JP4170049B2 - パターン形成基材およびパターン形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材およびパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回路基板の配線パターンをインクジェット技術によって形成することが行なわれている。インクジェット技術を用いれば、配線パターンを基板上に直接形成できるので、従来のリソグラフィを用いた印刷技術のように、真空成膜→フォトリソ→エッチング→レジスト剥離工程といったコストのかかる工程を省略でき、その結果、安価に回路基板を作成することができるという効果を奏する。
【０００３】
ところで、インクジェットヘッドを用いて配線パターンを形成する場合、配線材料を含む流動状のインク（液滴）を吐出し、基板上の所定の位置に着弾させて配線パターンを形成している。このように、液滴を吐出して基板に着弾させた場合、基板表面の特性から着弾した液滴が拡がり過ぎたり、分離したりする虞がある。このため、所望する配線パターンを得ることができないという問題が生じる。
【０００４】
そこで、着弾した液滴が拡がり過ぎたり、分離したりすることを極力抑えて、所望する配線パターンを形成することのできる方法が、例えば、特開平１１−２０４５２９号公報に開示されている。
【０００５】
上記公報に開示された技術では、予め、配線パターンとなり得る領域を液滴と親和性を有するように、また、他の領域を液滴と非親和性を有するように基板表面を改質し、基板上の親和性を有する領域（パターン形成領域）に液滴を吐出し、配線パターンを形成している。この場合、パターン形成領域以外が液滴と非親和性の領域となっているので、基板上のパターン形成領域上に着弾された液滴は、該パターン形成領域を越えて広がることはない。
【０００６】
また、上記公報に開示された技術では、着弾された液滴が分離したりしないように、液滴同士の一部が重なるように、液滴をパターン形成領域に着弾させている。これにより、基板に着弾した液滴が分離したりするのを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示されたパターン形成方法では、基板に着弾した液滴が分離したりするのを防止するために、着弾された液滴同士の一部が重なるように、液滴を吐出して配線パターンを形成しているので、吐出する液滴数が多い。このような場合、吐出する液滴数の増加に伴う、配線パターンを形成するまでの一連の処理時間（タクトタイム）の増加やインクジェットヘッドの寿命低下を招くという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の各問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加やインクジェットヘッドの寿命低下を防止し、良好な配線特性を得ることのできるパターン形成基材およびパターン形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のパターン形成基材は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材において、上記対象面上に、上記液滴が対象面上に接触したときの接触角が第１接触角の第１領域と、この第１領域と隣接し、上記第１接触角よりも小さな第２接触角の第２領域とが、該第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させるときに、以下の（１）式を満たすように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
Ｄ≦Ｌ×｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝ ・・・・・・（１）
ここで、Ｄ：液滴径
Ｌ：パターン幅
θ1：第１接触角
θ2：第２接触角
である。
【００１１】
上記の構成によれば、上記第２接触角が第１接触角よりも小さいことで、第２領域の方が第１領域に比べて、液滴との親液性が高いことになる。これにより、第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着した場合、第１領域に付着している液滴が該第１領域よりも親液性の高い第２領域（パターン）に集まることになる。
【００１２】
しかも、液滴径、配線パターン幅、第１接触角、第２接触角を上記（１）式を満たすように設定すれば、配線パターン幅よりも大きな径の液滴を付着させても、液滴は第２領域に集まるようになる。
【００１３】
このように、パターン幅よりも大きな径の液滴を使用すれば、パターン幅と同じ径、あるいは小さな径の液滴を使用した場合に比べて、液滴の吐出数を減らすことができる。
【００１４】
このように、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加や液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命低下を防止することができる。
【００１５】
液滴が配線材料を含み、この液滴で配線パターンを形成する場合、吐出する液滴数が減ることにより、液滴同士が重なりあって基板に付着することがなくなるので、配線の厚みのバラツキの低減、すなわち、配線抵抗のバラツキの低減を図ることができ、この結果、良好な配線特性を得ることができる。
【００１６】
また、上記第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となるように第１接触角を設定し、上記第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるように第２接触角を設定するようにしてもよい。
【００１７】
この場合、第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となり、第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるので、液滴を第１領域と第２領域とに跨がるように付着させた場合、付着した液滴は撥液領域である第１領域では弾かれ、親液領域である第２領域では該第２領域の形状に沿って拡がる。つまり、第１領域で弾かれた液滴は、第２領域に流れ込み、第２領域に付着した液滴とともに該第２領域（パターン）に沿って拡がり配線を形成することになる。
【００１８】
したがって、パターンとならない領域、すなわち第１領域を液滴に対して撥液性を有する領域にすることで、第１領域に付着した液滴を弾き、確実に第２領域に流し込むことが可能となる。
【００１９】
このように、第１領域を撥液領域、第２領域を親液領域とすれば、第１接触角と第２接触角との差が大きくなり、上記（１）式の右辺が大きくなる。ここで、（１）式の右辺が大きくなることは、配線パターン幅に対する液滴径の大きさをさらに大きくすることができることを示す。
【００２０】
したがって、液滴径をパターン幅に対してさらに大きくすることで、吐出する液滴数をさらに少なくでき、タクトタイムを減少させ、液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成されるべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、上記第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、以下の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴としている。
【００２２】
【数３】
【００２３】
上記の構成によれば、第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、上記の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることで、撥液性を示す第１領域に付着した液滴は親液性を示す第２領域に移動することができる。つまり、液滴の付着中心が第２領域になくても、液滴を第２領域に移動させることができる。
【００２４】
これにより、吐出精度の低い液滴吐出機構、例えばインクジェットヘッドを使用し、液滴を基板に吐出しても、形成すべきパターンとなる第２領域に確実に液滴を集めることができるので、精度よくパターンを形成することができる。
【００２５】
したがって、パターンを形成するための装置コストを低減することが可能となる。
【００２６】
ここで、液滴が移動することが可能な範囲は、パターン形状の許す限り大きい液滴とし、撥液領域である第１領域での液滴の接触角（第１接触角）は小さくしたほうが広くなる。
【００２７】
さらに、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成すべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、液滴を付着させるときの液滴の吐出ピッチＰが、以下の（３）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴としている。
【００２８】
【数４】
【００２９】
上記の構成によれば、吐出する液滴径とパターン幅とに対して、液滴の吐出ピッチＰを上記（３）式を満たすように設定することで、線幅、線厚のバラツキの少ないパターンを形成することができる。
【００３０】
ここで、液滴が配線材料を含み、所定のパターンとして配線パターンを形成する場合には、配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となる。
【００３１】
このように、液滴の吐出ピッチを上記（３）式を満たすように設定することで、パターンの形成に必要な液滴の吐出数を最小限にすることが可能となり、タクトタイムの減少や液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の延命化を図ることができる。
【００３２】
また、対象面上に、離散的に付着させた液滴同士をつなげて連続したパターンを形成してもよい。
【００３３】
この場合、液滴の吐出数を必要最小限にすることが可能となるので、タクトタイムの減少、液滴を吐出する機構の長寿命化を図ることが可能となる。
【００３４】
上記液滴の吐出にインクジェットヘッドを用いてもよい。
【００３５】
この場合、液滴を吐出するための機構として、プリンタ等に用いられる汎用のインクジェットヘッドを流用することができるので、パターン形成のための装置を安価に製造することができる。
【００３６】
上記第１領域および第２領域を、ほぼフラットに形成してもよい。
【００３７】
この場合、ほぼフラットとは、第１領域と第２領域との段差が、形成されるパターン厚みと比べて非常に小さい状態をいう。このようにすることで、第１領域と第２領域との液滴に対する親和性の差を明確にするためにバンクを形成する必要がないので、パターン形成の工程数を短縮することができる。
【００３８】
液滴が導電性粒子を含むようにしてもよい。
【００３９】
この場合、液滴を吐出して形成されるパターンが配線パターンとなるので、線幅、線厚のバラツキのない配線パターンを形成することができる。また、吐出する液滴数が減ることにより、液滴同士が重なりあって基板に付着することがなくなるので、配線の厚みのバラツキの低減、すなわち、配線抵抗のバラツキの低減を図ることができ、この結果、良好な配線特性を得ることができる。
【００４０】
上記第２領域が線状パターンであってもよい。
【００４１】
この場合、線状とすることで配線形成が可能となる。また、とりわけ幅の狭い線状パターンとすることで、配線密度を高くすることが可能となる。さらに、液晶パネル用配線に用いる場合は、ゲート・ソース・ドレイン配線は線状にすることが不可欠であり、特に、ゲート・ソース・ドレイン配線は金属材料で形成されるため、パネル輝度向上のためには、配線幅は狭いほうが望ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、液晶パネルの製造工程のうち、ＴＦＴ（Thin Film Transistor)のゲート配線のパターン形成方法について説明する。
【００４３】
まず、本発明のパターン形成方法を実現するためのパターン形成装置について、以下に説明する。
【００４４】
本実施の形態にかかるパターン形成装置は、図５に示すように、基板１１を載置するステージ１２を備え、このステージ１２上に、該基板１１上に対して配線材料を含む流動状のインク（液滴）を吐出する液滴吐出手段としてのインクジェットヘッド１３と、インクジェットヘッド１３をｙ方向に移動させるｙ方向駆動部１４およびｘ方向に移動させるｘ方向駆動部１５とが設けられている。
