JPH09227167A - アルカリ金属拡散バリヤー層 - Google Patents

アルカリ金属拡散バリヤー層

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス基体から、媒体例えば導電性コーティ
ング等のコーティングへの、ナトリウムイオン等のアル
カリ金属イオンの拡散を防止するバリヤー層を有する物
品等の提供。 【解決手段】 表面にアルカリ金属イオンを有するガ
ラス基体と、前記基体の表面の上方にその表面から一定
間隔をおいて置かれた媒体、但し、この媒体は予め決め
たアルカリ金属イオン濃度がこの媒体の機能を低下させ
ることを特徴とする、と、前記ガラス基体と前記媒体と
の間にアルカリ金属イオンバリヤー層を与えるための、
前記ガラス基体と前記媒体との間のスパッタリング済み
金属酸化物非晶質層、但し、非晶質層は180Å未満の
厚さと前記金属酸化物の結晶質密度の90%以上の密度
とを有する、とから成る物品。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本出願は、James J.Finley及
びF. Howard Gillery の名前で、1994年10月4日
に出願された、米国特許出願番号第08/330148
号の一部継続出願である。本発明は、バリヤー層に関
し、より詳細にはガラス基体から、媒体、例えば導電性
コーティング等のコーティングへの、ナトリウムイオン
等のアルカリ金属イオンの拡散を防止するバリヤー層に
関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガラス
中のナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンは、特に
昇温下で、ガラスの表面から、ガラスを覆っている媒体
へ移行する。例えば、米国特許第5165972号明細
書に開示されているタイプと同様の液晶表示(「LC
D」)装置において、ガラス基体の表面のナトリウムイ
オンは、液晶物質に移行して、液晶物質の性能の低下を
引き起こしている。エレクトロクロミック(electrochr
omic)ディスプレイにおいては、ナトリウムイオンは、
ガラス基体の表面を覆っているコーティング及び/又は
電解液に移行し、コーティング及び/又は電解液の性能
の低下を引き起こす。LCD装置及び/又はエレクトロ
クトミック装置の制作中、ガラス基体を1100°F
(593℃)の温度まで加熱して、装置を密封する;こ
の様に加熱する間、ナトリウムイオンの移行は加速され
る。
【0003】もし妨げられなければ、ナトリウムイオン
は、ガラス基体の表面を覆っている、例えば導電性コー
ティング、電解液、及び/又は液晶物質等の媒体に移行
して、媒体の性能を低下させる。
【0004】アルカリ金属イオンの移行、例えばナトリ
ウムイオンの移行はまた、国際出願公開番号第WO95
/11751号明細書に開示されているタイプの光触媒
組成物の性能の悪化も引き起こすことも、考えられてい
る。一般に、組成物は、結合させられた二酸化チタン又
は酸化亜鉛粒子を含有し、シリコーン系バインダーによ
って、ガラス基体へ移行する。その表面は、出願の観点
下で、殺生物剤として作用し得る。アルカリ金属イオン
の移行を防止する又は最小限にする1つの技術は、媒体
とガラス基体との間にバリヤーコーティングを提供する
ことである。
【0005】ポータ(Porter)への米国特許第5165
972号明細書は、ガラス表面からアルカリ金属イオン
の移行を防止する、バリヤーコーティングを開示する。
ガス状電子供与性化合物の存在下、600℃以上で、シ
ランガスの熱分解によって、ガラスの表面上にバリヤー
コーティングが蒸着される。ガラスからの酸素は、ケイ
素と混合されて、ガラス表面上に50nmまでの厚みの
透明なバリヤーコーティングを形成して、アルカリ金属
イオンが、アルカリ金属イオンに感度の高い覆っている
層へ移行するのを防止する。ポータへの米国特許第51
65972号明細書の技術は許容できるが、欠点があ
る。例えば、熱分解による酸素添加反応は、特にコーテ
ィング前にシートが加熱されなければ、高いエネルギー
投入を必要とし、プロセスを高価にする。
【0006】キヌガワへの米国特許第4238276号
明細書は、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム及び酸化ニッ
ケルを含有するバリヤー層を開示する。キヌガワは、1
000Åの厚みを有する酸化ケイ素バリヤーコーティン
グを開示する。キヌガワによって開示されているバリヤ
