KR20200134419A

KR20200134419A - 기판

Info

Publication number: KR20200134419A
Application number: KR1020190059834A
Authority: KR
Inventors: 송철옥; 서한민; 배남석; 이승헌; 한재성
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-12-02

Abstract

본 출원에서는 우수한 치수 정밀도 및 밀착성을 가지는 스페이서가 형성되어 있는 기판 및 그러한 기판을 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

기판{Substrate}

본 출원은 기판에 대한 것이다.

대향 배치된 기판의 사이에 액정 화합물 또는 액정 화합물과 염료의 혼합물 등과 같은 광변조 물질을 배치시켜서 광의 투과율이나 색상 또는 반사도 등을 조절할 수 있도록 한 광학 디바이스는 공지이다.

이러한 장치에서는 기판 사이의 간격을 유지하기 위해서 소위 스페이서가 상기 기판의 사이에 위치한다.

스페이서로는 소위 볼 스페이서와 컬럼 스페이서가 대표적으로 사용된다. 컬럼 스페이서는 기판상에 고착화된 형태로서, 일반적으로 감광성 수지를 노광 및 현상하여 형성하고 있다.

본 출원은 기판을 제공한다. 본 출원에서는 기재층의 표면에 투명 컬럼 스페이서가 형성되어 있는 기판으로서, 상기 투명 컬럼 스페이서가 상기 기재층에 우수한 밀착력으로 부착되어 있고, 컬럼 스페이서의 높이 및 지름이 균일하게 제어된 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 하나의 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°C 내지 30°C의 범위 내의 한 온도 또는 약 23°C 또는 약 25°C 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 °C이다.

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 명세서에서 언급하는 용어 투명은, 적어도 일정 수준 이상의 투과율을 가지는 경우를 의미한다. 예를 들면, 용어 투명은, 투과율이 대략 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상인 경우를 의미한다. 상기 투명 상태의 투과율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 이하 또는 약 99% 이하 정도일 수 있다. 상기 투과율은 가시광에 대한 투과율이고, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm의 범위 내의 파장 중 어느 한 파장에 대한 투과율이거나, 상기 범위 내의 광 전체에 대한 평균 투과율일 수 있다.

본 출원의 기판은, 기재층 및 상기 기재층상에 존재하는 스페이서를 포함한다.

기재층으로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 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.

본 출원의 기판에서 상기 기재층의 두께도 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라서 적정 범위가 선택될 수 있다.

상기 기재층상에는 복수의 스페이서가 존재한다. 상기 스페이서는 컬럼 스페이서일 수 있다. 상기 컬럼 스페이서는 투명 컬럼 스페이서일 수 있다. 컬럼 스페이서의 의미는 업계에 공지된 것과 같으며, 예를 들면, 상기 컬럼 스페이서는 기둥 형상으로서 상기 기재층에 고정되어 있는 스페이서일 수 있다. 상기에서 스페이서가 기재층에 고정되어 있다는 것은, 상기 스페이서가 상기 기재층에 직접 접하여 고정되어 있거나, 혹은 기재층과 스페이서의 사이에 다른 층이 존재하는 경우에 해당 다른층상에 스페이서가 고정되어 있는 경우를 포함한다. 상기에서 다른 층의 종류에는 광학 디바이스의 구동에 필요한 공지의 층이 포함되고, 예를 들면, 후술하는 전극층 등이 예시될 수 있다.

예를 들면, 상기 기판은, 상기 기재층과 컬럼 스페이서의 사이에 전극층이 추가로 존재하고, 상기 스페이서가 상기 전극층에 접하고 있는 구조를 가질 수 있다.

또한, 컬럼 스페이서의 기둥 형상의 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 타원형 기둥 형상, 원기둥 형상, 사각 기둥 형상, 삼각 기둥 형상, 기타 다른 다각형 기둥 형상 및 불규칙한 형태의 기둥 형상도 포함된다.

본 출원의 상기 컬럼 스페이서는, 후술하는 특정한 방식으로 형성된 것으로서 특정한 형태를 가지고, 우수한 치수 균일성을 가지며, 기재층과의 밀착성이 우수하다.

즉, 일 예시에서 상기 기판에서 기재층상에는 복수의 컬럼 스페이서가 존재하는데, 그 중에 적어도 일부의 컬럼 스페이서에는 소위 볼 스페이서가 부착 또는 매립되어 있다. 상기에서 볼 스페이서는 업계에 공지된 통상적인 의미의 원형 스페이서이다.

도 1은 기재층(100)상에 형성된 복수의 투명 컬럼 스페이서(201)를 포함하는 기판의 측면 모식도이고, 도면과 같이 본 출원에서 상기 컬럼 스페이서(201) 중 적어도 일부에는 볼 스페이서(202)가 부착 또는 매립되어 있는 형태이다. 상기 볼 스페이서는 투명 볼 스페이서일 수 있다. 이와 같은 형태의 기판은 후술하는 방식으로 제작할 수 있고, 이에 의해 우수한 치수 균일성과 기재층에 대한 밀착성을 가지는 컬럼 스페이서를 형성할 수 있다. 도 1에서는 기재층(100)상에 직접 스페이서(201, 202)가 형성되어 있는 형태가 나타나 있지만, 도 2와 같이 상기 기재층(100)과 스페이서(201, 202)의 사이에는 전극층 등의 다른 층(300)이 추가로 존재하고, 상기 스페이서(201, 202)는 상기 다른 층(300)과 접하고 있을 수도 있다.

