JP2006500627A - 静電蒸着方法 - Google Patents

Abstract

特にＬＣＤカラーフィルタ（９）やスペーサ材料（１５）を表示装置の基板（１）に静電蒸着させる方法は、赤、緑、青色のカラー材料（８）とブラック・マトリックス材料（１４）またはスペーサ材料を連続して静電蒸着させる工程を備える。蒸着チャンバ内の単極電荷のエアロゾル化材料には、（外部から）印加される電界によって基板表面に（好ましくは反重力方向に）導かれる、大きさが制御された静電力を与えられる。

Description

本発明は、基板の第１の側面にキャリヤガス蒸気からのエアロゾル化粒子を蒸着する方法であって、前記粒子を帯電させる工程と、前記帯電粒子を少なくとも１つの出口を介して基板側に導く工程とを備える方法に関する。このいわゆる「静電蒸着」はさまざまに応用されている。その一つとして、わずかに離間した異なる領域で表示装置を覆うことにより、カラーフィルタを製造するものである。表示領域内、特にＬＣＤでの別の応用例として、スペーサ手段の静電蒸着が挙げられる。

本発明はさらに、このような方法で製造される表示装置に関する。

米国特許5,066,512にはかかる方法が開示されており、基板上の選択された領域（画素電極）上に反対電荷の液滴が選択的に吸着され、蒸着されている基板上の選択領域（画素電極）を選択的に帯電することによりカラーフィルタが製造され、その領域上に蒸着される。しかし、上記特許に記載の実施形態では、（ノズルからの）流れの中心線近辺に存在する液滴のみが基板に蒸着されるため、蒸着方法の効率が非常に悪い。さらに静電力は、隣接する画素電極間で形成される電界のみにより生成されるため、（機械的な）吹込み力より衝撃が少なく、（特により小さな寸法の画素電極では）粒子蒸着の精度が悪くなる。

同様のことが、表示装置の画素電極間にスペーサ手段を蒸着させる、英国特許2,304,916に記載の方法にも言える。さらに、粒子は、重力によって、画素電極間に形成される前記電界によって厳密に定義されたものとは別の経路に進もうとする。

特に本発明は、上述の問題点を解決することを目的とする。そのため、本発明に係る方法では、蒸着中に、基板と出口付近の蒸着電極との間に電界を保持する。

キャリヤガス流と、基板と蒸着電極間の電界強度とを制御することにより、帯電粒子は厳密に決定された経路をたどり、これによって蒸着対象材料の損失を減らし、また高精度な蒸着を可能にする。ここで、経路は、キャリヤガス流と基板と蒸着電力との間の電界強度とによって実質的に完全に制御されるため、（機械的な）吹き込み力がもはや不要となる。基板を公知の方法によって上下逆（反重力的）に配置することにより、特に重力の影響を回避する、（粘着性のある）基板への汚染ダストの沈着も防止することが可能となる。

電界は、必ずしも蒸着電極と基板（表示装置）自身の電極によって形成されるわけではない。１つの好適な実施形態によれば、基板の反対側の側面が、基板と蒸着電極との間に電界を形成するための別の電極と結合している。この別の電極を基板と（電気的に）接触させてもよいし、例えばその別の電極を（例えば蒸着テーブルなどの）別のプレート内に埋め込む際に、基板と静電結合させてもよい。

特にカラーフィルタやスペーサ材料の蒸着を実現するため、基板の所定の部分の領域に局所的なより高い電界強度を導入することによって、粒子が、基板のかかる所定の部分に蒸着される。

本発明の上記の態様とその他の態様は、以下で説明する実施形態から明らかとなる。本発明を、その実施形態を参照しつつ以下に説明する。

図１には、支持体５上に、例えば液晶表示装置用のガラスまたはプラスチック基板である基板１が示されており、かかる基板１は、電極１１，１２，１３を蒸着装置内に備える。装置内では、固体エアロゾル化粒子または液体エアロゾル化粒子を、キャリヤガス流内で生成および分散させた後、サイズ分類することができる。次の工程で、粒子は高電圧コロナ部で静電荷を与えられる（単極性を与えられる）。膨張チャンバ内で濃度が均質化された後、帯電エアロゾル粒子は基板に蒸着する。

