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JP4345710B2 - 膜パターンの形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、膜パターンの形成方法に関する。
従来、半導体集積回路などの微細な配線パターン(膜パターン)の製造には、フォトリソグラフィ法が多く用いられている。これに対し、近年では、液滴吐出法を用いた製造方法が提供されている。この製造方法は、配線パターン形成用の機能材料(導電性微粒子)を含有した機能液(配線パターン用インク)を液滴吐出ヘッドから基板上に吐出することにより、パターン形成面に材料を配置して配線パターンを形成するものであり、少量多種生産に対応可能であるなど大変有効であるとされている。
ところで、近年ではデバイスを構成する回路の高密度化がますます進み、例えば配線パターンについてもさらなる微細化、細線化が要求されている。
しかしながら、このような微細な配線パターンを前記の液滴吐出法による製造方法によって形成しようとした場合、特にその配線幅の精度を十分にだすのが困難である。そのため、基板上に仕切部材であるバンクを設けるとともに、このバンクを撥液性にし、それ以外の部分が親液性となるように表面処理を施す方法が提案されている。
また、液滴吐出法によって配線パターンを形成しようとした場合、特に配線パターン形成用の機能材料となる導電性微粒子を焼成する必要上、比較的高温での熱処理が必須となる。しかし、特にバンクを用いて配線パターンを形成する場合、通常用いられる有機材料からなるバンクでは、この熱処理に対する耐性が低く、熱処理時に溶融してしまうなどの不都合を生じてしまうことがある。
そこで、特に熱処理に対して高い耐性を有する無機質のバンクとして、例えば特許文献1に示されるような、感光性ポリシラザン塗膜からなるバンクを用いることが考えられる。
特開2002−72504号公報
しかし、前記の感光性ポリシラザン塗膜からなるバンクにあっては、有機溶媒系の機能液(膜パターン用インク)に対しては十分な撥液性を発揮せず、したがってフルオロカーボン系のガスなどによる表面処理(撥液化処理)が必要となる。
しかしながら、そのように表面処理を行うのでは、工程が複雑になって生産性が損なわれてしまう。特に、バンク内に機能液を配置して第1の機能膜を形成し、その後、これの上に別の機能液を配置して第2の機能膜を形成しようとした場合、第2の機能液を配置する前に、バンクに対して再度表面処理(撥液化処理)を行わなければならないことから、工程がより一層複雑になってしまう。なぜなら、第1の機能膜を形成した際の熱処理により、バンクからフッ素が脱離して撥液性が消失しあるいは低下してしまい、これによって第2の機能液を配置する前に、再度表面処理(撥液化処理)を行う必要が生じてしまうからである。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バンクに対する表面処理(撥液化処理)を不要にし、これにより工程を簡易化して生産性を向上した膜パターンの形成方法と、これによって得られる膜パターン、さらにはデバイス、電気光学装置、電子機器、及びアクティブマトリクス基板の製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するため本発明の膜パターンの形成方法は、機能液を基板上に配置して膜パターンを形成する方法であって、
前記基板上に前記膜パターンの形成領域に対応したバンクを形成する工程と、
前記バンクによって区画された領域に前記機能液を配置する工程と、
前記機能液を硬化処理して膜パターンとする工程と、を有し、
前記バンクを形成する工程では、ポリシラザン液又はポリシロキサン液を塗布し、次いでこれを露光し現像してパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにし、
前記機能液として、水系の分散媒または溶媒を含有した液状体を用いることを特徴としている。
この膜パターンの形成方法によれば、ポリシラザン液又はポリシロキサン液を塗布し、次いでこれをパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにしているので、得られたバンクが、その主成分となる骨格が無機質であることにより、熱処理に対し高い耐性を有するものとなる。したがって、例えば機能液を硬化処理する際に比較的高温で熱処理を行う必要がある場合に、バンクが溶融してしまうなどの不都合が生じることなく、熱処理に対し十分対応可能となる。また、得られたバンクが、側鎖に疎水基を有した構造の材質となっているので、撥液化についての表面処理を行わなくても、そのままで良好な撥水性を有するものとなる。よって、特に水系の液状体からなる機能液に対して良好な撥水性を発揮するようになり、したがって、バンクについての撥液化処理が不要になることで工程が簡易化し、生産性が向上するとともに、前記機能液からなる膜パターンについてのパターン精度を十分に高くすることが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記疎水基がメチル基であるのが好ましい。
このようにすれば、前記バンクがより良好な撥水性を発揮するようになり、したがって、前記機能液からなる膜パターンについてのパターン精度をより高くすることが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記ポリシラザン液又はポリシロキサン液として、光酸発生剤を含有し、ポジ型レジストとして機能する感光性ポリシラザン液又は感光性ポリシロキサン液を用いるのが好ましい。
このように、ポリシラザン液又はポリシロキサン液をポジ型レジストとして機能するようにすれば、これから得られるバンクのパターン精度をより良好にすることができ、したがって、このバンクから得られる膜パターンについても、そのパターン精度をより高くすることが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記機能液に含有される機能材料が、導電性材料であってもよい。
このようにすれば、特に膜パターンとして、配線パターンなどの導電性パターンを形成することができる。
また、本発明における別の膜パターンの形成方法は、機能液を基板上に配置して膜パターンを形成する方法であって、
前記基板上に前記膜パターンの形成領域に対応したバンクを形成する工程と、
前記バンクによって区画された領域に第1の機能液を配置する工程と、
配置した前記第1の機能液上に第2の機能液を配置する工程と、
前記バンクによって区画された領域に積層した前記第1の機能液と前記第2の機能液とに対して所定の処理を施すことにより、複数の材料が積層されてなる膜パターンを形成する工程と、を有し、
前記バンクを形成する工程では、ポリシラザン液又はポリシロキサン液を塗布し、次いでこれを露光し現像してパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにし、
前記第1の機能液として水系の分散媒または溶媒を含有した液状体を用いるとともに、前記第2の機能液として水系の分散媒または溶媒を含有した液状体を用いることを特徴としている。
この膜パターンの形成方法によれば、ポリシラザン液又はポリシロキサン液を塗布し、次いでこれをパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにしているので、得られたバンクが、その主成分となる骨格が無機質であることにより、熱処理に対し高い耐性を有するものとなる。したがって、例えば機能液を硬化処理する際に比較的高温で熱処理を行う必要がある場合に、バンクが溶融してしまうなどの不都合が生じることなく、熱処理に対し十分対応可能となる。また、得られたバンクが、側鎖に疎水基を有した構造の材質となっているので、撥液化についての表面処理を行わなくても、そのままで良好な撥水性を有するものとなる。よって、特に水系の液状体からなる機能液に対して良好な撥水性を発揮するようになり、したがって、バンクについての撥液化処理が不要になることで工程が簡易化し、生産性が向上するとともに、前記機能液からなる膜パターンについてのパターン精度を十分に高くすることが可能になる。さらに、得られたバンクが、そのままで良好な撥水性を有するものとなるので、第1の機能液から膜パターンを形成した後、これの上に第2の機能液を配置する際、例えば前記膜パターンの形成時に熱処理を行ったとしても、これによってバンクから撥水性が消失し、あるいは著しく低下してしまうといったことがない。したがって、第2の機能液を配置する前に、バンクについての撥液化処理を行う必要がないことから、工程がより簡易化し、生産性が向上する。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記疎水基がメチル基であるのが好ましい。
このようにすれば、前記バンクがより良好な撥水性を発揮するようになり、したがって、前記機能液からなる膜パターンについてのパターン精度をより高くすることが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記ポリシラザン液又はポリシロキサン液として、光酸発生剤を含有し、ポジ型レジストとして機能する感光性ポリシラザン液又は感光性ポリシロキサン液を用いるのが好ましい。
このように、ポリシラザン液又はポリシロキサン液をポジ型レジストとして機能するようにすれば、これから得られるバンクのパターン精度をより良好にすることができ、したがって、このバンクから得られる膜パターンについても、そのパターン精度をより高くすることが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第1の機能液と第2の機能液とは、互いに異なる種類の機能材料を含有してなる液であってもよい。
