KR20160150058A

KR20160150058A - 박막 트랜지스터의 검사를 위한 고해상도 및 고속 스위칭 전기-광학 변조기

Info

Publication number: KR20160150058A
Application number: KR1020160076168A
Authority: KR
Inventors: 시안하이 첸; 다니엘 토에트
Original assignee: 포톤 다이나믹스, 인코포레이티드
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-06-18
Publication date: 2016-12-28
Also published as: TWI712838B; CN106257325B; KR102536609B1; TW201725431A; JP6811553B2; JP2017010021A; CN106257325A

Abstract

본 발명은, 물이 제거된 후에 유기 용제가 제거되는 수성 용액 및 유기 용액을 사용하여 연장된 액정 액적들을 포함하는 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 마련하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 NCAP 액정 레이어를 사용하는 변조기가 제공된다.

Description

박막 트랜지스터의 검사를 위한 고해상도 및 고속 스위칭 전기-광학 변조기{HIGH RESOLUTION AND FAST SWITCHING ELECTRO-OPTIC MODULATORS FOR TFT INSPECTION}

관련 출원의 상호참조

본 출원은, 2015년 6월 18일 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/181,694호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 참조에 의하여 본 출원에 편입된다.

본 발명은 전기-광학 응용에 사용하기 위한 액정 물질(liquid crystal material)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 많은 실시예들은 액정/폴리머 복합 물질(liquid crystal/polymer composite material)과, 상기 복합 물질의 제조 및 응용에 관한 것이다.

전압 영상 기술(voltage imaging technology)은 평판 박막 트랜지스터(이하 "TFT") 어레이(array)의 결함(defect)을 검출하고 측정하기 위하여 채용될 수 있다. 이러한 측정 기술에 의하면, 마치 TFT 어레이가 TFT 셀(cell)에 조립된 것처럼 TFT 어레이의 성능이 시뮬레이션되고, 이어서 전기-광학(이하, "EO") 광 변조기 기반 검출기(light-modulator-based detector)를 사용하여 실제 패널(panel) 상의 전압 분포를 간접적으로 측정함으로써, 즉 소위 전압 영상 기술에 의하여, TFT 어레이의 특성이 측정된다.

가장 기본적인 형태의 전압 영상 광학 시스템(voltage imaging optical system: 이하, "VIOS")은, EO 변조기, 영상 대물 렌즈(imaging objective lens), 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD) 카메라 또는 다른 적합하거나 유사한 센서(sensor) 및 영상 프로세서(image processor)를 포함한다. EO 변조기의 전기-광학 센서는, 예를 들면 폴리머 매트릭스(액정/폴리머 복합, 또는 "LC/폴리머"라 함) 필름 중의 네마틱 액정 액적(nematic liquid crystal droplet)과 같은, 폴리머 매트릭스 중의 액정(이하, "LC"라 함) 액적의 광 산란(light scattering) 특성에 기초한다. 사전 동작(prior operation)에 있어서, 상기 EO 변조기는 TFT 어레이 표면으로부터 약 5-75 마이크론 위에 위치되고, 상기 EO 변조기의 표면 상의 인듐 주석 산화물(indium-tin-oxide: 이하, "ITO") 층의 투명 전극을 가로질러 바이어스 전압이 인가된다. 그 결과, 상기 EO 변조기는 상기 TFT 어레이에 용량 결합되어, 상기 TFT 어레이와 연관된 전기장이 상기 액정/폴리머 복합재료 층(liquid crystal/polymer composite layer)에 의해 감지된다. 상기 LC/폴리머 복합재료 물질 내의 LC 물질을 가로질러 일어나는 전기장 강도의 변화에 의하여 상기 LC/폴리머 층을 투과한 입사광의 강도가 변화, 즉 변조된다. 다음으로 이 광은 유전체 거울에 의해 반사되고 CCD 카메라 또는 유사한 센서에 의하여 수집된다. 예컨대 적외선 또는 가시광선일 수 있는 입사 복사원(incident radiation source)이 LC/폴리머 필름 및 유전체 거울을 조사(照射)하기 위해 제공된다.

피시험 패널(panels under test: PUT)에 대한 구성요소들의 근접성 때문에, LC/폴리머 변조기 구조물은, 정상적인 동작 중에 불필요한 입자에 의하여 손상을 입을 수 있으며, 이는 유효 수명을 심각하게 단축시킬 수 있다. 따라서, 변조기의 수명 향상은 LC/폴리머 변조기 연구와 개발에 있어 중요한 목표 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,817,333호는 개선된 LC/폴리머 변조기 구조를 개시하며, 미국 특허 제8,801,964 호는 추가적으로 향상된 민감도를 갖는 캡슐화된 폴리머 네트워크 액정 변조기를 개시한다.

변조기 스위칭 속도(modulator switching rate)는 LC 변조기 장치의 또 다른 중요한 특성이 될 수 있다. 개선된 변조기 스위칭 속도는, 특히 OLED TFT 패널과 같은 짧은 전압 유지 시간을 갖는 TFT 패널에 대하여 개선된 검출 능력으로 이어질 수 있으며, 그것은 LC 변조기 개발, 특히 LC/폴리머 매트릭스 연구 및 개발에 있어서 매우 중요한 국면일 수 있다.

LC 액적은 일반적으로 표면 장력으로 인하여 폴리머 분산 액정(polymer dispersed liquid crystal: PDLC) 시스템에서 구형(spherical)이다. PDLC에서 연장된(elongated) 또는 평탄한 LC 액적을 얻는 세가지 방법이 알려져 있다[참고문헌: S.J. K￡OSOWICZ and M. ALEKSANDER, OPTO-ELECTRONICS REVIEW 12(3), 305-312 (2004)]. 즉, 1) PDLC 필름을 플라스틱 변형체 상에서 잡아늘이고, 그리하여 LC 액적이 변형되고 연장된다. 액정의 높은 비율로 인하여, PDLC 필름은 통상 ITO 코팅(전기-광학 응용을 위하여)된 단단한 기판에 의하여 지지된다. 그러므로, 이것은 균일한 제품을 만들기 위한 실용적인 프로세스가 아니다. 2) 상 분리(phase separation) 동안 전기장을 인가함. LC 탄성 변형 자유 에너지(elastic deformation free energy)에 대한 전기적 기여는, LC 유전체 이방성(dielectric anisotropy)

의 부호에 따라 전기장에 평행 또는 수직의 어느 한 방향으로의 액적의 연장(elongation)을 강요한다. 전기장이 주 셀 평면(main cell plane)의 액적을 연장시키기 때문에,

인 LC가 특히 관심의 대상이다. 이 방법으로 획득된 액적의 연장은 필름의 파열 가능성으로 인하여 상대적으로 작다. 이 경우 용제(solvent)가 채용될 수 없으므로, TIPS 또는 PIPS만이 PDLC를 마련하는데 사용될 수 있다. 3) 폴리머 바인더(polymer binder)를 경화(curing)하는 동안 전단 가공(shearing). 이것은 단지 광중합 유도 상 분리(photopolymerization-induced phase separation: PPIPS) PDLC 시스템에서만 사용될 수 있다.

