(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドによる機能性膜パターン形成方法において、形成される機能性膜パターンの低抵抗化を図るとともに、この機能性膜パターンの形成を１回の走査工程で実現する。【解決手段】直線からなる機能性膜パターン部４の長手方向をインクジェットヘッド１１０の走査方向に対して下記式を満足する所定角度θで傾ける。一定の間隔で配された複数の吐出口１１１から機能性微粒子Ｂを含有した液滴Ｌを吐出するインクジェットヘッド１１０を基板１上で走査する。基板１上に着弾された液滴Ｌにより直線からなる機能性膜パターン部４に機能性膜パターンＰを形成する。ｄ＜２ｒＳＩＮθ（式中、ｄは、隣接する液滴の中心間距離の走査方向に対する垂直成分距離、ｒは、液滴の着弾後の半径である。但し、θ≠０である。）【選択図】図４
2009291684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の間隔で配された複数の吐出口から機能性微粒子を含有した液滴を吐出するインクジェットヘッドを基板上で走査して、該基板上に着弾された前記液滴により直線からなる機能性膜パターン部に機能性膜パターンを形成する機能性膜パターン形成方法において、
前記直線からなる機能性膜パターン部の長手方向を前記インクジェットヘッドの走査方向に対して下記式を満足する所定角度θで傾けて走査することを特徴とする機能性膜パターン形成方法。
ｄ＜２ｒＳＩＮθ
（式中、ｄは、隣りあう前記液滴の中心間距離の前記走査方向に対する垂直成分距離、ｒは、前記液滴の着弾後の半径である。但し、θ≠０である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドによる機能性膜パターン形成方法、詳しくは、例えば薄膜半導体へのゲート電極、ソース電極等への配線パターンを、機能性微粒子を含有する機能性微粒子分散溶液をインクジェットヘッドにより直接、基板上に描画して形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子ペーパやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）のような軽くて薄いフレキシブルディスプレイが注目を浴びている。これらのフレキシブルディスプレイにおいては、薄膜半導体からなるＴＦＴ(Thin Film Transistor)が多数使用されている。すなわち、図７Ａに示すように、電子ペーパにおいては、フィルム基板上と表示部との間に薄膜半導体が配置され、図７Ｂに示すように、ＯＬＥＤにおいては、フィルム基板上とＯＬＥＤとの間に薄膜半導体が配置される構成となっている。
【０００３】
この薄膜半導体へのゲート電極、ソース電極等への配線パターンを形成する方法として、機能性微粒子を含有する機能性微粒子分散溶液をインクジェットヘッドにより直接、基板上に描画して機能性膜パターンを形成する方法が知られている。
【０００４】
このインクジェットヘッドによる機能性膜パターンの形成においては、形成される機能性膜パターンの断線や短絡等の欠陥を防止するために、基板上に着弾された液滴の位置・形状等を正確に制御する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、導電性微粒子を含有した液滴を基板上に、配置した直後の液滴の直径の２倍以下であって、液滴同士がつながらない配線ピッチで配置する第１配置工程と、第１配置工程で配置された液滴同士の間を埋めるように、基板上に液滴を配置する第２配置工程を有する配線形成方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−４９１８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インクジェットヘッドを使用して機能性微粒子を含有した液滴を基板上に吐出して機能性膜パターンを形成する方法においては、形成される配線の機能性膜パターンは、できるだけ低抵抗となることが望ましい。本願発明者は、形成された機能性膜パターンの長手方向が、インクジェットヘッドの走査方向に対して平行な機能性膜パターンは、走査方向に対して傾いているパターンと比較して、高抵抗化するという特性を見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
