JP2004337780A - 薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バンクB、B間に形成された溝31内に機能液の液滴32を複数吐出して薄膜パターンを形成する。バンクBに着弾した際の液滴32の直径をDとし、溝の幅をWとしたときに、D≦4×Wを満足する大きさで液滴を吐出する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路などの微細な配線パターンの製造方法としては、フォトリソグラフィー法が多用されている。一方、特許文献1、特許文献2などには、液滴吐出方式を用いた方法が開示されている。これら公報に開示されている技術は、パターン形成用材料を含んだ機能液を液滴吐出ヘッドから基板上に吐出することにより、パターン形成面に材料を配置(塗布)して配線パターンを形成するものであり、少量多種生産に対応可能であるなど大変有効であるとされている。
【0003】
ところで、近年ではデバイスを構成する回路の高密度化がますます進み、例えば配線パターンについてもさらなる微細化、細線化が要求されている。
しかしながら、このような微細な配線パターンを前記の液滴吐出方式による方法によって形成しようとした場合、特にその配線幅の精度を十分にだすのが難しい。そこで、特許文献3及び特許文献4には、基板上に仕切部材であるバンクを設けるとともに、バンクの上部を撥液性にし、それ以外の部分が親液性となるように表面処理を施す技術が記載されている。
この技術を用いることにより、細線であっても配線パターンの幅をバンク間の幅で規定して細線を形成することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−274671号公報
【特許文献2】
特開2000−216330号公報
【特許文献3】
特開平9−203803号公報
【特許文献4】
特開平9−230129号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
細線化を図ってバンク間に形成される溝幅を小さくすると、吐出した液滴の直径が溝幅よりも大きくなることが考えられる。この場合、着弾した液滴がバンクの表面に溢れて残留する虞があり、隣り合う配線間のバンクで液滴が残留すると短絡の可能性もあるため、デバイスとしての品質を大きく低下させることになってしまう。
【0006】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、液滴をバンクに残留させることなく配線を形成できる薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の薄膜パターン形成方法は、バンク間に形成された溝内に機能液の液滴を複数吐出して薄膜パターンを形成する方法であって、前記バンクに着弾した際の前記液滴の直径をDとし、前記溝の幅をWとしたときに、D≦4×Wを満足する大きさで前記液滴を吐出することを特徴とするものである。
【0008】
バンクに着弾した液滴の直径が溝幅の4倍より大きいと溝の容量を超えてしまい、着弾した機能液を溝内に引き込みきれなかったが、本発明の薄膜パターン形成方法ではD≦4Wを満足することで、着弾した液滴を溝内に引き込むことができた。そのため、バンクに液滴が残留せず、短絡等による品質低下を防止することができる。
【0009】
機能液に対する前記溝の接触角と、前記機能液に対する前記バンクの接触角との差は40°以上であることが好ましい。
これにより、吐出した機能液の一部がバンクにのった場合でも、機能液の流動性や毛細管現象等により機能液を確実にバンク間の溝内に入り込ませることが可能になり、バンク間の幅で規定された細線パターンを得ることができる。また、機能液に対する前記溝の接触角は15°以下が好ましく、この場合、溝内の機能液が基板上でより塗れ拡がり易くなり、より均一に溝内に埋め込むことができる。
【0010】
また、液滴が前記溝内で塗れ拡がったときに、前記溝内で隣り合う液滴とつながるピッチで前記液滴を吐出することが好ましい。
これにより本発明では、バンク上の液滴の引き込み力を大きくすることができ、バンク上に液滴が残留する可能性を小さくすることができる。
また、バンクに対しては、前記溝よりも高い撥液性を付与することが好ましい。この場合、吐出された液滴の一部がバンク上にのっても、バンク表面が撥液性となっていることによりバンクからはじかれ、バンク間の溝に流れ落ちやすくなる。
【0011】
なお、機能液に導電性微粒子が含まれる場合には、薄膜パターンを配線パターンとすることができ、各種デバイスに応用することができる。また導電性微粒子の他に、有機EL等の発光素子形成材料やR・G・Bのインク材料を用いることで有機EL装置や、カラーフィルタを有する液晶表示装置等の製造にも適用することができる。さらに、機能液としては、加熱等の熱処理または光照射等の光処理により導電性を発生するものを選択することも可能である。
【0012】
一方、本発明のデバイス製造方法は、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンを形成することを特徴とするものである。
また、本発明のデバイスは、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスであって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンが形成されていることを特徴とするものである。
これにより本発明では、短絡等の品質低下が生じず、細線の薄膜パターンが形成された薄型のデバイスを得ることが可能になる。
【0013】
そして、本発明の電気光学装置は、上記のデバイスを備えることを特徴としている。
また、本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴としている。
これにより本発明では、短絡等の品質低下が生じない薄型の電気光学装置及び電子機器を得ることが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器の実施の形態を、図1ないし図11を参照して説明する。
(第1実施形態)
本実施の形態では、液滴吐出法によって液体吐出ヘッドのノズルから導電性微粒子を含む配線パターン(薄膜パターン)用インク(機能液)を液滴状に吐出し、基板上に導電性膜で形成された配線パターンを形成する場合の例を用いて説明する。
【0015】
この配線パターン用インクは、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなるものである。
本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、パラジウム、及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。
導電性微粒子の粒径は1nm以上0.1μm以下であることが好ましい。0.1μmより大きいと、後述する液体吐出ヘッドのノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、1nmより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。
【0016】
分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法(インクジェット法)への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【0017】
上記導電性微粒子の分散液の表面張力は0.02N/m以上0.07N/m以下の範囲内であることが好ましい。インクジェット法にて液体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、インク組成物のノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や、吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。
【0018】
上記分散液の粘度は1mPa・s以上50mPa・s以下であることが好ましい。インクジェット法を用いて液体材料を液滴として吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合にはノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすく、また粘度が50mPa・sより大きい場合は、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となる。
【0019】
配線パターンが形成される基板としては、ガラス、石英ガラス、Siウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種のものを用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも含む。
【0020】
ここで、液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御してノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に30kg/cm2程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散してノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。
【0021】
また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル(泡)を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液状材料(流動体)の一滴の量は、例えば1〜300ナノグラムである。
【0022】
次に、本発明に係るデバイスを製造する際に用いられるデバイス製造装置について説明する。
このデバイス製造装置としては、液滴吐出ヘッドから基板に対して液滴を吐出することによりデバイスを製造する液滴吐出装置(インクジェット装置)が用いられる。
【0023】
図1は、液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と、X軸方向駆動軸4と、Y軸方向ガイド軸5と、制御装置CONTと、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ15とを備えている。
ステージ7は、この液滴吐出装置IJによりインク(液体材料)を設けられる基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
【0024】
液滴吐出ヘッド1は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とY軸方向とを一致させている。複数の吐出ノズルは、液滴吐出ヘッド1の下面にY軸方向に並んで一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルからは、ステージ7に支持されている基板Pに対して、上述した導電性微粒子を含むインクが吐出される。
【0025】
X軸方向駆動軸4には、X軸方向駆動モータ2が接続されている。X軸方向駆動モータ2はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからX軸方向の駆動信号が供給されると、X軸方向駆動軸4を回転させる。X軸方向駆動軸4が回転すると、液滴吐出ヘッド1はX軸方向に移動する。