상기의 세가지 방법이 소규모 또는 학문적 연구에는 적합할 수도 있다. 하지만, 엄격한 균일성 요건을 구비한 전기-광학 장치를 위해서는, 연장된 또는 평탄한 PDLC 또는 NCAP를 만드는 실용적인 프로세스가 중요하다. 폴리머 분산 액정 필름의 응답 시간은 우(Wu) 등에 의하여 이미 해결되었으며[참조: B . G . Wu , J . H . Erdmann , and J . W . Doane , Liq . Cryst . 5 : 1453 (1989)], 상승 시간(rise time)

및 감쇠 시간(decay time)

은 다음과 같이 주어진다:

여기서

은 회전 점도(rotational viscosity)이며, E는 인가 전압이고, K는 유효 탄성 계수(effective elastic constant)이며, α는 액적 크기(droplet size)이고, l은 종횡비(aspect ratio)이며,

는 통상 유전 상수(ordinary dielectric constant)이며,

는 유전 이방성(dielectric anisotropy)이다. 액정 액적의 종횡비가 더 클수록 개선된 스위칭 속도를 갖는 PDLC 또는 NCAP으로 귀결될 것이다.

본 발명과 관련된 연구에 의하면, 현재의 LC 물질과 그에 연관된 현재의 제조 시험 방법이 개선될 수 있음이 제안되고 있다. 그러므로, 본 기술 분야에서는 개선된 전기-광학 LC 물질, 특히 개선된 스위칭 속도와 해상도를 갖는 전기-광학 LC 물질과 시험 장치에 대한 요구가 있다. 놀랍게도, 본 발명은 상기 및 그 밖의 요구를 충족시킨다.

일 실시예에서, 본 발명은 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하되, 상기 제2 용액에서 분산된 상기 제1 용액의 에멀션을 형성하기에 적합한 조건하에서 혼합하는 단계 - 상기 제1 용액은 액정 및 끓는 점이 약 100℃ 보다 높은 유기 용제를 포함하며, 상기 제2 용액은 폴리머 라텍스, 적어도 하나의 계면 활성제 및 물을 포함하되, 상기 유기 용제는 물과 실질적으로 혼합되지 않음 -; 기판에 상기 에멀션을 적층하는 단계; 혼합물을 형성하기 위하여 상기 에멀션으로부터 물을 제거하는 단계; 및 상기 혼합물로부터 상기 유기 용제를 제거하여 NCAP 액정 레이어를 마련하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 방법으로 제조되는 복수의 네마틱(nematic) 액정 액적을 포함하는 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 포함하는 변조기를 제공하고, 상기 변조기는 약 5밀리세컨드(ms)보다 짧은 감쇠 시간(decay time)과, 약 5% 내지 약 15%의 오프-상태 광 투과율(off-state light transmission)을 갖는다.

다른 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 방법으로 제조되는 복수의 네마틱 액정 액적, 폴리머 라텍스, 및 적어도 하나의 계면 활성제를 포함하는 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 제공한다.

도 1은 세가지 서로 다른 필름에 대한 감쇠 시간을 도시한 도면으로서, 시료 1은 액정 1로 제조된 필름 두께 24.0 ㎛의 NCAP이며, 시료 2는 액정 2로 제조된 필름 두께 13.3 ㎛의 NCAP이며, 시료 3은 연장된 LC 액적의 액정 2로 제조된 필름 두께 11.8 ㎛의 NCAP이다. Y축은 광 투과(light transmission)이며, X축은 시간으로서, 단위당 0.5 ms이다. 0V - 60V - 0V의 구형파가 인가되었다. 오프 상태의 투과는 세 필름 모두에서 동등하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 NCAP 액정 레이어(layer)를 제조하는 프로세스를 개념적으로 도시한 도면이다. 액정 및 유기 용제의 제1 용액은, 물, 계면 활성제 및 폴리머 라텍스(polymer latex)의 제2 용액과 혼합된다. 제1 및 제2 용액의 혼합물은 유화(emulsification)되고, 기판에 코팅되며 거기서 물은 증발된다. 이어서 유기 용제가 증발되어 본 발명의 NCAP 액정 레이어가 된다.
도 3은 본 발명에 의한 NCAP 액정 레이어를 사용하는 디바이스(device)와 통상적인 NCAP 액정 레이어를 사용하는 디바이스를 비교하여 도시한 도면으로서, 본 발명에 의한 NCAP 액정 레이어는 더 얇은 두께를 갖는데, 이는 통상의 디바이스에 있어서의 TFT와 인듐 주석 산화물(indium-tin-oxide: ITO) 사이의 거리(d₁)에 비하여, 그 대응 거리(d₂)를 더 짧게 만든다.
도 4는, 본 발명에 의한 NCAP 액정 레이어를 포함하는 전기-광학 변조기를 포함하는 전압 영상 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명에 의한 NCAP레이어를 포함하는 전기-광학 변조기 어셈블리를 개념적으로 도시한 도면이다.

