JPH09505905A - 二酸化珪素結合層と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）の一次電極（２６）が２つの二酸化珪素結合層（２４、２８）の間に配置されている液晶ライトバルブ。第一の結合層（２４）は一次電極（２６）をガラス基体（２２）に結合するためのものであり、第二の結合層（２８）は該一次電極（２６）を水素化非晶質珪素層（３０）に結合するためのものである。ＩＴＯ一次電極（２６）は処理時間を有意に低下させるもので、スパッタリングで施され、また二酸化珪素結合層（２４、２８）は一次電極（２６）をガラス基体（２２）と水素化非晶質珪素層（３０）に剥離を起こすことなく結合させることを可能にする。ある種の用途には、ガラス基体（２２）と一次電極（２６）との間の二酸化珪素結合層（２４）は必要ない。

Description

【発明の詳細な説明】 二酸化珪素結合層と方法 発明の分野 本発明は二酸化珪素の結合層を使用する液晶ライトバルブの改良された製造法 に関する。発明の背景 液晶ライトバルブは液晶ライトバルブプロジェクターの重要な素子である。こ の液晶ライトバルブ、即ちＬＣＬＶは、ＬＣＬＶ中の液晶層を活性化する、一方 の面上のＣＲＴから受光する。ＬＣＬＶの他方の面では、光源は偏光を液晶層を 通してその液晶層の背後のミラーに導き、ミラーは、順次、その偏光を液晶を通 して反射して戻し、そして投影スクリーンに出す。液晶層のセグメントが活性化 されると、そのセグメントは偏光をスクリーンに投射せしめる液晶層を通して導 かれたその偏光の分極状態を変化させる。液晶層が活性化されないと、分極状態 は変えられず、その光はスクリーンに導かれない。 これらの液晶ライトバルブを製造する方法では、ＬＣＬＶの種々の層を結合す るのに多数の複雑な工程が必要である。その方法はＢＫ−７ガラス基体で始まり 、その上に１０００Åの酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）の層が付着される。ＩＴ Ｏはその基体上に蒸着で付着されるが、それには基体をＩＴＯの付着前に約４０ ０℃の温度まで加熱することが必要とされる。１０００Åの厚さを達成するには 約８時間かかる。ＩＴＯの付着後、基体を冷却し、その温度を４００℃の温度か ら下げなければならない。この冷却後に、次の層─これは水素化された非晶質珪 素の層（“ａ−Ｓｉ：Ｈ”）である─がそのＩＴＯの上に付着させることができ る。そのａ−Ｓｉ：Ｈの厚さは約２５μである。この厚さは、ａ−Ｓｉ：Ｈ層が この層に導かれる光エネルギーに対して適正に応答するのに必要な性質を有する ようになるために必要である。次いで、非晶質珪素層は機械的に研磨され、その 後に次の層がその非晶質珪素層の上に付着される。 ＩＴＯを基体の上に蒸着させるこの方法では、相当の量の時間とエネルギーが 消費され、このことがＬＣＬＶの製造法のコストを増加させる。もし、ＩＴＯ層 を室温で二酸化珪素の上にスパッタリング法で付着させる別の方法を使用すれば 、ＩＴＯの付着時間を約２０分に短縮することができる。しかし、スパッタリン グ法で付着させたＩＴＯを用いると、ａ−Ｓｉ：Ｈ層はそのａ−Ｓｉ：Ｈ膜の研 磨中にＩＴＯ層から剥離してしまう。また、ＩＴＯ層はＢＫ−７ガラス基体から 剥がれる傾向がある。ＩＴＯ層のａ−Ｓｉ：Ｈ及び基体からの剥離は、ライトバ ルブの収率を低下させ、ライトバルブに化粧欠陥（cosmetic defect）をもたら す原因となり、これは一般にＬＣＬＶのコストを高める。従って、スパッタリン グ法を使用してＩＴＯ層を付着させることが望ましいと思われるが、しかしａ− Ｓｉ：Ｈに関する、また基体に関する剥離問題は、スパッタリング法を使用して ＩＴＯ層を付着させることによって得られる処理効率の向上を全て損なってしま う。