KR101927562B1 - 전자 디스플레이를 위한 투명 전극 - Google Patents

전자 디스플레이를 위한 투명 전극 Download PDF

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Abstract

투명 전극이 기술되며 투명 전극은 금속성 나노와이어들, 및 나노와이어들을 부식 및 마모로부터 보호하기 위한 중합체성 오버코트층을 포함한다. 중합체성 오버코트층은 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 두석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하며, 약 107 ohm/sq보다 큰 시트 저항을 가진다. 투명 전극은 중합체-분산 액정 디스플레이, 액정 디스플레이, 전기영동 디스플레이, 전기변색 디스플레이, 감온변색 디스플레이, 전자발광 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이와 같은 전자 디스플레이들에서 사용될 수 있다.

Description

전자 디스플레이를 위한 투명 전극{TRANSPARENT ELECTRODE FOR ELECTRONIC DISPLAYS}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2011년 4월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/475860호의 이득을 주장하며, 이의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로써 포함된다.
본 개시는 액정(liquid crystal) 디스플레이 및 전기영동(electrophoretic) 디스플레이와 같은 전자 디스플레이에 관한 것이며, 구체적으로 그러한 디스플레이를 위한 투명 전극에 관한 것이다.
전자 디스플레이(또한, 광 변조 디바이스라고도 칭해짐)는 전기장 또는 전류에 응답하여 변화하며 전기장 또는 전류의 역전 또는 제거에 따라 본래의 상태로 되돌아오는 광학 특성들을 갖는 이미징 재료를 포함한다. 예를 들어, 이미징 재료의 광학 특성들은 디스플레이가 전기장에 응답하여 광을 반사 또는 투과(transmit)하게끔 변화할 수 있다. 이미징 재료는, 콜레스테릭(cholesteric) 액정 및 중합체 매트릭스 내에 분산된 액정질(liquid crystalline) 액적(droplet)과 같은 액정 재료를 포함한다. 후자를 포함하는 전자 디스플레이는 중합체 분산형 액정(PDLC) 디스플레이로 지칭된다. 전기영동 재료 및 전기변색(electrochromic) 재료가 또한 전자 디스플레이를 제작하기 위하여 사용될 수 있다.
전자 디스플레이는 셀을 형성하는 한 쌍의 기판들을 포함하며, 이미징 재료가 셀 내에 포함된다. 기판들 중 적어도 하나는 광학적으로 투명한, 얇은 전도성 필름(투명 전도체로 지칭됨)을 포함한다. 전형적인 투명 전도체는 기판 위에 얇은 층으로서 증착되는 전도성 재료를 포함하며, 예시적인 전도성 재료는, 금속, 금속 산화물, 탄소 나노튜브 및 전도성 중합체를 포함한다.
위에 기술된 것과 같은 전자 디스플레이는, 전자 종이, 컴퓨터 모니터, 휴대형 디바이스, 사인(signage) 등과 같은 다양한 응용들에서 사용하기에 적합한 전자 디바이스로서 사용된다.
본원에서는 투명 전극이 개시된다. 투명 전극은, 전기적으로 전도성(약 104 sq/ohm 미만의 시트 저항력(sheet resistivity))이고 전자기 스펙트럼의 적어도 일부 부분의 방사선(radiation)을 투과시키는, 스트립, 평면, 또는 표면을 지닌 투명 기판을 포함한다. 특히, 투명 전극은, 투명 기판, 투명 기판 위에 배치되어 있으며 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층, 전도성층 위에 배치되어 있으며 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq보다 크다.
투명 전극은, 광학 성능이 낮은 탁도(haze) 및 높은 가시광 투과율을 요구하는 디스플레이 응용들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 디스플레이는, (a) 투명 전극 - 투명 전극은 제1 기판을 포함함 - 을 포함하는 제1 전극; (b) 제2 기판; 및 (c) 중합체성 오버코트층과 제2 기판 사이에 배치된 이미지 형성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 제2 기판은 투명하다. 일부 실시 형태들에서, 제2 기판은 불투명하다. 투명 전극이 사용될 수 있는 예시적인 디스플레이는, 중합체 분산형(polymer-dispersed) 액정 디스플레이, 액정 디스플레이, 전기영동 디스플레이, 전기변색(electrochromic) 디스플레이, 감온변색(thermochromic) 디스플레이들, 전자발광(electroluminescent) 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 태양은 하기의 상세한 설명에 기재된다. 어떠한 경우에서도 상기 개요가 청구 대상에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며 청구 대상은 본 명세서에 기술된 바와 같은 청구 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명은 하기 도면과 연관된 하기 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전히 이해될 수 있다:
도 1은 예시적인 투명 전극의 단면도를 도시한다.
도 2는 본원에 개시된 투명 전극을 포함하는 예시적인 투과성 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에 개시된 투명 전극을 포함하는 예시적인 반사성 디스플레이의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 배리어 필름 조립체들의 단면도들을 도시한다.
디스플레이에서 사용하기에 적합한 투명 전극은 전도성 재료로서 인듐 주석 산화물(ITO)을 종종 포함한다. 그러나, ITO를 포함하는 투명 전극은 가요성 기판 상에서의 처리 곤란을 야기할 수 있는 깨짐성(brittleness), 및 중합체 필름 상에 ITO 층들을 사용하는 구조들에서 반사 손실을 초래할 수 있는 높은 굴절률을 포함하는 다수의 단점들을 가진다. 후자는, 전극/활성 층 계면에서의 반사 손실이 투과율에서의 감소를 야기할 수 있고, 결국 더 낮은 명암비 및 디스플레이 성능의 열화를 야기할 수 있다는 점에서, 액정 기반 디스플레의 특별한 문제이다. 게다가, 전도성 재료로서 ITO를 갖는 투명 전극은 진공 증착을 사용하여 기판 위에 ITO를 증착함으로써 제작되고, 이 방법은 높은 비용 및 쉽게 이용가능하지 않은 특화된 장비와 연관된다.
전도성 재로로서 은을 이용하여 제작된 투명 전극이 알려져 있다. 국제 특허 공보 제WO 2008/046058호 (알레만드(Allemand) 등)에 기술된 바와 같이, 은은, 은 나노와이어, 메시 또는 라인의 형태로 이용될 때 투명 전도성 재료로서 이용될 수 있다. 은 코팅이 높은 가시광 투과율 및 낮은 탁도와 함께 우수한 전도성을 제공하지만, 일부 응용들에서, 은의 산화 및 화학적 불안정성(특히 나노와이어 형태에서)은, 은층을 위한 보호 오버코트의 사용을 필요하게 할 수 있다. 보호 오버코트는 은의 전도성 손실을 야기할 수 있는 기계적 손상 및 환경적 열화로부터 은을 보호할 수 있다.
은을 위한 보호 오버코트는 절연성 전기 특성들을 가지는 오버코트들을 포함한다. 보호 오버코트는, 은 나노와이어들 없이, 기판 위의 보호 오버코트의 코팅이 약 1012 ohm/sq 보다 큰 시트 저항을 가지면 절연성 전기적 특성들을 갖는 것으로 고려된다. UV-경화가능 아크릴 수지와 같은 재료는 절연 특성들을 가지며 보호 오버코트를 제작하는 데에 특히 유용하다.
은을 위한 보호 오버코트는 전도성 특성들을 가지는 오버코트들을 포함한다. 보호 오버코트는, 은 나노와이어들 없이, 기판 위의보호 오버코트의 코팅이 약 104 ohm/sq 보다 작은 시트 저항을 가지면 전도성 특성들을 갖는 것으로 고려된다. 전도성 특성들을 갖는 보호 오버코트를 제작하기 위한 유용한 재료들은 ITO를 포함하는 다양한 타입의 진공-적용된 코팅들을 포함하나, 이러한 접근법은 위에서 기술된 이유들로 인해 ITO 그 자체에 대해서는 유익하지 않다. 전도성 보호 오버코트는 또한 전도성 중합체를 포함할 수 있으나, 이 재료들은 가시 영역에서 강하게 흡광한다. 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리(스티렌 설포네이트)(종종 PEDOT/PSS로 지칭됨)가 널리 사용되나, 이것은 남색(deep blue)이다.
본 개시는 전도성층을 형성하기 위하여 투명 기판 위에 배치된 금속성 나노와이어들을 포함하는 투명 전극을 기술하며, 중합체성 오버코트층이 전도성층 위에 배치된다. 중합체성 오버코트층은 중합체 내에 분산된 나노입자들을 포함하며, 나노입자들은 안티몬 주석 산화물(ATO), 아연 산화물 및 ITO로 구성된 그룹으로 부터 선택되고, 층은 약 107 ohm/sq 보다 큰 시트 저항, 예를 들어, 약 107 내지 약 1012 ohm/sq의 시트 저항을 가진다.
놀랍게도, 본원에 개시된 중합체성 오버코트층이 디스플레이의 광학 성능을 향상시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 본원에 개시된 중합체성 오버코트층을 갖는 PLDC 디스플레이는 다른 타입의 중합체성 오버코트 층들을 갖는 비교의 PDLC 디스플레이에서 관측된 것에 비해 온 상태(on state)에서 탁도의 감소를 보여줄 수 있다. 전형적으로, PDLC 디스플레이의 온 상태는 64V 이하의 전위에서 측정되며, 탁도의 감소는 64V에서 뿐만 아니라, 32V의 전위에서 디스플레이에 대해 관측될 수 있다. 많은 경우들에, 가스 광 투과율은, 예를 들어, 적어도 약 80%로 높다.
