KR20170006084A - 광학 소자 - Google Patents

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KR20170006084A
KR20170006084A KR1020150096497A KR20150096497A KR20170006084A KR 20170006084 A KR20170006084 A KR 20170006084A KR 1020150096497 A KR1020150096497 A KR 1020150096497A KR 20150096497 A KR20150096497 A KR 20150096497A KR 20170006084 A KR20170006084 A KR 20170006084A
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Abstract

본 출원은 광학 소자, 이의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것으로, 예시적인 광학 소자는 점착성 몰드층을 이용하여 상부 및 하부 기판을 적절한 간격을 유지하면서 서로 부착할 수 있으므로, 플렉서블 소자로 구현될 수 있으며, 제조 후에 롤투롤 공정에 적용하는 것도 유리하다. 이러한 광학 소자는 LCD 등의 다양한 표시 장치에 적용될 수 있다.

Description

광학 소자{Optical Element}
본 출원은 광학 소자, 이의 제조 방법 및 광학 소자의 용도에 관한 것이다.
LCD 등의 표시 소자는 최근 경량화, 디자인 편의성, 파손 방지 등의 이유로 플렉서블 디바이스(Flexible Device)로 발전 중이며 저원가 대량생산에 유리한 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로의 적용도 검토 중이다. 플렉서블 디바이스의 구현 및 롤투롤 공정 적용을 위해서는 필름 기반의 플렉서블 기판의 사용이 필수적이며, LCD 등의 표시 소자에 플렉서블 기판을 적용하기 위해서는 액정의 유동성을 막을 수 있도록 상부 및 하부 기판의 셀 갭 유지 및 접착 중요한 요소이다.
이러한 방법 중 하나로 비특허문헌 1은 한쪽 기판에 셀 갭 높이의 기둥 또는 벽 형태의 유기막 패턴을 형성하고 접착제를 이용하여 반대편 기판에 고정시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 접착제가 기둥면 또는 벽면에만 위치해야 하는데 기둥면 또는 벽면에 접착제를 마이크로 스탬핑(Micro Stamping)하는 기술은 공정 난이도가 높으며, 접착제의 두께 및 면적의 컨트롤이 어렵고, 상하 기판 합착 시 접착제가 밖으로 밀려나올 가능성이 높으며, 접착제가 배향막 또는 액정 내로 오염될 우려가 있다.
"Tight Bonding of Two Plastic Substrates for Flexible LCDs", SID Symposium Digest, 38, pp. 653-656 (2007)
본 출원은 광학 소자, 광학 소자의 제조 방법 및 광학 소자의 용도를 제공한다.
본 출원은 광학 소자에 관한 것이다. 도 1은 본 출원의 제1실시예의 광학 소자의 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 예시적인 광학 소자(1)는 상부 기판(101), 상기 상부 기판과 대향 배치된 하부 기판(102) 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 존재하는 중간층(103)을 포함할 수 있다. 광학 소자(1)는 상부 기판(101)과 하부 기판(102)의 간격(G)을 유지하도록 형성된 점착성 몰드층을 포함할 수 있다.
이러한 광학 소자는 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지하도록 형성된 몰드층 자체가 점착력을 가지므로, 상부 및 하부 기판의 합착을 위하여 별도의 접착제 전사 공정을 필요하지 않고 접착제로 인한 오염 문제도 해결할 수 있다. 이하, 본 출원의 예시적인 광학 소자에 대하여 구체적으로 설명한다.
[기판]
상부 기판 및/또는 하부 기판으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리 필름, 결정성 또는 비결정성 실리콘 필름, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름 등의 무기계 필름이나 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있고, 플렉서블 소자 구현 측면에서 플렉서블 기판, 예를 들어 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다.
[중간층]
본 출원에서 용어 「중간층」은 광학 소자의 상부 및 하부 기판 사이에 위치하여, 외부 작용의 인가 여부에 따라 광을 투과 또는 차단시키거나, 또는 광을 방출할 수 있도록 형성된 층을 의미할 수 있다.
본 출원에서 용어 「외부 작용」이란, 중간층 내에 포함되는 물질, 예를 들어 광 변조 물질 또는 발광 물질의 거동에 영향을 줄 수 있는 외부에 모든 요인, 예를 들면 외부 전압 등을 의미할 수 있다. 따라서, 외부 작용이 없는 상태란, 외부 전압 등의 인가가 없는 상태를 의미할 수 있다.
중간층 및 이에 포함되는 물질은 표시 소자의 구동 모드 및 원리에 따라 그 구체적인 종류가 달라질 수 있다. 하나의 예시에서, 중간 층은 광 변조 물질을 포함하는 광 변조층 또는 발광 물질을 포함하는 발광층일 수 있다..
