揮発性材料上への誘電体コーティングの真空蒸着
真空下で、光学ガラス基板の表面上のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透過性電極を持つ光学ガラス基板上のポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）などの揮発性のゼラチン状層全体に、任意のコーティングを施すことを可能にするために、中間の応力吸収ポリマー材料の層が、先ず揮発性物質の蒸発および漏れ防止のために、揮発性のゼラチン状層を覆うように施されて、その後、超高真空下で、例えば物理的気相成長（ＰＶＤ）またはスパッタリングと呼ばれる技術を使用して、コーティングが施される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互引用
適用せず
【０００２】
連邦政府によって後援された研究または開発の下で行われた発明の権利に関する供述
適用せず
【０００３】
「一連のリスト」、表、またはコンパクト・ディスクで提出された付録を列挙するコンピュータ・プログラムの参照。
適用せず
【０００４】
本発明は、高真空内で、基板上の揮発性のゼラチン状の表面に、コーティングを施すための方法に関し、より詳細には、本発明は、電気光学の用途に使用する目的で、ポリマー液晶材料上に多層の光学的品質の誘電材料を堆積させるための特定の塗布方法で、基板上の液晶に誘電体を薄膜堆積させることに関する。
【背景技術】
【０００５】
製作の課題の中の１つは、真空下で蒸発し、分解する傾向を有する材料を真空コーティングすることの難しさである。対象となるある材料は、電気光学変調器内で大きい表面を映すために使用される材料であるポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）膜である。
【０００６】
電気光学変調器製作のための周知の方法は、ＰＤＬＣが、ＩＴＯとＭｙｌａｒ（登録商標）のポリエステル膜の２つの層の間にはさまれた商用のＮＣＡＰ（ネマチック曲線式整列相）材料を使用することである。この従来の製作プロセスは、ＮＣＡＰの積層物へ膜を積層化することも伴う。Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ社に譲渡された２つの特許がかかるプロセスを説明している。
【０００７】
「Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」、Ｍｉｃｈａｅｌ Ａ．Ｂｒｙａｎ、米国特許第６１５１１５３号（２０００年）。
【０００８】
「Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｍｉｃｈａｅｌ Ａ．Ｂｒｙａｎ、米国特許第６２１１９９１Ｂ１号（２００１年）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この積層化プロセスは、一定しない表面平坦度、機械的不安定性、製造時の非常に低い歩留りに関する限界を有する。
【００１０】
開発中の共同する技術は、感光性かつ揮発性の材料の層上にミラー・コーティングを有するポリエステル膜の積層化、およびスピンコーティング・プロセスを伴う。（Ｘｉａｎｈａｉ Ｃｈｅｎ， Ｄａｖｉｄ Ｂａｌｄｗｉｎ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｎａｇｙの名義で、同時に出願されたＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯ−ＯＰＴＩＣ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＯＲという名称の米国特許出願第１０／６８５６８７号や、ＣｈｅｎとＮａｇｙの名義で、同時に出願されたＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＰＤＬＣ−ＢＡＳＥＤ ＥＬＥＣＴＲＯ−ＯＰＴＩＣ ＭＯＤＵＬＡＴＯＲ ＵＳＩＮＧ ＳＰＩＮ ＣＯＡＴＩＮＧという名称の米国特許出願第１０／６８６３６７号を参照されたい。）ミラー表面は直接感光性材料に係合して、従来技術に対する改良となるが、この組立てプロセスは、組立て時に、薄膜へのしわの形成、不均一な接着、塵埃粒子の取り込み、および隆起の生成など、人によって発生させられる過失を起こしやすい。必要なのは、材料を直接真空コーティングが可能で、したがって膜積層化プロセスを除去することを可能にするための構造および技術である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、真空下で、光学ガラス基板の表面上のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透過性電極を持つ光学ガラス基板上のポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）などの揮発性のゼラチン状層全体に、任意のコーティングを施すことを可能にするために、ポリウレタンなどの中間の応力吸収ポリマー材料の層が、先ず、揮発性物質の蒸発と漏れを防止するために、揮発性のゼラチン状層を覆うように施され、その後超高真空下で、例えば物理的気相成長（ＰＶＤ）またはスパッタリングと呼ばれる技術を使用して、コーティングが施される。光学部品に適用可能な特定の実施態様では、ＰＤＬＣ層が、最初に、ＢＫ―７タイプの光学ガラス・シートまたは立方体上にスピンコーティングされ、次いで、化学的に非反応性である埋め込まれたシリカ・ナノ粒子を有するポリウレタン水性乳濁液のポリマー系接着層が、液晶の材料の望ましくない蒸発を防ぎ、応力を吸収し、誘電体層、すなわち誘電体ミラーコーティングの接着性を改善するために施される。最後に、高屈折率と低屈折率をそれぞれ有する２つの異なる材料からなる多層スタックが、接着層上に、超高真空下で、物理的気相成長／スパッタリングによって、連続的に堆積させられる。高屈折率と低屈折率の多層スタックは、電気光学変調器が動作する特定の波長に適合させた液体材料の表面に接合された波長選択的な高反射率の光学反射体を形成する。
