JP2008041340A

JP2008041340A - 機能性膜の製造方法

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Publication number: JP2008041340A
Application number: JP2006211694A
Authority: JP
Inventors: Hisaari Shibata; 尚存柴田; Atsumichi Ishikura; 淳理石倉; Yasuyuki Saito; 康行齋藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP5105792B2

Abstract

【課題】基板の大型化や無駄な材料の消費を伴うことなく、容易な手法によって、均一な膜形状を有する複数の機能性膜を同一基板内に形成する方法を提供する。
【解決手段】基板１上に機能性材料を含む液体を付与して乾燥させ、機能性膜の前駆体２を形成した後、基板１の温度を下げて該機能性膜の前駆体２に吸湿させ、さらに基板１の温度を上げて吸湿した該機能性膜の前駆体２を乾燥させる工程において、該基板１の温度を上げる過程において蒸発する液体を付与して付与領域３を形成し、機能性膜の前駆体２を上記液体と共に一括して再乾燥させることにより、基板１内の機能性膜の前駆体２を均一に乾燥させて形状の均一化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の機能を発現する機能性膜を同一基板内の複数個所に同じ形状で製造する製造方法に関する。

画像表示装置に代表されるさまざまな機能の発現を目的とした機能性膜の形成は、機能を発現する材料を含むインクを印刷法やインクジェット法により付与し、乾燥させることで形成されているが、膜の形状及び基板面内の均一性が重要な課題となっている。近年、デバイスの微細化は益々加速し、それらの重要性は増しつつある。

特定の形状を持つ機能性膜を複数個、特定のピッチをもって基板上に広範囲に形成する場合、特にインクジェット法を用いて描画する場合には、先ず機能性膜を形成する材料を含むインクをインクジェットによって付与し、乾燥させて機能性膜の前駆体を形成する。この時、機能性膜の前駆体周囲の環境による、インクの乾燥状態の変化が機能性膜の膜形状に重大な影響を及ぼす。同じ基板面内においても、機能性膜の前駆体の密度が高い個所では周囲の機能性膜の前駆体からインクの溶媒が蒸発するため各々の乾燥速度が遅くなる。逆に機能性膜の前駆体の密度が低い個所では、周囲にインク溶媒の蒸気が少ないため個々の機能性膜の前駆体の乾燥速度が速くなる。この乾燥速度の差により、乾燥後の機能性膜の前駆体の膜形状は大きく変化する。具体的には、乾燥速度が遅い場合には膜の中央部が盛り上がり、逆に乾燥速度が速い場合には膜の周縁部が盛り上がった形状になる。図９中、１−ａで示される基板中央部は機能性膜の前駆体２の密度が高い。逆に１−ｂで示される基板外周部は機能性膜の前駆体２の密度が低く、そのため機能性膜の前駆体２の乾燥速度が速い。その結果、基板中央部１−ａと基板外周部１−ｂの各領域において形成される機能性膜の前駆体２の膜形状が異なる。これを模式的に示すものが図１０である。図１０中Ａは基板中央部付近、Ｃが基板外周部、Ｂはその中間点付近の機能性膜の断面形状を表す。前述したように、基板面内の位置により膜の形状が変化するわけであるが、この際、基板中央部付近においては、液滴の乾燥速度が遅いために、インクが着弾後に液滴の状態でいる時間が長く、球状に凝集し所望のドット径より縮むこともある。

上記のような問題を解決するための技術が、特許文献１乃至３に開示されている。これらの技術は、機能性膜を配置する領域の周囲に、機能性膜の前駆体と同一のパターンでダミーの機能性膜の前駆体を形成し、乾燥状態を均一にすることによって膜形状の面内均一化を図る方法を提案している。具体的には、図１１に示すように、機能性膜の前駆体２の形成される領域の周囲にダミーの機能性膜の前駆体６を形成し、基板の外周部に位置する機能性膜の前駆体２を、擬似的に基板中央部付近に近い雰囲気に置くことによって膜の均一化を図るものである。

特開２００２−２５２０８３号公報特開２００２−２２２６９５号公報特開２００５−２５９７１９号公報

しかしながら、上記のような方法においては下記（１）乃至（４）のような問題点があった。

（１）機能性膜と同じ材質の膜をダミーの機能性膜として配置する場合、電極など機能性膜の機能を発現させることに関わる部位に干渉しないように配置しなければならず、基板面内の機能性膜の前駆体の乾燥を精密に制御するための自由度が低い。

