專利名稱:使用旋轉(zhuǎn)涂覆制造基于pdlc的光電調(diào)制器的方法
相關(guān)申請的交叉引用不適用關(guān)于在聯(lián)邦政府贊助的研究或開發(fā)中做出的發(fā)明的權(quán)利聲明不適用″序列單″、表格、或遞交的磁盤上的計算機(jī)程序清單附錄的參考不適用背景技術(shù)本發(fā)明涉及用于薄膜晶體管(TFT)檢測陣列中的、基于聚合物分散液晶(PDLC)材料性質(zhì)的光電調(diào)制器的制造工藝。本發(fā)明尤其涉及溶劑型聚合物分散液晶(PDLC)的制造工藝。
在過去的幾十年里,位于加利福尼亞、圣何塞的光子動力學(xué)公司,已經(jīng)通過尤其適于被稱為NCAP的一類原材料的組裝工藝(包含多步層合工藝)制造出了光電調(diào)制器。由于各種復(fù)雜的因素,最終的調(diào)制器的產(chǎn)量是相對較低的。所具有的問題包括缺乏表面平整度和光滑度,以及邊緣/拐角缺陷?,F(xiàn)存的產(chǎn)量問題涉及材料準(zhǔn)備。NCAP本身通過狹縫模具式(slot die)涂覆工藝制成,并且根據(jù)技術(shù)規(guī)格(specification)不同具有高達(dá)正負(fù)1微米的厚度變化。NCAP被夾在兩片7密耳(175微米)的聚合物薄膜(Mylar)之間。根據(jù)其技術(shù)規(guī)格,Mylar具有10%的厚度變化。盡管在小的區(qū)域中這種變化是非常小的,但是在每73mm見方的區(qū)域中仍然會有正負(fù)1微米的厚度變化。
工藝。使用光學(xué)UV粘合劑進(jìn)行的NCAP層合工藝產(chǎn)生了附加的厚度變化。頂層的Mylar剝離工藝也產(chǎn)生厚度變化、表面粗糙、邊緣/拐角缺陷以及光電的不均勻性。
在轉(zhuǎn)讓給光子動力學(xué)公司的、題為“調(diào)制器轉(zhuǎn)移工藝和組裝”的第6,151,153號美國專利中披露了一種轉(zhuǎn)移涂覆工藝。然而,這種轉(zhuǎn)移涂覆工藝具有的局限性在于,它不能消除NCAP材料厚度的不均勻性,并且,這種工藝在NCAP和玻璃基底之間需要可通過UV固化的粘合劑。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種粘合劑在工藝中會損壞NCAP薄膜。因此,轉(zhuǎn)移涂覆并不適于所有期望的組裝工藝。
在相關(guān)的開發(fā)中,本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種與用于施加傳感材料的機(jī)制有關(guān)的直接涂覆工藝。在同時提交的第10/685,552和10/685,687號美國專利申請中描述了這些工作。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明,在受控的溶劑蒸發(fā)條件下,通過將水基乳狀液或溶劑型傳感材料(優(yōu)選為溶劑型聚合物分散液晶(PDLC))旋轉(zhuǎn)涂覆到基底上,來形成光電結(jié)構(gòu)。在特定的工藝中,通過以下步驟獲得均勻的PDLC覆層1)在半密封的腔室中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆;2)通過使用固定裝置將方形的基底“轉(zhuǎn)化”為圓形的基底;3)使所述基底和旋轉(zhuǎn)涂覆器的頂部蓋之間具有可控制的距離;4)提供可控制的溶劑蒸發(fā)率。
在半導(dǎo)體工業(yè)中公知的旋轉(zhuǎn)涂覆工藝被改造為在根據(jù)本發(fā)明的制造工藝中使用,本發(fā)明的制造工藝包括沉積例如PDLC的傳感材料,其中,受控的旋轉(zhuǎn)涂覆能夠充分地減少或消除PDLC中的厚度和光電變化。
本發(fā)明帶來了大量的有益效果。其產(chǎn)生了受控的聚合物/液晶相位分離,和均勻的液晶滴尺寸。本發(fā)明還提高了調(diào)制器的質(zhì)量,使調(diào)制器具有高度的表面平整度和光滑度。與TFT陣列測試相關(guān)的噪音也顯著減少。與其他的NCAP層合工藝相比,旋轉(zhuǎn)涂覆工藝是半自動和簡單的。由于減少了工藝步驟,提高了一致性和質(zhì)量,因此制造產(chǎn)率顯著提高。
本發(fā)明的一種特殊應(yīng)用是在方形基底上制造均勻的溶劑型PDLC覆層。所述PDLC覆層的均勻性通過以下獲得1)半密封旋轉(zhuǎn)涂覆系統(tǒng);2)通過使用固定裝置將見方的基底“轉(zhuǎn)化”為圓形的基底;3)使所述基底和旋轉(zhuǎn)涂覆器的頂部蓋之間具有可控制的距離;以及4)提供可控制的溶劑蒸發(fā)率。
通過參照結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行的以下詳細(xì)描述,本發(fā)明將更加容易理解。
附圖簡要說明