상기와 같은 구조의 기판에서 상기 볼 스페이서가 부착 또는 매립되어 있는 컬럼 스페이서의 수(A) 및 볼 스페이서가 부착 및 매립되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A/B)은 0.01 내지 10의 범위 내일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 0.05 이상, 약 0.1 이상, 약 0.15 이상, 약 0.2 이상, 약 0.21 이상, 약 0.22 이상, 약 0.23 이상, 약 0.24 이상, 약 0.25 이상, 약 0.26 이상, 약 0.27 이상, 약 0.28 이상, 약 0.29 이상, 약 0.3 이상, 약 0.31 이상, 약 0.32 이상, 약 0.33 이상, 약 0.34 이상 또는 약 0.35 이상이거나, 약 9 이하, 약 8 이하, 약 7 이하, 약 6 이하, 약 5 이하, 약 4 이하, 약 3 이하, 약 2 이하, 약 1.9 이하, 약 1.8 이하, 약 1.7 이하 또는 약 1.6 이하, 약 1.5 이하, 약 1.4 이하, 약 1.3 이하, 약 1.2 이하, 약 1.1 이하, 약 1 이하, 약 0.9 이하, 약 0.8 이하, 약 0.7 이하, 약 0.6 이하, 약 0.5 이하 또는 약 0.4 이하 정도일 수도 있다. 상기와 같은 범위 내에서 목적하는 치수 균일성과 밀착성, 개구율 등을 나타내는 컬럼 스페이서를 제조할 수 있으며, 이 비율은, 후술하는 제조 공정에서 경화성 조성물 내의 바인더 및 볼 스페이서의 비율을 조절하여 제어할 수 있다.

상기와 같은 컬럼 스페이서는 목적에 따라서 적절한 범위의 치수를 가질 수 있고, 그 범위는 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면, 상기 복수의 컬럼 스페이서들의 높이의 평균치는 대략 2 μm 내지 50 μm의 범위 내일 수 있다. 상기 평균치는 다른 예시에서 3 μm 이상 정도, 4 μm 이상 정도, 5 μm 이상 정도, 6 μm 이상 정도, 7 μm 이상 정도, 8 μm 이상 정도, 9 μm 이상 정도, 10 μm 이상 정도, 11 μm 이상 정도 또는 12 μm 이상 정도이거나, 45 μm 이하 정도, 40 μm 이하 정도, 35 μm 이하 정도, 30 μm 이하 정도, 25 μm 이하 정도, 20 μm 이하 정도, 19 μm 이하 정도, 18 μm 이하 정도, 17 μm 이하 정도, 16 μm 이하 정도, 15 μm 이하 정도, 14 μm 이하 정도 또는 13 μm 이하, 12 μm 이하, 11 μm 이하 또는 약 10 μm 이하 정도일 수도 있다.

상기 복수의 컬럼 스페이서들의 지름의 평균치는 4 μm 내지 60 μm의 범위 내일 수 있다. 상기 평균치는 다른 예시에서 6 μm 이상 정도, 8 μm 이상 정도, 10 μm 이상 정도, 12 μm 이상 정도, 14 μm 이상 정도, 16 μm 이상 정도, 18 μm 이상 정도, 20 μm 이상 정도, 22 μm 이상 정도 또는 24 μm 이상 정도이거나, 58 μm 이하 정도, 56 μm 이하 정도, 54 μm 이하 정도, 52 μm 이하 정도, 50 μm 이하 정도, 48 μm 이하 정도 또는 46 μm 이하 정도, 44μm 이하 정도, 42μm 이하 정도, 40μm 이하 정도, 38μm 이하 정도, 36μm 이하 정도, 34μm 이하 정도, 32μm 이하 정도, 30μm 이하 정도 또는 28μm 이하 정도일 수도 있다.

상기에서 컬럼 스페이서의 지름은, 컬럼 스페이서의 단면이 타원형인 경우에는 그 장축 또는 단축의 길이, 원형인 경우에는 그 지름, 기타 다각형이거나 불규칙한 형상인 경우에는 측정되는 치수 중에서 가장 큰 치수 또는 가장 작은 치수 또는 그 평균치일 수 있다.

