專利名稱：腐蝕增強(qiáng)層的制作方法
領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及有最佳曝光閾值的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，特別是這樣一個(gè)介質(zhì)，其所述最佳閾值是因介質(zhì)使用了有預(yù)定吸收和反射值的腐蝕增強(qiáng)層而產(chǎn)生的。
背景液晶顯示器包括在兩個(gè)基本透明的電極之間夾著液晶材料的三明治式結(jié)構(gòu)。電阻型或電容型的觸摸屏顯示器都包括具有迭加在兩個(gè)基本透明的電極結(jié)構(gòu)上的顯示屏(例如陰極射線管)。在這兩種顯示器中，這些電極結(jié)構(gòu)的每一個(gè)都包括襯底，襯底上沉積導(dǎo)電層，導(dǎo)電層薄得足以使其基本上透明。
術(shù)語(yǔ)“基本透明”用在這里的意思是電極透過(guò)足夠的可見(jiàn)光，以致于兩個(gè)迭加的電極基本上不會(huì)發(fā)暗，也不會(huì)使包含這兩個(gè)電極的液晶顯示器或觸摸屏顯示器的顏色發(fā)生畸變。典型地，商業(yè)規(guī)格要求兩個(gè)迭加的電極在550nm波長(zhǎng)至少具有80％的透射率。
液晶顯示器中，襯底通常是玻璃，而觸摸屏顯示器通常在至少一個(gè)電極上使用合成樹脂(塑料)。導(dǎo)電體通常用銦錫氧化物或類似金屬氧化物形成。導(dǎo)電體的一般形成方法是在高溫下通過(guò)濺射或化學(xué)汽相沉方法沉積氧化物，然后再在高溫下退火。在玻璃襯底上，襯底上，則必須使用較低的溫度，從而使導(dǎo)電體具有較高電阻。
可供選擇的另一種方法是，液晶顯示器和觸摸屏顯示器都可以使用薄膜電極，這種電極包含夾在兩個(gè)高折射率層之間的金屬導(dǎo)電層，而這兩個(gè)高折射率層通常是用金屬氧化物形成的。使金屬導(dǎo)電層形成圖形，將分成許多電極，并且導(dǎo)電體與每一個(gè)這樣的電極固定，使得在液晶材料中形成所需的圖形。
用于形成電極的傳統(tǒng)已有工藝(即，光刻法)通常包括在襯底上沉積光敏或非光敏薄膜層(典型的是，金屬氧化物)，通過(guò)與要求的電極圖形相應(yīng)的掩模(或類似的光學(xué)工具)對(duì)所述的薄膜層曝光，以及除去薄膜層中經(jīng)曝光或未經(jīng)曝光的部分——這要根據(jù)所用的光敏材料性質(zhì)而定。
形成電極的已有工藝總是要求使用200℃或更高的溫度，這實(shí)際上就要求使用玻璃或昂貴的高溫塑料(已知聚合物有高于225℃玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并經(jīng)得往在這一溫度下進(jìn)行處理)。液晶顯示器有許多應(yīng)用(例如，在蜂窩式電話機(jī)和其它移動(dòng)電子裝置中)，在這些應(yīng)用中，如果薄膜電極能在有較低玻璃轉(zhuǎn)變溫度且不太昂貴的塑料襯底上形成，那么使用這樣的塑料不失為一種優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)上述工藝仍然保留實(shí)踐上和商業(yè)上的可行性的同時(shí)，對(duì)用直接激光成象法(特別是激光腐蝕工藝)形成電極圖形的興趣以相對(duì)高的速度持續(xù)發(fā)展，這部分是因?yàn)榧す獬上缶哂袧撛诘妮^高精度、較快的生產(chǎn)速度，并且它不依賴于某些昂貴的預(yù)先照明器和較便宜的塑料襯底。
用激光腐蝕方法形成LCD電極圖形主要包含直接按圖形除去部分導(dǎo)電層和絕緣材料層，其方法是把所述部分在強(qiáng)度和性質(zhì)(如波長(zhǎng))足以完全或部分分解所述材料的激光下曝光。這種反應(yīng)完全可以以“爆炸”來(lái)描繪，產(chǎn)生由除去材料碎片構(gòu)成的類蒸汽或類氣體流。這種工藝的一個(gè)例子在Hyung-Chul Choi，Yi-ZhiCHu，Linda S.Heath和William K.Smyth在1998年1月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/009391中公開(kāi)了。
總體上，大多數(shù)激光腐蝕電極形成工藝能夠產(chǎn)生好的結(jié)果。但無(wú)論如何仍存在改進(jìn)的余地。
例如，已經(jīng)觀察到腐蝕金屬和部分導(dǎo)體的工藝有時(shí)會(huì)起皺(像不希望有的物理畸形)，這是因被腐蝕金屬?gòu)牟糠謱?dǎo)體下面火山式?jīng)_出造成的。這些起皺使被腐蝕區(qū)的邊界不清晰，這樣，可能使成品平板顯示器的象素分辨率遭到損害。盡管常規(guī)的形成圖形后的清理工藝能用來(lái)處理這一問(wèn)題，但被腐蝕邊上的殘余物難以除去，它們需要強(qiáng)有力的步驟，而所述步驟會(huì)破壞薄膜結(jié)構(gòu)。
