JP2007514297A - 基板に構造部を印刷する装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

所定の間隔の複数の狭小線を有するプリント板（20、40）を用い、プリント板に、印刷媒体を充填し、さらに基板に線を印刷することによって、構造部（31、51、91）が基板（30、50、90）に印刷される。印刷線の間の間隔は、隣接線からの印刷媒体が合体して構造部が形成されるように定められる。

Description

本出願は、基板に構造部を印刷する装置および方法に関する。特に本願は、例えば、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（AMLCD）に使用される基板等の上に、局所的な構造部を形成するための改良された方法および装置に関する。

AMLCDの製作等の用途において、基板に層を設置する際に使用される、比較的高コストな写真転写法による製作処理ステップが、エッチング前に基板にレジストを印刷する高品質印刷法に代替された場合、あるいは前駆体を直接印刷してから、前駆体を処理または硬化して、導電層、絶縁層もしくは半導体層を得る方法に代替された場合、大きなコスト削減が可能となる。

グラビアオフセット印刷法のようなオフセット転写法では、プリント板が使用される。このプリント板には、凹部または溝がパターン化されており、これらの凹部または溝は、基板に設置される層に必要な構造に対応する。米国特許出願第2003／0081095号には、LCD装置の製作に、グラビアオフセット印刷法を使用する例が示されている。グラビアオフセット印刷法の処理プロセス例は、図1乃至3に示されている。

まず図1を参照すると、図1には、上部表面に、一連の一般的な長方形凹部2を有するプリント板1が示されている。印刷処理プロセスの最初の段階では、凹部2には、基板上に層として設置される材料3が充填されている。材料3は、いかなる機能材料であっても良く、この例では、フォトレジスト材料である。余分な材料4は、ドクターブレード5を用いて、プリント板の表面から除去される。ドクター処理プロセスにおいては、ブレードでプリント板1の表面をなぞることにより、凹部2に収容されない余分な材料4が除去される。

別の段階では、図2に示すように、全面ローラ6が表面1に設置される。全面ローラ6は、円筒状ローラであって、表面がシリコーン等の材料で被覆されている。全面ローラ6は、プリント板1の表面全体を転がり、フォトレジスト材料3の一部が、充填凹部2から全面ローラ6の表面に転写される。転写されたフォトレジスト材料は、全面ローラ表面に、部分7を形成し、これらの部分の位置および形状は、プリント板1の凹部2の位置および形状に対応する。

図3に示す最終ステップでは、全面ローラ6が基板8の表面で転がされる。プリント板1から全面ローラ6に転写されたフォトレジスト材料の部分7は、今度は基板8上に転写され、基板表面に印刷構造部9が形成される。

オフセット印刷処理法の一つの問題は、単一の印刷パスでは、線幅を様々に変化させて印刷することが難しいことである。通常、各単一の印刷パスでは、特殊なインクの形成、およびプリント板の構造部深さが限定され、この深さ値は、単一の印刷パスにおいて印刷される線幅に影響を及ぼす。

オフセット印刷法を用いて、媒体および基板の幅広構造部を印刷することに関する問題は、そのような構造部には、構造部よりも幅の狭い凹部を定形するため、深いプリント板凹部が必要となることである。これは、厚いプリント板が必要となり、薄いプリント板に比べて製造コストが増大し、さらに印刷処理により多くのインクが必要となることを意味する。異なるインク形成法が、異なる幅の構造部に最適化される。

オフセット印刷法の別の問題は、この技術を用いて印刷した場合、しばしば媒体および幅広構造部内にピンホールが形成されることである。印刷層内に存在する微細な孔は、層の特性に大きな影響を及ぼし、例えば、ピンホールによって、エッチング剤がレジスト層を通過して、基板に到達してしまう。本願では、AMLCDの製作等の際に、基板上の層内のそのようなピンホールを最小限に抑制することができるという利点がある。
米国特許出願第2003／0081095号明細書