このようにすれば、これら機能液からなる膜パターンは、異なる複数の機能が付与された優れた膜パターンとなる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、配置した前記第1の機能液上に第2の機能液を配置する工程に先立ち、前記第1の機能液を固化させておくのが好ましい。
このようにすれば、第1の機能液中の機能材料と第2の機能液中の機能材料とが混じり合わなくなるため、各機能材料から得られる積層構造の膜パターンは、各機能材料に基づく機能、例えば異なる複数の機能を良好に発揮するものとなる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第1の機能液および第2の機能液に含有される機能材料が、いずれも導電性材料であってもよい。
このようにすれば、得られる膜パターンを導電性にすることができ、したがってこの膜パターンを配線として用いることができる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第2の機能液が、形成する膜パターンの主なる機能を担う第2の機能材料を含有し、前記第1の機能液が、前記第2の機能材料と前記基板との密着性を向上させるための第1の機能材料を含有していてもよい。
このようにすれば、第2の機能材料からなる膜パターンの基板に対する密着性が良好になり、したがってこの膜パターンが基板から剥離するのが防止される。
なお、前記の主なる機能とは、得られる膜パターンの主なる機能であり、例えば膜パターンを配線として形成する場合には、主として電流を流す機能である。
また、このような主なる機能をなす第2の機能材料としては銀や銅が挙げられ、このような材料と基板との密着性を向上させるための第1の機能材料としては、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、モリブデン、チタン及びタングステン等が挙げられる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方が、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方が、前記主材料のエレクトロマイグレーションを抑制するための材料を含有していてもよい。
このようにすれば、得られる膜パターンが、前記主材料からなる層と、この主材料のエレクトロマイグレーションを抑制するための材料からなる層とからなるので、主材料のエレクトロマイグレーションが抑制される。
なお、エレクトロマイグレーションとは、長時間にわたり配線に電流を流すことによって原子が電子の流れに沿って移動する現象であり、配線の抵抗値の増加や断線の原因となる。
このエレクトロマイグレーションを抑制する材料としては、チタン等が挙げられる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方が、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方が、絶縁特性を有する材料を含有していてもよい。
このようにすれば、特に膜パターンが他の導電性の構成要素と接するような場合に、この構成要素と前記主材料との間の導通を防止することが可能になる。
また、前記膜パターンの形成方法においては、前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方は、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方は、前記主材料のプラズマダメージを抑制するための材料を含有していてもよい。その場合に、前記主材料のプラズマダメージを抑制するための材料としては、前記プラズマダメージによる拡散を抑制するためのバリア材料であるのが望ましい。
このようにすれば、特に膜パターンがプラズマ照射を受けるような場合に、膜パターン中の主材料からなるパターンが、プラズマによりダメージを受けてしまうのが抑制される。
本発明の膜パターンは、前記の形成方法によって形成されたことを特徴としている。
この膜パターンを形成するためのバンクが、前述したように熱処理に対し十分対応可能となっているので、この膜パターンはバンクによって高精度にパターニングされたものとなる。また、バンクについての撥液化処理が不要になっているので、生産性が向上したものとなる。
本発明のデバイスは、前記膜パターンを備えることを特徴としている。
前述したように高精度にパターニングされ、生産性も向上した膜パターンを備えることにより、このデバイス自体も良好なものとなる。
本発明の電気光学装置は、前記デバイスを備えることを特徴としている。
前述したように良好なデバイスを備えることにより、この電気光学装置自体も良好なものとなる。
本発明の電子機器は、前記電気光学装置を備えることを特徴としている。
前述したように良好な電気光学装置を備えることにより、この電子機器自体も良好なものとなる。
本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、アクティブマトリクス基板の製造方法において、基板上にゲート配線を形成する第1の工程と、前記ゲート配線上にゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、前記ゲート絶縁膜を介して半導体層を積層する第3の工程と、前記ゲート絶縁層の上にソース電極及びドレイン電極を形成する第4の工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に絶縁材料を配置する第5の工程と、前記絶縁材料を配置した上に画素電極を形成する第6の工程と、を有し、前記第1の工程、前記第4の工程、前記第6の工程のうちの少なくとも一つの工程では、前記の膜パターンの形成方法を用いることを特徴としている。
このアクティブマトリクス基板の製造方法によれば、ゲート配線、ソース電極及びドレイン電極、画素電極のうちの少なくとも一種を、高精度でしかも良好な生産性のもとで形成することができる。
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。なお、参照する各図において、図面上で認識可能な大きさとするために縮尺は各層や各部材ごとに異なる場合がある。
(第1実施形態)
まず、本発明の膜パターンの形成方法を、液滴吐出法によって液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから導電性微粒子を含有する配線パターン(膜パターン)用インク(機能液)を液滴状に吐出し、配線パターンに対応して基板上に形成されたバンクの間、すなわちバンクに区画された領域に、配線パターン(膜パターン)を形成するようにした場合の実施形態について説明する。なお、この実施形態では、特に、異なる二種類の機能液を吐出することにより、複数の材料が積層されてなる配線パターン(膜パターン)を形成するものとする。
この配線パターン用インク(機能液)としては、後述するようにバンクとして、ポリメチルシロキサン等の撥水性を有するシロキサン結合を骨格とする、すなわち、ポリシロキサンを骨格とする材質からなるものを用いることから、特に水系の分散媒または溶媒を含有した液状体が用いられる。具体的には、導電性微粒子を水やアルコール等の水系分散媒に分散させた分散液や、有機銀化合物や酸化銀ナノ粒子を水系分散媒に分散させた分散液からなるものである。
本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、鉄、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、パラジウム、タングステン及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。
導電性微粒子の粒径は1nm以上0.1μm以下であることが好ましい。0.1μmより大きいと、後述する液滴吐出ヘッドの吐出ノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、1nmより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。
分散媒としては、前記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさない水系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を例示できる。
前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。インクジェット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、インク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、前記分散液には、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。前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。
前記分散液の粘度は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インク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。
配線パターンが形成される基板としては、ガラス、石英ガラス、シリコンウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種のもの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。
ここで、液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に30kg/cm程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル(泡)を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液状材料(流動体)の一滴の量は、例えば1〜300ナノグラムである。