I. 일반

본 발명은, 통상의 NCAP 액정 레이어에 비하여, 주어진 두께의 NCAP 액정 레이어에 더 많은 액정 액적이 허용되는 연장된 또는 평탄한 액정 액적을 포함하는 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 제공한다. 결과적으로, 변조기에 사용될 때 NCAP 액정 레이어의 두께가 감소될 수 있으며, 이는 필적하는 오프-상태 광 투과(off-state light transmission)를 달성하면서도 더 짧은 감쇠 시간을 보인다. 연장된 또는 평탄한 액정 액적은, 물 및 옥탄(octane)과 같은 고비점 무극성 유기 용제의 이중 용제 시스템을 사용하여 마련된다. 처음에 액정은 옥탄과 같은 무극성 유기 용제에 용해되고, 이어서 이는 적어도 하나의 계면 활성제와 폴리머 매트릭스를 포함하는 수용액(water solution)과 합쳐진다. 합쳐진 용액은 마이크론 크기의 액정(유기 용제를 포함하는) 액적을 포함하도록 유화(emulsification)되어 기판상에 얹혀지며, 물은 증발된다. 이어서, 유기 용제(옥탄과 같은)가 증발되어 연장된 또는 평탄한 액정 액적을 생성한다. 두번째의 고비점 무극성 유기 용제의 증발 단계에 의하여, 두께 방향에 걸친 LC 액적의 적층(광 산란 중심)의 개수를 감소시킴으로써 더 적은 양의 액정을 사용하지 않고도 NCAP 액정 레이어의 두께가 감소될 수 있게 된다.

포톤 다이나믹스에 양도된 몇몇 특허들이 변조기 어셈블리와 상기 재료를 사용한 액정 재료의 코팅 프로세스를 개시한다: 즉, 미국 특허 제6,151,153호(Modulator Transfer Process and Assembly); 미국 특허 제6,211,991호(Modulator Manufacturing Process and Device); 미국 특허 제6,866,887호(Method for Manufacturing PDLC-Based Electro-Optic Modulator Using Spin Coating); 미국 특허 제7,099,067호 및 제7,916,382호(Scratch and Mar Resistant PDLC Modulator); 미국 특허 제7,639,319호(Polymer Dispersed Liquid Crystal Formulations for Modulator Fabrication); 미국 특허 제7,817,333호(Modulator with Improved Sensitivity and Lifetime); 및 미국 특허 제8,801,964호(Encapsulated Polymer Network Liquid Crystal Materal, Device and Applications) 등이 그 특허들이며, 이들의 전체 내용은 참조에 의하여 본 출원의 일부로서 편입시킨다.

본 발명과 관련된 기술 분야에서 NCAP/PDLC 액정 레이어를 마련하기 위한 통상적인 방법은 물 또는 유기 용제의 사용을 수반하지만, 두가지 모두를 사용하는 것은 아니었다. 예를 들어, 미국 특허 제7,639,319호 및 제7,099,067호는, 일반적인 비수성 용제(non-aqueous solvent)에 폴리머와 액정을 용해시키고 이어서 PDLC 액정 레이어를 생성하도록 비수용제를 증발시킴으로써 PDLC 액정 레이어를 마련하는 방법을 개시한다. 미국 특허 제7,817,333호는, 액정, 물 및 폴리머 라텍스를 혼합시켜 에멀션(emulsion)을 형성하고, 상기 에멀션은 혼합되어 기판상에 코팅되고, 물은 증발되는 과정을 수반하는 라텍스 기반 프로세스를 사용한다. 본 발명의 방법은, 이러한 서로 다른 물 기반의 방법과 유기 용제 기반의 방법을, 주어진 액정의 양에 대해 더 얇으며, 액정 입자 자체에 대해 연장된 또는 평탄한 모양을 취하며, 개선된 오프 상태 광 투과와 더 낮은 감쇠 시간을 가지며, 더 작은 차원(dimension)의 픽셀을 검출할 수 있는 NCAP 액정 레이어를 제공하는 하나의 방법으로 결합시킨다.

II. 정의

"액정"이라 함은 액체 및 고체 결정 양쪽의 성질과 거동을 갖는 물질을 말한다. 예를 들면, 액정은 액체처럼 흐를 수 있지만, 결정처럼 스스로를 정렬시켜 복굴절과 같은 다양한 광학적 성질을 제공할 수 있다. 액정은 열방성(thermotropic), 유방성(lyotropic) 및 메탈로트로픽(metallotropic) 상(phase)을 가질 수 있는데, 여기서 열방성과 유방성 상은 주로 유기 분자들이다. 열방성 액정은 온도에 민감하고, 온도가 변할 때 액정 상으로 전이(transition)된다. 유방성 액정은 온도 및 농도(concentration)에 민감하다. 메탈로트로픽 액정은 유기 및 무기 성분의 조합이고, 액정 상 전이는 온도, 농도 및 상기 유기 및 무기 성분의 비(ratio)에 민감하다.

"유기 용제"라 함은 물과 실질적으로 혼합되지 않고 100℃보다 높은 끓는 점을 갖는 용제를 말한다. 본 발명의 유기 용제는 극성 또는 무극성일 수 있다. 대표적인 무극성 유기 용제는 옥탄, 노난(nonane), 데칸(decane) 및 더 높은 차수(order)의 탄화수소와 같은 탄화수소, 및 이들의 이성질체(isomer)를 포함한다. 다른 유기 용제는 고리형 탄화수소(cyclic hydrocarbon)를 포함한다.

"감쇠 시간(decay time)”이라 함은 광 투과(light transmission)가 포화(saturation) 값의 10%까지 떨어지는데 소요되는 시간을 말한다.

"오프-상태 광 투과(Off-state light transmission)”라 함은 0의 장(field) 에서의 광 투과를 말한다.

III. 네마틱 곡선상 정렬( NCAP ) 액정 레이어의 제조

본 발명의 방법은 NCAP 액정 레이어를 형성하기 위해 혼합되는 두 가지 용액을 포함한다. 첫 번째 용액은 액정 및 유기 용제를 포함한다. 두 번째 용액은 폴리머 매트릭스 및 계면 활성제를 포함하는 수성(aqueous) 용액이다. 상기 두 용액은 혼합되어 폴리머 매트릭스에 의해 둘러쌓인 액정 액적의 에멀션을 형성한다. 상기 에멀션은 기판상에 얹혀지고, 여기서 먼저 물이 증발되고 다음으로 유기 용제를 제거하기 위한 제2 증발 단계가 뒤를 잇는다. 몇몇 실시예에서, 본 발명은 네마틱 곡선상 정렬(NCAP) 액정 레이어를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 제1 용액과 제2 용액을 혼합하되, 상기 제2 용액에서 분산된 상기 제1 용액의 에멀션을 형성하기에 적합한 조건하에서 혼합하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제1 용액은 액정 및 끓는 점이 적어도 약 100℃ 보다 높은 유기 용제를 포함한다. 상기 제2 용액은, 폴리머 라텍스, 적어도 하나의 계면 활성제 및 물을 포함한다. 상기 유기 용제는 실질적으로 물과 혼합되지 않는다. 상기 방법은 또한, 기판에 상기 에멀션을 얹는 단계, 혼합물을 형성하기 위하여 상기 에멜션으로부터 물을 제거하는 단계, 및 상기 혼합물로부터 상기 유기 용제를 제거하여 NCAP 액정 레이어를 마련하는 단계를 포함한다.