【００１２】
本発明の主な利点は、真空下でコーティングを施すことができるように、水性の乳濁液の蒸発と分解を防ぐことであり、本発明の他の利点は、すべての手動処理に関連する処理誤りをなくし、したがって全体的な歩留りを改善することである。誘電体薄膜の非常に高い粘着力とコンフォーマル・コーティングにより、誘電体コーティングとＰＤＬＣ層の間の気泡を取り除くことによって、光学品質も向上する。電気光学変調器の全体的な製造費が少なくとも７５％削減された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、特定の実施形態の図表と共に、以下の詳細な説明を参照することによって、より十分に理解されるだろう。
【００１４】
図１を参照すると、本発明に従って製作された電気光学変調デバイス１０の概略的横断面図が示されている。これは、このプロセスに従って製作されたデバイスの一例にすぎない。
【００１５】
光学要素の用途では、電気光学変調器１０は、応力吸収性ポリマー接着層３の上に、屈折率の高低が交互になる薄い誘電材料１２、１４、１６、１８からなる少なくとも２つの対１、２を有する。後で説明するように、ポリマー接着層３は独特な特性を有する。原寸に比例せずに示されている対１、２は、応力吸収性ポリマー接着層３によって、センサ材料４として働く揮発性のゼラチン状材料４、特に光学的な用途では、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）の層の上に接着される。センサ材料４は、酸化シリコンからなる任意選択できる層５の上にある。その下には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透過性電極材料からなる層６があり、それは、例えばＢＫ―７タイプのガラスである光学ガラス基板７上に形成されている。ガラス基板７は、センサ材料４を支持する表面に対向する光学的に平滑な表面上に反射防止膜８を有するプレートまたは固体の光学的に平坦なシートである。
【００１６】
応力吸収性ポリマー接着層３は、デバイス１０を製作する際の重要な要素である。適切であると知られている材料は水性の接着剤である。それは、センサ材料表面を傷つけることなく、ゼラチン状のセンサ材料４の上にコーティングできなければならない。それは、保全性を保つだけでなく、実質上不浸透性になる状態にまで硬化できなければならない。適切な材料は、マサチューセッツ州ウィルミントンのＮｅｏｒｅｓｉｎｓ社によって製造されたＮｅｏｒｅｚという商標のＲ―９６７などのポリウレタン分散物、アクリル酸塩分散物、水性エポキシを含む。接着剤は、センサ材料に適合するように水性でなければならず、しかも例えばシリカ（ＳｉＯ2）、または化学的に反応性ではない、接着層３を硬化させるのに役に立つ他の低屈折率の誘電性ナノ粒子の分散物を含んでいる。
【００１７】
図２を参照すると、本発明による電気光学センサ１０を製作するプロセスが示されている。このプレステップは、光学ガラス基板７、すなわち、ＢＫ―７ガラスのプレートを形成するものであり、それは、反射防止層８が予めコーティングされている（ステップＡ）。
【００１８】
１）光学ガラス基板上の電極コーティング：製作プロセス内の第１ステップとして、電極コーティングが、ガラス基板７の光学面に施される（ステップＢ）。この用途では、任意の透過性導電コーティングを使用することができる。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が好ましい。任意選択で、ステップＢの一部として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の層４を、導電コーティング６の上部の上に置くことができ、それによりその耐久性、表面ぬれ特性、センサ材料４との接着性が改善される。この原料材料は、在庫材料として取得しておくことができる。
【００１９】
２）揮発性材料のコーティング：この場合センサ材料となる揮発性材料が、電極６と任意選択の層７上に施される（ステップＣ）。本発明は、コーティングに適し、しかも真空に対する何らかの保護を必要とする任意の揮発性材料に使用することができる。本発明の用途では、しかし、この材料はゼラチン状であり、しかも電気光学的応答特性を有する。好ましい材料は、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）を含み、それは通常６０〜７０％が液晶であり、残りが、ｉ）ＴＬ−２０５／ＡＵ１０３３タイプの液晶／増粘剤の組み合わせ、ii） ＴＬ−２０５／ＰＭＭＡタイプの液晶／ポリマー（メタクリル酸塩）接着剤の組み合わせ、iii） Ｅ７タイプのポリマー（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、またはｉｖ） Ｅ７／ＡＵ−１０３３タイプの液晶／増粘剤の組み合わせなどの中性の接着剤または増粘材料である。この製作プロセスにおいて、有効なコーティングプロセスは、ドクター・ブレード法、ワイヤーバー法、スロット・ダイ法、スピン、メニスカス法である。スピンコーティング法が好ましい。
