KR20190122340A

KR20190122340A - 배향성 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190122340A
Application number: KR1020180045965A
Authority: KR
Inventors: 이효진; 문인주; 김남규; 이범진; 서금석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-30
Also published as: KR102183681B1

Abstract

본 출원은 러빙 공정을 개선한 배향성 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 러빙포의 손상을 막을 수 있으므로 러빙 포의 교체 주기가 길어지고, 외곽부와 전극부를 동시에 재단할 수 있어 공정 시간을 단축 시킬 수 있으며, 전압 인가 시 러빙 줄이 시인되는 문제가 발생하지 않아 광학 특성을 향상시킬 수 있고, 자유 형상의 광학 디바이스의 제조에도 유리한 배향성 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

배향성 기판의 제조 방법{Preparation Method for Alignable Substrate}

본 출원은 배향성 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

광학 디바이스에 포함되는 기판의 표면에는 광변조층에 주로 포함되는 액정의 배향을 제어할 수 있는 배향막이 형성된다. 배향막의 배향 처리를 러빙 공정에 의해 수행될 수 있다.

광학 디바이스 제작 시, 구동 회로를 연결하기 위해 전극부 재단이 필요하다. 전극부를 재단한 후에 기판에 단차가 발생하는데 절단면이 날카로워 재단된 부위를 여러 차례 러빙할 경우 러빙포가 마모되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 재단된 부위에 배향막 부스러기가 남아 러빙포에 누적되면 러빙할 때 배향막에 손상을 주거나 배향막이 벗겨지기도 한다.

또한, 러빙포가 마모되거나 배향막 부스러기가 누적된 상태로 러빙을 실시한 후 광학 디바이스를 제작할 경우, 다른 부분과 초기 투과율이 다를 수 있고 전압 인가 시 구동속도가 달라 러빙 줄이 시인되는 불량이 발생할 수 있다.

또한, 현재 액정셀과 같은 광학 디바이스의 제작 공정은 외곽부 1차 재단, 러빙, 전극부 2차 재단으로 나뉘어 있어 많은 시간이 소요된다.

대한민국 특허등록공보 제10-0880214호 대한민국 특허공개공보 제2012-0011711호

본 출원은 러빙 공정을 개선한 배향성 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 러빙포의 손상을 막을 수 있으므로 러빙 포의 교체 주기가 길어지고, 외곽부와 전극부를 동시에 재단할 수 있어 공정 시간을 단축 시킬 수 있으며, 전압 인가 시 러빙 줄이 시인되는 문제가 발생하지 않아 광학 특성을 향상시킬 수 있고, 자유 형상의 광학 디바이스의 제조에도 유리한 배향성 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 출원은 배향성 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 용어 배향성 기판은, 표면에 액정을 배향시킬 수 있는 배향력이 부여되어 있는 기판을 의미한다. 일 예시에서 상기 배향성 기판은, 광학 디바이스를 제조하는 것에 사용될 수 있다.

용어 광학 디바이스의 범주에는, 서로 다른 2가지 이상의 광학 상태, 예를 들면, 고투과율 및 저투과율 상태, 고투과율, 중간 투과율 및 저투과율 상태, 서로 다른 색상이 구현되는 상태 등의 사이를 스위칭할 수 있도록 형성된 모든 종류의 디바이스가 포함될 수 있다.

본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 수평, 직교 또는 평행 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 수평, 직교 또는 평행을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 각각의 경우는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.

본 출원의 배향성 기판의 제조 방법은 전극필름 및 배향막을 포함하는 기판의 재단부에 돌기를 삽입하는 단계 및 러빙포 갖는 러빙롤을 사용하여 상기 배향막을 러빙 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 러빙 처리는 하기 수식 1의 관계를 만족하도록 수행될 수 있다.

[수식 1]

A < B < (C+A)

수식 1에서 A는 기판의 두께이고, B는 돌기의 높이이고, C는 러빙포의 두께이다. 상기에서 기판의 두께(A)는 전극필름의 두께와 배향막의 두께의 합계 수치를 의미한다.

본 출원에 따르면, 재단부에 돌기를 적용하고 수식 1을 만족하도록 러빙 처리를 수행함으로써, 러빙 처리 시 재단부에 의한 러빙포의 손상을 방지할 수 있다. 본 출원에 따르면, 러빙포의 손상을 막을 수 있으므로 러빙 포의 교체 주기가 길어지는 유리한 효과가 있다. 또한, 본 출원에 따르면, 외곽부와 전극부를 동시에 재단할 수 있어 공정 시간을 단축 시킬 수 있는 유리한 효과가 있다. 즉, 본 출원에서는, 재단부를 갖는 기판에 러빙 처리를 하더라도 러빙 포의 손상을 막을 수 있어 전극부를 재단한 후에 러빙 처리가 가능하므로 외곽부와 전극부의 재단 공정을 1개로 줄일 수 있다. 또한, 본 출원에 따르면, 광학 특성이 우수한 광학 디바이스의 제조에 유리할 수 있다. 즉, 본 출원에서는, 러빙 포의 손상을 방지할 뿐만 아니라, 러빙 포가 재단부에 직접 닿지 않으므로 배향막 부스러기가 러빙 포에 누적되는 것도 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 배향막에 러빙 세기가 달라져서 전압 인가 시 구동 속도가 달라 러빙 줄이 시인되는 불량을 발생시키지 않을 수 있다. 또한, 본 출원에 따르면, 여러 방향으로 러빙을 수행하더라도 러빙 포의 마모 정도의 차이가 발생하지 않으므로, 자유 형상의 광학 디바이스의 제조에도 유리할 수 있다.

