KR100831109B1

KR100831109B1 - 변조기 제작을 위한 폴리머 분산 액정 포뮬레이션

Info

Publication number: KR100831109B1
Application number: KR1020067023417A
Authority: KR
Inventors: 시엔하이 첸
Original assignee: 포톤 다이나믹스, 인코포레이티드
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2008-05-20
Also published as: JP2007532957A; US20080239208A1; KR20060132041A; WO2005101113A3; CN1938398A; JP4846711B2; TWI371637B; TW200604687A; US7639319B2; WO2005101113A2

Abstract

본 발명에 따른 폴리머 분산 액정(polymer dispersed liquid crystal; PDLC)의 실시례들은 TL-계열 액정 물질과, 수산기(hydroxyl group)를 갖는 폴리아크릴레이트 레진(polyacrylate resins)을 포함하는 폴리머 매트릭스를 포함한다. 이러한 수산기는 이소시아네이트(isocyanate)를 사용함으로써 가교(crosslinking)를 가능하게 하고, 기계적 특성과 열 저항성을 향상시킨다. 폴리머에 대한 액정의 일반적인 비율은 50/50 내지 70/30(중량/중량) 정도이다. PDLC 물질은 구동 전압에 대한 향상된 감도(sensitivity) 및 더 높은 투과-전압(transmission-voltage) 그래프 기울기를 나타내었다. 박막 트랜지스터(TFTs)를 테스트함에 있어서, 이러한 PDLC 물질은, TFT 기판에서 편평도의 변화를 조정하는 증가된 공극(air gap)을 보상하고 변조기와 패널 사이의 정전기력(electrostatic forces)을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 PDLC 물질의 실시례들은 용매의 증발로 고체 필름을 형성한다. 본 발명에 따른 용매 기반 PDLC 포뮬레이션(solvent-based PDLC formulations)의 실시례들의 균질성은, 스핀(spin), 닥터 블레이드(doctor blade), 및 슬롯-다이(slot-die) 코팅과 같은, 다른 많은 코팅 방법의 사용을 가능하게 한다.

폴리머 분산 액정 포뮬레이션, 변조기, 박막 트랜지스터, 구동 전압, T-V 그래프, 감도, 유전체 거울, 투명 전극, 수산기, 이소시아네이트, 폴리아크릴레이트 레진

Description

변조기 제작을 위한 폴리머 분산 액정 포뮬레이션 {POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL FORMULATIONS FOR MODULATOR FABRICATION}

관련 출원들의 상호 참조

본 특허 출원은, "변조기 제작을 위한 폴리머 분산 액정 포뮬레이션"이라는 명칭으로 2004.04.08.자로 출원된 미합중국 특허출원 제10/821810호를 우선권 주장의 기초로 하며, 그 내용을 그대로 참조를 통해 본 명세서에 편입시킨다.

본 발명은 전기-광학(electro-optic) 분야에서 사용되는 액정 물질에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 PDLC(polymer dispersed liquid crystal; 폴리머 분산 액정) 물질에 관한 것이다.

전압 영상 기술(voltage imaging technology)은 평판 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT) 어레이(array)의 결함을 검출하고 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 측정 기술에 따르면, 어레이의 성능은 마치 TFT 셀(cell)로 조립된 것과 같이 시뮬레이션되고, TFT 어레이의 특성들은 패널(panel) 상의 실제 전압 분 포를 간접적으로 측정함으로써, 또는 전기-광학(electro-optic; EO) 광변조기 기반 검출기를 사용하는, 소위, 전압 영상에 의해 측정된다.

전압 영상 시스템은, 그것의 가장 기본적인 형태에 있어서, 전기-광학(EO) 변조기, 영상 대물 렌즈(imaging objective lens), 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD) 카메라 또는 다른 적절한 또는 유사한 센서, 그리고 이미지 프로세서를 포함한다. EO 변조기의 전기-광학 센서는, 폴리머 매트릭스(폴리머 분산 액정, 또는 PDLC) 필름의 네마틱 액정 방울(nematic liquid crystal droplets)의 광 분산 특성에 기초한다. 실제 동작에서, EO 변조기는 박막 트렌지스터(TFT) 어레이의 표면으로부터 5-30 마이크론(microns) 정도 위에 배치되고, 전압 바이어스는 EO 변조기 표면 상의 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO) 레이어의 투명 전극(transparent electrode)을 가로질러 인가된다. 그 결과, TFT 어레이와 연관된 전기장이 PDLC 레이어에 의해 감지되도록, EO 변조기가 용량적으로 TFT 어레이에 연결된다. PDLC 레이어를 투과한 입사광의 강도는, PDLC 내의 액정(Liquid Crystal; LC) 물질을 가로지르는 전기장의 강도의 변화에 의해 변화한다, 즉, 변조된다. 이러한 광은 유전체 거울에서 반사되고, CCD 카메라 또는 그와 같은 센서에 의해 수집된다. 예를 들어 적외선 또는 가시광선이 될 수 있는, 입사 복사(incident radiation)의 소스는, TFT 어레이, PDLC 필름 및 유전체 거울을 쌓아올린 샌드위치를 조사(illumination)하기 위해 제공된다.