상기 제1 용액은 본 발명의 상기 방법에 있어서 임의의 적합한 액정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액정(LC)은 네마틱 LC, 강유전성(ferroelectric) LC, 블루 페이즈(Blue Phase) LC, LC/이색성 염료(dichroic dye) 혼합물, 또는 콜레스테릭(cholesteric) LC(ChLC) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 이색성 염료+LC 시스템에 있어서, 이색성 염료는 오프(off) 상태에서 빛을 흡수하고 온(on) 상태에서 빛을 투과시킬 수 있고, 이는 더 높은 광 강도를 사용함으로써 s-커브의 기울기에 대응하는 광 투과 전압 감도를 향상시킬 것이다. 또한, 액정은 전압이 인가되지 않을 때 광을 산란시킬 수 있다. 상기 액정은 본 발명의 상기 방법에서 사용되는 유기 용제에 용해될 수 있다. 따라서, 상기 액정은 소수성(hydrophobic)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 액정은 네마틱(nematic) 액정일 수 있다.

상기 제1 용액의 상기 유기 용제는 물보다 높은 끓는 점을 갖는 임의의 무극성 유기 용제일 수 있다. 대표적인 유기 용제는 옥탄, 노난(nonane), 데칸(decane), 시클로헵탄(cycloheptane), 시클로옥탄(cyclooctane) 및 이들의 이성질체와 같은 알칸(alkane) 및 시클로알칸(cycloalkane)을 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아니다. 상기 무극성 유기 용제는 물보다 높은 임의의 적합한 끓는 점을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 무극성 유기 용제의 끓는 점은 약 100℃ 보다 높을 수 있고, 또는, 약 105℃, 110, 115, 120, 130, 140보다 높거나 약 150℃보다 높을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제는 약 110℃ 보다 높은 끓는 점을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제는 약 120℃ 보다 높은 끓는 점을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제는 무극성 유기 용제일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제는 옥탄, 노난(nonane), 데칸(decane), 시클로헵탄(cycloheptane), 시클로옥탄(cyclooctane) 또는 이들의 이성질체일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제는 옥탄이다.

상기 액정 및 유기 용제는 임의의 적합한 비율로 존재할 수 있다. 예를 들어, 유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:100 (w/w) 내지 약 10:1 (w/w)이거나, 약 1:50 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)이거나, 약 1:25 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)이거나, 약 1:10 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)이거나, 약 1:5 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)이거나, 또는 약 1:2 (w/w) 내지 약 2:1 (w/w)일 수 있다. 상기 유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:100 (w/w), 1:50, 1:25, 1:10, 1:9, 1:8, 1:7, 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1 또는 약 10:1 (w/w)의 비율일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:10 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:2 (w/w) 내지 약 2:1 (w/w)일 수 있다.

본 발명의 방법은 또한 폴리머 라텍스 및 계면 활성제를 포함하는 물 기반의 용액을 포함한다. 상기 제2 용액의 폴리머 라텍스는 임의의 적합한 물 폴리머 라텍스(water polymer latex)일 수 있다. 대표적인 폴리머 라텍스는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate) 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 많은 유화(emulsification) 방법이 이용될 수 있다. 그 예는 기계적 교반(stirring), 블렌딩(blending), 미세유체역학(microfludics), 균질기(homogenizer) 등을 포함한다. 결과적인 에멀션의 액적 크기는 제어될 수 있고, 약 1 내지 10 마이크론(micron)일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 라텍스는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 또는 이들의 조합일 수 있다.

액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 임의의 적합한 비율일 수 있다. 예를 들어, 상기 액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 10:1 (w/w), 또는 약 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 5:4, 5:3, 5:2, 4:1, 4:3, 3:1, 3:2, 2:1, 1:1, 1:2, 2:3, 1:3, 3:4, 1:4, 2:5, 3:5, 4:5, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9 또는 약 1:10 (w/w)일 수 있다. 상기 액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 또한 약 10:1 (w/w) 내지 약 1:10 (w/w), 약 5:1 (w/w) 내지 약 1:10 (w/w), 약 10:1 (w/w) 내지 약 1:5 (w/w), 약 5:1 (w/w) 내지 약 1:5 (w/w), 또는 약 3:2 (w/w) 내지 약 1:4 (w/w)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 5:1 (w/w) 내지 약 1:10 (w/w)이다. 몇몇 실시예에서, 상기액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 3:2 (w/w) 내지 약 1:4 (w/w)이다.

상기 제2 용액은 또한 임의의 적합한 계면 활성제 또는 계면 활성제들의 조합을 포함한다. 상기 계면 활성제는 블록 공중합체(block co-polymer)와 같은 비이온 계면제(non-ionic interfacial agent), 및/또는 교차결합가능한 반응성 계면 활성제(cross-linkable reactive surfactant)와 같은 계면제를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 상기 계면제가 적합한 화학적 특성을 갖는 두 부분을 포함하는 분자들을 포함하고 상기 계면제가 충분한 양으로 존재할 때, 상기 계면제는 계면층(interfacial layer)을 형성할 수 있다. 폴리머 매트릭스 내에서 계면제를 효과적으로 고정시키기 위해 상기 계면제의 적어도 일부분은 상기 폴리머 라텍스에 용해될 수 있다. 폴리머 라텍스에 대한 계면층의 고정은 물리적 결합(블록 공중합체) 또는 화학적 결합(반응성 계면 활성제의 경우와 같이 가교(cross linking)에 의함), 또는 이들의 조합일 수 있다. 계면층의 이러한 고정은, 예를 들면, 증가된 온도에서, 상기 계면층의 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 계면층 내의 계면제의 제2 부분은 낮은 표면 장력 및/또는 액정 분자들 및/또는 결정들에 대한 낮은 마찰을 나타내는 화학적 조성을 가질 수 있다. 액정 분자들과 폴리머 매트릭스 사이의 배향규제(anchoring) 및/또는 마찰은 계면층에 의해 감소될 수 있고, 전기장이 인가될 때 LC 분자들의 정렬 배향(alignment orientation) 및 스위칭 속도가 더 낮은 전압에서 더 빠르게 나타날 수 있다.

