JP4244382B2 - 機能性材料定着方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は機能性材料の定着技術に関し、特に、機能性材料を所望の位置に精度よく定着させるための改良技術に関する。
配線などのパターニング法の一つとして液滴吐出法が知られている。この種のパターニング法においては、特開２００２−２６１０４８号公報に開示されているように、まず、銀微粒子などの導電性微粒子を含有する液滴を配線基板などの被着面上に吐出し、配線状に塗布する。次いで、基板上に塗布された液滴を自然乾燥させた後、基板毎に一括加熱焼成して配線を形成する。ところが、溶液に含まれる銀微粒子の重量含有率は６０％程度と低いため、溶液が乾燥すると、その厚みは乾燥前の厚みと比較すると大幅に減少する。このため、従来では、図２５に示すように、隣接する液滴９０同士が部分的に重なり合うように重ね打ちすることにより、十分な厚みを有する配線を形成していた。
特開２００２−２６１０４８号公報
しかし、同図に示すようにして液滴が重ね打ちされた場合、基板に塗布された複数の液滴には表面張力が作用し、球形になろうと変形する。すると、図２６に示すように、局所的な液滴の移動が生じ、液溜り９１が形成される。このような局所的な凝集が生じると、配線の厚みが不均一になるばかりか、断線が生じる可能性もある。このような問題は隣接した液滴同士がごくわずかに重なるように吐出した場合にも生じ得る。
このような不都合を解消するため、基板上に被着した液滴に窒素ブローや赤外ランプを用いて乾燥させることも考えられるが、乾燥工程に長時間を要するためスループットが低下する。加えて、窒素ブローや赤外ランプによって基板自体が膨張し、アライメントがずれたり基板上に形成した配線が断線するおそれがある。同時に雰囲気自体も昇温するため、液滴の飛行軌跡が意図しない方向に屈曲し、液滴吐出制御が困難になるおそれもある。
そこで、本発明は機能性材料を被着面上の所定位置に精度よく定着させるための改良技術を提案することを課題とする。
本発明に係る機能性材料定着方法のひとつは、溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出工程と、前記被着面上に吐出された前記液滴を第1のレーザ光の走査により乾燥定着させる乾燥工程と、前記液滴および前記乾燥定着させた液滴を第２のレーザ光の走査により焼結させる焼結工程と、を含み、前記第１のレーザ光の照射レベルは低レベル強度であって、前記機能性材料が完全に焼結しない程度に調整された強度であり、前記第２のレーザ光の照射レベルは高レベル強度であって、前記機能性材料を焼結させる強度であり、前記液滴吐出工程と前記乾燥工程とを複数回繰り返した後で前記焼結工程が行われる、ことを特徴とする。
本発明に係る機能性材料定着方法は、溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出工程と、前記被着面上に吐出された前記液滴を第1のレーザ光の走査により乾燥定着させる乾燥工程と、前記乾燥定着させた前記液滴を第２のレーザ光の走査により焼結させる焼結工程と、を含み、前記第１のレーザ光の照射レベルは低レベル強度であり、前記第２のレーザ光の照射レベルは高レベル強度である、機能性材料定着方法。
好ましくは、前記低レベル強度は、前記機能性材料が完全に焼結しない程度に調整された強度であり、前記高レベル強度は、前記機能性材料を焼結させる強度である。
例えば、前記機能性材料は、銀微粒子が混合されているものである。
前記液滴に含まれる前記機能性材料は皮膜で被覆された状態で前記溶媒中に分散している。
例えば、前記乾燥工程は前記被着面に対して前記液滴が吐出される側から前記液滴へレーザ光を照射する工程を含む。
例えば、前記被着面は前記第１のレーザ光の波長帯域に対して透明な基板の表面であり、前記乾燥工程は前記透明基板の裏面側から前記液滴へ前記第１のレーザ光を照射する工程を含む。
例えば、前記第１のレーザ光は照射領域の外縁が内部よりも強度が強いビームプロファイルを有している。
例えば、照射領域の走査方向の前縁よりも走査方向の後縁の方が次第に強度が強くなるように強度勾配のあるレーザ光を前記液滴上で走査し、前記照射領域の前縁付近の前記第１のレーザ光による前記乾燥工程と、前記照射領域の後縁付近の前記第２のレーザ光による前記焼結工程を連続して行う。
本発明に係るデバイス製造方法は、上記機能性材料定着方法を用いてデバイスを製造するものである。
本発明に係る電気光学装置は、上記デバイス製造方法により製造されたデバイスを含む。
本発明に係る電子機器は、上記電気光学装置を含む。
本発明に係る機能性材料定着装置は、溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出手段と、前記被着面上に吐出された前記液滴を第1のレーザ光の走査により乾燥定着させる乾燥手段と、前記乾燥定着させた前記液滴を第２のレーザ光の走査により焼結させる焼結手段と、を含み、前記第１のレーザ光の照射レベルは低レベル強度であり、前記第２のレーザ光の照射レベルは高レベル強度である。
好ましくは、前記低レベル強度は、前記機能性材料が完全に焼結しない程度に調整された強度であり、前記高レベル強度は、前記機能性材料を焼結させる強度である。
例えば、前記機能性材料は、銀微粒子が混合されているものである。
例えば、前記液滴には前記第１のレーザ光の波長域に吸収帯を有する光熱変換材料が含まれており、前記乾燥定着手段は、主として、前記光熱変換材料の光熱変換作用によって、前記溶媒の一部を気化させる。
例えば、前記第１のレーザ光の波長域は赤外域にあり、前記乾燥定着手段は、主として、前記液滴の固有吸収によって、前記溶媒の一部を気化させる。
例えば、前記第１のレーザ光は照射領域の外縁が内部よりも強度が強いビームプロファイルを有している。
例えば、前記乾燥定着手段は照射領域の走査方向の前縁よりも後縁の方が次第に強度が強くなるように強度勾配のあるレーザ光を前記液滴上で走査し、前記照射領域の前縁付近の前記第１のレーザ光による照射によって前記液滴に含まれる溶媒の一部を気化し、前記焼結手段は前記照射領域の後縁付近の前記第２のレーザ光による照射によって前記機能性材料を焼結する。
上記の課題を解決するため、本発明の機能性材料定着方法は溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出工程と、被着面上に吐出された液滴にレーザ光を照射することにより液滴を局所的に加熱し、液滴の一部を気化させる乾燥工程と、を含む。この方法により、液滴を速やかに乾燥させることができる上に基板全体の加熱を抑制し、基板の膨張等によるアライメントのずれや断線を回避できる。ここで、「機能性材料」とは所望の用途又は機能を実現するための材料を総称するものとする。
本発明の機能性材料定着方法は溶媒中に分散された機能性材料を含む複数の液滴が被着面上において相互に接触しないように離散的に吐出する液滴吐出工程と、被着面上に吐出された液滴にレーザ光を照射することにより液滴を局所的に加熱し、液滴の一部を気化させる乾燥工程と、を含む。この方法により、基板上での液滴の局所的な移動を抑制するとともに、高精度の液滴吐出制御を安定して行うことができる。
本発明の好適な態様においては、上述した乾燥工程において溶媒の一部が気化した第一の液滴に接触するように新たに第二の液滴を前記被着面上に吐出する液滴吐出工程と、第二の液滴にレーザ光を照射することにより第二の液滴を局所的に加熱し、第二の液滴の一部を気化させる乾燥工程と、更に含む。乾燥した第一の液滴に接するように新たに第二の液滴を吐出することで、基板上での液滴の局所的な移動を抑制し、断線等を回避できる。
