KR100844305B1 - 개선된 투과 또는 반사 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 모양, 크기 및 종횡비의 셀들을 포함하는 액정표시장치 및 신규한 제조 방법에 관한 것으로, 셀들은 바람직하게는 이색성의 염료(들) (dichroic dye(s)) 를 포함하는 액정 (liquid crystal) 조성물로 충전된다.

Description

개선된 투과 또는 반사 액정표시장치 및 그 제조방법{AN IMPROVED TRANSMISSIVE OR REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND NOVEL PROCESS FOR ITS MANUFACTURE}

발명의 배경

a) 발명의 기술분야

본 발명은 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 모양, 크기 및 종횡비의 셀들을 구비하는 액정표시장치 (liquid crystal displays) 및 그 신규한 제조방법에 관한 것으로, 셀들은 바람직하게는 게스트 염료 (guest dye) 를 갖는 액정으로 충전된다.

b) 배경기술

일반적으로 중합체 분산 액정 (PDLC : polymer dispersed liquid crystal) 표시장치는 스페이서 (spacer) 를 사용함으로써 양극이 분리되고 서로 마주보는 2 장의 투명판을 포함한다. PDLC의 박막은 2 장의 판사이에 둘러쌓여 있다. PDLC 막은 200 마이크론까지의 두께일 수도 있으나, 일반적으로는 2 마이크론에서 50 마이크론 사이의 두께를 갖는다. 셀은 화학적으로 액정에 해가 될 수도 있는 산소와 수분를 제거하기 위하여 밀폐하듯이 밀봉 (sealing) 되어 있다. PDLC 기술에 대한 전체적인 내용은 P. S. Drzaic의 저서 "Liquid Crystal Dispersions" (1995) 에서 찾아볼 수 있다.

전형적으로 PDLC는 중합체 접합체 (polymer binder) 내에서 분산된 작은 분자량의 네마틱 (nematic) 액정의 마이크론 크기의 작은 방울 (droplets) 로 구성된다. 네마틱 방울은 광을 강하게 산란시켜서 재료가 백색의 불투명 또는 반투명한 외관을 갖도록 한다 ("off state (오프상태) "). 양극 사이에 전압차가 인가되면 ("on state (온상태) "), 전계는 액정의 통상적인 굴절률이 거의 등방성 중합체 매트릭스의 굴절률에 일치하도록 방울을 정렬시키고 실질적으로 방울의 산란 전력이 감소되어 광이 통과할 수 있도록 한다. 따라서, 온상태에서 셀은 맑거나 혹은 투명하게 보이며, 오프상태에서는 불투명하게 보인다.

게스트-호스트 (guest-host) PDLC 표시장치에서, 염료 (dye), 특히 다색성 또는 이색성의 염료는 게스트로서 액정에 첨가되어 높은 색대비 (color contrast) 표시장치를 만든다. 예를 들어, 막대모양 (bar-shaped) 구조를 갖는 이색성 염료가 액정에 첨가된다면, 염료 분자는 액정 분자에 평행하게 배향되는 특성을 갖기 때문에, 대향하는 전극에 전계를 인가함으로써 액정의 분자 방향이 바뀌면 염료 분자의 방향 역시 변화한다. 이 염료는 채색되거나 배향방향에 의존함이 없이 만들어지기 때문에, 채색된 상태 ("오프상태") 와 채색되지 않은 상태 ("온상태") 사이의 스위칭이 가능하다. 이색성 또는 다색성 염료를 게스트-호스트 PDLC 표시장치에 사용하여 색대비율을 향상시키는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서는 잘 알려져 있다.

PDLC 표시장치는 투과형 및/또는 반사형일 수도 있다. 투과형 PDLC 표시장치는 내부 광원을 갖는다. 양극에 전압을 인가하면 광은 셀을 통과할 수 있다. 투과형 PDLC 표시장치의 전형적인 예는 PDLC 오버헤드 프로젝터 (overhead projector) 이다. 반사형 PDLC 표시장치는 전형적으로 투명상태에서 보이게되는 반사 블랙 (reflective black) 또는 채색된 필터 (colored filter)를 포함한다. 반사형 PDLC 표시장치는 PDA (personal digital assistant) 장치에서 찾아볼 수도 있다. 투과형 및 반사형 PDLC 표시장치는 편광기가 제거되어 있기 때문에 특히 매력적인 장치이다. 편광기는 실질적으로 광을 감소시키며 직접적인 시야 및 프로젝션 디스플레이 모두에 있어서 밝기를 감소시킨다. 또한, 편광기가 없는 경우에는 더 좋은 시야각이 제공된다.

종래기술에 의해 제공되는 PDLC 표시장치는 많은 문제점을 갖는다. 예를 들어, 중합체가 분산된 액정은 전형적으로 매우 넓은 입자크기 분포의 방울을 가지게되어, 심각한 이력현상 (hysteresis), 더 높은 동작전압, 열악한 색대비율, 의도하지 않은 붉은 블리드스루 (bleedthrough), 및 낮은 레벨의 멀티플레싱 (multiplexing) 이 생긴다. 그러나, PDLC 막의 이력현상은 재생가능한 그레이 스케일 (gray scale) 을 보일정도로 낮아야 하고, 장치의 낮은 전압 동작 및 높은 색대비율은 대부분의 PDA 응용에 있어서 필수적이다. 마이크론 크기 범위에서의 단분산 액정 입자는 미국특허 제 5,835,174 호 (Clikeman, et al.), 제 5,976,405 호 (Clikeman, et al.) 및 제 6,037,058 호 (Clikeman, et al.) 에 언급되어 있으며, 이력현상 및 동작 전압을 줄일 수 있고, 멀티플렉서티 (multiplexity) 의 레벨을 향상시킬 수 있다. 단분산 입자로부터 제공된 PDLC 장치의 색대비율은 대부분의 응용에서 낮은상태로 남아있다. PDLC 막의 두께와 동작 전압과의 트레이드오프 (trade off) 없이 색대비율을 향상시키기 위해서는 게스트 염료, 바람직하게는 다색성 염료 또는 이색성 염료가 필요하다. 그러나, 종래기술에서는 제조과정 동안에 액정 상태에서 높은 농도의 게스트 염료에 대한 정확한 밀봉이 허용되지 않아서 단지 낮은 농도의 염료가 단분산 중합체 입자에 싸여지게 된다. 일부 게스트 염료는 입자의 바깥쪽에 남겨질 수도 있어서, Dmin (the minimum optical density of the background : 배경의 최소 광학 밀도) 과 더 낮은 색대비율을 초래한다.

높은 동작 전압을 완화할 수 있으며, 높은 색대비율과 높은 레벨의 멀티플렉싱이 가능하도록 하고, 이력현상을 줄일 수 있는, 단분산 액정 영역을 만드는 것은 매우 바람직하다.

발명의 요약

본 발명의 첫 번째 특징은 실질적으로 균일한 형태, 크기, 및 종횡비의 셀들을 구비하는 액정 (LC : liquid crystal) 표시장치와 관련이 있다. 셀들은 바람직하게는 게스트 염료(들)를 갖는 LC로 충전되어 있다.

본 발명의 다른 특징은 위와 같은 LC 표시장치의 신규한 제조 과정과 관련이 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 실질적으로 균일한 형태, 크기, 및 종횡비의 셀들을 제공하는 것과 관련이 있다. 셀들은 바람직하게는 게스트 염료를 갖는 LC를 밀봉하며 본 발명에 따라 제조되는 마이크로컵 (microcup) 으로부터 형성된다. 간단하게, 마이크로컵을 제조하는 과정은 미리 형성된 메일 몰드 (male mold) 로 도전막 (conductor film) 위에 코팅된 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 엠보싱 (embossing) 하는 단계와 그 다음으로 열가소성 또는 열경화성 전구체층 (precuser layer) 이 조사 (radiation), 냉각 (cooling), 용매의 증발 (solvent evaporation), 또는 다른 수단에 의해 경화되기 전, 경화되는 동안 또는 경화된 후에 몰드 (mold) 를 분리하는 단계를 포함한다. 다른 방법으로, 마이크로컵들은 조사 경화성층으로 코팅된 도전막의 이미지와이즈 (imagewise) 노출에 이어서 노출된 영역이 경화된 후 노출되지 않은 영역을 제거함으로써 형성될 수도 있다.