発明の概要 本発明はＩＴＯ層とａ−Ｓｉ：Ｈ層との間及びＩＴＯ層と基体との間の剥離問 題を解決するものである。スパッタリングされたＩＴＯ層の上表面は非常に滑ら かで、粗表面厚さは１〜２Åに過ぎないことが発見された。ａ−Ｓｉ：Ｈ層がＩ ＴＯ層の上に付着されたとき、このａ−Ｓｉ：Ｈ層は、ＩＴＯ膜が非常に滑らか なために、剥離する傾向があったのである。ａ−Ｓｉ：Ｈ層の研磨中には、ＩＴ Ｏ層とａ−Ｓｉ：Ｈ層との間の結合に機械的応力が導入された。ＢＫ−７ガラス 基体とＩＴＯ層の間にも同様の剥離問題があった。このガラス基体は粗表面厚さ が約３〜７Åで、非常に平らである。この滑らかな表面が、ＩＴＯ層の滑らかな 表面と相俟って、基体とＩＴＯ層との間に若干の剥離を引き起こしたが、この剥 離問題はＩＴＯ層とａ−Ｓｉ：Ｈ層との間ほど著しいものではなかった。これら の問題を解決するために、厚さが約３５０Åの薄い二酸化珪素の層をＢＫ−７基 体上に付着させ、その後にその基体上にＩＴＯをスパッタリングし、そしてその ＩＴＯ層の上に厚さが約１２０Åの薄い二酸化珪素層を付着させ、その後に非晶 質珪素の層を付着させた。これはＩＴＯの両面に今や１７〜２７Åの粗表面厚さ を有するより粗な表面を与えた。これらの粗表面はＩＴＯ層の両面に良好な結合 領域を提供する。このＳｉＯ₂結合層はａ−Ｓｉ：Ｈ層とＩＴＯ層との間に良好 な化学的結合を形成し、従ってａ−Ｓｉ：Ｈ膜とＩＴＯ膜とを一緒に保持する良 好な“接着剤”となる。この結合層は、また、ａ−Ｓｉ：Ｈ層が研磨されている ときに重要である剪断抵抗も増加させる。同様に、ガラス基体とＩＴＯとの間の ＳｉＯ₂結合層がＩＴＯと基体との間に良好な化学的結合を形成する。基体は二 酸化珪素の結合層と十分に結合する二酸化珪素からできている。このＳｉＯ₂層 の粗表面は、ＩＴＯがそのＳｉＯ₂層の上にスパッタリングされるとき、良好な 機械的結合を生むのに役立つ。この場合も、ＳｉＯ₂結合層／ＩＴＯ間の結合の 剪断抵抗は、ＩＴＯがスパッタリングされる粗表面の厚さが１７〜２７Åである ので、増大される。 ＳｉＯ₂結合層はＩＴＯ層と基体及びａ−Ｓｉ：Ｈ層の両者との間に改良され た接着が得られるようにするもので、それは一層速いプロセスのサイクル時間を もたらすスパッタードＩＴＯ法（sputtered ITO process）の使用を可能にする 。二酸化珪素結合層の使用とこのＩＴＯ法も部品当たりのコスト（per part cos t）を有意に低下させる。このＳｉＯ₂層とＩＴＯ層とは、真空を中断することな く(without breaking a vacuum)、同じ機械で、同じ加工チャンバーを用いて付 着させることができる。 従って、本発明の１つの目的は、スパッタードＩＴＯ法を用いるときにＩＴＯ 層が基体とａ−Ｓｉ：Ｈ層とにしっかり結合されるように、ＩＴＯ層と基体及び ａ−Ｓｉ：Ｈ層の両者との間に結合層を提供することである。本発明のもう１つ の目的は、プロセス収率の増加を果たし、更にはサイクル時間を短くすることで ある。これらプロセス収率の増加とサイクル時間の短縮は、共に、部品当たりの コストを下げる場合の重要な因子である。 上記本発明のこれらの、及び他の目的、特徴及び利点は、本発明の製造方法と 共に、図面と一緒になされる以下の詳細な説明を参照することによって理解でき るだろう。図面の簡単な説明 図１は従来法によるＬＣＬＶの構造を示す図であり；そして 図２は本発明の二酸化珪素結合層を使用しているＬＣＬＶの構造を示すもので ある。好ましい態様の説明 本発明はスパッタリング法で付着されたＩＴＯ層とａ−Ｓｉ：Ｈ層との間及び そのスパッタリングされたＩＴＯ層とガラス基体との間にＳｉＯ₂結合層を使用 するものである。このＳｉＯ₂結合層はａ−Ｓｉ：Ｈ層とＩＴＯ層との間に良好 な化学的、機械的結合を提供する。このＳｉＯ₂結合層がない場合は、ａ−Ｓｉ ：Ｈ層はその機械的研磨中にＩＴＯ層から剥離してしまうだろう。