WO2018124728A1 - 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자 - Google Patents

액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자 Download PDF

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WO2018124728A1
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박정호
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허은규
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주식회사 엘지화학
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    • G02F2203/48—Variable attenuator

Definitions

  • the present specification relates to a wiring portion forming method and a liquid crystal color change device of the liquid crystal color change device.
  • transmissive liquid crystal based flexible devices In the application and production of flexible electronic devices, specifically in the development of transmissive liquid crystal cell films based on liquid crystal drive in products such as displays, smart windows or sunroofs, transmissive liquid crystal based flexible devices have conductive layers on top of the substrate. And a dielectric layer provided on top and bottom of the conductive layer to provide an electrical or electro-optic function.
  • the film is included in the electrode provided on the upper and lower sides of the liquid crystal, and the functional film layers such as the optical alignment layer, the gap spacer, etc. are manufactured by a conventional roll-to-roll (R2R) based continuous process. do.
  • R2R roll-to-roll
  • the process of wiring the upper and lower electrodes is as important as a process such as electrical shorting and cutting in the step of processing the transparent conductive layer film base material prepared as described above and including the optically functional coating layer according to the use of the product.
  • an optical functional layer such as an alignment layer on top of the substrate without deteriorating electrical conductivity due to physical damage of a conductive layer (transparent electrode, Indium Tin Oxide, etc.) formed on the substrate.
  • a liquid crystal alignment layer such as reactive mesogen is coated over the conductive film substrate in a UV curable manner, in which case the wiring portion cannot be removed using a solvent or other wet methods. Therefore, a patterning process such as photolithography, inkjet, slot die, screen printing, etc. is required in the mesogenic coating step, and an over-lay align process is required in a later process.
  • the patterning process as described above has a disadvantage in the process that the overlay accuracy of the upper layer, such as the conductive layer and the liquid crystal alignment layer on the upper substrate has to be secured, there is a disadvantage that the cost of the equipment increases in large area.
  • An object of the present invention is to provide a method for forming a wiring part of a liquid crystal color change device and a liquid crystal color change device.
  • One embodiment of the present invention a) preparing a liquid crystal color change device comprising a substrate, a transparent electrode formed on the substrate, and an alignment film formed on the transparent electrode; b) irradiating a laser on the alignment layer to form two or more etching lines spaced at regular intervals; And c) applying a conductive paste to the valley region of the etching line.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a liquid crystal discoloration element in which a wiring portion is formed in accordance with the above method.
  • the substrate A transparent electrode provided on the substrate; And an alignment layer provided on the transparent electrode, wherein the liquid crystal color change element includes two or more etching lines spaced at regular intervals on the alignment layer, and a conductive paste in a valley region of the etching line. It provides a liquid crystal color change device.
  • the wiring part forming method of the liquid crystal color changing device according to the exemplary embodiment of the present invention has an advantage of recovering the conductivity of the damaged transparent electrode even by a relatively simple method.
  • the wiring part forming method of the liquid crystal color change device according to the exemplary embodiment of the present invention may be performed according to a roll-to-roll continuous process, thereby improving productivity.
  • a masking step or a patterning step may be omitted in advance, and an appropriate wiring part may be formed according to the size of the product in a later step, thereby making a liquid crystal discoloration device manufacturing process possible.
  • the wiring part forming method of the liquid crystal color changing device according to the exemplary embodiment of the present invention has an advantage that a wiring part with high reliability can be formed while using a low cost laser facility.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a wiring portion forming method of a liquid crystal color change device according to the prior art.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a wiring portion forming method of a liquid crystal color change device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is an enlarged photograph of etching results of Example 1 and Example 2.
  • FIG. 7A is an enlarged photograph of etching results of Example 1 and Example 2.
  • FIG. 7B is an enlarged photograph of the etching result of Example 3 and Example 4.
  • FIG. 7B is an enlarged photograph of the etching result of Example 3 and Example 4.
  • FIG. 7C is an enlarged photograph of the etching result of Example 5 and Example 6.
  • FIG. 7D is an enlarged photograph of the etching result of Example 7 and Example 8.
  • Example 7E is an enlarged photograph of the etching result of Example 9 and Example 10;
  • FIG. 9 is a photograph of the conductive paste coated and dried in accordance with Example 3.
  • FIG. 9 is a photograph of the conductive paste coated and dried in accordance with Example 3.
  • FIG. 11A illustrates a diagram used for laser etching at laser irradiation intervals according to Examples 11 to 19.
  • FIG. 11A illustrates a diagram used for laser etching at laser irradiation intervals according to Examples 11 to 19.
  • 11B is a photograph taken by inserting a specimen after etching according to Examples 11 to 19 between orthogonal polarizing plates.
  • FIG. 12A shows a diagram of a screen printing mask used in applying silver paste in Examples 11-19.
  • 12B is a photograph showing a state after the silver paste is applied to the test pieces after etching according to Examples 11 to 19 using a screen printing mask and dried.
  • 13 is a graph of temperature and humidity conditions during climate change testing.
  • FIG. 15 shows the schematic diagram of the measuring method of the two-point contact resistance in Examples 1-10.
  • 16A is a bar graph of two-point contact resistance before and after climate change test evaluation of Examples 11-19 when the laser power is 25% of the average power.
  • 16B is a bar graph of the two-point contact resistance before and after the climate change test evaluation of Examples 11-19 when the laser output is 30% of the average power.
  • 16C is a bar graph of the two-point contact resistance before and after the climate change test evaluation of Examples 11-19 when the laser power is 35% of the average power.
  • FIG. 16D is a bar graph of two-point contact resistance before and after the climate change test evaluation of Examples 11-19 when the laser power is 40% of the average power.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a method for measuring two-point contact resistance of liquid crystal discoloration elements according to Examples 11 to 19.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a method for measuring two-point contact resistance of liquid crystal discoloration elements according to Examples 11 to 19.
  • step of or “step of” as used does not mean “step for”.
  • a and / or B means "A and B, or A or B”.
  • a thin-film transparent electrode for forming electrical wiring of a large-area liquid crystal cell type film element (photovariable film-automotive sunroof, head mounted display) based on a roll-to-roll (R2R) continuous process
  • a liquid crystal alignment functional film e.g., photo-alignment film such as reactive mesogen, reactive mesogen or polyimide-based rubbing culture film, etc.
  • a separate printing process and an overlay alignment over-lay align
  • liquid crystal alignment functional film is made of UV or thermosetting to ensure device reliability, wet removal using an organic solvent is not possible, so that the liquid crystal alignment functional film is preferably removed dry.
  • the vacuum-based plasma dry etching process can easily and selectively remove the liquid crystal oriented polymer film without damaging the underlying conductive oxide film by using an etching gas such as oxygen, but the semiconductor-based vacuum equipment is expensive, 4 to 12 There is a problem that is limited to a substrate on an inch-sized wafer and is difficult to apply to a large area liquid crystal discoloration device manufacturing process.
  • the vacuum-based plasma dry etching process may cause deformation of the plastic base film due to heat when the plasma density is increased to improve process speed, and there is a problem that the equipment manufactured for such a process is expensive.
  • this method has a problem that is very sensitive to the uniformity of the transparent electrode and / or the flatness (flatness) of the base film.
  • the thickness of the transparent electrode that can be applied to the flexible electronic device is formed to be very thin (30 nm to 70 nm) in order to ensure the flexibility of the flexible electronic device.
  • the thickness of the liquid crystal alignment film to be removed is thicker than that of the transparent electrode, it is difficult to selectively remove the liquid crystal alignment film, and the process repeatability and process reliability are very poor, thereby making it difficult to ensure fairness.
  • the present inventors have developed a process for forming a wiring part of a liquid crystal discoloration device which minimizes damage to a transparent electrode while using an existing IR laser for low cost processing.
  • the wiring portion forming method of the liquid crystal color change device according to an embodiment of the present invention, by forming an etching line on the alignment film at regular intervals, by applying a conductive paste to the etching line region, the electrical of the damaged transparent electrode The conductivity can be completely restored, and the wiring region of the liquid crystal discoloration element can be reliably secured.
  • the present invention relates to a wiring portion forming method of a liquid crystal discoloring element described below, and according to the wiring portion forming method of a liquid crystal discoloring element provided in the present invention, a wiring portion can be formed through a simple process using a conventional laser. In addition, damage to the substrate can be minimized, and as a result, both process speed improvement and product quality can be satisfied.
  • One embodiment of the present invention a) preparing a liquid crystal color change device comprising a substrate, a transparent electrode formed on the substrate, and an alignment film formed on the transparent electrode; b) irradiating a laser on the alignment layer to form two or more etching lines spaced at regular intervals; And c) applying a conductive paste to the valley region of the etching line.
  • liquid crystal color change device when the liquid crystal discoloration element is laminated as an upper and a lower film, a sealant is disposed in a nozzle dispensing layer in an alignment layer on which etching lines of upper and lower films are formed and an etching line region (short region) of a transparent electrode.
  • Liquid crystal (LC) is applied to an area that is applied through nozzle dispensing and is not coated with a sealing material. Then, after the upper and lower films are vacuum-bonded, the liquid crystal discoloration device is manufactured by curing the sealing material through ultraviolet irradiation.
  • the non-conductive region (for example, an alignment film) other than the transparent electrode must be removed in the wire wiring portion region.
  • a wet etching process may be applied to remove the same with a solvent such as toluene, isopropyl alcohol (IPA), or the like.
  • the lower film further includes an alignment film and a liquid crystal alignment functional film provided on the alignment film, and the thickness of the liquid crystal alignment functional film is about 1 ⁇ m, and the liquid crystal alignment functional film is crosslinked by ultraviolet (UV) light, There is a problem that the selective removal of the liquid crystal alignment functional film and the alignment film is difficult.
  • the lower film used at the manufacturing process of a liquid crystal discoloration element is shown in FIG.
  • the lower film may include an alignment film provided on the transparent electrode, and a liquid crystal alignment functional film provided on the alignment film and including a reactive mesogen.
  • the step of selectively removing the transparent electrode, the alignment film, and the liquid crystal alignment functional film by irradiating a laser on the side of the liquid crystal color change element such as the lower film the ablation mechanism of the material by the light deterioration of the material constituting each layer (ablation) mechanism, as well as a delamination mechanism resulting from the difference in thermal expansion rate due to light absorption of the transparent electrode and the substrate due to laser irradiation may be involved. Therefore, when using a long wavelength laser source such as an infrared (Infra-red, IR, 1064 nm) laser or a fiber laser, an alignment film is formed on the transparent electrode, and a liquid crystal alignment functional film is further formed on the alignment film. In the lower film provided with a thickness of the liquid crystal alignment functional film much thicker than the thickness of the transparent electrode, there was a problem that the selective removal of the alignment film was difficult.
  • a long wavelength laser source such as an infrared (Infra-red, IR, 1064
  • the degree of light absorption relative to the laser wavelength of each of the substrate, the transparent electrode, the alignment film, and the liquid crystal alignment functional film respectively.
  • the difficulty of the process can be determined. Therefore, the irradiation of the laser wavelength which has high light absorption in the base material and the oriented film compared with a transparent electrode, and / or a liquid crystal aligning functional film was progressed.
  • the substrate, the transparent electrode, the alignment film, and the liquid crystal alignment functional film have similar light absorption at most commercial laser wavelengths, it is difficult to select an efficient laser light source for selectively removing the alignment film and / or the liquid crystal alignment functional film.
  • the thickness of the liquid crystal alignment functional film containing the reactive mesogen is 13 to 25 times more than the thickness of the transparent electrode, a method of selectively etching a plurality of alignment films through a top-down process using a laser was not impossible. .
  • a liquid crystal alignment functional film is selectively removed by using an ultra-short ultraviolet laser having a pulse width of 10 picoseconds (10 x 10 -12 seconds) or less.
  • the method is very sensitive to laser focal length, which can lead to yield problems.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a wiring portion forming method of a liquid crystal discoloration device according to the related art using an ultra-short ultraviolet laser as described above.
  • the ultra-high-frequency ultraviolet laser 100 is placed on the side of the liquid crystal discoloration device in which the substrate 10, the transparent electrode 20, the alignment film 30, and the liquid crystal alignment functional film 40 are sequentially provided as in the conventional art.