EO 변조기 제작을 위한 공지의 방법은, 매우 넓은 면적의 광 밸브와 디스플레이를 만드는데 적합한 PDLC 형태인, 통상의 NCAP(nematic curvilinear aligned phase; 네마틱 곡선형 배향 상) 물질을 이용한다. NCAP 디바이스는, ITO 마일라(Mylar) 필름의 두 개의 레이어 사이의 샌드위치 내에서와 같이, 폴리머 필름 내에서 분산되고 폴리머 필름에 의해 둘러싸인, 마이크론 크기의 액정 방울로 구성된다. 포톤 다이나믹스 인코포레이티드(Photon Dynamics, Inc.)에 양도된 두 개의 특허는 다음의 처리 공정을 기술한다; 마이클 에이. 브라이언(Michael A. Bryan)의 미국 특허 제6,151,153호(2000년)인 "변조기 이송 처리 및 조립체"; 및 마이클 에이. 브라이언의 미국 특허 제6,211,991호(2001년)인 "변조기 제조 공정 및 디바이스." 이들 특허는 모든 목적을 위해 참조로서 본 명세서에 편입된다.

상기 인용 문헌들은 특정 응용 분야에서는 적절하지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 보다 향상된 전기-광학 물질에 대한 요구가 있다.

본 발명에 따른 폴리머 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystals; PDLCs)의 실시례들은, TL-계열 액정 물질과, 수산기(hydroxyl group)를 갖는 폴리아크릴레이트 레진(polyacrylate resins)을 포함하는, 폴리머 매트릭스를 포함한다. 이러한 수산기는 이소시아네이트(isocyanate)를 사용함으로써 가교(crosslinking)를 가능하게 하고, 기계적 특성과 열 저항성을 향상시킨다. 폴리머에 대한 액정의 일반적인 비율은 약 50/50과 70/30(중량/중량)의 사이이다. PDLC 물질은 구동 전압에 대한 향상된 감도(sensitivity) 및 더 높은 투과-전압(transmission-voltage) 그래프 기울기를 나타내었다. 박막 트랜지스터(TFTs)를 테스트함에 있어서, 이러한 PDLC 물질은, TFT 기판에서 편평도의 변화를 조정하는 증가된 공극(air gap)을 보상하고 변조기와 패널 사이의 정전기력(electrostatic forces)을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 PDLC 물질의 실시례들은 용매의 증발로 고체 필름을 형성한다. 본 발명에 따른 용매 기반 PDLC 포뮬레이션(solvent-based PDLC formulations)의 실시례들의 균질성은, 스핀(spin), 닥터 블레이드(doctor blade), 및 슬롯-다이(slot-die) 코팅과 같은, 다른 많은 코팅 방법의 사용을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 조성물의 일 실시례는 폴리머 매트릭스 내에 분산된 액정을 포함하고, 상기 폴리머 매트릭스는 폴리아크릴레이트 레진과 폴리이소시아네이트 레진(polyisocyanate resin)의 가교에 의해 형성된다. 액정은, 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과, 98% 또는 그보다 큰 전압 보전율(voltage holding ratio; VHR)을 나타낸다.

본 발명에 따른, 전기-광학 디바이스의 결함 동작을 검출하기 위한 방법의 일 실시례는, 폴리머 분산 액정(PDLC)을, 아래에 놓인 전기-광학 디바이스 위에 놓이도록, 그리고 공극에 의해 상기 전기-광학 디바이스로부터 분리되도록, 배치하는 단계를 포함한다. 상기 PDLC는, 폴리아크릴레이트 레진과 폴리이소시아네이트 레진에 의해 형성된 폴리머 매트릭스를 포함하고, 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과 98% 또는 그보다 큰 전압 보전율(VHR)을 나타내는 액정을 포함한다. 전압은 PDLC를 조사하는 동안 PDLC 위에 놓이는 투명 전극에 인가되고, PDLC에 의해 투과되는 광의 강도의 변화가 검출된다.