ＢＫ−７ガラ ス基体又はその均等物と一次電極として作用するＩＴＯとの間には、もう１つの ＳｉＯ₂結合層が配置される。ＩＴＯ層が蒸着法で付着されると、蒸着で付着さ れたＩＴＯ層は厚さ５０〜７０Åの粗表面を有するので、ａ−Ｓｉ：Ｈ層とＩＴ Ｏ層との間で剥離が起こらない。その粗表面が十分な剪断抵抗を提供し、そのた めａ−Ｓｉ：Ｈ層とＩＴＯ層との間に剥離が無くなったのである。また、蒸着で 付着されたＩＴＯ層─これは約４００℃で蒸着されるが─はガラス基体と十分に 結合し、そのため引き続き付着されたａ−Ｓｉ：Ｈ層が機械的に研磨されるとき 、基体との境界に剥離が存在しなくなる。この蒸着法では、しかし、付着に少な くとも８時間、更には他の材料を付着させることができるようになる前に追加の 加熱、昇温時間と冷却時間が必要であった。ＳｉＯ₂結合層を使用することによ って、ＩＴＯ層を付着させるのにスパッタードＩＴＯ法を使用することが可能と なり、ＩＴＯ層のための時間プロセスが約１２時間から約２０分に短縮される。 この進歩は製品収率に著しい向上を、またプロセス時間に短縮をもたらす。この 製品収率の向上とプロセス時間の短縮は、共に、部品当たりのコストに著しい低 下をもたらした。本発明について図１及び２と共にここに更に詳しく議論する。 図１はＬＣＬＶ２０の構造を、各層を順に並べて示すものである。第一層は厚 さが約１／２″のＢＫ−７ガラス基体２２である。基体２２の上面に厚さ約１， ０００ÅのＩＴＯ層が付着される。過去においては、この層は約４００℃におけ る蒸着により付着された。この蒸着法では約８時間と、それに加えて加熱と冷却 の時間がかかった。次に、ＩＴＯ層２６の上にａ−Ｓｉ：Ｈ層３０が２５μの厚 さまで付着された。この時点で、次層の付着を準備するに当たって、そのａ−Ｓ ｉ：Ｈ層が機械的に研磨された。 研磨後、そのａ−Ｓｉ：Ｈ層３０の上に結合層３２が付着され、次いで結合層 ３２の上にテルル化カドミウム吸収層３４が付着される。結合層３２はａ−Ｓｉ ：Ｈ膜３０とテルル化カドミウム膜３４との間の界面層として作用する。層３４ の上にもう１つの結合層３６が付着され、その結合層３６の上面に二酸化チタン ／二酸化珪素誘電ミラー３８が付着される。次いで、層３８の上に液晶配向層（ alignment layer）４０が付着される。 この時点で、ＩＴＯ層４６─これはカウンター電極として作用するものである ーが、ショット（Schott）ＢＫ−７ガラス又はその均等物からできているカウン ター電極用ガラス基体４８の上に付着される。ＩＴＯ層４６の厚さは約１，００ ０Åである。このＩＴＯ層の上面に厚さ約１，０６０Åの二酸化珪素層４４が付 着される。ＩＴＯ層４６は外側のベンダー（outside vendor）で付着されるが、 それはガラス基体との境界及び二酸化珪素の配向層４４との境界の両境界におい て良好な接着性を有する。 次に、２つの二酸化珪素層４０と４４とが結合されて液晶材料を保持する空間 ４２を形成する。液晶材料は両配向層の一方に付着され、次いでその空間の中に 挟み込まれた構造とすることができる。もう１つの方法では、液晶用の空間４２ を形成し、次いで空間４２の中を真空にする。この領域は次に液晶材料に暴露さ れる。その液晶材料は空間４２の内部にその真空で引き込まれる。この液晶領域 ４２は次いでシールされる。 本発明以前には、ＩＴＯ層２６を付着させるのに要する時間量が比較的大きか ったので、ＩＴＯ層２６の蒸着による付着を省くことが望ましかった。室温にお いて約２０分で行うことができるＩＴＯ層２６のスパッタリング法が選択された のである。しかし、この方法でＩＴＯ層２６を付着させたときは、ＩＴＯは基体 ２２から剥離する傾向があり、またａ−Ｓｉ：Ｈ層３０はそのａ−Ｓｉ：Ｈ層３ ０の機械的研磨中にＩＴＯ層２６から剥離し、分離する傾向があることが発見さ れた。この収率減は、ＩＴＯ層２６を付着させるために蒸着法に代えてスパッタ リング法を用いて時間を節約することによって得られるであろう利益を全て無に してしまった。 