JP2006302679A - 導電膜の形成方法、及び電子機器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 安定な電気的特性を有する低抵抗の導電膜を液相法を用いて形成する方法を提供する。
【解決手段】 本発明の導電膜の形成方法は、基板P上に微粒子材料を含む液体材料12を配置する工程と、前記基板P上の液体材料12をフラッシュランプを用いた光照射により焼成して導電膜を形成する工程と、を含む。
【選択図】 図2
【解決手段】 本発明の導電膜の形成方法は、基板P上に微粒子材料を含む液体材料12を配置する工程と、前記基板P上の液体材料12をフラッシュランプを用いた光照射により焼成して導電膜を形成する工程と、を含む。
【選択図】 図2
Description
本発明は、導電膜の形成方法、及び電子機器の製造方法に関するものである。
導電膜(透光性導電膜)は、例えば、電気光学装置の電極や、タッチパネルの電極、電磁波シールド材等に用いられており、その代表的なものとして、錫をドープした酸化インジウム(ITO;Indium Tin Oxide)が知られている。ITO膜は一般的に蒸着法やスパッタ法を用いて形成されるが、製造コストのさらなる低減や大面積への一括成膜を目的として、液相法を用いたITO膜の形成方法が検討されている。
例えば特許文献1には、インジウムの有機酸化合物と有機錫化合物とを有機溶媒に溶解した液体材料を用いた液相法によりITO膜を形成する方法が開示されている。しかし係る形成方法で得られるITO膜はシート抵抗が大きく、電極用途には不向きであることから、特許文献2では、上記液体材料にさらにITO微粒子を分散させた分散液を用いることで低シート抵抗のITO膜を得られるようにしている。
特開2001−2954号公報
特開2004−22224号公報
例えば特許文献1には、インジウムの有機酸化合物と有機錫化合物とを有機溶媒に溶解した液体材料を用いた液相法によりITO膜を形成する方法が開示されている。しかし係る形成方法で得られるITO膜はシート抵抗が大きく、電極用途には不向きであることから、特許文献2では、上記液体材料にさらにITO微粒子を分散させた分散液を用いることで低シート抵抗のITO膜を得られるようにしている。
ところで、液相法によりITO膜を形成する場合、基体上に液体材料を塗布した後、この液体材料を乾燥、固化させて薄膜にする。従来のITO膜の形成方法では、かかる乾燥固化工程における加熱をオーブンにより行うのが一般的であった。しかし、本発明者が検討を行ったところ、かかる方法により得られたITO膜では、経時的にシート抵抗が上昇することが判明した。このようにシート抵抗が経時的に変化するのでは、当該ITO膜を電極等に用いた電子機器においても電気特性が経時的に変化することとなり不都合を生じる。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、安定な電気的特性を有する低抵抗の導電膜を液相法を用いて形成する方法を提供することを目的としている。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、安定な電気的特性を有する低抵抗の導電膜を液相法を用いて形成する方法を提供することを目的としている。
本発明は、上記課題を解決するために、基体上に微粒子材料を含む液体材料を配置する工程と、前記基体上の液体材料を、フラッシュランプを用いた光照射により焼成して導電膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする導電膜の形成方法を提供する。
この導電膜形成方法では、液体材料を焼成して微粒子焼結膜からなる導電膜を得るに際して、フラッシュランプを用いた光照射処理を行う。これにより液体材料を瞬時に加熱して微粒子材料を分散させている分散媒を迅速に除去することができ、また微粒子材料の焼結が、熱エネルギーと光エネルギーとによって成されるため、熱エネルギーのみによって焼結を進行させる従来の方法に比して、より安定な導通状態を有する導電膜を形成することができる。これは、光エネルギーのアシストにより微粒子表面の結晶性の回復や、微粒子同士のネッキングや溶着が促進されるためであると考えられる。
この導電膜形成方法では、液体材料を焼成して微粒子焼結膜からなる導電膜を得るに際して、フラッシュランプを用いた光照射処理を行う。これにより液体材料を瞬時に加熱して微粒子材料を分散させている分散媒を迅速に除去することができ、また微粒子材料の焼結が、熱エネルギーと光エネルギーとによって成されるため、熱エネルギーのみによって焼結を進行させる従来の方法に比して、より安定な導通状態を有する導電膜を形成することができる。これは、光エネルギーのアシストにより微粒子表面の結晶性の回復や、微粒子同士のネッキングや溶着が促進されるためであると考えられる。
本発明の導電膜形成方法では、前記微粒子材料が、バルクで900℃以上の融点を有し、粒径10〜150nmにおける融点が255℃以上である導電材料の微粒子であることが好ましい。このような融点が高く、また微粒子化による融点効果の小さい材料では、加熱温度が制限されるために液相法を用いた導電膜形成が採用される場合に、微粒子間の溶着や焼結の進行が不十分なものとなりやすく、良好な電気特性を有する導電膜が得にくいという問題がある。そこで、本発明に係る形成方法を適用することで、微粒子間の融着等を促進して安定な導通を得ることができ、上記高融点材料の微粒子を用いた導電膜形成に際しても極めて有効である。
本発明の導電膜形成方法では、前記微粒子材料が、透明導電材料の微粒子であることが好ましい。一般的に金属酸化物からなる透明導電材料の微粒子も、融点が高く、また微粒子化による融点効果が小さいため、加熱による融着や焼結が進行しにくく、安定な電気特性が得にくいので、本発明に係る形成方法を用いて好適な材料である。
本発明の導電膜形成方法では、前記透明導電材料が、インジウム錫酸化物、酸化錫、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物、ハロゲン含有酸化錫から選ばれる1種以上の金属酸化物であることが好ましい。本発明は、これらの透明導電材料の微粒子を用いた導電膜形成に特に有効な技術である。
本発明の導電膜形成方法では、前記微粒子材料が、銅、ニッケル、マンガン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンから選ばれる1種以上の金属微粒子材料であることが好ましい。これらの金属材料は、大気中で容易に表面酸化が進行し、また加熱による微粒子の融着等が進行しにくく、安定な電気特性を得にくい傾向にあるので、本発明に係る形成方法を用いることが有効である。
本発明の導電膜形成方法では、前記液体材料を、液滴吐出装置を用いた液滴吐出法により前記基体上に配置することができる。また本発明の導電膜形成方法では、前記液体材料を、毛細管現象を利用したCAPコート法により前記基体上に配置することもできる。
次に、本発明の電子機器の製造方法は、先に記載の本発明の形成方法を用いた導電膜形成工程を含むことを特徴とする。この製造方法によれば、経時的に安定な導電膜を具備し、電気的信頼性に優れた電子機器を、安価に製造することができる。
(導電膜の形成方法)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1(a)は、本実施形態の形成方法で用いる液滴吐出装置の概略構成図、図1(b)は、同液滴吐出装置に搭載された液滴吐出装置の概略構成図である。図2は、本実施形態の導電膜の形成方法を説明するための断面工程図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1(a)は、本実施形態の形成方法で用いる液滴吐出装置の概略構成図、図1(b)は、同液滴吐出装置に搭載された液滴吐出装置の概略構成図である。図2は、本実施形態の導電膜の形成方法を説明するための断面工程図である。
<液体材料>
本実施形態では、液滴吐出法を用いて微粒子材料を含む液体材料を基体上に配置し、導電膜パターンを形成する例について説明する。本実施形態に係る形成方法で用いられる液体材料には、微粒子材料を分散媒に分散させたものが用いられる。本実施形態の形成方法を用いて形成するのに好適な導電膜形成材料は、バルクの融点が高く、また微粒子化した場合の融点降下が小さい材料であり、例えば、バルクの融点が900℃以上で、粒径10nm〜150nmにおける融点が255℃以上である微粒子材料により導電膜を形成する際に好適である。上記微粒子材料の具体例を挙げるならば、銅、ニッケル、マンガン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン等の高融点の卑金属や、インジウム錫酸化物、酸化錫、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物、ハロゲン含有酸化錫等の金属酸化物である。上記金属微粒子ないし金属酸化物微粒子は、液体材料における分散性の向上や変質の防止を目的としたコーティングを施されていてもよい。
本実施形態では、液滴吐出法を用いて微粒子材料を含む液体材料を基体上に配置し、導電膜パターンを形成する例について説明する。本実施形態に係る形成方法で用いられる液体材料には、微粒子材料を分散媒に分散させたものが用いられる。本実施形態の形成方法を用いて形成するのに好適な導電膜形成材料は、バルクの融点が高く、また微粒子化した場合の融点降下が小さい材料であり、例えば、バルクの融点が900℃以上で、粒径10nm〜150nmにおける融点が255℃以上である微粒子材料により導電膜を形成する際に好適である。上記微粒子材料の具体例を挙げるならば、銅、ニッケル、マンガン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン等の高融点の卑金属や、インジウム錫酸化物、酸化錫、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物、ハロゲン含有酸化錫等の金属酸化物である。上記金属微粒子ないし金属酸化物微粒子は、液体材料における分散性の向上や変質の防止を目的としたコーティングを施されていてもよい。
一方、分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
上記導電性微粒子の分散液の表面張力は0.02N/m以上0.07N/m以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法にて液体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、液体材料組成物の吐出ノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、0.07N/mを超えると吐出ノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や、吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。
上記分散液の粘度は1mPa・s以上50mPa・s以下であることが好ましい。インクジェット法を用いて液体材料を液滴として吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合には吐出ノズル周辺部が液体材料の流出により汚染されやすく、また粘度が50mPa・sより大きい場合は、吐出ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となるだけでなく、液滴の吐出量が減少する。
<液滴吐出装置>
ここで、液滴吐出装置について、図1(a)の概略構成図を参照して説明する。液滴吐出装置(インクジェット装置)IJは、液滴吐出ヘッドから基板Pに対して液滴を吐出(滴下)するものであって、液滴吐出ヘッド301と、X方向駆動軸304と、Y方向ガイド軸305と、制御装置CONTと、ステージ307と、クリーニング機構308と、基台309と、ヒータ315とを備えている。ステージ307は、この液滴吐出装置IJにより液体材料を塗布される基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
