KR100669294B1

KR100669294B1 - 패턴 형성 기재 및 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR100669294B1
Application number: KR1020057003222A
Authority: KR
Inventors: 미쯔루 혼다; 다까야 나까바야시; 아끼요시 후지이
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2007-01-16
Also published as: AU2003242207A1; JP2004089878A; KR20050032615A; JP4170049B2; US20050245079A1; TW200415028A; TWI240675B; WO2004023540A1; US7119026B2

Abstract

본 발명의 패턴 형성 방법은 액적을 기판 상에 토출하기 전에 상기 액적이 대상면 상에 접촉하였을 때의 접촉각이 제1 접촉각인 발수 영역과, 이 발수 영역과 인접하고 상기 제1 접촉각보다도 작은 제2 접촉각이고, 형성되어야 할 패턴이 되는 친수 라인을 상기 기판 상에 형성할 때, 이하의 수학식1을 충족시키도록 상기 발수 영역과 친수 라인에 걸치도록 액적을 부착시킨다.

[수학식 1]

D ≤ L × {1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}

여기서, D : 액적 직경, L : 패턴 폭, θ₁ : 제1 접촉각, θ2 : 제2 접촉각이다. 이에 의해, 토출하는 액적수를 줄임으로써 택트 타임의 증가나 잉크젯의 수명 저하를 방지할 수 있다.

Description

패턴 형성 기재 및 패턴 형성 방법{BASIC MATERIAL FOR PATTERNING AND PATTERNING METHOD}

본 발명은 액적을 대상면 상에 토출함으로써 소정의 패턴이 형성되는 패턴 형성 기재 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

최근, 회로 기판의 배선 패턴을 잉크젯 기술에 의해 형성하는 것이 행해지고 있다. 잉크젯 기술을 이용하면, 배선 패턴을 기판 상에 직접 형성할 수 있으므로, 종래의 리소그래피를 이용한 인쇄 기술과 같이 진공 성막(vacuum deposition) → 포토리소그래피 → 에칭 → 레지스트 박리 공정 등의 비용이 드는 공정을 생략할 수 있고, 그 결과, 저렴한 가격으로 회로 기판을 작성할 수 있게 되는 효과를 발휘한다.

그런데, 잉크젯 헤드를 이용하여 배선 패턴을 형성하는 경우, 배선 재료를 포함하는 유동형의 잉크(액적)를 토출하여 기판 상의 소정의 위치에 착탄시켜 배선 패턴을 형성하고 있다. 이와 같이, 액적을 토출하여 기판에 착탄시킨 경우, 기판 표면의 특성으로부터 착탄된 액적이 지나치게 확대되거나, 분리되거나 할 우려가 있다. 이로 인해, 원하는 배선 패턴을 얻을 수 없게 되는 문제가 발생한다.

그래서, 착탄된 액적(landed droplet)이 지나치게 확대되거나, 분리되거나 하는 것을 최대한 억제하여 원하는 배선 패턴을 형성할 수 있는 방법이, 예를 들어 일본국 공개 특허 공보『일본 특허 공개 평11-204529호』(1999년 7월 30일 공개)에 개시되어 있다.

상기 공보에 개시된 기술에서는, 미리 배선 패턴이 될 수 있는 영역을 액적과 친화성을 갖도록, 또한 다른 영역을 액적과 비친화성을 갖도록 기판 표면을 개질하고, 기판 상의 친화성을 갖는 영역(패턴 형성 영역)에 액적을 토출하여 배선 패턴을 형성하고 있다. 이 경우, 패턴 형성 영역 이외가 액적과 비친화성의 영역으로 되어 있으므로, 기판 상의 패턴 형성 영역 상에 착탄된 액적은 상기 패턴 형성 영역을 넘어서 확대되는 일은 없다.

또한, 상기 공보에 개시된 기술에서는, 착탄된 액적이 분리되거나 하지 않도록 액적끼리의 일부가 포개어지도록 액적을 패턴 형성 영역에 착탄시키고 있다. 이에 의해, 기판에 착탄된 액적이 분리되거나 하는 것을 방지하고 있다.

