KR20020015044A - 액정 셀용 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정 셀용 전극은 기재, 예를 들어 전도성 배열 코팅(예: 플루오르로 도핑된 산화주석 코팅)을 갖는 유리를 포함한다. 전도성 코팅을 기재상에 침착시킨 다음, 표면을 세정하고 용매로 적신 직물을 사용하여 소정의 횟수만큼 한 방향으로 닦는다. 상기 방식으로 제조된 전극은 전도성 코팅 위에 폴리이미드 층이 없어도 되며, 폴리이미드 층의 열 처리도 필요하지 않다.

Description

액정 셀용 전극{ELECTRODES FOR LIQUID CRYSTAL CELLS}

액정 셀용 전극은 현재 한 쌍의 기재, 예컨대 2개의 유리의 표면에 전도성 필름 또는 코팅, 통상적으로는 산화인듐주석("ITO") 필름을 침착시킴으로써 제조되고 있다. 액화된 폴리이미드를 ITO 표면상에 회전 코팅시키고 열처리하여 ITO 코팅상에 폴리이미드 코팅을 제공한다. 그 후, 각 전극의 폴리이미드 층의 표면을 펠트 직물로 동일한 방향으로 마찰시킨다. 마찰 기작이 완전히 알려져 있는 것은 아니지만, 펠트 직물로 폴리이미드 층의 표면을 마찰시키면 전극 사이에 함유되어 있는 액체 혼합물중의 액정의 장축이 바람직한 배향으로 정렬된다. 더욱 구체적으로는, 액정이 기재 표면에 평행하게 또한 서로에 대해 한 방향으로 배열될 때, 균질하게 배열되었다고 한다. 액정이 기재 표면에 수직으로 배열될 때에는, 호메오트로픽 배열(homeotropic alignment)이라고 한다. 폴리이미드 층에 관한 논의는 킨(Y. B. Kinn), 올린(H. Olin), 팍(S. Y. Park), 최(J. W. Choi), 고미토(L. Komito), 마튜시지(M. Matusyzyh) 및 링게웰(S. T. Lngewell)의 논문[제목: 주사 구동 현미경에 의해 연구된 마찰된 폴리이미드 필름(RUBBED POLYIMIDE FILMS STUDIED BY SCANNING FORCE MICROSCOPY), Applied Physics Letter 66(17), 1995년 4월 24일]에서 찾아볼 수 있다.

액정 셀은 현재 섬유상 유리 및/또는 중합체 비이드를 알콜중에 현탁시키고, 알콜-스페이서 혼합물을 전극중 하나에 회전 코팅시킴으로써 제조한다. 마찰 방향이 서로 반대되도록 서로 대향하는 폴리이미드 표면을 전극에 장착한다. 스페이서에 의해 전극을 이격된 관계로 유지시킨다. 전극의 한 쌍의 대향하는 측부를 밀봉하여 폴리이미드 층의 마찰된 표면 사이에 격실(compartment)을 부여한다. 상기 격실을 액정의 등전점보다 높은 온도, 예컨대 약 90℃까지 가열하고, 키랄성 네마틱 액정 또는 키랄성 성분을 또한 포함할 수 있는 네마틱 액정을 함유하는 가열된 혼합물("액정 혼합물")로 격실을 모세관 방식으로 충전시킨다. 액체 혼합물은 또한 게스트-호스트 액정 셀을 제공하는 이색성 염료도 포함할 수 있다. 액체 혼합물을 바람직하게는 액정 혼합물의 등전점보다 높은 온도까지 가열한다. 가라제다기(F. Gharadjedaghi)의 문헌[제목: 음의 유전 이방성을 나타내는 액정을 사용한, 양의 콘트라스트를 나타내는 게스트-호스트 디스플레이(A POSITIVE CONTRAST GUEST-HOST DISPLAY USING A LIQUID CRYSTAL OF NEGATIVE DIELECTRIC ANISOTROPY), Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol 68, 1981, pp. 127-135]에 액체 혼합물이 논의되어있다. 액체 혼합물을 사용하여 상기 격실을 모세관 방식으로 충전시킨 후, 나머지 개방된 측부를 밀봉한다.

두 전극을 가로질러 인가된 AC 전압은 전극 표면에 대한 액체 혼합물중 액정의 장축의 위치를 변화시킨다. 예를 들어, 전극을 가로질러 AC 전압을 인가하면 액정의 장축을 배향시키는데, 예컨대 양의 유전 이방성을 갖는 액정의 경우 인가된 전압은 액정의 장축을 인가된 전기장에 평행하게 배열시키고, 음의 유전 이방성을 갖는 액정의 경우 인가된 전기장은 액정의 장축을 인가된 전기장에 수직으로 및/또는 상기 전기장으로부터 멀리 배열시킨다. 이색성 염료는 양 또는 음의 이색성 비를 가질 수 있다. 양의 이색성 비를 갖는 이색성 염료는 분자의 장축을 따라 더 많은 광을 흡수하고, 그 역도 성립한다. 게스트-호스트 네마틱 액정 셀의 경우, 전극을 가로질러 AC 전압을 인가하면 액정(양의 유전 이방성)을 인가된 전기장에 평행하게 배향시키고, 이색성 염료(양의 이색성 비)는 액정의 배향을 쫓아가, 셀을 어두운 상태(오프 상태)에서 밝은 상태(온 상태)로 변화시킨다. 전압이 끊기면, 액정 혼합물중의 액정 및 이색성 염료는 폴리이미드 코팅에 평행하게 재배향되어, 액정 셀이 덜 투명하도록, 즉 더 어두워지도록 한다. 미국 특허 제 5,477,358 호에는 액정 셀의 제조방법 및 작동방법이 논의되어 있다.

