KR20130087001A

KR20130087001A - 컬러 표시 소자의 제조방법, 및 컬러 표시 소자

Info

Publication number: KR20130087001A
Application number: KR1020137000061A
Authority: KR
Inventors: 코이치 후지시로; 토시히데 이타하라; 토루 사이토; 카즈히사 우라노; 신스케 이구치; 켄타로 쿠미타; 토모하루 타키타
Original assignee: 신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2013-08-05
Also published as: WO2011155446A1; US20130141777A1; CN102934018A; JPWO2011155446A1; US9107274B2; TW201213998A

Abstract

본 발명은 밝기를 저하시키지 않고 종래의 모노크롬 전자 페이퍼 방식을 간편하면서도 저렴하게 컬러 표시 소자로서 제공한다.
전극을 가지는 한 쌍의 대향기판 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시체가 봉입되고, 대향 기판의 한쪽 측에 컬러 필터를 구비한 컬러 표시 소자에 있어서, 시인측에 마련하는 컬러 필터가, 투명 지지 기판상에 먼저 적어도 블루, 그린, 레드의 3색의 착색영역을 각각 잉크젯법으로 형성하고, 착색영역 이외의 부분을 무착색 또는 투명으로 하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자의 제조방법이다.

Description

컬러 표시 소자의 제조방법, 및 컬러 표시 소자{COLOR DISPLAY ELEMENT MANUFACTURING METHOD AND COLOR DISPLAY ELEMENT}

본 발명은 표시 소자에 관한 것으로, 자세하게는 반사형 컬러 디스플레이의 소자 구성에 관한 것이며, 전자 페이퍼를 응용한 것에 관한 것이다.

종이를 대체할 전자 매체로서 전자 페이퍼의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 종래의 디스플레이인 CRT나 액정 디스플레이에 대하여 전자 페이퍼에 필요한 특성으로는 반사형 표시 소자이면서 높은 백반사율·높은 콘트라스트비를 가질 것, 표시에 메모리 효과가 있을 것, 저전압으로 구동 가능할 것, 얇고 가벼울 것, 저렴할 것 등을 들 수 있다. 특히 표시 특성으로서는 종이와 동질(同質)의 백반사율·콘트라스트비가 요구되고 있다. 또한 종래의 종이 매체는 당연하다는 듯이 풀 컬러 표시를 하고 있어, 전자 페이퍼에 대한 컬러화의 요망이 매우 크다.

지금까지 제안되어 있는 컬러 표시가 가능한 전자 페이퍼의 기술로는, 예를 들면 반사형 액정 소자에 컬러 필터를 형성한 매체가 이미 제품화되어 있지만, 편광판을 이용하기 때문에 광 이용 효율이 낮고 어두운 백색 표시밖에 되지 않았다. 또한 흑색을 표시할 수 없기 때문에 콘트라스트비도 나쁘다.

또한 밝은 반사형 표시 소자로서 대전된 백색 입자와 흑색 입자를 전장(電場)에서 움직이게 하는 것을 원리로 하는 전기 영동 방식이 있지만, 이것의 백색 입자에 의한 산란 반사율은 고작해야 40% 미만이라고 일컬어져, 반사 효율 향상이 한층 더 요구되고 있다. 또한 컬러화를 하면 반사 효율이 저하되기 때문에 밝은 컬러 전자 페이퍼에 대한 기대가 크다.

예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4 등에는 전기 영동 소자에 의한 컬러 필터를 형성한 반사형 컬러 표시 매체에 관하여 개시되어 있다. 이것에 종래의 액정 디스플레이에서 사용되고 있는 블랙 매트릭스를 가지는 컬러 필터 혹은 착색 화소에 의한 겹침으로는 밝기를 손상시킨다. 또한 특허문헌 1에서는 다색 표시 소자를 실현할 때, 착색 층수와 같은 횟수만큼의 포토리소그래피 방식으로 착색 화소를 형성하고 있기 때문에, 그 공정 비용 및 착색 레지스트도 불필요하게 사용하게 된다.

한편, 잉크젯법 컬러 필터의 제조방법은 화소가 구성되는 영역에 적, 청, 녹의 잉크를 각각 필요한 화소에만 동시에 분사 도포하여 경화시켜서 화소 형성하는 방법인데, 미리 포토 공정에서 칸막이벽을 형성하고, 그 화소부에 잉크를 토출하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 5, 특허문헌 6). 이 방법에서는 각 색영역의 번짐이나 이웃하는 영역간의 혼색을 피하기 위해, 예를 들면 특허문헌 7에 잉크와 칸막이벽 표면과의 정적 접촉각이 30~65°에서 혼색을 피할 수 있는 예시가 있다. 이 방법은 상술한 포토리소그래피법에 비해 그 공정 비용 및 착색 레지스트를 삭감하게 된다.