在進(jìn)行常規(guī)的激光腐蝕工藝時(shí)，一般涉及高閾值的曝光能量。除了能量成本明顯較高外，使用強(qiáng)腐蝕曝光會(huì)在腐蝕區(qū)內(nèi)和周邊區(qū)域引起相應(yīng)的劇烈溫度提升。這限制了腐蝕介質(zhì)材料的選擇，要使用有高熱阻的可腐蝕介質(zhì)。同時(shí)，在選擇襯底時(shí)，這也迫使使用那些當(dāng)考慮到較低成本、更大的靈活性和更輕的重量時(shí)常常優(yōu)于更普通玻璃襯底的塑料材料。
清除。由于本質(zhì)上由最終成為完成電極的同樣材料組成，這種殘留物，如果留在電極之間的谷處，則會(huì)引起電氣短路。這種短路的存在當(dāng)然是不希望的，因?yàn)樗鼘蓚€(gè)相鄰電極轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹€(gè)電極，并由此對(duì)使用電極結(jié)構(gòu)的液晶或觸摸屏的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。
發(fā)明概述根據(jù)上面認(rèn)同的結(jié)果，這里描述了一種可腐蝕的層狀成象介質(zhì)，它具有一體化的腐蝕增強(qiáng)層，該腐蝕增強(qiáng)層被組成、成形并定位以有效的降低為實(shí)現(xiàn)激光腐蝕所需要地閾值能量。使用腐蝕增強(qiáng)層顯著提高了激光腐蝕效率(即較快地掃描速度，較低的曝光能量閾值及質(zhì)量)，促使清理曝光區(qū)金屬層的腐蝕物(例如有帶有一些“起皺”、未腐蝕掉的殘余物和/或其它不良的邊緣、表示和邊界的井狀腐蝕區(qū))。
特別是，可腐蝕層狀成象介質(zhì)—它在制造基本上透明電極結(jié)構(gòu)時(shí)特別有用—能明確包括(a)襯底；(b)高折射率金屬氧化物層；(c)可腐蝕的金屬導(dǎo)電層；(d)高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層和(e)腐蝕增強(qiáng)層，該增強(qiáng)層的紅外吸收大于所述的高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外吸收而它的紅外反射卻小于所述的高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外反射。
本發(fā)明還提供一種新的工藝，它用作處理(稱為清理“在腐蝕過(guò)程中殘留的和/或剩余的腐蝕增強(qiáng)材料，而這些殘留的材料在很多應(yīng)用和產(chǎn)品中都是不希望有的。本發(fā)明方法的特征步驟包含在“形成圖形”操作后緊接著執(zhí)行“清理”操作。這一新工藝既可通過(guò)一套后繼的方法(例如通過(guò)腐蝕清理后的腐蝕圖形工藝)完成，可以通過(guò)一套連續(xù)的方法(例如與腐蝕清同時(shí)進(jìn)行的腐蝕圖形工藝)。
按以上所述，本發(fā)明的主要目的是提供一種可腐蝕的成象層，在制造平板顯示的電極結(jié)構(gòu)上使用，并有所要求的低曝光閾值。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種腐蝕的層狀成象介質(zhì)，該介質(zhì)層有腐蝕增強(qiáng)層，為了對(duì)介質(zhì)的曝光閾值帶來(lái)有利效果，腐蝕增強(qiáng)層的紅外反射率和吸收率是特別設(shè)計(jì)的。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供制造所要術(shù)的低曝光能量因而產(chǎn)生低熱的電極結(jié)構(gòu)的光腐蝕工具，從而允許用相對(duì)便宜、熱敏堆和份量輕的襯底(如塑料襯底)，這種襯底比玻璃的熱阻低。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一種使可腐蝕層狀成象介質(zhì)圖形化的方法，其中圖形化是與清理操作緊緊連在一起完成的，也就是說(shuō)，在圖形化后用激光腐蝕完成清理操作。這些操作最好用同樣為完成。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種使可腐蝕層狀成象介質(zhì)圖形化的方法，其中圖形化是與清理操作緊緊連在一起完成的，也就是說(shuō)，在圖形化的同時(shí)，用激光腐蝕完成清理操作。這些操作最好用同樣的裝置來(lái)完成。
本發(fā)明的其它目的從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中，會(huì)更加清晰。