本発明は、前述の課題を解決することを課題とする。

本発明の第1の態様では、基板に構造部を印刷する方法であって、複数の素子を間隔を設けて前記基板に印刷するステップを有し、前記素子の各々は、前記構造部よりも小さく、前記素子間の前記間隔は、前記素子が前記基板上で結合して、前記構造部が形成されるような間隔であることを特徴とする方法が提供される。

前記構造部よりも小さな素子は、前記構造部よりも狭小の素子を有しても良い。

複数の狭小な素子から構造部を構成することには、多数の利点がある。まず、異なる数の狭小素子を結合して広幅の構造部とすることにより、各種異なる素子幅で同時に印刷を行うことが可能となる。第2に、狭小素子の使用によって、ピンホール等の形成が抑制されることが示されている。第3に、比較的狭小の構造部のみを印刷すれば良くなるため、薄いプリント板の使用が可能となり、プリント板を製作する際に必要となる材料量が減り、少ない素子材料量で必要な被覆率を得ることができる。

素子は、インク等の印刷媒体を有しても良く、これらの素子は、合体によって結合される。インク素子は、印刷時に広がり、いかなる所定の構造部寸法でも被覆することができる。

特殊なインクの形成およびプリント板の深さを用いて、全ての素子を印刷するこができるため、等しい寸法の印刷素子、例えば複数の狭小微細線に、単一のパスによって、各深さレベルのパターンを定形することができる。

本発明の第2の態様では、基板に構造部を印刷する装置であって、複数の素子を間隔を設けて前記基板に印刷する手段を有し、前記素子の各々は、前記構造部よりも小さく、前記素子間の前記間隔は、前記素子が前記基板上で結合して、前記構造部が形成されるような間隔であることを特徴とする装置が提供される。

前記印刷手段は、複数の部分を有し、前記部分の各々は、前記素子の各々に対応しても良く、前記部分は、等しい寸法であっても良い。

半発明のさらなる理解のため、以下、添付図面を参照して、実施例について説明する。実施例は、単なる一例として示されているに過ぎない。

図4aには、本発明による第1のプリント板20の平面図が示されている。第1のプリント板20は、第1および第2の長方形凹部21、22を有し、これらは、4μmの隙間23によって分離されている。凹部21、22は、写真転写技術等の従来技術を用いて形成される。長方形凹部21、22は、幅24が10.5μmで、長さ25が40μmで、深さが5から15μmの間にあり、例えば10μmである。第1のプリント板20は、ガラス層上にポリイミド材料を設置することによって形成され、全厚は、例えば1mmである。

プリント板20には、例えばドクターブレードを用いて適当なインクが充填される。インクは、例えばエッチングレジストインクであり、これは、40wt%のジョナクリル（Jonacryl）ECO684と、60wt%のブチルグリコールアセテート／トリブチリン（重量比70／30）を含む。次にプリント板20を用いて、グラビアオフセット印刷等の印刷処理が行われ、基板30に層が印刷される。基板30は、この場合、AMLCDに使用されるガラスまたは可撓性基板であり、エッチングレジスト材料31の層を有する得られた基板30の平面図は、図4bに示されているように、単一の連続長方形構造部31を有する。

プリント板表面に定形された凹部21、22は、プリント板20から基板30に印刷される際に、基板30上に広がって構成されるため、単一の連続構造部31が形成される。この例では、印刷構造部の広がりは、基板30上の各方向において2.5μmであるため、基板上の印刷構造部は、対応するプリント板凹部に比べて、長さと幅が5μmだけ大きくなっている。従って、第1のプリント板20上の長方形凹部21、22の間の4μmの隙間23は、レジスト材料によってブリッジされ、基板30には単一構造部31が印刷される。従って単一構造部31では、第1のプリント板20の対応する凹部21、22からの材料が合体し、構造部31は、幅32が30μm（15.5μm＋15.5μmで、重複部が1μm）で、長さ33が45μmである。