圖1是制造根據(jù)本發(fā)明的用于制造光電調(diào)制器的工藝流程圖;圖2A是根據(jù)本發(fā)明的安裝環(huán)的俯視圖;圖2B是根據(jù)本發(fā)明的安裝環(huán)的側(cè)視圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明所使用的旋轉(zhuǎn)涂覆腔室的側(cè)面剖面圖;圖4是根據(jù)本發(fā)明所使用的層合腔室的側(cè)面剖面圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述參照圖1,其中示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝。玻璃基底(例如BK-7方形玻璃塊)在其未被涂覆的底面設(shè)置有抗反射(AR)覆層,在四個側(cè)面設(shè)置了金覆層,在頂面設(shè)置了銦錫氧化物(ITO)/SiO2覆層(步驟A)。ITO覆層完全覆蓋相對的側(cè)壁之間。
參照圖2A和2B,典型地為方形的玻璃塊的基底1被放置到轉(zhuǎn)換固定裝置或安裝環(huán)2內(nèi),目的在于將方形的表面轉(zhuǎn)換為等同為圓形或均勻圍繞(enclosure-conforming)的基底,以適應(yīng)旋轉(zhuǎn)涂覆工藝(步驟B)。如圖2A和2B所示,兩段半環(huán)形固定裝置(由鋁或其他材料制成)2被設(shè)置在方形BK-7基底周圍。將固定裝置2的表面設(shè)置成與BK-7基底1的頂部具有相同的高度。使方基底1變圓的主要目的是,在旋轉(zhuǎn)涂覆工藝過程中促使基底1和固定裝置2的頂部的氣流均勻,從而生成均勻的涂覆膜。
之后,基底1和并置的固定裝置的表面在受控的蒸發(fā)條件下旋轉(zhuǎn)涂覆有PDLC(步驟C)。如果PDLC溶液或乳狀液的成分與旋轉(zhuǎn)涂覆工藝相符合,則可在該工藝中使用任意的PDLC溶液或乳狀液。溶劑型聚合物/液晶的混合物是優(yōu)選的。聚合物的例子包括商業(yè)上可得到的ParaloidAU1033(羅門哈斯(Rohm and Hass),位于賓西法尼亞州的費(fèi)城)、DorescoTA45-8,DorescoTA65-1熱固丙烯酸樹脂(道克(Dock)樹脂公司,其為留勃里佐爾(Lubrizol)公司的子公司,位于俄亥俄州的威克利夫市)和聚甲基丙烯酸甲酯等。液晶的例子包括TL203、TL-205、TL215、TL216和E7等。PDLC的成分典型地為60-70%的液晶,其余大部分則是如上所述的聚合物。
對于溶劑型聚合物/液晶系統(tǒng),在溶劑蒸發(fā)的過程當(dāng)中會在聚合物和液晶之間的發(fā)生相位分離。在涂覆工藝中,溶劑蒸發(fā)控制對于正確的沉積是重要的。為此,例如如圖3所示的特殊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)涂覆器100被用來提高溶液蒸發(fā)率的可控性。方形玻璃基底1被設(shè)置在上述罩中,其中,基底1具有抗反射(AR)覆層12的面放置在真空吸盤10上,并且其相對的面上具有ITO層3,在ITO層3之上是SiO2層4。轉(zhuǎn)換固定裝置2用作安裝環(huán)。蓋子高度調(diào)節(jié)器6附著到罩100的平的蓋子7上,蓋子7與安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)筒(bowl)8相匹配?;妆砻?層4)和平的蓋子7之間的距離能夠通過蓋子高度調(diào)節(jié)器6來調(diào)整,調(diào)節(jié)器6與周圍壓力和溫度一起來控制溶劑蒸發(fā)率。理想的情況是,基底和蓋子之間的距離為0.5cm到5cm。因此,溶劑蒸發(fā)率通過作為以下因素函數(shù)的氣流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)得到控制1)基底和平的蓋子之間的距離;2)旋轉(zhuǎn)筒8和平的蓋子7之間的縫隙;以及3)旋轉(zhuǎn)速度。通過在旋轉(zhuǎn)筒8的周圍設(shè)置局部的密封還可以影響蒸發(fā)率。對于典型的5ml沉積(其溶劑含量約為50%)來說,加速的蒸發(fā)優(yōu)選地設(shè)置為在2分鐘到8分鐘之間,最優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)接近8分鐘,以獲得接近于完全的蒸發(fā)而無需總體去除(total evisceration)。如果以這種蒸發(fā)速度將加速的蒸發(fā)延長到10分鐘,則材料被完全干燥。如果沒有加速的蒸發(fā),或加速蒸發(fā)的時間小于1分鐘,則在表面會出現(xiàn)缺陷。
在旋轉(zhuǎn)涂覆之后,由于表面張力效應(yīng),在固定裝置2和基底1上會殘留邊緣液滴。任意大于5微米的邊緣凸起在直接的EO調(diào)制器制造中是不允許的。在不允許出現(xiàn)任意不規(guī)則或凸起的薄膜層合工藝中要求更為嚴(yán)格。因此,在進(jìn)行薄膜層合工藝之前,將基底從固定裝置移走,并將邊緣液滴去除(步驟D)。優(yōu)選的去除邊緣液滴的方法是使用塑膠“刀”(例如Mylar板)在不損壞ITO覆層的情況下將邊緣去除。
