WO2018225713A1 - 液滴制御装置の製造方法、液滴制御装置、表示装置 - Google Patents

液滴制御装置の製造方法、液滴制御装置、表示装置 Download PDF

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layer
control device
droplet control
sealing material
lyophobic
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猛 原
知子 寺西
暁彦 柴田
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シャープ株式会社
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    • G02B2207/115—Electrowetting

Definitions

  • the present invention relates to a droplet control device.
  • Patent Document 1 a sealing material is applied to one substrate to form a seal pattern on a frame, and the sealing material is cured by being bonded to the other substrate, whereby an electro cell having an opening is formed.
  • a wetting display is disclosed. From the opening, emulsion ink in which a lyophobic liquid is dispersed in a lyophilic liquid is injected into the cell.
  • JP 2012-68506 A (published April 5, 2012)
  • the seal material When the seal material is misaligned when forming the seal material, there is a gap between the seal material and the lyophobic area, and the oil does not spread properly or as the designer intended. There is.
  • the inventor can control the way in which the injected oil wets and spreads by appropriately forming the lyophilic region and the lyophobic region on the substrate, making it possible to make bubbles less likely to remain in the cell. I found it.
  • a manufacturing method of a droplet control device of the present invention includes a substrate manufacturing process for manufacturing two substrates each having a lyophobic layer, and an end face of the lyophobic layer of one of the substrates.
  • the end surface of the lyophobic layer and the sealing material are in contact with each other at least at one place.
  • the droplet control device of the present invention is a droplet control device comprising two substrates facing each lyophobic layer and a sealing material for sealing between the two substrates, One of the substrates has a gap between the end surface of the lyophobic layer and the sealing material, and the lyophobic layer and the sealing material are in contact with each other at least at one location.
  • a droplet control device having a structure in which bubbles in a cell that inhibit the behavior of a reagent are less likely to occur during oil injection.
  • Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. For convenience of explanation, members having the same functions as those explained in the embodiments are given the same reference numerals and explanation thereof is omitted.
  • the lyophilic means having a characteristic that the contact angle with the liquid is 90 degrees or less.
  • lyophobic means having the characteristic that a contact angle with a liquid exceeds 90 degree
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a method for manufacturing the droplet control apparatus 1 (electro-wedding device) according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the control substrate 2 (active matrix substrate) of the droplet control apparatus 1 in the order of (a) to (g).
  • FIGS. 3A to 3C are process cross-sectional views showing a method of manufacturing the counter substrate 3 of the droplet control apparatus 1 in the order of FIGS.
  • FIG. 3D is a cross-sectional view of the droplet control device 1 in which the control substrate 2 and the counter substrate 3 are bonded together.
  • the control substrate 2 of the droplet control apparatus 1 includes a lyophobic layer on a TFT substrate including TFTs (thin film transistors). A method for manufacturing the control board 2 will be described with reference to FIG.
  • the buffer layer 11 is formed on the glass substrate 10.
  • the buffer layer 11 may be a film made of SiN x , SiO 2 , SiNO or the like with a film thickness of about 100 to 300 nm.
  • the buffer layer 11 may be omitted depending on the device.
  • a semiconductor layer 12 is formed on the buffer layer 11.
  • the semiconductor layer 12 is a Si film having a thickness of about 20 to 100 nm, and may be patterned by photo-dry etching after being formed and crystallized.
  • the semiconductor layer 12 may be, for example, low temperature polysilicon.
  • a film of SiN x , SiO 2 or the like, or a laminated film of SiN x / SiO 2 is formed with a film thickness of about 50 to 200 nm, and the gate insulating layer 13 And
  • a gate electrode 14 is formed.
  • the gate electrode 14 may be obtained by forming a metal material such as W, Mo, Al or the like with a film thickness of 100 to 400 nm and then patterning by photo-dry etching.
  • a laminated structure such as W / Ta, MoW, Ti / Al, Ti / Al / Ti, Al / Ti, or an alloy material of these metals is appropriately employed. May be.
  • the interlayer insulating layer 15 SiN x , SiO 2 , SiNO, or a laminated structure thereof is formed with a film thickness of about 500 to 900 nm.
  • the contact hole 16 is formed on the semiconductor layer 12 by etching the interlayer insulating layer 15 and the gate insulating layer 13 by photo dry etching.
  • a metal material such as Al or Mo with a film thickness of 200 to 400 nm
  • patterning is performed by photo-dry etching, and the source electrode 17 and the drain electrode 18 shown in FIG. It is formed on the interlayer insulating layer 15 and in the contact hole 16.
  • a laminated structure of metal material or an alloy material may be appropriately employed as the source electrode 17 and the drain electrode 18.
  • the metal material Ti / Al, Ti / Al / Ti, Al / Ti, TiN / Al / TiN, Mo / Al, Mo / Al / Mo, Mo / AlNd / Mo, MoN / Al / MoN, etc. are appropriately employed. May be.
  • an interlayer insulating layer 19 is formed on the interlayer insulating layer 15, the source electrode 17, and the drain electrode 18.
  • the interlayer insulating layer 19 may be obtained by forming and patterning a photosensitive organic material by photolithography.
  • an array electrode 20 is formed, part of which is in contact with the drain electrode 18.
  • the array electrode 20 is formed by depositing an electrode material such as ITO, IZO, ZnO or the like on the drain electrode 18 and the interlayer insulating layer 19 to a thickness of about 50 to 150 nm and patterning it by photo wet etching. May be obtained. After the patterning of the array electrode 20, the array electrode 20 may be annealed to reduce the resistance of the array electrode 20.
  • a protective insulating layer 21 (lyophilic layer) is formed on the interlayer insulating layer 19 and the array electrode 20.
  • the protective insulating layer 21 is used for protecting the lower layer of the control substrate 2 and ensuring insulation between the droplet reagent and the control substrate 2 when the droplet control apparatus 1 is used.
  • the protective insulating layer 21 may be obtained by depositing SiN x , SiO 2 , SiNO, or a stacked structure thereof with a film thickness of about 100 to 400 nm.
  • patterning may be performed by photo / dry etching in order to remove the protective insulating layer 21 in the mounting terminal portion of the control substrate 2.
  • a lyophobic layer 22 is formed on the protective insulating layer 21 as shown in FIG.
  • the lyophobic layer 22 is formed by forming a lyophobic material with a film thickness of about 30 to 100 nm by a film forming method such as dip coating, slit coating, or printing, and patterning by photo-dry etching. May be obtained.
  • a lift-off method can be used in which a lyophobic material is formed after patterning a resist by photolithography and the lyophobic layer is removed together with the resist.
  • a lyophobic resin such as an amorphous fluororesin may be employed.
  • the control board 2 is obtained by the above process.
  • peripheral circuits such as a gate driver and a source driver may be formed at the same time.
  • the counter electrode 23 (lyophilic layer) is formed on the glass substrate 10.
  • the counter electrode 23 may be obtained by forming an electrode material such as ITO, IZO, ZnO or the like with a film thickness of about 50 to 150 nm.
  • the counter electrode 23 may be patterned by photo-wet etching to form an alignment marker used for a subsequent process.
  • the electrode material at the dividing position of each substrate may be removed simultaneously.
  • a lyophobic layer 22 is formed on the counter electrode 23 and patterned.
  • the material, film thickness, film forming method, and patterning method of the lyophobic layer 22 of the counter substrate 3 may be the same as those of the lyophobic layer 22 of the control substrate 2.
  • a reagent injection port 24 is formed in the glass substrate 10, the counter electrode 23, and the lyophobic layer 22.
  • the reagent injection port 24 is a hole for injecting a reagent and oil that are actually controlled when the droplet control apparatus 1 is used, and simultaneously venting a gas in a space into which the reagent and oil are injected.
  • the reagent inlet 24 may be formed using mechanical processing such as drilling, or various glass processing techniques such as wet etching or laser processing.
  • the hole diameter of the reagent injection port 24 is about 1 to 5 mm, and an appropriate size may be selected according to the reagent and oil injection method and the injection amount.
  • the counter substrate 3 is obtained through the above steps.
  • 3C shows an example in which one reagent injection port 24 is formed, a plurality of reagent injection ports 24 may be formed.
  • a sealing material 25 is drawn on the protective insulating layer 21 from which the lyophobic layer 22 has been removed by patterning, using a dispenser.
  • the sealing material 25 is drawn along the entire circumference of the outer edge of the cell that is divided by a subsequent process.
