JP2008519993A

JP2008519993A - 耐擦傷性ｐｄｌｃ変調器

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Publication number: JP2008519993A
Application number: JP2007540433A
Authority: JP
Inventors: チェン、シャンハイ
Original assignee: フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: WO2006053344A1; US7099067B2; CN101057173A; CN101057173B; US7916382B2; US20060098268A1; TW200617548A; US20080206489A1; TWI400535B; JP4939426B2; KR101042089B1; KR20070090153A

Abstract

特別に調製されたＵＶ硬化性有機ハードコーティングの選択の少なくとも一つをポリエステル（Ｍｙｌａｒ）膜の露出側の保護層として使用してＰＤＬＣ変調器が製造される。
関連する様々なタイプのハードコーティングは、ポリエステル膜基板への良好な接着性、優れた硬度および靭性を示し、不必要な磨耗を最小限にする滑りやすい頂面を有する。
コーティングは、変調器表面に適用されると被試験パネル上の予想外の粒子によって引き起こされる変調器へのスクラッチ損傷を著しく低減させる。
さらに、滑り面によって粒子への粘性が低減され、それゆえパネル損傷の可能性も低減される。
【選択図】図１

Description

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不適用

連邦政府の後援による研究開発の下で行われた発明に対する権利に関する記載

不適用

コンパクトディスクで提出された付属書類の「配列リスト」、表またはコンピュータプログラムリストへの参照

不適用

本発明は、液晶変調器に関し、さらに詳しくは高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）変調器の構造に関する。（ＰＤＬＣは、ヒドロキシル基がポリイソシアネートによって架橋する、ヒドロキシルポリアクリレートと液晶のＴＬシリーズとの混合物でもよい。）

ＰＤＬＣ変調器は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）産業において薄膜トランジスタを試験するために使用される。変調器の寿命を向上させることは、ＰＤＬＣ変調器の研究開発においては大きな目標である。被試験パネルに対して構成要素が密接しているので、ＰＤＬＣ変調器の構造は通常の使用において損傷を受け、それが有効寿命を著しく短縮する。

ＢＫ−７光学ガラス上に設けられた既存の１３１ｍｍ正方形ＰＤＬＣ変調器が知られているが、ここで活性表面はポリエステルの薄膜（例えばＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤｅｌａｗａｒｅのＤｕｐｏｎｔ製のＭｙｌａｒ膜）（約６ｍｍ）によって保護される。ポリエステル膜の柔らかさゆえに、その表面は穿孔およびスクラッチの損傷を受けやすい。その結果、変調器の寿命が問題となる。主要な変調器損傷のモードには、１）皮膜剥離、２）粒子侵入および３）スクラッチが含まれる。これらの損傷モードは、比較的短い時間周期の後に変調器をだめにしてしまう。ＰＤＬＣ変調器の使用が増えるにつれて、より強固な変調器構造を開発することが急務となっている。

従来的な解決策が開発されているが、それでは不十分なことがわかっている。

具体的には以下の２つのモードが注目される。

ガラスの機械的研磨。この技術は誘電体ミラー材料をガラス基板に蒸着させることを含む。次に、ガラスはミラーコーティングによってＮＣＡＰ（ネマチック曲線配向相（ｎｅｍａｔｉｃｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒａｌｉｇｎｅｄｐｈａｓｅ））材料上にＮＣＡＰ材料とサンドイッチ状に接触して積層された。次に、ガラスは、再び機械的に研磨されて非常に薄い構造が残る。

結果的に得られる薄膜は、完成した変調器が適用可能なシステムで使用される際の機械的強度が弱い（したがって壊れやすい）。

直接的な誘電体ミラーコーティング。この技術においては、誘電体ミラー材料が、物理蒸着によって直接ＮＣＡＰまたはＰＤＬＣ材料に蒸着される。このアプローチは、場合によっては、変調器の頂部にハードであるが薄い表面を与えることができるかもしれない。しかし、変調器の耐久性に関するデータは得られていない。さらに、かかる構造を製造しようとする試みは、不十分な歩留まりのような技術的課題に直面している。