【００２０】
３）端部の洗浄：その後、コーティング方法に応じて、端部の洗浄が必要となる場合がある（ステップＤ）。プラスチック製の「ナイフ」（図示されていないＭｙｌａｒ（登録商標）ポリエステル・シートなど）を使用して、ＩＴＯコーティングを傷つけることなく端部を除去することが好ましい。
【００２１】
４）バリア接着剤のコーティング：その後で、薄い接着層３、すなわち応力除去層と蒸着バリアがスタックに施される（ステップＥ）。塗布方法は、スピンコーティング、スパッタリング、吹き付け等を介したものとすることができる。このステップは、直接的な真空ベースでの堆積を可能にするために重要である。
【００２２】
５）スピンコーティングされた接着層／ＰＤＬＣ上への複数の層の直接堆積：高真空蒸着チャンバ内で、パルスＤＣアルゴン・イオン・スパッタリングを使用すると、薄い材料層がバリア接着層上に堆積させられる（ステップＦ）。
【００２３】
特定の用途では、多層スタック内の、高屈折率と低屈折率をそれぞれ有する２つの異なる材料からなる対１、２が形成される。２つの異なる材料は、交互になっており、先ずバリア接着層上に、超高真空下で、物理的気相成長／ＤＣアルゴン・イオン・スパッタリングなどのスパッタリングによって堆積させられ、次いでその堆積させた層の表面上に次の層を得るために繰り返して行われる。選択された温度と真空圧力で堆積プロセスにさらす長さが各コーティングの厚さを決定する。各コーティングの深さは、所望の反射の波長の関数として、周知の技術により、各層の屈折率を考慮して選択される。各対の入射光放射に対して裏側にある層は、反射を促進させるためにより低い屈折率を有する。厚さ、屈折率、層数の組み合わせにより、光反射の波長と選択性が決定される。この反射スタックは、具体的には、電気光学変調器が動作する特定の波長域で非常に高い反射率を得るように設計される。
【００２４】
例示的システムにおける直接堆積プロセスは、２つのスパッタリング・ターゲット、すなわち高純度のタンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）を有する真空チャンバ内で行われるる。接着剤／ＰＤＬＣ層でコーティングされたＢＫ―７ガラス立方体が回転した後、この立方体は真空チャンバ内の水冷式の回転台上に配置される。この台は、堆積時に、サンプルの温度を０〜４０Ｃの間に保持する。真空チャンバは、次いで、基礎圧力が約１０-7ｔｏｌｌの真空度に達するまで減圧される。蒸着チャンバは、アルゴンと酸素で再び充填される。酸素は、加工物を含むチャンバの内部構成要素上に、各酸化物、すなわち、Ｔａ2Ｏ5またはＳｉＯ2の非常に薄いコーティングを形成する。
【００２５】
次に、ターゲットの中の１つが、接地に対して負にバイアスされる。これはアルゴンのイオン化を引き起こし、それによりＡｒ+イオンがターゲットの表面に衝突する。運動量輸送(momentum transfer)によって、酸化物は、ターゲットの表面から除去され、ＢＫ―７ガラス立方体上に堆積する。適切な被膜厚さが基板上に造られるまで、電圧は印加された状態のままにされる。
【００２６】
第２のターゲットが、次いで、バイアスされ、同様の方法で励起される。このターゲットに対する電圧は、適切な厚さに到達するまで、印加された状態のままにされる。
【００２７】
所望の厚さの所望の数の層が得られるまで、前の２つのステップが繰り返される。ある実施形態では、１１個の交互の層である。
【００２８】
他の真空蒸着プロセスも利用することができる。例としては、イオン・アシスト蒸着（ＩＡＤ）法、電子ビーム（Ｅ−Ｂｅａｍ）蒸着法、イオン・ビーム・スパッタリング（ＩＢＳ）法、および高周波（ＲＦ）スパッタリング法などがある。これらは、パルスＤＣアルゴン・イオン堆積法と同様に、誘電体ミラー堆積物を得るために同様に使用することができる。
【００２９】
バリア接着層は、脱イオン水、界面活性剤、ポリウレタン、懸濁液内のシリカ・ナノ粒子の合成物を含む。特定の混合物では、脱イオン水は、それに、Ｓｉｌｗｅｔ Ｌ―７６０８、Ｓｉｌｗｅｔ ７６５０、またはＳｉｌｗｅｔ ７６８０の界面活性剤（Ｗｉｔｃｏ製品）などのターゲット表面上の物質を散らすことを支援するように作用する界面活性剤、さらにＮｅｏｒｅｚという商標の＃Ｒ−９６７、Ｒ―９６０、Ｒ―９６４９のポリウレタン（マサチューセッツ州ウィルミントンのＮｅｏｒｅｓｉｎｓ社）などのポリウレタンや、硬化剤として作用する、Ｓｎｏｗｔｅｘという商標のＳＴ―５０、ＳＴ−Ｃ、または同様のシリカ溶液（供給先米国：テキサス州ヒューストンのＮｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社）などのシリカ・ナノ粒子の水性懸濁液を加えたものである。
【００３０】
特定の実施形態における高屈折率（Ｔａ2Ｏ5）と低屈折率（ＳｉＯ2）の誘電材料からなる交互の１１層のスタックは、６６０ｎｍ波長で９６％の反射率を持つように設計されている。これは、８０ｎｍのＴａ2Ｏ5の膜厚と１１５ｎｍのＳｉＯ2の膜厚を含む。本発明の用途では、堆積させた第１の層はより屈折率の高いＴａ2Ｏ5である。
【００３１】