Y軸方向ガイド軸5は、基台9に対して動かないように固定されている。ステージ7は、Y軸方向駆動モータ3を備えている。Y軸方向駆動モータ3はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ7をY軸方向に移動する。
【0026】
制御装置CONTは、液滴吐出ヘッド1に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、X軸方向駆動モータ2に液滴吐出ヘッド1のX軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Y軸方向駆動モータ3にステージ7のY軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。
クリーニング機構8は、液滴吐出ヘッド1をクリーニングするものである。クリーニング機構8には、図示しないY軸方向の駆動モータが備えられている。このY軸方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y軸方向ガイド軸5に沿って移動する。クリーニング機構8の移動も制御装置CONTにより制御される。
ヒータ15は、ここではランプアニールにより基板Pを熱処理する手段であり、基板P上に塗布された液体材料に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒータ15の電源の投入及び遮断も制御装置CONTにより制御される。
【0027】
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と基板Pを支持するステージ7とを相対的に走査しつつ基板Pに対して液滴を吐出する。ここで、以下の説明において、X軸方向を走査方向、X軸方向と直交するY軸方向を非走査方向とする。したがって、液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルは、非走査方向であるY軸方向に一定間隔で並んで設けられている。なお、図1では、液滴吐出ヘッド1は、基板Pの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド1の角度を調整し、基板Pの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド1の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Pとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。
【0028】
図2は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
図2において、液体材料(配線パターン用インク、機能液)を収容する液体室21に隣接してピエゾ素子22が設置されている。液体室21には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系23を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子22は駆動回路24に接続されており、この駆動回路24を介してピエゾ素子22に電圧を印加し、ピエゾ素子22を変形させることにより、液体室21が変形し、ノズル25から液体材料が吐出される。この場合、印加電圧の値を所定の駆動波形で変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。
【0029】
次に、本発明の配線パターン形成方法(薄膜パターン形成方法)の実施形態の一例として、基板上に導電膜配線を形成する方法について図3及び図4を参照して説明する。本実施形態に係る配線パターン形成方法は、上述した配線パターン用のインクを基板P上に配置し、その基板P上に配線用の導電膜パターンを形成するものであり、バンク形成工程、残渣処理工程、撥液化処理工程、材料配置工程及び中間乾燥工程、焼成工程から概略構成される。
以下、各工程毎に詳細に説明する。
【0030】
(バンク形成工程)
バンクは、仕切部材として機能する部材であり、バンクの形成はリソグラフィ法や印刷法等、任意の方法で行うことができる。例えば、リソグラフィ法を使用する場合は、スピンコート、スプレーコート、ロールコート、ダイコート、ディップコート等所定の方法で、基板P上にバンクの高さに合わせて有機系感光性材料を塗布し、その上にレジスト層を塗布する。そして、バンク形状(配線パターン)に合わせてマスクを施しレジストを露光・現像することによりバンク形状に合わせたレジストを残す。最後にエッチングしてマスク以外の部分のバンク材料を除去する。また、下層が無機物で上層が有機物で構成された2層以上でバンク(凸部)を形成してもよい。
【0031】
これにより、図3(a)に示されるように、配線パターンを形成すべき領域である溝31を囲むように、例えば15μm幅でバンクB、Bが突設される。
なお、基板Pに対しては、有機材料塗布前に表面改質処理として、HMDS処理((CH3)3SiNHSi(CH3)3を蒸気状にして塗布する方法)が施されているが、図3ではその図示を省略している。
【0032】
バンクを形成する有機材料としては、液体材料に対して撥液性を示す材料でも良いし、後述するように、プラズマ処理による撥液化が可能で下地基板との密着性が良くフォトリソグラフィによるパターニングがし易い絶縁有機材料でも良い。例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂等の高分子材料を用いることが可能である。
【0033】
(残渣処理工程(親液化処理工程))
次に、バンク間におけるバンク形成時のレジスト(有機物)残渣を除去するために、基板Pに対して残渣処理を施す。