하나의 예시에서, 중간층은 액상 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 중간층은 유동성(fluidity)를 나타낼 수도 있다. 본 명세서에서 「유동성」은 액체와 같이 흘러 움직이는 성질을 의미할 수 있다. 중간층은 예를 들어, 상부 기판과 하부 기판의 사이에 점착성 몰드층이 존재하지 않는 영역에 존재할 수 있고 이에 따라 중간층이 유동성을 가지는 경우에도 상부 기판 및 하부 기판의 사이에서 흐르지 않고 존재할 수 있다.
하나의 예시에서, 중간층은 광 변조층일 수 있다 본 출원에서 「광 변조층」은 외부 작용의 인가 여부에 따라 광을 투과 또는 차단할 수 있는 광 변조 물질을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 광 변조층은 액정층, 전기 변색 물질층, 광 변색 물질층 또는 전기 영동 물질층 또는 분산 입자 배향층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하, 상기 예시한 광변조층에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하지만, 광 변조층의 구성이 하기에 제한되는 것은 아니고, 광 변조층과 관련하여 당 업계에 공지된 내용을 본 출원에 제한없이 적용할 수 있다.
액정층은 액정 화합물을 포함하는 층이다. 액정 화합물은 외부 작용의 인가 여부에 따라 배향 ?향이 변하도록 액정층 내에 존재할 수 있다. 액정 화합물로는 외부 작용의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있는 것이라면 모든 종류의 액정 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들며, 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 외부 작용의 인가에 의하여 그 배향 방향이 변경될 수 있도록, 액정 화합물은 예를 들어 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 화합물일 수 있다. 액정층의 구동 모드는, 예를 들어, DS(Dynamic Scattering) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, STN(Super Twisted Nematic) 모드 등이 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 당업계에 공지된 모든 액정층의 구동 모드가 적용될 수 있다.
액정층은 고분자 네트워크 액정층(Polymer Network Liquid Crystal Layer)일 수 있다. 상기 고분자 네트워크 액정층은 소위 고분자 분산형 액정층(Polymer Dispersed Liquid Crystal Layer)이나 고분자 안정화 액정층(Polymer Stablized Liquid Crystal Layer) 등을 포함하는 상위 개념이다. 고분자 네트워크 액정층은, 예를 들면, 고분자 네트워크 및 상기 고분자 네트워크와 상 분리된 상태로 분산되어 있는 액정 화합물을 포함하는 액정 영역을 포함할 수 있다. 상기에서 액정 화합물은 고분자 네트워크 내에 배향이 스위칭 가능하도록 존재할 수 있다.
상기 고분자 네트워크는 중합성 또는 가교성 화합물을 포함하는 전구 물질의 폴리머 네트워크일 수 있고, 상기 중합성 또는 가교성 화합물은 중합된 상태 또는 가교된 상태로 고분자 네트워크를 형성할 수 있다. 중합성 화합물로는, 예를 들어, 소위 PNLC의 고분자 네트워크를 형성할 수 있는 것으로 알려진 하나 이상의 중합성 또는 가교성 관능기를 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 중합성 또는 가교성 관능기로는 예를 들어, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, (메타)아크릴로일기 또는 (메타)아크릴로일옥시기 등이 예시될 수 있고, 본 출원의 일 실시예에 따르면, (메타)아크릴로일기를 가지는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다,
고분자 네트워크 액정층에서, 액정 화합물로는 상기 액정 화합물을 포함하는 액정층의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 고분자 네트워크 액정층에서 액정 화합물로는 스멕틱(smectic) 액정 화합물, 네마틱(nematic) 액정 화합물 또는 콜레스테릭(cholesteric) 액정 화합물 등을 사용할 수 있다. 액정 화합물은, 폴리머 네트워크와는 결합되어 있지 않으며, 외부에서 전압이 인가될 경우에 그에 따라서 배향이 변경될 수 있는 형태일 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 액정 화합물은, 중합성기 또는 가교성기를 가지지 않는 액정 화합물을 사용할 수 있다.
일반적으로, 고분자 네트워크 액정층 내에서 통상 액정 화합물은 배향되어 있지 않은 상태로 존재한다. 따라서. 고분자 네트워크 액정층은 전압이 인가되지 않은 상태에서는 뿌연 불투명 상태이고, 이러한 상태는 소위 산란 모드로 호칭될 수 있다. 고분자 네트워크 액정층에 전압이 인가되면, 액정 화합물이 그에 따라 정렬되어 투명한 상태가 되는데, 이를 이용하여 투과 모드와 산란 모드의 스위칭이 가능하다. 그러나, 고분자 네트워크 액정층의 전압 무인가 상태에서의 상태는 상기에 제한되는 것은 아니고, 고분자 네트워크 액정층과 인접하는 배향막을 배치하거나 또는 배향성 고분자 네트워크를 사용함으로써 액정 화합물이 배향된 상태로 존재할 수 도 있다.