ーコーティングは許容できるが、欠点がある。より詳細
には、いかなる技術によっても、酸化ケイ素からなる1
000Åの厚みの層を蒸着することは、同様のプロセス
によって1000Åの厚み未満の酸化ケイ素層を蒸着す
るよりも高価である。更には、キヌガワに開示されてい
るこのタイプの薄い酸化ケイ素層は、効果的なバリヤー
として作用しないであろう。
【0007】ミズハシ等への欧州特許公開第00718
65B号明細書には、アルカリ含有ガラス基体、及びガ
ラス基体からアルカリ金属イオンの拡散を防止するため
に、その表面に形成された酸化ケイ素層を有するガラス
体が開示されている。酸化ケイ素層は、ケイ素に結合し
た水素を0.01〜25モル%有する。水橋等によって
開示されている技術は、アルカリ金属イオンの移行を防
止するように思われるが、欠点がある。より詳細には、
バリヤーコーティングは、製品例えばLCD装置の制作
/使用中に漏れ得る水素ガスを捕集し得る。理解され得
る通り、無作為に水素ガスを媒体へ放出して、媒体の性
能の低下を引き起こし得るコーティングを有しないこと
は好ましい。更には、コーティングに化学的に結合され
ている水素は、コーティングの光学的及び機械的性質に
影響を与え得る。理解され得る通り、経済的に塗布され
得り、現在利用可能な技術の欠点/制限を持たない、薄
いバリヤー層を提供することは有利であるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ナトリウムイ
オン等のアルカリ金属イオンの拡散バリヤーとして薄い
物質を利用する望ましさを認識している。先行技術は、
この様な拡散バリヤーの屈折率を可能な限り近くまで基
体の屈折率に一致させたほうがよいことを提案している
が、この様に、本発明によって、ガラス基体のためのシ
リカを選択して、コーティングされたガラスの光学的特
性を損なうことなく、ナトリウムイオンに対する効果的
な拡散バリヤーとして、酸化ジルコニウム、酸化チタ
ン、亜鉛/スズの酸化物等の金属酸化物からなる非常に
薄層を製造する。
【0009】一般に、本発明は、ガラス基体の表面の上
であって、間隔をおいて置かれた、導電性コーティン
グ、ホトクロミック(photochromic)装置及び/又は液
晶表示装置の液状物質等の媒体を有する物品に関する。
酸化ジルコニウム、酸化チタン、亜鉛/スズの酸化物等
のバリヤー層を、ガラス基体の上に、マグネトロンスパ
ッターによって蒸着して、媒体とガラス基体との間にバ
リヤー層を供給する。バリヤー層又はフィルムは非晶質
であり、フィルムの金属酸化物の結晶質の密度の90%
以上の密度を有する。酸化ジルコニウム、酸化チタン、
及び亜鉛/スズの酸化物は、典型的なガラス基体の屈折
率よりも著しく高い屈折率を有する一方、それらは非常
に薄いので、コーティングされたガラス基体の光学的特
性に悪影響を与えない。
【0010】バリヤー層を有するガラス基体は、液晶表
示装置のセル、ホトクロミック装置及び/又は光触媒装
置の部品として使用され得る。本発明によって蒸着され
た亜鉛/スズの酸化物は、アルカリネットイオンバリヤ
ーとして効果的であるが、酸化チタンや酸化ジルコニウ
ムよりも腐食液に可溶性である。本発明はまた、この物
品の製法に関する。
【0011】
【発明の実施の形態】効果的なアルカリ金属イオンバリ
ヤー層は、好ましくは安定であり、昇温下例えば110
0°F(593℃)でさえ、アルカリ金属イオンの拡散
に不浸透性のままである。光学的に、バリヤー層は、覆
っているコーティングの光学的特性に影響を与えないよ
うに、可視波長域で高い透過率を有するのが好ましい。
覆っているコーティングが導電性である用途において、
バリヤー層は非導電性であるのが好ましい。例えば回路
を製造するために、覆っているコーティングが部分的に
エッチングを受ける場合、バリヤー層は腐食液、しばし
ば塩酸に可溶性でないことが勧められる。バリヤー層の
屈折率が可能な限り近くまで基体の屈折率に一致してい
る場合、ソーダ−石灰−シリカガラス基体用に、シリカ
バリヤー層を使用すると、例えば米国特許第42382
76号明細書に記載される通りの厚めのバリヤー層を、
可視光線の透過率の多大な損失なく又は他の望ましくな
い光学的な影響を受けることなく、より大きな効果のた
めに、塗布し得る。しかし、バリヤー層の屈折率が基体
の屈折率と一致しない場合、薄めのバリヤー層が、可視
光線の損失を防止するのに好ましい。理解されるであろ
う通り、本発明のバリヤー層又はフィルムは薄く、安定
で、殆どの腐食液に可溶せず、及び/又は光学的に受け
入れられる。例えば、フィルムが直接基体上にコーティ
ングされる場合、フィルムは、550nmで測定された
