專利名稱：用于液晶裝置的離子槍淀積及排列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成具有已對準原子結(jié)構(gòu)的透明膜的方法。更具體說，本發(fā)明涉及一種形成在一個步驟中淀積和排列的已對準透明膜的方法。
液晶分子在表面上的排列是制造液晶顯示器的重要步驟之一。產(chǎn)生這種排列的工業(yè)廣泛應(yīng)用的方法是機械研磨聚酰亞胺表面。這種方法需要輥壓機或刷子與聚酰亞胺表面物理接觸。研磨工藝會再排列聚酰亞胺的表面，然后，該表面用作液晶分子在優(yōu)選方向取向的對準模板。
該方法有許多缺點。例如，由于研磨方法是接觸技術(shù)，研磨期間會產(chǎn)生碎片，造成低生產(chǎn)率。另外，一般需要附加的清洗步驟去掉這些碎片。另外，由于輥壓機或刷子研磨顯示器的表面，會發(fā)生靜電荷累積，這種累積會通過薄膜晶體管(TFT)放電，造成生產(chǎn)成品率下降。此外，研磨工藝需要較軟的層，以便在需要的方向改變表面。所以，適用于研磨工藝的材料的選擇受限。
Callegari等人的美國專利5770826介紹了低能離子束在液晶裝置的表面排列方面的應(yīng)用，這里引入該文獻作參考。這種情況下，通過不同的單獨工藝對所淀積的對準層進行排列。盡管發(fā)現(xiàn)有許多表面適用于離子束技術(shù)的排列，但該文獻沒有教導在一個步驟中淀積和排列對準層。
液晶工業(yè)中的主要驅(qū)動力之一是生產(chǎn)成本的不斷下降。在通過機械研磨/刷擦排列聚酰亞胺層或利用先前引用的美國專利5770826中介紹的離子束排列各層的過程中，對準層必須在排列程序之前施加。因而，在分開的工藝步驟中淀積對準層和隨后對準層的排列，在制造工藝中引入了附加的費用。本申請人發(fā)現(xiàn)，該層的淀積和排列可以在一個步驟中完成，可以明顯降低制造成本。
本發(fā)明包括一種在襯底上形成膜的方法，其中所說膜呈現(xiàn)已對準原子結(jié)構(gòu)。該方法包括以下步驟以指定的入射角，用來自至少一種離子束源的至少一種離子束，轟擊所說襯底，以便同時(a)在所說襯底上淀積所說膜，(b)在至少一個預(yù)定排列方向上排列所說膜的所說原子結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的方法是干法淀積和排列技術(shù)，可以避免前后濕法處理。本方法還是非接觸式淀積和排列技術(shù)，可以減少由于例如現(xiàn)有接觸式研磨技術(shù)經(jīng)常會遇到的外來碎片對表面污染的幾率。
因此，本發(fā)明提供一種容易形成已加工的已對準膜的簡單且高性能價格比的方法，在所說膜上可以排列用于寬視角液晶顯示器的液晶。


圖1是離子束源的示圖。
圖2是離子源與襯底的幾何關(guān)系，其中θ是入射角。
圖3是利用固定襯底的實施例的示圖。
圖4是利用移動襯底的實施例的示圖。
圖5是利用兩個離子源在移動襯底上得到對準膜的實施例的示圖。
圖6是采用兩個離子槍的實施例的示圖，其中移動襯底上的對準膜是通過濺射淀積和直接排列得到的。
圖7示出了采用一個離子源的實施例，其中移動襯底上的對準膜是利用準直儀得到。
本發(fā)明涉及一種通過利用離子束處理，將對準層的淀積和排列結(jié)合為一個步驟，在一個步驟中在襯底上形成已對準膜的方法。
術(shù)語“已對準膜”是指其中膜的原子或分子結(jié)構(gòu)，或膜的原子或分子表面結(jié)構(gòu)具有預(yù)定方向或取向的膜。根據(jù)本發(fā)明，通過使用離子束，淀積對準膜，并在至少一個要求的方向排列對準膜的原子或分子結(jié)構(gòu)。
參見圖1，該圖示出了離子束源。通過氣體入口1，含碳氣體，較好是碳氫化合物氣體，例如甲烷，引入到等離子室2中，即離子束源的放電室。
含碳氣體可以任意地與例如氬或氮等惰性氣體混合，以便氬和/或氮等可以與碳氫化合氣體一起，被引入放電室。在放電室中將該氣體電離，產(chǎn)生包括原子和離子的離子束4，然后通過加加速電壓，將來自離子源的原子和離子加速。相當大的電壓加于離子束4上，以加速來自離子束源的原子和離子。
例如，沿離子束4的路徑接近地設(shè)置用于束中和的電子源3，用于中和該離子束。中和也可以利用橫跨離子源的鎢或鉭絲完成。由于利用電子源3進行束的電子中和，除離子和原子外，離子束還可以包括中性分子。
撞擊物質(zhì)的能量保持在低于一個水平，以便襯底表面上留有凈累積即凈淀積。淀積物質(zhì)的能量必須低于允許在襯底上淀積對準層所需要的能量。如果不能滿足該條件，則結(jié)果將是凈腐蝕，或至少不是凈淀積。
在這些實驗中，使用低于500eV的碳能量。離子束較好是具有約100-500eV的能量。然而，也可以采用更高的能量，只要能滿足以上所討論的條件即可。
淀積速率是所淀積物質(zhì)的附著率及襯底表面處作為時間函數(shù)的入射原子數(shù)的函數(shù)。膜的淀積速率可通過改變離子流密度、表面暴露于離子束的時間或同時改變這兩者控制。
