JP4508863B2 - パターン形成された薄膜導体を基材上に形成する方法 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は一般にディスプレイに関する。基材上に、パターン形成された薄膜導体を形成するための方法を開示する。

（発明の背景）
プラスチックディスプレイ、例えば電気泳動ディスプレイ等は、一般に、少なくとも一方がパターン形成されている２つの電極及びディスプレイ媒体層を有して構成されている。バイアス電圧は一般に、電極に対して選択的に印加され、バイアス電圧が印加される電極に対応するディスプレイ媒体の部分に状態を制御する。例えば、典型的なパッシブ・マトリックス電気泳動ディスプレイは、ロウ（横列(row))及びカラム（縦列(lolumn))に配されており、並びに頂部側及び底部側の電極層に挟まれた電気泳動セルのアレイ（配列(array))を有してなる。例えば、頂部側電極層は、電気泳動セルのカラムの上側に配される一連の透明なカラム電極を有してよく、底部側電極層は、電気泳動セルのロウ（列）の下側に配される一連のロウ電極を有してなっていてよい。いくつかの種類のパッシブ・マトリックス電気泳動ディスプレイが、２００１年９月１２日に出願された「An Improved Electrophoretic Display with Gating Electrodes」という標題の米国の仮出願(Provisional U. S. Patent Applications）No. ６０／３２２,６３５、２００１年７月１７日に出願された「An Improved Electrophoretic Display with Dualmode Switching」という標題の米国出願No. ６０／３１３,１４６、及び２００１年８月１７日に出願された「An Improved Electrophoretic Display with In−Plane Switching」という標題の米国出願No. ６０／３０６, ３１２に開示されている。これらは、引用することによって本明細書に包含することとする。

そのようなプラスチックディスプレイのためにパターン形成された電極層を製造することへの従来技術における１つの典型的なアプローチは、一般にフォトリソグラフィー(photolithography)技術及び化学的エッチングを用いることに関係している。プラスチックディスプレイの用途に有用な導体薄膜は、プラスチック基材の上に導体薄膜を形成するための種々の方法、例えば、ラミネーティング、電気めっき、スパッタリング、真空デポジション又はこれの２つ以上の方法の組合せなどによって形成することができる。有用な薄膜導体には、例えばアルミニウム、銅、亜鉛、スズ、モリブデン、ニッケル、クロム、銀、金、鉄、インジウム、タリウム、チタン、タンタル、タングステン、ロジウム、パラジウム、白金、及び／又はコバルトなどの金属導体、インジウムスズ酸化物(ＩＴＯ)及びインジウム亜鉛酸化物(ＩＺＯ)などの酸化物導体、並びに前述した金属及び／又は金属酸化物から誘導される合金又は複層の複合物薄膜等が含まれる。更に、これらに記載された薄膜構造は単層の薄膜であったり又は複層の薄膜であったりしてよい。ＩＴＯ薄膜は、可視光線領域における透過率が非常に高いため、特に多くの用途において重要である。有用なプラスチック基材には、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリスルホン、ポリアリールエーテル、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリエチレンテレナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ(環状オレフィン）及びそれらの複合物が含まれる。プラスチック上の導体薄膜のパターン形成は、一般に、以下のようにかなりの時間及びコストがかかる工程：（１）フォトレジストによって導体薄膜をコーティングする工程、（２）例えばＵＶ光（紫外光）等の光線にフォトマスクを通してイメージ通りに(image-wise)露光させて、フォトレジストをパターン形成させる工程、（３）使用したフォトレジストの種類に応じて、露光させた領域又は未露光の領域からフォトレジストを除去して、導体フィルムを除去すべき領域（即ち、電極や他の導電性の構造を配置しない領域）において導体フィルムを剥がすことによって、「パターン形成」させた像を現像（develope）する工程；（４）化学的エッチングプロセスを用いて、フォトレジストを除去した領域から導体薄膜を除去する工程；並びに（５）残りのフォトレジストをストリップして、電極及び／又は他のパターン形成した導電性構造を露出させる工程を有している。

電気泳動ディスプレイのようなプラスチック・ディスプレイを大量生産するためには、連続的ロール・ツー・ロール・プロセス(roll-to-roll process)を用いることが有利であり得る。しかしながら、上述したフォトリソグラフィ等のアプローチは、そのようなロール・ツー・ロール・プロセスにはあまり適してはいない。それは、そのような処理工程の特定の工程、例えばイメージ通りに露光させる工程は、時間がかかり過ぎたり、マスクと移動するターゲットエリアとの位置合わせ及び重ね合わせに注意を要して、時間がかかり過ぎたりするためである。更に、化学的エッチングプロセスからの廃棄物の処理や、フォトレジストの現像及びストリッピングも、環境に有害となり得る可能性があることに加えて、時間がかかったり、コストが高くついたりし得る。

従って、電気泳動ディスプレイ等のプラスチック・ディスプレイに用いるための、プラスチック基材上に導電性構造を形成する方法であって、フォトリソグラフィや化学的エッチングを用いる必要がなく、連続的ロール・ツー・ロール・プロセスにおいて用いるのに好適な方法が望まれている。

添付の図面と組み合わせて、以下に記載する発明の詳細な説明によって本発明を容易に理解することができるであろう。その際に、同様の参照符号は同様の構成要素を示している。