透過率の10%以上、好ましくは5%、基体の透過率の
減少をさせない。
【0012】フロート法によって形成された従来のソー
ダ−石灰シリカ組成物からなるガラス基体は、本発明の
実施において好ましい。しかし、理解されるであろう通
り、本発明のバリヤー層はそれに限定されるものではな
く、本発明のバリヤー層が、アルカリ金属イオン例えば
ナトリウムイオンの移行を防止又は最小限にする場合
は、あらゆるタイプの基体を用いてもよい。更には、本
発明のバリヤー層は、ガラスが昇温下例えば1100°
F(593℃)の温度にされる際でさえ、ガラスから媒
体へアルカリ金属イオンの移行を防止又は最小限にする
ために使用され得る。
【0013】図1を参照すると、LCD装置10は、米
国特許第5165972号明細書に開示されているタイ
プと同様であり、垂直シール16によって分離させられ
ている対抗するガラスシート12及び14を含み、液晶
物質20を含有するチャンバー18の境界を定めてい
る。それぞれのシート12及び14は、本発明によって
ガラスシート又は基体上にスパッターされた、本発明の
透明なバリヤー層又はフィルム22を所有している。導
電性コーティング24が、バリヤー層22の上にある。
アラインメント層(alignment layer) 26が、液晶物質
20と接触して、導電性コーティング24の上にある。
液晶物質20の光透過性特性は、ガラスシート12及び
14の上の、導電性層24間の電位差のかけ方によって
制御し得る。
【0014】本発明のバリヤー層はまた、光触媒組成
物、例えば国際出願公開番号第WO95/11751号
に記載されているタイプの性能低下を防止するためにも
使用し得る。図2を参照すると、ガラス基体34とシリ
コーンバインダーに二酸化チタン粒子からなる組成物3
6との間に、本発明のバリヤー層32を有する物品30
が示される。理解され得る通り、上記したLCD表示装
置10及び物品30は、本発明を限定するものではな
く、本発明のバリヤー層を使用し得る2つの環境を説明
するために提示されている。
【0015】例えば、それに限定されるものではない
が、酸化ジルコニウム、酸化チタン及び亜鉛/スズの酸
化物フィルム等の金属酸化物バリヤー層の使用は、バリ
ヤー層として使用可能であることを、本発明は企図して
いる。酸化ジルコニウム及び酸化チタンが20〜120
Å程の薄い厚み、最適には30〜60Åの範囲の厚みで
効果的であり、亜鉛/スズの酸化物よりも腐食液への可
溶性が低いことが見出されているので、本発明の実施に
おいて好ましい金属酸化物としては、それに限定される
ものではないが、酸化ジルコニウム及び酸化チタンが挙
げられる。本発明の金属酸化物バリヤー層は、限定され
るわけではないが、酸化雰囲気下で、以下で議論される
方法で、金属ターゲットのマグネトロンスパッターによ
って、蒸着されるのが好ましい。
【0016】薄いフィルム、例えば約180Å未満の厚
みのフィルムとして蒸着される際、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム及び亜鉛/スズの酸化物フィルム等の金属酸
化物フィルムは通常非晶質である。非晶質フィルムは、
結晶粒界をもたず、それ故に、アルカリ金属イオン、例
えばナトリウムイオンの移行を防止するバリヤー層とし
て、受け入れられると考えられている。しかし、以下で
議論される理由のために、非晶質フィルムは、それらの
密度が増加するにつれて、バリヤー層としてより効果的
であると、考えられている。例えば、約45〜約180
Åの範囲の厚みを有する酸化チタンフィルムは、非晶質
酸化チタンフィルムがその結晶質の密度の約90%以上
の密度を有する、即ち約3.80g/cm3 以上の密度
を有する際に、バリヤー層として効果的である。非晶質
二酸化チタンフィルムはその結晶質の密度の約95%以
上の密度を有する、即ち約4.0g/cm3 以上の密度
を有する際に、バリヤー層としてより効果的であり、非
晶質酸化チタンフィルムの密度がその結晶質の密度に近
づく、即ち約4.2g/cm3 の密度に近づくに連れ
て、より一層効果的である。
【0017】約30〜約120Åの範囲の厚みを有する
酸化ジルコニウムは、非晶質酸化ジルコニウムフィルム
がその結晶質の密度の約90%以上の密度を有する、例
えば約5g/cm3 以上の密度を有する際に、効果的な
バリヤー層である。非晶質酸化ジルコニウムフィルムが
その結晶質の密度の約95%以上の密度を有する、即ち
約5.3g/cm3 以上の密度を有する際に、バリヤー
層としてより効果的であり、非晶質酸化ジルコニウムフ
ィルムの密度がその結晶質の密度に近づく、即ち約5.
