アル ミ薄膜表面 の微細加工 に関す る研究

アル ミ薄膜表面 の微細加工 に関す る研究

村

アル ミ薄膜表面の微細加工 に関す る研究

中 村 勇 夫

要     旨

現在 ,大 部 分 の表示装 置 には液 晶 デ ィスプ レイが使 用 され るよ うにな った。 この よ うに液 晶 デ ィ ス プ レイが様 々 な もの に使用 され るようになった要因 として ,ITの 時代 に よ りいつで もどこで も情 報 を得 る こ とが 出来 る よ うに望 まれ るなか ,河 ^ヽ 型・ 軽量化 が可能 な液 晶 デ ィスプ レイが最適 な表示 装置 で あ つたた めで あ る。 また ,液 晶 デ ィス プ レイ は消費 電 力 が小 さ く ,省 スペ ースで あ る ことか ら注 目され ,大 型化 が進 んで きた ことに よ り液 晶テ レビ も大幅 に普及 して きてい る。現在 ,テ ^{レ ビ}

は液 晶 デ ィスプ レイ とプ ラズマデ ィスプ レイが主流 となってお り ,プ ラズ マ デ ィスプ レイ は大型 で 応答速 度 が速 い特徴 が あ り ,液 晶 デ ィス プ レイ は消費 電 力 が少 な く画面 へ の移 りこみの影響 も少 な い とい う特徴 が ある。 この 2つ の デ ィスプ レイが ,現 在 はテ レ ビの主流 とな り ,そ れ ぞれ の 目的 に

よ り選 ばれてい る。

この ように現在 で は小型 で携帯電話 の画面 に使 われ る ものか ら 30イ ンチ を超 え る大型 テ レビに まで使用 され るようになった液 晶 デ ィスプ レイ は ,そ の幅広 い使 用用途 か ら更 な る高性能化が望 ま れ る。高性能化 を進 め るた めの改善点 として挙

られ る もの は ,視 野 角 の拡大 ,画 面輝 度 向上 ,ノ

ンラ ビング化 な どが あ るが ,こ の なかで もラ ビ ング を要 しない配 向処 理法 の開発 が強 く望 まれ てい る。 そ こで本研究 で はノ ンラ ビング化 に よる液 晶 デ ィスプ レイの高性能化 に注 目した。

ラ ビ ング とは ,ポ リイ ミドと呼 ばれ る樹脂 か ら作 つた配 向膜 を ,柔 らか い布 で一定 方 向 に配 向膜 上 を擦 って表面 に傷 をつ け ,液 晶分 子 が一 定 方 向 に並 ぶた めの清 を作製 す る こ とを指 す。配 向膜 は 液 晶分子 を基板 と平行 に拘 束 す るた め に必 要 で あ り ,ラ ビングは この平行 に並べ られた液 晶分子 を 一定 方向 に並べ るた めに行 うもので あ る。 これ に よ り液 晶分子 が一定 方向 に並 び ,さ ^{らに この液 晶}

分 子 が必 ず一 方 向か ら立 ち上 が る よ うに液 晶分 子 を少 し傾 け るた めプ レナル ト角 を与 える。 このた めの液 晶分子 を並べ る清 が ラ ビング によって擦 れ る こ とによってで きた溝 で あ る。 また ラ ビングに よるプ レチル ト角 の大 きさは ,ラ ビングの条件

ー ラーの回転 ス ピー ド ,使 用 す る布 ,布 ^の圧力

な ど )や 配 向膜 材料 で変 わ つて くる。 この ラ ビング は精 密機器 の製造 工程 として は ,  とて も荒 っぽ い工程 で ある。しか し ,液 晶 デ ィス プ レイの製 造工 程 として は非常 に重 要 な部分 で もあ る。また ,こ の ラ ビング法 の問題点 として ,  この工程 を行 う際 に塵や静電気 な どを発生 す るた めに ,薄 膜 トラ ン ジス タの静電気破壊 す るな どの問題点が あ る。 そ こで現在 で は ,こ の ラ ビ ング を しない方法が い く つ か考 え られて いる。 その方法 にはい くつか あるが ,LB法 ,磁 界 印加 表面 吸着 法 な どで あ る。

本研究 で は この ラ ビング に変 わ る新 しい方法 として高密度刻線 機 ^(ル ー リングエ ンジ ン )に 使 用 して等峰

れた微糸 田刻線 (マ イ ク ログル ー ブ )を 作 成 す る こ とで液 晶 を規則 正 し く並 べ る方法 を試 みた。 この方法 の特徴 として ,溝 の間隔 を任意 に制御 す る こ とが可能 で あ る ,溝 形状 を任意 に設定 す る こ とが可能 で あ るな どの特徴 が あ る。 また ,  これ らの制御 に よ り従来 のバ ックライ ト方式 は も

