JP2010511905A - プレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板 - Google Patents

プレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板 Download PDF

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Abstract

本発明は、プレパターン（ｐｒｅ‐ｐａｔｔｅｒｎ）された基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板を開示する。本発明によるプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法は、導電性インクを吐出させるインクジェットヘッドと、上記導電性インクが図化される基板を支持する駆動ステージを備えるインクジェット印刷装置を用いて、上記基板上に微細線幅パターンを図化するインクジェット印刷方法において、（Ａ）微細線幅パターンを形成する基板の表面に繰り返された帯状のストライプパターンを形成してプレパターンされた基板を用意する段階；（Ｂ）上記基板をインクジェット印刷装置にローディングする段階；及び（Ｃ）上記基板のストライプパターンが形成された領域に導電性インクを噴射して微細線幅パターンを図化する段階；を含み、上記ストライプパターンの等間隔（ｄ）と図化された微細線幅パターンの微細線幅（Ｄ）はｄ＜＜Ｄの関係式を満足し、上記基板上に図化される導電性インクはストライプパターンが形成された領域内で異方性流動されることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、プレパターン（ｐｒｅ‐ｐａｔｔｅｒｎ）された基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板に関するものであって、さらに詳しくは、電極またはカラーフィルターのインクジェットパターン印刷時に高解像度のパターン具現が可能なプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板に関する。
ディスプレイ装置産業は、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤなどのディスプレイモジュールの製造産業を始めとして、これの前方産業であるＴＶ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、ＰＤＡ、携帯電話などとともに後方産業である部品素材及び製造装備などの産業界を総括的に含んでいる。
ディスプレイモジュールの装置構成は、パネル、ブラックマトリクス及びカラーフィルターを含む。パネルは、バックライトユニットから入射された白色平面光を駆動回路ユニットから入力された個別画素の信号電圧に応じて画素に透過される光を制御してカラー形状を形成する。そして、ブラックマトリクスは、カラーフィルターのピクセル間に形成されて各画素から出た光が互いに干渉しないように遮断し、外部から入ってきた光が反射されないように吸収する。そして、カラーフィルターは、三種類の基本色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の染料や顔料を含む樹脂フィルムであって液晶を通過した光が色を持つようにする。
最近、ＬＣＤを含んだ平板ディスプレイ分野及び電子産業分野において原価節減は重要な問題として台頭しており、原価節減のためにカラーフィルターのパターン形成の際にインクジェット印刷技術が適用されている。すなわち、カラーフィルターのパターンを簡単で且つ安価で製造するために、生産工程を単純化し、大面積化にも容易なインクジェット印刷技術が原価節減面で既存の技術に代替しており、ディスプレイ分野を始めとして拡大適用されている。
一般に、インクジェット印刷は、微細ノズルを通じて溶液や懸濁液を数ないし数十ｐｌ（Ｐｉｃｏ Ｌｉｔｅｒ）の滴で噴射する非接触式パターニング技術であって、数十マイクロメーターの解像度で自由に印刷することができる。
このようなインクジェット印刷技術は、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどのようなディスプレイ分野におけるカラーフィルター及び電極の形成を始めとしてＥ‐ＰａｐｅｒまたはＲＦＩＤを含むフレキシブル電子機器及び半導体回路に至るまで多様に適用される。
インクジェット印刷技術は、フォトリソグラフィー方法またはスクリーンプリンティング方法と比較して、微細ライン形成のためのマスクが必要なく、印刷する基板の大きさに影響されず、印刷時間が短くて工程が簡単である。
従来技術によるカラーフィルターの製造のための印刷方法は、図１に示すように、インクジェットヘッド１から順次吐き出されるインク液滴２が透明基板３上の投光領域に弾着されるようにし、弾着されたインク液滴、すなわち、樹脂組成物２'を乾燥させて画素パターンを形成する。
