JP2006146063A - ３次元形状の形成方法、および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 集光効率の高い反射電極用凹凸形状の形成において、インクジェット法を用いながらも微細な凹凸形状を付与させうる３次元形状の形成方法を実現する。
【解決手段】 インクジェット法を用いて、ガラス基板１１上に、硬化処理における収縮率がそれぞれ異なる第１の吐出流体３３および第２の吐出流体３４を順次吐出し、複数の吐出流体材料が不完全な混合状態にて基板１１上に液滴を形成する。その後、硬化処理を行うと大きなうねりの凸形状に加えて、小さなうねりを有する微細な凹凸が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット法によって３次元形状を形成する方法に関し、特に、外部からの入射光を反射することによって表示を行う反射型もしくは透過反射型の液晶表示装置の製造方法に関するものである。

近年、液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を活かして、パーソナルコンピュータ、テレビ、電子手帳、携帯電話など、さまざまな電子機器に幅広く用いられている。

特に、反射型液晶表示装置は外部からの光を表示パネル内に取り込み、背面に設けた反射板により反射させることによってバックライトを不要とし、さらなる低消費電力を可能としている。

上記反射型液晶表示装置は、屋外のような周囲が明るい環境下では良好に使用できるが、周囲が暗い環境下では極端に視認性が低下する。このため、バックライトの光を用いた表示も行える半透過型液晶表示装置が注目されている。

半透過型液晶表示装置は、一つの絵素領域において、外部からの光を反射する反射用電極とバックライトからの光を透過する透過用電極とを有しており、周囲環境に応じて、バックライトを用いた透過モードと外部からの光を用いた反射モードとを切り替えるようになっている。あるいは、両方のモードを同時に行うこともできる。

上記の反射型または半透過型の液晶表示装置はいずれも、外部からの光を利用するための反射用電極を必要とする点で共通する。

外部からの光の入射方向は、液晶表示装置が使用される環境によって異なるため、不特定の方向より入射する光をランダムな方向に反射させる光散乱反射構造が反射用電極に要求される。すなわち、上記反射用電極では、その反射面は鏡面ではなく、凹凸を有する反射面として形成される。

ここで、反射型液晶表示装置の構成例を簡単に説明する。反射型液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板と、これに対向するカラーフィルタ基板と、これらの基板間に挟持される液晶層と、カラーフィルタ基板の上面（液晶と対向しない面）に配置される位相差板と、位相差板に配置される偏光板とを有する構成が代表的である。

図６は、上記ＴＦＴ基板の断面図の一構成例を示したものである。ＴＦＴ基板は、ガラス基板１１０上に液晶駆動用素子としてＴＦＴ１２０を形成したものである。ＴＦＴ１２０は、ガラス基板１１０上に、ゲート電極１２１（例えば、Ｔａ）、ゲート絶縁層１２２（例えば、ＳｉＮｘ）、半導体層１２３（例えば、ａ−Ｓｉ）、ｎ型半導体層１２４（例えば、ｎ型ａ−Ｓｉ）、ソース電極１２５（例えば、Ｔｉ）、ドレイン電極１２６（例えば、Ｔｉ）を有して構成されている。

さらに、ＴＦＴ１２０上には絶縁樹脂層１１１が形成され、絶縁樹脂層１１１の上に反射用電極を兼ねた画素電極１１２がＡｌ薄膜によりパターン形成される。画素電極１１２は、絶縁樹脂層１１１に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極１２６と接続される。また、絶縁樹脂層１１１は、画素電極１１２が形成される領域において凹凸が形成されており、これによって画素電極１１２も滑らかな凹凸の表面形状を有する。

このように、従来では、表面に凹凸を形成した絶縁樹脂層上に反射用電極を形成して外部からの光を散乱反射させる構造が採用されている。

そして、絶縁樹脂層１１１に形成される凹凸形状、すなわち反射用電極が有する凹凸形状の傾斜面を適度に調整することによって、不特定の方向から入射する外部からの光を、表示パネルに略垂直に反射するように指向性を付与することができる。その結果、概ね略垂直面で画面を鑑賞する使用者に、より明るい液晶表示装置を提供できることとなる。

上記凹凸を有する樹脂層の形成方法としては、例えば特許文献１において、レジスト（感光性樹脂）を用いた方法が開示されている。すなわち、特許文献１では、レジスト膜を形成し、このレジスト膜に対して所定のマスクパターンで露光、現像を行って凹凸を形成した後、ベーキング処理を行ってレジスト膜の表面をなだらかにし、所望の傾斜面を有した滑らかな凹凸形状を形成する方法が提案されている。

また、特許文献２には、感光性樹脂層の表面に露光エネルギを有する光を照射することで熱的変形特性の分布を形成し、さらに熱処理によって熱収縮させて、この感光性樹脂層の表面にランダムな皺状凹凸を形成する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１の方法では、マスクパターンを用いた露光および現像処理や熱処理を必要とし、凹凸形状を形成するための工程が多くなる。また、特許文献２の方法では、現像処理を必要としないため、特許文献１の方法よりは工程が少ないが、露光処理や熱処理は必要であるため、やはり凹凸形状を形成するための工程が多くなる。さらに、特許文献２の方法では、比較的大きなうねりを有する凹凸形状を形成することが難しいといった問題もある。