PLDC 디스플레이의 효과성(effectiveness)의 하나의 척도(measure)는 오프 상태와 온 상태 사이의 탁도 차에 의해 주어지며, 이 탁도 차는 가능한 큰 것이 바람직하다. 높은 가시광 투과율이 또한 이점이다. 본원에 개시된 투명 전극은 ITO 전극에 비해 개선된 투과율뿐만 아니라, 종래 기술의 절연 오버코트들을 사용하는 전극들에 비해 더 큰 탁도 차를 제공할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 예시적인 투명 전극의 단면도이다. 투명 전극(10)은 투명 기판(14) 위에 배치된 전도성층(12)을 포함하며, 중합체성 오버코트층(16)이 전도성층 위에 배치된다. 중합체성 오버코트층(16)과 전도성층(12)은 중합체성 나노와이어층(18)을 형성한다. 투명 전극은 투명한데, 이는 전극의 대향 면(opposing side)에서 물체를 볼 때 물체의 왜곡이 거의 관찰되지 않거나 또는 전혀 관측되지 않도록, 또는 일부 수용가능한 정도의 왜곡이 관측되도록, 전극이 실질적으로 광학적으로 클리어(clear)하다는 것을 의미한다. 투명 전극(10)은, 만곡된 표면에 정합되는 디스플레이를 제공하기 위하여, 전도성 특성들의 손실없이 휘어질 수 있도록 가요성일 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 투명 전극은 탁도를 거의 보여주지 않거나 탁도를 전혀 보여주지 않는바, 이는 투명 전극이 약 10% 이하, 약 5% 이하, 또는 약 2% 이하의 탁도 값을 가질 수 있음을 의미한다. 투명 전극에 수직하게 입사되는 광의 경우, 탁도 값은 총 투과된 광에 대해, 수직 방향으로부터 4도 초과만큼 벗어난 투과된 광의 비(ratio)이다. 본 명세서에 개시된 탁도 값은 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도 측정기(미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이-가디너(BYK-Gardiner))를 사용하여 ASTM D1003에 기재된 절차에 따라 측정하였다.
일부 실시 형태에서, 투명 전극은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 투명 전극은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 적어도 약 80%, 약 90 내지 약 100%, 또는 약 90 내지 약 95%의 높은 광 투과율, 및 약 0.01 내지 약 5% 미만의 탁도 값을 갖는다.
전도성층은 약 10 초과의 종횡비를 가지는 것으로 특징지어질 수 있는 금속성 나노와이어들을 포함하는바, 종횡비는 입자들의 길이를 입자들의 직경으로 나눔으로써 결정된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 금속성 나노와이어는 금속, 금속 합금, 또는 금속 산화물을 포함하는 금속 화합물을 포함하는 금속성 와이어를 지칭한다. 금속성 나노와이어의 적어도 하나의 단면 치수는 500 ㎚ 미만, 200 ㎚ 미만, 또는 바람직하게는 100 ㎚ 미만이다. 종횡비는 약 10 초과, 약 50 초과, 약 100 초과, 또는 약 10 내지 약 100,000이다. 금속성 나노와이어들은 은, 금, 구리, 니켈 및 도금한(gold-plated) 은을 포함하는 임의의 금속을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 금속성 나노와이어들은, 예를 들어 국제 특허 공보 제WO 2008/046058호 (알레만드 등)에 기술된 것과 같은 은 나노와이어들을 포함한다. 은 나노와이어들은 국제 특허 공보 제WO 2008/046058호에 기술된 것과 같이 제조되거나, 또는 블루 나노(Blue Nano)(미국 노스캐롤라이나주, 샬럿), 시쉘(Seashell)(미국 캘리포니아주, 라호야(La Jolla)), 및 나노갭 유에스에이(Nanogap USA)(미국 캘리포니아주, 샌프란시스코)와 같은 커머셜 공급원들로부터 입수될 수 있다.
금속 나노와이어들은 투명 기판의 표면 위에 전도성 네트워크를 형성한다. 일반적으로, 어떤 용매 내의 금속성 나노와이어들의 분산(dispersion)이 제조되어 투명 기판 상에 코팅되고, 이후 용매를 제거하기 위하여 코팅부가 건조된다. 금속성 나노와이어들과 함께 안정적인 분산을 형성하는 임의의 용매, 예를 들어, 물, 알코올, 케톤, 에테르, 탄화수소, 방향성 탄화수소, 및 이들의 혼재가능한 혼합물들(compatible mixtures)이 이용될 수 있다. 금속성 나노와이어들을 포함하는 분산은 코팅 제제들에서 전형적으로 사용되는 첨가물, 예를 들어, 계면활성제, 바인더, 점도 제어를 위한 재료, 부식 억제제 등을 포함할 수 있다. 분산 제제들 및 코팅 및 건조 조건들의 최적화는 알레만드 등의 문헌에 기술된다.
일반적으로, 전도성층의 두께는 사용되고 있는 특정한 금속성 나노와이어, 중합체성 오버코트층의 특성들, 이미징 재료 등에 의존한다. 대부분의 경우에, 비용, 그리고 디스플레이의 성능에서의 임의의 부정적 영향들을 최소화하기 위하여, 금속성 나노와이어들의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 전도성층은 금속성 나노와이어들에 부가하여 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 전도성층은 본질적으로 금속성 나노와이어들로 구성된다. 다른 실시 형태에서, 전도성층은 약 40 wt% 초과의 금속성 나노와이어들 - 나머지 wt%는 바인더 및 계면활성제와 같은 첨가물을 포함함 - 을 포함한다.
전도성층의 두께는 약 500 ㎚ 미만이다. 일부 실시 형태들에서, 전도성층은 나노와이어들의 메시 또는 네트워크의 형태이거나 또는 투명 기판의 표면에 걸쳐 일부 불연속적 형태이다. 일부 실시 형태들에서, 금속성 나노와이어들은, 투명 전도성 영역들과 투명 비-전도성 영역들을 포함하는 패턴을 형성하도록, 투명 기판 위에 배치된다. 예시적인 패턴은 라인들의 어레이 또는 약 5 내지 약 500 um 이상 만큼 서로 이격된 이산(discrete) 전도성 영역들을 포함한다.
대부분의 경우에, 사용되는 특정한 금속성 나노와이어들 및 전도성층의 두께는, 투명 기판 위에 배치된 층의 요구되는 시트 저항에 의해 결정된다. 시트 저항의 전형적인 범위는 약 10 ohm/sq 내지 약 5000 ohm/sq이며, 바람직한 범위는 특정한 디바이스 및 응용에 의존한다. 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스에서, 바람직한 시트 저항은 약 10 내지 약 50 ohm/sq이다. PLDC 및 콜레스테릭 액정 디바이스에서, 바람직한 시트 저항은 약 50 내지 약 250 ohm/sq이다. 그리고 전기영동 디스플레이 디바이스에서, 바람직한 시트 저항은 약 50 내지 약 2000 ohm/sq이다.
전도성층의 시트 저항은 접촉(contact) 및 비-접촉(non-contact) 방법들에 의해 측정될 수 있다. 접촉 방법에서, 전압계에 연결된 두 개의 금속 접점들을 포함하는 2-점 프로브가 전도성 층 위에 배치되어 이 프로브가 층과 접촉하게 된다. 비-접촉 방법에서, 무접점(contactless) 프로브를 갖는 기구, 예를 들어, 델콤 프로덕츠 인코포레이티드(Delcom Products Inc.)의 델콤 727R 비-접촉 전도도 모니터가 사용될 수 있다.
투명 전극은 하기에서 기술되는 바와 같이 상이한 타입의 디스플레이들에서 사용될 수 있다. 일부 디스플레이들에서, 투명 전극은 광이 전극을 통해 투과되어 뷰어를 향하도록 설계될 필요가 있다. 이러한 경우들에서, 전도성층의 구성요소들 및 두께는, 층의 광학 특성들이 특정 요건들을 만족시키도록 선택될 필요가 있다.
금속성 나노와이어들이 부식 및 마모와 같은 부정적인 환경적 인자들로부터 보호되도록, 중합체성 오버코트층이 전도성층 위에 배치된다. 구체적으로, 중합체성 오버코트층은 수분(moisture), 미량(trace amounts)의 산(acid), 산소, 황 등과 같은 부식성 요소들의 투과성(permeability)를 방지하거나 적어도 최소화하도록 설계될 수 있다.
일반적으로, 중합체성 오버코트층은 예비-중합화(pre-polymerize)되거나 되지 않을 수 있는 유기(organic) 성분들로부터 형성된다. 유기 성분들은 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층이 전도성층 위에 형성될 수 있는한 특별히 제한되지 않으며, 전도성층은 부식 및 마모로부터 보호되어 여전히 결과적인 디스플레이에서 요구되는 것과 같이 기능할 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 중합체성 오버코트층은, 약 500 g/mole 미만의 분자량을 갖는 작은 분자들을 포함할 수 있는 모노머, 500 초과 내지 약 10,000 g/mole의 분자량을 갖는 올리고머, 및 10,000 초과 내지 약 100,000 g/mole의 분자량을 갖는 중합체와 같은 하나 이상의 중합가능한 성분들을 포함하는 중합가능한 제제로부터 형성될 수 있다. 중합가능한 모노머 또는 올리고머는 화학선 방사(actinic radiation), 예컨대, 가시광, 자외선 방사, 전자 빔 방사, 가열 및 이것들의 조합들, 또는 다양한 종래의 음이온 기법, 양이온 기법, 자유 라디칼 기법, 또는 광화학적으로, 열적으로 또는 산화환원(redox)으로 개시될 수 있는 다른 중합화 기법들 중 임의의 기법을 사용하여 경화될 수 있다. 중합화는 용매 중합화, 유제 중합화, 현탁 중합화, 벌크 중합화 등을 사용하여 수행될 수 있다.