長方形凹部21、22の間の隙間23は、この例では4μmに選定されている。これにより、基板に印刷された構造部に対応する1μmの重複部によって、合体構造部31が連続化する。従って隙間23は、プリント板20から基板30に転写されるときの素子21、22の広がる量によって変化し、さらにインク形成、基板特性、使用印刷法等に依存する。

図4cには、第1のプリント板20を用いて印刷されたレジスト材料31の層を有する基板30の断面図を示す。この図から、浅い谷34によって区画される第1および第2の部分35、36に、レジスト材料31が形成されていることがわかる。この谷34は、第1のプリント板20の第1および第2の凹部21、22に対応する、それぞれ、第1および第2の部分35、36の端部の薄肉化によって生じる。

材料層31は、浅い谷34において通常薄くなるが、少なくとも全領域が被覆される。これは、ある用途では特に重要であり、例えば、層31が不均一な厚さとなるようにレジストを印刷する場合に、重要となる。

プリント板20の表面の凹部21、22は、実質的にピンホールが形成されないような幅に選定される。実験では、凹部幅24が約30μm未満の時に、ピンホール等の形成が抑制されることが示されている。ただしこの値は、印刷処理プロセスの他の因子に依存する。

また狭小凹部21、22は、比較的浅いプリント板20上に形成されても良く、例えば、深さは約5μmのオーダーである。浅いプリント板では、材料量が減り、プリント板の製作コストが抑制される。

本発明は、示されたグラビアオフセット印刷処理法に限定されるものではない。例えば、無水オフセットおよびマイクロコンタクト印刷法等の多くの他の印刷法を使用して、本発明による合体構造部が印刷されても良い。

図5aには、本発明による第2のプリント板40の平面図を示す。これは、単一の印刷パスによって、幅の異なる構造部を形成する原理を示すために使用されている。このプリント板40は、4μmの隙間43で分離された、第1および第2の整列長方形凹部41、42と、第2の凹部42から所定の距離45、例えば8μmの位置に設置された第3の整列長方形凹部44と、を有する。各凹部41、42、44は、10.5μmの等しい幅46を有し、第1のプリント板20の凹部21、22と同様の方法で形成される。

第2のプリント板40を用いたグラビアオフセット印刷等の印刷処理により、基板50に層が印刷される。基板は、この場合、AMLCDに使用されるガラス基板であり、レジスト層を有する得られた基板50の平面図は、図5bに示されている。基板には、第1および第2の長方形構造部51、52が形成される。第1の構造部51は、第1のプリント板20の第1および第2の凹部21、22の合体によって得られる印刷構造部31と同様の方法で、プリント板40の第1および第2の凹部41、42から印刷された材料の合体によって形成される。第2の狭小長方形構造部52は、第1の構造部51から3μmの距離53の位置に設置され、基板50上の他の構造部とは合体しない。

2つの印刷された構造部51、52は、それぞれ、30μmおよび15.5μmの大きく異なる幅54、55を有するが、これらは、等幅の凹部41、42，44を有するプリント板40を用いて形成されたものである。このように、特殊なインク形成およびプリント板構造部深さが利用できるため、大きく異なる線幅を有する構造部51、52を、単一の印刷パスで印刷することができる。特殊なインク形成およびプリント板構造部深さの両者は、構造部幅の範囲を限定して使用されても良く、これにより、範囲内の構造部幅の結合によって、単一印刷レベルにおいて、最小幅を超える異なる寸法の構造部を構成することができる。従って、本発明によるプリント板20、40は、オフセット写真転写法による制限を排除することができる。プリント板に狭小凹部を形成することにより、基板に転写した際に、合体構造部が定形され、ピンホール等の形成が抑制され、薄いプリント板の使用が可能になり、必要な印刷パス数が減少する。