또한 잉크젯법 컬러 필터의 제조에 있어서 칸막이벽을 형성하지 않고 착색층을 형성하는 수단이 제안되어 있다(특허문헌 8). 그러나 이 수단은 미리 베이스(undecoating)에 블랙 매트릭스층이 형성되어 있는 것으로서, 이 영역에 따라 구분해서 칠해져 있는 것, 또한 반사형 표시 소자인 전자 페이퍼에서는 블랙 매트릭스를 필요로 하지 않는다.

일본국 공개특허공보 2003-161964호 일본국 공개특허공보 2004-361514호 일본국 공개특허공보 2008-83536호 일본국 공개특허공보 2006-267831호 일본국 공개특허공보 소59-75205호 일본국 공개특허공보 2001-350012호 일본국 공개특허공보 평11-281815호 일본국 공개특허공보 2010-54777호

본 발명은 상술한 종래 기술의 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 밝기를 저하시키지 않고 종래의 모노크롬 전자 페이퍼 방식을 간편하면서도 저렴하게 컬러 표시 소자로서 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 다양한 검토를 한 결과, 컬러 표시 소자를, 착색이 필요한 영역을 최소한으로 하고, 그 수단으로서 잉크젯법으로 착색영역을 형성함으로써, 착색 잉크의 사용량을 필요량으로 억제할 수 있고, 또한 그 밖의 부분을 무착색 또는 투명으로 함으로써 밝기의 저하를 억제할 수 있음을 발견하였다. 이것은, 종래의 액티브 방식 액정 디스플레이에 이용되고 있는 컬러 필터는 대향 기판 중 한쪽에 구비되는 박막 트랜지스터(TFT)의 차광을 목적으로 오로지 블랙 매트릭스를 마련할 필요가 있지만, 예를 들어 마이크로 캡슐을 이용한 전기 영동식 전자 페이퍼의 경우에는 대향 기판상의 전체를 흑색 입자 혹은 백색 입자가 덮기 때문에, 시인(視認)측에서 대향하는 TFT까지 빛이 도달하는 일이 없기 때문이며, 블랙 매트릭스에 상당하는 차광부가 불필요하다. 마찬가지로 대향 기판측을 오로지 백색 입자나 반사 경면에 의해 TFT를 덮는 경우도 마찬가지이다. 또한 패시브 방식 디스플레이나 세그먼트 방식 디스플레이에서는 TFT를 갖지 않으므로 컬러 필터측에 차광부가 불필요하다. 그리고 잉크젯법에 의하면, 착색영역의 형성이 비용면에서도 우위이다.

본 발명은 한 쌍의 기판 사이에, 전계 인가에 의해 이동 또는 회전하는 입자를 포함하는 표시체를 배치한 다색 표시 패널(소자)에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽의 투명한 기판상에 적어도 블루, 그린, 레드의 3색을 포함하는 착색영역을 형성한 컬러 필터를 가지는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자를 제공한다.

즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1)전극을 가지는 한 쌍의 대향 기판 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시체가 봉입되고, 대향 기판의 한쪽 측에 컬러 필터를 구비한 컬러 표시 소자에 있어서,

시인측에 마련하는 컬러 필터가, 투명 지지 기판상에 먼저 적어도 블루, 그린, 레드의 3색의 착색영역을 각각 잉크젯법으로 형성하고, 착색영역 이외의 부분을 무착색 또는 투명으로 하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자의 제조방법.

(2)잉크젯법으로 착색영역을 형성할 때에, 착색 잉크에 자외선 경화성을 부여하고, 투명 지지 기판상에 잉크젯법으로 도공하여, 건조 후에 적어도 자외선 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 컬러 표시 소자의 제조방법.

(3)대향 기판 중 하나는 화소 전극이 소정 패턴으로 형성된 구동측 기판이고, 화소 전극을 투명 지지 기판측에 투영한 위치에 착색영역을 가지면서, 화소 전극에 대하여 90% 이하의 면적비율로 착색영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 컬러 표시 소자의 제조방법.

(4)상기 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 제조방법으로 얻어지고, 컬러 필터를 가지며, 마이크로 캡슐 중에서 대전된 백색 입자와 흑색 상태가 임의로 전환되는 반사형 컬러 표시 소자.

(5)컬러 필터에 있어서의 투명 지지 기판이 투명 필름으로 이루어지는 (4)에 기재된 컬러 표시 소자.