（発明についての詳細な説明）
本発明の好適な実施態様例についての詳細な説明を以下に記載する。本発明について好適な実施態様に関連して説明するが、本発明はいずれか１つの態様例に限定されるものではないということを理解されたい。その一方で、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるのであって、本発明は種々の選択肢、変更点及び均等物を包含している。本発明についての十分な理解を提供するために、例示する目的で、種々の特定の詳細な事項を以下、説明する。本発明は、これらの特定の詳細な事項の一部又は全体を伴うことなく、特許請求の範囲の記載に基づいて実施することができる。この発明が不必要に不明瞭なものとはならないように、そして、この発明を明確にするため、この発明に関連する技術の分野において既知の技術的事項については、特に詳細には説明しない。

基材上に、パターン形成された導電性の構造(patterned conductive structure)を形成するための方法を開示する。基材上に、所定の材料、例えばマスキング・コーティング又はインク等によって、パターンがプリントされる。そのパターンは、１つの態様例では、プリントされた材料が存在しない領域に所望の導電性の構造が形成される、即ち、形成しようとする導電性の構造のネガティブ・イメージがプリントされるというようなものである。別の態様例では、パターンは、基材からストリップ(strip)する（又は剥がす）ことが困難な材料によってプリントされており、所望の導電性の構造はプリントされた材料が存在する領域に形成される、即ち、導電性の構造のポジティブ・イメージがプリントされることになる。導電性の材料はパターン形成された基材にデポジットされ、望まない領域についてはストリップされ、パターン形成された電極の構造が残される。

図１は、基材上に、パターン形成された薄膜導体を形成するために、本発明の１つの態様例において用いられる方法を示すフローチャートである。本発明の方法は、工程１０２でスタートし、工程１０４へ進み、そこでは基材の表面にマスキング・コーティング又はインクを用いて、形成すべき導電性薄膜の構造のネガティブ・イメージをプリントする。１つの態様例では、マスキング・コーティング又はインクは、水溶液及び／又はその他の一般的な溶媒を用いてストリップすることができる。工程１０４において、形成すべき導電性の構造のネガティブ・イメージのプリントは、本発明の方法が完了すると導電性材料が存在しないようになる基材上の領域をマスキング・コーティング又はインクが覆うことになり、並びに、導電性材料が存在するようになる基材上の領域をマスキング・コーティング又はインクが覆わないという意味で、行われる。本質的に、インクパターンは、以下において、工程１０６に関連してより詳細に説明するように、導電性材料をその後にデポジション（又は付着、蒸着(deposition))させるのためにマスクとしての機能を果たす。

基材上にインクパターンをプリントするために、いずれかの好適なプリント技術、例えば、フレキソ印刷、ドリオグラフィック(driographic)、電子写真及びリソグラフィ印刷(lithographic printing)を用いることができる。特定の用途において、他のプリント技術、例えばスクリーンプリント、グラビアプリント、インクジェットプリント及びサーマルプリントなどが、必要とされている解像度に応じて、好適な場合もある。更に、場合によって、マスキング・コーティング又はインクは、基材と光学的にコントラストを有する（対比される）必要がなく、無色であってもよい。

工程１０６において、基材のパターン形成された表面に導電性材料の薄膜がデポジット（又は析出若しくは付着(deposit))される。１つの態様例では、工程１０６において基材のパターン形成された側の面に、導電性材料の薄膜をデポジットさせるために蒸着(vapor deposition)が用いられる。そのような態様例では、導電性材料として、アルミニウム、銅、又は蒸着若しくは噴霧によって薄膜としてデポジットさせるのに好適ないずれかの導電性材料を用いることができる。もう１つの態様例では、導電性材料のデポジットは、基材のパターン形成された側に導電性材料をスパッタコーティングすることによって行うことができる。そのような態様例では、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はその他のいずれかの導電性材料、例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、亜鉛、インジウム、クロム、アルミニウム−ドープされた酸化亜鉛、ガドリニウムインジウム酸化物、スズ酸化物又はフッ素−ドープされたインジウム酸化物など、又はスパッタコーティングによって薄膜状にデポジットするのに好適ないずれか他の導電性材料を用いることができる。