（２）機能性膜の周囲に機能性膜と同様のパターンでダミー機能性膜を配置する場合、基板外周部にスペースが必要となる。そのため、基板の大きさ、機能性膜の配置パターン、密度、数によっては、機能性膜の前駆体の乾燥状態制御のために基板そのものが不必要に大きくなってしまう可能性がある。

（３）一括で機能性膜の前駆体と乾燥制御のためのダミー機能性膜の前駆体とを形成できるが、機能性膜の形成材料を含む液体の付与と同時に乾燥を制御せねばならず、基板及び雰囲気の条件に制限が生じやすい。

（４）機能性膜に高価な材料が含まれる場合、ダミー膜の形成がコストアップにつながる。

本発明の課題は、上記のような問題点に鑑み、基板の大型化や無駄な材料の消費を伴うことなく、容易な手法によって、均一な膜形状を有する複数の機能性膜を同一基板内に形成する方法を提供することにある。

本発明の第１は、機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を、下げてから上げる降昇温工程とを有することを特徴とする機能性膜の製造方法である。

上記本発明第１の機能性膜の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。

前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有する。

前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記機能性膜の形成材料を含む液体が付与された基板に間隔を介して配置された対向基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有する。

前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記基板の周辺に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有する。

前記降昇温工程は、前記基板の温度を露点以下に下げる工程を有する。

本発明の第２は、機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法である。

本発明の第３は、機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記機能性膜の形成材料を含む液体が付与された基板に間隔を介して配置された対向基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法である。

本発明の第４は、機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記基板の周辺に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法である。

上記本発明第１乃至第４の発明において、前記機能性膜の形成材料を含む液体の基板上への付与は、インクジェット法により行われることが好ましい。

本発明によれば、機能性膜の形成材料を含む液体を基板上に付与し、一旦乾燥させた後に、基板の昇温工程または降昇温工程を施すことにより、機能性膜の形状を基板面内で均一化することができる。また、係る降昇温工程を施すことにより、最初に基板上に付与した機能性膜の形成材料を含む液体の乾燥状態を制御する必要がない。

本発明の製造方法によって形成される機能性膜とは、熱、電気、光等の何らかのエネルギー入力によって、所望の機能を発現する膜である。具体的には、例えば、表面伝導型電子放出素子の電極や電子放出膜（素子膜）、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層などが好ましく挙げられる。

本発明の機能性膜の製造方法は、先ず基板上に機能性膜の形成材料を含む液体（インク）をインクジェット法などによって付与し、一旦乾燥させて機能性膜の前駆体を形成する。尚、本発明において機能性膜の前駆体とは、上記機能性膜の形成材料を含む液体を基板上に付与して乾燥させた状態から、機能性膜となる最終の工程終了までの状態を言う。

本発明の特徴は、上記機能性膜の前駆体を形成した後に、該機能性膜の前駆体を形成した基板の温度を一旦下げた後に上げる降昇温工程、または、該基板の温度を上昇させる昇温工程を施すことに特徴を有する。本発明においては、該工程によって、該機能性膜の前駆体の形状を変化させて基板面内において機能性膜の均一化を図ることができる。

本発明において、機能性膜の前駆体を形成した後に基板の温度を一旦下げる降温工程によって、雰囲気中の水分を機能性膜の前駆体に吸収させることができる。そしてその後の基板の昇温工程によって該水分を乾燥させることにより、機能性膜の前駆体の形状を変化させることができる。また、上記降温工程において、雰囲気中の液体成分が結露する温度まで下げることによって、液体を結露させて機能性膜の前駆体に吸収させ、次いで乾燥させることで機能性膜の前駆体の形状を変化させることが好ましい。より具体的には、基板の温度を露点以下にまで下げて水を結露させることが好ましい。これら結露させた液体は昇温過程において蒸発する。水以外の液体としては、機能性膜の前駆体形成時に用いた機能性膜の形成材料を含む液体の溶媒成分が好ましい。

本発明において、結露によって機能性膜の前駆体に液体を吸収させた場合、機能性膜の前駆体以外の部分にも液体が結露するため、該液体の蒸発により、昇温工程における機能性膜の前駆体の乾燥速度が緩やかになり、膜の形状がより均一化される。尚、係る効果をよりよく得るために、機能性膜の前駆体を形成した基板面に対向して対向基板を配置し、該対向基板へ結露させることも好ましい。