圖1到圖5提供了本發(fā)明實(shí)施例的圖解說(shuō)明，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的可腐蝕層狀成象介質(zhì)10的橫截面圖；圖2A-2C描述處理圖1的可腐蝕成象介質(zhì)怪10的一種方法，該方法依次(即步驟一方法)包含激光成象和激光清理操作；圖3A-3B描述處理圖1的可腐蝕層狀成象介質(zhì)1的另一種方法，該方法包含同時(shí)完成(即連續(xù))激光成象和激光清理操作；圖4是適于使圖1的可腐蝕層狀成象介質(zhì)成象的裝置的正視圖；和圖5是沿圖4 II-II線的截面圖。
這里圖中物體的相對(duì)位置、形狀和大小，為了便于討論和直覺(jué)的需要而放大了。
詳細(xì)描述本發(fā)明提供了用于避免、降低和/或緩和在按常規(guī)激光腐蝕工藝制備電極時(shí)發(fā)生某些不希望有的結(jié)構(gòu)缺陷的手段。這些缺陷是因?yàn)楦g形成圖形不完全、無(wú)效和/或不集中，和/或形成圖形后清理不適當(dāng)而在電極結(jié)構(gòu)上留下的微量或殘留金屬或者金屬氧化物。這種殘留物——如果影響程度較大——將在最終裝配的平板顯示器產(chǎn)品中產(chǎn)生不可接受的電氣短路(即，暗象素)數(shù)量。
這里描述的手段是針對(duì)在腐蝕形成圖形和后續(xù)清理兩個(gè)階段發(fā)生的無(wú)效性的。
當(dāng)使用包含腐蝕增強(qiáng)層100的可腐蝕層狀成象介質(zhì)10時(shí)，腐蝕能在低能量閾值下更有效地完成，并具有更好地控制。腐蝕增強(qiáng)層100(一般是所述介質(zhì)10的頂層)的基本功能是為介質(zhì)10之表面提供比沒(méi)有腐蝕增強(qiáng)層時(shí)更有益于有效腐蝕的光學(xué)性能。
盡管發(fā)明人在對(duì)發(fā)明的解釋中不想局限于任何理論，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在電學(xué)功能方面最佳用作電極的那些組件并不必是用在激光腐蝕的最好材料。使用分立的腐蝕增強(qiáng)層可以在不損害電功能的情況下解決此問(wèn)題。當(dāng)腐蝕增強(qiáng)層100涂覆在可腐蝕層狀成象介質(zhì)10的頂部時(shí)，其下面的電極形成層213腐蝕得非?！案蓛簟?，沒(méi)有起皺，激光腐蝕效率受以明顯改善(例如，以更低的曝光能量閾值，以更快的掃描速度等)。
在圖1描述的實(shí)施例中，可腐蝕層狀成象介質(zhì)10包括基片212(即，有涂層或沒(méi)有涂層的襯底)、高折射率金屬氧化物層134，可腐蝕的金屬導(dǎo)電層130，高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層132，以及腐蝕增強(qiáng)層100，該增強(qiáng)層有比高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層高的紅外吸收(即，吸收紅外輻射)和比所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層低的紅外反射率(即，反射紅外輻射)。
腐蝕增強(qiáng)層100通常應(yīng)位于最靠近電極形成層213的位置，盡管并不絕對(duì)需要這種實(shí)體上相鄰的結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，在保證能量從一層轉(zhuǎn)換到另一層的意義上，它們應(yīng)足夠靠近，如果存在中間功能層或涂層，能量轉(zhuǎn)移條件不一定被取消。
100，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將意識(shí)到，有幾種材料和組分結(jié)構(gòu)能用來(lái)影響上述光學(xué)性質(zhì)。無(wú)論如何，目前希望用于腐蝕增強(qiáng)層100的材料包括碳黑、紅外染料、鋁、金、鉑或銅。一般，宜用分散于在水溶性聚合物基質(zhì)中的碳黑。
本工藝中使用的襯底120可以用機(jī)械完整性和表面光滑足以在其上形成電極的任何材料形成。像電極結(jié)構(gòu)和其它層一樣，襯底必須足夠透明以允許在液晶顯示器中使用。可以使用玻璃襯底，但最好用合成樹脂形成襯底。用于此目的的樹脂最好包括聚碳酸酯和聚(二(環(huán)戊二烯)縮合物，諸如由瑞典的Lonza AG公司(Munchensteinerstrasse 38，Ch-4002 Basel)以商標(biāo)“TRANSPHAN”出售的材料。這種材料是日本合成橡膠股份有限公司(2-11-24 Tsukiji，東京104)以商標(biāo)“ARTON”出售的聚合物薄膜，制造商以下面的分子式描述該聚合物 (其中X是一極性基)。其它可以在本發(fā)明中使用的襯底包括聚醚砜和聚(烷基)丙烯酸酯。
