JP4325868B2 - 配線パターン形成方法および表示装置の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置の製造に係り、特にインクジェット法等に代表される液体プロセスを用いて絶縁基板上に配線パターンを形成する方法とこの配線パターンを形成する方法を用いた表示装置の製造に好適なものである。

画素ごとに点灯を制御する、所謂アクティブ・マトリクス方式のフラットパネル型表示装置では、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子（以下、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で説明）とこの薄膜トランジスタで駆動される画素電極を有する多数の画素を一方の絶縁基板上に行および列にマトリクス状に配置して構成される。

マトリクス配置された多数の薄膜トランジスタを行毎に選択する走査信号を供給する複数のゲート配線（一方の薄膜配線パターン）と、選択されたゲート配線に接続した薄膜トランジスタに表示データを供給する複数のデータ配線（他方の薄膜配線パターン）とは、上記行および列に対応してマトリクス状に交差配置される。そして、この各薄膜配線パターン（ゲート配線パターンとデータ配線パターン）の交差領域のそれぞれに画素が配置されている。なお、表示装置の種類によっては、ゲート配線とデータ配線の他に当該表示装置の表示方式に応じて必要な補助容量配線などの薄膜配線パターンを有するものがある。以下の説明は、このような薄膜配線パターン（以下では単に配線パターンとも称する）にも同様に適用できる。

上記のゲート配線パターンやデータ配線パターンは、ホトリソグラフィー（以下ホトリソと略記する）手法で形成するのが一般的であったが、近年、インクジェット法等の液体プロセスを用いた配線パターン形成方法が提案された。以下では、液体プロセスをインクジェット法を例として説明する。このインクジェット法を用いた薄膜配線パターン形成技術は、例えば「非特許文献１」に記載されている。また、「特許文献１」には、絶縁基板に樹脂膜のパターニングを用いたバンクで溝（パターン溝）を形成し、このパターン溝にインクジェット法で薄膜材料液を充填してパターン溝に応じた薄膜配線パターンを形成する技術が開示されている。

絶縁基板面に感光性樹脂（ホトレジスト）のバンクでパターン溝を形成し、このパターン溝にインクジェット法で配線材料インク（薄膜材料液）を滴下し充填して薄膜配線を形成する成膜技術では、バンクはホトレジストの塗布とホトマスクを用いた露光・現像プロセスで形成される。このバンクの表面は撥液処理し、溝の底部は親液処理を施す。このようなバンクの形状、接触角からの配線材料インクの盛り込み量を算出する方法に関しては特許文献２に記載がある。

また、ノズルから吐出して基板上に滴下したインク液滴のサイズと接触角に関しては、特許文献３に記載がある。
「日経エレクトロニクス」（２００２．６．１７発行、６７頁から７８頁） 特開２０００−３５３５９４号公報 特開２００２−１３１５２９号公報 特開２００４−１４６７９６号公報

インクジェット法においては、薄膜配線パターンに塗布可能な配線材料インクの総量は溝幅（パターン幅）、バンク高さ、バンクに盛り込んだ配線材料インクと撥液処理をしたバンク表面との接触角により規定される。薄膜配線パターンの膜厚は、バンクに盛り込んだ配線材料インクの総量とインク内の導電微粒子含有率により一義的に定まる。また、基板に施した撥液処理および親液処理による接触角は、時間と共に変化する。通常、親液処理部の接触角は時間と共に大きくなり、撥液処理部の接触角は若干小さくなる。親液処理部の接触角の変化の方が撥液処理部の接触角の変化に比べてかなり大きい。

そのため、通常は基板製造ラインの上流に設置される撥液/親液処理部で、撥液/親液処理された基板が下流に設置されるインクジェット塗布部に到達する時間や雰囲気が基板ごとで異なると、撥液部と親液部に滴下されたインク液滴の接触角が変化する。接触角が変化することでその後に乾燥、焼成されて形成される配線パターンの膜厚にムラが生じたり、あるいは欠けや断線等の不具合が発生する可能性が生じる。さらに、得られる配線パターンの膜厚がバンクの高さに対してことなることで基板面に段差が生じ、上層に成膜する絶縁層のカバレッジ不良等の不具合が起こり易い。その結果、表示装置の信頼性を低下させてしまう。なお、このことは、ゲート配線、データ配線、その他の配線や電極についても同様である。