【００４５】
また、上記パターン形成装置には、インクジェットヘッド１３に液滴を供給する液滴供給システム１６と液配管１８、インクジェットヘッド１３の吐出制御、ｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５の駆動制御等の各種制御を行なう装置コントロールユニット１７とが設けられている。
【００４６】
上記インクジェットヘッド１３と液滴供給システム１６との間には、液配管１８が設けられており、液滴供給システム１６によってインクジェットヘッド１３への液滴の供給制御が行なわれる。
【００４７】
また、上記インクジェットヘッド１３、ｙ方向駆動部１４およびｘ方向駆動部１５と装置コントロールユニット１７との間には、信号ケーブル（図示しない）が設けられており、装置コントロールユニット１７によって、インクジェットヘッド１３の液滴の吐出制御、ｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５の駆動制御が行なわれる。
【００４８】
すなわち、上記装置コントロールユニット１７から、基板１１への配線パターン情報（塗布位置情報）をｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５と連動してインクジェットヘッド１３のドライバー（図示せず）に吐出情報が入力され、目的位置に目的量の液滴を供給するようになっている。これにより、基板１１の全領域に対して、液滴を滴下することが可能となる。
【００４９】
上記インクジェットヘッド１３としては、電圧を印加すると変形する圧電素子を使用し、瞬間的にインク室の液圧を高めることでノズルから液体（液滴）を押し出すピエゾ方式のインクジェットヘッドや、ヘッドに取り付けたヒータによって、液体内に気泡を発生させ、液体を押し出すサーマル方式のインクジェットヘッドが使用される。何れの方式のインクジェットヘッドであっても、圧電素子やヒータに印加する電圧に応じて、吐出する液滴径を調整することができる。
【００５０】
本実施の形態では、上述したパターン形成装置において、インクジェットヘッド１３として、５５μｍ径の複数ノズルを備えたピエゾ駆動型インクジェットヘッドを用いて、駆動電圧波形を変化させることにより、吐出液滴径を５０μｍから７５μｍまで変化させるようになっている。
【００５１】
次に、上記パターン形成装置によって、基板１１上への配線パターンの形成方法について、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら以下に説明する。図１（ａ）は、液滴の基板への着弾前後の状態を示す側面図を示し、図１（ｂ）は、液滴の基板への着弾前後の状態を示す平面図を示す。
【００５２】
本実施の形態にかかるパターン形成基材は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、基板１１上に配線パターンとなる親水ライン（第１領域）６と、撥水領域（第２領域）７とを形成し、親水ライン６上に該親水ライン６の線幅Ｌよりも大きな径Ｄの液滴８を吐出し、該液滴８が有するエネルギー状態の変化によって、該液滴８を親水ライン６内に治めるようにするものである。つまり、液滴８の径Ｄが親水ライン６の幅Ｌよりも大きい場合、着弾直後に親水ライン６からはみ出した液滴８は撥水領域７により弾かれて、親水ライン６に集まるようになる。
【００５３】
なお、上記親水ライン６と撥水領域７とは、後述するように、化学的な処理が施されて得られるものであるので、基板１１上でほぼフラットな状態となっている。このため、従来のようにバンクを形成して、配線パターンを形成する場合に比べて、製造工程数を減らすことができる。
【００５４】
上記のパターン形成基材を用いれば、配線パターンの線幅よりも大きな径の液滴を使用しても、全ての液滴が配線パターンに集まるようになるので、少ない液滴数で配線パターンを形成することができる。さらに、吐出する液滴数が少なければ、タクトタイムの減少、インクジェットヘッドの長寿命化を図ることが可能となる。
【００５５】
まず、図１（ａ）のように直径Ｄの液滴８が、両側を撥水領域７に挟まれたライン幅Ｌの等幅の親水ライン６上に滴下された場合を考える。前記液滴８が図２（ａ）のように撥水領域７に滴下された場合の接触角をθ1、親水領域である親水ライン６に滴下された場合の接触角をθ2とすると、両側を撥水領域７に挟まれたライン幅Ｌの等幅の親水ライン６上に滴下された場合、接触角はカッシーの接触角θcをとる。（θ1＞θc＞θ2）また、液滴８の表面エネルギーをγとし、滴下された液滴８の半径がｘだけ収縮し親水ライン６に沿って伸びる間に、
液滴８の変形に伴い消費されるエネルギーΔＷは、
ΔＷ＝２Ｄγ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）ｘ
と近似することができる。
【００５６】
同じく変形に伴う表面積の増加量をΔＳとすると、変形によって増加する液滴８の表面エネルギーγΔＳは
γΔＳ＝γ（Ｄ−Ｌ）Ｄｘ／Ｌ
と近似することができる。
【００５７】
したがって、上記二つの和で表されるすべてのエネルギー変化ΔＥは、
ΔＥ＝γ｛Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝Ｄｘ／Ｌ
と表すことができる。
【００５８】
ここで、Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）＞０、すなわち
Ｌ＜Ｄ／｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝のとき、
液滴８の変形に対してΔＥは単調増加となるため、変形は生じない。
【００５９】
また、Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）＜０、すなわち
Ｌ＞Ｄ／｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
液滴８の変形に対してΔＥは単調減少となるため、すべて親水ライン６に入るまで、液滴８は変形し続ける。
【００６０】
例えば、第２接触角θ2が０°、第１接触角θ1が９０°のときは、Ｄ＜３Ｌとなり、親水ラインの線幅の３倍までの径の液滴を使用しても配線を適切に形成できることになる。つまり、この場合、液滴径の１／３の線幅の配線を形成することができることになる。
【００６１】
また、第２接触角θ2が０°、第１接触角θ1が１８０°のときは、Ｄ＜５Ｌとなり、親水ラインの線幅の５倍までの径の液滴を使用しても配線を適切に形成できることになる。つまり、この場合、液滴径の１／５の線幅の配線を形成することができることになる。
【００６２】
したがって、上記（１）式に含まれる４つのパラメータ（θ1、θ2、Ｄ、Ｌ）を調整し、該（１）式を満たすようにすれば、液滴径Ｄと配線パターンの線幅Ｌとの関係を適切なものにすることができる。例えば、液滴径Ｄが固定されていれば、必要な配線パターンの線幅Ｌを得るために、第１接触角θ1、第２接触角θ2を調整する。
【００６３】
ここで、配線パターン形成についての具体例を以下に説明する。
【００６４】
まず、配線パターンを形成する前に、基板１１の表面改質処理について、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照しながら以下に説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、配線パターンの形成前の基板１１の表面改質処理の各工程を示す図である。
【００６５】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、スピンコート法等を用いて、シランカップリング剤などからなる濡れ性変化層２を塗布・乾燥させることで形成した。なお、本実施の形態では、濡れ性変化層２として、フッ素系非イオン界面活性剤であるＺＯＮＹＬ ＦＳＮ（商品名、デュポン社製）をイソプロピルアルコールに混合して用いた。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示すように、あらかじめクロムなどからなるマスクパターン４および酸化チタンなどからなる光触媒層５が形成されたフォトマスク３を通じてＵＶ露光を行なった。なお、本実施の形態では、光触媒層５は、二酸化チタン微粒子分散体とエタノールの混合物をスピンコート法を用いて塗布した後、１５０℃で熱処理することで形成している。また、露光条件は、水銀ランプ（波長３６５ｎｍ）により７０ｍＷ／ｃｍ2の照度で２分間露光を行なった。
【００６７】
その結果、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、ＵＶ露光された部分だけが濡れ性が向上し、親水ライン６が形成された。なお、本実施の形態では、形成した親水ライン６の幅を５０μｍとした。
【００６８】
ここで、親水ライン６以外の領域は、撥水領域７となり、基板１１上に配線パターンとしての親撥水パターンが形成されることになる。
【００６９】
そして、親撥水パターンを形成した基板１１上にゲート配線材料を、上述したパターン形成装置を用いて滴下することで、ゲート配線を形成する。
【００７０】
配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約１０ｃＰに調整している。ここで、図２（ａ）に示すように、上述した処理により得られた撥水領域７上における上記液滴の第１接触角θ1は８０°、図２（ｂ）に示すように、上述した処理により得られた親水ライン６上における上記液滴の第２接触角θ2は１０°であった。
【００７１】
上述したパターン形成装置を用いて、図１（ａ）に示すように、親撥水パターンを形成した基板１１上に液滴８を滴下する。吐出液滴径Ｄが７５μｍの場合、図１（ｂ）に示すように滴下した液滴８は親水ライン６に沿ってライン形状を形成する。なお、液滴８の着弾位置は親水ライン６の中央とした。
【００７２】
上記（１）式に、第１接触角θ1＝８０°と第２接触角θ2＝１０°とを代入して液滴径Ｄと親水ライン幅Ｌとの関係を求めると、以下のようになる。
【００７３】
Ｄ≦２．６２Ｌ
これは、上記条件の場合に、液滴径Ｄは、親水ライン幅Ｌの約２．６２倍まで大きくしても、ライン形成が可能であることを示している。つまり、液滴径Ｄの１／２．６２≒０．３８の幅のラインが形成できることを示している。
【００７４】
上記と同様の条件で、幅の異なる親水ライン６上に滴下した場合の結果を以下の表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１から、ライン幅２０μｍでは、ライン形成が不可能であることが分かった。これは、ライン幅２０μｍの場合、２０／７５≒０．２７となり、上述した０．３８よりも小さいので、上記（１）式を満たさなくなるからだと考えられる。
【００７７】
また、液滴８のサイズ、すなわち液滴径Ｄを変化させて、幅の異なる親水ライン６上に滴下した場合の結果を以下の表２に示す。ただし、液滴径Ｄ＝３５μｍの場合はインクジェットヘッドを交換している。
【００７８】
【表２】
【００７９】
表２においても、上記（１）式を満たさない場合には、ライン形成が不可能であることが分かった。
【００８０】
ここで、液滴径Ｄと吐出ピッチとの関係について、以下に説明する。
【００８１】
パターン形成方法及びゲート配線の形成方法、用いたパターン形成装置、インクジェットヘッド１３は上記の例と同じである。また、配線形成に用いた液体配線材料（液滴８）は、Ａｇ微粒子を水に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約５ｃＰに調整している。この場合、図２（ａ）に示すように、撥水領域７上における液滴８の第１接触角θ1は１００°、図２（ｂ）に示すように、親水ライン６上における液滴８の第２接触角θ2は１０°であった。
【００８２】
上述したパターン形成装置を用いて、図１（ａ）に示すように、親撥水パターンを形成した基板１１上に液滴８を滴下する。液滴８の着弾位置は親水ライン６の中央とした。
【００８３】
そして、液滴サイズを変化させて、Ａｇ濃度１０ｖｏｌ%のインク材料（液滴８）を親水ライン幅２５μmに対して、膜厚０．３μｍと設定し、滴下した場合の結果を以下の表３に示す。ただし、液滴径が２５μｍから４５μｍの場合はヘッドを交換している。
【００８４】
【表３】
【００８５】