다른 하나의 예시에서, 액정층은 화소 고립형 액정층(PILC)일 수 있다. 화소 고립형 액정층은 화소 별로 셀의 갭을 유지하기 위한 격벽 구조가 도입된 액정층을 의미한다. 화소 고립형 액정층은, 외부에 의해 인가되는 신호에 의해 정렬 방향이 변환될 수 있는 액정 화합물을 포함할 수 있다. 화소 고립형 액정층도, 이러한 액정 화합물의 정렬 상태를 이용하여 광투과도를 조절할 수 있다.
전기 변색 물질층은 예를 들면, 전기화학적 산화 환원 반응에 의하여 전기 변색 물질의 광투과도가 변하는 현상을 이용한다. 전기 변색 물질은 전기적 신호가 인가되지 상태에서 색을 띠지 않고, 전기적 신호가 인가된 상태에서 색을 띠게 될 수 있으므로, 광투과도를 조절할 수 있다.
광 변색 물질층은, 예를 들면, 특정 파장의 빛이 조사되는 경우 광변색 물질의 결합 상태가 변하여 색이 (가역적으로) 변하는 현상을 이용하여 광투과도를 가변할 수 있다. 일반적으로 광 변색 물질은 자외선에 노출되면 착색되고 가시광선을 조사하게 되면 본래의 엷은 색을 띠게 되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
전기 영동 물질층은, 예를 들어, 매질 액체와 전기 영동 물질의 조합에 의해 광 투과도를 가변할 수 있다. 하나의 예시에서, 전기 영동 물질로는, 양(+) 또는 음(-)의 전하를 띄고, 색을 갖는 입자를 사용할 수 있고, 상기 전기 영동 물질층의 상 하부에 존재하는 두 전극에 인가되는 전압에 따라 전기 영동 입자가 회전하거나 극성이 다른 전극 가까이로 이동하는 방식으로 광 투과도를 조절하여 원하는 색상을 표현할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
분산 입자 배향층은, 예를 들면, 나노 크기의 봉상 입자의 박막 적층체가 액정에 부유되어 있는 구조를 포함한다. 분산 입자 배향층은, 예를 들면, 외부 신호가 인가되지 않은 상태에서 부유 입자가 정렬되지 않은 상태로 존재하여 빛을 차단 및 흡수하고, 외부 신호가 인가된 상태에서 부유 입자가 정렬하여 빛을 통과시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광 변조층은, 광투과도 가변 특성을 조절한다는 측면에서, 이색성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「염료」는, 가시광 영역, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm 파장 범위 내에서 적어도 일부 또는 전체 범위 내의 광을 집중적으로 흡수 및/또는 변형시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있고, 용어 「이색성 염료」는 상기 가시광 영역의 적어도 일부 또는 전체 범위에서 광의 이방성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다. 이색성 염료로는, 예를 들면, 흑색 염료(black dye)를 사용할 수 있다. 이러한 염료로는, 예를 들면, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등으로 공지되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다..
[점착성 몰드층]
본 명세서에서 용어 「몰드층」은 소정의 형상을 가지도록 패턴화되어 있는 층을 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「점착성 몰드층」은 몰드층에 별도의 접착제/점착제 성분을 전사하지 않더라도 그 자체로 점착력을 나타내는 몰드층을 의미할 수 있다. 점착성 몰드층은 상부 기판과 하부 기판의 사이에 존재하며, 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지하도록 형성되어 있을 수 있다. 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지하도록 형성되어 있는 한, 점착성 몰드층의 패턴은 특별히 제한되지 않는다.
하나의 예시에서, 점착성 몰드층은 하나 이상의 기둥 패턴을 가지도록 패턴화되어 있을 수 있다. 이 경우 점착성 몰드층의 기둥 패턴은 상부 기판 및 하부 기판에 직접 부착된 상태로 존재할 수 있다.