しかし、従来技術による印刷方法は、インクジェットヘッドから吐き出されて基板に弾着されたインク液滴は、基板の面に接触時、基板の平坦な面特性により等方性を持って広がるので、解像度を高めるための微細線幅のラインでは高解像度の具現が難しい限界がある。すなわち、インク液滴の弾着時、線幅の限界を超えて印刷されるのでブラー（ｂｌｕｒ ）現象が発生する問題点がある。
一方、高解像度のパターン印刷のためにインク液滴の特性を向上させる方法があるが、これを具現するためにはインクの噴射性、動粘度（ｄｙｎａｍｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）、基板の粗さ特性を含む複合的なファクターを考慮しなければならない限界がある。
すなわち、インクの噴射性確保のために、塗布物質の粒子大きさ、溶剤や分散剤などの添加物の特性及びインクの粘度や表面張力などのインク特性を考慮しなければならず、またインクの吐出後しっぽのようなリガメント（ｌｉｇａｍｅｎｔ）長さ及び吐出速度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を考慮しなければならず、さらにインクの濡れ性を共に考慮しなければならないので、高解像度のパターン印刷のために多くの時間と努力とが必要となる問題点がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであって、インク及び基板の特性に関係なく高解像度を持つ微細線幅パターンをインクジェット印刷することができるプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法及びこの方法により製造された導電性基板を提供することにその目的がある。
上記のような目的を達成するための本発明によるプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法は、導電性インクを吐出させるインクジェットヘッドと、上記導電性インクが図化される基板を支持する駆動ステージを備えるインクジェット印刷装置を用いて、上記基板上に微細線幅パターンを図化するインクジェット印刷方法において、（Ａ）微細線幅パターンを形成する基板の表面に繰り返された帯状のストライプパターンを形成してプレパターンされた基板を用意する段階；（Ｂ）上記基板をインクジェット印刷装置にローディングする段階；及び（Ｃ）上記基板のストライプパターンが形成された領域に導電性インクを噴射して微細線幅パターンを図化する段階；を含み、上記ストライプパターンの等間隔（ｄ）と図化された微細線幅パターンの微細線幅（Ｄ）はｄ＜＜Ｄの関係式を満足し、上記基板上に図化される導電性インクはストライプパターンが形成された領域内で異方性流動されることを特徴とする。
本発明において、（Ａ）段階のストライプパターンを形成する段階は、（Ａ１）基板上に反射防止層を形成する段階；（Ａ２）上記反射防止層の上にフォトレジスト層を形成する段階；（Ａ３）上記フォトレジスト層が反射防止層を周期的に露出させる繰り返された帯状のフォトレジストパターンを持つようにレーザー干渉リソグラフィー処理する段階；及び（Ａ４）上記フォトレジストパターンが形成された基板を現像及びエッチングして、上記基板上にストライプパターンを形成する段階；を含む。
望ましくは、上記ストライプパターンは、ポジティブまたはネガティブタイプであり、谷とリッジとからなる凹凸形状に形成される。
本発明によれば、上記導電性インクは、谷に沿って異方性流動し、上記リッジによって拡散防止される。
望ましくは、上記ストライプパターンは、インプリンティング（ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）またはロールプリンティング（ｒｏｌｌ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）によって形成される。
本発明の他の側面によれば、基板上に微細線幅パターンが図化された導電性基板において、繰り返された帯状のストライプパターンを持つ基板；及び上記ストライプパターンが形成された領域内で異方性流動して微細線幅パターンを形成した導電性インク；を含み、上記ストライプパターンの等間隔（ｄ）と微細線幅パターンの微細線幅（Ｄ）はｄ＜＜Ｄの関係式を満足することを特徴とする導電性基板を提供する。
望ましくは、上記ストライプパターンは、リソグラフィー、インプリンティングまたはロールプリンティングによって形成され、上記リソグラフィーは、レーザー干渉リソグラフィーである。
本発明によれば、上記微細線幅パターンは、カラーフィルターパターンまたは電極配線パターンである。
従来技術によるインクジェット印刷方法を説明するための図面である。 本発明の望ましい実施例によるストライプパターン形成前の基板を示す斜視図である。 本発明の望ましい実施例によるストライプパターン形成方法で用いられるＡｒ（３５１ｎｍ）レーザー干渉リソグラフィー装置の構成図である。 本発明の望ましい実施例によるレーザー干渉リソグラフィー工程を通じて露光及び現像されたストライプパターンをＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で測定した結果を示すグラフである。 本発明の望ましい実施例によるプレパターンされた基板を示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ'線による断面図である。 本発明の望ましい実施例によるプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法を説明するための図面である。 本発明の望ましい実施例による高解像度インクジェット印刷方法に従って図化された微細線幅パターンを示す図面である。 本発明の望ましい実施例による高解像度インクジェット印刷方法に従って図化された微細線幅パターンを示す図面である。 従来のインクジェット印刷方法に従って図化された微細線幅パターンを示す図面である。 従来のインクジェット印刷方法に従って図化された微細線幅パターンを示す図面である。
