JP2020525838A - 基板 - Google Patents

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Abstract

本出願は特定形態のスペーサーが形成された基板、前記スペーサー上に形成された配向膜を含む基板およびそのような基板を使用した光学デバイスなどに関するものである。本出願では目的とする暗色化が確保された高段差のスペーサーを形成できる構造が提示され得る。

Description

本出願は２０１７年７月２７日付出願された大韓民国特許出願第１０−２０１７−００９５４６５号および２０１８年７月２６日付出願された大韓民国特許出願第１０−２０１８−００８７２８９号に基づいた優先権の利益を主張し、該当大韓民国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は基板に関するものである。
対向配置された基板の間に液晶化合物や、液晶化合物と染料の混合物などのような光変調物質を配置させて光の透過率や色相または反射度などを調節できるようにした光学デバイスは公知である。例えば、特許文献１は液晶ホスト（ｌｉｑｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｈｏｓｔ）と二色性染料ゲスト（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｄｙｅ ｇｕｅｓｔ）の混合物を適用したいわゆるＧＨセル（Ｇｕｅｓｔ ｈｏｓｔ ｃｅｌｌ）を開示している。
このような装置では、基板間の間隔を維持するためにいわゆるスペーサーが前記基板の間に位置する。
ヨーロッパ特許公開公報第００２２３１１号
本出願は基板を提供する。本出願では高い光学密度を表すブラックスペーサーとして、基材層または基材層上の電極層に優秀な密着力で付着されており、製品に適用された時に光漏れなどの不良を誘発しないスペーサーが形成された基板を提供することを一つの目的とする。また、本出願は前記のようなスペーサーが適用された基板を製造する方法を提供することを一つの目的とする。
本明細書で言及する物性のうち測定温度がその結果に影響を及ぼす場合には、特に別途に規定しない限り、該当物性は常温で測定した物性である。用語常温は加温されたり減温されたりしていない自然そのままの温度であって、通常約１０℃〜３０℃の範囲内の一温度または約２３℃または約２５℃程度である。また、本明細書で特に別途に言及しない限り、温度の単位は℃である。
本明細書で言及する物性のうち測定圧力がその結果に影響を及ぼす場合には、特に別途に規定しない限り、該当物性は常圧で測定した物性である。用語常圧は加圧されたり減圧されたりしていない自然そのままの圧力であって、通常約１気圧程度を常圧とする。
本出願の基板は、基材層および前記基材層上に存在するスペーサーを含む。
基材層としては、特に制限はなく、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような公知の光学デバイスの構成で基板に使用される任意の基材層が適用され得る。例えば、基材層は無機基材層であるか有機基材層であり得る。無機基材層としては、グラス（ｇｌａｓｓ）基材層などが例示され得、有機基材層としては、多様なプラスチックフィルムなどが例示され得る。プラスチックフィルムとしては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム；ノルボルネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルム；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等のアクリルフィルム；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）等のポリオレフィンフィルム；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）フィルム；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）フィルム；ＰＥＳ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）フィルム；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）フィルム、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）フィルム；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）フィルム；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルム；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）フィルム；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）フィルムまたはＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）フィルムなどが例示され得るが、これに制限されるものではない。
本出願の基板で前記基材層の厚さも特に制限されず、用途に応じて適正範囲が選択され得る。
前記基材層上にはスペーサーが存在する。前記スペーサーは前記基材層に固定されていてもよい。このような場合に前記スペーサーは、前記基材層に直接接して固定されていてもよく、あるいは基材層とスペーサーの間に他の層が存在するケースに当該他の層上に固定されていてもよい。前記他の層の種類には光学デバイスの駆動に必要な公知の層が含まれ、例えば、後述する電極層などが例示され得る。
例えば、前記基板は、前記基材層とコラムスペーサーの間に電極層がさらに存在し、前記スペーサーが前記電極層に接している構造を有し得る。
図１は基材層１００上に前記スペーサー２００が形成された場合の図面であり、図２は基材層１００上に電極層３００が形成され、前記スペーサー２００が形成された場合の図面である。
一例示においては、前記スペーサーはブラックコラムスペーサーであり得る。本出願で用語ブラックスペーサーは、その光学密度（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が１．１〜４の範囲内で測定されるスペーサーを意味し得る。前記光学密度は、前記ブラックスペーサーに対する透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ、単位：％）またはそれと同じ成分を含む層の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ、単位：％）を測定した後、これを光学密度の数式（光学密度＝−ｌｏｇ１０（Ｔ）、Ｔは前記透過率）に代入して求めることができる。前記でブラックスペーサーと同じ成分を含む層は、例えば、コーテイング、蒸着またはメッキなどの方式で形成することができる。この時、前記形成される層の厚さは、前記ブラックスペーサーの高さと同じであるか、あるいは約１２μｍ程度であり得る。例えば、前記ブラックスペーサーの範疇には、それと同じ成分で形成される前記厚さ約１２μｍ程度の層の光学密度が前記言及した範囲にあるか、実際のブラックスペーサーの光学密度が前記範囲にあるか、前記厚さ約１２μｍ程度の層の光学密度を実際のブラックスペーサーの厚さを勘案して換算した数値が前記範囲にある場合が含まれ得る。このような光学密度は、例えば、下記の実施例または比較例のスペーサーの光学密度を評価する方法により求めることができる。このような光学密度は他の例示において、約３．８以下、約３．６以下、約３．４以下、約３．２以下、約３以下、約２．８以下、約２．６以下、約２．４以下、約２．２以下または約２以下であるか、１．２以上、１．４以上または１．６以上であり得る。
光の透過率、色相および／または反射度を調節できる光学デバイスでスペーサーが存在する領域は光学的に非活性領域となるが、本出願では前記言及された光学密度のブラックスペーサーの適用を通じて、デバイス駆動時に光漏れなどの発生を防止し、均一な光学性能を確保することができる。
前記のようなブラックスペーサーは、例えば、通常的にコラムスペーサーを製作する材料にブラックを具現できる成分を追加して製作することができる。