また、特許文献１に開示されている技術では、機能性膜パターンを形成するためにはインクジェットヘッドを基板上で２回走査する必要がある。２回目の走査工程においては、１回目に配置された液滴間に正確に着弾させる必要がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、インクジェットヘッドを使用して形成される機能膜パターンの低抵抗化を図るとともに、この機能性膜パターンの形成を１回の走査工程で実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明の機能性膜パターン形成方法は、一定の間隔で配された複数の吐出口から機能性微粒子を含有した液滴を吐出するインクジェットヘッドを基板上で走査して、この基板上に着弾された液滴により直線からなる機能性膜パターン部に機能性膜パターンを形成する機能性膜パターン形成方法において、直線からなる機能性膜パターン部の長手方向をインクジェットヘッドの走査方向に対して下記式を満足する所定角度θで傾けて走査することを特徴とするものである。ｄ＜２ｒＳＩＮθ（式中、ｄは、隣りあう液滴の中心間距離の前記走査方向に対する垂直成分距離、ｒは、液滴の着弾後の半径である。但し、θ≠０である。）
ここで、「一定の間隔」とは、隣接する吐出口の中心が一定の間隔となることを意味するものである。上記「基板上で走査」とは、インクジェットヘッドを基板表面と略平行に走査することを意味するものである。上記「着弾された液滴」とは、着弾直後の液滴を意味するものではなく、着弾後に形状、寸法、位置等が略一定となった液滴を意味するものである。上記「直線からなる」とは、曲線を含まないとの意味であり、また、一本の一方向からなる直線に限定されず、途中において所定角度で折れる一本の直線、複数の直線が所定角度で交差している状態をも含むものである。上記「機能性膜パターン部」とは、基板上の機能性膜を形成する部分を意味するものである。上記「機能性膜パターン部の長手方向」とは、直線からなる機能性膜パターンの伸長している方向を意味するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の機能性膜パターン形成方法によれば、インクジェットヘッドの走査方向に対して、直線からなる機能性膜パターン部の長手方向を所定角度θ（但し、θ≠０である。）で傾けて、インクジェットヘッドを走査させるため、形成される機能性膜パターンは、走査方向に対して直線からなる機能性膜パターン部の長手方向が平行である機能性膜パターンよりも低抵抗化を図れることになるとともに、所定角度θと、隣りあう液滴の中心間距離の走査方向に対して垂直成分距離ｄと、液滴の着弾後の半径ｒとが、ｄ＜２ｒＳＩＮθを満足するように設定することにより、隣りあう着弾後の液滴が重なるため、インクジェットヘッドを基板上で１回走査することで、機能性膜パターンを断線することなく形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の機能性膜パターン形成方法に使用する基板について説明する。図１は、本発明の機能性膜パターン形成方法に使用する基板の概略構成図、図２は、本発明の機能性膜パターン形成方法に使用する基板の要部拡大図を示すものである。図１に示すように、本実施形態において、基板の一例であるガラス基板１は、図中破線の最外枠で示す、機能性膜配線パターン領域２を有しており、この機能性膜配線パターン領域２は、一例として複数の略格子状の単一セル３から構成されている。単一セル３には、図２に示すように、薄膜半導体が配置され、図中垂直方向のソース線、図中水平方向のゲート線および、補助容量へドレイン線が配線されることになる。また、上記の各線は、図示しない絶縁層を介して交差しているものである。