  • the counter electrode 23 from which the lyophobic layer 22 has been removed by patterning and the seal material 25 are aligned, and the counter electrode 23 and the seal material 25 are bonded. Align. For this reason, the lyophobic layers 22 provided on the control substrate 2 and the counter substrate 3 face each other.
  • plastic beads or glass beads are mixed in the sealing material 25.
  • the particle diameter of the beads mixed in the sealing material 25 may be 200 to 300 ⁇ m in diameter in consideration of injecting a certain amount of reagent into the cell for operation.
  • the sealing material 25 is cured by performing an annealing process while applying a certain force to both the substrates. As described above, the control substrate 2 and the counter substrate 3 can be bonded together while ensuring a uniform cell gap. Since the sealing material 25 is disposed on the entire outer periphery of the cell, the sealing material 25 seals between the control substrate 2 and the counter substrate 3 for each cell. Note that a conductive paste for vertical conduction for connecting the counter electrode 23 to the mounting terminal may be applied to the counter substrate 3 simultaneously with the drawing of the sealing material 25 described above.
  • the above-mentioned bonded control substrate 2 and counter substrate 3 are divided into cells by dicing or laser processing.
  • the reagent inlet 24 is formed with a film before the dividing process. You may perform a parting process after blocking.
  • the droplet control apparatus 1 shown in FIG. 3D is obtained.
  • oil and a reagent are injected into the cell of the droplet control apparatus 1 from the reagent injection port 24, and the reagent injection port 24 is sealed.
  • FIG. 4 is a top transparent view of the droplet control apparatus 1 obtained by the above process.
  • FIG. 4A is a view showing the upper surface of the control substrate 2 of the droplet control apparatus 1.
  • the control board 2 of the droplet control apparatus 1 includes a mounting terminal 31, a gate driver 32, a source driver 33, and an active area 34.
  • FIG. 4B is a view showing the upper surface of the counter substrate 3 of the droplet control apparatus 1.
  • the lyophobic layer 22, the sealing material 25, and the vertical conduction electrode 35 are shown.
  • the shape of the lyophobic layer 22 may be basically the same between the control substrate 2 and the counter substrate 3, but may not be exactly the same.
  • the diameter, number, and position of the reagent injection port 24 may be arbitrarily determined according to the number of reagents at the time of actual use of the droplet control apparatus 1, the method of use, and the application example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the positional relationship between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 of the droplet control apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 1A In the sectional view of the droplet control device 1 shown in FIG. 1A, an enlarged view of the droplet control device 1 in the region A is shown in FIG.
  • FIG. 1C In the top view of the droplet control device 1 shown in FIG. 1C, an enlarged view of the droplet control device 1 in the region B is shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the positional relationship between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 of the droplet control device according to the comparative embodiment.
  • the droplet control device according to the comparative embodiment is the same as the droplet control device 1 except for the positional relationship between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 and the shape of the end surface of the lyophobic layer. May be.
  • FIG. 5A shows an enlarged view of the droplet control device according to the comparative example corresponding to the region A shown in FIG.
  • FIG. 5B shows an enlarged view of the droplet control device according to the comparative form corresponding to the region B shown in FIG.
  • the sealing material 25 is formed with a gap from the end face of the lyophobic layer 22. Therefore, a gap with the protective insulating layer 21 as the bottom surface is formed between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25. Since the protective insulating layer 21 on the bottom surface is lyophilic, the gap is also lyophilic.
  • the lyophobic layer 22 is usually patterned by photolithography, it generally has a patterning accuracy of 10 ⁇ m or less depending on the apparatus used.
  • the sealing material 25 is applied by drawing using a dispenser, the drawing position of the sealing material 25 may deviate by about 0.7 mm from the design, depending on the apparatus used.
  • the sealing material 25 on the lyophobic layer 22 is repelled and the area where the sealing material 25 contacts the protective insulating layer 21. Or the contact between the sealing material 25 and the protective insulating layer 21 may be cut off. Even if the sealing material 25 is not completely repelled from above the lyophobic layer 22, the adhesion between the sealing material 25 and the lyophobic layer 22 is poor. For this reason, when the drawing center line of the designed sealing material 25 is close to the end surface of the lyophobic layer 22, the bonding strength between the sealing material 25 and the control substrate 2 is weak, which may result in poor bonding.
  • FIG. 6 shows a state in which oil 27 used for droplet control in actual use is injected into a droplet control device of a comparative form in which gaps are continuously formed.
  • 6A is a top view of a droplet control device of a comparative form before injecting the oil 27, and
  • FIG. 6B is a partially enlarged view of FIG. 6A.
  • FIG. 6C shows the start of injection of oil 27 into the droplet control device of the comparative embodiment
  • FIG. 6D shows the end of injection of oil 27 into the droplet control device of the comparison embodiment. Show.
  • the first reagent injection port 24a and the second reagent injection port 24b are formed on the counter substrate, but in reality, a reagent injection port may be formed more than this.
  • a reagent injection port may be formed more than this.
  • the state in which the oil 27 is injected by injecting the oil 27 from the first reagent injection port 24a and venting the gas between the control substrate 2 and the counter substrate 3 from the second reagent injection port 24b is shown.
  • gaps are continuously formed between the entire outer periphery of the lyophobic layer 22 and the sealing material 25. For this reason, when the injection of the oil 27 is started from the first reagent injection port 24a, the oil 27 begins to wet and spread along the gap as shown in FIG. 6C. This is because the bottom surface of the gap is formed by the protective insulating layer 21 having lyophilicity, and thus the gap has lyophilicity compared to the lyophobic layer 22. For this reason, the oil 27 may spread around the second reagent inlet 24b before the gas between the control substrate 2 and the counter substrate 3 completely escapes from the second reagent inlet 24b.
  • the gas 28 may remain on the active area of the cell as shown in FIG. If air bubbles 28 remain on the active area, the operation of the reagent may be hindered when the reagent in the cell is controlled using the apparatus.
  • the distance e representing the distance between the end surface of the lyophobic layer 22 and the drawing center line 26 at the time of drawing of the sealing material 25 shown in FIG.
  • This is advantageous for improving the adhesion and the adhesion between the control substrate 2 and the counter substrate 3.
  • the distance e is generally designed to be about 1 mm.
  • FIG. 5 has been discussed with respect to the lyophobic layer 22 and the sealing material 25 of the control substrate 2, the same discussion can be considered for the counter substrate 3.
  • the end surface of the lyophobic layer 22 of the droplet control apparatus 1 has a plurality of convex portions as shown in FIG. For this reason, the distance between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 differs depending on the position of the end surface of the lyophobic layer 22.
  • the sealing material 25 is drawn so that a part of the sealing material 25 is applied on a part of the convex portion. For this reason, at a position where there is a convex portion, as shown in FIG. 1B, the lyophobic layer 22 crosses the gap and is in contact with the sealing material.
  • the distances a to d shown in (d) of FIG. 1 are the distance between the drawing center line 26 of the sealing material 25 and the tip of the convex part, the length of the convex part, and the distance between one convex part and the other convex part.
  • the distance and the width of the protrusion are shown.
  • a and b are designed to be 0.5 mm
  • c and d are designed to be 1 mm.
  • a part of the sealing material 25 is surely applied on the protective insulating layer 21, so that the adhesion between the sealing material 25 and the control board 2 is ensured.
  • the gap between the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 crosses the lyophobic layer 22 so that the end surface of the lyophobic layer 22 and the sealing material 25 are in contact with each other, so that the gap is not continuous. .
  • FIG. 7 shows a state in which the oil 27 used for droplet control in actual use is injected into the droplet control device 1 of the present embodiment in which the gap is divided.
  • 7A to 7D show the state when the oil 27 is injected into the droplet control apparatus 1 corresponding to FIGS. 6A to 6D.
  • the gap between the outer periphery of the lyophobic layer 22 and the sealing material 25 is divided by the convex portions of the lyophobic layer 22.
  • the oil 27 does not begin to wet and spread along the gap first, and the oil 27 is substantially uniformly wetted. spread. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the oil 27 wets and spreads around the second reagent injection port 24b before the gas between the control substrate 2 and the counter substrate 3 escapes from the second reagent injection port 24b.
  • the gas near the center of the apparatus can be extracted.
  • the bubble 28 may remain at the end of the cell, but the possibility that the bubble 28 remains at a position that affects the behavior of the reagent, such as on the active area, is reduced. There is no problem if there is nothing to do.
  • the droplet control device 1 has a structure in which the bubbles 28 are unlikely to remain in the cell when the oil 27 is injected while ensuring the adhesion between the control substrate 2 and the sealing material 25.