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明によるプレパターンされた基板は、リソグラフィー、インプリンティングまたはロールプリンティング工程のうち選択された何れか一つの工程により製造でき、本発明の実施例においてはレーザー干渉リソグラフィー工程を用いる。
レーザー干渉リソグラフィーは、マスクを用いずにフォトレジストパターンが形成可能な工程であって、マスクのない状態で相異なる方向で２個のレーザービームを照射すれば、レーザー光源の特性である干渉現象によってレーザー波動が重畳された部分のフォトレジスト層が感光される。その後、フォトレジスト層を現像すれば帯状の開口が規則的に繰り返されるフォトレジストパターンが形成される工程に進む。
本発明による高解像度インクジェット印刷は、プレパターンされた基板を製造する過程と、上記プレパターンされた基板上に微細線幅パターンを図化する過程とに分けることができる。まず、図２から図６を参照しながらプレパターンされた基板を製造する過程を説明する。
図２に示すように、基板１００上に微細膜形態の反射防止層１１０を形成し、上記反射防止層１１０上にスピンコーティング処理してフォトレジスト層１２０を形成する。
本発明の実施例において、上記基板１００は、ガラスまたは多様な透明フィルムであり、上記反射防止層１１０は、入射光の反射を防止しながら透過光量を増加させるために基板１００の表面にコーティングされる反射防止膜（ａｎｔｉ‐ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）として酸化膜素材の透明材質であることが望ましいがこれに限定されない。例えば、ディスプレイモジュールに用いられ得るように透明性が要求されるカラーフィルターまたは電極配線基板ではない場合、不透明な材質で構成できる。
また、上記フォトレジスト層１２０の臨界感光特性は、所望の形態の凹凸やアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を考慮してＩ‐Ｌｉｎｅ（３６５ｎｍ）系列のフォトレジストを用いることが望ましい。
次いで、レーザー干渉リソグラフィー工程を通じて基板上にストライプパターンを形成するが、図３に示すように、レーザー生成器Ｌから放出されたレーザービームは鏡面光学系Ｍ１、Ｍ２を通過しながら経路が変更された後ビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：ＢＳ）に入射される。
上記ビームスプリッターＢＳに入射されたレーザービームは、干渉パターンを形成するために第１レーザービームＡと第２レーザービームＢとに分離される。上記第１レーザービームＡは、鏡面光学系Ｍ４、Ｍ６を経て第１オブジェクトレンズＬ１を通過しながらビーム幅が拡大され、上記第１オブジェクトレンズＬ１の焦点面に位置した第１ピンホールＳＰ１を通過しながらノイズが除去される。
同様に、第２レーザービームＢも鏡面光学系Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７、第２オブジェクトレンズＬ２及び第２ピンホールＳＰ２を通過しながらビーム幅が拡大されノイズが除去される。上記ノイズが除去された第１レーザービームＡと第２レーザービームＢとは上部にフォトレジスト層１２０が形成された基板Ｓの表面と所定角度をなしながら同時に照射される。上記第１及び第２ピンホールＳＰ１、ＳＰ２を通過した第１及び第２レーザービームＡ、Ｂのエネルギー分布は理論的なガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）分布に殆ど類似しているので、基板Ｓに照射された２個のレーザービームＡ、Ｂは規則的な干渉パターンを形成する。
したがって、上記基板Ｓ上部のフォトレジスト層１２０は上記規則的な干渉パターンによって感光され、上記感光されたフォトレジスト層１２０を現像すれば、上記反射防止層１１０を周期的に露出させる、すなわち、帯状の開口が規則的に形成されたフォトレジストパターンが得られる。
このとき、上記フォトレジスト層１２０の露光時に３５１ｎｍのＡｒイオンレーザーを用いることが望ましいがこれに限定されない。
図４は、レーザー干渉リソグラフィー工程を通じて露光及び現像されたフォトレジストパターンをＡＦＭで測定した結果を示す。図４の左側写真は、フォトレジストパターンを上部で撮影したものであって、黒色帯は帯状の開口を、明るい色の帯は開口間に位置したフォトレジスト層を示す。そして、図４の右側グラフは、ＡＦＭ測定結果を定量的に示したグラフである。図４を参照すれば、レーザー干渉リソグラフィー工程を用いてフォトレジストをパターニングする場合、均一な深さとピッチとで微細なパターンが形成できることが分かる。