이러한 다색 표시 패널(컬러 표시 소자)에 있어서, 표시체는 예를 들면 전기 영동 입자를 분산매 중에 분산시켜서 봉입한 마이크로 캡슐로 할 수 있다. 한편, 마이크로 캡슐의 입경은 1~1,000㎛ 정도가 바람직하고, 보통은 수십㎛이다. 마이크로 캡슐 중의 흑색 입자 및 백색 입자는 대전되어 있으며, 이들이 한 쌍의 투명 전극을 가지는 기판 사이에 끼이고, 전계를 인가함으로써 모노크롬 표시를 한다(도 1). 즉, 이 컬러 표시 소자는 박막 트랜지스터(TFT) 등의 화소 스위치(1)에 접속된 구동 전극(2)이 소정 패턴으로 형성된 구동측 기판(3)과, ITO 유리 등과 같이 도전층(4)을 구비한 투명 기판(5)을 구비하고, 이 기판들 사이에는 마이크로 캡슐(9)이 배치된다. 이 마이크로 캡슐(9)에는 서로 다른 전하로 대전된 백색 입자(6) 및 흑색 입자(7)로 이루어지는 표시체(10)가 투명 분산매(8)로 분산되어 봉입되어 있다. 이 외에도, 예를 들면 백색 및 흑색의 표면영역을 가지며, 각각의 색영역이 다른 전하로 대전된 회전 입자에 의해 표시 매체를 형성하도록 해도 된다.

또한 컬러 필터(11)의 제조에 있어서는 투명 필름이나 유리 등으로 이루어지는 투명 지지 기판(12) 위에 먼저 착색영역(13)을 잉크젯으로 형성함으로써, 종래와 같이 잉크 수용의 베이스였던 칸막이벽을 생략할 수 있고, 또한 착색 잉크의 사용량을 삭감하여 저렴하게 컬러 필터를 형성할 수 있다. 여기서 투명 필름에는 시판되는 필름을 사용할 수 있는데, 예를 들면 폴리카보네이트 필름, PET 필름, COP 필름 등이다.

착색영역(13)을 형성하는 액적을 제공하는 잉크젯 잉크로서는, 액적 건조 후에 절연 특성을 가지며, 잉크젯 헤드로부터 안정되게 연속으로 토출 가능한 액적으로 할 수 있다면, 공지의 재료를 구성 성분으로 선정하고 후술하는 적정 물성으로 조정함으로써 사용할 수 있다.

일반적인 압전 소자의 잉크젯 헤드에 있어서, 안정적으로 액적이 형성되는 잉크 물성은 헤드 구성에 따라 다른데, 헤드 내부의 온도에 있어서 점도는 3mPa·sec 내지 150mPa·sec, 바람직하게는 4mPa·sec 내지 30mPa·sec이다. 이보다 크면 토출이 불가능해지거나, 낮으면 토출량이 안정되지 않는다. 표면 장력은 헤드 내부의 온도에 있어서 20mN/m 내지 40mN/m이다. 이보다 크면 도공 개시시의 액적 토출이 불능이 되고, 낮으면 연속 토출시의 액적량이 안정되지 않는다. 헤드 내부의 온도는 재료 안정성에 의존하는데, 실온 20℃에서 45℃로 사용된다. 잉크 중 고형분을 올려서 막두께를 향상시키기 위해 35~45℃ 정도의 온도가 선호되어 이용되는 경우가 있다.

착색영역은 구동측 기판(3)에 있어서의 대향 화소 전극(2)이 형성되는 영역에 맞춰, 적어도 블루, 그린, 레드의 3색을 구분해서 칠한다. 또한 색 재현성 영역의 확대나 밝기 향상을 목적으로 해서 옐로우, 시안, 투명영역 등을 더 형성할 수도 있다. 이러한 다색 컬러 필터의 제조에 있어서는 잉크젯 방식이 포토에 비해 현상 공정을 생략하여 우위이다.

또한 본 발명에서는 착색영역을 잉크젯법으로 형성할 때, 컬러 필터 화소부를 형성하는 착색영역(13)의 면적을, 대향하는 기판에서의 화소 전극(2)에 대응하는 화소 개구부의 면적보다 작게 하는 것이 바람직한 양태이다(도 2). 즉, 이 화소 개구부는 도 2에 나타낸 바와 같이, 화소 스위치(TFT)(1)에 접속된 화소 전극(2)을 둘러싸는 배선(16)에 의해 형성된 격자 단위를 1화소 단위로 하고 이 중에 화소 전극(2)이 배치되며, 전계의 인가에 의해 표시체를 구성하는 대전 입자가 이동하는 영역이나 마찬가지이다. 따라서 실질적으로 표시체가 구동하는 것은 이 화소 전극(2)의 영역에 대응하기 때문에, 컬러 필터측의 착색영역(13)은 이것에 대응하도록 해서 형성하는 동시에, 이 화소 전극(2)의 면적보다 작게 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 화소 전극(2)을 투명 지지 기판측에 투영한 위치에 착색영역을 형성하는 동시에, 화소 전극(2)에 대하여 90% 이하의 면적비율로 착색영역을 형성하는 것이 좋다.