残渣処理としては、紫外線を照射することにより残渣処理を行う紫外線(UV)照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするO2プラズマ処理等を選択できるが、ここではO2プラズマ処理を実施する。
【0034】
具体的には、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
【0035】
なお、基板Pがガラス基板の場合、その表面は配線パターン形成材料に対して親液性を有しているが、本実施の形態のように残渣処理のためにO2プラズマ処理や紫外線照射処理を施すことで、溝31の親液性を高めることができる。本実施の形態では、配線パターン形成材料として用いる有機銀化合物(後述)に対する溝31の接触角が15°以下となるようにプラズマ処理条件を調整した(例えば基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする)。
【0036】
(撥液化処理工程)
続いて、バンクBに対し撥液化処理を行い、その表面に撥液性を付与する。撥液化処理としては、例えば大気雰囲気中でテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法(CF4プラズマ処理法)を採用することができる。CF4プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが50〜1000W、4フッ化メタンガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基体搬送速度が0.5〜1020mm/sec、基体温度が70〜90℃とされる。
なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン(四フッ化炭素)に限らず、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。本実施の形態では、配線パターン形成材料として用いる、導電性微粒子材料に対するバンクBの接触角と、溝部31の接触角の差が40°以上となるようにプラズマ処理条件を調整した(例えば基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする)。
【0037】
このような撥液化処理を行うことにより、バンクB、Bにはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、溝部31に対して高い撥液性が付与される。なお、上述した親液化処理としてのO2プラズマ処理は、バンクBの形成前に行ってもよいが、アクリル樹脂やポリイミド樹脂等は、O2プラズマによる前処理がなされた方がよりフッ素化(撥液化)されやすいという性質があるため、バンクBを形成した後にO2プラズマ処理することが好ましい。
【0038】
なお、バンクB、Bに対する撥液化処理により、先に親液化処理した基板P表面に対し多少は影響があるものの、特に基板Pがガラス等からなる場合には、撥液化処理によるフッ素基の導入が起こらないため、基板Pはその親液性、すなわち濡れ性が実質上損なわれることはない。
また、バンクB、Bについては、撥液性を有する材料(例えばフッ素基を有する樹脂材料)によって形成することにより、その撥液処理を省略するようにしてもよい。
これらバンク形成工程、残渣処理工程及び撥液化処理工程により、薄膜パターニング用基板が形成される。
【0039】
(材料配置工程及び中間乾燥工程)
次に、液滴吐出装置IJによる液滴吐出法を用いて、配線パターン形成材料を基板P上の溝31に塗布する。なお、ここでは、機能液(配線パターン用インク)として、導電性微粒子を溶媒(分散媒)に分散させた分散液を吐出する。ここで用いられる導電性微粒子は、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルの何れかを含有する金属微粒子の他、導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
【0040】
すなわち、材料配置工程では、上述した液滴吐出装置IJの液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させながら、図3(b)に示すように、液体吐出ヘッド1から配線パターン形成材料を含む液体材料を液滴32として吐出し、その液滴32を基板P上の溝31に配置する。具体的には、溝31の長さ方向(配線パターンの形成方向)に沿って、液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させつつ、所定のピッチで液滴32を複数吐出することで、後述するように線状の配線パターンを形成する。
なお、本例では、液滴32の直径D’がバンクB、Bによる溝部31の幅W(本例では溝部31の開口部における幅)より大きいものとする。具体的には、バンクBに着弾した際の液滴の直径をD(図2参照)とすると、D≦4×Wを満足する大きさで液滴を吐出する。
【0041】
このような液滴32を液滴吐出ヘッド1から吐出し、溝部31内に液状体を配すと、バンク32、32の表面が撥液性となっておりしかもテーパ状になっていることから、これらバンクB、B上にのった液滴32部分がバンクB、Bからはじかれ、さらには溝31の毛細管現象によって該溝31内に流れ落ちる。
ところが、液滴32はその直径D’が溝部31の幅Wより大きいことから、図4(a)に示す(図3(c)中二点鎖線で示す)ように、吐出された液状体(符号32aで示す)の一部が溢れてバンクB、B上に残ることがある。
【0042】
そして、続いてピッチL離れた溝31内の位置に液滴32を吐出するが、この吐出ピッチLは、L>D’(液滴直径)とされ、溝31内に吐出された液状体(液滴)が塗れ拡がったときに、ピッチL離間して吐出された隣り合う液状体とつながる大きさに設定されており、予め実験等により求められているものである。