ここで、液滴吐出装置について、図1(a)の概略構成図を参照して説明する。液滴吐出装置(インクジェット装置)IJは、液滴吐出ヘッドから基板Pに対して液滴を吐出(滴下)するものであって、液滴吐出ヘッド301と、X方向駆動軸304と、Y方向ガイド軸305と、制御装置CONTと、ステージ307と、クリーニング機構308と、基台309と、ヒータ315とを備えている。ステージ307は、この液滴吐出装置IJにより液体材料を塗布される基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
液滴吐出ヘッド301は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とY軸方向とを一致させている。複数の吐出ノズルは、液滴吐出ヘッド301の下面にY軸方向に並んで一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド301の吐出ノズルからは、ステージ307に支持されている基板Pに対して、上述した微粒子材料を含む液体材料が吐出される。
X方向駆動軸304には、X方向駆動モータ302が接続されている。X方向駆動モータ302はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからX方向の駆動信号が供給されると、X方向駆動軸304を回転させる。X方向駆動軸304が回転すると、液滴吐出ヘッド301はX軸方向に移動する。
Y方向ガイド軸305は、基台309に対して動かないように固定されている。ステージ307は、Y方向駆動モータ303を備えている。Y方向駆動モータ303はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY方向の駆動信号が供給されると、ステージ307をY方向に移動する。
Y方向ガイド軸305は、基台309に対して動かないように固定されている。ステージ307は、Y方向駆動モータ303を備えている。Y方向駆動モータ303はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY方向の駆動信号が供給されると、ステージ307をY方向に移動する。
制御装置CONTは、液滴吐出ヘッド301に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、X方向駆動モータ302に液滴吐出ヘッド301のX方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Y方向駆動モータ303にステージ307のY方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。
クリーニング機構308は、液滴吐出ヘッド301をクリーニングするものである。クリーニング機構308には、図示しないY方向の駆動モータが備えられている。このY方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y方向ガイド軸305に沿って移動する。クリーニング機構308の移動も制御装置CONTにより制御される。
クリーニング機構308は、液滴吐出ヘッド301をクリーニングするものである。クリーニング機構308には、図示しないY方向の駆動モータが備えられている。このY方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y方向ガイド軸305に沿って移動する。クリーニング機構308の移動も制御装置CONTにより制御される。
ヒータ315は、本実施形態ではフラッシュランプであり、コンデンサに蓄えた電荷を短時間に放電する光照射によって基板Pを瞬時に加熱することで、基板P上に塗布された液体材料に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒータ315の電源の投入及び遮断も制御装置CONTにより制御される。フラッシュランプとしては例えばキセノンランプを例示することができ、光照射エネルギーが1〜50J/cm2程度、光照射時間が1μ秒〜数m秒程度のものを好適に用いることができる。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド301と基板Pを支持するステージ307とを相対的に走査しつつ基板Pに対して液滴を吐出する。ここで、以下の説明において、X方向を走査方向、X方向と直交するY方向を非走査方向とする。
したがって、液滴吐出ヘッド301の吐出ノズルは、非走査方向であるY方向に一定間隔で並んで設けられている。なお、図1(a)では、液滴吐出ヘッド301は、基板Pの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド301の角度を調整し、基板Pの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド301の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Pとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。
したがって、液滴吐出ヘッド301の吐出ノズルは、非走査方向であるY方向に一定間隔で並んで設けられている。なお、図1(a)では、液滴吐出ヘッド301は、基板Pの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド301の角度を調整し、基板Pの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド301の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Pとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。
図1(b)は、液滴吐出ヘッド301の断面図である。液滴吐出ヘッド301には、液体材料(配線用液体材料等)を収容する液体室321に隣接してピエゾ素子322が設置されている。液体室321には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系323を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子322は駆動回路324に接続されており、この駆動回路324を介してピエゾ素子322に電圧を印加し、ピエゾ素子322を変形させることにより、液体室321が変形し、ノズル325から液体材料が吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子322の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子322の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。
<導電膜の形成方法>
次に、本発明の導電膜の形成方法の一実施形態として、基板上に形成したバンク(堰)を利用して導電膜を基板上にパターン形成する方法について図2を参照して説明する。
次に、本発明の導電膜の形成方法の一実施形態として、基板上に形成したバンク(堰)を利用して導電膜を基板上にパターン形成する方法について図2を参照して説明する。
図2(a)に示す基板Pとしては、ガラス、石英、セラミックス等の硬質基板のほか、プラスチック等の可撓性基板も用いることができる。バンクは、仕切部材として機能する部材であり、バンクの形成はリソグラフィ法や印刷法等、任意の方法で行うことができる。例えば、リソグラフィ法を使用する場合は、スピンコート、スプレーコート、ロールコート、ダイコート、ディップコート等所定の方法で、図2(a)に示す基板P上にバンクの高さに合わせて有機系感光性材料を塗布してレジスト層を塗布形成する。そして、バンク形状(導電膜の形成領域)に合わせてマスクを施しレジスト層を露光、現像することによりレジスト層を部分的に除去することで、所定の平面形状を有するバンクB,Bを基板P上に形成する。また、下層が無機物または有機物で機能液に対して親液性を示す材料で、上層が有機物で撥液性を示す材料で構成された2層以上でバンクBを形成してもよい。これによりバンクB,Bに取り囲まれたバンク内領域11が、導電膜を形成すべき領域(例えば10μm幅)として形成される。
バンクBを形成する有機材料としては、液体材料に対してもともと撥液性を示す材料でも良いし、後述するように、プラズマ処理による撥液化(フッ素化)が可能で下地基板との密着性が良くフォトリソグラフィによるパターニングがし易い絶縁有機材料でも良い。例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂等の高分子材料を用いることが可能である。
次に、バンク内領域11におけるバンク形成時のレジスト(有機物)残渣を除去するために、基板Pに対して残渣処理を施す。この残渣処理としては、紫外線を照射することにより残渣処理を行う紫外線(UV)照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするO2プラズマ処理等を選択できるが、ここではO2プラズマ処理を実施する。
具体的には、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
なお、基板Pがガラス基板の場合、その表面は導電膜形成用の液体材料に対して親液性を有しているが、本実施の形態のように残渣処理のためにO2プラズマ処理や紫外線照射処理を施すことで、バンク内領域11の底部に露出した基板P表面の親液性を高めることができる。
具体的には、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
なお、基板Pがガラス基板の場合、その表面は導電膜形成用の液体材料に対して親液性を有しているが、本実施の形態のように残渣処理のためにO2プラズマ処理や紫外線照射処理を施すことで、バンク内領域11の底部に露出した基板P表面の親液性を高めることができる。
続いて、バンクBに対し撥液化処理を行い、その表面に撥液性を付与する。撥液化処理としては、例えば大気雰囲気中でテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法(CF4プラズマ処理法)を採用することができる。CF4プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが50〜1000W、4フッ化メタンガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基体搬送速度が0.5〜1020mm/sec、基体温度が70〜90℃とされる。なお、処理ガスとしては、CF4ガスに限らず、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。
このような撥液化処理を行うことにより、バンクBにはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、基板Pに対して高い撥液性が付与される。なお、上述した親液化処理としてのO2プラズマ処理は、バンクBの形成前に行っても良いが、アクリル樹脂やポリイミド樹脂等は、O2プラズマによる前処理がなされた方がよりフッ素化(撥液化)されやすいという性質があるため、バンクBを形成した後にO2プラズマ処理することが好ましい。
基板Pがガラス等である場合には、バンクBに対する撥液化処理により基板P表面の撥液性が損なわれることはないが、基板Pの材質によっては、親液化処理した基板P表面に対し撥液処理の影響がでることがある。その場合には、基板P表面に撥液化されにくい酸化シリコン膜等を下地膜として形成したり、バンクBを撥液性を有する材料(フッ素樹脂等)で形成して撥液処理自体を省略することで対処できる。