6g/cm3 の密度に近づくに連れて、より一層効果的
である。
【0018】約60〜約120Åの範囲の厚みを有する
亜鉛/スズの酸化物フィルムは、非晶質の亜鉛/スズの
酸化物フィルムがその結晶質の密度の約90%以上の密
度を有する、例えば約5.7g/cm3 以上の密度を有
する際に、効果的なバリヤー層である。非晶質亜鉛/ス
ズの酸化物フィルムがその結晶質の密度の約95%以上
の密度を有する、即ち約6.1g/cm3 以上の密度を
有する際に、バリヤー層としてより効果的であり、非晶
質亜鉛/スズの酸化物フィルムの密度がその結晶質の密
度に近づく、即ち約6.38g/cm3 の密度に近づく
に連れて、より一層効果的である。
【0019】前述の議論において、特定の金属酸化物、
例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム及び亜鉛/スズの
酸化物に言及した。理解され得る通り、金属酸化物は、
金属の酸化物であっても、金属の亜酸化物であってもよ
い。それ故に、用語「酸化チタン、酸化ジルコニウム又
は亜鉛/スズの酸化物」が使用される場合、それらは、
スパッターされた酸化チタンフィルム、酸化ジルコニウ
ムフィルム又は亜鉛/スズの酸化物フィルム中に存在す
る、チタン、ジルコニウム又は亜鉛/スズの酸化物をそ
れぞれ指す。
【0020】薄いフィルムコーティングの密度を測定す
るには、様々な技術があるが、以下の技術が好ましい。
フィルム厚は、スチルス・プロフィロメータ(stylus pr
ofilometer)を使用して測定される。X線蛍光発光技術
を使用して、フィルムの単位面積当りの重量を測定す
る。スチルス・プロフィロメータを使用して測定したフ
ィルム厚(Å)は、センチメートルに変換され、X線蛍
光発光技術を使用して測定された単位面積当りの重量
(μg/cm2 )を割って、フィルムの密度(g/cm
3 )を与える。
【0021】議論はここで、ガラス基体をコーティング
して、本発明の、即ちその結晶質の密度の少なくとも9
0%の密度を有する非晶質のフィルムの、金属酸化物バ
リヤー層を与えることに向けられるであろう。図3を参
照すると、磁気真空スパッター装置40は、数字44で
示される往復運動する通路に沿って動くための、チャン
バー(図示せず)内に備えつけられた陰極(カソード)
ハウジング42を有していた。ガラス基体46は、固定
された支持体48の上に備えつけられている。ガラス
を、加熱器49によって、93.3℃(約200°F)
の温度まで加熱した。スパッターされた物質をハウジン
グ42から動かす際に、それはあらゆる方向に動く;し
かしながら、この議論のために、またこの議論を簡単に
するために、図3に示される通り、ハウジング42から
離れて、動程通路52によって示される通りに左に、動
程通路53によって示される通りに下側に、及び、動程
通路54によって示される通りに右に動く、と考える。
本発明の実施において、陰極は、アルゴン/酸素が50
/50%の雰囲気下で、ジルコニウム金属陰極スパッタ
ーされた。
【0022】動程通路52、53及び54に沿って動く
酸化ジルコニウムは、ガラス基体の表面50上に蒸着さ
れた。図3に示される通り、ハウジング42が左に動く
際、通路52に沿って動く物質はハウジングを導き、ま
たハウジングが右に動く際、通路54に沿って動く物質
はハウジングを導く。通路53に沿って動く物質はハウ
ジングを導きもしないし、追従もしない。通路52及び
54に沿って動く物質は、ハウジング及び通路52又は
54の平面によって結ばれる角度αとして図3に示され
る、低い接地角度を有する。図3に示される装置は、そ
の結晶質の密度の約90%未満の密度を有する、例えば
約5g/cm3 未満の密度を有する、薄い酸化ジルコニ
ウムフィルムを蒸着した、と考えられている。
【0023】図4を参照すると、本発明に従って修正さ
れた装置40が示されている。より詳細には、アルミニ
ウムシールド56が、ハウジングの導く側及び従動側に
備えつけられていた。アルミニウムシールドは、ガラス
基体46の表面に向かって下に延びていたが、表面50
には接触しなかった。図4の装置を使用して蒸着された
非晶質のフィルムは、その結晶質の密度の約90%以上
の密度を有する、例えば約5g/cm3 以上の密度を有
するので、図4に示される装置を使用してコーティング
された金属酸化物フィルムからなる薄層は、ナトリウム
イオンの移行に対して効果的なバリヤーであると考えら
れている。
【0024】本発明の実施において、12インチ(0.
30m)×12インチ(0.30m)のガラス基体が、
図4に示されるタイプの装置中でコーティングされた。
加熱器49は、ガラス基体を93.7℃(約200°
F)まで加熱した。酸化セリウムでコーティングされる
表面を先ず初めに磨き、その後完全に水で洗い落とすこ
とによって、ガラス基体を掃除した。その後、ガラス基
体を体積で50/50の2(イソ)−プロパノールと脱
イオン水の混合物で洗い落とした。酸化ジルコニウムバ
リヤー層の効果を、バリヤー層に浸透したナトリウムイ
オンを、バリヤー層を銀イオン交換し、次いでX線蛍光
発光を使用して銀イオン濃度を測定することによって決
定した。(ナトリウム濃度に比例する)銀イオン濃度
は、銀の輝線の純強度(net intensity 、NI)、Ag
(NI)を数えることによって決定した。一秒当りの銀
の数(Ag(CPS))を、40秒の間Ag(NI)を
