JP2008296122A - Method of forming thin film using liquid material - Google Patents

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義隆 筒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently form a thin film having a large area using an inkjet system instead of the conventional film forming method of a sputter method or a transfer printing system. <P>SOLUTION: An even liquid film is formed by filling up a base plate surface with circles depicted by a landing diameter D of a liquid material ejected from an inkjet, and disposing liquid drops by the inkjet at the centers of the circles so as to interconnect liquid drops each other. Further, a disposition for efficiently filling up the base plate surface with the circles depicted by the landing diameter D is given by a conditional formula. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に液滴を吐出し、この液滴により形成した液膜を乾燥、焼成して薄膜を形成する方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a thin film by discharging droplets onto a substrate and drying and baking a liquid film formed by the droplets.

液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイは、大型化、低価格化が急速に進んでいる。   Flat panel displays typified by liquid crystal display devices are rapidly increasing in size and price.

図12は液晶表示装置の構造を説明する断面図である。液晶表示装置は、大きく分けてTFT基板1202とCF基板1201に分けられる。TFT基板1201とCF基板1202の間には基板間のギャップを保つためのスペーサ1204があり、ギャップには液晶1205が充填されている。TFT基板1202にはガラス基板1206の上層1207に図示しないゲート配線、ソースドレイン配線、TFT、画素ITO等が形成されており、さらにこの上には配向膜1208が形成されている。   FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the structure of a liquid crystal display device. The liquid crystal display device is roughly divided into a TFT substrate 1202 and a CF substrate 1201. Between the TFT substrate 1201 and the CF substrate 1202, there is a spacer 1204 for keeping a gap between the substrates, and the gap is filled with liquid crystal 1205. On the TFT substrate 1202, gate wiring, source drain wiring, TFT, pixel ITO, etc. (not shown) are formed on an upper layer 1207 of the glass substrate 1206, and an alignment film 1208 is further formed thereon.

CF基板1201にはガラス基板1209上の上層1210に図示しないブラックマトリクス、カラーフィルタ、平坦化膜等が形成されさらに、この上には対向電極である透明導電膜膜1211が形成されている。   On the CF substrate 1201, a black matrix, a color filter, a flattening film, etc. (not shown) are formed on the upper layer 1210 on the glass substrate 1209, and a transparent conductive film 1211 as a counter electrode is formed thereon.

透明導電膜1211の上には配向膜1212が形成されている。さらにTFT基板とCF基板の表面には偏光板1213が貼り付けられている。   An alignment film 1212 is formed on the transparent conductive film 1211. Further, a polarizing plate 1213 is attached to the surfaces of the TFT substrate and the CF substrate.

上記構造においては薄膜を形成するプロセスが多用されている。   In the above structure, a process for forming a thin film is frequently used.

特に配線、透明導電膜等は真空装置であるスパッタ装置を用いて成膜した後フォトリソを用いてパターニングしている。また配向膜は配向膜液を、転写法を用いて基板上に転写した後ベークして形成している。   In particular, wirings, transparent conductive films, and the like are formed using a sputtering apparatus which is a vacuum apparatus and then patterned using photolithography. The alignment film is formed by transferring an alignment film solution onto a substrate using a transfer method and then baking it.

スパッタ装置による成膜では、基板の大型化に伴うスパッタ装置の大型化、高価格化と材料使用効率の悪さが課題である。   In the film formation by the sputtering apparatus, the problem is that the sputtering apparatus is enlarged, the cost is increased, and the material use efficiency is lowered as the substrate is enlarged.

配向膜の成膜では、転写ローラを用いて配向膜液を転写するため、基板の大型化による転写ローラの大型化、ローラの接触による基板上への異物の付着、製品サイズが変わった場合の機種変更に時間が掛かる等の課題がある。   In the alignment film formation, since the alignment film liquid is transferred using a transfer roller, the size of the transfer roller increases due to the increase in size of the substrate, the adhesion of foreign matter on the substrate due to contact with the roller, and the product size changes. There is a problem that it takes time to change the model.

これらの課題に対応した新たな成膜方式の開発が望まれており、この様なニーズに対して非接触で、オンデマンド性の高いインクジェット法を用いて機能性インク材料により成膜を行う方法が検討されている。   Development of a new film formation method that meets these issues is desired, and a method for forming a film with a functional ink material by using an inkjet method that is non-contact and has high on-demand properties for such needs. Is being considered.

特開2004-146796号、特開2004-290959号公報にはインクジェット方式を用いて膜パターンを形成する方法が記載されている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. 2004-146796 and 2004-290959 describe a method of forming a film pattern using an ink jet method.

特開2004-146796号公報JP 2004-146796 A 特開2004-290959号公報JP 2004-290959 A

インクジェット方式は、スパッタ装置のように巨大な真空チャンバを必要としないため基板の大型化に対応しやすく、オンデマンド性が高く非接触であるため成膜方式としても優れた点を持っている。   The ink jet method does not require a huge vacuum chamber unlike a sputtering apparatus, so that it can easily cope with an increase in the size of the substrate, and has excellent points as a film forming method because it is highly on-demand and non-contact.

