JP2006528371A - 薄膜パターニング構成 - Google Patents

Abstract

基板（１）と、基板（１）の表面をサブ・エリア（５）に仕切るように配置されたバリヤ（３）とを含む薄膜パターニング構成（６）が開示される。前記表面は高分子材料製であり、少なくとも一部が無機のコーティング（２）により被覆される。薄膜材料（４）は、前記薄膜パターニング構成（６）上に好ましくは堆積される。

Description

本発明は、基板と、基板の表面をサブ・エリアに仕切るように配置されたバリヤとを含む薄膜パターニング構成に関する。本発明はまた、そのような薄膜パターニング構成の製造方法、およびそのような薄膜パターニング構成を含むデバイスにも関する。

同じ基板上に異なる特性を有する薄膜の所定のパターンを形成することによって機能デバイスを得る技法は、近年を通じて開発が行われてきた。このような機能デバイスには、カラー・フィルタと、ディスプレイ・デバイスおよび導体／半導体パターンなどの薄膜電子部品とがある。

このようなパターンの形成のための有望な一方法は、薄膜材料を含む液体のインク・ジェット印刷を使用する。インク・ジェット印刷は、その少ない材料使用量、高い精度、および比較的低コストにより好ましい方法である。しかし、パターンのインク・ジェット印刷に関する1つの問題は、異なる薄膜材料が基板の表面上で混合されることがあるということである。例えば、ＬＣＤデバイス用のカラー・フィルタなどの薄膜パターンを形成するためにインク・ジェット印刷を使用する場合、放出された液状材料が隣接するピクセル内に流入し、その結果、混合された色を有するピクセルとなることがある。

これを防止するために、基板の表面にはバリヤと呼ばれる突出した仕切り部材が通常は設けられる。バリヤは、薄膜パターンを画定するサブ・エリアに表面を仕切る。次いで、薄膜材料を含む液体が異なるサブ・エリア上に堆積される。ＬＣＤカラー・フィルタの例の場合、基板表面はピクセルに仕切られ、次に各々のピクセルが異なる色（通常は赤、緑、および青）用のサブ・ピクセルに仕切られる。次いで各々のサブ・ピクセルは、色のいかなる混合もなしに、その着色された薄膜材料で満たされる。仕切りバリヤは、一般に有機材料のフォトレジストであり、仕切りバリヤのパターンは、通常はリソグラフィによって画定されたものである。

通常、機能デバイスの必要条件は、それらが薄いということである。これは、突出したバリヤの高さに制限を与え、したがって各々の仕切られたエリアへ堆積される液体材料の量にも制限を与える。多すぎる量の液体が堆積される場合には、液体が隣接する仕切られたエリアへと直ちに流れ込むことになる。対照的に、少なすぎる量の液体が堆積される場合には、液体が仕切られたエリアの全表面を被覆せず、その結果、不規則なパターン付きのデバイス、および不良または機能しないデバイスになることさえある。

一般に、有機バリヤが設けられたガラスなどの無機基板の場合、（インク・ジェット印刷の液滴が着く）基板の表面とバリヤとの間に表面エネルギーの違いを確立するために、表面処理が実行される。これは、基板表面上に液体の比較的高い濡れ性（すなわち、小さい表面液体前進接触角）を維持し、仕切りバリヤ上に液体の比較的低い濡れ性（すなわち、大きい表面液体前進接触角）を得るということである。表面処理の後では、液体は、バリヤを濡らさずに基板表面を濡らし、これにより、液体が隣接する仕切られたエリアへと流れ込むのを防止することになる。

表面処理は、欧州特許第０９８９７８８号において詳述されており、一般には以下の通りである。最初に、例えば酸素プラズマまたはＵＶオゾン処理によって、基板がクリーニングされる。次いで、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、またはＳＦ_６のようなフッ化プラズマ（ｆｌｕｏｒ ｐｌａｓｍａ）が加えられる。フッ化物部分は有機バリヤ材料に付着し、それにより、バリヤが印刷された液体をはじくようにされる一方で、無機基板材料の濡れ性が基本的に影響を受けないままにする。したがって、バリヤと基板表面との間の表面エネルギーに相違が確立され、薄膜材料を含む比較的多量の液体が、バリヤからあふれ出ることなく仕切られたエリア上に堆積されることができる。