シリカ・ナノ粒子は、重要な役割を務める。接着層のスピンコーティングを終了させた後、水と界面活性剤の材料は蒸発して、シリカ粒子を埋め込んだポリマー母体を離れる。ナノ粒子は、下のＰＤＬＣ層からの液晶の蒸発、および誘電体膜を上に置くことによって後に引き起こされる硬化された、または新たに形成された保護接着膜内の応力を防ぐ助けとなる。シリカ粒子は、１０ｎｍから１００ｎｍまでの大きさに及んでいる。乳濁液内のシリカの重量百分率は、２０％〜５０％の間に及んでいる。硬化したとき、シリカ粒子は適度に高密度に固められる。それは、下のＰＤＬＣ層から液晶材料が蒸発することを防ぐ高密度に固められた構造となる。シリカ粒子の構造は、接着膜にさらなる機械的強さも与え、このシリカ粒子は、誘電体膜の応力を吸収する助けとなる。膜内のシリカ・ナノ粒子の含有量があまりにも多くなる場合、しかし、接着コーティング内の膜応力により接着コーティングが伸び、亀裂が生じる。一方、シリカ・ナノ粒子の含有量があまりにも少ないと、真空内に配置したとき、この膜は収縮し、またはしわを形成する。正確なシリカ・ナノ粒子の含有量は、ＰＤＬＣ層内の液晶の量によって決まる。
【００３２】
ＰＤＬＣ上の堆積物を必要とする特定の用途のための最適の組成は、水４ｇｍ＋Ｌ―７６０８ ０．１４２ｇｍ＋Ｒ−９６７ ４ｇｍ＋ＳＴ―５０シリカ溶液１０ｇｍである。この組成は、その硬化度、およびポリマー母体と受け層の液体と液晶の含有量との相互作用に強く依存するコロイド懸濁液である。
【００３３】
以上本発明を、特定の実施形態に即して説明してきた。他の実施形態も、当業者には明らかであろう。したがって、実施形態は、添付の特許請求の範囲が示す場合を除いて、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に従って製作されたデバイスの概略的横断面図である。
【図２】本発明によるプロセスの流れ図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、２ 対、３ 応力吸収性ポリマー接着層、ポリマー接着層、薄い接着層、４ 揮発性のゼラチン状材料、センサ材料、５ 酸化シリコンからなる任意選択できる層、６ 透過性電極材料、電極、７ 光学ガラス基板、８ 反射防止膜、反射防止層、１０ 電気光学変調器、デバイス、１２、１４、１６、１８ 薄い誘電材料
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互引用
適用せず
【０００２】
連邦政府によって後援された研究または開発の下で行われた発明の権利に関する供述
適用せず
【０００３】
「一連のリスト」、表、またはコンパクト・ディスクで提出された付録を列挙するコンピュータ・プログラムの参照。
適用せず
【０００４】
本発明は、高真空内で、基板上の揮発性のゼラチン状の表面に、コーティングを施すための方法に関し、より詳細には、本発明は、電気光学の用途に使用する目的で、ポリマー液晶材料上に多層の光学的品質の誘電材料を堆積させるための特定の塗布方法で、基板上の液晶に誘電体を薄膜堆積させることに関する。
【背景技術】
【０００５】
製作の課題の中の１つは、真空下で蒸発し、分解する傾向を有する材料を真空コーティングすることの難しさである。対象となるある材料は、電気光学変調器内で大きい表面を映すために使用される材料であるポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）膜である。
【０００６】
電気光学変調器製作のための周知の方法は、ＰＤＬＣが、ＩＴＯとＭｙｌａｒ（登録商標）のポリエステル膜の２つの層の間にはさまれた商用のＮＣＡＰ（ネマチック曲線式整列相）材料を使用することである。この従来の製作プロセスは、ＮＣＡＰの積層物へ膜を積層化することも伴う。Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ社に譲渡された２つの特許がかかるプロセスを説明している。
【０００７】
「Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」、Ｍｉｃｈａｅｌ Ａ．Ｂｒｙａｎ、米国特許第６１５１１５３号（２０００年）。
【０００８】
「Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｍｉｃｈａｅｌ Ａ．Ｂｒｙａｎ、米国特許第６２１１９９１Ｂ１号（２００１年）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この積層化プロセスは、一定しない表面平坦度、機械的不安定性、製造時の非常に低い歩留りに関する限界を有する。
【００１０】
開発中の共同する技術は、感光性かつ揮発性の材料の層上にミラー・コーティングを有するポリエステル膜の積層化、およびスピンコーティング・プロセスを伴う。（Ｘｉａｎｈａｉ Ｃｈｅｎ， Ｄａｖｉｄ Ｂａｌｄｗｉｎ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｎａｇｙの名義で、同時に出願されたＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯ−ＯＰＴＩＣ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＯＲという名称の米国特許出願第１０／６８５６８７号や、ＣｈｅｎとＮａｇｙの名義で、同時に出願されたＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＰＤＬＣ−ＢＡＳＥＤ ＥＬＥＣＴＲＯ−ＯＰＴＩＣ ＭＯＤＵＬＡＴＯＲ ＵＳＩＮＧ ＳＰＩＮ ＣＯＡＴＩＮＧという名称の米国特許出願第１０／６８６３６７号を参照されたい。）ミラー表面は直接感光性材料に係合して、従来技術に対する改良となるが、この組立てプロセスは、組立て時に、薄膜へのしわの形成、不均一な接着、塵埃粒子の取り込み、および隆起の生成など、人によって発生させられる過失を起こしやすい。