本発明の目的は、基板上に配線パターンを形成するインク液を塗布する前に基板に施した撥液/親液の表面処理状態を評価し、この評価結果を所用の工程に反映することにより、形成される配線パターンの不具合を抑制した配線パターン形成方法、およびこの配線パターン形成方法で信頼性の高い表示装置を製造するための製造装置を提供することにある。

本発明による配線パターン形成方法は、表示装置を構成する絶縁基板上に評価用撥液部と評価用親液部とからなる滴下インク評価部を設け、これら評価撥液部と評価用親液部のそれぞれに評価用インク液滴を吐出する。そして、評価用撥液部と前記評価用親液部のそれぞれに吐出された評価用インク液滴の径を計測し、その計測結果を配線パターンの形成に反映させることを特徴とする。

また、本発明による表示装置の製造装置は、表示装置を構成する絶縁基板上の異なる部分に、撥液性と親液性をそれぞれ施して撥液部と親液部を形成する撥液・親液処理装置と、
該絶縁基板上の滴下インク評価部の撥液部と親液部のそれぞれにインク液滴を吐出するノズルと、吐出されたインク液滴の径を計測する計測装置とからなる評価用インク液滴吐出・計測装置と、
絶縁基板の配線パターンを形成する撥液部と親液部に配線用インク液滴を吐出してインクパターンを形成するノズルを有する配線用インク液滴吐出装置と、
絶縁基板に吐出されたインク液滴で形成されたインクパターンを焼成して配線パターンとする焼成装置と、
撥液・親液処理装置を上流に配し、焼成装置を下流に配して、絶縁基板を前記各装置に順次搬送し、移載する基板搬送・移載装置と、
撥液・親液処理装置、評価用インク液滴吐出・計測装置、配線用インク液滴吐出装置、焼成装置、基板搬送・移載装置を含む配線パターン形成のための一連の処理工程を制御する制御装置とを含むことを特徴とする。

本発明は、上記の構成および後述する実施の形態に記載の構成に限るものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

本発明により、インクジェット法に代表される液体プロセスで形成した配線パターンの膜厚ムラ、あるいは欠けや断線等の不具合、基板面の段差、上層に成膜する絶縁層のカバレッジ不良等の不具合を抑制して、信頼性の高い表示装置を製造することができる。

以下、本発明の表示装置およびその製造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の配線パターン形成方法を用いた表示装置の製造装置の実施例１を説明する構成図である。この製造装置は、撥液処理装置１、親液処理装置２、評価用インク液滴吐出・計測装置３、インクジェット装置５、焼成装置６、および制御装置７を一連の処理工程の上流から下流に沿って配列してある。なお、評価用インク液滴吐出・計測装置３の計測結果で不適と判定された基板は払出カセット４に払い出される。絶縁基板は図中の矢印に沿って搬送され、順次各装置に移載されて処理を受ける。

絶縁基板には、感光性樹脂を用いたパターニングで当該感光性樹脂が除去された絶縁基板部分を底部とし、残留した前記感光性樹脂をバンクとした溝パターンが設けられる。この溝パターンは最終的に形成される配線パターンに対応する。前記バンクの表面には撥液処理装置１で撥液性を付与し、溝パターンの底部（絶縁基板面）には親液性を付与する。また、絶縁基板の一部には滴下インク評価部を設ける。この滴下インク評価部は、絶縁基板上の配線パターン形成部分の領域とは異なる部分に設けるのが望ましい。滴下インク評価部は撥液部と親液部を有する。

この滴下インク評価部の撥液部と親液部も上記した配線パターンと同様、撥液部は感光性樹脂、親液部は絶縁基板面としてある。そして、撥液部は撥液処理装置１で撥液性が付与され、親液部は親液処理装置２で親液性が付与される。

図２は、評価用インク液滴吐出・計測装置の構成例の説明図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の滴下インク評価部の拡大図を示す。評価用インク液滴吐出・計測装置３は絶縁基板１０を載置するステージ１１、評価ヘッド１２とで構成される。この構成例では、絶縁基板１０の周縁部の複数の箇所に滴下インク評価部１０１が形成されている。評価ヘッド１２には、絶縁基板１０の搬送方向上流側に評価用インク液滴を吐出するノズル１２１と、滴下インク評価部に吐出されたインク液滴を撮像するＣＣＤカメラ１２２が搭載されている。