본 발명에 따른, 반도체 디바이스를 검사하는 장치의 일 실시례는, 반도체 디바이스를 위한 지지부 및 공극에 의해 지지부로부터 분리된 전기-광학 변조기를 포함한다. 상기 전기-광학 변조기는, 상기 지지부에 인접하여 배치된 거울(mirror), 상기 지지부로부터 멀리 떨어진 투명 전극, 및 상기 투명 전극과 상기 거울 사이에 배치된 폴리머 분산 액정(PDLC) 센서 물질을 포함한다. PDLC는 폴리아크릴레이트 레진과 폴리이소시아네이트 레진의 가교에 의해 형성된 폴리머 매트릭스를 포함하고, 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과 98% 또는 그보다 큰 전압 보전율(VHR)을 나타내는 액정을 포함한다. 상기 장치는 또한, 투명 전극에 전압을 인가하는 동안 PDLC 물질을 조사하도록 구성된 광 소스(light source)와, 거울에 의해 반사된 빛의 강도를 검출하도록 구성된 검출기를 포함한다.

본 발명은 첨부된 도면과 관련된 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 전기-광학 디바이스의 개략적인 단면도이다.

도 2는 전기-광학 디바이스를 제작하는 단계들의 플로우 차트이다.

도 3은 PDLC의 레이어 상에 유전체 거울을 적층하는데 유용한 진공 챔버(vacuum chamber)의 개략적인 단면도이다.

도 4는 등록상표인 Voltage Imaging 시스템의 개념도이다.

도 5는 본 발명에 따른 PDLC 변조기의 일 실시례의 투과-전압(transmission vs. voltage; T-V) 그래프를 도시한다.

도 6은 본 발명에 따른 PDLC 변조기의 다른 실시례의 T-V 그래프를 도시한다.

도 7은 본 발명에 따른 PDLC 변조기의 또 다른 실시례의 T-V 그래프를 도시한다.

도 8은 본 발명에 따른 PDLC 물질의 일 실시례를 형성하는데 이용되는 레진 가교 반응(resin cross-linking reaction)의 간략화된 도면이다.

본 발명에 따른 폴리머 분산 액정(PDLCs)의 실시례들은 TL-계열 액정 물질과, 수산기(hydroxyl group)를 갖는 폴리아크릴레이트 레진(polyacrylate resins)을 포함하는 폴리머 매트릭스를 포함한다. 이러한 수산기는 이소시아네이트(isocyanate)를 사용함으로써 가교(crosslinking)를 가능하게 하고, 기계적 특성과 열 저항성을 향상시킨다. 폴리머에 대한 액정의 일반적인 비율은 약 50/50과 70/30(중량/중량) 사이이다. PDLC 물질은 구동 전압에 대한 향상된 감도(sensitivity) 및 더 높은 투과-전압(transmission-voltage) 그래프 기울기를 나타내었다. 박막 트랜지스터(TFTs)를 테스트함에 있어서, 이러한 PDLC 물질은, TFT 기판에서 편평도의 변화를 조정하는 증가된 공극(air gap)을 보상하고 변조기와 패 널 사이의 정전기력(electrostatic forces)을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 PDLC 물질의 실시례들은 용매의 증발로 고체 필름을 형성한다. 본 발명에 따른 용매 기반 PDLC 포뮬레이션(solvent-based PDLC formulations)의 실시례들의 균질성은, 스핀(spin), 닥터 블레이드(doctor blade), 및 슬롯-다이(slot-die) 코팅과 같은, 다른 많은 코팅 방법의 사용을 가능하게 한다.

EO 변조기 제작 및 구조

도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 제작된 전기-광학(electro optic; EO) 변조기의 EO 센서 10이 도시된다. 일반적으로 얇은 마일라(Mylar) 필름인 폴리에스테르 필름 레이어 1은, 유전체 거울 2를 위한 기판 지지부를 제공한다. 기판/거울 조합은 접착제의 얇은 레이어 3을 매개로, 구체적으로는 폴리머 분산 액정(PDLC) 4의 코팅인, 전기-광학 센서 물질의 레이어에 접합된다. PDLC 4는 실리콘 이산화물(silicon dioxide) 5의 선택적 레이어 상에 직접적으로 인가된 코팅이다. 예를 들어 BK-7 타입의 광학 유리(optical glass)의 블록인, 광학 유리 기판 7에 차례대로 직접적으로 접합되는, 인듐 주석 산화물(ITO 6)과 같은, 투명 전극 물질의 레이어가 존재한다. 유리 기판 또는 블록 7은 광학적으로 평평하고, PLDC 4 표면에 대향하는 광학적으로 매끄러운 표면 상에 반사 방지 코팅(antireflective coating) 8을 갖는다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 EO 센서 10의 제작 과정이 도시된다. 예비 단계는, BK-7 유리의 블록과 같은, 반사 방지 코팅 레이어 8로 미리 도포될 수 있는, 광학 유리 기판 7의 제공이다(단계 A).