  • the end surface of the lyophobic layer 22 of the control substrate 2 has been discussed, but the lyophobic layer 22 of the counter substrate 3 may have the same structure. With the above structure, the way in which the oil 27 spreads out can be better controlled.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the shape of the end face of the lyophobic layer 22.
  • the end surface of the lyophobic layer 22 has a serrated shape as shown in FIG. 8B or a semicircle as shown in FIG. 8C. It may have a wave shape.
  • each sawtooth shape may be formed so that the gap becomes larger near the reagent inlet 24 through which the oil 27 is injected. Since the oil 27 tends to stay in a region where the lyophilic gap is large, the above-described configuration can reduce the spread of the oil 27 along the gap.
  • the end surface of the lyophobic layer 22 may be provided with convex portions having different convex portions.
  • the end face of the lyophobic layer 22 described above may be formed simultaneously with the patterning of the lyophobic layer 22 shown with reference to FIGS. 2 (g) and 3 (b). Moreover, the end surface of the lyophobic layer 22 described above may have the above-described structure as a periodic structure. In this case, at least one of the periodic structures may divide the gap.
  • FIG. 9 is a process cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the control substrate 4 of the droplet control apparatus according to the second embodiment.
  • the control substrate 4 includes a lyophobic layer on the TFT substrate including the TFTs, like the control substrate 2.
  • the gate electrode 14 is formed on the glass substrate 10.
  • the gate electrode 14 may be obtained, for example, by depositing a Cu film with a film thickness of 200 to 500 nm by sputtering and then patterning by photolithography, wet etching, and resist stripping cleaning. In order to ensure adhesion, Ti may be laminated to a thickness of 30 to 100 nm before forming the Cu film.
  • the gate insulating layer 13 and the oxide semiconductor layer 40 are formed.
  • the gate insulating layer 13 may be formed by depositing SiN x with a film thickness of 200 to 500 nm by a CVD method.
  • an oxide semiconductor is formed as a TFT channel by sputtering to a thickness of 30 to 300 nm, and the oxide semiconductor is patterned by photolithography, wet etching, and resist stripping cleaning, and the oxide semiconductor layer 40 May be formed.
  • the oxide semiconductor layer 40 may contain In, Ga, Zn, and O.
  • upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and upper and lower layer drain electrodes 43 and 44 are formed.
  • a Ti film is formed to a thickness of 30 to 100 nm by sputtering.
  • a Cu film is formed to a thickness of 100 to 400 nm.
  • photolithography is performed on the Ti film and the Cu film, the Cu film is processed by wet etching, and the Ti film is processed by dry etching, followed by resist stripping cleaning.
  • the upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and the upper and lower layer drain electrodes 43 and 44 including the Cu / Ti laminated film may be formed.
  • the protective layer 45 and the interlayer insulating layer 19 are formed.
  • a material for the protective layer 45 a SiN x film is formed to a thickness of 100 to 700 nm by a CVD method.
  • a photosensitive organic material is applied as a material for the interlayer insulating layer 19.
  • patterning is performed by photolithography and dry etching to form the protective layer 45 and the interlayer insulating layer 19.
  • the protective layer 45 may have a laminated structure of SiO 2 / SiN x or a single layer structure of SiO 2 .
  • the array electrode 20 is formed, and as shown in FIG. 9F, the protective insulating layer 21 and the lyophobic layer 22 are formed.
  • the array electrode 20, the protective insulating layer 21, and the lyophobic layer 22 may be formed by the method described in the previous embodiment.
  • the control board 4 is manufactured through the above steps. Also in the present embodiment, peripheral circuits such as a gate driver and a source driver of the control substrate 4 may be formed simultaneously with the above-described steps.
  • the droplet control device of the present embodiment is manufactured through the manufacture of the counter substrate 3 and the attachment of the control substrate 4 and the counter substrate 3 via the sealing material 25.
  • the structure of the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 is the same as the structure demonstrated in previous embodiment. For this reason, the droplet control device of this embodiment also has the same effect as the droplet control device 1 of the previous embodiment.
  • FIG. 10 is a process cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the control substrate 5 of the droplet control apparatus according to the third embodiment.
  • the control substrate 5 includes a lyophobic layer on the TFT substrate including the TFT, as in the control substrate 2.
  • the manufacturing method of the control substrate 5 is the same as the manufacturing method of the control substrate 4 until the formation of the upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and the upper and lower layer drain electrodes 43 and 44. Are the same.
  • a protective layer 45 is formed.
  • a SiNx film is formed to a thickness of 100 to 700 nm by a CVD method.
  • patterning is performed by photolithography and dry etching to form the protective layer 45.
  • the protective layer 45 may have a laminated structure of SiO2 / SiNx or a single layer structure of SiO2.
  • the array electrode 20 is formed, and as shown in FIG. 10F, the protective insulating layer 21 and the lyophobic layer 22 are formed.
  • the array electrode 20, the protective insulating layer 21, and the lyophobic layer 22 may be formed by the method described in the previous embodiment.
  • the control board 5 is manufactured through the above steps. Also in the present embodiment, peripheral circuits such as a gate driver and a source driver of the control substrate 5 may be formed simultaneously with the above-described steps.
  • the liquid droplet control device of the present embodiment is manufactured through manufacture of the counter substrate 3 and pasting of the control substrate 5 and the counter substrate 3 through the sealing material 25.
  • the structure of the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 is the same as the structure demonstrated in the above-mentioned embodiment.
  • the droplet control device of this embodiment also has the same effect as the droplet control device of the above-described embodiment.
  • FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the control substrate 6 of the droplet control apparatus according to the fourth embodiment.
  • the control substrate 6 in the present embodiment includes a lyophobic layer on a TFT substrate including TFTs, like the control substrate 2.
  • a gate electrode 14 is formed on a glass substrate 10 as shown in FIG.
  • the gate electrode 14 may be formed by the same method as that described in the above embodiment.
  • an SiN x layer having a thickness of 200 to 500 nm is deposited as a material of the gate insulating film 13 by a CVD method, and an oxide semiconductor having a thickness of 30 to 300 nm is deposited as a material of the oxide semiconductor layer 40 by a sputtering method.
  • a Ti film is deposited to a thickness of 30 to 100 nm, and a Cu film is deposited to a thickness of 100 to 400 nm to form upper and lower electrode layers 46 and 47, respectively.
  • a half resist 48 is formed on the upper electrode layer 46, and photolithography is performed.
  • the upper electrode layer 46 is wet-etched and the lower electrode layer 47 is dry-etched to form upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and upper and lower layer drain electrodes 43 and 44 including a Cu / Ti laminated film.
  • the oxide semiconductor layer 40 is patterned by performing wet etching.
  • the half resist 48 is formed on the upper portion of the gate electrode 14 so as to be thinner than the others. Therefore, by ashing a part of the upper layer of the half resist 48, a half resist 49 after ashing in which the half resist 48 is removed only at the upper part of the gate electrode 14 is obtained. From this state, the upper electrode layer 46 is wet etched and the lower electrode layer 47 is dry etched, so that the upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and the upper and lower layer drain electrodes 43 and 44 are formed as shown in FIG. Form. Thereafter, resist peeling cleaning is performed, and the half resist 49 after ashing is removed.
  • the protective layer 45, the interlayer insulating layer 19, the array electrode 20, the protective insulating layer 21, and the lyophobic layer 22 are formed in this order. These formations may be the same as the manufacturing method of the control substrate 4 of the above-described embodiment.
  • the control board 6 is manufactured through the above steps. Also in the present embodiment, peripheral circuits such as a gate driver and a source driver of the control substrate 6 may be formed simultaneously with the above-described steps.
  • the droplet control device of the present embodiment is manufactured through the manufacture of the counter substrate 3 and the attachment of the control substrate 6 and the counter substrate 3 via the sealing material 25.
  • the structure of the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 is the same as the structure demonstrated in the above-mentioned embodiment.
  • the droplet control device of this embodiment also has the same effect as the droplet control device of the above-described embodiment.
  • FIG. 12 is a process cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the control substrate 7 of the droplet control apparatus according to the fifth embodiment.
  • the control substrate 7 in the present embodiment includes a lyophobic layer on the TFT substrate including the TFT, like the control substrate 2.
  • a gate electrode 14 is formed on a glass substrate 10 as shown in FIG.
  • the gate electrode 14 may be formed by the same method as that described in the above embodiment.
  • a SiN x layer having a thickness of 200 to 500 nm is formed as the gate insulating film 13 by the CVD method.
