微小構造を形成する前に堆積しまたラビング処理する液晶配向層

【課題】液晶の配向層を有する空洞を形成するための新規な方法を提供する。
【解決手段】微小光学デバイスの空洞４を形成する方法において、支持基板１０における表面の平面上にラビング処理した液晶配向層１２を形成するステップと、前記液晶配向層１２上に犠牲保護層を堆積するステップと、犠牲保護層上に樹脂層を堆積およびエッチングにより前記空洞４の壁６を形成するステップと、前記空洞４の壁６間における犠牲保護層を除去するステップとを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁によって画定する微細寸法である気密の空洞を有し、これら空洞に機能液体（この場合は液晶）を導入するデバイスを製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、封止した空洞の中で配向する液晶を使用する分野、特に光学レンズまたは光学ガラスを製造する光学分野に適用する。
【０００３】
このような光学素子の例としては、図１に示した、１００ｍｍまたはそれ以上の幅Ｌを有するものがある。
【０００４】
この光学素子は、壁によって区切った独立した微小（マイクロ）カップまたは微小（マイクロ）空洞２のネットワークを有する。これら微小空洞は柔軟かつ平坦な基板上に構築する。
【０００５】
その後、空洞に所望の光学作用に適した液体４を充填する。
【０００６】
つぎに、空洞を、柔軟な材料で形成した閉鎖層９により閉鎖し、一般には閉鎖層を壁６の頂面に積層する。
【０００７】
この全体構成を支持体上に形成し、この支持体は、図示の例では、例えば石英のような材料で形成した基板１、およびポリマー材料で形成した層８を有する。
【０００８】
このような光学素子は、１０万〜１０００万の間における個数におよぶ多数の微小カップを有することができる。
【０００９】
壁６はできるだけ目に見えないようにしなければならず、そのため大きいアスペクト比（または形状因子）を付与し、所望の範囲（５〜５０μｍ）の樹脂高さに対する最小壁幅にすることが必要となる。
【００１０】
壁および微小空洞は、集合型微小技術プロセスまたは構造特性に対して選択的に樹脂を異方性エッチングすることによって得ることができる。
【００１１】
ある場合においては、空洞中の機能性液体として液晶を用いることが好ましい。液晶は封止すべき空洞の面内で配向する。これら液晶は、主に空洞の底面に位置する、また壁に沿っても位置するポリイミド層５との摩擦により整列する。
【００１２】
この技術を図２に線図的に示す。既に構築した組立体上に層５を堆積した後、この層をブラシで擦掃（ラビング）処理し、このブラシの毛を参照符号９で示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この技術にはいくつかの問題を引き起こす。
【００１４】
第一に、壁６の両側およびその足元に位置し、図２において参照符号Ａ_０，Ａ’_０，Ａ_１，Ａ’_１で示す層５の領域は、ブラシによるラビング処理が適切に施されないことにより処理が十分ではない。このことは「陰影付き（シェーディング）」作用として知られる光学作用を生ずる。
【００１５】
デバイスの平面において、これら領域は数μｍ〜約１０μｍのオーダーの幅を有する。これは、この構造におけるトポロジー（形状）において層５を均一に敷衍させることの困難さの証左である。
【００１６】
また、ブラシを通過させるによって、ポリイミドの飛散物７、７′、およびポリイミドの再堆積、またはその他の特有の汚れを生じる。
【００１７】
これらのすべて、すなわち特有の汚れと同様に陰影付き（シェーディング）効果もまた、光学的欠陥に関与するのであり、こうした欠陥はポリイミド層５上で可視である。この層は影響を受け易く、空洞の光リソグラフィプロセスの前に形成することはできない。しかし、そのような光学的欠陥は、当該光学的有用性を台無しにする。
【００１８】
本発明の課題は、液晶の配向層を有する空洞を形成するための新規な方法を見出すことにある。
【００１９】
本発明は、まず、微小光学デバイスの空洞を形成する方法に関し、
ａ）支持基板における表面の平面上に、液晶の配向層を形成するステップと、
ｂ）層空洞の壁を形成し、空洞の底面を配向層により形成するステップと
を有する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によれば、壁の形成または構築に先立って、まず、層例えばポリイミドの配向層を摩擦して形成する。したがって、配向層は、壁が未だ形成されていないために連続的かつ十分一様に敷衍させることができる。このようにして、摩擦処理は壁を形成する前に、最適な条件で行うことができる。
【００２１】
本発明の特別な実施形態においては、ステップｂ）は、空洞の壁を形成するための樹脂層を堆積し、ついでエッチングするステップを有する。
【００２２】
本発明によるプロセスは、さらに、
ａ’）ステップａ）とステップｂ）との間で、該配向層上に犠牲保護層を堆積するステップと、および
ｂ’）ステップｂ）の後における、空洞の壁間の犠牲保護層を除去するステップを有することができる。