少ない工程によって凹凸形状の形成を可能とする方法としては、特許文献３において、インクジェット法を用いて凹凸面を有する層を形成した反射型液晶表示装置が開示されている。凹凸形状の形成にインクジェット法を採用すれば、マスクパターンを用いた露光および現像処理を省略でき、簡易に凹凸形状が形成できるという利点がある。
特開２０００−１７１７９３号公報（公開日２０００年６月２３日） 特開２００２−２２１７１６号公報（公開日２００２年８月９日） 特開２０００−２５００２７号公報（公開日２０００年９月１４日）

しかしながら、上記特許文献３に記載されているような、インクジェット法を用いた凹凸形状の形成方法では、以下の問題が発生する。

すなわち、インクジェット法によって吐出される液滴は、該液滴の表面エネルギや、液滴が吐出される基板の表面エネルギ、あるいは該基板と液滴との界面エネルギによってその形状が概ね決定されるが、そのサイズは比較的大きい。このため、感光性樹脂のパターニングや熱処理によって凹凸を形成する方法に比べ、微細な凹凸を形成しにくいという問題がある。

上記特許文献１では、形成される凹部（或いは凸部）のサイズは、個々の凹部の重心間距離が５０μｍ以下であることが提案されている。これは、反射型液晶表示装置の反射用電極では、均一な散乱性を得るために、一つの絵素の中に複数の凹凸（１つの絵素に１０個程度以上）を形成する必要があるためである。このため、上記反射用電極では、微細な凹凸形状を付与する必要があり、現状直径が１０μｍ程度の凹部を形成される場合が多い。

一方、インクジェット法を用いて凹凸形状を形成する場合、現在一般的なインクジェット法で吐出可能なインク量は概ね１ｐｌ以上であり、１０μｍ程度の直径サイズを得ることは極めて難しい。例えば、１ｐｌのインク量で高さ１．５μｍの球面形状を保った液滴を形成する場合、接触角は約８．４°、底面の直径は４１μｍと算出される。

このため、インクジェット法を用いて反射面を形成する場合は、比較的大きなサイズの凸部を形成することは可能であるが、微細な凸部を形成することが難しいと言える。また、上記反射面においては、反射光に指向性を付与するために傾斜角の分布を適切に調整する必要があるが、インクジェット法は傾斜角の分布を調整する制御性に乏しく、所望の反射特性を得ることが難しい。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インクジェット法を用いながらも微細な凹凸形状を付与させうる３次元形状の形成方法を実現することにある。

本発明に係る３次元形状の形成方法は、上記課題を解決するために、基板上に、少なくとも硬化可能な有機材料を含有した吐出流体をインクジェット法によって吐出し、該有機材料を硬化することによって、硬化した吐出流体の表面に凹凸形状を形成する３次元形状の形成方法において、上記基板上に、硬化処理における収縮率が異なる複数の吐出流体材料を順次吐出し、その後、上記各吐出材料の硬化処理を行うことを特徴としている。

上記の構成によれば、インクジェット法を用いて３次元形状を簡易に形成でき、さらには有機材料の収縮を利用して微細なサイズの３次元の凹凸形状をも付与できる。すなわち、基板上に順次吐出される複数の吐出流体材料は、完全には混合しない不完全な混合状態にて基板上に液滴を形成する。そして、この複数の吐出流体材料が不完全に混合した状態の液滴を硬化させると、その硬化処理における収縮率の違いによって、硬化される吐出流体材料の液滴の表面に微細な凹凸が形成される。これにより、上記吐出流体材料の液滴によって形成される大きなうねりの凸形状に加えて、該液滴の表面に小さなうねりを有する微細な凹凸が形成される。

また、上記複数種類の混合状態は、上記吐出流体を吐出する量や、基板へ到達する際の吐出流体の速度によって変化しうるため、上記収縮率の差異に起因して発生する凹凸形状を意図的に変化させることが可能である。このため、指向性を要する散乱反射面など、凹凸形状における各部の傾斜角の分布を所望の分布に制御することが容易となり、上記反射層を有する液晶表示装置を簡便に形成することが可能となる。

また、上記３次元形状の形成方法は、上記複数の吐出流体材料を、同一の硬化処理によって硬化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記複数の吐出流体材料を硬化させるための硬化処理が共通するため、単一の硬化処理によって異なる複数種類の有機材料を同時に硬化することが可能となる。

また、上記３次元形状の形成方法は、上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は熱硬化性を有する材料であり、上記硬化処理が加熱処理であることを特徴としている。

