JP2014069399A - スクリーン印刷版および基板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーンメッシュの目開きを微細化する技術を提供すること。
【解決手段】スクリーン印刷版１は、版枠１０、スクリーンメッシュ２０および硬化部３０を備えている。スクリーンメッシュ２０は、多孔質体２１と金属メッシュ２３とで構成されている。多孔質体２１は、金属メッシュ２３上に平面状に塗り広げられた金属酸化物の微粒子を含むペーストを、焼成等することによって形成される。硬化部３０は、多孔質体２１の表面に、感光性材料を塗布して、該感光性材料に対して紫外線等をパターン状に照射して硬化させることにより形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーンメッシュを備えたスクリーン印刷版の技術に関する。

微小な孔が形成されているスクリーンメッシュを利用して、基板に所望のパターンを形成するスクリーン印刷が知られている。スクリーン印刷としては、例えば絹、ナイロン線、ポリエステル線、ステンレス線などを紗織りすることにより形成されるものが、一般的に知られている。スクリーン印刷においては、スクリーンメッシュに形成されている孔のうち、印刷する際にインクを通す部分以外の孔を塞いだものを印刷版（スクリーン印刷版）として用いられている。このようなスクリーン印刷版を製造する方法は、これまでにもいくつか提案されている（特許文献１および２）。

近年では、スクリーン印刷は、例えばタッチパネルや太陽電池の電極形成等のように、プリンタブルエレクトロニクスを代表する印刷方法の一つとなっている。スクリーン印刷は、製造プロセスが容易であるほか、印刷材を必要な量を必要な所にだけ乗せるものである。このため、スクリーン印刷を適用することで、製造コストを抑制できるだけでなく、環境にも優しいというメリットがある。よって、今後様々なエレクトロ分野に適用することが期待されている。

特開２０１２−１１８３２０号公報 特開２０１２−１２１２４４号公報

Seigo Itoら、"Fabrication of Screen-Printing Pastes From TiO２ Powders for Dye-Sensitised Solar Cells"、Prog. Photovolt: Res. Appl. 2007; 15:603-612

しかしながら、従来のスクリーン印刷では、スクリーン版に用いられるスクリーンメッシュの目開きの細かさに限界がある。具体的に、スクリーンメッシの素材として、ステンレス線やポリエステル線が用いられていた場合、その線径は１０μｍ程度であるが、そのようなスクリーンメッシュを用いたとしても、スクリーン印刷で印刷可能な最小線幅は、２０μｍ程度である。このため、数μｍの線幅を要求される電子デバイス（例えば、液晶用ＴＦＴ、有機ＥＬ表示装置等）の製造プロセスにおいて、現状のスクリーン印刷を適用することは困難である。

また、電子デバイスの製造プロセスにスクリーン印刷を適用した場合、現状の１／１０程度の目開きを持ったスクリーンメッシュが必要となる。しかしながら、現在用いられているステンレス線やポリエステル線では、線の作成技術が不十分であり、線の強度が不足してしまう虞がある。このため、スクリーンメッシュに改良を加えることは、事実上困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スクリーンメッシュの目開きを微細化する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、スクリーン印刷に用いられるスクリーン印刷版であって、金属酸化物の微粒子により形成される多孔質体を含む。

また、第２の態様は、第１の態様に係るスクリーン印刷版において、前記金属酸化物の粒子径が、５００ｎｍ以下である。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係るスクリーン印刷版において、前記金属酸化物が、チタン、タンタル、アルミニウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛およびシリコンの中から選択される１以上の金属の酸化物を含む。

また、第４の態様は、第１から第３までの態様のいずれか１態様に係るスクリーン印刷版において、前記多孔質体が、金属製または樹脂製の網状のベース部上に形成されている。

また、第５の態様は、第１から第４までの態様のいずれか１態様に係るスクリーン印刷版において、前記多孔質体が、前記金属酸化物の微粒子を含むペーストを焼成、電着または溶解析出することにより形成される。

また、第６の態様は、配線パターンが形成された基板を製造する基板製造方法であって、第１〜４までのいずれか１項の態様に係るスクリーン印刷版を用いて、基板にパターンを形成する工程を含む。

第１から第５の態様に係るスクリーン印刷版によると、スクリーン印刷に耐えうる強度を備えつつ、スクリーン印刷版の目開きを微細化することができる。これにより、解像度の点でスクリーン印刷の適用が従来困難であった分野にも、スクリーン印刷を適用することが可能となる。

また、第２の態様に係るスクリーン印刷版によると、微細な孔が形成された多孔質体を形成することが可能となり、微細な線幅（例えば１０μｍ程度）のパターンの印刷が可能となる。