すなわち、図4(b)に示されるように、液状体32aに対して距離L離間して吐出された液状体(符号32bで示す)は、塗れ拡がることで、先に吐出された液状体32aとつながる。このとき、液状体32bにおいても、その一部が溢れてバンクB、B上に残る可能性があるが、液状体32a、32bがつながったときに接触部が引き合うことにより、バンクBに残った液状体が図中矢印で示すように、溝31内に引き込まれる。その結果、図3(c)及び図4(c)に符号32cで示すように、液状体はバンクBに溢れることなく溝31内に入り込んで線状に形成される。
【0043】
また、溝31内に吐出され、あるいはバンクB、Bから流れ落ちた液状体32a、32bは、基板Pが親液処理されていることからより広がり易くなっており、これによって液状体32a、32bはより均一に溝31内を埋め込むようになる。したがって、溝31の幅Wが液滴32の直径D’より狭い(小さい)にもかかわらず、溝31内に向けて吐出された液滴32(液状体32a、32b)は、バンクB上に残留することなく、溝31内に良好に入り込んでこれを均一に埋め込むようになる。
【0044】
(中間乾燥工程)
基板Pに液滴を吐出した後、分散媒の除去及び膜厚確保のため、必要に応じて乾燥処理(中間乾燥)をする。乾燥処理は、例えば基板Pを加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行なうこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
この中間乾燥工程と上記材料配置工程とを繰り返し行うことにより、配線パターンを所望の膜厚に形成することができる。
【0045】
(焼成工程)
吐出工程後の乾燥膜は、微粒子間の電気的接触をよくするために、分散媒を完全に除去する必要がある。また、導電性微粒子の表面に分散性を向上させるために有機物などのコーティング剤がコーティングされている場合には、このコーティング剤も除去する必要がある。そのため、吐出工程後の基板には熱処理及び/又は光処理が施される。
【0046】
熱処理及び/又は光処理は通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行なうこともできる。熱処理及び/又は光処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。
たとえば、有機物からなるコーティング剤を除去するためには、約300℃で焼成することが必要である。また、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上100℃以下で行なうことが好ましい。
以上の工程により吐出工程後の乾燥膜は微粒子間の電気的接触が確保され、導電性膜に変換されることで、図3(d)に示すように、線状に連続した膜としての導電性パターン、すなわち配線パターン(薄膜パターン)33を得る。
【0047】
(実施例)
バンクが形成されたガラス基板を、プラズマパワーが550W、4フッ化メタンガス流量が100ml/min、Heガス流量が10L/min、プラズマ放電電極に対する基体搬送速度が2mm/secの条件で実施した所、導電性微粒子材料に対する接触角は、撥液化処理前のバンクBが10°以下であったのに対し、撥液化処理後のバンクBが54.0°になった。また、純水に対する接触角は撥液化処理前のバンクBが69.3°であったのに対し、撥液化処理後のバンクBが104.1°になった。なお、いずれの場合もガラス基板の溝部31における接触角は15°以下であり、溝部31とバンクBとの接触角の差は40°以上となった。
【0048】
そして、このガラス基板に対して、液滴直径D’≒20μm(重量約7.0ng/dot)、インク速度(吐出速度)5〜7m/sec、ピッチLが40μmで粘度が8mPa・sの導電性微粒子材料の液滴を吐出した。
ここでは、液滴直径D’を一定とし、複数種類の幅Wで溝が形成されたガラス基板に対して液滴吐出を行った。このとき、バンクBに着弾した際の液滴の直径D(図2参照)は約32μmとなり、幅Wが10μm、25μm、50μmの溝に吐出された液滴は、バンクBに溢れ出ることなく引き込まれ幅Wで規定された線状の配線パターンとなったが、幅Wが5μm、7μmの溝に吐出された液滴は、溝内に収まりきれずバンクB上に溢れ出た。
換言すると、D≦4×Wを満足しない場合は、液滴がバンクBに溢れ出てしまい所望の配線パターンを得られなかったが、D≦4×Wを満足する条件で液滴を吐出した場合には、バンクBに溢れ出ることなく所望の幅を有する配線パターンを得ることができた。
【0049】
このように、本実施の形態では、D≦4×Wを満足する大きさで液滴を吐出することでバンクBに溢れ出ることなく、すなわち短絡の虞のない配線パターンを形成することが可能となり、配線同士が短絡する等、デバイスの品質低下を防止することができる。特に、本実施の形態では、液状体が溝31内で塗れ拡がったときに隣り合う液状体とつながるピッチで吐出するため、つながったときの引き込み力が大きくなり、より確実に液滴を溝31内に引き込むことができる。
【0050】
また、本実施の形態では、液状体に対する溝31とバンクBとの接触角の差を40°以上とすることで、液滴の一部がバンクBにのった場合でも、溝31内に入り込ませることが可能になり、バンクB、B間の幅で規定された細線パターンを得ることができる。しかも、本実施の形態では、液状体に対する溝31の接触角を15°以下とすることで、溝31の液状体が基板P上でより塗れ拡がり易くなり、より均一に溝31を埋め込むことができる。そのため、間隔をあけて吐出した液状体を溝31において分断することなく一体化することが可能となり、断線等の不良が生じることを防止することができ、デバイスとしての品質も向上させることが可能である。