上記の構成によれば、熱硬化性の有機材料を含有する吐出流体材料を硬化させるにあたって、基板全体を均一に、また制御よく所定の温度で加熱することが比較的容易に行える。このため、基板全体において、均一に凹凸形状の形成を付与する制御性に優れる。従って、基板のサイズが大型である場合にも、均一性を良好に保ちつつ凹凸形状を形成できる。

また、吐出流体中に揮発性の有機溶媒を含有する場合においては、加熱処理によって熱硬化性の上記有機材料を硬化すると同時に、有機溶媒を容易に揮発でき、吐出した吐出流体の総体積を減じて３次元形状を形成できる。

また、上記３次元形状の形成方法は、上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は紫外線硬化性を有する材料であり、上記硬化処理が紫外線照射処理であることを特徴としている。

上記の構成によれば、紫外線硬化性の有機材料を含有する吐出流体材料を硬化させるにあたって、短時間で有機材料を硬化することが可能となり、３次元形状の形成プロセス時間を短縮させられる。

また、一般的に、紫外線照射時には吐出流体の温度はほとんど上昇することが無い。従って、揮発性の有機溶媒を含有する場合においても、紫外線照射によって紫外線硬化性の有機材料を硬化する過程で上記揮発性の有機溶媒を含んだまま硬化させることができ、吐出した吐出流体の体積変動を抑制しつつ３次元形状を形成できる。

また、上記３次元形状の形成方法では、上記複数の吐出流体材料は、主たる硬化処理方法が異なる有機材料をそれぞれ含有するものであり、上記複数の吐出流体材料を、それぞれ異なる硬化処理によって順次硬化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、凹凸形状の形成に用いる複数種類の有機材料において、主たる硬化方法がそれぞれ異なるために、それぞれの処理の程度を自由に変化できる。

また、上記３次元形状の形成方法では、上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は、紫外線硬化性の有機材料と熱硬化性の有機材料とであることを特徴としている。

上記の構成によれば、熱硬化性の有機材料は、加熱温度や加熱時間によって収縮量が変化するが、この構成では該熱硬化性の有機材料のみを硬化収縮できる。従って、複数の有機材料の硬化収縮といった複数の因子を考慮することなく、該熱硬化性の有機材料のみに適した加熱温度や加熱時間を設定できるため、微細な凹凸形状を付与するための条件設定を容易に行うことができる。

また、本発明に係る他の３次元形状の形成方法は、上記課題を解決するために、基板上に、少なくとも硬化可能な有機材料を含有した吐出流体をインクジェット法によって吐出し、該有機材料を硬化することによって、硬化した吐出流体の表面に凹凸形状を形成する３次元形状の形成方法において、上記基板上に吐出される吐出流体材料が、微粒子を含有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、有機材料の硬化処理において、吐出流体中に実質的に収縮することの無い微粒子を含有しているので、その微粒子の存在によって凹凸形状を付与することが可能となる。

また、上記３次元形状の形成方法は、上記微粒子の最大寸法は略４００ｎｍ以上であることを特徴としている。

上記の構成によれば、可視光の波長以上のサイズを有する、すなわち略４００ｎｍ以上のサイズを有する微粒子を含有させれば、付与できる凹凸形状のピッチも概ね４００ｎｍを超えるため、反射面の形成に有効な凹凸形状を付与することが可能となる。

本発明に係る３次元形状の形成方法は、以上のように、上記基板上に、硬化処理における収縮率が異なる複数の吐出流体材料を順次吐出し、その後、上記各吐出材料の硬化処理を行う構成である。

それゆえ、インクジェット法を用いて３次元形状を簡易に形成でき、さらには有機材料の収縮を利用して微細なサイズの３次元の凹凸形状をも付与できる。すなわち、上記吐出流体材料の液滴によって形成される大きなうねりの凸形状に加えて、該液滴の表面に小さなうねりを有する微細な凹凸を形成することができるといった効果を奏する。

また、指向性を要する散乱反射面など、凹凸形状における各部の傾斜角の分布を所望の分布に制御することが容易となり、上記反射層を有する液晶表示装置を簡便に形成することが可能となるといった効果を奏する。

また、本発明に係る他の３次元形状の形成方法は、以上のように、上記基板上に吐出される吐出流体材料が、微粒子を含有している構成である。

それゆえ、有機材料の硬化処理において、吐出流体中に実質的に収縮することの無い微粒子を含有しているので、その微粒子の存在によって凹凸形状を付与することができるといった効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態１について図１ないし図３に基づいて説明すると以下の通りである。

図１（ａ）〜図１（ｅ）は、反射型液晶表示装置に用いられるＴＦＴ基板において、反射層となる反射用電極を、本発明の第１の実施形態を用いて形成する方法を説明するものである。

図１（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１０は、ガラス基板１１上に液晶駆動用素子としてのＴＦＴ１２が形成され、次に反射層を形成する製造途中の状態にある。そして、反射層は有機材料を硬化して形成された凹凸の上に形成されるものとし、本発明では、該凹凸の形成にインクジェット法を用いる。