【００２３】
本発明は、とくに、このように微小光学デバイスの空洞を形成する方法に関し、以下の順序のステップ、すなわち、
‐支持基板の表面の平面上に、液晶の配向層を形成するステップ、
‐該配向層上に、犠牲保護層を堆積するステップ、
‐樹脂層の堆積およびその後のエッチング処理により該空洞の壁を形成するステップ、
‐空洞の壁間の犠牲保護層を除去するステップ
を有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のこの特別な実施形態においては、該配向層を犠牲層により保護し、構築（壁の形成）を完了し、そして最後に犠牲層を除去する。この犠牲層により、配向層の特性を有効状態に保持することが可能になる。このことは、図２ににつき上述したような、あらゆる汚れの混入および欠陥の生起を防ぐ。
【００２５】
配向層は、好ましくは透明材料の犠牲層により保護する。
【００２６】
この犠牲層は、例えば低温プロセスによる真空堆積により堆積した層とすることができ、また直下の配向層に対向させる穏やかなプロセス、例えば湿式化学処理により後退させるのが適している。この犠牲層は、シリカまたは有機シリカ材料で形成すると好ましいが、樹脂とすることもできる。
【００２７】
犠牲層は、ステップｂ）の前にエッチングしない、または、本発明方法は、ステップｂ）の前に少なくとも犠牲層をエッチングして、壁の位置を画定することができる。
【００２８】
ある実施形態においては、このようなプロセス（犠牲層の堆積を伴う）は、さらに、ステップａ’）の後かつステップｂ）の前に、
‐犠牲層上にエッチングマスク層を形成し、またこのマスク層に開口付けをして壁の位置を画定するステップと、
‐少なくとも犠牲層の一部を、マスク層を通してエッチングするステップと、
を有し、また、ステップｂ）の後かつステップｂ’）の前に、
‐該エッチングマスク層を除去するステップ
を有するものとする。
【００２９】
配向層は、犠牲層の下側ではエッチングしない。この場合、壁は配向層の上方または配向層上に形成し、したがって配向層は一つの空洞から他の空洞にわたり連続的かつ均一に維持され、いかなる壁の形成作業によっても影響されることがない。
【００３０】
変更形態として、この方法は、ステップｂ）に先立ち、犠牲層のエッチングした領域の下側にある配向層をエッチングするステップを有する。
【００３１】
本発明による方法は、ステップｂ）に先立ち、配向層および犠牲層のエッチングした領域の下側にある基板をエッチングするステップを有することができる。
【００３２】
配向層を堆積する前に、ＩＴＯ層を堆積し、このＩＴＯ層はステップｂ）より前にはエッチングしない。
【００３３】
本発明はまた、液晶微小光学デバイスの形成する方法に関し、
‐上述のような方法を使用して、デバイスの空洞を形成するステップと、
‐該デバイスの空洞に液晶を導入するステップと、
‐空洞に壁上に閉鎖層を形成するステップと、
を有する。
【００３４】
本発明はまた、液晶微小光学デバイスに関し、壁により画定し、それぞれ少なくとも部分的に液晶を充填する空洞と、ならびに液晶用の配向層であって、好ましくは平坦かつ均一であり、各空洞の底面に位置する配向層とを備える。
【００３５】
この配向層は、一つの空洞から他の空洞まで連続的であり、また壁の下側を通過することができる。
【００３６】
犠牲層の残留部分は各壁の下側に存在することができる。
【００３７】
ある実施形態によれば、隣接する空洞の配向層を壁が分断するものとする。
【００３８】
ＩＴＯ材料の層を配向層の下に配置することができる。この層は連続的であり、エッチングしない。
【００３９】
変更した形態として、壁の足元を基板の中に配置する。
【００４０】
ある実施形態によれば、配向層は、ラビング処理したポリイミドの層とする。
【００４１】
幾何学的な観点では、壁は、数μｍ〜数十μｍ、例えば１０μｍ以上の高さを有することができ、および／または数μｍもしくはミクロン以下のオーダー、例えば５μｍ以下または５μｍ〜０．５μｍの範囲におけるオーダーの幅を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】既知の空洞構造を示す。
【図２】ポリイミド層を準備する既知の製造プロセスを示す。
【図３Ａ】本発明による製造プロセスを実施する順次ステップにおける一工程を示す。
【図３Ｂ】本発明による製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図３Ｃ】本発明による製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図３Ｄ】本発明による製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図３Ｅ】本発明による製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ａ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｂ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｃ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｄ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｅ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｆ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図４Ｇ】本発明による別の製造プロセスを実施するための順次ステップにおける一工程を示す。