在襯底120的一面或雙面涂以涂層，其起氣體和濕氣屏障的作用，和/或用于改善襯底的硬度和抗劃傷力，和/或用于改善高折射率層對(duì)襯底的附著性。例如，如圖1所示，涂層122和124。硬涂層122和124的厚度通常是約1微米到15微米，最好是約2-4微米，它可以通過(guò)對(duì)合適的聚合材料進(jìn)行自由基引發(fā)聚合(既可用熱的方式也可用紫外輻射的方式)來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別較佳的硬涂層是Tekra公司(地址為6700 West Lincoln Avenue，New Berlin，Wisconsin 53151)以商標(biāo)“TERRAPIN”銷售的丙烯酸涂層。
在襯底的一個(gè)面上提供一薄的(一般為10～30nm)氧化硅層(SiOx)是有用的，其中所述表面隨后將被沉積金屬層213，而硅氧層對(duì)最終的液晶顯示器裝置起氣體和濕氣屏障的作用，并且起粘性助催化劑的作用，用于改善高射率層的粘性。參見(jiàn)，圖1中的阻擋層140。
當(dāng)在襯底上同時(shí)提供硬涂層和氧化硅層時(shí)，可以按任何一種次序提供。(術(shù)語(yǔ)“氧化硅”根據(jù)它在工藝中的正常意思是一種分子式為SiOx的材料，這里x是不必等于2的整數(shù)。正如本專業(yè)的熟練人員所知道的，這種氧化硅層常常是用化學(xué)汽相沉積法或在氧氣氛下濺射硅而沉積的，以致于所沉積的材料不是精確符合純氧化硅的化學(xué)配比公式SiO2。
根據(jù)本制造工藝，在襯底上沉積的次序是高折射率金屬氧化物層134，可腐蝕金屬導(dǎo)電層130，高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層132和腐蝕增強(qiáng)層100。盡管其它技術(shù)，如電子束和熱蒸發(fā)也可以用來(lái)沉積這些層，但最好還是用濺射或化學(xué)汽相沉積法沉積，而直流濺射特別合適，雖然射頻、磁控和反應(yīng)濺射以及低壓等離子增強(qiáng)的和激光增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積法也可以使用。
三層中的每一層都應(yīng)在不超過(guò)170℃的溫度下沉積，以避免損傷塑料襯底；當(dāng)然溫度限制隨所使用的實(shí)際襯底而變化，在前述的TRANSPHAN襯底的情況下，這一溫度不應(yīng)超過(guò)160～165℃。
高折射率金屬氧化物層134與襯底120相鄰，它可以是電氣絕緣的或?qū)щ姷?，在后一種情況下，盡管使用了腐蝕增強(qiáng)層100，但通常仍需要小心，因?yàn)槭褂媒^緣的高折射率層只能進(jìn)一步保證如果在圖形形成步驟之后，在相鄰電極之間留下任何部分的高折射率層，那么這留下部分也不會(huì)引起電極間的電氣短路。但導(dǎo)電的高折射率層134可用在對(duì)安全要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。
不管絕緣還是導(dǎo)電，高折射率層134一般用金屬氧化物形成，用于這一目的的較佳氧化物是氧化銦(In2O3)，氧化鈦(TiO2)，氧化鎘(GdO)，氧化鎵銦，氧化鈮(Nb2O5)，氧化銦錫和二氧化錫(SnO2)。正如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員就形成液晶顯示器結(jié)構(gòu)的電極所熟知的那樣(例如參見(jiàn)，Patel等人的“Methods of Monitoringand Control of Reactive ITO Deposition Process on Flexible Substrates withDC Sputtering”，Society of Vacuum Coaters 39th Annual Technical ConferenceProceedings，441-45(1996)，和Gibbons等人的“ITO Coatings for DisplayApplications”，Society of Vacuum Coaters 40th Annual Technical ConferenceProceedings，216-220(1997))，可以通過(guò)改變氧化物層的沉積條件，在幾個(gè)數(shù)量級(jí)范圍上控制這金屬氧化物層的電導(dǎo)率。對(duì)于較佳的直流濺射沉積工藝，相關(guān)的條件包括溫度，反應(yīng)器壓力，氧氣的局部壓力，直流偏壓和沉積速率。摻雜也可以用來(lái)控制絕緣層的電導(dǎo)率。約20到80nm的范圍內(nèi)。
與襯底相鄰的高折射率金屬氧化物層134(和金屬氧化物導(dǎo)電層132中)需要的折射率根據(jù)最終平板顯示器品中的其它層而稍有變化，本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)組合在所述最終平板顯示產(chǎn)品中。通常，高折射率層134和132的折射率在550nm波長(zhǎng)下測(cè)量，它們將超過(guò)1.6，而較佳的高折射率金屬氧化物層的折射率很容易地做得超過(guò)1.9，正如上面提到的文章中所描述的一樣。