계면제의 예

명칭	설명	제조자
BYK-022	폴리글리콜(polyglycol) 내에서 거품 제거 폴리실록산(polysiloxane)과 소수성(hydrophobic) 고체를 혼합.	비와이케이 케미(BYK Chemie)
플루오로링크(Fluorolink) D10	A-CF₂O(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nCF₂-A, A=CH₂OH, MW=1000	솔베이 솔렉시스(Solvay Solexis)
플루오로링크 D	A-CF₂O(CF₂CF₂O)_m(CF₂O)_nCF₂-A, A=CH₂OH, MW=500	솔베이 솔렉시스
서피놀(Surfynol) DF-58	수성(aqueous) 시스템 내에서 유용한 실리콘 기반의 거품 제어제. 이 제품은 강한 거품 제어 및 탈기(de-aeration) 성능을 갖는다.	에어 프로덕츠(Air Products)
서피놀 DF-62	강한 거품 제거 및 오래 지속되는 거품 억제 능력을 제공하도록 설계된 에테르-변성 폴리실록산 기반의 소포제.	에어 프로덕츠
서피놀 DF-574	유기 및 유기 변성 실리콘 성분을 갖는 자기 유화형(self-emulsifying) 제품이며, 제조 프로세스 중에 흡수된 공기 및 생성된 거품을 효과적으로 제거한다.	에어 프로덕츠
서피놀 DF-695	실리콘 에멀션 소포제이며, 물 기반의 제법에서 초기 및 지속적인 소포 성능을 제공한다. 100% 활성 액체.	에어 프로덕츠
플렉시웨트(Flexiwet_ NI-M100	에톡시화(ethoxylated)되었던 부분적으로 플루오르화된(fluorinated) 알코올.	이노베이티브 케미컬 테크놀로지즈 인크(Innovative Chemical Technologies, Inc.)
플렉시웨트 NI-55	반응기를 갖지 않는 비이온(플루오루화) 폴리머 계면제.	이노베이티브 케미컬 테크놀로지즈 인크

표 1은 본 발명의 실시예들에 의하여 LC 물질과 조합될 수 있는 계면제들의 목록의 일부이다. 비이온 계면제가 사용될 때, 예를 들어, 상기 에멀션에 비이온 계면제를 작은 비율로 첨가함으로써, 구동 전압이 실질적으로 감소될 수 있다. 계면제 분자들의 표면 장력이 낮은 부분은 플루오로링크(Fluorolink) D 또는 플렉시웨트(Flexiwet)와 같은 플루오르화된 화합물을 포함하거나, 또는 서피놀(Surfynol) DF-62, BYK-022와 같은 실리콘 공중합체 또는 폴리머-실록산을 포함할 수 있다. 특히, 반응성 플루오르화 화합물은 표 1에 기재된 화학 구조를 가질 수 있고, 실록산은, 예컨대, -OH, -NH₂, 또는 -COOH와 같은 반응성 단말기를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 이러한 물질들은 LC와 폴리머 상 분리 과정 중에 LC와 폴리머의 계면으로 이동한다. 계면제 분자들의 다른 부분은, 폴리머 매트릭스 내에 반응기가 존재할 때, 수소 결합, 반데르발스(Van Der Waals) 힘과 화학 결합의 모두 또는 일부와 같은 메커니즘을 통해 폴리머에 물리적으로 결합될 수 있다. 약간의 가열은 화학 결합 프로세스를 가속시킬 수 있다.

본 발명에 유용한 계면 활성제는 또한, 플루오르화된 계면 활성제와 같은, 기판 습윤(wetting) 및 균염제(levelling agent)를 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 다른 계면 활성제는 상기 에멀션을 안정화시키기 위한 폴리소르베이트(polysorbate)와 같은 유화제(emulsifier)를 포함할 수 있다.

다수의 실시예에서, 소포(즉, 거품 제거) 특성을 갖는 계면제를 사용하여 고유(intrinsic) 스위칭 전압 감도를 확연히 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 서피놀 DF 계열 화합물은 라텍스 기반의 NCAP의 동작 전압을 실질적으로 감소시킬 수 있다.

소포제는 수성 매질에 분산될 수 있는 계면 활성제의 한 부류이고, 계면층의 계면제는 하나 또는 그 이상의 소포제를 포함할 수 있다. 다수의 실시예에서, 소포제는 수성 매질에서 매우 낮은 용해도를 갖고, 10보다 작은 HLB(hydrophile-lipophile balance; 친수-친유 균형)를 가질 수 있다. 상기 소포제는 물에서 매우 낮은 용해도를 갖기 때문에, 소포제는 작은 클러스터(cluster)들을 형성할 수 있다. 클러스터들의 각각은 제1 부분과 제2 부분을 갖는 분자들을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 상기 클러스터의 분자들의 제1 부분은 친수 특성을 가질 수 있고, 상기 클러스터의 분자들의 제2 부분은 소수 특성을 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 상기 클러스터는 상기 용액을 향해 외측을 향하는 제1 부분 및 상기 소포제 클러스터의 다른 분자들을 향해 내측을 향하는 제2 부분을 갖는 미셀(micelle) 형상을 가질 수 있다. 유화 중에, 상기 클러스터는 많은 기포를 파괴함으로써 거품의 형성을 막을 수 있다. 유화 및 가스 제거 후, 상기 클러스터는 LC 액적, 물 기반의 폴리머 및 물의 혼합물 내에서 자유롭게 이동한다. 다수의 실시예에서, 클러스터들은 LC 액적들의 표면을 향해서 이동할 수 있다. 상기 에멀션이 건조될 때, 계면층이 LC 액적과 폴리머 매트릭스 사이에 위치하도록 상기 소포제가 LC 액적 주위에 계면제 레이어를 형성할 수 있다. 다수의 실시예에서, 상기 소포제 분자의 표면 장력이 낮은 단부는 상기 LC 액적 부근에 분산되어 상기 계면층의 제2 부분을 형성하고, 상기 소포제 분자의 배향규제 단부는 상기 폴리머 매트릭스에 연결되어 상기 계면층의 제1 부분을 형성한다.

기판은 적합한 임의의 기판이다. 예를 들어, 기판은 투명 기판일 수 있다. 다른 기판들은, 유리, 플라스틱, 마일라(Mylar), 폴리에스터(polyester), 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 이들의 혼합을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 기판은 유리, 플라스틱, 마일라, 폴리에스터, 또는 이들의 혼합일 수 있다.

