(57)【要約】【課題】  多孔質基体に電気回路と可視情報とを簡単に形成する方法を提供すること。【解決手段】  多孔質基体に可視情報を直接形成し、前記基体の一部分に形成した絶縁層上に電気回路を形成することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質基体に可視情報を形成する液体を直接付与することで可視情報を形成する工程と、
絶縁性液体を前記基体の一部分に付与して絶縁層を形成する工程と、
電気回路を形成する液体を前記基体の前記絶縁層上に付与して電気回路を形成する工程と、を有することを特徴とする電気回路の製造方法。
【請求項２】
多孔質基体に可視情報を形成する液体を直接付与することで可視情報を形成する工程と、
絶縁性液体を前記基体の一部分に付与して絶縁層を形成する工程と、
微小電子素子を前記基体の前記絶縁層上に付与する工程と、
前記微小電子素子の電極に連通するように、電気回路を形成する液体を付与して電気回路を形成する工程と、を有することを特徴とする電気回路の製造方法。
【請求項３】
前記電気回路を形成する液体の１つは絶縁性液体であり、
前記電気回路を形成する工程は、前記絶縁性液体を前記基体に付与して絶縁パターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気回路基体の製造方法。
【請求項４】
前記電気回路を形成する液体の１つは導電性液体であり、
前記電気回路を形成する工程は、前記導電性液体を前記基体に付与して導電パターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項５】
前記電気回路を形成する液体の１つは半導体液体であり、
前記電気回路を形成する工程は、前記半導体液体を前記基体に付与して半導体パターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項６】
前記電気回路はインクジェット方式によって前記基体に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項７】
前記多孔質基体は紙およびまたは布製の基体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気回路の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によって形成された電気回路と前記多孔質基体とを有する電気回路基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質基体上に、可視情報と電気回路とを形成した、電気回路基体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク端末に接続されたプリンタで、紙に出力される情報として、肉眼で認識できる以外の情報を形成する技術としては、バーコードプリンタなどが存在しており、商品パッケージ等に形成され、商品管理等に利用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のバーコード形成では、情報量が限定されている上、書き換えができない等の制限がある。また、情報の偽造対策の対応も取ることが出来ない為、書き換えが可能で情報量の多いＲＦＩＤ(Radio Frequency-Identification) チップ等が埋め込まれたＩＤカードが注目されている。このようなＲＦＩＤチップ等の電気回路を簡単に形成する技術としては、インクジェット方式を用いた配線形成方法（例えば特許文献１参照）がある。
【特許文献１】特開平１１−２７４６７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＦＩＤチップの身近な活用法として、紙や布へのＲＦＩＤチップの形成が考えられる。例えば、ＲＦＩＤチップ等が埋め込まれたコンサートチケットや商品券、商品パッケージ、本のカバー等があげられる。商品の外箱をＩＪ方式で印刷し、バーコードの代わりにＲＦＩＤチップをＩＪ方式で形成すれば、外箱の印刷とチップの形成とが同時にできる。さらに、本のカバーをＩＪ方法で印刷し、裏表紙にＲＦＩＤチップをＩＪ方法で同時に形成する等、幅広い活用が考えられる。しかし、紙又は布等のシート状の基体に電気回路を形成するには、ガラス基板等に比べ、絶縁性、平滑性、機械的強度の問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決し、紙又は布等のシート状の基体上に可視情報と、電気回路を簡単に形成することができる電気回路基体及びその製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明では、多孔質基体に可視情報を形成する液体を直接付与することで可視情報を形成する工程と、絶縁性液体を前記基体の一部分に付与して絶縁層を形成する工程と、電気回路を形成する液体を前記基体の前記絶縁層上に付与して電気回路を形成する工程と、を有することを特徴とする電気回路の製造方法に関するものである。