실질적으로 단분산된 크기와 형태를 가지며 용매에 저항력이 있고 (solvent-resistant) 열역학적으로 안정한 마이크로컵은 전술한 방법 중 어느 한가지 방법에 의해서 제조될 수 있다. 대부분의 표시장치 애플리케이션에서 마이크로컵의 크기는 10 마이크론 이하의 범위내에 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 마이크론에서 5 마이크론 사이의 범위이다. 비록 액정과 컵 사이의 인터페이스 전체 영역이 더 높아지도록 하는 모양이 바람직하기는 하지만, 모양은 어떤 모양이라도 좋다. 다음으로, 마이크로컵은 바람직하게는 게스트 염료(들)를 갖는 LC로 충전되고 밀봉된다.

또한, 본 발명의 다른 특징은 바람직하게는 게스트 염료(들)를 갖는 LC로 충전된 마이크로컵의 밀봉과 관련이 있다. 밀봉은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 충전 단계 전에 LC 상태 (phase) 안으로 열가소성 또는 열경화성 전구체를 포함하는 밀봉제 조성물을 분산시킴으로써 수행될 수 있다. 밀봉제 조성물은 LC와 섞이지 않으며, LC의 비중보다 낮은 비중을 갖는다. 충전 후에, 열가소성 또는 열경화성 전구체 상태는 분리되어 LC 상단에 부유층을 형성한다. 다음으로, 마이크로컵을 밀봉하는 것은 용매의 증발, 접촉 반응, 수분, 열, 또는 조사에 의해 전구체층을 경화함으로써 용이하게 달성된다. 전술한 바와 같이 비록 2 이상의 경화 매카니즘 (curing mechanism) 의 조합이 밀봉 효율을 향상시키기 위해 사용될 수도 있지만, UV 조사는 마이크로컵을 밀봉하는 바람직한 방법이다. 다른 방법으로, 밀봉은 열가소성 또는 열경화성 전구체를 포함하는 밀봉제 조성물로 LC를 오버코팅(overcoating) 함으로써 수행될 수도 있다. 밀봉제 조성물에 사용되는 용매는 중요하다. 바람직하게는, LC와 섞이지 않으며 LC의 비중보다 더 낮은 비중을 가져야 한다. 또한, 양호한 코팅 균일성을 보장하기 위해 밀봉제 조성물의 표면 장력과 점성을 조정하는 것도 중요하다. 다음으로, 밀봉은 용매의 증발, 접촉 반응, 수분, 열, 조사 또는 경화 메카니즘의 조합에 의해 밀봉제 화합물을 경화시킴으로써 수행된다. 또한, 이러한 밀봉 과정은 본 발명의 고유한 특징이다.

또한, 본 발명의 또 다른 특성은 LC 표시장치의 이력현상이 없는 것과 관련이 있다. 본 발명의 LC 표시장치는 실질적으로 액정과 바람직하게는 게스트 염료로 충전된 단분산된 마이크로컵들을 구비한다. 마이크로컵들의 합성은 컵들의 등방성 굴절률이 LC의 일반적인 굴절률과 일치하도록 하는 방법으로 최적화된다. 일반적인 PDLC 표시장치와 비슷한 방법으로, 본 발명의 LC 표시장치는 전계없이 ("오프상태") 도 광을 강하게 산란시킨다. 양극 사이에 전압 차이가 인가되면, 전계는 LC를 정렬시키고 실질적으로 산란전력을 감소시키며 광이 "온상태"를 통해 전송되도록 한다. 그러나, PDLC와 달리, 본 발명의 LC 표시장치는 훨씬 더 낮은 전압에서 광학적으로 최대 투명 (clear) 상태에 도달하며, 인가된 전압이 제거되었을 때 바람직하지 않은 이력현상없이 처음의 "오프"상태로 복귀한다. 본 발명의 표시장치의 낮은 동작 전압, 빠른 응답 시간, 그리고 이력현상이 없는 특성은 낮은 전력 소모, 재생가능한 그레이 스케일 (reproducible gray scales) 및 비디오 레이트가 매우 바람직한, 고품질의 표시장치 애플리케이션에 있어서 중요하다.

또한, 본 발명의 또다른 특징은 마이크로컵 층을 여러층 구비하는 LC 표시장치의 제조와 관련이 있다. 제조 단계는 위에서 설명한 방법 중 어느하나에 의해 도전물질 위에 제 1 마이크로컵들의 층을 제조하고, LC 조성물로 마이크로컵들을 충전하고, 밀봉하고, 마지막으로 접착성층으로 미리 코팅된 제 2 도전 물질로 밀봉된 마이프로컵들을 적층 (laminate) 하는 과정을 포함한다. 접착제는 뜨겁게-녹아있거나, 열경화성, 수분경화성, 또는 조사경화성 물질일 수 있다. 특히 흥미있는 것은, UV 경화성 접착제가 본 발명에 사용되는 것이다. 색대비율을 향상시키기 위해서, 하나 이상의 마이크로컵 어레이층이 사용될 수도 있다. 제조 단계는 마이크로컵들을 제조하고, LC 조성물로 충전하고, 밀봉하고, 조성물을 형성하는 마이크로컵의 제 2 층을 갖는 밀봉된 마이크로컵 어레이를 오버코팅 (overcoating) 하거나 적층하고, 이전에 설명된 방법 중 어느 하나의 방법, 바람직하게는 엠보싱 방법으로 제 2 마이크로컵 어레이를 형성하고, 마이크로컵들을 충전하고 밀봉하는 단계를 수회 반복하고, 조성물을 형성하는 마이크로컵의 또 다른 층을 갖는 밀봉된 마이크로컵들을 오버코팅하거나 적층하고, 마지막으로 접착성층으로 미리 코팅된 제 2 도전물질에 마이크로컵층의 스택 (stck) 을 적층하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징은 (R, G, B) 컬러 필터들과 바람직하게는 블랙 매트릭스 (black matrix) 로 미리 코팅된 도전 물질을 사용하여 전컬러 반사 LC 표시장치를 제조하는 방법과 관련이 있다. 다른 방법으로, 전컬러 표시장치는 양성으로 작용하는 포토레지스트층으로 미리 형성된 마이크로컵들을 적층하고, 양성 포토레지스트를 이미지와이즈 노출함으로써 임의의 수의 마이크로컵들을 선택적으로 개방하고, 레지스트를 현상하고, 게스트 염료(들), 바람직하게는 제 1 컬러의 이색성 염료를 포함하는 LC 조성물로 개방된 마이크로컵들을 충전하고, 위에서 설명된 밀봉과정에 의해 충전된 마이크로컵들을 밀봉하는 것에 의해 제조된다. 이러한 단계들은 제 2 또는 제 3 컬러의 게스트 염료를 포함하는 LC 조성물로 충전되는 밀봉된 마이크로컵들을 만들기 위해 반복될 수 있다. 흑색 배경 (black background) 이 색대비율 또는 채도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

설명된 이러한 다중-단계 과정은 연속적 또는 반연속적으로 롤투롤 (roll-to-roll) 로 수행되어질 수도 있다. 그 결과, 이러한 과정들은 큰 부피 및 낮은 생산비에 적합하다. 또한, 이러한 과정은 다른 큰 부피 생산 동작에 비해 효율적이고 저렴하다. 본 발명에 따라 제조되는 LC 표시장치는 환경, 특히 수분와 온도에 민감하지 않다. 표시장치는 매우 얇고, 잘 휘며, 내구성이 좋고, 다루기 쉬우며, 또한 구성이 유연하다. 본 발명에 따라 제조되는 LC 표시장치는 좋은 종횡비과 실질적으로 단분산된 모양과 크기를 갖는 셀들을 구비하기 때문에, 본 발명에 따라 제조된 표시장치들은 낮은 전력 소모, 빠른 응답 시간, 높은 레벨의 멀티플렉싱, 높은 색대비율, 그리고 바람직하지 않은 이력현상이 없는 것에 기인하는 재생가능한 그레이 스케일 프리젠테이션 (reproducible gray scale presentation) 과 같은 많은 바람직한 성능들을 보여준다.

도면의 간단한 설명

도 1a 및 1b 는 각각 전형적인 PDLC 장치의 "오프" 및 "온" 상태를 나타낸다.

도 1c, 1d, 및 1e 는 본 발명의 LC 표시장치의 개략도이다.

도 2a 내지 2d 는 마이크로엠보싱 (microembossing) 을 위한 메일 몰드 (male mold) 를 제조하는 전형적인 방법을 나타낸다.

도 3a 내지 3b 는 LCD 제조을 위한 롤투롤 (roll to roll) 과정, 특히 UV 경화성 조성물로 코팅 (coating) 된 도전막을 엠보싱하여 마이크로컵을 제조하는 과정을 나타낸다.

도 4a 내지 4b 는 마이크로엠보싱에 의해 제조되는 마이크로컵 어레이의 2 개의 SEM 마이크로그래프를 나타낸다.