滴下インク評価部は、図２（ｃ）に拡大して示したように、撥液部１０１Ａと親液部１０１Ｂからなる。撥液・親液処理工程を通した絶縁基板１０の撥液部１０１Ａと親液部１０１Ｂに評価ヘッド１２のノズル１２１でインク液滴１３，１４が吐出される。これらのインク液滴１３，１４の基板上に吐出された状態でのインク液滴径は、撥液部１０１Ａと親液部１０１Ｂとで、その接触角の相違により異なったものとなる。撥液部１０１Ａの接触角は大きいのでインク液滴１３の径は小径、親液部１０１Ｂの接触角は撥液部１０１Ａのそれよりも小さいのでインク液滴１４の径はインク液滴１３の径よりも大径となる。

滴下インク評価部の撥液部１０１Ａと親液部１０１Ｂに吐出されたインク液滴１３とインク液滴１４はＣＣＤカメラ１２２で撮像され、その信号が制御装置７に設けた演算装置で演算され、インク液滴１３が規定値の範囲内にあるか否か、又インク液滴１４が規定値以上であるか否かが評価される。

図３は、インク液滴径とその接触角の関係を説明する図である。図３の横軸はインク液滴径、縦軸は接触角である。なお、横軸、縦軸とも単位は相対値で示す。図３において、撥液部１０１Ａのインク液滴１３の径が所定値Ａ未満で必要な接触角θA以上が得られるものとする。同様に、親液部１０１Ｂのインク液滴１４の径が所定値Ｂ以上で必要な接触角θB以下が得られるものとする。この接触角はインク液の材料とバンク表面の感光性樹脂に対する表面処理条件で決まる。

図４は、配線パターン形成領域に形成された溝パターンに吐出されたインク液滴の径が所定値の範囲内である場合と範囲外である場合とで異なるものとなることを説明する図である。図４は薄膜トランジスタのゲート配線の形成に適用したものである。図４におけるインク液滴の撥液部液滴径、親液部液滴径について、

図４（ａ）は、撥液部液滴径＜Ａ、親液部液滴径＞Ｂで、親液部の溝パターン内にインクが十分な膜厚で満たされて正規の配線パターンが形成される状態を示す。これに対し、図４（ｂ）は、撥液部液滴径＞Ａ、親液部液滴径＜Ｂで、親液部の溝パターン内にインクが十分に満たされない状態を示し、不良品として払い出される絶縁基板となる。

図５は、実施例１の製造装置における配線パターン形成方法の要部工程を説明する流れ図である。搬入した絶縁基板は洗浄等の前工程を経て図１の撥液処理装置１と親液処理装置２に順に投入され、基板撥親液処理が施される（Ｓ−１）。撥親液処理が施された絶縁基板は評価用インク液滴吐出・計測装置３に搬送、移載され、滴下インク評価部に評価用インク液滴が吐出され（Ｓ−２）、その液滴径が計測される（Ｓ−３）。この計測値が所定値との比較で評価される（Ｓ−４）。

その計測値が、「撥液部液滴径＜Ａμｍ、親液部液滴径＞Ｂｍｍ」ならインクジェット装置５に搬送、移載されて、その溝パターンにインク液が吐出され、配線パターンに塗布がなされる（Ｓ−５）。配線パターンに塗布されたインク液は焼成装置６に搬送され、焼成されて所定の膜厚を有する配線パターンが溝パターンに応じて形成される（Ｓ−６）。絶縁基板は、例えば、前記配線パターンがゲート配線ならばゲート絶縁膜を成膜する次工程に搬出される。

一方、所定値との比較で計測値が、「撥液部液滴径＜Ａμｍ、親液部液滴径＞Ｂｍｍ」となっていない場合は、その絶縁基板は工程から払い出される（Ｓ−７）。この基板払出しがＮ回連続して起こったときは（Ｓ−８）、基板撥親液処理への絶縁基板の投入を停止する。

このようにして、実施例１により、配線パターンの膜厚ムラ、あるいは欠けや断線等の不具合、基板面の段差、上層に成膜する絶縁層のカバレッジ不良等の不具合を抑制した信頼性の高い表示装置が製造される。

図６は、本発明の配線パターン形成方法を用いた表示装置の製造装置の実施例２を説明する構成図である。この製造装置は、撥液処理装置１、親液処理装置２、評価用インク液滴吐出・計測機能と配線パターン形成用のインクジェット装置の機能を合わせ持つインクジェット装置８、焼成装置６、および制御装置７を一連の処理工程の上流から下流に沿って配列してある。インクジェット装置８のインク液滴径の計測結果で不適と判定された基板は払出カセット４に払い出される。絶縁基板は図中の矢印に沿って搬送され、順次各装置に移載されて処理を受ける。