以上の結果からも、上記（１）式を満たすことで、ライン形成が可能であり、吐出液滴径Ｄを大きくするほど吐出ピッチを大きくすることが可能となり、タクトタイムを短縮およびヘッドの寿命を長くすることが可能となることが分かる。
【００８６】
上記表３に示す結果をプロットしたものを、図４に示す。図４に示すグラフから、液滴径Ｄが５０μｍ以上とすることでピッチを飛躍的に大きくすることができるため、タクトタイムの短縮およびヘッドの長寿命化のためには、
２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
に設定することが望ましいことが分かる。
【００８７】
さらに、図４に示すグラフから、液滴径が５４μｍ以上では、液滴径がライン幅と同じ場合と比較してピッチを１０倍以上に広げることが可能となり、結果としてタクトタイムを１／１０、ヘッド寿命を１０倍に延ばすことが可能となることが分かる。
【００８８】
したがって、タクトタイムの短縮およびヘッドの長寿命化のためには、
２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
に設定することがさらに好ましいことが分かる。
【００８９】
以上のことから、液滴径Ｄを、Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝、好ましくは、２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝、さらに好ましくは、２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝の関係を満たすように設定することで、大きな液滴で広いピッチで吐出することができるため、タクトタイムの短縮とヘッドの長寿命化を確保することが出来る。
【００９０】
すなわち、対象面である基板１１の親水ライン６上に、離散的に付着させた液滴８同士をつなげて連続したパターンを形成することになる。これにより、液滴８の吐出数を必要最小限にすることが可能となるので、タクトタイムの減少、液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の長寿命化を図ることが可能となる。
【００９１】
また、タクトタイムの短縮とヘッドの長寿命化を確保するために、液滴の吐出ピッチを広く設定した場合、形成するライン幅が部分的に狭くなっている部分などが存在する場合、その部分だけ液滴がラインに入らない問題が生じるが、形成したいライン幅に応じて、ヘッドの駆動波形等を制御することで吐出液滴径を変化させることによって、ライン幅に関わらず、すべての幅のラインを十分なタクトタイムと十分なヘッド寿命で形成することが可能となる。
【００９２】
このように、ライン幅に応じて、吐出する液滴径を変化させる例について、以下の実施の形態２で説明する。
【００９３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、パターン形成装置については、前記実施の形態１と同じものを使用するので、その説明は省略する。
【００９４】
本実施の形態においても、前記実施の形態１と同様に、ＴＦＴ液晶ディスプレイパネルのゲート配線パターンの形成方法について説明する。
【００９５】
図６（ａ）は、本実施の形態で用いるゲート配線パターンを示す。このゲート配線パターンでは、親水ライン２１と撥水領域２２とで形成される親撥水パターンであり、親水ライン２１の線幅が一様ではなく、一部の部分で線幅が狭くなっている部分がある。つまり、親水ライン２１は、親水ライン２１ａ〜２１ｄのように線幅がそれぞれ異なっている。ここで、他のラインよりも狭い親水ライン２１ｂ、２１ｃの線幅は２０μｍ、それ以外の部分（親水ライン２１ａ、２１ｄ）の線幅は３０μｍである。この親撥水パターンの生成方法は、前記実施の形態１と同様である。
【００９６】
次に、親撥水パターンを形成した基板上にゲート配線材料をインクジェット法を用いて滴下することで、ゲート配線を形成する。ここで、用いたパターン形成装置、インクジェットヘッド１３は、前記実施の形態１と同様であり、吐出液滴径を５０μｍから７５μｍまで変化させることが可能とする。
【００９７】
また、用いた液体配線材料（液滴）も前記実施の形態１と同じであり、撥水領域２２上における液滴の第１接触角θ1は８０°、親水ライン２１上における液滴の第２接触角θ2は１０°である。
【００９８】
そして、図６（ｂ）に示すように、親水ライン２１上にある液滴２３をインクジェットヘッドを用いて滴下するが、線幅３０μｍのパターン上には液滴径７５μｍで、線幅２０μｍのパターン上には液滴径５０μｍで滴下している。このように、線幅によって液滴径を変化させることで、すべての親水ライン２１に液滴２３を配置することが出来る（図６（ｃ））。
【００９９】
なお、線幅２０μｍのパターン上にも液滴径７５μｍで滴下した場合には、線幅２０μｍのパターンには、配線材料は入らなかった。また、すべてのパターン上に液滴径５０μｍで滴下した場合は、配線形成は可能であるが、線幅３０μｍのパターンに液滴径７５μｍで滴下した場合と比較してタクトタイムが増加した。そのため、望ましくは、それぞれの線幅に対して、
２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
を満たすよう液滴径を変化させることがよく、さらに好ましくは、それぞれの線幅に対して、
２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
を満たすよう液滴径を変化させることで、線幅の異なるパターンにおいても液滴を入れることが可能となり、かつ、十分なタクトタイムと十分なヘッド寿命を得ることが可能となる。
【０１００】
上記の各実施の形態では、液滴を親水ラインの中央に滴下することを前提とした例について説明したが、液滴を親水ラインの中央に滴下するには精度の高いインクジェットヘッドを使用する必要がある。しかしながら、滴下精度の高いインクジェットヘッドは高価であるので、パターン形成装置全体の価格上昇を招く虞がある。
【０１０１】
そこで、以下の実施の形態３では、液滴が親水ラインの中央に滴下されなくても、親水ライン上に集まりラインを形成することのできるパターン形成方法について説明する。
【０１０２】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す表面改質処理方法によって、基板１１の表面が改質され、親水ライン６と撥水領域７とで親撥水パターンを形成し、この親撥水パターンを用いて配線ラインを形成する例について説明する。
【０１０３】
本実施の形態にかかるパターン形成方法は、図７（ａ）に示すように、液滴８の基板１１への着弾直後において、液滴８が親水ライン６の中心からずれた状態になっているときに、図７（ｂ）に示すように、液滴８を親水ライン６上に移動させる方法である。
【０１０４】
我々は、液滴８が基板１１に着弾した時、液滴８の基板１１への接地面の一部でも親水ライン６上に存在することで、液滴８全体が撥水領域７から親水ライン６に移動することができることを見出した。すなわち、親水ライン６と撥水領域７の境界と液滴８の着弾位置の距離を、液滴８が着弾した時の円形接地面の半径よりも小さく設定することで、液滴８全体が撥水領域７から親水ライン６に移動することができる。ここで、着弾前の液滴の半径をＲ1、液滴の撥水領域での接触角をθ1、液滴が着弾した時の円形接地面の半径Ｒ2とすると、
Ｒ2＝Ｒ1ｘ3√｛４／（２−３ｃｏｓθ1−ｃｏｓ3θ1）｝
であるから、上記Ｒ2を液滴径Ｄに換算すると、以下の（２）式が得られる。
【０１０５】
【数５】
【０１０６】
すなわち、本実施の形態にかかるパターン形成方法は、インクジェット法で親撥水下地パターンを用いてパターン（ライン状に限定しない）を形成する場合において、図７（ａ）に示すように、液滴８の着弾位置を親撥水境界６ａから以下の（２）式で規定した範囲内に設定することで、図７（ｂ）に示すように、撥水領域７から液滴８を移動させることができるため、液滴８の着弾位置が親水ライン６上になくとも、所定の位置に液滴を移動させることができ、精度の低いインクジェットヘッドを用いた場合でも、精度よくパターンを形成することが可能となり、パターン形成装置の製造にかかるコストの低減を図ることができる。
【０１０７】
なお、親撥水パターン形状の許す限り大きい液滴８とし、撥水領域７の液滴８の接触角は小さくしたほうが、液滴８が移動することが可能な範囲は広くなる。
【０１０８】
【数６】
【０１０９】
ここで、親水ライン幅５０μｍの場合に、液滴の着弾位置を変化させた場合の結果を、以下の表４に示す。なお、配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約１０ｃＰに調整している。ここで、図２（ａ）に示すように、上述した処理により得られた撥水領域７上における上記液滴８の第１接触角θ1は８０°、図２（ｂ）に示すように、上述した処理により得られた親水ライン６上における上記液滴８の第２接触角θ2は１０°であった。
【０１１０】
【表４】
【０１１１】
表４において、液滴径７５μｍの場合には、親撥水境界６ａからの距離が１００μｍまでライン形成が可能であったが、液滴径３５μｍの場合には、親撥水境界６ａからの距離が４０μｍまでライン形成が可能であることが分かった。
【０１１２】
以上のように、インクジェットヘッドによる滴下実験により、滴下後、液滴の接地面の一部でも親水ライン上にあれば、液滴全体が親水ライン上に移動することが確認されている。そこで、上記（２）式で規定したように、予め着弾前の液滴半径と着弾位置を設定することにより、低い精度のインクジェットヘッドを用いた場合にも精度よくパターン形成することができる。
【０１１３】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す表面改質処理方法によって、基板１１の表面が改質され、親水ライン６と撥水領域７とで親撥水パターンを形成し、この親撥水パターンを用いて配線ラインを形成する例について説明する。
【０１１４】
本実施の形態にかかるパターン形成方法について、図８（ａ）（ｂ）を参照しながら以下に説明する。図８（ａ）は、液滴８の着弾直前の側面図であり、図１２（ｂ）は、液滴８の着弾直前の平面図である。
【０１１５】
本パターン形成方法では、吐出液滴径と配線を形成する親水ライン幅に対して吐出ピッチを以下の（３）式を満たすように設定することで、配線幅、配線厚のバラつきが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない導体パターンを高スループットで形成可能にすることができる。
【０１１６】
【数７】
【０１１７】
上記（３）式は、以下のようにして求めることができる。
【０１１８】
ここで、本実施の形態にかかるパターン形成方法では、予め親水ライン幅Ｌのパターンを基板に形成している場合は、液滴径Ｄと吐出ピッチＰを制御することで配線の膜厚を制御できることを利用した方法である。
【０１１９】
したがって、上記（３）式を得るために、以下の項目を計算で求める必要がある。
【０１２０】
▲１▼液滴径Ｄと吐出ピッチＰから求められる液滴の全体積Ｖ
▲２▼液滴の全体積Ｖと親水ライン幅Ｌから算出される膜厚
▲３▼パターン形成に適した膜厚の条件により算出される吐出ピッチＰ
上記吐出ピッチＰ（μｍ）とすると、１μｍあたりのドット数は１／Ｐ（dot/μｍ)となる。
【０１２１】
また、液滴径をＤとすると、体積Ｖは、Ｖ＝πＤ3／６となるため、１μｍあたりの全体積は、
１／Ｐ×πＤ3／６＝πＤ3／６Ｐ（μｍ3）
である。
【０１２２】
ライン幅をＬ（μｍ）とすると、液滴の高さはπＤ3／６ＬＰとなり、Ａｇ濃度をｂ（ｖｏｌ％）とすると、Ａｇの高さｔ（μｍ）は、
ｔ＝πｂＤ3／６００ＬＰ
と表せる。
【０１２３】
変形すると吐出ピッチＰは、Ｐ＝（πｂ／６００ｔ）×（Ｄ3／Ｌ）となる。
【０１２４】
ここで、吐出液滴径と配線を形成する親水ライン幅に対して、我々はπｂ／６００ｔを０．０４以上０．４以下に設定することで配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となることを見出した。
【０１２５】
ここで、上記パターン形成方法において、親水ライン幅５０μｍに７５μｍ径の液滴を着弾ピッチを変化させて滴下した場合の配線形成結果を以下の表５に示す。表中数値は、インクジェット工程の後、液体配線材料を２５０℃／１０分で熱処理することで、溶媒を乾燥させ、材料を焼成した後の配線形成膜厚を示したものである。なお、液体配線材料は、液中にＡｇ微粒子を１０体積％の割合で含有しているものを用いた。