引用文献1、2に開示の従来技術においてはインクジェットを用いた膜パターンの形成について記述されている。しかし大面積の薄膜を効率良く形成する方法については述べられていない。   The prior arts disclosed in the cited documents 1 and 2 describe the formation of a film pattern using an ink jet. However, a method for efficiently forming a thin film with a large area is not described.

本発明の目的は、これまでの真空装置、転写方式に替わり、インクジェット方式を用いた成膜方法と成膜装置及び本成膜方法を用いて形成される薄膜を用いた電気光学装置を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a film forming method using an ink jet method, a film forming device, and an electro-optical device using a thin film formed by using this film forming method instead of the conventional vacuum device and transfer method. It is in.

定ピッチで一列に並んだ複数のノズルを有すインクジェットヘッドを用いて、目的とする薄膜を形成するための液体材料を吐出する。ノズルから所定時間間隔で前記液体材料からなる液滴を吐出しながら、インクジェットヘッドを基板に対し相対的に走査する。これにより基板上にはマトリクス状に液滴が並ぶ。液滴は、基板の表面状態と液滴の物性を適当に制御すれば、接触角と液滴の体積で決まる直径で円形に広がる。ノズルピッチとノズルの走査速度、吐出時間間隔を適切に選べば円形に広がった液滴同士は連結し、一体となり基板上で液膜を形成する。液膜をムラ無く形成する方法は下記の通りである。   A liquid material for forming a target thin film is discharged using an inkjet head having a plurality of nozzles arranged in a line at a constant pitch. The inkjet head is scanned relative to the substrate while ejecting liquid droplets made of the liquid material at predetermined time intervals from the nozzle. Thereby, droplets are arranged in a matrix on the substrate. If the surface state of the substrate and the physical properties of the droplet are appropriately controlled, the droplet spreads in a circle with a diameter determined by the contact angle and the volume of the droplet. If the nozzle pitch, the nozzle scanning speed, and the discharge time interval are appropriately selected, the droplets spread in a circular shape are connected together to form a liquid film on the substrate. The method for forming the liquid film without unevenness is as follows.

薄膜を形成するための液体材料の着弾径Dで決まる円で基板表面を埋め尽くし、この円の中心に液滴を配置するようにインクジェットにより液滴を配置する。これにより液滴同士が連結しムラの無い液膜を形成できる。この液膜を乾燥、焼成し所望の薄膜を形成する。   The substrate surface is filled with a circle determined by the landing diameter D of the liquid material for forming the thin film, and the droplets are arranged by ink jet so as to arrange the droplets at the center of the circle. Thereby, the droplets are connected to each other, and a liquid film without unevenness can be formed. The liquid film is dried and fired to form a desired thin film.

また本発明は、着弾径で形成される直径Dの円で、基板上を効率良く埋め尽くす方法を下記のとおりとする薄膜形成方法。   Moreover, this invention is a thin film formation method which makes the method of filling up a board | substrate efficiently with the circle | round | yen of the diameter D formed by an impact diameter as follows.

複数のノズルを有するインクジェットヘッドのノズルピッチをP2とし、ピッチP2と直径Dの関係が
2<D ・・・・(a)
となるようにインクジェットヘッドの選択、或いは基板表面処理、或いは液物性を調整する。さらに走査方向に対する吐出間隔をP1とする。ノズルは一般的にインクの吐出ピッチを調整するために走査方向に対し角度をθ1傾けている。以上の構成でまずノズル列から基板上に1列液滴を吐出する。
The nozzle pitch of the ink-jet head having a plurality of nozzles and P 2, the relationship of the pitch P 2 and diameter D P 2 <D · · · · (a)
The inkjet head is selected, the substrate surface treatment, or the liquid physical properties are adjusted so that Furthermore the discharge gap and P 1 with respect to the scanning direction. In general, the nozzle is inclined by θ 1 with respect to the scanning direction in order to adjust the ink ejection pitch. With the above configuration, first, one row of droplets is discharged from the nozzle row onto the substrate.

次に下記(b)式に示す条件に従って吐出ピッチP2を決め,次の液滴を吐出する。これを繰り返すことによって液滴を隙間無く配置する。 Next, the discharge pitch P 2 is determined according to the condition shown in the following formula (b), and the next droplet is discharged. By repeating this, the droplets are arranged without gaps.

Figure 2008296122
Figure 2008296122

また本発明は、前記薄膜形成方法を用いて作成した薄膜を用いたことを特徴とする電子機器の製造方法。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electronic device using a thin film produced by using the thin film forming method.