중합체성 오버코트층을 형성하기에 적합한 중합가능한 그룹들의 대표적인 예들은 에폭시 그룹들, 에틸렌성 불포화 그룹들, 알릴옥시 그룹들, (메트)아크릴레이트 그룹들, (메트)아크릴아미드 그룹들, 시안계 그룹들, 비닐 에테르 그룹들, 이들의 조합 등을 포함한다. 모노머는 단일 작용기 또는 다(multi) 작용기일 수 있고 중합화에 따라 가교결합된 네트워크를 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메트아크릴레이트를 지칭하며, (메트)아크릴아미드는 아크릴아미드 및 메트아크릴아미드를 지칭한다.
유용한 단일 작용기의 모노머는, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 치환된 스티렌, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸(메트)아크릴레이트, 아이소-옥틸(메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트(메트) 아크릴레이트, 아이소노닐(메트)아크릴레이트, 다이에틸렌 글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 아이소보르닐(메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸(메트)아크릴레이트, 2- 에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 부탄다이올 모노(메트)아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸(메트)아크릴레이트, 지환족 에폭사이드, 2-하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레인산 무수물, 이타콘산, 아이소데실(메트)아크릴레이트, 도데실(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, 메틸(메트)아크릴레이트, 헥실(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 하이드록시 작용기 폴리카프로락톤 에스테르(메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소프로필(메트)아크릴레이트, 하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소부틸(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴(메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등을 포함한다.
내구성, 가요성, 전도성층 및/또는 투명 기판에의 접착, 내후성, 투과성 등을 제공하기 위하여 중합가능한 올리고머 및 중합체를 포함하는 적합한 고 분자량 성분들이 중합체성 오버코트층에 통합될 수 있다. 이들 고 분자량 성분들은 또한 중합체성 오버코트층을 형성하기 위한 적합한 코팅 제제를 얻기 위해 유용할 수 있는바, 예를 들어, 이들은 점도 제어를 제공하거나 경화에 따른 층의 수축을 감소시키기 위하여 사용될 수 있다. 올리고머 및/또는 중합체 자체는 직쇄형(straight-chained), 분지형(branched) 및/또는 사이클릭(cyclic)일 수 있다. 분지형 올리고머 및/또는 중합체는 비슷한 분자량의 직쇄형 대응물보다 낮은 점도를 갖는 경향이 있다.
예시적인 중합가능 올리고머 및 중합체는 지방족 폴리우레탄, (메트)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 에폭시 중합체, 폴리스티렌(스티렌의 공중합체를 포함함) 및 치환된 스티렌, 중합체를 함유하는 실리콘 함유 중합체, 플루오르화된 중합체, 이들의 조합 등을 포함한다. 일부 응용에서, 폴리우레탄(메트)아크릴레이트 올리고머와/또는 중합체는 향상된 내구성 및 내후성 특성을 가질 수 있다. 이러한 재료는 또한 방사선 경화성 모노머, 특히 (메트)아크릴레이트 모노머로 형성되는 반응성 희석제에서 용이하게 용해되는 경향이 있다. 예시적인 중합가능 올리고머 및 중합체는, 우레탄(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르(메트)아크릴레이트, 폴리에테르(메트)아크릴레이트,(메트)아크릴화(메트)아크릴,(메트)아크릴화 실리콘, 비닐(메트)아크릴레이트, 및 (메트)아크릴화 오일과 같은 위에서 기술된 작용기들의 조합들을 포함한다.
중합체성 오버코트층은 또한 중합가능하지 않은 유기 성분들, 특히 일부 수용성 및/또는 유기 용매-기반 제제에서 나노입자들과 간단하게 결합되고 전도성층 위에 코팅되는 중합체로부터 형성될 수 있고, 이후 중합체성 오버코트층을 형성하기 위하여 임의의 휘발물들의 제거가 후속된다. 예시적인 중합체는 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리우레탄, 폴리(비닐알코올) 공중합체 및 폴레에스테르를 포함한다.
단일 작용기의 모노머의 구체적인 예시들은 상술된 것들을 포함한다. 다작용성 모노머의 구체적인 예시들은 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (사토머 컴퍼니(Sartomer Co.)의 SR 444C), 헥산다이놀 다이아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 (사토머 컴퍼니의 CN 981 B88) 및 사이텍스 인더스트리즈의 유스코트(Ucecoat®) 7655 및 7689를 포함한다.
예비 형성된(preformed) 중합체의 구체적인 예는 폴리메틸메트아크릴레이트(예를 들어, 루시트 인터네셔널, 인코포레이티드(Lucite International, Inc.)로부터 입수가능한 엘바사이트(Elvacite®) 2041), 폴리스틸렌, 및 폴리비닐부틸알(예를 들어, 솔루시아 인코포레이티드(Solutia Inc.)로부터 입수가능한 부트바(Butvar®) 중합체)을 포함한다.
일부 실시 형태들에서, 중합체성 오버코트층은 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함한다. 예를 들어, 중합체성 오버코트층은 메틸(메트)아크릴레이트 중합체, 및 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함할 수 있다. 다른 예를 들자면, 중합체성 오버코트층은 우레탄(메트)아크릴레이트 올리고머와 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함할 수 있다.
중합체성 오버코트층은, 약 500 ㎚ 미만, 약 10 내지 약 500 ㎚ 또는 약 40 내지 약 200 ㎚의 직경을 가지고 ATO, 아연 산화물 및 ITO로 구성된 그룹으로부터 선택되는 나노입자들을 포함한다. 이들 금속 산화물 나노입자들은 열수 합성(hydrothermal synthetic) 방법들로부터 제조될 수 있거나, 어드밴스드 나노 프로덕츠(한국), Sukgyung AT Inc.(미국 일리노이주 데스플레인스), 및 에보닉 데구사 코포레이티드(Evonik Degussa Corp.)(미국 뉴저지주 파시파니)와 같은 커머셜 공급원들로부터 얻어질 수 있다.
중합체성 오버코트층은 층의 요구되는 특성들 및 성능이 달성되는 한, 유기 성분들과 나노입자들을 임의의 상대량(relative amount)으로 포함한다. 일반적으로, 유기 성분들 대 나노입자들의 중량비(weight ratio)는 약 85:15 내지 약 25:75, 그리고 바람직하게는 약 75:25 내지 약 40:60일 수 있다.
중합체성 오버코트층의 두께는, 층이 금속성 나노와이어들을 부식 및 마모로부터 보호하고 층의 요구되는 특성들 및 성능이 달성되는 한, 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로, 중합체성 오버코트층의 두께는 약 1 um 미만, 바람직하게는 약 50 ㎚ 내지 약 1 um이다. 일부 실시 형태들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 중합체성 오버코트층은, 금속성 나노와이어들의 일부가 전도성층에의 액세스가 가능해지도록 중합체성 오버코트층의 표면으로부터 돌출되게끔, 전도성층 위에 배치될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 금속성 나노와이어들은 중합체성 오버코트층의 표면으로부터 돌출되지 않고, 전도성층이 중합체성 오버코트 내의 개구 또는 투명 전극의 에지에 있는 개구를 통해 액세스된다. 일부 실시 형태들에서, 금속성 나노와이어들은 중합체성층의 표면으로부터 돌출되지 않고, 전도성층이 중합체성 오버코트층의 얇은 부분들을 통해 액세스된다.
일반적으로, 중합체성 오버코트층의 구체적인 성분들 및 양, 층 두께 등은 임의의 개수의 인자들, 예를 들어, 유기 성분들의 화학적 성질, 나노입자들, 사용되는 금속성 나노와이어들, 전도성층 내에 존재하는 금속성 나노와이어들의 양, 전도성층의 두께, 이미징 재료, 투명 전극이 사용되는 디스플레이의 타입에 의존할 것이다.
일부의 실시 형태들에서, 중합체성 오버코트층은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부분에 대하여, 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광투과율을 가지는 광학적으로 투명한 층을 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 중합체성 오버코트층은 약 5% 미만, 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다. 일부 실시 형태들에서, 중합체성 오버코트층은 약 0.1 내지 약 5% 미만, 약 0.1 내지 약 3% 미만, 또는 약 0.1 내지 약 1% 미만의 탁도 값을 갖는다.
중합체성 오버코트층은 층, 투명 전극, 및 투명 전극이 포함되는 디스플레이의 요구되는 특성들에 의존하여 선택된다. 중합체성 오버코트층을 위한 코팅 제제가 전도성층 없이 투명 기판 위에 직접 코팅되고, 경화, 건조 등이 수행되어 중합체성 오버코트층을 형성한다. 중합체성 오버코트층의 성능은 코팅된 투명 기판의 시트 저항을 측정함으로써 결정된다. 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq 초과일 것이다. 일부 실시 형태들에서, 시트 저항은 약 107 내지 약 1012 ohm/sq 이다. 주어진 중합체성 오버코트층에 대해, 시트 저항은 층의 두께를 변경함으로써 달라질 수 있으며, 금속성 나노와이어들이 부식 및 마모로부터 보호되는 한, 층은 요구되는 바와 같이 얇을 수 있다. 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 상술된 것과 같이 접촉 방법 및 비-접촉 방법에 의해 측정될 수 있다.