【０００７】
また、多孔質基体に可視情報を形成する液体を直接付与することで可視情報を形成する工程と、絶縁性液体を前記基体の一部分に付与して絶縁層を形成する工程と、微小電子素子を前記基体の前記絶縁層上に付与する工程と、前記微小電子素子の電極に連通するように、電気回路を形成する液体を付与して電気回路を形成する工程と、を有することを特徴とする電気回路の製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多孔質基体に可視情報と電気回路とを簡単に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書中における電気回路とは、ＲＦＩＤチップ、トランジスタ、ダイオード、コンデンサなどの電子素子、また、コイルや電子素子同士を繋ぐ配線、さらに、電子素子や配線を形成する、導電パターン、絶縁パターン、半導体パターン等、を示す。本明細書中における電気回路基体とは、上記電気回路と上記電気回路が形成された基体とを含む。電気回路を形成する液体とは、導電パターン形成用液体、絶縁パターン形成用液体、半導体パターン形成用液体等、上述した電気回路の形成に必要な材料を含んだ液体を示す。また、多孔質基体として用いられる部材としては、身近なもので紙や布、その他にも無機材料（SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2）のセラミックス基板などがあげられる。
【００１０】
さらに、本明細書中における可視情報とは、文字、図形等有意の情報のみならず、有意無意を問わず、広くプリント媒体上に画像、模様、パターン等が形成されたものを示す。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図７は本発明の実施形態に用いられるインクジェット方式による電気回路形成装置の要部を示すものである。データ処理装置１、基体の搬送部２、キャリッジの搬送部３、可視情報形成用ヘッド４、可視情報形成用タンク５、絶縁パターン形成用ヘッド６、絶縁パターン形成用タンク７、半導体パターン形成用ヘッド８、半導体パターン形成用タンク９、導電パターン形成用ヘッド１０、導電パターン形成用タンク１１、固体映像素子ヘッド１２、加熱硬化装置１３を備えている。
【００１２】
データ処理装置１は、基体の搬送部、キャリッジの搬送部、可視情報形成用ヘッド、絶縁パターン形成用ヘッド、半導体パターン形成用ヘッド、導電パターン形成用ヘッド、固体映像素子ヘッド、加熱硬化装置を制御する。
【００１３】
基体の搬送部２は前記データ処理装置により、基体を所望の位置で一時停止させることができるようになっており、可視情報と電気回路の形成終了後、基体を排出し、新しい基体を供給できる構成となっている。
【００１４】
キャリッジの搬送部３は、基体上の任意の位置へ移動できるように、Ｘ，Ｙ軸のリニアガイド上を移動する機構を持ち、動力源としてステッピングモータ又は、サーボモータ、リニアモーターを用いて位置制御される。また、キャリッジ上には、可視情報形成用ヘッド４と絶縁パターン形成用ヘッド６、半導体パターン形成用ヘッド８、導電パターン形成用ヘッド１０、固体映像素子ヘッド１２が並んで配置されている。図７では、装置構成の説明上、各用途毎のヘッドとタンクは、一セットずつとなっているが、実際には、可視情報インクの色や、回路形成材料に応じて各用途毎に複数セットのヘッド及びタンクを有する構造となっている。
【００１５】
各ヘッドは、圧電体素子に体積変化を生じさせて流動体を吐出する方式や、発熱体に熱を加え気泡を発生させ、その体積膨張によって流動体を吐出する方式など、流動体の吐出を可能とした構造を有している。
【００１６】
タンク５、７、９、１１は、ヘッドと一体化、もしくは液体供給用パイプを介してキャリッジ上に構成されており、それぞれ、顔料や染料などを含有した可視情報形成用インクと、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの無機材料やポリイミドなどの有機材料を含有した絶縁パターン形成用液体と、ＳｉやＧｅなどの無機材料やアミン系、ヒドラゾン系、スチルベン系、スターバスト系などの有機材料を含有した半導体パターン形成用液体と、半田，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｇａ等の金属材料による導電パターン形成用液体が充填されている。
【００１７】
固体映像素子ヘッド１２は、ＣＣＤ（電荷結合素子）、またはＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子をヘッドと同一キャリッジ上に配置し、ヘッドと同一の駆動機構を用いて下地の電気回路パターンの座標を検出することで、次の層のパターンを形成する際の位置合わせ精度の向上が可能となる構造となっている。