도 5a, 5b, 및 5c 는 각각 UV 조사로 열경화성 전구체로 코팅된 도전막을 이미지와이즈 노출하는 방법 포함하는 마이크로컵들의 제조 방법을 나타낸다.

도 6a 내지 6f 는 다른 형태와 패턴을 갖는 마이크로컵들의 어레이의 예를 나타낸다.

도 7 은 단색 LCD를 제조하는 방법에 대한 흐름도이다.

도 8a 내지 8h 는 3 가지 원색 게스트 염료들을 사용하여 원색 표시장치를 제조하는 방법을 보여준다.

도 9a 는 전형적인 PDLC 장치에 대한 전형적인 이력곡선을 나타낸다.

도 9b 는 본 발명의 전형적인 마이크로컵 LCD에서 이력폐곡선이 없는 것을 나타낸다.

발명의 상세한 설명

정의

본 명세서에서 정의된 경우를 제외하고, 모든 기술적인 용어는 당업자가 일반적으로 사용하고 이해하고 있는 것과 동일하게 보통 사용되고 있는 정의에 따라 본 명세서에서 사용된다.

용어 "마이크로컵 (microcup)"은 마이크로엠보싱 (microembossing) 또는 이미지와이즈 노출 (imagewise explosure) 에 의해 만들어진 컵과 같은 오목한 것을 의미한다.

본 발명의 명세서의 문맥에서, 용어 "셀 (cell)"은 밀봉된 마이크로컵으로부터 형성된 단일 유닛을 의미하도록 되어있다. 셀들은 바람직하게는 게스트 염료 (guest dye(s))를 포함하는 액정 (liquid crystal) 으로 충전된다.

마이크로컵 또는 셀을 설명할 때, 용어 "윤곽이 뚜렷한 (well-defined)"은 마이크로컵 또는 셀이 제조 과정의 특정 파라미터에 따라 미리 정해진 한정된 모양, 크기, 그리고 종횡비를 갖는 것을 의미하도록 되어있다.

마이크로컵 또는 셀을 설명할 때, 용어 "단분산된 (monodispersed)"은 마이크로컵 또는 셀이 지름, 길이, 폭, 그리고 높이에 있어서 좁은 크기 분포를 갖는 것을 의미하도록 되어있다.

용어 "종횡비 (aspect ratio)" 는 PDLC 표시장치가 속하는 기술분야에서 일반적으로 알려진 용어이다. 본 응용예에서는, 마이크로컵의 폭에 대한 깊이 또는 넓이에 대한 깊이의 비를 의미한다.

바람직한 실시형태

도 1a 에 도시된 바와 같이, 전형적인 PDLC 표시장치는 둘 중 적어도 하나는 투명한 (10) 2 개의 전극판 (10, 11) 으로 구성되며, 액정의 일 층은 등방성의 중합체 메트릭스 (polymer matrix) 에 분산되어 존재한다. 또한, 도 1a 는 2 개의 전극판 (10, 11) 에 전압 (13) 이 인가되지 않았을 때 액정분자들의 랜덤한 방향을 나타낸다. 따라서, 입사광 (14) 은 액정분자들의 랜덤한 배향때문에 산란된다 (15).

도 1b 는 2 개의 전극판에 전압 (13) 이 인가되었을 때 액정분자들이 임의의 방향으로 정렬되는 것을 나타낸다. 따라서, 액정의 일반적인 굴절률이 중합체 매트릭스 (12) 의 등방성 굴절률과 정합되어 있기 때문에 입사광 (16) 은 통과하여 투과한다 (17).

도 1c 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단색 액정표시장치는 2 개의 전극판 (10, 11) 사이에 둘러싸여진 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 셀들 (18) 을 포함한다. 셀들 (18) 은 실질적으로 균일한 모양과 크기를 가지며, LC 조성물로 충전되어 있다. 시청자쪽의 극은 투명하고 2 극 중 적어도 하나는 패터닝되어 있다. 적 (R), 녹 (G), 청 (B) 과 같은 세 개의 원색 필터 (19) 가 사용된다면 컬러의 전체 범위를 얻을 수 있다 (도 1d).

다른 방법으로, 본 발명의 전컬러 표시장치는 R, G, 그리고 B 게스트 염료들, 바람직하게는 각각 이색성인 염료들을 포함하는 LC 조성물로 윤곽이 뚜렷한 셀들 (1, 2 그리고 3) 을 충전함으로써 얻을 수도 있다. 예를 들어, 셀들 (1) 은 적색 게스트 염료를 갖는 LC로 충전되고, 인접한 셀들 (2) 는 녹색 게스트 염료를 갖는 LC로 충전되며, 그리고 인접한 셀들 (3) 은 청색 게스트 염료를 갖는 LC로 충전된다. LC를 포함하는 셀들의 층들의 수는 하나 이상일 수도 있다 (도 1e).

이러한 LC 표시장치를 제공하기 위한 과정은 몇가지 특징을 포함한다.

Ⅰ. 마이크로컵들의 제조

(a) 메일 몰드 (male mold) 의 제조

메일 몰드는 에칭 또는 전기도금에 후속하는 포토레지스트 과정 (photoreist process) 에 의해 제조될 수 있다. 메일 몰드의 제조에 대한 대표적인 예가 도 2a 내지 2d 에 도시되어 있다. 전기도금 (도 2a) 과 함께, 유리 베이스 (20) 는 크롬 인코넬 (inconel) 과 같은 시드 금속 (21) 의 박막 (전형적으로 3000 A) 으로 스퍼터링된다 (sputtered). 그 후, 포토레지스트 (22) 층에 의해 코팅되고 UV에 노출된다. 마스크 (24) 는 UV와 포토레지스트 (22) 사이에 놓여진다. 포토레지스트의 노출된 영역은 경화된다. 다음으로, 노출되지 않은 영역은 적절한 용매로 세척함으로써 제거된다. 나머지 경화된 포토레지스트는 건조되고 다시 시드 금속의 얇은 층으로 스퍼터링된다. 다음으로, 전기형성 (electorforming) 을 위해 마스터 (도 2b) 가 제조된다. 전기형성을 위해 사용되는 전형적인 재료는 니켈 코발트 (23) 이다. 다른 방법으로, "Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media", SPIE Proc. Vol. 1663, 324쪽 (1992) 에 설명된 것처럼 마스터는 무극의 니켈 침전물 또는 니켈 술파메이트 (sulfamate) 전기형성으로 만들어진다. 몰드의 플로어 (도 2d) 는 전형적으로 1 내지 5 마이크론 사이의 값이다. 또한, "Replication techniques for micro-optic", SPIE Proc. Vol. 3099, 76쪽부터 82쪽 (1997) 에 설명된 것처럼 마스터는 e-빔 기록 (e-beam writing), 건식 에칭 (dry etching), 화학 에칭, 레이저 기록 (laser writing) 또는 레이저 인터페이스 등을 포함하는 다른 마이크로공학 기술을 사용하여 만들어질 수도 있다. 다른 방법으로, 몰드는 플라스틱, 세라믹 또는 금속을 이용한 포토머시닝 (photomachining) 에 의해 만들어질 수 있다.

(b) 엠보싱에 의한 마이크로컵들의 제조

이 과정의 단계는 도 3a 와 도 3b 에 도시되어 있다. 메일 몰드 (30) 는 웹 (34) 의 위 (도 3a) 또는 아래 (도 3b) 에 놓여질 수 있다. 투명 도전 물질은 유리판 또는 플라스틱 물질 위에 투명 도전막 (31) 을 형성함으로써 만들어진다. 다음으로, 열가소성 또는 열경화성 전구체 (precusor) (32) 가 도전막 위에 코팅된다. 열가소성 또는 열경화성 전구체층은 열가소성 또는 열경화성 전구체의 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 롤러, 플레이트 또는 벨트 형태의 메일 몰드에 의해 엠보싱 (embossing) 된다.

마이크로컵들 (33) 의 제조를 위한 열가소성 또는 열경화성 전구체 (32) 는 다기능의 아크릴레이트 (acrylate) 또는 메타크릴레이트 (methacrylate), 비닐 에테르 (vinyl ether), 에폭사이드 (epoxide), 및 이들의 소중합체 (oligomers), 중합체 (polymers) 등일 수 있다. 다기능 아크릴레이트와 이들의 소중합체가 가장 바람직하다. 또한, 다기능 에폭사이드와 다기능 아크릴레이트의 조합은 바람직한 물리역학적인 속성을 얻는데 매우 유용하다. 또한, 일반적으로 우레탄 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트와 같은 유연성을 주는 교차결합 가능한 소중합체가 첨가되어, 엠보싱된 마이크로컵들의 휨 저항성 (flexure resistnace) 을 향상시킨다. 조성물은 중합체, 소중합체, 모노머 (monomer) 및 첨가물들 또는 단순한 소중합체, 모노머 및 첨가물들일 수 있다. 이러한 분류의 물질들에 대한 유리 전이 온도 (또는 Tg) 는 일반적으로 약 -70℃에서 약 150℃ 사이의 범위이고, 바람직하게는 약 -20℃에서 약 50℃ 사이의 범위이다. 마이크로엠보싱 (microembossing) 과정은 전형적으로 Tg보다 높은 온도에서 수행된다. 몰드가 압력을 가하는, 가열된 메일 몰드 또는 가열된 하우징 물질 (housing substrate) 은 마이크로엠보싱 온도와 압력을 제어하기 위해 사용될 수도 있다.