이하, 본 출원의 배향성 기판의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

상기 전극 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 투명 전도성 층을 포함할 수 있다. 투명 전도성 층의 두께는 상기 수식 1의 기판의 두께(A)를 고려하여 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어 10 nm 내지 100 nm일 수 있다. 또한, 기재 필름의 두께는 상기 투명 전도성 층의 두께 및 후술하는 배향막의 두께를 고려하여, 수식 1의 기판의 두께(A) 범위를 만족하도록 적절히 조절될 수 있다.

상기 기재 필름으로, 액정셀과 같은 공지의 광학 디바이스의 기판으로 사용되는 임의의 기재 필름이 적용될 수 있다. 상기 기재 필름으로는 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.

상기 투명 전도성 층으로, 액정셀과 같은 공지의 광학 디바이스의 전극층에 사용되는 임의의 투명 전도성 층이 사용될 수 있다. 하나의 예로, 상기 투명 전도성 층은 전도성 고분자, 전도성 금속, 전도성 나노와이어 또는 금속 산화물 등의 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투명 전도성 층은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide) 또는 SnO₂ 등의 투명 금속 산화물을 포함할 수 있다.

상기 배향막은 상기 전극 필름 상에, 구체적으로 상기 투명 전도성 층 상에 형성될 수 있다. 상기 배향막의 두께는 상기 수식 1의 기판의 두께(A)를 고려하여 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 50 nm 내지 300 nm 일 수 있다.

상기 배향막은, 액정 화합물의 정렬 상태를 조절하기 위하여 상기 전극 필름상에 형성될 수 있다. 본 출원에서 적용하는 배향막의 종류는 특별하게 제한되지 않으며, 공지의 배향막이 사용될 수 있다. 예를 들면, 적절한 코팅성, 용매에 대한 용해도, 내열성, 내화학성 및 러빙과 같은 배향 처리에 대한 내구성 등을 만족하고, 필요에 따라서 적절한 틸팅(tilting) 특성 등을 나타내며, 불순도(impurity) 관리를 통한 적절한 전압보전율(voltage holding ratio; VHR)과 고명암비 등의 물성을 만족하는 공지의 배향막을 모두 적용할 수 있다.

배향막은, 예를 들면, 수직 또는 수평 배향막일 수 있다. 수직 또는 수평 배향막으로는, 인접하는 액정층의 액정 화합물에 대하여 수직 또는 수평 배향능을 가지는 배향막이라면 특별한 제한없이 선택하여 사용할 수 있다.

배향막은, 러빙 처리에 의해 액정에 대한 수직 또는 수평 배향능과 같은 배향능을 나타낼 수 있는 것으로 공지되어 있는 임의의 종류의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배향막은 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)) 화합물, 폴리아믹산(poly(amic acid)) 화합물, 폴리스티렌(polystylene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물 등과 같이 러빙 배향에 의해 배향능을 나타내는 것으로 공지된 배향막 형성 물질을 포함할 수 있다.

배향막은, 배향막 형성 물질을 포함하는 배향막 형성재로서, 예를 들면, 배향막 형성 물질을 적절한 용매에 분산, 희석 및/또는 용해시켜서 제조한 배향막 형성재, 즉 배향막 형성 물질과 용매를 포함하는 배향막 형성재를 적용하여 공지의 방식으로 형성할 수 있다.

본 출원에서는 상기와 같은 배향막 형성재를 사용하여 배향막을 형성하고, 이 경우 그 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향막 형성 공정은, 전극 필름 상에 배향막 형성재의 층을 형성하고, 상기 형성된 층에 배향 처리 등의 공지의 처리를 수행하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배향막 형성재의 층을 도포 등에 의해 형성하고, 소성까지의 시간이 기판마다 일정하지 않은 경우나, 도포 후 즉시 소성되지 않은 경우에는 건조 공정 등과 같은 전처리 공정이 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 건조 및/또는 열처리 등의 공정은, 적절한 건조기, 오븐 또는 핫플레이트 등을 사용하여 수행할 수 있다.

상기와 같은 공정에 의해 형성되는 배향막의 두께는, 예를 들면, 약 50 nm 이상이면서 약 1,000 nm 이하, 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하 또는 200 nm 이하 정도의 범위 내에서 두께가 조절될 수 있다.

도 1은 전극필름(10) 및 배향막(20)을 포함하는 기판(100)의 재단부에 돌기(30)가 삽입된 구조를 예시적으로 나타낸다.

상기 재단부는 광학 디바이스 제조 시에 구동회로를 연결하기 위해 전극부 재단을 실시함으로써 형성될 수 있다. 본 명세서에서는, 기판에서 재단되어 잘려 나간 부위를 재단부로 호칭할 수 있다. 기판은 적어도 하나 이상의 재단부를 가질 수 있다. 재단부의 개수는 구동회로 연결을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.

