JP2007508600A - スピンコーティングを用いるｐｄｌｃベースの電気光学光変調器の製造方法 - Google Patents

Abstract

電気光学構造体は、水性エマルション又は溶剤型のセンサ材料、好ましくは溶剤型のポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）を、制御された溶剤蒸発の条件下で基板上にスピンコーティングすることによって構成される。特定のプロセスにおいて、ＰＤＬＣコーティングの均一性は、（１）半密閉チャンバ内でのスピンコーティング、（２）取付具を用いることによる矩形基板の円形基板への「変換」、（３）基板とスピンコーター上部カバーとの間の制御可能な間隔の形成、（４）制御可能な蒸発速度によって達成される。

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイの試験に使用するポリマー分散液晶（ＰＬＤＣ）材料の特性に基づく、電気光学光変調器の製造プロセスに関する。より詳細には、本発明は、溶剤型のポリマー分散液晶（ＰＬＤＣ）に関連する製造プロセスに関する。

過去１０年間、カリフォルニア州サンノゼ所在のＰｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ， Ｉｎｃ．，は、ＮＣＡＰと呼ばれる種類の原材料に特に適合された、多段積層プロセスを伴うアセンブリプロセスによって電気光学光変調器を製造してきた。種々の複雑な問題に起因して、結果として最終的な変調器の歩留まりが比較的低かった。問題点として、表面の平坦性と平滑性の欠如やエッジ／コーナー欠陥があった。既存の歩留まりの問題は以下に関するものである。

出発材料。ＮＣＡＰ自体は、スロット−ダイのコーティングプロセスによって作製され、仕様に従って最大±１ミクロンまでの厚み変動を有する。ＮＣＡＰは、２つの７ミル（１７５ミクロン）ポリマー薄膜（Ｍｙｌａｒ（登録商標））の間に挟まれる。仕様によれば、Ｍｙｌａｒは１０％の厚み変動を有する。小面積内の変動は非常に小さいが、７３ｍｍ平方では最大±１ミクロンまでの厚み変動がある。

プロセス。光学ＵＶ接着剤を用いるＮＣＡＰ積層プロセスでは、付加的な厚み変動が生じた。最上層Ｍｙｌａｒの剥離プロセスは更に、厚み変動、表面粗さ、エッジ／コーナー欠陥、電気光学的な非均一性が生じた。
米国特許第６，１５１，１５３号 米国特許出願シリアル番号１０／６８５，５５２ 米国特許出願シリアル番号１０／６８５，６８７

転写コーティングプロセスが、Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ， Ｉｎｃ．，に譲渡された米国特許第６，１５１，１５３号「Modulator Transfer Process and Assembly」で開示されている。しかしながら、この転写コーティングプロセスには限界があることが分かっており、これは、このプロセスがＮＣＡＰ材料の厚みの非均一性を解消できず、ＮＣＡＰ材料とガラス基板との間にＵＶ硬化性接着剤を必要とするからである。この接着剤は、プロセス中にＮＣＡＰ薄膜を損なうことが分かっている。従って、転写コーティングは、全ての望ましいアセンブリプロセスに好適であるわけではない。

関連する開発において、発明者らは、センサ材料を施工する機構に関係する直接コーティングプロセスを開発した。当該研究は、同時出願の米国特許出願シリアル番号１０／６８５，５５２及び１０／６８５，６８７に記載されている。

本発明によれば、電気光学構造体は、水性エマルション又は溶剤型のセンサ材料、好ましくは溶剤型ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）を管理された溶剤蒸発の条件下で基板上にスピンコーティングすることによって構成される。特定のプロセスにおいて、ＰＤＬＣコーティングの均一性は、（１）半密閉チャンバ内でスピンコーティングすること、（２）取付具を用いることによる矩形基板を円形基板へ「変換」すること、（３）基板とスピンコーター上部カバーとの間の制御可能な間隔を形成すること、（４）溶剤蒸発速度を制御可能とすることによって達成される。

半導体工業において既知のプロセスであるスピンコーティングは、ＰＬＤＣなどのセンサ材料の堆積に関連する本発明による製造プロセスで用いられており、ここでは制御されたスピンコーティングは、ＰＤＬＣにおける厚み変動と電気光学的変動を大幅に低減又は排除することができる。

本発明は、幾つかの利点を有する。本発明は、制御されたポリマー／液晶の相分離と均一な液晶液滴直径をもたらす。本発明は、変調器を優れた表面平坦性と平滑性を備えたものに改善することができる。ＴＦＴアレイ試験に関連するノイズを有意に低減することができる。他のＮＣＡＰ積層プロセスと比較して、本発明のスピンコーティングプロセスは半自動式であり、簡略化されている。プロセスステップが少なく、一貫性に優れ、高品質であることによって、製造歩留まりが有意に改良される。

