KR20090125041A - 전계발광 표시장치 - Google Patents

Abstract

전계발광체 백라이트의 전면에 장착되어 표시될 정보를 규정하는 마스크를 구비하는 전계발광 표시장치가 제공되며, 여기서 마스크는 광조사(광노출)로 치유가능한 폴리머 구성체 내에 감싸진 액정 소수포의 층을 구비하고, 폴리머 구성체의 폴리머 체인은 빛에 노출됨에 의해 가교화(치유)된다. 바람직하게는 폴리머 구성체를 치유하는 빛은 자외선이다. 아울러, 본 발명은 이런 전계발광 표시장치를 제조하는 방법에도 관계된다.

Description

전계발광 표시장치 {electroluminescent display}

본 발명은 전계발광 표시장치(electroluminescent display)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계발광 / 액정 하이브리드형 표시장치에 관한 것이다.

일부 물질들은 전계발광 특성을 가진다. 즉, 그 물질을 가로질러 전계가 인가될 때 빛을 내게 된다. 최초로 알려진 전계발광 물질은 황화아연(zinc sulphide)과 같은 무기 미립물질이지만, 보다 최근에 발견된 전계발광 물질들은 유기발광다이오드(organic light emitting diodes: OLEDs)로 알려진 저분자 유기 발광체 상당 수와 발광 폴리머(light emitting polymers: LEPs)라고 알려진 합성 유기 중합체 물질인 합성수지 일부를 포함한다. 무기 미립자(inorganic particulates)들은 다른 성분이 침투 확산되고 감싸진(doped and encapsulated) 형태로, 특히 결합제(binder)와 섞이고 상대적으로 두꺼운 막(후막)으로서 기판 표면에 적용될 때에는, 여전히 사용되고 있지만; 발광 폴리머(LEPs)는 결합제 성분 속에서 미립 물질로서 혹은 몇 가지 이점을 가지면서 단독으로 상대적으로 얇은 박막 연속 필름으로서 사용될 수 있다.

이러한 전계발광 효과는 표시장치 구성에 사용되어 왔다. 통상적으로 여기서는 형광체(phosphor)라고 언급되는 전계발광 물질들은 몇 가지 종류의 표시장치에 서, 그 표시장치가 나타내는 형상이 무엇이건 간에 그것을 규정하는 마스크를 통해 보여지는 백라이트로서 제공된다. 다른 종류들에서는, 표시장치는 작은 개개의 전계발광 물질 영역이 선택적으로 활성화되도록 형성된 전극들로 배열되어 있다. 이들 표시장치는 많은 활용 형태를 가진다. 예로서, 단순한 디지틀 시간 날짜 표시기 (시계에 사용되는), 이동전화기의 표시장치, 식기세척기나 세탁기와 같은 가전제품의 조절 패널, 텔레비젼, 비데오 혹은 DVD 플레이어, 디지박스, 전축 혹은 뮤직센터 혹은 유사한 유흥 오락 장치를 위한 이동식 리모콘(handheld remote controller)을 들 수 있다.

국제특허출원 번호 WO 2005/0121878에는 개개의 영역에서 ON 상태(액정을 통해 백라이트의 빛이 통과하는 투명 상태)와 OFF 상태(액정을 통해 백라이트의 빛이 통과하지 않는 불투명 상태) 사이에서 스위칭 가능한 액정 마스크를 구비한 전계발광 표시장치가 개시되어 있다. 여기서 액정 마스크와 전계발광 백라이트는 액정 마스크와 전계발광 백라이트라는 이들 두 개의 구성부가 하나의 기판에 지지되는 단일 통합체로서 이루어진다. 전계발광 백라이트는 액정 물질층 후방에 직접 전계발광 물질층을 장착하는 형태로서 고안된 것이다.

액정 물질은 그 명칭이 암시하듯이 통상의 가변적인 액체보다 물리적으로 안정된 형태로 있어야 함을 고려하기로 한다.

발명자는 폴리머 구성체(polymer matrix: binder) 중에 분산된, 원래의 특성에 있어서 전형적인 네마틱 혹은 콜레스테릭인 액정 입적(droplets)으로 이루어진 폴리머 분산 액정(PDLC:polymer dispersed liquid crystal)이 그러한 하이브리드(hybrid) 표시장치의 액정 마스크에 적합함을 구현하였다.

이러한 폴리머 분산 액정(PDLC) 속에 이색성(dichroic) 염료(dye)를 포함시킴으로써 전력이 인가되지 않은 상태는 빛을 분산뿐 아니라 강하게 흡수하는 상태가 되고, 반면에 전력 인가 상태는 빛의 낮은 흡수와 투명성을 결합시킨다. 이런 형태의 PDLC는 포획된 네마틱 곡선정렬 상태(NCAP:entrapped nematic curvilinear aligned phase)로 알려져 있으며, 발명자는 PDLC 가운데 NCAP 타입이 표시장치에서 액정물질로서 사용됨에 적합한 것을 발견했다. 특히, NCAP PDLC는 결합제(binder)로의 염료 이동을 최소화하며, 획득가능한 명암대비(contrast)를 열화(劣化)시키지 않는다.

