使用旋轉塗覆製造基於pdlc的光電調製器的方法
2023-08-05 15:52:11
專利名稱：使用旋轉塗覆製造基於pdlc的光電調製器的方法
相關申請的交叉引用不適用關於在聯邦政府贊助的研究或開發中做出的發明的權利聲明不適用″序列單″、表格、或遞交的磁碟上的電腦程式清單附錄的參考不適用背景技術本發明涉及用於薄膜電晶體(TFT)檢測陣列中的、基於聚合物分散液晶(PDLC)材料性質的光電調製器的製造工藝。本發明尤其涉及溶劑型聚合物分散液晶(PDLC)的製造工藝。
在過去的幾十年裡，位於加利福尼亞、聖何塞的光子動力學公司，已經通過尤其適於被稱為NCAP的一類原材料的組裝工藝(包含多步層合工藝)製造出了光電調製器。由於各種複雜的因素，最終的調製器的產量是相對較低的。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。現存的產量問題涉及材料準備。NCAP本身通過狹縫模具式(slot die)塗覆工藝製成，並且根據技術規格(specification)不同具有高達正負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。根據其技術規格，Mylar具有10％的厚度變化。儘管在小的區域中這種變化是非常小的，但是在每73mm見方的區域中仍然會有正負1微米的厚度變化。
工藝。使用光學UV粘合劑進行的NCAP層合工藝產生了附加的厚度變化。頂層的Mylar剝離工藝也產生厚度變化、表面粗糙、邊緣/拐角缺陷以及光電的不均勻性。
在轉讓給光子動力學公司的、題為「調製器轉移工藝和組裝」的第6,151,153號美國專利中披露了一種轉移塗覆工藝。然而，這種轉移塗覆工藝具有的局限性在於，它不能消除NCAP材料厚度的不均勻性，並且，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。人們已經發現這種粘合劑在工藝中會損壞NCAP薄膜。因此，轉移塗覆並不適於所有期望的組裝工藝。
在相關的開發中，本發明的發明人發現了一種與用於施加傳感材料的機制有關的直接塗覆工藝。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。
發明內容
根據本發明，在受控的溶劑蒸發條件下，通過將水基乳狀液或溶劑型傳感材料(優選為溶劑型聚合物分散液晶(PDLC))旋轉塗覆到基底上，來形成光電結構。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行旋轉塗覆；2)通過使用固定裝置將方形的基底「轉化」為圓形的基底；3)使所述基底和旋轉塗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率。
在半導體工業中公知的旋轉塗覆工藝被改造為在根據本發明的製造工藝中使用，本發明的製造工藝包括沉積例如PDLC的傳感材料，其中，受控的旋轉塗覆能夠充分地減少或消除PDLC中的厚度和光電變化。
本發明帶來了大量的有益效果。其產生了受控的聚合物/液晶相位分離，和均勻的液晶滴尺寸。本發明還提高了調製器的質量，使調製器具有高度的表面平整度和光滑度。與TFT陣列測試相關的噪音也顯著減少。與其他的NCAP層合工藝相比，旋轉塗覆工藝是半自動和簡單的。由於減少了工藝步驟，提高了一致性和質量，因此製造產率顯著提高。
本發明的一種特殊應用是在方形基底上製造均勻的溶劑型PDLC覆層。所述PDLC覆層的均勻性通過以下獲得1)半密封旋轉塗覆系統；2)通過使用固定裝置將見方的基底「轉化」為圓形的基底；3)使所述基底和旋轉塗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率。
通過參照結合附圖對本發明進行的以下詳細描述，本發明將更加容易理解。
附圖簡要說明
圖1是製造根據本發明的用於製造光電調製器的工藝流程圖；圖2A是根據本發明的安裝環的俯視圖；圖2B是根據本發明的安裝環的側視圖；圖3是根據本發明所使用的旋轉塗覆腔室的側面剖面圖；圖4是根據本發明所使用的層合腔室的側面剖面圖。
本發明的詳細描述參照圖1，其中示出了根據本發明的工藝。玻璃基底(例如BK-7方形玻璃塊)在其未被塗覆的底面設置有抗反射(AR)覆層，在四個側面設置了金覆層，在頂面設置了銦錫氧化物(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被放置到轉換固定裝置或安裝環2內，目的在於將方形的表面轉換為等同為圓形或均勻圍繞(enclosure-conforming)的基底，以適應旋轉塗覆工藝(步驟B)。如圖2A和2B所示，兩段半環形固定裝置(由鋁或其他材料製成)2被設置在方形BK-7基底周圍。將固定裝置2的表面設置成與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，在旋轉塗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，從而生成均勻的塗覆膜。
之後，基底1和並置的固定裝置的表面在受控的蒸發條件下旋轉塗覆有PDLC(步驟C)。如果PDLC溶液或乳狀液的成分與旋轉塗覆工藝相符合，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/液晶的混合物是優選的。聚合物的例子包括商業上可得到的ParaloidAU1033(羅門哈斯(Rohm and Hass)，位於賓夕法尼亞州的費城)、DorescoTA45-8，DorescoTA65-1熱固丙烯酸樹脂(道克(Dock)樹脂公司，其為留勃裡佐爾(Lubrizol)公司的子公司，位於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，其餘大部分則是如上所述的聚合物。