하나의 예로, 상기 재단부는 기판의 내부 영역에 존재할 수 있다. 재단된 기판을 위에서 바라보았을 때, 재단부는 비재단부에 의해 둘러 쌓인 형태를 가질 수 있다. 재단부의 단면의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 다각형, 원형, 타원형 등의 정형화된 형상뿐만 아니라, 비정형의 다각형 형상, 비정형의 곡면 형상과 같은 자유 형상을 가질 수 있다. 상기 기판에서 재단부의 면적은 제조하고자 하는 제품에 따라 적절히 설계 변경 가능하다.

상기 재단부는 광학 디바이스의 제조 시에 구동 회로를 연결하기 위해 실시되는 공지의 재단 방법에 의해 형성될 수 있다. 하나의 예로, 기판의 재단부는, 공지의 물리적인 재단을 통해, 기판의 두께 방향으로 실시되는 재단에 의해 형성될 수 있다. 상기 기판의 재단은 예를 들어 나이프 또는 레이저를 이용하여 수행될 수 있다.

상기 돌기의 재료는 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예로, 상기 돌기는 돌기 형태로 성형 가능한 금속 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 금속으로는 알루미늄을 사용할 수 있다. 상기 금속에는 연마(polishing)와 같은 표면 처리가 수행될 수 있다. 연마 공정은 금속의 표면 거칠기를 낮추어 러빙 시에 러빙포의 손상을 최소화한다는 측면에서 유리할 수 있다. 상기 연마 공정으로는 예를 들어 아노다이징(anodizing), 화학 연마, 전해 연마 또는 버핑 등을 예시할 있다. 하나의 예시에서, 상기 금속은 아노다이징, 예를 들어, 경질 아노다이징(hard anodizing)으로 표면 처리될 수 있다. 아노다이징은 금속의 표면에 산화 피막, 예를 들어, 양극 산화 피막을 형성함으로써, 경도를 높이고, 금속의 부식을 방지하는 기능을 할 수 있다. 본 출원에서, 돌기는 러빙 시에 러빙 포와 직접적으로 맞닿게 되므로 금속에 부식이 발생했을 때 러빙포 뿐만 아니라 러빙하고자 하는 기재를 오염시킬 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 금속 돌기는 아노다이징으로 표면 처리된 것을 사용하는 것이 유리할 수 있다.

상기 돌기의 제조 방법은 본 출원의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기는 기판에 돌기의 형상을 만들 수 있는 공지의 금속 성형가공 방법을 통해 형성될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 돌기는 엠보싱(embossing) 공법으로 형성될 수 있다. 엠보싱 공법은 스탬핑 고정의 일종으로, 재료의 판 두께 변화는 일으키지 않으면서 국부적으로 돌기 형상의 소성 변형을 시킬 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 엠보싱 공정에 따르면, 원하는 돌기의 형상이 서로 반대로 되어 있는 상하 한쌍의 다이를 이용하여, 금속 재료의 기판에, 상기 돌기의 형상을 찍어냄으로써, 돌기의 형상을 제조할 수 있다.

돌기의 단면의 면적은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 돌기의 면적은 재단부의 면적에 비해 작도록 제작될 수 있다. 돌기의 면적이 재단부의 면적에 비해 클 경우 재단부에 돌기가 장착되지 않아 돌기를 이용한 러빙이 가능하지 않을 수 있다. 돌기의 면적이 재단부의 면적에 비해 지나치게 작을 경우 두 부분의 유격이 발생하여 러빙포가 손상될 우려가 있다. 이러한 점을 고려하여, 돌기의 면적은 예를 들어 재단부의 면적에 95% 내지 99%일 수 있다. 기판이 복수의 재단부를 포함하는 경우, 개별 재단부와 그 재단부에 적용되는 돌기부의 면적의 관계가 상기 범위를 만족할 수 있다.

상기 돌기는 상면부와 측면부를 가질 수 있다. 상기 돌기의 상면부는 기판의 재단부에 삽입된 후, 기판의 외부로 노출될 수 있다. 상기 돌기의 상면부는 곡면 형상, 예를 들어, 상부로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상을 통해, 러빙 처리 시 러빙 포의 손상을 막는데 더욱 유리할 수 있다. 상기 돌기의 측면부는 기판의 재단부에 삽입된 후, 기판의 재단된 면(재단부의 측면부)에 가깝게 존재할 수 있다. 즉, 재단부에 돌기를 삽입하는 단계는, 재단부의 측면부에 돌기의 측면부가 접촉되지 않도록, 수행될 수 있다.

상기 재단부에 돌기를 삽입하는 단계는, 재단부를 갖는 기판에 돌기를 갖는 하부층을 적용함으로써 수행될 수 있다. 도 1은 돌기(30)를 갖는 하부층(200)을 예시적으로 나타낸다. 상기 하부층은 돌기를 갖는 영역 이외의 저면 부를 가질 수 있다. 이때, 상기 저면부가 기판의 하부 면과 접촉하도록 하부층을 적용할 수 있다.

