KR20190019843A - 기판 - Google Patents

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KR20190019843A
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이승헌
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배남석
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 출원은 기판 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 순차 형성된 기재층, 흑색층 및 스페이서를 포함하는 구조의 기판에서 상기 스페이서의 기재층 또는 흑색층에 대한 밀착성이 우수하고, 적합한 암색화 특성이 확보된 기판을 제공할 수 있고, 또한, 상기와 같은 기판을 열처리 등의 별도의 처리 없이도, 이물의 발생 등의 부작용이 없이 효과적으로 제조할 수 있는 제조 방법이 제공될 수 있다.

Description

기판{Substrate}
본 출원은 2017년 8월 18일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0104654호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 기판 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
대향 배치된 기판의 사이에 액정 화합물을 포함하는 광변조 물질을 배치시켜서 광의 투과율이나 색상 또는 반사도 등을 조절할 수 있도록 한 광학 디바이스는 공지이다.
예를 들면, 특허 문헌 1은 액정 호스트(liqid crystal host)와 이색성 염료 게스트(dichroic dye guest)의 혼합물을 적용한 소위 GH셀(Guest host cell)을 개시하고 있다.
이러한 장치에서는 기판 사이의 간격을 유지하기 위해서 소위 스페이서가 상기 기판의 사이에 위치한다.
광학 디바이스가 구현하는 상태에 따라서 스페이서를 암색화하여야 하는 경우가 있다. 스페이서를 암색화하는 방법으로는, 기재층상에 흑색층을 형성하고, 그 위에 스페이서를 형성하여, 기재층측 또는 그 상부에서 관찰하였을 때에 스페이서가 흑색으로 보이도록 하는 방법이 있다.
특허문헌 1: 유럽 특허공개공보 제0022311호
본 출원은 기판 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 출원은 적절한 암색화가 확보된 상태에서 스페이서와 기재층 및/또는 스페이서와 흑색층간의 우수한 밀착성이 확보된 기판을 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기와 같은 기판을 이물 발생 등의 부작용 없이 간단하고, 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 통상 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 한 온도 또는 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
본 출원은 기판 및 그 제조 방법에 대한 것이고, 일 예시에서 상기 기판은, 기재층 및 상기 기재층상에 존재하는 스페이서를 포함하고, 상기 스페이서와 기재층의 사이에 흑색층을 또한 포함하는 구조를 가질 수 있다. 도 1 및 2는, 본 출원의 예시적인 기판으로서, 기재층(10)상에 상기 스페이서(20)가 존재하는 경우를 보여주는 도면이다.
본 출원의 기판에서 상기 스페이서는, 상기 기재층 혹은 상기 스페이서가 접하고 있는 기재층의 요소(예를 들면, 전극층이나 상기 흑색층)에 대해서 우수한 부착력을 나타낸다.
예를 들면, 상기 기재층의 상기 스페이서가 형성된 면에 박리 테스트를 수행하여 측정한 상기 스페이서의 소실율은 15% 이하 정도일 수 있다. 상기 박리 테스트는, 박리력이 대략 3.72N/10mm 내지 4.16 N/10mm 수준의 점착 테이프를 부착하고, 상기 기재층의 스페이서가 형성된 면에 부착 후 박리하여 수행한다. 상기 점착 테이프로는, 니치반 테이프(Nichiban Tape) CT-24로 공지된 테이프를 사용할 수 있다. 상기 니치반 테이프는 JIS Z 1522 규격에 따라 180도의 박리 각도로 측정한 박리력이 대략 3.72N/10mm 내지 4.16 N/10mm 수준이다. 상기 니치반 테이프 CT-24를 상기 스페이서가 형성된 기재층의 면에 폭이 24 mm이고, 길이가 40 mm인 직사각형 형태의 부착 면적으로 부착한 후에 상기 니치반 테이프 CT-24를 약 30 mm/s의 박리 속도 및 약 180도의 박리 각도로 길이 방향으로 박리하여 상기 박리 테스트를 수행할 수 있다. 상기 박리 테스트를 수행하여 측정한 상기 스페이서의 소실율은 15% 이하, 13% 이하, 11% 이하, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하 또는 0.5% 이하일 수 있다. 상기에서 소실율은 상기 부착 면적 내에 존재하는 모든 스페이서의 개수 대비 상기 점착 테이프 박리 후에 소실된 스페이서의 개수의 백분율일 수 있다. 적용 용도에 따라서 다르지만, 통상 상기와 같은 부착 면적 내에는 스페이서가 10,000개 내지 40,000개 정도 존재할 수 있는데, 이러한 스페이서 중에서 소실되는 스페이서의 비율이 상기 범위로 유지될 수 있다.
본 출원의 기판 구조의 경우, 흑색층의 존재 등에 의해서 스페이서 재료의 경화율 조절이 쉽지 않고, 따라서 위와 같이 우수한 밀착력의 스페이서의 형성은 매우 어렵다. 그렇지만, 본 출원의 후술하는 제조 방법에 의하면, 암색화가 효과적으로 이루어진 상태에서 전술한 우수한 밀착성이 확보될 수 있다.
스페이서가 이러한 밀착성을 나타내는 경우에는, 그 표면에 배향막이 형성되고, 러빙 등의 배향 처리가 진행되는 경우에도 안정적으로 스페이서가 유지될 수 있어서 최종적으로 뛰어난 성능의 제품 제조가 가능하다. 또한, 스페이서가 형성된 기판은, 실제 제품에 적용되기 전까지 스페이서가 형성된 표면에 보호용 점착 필름이 부착된 상태로 유지될 수 있는데, 그러한 구조에서 점착 필름을 박리하여도 패턴이 소실되지 않고, 안정적으로 유지될 수 있다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이, LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 공지의 광학 디바이스의 구성에서 기판에 사용되는 임의의 기재층이 적용될 수 있다. 예를 들면, 기재층은 무기 기재층이거나 유기 기재층일 수 있다. 무기 기재층으로는 글라스(glass) 기재층 등이 예시될 수 있고, 유기 기재층으로는, 다양한 플라스틱 필름 등이 예시될 수 있다. 플라스틱 필름으로는 TAC(triacetyl cellulose) 필름; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer) 필름; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 필름; PC(polycarbonate) 필름; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀 필름; PVA(polyvinyl alcohol) 필름; DAC(diacetyl cellulose) 필름; Pac(Polyacrylate) 필름; PES(poly ether sulfone) 필름; PEEK(polyetheretherketon) 필름; PPS(polyphenylsulfone) 필름, PEI(polyetherimide) 필름; PEN(polyethylenemaphthatlate) 필름; PET(polyethyleneterephtalate) 필름; PI(polyimide) 필름; PSF(polysulfone) 필름 또는 PAR(polyarylate) 필름 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 상기 기재층은 소위 플렉서블 기재층일 수 있다. 본 출원의 경우 플렉서블 기재층에 대해서도 후술하는 흑색층을 크렉(crack) 등의 결함 없이 효과적으로 형성할 수 있고, 기재층이 적용 용도 등에 따라서 벤딩(bending)되는 경우에도 흑색층의 내구성이 확보될 수 있다. 플렉서블 기재층의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 전술한 기재층 중에서 주로 플라스틱 필름이나, 박막 유리(thin glass)와 같은 매우 얇은 무기 기재 등도 플렉서블 기재층으로 사용될 수 있다.
본 출원의 기판에서 상기 기재층의 두께도 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라서 적정 범위가 선택될 수 있다.
기재층상에는 스페이서가 존재한다. 상기 스페이서는 상기 기재층에 고정되어 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 스페이서는 상기 기재층에 직접 접하여 고정되어 있거나, 혹은 기재층과 스페이서의 사이에 다른 층이 존재하는 경우에 해당 다른층상에 고정되어 있을 수 있다. 상기 다른 층의 종류에는 광학 디바이스의 구동에 필요한 공지의 층이 포함되고, 예를 들면, 후술하는 전극층이나 흑색층 등이 예시될 수 있다.
본 출원의 기판의 일 예시에서는 상기 스페이서는 투명 컬럼 스페이서일 수 있으며, 상기 투명 컬럼 스페이서의 하부에 흑색층이 형성되어 있을 수 있다.
상기에서 스페이서가 투명하다는 것은, 가시광 영역 중 적어도 어느 하나의 파장 영역 또는 그 전체 파장 영역의 광에 대한 투과율이 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상인 경우를 의미하고, 이러한 경우에 상기 투과율의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 상기와 같은 투명 컬럼 스페이서는, 투명한 수지를 사용하여 후술하는 방식으로 형성할 수 있다. 통상 가시광 영역은 대략 380 nm 내지 720 nm이고, 일 예시에서 상기 투과율은 대략 550 nm의 파장에서 측정할 수 있다.
본 출원에서 상기 컬럼 스페이서의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 원기둥형이나 삼각, 사각, 오각 또는 육각 기둥형과 같은 다각 기둥형이나, 후술하는 반구형, 메쉬형 또는 기타 다른 형태가 모두 적용될 수 있다. 도 1은 사각 기둥형의 스페이서(20)가 적용된 단면도이고, 도 2는 반구형 스페이서(20)가 적용된 단면도이다.
본 출원에서 상기 투명 컬럼 스페이서의 하부, 즉 상기 투명 컬럼 스페이서와 기재층의 사이에 흑색층이 존재한다.
본 명세서에서 용어 상부는, 기재층에서 상기 기재층상에 형성된 스페이서를 향하는 방향을 의미하고, 하부는 상기 상부의 반대 방향을 의미한다. 또한, 상기에서 흑색층은 광학 밀도(optical density)가 대략 1 내지 6 정도인 층을 의미할 수 있다. 상기 흑색층은, 기판의 상부 및 하부 중 어느 한 방향에서 관찰하였을 때에 상기 광학 밀도를 나타낼 수도 있고, 경우에 따라서는 상부 및 하부 양측 모두에서 관찰하였을 때에 상기 광학 밀도를 나타낼 수 있다. 상기 광학 밀도는, 상기 흑색층의 투과율(transmittance, 단위: %)을 측정한 후에 이를 광학 밀도의 수식(광학 밀도= -log10(T), T는 상기 투과율)에 대입하여 구할 수 있다. 광학 밀도는, 다른 예시에서 약 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상 정도일 있거나, 약 5.5 이하 또는 5 이하 정도일 수 있다.
도 3은, 반구형, 원기둥형, 사각기둥형 또는 메쉬형 스페이서의 상부 또는 하부에 흑색층이 형성된 경우를 보여주는 모식도이다.