한편, 패시브 방식 또는 세그먼트 방식에서는 패터닝된 화소 전극 및 도전층 사이에 끼인 공통영역에서 대전 입자가 움직이므로 이 공통영역을 화소 개구부로서 생각하는 것이 좋다. 즉, 컬러 필터측의 착색영역(13)은 화소 개구부의 면적에 대하여 90% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 표시장치의 용도나 요구 특성에도 의존하는데, 원하는 색 특성을 표현할 목적에서, 화소 전극을 대상으로 하는 경우이든, 화소 개구부를 대상으로 하는 경우이든 간에 착색영역이 차지하는 면적비율은 30% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40% 이상이다. 이 범위를 밑돌면, 원하는 색 특성을 얻기 위해 착색영역을 형성하는 착색층을 두껍게 하거나 착색층 중의 안료 농도를 높일 필요가 있거나, 또는 원하는 색 특성을 표시할 수 없게 된다. 한편, 컬러 필터에 있어서 착색영역 이외의 부분을 무착색으로 함으로써 착색 잉크의 사용량을 삭감하는 동시에 밝은 컬러 표시 소자를 실현할 수 있다.

상기와 같이 컬러 필터의 1화소부에서의 착색영역의 면적을 화소 전극에 대하여 90% 이하로 하거나, 화소 개구부에 대하여 90% 이하로 함으로써, 구동측 기판과 컬러 필터와의 접합시의 얼라이먼트 정밀도의 허용 범위를 넓혀 수율 향상에 공헌한다. 특히 필름 기판을 지지 기판으로 했을 때에, 그 접합시의 필름 치수 변화에 대하여 수율 향상에 공헌한다.

이와 같이 컬러 필터의 1화소부를 형성하는 착색영역에서의 착색 면적(S)을 잉크젯법으로 형성할 때, 사전에 잉크젯 노즐로 투명 지지 기판에 1방울을 토출, 건조시켰을 때에 형성되는 접촉 면적(a₀)을 기준으로 하면 바람직하다. 즉, S가 a₀보다 클 경우에는 복수개의 액적을 1착색영역 내에 묘화할 수 있으며, 액적을 포개거나 고립시키거나 합체시키거나 할 수 있다. 또한 1착색영역 내부를 복수개의 액적으로 묘화할 경우에는 액적간의 착탄 시간차에 따라서도 그 합체 모습이 다른데, 잉크젯 묘화방법은 여기에 기재된 방법에 한정되지 않는다.

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

또한 본 발명의 컬러 표시 소자에 있어서, 컬러 필터상에서 착색영역에 따라 형성되는 착색 패턴은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 바람직한 형상을 이용할 수 있다. 예를 들면 각각의 패턴 형상이 직사각형, 정사각형이나 원에 가까울 경우에는 3종류의 패턴이 반복해서 나열되어 있어도, L자 배열이어도, 삼각 배열이어도, 나아가서는 모자이크 배열이나 랜덤 배열이어도 된다. 또한 복수의 착색 패턴과 함께 투명 패턴을 포함하는 것으로 할 수 있다. 착색 포토레지스트를 이용한 컬러 필터 제조법에 비해, 잉크젯법은 포토마스크를 사용하지 않고 다양한 패턴을 선택할 수 있다는 특징을 가진다. 또한 4색 이상의 다색 표현에 있어서는 포토리소 공정을 복수 반복할 필요가 없어 비용상 우위이다. 한편, 본 명세서 중에서 "무착색"이란 투명 지지 기판상에 착색 패턴을 형성하지 않는 것을 말한다. 즉 잉크젯법으로 인쇄되지 않은 것을 의미하고, 또한 착색영역 이외의 부분을 투명으로 한다는 것은 안료를 포함하지 않거나 또는 무색의 안료를 함유하는 착색 잉크를 이용해서, 투명한 화소(표시상 백색에 상당)를 잉크젯법으로 형성하는 것을 의미한다.