図１に示す本発明の方法の工程１０８では、工程１０６において導電性材料がデポジットされている基材のパターン形成された表面から、マスキング・コーティング又はインクがストリップされる。工程１０８におけるコーティング／インクのストリッピングは、工程１０４において形成されたプリントパターンのストリッピングと、工程１０６においてコーティング／インクが存在していた基材の領域の上にデポジットされていた導電性材料の部分とのストリッピングとを行う効果を有する。結果として、工程１０６における導電性の薄膜のデポジションの後でストリッピング工程を行う場合であっても、コーティング／インクパターン及びそのコーティング／インクパターンの頂部側表面に形成されていた導電性材料を、ストリッピング溶媒(stripping solvent)によってストリップすることができる。図１において示されたこの発明の方法は、工程１１０で終了する。本発明の開示事項の一般性を限定することは意図しないが、特定の態様例では、工程１０６のデポジション・プロセスの結果としてマスキングパターンが金属薄膜によって被覆されているような場合であっても、工程１０４においてプリントされたマスキング・コーティング／インクの少なくとも一部はストリッピング溶媒に曝されるか又はほとんど曝されると考えられる。１つの態様例では、マスキング・コーティング／インク中の低分子量添加剤、例えば、可塑剤、界面活性剤、及び残存するモノマー又は溶媒などは、マスキング・コーティングを溶媒に曝すことを促進して、インクの上にコートされた金属に欠陥又は微小な孔を生じさせる可能性がある。本明細書の開示事項は、本明細書の開示事項の適用範囲を限定したり、本明細書の開示をいずれか特定のストリッピング機構若しくは理論に限定したりすることなく、コーティング／インク、金属薄膜及びストリッピング・プロセスのいずれか好適な組合せを用いることができるということを意図するものである。図１に示す本発明の方法に関して、唯一の要件は、用いられる組合せが、ストリッピングをすると、基材上に形成された導電性薄膜の領域は存在し続けており、ストリップ可能な（又はストリップ性の(strippable)）マスキング・コーティング／インク上に形成された導電性薄膜の領域がストリップされるか又は実質的にストリップされ、従って、ディスプレイの適切な動作のために、コーティング／インクパターンが存在していた領域は導電性ではないか又はほとんど導電性を示さないようになるということである。

上述のように説明した本発明の方法は、基材上にパターン形成された導電性の構造を規定するために、導電性の層の選択的なエッチング及びフォトリソグラフィを用いることを必要とはしない。その代わりに、導電性材料のデポジションの前に、形成すべき導電性の構造の形状をインクパターンを用いて規定する。インクパターンの頂部側に形成された導電性材料及びインクをストリップするために、ありふれた溶媒、例えば、水、水性溶液、アルコール、ケトン、エステル、ＤＭＳＯ、又はその他の一般的な有機溶媒又はその混合物を用いることができるので、パターン形成された導電性の構造は、従来技術におけるフォトリソグラフィ方法において用いられていたフォトリソグラフィ技術及び化学的エッチング技術などのように有害な化学物質を生じたりもせず、あまり時間もコストもかからずに、ロール・ツー・ロール・プロセスによって形成することができる。

上述するように上記説明した本発明の方法と組み合わせて用いることができるディスプレイの種類の１つに、パッシブ・マトリクス・ディスプレイ、例えばパッシブ・マトリックス電気泳動ディスプレイがある。パッシブ・マトリクス・ディスプレイは、例えば、複数のロウ電極及びカラム電極を有するパターン形成された電極層を有している。
図２Ａ〜２Ｄは、基材上に４つのカラム電極を形成するために用いられる一連の処理工程（ステップ）の模式的平面図を示している。図２Ａはプラスチック基材２０２を示している。図２Ｂでは、基材２０２上に、ライン２０４からなるインクパターンがプリントされている。図２Ｂにおいて示す例では、ライン２０４は、基材２０２上において、以下においてより十分に説明するように、ライン２０４によって覆われていない基材２０２の領域に４つのカラム電極が形成されることになる領域を規定している。

図２Ｃでは、導電性の薄膜層２０６は、インク・ライン２０４によって覆われている部分、及び、インク・ライン２０４（図２Ｃでは破線によって示されている）によって覆われていない基材２０２の部分の両方を覆って、パターン形成された基材の表面に形成されている。図２Ｄにおいて、インクパターンは、導電性薄膜２０６のインク・ライン２０４上にデポジットした部分と共にストリップされており、カラム電極２０８が露出している。各カラム電極２０８は、インク・ライン２０４がストリップされることによって露出した基材２０２の領域によって互いに分離され（隔てられ）ている。

図３Ａ〜３Ｄは、図２Ａ〜２Ｄに示す各処理工程について正面からの模式的断面図を提供することによって、図２Ａ〜２Ｄに示す態様例について更に説明する。図３Ａは基材２０２の正面からの断面図を示している。図３Ｂは基材２０２上に形成したインク・ライン２０４を示している。図３Ｃに示すように、導電性層２０６は、基材の、ライン２０４によって覆われなかった部分の上側と、ポリマーインク・ライン２０４の側方表面及び上側表面に形成される。最後に、図３Ｄは、インク・ライン２０４及びインク・ライン２０４の上側に形成された導電性材料２０６の両者をストリッピングする作用を有するライン２０４のストリッピングの後に、基材２０２上に形成されて残存しているカラム電極２０８を示している。

図２Ａ−２Ｄ及び３Ａ−３Ｄはプラスチック基材上に４つのカラム電極を形成する例を説明しているが、コーティング／インクのプリントは、基材上にいずれか所望の寸法又は形状の導電性の構造のパターンでも規定するように行うことができる。図４Ａ及び４Ｂは、本明細書において説明した本発明の方法の態様例を用いて、７セグメント・ディスプレイのためのセグメント電極を形成する例についての模式的平面図について示している。図４Ａは、ポリマーインクパターン４０２が存在せずに下側の基材が露出している７セグメントの電極領域４０４ａ−４０４ｇをプラスチック基材上に規定しているポリマーインクパターン４０２を有するディスプレイ電極層４００を示している。図４Ｂは、導電性薄膜のデポジションとインクパターンのストリッピングのステップ後の同じディスプレイ電極層４００を示している。図４Ｂに示すように、インクをストリッピングすると、導電性の構造が存在しない基材のバックグラウンド領域４０６が露出する。更に、セグメント電極４０８ａ−４０８ｇが形成されていており、図４Ａに関連して上記の説明において規定したセグメント電極領域４０４ａ−４０４ｇに残存している。