本実施形態では、このような液滴吐出をなす装置として、ピエゾ素子(圧電素子)を用いた電気機械変換方式の、液滴吐出装置(インクジェット装置)が用いられる。
図1は、液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と、X軸方向駆動軸4と、Y軸方向ガイド軸5と、制御装置CONTと、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ15とを備えている。
ステージ7は、この液滴吐出装置IJにより液体材料(配線パターン用インク)を配置される基板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1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X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1の下面に一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルからは、ステージ7に支持されている基板Pに対して、前記の導電性微粒子を含む配線パターン用インクが吐出されるようになっている。
X軸方向駆動軸4には、X軸方向駆動モータ2が接続されている。このX軸方向駆動モータ2は、ステッピングモータ等からなるもので、制御装置CONTからX軸方向の駆動信号が供給されると、X軸方向駆動軸4を回転させる。X軸方向駆動軸4が回転すると、液滴吐出ヘッド1はX軸方向に移動する。
Y軸方向ガイド軸5は、基台9に対して動かないように固定されている。ステージ7は、Y軸方向駆動モータ3を備えている。Y軸方向駆動モータ3はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ7をY軸方向に移動する。
制御装置CONTは、液滴吐出ヘッド1に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、X軸方向駆動モータ2に液滴吐出ヘッド1のX軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Y軸方向駆動モータ3にステージ7のY軸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8は、液滴吐出ヘッド1をクリーニングするものである。クリーニング機構8には、図示しないY軸方向の駆動モータが備えられている。このY軸方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y軸方向ガイド軸5に沿って移動する。クリーニング機構8の移動も制御装置CONTにより制御される。
ヒータ15は、ここではランプアニールにより基板Pを熱処理する手段であり、基板P上に配置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15の電源の投入及び遮断も制御装置CONTにより制御される。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と基板Pを支持するステージ7とを相対的に走査しつつ、基板Pに対して、液滴吐出ヘッド1の下面にX軸方向に配列された複数の吐出ノズルから液滴を吐出するようになっている。
図2は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
図2において、液体材料(配線パターン用インク、機能液)を収容する液体室21に隣接してピエゾ素子22が設置されている。液体室21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23を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子22は駆動回路24に接続されており、この駆動回路24を介してピエゾ素子22に電圧を印加し、ピエゾ素子22を変形させることにより、液体室21が変形し、吐出ノズル25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22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22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。
また、本実施形態では、前述したように、配線パターンに対応するバンクを基板上に形成するが、これに先立ち、基板に対して親液化処理を施す。この親液化処理は、後述するインク(機能液)の吐出による配置において、吐出されたインクに対する基板Pの濡れ性を良好にしておくためのもので、例えば図3(a)に示すように、基板Pの表面にTiO等の親液性(親水性)の高い膜P0を形成する。または、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)を蒸気状にして基板Pの被処理面に付着させ(HMDS処理)、親液性の高い膜P0を形成するようにしてもよい。また、基板Pの表面を粗面化することにより、この基板Pの表面を親液化してもよい。
(バンク形成工程)
このようにして親液化処理を行ったら、この基板P上にバンクを形成する。
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、まず、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3(b)に示すように、基板P上に所望のバンク高さに合わせてバンクの形成材料、すなわちポリシラザン液を塗布し、ポリシラザン薄膜31を形成する。
ここで、バンクの形成材料となるポリシラザン液としては、ポリシラザンを主成分とするもので、特に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液が好適に用いられる。この感光性ポリシラザン液は、ポジ型レジストとして機能するようになるもので、露光処理と現像処理とによって直接パターニングすることができるものである。なお、このような感光性ポリシラザンとしては、例えば特開2002−72504号公報に記載された感光性ポリシラザンを例示することができる。また、この感光性ポリシラザン中に含有される光酸発生剤についても、特開2002−72504号公報に記載されたものが用いられる。
このようなポリシラザンは、例えばポリシラザンが以下の化学式(1)に示すポリメチルシラザンである場合、後述するように加湿処理を行うことで化学式(2)または化学式(3)に示すように一部加水分解し、さらに400℃未満の加熱処理を行うことにより、化学式(4)〜化学式(6)に示すように縮合してポリメチルシロキサン[−(SiCH1.5)n−]となる。なお、化学式(2)〜化学式(6)においては、反応機構を説明するため、化学式を簡略化して化合物中の基本構成単位(繰り返し単位)のみを示している。
このようにして形成されるポリメチルシロキサンは、シロキサン結合(ポリシロキサン)を骨格とし、側鎖に疎水基であるメチル基を有したものとなる。したがって、その主成分となる骨格が無機質であることにより、熱処理に対し高い耐性を有するものとなる。また、側鎖に疎水基であるメチル基を有しているので、そのままで良好な撥水性を有するものとなる。ただし、化学式では示さないものの、前記の加熱処理を400℃以上で行うと、側鎖のメチル基も脱離してポリシロキサンとなり、撥水性が著しく低下する。したがって、本発明においては、特にポリシラザン液からバンクを形成するに際しては、その加熱処理温度を400℃未満とするのが望ましい。
・化学式(1);−(SiCH(NH)1.5)n−
・化学式(2);SiCH(NH)1.5+H
→SiCH(NH)(OH)+0.5NH
・化学式(3);SiCH(NH)1.5+2H
→SiCH(NH)0.5(OH)+NH
・化学式(4);SiCH(NH)(OH)+SiCH(NH)(OH)+H
→2SiCH1.5+2NH
・化学式(5);SiCH(NH)(OH)+SiCH(NH)0.5(OH)
→2SiCH1.5+1.5NH
・化学式(6);SiCH(NH)0.5(OH)+SiCH(NH)0.5(OH)
→2SiCH1.5+NH+H
続いて、得られたポリシラザン薄膜31を、例えばホットプレート上にて110℃で1分程度プレベークする。
次いで、図3(c)に示すようにマスクを用いてポリシラザン薄膜31を露光する。このとき、このポリシラザン薄膜31は前述したようにポジ型レジストとして機能するので、後の現像処理によって除去する箇所を、選択的に露光する。露光光源としては、前記感光性ポリシラザン液の組成や感光特性に応じ、従来のフォトレジストの露光で用いられている高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマレーザー、X線、電子線等から適宜選択され用いられる。照射光のエネルギー量については、光源や膜厚にもよるものの、通常は0.05mJ/cm以上、望ましくは0.1mJ/cm以上とされる。上限は特にないものの、あまりに照射量を多く設定すると処理時間の関係から実用的でなく、通常は10000mJ/cm以下とされる。露光は、一般に周囲雰囲気(大気中)あるいは窒素雰囲気とすればよいが、ポリシラザンの分解を促進するため、酸素含有量を富化した雰囲気を採用してもよい。
このような露光処理により、光酸発生剤を含有する感光性ポリシラザン薄膜31は、特に露光部分において膜内で選択的に酸が発生し、これによりポリシラザンのSi−N結合が解裂する。そして、雰囲気中の水分と反応し、前記の化学式(2)または化学式(3)に示したようにポリシラザン薄膜31は一部加水分解し、最終的にシラノール(Si−OH)結合が生成し、ポリシラザンが分解する。