実施例２の製造装置による表示装置の製造は、インクジェット装置８による工程を除いて実施例１と同様である。すなわち、実施例２では、配線パターン形成用のインクジェット装置８に評価用インク液滴吐出用のノズルと液滴径計測用のＣＣＤカメラが搭載されている。なお、配線パターン形成用のノズルの一部を評価用インク液滴吐出用のノズルとして利用することも可能である。実施例２の要部工程の流れは前記した図５の流れと同様であるので、繰り返し説明は省略する。実施例２によっても、配線パターンの膜厚ムラ、あるいは欠けや断線等の不具合、基板面の段差、上層に成膜する絶縁層のカバレッジ不良等の不具合を抑制した信頼性の高い表示装置が製造される。

図７は、本発明による表示装置の製造装置の具体的設備配置例の説明図である。この設備配置例では、撥・親液処理装置（撥液処理装置および親液処理装置）２１、評価用インク液滴吐出・計測装置２２、インクジェット装置２３、移載ロボット２４、受け渡しカセット２５、移載ロボット２６、乾燥炉２７、焼成炉２８、基板コンベア２９、基板を常温までに冷却する冷却台３０、移載ロボット３１、検査装置３２,３４、走行移載ロボット３３、および制御装置３５で構成される。

絶縁基板は図７の矢印Ａ方向から撥・親液処理装置２１に投入され、検査装置３２,３４から矢印Ｂ方向に次段の工程に搬出される途中で、前記した各種の処理が施され、所要の配線パターンを形成した絶縁基板となる。なお、図示しないが、評価用インク液滴吐出・計測装置２２には計測結果で不適と判定された基板を払い出す払出しカセットが設けられる。

図８は、本発明による表示装置の製造装置の具体的設備配置の他例の説明図である。この設備配置例では、撥液処理装置５１Ａおよび親液処理装置５１Ｂにカセットと走行移載ロボットからなる移載装置５２を設置してある。移載装置５２の下流には評価用インク液滴吐出・計測装置５３と払出しカセット５４が設けられている。評価用インク液滴吐出・計測装置５３の後段にはカセットと走行移載ロボットからなる移載装置５５を介してインクジェット装置５６、乾燥装置５７、焼成装置５８、冷却装置５９、検査装置６０が順に設置されている。それぞれの装置の間には丸で示した移載ロボットや丸と帯で示した走行移載ロボットが配置されている。なお、各装置の近傍には必要に応じてカセットが配置されている。図８では、このような設備を２ラインに配置してある。

なお、配線パターンのインク材料としては、Ａｇの他にＣｕ、Ａｕやこれらの合金等を含有するもの、インクの形態も金属微粒子を溶媒に分散させたものや金属錯体としたもの、またそれらを組み合わせたものが使用できる。また、ＮｉやＣｏ等の配線材料インクをＡｇやＣｕ配線のキャップメタルとして吐出し、積層して配線パターンを形成しても良い。

こうして形成した配線パターンは、半導体層と組み合わされて薄膜トランジスタを構成し、層間絶縁膜、保護膜、画素電極などを成膜してアクティブ・マトリクス基板のための画素回路、駆動回路、その他の回路のためのアクティブ素子等を構成する。こうして製造した一方の基板である薄膜トランジスタ基板に他方の基板であるカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）を貼り合せ、貼り合せ間隙に液晶を封入して液晶表示装置が構成される。

本発明により、幅が狭く膜厚が均一なゲート配線やデータ配線等の配線が形成でき、画素領域の高開口率化、ゲート配線８の低抵抗化、低容量化が実現でき、高開口率で低消費電力の液晶表示装置などの表示装置を提供できる。

以上説明したパターン形成方法は、液晶表示装置用のＴＦＴ基板の配線形成のみに適用されるものではなく、有機ＥＬパネル、その他の同様な表示装置のパネルや他の電子装置の配線形成基板にも適用可能である。

本発明の配線パターン形成方法を用いた表示装置の製造装置の実施例１を説明する構成図である。 評価用インク液滴吐出・計測装置の構成例の説明図である。 インク液滴径とその接触角の関係を説明する図である。 配線パターン形成領域に形成された溝パターンに吐出されたインク液滴の径が所定値の範囲内である場合と範囲外である場合とで異なるものとなることを説明する図である。 実施例１の製造装置における配線パターン形成方法の要部工程を説明する流れ図である。 本発明の配線パターン形成方法を用いた表示装置の製造装置の実施例２を説明する構成図である。 本発明による表示装置の製造装置の具体的設備配置例の説明図である。 本発明による表示装置の製造装置の具体的設備配置の他例の説明図である。