数えることによって決定した。他の方法で述べると、A
g(CPS)は、40秒当りのAg(NI)の数であ
る。
【0025】ナトリウム濃度に参照を与えるために、コ
ーティングされたガラスの、Ag(NI)を、コーティ
ングされていないAg(NI)と比較した。X線分光計
のバックグラウンドのレベルが、銀の濃度がゼロを示
し、それ故にナトリウムの濃度もゼロを示す、Ag(N
I)約160000を与えた。それ故に、最適なバリヤ
ー層は好ましくはこの値付近のAg(NI)、即ちAg
(NI)約160000又は1秒当りの数(CPS)が
400であるべきである。
【0026】それぞれのコーティングされた基体を1〜
3/8インチ(4.5cm)の四角形の小片に切った。
1つの小片は加熱せず、1つの小片を、1時間700°
F(371.1℃)で加熱し、1つの小片を、1時間9
00°F(482℃)で加熱した。加熱した小片を室温
まで冷却し、共融の硝酸カリウム62モル%と硝酸銀3
8モル%の溶液を小片のコーティングされた表面に塗布
し、約150℃で1時間小片を加熱することからなる、
イオン交換のために、それぞれの小片のバリヤー層を調
製した。共融溶液を塗布する前に、小片を150℃まで
15分間予備加熱し、共融溶液を加熱した小片に塗布し
た。
【0027】商品名テフロンで販売されているテープを
用いて、小片の端の回りの境界を与えるために、表面の
溶液を捕らえた。小片を予備加熱する前に、テフロンテ
ープを貼った。溶液を塗布して、晒されたコーティング
された表面を約0.100インチ(0.254cm)の
厚みまで均一に覆った。共融溶液を有する小片を加熱し
た後、ガラス片を加熱炉から除去し、溶液を冷却して、
硬化させた。次いで、硬化した溶液を水を用いて完全に
洗い落とした。次いで、小片を硝酸に浸して、ガラスの
表面上の残渣の銀フィルムを除去し、洗い落として、硝
酸と銀の反応から生じる硝酸銀残渣を除去した。次い
で、X線蛍光発光分析を銀イオン交換された小片に行
い、ナトリウムの移行を測定した。
【0028】下記の表は、前記の方法でA−Lコーティ
ングされ、イオン交換された小片の特徴と酸化ジルコニ
ウムバリヤーの効果を与える。表の欄(1)には、小片
の番号が記載されている。欄(2)には、酸化ジルコニ
ウム陰極によってなされた通過数が記載されており、1
通過は相互通路44(図3及び4参照)に沿う1方向の
動きをいう。欄(3)には、スパッター中の陰極にかけ
た電流(アンペア)が記載されている。欄(4)には、
スパッター中の陰極にかけた電圧(ボルト)が記載され
ている。欄(6)は、可視光線域での、コーティングさ
れた小片の透過率である(注:今知られていないという
理由で、小片F及びHに対しては、透過率は測定されな
かった。)。欄(7)には、オングストローム計を用い
て測定された酸化ジルコニウムフィルムの厚みに対して
換算された、X線蛍光発光からのジルコニウムの放出の
純強度を使用して測定されたフィルムの厚み(Å)が記
載されている。欄(8)、(9)及び(10)には、未
加熱の小片と加熱された小片に対するAg(NI)示数
が記載されている。
【0029】注の*及び**は、ガラス基体の製法及び
その厚みを特定しており、注の***は、コーティング
されていない小片の透過率%を特定している。表に与え
られている透過率値は、550nmで測定された。上記
に議論された通り、最適なバリヤーは、約16000
(400CPS)のAg(NI)示数を有する。しか
し、理解され得る通り、媒体の性能を低下させることな
く持たれ得るアルカリ金属イオンの浸透度の依存が、望
まれるレベルであり、それ故にAg(NI)数は本発明
において限定されていない。
【0030】
【表1】
【0031】非加熱の小片FのAg(NI)は、最も高
い示数を有している。多分、コーティング用基体の調製
のために、フィルムは予期された程の密度ではなかった
と考えられる。欄(9)及び(10)において、小片
E、F、G、J及びKのAg(NI)は高いと思われ
る。欄(7)において、対応する非加熱の小片F、G、
J及びKもまた高く、多分上記の理由のために、フィル
ムが効果が無かったことを示していることに注目すべき
である。たとえ酸化ジルコニウムがガラス基体よりも高
い屈折率を有しても、酸化ジルコニウムは、コーティン
グされた小片の透過率が2%未満しか減少しない程十分
に薄かったことに注目すべきである。
【0032】ガラス基体を上記議論の通りに調製し、図
3に示すコーティング装置(図4に示すシールド56を
持たない)を使用してコーティングした。酸化ジルコニ
ウムフィルムの厚みは233Åであった。コーティング
された基体を1〜3/8インチ(4.5cm)の四角形
の小片に切った。1つの小片を1時間300°F(14
9℃)で加熱し、次いで、上記議論の通りイオン交換し
た。小片のAg(NI)示数は60000であった。他
の小片を1時間500°F(260℃)で加熱し、次い
で、上記の議論の通りイオン交換した。小片のAg(N
I)示数は145000であった。他の小片を1時間7
50°F(399℃)で加熱し、次いで、上記議論の通
りイオン交換した。小片のAg(NI)示数は1550
00であった。第4の小片を1時間900°F(482
℃)で加熱し、次いで、イオン交換した。小片のAg
(NI)示数は180000であった。
【0033】シールドを使用せずに(図4参照)蒸着さ
れた酸化ジルコニウムバリヤー層の性能は、シールドを
用いずに(図3参照)蒸着された酸化ジルコニウムバリ