이들 필름들은 에멀젼화 방법으로 형성될 수 있거나, 상분리 기술 가운데 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 에멀젼화 방법은 폴리비닐알콜(PVA:polyvinyl alcohol)과 같은, 폴리머 구성체을 형성하는 수성 폴리머를 구비한 수화 바탕의 매질(기본적으로 수성 매질)로 유기오일인 염료 액정을 분산시키기 위해 물리적 전단력을 사용한다.

표시장치의 구성은 상당수의 방법으로 이루어질 수 있다. WO 2005/0121878은 다양한 층들 각각이 (기판에 통상적으로 스퍼터 방법으로 형성되는 ITO 재질의 전방 전극과 별도로) 표시장치의 각 층의 형태와 크기 및 위치를 결정하는 마스크들을 통해, 다음 층 전에 혹은 적용될 층들의 집합 전에 적절히 전체적으로 건조되고 안정화되고 치유되는(cured) 적절한 페이스트를 사용하여 제 위치에 스크린 인쇄되는 방법을 나타낸다.

발명자는 결합제로서 PVA와 함께 NACP PDLC 물질이 사용되는 것은, 비록 PVA가 완전한 결합제(Binder)이고, 매우 안정된 에멀젼 상태를 제공할지라도, 대기로부터 기민하게 수분을 흡수하며, 그에 따라 수분에 영향을 받는 누설전류를 통해 PDLC의 전자 광학적 성능을 열화시키는 이유로 만족스럽지 못함을 발견했다. 따라서, PVA를 액정층 내의 결합재로서 사용하여 이루어진 표시장치는 빈약한 환경적 안정성을 가지고, 이는 표시장치의 점 불량과 같은 불량으로 귀결된다.

본 발명의 제 일 측면에 따르면, 전계발광체 백라이트의 전면에 장착되어 표시될 정보를 규정하는 마스크를 구비하는 전계발광 표시장치가 제공되며, 여기서 마스크는 광조사(광노출)로 치유가능한 폴리머 구성체 내에 감싸진 액정 소수포의 층을 구비하고, 폴리머 구성체의 폴리머 체인은 빛에 노출됨에 의해 가교화(치유)된다.

광 노출에 의해 폴리머 구성체를 치유하는 것은 전계발광 표시장치의 환경적 안정성을 증가시키고 표시장치의 전자 광학적 동작특성을 개선한다. 증가된 환경적 안정성은 광에 노출됨에 의해 야기된 (단순히 보조된 것이 아님) 가교결합의 결과로 믿어진다. 폴리머 체인의 가교결합은 또한 화학적으로 얻어질 수 있지만, 그러한 화학적 가교결합 단독으로는 광조사에 따른 가교결합과 같은 환경적 안정성의 증가를 얻을 수 없다는 것이 발견되었다.

여기서 "전방"은 표시장치가 보여지는 표시장치의 측면을 의미하는 것으로 한다.

광조사로 치유가능한 폴리머 구성체는, 아크릴릭 작용기성 폴리우레탄 분산상(acrylic functional polyurethane dispersion)과 아크릴릭 우레탄 에멀젼(acrylic urethane emulsions) 같은, 물 기반의 무단량체 광조사 치유가능한 우레탄 소중합체(올리고머) 분산상 가운데 어떤 것이 될 수도 있다. 가장 바람직한 실시형태로서의 폴리머 구성체는 자외선 치유가능한 폴리머 구성체로, 예를 들면, 디에스엠 네오레진 (DSM Neoresin)에 의해 상품명 NeoRez<(R)>R440, R440, R445, R401, R501으로 공급되는 자외선 치유가능한 알리파틱 폴리우레탄 레진(aliphatic polyurethane resin)이다. 그러나, 이런 폴리머 구성체는 자외선 치유가능한 폴리우레탄 분산상 (이 분야에서 UV-PUD로 알려짐), 아크릴릭 분산상, 실리콘(silicones)과 이들의 혼합물들과 같은 자외선 치유가능한 폴리머들을 형성하는 다른 필름을 구비할 수 있다. 이런 폴리머 구성체 수지는 매우 낮은 수준의 공동 매질을 포함하거나, 바람직하게는 공동 매질을 전혀 포함하지 않는 수용액 혹은 에멀젼으로부터 형성될 수 있다.

바람직하게는, 이러한 폴리머 구성체는 기본적으로 PVA를 포함하지 않는다. 기본적으로 PVA를 포함하지 않는다는 의미는 폴리머 구성체가 5% 미만의 PVA를 포함하고, 바람직하게는 1% 미만의 PVA를 포함하고, 가장 바람직하게는 전혀 PVA를 포함하지 않는다는 것이다.

