KR20200134758A - 기판 - Google Patents

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KR20200134758A
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배남석
송철옥
이승헌
손용구
서한민
한재성
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주식회사 엘지화학
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics

Abstract

본 출원에서는 우수한 치수 정밀도 및 기재층에 대한 밀착성을 가지는 스페이서 구조가 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 격벽이 대표적으로 사용된다. 격벽은 기판상에 고착화된 형태로서, 일반적으로 감광성 수지를 노광 및 현상하여 형성하고 있다.
본 출원은 기판을 제공한다. 본 출원에서는 기재층의 표면에 스페이서 구조 형성된 기판으로서, 상기 스페이서 구조가 상기 기재층에 대해 우수한 밀착력을 보이고, 스페이서 구조의 높이 등의 치수가 균일하고, 정밀하게 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 출원은, 기판에 대한 것이다. 본 출원의 기판은 기재층 및 상기 기재층상에 존재하는 스페이서 구조를 포함할 수 있다.
기재층으로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 공지의 광학 디바이스의 구성에서 기판으로 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 출원에서 상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라서 적정 범위가 선택될 수 있다.
상기 기재층상에는 스페이서 구조가 존재한다. 상기 스페이서 구조는 격벽(partition wall)을 포함한다. 상기에서 격벽은, 기재층의 표면 영역을 적어도 2개 이상의 구획으로 나누는 칸막이벽 형태의 구조를 의미한다. 격벽은 정면 관찰 시에 선 형상을 가질 수 있는데, 상기 선 형상은 직선 형태이거나, 곡선 형태일 수도 있다. 일 예시에서 상기 격벽은 기재층상에서 폐도형을 형성하고 있을 수 있다. 상기에서 폐도형은, 상기 스페이서 구조가 형성된 기재층의 표면을 상기 표면의 법선 방향에서 관찰한 경우에 상기 격벽에 의해 형성되는 도형이고, 또한 모든 변이 상기 격벽에 의해 둘러싸여서 형성된 도형을 의미한다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 도 1의 좌측의 육각형은, 모든 변이 격벽(도 1에서 흑색 선)에 의해 둘러싸여 형성되어 있기 때문에 폐도형이지만, 우측의 육각형은 상부에 격벽이 존재하지 않는 영역이 있기 때문에 폐도형이 아니다. 물론 스페이서 구조에서 상기 격벽에 의해 항상 폐도형이 형성될 필요는 없으며, 폐도형이 형성되는 경우에도 모든 도형이 폐도형일 필요도 없다. 즉, 본 출원의 범주에는 스페이서 구조가 도형을 형성하고 있지 않은 격벽, 폐도형을 형성하고 있는 격벽 및 폐도형이 아닌 도형을 형성하고 있는 격벽 중 적어도 한 종류 이상의 격벽을 포함하는 경우가 포함된다.
상기에서 폐도형을 형성하는 격벽을 포함하는 스페이서 구조는 업계에 다양하게 공지되어 있고, 그 예에는 상기 격벽에 의한 폐도형이 육각형 형태인 소위 허니컴 패턴이나, 상기 폐도형이 사각형인 메쉬(mesh) 패턴이 있다. 상기 중에서 허니컴 패턴은 도 2에 예시적으로 나타나 있다. 그렇지만, 본 출원의 태양에서 상기 스페이서 구조의 격벽이 형성하는 폐도형의 형태는 상기 허니컴 형태를 이루는 육각형이나, 메쉬 형태를 이루는 사각형에 제한되는 것은 아니다. 상기 폐도형은, 일 예시에서 삼각형 이상의 다각형일 수 있으며, 상기 다각형을 이루는 변의 수는 3개 내지 10개의 범위 내일 수 있다. 상기 다각형 형태에서 각 변의 길이는 동일하거나, 상이할 수 있으며, 스페이서 구조에 존재하는 폐도형이 복수인 경우에 각 폐도형은 동일한 형태를 가질 수도 있고, 서로 다른 형태를 가질 수도 있다.
또한, 상기 폐도형을 형성하는 격벽도 직선 형태이거나, 일정한 곡률을 가지는 곡선 형태일 수도 있다. 폐도형을 형성하는 격벽은 모두 직선 형태이거나, 혹은 모두 곡선 형태일 수 있으며, 일부는 직선 형태이고, 다른 일부는 곡선 형태일 수도 있다.
상기 스페이서 구조는 상기 격벽과 함께 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 이러한 볼 스페이서는 상기 격벽에 부착되어 있거나, 혹은 매립되어 있을 수 있다. 상기에서 볼 스페이서는 업계에 공지된 통상적인 의미의 원형 스페이서이다.