接著,使用水基的粘合劑16涂覆在PDLC 15材料上方(步驟E)。在沒有損壞PDLC 15的表面的情況下,可以完成上述操作。這種材料包括聚亞安酯分散體(例如,由位于馬薩諸塞的威爾明頓的新樹脂公司(Neoresins)制造的商標(biāo)為NeorezR-967)、丙烯酸脂分散體以及水生環(huán)氧樹脂類。粘合層6的厚度控制在0.5-1.5微米的范圍內(nèi)。薄的粘合層16可以顯著地提高PDLC 15材料和薄膜17之間的粘合。
參照圖4,柔性基底(薄膜17)上的介質(zhì)鏡被真空地層合到承載粘合層16的層(步驟F)。層疊在薄聚合物膜(例如,7微米厚的Mylar)上的介質(zhì)可被用作鏡,其通過使用真空輔助層合系統(tǒng)而被層合到粘合層16的頂部。圖4示出了合適的固定裝置200。在將支撐薄膜17的O型環(huán)設(shè)置在定位固定裝置18的頂部后,薄膜17與粘合覆層16的表面稍微隔開一段距離。與罩的壁19密封的頂部蓋窗10提供了完全封閉并使得能夠看到內(nèi)部。通過在出口12處進(jìn)行抽吸而形成真空,例如3/4大氣壓。利用真空調(diào)節(jié)蝸桿11來以微小的角度升高BK-7基底1,直到其一個邊緣正好與薄膜17接觸。由于強(qiáng)的粘合作用,薄膜17逐漸附著到粘合層16。這種工藝一直持續(xù),直到全部的表面粘合。這種漸進(jìn)的傾斜接觸方式使得粘合-薄膜界面處形成氣泡的可能最小化。薄膜7的側(cè)面可被向下彎曲并抵靠基底1的側(cè)面而被粘住。
已經(jīng)參照具體的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述。其他的實施方案對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此,本發(fā)明并非由上述實施方案所限制,而是由所附的權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種用于制造光電調(diào)制器結(jié)構(gòu)的方法,所述方法包括提供具有規(guī)則表面的玻璃基底;利用受控蒸發(fā)而不使用粘合劑將傳感材料旋轉(zhuǎn)涂覆到所述規(guī)則表面,以獲得被涂覆的基底;將作為粘合層的水基乳狀液旋轉(zhuǎn)涂覆到所述被涂覆基底的所述傳感材料上,以獲得涂覆有粘合劑的基底;以及將薄膜層合到所述涂覆有粘合劑的基底上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述傳感材料是聚合物分散的液晶(PDLC)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述傳感材料是溶劑型PDLC。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述旋轉(zhuǎn)筒至少部分地被密封。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述蒸發(fā)通過旋轉(zhuǎn)速度、周圍壓力、以及基底與平的旋轉(zhuǎn)涂覆器蓋之間的距離進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,5ml沉積的加速蒸發(fā)時間在2分鐘和8分鐘之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述提供的步驟包括,將環(huán)狀固定裝置環(huán)繞所述玻璃基底設(shè)置,以使所述玻璃基底的表面規(guī)則化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括清理所述被涂覆的基底邊緣多余傳感材料的步驟。
全文摘要
在受控的溶劑蒸發(fā)條件下,通過將水基乳狀液或溶劑型傳感材料(優(yōu)選為溶劑型聚合物分散液晶(PDLC))旋轉(zhuǎn)涂覆到基底上,來形成光電結(jié)構(gòu)。在特定的工藝中,通過以下步驟獲得均勻的PDLC覆層1)在半密封的腔室中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆;2)通過使用固定裝置將方形的基底“轉(zhuǎn)化”為圓形的基底;3)使所述基底和旋轉(zhuǎn)涂覆器的頂部蓋之間具有可控制的距離;4)提供可控制的溶劑蒸發(fā)率。
文檔編號B05D3/12GK1852770SQ200480026437
公開日2006年10月25日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者陳仙海, 亞歷山大·納吉 申請人:光子動力學(xué)公司