그런데, 상기 공보에 개시된 패턴 형성 방법에서는 기판에 착탄된 액적이 분리되거나 하는 것을 방지하기 위해, 착탄된 액적끼리의 일부가 포개어지도록 액적을 토출하여 배선 패턴을 형성하고 있으므로 토출하는 액적수가 많다. 이와 같은 경우, 토출하는 액적수의 증가에 수반하는 배선 패턴을 형성하기까지의 일련의 처리 시간(택트 타임)의 증가나 잉크젯 헤드의 수명 저하를 초래하게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 각 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은 토출하는 액적수를 줄임으로써 택트 타임의 증가나 잉크젯 헤드의 수명 저하를 방지하여 양호한 배선 특성을 얻을 수 있는 패턴 형성 기재 및 패턴 형성 방법을 제공하는 데 있다.

도1의 (a)는 본 발명의 패턴 형성 기재의 측면도이다.

도1의 (b)는 본 발명의 패턴 형성 기재의 평면도이다.

도2의 (a)는 액적의 발수성을 설명하는 도면이다.

도2의 (b)는 액적의 친수성을 설명하는 도면이다.

도3의 (a) 내지 도3의 (d)는 기판 상에 친수 영역과 발수 영역을 형성하기 위한 공정을 나타내는 도면이다.

도4는 액적 직경과 피치의 관계를 나타내는 그래프이다.

도5는 본 발명의 패턴 형성 방법에 적용되는 패턴 형성 장치의 개략 사시도이다.

도6의 (a) 내지 도6의 (c)는 본 발명의 다른 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.

도7의 (a), 도7의 (b)는 본 발명의 또 다른 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.

도8의 (a), 도8의 (b)는 본 발명의 또 다른 패턴 형성 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명의 패턴 형성 기재는 액적을 대상면 상에 토출함으로써 소정의 패턴이 형성되는 패턴 형성 기재에 있어서, 상기 대상면 상에 상기 액적이 대상면 상에 접촉하였을 때의 접촉각이 제1 접촉각의 제1 영역과, 이 제1 영역과 인접하고, 상기 제1 접촉각보다도 작은 제2 접촉각의 제2 영역이 상기 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 액적을 부착시킬 때에 이하의 수학식1을 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

[수학식 1]

D ≤ L × {1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}

여기서, D : 액적 직경

L : 패턴 폭

θ₁ : 제1 접촉각

θ2 : 제2 접촉각

상기한 구성에 따르면, 상기 제2 접촉각이 제1 접촉각보다도 작은 것으로, 제2 영역 쪽이 제1 영역에 비해 액적과의 친액성이 높은 것이 된다. 이에 의해, 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 액적을 부착한 경우, 제1 영역에 부착되어 있는 액적이 상기 제1 영역보다도 친액성이 높은 제2 영역(패턴)에 모이게 된다.

게다가, 액적 직경, 배선 패턴 폭, 제1 접촉각, 제2 접촉각을 상기 수학식1을 충족시키도록 설정하면, 배선 패턴 폭보다도 큰 직경의 액적을 부착시켜도 액적은 제2 영역에 모이게 된다.

이와 같이, 패턴 폭보다도 큰 직경의 액적을 사용하면, 패턴 폭과 동일한 직경, 혹은 작은 직경의 액적을 사용한 경우에 비해 액적의 토출수를 줄일 수 있다.

이와 같이, 토출하는 액적수를 줄임으로써 택트 타임의 증가나 액적을 토출하기 위한 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드의 수명 저하를 방지할 수 있다.

액적이 배선 재료를 포함하고 이 액적으로 배선 패턴을 형성하는 경우, 토출하는 액적수가 감소함으로써 액적끼리가 포개어져 기판에 부착되는 일이 없게 되므로, 배선 두께의 변동의 저감, 즉 배선 저항의 변동의 저감을 도모할 수 있고, 이 결과, 양호한 배선 특성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1 영역이 액적에 대해 발액성(lyophobic)을 나타내는 발액 영역(lyophobic area)이 되도록 제1 접촉각을 설정하고, 상기 제2 영역이 액적에 대해 친액성(lyophilic)을 나타내는 친액 영역(lyophilic area)이 되도록 제2 접촉각을 설정하도록 해도 좋다.

이 경우, 제1 영역이 액적에 대해 발액성을 나타내는 발액 영역이 되고, 제2 영역이 액적에 대해 친액성을 나타내는 친액 영역이 되므로, 액적을 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 부착시킨 경우, 부착된 액적은 발액 영역인 제1 영역에서는 튀게 되고, 친액 영역인 제2 영역에서는 상기 제2 영역의 형상에 따라서 확대된다. 즉, 제1 영역에서 튀게 된 액적은 제2 영역에 유입, 제2 영역에 부착된 액적과 동시에 상기 제2 영역(패턴)에 따라서 확대하여 배선을 형성하게 된다.