基板Pがガラス等である場合には、バンクBに対する撥液化処理により基板P表面の撥液性が損なわれることはないが、基板Pの材質によっては、親液化処理した基板P表面に対し撥液処理の影響がでることがある。その場合には、基板P表面に撥液化されにくい酸化シリコン膜等を下地膜として形成したり、バンクBを撥液性を有する材料(フッ素樹脂等)で形成して撥液処理自体を省略することで対処できる。
次に、図2(b)に示すように、上述の液滴吐出装置IJを用いて、配線パターン用液体材料をバンク内領域11に露出した基板P上に吐出して配置する。例えば、微粒子材料としてITO微粒子を含む液体材料12を液滴吐出ヘッド301から吐出する。液滴吐出の条件としては、例えば、インク重量4ng/dot、吐出速度5〜7m/secで行うことできる。また、液滴を吐出する雰囲気は、温度60℃以下、湿度80%以下に設定されていることが好ましい。これにより、液滴吐出ヘッド301の吐出ノズルが目詰まりすることなく安定した液滴吐出を行うことができる。
このとき、導電膜形成領域であるバンク内領域11に露出した基板Pは、バンクBに囲まれているので、液体材料12が所定位置以外に拡がるのを阻止でき、また、バンクBの表面は撥液性を付与されているため、吐出された液体材料12の一部がバンクB上に乗り上げたとしてもバンクB表面で弾かれてバンク内領域11に流れ落ちる。さらに、バンク内領域11に露出した基板P表面は親液性を付与されているため、吐出された液体材料12は基板P表面で均一に濡れ広がり、図2(c)に示すように液体材料12をバンク内領域11の延在方向において均一に配置することができる。
基板Pに所定量の液体材料12を吐出配置した後、分散媒を除去し、固体の導電膜とするために、乾燥/焼成工程を行う。この工程では、乾燥工程と焼成工程とを別々の工程で行ってもよく、一括の加熱処理により乾燥/焼成を行ってもよい。本実施形態の場合、乾燥/焼成処理を、フラッシュランプを用いた光照射による加熱処理によって行う。フラッシュランプの光照射条件は、光照射エネルギーが1〜50J/cm2程度、光照射時間が1μ秒〜数m秒程度である。
この乾燥/焼成処理により、図2(d)に示すように、分散媒が除去され、また微粒子材料表面のコーティング材等も除去されることで、微粒子材料が凝集して電気的に接触した導電膜13が基板P上に形成される。本実施形態の形成方法によれば、経時的なシート抵抗の変化がほとんど無く、安定な電気特性を具備した導電膜13を得ることができる。これは、本実施形態の形成方法が、オーブンやホットプレート等により基板Pを加熱するのではなく、フラッシュランプを用いて瞬間的に加熱することで液体材料の乾燥/焼成を行うことから、光エネルギーのアシストによって微粒子表面の結晶性を回復させることができ、また光エネルギーによって微粒子間のネッキングや融着が促進され、乾燥/焼成工程で微粒子間に安定な導通状態を形成できることによると考えられる。
上記乾燥/焼成処理は大気中で行ってもよいが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。乾燥/焼成処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して決定すればよい。例えば、有機物からなるコーティング材を除去するためには、約300℃で焼成することが必要である。また、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上100℃以下で行うことが好ましい。
ここで、本実施形態の形成方法の効果を、図3を参照してさらに詳細に説明する。図3は、本実施形態の形成方法により得られたITO膜と、オーブンを用いて液体材料の乾燥/焼成を行ったITO膜とを同条件で大気中に放置した際の経時的なシート抵抗の変化を測定した結果を示すグラフである。
図3において、「FLA(フラッシュランプアニール)処理有り」に対応する曲線が、本実施形態の方法で形成したITO膜の測定結果であり、「FLA処理無し」に対応する曲線が、オーブンを用いた従来法により得られたITO膜の測定結果である。乾燥/焼成工程の処理条件は、以下の通りである。
なお、「FLA処理無し」の条件では、オーブン内の雰囲気を「大気」、「N2ガス」、「N2/H2混合ガス」の順に切り替えて各1時間ずつの加熱処理を行っている。
図3において、「FLA(フラッシュランプアニール)処理有り」に対応する曲線が、本実施形態の方法で形成したITO膜の測定結果であり、「FLA処理無し」に対応する曲線が、オーブンを用いた従来法により得られたITO膜の測定結果である。乾燥/焼成工程の処理条件は、以下の通りである。
なお、「FLA処理無し」の条件では、オーブン内の雰囲気を「大気」、「N2ガス」、「N2/H2混合ガス」の順に切り替えて各1時間ずつの加熱処理を行っている。
「FLA処理有り」
処理雰囲気:N2
光照射エネルギー:6.4J/cm2
照射時間:0.1msec
照射回数:3回
冷却:フラッシュランプ照射後大気中で急冷
合計処理時間:8分
処理雰囲気:N2
光照射エネルギー:6.4J/cm2
照射時間:0.1msec
照射回数:3回
冷却:フラッシュランプ照射後大気中で急冷
合計処理時間:8分
「FLA処理無し」
クリーンオーブン使用
ホールド温度:350℃
処理雰囲気:大気 -> N2 -> N2/H2
ホールド時間:各雰囲気中でそれぞれ1時間
合計処理時間:5時間(昇降温時間を含む)
クリーンオーブン使用
ホールド温度:350℃
処理雰囲気:大気 -> N2 -> N2/H2
ホールド時間:各雰囲気中でそれぞれ1時間
合計処理時間:5時間(昇降温時間を含む)
図3から明らかなように、本実施形態の形成方法で得られたITO膜では、初期シート抵抗値はオーブン焼成したITO膜より大きいものの、シート抵抗値の経時変化はほとんど無い。具体的には、「FLA処理有り」のITO膜は乾燥/焼成処理直後のシート抵抗が580Ω/□であり、300時間放置後でもシート抵抗は584Ω/□とほとんど変化しない。これに対して、「FLA処理無し」のITO膜は、乾燥/焼成処理直後のシート抵抗は120Ω/□であるが、放置時間の経過とともにシート抵抗が上昇し、186時間放置後で444Ω/□となり、300時間放置後は「FLA処理有り」のITO膜より大きい605Ω/□となっている。
以上説明したように、本実施形態の導電膜の形成方法によれば、シート抵抗の経時変化が極めて少なく、安定な電気特性を具備した導電膜を形成することができる。また、従来は極めて長時間(本例では5時間)を要していた乾燥/焼成処理工程の時間を僅か数分(本例では8分)にまで短縮することができ、導電膜形成の効率を著しく向上させることができる。
なお、上記実施の形態では、液体材料の塗布方法として、液滴吐出法を採用した場合について説明したが、液体材料の塗布方法は、液滴吐出法に限定されず、種々の方法を採用することが可能であり、例えば、CAPコート法やダイコート法、カーテンコート法等を、液体材料の塗布形態に応じて用いることができる。
<導電膜形成方法の他の形態>
上記実施形態では、基板P上に形成したバンクBを利用して導電膜13を基板上に選択的に形成する場合について説明したが、液相法を用いた導電膜のパターン形成方法としては、基板Pを表面処理することで基板P表面に液体材料に対する親和性の異なる領域を区画形成し、かかる親和性の差異を利用して液体材料を選択配置する方法も採用できる。
上記実施形態では、基板P上に形成したバンクBを利用して導電膜13を基板上に選択的に形成する場合について説明したが、液相法を用いた導電膜のパターン形成方法としては、基板Pを表面処理することで基板P表面に液体材料に対する親和性の異なる領域を区画形成し、かかる親和性の差異を利用して液体材料を選択配置する方法も採用できる。
上記方法により導電膜の形成を行う場合について図4を参照して説明する。図4は、本実施形態の導電膜の形成工程を示す断面工程図である。本実施形態の形成方法は、基板Pの表面を撥液処理する工程と、撥液化した基板P表面の一部を選択的に親液処理する工程とを含む。上記撥液処理としては、自己組織化膜を基板P表面に形成する方法や、プラズマ処理により基板P表面を直接撥液化する方法が用いられる。
自己組織化膜を形成する方法では、まず、図4(a)に示すように、導電膜を形成すべき基板Pの表面に有機分子膜Fを形成する。この有機分子膜Fは、基板P表面と結合可能な官能基と、親液基ないし撥液基といった表面改質機能を有する官能基とが炭素鎖で接続された有機分子からなるもので、かかる有機分子を基板P表面に均一に吸着させることで形成することができる。
ここで、自己組織化膜とは、基板の下地層等の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。この自己組織化膜は、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。すなわち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性を付与することができる。
ここで、自己組織化膜とは、基板の下地層等の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。この自己組織化膜は、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。すなわち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性を付与することができる。
上記の高い配向性を有する化合物として、例えばフルオロアルキルシランを用いることにより、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成され、膜の表面に均一な撥液性が付与される。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、FASを用いることにより、基板Pとの密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、FASを用いることにより、基板Pとの密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
FASは、一般的に構造式RnSiX(4−n)で表される。ここでnは1以上3以下の整数を表し、Xはメトキシ基、エトキシ基、ハロゲン原子などの加水分解基である。またRはフルオロアルキル基であり、(CF3)(CF2)x(CH2)yの(ここでxは0以上10以下の整数を、yは0以上4以下の整数を表す)構造を持ち、複数個のR又はXがSiに結合している場合には、R又はXはそれぞれすべて同じでもよく、異なっていてもよい。Xで表される加水分解基は加水分解によりシラノールを形成して、基板P(ガラス、シリコン)の下地のヒドロキシル基と反応してシロキサン結合で基板Pと結合する。一方、Rは表面に(CF2)等のフルオロ基を有するため、基板Pの下地表面を濡れない(表面エネルギーが低い)表面に改質する。
自己組織化膜は、上記の原料化合物と基板Pとを同一の密閉容器中に入れておき、室温で2〜3日程度の間放置することにより基板P上に形成される。また、密閉容器全体を100℃に保持することにより、3時間程度で基板P上に形成される。これらは気相からの形成法であるが、液相からも自己組織化膜を形成できる。例えば、原料化合物を含む溶液中に基板Pを浸積し、洗浄、乾燥することで基板P上に自己組織化膜が形成される。自己組織化膜を形成する前に、基板Pの表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりすることで基板P表面に前処理を施すことが望ましい。