上記の説明から明らかなように、導電性の構造が形成される基材上に、プリントパターン領域を用いて規定することによって、種々の寸法又は形状の導電性の構造を簡単に形成することができる。そのような構造には、上述したようなもの及び／又は導電性トレース若しくはその他の所望のいずれかの導電性の構造等の電極構造を含むことができる。

本明細書において説明した本発明の方法は、１つの態様例では、電気泳動ディスプレイ媒体層に隣接して配される頂部側又は底部側の電極層を形成するために用いることができる。１つの態様例では、電気泳動ディスプレイ媒体は、所定量の電気泳動分散液をそれぞれ有するシールされたマイクロカップの層を有する。１つの態様例では、シールされたマイクロカップ又は頂部側（ビューイングサイド）の電極層上に、保護的オーバーコート、例えば粒子状フィラーを含むアンチグレア(antiglare）保護コーティング等を適用して、仕上げられたパネルの光の物理的機械的特性(physicomechanical properties)又は光学的特性を更に向上させることができる。

１つの態様例では、基材の一方の側に導電性の構造を形成するための上述のように説明した一連の工程を用いて、まず基材の一方の側に導電性の構造を形成し、その後、基材の反対側に導電性の構造を形成することによって、本明細書において説明した方法を用いて、基材の頂部側及び底部側の両方の表面上に導電性の構造を形成することができる。１つの態様例では、基板の頂部側表面の導電性の構造を基板の底部側表面に形成した導電性の構造に、ビアホールを形成すること及び基板の頂部側表面の伝導性の構造から基板の底部側表面の伝導性の構造へビアホールを通して電気的接続を完成することによって、電気的に接続することができ、このことは（代理人の書類番号26822−0049に対応する）米国特許出願（番号不明）にも記載されており、引用することによって本明細書に包含する。

図１−４について示した本発明の方法の態様例では、基材にパターン形成するために使用したコーティング／インクには、Sun Chemical Aquabond AP blue ink 及び／又はSunester red ink (Sun Chemical, Northlake, イリノイ州）が含まれており、基材には５ミルの厚みのMelinex ４５３ポリエステル（デュポン・テイジン(DuPont Teijin)、Hopewell、ヴァージニア州）が用いられている。インクは、ステンシルを通して、＃３６０aniloxローラーを用いるハンド・プルーファを用いて適用することができる。インクは、ヒートガンを用いて乾燥させることができる。金属薄膜のデポジットは、直流マグネトロンのスパッタリング・システムの中にパターン形成された基材を装填して、約１００ｎｍの厚さまでＩＴＯ薄膜をデポジットすることによって行うことができる。パターン形成された基材は、金属薄膜のデポジションの前に、プラズマ処理することができる。インクパターン及びその上に形成された金属薄膜は、その上に金属薄膜が形成されているパターン形成されている基材に、１〜２分間で室温にてアセトン（Histological grade, Fisher Scientific）を噴霧することによってストリップすることができる。上記の処理工程によって、インクパターン内に形成された金属薄膜（例えばＩＴＯ被覆）が得られるが、インクと共に除去されて、ＩＴＯ被覆が存在しない領域が基材上に残され、従ってＩＴＯが除去された領域には測定し得る導電性材料が存在しない。

図１−４について説明した本発明の方法の１つの態様例では、５ミルの厚みのMelinex ST505 ポリエステル(DuPont Teijin, Hopewell, ヴァージニア州）を用いた基材に、ハンドプルーファー(hand proofer)を用いて、Film III Warm Red ink (Environmental Inks and Coatings, Los Angeles, カリフォルニア州）を適用して、パターン又はマスクが規定される。直流マグネトロンのスパッタリング・システムの中にパターン形成された基材を装填し、約１００ｎｍの厚さまでＩＴＯ薄膜をデポジットすることによって、金属薄膜がデポジットされる。アセトン（Histological grade, Fisher Scientific）を３０〜６０秒間噴霧することによって、ＩＴＯ被覆されたパターン形成された基材からインクが洗い落とされる。インクの上側に形成されたＩＴＯもインクと共に除去され、インクパターンがプリントされた領域であって、ＩＴＯ被覆が存在しない領域が残される。

図１−４について説明した本発明の方法の１つの態様例では、オフセット印刷機にて、厚さ５ミルの4507 Polyester（Transilwrap (Franklin Park, イリノイ州)から入手できる）上に、ＧＰ−２１７Process Magenta Ink（Ink Systems Inc., Commerce, カリフォルニア州）を用いてインクパターンがプリントされている。インクがプリントされたポリエステル基材は、膜厚１２０ｎｍにて、アルミニウムデポジションのための真空系に装填（ロード）される。アルミニウム被覆されたポリエステルは、１５秒間、熱い（Ｔ＝約８０℃）メチルエチルケトン（保証等級、Fisher Scientific、ＭＥＫ）の中に浸漬されて、その後、それからＭＥＫに浸した綿棒によって穏やかに拭かれる。このプロセスによって、インクの上側に付されたアルミニウムと共に、インクが付けられた領域がポリエステル基材からストリップされる。このストリッピングによって、インクパターンがプリントされた領域にアルミニウム被覆は存在しておらず、残りの領域（即ち、インクパターンがプリントされていなかった領域）はアルミニウムによって被覆されて、インクからのネガティブ・イメージが残される。