  • the substrate 10 the transparent electrode 20, the alignment film 30, and the liquid crystal alignment functional film 40 are sequentially provided as in the conventional art.
  • the method of irradiating a microwave laser is a process because the size and flatness of the substrate may be minutely changed or a small shaking phenomenon may occur in the continuous process, so that the transparent electrode of the lower film may be damaged.
  • the condition is very sensitive and there is a problem that is not suitable for the large-area production process.
  • such a microwave laser has a problem that the price and operating cost of the source is expensive.
  • the inventors of the present invention can minimize the damage of the transparent electrode while using an IR laser or a fiber laser source as used in the prior art, and at the same time, a liquid crystal color change device capable of compensating for the reduction in conductivity due to the damage of the transparent electrode.
  • the wiring part formation method was led.
  • an infrared laser or a fiber laser source which is a general processing laser source
  • a plurality of alignment films containing a gen can be selectively removed. In this case, the transparent electrode is inevitably damaged due to the dimensional change of the film and the difference in flatness.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a wiring portion forming method of a liquid crystal color change device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method of forming a wiring part of a liquid crystal color change device includes a substrate 10, a transparent electrode 20 formed on the substrate, an alignment layer 30 formed on the transparent electrode, And irradiating a laser to the side of the liquid crystal discoloration element including the liquid crystal alignment functional film 40 formed on the alignment layer to form two or more etching lines spaced at regular intervals, and forming a conductive paste 50 in the valley region of the etching line. ) And then drying the conductive paste.
  • the transparent electrode regions shorted at the damaged portion of the transparent electrode may be electrically connected to compensate for the degradation of conductivity due to the damage of the transparent electrode.
  • the method of forming a wiring part of the liquid crystal color change device includes preparing a liquid crystal color change element including a substrate, a transparent electrode formed on the substrate, and an alignment layer formed on the transparent electrode (a Step).
  • the liquid crystal color change device may include the base material at the lowermost portion.
  • the substrate may be a transparent polymer substrate, specifically, the substrate may be a light transmissive substrate that transmits light.
  • the term “transparent” may mean that the light transmittance at a wavelength of 550 nm is 70% or more, or 80% or more.
  • the transparent polymer substrate may be a polycarbonate (PC) film, a transparent polyimide film (Colorless Polyimide Film), a polyethylene terephthalate (PET) film or a cyclic olefin polymer (Cyclo Olefin Polymer, COP) film. It may be a transparent polymer film, but is not necessarily limited thereto.
  • the thickness of the substrate may be 40 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, specifically 70 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, 40 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, or 70 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, and more.
  • the thickness may be 90 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, 70 ⁇ m or more and 110 ⁇ m or less, or 90 ⁇ m or more and 110 ⁇ m or less.
  • the present invention is not limited thereto, and the condition of the laser to be irradiated may be appropriately adjusted according to the thickness of the substrate.
  • the liquid crystal color change device may include a transparent electrode formed on the substrate.
  • the transparent electrode may include a conductive oxide.
  • the conductive oxide may include at least one of ZnO, Al-doped ZnO, Ga-doped ZnO, SnO 2 , In 2 O 3, and Indium Tin Oxide (ITO), but is not limited thereto.
  • the transparent electrode may be a conductive oxide layer, and specifically, the transparent electrode may be an indium tin oxide (ITO) layer.
  • ITO indium tin oxide
  • the thickness of the transparent electrode may be 20 nm or more and 100 nm or less, specifically, 30 nm or more and 100 nm or less, 20 nm or more and 80 nm or less, or 30 nm or more and 80 nm or less. More specifically, it may be 40 nm or more and 80 nm or less, 30 nm or more and 70 nm or less, or 40 nm or more and 70 nm or less.
  • the thickness of the transparent electrode is relatively thin as in the above range, it may be easily damaged in the process of selectively removing a part of the alignment layer, and the damaged transparent electrode may cause deterioration of electrical conductivity of the liquid crystal discoloration device. Can be.
  • the wiring portion forming method of the liquid crystal color changing device can minimize the damage of the transparent electrode having a thin thickness as described above, according to the wiring portion forming method of the liquid crystal color changing device, Deterioration in conductivity due to unavoidable damage of can be compensated for.
  • the liquid crystal color change device may include an alignment layer formed on the transparent electrode.
  • the alignment layer may include a photo-alignment compound.
  • the photo-alignment compound is aligned in a predetermined direction through a rubbing process or light irradiation, and induces an alignment of liquid crystal molecules in a predetermined direction through intermolecular interactions with adjacent liquid crystal compounds in the aligned state. It can mean a compound capable of imparting anisotropic interaction.
  • the photo-alignment compound may be present in an aligned state to have an orientation in the alignment layer.
  • the alignment layer may include at least one photoalignment compound of a monomolecular compound, a monomeric compound, an oligomeric compound, and a polymeric compound, but is not necessarily limited thereto.
  • the liquid crystal color change device may further include a liquid crystal alignment functional film formed on the alignment layer.
  • the liquid crystal alignment functional film may include a reactive mesogen.
  • the reactive mesogen may mean a mesogen including a reactor capable of inducing polymerization by light or heat as a material commonly used in the art.
  • the term "mesogen" may refer to a compound of the meso phase that can cause the layer to exhibit the behavior of the liquid crystal phase when the liquid crystal compound is polymerized to form a layer.
  • the method of forming the wiring part of the liquid crystal color changing device includes a step (b) of irradiating a laser on the alignment layer to form two or more etching lines spaced at regular intervals. That is, etching lines having a predetermined interval formed on the alignment layer may be formed by the laser irradiation.
  • the laser may be irradiated from the alignment layer toward the transparent electrode.
  • the focal point to which the laser is irradiated is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the thickness of each layer included in the liquid crystal color change device and the position of the member to be etched.
  • the laser light source (Source) of the laser may be freely selected from known ones as long as the organic polymer layer can be etched by photothermal reaction.
  • the transparent electrode may be peeled from the substrate by an instantaneous volume expansion by laser light absorption of the transparent electrode.
  • the laser may be a laser for processing, a laser having a wavelength of 1064 nm, and may be an infrared (IR) laser or a fiber laser.
  • IR infrared
  • the laser output is low and the pulse width is long as in the exemplary embodiment of the present invention, rather than irradiating a laser having a high output and a short pulse width. It may be more advantageous to irradiate a laser.
  • the repetition rate of the laser may be 20 kHz or more and 200 kHz or less.
  • the repetition rate of the laser is not limited to the above range, it may be appropriately adjusted according to the type, thickness, etc. of the members constituting the liquid crystal color change device to which the laser is irradiated.
  • the average power of the laser may be 10 W or more and 100 W or less, specifically 30 W or more and 80 W or less, more specifically 40 W or more and 60 W or less.
  • the output ratio of the laser may be 20% or more and 70% or less, specifically 25% or more and 45% or less with respect to the output of the average power of the laser.
  • the transparent electrode and the alignment layer may be separated from the substrate.
  • the average power and the output ratio of the laser is not limited to the above range, it may be appropriately adjusted according to the type, thickness, etc. of the members constituting the liquid crystal color change device irradiated with the laser.
  • the laser may be irradiated so that the separation distance between the etching lines is 30 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less, specifically 40 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less.
  • the etching line may be formed simultaneously with the laser irradiation. Therefore, the distance between the irradiation of the laser and the adjacent etching line may be the same. That is, according to the exemplary embodiment of the present invention, the laser irradiation interval may be 30 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less, specifically 40 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less.
  • the beam size of the laser irradiated to the liquid crystal color change device may be 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, specifically about 35 ⁇ m.
  • the laser should be irradiated so that the separation distance between the etching lines is in the above-described range, so that the degree of overlap of the laser beam in an appropriate range can be secured, and the laser can be prevented from being irradiated, thereby preventing damage to the transparent electrode. It can be minimized.
  • the laser is irradiated so that the separation distance of the etching line is in the above-described range, so that the process time can be reduced, and the liquid crystal discoloration device in which the wiring part is formed can maintain a constant level of electrical conductivity even under high temperature and high humidity conditions.
  • a short-circuit area is formed by irradiating a short-circuit by etching a transparent electrode as well as the alignment layer by irradiating a laser for low cost processing such as the IR laser or a pulse laser.
  • the electrically conductive paste was apply
  • the damage of the transparent electrode can be minimized by adjusting the output and the irradiation interval of the irradiated laser in the above-described range. have.
  • etching line may mean that grooves formed by being etched by irradiating a laser onto a member are continuously connected.
  • separation distance between etching lines may refer to a distance between adjacent etching lines.
  • the etching line may be formed through the alignment layer.
  • one region of the transparent electrode may be exposed according to the laser irradiation.
  • the etching line penetrates the alignment layer, at least part of the transparent electrode may be etched.
  • the etching line may penetrate both the alignment layer and the transparent electrode according to the laser irradiation condition, in which case one region of the substrate is damaged to generate a local electrical short circuit. Exposed, or one region of the substrate may be exposed intact.
  • the liquid crystal chromic device further includes a liquid crystal alignment functional film formed on the alignment layer
  • the laser may be irradiated onto the liquid crystal alignment functional film.
  • the etching line may be formed on the liquid crystal alignment functional film.
  • the etching line may penetrate the liquid crystal alignment functional film and the alignment film, and at least a portion of the transparent electrode may be etched.
  • a portion of the transparent electrode may be etched together with the alignment layer.
  • the transparent electrodes damaged by the etching may be electrically connected through conductive paste coating, which will be described later, and the shorted transparent electrode regions may be electrically connected.
  • the method for forming a wiring part of the liquid crystal color changing device includes applying (c) to the conductive paste in the valley region of the etching line.
  • the conductive paste By applying the conductive paste to the valley region of the etching line, the reduction in the electrical conductivity of the liquid crystal discoloration element including the transparent electrode damaged by the etching line formation as described above can be compensated.
  • the conductive paste may be applied to the etched region of the transparent electrode to prevent short circuit of the transparent electrode region.
  • the valley region of the etching line may mean a region etched by the etching line.
  • the conductive paste fills the recesses of the etching line, and is formed to be thicker than the height of a region (convex portion) in which the etching line is not formed.
  • the liquid crystal color change device may be used as a physical buffer layer that is easy for wiring connection. Specifically, when the physical buffer layer is electrically connected to the outside, it may be easier to connect the wiring than the transparent electrode.
  • the conductive paste may include silver paste, Cu paste, nickel paste, carbon paste, and aluminum paste. paste) may include at least one, specifically, may include a silver paste.
  • the conductive paste may be applied using a brush, a roller, or the like according to its solid fraction and viscosity, or may be applied by a nozzle dispensing method. .
  • the method of forming the wiring part of the liquid crystal color changer may include heat treating the liquid crystal color changer coated with the conductive paste. By drying the conductive paste applied through the heat treatment may serve as a wiring portion of the liquid crystal color change device.
  • the heat treatment method is not particularly limited, and a known heat treatment method may be used. Further, the condition of the heat treatment is not particularly limited as long as the conductive paste can be dried to such an extent that the conductive paste can be dried without damaging each layer constituting the liquid crystal discoloration element.
  • the wiring part forming method of the liquid crystal color change device may be performed by a roll-to-roll continuous process. That is, the method of forming the wiring part of the liquid crystal color changer may have a relatively large area of the liquid crystal color changer even by a relatively simple method, and may continuously manufacture the liquid crystal color changer.
  • the wiring part forming method of the liquid crystal color changing device may apply a large area liquid crystal device color changing device to a continuous process
  • the method of forming the wiring part of the liquid crystal color changing device is suitable for an automotive sunroof and smart. It may be applied in the manufacture of a film for a window (Smart Window), a privacy window (Privacy Window), or a variable permeability.
  • One embodiment of the present invention provides a liquid crystal color change element formed with a wiring portion according to the above method.
  • the substrate A transparent electrode provided on the substrate; And an alignment layer provided on the transparent electrode, wherein the liquid crystal color change element includes two or more etching lines spaced at regular intervals on the alignment layer, and a conductive paste in a valley region of the etching line. It provides a liquid crystal color change device.
  • the description of the substrate, the transparent electrode, the alignment layer, and the conductive paste may be the same as described above.