  • amorphous silicon having a film thickness of 30 to 300 nm is manufactured as the material of the amorphous silicon layer 50, and amorphous silicon having a film thickness of 50 to 150 nm doped with n-type impurities at a high concentration is sequentially formed as the material of the electrode contact layer 51.
  • the amorphous silicon layer 50 and the electrode contact layer 51 are patterned by photolithography, dry etching, and resist peeling cleaning.
  • the upper and lower layer source electrodes 41 and 42 and the upper and lower layer drain electrodes 43 and 44, the protective layer 45, the interlayer insulating layer 19, the array electrode 20, and the protective insulating layer 21 And the lyophobic layer 22 are formed in order. These formations may be the same as the manufacturing method of the control substrate 4 or 6 of the above-described embodiment.
  • the control board 7 is manufactured through the above steps. Also in the present embodiment, peripheral circuits such as a gate driver and a source driver of the control substrate 7 may be formed simultaneously with the above-described steps.
  • the droplet control device of the present embodiment is manufactured through the manufacture of the counter substrate 3 and the attachment of the control substrate 7 and the counter substrate 3 via the sealing material 25.
  • the structure of the end surface of the lyophobic layer 22 and the side surface of the sealing material 25 is the same as the structure demonstrated in the above-mentioned embodiment.
  • the droplet control device of this embodiment also has the same effect as the droplet control device of the above-described embodiment.
  • the droplet control device manufactured in each of the above-described embodiments reduces the generation of bubbles on the active area in the cell when oil is injected into the cell, leading to an improvement in the manufacturing yield of the droplet control device.
  • the droplet control apparatus according to each embodiment may be applied to various devices.
  • the present invention may be applied to a display device in which an electrode in the active area 34 is a pixel electrode and is controlled by the gate driver 32 and the source driver 33 shown in FIG. .
  • the manufacturing method of the droplet control apparatus includes a substrate manufacturing process for manufacturing two substrates each having a lyophobic layer, and a sealing material is applied with a gap between the end surface of the lyophobic layer of one of the substrates. And bonding the other substrate and the sealing material with the lyophobic layers facing each other, and sealing between the two substrates, in at least one of the substrates, The end surface of the lyophobic layer and the sealing material are in contact with each other at least at one place.
  • a lyophilic layer is formed in the substrate manufacturing process, and a lyophobic layer is formed on the lyophilic layer.
  • the sealing material is drawn on the lyophilic layer, and the sealing material is applied.
  • the end face of the lyophobic layer of at least one of the substrates is patterned.
  • a thin film transistor is formed on one of the substrates in the substrate manufacturing process.
  • the droplet control device is a droplet control device including two substrates facing each of the lyophobic layers and a sealing material that seals between the two substrates. In the substrate, there is a gap between the end face of the lyophobic layer and the sealing material, and the lyophobic layer and the sealing material are in contact at least at one place.
  • the gap has lyophilicity.
  • the lyophobic layer crosses the gap at a position where the end surface of the lyophobic layer and the sealing material are in contact with each other.
  • the distance between the end surface of the lyophobic layer and the side surface of the sealing material varies depending on the position of the end surface of the lyophobic layer.
  • the end surface of the lyophobic layer has at least one convex portion.
  • the end surface of the lyophobic layer has a sawtooth shape.
  • the end surface of the lyophobic layer has a semicircular wave shape.
  • the end surface of the lyophobic layer has a periodic structure.
  • the lyophobic layer is an amorphous fluororesin.
  • one of the substrates includes a thin film transistor.
  • the thin film transistor includes low temperature polysilicon.
  • the thin film transistor includes an oxide semiconductor.
  • the thin film transistor includes amorphous silicon.
  • the display device includes the droplet control device.

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Abstract

本発明は、液滴制御装置に注入されたオイルの濡れ広がり方を制御し、セル中に気泡をより残りにくくすることを目的とする。本発明の液滴制御装置（１）は、少なくとも一方の基板（２）において、疎液層（２２）の端面とシール材（２５）との間に間隙を有するとともに、前記疎液層（２２）と前記シール材（２５）とが少なくとも一か所において接触することを特徴とする。