ヤー層よりも著しく優れていた。バリヤー層としての酸
化ジルコニウムの向上した性能は、図4の装置を用いて
蒸着された酸化ジルコニウムフィルムが、その結晶質の
密度の90%以上の密度を有する非晶質の酸化ジルコニ
ウムフィルムであったからであると、考えられている。
【0034】下記の実施例1〜12は、Airco I
LS 1600 コーティング機を使用してコーティン
グした。コーティング機は、金属陰極と、ハウジングの
下にガラス基体を移動させる運搬装置とを有する固定さ
れたハウジングを有した。壁によって結び付けられたコ
ーティング域を通って、ガラス基体は移動させた。壁
は、図4に示すシールド56と同様の方法で作動する。
実施例13は、上記にて議論した図4に示す装置を使用
してコーティングした。
【0035】アルカリ金属の拡散を防止する際の、試料
に蒸着したバリヤー層の効果を測定するため、バリヤー
層がコーティングされたガラス基体を約575℃で10
分及び20分間加熱し、ガラス基体からのアルカリ金属
の移行を促進させた。その後、試料を周囲温度まで冷却
させた。その後、共融溶液を有する試料を150℃で2
時間加熱した以外は、上記議論のイオン交換方法を使用
した。次いで、コーティングされた表面をX線蛍光発光
によって分析して、存在する銀の量を測定した。その量
は、ガラスからコーティングに拡散したナトリウムの量
に比例する。銀イオン濃度をAg(CPS)として測定
した。比較のため、非加熱のコーティング済み試料をイ
オン交換して、非加熱のガラス試料及び加熱されている
がコーティングされていないガラス試料と同様、銀を背
景計数として測定した。
【0036】バリヤー層が酸化ジルコニウムの場合、厚
みは20〜120Åの範囲が好ましく、より好ましくは
20〜90Åであり、特には30〜60Å、最も好まし
くは50〜60Åであり、フィルムの密度は5g/cm
3 以上である。バリヤー層が酸化チタンの場合、厚みは
20〜90Åの範囲が好ましく、より好ましくは30〜
90Åであり、特には45〜90Å、最も好ましくは5
0〜60Åであり、フィルムの密度は3.8g/cm3
以上である。バリヤー層が亜鉛/スズの酸化物の場合、
厚みは60〜120Åの範囲が好ましく、より好ましく
は60〜90Åであり、フィルムの密度は5.7g/c
3 以上である。理解され得る通り、最適な透過度を低
下させないので、薄いバリヤー層が好ましい。
【0037】本発明の特に好ましい実施態様において、
液晶表示装置での使用のために、バリヤー層は導電性金
属酸化物のコーティングで被覆されている。好ましい導
電性金属酸化物コーティングとしては、酸化インジウ
ム、酸化スズ、インジウム/スズの酸化物、亜鉛/アル
ミニウムの酸化物等が挙げられる。特に好ましい導電性
コーティングは、インジウム/スズの酸化物であり、通
常ITOと呼ばれている。液晶表示装置で好ましく使用
される、インジウム/スズの酸化物コーティングは通
常、約300Ω/平方の電気抵抗を有する。インジウム
/スズの酸化物コーティングは、マグネトロンスパッタ
ーによってバリヤー層の上に蒸着されるのが好ましい。
導電性金属酸化物フィルムは、酸化雰囲気下で金属陰極
ターゲットをスパッターすることによって蒸着されても
よいし、セラミック金属酸化物ターゲットのスパッター
によって蒸着されていもよい。本発明は、以下の特定の
実施例の記載から、更に理解されるであろう。
【0038】
【実施例】実施例1〜4 ガラス基体厚み2.3mm、可視光線透過率(550n
mで測定された)91.3%のソーダ石灰シリカフロー
トガラス試料を、以下の通り酸化チタンバリヤー層を用
いてコーティングした。平面のチタンターゲットを、
8.5キロワット、520ボルトで、アルゴン50%及
び酸素50%の雰囲気下でマグネトロンスパッターし
た。ガラス基体を、53インチ(1.35m)/分の速
度で固定済み陰極を通して運搬した。厚み45、90、
135及び180Åの酸化チタンバリヤー層を、ターゲ
ットの下に、1、2、3及び4回それぞれ(それぞれ実
施例1〜4)ガラス基体を通すことによって蒸着した。
酸化チタンをコーティングしたガラス基体の可視光線透
過率(550nmで測定された)は、45Åで90.8
%、90Åで89.4%、135Åで87.3%及び1
80Åで84.8%であった(それぞれ実施例1〜
4)。酸化チタンをコーティングしたガラス基体を、5
75℃で10分又は20分加熱し、次いで銀を用いてイ
オン交換し、銀で拡散されたナトリウムを置き換えた。
次いで銀をX線蛍光発光によって分析した。180Åま
での厚みでの、酸化チタンバリヤー層の効果の比較を図
5に示す。
【0039】実施例5〜8 厚み2.3mm、可視光線透過率91.3%のソーダ石
灰シリカフロートガラス試料を、以下の通り酸化ジルコ
ニウムバリヤー層を用いてコーティングした。平面のジ
ルコニウムターゲットを、6.5キロワット、374ボ
ルトで、酸素50%及びアルゴン50%の雰囲気下で、
マグネトロンスパッターした。ジルコニウムはチタンよ
りも速くスパッターするので、ガラス基体を、190イ
ンチ(4.85m)/分の速度で、固定された陰極を通
して運搬して、1、2、3又は4回(それぞれ実施例5
〜8)通すことによって、それぞれ厚み30、60、9
0及び120Åの酸化ジルコニウムバリヤー層を蒸着し
た。最も厚い酸化ジルコニウムバリヤー層(120Åの
実施例8)の、ガラス基体の可視光線透過率は、90.