액정 셀 제조 분야의 숙련자가 인식하고 있는 바와 같이, 폴리이미드 층을 사용하지 않아도 되어 폴리이미드 층의 침착, 열처리 및 마찰을 생략할 수 있는 액정 셀을 제공하는 것이 유리하다.

발명의 개요

본 발명은 개선된 액정 셀, 더욱 구체적으로는 액정 셀에 사용되는 개선된 전극에 관한 것이다. 본 발명에 의해 개선된 액정 셀은 서로 이격된 한 쌍의 전극을 갖는 유형으로, 상기 전극의 가장자리는 밀봉되어 그 사이에 액체 혼합물을 함유하는 밀봉된 격실을 제공한다. 본 발명에 의해 개선된 전극은 전도성 코팅, 예를 들어 유리 기재상의 ITO 코팅 및 ITO 코팅상의 폴리이미드 층을 갖는 유형의 것이다. 폴리이미드 층은 한 방향으로 마찰된 표면을 갖고, 폴리이미드 층의 마찰된 표면은 마찰 방향이 서로 반대가 되도록 서로 대향된다. 본 발명을 한정하는 것은 아니지만, 본원에 사용되며 특허청구범위에 기재된 액체 혼합물은 네마틱 액정과 이색성 염료를 포함할 수 있으며, 키랄성 액정 성분, 키랄성 성분, 열변색성 물질 및/또는 피론, 옥사진, 펄가이드(fulgide) 및 펄기마이드(fulgimide)를 포함하는 유형의 광변색성 물질을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있는 다른 광변색성 물질은 그린버그(C. B. Greenberg)의 명의로 출원된 미국 특허 가출원[발명의 명칭: 전기-광학 장치 및 이러한 장치를 갖는 가변성 투명 제품(ELECTRO-OPTICAL DEVICE AND VARIABLE TRANSPARENT ARTICLE WITH SUCH DEVICE)]에 개시되어 있다. 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 열변색성 물질은 미국 특허 제 4,028,118 호 및 제 4,732,810 호에 개시되어 있는 바와 같이 온도 변화의 결과 흡수율, 반사율 및 굴절률 같은 물리적 특성이 변화되는 물질이다. 본 발명을 한정하지 않으면서, 이색성 염료는, 이들이 액정 물질 내에서 분자 배열될 때 특정 편광을 흡수할 수 있기 때문에, 혼합물 중에서 단독으로 유용하거나 또는 광학 활성 물질로서 광변색성 물질과의 혼합물로 유용하다. 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 이색성 염료는 아조 염료 및 안트라퀴논 염료를 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 사용하기 적합한 다른 이색성 염료는 콩고 레드(Congo Red)(소디움 디페닐-비스-알파-나프틸아민 설포네이트), 메틸렌 블루, 스틸벤 염료(색지수(CI)=620) 및 1,1'-디에틸-2,2'-시아닌 클로라이드(CI=374(오렌지색) 또는 CI=518(청색))를 포함한다. 이들 염료의 특성 및 이들의 제조방법은 랜드(E. H. Land)의 문헌[Colloid Chemistry (1946)]에 기재되어 있다. 이들 염료는 폴리비닐 알콜 중에서 현저한 이색성을 가지며, 셀룰로즈 중에서 보다 적은 이색성을 나타낸다. 다른 적합한 염료는 문헌[Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 8, pp. 652-661 (4판, 1993)] 및 이 문헌에 인용된 참조문헌에 특성 및 제조방법이 기재되어 있는 것들이다.

본 발명의 개선된 전극은 폴리이미드 층이 없어도 된다. 더욱 구체적으로는, 본 발명의 전극은 기재에 침착된 전도성 물질을 갖고, 이 전도성 물질은 격실내에 함유된 액체 혼합물의 액정의 전기전도성 및 배향 및/또는 배열 특성을 나타낸다. 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 전도성 물질은 열분해에 의해 침착된 전도성 금속 산화물, 예컨대 미국 특허 제 4,584,206 호, 제 4,900,100 호 및 제 5,356,718 호, 및 2000년 3월 9일자로 스자니(Janos Szanyi) 등의 명의로 출원된 미국 특허원 제 09/521,845 호[발명의 명칭: 헤이즈가 낮은 코팅의 제조방법, 및 이에 의해 제조된 코팅 및 코팅된 제품(Methods of Making Low Haze Coatings, and the Coatings and Coated Articles Made Thereby)](솔라반(Solarban) 55로 코팅된유리를 개시함)에 개시된 유형의 플루오르, 안티몬 및 이들의 혼합물을 함유하는 산화주석을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다. 상기 문헌의 개시내용은 본원에 참고로 인용되어 있다.