したがって、本発明の一部をなすものではないこの装置は、次のような部材を備える。

− 固体粒子をエアロゾル化するためのエアロゾル発生器（図示せず）。かかるエアロゾル発生器は、キャリヤガス流内で乾性粉体粒子を成形状態から浮遊分散状態に移行させることによって、粒子サイズが直径１マイクロメートルより遥かに小さい状態で粉体を分散させることができる。生成されたエアロゾルのサイズ分類は（単純な機械フィルタか誘電体フィルタのいずれかの）ダストフィルタによって行われ、フィルタがより大きな粒子を取り除き、より小さな粒子だけを透過させる。
− 液体エアロゾルを第１の溶媒飽和ガス流に分散させるためのノズル。かかるノズルにおいて、エアロゾル化液体は、非常に小さな顔料粒子またはより大きなスペーサ材料を含有し、例えばゾル・ゲル化前駆体などの高分子材料といったその他の溶解材料を含有することもある。サイズ分類は、バッフルプレートによって行えばよく、サイズ分類後、第１のガス流に分散状態で存在する液体エアロゾルは、第２のガス流と混ぜ合わされる。液体エアロゾル粒子のサイズに影響を及ぼす蒸着反応速度は特に、ガス流の体積流量、温度、および膨張チャンバのサイズによって決定される。こうして、蒸着反応速度は、液体エアロゾルのサイズおよび組成のいずれか一方と適合される。
− 例えば高電圧針電極と対向電極とを備える高電圧コロナ帯電部。
− 帯電エアロゾルの濃度を均一化するための膨張チャンバ。

帯電エアロゾル化粒子（図１の矢印８で示す）は、膨張チャンバ（図１の参照番号２で示す）から出て、電圧がＶ_堆積に設定された高電圧（金属）蒸着電極（プレート）６内に多孔性金網４によって設けられる出口を介して、蒸着チャンバ（図１の参照番号３で示す）内に入る。エアロゾルが蒸着される基板１（支持体５）は、蒸着電極（プレート）６から距離ｄだけ離間して配置され、蒸着電極（プレート）６と実質的に平行に配置される。蒸着チャンバ３は、互いに対面する基板１（支持体５）の実質的に平行配置された側面と、蒸着電極(プレート)６とに物理的に接合しているが、チャンバ３は、その他全ての側面で外部環境に実質的に開放されているため、エアロゾルを運ぶキャリヤガスがチャンバ３の全側面に向かって基板全体１の全側面に沿って自由に流れることができる。

基板１（支持体５）は、帯電粒子が基板１と蒸着電極６との間に存在する電界によって基板に対して常に排出されるような電位に設定された別の（金属）電極７に結合しているのが好ましい。電界が十分に高ければ、実質的に全てのエアロゾル粒子（図１の矢印８^ｒで示す）が、蒸着チャンバ３内部に滞留している間にキャリヤガス蒸気から取り除かれ、基板１に蒸着する。

本実施形態において、蒸着電極(プレート)６と対面する基板１の側面はＩＴＯ電極１１，１２，１３のマトリックス構造を担持する。まず、カラーフィルタの赤色部分は、液体カラーフィルタインクをエアロゾル化することにより得られる赤色の帯電粒子８^ｒを導入することによって蒸着される。各ＩＴＯ電極は、実現する装置において、表示画素領域（アクティブマトリックス）の表面領域か複数の表示画素領域（パッシブマトリックス）の表面領域に整合する表面領域を有する。第１の電圧（Ｖ_１）がＩＴＯ電極１１に印加され、一方、別の第２の電圧（Ｖ_２）がその他全てのＩＴＯ電極（電極１２，１３）に印加される。Ｖ_堆積に対する電圧Ｖ_１およびＶ_２の符号と大きさは、実質的に全てのエアロゾル化インク液滴８^ｒが電極領域１１に蒸着するように選択された上で電圧Ｖ_１が印加され、その結果、赤色のカラーフィルタ部分９^ｒが形成される。電圧Ｖ_２は、例えば接地電位を有する別の電極７に印加する電圧と同じになるよう選択されるのが好ましい。

次の工程では（図２）、第１の電圧（Ｖ_１）をＩＴＯ電極１２に印加し、第２の電極（Ｖ_２）をその他全てのＩＴＯ電極（電極１１，１３）に印加することにより、上記プロセスが緑色のカラーフィルタ部９^ｇについて繰り返される。次の工程では（図３）、第１の電圧（Ｖ_１）をＩＴＯ電極１３に印加し、第２の電極（Ｖ_２）をその他全てのＩＴＯ電極（電極１１，１２）に印加することにより、上記プロセスが青色のカラーフィルタ部９^ｂについて繰り返される。このようにして、いくつかの空間１０を個々の色の間に残した状態で、異なる色が蒸着されたパターンが得られる。