전도성층을 위한 보호층으로서 중합체성 오버코트층의 효과성은 가속 내후도 시험(accelerated weathering test)을 사용하여 결정될 수 있다. 이들 시험들은 위에 배치된 전도성층을 포함하는 투명 전극을 제조함으로써 수행되며, 주어진 중합체성 오버코트가 전도성층 위에 배치된다. 투명 전극은 85℃/건조(dry) 및 85℃/85% 상대 습도(relative humidity)의 조건들에 노출된다. 유효 중합체성 오버코트층은 1000 시간의 가속 시험 후 초기값의 50 내지 100% 미만의 시트 저항 증가를 제공한다. (전도성층 및 중합체성 오버코트층을 갖는) 투명 전극의 시트 저항은 상술된 것과 같은 접촉 방법 및 비-접촉 방법에 의해 측정될 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 투명 기판은 투명한데, 이는 기판의 대향 면에서 물체를 볼 때 물체의 왜곡이 거의 관측되지 않거나 또는 전혀 관찰되지 않도록, 또는 일부 수용가능한 정도의 왜곡이 관측되도록, 기판이 실질적으로 광학적으로 클리어하다는 것을 의미한다. 일부 실시 형태들에서, 투명 기판은 탁도를 거의 보여주지 않거나 탁도를 전혀 보여주지 않는바, 이는 투명전극이 약 10% 이하, 약 5% 이하, 또는 약 2% 이하의 탁도 값을 가질 수 있음을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 약 80 내지 약 100%, 약 90 내지 약 100%, 약 95 내지 약 100%, 또는 약 98 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 ㎚)의 적어도 일부에 걸쳐 적어도 약 80%, 약 90 내지 약 100%, 또는 약 90 내지 약 95%의 높은 광 투과율, 및 약 0.1 내지 약 5% 미만의 탁도 값을 갖는다. 투명 기판은 반사성, 반사방지성(antireflective), 극성(polarizing), 비-극성(non-polarizing), 유색(colored)(광의 특정 파장들에 대해 투과성임) 또는 이들의 조합일 수 있다.
투명 기판은 예를 들어, 중합체, 유리, 세라믹, 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 유용한 재료를 포함할 수 있다. 투명 기판으로서 사용될 수 있는 중합체의 예는 열가소성 중합체, 예를 들어 폴리올레핀, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 및 바이페닐- 또는 나프탈렌-기반 액정 중합체를 포함한다. 유용한 열가소성 재료의 추가 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 비스페놀 A 폴리카르보네이트, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 셀룰로오스 아세테이트 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)를 포함한다. 폴리카보네이트, 폴리이미드 및/또는 폴리에스테르와 같은, 이들 중합체의 일부는 또한 이들이 특정 디스플레이 응용들에 특히 충분히 적합하도록 하는 광학적 특성(예를 들어, 투명성)을 갖고 패턴화된 도전체를 지지할 것이다.
투명 기판은, 약 5 ㎛ 내지 약 1000 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛., 약 75 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위의, 임의의 유용한 두께를 가질 수 있다. 투명 기판이 유리인 경우, 두께는 250 um 이상에 이를 수 있다.
투명 기판은, 금이가거나 깨짐이 없이 특정 직경의 원통형 맨드릴(cylindrical mandrel)에 감기거나 휘어질 수 있게끔 가요성일 수 있다. 투명 기판은 강성(rigid)일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 투명 기판은, 재료가 감기거나 지지부로부터 풀리는 롤-투-롤 장치 상에서 처리되기에 충분한, 그리고 어떠한 방식으로 추가적으로 처리되기에 충분한, 기계적 특성들(이를 테면, 강도 및 유연성)을 가진다. 추가적인 처리의 예는 코팅, 슬리팅, 라미네이팅 및 방사선에의 노출 등을 포함한다.
투명 기판은 복수의 재료층들, 예컨대 지지층, 프라이머 층, 하드 코트 층, 장식 디자인 등을 포함할 수 있다. 투명 기판은 영구적으로 또는 일시적으로 접착제 층에 부착될 수 있다. 예를 들어, 투명 기판은 그 주요 표면 위에 접착제 층을 가질 수 있고, 이형 라이너(release liner)가 접착제 층 위에 배치될 수 있고 다른 기판으로의 접착제 층의 부착을 위해 제거될 수 있다.
중합체성 나노와이어층(예컨대, 위에서 기술된 층(18))은 전자영동 디바이스 및 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스와 같은 디스플레이들에서 배리어층으로서 기능하도록 설계된 다층 기판 위에 배치될 수 있다. 일반적으로, 배리어층들은 필름이 사용되는 응용에 의해 요구되는 것과 같은 특정 수준의 특정한 산소 및 수분 투과율을 가진다. 예를 들어, 중합체성 나노와이어층은 기판 위에 배치된 교번하는 유기층과 무기층을 포함하는 가요성 다층 구조에서 사용될 수 있다. 이러한 타입의 가요성 다층 구조는 미국 특허 출원 제US2010/0073936 A1호 및 제US2010/0195967 A1호(둘 모두 파디야쓰(Padiyath) 등.) 및 미국 특허 출원 제US 2010/0272933 A1호 (맥코믹(McCormick) 등)에서 기술되며, 상기 미국 특허들의 개시 내용은 본 명세서에 참조로써 포함된다.
도 4a는 예시적인 배리어 전극 조립체의 개략적인 단면을 나타낸 것이다. 배리어 전극 조립체(40)는 지지부(41), 외측 중합체성층(42), 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들(43a-c) 및 무기 층들(44a-c)을 포함한다. 외측 중합체 층(42)에 대향하여, 지지부(41) 위에 배치된 것은 중합체성 나노와이어층(45)이다. 중합체성 나노와이어층은 지지부(41) 위에 배치된 전도성층을 포함하고 금속성 나노와이어들을 포함한다. 중합체성 나노와이어층은 또한 전도성층 위에 배치되어 있으며 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq 보다 크다.
도 4b는 다른 예시적인 배리어 전극 조립체의 개략적인 단면을 나타낸 것이다. 배리어 전극 조립체(46)는 지지부(41), 외측 중합체성층(42), 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들(43a-c) 및 무기 층들(44a-c)을 포함한다. 지지부(41)에 대향하여, 외측 중합체성층(42) 위에 배치된 것은 중합체성 나노와이어층(47)이다. 중합체성 나노와이어층은 외측 중합체성층(42) 위에 배치된 전도성층을 포함하고 금속성 나노와이어들을 포함한다. 중합체성 나노와이어층은 또한 전도성층 위에 배치되어 있으며 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq 보다 크다.
지지부(41)에 사용될 수 있는 재료들은 PET 및 PEN와 같은 폴리에스테르, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카보네이트, 규소, 에폭시 수지 및 파디야쓰 등과 맥코믹 등의 참조 문헌에 기술된 것과 같은 다른 재료들을 포함한다. 외측 중합체성층 및 복수의 교번하는 중합체성 층들은 전형적으로 파디야쓰 등과 맥코믹 등의 참조 문헌에 기술된 것과 같은, 올리고머와 모노머의 중합화에 의해 형성된 층들이다. 유기층들은, 파디야쓰 등 및 맥코믹 등의 참조 문헌에 기술된 것과 같이, 금속들, 금속 산화물들, 금속 질화물들, 금속 탄화물들 등일 수 있다. 중합체성 층들은 서로 상이할 수 있고, 유기층들은 서로 상이할 수 있다. 층 두께, 특성, 등이 또한, 파디야쓰 등 및 맥코믹 등의 참조 문헌에 기술된다.
본원에 개시된 투명 전극은 정보 및/또는 이미지의 형태로 광을 뷰어를 향해 전달하는 다양한 전자 디스플레이들을 제작하는 데에 사용될 수 있다. 일반적으로, 디스플레이는, 위에 기술된 투명 전극을 포함하는 제1 전극 - 투명 기판은 제1 기판임 -; 제2 기판; 제1 또는 제2 기판 위에 배치된 제2 전극; 및 중합체성 오버코트층과 제2 기판 사이에 배치된 이미지 형성 재료를 포함한다.
투명 전극은, 이미지가 디스플레이 앞에 위치한 뷰어에 의해 관측되게끔, 전형적으로 백라이트를 사용하여 픽셀들이 뒤로부터 조명되는 투과성 디스플레이를 제작하는 데에 사용될 수 있다. 투과성 디스플레이들에서, 제2 기판 및 제2 전극은 투명하다.
도 2는 본 명세서에 개시된 투명 전극을 포함하는 예시적인 투과성 디스플레이의 단면도를 도시한다. 투과성 디스플레이(20)는 PDLC 디스플레이이고 중합체 매트릭스(21b) 내에 분산된 액정 중합체(21a)의 액적을 포함하는 이미징 재료(21)를 포함한다. 이미징 재료는 대향하는 제1 투명 전극과 제2 투명 전극(각각 10 및 22) 사이에 형성된 셀 갭(gap) 내에 배치된다. 제1 투명 전극(10)은 투명 기판(14) - 또한 제1 투명 기판으로 지칭됨 - 위에 배치된 중합체성-오버코트 나노와이어층(18)을 포함하고, 제2 투명 전극(22)은 제2 투명 기판(24) 위에 배치된 제2 전도성층을 포함한다.