물과 유기 용제는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 수단에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 물과 유기 용제가 상온에서 증발에 의해 제거된 다음, 40℃와 같은 조금 상승된 온도가 될 수 있다. 진공을 요구되지 않는다. 예를 들어, 물과 유기 용제가 상온에서 증발되고 나서, 진공없이 어느 정도의 가열(40℃와 같은)이 있을 수 있다. 에멀션이 기판에 코팅될 때, 습식 필름 두께는 수십 마이크론일 수 있다. 물과 용제는 모두 증발될 수 있다. 더 낮은 온도 및 진공을 사용하여 상기 필름 내의 에어 포켓의 형성을 피할 수 있다.

NCAP액정 레이어는 적어도 약 1㎛의 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, NCAP액정 레이어는 적어도 약 1㎛, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 및 적어도 약 50㎛의 두께를 가질 수 있다. NCAP액정 레이어는 또한, 약 1㎛내지 약 50㎛의 두께를 가질 수 있고, 약 1㎛내지 약 25㎛, 약 1㎛내지 약 20㎛, 약 1㎛내지 약 15㎛, 약 1㎛내지 약 10㎛, 약 5㎛내지 약 25㎛, 약 5㎛내지 약 20㎛, 또는 약 5㎛내지 약 15㎛일 수 있다. 몇몇 실시예에서, NCAP액정 레이어는 약 1㎛내지 약 20㎛의 두께를 갖는다. 몇몇 실시예에서, NCAP액정 레이어는 약 5㎛내지 약 15㎛의 두께를 갖는다.

NCAP액정 레이어의 두께는 레이어에 걸쳐서, 필메트릭스(Filmetrics)에 의해 측정되는 것과 같은, 적합한 임의의 수준의 균일성을 가질 수 있다. 예를 들어, 두께 균일성은 ±10%일 수 있다.

건조된 액정 액적들은 적합한 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 건조된 액정 액적들은 주축과 종축을 갖는 3차원 타원과 같은 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 주축과 종축의 비율은 약 100:1 내지 약 1.5:1일 수 있고, 약 75:1 내지 약 1.5:1의 범위 또는약 50:1 내지 약 1.5:1의 범위일 수 있다. 몇몇 실시예에서, NCAP액정 레이어는 주축과 종축을 갖는 실질적으로 건조된 복수의 액정 액적들을 포함하고, 종축에 대한 주축의 비율은 약 100:1 내지 약 1.5:1이고, 주축은 기판에 실질적으로 평행하다. 건조된 액정 액적들은 또한, 액정 액적들을 평탄하게 만들기 위해 위아래로부터 액정 액적들에 압력이 가해진 것처럼, 평탄하게 형성될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 본 발명은 네마틱 곡선상 정렬(NCAP) 액정 레이어를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은, 액정 액적을 형성하기 위해 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하는 단계 - 상기 제1 용액은 네마틱 액정 및 옥탄과 같은 유기 용제를 약 1:2 (w/w) 내지 약 2:1 (w/w)의 비율로 포함하고, 상기 제2 용액은 폴리머 라텍스, 적어도 하나의 계면 활성제 및 물을 포함하고, 액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 3:2 (w/w) 내지 약 1:4 (w/w)임 -; 기판상에 상기 액정 액적 혼합물을 적층하는 단계; 상기 혼합물로부터 물을 제거하는 단계; 및 상기 혼합물로부터 유기 용제를 제거하여 주축 및 종축을 갖는 실질적으로 건조된 복수의 액정 액적들을 포함하는 NCAP 액정 레이어를 마련하는 단계 - 상기 종축에 대한 상기 주축의 비율은 약 100:1 내지 약 1.5:1이고, 상기 주축은 상기 기판에 실질적으로 평행함 - 를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 본 발명은 네마틱 곡선상 정렬(NCAP) 액정 레이어를 제공하고, 상기 NCAP 액정 레이어는 본 발명의 방법에 의해 마련된 복수의 액정 액적들, 폴리머 라텍스, 및 적어도 하나의 계면 활성제를 포함한다.

IV. 변조기(Modulator)

본 발명은 또한, 본 발명의 방법들에 의해 마련되는 NCAP 액정 레이어를 포함하는 변조기를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 마련되는 복수의 액정 액적들을 포함하는 네마틱 곡선상 정렬(NCAP) 액정 레이어를 포함하는 변조기를 제공한다. 상기 변조기는 약 5밀리세컨드(millisecond; ms) 이하의 감쇠 시간 및 약 5% 내지 약 15%의 오프-상태 광 투과율을 갖는다.

본 발명의 변조기는 적합한 임의의 감쇠 시간을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 감쇠 시간은 약 100밀리세컨드보다 작거나, 약 90, 80, 75, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1밀리세컨드보다 작을 수 있다. 상기 감쇠 시간은 또한 약 1밀리세컨드 내지 약 100밀리세컨드, 약 1밀리세컨드 내지 약 50밀리세컨드, 약 1밀리세컨드 내지 약 25밀리세컨드, 약 1밀리세컨드 내지 약 10밀리세컨드, 또는 약 1밀리세컨드 내지 약 5밀리세컨드의 범위일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 감쇠 시간은 5밀리세컨드보다 작다.

본 발명의 변조기는 적합한 임의의 오프-상태 광 투과율을 가질 수 있다. 예를 들어, 오프-상태 광 투과율은 약 1% 내지 약 99%, 약 1% 내지 약 75%, 약 1% 내지 약 50%, 약 1% 내지 약 25%, 약 5% 내지 약 25%, 또는 약 5% 내지 약 15%의 범위일 수 있다. 본 발명의 변조기의 오프-상태 광 투과율은 또한 약 1%, 또는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98, 또는 99%일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 오프-상태 광 투과율은 약 5% 내지15%의 범위일 수 있다.

본 발명의 변조기는 본 발명에 적합한 다른 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 변조기의 NCAP 액정 레이어는 또한 폴리머 라텍스 및 계면 활성제를 포함할 수 있고, 이들에 대해서는 위에 상세히 설명되어 있다.

