使用旋转涂覆制造基于PDLC的光电调制器的方法

摘要

在受控的溶剂蒸发条件下，通过将水基乳状液或溶剂型传感材料(优选为溶剂型聚合物分散液晶(PDLC))旋转涂覆到基底上，来形成光电结构。在特定的工艺中，通过以下步骤获得均匀的PDLC覆层：1)在半密封的腔室中进行旋转涂覆；2)通过使用固定装置将方形的基底“转化”为圆形的基底；3)使所述基底和旋转涂覆器的顶部盖之间具有可控制的距离；4)提供可控制的溶剂蒸发率。

说明书

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背景技术

本发明涉及用于薄膜晶体管(TFT)检测阵列中的、基于聚合物分散液晶(PDLC)材料性质的光电调制器的制造工艺。本发明尤其涉及溶剂型聚合物分散液晶(PDLC)的制造工艺。

在过去的几十年里，位于加利福尼亚、圣何塞的光子动力学公司，已经通过尤其适于被称为NCAP的一类原材料的组装工艺(包含多步层合工艺)制造出了光电调制器。由于各种复杂的因素，最终的调制器的产量是相对较低的。所具有的问题包括缺乏表面平整度和光滑度，以及边缘/拐角缺陷。现存的产量问题涉及：

材料准备。NCAP本身通过狭缝模具式(slot die)涂覆工艺制成，并且根据技术规格(specification)不同具有高达正负1微米的厚度变化。NCAP被夹在两片7密耳(175微米)的聚合物薄膜(Mylar)之间。根据其技术规格，Mylar具有10％的厚度变化。尽管在小的区域中这种变化是非常小的，但是在每73mm见方的区域中仍然会有正负1微米的厚度变化。

工艺。使用光学UV粘合剂进行的NCAP层合工艺产生了附加的厚度变化。顶层的Mylar剥离工艺也产生厚度变化、表面粗糙、边缘/拐角缺陷以及光电的不均匀性。

在转让给光子动力学公司的、题为“调制器转移工艺和组装”的第6,151,153号美国专利中披露了一种转移涂覆工艺。然而，这种转移涂覆工艺具有的局限性在于，它不能消除NCAP材料厚度的不均匀性，并且，这种工艺在NCAP和玻璃基底之间需要可通过UV固化的粘合剂。人们已经发现这种粘合剂在工艺中会损坏NCAP薄膜。因此，转移涂覆并不适于所有期望的组装工艺。

在相关的开发中，本发明的发明人发现了一种与用于施加传感材料的机制有关的直接涂覆工艺。在同时提交的第10/685,552和10/685,687号美国专利申请中描述了这些工作。

发明内容

根据本发明，在受控的溶剂蒸发条件下，通过将水基乳状液或溶剂型传感材料(优选为溶剂型聚合物分散液晶(PDLC))旋转涂覆到基底上，来形成光电结构。在特定的工艺中，通过以下步骤获得均匀的PDLC覆层：1)在半密封的腔室中进行旋转涂覆；2)通过使用固定装置将方形的基底“转化”为圆形的基底；3)使所述基底和旋转涂覆器的顶部盖之间具有可控制的距离；4)提供可控制的溶剂蒸发率。

在半导体工业中公知的旋转涂覆工艺被改造为在根据本发明的制造工艺中使用，本发明的制造工艺包括沉积例如PDLC的传感材料，其中，受控的旋转涂覆能够充分地减少或消除PDLC中的厚度和光电变化。

本发明带来了大量的有益效果。其产生了受控的聚合物/液晶相位分离，和均匀的液晶滴尺寸。本发明还提高了调制器的质量，使调制器具有高度的表面平整度和光滑度。与TFT阵列测试相关的噪音也显著减少。与其他的NCAP层合工艺相比，旋转涂覆工艺是半自动和简单的。由于减少了工艺步骤，提高了一致性和质量，因此制造产率显著提高。

本发明的一种特殊应用是在方形基底上制造均匀的溶剂型PDLC覆层。所述PDLC覆层的均匀性通过以下获得：1)半密封旋转涂覆系统；2)通过使用固定装置将见方的基底“转化”为圆形的基底；3)使所述基底和旋转涂覆器的顶部盖之间具有可控制的距离；以及4)提供可控制的溶剂蒸发率。

通过参照结合附图对本发明进行的以下详细描述，本发明将更加容易理解。

附图简要说明

图1是制造根据本发明的用于制造光电调制器的工艺流程图；

图2A是根据本发明的安装环的俯视图；

图2B是根据本发明的安装环的侧视图；

图3是根据本发明所使用的旋转涂覆腔室的侧面剖面图；

图4是根据本发明所使用的层合腔室的侧面剖面图。

本发明的详细描述

参照图1，其中示出了根据本发明的工艺。玻璃基底(例如BK-7方形玻璃块)在其未被涂覆的底面设置有抗反射(AR)覆层，在四个侧面设置了金覆层，在顶面设置了铟锡氧化物(ITO)/SiO₂覆层(步骤A)。ITO覆层完全覆盖相对的侧壁之间。