도 2에 도시된 PDLC 디스플레이의 일부 실시 형태들에서, 제1 투명 전극과 제2 투명 전극은 동일한데, 즉, 제2 전도성층(23)이 중합체성 나노와이어 층(18)과 동일하고, 제2 투명 기판(24)이 제1 투명 기판(14)과 동일하다. 일부 실시 형태들에서, 제1 투명 전극과 제2 투명 전극은 동일하지 않는데, 즉, 제2 전도성층(23)이 본질적으로 제2 투명 기판(24) 위의 ITO 트레이스들로 구성될 수 있고, 제2 투명 기판이 제1 투명 기판과 동일할 수 있다. 뷰어는 디스플레이 및 디스플레이가 사용되는 디바이스의 전체 설계에 따라 디스플레이의 양 면(either side) 위에 배치될 수 있다.
일부 실시 형태들에서, 예를 들어, 제1 투명 전극이 윈도우에 적용된다면, 제2 투명 전극(22)은 투과성 디스플레이의 부분으로서 포함되지 않는다.
위에 기술된 바와 같이, PLDC 디바이스들에서 사용되는 이미징 재료는 중합체 매트릭스 내에 분산된 액정 중합체의 액적을 포함한다. 이 이미징 재료는 액정 재료를 중합가능한 매트릭스 전구체(이를 테면 하나 이상의 UV-경화가능 모노머)와 결합시키고 이후 이 혼합물을 중합화 조건들을 겪게함으로써 한 쌍의 투명 전극들 사이에 조제될 수 있다. 이는 액정 재료의 상분리를 야기하여, 결과적으로 중합화된 매트릭스 전체에 분산된 액정 액적의 형성을 야기한다. 사용될 수 있는 예시적인 재료들이 미국 특허 제5,641,426호 (네라드 등) 및 미국 특허 제 5,867,238호(밀러 등)에서 기술된다. PLDC 디스플레이들에서 사용되는 이미징 재료는 또한 약 5 내지 약 25 um의 두께를 갖는 필름의 형태로 제공될 수 있다.
PDLC 디스플레이들은 분산된 액정 액적의 배향에 변화가 발생하도록 이미징 재료에 걸쳐 전기장을 인가함으로써 기능한다. 일 실시 형태에서, 이미징 재료는 분산된 액적에 의한 광 산란으로 인해 오프 상태에서 반투명하거나 탁하고, 전기장이 인가될 때, 이미징 재료가 투명하거나 실질적으로 투명하도록 액정질 액적과 중합체성 매트릭스 사이의 굴절률 부정합이 감소한다. 제1 및 제2 투명 전극들은 전기장을 발생시키기 위하여 리드들(미도시)에 의해 전력 공급기에 연결된다.
투명 전극은, 이미지가 동일한 디스플레이 면에 위치된 뷰어에 의해 관측되도록, 픽셀들이, 전형적으로 주변광에 의해 전방(front)으로부터 조명되는 반사성 디스플레이를 제작하는 데에 이용될 수 있다.
도 3은 본원에 개시된 투명 전극을 포함하는 예시적인 반사성 디스플레이의 단면도를 도시한다. 반사성 디스플레이(30)는 전기영동 디스플레이이고, 이미징 재료(31)를 포함한다. 이미징 재료는 대향하는 제1 투명 전극들(각각 10 및 32) 사이에 형성된 셀 갭(gap) 내에 배치된다. 제1 투명 전극(10)은 투명 기판(14) 위에 배치된 중합체성 나노와이어층(18)을 포함한다. 반사성 산란층(35)이 중합체성 나노와이어층 위에 배치된다. 제2 투명 전극(32)은 제2 투명 기판(34) 위에 배치된 제2 전도성층(33)을 포함한다.
도 3에 도시된 실시 형태에서, 뷰어는 투명 전극(32)의 전방(이미징 재료에 대향하는 측)에 위치되고 광이 전방을 통해(즉, 제2 투명 전극(32)을 통해) 디스플레이에 진입한다. 이 광은 이후 반사성 산란 요소(35)(하기에 기술됨)에 반사되거나 액티브층(31) 내의 입자들(하기에 기술됨)에 반사되고 제2 투명 전극을 통해 뷰어를 향해 반사된다.
도 3에 도시된 전기영동 디스플레이의 일부 실시 형태들에서, 제1 투명 전극과 제2 투명 전극은 동일한데, 즉, 제2 전도성층(33)이 중합체성 나노와이어 층(18)과 동일하고, 제2 투명 기판(34)이 제1 투명 기판(14)과 동일하다. 일부 실시 형태들에서, 예를 들어, 제1 투명 전극과 제2 투명 전극은 동일하지 않는데, 즉, 전도성층(18)이 본질적으로 제2 투명 기판(14) 위의 ITO 트레이스들로 구성될 수 있고, 제2 투명 기판이 제1 투명 기판과 동일하다.
일부 실시 형태들에서, 전기영동 디스플레이는, 투명 기판(14)이, 제1 투명 기판에 대해 위에서 기술된 것과 같은 투명도, 투과율, 탁도, 등과 같은 광학 특성들에 부합할 필요가 없는 어떤 다른 기판으로 교체되어 있는 것을 제외하고는, 도 3에 기술된 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 이 다른 기판은 어느 정도 불투명하거나, 또는 실질적으로 불투명할 수 있다. 완전히 불투명한 기판은 투명하지도 않고 반투명하지도 않다. 이 다른 기판을 이루는 재료들은 제1 투명 기판에 대해 위에서 기술된 것들 중 임의의 것일 수 있다.
일반적으로, 전기영동 디스플레이는 종이 위의 보통의 잉크의 외형처럼 보이도록 설계된다. 전기영동 디스플레이의 가장 간단한 구현에서, 이미징 재료(31)는 탄화수소 오일과 같은 유체(31b) 내에 분산된 투명 마이크로캡슐들(31a)의 혼합물을 포함한다. 투명 마이크로캡슐들은 전형적으로 양으로 대전된 티타늄 산화물 입자들 및 음으로 대전된 흑 안료(black pigment) 입자들을 포함한다. 전압의 인가시, 입자들은 전기영동적으로 디스플레이의 전방 (뷰잉) 면으로 이동하고 디스플레이는 이후 광의 산란으로 인하여 백색으로 보인다. 입자들이 디스플레이의 후방 면에 위치될 때, 디스플레이는 입사 광이 흑 안료에 의해 흡광되므로 어둡게 보인다. 따라서, 영역들을 반사 및 흡광함으로써 이미지들이 생성된다. 전기영동 디스플레이는 아마존 킨들, 반스 & 노블 누크 및 소니 리더와 같은 디바이스들에서 사용된다.
일반적으로, 반사성 산란층(35)은 입사광의 분산 및/또는 경면 반사를 보여준다. 반사성 산란층은, 뷰어를 향해 반사되는 광의 요구되는 분포뿐만 아니라, 층에 입사하는 광의 분포에 기반하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 반사성 산란층은, 반사성 산란층이 사용되는 디스플레이의 겉보기 휘도(apparent brightness)가 그 디스플레이가 보여지는 각도에 관계없이 유사하도록 광을 반사하게 설계될 수 있다. 반사성 산란층은 매우 다양한 반사 표면들을 가지는 매우 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사성 산란층은, 플라스터, 백지(white paper), 부직포 섬유 매트 또는 직물과 같은 섬유재, 무기물 충전 백색 반사성 중합체(폴리에스테르, 폴리올레핀 등과 같은 무기물 입자 충전 중합체), 세라믹 재료, 결정질 표면(예를 들어, 대리석, 자연 석영 또는 돌), 금속 및 공동(voided) 중합체 재료를 포함할 수 있다. 일 특정 예시에서, 반사성 산란층은 3M 컴퍼니로부터 비쿠이티(Vikuiti™) ESR로서 입수가능한 다층 광학 필름 - 상기 필름은 그 표면 상에 확산 코팅을 가짐 - 과 같은 증강 경면 반사체(enhanced specular reflector)를 포함한다.
투명 전극은 전기변색 디스플레이와 같은 다른 타입의 디스플레이를 제작하는 데에 사용될 수 있다. 전기변색 디스플레이에서 사용되는 이미징 재료는 전형적으로, 전기변색(전기 전류가 인가될 때 가역적인 색 변화가 발생하는 현상)을 보이는 재료 또는 화학종을 포함한다. 예시적인 전기변색 재료는, 폴리아닐린, 비올로겐, 폴리옥소텅스테이트, 텅스텐 산화물, 류테늄(II) 착물, 입자 결합된(particle-bound) 염료, 및 폴리피리딜 착물을 포함한다.