1) 광학 유리 기판 상의 전극 코팅:

제작 과정의 첫 번째 단계로서, 유리 기판 7의 광학 표면에 전극 코팅이 인가된다(단계 B). 관심 대상인 파장에서 투명한 전도성 코팅이면 어떤 것이든 본 발명의 응용 분야에서 사용될 수 있다. 인듐 주석 산화물(ITO)이 공지되어 있고 선호된다. 선택적으로, 단계 B의 일부로서, 내구성, 표면 젖음성(wetting properties), 및 센서 물질 4와의 접착성을 향상시키는, 실리콘 이산화물(SiO₂)의 레이어가 전도성 코팅 6의 상부에 씌워질 수도 있다. 전극 코팅은 상부 표면, 두 개의 대향 에지 및 전기 접속을 위한 측면을 덮는다.

2) 센서 물질 코팅:

다음으로 센서 물질 4는 전극 6(및 선택적인 실리콘 이산화물 레이어 7) 위에 인가된다(단계 C). 전기-광학 응답을 가진 물질은 어떤 것이든 사용될 수 있다. 그러나, 선호되는 물질은, 아교질이지만 잠재적으로는 휘발성 액체인, 폴리머 분산 액정(PDLC)을 포함한다. 적합한 것으로 알려진 물질들은, i) TL-205/AU1033; ii) TL-205/PMMA; iii) E7/poly(메타크릴산 메틸) (PMMA); iV) E7/AU-1033이 선정된다. 다른 PDLC 포뮬레이션들은 이하에서 상세히 설명된다.

제작 과정에서, 닥터 블레이드(doctor blade), 와이어드 바(wired bar), 슬롯 다이(slot die), 스핀(spin), 및 메니스커스(meniscus)와 같은 코팅 처리가 사용될 수 있다. 스핀 코팅에 기초한 처리가 바람직하다.

3) 에지 클리닝(ed ge cleaning):

다음으로, 코팅 방법에 따라, 에지 클리닝이 요구될 수 있다(단계 D). 에지 상의 ITO 코팅을 손상시킴이 없이 에지를 제거하기 위해 (도시되지 않은 Mylar^TM 시트와 같은) 플라스틱 '나이프(knife)'를 사용하는 것이 바람직하다.

4) 접착제 코팅:

다음으로, 얇은 접착제 필름 3이 스택에 인가된다(단계 E). 센서 물질 표면을 손상시키지 않기 위해서는, 센서 물질 4의 상부를 도포하기 위해 수성 접착제(water-based adhesives)가 사용되어야 한다. 그러한 물질은 메사츄세츠주 윌밍튼의 네오레진(Neoresins)에 의해 제조된 네오레즈 상표의 R-967, 아크릴 산염 분산제(acryl ate dispersions), 및 수성 에폭시 수지(waterborne epoxies)와 같은 폴리우레탄 분산제(polyurethane dispersions)를 포함한다. 접착제는 수성이어야 하고, 예를 들어 실리카(silica) 분산제 또는 본 발명 내에서는 화학적으로 반응하지 않는 낮은 굴절률의 다른 유전체 나노입자를 포함할 수 있다.

5) 유전체 거울("펠리클(pellicle))" 적층:

마지막으로, (7 마이크론 두께의 Mylar^TM과 같은) 얇은 폴리에스테르 필름 1 위에 미리 형성된 유전체 스택 2가 접착제 레이어 3의 상부에 적층 공정에 의해 인가된다(단계 F). 이하에서 설명하는 바와 같이, 진공 보조 적층(vacuum assisted lamination) 공정이 바람직하다. 센서 플레이트(plate)를 형성하기 위해 특대형의 펠리클 1, 2의 측면이 아래로 만곡되어 테잎으로 감기거나 그렇지 않으면 기판 7 위에 고정될 수 있고, 전극 단자들은 상기 측면 상의 ITO 레이어에 접속될 수 있다.