参照图2A和2B，典型地为方形的玻璃块的基底1被放置到转换固定装置或安装环2内，目的在于将方形的表面转换为等同为圆形或均匀围绕(enclosure-conforming)的基底，以适应旋转涂覆工艺(步骤B)。如图2A和2B所示，两段半环形固定装置(由铝或其他材料制成)2被设置在方形BK-7基底周围。将固定装置2的表面设置成与BK-7基底1的顶部具有相同的高度。使方基底1变圆的主要目的是，在旋转涂覆工艺过程中促使基底1和固定装置2的顶部的气流均匀，从而生成均匀的涂覆膜。

之后，基底1和并置的固定装置的表面在受控的蒸发条件下旋转涂覆有PDLC(步骤C)。如果PDLC溶液或乳状液的成分与旋转涂覆工艺相符合，则可在该工艺中使用任意的PDLC溶液或乳状液。溶剂型聚合物/液晶的混合物是优选的。聚合物的例子包括商业上可得到的ParaloidAU1033(罗门哈斯(Rohm and Hass)，位于宾西法尼亚州的费城)、DorescoTA45-8，DorescoTA65-1热固丙烯酸树脂(道克(Dock)树脂公司，其为留勃里佐尔(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的成分典型地为60-70％的液晶，其余大部分则是如上所述的聚合物。

对于溶剂型聚合物/液晶系统，在溶剂蒸发的过程当中会在聚合物和液晶之间的发生相位分离。在涂覆工艺中，溶剂蒸发控制对于正确的沉积是重要的。为此，例如如图3所示的特殊设计的旋转涂覆器100被用来提高溶液蒸发率的可控性。方形玻璃基底1被设置在上述罩中，其中，基底1具有抗反射(AR)覆层12的面放置在真空吸盘10上，并且其相对的面上具有ITO层3，在ITO层3之上是SiO₂层4。转换固定装置2用作安装环。盖子高度调节器6附着到罩100的平的盖子7上，盖子7与安装在旋转轴上的旋转筒(bowl)8相匹配。基底表面(层4)和平的盖子7之间的距离能够通过盖子高度调节器6来调整，调节器6与周围压力和温度一起来控制溶剂蒸发率。理想的情况是，基底和盖子之间的距离为0.5cm到5cm。因此，溶剂蒸发率通过作为以下因素函数的气流产生的旋转得到控制：1)基底和平的盖子之间的距离；2)旋转筒8和平的盖子7之间的缝隙；以及3)旋转速度。通过在旋转筒8的周围设置局部的密封还可以影响蒸发率。对于典型的5ml沉积(其溶剂含量约为50％)来说，加速的蒸发优选地设置为在2分钟到8分钟之间，最优选的旋转接近8分钟，以获得接近于完全的蒸发而无需总体去除(total evisceration)。如果以这种蒸发速度将加速的蒸发延长到10分钟，则材料被完全干燥。如果没有加速的蒸发，或加速蒸发的时间小于1分钟，则在表面会出现缺陷。

在旋转涂覆之后，由于表面张力效应，在固定装置2和基底1上会残留边缘液滴。任意大于5微米的边缘凸起在直接的EO调制器制造中是不允许的。在不允许出现任意不规则或凸起的薄膜层合工艺中要求更为严格。因此，在进行薄膜层合工艺之前，将基底从固定装置移走，并将边缘液滴去除(步骤D)。优选的去除边缘液滴的方法是使用塑胶“刀”(例如Mylar板)在不损坏ITO覆层的情况下将边缘去除。

接着，使用水基的粘合剂16涂覆在PDLC 15材料上方(步骤E)。在没有损坏PDLC 15的表面的情况下，可以完成上述操作。这种材料包括聚亚安酯分散体(例如，由位于马萨诸塞的威尔明顿的新树脂公司(Neoresins)制造的商标为NeorezR-967)、丙烯酸脂分散体以及水生环氧树脂类。粘合层6的厚度控制在0.5-1.5微米的范围内。薄的粘合层16可以显著地提高PDLC 15材料和薄膜17之间的粘合。

参照图4，柔性基底(薄膜17)上的介质镜被真空地层合到承载粘合层16的层(步骤F)。层叠在薄聚合物膜(例如，7微米厚的Mylar)上的介质可被用作镜，其通过使用真空辅助层合系统而被层合到粘合层16的顶部。图4示出了合适的固定装置200。在将支撑薄膜17的O型环设置在定位固定装置18的顶部后，薄膜17与粘合覆层16的表面稍微隔开一段距离。与罩的壁19密封的顶部盖窗10提供了完全封闭并使得能够看到内部。通过在出口12处进行抽吸而形成真空，例如3/4大气压。利用真空调节蜗杆11来以微小的角度升高BK-7基底1，直到其一个边缘正好与薄膜17接触。由于强的粘合作用，薄膜17逐渐附着到粘合层16。这种工艺一直持续，直到全部的表面粘合。这种渐进的倾斜接触方式使得粘合-薄膜界面处形成气泡的可能最小化。薄膜7的侧面可被向下弯曲并抵靠基底1的侧面而被粘住。

已经参照具体的实施方案对本发明进行了描述。其他的实施方案对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明并非由上述实施方案所限制，而是由所附的权利要求来限制。