【０１２６】
【表５】
【０１２７】
表５から、着弾ピッチが３５０μｍと小さくても、また、着弾ピッチが３５００μｍと大きくても適切な配線パターンを得ることができないことが分かった。
【０１２８】
同様に、上記パターン形成方法において、親水ライン幅２０μｍに５０μｍ径の液滴を着弾ピッチを変化させて滴下した場合の配線形成結果を以下の表６に示す。表中数値は、インクジェット工程の後、液体配線材料を２５０℃／１０分で熱処理することで、溶媒を乾燥させ、材料を焼成した後の配線形成膜厚を示したものである。なお、液体配線材料は、液中にＡｇ微粒子を１０体積％の割合で含有しているものを用いた。
【０１２９】
【表６】
【０１３０】
表６から、着弾ピッチが２００μｍと小さくても、また、着弾ピッチが２６００μｍと大きくても適切な配線パターンを得ることができないことが分かった。
【０１３１】
以上のことから、液滴材料が同じであれば、着弾ピッチは、親水ライン幅、液滴径に応じて適切な範囲が決まることが分かる。
【０１３２】
なお、上記の各実施の形態においては、配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを使用していたので、親液性を親水性、撥液性を撥水性と表現し記載しているが、例えば、液滴の配線材料を混合する溶剤が水系ではなく油系であってもよい。この場合には、親液性を親油性、撥液性を撥油性と表現すればよい。
【０１３３】
また、上記の各実施の形態では、液滴をパターン形成基材である基板１１に吐出するための機構として、インクジェットヘッドを利用したインクジェット方式を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、液滴径が制御でき吐出できる機構であればよい。
【０１３４】
また、インクジェットヘッドも、ピエゾ型に限定されるものではなく、バブルジェット（登録商標）のようなサーマル型であってもよい。
【０１３５】
さらに、基板１１上に形成される第２領域（親水ライン６）は線状であればよい。この線状とは、前記の各実施の形態で示したような短冊形状でなくてもよく、蛇行していてもよいし、テーパ状であってもよい。また、これらの形状を組み合わせたものであってもよい。さらに、上記線状は、必ずしも輪郭線が直線的でなくてもよく、曲線、ジグザグ形状を含んでもよい。
【０１３６】
このように、親水ライン６を線状とすることで配線形成が可能となる。また、とりわけ幅の狭い線状パターンとすることで、配線密度を高くすることが可能となる。さらに、液晶パネル用配線に用いる場合は、ゲート・ソース・ドレイン配線は線状にすることが不可欠であり、特に、ゲート・ソース・ドレイン配線は金属材料で形成されるため、パネル輝度向上のためには、配線幅は狭いほうが望ましい。
【０１３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のパターン形成基材は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材において、上記対象面上に、上記液滴が対象面上に接触したときの接触角が第１接触角の第１領域と、この第１領域と隣接し、上記第１接触角よりも小さな第２接触角の第２領域とが、該第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させるときに、以下の（１）式を満たすように形成されている構成である。
【０１３８】
Ｄ≦Ｌ×｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝ ・・・・・・（１）
ここで、Ｄ：液滴径
Ｌ：パターン幅
θ1：第１接触角
θ2：第２接触角
である。
【０１３９】
上記の構成によれば、上記第２接触角が第１接触角よりも小さいことで、第２領域の方が第１領域に比べて、液滴との親液性が高いことになる。これにより、第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着した場合、第１領域に付着している液滴が該第１領域よりも親液性の高い第２領域（パターン）に集まることになる。
【０１４０】
しかも、液滴径、配線パターン幅、第１接触角、第２接触角を上記（１）式を満たすように設定すれば、パターン幅よりも大きな径の液滴を付着させても、液滴は第２領域に集まるようになる。
【０１４１】
このように、パターン幅よりも大きな径の液滴を使用すれば、パターン幅と同じ径、あるいは小さな径の液滴を使用した場合に比べて、液滴の吐出数を減らすことができる。
【０１４２】
このように、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加や液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命低下を防止することができる。
【０１４３】
また、上記第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となるように第１接触角を設定し、上記第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるように第２接触角を設定するようにしてもよい。
【０１４４】
この場合、第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となり、第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるので、液滴を第１領域と第２領域とに跨がるように付着させた場合、付着した液滴は撥液領域である第１領域では弾かれ、親液領域である第２領域では該第２領域の形状に沿って拡がる。つまり、第１領域で弾かれた液滴は、第２領域に流れ込み、第２領域に付着した液滴とともに該第２領域（パターン）に沿って拡がり配線を形成することになる。
【０１４５】
したがって、パターンとならない領域、すなわち第１領域を液滴に対して撥液性を有する領域にすることで、第１領域に付着した液滴を弾き、確実に第２領域に流し込むことが可能となる。
【０１４６】
このように、第１領域を撥液領域、第２領域を親液領域とすれば、第１接触角と第２接触角との差が大きくなり、上記（１）式の右辺が大きくなる。ここで、（１）式の右辺が大きくなることは、配線パターン幅に対する液滴径の大きさをさらに大きくすることができることを示す。
【０１４７】
したがって、液滴径をパターン幅に対してさらに大きくすることで、吐出する液滴数をさらに少なくでき、タクトタイムを減少させ、液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命を延ばすことができる。
【０１４８】
また、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成されるべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、上記第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、以下の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させる構成である。
【０１４９】
【数８】
【０１５０】
それゆえ、第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、上記の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることで、撥液性を示す第１領域に付着した液滴は親液性を示す第２領域に移動することができる。つまり、液滴の付着中心が第２領域になくても、液滴を第２領域に移動させることができる。
【０１５１】
これにより、吐出精度の低い液滴吐出機構、例えばインクジェットヘッドを使用し、液滴を基板に吐出しても、形成すべきパターンとなる第２領域に確実に液滴を集めることができるので、精度よくパターンを形成することができる。
【０１５２】
したがって、パターンを形成するための装置コストを低減することが可能となるという効果を奏する。
【０１５３】
さらに、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成すべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、液滴を付着させるときの液滴の吐出ピッチＰが、以下の（３）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させる構成である。
【０１５４】
【数９】
【０１５５】
それゆえ、吐出する液滴径とパターン幅とに対して、液滴の吐出ピッチＰを上記（３）式を満たすように設定することで、線幅、線厚のバラツキの少ないパターンを形成することができる。
【０１５６】
ここで、液滴が配線材料を含み、所定のパターンとして配線パターンを形成する場合には、配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となる。
【０１５７】
このように、液滴の吐出ピッチを上記（３）式を満たすように設定することで、パターンの形成に必要な液滴の吐出数を最小限にすることが可能となり、タクトタイムの減少や液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の延命化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン形成基材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ）は液滴の撥水性を説明する図であり、（ｂ）は液滴の親水性を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、基板上に親水領域と撥水領域とを形成するための工程を示す図である。
【図４】液滴径とピッチとの関係とを示すグラフである。
【図５】本発明のパターン形成方法に適用されるパターン形成装置の概略斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他のパターン形成方法を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに他のパターン形成方法を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに他のパターン形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 濡れ性変化層
３ フォトマスク
４ マスクパターン
５ 光触媒層
６ 親水ライン（第２領域）
６ａ 親撥水境界
７ 撥水領域（第１領域）
８ 液滴
１１ 基板（パターン形成基材）
１２ ステージ
１３ インクジェットヘッド
１４ ｙ方向駆動部
１５ ｘ方向駆動部
１６ 液滴供給システム
１７ 装置コントロールユニット
１８ 液配管
２１ 親水ライン（第２領域）
２１ａ〜２１ｄ 親水ライン
２２ 撥水領域（第１領域）
２３ 液滴
Ｄ 液滴径
Ｌ 親水ライン幅（パターン幅）
θ1 第１接触角
θ2 第２接触角
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材およびパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回路基板の配線パターンをインクジェット技術によって形成することが行なわれている。インクジェット技術を用いれば、配線パターンを基板上に直接形成できるので、従来のリソグラフィを用いた印刷技術のように、真空成膜→フォトリソ→エッチング→レジスト剥離工程といったコストのかかる工程を省略でき、その結果、安価に回路基板を作成することができるという効果を奏する。
【０００３】
ところで、インクジェットヘッドを用いて配線パターンを形成する場合、配線材料を含む流動状のインク（液滴）を吐出し、基板上の所定の位置に着弾させて配線パターンを形成している。このように、液滴を吐出して基板に着弾させた場合、基板表面の特性から着弾した液滴が拡がり過ぎたり、分離したりする虞がある。このため、所望する配線パターンを得ることができないという問題が生じる。
【０００４】
そこで、着弾した液滴が拡がり過ぎたり、分離したりすることを極力抑えて、所望する配線パターンを形成することのできる方法が、例えば、特開平１１−２０４５２９号公報に開示されている。
【０００５】