本発明の機能性材料定着方法は、第一のインクジェットヘッドと前記第一のインクヘッドヘッドの下流側に位置する第二のインクジェットヘッドとを用いる機能性材料定着方法であって、第一のインクジェットヘッドを用いて、溶媒中に分散された機能性材料を含む複数の第一の液滴が被着面上において相互に接触しないように離散的に吐出する第一の液滴吐出工程と、被着面上に吐出された液滴にレーザ光を照射することにより前記液滴のうち少なくとも二つを局所的に加熱し、局所的に加熱された前記二つの液滴の一部を気化させる第一の乾燥工程と、第二のインクジェットヘッドを用いて、第一の乾燥工程において一部が気化した前記二つの液滴に接触するように第二の液滴を被着面上に吐出する第二の液滴吐出工程と、第二の液滴にレーザ光を照射することにより前記第二の液滴を局所的に加熱し、前記第二の液滴の一部を気化させる第二の乾燥工程と、を含む。この方法によりスループットを向上できる。
本発明の好適な態様においては、被着面上に乾燥定着した機能性材料にレーザ光を照射することにより機能性材料を局所的に加熱し、機能性材料を焼結させる焼結工程を更に含むのが望ましい。レーザ光の強度を調整することで、機能性材料を焼結させることができる。
本発明の機能性材料定着方法は被着面上に乾燥定着された機能性材料にレーザ光を照射することにより機能性材料を局所的に加熱し、機能性材料を焼結させる焼結工程を含む。レーザ光の強度を調整することで、機能性材料を焼結させることができる。
本発明の好適な態様において、液滴に含まれる機能性材料は皮膜で被覆された状態で溶媒中に分散しているのが望ましい。機能性材料を皮膜で被覆することで、機能性材料を溶媒中に安定して分散させることができる。
本発明の好適な態様において、液滴にはレーザ光の波長域に吸収帯を有する光熱変換材料が含まれており、乾燥工程は、主として、光熱変換材料の光熱変換作用によって、溶媒の一部を気化させる工程を含むのが望ましい。光熱変換材料を用いることで、光利用効率が格段に向上し、１μｍ前後又はそれ以下のレーザ波長でも効率よく液滴を加熱できる。
本発明の好適な態様において、レーザ光の波長域は近赤外域にあり、乾燥工程は、主として、液滴の固有吸収によって、溶媒の一部を気化させる工程を含むのが望ましい。レーザ局所加熱による液滴の固有吸収を利用することで、液滴を速やかに乾燥させることができる。
本発明の好適な態様において、乾燥工程は被着面に対して液滴が吐出される側から液滴へレーザ光を照射する工程を含むのが望ましい。これにより、液滴を被着させるための基板としてレーザ波長域に対して透明な基板だけでなく、レーザ波長域に対して不透明な基板をも採用できるため、材料選択の余地が広がる。
本発明の好適な態様において、被着面はレーザ光の波長帯域に対して透明な基板の表面であり、上述の乾燥工程は透明基板の裏面側から液滴へレーザ光を照射する工程を含むのが望ましい。液滴を被着させるための基板として透明基板を採用することで、被着面の裏側からレーザ照射を行うことが可能となり、液滴に含まれている溶媒が揮発性の高い溶剤であっても、適切な乾燥定着が可能となる。
本発明の好適な態様において、上述の液滴吐出工程は複数の液滴を略同時に吐出する工程を含み、乾燥工程は被着面に吐出された複数の液滴に対して複数のレーザ光を略同時に照射する工程を含むのが望ましい。複数の液滴吐出と乾燥を略同時に行えるため、スループットを向上できる。
本発明の好適な態様において、上述の乾燥工程は単一のレーザ光を回折光学素子によって複数のレーザ光に分岐させ、この分岐ビームを複数の液滴に照射する工程を含むのが望ましい。回折光学素子を用いることで、単一のレーザ光を複数の回折ビームアレイに分岐させることができる。
本発明の好適な態様において、上述の乾燥工程は複数の半導体レーザをアレイ状に配列して成る半導体レーザアレイを用いて複数のレーザ光を複数の液滴に照射する工程を含むのが望ましい。半導体レーザを用いることで、装置サイズをコンパクトにできる。
本発明の好適な態様において、上述の乾燥工程は回折光学素子又は半導体レーザアレイを被着面の法線方向の回りに回転させることにより、液滴の配列ピッチに合わせてレーザ光のビームピッチを調整する工程を含むのが望ましい。この方法により、機能性材料を任意のパターンに描画できる。
本発明の好適な態様において、上述の乾燥工程は複数の液滴を同時にレーザ照射できるようにビーム整形されたレーザ光を複数の液滴に一括照射する工程を含むのが望ましい。この方法により、レーザ照射の位置合わせが容易になるとともに、複数の液滴を同時に乾燥定着できるため、スループットが向上する。
本発明の好適な態様において、レーザ光の強度分布形状はリング状、楕円状、又は棒状が好適である。レーザ光の強度分布をリング状にすることで、機能性微粒子の外縁を確実に乾燥させることができるので、機能性微粒子の拡散を抑制できる。また、レーザ光の強度分布を楕円状又は棒状にすることで、液滴の加熱時間を必要かつ十分に長くできるため安定した乾燥定着を可能にできる。
本発明の好適な態様において、レーザ光は照射領域の外縁が内部よりも強度が強いビームプロファイルを有しているのが望ましい。このようなビームプロファイルを有するレーザ光を液滴に照射すると、液滴の外縁を確実に乾燥できるため、乾燥工程時における液滴の着弾位置からの偏移を抑制できる。
本発明の好適な態様において、照射領域の前縁よりも後縁の方が次第に強度が強くなるように強度勾配のあるレーザ光を液滴上で走査することにより、乾燥工程と焼結工程を連続して行うのが望ましい。同一のレーザ光で乾燥工程と焼結工程を連続して行うことにより、スループットを向上できる。
本発明の機能性材料定着装置は溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出手段と、被着面上に吐出された液滴にレーザ光を照射することにより液滴を局所的に加熱し、液滴の一部を気化させる乾燥定着手段と、を含む。この構成により、液滴を速やかに乾燥させることができる上に基板全体の加熱を抑制し、基板の膨張等によるアライメントのずれや断線を回避できる。
本発明の機能性材料定着装置は溶媒中に分散された機能性材料を含む複数の液滴が被着面上において相互に接触しないように離散的に吐出する液滴吐出手段と、被着面上に吐出された液滴にレーザ光を照射することにより液滴を局所的に加熱し、液滴の一部を気化させる乾燥定着手段と、を含む。この構成により、基板上での液滴の局所的な移動を抑制するとともに、高精度の液滴吐出制御を安定して行うことができる。
本発明の好適な態様において、液滴吐出手段は乾燥定着手段によって一部が気化した第一の液滴に接触するように新たに第二の液滴を前記被着面上に吐出し、乾燥定着手段は第二の液滴にレーザ光を照射することにより第二の液滴を局所的に加熱し、第二の液滴の一部を気化させるのが望ましい。乾燥した第一の液滴に接するように新たに第二の液滴を吐出することで、基板上での液滴の局所的な移動を抑制し、断線等を回避できる。
本発明の機能性材料定着装置は、溶媒中に分散された機能性材料を含む第一の液滴を被着面上に吐出する第一の液滴吐出手段と、被着面上に吐出された第一の液滴にレーザ光を照射することにより前記液滴を局所的に加熱し、前記第一の液滴に含まれる溶媒の一部を気化させる第一の乾燥定着手段と、前記第一の液滴吐出手段の下流側に位置し、溶媒中に分散された機能性材料を含む第二の液滴を被着面上に吐出する第二の液滴吐出手段と、被着面上に吐出された第二の液滴にレーザ光を照射することにより前記液滴を局所的に加熱し、前記第二の液滴に含まれる溶媒の一部を気化させる第二の乾燥定着手段と、を含む。この構成によりスループットを向上できる。
本発明の好適な態様において、被着面上に乾燥定着した機能性材料にレーザ光を照射することにより機能性材料を局所的に加熱し、機能性材料を焼結させる焼結手段を含むのが望ましい。レーザ光の強度を調整することで、機能性材料を焼結させることができる。