また、第３の態様に係るスクリーン印刷版によると、多孔質体を良好に製造することができる。

また、第４の態様に係るスクリーン印刷版によると、多孔質体をベース部上に形成することにより、多孔質体を有するスクリーン印刷版の強度を高めることができる。

また、第５の態様に係るスクリーン印刷版によると、多孔質体を良好に製造することができる。

また、第６の態様に係る基板製造方法によると、パターン形成において、フォトリソグラフィー、蒸着またはスパッタリングに代えて、スクリーン印刷を適用することで、工程の簡素化および製造コストの抑制を図ることができる。

実施形態に係るスクリーン印刷版の概略を示す断面図である。 スクリーン印刷を適用した基板製造方法の流れを示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

＜１． 実施形態＞
＜１．１． スクリーン印刷版の構成＞
図１は、実施形態に係るスクリーン印刷版１の概略を示す断面図である。図１に示されるように、スクリーン印刷版１は、主要な構成として、版枠１０、スクリーンメッシュ２０および硬化部３０を備えている。

版枠１０は、スクリーンメッシュ２０を固定するための枠である。版枠１０は、例えば、木または金属等で形成されている。スクリーンメッシュ２０を構成する金属メッシュ２３は、その周縁部が版枠１０に貼り付けられており、四方から引っ張られた状態で固定される。

スクリーンメッシュ２０は、多孔質体２１および金属メッシュ２３で構成されている。本実施形態では、金属メッシュ２３は、多孔質体２１を支持するための支持体として用いられており、例えば１０〜３０μｍ程度の金属線（ステンレス線またはタングステン線等）を紗織りして形成した、網状のベース部の一例である。

なお、金属メッシュ２３の代わりに、樹脂製の網状の支持体を用いてもよい。具体的には、絹、ナイロン線、ポリエステル線等で形成された支持体を用いればよい。また、多孔質体２１のみで、十分な強度が得られる場合には、金属メッシュ２３等を省略することも可能である。ここで、「十分な強度」とは、スクリーン印刷時において、多孔質体２１が破損しない程度の強度をいう。つまり、後述する図２に示されるように、スクリーン印刷時には、ウレタンゴム等で形成される押圧部材４１により、スクリーン印刷版１が基板９に押しつけられ、スクリーン印刷版１と押圧部材との間に溜められたインクが、スクリーン印刷版１を透過して基板９に転写される。このため、スクリーン印刷において、押圧により多孔質体２１が破損することなく、インクを転写できるように、多孔質体２１が所定程度の強度を備えていることが必要である。

多孔質体２１は、金属酸化物の微粒子から形成される。この金属酸化物は、チタン、タンタル、アルミニウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛およびシリコンの中から選択される１以上の金属（半金属を含む。）の酸化物であり、これらの金属は、多孔質体形成の材料によく用いられている。

多孔質体２１は、金属酸化物を含むペーストを平面状に延ばして、焼結、電着または溶解析出（以下、「焼成等」と称する。）することによって形成される。例えば、金属酸化物のペーストを、版枠１０に固定された金属メッシュ２３上に塗布し、焼成等することによって形成することができる。

上記金属酸化物を含むペーストは、例えば非特許文献１に記載されている方法を利用して製造することができる。具体的には、金属酸化物と酢酸とを混合することによりモルタルを形成し、該モルタルに、所定時間経過する毎に水、エタノールを添加する。さらに、エタノールを用いてビーカー等に移した後、スターラーで混合しながら混合物を超音波処理し、金属酸化物を分散させるためのテルピネオール、および、粘性を持たせるためのエチルセルロースを適宜添加する。最後に、エタノールを蒸発させた後、混合物を練り上げることにより、金属酸化物を分散させたペーストが生成される。

なお、上記方法で生成されたペーストは、比較的高い粘度を有する。この場合、ダイコータ（スリット状に開口した細長い孔から塗布液を吐出するコータ）等を用いて所定の膜厚（例えば、５０μｍ程度）となるように、金属メッシュ２３上に成膜すればよい。焼成により多孔質体２１を形成する場合には、金属酸化膜のペーストで成膜した金属メッシュ２３を、例えば４５０℃で１時間程度焼成すればよい。この焼成によって、近接する金属酸化物の粒子群が、相互に連結して融合する。これにより、ペーストの膜が厚み方向において収縮し、ペーストの膜厚が小さくなる。その結果、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度の厚さの多孔質体２１が金属メッシュ２３上に形成されることとなる。

なお、多孔質体２１は、粒子径（平均粒子径：金属酸化物の全粒子の径の平均値）が５００ｎｍ以下の金属酸化物を焼成等することにより形成される。ただし、金属酸化物の粒子径の大きさは、形成すべき多孔質体２１の孔の大きさ（つまり、スクリーン印刷時における解像度）に応じて適宜変更され得るものである。一般的に、１０μｍ程度の微細な線幅のパターンが印刷可能なスクリーン印刷版１を得るためには、粒子径が５００ｎｍ程度の金属酸化物を用いればよい。