次いで、このようなシラノール(Si−OH)結合の生成、ポリシラザンの分解をより進めるため、図3(d)に示すように露光後のポリシラザン薄膜31を、例えば25℃、相対湿度80%の環境下にて4分程度加湿処理する。このようにしてポリシラザン薄膜31内に水分を継続的に供給すると、一旦ポリシラザンのSi−N結合の解裂に寄与した酸が繰り返し解裂触媒として働く。このSi−OH結合は露光中においても起こるが、露光後、露光された膜を加湿処理することにより、ポリシラザンのSi−OH化がより一層促進される。
なお、このような加湿処理における処理雰囲気の湿度については、高ければ高いほどSiOH化速度を速くすることができる。ただし、あまり高くなると膜表面に結露してしまうおそれがあり、したがってこの観点から相対湿度90%以下とするのが実用的である。また、このような加湿処理については、水分を含有した気体を、ポリシラザン薄膜31に接触させるようにしてやればよく、したがって、加湿処理装置内に露光された基板Pを置き、水分含有気体をこの加湿処理装置に連続的に導入するようにすればよい。または、予め水分含有気体が導入されて調湿された状態の加湿処理装置内に、露光された基板Pを入れ、所望時間放置するようにしてもよい。
次いで、例えば濃度2.38%のTMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)液によって加湿処理後のポリシラザン薄膜31を25℃で現像処理し、被露光部を選択的に除去することにより、図4(a)に示すようにポリシラザン薄膜31を所望のバンク形状とする。これにより、目的とする膜パターンの形成領域に対応したバンクB、Bを形成するとともに、例えば溝状の膜パターン形成領域34を形成する。なお、現像液としては、TMAH以外の他のアルカリ現像液、例えばコリン、珪酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることもできる。
次いで、必要に応じて純水でリンスした後、図4(b)に示すように得られたバンクB、B間の残渣処理を行う。残渣処理としては、紫外線を照射することによる紫外線(UV)照射処理、大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするOプラズマ処理、フッ酸溶液で残渣部をエッチングするフッ酸処理などが用いられる。本実施形態では、例えば濃度0.2%のフッ酸水溶液によって20秒程度接触処理を行う、フッ酸処理を採用する。このような残渣処理を行うと、バンクB、Bがマスクとして機能することにより、バンクB、B間に形成された膜パターン形成領域34の底部35が選択的にエッチングされ、ここに残ったバンク材料等が除去される。
次いで、図4(c)に示すように、基板PのバンクBを形成した側の面に対し、全面露光を行う。露光条件については、図3(c)に示した工程での露光処理条件と同様とする。このようにして全面露光を行うことにより、先の露光処理では露光されなかったバンクBが露光される。これにより、バンクBを形成するポリシラザンは一部加水分解し、最終的にシラノール(Si−OH)結合が生成してポリシラザンが分解する。
次いで、図4(d)に示すように再度加湿処理を行う。加湿条件については、図3(d)に示した工程での加湿処理条件と同様とする。このようにして加湿処理を行うと、バンクBを形成するポリシラザンはSi−OH化がより一層促進される。
次いで、例えば350℃で60分程度加熱することにより、図4(d)に示すように焼成処理を行う。このようにして焼成処理を行うと、先に加湿処理されてSiOH化されたポリシラザンからなるバンクBは、焼成により前記の化学式(4)〜化学式(6)に示したように容易に(SiOSi)化し、SiNH結合がほとんど(又は全く)存在しないシリカ系セラミックス膜、例えばポリメチルシロキサンに転化される。
すると、このポリメチルシロキサン(シリカ系セラミックス膜)からなるバンクBは、前述したようにシロキサン結合(ポリシロキサン)を骨格とし、側鎖に疎水基であるメチル基を有したものとなることから、熱処理に対し高い耐性を有し、また、撥液化処理を行うことなく、そのままで良好な撥水性を有したものとなる。
なお、ここでの焼成温度を例えば400℃以上で行うと、側鎖のメチル基が脱離して撥水性が著しく低下するおそれがある。したがって、焼成温度については、400℃未満で行うのが好ましく、350℃以下程度で行うのが望ましい。
(機能液配置工程)
次に、前記の液滴吐出装置IJを用い、図5(a)に示すように配線パターン用インク(第1の機能液)X1をバンクB、B間の膜パターン形成領域34に露出した基板P上に吐出し、配置する。本発明では、配線パターン用インク(第1の機能液)X1として、水等の分散媒に導電性微粒子を分散させてなる、前記の液状体を用いる。なお、本実施形態では、導電性微粒子として、例えばクロムを用いた配線パターン用インクLを吐出するものとする。液滴吐出の条件としては、例えば、インク重量4〜7ng/dot、インク速度(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1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。
この材料配置工程では、図5(b)に示すように、液滴吐出ヘッド1から配線パターン用インクX1を液滴にして吐出し、その液滴をバンクB、B間の膜パターン形成領域34に露出した基板P上に配置させる。
このとき、膜パターン形成領域34は、バンクBに囲まれているので、配線パターン用インクX1が所定位置以外に拡がることを阻止される。また、バンクBは前述したように撥水性を有した材質となっているため、吐出された水系の配線パターン用インクX1の一部がバンクB上にのっても、その撥水性によってバンクBからはじかれ、バンクB、B間の膜パターン形成領域34に流れ落ちるようになる。さらに、膜パターン形成領域34に露出した基板Pは親液性が付与されているため、吐出された配線パターン用インクX1が膜パターン形成領域34にて露出した基板P上で拡がり易くなる。これにより、図5(c)に示すように配線パターン用インクX1を、バンクB、B間の膜パターン形成領域34の延在方向に均一に配置することができる。
(中間乾燥工程)
基板Pに所定量の配線パターン用インクX1を吐出した後、分散媒の除去のため、必要に応じて乾燥処理をする。そして、この乾燥処理によって配線パターン用インクX1は、自らの上に配置される他の種類の配線パターン用インクと混じり合わない程度に固化される。この乾燥処理は、例えば基板Pを加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
そして、この中間乾燥工程によって、図6(a)に示すように膜パターン形成領域34の基板P上には、クロムを導電性微粒子として含む配線パターン用インクX1の層が形成される。
なお、配線パターン用インクX1の分散媒を除去しなくとも、配線パターン用インクX1と次に吐出する他の配線パターン用インク(第2の機能液)とが混じり合わない場合には、中間乾燥工程を省略しても良い。
また、この中間乾燥工程において、乾燥条件によっては、基板P上に配置された配線パターン用インクX1が多孔体になる場合がある。例えば、120℃加熱を5分間程度、あるいは180℃加熱を60分間程度行った場合には、配線パターン用インクX1が多孔体となる。このように、配線パターン用インクX1が多孔体になった場合には、配線パターン用インクX1上に配置される第2の機能液(異なる金属)が配線パターン用インクX1の中に入り込んでしまい、配線パターン用インクX1の層が所望の機能を得られないことが懸念される。このため、本中間乾燥工程においては、配線パターン用インクX1が多孔体とならないような乾燥条件で乾燥することが好ましい。例えば、60℃加熱を5分間程度、200℃加熱を60分間程度あるいは250℃加熱を60分間程度行うことにより、配線パターン用インクX1が多孔体になることを抑止することができる。
ここで、バンクBは、疎水基を有する材質からなっており、表面処理を行うことなくそのままで撥水性を発揮するようになっている。したがって、このような加熱による乾燥を行っても、その撥水性が消失したり著しく低下するといったことがない。よって、配線パターン用インクX1上にさらに別の機能液(配線パターン用インク)を配置する場合にも、バンクBに関して表面処理(撥水処理)を行う必要はない。
このようにして、配線パターン用インクX1(第1の機能液)からなる層を形成したら、この配線パターン用インクX1上に、異なる導電性微粒子を含む配線パターン用インク(第2の機能液)を配置することにより、膜パターン形成領域34に異なる種類の配線パターン用インクが積層されてなる配線パターン(膜パターン)を形成する。なお、本実施形態では、銀を導電性微粒子として用いた水系の配線パターン用インクX2を第1の機能液とし、配線パターン用インクX1上に配置する。
具体的には、配線パターン用インクX2を用いて前述の材料配置工程を再度行うことにより、図6(b)に示すように、配線パターン用インクX1上に配線パターン用インクX2を配置する。
そして、前述の中間乾燥工程を再度行うことにより、配線パターン用インクX2の分散媒を除去し、図5(c)に示すように、バンクB、B間の膜パターン形成領域34に配線パターン用インクX1と配線パターン用インクX2とが積層されてなる配線パターン33を形成する。
なお、配線パターン用インクX2の分散媒を除去するための中間乾燥工程を省略して、後述する熱処理/光処理工程を行っても良い。
(熱処理/光処理工程)
吐出工程後の乾燥膜については、微粒子間の電気的接触をよくするため、分散媒を完全に除去する必要がある。また、導電性微粒子の表面に分散性を向上させるために有機物などのコーティング材がコーティングされている場合には、このコーティング材も除去する必要がある。そのため、吐出工程後の基板Pには熱処理及び/又は光処理を施すようにする。