一方、プラズマ処理法では、常圧又は真空中で基板Pに対してプラズマ照射を行う。プラズマ処理に用いるガス種は、配線パターンを形成すべき基板Pの表面材質等を考慮して種々選択できる。処理ガスとしては、例えば、4フッ化メタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロデカン等を例示できる。基板Pの表面を撥液性に加工する処理は、所望の撥液性を有するフィルム、例えば4フッ化エチレン加工されたポリイミドフィルム等を基板Pの表面に貼着することによっても行ってもよい。また、撥液性の高いポリイミドフィルムをそのまま基板Pとして用いてもよい。
このようにして自己組織化膜形成法を実施することにより基板Pの表面に有機分子膜Fを形成したならば、次に、図4(b)に示すように、液体材料を塗布すべき領域(導電膜形成領域)の撥液性を緩和し、基板P表面の特定の領域にのみ親液性を付与する。親液化処理としては、波長170〜400nmの紫外光を照射する方法が挙げられる。このとき、導電膜の平面形状に応じたマスクを用いて紫外光を照射することで、撥液化した基板P表面のうち導電膜形成領域のみを選択的に変質させて親液化することができる。つまり、上記撥液化処理及び親液化処理を施すことにより、基板P表面には、導電膜がパターン形成されるべき領域に対応する親液領域H1と、かかる親液領域H1を取り囲む撥液領域H2とが形成される。なお、撥液性の緩和の程度は紫外光の照射時間で調整できるが、紫外光の強度、波長、熱処理(加熱)との組み合わせ等によって調整することもできる。
親液化処理の他の方法としては、酸素を反応ガスとするプラズマ処理も用いることができる。この場合、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
また例えば、基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする等、プラズマ処理条件を調整することによって、微粒子材料を含有した液体材料に対する親液領域H1の接触角を好ましくは10°以下に設定する。さらに、別の親液化処理としては、基板をオゾン雰囲気に曝す処理も採用できる。
また例えば、基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする等、プラズマ処理条件を調整することによって、微粒子材料を含有した液体材料に対する親液領域H1の接触角を好ましくは10°以下に設定する。さらに、別の親液化処理としては、基板をオゾン雰囲気に曝す処理も採用できる。
上記親液領域H1及び撥液領域H2を形成したならば、次に、図4(c)に示すように、液滴吐出ヘッド301(液滴吐出装置IJ)を用いて、液体材料を親液領域(導電膜形成領域)H1上に吐出配置する。このとき、親液領域H1を取り囲む撥液領域H2においては、液体材料を弾くよう撥液性が付与されているため、吐出された液体材料の一部が撥液領域H2に乗り上げてもはじかれて親液領域H1に閉じ込められる。さらに、親液領域H1は液体材料に対する親液性を付与されているため、吐出配置された液体材料は親液領域H1内で均一に濡れ広がり、これによって液体材料が基板P上の所定位置に正確にかつ均一に配置される。
その後、先のバンクを用いた形成方法と同様に、フラッシュランプを用いた乾燥/焼成工程に基板Pを供することで、図4(d)に示すように、基板P上に所定平面形状の導電膜13を形成することができる。乾燥/焼成工程におけるフラッシュランプの光照射条件は先の実施形態と同様でよい。
なお、上記実施の形態では、液体材料の塗布方法として、液滴吐出法を採用した場合について説明したが、液体材料の塗布方法は、液滴吐出法に限定されず、種々の方法を採用することが可能であり、例えば、CAPコート法やダイコート法、カーテンコート法等を、液体材料の塗布形態に応じて用いることができる。
(電気光学装置の製造方法)
次に、本発明に係る導電膜の形成方法による導電膜形成工程を含む電子機器の製造方法の一例として、電気光学装置の製造方法、特に電気光学装置を構成するアクティブマトリクス基板の製造方法について説明する。
次に、本発明に係る導電膜の形成方法による導電膜形成工程を含む電子機器の製造方法の一例として、電気光学装置の製造方法、特に電気光学装置を構成するアクティブマトリクス基板の製造方法について説明する。
まず、図5は、本発明に係る導電膜形成方法を用いて好適なアクティブマトリクス基板の一部を拡大した図である。アクティブマトリクス基板20は、格子状に配線されたゲート配線40とソース配線42とを備えている。複数のゲート配線40がX方向(第1方向)に延びるように形成され、ソース配線42がY方向(第2方向)に延びるように形成されている。ゲート配線40には、ゲート電極41が接続され、ゲート電極41上に絶縁層を介してTFT30が配置されている。一方、ソース配線42には、ソース電極43が接続され、ソース電極43の一端は、TFT(スイッチング素子)30と電気的に接続されている。
ゲート配線40とソース配線42に囲まれた領域には、画素電極45が配置され、ドレイン電極44を介してTFT30と電気的に接続されている。アクティブマトリクス基板20上には、ゲート配線40と略平行に延びる容量線46が設けられており、容量線46は、画素電極45及びソース配線42の下層に絶縁層を介して配置されている。なお、ゲート配線40、ゲート電極41、ソース配線42、容量線46は、基板上の同一配線層に形成されている。
図6は、アクティブマトリクス基板20の等価回路図である。アクティブマトリクス基板20は、平面視マトリクス状に配列形成された複数の画素100aを有している。これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するソース配線42がTFT30のソースに電気的に接続されている。ソース配線42に供給する画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のソース配線42同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。TFT30のゲートには、ゲート配線40が電気的に接続されている。そして、所定のタイミングで、ゲート配線40にパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。
画素電極45は、TFT30のドレインと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、ソース配線42から供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極45を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図17に示す対向基板120の対向電極121との間で一定期間保持されるようになっている。
保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、容量線46によって、画素電極45と対向電極121との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量48が付加されている。例えば、画素電極45の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量48により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置100を実現することができる。
<アクティブマトリクス基板の製造方法>
次に、アクティブマトリクス基板20の製造方法について説明する。
本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法は、基板P上に格子パターンの配線を形成する第1工程と、積層部35を形成する第2工程と、画素電極45等を形成する第3工程とを含む。
次に、アクティブマトリクス基板20の製造方法について説明する。
本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法は、基板P上に格子パターンの配線を形成する第1工程と、積層部35を形成する第2工程と、画素電極45等を形成する第3工程とを含む。
[第1工程:配線形成]
図7、図8は、第1工程である配線形成工程を説明する図である。なお、図7(b)、図8(b)は、それぞれ図7(a)、図8(a)のA−A’線に沿う断面図である。
ゲート配線40やソース配線42等の格子パターンの配線が形成される基板Pとしては、ガラス、石英ガラス、Siウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種の材料を用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも含む。
図7、図8は、第1工程である配線形成工程を説明する図である。なお、図7(b)、図8(b)は、それぞれ図7(a)、図8(a)のA−A’線に沿う断面図である。
ゲート配線40やソース配線42等の格子パターンの配線が形成される基板Pとしては、ガラス、石英ガラス、Siウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種の材料を用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも含む。
そして、まず、図7に示すように、基板P上に、絶縁性の材料からなるバンク51が形成される。バンクは、後述する配線用液体材料を基板Pの所定位置に配置するためのものである。具体的には、図7(a)に示すように、洗浄した基板Pの上面に、格子パターンの配線の形成位置に対応した複数の開口部52,53,54,55を有するバンク51をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。
バンク51の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂などの高分子材料が用いられる。また、耐熱性等を考慮して、無機質の材料を含むものとすることもできる。無機質のバンク材料としては、例えば、ポリシラザン、ポリシロキサン、シロキサン系レジスト、ポリシラン系レジスト等の骨格にケイ素を含む高分子無機材料や感光性無機材料、シリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマー、ポリアリールエーテルのうちいずれかを含むスピンオングラス膜、ダイヤモンド膜、及びフッ素化アモルファス炭素膜、などが挙げられる。さらに、無機質のバンク材料として、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、などを用いてもよい。ポリシラザンと光酸発生剤とを含む感光性ポリシラザン組成物のように感光性を有する材料とした場合には、レジストマスクが不要になるため、好適である。
なお、バンク51には、開口部52,53,54,55内に配線用液体材料を良好に配置させるために、撥液処理が施される。撥液処理として、CF4プラズマ処理等(フッ素成分を有するガスを用いたプラズマ処理)を施す。このCF4プラズマ処理等に代えて、バンク51の素材自体に予め撥液成分(フッ素基等)を充填しておいてもよい。
バンク51により形成される開口部52,53,54,55は、ゲート配線40やソース配線42等の格子パターンの配線に対応している。すなわち、バンク51の開口部52,53,54,55に配線用液体材料を配置することにより、ゲート配線40やソース配線42等の格子パターンの配線が形成される。
具体的には、X方向に延びるように形成された開口部52,53は、ゲート配線40、容量線46の形成位置に対応する。そして、ゲート配線40の形成位置に対応する開口部52には、ゲート電極41の形成位置に対応する開口部54が接続している。また、Y方向に延びるように形成された開口部55は、ソース配線42の形成位置に対応する。なお、Y方向に延びる開口部55は、X方向に延びる開口部52,53と交差しないように、交差部56において分断されるように形成される。