損傷に耐えることができる誘電体ベースのＰＤＬＣ変調器が必要とされている。

本発明によれば、特別に調製されたＵＶ硬化性有機ハードコーティングの選択の少なくとも一つをポリエステル（Ｍｙｌａｒ）膜の露出側の保護層として使用してＰＤＬＣ変調器が製造される。関連する様々なタイプのハードコーティングは、ポリエステル膜基板への良好な接着性、優れた硬度および靭性を示し、不必要な磨耗を最小限にする滑りやすい頂面を有する。コーティングは、変調器表面に適用されると被試験パネル上の予想外の粒子によって引き起こされる変調器へのスクラッチ損傷を著しく低減させる。さらに、滑り面によって粒子への粘性が低減され、それゆえパネル損傷の可能性も低減される。

本発明は、添付の図面に関連する以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されよう。

本発明によれば、ＵＶ硬化性有機ハードコーティングが調製されて、電気光学変調器の表面上に保護層として適用される。コーティングは、プラスチック（Ｍｙｌａｒ）基板への良好な接着性、３Ｈ以上の硬度、優れた靭性および滑りやすい頂面を示す。

図１Ａに示すように、そして図１Ｂにより詳細に示すように、有機ハードコーティング１は、本来なら完成している変調器に配置される。有機ハードコーティング１は、主要ハードコーティング１０を含み、それを覆う極めて薄い滑り剤層１１を有する。詳しくは、コーティング１は、ポリエステル膜（例えばＭｙｌａｒ）２に適用される。そして、ポリエステル膜２は、脆弱な誘電体ミラー３を覆って保護する。誘電体ミラー３は、ＰＤＬＣ層５の表面上の水性接着層４によって所定位置に保持される。二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の絶縁層６によって、ＰＤＬＣ層５は、典型的にはＢＫ−７タイプの光学ガラスであるガラス基板８上のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明電極７から分離される。基板８の対向側にある反射防止コーティング９によって、変調器頭部の構造は改善された仕上がりとなる。

有機ハードコーティングの調製およびプロセス：
有機ハードコーティング１の特別な調製は、本発明の具体的な実施例を構成する。有機ハードコーティングの調製は以下を含む（商標名およびブランド名は大文字で示す）：

１）タイプＣＮ−１０４（ＳａｒｔｏｍｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）、ＣＮ−１２０（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）、ＣＮ−１２４（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）、Ｅｂｅｃｒｙｌ−６００（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，以前のＵＣＢＣｈｅｍｉｃａｌｓｏｆＢｒｕｓｓｅｌｓ，Ｂｅｌｇｉｕｍ，現在のＣｙｔｅｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓｏｆＷｅｓｔＰａｔｔｅｒｓｏｎ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ）、またはその他のエポキシアクリレートのような、１０％〜５０％のエポキシアクリレート；

２）Ｅｂｅｃｒｙｌ−４８２７（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）、ＣＮ９７５（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）のような、０％〜３０％の多官能ウレタンアクリレート；

３）ＳＲ−３９９（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）のような、１０％〜５０％の多官能モノマー；

４）Ｅｂｅｃｒｙｌ−１６８（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）、Ｅｂｅｃｒｙｌ−１７０（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）、ＣＤ−９０５２、ＳＲ−９００９、ＳＲ−９０１１およびＳＲ−９０１２（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）のような、０％〜５％の接着促進剤；

５）Ｅｂｅｃｒｙｌ−３５０およびＥｂｅｃｒｙｌ−１３６０（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）のような、０．５％〜５％のシリコーンアクリレート滑り剤；

６）ＳＲ−２３８（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）のような、０％〜１５％の低粘性ジアクリレートモノマー；

７）ＯＴＡ−４８０（ＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）のような、０〜４０％の低粘性トリアクリレート；

８）Ｒｉｃａｃｒｙｌ３１００、Ｒｉｃａｃｒｙｌ３５００、Ｒｉｃａｃｒｙｌ３８０１（ＲｉｃｏｎＲｅｓｉｎｓ，Ｉｎｃ．，ＧｒａｎｄＪｕｎｃｔｉｏｎ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ），ＨｙｃａｒＶＴＢＮＸ１３００×３３およびＨｙｃａｒＶＴＢＮＸ１３００×４３（ＢＦＧｏｏｄｒｉｃｈ，Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏ）等のような、０〜１０％の架橋可能強靭化剤；

９）Ｉｒｇａｃｕｒｅ−３６９（ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮｅｗＹｏｒｋ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ−５００（Ｃｉｂａ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ−９０７（Ｃｉｂａ）、ＳＲ−１１２４（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）またはそれらの組み合わせのような、０．０５〜５％の光開始剤。