例えば、前記スペーサーは、暗色化が可能な顔料または染料などを含むことができ、具体的には金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、カーボンブラック、黒鉛、アゾ系顔料、フタロシアニン顔料または炭素系物質などを含むことができる。前記で適用され得る暗色化材料として、金属酸化物としては、クロム酸化物（ＣｒｘＯｙなど）または銅酸化物（ＣｕｘＯｙなど）等が例示され得、金属酸窒化物としてはアルミニウム酸窒化物（ＡｌｘＯｙＮｚなど）等が例示され得るがこれに制限されるものではない。また、前記炭素系物質としては、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、活性炭（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）のような多孔性炭素などが例示され得るが、これに制限されるものではない。
例えば、前記材料（ｅｘ．炭素系材料）を硬化性樹脂とともに配合した後に硬化させたり、適切な方式で材料自体を蒸着またはメッキなどに適用したりすることによって、前記ブラックスペーサーを製作することができる。
ただし、本出願で使用できる顔料、染料などの種類は前記に制限されず、目的とする暗色化（光学密度）等により適正な種類が選択され得、そのスペーサー内での比率も前記暗色化などを考慮して選択することができる。
前記スペーサーの高さは一例示において、１μｍ〜５０μｍの範囲内にあり得る。前記高さは他の例示において、３μｍ以上、５μｍ以上、７μｍ以上、９μｍ以上、１１μｍ以上、１３μｍ以上、１５μｍ以上、１７μｍ以上、１９μｍ以上、２１μｍ以上、２３μｍ以上、２５μｍ以上または２７μｍ以上であり得る。前記高さは他の例示において、４８μｍ以下、４６μｍ以下、４４μｍ以下、４２μｍ以下、４０μｍ以下、３８μｍ以下、３６μｍ以下、３４μｍ以下、３２μｍ以下、３０μｍ以下、２８μｍ以下または２６μｍ以下であり得る。
本出願で前記コラムスペーサーの形態は特に制限されず、例えば、円柱形や三角、四角、五角または六角柱形のような多角柱形や、後述する半球形、メッシュ形またはその他の形態をすべて適用することができる。一例示において、前記スペーサーは、少なくとも上部には半球部が形成されている半球状のスペーサーであり得る。このような半球部を有するスペーサーを適用することによって、前記スペーサーが形成された基材層に配向膜を形成した後にラビング配向または光配向などの配向処理を進行させる場合にも、前記スペーサーによる段差の影響なしにスペーサーが存在する領域でも均一な配向処理が可能となる。
本出願で用語半球部は、その断面の軌跡が所定の曲率を有する曲線の形態を含むスペーサーの部位を意味し得る。また、前記半球部の断面の軌跡は、少なくとも曲率中心が前記断面軌跡の内部に存在する曲線部位を含むことができる。
一例示において、前記半球部は、その断面軌跡の最大曲率が２，０００ｍｍ−１以下であり得る。公知とされているように、曲率は線の曲がった程度を表現する数値であり、該当曲線の所定の地点の接触円の半径である曲率半径の逆数で定義される。直線の場合、曲率は０であり、曲率が大きいほど曲線はより曲がって存在する。
前記半球部の断面軌跡の最大曲率が２，０００ｍｍ−１以下となるように半球部の曲がった程度を制御することによって、該当半球部の上部で配向膜の配向処理が遂行される場合にも均一な配向処理が進行され得る。前記で半球部の断面軌跡を確認する断面は、前記基材層に対する任意の法平面であり得る。また、最大曲率は、前記半球部の断面軌跡上で求められ得るすべての接触円に対する曲率のうち、最も大きい曲率を意味し得る。換言すると、前記半球部の断面軌跡は曲率が２，０００ｍｍ−１を超過する程度に曲がった部位を含まないことができる。
前記最大曲率は他の例示において、１，８００ｍｍ−１以下、１，６００ｍｍ−１以下、１，４００ｍｍ−１以下、１，２００ｍｍ−１以下、１，０００ｍｍ−１以下、９００ｍｍ−１以下、９５０ｍｍ−１以下、８５０ｍｍ−１以下、８００ｍｍ−１以下、７５０ｍｍ−１以下、７００ｍｍ−１以下、６５０ｍｍ−１以下、６００ｍｍ−１以下、５５０ｍｍ−１以下、５００ｍｍ−１以下、４５０ｍｍ−１以下、４００ｍｍ−１以下、３５０ｍｍ−１以下、３００ｍｍ−１以下、２５０ｍｍ−１以下、２００ｍｍ−１以下または１５０ｍｍ−１以下程度であり得る。前記最大曲率は、他の例示において、５ｍｍ−１以上、１０ｍｍ−１以上、１５ｍｍ−１以上、２０ｍｍ−１以上、２５ｍｍ−１以上、３０ｍｍ−１以上、３５ｍｍ−１以上、４０ｍｍ−１以上、４５ｍｍ−１以上または５０ｍｍ−１以上であり得る。
前記半球部の断面軌跡は曲率が０である部位、すなわち直線形態の部位を含んでもよく、含まなくてもよい。
例えば、図３は前記曲率が０である部位を含まない半球部の断面軌跡の例示であり、図４は曲率が０である部位を含む半球部の断面軌跡の例示である。
前記スペーサーは前記のような半球部を少なくとも上部に含む。
スペーサーは前記半球部を含む限り、多様な形態で形成され得る。例えば、前記半球状のスペーサーは、図３または図４に示したように、基材層の表面上に前記半球部が直接形成された形態であるか、図５または図６に示したように上部に半球部を含む柱状のスペーサーであり得る。
前記半球状のスペーサーの半球部は、図３または図５に示した通り、その断面軌跡が曲率が０である部位を含まなくてもよく、または図４や図６に示したように、その断面軌跡が曲率が０である部位（頂部の平坦な面）を含むものでもよい。以下、明細書では、便宜上図３または図５のスペーサーの半球部のような形態の半球部を通常半球部と呼称し、図４または図６のスペーサーの半球部のように、上部に平坦な面が形成されている形態の半球部を平坦半球部と呼称し得る。
図３〜図６において、Ｈ２は半球部の高さであり、Ｒは半球部の曲率半径、Ｗ１は平坦半球部の平坦な面の長さ（幅）であり、Ｗ２はスペーサーの幅、Ｈ１はスペーサーの全高から半球部の高さ（Ｈ２）を引いた値である。
前記半球部は完全な半球状であるか、あるいは略半球状を有するものであり得る。完全な半球状は後述する関係式１を満足する半球状であり、略半球状は下記の関係式２〜４のうちいずれか一つを満足する半球状であり得る。
前記半球部はその断面形態が下記の関係式１〜４のうちいずれか一つを満足する形態であり得る。
［関係式１］
ａ＝ｂ＝Ｒ
［関係式２］
ａ≠ｂ＝Ｒ ｏｒ ｂ≠ａ＝Ｒ
［関係式３］
ａ＝ｂ＜Ｒ
［関係式４］
ａ≠ｂ＜Ｒ
関係式１〜４において、ａは半球部の断面の仮想接触円の中心で測定した半球部の断面の水平長であり、ｂは半球部の断面の仮想接触円の中心で測定した半球部の断面の垂直長であり、Ｒは半球部の断面の仮想接触円の曲率半径である。
関係式１〜４での曲率半径は図３〜図６のＲで表示されている長さに対応する。
関係式１〜４で仮想接触円は、半球部を形成する曲線に接する複数の仮想の接触円のうち最も曲率半径が大きい接触円を意味し得る。
半球部が図３および図５に示されたような通常半球部であれば、半球部の全体の断面が曲線であるので該当曲線の任意の地点の複数の仮想の接触円のうち最も曲率半径が大きい接触円が関係式１〜４で言う仮想接触円であり得る。また、半球部が図４および図６に示されたように平坦半球部であれば、半球部の断面のうち上部の平坦な線を除いた両側の曲線の任意の地点の複数の仮想の接触円のうち最も曲率半径が大きい接触円が関係式１〜４で言う仮想接触円となる。
関係式１〜４で水平長は、前記仮想接触円の中心点から基材層の表面（図３〜図６の符号１００）と水平な方向に測定した長さであり、垂直長は前記仮想接触円の中心点から基材層の表面（図３〜図６の符号１００）と垂直な方向に測定した長さである。
関係式１〜４において、ａは半球部の断面の前記仮想接触円の中心から水平方向に進行しながら測定した半球部が終了する地点までの長さである。このような水平長は、前記仮想接触円の中心から右側方向に進行しながら測定される長さと左側方向に進行しながら測定される２個の長さが存在し得るが、関係式１〜４で適用されるａは前記２個の長さのうち短い長さを意味する。図３および図５の形態の半球部の場合、前記水平長ａはスペーサーの幅Ｗ２の１／２に対応する数値である。また、図４および図６のような場合に前記水平長ａの２倍に平坦部の長さ（幅）Ｗ１を足した数値（２ａ＋Ｗ１）がスペーサーの幅Ｗ２に対応し得る。
関係式１〜４において、ｂは半球部の断面の前記仮想接触円の中心から垂直方向に上部に進行しながら半球部と最初に会う地点までの長さである。このような垂直長ｂは通常的に半球部の高さ、例えば、図３〜図６で符号Ｈ２で表示される長さと略同じであり得る。
図７は、前記関係式１を満足する半球部の断面曲線の形態であって、半球部の曲線が完全な円の曲線、すなわち前記仮想接触円と一致する曲線を有する場合を示す。
また、図８〜図１２は、関係式２〜４のうちいずれか一つを満足する略半球部の曲線形態を示す。