淀積高能物質(zhì)的入射角，即用于轟擊的指定入射角也可以控制所淀積膜的排列特性。
參見圖2，圖2示出了離子源相對于襯底11的幾何關(guān)系，其中θ是入射角，該角是利用離子束4轟擊的指定入射角。該入射角較好是約10-約70度。更為優(yōu)選，該入射角為約25-60度。
淀積和排列可以在靜態(tài)或動態(tài)操作模式下完成。如圖3所示，工藝期間，襯底11可以相對于產(chǎn)生離子束4的離子源10保持固定，或者，如圖4所示，工藝期間，襯底11可以相對于離子源10沿X軸在箭頭所示方向移動，以便被離子束轟擊。這些實施例都可以導致液晶顯示器裝置的對準層的淀積。
圖5示出了利用一個以上離子源，即兩個離子源在移動襯底上得到對準膜的實施例。
該實施例中，用兩個離子槍形成對準層。第一離子源，即淀積離子槍20較好是相對于襯底11垂直或幾乎垂直取向。第二離子源，即排列離子槍21取向為使離子束相對于襯底形成角θ，如圖5所示。較好是第一離子束的指定入射角與所說第二離子束的指定入射角不同。一般說，襯底和第二離子源間的角度為約25-約60度。較好采用約35度角排列膜。
一般說，工藝期間，襯底11沿X軸在箭頭所示方向相對于離子源20和21移動，以便襯底11被離子束轟擊。然而，根據(jù)襯底或離子束源的移動，用于淀積和排列的指定入射角可以隨時間改變。
以下列出了其它典型但非限制性的參數(shù)淀積槍氣流CH4 6sccmAr 3sccm工作壓力5×10-2Pa束能量 300eV束電流 50mA排列槍氣流 Ar 14sccm工作壓力5×10-2Pa束能量 200eV束電流 100mA圖6示出了使用兩個離子槍的實施例，其中移動襯底上的對準膜是通過濺射淀積和直接排列的組合得到的。
濺射離子槍30指向濺射材料靶32，則該靶被來自濺射離子槍的原子和離子轟擊，從而將材料從靶轉(zhuǎn)移到襯底上。
靶可以是碳，但不限于碳。非常希望該膜在可見光譜段是透明的。因此，優(yōu)選類金剛碳膜。
靶和襯底間的角度較好是30-60度。排列槍的工作參數(shù)與上述類似。排列槍31對該膜實施希望的排列，并賦予該膜希望的結(jié)構(gòu)。工藝期間，襯底11可以沿X軸在箭頭所示方向相對于濺射材料靶32和離子源31移動，以便襯底11可以被濺射束和離子束轟擊。
圖7示出了利用單離子源40的實施例，其中襯底11上的對準膜是利用較好是由碳構(gòu)成的準直儀41即“蜂窩”準直儀得到的。如上所述，在淀積和排列期間，襯底11可以在一定時間內(nèi)沿X軸在箭頭所示方向相對于離子束源移動。
該實施例中，準直儀41設(shè)置在入射離子束的路徑上，入射離子束包括離子和原子。入射高能物質(zhì)的一部分將在正向濺射準直儀，這將在襯底11的表面上造成膜的凈淀積，同時，穿過準直儀、包括離子和原子的離子束在該同一步驟中排列所淀積的層。
利用通過本發(fā)明的方法使用離子源淀積和排列的膜制造的液晶單元表現(xiàn)出優(yōu)異的對比度。淀積和排列采用以下參數(shù)氣流CH4 10sccmAr 1.5sccm工作壓力5×10-2Pa束能量 200eV束電流100mA這種情況下所測預(yù)傾斜角為4度，正好在制造成顯示單元所需要的范圍內(nèi)。
此外，本申請人發(fā)現(xiàn)，在制造成顯示單元時，根據(jù)本發(fā)明制備的對準層具有足夠的錨定能量(anchoring energies)。
錨定能量定義為描述如何很好地將液晶方向子調(diào)整到對準層的排列方向的能量。這種情況下的排列方向是對準層表面上離子行進方向的投影方向。錨定能量越高，可以將液晶方向子調(diào)整到越接近排列方向。
對于多數(shù)液晶顯示器來說，需要高錨定能量，以便得到良好的光學性能。用于目前液晶顯示器的研磨聚酰亞胺膜一般具有1.0×10-3N/m以上的錨定能量，認為是很強的錨定。相反，非接觸式排列法一般具有低于研磨聚酰亞胺的錨定能量。根據(jù)本發(fā)明制備的對準層出人意料地產(chǎn)生1.0×10-3N/m以上的錨定能量。表明本發(fā)明方法提供的對準層至少與研磨聚酰亞胺層一樣好。
本發(fā)明提供一種容易形成其上可以排列液晶以形成適用于寬視角液晶顯示器的平板的加工對準膜的簡單且高性能價格比的方法。
盡管結(jié)合離子源進行了討論，但在某些實施例中，可采用直接寫入技術(shù)，使離子束直接對著希望的區(qū)域，以形成具有已對準原子結(jié)構(gòu)的膜。