上記公報に開示された技術では、予め、配線パターンとなり得る領域を液滴と親和性を有するように、また、他の領域を液滴と非親和性を有するように基板表面を改質し、基板上の親和性を有する領域（パターン形成領域）に液滴を吐出し、配線パターンを形成している。この場合、パターン形成領域以外が液滴と非親和性の領域となっているので、基板上のパターン形成領域上に着弾された液滴は、該パターン形成領域を越えて広がることはない。
【０００６】
また、上記公報に開示された技術では、着弾された液滴が分離したりしないように、液滴同士の一部が重なるように、液滴をパターン形成領域に着弾させている。これにより、基板に着弾した液滴が分離したりするのを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示されたパターン形成方法では、基板に着弾した液滴が分離したりするのを防止するために、着弾された液滴同士の一部が重なるように、液滴を吐出して配線パターンを形成しているので、吐出する液滴数が多い。このような場合、吐出する液滴数の増加に伴う、配線パターンを形成するまでの一連の処理時間（タクトタイム）の増加やインクジェットヘッドの寿命低下を招くという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の各問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加やインクジェットヘッドの寿命低下を防止し、良好な配線特性を得ることのできるパターン形成基材およびパターン形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のパターン形成基材は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材において、上記対象面上に、上記液滴が対象面上に接触したときの接触角が第１接触角の第１領域と、この第１領域と隣接し、上記第１接触角よりも小さな第２接触角の第２領域とが、該第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させるときに、以下の（１）式を満たすように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
Ｄ≦Ｌ×｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝ ・・・・・・（１）
ここで、Ｄ：液滴径
Ｌ：パターン幅
θ1：第１接触角
θ2：第２接触角
である。
【００１１】
上記の構成によれば、上記第２接触角が第１接触角よりも小さいことで、第２領域の方が第１領域に比べて、液滴との親液性が高いことになる。これにより、第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着した場合、第１領域に付着している液滴が該第１領域よりも親液性の高い第２領域（パターン）に集まることになる。
【００１２】
しかも、液滴径、配線パターン幅、第１接触角、第２接触角を上記（１）式を満たすように設定すれば、配線パターン幅よりも大きな径の液滴を付着させても、液滴は第２領域に集まるようになる。
【００１３】
このように、パターン幅よりも大きな径の液滴を使用すれば、パターン幅と同じ径、あるいは小さな径の液滴を使用した場合に比べて、液滴の吐出数を減らすことができる。
【００１４】
このように、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加や液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命低下を防止することができる。
【００１５】
液滴が配線材料を含み、この液滴で配線パターンを形成する場合、吐出する液滴数が減ることにより、液滴同士が重なりあって基板に付着することがなくなるので、配線の厚みのバラツキの低減、すなわち、配線抵抗のバラツキの低減を図ることができ、この結果、良好な配線特性を得ることができる。
【００１６】
また、上記第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となるように第１接触角を設定し、上記第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるように第２接触角を設定するようにしてもよい。
【００１７】
この場合、第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となり、第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるので、液滴を第１領域と第２領域とに跨がるように付着させた場合、付着した液滴は撥液領域である第１領域では弾かれ、親液領域である第２領域では該第２領域の形状に沿って拡がる。つまり、第１領域で弾かれた液滴は、第２領域に流れ込み、第２領域に付着した液滴とともに該第２領域（パターン）に沿って拡がり配線を形成することになる。
【００１８】
したがって、パターンとならない領域、すなわち第１領域を液滴に対して撥液性を有する領域にすることで、第１領域に付着した液滴を弾き、確実に第２領域に流し込むことが可能となる。
【００１９】
このように、第１領域を撥液領域、第２領域を親液領域とすれば、第１接触角と第２接触角との差が大きくなり、上記（１）式の右辺が大きくなる。ここで、（１）式の右辺が大きくなることは、配線パターン幅に対する液滴径の大きさをさらに大きくすることができることを示す。
【００２０】
したがって、液滴径をパターン幅に対してさらに大きくすることで、吐出する液滴数をさらに少なくでき、タクトタイムを減少させ、液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成されるべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、上記第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、以下の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴としている。
【００２２】
【数３】
上記の構成によれば、第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、上記の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることで、撥液性を示す第１領域に付着した液滴は親液性を示す第２領域に移動することができる。つまり、液滴の付着中心が第２領域になくても、液滴を第２領域に移動させることができる。
【００２４】
これにより、吐出精度の低い液滴吐出機構、例えばインクジェットヘッドを使用し、液滴を基板に吐出しても、形成すべきパターンとなる第２領域に確実に液滴を集めることができるので、精度よくパターンを形成することができる。
【００２５】
したがって、パターンを形成するための装置コストを低減することが可能となる。
【００２６】
ここで、液滴が移動することが可能な範囲は、パターン形状の許す限り大きい液滴とし、撥液領域である第１領域での液滴の接触角（第１接触角）は小さくしたほうが広くなる。
【００２７】
さらに、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成すべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、液滴を付着させるときの液滴の吐出ピッチＰが、以下の（３）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴としている。
【００２８】
【数４】
上記の構成によれば、吐出する液滴径とパターン幅とに対して、液滴の吐出ピッチＰを上記（３）式を満たすように設定することで、線幅、線厚のバラツキの少ないパターンを形成することができる。
【００３０】
ここで、液滴が配線材料を含み、所定のパターンとして配線パターンを形成する場合には、配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となる。
【００３１】
このように、液滴の吐出ピッチを上記（３）式を満たすように設定することで、パターンの形成に必要な液滴の吐出数を最小限にすることが可能となり、タクトタイムの減少や液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の延命化を図ることができる。
【００３２】
また、対象面上に、離散的に付着させた液滴同士をつなげて連続したパターンを形成してもよい。
【００３３】
この場合、液滴の吐出数を必要最小限にすることが可能となるので、タクトタイムの減少、液滴を吐出する機構の長寿命化を図ることが可能となる。
【００３４】
上記液滴の吐出にインクジェットヘッドを用いてもよい。
【００３５】
この場合、液滴を吐出するための機構として、プリンタ等に用いられる汎用のインクジェットヘッドを流用することができるので、パターン形成のための装置を安価に製造することができる。
【００３６】
上記第１領域および第２領域を、ほぼフラットに形成してもよい。
【００３７】
この場合、ほぼフラットとは、第１領域と第２領域との段差が、形成されるパターン厚みと比べて非常に小さい状態をいう。このようにすることで、第１領域と第２領域との液滴に対する親和性の差を明確にするためにバンクを形成する必要がないので、パターン形成の工程数を短縮することができる。
【００３８】
液滴が導電性粒子を含むようにしてもよい。
【００３９】
この場合、液滴を吐出して形成されるパターンが配線パターンとなるので、線幅、線厚のバラツキのない配線パターンを形成することができる。また、吐出する液滴数が減ることにより、液滴同士が重なりあって基板に付着することがなくなるので、配線の厚みのバラツキの低減、すなわち、配線抵抗のバラツキの低減を図ることができ、この結果、良好な配線特性を得ることができる。
【００４０】
上記第２領域が線状パターンであってもよい。
【００４１】
この場合、線状とすることで配線形成が可能となる。また、とりわけ幅の狭い線状パターンとすることで、配線密度を高くすることが可能となる。さらに、液晶パネル用配線に用いる場合は、ゲート・ソース・ドレイン配線は線状にすることが不可欠であり、特に、ゲート・ソース・ドレイン配線は金属材料で形成されるため、パネル輝度向上のためには、配線幅は狭いほうが望ましい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、液晶パネルの製造工程のうち、ＴＦＴ（Thin Film Transistor)のゲート配線のパターン形成方法について説明する。
【００４３】
まず、本発明のパターン形成方法を実現するためのパターン形成装置について、以下に説明する。
【００４４】
本実施の形態にかかるパターン形成装置は、図５に示すように、基板１１を載置するステージ１２を備え、このステージ１２上に、該基板１１上に対して配線材料を含む流動状のインク（液滴）を吐出する液滴吐出手段としてのインクジェットヘッド１３と、インクジェットヘッド１３をｙ方向に移動させるｙ方向駆動部１４およびｘ方向に移動させるｘ方向駆動部１５とが設けられている。
【００４５】
また、上記パターン形成装置には、インクジェットヘッド１３に液滴を供給する液滴供給システム１６と液配管１８、インクジェットヘッド１３の吐出制御、ｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５の駆動制御等の各種制御を行なう装置コントロールユニット１７とが設けられている。
【００４６】
上記インクジェットヘッド１３と液滴供給システム１６との間には、液配管１８が設けられており、液滴供給システム１６によってインクジェットヘッド１３への液滴の供給制御が行なわれる。
【００４７】
また、上記インクジェットヘッド１３、ｙ方向駆動部１４およびｘ方向駆動部１５と装置コントロールユニット１７との間には、信号ケーブル（図示しない）が設けられており、装置コントロールユニット１７によって、インクジェットヘッド１３の液滴の吐出制御、ｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５の駆動制御が行なわれる。
【００４８】
すなわち、上記装置コントロールユニット１７から、基板１１への配線パターン情報（塗布位置情報）をｙ方向駆動部１４、ｘ方向駆動部１５と連動してインクジェットヘッド１３のドライバー（図示せず）に吐出情報が入力され、目的位置に目的量の液滴を供給するようになっている。これにより、基板１１の全領域に対して、液滴を滴下することが可能となる。