배향막의 러빙 처리는 러빙포를 갖는 러빙롤을 사용하여 수행할 수 있다. 도 1은 러빙포(50)를 갖는 러빙롤(40)을 예시적으로 나타낸다. 도 1과 같이 러빙 롤은 일반적으로 실린더 형상을 가지며 그 표면에 러빙포가 감겨져 부착된 구조를 가질 수 있다. 상기에서 러빙포는 통상 코튼, 레이온 또는 나일론 등의 소재로 제조될 수 있다.

상기 러빙 처리는 러빙포를 갖는 러빙롤을 회전시키면서 러빙포와 상기배향막을 접촉시킴으로써 수행될 수 있다. 이 과정에서 러빙롤 및/또는 기판을 이동시키면서 상기 접촉을 수행하며, 따라서 상기 접촉은, 상기 기판과 상기 러빙롤의 상대적 위치를 이동시키면서 수행할 수 있다. 하나의 예로, 배향막을 포함하는 기판을 스테이지 상에 로딩시키고, 러빙롤이 회전하는 동안 스테이지를 러빙롤 방향으로 이동시키면서 러빙 처리를 수행할 수 있다.

하나의 예로, 상기 러빙포는 일 방향으로 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 이때, 러빙롤의 회전 방향이 상기 러빙포의 굴곡 방향과 역 방향이 되도록 하면서 러빙 공정을 수행할 수 있다. 상기에서 굴곡 방향과 회전 방향의 기준은 러빙롤(40)을 기준으로 한 방향이다. 예를 들면, 도 1에 나타난 형태의 러빙롤의 경우는, 그 회전 방향은 반시계 방향이고, 상기 러빙롤(40)을 기준으로 할 때에 러빙포(50) 굴곡 방향은 시계 방향이다. 상기 러빙 처리는, 상기 러빙포의 굴곡된 방향의 표면이 배향막 내지 돌기부에 접촉하도록 수행될 수 있다.

본 출원에 따르면, 상기 러빙 처리는 러빙포가 상기 재단부에는 닿지 않도록 수행될 수 있다. 구체적으로, 재단에 의해 발생한 기판의 모서리 부분에는 닿지 않도록 수행될 수 있다. 이는 재단부에 삽입된 돌기에 의해 가능하며, 러빙포가 재단부에 닿는 대신 돌기에 닿을 수 있다. 이에 따라, 러빙 포의 손상을 방지할 뿐만 아니라, 러빙 포가 재단부에 직접 닿지 않으므로 배향막 부스러기가 러빙 포에 누적되는 것을 감소시킬 수 있다.

상기 러빙 처리는 상기 수식 1의 관계를 만족하도록 수행될 수 있다. 기판의 두께(A), 돌기의 높이(B), 러빙포의 두께(C)는 상기 수식 1의 관계를 만족하는 범위 내에서 선택될 수 있다.

하나의 예로, 기판의 두께(A)는 50 ㎛ 내지 300 ㎛ 범위 내일 수 있다. 기판의 두께(A)가 상기 범위 내인 경우 롤투롤(roll to roll) 공정이 가능하다는 측면에서 유리할 수 있다.

돌기의 높이(B)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 돌기의 높이가 지나치게 낮은 경우 재단부에 러빙포가 닿게 되어 러빙포의 손상이 발생할 수 있다. 돌기의 높이가 지나치게 높은 경우 러빙포에 손상이 누적되면서 돌기와 닿는 부분의 러빙포가 다른 부위보다 더 높게 되어 러빙 세기가 약해질 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 돌기의 높이(B)는 예를 들어, 50㎛ 내지 2300㎛ 범위 내일 수 있다.

하나의 예로, 러빙포의 두께(C)는 1 mm 내지 2 mm 범위 내일 수 있다. 러빙포의 두께가 상기 범위 내인 경우 러빙 공정을 적절히 수행한다는 측면에서 유리할 수 있다.

상기 러빙 처리는, 하기 수식 2에 의해 결정되는 러빙 세기(RS)가 3 내지 250의 범위 내가 되도록 수행될 수 있다. 도 2는 러빙 세기를 설명하기 위한 도면이며, 기판 구성 중에는 배향막(20)을 도시하였다. 도 2에서 러빙롤(40)과 러빙포(50)를 포함하는 구성을, 러빙 드럼(300)으로 도시하였다.

[수식 2]

RS = 2×N×M×π×n×r/(v-1)

수식 2에서 RS은 러빙 처리 시의 러빙 세기이며, N은 러빙 횟수이고, M은 러빙 깊이(단위: mm)이며, r은 러빙롤의 반지름(단위: mm)이고, n은 러빙롤의 회전 속도(단위: rpm)이며, v는 러빙롤에 대한 기판의 상대적 이동 속도(단위: mm/sec)이다.

러빙 횟수(N), 러빙 깊이(M), 러빙롤의 반지름(r), 러빙롤의 회전속도(n), 러빙롤에 대한 기판의 상대적 이동 속도(v)는 각각 상기 수식 2의 러빙 세기를 만족하는 범위 내에서 선택될 수 잇다.