図１−４に示している本発明の方法の１つの態様では、Mark Andy 4200 フレキソ印刷機にて、厚さ５ミル、幅１２インチのMelinex ４５３ポリエステル（Plastics Suppliers, Fullerton カリフォルニア州）のロール上に、Film III Warm Red ink (Environmental Inks and Coatings, Los Angeles, カリフォルニア州）を用いて、インクパターンが形成されている。パターン形成されたポリエステルは直流マグネトロン・スパッタリングシステムの中に装填（ロード）されて、約１００ｎｍでＩＴＯ薄膜がデポジットされている。ＩＴＯ被覆されたポリエステルは、それから熱い（Ｔ＝約８０℃）メチルエチルケトンのジャーの中に浸漬され、Fisher Scientific FS220H 超音波洗浄機を用いて２分間、超音波処理されて清浄化される。超音波クリーニングの脚気、インクは、インクの頂部側に形成されたＩＴＯと共にポリエステルからストリップされる。

基材の頂部側及び底部側表面に導電性の構造が形成される１つの態様例では、図１−４について説明した本発明の方法は、Mark Andy 4200 フレキソ印刷機にて、Melinex ５６１ポリエステル（１０インチ幅、４ミル厚さ、DuPont Teijin, Wilmington, DL）のロールの両側にFilm III Warm Red ink (Environmental Inks and Coatings, Morganton, NC)を用いてインクパターンのプリントを有することができる。１つの態様例では、１つのプリントステーションにて第１のパターンＡにより最初の側面がプリントされ、ウェブを裏返すターン・バー(turn bar)を通してウェブは送られ、基材の他方の側面は第２のプレートステーションで同じプリント運転の間に、第２のパターンＢと位置合わせ及びプリントされる。１つの態様例では、第１のパターンＡはセグメント電極が形成されることになるインクフリーの（インクが存在しない）領域を規定するネガティブ・イメージを有しており、第２のパターンＢは導電性ラインが形成されることになるインクフリーの領域を規定するネガティブ・イメージを有している。パターンは、パターンＡにおけるインクフリーの各セグメント電極領域と、パターンＢにおける１つのインクフリーの導電性ラインの端部とを、望ましくは、基材を通る導電性のバイア構造(via structure）によってＡ側面のセグメント電極とＢ側面の導電性ラインとの間に電気的接続が形成されるように、位置合わせされる。１つの態様例では、両側にプリントされた約４０'のポリエステルの両面側を、２５００オングストロームのアルミニウムによってスパッタリングする。アルミニウム被覆されたポリエステルの５インチ×５インチのピースを、メチルエチルケトンが入れられている結晶皿(crystallizing dish)の中に浸漬し、そのディッシュを１インチの深さまで水が入れられているFisher ＃FS220H 超音波処理装置(Fisher Scientific、Pittsburg、PA）の中に２分間入れて現像(develope)した。この処理によって、片側の面に、Ａのインクフリーの領域のセグメントパターンにのみアルミニウムが存在しており、反対側の面に、Ｂのインクフリーのラインの電極パターンを有するポリエステル電極が得られる。

コーティング／インクパターンが存在しない領域に金属薄膜を形成するという非破壊的で簡単なストリッピングプロセスを用いて、金属薄膜をデポジットさせた後にマスキング・コーティング／インク・ラインを除去することができる（但し、上述したような溶媒及び物理的ピーリングプロセスに限定する意図ではない）ことによって、ロール・ツー・ロール・プロセスのような連続的製造プロセスが促進される。それは、フォトレジストの像形成露光及び現像、フォトレジストによって被覆されなかった導電性層の部分のエッチング除去、又はエッチングを行った後にフォトレジスト層を除去するために特別な取扱いや条件を必要とする溶媒を用いること等の時間のかかるバッチ処理は必要とされていないためである。時間を節約し及びより低コストの材料を用いることによって、本明細書において説明した本発明の方法は、ポリマー基材上に本明細書に説明したような種類の構造を形成するために一般的に用いられる他の方法よりも、はるかに低コストで実施できる。

図５Ａ−１から図５Ｄ−２は、基材上にパターン形成された薄膜導体を形成するための１つの態様例において用いられる本発明の別の方法について説明する。図５Ａ−１から図５Ｄ−２に示す方法は、図１−４に関して上述した導電性薄膜の構造が形成されるべきではない領域を規定することを採用したことに代えて、形成されるべき導電性薄膜の構造のパターンにコーティング／インクをプリントするという意味で、「ポジティブな」プリント・イメージ（ポジティブ・イメージ）を採用する。図５Ａ−１から図５Ｄ−２に示す方法が形成すべき導電性薄膜の構造を規定するプリント技術を採用するという点で、図５Ａ−１から図５Ｄ−２に示す方法は図１−４について示した方法と類似している。しかしながら、図５Ａ−１から図５Ｄ−２に示す方法は、以下により十分に説明するように、プリントしたパターンを基材からストリップしないという点で図１−４に示す本発明の方法とは異なっている。