上述したレーザー干渉リソグラフィー技術は理論的にレーザー波長の１／２までパターニングが可能なので、高い解像度を持つ周期的パターンを形成することができる。但し、パターンの解像度を高めるためにレーザーの波長を減少させれば、ターゲットから反射されるビームによって多重干渉効果が発生してパターンの解像度が劣化される恐れがある。したがって、高解像度パターンを形成するためには、レーザービームの位相を固定しターゲットにビームの反射を防止するコーティングをして多重干渉効果を減少させることが望ましい。
一方、本発明の実施例において、上記レーザー干渉リソグラフィー工程を通じて得られたフォトレジストパターンはストライプパターンとして定義され、図５及び図６に示すように、谷１２１とリッジ１２２とからなる凹凸構造を持つ。
もう一方で、上記ストライプパターンは、フォトレジスト層１２０の現像及びエッチング過程で除去される領域に従って谷１２１とリッジ１２２とが相互対称するように構成できる。すなわち、上記ストライプパターンはポジティブまたはネガティブタイプで構成できる。
さらにもう一方で、基板１００上に反射防止膜１１０のコーティング処理なくフォトレジスト層１２０を直接スピンコーティング処理し、上記フォトレジスト層１２０が形成された基板１００をレーザー干渉リソグラフィー、現像及びエッチング工程を通じてストライプパターンを形成することができる。
前述のように、上記レーザー干渉リソグラフィー工程を通じてその表面に繰り返された帯状のストライプパターンを持つプレパターン基板を用意した後、上記プレパターン基板はインクジェットヘッドと駆動ステージを含むインクジェット印刷装置によって導電性基板として製造する。図７を参照しながら微細線幅パターンを図化する過程を説明する。
図７を参照すれば、プレパターン基板１００'は、インクジェットヘッド３００と相互対向するように配置された駆動ステージ（図示せず）の上に固定される。
次いで、上記インクジェットヘッド３００は、プレパターン基板１００'のストライプパターンの方向に導電性インク４００を噴射して微細線幅パターンを図化する。このとき、上記インクジェットヘッド３００から連続的に吐き出される導電性インク４００は、金属ナノ粒子及び添加物からなり、所定の粘度及び表面張力を持つ。
本発明の実施例において、上記導電性インク４００は、微細線幅パターンの領域に連続的に弾着されて弾着グループを形成し、上記弾着グループによって微細線幅パターンを図化する。上記微細線幅パターンの領域に弾着された導電性インク４００'は、弾着と同時にストライプパターンに形成された谷１２１'に沿って長手方向に異方性流動し、上記ストライプパターンに形成されたリッジ１２２'によって微細線幅パターンの区画線を越えなくなる。
すなわち、上記弾着された導電性インク４００'は、微細線幅（Ｄ）の境界にあるリッジ１２２'による毛細管現象により、その境界を越えて拡散されず、その弾着された領域に複数形成された谷１２１'に沿って流動する。
このとき、上記谷１２１'及びリッジ１２２'は、微細線幅パターンが形成される領域に等間隔（ｄ）で配列され、上記等間隔（ｄ）と弾着された導電性インク４００'によって図化される微細線幅（Ｄ）とはｄ＜＜Ｄの関係式を満足する。
一方、上記ストライプパターンを形成する谷１２１'及びリッジ１２２'は、少なくとも微細線幅パターンよりは広い領域にわたって形成されることが望ましい。
前述のプレパターンされた基板を製造する過程と、上記プレパターンされた基板上に微細線幅パターンを図化する過程を通じて高解像度インクジェット印刷を具現することができる。図８から図１１を参照しながら本発明によって製造された導電性基板と従来技術によって製造された導電性基板とを比較すれば以下のようである。
まず、本発明によって製造された導電性基板を図８及び図９を参照しながら説明する。図８に示すように、インクジェットヘッドから連続的に吐き出されたインクが微細線幅パターンの領域に弾着されるとき、上記領域に形成されたストライプパターンによって異方性流動され、図９に示すように、上記領域の境界線に沿ってインク弾着グループが一定のパターンで図化されたことが分かる。
次いで、従来技術によって製造された導電性基板を図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０に示すように、インクジェットヘッドから連続的に吐き出されたインクが基板の微細線幅パターンの領域に弾着されるとき、上記基板の平坦な構造によってインクが等方性流動され、これによって図１１に示すように、上記インクが微細線幅パターンの領域を越えて滲むようになってブラー現象を加重させることが分かる。
前述のように、本発明によるプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法は、基板上にストライプパターンを形成し、上記ストライプパターンが形成された領域内でインクが異方性流動して微細線幅パターンを形成することができるようにすることで、インク及び基板の特性に関係なく高解像度を持つ微細線幅パターンを持つ導電性基板の製造が可能である。