前記スペーサーの下部、例えば、前記基材層側と接触する下部には、その断面軌跡が、曲率中心が前記断面の外部に形成される曲線形態であるテーパー部が形成されていてもよい。このような形態によって、本出願のスペーサーの特有の形状による優秀な効果、例えば、均一な配向処理の達成などがより向上され得る。
前記のような形態のスペーサーの寸法は特に制限されず、例えば、目的とする光学デバイスのセルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）や、開口率などを考慮して適切に選択され得る。
例えば、前記半球部の高さ（図３〜図６でのＨ２）は１μｍ〜２０μｍの範囲内にあり得る。前記高さは他の例示において、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上または１１μｍ以上であり得る。前記高さはさらに他の例示において、１９μｍ以下、１８μｍ以下、１７μｍ以下、１６μｍ以下、１５μｍ以下、１４μｍ以下、１３μｍ以下、１２μｍ以下または１１μｍ以下であり得る。
前記半球部の幅（図３〜図６でのＷ２）は、２μｍ〜４０μｍの範囲内にあり得る。前記幅は他の例示において、４μｍ以上、６μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、１２μｍ以上、１４μｍ以上、１６μｍ以上、１８μｍ以上、２０μｍ以上または２２μｍ以上であり得る。前記幅は他の例示において、３８μｍ以下、３６μｍ以下、３４μｍ以下、３２μｍ以下、３０μｍ以下、２８μｍ以下、２６μｍ以下、２４μｍ以下または２２μｍ以下であり得る。
前記スペーサーの高さは、スペーサーが図３または図４のような形態である場合に、前述した半球部の高さと同じであり、図５および図６のような形態の場合、前記半球部の高さに柱部の高さ（Ｈ１）を足した数値であり得る。前記高さは一例示において、１μｍ〜５０μｍの範囲内にあり得る。
前記高さは他の例示において、３μｍ以上、５μｍ以上、７μｍ以上、９μｍ以上、１１μｍ以上、１３μｍ以上、１５μｍ以上、１７μｍ以上、１９μｍ以上、２１μｍ以上、２３μｍ以上、２５μｍ以上または２７μｍ以上であり得る。前記高さは他の例示において、４８μｍ以下、４６μｍ以下、４４μｍ以下、４２μｍ以下、４０μｍ以下、３８μｍ以下、３６μｍ以下、３４μｍ以下、３２μｍ以下、３０μｍ以下、２８μｍ以下または２６μｍ以下であり得る。
前記のように、半球状のスペーサーまたは半球柱状のスペーサーの寸法を制御することによって、スペーサーの上部に形成された配向膜に対しても均一な配向処理が可能であり、均一なセルギャップの維持が可能であるため、前記基板が光学デバイスの製造に適用された時に該当デバイスの性能を優秀に維持することができる。
前記スペーサーは、例えば、コラムスペーサーなどを製作することに使用する樹脂に、前述した暗色化のための染料または顔料を適正比率で混合して製作することができる。一例示において、前記スペーサーは、紫外線硬化型樹脂を前述した顔料または染料とともに含んで形成され得る。例えば、後述するインプリンティング方式で前記紫外線硬化型化合物の形状を、目的とする形態を形成できる状態に維持した状態で硬化させて形成することができるが、このような場合に、前記紫外線硬化型化合物の硬化体である紫外線硬化型樹脂が前記スペーサーを形成することができる。スペーサーの形成に使用され得る紫外線硬化型化合物の具体的な種類は特に制限されず、例えば、アクリレート系列高分子材料またはエポキシ系列の高分子などが使用され得るが、これに制限されるものではない。
本出願で前記のような材料を適用して前述した形態のスペーサーを製造する方式は特に制限されないが、目的とする設計内容にしたがって密着性が優秀な半球状のスペーサーを製造するためには、本明細書で記述する下記のインプリンティング方式を適用することが必要である。
図１３に模式的に示したように、遮光層が含まれたインプリンティングマスクを適用して前記スペーサーを製造することができる。図１３のマスクは、光透過性、例えば紫外線透過性の本体の一表面に窪んだ半球状９０１１が形成されており、前記半球状９０１１が形成されている表面で半球状が形成されていない部分には遮光膜９０２が形成されている形態である。図面のように前記半球状９０１１は、インプリンティングマスクの本体９の一面にインプリンティングモールド９０１を形成し、そのモールド９０１に前記半球状９０１１および遮光膜９０２を形成して製造することができる。必要な場合に前記遮光膜９０２が形成されている表面には適切な離型処理がされていてもよい。
前記のような形態のマスクを使用して前記スペーサーを製造する例示的な工程が図１４に図示されている。図１４のように、まず基材層１００の表面に紫外線硬化型化合物の層２００を形成し、その層２００上に前記マスク９００の凹部を圧着する。その後、前記マスク９００の上部で紫外線などを照射して前記化合物の層２００を硬化させると、マスク９００に形成された半球状に沿って前記化合物が硬化してスペーサーが形成される。その後、マスク９００を除去し、未硬化された化合物を除去することによって、スペーサーを基材層１００上に固定された形態に形成することができる。
前記過程で、照射される紫外線の光量、マスクの圧着程度および／またはマスク９００の半球状の形態などを調節することによって、目的とする半球状または半球柱状のスペーサーを製造することができる。
図１４の場合、半球状のスペーサーを製造するためのマスクを使用する方式を示しているが、前述した通り、スペーサーの形状は制限されないため、前記マスクの形態は目的とするスペーサーの形態にしたがって変更され得る。
本出願の基板は、前記基材層とスペーサーに、光学デバイスの駆動に要求される他の要素をさらに含むことができる。このような要素は多様に公知とされており、代表的には電極層などがある。一例示において、前記基板は、前記基材層と前記スペーサーの間に電極層をさらに含むことができる。電極層としては、公知の素材が適用され得る。例えば、電極層は、金属合金、電気伝導性化合物または前記のうち２種以上の混合物を含むことができる。このような材料としては、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺＴＯ（Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、アルミニウムまたはインジウムがドーピングされた亜鉛オキシド、マグネシウムインジウムオキシド、ニッケルタングステンオキシド、ＺｎＯ、ＳｎＯ２またはＩｎ２Ｏ３等の酸化物材料や、ガリウムナイトライドのような金属ナイトライド、亜鉛セレナイドなどのような金属セレナイド、亜鉛スルフィドのような金属スルフィドなどが例示され得る。透明な正孔注入性電極層は、また、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕなどの金属薄膜とＺｎＳ、ＴｉＯ２またはＩＴＯなどのような高屈折の透明物質の積層体などを使用しても形成することができる。
電極層は、蒸着、スパッタリング、化学蒸着または電気化学的手段などの任意の手段で形成され得る。電極層のパターン化も特に制限なく公知の方式で可能であり、例えば、公知とされているフォトリソグラフィやシャドーマスクなどを使用した工程を通じてパターン化されてもよい。
本出願の基板はまた、前記基材層とスペーサー上に存在する配向膜をさらに含むことができる。
したがって、他の例示的な本出願の基板は、基材層；前記基材層上に存在するスペーサー；および前記基材層とスペーサー上に形成された配向膜を含むことができる。
前記で基材層とスペーサーに対する具体的な内容は前述した通りである。
また、前記基材層とスペーサー上に形成される配向膜の種類も特に制限されず、公知の配向膜、例えば、公知のラビング配向膜または光配向膜が適用され得る。
前記配向膜を基材層とスペーサー上に形成し、それに対する配向処理を遂行する方式も公知の方式に従う。
ただし、一例示において、前記配向膜が前述した半球状スペーサー上に形成されるのであれば、前記配向膜もスペーサーの形状に沿った特有の形状を有することができる。図１５は、このような配向膜の断面軌跡を模式的に示した図面である。図１５は、前記スペーサー上に形成された配向膜の断面形態の例示であって、所定の幅Ｗ３と高さＨ３を有しつつ、上部が曲率中心が断面の内側に形成される半球状を示す。