Description

液滴制御装置の製造方法、液滴制御装置、表示装置
　本発明は液滴制御装置に関する。
　特許文献１には、一方の基板にシール材を塗布して枠上のシールパターンを形成し、他方の基板と貼り合せてシール材を硬化させることで、開口部を有するセルが形成されたエレクトロウェッティングディスプレイが開示されている。開口部からは、親液性の液体中に疎液性の液体が分散するエマルジョンインクがセルに注入される。
日本国公開特許公報「特開２０１２－６８５０６号公報（２０１２年４月５日公開）」
　シール材の形成の際に、シール材のアライメントのずれが生じた場合、シール材と疎液領域との間に間隙ができ、オイルが適切に、または設計者が意図した通りに濡れ広がらない場合がある。発明者は、基板上の親液領域および疎液領域を適切に形成することにより、注入されたオイルの濡れ広がり方を制御し、セル中に気泡をより残りにくくすることが可能であることを見出した。
　上記の課題を解決するために、本発明の液滴制御装置の製造方法は、疎液層をそれぞれ備えた二つの基板を製造する基板製造工程と、一方の前記基板の前記疎液層の端面と間隙を隔ててシール材を塗布し、他方の前記基板と前記シール材とを、前記疎液層同士を対向させて貼り合せ、前記二つの基板の間を封止する貼り合せ工程とを備え、少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材とが少なくとも一か所において接触する。
　また、本発明の液滴制御装置は、それぞれの疎液層同士が対向する二つの基板と、前記二つの基板の間を封止するシール材とを備えた液滴制御装置であって、少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材との間に間隙を有するとともに、前記疎液層と前記シール材とが少なくとも一か所において接触する。
　本発明によれば、オイル注入時に、試薬の挙動を阻害するセル中の気泡がより発生しにくい構造を有する液滴制御装置を提供できる。
本発明の実施形態１に係る液滴制御装置における、疎液層とシール材との間の構造について説明する図である。 本発明の実施形態１に係る液滴制御装置の、制御基板を製造する方法について説明する工程断面図である。 本発明の実施形態１に係る液滴制御装置の、対向基板を製造する方法について説明する工程断面図と、本発明の実施形態１に係る液滴制御装置の断面図である。 本発明の実施形態１に係る液滴制御装置の上面透過図である。 比較形態に係る液滴制御装置における、疎液層とシール材との間の構造について説明する図である。 比較形態に係る液滴制御装置のセルへのオイル注入時の様子を示す図である。 本発明の実施形態１に係る液滴制御装置のセルへのオイル注入時の様子を示す図である。 本発明の実施形態１に係る液滴制御装置における、疎液層とシール材との間の構造の他の例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る液滴制御装置の、制御基板を製造する方法について説明する工程断面図である。 本発明の実施形態３に係る液滴制御装置の、制御基板を製造する方法について説明する工程断面図である。 本発明の実施形態４に係る液滴制御装置の、制御基板を製造する方法について説明する工程断面図である。 本発明の実施形態５に係る液滴制御装置の、制御基板を製造する方法について説明する工程断面図である。
　〔実施形態１〕
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本明細書において、親液とは、液体との接触角が９０度以下である特性を有することを指す。また、本明細書において、疎液とは、液体との接触角が９０度を上回る特性を有することを指す。
　図２および３は、本実施形態に係る液滴制御装置１（エレクトロウェッディングデバイス）を製造する方法について示す図である。図２は、液滴制御装置１の制御基板２（アクティブマトリクス基板）の製造方法を（ａ）～（ｇ）の順に示す工程断面図である。図３の（ａ）～（ｃ）は、液滴制御装置１の対向基板３の製造方法を（ａ）～（ｃ）の順に示す工程断面図である。図３の（ｄ）は制御基板２と対向基板３とが貼りあわされた、液滴制御装置１の断面図である。
　本実施形態に係る液滴制御装置１の制御基板２は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を備えたＴＦＴ基板上に疎液層を備える。制御基板２の製造方法について、図２に基づいて説明する。
　はじめに、図２の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上にバッファ層１１を製膜する。バッファ層１１は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＳｉＮＯ等の膜を、膜厚１００～３００ｎｍ程度にて製膜してもよい。バッファ層１１は、デバイスによっては無くてもよい。バッファ層１１上には、半導体層１２が形成される。半導体層１２は、２０～１００ｎｍ程度の膜厚のＳｉ膜であり、製膜および結晶化された後、フォト・ドライエッチングにてパターニングされてもよい。半導体層１２は、例えば、低温ポリシリコンであってもよい。さらに、バッファ層１１および半導体層１２上に、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等の膜、または、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の積層膜等を５０～２００ｎｍ程度の膜厚にて製膜し、ゲート絶縁層１３とする。
　続いて、図２の（ｂ）に示すように、ゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４は、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属材料を１００～４００ｎｍの膜厚にて製膜した後、フォト・ドライエッチングにてパターニングすることにより得られてもよい。密着性とコンタクト抵抗との改善のため、ゲート電極１４として、Ｗ／Ｔａ、ＭｏＷ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｔｉ等の積層構造、もしくはこれらの金属の合金材料を適宜採用してもよい。
　次に、図２の（ｃ）に示すように、層間絶縁層１５として、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＳｉＮＯ、もしくはこれらの積層構造を５００～９００ｎｍ程度の膜厚にて成膜する。この後、フォト・ドライエッチにて、層間絶縁層１５およびゲート絶縁層１３をエッチングすることにより、半導体層１２上にコンタクトホール１６を形成する。
　続いて、Ａｌ、Ｍｏ等の金属材料を２００～４００ｎｍの膜厚で成膜した後、フォト・ドライエッチングにてパターニングし、図２の（ｄ）に示す、ソース電極１７およびドレイン電極１８を、層間絶縁層１５上とコンタクトホール１６中とに形成する。密着性とコンタクト抵抗との改善のため、ソース電極１７およびドレイン電極１８として、金属材料の積層構造、もしくは合金材料を適宜採用してもよい。金属材料は、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮ、Ｍｏ／Ａｌ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｍｏ／ＡｌＮｄ／Ｍｏ、ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ等を適宜採用してもよい。
　次に、図２の（ｅ）に示すように、層間絶縁層１５、ソース電極１７およびドレイン電極１８の上に、層間絶縁層１９を形成する。層間絶縁層１９は、感光性有機材料をフォトリソグラフィにより成膜およびパターニングすることにより得られてもよい。層間絶縁層１９上には、一部がドレイン電極１８と接触する、アレイ電極２０が形成される。アレイ電極２０は、ドレイン電極１８および層間絶縁層１９の上に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の電極材料を５０～１５０ｎｍ程度の膜厚にて成膜し、フォト・ウェットエッチングにてパターニングすることにより得られてもよい。アレイ電極２０のパターニング後、アレイ電極２０の低抵抗化のために、アレイ電極２０にアニール処理を行ってもよい。
　さらに、図２の（ｆ）に示すように、層間絶縁層１９およびアレイ電極２０の上に保護絶縁層２１（親液層）を形成する。保護絶縁層２１は、制御基板２の下層の保護と、液滴制御装置１の使用時における、液滴試薬と制御基板２との絶縁性の確保とに使用される。保護絶縁層２１は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＳｉＮＯ、もしくはこれらの積層構造を１００～４００ｎｍ程度の膜厚にて成膜することにより得られてもよい。また、図２には図示していないが、制御基板２の実装端子部において保護絶縁層２１を除去するため、フォト・ドライエッチングにてパターニングを行ってもよい。
　最後に、図２の（ｇ）に示すように、保護絶縁層２１上に疎液層２２を形成する。疎液層２２は、疎液性材料を、ディップコーティング、スリットコート、印刷法等の成膜方法により、３０～１００ｎｍ程度の膜厚にて成膜し、フォト・ドライエッチングにてパターニングすることにより得られてもよい。疎液層２２のパターニングには、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングした後、疎液性材料を成膜し、レジストともに疎液層を除去するリフトオフ法を用いることもできる。疎液性材料としては、アモルファスフッ素樹脂等の疎液性を有する樹脂を採用してもよい。
　以上の工程により、制御基板２が得られる。なお、図２においては、制御基板２のアレイ素子内のＴＦＴ回路の製造方法を図示したが、ゲートドライバおよびソースドライバ等の周辺回路を同時に形成してもよい。
　次に、本実施形態に係る液滴制御装置１の対向基板３の製造方法、および液滴制御装置１の製造方法と構造とを、図３の（ａ）から（ｄ）に基づいて説明する。
　はじめに、対向基板３の製造方法を説明する。まず、図３の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上に、対向電極２３（親液層）を形成する。対向電極２３は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の電極材料を、５０～１５０ｎｍ程度の膜厚にて成膜することにより得られてもよい。このとき、図３には図示しないが、フォト・ウェットエッチングにて対向電極２３のパターニングを行い、後工程の処理に使用するアライメント用マーカを形成してもよい。また、制御基板２と対向基板３との導通不良の発生率を低減するために、それぞれの基板の分断位置における電極材料を、同時に除去しても良い。