위와 같은 컬럼 스페이서는 우수한 치수 균일성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 컬럼 스페이서들의 높이의 표준 편차는 0.05 μm 내지 0.3 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 표준 편차는, 상기 표준 편차(standard deviation)는, 분산의 양의 제곱근으로 정해지는 수치이다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 0.06μm 이상 정도, 0.07μm 이상 정도, 0.08μm 이상 정도, 0.09μm 이상 정도, 0.1μm 이상 정도 또는 0.11μm 이상 정도 또는 0.2μm 이상 정도이거나, 0.29μm 이하 정도, 0.28μm 이하 정도, 0.27μm 이하 정도, 0.26μm 이하 정도, 0.25μm 이하 정도, 0.24μm 이하 정도, 0.23μm 이하 정도, 0.22μm 이하 정도, 0.21μm 이하 정도 또는 0.2μm 이하 정도일 수도 있다. 상기 복수의 컬럼 스페이서들의 지름의 표준 편차는 0.3 μm 내지 1.5 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 0.31 μm 이상 정도, 0.32 μm 이상 정도, 0.33 μm 이상 정도, 0.34 μm 이상 정도, 0.35 μm 이상 정도, 0.36 μm 이상 정도, 0.37 μm 이상 정도, 0.38 μm 이상 정도, 0.39 μm 이상 정도, 0.4 μm 이상 정도, 0.41 μm 이상 정도, 0.42 μm 이상 정도, 0.43 μm 이상 정도, 0.44 μm 이상 정도, 0.45 μm 이상 정도 또는 0.46 μm 이상 정도, 0.5 μm 이상 정도, 0.55 μm 이상 정도, 0.6 μm 이상 정도, 0.65 μm 이상 정도, 0.7 μm 이상 정도, 0.75 μm 이상 정도 또는 0.8 μm 이상 정도이거나, 1.4 μm 이하 정도, 1.3 μm 이하 정도, 1.2 μm 이하 정도, 1.1 μm 이하 정도, 1 μm 이하 정도 또는 0.9 μm 이하 정도일 수도 있다. 상기 표준 편차(standard deviation)는, 분산의 양의 제곱근으로 정해지는 수치이다

상기와 같은 컬럼 스페이서들은, 예를 들면, 컬럼 스페이서 등을 제작하는 것에 사용하는 통상적인 바인더를 적용하여 제조할 수 있다. 통상 컬럼 스페이서는, 감광성 바인더로서, 자외선 경화형 화합물을 상기 화합물의 경화를 개시시키는 개시제 등과 혼합한 바인더를 패턴 노광하여 제조한다. 본 출원에서도 이러한 재료가 적용될 수 있다. 이러한 경우에 상기 자외선 경화형 화합물의 경화물이 상기 컬럼 스페이서를 형성할 수 있다. 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. 업계에서는 컬럼 스페이서를 제작할 수 있는 다양한 종류의 바인더가 알려져 있다.

본 출원의 기판에 적용되는 스페이서 중에서 볼 스페이서의 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 볼 스페이서 중에서 적절한 종류가 선택되어 사용될 수 있다. 일 예시에서 목적하는 치수 정밀도, 부착력 및/또는 개구율 등을 고려하여 상기 볼 스페이서로는 컬럼 스페이서와의 치수 관계가 소정 범위에 있는 것을 적용할 수 있다.

예를 들면, 볼 스페이서로는, 상기 컬럼 스페이서의 높이의 평균치(H)와 상기 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D)이 1 미만인 것을 사용할 수 있다. 상기 비율(H/D)은 다른 예시에서 약 0.1 이상, 약 0.3 이상, 약 0.5 이상, 약 0.7 이상 또는 약 0.8 이상이거나, 약 0.95 이하 또는 약 0.9 이하 정도일 수 있다. 상기 비율(H/D)의 범위 내에서 보다 셀갭(cell gap)을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

예를 들면, 상기 볼 스페이서로는, 상기 컬럼 스페이서의 지름의 평균치(T)와 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(T/D)이 1을 초과하는 것을 사용할 수 있다. 상기 비율(T/D)은, 다른 예시에서 1.2 이상 정도, 1.4 이상 정도, 1.6 이상 정도, 1.8 이상 정도, 2 이상 정도, 2.2 이상 정도, 2.4 이상 정도 또는 2.6 이상 정도이거나, 5 이하 정도, 4.8 이하 정도, 4.6 이하 정도, 4.4 이하 정도, 4.2 이하 정도, 4 이하 정도, 3.8 이하 정도, 3.6 이하 정도, 3.4 이하 정도, 3.2 이하 정도, 3 이하 정도, 2.8 이하 정도, 2.6 이하 정도, 2.4 이하 정도 또는 2.2 이하 정도일 수도 있다. 이러한 상한 범위 하에서 스페이서의 패턴의 외관을 보다 우수하게 유지할 수 있다.

컬럼 스페이서의 목적 치수를 고려하여 상기 범위의 볼 스페이서를 적용하여 후술하는 제조 방법을 진행함으로써 목적하는 스페이서들을 효과적으로 형성할 수 있다.

볼 스페이서의 구체적인 평균 입경의 범위는 특별히 제한되지 않고, 컬럼 스페이서의 치수에 따라 상기 비율 범위를 만족하도록 하는 범위에서 평균 입경을 가질 수 있다.

기판에 포함되는 복수의 볼 스페이서는 입경의 표준 편차가 0.8μm 이하일 수 있다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 0.7 μm 이하 정도, 0.6 μm 이하 정도 또는 0.5 μm 이하 정도이거나, 0 μm 이상 정도, 0 μm 초과 정도, 0.1 μm 이상 정도, 0.2 μm 이상 정도, 0.3 μm 이상 정도 또는 0.4 μm 이상 정도일 수 있다. 이러한 볼 스페이서를 적용함으로써 목적하는 형태의 스페이서들을 효과적으로 형성할 수 있다.