상당수의 다른 조성물들이 소수포(vesicles)의 외각(shell)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 외각을 위해 사용되는 구성물질 쌍의 한 예는 다작용기성 아이소시아네이트(isocyanate: e.g. Bayer사가 판매하는 Desmodur N3200)와 에칠렌(ethylene diamine) 디아민과 같은 디아민이다. 반응은 DABCO라는 3차 아민(tertiary amine) 혹은 이분야의 통상의 기술을 가진 당업자에게 알려진 다른 촉매제에 의해 촉진될 수 있다.

본 발명의 두번째 측면에 따르면, 광조사 치유가능한 폴리머 구성체에 감싸진 액정 소수포의 층으로 기판을 코팅하여 표시될 정보를 정의하는 마스크를 형성하는 단계, 폴리머 구성체를 광에 노출시켜 그 폴리머 구성체의 폴리머 체인의 가교화를 유발시키도록 하는 단계, 마스크 뒤에 전계발광층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 표시장치 제조 방법이 제공된다.

본 발명 방법은 환경 안정성이 증가된 표시장치를 형성하므로 이점을 가진다.

증가된 환경 안정성은 광조사로 인한 폴리머 구성체 치유의 결과로 믿어진다.

바람직한 형태로서, 두 요소 물질을 구비하는 액정 소수포는 수용성 매질 내에 형성되며, 한 요소 물질은 수용성이고, 다른 물질은 액정에 대해 가용성이다. 여기서, 액정과 수용성 매질 경계에서의 요소 물질들의 반응은 각각의 액정 소수포의 외각을 형성한다. 요소 물질들 사이의 반응은 수용성 매질 내의 액정 소수포 에멀젼(분산상)을 이룬다. 바람직하게는, 요소 물질들은 다작용기성(multyfuctional) 이소시아네이트(isocyanate: e.g. Bayer가 판매하는 Desmodur N3200)와 폴리작용기성(polyfunctional) 아민 혹은 알코올, 특히, 에칠렌 디아민과 같은 아민이다. 반응은 DABCO와 같은 3차 아민에 의해 촉매화가 가능하다.

바람직하게는, 본 발명의 방법은 PVA 용액으로 반응 과정에서 수용성 매질을 안정화하는 과정을 구비할 수 있다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 액정층에서의 PVA의 존재는 주변 환경으로부터 수분을 흡수하는 PVA의 영향으로 인한 결함을 유발할 가능성이 있다. 그러므로, 바람직한 구성에서, 반응 상태 후에, PVA 용액은 반응에 의해 생성된 에멀젼으로부터 제거된다. PVA 용액은 에멀젼과 PVA 용액을 분리하기 위한 원심분리를 통해 에멀젼으로부터 제거될 수 있다. 일단 PVA 용액과 잔여 에멀젼이 분리되면 PVA 용액의 대부분은 에멀젼의 상층으로부터 단순히 걷어내어질 수 있다.

기본적으로 PVA 용액 전부를 제거하는 것은 점감하는 농도의 PVA 용액으로 반복적으로 그리고 최종적으로는 물에 의해 에멀젼을 세척함에 의해 보증될 수 있다.

폴리머 구성체는, 본 발명의 첫번째 측면과 함께 열거된 것으로서, 광조사를 통해 치유가능한 어떤 적절한 폴리머를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 폴리머 구성체는 자외선으로 치유가능한 폴리우레탄을 구비할 수 있다.

본 발명의 세번째 측면에 따르면, 전계발광체 백라이트의 전면에 장착되어 표시될 정보를 규정하는 마스크를 구비하는 전계발광 표시장치가 제공되며, 여기서 마스크는 폴리우레탄 구성체 내에 분산된 액정 소수포의 층을 구비한다.

본 발명의 네번째 측면에 따르면, 폴리우레탄 구성체 내에 분산된 액정 소수포의 층으로 기판을 코팅하여 표시될 정보를 정의하는 마스크를 형성하는 단계, 마스크 뒤에 전계발광층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 표시장치 제조 방법이 제공된다. 폴리우레탄 구성체는 다른 폴리머 구성체에 비해 더 나은 환경적 안정성을 가진 표시장치를 제공함이 발견되었다.

본 발명의 각 측면의 구체적 양상들은 본 발명의 다른 측면의 구체적 양상들과 연계됨을 이해하기로 한다.