例えば、前記配向膜もその上部に前述した半球部を含むことができる。この場合、前記半球部は、スペーサーの場合のように、その断面軌跡の最大曲率が２，０００ｍｍ−１以下であり得る。前記最大曲率は他の例示において、１，８００ｍｍ−１以下、１，６００ｍｍ−１以下、１，４００ｍｍ−１以下、１，２００ｍｍ−１以下、１，０００ｍｍ−１以下、９００ｍｍ−１以下、９５０ｍｍ−１以下、８５０ｍｍ−１以下、８００ｍｍ−１以下、７５０ｍｍ−１以下、７００ｍｍ−１以下、６５０ｍｍ−１以下、６００ｍｍ−１以下、５５０ｍｍ−１以下、５００ｍｍ−１以下、４５０ｍｍ−１以下、４００ｍｍ−１以下、３５０ｍｍ−１以下、３００ｍｍ−１以下、２５０ｍｍ−１以下、２００ｍｍ−１以下または１５０ｍｍ−１以下程度であり得る。前記最大曲率は、他の例示において、５ｍｍ−１以上、１０ｍｍ−１以上、１５ｍｍ−１以上、２０ｍｍ−１以上、２５ｍｍ−１以上、３０ｍｍ−１以上、３５ｍｍ−１以上、４０ｍｍ−１以上、４５ｍｍ−１以上または５０ｍｍ−１以上であり得る。
前記配向膜の半球部の断面軌跡も曲率が０である部位、すなわち直線形態の部位を含んでもよく、含まなくてもよい。
前記のようなスペーサー上に形成された配向膜の高さまたは幅も、その下部に存在するスペーサーの高さと幅、そして形成された配向膜の厚さなどにより決定されるものであって、特に制限されるものではない。
例えば、前記半球部の高さ（図１５のＨ３）は、１μｍ〜５０μｍの範囲内にあり得る。前記高さは他の例示において、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上または１１μｍ以上であり得る。前記高さはさらに他の例示において、４８μｍ以下、４６μｍ以下、４４μｍ以下、４２μｍ以下、４０μｍ以下、３８μｍ以下、３６μｍ以下、３４μｍ以下、３２μｍ以下、３０μｍ以下、２８μｍ以下、２６μｍ以下、２４μｍ以下、２２μｍ以下１９μｍ以下、１８μｍ以下、１７μｍ以下、１６μｍ以下、１５μｍ以下、１４μｍ以下、１３μｍ以下、１２μｍ以下または１１μｍ以下であり得る。
また、前記半球部の幅（図１５のＷ３）は、１μｍ〜８０μｍの範囲内にあり得る。前記幅は他の例示において、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、６μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、１２μｍ以上、１４μｍ以上、１６μｍ以上、１８μｍ以上、２０μｍ以上または２２μｍ以上であり得る。前記幅は他の例示において、７８μｍ以下、７６μｍ以下、７４μｍ以下、７２μｍ以下、７０μｍ以下、６８μｍ以下、６６μｍ以下、６４μｍ以下、６２μｍ以下、６０μｍ以下、５８μｍ以下、５６μｍ以下、５４μｍ以下、５２μｍ以下、５０μｍ以下、４８μｍ以下、４６μｍ以下、４４μｍ以下、４２μｍ以下、４０μｍ以下、３８μｍ以下、３６μｍ以下、３４μｍ以下、３２μｍ以下、３０μｍ以下、２８μｍ以下、２６μｍ以下、２４μｍ以下または２２μｍ以下であり得る。
本出願の基板の場合、スペーサーの形態を特有の半球の形状に調節することによって、スペーサー上に形成された配向膜の配向処理もスペーサーの段差の影響を受けずに均一に遂行され得る。
このような効果を最大化するために、前記配向膜の形態がさらに制御され得る。
例えば、前記配向膜の断面は、図１５および図１６に示されたように、前記配向膜の断面で基材層と接する地点から上部へ向かう領域は、曲率中心が前記断面の外側に形成される曲線形態であり得る。このような形態は、例えば、前記スペーサーの形態と配向膜の形成条件に応じて形成され得る。これにより、前記配向膜にラビング処理のような配向処理が遂行される場合にもスペーサーの段差に影響を受けない均一な配向処理が遂行され得る。
前記基材層は前記言及したような半球状のスペーサーを含んで、それと同じであるか異なるスペーサーを含むことによって複数のスペーサーを含むことができる。このような複数のスペーサーは、前記基材層上で所定の規則性と不規則性を同時に有しつつ配置されていてもよい。具体的には、前記基材層上の複数のスペーサーのうち少なくとも一部は、互いに異なるピッチを有するように配置されているという側面では不規則な配置であるが、所定の規則に沿って定められた領域間では実質的に同じ密度を有して配置されるという側面では規則的であり得る。
すなわち、一例示において、前記基材層上に配置されるスペーサーの少なくとも一部は、互いに異なるピッチを有するように配置され得る。
前記で用語ピッチは、前記複数のスペーサーのうち一部を、内部に他のスペーサーが存在しない状態の閉図形を形成するように選択した時に、前記閉図形の辺の長さで定義され得る。また、特に別途に規定しない限り、ピッチの単位はμｍである。
前記形成される閉図形は、三角形、四角形または六角形であり得る。すなわち、複数のスペーサーのうち任意に３個のスペーサーを選択してそれらを互いに連結した時には前記三角形が形成され、４個のスペーサーを選択してそれらを互いに連結した時は前記四角形が形成され、６個のスペーサーを選択してそれらを互いに連結した時は前記六角形が形成される。
例えば、基材層上に存在するスペーサーのうち任意に４個のスペーサーを選択し、それらを仮想の線（点線）に連結すると、閉図形である四角形が形成される。前記ピッチを決定する時に形成される前記閉図形は、その内部にスペーサーが存在しないように形成されるものであるため、例えば、内部に他のスペーサーが存在するように閉図形を構成するスペーサーが形成されると、前記ピッチを決定する閉図形ではない。
一例示において、前記のように形成された閉図形である三角形、四角形または六角形の辺のうち、同じ長さを有する辺の数の比率（％）（三角形の場合に１００×（同一長さの辺の数）／３、四角形の場合に１００×（同一長さの辺の数）／４、六角形の場合に１００×（同一長さの辺の数）／６）は、８５％以下であり得る。前記比率は他の例示において、８４％以下、８０％以下、７６％以下、６７％以下、５５％以下または４０％以下であり得る。前記比率の下限は特に制限されない。すなわち、場合によっては前記閉図形のすべての辺の長さがすべて同じでない場合もあるので、前記比率の下限は０％であり得る。
前記のように、本出願のスペーサーの配置は、その少なくとも一部が互いに異なるピッチを有しているという点で不規則的であるが、このような不規則性は一定の規則性下で制御される。前記で規則性はスペーサーの配置密度が一定の領域間では実質的に近接することを意味し得る。
例えば、前記不規則的に配置された複数のスペーサーの正常ピッチをＰとすると、前記基材層の表面で１０Ｐを一辺の長さとする正四角形の領域を任意に２個以上複数選択した時に、各正四角形の領域内に存在するスペーサーの個数の標準偏差は２以下である。
前記で用語正常ピッチは、実際には不規則的に基材層上に配置されている複数のスペーサーを、前記スペーサーの個数と前記基材層の面積を考慮して仮想的にすべてのスペーサーが同じピッチで配置されるように位置させた状態で、隣接するスペーサーの中心間の距離を意味する。
前記言及されたすべてのスペーサーが同一ピッチを有するように配置された仮想の状態を確認する方式は公知であり、例えば、ＣＡＤ、ＭＡＴＬＡＢ、ＳＴＥＬＬＡまたはエクセル（Ｅｘｃｅｌ）などのような乱数座標発生プログラムを使用して達成することができる。
前記標準偏差（ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、スペーサーの個数の散布度を表す数値であり、分散の正の平方根で定められる数値である。
すなわち、基材層のスペーサーが形成された表面に、任意に前記四角形領域を少なくとも２個以上複数指定した後に、その領域内に存在するスペーサーの個数の標準偏差を求めた時にその標準偏差は２以下である。前記標準偏差は他の例示において、１．５以下、１以下または０．５以下であり得る。また、前記標準偏差はその数値が低いほど目的とする規則性が達成されたことを意味するため、その下限は特に制限されず、例えば、０であり得る。
前記で指定される四角形領域の数は、２個以上である限り特に制限されるものではないが、一例示において、前記四角形領域が基材層の表面上で互いに重ならないように任意に選択されるものの、その任意に選択された領域が占める面積が前記基材層の全面積の約１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上または９０％以上となるようにする個数に選択され得る。
前記任意の四角形領域の一辺を形成する正常ピッチＰの範囲は、前述したように、基材層上に存在するスペーサーの個数と該当基材層の面積によって決定され得るものであって、特に制限されず、通常的に約１００μｍ〜１，０００μｍの範囲内で決定され得る。
特に制限されるものではないが、前記のように任意に選択された正四角形領域内に存在するスペーサーの平均個数は、例えば、約８０個〜１５０個程度であり得る。前記平均個数は他の例示において、８２個以上、８４個以上、８６個以上、８８個以上、９０個以上、９２個以上、９４個以上、９６個以上または９８個以上であり得る。また、他の例示において、前記平均個数は１４８個以下、１４６個以下、１４４個以下、１４２個以下、１４０個以下、１３８個以下、１３６個以下、１３４個以下、１３２個以下、１３０個以下、１２８個以下、１２６個以下、１２４個以下、１２２個以下、１２０個以下、１１８個以下、１１６個以下、１１４個以下または１１２個以下であり得る。