본 발명은 또한 개선된 액정 셀을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전도성 물질, 예를 들어 열분해에 의해 침착된, 플루오르 및/또는 안티몬으로 도핑된 산화주석을 갖는 기재를 제공하는 단계를 포함한다. 알콜 용매를 적신 직물로 표면을 깨끗이 닦아낸다. 무작위적으로 닦는 경우에는, 어두운 상태의 액정 셀의 투과 색상이 육안에 의해서는 균일하지만 선형 편광판을 통해 볼 때에는 무작위적으로 닦은 패턴이 보인다. 닦아내는 방향이 한 방향이면, 어두운 상태의 액정 셀의 투과 색상이 육안으로 볼 때와 선형 편광판을 통해 볼 때 균일하다. 전극을 이격된 관계로 장착하고 그 공간을 액체 혼합물로 충전시킴으로써 액정 셀을 제작한다. 액체 혼합물을 함유하는 밀봉된 격실을 제공하도록 전극을 고정시킨다(전극은 액체 혼합물과 접촉한다). 알 수 있는 바와 같이, 각각 전도성 물질을 갖는 두 기재 또는 하나만이 2개의 인터디지탈(interdigital) 전극을 갖는(동일 위치의 스위칭(in-place switching(IPS)) 두 기재로 셀을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 액정 셀은 평면 패널 디스플레이; 공중, 육상, 수상 및 잠수형 운송수단의 투명체; 주거용 및 상업용 건물의 투명체, 용기 또는 예컨대 안경용 렌즈에 사용되는 투명체로서 사용될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전극을 안경에 사용하는 경우, 전극을 한 방향으로 닦아내어 어두운 편광 상태에서 밝은 편광 상태로 변화시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 액정 셀, 더욱 구체적으로는 액정 셀에 사용하기 위한 전극에 관한 것이다. 본원은 패트리시아 루자코우스키 애쎄이의 명의로 1999년 6월 10일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/138,481 호의 출원일을 본원의 출원일로 할 것을 청구한다.

도 1은 전극을 가로질러 전기장이 인가되지 않은 종래 기술의 액정 셀의 단면도이다.

도 2는 전극을 가로질러 전기장이 인가되지 않은 본 발명의 액정 셀의 단면도이다.

도 3은 전극을 가로질러 전기장이 인가된 도 2와 유사한 도면이다.

도 4는 전극 사이의 격실을 모세관 방식으로 액체 혼합물로 충전시키기 위해, 서로에 대해 고정된 위치로 적층된 한 쌍의 전극의 평면도이다.

도 5는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 두 인터디지탈 전극을 갖는 기재의 평면도이다.

본 발명은 액정 셀용의 개선된 전극에 관한 것이다. 액정 셀은 전극을 가로질러 인가되는 AC 전압을 이용하여, 액정의 배향을 제어한다. 전기변색성 셀은 전극 사이에 DC 전류를 인가하여 전기변색성 물질의 밝아짐과 어두워짐을 제어한다.

본 발명을 이해하기 위하여 현재 시판중인 액정 셀(종래 기술)에 대해 논의한다. 도 1에는 종래 기술의 대표적인 액정 셀(10)이 도시되어 있다. 액정 셀(10)은 다수의 스페이서(16)(도 1에는 하나만 도시됨)에 의해 이격된 관계로 유지되는 한 쌍의 전극(12, 14)을 포함한다. 전극(12, 14)의 가장자리(도 1에는 가장자리만 도시됨)는 당해 분야에서 액정 셀 장치의 격실을 밀봉하는데 사용되는 유형의 에폭시(18)에 의해 밀봉되어 이들 사이에서 밀봉된 격실(20)을 제공한다. 격실(20)은 균질하게 배열된 액정(도 1 내지 도 3에서 기호(22)로 나타냄)과 당해 분야에서 네마틱 게스트-호스트 액정 셀을 제조하는데 사용하는 유형의 이색성 염료 분자(도 1 내지 도 3에서 기호(24)로 나타냄)의 혼합물로 충전된다. 각 전극(12, 14)을 회로(26)에 의해 연결하는데, 이 회로는 한쪽 단부에서 전선(30)에 의해 전극중 하나, 예를 들어 전극(12)에 연결되고 다른쪽 단부에서 스위치(32)에 연결된 전력원(28)을 포함한다. 스위치(32)는 전선(34)에 의해 다른 하나의 전극, 예를 들어 전극(14)에 연결된다. 스위치(32)는 전극에 "전력을 공급" 또는 "전력을 차단"시켜 액정 셀을 어두운 상태("전력이 차단"된 상태의 셀)에서 밝은 상태("전력이 공급"된 상태의 셀)로 변화시키고, 그 역도 가능하다. 알 수 있는 바와 같이, 전력원은 바람직하게는 AC 전력원이다. 본 발명을 실행하는데 DC 전력원도 사용할 수 있지만, DC 전력원은 시간이 지남에 따라 액정 셀의 품질을 떨어뜨린다.