도 3을 참조하면, 적층 공정에서 사용되기에 적합한 진공 챔버 12가 도시된다. 레이어들은 그 높이가 과장되어 도시된다. ITO 레이어 6을 갖는 유리 블록 7, 실리콘 이산화물 레이어(도 3에 도시되지 않음), PDLC 레이어 4 및 접착제 레이어 3을 포함하는, 작업편 또는 EO 센서 10은, 위치 결정 픽스쳐(positioning fixture) 101에 의해 고정되고 진공 소스 20과 기체가 소통하는 내부 챔버 13 내에 보유된다. 유전체로 코팅된 폴리머 필름 9의 펠리클 9는 O-링 프레임 24 상에 장착되고, 필름 9가 접착제 3으로 코팅된 표면과 병치(竝置)하도록 배치된다. O-링 24는 챔버 내의 압력 평형을 보장하기에 충분한 간극 22을 갖도록 픽스쳐 101의 지주에 대하여 필름 9를 지탱할 수 있다. 진공 보조 공정(단계 F)에서, 조정 나사 16, 18은, 접착제 레이어 3이 펠리클 9에 접근하고 수직 방향에 대해 아주 조금 벗어난 각도로 펠리클 9와 마주하도록, 자동으로 또는 수동으로 전진하고, 이렇게 해서 초기에는 한쪽만이 펠리클과 맞물린다. 블록 7은 늘어날 수 있는 펠리클 9에 대하여 더 가압되기 때문에 이 각도로 유지되고, 이는 접착제 층과 점진적으로 맞물리게 한다. 일반적으로 0.5 내지 0.8 대기압, 바람직하게는 0.75 대기압인 진공 레벨은, 적층하는 동안 병치된 표면들 사이에서 공기 방울이 발생하는 것을 방지한다. 진공은 휘발성 물질로부터 기체가 과도하게 빠져나갈 만큼 커서는 안 된다.

상기 방법은, 변조기를 제작하기 위해 사용되는 종래의 처리 방법과 비교하 여 간단한 처리 방법이다. 이는 종래의 EO 센서들에 비해 뛰어난 표면 편평도, 표면 매끄럽기, 기계적 안정성 및 향상된 감도를 갖는 디바이스를 산출한다. 제조 비용은 물질의 선택 및 간단한 제작에 의해 상당히 감소한다.

PDLC 포뮬레이션

본 발명에 따른 실시예들은, 전기-광학 디바이스와의 결합에 사용될 수 있는 PDLC 포뮬레이에 관한 것이다. 구체적으로, 이러한 PDLC 포뮬레이션은, 박막 트랜지스터(TFTs)를 테스트하는데 사용될 수 있는 것처럼, 높은 감도 및 강한 기계적 특성을 모두 나타내는 전기-광학 변조기를 제작하는데 사용될 수 있다.

등록상표 Voltage Imaging은 박막 트랜지스터(TFTs)의 결함을 검출하는 비접촉 기술이다. 도 4는 전압 영상 광학 시스템(Voltage Imaging Optical System; VIOS)의 구조의 간략화된 단면도를 도시한다. VIOS 400은 주로 CCD 카메라 402, 발광기 404, 광학 렌즈(도 4에 도시되지 않음), 및 전기-광학 변조기 406을 포함한다.

전기-광학 변조기의 주요 구성요소는, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전기적으로 전도성있는 투명 물질을 포함하고 BK-7과 같은 유리 기판 410 위에 위치된 제1 전극 408, 인가된 전기장에 전기-광학 반응을 나타내는 PDLC와 같은 센서 물질 412, 및 유전체 거울 414를 포함한다.

제2 전극 416을 접지하고 전압을 전극 408에 인가함으로써, 투과-전압(T-V) 그래프가 획득될 수 있다. TFTs의 테스트에 있어서, 만약 응답 곡선의 중간 부근 인 일정 전압이 변조기에 인가되면, 각 픽셀(pixel)에 인가되는 전압은 CCD 카메라에 의해 광 강도의 변화로서 검출될 수 있다. 따라서, 결함있는 픽셀은 그것의 광학적 응답의 이상에 의하여 검출될 수 있다.

전극 1과 2 사이에 인가된 전압은 다음의 등식에 의해 표현될 수 있다.

(1) V_Bias = V_sensor + V_pellicle + V_air ;

(2) V_Bias= V_sensor[1+(ε_sensor×d_pellicle)/(ε_pellicle×d_sensor)+(ε_sensor×d_air)/d_sensor], 여기서,

V_Bias= 전극 1과 2 사이에 인가된 전압;

V_sensor= 센서 물질에 대해 요구되는 전압;

V_pellicle= 펠리클 간극을 가로지르는 전압;

V_air= 공극을 가로지르는 전압; 및

ε= 유전 상수(Dielectric Constant).

따라서, V_Bias, d_pellicle, 및 ε_pellicle이 주어지면, 공극(d_air)은 센서 물질(PDLC)의 요구 전압(V_sensor), 유전 상수(ε_sensor), 및 두께(d_sensor)의 함수이다.