점착성 몰드층의 기둥 패턴 높이, 면적, 간격, 형상, 배열 방식 등도 특별히 제한되지 않고, 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 점착성 몰드층의 기둥 패턴은, 하나 이상의 기둥 형상이 이격되어 존재하도록 패턴화되어 있거나 또는 격벽 형상으로 구획을 이루도록 패턴화되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 기둥 형상의 종류도 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 원 기둥, 타원 기둥, 또는 그 밖의 다각형의 단면을 가진 기둥 형상 등을 제한없이 적용할 수 있다. 또한, 격벽 형상이 이루는 구획의 형상도 원, 타원 그 밖의 다각형 형상 다면을 가지도록 제한없이 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 점착성 몰드층의 기둥 패턴의 높이는 목적하는 상부 기판과 하부 기판의 간격을 고려하여 상기 간격과 유사한 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 또한, 몰드층의 기둥 패턴의 면적 비율은 상부 기판과 하부 기판의 접착력에 관련된 것으로서, 목적하는 상부 기판과 하부 기판의 접착력을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
점착성 몰드층은 점착제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「점착제(Pressure Sensitive Adhesvie, PSA)」는 접착제의 일종으로, 물, 용제 열 등을 사용하지 않고, 접착제의 한 부분으로 가하여 주는 약간의 압력만으로도 피착제에 점착하는 기능을 가진 물질을 의미할 수 있다. 상기 점착제로는 예를 들어 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제, 고무계 점착제, 우레탄 점착제 등의 공지의 점착제를 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 점착제로는, 광학 투명 점착제 또는 광학 불투명 점착제를 사용할 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, 점착제로는 광학 투명 점착제(OCA; Optical Clear Adhesive)를 사용할 수 있다. OCA 타입의 점착제는, 액상으로 제공되는 OCR (Optical Clear Resin) 타입의 점착제와는 구분되는 개념으로서, 주로 고상, 반고상 또는 탄성 점착제 타입으로 제공될 수 있다. 이러나 OCA 타입의 점착제는, 예를 들어, 접착 대상이 합착되기 전에 경화되어 점착성을 나타낼 수 있다. 본 출원에서 OCA 타입의 점착제로는, OCA 타입의 점착제로 사용 가능한 것으로 당업계에 공지된 점착제 조성물의 경화체를 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 점착성 몰드층은 경화성 점착제 조성물의 경화체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「경화」는, 조성물에 포함되어 있는 성분의 물리적 또는 화학적 작용 내지는 반응을 통하여 상기 조성물이 접착성 또는 점착성을 발현하는 과정을 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 용어 「경화체」는 경화된 상태의 상기 조성물을 의미할 수 있다.
경화성 점착제 조성물은, 예를 들어, 경화성 화합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「경화성 화합물」은 경화성 관능기를 하나 이상 가지는 화합물을 의미할 수 있다. 상기 경화성 점착제 조성물은, 예를 들어, 열경화성 화합물, 활성 에너지선 경화성 화합물 또는 열경화성 화합물과 활성 에너지선 경화성 화합물을 모두 포함할 수 있고, 이러한 경화성 점착제 조성물을 경화시켜서 점착제를 형성할 수 있다. 상기에서 열경화성 화합물 또는 활성 에너지선 경화성 화합물은 경화가 각각 적절한 열의 인가 또는 활성 에너지선에 의해 유도되는 화합물을 의미한다. 상기에서 「활성 에너지선」의 범주에는 마이크로파(microwaves), 적외선(IR), 자외선(UV), X선 및 감마선은 물론, 알파-입자선(alpha-particle beam), 프로톤빔(proton beam), 뉴트론빔(neutron beam) 또는 전자선(electron beam)과 같은 입자빔이 포함될 수 있고, 통상적으로는 자외선 또는 전자선 등이 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 경화성 화합물로는 아크릴계 모노머, 실리콘계 모노머 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 점착제를 형성할 수 있는 것으로 알려진 공지의 모노머 성분을 사용할 수 있다.
점착성 몰드층은 패턴 높이를 유지하거나 또는 강성을 증가시킨다는 측면에서, 점착제 성분 이외에 유기 입자 또는 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 입자 또는 무기 입자는 점착제 성분 내에 분산된 상태로 존재할 수 있다. 유기 입자로는, 예를 들어, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 올레핀 수지, 나일론 수지, 멜라민 수지, 포름알데하이드 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리카보네이트 수지를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 무기 입자로는, 예를 들어, 안티몬, 주석, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 탄산칼슘, 황산바륨 또는 및 티타늄 산화물을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 유기 입자 또는 무기 입자의 크기 및 함량 비율은 특별히 제한되지 않고 사용 목적에 따라 적절히 조절될 수 있다.
도 2는 본 출원 제 2 실시예의 광학 소자의 모식도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 광학 소자는 수지층(201)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 수지층은 점착성 몰드층과 상부 기판 또는 하부 기판 사이에 존재할 수 있다. 도 2의 광학 소자는 수지층이 점착성 몰드층과 하부 기판의 사이에 존재하는 경우를 예시적으로 나타낸다. 이러한 수지층은 점착성 몰드층의 패턴과 유사한 패턴으로 점착성 몰드층과 상부 기판 또는 하부 기판 사이에 존재할 수 있다.