本発明の機能性材料定着装置は被着面上に乾燥定着された機能性材料にレーザ光を照射することにより前記機能性材料を局所的に加熱し、機能性材料を焼結させる焼結手段を含む。レーザ光の強度を調整することで、機能性材料を焼結させることができる。
本発明の好適な態様において、液滴に含まれる機能性材料は皮膜で被覆された状態で溶媒中に分散しているのが望ましい。機能性材料を皮膜で被覆することで、機能性材料を溶媒中に安定して分散させることができる。
本発明の好適な態様において、液滴にはレーザ光の波長域に吸収帯を有する光熱変換材料が含まれており、乾燥定着手段は、主として、光熱変換材料の光熱変換作用によって、液滴の一部を気化させるのが望ましい。光熱変換材料を用いることで、光利用効率が格段に向上し、１μｍ前後又はそれ以下のレーザ波長でも効率よく液滴を加熱できる。
本発明の好適な態様において、レーザ光の波長域は赤外域にあり、乾燥定着手段は、主として、液滴の固有吸収によって、液滴の一部を気化させるのが望ましい。レーザ局所加熱による液滴の固有吸収を利用することで、液滴を速やかに乾燥させることができる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は被着面に対して液滴が吐出される側から液滴へレーザ光を照射するのが望ましい。これにより、液滴を被着させるための基板としてレーザ波長域に対して透明な基板だけでなく、レーザ波長域に対して不透明な基板をも採用できるため、材料選択の余地が広がる。
本発明の好適な態様において、被着面はレーザ光の波長帯域に対して透明な基板の表面であり、乾燥定着手段は透明基板の裏面側から液滴へレーザ光を照射するのが望ましい。液滴を被着させるための基板として透明基板を採用することで、被着面の裏側からレーザ照射を行うことが可能となり、液滴に含まれている溶媒が揮発性の高い溶剤であっても、適切な乾燥定着が可能となる。
本発明の好適な態様において、液滴吐出手段は複数の液滴を略同時に吐出し、乾燥定着手段は被着面に吐出された複数の液滴に対して複数のレーザ光を略同時に照射するのが望ましい。複数の液滴吐出と乾燥を略同時に行えるため、スループットを向上できる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は回折光学素子を含み、単一のレーザ光を回折光学素子によって複数のレーザ光に分岐させ、この分岐ビームを前記複数の液滴に照射するのが望ましい。回折光学素子を用いることで、単一のレーザ光を複数の回折ビームアレイに分岐させることができる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は複数の半導体レーザをアレイ状に配列して成る半導体レーザアレイを含み、半導体レーザアレイを用いて複数のレーザ光を複数の液滴に照射するのが望ましい。半導体レーザを用いることで、装置サイズをコンパクトにできる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は回折光学素子又は半導体レーザアレイを被着面の法線方向の回りに回転させることにより、液滴の配列ピッチに合わせてレーザ光のビームピッチを調整する。この構成により機能性材料を任意のパターンに描画できる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は複数の液滴を同時にレーザ照射できるようにビーム整形されたレーザ光を複数の液滴に一括照射するのが望ましい。この構成により、レーザ照射の位置合わせが容易になるとともに、複数の液滴を同時に乾燥定着できるため、スループットが向上する。
本発明の好適な態様において、レーザ光の強度分布形状はリング状、楕円状、又は棒状であるのが望ましい。レーザ光の強度分布をリング状にすることで、機能性微粒子の外縁を確実に乾燥させることができるので、機能性微粒子の拡散を抑制できる。また、レーザ光の強度分布を楕円状又は棒状にすることで、液滴の加熱時間を必要かつ十分に長くできるため安定した乾燥定着を可能にできる。
本発明の好適な態様において、レーザ光は照射領域の外縁が内部よりも強度が強いビームプロファイルを有しているのが望ましい。このようなビームプロファイルを有するレーザ光を液滴に照射すると、液滴の外縁を確実に乾燥できるため、乾燥工程時における液滴の着弾位置からの偏移を抑制できる。
本発明の好適な態様において、乾燥定着手段は照射領域の前縁よりも後縁の方が次第に強度が強くなるように強度勾配のあるレーザ光を液滴上で走査し、照射領域の前縁付近のレーザ照射によって液滴に含まれる溶媒の一部を気化し、焼結手段は照射領域の後縁付近のレーザ照射によって機能性材料を焼結するのが望ましい。同一のレーザ光で乾燥工程と焼結工程を連続して行うことにより、スループットを向上できる。
本発明の好適な態様において、機能性材料は特に限定されるものではないが、例えば、電気配線、カラーフィルタ、フォトレジスト、マイクロレンズアレイ、エレクトロ・ルミネセンス材料、又は生体物質のうち何れかが望ましい。
本発明のデバイス製造方法は本発明の機能性材料定着方法を用いてデバイスを製造する方法である。ここで、「デバイス」とは所定の用途又は機能を実現する機能素子又は装置等を広く含み、これらの構成要素である電気配線等も含むものとする。
本発明の電気光学装置は本発明のデバイス製造方法により製造されたデバイスを含む。ここで、「電気光学装置」とは電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた表示装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当て発光させる電子放出素子を備えたアクティブマトリクス型の表示装置等をいう。
本発明の電子機器は本発明の電気光学装置を含む。ここで、「電子機器」とは回路基板やその他の要素を備え、一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はない。かかる電子機器としては、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクタ、テレビジョン（ＴＶ）、ロールアップ式ＴＶ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
［発明の実施形態１］
図１は本発明の第１実施形態に関わる機能性材料定着装置１００の構成図である。
同図において、制御部１０２は吐出ヘッド１２０、基板キャリッジ１３０、レーザ１４０及びアクチュエータ１７０の各々に駆動信号を出力し、システム全体を制御する。この制御部１０２はＣＰＵ、タイマクロック、配線パターンを記憶したメモリ等を含んで構成される。溶液タンク１１０はＣ14Ｈ30（n-tetradecane）等の有機溶液（溶媒）に、配線の材料となる銀微粒子が混合された粘度２０ｍＰａ・ｓ程度の溶液を貯蔵する。吐出ヘッド１２０は制御部１０２の制御の下、溶液タンク１１０から溶液の供給を受けて、溶液を液滴化して吐出する。
基板キャリッジ１３０は制御部１０２の制御の下、吐出ヘッド１２０に対して基板１３２を水平方向に搬送する。この際、基板キャリッジ１３０は制御部１０２に含まれるメモリに記憶される配線パターンに従って基板１３２を走査する。これにより、基板１３２には吐出ヘッド１２０から吐出された液滴により配線パターンが描かれる。この実施形態においては、制御部１０２のメモリには図中Ａ方向と平行に延在する直線状の配線パターンが記憶されているものとし、基板１３２の走査方向はＡ方向であるものとする。