【００１２】
前述のとおり、本発明は、曲線を含まない、直線からなる機能性膜パターンを形成することが可能であるが、本実施形態においては、機能性膜パターン部４を、一例として直交するソース線、およびゲート線が形成されるものとして説明するが、これに限定されるものではない。
【００１３】
次に、本発明の機能性膜パターン形成方法について説明する。本発明の機能性膜パターン形成方法は、描画工程、焼成工程からなるものであり、まず、描画工程について説明する。図３は、本発明の機能性膜パターン形成方法の描画工程に使用する機能性膜パターン形成装置の概略構成図である。図３において、矢印Ｘ、Ｙ、およびＺの各方向は互いに直交するものである。
【００１４】
機能性膜パターン形成装置１００は、ガラス基板１が載置される載置台１０１、この載置台１０１上を、この載置台１０１の表面に対して略平行に走査するインクジェットヘッド１１０とから構成されている。
【００１５】
載置台１０１は、ガラス基板１をインクジェットヘッド１１０の走査方向に対して機能性膜パターン部４が所望の角度を形成するように、保持可能であるとともに、図示しない駆動手段により、図中Ｙ方向に移動自在となっている。
【００１６】
インクジェットヘッド１１０は、機能性微粒子Ｂを含有する機能性微粒子分散溶液が充填される、図示しないカートリッジを内蔵し、この機能性微粒子分散溶液からなる液滴Ｌを吐出する一列の直線状に一定の間隔で配列された複数の吐出口１１１を有している。また、インクジェットヘッドの各吐出口１１１には、図示しない圧電体が内蔵され、この圧電体を振動させることにより、所定の周波数で吐出口１１１から機能性分散溶液を吐出する。また、インクジェットヘッド１１０は、図示しない駆動手段により、図中Ｘ方向に移動自在であるとともに、隣りあう吐出口１１１間距離の走査方向に対する垂直成分距離を調整するために、載置台１０１の表面に垂直なＺ軸回りの矢印Ｒ方向に回転自在で構成されている。なお、本実施形態において、吐出口１１１は、一定の間隔で、一列の直線状でインクジェットヘッド１１０に配列されているが、これに限定されるものではない、一定の間隔で、複数列の直線状でインクジェットヘッド１１０に配列されるものであってもよい。
【００１７】
機能性微粒子Ｂとしては、具体的に導電性が良好であるＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ等が挙げられるが、Ａｕはコスト高、Ｃｕは酸化容易であることから、Ａｇを使用することが望ましい。また、低融点であるＡｇを機能性微粒子として使用することにより、ガラス基板１よりも耐熱温度の低い樹脂基板等へも適用も可能となる。この機能性微粒子の粒径は、１〜１０００ｎｍであり、好ましくは、１〜１００ｎｍ、より好ましくは１〜１０ｎｍである。
【００１８】
次に、本発明の機能性膜パターン形成方法について詳細に説明する。図４は、本発明の機能性膜パターン形成方法の描画工程を示す。なお、図４においては、理解を容易にするため、ガラス基板１の一部のみを示し、載置台１０１、およびインクジェットヘッド１１０は省略している。
【００１９】
本発明の機能性膜パターン形成方法の液滴Ｌの描画工程では、図４の左図が示すように、機能性膜パターン部４が、インクジェットヘッド１１０の走査方向（図中矢印Ａ方向）に対して角度θだけ傾くように、載置台１０１上にガラス基板１を載置する。これにより、形成される機能性膜パターンＰは、走査方向（図中矢印Ａ方向）に対して機能性パターン部４が平行とならず、形成される機能性膜パターンＰの抵抗は、走査方向（図中矢印Ａ方向）に対して平行で形成される機能性膜パターンＰよりも低抵抗となる。ここで、角度θは、直線からなる機能性膜パターン部４のいずれの部分も、走査方向に対して平行とならないように決定されるものである。機能性膜パターンは、直線状のパターンにより形成される場合が多く、また、図７Ａおよび図７Ｂに示すような格子状で形成されるパターンが特に多いので、このような場合、本発明は特に効果的である。