また本発明は、前記薄膜形成方法を用いて作成した薄膜を用いたことを特徴とする電子機器。   According to the present invention, there is provided an electronic apparatus using a thin film formed by using the thin film forming method.

また本発明は、着弾径で形成される直径Dの円で、基板上を効率良く埋め尽くす前記方法を、制御装置に内臓し、この液滴配置方法により液膜を形成することを特徴とするインクジェット装置。   Further, the present invention is characterized in that the above-mentioned method for efficiently filling the substrate with a circle having a diameter D formed by the landing diameter is incorporated in a control device, and a liquid film is formed by this droplet arrangement method. Inkjet device.

本発明では、従来真空装置で行われていた成膜をインクジェット装置による液体材料の塗布と焼成により可能となるため、装置コストの低減が可能となる。   In the present invention, since film formation conventionally performed by a vacuum apparatus can be performed by applying and baking a liquid material using an ink jet apparatus, the apparatus cost can be reduced.

転写法で行われていた成膜に対しては、非接触化による品質向上、CADデータの直接利用による機種切り替え時間の短縮等の効果がある。   For film formation performed by the transfer method, there are effects such as improvement of quality by non-contact and shortening of model switching time by direct use of CAD data.

また液滴の配置方法を効率良く行えるため材料使用効率が高くスループットの高い成膜が可能となる。   In addition, since the droplet placement method can be performed efficiently, film formation with high material use efficiency and high throughput becomes possible.

さらに定量的な液滴配置設計が可能となるためインクジェットによる成膜条件設計が効率良く行える。   Furthermore, since quantitative droplet arrangement design is possible, the film formation condition design by ink jet can be performed efficiently.

上記効果により成膜に関わる設備コストの削減、スループット向上、品質向上による歩留まり向上により液晶表示装置等の製造に関わるコストを低減できる。   Due to the above effects, the cost for manufacturing a liquid crystal display device or the like can be reduced by reducing the equipment cost for film formation, improving the throughput, and improving the yield by improving the quality.

本発明の実施例をこれまでの検討結果を含めながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described including the results of previous studies.

図2は、インクジェット方式による液滴吐出方法を説明するためのインクジェット装置201の構成図を示す。図2において202は基板、203は基板を搭載し移動する為のテーブル、204はインクジェットヘッド、205はインジェットヘッド204とテーブル203を制御するための制御装置。基板202はテーブル203に対して真空吸着等により固定されている。インジェットヘッド204には、図示しない複数個のノズルをピッチP2で、1列有している。ノズルからは液滴207を所定信号に従って吐出する。テーブル203は図示しないエンコーダを有し、テーブルの移動に伴い、所定距離毎にパルス206を発生する構成になっている。 FIG. 2 is a configuration diagram of an ink jet apparatus 201 for explaining a droplet discharge method using an ink jet method. In FIG. 2, 202 is a substrate, 203 is a table for mounting and moving the substrate, 204 is an ink jet head, and 205 is a control device for controlling the jet head 204 and the table 203. The substrate 202 is fixed to the table 203 by vacuum suction or the like. The jet head 204 has a plurality of nozzles (not shown) at a pitch P 2 in one row. A droplet 207 is ejected from the nozzle according to a predetermined signal. The table 203 has an encoder (not shown) and is configured to generate a pulse 206 at every predetermined distance as the table moves.

本構成のインクジェット装置201の動作について説明する。   The operation of the inkjet apparatus 201 having this configuration will be described.

インクジェットヘッド204は固定されておりテーブル203が矢印208の方向に走査する。テーブル203の移動に伴いエンコーダからはパルスが発生し、このパルスのタイミングでノズルから液滴が吐出する。   The inkjet head 204 is fixed, and the table 203 scans in the direction of the arrow 208. As the table 203 moves, a pulse is generated from the encoder, and a droplet is ejected from the nozzle at the timing of this pulse.

この結果、図3に示す格子の交点301に対応する位置にマトリクス状に液滴を滴下可能となる。図3の格子において横軸の単位はノズルのピッチP2、縦軸の単位はテーブルの走査により発生するパルスの間に進む距離P1である。交点301に対し吐出可能であるが、吐出のON,OFFは、制御装置205内のデータにより決まる。インクジェットによって形成可能なパターン解像度はノズルのピッチP2とテーブル走査方向の滴下ピッチP1で決まる。 As a result, it is possible to drop liquid droplets in a matrix form at positions corresponding to the intersection points 301 of the lattice shown in FIG. In the lattice of FIG. 3, the unit of the horizontal axis is the nozzle pitch P 2 , and the unit of the vertical axis is the distance P 1 that travels between pulses generated by scanning the table. Although discharge is possible with respect to the intersection point 301, ON / OFF of discharge is determined by data in the control device 205. The pattern resolution that can be formed by inkjet is determined by the nozzle pitch P 2 and the dropping pitch P 1 in the table scanning direction.