熱処理及び/又は光処理は、通常大気中で行うが、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。熱処理及び/又は光処理の処理温度としては、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適宜決定される。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。
本実施形態では、特に、350℃で60分程度加熱処理することにより、配線パターン用インクX1と配線パターン用インクX2とからなる配線パターン33中の分散媒等を十分に除去する。このとき、バンクBは、その主成分となる骨格が無機質であるので、熱処理に対し高い耐性を有し、前記条件での熱処理に対しても溶融してしまうなどの不都合を生じることなく、十分な耐性を発揮するものとなる。
以上の工程により、バンクB、B間の膜パターン形成領域34にクロムと銀とが積層されてなる配線33を形成することができる。
なお、機能液に、導電性微粒子でなく、熱処理または光処理により導電性を発現する材料を含有させておき、本熱処理/光処置工程において配線パターン33に導電性を発現させるようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態の配線パターン33(膜パターン)の形成方法では、材質そのものの特性として撥水性を有したバンクBを用いるので、このバンクBに対し、特に撥液化についての表面処理を行わなくても、バンクBがそのままで良好な撥水性を有するものとなる。よって、特に水系の液状体からなる配線パターン用インクX1(第1の機能液)、配線パターン用インクX2(第2の機能液)に対し、バンクBが良好な撥水性を発揮するようになり、したがって、バンクBについての撥液化処理が不要になることで工程が簡易化し、生産性が向上するとともに、前記機能液からなる配線パターン33についてのパターン精度を十分に高くすることができる。
また、得られたバンクBがそのままで良好な撥水性を有するので、配線パターン用インクX1から膜パターンを形成した後、これの上に配線パターン用インクX2を配置する際にも、バンクBについて撥液化処理を行う必要がなく、したがって、工程がより簡易化し、生産性が向上する。
さらに、バンクBはその主成分となる骨格が無機質であり、熱処理に対し高い耐性を有しているので、配線パターン用インクX1、X2からなる膜パターンを焼成処理しても、その際に溶融してしまうなどの不都合を生じることなく十分な耐性を発揮するものとなる。したがって、プロセスの自由度を高めることができる。
また、このような形成方法によって得られた配線パターン33(膜パターン)は、前述したようにバンクBが熱処理に対し十分対応可能となっているので、バンクBによって高精度にパターニングされたものとなり、さらに、バンクBについての撥液化処理が不要になっているので、生産性が向上したものとなる。
また、バンクB、B間の膜パターン形成領域34にクロムと銀とが積層されてなる配線が形成されるので、配線としての主な機能を担う銀を、クロムにより基板Pに対して確実に密着させることができる。
なお、前記実施形態では、特にポジ型レジストとして機能する感光性ポリシラザン液によってバンクBを形成したが、本発明はこれに限定されることなく、ネガ型として機能するポリシラザン液によってバンクBを形成するようにしてもよい。また、ポリシラザン液の種類によっては、図3(d)、図4(d)に示した加湿処理を省略することもできる。
さらに、バンクBの形成材料として感光性ポリシラザン液を用いるのに代えて、ポリシロキサン液(感光性ポリシロキサン液)を用い、このポリシロキサン液から直接的にポリメチルシロキサン等のポリシロキサン製のバンクBを形成するようにしてもよい。
また、前述したようにバンクB表面が撥液性となっていることにより、配線パターン用インクX1、X2は、バンクBからはじかれ、膜パターン形成領域34に流れ落ちるようになる。しかしながら、配線パターン用インクX1、X2の一部が、例えばバンクBの上面に触れた場合には、バンクBの上面に微細な残渣が残る場合がある。このため、例えば本実施形態に係る配線パターンの形成方法によって形成した配線パターンをTFTのゲート配線に用いた場合には、TFTのチャネル長が変化し、リーク電流が増大する等の不都合が生じることが懸念される。そこで、膜パターン形成領域34に配線33を形成した後に、バンクBの上面の残渣を除去する工程を行うことが好ましい。具体的には、バンクBの上面に対してウエットエッチング処理、ドライエッチング処理あるいは研磨処理等の行うことによって、バンクBの上面を削り取ることによって、バンクBの上面の残渣を除去することができる。
また、バンクBの上面の残渣を除去する際に、バンクBの上面と配線33の上面とが略同一面となるようにバンクBの上面を削り取ることが好ましい。このように、バンクBの上面と配線33の上面とを略同一面とすることにより、例えば、本実施形態に係る膜パターンの形成方法によって形成した配線パターンを液晶表示装置に備えられるTFTのソース線あるいはドレイン線に用いる場合に、TFT上に配置される配向膜の平坦性を確保することができ、ラビング処理等にムラが生じることを抑止することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態として、前記第1実施形態とは異なる構成からなる配線33について、図7を参照して説明する。なお、本第2実施形態においては、前記第1実施形態と異なる部分について説明する。
本第2実施形態では、前記第1実施形態において説明した材料配置工程と中間乾燥工程を繰り返し行うことにより、図7に示すように、膜パターン形成領域34にチタンを導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX3と銀を導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX2とを積層する。なお、図示したように、膜パターン形成領域34には、基板P側から配線パターン用インクX3、配線パターン用インクX2、配線パターン用インクX3の順で積層する。すなわち、配線パターン用インクX2については、配線パターン用インクX3に挟まれた状態となるように膜パターン形成領域34に配置する。
そして、これらの配線パターン用インクX2,X3に前記第1実施形態において説明した熱処理/光処理工程を行うことにより、膜パターン形成領域34に、チタン、銀、チタンの順に積層されてなる配線33を形成する。
チタンと銀の積層からなる配線は、銀単層と比較してエレクトロマイグレーションの発生が遅いという性質を有しているため、本実施形態のように、銀がチタンによって挟まれてなる配線33は、導電率が確保されると共にエレクトロマイグレーションの発生が遅くなる。従って、本実施形態によれば、エレクトロマイグレーションの発生を抑制した配線33を得ることが可能となる。
なお、エレクトロマイグレーションの発生を遅らせる材料としては、前述のチタンの他に、鉄、パラジウム及びプラチナ等を挙げることができる。
(第3実施形態)
第3実施形態として、前記第1実施形態及び第2実施形態とは異なる構成からなる配線33について、図8を参照して説明する。なお、本第3実施形態においては、前記第1実施形態と異なる部分について説明する。
本第3実施形態では、前記第1実施形態において説明した材料配置工程と中間乾燥工程を繰り返し行うことにより、図8に示すように、膜パターン形成領域34にクロムを導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX1と銀を導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX2とを積層する。なお、図示したように、膜パターン形成領域34には、基板P側から配線パターン用インクX1、配線パターン用インクX2、配線パターン用インクX1の順で積層する。すなわち、配線パターン用インクX2については、配線パターン用インクX1に挟まれた状態となるように膜パターン形成領域34に配置する。
そして、これらの配線パターン用インクX1,X2に前記第1実施形態において説明した熱処理/光処理工程を行うことにより、膜パターン形成領域34に、クロム、銀、クロムの順に積層されてなる配線33を形成する。
このように構成された配線33は、銀と基板Pとの間に配置されるクロムの層によって、銀と基板Pとの密着性が向上されると共に、銀の上に配置されるクロムの層によって、銀の酸化及び損傷を防止することが可能となる。
従って、本実施形態によれば、密着性が向上すると共に、耐酸化性及び耐傷性を有した配線33を得ることが可能となる。
(第4実施形態)
第4実施形態として、前記第1実施形態〜第3実施形態とは異なる構成からなる配線33について、図9を参照して説明する。なお、本第4実施形態においては、前記第1実施形態と異なる部分について説明する。
本第4実施形態では、前記第1実施形態において説明した材料配置工程と中間乾燥工程を繰り返し行うことによって、図9に示すように、膜パターン形成領域34に、基板P側からマンガンを導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX4、銀を導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX2、ニッケルを導電性微粒子として用いた配線パターン用インクX5を順に積層する。
そして、これらの配線パターン用インクX2、X4、X5に前記第1実施形態において説明した熱処理/光処理工程を行うことにより、膜パターン形成領域34に、マンガン、銀、ニッケルの順に積層してなる配線33を形成する。