調べてみると、蒸着で付着されたＩＴＯ層２６の上面の粗表面厚さは５０〜７ ０Åであることが判明した。この５０〜７０Åの粗領域は一番高い表面高さから 最低表面高さまでの表面高さについての変化が５０〜７０Åであることを示す。 これが粗表面厚さと称されるものである。蒸着で付着されたＩＴＯの粗表面厚さ は、そのＩＴＯ層２６の上に次の層３０が付着されるとき、良好な剪断抵抗を提 供することが発見された。しかし、ＩＴＯ膜２６を付着させるためにスパッタリ ング法を用いたときは、ＩＴＯ膜２６の粗表面厚さは１〜２Åに過ぎなかった。 このＩＴＯ表面が非常に平らであるが故に、それら２つの層はａ−Ｓｉ：Ｈ層３ ０の機械的研磨中に分離を起こす傾向があったのである。この剥離傾向がプロセ ス収率を低下させ、部品当たりコストに有意に寄与する化粧欠陥と傷を生じさせ るた。 同様の別の態様（vane）において、ＩＴＯ層２６のＢＫ−７ガラス基体２２に 対する蒸着による付着で、蒸着で付着されたＩＴＯ表面が粗であるために、良好 な結合が形成されることが発見された。 ＩＴＯ層２４をガラス基体２６に対してスパッタリングしたときは、ガラス基 体２２の滑らかな表面に結合したＩＴＯの滑らかな表面は、これら両層間の結合 をａ−Ｓｉ：Ｈ層３０の機械的研磨中に剥離させた。 この問題を解決するには、二酸化珪素層２４及び２８（図２）をそれぞれ約３ ５０Åと約１２０Åの厚さまでスパッタリングすることによって付着させるべき であることが確認された。層２４の厚さは、最大光量がａ−Ｓｉ：Ｈ層３０に伝 送され、同時にＳｉＯ₂層２４とＢＫ−７ガラス層２２の界面からの光学反射を 最少限に抑えるように選ばれた。層２４の厚さが３５０Åより薄いと、その層２ ４は良好な接着に資する十分に粗な表面をＩＴＯ層２６に与えない。層２８が１ ２０Åより厚い場合は、層２８と非晶質珪素層３０との間には剥離に関する問題 がある。それらＳｉＯ₂層の付着後、両側のＩＴＯ層の粗表面厚さは約１７〜２ ７Åであることが確認された。図２では、これら膜の層はＳｉＯ₂層２４及び２ ８と表示されている。層２４、２６及び２８が付着された後、ＳｉＯ₂層２８の 上に２５μのａ−Ｓｉ：Ｈ層３０を付着させた。ａ−Ｓｉ：Ｈ層３０の付着後、 各部品は次の試験に進められた。即ち、テープ引っ張り試験、機械的研磨試験及 び熱試験。１００個以上の基体を用いて３回より多い実験を反復、試験したが、 これら試験のいずれかに不合格である基体は無かった。仕上げＬＣＬＶ光学製品 を電気的に、また光学的に試験すると、新しいＳｉＯ₂結合層を有するこれら部 品の性質は、それら部品が新しいＳｉＯ₂結合層を含まない製品に対して同等以 上の性質を有していることを証明した。この結合層２８はＩＴＯ層２６とａ−Ｓ ｉ：Ｈ層３０との間の結合の剪断抵抗を高め、そのａ−Ｓｉ：Ｈ層３０の付着後 の機械的研磨中の剥離を妨げる。結合層２４はＢＫ−７ガラス基体２２とＩＴＯ −次電極層２６との間の結合の剪断抵抗を増加させる。 ＩＴＯ蒸着法に代えてスパッタードＩＴＯ法を使用すると、プロセスのサイク ル時間が３倍短縮される。また、ＩＴＯをスパッタリングで形成すると、その粒 径と粒子密度が一層小さくなるので、より高品質の膜ができる。この改善は、も しＩＴＯ層２６とａ−Ｓｉ：Ｈ層３０との間及びＩＴＯ層２６と基体２２との間 にＳｉＯ₂結合層が使用されていないとすれば、可能にはなってはいないであろ う。従って、ＳｉＯ₂結合層の使用は、それが生産収率に許容できない減少を引 き起こす剥離問題を解決したので、はるかに効率的なスパッタードＩＴＯ法の使 用を可能にしたのである。これらの因子は、サイクル時間が一層速いので、処理 量を増加させ、部品当たりコストを有意に低下させた。このスパッタードＩＴＯ 法を使用することのもう１つの利点は、最初のＳｉＯ₂結合層２４を、同じ装置 に自動装填／取出法を採用して、ＩＴＯ層２６にＳｉＯ₂結合層２８と共に付着 させることができる、と言うことである。