【0051】
(第2実施形態)
第2実施形態として、本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置について説明する。図5は、本発明に係る液晶表示装置について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図6は図1のH−H’線に沿う断面図である。図7は、液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図で、図8は、液晶表示装置の部分拡大断面図である。なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【0052】
図5及び図6において、本実施の形態の液晶表示装置(電気光学装置)100は、対をなすTFTアレイ基板10と対向基板20とが光硬化性の封止材であるシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶50が封入、保持されている。シール材52は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されてなり、液晶注入口を備えず、封止材にて封止された痕跡がない構成となっている。
【0053】
シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
【0054】
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板10の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板10の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。なお、液晶表示装置100においては、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。
また、液晶表示装置100をカラー表示用として構成する場合には、対向基板20において、TFTアレイ基板10の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
【0055】
このような構造を有する液晶表示装置100の画像表示領域においては、図7に示すように、複数の画素100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT(スイッチング素子)30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。
【0056】
画素電極19は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極19を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図6に示す対向基板20の対向電極121との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、画素電極19と対向電極121との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量60が付加されている。例えば、画素電極19の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量60により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置100を実現することができる。
【0057】
図8(a)は、ボトムゲート型TFT30を有する液晶表示装置100の部分拡大断面図であって、TFTアレイ基板10を構成するガラス基板P上には、バンク67、67が突設されており、バンク67、67間の溝68内には上記第1実施形態の配線パターン形成方法によりゲート配線61が形成されている。なお、本実施の形態では、後述するアモルファスシリコン層を形成するプロセスで約350℃まで加熱されるため、その温度に耐えられる材料として無機質のバンク67を用いている。
【0058】
ゲート配線61上には、SiNxからなるゲート絶縁膜62を介してアモルファスシリコン(a−Si)層からなる半導体層63が積層されている。このゲート配線部分に対向する半導体層63の部分がチャネル領域とされている。半導体層63上には、オーミック接合を得るための例えばn+型a−Si層からなる接合層64a及び64bが積層されており、チャネル領域の中央部における半導体層63上には、チャネルを保護するためのSiNxからなる絶縁性のエッチストップ膜65が形成されている。なお、これらゲート絶縁膜62、半導体層63、及びエッチストップ膜65は、蒸着(CVD)後にレジスト塗布、感光・現像、フォトエッチングを施されることで、図示されるようにパターニングされる。
【0059】
さらに、接合層64a、64b及びITOからなる画素電極19も同様に成膜するとともに、フォトエッチングを施されることで、図示するようにパターニングされる。そして、画素電極19、ゲート絶縁膜62及びエッチストップ膜65上にそれぞれバンク66…を突設し、これらバンク66…間に上述した液滴吐出装置IJを用いて、銀化合物の液滴を吐出することでソース線、ドレイン線を形成することができる。
【0060】
なお、図8(b)に示すように、ゲート絶縁膜62に凹部を設けて、この凹部内にゲート絶縁膜62の表面と略面一に半導体層63を形成し、その上に接合層64a、64b、画素電極19、エッチストップ膜65を形成することもできる。この場合、バンク66間の溝底部をフラットにすることで、これら各層及びソース線、ドレイン線を断面的に屈曲させないで、平坦性に優れ高特性のTFTとすることができる。