学位記番号 と学位 :第 26号 ,博 ^士

学

授与年月 日    :平 ^{成 17年 3月 19日}

授与時の所属   :大 学院工学研究科機械 システム専攻博士後期課程

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八戸工業大学紀要   第 25巻

とよ り ,反 射 光 を利 用す るフロ ン トライ ト方式 へ応用 す る ことも可能 で あ る と考 える。

これ らの ことか ら ,本 研 究 で は液 晶 デ ィスプ レイヘ の応用 を目的 とし ,ア ル ミ薄膜表面 の微細加 工 ,解 析 を行 い ,新 しい液晶配 向法 を示 した もので あ る。

本論文 はその一連 の研究 内容 を ま とめた もので全 7章 _{か らな る。}

第 1章 _{は序論 で あ り} ,液 晶 デ ィス プ レイの現状 と問題 点 ,そ の解決策 としての本研究 の背景 な ら び に 目的 を述 べた もので あ る①

第 2章 は本研究 の最大 の特徴 で あ る制御 させたマ イクログルー ブを形成す るた めの装置 ルニ リン グエ ンジ ンについて述 べた もので あ り ,装 置 の特徴 お よびマイ クログル ーブ を作製 す る上 で重要 な 実験環境 につ いて考察 を行 った結果 ,温 度・湿度・振動 条件 は ともにルー リングエ ンジ ンで切 削 を行 う際 には非常 に重要 な条件 で あ り ,温 度・湿 度 は常 に一定 で あ る ことが望 まし く ,振 動 は切 削結果 に 最 も影響 を与 える こ とが明 らか となった。

第 3章 は実験基板 について述 べた もので あ リルー リングエ ンジンを用 いたマ イクログルー ブ切 削 を行 う上 で最適 なアル ミニ ウム基板 の作製 を目指 し ,ス パ ッタ装置 を用 いて必要 な膜 厚 を確保 し,基 板 表面 の面 あ らさが最小 とな るようなスパ ッタ条件 を求 めた もので あ る。 その結果 ,実 験 試料 とし て最適 なスパ ッタ条件 は RF出 _力 03[kW],基 _{板 回転 数} 8[rpm],で ベ イク ヒーター を使 用 し ,ス

パ ッタ時間 を 1時 _{間未満 として} 3回 に分 けてスパ ッタ を行 う方法 であ る ことが明 らか となった。

第 4章 はマ イ ク ロ グ ルーブ切 削過 程 を動 的 シ ミュレー シ ョン解 析 ソ フ ト ^LS― DYNAに よ り

ル ー リングエ ンジンでマイ クログルー ブ切 削 を行 った際の溝形成過程 を求 めた。 これ によ りご く小 さい範 囲の可視化 の難 しい現象 を目で捉 える ことで溝形成 のメカニズム を解明 し ,溝 形成 に与 える 影響 について考察 した。 その結果 ,ピ ッチが小 さい場合 の溝形成 時 の ,ダ イヤモ ン ドバ イ ト形状 の 違 い に よる影響 を可視化 で き ,切 れ刃が 円弧状 で あ る ことが望 ましい ことが確認 で きた。

第 5章 は第 3章 で求 めたスパ ッタ条件 お よび ,第 ^4章 で求 めた シ ミュレー シ ョン解析 結果 を もと に ,ア ル ミニ ウム膜 を切 削 した結果 な らびに ,酸 化 イ ンジ ュウム膜 ,配 向膜 を様 々 な ピッチで切 削 した。 これ に よ リピ ッチが液 晶分子 を配 向 した際 に与 える影響 と ,液 晶 デバ イ ス として応用が可能 で あ るか求 め る とともに ,ラ ビング法 との比較 を行 った結果 で あ る。 その結果 ,ル ー リングエ ンジ ンに よるマイクログルー ブ切 削で はすべ ての結果 において安定 した ピッチでのマイクログルーブ切 削 に成功 した。 また ,ル ー リングエ ンジ ンによ り切 削す る方法 で はラ ビング法 と比較 して弾性 エネ ル ギー は河ヽさい値 となったが,液 晶分子 が一定 な方向性 を持 ち配 向 してい ることが日 月らか とな った。

第 6章 はル ー リングエ ンジンで切 削 した基板 を液 晶 デ ィスプ レイヘ応用す る際 の高性能化 を目指 すた め ,マ イ クログル ー ブ切 削結果 に現 われた光 の干渉 を防 ぐた めにスパ ッタ装置 を使 用 した二次 加 工 に よ り新 しい反射膜 としての利 用 を目指 し ,考 察 を行 った もので あ る。 これ によ り ,直 接切 削 基板 ヘ スパ ッタ を行 うよ りも空 間 フィル ター (平 織 金網・綾織金網 )を 使 用 す る こ とで ,よ り効果 的 に切 削基板 の干渉色 を消す こ とがで る ことが明 らか となった。 この金網 を使用 した切 削基板 の二次 加 工 は簡単 な方法 で有効 な方法 であ り ,新 しい反射膜 の応用 として利用 で きる可能性 が あ る ことを 示 した。また ,WinMASPHYCを 使 用 した二 次加工 の シ ミュレー シ ョン解析 に よ り ,結 晶成長 時 の 溝形状 に与 える影響 を求 める こ とで きた。