투명 지지 기판상에 있어서 원하는 1화소의 착색영역 내에 착색 잉크를 마련하기 위해 재료 및 도공시에 이하의 수단이 유효하다. 그 중 하나로서 (1)잉크젯법으로 토출된 착색 잉크가 투명 지지 기판상의 임의의 곳에서 일정하게 퍼지도록 하기 위해, 투명 지지 기판의 표면 성상을 균일하게 하는 세정 혹은 표면 처리를 하는 것이 바람직하다. 또한 (2)투명 지지 기판을 가열하고, 액적 착탄 후 바로 착색 잉크 중의 증발 성분을 기화시켜서 액적이 퍼지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 나아가서는 착색 잉크에 자외선 경화성을 부여하여, 투명 지지 기판상에 잉크젯 도공, 건조 후에 적어도 자외선 노광을 실시하고, 그 후의 열처리 공정에서 패턴 영역이 넓어지지 않도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 면내가 균일한 컬러 필터를 제조하기 위해서는 투명 지지 기판을 세정 혹은 표면 처리하여, 착색 잉크가 지지 기판에 대해 접촉하는 각이 균일해지도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 공지의 알칼리 세제에 의한 세정, 대기압 플라즈마법, 코로나 방전, 자외선 처리, 불소계 발(撥)잉크제를 미리 도포해 두거나 실란 커플링제 처리 등이다. 왜냐하면, 지지 기판상에 착탄한 잉크는 액상이며, 그 표면 장력과 기판과의 젖음성에 의해 접촉각이 정해지고 액적량에 따라 확대 직경(spread diameter)이 정해지기 때문이다.

또한 적극적으로 착색 잉크의 확대 직경을 제어하는 것을 목적으로, 투명 지지 기판을 가열하고 액적 착탄 후 바로 착색 잉크 중의 증발 성분을 기화시켜서 액적이 퍼지지 않도록 하는 방법도 바람직하다. 또한 투명 지지 기판이 PET나 PC 등의 유기 필름일 경우, 기능을 부여할 목적으로 실시되는 하드 코트층 등을 착색 잉크와의 젖음성 제어에 이용해도 된다.

또한 착색 잉크에 자외선 경화성을 부여하여, 투명 지지 기판상에 잉크젯 도공, 건조 후에 적어도 자외선 노광을 실시하고, 그 후의 열처리 공정에서 패턴 영역이 넓어지지 않도록 하는 방법도 균일한 컬러 필터를 얻는 데에 유효하다. 착색 잉크에 자외선 경화성을 부여하는 수단으로서는 공지의 수단을 적용할 수 있다. 예를 들면 액상 아크릴 모노머와 광개시제를 함유시켜, 자외선에 의해 경화하는 방법 등이다.

착색영역(투명한 화소를 형성할 목적으로 잉크젯법으로, 안료를 포함하지 않는 투명 잉크로 투명영역을 형성한 경우를 포함함) 이외의 부분에는 아무것도 형성하지 않고 컬러 필터를 얻고, 이것을 대향 기판 중 시인측에 위치하는 투명 기판에 대하여 점착제 등과 함께 붙인다. 이렇게 형성한 컬러 필터에 대해서는 착색영역의 평탄화를 목적으로 미리 투명한 오버코트층을 더 마련해도 된다.

한편, 본 발명의 컬러 표시 소자의 동작 원리는 예를 들면 다음과 같다. 즉, 적어도 한쪽에 컬러 필터를 마련한 한 쌍의 기판 사이에, 백색 전기 영동 입자와 흑색 전기 영동 입자를 투명 분산매 중에 분산시켜 봉입한 마이크로 캡슐 또는 백색 및 흑색의 표면영역을 가지는 회전 입자를 배치한 컬러 표시 소자에 있어서, 전기 영동 입자 또는 회전 입자에 대하여 컬러 필터측이 양이 되는 방향의 전계를 인가하면, 백색 전기 영동 입자 또는 회전 입자의 백색영역이 음으로 대전되어 있을 경우, 컬러 필터측으로 이동하거나 또는 회전에 의해 방향을 바꿔, 관찰측으로부터의 빛이 그것에 반사되어, 대향하는 착색 패턴을 투과하여 그 착색 패턴의 색표시가 이루어진다. 반대로 전기 영동 입자 또는 회전 입자에 대하여, 컬러 필터측이 음이 되는 방향의 전계를 인가하면, 흑색 전기 영동 입자 또는 회전 입자의 흑색영역이 컬러 필터측으로 이동하거나 또는 회전에 의해 방향을 바꿔, 관찰측으로부터의 빛이 그것에 흡수되어 색표시가 이루어지지 않는다. 이와 같이 전기 영동 입자 또는 회전 입자에 인가되는 전계의 방향을 적절히 선택·제어함으로써 소정의 컬러 표시를 할 수 있는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 컬러 표시 소자에 의하면, 밝은 컬러 전자 페이퍼를 실현하는 것이 가능하다. 또한 컬러 필터 제조시에 공정수, 재료 사용량의 삭감에 공헌한다.