欧州特許第０９８９７８８号では、薄膜のパターン付け用の無機基板が記載されている。しかし、ガラス基板などの無機基板よりも、むしろ高分子基板に基づく電子デバイス、光学デバイス、および光電子デバイスなどの機能デバイスが求められている。例えば、薄く、軽量、かつ／または可撓性の機能デバイスでは、これがあてはまる。フォトレジストなどの有機仕切りバリヤは、リソグラフィを使用して良好な再現性および許容差でプラスチック表面上に容易に配置される。

しかし、基板とバリヤとの間に材料特性の明確な違いがないので、前述のように表面処理を実行する場合にバリヤと基板の双方が同じように影響を受け、バリヤと基板との間に液体親和性の違いが確立されないことになる。前述の２ステップの表面処理の後、有機表面基板上の接触角は、フッ化プラズマにより比較的大きくなり、その結果、区切られたエリアを液体で覆うのに問題が生じることになる。一方、例えば酸素プラズマまたはＵＶオゾンの最初のクリーニング処理だけの後では、有機物コーティングは、バリヤと同様に、印刷された液体に比較的小さい接触角を有することとなり、このことは、インク・ジェット印刷された液滴がバリヤからあふれ出ることなく仕切られたエリアを覆うことを難しくし、液滴が隣接する仕切られたエリア内に堆積される薄膜材料と混合されることになる。

本発明の1つの目的は、高分子基板の使用、および高分子基板に基づいて機能的な薄膜デバイスを提供することに関する前述の問題を軽減することである。

これらの目的およびその他の目的は、本発明により達成される。

本発明は、基板と、基板の表面をサブ・エリアに仕切るように配置されたバリヤとを有する薄膜パターニング構成に関する。前記表面は、高分子材料製であり、少なくとも一部が無機のコーティングで少なくとも部分的に被覆される。このコーティングは、完全に無機でも部分的に無機でもよく、いくつかの実施形態では、１つよりも多いコーティング材料（すなわち不均質のコーティング）を含んでもよい。

少なくとも一部が無機のコーティングは、薄膜パターニング構成が表面処理を受けた後、液体親和性の違いが確立され、それによりバリヤの液体親和性が基板の液体親和性よりも小さくなるような特性を好ましくは有する。

このことにより、有機薄膜パターニング構成に、その表面に沿って異なる濡れ特性を提供することが可能となる。

本発明は、基板に有機材料の表面を供給すること、前記基板の表面の少なくとも一部分を、少なくとも一部が無機のコーティングで被覆すること、および前記被覆された表面をサブ・エリアに仕切るバリヤを堆積することを含む、薄膜パターニング構成の製造方法にも関する。本方法は、表面処理を好ましくは含み、それにより被覆された表面とバリヤとの間に液体親和性の違いが確立される。

さらに本発明は、前記基板上に堆積された薄膜パターンを有する薄膜パターニング構成を含むデバイスにも関する。本発明は、前記薄膜パターニング構成上に薄膜材料を堆積することを含む、前記デバイスの製造方法にも関する。

本発明のこれらの態様およびその他の態様は、後述する実施形態から明らかとなり、後述する実施形態を参照して説明されるであろう。

図１および図２は、少なくとも一部が無機のコーティング２により被覆され、区切りバリヤ３が配置された高分子基板１を含む薄膜パターニング構成６を示している。薄膜材料４は、分割されたサブ・エリア５上に堆積される。