본 발명의 변조기는 또한 NCAP 액정 레이어에 더하여 다른 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 변조기는 투명한 기판, 펠리클(pellicle), 인듐 주석 산화물(ITO) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 투명한 기판은, 유리, 플라스틱, 마일라(Mylar), 폴리에스터(polyester) 등과 같은, 가시 스펙트럼(visible spectrum)의 빛에 투명한 임의의 기판일 수 있다. 펠리클, 또는 유전체 거울 펠리클은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 물질로부터 제조될 수 있다. 또한, 상기 변조기의 다양한 레이어들은 적합한 임의의 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 펠리클은 상기 투명한 기판의 위에 놓일 수 있는 상기 NCAP액정 레이어의 위에 놓일 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TFT 검사를 위한 전압 영상 시스템 100의 구성 요소를 개념적으로 도시한 도면이다. 전압 영상 시스템의 구성 요소는, 미국 특허 제7,639,319호에 기술된 하나 또는 그 이상의 구성 요소 및/또는 상업적으로 활용 가능한 전압 영상 시스템의 구성 요소를 포함할 수 있다. 전압 영상 시스템 100은 전기-광학 변조기 어셈블리 200, 조명(illuminator) 114, 빔 스플리터(beam splitter) 116 및 카메라 118을 포함할 수 있다. 전기-광학 변조기 어셈블리 200은, 투명 전극 250(전극 A), 투명 전극 250을 지지하는 투명 기판 220, NCAP 액정 레이어 센서 물질 260, 및 예컨대 펠리클(pellicle)과 같은 플라스틱 박막에 의하여 지지되는 유전체 거울 270을 포함할 수 있다. 투명 전극 250은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)로 만들어진 박막을 포함할 수 있으며, 가시 광선에 대해 투명하다. NCAP 액정 레이어 센서 물질 260은 전기장하에서 전기-광학 응답을 갖는다. 전극 B는, 예들 들어 TFT 플레이트(plate)와 같은 피시험 패널(panel under test: PUT)에 포함될 수 있다. 투명 전극 250(전극 A)에 전압을 인가하고, 전극 B를 접지시킴으로써, 투과-전압(transmission-voltage: T-V) 곡선을 얻을 수 있다. TFT 시험에 있어서, 응답 곡선 중간 부근의 일정한 전압이 변조기에 인가될 때, 각 픽셀에 인가된 전압은 카메라 118로부터의 빛의 강도 변화로서 검출될 수 있다. 결함이 있는 픽셀은 비정상적인 응답을 제공할 것이다.

전극 A와 B 사이에 인가된 전압은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다:

여기서,

: 전극 A와 B 사이에 인가된 전압,

: 센서 물질에 필요한 전압,

및

: 펠리클과 공기 간극 사이의 전압,

: 각 물질의 유전 상수, 및

d : 각 물질의 두께.

고정 전압 V _Bias 하에서, 전극간 거리 d_air는, 액정 센서 물질의 순정 동작 전압(intrinsic operating voltage)(V _sensor )의 함수이다. 다수의 실시예에 있어서, 액정 센서 물질의 순정 스위칭 전압은, 센서 물질을 통과하는 광 투과가 센서 물질을 가로지르는 전압의 변화에 대해 최대의 민감도를 갖는 센서 물질을 가로지르는 전압에 대응한다. 다수의 실시예에 있어서, 전극간에 걸친 동작 전압은 상기 수학식을 사용함으로써 액정 물질의 순정 스위칭 전압에 관련된다. 스위칭 시간은 감소된 순정 스위칭 전압을 갖는 물질을 제공함으로써 감소시킬 수 있다.

도 5는 전기-광학 변조기 어셈블리 200의 개념도이다. 변조기 어셈블리 200은 센서 물질 260을 포함한다. 센서 물질 260은, 여기에서 기술되는 바와 같은 NCAP 액정 물질을 포함할 수 있다. 변조기 어셈블리는 반사 방지 코팅 210을 포함할 수 있다. 변조기 어셈블리는, 광학 유리 220과 같은 광학적으로 투명한 지지 기판을 포함할 수 있다. 반사 방지 코팅 210은 광학적 유리 220의 상측 표면에 증착될 수 있다. 광학적 유리 220의 하측 표면에는 광학적 접착제 230이 위치할 수 있다. 신장된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET)를 포함하는, 마일라와 같이 상업적으로 활용 가능한 폴리에스터 필름 240이 접착제 230으로 광학적 유리에 결합될 수 있다. ITO와 같이 광학적으로 투명한 전극 250이 폴리에스터 필름 240에 결합될 수 있다. NCAP 액정 레이어 260이 광학적으로 투명한 전극 250에 결합될 수 있다. 예컨대, 마일라와 같은, PET 박막에 증착된 유전체 거울 레이어를 포함하는 유전체 펠리클 거울 270이 액정 센서 물질의 하측 표면에 결합될 수 있다. 유기 경질 코팅 280이 유전체 펠리클 거울 250에 부착될 수 있다. 유기 경질 코팅 280은 미국 특허 제7,099,067호에 기술된 경질 코팅 성분을 포함할 수 있다.

이러한 새로운 고속 스위칭 변조기는 모든 타입의 전압 영상 응용(Voltage Imaging applications)에 적합하지만, 특히 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 디스플레이의 검사에 더 유용하다. OLED 디스플레이는, OLED가 전류 구동 소자라는 사실로 인하여, 전형적으로 더 적은 유지 용량(holding capacitance)를 필요로 한다. 이는, 이러한 디스플레이의 픽셀 전극에 인가된 전압이 빠르게 감쇠될 수 있어 최적의 전압 영상 신호 강도를 보장하기 위하여 빠르게 반응하는 변조기를 필요로 함을 암시한다.

유사한 이유로, 그리고 도 3과 관련하여 상기한 바와 같은 ITO와 피시험중인 TFT 패널 사이의 짧은 거리로 인하여, 이 변조기는 초미세 픽셀(픽셀이 작을수록 저장 용량(storage capacitance)도 작아짐.) 또는 초고속 리프레시 속도(이것은 전압이 매우 긴 시간동안 유지될 필요가 없다는 것을 의미하기 때문에, 저장 용량을 작게 만들 수 있음.)를 갖는 패널에 매우 적합하다. 또한, 고속 스위칭 모듈레이터는, 예를 들어 탈분극성 전류의 결과로서, 다양한 신호 드리프트 사태(signal drifts occurring)에 더 적은 영향을 받을 수 있다.