なお、上述したペーストの塗布および焼成等の工程を、１回のみ行うことで、多孔質体２１を形成してもよいが、この工程を複数回繰り返し行うことで、多層性の多孔質体２１を形成してもよい。この場合、塗布および焼成等の工程を行う度に、塗布するペーストの粒子径を変更することで、最終的に多孔質体２１に形成される孔径の大きさを制御してもよい。例えば、金属メッシュ２３側から順に、塗布するペーストの粒子径を徐々に小さくしていくことにより、金属メッシュ２３側から硬化部３０側にかけて、多孔質体２１に形成されている孔を徐々に小さくすることができる。このため、多孔質体２１の孔径を良好に制御できる。

なお、多孔質体２１は、低粘度のペーストを用いて形成することも可能である。例えば、上記ペースト作成時に用いられたエタノールの代わりにブタノールを用い、分散剤としてアセチルアセトンを用いることで、低粘度のペーストを生成できる。このような低粘度のペーストの場合、スプレーガン等を用いて、金属メッシュ２３に該ペーストを吹き付けて成膜することも可能である。

ペーストが低粘度である場合、金属メッシュ２３に塗布した後、しばらく時間をおくことで、粒子径が比較的大きい金属酸化物から先に沈殿させることが可能となる。そこで、成膜後の放置時間を制御することで、最終的に多孔質体２１に形成される孔の大きさを制御することも考えられる。

硬化部３０は、スクリーンメッシュ２０に塗布された感光性材料に、紫外線等を照射することで硬化させた部分である。感光性材料は、例えば乳剤と感光材とを混合したものである。硬化部３０を形成する場合、スクリーンメッシュ２０のうち、多孔質体２１が形成されている側に感光性材料が塗布された後、紫外線等が所定のパターン状に照射される。これにより、所定のパターン形状が硬化部３０により形成される。スクリーン印刷時には、硬化部３０が形成されている部分における、インクの透過が抑制され、硬化部３０の無い部分をインクが透過することとなる。これにより、硬化部３０が形成するパターンを、印刷要基材（基板９）に転写することができる。

以上が、スクリーンメッシュ２０を備えたスクリーン印刷版１の説明である。次に、スクリーン印刷版１を用いたスクリーン印刷を適用した基板製造方法について説明する。

＜１．２． 基板製造方法＞
図２は、スクリーン印刷を適用した基板製造方法の流れを示す図である。ここで製造される基板は、いわゆる電子ペーパーとして利用される有機ＥＬ表示デバイス用基板を想定している。ただし、スクリーン印刷版１を用いたスクリーン印刷は、有機ＥＬ表示デバイス用基板以外の電子基板（例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、太陽電池パネル、半導体基板およびプリント基板）にも、もちろん適用できる。また、以下で説明する基板９の製造過程において実行されるスクリーン印刷では、スクリーン印刷版１Ａ〜１Ｆが用いられているが、これらは、特に断らない限り、多孔質体２１を備えたスクリーン印刷版１と同様の構成を備えているものとする。また、図２に示される基板９および基板９上に形成された構造体は、有機ＥＬ表示デバイス用基板の１画素分に相当するものである。

まず、基板９の表面に対して、バリア膜６１を形成するための処理液をダイコータ３３から吐出することにより、バリア膜６１の薄膜が形成される（ステップＳ１）。このとき、ダイコータ３３が基板９に対して相対的に移動することにより、基板９の全面にバリア膜６１が形成される。その後、バリア膜６１は、加熱処理により硬化される。

次に、バリア膜６１の上にゲートライン６２が形成される（ステップＳ２）。このステップＳ２では、スクリーン印刷版１Ａを用いて、スクリーン印刷が適用されている。スクリーン印刷版１Ａは、ゲートライン６２のパターンに対応するように硬化部３０が形成されており、スクリーンメッシュ２０上に乗せられたインク５０を、押圧部材４１で押圧してスクリーンメッシュ２０を透過させることにより、基板９にゲートライン６２のパターンが転写される。その後、ゲートライン６２は、加熱処理により硬化される。

ゲートライン６２が形成されると、該ゲートライン６２を覆うように、ゲート絶縁膜６３が形成される（ステップＳ３）。ゲート絶縁膜６３は、その上部に形成されるＴＦＴの動作に大きな影響を与えるため、平坦性が求められる。そこで、スクリーン印刷版１Ｂを用いたスクリーン印刷によりゲート絶縁膜６３を形成することで、高い平坦性を有するゲート絶縁膜６３を形成することができる。ゲート絶縁膜６３は、加熱処理により硬化される。なお、このステップＳ３のスクリーン印刷においては、特に印刷の解像度は高くなくてもよい。このため、スクリーン印刷版１Ｂのスクリーンメッシュ２０は、多孔質体２１を備えていなくてもよい。