【００１８】
加熱硬化装置１３は、赤外線ランプやキセノン灯のような輻射熱源により、吐出されたインクや回路形成液体を加熱硬化、又は、溶剤を揮発させることを目的としている。ここでの熱処理条件は前記インクや回路形成液体の熱硬化可能な成分の硬化条件に依存するものである。インクや回路形成の材質、基体の材質によって熱処理による変質の影響がある場合、基体または、形成部の放熱及び冷却の機構を兼ね備える構造をとる。
【００１９】
さらに、回路形成液体の材質によっては、硬化可能なエネルギーとして、熱処理の代わりに光照射あるいはその両方により回路形成部分を硬化させることも可能である。光照射に用いる波長は、光硬化可能な成分が実用的感度を有する範囲の波長であって回路形成液体の成分に依存するものであるが、光反応モードを用いる場合には一般には紫外・可視領域の２００ｎｍから６００ｎｍの範囲が用いられ、光源としては例えば水銀灯、キセノン灯、蛍光灯などの放電管が用いられる。
【実施例１】
【００２０】
本実施例では、インクジェット方式を用いて、紙又は布上に可視情報と絶縁層と該絶縁層の上に電気回路として薄膜トランジスタを形成する例を示す。
【００２１】
図１は、本実施例の電気回路の概略平面図を示す。紙または布の基体１４の形成面には、可視情報形成エリア１５と、位置情報を示す位置決めパターン１６と、絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３上に電気回路形成エリア１７が存在する。ここで、電気回路の下地となる絶縁層２３は、必要最小限な領域への形成が可能であるので、耐熱性有機高分子膜を形成する材料の節約を図り、可視情報エリアを広く取ることができる。
【００２２】
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線における概略断面図である。紙又は布１４の上に、可視情報パターン２２と絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３が形成され、該耐熱性有機高分子膜２３上に半導体パターンである有機半導体膜２４と絶縁パターンである有機絶縁膜２５と導電パターンである導電性膜２６、２８、２９と絶縁パターンである有機高分子保護膜２７と、が形成されている。図２（ｂ）は、形成される電気回路形の各パターンの厚さを示した概略断面図である。一回のキャリッジの移動によって形成されるパターンの厚さを「t」とする。
【００２３】
図３に、図２に示した電気回路である薄膜トランジスタの形成工程を示す。
【００２４】
図３の（１）では、紙又は布上の可視情報形成エリア１５に、インクジェット方式により可視情報２２を形成する。この際、電気回路形成エリア１７の位置決めパターン１６を少なくとも２箇所以上形成する。ここで、位置決めパターン１６は可視情報インクで形成しても、他のインクで形成しても構わないが、可視情報２２を形成する際に、同時に可視情報で形成するのが望ましい。
【００２５】
図３の（２）では、位置決めパターン１６の位置座標を固体映像素子ヘッド１２で読み取り、この座標を基準として電気回路形成エリア１７にインクジェット方式によりポリイミド等の電気的絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３を形成し、加熱硬化装置にてパターン中の溶媒が完全に除去され、パターンを構成する膜が硬化する温度条件にて熱処理を施す。
【００２６】
ここで、基体となる紙、布の凹凸を緩和し、平滑な表面の絶縁層を形成するためには、吐出される耐熱性有機高分子材料の粘度は、数ｃｐ以下とするのが望ましい。
【００２７】
また、本実施例において、絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３の材料は、脆性上の問題から有機材料を選択したが、積層して絶縁パターンを形成する場合は、上層をＳｉＯ２系等の無機材料を原料として含む流動体を用いて平滑化することも可能である。
【００２８】
次に、電気回路形成エリアに位置決めパターン１０６を形成する。位置決めパターン１０６は、電気回路形成エリアの耐熱性有機高分子膜２３と親和性の良い材料であるならば、可視情報インクでも電気回路を形成する他の材料でも構わない。本実施例では、位置決め精度を上げるために、電気回路の形成部分により近い部分に位置決めパターン１０６を形成する例を示している。電気回路の要求精度が緩く、基体である紙や布が変形しにくい材料であるならば、図３（１）で形成した位置決めパターン１６の兼用も可能である。
【００２９】
次に、図４において、図３で説明した薄膜トランジスタの形成方法とその続きを説明する。
【００３０】
図４は、図２で示した薄膜トランジスタの形成方法を概略的に示した断面図である。