도 1에 도시된 유형의 종래 기술의 셀은 실험실 환경에서 제작되었다. 각 전극(12, 14)은 산화인듐주석("ITO") 코팅(38) 및 ITO 코팅(38)에 부착된 폴리이미드 층(40)을 갖는 유리 기재(36)를 포함하였다. 마그네트론 스퍼터 진공 침착("MSVD")에 의해 ITO 코팅을 침착시켰다. 액화된 폴리이미드를 ITO 코팅상에 회전 코팅시킨 다음 코팅된 폴리이미드를 열처리하여 폴리이미드를 중합시킴으로써 ITO 코팅(38)상에 폴리이미드 층(40)을 제공하는 방식으로 폴리이미드 층(40)을 ITO 코팅상에 침착 또는 코팅시켰다. 그 후, 전극(12, 14)을 폴리이미드 층이 위로 향하도록 하여 나란히 위치시켰다. 각 폴리이미드 층의 표면을 펠트 직물로 한방향으로 마찰시켰다(즉, 단일 방향을 닦아내거나 마찰시킴). 각 폴리이미드 층을 한 방향으로 5회 마찰시켰다. 이. 엠. 인더스트리즈 인코포레이티드(E. M. Industries Inc.)에서 시판중인 직경 8μ의 섬유상 유리 원통형 봉과 2-프로판올의 혼합물을 전극중 하나의 마찰된 폴리이미드 표면에 회전 코팅시켰다.

그 후, 전극중 하나를 180°회전시켜 마찰된 폴리이미드 표면이 서로 대향하도록 하여 다른 전극 위로 뒤집어 올리고, 각 전극의 측부를 서로 일렬로 배열시키고, 전극(12, 14)을 전선(30, 34)에 연결된 AC 전력원(28)에 연결하기 위한 구역을 제공하기 위해, 또한 격실의 모세관 방식 충전을 위해 각 전극의 단부를 서로 엇갈리게 하였다. 스페이서(16)(도 1에는 하나만 도시함)는 전극(12, 14)을 서로 이격된 관계로 유지시켜 격실(20)을 제공한다. 전극의 측부를 당해 분야에서 사용하는 유형의 UV 경화성 에폭시로 밀봉시켰다. 에폭시(18)에 의해 이격된 관계로 유지되는 전극을 임의의 통상적인 방식으로 액체 혼합물중 액정의 등전점보다 높은 온도까지 가열한다. 사용된 액정은 이. 엠. 인더스트리즈 카탈로그 No. E-7로 시판중인 유형의 것이었다. 액체 혼합물은 액정에 용해된 이색성 염료를 포함하였다. 액체 혼합물을 58 내지 90℃로 가열하였다. 밀봉되지 않은 전극의 엇갈린 한 쌍의 단부를 따라 액체 혼합물의 소적을 떨어뜨림으로써, 가열된 격실을 액정과 이색성 염료의 액체 혼합물로 충전시켰다. 조립된 전극을 실온으로 냉각시키고, 격실의 개방 단부를 에폭시, 예를 들어 액정 셀의 격실을 밀봉시키기 위해 당해 분야에서 사용되는 유형의 5분 경화형 에폭시로 밀봉시켰다. 가열된 액체 혼합물은 등전 상태에 있으며, 냉각시키게 되면 도 1에 도시된 바와 같이 균질하게 배열된 네마틱상태(마찰 방향과 평행)로 된다.

본 발명은 폴리이미드 층을 갖지 않는 전극을 사용함을 포함한다. 더욱 구체적으로, 필요에 따라서는 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 특징을 갖는 액정 셀(50)이 도시되어 있다. 액정 셀(50)은 스페이서(16)(도 2 및 도 3에는 한 개만 도시되어 있음)에 의해 이격된 관계로 유지되는 전극(52, 54)을 포함하며, 이 전극(52, 54)의 측부 및 단부는 에폭시(18)로 밀봉되어, 밀봉된 격실(56)을 제공한다. 도 1의 격실(20)과 유사한 격실(56)은 예컨대 전술한 유형의 이색성 염료 분자(24)와 액정(22)을 갖는 액체 혼합물로 충전된다. 2인치(5.08cm)의 정사각형 전극의 경우, 개방 단부, 예를 들어 모세관 작용에 의해 격실 내로 이동하는 액체를 갖는 격실의 엇갈린 단부에 액체 혼합물의 소적을 침적시키는 것이 통상적이다. 2인치(5.08cm)보다 큰 직경을 갖는 전극, 예를 들어 4인치(10.16cm) 이상의 정사각형 전극의 경우, 격실을 보다 신속하게 충전시키기 위해 도 4에 도시된 배열이 권장된다. 더욱 구체적으로는, 열판 위에서 예컨대 4인치(10.16cm) 이상의 큰 정사각형 격실을 충전시킬 때, 액정이 지나치게 늦게 앞으로 이동하지 않도록 하는 것이 중요한데, 그렇지 않으면, 기포가 생기게 된다.