また、本発明において、基板の温度を下げる以外の手段で、機能性膜の前駆体に吸湿または液体を吸収させておき、次いで、基板の温度を上げることによって機能性膜の形状の均一化を図ることができる。機能性膜の前駆体の吸湿または液体の吸収手段としては、基板を配置した雰囲気の温度や圧力を上げるなどの方法が挙げられる。

さらに、本発明においては、液体を吸収した機能性膜の前駆体の乾燥速度を緩和するために、別途、基板の昇温過程で蒸発する液体を基板の配置された雰囲気内に導入することが好ましい。係る液体の配置場所としては、機能性膜の前駆体を形成した基板上、該基板の周囲、該基板に対向して配置した対向基板上が挙げられる。また、導入される液体としては、基板の昇温工程で蒸発し、機能性膜の前駆体の乾燥速度を緩和する作用を備えたものであれば特に限定されないが、好ましくは水、或いは、機能性膜の前駆体形成時に用いた機能性膜の形成材料を含む液体の溶媒成分が用いられる。当該液体として、機能性膜の形成材料を含まない液体を用いることによって、機能性膜の前駆体を形成した領域内にも該液体を配置することが可能となる。その結果、該領域の中央部と外周部とで該前駆体密度の差による乾燥速度の差が緩和され、基板面内でより均一化した形状の機能性膜を形成することが可能となる。また、機能性膜の形成材料を含まない液体を用いることにより、高価な機能性膜の形成材料の使用によるコスト上昇を避けることができる。

上記した、昇温過程で蒸発する液体を別途雰囲気内に導入する手段としては、所望の位置に所望の量の液体を付与できるインクジェット法が好ましく用いられる。

本発明において、上記した吸湿或いは液体の吸収、及び乾燥によって機能性膜の前駆体の形状を変化させて均一化し、必要に応じて焼成等の処理を施し、機能性膜を得ることができる。

図１は、本発明に係る昇温過程で蒸発する液体を別途導入する際の付与位置３を模式的に表したものである。該付与位置３は、（ａ）が機能性膜の前駆体２を形成した基板１上の、該前駆体２の形成領域の周囲、（ｂ）が機能性膜の前駆体２の形成領域内であって隣接する機能性膜の前駆体２間である。また、（ｃ）が機能性膜の前駆体２を形成した基板１の周囲に配置した隣接基板４上、（ｄ）が機能性膜の前駆体２を形成した基板１に所定の間隔を介して対向する対向基板５上を表す。

係る液体は、湿度、温度で表される環境に応じ、その都度機能性膜の前駆体２の配置パターンに応じた場所、形状、パターン、密度で塗布される。上記図１中の（ａ）乃至（ｄ）のいずれかの位置、もしくはこれらを組み合わせた配置・位置でもよい。

係る液体の付与位置３の形状、パターン及び密度は、機能性膜の前駆体２の配置パターンと同一のパターンでも良いし、大きさ又は密度、或いはその両方が異なるパターンに配置されても良い。

係る液体は、温度、湿度に代表される雰囲気に合わせた場所、形状、パターン、密度で配置することができるよう、インクジェット法にて付与することが最適である。しかし、タクト、コスト、或いは簡単のために、インクジェット法以外の付与方法でも良い。

本発明において、機能性膜の形成材料を含む液体の付与、乾燥、さらには基板の降温工程、昇温工程に用いられる装置の一例の概略構成を図２に示す。

図２の装置において、機能性膜の形成材料を含む液体はインクジェットヘッド８によって基板ステージ１７上に配置された基板１上に付与される。付与パターン及び位置は、Ｘ軸駆動ステージ１８及びＹ軸駆動ステージ１９をステージ駆動制御系１３により、また、インクジェットヘッド８をヘッド駆動制御系１２により、描画制御用ＰＣ１４を用いて制御される。機能性膜の形成材料を含む液体を付与し、一旦乾燥させた後に、基板の昇温過程で蒸発する液体をインクジェットヘッド９によって付与する。この付与パターン及び位置は機能性膜の前駆体の形、密度、位置及び付与・乾燥時の雰囲気により条件を変えて制御される。付与・乾燥時の雰囲気は温湿度センサ２０で計測される。機能性膜の前駆体の吸湿或いは液体の吸収は、基板冷却系１５に接続された基板温度調整機構１６によって基板温度を下げるか、温湿度制御系２３によって装置チャンバ７内の湿度を上げるか、或いはその両方の手段を同時に用いて行われる。これらの基板温度制御や雰囲気制御は、乾燥制御用ＰＣ２１によって行われる。その後基板１上に形成された機能性膜の前駆体は、別途導入された昇温過程で蒸発する液体とともに温度及び湿度を制御された環境で一括に乾燥される構成になっている。