도 3은, 육각형을 형성하는 격벽과 볼 스페이서를 포함하는 스페이서 구조의 상면도(Top view)이고, 도 4는 그 측면도이다. 도면과 같이 상기 스페이서 구조는 상기 격벽(100)과 함께 볼 스페이서(200)를 포함할 수 있다. 도 3 및 4에 나타난 것처럼 상기 볼 스페이서 중에는 상기 격벽(100) 내에 완전히 포함되어 있는 형태의 볼 스페이서(201), 상기 격벽(100) 내에 포함되어 있지만, 일부가 격벽 외부로 노출되어 있는 볼 스페이서(202) 및/또는 상기 격벽(100)과 접촉하고 있는 형태의 볼 스페이서(203)가 있을 수 있는데, 본 명세서에서는 상기 볼 스페이서 중에서 격벽 내에 포함된 형태의 볼 스페이서(201)는 격벽 내에 매립된 볼 스페이서로 호칭하고, 상기 격벽(100) 내에 포함되어 있지만, 일부가 격벽 외부로 노출되어 있는 볼 스페이서(202) 및 상기 격벽(100)과 접촉하고 있는 형태의 볼 스페이서(203)는 격벽에 부착된 볼 스페이서로 호칭할 수 있다.
상기와 같은 형태의 스페이서 구조는 후술하는 방식으로 제작할 수 있고, 이에 의해 우수한 치수 균일성과 기재층에 대한 밀착성을 동시에 나타내는 스페이서 구조를 형성할 수 있다. 도면에서는 기재층상에 직접 스페이서 구조가 형성되어 있는 형태가 나타나 있지만, 상기 기재층과 스페이서 구조의 사이에는 전극층 등의 다른 층이 추가로 존재하고, 상기 스페이서 구조는 상기 다른 층과 접하고 있을 수도 있다.
상기 스페이서 구조에서 상기 격벽의 높이(H)와 상기 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은, 0.7 내지 1.2의 범위 내일 수 있다. 상기 비율(H/D)은 다른 예시에서 1.1 이하 정도, 1.09 이하 정도, 1.08 이하 정도, 1.07 이하 정도, 1.06 이하 정도 또는 1.05 이하 정도이거나, 0.75 이상 정도, 0.8 이상 정도, 0.85 이상 정도, 0.9 이상 정도 또는 0.95 이상 정도일 수 있다. 상기 비율(H/D)의 범위 내에서 셀갭(cell gap)이 안정적으로 유지되면, 치수 저밀도가 확보되는 스페이서 구조를 구현할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 격벽의 높이(H) 및 선폭(T)은, 각각 확인되는 격벽 높이 및 선폭 중에서 최대값 또는 최소값이거나, 혹은 평균값일 수 있다. 상기 평균값은, 전체 격벽 높이 또는 선폭의 평균이거나, 혹은 상기 최대값과 최소값의 평균일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 언급하는 볼 스페이서의 입경 혹은 평균 입경은, 스페이서의 입도 분포의 중량 누적 곡선의 50% 지점에서 확인되는 소위 메디안 입경(median diameter, D50)이다.
상기 스페이서 구조는 상기 격벽의 면적(S)과 상기 볼 스페이서의 면적(B)의 비율(B/S)이 0.001 이상인 영역을 포함할 수 있다. 상기에서 면적은 상기 스페이서 구조가 형성된 기재층의 표면을 상기 표면의 법선 방향에서 관찰하였을 때에 확인되는 상기 격벽 및 볼 스페이서의 면적이다. 따라서, 상기 볼 스페이서과 관련하여 하나의 볼 스페이서의 면적은 상기 볼 스페이서의 입경을 지름으로 하는 원의 면적일 수 있다. 또한, 볼 스페이서가 완전하게 원형이 아닌 경우에는, 해당 볼 스페이서의 지름은, 상기 법선 방향에서 관찰 시에 확인되는 볼 스페이서의 면적과 동일한 면적을 가지는 원형을 상기 볼 스페이서가 가지는 것으로 가정하여 구할 수 있다. 또한, 상기 법선 방향에서 관찰 시에 볼 스페이서가 격벽에 매립되어 있는 경우에는 상기 격벽의 면적 계산 시에 상기 매립된 볼 스페이서가 존재하는 영역도 격벽의 면적으로 하여 계산하되, 상기 매립된 볼 스페이서 자체의 면적도 상기 볼 스페이서의 면적(B)에 포함시켜서 계산한다. 상기 비율(B/S)은 다른 예시에서 0.001 이상, 0.002 이상, 0.003 이상, 0.004 이상, 0.005 이상, 0.01 이상, 0.015 이상, 0.02 이상 또는 0.025 이상 정도이거나, 0.9 이하, 0.8 이하, 0.7 이하, 0.6 이하, 0.5 이하, 0.4 이하, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.1 이하, 0.09 이하, 0.08 이하, 0.07 이하, 0.06 이하 또는 0.05 이하 정도일 수도 있다.
상기와 같은 면적 비율(B/S)의 확인되는 영역은 상기 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층 표면의 전체 영역(즉, 기재층 전체 표면)이거나, 상기 격벽 피치(P)의 2배의 길이(2P)를 한변으로 하는 가상의 정사각형 영역 또는 상기 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층의 표면을 동일 면적을 가지는 50개 이하의 단위 영역으로 분할하였을 때에 적어도 하나의 단위 영역일 수 있다.
또한, 다른 예시에서 상기 면적 비율(B/S)이 확인되는 영역은 기판을 50배율의 광학 현미경으로 관찰한 임의의 영역일 수 있다.