具体的には、X方向に延びるように形成された開口部52,53は、ゲート配線40、容量線46の形成位置に対応する。そして、ゲート配線40の形成位置に対応する開口部52には、ゲート電極41の形成位置に対応する開口部54が接続している。また、Y方向に延びるように形成された開口部55は、ソース配線42の形成位置に対応する。なお、Y方向に延びる開口部55は、X方向に延びる開口部52,53と交差しないように、交差部56において分断されるように形成される。
次いで、先に記載の液滴吐出装置IJによって、微粒子材料を含む配線用液体材料を開口部52,53,54,55内に吐出配置して、基板上にゲート配線40やソース配線42等からなる格子パターンの配線を形成する。配線用液体材料は、先に記載のように、金属や金属酸化物の微粒子材料を分散媒に分散させた分散液からなるものである。微粒子材料としては、例えば、ニッケル、マンガン、チタン等の金属微粒子の他、ITO等の導電性の金属酸化物が用いられる。
基板Pに配線用液体材料を吐出した後には、分散媒を除去して固体の導電膜を得るために、先の実施形態の導電膜の形成方法と同様のフラッシュランプを用いた乾燥/焼成処理を行う。このような乾燥/焼成処理により、微粒子間の電気的接触が確保され、液体材料から導電膜への変換がなされる。
なお、ゲート配線40やソース配線42等の配線上には、図8に示すような金属保護膜47を成膜してもよい。金属保護膜47は、形成した導電膜の(エレクトロ)マイグレーション現象等を抑制するための薄膜であり、例えばニッケルにより金属保護膜47を形成することができる。この金属保護膜47も、液滴吐出法による本発明の導電膜形成方法によって基板P上に形成することができる。あるいは金属保護膜47についてのみ無電解メッキ法等を用いて形成してもよい。
以上の工程により、基板P上には、図8に示すように、バンク51及び格子パターンの配線からなる層が形成される。
以上の工程により、基板P上には、図8に示すように、バンク51及び格子パターンの配線からなる層が形成される。
[第2工程:積層部形成]
図9〜図12は、第2工程である積層部形成工程を説明する図である。なお、図9(b)〜図12(b)は、それぞれ図9(a)〜図12(a)におけるA−A’線に沿う断面図であり、図9(c)〜図12(c)は、それぞれ図9(a)〜図12(a)におけるB−B’線に沿う断面図である。
第2工程では、バンク51及び格子パターンの配線からなる層上の所定位置に絶縁膜31と半導体膜(コンタクト層33、活性層32)からなる積層部35を形成する。
図9〜図12は、第2工程である積層部形成工程を説明する図である。なお、図9(b)〜図12(b)は、それぞれ図9(a)〜図12(a)におけるA−A’線に沿う断面図であり、図9(c)〜図12(c)は、それぞれ図9(a)〜図12(a)におけるB−B’線に沿う断面図である。
第2工程では、バンク51及び格子パターンの配線からなる層上の所定位置に絶縁膜31と半導体膜(コンタクト層33、活性層32)からなる積層部35を形成する。
本工程では、第1工程で形成された配線層(ゲート配線40等)の上に新たに配線層を形成することになるが、第1工程では配線形成用のバンク51の表面を撥液化しているため、係るバンク51の表面に直接ソース電極等を形成しようとすると、電極形成用の液体材料がバンク51によってはじかれてしまい、良好な膜パターンを形成することができない。そこで、本工程では、ソース電極等を形成する前に予め下地となるバンク51の表面に親液処理を施しておく。親液処理としては、紫外線照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするO2プラズマ処理等を選択することができる。また、これらを組み合わせた処理としてもよい。O2プラズマ処理は、例えば、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することにより行なう。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50W〜1000W、酸素ガス流量が50ml〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの搬送速度が0.5mm/sec〜10mm/sec、基板温度が70℃〜90℃とされる。
バンク51の表面を親液化した後、プラズマCVD法により、基板P上の全面に対して、絶縁膜31、活性層32、コンタクト層33の連続成膜を行う。具体的には、図9に示すように、絶縁膜31として窒化シリコン膜、活性層32としてアモルファスシリコン膜、コンタクト層33としてn+型シリコン膜を原料ガスやプラズマ条件を変化させることにより連続して形成する。
次いで、図10に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、所定位置にレジスト58(58a〜58c)を配置する。所定位置とは、図10(a)に示すように、ゲート配線40とソース配線42の交差部56上、ゲート電極41上、及び容量線46上である。
なお、交差部56上に配置するレジスト58aと容量線46上に配置するレジスト58bとは、接触しなように形成される。また、ゲート電極41上に配置するレジスト58cには、ハーフ露光を行うことにより、図10(b)に示すように、溝59を形成する。
なお、交差部56上に配置するレジスト58aと容量線46上に配置するレジスト58bとは、接触しなように形成される。また、ゲート電極41上に配置するレジスト58cには、ハーフ露光を行うことにより、図10(b)に示すように、溝59を形成する。
次いで、基板Pの全面に対してエッチング処理を施して、コンタクト層33及び活性層32を除去する。更に、エッチング処理を施して、絶縁膜31を除去する。
これにより、図11に示すように、レジスト58(58a〜58c)を配置した所定位置以外の領域から、コンタクト層33、活性層32、絶縁膜31が取り除かれる一方、レジスト58が配置された所定位置には、絶縁膜31と半導体膜(コンタクト層33、活性層32)からなる積層部35が形成される。
なお、ゲート電極41上に形成される積層部35では、レジスト58cにハーフ露光を行って溝59を形成しているので、エッチング前に再度現像することにより溝が貫通する。図11(b)示すように、溝59に対応するコンタクト層33が除去され、2つに分断された状態に形成される。これにより、ゲート電極41上に活性層32及びコンタクト層33からなるスイッチング素子としてTFT30が形成される。
これにより、図11に示すように、レジスト58(58a〜58c)を配置した所定位置以外の領域から、コンタクト層33、活性層32、絶縁膜31が取り除かれる一方、レジスト58が配置された所定位置には、絶縁膜31と半導体膜(コンタクト層33、活性層32)からなる積層部35が形成される。
なお、ゲート電極41上に形成される積層部35では、レジスト58cにハーフ露光を行って溝59を形成しているので、エッチング前に再度現像することにより溝が貫通する。図11(b)示すように、溝59に対応するコンタクト層33が除去され、2つに分断された状態に形成される。これにより、ゲート電極41上に活性層32及びコンタクト層33からなるスイッチング素子としてTFT30が形成される。
その後、図12に示すように、コンタクト層33を保護する保護膜60として窒化シリコン膜を基板Pの全面に成膜する。このようにして、積層部35の形成が完了する。
[第3工程]
図13〜図16は、第3工程である画素電極45等の形成工程を説明する図である。なお、図13(b)〜図16(b)は、それぞれ図13(a)〜図16(a)におけるA−A’線に沿う断面図であり、図13(c)〜図16(c)は、それぞれ図13(a)〜図16(a)におけるB−B’線に沿う断面図である。
第3工程では、ソース電極43、ドレイン電極44、導電層49及び画素電極45を形成する。ソース電極43、ドレイン電極44、導電層49は、ゲート配線40やソース配線42を形成したのと同じ材料によって形成することができる。画素電極45は、透明性が必要であることから、ITO等の透光性材料によって形成することが望ましい。これらの形成には、第1工程と同様に、液滴吐出法を用いた本発明の導電膜形成方法が適用される。
図13〜図16は、第3工程である画素電極45等の形成工程を説明する図である。なお、図13(b)〜図16(b)は、それぞれ図13(a)〜図16(a)におけるA−A’線に沿う断面図であり、図13(c)〜図16(c)は、それぞれ図13(a)〜図16(a)におけるB−B’線に沿う断面図である。
第3工程では、ソース電極43、ドレイン電極44、導電層49及び画素電極45を形成する。ソース電極43、ドレイン電極44、導電層49は、ゲート配線40やソース配線42を形成したのと同じ材料によって形成することができる。画素電極45は、透明性が必要であることから、ITO等の透光性材料によって形成することが望ましい。これらの形成には、第1工程と同様に、液滴吐出法を用いた本発明の導電膜形成方法が適用される。
まず、ゲート配線40及びソース配線42等を覆うようにバンク61をフォトリソグラフィ法に基づいて形成する。すなわち、図13に示すように、略格子状のバンク61が形成される。なお、ソース配線42とゲート配線40、及びソース配線42容量線46との交差部56には開口部62が形成され、TFT30のドレイン領域に対応する位置には開口部63が形成される。
また、開口部62,63は、図13(b)に示すように、ゲート電極41上に形成した積層部35(TFT30)の一部が露出するように形成される。すなわち、バンク61が積層部35(TFT30)をX方向に2分割するように形成される。
バンク61の材料としては、例えば、バンク51と同様に、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂などの高分子材料が用いられる。バンク61の表面は撥液性を有していることが望ましいが、CF4プラズマ処理等の撥液処理を施すと、親液処理した下地のバンク51が再度撥液化されてしまうため、バンク61としては、素材自体に予め撥液成分(フッ素基等)を充填した材料を用いることが望ましい。
また、開口部62,63は、図13(b)に示すように、ゲート電極41上に形成した積層部35(TFT30)の一部が露出するように形成される。すなわち、バンク61が積層部35(TFT30)をX方向に2分割するように形成される。
バンク61の材料としては、例えば、バンク51と同様に、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂などの高分子材料が用いられる。バンク61の表面は撥液性を有していることが望ましいが、CF4プラズマ処理等の撥液処理を施すと、親液処理した下地のバンク51が再度撥液化されてしまうため、バンク61としては、素材自体に予め撥液成分(フッ素基等)を充填した材料を用いることが望ましい。
バンク61により形成される開口部62は、分断されたソース配線42を連結する導電層49又はソース電極43の形成位置に対応しており、バンク61に形成される開口部63は、ドレイン電極44の形成位置に対応している。また、それ以外の部分でバンク61により取り囲まれた領域は、画素電極45の形成位置に対応している。このようにして形成したバンク61の開口部62,63内及びバンク61により取り囲まれた領域に液体材料を配置すれば、分断されたソース配線42を連結する導電層49、ソース電極43、ドレイン電極44、画素電極45を形成することができる。
次いで、基板Pの全面に成膜した保護膜60をエッチング処理により除去する。これにより、図14に示すように、バンク61が配置されていない領域上に成膜した保護膜60は、取り除かれる。なお、格子パターンの配線上に形成した金属保護膜47も取り除かれる。
次いで、前述した液滴吐出装置IJによって、ソース電極43やドレイン電極44等の電極材料を含む電極用液体材料をバンク61の開口部62,63内に吐出配置する。電極用液体材料は、ゲート配線40等を形成するために用いた配線用液体材料と同様のものを用いることができる。基板Pに電極用液体材料を吐出した後には、分散媒の除去のため、必要に応じて乾燥処理、焼成処理を行う。乾燥/焼成処理により、導電性微粒子間の電気的接触が確保され、導電膜に変換される。