上記構成のTFTでは、上述した液滴吐出装置IJを用いて、例えば銀化合物の液滴を吐出することでゲート線、ソース線、ドレイン線等を形成することができるため、細線化による小型・薄型化が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の液晶表示装置を得ることができる。
【0061】
(第3実施形態)
上記実施の形態では、TFT30を液晶表示装置100の駆動のためのスイッチング素子として用いる構成としたが、液晶表示装置以外にも例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに応用が可能である。有機EL表示デバイスは、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。そして、上記のTFT30を有する基板上に、有機EL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料をインクとし、各々をパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。
本発明におけるデバイス(電気光学装置)の範囲にはこのような有機ELデバイスをも含むものであり、小型・薄型化が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の有機ELデバイスを得ることができる。
【0062】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態として、本発明の電気光学装置の一例であるプラズマ型表示装置について説明する。
図9は、本実施形態のプラズマ型表示装置500の分解斜視図を示している。
プラズマ型表示装置500は、互いに対向して配置された基板501、502、及びこれらの間に形成される放電表示部510を含んで構成される。
放電表示部510は、複数の放電室516が集合されたものである。複数の放電室516のうち、赤色放電室516(R)、緑色放電室516(G)、青色放電室516(B)の3つの放電室516が対になって1画素を構成するように配置されている。
【0063】
基板501の上面には所定の間隔でストライプ状にアドレス電極511が形成され、アドレス電極511と基板501の上面とを覆うように誘電体層519が形成されている。誘電体層519上には、アドレス電極511、511間に位置しかつ各アドレス電極511に沿うように隔壁515が形成されている。隔壁515は、アドレス電極511の幅方向左右両側に隣接する隔壁と、アドレス電極511と直交する方向に延設された隔壁とを含む。また、隔壁515によって仕切られた長方形状の領域に対応して放電室516が形成されている。
また、隔壁515によって区画される長方形状の領域の内側には蛍光体517が配置されている。蛍光体517は、赤、緑、青の何れかの蛍光を発光するもので、赤色放電室516(R)の底部には赤色蛍光体517(R)が、緑色放電室516(G)の底部には緑色蛍光体517(G)が、青色放電室516(B)の底部には青色蛍光体517(B)が各々配置されている。
【0064】
一方、基板502には、先のアドレス電極511と直交する方向に複数の表示電極512がストライプ状に所定の間隔で形成されている。さらに、これらを覆うように誘電体層513、及びMgOなどからなる保護膜514が形成されている。
基板501と基板502とは、前記アドレス電極511…と表示電極512…を互いに直交させるように対向させて相互に貼り合わされている。
上記アドレス電極511と表示電極512は図示略の交流電源に接続されている。各電極に通電することにより、放電表示部510において蛍光体517が励起発光し、カラー表示が可能となる。
【0065】
本実施形態では、上記アドレス電極511、及び表示電極512がそれぞれ、上述した配線パターン形成方法に基づいて形成されているため、小型・薄型化が実現され、短絡等の不良が生じない高品質のプラズマ型表示装置を得ることができる。
【0066】
(第5実施形態)
続いて、第5実施形態として、非接触型カード媒体の実施形態について説明する。図10に示すように、本実施形態に係る非接触型カード媒体(電子機器)400は、カード基体402とカードカバー418から成る筐体内に、半導体集積回路チップ408とアンテナ回路412を内蔵し、図示されない外部の送受信機と電磁波または静電容量結合の少なくとも一方により電力供給あるいはデータ授受の少なくとも一方を行うようになっている。
【0067】
本実施形態では、上記アンテナ回路412が、上記実施形態に係る配線パターン形成方法によって形成されている。
本実施形態の非接触型カード媒体によれば、小型・薄型化が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の非接触型カード媒体を得ることができる。
なお、本発明に係るデバイス(電気光学装置)としては、上記の他に、基板上に形成された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用する表面伝導型電子放出素子等にも適用可能である。
【0068】
(第6実施形態)