  • the etching line may be provided in the form of penetrating the alignment layer as described above. Further, in this case, the etching line may be at least a portion of the transparent electrode is etched.
  • the conductive paste may be filled in the valley region of the etching line.
  • the liquid crystal color change device may include a dried material of the conductive paste in the valley region of the etching line. That is, the liquid crystal discoloration device may include a dried material of the conductive paste, and the dried material of the conductive paste may be filled in the valley region of the etching line.
  • the liquid crystal color change device may further include a liquid crystal alignment functional film provided on the alignment layer.
  • the description of the liquid crystal alignment functional film may be the same as described above.
  • the separation distance between the etching lines adjacent to each other may be 30 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less, specifically 40 ⁇ m or more and 450 ⁇ m or less.
  • the transparent electrode Since the transparent electrode has a thin thickness as described above, if the laser irradiation conditions are not properly adjusted, the transparent electrode may be severely damaged, thereby causing an increase in electrical short. In this case, even if the conductive paste is provided in the valley region of the etching line, a problem may occur in that an electrically conductive path in the thickness direction of the transparent electrode is not sufficiently formed.
  • the conductive paste may be overcoated on the etching line of the liquid crystal discoloration device to form a physical buffer layer, which may easily secure electrical conductivity during FPCB (flexible printed circuit board) bonding using an ACF film.
  • An alignment film of about 80 nm in thickness comprising a COP substrate having a thickness of about 40 ⁇ m, a transparent electrode comprising ITO having a thickness of about 40 nm, and a norbornene resin-based photo-alignment compound (LG CHEM) containing Cinnamate functional groups.
  • a liquid crystal aligning functional film having a thickness of about 1 ⁇ m including a reactive mesogen (RMM141C, MERCK), and a liquid crystal discoloring element (1,000 mm ⁇ 500 mm) provided in this order.
  • a fiber laser (G4, SPI, F-theta lens scanner) having an average power of about 50 W and a wavelength of 1064 nm was subjected to 100 kHz repetition rate, 45% power ratio, and 2 m / s irradiation speed on the liquid crystal color changing device. Irradiation intervals are adjusted as shown in Table 1 below, and irradiated to a 10 mm X 10 mm (horizontal X vertical) size region on the liquid crystal alignment functional film, respectively, to the liquid crystal color changing device according to Examples 1 to 10. An etching line was formed.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Example 7 Example 8 Example 9 Example 10 Irradiation interval ( ⁇ m) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
  • the narrower the irradiation interval of the laser the higher the specific gravity of the laser irradiated onto the alignment film portion. Therefore, when checking the transmitted light inserted between the orthogonal flat plate plates, the change in phase difference according to the removal of the liquid crystal alignment functional film is observed. Since it has a low transmittance, it can be seen that it appears relatively dark.
  • a silver paste (MicroPE® PG007-AP, Co., Ltd. Faro) was applied to the liquid crystal discoloration device irradiated with a laser using a roller, and then dried in an oven at a temperature of about 120 ° C. for about 10 minutes.
  • FIG. 6 is a photograph taken by inserting a silver paste-coated liquid crystal discoloration device between orthogonal polarizing plates according to Examples 1 to 10.
  • FIG. 6 is a photograph taken by inserting a silver paste-coated liquid crystal discoloration device between orthogonal polarizing plates according to Examples 1 to 10.
  • a photoalignable compound based on a norbornene resin including a COP substrate having a thickness of about 40 ⁇ m, a transparent electrode including ITO having a thickness of about 40 nm, and a cinnamate functional group
  • An alignment film having a thickness of about 100 nm including LG CHEM and a liquid crystal aligning functional film having a thickness of about 1.2 ⁇ m including a reactive mesogen (RMM141C, MERCK), and a liquid crystal discoloration device provided with this sequence were prepared.
  • the liquid crystal color changing device has an average power of about 50 W, a wavelength of 1064 nm, and a Galvano Scanner-based infrared laser having a repetition rate of 100 kHz and an irradiation speed of 2.5 m / s. Irradiation interval was adjusted with respect to the laser irradiation area
  • Example 11 Example 12
  • Example 13 Example 14
  • Example 15 Example 16
  • Example 17 Example 18
  • 11A is a view used for laser etching according to irradiation intervals according to Examples 11 to 19.
  • the specimens of Examples 11-19 have a size of 80 mm X 5 mm (width X length), and the specimens are sequentially arranged from top to bottom.
  • 11B is a photograph taken by adjusting the output ratio to 40% of the average output and inserting the liquid crystal color changer specimen having the etching line according to Examples 11 to 19 between the orthogonal flat plate.
  • the specimen according to Example 11 having the narrowest irradiation interval has a high specific gravity of the laser irradiated to the alignment layer. Therefore, in the case of confirming the transmitted light by inserting the specimen according to Example 11 between the orthogonal flat plate, it can be seen that the relatively dark appear because of the low transmittance due to the change in the phase difference due to the removal of the alignment layer.
  • FIG. 12A shows a diagram of a screen printing mask used for silver paste application. According to FIG. 12A, the screen printing mask is opened to a size of 85.0 mm X 7.0 mm (width X length).
  • a silver paste (MicroPE®PG007-AP, Co., Ltd. Faro) is applied on the plate equipped with the screen mask using a roller, and then dried in an oven at a temperature of about 120 ° C. for about 10 minutes.
  • the formed liquid crystal discoloration element was manufactured.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the specimens according to Examples 11 to 19 when the output ratio during laser irradiation is constantly maintained at 25%, 30%, 35%, and 40% with respect to the average power, respectively. The picture is shown.
  • An alignment film having a thickness of about 100 nm including a COP substrate having a thickness of about 40 ⁇ m, a transparent electrode containing ITO having a thickness of about 40 nm, and a norbornene resin-based photoalignable compound (LG CHEM) containing Cinnamate functional groups. And a liquid crystal discoloration device sequentially provided with a liquid crystal alignment functional film having a thickness of about 1.2 ⁇ m including a reactive mesogen (RMM141C, MERCK).
  • a picho ultrashort laser (TruMicro 5050) having an output of about 15 W, a wavelength of 343 nm, a maximum pulse energy of 37.5 ⁇ J, and a pulse width of 10 ps, has a repetition rate of 200 kHz and an irradiation speed of 700 mm / s, with an irradiation interval of about 60 ⁇ m, the output ratio is adjusted to 13%, 14%, 15%, and 16%, and irradiated with a 20 mm ⁇ 20 mm size area on the liquid crystal alignment functional film to etch the liquid crystal discoloration element. Formed.
  • the etching result of the comparative example 1 is shown in FIG. According to FIG. 10, in the case of Comparative Example 1 using a microwave laser having a narrow pulse width, it can be confirmed that the alignment layer may be selectively removed.
  • the rapid rise of the resistance value according to the damage of the transparent electrode can be confirmed, and peeling from the base film of the alignment film of the laser non-irradiation area
  • the measurement method of such a resistance value will be described in more detail in Experimental Example 2 below. Therefore, when using a microwave laser in this way, it turns out that formation of the etching line of a fixed space is difficult.
  • FIG. 7A shows enlarged photographs of the etching results according to Examples 1 and 2
  • FIG. 7B shows enlarged photographs of the etching results according to Examples 3 and 4.
  • 7C shows an enlarged photograph of the etching result
  • FIG. 7D shows an enlarged photograph of the etching result of Examples 7 and 8
  • FIG. The photo is shown in FIG. 7E.
  • FIGS. 7A to 7E is a photograph taken by using an optical microscope (Eclipse L300ND, Nikon) by inserting an orthogonal polarizing plate into the liquid crystal discoloration element after forming the etching lines according to Examples 1 to 10, respectively. .
  • the transparent electrode is damaged while the alignment layer is removed by the laser irradiation through a relatively bright region, and the alignment layer remains in the region where the laser is not irradiated through the relatively dark region. It can be seen that the transparent electrode is not damaged.
  • FIG. 8 is a photograph taken by using an optical microscope (Eclipse L300ND, Nikon) by inserting the liquid crystal discoloration element etched according to Example 3 into an orthogonal polarizing plate. More specifically, the left picture of FIG. 8 is a picture taken in the reflection mode.
  • the liquid crystal discoloration is performed through two point probing. The resistance value of the device was measured, and the results are shown in Table 3 below.
  • FIG. 15 It is a schematic diagram which shows the measuring method of the two-point contact resistance of Example 1-10.
  • the left side of FIG. 15 illustrates a method for measuring two-point contact resistance of a liquid crystal color change element on which an etching line is formed, and the right side of FIG. 15 illustrates a method for measuring two-point contact resistance of a liquid crystal color change element on which a wiring portion is formed.
  • a liquid crystal color change device in which a substrate, a transparent electrode, and an alignment layer were sequentially formed was formed so that the ITO transparent electrode was exposed in a region about 50 mm away from the center of the laser irradiation area. Furthermore, in order to secure independent correlation of laser processing conditions with respect to the alignment layer, a laser of high intensity is irradiated to short-circuit the transparent electrodes in the Examples 1 to 10, respectively, so as to be independent of a certain size and electrically. Separated into an isolated region.
  • a laser is irradiated to the specimen side of the liquid crystal discoloration device under the same conditions as in Examples 1 to 10 to form an etching line in a region of 10 ⁇ 10 mm 2 , and as shown in the left side of FIG. 15, general resistance test equipment. (HiTester, Hioki Co., Ltd.) was measured 10 times the resistance (resistance immediately after etching) of the liquid crystal color change element formed the etching line, the average value of the measured resistance is shown in Table 3 below.
  • silver paste is applied to the liquid crystal color changer specimen surface on which the etching line is formed, and after drying, the resistance (resistance after Ag coating) of the conductive paste is applied using a general resistance test equipment as shown in FIG. 15. Ten measurements were made and the average values of the measured resistances are shown in Table 3 below.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Example 7 Example 8 Example 9 Example 10 Laser irradiation interval ( ⁇ m) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Resistance immediately after etching ( ⁇ / ⁇ ) 800 1,200 1,300 1,700 2,600 750 580 600 1,500 2,400 Resistance after Ag coating ( ⁇ / ⁇ ) 300 200 200 360 380 330 270 200 260 500
  • the liquid crystal discoloration element in which the wiring part was formed in accordance with Examples 11 to 19 was heated to a temperature of about 90 ° C. at a rate of about 1 ° C./min at a temperature of ⁇ 40, and then maintained for 4 hours, followed by 90 ° C. temperature The temperature was reduced to about ⁇ 40 ° C. at a rate of about 1 ° C./min, and then climate evaluation was performed by repeating the process for 10 hours.
  • a graph of temperature and humidity conditions at the time of such a climate change test is shown in FIG. 13.
  • the resistance value of the liquid crystal color change device is measured by two point probing. The results are shown in Table 4 (before test) and Table 5 (after test).
  • the two-point contact resistance is not an absolute value but a relative resistance value comparison. (2 point probing) was measured.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a method for measuring a two-point contact resistance of a liquid crystal discoloration element having a wiring portion according to Examples 11 to 19.
  • FIG. The left side of FIG. 18 illustrates a liquid crystal color change element having an etching line
  • the right side of FIG. 18 illustrates a liquid crystal color change element having a wiring portion and a method for measuring two-point contact resistance thereof.
  • a liquid crystal discoloration device in which a substrate, a transparent electrode, and an alignment layer were sequentially formed so that an ITO transparent electrode was exposed in a region about 50 mm away from one end of the laser irradiation area was prepared. Further, in order to secure independent correlation of laser processing conditions with respect to the alignment layer, a high intensity laser is irradiated to short-circuit the transparent electrodes in the regions of Examples 11 to 19, respectively, so as to be independent of a certain size and electrically. Separated into an isolated region.
  • the etching line is formed (left) in the area
  • the silver paste was applied to the formed liquid crystal color changer specimen and dried (right), and then the resistance of the conductive paste-coated area was measured 10 times using a general resistance test equipment (HiTester, Hioki). The average value of is shown in Table 3 below.
  • the two-point contact resistance measurement results before and after the climate test of Example 11 to Example 19 thus measured are shown in Tables 4 and 5 below. Specifically, the laser power ratio at the time of laser irradiation is adjusted to 25%, 30%, 35%, and 40% with respect to the average power, respectively, before and after the climate change test evaluation of the liquid crystal color change device having the wiring part (Table 4).