　次に、図３の（ｂ）に示すように、対向電極２３上に疎液層２２を製膜し、パターニングを行う。対向基板３の疎液層２２の材料、膜厚、製膜方法、およびパターニング方法は、制御基板２の疎液層２２と同一であってもよい。
　最後に、図３の（ｃ）に示すように、ガラス基板１０、対向電極２３、および疎液層２２に、試薬注入口２４を形成する。試薬注入口２４は、液滴制御装置１の使用時に実際に制御する試薬およびオイルを注入し、同時に試薬およびオイルが注入される空間の気体を抜くための穴である。試薬注入口２４は、ドリル加工等の機械加工、あるいはウェットエッチングまたはレーザ加工等の各種ガラス加工技術を使用して形成してもよい。試薬注入口２４の穴径は１～５ｍｍ程度であり、試薬およびオイルの注入方式、および注入量に応じて、適したサイズを選択すればよい。
　以上の工程により、対向基板３が得られる。なお、図３の（ｃ）においては、試薬注入口２４が１つ形成された例を挙げているが、試薬注入口２４は複数個形成されていてもよい。
　続いて、図３の（ｄ）に示す液滴制御装置１の製造方法について説明する。
　はじめに、図２の（ｇ）に示す制御基板２上において、パターニングによって疎液層２２が除去された保護絶縁層２１上に、ディスペンサを使用してシール材２５を描画する。シール材２５は、後工程によって分断されるセルの外縁の全周に沿って描画される。
　そして、図３の（ｃ）に示す対向基板３上において、パターニングによって疎液層２２が除去された対向電極２３と、シール材２５とを位置合わせし、対向電極２３とシール材２５との貼り合せを行う。このため、制御基板２と対向基板３とのそれぞれに設けられた疎液層２２同士は、互いに対向する。
　このとき、制御基板２と対向基板３との間のセルギャップを確保するため、プラスチックビーズあるいはガラスビーズ等をシール材２５に混入する。シール材２５に混入するビーズの粒径は、一定量の試薬をセルに注入し動作させることを考慮し、直径２００～３００μｍのものを使用してもよい。
　貼り合せ後、両基板に対してある力を掛けながらアニール処理を行うことにより、シール材２５を硬化させる。以上により、均一なセルギャップを確保しつつ、制御基板２と対向基板３とを貼り合せることが可能である。シール材２５は、セルの外縁全周に配されているため、制御基板２と対向基板３との間を、セルごとに封止する。なお、上述のシール材２５の描画と同時に、対向電極２３を実装端子に接続するための、上下導通用の導電ペーストを、対向基板３に塗布してもよい。
　上述の貼り合された制御基板２と対向基板３とを、ダイシング、もしくはレーザ加工により、各セルに分断する。分断処理時に、試薬注入口２４から、ガラスカレット、洗浄水、あるいは昇華物等がセル内に混入し、セル内が汚染されることを防ぐため、分断処理前にフィルムにて試薬注入口２４をふさいでから分断処理を行ってもよい。上記工程により、図３の（ｄ）に示す、液滴制御装置１が得られる。実際に液滴制御装置１を使用する場合には、液滴制御装置１のセル中に、試薬注入口２４から、オイルおよび試薬を注入し、試薬注入口２４を封止して使用する。
　図４は、上記工程によって得られた液滴制御装置１の上面透過図である。図４の（ａ）は、液滴制御装置１の制御基板２の上面を示す図である。図４の（ａ）に示すように、液滴制御装置１の制御基板２は、実装端子３１と、ゲートドライバ３２と、ソースドライバ３３と、アクティブエリア３４とを備える。
　図４の（ｂ）は液滴制御装置１の対向基板３の上面を示す図である。なお、図４の（ｂ）においては、疎液層２２、シール材２５、上下導通用電極３５を透過して示す。疎液層２２の形状は、制御基板２と対向基板３とにおいて基本同一であってもよいが、全く同一でなくてもよい。また、試薬注入口２４の径、個数、および位置については、液滴制御装置１の実際の使用時の試薬数、使用方法および適用例によって任意に決めればよい。
　ここで、疎液層２２とシール材２５との位置関係について、図１と図５とを参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る液滴制御装置１の疎液層２２の端面とシール材２５の側面との位置関係を説明する図である。図１の（ａ）に示す液滴制御装置１の断面図において、領域Ａにおける液滴制御装置１の拡大図を、図１の（ｂ）に示す。図１の（ｃ）に示す液滴制御装置１の上面図において、領域Ｂにおける液滴制御装置１の拡大図を、図１の（ｄ）に示す。
　対して、図５は、比較形態に係る液滴制御装置の疎液層２２の端面とシール材２５の側面との位置関係を説明する図である。なお、比較形態に係る液滴制御装置は、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との位置関係、および疎液層の端面の形状を除いて、液滴制御装置１と同一であってもよい。また、図５の（ａ）は、図１の（ａ）に示す領域Ａに対応する、比較形態に係る液滴制御装置拡大図を示す。同様に、図５の（ｂ）は、図１の（ｃ）に示す領域Ｂに対応する、比較形態に係る液滴制御装置拡大図を示す。
　はじめに、図５を参照して、比較形態に係る液滴制御装置の疎液層２２の端面とシール材２５の側面との位置関係について説明する。
　図５の（ａ）に示すように、シール材２５は、疎液層２２の端面と間隙を隔てて形成される。このため、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との間には、保護絶縁層２１を底面とする間隙が形成される。底面の保護絶縁層２１が親液性を有するために、間隙も同様に親液性を有する。
　疎液層２２のパターニングは、通常フォトリソグラフィを使用するため、使用する装置にもよるが、一般に１０μｍ以下のパターニング精度を有する。一方、シール材２５はディスペンサを使用した描画により塗布を行うため、使用する装置にもよるが、シール材２５の描画位置が設計よりも０．７ｍｍ程度ずれる可能性がある。
　シール材２５の描画位置がずれ、シール材２５が疎液層２２の上に描画されると、疎液層２２上のシール材２５がはじかれ、シール材２５が保護絶縁層２１と接触する面積が低減する、またはシール材２５と保護絶縁層２１との接触が切れる場合がある。また、シール材２５が疎液層２２上から完全にはじかれなかったとしても、シール材２５と疎液層２２との接着性は悪い。このため、設計したシール材２５の描画中心線が疎液層２２の端面と近い場合、シール材２５と制御基板２との接着強度が弱く、貼り合せ不良となる場合がある。以上から、シール材２５と制御基板２との接着強度を確保するためには、設計したシール材２５の描画中心線と疎液層２２の端面との距離を、ある程度確保する必要がある。シール材２５と疎液層２２との距離を十分に大きく設計した場合、疎液層２２の外端全周囲にわたって、間隙が一続きに形成されることとなる。
　ここで、間隙が一続きに形成された比較形態の液滴制御装置に、実際の使用時の液滴制御に使用するオイル２７を注入する様子を、図６に示す。図６の（ａ）は、オイル２７を注入する前の比較形態の液滴制御装置の上面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の一部拡大図である。図６の（ｃ）は、比較形態の液滴制御装置へのオイル２７の注入開始時を示し、図６の（ｄ）は、比較形態の液滴制御装置へのオイル２７の注入終了時を示す。
　図６においては、対向基板に、第１試薬注入口２４ａと第２試薬注入口２４ｂとが形成されているが、実際にはこれ以上に試薬注入口が形成されていてもよい。ここでは、第１試薬注入口２４ａからオイル２７の注入を行い、第２試薬注入口２４ｂから制御基板２と対向基板３との間の気体を抜くことにより、オイル２７を注入する様子を示す。
　図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、疎液層２２の外端全周とシール材２５との間には、間隙が一続きに形成されている。このため、第１試薬注入口２４ａからオイル２７の注入を開始すると、図６の（ｃ）に示すように、はじめに間隙に沿ってオイル２７がぬれ広がり始める。これは、間隙の底面が親液性を有する保護絶縁層２１によって形成されているため、間隙が、疎液層２２と比較して親液性を有することによる。このため、制御基板２と対向基板３との間の気体が第２試薬注入口２４ｂから抜けきる前に、第２試薬注入口２４ｂの周囲にオイル２７がぬれ広がる場合がある。
　この場合、装置中央付近の気体が抜けることなく、図６の（ｄ）に示すように、気泡２８がセルのアクティブエリア上に残存することがある。気泡２８がアクティブエリア上に残存すると、装置を使用してセル中の試薬を制御する際に、試薬の動作の妨げとなることがある。
　すなわち、図５の（ｂ）に示す、疎液層２２の端面と、シール材２５の描画時における描画中心線２６との距離を表す距離ｅは、できるだけ大きくした方が、シール材２５の描画性、および制御基板２と対向基板３との密着性改善のため有利である。しかし、距離ｅが大きすぎる場合、親液性の間隙が一続きに形成される可能性が高くなり、オイル注入時において、アクティブエリア上に気泡２８が発生しやすくなる。このようなトレードオフから、距離ｅは一般に１ｍｍ程度に設計されている。なお、図５については、制御基板２の疎液層２２とシール材２５とに関して議論したが、同様の議論が対向基板３についても考えられる。
　次に、図１を参照して、本実施形態に係る液滴制御装置１の疎液層２２の端面とシール材２５の側面との位置関係について説明する。
　本実施形態に係る液滴制御装置１の疎液層２２の端面は、図１の（ｄ）に示すように、複数の凸部を有する。このため、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との距離は、疎液層２２の端面の位置によって異なっている。液滴制御装置１において、シール材２５は、シール材２５の一部が凸部の一部の上に塗布されるように描画される。このため、凸部のある位置においては、図１の（ｂ）に示すように、疎液層２２が間隙を横断して、シール材と接触している。
　図１の（ｄ）に示す距離ａ～ｄは、シール材２５の描画中心線２６と凸部の先端との距離、凸部の長さ、一つの凸部と他方の凸部との間の距離、および凸部の幅をそれぞれ示す。これに限られないが、本実施形態において、ａおよびｂは０．５ｍｍ、ｃおよびｄは１ｍｍに設計されている。
　図１に示す構造により、シール材２５の一部は、確実に保護絶縁層２１上に塗布されるため、シール材２５と制御基板２との密着性が担保される。同時に、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との間隙を疎液層２２が横断して、疎液層２２の端面とシール材２５とが接触することにより、間隙が一続きとならない。