可腐蝕金屬導(dǎo)電層130可用能通過(guò)所使用的沉積工藝沉積的任何金屬或金屬合金形成，并且這些金屬和金屬合金的電導(dǎo)率足以為最終的電極結(jié)構(gòu)提供所需要的低電阻。層130的組分和構(gòu)成還必須對(duì)用于形成圖形的輻射進(jìn)行吸收，吸收率的大小應(yīng)足以允許腐蝕時(shí)包含的爆炸反應(yīng)在指定和所希望的閾值能量下發(fā)生。更佳地，導(dǎo)電層至少包括金、銀和金/銀合金中的一種(例如美國(guó)專利No.4,234,654中所描述的合金)。由于金可改善導(dǎo)電層的抗腐蝕性，通常希望此層130包含一層銀，用一層更薄的金(例如，比一個(gè)單層更薄)涂覆其一面或二面。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在兩層1nm的金層之間夾一層10nm的銀會(huì)有好的結(jié)果?？筛g金屬導(dǎo)電層130的整個(gè)厚度在約5-20nm范圍內(nèi)。
用于形成高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層132的較佳材料和工藝與形成高折射率金屬氧化物層134的相同，當(dāng)然應(yīng)該改變用于沉積132層的工藝條件，以使層132層至少部分導(dǎo)電。正如本專業(yè)的技術(shù)人員所熟知的，電極結(jié)構(gòu)中各層的電阻是在該結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面測(cè)量的，在此情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用400歐姆/平方并希望其從約100-200歐姆/平方的會(huì)得到令人滿意的結(jié)果。希望層132的厚度在約20～100nm的范圍內(nèi)。
已發(fā)現(xiàn)能在本發(fā)明工藝中給出好結(jié)果的可腐蝕電極形成層213的組合例子在下面表1給出(這里ITO表示銦錫氧化物)表1

根據(jù)本發(fā)明，在上述層213沉積之后，腐蝕增強(qiáng)層100沉積在高折射率導(dǎo)電層132頂上。
再次強(qiáng)調(diào)，不是絕對(duì)要求腐蝕增強(qiáng)層100必須與電極形成層213相鄰。利用腐蝕增強(qiáng)層100，可以腐蝕掉諸如在紅外吸收很小的中間金屬氧化物層101等非導(dǎo)電層，例如ITO唯一類型結(jié)構(gòu)的2-4μm的層。因?yàn)楦g增強(qiáng)層100的能量吸收適合除去幾微米厚的低導(dǎo)電率或非導(dǎo)電金屬氧化物，所以的確不需要非導(dǎo)電層下的金屬層。但是，由于腐蝕增強(qiáng)層100的目的是減小樣品表面的光反射以及增強(qiáng)樣品內(nèi)的吸收，所以如果腐蝕增強(qiáng)層100與電極形成層213之間中間層的數(shù)量和厚度太大，則應(yīng)關(guān)心腐蝕增強(qiáng)層對(duì)能量聚集的消弱作用。當(dāng)能量通過(guò)所述中間層時(shí)，能量可能在其穿越時(shí)分散和耗散，由此差的分辨率。任何中間層的可能厚度都應(yīng)使這種擔(dān)心可忽略。
另一相關(guān)的問(wèn)題是腐蝕增強(qiáng)層100在可腐蝕層狀成象介質(zhì)10上表面上的位置。盡管此層并不絕對(duì)需要曝光，但如果不是這種情況，考慮到其功能性，介質(zhì)10的最上表面還是應(yīng)該定位成，在對(duì)介質(zhì)10進(jìn)行成象曝光期間，曝光輻射在入射到可腐蝕電極形成層213以前會(huì)入射在層100上。
關(guān)于它的組成，腐蝕增強(qiáng)層的所述成份應(yīng)配方成仍然允許曝光輻射從中通過(guò)。因此，盡管碳黑是較好成份，但不應(yīng)將其配方成能夠產(chǎn)生一層光密度如此高的層，使得所有曝光能量在腐蝕增強(qiáng)層中全部被吸收的。通常，痕量的碳黑就能得到比其它的、例如使用希望結(jié)構(gòu)的高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層所能獲得的、更好的吸收率和反射率參數(shù)。
上述腐蝕增強(qiáng)層100包含可腐蝕層狀成象介質(zhì)的例子以及它的性能在表2中歸納(電極形成層的部分構(gòu)成基本上與表1中說(shuō)明的類型相同，見(jiàn)下面)。
表2

注意*激光器規(guī)格15W熱激光器，110nm波長(zhǎng)；**用汽相沉積法涂覆。