  • the measurement results of the two-point contact resistance of (Table 5) are shown in Tables 4 and 5.
  • Example 11 Example 12
  • Example 13 Example 14
  • Example 15 Example 16
  • Example 17 Example 18
  • Laser irradiation interval ( ⁇ m) 40 100 150 200 250 300 350 400 450 25 (Power,%) 215 215 225 225 235 235 270 410 300 30 (Power,%) 160 160 160 165 165 170 185 185 450 35 (Power,%) 150 170 130 130 130 130 135 140 40 (Power,%) 125 125 125 130 130 130 130 130 140
  • Example 11 Example 12
  • Example 13 Example 14
  • Example 15 Example 16
  • Example 17 Example 18
  • Laser irradiation interval ( ⁇ m) 40 100 150 200 250 300 350 400 450 25 (Power,%) 315 305 280 300 300 450 400 1,800 900 30 (Power,%) 185 185 180 200 215 210 300 330 1,700 35 (Power,%) 130 135 135 135 135 140 135 145 150 40 (Power,%) 145 140 140 140 140 155 145 150 160 160
  • FIG. 16A is a bar graph of two-point contact resistance before and after the climate change test evaluation of Examples 11 to 19 when the laser power is 25% of the average power
  • FIG. 16B is an average laser power.
  • FIG. 16C shows that when the laser output is 35% of the average output.
  • Example 11-19 is a bar graph of the two-point contact resistance before and after the climate change test evaluation of FIG. 16D
  • FIG. 16D shows the climate change test of Examples 11-19 when the laser power is 40% of the average power. Bar graph of two-point contact resistance before and after evaluation.
  • the average of the resistance after the climate test is about 309 ⁇ , and the output ratio is 25% to the average output. Except for the case of Example 18 and Example 19 where the output ratio was 30% of the average output, it was confirmed that the average of the resistance was about 224 ⁇ .
  • Tables 4 and 5 show that when forming an etching line on the alignment layer by irradiating a laser, even if the transparent electrode is damaged and the conductivity is lost, the transparent electrode is conductive to the damaged region.
  • the transparent electrode is conductive to the damaged region.
  • the two-point contact resistance increases slightly after the climate change test, the average resistance value thereof does not differ significantly before and after the climate change test. It can be seen that even if a sharp change occurs, its excellent durability can be maintained.
  • a square groove having a size of 2.5 ⁇ 2.5 mm 2 was formed on the specimen after the climate change test, and then a test tape (Nichiban) was attached on the grooved area, and the adhesion test was carried out. .
  • the silver paste is sufficiently filled in the etching line region formed by the laser irradiation, thereby increasing the contact area between the etching line region and the silver paste, and this excellent adhesion is maintained even after the climate test.
  • the etching line region formed by the laser irradiation thereby increasing the contact area between the etching line region and the silver paste, and this excellent adhesion is maintained even after the climate test.

Abstract

본 발명은 기재, 투명 전극, 및 배향막을 포함하는 액정변색소자에 있어서, 레이저를 사용하여 배향막 상에 일정한 간격으로 에칭 라인을 형성하고 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포함으로써 손상된 투명 전극의 전기적 전도도를 회복할 수 있고, 신뢰성 높은 배선부 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자에 관한 것이다.

Description

액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자
본 명세서는 2016년 12월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2016-0180381호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다.
본 명세서는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자에 관한 것이다.
플렉서블 전자 소자의 급속한 개발과 더불어 생산성이 우수한 대면적 패터닝 공정의 중요성이 제기되고 있다. 또한, 플렉서블 전자소자의 구현에 있어서, 전극 형성 또는 배선을 위한 전도층의 단락뿐만 아니라 전도막의 구현 및 구조화 공정이 요구된다.
플렉서블 전자 소자의 적용 및 생산, 구체적으로 디스플레이, 스마트 윈도우 또는 선루프와 같은 제품에 액정 구동을 기반으로 한 투과 가변형 액정 셀 필름의 개발에 있어서, 투과형 액정 기반 유연 소자는 기재 상부에 전도층이 도입되고 전도층 상하부에 전기적 또는 전기 광학적 기능을 부여하는 유전막이 구비된 다층구조를 포함한다.
이 경우, 액정을 중심으로 상하부에 구비되는 전극에 포함되고, 광배향 막, 갭 스페이서 등의 기능성 막 층들이 구비된 필름은 기존 롤투롤(Roll-to-Roll, R2R) 기반의 연속 공정으로 제작된다. 이와 같이 제작되고, 광학적 기능성이 구비된 코팅층을 포함하는 투명 전도층 필름 기재를 제품의 용도에 맞게 가공하는 단계에서 전기적 단락 및 재단 등의 공정만큼 중요한 것이 상하부 전극의 배선 공정이다.
이 경우, 기재 상부에 형성된 전도층(투명 전극, Indium Tin Oxide 등)의 물리적 손상에 따른 전기 전도성의 저하 없이 상부에 배향막과 같은 광기능성 층을 선택적으로 제거하는 기술이 요구된다. 예를 들어, 반응성 메조겐과 같은 액정 배향 층은 UV 경화 방식으로 전도성 필름 기재 전체에 코팅되고, 이 경우 배선 부분은 용매를 이용하거나 다른 습식 방법으로 제거가 불가하다. 따라서, 메조겐 코팅 단계에서 포토리소그래피, 잉크젯, 슬롯 다이, 스크린 프린팅 등의 패터닝 공정이 요구되며 이후 후 공정에서 over-lay align 공정이 필요하다.
한편, 전술한 바와 같은 패턴화 공정은 기재 상부의 전도층 및 액정 배향층 등의 상부층의 오버레이 정밀도가 확보되어야 하는 공정상의 번거로움이 있으며 대면적화에 있어 설비의 가격이 높아진다는 단점이 있다.
{선행기술문헌}
{특허문헌}
대한민국 특허등록 제10-0297141호
본 발명은 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법 및 액정 변색 소자를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, a) 기재, 상기 기재 상에 형성된 투명 전극, 및 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막,을 포함하는 액정 변색 소자를 준비하는 단계; b) 상기 배향막 상에 레이저를 조사하여 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인을 형성하는 단계; 및 c) 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하는 단계;를 포함하는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 방법에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 기재; 상기 기재 상에 구비된 투명 전극; 및 상기 투명 전극 상에 구비된 배향막;을 포함하는 액정 변색 소자에 있어서, 상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인, 및 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 포함하는 것인 액정 변색 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 비교적 간단한 방법으로도 손상된 투명 전극의 전도성을 회복할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 롤투롤(Roll-to-Roll) 연속 공정에 따라 수행될 수 있으므로, 생산성을 제고할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 사전에 마스킹 단계 또는 패터닝 단계를 생략하고, 후공정에서 제품의 크기에 따라 적절한 배선부를 형성할 수 있으므로, 액정 변색 소자 제조 공정을 단순화한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 저가의 레이저 설비를 이용하면서도, 신뢰성이 높은 배선부 형성이 가능한 장점이 있다.
도 1은 액정 변색 소자의 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 액정 변색 소자의 제조 공정에서 사용되는 하부 필름의 모식도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법의 모식도이다.
도 5는 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 에칭 결과를 촬영한 사진이다.
도 6은 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 전도성 페이스트 코팅 결과를 촬영한 사진이다.
도 7a는 실시예 1 및 실시예 2에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진이다.
도 7b는 실시예 3 및 실시예 4에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진이다.
도 7c는 실시예 5 및 실시예 6에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진이다.
도 7d는 실시예 7 및 실시예 8에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진이다.
도 7e는 실시예 9 및 실시예 10에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진이다.
도 8은 실시예 3에 따른 에칭 직후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 9는 실시예 3에 따른 전도성 페이스트를 도포 및 건조한 모습을 촬영한 사진이다.
도 10은 비교예 1에 따른 에칭 결과를 나타낸 것이다.
도 11a는 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 레이저 조사 간격 별 레이저 에칭에 사용된 도면을 나타낸 것이다.
도 11b는 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 에칭 후의 시편을 직교된 편광판 사이에 삽입하여 촬영한 사진이다.
도 12a는 실시예 11 내지 실시예 19에서 은 페이스트 도포시 사용된 스크린 프린팅 마스크의 도면을 나타낸 것이다.
도 12b는 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 에칭 후의 시편에, 스크린 프린팅 마스크를 사용하여 은 페이스트를 도포하고, 건조한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 13은 기후 변화 테스트 시의 온도 및 습도 조건의 그래프이다.
도 14는 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 시편의 기후 변화 테스트 평가 후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 15는 실시예 1 내지 실시예 10에서의 2점 접촉 저항의 측정 방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 16a는 레이저 출력이 평균 출력의 25 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이다.
도 16b는 레이저 출력이 평균 출력의 30 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이다.
도 16c는 레이저 출력이 평균 출력의 35 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이다.
도 16d는 레이저 출력이 평균 출력의 40 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이다.
도 17은 실시예 11 내지 실시예 19에서 사용된 전도성 페이스트의 기후 변화 테스트 후의 접착력 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 18은 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 액정 변색 소자의 2점 접촉 저항의 측정 방법을 나타낸 모식도이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라, 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에 있어서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
룰투롤(R2R, Roll-to-Roll) 연속 공정 기반의 대면적 액정 셀 타입의 필름 소자 (광가변형 필름 - 자동차 선루프, 헤드 마운트 디스플레이)의 전기적 배선 형성을 위한 박막의 투명 전극의 구현에 있어서, 액정 배향 기능성 막(예를 들어, 반응성 메조겐, reactive mesogen 등의 광배향막 또는 폴리이미드 기반의 러빙 배양막 등)을 코팅할 때, 별도의 프린팅 공정과 오버레이 배향(over-lay align) 없이는 후 공정으로 하부 전극의 손상 없이 액정의 배향을 위한 광기능성 박막을 선택적으로 제거해야 한다.
한편, 액정 배향 기능성 막은 소자 신뢰성 확보를 위해 UV 또는 열경화로 이루어지므로, 유기 용매를 이용한 습식 제거가 불가하므로, 액정 배향 기능성 막은 건식으로 제거되는 것이 바람직하다.
이에, 액정 배향 기능성 막의 건식 제거에 있어서, 레이저를 이용한 에칭(laser ablation)이 고려된 바 있다. 다만 이 경우, 40 nm 이하의 두께의 투명 전극 상부에 구비된 수 마이크로미터 두께의 액정 배향용 고분자 막을 투명 전극의 손상 없이(전도성의 저하 또는 단락 없이) 제거하여 배선부 영역을 확보하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
또한, 진공 기반의 플라스마 건식 식각 공정은 산소 등의 식각용 기체를 사용하여 하부 전도성 산화막의 손상 없이 액정 배향 고분자 막을 용이하게 선택적으로 제거할 수 있지만, 반도체 기반의 진공 장비가 고가이며, 4 내지 12 인치 크기의 웨이퍼 상의 기판에 국한되어 대면적 액정 변색 소자 제조 공정에 적용하기에는 곤란한 문제점이 있었다. 나아가, 진공 기반의 플라스마 건식 식각 공정은 공정성 속도 개선을 위하여 플라즈마 밀도를 높이는 경우, 열에 의한 플라스틱 기재 필름의 변형이 유발될 수 있었으며, 이러한 공정을 위하여 제조되는 장비가 고가인 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 열적 손상을 최소화 할 수 있는 고가의 극초단의 피코초(pico second) 펄스 레이저를 조사함으로써, 투명 전극 상부의 반응성 메조겐 기반의 배향막을 선택적으로 제거하는 방법이 도입된 바 있다.