【００２０】
次に、インクジェットヘッド１１０の吐出口１１１から機能性微粒子分散溶液からなる液滴Ｌを吐出させるとともに、インクジェットヘッド１１０をガラス基板１上に走査させる（図中矢印Ａ方向）。
【００２１】
インクジェットヘッド１１０のガラス基板１上の走査後は、図４の右図が示すように、機能性膜パターン部４上に、液滴Ｌが着弾される。隣りあう液滴Ｌの中心をａおよびｂとし、機能性膜パターン部４への着弾後の液滴Ｌの半径をｒとする。
【００２２】
ここで、本発明の機能性膜パターン形成方法の描画工程においては、隣りあう着弾後の液滴Ｌの中心ａおよびｂの中心間距離Ｓの走査方向に対する垂直成分距離dとした場合に、ｄは、ｄ＜２ｒＳＩＮθの関係式を満たすこととする。中心間距離Ｓは、ｄ／ＳＩＮθであるため、この関係式を満足することで、中心間距離Ｓは２ｒ未満となり、隣りあう着弾後の液滴Ｌ同士が重なり合うことになる。したがって、本発明の機能性膜パターン形成方法では、隣りあう着弾後の液滴の間を埋める２回目の走査の必要はない。中心間距離Ｓの走査方向に対する垂直成分距離ｄの決定については後述する。
【００２３】
ここで、液滴Ｌを用いて機能性膜パターン部４上に、断線や短絡なく、所定の幅、厚みを有するパターンを描画する場合において、描画後の特性が均一とするため、隣りあう液滴Ｌの中心間距離Ｓは、直線からなる機能性膜パターンＰにおいて略均一にする必要がある。ここで、着弾後の液滴Ｌの半径ｒは、液滴Ｌの粘度、表面張力、機能性膜パターン部４の濡れ性、液滴吐出速度等により決定されるものである。
【００２４】
隣りあう液滴Ｌの中心間距離Ｓは、後述するとおり、インクジェットヘッドの傾きにより、決定されるものである。図５は、着弾後の液滴Ｌによる描画状態を示す図である。前述のとおり、インクジェットヘッド１１０は、載置台１０１の表面に垂直なＺ軸回りの矢印Ｒ方向に回転自在で構成されているため（図１参照）、機能性膜パターン形成部４での着弾後の液滴Ｌによる描画は、図５に示すように、インクジェットヘッド１１０を傾けることで、吐出口１１１間の走査方向に対する垂直成分距離（図中垂直方向）を変化させることが可能である。すなわち、隣りあう液滴Ｌの中心間距離Ｓが着弾後の液滴Ｌの半径ｒの２倍に等しい場合には、波線描画（図５中央）、小さい場合には、直線描画（図５左）、大きい場合には、線を形成しない描画（図５右）となる。したがって、１回の走査工程で着弾後の隣あう液滴Ｌが重なりあい、直線描画（図５左）となるＳ＜２rとなることが必要である。
【００２５】
ここで、再び図４を参照すると、隣りあう液滴Ｌの中心間距離Ｓの走査方向に対しての垂直成分距離ｄは、機能性膜パターン部４の形状から角度θ、および液滴Ｌの特性等から半径ｒが決定されることにより、前述のｄ＜２ｒＳＩＮθ（但し、θ≠０である）を満たすように決定されるものである。
【００２６】
なお、従来の方法において、機能性膜パターン部４の走査方向に対して平行となる部分について描画する場合においては、平行でない部分における中心間距離Ｓと等間隔となるように、走査方向に対して平行な部分の真上に存在する吐出口１１１のみを圧電体の振動を制御することにより、吐出させている。
【００２７】
描画終了後には、ガラス基板１は室温で乾燥処理が施される。また、この乾燥処理は室温で乾燥させてもよく、ホットプレートや電気炉等を使用してもよく、特に限定されるものではない。
【００２８】
次に、本発明の機能性膜パターン形成の方法の焼成工程について説明する。本発明の機能性膜パターン形成方法においては、描画されたガラス基板上の機能性膜パターン形成部４に着弾されて液滴Ｌを機能性膜に変換するために、焼成工程が施される。焼成は、ガラス基板１がこのガラス基板１の耐熱温度以下となる条件で着弾された液滴Ｌを加熱することにより行う。この焼成の方法に制限はなく、電気炉内で行ってもよく、熱線を使用してもよい。