광의 투과율, 색상 및/또는 반사도를 조절할 수 있는 광학 디바이스에서 스페이서가 존재하는 영역은 광학적으로 비활성 영역이 된다. 따라서, 경우에 따라서는 상기 스페이서가 존재하는 영역을 블랙화할 필요성이 있다. 이를 위해서, 예를 들면, 스페이서 자체를 블랙으로 하는 방법, 예를 들면, 블랙 수지를 사용하여 컬럼 스페이서를 제작하는 방법을 고려할 수 있지만, 이러한 경우에는 블랙 수지 자체가 광을 흡수하게 되어 경화 공정이 쉽지 않기 때문에 고단차의 스페이서를 제작하는 것이 용이하지 않다. 그러나, 상기와 같은 구조의 도입을 통해 고단차로 형성되면서도 광학 디바이스 구동 시에 비활성 영역에 의한 광학 특성의 저하를 방지하는 기판을 형성할 수 있다. 또한, 후술하는 방식에 의해 상기 구조를 형성하게 되면, 전술한 우수한 밀착성을 가지는 기판의 제조도 가능하다.
예를 들면, 상기 스페이서의 높이는 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 높이는 다른 예시에서 3㎛ 이상, 5㎛ 이상, 7㎛ 이상, 9㎛ 이상, 11㎛ 이상, 13㎛ 이상, 15㎛ 이상, 17㎛ 이상, 19㎛ 이상, 21㎛ 이상, 23㎛ 이상, 25㎛ 이상 또는 27㎛ 이상일 수 있으며, 48㎛ 이하, 46㎛ 이하, 44㎛ 이하, 42㎛ 이하, 40㎛ 이하, 38㎛ 이하, 36㎛ 이하, 34㎛ 이하, 32㎛ 이하, 30㎛ 이하, 28㎛ 이하 또는 26㎛ 이하일 수도 있다.
상기 흑색층은, 흑색을 구현할 수 있는 다양한 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 흑색층은, 금속층, 금속 산화물층, 금속 질화물층 또는 금속 산질화물층이거나, 안료 또는 염료를 포함하는 층일 수 있다.
흑색층의 구체적인 소재는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, Ni, V, W, Ta, Mo, Nb, Ti, Fe, Cr, Co, Al 또는 Cu 등의 금속, 상기 금속 중 2종 이상을 포함하는 합금 금속, 상기 금속의 산화물, 질화물 또는 산질화물 등이 사용될 수 있고, 흑색을 구현할 수 있는 다양한 안료 또는 염료도 사용될 수 있다.
목적에 따라 상기 흑색층은, 단층 구조이거나 다층 구조일 수 있다. 일 예시에서 공정의 효율성을 확보하면서도 목적하는 암색화를 달성할 수 있게 하기 위해 상기 흑색층은 다층 구조일 수 있다. 예를 들면, 상기 흑색층은, 금속층인 제 1 층과 금속 산화물층, 금속 질화물층 또는 금속 산질화물층인 제 2 층을 포함하는 2층 구조 또는 상기 제 1 층의 양측에 상기 제 2 층이 형성되어 있는 3층 구조의 다층 구조일 수 있다. 상기 제 2 층은 일 예시에서 금속 산질화물층일 수 있다. 도 4 및 5는 상기와 같은 제 1 층(301)과 제 2 층(302)이 형성된 3층 구조의 흑색층이 형서오딘 기판의 예시이다. 이와 같은 다층 구조에서는 상기 제 1 층과 제 2 층이 나타내는 고유의 굴절률, 투과 특성 및/또는 반사 특성이 서로 연계되어 적절한 암색화가 달성될 수 있으며, 특히 상기 언급한 3층 이상의 다층 구조의 경우 흑색층의 양면 모두에서 적절한 암색화가 달성될 수 있다. 상기 제 1 층 및 제 2 층에서 사용되는 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 및/또는 금속 산질화물의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 언급된 재료 중에서 적절한 종류가 선택될 수 있다. 하나의 예시에서는 상기 제 2 층은 상기 제 1 층에서 적용된 것과 동일한 금속을 포함하는 산화물, 질화물 또는 산질화물을 가질 수 있다.
상기와 같은 스페이서와 흑색층은, 상부 또는 하부에서 관찰하였을 때에 서로 서로 중첩되어 있을 수 있다.
상기 흑색층은, 상기 스페이서의 바닥부와 동일하거나 그보다 작은 면적을 가질 수 있다. 즉, 예를 들어, 흑색층은 실질적으로 스페이서가 존재하는 면적 내에서만 존재할 수 있다. 예를 들면, 상기 흑색층의 면적(B)과 상기 스페이서의 바닥부의 면적(T)의 비율(T/B)은 0.5 내지 1.5의 범위 내일 수 있다. 상기 비율(T/B)은 다른 예시에서 약 0.55 이상, 약 0.6 이상, 약 0.65 이상, 약 0.7 이상, 약 0.75 이상, 약 0.8 이상, 약 0.85 이상, 약 0.9 이상 또는 약 0.95 이상일 수 있다. 또한, 상기 비율(T/B)은 다른 예시에서 약 1.45 이하, 약 1.4 이하, 약 1.35 이하, 약 1.3 이하, 약 1.25 이하, 약 1.2 이하, 약 1.15 이하, 약 1.1 이하 또는 약 1.05 이하일 수 있다. 이와 같은 배치에서 스페이서의 기판에 대한 적절한 부착력을 확보하면서, 광학 디바이스의 구동 시에 빛샘 등이 유발되는 것을 적절하게 방지할 수 있다.
상기와 같은 흑색층은, 목적하는 단차 및 암색화 등을 고려하여 적절한 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 흑색층의 두께는, 30 nm 내지 5000 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 흑색층이 다층 구조로 형성되는 경우의 각 층의 두께도 목적하는 단차 및/또는 암색화 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 언급한 다층 구조에서 제 1 층 및 제 2 층의 각각은, 30 nm 내지 200 nm의 범위 내에서 두께를 가질 수 있다.
일 예시에서 상기 흑색층은, 물리적 연성(Physical Ductility)값이 0.6 이상인 소재를 기반으로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 용어 물리적 연성값은, 소재별로 업계에서 공지된 값이며, 재료의 푸아송비(Poisson ratio)(v)를 기반으로 하기 수식 A 및 B를 통해서 구해지는 값이다. 물리적 연성값은 0 내지 1의 범위 내의 값을 가지고, 1에 가까울수록 Ductile한 특성을 가지는 것을 의미한다.
[수식 A]
Figure pat00001
수식 A에서 v는 재료의 푸아송비이다.
[수식 B]
Figure pat00002
수식 B에서 D는 물리적 연성값이고, x는 수식
Figure pat00003
로 구해지는 값이며, 상기에서 κ는 수식 A에서 구해지는 값이다.
상기 흑색층은 상기 물리적 연성(Physical Ductility)값이 0.55 이상인 소재를 포함할 수 있고, 상기 소재는 예를 들면 금속일 수 있다. 상기와 같은 소재를 적용함으로써 흑색층의 형성 과정이나, 기판이 용도에 따라서 벤딩되는 경우 등에 있어서 크랙이 발생하거나, 기타 결점(Defect)이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 상기 물리적 연성치는 다른 예시에서 약 1 이하, 약 0.95 이하, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하, 약 0.7 이하 또는 약 0.65 이하 정도일 수도 있고, 약 0.6 이상일 수도 있다. 이러한 소재로는, 예를 들면, 금(Au, Physical Ductility: 약 0.93), 납(Pb, lead, Physical Ductility: 약 0.93), 니오븀(Nb, Physical Ductility: 약 0.82), 팔라듐(Pd, Physical Ductility: 약 0.80), 플래티늄(Pt, Physical Ductility: 약 0.76), 은(Ag, Physical Ductility: 약 0.73), 바나듐(V, Physical Ductility: 약 0.73), 주석(Sn, Physical Ductility: 약 0.69), 알루미늄(Al, Physical Ductility: 약 0.65) 또는 구리(Cu, Physical Ductility: 약 0.62) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 이미 기술한 흑색층과 관련된 내용은 상기 물리적 연성치가 0.6 이상인 소재를 사용하여 동일하게 적용될 수 있다.
예를 들면, 금속층, 금속 산화물층, 금속 질화물층 및/또는 금속 산질화물층은 상기 물리적 연성값이 0.6 이상인 금속을 사용하여 형성할 수 있고, 단층 또는 다층 여부, 두께, 기타 형태 등에 대한 내용도 동일하게 적용될 수 있다.
흑색층과 함께 형성되는 스페이서의 형태는 전술한 바와 같이 특별히 제한되지 않는다.
일 예시에서 상기 스페이서는, 적어도 상부에는 반구부가 형성되어 있는 반구형 스페이서일 수 있다. 이러한 반구부를 가지는 스페이서를 적용함으로써, 상기 스페이서가 형성된 기재층에 배향막을 형성한 후에 러빙 배향 또는 광배향 등의 배향 처리를 진행하는 경우에도 상기 스페이서에 의한 단차의 영향 없이 스페이서가 존재하는 영역에서도 균일한 배향 처리가 가능하게 된다.
본 출원에서 용어 반구부는, 그 단면의 궤적이 소정 곡률을 가지는 곡선 형태를 포함하는 스페이서의 부위를 의미할 수 있다. 또한, 상기 반구부의 단면의 궤적은 적어도 곡률 중심이 상기 단면 궤적의 내부에 존재하는 곡선 부위를 포함할 수 있다.
일 예시에서 상기 반구부는, 그 단면 궤적의 최대 곡률이 2,000 mm-1 이하일 수 있다. 공지된 것과 같이 곡률은 선의 굽은 정도를 표현하는 수치이고, 해당 곡선의 소정의 지점의 접촉원의 반경인 곡률 반경의 역수로 정의된다. 직선의 경우, 곡률은 0이며, 곡률이 클수록 곡선은 더 굽어서 존재한다.
상기 반구부의 단면 궤적의 최대 곡률이 2,000 mm-1 이하가 되도록 반구부의 굽은 정도를 제어함으로 해서 해당 반구부의 상부에서 배향막의 배향 처리가 수행되는 경우에도 균일한 배향 처리가 진행될 수 있다. 상기에서 반구부의 단면 궤적을 확인하는 단면은, 상기 기재층에 대한 임의의 법평면일 수 있다. 또한, 최대 곡률은, 상기 반구부의 단면 궤적상에서 구해질 수 있는 모든 접촉원에 대한 곡률 중에서 가장 큰 곡률을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 상기 반구부의 단면 궤적은 곡률이 2,000 mm-1를 초과할 정도로 굽어진 부위를 포함하지 않을 수 있다.