상기 광학 현미경으로 관찰한 임의의 영역의 수는, 1개의 영역이거나, 복수의 영역인 경우에 해당 복수의 영역의 합계 면적이 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층 표면의 면적의 적어도 0.5% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상의 면적이 되도록 조절될 수 있다. 즉, 상기 임의의 1개의 영역에서의 면적 비율 혹은 상기 면적 비율이 될 수 있도록 선택된 복수의 임의의 영역 내에서의 격벽과 볼 스페이서의 면적 비율이 상기 비율(B/S)이 될 수 있다. 상기 복수의 영역의 합계 면적의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 100% 미만, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10% 이하 정도일 수 있다. 또한, 상기와 같은 점유 면적이 확보되도록 2개 이상의 정사각형 영역이 지정되는 경우에 각 정사각형 영역은 서로 중복되거나, 중복되지 않을 수 있다
상기에서 격벽 피치(P)의 2배의 길이(2P)를 한변으로 하는 가상의 정사각형 영역은 상기 기재층의 표면에서 임의로 지정된 영역이다. 예를 들어, 도 5은, 도 2와 같은 형태의 격벽이 존재하는 기재층 표면 영역에서 임의로 지정된 상기 정사각형 영역(400)을 표시하고 있는 도면이다. 도 5에 나타난 예시에서 정사각형 영역의 한변의 길이는 도 5에 나타난 격벽의 피치(P)의 2배의 길이(2P)로 지정될 수 있다. 즉, 이 태양에서는 상기 가상의 정사각형 영역 내에 존재하는 격벽과 볼 스페이서의 면적 비율에 의해 상기 비율(B/S)이 결정될 수 있다.
상기에서 피치(P)는, 격벽이 다각형인 도형(폐도형이 아닌 경우도 포함)을 형성하고 있는 경우, 그 도형의 한변의 길이이다. 만일 도형의 각 변의 길이가 서로 동일하지 않은 경우에 해당 도형 패턴에서 확인되는 모든 변의 길이의 산술 평균을 상기 피치로 지정할 수 있다.
또한 격벽이 도형을 형성하고 있지 않은 경우에는 상기 피치는 하나의 격벽과 그에 인접하는 다른 격벽(도형을 형성하고 있는 경우도 포함된다)과의 사이에서 확인되는 거리 중에서 최단거리, 최장거리 또는 평균 거리가 상기 피치로 지정될 수 있다.
또한, 도형을 형성하고 있지 않은 격벽과 도형을 형성하고 있는 격벽이 동시에 존재하는 경우에는, 도형을 형성하고 있는 격벽에 대해서 상기 방식으로 구해진 피치와 도형을 형성하고 있지 않은 격벽에 대해서 상기 방식으로 구해진 피치의 평균치를 상기 피치로 정의할 수 있다.
다른 예시에서 격벽에 의해 형성된 폐도형이 규칙적으로 반복되는 패턴에서는, 각 폐도형의 무게 중심에서 인접하는 다른 폐도형의 무게 중심까지의 거리가 피치로 지정될 수도 있다. 이러한 경우에, 인접 폐도형의 무게 중심까지의 거리가 다른 경우가 있다면, 피치는 그들간의 평균치가 될 수 있다.
또한, 상기에서 임의로 지정되는 정사각형 영역의 수는 1개이거나, 혹은 2개 이상의 복수개일 수 있다. 일 예시에서 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층 표면의 면적의 적어도 0.5% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상의 면적이 상기 가상의 정사각형에 의해 점유되도록 하나 또는 그 이상의 상기 가상의 정사각형 영역을 지정하였을 때, 그 정사각형 영역 내의 존재하는 격벽과 볼 스페이서의 면적 비율이 상기 비율(B/S)이 될 수 있다. 상기 가상의 정사각형에 의해 점유되는 면적의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 100% 미만, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10% 이하 정도일 수 있다. 또한, 상기와 같은 점유 면적이 확보되도록 2개 이상의 정사각형 영역이 지정되는 경우에 각 정사각형 영역은 서로 중복되거나, 중복되지 않을 수 있다.
다른 예시에서 면적 비율(B/S)은, 상기 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층의 표면을 동일 면적을 가지는 50개 이하의 단위 영역으로 분할하고, 상기 분할에 의해 형성되는 단위 영역 중에서 적어도 하나의 영역 내의 격벽 및 볼 스페이서의 면적의 비율로도 계산할 수 있다. 상기에서 기재층의 표면을 동일 면적을 가지는 50개 이하의 단위 영역으로 분할한다는 것은, 기재층의 표면이 서로 동일 면적을 가지는 50개 이하의 단위 면적들이 서로 접하여 형성되도록 상기 기재층의 표면을 가상적으로 분할하였을 때에 형성되는 각 단위 영역을 의미하고, 이 경우에 상기 단위 영역은 서로 중복되지는 않는다.
도 6은 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층(1000)의 표면을 서로 동일한 면적의 21개의 사각 형상의 단위 영역(2000)으로 가상적으로 분할한 경우를 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 6에서는 각 단위 영역을 사각형으로 한 경우가 예시되어 있지만, 각 단위 영역이 서로 중복되지 않으면서 접하여 기재층의 표면을 형성하도록 분할되는 한, 각 단위 영역의 형태는 제한되지 않고, 분할 시에 모두 동일한 형태의 단위 영역을 형성되도록 기재층을 분할 필요도 없다. 또한, 상기에서 단위 영역이 서로 동일한 면적을 가진다는 것은, 각 단위 영역의 면적이 완전하게 동일한 경우는 물론 일정 부분 차이가 있다고 해도, 그 차이가 10% 이내, 9% 이내, 8% 이내, 7% 이내, 6% 이내, 5% 이내, 4% 이내, 3% 이내, 2% 이내 또는 1% 이내라면, 동일 면적인 것으로 간주한다.