2%であった。前述の実施例と同様に、酸化ジルコニウ
ムがコーティングされたガラス基体を加熱し、銀イオン
交換した。図6は、30〜120Åの厚みでの、酸化ジ
ルコニウムバリヤー層の効果を示している。
【0040】比較例9〜12 比較のために、厚み2.3mmのソーダ石灰シリカフロ
ートガラス試料を、亜鉛/スズの酸化物を用いてコーテ
ィングした。亜鉛52.4重量%及びスズ47.6重量
%からなる平面のターゲットを、0.78キロワット、
386ボルトで、アルゴン50%及び酸素50%の雰囲
気下で、マグネトロンスパッターした。ガラス基体を、
190インチ(4.8m)/分の速度で運搬して、1、
2、3又は4回それぞれ(それぞれ比較例9〜12)通
すことによって、厚み30、60、90及び120Åの
亜鉛/スズの酸化物コーティングを蒸着した。最も厚い
亜鉛/スズの酸化物コーティング(120Åの比較例1
2)の、ガラス基体の透過率は、90.7%であった。
前述の実施例と同様に、亜鉛/スズの酸化物がコーティ
ングされたガラス基体を加熱し、銀イオン交換し、X線
蛍光発光によって測定した。図7は、薄い亜鉛/スズの
酸化物層は、効果的なナトリウム拡散バリヤーではない
こと、及び、ナトリウム拡散バリヤーとしての、亜鉛/
スズの酸化物の効果は増加する厚みの関数であること
を、示している。
【0041】実施例13 酸化ジルコニウムバリヤー層を、厚み0.048インチ
(1.2mm)のガラスのシート上に、アルゴン/酸素
の雰囲気下で、酸化ジルコニウムが7.8Å/秒の蒸着
速度で、ジルコニウム陰極をスパッターすることによっ
て、蒸着した。2インチ/秒(3.05m/分)の速度
で、陰極を3回通して、55±5Å厚みの酸化ジルコニ
ウムバリヤー層を蒸着したところ、約0.5〜1%、ガ
ラス基体の透過率が減少した。酸化ジルコニウムバリヤ
ー層の上に、同様のガラス速度で、インジウム/スズの
酸化物からなる層を蒸着した。インジウム90重量%と
スズ10重量%からなる陰極ターゲットを3回通すこと
によって、表面抵抗が約300Ω/スクウェアーで、透
過率が約83.6%の、インジウム/スズの酸化物でコ
ーティングされたガラス基体が製造された。図8〜10
は更に、選択された厚みの実施例の比較を示し、本発明
のバリヤーの効果を示している。
【0042】上記の実施例は、本発明のバリヤー層を説
明するために提供されている。マグネトロンスパッター
以外の蒸着方法に加えて、同様に薄い厚みでアルカリ金
属の移行を効果的に防止できる他の金属酸化物は、本発
明の概念に含まれる。覆っているコーティングは、単層
であっても、様々な金属、金属酸化物及び/又はケイ素
含有コーティング層等の他の金属化合物からなる複層で
あってもよい。本明細書中に記載されている、サイクル
を加熱する時間及び温度は、相対的なバリヤー層の効果
を決定するための、有用な試験方法を説明しているにす
ぎない。本発明の概念は、特許請求の範囲によって定義
される。
【0043】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の特徴を組込んだ液晶表示(「LC
D」)装置の断面図である。
【図2】光触媒組成物とガラス基体の間に本発明のバリ
ヤー層を有するガラスシートの断面図である。
【図3】スパッターコーティングされるガラス基体に関
連する陰極ハウジングの通路を示すために除去された、
室壁を有するスパッター装置の側面図である。
【図4】本発明による陰極ハウジング上のシールドを示
す図3の図と同様の図である。
【図5】コーティングされていないガラスと比較して、
45、90、135及び180Åの厚みでの(実施例1
〜4)、酸化チタンバリヤー層への、アルカリ金属の移
行を最小限にした際の、効果を説明する図である。
【図6】コーティングされていないガラスと比較して、
30、60、90及び120Åの厚みでの(実施例5〜
8)、酸化ジルコニウムバリヤー層の効果を説明する図
である。
【図7】コーティングされていないガラスと比較して、
亜鉛/スズの酸化物の30、60、90及び120Åの
厚みの(比較例9〜12)バリヤー層としての、比較的
な挙動を説明する図である。
【図8】それぞれ、45、30及び30Åの厚み(実施
例1、5及び9)で、酸化チタン、酸化ジルコニウム及
び亜鉛/スズの酸化物のバリヤー層としての、効果を比
較する図である。
【図9】それぞれ、90、60及び60Åの厚み(実施
例2、6及び10)で、酸化チタン、酸化ジルコニウム
及び亜鉛/スズの酸化物のバリヤー層としての、効果を
比較する図である。
【図10】バリヤー層の厚み(図5〜9からの情報)の
関数として、酸化チタン、酸化ジルコニウム及び亜鉛/
スズの酸化物のバリヤー層の効果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エフ.ハワード ジレリイ アメリカ合衆国ペンシルバニア州アリソン パーク,インディアン スプリング レ ーン 2790

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にアルカリ金属イオンを有するガラ
    ス基体と、 前記基体の表面の上方にその表面から一定間隔をおいて
    置かれた媒体、但し、この媒体は予め決めたアルカリ金
    属イオン濃度がこの媒体の機能を低下させることを特徴
    とする、と、 前記ガラス基体と前記媒体との間にアルカリ金属イオン
    バリヤー層を与えるための、前記ガラス基体と前記媒体
    との間のスパッタリング済み金属酸化物非晶質層、但
    し、非晶質層は180Å未満の厚さと前記金属酸化物の
    結晶質密度の90%以上の密度とを有する、とから成る
    物品。
  2. 【請求項2】 層が、30〜120Åの範囲の厚みを有
    する酸化ジルコニウム層である、請求項1に記載の物
    品。
  3. 【請求項3】 非晶質酸化ジルコニウムの密度が、5.