최대 곡률은 다른 예시에서 1,800 mm-1 이하, 1,600 mm-1 이하, 1,400 mm-1 이하, 1,200 mm-1 이하, 1,000 mm-1 이하, 900 mm-1 이하, 950 mm-1 이하, 850 mm-1 이하, 800 mm-1 이하, 750 mm-1 이하, 700 mm-1 이하, 650 mm-1 이하, 600 mm-1 이하, 550 mm-1 이하, 500 mm-1 이하, 450 mm-1 이하, 400 mm-1 이하, 350 mm-1 이하, 300 mm-1 이하, 250 mm-1 이하, 200 mm-1 이하 또는 150 mm-1 이하 정도일 수 있다. 상기 최대 곡률은, 다른 예시에서 5 mm-1 이상, 10 mm-1 이상, 15 mm-1 이상, 20 mm-1 이상, 25 mm-1 이상, 30 mm-1 이상, 35 mm-1 이상, 40 mm-1 이상, 45 mm-1 이상 또는 50 mm-1 이상일 수 있다.
상기 반구부의 단면 궤적은 곡률이 0인 부위, 즉 직선 형태의 부위를 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다.
예를 들면, 도 8은 상기 곡률이 0인 부위를 포함하지 않는 반구부의 단면 궤적의 예시이고, 도 9는 곡률이 0인 부위를 포함하는 반구부의 단면 궤적의 예시이다.
상기 스페이서는 상기와 같은 반구부를 적어도 상부에 포함할 수 있다. 스페이서는 상기 반구부를 포함하는 한, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 반구형 스페이서는, 도 8 또는 9에 나타난 것처럼 기재층(100) 표면상에 상기 반구부가 직접 형성된 형태이거나, 도 10 또는 11에 나타난 것처럼 상부에 상기 반구부를 포함하는 기둥 형태의 스페이서일 수 있다.
상기 반구형 스페이서의 반구부는, 도 8 또는 10에 나타난 바와 같이 그 단면 궤적이 곡률이 0인 부위를 포함하지 않을 수 있으며, 또는 도 9나 도 11에 나타난 것처럼 그 단면 궤적이 곡률이 0인 부위(정상부에 평편한 면)를 포함하는 것일 수도 있다. 이하, 명세서에서는, 편의상 도 8 또는 10의 스페이서의 반구부와 같은 형태의 반구부를 통상 반구부로 호칭하고, 도 9 또는 11의 스페이서의 반구부와 같이 상부에 평편한 면이 형성되어 있는 형태의 반구부를 평편 반구부라고 호칭할 수 있다.
도 8 내지 11에서 H2는 반구부의 높이이고, R은 반구부의 곡률 반경이며, W1은 평편 반구부의 평편한 면의 길이(폭)이며, W2는 스페이서의 폭이고, H1은 스페이서의 전체 높이에서 반구부의 높이(H2)를 뺀 값이다.
상기 반구부는 완전한 반구 형태이거나 혹은 대략적으로 반구 형태를 가지는 것일 수 있다. 완전한 반구 형태는 후술하는 관계식 1을 만족하는 반구 형태이고, 대략적인 반구 형태는 하기 관계식 2 내지 4 중 어느 하나를 만족하는 반구 형태일 수 있다.
상기 반구부는 그 단면 형태가 하기 관계식 1 내지 4 중 어느 하나를 만족하는 형태일 수 있다.
[관계식 1]
a = b = R
[관계식 2]
a ≠ b = R or b≠a = R
[관계식 3]
a = b < R
[관계식 4]
a ≠ b < R
관계식 1 내지 4에서 a는 반구부 단면의 가상 접촉원의 중심에서 측정한 반구부 단면의 수평 길이이고, b는 반구부 단면의 가상 접촉원의 중심에서 측정한 반구부 단면의 수직 길이며, R은 반구부 단면의 가상 접촉원의 곡률 반경이다.
관계식 1 내지 4에서의 곡률 반경은 도 8 내지 11의 R로 표시되어 있는 길이에 대응한다.
관계식 1 내지 4에서 가상 접촉원은, 반구부를 형성하는 곡선에 접하는 복수의 가상의 접촉원 중에서 가장 곡률 반경이 큰 접촉원을 의미할 수 있다.
반구부가 도 8 및 10에 나타난 것과 같은 통상 반구부라면, 반구부 전체의 단면이 곡선이기 때문에 해당 곡선의 임의의 지점하는 복수의 가상의 접촉원 중에서 가장 곡률 반경이 큰 접촉원이 관계식 1 내지 4에서 말하는 가상 접촉원일 수 있다. 또한, 반구부가 도 9 및 11에 나타난 것과 같이 평편 반구부라면, 반구부 단면 중에서 상부의 평편한 선을 제외한 양측 곡선의 임의의 지점하는 복수의 가상의 접촉원 중에서 가장 곡률 반경이 큰 접촉원이 관계식 1 내지 4에서 말하는 가상 접촉원이 된다.
관계식 1 내지 4에서 수평 길이는, 상기 가상 접촉원의 중심점에서 기재층 표면(도 8 내지 11의 부호 100)과 수평한 방향으로 측정한 길이고, 수직 길이는 상기 가상 접촉원의 중심점에서 기재층 표면(도 8 내지 11의 부호 100)과 수직한 방향으로 측정한 길이다.
관계식 1 내지 4에서 a는 반구부 단면의 상기 가상 접촉원의 중심에서부터 수평 방향으로 진행하면서 측정한 반구부가 종료되는 지점까지의 길이다. 이러한 수평 길이는 상기 가상 접촉원의 중심에서 우측 방향으로 진행하면서 측정되는 길이와 좌측 방향으로 진행하면서 측정되는 2개의 길이가 있을 수 있는데, 관계식 1 내지 4에서 적용되는 a는 상기 2개의 길이 중에서 짧은 길이를 의미한다. 도 8 및 10의 형태의 반구부의 경우 상기 수평 길이(a)는 스페이서의 폭(W2)의 1/2에 대응하는 수치이다. 또한, 도 9 및 11과 같은 경우에 상기 수평 길이(a)의 2배에 평편부의 길이(폭)(W1)를 더한 수치(2a+W1)가 스페이서의 폭(W2)에 대응할 수 있다.
관계식 1 내지 4에서 b는 반구부 단면의 상기 가상 접촉원의 중심에서부터 수직 방향으로 상부로 진행하면서 반구부와 최초로 만나는 지점까지의 길이다. 이러한 수직 길이(b)는 통상적으로 반구부의 높이, 예를 들면, 도 8 내지 11에서 부호 H2로 표시되는 길이와 대략 동일할 수 있다.
도 12는, 상기 관계식 1을 만족하는 반구부의 단면 곡선의 형태로서 반구부의 곡선이 완전한 원의 곡선, 즉 상기 가상 접촉원과 일치하는 곡선을 가지는 경우를 나타낸다.
또한, 도 13 내지 17은 관계식 2 내지 4 중 어느 하나를 만족하는 대략적인 반구부의 곡선 형태를 나타낸다.
상기 스페이서의 하부, 예를 들면, 상기 기재층측과 접촉하는 하부에는 그 단면 궤적이 곡률 중심이 상기 단면의 외부에 형성되는 곡선 형태인 테이퍼부가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 형태에 의해 본 출원의 스페이서의 특유의 형상에 따른 우수한 효과, 예를 들면, 균일한 배향 처리의 달성 등이 보다 향상될 수 있다.
상기와 같은 형태의 스페이서의 치수는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 목적하는 광학 디바이스의 셀갭(cell gap)이나, 개구율 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들면, 상기 반구부의 높이(도 8 내지 11에서의 H2)는 1㎛ 내지 20㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 높이는 다른 예시에서 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상, 10㎛ 이상 또는 11㎛ 이상일 수 있다. 상기 높이는 또한 다른 예시에서 19㎛ 이하, 18㎛ 이하, 17㎛ 이하, 16㎛ 이하, 15㎛ 이하, 14㎛ 이하, 13㎛ 이하, 12㎛ 이하 또는 11㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 반구부의 폭(도 8 내지 11에서의 W2)은, 2㎛ 내지 40㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 폭은 다른 예시에서 4㎛ 이상, 6㎛ 이상, 8㎛ 이상, 10㎛ 이상, 12㎛ 이상, 14㎛ 이상, 16㎛ 이상, 18㎛ 이상, 20㎛ 이상 또는 22㎛ 이상일 수 있다. 상기 폭은 다른 예시에서 38㎛ 이하, 36㎛ 이하, 34㎛ 이하, 32㎛ 이하, 30㎛ 이하, 28㎛ 이하, 26㎛ 이하, 24㎛ 이하 또는 22㎛ 이하일 수 있다.
상기 스페이서의 높이는, 스페이서가 도 8 또는 9와 같은 형태인 경우에 상기 기술한 반구부의 높이와 동일하고, 도 10 및 11과 같은 형태의 경우, 상기 반구부의 높이에 기둥부의 높이(H1)를 더한 수치일 수 있다. 상기 높이는 일 예시에서 1㎛ 내지 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 높이는 다른 예시에서 3㎛ 이상, 5㎛ 이상, 7㎛ 이상, 9㎛ 이상, 11㎛ 이상, 13㎛ 이상, 15㎛ 이상, 17㎛ 이상, 19㎛ 이상, 21㎛ 이상, 23㎛ 이상, 25㎛ 이상 또는 27㎛ 이상일 수 있다. 상기 높이는 다른 예시에서 48㎛ 이하, 46㎛ 이하, 44㎛ 이하, 42㎛ 이하, 40㎛ 이하, 38㎛ 이하, 36㎛ 이하, 34㎛ 이하, 32㎛ 이하, 30㎛ 이하, 28㎛ 이하 또는 26㎛ 이하일 수 있다.
상기와 같이 반구형 스페이서 또는 반구 기둥형 스페이서의 치수를 제어함으로써, 스페이서 상부에 형성된 배향막에 대해서도 균일한 배향 처리가 가능하고, 균일한 셀갭의 유지가 가능하여, 상기 기판이 광학 디바이스의 제조에 적용되었을 때에 해당 디바이스의 성능을 우수하게 유지할 수 있다.