상기 분할되는 단위 영역의 수는 50개 이하이며, 다른 예시에서 48개 이하, 46개 이하, 44개 이하, 42개 이하, 40개 이하, 38개 이하, 36개 이하, 34개 이하, 32개 이하, 30개 이하, 28개 이하, 26개 이하, 24개 이하, 22개 이하, 20개 이하, 18개 이하, 16개 이하, 14개 이하, 12개 이하, 10개 이하, 8개 이하, 6개 이하, 4개 이하 또는 2개 이하이거나, 48개 이상, 46개 이상, 44개 이상, 42개 이상, 40개 이상, 38개 이상, 36개 이상, 34개 이상, 32개 이상, 30개 이상, 28개 이상, 26개 이상, 24개 이상, 22개 이상, 20개 이상, 18개 이상, 16개 이상, 14개 이상, 12개 이상, 10개 이상, 8개 이상, 6개 이상, 4개 이상 또는 2개 이상일 수 있다.
이와 같이 분할 후에 적어도 하나의 단위 영역 내에 존재하는 격벽의 면적과 볼 스페이서의 면적을 통해 상기 비율(B/S)을 구한다. 이 때 상기 비율(B/S)을 구하기 위해서 선택되는 단위 영역의 수는 하나 이상이면 되고, 예를 들면, 상기 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층 표면의 면적의 적어도 0.5% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상 또는 90% 이상의 면적이 상기 단위 영역에 의해 점유되도록 하는 수의 단위 영역이 선택되고, 그 선택 영역 내에서 상기 비율(B/S)이 규정될 수 있다. 상기 선택되는 단위 영역에 의해 점유되는 면적의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 100% 미만, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10% 이하 정도일 수 있다. 또한, 상기와 같은 점유 면적이 확보되도록 1개 또는 2개 이상의 단위 영역이 선택될 수 있다.
상기 면적 비율은 상기 영역 내를 광학 현미경 이미지 등으로 얻은 후에 형상의 선폭 및 피치 등을 구하여 계산할 수 있으며, 볼 스페이서의 면적 역시 광학 현미경 이미지를 통해 해당 볼 스페이서의 지름과 개수 등으로 구할 수 있다. 복잡한 형태 등에 대해서 계산이 필요한 경우 등에는 이미지 소프트 웨어 등을 활용하는 방식도 적용될 수 있다.
상기와 같이 선택된 영역 내에서의 상기 비율(B/S)을 전술한 범위로 함으로써, 목적하는 치수 균일성과 밀착성, 개구율 등을 보다 효과적으로 확보할 수 있다.
상기 스페이서 스페이서 구조는 목적에 따라서 적절한 범위의 치수를 가질 수 있고, 그 범위는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 상기 격벽의 높이는 대략 2 μm 내지 100 μm의 범위 내일 수 있다.
또한, 상기 격벽의 선폭은, 목적에 따라 정해지는 것이지만, 예를 들면, 약 4 μm 내지 200 μm의 범위 내일 수 있다. 상기 선폭는 다른 예시에서 6μm 이상, 8μm 이상, 10μm 이상, 12μm 이상, 14μm 이상, 16 μm 이상 또는 19 μm 이상이거나, 190μm 이하, 180μm 이하, 170μm 이하, 160μm 이하, 150μm 이하, 140μm 이하, 130μm 이하, 120μm 이하, 110μm 이하, 100μm 이하, 90μm 이하, 80μm 이하, 70μm 이하, 60μm 이하, 50μm 이하, 40 μm 이하 또는 30 μm 이하 정도일 수도 있다.
상기에서 격벽의 높이 및 선폭은, 격벽에서 확인되는 최대값, 최소값 또는 평균값일 수 있다.
위와 같은 격벽은 우수한 치수 균일성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 격벽의 높이의 표준 편차는 1 μm 이하일 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 표준 편차(standard deviation)는, 분산의 양의 제곱근으로 정해지는 수치이다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 0.01 μm 이상 정도, 0.02 μm 이상 정도, 0.03 μm 이상 정도, 0.04 μm 이상 정도, 0.05 μm 이상 정도, 0.06μm 이상 정도, 0.07μm 이상 정도, 0.08μm 이상 정도, 0.09μm 이상 정도, 0.1μm 이상 정도 또는 0.11μm 이상 정도이거나, 0.9 μm 이하 정도, 0.8 μm 이하 정도, 0.7 μm 이하 정도, 0.6 μm 이하 정도, 0.5 μm 이하 정도, 0.4 μm 이하 정도, 0.3 μm 이하 정도, 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 격벽은, 예를 들면, 격벽 형태의 스페이서를 제작하는 것에 사용하는 통상적인 바인더를 적용하여 제조할 수 있다. 통상 격벽 형태의 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 격벽을 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 격벽을 제작할 수 있는 다양한 종류의 바인더가 알려져 있다.
본 출원에서 적용되는 볼 스페이서의 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 볼 스페이서 중에서 적절한 종류가 선택되어 사용될 수 있다.