第6実施形態として、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図11(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図11(a)において、600は携帯電話本体を示し、601は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図11(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図11(b)において、700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図11(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図11(c)において、800は時計本体を示し、801は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図11(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶表示装置を備えたものであるので、小型化、薄型化及び高品質化が可能となる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶装置を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
【0069】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0070】
例えば、上記実施形態では、バンクBと溝31との機能液に対する接触角の差を40°以上とする構成としたが、これは必須の条件ではなく、40未満であっても適用可能である。
また、バンクに撥液性を付与するためにプラズマ処理を行ったが、上述したように、フッ素またはフッ素化合物を含有する材料にてバンクを形成する構成としてもよい。また、プラズマ処理以外の処理を行う構成としてもよい。
また、上記実施の形態では、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなる機能液を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばパターン形成後に加熱(熱処理)または光照射(光処理)により導電性を発現させる材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】液滴吐出装置の概略斜視図である。
【図2】ピエゾ方式による液状体の吐出原理を説明するための図である。
【図3】配線パターン形成する手順を示す図である。
【図4】吐出された液状体の挙動を説明するための図である。
【図5】液晶表示装置を対向基板の側から見た平面図である。
【図6】図5のH−H’線に沿う断面図である。
【図7】液晶表示装置の等価回路図である。
【図8】液晶表示装置の部分拡大断面図である。
【図9】プラズマ型表示装置の分解斜視図である。
【図10】非接触型カード媒体の分解斜視図である。
【図11】本発明の電子機器の具体例を示す図である。
【符号の説明】
B バンク、L ピッチ、P 基板、31 溝、32 液滴(機能液)、32a〜32c 液状体(機能液)、33 配線パターン(薄膜パターン)、100液晶表示装置(電気光学装置)、400 非接触型カード媒体(電子機器)、500 プラズマ型表示装置(電気光学装置)、600 携帯電話本体(電子機器)、700 情報処理装置(電子機器)、800 時計本体(電子機器)
Claims (10)
- バンク間に形成された溝内に機能液の液滴を複数吐出して薄膜パターンを形成する方法であって、
前記バンクに着弾した際の前記液滴の直径をDとし、前記溝の幅をWとしたときに、
D≦4×W
を満足する大きさで前記液滴を吐出することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1記載の薄膜パターン形成方法において、
前記機能液に対する前記溝の接触角と、前記機能液に対する前記バンクの接触角との差が40°以上であることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1または2記載の薄膜パターン形成方法において、
前記液滴が前記溝内で塗れ拡がったときに、前記溝内で隣り合う液滴とつながるピッチで前記液滴を吐出することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記バンクに前記溝よりも高い撥液性を付与することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記機能液には、導電性微粒子が含まれることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記機能液には、熱処理または光処理により導電性を発現する材料が含まれることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、
請求項1から6のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンを形成することを特徴とするデバイス製造方法。 - 基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスであって、
請求項1から6のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法により、前記薄膜パターンが形成されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項8記載のデバイスを備えることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項9記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
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JP2012227505A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-15 | Polychem Uv Eb Internatl Corp | 透明導電回路基板及びその製造方法 |
-
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