본 발명의 모든 측면에서, 액정 물질은 네마틱, 콜레스테릭 혹은 키랄 네마틱(chiral nematic)과 같은 물질이 주된 종류를 이루는 것일 수 있고, 일반적인 필요조건은 편광판이 없이(polariserless) 고명암대비(high contrast)로 광학적으로 투명한 온(on) 상태와 온 상태에 비해 덜 투명한 오프(off) 상태 사이의 전자 광학적 셔터 조작을 가능하게 하는 액정 기반 물질이라는 것이다. 바람직하게는, 액정은 염료(dye)를 포함한다. 한 구성에서, 액정은 질량대비로 6%까지의 염료, 바람직하게는 이색성 염료를 구비한다. 액정 내 염료의 수준은 질량 대비 3 내지 5%로 하는 것이 바람직하다. 염료는 액정 분자에 부착되며, 전계가 액정 물질을 통해 인가되지 않을 때에 빛이 보이지 않도록 작용한다. 반대로, 전계가 인가되면, 염료 분자는 빛의 투과를 허용하도록 정렬된다.

그러한 물질을 이용하여, 전계발광 표시장치의 전방에 액정 셔터를 조합하는 것은 활성화된 때에 빛을 방출할뿐 아니라 반사도를 변화시킬 수 있는 하이브리드 표시장치로 귀결된다. 이런 형태의 하이브리드 표시장치는 피치(pitch)의 흑색으로부터 전형적으로 가장 밝은 조명 환경으로 간주되는 전 태양광까지의 상당한 범위의 조명 조건에서 양호한 가시성을 가질 수 있다.

네마틱 물질에 관련된 다른 중요한 장점은, 전계가 없을 때에 빛을 흡수하고 전계가 있을 때에 빛을 투과하는 액정물질의 선택에 의해 액정물질을 구동하는 경우와 마찬가지로 전계발광 물질을 구동하는 것이 가능하다는 것이다. 전계가 없을 때 액정 물질은 입사한 주변 빛을 흡수하고 전계발광 물질은 어떤 빛도 방출하지 않아 표시장치는 어둡게 나타난다. 전계가 인가되면, 액정은 입사하는 주변의 광과 전계발광층으로부터 발생하는 빛을 투과시키고, 입사된 주변 광은 결과적으로 액정 뒤쪽의 전계발광층으로부터 반사되어 밖으로 나간다. 따라서, 표시장치는 밝게 나타난다.

액정 마스크와 전계발광 백라이트는 하나의 개체로 형성된다. 이렇게 함으로써 액정 마스크는 전계발광 백라이트에 부착되거나 혹은 표시장치의 층들 사이에 백라이트에 대해 움직이지 못하도록 끼워넣어진다.

전면에서 뒤쪽으로 백라이트는,

기판이라고 알려져 있으며 유리나, 폴리에칠렌 테레프탈레이트(PET) 혹은 폴리에칠렌 나프탈레이트(PEN)과 같은 합성수지로 이루어진, 전기적으로 절연체인 투명한 전방층;

가령, 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 재질로 이루어지고 백라이트의 전방 전극을 형성하는 제1 전기전도성 필름층;

대개는 바인더 조성 내에 미립자 형광체 형태의 전계발광 형광체(phosphor) 물질;

대개는 50 정도의 상대적으로 높은 유전상수(dielelctric constant, relative permitivity)를 가지는 세라믹 재질로 이루어지는 전기적 절연체층 (본 발명과 같은 일부 실용 장치에서는 상당한 광학적 반사도를 가지는 것이 바람직하나, 다른 장치들에서는 반사도가 낮은 것이 바람직할 수도 있다);

그리고, 전기적으로 절연층의 후방 표면에 설치된, 제2 전극을 형성하는 전기전도성 필름- 백라이트의 후방 전극 혹은 이차 전극 형성하는 도전 필름을 구비한다.

액정 마스크는 바람직하게는, 사용중에는 전극이 액정 마스크와 전계발광 물질층 양자를 가로질러 전계를 형성하도록, 전계발광 물질층과 전방 전극 사이에 위치한다. 그러나, 이런 형태 대신에, 액정 마스크와 전계발광 물질층은 별개의 전극들에 의해 활성화될 수도 있다.

액정 마스크는 전계발광 물질층의 뒤쪽 면에 직접 설치되는 층으로 될 수도 있지만, 액정 마스크와 전계발광층 사이에 폴리머 중간층을 형성하는 것도 가능하다.

대개의 경우, 본 발명의 표시장치는 가장 편리하게는 기판의 전체 후면에 걸쳐 설치되는 하나의 (전방) 전극과, 액정층과 전계발광층의 어느 영역이 온 상태와 오프 상태로 스위칭되도록 선택될 수 있게 규정하는, 반사형 전기절연체층의 후면에 걸쳐 형성되는 패턴화된 (후방) 전극을 구비한다.

그러나, 이런 형태를 대신하여, 전방 전극을 패턴화하고 후방 전극을 전면에 걸친 하나의 전극으로 할 수도 있다. 더우기, 양 전극이 모두 패턴화되도록 할 수도 있는데, 이런 형태는 표시장치가 매우 작은 영역들 다수가 임의로 단지 어느 영역은 밝고 어느 영역은 어둡다는 선택에 의해 거의 어떤 형태와 크기의 영상도 나타내게 하도록 하는 행렬형 장치가 되는 경우에 필요할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 단면도를 나타낸다.