また、前記スペーサーの平均個数Ａと前記言及した標準偏差ＳＤの比率（ＳＤ／Ａ）は、０．１以下であり得る。前記比率は他の例示において、０．０９以下、０．０８以下、０．０７以下、０．０６以下、０．０５以下、０．０４以下または０．０３以下であり得る。
前記平均個数Ａや比率（ＳＤ／Ａ）は、場合により変更され得るが、例えば、前記基板が適用されるデバイスで要求される透過率、セルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）および／またはセルギャップの均一度などを考慮して前記数値は変更され得る。
他の例示において、前記不規則的に配置されたスペーサーが形成されている基材層の表面を同一面積を有する２個以上の領域に分割した時、各単位領域内に前記スペーサーの個数の標準偏差が２以下であり得る。
前記で標準偏差の意味とその具体的な例示は前述した通りである。
すなわち、前記例示では、基材層を同一面積を有する少なくとも２個以上の領域に分割し、分割された各単位領域内に存在するスペーサーの個数の標準偏差を求めた時にその標準偏差は２以下である。このような場合に、分割された各単位領域の形態は該当単位領域が同じ面積を有するように分割される限り特に制限されないが、例えば、三角、四角または六角形領域であり得る。また、前記状態で標準偏差は他の例示において、１．５以下、１以下または０．５以下であり得、その下限は前述したように特に制限されず、例えば、０であり得る。
前記で単位領域の個数は特に制限されるものではないが、一例示において、前記基材層は同一面積を有する２個以上、４個以上、６個以上、８個以上または１０個以上の領域に分割され得る。前記で分割される領域の数が多いほどスペーサーの密度がより均一に維持されることを意味するので、分割領域の個数の上限は特に制限されない。
前記のように規則性と不規則性を同時に有するように複数のスペーサーが配置されている基板上で、前記正常ピッチであるＰを一辺とする仮想の正四角形領域を選択した時に、該当領域内に存在するスペーサーの平均個数は０〜４の範囲内であり得る。前記平均個数は、他の例示において、３．５以下、３以下、２．５以下、２以下または１．５以下であり得る。前記平均個数はさらに他の例示において、０．５以上であり得る。前記で任意に指定される一辺の長さが正常ピッチＰである正四角形領域の数は、２個以上である限り特に制限されるものではないが、一例示において、前記正四角形領域が基材層の表面上で互いに重ならないように任意に選択されるものの、その任意に選択された領域が占める面積が前記基材層の全面積の約１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上または９０％以上となるようにする個数に選択され得る。
前記複数のスペーサーの全体の密度は、基材層の全面積対比スペーサーが占める面積の比率が約５０％以下となるように調節され得る。前記比率は他の例示において、約４５％以下、約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約９．５％以下、９％以下、８．５％以下、８％以下、７．５％以下、７％以下、６．５％以下、６％以下、５．５％以下、５％以下、４．５％以下、４％以下、３．５％以下、３％以下、２．５％以下、２％以下または１．５％以下であり得る。他の例示において、前記比率は約０．１％以上、０．２％以上、０．３％以上、０．４％以上、０．５％以上、０．６％以上、０．７％以上、０．８％以上、０．９％以上または０．９５％以上であり得る。
前記のような形態で複数のスペーサーが基材層上に配置されることによって、光学デバイスを具現した時にスペーサーが基板間のピッチ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）を均一に維持しながらも、いわゆるモアレ現象 を誘発させず、均一な光学特性が確保されるようにすることができる。
前記各数値は、必要な場合に変更され得るが、例えば、前記基板が適用されるデバイスで要求される透過率、セルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）および／またはセルギャップの均一度などを考慮して前記数値は変更され得る。
前記複数のスペーサーはそのスペーシング正規分布図が所定の形態を表すように配置され得る。
前記でスペーシング正規分布図は、スペーサー間のピッチをＸ軸とし、全体のスペーサーのうち該当ピッチを有するスペーサーの比率をＹ軸として図示した分布図であり、このときスペーサーの比率は全体のスペーサーの数を１とした時に求められる比率である。
本明細書で前記スペーシング正規分布図と関連した説明でのピッチは、前記言及した閉図形である三角形、四角形または六角形での辺の長さである。
前記分布図は、公知の乱数座標プログラム、例えば、ＣＡＤ、ＭＡＴＬＡＢまたはＳＴＥＬＬＡ乱数座標プログラムなどを使用して求めることができる。
一例示において、前記複数のスペーサーは前記分布図での半高さ面積が０．４〜０．９５の範囲内となるように配置され得る。前記半高さ面積は他の例示において、０．６以上、０．７以上または０．８５以上であり得る。また、前記半高さ面積は他の例示においては０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下、０．５５以下または０．５以下であり得る。
前記複数のスペーサーは、前記分布図での半高さ幅ＦＷＨＭと平均ピッチＰｍの比（ＦＷＨＭ／Ｐｍ）が１以下となるように配置され得る。前記比（ＦＷＨＭ／Ｐｍ）は、他の例示において、０．０５以上、０．１以上、０．１１以上、０．１２以上または０．１３以上であり得る。また、前記比（ＦＷＨＭ／Ｐｍ）は、他の例示においては約０．９５以下、約０．９以下、約０．８５以下、約０．８以下、約０．７５以下、約０．７以下、約０．６５以下、約０．６以下、約０．５５以下、約０．５以下、約０．４５以下または約０．４以下であり得る。
前記での平均ピッチＰｍは、前述した閉図形である三角形、四角形または六角形を形成するように、少なくとも８０％以上、８５％以上、９０％以上または９５％以上のスペーサーを選択した時に選択されたスペーサーによって形成される三角形、四角形または六角形の各辺の長さの平均である。また、前記でスペーサーは形成された三角形、四角形または六角形が互いに頂点は共有しないように選択される。
前記複数のスペーサーは、前記分布図での半高さ幅ＦＷＨＭが０．５μｍ〜１，０００μｍの範囲内にあるように配置され得る。前記半高さ幅ＦＷＨＭは他の例示において、約１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１１μｍ以上、１２μｍ以上、１３μｍ以上、１４μｍ以上、１５μｍ以上、１６μｍ以上、１７μｍ以上、１８μｍ以上、１９μｍ以上、２０μｍ以上、２１μｍ以上、２２μｍ以上、２３μｍ以上または２４μｍ以上であり得る。他の例示において、前記半高さ幅ＦＷＨＭは約９００μｍ以下、８００μｍ以下、７００μｍ以下、６００μｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下または３０μｍ以下であり得る。
前記複数のスペーサーは、前記スペーシング正規分布図の最大高さＦｍａｘが０．００６以上かつ１未満となるように配置され得る。前記最大高さＦｍａｘは他の例示において、約０．００７以上、約０．００８以上、約０．００９以上または約０．００９５以上であり得る。また、前記最大高さＦｍａｘは他の例示において、約０．９以下、約０．８以下、約０．７以下、約０．６以下、約０．５以下、約０．４以下、約０．３以下、約０．２以下、約０．１以下、約０．０９以下、約０．０８以下、約０．０７以下、約０．０６以下、約０．０５以下、約０．０４以下、約０．０３以下または約０．０２以下であり得る。
複数のスペーサーが前記のような形態のスペーシング正規分布図を有するように配置されることによって、前記基板を通じて光学デバイスを具現した時にスペーサーが基板間のピッチ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）を均一に維持しながらもいわゆるモアレ現象を誘発させず、均一な光学特性が確保されるようにすることができる。
複数のスペーサーが前記のように不規則性と規則性を同時に有するように配置されるために、不規則度という概念が導入される。以下、前記のような形態のスペーサーの配置を設計するための方法を説明する。