또한 투명 지지 기판에 유기 필름을 사용함으로써, 전자 페이퍼의 경량화, 박형화에 공헌한다. 또한 종래의 모노크롬형 전자 페이퍼상에 본 컬러 필터 필름을 접합할 뿐인 간편한 컬러화 수단으로서 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 컬러 표시 소자의 일례를 나타내는 단면 모식도(일부)이다.
도 2는 컬러 표시 소자에 있어서의 대향 기판 중, TFT를 가지는 구동측의 기판의 모습을 설명하는 평면 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 착색영역을 형성하는 착색 잉크의 묘화 피치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예 5~8에서 착색영역을 형성하는 착색 잉크의 묘화 위치 및 그 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1에서 베이킹 후에 추가로 140℃, 30분 소성하여 얻어진 각 액적의 직경 및 높이를 측정한 모습을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시형태로서의 실시예를 나타내어, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않는다. "부"의 표기는 특별히 언급하지 않는 한 모두 중량부이다.

실시예

[착색 잉크젯 잉크(R1;레드, G1;그린, B1;블루)의 조제]

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

[착색 잉크젯 잉크(R2;블루, G2;그린, B2;블루)의 조제]

표 2에 나타내는 컬러 필터용 미세 안료를 이용해서 고분자 분산제 공존하에, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트를 용매로 해서 비즈밀 중에서 분산하여 레드, 그린 및 블루의 분산액을 조제하였다. 이 분산액을 바탕으로 표 2에 나타내는 조성으로 혼합하고, 이것을 1㎛ 마이크로 필터로 가압 여과하여 각종 착색 잉크젯 잉크를 조제하였다. 물성값을 아울러 표 2에 나타낸다.

한편, 표 1 및 표 2에서의 약칭의 의미는 다음과 같다.

"PET30": 테트라메틸올프로판트리아크릴레이트(닛폰카야쿠 제품)

"EGDAC": 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트(다이셀카가쿠코교 제품)

"KMB-5103": 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란(신에츠카가쿠코교 제품)

"Irgcure907": 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온(치바재팬 제품)

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

"PGMEA": 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트

"DPHA": 디펜타에리스톨프로판헥사아크릴레이트와 펜타아크릴레이트의 혼합물(닛폰카야쿠 제품)

"YX4000HK": 테트라메틸디페닐에폭시 수지(재팬에폭시레진사 제품)

"S510": 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(칫소(CHISSO)사 제품 사일라 에이스 S-510)

"PR254": 피그먼트 레드 254

"PY150": 피그먼트 옐로우 150

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

"PB15:6": 피그먼트 블루 15:6

또한 표 1 및 표 2에 나타내는 물성값에 대하여, 잉크 점도는 E형 점도계를 이용해서 23℃에서 측정하였다. 또한 잉크 표면 장력은 백금판을 이용한 부력법에 의해, CBVP-Z(쿄와카이멘카가쿠 제품)을 이용해서 23℃에서 측정하였다. 또한 이하에서 설명하는 착색 화소의 표면형상 및 크기에 대해서는 묘화 직후의 충전 상태를 광학 현미경으로, 또한 형상을 광학 간섭식 표면형상 측정기 WYCO NT 1100(니혼비코사 제품)를 이용해서 측정하였다.

이하, 실시예 1~8에서는 1화소의 사이즈를 151㎛×153㎛로 하여, 600×800화소의 6인치 패널에 대응하는 컬러 필터를 제작하였다. 그리고 이 컬러 필터들은 마이크로 캡슐을 사용한 전기 영동식의 모노크롬 표시 전자서적 Kindle(아마존사 제품 D701)의 투명 기판측에 부착하여 컬러 표시 소자를 얻도록 하였다. 이 모노크롬 표시 전자서적은 한 쌍의 대향 기판 중 구동측에 사용되는 TFT 기판의 화소 전극(2)의 사이즈(화소 개구부의 사이즈)가 131㎛×133㎛이다.

[실시예 1]

코니카 미놀타제 잉크젯 헤드 KM512L(42pl 토출 가능한 노즐 512 구멍을 장착)을 이용해서, 상술한 착색 잉크젯 잉크 R1, G1, B1을 투명 지지 기판인 토요보제 잉크젯용 PET 필름(품번 GT701＃130)상에 도 3에 나타내는 피치로 묘화하여 착색영역을 얻어, 6인치 사이즈의 컬러 필터를 제작하였다. 묘화 후, 핫플레이트상에서 80℃로 3분간 건조하고, 자외선 노광기로 1500mJ(I선 기준) 노광, 또한 140℃에서 30분간 소성하였다. 처리 과정에서의 각 액적의 직경 및 높이를 측정하였다. 3색의 겹쳐짐은 전혀 보여지지 않았고, 표 3에 나타내는 바와 같이 볼록형상을 나타내며, 착색영역의 면적은 TFT 기판의 화소 전극에 대하여 모두 90% 이하가 되었다.