図１（ａ）に示すインクジェットヘッド３０は、第１のノズル３１及び第２のノズル３２の２種類のノズルを備えており、第１のノズル３１及び第２のノズル３２は、第１の吐出流体３３及び第２の吐出流体３４をそれぞれ独立に吐出する機能を有している。また、第１の吐出流体３３及び第２の吐出流体３４は、硬化時の収縮率が互いに異なる有機材料をそれぞれ含有している。

インクジェットの吐出流体吐出部の構成は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電材料を用いて微小量の吐出流体を吐出できるものであればよく、特にその構成は限定されない。或いは、微小な吐出流体が吐出できれば、バブルジェット（登録商標）であっても構わない。

吐出流体吐出のための駆動周波数も特に限定されないが、１ｋＨｚから１００ｋＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚから３０ｋＨｚに指定すれば、良好に吐出流体を吐出することが可能である。

また、ノズル面からＴＦＴ基板１０までの距離は、５００μｍ程度に設定することが望ましい。上記距離が長くなれば、着弾位置の精度が低下する傾向にある。また、短くなればノズルとＴＦＴ基板とが接触する危険性が高くなる。

また、吐出流体の吐出速度は、ノズルより該吐出流体が吐出された時点で５〜１０ｍ／ｓｅｃに設定すればよい。上記吐出速度が遅ければ、空気抵抗の影響が強くなり着弾精度が低下する傾向がある。また、吐出速度を早くすれば吐出流体が基板に着弾した際に跳ね返りが生じ、所望の領域外に吐出流体が飛散する問題が発生する。

以上のように、駆動周波数、ノズル面からＴＦＴ基板までの距離、および吐出流体の吐出速度は、概ね上記に記載した条件に設定すれば好適な吐出が可能となる。但し、上記条件は、本発明を特に限定するものではなく、適宜所望の条件を考慮して設定することが好ましい。

吐出流体吐出に係る条件を適宜設定して、図１（ｂ）に示すように、ＴＦＴ１２が形成されたガラス基板１１上に第１のノズル３１より第１の吐出流体３３を吐出する。

次いで、図１（ｃ）に示すように、インクジェットヘッド３０をガラス基板１１と平行に移動させ、第１の吐出流体３３が吐出された領域直上に第２のノズル３２を移動して、該第２のノズル３２より第２の吐出流体３４を吐出する。

このとき、ガラス基板１１上に先に吐出されている第１の吐出流体３３は硬化しておらず、ガラス基板１１上では第１の吐出流体３３と第２の吐出流体３４とが混合された状態となる。しかしながら、インクジェットにて上方より第２の吐出流体３４を吐出する程度では、互いの吐出流体が完全には混合されないため、ガラス基板１１上に形成される吐出流体液滴内では、第１の吐出流体３３と第２の吐出流体３４とが局所的に分布した混合状態となる。

このように、第１の吐出流体３３を吐出した後に、該第１の吐出流体３３を硬化させることなく第１の吐出流体３３上に第２の吐出流体３４を吐出すれば、不完全な混合状態となって吐出流体液滴が形成される。

そしてこの工程を順次続けて行えば、図１（ｄ）に例示するように、ガラス基板１１上の全面もしくは特定領域に、上記不完全な混合状態の吐出流体液滴を形成することができる。

そして、所望とする領域上の全域にわたって上記の吐出処理が終了した後に、硬化処理を行う。これにより、第１の吐出流体３３及び第２の吐出流体３４に含有される有機材料が硬化する。このとき、第１の吐出流体３３に含有される有機材料の収縮率と、第２の吐出流体３４に含有される有機材料の収縮率とが異なるため、図１（ｅ）に示すように、硬化の過程において上記不完全な混合状態に起因して凹凸面が上記吐出流体液滴の表面上に形成されることとなる。

そしてさらに、上記凹凸面の上に、Ａｌなどの薄膜を反射用電極として形成することにより、所望の散乱反射特性を有した反射面を形成することができる。

ここで、吐出流体液滴上に異なる吐出流体をインクジェットによって吐出した場合、完全な混合状態とはならずに不完全に混合する状態となることを図２に例示する。

図２は、インクジェットテクノロジー社製の無色の紫外線硬化性インクをスポイトにて滴下した直上より、インクジェットによって、同インクジェットテクノロジー社製のシアン色の紫外線硬化性インクを約４００ｐｌだけ滴下し、その後に紫外線を照射して、硬化を行ったサンプルを顕微鏡観察した写真である。この写真より明らかであるように、シアン色の輪郭はぼやけつつも完全に混合状態とはなり得ず、透明のインクとシアン色のインクとが局所的に分散して存在している。

つまり、上記のように、第１の吐出流体３３上に第２の吐出流体３４を吐出すれば、不完全な混合状態の吐出流体液滴を形成できていることが分かる。

さらに、上記サンプルの表面形状を接触式の段差計を用いて測定した結果を図３に示す。図３より、図中における４００μｍの位置近辺において凹面が形成されているが、この凹面がシアン色のインクの存在領域と対応している。すなわち、シアン色のインクが局在することに起因して凹凸面が形成できていることが分かる。