なお、図では、ソース電極43やドレイン電極44を単層膜としたが、これらの電極は複数の層からなる積層膜としてもよい。例えば、これらの電極を、バリア金属層と、基体層と、被覆層とを積層してなる3層構造の導電部材とすることができる。バリア金属層や被覆層は、ニッケル、チタン、タングステン、マンガン等から選ばれる1種又は2種以上の金属材料を用いて形成することができ、基体層は、銀、銅、アルミニウム等から選ばれる1種又は2種以上の金属材料を用いて形成することができる。これらの層は、材料配置工程と中間乾燥工程を繰り返すことにより、順次形成することができる。
このようにして、基板P上には、図15に示すように、分断されたソース配線42を連結する導電層49、ソース電極43、ドレイン電極44が形成される。
なお、図では、ソース電極43やドレイン電極44を単層膜としたが、これらの電極は複数の層からなる積層膜としてもよい。例えば、これらの電極を、バリア金属層と、基体層と、被覆層とを積層してなる3層構造の導電部材とすることができる。バリア金属層や被覆層は、ニッケル、チタン、タングステン、マンガン等から選ばれる1種又は2種以上の金属材料を用いて形成することができ、基体層は、銀、銅、アルミニウム等から選ばれる1種又は2種以上の金属材料を用いて形成することができる。これらの層は、材料配置工程と中間乾燥工程を繰り返すことにより、順次形成することができる。
このようにして、基板P上には、図15に示すように、分断されたソース配線42を連結する導電層49、ソース電極43、ドレイン電極44が形成される。
次いで、バンク61において画素電極45とドレイン電極44との境界に位置する部分をレーザ等により除去し、画素電極45の電極材料を含む画素電極用液体材料をバンク61により取り囲まれた領域内に吐出配置する。画素電極用液体材料は、ITO等の導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液である。基板Pに画素電極用液体材料を吐出した後には、分散媒の除去のため、フラッシュランプによる乾燥/焼成処理を行う。乾燥/焼成処理により、微粒子間の電気的接触が確保され、導電膜に変換される。
このようにして、基板P上には、図16に示すように、ドレイン電極44と導通する画素電極45が形成される。
このようにして、基板P上には、図16に示すように、ドレイン電極44と導通する画素電極45が形成される。
なお、本工程では、ドレイン電極44と画素電極45を導通させるために、これらの境界部分のバンク61をレーザ等により除去したが、本工程はこれに限定されない。例えば、この境界部分のバンク61の厚みを予めハーフ露光等によって薄くしておけば、この部分のバンク61を除去しなくても、画素電極用液体材料をドレイン電極44に重なるように吐出配置することができる。
以上の工程を経ることにより、アクティブマトリクス基板20を製造することができる。このように本実施形態では、液体材料を用いた導電膜の形成に際して、本発明に係る形成方法を適用しているので、各導電膜について電気的に安定な微粒子焼結膜を得ることができ、信頼性に優れたアクティブマトリクス基板を低コストに製造することができる。
また本実施形態では、上層側の配線層(ソース電極43,ドレイン電極44,画素電極45)を形成する前に予め下地であるバンク51の表面を親液化しているので、基板と液体材料との濡れ性が向上し、均一な膜パターンを形成することができる。
また本実施形態では、上層側の配線層(ソース電極43,ドレイン電極44,画素電極45)を形成する前に予め下地であるバンク51の表面を親液化しているので、基板と液体材料との濡れ性が向上し、均一な膜パターンを形成することができる。
また、本実施形態では、アクティブマトリクス基板20を、基板P上に格子パターンの配線を形成する第1工程と、積層部35を形成する第2工程と、画素電極45等を形成する第3工程とによって製造したので、ドライプロセスとフォトリソエッチングを組み合わせた処理を減らすことができる。すなわち、ゲート配線40及びソース配線42を同時に形成するようにしたので、ドライプロセスとフォトリソエッチングを組み合わせた処理を1回減らすことができる。
また、容量線46上に形成される積層部35(絶縁膜31,活性層32,コンタクト層33)が交差部56上に形成される積層部35と接触しないように分断されて形成されることから、ソース配線42を流れる電流が容量線46上の積層部35に流れ込んでしまう不都合を回避することができる。
すなわち、積層部35を形成する層のうち、コンタクト層33は導電膜であり、そして、交差部56上の積層部35(コンタクト層33)上には、ソース配線42を連結する導電層49が形成される。このため、ソース配線42を流れる電流は、コンタクト層33にも流れる。したがって、容量線46上の積層部35と交差部56上の積層部35と接触していると、上述したように、ソース配線42を流れる電流が容量線46上の積層部35に流れ込んでしまうという現象が発生してしまう。したがって、本発明のアクティブマトリクス基板20によれば、このような不都合が回避されるので、所望の性能を発揮することが可能となる。
すなわち、積層部35を形成する層のうち、コンタクト層33は導電膜であり、そして、交差部56上の積層部35(コンタクト層33)上には、ソース配線42を連結する導電層49が形成される。このため、ソース配線42を流れる電流は、コンタクト層33にも流れる。したがって、容量線46上の積層部35と交差部56上の積層部35と接触していると、上述したように、ソース配線42を流れる電流が容量線46上の積層部35に流れ込んでしまうという現象が発生してしまう。したがって、本発明のアクティブマトリクス基板20によれば、このような不都合が回避されるので、所望の性能を発揮することが可能となる。
<電気光学装置>
次に、アクティブマトリクス基板20を用いた電気光学装置の一例である液晶表示装置100について説明する。図17(a)は、液晶表示装置100を対向基板側から見た平面図であり、図17(b)は、(a)のH−H’線に沿う断面図である。
次に、アクティブマトリクス基板20を用いた電気光学装置の一例である液晶表示装置100について説明する。図17(a)は、液晶表示装置100を対向基板側から見た平面図であり、図17(b)は、(a)のH−H’線に沿う断面図である。
図17の各図において、液晶表示装置(電気光学装置)100は、アクティブマトリクス基板20を含むTFTアレイ基板110と対向基板120とが光硬化性の封止材であるシール材152によって貼り合わされ、このシール材152によって区画された領域内に液晶150が封入、保持されている。
シール材152の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り153が形成されている。シール材152の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板110の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板110の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板120のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板110と対向基板120との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板110の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板110の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。
シール材152の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り153が形成されている。シール材152の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板110の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板110の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板120のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板110と対向基板120との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板110の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板110の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。
上記液晶表示装置100においては、使用する液晶150の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、C−TN法、VA方式、IPS方式モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。また、液晶表示装置100をカラー表示用として構成する場合には、対向基板120において、TFTアレイ基板110の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
この液晶表示装置100においては、アクティブマトリクス基板20が前述の方法により製造されているので、高品質な表示が可能で、信頼性に優れた液晶装置となる。
なお、前記のアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置以外の他の電気光学装置、例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置等にも応用が可能である。有機EL表示装置は、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して励起させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが再結合する際の光の放出(蛍光/燐光)を利用して発光させる素子である。そして、上記のTFT30を有する基板上に、有機EL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料を液体材料とし、各々をパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。本発明における電気光学装置の範囲には、このような有機ELデバイスも含まれるものとする。なお、有機EL表示装置においては、正孔注入/輸送層形成材料や発光層形成材料を形成する方法として本発明の膜パターンの形成方法を適用することも可能である。
更に、アクティブマトリクス基板20は、PDP(プラズマディスプレイパネル)や、基板上に形成された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用する表面伝導型電子放出素子等にも適用可能である。
更に、アクティブマトリクス基板20は、PDP(プラズマディスプレイパネル)や、基板上に形成された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用する表面伝導型電子放出素子等にも適用可能である。
(他の電子機器用基板)
本発明の導電膜の形成方法は、電気光学装置(アクティブマトリクス基板)の製造に限らず、種々の電子機器用基板の製造に適用することができ、例えば、タッチパネル(座標入力装置)を構成する基板の製造における導電膜の形成工程や、各種パネルの帯電防止膜としての導電膜の形成工程に好適に用いることができる。