[실시예 2 및 실시예 3]

실시예 1과 같은 타점위치에 겹치도록, 각각의 착색 잉크를 같은 위치에 2회 묘화함으로써 2방울씩(실시예 2), 혹은 3회 묘화함으로써 3방울씩 묘화한(실시예 3) 것 외에는 실시예 1과 동일하게 해서 컬러 필터를 제작하였다(표 4). 어느 색도 겹치지 않고 볼록형상을 나타내고 있으며, 방울수 증가에 따라 높이가 높아져 감을 알 수 있었다. 또한 착색영역의 면적은 TFT 기판의 화소 전극에 대하여 모두 90% 이하가 되었다.

[실시예 4]

투명 지지 기판으로서 0.7mm 두께의 무알칼리 유리판(아사히가라스 제품 AN-100)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 해서 6인치 사이즈의 컬러 필터를 제작하였다(표 5). 어느 색도 겹치는 일 없이 착색 화소를 형성하고 있음을 알 수 있었다. 또한 착색영역의 면적은 TFT 기판의 화소 전극에 대하여 모두 90% 이하가 되었다.

[실시예 5]

코니카 미놀타제 잉크젯 헤드 KM216(15pl 토출 가능한 노즐 216 구멍을 장착)을 이용하여, 상술한 착색 잉크젯 잉크 R2, G2, B2를 투명 지지 기판인 토요보제 잉크젯용 PET 필름(품번 GT701＃130)상에 1방울씩 독립적으로 묘화한 결과, 그 확대 직경은 65~70㎛였다. 묘화 조건은 이하의 조건으로 3색 동시 인쇄를 하였다. 인쇄시에 노즐로부터의 불토출은 보여지지 않고, 양호한 연속 토출 특성을 나타내었다.

제트 스피드: 4.1m/초

프린트 스피드: 305mm/초

액적 체적; 15pl/방울.

이어서 도 4에 나타내는 바와 같이 1회째 묘화로 중심간 거리를 45㎛ 떼어놓고 2방울을 묘화하고, 이것을 묘화방향(Y방향)으로 302㎛피치, X방향으로 306㎛피치로 묘화하였다. 5초 후에 2회째 묘화를 1회째 묘화에서 X방향으로 중심간 거리를 45㎛ 떼어놓고 2방울을 마찬가지로 나란히 묘화하여, 합계 4방울을 겹쳐서 1화소 내의 착색영역이 되도록 하고, 도 2와 동일한 화소 사이즈가 되도록 302㎛×306㎛피치로 각각 3색을 묘화하여 착색영역을 형성하였다. 묘화 후에는 80℃, 3분간 건조하여 자외선 노광기로 1500mJ 노광하고, 또한 80℃, 60분간 열처리를 실시함으로써 컬러 필터를 제작하였다. 도 4에 얻어진 컬러 필터의 현미경 사진상, 광학 간섭식에 의한 표면 프로파일 도면, 및 얻어진 착색 화소의 사이즈와 높이를 표 6에 나타냈다. 각 색에 있어서의 화소는 합체되지 않고 독립해 있었다. 또한 1착색 화소의 크기는 표 7에 나타내는 바와 같이, 착색영역의 면적은 TFT 기판의 화소 전극에 대하여 모두 90% 이하가 되었다.

[실시예 6~8]

도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 6에 대해서는 1화소 내의 착색영역을, 실시예 5와 동일하게 해서 도 4에 나타내는 번호 1 및 2의 묘화를 하고, 또한 4방울의 중심부분에 1방울을 3회째로 묘화하여(번호 3), 즉 합계 5방울로 묘화하였다. 실시예 7에 대해서는 실시예 6과 동일한 묘화 패턴이지만 2회 반복함으로써, 묘화 총 횟수 6회로 액적 총 수를 6방울로 1착색 화소로 하였다. 한편, 실시예 8에 대해서는 1방울을 묘화방향으로 302㎛피치로 묘화하고, 또 같은 위치에 합계 3회 묘화를 반복하였다. 계속해서 묘화 Y방향으로 42㎛ 비켜서 같은 피치로 같은 위치에 합계 3회 묘화, 또한 1회째 묘화에서 X방향으로 45㎛ 비켜서 같은 위치에 3회 묘화하고, 계속해서 묘화 Y방향으로 45㎛ 비켜서 3회 묘화하였다. 즉, 12회의 묘화, 12방울로 1착색 화소를 형성하였다. 한편, 각 색의 배치는 도 3과 같이 하였다. 이렇게 형성한 컬러 필터에 있어서, 각 색에 있어서의 착색 화소는 합체되지 않고 독립해 있었다. 또한 1착색 화소의 크기인 착색영역의 면적은 TFT 기판의 화소 전극에 대하여 모두 90% 이하가 되었다.