図５Ａ−１及び５Ａ−２に示すように、基材５０２上に導電性薄膜の構造を形成する。基材５０２は、図１−４について説明した方法に用い得るように説明した基材材料のいずれであってもよい。１つの態様例では、基材には、厚さ５ミルの４５０７ポリエステル（Transilwrap（Franklin Park, イリノイ州）から入手できる）を用いている。図５Ｂ−１及び５Ｂ−２は、基材５０２上にプリントしたパターンライン５０４及び５０６を示している。１つの態様例では、パターンライン５０４及び５０６は、オフセット印刷機にて、GP20011 UV Process Magenta ink（Ink Systems Inc., Commerce, CA）を用いて基材５０２上にプリントされる。その後に、デポジットした金属薄膜が、基材に付着するよりも、プリントした材料により強く付着するという特性を有し得るのであれば、いずれのインクもその他のプリント可能な材料も用いることができる。

図５Ｃ−１及び５Ｃ−２は、基材５０２のプリントされたパターン（ライン５０４及び５０６）の領域と、プリントパターンによって覆われなかった領域の両方の領域を覆って、基材のパターン形成された表面上に形成された金属薄膜層５０８を示している。１つの態様例では、導電性の薄膜５０８は、１２０ｎｍの膜厚のアルミニウムデポジションのための真空システムの中に、パターン形成された基材を装填することによって形成される。

図５Ｄ−１及び５Ｄ−２は、基材５０２上に形成された導電性の薄膜５０８一部がストリッピングプロセスによって除去された後に残る構造を示している。プリントされたライン５０４及び５０６上にそれぞれ形成された導電性薄膜の構造５１０及び５１２が残されている。１つの態様例では、溶媒を用いて、プリントされた材料上に形成した導電性薄膜の部分ではなく、基材上に直接形成された導電性薄膜の部分を除去しているが、プリントした材料と同じパターンで導電性薄膜の構造が残されている。図５Ｄ−１及び５Ｄ−２には示さないが、１つの態様例では、ストリッピングプロセスの後で、プリントされた材料の側方表面に形成された導電性の薄膜の一部又はすべてがプリントされた材料の側方表面に付着して残っている。１つの態様例では、基材上に直接形成された導電性の薄膜のすべてがストリッピングプロセスによって除去されるのではないが、プリント材料がプリントされなかった基材の領域に測定し得る導電性材料が存在しないように、基材上に直接形成された導電性の薄膜は十分に除去される。

図５Ａ−１から図５Ｄ−２に示す別の方法では、導電性薄膜層の基材への接着性は低く、導電性層のプリント材料への接着性は高く、プリント材料の基材層への接着性は高いこと、並びに、溶媒は、基材上に直接形成された導電性層の部分を除去するが、プリント材料上に形成された導電性層の部分は除去しないことが必要である。

もう１つの別法では、金属薄膜に対して低い親和力(affinity)を有する基材を用いることができる。そのような態様例の１つでは、表面処理又はプライマーコーティング、例えばＵＶ硬化性のポリマー層等であって、基材及び金属薄膜の両方に良好な接着性を有するものを、図１において示した方法の工程１０４及び１０６におけるマスキング・コーティング／インクと置き換えて用いることができる。この場合に、ストリッピング・プロセスにおいて、コーティングしていない領域上の金属薄膜が除去されて、表面処理又はプライマーコーティングの頂部側における導電性トレース又は電極パターンが示されることになる。この方法は、プリントされた材料、例えばパターン・ライン５０４及び５０６を有するプライマーコーティングを有する図５Ａ−１〜図５Ｄ−２に示された方法と類似している。

図６Ａ−１から６Ｆ−２は、図１−４に示している本発明のその他の別法について更に説明する。図６Ａ−１及び６Ａ−２は基材６０２を示している。図６Ｂ−１及び６Ｂ−２では、疎水性（即ち、撥水性）を有し、低い表面張力を有する溶媒可溶性の印刷可能な第１の材料を用いて、基材６０２の上にパターンライン６０４及び６０６がプリントされている。次いで、図６Ｃ−１及び６Ｃ−２に示すように、プリントされた基材は、第１の材料によって撥ねられる（斥けられる）第２の水性材料によってオーバーコートされる。従って、このオーバーコートは、基材の第１の材料によって覆われなかった部分にのみ付着して、第２の水系材料を有する領域６０８、６１０及び６１２を形成する。次に、第２の（水系）材料をストリップしない好適な溶媒を用いて撥水性の第１の材料がストリップされ、図６Ｄ−１及び６Ｄ−２に示す構造が残される。図６Ｄ−１及び６Ｄ−２に示す構造では、第１の（撥水性）材料を有する構造６０４及び６０６はストリップされて除去されており、基材６０２上には第２の（水系）材料を有する構造６０８、６１０及び６１２が残されている。次に、図６Ｅ−１及び６Ｅ−２に示すように、構造６０８、６１０及び６１２の上側、及び第２の（水系）材料によって覆われなかった基材６０２の上側の部分の両方に、上述したような導電性の薄膜材料の１つを用いて、導電性の薄膜６１４がスパッタリング、蒸着、噴霧又はその他の好適な技術によって形成される。最終的に、図６Ｆ−１及び６Ｆ−２は、水系の材料が好適な溶媒によって又は別の適切な薬品又は機械的ストリッピングプロセスによってストリップ（除去）された後に残る導電性薄膜の構造６１６及び６１８を示している。