따라서, 패턴이 되지 않는 영역, 즉 제1 영역을 액적에 대해 발액성을 갖는 영역으로 함으로써 제1 영역에 부착한 액적을 튀게 하여 확실하게 제2 영역으로 유입하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 제1 영역을 발액 영역, 제2 영역을 친액 영역이라 하면, 제1 접촉각과 제2 접촉각의 차가 커져 상기 수학식1의 우변이 커진다. 여기서, 수학식1의 우변이 커지는 것은, 배선 패턴 폭에 대한 액적 직경의 크기를 더욱 크게 할 수 있는 것을 나타낸다.

따라서, 액적 직경을 패턴 폭에 대해 더욱 크게 함으로써 토출하는 액적수를 더욱 적게 할 수 있고, 택트 타임을 감소시켜 액적을 토출하기 위한 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 방법은 액적을 대상면 상에 토출함으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 액적을 토출하기 전에 상기 액적에 대해 발액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하여 상기 액적에 대해 친액성을 나타내고, 형성되어야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 상기 제1 영역과 제2 영역의 경계로부터 액적의 부착 중심과의 거리(X)가 이하의 수학식2를 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 것을 특징으로 하고 있다.

[수학식 2]

여기서, X: 친발수 패턴(water attracting/water repelling pattern)

계면과 액적 착탄 중심과의 거리

D: 액적 직경

θ₁: 발수 부분(water repelling area)의 잉크에 대한 접촉각

상기한 구성에 따르면, 제1 영역과 제2 영역의 경계로부터 액적의 부착 중심과의 거리(X)가 상기한 수학식2를 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시킴으로써, 발액성을 나타내는 제1 영역에 부착된 액적은 친액성을 나타내는 제2 영역으로 이동할 수 있다. 즉, 액적의 부착 중심이 제2 영역에 없어도 액적을 제2 영역으로 이동시킬 수 있다.

이에 의해, 토출 정밀도가 낮은 액적 토출 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드를 사용하여 액적을 기판에 토출해도 형성해야 할 패턴이 되는 제2 영역에 확실하게 액적을 모을 수 있으므로 정밀도 좋게 패턴을 형성할 수 있다.

따라서, 패턴을 형성하기 위한 장치 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

여기서, 액적이 이동하는 것이 가능한 범위는 패턴 형상이 허용하는 한 큰 액적으로 하고, 발액 영역인 제1 영역에서의 액적의 접촉각(제1 접촉각)은 작게 한 쪽이 넓어진다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 방법은 액적을 대상면 상에 토출함으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 액적을 토출하기 전에 상기 액적에 대해 발액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하여 상기 액적에 대해 친액성을 나타내고, 형성해야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 액적을 부착시킬 때의 액적의 토출 피치(P)가 이하의 수학식3을 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 것을 특징으로 하고 있다.

[수학식 3]

여기서, P: 토출 피치(㎛)

D: 액적 직경(㎛)

L: 친수 라인폭(water attracting line width)(㎛)

상기한 구성에 따르면, 토출하는 액적 직경과 패턴 폭에 대해 액적의 토출 피치(P)를 상기 수학식3을 충족시키도록 설정함으로써, 선 폭, 선 두께의 변동이 적은 패턴을 형성할 수 있다.

여기서, 액적이 배선 재료를 포함하고, 소정의 패턴으로서 배선 패턴을 형성하는 경우에는, 배선 폭, 배선 두께의 변동이 적고, 저저항 또한 배선 단차가 적은 배선 패턴을 고처리량으로 형성하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 액적의 토출 피치를 상기 수학식3을 충족시키도록 설정함으로써 패턴의 형성에 필요한 액적의 토출수를 최소한으로 하는 것이 가능해지고, 택트 타임의 감소나 액적을 토출하는 기구(잉크젯 헤드)의 수명의 연장화를 도모할 수 있다.

또한, 대상면 상에 이산적으로 부착시킨 액적끼리를 연결하여 연속된 패턴을 형성해도 좋다.

이 경우, 액적의 토출수를 필요 최소한으로 하는 것이 가능해지므로, 택트 타임의 감소, 액적을 토출하는 기구의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

상기 액적의 토출에 잉크젯 헤드를 이용해도 좋다.

이 경우, 액적을 토출하기 위한 기구로서, 프린터 등에 이용되는 범용의 잉크젯 헤드를 유용할 수 있으므로, 패턴 형성을 위한 장치를 저렴한 가격으로 제조할 수 있다.

상기 제1 영역 및 제2 영역을 대략 평평하게 형성해도 좋다.