본원에 기재된 투명 전극을 사용하여 제작될 수 있는 다른 타입의 디스플레이들은 액정의 광 변조 특성들을 사용하는 액정 디스플레이를 포함한다. 액정 디스플레이에서 사용되는 이미징 재료는 액정성(liquid crystallinity)을 보이는 임의의 타입의 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 이미징 재료는 사실상 카이랄인 콜레스테릭 액정(예를 들어, 거울면을 포함하지 않는 분자)과 사실상 메소제닉(mesogenic)인 분자 단위(예를 들어, 액정상을 나타내는 분자)를 포함한다. 콜레스테릭 액정 물질은 중합체일 수 있다. 콜레스테릭 액정 물질은 또한 카이랄 단위와 혼합된 또는 그를 함유하는 아카이랄 액정 화합물(네마틱)을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정 물질은 액정의 방향자(director)(평균적인 국부 분자 배열의 방향을 규정하는 단위 벡터)가 방향자에 수직인 차원을 따라 나선형으로 회전하는 콜레스테릭 액정상을 갖는 화합물을 포함한다. 콜레스테릭 액정 물질은 또한 카이랄 네마틱 액정 물질이라고도 한다. 콜레스테릭 액정 물질의 피치는 방향자가 360도 회전하는 데 걸리는 (방향자에 수직인 방향으로 콜레스테릭 나선의 축을 따른) 거리이다. 이 거리는 일반적으로 100 ㎚ 이상이다.
본원에 개시된 투명 전극을 사용하여 제작될 수 있는 다른 타입의 디스플레이들은, Nature(Vol. 425, 383-385)(2003년 9월 25일)의 "전기습윤에 기반한 비디오-스피드 전자 종이(Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting)"(알.에이. 헤이스(R.A. Hayes) 및 비.제이.핀스트라(B.J.Feenstra))에 처음으로 기술되었고 리쿠아비스타 비브이(Liquavista BV)에 의해 개발된 비교적 신 기술인, 전기습윤 디스플레이와 같은 전기유체 디스플레이를 포함한다. 전기습윤 디스플레이들은 투명 전극, 소수성 절연체, 유리와 중합체성 기판들 사이에 개재된 유색 오일 및 물(water)을 포함한다. 평형 상태에서, 유색 오일은 본래 물과 소수성 절연체 사이에 안정된 연속 필름(stable continuous film)을 형성한다. 소수성 절연체에 걸쳐 전압차가 인가될 때, 시스템은 물을 절연체와 접촉하게 이동시킴으로써 그의 에너지를 낮추고, 그럼으로써 오일을 이동시켜 기저의 반사 표면을 노출한다. 정전기력과 표면 장력 사이의 균형은 오일이 측부로 얼마나 멀리 이동되는지를 결정한다. 눈이 광응답(optical response)을 평균하도록 픽셀이 충분히 작다면, 이러한 방식으로 위에서 보여질 때 스택의 광학 특성들은 유색의 오프-상태와 투명한 온-상태 사이에서 연속적으로 튜닝될 수 있다.
전기유체 디스플레이의 다른 예시는 Nature Photonics, Vol. 3, 292-296 (2009년 4월 26일)에 기술된 "밝은 안료 분산의 영-라플라스 전위(Young-Laplace Transposition of Brilliant Pigment Dispersions)"(제이. 헤이켄필드(J. Heikenfeld))를 사용하여 제작된 전기 유체 디스플레이들이다. 이 기술은 감마 다이나믹스(Gamma Dynamics)에 의해 개발되고 있다. 이 기술은 밝은 색상의(brilliantly coloured) 안료 분산에 대한 직시(direct view)를 제공하는 3 차원 미세유체 디스플레이 디바이스이다. 기본적인 전기유체 구조는 몇 개의 중요한 기하학적 특징들을 가진다. 첫번 째 특징은 가시 영역의 5-10% 미만의 수용성 안료 분산을 유지할 저장조(resevoir)이다. 두번 째 특징은 가시 영역의 80-95%를 점유하는 표면 채널이고; 이 표면 채널은 적합한 자극이 가해질 때 저장조로부터 안료 분산을 받는다. 세 번째로, 안료 분산이 저장조를 떠남에 따라 무극성 유체(오일 또는 가스)의 역류를 가능하게하는 디바이스를 둘러싼 도관(duct)이 있다. 이들 특징들 전부가 단일의 포토리쏘그래픽 단계 또는 미세복제 단계에서 저비용으로 형성된다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 몇몇 추가적인 코팅들 및 최상부 기판이 저장조 구조에 부가된다. 표면 채널은 전극 및 소수성 유전체로 구성된 두 개의 전기습윤 플레이트들에 의해 먼저 결합된다. 최상부 전기습윤 플레이트는, 표면 채널이 육안으로 보여질 수 있도록 투명한 전도성 전극으로 구성된다. 최하부 전기습윤 플레이트는 예를 들어, 알루미늄으로 이루어진 고 반사성 전극을 포함한다. 이러한 구성으로, 전압이 인가되지 않을 때, 네트 영-라플라스(net Young-Laplace) 압력은 안료 분산이 캐비티를 점유하게 하며, 이는 안료 분산에 더 큰 곡률반경을 준다. 따라서, 평형에서, 안료 분산이 저장조를 점유하며 주로 시야로부터 숨겨진다. 이는 두 개의 비누 방울들을 스트로우로 연결하는 것과 비슷하다 - 더 큰 방울이 더 큰 곡률 반경 및 더 낮은 영-라플라스 압력을 가지고, 따라서 더 적은 방울을 소모(consume)할 것이다. 두 개의 전기습윤 플레이트들과 안료 분산 사이에 전압이 인가될 때, 영-라플라스 압력을 초과하는 전자기계 압력이 유발되고, 안료 분산이 표면 채널 내로 당겨진다. 안료 분산의 볼륨이 표면 채널의 볼륨보다 약간 더 크면, 안료는 저장조와 표면 채널 둘 모두에서 동시에 보여질 수 있고, 거의 전체 디바이스 영역이 안료의 천연색(coloration)을 보여줄 것이다. 전압이 제거되면, 안료 분산은 빠르게(밀리초 내지 수십 밀리초) 저장조 내로 반동(recoil)한다. 따라서, 안료를 숨기거나 또는 종이 위에 인쇄된 안료와 유사한 가시적 밝기로 안료를 나타날 수 있게 하는 전환가능한 디바이스가 생성된다.
실시 형태
본원에 개시된 실시 형태들이 하기에서 구체적으로 설명된다.
실시 형태 1. 투명 전극으로서,
투명 기판,
투명 기판 위에 배치되어 있으며 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
전도성층 위에 배치되어 있으며, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq보다 큰, 투명 전극.
실시 형태 2. 실시 형태 1에 있어서, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 내지 약 1012 ohm/sq인, 투명 전극.
실시 형태 3. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 나노입자들이 안티몬 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 약 1012 ohm/sq보다 큰, 투명 전극.
실시 형태 4. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 약 5% 미만의 탁도 값과 약 80% 이상의 가시광 투과율을 가지는, 투명 전극.
실시 형태 5. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 나노입자들이 안티몬 주석 산화물을 포함하고 중합체성 오버코트층이 무색인, 투명 전극.
실시 형태 6. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 투명 전극.
실시 형태 7. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 메틸(메트)아크릴레이트 중합체 및 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 투명 전극.
실시 형태 8. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층은 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머와 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 투명 전극.
실시 형태 9. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층은 약 85:15 내지 약 25:75의 중합체 대 나노입자들의 중량비를 포함하는, 투명 전극.
실시 형태 10. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 전극이 가요성인, 투명 전극.
실시 형태 11. 선행하는 임의의 실시 형태에 있어서, 투명 기판이 70℃의 유리 전이 온도와 같거나 그보다 큰 유리 전이 온도를 가지는, 투명 전극.
실시 형태 12. 배리어 조립체로서,
기판, 외측 중합체성층, 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들과 무기 층들을 포함하는 다층 필름 조립체,
기판 위에 배치되어 있으며 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
전도성층 위에 배치되어 있으며, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq보다 큰, 배리어 조립체.
실시 형태 13. 배리어 조립체로서,
기판, 외측 중합체성층, 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들과 무기 층들을 포함하는 다층 필름 조립체,
외측 중합체성층 위에 배치되어 있으며 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
전도성층 위에 배치되어 있으며, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 ohm/sq보다 큰, 배리어 조립체.
실시 형태 14. 실시 형태 12 또는 13에 있어서, 전도성 층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 내지 약 1012 ohm/sq인, 배리어 조립체.
실시 형태 15. 실시 형태 12 내지 14 중 임의의 실시 형태에 있어서, 나노입자들이 안티몬 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 약 1012 ohm/sq보다 큰, 배리어 조립체.
실시 형태 16. 실시 형태 12 내지 15 중 임의의 실시 형태에 있어서, 약 5% 미만의 탁도 값 및 적어도 약 80%의 가시광 투과율을 가지는, 배리어 조립체.
실시 형태 17. 실시 형태 12 내지 16 중 임의의 실시 형태에 있어서, 나노입자들이 안티몬 주석 산화물을 포함하고 중합체성 오버코트층이 무색인, 배리어 조립체.
실시 형태 18. 실시 형태 12 내지 17 중 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 배리어 조립체
실시 형태 19. 실시 형태 12 내지 18 중 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 메틸(메트)아크릴레이트 중합체 및 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 배리어 조립체.
실시 형태 20. 실시 형태 12 내지 19 중 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 우레탄(메트)아크릴레이트 올리고머와 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 배리어 조립체.
실시 형태 21. 실시 형태 12 내지 20 중 임의의 실시 형태에 있어서, 중합체성 오버코트층이 약 85:15 내지 약 25:75의 중합체 대 나노입자들의 중량비를 포함하는, 배리어 조립체.
실시 형태 22. 실시 형태 12 내지 21 중 임의의 실시 형태에 있어서, 배리어 조립체가 가요성인, 배리어 조립체.