本発明の導電膜の形成方法は、電気光学装置(アクティブマトリクス基板)の製造に限らず、種々の電子機器用基板の製造に適用することができ、例えば、タッチパネル(座標入力装置)を構成する基板の製造における導電膜の形成工程や、各種パネルの帯電防止膜としての導電膜の形成工程に好適に用いることができる。
以下に、タッチパネル用途に好適な可撓性基板を用いた電子機器用基板の製造方法について説明する。
図18は、タッチパネルの構成の一例を示す断面構成図である。図19は、本実施形態の電子機器用基板の製造に用いる導電膜形成装置の概要を示す模式図であり、図20は、図19に示す導電膜形成装置に備えられた液滴吐出装置の斜視構成図である。
図18は、タッチパネルの構成の一例を示す断面構成図である。図19は、本実施形態の電子機器用基板の製造に用いる導電膜形成装置の概要を示す模式図であり、図20は、図19に示す導電膜形成装置に備えられた液滴吐出装置の斜視構成図である。
<タッチパネル>
図18に示すタッチパネル400は、樹脂材料等からなる透明可撓性の上部基板401と、ガラス等からなる透明の下部基板402とが、シール材403を介して貼り合わされた構成を備えており、上部基板401と下部基板402とは、両者の間に挟持した複数個の絶縁ビーズ(スペーサ)405によって所定間隔に離間されている。そして、上部基板401及び下部基板402のそれぞれの対向面には、いずれもITO等の透明導電材料からなる上部電極406と、下部電極407とが形成されている。
図18に示すタッチパネル400は、樹脂材料等からなる透明可撓性の上部基板401と、ガラス等からなる透明の下部基板402とが、シール材403を介して貼り合わされた構成を備えており、上部基板401と下部基板402とは、両者の間に挟持した複数個の絶縁ビーズ(スペーサ)405によって所定間隔に離間されている。そして、上部基板401及び下部基板402のそれぞれの対向面には、いずれもITO等の透明導電材料からなる上部電極406と、下部電極407とが形成されている。
かかる構成を具備したタッチパネル400では、動作時には、例えば上部電極406には図示X軸方向の電位分布が形成され、下部電極407には図示Y方向の電位分布が形成されるようになっている。そして、タッチパネル400のうち、可撓性基板である上部基板401の外面(図示+Z側面)で手指やペンなどの指示体500を摺動させると、指示体500と当接する位置の上部基板401が押圧力により撓曲し、当該押圧位置で上部電極406と下部電極407とが接触し、短絡する。これにより、上部電極406及び下部電極407から、それぞれY軸方向、X軸方向の座標情報を取り出すことができ、指示体500により押圧された位置の平面座標(X,Y)を取得することができる。
<導電膜形成装置>
図19に示す本実施形態に係る導電膜形成装置は、テープ形状基板TPが巻かれている第1リール101と、第1リール101から引き出されたテープ形状基板TPを巻き取る第2リール102と、テープ形状基板TPに液滴を吐出する液滴吐出装置IJ2とを少なくとも有して構成されている。
図19に示す本実施形態に係る導電膜形成装置は、テープ形状基板TPが巻かれている第1リール101と、第1リール101から引き出されたテープ形状基板TPを巻き取る第2リール102と、テープ形状基板TPに液滴を吐出する液滴吐出装置IJ2とを少なくとも有して構成されている。
テープ形状基板TPは、例えば帯形状のフレキシブル基板が適用され、ポリイミドなどを基材として構成される。テープ形状基板TPの形状は、例えば幅105mm、長さ200mである。テープ形状基板TPは、その帯形状の両端部位がそれぞれ第1リール101と第2リール102とに巻き取られてなる「リールツーリール基板」を構成している。すなわち、第1リール101から引き出されたテープ形状基板TPは、第2リール102に巻き取られ、長手方向に連続的に走行する。この連続的に走行されるテープ形状基板TPに、液滴吐出装置IJ2が液体材料を液滴として吐出(液滴吐出)して所定平面形状の導電膜を形成する。そして、このようにして導電膜を形成したテープ形状基板TPを所定寸法に分割することで、図18に示したタッチパネル400の上部基板401を多数作製することができるようになっている。
また本実施形態の導電膜形成装置は、1本のテープ形状基板TPからなるリールツーリール基板に対して、複数の工程をそれぞれ実行する複数の装置を有している。複数の工程としては、例えば図18に示す洗浄工程S1、表面処理工程S2、液滴吐出工程S3、乾燥工程S4、焼成工程S5が挙げられる。これらの工程により、テープ形状基板TPに配線層や電極層、絶縁層などを形成することができる。
また、上記導電膜形成装置では、テープ形状基板TPを長手方向について所定長さに分割して大量の基板形成領域(所望領域)を設定する。そして、テープ形状基板TPを各工程の各装置へ連続的に移動させて、テープ形状基板TPの各基板形成領域に配線層および絶縁層などを連続的に形成する。すなわち、複数の工程S1〜S5は、流れ作業として実行され、それぞれ同時に、又は時間的に重複して、複数の装置で実行される。
[液滴吐出装置]
ここで、図20に示す液滴吐出装置IJ2について、図面を参照して具体的に説明する。図20に示す液滴吐出装置IJ2は、図19に示した導電膜形成装置に好適に用いることができるよう、テープ形状基板TPに対して効率よく液滴の吐出を行える機構を具備したものとなっている。なお、図20に示す液滴吐出装置IJ2において、図1に示した液滴吐出装置IJと共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
ここで、図20に示す液滴吐出装置IJ2について、図面を参照して具体的に説明する。図20に示す液滴吐出装置IJ2は、図19に示した導電膜形成装置に好適に用いることができるよう、テープ形状基板TPに対して効率よく液滴の吐出を行える機構を具備したものとなっている。なお、図20に示す液滴吐出装置IJ2において、図1に示した液滴吐出装置IJと共通の構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
液滴吐出装置IJ2は、X方向駆動軸304、X方向駆動モータ302、Y方向ガイド軸305、Y方向駆動モータ303およびステージ307は、そのステージ307にアライメントされたテープ形状基板TPに対して、液滴吐出ヘッド301を相対的に移動させるヘッド移動機構を構成している。またX方向駆動軸304は、液滴吐出ヘッド301からの液滴吐出動作時に、テープ形状基板TPの長手方向(Y方向)に対してほぼ直交する方向(X方向)に液滴吐出ヘッド301を支持し、液滴吐出ヘッド301のX方向の走査を可能にするガイドである。
液滴吐出ヘッド301は、微粒子材料を含有する分散液(液体材料)をノズル(吐出口)から吐出して所定間隔でテープ形状基板TP上に配置するようになっている。ステージ307は、この液滴吐出装置IJ2によって分散液を塗布されるテープ形状基板TPを載置させるようになっており、テープ形状基板TPを基準位置に固定する機構(アライメント機構)を具備している。なお、符号332a、332bを付して示すステージ307上に設けられた略長方形状の領域は、液滴吐出ヘッド301の捨て打ち(不ラッシング)動作を行うためのフラッシング領域である。
ヒータ315は、先の液滴吐出装置IJと同様、フラッシュランプを具備したランプヒータであり、フラッシュランプを用いた光照射によるアニールでテープ形状基板TPを熱処理(乾燥処理又は焼成処理)する手段である。すなわち、ヒータ315は、テープ形状基板TP上に吐出された液体材料に含まれる分散媒の蒸発、除去を行い、微粒子材料を焼結して導電膜に変換するための熱処理を行うものとなっている。
本実施形態に係る液滴吐出装置IJ2によれば、X方向駆動軸304又はY方向ガイド軸405に沿って液滴吐出ヘッド301を移動させることで、テープ形状基板TPの所望領域における任意の位置に液滴を着弾させて液体材料のパターンを形成することができる。そして、1つの所望領域についてパターン形成した後に、テープ形状基板TPを長手方向(Y方向)にずらすことにより、極めて簡便に他の所望領域についてパターン形成することができる。ここで、所望領域は、1つの電子機器用基板(上部基板401)に相当させることができる。そこで、本実施形態は、テープ形状基板TPの各所望領域(各回路基板領域)について、簡便に且つ迅速に導電膜を形成することができ、電子機器用基板を効率よく大量に製造することができるものとなっている。
また、本実施形態の導電膜形成装置では、テープ形状基板TPにおける液滴吐出装置IJ2により液体材料が塗布される面が内側を向くように、そのテープ形状基板TPを第2リール102が巻き取る構成であることが好ましい。また、第1リール101に巻かれているテープ形状基板TPの内側面が、液滴吐出装置IJ2による液体材料の塗布面であることが好ましい。このようにすると、テープ形状基板TPにおける導電膜が形成された面が内側となるように、そのテープ形状基板TPが第2リール102で巻き取られるので、かかるパターンを良好な状態のまま保持することができる。また、第1リール101と第2リール102とでテープ形状基板TPの曲げ方向が同一となるので、テープ形状基板TPに対する機械的な外力作用を低減でき、テープ形状基板TPが変形することなどを低減することができる。
また、本実施形態の導電膜形成装置では、液滴吐出装置IJ2が、テープ形状基板TPの表面と裏面とにほぼ同時に液滴を吐出できる1つ又は複数の液滴吐出ヘッド301を有するものである構成としてもよい。このような液滴吐出装置IJ2としては、テープ形状基板TPの表面を垂直な状態に保持して、そのテープ形状基板TPの表面側および裏面側にそれぞれ配置された液滴吐出ヘッド301を備える構成が採用できる。このような構成により、テープ形状基板TPの表裏両面に、同時に導電膜を形成でき、タッチパネル400の例であれば、上部基板401内面側(下部基板402側)の上部電極406と、上部基板401外面側の帯電防止膜とを同時に形成することができる。したがって本構成によれば、さらなる製造時間の短縮化および製造コストの低減化を実現することができる。
<電子機器用基板の製造方法>
次に、リールツーリール基板であるテープ形状基板TPに対して行われる上記複数の工程について、具体的に説明する。先ず、第1リール101から引き出されたテープ形状基板TPの所望領域は、洗浄工程S1に供される(ステップS1)。洗浄工程S1の具体例としては、テープ形状基板TPに対してのUV(紫外線)照射が挙げられる。また、水などの溶媒でテープ形状基板TPを洗浄してもよい、超音波を用いて洗浄してもよい。また、常圧でテープ形状基板TPにプラズマを照射することで洗浄してもよい。
次に、リールツーリール基板であるテープ形状基板TPに対して行われる上記複数の工程について、具体的に説明する。先ず、第1リール101から引き出されたテープ形状基板TPの所望領域は、洗浄工程S1に供される(ステップS1)。洗浄工程S1の具体例としては、テープ形状基板TPに対してのUV(紫外線)照射が挙げられる。また、水などの溶媒でテープ形状基板TPを洗浄してもよい、超音波を用いて洗浄してもよい。また、常圧でテープ形状基板TPにプラズマを照射することで洗浄してもよい。
次いで、洗浄工程S1を実施した後のテープ形状基板TPの所望領域に、親液性又は撥液性を与える表面処理工程S2が実施される(ステップS2)。後段のステップS3の液滴吐出工程でテープ形状基板TP上に微粒子材料を含有した液体材料による導電膜の形成を行うためには、微粒子材料を含有した液体材料に対するテープ形状基板TPの表面の濡れ性を制御することが好ましく、かかる濡れ性制御は、図4を参照して説明した導電膜形成方法における表面処理方法により行うことができる。すなわち、テープ形状基板TPの表面を自己組織化膜形成法等により撥液化した後、かかる撥液面の一部のみを親液化する方法が採用できる。
次に、表面処理工程S2が実施されたテープ形状基板TPの所望領域に、微粒子材料を含有した液体材料を吐出して塗布する材料塗布工程をなす液滴吐出工程S3を行う(ステップS3)。