高分子基板１、または少なくとも前記基板（１）の表面は、これらには限定されないが、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリノルボネン（ＰＮＢ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エポキシド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）などの、基板として使用するのに適した任意の高分子材料製とすることができる。異なる材料は、異なる用途のために適していることがあり、当業者に知られている。この基板は、有機化合物製であってもよく、有機表面が配置された少なくとも一部が無機の化合物であってもよい。

少なくとも一部が無機のコーティング２は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸フッ化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、またはそれらの混合物のような、スパッタリングまたは蒸着を使用して堆積するのに適した非導電性材料を含む任意の無機材料を含むことができる。少なくとも一部が無機のコーティング２は、ＩＴＯ（酸化スズをドープされた酸化インジウム）のような導電性材料を含むこともできる。無機材料は、一部が有機のコーティング樹脂内部に（ナノ）粒子として組み込まれることがあり、または、部分的に（ＯＲＭＯＣＥＲなどの）コーティング材料自体の化学構造であることもある。また、湿式化学堆積、例えばスピン・コーティングに適したＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）などの無機材料も使用されることができる。

少なくとも一部が無機のコーティング２は、好ましくは少なくとも５％（Ｗ／Ｗ）、より好ましくは少なくとも２５％、さらに好ましくは少なくとも４５％の無機材料を含む。少なくとも一部が無機のコーティング２は、たとえ１００％の無機材料を含んでいてもよい。例えば、２０％のＣ原子と、３８％のＯ原子と、４２％のＳｉ原子とを含むコーティングが使用されることができる。一部が無機のコーティングを使用する場合の１つの利点は、このようなコーティングの方が１００％無機のコーティングであるよりも、しばしばインク・ジェット印刷およびスピン・コーティングなどの湿式コーティング法に適しているということである。１００％無機のコーティングは、真空蒸着などの方法で基板上に堆積されることをより頻繁に必要とする。少なくとも一部が無機のコーティング２は、スパッタリング、蒸着、スピン・コーティング、スクリーン印刷、真空蒸着、およびスプレー・コーティングを含む任意の適切な堆積方法を使用して、基板１上に堆積されることができる。最も適切な堆積方法、およびこれらの堆積方法に対する最も適切な条件は、選択するコーティングおよび基板材料によって変わり、当業者に知られている。ディスプレイ・デバイスおよびカラー・フィルタなどのいくつかの用途には、少なくとも一部が無機のコーティング２は好ましくは透明であり、一方で、他の用途にはこれは必要でない。少なくとも一部が無機のコーティング２の厚さは、０．０１μｍ未満から１００μｍよりも大きくすることができる。少なくとも一部が無機のコーティング２は、不均質であってもよい、すなわち１つよりも多いコーティング材料を含んでもよい。このような不均質コーティングの非限定的な例は、異なるコーティングが異なるサブ・エリアに使用される、２種類のコーティングが互いの上に堆積される等の構成で使用される。

バリヤ３は、例えばＡＺ５２１８−ｅ（ＡＺ Ｈｏｅｃｈｓｔ社）、標準ＳＵ−８フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社）、またはフォト・パターナブルな有機ポリイミドなどの従来の任意の有機フォトレジストでもあってもよい。バリヤ３は、フォト・リソグラフィ技法、グラビア・オフセット印刷、インク・ジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロ・コンタクト印刷、ＭＩＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏ Ｍｏｕｌｄｉｎｇ Ｉｎ Ｃａｐｉｌｌａｒｉｅｓ ）、または水なしオフセット印刷を含む様々な適切な方法によりコーティングされた基板上に適用されることができる。最も適切な適用方法およびこれらの適用方法に対する最も適切な条件は、選択するバリヤ材料によって変わり、当業者に知られている。