도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치의 단면도를 나타낸다.

도3은 어느 한 실시예에 따른 표시장치의 평면도를 나타낸다.

도4는 다른 폴리머들고 구성된 PDLC의 습도 성능을 나타내는 표이다.

도5는 다른 폴리머들로 구성된 PDLC의 온도 성능을 나타내는 표이다.

본 발명의 실시예를 비록 개략도일 뿐이나 다음과 같은 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

본 발명의 표시장치의 제1 실시예의 구조는 전방으로부터 후방으로 도1에 도시된 바와 같이;

상대적으로 두꺼운 보호용 전기절연 투명 전방층 기판(11);

기판(11)의 후면에 걸친, 표시장치의 전방 전극을 형성하는, 매우 얇은 투명 전기전도성 필름(12);

전방 전극(12)의 후면을 덮는, 지지용 폴리머 구성체(15) 내에 분산됨에 의해 물리적으로 안정화된 상대적으로 얇은 액정물질(14)의 층(13);

액정물질층(13)의 후면 위를 바로 덮도록 형성된 지지용 구성체(18) 내에 분산되어 있는 상대적으로 얇은 전계발광 형광체(17)의 층(16);

형광체층(16)의 후면에 걸쳐 상대적으로 얇은, 광학적 반사성을 가지는 상대 적으로 높은 유전상수 물질로 이루어진 전기절연층(19) (도면에서는 형광체층에서 경계를 갖지 않고 확장된 층으로 표시됨);

반사성 전기절연층(19)의 후면에 걸쳐 분포된, 표시장치의 후방 전극전극을 형성하는 전기전도성 필름(20)으로 이루어진다.

전방 전극과 후방 전극은 함께 온/오프로 스위칭되기 위해 선택될, 액정층 및 전계발광층 모두의 한정된 영역을 정의한다.

더우기, 후방 전극층은 여기는 나타나지 않는 보호 필름으로 덮일 수 있다.

상대적으로 두껍다는 의미는 30 내지 300 마이크로미터 범위를 나타내며, 상대적으로 얇다는 것은 50 마이크로미터나 그 미만의 두께를 의미한다. 바람직한 실시예에서 상대적으로 두꺼운 층들은 100 마이크로미터 정도이고, 상대적으로 얇은 층들은 25 마이크로미터 이하이다.

전기절연체층의 유전상수(dielectric constant)는 50 근방일 수 있다.

다른 실시예에서, 도2에 나타난 것과 같이, 전계발광 물질과 액정물질은 하나가 바로 다른 하나 위에 놓이지 않고, 대신에 둘 사이에 절연층(10)이 개재된다.

다른 모든 측면에서, 이들 실시예들은 동일하고, 공통의 도면번호가 사용된다.

도3은 표시장치에 나타나는 정보의 한 예를 나타낸다.

표시장치의 PDLC 물질은 수성 매질에 액정 입적이 분산되는 에멀젼화 방법에 의해 형성된다. 액정의 입적은 고도의 기계적 전단력에 의해 가령, 3000rpm으로 회전하는 4cm 직경의 임펠러(impeller)를 8 내지 10분 가동하여 분산될 수 있다. 이 러한 가공에 의해 결과물인 표시장치에서 허용할만한 완성도(동작특성)를 나타내는 미크론 크기의 액정 입적이 얻어진다.

액정 입적은 다작용기성 아이소시아네이트와 같은 액정에서 가용성인 성분을 포함하며, 에멀젼(분산상)이 만들어진 후에 수성 폴리작용기성의 알코올 혹은 에칠렌 디아민과 같은 아민이 가공되지 않은 그대로의 (에멀젼) 수성 상 (bulk aqueous phase)에 부가된다. 3차 아민, 가령 1,4-디아자바이씨클로[2.2.2]옥테인(DABCO)이나, 주석 복합체, 가령 디부틸 틴 디라우레이트(dibutyl tin dilaurate)와 같은 촉매가 이들 성분 사이의 반응을 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 이들 두 성분은 결과적으로 액정 액적과 수성 매질 사이의 경계에서 반응하여 액정 액적의 외각을 형성하고, 수성 매질 내의 액정 소수포(vesicles)의 에멀젼을 이룬다.

수성 매질은 액정 소수포의 외각을 형성하는 두 성분의 반응 상태 동안에 에멀젼 안정화 (액정 액적의 크기를 유지하고 액정과 수성 매질 사이의 층분리를 방지하는 것)에 사용되는 PVA 용액을 포함할 수 있다. 반응 상태는 적절히 선택되고, 전형적으로는 4 내지 9시간 사이가 될 수 있다. 전형적인 10%의 수성 암모니아 용액의 일부(an aliquot of)가 중합화(polymerisation)의 마지막 단계에서 부가되어 반응에 참가하지 않은 아이소시아네이트 분량을 제거한다.