V. 사례들

사례1 . 네마틱 곡선상 정렬( nematic curvilinear aligned phase: NCAP ) 액정 레이어

투명한 용액을 형성하기 위하여 2 그램의 네마틱 액정(EMD 케미컬사의 MLC-2156)을 1 그램의 옥탄과 혼합하였다. 이 LC/유기 용제 혼합물은, 에멀션을 형성하기 위하여, 2.5 그램의 네오레즈(Neorez) R-967(DSM사 제조)와, 이하의 혼합물, 즉 1.5 그램의 물, 0.16 그램의 서피놀(Surfynol) DF-62(에어 프로덕츠사 제조), 0.04 그램의 TWEEN 60 및 0.06 그램의 FSN(듀폰(DuPont)사 제조)의 혼합물로 유화된다. 이어서, 상기 에멀션은 ITO 마일라(Mylar) 필름에 코팅되고, 물과 옥탄이 완전히 증발된 후에 다른 ITO 마일라와 적층된다. 비교를 위하여, 시료 2는, 옥탄이 사용되지 않은 점만을 제외하고 상기한 과정과 동일하게 만들어졌다. 그리고, 시료 1은, 시료 2와 동일한 과정으로 만들어졌으나, 더 낮은 광학적 비등방성을 갖는 액정을 사용하였다.

도 1은 세가지 서로 다른 필름에 대한 감쇠 시간을 도시한다: 시료 1은 액정 1로 만든 NCAP으로서 두께는 24.0 ㎛이며; 시료 2는 액정 2로 만든 NCAP으로서 두께는 13.3 ㎛이며; 시료 3은 액정 2로 만든 NCAP으로서 연장된 액정 액적을 포함하며 두께는 11.8 ㎛이다. Y 축은 광 투과이며, X 축은 시간이고, 단위당 0.5 ms로서 전체 X 축은 25 ms이다. 0V - 60V - 0V의 구형파가 인가되었다. 오프 상태 투과는 세 가지 필름 모두에서 균등하다. 이하의 표에 그 결과를 요약하였다.

시료	출처	두께 (㎛)	상승 시간 (ms)	감쇠 시간 (ms)
1	종래	24.0	0.80	12.0
2	종래	13.3	0.91	6.3
3	본 발명	11.8	0.66	3.8

상기에서는 이해를 명확히 하기 위한 목적으로 예시를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위 이내에서 변경과 수정이 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 제시된 각 참고 문헌들은 그 전체를 참조에 의하여 여기에 편입시키며, 이는 각 참고 문헌들이 개별적으로 참조에 의하여 편입된 것과 동일하다. 본 발명의 실시예와 본 명세서에서 제공된 참고 문헌 사이에 충돌이 있는 경우, 본 발명의 실시예가 우선한다.

Claims

네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 제조하는 방법에 있어서,
제1 용액 및 제2 용액을 혼합하되, 상기 제2 용액에서 분산된 상기 제1 용액의 에멀션을 형성하기에 적합한 조건하에서 혼합하는 단계 - 상기 제1 용액은 액정 및 끓는 점이 약 100℃ 보다 높은 유기 용제를 포함하며, 상기 제2 용액은 폴리머 라텍스, 적어도 하나의 계면 활성제 및 물을 포함하되, 상기 유기 용제는 물과 실질적으로 혼합되지 않음 -;
기판에 상기 에멀션을 적층하는 단계;
혼합물을 형성하기 위하여 상기 에멀션으로부터 물을 제거하는 단계; 및
상기 혼합물로부터 상기 유기 용제를 제거하여 NCAP 액정 레이어를 마련하는 단계;
를 포함하는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 액정은,
네마틱(nematic) 액정, 강유전성(ferroelectric) 액정, 블루 페이즈(blue phase) 액정, 액정/이색성 염료(Dychroic Dye) 혼합물, 콜레스테릭(cholesteric) 액정 또는 이들의 혼합물을 포함하는
NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
액정은 네마틱 액정인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제는 약 110℃ 보다 높은 끓는 점을 갖는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제는 약 120℃ 보다 높은 끓는 점을 갖는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제는 무극성 유기 용제인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제는 옥탄(octane)을 포함하는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:10 (w/w) 내지 약 5:1 (w/w)인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제에 대한 액정의 비율은 약 1:2 (w/w) 내지 약 2:1 (w/w)인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리머 라텍스(polymer latex)는, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 5:1 (w/w) 내지 약 1:10 (w/w)인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 3:2 (w/w) 내지 약 1:4 (w/w)인 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
기판은, 유리, 플라스틱, 마일라(Mylar), 폴리에스터(polyester) 또는 이들의 혼합을 포함하는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
물은 증발에 의해 제거되는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
유기 용제는 증발에 의해 제거되는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
NCAP 액정 레이어는 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 두께를 갖는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
NCAP 액정 레이어는 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 두께를 갖는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 용액 및 상기 제2 용액을 혼합하되, 상기 제2 용액에서 분산된 상기 제1 용액의 에멀션을 형성하기에 적합한 조건하에서 혼합하는 단계 - 상기 제1 용액은 네마틱 액정과 옥탄을 약 1:2 (w/w) 내지 약 2:1 (w/w)의 비율로 포함하며, 상기 제2 용액은 폴리머 라텍스, 적어도 하나의 계면 활성제 및 물을 포함하되, 액정에 대한 폴리머 라텍스의 비율은 약 3:2 (w/w) 내지 약 1:4 (w/w)임 -;
기판에 상기 에멀션을 적층하는 단계;
혼합물을 형성하기 위하여 상기 에멀션으로부터 물을 제거하는 단계; 및
상기 혼합물로부터 상기 유기 용제를 제거하여, 실질적으로 건조된 복수의 액정 액적을 포함하는 상기 NCAP 액정 레이어를 마련하는 단계
를 포함하는 NCAP 액정 레이어 제조 방법.
변조기에 있어서,
제1항의 방법으로 제조되는 네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어를 포함하되,
상기 변조기는 약 5 ms보다 짧은 감쇠 시간(decay time)과, 약 5% 내지 약 15%의 오프-상태 광 투과율off-state light transmission)을 갖는 변조기.
제19항에 있어서,
NCAP 액정 레이어는,
폴리머 라텍스, 및
계면 활성제를 더 포함하는,
변조기.
제19항에 있어서,
NCAP 액정 레이어를 지지하는 투명한 기판; 및
NCAP 액정 레이어 위에 적층된 펠리클(pellicle)
을 더 포함하는 변조기.
네마틱 곡선상 정렬(nematic curvilinear aligned phase: NCAP) 액정 레이어에 있어서,
제1항의 방법으로 제조되는 복수의 네마틱 액정 액적;
폴리머 라텍스; 및
적어도 하나의 계면 활성제
를 포함하는 NCAP 액정 레이어.