前記言及された規則性と不規則性を同時に有するスペーサーの配置を達成するためには、正常配置状態から出発して不規則性を有するようにスペーサーを再配置する段階を遂行する。
前記で正常配置状態は、複数のスペーサーが基材層上にすべての辺の長さが同じである正三角形、正四角形または正六角形を形成できるように配置された状態である。図１７は、一例示であって、スペーサーが前記正四角形を形成するように配置された状態である。この状態での正四角形の一辺の長さＰは、前述した正常ピッチと同じであり得る。前記のような配置状態で一つのスペーサーが存在する地点を基準として、前記の一辺の長さＰに対して一定の比率となる長さの半径を有する円領域を指定し、その領域内で前記一つのスペーサーが無作為的に移動できるようにプログラムをセッティングする。例えば、図１７は前記長さＰ対比５０％の長さ（０．５Ｐ）の半径を有する円領域を設定し、その領域内の任意の地点で前記スペーサーが移動する形態を模式的に示している。前記のような移動を少なくとも８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上または１００％（すべてのスペーサー）のスペーサーに適用して前述した配置を達成することができる。
前記のような設計方式で前記円領域の半径となる長さＰに対する比率が不規則度であると定義され得る。例えば、図１７に示された場合において、不規則度は約５０％である。
一例示において、前記設計方式での不規則度は約５％以上、約１０％以上、約１５％以上、約２０％以上、約２５％以上、約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上または約６５％以上であり得る。前記不規則度は一例示において約９５％以下、約９０％以下、約８５％以下または約８０％以下であり得る。
前記のような方式でスペーサーの配置を設計し、設計された配置にしたがってスペーサーを形成することによって、前述した不規則性と規則性を同時に有する配置を達成することができる。
また、前記では正常状態が正四角形から出発する場合を例示としたが、前記正常状態は正三角形または正六角形などの他の図形でもよく、その場合にも前述した配置が達成され得る。
また、前記のような方式でスペーサーの配置を設計する手段は特に制限されず、公知の乱数座標プログラム、例えば、ＣＡＤ、ＭＡＴＬＡＢ、ＳＴＥＬＬＡまたはＥｘｃｅｌ乱数座標プログラムなどを使用することができる。
例えば、前記のような方式でまずスペーサーの配置を設計した後、該当設計に沿ったパターンを有するマスクなどを製造し、該当マスクを前述したリソグラフィーまたはインプリンティング方式などに適用して前記のようなスペーサーを具現することができる。
本出願の前記スペーサーは、前記基材層あるいは前記スペーサーが接している基材層の要素（例えば、前記電極層）に対して優秀な付着力を表す。
例えば、前記基材層の前記スペーサーが形成された面に剥離力が略３．７２Ｎ／１０ｍｍ〜４．１６Ｎ／１０ｍｍ水準の粘着テープを付着し、これを剥離しても前記スペーサーのパターンは実質的に消失せずに維持され得る。この時、前記粘着テープとしては、例えば、ニチバンテープ（Ｎｉｃｈｉｂａｎ Ｔａｐｅ）ＣＴ−２４で公知とされているテープであり得る。前記ニチバンテープは、ＪＩＳ Ｚ １５２２規格に沿って１８０度の剥離角度で測定した剥離力が略３．７２Ｎ／１０ｍｍ〜４．１６Ｎ／１０ｍｍ水準である。前記ニチバンテープＣＴ−２４を前記スペーサーが形成された基材層の面に、幅が２４ｍｍ、長さが４０ｍｍである長方形の付着面積で付着した後に、前記ニチバンテープＣＴ−２４を約３０ｍｍ／ｓの剥離速度および約１８０度の剥離角度で長さ方向に剥離して測定した前記スペーサーの消失率は、１５％以下、１３％以下、１１％以下、９％以下、８％以下、７％以下、６％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下または０．５％以下であり得る。前記で消失率は前記付着面積内に存在するすべてのスペーサーの個数対比前記粘着テープ剥離後に消失したスペーサーの個数の百分率であり得る。適用用途によって異なるが、通常前記のような付着面積内にはスペーサーが１０，０００個〜４０，０００個程度存在し得るが、このようなスペーサーのうち消失するスペーサーの比率が前記範囲に維持され得る。
ブラックスペーサーの場合、前述した光学密度を満足させるために染料や顔料などの暗色化材料を含むが、このような暗色化材料によってスペーサー材料の硬化率が阻害されるため、前記のように優秀な密着力のスペーサーの形成は非常に難しい。ところが、本出願で言及する方式で製造したスペーサーは、その特有の半球の形状と製造方式によって前述した光学密度を有しながらも優秀な密着性を有することができる。
スペーサーがこのような密着性を示す場合には、その表面に配向膜が形成され、ラビングなどの配向処理が進行される場合にも安定してスペーサーが維持され得るため、最終的に優れた性能の製品の製造が可能である。また、スペーサーが形成された基板は、実際の製品に適用される前までスペーサーが形成された表面に保護用粘着フィルムが付着された状態で維持され得るが、そのような構造で粘着フィルムを剥離してもパターンが消失せず、安定して維持され得る。
一例示において、前記基板は、追加の構成として保護フィルムを含むことができる。例えば、前記基板は、前記基材層のスペーサーが形成された面に付着した保護用粘着フィルムをさらに含むことができる。前記のような構成で粘着フィルムとしては、特に制限なく公知の保護用粘着フィルムが使用され得る。
図１８は、図２に示された基板上に前記保護フィルムが付着された形態であって、保護フィルムは通常基材フィルム５００とその一面に形成された粘着剤層４００を含む。
本出願はまた、前記基板を製造する方法に関するものである。前記製造方法は、前記基材層上に形成された前記ブラックコラムスペーサーを形成する光硬化性材料を遮光層が含まれたインプリンティングマスクで圧着した状態で、前記光硬化性材料を硬化させる段階を含むことができる。前記で適用される光硬化性材料の種類は特に制限されず、公知のブラックコラムスペーサー材料が使用され得、一例示としては前記言及した紫外線硬化型樹脂に顔料または染料などの暗色化材料を混合した材料が使用され得る。
また、前記遮光層が含まれたインプリンティングマスクとしては、例えば、図１３に例示的に示されたマスクが使用され得る。したがって、前記遮光層が含まれたインプリンティングマスクは、光透過性の本体（図１３の９）の一表面に窪んだ半球状（図１３の９０１１）が形成されており、前記半球状が形成された本体の面で半球状のない表面に遮光膜（図１３の９０２）が形成されている形態であり得、前記で図１４を参照して説明した通り、前記のようなマスクの窪んだ半球状が形成されている表面を前記光硬化性材料に密着させた状態で前記光硬化性材料を硬化させることができる。
この時、前記基材層上には電極層が形成されており、前記光硬化性材料が前記電極層上に形成され得る。
前記のような過程で形成される凹部の仕様（例えば、直径や高さなど）は特に制限されず、目的とする半球状に沿って形成することができる。すなわち、前述した半球状の高さ、幅などは実質的にマスクの凹部の形状に略追従するため、これを通じて半球状の制御が可能である。また、照射される光、例えば、紫外線の量も使用された材料を考慮して調節可能である。
本出願はまた、前記のような基板を使用して形成した光学デバイスに関するものである。
本出願の例示的な光学デバイスは、前記基板および前記基板と対向配置されており、前記基板のスペーサーによって前記基板との間隔が維持された第２基板を含むことができる。
前記光学デバイスで２個の基板の間の間隔には光変調層が存在することができる。本出願で用語光変調層には、入射した光の偏光状態、透過率、色調および反射率などの特性のうち、少なくとも一つの特性を目的により変化させることができる公知のすべての種類の層が含まれ得る。
例えば、前記光変調層は、液晶物質を含む層であって、電圧、例えば垂直電界や水平電界のオンオフ（ｏｎ−ｏｆｆ）によって拡散モードと透過モードの間でスイッチングされる液晶層であるか、透過モードと遮断モードの間でスイッチングされる液晶層であるか、透過モードとカラーモードでスイッチングされる液晶層または互いに異なる色のカラーモードの間をスイッチングする液晶層であり得る。