正如從表中可見(jiàn)，例1到例3的曝光閾值表明了與已有技術(shù)的例子有很大的改善。
由于腐蝕增強(qiáng)層100的利用只在可腐蝕層狀成象的圖像圖形形成期間是重要的，所以對(duì)其構(gòu)成的另一考慮是在腐蝕形成圖形后選擇最便于除去(稱為“清理”)的材料。
“容易除去”組分的判定是在本專業(yè)技術(shù)人員的能力之內(nèi)，例如碳黑配方可以是溶劑型的，也可以是水基型的，在這種情況下，圖形化前的清洗能用灑晶清洗(對(duì)前者)或簡(jiǎn)單地用水沖洗(對(duì)后者)。對(duì)于更有彈性的腐蝕增強(qiáng)層——例如可利用的鋁——使用一翻放層101可能是可期望的，當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臎_洗、分散、分解或其它降解處理時(shí)，“下切除”所述的腐蝕增強(qiáng)層100。
在以設(shè)定的電極結(jié)構(gòu)在可腐蝕的層狀成象介質(zhì)10中圖形化時(shí)，圖形化完成擴(kuò)展到整個(gè)高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層132和可腐蝕金屬化層電層以保證相鄰電極之間不短路是重要的，通過(guò)使用腐蝕增強(qiáng)層100，容易得到這一結(jié)果。實(shí)際上，圖形化一般會(huì)完全延伸到與襯底相鄰的高折射率層134；但正如已指出的，高折射率層有足夠的為避免在相鄰電極間萬(wàn)一在圖形化后留下部分高折射率層時(shí)產(chǎn)生不要的電擊穿的阻將仍是相當(dāng)重要的。
圖形化的較佳技術(shù)是使用范圍在約700～1200nm波長(zhǎng)的紅外激光發(fā)射。紅外幅在通過(guò)腐蝕增強(qiáng)層100后，基本上在可腐蝕金屬導(dǎo)電層130中被吸收，導(dǎo)致這130層迅速和可靠的圖形化。用于激光腐蝕的激光器是使用雙包裹光纖的光纖激光器，如美國(guó)專利No.4,815,079；5,268,978；5,373,576和5,418,880號(hào)。典型地，電極結(jié)構(gòu)圖形化所需的能量約為800mJcm-2，因此使用輸出為6W、光點(diǎn)半徑為8.5μm的光纖激光器，并以接近400cm2/分的速度形成襯底圖案。
當(dāng)激光束在光柵圖象處理器來(lái)的數(shù)字信號(hào)控制下被調(diào)制并以光柵圖樣在整個(gè)襯底上掃描。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是只需要準(zhǔn)備——設(shè)計(jì)的電極圖形的數(shù)字圖形，以致于裝置基本上不需停下來(lái)就能改變圖形。
圖形化操作后，未腐蝕的腐蝕增強(qiáng)層的過(guò)量殘余量必須除去，否則會(huì)影響裝配的平板顯示產(chǎn)品的電學(xué)完整性。正如早已述及的，這一除去步驟典型地依賴于組成材料的化學(xué)阻抗以及電極形成層213實(shí)體耐力。
另外，也許是可可取的是以另一種創(chuàng)新的方法進(jìn)行圖像化操作，同時(shí)除去腐蝕增強(qiáng)層不要的區(qū)域，只留下與之相爭(zhēng)的爆炸殘留物。二種處理工藝在圖2A-2C和圖3A-3B中圖解說(shuō)明，用這二種工藝可以達(dá)到這目的——在“清理”階段制定早先陳述的改善腐蝕效率的手段。
按第一種工藝，表示在圖2A-2C，強(qiáng)輻射能量hν1聚焦在可腐蝕成象質(zhì)層10的成象區(qū)(稱為非電極區(qū))。(為了描述的自由，成象介質(zhì)10以包括腐蝕增強(qiáng)層100，電極形成層213和襯底212描述而不詳細(xì)給出它們更專門的層狀結(jié)構(gòu))。
第一輻射曝光hν1的強(qiáng)度應(yīng)足以有效腐蝕電極形成層不要的區(qū)域，這樣的結(jié)果——作為腐蝕反應(yīng)爆炸特征的結(jié)果——是除去了腐蝕增強(qiáng)層的覆蓋部分。很明顯，在圖2A中描述的步驟1簡(jiǎn)化了所述的圖形化工藝。
腐蝕增強(qiáng)層100通過(guò)第二次和輻射能量hν2曝光而被除去(稱為“清潔”)或能更容易地除去，這次曝光的強(qiáng)度比hν1低。由于確定腐蝕增強(qiáng)層100的能量閾值比電極形成層213低，這第二次曝光，當(dāng)在合適的足夠低的強(qiáng)度下進(jìn)行時(shí)，在100層上產(chǎn)生腐蝕而不腐蝕或者損壞電極形成層213。
為了最終完成在圖2C中描述的形成電極圖形的襯底，緊跟著移去爆炸殘余物最終清潔步驟(稱為沖洗)，以及——在進(jìn)行第二爆炸以使層100削弱的情況下——最后除去這一層。