【００２９】
熱線を使用した加熱処理としては、レーザ光線を使用し、レーザ光線を着弾された液滴Ｌに照射して緻密化させるレーザアニールや、熱線としてキセノンフラッシュランプ等を使用したフラッシュランプアニール等が挙げられる。
【００３０】
レーザアニールに用いるレーザ光源としては特に制限なく、エキシマレーザ等のパルス発振レーザ、および連続発振レーザ（ＣＷレーザ）が挙げられる。エキシマレーザ光等の短波長パルスレーザでは、機能性膜の表層で吸収されるエネルギーが大きく、基板に到達するエネルギーを制御しやすいため、好ましい。また、同様の理由により、パルスレーザを用いる場合は、そのパルス幅が１００ｎｓ以下の短いものが好ましく、数１０ｎｓ以下であることがより好ましい。
【００３１】
以上により、ガラス基板１の機能性膜パターン形成部４に機能性膜パターンＰが形成される。
【００３２】
したがって、本発明の機能性膜パターン形成方法によれば、ガラス基板１上の機能性膜パターン部４の長手方向をインクジェットヘッド１１０の走査方向に対して、所定角度θ傾けるため、走査方向に対して平行となる機能性膜パターンＰよりも低抵抗とすることができ、且つ隣りあう着弾後の液滴Ｌの中心間距離の走査方向に対しての垂直成分距離ｄが、着弾後の液滴Ｌの半径ｒとの間において、ｄ＜２ｒＳＩＮθとの関係を満足することにより、着弾後の液滴Ｌが重なりあうため、１回の走査で機能性膜パターンを描画できる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、基板をガラス基板１として説明したが、これに限定されるものではなく、フレキシブル基板等をも含むものである。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の機能性膜パターン形成方法について、本実施形態の機能性膜パターン形成装置１００、電気炉を使用し、機能性膜パターンを形成することにより検証をおこなった。
【００３５】
本実施例において、機能性微粒子Ｂは、平均粒径が３〜７ｎｍ程度のＡｇナノ粒子を用い、このＡｇナノ粒子分散溶液を、金属含有量：５８ｗｔ％、粘度：１０ｍＰａ・ｓで使用した。また、ガラス基板１として、直交する線状の機能性膜パターン部４を有する石英ガラス基板を使用した。
【００３６】
（実施例１）
本発明の描画工程において、直交する直線状の機能性膜パターン部４がインクジェットヘッド１１０の走査方向に対して、所定角度θが±４５度となるように、石英ガラス基板を載置台１０１上に載置し、インクジェットヘッド１１０の吐出口１１１からＡｇナノ粒子分散溶液の液滴を吐出させ、インクジェットヘッド１１０を石英ガラス基板上で走査させ、機能性膜配線パターン部４に液滴Ｌを着弾させることにより描画した。
【００３７】
隣りあう着弾後の液滴Ｌの中心間距離の走査方向に対しての垂直成分距離ｄは、着弾された液滴Ｌの中心間距離が、後述する比較例での着弾された液滴Ｌの中心間距離と等しい、３０μｍ程度となるように、２１μｍに設定した。また、描画後は、室温において乾燥処理が施された。
【００３８】
焼成工程においては、２２０℃に加熱した電気炉に入れ、６０分間の大気雰囲気内で熱処理を行い、導電膜へ返還した。
【００３９】
実施例１で形成された機能性膜パターンＰの抵抗結果について説明する。走査方向に対して４５度傾いた、幅６４μｍ、長さ１６ｍｍの機能性膜パターンＰのシート抵抗は、０．２０６Ω／ｓｑであり、走査方向に対して、−４５度傾いた、幅７０μｍ、長さ１６ｍｍの機能性膜パターンＰのシート抵抗は、０．２２３Ω／ｓｑとなった。
【００４０】
（比較例）