【図５Ａ】本発明による製造プロセスの変更した実施例を示す。
【図５Ｂ】本発明による製造プロセスの変更した実施例を示す。
【図６】空洞に液体を充填する作業を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の第１実施形態を、以下に図３Ａ〜３Ｅにつき説明する。
【００４４】
例えばＰＥＴのようなポリマー材料で形成した、簡単な基板１０で構成することができる支持体をまず形成する。
【００４５】
平坦な液晶配向層または平坦なフィルム１２を、例えば「スピンコーティング」または「フレキソ印刷」の技術によって、この同一の基板１０の平坦な表面上に堆積する（図３Ａ参照）。フィルム１２としては、例えば、ポリイミドフィルムもしくはシリカフィルムを使用し、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のフィルムであっても、用いることができる。このフィルムは、２０μｍまでの厚さを有することができる。フィルムは基板１０上で連続的なものとする。
【００４６】
このフィルム１２から摩擦を発生させることができる。この層またはこのフィルムは、適切な織物と摩擦させることにより僅かに溝を形成することができる。
【００４７】
つぎに（図３Ｂ参照）、壁６の形成中における配向層１２の保護を考慮して、この層またはフィルム１２上に連続する犠牲層１６を堆積する。この犠牲層１６は、デバイスの光学的特性に利するよう透明にすると有利である。例えば、この犠牲層は、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ_２(二酸化ケイ素）の層とする。適した堆積技術は、ＰＥＣＶＤ技術である。
【００４８】
配向層１２は、以後の製造プロセス中、とくに使用する犠牲層１６を樹脂とするとき、劣化しない。この犠牲層１６をシリカで形成するとき、配向層１２の摩擦低下を防ぐために、低温で堆積することが好ましい。
【００４９】
次のステップは、微小空洞４の壁６を構築することである。
【００５０】
そこで、この目的のために犠牲層１６上に厚い樹脂１８を堆積する（図３Ｃ参照）。次いで、例えば適切なマスクを用いたリソグラフィにより、または後に除去する硬質マスクを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、この樹脂をエッチングする（図３Ｄ参照）。これが、空洞４の壁６を形成する方法である。
【００５１】
犠牲層１６は、最初はこの作業によっては影響されない、または僅かにしか影響されない。しかしこの犠牲層は、各微小空洞の底面で除去され、ただし壁６の下側に位置する部分は残して、壁の付着を確保する（図３Ｅ参照）。各壁６の下側には犠牲材料の一部１６′が残留する。この工程（ステップ）は、層１２に対して選択的である、穏やかな方法により行い、層１２への影響が極力小さくなるようにする。このことは、例えば、適切な界面活性剤とともに行うＨＦエッチングとすることができ、これにより、壁６の下側のオーバーエッチングを最大限制限する。ＢＥ３Ｏ：１とすると、良好な結果を得る。
【００５２】
結果として、空洞４の底面でラビング処理し、局所化した配向層１２を有する構造を得る。
【００５３】
この層は、連続的かつ平坦であり、下側に犠牲層の残留物１６′を残存させる壁６の下側に延びて存在（延在）する。
【００５４】
本発明の他の実施形態を、以下に図４Ａ〜４Ｅにつき説明する。
【００５５】
始めの２工程（ステップ）は、図３Ａおよび３Ｂにつき上述したのと同一であり、したがってここでは繰り返さない。配向層１２と犠牲層１６の性質についても上述したのと同様である。
【００５６】
構築する硬質マスク層１７（図４Ａ参照）は、図３Ｂのものと同一の基板上に堆積する。この層は、例えば、５０ｎｍの厚さを有するクロム層１７とする。つぎに、この層１７上でリソグラフィを完了し、その後反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングを行って適切なマスクを形成する。
【００５７】
層このＲＩＥエッチング工程を継続して、犠牲層１６および配向層１２に開口付けする（開口を設ける）ことができる。層１６は、層１２に開口付けまたはエッチングすることなく、開口付けまたはエッチングすることができ、これにより、上部の層の付着性を良好にする連続的な配向層を保持する。
【００５８】
このエッチング工程は、後にできる空洞４の壁６の形状を画定する。壁はエッチングした領域に実質的に植設こととなる。
【００５９】