必要なのは、材料を直接真空コーティングが可能で、したがって膜積層化プロセスを除去することを可能にするための構造および技術である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、真空下で、光学ガラス基板の表面上のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透過性電極を持つ光学ガラス基板上のポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）などの揮発性のゼラチン状層全体に、任意のコーティングを施すことを可能にするために、ポリウレタンなどの中間の応力吸収ポリマー材料の層が、先ず、揮発性物質の蒸発と漏れを防止するために、揮発性のゼラチン状層を覆うように施され、その後超高真空下で、例えば物理的気相成長（ＰＶＤ）またはスパッタリングと呼ばれる技術を使用して、コーティングが施される。光学部品に適用可能な特定の実施態様では、ＰＤＬＣ層が、最初に、ＢＫ―７タイプの光学ガラス・シートまたは立方体上にスピンコーティングされ、次いで、化学的に非反応性である埋め込まれたシリカ・ナノ粒子を有するポリウレタン水性乳濁液のポリマー系接着層が、液晶の材料の望ましくない蒸発を防ぎ、応力を吸収し、誘電体層、すなわち誘電体ミラーコーティングの接着性を改善するために施される。最後に、高屈折率と低屈折率をそれぞれ有する２つの異なる材料からなる多層スタックが、接着層上に、超高真空下で、物理的気相成長／スパッタリングによって、連続的に堆積させられる。高屈折率と低屈折率の多層スタックは、電気光学変調器が動作する特定の波長に適合させた液体材料の表面に接合された波長選択的な高反射率の光学反射体を形成する。
【００１２】
本発明の主な利点は、真空下でコーティングを施すことができるように、水性の乳濁液の蒸発と分解を防ぐことであり、本発明の他の利点は、すべての手動処理に関連する処理誤りをなくし、したがって全体的な歩留りを改善することである。誘電体薄膜の非常に高い粘着力とコンフォーマル・コーティングにより、誘電体コーティングとＰＤＬＣ層の間の気泡を取り除くことによって、光学品質も向上する。電気光学変調器の全体的な製造費が少なくとも７５％削減された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、特定の実施形態の図表と共に、以下の詳細な説明を参照することによって、より十分に理解されるだろう。
【００１４】
図１を参照すると、本発明に従って製作された電気光学変調デバイス１０の概略的横断面図が示されている。これは、このプロセスに従って製作されたデバイスの一例にすぎない。
【００１５】
光学要素の用途では、電気光学変調器１０は、応力吸収性ポリマー接着層３の上に、屈折率の高低が交互になる薄い誘電材料１２、１４、１６、１８からなる少なくとも２つの対１、２を有する。後で説明するように、ポリマー接着層３は独特な特性を有する。原寸に比例せずに示されている対１、２は、応力吸収性ポリマー接着層３によって、センサ材料４として働く揮発性のゼラチン状材料４、特に光学的な用途では、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）の層の上に接着される。センサ材料４は、酸化シリコンからなる任意選択できる層５の上にある。その下には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透過性電極材料からなる層６があり、それは、例えばＢＫ―７タイプのガラスである光学ガラス基板７上に形成されている。ガラス基板７は、センサ材料４を支持する表面に対向する光学的に平滑な表面上に反射防止膜８を有するプレートまたは固体の光学的に平坦なシートである。
【００１６】
応力吸収性ポリマー接着層３は、デバイス１０を製作する際の重要な要素である。適切であると知られている材料は水性の接着剤である。それは、センサ材料表面を傷つけることなく、ゼラチン状のセンサ材料４の上にコーティングできなければならない。それは、保全性を保つだけでなく、実質上不浸透性になる状態にまで硬化できなければならない。適切な材料は、マサチューセッツ州ウィルミントンのＮｅｏｒｅｓｉｎｓ社によって製造されたＮｅｏｒｅｚという商標のＲ―９６７などのポリウレタン分散物、アクリル酸塩分散物、水性エポキシを含む。接着剤は、センサ材料に適合するように水性でなければならず、しかも例えばシリカ（ＳｉＯ2）、または化学的に反応性ではない、接着層３を硬化させるのに役に立つ他の低屈折率の誘電性ナノ粒子の分散物を含んでいる。
【００１７】
図２を参照すると、本発明による電気光学センサ１０を製作するプロセスが示されている。このプレステップは、光学ガラス基板７、すなわち、ＢＫ―７ガラスのプレートを形成するものであり、それは、反射防止層８が予めコーティングされている（ステップＡ）。
【００１８】
１）光学ガラス基板上の電極コーティング：製作プロセス内の第１ステップとして、電極コーティングが、ガラス基板７の光学面に施される（ステップＢ）。この用途では、任意の透過性導電コーティングを使用することができる。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が好ましい。任意選択で、ステップＢの一部として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の層４を、導電コーティング６の上部の上に置くことができ、それによりその耐久性、表面ぬれ特性、センサ材料４との接着性が改善される。この原料材料は、在庫材料として取得しておくことができる。