なお、上記透明およびシアン色のインクをそれぞれ単独に、インクジェットにて４００ｐｌだけ吐出して、数分後に紫外線照射処理による上記インクの硬化を行ったところ、硬化処理前後での体積収縮率は透明インクで２１％、シアンインクで３３％であった。従って上記のサンプル（透明のインク上にシアン色のインクを吐出したサンプル）では、収縮量の大きいシアンインクの存在領域で凹部が形成できていると理解できる。

ところで、図３に示す例では、比較的大量のシアン色のインクをインクジェットにて吐出したため、凹部領域が３００μｍ程度と大きなサイズとなっているが、上記インクの吐出量を下げればさらに微細な凹部も形成可能である。

また、上記凹凸を形成するために、インクジェット法によって吐出させる吐出流体は、少なくとも硬化可能な有機材料を含有することが必要であり、さらには、第１の吐出流体と第２の吐出流体とで硬化処理時の収縮率が異なる必要がある。

また、上記第１および第２の吐出流体は、インクジェット法によって吐出できるようにするために、粘度を調整する必要などが発生する場合がある。このような場合には、吐出流体を有機溶媒で希釈してよい。有機溶媒の材料は特に指定されないが、常温での蒸気圧が高い溶媒はインクジェットのノズル部での蒸発が無視できず、希釈濃度を安定に維持することが難しいので、例えば蒸気圧の低い溶媒であるカルビトール、ブチルカルビトール、メチルカルビトール、カルビトールアセタート、ブチルカルビトールアセタートなどを用いれば良い。

また、加熱処理などによって有機溶媒を揮発させる目的がある場合には、加熱温度において蒸気圧が高くなる材料を選択すればよく、加熱温度と蒸気圧とを適切に設定すると良い。

吐出流体の硬化処理時の収縮率は、例えば以下のようにして算出可能である。すなわち、インクジェットヘッドが１回当たりに吐出する吐出流体量に吐出した回数を掛けて硬化処理前の体積を見積もれる。次に、所定の硬化処理を実施した後に、例えばレーザ顕微鏡によって液滴を観察し、硬化が終了した吐出流体液滴の体積を算出し、硬化処理前後の体積比によって収縮率を簡便に算定できる。尚、第１の吐出流体と第２の吐出流体との収縮率の差が大きいほど、凹凸形状の付与が容易になることは言うまでも無い。

上記吐出流体を硬化させる硬化処理は、加熱処理あるいは紫外線照射処理であることが望ましい。熱硬化性の有機材料を含有する吐出流体を第１及び第２の吐出流体それぞれに採用する場合、或いは、紫外線硬化性の有機材料を含有する吐出流体を第１及び第２の吐出流体それぞれに採用する場合、何れの場合においても硬化処理は共通するので、単一の硬化処理によって異なる２種類の有機材料を同時に硬化することが可能である。

特に、熱硬化性の有機材料を使用する場合には、ＴＦＴ基板全体を均一に、また制御よく所定の温度で加熱することが比較的容易に行える。このため、ＴＦＴ基板全体において、均一に凹凸形状の形成を付与する制御性に優れる。従って、ガラス基板１のサイズが大型化する状況下においても、均一性を良好に保ちつつ凹凸形状を形成できる。また、吐出流体中に揮発性の有機溶媒を含有する場合においては、加熱処理によって熱硬化性の上記有機材料を硬化すると同時に、有機溶媒を容易に揮発でき、吐出した吐出流体の総体積を減じて３次元形状を形成できる。

また、紫外線硬化性の有機材料を使用する場合には、短時間で有機材料を硬化することが可能となり、３次元形状の形成プロセス時間を短縮させられる。また、一般的に、紫外線照射時には吐出流体の温度はほとんど上昇することが無い。従って、揮発性の有機溶媒を含有する場合においても、紫外線照射によって紫外線硬化性の有機材料を硬化する過程で上記揮発性の有機溶媒を含んだまま硬化させることができ、吐出した吐出流体の体積変動を抑制しつつ３次元形状を形成できる特性を有している。

上記に述べたとおり、硬化する有機材料は、熱硬化性の有機材料、或いは紫外線硬化性の有機材料が有効であり、それぞれに利点を有するので３次元形成プロセスの要求内容に応じていずれかを選択すれば良い。

本実施の形態１に係る３次元形状の形成方法では、上記第１の吐出流体と第２の吐出流体との混合状態は、第２の吐出流体を吐出する量や、ＴＦＴ基板へ到達する際の吐出流体の速度によって変化しうるため、上記収縮率の差異に起因して発生する凹凸形状を意図的に変化させることが可能である。従って、外部から入射した光に対して指向性を与えて反射させるために、凹凸面が有する傾斜角分布を適宜調整して所望の条件を決定することができる。