ノズル方向に対して解像度を上げたい場合には、ヘッドをノズル列方向に移動し、ピッチP2の中間に液滴を滴下する。 If you want to increase the resolution with respect to the nozzle direction, move the head in the nozzle row direction, a droplet is dropped in the middle of the pitch P 2.

このインクジェット吐出によって形成可能な膜の幅Wはノズル数をnとするとピッチP2×(n−1)で表される範囲になる。吐出幅Wを増やしたい場合はノズルを必要個数並べればよい。 The width W of the film that can be formed by this ink jet discharge is in a range represented by pitch P 2 × (n−1), where n is the number of nozzles. In order to increase the discharge width W, the necessary number of nozzles may be arranged.

上記構成のインクジェット装置を用いて薄膜を形成するために行った検討内容について説明する。   The contents of the study conducted to form a thin film using the ink jet apparatus having the above configuration will be described.

図4に、インクジェットにより基板401上に液体材料を1滴吐出し、着弾した状態を示す。着弾液滴を402に示す。インクジェット方式で液滴を吐出する場合、液滴径は数十μmと小さいため基板上に着弾したの液体の形状を決める要因は、基板表面の位置による表面エネルギのばらつき、液体の表面張力、基板と液体間の濡れ性である。吐出する液体に対し表面を適切に調整することにより図4に示すようなほぼ真円の着弾形状が得られる。   FIG. 4 shows a state where one drop of the liquid material is ejected onto the substrate 401 by ink jet and landed. A landing droplet is shown at 402. When ejecting droplets by the inkjet method, the droplet diameter is as small as several tens of μm, and the factors that determine the shape of the liquid that has landed on the substrate are the variations in surface energy depending on the position of the substrate surface, the surface tension of the liquid, the substrate And wettability between liquids. By adjusting the surface appropriately with respect to the liquid to be ejected, a substantially perfect landing shape as shown in FIG. 4 can be obtained.

図3に示す格子を縦横等ピッチの正方格子とした場合の着弾液滴は図5(1)に示すようになる。液膜を形成する場合これら着弾した液滴同士が連結し、表面張力の作用で平坦化することにより液膜が形成されると考えられる。図5(1)において液膜を形成する単位を考えると図5(2)に示すように4個の着弾液滴の連結状態を考えることで一般化できる。   The landing droplets when the lattice shown in FIG. 3 is a square lattice with equal vertical and horizontal pitches are as shown in FIG. When forming a liquid film, it is considered that these landed droplets are connected to each other and flattened by the action of surface tension, whereby a liquid film is formed. Considering the unit for forming the liquid film in FIG. 5A, it can be generalized by considering the connection state of four landing droplets as shown in FIG. 5B.

4個の着弾液滴の連結状態は、図6の表に示す5種類の状態に分類できる。各々の状態は、連結状態と、液滴間のピッチPと着弾径Dの関係式で表している。状態No1は着弾した液滴同士が離れている状態を表し、状態No2は接触した状態、No3は液滴同士がオーバラップを有する状態、状態No4はNo3における液滴間中央の隙間601が無くなる状態、No5は液滴間の中央602で液滴がオーバラップする状態を表す。これらの状態に対し連結の境界状態であるNo2とNo4を除いたNo1、No3、No5に対して実際の液膜の形成状況を確認するための実験を行った。図7に、連結状態に対応した実験結果の観察写真を表す。吐出に使用した液体は有機溶媒にナノ粒子を分散したものであり粘度、表面張力などはインクジェット用に調整したものである。また基板も実験前に清浄化し、有機汚染除去を行ったものを使用した。液滴の着弾状態は図4と同等な真円に近い状態を示す。   The connection state of the four landing droplets can be classified into five types shown in the table of FIG. Each state is represented by a relational expression of a connected state and a pitch P between droplets and a landing diameter D. State No1 represents the state where the landed droplets are separated from each other, State No2 is in a state of contact, No3 is a state where the droplets overlap each other, and State No4 is a state where the central gap 601 between the droplets in No3 is eliminated , No5 represents a state where the droplets overlap at the center 602 between the droplets. For these states, experiments were conducted to confirm the actual liquid film formation status for No1, No3, and No5 except for No2 and No4, which are the boundary states of the connections. FIG. 7 shows an observation photograph of the experimental results corresponding to the connected state. The liquid used for ejection is obtained by dispersing nanoparticles in an organic solvent, and the viscosity, surface tension, etc. are adjusted for inkjet. The substrate was also cleaned prior to the experiment to remove organic contamination. The landing state of the droplet shows a state close to a perfect circle equivalent to FIG.