하지만, 이와 같은 방법은 투명 전극의 균일도 및/또는 기재 필름의 편평도(flatness)에 매우 민감한 문제점이 있었다. 구체적으로, 플렉서블 전자 소자에 적용될 수 있는 투명 전극의 두께는 플렉서블 전자 소자의 가요성(可撓性) 확보를 위하여 30 nm 내지 70 nm로 매우 얇게 형성된다. 나아가, 제거하여야 하는 액정 배향막의 두께가 투명 전극에 비하여 두꺼운 경우 액정 배향막을 선택적으로 제거하기 어렵고, 공정 반복성 및 공정 신뢰성이 매우 떨어지므로, 공정성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 저가 가공용 IR 레이저를 이용하면서도, 투명 전극의 손상을 최소화한 액정 변색 소자의 배선부 형성 공정을 개발하기에 이르렀다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법에 따르면, 배향막 상에 일정한 간격으로 에칭 라인을 형성하고, 상기 에칭 라인 영역에 전도성 페이스트를 도포함으로써, 손상된 투명 전극의 전기적 전도도를 완전히 회복할 수 있고, 액정 변색 소자의 배선부 영역을 신뢰성 있게 확보할 수 있다.
본 발명은 하기에 설명하는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법에 관한 것이며, 본 발명에서 제공되는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법에 의하면, 종래의 레이저를 사용하여 간단한 공정을 통하여, 배선부를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 기재의 손상을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 공정 속도 개선과 제품 품질 확보를 모두 만족시킬 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, a) 기재, 상기 기재 상에 형성된 투명 전극, 및 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막,을 포함하는 액정 변색 소자를 준비하는 단계; b) 상기 배향막 상에 레이저를 조사하여 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인을 형성하는 단계; 및 c) 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하는 단계;를 포함하는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법을 제공한다.
먼저, 액정 변색 소자의 제조 공정을 살펴보면, 도 1과 같다. 도 1에 따르면, 상기 액정 변색 소자를 상부 및 하부 필름으로써 합지하는 경우, 상부 및 하부 필름의 에칭 라인이 형성된 배향막 및 투명 전극의 에칭 라인 영역(단락 영역)에 밀봉재(Sealant)가 노즐 디스펜싱(Nozzle dispensing)을 통하여 도포되고, 밀봉재가 도포되지 않은 영역에는 액정(Liquid Crystal, LC)이 도포된다. 그 다음, 상기 상부 및 하부 필름을 진공 합착한 후, 자외선 조사를 통하여 밀봉재를 경화함으로써 상기 액정 변색 소자를 제조한다.
이 때, 전선 배선부를 형성하기 위하여, 전선 배선부 영역에 투명 전극을 제외한 나머지 비전도성 영역(예를 들어, 배향막)을 제거하여야 한다. 이 경우, 도 1의 상부 필름과 같이 단일의 배향막이 형성된 경우에는 톨루엔, 이소프로필알코올(IPA) 등의 용매로 제거하는 습식 식각 공정이 적용될 수 있다. 다만, 하부 필름과 같이 배향막 및 배향막 상에 구비된 액정 배향 기능성 막을 더 포함하고, 상기 액정 배향 기능성 막의 두께가 약 1 ㎛이며, 상기 액정 배향 기능성 막이 자외선(UV)에 의하여 가교되어 있는 경우에는, 상기 액정 배향 기능성 막 및 배향막의 선택적인 제거가 곤란한 문제점이 있다.
액정 변색 소자의 제조 공정에서 사용되는 하부 필름의 모식도를 도 2에 나타내었다. 도 2와 같이, 액정 변색 소자의 합판 공정에서 하부 필름은 투명 전극 상에 구비된 배향막, 및 상기 배향막 상에 구비되고, 반응성 메조겐을 포함하는 액정 배향 기능성 막을 포함할 수 있다. 한편, 상기 하부 필름과 같은 액정 변색 소자 측에 레이저를 조사하여 상기 투명 전극, 배향막, 및 액정 배향 기능성 막을 선택적으로 제거하는 공정은 각 층을 구성하는 재료의 광열화에 의한 재료의 융삭 기작(ablation mechanism)뿐만 아니라, 레이저 조사에 따른 투명 전극과 기재의 광흡수에 의한 열 팽창률의 차이에서 기인하는 박리(delamination) 기작도 수반될 수 있다. 그러므로, 적외선(Infra-red, IR, 1064 nm의 파장) 레이저 또는 파이버 레이저 등의 장파장의 레이저 소스(source)를 이용하는 경우, 투명 전극 상에 배향막이 형성되고, 상기 배향막 상에 액정 배향 기능성 막이 더 구비되며, 상기 액정 배향 기능성 막의 두께가 투명 전극의 두께보다 훨씬 두껍게 형성된 하부 필름에서는 상기 배향막의 선택적 제거가 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 투명 전극 상부에 형성된 배향막과, 상기 배향막 상부에 형성된 액정 배향 기능성 막을 선택적으로 제거하는 경우, 기재, 투명 전극, 배향막, 및 액정 배향 기능성 막 각각의 레이저 파장에 대한 상대적인 광흡수의 정도에 따라 공정의 난이도가 결정될 수 있다. 이에, 기재, 및 투명 전극 대비 배향막 및/또는 액정 배향 기능성 막에서 높은 광흡수율을 가지는 레이저 파장에 대한 조사를 진행한 바 있었다. 다만, 상기 기재, 투명 전극, 배향막, 및 액정 배향 기능성 막은 상용화된 대부분의 가공용 레이저 파장에서 유사한 광흡수율을 가지므로, 배향막 및/또는 액정 배향 기능성 막을 선택적으로 제거하기 위한 효율적인 레이저 광원의 선택은 곤란한 문제점이 있었다. 한편, 반응성 메조겐을 포함하는 액정 배향 기능성 막의 두께가 투명 전극의 두께 대비 13 내지 25 배 이상이므로, 레이저를 이용한 Top-down 방식의 공정을 통하여 복수의 배향막을 선택적으로 식각하는 방법은 불가능한 것은 아니었다.
가령, 레이저의 흡수에 의한 광열 반응의 영향을 최소화하기 위해, 10 피코초(10 picosecond, 10 × 10-12초) 이하의 펄스 폭을 가지는 초단파 자외선 레이저를 이용하여 액정 배향 기능성 막을 선택적으로 제거하는 방법의 경우, 레이저 초점 거리에 매우 민감한 공정으로 수율에 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 이와 같이 초단파 자외선 레이저를 이용하는 종래 기술에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법을 나타낸 모식도이다. 도 3에 따르면, 종래 기술과 같이 기재(10), 투명 전극(20), 배향막(30), 및 액정 배향 기능성 막(40)이 순차적으로 구비된 액정 변색 소자 측에 초단파 자외선 레이저(100)를 조사하는 경우, 투명 전극, 배향막, 및 액정 배향 기능성 막의 일 영역이 선택적으로 제거될 수 있는 것을 알 수 있다.
다만, 이와 같은 방법은 초단파 레이저를 조사하는 방법은 기재의 치수, 평탄도가 미세하게 변화하거나, 연속 공정에서 작은 떨림 현상이 발생하는 경우, 하부 필름의 투명 전극의 손상이 발생할 수 있기 때문에, 공정 조건이 매우 민감하고, 공정 대면적 양산 공정에 적합하지 않은 문제점이 있었다. 또한, 이와 같은 초단파 레이저는 소스의 가격 및 운용 비용이 고가라는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은, 종래에 사용된 바와 같은 IR 레이저 또는 파이버 레이저 소스를 이용하면서도, 투명 전극의 손상을 최소화할 수 있고, 동시에 투명 전극의 손상에 따른 전도성 저하가 보상될 수 있는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법에 이르게 되었다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일반적인 가공용 레이저 소스인 적외선 레이저 또는 파이버 레이저 소스를 이용하면서도, 투명 전극의 손상을 최소화할 수 있는 레이저 출력에 대한 공정 인자를 확보할 수 있고, 반응성 메조겐을 포함하는 복수의 배향막을 선택적으로 제거할 수 있다. 이 경우, 필름의 치수 변화 및 평탄도의 차이로 인하여 투명 전극의 손상이 불가피하게 발생하였다. 다만, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 배향막이 선택적으로 제거된 에칭 라인 영역에 전도성 페이스트를 도포하는 경우, 전술한 투명 전극의 불가피한 손상에 따른 전도성 저하가 보상될 수 있는 것을 확인하고 전술한 본 발명에 이르게 되었다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법을 나타낸 모식도이다.
도 4에 따르면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 기재(10), 상기 기재 상에 형성된 투명 전극(20), 및 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막(30), 및 상기 배향막 상에 형성된 액정 배향 기능성 막(40)을 포함하는 액정 변색 소자 측에 레이저를 조사함으로써, 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인을 형성하고, 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트(50)를 도포한 다음, 상기 전도성 페이스트를 건조하는 것일 수 있다. 또한, 이 경우, 투명 전극의 손상된 부분에서 단락된 투명 전극 영역이 전기적으로 연결되어 투명 전극의 손상에 따른 전도성 저하를 보상할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 기재, 상기 기재 상에 형성된 투명 전극, 및 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막,을 포함하는 액정 변색 소자를 준비하는 단계(a) 단계)를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 최하부에 상기 기재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기재는 투명 고분자 기재일 수 있으며, 구체적으로, 상기 기재는 빛을 투과하는 광투과성 기판일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 "투명"은 550 nm 파장에서의 광투과율이 70 % 이상, 또는 80 % 이상인 것을 의미할 수 있다.
나아가, 상기 투명 고분자 기재는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 필름, 투명 폴리이미드 필름(Colorless Polyimide Film), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 필름 또는 환형 올레핀 중합체(Cyclo Olefin Polymer, COP) 필름과 같은 투명 고분자 필름일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재의 두께는 40 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하일 수 있고, 구체적으로 70 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하, 또는 70 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 90 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 110 ㎛ 이하, 또는 90 ㎛ 이상 110 ㎛ 이하일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기재의 두께에 따라 조사되는 레이저의 조건이 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 상기 기재 상에 형성된 투명 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 전극은 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전도성 산화물은 ZnO, Al-doped ZnO, Ga-doped ZnO, SnO2, In2O3 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 투명 전극은 전도성 산화물층일 수 있고, 구체적으로 상기 투명 전극은 ITO(indium tin oxide) 층일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 전극의 두께는 20 nm 이상 100 nm 이하일 수 있고, 구체적으로 30 nm 이상 100 nm 이하, 20 nm 이상 80 nm 이하, 또는 30 nm 이상 80 nm 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 40 nm 이상 80 nm 이하, 30 nm 이상 70 nm 이하, 또는 40 nm 이상 70 nm 이하일 수 있다.
즉, 상기 투명 전극의 두께는 상기 범위와 같이 상대적으로 얇으므로, 배향막의 일부를 선택적으로 제거하는 과정에서 쉽게 손상될 수 있고, 이와 같이 손상된 투명 전극은 이후 액정 변색 소자의 전기 전도성 저하의 원인이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 상기 범위와 같은 얇은 두께의 투명 전극의 손상을 최소화할 수 있고, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법에 따르면, 투명 전극의 불가피한 손상에 의한 전도성 저하가 보상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 배향막은 광배향성 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광배향성 화합물은 러빙 공정 또는 광조사 등을 통하여 소정 방향으로 정렬(Orientationally ordered)되고, 상기 정렬된 상태에서 인접하는 액정 화합물과의 분자간 상호 작용을 통하여 액정 분자의 배향을 소정 방향으로 유도하여 광학적 이방성(anisotropic interaction)을 부여할 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 상기 광배향성 화합물은, 상기 배향막에서 방향성을 가지도록 정렬된 상태로 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 배향막은 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 및 고분자성 화합물 중 적어도 하나의 광배향성 화합물을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 형성된 액정 배향 기능성 막을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 액정 배향 기능성 막은 반응성 메조겐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 반응성 메조겐은 당업계에서 통용되는 물질로서, 광 또는 열에 의하여 중합을 유도할 수 있는 반응기를 포함하는 메조겐을 의미할 수 있다. 또한, 용어 "메조겐"은 액정 화합물이 중합되어 층을 형성할 때, 상기 층이 액정 상의 거동을 나타내도록 할 수 있는 메조 상(Meso Phase)의 화합물을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은, 상기 배향막 상에 레이저를 조사하여 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인을 형성하는 단계(b)단계)를 포함한다. 즉, 상기 배향막에 형성된 일정 간격의 에칭 라인은 상기 레이저 조사에 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저는 상기 배향막에서 상기 투명 전극 방향으로 조사될 수 있다. 또한, 상기 레이저가 조사되는 초점은 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 액정 변색 소자에 포함되는 각 층의 두께 및 식각하고자 하는 부재의 위치에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저의 레이저 광원(Source, 소스)은, 유기 고분자 층을 광열 반응으로 에칭할 수 있는 것이면 공지된 것 중에서 자유롭게 선택될 수 있다.