すなわち、吐出された第１の吐出流体と第２の吐出流体とによって形成される吐出流体液滴は、その材料と下地との界面エネルギ等との関係により形成される曲面とは異なる要因（すなわち、吐出流体の吐出量や吐出される吐出流体速度）によって、微細な凹凸形状を付与することが可能となる。そして、吐出流体の吐出量および吐出される吐出流体速度のそれぞれは、個別に制御できるため、所望とする傾斜角分布を形成する制御性が向上できる。

ところで、本実施の形態１において、第１の吐出流体を吐出して形成される吐出流体液滴は、隣り合う液滴同士が繋がらないように記載されているが、該液滴同士は繋がっていて良い。本実施の形態１によれば、第２の吐出流体を用いることによって、第１の吐出流体が形成する液滴サイズとは独立に、第１の吐出流体と第２の吐出流体との混合状態に起因して発生する凹凸形状を付与することが可能となる。

なお、本実施の形態１では、第１の吐出流体および第２の吐出流体なる２種類の吐出流体を用いた例を説明したが、硬化処理における収縮率が異なる吐出流体は２種類に限定されることはなく、３種類以上であっても良い。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２について図４に基づいて説明すると以下の通りである。尚、本実施の形態２において、実施の形態１と重複する内容については説明を省略する。

本実施の形態２においては、上記実施の形態１と異なり、使用する吐出流体は硬化処理の主たる手段が異なる有機材料をそれぞれ含有する２種類の吐出流体を使用する。

反射層の形成手順については、ガラス基板１１上に異なる２種類の吐出流体を吐出する手順（すなわち、図１（ｄ）に示すまでの手順）までは実施の形態１と類似している。但し、本実施の形態２では、第１の吐出流体３３と、第２の吐出流体３４とは、主たる硬化手段の異なる有機材料がそれぞれ含有されている。例えば、第１の吐出流体３３には主たる硬化手段が紫外線照射手段である紫外線硬化性の有機材料が含有され、第２の吐出流体３４には主たる硬化手段が加熱手段である熱硬化性の有機材料が含有される。

そして、本実施の形態２においては、先ず、第１の吐出流体３３が含有する有機材料の主たる硬化手段を用いて該有機材料を硬化させ、次いで第２の吐出流体３４が含有する有機材料の主たる硬化手段を用いて該有機材料を硬化させる。すなわち、本実施の形態２では、２段階のステップを有して吐出流体液滴を硬化させる。

図４（ａ）には、図１（ｄ）の状態から、第１の吐出流体３３が含有する有機材料の主たる硬化手段を用いて、選択的に上記有機材料を硬化処理した状態を示している。また、図４（ｂ）には、図４（ａ）の状態から、第２の吐出流体３４が含有する有機材料の主たる硬化手段を用いて、該第２の吐出流体３４を硬化処理した状態を示している。

図４（ａ）に示すように、第１の吐出流体３３が含有していた有機材料を硬化させた段階においては、第１の吐出流体３３が含有している有機材料のみが硬化収縮しており、第２の吐出流体３４が含有している有機材料は硬化しておらず液体状態にある。

かかる状態において第２の吐出流体９が含有する有機材料を硬化させるが、第２の吐出流体３４が含有する有機材料を硬化させる段階においては、第１の吐出流体８が含有している有機材料はすでに硬化が終了しており、硬化に伴う体積収縮は実質的に無視できる。

そして、上記第１の吐出流体３３と第２の吐出流体３４とは完全な混合状態とならず、かつ、硬化が終了した第１の吐出流体３３が含有する有機材料が面内に局所的に偏在しているため、第２の吐出流体３４もこれに影響して面内不均一に存在することとなる。そして、第２の吐出流体３４が含有する有機材料を硬化させることによって、第２の吐出流体３４は収縮しながら硬化するが、その収縮量は面内不均一となり、その結果、図４（ｂ）に示すように、吐出流体液滴表面に凹凸形状が形成されることとなる。

なお、本実施の形態２においても、第１の吐出流体３３と第２の吐出流体３４との２種類の吐出流体を混合させる例を示したが、実施の形態１と同様に３種類以上の吐出流体を用いても構わない。また、吐出の順序が後である第２の吐出流体３４を先に硬化させるプロセスであっても良い。

本実施の形態２では、吐出させる吐出流体は、少なくとも硬化可能な有機材料を含有することが必要であり、さらには、第１の吐出流体３３と第２の吐出流体３４とでは、主たる硬化処理が異なる。例えば、主たる硬化手段が加熱処理である熱硬化性の有機材料を含有する吐出流体と、主たる硬化手段が紫外線照射処理である紫外線硬化性の有機材料を含有吐出流体とをそれぞれ用いることが好ましい。熱硬化性の有機材料を含有する吐出流体、および紫外線硬化性の有機材料を含有吐出流体のそれぞれにおける利点については、実施の形態１と同様である。