状態No1の結果において701に示す形状は着弾位置に残った着弾跡で、全体として吐出位置を反映したムラを呈している。状態No3の結果においてマトリクス状に並んだ薄い点702は図6、状態No3の中央の隙間601がムラとなって残ったものである。状態No5の結果では規則的なムラは発生しておらずほぼ一様な液膜が形成されている。   In the result of state No. 1, the shape indicated by 701 is the landing mark remaining at the landing position, and exhibits unevenness reflecting the discharge position as a whole. The thin dots 702 arranged in a matrix in the result of the state No3 are those in which the gap 601 at the center of the state No3 in FIG. 6 remains uneven. In the result of state No5, regular unevenness does not occur and a substantially uniform liquid film is formed.

以上の結果からムラの無い一様な液膜を形成する条件は、図6で示される着弾時の液滴円(以降着弾円と称す)で構成される円の組み合わせにおいて状態No3に示す液滴間の隙間601が生じないことである。従って、ムラの生じない液膜形成を正方ピッチで行う場合の吐出ピッチと直径Dの着弾円の配置条件は、下記式(c)で表される。   From the above results, the condition for forming a uniform liquid film without unevenness is the droplet shown in state No. 3 in the combination of circles composed of droplet circles upon landing (hereinafter referred to as landing circles) shown in FIG. There is no gap 601 between them. Accordingly, the discharge pitch and the placement condition of the landing circle having the diameter D when the liquid film formation without unevenness is performed at a square pitch are expressed by the following formula (c).

Figure 2008296122
Figure 2008296122

着弾円によって平面を埋め尽くす方法として正方ピッチ以外の配置条件を検討すると、図8に示すような配置条件も存在する。そこで着弾円によって隙間無く埋め尽くすための一般的な配置条件を求めた。   When arrangement conditions other than the square pitch are examined as a method of filling the plane with the landing circle, arrangement conditions as shown in FIG. 8 also exist. Therefore, a general arrangement condition for filling the landing circle without gaps was obtained.

インクジェットで吐出を行うことを条件として一般化を行った。図9(1)はインクジェットヘッドノズルの並びの一部を取り出した模式図を表す。901はノズルを示し、矢印900はヘッドと基板が相対的に移動する方向を示している。複数のノズル901の列は、移動方向に対してθ1傾いている。図9(2)は図9(1)のノズル列によって形成される着弾円列を示す。図1は、この着弾円列の中から液膜を構成する要素として4個の組み合わせを取り出したものである。 Generalization was performed on the condition that ejection was performed by inkjet. FIG. 9A is a schematic diagram showing a part of the arrangement of the inkjet head nozzles. Reference numeral 901 indicates a nozzle, and an arrow 900 indicates a direction in which the head and the substrate move relatively. The row of the plurality of nozzles 901 is inclined by θ 1 with respect to the moving direction. FIG. 9 (2) shows a landing circle row formed by the nozzle row of FIG. 9 (1). FIG. 1 shows four combinations extracted as elements constituting a liquid film from the landing circle.

図1において901、902で示される着弾円は図9(2)で示される着弾中心906の方向に沿って吐出される液滴列の2個の着弾円を示している。903、904で示される円は、着弾中心906の次に吐出される吐出位置中心907の方向に沿って吐出される液滴列の2個の着弾円を示している。これら901〜904の4個の着弾円が隙間無く配置できる条件を求めると式103、104の組み合わせで表すことが出来る。図1においてDは着弾径、P2はノズルピッチ、P1は吐出ピッチを表す。 In FIG. 1, the landing circles indicated by 901 and 902 indicate two landing circles of a droplet row ejected along the direction of the landing center 906 shown in FIG. Circles denoted by reference numerals 903 and 904 indicate two landing circles of a droplet row discharged along the direction of the discharge position center 907 discharged next to the landing center 906. When the conditions under which these four landing circles 901 to 904 can be arranged without a gap are obtained, they can be expressed by combinations of equations 103 and 104. In FIG. 1, D represents a landing diameter, P 2 represents a nozzle pitch, and P 1 represents a discharge pitch.

図1において式103は着弾円901、902が重なりを持ち、着弾円の交点101が存在する条件である。式104は着弾円901,902の交点101を着弾円904の内側に重ね合わせる条件である。図の対称性より、着弾円903、904の交点102が着弾円901の内側に配置される条件にもなっている。式103、104の条件により着弾円を配置することにより隙間無く平面を埋め尽くすことが出来る。   In FIG. 1, Formula 103 is a condition in which the landing circles 901 and 902 overlap each other and the intersection 101 of the landing circles exists. Expression 104 is a condition for overlapping the intersection 101 of the landing circles 901 and 902 on the inside of the landing circle 904. Due to the symmetry of the figure, it is also a condition that the intersection 102 of the landing circles 903 and 904 is arranged inside the landing circle 901. By arranging the landing circles according to the conditions of equations 103 and 104, the plane can be filled without gaps.

次に式103,104の条件を用いた成膜の実施例について説明する。   Next, an example of film formation using the conditions of equations 103 and 104 will be described.