層１６および１２のエッチングは、基板１０の材料内に食い込むことができ、これにより壁６の機械的性能を補強する（図４Ｂ参照）。
【００６０】
最終的に、リソグラフィに用いた樹脂を除去する。
【００６１】
この後、樹脂１８（図４Ｃ参照）を拡散させ、この樹脂１８は、エッチングした領域に浸透し、随意的に基板１０内にも浸透する。
【００６２】
つぎに、基板１０の後面１０′からの露光および現像によるリソグラフィによって、この樹脂１８内に微小空洞の壁６を形成する（図４Ｄ参照）。後面１０′は、層１２，１６および１７を堆積する側とは反対側の面である。
【００６３】
つぎに、マスク層１７を除去し（図４Ｅ参照）、この除去は、クロム層の場合では湿式ＣｒＥｔｃｈ（クロムエッチング液の商標名）のエッチングによって行う。
【００６４】
この後、犠牲層１６を除去し（図４Ｆ参照）、この場合やはり、層１２に対して選択的である、穏やかな方法により除去し、層への影響が極力小さくなるようにする。例えば、フッ化水素（ＨＦ）によるアタックおよび任意の界面活性剤を用いる（図３Ｅにつき上述した説明を参照）。各空洞における配向層は壁６により隣接する空洞とは分断される。
【００６５】
ＩＴＯの副層２０（配向層１２の下にあり、該配向層に先立って基板１０に堆積する）が存在する場合においては、開口部のエッチングはＩＴＯ層で停止する（図４Ｇ参照）。層１７および１６は、上述した通り、図４Ｇの構造から除去することができる。ＩＴＯ層は連続するが、各空洞の配向層は壁６によって隣接する空洞の配向層から分断される。
【００６６】
この結果層、層空洞４の底部を、例えば擦掃（ラビング）処理したポリイミド製の配向層を有する構造を得る。
【００６７】
この実施形態の変更例を図５Ａおよび５Ｂに示す。先行工程は上で図４Ａおよび４Ｂにつき説明したのと同一である。しかしここでは、層１７における開口部のエッチング工程は、犠牲層１６または配向層１２のいずれにも影響しないようにする。
【００６８】
樹脂１８の堆積後、壁６をエッチング処理し、層１７および１６を除去した後、最終的なデバイスは図５Ｂに示すものとなる。犠牲材料の一部１６′は各壁６の下に残留する。
【００６９】
いずれの場合においても、結果として、壁６により区切られた空洞４、各空洞の底面に位置する液晶配向層１２を有する構造を得る。この層は、各空洞の底面において平坦かつ均一である。これは壁６の下側で連続していてもよく（図３Ｅおよび５Ｂの場合）、または図４Ｆもしくは４Ｇのように隣接する空洞の配向層から壁６によって分断するようにもできる。いずれの場合においても、従来技術に関して説明したような、陰影付き作用または特有の汚染がない。壁６は数μｍから数十μｍ、例えば１０μｍ以上のオーダーの高さｅを有することができる。それらの幅ｌ（図６参照）は、数μｍまたはミクロン以下のオーダー、例えば５μｍ以下または５μｍ〜０．５μｍの間におけるオーダーとすることができる。
【００７０】
この後、１個またはそれ以上の空洞に対する充填を機器Ｅ（図６参照）により行い、ここの機器は空洞４の内側に向けてジェットもしくは液滴の形態で、数ピコリットルのオーダーの量とすることができる液体材料２４を放出する。この液体配給は、小容積局所化すなわち数十〜数百ピコリットルに適した技術を使用して行うことができる。使用する機器Ｅは、インクジェット分注技術に類似した液体分注技術を利用することができる。
【００７１】
液体材料２４は空洞４を部分的もしくは完全に満たすことができる。空洞の完全な充填は壁６の頂部３２に達するように行う。
【００７２】
製品は、保護層９（図１参照）の転移（最も簡素な場合では積層処理による）によって終了し、この保護層はプラスチックフィルムのようなものであって、支持体１０の材料と同一または別の材料とすることができる。この保護層を随意的に、最終的機能（反射防止、硬化層、防汚、等々）のために適した機能層でさらに被覆する。
【００７３】
最終製品の特徴付けは、最終表面への転移に先立って完了する。特徴付けは、スタッキングを行うのに使用する堅固な支持体上で行うことが好ましいが、必須ではない。もし特徴付けを実現支持体上で行う場合、特徴付けは、レーザー、超音波、または切削ツールによって行う。以下の品質を備えた技術が好ましく、すなわち、周囲に対する予封止の保証、最適封止のためのスライスの良好な表面状態保持の保証、および工業化に適した迅速実施である。この特徴付けは、ガスおよび湿気に対する高気密性を保証する外気密閉、製品の寿命に至るまでの期間にわたる良好な機械的性能、消費者製品に適した審美的外観の質（必要ならば、例えばメガネにおける審美的外観）がある。
【００７４】
本発明によれば、配向層上への飛散物７、および７′の落下（図１との相違に関して）ならびに陰影付き作用、すなわち壁６の両側に基板に対し直交する方向に沿って材料が堆積する（ここでもまた図１との相違に関して）ことがないデバイスを得ることができる。本発明によれば、壁６の側面に対する堆積を生ずることはない。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小光学デバイスの空洞を形成する方法において、