    0g/cm3 以上である、請求項2に記載の物品。
  4. 【請求項4】 酸化ジルコニウムバリヤー層の厚みが、
    30〜60Åの範囲である、請求項3に記載のコーティ
    ングされた物品。
  5. 【請求項5】 層が、約45〜180Åの範囲の厚みを
    有する酸化チタン層である、請求項1に記載の物品。
  6. 【請求項6】 酸化チタン層の密度が、3.8g/cm
    3 以上である、請求項5に記載の物品。
  7. 【請求項7】 酸化チタンバリヤー層の厚みが、約90
    〜180Åの範囲である、請求項6に記載の物品。
  8. 【請求項8】 バリヤーが、60〜120Åの範囲の厚
    みを有する酸化亜鉛/スズの酸化物層である、請求項1
    に記載の物品。
  9. 【請求項9】 亜鉛/スズの酸化物層の密度が5.7g
    /cm3 である、請求項8に記載の物品。
  10. 【請求項10】 亜鉛/スズの酸化物層の厚みが90〜
    120Åである、請求項9に記載の物品。
  11. 【請求項11】 媒体が、酸化インジウム、酸化スズ、
    インジウム/スズの酸化物、及び亜鉛/アルミニウムの
    酸化物からなる群から選択される導電性コーティングで
    ある、請求項1に記載の物品。
  12. 【請求項12】 媒体が光触媒組成物である、請求項1
    に記載の物品。
  13. 【請求項13】 組成物が、シリコーン系バインダー中
    に酸化チタン粒子を含有する、請求項12に記載の物
    品。
  14. 【請求項14】 媒体が液状電解液である、請求項1に
    記載の物品。
  15. 【請求項15】 表面にアルカリ金属イオン、550n
    mでの予め決めた透過率及び屈折率を有するガラス基体
    と、 前記基体の表面の上方にその表面から一定間隔をおいて
    置かれた媒体、但し、この媒体は予め決めたアルカリ金
    属イオン濃度がこの媒体の機能を低下させることを特徴
    とする、と、 前記ガラス基体と前記媒体との間にアルカリ金属イオン
    バリヤー層を与えるための、前記ガラス基体と前記媒体
    との間のスパッタリング済み金属酸化物層、但し、非晶
    質層は180Å未満の厚さと前記ガラス基体の屈折率よ
    り大きい屈折率とを有し、しかも、前記非晶質層は、前
    記ガラスに直接塗布したとき、550nmでの予め決め
    た前記基体の透過率を10%以上低減する、とから成る
    物品。
  16. 【請求項16】 180Å未満の厚さの非晶質金属酸化
    物をガラス基体の表面にスパッタリングによって付着さ
    せて、アルカリ金属イオンバリヤー層を与える工程、但
    し、前記金属酸化物はその結晶質の密度の90%以上の
    密度を有する、と、 予め決めたアルカリ金属イオン濃度が媒体の仕上げを低
    下させることを特徴とする媒体を与える工程とから成
    る、物品の製法。
  17. 【請求項17】 金属酸化物が、30〜120Åの厚み
    と5.0g/cm3以上の密度とを有する、非晶質酸化
    ジルコニウムである、請求項16に記載の製法。
  18. 【請求項18】 金属酸化物が、45〜180Åの範囲
    の厚みと3.8g/cm3 より大きい密度とを有する非
    晶質酸化チタンである、請求項16に記載の製造方法。
  19. 【請求項19】 金属酸化物が、60〜120Åの範囲
    の厚みと5.7g/cm3 の密度とを有する、亜鉛/ス
    ズの酸化物である、請求項16に記載の製法。
  20. 【請求項20】 スパッタリング工程が、基体表面に一
    般的に垂直な通路に沿って動く、スパッターされた金属
    酸化物のみを蒸着する工程からなる、請求項16に記載
    の製法。
  21. 【請求項21】 媒体が、液晶物質、導電性コーティン
    グ及び電解液、並びにそれらの組合わせからなる群から
    選択される、請求項1に6記載の製法。
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