基板に設置された材料の広がり量は、プリント板上の構造部の深さ、使用材料の粘性、印刷速度、および印刷後の処理を含む複数の因子に依存するとともに、それらが半球状に平坦化される前の、印刷構造部上部でのローラの使用等に依存する。これらのパラメータを用いて、基板上の凹部間に必要な隙間23、43を計算することにより、対応する印刷構造部を合体させ、複雑化することが可能となる。この隙間を計算する方法を、図6aおよび6bを参照して、以下に詳しく説明する。

図6aには、第3のプリント板60の平面図を示す。このプリント板60は、第1および第2の整列長方形凹部61、62を有し、これらは10μmの隙間63によって分離されている。この隙間63は、凹部61、62に対応する印刷構造部が印刷の際に合体されないような、十分に広い任意の幅に選定される。各凹部61、62は、12μmの等しい幅64であり、第1のプリント板20の凹部21、22と同様の方法で形成される。

第3のプリント板60を用いた所望の印刷処理によって、基板70に層が印刷される。得られた基板70の平面図を図6bに示すが、基板には、第1および第2の整列長方形構造部71、72が形成されている。第1および第2の整列構造部71、72の間の幅73が測定され、第3のプリント板60上の長方形凹部61、62の間の隙間63と比較される。図6bに示した例では、基板70上の第1および第2の構造部71、72は、5μmの隙間73によって分離される。プリント板60上の凹部61、62の間の隙間63の10μmと、第3の隙間73の5μmとの差は、5μmである。これは、各構造部71、72が2.5μmずつ、他方に向かって広がっていることを意味する。印刷の際に構造部を合体するため、プリント板上の対応する凹部61、62は、最大でも5μm以内に接近している必要があり、例えば隙間が4μmの場合、例えば図4cに示すように、構造部の結合部において、基板を完全に被覆することが可能となる。

本説明を精読することにより、他の変更および修正が可能であることは、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、印刷基板の既知の構造、製品および使用等の等価物や他の構造、ならびに前述の構造部に代えてまたはこれに加えて使用される等価物や他の構造を含む。

特に、本発明は、素子を印刷、合体して、単一構造部を形成するための、2つの凹部を有するプリント板に限定されるものではない。プリント板上に、複数の凹部を形成して、得られた印刷素子を合体して、単一の印刷構造部が形成されるように、凹部を分離しても良い。例えば、複数の平行線が印刷され、これが合体されて、連続材料の比較的大きな領域が形成されても良い。図7aおよび7bには、本発明に従って、プリント板80から複数の微細線81が印刷され、基板90上で合体され、単一の構造部91が形成される方法を示す。

さらに、凹部は、図に示したような長方形状である必要はない。いかなる形状の凹部を使用しても良く、また同様に、得られる合体構造部も、長方形状である必要はない。凹部の形状および位置、さらに得られる構造部の形状および位置は、基板上の他の層または素子に依存する。

複数の微細線は、印刷、合体され、所定の位置に接触ホールを定形する開口を有する、連続材料の比較的大きな領域が形成される。

本発明は、AMLCDの製作に限定されるものではない。本発明は、基板上にいかなる他の印刷層を設置する際に使用しても良い。印刷材料、プリント板材料および基板材料の選定は、特定の用途によって左右される。印刷材料は、レジストに限定されるものではなく、例えば、ITO前駆体等の金属前駆体を使用しても良い。この場合、その後硬化されて金属層が形成される。

本願では、主としてオフセット印刷法について示したが、本発明は、他の印刷法に適用しても良い。ある技術では、印刷構造部を定形するための凹部の代わりに、印刷材料が設置された隆起部または凸部を有するプリント板が使用される。

本願請求項は、特定の特徴の組み合わせで示されているが、いずれかの請求項に示されたものと同じ発明に関するか否かに関わらず、および本発明と同じ技術的課題のいずれかもしくは全てを解決するか否かに関わらず、本発明の開示範囲は、ここに明示的にもしくは間接的に示されたまたは一般化されて示された、いかなる新しい特徴またはいかなる特徴の組み合わせをも含むことに留意する必要がある。出願人は、本願もしくはここから派生するいずれかの他の出願の手続過程において、そのような特徴および／またはそのような特徴の組み合わせによって、新たな請求項を構成し得ることに留意する必要がある。