盡管順次進(jìn)行圖形化/清理曝光方法會(huì)產(chǎn)生好的結(jié)果，但對(duì)某些需要快速生產(chǎn)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，一次曝光方法更佳。
按這種方法。曝光是連續(xù)的、恒定的，這以圖3A和3B圖解說(shuō)明。只在實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)層100的腐蝕方面或涉及電極形成層的腐蝕方面的差別主要是通過(guò)在整個(gè)圖形化操作過(guò)程中連續(xù)不斷地主動(dòng)的背景曝光體現(xiàn)的。
背景曝光是一種只除去(或可除去)腐蝕增強(qiáng)層100的曝光強(qiáng)度。當(dāng)要除去一部分電極形成層時(shí)，曝光強(qiáng)度提升到足以使它腐蝕。當(dāng)這部分腐蝕結(jié)果時(shí)，曝光強(qiáng)度又降低到背景水平。正如本專業(yè)熟練人員所理解的，這能通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光學(xué)頭中聲光調(diào)制器(ADM)的對(duì)比度，以作為曝光裝置的大多數(shù)紅外激光器實(shí)現(xiàn)。特別是ADM對(duì)比度等于圖形化功率對(duì)清理功率之比(hν1∶hν2)。
再沉積的腐蝕碎片和表面殘留物的污染。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)用水(可設(shè)想含表面活性劑)清洗能有效地清理這結(jié)構(gòu)表面。表面的慢慢凈化有助于在清理過(guò)程中不損傷電極結(jié)構(gòu)。
在這清理工藝后，多個(gè)導(dǎo)體附屬到在圖形化階段期間形成的分立電極上面的部分頂層，以使這些導(dǎo)體通過(guò)導(dǎo)電頂層與電極實(shí)現(xiàn)電接觸。這樣形成的電極結(jié)構(gòu)可用在通過(guò)型液晶顯示器、接觸屏顯示或其它平板顯示。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)可容易地形成，它在550nm下的透明度大于80％，方塊電阻小于10歐姆。這種電極結(jié)構(gòu)易于組合到商業(yè)級(jí)液晶顯示器結(jié)構(gòu)中。
圖4和圖5表示進(jìn)行圖形化工序較好的裝置。
表示在圖4和圖5的裝置(標(biāo)以105)草圖是一內(nèi)桶狀激光腐蝕裝置，作為替換，也可使用外桶狀或平板床裝置。
裝置105包含基礎(chǔ)11，在基礎(chǔ)的相對(duì)端有兩個(gè)豎起的端板12和14。圓柱狀桶16固定安裝在端板12和14之間。(圖4中桶16被剖開(kāi)以說(shuō)明裝置105的其余部分。)棒18固定在端板12和14之間，光纖激光單元20可滑動(dòng)地裝在這棒上。激光單元20也受引導(dǎo)螺桿約束，該螺桿以棒18下面并與之平行。激光單元20包括激光器和旋轉(zhuǎn)鏡(在圖4沒(méi)有分開(kāi)表示這元件)，旋轉(zhuǎn)鏡使激光束24從激光單元以一銳角，從而將激光束引入圍繞桶16的內(nèi)表面的方向。
在圖形化工藝中，引導(dǎo)螺桿與激光單元20的鏡子同步旋轉(zhuǎn)，結(jié)果激光束24旋轉(zhuǎn)，激光單元20沿桶16的軸水平移動(dòng)，因此，激光束沿桶16的內(nèi)表面畫出一螺旋路徑。一片涂復(fù)襯底26由真空裝置(未畫出)安置在桶16的內(nèi)表面，結(jié)果激光束24以光柵圖樣在襯底片26上通過(guò)。激光單元的工作是用計(jì)算機(jī)式的控制單元(未畫出)控制的，結(jié)果在襯底片26上得預(yù)定的圖樣。
盡管只討論了本發(fā)明的幾個(gè)描述的實(shí)施例，但對(duì)本專業(yè)的熟練人員來(lái)說(shuō)，按這里的完整敘述，各種明顯的變化是完全可理解的。所有這些變化如下面的權(quán)利要求所包含的，都在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)制造基本上透明的電極結(jié)構(gòu)有用的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，包括(a)襯底；(b)高折射率金屬氧化物層；(c)可腐蝕金屬導(dǎo)電層；(d)高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層；和(e)腐蝕增強(qiáng)層，其紅外吸收大于所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外吸收，其紅外反射率小于所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外反射率。