上記有機ハードコーティングを、ＭＥＫ−ＳＴおよびＭＩＢＫ−ＳＴ（Ｔｏｋｙｏ，ＪａｐａｎのＮｉｓｓａｎＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製）のような７０％（総固体量に基づく）の無機フィラと組み合わせることによって、硬度および耐擦傷性はさらに向上する。ＳｉｌｑｕｅｓｔＡ−１７４、Ａ−１１２０（Ｐａｒｉｓ，ＦｒａｎｃｅのＧＥＳｉｌｉｃｏｎｅｓ−ＯＳＩＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ製）のような０．５〜５％のシランが添加されて、有機樹脂と無機フィラとの間の界面接着性が促進される。

メチルイソブチルケトンのような溶剤が、３０〜６０％の固体含有量を有するように添加される。

次に、上記調製物が、ドクターブレード、線巻ロッドまたはスピナー等を用いて変調器頂部のポリエステル（例えばＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤｅｌａｗａｒｅのＤｕｐｏｎｔ製のＭｙｌａｒ）面上にコーティングされる。スピンコーティングが、好適なコーティング厚さの均一性が得られるので好ましい。コーティング厚さは、調製物の固体含有量および／またはスピン速度によって、３〜１５ミクロンに制御される。溶剤の完全蒸発後、コーティングはＵＶ照射下で硬化される。

有機ハードコーティングの特性：
本発明による有機ハードコーティングの特性は以下の通りである。

改善された表面硬度および耐傷性。高度に架橋された有機コーティングは、ガラスのような硬い基板上にコーティングされた場合に５Ｈの鉛筆硬度を容易に達成することができる。Ｍｙｌａｒ上では３Ｈ以上の鉛筆硬度が達成できる。Ｍｙｌａｒはそれ自体がほぼＨＢの鉛筆硬度を有する。コーティングは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネルよりも柔らかいので、変調器がパネルに接触する場合でも変調器がパネルに損傷を与えることはない。

改善された耐擦性。最頂面上の架橋可能滑り剤によって改質されたので、予想外の粒子に対するその摩擦は著しく低減される。これにより、場合によっては、粒子をピックアップする可能性も低減できる。

薄いコーティング。コーティングがより厚ければ、耐擦性および耐傷性はより良好となる。しかし、厚さは変調器の感度および／またはエアギャップに影響を与える。本発明は、好ましくは１〜２０ｍｍ、より好ましくは３〜１０ｍｍの厚さのハードコーティングを使用する。変調器の感度またはエアギャップの代償（ｔｒａｄｅｏｆｆ）は無視できる。

Ｍｙｌａｒへの良好な接着性。本発明のＵＶ硬化性コーティングはＭｙｌａｒ表面への強い接着性を有する。その接着性は、接着促進剤を添加することによってさらに向上する。

靭性。架橋可能強靭化添加剤を添加することによって、高度に架橋された有機コーティングは優れた靭性および耐湾曲性を示す。

低い誘電率。有機および有機／無機ハイブリッドのハードコーティングの誘電率は２．５〜５の範囲であり、これが空間解像度に与える影響は無視できる。

耐溶剤性。有機コーティングは高度に架橋しているので、変調器の洗浄に使用されるアセトン、イソプロパノールおよびメチルエチルケトン等のような通常の溶剤に対して優れた耐性を示す。

１コーティング、「２層」構造。調製物は滑り剤を含む。コーティング後、滑り剤は、図１に示すように、その低い表面張力ゆえに頂面にとどまる。

有機ハードコーティングを備えたＰＤＬＣ変調器の製造手順：
部分的なプロセスのフローチャートである図２を参照すると、製造手順は以下の通りである。

ステップＡ：ＰＤＬＣの調製。７．５４ｇのＰａｒａｌｏｉｄＡＵ１０３３（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＲｏｈｍａｎｄＨａａｓＣｏａｔｉｎｇｓ）、８．１０ｇのＴＬ−２０５液晶、５．３０ｇのメチルイソブチルケトンおよび０．６６ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒＮ−７５（Ｍｕｎｉｃｈ，ＧｅｒｍａｎｙのＢａｙｅｒＡＧ）がガラスびんに添加されて一晩攪拌される。次に、その均質な混合物に０．１％のＭｅｔａｃｕｒｅＴ−１２触媒（ＬｅｈｉｇｈＶａｌｌｅｙ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｓ製）（全調製物に基づく）が添加されてさらに１０分間攪拌される。