溶液タンク１１０の側方にはレーザ光源１４０が設けられている。レーザ光源１４０は制御部１０２から出力される駆動信号に応じて２種類の強度（高レベル又は低レベル）のレーザ光を出射して、基板１３２の上面を含む水平面内にレーザ光を集光させる。より詳細には、レーザ光はその集光位置Ｐ１と、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴の着弾位置Ｐ２とを結ぶ直線が、基板１３２の走査方向（この例ではＡ方向）と平行となるように集光される。従って、基板１３２に塗布された液滴は基板１３２のＡ方向の走査によりレーザ光の集光位置Ｐ１を通過する。レーザ１４０から出射されるレーザ光のうち低レベル強度のレーザ光は基板１３２に塗布された液滴の乾燥を促進させ、当該液滴を基板１３２上の塗布位置に定着させる役割を担う。一方、高レベル強度のレーザ光は当該液滴に含まれる銀微粒子群を焼成する役割を担う。
図２１はレーザ光源１４０から射出されるレーザ光の波長と液滴及び基板１３２の吸収率の関係を示している。レーザ波長が５００ｎｍ未満、又は１６００ｎｍ以上になると、基板１３２の吸収率が増加するため好ましくない。更に、レーザ波長が５００ｎｍ未満では液滴の吸収率も過度に増加するため好ましくない。できるだけ液滴のみを適度に加熱できる波長域として、５００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲が好適であり、特に、８００〜１１００ｎｍがより好ましい。
機能性材料定着装置１００における配線のパターンニング動作について説明する。この動作説明では、基板１３２の５回の走査により、Ａ方向と平行に延在する配線をパターンニングする例について説明する。まず、第１回目の走査時において、制御部１０２は吐出ヘッド１２０により液滴の吐出を開始して、これ以降一定の時間間隔にて液滴を吐出する。次いで、制御部１０２は基板キャリッジ１３０により基板１３２をＡ方向に走査して、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴を、配線パターンを描くように基板１３２上に着弾させる。この際、基板キャリッジ１３０は時間的に連続して吐出された液滴の各々が、互いに離間した位置に着弾するような速度にて基板１３２を走査する。この結果、基板１３２においては、各液滴が離間した状態で塗布される。
このように液滴を離間させて塗布するのは、次の理由による。一般に、複数の液滴が互いに連続するように液滴を塗布すると、その液滴の連続体は、表面張力の作用により球に近づくように変形し、局所的な移動が生じる。そこで、本実施形態においては、液滴を互いに離間するように塗布して、各液滴を塗布位置に留めるようにしている。このように互いに離間するように塗布された液滴の各々は基板キャリッジ１３０による基板１３２の搬送に伴い、レーザ１４０から出射されるレーザ光の集光位置Ｐ１へと順次搬送される。制御部１０２は液滴が集光位置Ｐ１に到達すると、低レベル強度のレーザ光をレーザ１４０から出射させ、基板１３２上面にレーザ光を集光させる。この低レベル強度のレーザ光の出射タイミングは、吐出ヘッド１２０と基板１３２との距離や、液滴の吐出速度、吐出ヘッド１２０に出力される駆動信号、着弾位置Ｐ２と集光位置Ｐ１との距離などに応じて決定される。
基板１３２上の液滴は集光位置Ｐ１を通過する間にレーザ光により加熱されて、液滴に含まれる有機溶液が気化する。基板キャリッジ１３０は液滴が集光位置Ｐ１を通過する間に有機溶液が若干残る程度まで液滴が乾燥するような速度で基板１３２を走査する。この走査速度は液滴に含まれる有機溶液の量や、レーザ光の強度等に応じて設定することができる。このようなレーザ光の照射により、液滴に含まれる銀微粒子が離散的に基板１３２に定着する。なお、１回の走査により液滴が必要十分に乾燥しなければ、液滴へのレーザ光の照射の処理についてのみ再走査しても良い。
このように、液滴に含まれる溶媒等の成分が若干残る程度に液滴の一部を気化させ、機能性材料がその着弾位置から偏移しないように液滴を増粘させることを本明細書では「乾燥」と称する。乾燥工程において許容され得る偏移の程度はパターニングされる機能性材料の用途によって異なる。例えば、電気配線のように機能性微粒子を密着させてライン状にパターニングする場合は、電気配線が断線しないように、機能性微粒子の着弾位置からの偏移量が液滴径の半分以下、好ましくは液滴径の５分の１以下になるように調整するのが好ましい。また、電気配線を形成する場合には、乾燥工程において機能性微粒子が完全に焼結しない程度にレーザ光の強度を調整するのがよい。乾燥工程で個々の機能性微粒子を焼結させてしまうと、機能性微粒子間の接触抵抗が大きくなるためである。
図２は第２回目の走査の様子を示す図である。同図に示すように、基板キャリッジ１３０は吐出ヘッド１２０から吐出された液滴が第１回目の走査により塗布された液滴の間隙を埋める位置に着弾するように基板１３２を搬送する。ここで、このように液滴を着弾させれば、新たに塗布された液滴と、第１回目の走査により塗布された液滴とが部分的に接することとなるが、第１回目の走査により塗布された液滴は、レーザ光により乾燥されている。このため、新たに塗布された液滴が第１回目の走査により塗布された液滴と融合して局所的な移動を起こすおそれはない。この後、新たに塗布された液滴の各々は引き続きレーザ光の集光位置Ｐ１まで順次搬送され、レーザ光により加熱されて乾燥する。以降、機能性材料定着装置１００においては、第３回、第４回の走査を同様にして行い、液滴を乾燥させつつ、溶液に含まれる銀微粒子を配線パターンに従って積層する。
図３は第５回目の走査の様子を示す図である。この第５回目の走査においては、上述の第１回目から第４回目までの処理とは異なり、液滴の乾燥の処理に替えて、銀微粒子群の焼成に関わる処理が行われる。制御部１０２はレーザ光源１４０のレーザ強度を低レベルから高レベルに切り替える。次いで、制御部１０２は吐出ヘッド１２０による液滴の吐出を開始し、これ以降、一定の時間間隔にて液滴を吐出する。また、基板キャリッジ１３０は第４回目の走査において乾燥された液滴の間隙に、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴が着弾するように基板１３２を搬送する。これにより、吐出液滴が、互いに離間するように基板１３２上に塗布される。
このようにして塗布された液滴は前回までの走査により乾燥された液滴（銀微粒子群１３４）と共に、レーザ光の集光位置Ｐ１へと搬送される。レーザ光源１４０は新たに塗布された液滴と、銀微粒子群１３４とに向けて、高レベル強度のレーザ光を照射し、約３００℃まで銀微粒子群１３４を加熱して銀微粒子群１３４を焼成する。これにより、銀微粒子群１３４に含まれる各銀微粒子が十分に結合し、銀微粒子群１３４の導電率が配線として必要十分なものとなる。
以上説明したように、本実施形態の機能性材料定着装置１００によれば、液滴にレーザ光を照射することにより、塗布直後に液滴を乾燥させる。これにより、液滴に含まれる銀微粒子を塗布位置から位置ずれを生じさせることなく基板１３２上に乾燥定着させることができる。また、本実施形態の機能性材料定着方法によれば、塗布された液滴はレーザ光により強制的に乾燥させられる。従って、液滴の塗布の工程と、塗布された液滴の自然乾燥の工程との組を繰り返し行う従来のパターニング技術と比較して処理時間を大幅に短縮することができる。
尚、この動作説明においては、定着していない液滴が互いに離間するように液滴を塗布する例を示したが、各々の液滴が部分的に連続するように塗布した場合であっても、塗布直後にレーザ光を照射することにより、銀微粒子を位置ずれなく定着させることが可能である。
加えて、本実施形態よれば、レーザ光を用いて配線の焼成を行うため、以下のような利点を有している。前述したように、従来では銀微粒子群１３４（配線）を基板１３２ごと加熱して焼成を行っていた。しかし、このような従来方法によれば、ガラスなどの基板１３２の熱膨張係数と、銀微粒子などの配線の熱膨張係数とが異なるため、焼成時に配線に亀裂が発生し、断線が生じる可能性があった。また、従来法では基板１３２の全体の膨張によってアライメントがずれてしまい精度よく吐出できないという問題もあった。