符号の説明

１・・・撥液処理装置、２・・・親液処理装置、３・・・評価用インク液滴吐出・計測装置、４・・・払出カセット、５・・・インクジェット装置、６・・・焼成装置、７・・・制御装置。

Claims (11)

1. 絶縁基板上に撥液部と親液部を形成する撥液・親液処理工程と、前記親液部にインク液滴を吐出して前記親液部のパターンに応じた配線パターンを形成する配線用インク液滴吐出工程を含む一連の処理工程からなる配線パターン形成方法であって、
   前記絶縁基板上に評価用撥液部と評価用親液部とからなる滴下インク評価部を設け、前記評価撥液部と前記評価用親液部のそれぞれに評価用インク液滴を吐出し、前記評価用撥液部と前記評価用親液部のそれぞれに吐出された評価用インク液滴の径を計測し、その計測結果を前記一連の処理工程による配線パターンの形成に反映させることを特徴とする配線パターン形成方法。
2. 前記計測結果を前記配線パターンを形成する前記配線用インク液滴吐出工程に反映させることを特徴とする請求項１に記載の配線パターン形成方法。
3. 前記計測結果を前記撥液・親液処理工程に反映させることを特徴とする請求項１に記載の配線パターン形成方法。
4. 前記滴下インク評価部は、前記絶縁基板上の前記配線パターンを形成する前記撥液部と前記親液部の形成位置と異なる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の配線パターン形成方法。
5. 前記評価用インク液滴の吐出は、前記絶縁基板に対して相対移動するノズルを用いて前記滴下インク評価部の前記撥液部と前記親液部のそれぞれに同量のインク液を滴下することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の配線パターン形成方法。
6. 前記撥液部と前記親液部のそれぞれに吐出されたインク液滴径の計測は、前記ノズルの前記一方向の下流に近接配置された撮像手段で捉えた画像に基づく演算処理で行うことを特徴とする請求項５に記載の配線パターン形成方法。
7. 表示装置を構成する絶縁基板上の異なる部分に、撥液性と親液性をそれぞれ施して撥液部と親液部を形成する撥液・親液処理装置と、
   前記絶縁基板上の滴下インク評価部の前記撥液部と前記親液部のそれぞれにインク液滴を吐出するノズルと、吐出されたインク液滴の径を計測する計測装置とからなる評価用インク液滴吐出・計測装置と、
   前記絶縁基板の前記配線パターンを形成する前記撥液部と前記親液部に配線用インク液滴を吐出してインクパターンを形成するノズルを有する配線用インク液滴吐出装置と、
   前記絶縁基板に吐出されたインク液滴で形成されたインクパターンを焼成して配線パターンとする焼成装置と、
   前記撥液・親液処理装置を上流に配し、前記焼成装置を下流に配して、前記絶縁基板を前記各装置に順次搬送し、移載する基板搬送・移載装置と、
   前記撥液・親液処理装置、前記評価用インク液滴吐出・計測装置、前記配線用インク液滴吐出装置、前記焼成装置、前記基板搬送・移載装置を含む配線パターン形成のための一連の処理工程を制御する制御装置とを含むことを特徴とする表示装置の製造装置。
8. 前記撥液・親液処理装置は、前記絶縁基板の搬送方向の上流側で撥液処理を施し、その下流側で親液処理を施す構成を有することを特徴とする請求項７に記載の表示装置の製造装置。
9. 前記評価用インク液滴吐出・計測装置のノズルが前記配線用インク液滴吐出装置のノズルと共用されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置の製造装置。
10. 前記評価用インク液滴吐出・計測装置の前記計測装置が前記評価用インク液滴吐出・計測装置のノズルの下流に配置された撮像装置で構成され、前記撮像装置で撮像した前記評価用インク液滴の撮像信号を前記制御装置において演算して計測し、この計測結果を前記配線用インク液滴吐出装置にフィードフォワードすることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の表示装置の製造装置。
11. 前記評価用インク液滴吐出・計測装置の前記計測装置が前記評価用インク液滴吐出・計測装置のノズルの下流に配置された撮像装置で構成され、前記撮像装置で撮像した前記評価用インク液滴の撮像信号を前記制御装置において演算して計測し、この計測結果を前記撥液・親液処理装置にフィードバックすることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の表示装置の製造装置。