상기 스페이서는, 예를 들면, 전술한 바와 같이 투명 수지를 사용하여 형성할 수 있다. 일 예시에서 상기 스페이서는, 투명한 자외선 경화형 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 후술하는 임프린팅 방식으로 상기 자외선 경화형 화합물의 형상을 목적하는 형태를 형성할 수 있는 상태로 유지한 상태에서 경화시켜서 형성할 수 있는데, 이러한 경우에 상기 자외선 경화형 화합물의 경화체인 자외선 경화형 수지가 상기 스페이서를 형성할 수 있다. 스페이서의 형성에 사용될 수 있는 자외선 경화형 화합물의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 아크릴레이트 계열 고분자 재료 또는 에폭시 계열의 고분자 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 기판은, 상기 기재층과 스페이서에 추가로 광학 디바이스의 구동에 요구되는 다른 요소를 포함할 수 있다. 이러한 요소는 다양하게 공지되어 있으며, 대표적으로는 전극층 등이 있다. 도 6은 도 1의 구조의 기판에서 흑색층(30)과 기재층(10)의 사이에 전극층(40)이 형성된 구조의 예시이고, 도 7은, 도 2의 구조의 기판에서 흑색층(30)과 기재층(10)의 사이에 전극층(40)이 형성된 구조의 예시이다.
도면과 같이 상기 기판은, 상기 기재층과 상기 스페이서의 사이에 전극층을 추가로 포함할 수 있다. 전극층으로는, 공지의 소재가 적용될 수 있다. 예를 들면, 전극층은, 금속 합금, 전기 전도성 화합물 또는 상기 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 재료로는, 금 등의 금속, CuI, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), 알루미늄 또는 인듐이 도핑된 아연 옥사이드, 마그네슘 인듐 옥사이드, 니켈 텅스텐 옥사이드, ZnO, SnO2 또는 In2O3 등의 산화물 재료나, 갈륨 니트라이드와 같은 금속 니트라이드, 아연 세레나이드 등과 같은 금속 세레나이드, 아연 설파이드와 같은 금속 설파이드 등이 예시될 수 있다. 투명한 정공 주입성 전극층은, 또한, Au, Ag 또는 Cu 등의 금속 박막과 ZnS, TiO2 또는 ITO 등과 같은 고굴절의 투명 물질의 적층체 등을 사용하여서도 형성할 수 있다.
전극층은, 증착, 스퍼터링, 화학 증착 또는 전기화학적 수단 등의 임의의 수단으로 형성될 수 있다. 전극층의 패턴화도 특별한 제한 없이 공지의 방식으로 가능하며, 예를 들면, 공지된 포토리소그래피나 새도우 마스크 등을 사용한 공정을 통하여 패턴화될 수도 있다.
본 출원의 기판은 또한 상기 기재층과 스페이서상에 존재하는 배향막을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 다른 예시적인 본 출원의 기판은, 기재층; 상기 기재층상에 존재하는 스페이서; 및 상기 기재층과 스페이서상에 형성된 배향막을 포함할 수 있다.
상기에서 기재층과 스페이서에 대한 구체적인 내용은 상기 기술한 바와 같다. 또한, 상기 기재층과 스페이서상에 형성되는 배향막의 종류도 특별히 제한되지 않고, 공지의 배향막, 예를 들면, 공지의 러빙 배향막 또는 광 배향막이 적용될 수 있다. 상기 배향막을 기재층과 스페이서상에 형성하고, 그에 대한 배향 처리를 수행하는 방식도 공지의 방식에 따른다.
상기 기재층은 상기 언급한 바와 같은 반구형 스페이서를 포함하여, 그와 동일하거나 다른 스페이서들을 포함함으로써 복수의 스페이서들을 포함할 수 있다. 이러한 복수의 스페이서들은, 상기 기재층상에서 소정의 규칙성과 불규칙성을 동시에 가지면서 배치되어 있을 수 있다. 구체적으로 상기 기재층상의 복수의 스페이서 중에서 적어도 일부는 서로 상이한 피치를 가지도록 배치되어 있다는 측면에서는 불규칙한 배치이지만, 소정 규칙에 따라 정해진 영역간에서는 실질적으로 동일한 밀도를 가지면서 배치된다는 측면에서는 규칙적일 수 있다.
즉, 하나의 예시에서 상기 기재층상에 배치되는 스페이서의 적어도 일부는 서로 상이한 피치를 가지도록 배치될 수 있다.
상기에서 용어 피치는, 상기 복수의 스페이서들 중 일부를 내부에 다른 스페이서가 존재하지 않는 상태의 폐도형을 형성하도록 선택하였을 때에 상기 폐도형의 변의 길이로 정의될 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 피치의 단위는 ㎛이다.
상기 형성되는 폐도형은 삼각형, 사각형 또는 육각형일 수 있다. 즉, 복수의 스페이서들 중 임의로 3개의 스페이서들을 선택하여 그들을 서로 연결하였을 때에는 상기 삼각형이 형성되고, 4개의 스페이서들을 선택하여 그들을 서로 연결하였을 때는 상기 사각형이 형성되며, 6개의 스페이서들을 선택하여 그들을 서로 연결하였을 때는 상기 육각형이 형성된다. 다만, 상기 피치를 결정하는 때에 형성되는 상기 폐도형은 그 내부에 스페이서가 존재하지 않도록 형성되는 것이어서, 예를 들면, 내부에 다른 스페이서가 존재하도록 스페이서들이 선택되는 경우는 상기 피치의 결정 시에 제외된다.
하나의 예시에서 상기와 같이 형성된 폐도형인 삼각형, 사각형 또는 육각형의 변 중에서 동일한 길이를 가지는 변의 수의 비율(%)(삼각형인 경우에 100×(동일 길이의 변의 수)/3, 사각형인 경우에 100×(동일 길이의 변의 수)/4, 육각형인 경우에 100×(동일 길이의 변의 수)/6)은, 85% 이하일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 84% 이하, 80% 이하, 76% 이하, 67% 이하, 55% 이하 또는 40% 이하일 수 있다. 상기 비율의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 경우에 따라서는 상기 폐도형의 모든 변의 길이가 다 동일하지 않을 수 있기 때문에 상기 비율의 하한은 0%일 수 있다.
상기와 같이 본 출원의 스페이서들의 배치는 그 적어도 일부가 서로 다른 피치를 가지고 있다는 점에서 불규칙적이나, 이러한 불규칙성은 일정한 규칙성 하에서 제어된다. 상기에서 규칙성은 스페이서의 배치 밀도가 일정 영역간에서는 실질적으로 근접하는 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 상기 불규칙적으로 배치된 복수의 스페이서들의 정상 피치를 P라고 하면, 상기 기재층의 표면에서 10P를 한 변의 길이로 하는 정사각형 영역을 임의로 2개 이상 복수 선택하였을 때에 각 정사각형 영역 내에 존재하는 스페이서들의 개수의 표준 편차는 2 이하이다.
용어 정상 피치는, 실제로는 불규칙적으로 기재층상에 배치되어 있는 복수의 스페이서들을 상기 스페이서들의 개수와 상기 기재층의 면적을 고려하여 가상적으로 모든 스페이서들이 동일한 피치로 배치되도록 위치시킨 상태에서 인접하는 스페이서들의 중심간의 거리를 의미한다.
상기 언급된 모든 스페이서들이 동일 피치를 가지도록 배치된 가상의 상태를 확인하는 방식은 공지이며, 예를 들면, CAD, MATLAB, STELLA 또는 엑셀(Excel) 등과 같은 난수 좌표 발생 프로그램을 사용하여 달성할 수 있다.
또한, 상기 표준 편차(standard deviation)는, 스페이서 개수의 산포도를 나타내는 수치이고, 분산의 양의 제곱근으로 정해지는 수치이다.
즉, 기재층의 스페이서가 형성된 표면에 임의로 상기 사각형 영역을 적어도 2개 이상 복수 지정한 후에 그 영역 내에 존재하는 스페이서의 개수들의 표준 편차를 구하였을 때에 그 표준 편차는 2 이하이다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 1.5 이하, 1 이하 또는 0.5 이하일 수 있다. 또한, 상기 표준 편차는 그 수치가 낮을수록 목적하는 규칙성이 달성된 것을 의미하기 때문에 그 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 0일 수 있다.
또한, 상기에서 지정되는 사각형 영역의 수는 2개 이상인 한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일 예시에서 상기 사각형 영역이 기재층의 표면상에서 서로 겹쳐지지 않도록 임의로 선택되되, 그 임의로 선택된 영역이 차지하는 면적이 상기 기재층의 전체 면적의 약 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상이 되도록 하는 개수로 선택될 수 있다.
또한, 상기 임의의 사각형 영역의 한 변을 형성하는 정상 피치(P)의 범위는 전술한 것처럼 기재층상에 존재하는 스페이서들의 개수와 해당 기재층의 면적에 의해 결정될 수 있는 것으로 특별히 제한되지 않으며, 통상적으로 약 100㎛ 내지 1,000㎛의 범위 내에서 결정될 수 있다.
특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기와 같이 임의로 선택된 정사각형 영역들 내에 존재하는 스페이서들의 평균 개수는 예를 들면, 약 80개 내지 150개 정도일 수 있다. 상기 평균 개수는 다른 예시에서 82개 이상, 84개 이상, 86개 이상, 88개 이상, 90개 이상, 92개 이상, 94개 이상, 96개 이상 또는 98개 이상일 수 있다. 또한 다른 예시에서 상기 평균 개수는 148개 이하, 146개 이하, 144개 이하, 142개 이하, 140개 이하, 138개 이하, 136개 이하, 134개 이하, 132개 이하, 130개 이하, 128개 이하, 126개 이하, 124개 이하, 122개 이하, 120개 이하, 118개 이하, 116개 이하, 114개 이하 또는 112개 이하일 수 있다.
또한, 상기 스페이서들의 평균 개수(A)와 상기 언급한 표준 편차(SD)의 비율(SD/A)은, 0.1 이하일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 0.09 이하, 0.08 이하, 0.07 이하, 0.06 이하, 0.05 이하, 0.04 이하 또는 0.03 이하일 수 있다.
상기 평균 개수(A)나 비율(SD/A)은, 경우에 따라 변경될 수 있는데, 예를 들면, 상기 기판이 적용되는 디바이스에서 요구되는 투과율, 셀갭(cell gap) 및/또는 셀갭의 균일도 등을 고려하여 상기 수치는 변경될 수 있다.
다른 예시에서 상기 불규칙적으로 배치된 스페이서가 형성되어 있는 기재층의 표면을 동일 면적을 가지는 2개 이상의 영역으로 분할하였을 때, 각 단위 영역 내에 상기 스페이서의 개수의 표준 편차가 2 이하일 수 있다.
상기에서 표준 편차의 의미와 그 구체적인 예시들은 상기 기술한 바와 같다.