변조기의 감도는 T-V 그래프의 기울기에 직접적으로 비례한다. 변조기 감도는 다음의 파라미터들, 즉, 센서 물질 내의 액정 방울의 크기 분포, 폴리머 매트릭스와 액정 사이의 인터페이스 특성, 및 공극의 크기에 연관된다. 변조기 감도는 공극이 증가함에 따라 감소한다.

TFT 테스트에 있어서, 변조기의 크기가 증가하면, TFT 유리 기판 편평도 변화를 조정하고 변조기와 패널 사이의 정전기력을 감소시키기 위해 공극이 증가될 필요가 있다. 따라서, 증가된 공극을 보상하기 위해, 더 낮은 구동 전압과 더 높은 T-V 그래프 기울기 또는 감도를 모두 나타내는 센서 물질이 요구된다.

본 발명의 실시례에 따라, 용매 기반의 PDLC 포뮬레이션이 다음의 기준에 따라 센서 물질로서 선택된다. 첫째, PDLC 포뮬레이션은, 스핀 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 및 슬롯-다이 코팅을 포함하는 많은 코팅 방법을 사용가능하게 하는 균질 용액이다. 둘째로, PDLC 물질은 용매가 증발되면 고체 필름을 형성한다.

본 발명의 실시례에 따라, 수산기(hydroxyl group)를 갖는 폴리아크릴레이트 레진이 폴리머 매트릭스로서 사용되었고, 요구되는 특성을 갖는 폴리머 분산 액정을 조제하기 위해, 뉴욕주 호손의 EM 산업에 의해 제조된 TL-계열 액정이 상기 폴리머 매트릭스 내에 분산되었다. 일반적인 의미로, TL-계열은 높은 안정성, 저항성 및 전압 보전율(voltage holding ratio; VHR) 특성을 제공한다. 예를 들어, 이러한 물질들은 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과, 98% 보다 큰 VHR을 얻을 수 있음을 나타낸다. 다음의 표 1은 TL-계열 멤버들의 다양한 특성을 요약한다.

특성	TL-계열 번호
특성	TL202	TL203	TL204	TL205	TL213	TL215	TL216
S-N (℃)	1	20	-6	<-20	<-20	<-20	<-20
N-I (℃)	83	77	92	87	87	82	80
점성(cSt)20℃	37	37	43	45	49	44	36
Δε(1kHz,20℃)	+6.1	+11	+4.8	+5.0	+5.7	+8.5	+5.5
ε//(1kHz,20℃)	9.6	15.2	8.9	9.1	10.0	12.8	9.7
V(10,0,20)	2.73	1.92	2.88	2.75	N/A	N/A	N/A
V(90,0,20)	3.70	2.62	3.83	3.79	N/A	N/A	N/A
Δn(589nm,20℃)	0.1851	0.2013	0.207	0.217	0.239	0.204	0.211
n₀(589nm,20℃)	1.5230	1.529	1.521	1.527	1.527	1.520	1.523
k₁₁(10^-12N),20℃	19.10	15.80	18.60	17.30	16.8	14.1	14.4
k₃₃(10^-12N),20℃	20.10	17.90	20.50	20.40	22.0	18.7	19.6
k₃₃/k₁₁	1.05	1.13	1.10	1.18	1.30	1.33	1.36

TL213 물질은 높은 복굴절 값을 나타낸다. TL215 물질은 증가된 유전체 이방성을 나타낸다. TL216 물질은 낮은 점성을 나타낸다.

도 8은 매트릭스 802의 폴리머 레진 내의 수산기 800이 이소시아네이트(isocyanate) 804를 사용함으로써 가교를 가능케 하고 이로써 결과적인 PDLC의 기계적 특성과 열 저항을 향상시키는 것을 나타내는, 간략화된 개념도이다. 본 발명의 실시례들에 있어서 사용될 수 있는 폴리머 레진의 예는, 펜실베이니아주 필라델피아의 롬앤하스(Rohm&Haas)로부터 입수가능한 파라로이드(Paraloid) AU1033과, 뉴저지주 린덴의 독레진(Dock Resins)으로부터 입수가능한 도레스코(Doresco) TA45-8 및 TA65-1, 그리고 펜실베이니아주 피츠버그의 바이어 폴리머스(Bayer Polymers)로부터 입수가능한 데스모뒤어(Desmodur) N-75를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

구체적으로, 도 8은, 반응 후, 강화된 가교 우레탄 네트워크 구조(strengthening crosslinked urethane network structure)를 형성하기 위해, 파라로이드(Paraloid) AU1033 폴리아크릴레이트 레진의 복수의 수산기가 데스모뒤어(Desmodur) N75의 이소시아네이트기와 반응하는 것을 도시한다. 본 발명의 실시례에 따라, 폴리머에 대한 액정의 일반적인 비율은 50/50 내지 70/30(중량/중량)이다.