従来方法の描画工程において、直交する線状の機能性膜パターン部４がインクジェットヘッド１１０の走査方向に対して、垂直となる方向および平行となる方向を有するように、石英ガラス基板を載置台１上に載置した。着弾後の隣りあう液滴Ｌの中心間距離の走査方向に対しての垂直成分距離ｄは、３０μｍである。また、乾燥処理においては、走査方向に平行な方向の機能性膜パターン部４は、前述のとおり、吐出口１１１から吐出される液滴Ｌの周波数を制御することにより１回の走査で、着弾後の隣りあう液滴Ｌ同士が重なりあう描画が可能であり、走査方向に対して垂直な方向は、１回の走査で、着弾後の隣りあう液滴Ｌ同士は重なりあわない状態で乾燥処理が行われ、該乾燥処理後に２回の走査を行い、再度乾燥処理を行うため、乾燥処理の履歴に差が生じる以外は実施例１と同様とした。
【００４１】
比較例で形成された機能性膜パターンＰの抵抗結果について説明する。走査方向に対して平行な、幅１００μｍ、長さ１６ｍｍの機能性膜パターンＰのシート抵抗は、１．２３Ω／ｓｑであり、走査方向に対して垂直な、幅７３μｍ、長さ１６ｍｍの機能性膜パターンＰのシート抵抗は、０．２２３Ω／ｓｑとなった。
【００４２】
比較例の結果に基づく形状観察について説明する。図６Ａは、比較例の走査方向に対して平行な場合のＳＥＭによる機能性膜パターンの断面、図６Ｂは、比較例の走査方向に対して垂直な場合のＳＥＭによる機能性膜パターンの断面を示すものである。また、断面は、それぞれの機能性膜パターンＰの長手方向に垂直となる断面を示すものである。さらに、図６Ａおよび図６Ｂは、焼成工程後の機能性膜パターンＰの断面を示すものである。
【００４３】
図６Ａおよび６Ｂが示すように、走査方向に対して平行な機能性膜パターンＰの粒子は、走査方向に対して垂直な機能性膜パターンＰの粒子よりも大きく、疎な状態であり粒子同士のネットワークが悪い。一方で、走査方向に対して垂直な機能性膜パターンＰの粒子は、走査方向に対して平行な機能性膜パターンＰの粒子よりも小さく、密な状態であり粒子同士のネットワークがよい。
【００４４】
実施例１および比較例の結果から、本発明の機能性膜パターン形成方法により、直交する機能性膜パターン形成部４を傾けることにより、直交する各方向の機能性膜パターンＰのシート抵抗値が、機能性膜パターン形成部４を傾けない場合の、走査方向に対して平行な機能性膜パターンＰのシート抵抗と比較して低抵抗となることが分かった。また、直交する各方向の機能性パターンＰのシート抵抗値のばらつきが少なく、均一な特性となることもわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の機能性膜パターン形成方法に使用する基板の概略構成図
【図２】本発明の機能性膜パターン形成方法に使用する基板の要部拡大図
【図３】本発明の機能性膜パターン形成方法の描画工程に使用する機能性膜パターン形成装置の概略構成図
【図４】本発明の機能性膜パターン形成方法の描画工程を示す図
【図５】着弾後の液滴による描画の状態を示す図
【図６Ａ】比較例の走査方向に対して平行な場合のＳＥＭによる機能性膜パターンの断面
【図６Ｂ】比較例の走査方向に対して垂直な場合のＳＥＭによる機能性膜パターンの断面
【図７Ａ】電子ペーパにおける薄膜半導体の配置を示す図
【図７Ｂ】ＯＬＥＤにおける薄膜半導体の配置を示す図
【符号の説明】
【００４６】
Ｂ      機能性微粒子
Ｌ      液滴
Ｐ      機能性膜パターン
１      ガラス基板
４      機能性膜パターン部
１１０  インクジェットヘッド
１１１  吐出口
【図１】
2009291684.tif 000003
【図２】
2009291684.tif 000004
【図３】
2009291684.tif 000005
【図４】
2009291684.tif 000006
【図５】
2009291684.tif 000007
【図６Ａ】
2009291684.tif 000008
【図６Ｂ】
2009291684.tif 000009
【図７Ａ】
2009291684.tif 000010
【図７Ｂ】
2009291684.tif 000011