【００３１】
図４の（１）は、図３の（１）のＡ-Ａ’線における断面図に対応する。
【００３２】
図４の（２）、（３）は、図３の（２）Ａ-Ａ’線における断面図に対応し、図４の（３）は、耐熱性有機高分子膜２３の厚さが２ｔであるため、キャリッジを２回移動させ、絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３の厚さが２ｔになるように形成し、熱硬化処理を施す。このように、一回の工程による膜の形成と熱硬化処理によって、必要とされる厚み、強度、平坦性に達しない場合には、さらに同様のプロセスを数回繰り返すことで、所望の厚み、強度、平坦性を持ったパターンの形成が可能となる。
【００３３】
図４の（４）では、先ほど形成した絶縁層の耐熱性有機高分子膜２３の上に、回路形成データに基づいて、１回のスキャン内に、半導体パターンである有機半導体膜２４、絶縁パターンであるゲート絶縁膜としての有機絶縁膜２５、絶縁パターンである有機高分子保護膜２７、導電パターンであるソース／ドレイン電極としての導電性膜２８、導電パターンである電気配線としての導電性膜２９、の各パターンをインクジェット方式によって形成し、各パターン形成毎に熱硬化処理を施す。
【００３４】
図４の（５）〜（１３）では、回路形成データに基づいて、半導体パターンである有機半導体膜２４、絶縁パターンである有機絶縁膜２５及び有機高分子保護膜２７、導電パターンであるゲート電極としての導電性膜２６、導電パターンである導電性膜２８及び２９の各種パターンを、順次形成し、各パターン形成毎に熱硬化処理を繰り返すことにより、薄膜トランジスタが形成される。
【００３５】
熱硬化処理は、加熱硬化装置にて各パターン中の溶媒が完全に除去され、各パターンを構成する膜が硬化する温度条件にて熱処理を施す。熱処理の温度は、紙及び可視情報として形成されたパターンに変質等の影響のない温度に設定する。例えば耐熱性有機高分子膜としてポリイミドを使用する場合、一般的に３００℃程度の熱処理を行う必要があるため、基体としては耐熱シート（又は耐熱紙）を用い、紙面上に形成された可視情報のインクが変質（変色）しない温度で処理を行う。
【００３６】
さらに、各工程で位置決めパターン１０６を同時に形成し、固体映像素子にて位置座標を読み取り、次工程の形成パターンの位置合わせに使用する。
【００３７】
この結果、図２に示した電気回路である薄膜トランジスタを精度良く形成することができる。
【００３８】
さらに同様の工程により、導電性膜からなるコイルや導電性膜と有機絶縁膜からなるコンデンサを形成することで、非接触のＲＦＩＤチップや、ダイオード等の電子素子を紙面上に形成することも可能である。
【実施例２】
【００３９】
本実施例では、インクジェット方式を用いて、紙又は布上に可視情報パターンと絶縁層とを形成し、該絶縁層の上に予め作成した微小電子素子であるＳｉトランジスタセルを、インクジェット方式によって配置し、該配置したトランジスタセルを繋ぐように電気回路をインクジェット方式によって形成する例を示す。ここで、微小電子素子とは、シリコン等の微小セル（多面体でも球状でも可）に回路を形成した、微小トランジスタや、微小ダイオード、微小コンデンサ等で、インクジェット方式で吐出できるサイズのものを指す。
【００４０】
図５は本実施例の電気回路の概略断面図を示す。紙または布１４の上に、可視情報パターン２２と絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３が形成され、該耐熱性有機高分子膜２３の上にＳｉトランジスタセル５１と、絶縁パターンである有機絶縁膜２５と、導電パターンである導電性膜２６と、絶縁パターンである有機高分子保護膜２７と、が形成されている。
【００４１】
図６は、図５に示した電気回路の形成工程を示す。
【００４２】
図６の（１）では、紙又は布上の可視情報形成エリア１５に、インクジェット方式により可視情報２２を形成する。次に、電気回路形成エリア１７にインクジェット方式によりポリイミド等の電気的絶縁層である耐熱性有機高分子膜２３を形成し、位置決めパターン１６を形成し、熱硬化処理を施す。
【００４３】
位置決めパターン１６は、電気回路形成エリア１７の耐熱性有機高分子膜２３と親和性の良い材料であるならば、可視情報インクでも電気回路を形成する他のインクでも構わない。ここまでの電気回路形成のための下地である、絶縁層としての耐熱性有機高分子膜２３を形成する工程及び加熱条件等は基本的に実施例１と同じである。また、必要とされる厚み、強度、平坦性を得るために、インクジェット方式による有機高分子膜の形成と熱硬化処理のプロセスを数回繰り返す。本実施例では、予め作成したＳｉトランジスタセルを溶媒中（分散剤としての界面活性剤を含んだ、水溶性アルコール又は非水溶性有機溶媒）に拡散させたものをインクジェット法式にて吐出して、耐熱性有機高分子膜２３の上に配置する。配置されたＳｉトランジスタセルを繋ぐように電気回路を形成するため、実施例１に比べて下地に要求される平坦性の許容度が大きくなり、μｍオーダーの凹凸のある耐熱性有機高分子膜上に回路を形成することも可能となる。