볼 스페이서의 구체적인 평균 입경의 범위는 특별히 제한되지 않고, 격벽의 치수에 따라 전술한 비율 범위를 만족하도록 하는 범위에서 평균 입경을 가질 수 있다.
스페이서 구조에 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.
기재층상에서 상기 스페이서 구조(볼 스페이서 및 격벽)의 점유 면적은 목적 용도 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 스페이서 구조가 형성된 기재층의 표면의 면적 대비 상기 스페이서 구조의 점유 면적 비율은 약 0.1% 내지 20% 정도가 될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 19% 이하, 약 18% 이하, 약 17% 이하, 약 16% 이하, 약 15% 이하, 약 14% 이하, 약 13% 이하, 약 12% 이하, 약 11 또는 약 10 정도이거나, 약 0.5% 이상, 약 1% 이상, 약 1.5% 이상, 약 2% 이상 또는 약 3% 이상 정도일 수도 있다.
상기 기술한 스페이서 구조에서 격벽은 블랙 격벽이거나, 투명 격벽일 수 있고, 볼 스페이서도 투명 볼 스페이서나 블랙 볼 스페이서일 수 있다. 통상 격벽이 블랙 격벽인 경우에 볼 스페이서로도 블랙 볼 스페이서가 사용되고, 통상 격벽이 투명 격벽인 경우에 볼 스페이서로도 투명 볼 스페이서가 사용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
블랙 또는 투명 볼 스페이서나 블랙 또는 투명 격벽을 형성할 수 있는 재료는 다양하게 공지되어 있고, 본 출원에서는 이러한 공지의 볼 스페이서 및 재료를 모두 적용할 수 있다. 상기 블랙 볼 스페이서로는, 예를 들면, 볼 스페이서 전체가 블랙으로 된 스페이서나 볼의 외부에 블랙이 코팅된 블랙 볼 스페이서 등이 알려져 있으며, 상기에서 코팅 재료로는 카본 블랙이나 CNT(Carbon NanoTube)나 그래핀 등의 탄소계 재료 혹은 다양한 공지의 염료 내지 안료 등이 적용된다. 본 출원에서 용어 블랙 볼 스페이서 또는 블랙 격벽은, 그 광학 밀도(Optical Density)가 1.5 내지 4의 범위 내로 측정되는 볼 스페이서 또는 격벽을 의미할 수 있다. 상기 광학 밀도는, 상기 블랙 볼 스페이서 또는 격벽에 대한 투과율(transmittance, 단위: %) 또는 그와 동일한 성분을 포함하는 층의 투과율(transmittance, 단위: %)을 측정한 후에 이를 광학 밀도의 수식(광학 밀도= -log10(T), T는 상기 투과율)에 대입하여 구할 수 있다. 상기에서 볼 스페이서의 광학 밀도는 볼 스페이서와 동일한 성분을 포함하는 층은, 예를 들면, 코팅, 증착 또는 도금 등의 방식으로 형성할 수 있다. 이 때, 상기 형성되는 층의 두께는, 상기 볼 스페이서의 높이와 동일하거나, 혹은 약 12㎛ 정도일 수 있다. 예를 들면, 상기 볼 스페이서의 범주에는, 그와 동일한 성분으로 형성되는 상기 두께 약 12㎛ 정도의 층의 광학 밀도가 상기 언급한 범위에 있거나, 실제 볼 스페이서의 광학 밀도가 상기 범위에 있거나, 상기 두께 약 12㎛ 정도의 층의 광학 밀도를 실제 블랙 스페이서의 두께를 감안하여 환산한 수치가 상기 범위에 있는 경우가 포함될 수 있다. 한편, 격벽의 광학 밀도는 격벽을 형성하는 재료를 상기 두께로 코팅 및 경화하여 형성할 수 있다. 이러한 광학 밀도는, 예를 들면, 하기 실시예의 스페이서의 광학 밀도를 평가하는 방법에 따라 구할 수 있다.
격벽 및 볼 스페이서가 투명 혹은 블랙일 수 있는 점을 감안할 때에 상기 스페이서 구조의 상기 광학 밀도는 대략 0.4 내지 4의 범위 내일 수 있다.
상기 블랙 격벽은, 예를 들면, 통상적으로 격벽을 형성하는 것에 적용되는 상기 기술한 재료(예를 들면, 전술한 바인더 등)에 블랙을 구현할 수 있는 성분(암색화 재료)을 추가하여 제작할 수 있다.
따라서, 상기 격벽 또는 볼 스페이서는, 암색화가 가능한 안료 또는 염료 등을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 카본 블랙, 흑연, 아조계 안료, 프탈로시아닌 안료 또는 탄소계 물질 등을 포함할 수 있다. 상기에서 적용될 수 있는 암색화 재료로서, 금속 산화물로는, 크롬 산화물(CrxOy 등) 또는 구리 산화물(CuxOy 등) 등이 예시될 수 있으며, 금속 산질화물로는 알루미늄 산질화물(AlxOyNz 등) 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 탄소계 물질로는, 탄소 나노튜브(CNT), 그래핀, 활성탄(activated carbon)과 같은 다공성 탄소 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 재료(ex. 탄소계 재료)를 전술한 바인더에 배합한 후에 경화시키거나, 적절한 방식으로 재료 자체를 증착 또는 도금 등에 적용함으로써 상기 블랙 격벽 또는 볼 스페이서를 제작할 수 있다.