수지층은 하부 기판과 상부 기판의 간격 유지를 위해 사용되었던 종래의 몰드층 재료를 제한없이 적용할 수 있다. 이러한 수지층은 경화성 수지, 예를 들어 가열 경화성 수지 또는 광 경화성 수지, 예를 들어 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있다. 가열 경화성 수지로는, 예를 들어 실리콘 수지, 규소 수지, 프란 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리에스테르 수지 또는 멜라민 수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 자외선 경화성 수지로는 대표적으로 아크릴 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트 중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트 중합체, 에폭시 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 아크릴레이트 중합체 또는 폴리부타디엔 아크릴레이트 중합체, 실리콘 아크릴레이트 중합체 또는 알킬 아크릴레이트 중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
광학 소자는 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 전극층은 상부 기판 및/또는 하부 기판의 일면에 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 전극층은 상부 기판 및/또는 하부 기판의 중간층 측면에 형성되어 있을 수 있다. 또는, 전극층은 점착성 몰드층 상에 형성되어 있을 수도 있다. 도 3은 본 출원 제 3 실시예의 광학 소자의 모식도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 전극층(301A, 301B)은 상부 기판 및 하부 기판의 중간층 측면에 형성되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전극층은, 예를 들면, 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물 등을 증착하여 형성할 수 있다. 전극층은, 투명성을 가지도록 형성할 수 있다. 이 분야에서, 투명 전극층을 형성할 수 있는 다양한 소재 및 형성 방법이 공지되어 있고, 이러한 방법은 모두 적용될 수 있다. 필요한 경우에, 상부 및 하부 기판의 표면에 형성되는 전극층은, 적절하게 패턴화되어 있을 수도 있다.
광학 소자는 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배향막은 상부 기판 및/또는 하부 기판의 일면에 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 배향막은 상부 기판 및/또는 하부 기판의 중간층 측면에 형성되어 있을 수 있다. 광학 소자가 전극층을 포함하는 경우 배향막은 예를 들어 전극층에 비하여 중간층에 인접하도록 존재할 수 있다. 또는 배향막은 점착성 몰드층 상에 형성되어 있을 수도 있다. 도 4은 본 출원 제 4 실시예의 광학 소자의 모식도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 배향막(401A, 402B)은 상부 기판(101) 및 하부 기판(102) 상에 형성된 한 쌍의 전극층(301A, 301B)의 중간층(103) 측면에 형성되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향막으로는 당업계에 공지된 배향막을 제한없이 적용할 수 있고, 예를 들어, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막 또는 광배향막 화합물을 포함하여 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전극층 및/또는 배향막이 하부 기판 및/또는 상부 기판 상에 형성되는 경우, 몰드층의 오목한 영역의 잔막의 두께를 조절하여, 전극층 및/또는 배향막을 몰드층의 외부로 노출되도록 하거나 또는 몰드층의 오목한 영역에 가려지도록 하는 것을 조절할 수 있다.
본 출원은 또한, 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은 전술한 광학 소자의 제조 방법일 수 있다. 예시적인 광학 소자의 제조 방법은, 상부 기판, 상기 상부 기판과 대향 배치된 하부 기판 및 상기 상부 기판 및 하부 기판의 사이에 존재하는 중간층을 포함하는 광학 소자의 제조방법으로서, 상부 기판과 하부 기판을 점착성 몰드층으로 서로 대향 배치되도록 합착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제조 방법에서 상부 기판, 하부 기판, 중간층, 점착성 몰드층에 대한 구체적인 사항은 광학 소자의 항목에서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
예시적인 제조 방법은 상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계 전에, 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지할 수 있도록 상부 기판 또는 하부 기판 상에 점착성 몰드층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상부 기판 또는 하부 기판 상에 점착성 몰드층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 상부 기판 또는 하부 기판 상에 존재하는 점착제를 목적하는 몰드층의 패턴으로 패턴화하는 것에 의하여 형성할 수 있다. 몰드층의 패턴은, 광학 소자의 항목에서 기술한 바와 같이, 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지할 수 있도록 형성되는 한, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 기둥 패턴을 가지도록 패터닝할 수 있다.
점착제를 패터닝하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서, 당 업계에 공지된 점착제의 패터닝 방식을 적절히 적용할 수 있다. 예를 들어, 점착제의 패터닝은 포토리소그래피, 임프린팅, 코팅 및 인쇄 방식 중 하나의 이상의 방식에 의하여 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이하, 상기 점착제의 패터닝 방식에 대하여 구체적으로 설명한다.
하나의 예시에서, 도 5에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 점착제는 포토리소그래피 방식에 의하여 패터닝될 수 있다. 구체적으로, 포토리소그래피 방식은, 점착제 조성물(501)을 상부 기판 또는 하부 기판 (도 5에 하부 기판, 102 도시) 상에 도포하고, 점착제 조성물 상에 목적하는 몰드층의 패턴을 가진 패턴 마스크(502)를 위치시킨 후, 자외선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 점착제 조성물을 도포하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 롤 코팅, 바 코팅, 콤마 코팅, 잉크젯 코팅 또는 스핀 코팅 등의 통상의 코팅 방식으로 코팅하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 포토리소그래피 방식에 있어서, 상기 점착제 조성물로는 자외선 경화성 점착제 조성물을 사용할 수 있다. 자외선 경화성 점착제 조성물에 대한 구체적인 사항은 광학 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 상기 방식에서, 점착제 조성물 중 자외선이 조사된 영역은 경화되어 점착성을 나타낼 수 있고, 패턴 마스크에 의하여 자외선이 조사되지 않은 영역은 액상으로 남아 있으므로 워싱(washing) 공정을 통하여 제거될 수 있으므로, 패터닝된 점착제를 제조할 수 있다. 점착제 조성물의 세정 방식으로는, 당 업계에 공지된 방식을 특별한 제한 없이 적용할 수 있고, 예를 들어, IPA 또는 DI Water 등을 이용하여 세정할 수 있다. 포토리소그래피 방식에서는, 경화 후 점착제와 패턴 마스크를 용이하게 분리 하기 위하여 패턴 마스크에 이형 처리를 수행하거나 또는 이형지를 점착제 조성물의 층과 마스크 사이에 위치시킬 수도 있다.