도 3a 와 3b 에 도시된 바와 같이, 몰드는 전구체층이 경화되는 동안 또는 경화된 후 분리되어 마이크로컵들 (33) 의 어레이를 노출시킨다. 전구체층의 경화는 조사, 열 또는 수분에 의한 냉각, 교차결합에 의해 수행된다. 열경화성 전구체의 경화가 UV 조사에 의해 수행된다면, 2 개의 도면에 도시된 바와 같이, UV는 웹 (web) (34) 의 아래로부터 또는 위로부터 투명한 도전 막 위로 조사된다. 다른 방법으로, UV 램프들이 몰드 내부에 놓여질 수도 있다. 이러한 경우 몰드는 미리 패터닝된 메일 몰드를 통해 UV 광이 열경화성 전구체층 위로 조사될 수 있도록 투명해야한다.

도 4a 및 4b 는 마이크로엠보싱에 의해 제조된 2 개의 마이크로컵 어레이들의 SEM 마이크로그래프를 나타낸다.

(c) 이미지와이즈 노출 (imagewise exposure) 에 의한 마이크로컵들의 제조

다른 방법으로, 마이크로컵들은 도전 막 (52) 위에 코팅된 조사 경화성 물질 (radiation curable material) (51) 을 마스크 (50) 를 통해 UV 또는 다른 형태의 조사에 이미지와이즈 노출 (도 5a) 함으로써 제조될 수 있다. 도전 막 (52) 은 플라스틱 물질 (53) 상에 존재한다.

롤-투-롤 (roll-to-roll) 과정에 있어서, 포토마스크 (photomask) 는 웹과 동기화되어 동일한 속도로 이동할 수도 있다. 도 5a 의 포토마스크 (50) 에서, 어두운 사각형 (54) 은 불투명한 영역을 나타내며 어두운 사각형 사이의 공간 (55) 은 개방 영역을 나타낸다. UV는 개방 영역 (55)을 통해 조사 경화성 물질 위로 조사된다. 노출된 영역은 경화되고 다음으로 노출되지 않은 영역 (마스크의 불투명한 영역에 의해 보호되는) 은 적절한 용매 또는 마이크로컵 (56) 을 현상하는 현상제 (developer) 에 의해 제거된다. 용매 또는 현상제는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 아세톤, 이소프로판올 등과 같이 조사 경화성 물질들을 용해시키거나 분산시키기 위해 일반적으로 사용되는 것들로부터 선택된다.

도 5b 및 5c 는 이미지와이즈 노출에 의해 마이크로컵들을 제조하기 위한 2 가지 다른 선택방법을 나타낸다. 이들 두 그림의 특징은 근본적으로 도 5a 에 도시된 것과 동일하며, 동일 부재에는 동일 부호를 사용하였다. 도 5b 에서, 사용된 도전막 (52) 은 불투명하며 미리 패터닝되어 있다. 이러한 경우, 포토마스크로서 기능하는, 도전 패턴을 통해 조사에 민감한 물질을 이미지와이즈 노출하는 것은 유용하다. 다음으로, 마이크로컵들 (56) 은 UV 조사 후 노출되지 않은 영역을 제거함으로써 형성될 수 있다. 또한, 도 5c 에서 도전 막 (52) 은 불투명하고 선으로 패터닝된다 (line-patterned). 조사 경화성 물질은 제 1 포토마스크로서 기능하는 도전 선 패턴 (52) 을 통해 바닥으로부터 노출된다. 제 2 노출은 도전선에 수직한 선패턴을 갖는 제 2 포토마스크 (50) 를 통해 다른쪽 면으로부터 수행된다. 다음으로, 노출되지 않은 영역은 용매 또는 현상제에 의해 제거되어 마이크로컵들 (56) 이 노출된다.

일반적으로, 마이크로컵들 (56) 은 액정 영역에서 광의 산란효과를 최대화하는 임의의 형태일 수 있다. 마이크로컵들은 동일한 하나의 시스템에서 실질적으로 균일한 크기와 형태를 갖는다. 그러나, 다른 형태와 크기들을 갖는 마이크로컵들이 상이한 컬러에 대해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 적색 염료를 갖는 LC로 충전된 마이크로컵들은 녹색 마이크로컵들 또는 청색 마이크로컵들과 상이한 형태와 크기를 가질 수 있다. 또한, 픽셀 (pixel) 은 다른 컬러의 마이크로컵들의 다른 숫자로 구성될 수 있다. 또한, 픽셀은 다수의 작은 녹색 마이크로컵들, 다수의 큰 적색 마이크로컵들, 그리고 다수의 작은 청색 마이크로컵들로 구성될 수 있다. 3 가지 컬러에 대해 같은 모양이나 같은 숫자일 필요는 없다. 도 6a 내지 6f 는 본 발명에서 사용될 수 있는 마이크로컵 패턴들에 대한 6가지의 예를 나타낸다.

마이크로컵들의 개구부 (opening) 들은 원, 정사각형, 직사각형, 육각형 또는 다른 어떤 모양이어도 된다. 개구부들 사이의 파티션 영역은 원하는 물리적인 속성들을 유지하면서 높은 색채도 및 색대비율을 얻기위해 바람직하게는 작게 유지되어야 한다.

본 발명의 LC 표시장치에 대해서, 각각의 개별적인 마이크로컵의 치수는 약 0.04 내지 약 100 ㎛², 바람직하게는 약 0.6 내지 36 ㎛²의 범위내일 수 있다. 마이크로컵들의 깊이는 약 1에서 약 10 마이크론, 바람직하게는 약 2 내지 약 6 마이크론의 범위내이다. 또한, 벽 (wall) 에 대한 개구부의 비율은 약 0.05 내지 약 20, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 10의 범위내이다. 일반적으로 개구부의 길이는 개구부의 끝에서 끝까지 약 0.5 내지 약 6 마이크론, 바람직하게는 약 1 내지 약 4 마이크론의 범위내이다.

Ⅱ. 액정들, 이색성의 염료들 그리고 그들의 혼합물들

앞에서 형성된 마이크로컵들의 어레이는 일반적으로 코팅 과정에 의해 액정들로 충전된다. 또한, 액정들은 표시장치에 단색성 컬러를 부여하고 색대비를 증가시키는 이색성의 염료를 포함한다.

본 발명에 사용될 수 있는 액정물질들은 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 널리 알려져 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 액정물질들의 예로 E로부터 E7, TL205, TL213, BL006, BL009, 및 BL037 (Merck사 (Germany)) 를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 다른 액정물질들이 미국 특허 제 5,835,174 호 (Clikeman, et al.) 에 나열되어 있다. 또한, 몇몇 애플리케이션들에서는 콜레스테릭 (cholesteric) 액정들이 사용될 수 있다.

본 발명의 액정들은 바람직하게는 게스트 염료(들)을 포함한다. 본 발명의 게스트 염료들은 이색성이며 본 발명이 속하는 기술분야에서는 널리 알려져있다. 미국특허 제 5,589,100 호 (Grasso, et al.) 에는 아릴라조 (arylazo) 또는 폴리(아릴라조) 이색성 염료가 액정과 함께 사용될 수 있다고 설명되어 있을 뿐만아니라 본 발명에 적합한 다른 이색성 염료들도 나열되어 있다.

염료들의 추가는 컬러를 부가할 뿐만 아니라 실질적으로 몇몇 표시장치 응용들에서 색대비를 향상시킬 수 있다. 적합해지도록 하기 위하여, 염료는 높은 차수의 파라미터들과 호스트 액정 물질 내에서 적당한 용해도를 가져야 한다. 높은 차수의 파라미터들은 액정 호스트 물질의 분자들의 모양과 유사하고, 분자의 폭에 대한 큰 길이비를 갖는 연장된 모양의 염료에 의해 조성된다. 게스트 염료를 갖는 LC는 높은 색대비, 높은 감광성 (extinction), 그리고 화학적 광화학적 안정성과 같은 양호한 시인성을 제공할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 높은 이색성 비율을 갖는 이색성 염료의 예로는 Funktionfluid Gmb (Germany) 의 Blue AB2, Red AR1 및 Yellow AG1과 미쯔이 토아쯔 (Mitsui toatsu) 의 SI-486 (yellow), SI426 (red), M483 (blue), S344 (black), S428 (black), S7 (black) 이 있다.