主たる硬化手段が加熱処理である熱硬化性の有機材料と、紫外線照射処理である紫外線硬化性の有機材料とを採用する場合であって、紫外線照射処理よりも先に加熱処理を行う場合には、その加熱温度は、紫外線硬化性の有機材料が蒸発しないよう配慮を要する。

一方、加熱処理よりも先に紫外線照射を行う場合は、紫外線照射による吐出流体液滴の温度上昇効果は小さいので、熱硬化性の有機材料が硬化することに対して格段の注意を払うことなく処理できる利点がある。

本実施の形態２に係る３次元形状の形成方法においては、凹凸形状の形成に用いる複数種類の有機材料において、主たる硬化手段がそれぞれ異なるために、それぞれの処理の程度を自由に変化できる利点がある。

例えば、熱硬化性の有機材料は、加熱温度や加熱時間によって収縮量が変化するが、本実施の形態２では該熱硬化性の有機材料のみを硬化収縮できる。従って、複数の有機材料の硬化収縮といった複数の因子を考慮することなく、該熱硬化性の有機材料のみに適した加熱温度や加熱時間を設定できるため、微細な凹凸形状を付与するための条件設定を容易に行うことができる。

〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３について図５に基づいて説明すると以下の通りである。尚、本実施の形態３において、実施の形態１および２と重複する内容については説明を省略する。

本実施の形態３においては、吐出する吐出流体は少なくとも硬化可能な有機材料を含有しており、前記吐出流体材料がさらに微粒子を含有している。また、実施の形態１および２のように２種類以上の吐出流体を吐出することは必ずしも必要とはせず、１種類の吐出流体材料を吐出できるインクジェット装置を用いれば良い。

図５（ａ）には、ＴＦＴ基板１０上に、一つのノズル４１が搭載されたインクジェットヘッド４０により、微粒子を含有した吐出流体４２を吐出する形態を示している。吐出条件などについては、実施の形態１および２と同様であり、説明は省略する。

ＴＦＴ基板１０における反射層の形成手順については、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１１上にノズル４１より微粒子を含有する吐出流体４２を吐出し、インクジェットヘッド４０をガラス基板１１と平行に移動させつつ順次繰り返す。これによって、図５（ｂ）に示すように、所望とする領域に上記吐出流体４２を吐出させることができる。

そして、上記吐出流体４２が含有する有機材料を硬化する処理を施す。このとき、吐出流体液滴に微粒子が含有されるため、各部での有機材料の量が異なる。また、微粒子は実質的に体積変動することが無いため、上記有機材料の硬化処理において体積変化しない。その結果、微粒子の存在状態に起因して各位置での吐出流体液滴全体の収縮量が異なることとなり、図５（ｃ）に示すように、表面に微細な凹凸形状が形成できる。

本実施の形態３では、上記吐出流体４２は少なくとも硬化可能な有機材料を含有し、さらに微粒子を含有している。ここで、硬化可能な有機材料の種類は特に限定されず、実施の形態１および２に示した特徴より適宜選定してよい。

吐出流体４２に含有される微粒子の材料についても特に限定されず、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの材料が挙げられる。また、微粒子のサイズはインクジェットのノズルで詰まらない程度に微細である必要があり、微粒子サイズの許容される上限は、インクジェットノズルのサイズに依存する。例えば、ノズル口径が５０μｍであれば５μｍ程度以下、即ちノズル口径の０．１倍程度以下であれば比較的安定して吐出することが可能となる。

一方、微粒子サイズの許容される下限は、反射面を用途とする場合に可視光を反射するという用途上、可視光の波長以上の凹凸面で散乱させつつ反射することが要求される。本発明において、形成される反射面の凹凸サイズは、微粒子のサイズと概ね対応する。従って、吐出流体に含有させる微粒子のサイズは４００ｎｍ以上であることが望ましい。

本実施の形態２に係る３次元形状の形成方法においては、異なる吐出流体材料を順次吐出することなく、単一の吐出流体材料であっても表面に微細の凹凸形状を付与することが可能である。

これにより、従来吐出流体液滴が形成する比較的大きな凹凸形状にさらに微細な凹凸形状を付与できる。また、それら凹凸形状を形成する要因が異なるためそれぞれ独立に制御できるため、傾斜面の分布を制御しやすくなる。

また、本発明における３次元形状の形成方法は、上述のような反射型液晶表示装置の反射層の形成に限定されるものではなく、それ以外の微細な凹凸面の形成にも適用可能である。本発明における３次元形状の形成方法の他の応用例としては、例えば太陽電池が挙げられる。