조사되는 레이저의 출력이 낮고 펄스 폭이 긴 경우, 상기 배향막의 상부 면에서 흡수되는 레이저에 의한 배향막의 융삭(ablation)이 유도될 수 있고, 조사되는 레이저의 출력이 높고, 펄스 폭이 짧은 경우, 상기 투명 전극의 레이저 광 흡수에 의한 순간적인 부피 팽창에 의하여 상기 투명 전극이 상기 기재로부터 박리될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저는 가공용 레이저일 수 있고, 1064 nm 파장의 레이저일 수 있으며, 적외선(infra-red, IR) 레이저 또는 파이버 레이저 일 수 있다. 배향막, 또는 배향막과 배향막 상에 구비된 투명 전극의 선택적 제거에 있어서, 출력이 높고, 펄스 폭이 짧은 레이저를 조사하는 것 보다, 본 발명의 일 실시상태와 같이 레이저의 출력이 낮고 펄스 폭이 긴 레이저가 조사되는 것이 보다 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저의 반복률(repetition rate)은 20 kHz 이상 200 kHz 이하일 수 있다. 한편, 상기 레이저의 반복률은 상기 범위에 제한되는 것은 아니며, 상기 레이저가 조사되는 액정 변색 소자를 구성하는 부재의 종류, 두께 등에 따라 적절하게 조절되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저의 평균 출력은 10 W 이상 100 W 이하, 구체적으로 30 W 이상 80 W 이하, 보다 구체적으로 40 W 이상 60 W 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저의 출력비는 상기 레이저의 평균 출력의 출력에 대하여 20 % 이상 70 % 이하, 구체적으로 25 % 이상 45 % 이하일 수 있다. 상기 레이저의 평균 출력 및 이의 출력비의 범위 내에서, 상기 투명 전극과 기재 사이의 열 팽창률 차이로 인하여, 상기 투명 전극 및 배향막이 상기 기재로부터 박리되도록 할 수 있다.
한편, 상기 레이저의 평균 출력 및 출력비는 상기 범위에 제한되는 것은 아니며, 상기 레이저가 조사되는 액정 변색 소자를 구성하는 부재의 종류, 두께 등에 따라 적절하게 조절되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 레이저는 상기 에칭 라인 간의 이격 거리가 30 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하, 구체적으로 40 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하가 되도록 조사될 수 있다. 또한, 상기 레이저 조사와 동시에 상기 에칭 라인이 형성될 수 있다. 그러므로, 상기 레이저의 조사 간격과, 상기 인접하는 상기 에칭 라인 간의 이격 거리는 동일할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저의 조사 간격은 30 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하, 구체적으로 40 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 액정 변색 소자에 조사되는 상기 레이저의 빔 크기(beam size)는 20 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하, 구체적으로 약 35 ㎛일 수 있다.
상기 레이저는 상기 에칭 라인 간의 이격 거리가 전술한 범위가 되도록 조사되어야, 적절한 범위의 레이저 빔의 중첩도를 확보할 수 있고, 레이저의 과조사를 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 투명 전극의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 에칭 라인의 이격 거리가 전술한 범위가 되도록 상기 레이저를 조사하여야, 공정 시간을 절감할 수 있고, 배선부가 형성된 액정 변색 소자가 고온 고습의 조건 하에서도 일정한 수준의 전기 전도성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은, 상기 IR 레이저 또는 펄스 레이저와 같은 저가의 가공용 레이저를 조사하여 상기 배향막뿐만 아니라 상기 투명 전극을 에칭하여 단락시킨 후, 단락된 영역인 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하여, 투명 전극의 단락에 따른 문제를 해결하였다. 이와 같이 전도성 페이스트를 도포하여 단락된 전기 전도성을 회복함으로써, 이후 이방성 전도성 필름(Anistropic Conductive Film, ACF)을 이용한 배선 공정이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
한편, 상기 에칭 라인이 상기 전극 필름까지 관통하여, 상기 기재가 노출되는 경우, 단락된 영역인 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하더라도 단락된 투명 전극의 전기 전도성 회복이 충분하지 않을 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은, 전술한 바와 같이, 조사되는 레이저의 출력 및 조사 간격을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 투명 전극의 손상을 최소화할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 "에칭 라인"은 어떤 부재 상에 레이저를 조사함에 따라 식각되어 형성된 홈(groove)이 연속적으로 연결된 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 용어 "에칭 라인 간의 이격 거리"는 인접하는 에칭 라인 사이의 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 라인은 상기 배향막을 관통하여 형성된 것일 수 있다. 이 경우, 상기 레이저 조사에 따라 상기 투명 전극의 일 영역이 노출될 수 있다. 또한, 상기 에칭 라인이 상기 배향막을 관통하는 경우, 상기 에칭 라인은 상기 투명 전극의 적어도 일부가 에칭된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 레이저 조사 조건에 따라, 상기 에칭 라인은 상기 배향막 및 상기 투명 전극을 모두 관통할 수 있으며, 이 경우 상기 기재의 일 영역은 손상되어 국소적 전기적 단락이 발생되어 노출되거나, 상기 기재의 일 영역은 손상되지 않은 상태로 노출될 수 있다.
나아가, 상기 액정 변색 소자가 상기 배향막 상에 형성된 액정 배향 기능성 막을 더 포함하는 경우, 상기 레이저는 상기 액정 배향 기능성 막 상에 조사될 수 있다.
이 경우, 상기 에칭 라인은 상기 액정 배향 기능성 막에 형성될 수 있다. 또한, 상기 에칭 라인은 상기 액정 배향 기능성 막 및 상기 배향성 막을 관통할 수 있으며, 상기 투명 전극의 적어도 일부가 에칭된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 본 발명의 b) 단계에서 액정 변색 소자에, 레이저를 조사하여 에칭 라인을 형성하는 경우, 배향막과 함께 투명 전극의 일부가 함께 에칭될 수 있다. 이러한 에칭에 의하여 손상된 투명 전극은 후술하는 전도성 페이스트 도포를 통하여 전기적으로 연결될 수 있고, 이를 통하여 단락된 투명 전극 영역은 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하는 단계(c) 단계)를 포함한다. 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포함으로써, 전술한 바와 같이 에칭 라인 형성에 따라 손상된 투명 전극을 포함하는 상기 액정 변색 소자의 전기 전도성의 감소가 보상될 수 있다.
구체적으로, 상기 전도성 페이스트는 상기 투명 전극의 에칭된 영역에 도포되어, 투명 전극 영역의 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 라인의 골 영역은, 상기 에칭 라인에 의하여 에칭된 영역을 의미할 수 있다. 이러한 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포함으로써, 레이저 조사에 단락된 투명 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 전도성 페이스트는 상기 에칭 라인의 요부(凹部)를 채우고, 에칭 라인이 형성되지 않은 영역(철부, 凸部)의 높이보다 두껍게 형성(Over coat)됨에 따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 액정 변색 소자가 외부와 전기적으로 연결될 때 배선 연결에 용이한 물리적 버퍼층(buffer layer)으로 사용될 수도 있다. 구체적으로, 상기 물리적 버퍼층은 외부와 전기적으로 연결 시, 투명 전극보다 배선 연결에 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 본 발명에 있어서, 상기 전도성 페이스트는 은 페이스트(Ag paste), Cu 페이스트(Cu paste), 니켈 페이스트(Ni paste), 카본 페이스트(Carbon paste) 및 알루미늄 페이스트(Al paste) 적어도 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로 은 페이스트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 페이스트는, 이의 고상 함량(solid fraction) 및 점도(viscosity) 등에 따라 붓, 롤러 등을 사용하여 도포될 수 있고, 또는 노즐 디스펜싱 방법으로 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 상기 전도성 페이스트가 도포된 상기 액정 변색 소자를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리를 통하여 도포된 전도성 페이스트가 건조됨으로써 상기 액정 변색 소자의 배선부의 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 열처리 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지된 열처리 방법이 사용될 수 있다. 나아가, 상기 열처리의 조건은 상기 액정 변색 소자를 구성하는 각 층이 손상되지 않으면서도, 상기 전도성 페이스트가 건조될 수 있는 정도로 조절될 수 있는 정도이면, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 롤투롤(Roll-to-Roll) 연속 공정으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 비교적 간단한 방법으로도, 액정 변색 소자의 대면적화가 가능하며, 상기 액정 변색 소자를 연속적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 대면적의 액정 소자 변색 소자를 연속 공정에 적용될 수 있으므로, 상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 자동차 선루프용, 스마트 윈도우(Smart Window)용, 프라이버시 윈도우(Privacy Window)용, 또는 투과도 가변용 필름 제조 시 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 방법에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 기재; 상기 기재 상에 구비된 투명 전극; 및 상기 투명 전극 상에 구비된 배향막;을 포함하는 액정 변색 소자에 있어서, 상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인, 및 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 포함하는 것인 액정 변색 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재, 투명 전극, 배향막, 전도성 페이스트에 대한 설명은 전술한 내용과 동일할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 라인은 전술한 바와 같이 상기 배향막을 관통한 형태로 구비될 수 있다. 나아가, 이 경우, 상기 에칭 라인은 상기 투명 전극의 적어도 일부가 에칭된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 페이스트는 상기 에칭 라인의 골 영역에 채워진 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트의 건조물을 포함할 수 있다. 즉, 상기 액정 변색 소자는 상기 전도성 페이스트의 건조물을 포함할 수 있고, 상기 전도성 페이스트의 건조물은 에칭 라인의 골 영역에 채워진 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 구비된 액정 배향 기능성 막을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 액정 배향 기능성 막에 대한 설명은 전술한 내용과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 서로 인접하는 상기 에칭 라인 간의 이격 거리는 30 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하, 구체적으로 40 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 투명 전극은 전술한 바와 같이 얇은 두께를 가지므로, 레이저 조사 조건을 적절하게 조절하지 않는 경우 심하게 손상되어 이에 따른 전기적 단락 심화되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 이 경우, 전도성 페이스트가 상기 에칭 라인의 골 영역에 구비되더라도 상기 투명 전극의 두께 방향으로의 전기 전도 경로(pathway)가 충분히 형성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
그러므로, 상기 에칭 라인 간의 이격 거리를 상기 범위 내로 조절하는 경우, 투명 전극의 지나친 손상을 방지할 수 있고, 나아가 전도성 페이스트를 이용하여 투명 전극의 전기 전도성을 용이하게 회복시킬 수 있다.
또한, 상기 전도성 페이스트는 상기 액정 변색 소자의 에칭 라인 상에 오버코팅되어 물리적 버퍼층을 형성할 수 있으며, 이는 이후의 ACF 필름을 이용한 FPCB(flexible printed circuit board) 본딩 시 용이하게 전기 전도성을 확보할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유할 수 있다.
[실시예 1 내지 실시예 10]
두께 약 40 ㎛의 COP 기재, 두께 약 40 nm 의 ITO를 포함하는 투명 전극, 신나메이트(Cinnamate) 작용기를 포함하는 노보넨 수지 기반의 광배향성 화합물(LG CHEM)을 포함하는 두께 약 80 nm의 배향막, 및 반응성 메조겐(RMM141C, MERCK)을 포함하는 두께 약 1 ㎛의 액정 배향 기능성 막,이 순차적으로 구비된 액정 변색 소자(1,000 mm ×500 mm)를 준비하였다.
상기 액정 변색 소자 상에 평균 출력 약 50 W이고, 파장 1064 nm인 파이버 레이저(G4, SPI, F-theta lens scanner)를 100 kHz의 반복률, 45 %의 출력비 및 2 m/s의 조사 속도로, 조사 간격을 하기 표 1과 같이 조절하며, 상기 액정 배향 기능성 막 상에 10 mm X 10 mm(가로 X 세로) 크기의 영역에 각각 조사하여, 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 상기 액정 변색 소자에 에칭 라인을 형성하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10
조사간격(㎛) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
도 5는 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 에칭 결과를 촬영한 사진이다. 구체적으로, 도 5는 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 에칭 라인 형성 후, 상기 액정 변색 소자를 직교된 편광판 사이에 삽입하여 촬영한 사진이다.