本発明においては、バリヤ３が、薄膜パターニング構成上に堆積されることが意図されている薄膜材料４を含む液体に対して、薄膜材料４が堆積されることが意図されているサブ・エリアよりも高い非親和性の程度を示すように、区切られたサブ・エリア内の少なくとも無機のコーティング２の表面とバリヤ３の表面とが表面処理を受けることが望ましい。バリヤの液体接触角が十分に大きく（例えば＞４０°）（低い濡れ性）、かつサブ・エリアの液体接触角が十分に小さく（例えば＜２５°）（高い濡れ性）なるようにこの処理を実行することによって、液体体積が比較的大きい場合であっても、液体はバリヤを越えてあふれ出ず、したがって薄膜が所定のサブ・エリア内にのみ堆積されることになる。バリヤおよびコーティング用の材料の組み合わせは、液体親和性のこの違いが確立されることができるように好ましくは選択される。

表面処理は、誘導ガスとしてフッ素またはフッ素をベースとする化合物を含むガスを用いるプラズマ処理を使用して実行されることができる。このようなフッ素ベースのガスの例は、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、またはそれらの組み合わせを好ましくは含む。この表面処理の結果として、フッ素化合物は、有機バリヤには付着するが基板コーティングには大部分が付着せず、したがってバリヤと基板コーティングとの間に液体親和性の所望の違いを確立することになる。少なくとも一部が無機のコーティングは、適正に機能するために、全く完全な状態である必要はないことが分かっている。例えば構成の堆積後の処理において現れることがあり得るような小さいひびまたは空洞は、根本的なところ（ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｅｘｔｅｎｔ）までは少しも濡れ特性に悪影響を与えない。バリヤとコーティングとの間の液体親和性の同様の違いに結果としてなる他の表面処理方法も使用されることができる。

本発明は、前述したような、パターン付けされた薄膜がその上に堆積される薄膜パターニング構成を含むデバイスにも関する。堆積される薄膜材料は、とりわけ、着色材料、非導電性材料、導電性材料、半導体材料、またはそれらの組み合わせであることができ、したがってデバイスは、とりわけ、ＬＣＤのなどのディスプレイ・デバイスを含む様々な用途のためのカラー・フィルタ、ディスプレイ・デバイス用のアクティブ・マトリックス・アレイなどの様々なタイプの薄膜電子デバイス、スマート・タグ、およびスマート・カードでありえる。

薄膜材料は、ドロップレット・オン・デマンド（ｄｒｏｐｌｅｔ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）圧電インク・ジェット印刷、バブル・ジェット印刷、連続インク・ジェット印刷、フレキソ印刷（ｆｌｅｘｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スクリーン印刷等を含む様々な方法を使用して薄膜パターン表面に堆積されることができる。堆積ステップの後に、通常は蒸発ステップが続き、蒸発ステップでは、堆積された液体内の溶媒が蒸発され、コーティングの表面上に固体の薄膜材料を残す。

本発明は、前記の実施形態および以下の実験に限定されるものと見なされるべきではない。本発明は、添付の特許請求の範囲により定義される範囲にわたる全ての可能な変形形態を含む。

実験
一部が無機のコーティング層
ポリカーボネート・シートは、２０％のＣ原子と、３８％のＯ原子と、４２％のＳｉ原子とを含むコーティングにより被覆された。従来のＨＰＲフォトレジスト・バリヤは、本発明によるカラー・フィルタとしての用途のために薄膜パターニング構成を形成するように、被覆されたプラスチックシート上に適用された。バリヤ（幅５０μｍ）は、８００×８００μｍのピクセルを形成するように配置され、各ピクセルがサイズ（内側寸法）８００×２１７μｍの３つのサブ・ピクセルに分けられた。基板は、酸素プラズマでクリーニングされ、ＣＦ_４プラズマで後段の表面処理を受けた。処理の後、１２ｃＰの粘性を有する赤色、緑色、および青色のインクが、５０ミクロンのノズル直径を有するＭｉｃｒｏＤｒｏｐ有限責任会社の単一ノズル・インク・ジェット・ヘッドを使用してサブ・ピクセル内に堆積された。インクの一液滴（直径約５５μｍ）が６５μｍごとに印刷されて、サブ・ピクセルを色インクで満たした。インクの前進接触角が測定され、有機バリヤ上では＞５０°である一方、一部が無機のコーティング上では１０〜２０°であることが判明した。したがって、バリヤと、一部が無機のコーティングで被覆された高分子基板との間に液体親和性の所望の違いを確立することが可能であることが判明した。