このように構成された配線33は、銀と基板Pとの間に配置されるマンガンの層によって、銀と基板Pとの密着性が向上される。また、ニッケルは、基板Pと銀の密着性を向上する機能の他に、プラズマ照射による銀の劣化を抑止する機能を有している。このため、銀の上にニッケルを配置することにより、配線33が形成された基板Pに対してプラズマ照射を行う際に、銀の劣化を抑止することができる配線33を得ることができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば配線33として、特に導電性微粒子を含有してなる配線パターン用インクを第1の機能液として基板P上に塗布し、乾燥等を行った後、これの上に絶縁特性を有する材料を含有する水系のインク(第2の機能液)を塗布し、乾燥することで、導電膜と絶縁膜とからなる膜パターン(配線パターン)を形成するようにしてもよい。
また、本発明で形成する膜パターンとしては、複数の機能液で形成する場合に、これら機能液を同じ材料としてもよく、その場合には、一回の塗布処理では所望の膜厚が得られないような場合に、処理を繰り返すことで、所望の膜厚が得られるようにすることができる。
さらに、複数の機能液を積層することなく、一回の機能液塗布で、本発明に係る膜パターンを形成するようにしてもよく、また、膜パターンの種類についても、配線パターン以外の絶縁パターンなどとしてもよい。
(実験例)
ここで、前記の実施形態において形成したポリシラザン液からなるバンクの、各種インク(機能液)やこれに用いられる分散媒に対する濡れ性を調べるため、その接触角(静的接触角)を調べた。得られた結果を以下に示す。また、比較のため、バンクとして、従来のアクリル系樹脂からなるバンクについても、その接触角を調べた。さらに、アクリル系樹脂からなるバンクについては、CFガスを用いたプラズマ処理による撥液化処理を行ったものについても、インクに対する接触角を調べた。なお、以下のバンク材質についての表記において、ポリシラザンとしたのは、ポリシラザン液を塗布し、最終的にポリメチルシロキサンとしたことを意味している。
・インク材料 接触角 バンク材質
水 94° ポリシラザン
テトラデカン 15° ポリシラザン
Agインク(炭化水素系分散媒) 24° ポリシラザン
Mnインク(炭化水素系分散媒) 21° ポリシラザン
Agインク(水系分散媒) 50° ポリシラザン
Niインク(水系分散媒) 46° ポリシラザン
水 65° アクリル系樹脂
水 100° アクリル系樹脂(撥液化処理)
テトラデカン 26° アクリル系樹脂
テトラデカン 54° アクリル系樹脂(撥液化処理)
このような実験により、本発明におけるポリシラザン液(ポリメチルシロキサン)からなるバンクは、水に対する撥液性、すなわち撥水性が94°と良好であり、従来の撥液化処理後のアクリル系樹脂に対するテトラデカンの接触角(54°)や、撥液化処理後のアクリル系樹脂に対する水の接触角(100°)と同等以上であることが確認された。また、水系分散媒を用いたインク(Agインク、Niインク)についても、良好な撥水性を発揮することが確認された。
(電気光学装置)
次に、本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置について説明する。図10は、本発明に係る液晶表示装置について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図11は図10のH−H’線に沿う断面図である。図12は、液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図で、図13は、液晶表示装置の部分拡大断面図である。
図10及び図11において、本実施形態の液晶表示装置(電気光学装置)100は、対をなすTFTアレイ基板10と対向基板20とが光硬化性の封止材であるシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶50が封入、保持されている。シール材52は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されている。
シール材52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53が形成されている。シール材52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10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10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20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10と対向基板20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10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10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。また、液晶表示装置100においては、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、C−TN法、VA方式、IPS方式等の動作モードや、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20において、TFTアレイ基板10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。
このような構造を有する液晶表示装置100の画像表示領域においては、図12に示すように、複数の画素100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT(スイッチング素子)30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。ここで、図12は、本発明に係るアクティブマトリクス基板の一例を示す図となっている。
データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3a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19はTFT30のドレインに電気的に接続されており、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、データ線6a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19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15に示す対向基板20の対向電極121との間で一定期間保持される。なお、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、画素電極19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60が付加されている。例えば、画素電極19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60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。
図13は、ボトムゲート型TFT30を有する液晶表示装置100の部分拡大断面図であって、この図に示すボトムゲート型TFT30は、本発明におけるデバイスの一実施形態となるものである。TFTアレイ基板10を構成するガラス基板Pには、前記実施形態の膜パターン形成方法によって形成された複数の異なる材料が積層されてなるゲート配線61が形成されている。ここで、本実施形態では、ゲート配線61を形成する際に、前述したようにポリシロキサン骨格を有する無機質のバンク材を用いているので、後述するアモルファスシリコン層を形成するプロセスで約350℃にまで加熱されても、バンクBがその温度に十分耐え得るものとなっている。また、本実施形態においては、クロム61aと銀61bとが積層されてなるゲート配線61を一例として図示する。
ゲート配線61上には、SiNxからなるゲート絶縁膜62を介してアモルファスシリコン(a−Si)層からなる半導体層63が積層されている。そして、前記のゲート配線部分に対向する半導体層63の部分が、チャネル領域となっている。半導体層63上には、オーミック接合を得るため、例えばn型a−Si層からなる接合層64a及び64bが積層されており、チャネル領域の中央部における半導体層63上には、チャネルを保護するためのSiNxからなる絶縁性のエッチストップ膜65が形成されている。なお、これらゲート絶縁膜62、半導体層63、及びエッチストップ膜65は、蒸着(CVD)後にレジスト塗布、感光・現像、フォトエッチングを施されることで、図示したようにパターニングされている。
さらに、接合層64a、64b及びITOからなる画素電極19も同様に成膜するとともに、フォトエッチングを施すことで、図示したようにパターニングする。そして、画素電極19、ゲート絶縁膜62及びエッチストップ膜65上にそれぞれバンク66…を形成し、これらバンク66…間に前述した液滴吐出装置IJを用いて、ソース線、ドレイン線を形成する。なお、バンク66…を本発明に係る前記のポリシラザン液から形成することにより、前記のソース線及びドレイン線についても、本発明に係る膜パターンとすることができる。
したがって、本実施形態では、ゲート線61、ソース線及びドレイン線を複数の異なる材料が積層されてなる配線として形成することができ、複数の機能性を有するゲート線61、ソース線及びドレイン線を得ることができる。