즉, 상기 예시에서는, 기재층을 동일 면적을 가지는 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 분할된 각 단위 영역 내에 존재하는 스페이서의 개수들의 표준 편차를 구하였을 때에 그 표준 편차는 2 이하이다. 이러한 경우에 분할된 각 단위 영역의 형태는 해당 단위 영역들이 동일한 면적을 가지도록 분할되는 한 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 삼각, 사각 또는 육각형 영역일 수 있다. 또한, 상기 상태에서 표준 편차는 다른 예시에서 1.5 이하, 1 이하 또는 0.5 이하일 수 있고, 그 하한은 전술한 것과 같이 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 0일 수 있다.
상기에서 단위 영역의 개수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일 예시에서 상기 기재층은 동일 면적을 가지는 2개 이상, 4개 이상, 6개 이상, 8개 이상 또는 10개 이상의 영역으로 분할될 수 있다. 상기에서 분할되는 영역의 수가 많을수록 스페이서의 밀도가 보다 균일하게 유지되는 것을 의미하기 때문에 분할 영역의 개수의 상한은 특별히 제한되지 않는다.
상기와 같이 규칙성과 불규칙성을 동시에 가지도록 복수의 스페이서들이 배치되어 있는 기판상에서 상기 정상 피치인 P를 한변으로 하는 가상의 정사각형 영역을 선택하였을 때에 해당 영역 내에 존재하는 스페이서의 평균 개수는 0 내지 4의 범위 내일 수 있다. 상기 평균 개수는, 다른 예시에서 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하 또는 1.5 이하일 수 있다. 상기 평균 개수는 또한 다른 예시에서 0.5 이상일 수 있다. 상기에서 임의로 지정되는 한변의 길이가 정상 피치(P)인 정사각형 영역의 수는 2개 이상인 한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일 예시에서 상기 정사각형 영역이 기재층의 표면상에서 서로 겹쳐지지 않도록 임의로 선택되되, 그 임의로 선택된 영역이 차지하는 면적이 상기 기재층의 전체 면적의 약 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상이 되도록 하는 개수로 선택될 수 있다.
상기 복수의 스페이서들의 전체 밀도는 기재층의 전 면적 대비 스페이서들이 차지하는 면적의 비율이 약 50% 이하가 되도록 조절될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 약 9.5% 이하, 9% 이하, 8.5% 이하, 8% 이하, 7.5% 이하, 7% 이하, 6.5% 이하, 6% 이하, 5.5% 이하, 5% 이하, 4.5% 이하, 4% 이하, 3.5% 이하, 3% 이하, 2.5% 이하, 2% 이하 또는 1.5% 이하일 수 있다. 다른 예시에서 상기 비율은 약 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상, 0.4% 이상, 0.5% 이상, 0.6% 이상, 0.7% 이상, 0.8% 이상, 0.9% 이상 또는 0.95% 이상일 수 있다.
위와 같은 형태로 복수의 스페이서들이 기재층상에 배치됨으로 해서 광학 디바이스를 구현하였을 때에 스페이서들이 기판간의 피치(cell gap)을 균일하게 유지하면서도 소위 모와레 현상을 유발시키지 않고, 균일한 광학 특성이 확보되도록 할 수 있다.
상기 각 수치들은, 필요한 경우에 변경될 수 있는데, 예를 들면, 상기 기판이 적용되는 디바이스에서 요구되는 투과율, 셀갭(cell gap) 및/또는 셀갭의 균일도 등을 고려하여 상기 수치는 변경될 수 있다.
상기 복수의 스페이서들은 그 스페이싱 정규 분포도가 소정 형태를 나타내도록 배치될 수 있다.
상기에서 스페이싱 정규 분포도는, 스페이서간의 피치를 X축으로 하고, 전체 스페이서 중에서 해당 피치를 가지는 스페이서의 비율을 Y축으로 하여 도시한 분포도이고, 이 때 스페이서의 비율은 전체 스페이서의 수를 1로 하였을 때에 구해지는 비율이다.
본 명세서에서 상기 스페이싱 정규 분포도와 관련된 설명에서의 피치는, 상기 언급한 폐도형인 삼각형, 사각형 또는 육각형에서의 변의 길이이다.
상기 분포도는, 공지의 난수 좌표 프로그램, 예를 들면, CAD, MATLAB 또는 STELLA 난수 좌표 프로그램 등을 사용하여 구할 수 있다.
일 예시에서 상기 복수의 스페이서들은 상기 분포도에서의 반 높이 면적이 0.4 내지 0.95의 범위 내가 되도록 배치될 수 있다. 상기 반 높이 면적은 다른 예시에서 0.6 이상, 0.7 이상 또는 0.85 이상일 수 있다. 또한, 상기 반 높이 면적은 다른 예시에서는 0.9 이하, 0.85 이하, 0.8 이하, 0.75 이하, 0.7 이하, 0.65 이하, 0.6 이하, 0.55 이하 또는 0.5 이하일 수 있다.
상기 복수의 스페이서들은, 상기 분포도에서의 반높이폭(FWHM)과 평균 피치(Pm)의 비(FWHM/Pm)가 1 이하가 되도록 배치될 수 있다. 상기 비(FWHM/Pm)는, 다른 예시에서 0.05 이상, 0.1 이상, 0.11 이상, 0.12 이상 또는 0.13 이상일 수 있다. 또한, 상기 비(FWHM/Pm)는, 다른 예시에서는 약 0.95 이하, 약 0.9 이하, 약 0.85 이하, 약 0.8 이하, 약 0.75 이하, 약 0.7 이하, 약 0.65 이하, 약 0.6 이하, 약 0.55 이하, 약 0.5 이하, 약 0.45 이하 또는 약 0.4 이하일 수 있다.
상기에서 말하는 평균 피치(Pm)는, 전술한 폐도형인 삼각형, 사각형 또는 육각형을 형성하도록 적어도 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상의 스페이서들을 선택하였을 때에 선택된 스페이서들에 의해 형성되는 삼각형, 사각형 또는 육각형의 각 변의 길이의 평균이다. 또한, 상기에서 스페이서들은 형성된 삼각형, 사각형 또는 육각형이 서로 꼭지점은 공유하지 않도록 선택된다.
상기 복수의 스페이서들은, 상기 분포도에서의 반높이폭(FWHM)이 0.5㎛ 내지 1,000㎛ 의 범위 내에 있도록 배치될 수 있다. 상기 반높이폭(FWHM)은 다른 예시에서 약 1㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상, 6㎛ 이상, 7㎛ 이상, 8㎛ 이상, 9㎛ 이상, 10㎛ 이상, 11㎛ 이상, 12㎛ 이상, 13㎛ 이상, 14㎛ 이상, 15㎛ 이상, 16㎛ 이상, 17㎛ 이상, 18㎛ 이상, 19㎛ 이상, 20㎛ 이상, 21㎛ 이상, 22㎛ 이상, 23㎛ 이상 또는 24㎛ 이상일 수 있다. 다른 예시에서 상기 반높이폭(FWHM)은 약 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 600㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하 또는 30㎛ 이하일 수 있다.
상기 복수의 스페이서들은, 상기 스페이싱 정규 분포도의 최대 높이(Fmax)가 0.006 이상이고, 1 미만이 되도록 배치될 수 있다. 상기 최대 높이(Fmax)는 다른 예시에서 약 0.007 이상, 약 0.008 이상, 약 0.009 이상 또는 약 0.0095 이상일 수 있다. 또한, 상기 최대 높이(Fmax)는 다른 예시에서 약 0.9 이하, 약 0.8 이하, 약 0.7 이하, 약 0.6 이하, 약 0.5 이하, 약 0.4 이하, 약 0.3 이하, 약 0.2 이하, 약 0.1 이하, 약 0.09 이하, 약 0.08 이하, 약 0.07 이하, 약 0.06 이하, 약 0.05 이하, 약 0.04 이하, 약 0.03 이하 또는 약 0.02 이하일 수 있다.
복수의 스페이서들이 상기와 같은 형태의 스페이싱 정규 분포도를 가지도록 배치됨으로 해서, 상기 기판을 통해 광학 디바이스를 구현하였을 때에 스페이서들이 기판간의 피치(cell gap)을 균일하게 유지하면서도 소위 모와레 현상을 유발시키지 않고, 균일한 광학 특성이 확보되도록 할 수 있다.
복수의 스페이서들이 상기와 같이 불규칙성과 규칙성을 동시에 가지도록 배치되기 위해서 불규칙도라는 개념이 도입된다. 이하, 상기와 같은 형태의 스페이서들의 배치를 설계하기 위한 방법을 설명한다.
상기 언급된 규칙성과 불규칙성을 동시에 가지는 스페이서들의 배치를 달성하기 위해서는 정상 배치 상태에서 출발하여 불규칙성을 가지도록 스페이서들을 재배치하는 단계를 수행한다.
상기에서 정상 배치 상태는, 복수의 스페이서들이 기재층상에 모든 변의 길이가 동일한 정삼각형, 정사각형 또는 정육각형을 형성할 수 있도록 배치된 상태이다. 도 18은, 일 예시로서 스페이서들이 상기 정사각형을 형성하도록 배치된 상태이다. 이 상태에서의 정사각형의 한변의 길이 P는, 전술한 정상 피치와 같을 수 있다. 상기와 같은 배치 상태에서 하나의 스페이서가 존재하는 지점을 기준으로 상기의 한변의 길이 P에 대하여 일정 비율이 되는 길이의 반경을 가지는 원 영역을 지정하고, 그 영역 내에서 상기 하나의 스페이서가 무작위적으로 이동할 수 있도록 프로그램을 셋팅한다. 예를 들어, 도 18은 상기 길이 P 대비 50%의 길이(0.5P)의 반경을 가지는 원 영역을 설정하고, 그 영역 내의 임의의 지점으로 상기 스페이서가 이동하는 형태를 모식적으로 보여주고 있다. 상기와 같은 이동을 적어도 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 100%(모든 스페이서)의 스페이서에 적용하여 전술한 배치를 달성할 수 있다.
상기와 같은 설계 방식에서 상기 원 영역의 반경이 되는 길이 P에 대한 비율이 불규칙도로 정의될 수 있다. 일 예시에서 상기 설계 방식에서의 불규칙도는 약 5% 이상, 약 10% 이상, 약 15% 이상, 약 20% 이상, 약 25% 이상, 약 30% 이상, 약 35% 이상, 약 40% 이상, 약 45% 이상, 약 50% 이상, 약 55% 이상, 약 60% 이상 또는 약 65% 이상일 수 있다. 상기 불규칙도는 일 예시에서 약 95% 이하, 약 90% 이하, 약 85% 이하 또는 약 80% 이하일 수 있다.