（実施例１）
機能性膜として、画像表示装置に用いられる、電子放出素子の電子放出膜を基板上に複数形成した。図２に示される描画乾燥装置を用い、基板ステージ１７上に基板１全面を冷却可能なペルチェ素子を基板温度調整機構１６として設置し、該ペルチェ素子上に基板１としてガラス基板を設置した。本例においては、機能性膜として電子放出膜の形状の均一性を問題にしているため、まずは、基板１上に複数の電子放出膜のみを形成した。即ち、これら複数の電子放出膜への電気的配線は形成しなかった。

先ず、圧電式のインクジェットヘッド８を用い、電子放出膜の形成材料を含む液体Ａをドット径が１００μｍ、ドット間ピッチが５００μｍとなるようにＸ方向に１００素子分、Ｙ方向に１００素子分、合計で１００００素子分、付与した。尚、上記液体Ａとしては、有機パラジウム溶液を用いた。次いで、基板１の温度を２２．５℃、雰囲気温度２４．５±０．５℃、雰囲気湿度４１．５％ＲＨ±０．５％、気流ほぼ無風の条件で、付与された液体Ａを乾燥させ、電子放出膜の前駆体を基板１上に形成した。温湿度は、ガスボンベ２５から供給される乾燥エアーを、温湿度制御系２３を通すことにより温度及び湿度を調整し、該調整されたエアーを配管２６によって装置カバー７によって密閉された装置内に導入することにより制御した。温度及び湿度の制御は、温湿度制御系２３で制御されるか、ガス流量調整用バルブ２４によってガス流量を変化させることによって、又はその両方の手段を用いて調整される。

次に、前記ペルチェ素子により基板を１℃／ｍｉｎ．のレートで１０℃まで冷却して、電子放出膜の前駆体を吸湿させた。同時に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）１５％、純水８４％、エチレングリコール１％を混合した液体Ｂを、圧電式インクジェットヘッド９を用いて基板１上に付与した。尚、上記液体Ｂの付与した位置は、図１（ａ）及び（ｂ）を組み合わせた位置である。即ち、基板１上の、電子放出膜の前駆体２の形成領域の外周部分と電子放出膜の前駆体２の間で、図１（ａ）及び（ｂ）に示された基板上の領域３である。電子放出膜の前駆体２からＸ方向に２５０μｍ、Ｙ方向に２５０μｍずらした位置に、ドット径１００μｍでピッチが５００μｍとなるように上記液体Ｂを付与した。即ち、図３中のＷ_X＝５００μｍ、Ｗ_Y＝５００μｍ、Ｄ_X＝２５０μｍ、Ｄ_Y＝２５０μｍとなるように前記液体Ｂ（図３においては２９で示してある）を付与した。また、図３に示すように、電子放出膜の前駆体２８の形成領域の外側は、最外周の電子放出膜の前駆体２８から１０ｍｍ外側の位置まで前記液体Ｂ（図３においては２９で示してある）を付与した。

上記電子放出膜の前駆体の吸湿、及び、液体Ｂの付与は、雰囲気を密閉した状態で行った。上述の通り、液体Ａが付与された基板を前記ペルチェ素子によって冷却することにより、乾燥し固化した電子放出膜の前駆体は雰囲気から水分を補給され膨潤（結露）する。その結果、付与直後のような液体の状態に戻る（このことは描画装置外で基板を冷却しながら光学顕微鏡により観察を行うことにより確認済みである）。前記液体Ｂの付与が完了してから５分間、基板の冷却状態を維持した。

次に、膨潤した電子放出膜の前駆体と液体Ｂとを乾燥させるために、前記ペルチェ素子の温度を１℃／ｍｉｎ．のレートで室温（２４℃）まで昇温した。この時、電子放出膜の前駆体の形成された領域の周囲の雰囲気は、図１の（ｂ）に示される通り、電子放出膜の前駆体間に付与された前記液体Ｂの付与領域３から蒸発する水分により飽和状態に近い状態となる。又、図１の（ａ）に示される通り、電子放出膜の前駆体の形成された領域の外側にも液体Ｂの付与領域３が形成されている。このため、全ての電子放出膜の前駆体を含む領域の雰囲気が均一な状態となっており、全ての電子放出膜の前駆体の乾燥条件が一定となる。その結果、図３中、Ａで示される基板中央部に形成された電子放出膜の前駆体、Ｃで示される基板外周部に形成された電子放出膜の前駆体、それらの中間に形成されたＢで示される電子放出膜の前駆体の膜形状は次のようであった。膜厚の評価は、図４に示されるように膜の立ち上がりから５μｍの範囲を有効エリア外として排除し、残りの部分（有効エリア）の平均膜厚を計算し、膜厚の対平均誤差を算出した。