なお、この配線が前記第1実施形態において説明したクロムと銀との2層からなる場合には、ゲート線61、ソース線及びドレイン線の密着性が向上された液晶表示装置100を得ることができる。また、前記配線が第2実施形態において説明したチタン、銀、チタンの順で積層されてなる場合には、ゲート線61、ソース線及びドレイン線のエレクトロマイグレーションが抑制された液晶表示装置100を得ることができる。また、前記配線が第3実施形態において説明したクロム、銀、クロムの順で積層されてなる場合には、ゲート線61、ソース線及びドレイン線の密着性が向上されると共に耐酸化性及び耐傷性が向上された液晶表示装置100を得ることができる。また、前記配線が前記第4実施形態において説明したマンガン、銀、ニッケルの順で積層されてなる場合には、ゲート線61、ソース線及びドレイン線の密着性が向上されると共に銀のプラズマ処理による劣化が抑止された液晶表示装置100を得ることができる。
前記実施形態では、本発明におけるデバイスの一実施形態であるTFT30を、液晶表示装置100の駆動のためのスイッチング素子として用いる構成としたが、液晶表示装置以外にも、例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに適用することができる。有機EL表示デバイスは、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、前記の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インクとし、各々をパターニングすることで、自発光フルカラーEL装置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装置も含まれており、本発明によれば、例えば複数の機能性を有する配線を備えた有機EL装置を提供することができる。
図14は、前記液滴吐出装置IJにより一部の構成要素が製造された有機EL装置の側断面図である。図14を参照しながら、有機EL装置の概略構成を説明する。
図14において、有機EL装置301は、基板311、回路素子部321、画素電極331、バンク部341、発光素子351、陰極361(対向電極)、および封止基板371から構成された有機EL素子302に、フレキシブル基板(図示略)の配線および駆動IC(図示略)を接続したものである。回路素子部321は、アクティブ素子であるTFT30が基板311上に形成され、複数の画素電極331が回路素子部321上に整列して構成されたものである。そして、TFT30を構成するゲート配線61が、前述した実施形態の配線パターンの形成方法により形成されている。
各画素電極331間にはバンク部341が格子状に形成されており、バンク部341により生じた凹部開口344に、発光素子351が形成されている。なお、発光素子351は、赤色の発光をなす素子と緑色の発光をなす素子と青色の発光をなす素子とからなっており、これによって有機EL装置301は、フルカラー表示を実現するものとなっている。陰極361は、バンク部341および発光素子351の上部全面に形成され、陰極361の上には封止用基板371が積層されている。
有機EL素子を含む有機EL装置301の製造プロセスは、バンク部341を形成するバンク部形成工程と、発光素子351を適切に形成するためのプラズマ処理工程と、発光素子351を形成する発光素子形成工程と、陰極361を形成する対向電極形成工程と、封止用基板371を陰極361上に積層して封止する封止工程とを備えている。
発光素子形成工程は、凹部開口344、すなわち画素電極331上に正孔注入層352および発光層353を形成することにより発光素子351を形成するもので、正孔注入層形成工程と発光層形成工程とを具備している。そして、正孔注入層形成工程は、正孔注入層352を形成するための液状体材料を各画素電極331上に吐出する第1吐出工程と、吐出された液状体材料を乾燥させて正孔注入層352を形成する第1乾燥工程とを有している。また、発光層形成工程は、発光層353を形成するための液状体材料を正孔注入層352の上に吐出する第2吐出工程と、吐出された液状体材料を乾燥させて発光層353を形成する第2乾燥工程とを有している。なお、発光層353は、前述したように赤、緑、青の3色に対応する材料によって3種類のものが形成されるようになっており、したがって前記の第2吐出工程は、3種類の材料をそれぞれに吐出するために3つの工程からなっている。
この発光素子形成工程において、正孔注入層形成工程における第1吐出工程と、発光層形成工程における第2吐出工程とで前記の液滴吐出装置IJを用いることができる。
前述した実施形態においては、本発明に係る膜パターン形成方法を使って、TFT(薄膜トランジスタ)のゲート配線を形成しているが、ソース電極、ドレイン電極、画素電極などの他の構成要素を製造することも可能である。以下、TFTを製造する方法について図15を参照しながら説明する。
図15(a)に示すように、まず、洗浄したガラス基板510の上面に、1画素ピッチの1/20〜1/10の溝511aを設けるための第1層目のバンク511を、前記のポリシラザン液を用いて形成する。このようにポリシラザンから形成される、ポリシロキサンを骨格とする無機材料からなるバンクは、前述したように撥水性を有し、さらに光透過性も有するものとなる。
前記第1層目のバンク形成工程に続くゲート走査電極形成工程では、バンク511で区画された描画領域である前記溝511a内を満たすように、導電性材料を含む水系機能液の液滴をインクジェットで吐出することで、ゲート走査電極512を形成する。すなわち、このゲート走査電極512を形成する際には、本発明に係る膜パターンの形成方法が適用される。
このときの導電性材料としては、Ag,Al,Au,Cu,パラジウム、Ni,W−si,導電性ポリマーなどが好適に採用可能である。このようにして形成されたゲート走査電極512は、バンク511が十分な撥水性を有しているので、溝511aからはみ出ることなく微細な配線パターンを形成することが可能となっている。
以上の工程により、基板510上には、バンク511とゲート走査電極512からなる平坦な上面を備えた銀(Ag)からなる第1の導電層A1が形成される。
また、溝511a内における良好な吐出結果を得るためには、図15(a)に示すように、この溝511aの形状として順テーパ(吐出元に向かって開く向きのテーパ形状)を採用するのが好ましい。これにより、吐出された液滴を十分に奥深くまで入り込ませることが可能となる。
次に、図15(b)に示すように、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜513、活性層510、コンタクト層509の連続成膜を行う。ゲート絶縁膜513として窒化シリコン膜、活性層510としてアモルファスシリコン膜、コンタクト層509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形成する。CVD法で形成する場合、300℃〜350℃の熱履歴が必要になるが、前記のポリシラザン液からなる無機系のバンクに用いることで、透明性、耐熱性に関する問題を回避することができる。
前記半導体層形成工程に続く第2層目のバンク形成工程では、図15(c)に示すように、ゲート絶縁膜513の上面に、1画素ピッチの1/20〜1/10でかつ前記溝511aと交差する溝514aを設けるための2層目のバンク514を、やはり前記のポリシラザン液を用いて形成する。このようにポリシラザンから形成される無機質のバンクは、前述したように撥水性を有し、さらに光透過性も有するものとなる。
前記第2層目のバンク形成工程に続くソース・ドレイン電極形成工程では、バンク514で区画された描画領域である前記溝514a内を満たすように、導電性材料を含む水系機能液の液滴をインクジェットで吐出することで、図15(d)に示すように、前記ゲート走査電極512に対して交差するソース電極515及びソース電極516が形成される。そして、ソース電極515及びドレイン電極516を形成するときに、本発明に係る膜パターンの形成方法が適用される。
このときの導電性材料としては、Ag,Al,Au,Cu,パラジウム、Ni,W−si,導電性ポリマーなどが好適に採用可能である。このようにして形成されたソース電極515及びドレイン電極516は、バンク514が十分な撥水性を有しているので、溝514aからはみ出ることなく、微細な配線パターンを形成することが可能となっている。
また、ソース電極515及びドレイン電極516を配置した溝514aを埋めるように絶縁材料517が配置される。以上の工程により、基板510上には、バンク514と絶縁材料517からなる平坦な上面520が形成される。
そして、絶縁材料517にコンタクトホール519を形成するとともに、上面520上にパターニングされた画素電極(ITO)518を形成し、コンタクトホール519を介してドレイン電極516と画素電極518とを接続することで、TFTが形成される。
図16は、液晶表示装置の別の実施形態を示す図である。
図16に示す液晶表示装置(電気光学装置)901は、大別するとカラーの液晶パネル(電気光学パネル)902と、液晶パネル902に接続される回路基板903とを備えている。また、必要に応じて、バックライト等の照明装置、その他の付帯機器が液晶パネル902に付設されている。
液晶パネル902は、シール材904によって接着された一対の基板905a及び基板905bを有し、これらの基板905bと基板905bとの間に形成される間隙、いわゆるセルギャップには液晶が封入されている。これらの基板905a及び基板905bは、一般には透光性材料、例えばガラス、合成樹脂等によって形成されている。基板905a及び基板905bの外側表面には偏光板906a及び偏光板906bが貼り付けられている。なお、図21においては、偏光板906bの図示を省略している。
また、基板905aの内側表面には電極907aが形成され、基板905bの内側表面には電極907bが形成されている。これらの電極907a、907bはストライプ状または文字、数字、その他の適宜のパターン状に形成されている。また、これらの電極907a、907bは、例えばITO(Indium Tin Oxide:インジウムスズ酸化物)等の透光性材料によって形成されている。基板905aは、基板905bに対して張り出した張り出し部を有し、この張り出し部に複数の端子908が形成されている。これらの端子908は、基板905a上に電極907aを形成するときに電極907aと同時に形成される。従って、これらの端子908は、例えばITOによって形成されている。これらの端子908には、電極907aから一体に延びるもの、及び導電材(不図示)を介して電極907bに接続されるものが含まれる。