【００４９】
上記インクジェットヘッド１３としては、電圧を印加すると変形する圧電素子を使用し、瞬間的にインク室の液圧を高めることでノズルから液体（液滴）を押し出すピエゾ方式のインクジェットヘッドや、ヘッドに取り付けたヒータによって、液体内に気泡を発生させ、液体を押し出すサーマル方式のインクジェットヘッドが使用される。何れの方式のインクジェットヘッドであっても、圧電素子やヒータに印加する電圧に応じて、吐出する液滴径を調整することができる。
【００５０】
本実施の形態では、上述したパターン形成装置において、インクジェットヘッド１３として、５５μｍ径の複数ノズルを備えたピエゾ駆動型インクジェットヘッドを用いて、駆動電圧波形を変化させることにより、吐出液滴径を５０μｍから７５μｍまで変化させるようになっている。
【００５１】
次に、上記パターン形成装置によって、基板１１上への配線パターンの形成方法について、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら以下に説明する。図１（ａ）は、液滴の基板への着弾前後の状態を示す側面図を示し、図１（ｂ）は、液滴の基板への着弾前後の状態を示す平面図を示す。
【００５２】
本実施の形態にかかるパターン形成基材は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、基板１１上に配線パターンとなる親水ライン（第１領域）６と、撥水領域（第２領域）７とを形成し、親水ライン６上に該親水ライン６の線幅Ｌよりも大きな径Ｄの液滴８を吐出し、該液滴８が有するエネルギー状態の変化によって、該液滴８を親水ライン６内に治めるようにするものである。つまり、液滴８の径Ｄが親水ライン６の幅Ｌよりも大きい場合、着弾直後に親水ライン６からはみ出した液滴８は撥水領域７により弾かれて、親水ライン６に集まるようになる。
【００５３】
なお、上記親水ライン６と撥水領域７とは、後述するように、化学的な処理が施されて得られるものであるので、基板１１上でほぼフラットな状態となっている。このため、従来のようにバンクを形成して、配線パターンを形成する場合に比べて、製造工程数を減らすことができる。
【００５４】
上記のパターン形成基材を用いれば、配線パターンの線幅よりも大きな径の液滴を使用しても、全ての液滴が配線パターンに集まるようになるので、少ない液滴数で配線パターンを形成することができる。さらに、吐出する液滴数が少なければ、タクトタイムの減少、インクジェットヘッドの長寿命化を図ることが可能となる。
【００５５】
まず、図１（ａ）のように直径Ｄの液滴８が、両側を撥水領域７に挟まれたライン幅Ｌの等幅の親水ライン６上に滴下された場合を考える。前記液滴８が図２（ａ）のように撥水領域７に滴下された場合の接触角をθ1、親水領域である親水ライン６に滴下された場合の接触角をθ2とすると、両側を撥水領域７に挟まれたライン幅Ｌの等幅の親水ライン６上に滴下された場合、接触角はカッシーの接触角θcをとる。（θ1＞θc＞θ2）また、液滴８の表面エネルギーをγとし、滴下された液滴８の半径がｘだけ収縮し親水ライン６に沿って伸びる間に、
液滴８の変形に伴い消費されるエネルギーΔＷは、
ΔＷ＝２Ｄγ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）ｘ
と近似することができる。
【００５６】
同じく変形に伴う表面積の増加量をΔＳとすると、変形によって増加する液滴８の表面エネルギーγΔＳは
γΔＳ＝γ（Ｄ−Ｌ）Ｄｘ／Ｌ
と近似することができる。
【００５７】
したがって、上記二つの和で表されるすべてのエネルギー変化ΔＥは、
ΔＥ＝γ｛Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝Ｄｘ／Ｌ
と表すことができる。
【００５８】
ここで、Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）＞０、すなわち
Ｌ＜Ｄ／｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝のとき、
液滴８の変形に対してΔＥは単調増加となるため、変形は生じない。
【００５９】
また、Ｄ−Ｌ−２Ｌ（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）＜０、すなわち
Ｌ＞Ｄ／｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
液滴８の変形に対してΔＥは単調減少となるため、すべて親水ライン６に入るまで、液滴８は変形し続ける。
【００６０】
例えば、第２接触角θ2が０°、第１接触角θ1が９０°のときは、Ｄ＜３Ｌとなり、親水ラインの線幅の３倍までの径の液滴を使用しても配線を適切に形成できることになる。つまり、この場合、液滴径の１／３の線幅の配線を形成することができることになる。
【００６１】
また、第２接触角θ2が０°、第１接触角θ1が１８０°のときは、Ｄ＜５Ｌとなり、親水ラインの線幅の５倍までの径の液滴を使用しても配線を適切に形成できることになる。つまり、この場合、液滴径の１／５の線幅の配線を形成することができることになる。
【００６２】
したがって、上記（１）式に含まれる４つのパラメータ（θ1、θ2、Ｄ、Ｌ）を調整し、該（１）式を満たすようにすれば、液滴径Ｄと配線パターンの線幅Ｌとの関係を適切なものにすることができる。例えば、液滴径Ｄが固定されていれば、必要な配線パターンの線幅Ｌを得るために、第１接触角θ1、第２接触角θ2を調整する。
【００６３】
ここで、配線パターン形成についての具体例を以下に説明する。
【００６４】
まず、配線パターンを形成する前に、基板１１の表面改質処理について、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照しながら以下に説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、配線パターンの形成前の基板１１の表面改質処理の各工程を示す図である。
【００６５】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、スピンコート法等を用いて、シランカップリング剤などからなる濡れ性変化層２を塗布・乾燥させることで形成した。なお、本実施の形態では、濡れ性変化層２として、フッ素系非イオン界面活性剤であるＺＯＮＹＬ ＦＳＮ（商品名、デュポン社製）をイソプロピルアルコールに混合して用いた。
【００６６】
次に、図３（ｂ）に示すように、あらかじめクロムなどからなるマスクパターン４および酸化チタンなどからなる光触媒層５が形成されたフォトマスク３を通じてＵＶ露光を行なった。なお、本実施の形態では、光触媒層５は、二酸化チタン微粒子分散体とエタノールの混合物をスピンコート法を用いて塗布した後、１５０℃で熱処理することで形成している。また、露光条件は、水銀ランプ（波長３６５ｎｍ）により７０ｍＷ／ｃｍ2の照度で２分間露光を行なった。
【００６７】
その結果、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、ＵＶ露光された部分だけが濡れ性が向上し、親水ライン６が形成された。なお、本実施の形態では、形成した親水ライン６の幅を５０μｍとした。
【００６８】
ここで、親水ライン６以外の領域は、撥水領域７となり、基板１１上に配線パターンとしての親撥水パターンが形成されることになる。
【００６９】
そして、親撥水パターンを形成した基板１１上にゲート配線材料を、上述したパターン形成装置を用いて滴下することで、ゲート配線を形成する。
【００７０】
配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約１０ｃＰに調整している。ここで、図２（ａ）に示すように、上述した処理により得られた撥水領域７上における上記液滴の第１接触角θ1は８０°、図２（ｂ）に示すように、上述した処理により得られた親水ライン６上における上記液滴の第２接触角θ2は１０°であった。
【００７１】
上述したパターン形成装置を用いて、図１（ａ）に示すように、親撥水パターンを形成した基板１１上に液滴８を滴下する。吐出液滴径Ｄが７５μｍの場合、図１（ｂ）に示すように滴下した液滴８は親水ライン６に沿ってライン形状を形成する。なお、液滴８の着弾位置は親水ライン６の中央とした。
【００７２】
上記（１）式に、第１接触角θ1＝８０°と第２接触角θ2＝１０°とを代入して液滴径Ｄと親水ライン幅Ｌとの関係を求めると、以下のようになる。
【００７３】
Ｄ≦２．６２Ｌ
これは、上記条件の場合に、液滴径Ｄは、親水ライン幅Ｌの約２．６２倍まで大きくしても、ライン形成が可能であることを示している。つまり、液滴径Ｄの１／２．６２≒０．３８の幅のラインが形成できることを示している。
【００７４】
上記と同様の条件で、幅の異なる親水ライン６上に滴下した場合の結果を以下の表１に示す。
【００７５】
【表１】
表１から、ライン幅２０μｍでは、ライン形成が不可能であることが分かった。これは、ライン幅２０μｍの場合、２０／７５≒０．２７となり、上述した０．３８よりも小さいので、上記（１）式を満たさなくなるからだと考えられる。
【００７７】
また、液滴８のサイズ、すなわち液滴径Ｄを変化させて、幅の異なる親水ライン６上に滴下した場合の結果を以下の表２に示す。ただし、液滴径Ｄ＝３５μｍの場合はインクジェットヘッドを交換している。
【００７８】
【表２】
表２においても、上記（１）式を満たさない場合には、ライン形成が不可能であることが分かった。
【００８０】
ここで、液滴径Ｄと吐出ピッチとの関係について、以下に説明する。
【００８１】
パターン形成方法及びゲート配線の形成方法、用いたパターン形成装置、インクジェットヘッド１３は上記の例と同じである。また、配線形成に用いた液体配線材料（液滴８）は、Ａｇ微粒子を水に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約５ｃＰに調整している。この場合、図２（ａ）に示すように、撥水領域７上における液滴８の第１接触角θ1は１００°、図２（ｂ）に示すように、親水ライン６上における液滴８の第２接触角θ2は１０°であった。
【００８２】
上述したパターン形成装置を用いて、図１（ａ）に示すように、親撥水パターンを形成した基板１１上に液滴８を滴下する。液滴８の着弾位置は親水ライン６の中央とした。
【００８３】
そして、液滴サイズを変化させて、Ａｇ濃度１０ｖｏｌ%のインク材料（液滴８）を親水ライン幅２５μmに対して、膜厚０．３μｍと設定し、滴下した場合の結果を以下の表３に示す。ただし、液滴径が２５μｍから４５μｍの場合はヘッドを交換している。
【００８４】
【表３】
以上の結果からも、上記（１）式を満たすことで、ライン形成が可能であり、吐出液滴径Ｄを大きくするほど吐出ピッチを大きくすることが可能となり、タクトタイムを短縮およびヘッドの寿命を長くすることが可能となることが分かる。
【００８６】
上記表３に示す結果をプロットしたものを、図４に示す。図４に示すグラフから、液滴径Ｄが５０μｍ以上とすることでピッチを飛躍的に大きくすることができるため、タクトタイムの短縮およびヘッドの長寿命化のためには、
２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
に設定することが望ましいことが分かる。
【００８７】
さらに、図４に示すグラフから、液滴径が５４μｍ以上では、液滴径がライン幅と同じ場合と比較してピッチを１０倍以上に広げることが可能となり、結果としてタクトタイムを１／１０、ヘッド寿命を１０倍に延ばすことが可能となることが分かる。
【００８８】
したがって、タクトタイムの短縮およびヘッドの長寿命化のためには、
２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
に設定することがさらに好ましいことが分かる。
【００８９】
以上のことから、液滴径Ｄを、Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝、好ましくは、２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝、さらに好ましくは、２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝の関係を満たすように設定することで、大きな液滴で広いピッチで吐出することができるため、タクトタイムの短縮とヘッドの長寿命化を確保することが出来る。