　ここで、間隙が分断された本実施形態の液滴制御装置１に、実際の使用時の液滴制御に使用するオイル２７を注入する様子を、図７に示す。なお、図７の（ａ）～（ｄ）は、図６の（ａ）～（ｄ）に対応する、液滴制御装置１へのオイル２７の注入時の様子を示す。
　図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、疎液層２２の外端全周とシール材２５との間の間隙は、疎液層２２の凸部によって分断されている。このため、第１試薬注入口２４ａからオイル２７の注入を開始すると、図７の（ｃ）に示すように、はじめに間隙に沿ってオイル２７がぬれ広がり始めることなく、略均一にオイル２７がぬれ広がる。このため、制御基板２と対向基板３との間の気体が第２試薬注入口２４ｂから抜けきる前に、第２試薬注入口２４ｂの周囲にオイル２７がぬれ広がる可能性を低減できる。
　したがって、上記構造であれば、図７の（ｄ）にように、オイル２７が第２試薬注入口２４ｂの周囲にぬれ広がる前に、装置中央付近の気体を抜くことが可能である。なお、図７の（ｄ）のように、気泡２８がセルの端部に残存する可能性があるが、アクティブエリア上等、試薬の挙動に影響する位置において気泡２８が残存する可能性を低減することがなければ問題ない。
　以上より、本実施形態に係る液滴制御装置１は、制御基板２とシール材２５との密着性を確保しつつ、オイル２７の注入時にセル中に気泡２８が残存しにくい構造を有する。なお、図１においては制御基板２の疎液層２２に端面について議論したが、対向基板３の疎液層２２についても同様の構造を有していてもよい。上記構造であれば、オイル２７のぬれ広がり方をよりよく制御可能である。
　図８は疎液層２２の端面の形状の例を示す図である。図８の（ａ）に示す、凸部を有する形状の他に、疎液層２２の端面は、図８の（ｂ）のような鋸歯形状、または図８の（ｃ）のような半円波形状を有していてもよい。特に、図８の（ｂ）に示す鋸歯形状について、オイル２７を注入する試薬注入口２４に近い方が、間隙が大きくなるように、それぞれの鋸歯形状を形成してもよい。オイル２７は親液性のある間隙が大きい領域に留まろうとするため、上記構成であれば、よりオイル２７が間隙に沿ってぬれ広がることを低減できる。
　さらに、図８の（ｄ）のように、疎液層２２の端面は、それぞれの凸部の形状が異なる凸部を備えていてもよい。上記構造であれば、シール材２５の塗布される範囲にずれが発生しても、密着性をある程度有しつつ、少なくとも一か所において間隙が分断される構造を製造することが容易である。
　上述した疎液層２２の端面は、図２の（ｇ）と図３の（ｂ）とを参照して示した、疎液層２２のパターニングと同時に形成されてもよい。また、上述した疎液層２２の端面は、周期的構造として、上述した構造を有していてもよい。この場合、周期的構造のうち、少なくとも何れか一つの構造が、上述の間隙を分断すればよい。
　〔実施形態２〕
　図９は、実施形態２に係る液滴制御装置の制御基板４の製造方法について説明するための、工程断面図である。制御基板４は、制御基板２と同じく、ＴＦＴを備えたＴＦＴ基板上に疎液層を備える。
　はじめに、図９の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上にゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４は、例えば、スパッタ法によりＣｕ膜を２００～５００ｎｍの膜厚にて堆積した後、フォトリソグラフィ、ウェットエッチングおよびレジスト剥離洗浄によりパターニングすることにより得られてもよい。密着性確保のため、Ｃｕ膜を製膜する前に、Ｔｉを３０～１００ｎｍの膜厚にて積層してもよい。
　次に、図９の（ｂ）に示すように、ゲート絶縁層１３と酸化物半導体層４０とを形成する。例えば、ＣＶＤ法により、ＳｉＮｘを２００～５００ｎｍの膜厚にて製膜することにより、ゲート絶縁層１３を形成してもよい。ゲート絶縁層１３は、上述のようなＳｉＮｘ単層の他に、ＳｉＯ２／ＳｉＮｘの積層構造、またはＳｉＯ２の単層構造であってもよい。その後、スパッタ法により、ＴＦＴのチャネルとして、酸化物半導体を３０～３００ｎｍの膜厚にて製膜し、フォトリソグラフィ、ウェットエッチングおよびレジスト剥離洗浄により、酸化物半導体をパターニングし、酸化物半導体層４０を形成してもよい。酸化物半導体層４０は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含んでいてもよい。
　続いて、図９の（ｃ）に示すように、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４を形成する。本実施形態においては、はじめに、下層ソース電極４２および下層ドレイン電極４４の金属材料として、スパッタ法によりＴｉ膜を３０～１００ｎｍの膜厚にて製膜する。次に、上層ソース電極４１および上層ドレイン電極４３の金属材料として、Ｃｕ膜を１００～４００ｎｍの膜厚にて製膜する。その後、Ｔｉ膜およびＣｕ膜にフォトリソグラフィを行い、Ｃｕ膜をウェットエッチング、Ｔｉ膜をドライエッチングにて加工した後、レジスト剥離洗浄を行う。以上により、Ｃｕ／Ｔｉ積層膜を含む、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４を形成してもよい。
　次に、図９の（ｄ）に示すように、保護層４５と層間絶縁層１９とを形成する。本実施形態においては、保護層４５の材料として、ＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を１００～７００ｎｍの膜厚にて製膜する。その後、層間絶縁層１９の材料として感光性有機材料を塗布する。その後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングによりパターニングを行い、保護層４５と層間絶縁層１９とを形成する。保護層４５は、上述のようなＳｉＮｘ単層の他に、ＳｉＯ２／ＳｉＮｘの積層構造、またはＳｉＯ２の単層構造であってもよい。
　最後に、図９の（ｅ）に示すように、アレイ電極２０を形成し、図９の（ｆ）に示すように、保護絶縁層２１および疎液層２２を形成する。アレイ電極２０、保護絶縁層２１および疎液層２２は、前実施形態にて説明した方法にて形成されてもよい。以上の工程により、制御基板４が製造される。本実施形態においても、上述の工程と同時に、制御基板４のゲートドライバおよびソースドライバ等の周辺回路が同時に形成されてもよい。
　その後、前実施形態と同じく、対向基板３の製造、およびシール材２５を介した制御基板４と対向基板３との貼り付けを経て、本実施形態の液滴制御装置が製造される。なお、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との構造は、前実施形態にて説明した構造と同一である。このため、本実施形態の液滴制御装置についても、前実施形態の液滴制御装置１と同一の効果を奏する。
　〔実施形態３〕
　図１０は、実施形態３に係る液滴制御装置の制御基板５の製造方法について説明するための、工程断面図である。制御基板５は、制御基板２と同じく、ＴＦＴを備えたＴＦＴ基板上に疎液層を備える。
　制御基板５の製造方法は、図１０の（ａ）～（ｃ）に示すように、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４の形成までは、制御基板４の製造方法と同一である。その後、図１０の（ｄ）に示すように、保護層４５が形成される。本実施形態においては、保護層４５の材料として、ＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を１００～７００ｎｍの膜厚にて製膜する。その後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングによりパターニングを行い、保護層４５を形成する。保護層４５は、上述のようなＳｉＮｘ単層の他に、ＳｉＯ２／ＳｉＮｘの積層構造、またはＳｉＯ２の単層構造であってもよい。
　最後に、図１０の（ｅ）に示すように、アレイ電極２０を形成し、図１０の（ｆ）に示すように、保護絶縁層２１および疎液層２２を形成する。アレイ電極２０、保護絶縁層２１および疎液層２２は、前実施形態にて説明した方法にて形成されてもよい。以上の工程により、制御基板５が製造される。本実施形態においても、上述の工程と同時に、制御基板５のゲートドライバおよびソースドライバ等の周辺回路が同時に形成されてもよい。
　その後、前述の実施形態と同じく、対向基板３の製造、およびシール材２５を介した制御基板５と対向基板３との貼り付けを経て、本実施形態の液滴制御装置が製造される。なお、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との構造は、前述の実施形態にて説明した構造と同一である。このため、本実施形態の液滴制御装置についても、前述の実施形態の液滴制御装置と同一の効果を奏する。
　〔実施形態４〕
　図１１は、実施形態４に係る液滴制御装置の制御基板６の製造方法について説明するための、工程断面図である。本実施形態における制御基板６は、制御基板２と同じく、ＴＦＴを備えたＴＦＴ基板上に疎液層を備える。
　はじめに、図１１の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上にゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４は、前述の実施形態にて説明した方法と、同一の方法にて形成されてもよい。
　次に、ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１３の材料として、膜厚２００～５００ｎｍのＳｉＮｘ層、スパッタ法により酸化物半導体層４０の材料として、膜厚３０～３００ｎｍの酸化物半導体を堆積する。その後、Ｔｉ膜を３０～１００ｎｍ、Ｃｕ膜を１００～４００ｎｍの膜厚にてそれぞれ堆積し、上下電極層４６・４７を製膜する。続いて、ハーフレジスト４８を上電極層４６の上に形成し、フォトリソグラフィを行う。その後、上電極層４６をウェットエッチング、下電極層４７をドライエッチングすることにより、Ｃｕ・Ｔｉ積層膜を含む、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４を形成する。次いで、ウェットエッチングを行うことにより、酸化物半導体層４０をパターニングする。
　本実施形態においては、図１１の（ｂ）に示すように、ハーフレジスト４８を、ゲート電極１４の上部において他よりも膜厚が薄くなるように形成する。そのため、ハーフレジスト４８の上層一部をアッシングすることにより、ゲート電極１４の上部のみハーフレジスト４８が除去された、アッシング後のハーフレジスト４９が得られる。この状態から、上電極層４６をウェットエッチング、下電極層４７をドライエッチングすることにより、図１１の（ｃ）に示すように、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４を形成する。その後、レジスト剥離洗浄を行い、アッシング後のハーフレジスト４９を除去する。