図６Ａ−１から６Ｆ−２に示す方法では、第１の（撥水性）材料のプリントされたパターンは、形成すべき導電性薄膜の構造のポジティブ・イメージから成っている。上述したように、第１の（撥水性）材料をストリップすると、残る第２の（水系）材料は、形成すべき導電性薄膜の構造のネガティブ・イメージから成っている。ある意味において、第１の（撥水性）材料は、導電性薄膜の構造が存在することがない、非常に小さな寸法を有する領域、例えば非常に微細なラインなどを規定するために用いることができるマスクと考えることもできる。第１の場合には、実際に有用な印刷技術、例えばフレキソ印刷技術などを用いてそのように狭いラインをプリントすることは、例えば物理的な制約、プリントした後にインクが広がること等のために困難であると考えられる。一方、そのような技術は、それほど微細ではないラインやそれほど微細ではない領域に、非常に小さなギャップでライン又は領域を分離するプリントには容易に用いることができると考えられる。上述したように、これらのラインは、例えば、非常に狭いギャップによって分けられる、導電性薄膜の構造を形成するためのネガティブ・イメージとして用いることができる。

１つの実施形態では、電極パターンを露出させるためにピーリング(peeling)等の物理的なストリッピング方法が用いられる。例えば、マスキング・コーティング／インクが前もってプリントされたＩＴＯ／ＰＥＴフィルム上に、ＩＴＯに対して適切な凝集強度と接着強度を有している接着テープがラミネートされる。その後のピーリングでは、インクの凝集強度並びにインク−ＰＥＴ及びＩＴＯ−ＰＥＴの界面における接着強さに応じて、マスキング・インクによってプリントされた領域又はインクのない領域上のＩＴＯが除去されることになる。このストリッピング技術は、上述した本発明のいずれの方法にも用いることができる。

１つの態様例では、図６Ａ−１から６Ｆ−２に示す方法は、Mark Andy 4200 フレキソ印刷機にて、Melinex ５８２ポリエステル（４ミル厚さ、１４インチ幅、DuPont Teijin Films, Wilmington, DL）のロールにFilm III Warm Red ink (Environmental Inks and Coatings, Morganton, NC）を用いて、所望の導電性の構造のポジティブ・イメージのプリントを有している。ポリエステルロールのプリントされた部分に、１６部のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ−９０、ISP Technologies, Wayne, NJ）１０％水溶液、０．４０部のSunsperse Violet （Sun Chemical, Cincinnati, OH）及び１６部の水からなる溶液を、＃６マイヤーバーを用いてコーティングし、その後、炉内で８０℃にて１．５分間乾燥させた。次に、フィルムをエチルアセテートが入っている結晶皿に入れる。１０インチ×１０インチ×１２. ５インチの超音波バス（BLACKSTONE−NEY、PROT-0512H EP （12T MultiSonik generatorによって駆動される超音波浴))に約４インチの水を入れ、薄膜が入っている皿を水に浮かべて、１０４KHzにて５分間で超超音波処理を行う。その後、薄膜を皿から取り出し、炉内で８０℃にて１．５分間乾燥させる。乾燥工程が完了すると、薄膜はＰＶＰコーティングのラインを有している。このラインは最初にプリントされたポジティブ・イメージに対するネガティブ・イメージを規定している。パターン形成されたポリエステルは、次にCHA Mark 50 roll coaterを用いてＩＴＯがスパッタコーティングされ、１２５０オングストロームの厚さのＩＴＯ薄膜がデポジットされる。ＩＴＯコートされパターン形成されたポリエステルは、Fisher #FS220H 超音波発生装置（Fisher Scientific, Pittsburg, PA）内に置かれた、水の入ったビーカーの中で、３分間超音波処理に付される。それから薄膜は脱イオン水ですすがれて、空気ストリームによって水を吹き飛ばすことによって乾燥させられる。得られる薄膜は、最初にプリントされたポジティブ・イメージの形状のＩＴＯ構造を有している。

１つの態様例では、６Ａ−１から６Ｆ−２に示すプロセスは、親水性被覆、例えばMelnix５８２を有しており、Warm Red ink（Environmental Ink）を用いてプリントしたＰＥＴ基材の上に、ＩＴＯ膜のスパッタリング・デポジションすることを含んでいる。１つの態様例では、材料のこの組合せによって、所望しない領域からＩＴＯを、水系ストリッパーを用いて超音波処理によってストリップすることができる。

１つの態様例では、ＩＴＯストリッピングのための水系ストリッパーは界面活性剤であってよく、そのような界面活性剤には、JEM-126（トリポリリン酸塩ナトリウム、ナトリウム珪酸塩、ノニルフェノールエトキシレート、エチレングリコールモノブチルエーテル、及び水酸化ナトリウム）、洗剤配合物(detergent formulation)４０９、ヒドロペルオキシド化合物及びShipley４５３等が含まれる。
１つの態様例では、ＩＴＯストリッピング率(ITO stripping rate)は、溶媒の濃度、溶媒の温度及び超音波振動子に対する基材薄膜の相対的な位置に依存する。