図10に成膜プロセスフローを示す。基板にはガラス基板を用いる。まず基板表面を清浄にし、さらに紫外線照射により基板表面の有機汚染を除去する。基板表面の汚染除去方法としてはプラズマ処理、稀フッ酸などのガラスをエッチングする処理等でも良い。   FIG. 10 shows a film forming process flow. A glass substrate is used as the substrate. First, the substrate surface is cleaned, and further organic contamination on the substrate surface is removed by ultraviolet irradiation. As a method for removing contamination from the substrate surface, plasma treatment, treatment of etching glass such as dilute hydrofluoric acid, or the like may be used.

次に成膜に用いる液体材料を、インクジェットで吐出し基板上での着弾径Dを求める。ノズルピッチP2はインクジェットヘッドを選択することによって決まる値である。まず着弾径DとノズルピッチP2が、D<P2の関係にあるかチェックする。この関係を満たさない場合は着弾径を大きくするかノズルピッチの小さいヘッドを選択する。着弾径を大きくする方法としてはピエゾ電圧を高くし吐出量を多くするか、基板に対する液体材料の濡れ性を高くする等の方法がある。インクジェット吐出では、移動方向に対する吐出ピッチを調整するためにノズルを角度θ1傾ける。D,P2,θ1の値より式(b)を用いて吐出ピッチP1の値を求める。ここで求めた吐出ピッチP1の値は端数を持つ場合が多い。またインクジェット装置における吐出ピッチの値は装置側の移動分解能の値で決まっている。従って実際の吐出ピッチP1Mは、式(b)で求めたP1よりも小さい移動分解能の整数倍の値とする。 Next, the liquid material used for film formation is ejected by inkjet, and the landing diameter D on the substrate is obtained. The nozzle pitch P 2 is a value determined by selecting the ink jet head. First, it is checked whether the landing diameter D and the nozzle pitch P 2 have a relationship of D <P 2 . If this relationship is not satisfied, a head with a larger landing diameter or a smaller nozzle pitch is selected. As a method for increasing the landing diameter, there are methods such as increasing the piezo voltage and increasing the discharge amount, or increasing the wettability of the liquid material to the substrate. In inkjet discharge, the nozzle is tilted at an angle θ 1 in order to adjust the discharge pitch with respect to the moving direction. The value of the discharge pitch P 1 is obtained from the values of D, P 2 , and θ 1 using the formula (b). The value of the discharge pitch P 1 obtained here often has a fraction. Further, the value of the ejection pitch in the ink jet apparatus is determined by the value of the moving resolution on the apparatus side. Accordingly, the actual discharge pitch P 1M is set to a value that is an integral multiple of the moving resolution smaller than P 1 obtained by the equation (b).

具体的な例として着弾径D=240μm、ノズルピッチP2=200μm、ノズルの傾きθ=20°としてP1を求めると193.07μmとなる。ノズルの移動分解能を10μmとするとP1Mは190μm以下となる。P1Mを190μm、170μmの2種類について求めた着弾円の配置状態を図11(1)(2)に示す。図はスケールの比を厳密に合わせ描いている。 As a specific example, when the landing diameter D = 240 μm, the nozzle pitch P 2 = 200 μm, and the nozzle inclination θ = 20 °, P 1 is calculated to be 193.07 μm. If the moving resolution of the nozzle is 10 μm, P 1M is 190 μm or less. FIGS. 11 (1) and 11 (2) show the arrangement of the landing circles obtained for two types of P 1M of 190 μm and 170 μm. The figure shows the scale ratios closely matched.

1Mが190μmの場合と170μmを比べると190μmのオーバラップ部1101が170μmのオーバラップ部1102に比べ小さく、P1Mが190μmの場合、着弾径Dのばらつき、吐出位置精度等によってはオーバラップしない場合も生じる可能性がある。従って各種誤差を考慮して着弾円がオーバラップするよう余裕を持ってP1Mを定める必要がある。 When P 1M is 190 μm and 170 μm, the 190 μm overlap part 1101 is smaller than the 170 μm overlap part 1102, and when P 1M is 190 μm, it does not overlap due to variations in the landing diameter D, discharge position accuracy, etc. Cases may also arise. Therefore, it is necessary to determine P 1M with a margin so that the landing circles overlap in consideration of various errors.

上記ピッチP1Mで吐出し、基板上に液滴を配置する。配置された液滴は塗布領域全面を覆う。 The liquid is ejected at the pitch P 1M and a droplet is disposed on the substrate. The arranged droplets cover the entire coating area.

着弾直後は凹凸が存在するが、液面は表面張力により数分で(液体材料の種類による)平坦な液膜が形成される。   Immediately after landing, irregularities exist, but a flat liquid film is formed on the liquid surface in several minutes (depending on the type of liquid material) due to surface tension.

乾燥によって溶媒を蒸発させた後、必要な温度で焼成することによって薄膜が完成する。   After evaporating the solvent by drying, the thin film is completed by baking at the required temperature.