다른 하나의 예시에서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 점착제는 임프린팅 방식에 의하여 패터닝될 수 있다. 구체적으로, 임프린팅 방식은, 상부 기판 또는 하부 기판 (도 6에 하부 기판, 102 도시)상에 점착제 조성물(501)을 도포하고, 점착제 조성물 상에 목적하는 몰드층의 패턴을 전사할 수 있는 패턴을 가진 임프린팅용 몰드(601)를 접촉시킨 후 제거하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 임프린팅용 몰드로는 당업계게 공지된 임프린팅용 몰드를 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들어, 소프트 몰드를 사용할 수 있다. 소프트 몰드의 재료로는, 당업계에 공지된 소프트 몰드의 재료를 적용할 수 있고, 예를 들어, 플렉서블 어드헤시브 레진(flexible adhesive resin) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 임프린팅 방식에 있어서, 점착제 조성물의 경화를 위한 경화 공정이 추가로 수행되며, 예를 들어, 점착제 조성물의 경화를 위한 적절한 에너지의 인가, 예를 들어, 열 및/또는 광의 조사를 통해 수행될 수 있다. 경화를 위한 에너지는 예를 들어, 자외선일 수 있다. 경화를 위한 에너지의 인가 조건은 상기 점착제 조성물이 적절히 경화될 수 있도록 수행되는 한 특별히 제한되지 않는다. 경화를 위한 에너지의 조사는 예를 들어, 임프린팅용 몰드를 점착제 조성물에 접촉하기 전, 혹은 동시에, 혹은 그 후에 수행될 수 있다. 또한, 상기 임프린팅 방식에 있어서도, 점착제 조성물 및/또는 점착제와 임프린팅용 몰드를 용이하게 분리하기 위하여 임프린팅용 몰드에 이형 처리를 수행할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 점착제는 임프린팅 방식과 포토리스소그래피 방식을 동시에 적용하여 패턴화할 수 있다. 이 경우, 상기 임프린팅 방식과 포토리소그래피 방식의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있고, 예를 들어, 임프린팅용 몰드를 통하여 패턴이 형성되는 부분 이외에 마스킹될 수 있도록, 패턴 마스크를 위치시킬 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 점착제는 코팅 또는 프린팅 방식에 의하여 패터닝될 수 있다. 구체적으로, 상부 기판 또는 하부 기판 상에 점착제 조성물(501)을 목적하는 몰드층의 패턴으로 코팅 또는 프린팅한 후, 점착제 조성물을 경화함으로써 수행될 수 있다. 점착제 조성물의 경화는, 전술한 바와 같이, 경화를 위한 적절한 에너지를 인가 하는 것에 의하여 수행될 수 있다. 코팅 또는 프린팅 방식은 특별히 제한되지 않고 당업계에 공지된 코팅 또는 프린팅 방식을 적용할 수 있다. 예를 들어, 잉크젯 코팅, 스크린프린팅 등의 방식을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 제조 방법에서, 상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계는, 중간층을 형성하는 단계와 동시와 또는 그 후에 수행될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기에서 중간층은 중간층을 형성하기 위한 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 조성물은, 중간층을 형성하는 과정에서, 액상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 중간층을 형성하기 위한 조성물로는 예를 들어, 광학 소자의 항목에서 전술한 광 변조층 또는 발광층 등의 중간층의 전구 조성물일 수 있다.
하나의 구체적인 예시에서, 도 9에 나타낸 바와 같이, 중간층을 형성하기 위한 조성물을 상부 기판(101)과 하부 기판(102)의 사이에 스퀴징 라미네이트함으로써 중간층(104)을 형성함과 동시에 상부 기판과 하부 기판을 합착할 수 있다. 또는, 다른 하나의 구체적인 예시에서, 중간층을 형성하기 위한 조성물을 상부 기판 및 하부 기판 중에서, 몰드층이 형성되어 있는 기판 또는 형성되어 있지 않은 기판 상에 도포하여 중간층을 형성한 후, 상부 기판과 하부 기판을 적층함으로, 중간층을 형성한 후에 상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계가 수행될 수 있다.
예시적인 제조 방법에 있어서, 상부 기판과 하부 기판의 합착 후 점착성 몰드층과 기판의 간의 점착력 증가 및/또는 몰드층의 강성 증가 등을 위하여 추가 경화 공정을 수행할 수도 있으나, 필수적인 것은 아니다.