일단 소수포 형성 과정이 완료되면, 에멀젼으로부터 PVA 용액을 분리하기 위해 원심분리가 사용되며, 에멀젼의 상층에 층분리된 PVA 용액을 걷어내어 PVA를 제거한다. 다음으로, 에멀젼은 점감된 농도의 PVA 용액으로 세척되고, 에멀젼에서 잔류된 어떠한 PVA 용액도 제거하기 위해 물로 세척된다. 물을 사용하기 보다는 점감 된 농도의 PVA 용액으로 먼저 세척하는 것은 분리된 에멀젼에 충격을 주는 것을 방지하며, 이러한 충격은 용액으로부터 분리되는 PVA가 분리된 소수포들을 오염시키도록 할 수 있다.

PVA가 분리된 상태의 에멀젼은, 그 속에서 액정 소수포가 감싸지게 되는 구성체를 만들게 되는, 자외선 치유가능한 폴리우레탄 결합제 (polyurethane binder)와 함께 섞인다. 자외선 치유 반응을 촉진하기 위한 광개시제(photoinitiator)가 이 단계에서 다른 필요한 부가 성분들은 물론 부가적인 코팅 보조제 혹은 계면활성제와 함께 부가될 수 있다. 그리고, PDLC 층은 기판에 그 혼합물을 바르고 건조시켜 형성시킬 수 있다.

표시장치는 스크린 프린팅과 같은 과정을 사용하여 표시장치의 층들을 순차적으로 적층하여 형성된다. 전형적으로, PDLC 층은 전방 전극을 형성한 도전성 기판에 PDLC 에멀젼을 바르고 건조시켜 형성할 수 있다. PDLC 층은 다음에 자외선에 노출되어 폴리우레탄 혼합물을 치유하게 된다. 전계발광 백라이트를 형성하는 층들은 치유된 PDLC층 위에 설치된다.

내부의 폴리머 구성체가 자외선 노출을 통해 가교화되는 PDLC층을 가지는 표시장치는 개선된 환경 안정성을 나타냄이 밝혀졌다. 완전한 환경 안정성은 습도 및 온도 테스트를 통해 나타나며, 그 결과는 도4 및 도5에서 보여진다. 이들 테스트는 몇가지의 잠재적 사용가능성이 있는 결합제에 대해 수행되었다.

습도 테스트는 ITO 폴리에스터 위에 분포되는 결합제 물질층(가교화제 혹은 광개시제를 포함한다)의 (약 10 마이크로미터의) 얇은 막 위에서 실시되었다. 그리 고, 표준 전계발광 실험 램프 패턴은 결합재 위에 인쇄되었다. 이 실험 램프 패턴은 전극으로서 도전성 은잉크(silver ink)를 사용하였다. 후속적으로, 램프는 구동 과정에서 에이징 처리되고 램프의 열화 시간이 측정된다. 열화는 층의 점 불량이나 명암대비의 주목할만한 손실이 있는 경우에 발생한다고 간주되었다.

도4의 결과에 나타난 것과 같이 폴리우레탄 결합제가 습도 테스트에서 열화까지 6시간이 넘어 가장 양호한 결과를 나타낸다.

온도 테스트는 현미경용 유리 슬라이드에 설치된 PDLC 박막층(가교화제 혹은 광개시제를 포함함)에 대해 실시되었다. 액정 방울이 건조되고 치유된 필름 위에 놓여지고 일정 기간 동안 유지되었다. 물 분사가 폴리머 표면에서 액정을 세척하여 제거하기 위해 이루어지고, 염료/액정이 필름 내로 확산된 정도를 결정하기 위해 시각적으로 검사된다.

도5에서 나타나듯이, 자외선 치유가능한 폴리우레탄인 R440이 (Kynar Aquatec과 함께) 가장 우수한 온도 특성을 제공하며, 상온에서 24시간동안 노출된 후에 전혀 착색을 보이지 않고 68시간 후에야 약간의 착색이 이루어짐을 보인다.

습도 및 온도 테스트는 따라서 자외선 치유된 폴리우레탄 결합제가 가장 양호한 환경 안정성을 보이고 있다.

(실시예 1)