本発明の特定の応用は、矩形基板上への均一な溶剤ベースのＰＤＬＣコーティングを作製することである。ＰＤＬＣコーティングの均一性は、（１）半密閉スピンコーティング・システム、（２）取付具を用いることによる矩形基板の円形基板への「変換」、（３）基板とスピンコーター上部カバーとの間の制御可能な間隔の形成、（４）溶剤蒸発速度を制御可能とすることによって達成される。

本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるであろう。

図１を参照すると、本発明によるプロセスが示されている。コーティングされない底面には反射防止（ＡＲ）コーティングが、４つの側面には金コーティングが、更に上面には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）／ＳｉＯ₂コーティングが施された、ＢＫ−７ガラスの矩形ブロックのようなガラス基板が用意される（ステップ１）。ＩＴＯコーティングは両側壁間全体を覆う。

図１と共に図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、典型的には矩形ガラスブロックである基板が変換用取付具すなわちカラー２内に配置され、スピンコーティングプロセスに適合するするように、円形基板又はエンクロージャ同形基板と同等の形状に矩形表面を変換させる（ステップＢ）。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、アルミニウム又は他の材料製の２部品の半円形カラー取付具２が矩形ＢＫ−７基板１の周りに置かれる。取付具２は、その表面がＢＫ−７基板１の上面と同じレベルであるように設定される。矩形基板１を円形にする主要目的は、スピンコーティング中に基板１と取付具２の上面で均一なガス流を促進することであり、これにより均一なコーティング薄膜が得られる。

その後、基板１とそれと一緒にされた取付具の表面が、制御された蒸発条件下でＰＤＬＣでスピンコーティングされる（ステップＣ）。その組成物がスピンコーティングプロセスに整合するものであれば、このプロセスでどのようなＰＤＬＣ溶液又はエマルションを使用してもよい。溶剤型のポリマー／液晶混合物が好ましい。ポリマーの例としては、Ｐａｒａｌｏｉｄ（登録商標）ＡＵ１０３３（ペンシルベニア州フィラデルフィア所在のＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａｓｓ）、Ｄｏｒｅｓｃｏ（登録商標）ＴＡ４５−８、Ｄｏｒｅｓｃｏ（登録商標）ＴＡ６５−１熱硬化性アクリル樹脂（オハイオ州ウィクリフ所在のＬｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの１部門であるＤｏｃｋ Ｒｅｓｉｎｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。液晶の例としては、ＴＬ２０３、ＴＬ−２０５、ＴＬ２１５、ＴＬ２１６、Ｅ７等が挙げられる。ＰＤＬＣ配合物は、典型的には６０−７０％が液晶であり、残部は大部分が上述のようなポリマーである。

溶剤型のポリマー／液晶系では、溶剤蒸発の間にポリマーと液晶との間の相分離が発生する。コーティングプロセス中の溶剤蒸発制御は、適正な堆積のために重要である。この目的のため、図３に示されたような特別に設計されたスピンコーター１００を用いて、溶剤蒸発速度を制御可能とする。矩形ガラス基板１がエンクロージャ内に置かれる。基板は、真空チャック１０の上に置かれる反射防止（ＡＲ）コーティング１２を備えた面と、その反対側のＳｉＯ₂層４に覆われているＩＴＯ層３を有する面とを有する。変換用取付具２はカラーとして機能する。カバー高さ調節具６がエンクロージャ１００のフラットカバー７に取付けられ、該フラットカバーがスピナー回転軸上に装着されたスピナーボウル８と嵌合する。周囲の圧力と温度と共に溶剤蒸発速度を制御する、基板表面（層４）とフラットカバー７との間の間隔を、カバー高さ調節具６によって調整することができる。理想的には、基板とフラットカバーとの間の間隔は、０．５ｃｍ〜５ｃｍであろう。従って、溶剤蒸発速度は、（１）基板とフラットカバー間の距離、（２）スピナーボウル８とフラットカバー７間のギャップ、（３）回転速度の関数であるスピン生成空気流によって制御される。また、溶剤蒸発速度は、スピナーボウル８の周りに部分的なシールを形成することによっても影響を受ける。約５０％の溶剤含量である標準的な５ｍｌ堆積の場合、加速蒸発は好ましくは２分〜８分、最も好ましくはほぼ８分間のスピンに設定され、全体のエビセレーション(evisceration)なしにほぼ完全な蒸発が達成される。加速蒸発が、この蒸発速度で１０分間延長されたときには、材料は完全に乾燥する。加速蒸発がない場合、又は加速蒸発が１分未満の間である場合には、表面に欠陥が見られることがある。