前記のような作用を遂行できる光変調層、例えば、液晶層は多様に公知とされている。一つの例示的な光変調層としては、通常の液晶ディスプレイに使用される液晶層の使用が可能である。他の例示において、光変調層は多様な形態のいわゆるゲストホスト液晶層（Ｇｕｅｓｔ Ｈｏｓｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｙｅｒ）、高分子分散型液晶層（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、画素孤立型液晶層（Ｐｉｘｃｅｌ−ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、浮遊粒子デバイス（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｉｖｉｃｅ）または電気変色ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）等でもよい。
前記で高分子分散型液晶層（ＰＤＬＣ）は、いわゆるＰＩＬＣ（ｐｉｘｅｌ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、ＰＤＬＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）またはＰＳＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔａｂｌｉｚｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）等を含む上位概念である。高分子分散型液晶層（ＰＤＬＣ）は、例えば、高分子ネットワークおよび前記高分子ネットワークと相分離された状態で分散している液晶化合物を含む液晶領域を含むことができる。
前記のような光変調層の具現方式や形態は特に制限されず、目的に応じて公知とされている方式を制限なく採択することができる。
また、前記光学デバイスは必要な場合、追加的な公知の機能性層、例えば、偏光層、ハードコーテイング層および／または反射防止層なども追加に含むことができる。
本出願はスペーサーが形成された基板およびそのような基板を使用した光学デバイスなどに関するものである。本出願では光の透過率、色相および／または反射度を調節できる光学デバイスに適用され、前記デバイス駆動時に光漏れなどの発生を防止し、均一な光学性能を確保することができる基板を提供することができる。
本出願の基板の形態の模式図。 本出願の基板の形態の模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願の半球状のスペーサーの形態を説明するための模式図。 本出願のスペーサーの製作に使用され得るマスクの形態を示す図面。 図１３に示されたマスクを使用してスペーサーを製作する過程の模式図。 、スペーサー上に形成された配向膜の例示的な断面の模式図。 、スペーサー上に形成された配向膜の例示的な断面の模式図。 不規則度を具現する方式を説明するための図面。 本出願の基板の形態の模式図。 実施例で製造された半球状のスペーサーの写真。 実施例で製造された半球状のスペーサーの写真。 比較例のスペーサーの製作に適用されたマスクの図面。 比較例で形成されたスペーサーの写真。 比較例で形成されたスペーサーの写真。 実施例または比較例の付着力テスト結果を示す写真。 実施例または比較例の付着力テスト結果を示す写真。 実施例または比較例の付着力テスト結果を示す写真。
以下、実施例を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲は下記の実施例によって制限されるものではない。
光学密度（ＯＤ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）の確認
以下、実施例または比較例で記載する光学密度は、実施例または比較例で言及された光学密度（ＯＤ）は次の方式で測定した結果である。
実施例または比較例でコラムスペーサーの製造に使用される各ＵＶ樹脂をＰＥＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ））フィルムまたはＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルムなどのような基材層または前記基材層上に形成された透明層（ｅｘ．ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等）上に層を形成するように塗布し紫外線を照射（波長：約３６５ｎｍ、紫外線照射量：２，２００〜４，４００ｍＪ／ｃｍ２）して硬化させて厚さが１２μｍ程度の層を形成する。
前記硬化した層の厚さは、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ測定装備（メーカー：Ｎａｎｏ Ｓｙｓｔｅｍ、商品名：Ｎａｎｏ Ｖｉｅｗ−Ｅ１０００）を使用して測定する。引き続き前記形成された層の透過率と光学密度を測定装備（メーカー：ｘ−ｒｉｔｅ、商品名：３４１Ｃ）を利用して測定する。前記測定装備は可視光線波長範囲（４００〜７００ｎｍ）内の光に対する透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ、単位：％）（Ｔ）を測定し、それを通じて光学密度（Ｄ）を求める装備であり、前記光学密度は、測定された透過率（Ｔ）を数式（光学密度（ＯＤ）＝−ｌｏｇ１０（Ｔ）、Ｔは前記透過率）に代入して該当厚さ（１２μｍ）に対して求める。
実施例１．
図１３に示したような形態の遮光層が含まれたインプリンティングマスクを製造し、それを使用して半球状ブラックスペーサーを製造した。前記インプリンティングマスクは図１３に示した形態にしたがって、ＰＥＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ））本体９にインプリンティングモールド９０１を通じて凹部９０１１を形成し、凹部９０１１が形成されていない面に黒色層（ＡｌＯｘＮｙ）９０２を形成した後に、前記黒色層９０２と凹部９０１１上に離型層を形成して製造した。この時、凹部は幅が略２４μｍ〜２６μｍの範囲内であり、高さは略９μｍ〜１０μｍ程度の半球状に形成した。また、スペーサーの配置が図１７に記載された不規則度が約７０％程度となるように前記凹部を形成した。
ＰＥＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ））基材層上に結晶質のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極層を形成した。
引き続き、前記電極層上にコラムスペーサーの製造に使用される通常の紫外線硬化型アクリレート系列バインダー、開始剤および分散剤の混合物（ＵＶ樹脂）に、暗色化材料としてカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ）を約３重量％程度の比率で混合して製造したブラックＵＶ樹脂を約２〜３ｍＬ程度滴下（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）し、前記インプリンティングマスクで前記滴下された混合物を圧着し、基材層、電極層、黒色層、ＵＶ樹脂層およびインプリンティングマスク層を含む積層体を形成した状態で、紫外線を照射して前記ＵＶ樹脂層を硬化させた（紫外線照射量：１，２００ｍＪ／ｃｍ２）。前記ブラックＵＶ樹脂材料の光学密度は、前記言及された方式で測定した時に略１．９程度であった。このような工程を通じてマスク９００の凹部パターンによるレンズの集光効果を得ることができるため、暗色化材料を含んでいる状態で紫外線照射量を少なくする場合にも硬化部位の硬化度を高めることができる。また、マスクの設計大きさと同等な大きさのスペーサーのパターンを製造することができるため、最初に設計されたものと同じスペーサーの製作が可能である。また、マスクの凹部の曲率が反映された半球状のパターンを製作することができる。
紫外線照射後に未硬化されたＵＶ樹脂層２００を除去（現像）してブラック半球状のスペーサーを形成した。図１９は、前記のような方式で製造された半球状のスペーサーの写真である。図１９で半球状のスペーサーは前記インプリンティングマスクの形（半球）を反映する部分（Ｒｅｐｌｉｃａ領域）とインプリンティング走行を反映する残膜（Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｌａｙｅｒ）を含む。前記半球状のスペーサーは略１０．５μｍ〜１２μｍ程度の高さ（Ｒｅｐｌｉｃａ領域＋残膜領域）分布（平均：１１．２６μｍ）と約２５μｍ〜２６μｍ程度の直径分布（平均：２５．１μｍ）を示した。
実施例２．