이 경우, 대략 평평하다라 함은, 제1 영역과 제2 영역과의 단차가 형성되는 패턴 두께에 비해 상당히 작은 상태를 말한다. 이와 같이 함으로써, 제1 영역과 제2 영역의 액적에 대한 친화성의 차를 명확하게 하기 위해 뱅크를 형성할 필요가 없으므로, 패턴 형성의 공정수를 단축할 수 있다.

액적이 도전성 입자를 포함하도록 해도 좋다.

이 경우, 액적을 토출하여 형성되는 패턴이 배선 패턴이 되므로, 선 폭, 선두께의 변동이 없는 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 토출되는 액적수가 감소함으로써 액적끼리가 포개어져 기판에 부착되지 않게 되므로, 배선 두께의 변동의 저감, 즉 배선 저항의 변동의 저감을 도모할 수 있어, 이 결과 양호한 배선 특성을 얻을 수 있다.

상기 제2 영역이 선 형상 패턴이라도 좋다.

이 경우, 선 형상으로 함으로써 배선 형성이 가능해진다. 또한, 특히 폭이 좁은 선 형상 패턴으로 함으로써 배선 밀도를 높게 하는 것이 가능해진다. 또한, 액정 패널용 배선에 이용하는 경우에는 게이트 소스 드레인 배선은 선 형상으로 하는 것이 불가결하고, 특히 게이트 소스 드레인 배선은 금속 재료로 형성되므로 패널 휘도 향상을 위해서는 배선 폭은 좁은 쪽이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 나타내는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이익은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백해질 것이다.

이하, 실시 형태 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명하면 이하와 같다. 또, 본 실시 형태에서는 액정 패널의 제조 공정 중, TFT(Thin Film Transistor)의 게이트 배선의 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.

우선, 본 발명의 패턴 형성 방법을 실현하기 위한 패턴 형성 장치에 대해 이하에 설명한다.

본 실시 형태에 관한 패턴 형성 장치는 도5에 도시한 바와 같이 기판(11)을 적재하는 스테이지(12)를 구비하고, 이 스테이지(12) 상에, 상기 기판(11) 상에 대해 배선 재료를 포함하는 유동형의 잉크(액적)를 토출하는 액적 토출 수단으로서의 잉크젯 헤드(13)와, 잉크젯 헤드(13)를 y 방향으로 이동시키는 y 방향 구동부(14) 및 x 방향으로 이동시키는 x 방향 구동부(15)가 설치되어 있다.

또한, 상기 패턴 형성 장치에는 잉크젯 헤드(13)에 액적을 공급하는 액적 공급 시스템(16)과 액배관(18), 잉크젯 헤드(13)의 토출 제어, y 방향 구동부(14), X 방향 구동부(15)의 구동 제어 등의 각종 제어를 행하는 장치 제어 유닛(17)이 설치되어 있다.

상기 잉크젯 헤드(13)와 액적 공급 시스템(16) 사이에는 액배관(18)이 설치되어 있고, 액적 공급 시스템(16)에 의해 잉크젯 헤드(13)로의 액적의 공급 제어가 행해진다.

또한, 상기 잉크젯 헤드(13), y 방향 구동부(14) 및 X 방향 구동부(15)와 장치 제어 유닛(17) 사이에는 신호 케이블(도시 생략)이 설치되어 있고, 장치 제어 유닛(17)에 의해 잉크젯 헤드(13)의 액적의 토출 제어, y 방향 구동부(14), x 방향 구동부(15)의 구동 제어가 행해진다.

즉, 상기 장치 제어 유닛(17)으로부터 기판(11)으로의 배선 패턴 정보(도포 위치 정보)를 y 방향 구동부(14), x 방향 구동부(15)와 연동하여 잉크젯 헤드(13)의 드라이버(도시하지 않음)에 토출 정보가 입력되고, 목적 위치에 목적량의 액적을 공급하도록 되어 있다. 이에 의해, 기판(11)의 전체 영역에 대해 액적을 적하하는 것이 가능해진다.

상기 잉크젯 헤드(13)로서는, 전압을 인가하면 변형되는 압전 소자를 사용하여 순간적으로 잉크실의 액압을 높임으로써 노즐로부터 액체(액적)을 밀어내는 피에조 방식의 잉크젯 헤드나, 헤드에 부착한 히터에 의해 액체 내에 기포를 발생시켜 액체를 밀어내는 서멀 방식의 잉크젯 헤드가 사용된다. 어떠한 방식의 잉크젯 헤드라도 압전 소자나 히터에 인가하는 전압에 따라서 토출되는 액적 직경을 조정할 수 있다.