Ａ．膜厚：１０ｎｍ±５％、有効エリア：９０μｍ
Ｂ．膜厚：１０ｎｍ±７％、有効エリア：９０μｍ
Ｃ．膜厚：１０ｎｍ±８％、有効エリア：９１μｍ

いずれの電子放出膜の前駆体も中央部が窪んだ凹形状となっており、基板面内における膜厚のばらつきは平均膜厚１０ｎｍに対し±５％乃至８％の範囲であった。

前記電子放出膜の前駆体の吸湿、液体Ｂの付与、及びこれらの乾燥工程を行わない場合の電子放出膜の前駆体の膜厚及び有効エリアは以下の通りであった。

Ａ．膜厚：１５ｎｍ±２０％、有効エリア：７０μｍ
Ｂ．膜厚：８ｎｍ±２０％、有効エリア：８５μｍ
Ｃ．膜厚：４ｎｍ±５０％、有効エリア：９０μｍ

基板の乾燥後、電子放出膜の前駆体に３５０℃で１時間の焼成を施して電子放出膜としたところ、液体Ｂは完全に蒸発し消失した。

以上の結果より、電子放出膜の膜形状の面内均一性を高める手段として、本発明の有効性が確認された。

（実施例２）
実施例１と同様にして、図２の装置を用いてガラス基板上に、液体Ａとして、有機パラジウム溶液を付与して乾燥させ、電子放出膜の前駆体を形成した。

次に、ＩＰＡ１５％、純水８４％、エチレングリコール１％を混合した液体Ｂを、電子放出膜の前駆体を形成した基板の外側に設置した隣接基板４上に付与した。模式的には図１（ｃ）で表される位置、具体的には最外周の電子放出膜の前駆体から外側に向かって１０ｍｍの位置から３０ｍｍの位置に液体Ｂの付与領域３を設けた。

次に、前記ペルチェ素子を用いて電子放出膜の前駆体を形成した基板を１０℃まで１．５℃／ｍｉｎ．のレートで冷却し、１０分間保持した。この際、描画雰囲気は密閉されていた。

基板を前記ペルチェ素子によって冷却することにより、乾燥し固化した電子放出膜の前駆体は雰囲気から水分を補給され膨潤し（結露し）、付与直後のような液体の状態に戻る。これを再度乾燥させるために、前記ペルチェ素子の温度を１℃／ｍｉｎ．のレートで室温（２５℃）まで昇温した。この時、乾燥速度の速い基板の外周部に位置する電子放出膜の前駆体の更に外側には、該前駆体を形成した基板に隣接する隣接基板上に配置された上記液体Ｂの付与領域３があり、そこからの水分蒸発により雰囲気の湿度が上がっている。このため、基板外周部に位置する電子放出膜の前駆体の乾燥速度が遅くなり、基板中央部にある電子放出膜の前駆体に近い条件で乾燥が起こる。

その結果、図３中、Ａで示される基板中央部に形成された電子放出膜の前駆体、Ｃで示される基板外周部に形成された電子放出膜の前駆体、それらの中間に形成されたＢで示される電子放出膜の前駆体の膜形状は次のようであった。

Ａ．膜厚：９ｎｍ±７％、有効エリア：９０μｍ
Ｂ．膜厚：８ｎｍ±１０％、有効エリア：９０μｍ
Ｃ．膜厚：１０ｎｍ±６％、有効エリア：８９μｍ

膜形状はＡ及びＢが凹、即ち中央部が窪んだ形状で、Ｃは中央部が盛り上がった凸形状であった。

上記のように、基板面内における膜厚のばらつきは平均膜厚に対し±６％乃至１０％の範囲であったが、平均膜厚が８ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲でばらついた。

以上の結果より、電子放出膜の膜形状の面内均一性を高める手段として、本発明の方法においても十分な効果があることが確認された。

（実施例３）
実施例１と同様にして、図２の装置を用いてガラス基板上に、液体Ａとして、有機パラジウム溶液を付与して乾燥させ、電子放出膜の前駆体を形成した。

次に、前記ペルチェ素子により基板を１℃／ｍｉｎ．のレートで１０℃まで冷却しながら、ＩＰＡ１５％、純水８４％、エチレングリコール１％を混合した液体Ｂを、電子放出膜の前駆体と同様に圧電式インクジェットヘッド９を用いて基板上に付与した。尚、上記液体Ｂの付与した位置は、図１（ａ）及び（ｂ）を組み合わせた位置である。即ち、基板１上の、電子放出膜の前駆体２を形成した領域の周囲と電子放出膜の前駆体２の間で、図１（ａ）及び（ｂ）に示された基板上の領域３である。電子放出膜の前駆体２からＸ方向に２５０μｍ、Ｙ方向に２５０μｍずらした位置に、ドット径１００μｍでピッチが５００μｍとなるように上記液体Ｂを付与した。即ち、図５中、Ｗ_X＝５００μｍ、Ｗ_Y＝５００μｍ、Ｄ_X＝２５０μｍ、Ｄ_Y＝２５０μｍとなるように前記液体Ｂ（図５においては２９で示してある）を付与した。

但し、図５に示されるように基板面内の位置により液体Ｂ（図５においては２９で示してある）の付与密度を変化させた。基板の中央部から２０ｍｍ、即ち中央部から外側に向かって４０個の電子放出膜の前駆体２８に対しては、電子放出膜の前駆体１つに対する液体Ｂの付与の割合を０．２５とした。基板中央部から外側に向かって２０ｍｍから２５ｍｍまでの１０個の電子放出膜の前駆体２８に対しては、電子放出膜の前駆体１つに対する液体Ｂの付与の割合を０．５とした。基板中央部から外側に向かって２５ｍｍから外側の位置に対しては、電子放出膜の前駆体１つに対する液体Ｂの付与の割合を１．０、即ち電子放出膜の前駆体２８と同様のパターンで基板上に付与した。電子放出膜の前駆体２８の付与領域の外側は、最外周の電子放出膜の前駆体２８から１０ｍｍ外側の位置まで液体Ｂを付与した。液体Ｂの付与が完了してから５分間、冷却状態を維持した。

電子放出膜の前駆体が形成された基板を前記ペルチェ素子によって冷却することにより、乾燥し固化した電子放出膜の前駆体は、雰囲気から水分を補給され膨潤し（結露し）、液体Ａの付与直後のような液体の状態に戻る。

次に、膨潤した電子放出膜の前駆体と液体Ｂとを乾燥させるために、前記ペルチェ素子の温度を１℃／ｍｉｎ．のレートで室温（２４℃）まで昇温した。この時、電子放出膜の前駆体２８の形成された基板周囲の雰囲気は、電子放出膜の前駆体２８間及び電子放出膜の前駆体集団の外側に付与された液体Ｂ（図５においては２９で示してある）から蒸発する水分により飽和状態に近い状態となる。更に、液体Ｂ２９は基板面内の電子放出膜の前駆体位置により配置密度を変化させているため、全ての電子放出膜の前駆体を含む領域の雰囲気が均一な状態となっており、全ての電子放出膜の前駆体の乾燥条件が一定となる。その結果、図５中、Ａで示される基板中央部に形成された電子放出膜の前駆体、Ｃで示される基板外周部に形成された電子放出膜の前駆体、それらの中間に形成されたＢで示される電子放出膜の前駆体の膜形状と有効エリアは次のようであった。

Ａ．膜厚：１０ｎｍ±５％、有効エリア：９０μｍ
Ｂ．膜厚：１０ｎｍ±５％、有効エリア：９０μｍ
Ｃ．膜厚：１０ｎｍ±６％、有効エリア：９０μｍ

基板面内における膜厚のばらつきは平均膜厚１０ｎｍに対し±５％乃至６％の範囲であった。又、いずれの電子放出膜の前駆体においても膜の有効エリアは９０μｍであり、全ての電子放出膜の前駆体が凹型、つまり中央部が窪んだ形状になっていた。