この液滴吐出工程S3における液滴吐出には、図19に示すような液滴吐出装置IJ2を用いると効率よく行うことができる。テープ形状基板TPに配線を形成する場合、この液滴吐出工程で吐出する液体材料は微粒子材料を含有する液体であり、本実施形態の場合、タッチパネル用基板の導電膜形成を行うので、ITO微粒子を分散媒に分散させた分散液である。そして、上記分散液の液滴を液滴吐出ヘッドから吐出して基板上の導電膜を形成すべき領域に滴下する。
この液滴吐出工程S3における液滴吐出には、図19に示すような液滴吐出装置IJ2を用いると効率よく行うことができる。テープ形状基板TPに配線を形成する場合、この液滴吐出工程で吐出する液体材料は微粒子材料を含有する液体であり、本実施形態の場合、タッチパネル用基板の導電膜形成を行うので、ITO微粒子を分散媒に分散させた分散液である。そして、上記分散液の液滴を液滴吐出ヘッドから吐出して基板上の導電膜を形成すべき領域に滴下する。
次いで、液滴吐出工程S3が実施されたテープ形状基板TPの所望領域について、乾燥工程が行われる(ステップS4)。
乾燥工程S4は、液滴吐出工程S3でテープ形状基板TPに塗布された微粒子材料を含む液体材料を硬化させる硬化工程をなすものである。上記ステップS3とこのステップS4と(ステップS2を含めてもよい)を繰り返し実施することにより、膜厚を増大することができ、所望形状で且つ所望膜厚の導電膜を簡便に形成することができる。
乾燥工程S4は、液滴吐出工程S3でテープ形状基板TPに塗布された微粒子材料を含む液体材料を硬化させる硬化工程をなすものである。上記ステップS3とこのステップS4と(ステップS2を含めてもよい)を繰り返し実施することにより、膜厚を増大することができ、所望形状で且つ所望膜厚の導電膜を簡便に形成することができる。
乾燥工程S4の具体例としては、例えばテープ形状基板TPに塗布された液体材料を乾燥させて硬化させる手法があり、具体的には、ホットプレート、電気炉等による加熱処理や、ドライエアの吹き付けによる乾燥処理が適用できる。また、先の実施形態で用いたフラッシュランプによる光照射処理を行えば、後段の焼成工程をも同時に行うことができ、基板TP上に塗布した液体材料を迅速に導電膜(ITO膜)に変換することが可能である。
次いで、テープ形状基板TPの所望領域について乾燥処理により得られた乾燥膜を焼成する焼成工程S5が行われる(ステップS5)。この焼成工程S5は、液滴吐出工程S3で塗布されその後に乾燥処理された乾燥膜を焼成して所望のシート抵抗を有する導電膜を形成する工程である。焼成工程S5により、テープ形状基板TP上の乾燥膜を形成している微粒子間の電気的接触が確保され、導電膜に変換される。
焼成工程S5は、図2及び図4を参照して説明した先の実施形態と同様、フラッシュランプを用いた光照射処理工程であり、フラッシュランプの光照射条件は、光照射エネルギーが1〜50J/cm2程度、光照射時間が1μ秒〜数m秒程度である。なお、本実施形態の焼成工程S5についても、通常は大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うことができる。
この焼成処理により、乾燥膜に含まれる分散媒が完全に除去され、また微粒子材料表面のコーティング材等も除去されることで、微粒子材料が凝集して電気的に接触した導電膜がテープ形状基板TP上に形成される。本実施形態の導電膜形成装置においても、経時的なシート抵抗の変化がほとんど無く、安定な電気特性を具備した導電膜を得ることができる。これは、本実施形態の導電膜形成装置でも、フラッシュランプを用いて瞬間的に加熱することで乾燥膜の焼成を行うことから、光エネルギーのアシストによって微粒子表面の結晶性を回復させることができ、また光エネルギーによって微粒子間のネッキングや融着が促進され、乾燥/焼成工程で微粒子間に安定な導通状態を形成できることによると考えられる。
これらにより、本実施形態によれば、リールツーリール基板をなすテープ形状基板TPに液滴吐出方式を用いて導電膜を形成するので、導電膜を有する電子機器用基板について、効率よく大量に製造することができる。すなわち、本実施形態によれば、製品時においては大量の板形状基板とされる1本のテープ形状基板TPの所望領域を、液滴吐出装置IJ2の所望位置にアライメントすることで、その所望領域に所望の平面形状を具備した導電膜を形成することができる。そこで、1つの所望領域について液滴吐出装置IJ2でパターン形成した後に、テープ形状基板TPを液滴吐出装置に対してずらすことにより、極めて簡便にテープ形状基板TPの他の所望領域について導電膜を形成することができる。これらにより、本実施形態は、リールツーリール基板をなすテープ形状基板TPの各所望領域について、簡便に且つ迅速に導電膜を形成でき、電子機器用基板について、効率よく大量に製造することができる。
また、本実施形態によれば、リールツーリール基板をなすテープ形状基板TPが第1リール101から巻き出されてから第2リール102に巻き取られるまでに、材料配置工程を含む複数の工程を実行する。これにより、洗浄工程S1を実行する装置から次の表面処理工程S2を実行する装置へ、また次の工程を実行する装置へ、テープ形状基板TPの一端側を第2リール102で巻き取るだけで、そのテープ形状基板TPを移動させることができる。したがって、本実施形態によれば、テープ形状基板TPを各工程の各装置へ移動させる搬送機構およびアライメント機構を簡略化することができ、製造装置の設置スペースを低減でき、大量生産などにおける製造コストを低減することができる。
また、本実施形態の導電膜形成装置およびこれを用いた導電膜形成方法では、前記複数の工程における各工程の所要時間がほぼ同一であることが好ましい。このようにすると、各工程を並列に同期させて実行することができ、より迅速な製造ができるとともに、各工程の各装置の利用効率をより高めることができる。特に本実施形態の導電膜形成装置では、従来は処理に数時間を要していた焼成工程について、僅か数秒で焼成処理が可能なフラッシュランプを用いた光照射処理を採用しているので、上記複数の工程における所要時間の均一化に極めて有利な構成となっており、導電膜形成工程の効率化を容易に実現することができる。
<電子機器>
次に、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図21(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。符号600は携帯電話本体を示し、601は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
図21(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。符号700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
図21(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。符号800は時計本体を示し、801は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
このように、図21(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶表示装置100を備えたものであるので、電気特性の安定性に優れた導電膜が電極部材等に用いられたことで信頼性に優れる電子機器となっている。また、テレビやモニター等の大型液晶パネルにおいても上記実施形態の製造方法を適用することができる。
次に、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図21(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。符号600は携帯電話本体を示し、601は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
図21(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。符号700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
図21(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。符号800は時計本体を示し、801は上記実施形態の液晶表示装置100を備えた表示部を示している。
このように、図21(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶表示装置100を備えたものであるので、電気特性の安定性に優れた導電膜が電極部材等に用いられたことで信頼性に優れる電子機器となっている。また、テレビやモニター等の大型液晶パネルにおいても上記実施形態の製造方法を適用することができる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶表示装置100を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
以上、添付図面を参照しながら本発明についての好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
IJ、IJ2 液滴吐出装置、301 液滴吐出ヘッド、P 基板(基体)、B バンク、11 バンク内領域、12 液体材料、13 導電膜、F 有機分子膜(自己組織化膜)、H1 親液領域、H2 撥液領域、20 アクティブマトリクス基板、30 TFT、100 電気光学装置、TP テープ形状基板(基体)、400 タッチパネル(座標入力装置)。
Claims (8)
- 基体上に微粒子材料を含む液体材料を配置する工程と、
前記基体上の液体材料を、フラッシュランプを用いた光照射により焼成して導電膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする導電膜の形成方法。 - 前記微粒子材料が、バルクで900℃以上の融点を有し、粒径10〜150nmにおける融点が255℃以上である導電材料の微粒子であることを特徴とする請求項1に記載の導電膜の形成方法。
- 前記微粒子材料が、透明導電材料の微粒子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の導電膜の形成方法。
- 前記透明導電材料が、インジウム錫酸化物、酸化錫、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物、ハロゲン含有酸化錫から選ばれる1種以上の金属酸化物であることを特徴とする請求項3に記載の導電膜の形成方法。
- 前記微粒子材料が、銅、ニッケル、マンガン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンから選ばれる1種以上の金属微粒子材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の導電膜の形成方法。
- 前記液体材料を、液滴吐出装置を用いた液滴吐出法により前記基体上に配置することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の導電膜の形成方法。
- 前記液体材料を、毛細管現象を利用したCAPコート法により前記基体上に配置することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の導電膜の形成方法。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の形成方法を用いた導電膜形成工程を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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