본 실시 형태에서는 상술한 패턴 형성 장치에 있어서, 잉크젯 헤드(13)로서 55 ㎛ 직경의 복수 노즐을 구비한 피에조 구동형 잉크젯 헤드를 이용하여, 구동 전압 파형을 변화킴으로써 토출 액적 직경을 50 ㎛ 내지 75 ㎛까지 변화시키도록 되어 있다.

다음에, 상기 패턴 형성 장치에 의해 기판(11) 상에의 배선 패턴의 형성 방법에 대해 도1의 (a) 및 도1의 (b)를 참조하면서 이하에 설명한다. 도1의 (a)는 액적의 기판에의 착탄 전후의 상태를 도시하는 측면도를 나타내고, 도1의 (b)는 액적의 기판에의 착탄 전후의 상태를 도시하는 평면도를 나타낸다.

본 실시 형태에 관한 패턴 형성 기재는 도1의 (a) 및 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 기판(11) 상에 배선 패턴이 되는 친수 라인(제1 영역)(6)과 발수 영역(제2 영역)(7)을 형성하고, 친수 라인(6) 상에 상기 친수 라인(6)의 선 폭(L)보다도 큰 직경(D)의 액적(8)을 토출시키고, 상기 액적(8)이 갖는 에너지 상태의 변화에 의해 상기 액적(8)을 친수 라인(6) 내로 모이도록 하는 것이다. 즉, 액적(8)의 직경(D)이 친수 라인(6)의 폭(L)보다도 큰 경우, 착탄 직후에 친수 라인(6)으로부터 비어져 나온 액적(8)은 발수 영역(7)에 의해 튀게 되어 친수 라인(6)에 모이게 된다.

또, 상기 친수 라인(6)과 발수 영역(7)은 후술하는 바와 같이 화학적인 처리가 실시되어 얻게 되는 것이므로, 기판(11) 상에서 대략 평평한 상태로 되어 있다. 이로 인해, 종래와 같이 뱅크를 형성하여 배선 패턴을 형성하는 경우에 비해 제조 공정수를 줄일 수 있다.

상기한 패턴 형성 기재를 이용하면, 배선 패턴의 선 폭보다도 큰 직경의 액적을 사용해도 모든 액적이 배선 패턴에 모이게 되므로, 적은 액적수로 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 토출되는 액적수가 적으면, 택트 타임의 감소, 잉크젯 헤드의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

우선, 도1의 (a)와 같이 직경(D)의 액적(8)이 양측을 발수 영역(7) 사이에 끼우게 된 라인 폭(L)이 등폭인 친수 라인(6) 상으로 적하된 경우를 생각한다. 상기 액적(8)이 도2의 (a)와 같이 발수 영역(7)으로 적하된 경우의 접촉각을 θ₁, 친수 영역인 친수 라인(6)으로 적하된 경우의 접촉각을 θ₂라 하면, 양측을 발수 영역(7) 사이에 끼우게 된 라인 폭(L)이 등폭인 친수 라인(6) 상으로 적하된 경우, 접촉각은 캐시의 접촉각(θ_c)을 취한다(θ₁ ＞ θ_c ＞ θ₂). 또한, 액적(8)의 표면 에너지를 γ라 하고, 적하된 액적(8)의 반경이 x만큼 수축하여 친수 라인(6)에 따라서 신장하는 동안에, 액적(8)의 변형에 수반하여 소비되는 에너지(ΔW)는,

ΔW ＝ 2Dγ(cosθ₂ － cosθ₁)x

로 근사할 수 있다.

동일하게 변형에 수반하는 표면적의 증가량을 ΔS라 하면, 변형에 의해 증가하는 액적(8)의 표면 에너지(γΔS)는

γΔS ＝ γ(D － L)Dx/L

로 근사할 수 있다.

따라서, 상기 두 개의 합으로 나타내는 모든 에너지 변화(ΔE)는,

ΔE ＝ γ{D － L － 2L(cosθ₂ － cosθ₁)} Dx/L

로 나타낼 수 있다.

여기서, D － L － 2L(cosθ₂ － cosθ₁) ＞ 0, 즉

L ＜ D/{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}일 때,

액적(8)의 변형에 대해 ΔE는 단조 증가가 되므로 변형은 발생하지 않는다.