　最後に、保護層４５、層間絶縁層１９、アレイ電極２０、保護絶縁層２１、および疎液層２２を順に形成する。これらの形成は、前述の実施形態の制御基板４の製造方法と同一であってもよい。以上の工程により、制御基板６が製造される。本実施形態においても、上述の工程と同時に、制御基板６のゲートドライバおよびソースドライバ等の周辺回路が同時に形成されてもよい。
　その後、前述の実施形態と同じく、対向基板３の製造、およびシール材２５を介した制御基板６と対向基板３との貼り付けを経て、本実施形態の液滴制御装置が製造される。なお、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との構造は、前述の実施形態にて説明した構造と同一である。このため、本実施形態の液滴制御装置についても、前述の実施形態の液滴制御装置と同一の効果を奏する。
　〔実施形態５〕
　図１２は、実施形態５に係る液滴制御装置の制御基板７の製造方法について説明するための、工程断面図である。本実施形態における制御基板７は、制御基板２と同じく、ＴＦＴを備えたＴＦＴ基板上に疎液層を備える。
　はじめに、図１２の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上にゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４は、前述の実施形態にて説明した方法と、同一の方法にて形成されてもよい。
　次に、図１２の（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１３として、膜厚２００～５００ｎｍのＳｉＮｘ層を製膜する。続いて、アモルファスシリコン層５０の材料として、膜厚３０～３００ｎｍのアモルファスシリコン、電極コンタクト層５１の材料として、ｎ型不純物が高濃度にドープされた、膜厚５０～１５０ｎｍのアモルファスシリコンを順に製膜する。その後、フォトリソグラフィ、ドライエッチングおよびレジスト剥離洗浄により、アモルファスシリコン層５０と電極コンタクト層５１とをパターニングする。
　その後、図１２の（ｃ）～（ｆ）に示すように、上下層ソース電極４１・４２および上下層ドレイン電極４３・４４、保護層４５、層間絶縁層１９、アレイ電極２０、保護絶縁層２１、および疎液層２２を順に形成する。これらの形成は、前述の実施形態の制御基板４または６の製造方法と同一であってもよい。以上の工程により、制御基板７が製造される。本実施形態においても、上述の工程と同時に、制御基板７のゲートドライバおよびソースドライバ等の周辺回路が同時に形成されてもよい。
　その後、前述の実施形態と同じく、対向基板３の製造、およびシール材２５を介した制御基板７と対向基板３との貼り付けを経て、本実施形態の液滴制御装置が製造される。なお、疎液層２２の端面とシール材２５の側面との構造は、前述の実施形態にて説明した構造と同一である。このため、本実施形態の液滴制御装置についても、前述の実施形態の液滴制御装置と同一の効果を奏する。
　上述の各実施形態において製造された液滴制御装置は、セルへのオイルの注入時に、セルにおけるアクティブエリア上の気泡の発生が低減されるため、液滴制御装置の製造の歩留まり向上に繋がる。各実施形態に係る液滴制御装置は、様々なデバイスに適用されてもよい。例えば、アクティブエリア３４における電極を画素電極とし、図４に示すゲートドライバ３２とソースドライバ３３とによって制御することにより、画素ごとに試薬を制御し画像を表示する、表示装置に適用してもよい。
　〔まとめ〕
　態様１の液滴制御装置の製造方法は、疎液層をそれぞれ備えた二つの基板を製造する基板製造工程と、一方の前記基板の前記疎液層の端面と間隙を隔ててシール材を塗布し、他方の前記基板と前記シール材とを、前記疎液層同士を対向させて貼り合せ、前記二つの基板の間を封止する貼り合せ工程とを備え、少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材とが少なくとも一か所において接触する。
　態様２においては、基板製造工程において、親液層を形成し、該親液層上に疎液層を形成する。
　態様３においては、貼り合せ工程において、前記親液層上に前記シール材を描画して、前記シール材を塗布する。
　態様４においては、基板製造工程において、少なくとも一方の前記基板の前記疎液層の端面をパターニングする。
　態様５においては、基板製造工程において、一方の前記基板に薄膜トランジスタを形成する。
　態様６の液滴制御装置は、それぞれの疎液層同士が対向する二つの基板と、前記二つの基板の間を封止するシール材とを備えた液滴制御装置であって、少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材との間に間隙を有するとともに、前記疎液層と前記シール材とが少なくとも一か所において接触する。
　態様７においては、前記間隙が、親液性を有する。
　態様８においては、前記疎液層の端面と前記シール材とが接触する位置において、前記疎液層が前記間隙を横断する。
　態様９においては、前記疎液層の端面と前記シール材の側面との距離が、前記疎液層の端面の位置によって異なる。
　態様１０においては、前記疎液層の端面が、少なくとも一つの凸部を有する。
　態様１１においては、前記凸部は複数であり、少なくとも一つの前記凸部の形状が、他の前記凸部と異なる。
　態様１２においては、前記疎液層の端面が、鋸歯形状を有する。
　態様１３においては、前記疎液層の端面が、半円波形状を有する。
　態様１４においては、前記疎液層の端面が、周期的構造を有する。
　態様１５においては、前記疎液層がアモルファスフッ素樹脂である。
　態様１６においては、一方の前記基板が薄膜トランジスタを備えている。
　態様１７においては、前記薄膜トランジスタが低温ポリシリコンを備えている。
　態様１８においては、前記薄膜トランジスタは酸化物半導体を備えている。
　態様１９においては、前記薄膜トランジスタはアモルファスシリコンを備えている。
　態様２０の表示装置は、前記液滴制御装置を備えている。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　１　　　　　　　　　液滴制御装置
　２・４・５・６・７　制御基板
　３　　　　　　　　　対向基板
　１２　　　　　　　　半導体層
　２１　　　　　　　　保護絶縁層
　２２　　　　　　　　疎液層
　２３　　　　　　　　対向電極
　２４　　　　　　　　試薬注入口
　２５　　　　　　　　シール材
　２６　　　　　　　　シール材の描画中心線
　４０　　　　　　　　酸化物半導体層
　５０　　　　　　　　アモルファスシリコン層

Claims (20)

  1. 　疎液層をそれぞれ備えた二つの基板を製造する基板製造工程と、
    　一方の前記基板の前記疎液層の端面と間隙を隔ててシール材を塗布し、他方の前記基板と前記シール材とを、前記疎液層同士を対向させて貼り合せ、前記二つの基板の間を封止する貼り合せ工程とを備え、
    　少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材とが少なくとも一か所において接触することを特徴とする液滴制御装置の製造方法。
  2. 　基板製造工程において、親液層を形成し、該親液層上に疎液層を形成することを特徴とする請求項１に記載の液滴制御装置の製造方法。
  3. 　貼り合せ工程において、前記親液層上に前記シール材を描画して、前記シール材を塗布することを特徴とする請求項２に記載の液滴制御装置の製造方法。
  4. 　基板製造工程において、少なくとも一方の前記基板の前記疎液層の端面をパターニングすることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の液滴制御装置の製造方法。
  5. 　基板製造工程において、一方の前記基板に薄膜トランジスタを形成することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の液滴制御装置の製造方法。
  6. 　それぞれの疎液層同士が対向する二つの基板と、前記二つの基板の間を封止するシール材とを備えた液滴制御装置であって、
    　少なくとも一方の前記基板において、前記疎液層の端面と前記シール材との間に間隙を有するとともに、前記疎液層と前記シール材とが少なくとも一か所において接触することを特徴とする液滴制御装置。
  7. 　前記間隙は、親液性を有することを特徴とする請求項６に記載の液滴制御装置。
  8. 　前記疎液層の端面と前記シール材とが接触する位置において、前記疎液層が前記間隙を横断することを特徴とする請求項６または７に記載の液滴制御装置。
  9. 　前記疎液層の端面と前記シール材の側面との距離が、前記疎液層の端面の位置によって異なることを特徴とする請求項６から８の何れか一項に記載の液滴制御装置。
  10. 　前記疎液層の端面は、少なくとも一つの凸部を有することを特徴とする請求項９に記載の液滴制御装置。
  11. 　前記凸部は複数であり、少なくとも一つの前記凸部の形状が、他の前記凸部と異なることを特徴とする請求項１０に記載の液滴制御装置。
  12. 　前記疎液層の端面は、鋸歯形状を有することを特徴とする請求項９に記載の液滴制御装置。
  13. 　前記疎液層の端面は、半円波形状を有することを特徴とする請求項９に記載の液滴制御装置。
  14. 　前記疎液層の端面は、周期的な構造を有することを特徴とする請求項９に記載の液滴制御装置。
  15. 　前記疎液層はアモルファスフッ素樹脂であることを特徴とする請求項６から１４の何れか一項に記載の液滴制御装置。
  16. 　一方の前記基板は薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする請求項６から１５の何れか一項に記載の液滴制御装置。
  17. 　前記薄膜トランジスタは低温ポリシリコンを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の液滴制御装置。
  18. 　前記薄膜トランジスタは酸化物半導体を備えたことを特徴とする請求項１６に記載の液滴制御装置。
  19. 　前記薄膜トランジスタはアモルファスシリコンを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の液滴制御装置。
  20. 　請求項６から１９の何れか一項に記載の液滴制御装置を備えたことを特徴とする表示装置。
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