흑색 염료 S428 (미쓰이 화학사 제조) 2%를 포함하는 네마틱 액정 BL006 (머크 화학사 제조) 복합 용액이 S428 1g에 BL006 49g을 섞는 방식으로 준비되고, 대략 60도씨에서 한시간 혼합물을 저어준다. 혼합물은 18시간을 더 60도씨 오븐에 놓 여지고 상온으로 식혀져서 0.2 미크론 필터를 통해 걸러진다. 데스모더(Desmodur) N3200 (바이엘사 제조) 1.8g이 염료처리한 액정 36g에 섞이고, 그 혼합물은 균일 혼합물이 얻어질 때까지 약 10분간 60도씨로 교반된다. 이 용액은 교반된 (직경 4cm의 임펠러로 350rpm 속도로 교반된) 10%의, 수조 재순환(recirculating water bath) 방식으로 50도씨의 온도를 유지하는 폴리비닐 알코올 용액(Celvol 205, Celanese Chemicals사 제조) 120g에 첨가된다. 첨가가 완료된 후, 임펠러의 속도를 3000rpm으로 높여 8분간 교반을 지속하고, 750rpm으로 낮춘다. 온도는 50도씨를 유지하며 8시간 더 교반을 지속한다. 이런 시간 동안 10% 용액의 DABCO (Sigma Aldrich사 제조) 2.88g과 에칠렌 디아민 (Sigma Aldrich사 제조) 2.44g의 혼합물은 대략 30분의 기간 동안 7%(7 portions)가 되도록 부가된다. 10% 수성 암모니아 용액 2.84g이 3분에 걸쳐서 방울방울 첨가되고, 교반 속도는 500rpm으로 감소되며, 에멀젼은 하루밤 동안 상온(room temperature)으로 냉각된다.

결과물 에멀젼은 약간의 압력하에 20 미크론 필터를 통해 여과되어 3600rpm의 속도로 원심분리되어 액정 소수포가 분리된다. 원심분리에서 액상체(supernatent)는 제거되고, 건조되지 않은 상태의 잔류물(wet cake)은 2% PVA 용액으로 두번, 1% PVA 용액으로 한번, 그리고 물로 세번 세척된다. 그렇게 형성된 잔류물의 질량과 고체 비중%는 각각 30.65g과 73.6% 였다.

폴리우레탄 구성체 에멀젼은 다음과 같은 방법으로 그 여과 잔류물(wet filter cake)로부터 준비된다. 네오라드(Neorad) R440 (DSM Neoresins사 제조)은 여과 잔류물 샘플과 섞여서 비휘발성 성분 55%를 함유하는 에멀젼을 만들고, 비휘 발성분에는 60%의 액정(S428을 포함)이 포함된다.

네오라드(Neorad) R440, FC4430 (3M사 제조) 및 Darocur 1173(Ciba Speciality Chemicals사 제조)의 혼합물이 Neorad R440과 FC4430을 함께 섞고 Darocur 1173을 교반하면서 첨가하는 방법으로 얻어진다. Neorad R440, FC4430 및 Darocur 1173의 양은 이 혼합물이 위와 같이 준비된 Neorad/잔류물 에멀젼 일부와 결합될 때 50%의 고형분 (비휘발성분), 1%의 Darocur 1173 (총 Neorad 기준)과 1% FC4430 (총 에멀젼 기준)을 포함하는 최종 조성물로 귀결되도록 계산될 수 있다. 결과물 PDLC 에멀젼은 20 미크론 필터로 여과되고 초음파 베스(ultrasonic bath)에서 15분간 가스제거(degasing)를 거친 뒤 ITO-PET (Sheldahl사 제조) 위에 도포되고 90도씨로 대략 10분간 건조되고, 자외선으로 치유되어 대략 15 미크론(마이크로메터) 두께의 건조 필름을 이룬다. 전계발광 램프 제조는 이 필름의 후면에 스크린 인쇄기법으로 형광체(듀폰사의 8153) 적층, 2층의 유전체 (듀폰사의 7153) 적층, 절연체 (듀폰사의 5018)와 탄소(Coats사의 XZ302 MV) 적층을 실시하여 얻어진다.

이런 방법으로 생산된 세개의 실험 램프의 전기 광학적 성능은 75시간의 상대습도 95%, 60도씨 에이징 전과 후로 특성화된다.

(실시예2)

실시예1의 방법에 따르되, PDLC 코팅은 BL006 대신에 BL093 (머크 화학사 제조)을 사용하고, 최종 PDLC는 BL093을 기준으로 60질량%를 포함한다. (이때, BL093은 BL093을 기준으로 3질량%의 S428을 함유한다.)

이상에서 특별한 기재가 없는 한 %는 질량%인 것으로 한다.

본 발명은 마스크 액정층에서 환경 안정성을 증대시켜 양질의 고성능 액정-전계발광 하이브리드형 표시장치를 제조할 수 있도록 한다.

Claims (30)

1. 전계발광체 백라이트의 전면에 장착되어 표시될 정보를 규정하는 마스크를 구비하는 전계발광 표시장치로서,

   상기 마스크는 폴리머 연쇄(polymer chain)가 광노출에 의한 가교화(cross-linked)에 의해 이루어지는 광조사 치유가능한 폴리머 구성체(polymer matrix) 내에 감싸진 액정 소수포의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리머 구성체는, 아크릴릭 작용기성 폴리우레탄 분산상과 아크릴릭 우레탄 에멀젼 같은, 물 기반(water based)의 무단량체 (monomer free) 광조사 치유가능한 우레탄 소중합체(올리고머)의 분산상 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 폴리머 구성체는 광조사 치유가능한 폴리우레탄(polyurethane)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 폴리머 구성체는 자외선 치유가능한 알리파틱 폴리우레탄(aliphatic polyurethane)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
5. 상기 어느 한 항에 있어서,