상기와 같은 방식으로 스페이서의 배치를 설계하고, 설계된 배치에 따라서 스페이서를 형성함으로써 전술한 불규칙성과 규칙성을 동시에 가지는 배치를 달성할 수 있다.
또한, 상기에서는 정상 상태가 정사각형에서 출발하는 경우를 예시로 하였으나, 상기 정상 상태는 정삼각형 또는 정육각형 등 다른 도형일 수 있으며, 그 경우에도 전술한 배치가 달성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 방식으로 스페이서들의 배치를 설계하는 수단은 특별히 제한되지 않고, 공지의 난수 좌표 프로그램, 예를 들면, CAD, MATLAB, STELLA 또는 Excel 난수 좌표 프로그램 등을 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기와 같은 방식으로 우선 스페이서의 배치를 설계한 후에 해당 설계에 따른 패턴을 가지는 마스크 등을 제조하고, 해당 마스크를 전술한 리소그라피 또는 임프린팅 방식 등에 적용하여 상기와 같은 스페이서를 구현할 수 있다.
상기 기판은, 차광층이 포함된 임프린팅 마스크를 사용한 광 조사, 미경화 수지층의 현상 및 흑색층의 에칭 등의 과정을 거쳐서 제조할 수 있다. 이와 같은 방식을 적용함으로써, 간단한 공정으로 이물 발생 등의 부작용 없이 밀착성이 우수한 목적하는 구조의 기판을 제조할 수 있다.
도 19는 상기와 같은 기판을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 19와 같이 기재층(1000)의 표면에 흑색층(2000)과 스페이서를 형성할 미경화 수지층(3001)을 형성한 상태에서 그 상부에 차광층이 포함된 임프린팅 마스크를 압착한다. 차광층이 포함된 임프린팅 마스크는 도 19와 같이 광투과성의 본체(901)의 표면에 차광막(902)이 패턴으로 형성된 형태를 가질 수 있다. 상기에서 차광막(902)의 패턴은 목적하는 스페이서의 패턴 형태에 따라서 결정된다. 필요한 경우에 상기 차광막(902) 패턴이 형성된 본체(901)의 표면에는 적절한 이형 처리가 수행되어 있을 수도 있다.
이와 같은 상태에서 상기 차광 마스크상에서 상기 미경화 수지층(3001)에 광을 조사한다. 그러한 조사에 의해서 차광 마스크에서 차광막(902)이 형성되어 있지 않은 부분의 수지층(3001)에는 광이 조사되어 경화되고, 차광막(902)의 하부에 있는 수지층(3001)은 경화되지 않게 된다. 도면에서는 경화되지 않은 부위가 점으로 표시되어 있다. 이어서, 적절한 방식으로 상기 미경화된 수지층을 제거하게 되는데, 이 과정을 현상(developing)이라고 한다. 이어서, 상기 현상 후에 수지층이 현상에 의해 제거된 부위의 흑색층을 제거함으로써 상기 구조의 기판을 제조할 수 있다.
상기 과정에서 사용될 수 있는 차광 마스크는 다양하며, 그 일 예시가 도 20에 나타난 있다. 도 20의 마스크는 광투과성 본체(예를 들면 자외선 투과성의 본체)의 일 표면에 오목한 반구 형상(9011)이 형성되어 있고, 상기 반구 형상(9011)이 형성되어 있는 표면에서 반구 형상이 형성되어 있지 않은 부분에는 차광막(902)이 형성되어 있는 형태이다. 도면과 같이 상기 반구 형상(9011)은, 임프린팅 마스크의 본체(9)의 일면에 임프린팅 몰드(901)를 형성하고, 그 몰드(901)에 상기 반구 형상(9011) 및 차광막(902)을 형성하여 제조할 수 있다. 필요한 경우에 상기 차광막(902)이 형성되어 있는 표면에는 적절한 이형 처리가 되어 있을 수 있다. 상기에서 오목부(9011)의 형태는 목적하는 스페이서의 형태에 따라서 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 도 20의 예시에서는 상기 오목부는 반구 형태이다.
도 21은 도 20에 나타난 마스크를 사용하여 도 19에 나타난 공정을 진행하는 예시이다. 우선 기재층(100)의 표면에 자외선 경화형 등의 경화형 수지층(200)을 형성하고, 그 수지층(200)상에 상기 마스크(900)를 압착한다. 그 후 상기 마스크(900)의 상부에서 자외선 등을 조사하여 상기 수지층(200)을 경화시키면, 마스크(900)에 형성된 오목부(9011)의 형태에 따라서 상기 수지층이 경화되어 스페이서가 형성될 수 있고, 이어서 전술한 현상과 에칭 공정이 진행될 수 있다.
도 19 및 21과 같이 오목부(9011) 등이 형성된 임프린팅 마스크를 적용하여 압착 공정을 수행하게 되면, 경화 과정에서 경화되는 수지층의 내부에 산소 등 외부 물질의 침투가 어려워저서 경화가 보다 효과적으로 수행될 수 있다.
따라서, 일 예시에서 상기 차광층이 포함된 임프린팅 마스크는, 일면에 오목부가 형성되어 있는 광투과성의 본체 및 상기 본체의 오목부가 형성되어 있지 않은 부분에 존재하는 차광막을 포함할 수 있다.
상기와 같은 마스크를 형성하기 위한 본체 및 차광막의 재료나 그 제조 방법은 공지된 방식을 따를 수 있다.
일반적으로 광학 디바이스의 제조 과정에서는 상기와 같은 방식으로 형성된 기판의 스페이서 표면상에 추가적으로 배향막을 형성하게 된다. 배향막의 종류는 다양하지만, 예를 들어, 일반적인 러빙 배향막을 형성하게 되면, 배향막의 형성 과정에서 러빙 등의 물리적 접촉이 기판 표면에 가해지게 된다. 이 과정에서 스페이서와 흑색층의 밀착력이 적절하게 확보되지 않으면, 일단 형성된 스페이서가 상기 물리적 접촉에 의한 외력으로 소실되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 수지층과 흑색층간의 밀착력을 높이기 위한 추가적인 처리가 필요하게 되는데, 일반적으로 이러한 처리는 상기 현상 공정과 에칭 공정의 사이에서 기판에 적절한 열을 가하는 열처리 공정이 있다. 상기 열처리 공정 없이 수지층과 흑색층간의 접착력을 높이는 방법으로는, 예를 들어, 상기 자외선 조사 과정에서 광량 등을 증가시켜서 수지층의 경화도를 높이는 방법을 고려할 수 있다. 그렇지만, 본 발명자들은 단순하게 경화도만을 높이는 방법에서는 스페이서 패턴 등의 기판상에 이물이 잔존하게 되는 문제가 있다는 점을 확인하였다.
그렇지만, 본 출원인은 상기 과정에서 마스크의 압착 속도와 함께 광 조사 시의 광량을 함께 제어함으로써, 필요에 따라서 전술한 열처리 공정을 생략하면서도, 이물 발생을 방지하면서도 흑색층과 수지층간의 높은 접착력을 확보할 수 있다는 점을 확인하였다.
본 출원의 기판의 제조 방법은, 기재층; 상기 기재층상에 형성된 흑색층 및 상기 흑색층상에 형성된 광 경화형 수지층을 포함하는 적층체의 상기 수지층에 차광층이 포함된 임프린팅 마스크를 압착하면서, 상기 마스크 상에서 상기 수지층으로 광을 조사하는 과정을 포함한다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기 제조 과정에서 차광층이 포함된 임프린팅 마스크의 압착 속도를 0.3 mpm(meters per minute) 이상으로 제어하고, 상기 조사광의 광량을 300 mJ/cm2 이상으로 제어한다. 이와 같은 제어를 통해서 본 출원의 목적이 달성될 수 있다.
상기에서 마스크의 압착 속도는, 흑색층상에 형성된 수지층상에 차광 마스크를 압착하면서 광을 조사하는 연속 공정에서 차광 마스크를 수지층상에 덮어서 압착하는 속도를 제어하여 달성할 수 있다. 예를 들면, 상기 공정이 롤투롤(roll to roll) 방식 또는 롤 임프린팅 방식(roll imprinting)으로 진행된다면, 상기 수지층의 이동 속도 및/또는 마스크가 형성된 롤의 회전 속도 등을 제어하여 상기 압착 속도를 제어할 수 있다. 본 발명자들은, 상기 압착 속도가 증가할수록 수지층의 잔막의 높이가 높아지고, 상기 높아진 잔막은 기재층의 표면 또는 수지층에 존재할 수 있는 이물들이 압착 영역의 외부로 빠져 나가는 것을 용이하게 하는 것을 확인하였다.
상기 마스크의 압착 속도는, 그 속도가 빠를수록 상기 잔막의 높이 증가 등에 의해 이물의 제거에 도움을 주는 것으로 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일반적인 장비의 스펙 등을 고려하면, 상기 속도는 예를 들면, 약 2 mpm 이하, 1.5 mpm 이하, 1 mpm 이하, 0.8 mpm 이하, 0.6 mpm 이하 또는 0.5 mpm 이하 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 방식으로 마스크를 압착하면서, 상기 마스크를 통해 상기 수지층에 광을 조사함으로써 수지층을 경화시킬 수 있다. 이 때 조사되는 광의 파장은 수지층의 종류에 따라서 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로는, 약 300 내지 400 nm 정도의 파장 범위 내의 자외선이 적용될 수 있다. 이 때 조사광의 광량은 약 300 mJ/cm2 이상으로 조절될 수 있다. 이와 같은 광량 범위는 전술한 압착 속도와 연계되어서 우수한 흑색층에 대해서 밀착성이 우수한 스페이서를 이물이 없이 형성할 수 있도록 할 수 있다. 상기 광량은 다른 예시에서 약 350 mJ/cm2 이상, 약 400 mJ/cm2 이상, 약 450 mJ/cm2 이상, 약 500 mJ/cm2 이상, 약 550 mJ/cm2 이상, 약 600 mJ/cm2 이상, 약 650 mJ/cm2 이상 또는 약 685 mJ/cm2 이상 이상 정도일 수 있다. 상기 광량은 그 수치가 클수록 높은 밀착성의 확보가 가능한 것으로 그 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 약 2,000 mJ/cm2 이하, 약 1,500 mJ/cm2 이하, 약 1,000 mJ/cm2 이하, 약 800 mJ/cm2 이하 또는 약 750 mJ/cm2 이하 정도일 수 있다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기와 같은 과정에 이어서 수지층을 현상하고, 수지층 현상 후에 흑색층을 에칭하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 상기 수지층의 현상 과정에서는 차광 마스크의 차광막에 의해서 조사광이 차단되어 미경화된 부분이 제거될 수 있다. 현상 공정은 공지의 방식으로 수행할 수 있으며, 예를 들면, 상기 현상 공정은 미경화된 수지층을 제거할 수 있는 것으로 알려진 처리제 등을 사용하여 수행할 수 있는데, 상기 처리제로는 아민(NH3)와 히드록시기(OH)를 가지는 현상액 등이 알려져 있다. 상기와 같은 현상액을 사용한 적절한 처리를 통해 현상 공정이 진행될 수 있고, 예를 들면, 약 2 bar 이상의 압력과 20℃ 내지 50℃의 온도 범위 내에서 스프레이 현상 방식으로 상기 현상액을 적용하여 현상 공정을 수행할 수 있다.
