쳐 150℃로 가열함으로써, 디메틸디메톡시실란을 폴리실록산으로 변환했다.
뒤이어, 3질량％의 크로모프탈 레드ＢＲＮ 대신에, 1질량％의 리오놀그린(Rionol Green)2Y-301(도요잉크제조주식회사제: 염소브롬화(鹽素臭素化, chlorinated/brominated) 구리프탈로시아닌계 안료)을 이용한 것을 제외하고 상기의 순서를 되풀이하여, 녹색 컬러필터층(3G)을 형성했다. 또한, 3질량％의 크로모프탈 레드ＢＲＮ 대신에, 1질량％의 크로모프탈 블루A3R(치바가이기사제 청색 안료: 인단스렌(indanthrene)계 안료)을 이용한 것을 제외하고 상기의 순서를 되풀이하여, 청색 컬러필터층(3B)을 형성하고, 컬러필터를 얻었다.
다음으로, 컬러필터를 플라즈마 처리장치 내에 배치하고, 장치 내부의 압력을 2Pa로 감압하였다. 장치에 대하여 100mL/분의 유량으로 산소를 흘려보내면서, 100W의 전력을 인가하여, 10초간에 걸친 산소 플라즈마 처리를 실시했다.
계속해서, 대기압하에서, ＡＴＯＭＦＬＯ장치(서펙스주식회사제)에 대하여 Ａｒ가스 중에 3%의 ＣＦ4을 혼합한 가스를 도입하고, 블랙 매트릭스(2) 및 뱅크(4)를 형성한 투명기판(1)에 대하여 플라즈마를 조사했다. 이때, 투명기판(1)과 플라즈마 조사구 간의 거리를 1cm로 설정했다.
그 다음에, 톨루엔 1000 중량부, 및 쿠마린6과 ＤＥＱ와의 혼합물(몰비(mol ratio)는 쿠마린6:ＤＥＱ = 48:2) 50 중량부를 혼합하여, 잉크를 조제했다. 조제한 잉크를 잉크젯 장치(ＵｎｉＪｅｔ제 ＵＪ200)에 장전했다. 이어서, 질소분위기 중에서, 녹색 컬러필터층(3G) 위에, 1 서브픽셀당 42pL의 잉크를 부착시켰다. 질소분위기를 깨지 않고, 잉크를 부착시킨 컬러필터를 진공 건조로(乾燥爐) 안으로 이동시켜, 1.0×10-3Pa의 압력하에서 100℃로 가열하여 톨루엔을 제거하였다. 얻어진 녹색 변환층(5G)은 500nm의 막 두께를 가졌다.
게다가, 톨루엔 1000 중량부, 및 쿠마린6과 ＤＣＭ-2의 혼합물(몰비는 쿠마린6:ＤＣＭ-2 = 48:2) 50 중량부를 혼합하여, 잉크를 조제했다. 조제한 잉크를 잉크젯 장치(ＵｎｉＪｅｔ제 ＵＪ200)에 장전했다. 그 다음에, 질소분위기 중에서, 적색 컬러필터층(3R) 위에, 1 서브픽셀당 42pL의 잉크를 부착시켰다. 질소분위기를 깨지 않고, 잉크를 부착시킨 컬러필터를 진공 건조로 안으로 이동시켜, 1.0×10-3Pa의 압력 하에서 100℃로 가열하여 톨루엔을 제거했다. 얻어진 적색 변환층(5R)은 500nm의 막 두께를 가졌다.
그 다음에, 진공을 깨지 않고, 녹색 변환층(5G) 및 적색 변환층(5R)을 형성한 컬러필터를, 플라즈마 ＣＶＤ장치 내로 이동시켰다. 플라즈마 ＣＶＤ법을 이용하여, 막 두께 1㎛의 질화 실리콘(ＳｉＮ)을 퇴적시켜 배리어층(6)을 형성하고, 색변환 필터를 얻었다. 여기서, 모노실란(ＳｉＨ4), 암모니아(ＮＨ3) 및 질소(N2)를 원료 가스로서 사용하였다. 또한, 배리어층(6) 형성시의 컬러필터의 온도를 100℃이하로 유지했다.
<비교예 1>
디메틸디메톡시실란과 각 색안료와의 혼합물을 대신하여, 유기 수지를 포함하는 컬러 모자이크ＣＲ-7001, ＣＧ-7001 및 ＣＢ-7001(후지필름주식회사에서 입수 가능)을 도포하고, 포토리소그래피법을 이용해서 패터닝하여, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(3(R, G, B))을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1의 순서를 되풀이하여, 색변환 필터를 형성했다.