기판에 포함되는 복수의 볼 스페이서는 입경의 CV(Coefficient of Variation)값이 대략 8% 이하 정도일 수 있다. 상기 CV값은, 100×볼 스페이서 입경의 표준 편차/볼 스페이서의 평균입경으로 정의되는 값이다. 이 CV값은 다른 예시에서 대략 7% 이하 정도, 6% 이하 정도 또는 5% 이하 정도이거나, 0% 이상 정도, 0% 초과 정도, 1% 이상 정도, 2% 이상 정도, 3% 이상 정도 또는 4% 이상 정도일 수 있다. 이러한 볼 스페이서를 적용함으로써 목적하는 형태의 스페이서들을 효과적으로 형성할 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 볼 스페이서의 평균 입경은, 일반적으로 D50 입경으로 불리고 있는 소위 메디안 입경(median diameter)으로서, 입도 분포 곡선에서 중량 백분율의 50%에 해당하는 입경이다.

기재층상에서 상기 스페이서(볼 스페이서 및 컬럼 스페이서)의 점유 면적은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 기판의 용도 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 기재층의 표면의 전체 면적을 기준으로 하여서, 상기 기재층의 표면에 존재하는 스페이서(볼 스페이서 및 컬럼 스페이서)의 면적의 비율은 대략 0.5% 내지 20%의 범위 내일 수 있다.

상기 복수의 컬럼 스페이서들은, 기재층상에 규칙적으로 배치되어 있거나, 불규칙적으로 배치되어 있을 수 있다. 구체적으로 상기 기재층상의 복수의 스페이서들은, 서로간의 피치가 실질적으로 동일하도록 규칙적으로 배치되어 있거나, 복수의 컬럼 스페이서들 중에서 적어도 일부가 서로 상이한 피치를 가지도록 불규칙하게 배치되어 있을 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.

일 예시에서 상기 폐도형의 변의 길이(피치)는 최대 600 μm 정도일 수 있다. 상기 폐도형의 변의 길이 중 최대 길이는 다른 예시에서 약 550 μm 이하, 약 500 μm 이하, 약 450 μm 이하, 약 400 μm 이하, 약 350 μm 이하 또는 약 300 μm 이하이거나, 약 50 μm 이상 또는 약 100 μm 이상일 수 있다.

규칙적인 배치에서는 상기 폐도형의 변의 길이(피치)는 실질적으로 서로 동일하다. 한편, 불규칙한 배치의 경우, 상기 폐도형의 변의 길이들 중에서 최소 길이는 약 10 μm 이상일 수 있다. 상기 폐도형의 변의 길이 중 최소 길이는 다른 예시에서 약 100 μm 이하, 약 90 μm 이하, 약 80 μm 이하, 70 μm 이하 또는 약 65 μm 이하이거나, 약 20 μm 이상, 30 μm 이상 또는 40 μm 이상일 수 있다.

스페이서들의 배치가 규칙적인 경우에는 상기 폐도형인 삼각형, 사각형 또는 육각형의 각 변의 길이는 실질적으로 동일하고, 불규칙한 배치의 경우에는 적어도 하나의 변의 길이가 다르다.

이하에서는 스페이서의 배치가 불규칙한 경우에 대해서 설명한다. 도 3은, 기재층상에 존재하는 스페이서들(검은 점)이 불규칙하게 배치된 경우에 상기 스페이서들 중 임의로 4개의 스페이서들을 선택하고, 그들을 가상의 선(점선)으로 연결하여 형성한 폐도형인 사각형의 예시이다. 다만, 상기 피치를 결정하는 때에 형성되는 상기 폐도형은 그 내부에 스페이서가 존재하지 않도록 형성되는 것이다. 따라서, 예를 들면, 도 4와 같이 내부에 다른 스페이서가 존재하도록 스페이서들이 형성되는 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 스페이서들이 불규칙하게 배치되는 경우에 스페이서의 배치 밀도는 일정 영역간에서는 실질적으로 근접할 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 이하일 수 있다.

도 5는, 상기 10P를 한 변의 길이로 하는 정사각형 영역(도 5의 점선 사각형 영역)이 4개 임의로 선택된 경우를 예시적으로 보여주는 도면이다. 상기에서 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. 이러한 정상 피치는 규칙적으로 배치된 스페이서들의 피치일 수 있다.

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. 상기 표준 편차(standard deviation)는, 스페이서 개수의 산포도를 나타내는 수치이고, 분산의 양의 제곱근으로 정해지는 수치이다.

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 이하일 수 있다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 1.5 이하, 1 이하 또는 0.5 이하일 수 있다. 또한, 상기 표준 편차의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 0일 수 있다.

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. 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 50㎛ 내지 1,000㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 정상 피치(P)는 다른 예시에서 약 60㎛ 이상, 70㎛ 이상, 80㎛ 이상, 90㎛ 이상, 100㎛ 이상 또는 110㎛ 이상일 수 있고, 약 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 600㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하 또는 150㎛ 이하일 수도 있다.

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.

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, 0.03 이하, 0.02 이하 또는 0.01 이하일 수 있다. 또한, 상기 비율(SD/A)은, 0 이상 또는 약 0.005 이상 정도일 수도 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.

상기에서 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.

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 가정하였을 때에 구해지는 비율이다.

이러한 분포도의 예시는 도 6에 나타나 있다. 또한 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 0.45 이상, 0.5 이상, 0.55 이상, 0.6 이상, 0.65 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㎛ 이상, 27㎛ 이상, 30㎛ 이상, 35㎛ 이상, 40㎛ 이상, 45㎛ 이상 또는 50㎛ 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 이상, 약 0.01 이상 또는 약 0.015 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 같은 불규칙한 배치를 가지는 경우에 그를 정의하기 위해서 불규칙도라는 개념이 도입된다. 이하, 상기와 같은 형태의 스페이서들의 배치를 설계하기 위한 방법을 설명한다.