본 출원에서 사용할 수 있는 안료 또는 염료 등의 종류는 상기에 제한되지 않으며, 목적하는 암색화(광학 밀도) 등에 따라 적정 종류가 선택될 수 있고, 그 스페이서 내에서의 비율도 상기 암색화 등을 고려하여 선택할 수 있다.
물론 투명 격벽이나 투명 볼 스페이서 등에는 상기 암색화를 위한 안료, 염료 등은 포함되지 않는다.
본 출원의 기판은, 상기 기재층과 스페이서 구조에 추가로 광학 디바이스의 구동에 요구되는 다른 요소를 포함할 수 있다. 이러한 요소는 다양하게 공지되어 있으며, 대표적으로는 전극층 등이 있다. 일 예시에서 상기 기판은, 상기 기재층과 상기 스페이서 구조의 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 스페이서 구조상에 존재하는 배향막을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 다른 예시적인 본 출원의 기판은, 기재층; 상기 기재층상에 존재하는 상기 스페이서 구조; 및 상기 기재층과 스페이서 구조상에 형성된 배향막을 포함할 수 있다.
상기 기재층과 스페이서 구조상에 형성되는 배향막의 종류도 특별히 제한되지 않고, 공지의 배향막, 예를 들면, 공지의 러빙 배향막 또는 광 배향막이 적용될 수 있다.
상기 배향막을 기재층과 스페이서 구조상에 형성하고, 그에 대한 배향 처리를 수행하는 방식도 공지의 방식에 따른다.
본 출원의 상기 스페이서 구조는, 상기 기재층 혹은 상기 스페이서 구조가 접하고 있는 기재층의 요소(예를 들면, 상기 전극층)에 대해서 우수한 부착력을 나타낸다.
예를 들면, 상기 기재층의 상기 스페이서 구조가 형성된 면에 박리력이 대략 3.72N/10mm 내지 4.16 N/10mm 수준의 점착 테이프를 부착하고, 이를 박리하여도 상기 스페이서 구조는 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 스페이서 구조가 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 스페이서 구조의 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 스페이서 구조의 면적 대비 상기 점착 테이프 박리 후에 소실된 스페이서 구조의 면적의 백분율일 수 있다.
본 출원의 방식에 따라서 스페이서 구조를 형성하는 것에 의해 전술한 우수한 밀착성을 확보할 수 있다.
스페이서 구조가 이러한 밀착성을 나타내는 경우에는, 그 표면에 배향막이 형성되고, 러빙 등의 배향 처리가 진행되는 경우에도 안정적으로 스페이서 구조가 유지될 수 있어서 최종적으로 뛰어난 성능의 제품 제조가 가능하다. 또한, 스페이서 구조가 형성된 기판은, 실제 제품에 적용되기 전까지 스페이서 구조가 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 스페이서 구조가 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 기판의 제조 방법에 대한 것이다. 예를 들면, 상기 기판의 제조 방법은, 기재층상에 형성된 스페이서 구조 형성용 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. 상기 바인더는 전술한 격벽을 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 격벽을 포함하는 스페이서 구조를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 상기 바인더 및 볼 스페이서에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
상기 바인더로는, 격벽 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.
상기 볼 스페이서로는, 목적하는 격벽의 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 격벽용 경화성 조성물의 층에 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사하는 단계를 포함하고, 이 경우에 상기 경화성 조성물은 바인더와 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 형성되는 격벽의 높이(H)와 상기 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D) 및 상기 격벽의 지름(T)과 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(T/D)은 전술한 범위 내일 수 있다.
상기 경화성 조성물은, 전술한 바인더 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부 정도의 볼 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하 또는 3 중량부 이하거나, 약 0.5 중량부 이상, 약 1 중량부 이상, 약 1.5 중량부 이상, 약 2 중량부 이상, 약 2.5 중량부 이상 또는 약 3 중량부 이상 정도일 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.
블랙 스페이서를 형성하는 경우에는 상기 경화성 조성물은 전술한 암색화 재료를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 경우에 볼 스페이서도 블랙 볼 스페이서일 수 있다
상기 과정에서 적용되는 차광 마스크로는 일반적인 마스크를 적용할 수 있다. 이러한 차광 마스크는, 예를 들면, 도 7에 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.
상기 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 8과 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.
스페이서 구조의 제조 과정에서 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.
본 출원에서는 우수한 치수 정밀도 및 기재층에 대한 밀착성을 가지는 스페이서 구조가 형성되어 있는 기판 및 그러한 기판을 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 격벽이 형성하는 폐도형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 예시적인 허니컴 패턴을 보여주는 도면이다.
도 3 및 4는 스페이서 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 스페이서 구조가 형성된 기재층 표면을 임의로 지정하는 정사각형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 스페이서 구조가 형성된 기재층의 표면을 분할하는 단위 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 출원에서 적용되는 예시적인 차광 마스크의 모식도이다.
도 8은, 본 출원의 스페이서 구조의 제조 과정의 하나의 상태를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9 내지 16은 실시예에서 제조된 스페이서 구조를 보여주는 사진이다.