[실시예 9]

상기 실시예 1~8에서 얻어진 컬러 필터를 이용해서, 1화소의 피치151㎛×153㎛(TFT 기판의 화소 전극 사이즈는 131㎛×133㎛), 600×800화소의 6인치 전자 페이퍼 패널에 아크릴계 투명 점착제를 통해 부착함으로써 컬러 표시 소자를 제작하였다. 각 색의 화소를 점등한 결과, 착색 화소 간의 혼색은 보여지지 않았다. 또한 컬러 필터를 부착하기 전의 모노크롬 표시시를 100%로 했을 때에 비해, 컬러 표시 소자의 반사율은 모두 60%를 넘어, 밝은 패널이 얻어진 것을 확인하였다.

[비교예 1]

0.7mm 두께의 무알칼리 유리상에, 포토리소그래프법으로 각 착색부가 131㎛×133㎛이고, 도 1과 같은 레드, 그린, 블루, 화이트의 착색 패턴이 얻어지도록 수지 블랙 매트릭스를 작성하였다. 그 때의 블랙 매트릭스의 막두께는 2㎛이며, 광학 농도(OD)는 4, 표면 발잉크성을 가지는 것이다. 이 수지 블랙 매트릭스 내에 도 1과 동일한 패턴으로 R2, G2, B2 잉크 및 감광성 투명 수지 잉크를 잉크젯으로 충전하여, 경화 후의 막두께가 1.8㎛가 되는 6인치 컬러 필터를 제작하였다.

이 컬러 필터를 1화소의 사이즈 151㎛×153㎛(TFT 기판의 화소 전극 사이즈는 131㎛×133㎛), 600×800화소의 6인치 전자 페이퍼 패널에 부착함으로써 컬러 표시 소자를 제작하였다. 컬러 필터를 부착하기 전의 모노크롬 표시시에 비해 컬러 표시 소자의 반사율이 50% 미만으로, 패널로서 밝기가 부족하였다.

[비교예 2]

토요보제 PET 필름 A4100(125㎛ 두께)을 7인치 사이즈로 잘라 유리 기판상에 부착하고, 포토리소그래프법에 의해 투명한 감광성 수지 조성물로 착색영역이 131㎛×133㎛가 되도록 막두께 2㎛의 투명 칸막이벽을 형성하였다. 감광성 수지 조성물은 함(含)불소 올리고머를 구성 성분으로 하기 때문에, 얻어진 칸막이벽의 표면은 발잉크성을 가지고 있다. 이 칸막이벽 내에 비교예 1과 동일하게 해서 R2, G2, B2 잉크의 감광성 투명 수지 잉크를 잉크젯으로 충전하여, 경화 후의 막두께가 1.8㎛가 되는 6인치 컬러 필터를 제작하였다.

이 필름 컬러 필터를 화소 피치 151㎛×153㎛(TFT 기판의 화소 전극 사이즈는 131㎛×133㎛), 600×800화소의 6인치 전자 페이퍼 패널에 붙임으로써 컬러 표시 소자를 작성하였다. 각 색의 화소를 점등한 결과, 일부 착색 화소 간의 혼색이 보여졌다.

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

Claims

전극을 가지는 한 쌍의 대향기판 사이에, 백색 및 흑색을 가지며 대전된 표시체가 봉입되고, 대향 기판의 한쪽 측에 컬러 필터를 구비한 컬러 표시 소자에 있어서,
시인측(viewing side)에 마련하는 컬러 필터가, 투명 지지 기판상에 먼저 적어도 블루, 그린, 레드의 3색의 착색영역을 각각 잉크젯법으로 형성하고, 착색영역 이외의 부분을 무착색 또는 투명으로 하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자의 제조방법.
제1항에 있어서,
잉크젯법으로 착색영역을 형성할 때에, 착색 잉크에 자외선 경화성을 부여하여, 투명 지지 기판상에 잉크젯법으로 도공하고, 건조 후에 적어도 자외선 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자의 제조방법.
제1항에 있어서,
대향 기판 중 하나는 화소 전극이 소정 패턴으로 형성된 구동측 기판이고, 화소 전극을 투명 지지 기판측에 투영한 위치에 착색영역을 가지는 동시에, 화소 전극에 대하여 90% 이하의 면적비율로 착색영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 소자의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 얻어지고, 컬러 필터를 가지며, 마이크로 캡슐 중에서 대전된 백색 입자와 흑색 상태가 임의로 전환되는 반사형 컬러 표시 소자.
제4항에 있어서,
컬러 필터에 있어서의 투명 지지 기판이 투명 필름으로 이루어지는 컬러 표시 소자.