하나의 예로, 러빙 횟수(N)는 러빙롤이 기판의 표면을 몇 번 이동하였는지를 나타내는 수이며, 통상 1 내지 10, 1 내지 9, 1 내지 8, 1 내지 7, 1 내지 6, 1 내지 5, 1 내지 4, 1 내지 3 또는 1 내지 2 정도의 범위이다.

하나의 예로, 러빙 깊이(M)(단위: mm)는 통상 0 mm 내지 2 mm 정도일 수 있다. 상기 러빙 깊이는, 일 예시에서 약 0.005 mm 이상 정도일 수 있고, 1 mm 이하 정도일 수도 있다.

하나의 예로, 러빙롤의 반지름(r)의 범위도 통상적인 범위일 수 있으며, 예를 들면, 약 50 mm 내지 300 mm, 약 50 mm 내지 250 mm, 약 50 mm 내지 200 mm, 약 50 mm 내지 150 mm 또는 약 50 mm 내지 100 mm 정도의 범위일 수 있다.

상기 수식 1에서 러빙롤의 회전 속도(n)는 통상 500 내지 2000 rpm의 범위 내이고, 러빙롤에 대한 기판의 상대적 이동 속도(v)는, 통상 500 내지 2000 mm/sec 정도의 범위일 수 있다.

본 출원의 제조 방법은 러빙 처리를 수행한 후에, 기판에서 돌기를 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.

상기 기판에는 전극필름, 배향막 이외에도, 광학 디바이스의 구동 및 구성에 필요한 공지의 층 내지 구성이 모두 포함될 수 있다. 이러한 층 내지 구성의 예로는, 스페이서 등이 있다. 상기 기판 상에는 2 개의 기판의 간격을 유지하는 기능을 수행할 수 있다.

본 출원은 또한 광학 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 광학 디바이스의 제조 방법은 상기 배향성 기판의 제조 방법을 이용할 수 있다.

본 출원의 광학 디바이스의 제조 방법은 제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 사이에 광변조층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판 중 하나 이상을 상기 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 하나의 예로, 상기 제 1 및 제 2 배향성 기판 모두 상기 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.

제 1 배향성 기판은 제 1 전극 필름 및 상기 제 1 전극 필름 상에 제 1 배향막을 포함할 수 있다. 제 2 배향성 기판은 제 2 전극 필름 및 상기 제 2 전극 필름 상에 제 2 배향막을 포함할 수 있다.

상기 제조 방법은, 제 1 기판의 제 1 배향막과 상기 제 2 기판의 제 2배향막의 사이에 광변조 물질을 포함하는 광변조층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제조 방법에 의해 제조된 광학 디바이스는, 제 1 전극 필름, 제 1 배향막, 광변조층, 제 2 배향막 및 제 2 전극 필름을 순차로 포함하는 구조를 가질 수 있다.

상기 광변조층은 광변조 물질을 포함할 수 있다. 상기 광변조층을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 다양한 방식이 적용될 수 있다.

일 예시에서 소위 닷팅 공정이 적용되는 경우에는, 상기 제조 방법은 상기 제 1 및 제 2 배향성 기판 중의 어느 하나의 기판의 배향막상에 광변조 물질을 닷팅하는 단계와 다른 하나의 기판을 상기 광변조 물질이 닷팅된 배향막과 대향 배치한 상태로 압력을 가하여 상기 닷팅된 광변조 물질이 상기 기판의 배향막의 사이의 간격을 충전하도록 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 과정은 예를 들면, 일반적인 닷팅 공정의 진행 방식에 따라 수행될 수 있으며, 그 구체적인 진행 방식은 특별히 제한되지 않는다.

물론 상기 언급된 닷팅 공정 외에도 광변조층을 형성하는 방식으로 공지된 다양한 방식이 모두 사용될 수 있다. 상기 닷팅 공정 이외의 방식으로는, 예를 들어, 제 1 기판과 제 2 기판을 합착한 후에 광변조 물질을 주입하는 공정을 예로 들 수 있다.

상기 광 변조층은 광변조 물질로서 액정 화합물을 포함할 수 있다. 상기 액정 화합물 등의 재료도 특별한 제한 없이 필요에 따라서 공지의 적정 재료가 선택된다. 하나의 예시에서, 상기 액정 화합물로는 네마틱(nematic) 액정 또는 스멕틱(smectic) 액정을 사용할 수 있다.

필요한 경우에 상기 광변조 물질은 이색성 염료(dichroic dye)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료는 두 가지로 구분할 수 있는데, 특정한 방향으로 다른 방향보다 더 많은 빛을 흡수하는 분자로 분자의 장축 방향의 편광을 흡수하는 색소를 양(positive) 이색성 염료 또는 p형 염료, 수직인 방향의 빛을 흡수하는 것을 음(negative) 이색성 염료 또는 n형 염료를 의미할 수 있다. 일반적으로 상기와 같은 염료는 최대의 흡수를 일으키는 파장을 중심으로 좁은 영역의 흡수 스펙트럼을 가질 수 있다. 또한, 게스트 호스트 액정디스플레이(Guest Host LCD)에 쓰이는 염료는 화학적/광학적 안정성, 색상과 흡수 스펙트럼의 폭, 이색성 비율, 색소의 질서도, 호스트(Host)에 대한 용해도, 비이온화 정도, 소광(extinction) 계수 및 순도와 높은 비저항과 같은 특성으로 평가할 수 있다. 이하 특별한 언급이 없는 한 이색성 염료는 양의 염료인 것으로 가정한다.