對於溶劑型聚合物/液晶系統，在溶劑蒸發的過程當中會在聚合物和液晶之間的發生相位分離。在塗覆工藝中，溶劑蒸發控制對於正確的沉積是重要的。為此，例如如圖3所示的特殊設計的旋轉塗覆器100被用來提高溶液蒸發率的可控性。方形玻璃基底1被設置在上述罩中，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，並且其相對的面上具有ITO層3，在ITO層3之上是SiO2層4。轉換固定裝置2用作安裝環。蓋子高度調節器6附著到罩100的平的蓋子7上，蓋子7與安裝在旋轉軸上的旋轉筒(bowl)8相匹配。基底表面(層4)和平的蓋子7之間的距離能夠通過蓋子高度調節器6來調整，調節器6與周圍壓力和溫度一起來控制溶劑蒸發率。理想的情況是，基底和蓋子之間的距離為0.5cm到5cm。因此，溶劑蒸發率通過作為以下因素函數的氣流產生的旋轉得到控制1)基底和平的蓋子之間的距離；2)旋轉筒8和平的蓋子7之間的縫隙；以及3)旋轉速度。通過在旋轉筒8的周圍設置局部的密封還可以影響蒸發率。對於典型的5ml沉積(其溶劑含量約為50％)來說，加速的蒸發優選地設置為在2分鐘到8分鐘之間，最優選的旋轉接近8分鐘，以獲得接近於完全的蒸發而無需總體去除(total evisceration)。如果以這種蒸發速度將加速的蒸發延長到10分鐘，則材料被完全乾燥。如果沒有加速的蒸發，或加速蒸發的時間小於1分鐘，則在表面會出現缺陷。
在旋轉塗覆之後，由於表面張力效應，在固定裝置2和基底1上會殘留邊緣液滴。任意大於5微米的邊緣凸起在直接的EO調製器製造中是不允許的。在不允許出現任意不規則或凸起的薄膜層合工藝中要求更為嚴格。因此，在進行薄膜層合工藝之前，將基底從固定裝置移走，並將邊緣液滴去除(步驟D)。優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塗覆在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，由位於麻薩諸塞的威爾明頓的新樹脂公司(Neoresins)製造的商標為NeorezR-967)、丙烯酸脂分散體以及水生環氧樹脂類。粘合層6的厚度控制在0.5-1.5微米的範圍內。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)上的介質可被用作鏡，其通過使用真空輔助層合系統而被層合到粘合層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型環設置在定位固定裝置18的頂部後，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提供了完全封閉並使得能夠看到內部。通過在出口12處進行抽吸而形成真空，例如3/4大氣壓。利用真空調節蝸杆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。由於強的粘合作用，薄膜17逐漸附著到粘合層16。這種工藝一直持續，直到全部的表面粘合。這種漸進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的側面可被向下彎曲並抵靠基底1的側面而被粘住。
已經參照具體的實施方案對本發明進行了描述。其他的實施方案對於本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。因此，本發明並非由上述實施方案所限制，而是由所附的權利要求來限制。
權利要求
1.一種用於製造光電調製器結構的方法，所述方法包括提供具有規則表面的玻璃基底；利用受控蒸發而不使用粘合劑將傳感材料旋轉塗覆到所述規則表面，以獲得被塗覆的基底；將作為粘合層的水基乳狀液旋轉塗覆到所述被塗覆基底的所述傳感材料上，以獲得塗覆有粘合劑的基底；以及將薄膜層合到所述塗覆有粘合劑的基底上。
2.如權利要求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.如權利要求1所述的方法，其中，所述旋轉筒至少部分地被密封。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述蒸發通過旋轉速度、周圍壓力、以及基底與平的旋轉塗覆器蓋之間的距離進行控制。
6.如權利要求1所述的方法，其中，5ml沉積的加速蒸發時間在2分鐘和8分鐘之間。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述提供的步驟包括，將環狀固定裝置環繞所述玻璃基底設置，以使所述玻璃基底的表面規則化。
8.如權利要求1所述的方法，還包括清理所述被塗覆的基底邊緣多餘傳感材料的步驟。
全文摘要
在受控的溶劑蒸發條件下，通過將水基乳狀液或溶劑型傳感材料(優選為溶劑型聚合物分散液晶(PDLC))旋轉塗覆到基底上，來形成光電結構。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行旋轉塗覆；2)通過使用固定裝置將方形的基底「轉化」為圓形的基底；3)使所述基底和旋轉塗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 優先權日2003年10月14日
發明者陳仙海, 亞歷山大·納吉 申請人:光子動力學公司