또한, 이온이 아닌 아조 (azo) 염료와 안트라키논 (anthraquinone) 염료가 유용하다. 그 예로 Arizona의 Pylam Products사의 Oil Red EGN, Sudan Red, Sudan Blue, Oil Blue, Macrolex Blue, Solvent Blue 35, Pylam Spirit Black 및 Fast Spirit Black 과 Aldrich의 Sudan Black B, BASF의 Thermoplastic Black X-70, Aldrich의 anthroquinone blue, anthroquinone yellow 114, anthroquinone red 111, 135, anthroquinone green 28이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 어떤 경우에서도, 염료들은 화학적으로 안정해야하고 마이크로컵 재료에서 낮은 용해도를 가져야 한다. 액정들 또는 염료들은 언제라도 마이크로컵들에 해가 되어서는 안된다.

Ⅲ. 마이크로컵들의 밀봉 (sealing)

마이크로컵의 밀봉은 다양한 방식으로 달성될 수도 있다. 바람직한 접근방법으로 UV 경화성 밀봉제 조성물을 LC 조성물 안으로 분산시키는 방법이 있다. UV 경화성 조성물은 LC의 비중보다 낮은 비중을 갖으며, LC와 섞이지 않는다. UV 경화성 조성물과 LC 조성물은 인라인 (in-line) 믹서에서 완전하게 섞이며, 미라드바 (Myrad bar), 그라비어 (gravure), 닥터블레이드 (doctor blade), 슬롯코팅 (slot coating) 또는 슬릿코팅 (slit coating) 과 같은 정밀한 코팅 기술로 마이크로컵들 위로 즉시 코팅된다. 점성, 코팅 영역을 제어하고 LC 상태로부터의 봉합제 상태의 상분리를 촉진하기 위해 휘발성 용매들이 사용될 수 있다. 과도한 유체는 와이퍼 블레이드 또는 이와 유사한 장치에 의해 닦아내질 수 있다. 다음으로, 이렇게 충전된 마이크로컵들은 건조되고 UV 경화성 조성물은 LC의 상단으로 부유된다. 마이크로컵들은 상단으로 부유된 UV 경화성층을 상단으로 부유되는는 동안 또는 부유된 후에 경화시킴으로써 밀봉될 수 있다. UV 또는 가시광선, IR 및 전자빔과 같은 다른 형태의 조사는 마이크로컵들을 경화하고 밀봉하는데 사용될 수 있다. 또한, 열 또는 수분 경화성 밀봉제 조성물이 사용될 때, 열 또는 수분, 또는 이들의 결합이 마이크로컵들을 경화하고 밀봉하는데 적용될 수 있다.

밀봉제와 마이크로컵벽간의 접착, 및 LC와 밀봉재간 인터페이스의 습윤 (wetting) 을 향상시키는데 계면활성제들이 사용될 수 있다. 유용한 계면활성제로는 3M사의 FC 계면활성제, 듀퐁 (DuPont) 사의 조닐플루오로계면활성제 (Zonyl fluorosurfactants), OSi사의 플루오로아크릴레이트 (fluoroacrylates), 프루오로메타크릴레이트 (fluoromethacrylates), 플루오로-치환 긴 사슬 알콜 (fluoro-substituted long chain alcohols), 퍼플루오로-치환 긴 사슬 카르복실산 (perfluoro-substituted long chain carboxylic acids) 및 이들의 유도체, 그리고 실웨트 (Silwet) 계면활성제가 있다.

다른 방법으로, LC와 밀봉제 조성물은 순차적으로 마이크로컵안으로 코팅될 수 있다. 그러므로, 마이트로컵들의 밀봉은 조사, 열, 수분 또는 접촉반응에 의해 경화될 수 있는 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물의 적층을 오버코팅 (overcoating) 하고 충전된 마이클컵들의 표면위에 경화함으로써 수행될 수 있다. UV 경화 이전의 접촉 중합은 밀봉 과정에 있어서 매우 유익하다. 접촉 중합에 의해 인터페이스에 얇은 장벽 층을 형성함으로써 LC 층과 오버코트 사이의 상호혼합이 상당히 억제될 수 있다. 다음으로, 봉합은 사후 경화 단계, 바람직하게는 UV 조사에 의해 완성된다. 상호 혼합의 정도를 더 줄이기 위해서는, 오버코팅의 비중을 LC의 비중보다 낮게하는 것이 매우 바람직하다. 점성 및 코팅들의 두께를 조절하기 위해서 휘발성 유기용매가 사용될 수도 있다. 휘발성 용매는 오버코트에 사용되는 경우, LC 또는 염료와 섞이지 않고 LC 상태의 비중보다 더 낮은 비중을 갖는 것이 바람직하다. 사용된 염료가 적어도 부분적으로 밀봉제층에 가용성일 때, 2 단계의 오버코팅 과정은 매우 유용하다. 밀봉제층과 LC 상태사이의 상호 혼합 정도를 더 줄이기 위해서, 충전된 마이크로컵 어레이는 밀봉제층의 오버코팅 전에 냉각될 수 있다.

다른 방법으로, 충전된 마이크로컵들의 밀봉은, 접착성층을 분리물질 (release substrate) 로부터 충전된 마이크로컵들 위로 전사 적층 (transfer laminating) 하고, 바람직하게는 열, 조사 또는 간단한 용매의 증발에 의해 접착성층을 경화시키고, 마지막으로 분리물질을 분리해냄으로써 수행될 수도 있다. 또한, 충전된 마이크로컵들의 냉각은 전사 적층 과정 (transfer lamination process) 에 의해 밀봉하는데 있어 매우 유용하다.

Ⅳ. 단색 LC 표시장치의 제조

제조 과정은 도 7 에 도시된 흐름도에 나타나 있다. 모든 마이크로컵들은 같은 컬러의 게스트 염료(들)를 포함하는 LC 로 충전되어 있다. 제조과정은 다음의 단계로 구성되는 연속적인 롤투롤 (roll-to-roll) 과정일 수 있다:

1. 선택적으로는 용매와 함께, 열가소성 또는 열경화성 전구체 (70) 를 투명한 도전 막 (71) 위로 코팅한다. 만약 존재한다면, 용매는 바로 증발한다.

2. 미리 패터닝된 메일 몰드 (pre-patterned male mold) (72) 로 열경화성 전구체층의 유리 전이 온도보다 더 높은 온도에서 열가소성 또는 열경화성 전구체를 엠보싱한다.

3. 바람직하게는 적당한 수단에 의해 경화되는 동안 또는 경화된 후 몰드를 열가소성 또는 열경화성 전구체층으로부터 분리한다.

4. 이렇게 형성된 마이크로컵들 (73) 을, LC와 섞이지 않으며 LC 상태보다 더 낮은 비중을 갖는, 열경화성 전구체 조성물을 포함하는 LC 조성물 (74) 로 충전한다.

5. 열경화성 전구체가 분리되어 LC 상태의 상단에 부유층을 형성하는 동안 또는 형성한 후 바람직하게는 용매의 증발, UV (75) 와 같은 조사, 또는 열 또는 수분에 의해 열경화성 전구체를 경화시켜, LC 및 바람직하게는 게스트 염료(들)을 포함하는 폐쇄된 LC 셀들을 형성하여, 마이크로컵을 밀봉한다.

6. 감압 접착제, 뜨겁게 녹아있는 접착제, 열, 수분 또는 조사 경화성 접착제일 수도 있는 접착성층 (77) 으로 코팅된 제 2 도전 막 (76) 을 갖는 LC 셀들의 밀봉된 어레이를 적층한다.

적층 접착제는 상단의 도전막이 조사에 대해 투명한 경우 상단의 도전 막을 통해 UV (78) 와 같은 조사에 의해 경화될 수도 있다. 적층된 제조품은 디바이스의 조립을 위해 적절한 크기로 절단될 수도 있다 (79).

위에서 설명된 마이크로컵의 제조는, 열경화성 전구체로 코팅된 도전 막을 이미지와이즈 노출하고, 적절한 용매에 의해 노출되지 않은 영역을 제거하는 대체적 과정에 다른 과정에 의해 쉽게 대체될 수 있다. 마이크로컵들을 밀봉하는 과정은, 충전된 마이크로컵들의 표면에 밀봉제를 경화시키는 과정이 뒤따르는, 위에서 설명된 오버코팅 또는 전사 적층 과정에 의해 선택적으로 수행될 수도 있다.