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 이색성 흡수가 가능한 물질을 의미할 수 있다.

이색성 염료로는, 예를 들면, 액정의 정렬 상태에 따라 정렬될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료를 선택하여 사용할 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.

이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 이색성 염료는 이색비가 5 이상 내지 20 이하일 수 있다. 본 명세서에서 용어「이색비」는, 예를 들어, p형 염료인 경우, 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이방성 염료는 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 가질 수 있다.

상기 광변조 물질이 액정 화합물 및 이색성 염료를 모두 포함하는 경우에 상기 광변조 물질은 게스트-호스트형 광변조 물질로 작용할 수 있다. 즉, 상기 게스트-호스트형 광변조 물질은 액정 화합물의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어 염료의 정렬 방향에 평행한 광은 흡수하고 수직한 광은 투과시킴으로써 비등방성 광흡수 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 광변조 물질의 이방성 염료의 함량은 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 광변조 물질의 이방성 염료의 함량은 0.1 중량% 이상 내지 10 중량% 이하일 수 있다.

액정을 이용한 광학 디바이스의 구동 모드는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, DS(Dynamic Scattering) 모드, ECB(Electrically Controllable Birefringence) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, FFS(Fringe-Field Wwitching)모드, OCB(Optially Compensated Bend) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 모드, PVA(Patterned Vertical Alignment) 모드, HAN(Hybrid Aligned Nematic) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, STN (Super Twisted Nematic) 모드 등을 예시할 수 있다.

도 1은 재단부에 돌기가 삽입된 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 2는 러빙 세기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시예 1의 재단부에 돌기가 삽입된 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 4는 비교예 1의 재단부에 돌기가 삽입되지 않은 구조를 예시적으로 나타낸다.
도 5는 실시예 1 내지 3의 러빙 데미지 관찰 결과이다.
도 6은 비교예 1 내지 3의 러빙 데미지 관찰 결과이다.
도 7은 실시예 4 내지 6의 러빙 데미지 관찰 결과이다.
도 8은 비교예 4 내지 6의 러빙 데미지 관찰 결과이다.
도 9는 사각형과 자유형상의 러빙 모식도이다.
도 10은 실시예 7 내지 8 및 비교예 7 내지 8의 러빙 데미지 관찰 결과이다.

이하, 본 출원에 따른 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

두께가 100㎛인 PC (polycarbonate polymer) 필름 기재 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층 및 폴리이미드 수직 배향막(Nissan社, SE-5661)이 순차로 형성한 기판을 준비하였다. 기판의 두께(A)는 약 100㎛이고, 면적은 가로 200mm x 세로 150mm이다. 상기 기판에 목형 나이프를 사용하여, 도 4(a)에 나타난 형상으로, 전극부 재단을 실시하였다. 재단부 1개는 가로 10mm, 세로 15mm의 면적을 갖고 재단부의 간격은 50mm이다.

알루미늄 기판(AL6061)에 엠보싱 공법으로 도 4(b)에 나타난 형상으로 돌기(높이(B) 300㎛, 가로 9.5mm, 세로 14.5mm, 간격 50mm)를 형성한 후 경질 아노다이징으로 표면 처리하여, 돌기를 갖는 하부층을 제조하였다.

다음으로, 상기 기판의 재단부에 돌기를 삽입하였다. 돌기의 면적에 비해 재단부의 면적이 더 커서 약간의 유격이 있으므로 이 부분을 맞추어서 물리적으로 끼워 넣었다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 각각 재단부에 돌기가 삽입된 구조를 예시적으로 나타낸다.

상기 기판의 재단부에 돌기가 삽입된 상태로 배향막을 러빙 처리하였다.

러빙 처리는 두께(C) 1.5mm의 러빙포(나일론 재질)가 형성된 러빙롤을 사용하여 실시하였다. 상기 러빙 처리는 러빙롤을 회전시키면서 기판을 상기 러빙 드럼의 하부로 이동시키면서, 러빙 세기가 RS 값으로 50이 되도록 수행하였다. 러빙을 30회 반복 실시하여 제 1 배향성 기판을 제조하였다.

상기 제 1 배향성 기판의 제조 방법과 동일한 방법으로 제 2 배향성 기판을 준비하였다. 이때, 러빙 공정 완료 후에 돌기를 갖는 하부층은 제거하였다.

제 1 배향성 기판의 단부에는 통상 액정셀의 제조에 적용되는 접착제를 코팅하고, 적절 위치에 광변조 물질(HCCH社의 HNG730200(ne: 1.551, no: 1.476, ε∥: 9.6, ε⊥: 9.6, TNI: 100℃, △n: 0.075, △ ε: -5.7) 액정과 이방성 염료(BASF社, X12)의 혼합물 )을 닷팅(dotting) 한 후에 진공 합착기를 이용하여 상기 제 2 배향성 기판을 합착함으로써, 닷팅(dotting)된 광변조 물질이 2개의 기판의 사이에 고르게 퍼지게 하여 광학 디바이스를 제조하였다.