상기 언급된 스페이서들의 배치를 달성하기 위해서는 정상 배치 상태에서 출발하여 불규칙성을 가지도록 스페이서들을 재배치하는 단계를 수행한다. 상기에서 정상 배치 상태는, 전술한 규칙적인 배치 상태로서, 복수의 스페이서들이 기재층상에 모든 변의 길이가 동일한 정삼각형, 정사각형 또는 정육각형을 형성할 수 있도록 배치된 상태이다. 도 7은, 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 반지름을 가지는 원 영역을 지정하고, 그 영역 내에서 상기 하나의 스페이서가 무작위적으로 이동할 수 있도록 프로그램을 셋팅한다. 예를 들어, 도 4는 상기 길이 P 대비 50%의 길이(0.5P)의 반지름을 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 반지름이 되는 길이 P에 대한 비율이 불규칙도로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 나타난 경우에 있어서 불규칙도는 약 50%이다.

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 불규칙한 배치를 달성할 수 있다.

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.

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 사용하여 상기와 같은 스페이서를 구현할 수 있다.

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. 일 예시에서 상기 기판은, 도 2에 나타난 바와 같이 상기 기재층(100)과 상기 스페이서(201, 202)의 사이에 전극층(300)을 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.

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.

본 출원의 상기 스페이서는, 상기 기재층 혹은 상기 스페이서가 접하고 있는 기재층의 요소(예를 들면, 상기 전극층)에 대해서 우수한 부착력을 나타낸다.

예를 들면, 상기 기재층의 상기 스페이서가 형성된 면에 박리력이 대략 3.72N/10mm 내지 4.16 N/10mm 수준의 점착 테이프를 부착하고, 이를 박리하여도 상기 스페이서의 패턴은 실질적으로 소실되지 않고 유지될 수 있다. 이 때 상기 점착 테이프로는, 예를 들면, 니치반 테이프(Nichiban Tape) CT-24로 공지된 테이프일 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 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 방식에 따라서 스페이서를 형성하는 것에 의해 전술한 우수한 밀착성을 확보할 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.

일 예시에서 상기 기판은, 추가 구성으로서 보호 필름을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은, 상기 기재층의 스페이서가 형성된 면에 부착된 보호용 점착 필름을 추가로 포함할 수 있다. 상기와 같은 구성에서 점착 필름으로는 특별한 제한 없이 공지의 보호용 점착 필름이 사용될 수 있다.

본 출원은 또한 상기 기판을 제조하는 방법에 대한 것이다. 상기 제조 방법은, 상기 제조 방법은, 기재층상에 형성된 컬럼 스페이서용 경화성 조성물의 층에 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우에 상기 경화성 조성물은, 바인더 및 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 상기에서 바인더는 전술한 컬럼 스페이서를 형성하는 재료를 의미한다. 이와 같이 바인더 및 볼 스페이서를 배합한 경화성 조성물의 층을 적용함으로써 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사할 수 있고, 그에 의해 목적하는 컬럼 스페이서를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 상기 바인더 및 볼 스페이서에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.

따라서, 상기 바인더로는, 컬럼 스페이서 등을 제작하는 것에 사용하는 통상적인 바인더로서, 아크릴레이트 계열 또는 에폭시 계열의 자외선 경화형 화합물과 개시제를 포함하는 것을 사용할 수 있고, 이 때 바인더는 필요에 따라서 분산제 등의 다른 성분도 포함할 수 있다.

또한, 상기 볼 스페이서로는, 목적하는 컬럼 스페이서의 높이의 평균치 및 지름의 평균치와 전술한 비율을 만족하는 평균 입경을 가지면서, 전술한 입경의 표준 편차를 가지는 것을 사용할 수 있다.

상기 제조 방법은, 기재층상에 형성된 상기 컬럼 스페이서용 경화성 조성물의 층에 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사하는 단계를 포함하는 컬럼 스페이서의 제조 방법이고, 이 경우에 상기 경화성 조성물은 바인더와 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 형성되는 컬럼 스페이서의 높이의 평균치(H)와 상기 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은 1 미만일 수 있다. 상기 컬럼 스페이서의 지름의 평균치(T)와 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(T/D)은 1을 초과할 수 있다.

상기 비율(H/D)은, 전술한 것과 같이, 다른 예시에서 약 0.1 이상, 약 0.3 이상, 약 0.5 이상, 약 0.7 이상 또는 약 0.8 이상이거나, 약 0.95 이하 또는 약 0.9 이하 정도일 수 있다.

상기 비율(T/D)은, 전술한 것과 같이, 다른 예시에서 1.2 이상 정도, 1.4 이상 정도, 1.6 이상 정도, 1.8 이상 정도, 2 이상 정도, 2.2 이상 정도, 2.4 이상 정도 또는 2.6 이상 정도이거나, 5 이하 정도, 4.8 이하 정도, 4.6 이하 정도, 4.4 이하 정도, 4.2 이하 정도, 4 이하 정도, 3.8 이하 정도, 3.6 이하 정도, 3.4 이하 정도, 3.2 이하 정도, 3 이하 정도, 2.8 이하 정도, 2.6 이하 정도, 2.4 이하 정도 또는 2.2 이하 정도일 수도 있다.