실시 형태 23. 이미지를 제공하기 위한 디스플레이로서,
(a) 실시 형태 1 내지 11 중 임의의 실시 형태의 투명 전극을 포함하는 제1 전극 - 투명 기판은 제1 기판을 포함함 -;
(b) 제2 기판;
(c) 중합체성 오버코트층과 제2 기판 사이에 배치된 이미지 형성 재료를 포함하는, 이미지를 제공하기 위한 디스플레이.
실시 형태 24. 실시 형태 23에 있어서, 제2 기판은 투명한, 디스플레이.
실시 형태 25. 실시 형태 23 내지 24에 있어서, 제2 기판은 불투명한, 디스플레이.
실시 형태 26. 실시 형태 23 내지 25에 있어서, 전도성층 없이 제1 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 107 내지 약 1012 ohm/sq인, 디스플레이.
실시 형태 27. 실시 형태 23 내지 26에 있어서, 나노입자들은 안티몬 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하고, 전도성 층 없이 제1 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항은 약 1012 ohm/sq보다 큰, 디스플레이.
실시 형태 28. 실시 형태 23 내지 27에 있어서, 제2 전극, 및 디스플레이가 오프 상태에서 온 상태로 전환하도록 제1 전극과 제2 전극 사이에 전위 차를 발생시키는 구동 수단을 추가로 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 29. 실시 형태 23 내지 28에 있어서, 이미지 형성 재료는, 중합체성 매트릭스 내에 분산된 약정 액적을 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 30. 실시 형태 23 내지 29에 있어서, 이미지 형성 재료가 콜레스테릭 액정을 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 31. 실시 형태 23 내지 30에 있어서, 이미지 형성 재료가 전기영동 재료를 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 32. 실시 형태 23 내지 31에 있어서, 이미지 형성 재료가 전기변색 재료를 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 33. 실시 형태 23 내지 32에 있어서, 디스플레이가 가요성인, 디스플레이.
실시 형태 34. 실시 형태 23 내지 33에 있어서, 약 32V의 전위차에서 온 상태에 있는 디스플레이는 약 40% 미만의 탁도 값을 가지는, 디스플레이.
실시 형태 35. 실시 형태 23 내지 34에 있어서, 약 32V의 전위차에서 온 상태에 있는 디스플레이는 약 20% 미만의 탁도 값을 가지는, 디스플레이.
실시 형태 36. 실시 형태 23 내지 35에 있어서, 나노입자들이, 온 상태에 있는 디스플레이의 탁도 값을 감소시키는 양으로, 중합체성 오버코트층 내에 존재하는, 디스플레이.
실시 형태 37. 실시 형태 23 내지 36에 있어서, 적어도 약 32V의 전위에서 온 상태에 있는 디스플레이는 적어도 약 80%의 가시광 투과율을 가지는, 디스플레이.
실시 형태 38. 실시 형태 23 내지 37에 있어서, 나노입자들이, 온 상태에 있는 디스플레이의 가시광 투과율을 증가시키고 탁도 값을 감소시키는 양으로, 중합체성 오버코트층 내에 존재하는, 디스플레이.
실시 형태 39. 실시 형태 23 내지 38에 있어서, 나노입자들은 안티몬 주석 산화물을 포함하고, 중합체성 오버코트층은 무색인, 디스플레이.
실시 형태 40. 실시 형태 23 내지 39에 있어서, 중합체성 오버코트층은 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 41. 실시 형태 23 내지 40에 있어서, 중합체성 오버코트층은 메틸 (메트)아크릴레이트 중합체 및 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 42. 실시 형태 23 내지 41에 있어서, 중합체성 오버코트층은 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 다작용성(메트)아크릴레이트의 반응산물을 포함하는, 디스플레이.
실시 형태 43. 실시형태 23 내지 42에 있어서, 중합체성 오버코트층은 약 85:15 내지 약 25:75의 중합체 대 나노입자들의 중량비를 포함하는, 디스플레이.
실시예
재료들
하기의 실시예들에서 사용된 재료들이 표 1에 설명되어 있다. 모든 재료들은 인수된 원상태로(as received) 사용되었다.
Figure 112013102717286-pct00001
오버코트 조성물
오버코트 조성물 OC-1
SR 444와 엘바사이트 2041의 85:15 (w/w) 혼합물을 아세톤에서 10 중량%의 총 고형물로 용해시켜 농축물(concentrate)을 제조하였다. 0.2 중량%의 총 고형물에서 이르가큐어 651 을 첨가하였다. 1:1(w/w) IPA:디아세톤 알코올로 희석하여 5 또는 3 중량% 고형물의 코팅 용액을 얻었다.
오버코트 조성물 OC-2
20부 사토머 SR444C, 80부 사토머 CN981B88 및 1부 이르가큐어 819의 혼합물을 1:1 IPA:디아세톤 알코올을 사용하여 요구되는 고형물 레벨로 희석하였다.
오버코트 조성물 OC-3, OC-4, OC-5, OC-10, 및 OC-11
적절한 양의 ATO Sol과 OC-1 농축물(요구되는 ATO:OC-1 고형물 비를 제공하도록 조정됨)을 1:1 IPA:디아세톤 알코올을 사용하여 5 중량%의 총 고형물로 희석함으로써(OC-3, OC-4, OC-5, OC-11), 또는 9.66% 고형물로 희석함으로써(OC-10) 코팅 혼합물을 제조하였다.
오버코트 조성물 OC-6, OC-7 및 OC-8
적절한 양의 TC-ZnO Sol과 OC-2 농축물(요구되는 ZnO:OC-2 고형물 비를 제공하도록 조정됨)을 1:1 IPA:디아세톤 알코올을 사용하여 5 중량%의 총 고형물로 희석함으로써 코팅 혼합물을 제조하였다.
오버코트 조성물 OC-9
Figure 112013102717286-pct00002
을 사용 직전에 1:1 IPA:디아세톤 알코올에서 5 중량%의 총 고형물로 희석하였다.
오버코트 조성물 OC -12
5 중량%의 총 고형물에서 75:25 ATO:OC-2 고형물 비를 제공하도록 1:1 IPA:디아세톤 알코올에서 적절한 양의 ATO sol과 OC-2를 희석하여 코팅 혼합물을 제조하였다.
비교 실시예 1-14, 실시예 1-27를 위한투명 전극 1-41
국제 특허 공보 제WO 2008/046058호 (알레만드 등)의 실시예 5에 개시된 방법들을 사용하여 제조된 은 나노와이어 잉크를 0.051 m/s (10 ft/min)의 웨브 속도, 3.7 cc/min의 잉크 유량(flow rate), 19.7 m/sec의 건조 오븐 공기유량(airflow), 및 75℃ (존 1) 및 120℃ (존 2)의 건조 오븐 온도에서 동작하는 10.2 ㎝(4인치) 다이 코터를 사용하여 0.13 ㎜(5 mil) PET 필름(듀폰 테이진 필름의 멜리넥스(
Figure 112013102717286-pct00003
) 618) 상에 코팅하였다. 결과적인 코팅의 시트 저항은 무접촉 프로브(델콤 프로덕츠 인코포레이티드의 델콤 727R 비-접촉 전도도 모니터)를 사용하여 90-100 ohm/sq였고, 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기(미국 비와이케이-가디너) 상에서 측정된 투과율 및 탁도는, 코팅된 필름 상에서, 각각 90-91% 및 1.4-1.6%인 것을 발견하였다.
상기의 필름을 상술된 오버코트 조성물들을 사용하여 투명 전극 필름을 제작하기 위해 오버코팅하였다. 상기의 오븐 및 공기유량 설정, 0.102 m/s (20 ft/min)의 웨브 속도, 표 2에 표시된 것과 같은 3-9 cc/min의 용액 유량, 21℃ (70℉)의 UV 플레이트 온도, 질소 대기, 및 100% UV 램프 파워를 사용하여, 잉크 코팅용으로 사용되는 10.2 ㎝ (4 인치) 다이 코터 상에서 코팅을 수행하였다. 투과율 및 탁도를 상술된 바와 같이 측정하였다. 그 결과는 표 2에 요약되어 있다.
Figure 112013102717286-pct00004
Figure 112013102717286-pct00005
디스플레이 - 비교 실시예 1-14, 실시예 1-27
표 2에 기술된 투명 전극을 사용하여 PDLC 디스플레이를 제조하였다. 또한 2 중량% 세키수이 SP210 스페이서 비드들을 포함하는 Norland NOA65과 BL036 액정의 50:50 (w/w) 혼합물을 30 분 동안 초음파처리하였고, 이후, 전도성 면들이 액정 재료와 접촉하는 상태로, 투명 전극들의 시트들 사이에 라미네이팅하여, 스페이서 비드들이 필름들 사이에서 갭을 설정할 수 있게 하였다. 디스플레이를 실바니아(Sylvania) (미국 마이애미주 댄버)로부터 입수가능한 램프(350 BL)를 사용하여 2.2 mW/㎠ UV 광에 10 분 동안 노광하여 경화시켰다. 오프 상태에서 그리고 32 및 64 V로 전환한 후 디스플레이들에 대해 투과율 및 탁도 측정을 수행하였다. 결과는 표 3에 요약되어 있다.