실시예 2

러빙 횟수를 60회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

실시예 3

러빙 횟수를 90회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하엿다.

비교예 1

제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 제조 시에, 돌기를 갖는 하부층을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 각각 재단부에 돌기가 삽입되지 않은 구조를 예시적으로 나타낸다.

비교예 2

러빙 횟수를 60회 실시한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

비교예 3

러빙 횟수를 90회 실시한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하엿다.

평가예 1. 러빙 공정 개선 평가

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 각각 제조된 광학 디바이스의 일 측에 흡수형 직선 편광판을 합지하고, 광학 디바이스에 전압 인가 시 중간 계조 과정에서 러빙 단차 데미지가 관찰되는지를 평가하였다. 러빙 단차 데미지는 중간 계조 과정에서 러빙 줄이 관찰되는 지에 따라 평가할 수 있다. 상기에서 광학 디바이스의 러빙 방향과 흡수형 직선 편광판의 흡수축이 수직하도록 합지하였다. 상기에서 광학 디바이스에 인가된 전압은 18 V이다.

도 5는 실시예 1 내지 3의 러빙 데미지 관찰 결과이고, 도 6은 비교예 1 내지 3의 러빙 데미지 관찰 결과이다. 실험 결과, 돌기가 없는 비교예 1 내지 3의 경우 전압 인가 시 계조 과정에서 러빙 줄이 관찰되었다. 이는 재단부위에 의해 러빙포가 손상되어 러빙 세기가 달라지므로 응답속도가 달라지기 때문이다. 반면 실시예 1 내지 3은 돌기에 의해 러빙 포 손상이 없어 계조 과정에서도 러빙 줄이 관찰되지 않았다.

실시예 4

실시예 1에 있어서, 두께가 100㎛인 PC 필름을 그대로 사용하면서, 러빙 횟수를 100회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

실시예 5

실시예 1에 있어서, PC 필름 대신에, 두께가 188㎛인 PET(Polyethylene terephthalate) 필름을 사용하고, 러빙 횟수를 100회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다. 이때, 돌기의 높이는 400㎛로 변경하였다.

실시예 6

실시예 1에 있어서, 두께가 50㎛인 COP(Cyclo-olefin Polymer) 필름을 사용하고, 러빙 횟수를 100회 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다. 이때, 돌기의 높이는 250㎛로 변경하였다.

비교예 4

제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 제조 시에, 돌기를 갖는 하부층을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

비교예 5

제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 제조 시에, 돌기를 갖는 하부층을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

비교예 6

제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 제조 시에, 돌기를 갖는 하부층을 적용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다.

평가예 2. 러빙 공정 개선 평가

실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6에서 각각 제조된 광학 디바이스에 전압 인가 시 얼룩이 관찰되는지 여부를 평가하였다. 상기에서 광학 디바이스에 인가된 전압은 18 V이다.

도 7은 실시예 4 내지 6의 관찰 결과이고, 도 8은 비교예 4 내지 6의 관찰 결과이다. 실험 결과, 재단부에 돌기를 적용하지 않은 비교예 4 내지 6은 러빙포의 손상이 발생하여 셀 제작 시 육안으로 얼룩이 관찰되었다. 이로부터, 기재 필름의 종류를 다르게 하여도, 돌기가 없는 경우 러빙 포의 손상이 여전하다는 점을 알 수 있다. 반면, 재단부에 돌기를 삽입한 실시예 4 내지 6은 기재 필름의 종류와 상관 없이 러빙 포의 손상을 최소화할 수 있으므로, 육안으로 관찰되는 얼룩이 확인되지 않았다.

실시예 7

기판의 재단 시에, 재단부의 단면이 도 9의 좌측에 도시된 사각형(가로 200mm, 세로 200mm이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판 및 광학 디바이스를 제조하였다. 이때, 돌기의 높이(B)는 300㎛이고, 가로는 199.5㎛이고, 세로는 199.5㎛이다. 도 9에서 굵은 실선은 재단부의 단차(70)를 의미한다.

실시예 8

기판의 재단 시에, 재단부의 단면이 도 9의 우측에 도시된 자유 형상(장변 2개의 길이는 각각 200mm이고, 단변 4개의 길이는 각각 100 mm)이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 기판 및 광학 디바이스를 제조하였다.

이때, 돌기는 상기 자유 형상과 동일한 형상이지만, 돌기의 높이는 300㎛이고, 장변 2개의 길이는 각각 199.5㎛이고, 돌기의 단변 4개의 길이는 각각 99.5㎛이다. 도 9에서 굵은 실선(70)은 재단부의 단차를 의미한다.

비교예 7

제 1 기판 및 제 2 기판의 제조 시에, 재단부에 돌기를 삽입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다

비교예 8

제 1 기판 및 제 2 기판의 제조 시에, 재단부에 돌기를 삽입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 기판과 광학 디바이스를 제조하였다

평가예 3. 러빙 공정 개선 평가

실시예 7 내지 8 및 비교예 7 내지 8에서 각각 제조된 광학 디바이스에 전압 인가 시 얼룩이 관찰되는지 여부를 평가하였다. 상기에서 광학 디바이스에 인가된 전압은 18 V이다.