현상 공정 후에 이어지는 에칭 공정에 의해서 흑색층이 제거될 수 있다. 이 과정에 의해서 수지층이 현상에 의해서 제거된 부분에 존재하는 흑색층이 제거될 수 있다. 에칭 공정은 공지의 방식으로 수행할 수 있으며, 예를 들면, 기판을 인산, 질산 및 초산 등의 에천트 또는 상기 중 2종 이상이 혼합된 에천트를 사용하여 처리함으로써 수행할 수 있다. 상기 에칭 공정은 약 40℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 30초 내지 30분 정도 수행할 수 있으나, 구체적인 처리 조건은 변경될 수 있다.
전술한 것과 같이 본 출원의 제조 방법에 의해서는 상기 수지층(스페이서)와 흑색층의 밀착성을 개선하기 위한 열처리 공정 등의 별도의 공정이 없이도 우수한 특성의 기판을 제조할 수 있다.
이에 따라서 본 출원의 제조 방법에서는 상기 현상 공정과 흑색층의 에칭 공정의 사이에 열처리 공정을 수행하지 않을 수 있다.
상기와 같은 각 공정이 수행되는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 압착 속도 및 광량의 제어를 수행하는 것 외에는 공지의 방식에 따라서 수행될 수 있다.
또한, 상기 공정에서 적용되는 기재층, 흑색층 및 스페이서 재료 등의 종류나 그 형태 등은 상기 기술한 바와 같다.
추가하여 상기 적용되는 스페이서 재료로는, 예를 들면, 다양한 아크릴레이트 화합물과 개시제의 혼합물이 사용될 수 있다.
아크릴레이트 화합물로는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (매타)아크릴레이트, n-프로필 (매타)아크릴레이트, 이소프로필 (매타)아크릴레이트, n-부틸 (매타)아크릴레이트, t-부틸 (매타)아크릴레이트, sec-부틸 (매타)아크릴레이트, 펜틸 (매타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (매타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (매타)아크릴레이트, n-옥틸 (매타)아크릴레이트, 이소보르닐 (매타)아크릴레이트, 이소옥틸 (매타)아크릴레이트, 이소노닐 (매타)아크릴레이트, 라우릴 (매타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트 또는 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트 등의 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트, 또는 2-히드록시에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등의 히드록시알킬렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 1관능성 아크릴레이트 및/또는 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메타)아크릴레이트, 히드록시피발산(hydroxyl puivalic acid) 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메타)아크릴레이트, 디(메타)아크릴록시 에틸 이소시아누레이트, 알릴(allyl)화 시클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메타)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 헥사히드로프탈산 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메타)아크릴레이트, 아다만탄(adamantane) 디(메타)아크릴레이트 또는 9,9-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오렌(fluorine) 등과 같은 2관능성 아크릴레이트; 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시드 변성 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 3 관능형 우레탄 (메타)아크릴레이트 또는 트리스(메타)아크릴록시에틸이소시아누레이트 등의 3관능형 아크릴레이트; 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트 등의 4관능형 아크릴레이트; 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트 등의 5관능형 아크릴레이트; 및 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트 또는 우레탄 (메타)아크릴레이트(ex. 이소시아네이트 단량체 및 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트의 반응물 등의 6관능형 아크릴레이트 등의 다관능성 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 또는 폴리에테르 아크릴레이트 등의 아크릴레이트 화합물의 1종 또는 2종 이상의 혼합이 사용될 수 있다.
본 출원의 방식에 의해 형성된 상기와 같은 기판은 다양한 용도에 적용될 수 있고, 대표적인 용도로는 광학 디바이스의 형성이 예시될 수 있다.
본 출원의 예시적인 광학 디바이스는, 상기 기판 및 상기 기판과 대향 배치되어 있고, 상기 기판의 스페이서에 의해 상기 기판과의 간격이 유지된 제 2 기판을 포함할 수 있다.
상기 광학 디바이스에서 2개의 기판의 사이의 간격에는 광변조층이 존재할 수 있다. 본 출원에서 용어 광변조층에는, 입사된 광의 편광 상태, 투과율, 색조 및 반사율 등의 특성 중에서 적어도 하나의 특성을 목적에 따라 변화시킬 수 있는 공지의 모든 종류의 층이 포함될 수 있다.
예를 들면, 상기 광변조층은, 액정 물질을 포함하는 층으로서, 전압, 예를 들면 수직 전계나 수평 전계의 온오프(on-off)에 의하여 확산 모드와 투과 모드 사이에서 스위칭되는 액정층이거나, 투과 모드와 차단 모드 사이에서 스위칭되는 액정층이거나, 투과 모드와 칼라 모드에서 스위칭되는 액정층 또는 서로 다른 색의 칼라 모드 사이를 스위칭하는 액정층일 수 있다.
상기와 같은 작용을 수행할 수 있는 광변조층, 예를 들면, 액정층은 다양하게 공지되어 있다. 하나의 예시적인 광변조층으로는 통상적인 액정 디스플레이에 사용되는 액정층의 사용이 가능하다. 다른 예시에서, 광변조층은 다양한 형태의 소위 게스트 호스트 액정층(Guest Host Liquid Crystal Layer), 고분자 분산형 액정층(Polymer Dispersed Liquid Crystal), 화소 고립형 액정층(Pixcel-isolated Liquid Crystal), 부유 입자 디바이스(Suspended Particle Deivice) 또는 전기변색 디스플레이(Electrochromic device) 등일 수도 있다.
상기에서 고분자 분산형 액정층(PDLC)은 소위 PILC(pixel isolated liquid crystal), PDLC(polymer dispersed liquid crystal), PNLC(Polymer Network Liquid Crystal) 또는 PSLC(Polymer Stablized Liquid Crystal) 등을 포함하는 상위 개념이다. 고분자 분산형 액정층(PDLC)은, 예를 들면, 고분자 네트워크 및 상기 고분자 네트워크와 상분리된 상태로 분산되어 있는 액정 화합물을 포함하는 액정 영역을 포함할 수 있다.
상기와 같은 광변조층의 구현 방식이나 형태는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라서 공지된 방식을 제한 없이 채택할 수 있다.
또한, 상기 광학 디바이스는 필요한 경우 추가적인 공지의 기능성층, 예를 들면, 편광층, 하드코팅층 및/또는 반사 방지층 등도 추가로 포함할 수 있다.
본 출원은 기판 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 순차 형성된 기재층, 흑색층 및 스페이서를 포함하는 구조의 기판에서 상기 스페이서의 기재층 또는 흑색층에 대한 밀착성이 우수하고, 적합한 암색화 특성이 확보된 기판을 제공할 수 있고, 또한, 상기와 같은 기판을 열처리 등의 별도의 처리 없이도, 이물의 발생 등의 부작용이 없이 효과적으로 제조할 수 있는 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1, 2, 4 내지 7은, 본 출원의 예시적인 기판의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은, 스페이서의 형성 형태를 보여주는 예시적인 도면이다.
도 8 내지 11은 본 출원의 스페이서의 예시적인 형태의 모식도이다.
도 12 내지 17은, 본 출원의 스페이서의 예시적인 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 불규칙도를 구현하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 19 및 21은 본 출원의 기판의 제조 과정을 모식적으로 표현한 도면이다.
도 20은, 본 출원의 ㅣ판의 제조 과정에서 적용되는 마스크의 형태의 예시이다.
도 22는, 실시예 1에서 제조한 스페이서의 형태 및 배치를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시예 1에서 제조한 스페이서에 대해서 흑색층과의 밀착성을 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 24는 실시예 1에서 제조한 스페이서에 대해서 이물 발생 여부를 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 25는 실시예 2에서 제조한 스페이서에 대해서 이물 발생 여부를 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 26은 실시예 2에서 제조한 스페이서에 대해서 흑색층에 대한 밀착성을 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 27은 실시예 2에서 제조한 스페이서상에 러빙 배향막을 형성한 결과를 보여주는 OM 이미지이다.
도 28 및 29는 각각 비교예 1 및 2에서 형성된 스페이서에 대해서 밀착성 여부를 평가한 결과를 보여준다.
도 30 및 31은 각각 비교예 3 및 4에서 형성된 스페이서에 대해서 이물 발생 여부를 평가한 결과를 보여준다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
도 20에 나타난 바와 같은 형태의 마스크를 제조하고, 그를 사용하여 반구형 스페이서를 제조하였다. 마스크는 도 20에 나타난 형태에 따라서 PET(poly(ethylene terephthalate)) 본체(9)에 임프린팅 몰드(901)를 통해 오목부(9011)를 형성하고, 오목부(9011)가 형성되어 있지 않은 면에 차광막(AlOxNy)(902)을 형성한 후에 상기 차광막(902)과 오목부(9011)상에 이형층을 형성하여 제조하였다. 이 때 오목부는 폭이 대략 24㎛ 내지 26㎛의 범위 내이고, 대략 9㎛ 내지 10㎛ 정도인 반구 형상으로 형성하였다. 또한, 스페이서의 배치가 도 18에 기재된 예시에 따른 불규칙도가 약 70% 정도가 되도록 상기 오목부를 형성하였다.
PC(polycarbonate) 기재층상에 결정질의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층을 형성하고, 그 위에 흑색층을 형성하였다.
상기 흑색층은, 알루미늄 산질화물(AlON), 알루미늄(Al) 및 알루미늄 산질화물(AlON)을 각각 약 60 nm, 80 nm 및 60 nm 정도의 두께로 증착하여 전체 두께가 약 200 nm 정도인 3층 구조(AlON/Al/AlON)로 형성하였다. 상기에서 알루미늄은 물리적 연성(physical ductility)치가 대략 0.62 정도로 알려진 금속이다.