2.如權(quán)利要求1所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，所述腐蝕增強(qiáng)層基本上是水溶性的，或者基本上是水分散性的。
3.如權(quán)利要求2所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，所述腐蝕增強(qiáng)層包括分散在基本上水溶性或水分散性的聚合物基質(zhì)中的碳黑。
4.如權(quán)利要求2所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，所述腐蝕增強(qiáng)層包括紅外吸收染料。
5.如權(quán)利要求1所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，進(jìn)一步包括一脫模層，該層基本上是水溶性的或水分散性，位于所述腐蝕增強(qiáng)層和所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，所述腐蝕增強(qiáng)層包含鋁。
7.如權(quán)利要求6所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，所述脫模層包括聚乙烯醇。
8.如權(quán)利要求1所述的可腐蝕層狀成象介質(zhì)，其特征在于，進(jìn)一步包括紅外吸收較低的金屬氧化物層。
9.一種用于在襯底上形成多個(gè)基本上透明的電極的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(a)提供一層狀成象介質(zhì)，該介質(zhì)依次包括襯底、高折射率金屬氧化物層、可腐蝕金屬導(dǎo)電層、高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層，以及腐蝕增強(qiáng)層，其中腐蝕增強(qiáng)層的紅外吸收大于所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外吸收，而其紅外反射率小于所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外反射率；和(b)對(duì)層狀成象介質(zhì)的預(yù)定非電極區(qū)進(jìn)行紅外輻射曝光，曝光的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間足以在所述非電極區(qū)中腐蝕可腐蝕金屬導(dǎo)電層，從而所述非電極區(qū)中有效除去可腐蝕金屬導(dǎo)電層和任何覆蓋層；和(c)對(duì)層狀成象介質(zhì)的預(yù)定電極區(qū)進(jìn)行紅外輻射曝光，曝光強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間足以通過(guò)腐蝕而有效除去所述腐蝕增強(qiáng)層，且不除去所述電極內(nèi)的任何下伏層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(b)和(c)中的紅外曝光是依次進(jìn)行的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(b)和(c)中的紅外曝光是同時(shí)進(jìn)行的。
全文摘要
公開(kāi)了一種在制造基本透明電極結(jié)構(gòu)中有用的可腐蝕層狀成象介質(zhì),它包括襯底、高折射率金屬氧化物層、可腐蝕金屬導(dǎo)電層、高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層和腐蝕增強(qiáng)層。腐蝕增強(qiáng)層的紅外吸收大于高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外吸收,而其紅外反射率小于所述高折射率金屬氧化物導(dǎo)電層的紅外反射率。層狀成象介質(zhì)中存在腐蝕增強(qiáng)層可以降低介質(zhì)的曝光閾值并改善腐蝕精度,在制造LCD電極圖形時(shí),這兩項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)將最終共同產(chǎn)生一個(gè)更可靠的電學(xué)結(jié)構(gòu),不易發(fā)生不希望有的“短路”。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK1350658SQ00807546
公開(kāi)日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者P·V·納加拉卡, J·T·理查德, L·S·希思, C·A·基烏里, R·森, J·拉姆, D·W·麥卡錫 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司