（実施例４）
実施例１と同様にして、図２の装置を用いてガラス基板上に、液体Ａとして有機パラジウム溶液を付与して乾燥させ、電子放出膜の前駆体を形成した。

次に、該基板を描画装置から取り出し、図６に模式的に示される吸湿装置の乾燥制御チャンバ２２内に設置した。乾燥制御チャンバ２２は基板１全体を冷却可能なペルチェ素子を基板温度調整機構１６として備え、基板１は該ペルチェ素子上に設置される。乾燥制御チャンバ２２は密閉され、温湿度制御ユニット２３により雰囲気を一定に保つことができるようになっている。尚、温湿度は、ガスボンベ２５から供給される乾燥エアーを、温湿度制御系２３を通すことにより温度及び湿度を調整し、該調整されたエアーを配管２６によって、乾燥制御チャンバ２２によって密閉された装置内に導入することにより制御した。

次に、ＩＰＡ１５％、純水８４％、エチレングリコール１％を混合した液体Ｂを、吸水性スポンジシートを備える対向基板５上に付与した。液体Ｂの付与パターンは電子放出膜の前駆体と同様であるが、電子放出膜の前駆体の形成エリアに対して十分に広くなるように設定した。具体的には、電子放出膜の前駆体と同様のピッチで、Ｘ方向に２００個、Ｙ方向に２００個、合計で４００００個を付与した。

この対向基板５を、基板１上の電子放出膜の前駆体集団の中心と液体Ｂの付与集団の中心が一致する位置で、液体Ｂの付与領域が電子放出膜の前駆体に対向する方向を向くように乾燥制御チャンバ２２内に導入した。基板間ギャップをスペーサ２７を用いて１ｍｍとした。

次に、前記乾燥制御チャンバ２２内において、前記ペルチェ素子により基板１を１．５℃／ｍｉｎ．のレートで１０℃まで冷却した。こ時、対向基板５を加熱し、電子放出膜の前駆体の形成された基板１の温度を相対的に低くしても良い。冷却状態を１０分間保持し、乾燥・固化した電子放出膜の前駆体が膨潤してから、基板温度を１℃／ｍｉｎ．のレートで２５℃まで上昇させ、電子放出膜の前駆体を再乾燥させた。

その結果、図５中、Ａで示される基板中央部に形成された電子放出膜の前駆体、Ｃで示される基板外周部に形成された電子放出膜の前駆体、それらの中間に形成されたＢで示される電子放出膜の前駆体の膜形状及び有効エリアは次のようであった。

Ａ．膜厚：１０ｎｍ±８％、有効エリア９０μｍ
Ｂ．膜厚：１０ｎｍ±８％、有効エリア９０μｍ
Ｃ．膜厚：１０ｎｍ±９％、有効エリア９０μｍ

いずれの電子放出膜の前駆体も中央部が窪んだ凹形状となっており、基板面内における膜厚のばらつきは平均膜厚１０ｎｍに対し±８％乃至９％の範囲であった。

基板の乾燥後、３５０℃で１時間の焼成を行ったところ、液体Ｂは完全に蒸発し消失した。

以上の結果より、電子放出膜の前駆体の膜形状の面内均一性を高める手段として、本発明の有効性が確認された。

（実施例５）
機能性膜として、各種デバイスに展開可能な導電性配線を作製する目的で、直径５ｎｍ程度のＡｇ微粒子を含有する液体Ａを図２に示される描画装置を用いてガラス基板１上に付与した。

付与パターンは図７に示される形状を、液体Ａを重ねて付与することによって形成した。ドット径が１００μｍとなるように吐出量を調整して付与したため、図中、Ｘ、即ち配線幅が１００μｍ、ドット間隔を７０μｍとして４発のドットを重ねたため、Ｙ、即ち配線長さが３１０μｍである。

先ず、第一の配線の前駆体３０を形成し、更に同形状の第二の配線の前駆体３１を２０μｍのギャップＧを設けて形成した。これを５００μｍピッチでＸ方向に５０対、Ｙ方向に５０対作製した。

次いで、基板１の温度を２２．５℃、雰囲気温度２４．５±０．５℃、雰囲気湿度４１．５％ＲＨ±０．５％、気流ほぼ無風の条件で描画した配線の前駆体３０，３１を乾燥させた。

次に、該配線の前駆体が形成された基板１を図６に示す加湿装置の乾燥制御チャンバ２２内に導入し、該基板全体を冷却可能なペルチェ素子の上に設置した。乾燥制御チャンバ２２は密閉され、温湿度制御系２３により雰囲気を一定に保つことができるようになっている。