상기 볼 스페이서는 입경의 표준 편차가 0.8μm 이하일 수 있다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 0.7 μm 이하 정도, 0.6 μm 이하 정도 또는 0.5 μm 이하 정도이거나, 0 μm 이상 정도, 0 μm 초과 정도, 0.1 μm 이상 정도, 0.2 μm 이상 정도, 0.3 μm 이상 정도 또는 0.4 μm 이상 정도일 수 있다. 이러한 볼 스페이서를 적용함으로써 목적하는 형태의 스페이서들을 효과적으로 형성할 수 있다.

상기 볼 스페이서는, 전술한 바와 같이 입경의 CV(Coefficient of Variation)값(=100×볼 스페이서 입경의 표준 편차/볼 스페이서의 평균입경)이 8% 이하 정도, 7% 이하 정도, 6% 이하 정도 또는 5% 이하 정도이거나, 0% 이상 정도, 0% 초과 정도, 1% 이상 정도, 2% 이상 정도, 3% 이상 정도 또는 4% 이상 정도일 수도 있다.

상기에서 경화성 조성물은, 전술한 바인더 100 중량부 대비 1 중량부 초과의 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 1.1 중량부 이상, 약 1.2 중량부 이상, 약 1.3 중량부 이상, 약 1.4 중량부 이상 또는 1.5 중량부 이상이거나, 약 10 중량부 이하, 약 9 중량부 이하, 약 8 중량부 이하, 약 7 중량부 이하, 약 6 중량부 이하 또는 약 5.5 중량부 이하일 수 있다.

이러한 비율 하에서 볼 스페이서를 배합함으로써, 효과적으로 목적하는 스페이서 구조를 형성할 수 있다. 또한, 상기에서 볼 스페이서의 중량 비율의 기준이 되는 바인더의 중량은, 상기 경화성 조성물에 포함되는 볼 스페이서를 제외한 성분의 중량이다.

상기 과정에서 적용되는 차광 마스크로는 일반적인 마스크를 적용할 수 있다. 이러한 차광 마스크는, 예를 들면, 도 8에 나타난 것과 같이 광투과성 본체(901)의 일 표면에 차광층(902)의 패턴이 형성되어 있고, 그 차광층(902) 및 본체(901)의 표면에 이형층(903)이 형성된 것일 수 있다.

상기에서 차광층(902)은 본체(901)상에 일정한 패턴으로 형성되어 있을 수 있고, 이러한 패턴의 형태는 목적하는 스페이서의 형태 및/또는 배치를 고려하여 정해질 수 있다. 이와 같은 형태의 차광 마스크는 다양하게 알려져 있고, 이러한 공지의 마스크가 모두 상기 방법에서 적용될 수 있다.

도 9와 같이 기재층(100)상에 형성된 경화성 조성물의 층(1000)에 상기 마스크(901, 902, 903)를 밀착시킨 상태에서 상기 마스크를 매개로 광을 조사하여 경화성 조성물을 경화시킬 수 있다.

도면에는 기재되어 있지 않지만, 상기 기재층(100)과 경화성 조성물의 층(1000)의 사이에는 전극층 등 다른 요소가 형성되어 있을 수 있다.

이 때 조사되는 광의 상태, 예를 들면, 그 파장이나, 광량, 세기 등은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 경화의 정도 및 경화성 조성물의 종류에 따라 정해질 수 있다.

본 출원의 제조 방법에서는 상기 광의 조사 후에 경화되지 않은 경화성 조성물을 제거하는 소위 현상 공정을 수행할 수 있으며, 이러한 방식은 공지의 방식으로 수행될 수 있다.

이러한 과정을 거쳐서 상기 기판이 제조될 수 있다.

본 출원은 또한, 상기와 같은 기판을 사용하여 형성한 광학 디바이스에 대한 것이다.

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.

도 1 및 2는 본 출원의 기판의 형태의 모식도이다.
도 3 내지 7은 본 출원의 기판에서 스페이서의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 출원의 제조 방법에서 적용되는 차광 마스크의 모식도이다.
도 9는, 본 출원의 기판의 제조 과정의 하나의 상태를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10 내지 14는 각각 실시예 1 내지 4에서 제조된 스페이서가 형성된 기판의 표면 사진이다.
도 15는 실시예 1의 기판에 대해서 스페이서의 밀착성 테스트를 수행한 후의 사진이다.

이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

1. 스페이서의 높이, 지름 및 표준 편차의 측정

이하에서 기재하는 스페이서의 높이는 측정 장비(Optical profiler, Nano System社, Nano View-E1000)를 사용하여 확인하였다. 스페이서의 지름은, 광학 현미경(Olympus BX 51)을 이용하여 확인하였다. 상기 높이 및 지름 각각에 대한 표준 편차는, 각각의 평균에 대한 분산의 양의 제곱근으로 구하였다(표준 편차는, 가로 및 세로가 각각 300 mm인 면적 내에 존재하는 스페이서에 대해서 구하였으며, 대략 50개 내지 250개의 스페이서에 대하여 구하였다).

실시예 1.