도 4에서는, 하나의 전극(70)의 인접한 두 측부(66, 68)가 다른 전극(76)의 두 인접한 측부(72, 74)와 엇갈린다. 전극의 겹쳐진 부분은 당해 분야에 사용되는 유형의 에폭시로 (78)에서 밀봉된다. 두 인접한 측부(68, 74 및 66, 72)를 따라 액체 혼합물의 소적을 적용하여 모세관 작용에 의해 격실(80)을 충전시킨다.

알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 액체 혼합물의 조성에 대해 한정하지 않는데, 더욱 구체적으로는, 액정과 이색성 염료에 추가하여 액체 혼합물은 키랄성 네마틱 액정, 키랄성 성분, 열변색성 물질 및/또는 발명의 개요 부분에서 상기 논의된 유형의 광변색성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 액정 혼합물에 대해 한정하지 않는데, 예를 들면, 중합체 기제 액정 시스템을 본 발명을 실시하는데 사용할 수 있다.

본 발명의 특징을 구체화한 전극(52, 54)은 본 발명의 특징을 포함하는 코팅(60)을 갖는 기재(58)를 포함한다. 기재(58)중 하나는 투명 물질로 제조될 수 있으며, 더욱 흔히 두 기재(58)가 모두 투명 물질로 제조된다. 본 발명을 실행하는데 있어서, 기재는 임의의 물질, 예를 들어 투명 유리, 착색(tinted) 유리, 코팅 유리 또는 광변색성 유리; 투명 플라스틱, 착색 플라스틱 또는 광변색성 플라스틱; 금속 및/또는 섬유상 유리 보강된 플라스틱으로 제조될 수 있다. 또한, 예를 들어 당해 분야에 공지되어 있는 유형의, 자외선 투과율이 낮거나, 총 태양 에너지 투과율이 낮거나, 적외선 투과율이 낮은, 태양광 조절 유형의 유리를 본 발명을 실행하는데 사용할 수 있다. 임의의 물질로 이루어진 기재를 사용하여 본 발명을 실행할 수 있지만, 기재의 물질 및 에폭시(18)는 액체가 통과하지 않는(liquid tight) 격실을 제공하여 격실(60)내에 액체 혼합물을 함유하도록 선택되어야 한다. 중합체 기제 액정 시스템의 경우, 격실은 밀봉될 필요가 없을 수 있다. 본 발명을 실행하는데 있어서, 투명한 소다-석회-실리카 유리를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명에서는 하나의 전극이 소다-석회-실리카 유리로 이루어지고 다른 하나의 전극이 불투명 기재로 제조되는 것도 고려한다. 이 경우, 본 발명을 제한하는 것은 아니지만, 불투명 기재는 코팅(60) 아래에 반사성 표면 또는 코팅을 가질 수 있다.

본 발명을 실행하는데 있어서, 코팅(60)은 전도성 코팅이고, 액정용 배열 층이다. 본 발명을 제한하는 것은 아니지만, 바람직한 코팅은 도판트, 예컨대 플루오르 및/또는 안티몬을 가질 수 있는 산화주석 코팅이다. 하기 논의된 바와 같이 본 발명에 따라 제조할 때 하기 나타낸 ITO를 사용할 수 있다. 전도성 코팅, 예컨대 산화주석 코팅은 임의의 통상적인 방식, 예컨대 화학적 증착(CVD), 물리적 증착(PVD), 연소 화학적 증착(CCVD), 분무 열분해, 펄스형 레이저 침착, 플라즈마 분무, 여과된 레이저 아크(arc), 펄스형 dc 글로우 방전, 플라즈마 아크 침착, 플라즈마 CVD, 금속 유기 CVD, 이온 보조된 침착, 중공 음극 침착, 레이저 보조된 침착, 반응성 마그네트론 스퍼터링, 펄스형 반응성 마그네트론 스퍼터링, 펄스형 마그네트론 스퍼터링, 플라즈마 향상된 CVD, 전자 사이클로트론 공명 CVD 등(본 발명을 한정하는 것은 아님)에 의해 기재상에 침착될 수 있다. 이제 알 수 있는 바와 같이, 기재 물질은 전도성 배열 코팅의 침착 또는 코팅동안 열화되지 않도록 선택되어야 한다. 본 발명을 실행하는데 있어서, 바람직한 기재 물질은 유리이고, 전도성 배열 코팅은 열분해에 의해 유리 기재상에 적용되거나 코팅된다. 알 수 있는 바와 같이, 전극의 시이트 저항은 본 발명에서 한정되지 않으나, 액체 혼합물과 접촉하는 전극 면적이 증가함에 따라, 전극이 낮은 시이트 저항을 갖는 것이 바람직하다. 시이트 저항이 3 내지 127Ω/sq.인 셀을 제조하였다.