색대비를 향상시키기 위하여, 더 많은 마이크로컵층이 사용될 수 있다 (도 1c). 따라서, 충전된 마이크로컵들위에 밀봉제층을 경화시킨 후 (단계 5), 조성물을 형성하는 마이크로컵의 다른 층이 밀봉된 마이크로컵 어레이 위로 코팅된다. 단계 2 내지 5는 적절한 색대비율이 얻어질 때까지 수회 반복될 수 있다. 다음으로, 다중층의 마이크로컵 층이 제 2 도전층에 적층되며, 표시장치의 조립에 적당한 크기로 절단된다. 2 개의 도전 막 중 적어도 하나는 미리 패터닝된다. 또한, 적어도 시청자 쪽의 도전 막은 투명하다.

Ⅴ. 다중-컬러 (multi-color) LC 표시장치의 제조

본 발명의 다중 컬러 LC 표시장치는 이전 섹션 (도 1d) 에서 제조되는 단색 표시장치의 아래에 (R, G, B) 컬러 필터들 및 블랙 매트릭스 (black matrix) 를 사용하여 제조할 수 있다. 다른 방법으로, 본 발명의 전컬러 표시장치는 상이한 컬러들의 게스트 염료를 포함하는 LC로 마이크로컵들을 충전함으로써 제조할 수 있다. 단색 표시장치들의 제조에 대해 설명된 과정에 더하여, 이러한 컬러 표시장치를 위해서는 추가적인 단계가 필요하다. 이러한 추가적인 단계는, (1) 적어도 Saint-Gobain사, Worcester사, MA사의 PET-4851 와 같은 제거 가능한 지지재 (support), Shipley사의 Microposit S1818과 같은 노볼락 양성 포토레지스트 (novolac positive photoresist), National Starch사의 Nacor 72-8685 혼합물 및 BF Goodrich사의 Carboset 515와 같은 알칼리-현상가능 (alkali-developable) 접착성층으로 이루어지는 건조막 포토레지스트를 적극적으로 작용시켜서 이미 형성된 마이크로컵들을 적층하는 단계; (2) 포토레지스트를 이미지와이즈 노출하고, 제거 가능한 지지막을 제거하며, Shipley사의 희석된 Microposit 351 현상제 (developer) 와 같은 현상제로 양성 포토레지스트 (positive photoresist)를 현상함으로써 일정한 양의 마이크로컵들을 선택적으로 개방하는 단계; (3) 개방된 컵들을 제 1 원색의 게스트 염료를 갖는 LC로 충전하는 단계; 및 (4) 단색 표시장치의 제조과정에서 설명된 것처럼 충전된 마이크로컵들을 밀봉하는 단계를 포함한다. 이러한 추가적인 단계들은 제 2 및 제 3 의 원색의 LC 로 충전된 마이크로컵을 생성하기 위해 반복될 수도 있다.

더욱 자세하게는, 다중-컬러 LC 표시장치는 도 8 에 도시된 단계에 따라 제조될 수 있다:

1. 도전 막 (81) 위에 열경화성 전구체층 (80) 을 코팅한다.

2. 미리 패터닝된 메일 몰드 (도시되지 않음) 로 열가소성 또는 열경화성 전구체의 유리 전이 온도보다 더 높은 온도에서 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 엠보싱한다.

3. 바람직하게는 용매의 증발, 냉각, 또는 조사, 열 또는 수분에 의한 교차결합에 의해 경화되는 동안 또는 경화된 후에 열가소성 또는 열경화성 전구체층으로부터 몰드를 분리한다.

4. 위에서 형성된 마이크로컵들의 어레이 (82) 를, 적어도 양성 포토레시스트 (84) 와 제거 가능한 플라스틱 커버 시트 (cover sheet) (도시되지 않음) 를 포함하는, 양성 건조막 포토레지스트로 적층한다. 양성 건조 막 포토레지스트는 마이크로컵들과 레지스트 사이의 접착성을 향상시키기 위한 접착성층 (83) 을 포함할 수도 있다.

5. UV, 가시광선, 또는 다른 조사로 양성 포토레지스트를 이미지와이즈 노출하고, 커버 시트를 제거하며, 노출된 영역안에 컵을 현상하고 개방한다. 단계 4 및 5 의 목적은 미리 결정된 영역 (도 8d) 에서 마이크로컵들을 선택적으로 개방하는 것이다.

6. LC 상태와 섞이지 않으며 LC 상태보다 낮은 비중을 갖는 밀봉제 조성물 (86) 과 제 1 원색의 게스트 염료(들) (85) 를 포함하는 LC 조성물로 개방된 마이크로컵들을 충전한다.

7. 밀봉제가 분리되어 액정 상태 상단에 부유층을 형성하는 동안 또는 형성된 후 용매의 증발에 의한 밀봉제층의 경화 또는 바람직하게는 UV와 같은 조사, 덜바람직하게는 열 또는 수분에 의한 경화를 통해 마이크로컵들을 밀봉하여 제 1 원색의 게스트 염료를 갖는 LC를 포함하는 폐쇄된 LC 셀들을 형성한다 (도 8e).

8. 위에서 설명된 단계 5 내지 7은 상이한 영역에 상이한 컬러들의 게스트 염료(들)을 갖는 LC를 포함하는 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 셀들을 형성하기 위해 반복될 수도 있다.

9. 밀봉된 LC 셀들의 어레이에, 감압 접착제, 뜨겁게 녹아있는 접착제 , 열, 수분 또는 조사 경화성 접착제일 수도 있는 접착성층 (88) 으로 미리 코팅된 제 2 투명 도전 막 (87) 을 적층한다.

10. 접착제를 경화시킨다.

위의 과정에서 설명된 마이크로컵들의 제조방법은 적절한 용매로 노출되지 않은 영역을 제거하는 과정 이전에 열경화성 전구체로 코팅된 도전 막을 이미지와이즈 노출하는 대체적 과정에 의해 쉽게 대체될 수 있다. 마이크로컵들의 밀봉은 액정 상태의 표면에 열경화성 전구체 물질의 층을 직접적으로 코팅함으로써 대체적으로 수행될 수도 있다.

설명된 바와 같은 본 발명의 과정에 의해 제조된 표시장치의 두께는 종이한장 정도의 두께만큼이나 얇다. 표시장치의 폭은 코팅 웹 (전형적으로 3 내지 90 인치) 의 폭이다. 표시장치의 길이는 롤의 크기에 따라 수 인치에서 수천 피트까지 될 수 있다.

실시예

아래의 예들은 당업자들이 더욱 명확하게 본 발명을 실시하고 이해할 수 있도록 해주기 위하여 제공된다. 아래의 예들은 본 발명의 범위를 제한하지 아니하고, 단지 예시적일 뿐이며 아래의 예들에 대한 표현일 뿐이다.

실시예 1

마이크로엠보싱에 의한 마이크로컵들의 제조

[표 1] 에 나타내진 조성물은 Sheldahl (Northfield, MN) 사의 ITO 도전층으로 미리 코팅된 2mil PET 막 위로 코팅된 Myrad bar #6이었다. 마이크로엠보싱을 위하여 미리 형성된 (4x4x4 마이크론) 코발트 니켈 메일 몰드와 Henkel사의 Frekote 700-NC 몰드 분리제가 사용되었다. 코팅두께는 약 5 마이크론이 되도록 조정하였다. 다음으로, 코팅된 막을 90℃에서 압축 롤러를 사용한 스텐실 (stencil) 로 엠보싱한다. 다음으로, 약 1분동안 365㎚에서 80mW/㎠의 강도를 갖는 금속 플루오르 램프가 장착된 Cure Zone 노출장치 (ADAC 테크놀로지사) 를 사용하여 Mylar 막을 통해 코팅을 UV 경화한다. 다음으로, 엠보싱된 막을 몰드로부터 분리하여, 윤곽이 뚜렷한 (4x4x4 마이크론) 마이크로컵들을 노출시킨다. 마이크로엠보싱은 90℃에서 GBC 적층기 (GBC Laminator)를 사용하여 수행되었다.

실시예 2

마이크로엠보싱에 의한 마이크로컵들의 제조

[표 2]에 나타낸 형식을 제외하고 예 1 과 같이 4x4x4 마이크론 몰드로 엠보싱되고 코팅되었다.

Myrad bar #12를 사용하였다. 조정된 두께는 5마이크론이었다. 90℃에서 압력 롤러 (GBC Laminator)를 사용하여 마이크로엠보싱을 수행하였다.