액정 물질의 TL-계열은 또한 낮은 유전 상수를 나타낸다. 따라서 도 4에 도시된 것과 같은 VIOS 시스템 설비 하에서, 낮은 유전 상수의 레이어는 총 V-Bias와 같을 수도 있을 만큼 상대적으로 더 높은 전압을 갖게 될 것이다.

변조기는, 예를 들어, 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 편입되었으며 함께 계류중인, 미합중국 특허출원 제10/685,687호와 제10/686,367호에 개시된 스핀 코팅 처리를 사용함으로써 제조될 수 있다.

예(Examples)

예 1.

파라로이드 AU1033 7.54 그램(g), TL-205 액정 8.10 그램(g), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone) 5.30 그램(g), 및 데스모뒤어 N-75(바이어) 0.66 그램(g)을 유리병에 넣고 이를 밤새도록 휘저었다. 다음으로, (전체 포뮬레이션을 기초로 한) 메타큐어(Metacure) T-12 촉매의 0.1%를 균질 혼합물에 추가하고 10분 더 휘저었다.

다음으로 이 혼합물은 1 마이크론 PTFE 필터에 의해 여과되었고 135.5×135.5 평방 밀리미터(mm²)의 ITO 유리 기판 상에 스핀 코팅되었다. PDLC 코팅 레이어의 두께는 스핀 레시피(recipe)에 의해 ~17-18 마이크론으로 제어되었다. 네오레즈(Neorez) R-967 접착제의 얇은 레이어는 PDLC 코팅의 상부에 도포되었고, 다음으로 2-레이어 코팅이, 7 마이크론 마일라((Mylar) 지지부를 갖는 유전체 거울과 함께 적층되었다.

도 5는 15 마이크론의 공극을 갖는 도 4의 설비를 사용하여 얻어지는 결과적인 투과-전압 그래프를 도시한다. 설정된 I-바이어스 레벨에서, (위스콘신주 밀워키의 자이목스 테크놀로지(Xymox Technologies, Inc.)로부터 획득된) NCAP(Nematic Curvilinear Aligned Phase; 네마틱 곡선형 배향 상) 변조기와 비교하여, PDLC를 위한 구동 전압은 22% 감소되었고 투과-전압 그래프의 기울기(또는 감도)는 27% 증가하였다.

예 2.

본 예에서는, TL-215가 액정으로서 사용된 것을 제외하고는, 예 1과 동일한 조성, 상대적 농도, 및 처리 과정이 사용되었다. PDLC 코팅 두께는 17 내지 18 마이크론이다. (15 마이크론 공극의) T-V 그래프는 도 6에 도시된다. 상기 설정된 I-바이어스 레벨에서, 구동 전압은 41% 감소되었고 투과-전압 그래프의 기울기(또는 감도)는 60% 증가하였다. 또한, 비교의 목적으로 제공된 NCAP 물질의 성능은 감소된 감도를 보인다.

예 3.

본 예에서는, TL-216이 액정으로서 사용된 것을 제외하고는, 예 1과 동일한 조성, 상대적 농도, 및 처리 과정이 사용되었다. PDLC 코팅 두께는 ~16-17 마이크론이다. (15 마이크론 공극의) T-V 그래프는 도 7에 도시된다. 상기 설정된 I-바이어스 레벨에서, 구동 전압은 48% 감소되었고 투과-전압 그래프의 기울기(또는 감도)는 40% 증가하였다. 또한, NCAP 변조기가 나타내는 감소된 감도는 비교의 목적으로 제공된다.

위에서 설명된 PDLC 포뮬레이션은 도 1 내지 도 3에 도시된 변조기 디바이스에 채용될 수 있지만, 이러한 물질들은 이러한 특정 용도로 제한되지 않는다. 변경적인 실시례들에 따라, 개시된 PDLC 포뮬레이션들은, 광 셔터(light shutters) 및 디스플레이를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다른 전기-광학 디바이스에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 PDLC 포뮬레이션의 실시례들은 다수의 이점을 제안한다. 하나의 이점은 향상된 결함 검출 감도이다. 구체적으로, 고정된 시스템 잡음에서, 변조기의 높은 T-V 그래프 기울기는 더 큰 신호를 생성하여, 신호 대 잡음비가 향상되었다.