   폴리머 구성체는 자외선 치유가능한 폴리머 구성체인 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
6. 상기 어느 한 항에 있어서,

   상기 폴리머 구성체는 실질적으로 PVA를 포함하지 않은 (substantially no PVA) 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
7. 상기 어느 한 항에 있어서,

   각각의 상기 액정의 소수포의 외각을 형성하기 위해 사용되는 성분 물질은 다작용기성(multyfunctional) 아이소시아네이트(isocyanate)와 폴리작용기성(polyfunctional) 아민 혹은 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 외각을 형성하기 위한 성분 물질은 디아민(diamine) 혹은 디올(diol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
9. 상기 어느 한 항에 있어서,

   PDLC 물질의 액정은 네마틱 물질인 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
10. 상기 어느 한 항에 있어서,

    상기 액정은 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 액정은 6% 이하로 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
12. 상기 어느 한 항에 있어서,

    마스크와 전계발광 백라이트는 함께 하나의 구조체를 이루어는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
13. 상기 어느 한 항에 있어서,

    전방에서 후방으로 상기 백라이트는,

    기판이라고 알려지며 전기적으로 절연체인 투명한 전방층;

    백라이트의 하나의 전방 전극을 형성하는 제1 전기전도성 필름;

    전계 발광 형광체(phosphor) 물질;

    상대적으로 높은 유전상수(dielelctric constant, relative permitivity)를 가지는 전기절연체층; 그리고,

    전기적으로 절연층의 후방 표면에 설치된, 백라이트의 두번째 전극인 후방 전극을 형성하는 전기전도성 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 마스크는 상기 전계발광 물질층과 상기 전방 전극 사이에 위치하여 사용중에 상기 전계발광 물질층과 상기 마스크를 가로질러 전계가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 마스크는 직접 상기 전계발광 물질층 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 마스크와 전계발광 백라이트 사이에 절연 폴리머를 구비하는 매개층이 구비되는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
17. 실질적으로 첨부된 도면들에 따라 이상에서 기술된 전계발광 표시장치.
18. 광조사 치유가능한 폴리머 구성체에 감싸진 액정 소수포의 층으로 기판을 코팅하여 전계발광 표시장치 전방으로 표시될 정보를 정의하는 마스크를 형성하는 단계,

    상기 폴리머 구성체를 광에 노출시켜 상기 폴리머 구성체의 폴리머 체인의 가교화를 유발시키도록 하는 단계 및

    상기 마스크 뒤에 전계발광층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 표시장치 제조 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 폴리머 구성체는, 아크릴릭 작용기성 폴리우레탄 분산상과 아크릴릭 우레탄 에멀젼 같은, 물 기반(water based)의 무단량체 (monomer free) 광조사 치유가능한 우레탄 소중합체(올리고머)의 분산상 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 폴리머 구성체는 광조사로 치유가능한 폴리우레탄을 구비함을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 가운데 어느 한 항에 있어서,

    수성 매질 내에서 하나는 수성 매질에 가용성이고 다른 하나는 액정에서 가용성인 두 성분 물질을 가지는 액정 소수포를 형성하는 단계를 포함하며,

    수성 매질과 액정 사이의 경계면에서는 상기 두 성분이 반응하여 각각의 액정 소수포 외각을 만드는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 두 성분은 다작용기성 아이소시아네이트와 폴리작용기성 아민 혹은 알코올인 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 두 성분 사이의 반응은 3차 아민(tertiary amine)에 의해 촉진되는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
24. 제 21항 내지 제 23항 가운데 어느 한 항에 있어서,

    PVA 용액으로 상기 반응 중에 상기 수성 매질을 안정화하는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 반응이 종료된 후 상기 PVA 용액을 상기 반응에 의해 형성된 에멀젼으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
26. 제 25항에 있어서,

    상기 PVA 용액은 상기 PVA 용액을 상기 에멀젼에서 분리하기 위한 원심분리를 사용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 PVA 용액은 점감된 농도의 PVA 용액에 의한 세척과 물에 의한 세척을 반복적으로 수행하여 추가적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 표시장치 제조 방법.
28. 여기에 첨부된 도면들과 관련하여 실질적으로 설명된 표시장치 제조 방법.
29. 전계발광체 백라이트의 전면에 장착되어 표시될 정보를 규정하는 마스크를 구비하며, 상기 마스크는 폴리우레탄 조성 내에 분산된 액정 소수포의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계발광 표시장치.
30. 폴리우레탄 조성 내에 분산된 액정 소수포의 층으로 기판을 코팅하여 전계발광 표시장치의 앞에 표시될 정보를 정의하는 마스크를 형성하는 단계,

    상기 마스크 뒤에 전계발광층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 표시장치 제조 방법.

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