【００９０】
すなわち、対象面である基板１１の親水ライン６上に、離散的に付着させた液滴８同士をつなげて連続したパターンを形成することになる。これにより、液滴８の吐出数を必要最小限にすることが可能となるので、タクトタイムの減少、液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の長寿命化を図ることが可能となる。
【００９１】
また、タクトタイムの短縮とヘッドの長寿命化を確保するために、液滴の吐出ピッチを広く設定した場合、形成するライン幅が部分的に狭くなっている部分などが存在する場合、その部分だけ液滴がラインに入らない問題が生じるが、形成したいライン幅に応じて、ヘッドの駆動波形等を制御することで吐出液滴径を変化させることによって、ライン幅に関わらず、すべての幅のラインを十分なタクトタイムと十分なヘッド寿命で形成することが可能となる。
【００９２】
このように、ライン幅に応じて、吐出する液滴径を変化させる例について、以下の実施の形態２で説明する。
【００９３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、パターン形成装置については、前記実施の形態１と同じものを使用するので、その説明は省略する。
【００９４】
本実施の形態においても、前記実施の形態１と同様に、ＴＦＴ液晶ディスプレイパネルのゲート配線パターンの形成方法について説明する。
【００９５】
図６（ａ）は、本実施の形態で用いるゲート配線パターンを示す。このゲート配線パターンでは、親水ライン２１と撥水領域２２とで形成される親撥水パターンであり、親水ライン２１の線幅が一様ではなく、一部の部分で線幅が狭くなっている部分がある。つまり、親水ライン２１は、親水ライン２１ａ〜２１ｄのように線幅がそれぞれ異なっている。ここで、他のラインよりも狭い親水ライン２１ｂ、２１ｃの線幅は２０μｍ、それ以外の部分（親水ライン２１ａ、２１ｄ）の線幅は３０μｍである。この親撥水パターンの生成方法は、前記実施の形態１と同様である。
【００９６】
次に、親撥水パターンを形成した基板上にゲート配線材料をインクジェット法を用いて滴下することで、ゲート配線を形成する。ここで、用いたパターン形成装置、インクジェットヘッド１３は、前記実施の形態１と同様であり、吐出液滴径を５０μｍから７５μｍまで変化させることが可能とする。
【００９７】
また、用いた液体配線材料（液滴）も前記実施の形態１と同じであり、撥水領域２２上における液滴の第１接触角θ1は８０°、親水ライン２１上における液滴の第２接触角θ2は１０°である。
【００９８】
そして、図６（ｂ）に示すように、親水ライン２１上にある液滴２３をインクジェットヘッドを用いて滴下するが、線幅３０μｍのパターン上には液滴径７５μｍで、線幅２０μｍのパターン上には液滴径５０μｍで滴下している。このように、線幅によって液滴径を変化させることで、すべての親水ライン２１に液滴２３を配置することが出来る（図６（ｃ））。
【００９９】
なお、線幅２０μｍのパターン上にも液滴径７５μｍで滴下した場合には、線幅２０μｍのパターンには、配線材料は入らなかった。また、すべてのパターン上に液滴径５０μｍで滴下した場合は、配線形成は可能であるが、線幅３０μｍのパターンに液滴径７５μｍで滴下した場合と比較してタクトタイムが増加した。そのため、望ましくは、それぞれの線幅に対して、
２Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
を満たすよう液滴径を変化させることがよく、さらに好ましくは、それぞれの線幅に対して、
２．１５Ｌ≦Ｄ≦Ｌ｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝
を満たすよう液滴径を変化させることで、線幅の異なるパターンにおいても液滴を入れることが可能となり、かつ、十分なタクトタイムと十分なヘッド寿命を得ることが可能となる。
【０１００】
上記の各実施の形態では、液滴を親水ラインの中央に滴下することを前提とした例について説明したが、液滴を親水ラインの中央に滴下するには精度の高いインクジェットヘッドを使用する必要がある。しかしながら、滴下精度の高いインクジェットヘッドは高価であるので、パターン形成装置全体の価格上昇を招く虞がある。
【０１０１】
そこで、以下の実施の形態３では、液滴が親水ラインの中央に滴下されなくても、親水ライン上に集まりラインを形成することのできるパターン形成方法について説明する。
【０１０２】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す表面改質処理方法によって、基板１１の表面が改質され、親水ライン６と撥水領域７とで親撥水パターンを形成し、この親撥水パターンを用いて配線ラインを形成する例について説明する。
【０１０３】
本実施の形態にかかるパターン形成方法は、図７（ａ）に示すように、液滴８の基板１１への着弾直後において、液滴８が親水ライン６の中心からずれた状態になっているときに、図７（ｂ）に示すように、液滴８を親水ライン６上に移動させる方法である。
【０１０４】
我々は、液滴８が基板１１に着弾した時、液滴８の基板１１への接地面の一部でも親水ライン６上に存在することで、液滴８全体が撥水領域７から親水ライン６に移動することができることを見出した。すなわち、親水ライン６と撥水領域７の境界と液滴８の着弾位置の距離を、液滴８が着弾した時の円形接地面の半径よりも小さく設定することで、液滴８全体が撥水領域７から親水ライン６に移動することができる。ここで、着弾前の液滴の半径をＲ1、液滴の撥水領域での接触角をθ1、液滴が着弾した時の円形接地面の半径Ｒ2とすると、
Ｒ2＝Ｒ1ｘ3√｛４／（２−３ｃｏｓθ1−ｃｏｓ3θ1）｝
であるから、上記Ｒ2を液滴径Ｄに換算すると、以下の（２）式が得られる。
【０１０５】
【数５】
すなわち、本実施の形態にかかるパターン形成方法は、インクジェット法で親撥水下地パターンを用いてパターン（ライン状に限定しない）を形成する場合において、図７（ａ）に示すように、液滴８の着弾位置を親撥水境界６ａから以下の（２）式で規定した範囲内に設定することで、図７（ｂ）に示すように、撥水領域７から液滴８を移動させることができるため、液滴８の着弾位置が親水ライン６上になくとも、所定の位置に液滴を移動させることができ、精度の低いインクジェットヘッドを用いた場合でも、精度よくパターンを形成することが可能となり、パターン形成装置の製造にかかるコストの低減を図ることができる。
【０１０７】
なお、親撥水パターン形状の許す限り大きい液滴８とし、撥水領域７の液滴８の接触角は小さくしたほうが、液滴８が移動することが可能な範囲は広くなる。
【０１０８】
【数６】
ここで、親水ライン幅５０μｍの場合に、液滴の着弾位置を変化させた場合の結果を、以下の表４に示す。なお、配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを用い、粘度はあらかじめ約１０ｃＰに調整している。ここで、図２（ａ）に示すように、上述した処理により得られた撥水領域７上における上記液滴８の第１接触角θ1は８０°、図２（ｂ）に示すように、上述した処理により得られた親水ライン６上における上記液滴８の第２接触角θ2は１０°であった。
【０１１０】
【表４】
表４において、液滴径７５μｍの場合には、親撥水境界６ａからの距離が１００μｍまでライン形成が可能であったが、液滴径３５μｍの場合には、親撥水境界６ａからの距離が４０μｍまでライン形成が可能であることが分かった。
【０１１２】
以上のように、インクジェットヘッドによる滴下実験により、滴下後、液滴の接地面の一部でも親水ライン上にあれば、液滴全体が親水ライン上に移動することが確認されている。そこで、上記（２）式で規定したように、予め着弾前の液滴半径と着弾位置を設定することにより、低い精度のインクジェットヘッドを用いた場合にも精度よくパターン形成することができる。
【０１１３】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す表面改質処理方法によって、基板１１の表面が改質され、親水ライン６と撥水領域７とで親撥水パターンを形成し、この親撥水パターンを用いて配線ラインを形成する例について説明する。
【０１１４】
本実施の形態にかかるパターン形成方法について、図８（ａ）（ｂ）を参照しながら以下に説明する。図８（ａ）は、液滴８の着弾直前の側面図であり、図１２（ｂ）は、液滴８の着弾直前の平面図である。
【０１１５】
本パターン形成方法では、吐出液滴径と配線を形成する親水ライン幅に対して吐出ピッチを以下の（３）式を満たすように設定することで、配線幅、配線厚のバラつきが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない導体パターンを高スループットで形成可能にすることができる。
【０１１６】
【数７】
上記（３）式は、以下のようにして求めることができる。
【０１１８】
ここで、本実施の形態にかかるパターン形成方法では、予め親水ライン幅Ｌのパターンを基板に形成している場合は、液滴径Ｄと吐出ピッチＰを制御することで配線の膜厚を制御できることを利用した方法である。
【０１１９】
したがって、上記（３）式を得るために、以下の項目を計算で求める必要がある。
【０１２０】
▲１▼液滴径Ｄと吐出ピッチＰから求められる液滴の全体積Ｖ
▲２▼液滴の全体積Ｖと親水ライン幅Ｌから算出される膜厚
▲３▼パターン形成に適した膜厚の条件により算出される吐出ピッチＰ
上記吐出ピッチＰ（μｍ）とすると、１μｍあたりのドット数は１／Ｐ（dot/μｍ)となる。
【０１２１】
また、液滴径をＤとすると、体積Ｖは、Ｖ＝πＤ3／６となるため、１μｍあたりの全体積は、
１／Ｐ×πＤ3／６＝πＤ3／６Ｐ（μｍ3）
である。
【０１２２】
ライン幅をＬ（μｍ）とすると、液滴の高さはπＤ3／６ＬＰとなり、Ａｇ濃度をｂ（ｖｏｌ％）とすると、Ａｇの高さｔ（μｍ）は、
ｔ＝πｂＤ3／６００ＬＰ
と表せる。
【０１２３】
変形すると吐出ピッチＰは、Ｐ＝（πｂ／６００ｔ）×（Ｄ3／Ｌ）となる。
【０１２４】
ここで、吐出液滴径と配線を形成する親水ライン幅に対して、我々はπｂ／６００ｔを０．０４以上０．４以下に設定することで配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となることを見出した。
【０１２５】
ここで、上記パターン形成方法において、親水ライン幅５０μｍに７５μｍ径の液滴を着弾ピッチを変化させて滴下した場合の配線形成結果を以下の表５に示す。表中数値は、インクジェット工程の後、液体配線材料を２５０℃／１０分で熱処理することで、溶媒を乾燥させ、材料を焼成した後の配線形成膜厚を示したものである。なお、液体配線材料は、液中にＡｇ微粒子を１０体積％の割合で含有しているものを用いた。
【０１２６】
【表５】
表５から、着弾ピッチが３５０μｍと小さくても、また、着弾ピッチが３５００μｍと大きくても適切な配線パターンを得ることができないことが分かった。
【０１２８】
同様に、上記パターン形成方法において、親水ライン幅２０μｍに５０μｍ径の液滴を着弾ピッチを変化させて滴下した場合の配線形成結果を以下の表６に示す。表中数値は、インクジェット工程の後、液体配線材料を２５０℃／１０分で熱処理することで、溶媒を乾燥させ、材料を焼成した後の配線形成膜厚を示したものである。なお、液体配線材料は、液中にＡｇ微粒子を１０体積％の割合で含有しているものを用いた。
【０１２９】
【表６】
表６から、着弾ピッチが２００μｍと小さくても、また、着弾ピッチが２６００μｍと大きくても適切な配線パターンを得ることができないことが分かった。
【０１３１】
以上のことから、液滴材料が同じであれば、着弾ピッチは、親水ライン幅、液滴径に応じて適切な範囲が決まることが分かる。
【０１３２】
なお、上記の各実施の形態においては、配線形成に用いた液体配線材料（液滴）は、Ａｇ微粒子を水とエタノールとジエチレングリコールの混合溶剤に分散させたものを使用していたので、親液性を親水性、撥液性を撥水性と表現し記載しているが、例えば、液滴の配線材料を混合する溶剤が水系ではなく油系であってもよい。この場合には、親液性を親油性、撥液性を撥油性と表現すればよい。
【０１３３】
また、上記の各実施の形態では、液滴をパターン形成基材である基板１１に吐出するための機構として、インクジェットヘッドを利用したインクジェット方式を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、液滴径が制御でき吐出できる機構であればよい。