回路基板903には、配線基板909上の所定位置に液晶駆動用ICとしての半導体素子900が実装されている。なお、図示は省略しているが、半導体素子900が実装される部位以外の部位の所定位置には抵抗、コンデンサ、その他のチップ部品が実装されていてもよい。配線基板909は、例えばポリイミド等の可撓性を有するフィルム状のベース基板911の上に形成されたCu等の金属膜をパターニングして配線パターン912を形成することによって製造されている。
本実施形態では、液晶パネル902における電極907a、907b及び回路基板903における配線パターン912が本発明の膜パターンの形成方法によって形成されている。したがって、本実施形態の液晶表示装置によれば、前述したように高精度にパターニングされ、生産性も向上した配線パターン912等の膜パターンを備えることにより、この液晶表示装置自体も良好なものとなる。
なお、前述した例はパッシブ型の液晶パネルであるが、アクティブマトリクス型の液晶パネルとしてもよい。すなわち、一方の基板に薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、各TFTに対し画素電極を形成する。また、各TFTに電気的に接続する配線(ゲート配線、ソース配線)を前記のようにインクジェット技術を用いて形成することができる。一方、対向する基板には対向電極等が形成されている。このようなアクティブマトリクス型の液晶パネルにも本発明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17(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図17(a)において、600は携帯電話本体を示し、601は前記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図17(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。図17(b)において、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は前記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図17(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図17(c)において、800は時計本体を示し、801は前記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図17(a)〜(c)に示す電子機器は、前記実施形態の液晶表示装置を備えたものであるので、この電子機器自体も良好なものとなる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶装置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。
液滴吐出装置の概略斜視図である。 ピエゾ方式による液状体の吐出原理を説明するための図である。 本発明に係る配線パターンの形成方法を工程順に説明するための図である。 本発明に係る配線パターンの形成方法を工程順に説明するための図である。 本発明に係る配線パターンの形成方法を工程順に説明するための図である。 本発明に係る配線パターンの形成方法を工程順に説明するための図である。 本発明の第2実施形態を説明するための図である。 本発明の第3実施形態を説明するための図である。 本発明の第4実施形態を説明するための図である。 液晶表示装置を対向基板の側から見た平面図である。 図10のH−H’線に沿う断面図である。 液晶表示装置の等価回路図である。 同、液晶表示装置の部分拡大断面図である。 有機EL装置の部分拡大断面図である。 薄膜トランジスタを製造する工程を説明するための図である。 液晶表示装置の別形態を示す図である。 本発明の電子機器の具体例を示す図である。
符号の説明
B……バンク、P……基板、X1〜X3……配線パターン用インク(機能液)、30……TFT(スイッチング素子)、33……配線パターン(膜パターン)、34……膜パターン形成領域(バンクによって区画された領域)、100……液晶表示装置(電気光学装置)、400……非接触型カード媒体(電子機器)、600……携帯電話本体(電子機器)、700……情報処理装置(電子機器)、800……時計本体(電子機器)

Claims (15)

  1. 機能液を基板上に配置して膜パターンを形成する方法であって、
    前記基板上に前記膜パターンの形成領域に対応したバンクを形成する工程と、
    前記バンクによって区画された領域に前記機能液を配置する工程と、
    前記機能液を硬化処理して膜パターンとする工程と、を有し、
    前記バンクを形成する工程では、ポリシロキサン液を塗布し、塗布されたポリシロキサン液を露光し現像してパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにし、
    前記機能液として、水系の分散媒または水系の溶媒を含有した液状体を用いることを特徴とする膜パターンの形成方法。
  2. 前記疎水基がメチル基であることを特徴とする請求項1記載の膜パターンの形成方法。
  3. 前記ポリシロキサン液として、光酸発生剤を含有し、ポジ型レジストとして機能する感光性ポリシロキサン液を用いることを特徴とする請求項1又は2記載の膜パターンの形成方法。
  4. 前記機能液に含有される機能材料が、導電性材料であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  5. 機能液を基板上に配置して膜パターンを形成する方法であって、
    前記基板上に前記膜パターンの形成領域に対応したバンクを形成する工程と、
    前記バンクによって区画された領域に第1の機能液を配置する工程と、
    配置した前記第1の機能液上に第2の機能液を配置する工程と、
    前記バンクによって区画された領域に積層した前記第1の機能液と前記第2の機能液とに対して所定の処理を施すことにより、複数の材料が積層されてなる膜パターンを形成する工程と、を有し、
    前記バンクを形成する工程では、ポリシロキサン液を塗布し、塗布されたポリシロキサン液を露光し現像してパターニングした後、焼成することにより、側鎖に疎水基を有し、シロキサン結合を骨格とする材質のバンクを形成するようにし、
    前記第1の機能液として水系の分散媒または水系の溶媒を含有した液状体を用いるとともに、前記第2の機能液として水系の分散媒または水系の溶媒を含有した液状体を用いることを特徴とする膜パターンの形成方法。
  6. 前記疎水基がメチル基であることを特徴とする請求項5記載の膜パターンの形成方法。
  7. 前記ポリシロキサン液として、光酸発生剤を含有し、ポジ型レジストとして機能する感光性ポリシロキサン液を用いることを特徴とする請求項5又は6記載の膜パターンの形成方法。
  8. 前記第1の機能液と第2の機能液とは、互いに異なる種類の機能材料を含有してなる液であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  9. 配置した前記第1の機能液上に第2の機能液を配置する工程に先立ち、前記第1の機能液を固化させておくことを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  10. 前記第1の機能液および第2の機能液に含有される機能材料は、いずれも導電性材料であることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  11. 前記第2の機能液は、形成する膜パターンの主なる機能を担う第2の機能材料を含有し、前記第1の機能液は、前記第2の機能材料と前記基板との密着性を向上させるための第1の機能材料を含有してなることを特徴とする請求項5〜10のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  12. 前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方は、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方は、前記主材料のエレクトロマイグレーションを抑制するための材料を含有してなることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  13. 前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方は、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方は、絶縁特性を有する材料を含有してなることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  14. 前記第1の機能液と第2の機能液とのうちの一方は、形成する膜パターンの主なる機能を担う主材料を含有し、他方は、前記主材料のプラズマダメージを抑制するための材料を含有してなることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載の膜パターンの形成方法。
  15. 前記主材料のプラズマダメージを抑制するための材料とは、前記プラズマダメージによる拡散を抑制するためのバリア材料であることを特徴とする請求項14記載の膜パターンの形成方法。
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