스페이서 형성에 사용되는 경화성 조성물은 다음의 방식으로 제조하였다. 자외선 경화형 아크릴레이트 화합물, 중합 개시제 및 분산제를 포함하는 바인더로서, 투명 컬럼 스페이서의 제조에 통상적으로 사용되는 바인더에 투명 볼 스페이서를 혼합하여 상기 조성물을 제조하였다. 이 때 볼 스페이서로는, 평균 입경이 10μm 정도이고, CV(Coefficient of Variation)가 4 정도이며, 입경의 표준 편차가 대략 0.4 μm 정도인 투명 볼 스페이서(제조사: Sekisui chemical, 상품명: SP210)를 사용하였다. 상기 볼 스페이서는, 상기 바인더 중량(아크릴레이트 화합물, 개시제 및 분산제 등의 합계 중량) 100 중량부 대비 약 2.5 중량부로 배합하였다.

표면에 비결정질의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층이 형성된 일축 연신 PET(poly(ethylene terephthalate)) 기재 필름의 상기 전극층상에 상기 조성물을 약 2 내지 3 mL 정도 적가(dropping)하고, 마스크로 상기 적가된 혼합물을 압착하여, 기재층, 전극층, 경화성 조성물층 및 마스크를 포함하는 적층체를 형성한 상태에서 상기 마스크를 향해서 자외선을 조사하여 상기 경화성 조성물층을 경화시켰다(자외선 조사량: 19,800 mJ/cm²).

기판의 제조 시에 적용된 마스크로는, 도 8에 나타난 바와 같이 투명 기재 필름(본체)(901)인 PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름상에 패턴화된 차광층(AgX, X=Cl, F, Br 또는 I)(902)과 이형층(903)이 순차 형성된 형태의 마스크를 사용하였다. 상기에서 차광층(902)의 패턴은, 상기 언급한 각 변의 길이가 실질적으로 동일한 삼각형의 폐도형을 형성하도록 원형의 차광층이 형성되지 않은 영역(지름: 약 20 μm)들이 규칙적으로 배치되도록 형성하였으며, 이 때 상기 삼각형의 각 변의 길이(피치)는, 대략 150μm 정도로 하였다. 자외선 조사 후에 미경화된 경화성 조성물을 제거(현상)하여 스페이서를 형성하였다. 도 10은 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면과 같이 상기 스페이서는 볼 스페이서가 부착 또는 매립된 컬럼 스페이서와 볼 스페이서가 부착 및 매립되어 있지 않은 컬럼 스페이서를 포함한다. 도면에서 100으로 표시된 스페이서는 상기 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서이고, 200으로 표시된 스페이서는 상기 볼 스페이서가 부착 및 매립되지 않은 스페이서이며, 300으로 표시된 스페이서는 상기 볼 스페이서가 매립된 컬럼 스페이서이다. 상기에서 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서의 개수(A)와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A:B)은, 대략 0.26:0.74 정도였다. 또한, 컬럼 스페이서의 높이는 대략 8.2 μm 내지 9.8 μm로서 평균이 약 9 μm 정도이고, 지름은 대략 25 μm 내지 30 μm 정도로서 평균은 약 28 μm 정도였다. 그리고, 기판의 표면에서 스페이서가 존재하는 면적의 비율은 대략 3.6% 내지 5.2% 정도였다. 상기에서 컬럼 스페이서들의 높이의 표준 편차는 대략 0.25 μm 정도였고, 지름의 표준 편차는 대략 0.89 μm 정도였다. 또한, 경화된 투명 스페이서는 굴절률이 1.51 내지 1.52 수준으로 증가하고, 색상이 뉴트럴하게 변화(b*: 0.7에서 0.6으로 변화)하여 기재 대비 투명하게 보여지는 것을 알 수 있었다.

실시예 2.

마스크로서, 실시예 1의 각 변의 길이가 실질적으로 동일한 삼각형의 폐도형을 형성하도록 원형의 차광층이 형성되지 않은 영역(지름: 약 20 μm)들이 규칙적으로 배치된 상태로부터 약 30% 정도의 불규칙도가 나타나도록 설계된 차광층(902)의 패턴을 가지는 마스크를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 스페이서를 형성하였다. 도 11은 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면과 같이 상기 스페이서는 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서를 포함한다. 상기에서 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서의 개수(A)와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A:B)은, 대략 0.26:0.74 정도였다. 또한, 컬럼 스페이서의 높이는 대략 8.1 μm 내지 8.7 μm로서 평균이 약 8.4 μm 정도이고, 지름은 대략 25 μm 내지 29 μm 정도로서 평균은 약 27.5 μm 정도였다. 그리고, 기판의 표면에서 스페이서가 존재하는 면적의 비율은 대략 3.5% 내지 5% 정도였다. 상기에서 컬럼 스페이서들의 높이의 표준 편차는 대략 0.2 μm 정도였고, 지름의 표준 편차는 대략 0.9 μm 정도였다. 또한, 경화된 투명 스페이서는 굴절률이 1.51 내지 1.52 수준으로 증가하고, 색상이 뉴트럴하게 변화(b*: 0.7에서 0.6으로 변화)하여 기재 대비 투명하게 보여지는 것을 알 수 있었다.

실시예 3.