예 3

마이크로엠보싱에 의한 마이크로컵들의 제조

ITO 도전층으로 미리 코팅된 2 ml PET 막과 미리 패터닝된 (4x4x4 마이크론) 코발트 니켈 몰드 사이에서 압축 롤러를 사용하여 [표 3]에 나타낸 조성물들을 적층하였다. PET/ITO 막을 5초 동안 코로나 방전 (일렉트로-테크닉 프로덕트, 모델 BD-10A, 시카고, IL) 처리하였다. 코발트 니켈 몰드를 몰드 분리제 (mold release) Frekote 750-NC로 전처리하였다. 다음으로, 1분동안 PET/ITO 막을 통해 코팅을 UV 경화하였다. 다음으로, 엠보싱 막을 몰드로부터 분리하여 미츠요토 (Mituyoto) 두께 측정기에 의해 측정된 5.5 마이크론의 두께를 갖는 윤곽이 뚜렷한 (4x4x4 마이크론) 마이크로컵들을 노출시켰다.

예 4

액정용액으로 충전된 마이크로컵들의 제조

예 3 에서 생성된 마이크로컵들을 핵산 (hexanes) 으로 세척하고, 다음으로 MEK로 세척한 후, 10분동안 오븐 (66℃) 에서 건조하였다. 1wt% Silwet L7608 (OSi Specialties사) 를 포함하는 액정 BL006 (E. Merck사, 독일) 용액을 MPK의 9배의 부피로 혼합하여, 그 결과 얻어진 용액을 Myrad #16을 사용하여 마이크로컵 위에 코팅하였다. 마이크로컵 내의 여분의 용매를 10분동안 오븐 (66℃) 에서 증발시켰다.

예 5

청색 이색성 염료를 포함하는 액정용액으로 충전된 마이크로컵들의 제조

예 3 에서 생성된 마이크로컵들을 핵산 (hexanes) 으로 세척하고, 다음으로 MEK로 세척한 후, 10분동안 오븐 (66℃) 에서 건조시켰다. 3wt% 이색성 염료 Blue AB2 (Funktionfluid Gmb사, 독일) 를 포함하는 액정 BL006 (E. Merck사, 독일) 용액과 1wt% Silwet L7608 (OSi Specialties사) 를 MPK의 9배의 부피로 혼합하여, 그 결과 얻어진 용액을 Myrad #16을 사용하여 마이크로컵 위에 코팅하였다. 마이크로컵 내의 여분의 용매를 10분동안 오븐 (66℃) 에서 증발시켰다.

예 6

검은색 이색성 염료 혼합물을 포함하는 액정용액으로 충전된 마이크로컵들의 제조

삭제

예 3 에서 만들어진 마이크로컵들을 핵산 (hexanes) 으로 세척하고, 다음으로 MEK로 세척한 후, 10분동안 오븐 (66℃) 에서 건조시켰다. 3 가지 이색성 염료들인 Blue AB2, Red AR1, 그리고 Yellow AG1 (Funktionfluid Gmb사, 독일) 을 함께 혼합함으로써 흑색 이색성 염료 혼합물을 제조하였다. 2wt% 흑색 이색성 염료 혼합물을 포함하는 액정 BL006 (E. Merck사, 독일) 용액을 1wt% Silwet L7608 (OSi Specialties사) MPK의 9배의 부피로 혼합하여, 그 결과 얻어진 용액을 Myrad #16을 사용하여 마이크로컵 위에 코팅하였다. 마이크로컵 내의 여분의 용매는 10분동안 오븐 (66℃) 에서 증발시켰다.

예 7

2-단계 (오버코팅 (overcoating)) 과정에 의한 마이크로컵들의 밀봉

이소퍼 (Isopar) E (엑손 화학사) 내의 비스탈론 (Vistalon) 0106의 10% 용액 (엑손 모빌 화학사) 을 예 4, 5 및 6에서 제조된 BL006으로 충전된 마이크로컵 위로 코팅하였다. 코팅층은 균일하고 투명하였다. #3 Myrad bar를 사용하여, 0.39 ㎎/in²의 무게 범위를 갖는 봉합 중합체층이 얻어지며, 밀봉 중합체층의 두께는 0.7 마이크론으로 측정되었다. #8 Myrad bar를 사용하여, 0.75 ㎎/in²의 무게 범위를 갖는 봉합 중합체층이 얻어지며, 밀봉 중합체층의 두께는 1.3 마이크론으로 측정되었다. 비스탈론 0106의 밀도는 약 0.9 g/㎤이다.

예 8

2-단계 (오버코팅) 과정에 의한 마이크로컵들의 밀봉

예 7의 과정과 동일한 과정에 따라, 2-프로판올 (propanol) 내의 카르복실기화된 아크릴 공중합체 (carboxylated acrylic copolymer), Amphomer 28-4910 (내셔널 스타치 (National Starch) 사) 의 10% 용액을 예 5 에서 제조된 BL006이 충전된 마이크로컵들 위로 코팅함으로써 마이크로컵들을 밀봉하였다. 코팅층은 균일하고 투명하였다. #3 Myrad bar를 사용하여, 0.44 ㎎/in²의 무게 범위를 갖는 밀봉 중합체층이 얻어지며, 밀봉 중합체층의 두께는 0.6 마이크론으로 측정되었다. #8 Myrad bar를 사용하여, 1.0 ㎎/in²의 무게 범위를 갖는 밀봉 중합체층이 얻어지며, 밀봉 중합체층의 두께는 1.3 마이크론으로 측정되었다. Amphomer 28-4910의 밀도는 약 1.2 g/㎤이다.

예 9

전형적인 중합 유도식 상태 분리 PDLC 표시장치

비교를 위하여, 상태 분리 중합체 분산 액정표시장치에 의해 유도되는 전형적인 중합화를 시행하였다. Norland 65 (Norland사) 에 대한 액정 E7 (E. Merck, 독일) 의 비율을 다르게하여 혼합되며 4.5㎛, 25㎛, 또는 50㎛의 간격을 갖는 유리로 코팅된 2 장의 ITO 사이에 끼워진다. Cure Zone 노출 장치 (ADAC 테크놀로지사) 하에서 UV-경화 시간을 최적화하기 위해 스텝 웨지 (step wedge) 가 사용된다. 도 8a 는 위와 같은 방법으로 제조된 상태 분리 PDLC 표시장치에 의해 유도되는 전형적인 중합에 대한 이력곡선을 나타낸다.

예 10

SIPix 이력현상이 없는 액정표시장치

예 1, 2 및 3 에서 제조된 마이크로컵을 이용하여 단층 액정표시장치를 조립하였다. 이색성 염료(들)를 갖거나 또는 갖지 않는 액정을 예 4, 5 및 6에서 설명된 방법으로 마이크로컵 내부로 충전하였다. 다음으로, 이렇게 LC로 충전된 마이크로컵들을 예 7 또는 8에서 설명한 방법으로 밀봉하였다. 본 발명에 따라 만들어진 액정표시장치에 대해서는 이력현상이 관찰되지 않았다 (도 8b).

예 11

다층 표시장치의 조립 및 그 동작

표시 성능을 향상시키기 위해 다층 액정표시장치를 조립하였다. 단층 액정표시장치를 예 10에서 설명한 바와 같이 제조하였다. 제 1 LC 표시장치의 위에 마이크로컵의 제 2 층을 엠보싱하고, 염료를 갖거나 또는 갖지 않는 LC를 충전하며 LC 표시장치의 제 2 층을 밀봉하는데 동일한 과정을 이용하였다. 제 1 층 위에 제 2 층 마이크로컵의 등록은 최대 광 산란의 약 0에서 10정도의 범위에서 제 1 층으로부터 떨어져서 설정되었다. 2 개의 이중층 어레이를 적층하여 4-층 액정표시장치를 적층하였다. 상승응답시간과 하강응답시간이 각각 1 msec 이하와 10 msec 이하 (40 볼트에서) 인 높은 색대비의 표시장치가 얻어졌다. 이력현상 폐곡선은 관찰되지 않았다.