도 5에 따르면, 레이저의 조사 간격이 좁을수록 배향막 부분에 조사되는 레이저의 비중이 높아지므로, 직교된 평관판 사이에 삽입하여 투과된 광을 확인하는 경우, 액정 배향 기능성 막의 제거에 따른 위상차의 변화로 낮은 투과율을 가지므로, 상대적으로 어둡게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이후, 레이저가 조사된 상기 액정 변색 소자에 은 페이스트(MicroPE®PG007-AP, (주)파루)를 롤러를 사용하여 도포한 다음, 오븐에서 약 120 ℃의 온도로 약 10 분간 건조하였다.
도 6은 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 은 페이스트가 코팅된 액정 변색 소자를 직교된 편광판 사이에 삽입하여 촬영한 사진이다.
[ 실시예 11 내지 실시예 19]
썬루프용 액정 변색 소자에 대한 실시예로서, 두께 약 40 ㎛의 COP 기재, 두께 약 40 nm 의 ITO를 포함하는 투명 전극, 신나메이트(Cinnamate) 작용기를 포함하는 노보넨 수지 기반의 광배향성 화합물(LG CHEM)을 포함하는 두께 약 100 nm의 배향막, 및 반응성 메조겐(RMM141C, MERCK)을 포함하는 두께 약 1.2 ㎛의 액정 배향 기능성 막,이 순차적으로 구비된 액정 변색 소자를 준비하였다.
상기 액정 변색 소자에 평균 출력이 약 50 W이고, 파장이1064 nm이며, Galvano Scanner기반인 적외선 레이저를 반복률 100 kHz, 조사 속도 2.5 m/s로 하여, 80 mm X 5 mm(가로X세로)의 레이저 조사 영역에 대하여, 하기 표 2와 같이 조사 간격을 조절하며, 상기 액정 배향 기능성 막 상에 조사하여, 상기 액정 변색 소자에 에칭 라인을 형성하였다.
구분 실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 실시예19
조사간격(㎛) 40 100 150 200 250 300 350 400 450
실시예 11 내지 실시예 19에 따른 조사 간격 별 레이저 에칭에 사용된 도면을 도 11a에 나타내었다. 도 11a에 따르면, 실시예 11 내지 실시예 19의 시편의 크기는 80 mm X 5 mm(가로X세로)이고, 상기 시편은 위에서부터 아래로 순차적으로 배열된다.
출력비를 평균 출력의 40 %로 조절하고, 실시예 11 내지 실시예 19에 따라 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자 시편을 직교된 평관판 사이에 삽입하여 촬영한 사진을 도 11b에 나타내었다.
도 11b에 따르면, 도 11a에서 예상된 바와 같이 조사 간격이 가장 좁은 실시예 11에 따른 시편이, 배향막 부분에 조사되는 레이저의 비중이 높은 것을 알 수 있었다. 그러므로, 실시예 11에 따른 시편을 직교된 평관판 사이에 삽입하여 투과된 광을 확인하는 경우, 배향막 제거에 따른 위상차의 변화로 낮은 투과율을 가지므로, 상대적으로 어둡게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 11 내지 실시예 19에 따라 레이저가 조사된 액정 변색 소자의 시편이 배열된 판에 전도성 페이스트를 도포하기 위하여, 상기 액정 변색 소자의 시편이 배열된 판에 스크린 프린팅 마스크를 구비하였다.
은 페이스트 도포 시 사용된 스크린 프린팅 마스크의 도면을 도 12a에 나타내었다. 도 12a에 따르면, 상기 스크린 프린팅 마스크는 85.0 mm X 7.0 mm(가로X세로)의 크기로 천공(open)된 것이다.
그 다음, 상기 스크린 마스크가 구비된 판 상에 은 페이스트(MicroPE®PG007-AP, (주)파루)를 롤러를 사용하여 도포한 다음, 오븐에서 약 120 ℃의 온도로 약 10 분간 건조하여 배선부가 형성된 액정 변색 소자를 제조하였다.
이와 같이 전도성 페이스트를 도포하여, 오븐에서 건조된 액정 변색 소자의 모습을 촬영한 사진을 도 12b에 나타내었다. 구체적으로, 도 12b는 레이저 조사 시의 출력비를 평균 출력에 대하여 각각 25 %, 30 %, 35 % 및 40 %로 일정하게 유지하였을 때, 실시예 11 내지 실시예 19에 따른 시편의 모습을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
[ 비교예 1]
두께 약 40 ㎛의 COP 기재, 두께 약 40 nm 의 ITO를 포함하는 투명 전극, 신나메이트(Cinnamate) 작용기를 포함하는 노보넨 수지 기반의 광배향성 화합물(LG CHEM)을 포함하는 두께 약 100 nm의 배향막 및 반응성 메조겐(RMM141C, MERCK)을 포함하는 두께 약 1.2 ㎛의 액정 배향 기능성 막이 순차적으로 구비된 액정 변색 소자를 준비하였다.
상기 액정 변색 소자에, 출력이 약 15 W이고, 파장이 343 nm이며, 최대 펄스 에너지 37.5 μJ이고, 펄스 폭이 10 ps인 피초 초 초단파 레이저(TruMicro 5050)를 반복률 200 kHz, 조사 속도 700 mm/s, 조사 간격 약 60㎛로, 출력비를 13%, 14%, 15% 및 16%로 조절하며, 상기 액정 배향 기능성 막 상에 20mm X 20mm 크기의 영역으로 조사하여, 상기 액정 변색 소자에 에칭 라인을 형성하였다.
비교예 1에 따른 에칭 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10에 따르면, 펄스 폭이 좁은 초단파 레이저를 사용한 비교예 1의 경우, 배향막이 선택적으로 제거될 수는 있음을 확인할 수 있다.
한편, 도 10에 따르면, 투명 전극의 손상에 따른 저항 값의 급격한 상승을 확인할 수 있고, 레이저 비조사 영역의 배향막 및/또는 투명 전극의 기재로부터의 박리가 관찰되었다. 한편, 이와 같은 저항 값의 측정 방법은 하기의 실험예 2에서 보다 구체적으로 설명한다. 그러므로, 이와 같이 초단파 레이저를 사용하는 경우, 일정 간격의 에칭 라인의 형성이 곤란한 것을 알 수 있다.
[ 실험예 1] - 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자의 외형 확인
실시예 1 및 실시예 2에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진을 도 7a에, 실시예 3 및 실시예 4에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진을 도 7b에, 실시예 5 및 실시예 6에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진을 도 7c에, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진을 도 7d에, 그리고 실시예 9 및 실시예 10에 따른 에칭 결과를 확대 촬영한 사진을 도 7e에 나타내었다.
구체적으로 도 7a 내지 도 7e 각각은 실시예 1 내지 실시예 10 각각에 따른 에칭 라인 형성 후, 상기 액정 변색 소자를 직교된 편광판 삽입하여 광학 현미경(Eclipse L300ND, Nikon)을 이용하여 확대 촬영한 사진이다.
도 7a 내지 도 7e에 따르면 상대적으로 밝은 영역을 통하여 상기 레이저 조사에 따라 배향막이 제거되면서 투명 전극이 손상된 것을 알 수 있고, 상대적으로 어두운 영역을 통하여, 상기 레이저가 조사되지 않은 영역은 배향막이 잔존하고 투명 전극이 손상되지 않은 것을 알 수 있다.
실시예 3에 따른 에칭 직후의 모습을 촬영한 사진을 도 8에 나타내었다. 구체적으로, 도 8은 실시예 3에 따라 에칭된 액정 변색 소자를 직교된 편광판에 삽입하여 광학 현미경(Eclipse L300ND, Nikon)을 이용하여 확대 촬영한 사진이다. 보다 구체적으로, 도 8의 좌측 사진은 reflection mode에서 촬영한 사진이다.
또한, 실시예 3에 따른 에칭 후 은(Ag) 페이스트를 도포한 후의 사진(좌) 및 건조 후의 사진(우)을 도 9에 나타내었다.
도 8 및 도 9에 따르면, 레이저 조사에 의하여 ITO 투명 전극이 손상된 영역(Damaged ITO)과, 레이저가 조사되지 않아 배향막(R/M)이 잔존하고, 투명 전극이 손상되지 않은 영역(Undamaged ITO)이 구분되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 8 및 도 9에 의하면, 상기 에칭 라인이 형성된 영역에 은 페이스트가 도포(Ag coated)되는 것을 알 수 있었다.
[ 실험예 2] - 전도성 페이스트 도포 전후의 저항값의 변화 측정
실시예 1 내지 실시예 10에 따라 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자의 ITO 투명 전극의 손상 정도와 및 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 손상된 저항값의 보상 여부를 확인하기 위하여, 2 point probing을 통해 액정 변색 소자의 저항값을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
한편, 레이저를 이용해 다양한 에칭 라인 간격을 가지는 패턴 영역의 면 저항을 4점 접촉(four probe)으로 측정하는 것이 용이하지 않기 때문에, 절대적인 값이 아닌, 상대적인 저항 값 비교를 위하여 상기 2점 접촉 저항(2 point probing)을 측정하였다.
도 15는 실시예 1 내지 실시예 10의 2점 접촉 저항의 측정 방법을 나타낸 모식도이다. 도 15의 좌측은 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자의 2점 접촉 저항을 측정 하기 위한 방법을, 도 15의 우측은 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 2점 접촉 저항을 측정하기 위한 방법을 나타낸 것이다.
도 15와 같이 2 점 접촉 저항을 측정하기 위하여, 레이저 조사 영역의 중심부로부터 약 50 mm 떨어진 영역에 ITO 투명 전극이 드러나도록 기재, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 형성된 액정 변색 소자를 준비하였다. 나아가, 상기 배향막에 대한 레이저 공정 조건의 독립적인 상관관계의 확보를 위하여, 높은 세기의 레이저를 조사하여, 실시예 1 내지 실시예 10 영역의 투명 전극을 각각 단락시켜, 일정 크기의 독립적이고, 전기적으로 격리된 영역으로 분리하였다.
그 다음, 상기 액정 변색 소자의 시편 측에 실시예 1 내지 실시예 10과 같은 조건의 레이저를 조사하여 10 X 10 mm2의 영역에 에칭 라인을 형성하고, 도 15의 좌측과 같이 일반 저항 테스트 장비(HiTester, Hioki社)를 이용하여 상기 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자의 저항(에칭 직후 저항)을 10회 측정하였고, 측정된 저항의 평균 값을 하기 표 3에 나타내었다.
나아가, 상기 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자 시편 측에 은 페이스트를 도포하고, 건조한 후 도 15의 우측과 같이 일반 저항 테스트 장비를 이용하여 상기 전도성 페이스트가 도포된 영역의 저항(Ag 코팅 후 저항)을 10회 측정하였고, 측정된 저항의 평균 값을 하기 표 3에 나타내었다.
참고로, 상기 저항 측정 시 참고된 기준 저항(레퍼런스 저항, Ωref = 200 ~ 300 Ω/□)은, ITO 투명 전극이 드러나도록 준비된 액정 변색 소자의, 노출된 ITO 투명 전극의 저항을 의미한다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
레이저조사간격(㎛) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
에칭 직후저항(Ω/□) 800 1,200 1,300 1,700 2,600 750 580 600 1,500 2,400
Ag코팅후저항(Ω/□) 300 200 200 360 380 330 270 200 260 500
표 3에 나타난 에칭 직후 저항 값에 따르면, 레이저 조사에 의하여 투명 전극이 손상됨으로써, 각 시편의 저항 값이 현저하게 높아진 것을 알 수 있었다.
또한, 표 3에 나타난 Ag 코팅 후 저항 값에 따르면, 레이저 조사에 의한 투명 전극의 손상을 통하여 나타나는 각 시편의 전기 전도성의 저하는, 은 페이스트(Ag paste)의 도포를 통하여 보상되는 것을 확인할 수 있었다.