これに対し、本実施形態によれば、レーザ光を照射して基板１３２のうち銀微粒子群１３４の部分のみを局所的に加熱しているため、基板１３２において熱膨張がほとんど生じることがなく、アライメントがずれる可能性や断線が発生する可能性が低くなる。しかも、本実施形態によれば、基板１３２全体ではなく、銀微粒子群１３４のみを局所的に加熱するため、基板１３２ごと加熱する方式と比較して、エネルギー消費量を大幅に低減することが可能である。
［発明の実施形態２］
第１実施形態においては、液滴を塗布した後に当該液滴に低レベル強度のレーザ光を照射して、当該液滴を定着させる機能性材料定着装置１００について説明した。これに対し、第２実施形態においては、液滴の塗布と略同時に、当該液滴にレーザ光を照射して液滴を定着させる機能性材料定着装置について説明する。本実施形態の機能性材料定着装置の構成のうち上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明する。
図４は第２実施形態に関わる機能性材料定着装置２００の構成図である。同図に示されるように、同装置２００は第１実施形態の機能性材料定着装置１００と比較すると、レーザ光の光路に反射体１８０が新たに追加されている。この反射体１８０はレーザ光源１４０から出射されたレーザ光を基板１３２上面のうち吐出ヘッド１２０から吐出された液滴の着弾位置Ｐ２に集光するように反射する。仮に、吐出ヘッド１２０から液滴が吐出されてから着弾するまでの期間において、基板１３２がほとんど走査されないとみなせるならば、反射体１８０は、基板１３２上面のうち吐出ヘッド１２０に設けられたノズル１２６の鉛直下方の地点にレーザ光を集光させる。
このような構成により、パターニング時においては、レーザ光は反射体１８０により液滴の着弾位置Ｐ２に集光される。これにより、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴は着弾と略同時にレーザ光により加熱され、着弾と略同時に乾燥させられる。この結果、上述の第１実施形態と同様に、液滴に含まれる銀微粒子を塗布位置（着弾位置Ｐ２）に定着させることができる。
また、機能性材料定着装置２００によれば、液滴が着弾と略同時に乾燥されるため、以下のような利点を有している。現在用いられている吐出ヘッドの多くは、図５に例示すように、複数のノズル１２６が一定のピッチで並設された構成をしている。このような吐出ヘッド１２０によれば、１回の走査により、平行に延在する複数の配線にかかるパターニング処理を実行することができる。ここで、第１実施形態における機能性材料定着装置１００であれば、液滴を塗布する絶対位置と、当該液滴を乾燥させる絶対位置とが異なるため、走査時におけるノズル１２６の配列方向（図中Ｃ方向）と、基板の走査方向Ａとがなす角度は固定される。このため、配線ピッチを変更する場合においては、ノズル１２６自体のピッチを変更しなければならない。つまり、配線ピッチの数だけ、吐出ヘッド１２０が必要となる。
これに対し、第２実施形態の機能性材料定着装置２００によれば、レーザ光は着弾位置Ｐ２に集光されるため、液滴を塗布する絶対位置と、当該液滴を乾燥させる絶対位置とが略同一となる。従って、図６に示すように、ノズル１２６の配列方向Ｃに対して、基板１３２の走査方向Ａを傾けてパターニングすることも可能である。この結果、機能性材料定着装置２００においては、一つの吐出ヘッド１２０を用いて、複数のピッチの配線パターニングを行うことができる。
尚、本実施形態においては、反射体１８０を用いて反射光（レーザ光）を着弾位置Ｐ２に集光させる例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、レーザ光源１４０から出射された直接光（レーザ光）が着弾位置Ｐ２に集光されるような位置にレーザ１４０を設ける構成としても良い。
［発明の実施形態３］
上述した第１実施形態においては、一組の吐出ヘッド１２０及びレーザ１４０に対して基板１３２を走査させて、機能性材料を定着させる機能性材料定着装置１００について説明した。これに対し、第３実施形態においては、２組の吐出ヘッド及びレーザに対して基板１３２を走査させる機能性材料定着装置について説明する。
図７は第３実施形態に関わる機能性材料定着装置３００の構成図である。同図に示すように、同装置３００は基板１３２の搬送方向Ａの上流側に位置する溶液タンク１１０ａと、下流側に位置する溶液タンク１１０ｂとを備えている。このうち、溶液タンク１１０ａには吐出ヘッド１２０ａとレーザ光源１４０ａとが取り付けられている。一方、溶液タンク１１０ｂには吐出ヘッド１２０ｂとレーザ光源１４０ｂとが取り付けられている。更に、レーザ光源１４０ａから出射されたレーザ光の集光位置Ｐａ１と、吐出ヘッド１２０ａから吐出された液滴の着弾位置Ｐａ２と、レーザ光源１４０ａから出射されたレーザ光の集光位置Ｐｂ１と、吐出ヘッド１２０ｂから吐出された液滴の着弾位置Ｐｂ２との各々が一直線上に並び、且つ、その直線が走査方向Ａと同一方向に略平行となるように設けられている。
このような構成の下、機能性材料定着装置３００においては、以下のようにして配線パターニングを行う。制御部３０２は上流側に設置された吐出ヘッド１２０ａにより液滴を吐出させ、その液滴が基板１３２上で互いに離間して塗布されるように基板１３２を走査する。続いて、制御部３０２は吐出ヘッド１２０ａにより塗布された液滴に向けて、レーザ光源１４０ａからレーザ光を出射し、液滴を乾燥させる。制御部３０２は下流側に設置された吐出ヘッド１２０ｂにより液滴を吐出させ、その液滴が、上流側の吐出ヘッド１２０ａにより塗布された液滴の間に塗布されるように基板１３２を走査する。続いて、制御部３０２は吐出ヘッド１２０ｂにより塗布された液滴に向けて、レーザ光源１４０ｂからレーザ光を出射して、液滴を乾燥させる。
このように、２組の吐出ヘッド１２０ａ及びレーザ光源１４０ａと、吐出ヘッド１２０ｂ及びレーザ光源１４０ｂとの各々によって、液滴の塗布と乾燥との処理を並行して行うことにより、走査回数を減少させることが可能となり、生産性を向上できる。
尚、本実施形態においては、機能性材料定着装置３００は２組の吐出ヘッド１２０ａ及びレーザ光源１４０ａと、吐出ヘッド１２０ｂ及びレーザ光源１４０ｂとを具備している場合を例示したが、吐出ヘッドとレーザ光源とを３組以上設けることにより、さらに効率的にパターニングを行うことが可能である。
尚、本発明は上述した各実施形態の具体的な構成に限らず、各実施形態に種々の応用や変形などを加えることが可能である。
例えば、各実施形態においては、位置が固定された吐出ヘッド１２０，１２０ａ，１２０ｂに対して、基板１３２を走査して、パターニングする例を示したがこれに限らない。例えば、位置が固定された基板１３２に対して、吐出ヘッド１２０，１２０ａ，１２０ｂを走査して、パターニングしても良いし、また、基板１３２及び吐出ヘッド１２０，１２０ａ，１２０ｂの各々を走査して、パターニングしても良い。要は、基板１３２に塗布された液滴に向けてレーザ光を照射して、液滴に含まれる機能性材料を基板１３２に定着させる構成であれば、走査形態は如何なるものであっても良い。
［発明の実施形態４］
図９は機能性材料定着装置４００の平面図を示している。同装置４００は、主に、機能性微粒子を含む液滴を被着させるための基板２０と、基板２０を水平面内において相互に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるための基板ステージ２１と、基板２０に液滴を吐出するためのノズルヘッド（液滴吐出手段）３０と、基板２０上に吐出された液滴にレーザ光を照射して局所的な加熱で液滴を乾燥定着させるためのビームヘッド（乾燥定着手段）４０と、基板２０上に乾燥定着した機能性微粒子を加熱焼結するための焼結装置（焼結手段）６０と、各種駆動系等（基板ステージ２１の搬送駆動系、ノズルアレイ３０の液滴吐出駆動系、ビームヘッド４０のレーザ駆動系、及び焼結装置６０の加熱制御系）を制御するための制御部５０を備えて構成されている。ノズルヘッド３０には複数のノズル３１がアレイ状に配列されており、ノズルアレイ３２を構成している。ノズルヘッド３０としては、インクジェットヘッドなどが好適である。