１つの態様例では、ＩＴＯスパッタリング・デポジションの前に、インクがプリントされたＰＥＴ表面は適切なプラズマによって前処理される。１つの態様例では、そのようなプラズマ前処理によって、ＩＴＯストリッピングプロセスの間に、パターン形成されたＩＴＯ構造上に微小な割れ(micro-cracks)が生じることが最少限度とすることができる。更に、そのようなプラズマ前処理によれば、１つの態様例において、高エネルギーのプラズマによってプリントされたインクパターンの一部が除去される結果として、プリントされたインク領域上にＩＴＯ残留物が生成することを防止することができる（高エネルギープラズマは、ストリッピングプロセスの間に、プリントされたインク領域上にＩＴＯ残留物を生成させる可能性がある）。

ストリップしたＩＴＯ表面に現れる最小のインク残渣の光学的影響を排除するため、１つの態様例では、ＰＥＴ表面上に無色のインクをプリントすることが好ましい。
以上、理解が容易なように、本発明についていくつかの項目について詳細に説明したが、特許請求の範囲に記載した範囲内で、特定の変更及び修正を行うことができるということは、明らかである。本発明の方法及び装置のいずれを実施するためにも、多くの代替し得る方法及び装置があることに留意されたい。従って、本発明の態様例は、説明のためのものであって、限定するものと考えてはならず、本明細書に記載した詳細な事項に本発明は限定されるものでもなく、本発明は特許請求の範囲に記載した事項及びそれと均等な事項の範囲で変更し得るということに留意されたい。

図１は、パターン化された薄膜導体を基材上に形成するための本発明の１つの態様例を示すフローチャートである。 図２Ａは、４つのカラム電極を基材上に形成するために用いられる一連の処理工程における１つの工程の模式的平面図である。 図２Ｂは、４つのカラム電極を基材上に形成するために用いられる一連の処理工程における１つの工程の模式的平面図である。 図２Ｃは、４つのカラム電極を基材上に形成するために用いられる一連の処理工程における１つの工程の模式的平面図である。 図２Ｄは、４つのカラム電極を基材上に形成するために用いられる一連の処理工程における１つの工程の模式的平面図である。 図３Ａは、図２Ａ〜Ｄに示す一連の処理工程について各工程の断面図である。 図３Ｂは、図２Ａ〜Ｄに示す一連の処理工程について各工程の断面図である。 図３Ｃは、図２Ａ〜Ｄに示す一連の処理工程について各工程の断面図である。 図３Ｄは、図２Ａ〜Ｄに示す一連の処理工程について各工程の断面図である。 図４Ａは、本明細書に記載する方法の態様例を用いて、７セグメント・ディスプレイ用のセグメント電極を形成する例についての模式的平面図である。 図４Ｂは、本明細書に記載する方法の態様例を用いて、７セグメント・ディスプレイ用のセグメント電極を形成する例についての模式的平面図である。 図５Ａは、パターン形成された薄膜導体を基材上に形成する１つの態様例における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図５Ｂは、パターン形成された薄膜導体を基材上に形成する１つの態様例における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図５Ｃは、パターン形成された薄膜導体を基材上に形成する１つの態様例における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図５Ｄは、パターン形成された薄膜導体を基材上に形成する１つの態様例における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ａは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ｂは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ｃは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ｄは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ｅは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。 図６Ｆは、図１−４に示す方法の別法における１つの工程の模式的平面図及び断面図である。

Claims (4)

1. 基材上に薄膜構造を形成する方法であって、
   薄膜構造が形成されるべき領域に第１の材料をプリントして、第１の材料を用いて、薄膜構造のポジティブ・イメージを有するパターンを基材上にプリントする工程であって、第１の材料は第１の溶媒を用いてストリッピングすることができる材料である工程；
   基材のプリントされた表面を、第１の溶媒を用いてはストリッピングすることができない第２の材料でオーバーコートする工程；
   基材上に直接形成された第２の材料をストリッピングすることなく、第１の材料及び該第１の材料上に形成された第２の材料をストリッピングして、第１の材料が存在しない基材上を被覆する第２の材料を残す工程であって、薄膜構造を形成すべき領域に第２の材料が存在しないように薄膜構造のネガティブ・イメージを規定する工程；
   基材のパターン形成された表面に薄膜材料をデポジットする工程；並びに
   第２の材料及び該第２の材料上にデポジットされた薄膜材料をストリッピングして、薄膜構造を形成する工程
   を含む方法。
2. 第１の材料は第２の材料を撥く材料であって、基材上において、第１の材料が存在する領域をコーティングすることなく、第１の材料がプリントされていない領域に第２の材料を充填する、請求項１に記載の基材上に薄膜構造を形成する方法。
3. 第１の溶媒は水溶液又は水である請求項１に記載の基材上に薄膜構造を形成する方法。
4. 第１の溶媒は非水性溶媒又は溶液である請求項１に記載の基材上に薄膜構造を形成する方法。

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