또한, 예시적인 제조 방법은, 광학 소자의 항목에서 전술한 바와 같이, 전극층 및/또는 배향막을 더 포함하도록 광학 소자를 제조할 수도 있다. 이 경우, 전극층 및/또는 배향막을 하부 기판 또는 상부 기판 상에 형성한 후에 상부 기판과 하부 기판을 합착될 수 있다. 상기에서 전극층 및/또는 배향막은 점착성 몰드층이 형성된 후에 몰드층의 상부에도 형성될 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 광학 소자의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 광학 소자는 점착성 몰드층을 이용하여 상부 기판과 하부 기판이 적절한 간격을 유지하면서 서로 부착된 상태로 존재할 수 있으므로, 플렉서블 소자로 구현될 수 있으며, 제조 후에 롤투롤 공정에 적용하는 것도 유리하다.
이러한 광학 소자는 다양한 표시 장치에 포함되어 사용될 수 있다. 상기 표시 장치는, 예를 들면, 전계 발광 표시 장치(Electroluminescence Display; ELD), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device; LCD), 전기 변색 표시 장치(Electrochromic Display; ECD), 광 변색 표시 장치(Photochromic Display; PCD), 전기 영동 표시 장치(Electro Phoretic image Display; EPD), 분산 입자 배향형 표시 장치(Suspended Particle Display; SPD)등 일 수 있다. 상기 표시 장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 광학 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
예시적인 광학 소자는 점착성 몰드층을 이용하여 상부 및 하부 기판을 적절한 간격을 유지하면서 서로 부착시킬 수 있으므로, 플렉서블 소자로 구현될 수 있으며, 제조 후에 롤투롤 공정에 적용하는 것도 유리하다. 이러한 광학 소자는 LCD 등의 다양한 표시 장치에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 출원의 광학 소자의 예시적인 모식도이다.
도 5 내지 8은 점착제의 패터닝 공정의 예시적인 모식도이다.
도 9는 스퀴징 라미네이트 공정의 예시적인 모식도이다.
도 10은 실시예의 점착성 몰드층의 제조 공정의 모식도이다.
도 11은 실시예의 패턴 마스크의 패턴 이미지이다.
도 12는 실시예의 점착성 몰드층의 패턴 이미지이다.
도 13은 실시예의 액정셀의 제조 공정의 모식도이다.
도 14는 실시예의 액정셀의 구동 이미지이다.
도 15는 실시예 및 비교예의 액정셀의 전압에 따른 헤이즈 평가 결과이다.
도 16은 실시예 및 비교예의 액정셀의 박리력 평가 결과이다.
이하, 본 출원에 따른 실시예를 통하여 상기 광학 소자를 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
점착성 몰드층의 제조
점착성 몰드층을 도 10의 공정 모식도에 따라 제조하였다. 먼저, ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 (100mm x 100mm) (이하, 하부 기판)과 이형지 사이에 점착제 조성물을 약 15㎛의 두께로 스퀴징 라미네이트하였다. 상기에서 이형지로는 Si 코팅된 PET film(LG화학社)를 사용하고, 점착제 조성물로는 광 경화성 OCA 조성물(UV-PSA(L-1), 애경社)을 사용하였다. 다음으로, 이형 필름 상부에 패턴 마스크 (open영역#1: 20㎛ 폭의 정사각형, open영역#2: 100㎛ 폭의 라인) 를 위치시킨 후, 1 J/cm2 세기의 자외선을 조사하였다. 다음으로, 패턴 마스크 및 이형지를 제거한 후, IPA 세정 및 건조를 수행하여, 자외선이 조사되지 않은 영역의 점착제 조성물을 제거함으로써, 점착성 몰드층을 제조하였다. 도 11은 패턴 마스크의 패턴 이미지를 나타내\고, 도 12는 점착성 몰드층의 패턴 이미지를 나타낸다.
액정셀의 제조
도 13의 공정 모식도에 따라 DSM (Dynamic Scattering Mode)의 액정셀을 제조하였다. 구체적으로, 상기 제조된 점착성 몰드층과 ITO(Indium Tin Oxide)층이 증착된 PET(Polyethylene terephthalate) 필름 (100mm x 100mm) (이하, 상부 기판) 사이에 DSM 액정 조성물을 스퀴징 라미네이트하였다. DSM 액정 조성물로는 액정 화합물(HCM009, HCCH社), 이방성 염료(X12, BASF社) 및 MAT-13-1422(굴절률 이방성: 0.153, 유전율 이방성: -5.0, Merck社)를 HCM009: X12:MAT-13-1422=10:1.0:90의 중량 비율로 혼합한 염료-액정 조성물을 사용하였다.
