당사・컬러 레지스트 개발의 역사

컬러 레지스트 개발의 흐름

당사（도요 잉크）가 처음으로 컬러 필터용 RGB 색재（컬러 레지스트） 개발에 착수한 것은 약 30년 전의 일입니다. 1983년부터 포지티브형 폴리이미드계 레지스트 개발을 개시. 그 후, 1990년에 액정 패널 등 양산 라인에서 사용된 후, 주류를 이루는 네거티브형 레지스트의 개발을 이끌어 왔습니다.

그림1　컬러 레지스트 개발의 역사

1990년대에 들어와서 대형 TV의 수요도 증가하여, 액정 패널 제조업체는 세대 향상별로 그 유리 기판 （G）크기의 대형화에 힘써 왔습니다. 그러한 개발 경쟁에서, 액정 수율（우량품 비율）을 높이고 비용을 낮추기 위해서, 유리 기판은 큰 것이 유리합니다. 이에 당사는 유리 기판의 대형화에 따라서, 컬러 레지스트에 요구되는 성능（도막, 감도, 도공 과정）의 향상에 힘써 왔습니다. 2001년부터는 대만에서의 G5를 시작으로 하여, 현재는 G10 대형기판용 제품도 제공하고, 액정 패널의 양산 성능 향상에 기여하고 있습니다. 그 외에, 제품의 기능성 향상에 따라서, 고명암 타입이나 소명도 타입, 염료 타입의 레지스트도 개발. 모든 박형 디스플레이 컬러화를 책임져 왔습니다.

그림2　유리 기판 크기의 변천

컬러 레지스트의 개발 비화

당사에서 컬러 레지스트 제조가 사업으로 본격화되기 시작한 것은 1988년쯤이었습니다. 처음 개발하게 된 계기는, 1980년대 초기에 어떤 고객으로부터 레지스트 잉크를 공동으로 개발하자는 제의를 받은 것. 그 후, 액정 TV나 IT기기의 증산에 수반하여, 2000년에 모리야마 공장을 건설하기까지 도쿄, 이타바시에 있는 공장의 일각에서, 몰래 연구하게 되었습니다. 그리고 그 연구소에 모인 것은 베테랑 사원 1명과 신인 2명이었습니다.

설립 당시, 컬러 필터에 관한 지식이 있던 것은 1명뿐이었기 때문에, 그야말로 잘 모르는 상태에서 개발이 진행되었습니다. 그때는 컬러 필터의 제조방법도 개발 도중인 단계로, 현재 주류를 차지하는 「안료 레지스트법」 외에, 「염색법」, 「PI 에칭법」, 「전착법」이나 「인쇄법」과 같은 제조방법도 검토되었습니다. 처음에 안료 레지스트법은 염색법에 비해서 컬러 필터의 명암비가 크게 뒤떨어졌지만, 이는 안료 입자에 의한 빛의 산란이 큰 점이 원인이었습니다. 여기서 안료의 미세화 처리를 하는 입자를 작게 함으로써, 고명암을 실현하는 방법이 생긴 것입니다.

표1　1980년대 컬러 필터의 제조방법

또, 컬러 레지스트를 유리 기판에 정착시키는 것만으로도 큰일이었습니다. 개발 초기에는 유리 기판상에 정착시키기 위해서, 레지스트 위에 산소 차단막인 폴리비닐알코올을 도포하고, 그 위에 자외선을 노광하여 현상, 패턴을 형성하는 단계를 거쳤습니다. 그런데 이 산소 차단막을 도포하는 데에 상당한 시간과 비용이 들었기 때문에 「이 공정을 생략할 수 없을까」 하는 요구가 생겼습니다. 당시의 상식으로는 공기 중에 레지스트를 노광하여 패턴을 형성하는 것은 생각하지도 못했던 것. 여러 번 시도해도 노광이 제대로 되지 않고, 현상을 하면 레지스트 도막이 깨끗하게 되지 않는 등 실패가 계속되었다고 합니다. 하지만 그 후에도 끈기 있게 시행착오를 계속한 결과, 광개시제의 종류와 배합량을 적정화 함으로써, 도막을 정착시키는 데 성공. 이 기술은 현재의 컬러 필터 제조에도 확실하게 계승되었습니다.

1990년대에 들어와서 액정 패널의 대형화와 증산에 따라서, 컬러 레지스트의 생산량도 비약적으로 상승하였습니다. 1996년부터 2005년까지 약 10년간 사업 이익도 약 10배로 증가. 2000년에는 컬러 레지스트를 제조하기 위한 모리야마 공장을 건설하는 등, 회사의 지지하는 일대 사업으로까지 성장하게 되었습니다. 이 때는 국내 전기 제조업체가 모두 액정 TV의 신상품을 개발. 그에 따른 TV용 컬러 필터도 1년마다 신제품이 개발되는 등, 스펙에 대한 요구가 높아지기 시작했습니다.

그 중에서도 요구된 것이 높은 명암비(명암의 차이)입니다. 이를 위해서는 안료 입자의 크기를 작게 하여 빛의 산란을 저감할 필요가 있습니다만, 한편으로 입자를 작게 할수록 분산이 어려워져서 레지스트가 불안정하게 되기 쉽다는 결점이 있었습니다. 이에 당사에서는 모다 밝고, 보다 선명한 화면을 실현하기 위해, 분산 기술의 진화, 빛을 통과시키기 쉬운 새로운 안료의 개발에 착수. 시행착오가 계속되어도 폭넓은 고도의 요구에 대응할 수 있는 컬러 레지스트를 개발해 왔습니다.

그 후, 액정 TV의 국내 수요가 안정되는 한편, 대만이나 한국, 중국과 같은 아시아 제반 국가에서의 요구가 증가. 큰 크기의 유리 기판 공장이 잇달아 증설되고, 제조 거점이 해외로 옮겨졌습니다. 이와 교체되듯이, 현재, 일본 국내에서는 새롭게 온 칩 용 컬러 레지스트의 요구가 높아지고 있습니다. 스마트폰이나 디지털 카메라 등, 다용도・다기능 제품에 탑재됨에 따라서 컬러 레지스트도 더욱 기능성 향상이 요구되고 있습니다.