空間１０は導電ＩＴＯで覆われておらず、本発明の別の態様によれば、（高）電圧（Ｖ_３）を別の電極７に印加し、基板１上の全てのＩＴＯ電極１１，１２，１３を電圧Ｖ_２に接続することにより、空間１０はエアロゾル化ブラック・マトリックス材料８^ｍで選択的に覆われる。Ｖ_堆積に対する電圧Ｖ_２とＶ_１の符号と大きさは、帯電エアロゾル化ブラック・マトリックス粒子８^ｍが電圧Ｖ_２の領域よりも電圧Ｖ_３の領域により強く吸着されるように選択する。このようにして、基板上のＩＴＯ電極間の表面領域は、電界がそれらの領域に強く導かれ、ＩＴＯ電極１１，１２，１３の間で最も大きな強度を局所的に持つような電圧を得る。したがって、蒸着はＩＴＯ電極間の空間内でのみ発生する。このような電界を得るために、Ｖ_２およびＶ_３の電圧値が大きく異なることが好ましい。

必要に応じて、蒸着後、カラーフィルタに紫外線を放射して熱硬化処理を行う。カラーフィルタをアクティブマトリックス液晶表示装置のパッシブプレート上に蒸着する場合、上述のＩＴＯ電極構造を、まずそのパッシブプレートに蒸着させる。これには、ＩＴＯ蒸着工程およびそれに続くフォトリソグラフィ工程による構造化が含まれる。必要であれば、その後カラーフィルタ全体に有機平坦化層１６または分離層を被覆する（図５参照）。そして、平坦化層には（分割）共通ＩＴＯ電極構造１７を再び被覆し、共通ＩＴＯ電極構造１７をＬＣ配向最上層で被覆する。

カラーフィルタをアクティブマトリックス液晶表示装置のアクティブプレートに蒸着する場合、カラーフィルタをＴＦＴ構造／電極の下部、あるいはＴＦＴ構造／電極の上部に実現する。

前者の場合、カラーフィルタ材料を、形成すべき画素電極と必ずしも一致する必要のない副電極上に蒸着する。後者の場合、ＴＦＴに接続されたＩＴＯ電極を上記ＩＴＯ電極表面として直接用いることができ、その上にエアロゾル化カラーフィルタ材料が蒸着される。その後、自己整合蒸着プロセスが行われる。（平坦化層を含む）カラーフィルタの抵抗値がＬＣ材料の抵抗値より確実にはるかに低くなるようにするために（画像保持を防ぐために）、別のＩＴＯ電極を、複数のビアホールを介してカラーフィルタ下部のＴＦＴ／ＩＴＯ電極に接続されたカラーフィルタの最上部に蒸着すればよい。その後、そのカラーフィルタ層を、ＩＴＯ電極の最上部と最下部との間で効果的に短絡させる。

上述の蒸着プロセスでは、カラーインク溶液の約８０〜８５パーセントが、従来のスピンコート技術を用いてカラーフィルタ内に効果的に蒸着され、カラーインク溶液の１０パーセント未満が効果的に蒸着される、という効果がある。これは、非常に大きなコスト節約となる。さらに、上述のエアロゾルプロセスによって、カラーフィルタが非常に均一な厚さで大きな表面にわたって蒸着されるようになってサイズ拡大に貢献し、したがって非常に大型の基板を被覆できるようになる。また、本発明の方法では、基板表面は蒸着中、上下逆に配置されるため、カラーフィルタ層がダスト粒子の蒸着による汚染の影響を受けにくくする。このことは、図１の工程に基づき図６に示す。なお、図６の参照符号は全て図１と同様である。

上述の方法によって、０．１から１０マイクロメートルのサイズ範囲の帯電エアロゾル化粒子のパターン化蒸着が可能となる。したがって、（本実施形態における）カラーフィルタを実現後、図５に示すように、ＩＴＯ電極に覆われた領域間に位置する基板の一部にスペーサ粒子をパターン化（局所）蒸着することが可能となる。エアロゾルは、イソプロパノールなどの好適な液体内に、例えば実質的に単分散した大きさのガラス製スペーサ（例えば直径５マイクロメートル）などを希釈分散することによって生成される。スペーサ粒子がアクティブマトリックス液晶表示装置のパッシブプレート上に蒸着される場合、分割共通ＩＴＯ電極１７は電圧Ｖ_２に設定され、蒸着電極(プレート)６の電圧Ｖ_堆積と別の電極７の（高）電圧（Ｖ_３）とによって形成される電界が、粒子８^ｓを（スペーサ１５で示すような）ＩＴＯ共通電極１７の隣接部分の間にある所期の位置に導かれるようにする。スペーサ粒子がアクティブマトリックス液晶表示装置のアクティブプレート上に蒸着される場合、電圧Ｖ_２はアクティブプレート上の全てのＩＴＯ画素電極に対して均一に印加され、蒸着電極(プレート)６の電圧Ｖ_堆積と別の電極７の（高）電圧（Ｖ_３）とによって形成される電界が、粒子８^ｓをＩＴＯ画素電極に被覆された領域の間にある所期の位置に導かれるようにする。また、スペーサ粒子をパッシブマトリックス液晶表示装置においてＩＴＯ画素電極に被覆された領域の外側の基板に蒸着することもできる。例えば画素電極１１，１２，１３を接地することにより、スペーサ１５を画素領域の外側に蒸着させることができる。