플로트 방법에 의해 제조된 두께 3mm의 유리 리본으로부터 절단한 소다-석회-실리카 유리 조각을 사용하여 본 발명을 수행하였다. 유리 리본이 용융된 금속욕상에서 챔버(도시되지 않음)를 통해 이동함에 따라, 유리 리본은 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 5,356,718 호에 개시된 방식 및 유형의 저-E 코팅으로 코팅되었다. 피피지 인더스트리즈, 인코포레이티드(PPG Industries, Inc.)에 의해 상표명 썬게이트(Sungate) 500 코팅 유리로 시판중인 유형의 코팅 유리는 열분해에 의해 유리 리본에 적용된 비정질의 혼합된 SiO₂-SnO₂코팅층 및 상기 비정질의 혼합된 SiO₂-SnO₂코팅에 침착된 플루오르-도핑된 결정질 산화주석(SnO₂:F) 코팅 층을 갖는다. 썬게이트 500 코팅 유리용 층의 시이트 저항은 약 20Ω/sq.이고, 썬게이트 300 코팅 유리(열분해에 의해 유리 위에 침착된 플루오르-도핑된 결정질 산화주석)의 경우는 약 63Ω/sq.이다. 리본으로부터 유리 조각을 절단하였다. 리본으로부터 절단한 수개의 조각을 3년간 저장한 후, 본 발명의 특징을 포함하는 전극을 제조하는데 사용하였다. 유리 시이트 사이에 중합체 비이드 분리 매체를 제공하여 유리 시이트를 저장하였다. 중합체 비이드와 관련하여서는 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 4,530,889 호를 참조할 수 있다. 처음에는 시효경화가 코팅에 어떤 효과를 가질 수 있으리라 생각했지만, 이어서 제조한 전극은 시효경화가 본 발명의 전극용 코팅 유리의 성능에 현저한 효과를 갖지 않음을 보여준다.

하기 논의는 3년동안 저장한 유리를 사용하여 본 발명의 특징을 갖는 샘플(초기 샘플)을 제조하는데 관한 것이다. 유리 조각으로부터 2개의 2인치(5.08cm)정사각형 조각을 절단해내고, 코팅된 표면에 50:50 v:v 2-프로판올:탈이온수 용액을 분무하고 코팅된 표면을 텍스와이프 캄파니 엘엘씨.(TEXWIPE Company LLC.)에 의해 상표명 테크니클로쓰(Technicloth; 등록상표)로 시판중인 폴리에스테르-셀룰로즈 와이프로 건조할 때까지 닦음으로써 세정한 후, 킴와이프(Kimwipe)로 건조할 때까지 닦고 2-프로판올로 적신 펠트 직물로 한 방향으로 5회 닦는다. 격실이 2인치×1¾인치의 치수를 가져 격실(60)의 대향 측부상에 각 전극의 ¼인치 연장부를 제공함으로써 각 전극을 전기적으로 접속시킨 것을 제외하고는 도 2에 도시된 액정 셀(50)에서와 유사한 방식으로 액정 셀을 제작하였다. E7 액정과 2중량%의 G-472 이색성 염료의 가열된 액체 혼합물을 제조하고, 앞서 논의된 바와 같이 가열된 격실내로 흘려넣어 산화주석 코팅과 직접 접촉시켰다. 격실을 앞서 논의한 바와 같이 밀봉하고 AC 전력원을 전극에 연결하였다. 2 내지 20볼트 및 50 내지 60헤르쯔의 AC 전압 또는 전기장을 온 시켰을 때(도 3 참조), 밝은 상태에서 발광 투과율(Lta)은 44%였고, 전기장이 오프 되었을 때(도 2 참조), 어두운 상태에서 발광 투과율(Lta)은 26%였다. 도 3에서, 전력을 온 시키면, 도 3에 도시된 바와 같이 장축이 코팅에 평행한 채로 유지되는 액정과 이색성 염료의 얇은 분자 층을 제외하고는 액정(22)의 장축 및 이색성 염료(24)가 산화주석 코팅에 수직이었다. 액체 셀의 전력을 껐을 때, 액체 셀은 어두운 상태였으며, 선형 편광판을 통해 보였다(코팅을 직선으로 닦은 방향은 이색성 염료의 위치에 의해 표시된 바와 같이 관찰되었다). 추가의 액정 셀의 제조시, 코팅의 세정동안 닦는 방향은 원형이었다. 어두운 상태의 셀을 선형 편광판을 통해 보면, 이색성 염료의 위치에 의해 원형으로 닦은 방향이 표시되었다. 이러한 관찰로부터, 액정과 이색성 염료는 코팅의 세정시 닦은 방향을 따르거나 또는 결정질 산화주석 코팅의 코팅된 표면상의 오염물 대부분이 제거되고 액정 분자가 코팅의 조직과 일렬로 배열되거나, 또는 이들 효과가 일부 조합되는 것으로 생각된다.