마스크로서, 실시예 1의 각 변의 길이가 실질적으로 동일한 삼각형의 폐도형을 형성하도록 원형의 차광층이 형성되지 않은 영역(지름: 약 20 μm)들이 규칙적으로 배치된 상태로부터 약 50% 정도의 불규칙도가 나타나도록 설계된 차광층(902)의 패턴을 가지는 마스크를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 스페이서를 형성하였다. 도 12는 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면과 같이 상기 스페이서는 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서를 포함한다. 상기에서 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서의 개수(A)와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A:B)은, 대략 0.26:0.74 정도였다. 또한, 컬럼 스페이서의 높이는 대략 8.1 μm 내지 8.7 μm로서 평균이 약 8.4 μm 정도이고, 지름은 대략 25 μm 내지 29 μm 정도로서 평균은 약 27.5 μm 정도였다. 그리고, 기판의 표면에서 스페이서가 존재하는 면적의 비율은 대략 3.5% 내지 5% 정도였다. 상기에서 컬럼 스페이서들의 높이의 표준 편차는 대략 0.2 μm 정도였고, 지름의 표준 편차는 대략 0.9 μm 정도였다. 또한, 경화된 투명 스페이서는 굴절률이 1.51 내지 1.52 수준으로 증가하고, 색상이 뉴트럴하게 변화(b*: 0.7에서 0.6으로 변화)하여 기재 대비 투명하게 보여지는 것을 알 수 있었다.

실시예 4.

마스크로서, 실시예 1의 각 변의 길이가 실질적으로 동일한 삼각형의 폐도형을 형성하도록 원형의 차광층이 형성되지 않은 영역(지름: 약 20 μm)들이 규칙적으로 배치된 상태로부터 약 70% 정도의 불규칙도가 나타나도록 설계된 차광층(902)의 패턴을 가지는 마스크를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 스페이서를 형성하였다. 도 13은 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면과 같이 상기 스페이서는 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서를 포함한다. 상기에서 볼 스페이서가 부착된 컬럼 스페이서의 개수(A)와 볼 스페이서가 부착되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A:B)은, 대략 0.26:0.74 정도였다. 또한, 컬럼 스페이서의 높이는 대략 8.1 μm 내지 8.7 μm로서 평균이 약 8.4 μm 정도이고, 지름은 대략 25 μm 내지 29 μm 정도로서 평균은 약 27.5 μm 정도였다. 그리고, 기판의 표면에서 스페이서가 존재하는 면적의 비율은 대략 3.5% 내지 5% 정도였다. 상기에서 컬럼 스페이서들의 높이의 표준 편차는 대략 0.2 μm 정도였고, 지름의 표준 편차는 대략 0.9 μm 정도였다. 또한, 경화된 투명 스페이서는 굴절률이 1.51 내지 1.52 수준으로 증가하고, 색상이 뉴트럴하게 변화(b*: 0.7에서 0.6으로 변화)하여 기재 대비 투명하게 보여지는 것을 알 수 있었다.

시험예 1. 부착력 평가

실시예 1에서 제조된 기판의 컬럼 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 14는 실시예 1의 기판에 대해서 상기와 같은 평가를 수행한 후의 결과이다. 평가 결과, 실시예 1에 대해서는 스페이서의 소실이 거의 일어나지 않아서 소실율은 실질적으로 0%였다.

Claims

기재층 및 상기 기재층상에 형성되어 있는 복수의 투명 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 복수의 투명 컬럼 스페이서 중 적어도 일부의 컬럼 스페이서에는 투명 볼 스페이서가 부착 또는 매립되어 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 기재층은 무기 기재층 또는 유기 기재층인 기판.
제 1 항에 있어서, 기재층과 컬럼 스페이서의 사이에 전극층이 추가로 존재하고, 상기 스페이서는 상기 전극층에 접하고 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 볼 스페이서가 부착 또는 매립되어 있는 컬럼 스페이서의 수(A) 및 볼 스페이서가 부착 및 매립되어 있지 않은 컬럼 스페이서의 개수(B)의 비율(A/B)이 0.1 내지 10의 범위 내에 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 높이의 평균치가 2 μm 내지 100 μm의 범위 내에 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 높이의 표준 편차가 0.05 μm 내지 0.3 μm의 범위 내에 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 높이의 평균치(H)와 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D)이 1 미만인 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 지름의 평균치가 4 μm 내지 60 μm의 범위 내에 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 지름의 표준 편차가 0.3 μm 내지 1.5 μm의 범위 내에 있는 기판.
제 1 항에 있어서, 컬럼 스페이서의 지름의 평균치(T)와 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(T/D)이 1을 초과하는 기판.
제 1 항에 있어서, 볼 스페이서의 입경의 표준 편차가 0.8μm 이하인 기판.
제 1 항에 있어서, 표면에 존재하는 스페이서의 면적이 전체 표면 면적을 기준으로 0.5% 내지 20%의 범위 내인 기판.
제 1 항에 있어서, 기재층의 스페이서가 형성된 면에 부착된 보호용 점착 필름를 추가로 포함하는 기판.
기재층상에 형성된 투명 컬럼 스페이서용 경화성 조성물의 층으로서, 투명 볼 스페이서 및 바인더를 포함하는 경화성 조성물의 층에 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사하는 단계를 포함하는 제 1 항의 기판의 제조 방법.
제 14 항에 있어서, 경화성 조성물은 바인더 100 중량부 대비 1 중량부 초과의 볼 스페이서를 포함하는 기판의 제조 방법.
제 1 항의 기판 및 상기 기판과 대향 배치되어 있고, 상기 기판의 스페이서에 의해 상기 기판과의 간격이 유지된 제 2 기판을 포함하는 광학 디바이스.