本実施形態では、導電性微粒子（例えば、銀微粒子）を機能性微粒子として用いて、液滴をライン状に吐出・塗布し、これを乾燥及び焼結させることで電気配線を形成する。ノズルヘッド３０は水平面内で回転自在に構成されており、基板２０の搬送方向とノズルアレイ３２の配列方向のなす角度を任意の角度に調整・保持することにより、ライン状に塗布された液滴のラインピッチ（図１３〜図１６の配線ピッチＰ）を自在に可変できるように構成されている。基板ステージ２１は基板２０上に所定の配線パターンが描かれるように基板２０をＸ方向及びＹ方向に搬送する。ビームヘッド４０は基板２０上にビームアレイを発生させるための手段であり、例えば、単一のレーザ光から複数の分岐ビームを発生させる回折光学素子などのビーム分岐素子や、半導体レーザをアレイ状に配列して成る半導体レーザアレイなどが好適である。ビームアレイ４０についても同様に水平面内で回転自在に構成されており、液滴のラインピッチに合せてビームピッチを適宜調整できるように構成されている。
図１０は機能性材料定着装置４００の側面図を示している。ここでは、上述したビームヘッド４０として、回折ビームアレイを発生させるための回折光学素子４２を採用している。図示しないレーザ光源から照射されたレーザ光は反射鏡４１により回折光学素子４２へ導かれ、複数の分岐ビームとなって基板２０上にビームスポット４４のアレイを形成する（図１０で、紙面と直交する方向にアレイが存在する）。基板２０の搬送方向の上流側にはノズルヘッド３０が位置し、下流側には回折光学素子４２が位置しており、被着面２０ａに付着した液滴１０は基板２０とともに下流側に向かって搬送され、分岐ビームの集光位置を通過する。レーザ光の局所照射を受けた液滴１０は被着面２０ａ上に乾燥定着する。ノズルヘッド３０とビームヘッド４０は共に基板２０の表面側に設置されており、被着面２０ａへの液滴吐出方向とレーザ照射方向は同じである。レーザ光の光路には制御部５０によって開閉自在に構成されたシャッタ４３が設置されており、ビームスポット４４の集光位置に液滴１０が到着した時点でレーザ照射され、所定時間経過後にレーザ照射が終了するように、シャッタ４３の開閉タイミングが制御される。シャッタ４３の開閉タイミングは、液滴１０の吐出速度、飛行距離、吐出タイミング、液滴１０の着弾位置からビームスポット４４の集光位置までの距離によって定まる。
図１３は配線ピッチと回折ビームアレイの関係を示しており、基板２０の搬送方向と同方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する向きをＹ方向としている。また、４４は上述したビームスポット、４４ａはビームプロファイル（ガウス分布）、４５は回折ビームアレイ、Ｐは配線ピッチ、θは回折ビームアレイ４５の配列方向とＹ方向との成す回転角度を示している。レーザ光の波長をλ、集光距離をｆ、回折光学素子４２の周期をｄとすれば、ビームピッチΔ（θ）は、後記の（１）式によって与えられる。ここで、Ｍ＝１（奇数分岐）、Ｍ＝２（偶数分岐）である。Δ（θ）＝Ｐとなるようにθを調整することで、配線ピッチＰとビームピッチを同一にすることが可能となり、１回の搬送で複数の液滴１０を複数のビームスポット４４で同時に乾燥定着させることができる。また、ビームアレイ４５の傾き加減を制御して回転角度θを調整することで、ビームピッチを調整できるため、様々な配線ピッチＰに対応できる。
Δ（θ）＝Ｍλｆｃｏｓθ／ｄ …（１）
本実施形態では、ガウス強度分布を有するＹＡＧレーザを使用し、回折光学素子４２として分岐と集光の二つの作用を有するものを用いた。集光距離ｆは２００ｍｍ、ビーム分岐数は１８０である。同素子４２は波長１．０６４μｍに対して透明なＳｉＯ2の基板上に透過型素子として作製したものである。配線ピッチＰが１４１．５μｍ（１８０ｄｐｉ）の場合、集光距離ｆを２００ｍｍ、入射ビーム径を１０ｍｍとすると、集光ビーム径は１２９μｍとなる。このビーム径は塗布後の液滴１０の径とほぼ等しい。
図８（ａ）はノズルヘッド３０から被着面２０ａへ吐出された液滴１０の状態を示している。液滴１０は機能性微粒子１１等を溶媒１３中に含む溶液である。ここでは、機能性微粒子１１として銀微粒子などの配線材料を用い、溶媒１３としてＣ14Ｈ30（ｎ−テトラデカン）などの有機溶剤を用いた。液滴１０は溶媒１３の他にも、少量の界面活性剤や、微粒子の凝集を防止するための保護剤などを含有していてもよい。液滴１０の粘度としては安定した液滴吐出特性が得られるように調整されるのが望ましい。機能性微粒子１１の表面は極薄い皮膜１２によって被覆されており、溶媒１３中において機能性微粒子１１同士が互いに凝集しないように構成されている。皮膜１２は機能性微粒子１１の表面全部を被覆するのが好ましいが、一部に被覆されていない部分があっても、機能性微粒子１１同士が凝縮しない程度に被覆されていればよい。ここでは機能性微粒子１１の直径を〜３ｎｍ、皮膜１２の厚みを〜１ｎｍ、液滴１０の粘度を２０ｍＰａ・ｓ程度、その容積を〜１０ｐｌ、液滴サイズを〜２０μｍとした。また、液滴１０を塗布する基板２０として、ソーダライムガラスを用いた。
図１７は被着面２０ａに着弾する液滴１０の着弾位置を示している。同図において、白丸は１回目の塗布で吐出される液滴１０の着弾位置、黒丸は２回目の塗布で吐出される液滴１０の着弾位置を示している。１回目の塗布は液滴１０同士が表面張力の作用によって局所的な移動を起こさないように適度な間隔をあけて点線状に液滴吐出が行われる。１回目の塗布で吐出された液滴１０がレーザ照射により十分に乾燥定着したならば、この乾燥定着した液滴１０の隙間を埋めるように基板２０の搬送速度を制御して２回目の液滴吐出が行われる。このようにして液滴１０を吐出すると、２回目の塗布で新たに吐出された液滴１０と、１回目の塗布で既に吐出された液滴１０とが部分的に接することとなるが、１回目に塗布された液滴１０はレーザ照射によって乾燥定着しているため、新たに塗布された液滴１０が１回目に塗布された液滴１０と融合して局所的な移動を起こすことはない。この後、新たに塗布された液滴１０の各々は引き続きビームスポット４４の集光位置まで搬送され、レーザ照射を受けて加熱され、乾燥定着する。以降、３回目、４回目の搬送を同様にして行い、液滴１０を乾燥させつつ、液滴１０に含まれる機能性微粒子１１を配線パターン上に積層する。
尚、本発明は上述のように液滴１０同士の間隔を空けて塗布することに限定されるものではなく、例えば、液滴１０同士が部分的に接触するように重なり合う場合であっても、液滴１０の塗布直後にレーザ光を照射することで、液滴１０の凝集を抑制し、機能性微粒子１１を所定位置に乾燥定着させてもよい。
図８（ｂ）はレーザ光の照射を受けて被着面２０ａに乾燥定着した液滴１０の状態を示している（乾燥定着工程）。レーザ光の照射条件としては機能性微粒子１１が皮膜１２によって被覆されたままの状態で溶媒１３等を含む液滴１０の一部が気化するようにレーザ光のビーム強度、照射時間（例えば、基板２０の搬送速度）等を調整する。乾燥定着に使用するレーザ光源としては、溶媒１３の固有吸収によって発熱を生じさせる波長帯域を有するものが望ましく、例えば、近赤外域（〜０．８−１．０μｍ）に波長帯域を有するものが好適である。このような光源として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（１．０６４μｍ）、半導体レーザ（０．８１，０．９４μｍ）等を用いることができる。この乾燥定着工程により、液滴１０は被着面２０ａに着弾後速やかに乾燥定着されるため、他の液滴１０と融合して凝集することがない。