도 17은 실시예의 스페이서 구조에 대해서 격벽의 높이를 측정한 지점을 표시하는 도면이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 광학 밀도(OD: Optical Density) 측정
이하에서 기재하는 광학 밀도는, 다음의 방식으로 측정한 결과이다. 투명한 PET(poly(ethylene terephthalate)) 기재 필름상에 투명층(ITO(indium tin oxide)층)이 형성된 적층체의 상기 투명층상에 스페이서 구조 제조용 경화성 조성물을 도포하고 자외선을 조사(파장: 약 365 nm, 자외선 조사량: 2,200 내지 4,400 mJ/cm2)하여 경화시켜 두께가 12㎛ 정도인 층을 형성한다. 본 명세에서 두께는 Optical Profiler 측정 장비(제조사: Nano System, 상품명: Nano View-E1000)를 사용하여 측정한 값이다. 이어서 상기 형성된 층의 투과율과 광학 밀도를 측정 장비(제조사: x-rite, 상품명: 341C)를 이용하여 측정한다. 상기 측정 장비는 가시 광선 파장 범위(400 내지 700 nm) 내의 광에 대한 투과율(transmittance, 단위: %)(T)을 측정하고, 그를 통해 광학 밀도(D)를 구해주는 장비이고, 상기 광학 밀도는, 측정된 투과율(T)을 수식(광학 밀도(OD) = -log10(T), T는 상기 투과율)에 대입하여 해당 두께(12 ㎛)에 대하여 구한다.
2. 격벽의 높이 및 선폭 측정
이하에서 기재하는 격벽의 높이는 측정 장비(Optical profiler, Nano System社, Nano View-E1000)를 사용하여 확인하였다. 격벽의 선폭은, 광학 현미경(Olympus BX 51)을 이용하여 확인하였다.
실시예 1.
스페이서 구조 제조용 경화성 조성물은 다음의 방식으로 제조하였다. 자외선 경화형 아크릴레이트 화합물, 중합 개시제 및 분산제를 포함하는 바인더로서, 격벽이나 컬럼 스페이서의 제조에 통상 사용되는 바인더에 볼 스페이서를 혼합하여 상기 조성물을 제조하였다. 이 때 볼 스페이서로는, 평균 입경이 6.27μm 정도이고, CV(Coefficient of Variation)가 7.07%이며, 입경의 표준 편차가 대략 0.44μm 정도인 볼 스페이서(Sekisui Plastic)를 사용하였다. 상기 볼 스페이서는, 상기 바인더 중량(아크릴레이트 화합물, 개시제 및 분산제 등의 합계 중량) 100 중량부 대비 약 2.5 중량부로 배합하였다. 상기 적용된 볼 스페이서는 블랙 볼 스페이서이고, 상기 경화성 조성물에는 암색화 재료로서, 카본 블랙(carbon black)은 재료 내에 대략 5 중량%의 비율로 배합하였다. 상기 제조된 조성물의 광학 밀도(OD: Optical Density)를 전술한 방식으로 확인한 결과 대략 0.91이였다. 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: 14,400 mJ/cm2).
기판의 제조 시에 적용된 마스크로는, 도 7에 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, 소위 허니컴 형상의 격벽을 형성할 수 있도록 형성되었다. 상기 허니컴 형상은 각변의 길이가 동일한 정육각형으로 형성되는 형상이고, 이 때 피치(정육각형간의 무게 중심의 거리)는 대략 577 μm 정도이고, 각변의 선폭은 대략 27.9μm 정도가 되도록 패턴을 형성하였다.
자외선 조사 후에 미경화된 경화성 조성물을 제거(현상)하여 스페이서 구조를 형성하였다. 도 9 및 10은 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서 구조가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면으로부터 상기 스페이서 구조는 허니컴 패턴을 형성하는 격벽과 그 격벽에 부착 또는 매립된 볼 스페이서를 포함하는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 형성된 스페이서 구조에서 상기 격벽의 면적(B)과 상기 볼 스페이서의 면적(S)의 비율(B/S)은 약 0.0295 정도였다.
실시예 2.
볼 스페이서로서 평균 입경이 8.25μm 정도이고, CV(Coefficient of Variation)가 7.52%이며, 입경의 표준 편차가 대략 0.62 μm 정도인 볼 스페이서(Sekisui Plastic)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 스페이서 구조를 제조하였다. 격벽에 의해 형성되는 패턴의 피치(정육각형 형태의 무게 중심간의 거리)는 약 280 μm으로 하였고, 격벽의 선폭은 약 19.0 μm 정도로 하였다. 이 경우 광학 밀도는 약 1.37 정도였다. 도 11 및 12는 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서 구조가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면으로부터 상기 스페이서 구조는 허니컴 패턴을 형성하는 격벽과 그 격벽에 부착 또는 매립된 볼 스페이서를 포함하는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 형성된 스페이서 구조에서 상기 격벽의 면적(B)과 상기 볼 스페이서의 면적(S)의 비율(B/S)은 약 0.0372 정도였다.
실시예 3.
볼 스페이서로서 평균 입경이 10.21μm 정도이고, CV(Coefficient of Variation)가 8%이며, 입경의 표준 편차가 대략 0.82 μm 정도인 볼 스페이서(Sekisui Plastic)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 스페이서 구조를 제조하였다. 격벽에 의해 형성되는 패턴의 피치(정육각형 형태의 무게 중심간의 거리)는 약 280 μm으로 하였고, 격벽의 선폭은 약 21.5 μm 정도로 하였다. 이 경우 광학 밀도는 약 1.39 정도였다.