以上結(jié)合特定實施例介紹了本發(fā)明。應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以提出各種變化和改進。因此，本發(fā)明將包括所有落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的這種替代、改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上形成膜的方法，其中所說膜呈現(xiàn)已對準原子結(jié)構(gòu)，所說方法包括以下步驟用來自至少一種離子束源的至少一種離子束，以預(yù)定入射角，轟擊所說襯底，以便同時(a)在所說襯底上淀積所說膜，(b)在至少一個預(yù)定排列方向上，排列所說膜的所說原子結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說預(yù)定入射角足以在所說襯底的表面上產(chǎn)生凈淀積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所說預(yù)定入射角為約10-約70度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說預(yù)定入射角為約25-約60度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說離子束包括撞擊物質(zhì)，其中所說撞擊物質(zhì)的能量保持低于在所說襯底的表面上淀積所說膜需要的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說離子束由包括以下步驟的工藝產(chǎn)生向離子束源的放電室引入含碳氣體；在所說放電室內(nèi)電離所說含碳氣體，產(chǎn)生包括原子和離子的離子束；及為所說離子束供應(yīng)足夠高電壓，以加速來自所說離子束源的所說原子和離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6方法，其中所說離子束具有從約100-500eV的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說離子束利用離子槍產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說離子束還包括中性分子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中利用第一離子束和第二離子束進行所說轟擊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所說第一離子束的所說預(yù)定入射角不同于所說第二離子束的預(yù)定入射角。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說預(yù)定入射角隨時間改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說膜在可見光譜段是透明的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說膜是類金剛石碳膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在所說離子束的路徑上設(shè)置準直儀。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在一段時間時使所說襯底或所說離子束源彼此相互運動。
17.一種在襯底上形成膜的方法，其中所說膜呈現(xiàn)已對準原子結(jié)構(gòu)，所說方法包括以下步驟以預(yù)定入射角，轟擊設(shè)置于來自離子束源的離子束路徑中介于所說襯底和所說離子束源之間的準直儀，以便在所說襯底上濺射所說準直儀的材料，并同時(a)在所說襯底上淀積所說膜，(b)在至少一個預(yù)定排列方向上，排列所說膜的所說原子結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所說準直儀由碳材料構(gòu)成。
19.一種在襯底上形成膜的方法，其中所說膜呈現(xiàn)已對準原子結(jié)構(gòu)，所說方法包括以下步驟向離子束源的放電室引入含碳氣體；電離所說放電室中的所說含碳氣體，產(chǎn)生包括原子和離子的離子束；給所說離子束加足夠的電壓，以便加速來自所說離子源的所說原子和離子；及以預(yù)定入射角，用來自至少一個離子源的至少一種離子束轟擊所說襯底，以便(a)在所說襯底上淀積所說膜，(b)在至少一個預(yù)定排列方向上，排列所說膜的所說原子結(jié)構(gòu)。
20.一種具有利用權(quán)利要求1的方法制備的已對準原子結(jié)構(gòu)的膜。
全文摘要
本發(fā)明包括在襯底上形成已對準膜的方法。所說膜可以利用包括以下步驟的方法,在一個步驟內(nèi)淀積和排列:以預(yù)定入射角,用離子束轟擊襯底,以便同時(a)在所說襯底上淀積所說膜,(b)在至少一個預(yù)定排列方向上,排列所說膜的所說原子結(jié)構(gòu)。
文檔編號C23C14/22GK1340733SQ01121869
公開日2002年3月20日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月30日
發(fā)明者A·卡爾勒加里, P·肖德哈里, J·P·多勒, E·A·加里干, 加藤喜峰, J·A·拉塞伊, S·C·A·利恩, 陸珉華, 中野宏毅, 小田原修一 申請人:國際商業(yè)機器公司