このように、機能性微粒子が皮膜１２によって被覆されている条件下では、レーザ局所加熱によって溶媒１３等を含む液滴１０の少なくとも一部を気化し、皮膜１２によって被覆されたままの状態で機能性微粒子１１を被着面２０ａに乾燥定着させるのが好ましい。ここで、レーザ局所加熱には、単一のビームスポットで単一又は複数の液滴１０をレーザ照射して加熱する場合の他に、広域ビームを用いて単一又は複数の液滴１０をレーザ照射して加熱する場合も含む。レーザ照射条件は機能性微粒子１１や溶媒１３の物理化学的性質等に応じて様々であるため、これらの条件に応じてレーザ光源を適宜選定し、レーザ照射条件を設定すればよい。
図８（ｃ）は乾燥定着後の機能性微粒子１１を焼結し、配線１４を形成した状態を示している（焼結工程）。本工程は焼結装置６０により、例えば、基板２０上に塗布された配線パターンの全部又は一部を高温雰囲気中にて一括加熱（広域加熱）することにより行う。機能性微粒子１１の焼結を行うと、皮膜１２は除去され、機能性微粒子１１は互いに結合して配線（機能性微粒子群）１４が形成される。この焼結工程により、銀微粒子群の導電率が電気配線１４として必要かつ十分なまでに高められる。本明細書において「焼結工程」とは、乾燥定着した機能性微粒子１１の一群を一括加熱する工程を称するものとする。
以上、説明したように、本実施形態によれば、塗布後の液滴１０をレーザ局所加熱することで、液滴１０を速やかに乾燥定着させることができる。その結果、液滴の局所的な移動によって着弾位置からずれることなく、液滴１０に含まれる機能性微粒子１１を被着面２０ａ上に安定に定着させることができる。また、レーザ局所加熱によって液滴１０を積極的に乾燥させることにより、液滴塗布工程と自然乾燥工程とを繰り返し行う従来の配線技術と比べて、処理時間を大幅に短縮できる。
また、上述の説明ではノズルヘッド３０とビームヘッド４０の位置を固定した上で基板２０を水平方向に搬送する構成を例示したが、これに限らず、例えば、基板２０の位置を固定した上でノズルヘッド３０とビームヘッド４０を走査して機能性微粒子１１をパターニングしてもよい。もとより、基板２０、ノズルヘッド３０、及びビームヘッド４０の各々を相対的に搬送又は走査して、機能性微粒子１１をパターニングしてもよい。
［発明の実施形態５］
本実施形態においては、レーザ光の波長域に吸収帯を有する染料系の光熱変換材料を予め液滴１０に含ませておき、主として、光熱変換材料の光熱変換作用によって液滴１０を乾燥定着させる。光熱変換材料としては、機能性微粒子１１以外の物質であって、溶媒１３によく溶けるものが望ましい。光熱変換材料を用いれば、液滴１０の固有吸収を利用した場合に比べて、乾燥定着工程における光利用効率を格段に向上できる。また、光熱変換材料を用いれば、レーザ波長を〜１μｍ前後あるいはそれ以下に短くできるため、レーザ光源として小型軽量の半導体レーザを用いることができる。その結果、機能性材料定着装置５００のサイズをコンパクトにできる。また、半導体レーザ（ＬＤ）には高効率、高寿命、低電圧等のメリットがある。さらに、半導体レーザを用いることによって、精細なビームスポット４４を発生させ、高精度に液滴１０を局所加熱できる。また、光熱変換材料を基板２０上に形成しておき、光熱変換材料の上に、機能性微粒子１１を定着させることもできる。例えば、光熱変換材料を含む溶媒を液滴吐出法などにより基板２０上に吐出し、乾燥及び焼結工程を経て、光熱変換材料を基板２０上に形成する。次に、光熱変換材料の上に、導電性微粒子などの機能性材料１１を含む液滴１０を吐出・塗布する。そして、実施形態５に記載の工程を経て、機能性微粒子１１を基板上方に定着させることができる。この場合においても、上述の実施形態５と同様な効果を奏する。
［発明の実施形態６］
本実施形態においては、図１４に示すようにビームスポット４６のビーム強度をリング状にする。４６ａはビームプロファイルを示している。照射スポットの外縁の照射強度が内側の照射強度よりも強くなるようにビームプロファイル４６ａを調整することで、液滴１０が被着面２０ａに着弾した直後の機能性微粒子１１の拡散を抑制し、配線幅の広がりを防止できる。また、機能性微粒子１１の含有濃度や液滴吐出量の多寡に関係なく、精細な配線パターンを描画できる。このようなビームプロファイル４６ａを得るには、上述の回折光学素子４２の位相関数を工夫すればよい。
［発明の実施形態７］
本実施形態においては、図１５に示すようにビームスポット４７のビーム強度を、基板搬送方向（Ｘ方向）を長軸とする楕円状又は棒状にする。４７ａはビームプロファイル（ガウス分布）を示している。このような構成にすれば、基板２０の搬送速度をわざわざ遅くしなくても液滴１０へのレーザ照射時間を長くでき、安定した乾燥定着が可能となる。ビームスポット４７のビーム強度を楕円状又は棒状にするには、上述の回折光学素子４２の位相関数を工夫すればよい。
［発明の実施形態８］
本実施形態においては、図１６に示すように複数の液滴１０を全て同時にレーザ一括照射できるように矩形状に整形された広域ビーム４８を用いる。４８ａはＸ方向のビームプロファイル（ガウス分布）、４８ｂはＹ方向のビームプロファイルを示している。このような構成にすれば、レーザ照射の位置合わせが極めて容易となる。また、液滴１０の配列ピッチＰが変更された場合でも容易に対応できる。広域ビーム４８を生成するには、上述の回折光学素子４２の位相関数を工夫すればよい。但し、この位相関数にはビームを分岐する作用は含まれない。
［発明の実施形態９］
図１１は本実施形態の機能性材料定着装置５００の構成図を示している。同装置５００は基板２０の表面側（被着面側）にノズルヘッド３０が設置され、基板２０の裏面側にはビームヘッドとしての回折光学素子４２が設置されている。基板２０はレーザ光を透過できる透明材質で構成されている。このような構成にすれば、液滴１０が被着面２０ａに着弾すると同時にレーザ照射を行うことができ、溶媒１３として揮発性の高い溶剤を用いた場合でも安定した乾燥定着を可能にできる。
［発明の実施形態１０］
図１２は本実施形態の機能性材料定着装置６００の構成図を示している。同装置６００はビームヘッドとして半導体レーザアレイ４９を具備している。半導体レーザ単体の大きさは〜０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度であるため、装置全体のサイズをコンパクトにできる。半導体レーザアレイ４９の設置場所は基板２０の表面側に限らず裏面側でもよい。
［発明の実施形態１１］
上述の各実施形態では、乾燥工程と焼結工程とを分けて行っていたが、レーザ光のビームプロファイルを工夫することによって、同一のレーザ光によって両工程を連続的に行ってもよい。例えば、図１８に示すように、双峰的強度分布を有するビームプロファイル７０ａを有するレーザ光を液滴１０上で走査し、強度が低い部分７０ａ'で乾燥を行い、郷土が高い部分７０ａ"で焼結を行う。図２０は双峰的強度分布を有するビーム強度の測定結果を示している。レーザ照射を受けた液滴１０の時間経過に伴う温度変化は図１９のようになる。ここで、温度Ｔ１は、主として、照射領域７０の前縁７０ｆ付近からのレーザ照射によって昇温した液滴１０の温度を示しており、乾燥定着に好適な温度になるようビームプロファイル７０ａ'が調整されている。温度Ｔ２は、主として、照射領域７０の後縁７０ｂ付近のレーザ照射によって昇温した液滴１０の温度を示しており、焼結に好適な温度になるようにビームプロファイル７０ａ"が調整されている。このように、レーザ光のビームプロファイルを調整することで、乾燥工程と焼結工程を同一のレーザ光で略同時に行えるため、スループットを大幅に向上できる。但し、この手法は、例えば、図１７に示すように２回目の液滴塗布が終了した後に行うのが望ましい。