【００１９】
２）揮発性材料のコーティング：この場合センサ材料となる揮発性材料が、電極６と任意選択の層７上に施される（ステップＣ）。本発明は、コーティングに適し、しかも真空に対する何らかの保護を必要とする任意の揮発性材料に使用することができる。本発明の用途では、しかし、この材料はゼラチン状であり、しかも電気光学的応答特性を有する。好ましい材料は、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）を含み、それは通常６０〜７０％が液晶であり、残りが、ｉ）ＴＬ−２０５／ＡＵ１０３３タイプの液晶／増粘剤の組み合わせ、ii） ＴＬ−２０５／ＰＭＭＡタイプの液晶／ポリマー（メタクリル酸塩）接着剤の組み合わせ、iii） Ｅ７タイプのポリマー（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、またはｉｖ） Ｅ７／ＡＵ−１０３３タイプの液晶／増粘剤の組み合わせなどの中性の接着剤または増粘材料である。この製作プロセスにおいて、有効なコーティングプロセスは、ドクター・ブレード法、ワイヤーバー法、スロット・ダイ法、スピン、メニスカス法である。スピンコーティング法が好ましい。
【００２０】
３）端部の洗浄：その後、コーティング方法に応じて、端部の洗浄が必要となる場合がある（ステップＤ）。プラスチック製の「ナイフ」（図示されていないＭｙｌａｒ（登録商標）ポリエステル・シートなど）を使用して、ＩＴＯコーティングを傷つけることなく端部を除去することが好ましい。
【００２１】
４）バリア接着剤のコーティング：その後で、薄い接着層３、すなわち応力除去層と蒸着バリアがスタックに施される（ステップＥ）。塗布方法は、スピンコーティング、スパッタリング、吹き付け等を介したものとすることができる。このステップは、直接的な真空ベースでの堆積を可能にするために重要である。
【００２２】
５）スピンコーティングされた接着層／ＰＤＬＣ上への複数の層の直接堆積：高真空蒸着チャンバ内で、パルスＤＣアルゴン・イオン・スパッタリングを使用すると、薄い材料層がバリア接着層上に堆積させられる（ステップＦ）。
【００２３】
特定の用途では、多層スタック内の、高屈折率と低屈折率をそれぞれ有する２つの異なる材料からなる対１、２が形成される。２つの異なる材料は、交互になっており、先ずバリア接着層上に、超高真空下で、物理的気相成長／ＤＣアルゴン・イオン・スパッタリングなどのスパッタリングによって堆積させられ、次いでその堆積させた層の表面上に次の層を得るために繰り返して行われる。選択された温度と真空圧力で堆積プロセスにさらす長さが各コーティングの厚さを決定する。各コーティングの深さは、所望の反射の波長の関数として、周知の技術により、各層の屈折率を考慮して選択される。各対の入射光放射に対して裏側にある層は、反射を促進させるためにより低い屈折率を有する。厚さ、屈折率、層数の組み合わせにより、光反射の波長と選択性が決定される。この反射スタックは、具体的には、電気光学変調器が動作する特定の波長域で非常に高い反射率を得るように設計される。
【００２４】
例示的システムにおける直接堆積プロセスは、２つのスパッタリング・ターゲット、すなわち高純度のタンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）を有する真空チャンバ内で行われるる。接着剤／ＰＤＬＣ層でコーティングされたＢＫ―７ガラス立方体が回転した後、この立方体は真空チャンバ内の水冷式の回転台上に配置される。この台は、堆積時に、サンプルの温度を０〜４０Ｃの間に保持する。真空チャンバは、次いで、基礎圧力が約１０-7ｔｏｌｌの真空度に達するまで減圧される。蒸着チャンバは、アルゴンと酸素で再び充填される。酸素は、加工物を含むチャンバの内部構成要素上に、各酸化物、すなわち、Ｔａ2Ｏ5またはＳｉＯ2の非常に薄いコーティングを形成する。
【００２５】
次に、ターゲットの中の１つが、接地に対して負にバイアスされる。これはアルゴンのイオン化を引き起こし、それによりＡｒ+イオンがターゲットの表面に衝突する。運動量輸送(momentum transfer)によって、酸化物は、ターゲットの表面から除去され、ＢＫ―７ガラス立方体上に堆積する。適切な被膜厚さが基板上に造られるまで、電圧は印加された状態のままにされる。
【００２６】
第２のターゲットが、次いで、バイアスされ、同様の方法で励起される。このターゲットに対する電圧は、適切な厚さに到達するまで、印加された状態のままにされる。
【００２７】
所望の厚さの所望の数の層が得られるまで、前の２つのステップが繰り返される。ある実施形態では、１１個の交互の層である。
【００２８】
他の真空蒸着プロセスも利用することができる。例としては、イオン・アシスト蒸着（ＩＡＤ）法、電子ビーム（Ｅ−Ｂｅａｍ）蒸着法、イオン・ビーム・スパッタリング（ＩＢＳ）法、および高周波（ＲＦ）スパッタリング法などがある。これらは、パルスＤＣアルゴン・イオン堆積法と同様に、誘電体ミラー堆積物を得るために同様に使用することができる。
【００２９】