Figure 112013102717286-pct00006
Figure 112013102717286-pct00007
중합체성 오버코트층들의 특성 - 비교 실시예 15-17, 실시예 28-42
표 4에 열거된 와이어가 감긴(wire-wound) 로드(rod)들을 사용하여 0.13 ㎜ (5 mil) 프라임(primed) PET 필름 상에 오버코트 조성물들을 코팅하였다. 코팅을 100℃ 에서 3 분 동안 건조시키고, 그후 상술된 UV 처리 조건들을 사용하여 경화시켰다. 8009 시험 고정구를 구비한 키슬리(Keithley) 6517A 저항계를 사용하여 시트 저항의 측정을 수행하였다. 필름메트릭스(Filmetrics)(미국 캘리포니아주 샌 디에고) F20-UV 박막 분석기(analyzer)를 사용하여 코팅 두께 측정을 수행하였다. 이 두 양의 곱으로 벌크 저항력을 계산하였다. 결과가 표 4에 나타나있다.
Figure 112013102717286-pct00008
비교 실시예 19와 실시예 43을 위한 투명 전극들
국제 특허 공보 제WO 2008/046058호 (알레만드 등)의 실시예 5에 개시된 방법들을 사용하여 제조된 은 나노와이어 잉크를 15.2 ㎝ (6") 다이 코터를 사용하여 0.13 ㎜ (5 mil) PET 필름 (듀폰 테이진 필름의 멜리넥스 618) 상에 코팅하였다. 웨브 속도는 0.051 m/s (10 ft/min)였고, 잉크 유동은 12.7 ㎖/min, 건조 오븐 공기유량은 19.7 m/sec, 그리고 건조 오븐 온도는 75℃ (존 1) 및 120℃ (존 2) 였다. 이 필름의 두 개의 121.9 m (400 ft) 배치들을 상이한 날짜들에 제조하였다. 배치 1에서, 결과적인 코팅의 시트 저항은 델콤 무접촉 프로브를 사용하여 45 ohm/sq인 것으로 밝혀졌고, 헤이즈가드에서 측정된 투과율 및 탁도는 각각 90.6 % 및 2.65 % 였다. 배치 2에서, 각각의 값들은 67 ohm/sq, 91.3 %, 및 2.05 % 였다.
상기의 필름을 하기의 표 5에 표시된 오버코트 용액을 사용하여 오버코팅하였다. 상기의 오븐 및 공기유량 설정, 0.102 m/s (20 ft/min)의 웨브 속도, 표에 표시된 것과 같은 7-20 ㎖/min의 용액 유량, 21℃ (70℉)의 UV 플레이트 온도, 질소 대기, 및 100% UV 램프 파워를 사용하여, 동일한 15.2 ㎝ (6") 다이 코터 상에 코팅을 수행하였다. 표 5는 또한 결과적인 2-층 투명 전도성 코팅에 대한 전도도 및 광학 데이터를 보여준다. 투명 전극(42)을 제조하기 위하여 은 나노와이어 필름의 배치 1을 사용하였고, 반면 투명 전극(43)을 제조하기 위하여 배치 2를 사용하였다.
Figure 112013102717286-pct00009
디스플레이 - 비교 실시예 18-19, 실시예 43
시탈라 유에스 인코포레이티드(Citala US Inc.)(미국 캘리포니아주 서니베일)로부터 G4 PDLC 필름을 입수하였다. 이 구조는 ITO-코팅된 PET 필름의 두 개의 시트들 사이에 라미네이팅되어 있는 PLDC 층이다. ITO PET 필름들 중 하나를 G4 필름의 일 면으로부터 박리(delamination)하였고, 이후 표 5의 은 나노와이어-기반 투명 도체 필름을 노출된 PLDC에 손으로 라미네이팅하였다. 레이저 블레이드를 사용하여, 전기 연결이 가능하도록 나머지 ITO 필름의 단면을 노출하게 PLDC를 벗겨내고, 이후 ITO와 은 나노와이어-기반 전극들 둘 모두에 접촉 패드로서 은 페이스트를 도포하였다. 라미네이트 전극들에 걸쳐 32V (50 ㎐ 정현파)의 전위를 인가하고, 투과율 및 탁도를 측정하였다. 결과가 하기의 표 6에 나타나 있다. 제어 값들은 인수된 원상태로의 G4 필름에 대해 측정되었다.
Figure 112013102717286-pct00010
비교 실시예 21, 실시예 44 내지 45를 위한 투명 전극들
국제 특허 공보 제WO 2008/046058호 (알레만드 등)의 실시예 5에 개시된 방법들을 사용하여 제조된 은 나노와이어 잉크를 15.2 ㎝ (6") 다이 코터를 사용하여 듀폰 618 0.13 ㎜ (5 mil) PET 필름 상에 코팅하였다. 웨브 속도는 0.051 m/s (10 ft/min)였고, 잉크 유동은 6.4 ㎖/min, 건조 오븐 공기유량은 19.7 m/sec, 그리고 건조 오븐 온도는 75℃ (존 1) 및 120℃ (존 2) 였다. 결과적인 코팅의 시트 저항은114 ohm/sq인 것으로 발견되었고, 투과율과 탁도는 각각 91.2 % 및 1.14 %였다.
상기의 필름을 하기의 표 7에 표시된 오버코트 용액들을 사용하여 오버코팅하였다. 상기의 오븐 및 공기유량 설정, 0.102 m"/s (20 ft/min)의 웨브 속도, 표에 표시된 것과 같은 9-13 ㎖/min의 용액 유량, 21℃ (70℉)의 UV 플레이트 온도, 질소 대기, 및 100% UV 램프 파워를 사용하여, 15.2 ㎝ (6 인치) 다이 코터 상에 코팅을 수행하였다. 표 7은 또한 결과적인 2-층 투명 전도성 코팅에 대한 전도도 및 광학 데이터를 보여준다.
Figure 112013102717286-pct00011
디스플레이 - 비교 실시예 20-21, 실시예 44-45
Citala US Inc.(미국 캘리포니아주 서니베일)로부터 G4 PDLC 필름을 입수하였다. ITO PET 필름들 중 하나를 G4 필름의 일 면으로부터 박리(delamination)하였고, 이후 손으로 표 7의 은 나노와이어-기반 투명 도체 필름을 노출된 PLDC에 라미네이팅하였다. 레이저 블레이드를 사용하여, 전기 연결이 가능하도록 나머지 ITO 필름의 단면을 노출하게 PLDC를 벗겨내고, 이후 ITO와 은 나노와이어-기반 전극들 둘 모두에 접촉 패드들로서 은 페이스트를 도포하였다. 이후 32V 또는 64V (50 ㎐ 정현파)의 전위를 라미네이트 전극들에 걸쳐 인가하였고, 헤이즈가드를 사용하여 전환된 상태 및 오프 상태에서 투과율 및 탁도를 측정하였다. 결과가 하기의 표 8에 나타나 있다. 제어 값들은 인수된 원상태로의 G4 필름에 대해 측정되었다.
Figure 112013102717286-pct00012
본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌 및 간행물은 본 개시와 직접 모순되지 않는 한 본 발명에 그 전체가 참고로 본 명세서에 명백히 포함된다. 특정의 실시 형태들이 본 명세서에 예시되고 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 등가의 구현이 도시되고 기술된 특정의 실시 형태를 대신할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 출원은 본 명세서에 기술된 특정 실시 형태의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (34)

  1. 투명 전극으로서,
    투명 기판,
    투명 기판 위에 배치되어 있고 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
    전도성층 위에 배치되어 있고, 안티몬 주석 산화물을 포함하는 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층
    을 포함하고,
    전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 107 ohm/sq보다 큰, 투명 전극.
  2. 제1항에 있어서, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 107 내지 1012 ohm/sq인, 투명 전극.
  3. 제1항에 있어서, 나노입자들이 안티몬 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하고, 전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 1012 ohm/sq보다 큰, 투명 전극.
  4. 배리어 조립체로서,
    기판, 외측 중합체성층, 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들과 무기 층들을 포함하는 다층 필름 조립체,
    기판 위에 배치되어 있고 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
    전도성층 위에 배치되어 있고, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층
    을 포함하고,
    전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 107 ohm/sq보다 큰, 배리어 조립체.
  5. 배리어 조립체로서,
    기판, 외측 중합체성층, 및 기판과 외측 중합체성층 사이에 배치된 복수의 교번하는 중합체성 층들과 무기 층들을 포함하는 다층 필름 조립체,
    외측 중합체성층 위에 배치되어 있고 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
    전도성층 위에 배치되어 있고, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층
    을 포함하고,
    전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 107 ohm/sq보다 큰, 배리어 조립체.
  6. 이미지를 제공하기 위한 디스플레이로서,
    (a) 제1 전극으로서,
    투명 기판,
    투명 기판 위에 배치되어 있고 금속성 나노와이어들을 포함하는 전도성층,
    전도성층 위에 배치되어 있고, 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물 및 인듐 주석 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 나노입자들을 포함하는 중합체성 오버코트층
    을 포함하고,
    전도성층 없이 투명 기판 위에 배치된 중합체성 오버코트층의 시트 저항이 107 ohm/sq보다 크고, 투명 기판이 제1 기판을 포함하는, 제1 전극;
    (b) 제2 기판;
    (c) 중합체성 오버코트층과 제2 기판 사이에 배치된 이미지 형성 재료
    를 포함하고,
    이미지 형성 재료는 중합체성 매트릭스 내에 분산된 액정 액적을 포함하는, 이미지를 제공하기 위한 디스플레이.
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