本発明を用いることにより着弾円のオーバラップ量を確認しながら液体材料を塗布することが可能となるため無駄にオーバラップ量を大きくすることが無くなり効率の良い液滴配置が可能となる。これによりムラの無い高品質な膜を、効率よく形成可能である。   By using the present invention, it is possible to apply the liquid material while confirming the overlap amount of the landing circles. Therefore, the overlap amount is not increased unnecessarily, and efficient droplet arrangement is possible. Thereby, a high-quality film without unevenness can be formed efficiently.

図12に示す液晶ディスプレイの構造においてTFT基板に形成される(図示しない)ゲート配線、ソースドレイン配線、画素電極はスパッタ法によって成膜した後フォトリソ法によりパターンを形成している。配向膜は配向膜液を塗布した後ベークして形成している。CF基板の画素電極、配向膜についても同様である。   In the structure of the liquid crystal display shown in FIG. 12, gate wirings, source / drain wirings, and pixel electrodes (not shown) formed on the TFT substrate are formed by sputtering and then patterned by photolithography. The alignment film is formed by applying an alignment film solution and baking it. The same applies to the pixel electrode and alignment film of the CF substrate.

ゲート、ソース、ドレイン等の配線材料の代表的なものはスパッタ法ではCr、Al、Tiなどであるが、導電膜を形成するための液体材料としては溶媒中にAgナノ粒子を分散したものがある。具体的にはアルバックマテリアル製Agナノメタルインクが有る。この材料は塗布し適切な条件で焼成することによって配線材として利用可能な導電性薄膜を形成することが可能でありフォトリソ法を用いてパターニングすることも可能である。   Typical wiring materials such as gate, source, drain, etc. are Cr, Al, Ti, etc. in the sputtering method, but the liquid material for forming the conductive film is one in which Ag nanoparticles are dispersed in a solvent. is there. Specifically, there is Ag nanometal ink made by ULVAC Material. This material can be applied and baked under appropriate conditions to form a conductive thin film that can be used as a wiring material, and can also be patterned using a photolithography method.

透明導電膜に関してはスパッタ法ではITOを多く用いており、液体材料としてもナノサイズのITO微粒子を溶媒中に分散したものや、ITO等の透明導電材料の前駆体(加熱や光照射などでITOとなるもの)などがある。これらの液体材料は塗布、乾燥し適切な条件で焼成を行うことによってスパッタ法に近い透明導電膜が得られフォトリソ法によってパターニングすることによって画素電極を形成することが可能である。   As for transparent conductive films, the sputtering method uses a lot of ITO. As a liquid material, nano-sized ITO fine particles are dispersed in a solvent, or a precursor of a transparent conductive material such as ITO (ITO by heating, light irradiation, etc.). Etc.). These liquid materials are coated, dried, and fired under appropriate conditions to obtain a transparent conductive film close to the sputtering method, and the pixel electrode can be formed by patterning by a photolithography method.

また配向膜は液体材料を用いて成膜しており、インクジェット塗布に適した物性に調整することによって塗布可能となるため、同等な配向膜を形成することが可能である。   In addition, the alignment film is formed using a liquid material, and can be applied by adjusting the physical properties suitable for inkjet application. Therefore, an equivalent alignment film can be formed.

上記した液晶表示装置における薄膜は図10に示すプロセスに従って成膜が可能である。   The thin film in the liquid crystal display device described above can be formed according to the process shown in FIG.

また、液晶表示装置に限らず、PDP、電子ペーパ、太陽電池等のデバイス構造として大面積の薄膜をプロセス中で成膜して、利用する電子機器の製造に用いることが出来る。   In addition to a liquid crystal display device, a thin film having a large area can be formed in a process as a device structure such as a PDP, electronic paper, or a solar cell, and used for manufacturing an electronic device to be used.

インクジェット装置は、図2に示す様な構成となっているため、インクジェットヘッドからの液滴吐出を基板の走査と同期して行うことができる。制御装置に上記(b)式に従って前記P1及びP1Mを演算する機能を内蔵し、この演算結果によって走査ピッチをP1Mに制御することが可能な構成とすることによって液体材料で形成できる着弾円によって効率的に塗布領域全面を覆うことの出来るインクジェット装置を構成できる。 Since the ink jet apparatus has a configuration as shown in FIG. 2, it is possible to discharge droplets from the ink jet head in synchronization with scanning of the substrate. Landing that can be formed of a liquid material by incorporating a function for calculating the P 1 and P 1M in accordance with the above equation (b) in the control device, and having a configuration in which the scanning pitch can be controlled to P 1M based on the calculation result. An ink jet apparatus that can efficiently cover the entire surface of the application region with a circle can be configured.