ここで、太陽電池の製造において本発明を適用する場合の例を説明する。先ず、太陽電池の構成を図７に示す。太陽電池は、主にｐｎ接合形成、反射防止膜形成、ならびに裏面および受光面等の電極形成から成り立っている。先ず、ｐ型半導体基板５１のおもて面側に、三塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）等の熱拡散を行うことによって、ｎ型半導体層５２を形成させ、ｐｎ接合を形成する。そして、裏面側において全面にアルミ（Ａｌ）ペーストを印刷、焼成することにより、裏面電極５５を形成し、半導体基板の内部にｐ^＋の裏面電界層５４を形成する。さらに、受光面となる半導体基板表面においては、全面にわたって結晶欠陥のパッシベーションのために、例えば熱酸化によるＳｉ−ＳｉＯ_２表面を形成したり、入射する光の表面反射を低減させるために、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜または酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜等の反射防止膜５３を形成する。その後、銀ペーストを用いて、反射防止膜５３の上から直接、所望のパターンとなるようにスクリーン印刷法等によって、反射防止膜５３を通ってｎ型半導体層５２の表面に達する受光面電極５６を形成する。

太陽電池の高い性能を得るためには、表面での光の反射ロスを低く抑え、入射する光を効率よく太陽電池内に取り込む必要があり、上述のような反射防止膜５３を形成する以外に、受光面となる半導体基板表面に微細な凹凸を形成することがある。半導体基板表面に凹凸構造があると、半導体基板表面に入射した光が透過および反射を繰り返すことになり、フラットな半導体基板表面よりも多くの光を太陽電池内に取り込む効果が期待される。

ここで、本発明における３次元形状の形成方法は、受光面となる半導体基板表面に微細な凹凸を形成する際に適用することが可能である。すなわち、ｎ型半導体層５２と反射防止膜５３および受光面電極５６との間に、本発明の３次元形状の形成方法を用いて微細な凹凸形状を有する透明樹脂層を形成すればよい。本発明の３次元形状の形成方法を用いて、微細な凹凸構造を形成することにより、集光効率の向上といった効果が期待される。

微小な凹凸を有する３次元形状をインクジェット法を用いた簡易な方法で形成でき、反射型液晶表示装置における反射層の形成等の用途に適用できる。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態を示すものであり、実施の形態１において、反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ基板の製造工程の一部を示す断面図である。 未硬化の透明インク上に、インクジェットによって別種であるシアン色のインクを吐出した時の、インクの混合状態を観察した顕微鏡写真を示す図である。 図２の試料において、局在したシアン色のインク領域付近を接触式段差計によって計測した表面形状を示す図である。 図４（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態を示すものであり、実施の形態２において、反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ基板の製造工程の一部を示す断面図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態を示すものであり、実施の形態３において、反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ基板の製造工程の一部を示す断面図である。 従来の反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ基板の構成を示す断面図である。 太陽電池の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ ＴＦＴ基板
１１ ガラス基板（基板）
１２ ＴＦＴ
３０ インクジェットヘッド
３１ 第１のノズル
３２ 第２のノズル
３３ 第１の吐出流体（吐出流体）
３４ 第２の吐出流体（吐出流体）
４０ インクジェットヘッド
４１ ノズル
４２ 吐出流体（微粒子を含有して吐出流体）

Claims (9)

1. 基板上に、少なくとも硬化可能な有機材料を含有した吐出流体をインクジェット法によって吐出し、該有機材料を硬化することによって、硬化した吐出流体の表面に凹凸形状を形成する３次元形状の形成方法において、
   上記基板上に、硬化処理における収縮率が異なる複数の吐出流体材料を順次吐出し、その後、上記各吐出流体の硬化処理を行うことを特徴とする３次元形状の形成方法。
2. 上記複数の吐出流体材料を、同一の硬化処理によって硬化させることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の形成方法。
3. 上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は熱硬化性を有する材料であり、上記硬化処理が加熱処理であることを特徴とする請求項２に記載の３次元形状の形成方法。
4. 上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は紫外線硬化性を有する材料であり、上記硬化処理が紫外線照射処理であることを特徴とする請求項２に記載の３次元形状の形成方法。
5. 上記複数の吐出流体材料は、主たる硬化処理方法が異なる有機材料をそれぞれ含有するものであり、
   上記複数の吐出流体材料を、それぞれ異なる硬化処理によって順次硬化させることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の形成方法。
6. 上記複数の吐出流体材料に含有される有機材料は、紫外線硬化性の有機材料と熱硬化性の有機材料とであることを特徴とする請求項５に記載の３次元形状の形成方法。
7. 基板上に、少なくとも硬化可能な有機材料を含有した吐出流体をインクジェット法によって吐出し、該有機材料を硬化することによって、硬化した吐出流体の表面に凹凸形状を形成する３次元形状の形成方法において、
   上記基板上に吐出される吐出流体材料が、微粒子を含有していることを特徴とする３次元形状の形成方法。
8. 上記微粒子の最大寸法は略４００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の３次元形状の形成方法。
9. 画素領域の少なくとも一部に反射層を有する反射型もしくは透過反射型の液晶表示装置の製造方法において、
   上記請求項１ないし８の何れかに記載の３次元形状の形成方法を用いることによって上記吐出材料による凹凸面を形成し、上記凹凸面上に高反射率の薄膜を成膜することによって上記反射層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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