［発明の実施形態１２］
図２２は上述した機能性材料定着方法によりパターニングされた配線を有するＲＦＩＤタグを示している。ここに示すＲＦＩＤタグ８００は電波方式認識システムで用いられる電子回路であり、ＩＣカードなどに搭載される。さらに詳述すると、ＲＦＩＤタグ８００は、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）基板１３２上に設けられたＩＣ８０４と、ＩＣ８０４に接続され、渦巻状に形成されたアンテナ８０６と、アンテナ８０６上の一部に設けられたソルダーレジスト８０８と、ソルダーレジスト８０８上に形成されアンテナ８０６の両端を接続してループ状にする接続線８１０とを含む。このうち、アンテナ８０６は上述した機能性材料定着方法により形成されたものである。このため、アンテナ８０６は銀微粒子を含む液滴がその塗布位置から位置ずれを起こすことなく基板１３２上に定着されたものである。
図２３は上述した機能性材料定着方法によりパターニングされたカラーフィルタを示している。同図において、カラーフィルタ８２０Ｒ、８２０Ｇ及び８２０Ｂの各々は機能性材料定着方法によりパターニングされたものである。より具体的には、着色部８２０Ｒには赤色の顔料を含む溶液（カラーフィルタ）がパターニングされ、着色部８２０Ｇには緑色の顔料を含む溶液（カラーフィルタ）がパターニングされ、着色部８２０Ｂには青色の顔料を含む溶液（カラーフィルタ）がパターニングされている。ここで、カラーフィルタ８２０Ｒ、８２０Ｇ及び８２０Ｂの各々は、液滴（カラーフィルタ）の塗布位置にて定着されており、各カラーフィルタ間で混合などが生じる可能性が低いため、その品質が、高品質なものとなる。
この他にも、本発明の機能性材料定着方法は、立体造詣に用いられる熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂、エレクトロ・ルミネセンス（ＥＬ）素子に含まれるＥＬ材料、印刷用の顔料系インク、液晶ディスプレイパネルなどに用いられるマイクロレンズアレイ、ＤＮＡ又は蛋白質などの生体物質などの各種機能性材料を所望のパターンにパターニングする場合にも適用できる。また、第５実施形態においては、被着面２０ａとして基板２０の表面を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、立体造詣に用いられる熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂のように機能性微粒子１１を三次元的に積層することでその用途又は機能を発揮する場合には、既に定着してある機能性微粒子１１の表面が被着面２０ａとなる。
図２４は上述した機能性材料定着方法により形成されたカラーフィルタを有する電気光学装置を搭載した電子機器の一例を示している。同図に示す携帯電話機９００はカラーフィルタを有する液晶パネル９４０を表示部として搭載している。携帯電話機９００は複数の操作ボタン９１０の他、受話口９２０、送話口９３０とともに、電話番号などの各種情報を表示する表示部として、液晶パネル９４０を備えている。この他にも、電気光学装置として、コンピュータ、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ、車載機器、複写機、オーディオ機器等に適用できる。
第１実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 第１実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 第１実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 第２実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 液滴吐出動作の説明図である。 液滴吐出動作の説明図である。 第３実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 液滴の乾燥・焼結工程の断面図である。 第４実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 第４実施形態の機能性材料定着装置の構成図である。 第９実施形態の機能性材料定着装置の側面図である。 第１０実施形態の機能性材料定着装置の側面図である。 第４実施形態のビームアレイの説明図である。 第６実施形態のビームアレイの説明図である。 第７実施形態のビームアレイの説明図である。 第８実施形態のビームアレイの説明図である。 第４実施形態の液滴吐出の説明図である。 第１１実施形態のビームプロファイルの説明図である。 第１１実施形態の液滴の温度変化を示すグラフである。 第１１実施形態のビームプロファイルの説明図である。 レーザ波長と吸収率との対応関係を示すグラフである。 ＲＦＩＤタグの説明図である。 カラーフィルタの説明図である。 携帯電話の説明図である。 従来の液滴吐出を説明する図である。 従来の液滴吐出を説明する図である。
符号の説明
１０…液滴 １１…機能性微粒子 １２…皮膜 １３…溶媒 １４…配線 ２０…基板 ２０ａ…被着面 ２１…基板ステージ ３０…ノズルヘッド ３１…ノズル ３２…ノズルアレイ ４０…ビームヘッド ５０…制御部 ６０…焼結装置

Claims (6)

  1. 溶媒中に分散された機能性材料を含む液滴を被着面上に吐出する液滴吐出工程と、
    前記被着面上に吐出された前記液滴を第1のレーザ光の走査により乾燥定着させる乾燥工程と、
    前記液滴および前記乾燥定着させた液滴を第２のレーザ光の走査により焼結させる焼結工程と、
    を含み、
    前記第１のレーザ光の照射レベルは低レベル強度であって、前記機能性材料が完全に焼結しない程度に調整された強度であり、
    前記第２のレーザ光の照射レベルは高レベル強度であって、前記機能性材料を焼結させる強度であり、
    前記液滴吐出工程と前記乾燥工程とを複数回繰り返した後で前記焼結工程が行われる、
    機能性材料定着方法。
  2. 請求項１に記載の機能性材料定着方法であって、
    前記機能性材料は、銀微粒子が混合されているものである、機能性材料定着方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載の機能性材料定着方法であって、
    前記液滴に含まれる前記機能性材料は皮膜で被覆された状態で前記溶媒中に分散している、機能性材料定着方法。
  4. 請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の機能性材料定着方法であって、
    前記乾燥工程は前記被着面に対して前記液滴が吐出される側から前記液滴へレーザ光を照射する工程を含む、機能性材料定着方法。
  5. 請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の機能性材料定着方法であって、
    前記被着面は前記第１のレーザ光の波長帯域に対して透明な基板の表面であり、
    前記乾燥工程は前記透明基板の裏面側から前記液滴へ前記第１のレーザ光を照射する工程を含む、機能性材料定着方法。
  6. 請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の機能性材料定着方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法。
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