이어서, 상기 흑색층상에 컬럼 스페이스 제조에 사용되는 통상의 자외선 경화형 아크릴레이트 계열 바인더 및 개시제의 혼합물(UV 수지)을 약 2 내지 3 mL 정도 적가(dropping)하고, 상기 임프린팅 마스크로 상기 적가된 혼합물을 압착하면서 자외선을 조사하여 상기 UV 수지층을 경화시켰다. 상기에서 바인더로는, 공지의 컬럼 스페이서용 바인더로서, 아크릴레이트 계열의 바인더를 사용하였는데, 히드록시에틸아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트나 사이클로헥실 아크릴레이트 등의 1관능 아크릴레이트와 HMDA(1,6-HEXANEDIOL DIACRYLATE), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate)나, PETTA(Pentaerythritol Tetraacrylate) 등의 다관능 아크릴레이트 등이 개시제로는 D-1173, D-TPO, Igacure 184 등과 약 85~95:15~5의 중량 비율(아크릴레이트 화합물:개시제)로 혼합되어 있는 바인더를 사용하였다.
또한, 상기 과정은 상기 마스크를 롤에 장착한 상태로 수행하는 롤 임프린팅 방식으로 수행하였다.
상기 과정에서 마스크의 압착 속도는 약 0.3 mpm 정도로 조절하였고, 자외선의 조사는 약 300 내지 400 nm의 파장 범위의 자외선을 약 418 mJ/cm2의 광량으로 조사하였다.
그 후, 아민(NH3)과 히드록시기(OH)를 가지는 현상액을 사용하고, 약 2 bar의 압력, 30℃의 조건에서 스프레이 현상 방식으로 미경화된 UV 수지층(200)을 제거(현상)하고, 미경화된 UV 수지층이 제거된 부위의 흑색층을 인산, 질산 및 초산의 혼합 에쳔트를 사용하여 약 40℃ 내지 50℃의 온도에서 약 1분 정도 에칭 처리하여 제거(에칭)하여, PC 기재층의 ITO 전극층 및 흑색층상에 반구형 스페이서를 형성하였다.
도 22는 상기와 같은 방식으로 제조된 반구형 스페이서 및 그 배치 상태(불규칙도 70%)의 사진을 나타낸다.
상기와 같이 제조된 스페이서와 흑색층간의 밀착성은 다음의 박리 테스트로 평가하였다. 상기 기판의 스페이서가 형성된 면에 점착 테이프(Nichiban Tape, CT-24)(박리력: 3.72 내지 4.16 N/10mm, 박리 각도: 180도, JIS Z 1522 규격)를 폭이 대략 24 mm이고, 길이가 대략 40 mm인 직사각형 형태의 부착 면적으로 부착하였다. 상기 부착 시에는 롤러를 사용하여 점착 테이프상에 약 200 g 정도의 하중을 인가하여 부착하였다. 그 후, 인장 시험기를 사용하여 약 30 mm/s의 박리 속도 및 180도의 박리 각도로 상기 점착 테이프를 길이 방향으로 박리하였다. 도 23은 상기 박리 후에 스페이서의 소실 여부를 확인한 도면이다.
패턴의 소실 여부는, 추가로 광학 현미경(Olympus BX 51)을 이용하여 50배 배율(접안렌즈 10배 × 대물렌즈 5배)로 관찰하여 확인하였다. 전체 부착 면적(24mm×40mm) 중에서 임의의 영역을 5개 선택하여 소실 여부를 측정하고, 평균값을 통해 패턴의 손실 정도를 계산하였다. 패턴 부착력 계산은 ASTM의 Cross-cut 방법을 도입하여, 100×손실되지 않은 스페이서 패턴의 개수/부착력 측정 전의 스페이서 전체 패턴 개수를 부착력(패턴 유지율)으로 하여 평가하였고, 평가 결과 대략 상기 부착력은 85% 초과 수준(패턴 소실율: 15% 이하)이었다. 도 24는 상기 과정에서 이물의 발생 여부를 확인한 결과이고, 도 24로부터 이물의 발생이 없이 공정의 진행이 가능한 점을 확인할 수 있다. 패턴 소실율은 100에서 상기 패턴 유지율을 차감한 수치이다.
실시예 2.
실시예 1과 같은 방식으로 스페이서를 제작하되, 압착 속도를 약 0.4 mpm 정도로 하고, 광량을 약 685 mJ/cm2 정도로 조절하여 스페이서를 제조하였다. 도 25는, 상기 스페이서의 제조 과정에서 이물 특성을 확인한 결과이고, 도 26은 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 패턴의 소실 여부를 확인한 결과이며, 도 27은, 상기 제조된 기판상에 공지의 러빙 배향막을 형성하고, 러빙 처리를 수행한 후의 OM 이미지이다.
도 25 내지 27로부터 본 출원의 방식에 따를 때에 공정 중 이물이 없고, 스페이서의 흑색층에 대한 밀착성이 우수한 기판이 제조되는 점을 확인할 수 있다. 또한, 상기 기판에 대해서 실시예 1과 동일한 박리 테스트로 측정한 패턴 유지율은 대략 85% 초과 수준(패턴 소실율: 15% 이하)이었다.
비교예 1.
실시예 1의 과정에서 자외선의 조사 광량을 약 240 mJ/cm2로 조절한 것을 제외하고는 동일하게 스페이서 포함 기판을 제조하였따.
도 28는 상기와 같은 기판에 대해서 스페이서와 흑색층의 밀착성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가한 결과인데, 도 23 및 28의 비교로부터 비교예 1의 경우, 밀착성이 확보되지 않아서 패턴이 소실되는 것을 확인할 수 있다. 상기 기판에 대해서 실시예 1과 동일하게 측정한 패턴 유지율은 대략 65% 이하 수준(패턴 소실율: 35% 초과)이었다.
비교예 2.
실시예 1의 과정에서 자외선의 조사 광량을 약 281 mJ/cm2로 조절한 것을 제외하고는 동일하게 스페이서 포함 기판을 제조하였다. 도 29는, 상기와 같은 기판에 대해서 스페이서와 흑색층의 밀착성을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가한 결과인데, 도 23 및 29의 비교로부터 비교예 2의 경우, 밀착성이 확보되지 않아서 패턴이 소실되는 것을 확인할 수 있다. 상기 기판에 대해서 실시예 1과 동일하게 측정한 패턴 유지율은 대략 65% 이하 수준(패턴 소실율: 35% 초과)이었다.
비교예 3.
마스크의 압착 속도를 약 0.1 mpm 정도로 제어한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 스페이서 포함 기판을 제조하였다. 도 30은 상기와 같은 기판의 제조 과정에서의 이물 발생 여부를 평가한 결과인데, 그 결과로부터 이물이 과도하게 발생한 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 과도한 이물 발생은 기판이 사용될 수 없는 수준이었다.
비교예 4.
마스크의 압착 속도를 약 0.2 mpm 정도로 제어한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 스페이서 포함 기판을 제조하였다. 도 31은 상기와 같은 기판의 제조 과정에서의 이물 발생 여부를 평가한 결과인데, 그 결과로부터 이물이 과도하게 발생한 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 과도한 이물 발생은 기판이 사용될 수 없는 수준이었다.

Claims (15)

  1. 기재층; 상기 기재층상에 형성된 흑색층 및 상기 흑색층상에 형성된 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 기재층의 상기 스페이서가 형성된 면에 박리 테스트로 측정한 스페이서의 소실율이 15% 이하인 기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 기재층은 플렉서블 기재층인 기판.
  3. 제 1 항에 있어서, 흑색층의 면적(B)과 컬럼 스페이서의 바닥부의 면적(T)의 비율(T/B)은 0.5 내지 1.5의 범위 내인 기판.
  4. 제 1 항에 있어서, 흑색층은, 물리적 연성값이 0.55 이상인 금속을 포함하는 기판.
  5. 제 1 항에 있어서, 흑색층은, 물리적 연성값이 0.55 이상인 금속의 금속층, 물리적 연성값이 0.55 이상인 금속의 금속 산화물층, 물리적 연성값이 0.55 이상인 금속의 금속 질화물층 또는 물리적 연성값이 0.55 이상인 금속의 금속 산질화물층이거나, 상기 중 2종 이상의 적층 구조를 가지는 기판.
  6. 제 5 항에 있어서, 흑색층은, 상기 금속층인 제 1 층과 상기 금속 산화물층, 상기 금속 질화물층 또는 상기 금속 산질화물층인 제 2 층을 포함하는 다층 구조인 기판.
  7. 제 5 항에 있어서, 흑색층은, 상기 금속층인 제 1 층의 양측에 상기 금속 산화물층, 상기 금속 질화물층 또는 상기 금속 산질화물층인 제 2 층을 포함하는 다층 구조인 기판.
  8. 제 1 항에 있어서, 스페이서는, 상부에 반구부를 가지는 반구형 스페이서인 기판.
  9. 제 1 항에 있어서, 흑색층과 기재층의 사이에 전극층을 추가로 포함하는 기판.
  10. 기재층; 상기 기재층상에 형성된 흑색층 및 상기 흑색층상에 형성된 광 경화형 수지층을 포함하는 적층체의 상기 수지층에 차광층이 포함된 임프린팅 마스크를 압착하면서 상기 마스크 상에서 상기 수지층으로 광을 조사하는 과정을 포함하되,
    상기 과정에서 차광층이 포함된 임프린팅 마스크의 압착 속도를 0.3 mpm 이상으로 제어하고, 상기 광의 광량을 300 mJ/cm2 이상으로 제어하는, 표면에 스페이서가 형성된 기판의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 차광층이 포함된 임프린팅 마스크는, 일면에 오목부가 형성되어 있는 광투과성의 본체 및 상기 본체의 오목부가 형성되어 있지 않은 부분에 존재하는 차광막을 포함하는 기판의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 차광층이 포함된 임프린팅 마스크의 압착은 롤 임프린팅 방식으로 수행되는 기판의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 광의 조사 후에 수지층을 현상하고, 수지층 현상 후에 흑색층을 에칭하는 공정을 추가로 포함하는 기판의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 수지층의 현상 공정과 흑색층의 에칭 공정의 사이에 열처리 공정을 수행하지 않는 기판의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 기판 및 상기 기판과 대향 배치되어 있고, 상기 기판의 스페이서에 의해 상기 기판과의 간격이 유지된 제 2 기판을 포함하는 광학 디바이스.
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