도 14는 실시예의 액정셀의 구동 이미지를 나타낸다. 도 14의 (a)는 Off 상태 (0V)의 액정셀의 이미지를 나타내고, 도 14의 (b)는 On 상태(액정셀의 상하 ITO 층에 AC 전원을 연결하여 40V의 전계를 인가)의 액정셀의 이미지를 나타낸다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 액정셀에 전계를 인가한 경우 헤이즈가 유발된다.
비교예
점착제 조성물 대신에 기존 사용되는 몰드용 레진(미뉴타텍, KDA-03)을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방식을 이용하여 몰드층 및 액정셀을 제조하였다.
평가예 1: 전압에 따른 헤이즈 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 액정 셀에 대하여 전압에 따른 헤이즈를 평가하고 그 결과를 도 15에 나타내었다. 구체적으로, 액정셀의 상하 ITO-PET필름의 ITO 층에 AC 전원을 연결하고 구동시키면서 인가된 전압에 따른 헤이즈를 헤이즈 미터(NDH-5000SP)를 이용하여 측정하였다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 실시예가 비교예 대비 동등한 수준의 헤이즈 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
평가예 2; 접착력 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 액정셀에 대하여 접착력을 평가하고 그 결과를 도 16에 나타내었다. 구체적으로, Texture Analyzer를 이용하여 하부 기판의 점착성 몰드층과 상부 기판의 90도 박리력을 측정하여 접착력을 평가하였다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 실시예는 약 0.205 N/cm 내지 0.177 N/cm의 박리력을 나타내는 반면, 비교예는 박리력을 나타내지 못한다.
101: 상부 기판
102: 하부 기판
103: 중간층
104: 점착성 몰드층
G: 하부 기판과 상부 기판의 간격
201: 수지층
301A, 301B: 전극층
401A, 401B: 배향막
501: 점착제 조성물
502: 패턴 마스크
601: 임프린팅용 몰드

Claims (21)

  1. 상부 기판; 상기 상부 기판과 대향 배치된 하부 기판; 상기 상부 기판과 하부 기판의 사이에 존재하는 중간층; 및 상기 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지하도록 형성된 점착성 몰드층을 포함하는 광학 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상부 기판 및 하부 기판 중 하나 이상의 기판은 플렉서블 기판인 광학 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    점착성 몰드층은 하나 이상의 기둥 패턴을 가지도록 패턴화되어 있고, 상기 기둥 패턴이 상부 기판 및 하부 기판에 직접 부착된 상태로 존재하는 광학 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    점착성 몰드층은 점착제 (Pressure Sensitive Adhesive)를 포함하는 광학 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    점착성 몰드층은 경화성 점착제 조성물의 경화체를 포함하는 광학 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    점착성 몰드층은 유기 입자 또는 무기 입자를 추가로 포함하는 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    중간층은 상부 기판과 하부 기판의 사이에 점착성 몰드층이 존재하지 않는 영역에 존재하는 광학 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    중간층은 액상 물질을 포함하는 광학 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    중간층은 광 변조 물질을 포함하는 광 변조층 또는 발광 물질을 포함하는 발광층인 광학 소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 광 변조층은 액정층, 전기 변색 물질층, 광 변색 물질층, 전기 영동 물질층 또는 분산 입자 배향층인 광학 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상부 기판 또는 하부 기판의 일면에 형성된 전극층을 포함하는 광학 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상부 기판 또는 하부 기판의 일면에 형성된 배향막을 포함하는 광학 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    점착성 몰드층과 상부 기판 또는 하부 기판 사이에 존재하는 수지층을 추가로 포함하는 광학 소자.
  14. 상부 기판, 상기 상부 기판과 대향 배치된 하부 기판 및 상기 상부 기판 및 하부 기판의 사이에 존재하는 중간층을 포함하는 광학 소자의 제조방법으로서, 상부 기판과 하부 기판을 점착성 몰드층으로 서로 대향 배치되도록 합착하는 단계를 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계 전에 상부 기판과 하부 기판의 간격을 유지할 수 있도록 상부 기판 또는 하부 기판 상에 점착성 몰드층을 형성하는 광학 소자의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    점착성 몰드층은 점착제를 하나 이상의 기둥 패턴을 가지도록 패터닝함으로써 형성하는 광학 소자의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    점착제의 패터닝은 포토리소그래피, 임프린팅, 코팅 및 인쇄 방식 중 하나의 이상의 방식에 의하여 수행되는 광학 소자의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    포토리소그래피 또는 임프린팅 공정은 패턴 마스크 또는 임프린팅용 몰드를 분리하기 위한 이형 처리 공정을 추가로 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계는, 중간층을 형성하는 단계와 동시에 또는 그 후에 수행되는 광학 소자의 제조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상부 기판과 하부 기판을 합착하는 단계 후에 경화 공정을 추가로 수행하는 광학 소자의 제조 방법.
  21. 제 1 항의 광학 소자를 포함하는 표시 장치.
KR1020150096497A 2015-07-07 2015-07-07 광학 소자 KR101941113B1 (ko)

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