도 10은 실시예 7 내지 8 및 비교예 7 내지 8의 관찰 결과이다. 실험 결과, 비교예 7과 같이, 사각형으로 재단된 기판의 경우, 돌기를 적용하지 않아러빙 포가 손상되더라도, 단차 부위에 러빙포가 닿는 횟수가 동일하여(2회) 구동속도가 차이나는 불량은 발생하지 않았다. 반면에, 비교예 8과 같이 자유 형상으로 재단된 기판의 경우, 면내에서 단차 부위에 러빙포가 닿는 횟수가 상이하여(각각 2회 및 4회) 러빙포가 손상되는 정도가 달라지고, 이에 따른 구동 속도의 차이로 인해 얼룩이 관찰되는 불량이 발생하였다. 반면, 돌기를 적용한 실시예 7 내지 8은 기판의 재단부의 재단 형상에 관계없이, 러빙 포의 손상을 최소화할 수 있으므로, 육안으로 관찰되는 얼룩이 확인되지 않았다. 이로부터, 자유 형상의 러빙을 위해 돌기의 적용이 필요하다는 점을 알 수 있다.

100: 기판 200: 하부층 300: 러빙 드럼 400: 스테이지 10: 전극필름 20: 배향막 30: 돌기 40: 러빙롤 50: 러빙포 60: 재단부 70: 재단부의 단차 M: 러빙 깊이: r: 러빙롤의 반지름, n: 러빙롤의 회전속도, v: 러빙롤에 대한 기판의 상대적 이동 속도

Claims

전극필름 및 배향막을 포함하는 기판의 재단부에 돌기를 삽입하는 단계 및 러빙포 갖는 러빙롤을 사용하여 상기 배향막을 러빙 처리하는 단계를 포함하고, 상기 러빙 처리는 하기 수식 1의 관계를 만족하도록 수행되는 배향성 기판의 제조 방법:
[수식 1]
A < B < (C+A)
수식 1에서 A는 기판의 두께이고, B는 돌기의 높이이고, C는 러빙포의 두께이다.
제 1 항에 있어서, 전극 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 투명 전도성 층을 포함하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 배향막은 수직 배향막 또는 수평 배향막인 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 배향막은 폴리이미드(polyimide) 화합물, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)) 화합물, 폴리아믹산(poly(amic acid)) 화합물, 폴리스티렌(polystylene) 화합물, 폴리아미드(polyamide) 화합물 및 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 재단부는 기판의 내부 영역에 존재하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 기판의 재단부는, 나이프 또는 레이저를 이용하여, 기판의 두께 방향으로 실시되는 재단에 의해 형성되는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 돌기는 상면부가 상부로 볼록한 형상을 갖는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 재단부의 측면부에 돌기의 측면부가 접촉되지 않도록, 재단부에 돌기를 삽입하는 배향성 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 재단부에 돌기를 삽입하는 단계는 재단부를 갖는 기판에 돌기를 갖는 하부층을 적용함으로써 수행되는 배향성 기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 하부층은 돌기를 갖는 영역 이외의 저면 부를 갖고, 상기 저면부가 기판의 하부 면과 접촉하도록 하부층을 적용하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 돌기는 금속을 포함하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 금속은 아노다이징(anodizing)으로 표면 처리된 금속인 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 러빙 처리는 러빙포를 갖는 러빙롤을 회전시키면서 러빙포와 배향막을 접촉시키면서 수행하는 배향성 기판의 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 러빙 처리는 러빙포가 재단부에는 닿지 않도록 수행되는 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 기판의 두께(A)는 50 ㎛ 내지 300 ㎛ 범위 내인 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 돌기의 높이(B)는 50 ㎛ 내지 2300 ㎛ 범위 내인 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 러빙포의 두께(C)는 1 mm 내지 2 mm 범위 내인 배향성 기판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 러빙 처리는 하기 수식 2에 의해 결정되는 러빙 세기(RS)가 3 내지 250의 범위 내가 되도록 수행되는 배향성 기판의 제조 방법:
[수식 2]
RS = 2×N×M×π×n×r/(v-1)
수식 2에서 RS은 러빙 처리 시의 러빙 세기이며, N은 러빙 횟수이고, M은 러빙 깊이(단위: mm)이며, r은 러빙롤의 반지름(단위: mm)이고, n은 러빙롤의 회전 속도(단위: rpm)이며, v는 러빙롤에 대한 기판의 상대적 이동 속도(단위: mm/sec)이다.
제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판의 사이에 광변조층을 형성하는 단계를 포함하는 광학 디바이스의 제조 방법으로서, 상기 제 1 배향성 기판 및 제 2 배향성 기판 중 하나 이상의 기판을 제 1 항의 제조 방법에 따라 제조하는 광학 디바이스의 제조 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 광변조층은 액정 화합물을 포함하는 광학 디바이스의 제조 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 광변조층은 이색성 염료를 더 포함하는 광학 디바이스의 제조 방법.