본 발명에 따른 PDLC 포뮬레이션이 제안하는 다른 이점은, 더 낮은 구동 전압을 갖는 더 높은 공극이다. 구체적으로, PDLC 물질은 낮은 구동 전압으로 기능할 수 있기 때문에, 더 높은 공극에서 동일한 투과 레벨에 도달할 수 있다. 본 발명에 따른 PDLC 포뮬레이션의 실시례들은, 15 마이크로미터(μm) 또는 그보다 큰 공극을 가로질러 100 내지 320 볼트(V) 사이의 구동 전압하에서 동작하도록 기대된다.

본 발명에 따른 PDLC 포뮬레이션이 제안하는 또 다른 이점은 향상된 내구성이다. 구체적으로, 더 큰 공극은 테스트 패널 상의 입자들에 의한 손상의 가능성을 줄일 수 있다.

본 발명은 구체적인 실시례들을 참조로 하여 설명되었다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게는 다른 실시례들이 명백할 것이다. 따라서 첨부된 청구범위에 의해 지시된 것을 제외하고는 본 발명을 제한해서는 안 된다.

Claims

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전기-광학 디바이스의 결함있는 동작을 검출하는 방법에 있어서, 상기 결함 동작 검출 방법은,

폴리머 분산 액정(PDLC)을, 전기-광학 디바이스 위에 놓이도록, 그리고 공극에 의해 아래에 놓인 상기 전기-광학 디바이스로부터 분리되도록, 배치하는 단계;

상기 PDLC를 조사(illumination)하면서 그 위에 놓인 투명 전극에 전압을 인가하는 단계; 및

상기 PDLC에 의해 투과된 광의 강도의 변화를 검출하는 단계를 포함하고,

상기 PDLC는, 폴리아크릴레이트 레진과 폴리이소시아네이트 레진의 가교에 의해 형성된 폴리머 매트릭스를 포함하고, 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과, 98% 또는 그보다 큰 전압 보전율(VHR)을 나타내는 액정을 포함하는 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 PDLC는 박막 트랜지스터를 보유하는 유리 기판 위에 배치되는 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 변화되는 광의 강도는 거울에 의한 입사광의 반사에 의해 검출되는 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 PDLC는, 폴리머에 대한 액정의 비율이 실질적으로 50/50과 70/30(중량/중량) 사이인 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 인가된 전압은, 적어도 5 마이크로미터(μm)의 공극을 가로질러 실질적으로 100 내지 320볼트(V)인 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 폴리아크릴레이트 레진은 롬앤하스(Rohm and Haas)로부터 입수가능한 파라로이드(Paraloid) AU1033과, 독레진(Dock Resins)으로부터 입수가능한 도레스코(Doresco) TA45-8 또는 TA65-1을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 폴리이소시아네이트 레진은 바이어 폴리머스(Bayer Polymers)로부터의 데스모뒤어(Desmodur) N-75와 같은 지방성 폴리이소시아네이트를 포함하는 결함 동작 검출 방법.
제6항에 있어서,

상기 액정은 EM 산업(EM Industries)으로부터 입수가능한 TL 계열로부터 선택되는 결함 동작 검출 방법.
반도체 디바이스를 검사하는 장치에 있어서, 상기 검사 장치는,

반도체 디바이스를 위한 지지부;

공극에 의해 상기 지지부로부터 분리된 전기-광학 변조기 - 상기 전기-광학 변조기는,

상기 지지부에 인접하여 배치된 거울(mirror);

상기 지지부로부터 떨어져 있는 투명 전극; 및

상기 투명 전극과 상기 거울 사이에 배치된 폴리머 분산 액정(PDLC) 센서 물질을 포함하되, 상기 PDLC는 폴리아크릴레이트 레진과 폴리이소시아네이트 레진의 가교에 의해 형성된 폴리머 매트릭스를 포함하고, 1×10¹² 옴.센티미터(ohm.cm)의 최소 용적 저항과 98% 또는 그보다 큰 전압 보전율(VHR)을 나타내는 액정을 포함함 -;

상기 투명 전극에 전압을 인가하는 동안 상기 PDLC 물질을 조사(illumination)하도록 구성된 광 소스(light source); 및

상기 거울에 의해 반사된 빛의 강도를 검출하도록 구성된 검출기를 포함하는 검사 장치.
제14항에 있어서,

상기 지지부는, 박막 트랜지스터를 보유하는 작업편을 위한 지지부를 포함하는 검사 장치.
제14항에 있어서,

상기 공극은 실질적으로 5 내지 30 마이크로미터(μm)의 폭을 갖고, 실질적으로 100 내지 320 볼트(V)의 전압이 상기 투명 전극에 인가되도록 구성된 검사 장치.
제14항에 있어서,

상기 액정은 EM 산업으로부터 입수가능한 TL 계열로부터 선택되는 검사 장치.