バリア接着層は、脱イオン水、界面活性剤、ポリウレタン、懸濁液内のシリカ・ナノ粒子の合成物を含む。特定の混合物では、脱イオン水は、それに、Ｓｉｌｗｅｔ Ｌ―７６０８、Ｓｉｌｗｅｔ ７６５０、またはＳｉｌｗｅｔ ７６８０の界面活性剤（Ｗｉｔｃｏ製品）などのターゲット表面上の物質を散らすことを支援するように作用する界面活性剤、さらにＮｅｏｒｅｚという商標の＃Ｒ−９６７、Ｒ―９６０、Ｒ―９６４９のポリウレタン（マサチューセッツ州ウィルミントンのＮｅｏｒｅｓｉｎｓ社）などのポリウレタンや、硬化剤として作用する、Ｓｎｏｗｔｅｘという商標のＳＴ―５０、ＳＴ−Ｃ、または同様のシリカ溶液（供給先米国：テキサス州ヒューストンのＮｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社）などのシリカ・ナノ粒子の水性懸濁液を加えたものである。
【００３０】
特定の実施形態における高屈折率（Ｔａ2Ｏ5）と低屈折率（ＳｉＯ2）の誘電材料からなる交互の１１層のスタックは、６６０ｎｍ波長で９６％の反射率を持つように設計されている。これは、８０ｎｍのＴａ2Ｏ5の膜厚と１１５ｎｍのＳｉＯ2の膜厚を含む。本発明の用途では、堆積させた第１の層はより屈折率の高いＴａ2Ｏ5である。
【００３１】
シリカ・ナノ粒子は、重要な役割を務める。接着層のスピンコーティングを終了させた後、水と界面活性剤の材料は蒸発して、シリカ粒子を埋め込んだポリマー母体を離れる。ナノ粒子は、下のＰＤＬＣ層からの液晶の蒸発、および誘電体膜を上に置くことによって後に引き起こされる硬化された、または新たに形成された保護接着膜内の応力を防ぐ助けとなる。シリカ粒子は、１０ｎｍから１００ｎｍまでの大きさに及んでいる。乳濁液内のシリカの重量百分率は、２０％〜５０％の間に及んでいる。硬化したとき、シリカ粒子は適度に高密度に固められる。それは、下のＰＤＬＣ層から液晶材料が蒸発することを防ぐ高密度に固められた構造となる。シリカ粒子の構造は、接着膜にさらなる機械的強さも与え、このシリカ粒子は、誘電体膜の応力を吸収する助けとなる。膜内のシリカ・ナノ粒子の含有量があまりにも多くなる場合、しかし、接着コーティング内の膜応力により接着コーティングが伸び、亀裂が生じる。一方、シリカ・ナノ粒子の含有量があまりにも少ないと、真空内に配置したとき、この膜は収縮し、またはしわを形成する。正確なシリカ・ナノ粒子の含有量は、ＰＤＬＣ層内の液晶の量によって決まる。
【００３２】
ＰＤＬＣ上の堆積物を必要とする特定の用途のための最適の組成は、水４ｇｍ＋Ｌ―７６０８ ０．１４２ｇｍ＋Ｒ−９６７ ４ｇｍ＋ＳＴ―５０シリカ溶液１０ｇｍである。この組成は、その硬化度、およびポリマー母体と受け層の液体と液晶の含有量との相互作用に強く依存するコロイド懸濁液である。
【００３３】
以上本発明を、特定の実施形態に即して説明してきた。他の実施形態も、当業者には明らかであろう。したがって、実施形態は、添付の特許請求の範囲が示す場合を除いて、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に従って製作されたデバイスの概略的横断面図である。
【図２】本発明によるプロセスの流れ図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、２ 対、３ 応力吸収性ポリマー接着層、ポリマー接着層、薄い接着層、４ 揮発性のゼラチン状材料、センサ材料、５ 酸化シリコンからなる任意選択できる層、６ 透過性電極材料、電極、７ 光学ガラス基板、８ 反射防止膜、反射防止層、１０ 電気光学変調器、デバイス、１２、１４、１６、１８ 薄い誘電材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高真空環境内で使用できるように、揮発性のゼラチン状材料を直接コーティングするための方法であって、
固体の基板上に、揮発性のゼラチン状材料の層を設けるステップと、
接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を前記揮発性のゼラチン状材料の表面に設けて蒸発を阻止し、コーティング済みの基板とするように、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を乾燥させるステップと、その後、
前記コーティング済みの基板の上に高真空状態を課すステップと、
前記コーティング済みの基板の前記応力吸収ポリマー層を、所期の材料で、物理的気相成長によってコーティングするステップとを含む方法。
【請求項２】
高真空環境内で使用できるように、揮発性のゼラチン状材料を直接コーティングするための方法であって、
基板上に、揮発性のゼラチン状材料の層を設けるステップと、
前記揮発性のゼラチン状材料の表面に接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を設けて、コーティング済みの基板とするように、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を硬化させるステップと、その後、
前記コーティング済みの基板上に高真空状態を課すステップと、
物理的気相成長によって、前記コーティング済みの基板の前記応力吸収ポリマー層を、所期の材料でコーティングするステップとを含み、前記所期の材料が、低高屈折率材料と高屈折率材料の対の状態で形成された誘電体層である方法。
【請求項３】
高真空環境内で使用できるように、ポリマー分散型液晶材料に誘電体層を直接設けて、電気光学変調器を形成する方法であって、
光学的に透過性である電極を表面に有する基板上に、ポリマー分散型液晶の層を設けるステップと、
前記ポリマー分散型液晶の表面に、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を設けるステップと、
物理的気相成長によって、前記応力吸収ポリマー層を、誘電材料からなる複数の層でコーティングして、ミラーを形成するステップとを含む方法。
【請求項４】