ａ）支持基板における表面の平面上に液晶の配向層を形成するステップと、
ｂ）前記配向層上に犠牲層（１６）を堆積するステップと、
ｃ）つぎに、前記空洞の壁を形成し、また前記空洞の壁間における犠牲保護層を除去するステップであって、前記空洞の底面を前記配向層によって形成する壁形成および犠牲保護層除去ステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ステップｃ）は、樹脂層を堆積し、ついで前記樹脂層をエッチングして、前記空洞の壁を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、該犠牲層を前記ステップｃ）の前にエッチングしないことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記ステップｃ）の前に少なくとも犠牲層の一部をエッチングして、壁の位置を画定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記ステップｂ）の後かつステップｃ）の前に、
‐前記犠牲層上にエッチングマスク層を形成し、またこのマスク層に開口付けをして前記壁の位置を画定するステップと、
‐少なくとも前記犠牲層の一部を、前記マスク層を通してエッチングするステップと
を有し、また、前記空洞の壁の形成した後かつ前記犠牲保護層を除去する前に、
‐前記エッチングマスク層を除去するステップ
を有することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記配向層は、前記犠牲層の下側ではエッチングしないことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載のプロセスであって、さらに、前記ステップｃ）の前に、前記犠牲層のエッチングした領域の下側にある配向層の領域または一部をエッチングするステップを有することを特徴とするプロセス。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、さらに、前記ステップｃ）の前に、前記配向層および犠牲層のエッチングした領域または一部の下側にある基板部分をエッチングするステップを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記配向層を堆積する前に、ＩＴＯ層を堆積し、このＩＴＯ層を前記ステップｃ）の前にエッチングしないことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記配向層は、ラビング処理したポリイミドとしたことを特徴とする方法。
【請求項１１】
液晶微小光学デバイスを形成する方法において、
‐請求項１に記載の方法を使用して、前記デバイスの空洞を形成するステップと、
‐前記デバイスの前記空洞に液晶の導入するステップと、
‐前記空洞の壁上に閉鎖層を形成するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
微小光学デバイスの空洞を形成する方法において、
ａ）支持基板の表面平面上に液晶の配向層を形成するステップと、
ｂ）前記配向層上に犠牲保護層を堆積するステップと、
ｃ）少なくとも前記犠牲層の一部をエッチングして、前記壁を画定するステップと、
ｄ）つぎに、前記空洞の壁を形成し、また前記空洞の壁間における犠牲保護層を除去する、壁形成および保護層除去ステップであって、該空洞の底面を前記配向層によって形成する、該壁形成および保護層除去ステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
微小光学液晶デバイスにおいて、壁により画定した空洞と、各壁の下側に存在する犠牲材料の一部と、各空洞を少なくとも部分的に充填する液晶と、層各空洞の底部に位置する液晶用の配向層とを備えたことを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、前記配向層は、平坦かつ均一なものとしたことを特徴とするデバイス。
【請求項１５】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、前記配向層は、１個の空洞から他の空洞まで連続し、前記壁の下側を通過するものとしたことを特徴とするデバイス。
【請求項１６】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、さらに、前記配向層の下側に位置するＩＴＯ材料層を備えたことを特徴とするデバイス。
【請求項１７】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、前記配向層は、ラビング処理したポリイミドとしたことを特徴とするデバイス。
【請求項１８】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、前記壁は、数μｍ〜数十μｍのオーダーの高さを有することを特徴とするデバイス。
【請求項１９】
請求項１３に記載のデバイスにおいて、前記壁は、数μｍまたはミクロン以下のオーダーの幅を有することを特徴とするデバイス。

【図１】