<비교예 2>
컬러필터에 대한 산소 플라즈마 처리를 실시하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1의 순서를 되풀이하여, 색변환 필터를 제작했다.
<비교예 3>
컬러필터에 대한 불소 플라즈마(Fluorine Plasma) 처리를 실시하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1의 순서를 되풀이하여, 색변환 필터를 제작했다.
<평가>
실시예 1 및 비교예 1∼3에서 제작된 색변환 필터에 있어서, 얼룩 발생율 및 혼색(混色) 발생의 유무를 평가했다. 본 발명에 있어서의 「얼룩(unevenness)」이란, 잉크가 튀긴 결과로서, 적색 및 녹색의 서브픽셀 내에 색변환층이 형성되어 있지 않은 영역이 존재하는 것을 의미한다. 또한, 「얼룩 발생율」은, 적색 및 녹색의 서브픽셀의 전체 수에 대한,「얼룩」이 발생한 서브픽셀 수의 비율을 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서의 「혼색」이란, 뱅크(4)를 타고넘어, 잉크가 인접하는 다른 색의 영역으로 돌아들어와, 적색 변환층(5R) 또는 녹색 변환층(5G)의 어느 것이, 원하지 않는 위치에 형성된 것을 의미한다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1∼3에서 사용한 컬러필터 재료 및 뱅크 재료를 다른 기판에 도포하고, 각 예와 동일한 플라즈마 처리를 실시하여, 그 표면의 톨루엔에 대한 접촉각을 측정했다. 결과를 제1표에 나타낸다.
Figure pct00001
제1표에 나타낸 바와 같이, 폴리실록산을 베이스로 하는 컬러필터층에 2종류의 플라즈마 처리를 적용한 실시예 1에 있어서는, 얼룩의 발생을 억제할 수 있어, 색변환층 형성용 잉크에 대한 컬러필터층(3)의 친액성이 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 뱅크를 타고 넘는 것에 의한 혼색이 발생하지 않아, 색변환층 형성용 잉크에 대한 뱅크(4)의 발액성이 개선된 것을 알 수 있다. 발액성 및 친액성을 겸비함으로써, 유기 수지를 베이스로 하는 컬러필터층을 이용한 비교예 1과 비교하여, 얼룩 발생율이 저감하고 또한 혼색이 발생하지 않았다고 생각된다. 또한, 비교예 2에 있어서, 혼색이 발생하지 않았지만, 높은 얼룩 발생율을 나타내었기 때문에, 폴리실록산을 베이스로 하는 컬러필터층에 대하여 산소 플라즈마 처리를 실시하는 것이, 색변환층 형성용 잉크에 대한 친액성의 개선에 중요한 것임을 알 수 있다. 또한, 실시예 1과 비교예 3의 비교로부터, 뱅크(4)의 발액성을 개선해서 혼색을 방지하는 점에 있어서, 색변환층 형성 전의 불소 플라즈마 처리가 중요한 것임을 알 수 있다.
이상과 같이, 폴리실록산을 베이스로 하는 컬러필터층 및 수지제의 뱅크를 이용하여, 산소 및 불소 플라즈마 처리를 행함으로써, 색변환층 형성용 잉크에 대한 컬러필터층의 친액성 및 뱅크의 발액성을 양립시키며, 잉크젯법을 이용하여 고정세도의 패턴을 가지는 색변환층을 포함하는 색변환 필터의 신규의 제조 방법을 제공할 수 있었다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 색변환 필터를 이용하여, 고정세도를 가지는 플랫패널 디스플레이의 제조 가격의 저감을 실현할 수 있다.
1 기판
2 블랙 매트릭스
3(R, G, B) 컬러필터층
4 뱅크
5(R, G) 색변환층
6 배리어층

Claims (2)

  1. 투명기판 위에, 폴리실록산(polysiloxane) 및 안료(顔料)로 구성되는 복수 종의 컬러필터층, 및 이종(異種)의 컬러필터층의 경계가 되는 부분에 수지로 구성되는 뱅크를 형성하여, 컬러필터를 제공하는 공정과,
    상기 컬러필터에 대하여 산소 플라즈마 처리를 행하는 공정과,
    상기 컬러필터에 대하여 불소 플라즈마 처리를 행하는 공정과,
    상기 컬러필터의 컬러필터층 위에, 잉크젯(ink-jet)법을 이용하여 1개 또는 복수 종의 색변환층을 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 필터의 제조 방법.
  2. 제1항에 기재된 방법으로 제조된 색변환 필터.
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