本発明による薄膜形成方法はインクジェットを用いて、ムラの無い薄膜を効率良く形成する方法を提供するものであり、液体材料で形成可能な薄膜を応用する全ての製品に適用可能である。   The thin film forming method according to the present invention provides a method for efficiently forming a thin film without unevenness using an inkjet, and can be applied to all products to which a thin film that can be formed from a liquid material is applied.

本発明の液滴配置方法に関わる説明図と関係式。An explanatory view and a relational expression related to a droplet arrangement method of the present invention. インクジェット方式を説明する構成図。The block diagram explaining an inkjet system. インクジェットによる液滴吐出位置の説明図。Explanatory drawing of the droplet discharge position by an inkjet. インクジェットにより基板上に吐出された液滴。Droplets ejected onto a substrate by inkjet. インクジェットの複数ノズルから基板上に吐出された液滴の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of the droplet discharged on the board | substrate from the several nozzle of inkjet. 基板上に吐出された液滴の連結関係の関係図と関係式を示す表。The table | surface which shows the relationship figure and relational expression of the connection relation of the droplet discharged on the board | substrate. 図6の連結関係に関する実験結果。The experimental result regarding the connection relation of FIG. 基板上に吐出された液滴の連結関係(正方ピッチ以外の状態)。Connection relationship of droplets discharged on the substrate (state other than square pitch). インクジェットヘッドノズル配置と吐出結果位置の関係を表す模式図。The schematic diagram showing the relationship between an inkjet head nozzle arrangement | positioning and a discharge result position. 本発明の液滴配置による成膜プロセスフロー。The film-forming process flow by the droplet arrangement | positioning of this invention. 本発明の液滴配置方法による液滴配置図。The droplet arrangement | positioning figure by the droplet arrangement | positioning method of this invention. 液晶表示装置の構造を説明する断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device.

符号の説明Explanation of symbols

103、104…式、202…基板、204…インジェットヘッド、205…制御装置、402…着弾液滴、901〜904…着弾円。   103, 104 ... Formula, 202 ... Substrate, 204 ... Inject head, 205 ... Control device, 402 ... Landing droplet, 901-904 ... Landing circle.

Claims (5)

インクジェット方式によって液体材料を基板上に塗布、乾燥、焼成し薄膜を形成する方法において、インクジェットにより液体材料を基板上に吐出し、基板上で円形に広がった液滴の直径をDとし、この直径Dの円の組み合わせで隙間が無く円を配置し埋め尽くした円の中心に液滴を配置することにより液膜を形成し、この液膜を乾燥、焼成して薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。   In a method of forming a thin film by applying, drying, and baking a liquid material on a substrate by an inkjet method, the liquid material is discharged onto the substrate by inkjet, and the diameter of a droplet spread in a circle on the substrate is defined as D. A liquid film is formed by placing a droplet at the center of a circle that is filled with a circle with no gaps by combining the circles of D, and the liquid film is dried and baked to form a thin film. Thin film forming method. 請求項1に記載の薄膜形成方法において、インクジェット方式により液滴を吐出して基板上を効率的に埋め尽くし配置する方法として、等間隔に複数のノズルが設けられたインクジェットヘッドにおいてノズルピッチをP2とし、ノズルから吐出された液体材料が基板上で円形に広がった直径をDとし、さらにインクジェットヘッドのノズルの中心を結ぶ直線がインクジェットヘッドと基板の走査方向に対する傾きをθ1とし、インクジェットヘッドの基板に対する走査方向の吐出ピッチをP1としたとき、下記式(a)(b)を満足する様に各変数D,P2,P1の値を定めて液滴を配置することを特徴とする請求項1記載の薄膜形成方法。
Figure 2008296122
2. The thin film forming method according to claim 1, wherein a nozzle pitch is set to P in an ink jet head provided with a plurality of nozzles at equal intervals, as a method of ejecting droplets by an ink jet method and efficiently filling and arranging the substrate. The diameter of the liquid material discharged from the nozzle in a circular shape on the substrate is D, and the straight line connecting the centers of the nozzles of the inkjet head is θ 1 with respect to the scanning direction of the inkjet head and the substrate. When the discharge pitch in the scanning direction with respect to the substrate is P 1 , the droplets are arranged by determining the values of the variables D, P 2 and P 1 so that the following expressions (a) and (b) are satisfied. The thin film forming method according to claim 1.
Figure 2008296122
請求項2記載の薄膜形成方法を用いて作成した薄膜を用いたことを特徴とする電子機器の製造方法。   A method for manufacturing an electronic device, characterized in that a thin film prepared by using the thin film forming method according to claim 2 is used. 請求項2記載の薄膜形成方法を用いて作成した薄膜を用いたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus using a thin film produced by using the thin film forming method according to claim 2. 請求項2記載の液滴配置方法を制御装置に内臓し、この液滴配置方法により液膜を形成することを特徴とするインクジェット装置。   An ink jet apparatus, wherein the droplet placement method according to claim 2 is incorporated in a control device, and a liquid film is formed by the droplet placement method.
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