표 1은 본 발명의 전극을 사용하여 본 발명에 따라 제조된 액정 셀(LCC) 1번 내지 7번의 세부사항을 보여준다. 약 10년 이상동안 저장된 코팅 유리를 사용하여 LCC 6번을 제조하였고, 1년 미만동안 저장된 코팅 유리를 사용하여 LCC 7번을 제조하였다. LCC 1번 내지 3번과 5번 내지 7번은 네마틱 게스트-호스트 액정 장치이고, 어두운 상태에서 선형 편광판이다. LCC 1번 내지 3번과 5번 내지 7번은 동일하게 기능을 발휘하였는데, 더욱 구체적으로는, 육안으로 또는 선형 편광판을 사용하여 보았을 때 어두운 상태에서의 투과된 색상이 균일하였다. LCC 4번은 트위스트된 네마틱 게스트-호스트 액정 셀이고, 어두운 상태에서 선형 편광판이 아니다. LCC 4번은 폴리이미드 층 및 트위스트된 네마틱 게스트-호스트 액정을 갖는 LCC와 동일하게 성능을 발휘하였다.

표 2에서, LCC 8번은 종래 기술의 대표예이다. LCC 9번은 세정시켰으나 마찰시키지 않았고, 육안으로 봤을 때 LCC 8번과 유사하게 보였다. 즉, 이들은 오프 상태(전압이 인가되지 않음)에서 균일하게 어두웠으며, 온 상태(2 내지 20볼트, 50 내지 60헤르쯔의 전압)에서 균일하게 밝았다. 그러나, 오프 상태에서 선형 편광판을 통해 보았을 때, 선형 편광판의 어떠한 배향에서도 광이 완전히 차단되지 않았다. 대신, 선형 편광판이 회전함에 따라 밝은 패턴과 어두운 패턴이 관찰되었는데, 이는 표면이 깨끗하게 마찰되는 방식과 유사하였다. 이러한 관찰 결과는, 액정과 이색성 염료가 유리 표면에 평행하게 배열되지만 임의의 한 방향에서 그 방향으로만 배열되지 않아, 장치가 선형 편광판이 아님을 나타낸다. 한 방향으로 깨끗이 닦였지만 한 방향으로 마찰되지는 않은 LCC 10번에서 선형 편광판이 관찰되었다. 액정과 염료의 배열은 건조한 면직물 또는 벨벳으로 10회 마찰시킴으로써 더 개선되었다(LCC 11번 참조). LCC 11번은 육안으로 보아 균일하였고, LCC 10번과 비교하여 개선된 선형 편광판이었다.

표 2 및 하기 논의로부터, 세정 방법이 액정 분자가 표면상에 어떻게 배열되는지에 영향을 끼친다는 것이 명백하다.

LCC 12번 및 13번은 플라즈마 세정되었다. LCC 12번은 플라즈마 처리 후 한 방향으로 마찰되지 않았으며, 허용가능한 선형 편광판이었다. 플라즈마 처리되고 한 방향으로 마찰시킨 LCC 13번은 LCC 12번과 비교하여 보다 개선된 선형 편광판이었다. LCC 14번과 15번은 초음파로 세정하였다. LCC 14번은 한 방향으로 마찰시키지 않았고, 불량한 선형 편광판이었던 반면, LCC 15번은 초음파로 세정하고 한 방향으로 마찰시켰으며, 선형 편광판이었다. LCC 9번 내지 15번에 기초하여, 세정 과정 후 한 방향으로 문지르면 더욱 양호한 선형 편광판이 되는 것으로 결론지을 수 있다.

용매로 닦아낸 후 한 방향으로 마찰시킴으로써 세정된 LCC 16번은 육안으로보아 색상이 균일하지 않았고; 평행한 호메오트로픽 배열의 무작위적인 구역이 관찰되었다. 초음파로 세정하고 마찰시키지 않은 LCC 17번은 LCC 16번과 유사하게 보였다. 초음파로 세정한 다음 한 방향으로 마찰시킨 LCC 18번은 육안으로 보다 균일한 색상을 나타내었고, 선형 편광판으로서 작용하였다. 상기와 같은 사실로부터, 세제 욕 중에서 초음파로 세정한 ITO 유리에서도 폴리이미드 층 없이 균질한 배열을 얻을 수 있는 것으로 결론내릴 수 있다.