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
上述のように、本発明は、インク液滴が弾着される基板の面上に異方性微細パターンを形成することで、基板の面上に弾着されたインクが毛細管現象により異方性微細パターンに沿って微細線幅内で異方性流動すると同時に、インクが滲むことが防止される長所がある。
また、本発明は、基板の特性及びインクの種類に関係なく高解像度の微細線幅を持つようにインクジェット印刷することができる。
さらに、本発明は、基板及びインクの複合的なファクターを考慮しなくても良いので、従来に比べて安価な費用で高品質・高解像度のディスプレイモジュールを製造することができる。
１００：基板
１１０：反射防止層
１２０：フォトレジスト層
１００'：プレパターン基板
１２１、１２１'：谷
１２２、１２２'：リッジ
２００：レーザー干渉リソグラフィー装置
３００：インクジェットヘッド
４００：吐出インク液滴
４００'：弾着インク液滴

Claims (13)

  1. 導電性インクを吐出させるインクジェットヘッドと、上記導電性インクが図化される基板を支持する駆動ステージを備えるインクジェット印刷装置を用いて、上記基板上に微細線幅パターンを図化するインクジェット印刷方法において、
    （Ａ）微細線幅パターンを形成する基板の表面に繰り返された帯状のストライプパターンを形成してプレパターン（ｐｒｅ‐ｐａｔｔｅｒｎ）された基板を用意する段階；
    （Ｂ）上記基板をインクジェット印刷装置にローディングする段階；及び
    （Ｃ）上記基板の上記ストライプパターンが形成された領域に導電性インクを噴射して微細線幅パターンを図化する段階；を含み、
    上記ストライプパターンの等間隔（ｄ）と図化された微細線幅パターンの微細線幅（Ｄ）はｄ＜＜Ｄの関係式を満足し、上記基板上に図化される導電性インクは上記ストライプパターンが形成された領域内で異方性流動されることを特徴とするプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  2. 上記（Ａ）段階のストライプパターンを形成する段階は、
    （Ａ１）上記基板上に反射防止層を形成する段階；
    （Ａ２）上記反射防止層の上にフォトレジスト層を形成する段階；
    （Ａ３）上記フォトレジスト層が上記反射防止層を周期的に露出させる繰り返された帯状のフォトレジストパターンを持つようにレーザー干渉リソグラフィー処理する段階；及び
    （Ａ４）上記フォトレジストパターンが形成された上記基板を現像及びエッチングして、上記基板上にストライプパターンを形成する段階；を含むことを特徴とする請求項１に記載のプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  3. 上記ストライプパターンは、ポジティブまたはネガティブタイプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  4. 上記ストライプパターンは、谷とリッジとからなる凹凸形状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  5. 上記導電性インクは、上記谷に沿って異方性流動し、上記リッジによって拡散防止されることを特徴とする請求項４に記載のプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  6. 上記ストライプパターンは、インプリンティングまたはロールプリンティング工程によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のプレパターンされた基板を用いた高解像度インクジェット印刷方法。
  7. 基板上に微細線幅パターンが図化された導電性基板において、
    繰り返された帯状のストライプパターンを持つ基板；及び
    上記ストライプパターンが形成された領域内で異方性流動して微細線幅パターンを形成した導電性インク；を含み、
    上記ストライプパターンの等間隔（ｄ）と微細線幅パターンの微細線（Ｄ）はｄ＜＜Ｄの関係式を満足することを特徴とする導電性基板。
  8. 上記ストライプパターンは、リソグラフィー、インプリンティングまたはロールプリンティング工程によって形成されることを特徴とする 請求項７に記載の導電性基板。
  9. 上記リースグラフィー工程は、レーザー干渉リソグラフィー工程であることを特徴とする請求項８に記載の導電性基板。
  10. 上記ストライプパターンは、ポジティブまたはネガティブタイプであることを特徴とする請求項７に記載の導電性基板。
  11. 上記ストライプパターンは、谷とリッジとからなる凹凸構造であることを特徴とする請求項７に記載の導電性基板。
  12. 上記導電性インクは、上記谷に沿って異方性流動し、上記リッジによって拡散防止されることを特徴とする請求項１１に記載の導電性基板。
  13. 上記微細線幅パターンは、カラーフィルターパターンまたは電極配線パターンであることを特徴とする請求項７に記載の導電性基板。
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