前記複数の誘電体層が、前記電気光学変調器が動作する特定の波長域における反射率を有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記応力吸収ポリマー層が硬化剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化剤が酸化物ナノ粒子を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記揮発性のゼラチン状材料がポリマー分散型液晶である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記揮発性のゼラチン状材料がポリマー分散型液晶である請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記所期の材料が誘電体である請求項１に記載の方法。
【請求項１】
高真空環境内で使用できるように、揮発性のゼラチン状材料を直接コーティングするための方法であって、
固体の基板上に、揮発性のゼラチン状材料の層を設けるステップと、
接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を前記揮発性のゼラチン状材料の表面に設けて蒸発を阻止し、コーティング済みの基板とするように、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を乾燥させるステップと、その後、
前記コーティング済みの基板の上に高真空状態を課すステップと、
前記コーティング済みの基板の前記応力吸収ポリマー層を、所期の材料で、物理的気相成長によってコーティングするステップとを含む方法。
【請求項２】
高真空環境内で使用できるように、揮発性のゼラチン状材料を直接コーティングするための方法であって、
基板上に、揮発性のゼラチン状材料の層を設けるステップと、
前記揮発性のゼラチン状材料の表面に接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を設けて、コーティング済みの基板とするように、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を硬化させるステップと、その後、
前記コーティング済みの基板上に高真空状態を課すステップと、
物理的気相成長によって、前記コーティング済みの基板の前記応力吸収ポリマー層を、所期の材料でコーティングするステップとを含み、前記所期の材料が、低高屈折率材料と高屈折率材料の対の状態で形成された誘電体層である方法。
【請求項３】
高真空環境内で使用できるように、ポリマー分散型液晶材料に誘電体層を直接設けて、電気光学変調器を形成する方法であって、
光学的に透過性である電極を表面に有する基板上に、ポリマー分散型液晶の層を設けるステップと、
前記ポリマー分散型液晶の表面に、接着性材料からなる応力吸収ポリマー層を設けるステップと、
物理的気相成長によって、前記応力吸収ポリマー層を、誘電材料からなる複数の層でコーティングして、ミラーを形成するステップとを含む方法。
【請求項４】
前記複数の誘電体層が、前記電気光学変調器が動作する特定の波長域における反射率を有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記応力吸収ポリマー層が硬化剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化剤が酸化物ナノ粒子を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記揮発性のゼラチン状材料がポリマー分散型液晶である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記揮発性のゼラチン状材料がポリマー分散型液晶である請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記所期の材料が誘電体である請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００７−５１３３６２（Ｐ２００７−５１３３６２Ａ）
【公表日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３５６０２（Ｐ２００６−５３５６０２）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３６７６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３５８３４
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０３２９８９２２）フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド (19)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３６７６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３５８３４
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０３２９８９２２）フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド (19)
【Ｆターム（参考）】
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