本発明の保護範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明は他の表示装置にも適用可能である。例えば、スペーサの静電蒸着をカラーフィルタの静電蒸着と組み合わせる必要はなく、スペーサの静電蒸着をモノクロ表示装置にも同様に適用可能である。

本発明の方法を、例えば基板の均一被覆といった、表示装置技術以外の分野でも利用することができる。このような均一被覆を、例えばガラスプレートや（薄い）プラスチックプレートなどの基板プレートに付す場合、通常基板プレートには導電層が全く存在しないが、その後電界が（異なる）別の電極によって形成される。このように、ゾル・ゲル層、フォトレジスト層、散乱粒子層などの非常に均質な薄膜を、エアロゾル材料を非常に経済的に使用して、例えばガラスやプラスチックなどに蒸着させることができる。

本発明の方法の別の応用として考えられる方法には、例えばタッチスイッチ用に、導電層を塗布されたポリマースペーサ粒子の蒸着することが含まれる。

本発明は、いずれも新規で独自の特徴および独自の特徴を組み合わせた特徴を有する。請求の範囲で示す参照番号は、その保護範囲を限定するものではない。「備える（to comprise）」という動詞ならびにその活用形の使用は、請求の範囲に記載した構成要素以外の要素の存在を排除するものではない。また、構成要素の前置詞「ひとつの（「a」や「an」）」は、それらの要素が複数存在する可能性を排除するものではない。

製造時の一段階における、液晶表示装置用の基板を示す図。 製造時の一段階における、液晶表示装置用の基板を示す図。 製造時の一段階における、液晶表示装置用の基板を示す図。 製造時の一段階における、液晶表示装置用の基板を示す図。 製造時の一段階における、液晶表示装置用の基板を示す図。 １つの好ましい粒子蒸着方法を示す図。

符号の説明

１ 基板
２ 膨張チャンバ
３ 蒸着チャンバ
４ 多孔性金網
５ 支持体
６ 蒸着電極(プレート)
７ 別の（金属）電極
８^ｒ エアロゾル化赤色帯電粒子
９ｒ 赤色カラーフィルタ部分
１１ 電極
１２ 電極
１３ 電極
ｄ 距離

Claims (12)

1. 基板の第１の側面にキャリヤガス蒸気からのエアロゾル化粒子を蒸着する方法であって、
   １） 前記粒子を帯電させる工程と、
   ２） 前記基板と少なくとも１つの出口付近の蒸着電極との間の電界を保持しつつ、前記キャリヤガス蒸気に含有された前記帯電粒子を少なくとも１つの前記出口を介して基板側に導く工程と、を備える方法。
2. 前記蒸着電極は前記出口を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記電界内の前記帯電粒子は反重力方向に移動する、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板の他方の側面は、前記基板と前記蒸着電極の間に前記電界を形成するための別の電極と結合する、請求項１に記載の方法。
5. 前記粒子は、前記基板の所定の部分の領域に、局所的なより高い電解強度を導入することにより、前記基板の前記所定の部分に蒸着される、請求項１または４に記載の方法。
6. 各色に関連する電極に、その他の色に関連する電極に印加する電圧とは異なる電圧を印加することにより、前記各色が蒸着されるカラーフィルタを製造する、請求項５に記載の方法。
7. ブラック・マトリックス材料の蒸着中、前記電極全てに実質的に同一の電圧を印加することにより、前記ブラック・マトリックス材料を前記電極間に蒸着させる、請求項６に記載の方法。
8. 前記電極は画素電極である、請求項６または７に記載の方法。
9. スペーサ手段の蒸着中、全ての画素電極に実質的に同一の電圧を印加することにより、前記スペーサ手段を前記表示装置の前記画素電極間に蒸着させるための、請求項５に記載の方法。
10. 前記基板に、前記局所的なより高い電界強度を供給するための開口部を有した電極が設けられる、スペーサ手段を蒸着するための請求項５に記載の方法。
11. 請求項６に記載の方法によって製造されるカラーフィルタを備える表示装置。
12. 少なくとも２つの基板を備え、前記基板は、スペーサ手段によって互いに離間した状態を保ち、前記スペーサ手段は請求項９または１０に記載の方法によって製造される表示装置。

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