プリント板に材料を設置するステップを含む、グラビアオフセット印刷法の処理プロセスにおける、あるステップを示す図である。 プリント板から全面ローラに、材料を転写するステップを含むグラビアオフセット印刷法の処理プロセスにおける、あるステップを示す図である。 全面ローラから基板に、印刷材料を転写するステップを含むグラビアオフセット印刷法の処理プロセスにおける、あるステップを示す図である。 本発明による印刷処理プロセスに使用される、第1のプリント板の平面図である。 第1のプリント板を用いて印刷された構造部を有する基板の平面図である。 第1のプリント板を用いて印刷された基板の断面図である。 本発明による第2のプリント板の平面図である。 第2のプリント板を用いて印刷された構造部を有する基板の平面図である。 本発明による構造部の素子間隔を定める際に使用される第3のプリント板の平面図である。 第3のプリント板を用いて印刷された構造部を有する基板の平面図である。 本発明による第4のプリント板の平面図である。 第4のプリント板を用いて印刷された構造部を有する基板の平面図である。

Claims (19)

1. 基板に構造部を印刷する方法であって、
   複数の素子を間隔を設けて前記基板に印刷するステップを有し、
   前記素子の各々は、前記構造部よりも小さく、前記素子間の前記間隔は、前記素子が前記基板上で結合して、前記構造部が形成されるような間隔であることを特徴とする方法。
2. 前記素子は、印刷媒体を有し、合体によって結合されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
3. さらに、
   印刷手段を用いて、前記基板に前記素子を印刷するステップを有し、
   前記印刷手段は、複数の部分を有し、各部分は、前記素子の各々に対応することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
4. 前記部分は、前記印刷手段の表面に凹部を有することを特徴とする請求項3に記載の方法。
5. さらに、
   前記部分に印刷媒体を設置するステップと、
   前記印刷媒体を前記基板に転写するステップと、
   を有することを特徴とする請求項3または4に記載の方法。
6. 前記印刷媒体は、中間装置を介して前記基板に転写されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
7. 前記複数の部分は、等しい寸法、または実質的に同様の寸法であることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一つに記載の方法。
8. 前記部分は、平行であることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか一つに記載の方法。
9. 前記印刷手段は、プリント板を有することを特徴とする請求項3乃至8のいずれか一つに記載の方法。
10. 前記印刷媒体は、レジスト材料を含むことを特徴とする請求項2乃至9のいずれか一つに記載の方法。
11. 前記素子の各々は、前記構造部よりも幅が狭いことを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の方法。
12. 前記素子の各々は、前記構造部よりも長さが短いことを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の方法。
13. 複数の素子を印刷するステップを有し、前記素子が合体して、所定の位置に開口を有する連続構造部が形成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の方法。
14. 基板に構造部を印刷する装置であって、
    複数の素子を間隔を設けて前記基板に印刷する手段を有し、前記素子の各々は、前記構造部よりも小さく、前記素子間の前記間隔は、前記素子が前記基板上で結合して、前記構造部が形成されるような間隔であることを特徴とする装置。
15. 前記印刷手段は、複数の部分を有し、前記部分の各々は、前記素子の各々に対応することを特徴とする請求項14に記載の装置。
16. 前記部分は、前記印刷手段の表面に凹部を有することを特徴とする請求項15に記載の装置。
17. 前記複数の部分は、等しい寸法、または実質的に同様な寸法であることを特徴とする請求項15または16に記載の装置。
18. 前記部分は、平行であることを特徴とする請求項15、16または17に記載の装置。
19. 前記印刷手段は、プリント板を有することを特徴とする請求項14乃至18のいずれか一つに記載の装置。

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