スピンコーティング後、表面張力作用によってエッジビードが取付具２と基板１上に残る。５ミクロンを超えるエッジバンプは直接式ＥＯ変調器製造では許容されない。このことは、凹凸又はバンプを全く許容しないペリクル(pellicle：薄い膜)積層プロセスよりは厳密ではない。従って、ペリクル積層プロセスに進む前に、基板を取付具から取外し、エッジビードを除去する（ステップＤ）。好ましいエッジビード除去法は、プラスチック「ナイフ」（Ｍｙｌａｒ（登録商標）シートのような）を使用してＩＴＯコーティングを損なうことなくエッジを除去するものである。

次いで、ＰＤＬＣ１５を覆うように水性接着剤１６を被覆させる（ステップＥ）。これは、ＰＤＬＣ１５を損なうことなく実行することができる。このような材料には、Ｎｅｏｒｅｚ（登録商標）Ｒ−９６７（マサチューセッツ州ウィルミントン所在のＮｅｏｒｅｓｉｎｓ）のようなポリウレタン分散物、アクリレート分散物、水性エポキシなどが挙げられる。接着層６の厚みは、０．５〜１．５ミクロンの範囲内に制御される。この薄い接着層１６は、ＰＤＬＣ１５材料とペリクル１７との間の接着を有意に向上させることができる。

次いで、図４を参照すると、可撓性基板上の誘電体ミラー（ペリクル１７）が接着剤１６を支持している層に真空積層される（ステップＦ）。薄いポリマー膜（７ミクロン厚みのＭｙｌａｒ（登録商標）のような）上の誘電体スタックをミラーとして使用でき、これが真空アシスト積層システムの使用によって接着層１６の上面に積層される。図４には、好適な取付具２００が示されている。Ｏリング支持ペリクル１７を位置決め取付具１８の上面に載置した後、ペリクル１７は、接着剤被覆１６の表面から僅かに間隔を置いて配置される。エンクロージャ壁１９にシールされた上部カバー窓２０が、完全な封入と内部の可視性を提供する。出口ポート１２で、約３／４気圧などに真空引きされる。真空調整ウォームスクリュー１１を用いて、１つの端部がペリクル１７に丁度接触するまでＢＫ−７基板１を僅かな角度で引き上げる。強力な接着力により、ペリクル１７は漸次的に接着層１６に付着する。このプロセスは、表面全体が接着されるまで継続して行われる。この漸次的オフアングル手法は、接着剤−ペリクル境界面内に気泡が生成される可能性を最小限にする。次いで、ペリクル１７の側部が下方に曲げられ、基板１の側部にテープ付けすることができる。

本発明を特定の実施形態を参照して説明してきた。当業者であれば他の実施形態も想起されるであろう。従って、本実施形態は、添付の請求項によって示されるものを除き、本発明が限定されるものではない。

本発明による電気光学光変調器の製造プロセスのフローチャートである。 本発明によるカラーの平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。 本発明に従って使用されるスピンコーティング・チャンバの側面の断面図である。 本発明に従って使用される積層チャンバの側面の断面図である。

Claims (8)

1. 電気光学光変調器構造体を製造する方法であって、
   正規化された表面を有するガラス基板を準備する段階と、
   コーティングされた基板を得るために、蒸発を制御し、且つ接着剤が無い状態で前記正規化された表面上にセンサ材料をスピンコーティングする段階と、
   接着剤が被覆された基板を得るために、前記コーティングされた基板のセンサ材料上に接着層として水性エマルションをスピンコーティングする段階と、
   前記接着剤が被覆された基板上にペリクルを積層する段階と、
   を含む方法。
2. 前記センサ材料が、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記センサ材料が、溶剤型のＰＤＬＣであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. スピナーボウルが、少なくとも部分的に密閉されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記蒸発が、回転速度、周囲圧力、基板とフラットスピンコーターカバー間の間隔によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 加速蒸発時間が、５ｍｌ堆積につき約２分〜８分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記準備する段階が、前記ガラス基板の周りにカラー取付具を配置して前記ガラス基板の表面を正規化する段階を含む請求項１に記載の方法。
8. 前記コーティングされた基板のエッジの過剰なセンサ材料を取除く段階を更に含む請求項１に記載の方法。

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