Claims (55)

1. 하나 이상의 디스플레이 셀 (73) 을 구비하는 LC 디스플레이로서,

   (a) 상기 디스플레이 셀에 충전되는 액정 조성물 (74),

   (b) 상기 디스플레이 셀에 포함된 상기 액정 조성물 (74) 을 포위하는 파티션 벽, 및

   (c) 상기 액정 조성물보다 낮은 비중을 갖는 밀봉 조성물로부터 형성되며, 상기 디스플레이 셀 (73) 의 상단 개구부를 밀봉하여 상기 액정 조성물을 상기 디스플레이 셀 내에 밀봉하는 중합체 밀봉층을 구비하는, LC 디스플레이.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 셀은 약 0.04 내지 약 100 ㎛² 범위의 개방 영역을 갖는, LC 디스플레이.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 셀은 약 0.5 내지 약 10 미크론 범위의 깊이를 갖는, LC 디스플레이.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 셀은 약 0.05 내지 20 범위의 개구부 대 벽 비율을 갖는, LC 디스플레이.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 셀은 미리 결정된 영역에서, 미리 결정된 컬러의 게스트 염료를 포함하는 LC 조성물로 충전되는, LC 디스플레이.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 셀은 미리 결정된 컬러의 게스트 염료를 선택적으로 포함하는 LC 조성물로 충전되고 각각의 상단에 스택 (stack) 되는, LC 디스플레이.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 LC 조성물은 게스트 염료를 더 포함하는, LC 디스플레이.
8. 제 1 항에 있어서,

   디스플레이 셀의 층을 하나 이상 포함하는, LC 디스플레이.
9. 제 1 항에 있어서,

   적층되거나 코팅된 컬러 필터를 포함하는, LC 디스플레이.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 LC 조성물은 상기 디스플레이 셀 각각에 부분적으로 충전되는, LC 디스플레이.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 부분적으로 충전된 LC 조성물은 상기 중합체 밀봉층과 접촉하는, LC 디스플레이.
12. a) 도전막 (31) 상에 열가소성 또는 열경화성 전구체층 (32) 을 코팅하는 단계;

    b) 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 미리 패터닝된 메일 몰드 (male mold; 30) 로 엠보싱하는 단계:

    c) 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층으로부터 상기 몰드를 분리하는 단계;

    d) 디스플레이 셀 (33) 을 형성하기 위해 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 경화하는 단계;

    e) 상기 형성된 디스플레이 셀을 LC 조성물로 충전하는 단계; 및

    f) 상기 충전된 디스플레이 셀을 상기 LC 조성물보다 낮은 비중을 갖는 밀봉 조성물로 밀봉하는 단계를 포함하는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 열경화성 전구체는 다가의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 다가의 비닐, 다가의 에폭사이드, 다가의 아릴, 및 교차결합되는 작용기를 포함하는 소중합체 또는 중합체를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층은 유리 전이 온도 이상의 온도에서 엠보싱되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 경화하는 단계는 조사, 열, 수분, 냉각, 또는 용매 또는 가소제의 증발에 의한 교차결합에 의해 달성되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 미리 패터닝된 메일 몰드는, 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체층이 경화되기 전, 경화되는 동안, 또는 경화된 후 분리되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
17. a) 도전막 (52) 상에 조사 경화성 조성물 (51) 층을 코팅하는 단계;

    b) 상기 조사 경화성 층을 이미지와이즈 노출하는 단계;

    c) 디스플레이 셀 (56) 의 어레이를 노출시키기 위해 현상제 또는 용매에 의해 노출되지 않은 영역을 제거하는 단계;

    d) 상기 형성된 디스플레이 셀을 LC 조성물로 충전하는 단계; 및

    e) 상기 충전된 디스플레이 셀을 상기 LC 조성물보다 낮은 비중을 갖는 밀봉 조성물로 밀봉하는 단계를 포함하는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 조사 경화성 조성물은 다가의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 다가의 비닐, 다가의 에폭사이드, 다가의 아릴, 및 교차결합된 작용기를 포함하는 소중합체 또는 중합체를 포함하는 그룹으로부터 선택된 부재를 포함하는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 이미지와이즈 노출은 UV, 가시광선, 근 IR, 또는 전자빔 조사에 의해 달성되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
20. a) LC 조성물로 마이크로컵을 충전하는 단계;

    b) 적어도 부분적으로는 상기 LC 조성물과 섞이지 않으며 상기 LC 보다 낮은 비중을 갖는 열경화성 또는 열가소성 전구체 조성물을 상기 LC 조성물에 오버코팅함으로써 상기 마이크로컵들을 밀봉하는 단계; 및

    c) 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 경화하는 단계를 포함하는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물은, 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물이 상기 LC 조성물에 코팅된 후 증발되는 휘발성 용매 또는 용매 혼합물로 희석되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물은 조사, 열, 수분, 또는 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물과 상기 LC 조성물 사이의 인터페이스에서의 접촉 반응에 의해 경화되는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
23. 제 20 항에 있어서,

    상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물은 다가의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 다가의 비닐, 다가의 에폭사이드, 다가의 아릴, 다가의 이소시아네이트, 및 교차결합되는 작용기를 포함하는 소중합체 또는 중합체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 부재를 포함하는, LC 디스플레이 제조 프로세스.
24. LC 디스플레이에 사용되는 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 셀들의 어레이의 제조방법에 있어서,

    a) LC 조성물과 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 열경화성 또는 열가소성 전구체 조성물의 분산으로 마이크로컵들을 충전하는 단계; 및

    b) 상태가 분리되어 상기 LC 조성물 위에 부유층이 형성되는 동안 또는 형성된 후 상기 열경화성 또는 열가소성 전구체의 조성물을 경화시킴으로써 마이크로컵들을 밀봉하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 열경화성 또는 열가소성 전구체 조성물은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐, 다가의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 시아노아크릴레이트, 다가의 비닐, 다가의 에폭사이드, 다가의 이소시아네이트, 다가의 아릴, 및 그들로부터 유도되는 소중합체 또는 중합체에서 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
26. LC 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서,

    a) 우선 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 도전막 위에 코팅하고, 다음으로 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 메일 몰드로 엠보싱하거나 도전막 위에 코팅된 조사 경화성 층을 이미지와이즈 노출하여 노출되지 않은 영역을 제거함으로써 마이크로컵들을 제조하는 단계;

    b) 이와 같이 형성된 마이크로컵들을 LC 조성물로 충전하는 단계; 및

    c) 충전된 마이크로컵들을 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 밀봉 조성물로 밀봉하는 단계

    를 포함하는 제조방법.
27. 제 26 항에 있어서,

    접착성층으로 미리 코팅된 제 2 도전필름으로 상기 충전되고 밀봉된 마이크로컵들을 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
28. 제 26 항에 있어서,

    상기 마이크로컵들의 밀봉은 상기 LC 조성물과 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물로 상기 마이크로컵들을 충전하고, 다음으로 상태가 분리되어 상기 LC 조성물 위에 부유층이 형성되는 동안 또는 형성된 후 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 경화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
29. 제 26 항에 있어서,

    상기 채워진 마이크로컵들의 밀봉은 상기 LC 조성물 위로 적어도 부분적으로는 상기 LC 조성물과 섞이지 않으며 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 오버코팅하고, 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 경화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
30. 다중-컬러 LC 디스플레이의 제조 방법에 있어서,

    a) 우선 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 도전막 위에 코팅하고, 다음으로 메일 몰드로 열가소성 또는 열경화성 전구체층을 엠보싱하거나 도전막 상에 코팅된 조사 경화성 층을 이미지와이즈 노출하여 노출되지 않은 영역을 제거하는 단계;

    b) 상기와 같이 형성된 마이크로컵들을 양성 포토레지스트로 적층하는 단계;

    c) 상기 양성 포토레지스트를 이미지와이즈 노출하여 미리 정해진 영역에서 선택적으로 상기 마이크로컵들을 개방하는 단계;

    d) 제 1 컬러의 게스트 염료(들)를 갖는 LC 조성물로 상기 개방된 마이크로컵들을 충전하는 단계;

    e) 상기 LC 조성물로 충전된 상기 마이크로컵들을 제 1 컬러의 게스트 염료(들)로 밀봉하는 단계;

    f) 다른 영역에 상기 c) 단계부터 상기 e) 단계를 반복하여 다른 컬러의 LC 조성물로 충전된 마이크로컵들의 그룹을 생성하는 단계;

    g) 남아있는 양성 포토레지스트가 있다면 이를 제거하는 단계; 및

    h) 접착성층으로 미리 코팅된 제 2 도전막으로 상기 충전되고 밀봉된 마이크로컵들을 적층하는 단계

    를 포함하는 제조방법.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 마이크로컵들의 밀봉은 상기 LC 조성물과 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물로 상기 마이크로컵들을 충전하고, 다음으로 상태가 분리되어 상기 LC 조성물 위에 부유층이 형성되는 동안 또는 형성된 후 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 경화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
32. 제 30 항에 있어서,

    상기 충전된 마이크로컵들의 밀봉은 상기 LC 조성물 위로 적어도 부분적으로는 상기 LC 조성물과 섞이지 않으며 상기 LC 조성물의 비중보다 낮은 비중을 갖는 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 오버코팅하고, 상기 열가소성 또는 열경화성 전구체 조성물을 경화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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