표 3은 광번위한 시이트 저항(3 내지 127Ω/sq.)을 갖는, 유리 기재상에 적용된 다양한 유형의 전도성 층, 및 어두운 상태에서 허용가능한 선형 편광판인 허용가능한 네마틱 게스트-호스트 액정 셀 장치를 생성시키는 본 발명의 특징을 포함하는 상이한 표면 처리를 보여준다. 또한, 표 3은 일반적으로 전극의 투과율(%)이 높을수록 어두운 상태에서 밝은 상태로의 조명 투과율 변화가 크다는 것을 보여준다(LCC 22번 및 24번 참조).

알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 사용되는 전극의 디자인 또는 전도성 기재의 수에 대해 한정하지 않는다. 예를 들어 도 5에서는, 이미 논의된 바와 같이 기재(88) 및 전력원(28)에 연결된 두 인터디지탈 전극(90, 92)을 갖는 전도성 기재(86)가 도시되어 있다. 도 5에는 인터디지탈 전극이 두 개인 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 하나의 표면에 두 개보다 많은 전극을 갖는 것도 고려한다.

알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 제시된 예시로 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (22)

1. 서로 이격된 한쌍의 전극(이는 하기 액체 혼합물과 접촉하는 폴리이미드 표면을 갖는다), 이들 전극 사이에 격실을 제공하기 위해 밀봉된 부분 및 상기 격실내의 액체 혼합물을 갖는 유형의 액정 셀로서,

   한쌍의 전극이 액체 혼합물과 접촉하는 전도성 배열 표면을 갖는, 액정 셀.
2. 제 1 항에 있어서,

   전도성 배열 표면이 산화주석 및 산화인듐을 포함하는 군으로부터 선택되는 셀.
3. 제 2 항에 있어서,

   코팅이 플루오르, 안티몬 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 도판트 물질을 갖는 산화주석인 셀.
4. 제 3 항에 있어서,

   기재가 유리 기재이고, 전극이 산화주석 코팅을 포함하며, 도판트 물질이 플루오르인 셀.
5. 제 4 항에 있어서,

   산화주석 산화규소 구배 층이 산화주석과 유리 기재 사이에 존재하는 셀.
6. 제 5 항에 있어서,

   전극이 각각 전도성 배열 표면을 갖는 한 쌍의 기재를 포함하는 셀.
7. 제 6 항에 있어서,

   코팅이 열분해법에 의해 적용된 셀.
8. 제 1 항에 있어서,

   전극이 둘 이상의 불연속적이고 전기적으로 단리된 전도성 구역을 갖는 기재를 포함하는 셀.
9. 제 1 항에 있어서,

   코팅이 유전성 층 사이에 은 층을 갖는 적층 코팅(coating stack)인 셀.
10. 제 9 항에 있어서,

    은 층과 유전성 층중 하나 사이에 하도제(primer) 층을 추가로 포함하는 셀.
11. 제 10 항에 있어서,

    코팅이 스퍼터 침착에 의해 적용되는 셀.
12. 제 3 항에 있어서,

    코팅이 산화주석이고, 도판트 물질이 안티몬인 셀.
13. 제 12 항에 있어서,

    도판트가 안티몬과 플루오르의 혼합물인 셀.
14. 제 1 항에 있어서,

    코팅이 결정질이고, 표면이 한 방향으로 마찰된 셀.
15. 제 1 항에 있어서,

    기재가 플라스틱이고, 전도성 코팅이 ITO인 셀.
16. 제 1 항에 있어서,

    전극을 가로질러 AC 전압을 인가하면 셀의 광 투과율이 변화하는 셀.
17. 전도성 코팅을 기재에 적용시키는 단계;

    전도성 코팅과 직접적으로 접촉하는 액체 혼합물을 내부에 함유하는 밀봉된 격실을 제공하는 단계를 포함하는,

    액정 셀을 제조하는 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    기재중 하나가 전도성 코팅을 갖는 두 기재를 제공하고;

    두 기재의 측부가 서로 엇갈리도록 두 기재를 적층시키고;

    기재의 인접한 두 측부를 따라 액체 혼합물을 적용시켜, 액체 혼합물이 기재의 반대쪽 표면 사이로 흐르게 한 다음;

    기재 사이의 간격을 밀봉하여 밀봉된 격실을 제공함으로써, 상기 밀봉된 격실을 제공하는 단계를 수행하는 방법.
19. 제 17 항에 있어서,

    둘 이상의 불연속적이고 전기적으로 단리된 전도성 구역을 기재상에 적용시킴으로써, 상기 전도성 코팅 적용 단계를 수행하고,

    전도성 구역을 갖는 기재를 비-전도성 기재 표면으로부터 이격시켜 적층시킴으로써, 밀봉된 격실 제공 단계를 수행하는 방법.
20. 제 17 항에 있어서,

    전도성 표면을 세정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    세정 단계가, 용매로 적신 직물을 사용하여 한 방향으로 선택된 횟수만큼 마찰시키는 단계를 포함하는 방법.
22. 제 18 항에 있어서,

    이격된 기재와 액체 혼합물을 가열한 후, 액체 혼합물을 적용시키는 단계를 실행하는 방법.