【０１３４】
また、インクジェットヘッドも、ピエゾ型に限定されるものではなく、バブルジェット（登録商標）のようなサーマル型であってもよい。
【０１３５】
さらに、基板１１上に形成される第２領域（親水ライン６）は線状であればよい。この線状とは、前記の各実施の形態で示したような短冊形状でなくてもよく、蛇行していてもよいし、テーパ状であってもよい。また、これらの形状を組み合わせたものであってもよい。さらに、上記線状は、必ずしも輪郭線が直線的でなくてもよく、曲線、ジグザグ形状を含んでもよい。
【０１３６】
このように、親水ライン６を線状とすることで配線形成が可能となる。また、とりわけ幅の狭い線状パターンとすることで、配線密度を高くすることが可能となる。さらに、液晶パネル用配線に用いる場合は、ゲート・ソース・ドレイン配線は線状にすることが不可欠であり、特に、ゲート・ソース・ドレイン配線は金属材料で形成されるため、パネル輝度向上のためには、配線幅は狭いほうが望ましい。
【０１３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のパターン形成基材は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材において、上記対象面上に、上記液滴が対象面上に接触したときの接触角が第１接触角の第１領域と、この第１領域と隣接し、上記第１接触角よりも小さな第２接触角の第２領域とが、該第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させるときに、以下の（１）式を満たすように形成されている構成である。
【０１３８】
Ｄ≦Ｌ×｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝ ・・・・・・（１）
ここで、Ｄ：液滴径
Ｌ：パターン幅
θ1：第１接触角
θ2：第２接触角
である。
【０１３９】
上記の構成によれば、上記第２接触角が第１接触角よりも小さいことで、第２領域の方が第１領域に比べて、液滴との親液性が高いことになる。これにより、第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着した場合、第１領域に付着している液滴が該第１領域よりも親液性の高い第２領域（パターン）に集まることになる。
【０１４０】
しかも、液滴径、配線パターン幅、第１接触角、第２接触角を上記（１）式を満たすように設定すれば、パターン幅よりも大きな径の液滴を付着させても、液滴は第２領域に集まるようになる。
【０１４１】
このように、パターン幅よりも大きな径の液滴を使用すれば、パターン幅と同じ径、あるいは小さな径の液滴を使用した場合に比べて、液滴の吐出数を減らすことができる。
【０１４２】
このように、吐出する液滴数を減らすことにより、タクトタイムの増加や液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命低下を防止することができる。
【０１４３】
また、上記第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となるように第１接触角を設定し、上記第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるように第２接触角を設定するようにしてもよい。
【０１４４】
この場合、第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となり、第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるので、液滴を第１領域と第２領域とに跨がるように付着させた場合、付着した液滴は撥液領域である第１領域では弾かれ、親液領域である第２領域では該第２領域の形状に沿って拡がる。つまり、第１領域で弾かれた液滴は、第２領域に流れ込み、第２領域に付着した液滴とともに該第２領域（パターン）に沿って拡がり配線を形成することになる。
【０１４５】
したがって、パターンとならない領域、すなわち第１領域を液滴に対して撥液性を有する領域にすることで、第１領域に付着した液滴を弾き、確実に第２領域に流し込むことが可能となる。
【０１４６】
このように、第１領域を撥液領域、第２領域を親液領域とすれば、第１接触角と第２接触角との差が大きくなり、上記（１）式の右辺が大きくなる。ここで、（１）式の右辺が大きくなることは、配線パターン幅に対する液滴径の大きさをさらに大きくすることができることを示す。
【０１４７】
したがって、液滴径をパターン幅に対してさらに大きくすることで、吐出する液滴数をさらに少なくでき、タクトタイムを減少させ、液滴を吐出するための機構、例えばインクジェットヘッドの寿命を延ばすことができる。
【０１４８】
また、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成されるべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、上記第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、以下の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させる構成である。
【０１４９】
【数８】
それゆえ、第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、上記の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることで、撥液性を示す第１領域に付着した液滴は親液性を示す第２領域に移動することができる。つまり、液滴の付着中心が第２領域になくても、液滴を第２領域に移動させることができる。
【０１５１】
これにより、吐出精度の低い液滴吐出機構、例えばインクジェットヘッドを使用し、液滴を基板に吐出しても、形成すべきパターンとなる第２領域に確実に液滴を集めることができるので、精度よくパターンを形成することができる。
【０１５２】
したがって、パターンを形成するための装置コストを低減することが可能となるという効果を奏する。
【０１５３】
さらに、本発明のパターン形成方法は、液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成すべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、液滴を付着させるときの液滴の吐出ピッチＰが、以下の（３）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させる構成である。
【０１５４】
【数９】
それゆえ、吐出する液滴径とパターン幅とに対して、液滴の吐出ピッチＰを上記（３）式を満たすように設定することで、線幅、線厚のバラツキの少ないパターンを形成することができる。
【０１５６】
ここで、液滴が配線材料を含み、所定のパターンとして配線パターンを形成する場合には、配線幅、配線厚のバラツキが少なく、低抵抗かつ配線段差の少ない配線パターンを高スループットで形成することが可能となる。
【０１５７】
このように、液滴の吐出ピッチを上記（３）式を満たすように設定することで、パターンの形成に必要な液滴の吐出数を最小限にすることが可能となり、タクトタイムの減少や液滴を吐出する機構（インクジェットヘッド）の延命化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン形成基材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ）は液滴の撥水性を説明する図であり、（ｂ）は液滴の親水性を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、基板上に親水領域と撥水領域とを形成するための工程を示す図である。
【図４】液滴径とピッチとの関係とを示すグラフである。
【図５】本発明のパターン形成方法に適用されるパターン形成装置の概略斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他のパターン形成方法を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに他のパターン形成方法を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに他のパターン形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 濡れ性変化層
３ フォトマスク
４ マスクパターン
５ 光触媒層
６ 親水ライン（第２領域）
６ａ 親撥水境界
７ 撥水領域（第１領域）
８ 液滴
１１ 基板（パターン形成基材）
１２ ステージ
１３ インクジェットヘッド
１４ ｙ方向駆動部
１５ ｘ方向駆動部
１６ 液滴供給システム
１７ 装置コントロールユニット
１８ 液配管
２１ 親水ライン（第２領域）
２１ａ〜２１ｄ 親水ライン
２２ 撥水領域（第１領域）
２３ 液滴
Ｄ 液滴径
Ｌ 親水ライン幅（パターン幅）
θ1 第１接触角
θ2 第２接触角
Claims (10)
- 液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンが形成されるパターン形成基材において、
上記対象面上に、上記液滴が対象面上に接触したときの接触角が第１接触角の第１領域と、この第１領域と隣接し、上記第１接触角よりも小さな第２接触角の第２領域とが、該第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させるときに、以下の（１）式を満たすように形成されていることを特徴とするパターン形成基材。
Ｄ≦Ｌ×｛１＋２（ｃｏｓθ2−ｃｏｓθ1）｝ ・・・・・・（１）
ここで、Ｄ：液滴径
Ｌ：パターン幅
θ1：第１接触角
θ2：第２接触角
である。 - 請求項１記載のパターン形成基材上の第１領域と第２領域とに跨がるように液滴を付着させることを特徴とするパターン形成方法。
- 上記第１領域が液滴に対して撥液性を示す撥液領域となるように第１接触角を設定し、上記第２領域が液滴に対して親液性を示す親液領域となるように第２接触角を設定することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
- 液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成されるべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、上記第１領域と第２領域との境界から液滴の付着中心との距離Ｘが、以下の（２）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴とするパターン形成方法。
- 液滴を対象面上に吐出することで所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
上記液滴を吐出する前に、該液滴に対して撥液性を示す第１領域と、該第１領域に隣接し、該液滴に対して親液性を示し、形成すべきパターンとなる第２領域とを上記対象面上に形成したときに、液滴を付着させるときの液滴の吐出ピッチＰが、以下の（３）式を満たすように、液滴を対象面上に付着させることを特徴とするパターン形成方法。
- 対象面上に、離散的に付着させた液滴同士をつなげて連続したパターンを形成することを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載のパターン形成方法。
- 液滴の吐出にインクジェットヘッドを用いることを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載のパターン形成方法。
- 上記第１領域および第２領域を、ほぼフラットに形成することを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載のパターン形成方法。
- 液滴が導電性粒子を含むことを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載のパターン形成方法。
- 上記第２領域が線状パターンであることを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載のパターン形成方法。
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