하지만, 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정한 비교예 1에 따른 액정 변색 소자의 저항 값은, 도 10에서 나타내는 바와 같이, 조사된 레이저 출력에 대하여 출력비가 13 %인 경우 배향막의 제거가 ITO 투명 전극까지 이루어지지 않아 저항 측정이 불가하였고, 14 %인 경우 2,000 Ω/□ 내지 5,000 Ω/□의 저항 값을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 15 %인 경우 200 Ω/□ 내지 400 Ω/□의 저항 값을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 16 %인 경우 500 Ω/□ 내지 700 Ω/□의 저항 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 비교예 1과 같이 초단파 레이저를 사용하고, 이의 출력비를 조절하며 레이저를 조사하는 경우, 미소한 출력 변화에도 저항 값의 큰 변화가 생기므로, 안정적으로 배향막을 제거하는 것이 매우 곤란한 것을 알 수 있었다.
[ 실험예 3] - 기후 변화 테스트
실시예 11 내지 실시예 19에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자를, -40 의 온도에서 약 1 ℃/min의 속도로 약 90 ℃ 의 온도까지 승온한 다음, 4 시간동안 유지하고, 다시 90 ℃ 온도에서 약 1 ℃/min의 속도로 약 -40 ℃까지 감온한 다음, 4 시간동안 유지하는 공정을 10회 반복하면서 기후 평가를 진행하였다. 이와 같은 기후 변화 테스트 시의 온도 및 습도 조건의 그래프를 도 13에 나타내었다.
실시예 11 내지 실시예 19에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 기후 변화 테스트 평가 후의 모습의 사진, 구체적으로, 레이저 조사 시의 레이저의 출력비가 평균 출력에 대하여 각각 25 %, 30 %, 35 % 및 40 %로 조절되고, 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 기후 변화 테스트 평가 후의 모습의 사진을 도 14에 나타내었다. 도 14에 따르면, 급격한 열변화에도 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 내후성이 충분한 것을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 4] - 기후 변화 테스트 전/후의 2점 접촉 저항 평가
실시예 11 내지 실시예 19에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 손상된 저항값의 보상 여부가 기후 변화 테스트 전/후로 안정적으로 유지되는지 확인하기 위하여, 2 point probing을 통해 액정 변색 소자의 저항값을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4(테스트 전) 및 표 5(테스트 후)에 나타내었다.
한편, 레이저 조사를 통하여 다양한 에칭 라인 간격을 가지는 패턴 영역의 면 저항을 4점 접촉(four probe)으로 측정하는 것이 용이하지 않기 때문에, 절대적인 값이 아닌, 상대적인 저항 값 비교를 위하여 상기 2점 접촉 저항(2 point probing)을 측정하였다.
실시예 11 내지 실시예 19에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 2점 접촉 저항의 측정 방법을 나타낸 모식도를 도 18에 나타내었다. 도 18의 좌측은 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자를, 도 18의 우측은 배선부가 형성된 액정 변색 소자와 이의 2점 접촉 저항을 측정하기 위한 방법을 나타낸 것이다.
도 18과 같이 2 점 점촉 저항을 측정하기 위하여, 레이저 조사 영역의 일측 말단으로부터 약 50 mm 떨어진 영역에 ITO 투명 전극이 드러나도록 기재, 투명 전극 및 배향막이 순차적으로 형성된 액정 변색 소자를 준비하였다. 나아가, 상기 배향막에 대한 레이저 공정 조건의 독립적인 상관관계의 확보를 위하여, 높은 세기의 레이저를 조사하여, 실시예 11 내지 실시예 19 영역의 투명 전극을 각각 단락시켜, 일정 크기의 독립적이고, 전기적으로 격리된 영역으로 분리하였다.
나아가, 상기 액정 변색 소자의 시편 측에 실시예 11 내지 실시예 19와 같은 조건의 레이저를 조사하여 5 X 80 mm2(가로 X 세로)의 영역에 에칭 라인을 형성(좌)하고, 상기 에칭 라인이 형성된 액정 변색 소자 시편 측에 은 페이스트를 도포하고, 건조한 후(우) 일반 저항 테스트 장비(HiTester, Hioki社)를 이용하여 상기 전도성 페이스트가 도포된 영역의 저항을 10회 측정하였고, 측정된 저항의 평균 값을 하기 표 3에 나타내었다.
참고로, 상기 저항 측정 시 참고된 기준 저항(레퍼런스 저항, Ωref = 200 ~ 300 Ω)은, ITO 투명 전극이 드러나도록 준비된 액정 변색 소자의, 노출된 ITO 투명 전극의 저항을 의미한다.
이와 같이 측정된 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 테스트 전과 후의 2점 접촉 저항 측정 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다. 구체적으로, 레이저 조사 시의 레이저의 출력비가 평균 출력에 대하여 각각 25 %, 30 %, 35 %, 및 40 %로 조절되고, 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 기후 변화 테스트 평가 전(표 4) 및 후(표 5)의 2점 접촉 저항의 측정 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다.
실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 실시예19
레이저조사간격(㎛) 40 100 150 200 250 300 350 400 450
25(Power, %) 215 215 225 225 235 235 270 410 300
30(Power, %) 160 160 160 165 165 170 185 185 450
35(Power, %) 150 170 130 130 130 130 130 135 140
40(Power, %) 125 125 125 130 130 130 130 130 140
* 단위: Ω
실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19
레이저조사간격(㎛) 40 100 150 200 250 300 350 400 450
25(Power, %) 315 305 280 300 300 450 400 1,800 900
30(Power, %) 185 185 180 200 215 210 300 330 1,700
35(Power, %) 130 135 135 135 135 140 135 145 150
40(Power, %) 145 140 140 140 155 145 150 160 160
* 단위: Ω
또한, 조사된 레이저의 평균 출력에 대한 출력 비가 일정한 경우, 레이저 조사 간격이 조절된 실시예 11 내지 실시예 19에 따라 배선부가 형성된 액정 변색 소자의 기후 변화 테스트 전과 후에 측정된 2점 접촉 저항의 막대그래프를 도 16에 나타내었다.
구체적으로, 도 16a는 레이저 출력이 평균 출력의 25 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이고, 도 16b는 레이저 출력이 평균 출력의 30 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이며, 도 16c는 레이저 출력이 평균 출력의 35 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이고, 도 16d는 레이저 출력이 평균 출력의 40 %인 경우에 있어서, 실시예 11 내지 실시예 19의 기후 변화 테스트 평가 전과 후에 따른 2점 접촉 저항의 막대그래프이다.
도 16a 내지 도 16d에 따르면, 출력비가 평균 출력에 대하여 25 %인 실시예 18 및 출력비가 평균 출력에 대하여 30 % 인 실시예 19의 경우를 제외하고는, 기후 변화 테스트 후에 2점 접촉 저항 값이 크게 변화하지 않고, 소폭 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
나아가 표 4에 따르면, 조사된 레이저의 평균 출력에 대한 출력 비와, 레이저 조사 간격이 조절된 모든 경우에 대해서, 기후 테스트 전의 저항의 평균은 약 181 Ω인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 표 5에 따르면, 조사된 레이저의 평균 출력에 대한 출력 비와, 레이저 조사 간격이 조절된 모든 경우에 대해서, 기후 테스트 후의 저항의 평균은 약 309 Ω이고, 출력비가 평균 출력에 대하여 25 %인 실시예 18 및 출력비가 평균 출력에 대하여 30 % 인 실시예 19의 경우를 제외한, 저항의 평균은 약 224 Ω인 것을 확인할 수 있었다.
상기 도 16a 내지 도 16d, 표 4 및 표 5의 내용을 종합하여 보면, 레이저를 조사함으로써 배향막 상에 에칭 라인을 형성하는 경우, 투명 전극이 손상되어 전도성이 손실되더라도, 투명 전극이 손상된 영역에 전도성(은, Ag) 페이스트를 도포함으로써, 손실된 전도성이 보상될 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 기후 변화 테스트 후에 따라 2점 접촉 저항이 소폭 증가하지만, 이들의 평균 저항 값이 기후 변화 테스트 전과 후에 따라 큰 차이가 없음을 통하여, 본 발명과 같은 방법으로 배선부가 형성된 액정 변색 소자는 외부 온도의 급격한 변화가 발생하여도 이의 우수한 내구성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 5] - 전도성 페이스트의 접착력 테스트
실시예 11 내지 실시예 19에서 도포되고, 건조된 은 페이스트의 접착력 테스트를 위하여, 접착력 테스트를 수행하였다.
구체적으로, 기후 변화 테스트 후의 시편에 면도칼로 2.5 x 2.5 mm2 의 크기의 정사각형의 홈을 형성한 후, 홈이 형성된 영역 상에 테스트 테이프(Nichiban)를 부착하고, 이를 떼어내며 접착력 테스트를 진행하였다.
상기 기후 변화 테스트 후의 접착력 테스트 결과를 도 17에 나타내었다.
도 17에 따르면, 총 100 개의 정사각형 형상의 조각으로 형성된 홈에 대하여, 접착력 테스트를 진행한 결과, 액정 변색 소자로부터 은 페이스트의 건조물이 박리되는 것은 관찰되지 않았다. 이를 통하여, 기후 변화 테스트 후에도, 본 발명의 전도성 페이스트의 접착력이 감소되지 않은 것을 알 수 있었다.
이를 통하여, 레이저 조사에 따라 형성된 에칭 라인 영역에 은 페이스트가 충분히 채워지고, 이에 따라 에칭 라인 영역과 은 페이스트의 접촉 면적이 증가된 것으로 파악될 수 있으며, 이러한 우수한 접착력은 기후 테스트 후에도 유지되는 것을 알 수 있었다.
{부호의 설명}
10: 기재
20: 투명 전극
30: 배향막
40: 액정 배향 기능성 막
50: 전도성 페이스트
100: 초단파 자외선 레이저

Claims (20)

  1. a) 기재, 상기 기재 상에 형성된 투명 전극, 및 상기 투명 전극 상에 형성된 배향막,을 포함하는 액정 변색 소자를 준비하는 단계;
    b) 상기 배향막 상에 레이저를 조사하여 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 도포하는 단계;를 포함하는 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에칭 라인은 상기 배향막을 관통하고, 상기 투명 전극의 적어도 일부가 에칭된 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는 투명 고분자 기재인 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전극은 전도성 산화물을 포함하는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배향막은 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 및 고분자성 화합물 중 적어도 하나의 광배향성 화합물을 포함하는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 형성된 액정 배향 기능성 막을 더 포함하는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 액정 배향 기능성 막은 반응성 메조겐을 포함하는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 은 페이스트, 구리 페이스트, 니켈 페이스트, 카본 페이스트 및 알루미늄 페이스트 중 적어도 하나를 포함하는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저는 IR 레이저 또는 파이버 레이저인 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저는 인접하는 상기 에칭 라인간의 이격 거리가 30 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하가 되도록 조사되는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법은 롤투롤 연속 공정으로 수행되는 것인 액정 변색 소자의 배선부 형성 방법.
  12. 기재; 상기 기재 상에 구비된 투명 전극; 및 상기 투명 전극 상에 구비된 배향막;을 포함하는 액정 변색 소자에 있어서,
    상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 일정 간격으로 이격된 2 이상의 에칭 라인, 및 상기 에칭 라인의 골 영역에 전도성 페이스트를 포함하는 것인 액정 변색 소자.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 에칭 라인은 상기 배향막을 관통하고, 상기 투명 전극의 적어도 일부가 에칭된 것인 액정 변색 소자.
  14. 청구항 12에 있어서,
    인접하는 상기 에칭 라인 간의 이격 거리는 30 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하인 것인 액정 변색 소자.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 기재는 투명 고분자 기재인 것인 액정 변색 소자.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 투명 전극은 전도성 산화물을 포함하는 것인 액정 변색 소자.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 배향막은 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 및 고분자성 화합물 중 적어도 하나의 광배향성 화합물을 포함하는 것인 액정 변색 소자.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 액정 변색 소자는 상기 배향막 상에 구비된 액정 배향 기능성 막을 더 포함하는 것인 액정 변색 소자.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 액정 배향 기능성 막은 반응성 메조겐을 포함하는 것인 액정 변색 소자.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 은 페이스트, 구리 페이스트, 니켈 페이스트, 카본 페이스트 및 알루미늄 페이스트 중 적어도 하나를 포함하는 것인 액정 변색 소자.
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