ゲート絶縁膜６３が形成されると、その上面に、ソース電極６４およびドレイン電極６５が形成される（ステップＳ４）。このとき、スクリーン印刷版１Ｃを用いたスクリーン印刷により、所定の配線パターンのソース電極６４およびドレイン電極６５が形成される。その後、ソース電極６４およびドレイン電極６５は、加熱処理により硬化される。

次に、ソース電極６４およびドレイン電極６５の上面に跨がって接触する有機半導体膜６６が形成される（ステップＳ５）。この有機半導体膜６６も、スクリーン印刷版１Ｄを用いたスクリーン印刷により、形成することが可能である。その後、有機半導体膜６６は、加熱処理により硬化される。

有機半導体膜６６が形成されると、保護膜６７が形成される（ステップＳ６）。保護膜６７は、ドレイン電極６５の上面一部を除く基板９全面に形成される。ドレイン電極６５に接続される貫通電極を形成するための孔６７１が形成される。保護膜６７は、スクリーン印刷版１Ｅを用いたスクリーン印刷により形成される。その後、保護膜６７は、加熱処理により硬化される。

保護膜６７が形成されると、その上面に画素電極６８が形成される（ステップＳ７）。画素電極６８は、スクリーン印刷版１Ｆを用いたスクリーン印刷により形成される。画素電極６８は、孔６７１に形成される電極部分（貫通電極）を介して、ドレイン電極６５と電気的に接続される。画素電極６８は、加熱処理により硬化される。

以上のように、多孔質体２１をスクリーンメッシュ２０に適用することにより、スクリーンメッシュ２０の強度を低下させることなく、スクリーンメッシュ２０の目開きを従来よりも細かくすることができる。このため、図２に示されるように、従来スクリーン印刷を適用することが困難であった基板製造の工程（特に、配線を形成する工程）において、スクリーン印刷を適用することが可能となる。従来のフォトリソグラフィー、蒸着またはスパッタリングの代わりに、スクリーン印刷を適用することで、プロセスを簡素化できるとともに、基板製造のコストを抑制することができる。

また、多孔質体２１が、金属酸化物で構成されているため、インクに含まれる溶剤等に対して、高い耐久性を有するスクリーンメッシュ２０を形成することができる。

また、多孔質体２１のようなナノポーラス金属の構造を有する金属酸化物の焼結体は、一般的に、曲げなどに弱いという欠点を有する。これに対して、本実施形態では、金属メッシュ２３を多孔質体２１の支持体として、該支持体に接着させる、または、焼き付けることで曲げに対する強度を高めることができる。なお、酸化チタンまたは酸化亜鉛のナノ粒子で作成される色素増感太陽電池の光電極などのように、ナノ粒子で作成されたナノポーラス膜をフレキシブルな支持体に担持させることで、曲げに対する耐性を得られることは既知である。

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、スクリーンメッシュ２０の片面側（多孔質体２１側）にのみ、硬化部３０を形成しているが、スクリーンメッシュ２０の両面に感光性材料を塗布することで、スクリーンメッシュ２０の両面に硬化部３０を形成してもよい。

また、図２に示される基板製造工程において、スクリーン印刷の代わりに、フォトリソグラフィー、蒸着、または、スパッタリングを適用して、配線パターンが形成されてもよい。

さらに、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

１，１Ａ〜１Ｆ スクリーン印刷版
１０ 版枠
２０ スクリーンメッシュ
２１ 多孔質体
２３ 金属メッシュ
３０ 硬化部
４１ 押圧部材
５０ インク
６２ ゲートライン
６４ ソース電極
６５ ドレイン電極
６６ 有機半導体膜
６８ 画素電極
９ 基板

Claims (6)

1. スクリーン印刷に用いられるスクリーン印刷版であって、
   金属酸化物の微粒子により形成される多孔質体を含む、スクリーン印刷版。
2. 請求項１に記載のスクリーン印刷版において、
   前記金属酸化物の粒子径が、５００ｎｍ以下である、スクリーン印刷版。
3. 請求項１または請求項２に記載のスクリーン印刷版において、
   前記金属酸化物が、チタン、タンタル、アルミニウム、マグネシウム、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛およびシリコンの中から選択される１以上の金属の酸化物を含む、スクリーン印刷版。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のスクリーン印刷版において、
   前記多孔質体が、金属製または樹脂製の網状のベース部上に形成されている、スクリーン印刷版。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のスクリーン印刷版において、
   前記多孔質体が、前記金属酸化物の微粒子を含むペーストを焼成、電着または溶解析出することにより形成される、スクリーン印刷版。
6. 配線パターンが形成された基板を製造する基板製造方法であって、
   請求項１〜４までのいずれか１項に記載のスクリーン印刷版を用いて、基板にパターンを印刷する工程を含む、基板製造方法。

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