ＳｉＯ₂結合層は、ＩＴＯ膜２６を真 空を中断することなく付着させるために使用される同じプロセス系で付着させる ことができる。剥離に因る収率減をもたらす第一のＳｉＯ₂結合層２４は省略す ることができる。この問題はＢＫ−７ガラス層２２のエッチング又は機械的研磨 によって除くことができる。しかし、エッチング中又は機械的研磨中は、表面を 、光を散乱させ、或いは入射光の透過に有意の低下を引き起こすほど粗にし過ぎ ないことが大切である。このエッチング又は機械的研磨の目的は、ガラス基体２ ２の表面を粗にすることである。この表面が粗であると、ＩＴＯ層２６がそのガ ラス基体に付着されるとき、得られるＩＴＯ層も粗になる。この方法が有効に働 いている間は、ＩＴＯ層２６を付着せしめるべく粗表面を得る目的に対して、Ｓ ｉＯ₂層２４の付着はより効率的となっている。この場合も、これらの利点は、 究極的には、向上した生産収率とより大きい処理量とに寄与する。この収率と処 理量の向上は、共に、部品当たりのコストを低下させる。 上記において、本発明の好ましい態様を説明したが、本発明には色々な変更、 修正を加え得ること、及び添付請求の範囲は本発明の精神と範囲に入るだろうそ のような修正全てを含むべく意図されるものであることは、認識及び理解される であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： 第一の基体手段と酸化インジウム・錫一次電極にして、該基体手段は該一次電 極を支持しており； 該一次電極上に付着されている二酸化珪素結合層； 該二酸化珪素層上に付着されている水素化非晶質珪素層； 該水素化非晶質珪素層上に付着されている誘電ミラー； 該誘電ミラー上に付着されている第一の二酸化珪素配向層； 第二の基体手段にして、そこに酸化インジウム・錫のカウンター電極が付着さ れている該第二基体手段；及び 該カウンター電極上に付着されている第二の二酸化珪素配向層； を含んで成る液晶ライトバルブにして、 該第一配向層及び第二配向層は液晶層の上面と底面を形成しており；そして 該液晶層は液晶材料の含有に適合するようにされている； 上記の液晶ライトバルブ。 ２．もう１つの二酸化珪素結合層が前記の一次電極と第一基体手段との間に配 置されている、請求の範囲第１項に記載の液晶ライトバルブ。 ３．前記一次電極が前記基体手段の上にスパッタリングで付着されている、請 求の範囲第２項に記載の液晶ライトバルブ。 ４．前記の水素化非晶質珪素層と誘電ミラーとの間に配置されたテルル化カド ミウム吸収層を更に含み、該テルル化カドミウム吸収層はその両面に結合層を有 している、請求の範囲第１項に記載の液晶ライトバルブ。 ５．前記テルル化カドミウム吸収層の両面に配置されている前記結合層には該 テルル化カドミウム吸収層の各面に隣接してテルル化カドミウム層が付着されて おり、各結合層には各テルル化カドミウム結合層に隣接してテルル化カドミウム ・オキシド層が配置されており、そしてそれら結合層には各テルル化カドミウム ・オキシド層に隣接して二酸化珪素層が付着されている、請求の範囲第４項に記 載の液晶ライトバルブ。 ６．前記の水素化非晶質珪素層と誘電ミラーとの間に配置されたテルル化カド ミウム吸収層を更に含み、該テルル化カドミウム吸収層はその両面に結合層を有 している、請求の範囲第２項に記載の液晶ライトバルブ。 ７．前記テルル化カドミウム吸収層の両面に配置されている結合層には該テル ル化カドミウム吸収層の各面に隣接してテルル化カドミウム層が付着されており 、各結合層には各テルル化カドミウム接着層に隣接してテルル化カドミウム・オ キシド層が配置されており、そしてそれら結合層には各テルル化カドミウム・オ キシド層に隣接して二酸化珪素層が付着されている、請求の範囲第６項に記載の 液晶ライトバルブ。