その後、前記配線の前駆体が形成された基板１に対向する位置に、対向基板５を設置した。対向基板５には、ＩＰＡ１５％、純水８４％、エチレングリコール１％を混合した液体Ｂを含ませた吸水性スポンジシートが貼り付けてあり、該吸水性スポンジシートは配線の前駆体が形成されている形成領域よりも十分に広い範囲を覆うようになっている。この吸水性スポンジシートと、前記配線の前駆体が形成された基板１間のギャップが１ｍｍとなるようにスペーサー２７を用いて対向基板５を設置した。

次に、前記ペルチェ素子を用いて基板温度を１℃／ｍｉｎ．のレートで１０℃まで冷却し、１０分間保持した。然る後に、膨潤した前記配線の前駆体を再乾燥させるために１℃／ｍｉｎ．のレートで基板１を昇温した。基板温度が室温（２５℃）まで上昇してから該基板１を取り出し、配線の前駆体の形状を観察した。その結果、図８中、Ａで示される基板中央部に形成された配線の前駆体、Ｃで示される基板外周部に形成された配線の前駆体、それらの中間に形成されたＢで示される配線の前駆体の膜形状及び有効エリアは次のようであった。尚、膜厚の評価は、長辺方向でのみ行った。

Ａ．膜厚：５０ｎｍ±１０％、有効エリア：３００μｍ
Ｂ．膜厚：５０ｎｍ±１０％、有効エリア：３００μｍ
Ｃ．膜厚：５０ｎｍ±１５％、有効エリア：３００μｍ

前記配線の前駆体の吸湿、液体Ｂの付与、及びこれらの乾燥工程を行わない場合の配線の前駆体の膜厚及び有効エリアは以下の通りであった。

Ａ．膜厚：５５ｎｍ±１０％、有効エリア：２６０μｍ
Ｂ．膜厚：４５ｎｍ±３０％、有効エリア：３００μｍ
Ｃ．膜厚：３０ｎｍ±７０％、有効エリア：３１０μｍ

又、Ａの配線の前駆体は中央部が盛り上がった凸形状、Ｂ及びＣの配線の前駆体は中央部が窪んだ凹形状であった。

以上の結果より、配線の形状の面内均一性を高める手段として、本発明の有効性が確認された。

本発明における基板の昇温過程で蒸発する液体の付与領域の形成部位を示す模式図である。本発明に用いられる描画乾燥装置の一例の概略図である。本発明の実施例で形成した電子放出膜の前駆体と液体Ｂの付与領域の位置を示す概略図である。本発明における機能性膜の膜厚の評価方法を示す模式図である。本発明の実施例で形成した電子放出膜の前駆体と液体Ｂの付与領域の位置を示す概略図である。本発明に用いられる乾燥制御チャンバつき加湿装置の概略図である。本発明の実施例で形成した配線の形状を示す模式図である。本発明の実施例で形成した配線の前駆体の配置を示す模式図である。本発明に係る機能性膜の基板内配置の一例の概略図である。図９に示した機能性膜の基板面内位置による膜形状の変化を示す模式図である。従来の機能性膜の膜形状の面内分布均一化手法の概略図である。

符号の説明

１基板
１−ａ基板中央部
１−ｂ基板外周部
２機能性膜の前駆体
３昇温過程で蒸発する液体の付与領域
４隣接基板
５対向基板

Claims

機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を、下げてから上げる降昇温工程とを有することを特徴とする機能性膜の製造方法。
前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜の製造方法。
前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記機能性膜の形成材料を含む液体が付与された基板に間隔を介して配置された対向基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜の製造方法。
前記降昇温工程は、前記基板の温度を下げる降温工程と、
前記基板の温度を上げる過程で蒸発する液体を、前記基板の周辺に配置した状態で、当該基板の温度を上げる昇温工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜の製造方法。
前記降昇温工程は、前記基板の温度を露点以下に下げる工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の機能性膜の製造方法。
機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法。
機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記機能性膜の形成材料を含む液体が付与された基板に間隔を介して配置された対向基板上に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法。
機能性膜の形成材料を含む液体を、基板上の複数箇所に付与する付与工程と、
前記液体の乾燥後、前記基板の温度を上げる昇温工程とを有し、
前記昇温工程において、該昇温工程の過程で蒸発する液体を、前記基板の周辺に配置した状態で、当該基板の温度を上げることを特徴とする機能性膜の製造方法。
前記機能性膜の形成材料を含む液体の基板上への付与は、インクジェット法により行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の機能性膜の製造方法。