ブラックＵＶ樹脂製造時にカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ）の比率を約２重量％程度に調節したことを除いては、実施例１と同じ方式でスペーサーを製作した。前記ブラックＵＶ樹脂材料の光学密度を前記言及された方式で測定した時に、略１．３程度であった。図２０は、前記のような方式で製造された半球状のスペーサーの写真である。図１９の場合のように、図２０の半球状のスペーサーも前記インプリンティングマスクの形（半球）を反映する部分（Ｒｅｐｌｉｃａ領域）とインプリンティング走行を反映する残膜（Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｌａｙｅｒ）を含む。前記半球状のスペーサーは略１０．５μｍ〜１２μｍ程度の高さ（Ｒｅｐｌｉｃａ領域＋残膜領域）分布（平均：１１．２６μｍ）と約２３μｍ〜２５．５μｍ程度の直径分布（平均：２４．１μｍ）を示した。
比較例１および２．
図２１に示したような公知の平面フォトマスクを使用してブラックコラムスペーサーを製造した。前記遮光層が含まれたフォトマスクとしては、図２１に示した通り、ポリエステルフィルムである本体１０００の一面に遮光層２０００が形成され、引き続き保護層３０００が形成された製品であって、コアリンク社の商用製品を適用した。前記フォトマスクの露出パターンは直径が略（２５±２）μｍ程度の円形である。
ブラックＵＶ樹脂としては、実施例１で適用したものと同じブラックＵＶ樹脂に、パターン厚さの制御のためのブラックボールスペーサーを一定量導入したものを使用した。前記ブラックＵＶ樹脂の光学密度を前記言及した方式で測定した時に、略１．９程度であった。実施例１で適用したものと同様に、一面にＩＴＯ電極層が形成された基材上に前記ブラックＵＶ樹脂を滴下した後、前記フォトマスクで前記滴下されたブラックＵＶ樹脂を圧着し、基材層、電極層、ＵＶ樹脂層およびフォトマスク層を含む積層体を形成した後に紫外線を照射し、未硬化されたブラックＵＶ樹脂層を除去してブラックコラムスペーサーを製造した。
図２２および図２３は前記方式で形成されたブラックスペーサーの写真であって、図２２はＵＶ硬化時に紫外線照射量を約４、７００ｍＪ／ｃｍ２にした場合であり（比較例１）、図２３は紫外線照射量を約１８、７００ｍＪ／ｃｍ２にした場合である。
図面で確認されるように、紫外線照射量によって、比較例１の場合、逆円錐形（正テーパーの形状）のスペーサーが形成されたし、比較例２は円柱形（垂直テーパー形状）のスペーサーが形成されたが、いずれの場合にも半球状のスペーサーは形成されなかった。すなわち、本出願による遮光層が含まれたインプリンティングマスクを適用しないと、スペーサーの形成のために多量の紫外線照射量が要求され、紫外線照射量を制御しても半球状のスペーサーは得ることができない。また、比較例１および２のフォトマスクを適用する場合、適用されたマスクの露出領域の直径（２５μｍ）対比大きなサイズでコラムスペーサーが分布したし（３０μｍ〜４６μｍ）、これを通じて精密に制御された均一な大きさの分布のスペーサーを得ることができない点も分かる。
試験例１．付着力の評価
実施例または比較例で製造された基板のブラックコラムスペーサーが形成された面に粘着テープ（Ｎｉｃｈｉｂａｎ Ｔａｐｅ、ＣＴ−２４）（剥離力：３．７２〜４．１６Ｎ／１０ｍｍ、剥離角度：１８０度、ＪＩＳ Ｚ １５２２規格）を、幅が略２４ｍｍ、長さが略４０ｍｍである長方形の付着面積で付着した。前記付着時にはローラを使用して粘着テープ上に約２００ｇ程度の荷重を印加して付着した。その後、引張試験機を使用して約３０ｍｍ／ｓの剥離速度および１８０度の剥離角度で前記粘着テープを長さ方向に剥離した。図２４は実施例１に対して剥離前後にスペーサーの消失の有無を確認した図面であって、左側が剥離前の図面、右側が剥離後の図面である。図２５は実施例２に対して剥離前後にスペーサーの消失の有無を確認した図面であって、左側が剥離前の図面、右側が剥離後の図面である。図面から実施例１と２の場合、両者共にスペーサーの消失が発生しないことを確認することができ、実際に確認した結果、消失率は０％であった。
図２６は比較例に対する前記テストの結果であって、図面の左側の上下の図面は比較例１に関するものであり、右側の上下の図面は比較例２に関するものである。
図面を通じて、比較例１および２の場合、深刻な水準のパターンの消失が発生したことを確認することができる（比較例１のパターン消失率：略５０％、比較例２のパターン消失率：略３０％）。これを通じて、比較例の場合、実施例対比非常に大きい紫外線照射量を適用したが、基材のＩＴＯ層に対する密着性は顕著に低下することを確認することができる。
試験例２．性能評価
実施例１および２で製造した基板上に公知の配向膜を形成し、配向膜が形成されたそれぞれの基板を使用して光の透過率を調節できる通常の液晶セルを構成した後、印加電圧による透過率変化を観察した。その結果、実施例１および２で製造された基板は共に液晶セルの内部で半球状ブラックスペーサーの形状が維持されつつ、駆動電圧の増加にしたがって透過率の変化を示したし、ブラック表示時に光漏れも抑制された。

Claims (15)

  1. 基材層、
    および
    前記基材層上に形成されており、光学密度（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が１．１〜４の範囲内であり、上部が半球状であるブラックコラムスペーサーを含む、基板。
  2. ブラックコラムスペーサーは、顔料または染料を含む、請求項１に記載の基板。
  3. ブラックコラムスペーサーは、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、カーボンブラック、黒鉛、アゾ系顔料、フタロシアニン顔料または炭素系物質を含む、請求項１または２に記載の基板。
  4. 基材層は無機基材層または有機基材層である、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板。
  5. 基材層とブラックコラムスペーサーの間に電極層がさらに存在し、前記ブラックコラムスペーサーは前記電極層に接している、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板。
  6. 半球部の断面軌跡の最大曲率が２，０００ｍｍ−１以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板。
  7. 半球部の断面軌跡は曲率が０ｍｍ−１である軌跡を含まない、請求項６に記載の基板。
  8. 半球部の高さは１μｍ〜２０μｍの範囲内であり、幅は２μｍ〜４０μｍの範囲内である、請求項１から７のいずれか一項に記載の基板。
  9. スペーサーの下部には、その断面の軌跡が、曲率中心が前記断面の外部に形成される曲線形態であるテーパー部が形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の基板。
  10. 基材層のスペーサーが形成された面にニチバンテープＣＴ−２４を、幅が２４ｍｍ、長さが４０ｍｍである長方形の付着面積で付着し、前記ニチバンテープＣＴ−２４を３０ｍｍ／ｓの剥離速度および１８０度の剥離角度で長さ方向に剥離して測定したスペーサーの消失率が１５％以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載の基板。
  11. 基材層のスペーサーが形成された面に付着した保護用粘着フィルムをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の基板。
  12. 基材層上に光学密度（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が１．１〜４の範囲内であり、上部が半球状であるブラックコラムスペーサーを含む基板を製造する方法であって、
    前記基材層上に形成された前記ブラックコラムスペーサーを形成する光硬化性材料を、遮光層が含まれたインプリンティングマスクで圧着した状態で前記光硬化性材料を硬化させる段階を含み、
    前記遮光層が含まれたインプリンティングマスクは、光透過性本体の一表面に窪んだ半球状が形成されており、前記半球状が形成されていない本体の表面に遮光膜が形成されている形態であり、
    前記窪んだ半球状が形成されている表面を前記光硬化性材料に密着させた状態で前記光硬化性材料を硬化させる、基板の製造方法。
  13. 基材層上には電極層が形成されており、光硬化性材料が前記電極層上に形成される、請求項１２に記載の基板の製造方法。
  14. 請求項１から１１のいずれか一項に記載された基板および前記基板と対向配置されており、前記基板のスペーサーによって前記基板との間隔が維持された第２基板を含む、光学デバイス。
  15. 基板の間の間隔には液晶物質が存在する、請求項１４に記載の光学デバイス。
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