【００４４】
図６の（２）では、位置決めパターン１６の位置座標を固体素子ヘッド１２で読み取りこの座標を基準として、Ｓｉトランジスタセル５１を溶媒中に拡散させたものをインクジェット法にて吐出し、Ｓｉトランジスタセル５１を所望の位置に配置する。ここで、Ｓｉトランジスタセルは、ゲート電極、及びソース／ドレイン電極から引き出された電極パッド５２を複数有している。
【００４５】
図６（３）は図６の（２）のＡ-Ａ’線における断面図であり、微小電子素子であるＳｉトランジスタセルが所望の位置に配置された概略図である。電極パッド５２は、微小電子素子が多面体の場合は、どの面が上を向いても後工程の電気回路形成の際に電極パッドが必ず接続できるように、異なる面に複数の電極パッドを有している。微小電子素子が球状である場合にも、電極パッドと電気回路とが必ず接続できるように複数の電極パッドを有した構造をとる。
【００４６】
次に、上記Ｓｉトランジスタセルの電極パッド５２の位置座標を固体映像素子ヘッドにて読み取り、データ処理装置上に電気回路のパターンを作成する。ここで、検出された接続可能なＳｉトランジスタセルの個数が電気回路の形成に足る充分な個数が無く、所望の電気回路のパターンが形成できない場合には、再びＳｉトランジスタセル５１をインクッジェット方式によって配置し、上記工程と同様にＳｉトランジスタセルの電極パッド５２の位置座標を固体映像素子ヘッドにて読み取り、データ処理装置上に電気回路のパターンを作成する。
【００４７】
図６の（４）では、データ処理装置上に作成された電気回路のパターンに従って、導電パターンである電気回路としての導電性膜２６をインクジェット法式により形成し、所望の電気配線の接続を行う。ここで、絶縁層上に配置されているＳｉトランジスタセルは、全て接続するのではなく、所望の電気回路を形成するのに必要なセルのみを選択して接続する。
【００４８】
次に、加熱硬化装置を用いて、紙面上の溶媒を完全に除去し、導電性膜２６が硬化する温度条件にて熱硬化処理を施す。そして、絶縁パターンである有機絶縁膜２５を導電性膜２６の上に形成し熱硬化処理を施し、最後に、絶縁パターンである保護膜としての有機高分子保護膜２７を形成し、熱硬化処理を施す。
【００４９】
このように、微細加工を必要とするトランジスタ部分を予め半製品として形成しておき、トランジスタ間の配線接続のみＩＪ法を適用することにより、電気回路の集積度を上げることができ、より高機能の電気回路を簡単に形成することができる。
【００５０】
さらに実施例１の場合と同様に、電気回路を形成する液体を用いてコイルやコンデンサを形成したり、あるいは半製品であるコイルやコンデンサをＩＪで吐出して配置することで、非接触のＲＦＩＤチップを紙面上に形成することもできる。
【００５１】
また、実施例１及び２の工程において、電気回路を形成した後に可視情報を形成することで、可視情報形成に使用されるインクをより耐熱性の低いものに置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１の電気回路の概略平面図
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線における概略断面図、（ｂ）は図１で形成される電気回路の各パターンの厚さを示した概略断面図
【図３】実施例１における電気回路の形成工程を示す概略平面図
【図４】実施例１における電気回路の形成工程図を示す概略断面図
【図５】実施例２の電気回路の概略断面図
【図６】実施例２における電気回路の形成工程を示す概略平面図
【図７】インクジェット方式による電気回路形成装置の要部
【符号の説明】
【００５３】
１  データ処理装置
２  基体の搬送部
３  キャリッジの搬送部
４  可視情報形成用ヘッド
５  可視情報形成用タンク
６  絶縁パターン形成用ヘッド
７  絶縁パターン形成用タンク
８  半導体パターン形成用ヘッド
９  半導体パターン形成用タンク
１０  導電パターン形成用ヘッド
１１  導電パターン形成用タンク
１２  固体映像素子ヘッド
１３  加熱硬化装置
１４  紙又は布の基体
１５  可視情報形成エリア
１６、１０６  位置決めパターン
１７  電気回路形成エリア
２２  可視情報パターン
２３  耐熱性有機高分子膜
２４  有機半導体膜
２５  有機絶縁膜
２６、２８、２９  導電性膜
２７  有機高分子保護膜
５１  Ｓｉトランジスタセル
５２  電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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