無機のコーティング層
ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）コーティングは、真空蒸着技法を使用してポリカーボネート・シートの上に堆積された。この基板上に、前述の実験のものと同じタイプのバリヤが配置され、同じようにインクの液滴が印刷された。この結果も、前述の実験の結果と実質的に同一であった。

したがって、バリヤと、無機のコーティングで被覆された高分子基板との間に液体親和性の所望の違いを確立することが可能であることが判明した。

基板（１）と、基板（１）の表面をサブ・エリア（５）に仕切るように配置されたバリヤ（３）とを含む薄膜パターニング構成（６）が開示される。前記表面は高分子材料製であり、少なくとも一部が無機のコーティング（２）により被覆される。薄膜材料（４）は、前記薄膜パターニング構成（６）上に好ましくは堆積される。

薄膜パターニング構成の斜視図である。 図１の構成の断面図である。

Claims (15)

1. 基板と、前記基板の表面をサブ・エリアに仕切るように配置されたバリヤとを含む薄膜パターニング構成であって、少なくとも前記表面が高分子材料製であり、前記表面が少なくとも一部が無機のコーティングで少なくとも部分的に被覆されることを特徴とする、構成。
2. 前記少なくとも一部が無機のコーティングが、１００％の無機材料を含む、請求項１に記載の構成。
3. 前記少なくとも一部が無機のコーティングが、少なくとも５％の無機材料を含む、請求項１に記載の構成。
4. 前記少なくとも一部が無機のコーティングが、少なくとも２つの別々のコーティング材料を含む、請求項１から３のいずれかに記載の構成。
5. 表面処理の後、前記少なくとも一部が無機のコーティングの表面と前記バリヤの表面との間に少なくとも１０度の前進接触角の差が確立される、前記請求項のいずれかに記載の構成。
6. 前記少なくとも一部が無機のコーティングは、透過性が７０％を超えるものである、前記請求項のいずれかに記載の構成。
7. 基板に少なくとも高分子材料の表面を形成すること、
   前記基板の前記表面の少なくとも一部分を、少なくとも一部が無機のコーティングで被覆すること、および
   前記被覆された少なくとも一表面上にバリヤを堆積すること
   を含む、薄膜パターニング構成の製作方法。
8. 前記少なくとも一部が無機のコーティングおよび前記バリヤに表面処理を行うことをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記表面処理がプラズマ処理を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記サブ・エリアの少なくとも一部分上に堆積された薄膜材料をさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載の薄膜パターニング構成または請求項７から９のいずれかに記載の方法によって得ることのできる薄膜パターニング構成を含む薄膜デバイス。
11. 前記薄膜材料が、光学パターン、導体パターン、絶縁体パターン、半導体パターン、およびそれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの薄膜パターンをなす、請求項１０に記載の薄膜デバイス。
12. 前記薄膜パターンが光学パターンであり、前記デバイスがカラー・フィルタである、請求項１１に記載の薄膜デバイス。
13. 請求項１から６のいずれかに記載の薄膜パターニング構成または請求項７から９のいずれかに記載の方法によって得ることのできる薄膜パターニング構成を設けること、および
    前記サブ・エリアの少なくとも一部分上に少なくとも１つの薄膜材料を堆積すること
    を含む薄膜デバイスの製造方法。
14. 前記薄膜材料を堆積することが、
    前記薄膜材料を含む液体をインク・ジェット印刷することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 請求項１から６のいずれかに記載の薄膜パターニング構成、請求項７から９のいずれかに記載の方法によって得ることのできる薄膜パターニング構成、請求項１０から１２のいずれかに記載の薄膜デバイス、または請求項１３から１４のいずれかに記載の方法によって得ることのできる薄膜デバイスを含むディスプレイ・デバイス。

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