ステップＢ：ＰＤＬＣ／接着剤のスピンコーティングおよび皮膜真空積層。ステップ１で用意された混合物は１ミクロンのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルタでろ過され、１３５．５×１３５．５ｍｍの正方形ＩＴＯガラス基板上にスピンコーティングされる。ＰＤＬＣコーティング層の厚さは、スピンの処方によってほぼ１７−１８ミクロンに制御される。ＮｅｏｒｅｚＲ−９６７接着剤（Ｗａａｌｗｉｊｋ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓのＮｅｏｒｅｓｉｎｓ，Ｉｎｃ．製）薄い層（ほぼ１ミクロン）がＰＤＬＣコーティングの頂部にコーティングされ、２層コーティングが（６ｍｍのＭｙｌａｒ支持体すなわち「皮膜」上の）誘電体ミラーとともに積層される。

ステップＣ：ハードコーティング調製物の準備。要素が添加されて琥珀色のガラスびんで均質に混合される。調製例は表１に示す。

ステップＤ：有機ハードコーティングプロセス。次に、ステップ３からの調製物は５ｍｍのフィルタによってろ過され、変調器皮膜の頂部に７００ＲＰＭで９０秒間スピンコーティングされ、さらにＵＶ照射によって完全に硬化される。ハードコーティングの乾燥膜の厚さは約５〜６ｍｍである。

有機ハードコーティングを備える変調器は、硬く／滑らかで／滑りやすい表面、著しく改善された耐性、および無視できるほどの欠陥検出感度の代償を示した。

具体的な実施例を参照して本発明が説明された。その他の実施例も、当業者にとって明白である。したがって、添付の請求項による以外に、本発明が限定されることは意図されていない。

本発明に係るＰＤＬＣベースの変調器頭部の側断面図（縮尺どおりではない）である。本発明に係る製造プロセスのフローチャートである。

Claims

ＰＤＬＣベースの変調器を製造するための方法であって、
ＰＤＬＣ材料を光学的遮蔽基板上に直接コーティングすることと、
水性接着剤を前記ＰＤＬＣ材料上にコーティングすることと、
前記ＰＤＬＣおよび接着剤上に誘電体ミラー／皮膜を積層させることと、
そのポリエステルの表面をＵＶ硬化性有機コーティングでコーティングすることと、
前記硬化性有機コーティングをＵＶ硬化させて有機ハードコーティングにすることとを含む方法。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングを、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、および光開始剤の混合物として調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングを、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、架橋可能接着促進剤、および光開始剤の混合物として調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングを、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、架橋可能接着促進剤、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、および光開始剤の混合物として調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングを、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、無機フィラーとしてのナノサイズシリカ、および光開始剤の混合物として調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングを、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、無機フィラーとしてのナノサイズシリカ、シランカップリング剤、および光開始剤の混合物として調製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＰＤＬＣを、ヒドロキシルポリアクリレートとＴＬシリーズ液晶との混合物として調製することをさらに含み、前記ヒドロキシル基はポリイソシアネートによって架橋される、請求項１に記載の方法。
保護コーティングを備えたＰＤＬＣベースの変調器であって、
光学的遮蔽基板の直上のコーティングＰＤＬＣ材料と、
前記ＰＤＬＣ材料をコーティングする水性接着層と、
前記接着層の頂部に積層された誘電体ミラー／皮膜と、
前記皮膜上の硬化したＵＶ硬化性有機ハードコーティングとを有する変調器。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングは、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、および光開始剤の混合物である、請求項８に記載の変調器。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングは、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、架橋可能接着促進剤、および光開始剤の混合物である、請求項８に記載の変調器。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングは、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、架橋可能接着促進剤、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、および光開始剤の混合物である、請求項８に記載の変調器。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングは、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、無機フィラーとしてのナノサイズシリカ、および光開始剤の混合物である、請求項８に記載の変調器。
前記ＵＶ硬化性有機コーティングは、多官能アクリレート、滑り剤としてのシリコーンアクリレート、（メタ）アクリレート末端強靭化剤、無機フィラーとしてのナノサイズシリカ、シランカップリング剤、および光開始剤の混合物である、請求項８に記載の変調器。
前記ＰＤＬＣは、ヒドロキシルポリアクリレートとＴＬシリーズ液晶との混合物であり、前記ヒドロキシル基はポリイソシアネートによって架橋される、請求項８に記載の変調器。