第 7章 は本論文 の結論 であ り ,本 研 究 で得 られた。

主指導教員   小野   陽

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アル ミ薄膜表面の微細加工 に関する研究

村

Study on Hlicromachining on surface of alunlinuna thin filrn

Isao NAKAMURA

Abstract

At present,a liquid crystal display is being used for information device of rnost part.  It is hoped to obtain information anytirne and any、 vhere as the factor that the liquid crystal display becomes to be used variously,for example, in a computer,handy telephone and Tヽ

The reason why the liquid crystal display is best device is that is small and can be lightened WIoreover,a higher performance is hoped for the usage as for the liquid crystal display  The expansion of viewing angle,the improvement of the screen lunlinescence,and the nonrubbing process,etc  are enumerated as an improvement to advance to high performance̲  Then,it is the purpose of this study to analyze the rnicrostructure of the rnicro groove of the liquid crystal display by making to the nonrubbing process̲

As for the ahgnment nlrn inade frona the resin caned a p01yilnide,the rubbing method is brushing the surface、vith a soft cloth in a constant direction,and making the randoal grooves for the liquid crystal rnolecule to queue up in an one ttπ ay direction  There is some problem in this rubbing method  There is a problem of the static electricity destruction of the TF′r(thin filni transistor)to generate the dust and the static electricity,etc in the process of the rubbing.

Then,the rubbing methods are being devised no郡 「

The liquid crystal display by making the nlicro groove that had been controHed as a new「

method of the change ttrith a ruhng engine,vras tried in this study̲  The feature of this rnethod can arbitrarily control the spacing of the groove̲  In addition,there is a feature such as being able to set the groove form arbitrarily̲

To apply it to the liquid crystal display,the rnicromachining and the sirnulation analysis on the surface of the aluminuna thin nlm、 、 ァ as performed̲  As a result,a new alignment rnethod of liquid crystal was sho、 、 ア n

This paper consists of 7 chapters as foHoヽ ^vlng̲

Chapter l is an introduction  The current state of the liquid crystal display,the problexll, the solution,and the purpose this study were described

ln chapter 2,the precision machine device named ruhng engine to forni the controlled the pronle of the rnicro groove that wras the rnaxirnuln feature of this research was described̲  To make the feature and the■ licro groove of the device,an important experilnental environment were considered   ^{ッ ヘ} s a result,on cutting with the ruling engine,the temperature,hunlidity,and the vibration condition耶 〆 ere very important conditions̲  It became clear that the temperature and hunlidity、 vere al、 vays preferable constancy, and the vibration was mostly illlluenced the cutting result̲

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In chapter 3,the experinnental results were described  The best specilnen to cut the micro groove、 vith a ruling engine ttras made.  A necessary thickness of nlln  耶 「 as secured with a spattering device,and the spattering condition that surface roughness of the substrate surface 耶〆 as nlinilnized was requested  As a result,it was clarined that the best spattering condition was as follo、 、 ア

・ RF poMrer output O.3kW

。 Substrate rotating speed 8 rpm

・ ̀̀13ake heater was used

The spattering tilne、 vas attuSted to less than one hour,and the spattering  Ⅵ〆as processed into three times̲

Chapter 4 denoted the micro groove cutting prOcess and the groove formation process、 vhen the■ 五cro groOve M/as cut w「 ith the ruhng engine, according to dynamic simulation analysis

soft、 vare LS―

FNA̲  As a result,the inauence by the direrence ofthe diamond bit shape  Ⅵ /hen the pitch was formed in sman distance was able to be made visible as an animation  As a result,it、 vas able to be conlirmed that the blade was a circular arc.

In Chapter 5,cutting pattern on the alunlinum nlln,the ITO nlrn,and the ahgnment illn in various pitches were denoted  As a result,application to the liquid crystal device was request‐

ed  As a result,it succeeded in the■ licro groove cutting in the stable pitch、 、 ‐ ith the ruling engine  lヽ

oreover,the elastic energy reached a smaH value in the method of cutting ttrith the ruling engine comparing耶 〆 ith the rubbing inethod.  HOwever,the possession of directiOnahty 耶 「ith a constant liquid crystal rnolecule and ahgnmenting became clear.

Chapter 6 Mras denoted the high performance in the liquid crystal display、 、 ア hen the substrate cut by the ruhng engine  To erase the interference color on the cutting substrate,the spatial nlter(plain weave wire net and twill wire net)was used.It was shOwn that the secOndary

Ⅵ /orking on the cutting substrate using this ttrire net M〆 _as a ne、 v eftective method in the simple expedient,and had the possibility to be able to use as an applicatiOn of a ne覇 /renection plate.

Ⅳ Ioreover,the inlluence given to the groOve form by aluminunl molecular dynamics could be obtained by the sirnulation analysis of the secondary  Ⅵ/orking by usingヽ VinⅢ 生 ュ 生 SPIIYC

Chapter 7  Ⅵ〆 as the sunllnary of the present study.

ProfessOr(ChairpersOn)Noboru ONO

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