도 13 및 14는 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서 구조가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면으로부터 상기 스페이서 구조는 허니컴 패턴을 형성하는 격벽과 그 격벽에 부착 또는 매립된 볼 스페이서를 포함하는 것을 알 수 있다. 상기와 같이 형성된 스페이서 구조에서 상기 격벽의 면적(B)과 상기 볼 스페이서의 면적(S)의 비율(B/S)은 약 0.0387 정도였다.
실시예 4
볼 스페이서로서 평균 입경이 15μm 정도이고, CV(Coefficient of Variation)가 4%인 볼 스페이서(Sekisui Fine Chemical Division)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 스페이서 구조를 제조하였다. 격벽에 의해 형성되는 패턴의 피치(정육각형 형태의 무게 중심간의 거리)는 약 280 μm으로 하였고, 격벽의 선폭은 약 27.4 μm 정도로 하였다. 이 경우 광학 밀도는 약 2.23 정도였다.
도 15 및 16은 상기와 같은 방식으로 제조된 스페이서 구조가 형성된 기판의 표면 사진이다. 도면으로부터 상기 스페이서 구조는 허니컴 패턴을 형성하는 격벽과 그 격벽에 부착 또는 매립된 볼 스페이서를 포함하는 것을 알 수 있다. 상기와 같이 형성된 스페이서 구조에서 상기 격벽의 면적(B)과 상기 볼 스페이서의 면적(S)의 비율(B/S)은 약 0.0412 정도였다.
시험예 1. 치수 균일성
도 17에 나타난 바와 같이 스페이서 구조가 형성된 기판에서 임의로 서로 동일 간격이 되도록 9개의 지점(L-1 내지 L-3, C-1 내지 C-3, R-1 내지 R-3)을 선택한 후에 각 지점에서 격벽의 높이를 측정하였다.
하기 표 1 내지 4는 각각 실시예 1 내지 4의 상기 9개의 지점에서의 격벽 높이이다(단위: μm).
하기 표 1 내지 4로부터, 본 출원의 방법에 의해 치수 정밀도가 우수한 스페이서 구조가 형성된 것을 확인할 수 있다.
L C R
1 6.2 6.2 6.0
2 6.0 6.1 6.2
3 6.0 6.1 6.1
L C R
1 7.9 7.8 7.7
2 7.7 7.9 7.7
3 8.0 8.0 7.7
L C R
1 9.9 9.9 9.9
2 9.9 9.7 9.8
3 9.9 9.8 9.8
L C R
1 15.1 15.0 15.1
2 14.9 15.0 14.9
3 14.8 14.8 14.8

Claims (14)

  1. 기재층; 및 상기 기재층상에 형성되어 있는 스페이서 구조를 포함하고, 상기 스페이서 구조는 격벽과 볼 스페이서를 포함하며, 상기 볼 스페이서는 상기 격벽에 부착 또는 매립되어 있는 기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 기재층은 무기 기재층 또는 유기 기재층인 기판.
  3. 제 1 항에 있어서, 격벽은 폐도형을 형성하고 있는 기판.
  4. 제 1 항에 있어서, 스페이서 구조의 광학 밀도가 0.4 내지 4의 범위 내인 기판.
  5. 제 3 항에 있어서, 폐도형은 다각형인 기판.
  6. 제 1 항에 있어서, 격벽의 높이(H)와 볼 스페이서의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은 0.7 내지 1.2의 범위 내인 기판.
  7. 제 1 항에 있어서, 스페이서 구조는, 격벽의 면적(S)과 볼 스페이서의 면적(B)의 비율(B/S)이 0.001 이상인 영역을 포함하는 기판.
  8. 제 6 항에 있어서, 영역은, 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층의 표면을 50배율의 광학 현미경으로 관찰한 임의의 영역; 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층의 표면의 전체 영역; 격벽 피치(P)의 2배의 길이(2P)를 한변으로 하는 가상의 사각형 영역 또는 스페이서 구조가 형성되어 있는 기재층의 표면을 동일 면적을 가지는 50개 이하의 영역으로 분할하는 단위 영역인 기판.
  9. 제 1 항에 있어서, 기재층과 스페이서 구조의 사이에 전극층이 추가로 존재하고, 상기 스페이서 구조는 상기 전극층에 접하고 있는 광학 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 격벽의 높이가 2 μm 내지 100 μm의 범위 내에 있는 기판.
  11. 제 1 항에 있어서, 격벽의 선폭이 4 μm 내지 100 μm의 범위 내에 있는 기판.
  12. 제 1 항에 있어서, 기재층의 스페이서가 형성된 면에 부착된 보호용 점착 필름를 추가로 포함하는 기판.
  13. 기재층상에 형성된 스페이서 구조용 경화성 조성물의 층으로서, 볼 스페이서 및 바인더를 포함하는 경화성 조성물의 층에 차광 마스크를 밀착시킨 상태에서 광을 조사하는 단계를 포함하는 제 1 항의 기판의 제조 방법.
  14. 제 1 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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