또한, D － L － 2L(cosθ₂ － cosθ₁) ＜ 0, 즉

L ＞ D/{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}

액적(8)의 변형에 대해 ΔE는 단조 감소가 되므로, 모두 친수 라인(6)에 들어갈 때까지 액적(8)은 계속 변형한다.

예를 들어, 제2 접촉각(θ₂)이 O°, 제1 접촉각(θ₁)이 90°일 때는, D ＜ 3L이 되고, 친수 라인의 선 폭의 3배까지의 직경의 액적을 사용해도 배선을 적절하게 형성할 수 있게 된다. 즉, 이 경우, 액적 직경의 1/3인 선 폭의 배선을 형성 할 수 있게 된다.

또한, 제2 접촉각(θ₂)이 0°, 제1 접촉각(θ₁)이 180°일 때는, D ＜ 5L이 되고, 친수 라인의 선 폭의 5배까지의 직경의 액적을 사용해도 배선을 적절하게 형성할 수 있게 된다. 즉, 이 경우, 액적 직경의 1/5인 선 폭의 배선을 형성할 수 있게 된다.

따라서, 상기 수학식1에 포함되는 4개의 변수(θ₁, θ₂, D, L)를 조정하여 상기 수학식1을 충족시키도록 하면, 액적 직경(D)과 배선 패턴의 선 폭(L)과의 관계를 적절한 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 액적 직경(D)이 고정되어 있으면, 필요한 배선 패턴의 선 폭(L)을 얻기 위해 제1 접촉각(θ₁), 제2 접촉각(θ₂)을 조정한다.

여기서, 배선 패턴 형성에 대한 구체예를 이하에 설명한다.

우선, 배선 패턴을 형성하기 전에, 기판(11)의 표면 개질 처리에 대해 도3의 (a) 내지 도3의 (d)를 참조하면서 이하에 설명한다. 도3의 (a) 내지 도3의 (d)는 배선 패턴의 형성 전의 기판(11)의 표면 개질 처리의 각 공정을 나타내는 도면이다.

우선, 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 유리 기판(1) 상에 스핀 코팅법 등을 이용하여, 실란 커플링제 등으로 이루어지는 습윤성 변화층(2)을 도포 및 건조시킴으로써 형성하였다. 또, 본 실시 형태에서는 습윤성 변화층(2)으로서, 불소계 비이온 계면 활성제인 ZONYL FSN(상품명, 듀폰사제)을 이소프로필 알코올에 혼합하여 이용하였다.

다음에, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이, 미리 크롬 등으로 이루어지는 마스크 패턴(4) 및 산화 티탄 등으로 이루어지는 광촉매층(5)이 형성된 포토 마스크(3)를 통하여 UV 노광을 행하였다. 또, 본 실시 형태에서는, 광촉매층(5)은 이산화 티탄 미립자 분산체와 에탄올의 혼합물을 스핀 코팅법을 이용하여 도포한 후, 150 ℃에서 열처리함으로써 형성하고 있다. 또한, 노광 조건은 수은 램프(파장 365 ㎚)에 의해 70 mW/㎠의 조도로 2분간 노광을 행하였다.

그 결과, 도3의 (c) 및 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 UV 노광된 부분만큼이 습윤성이 향상되어 친수 라인(6)이 형성되었다. 또, 본 실시 형태에서는 형성된 친수 라인(6)의 폭을 50 ㎛로 하였다.

여기서, 친수 라인(6) 이외의 영역은 발수 영역(7)이 되고, 기판(11) 상에 배선 패턴으로서의 친발수 패턴이 형성되게 된다.

그리고, 친발수 패턴을 형성한 기판(11) 상에 게이트 배선 재료를 상술한 패턴 형성 장치를 이용하여 적하함으로써 게이트 배선을 형성한다.

배선 형성에 이용한 액체 배선 재료(액적)는 Ag 미립자를 물과 에탄올과 디에틸렌글리콜의 혼합용제에 분산시킨 것을 이용하고, 점도는 미리 약 10 cP로 조정하고 있다. 여기서, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 상술한 처리에 의해 얻게 된 발수 영역(7) 상에 있어서의 상기 액적의 제1 접촉각(θ₁)은 80°, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 상술한 처리에 의해 얻게 된 친수 라인(6) 상에 있어서의 상기 액적의 제2 접촉각(θ₂)은 10°였다.

상술한 패턴 형성 장치를 이용하여, 도1의 (a)에 도시한 바와 같이 친발수 패턴을 형성한 기판(11) 상에 액적(8)을 적하한다. 토출 액적 직경(D)이 75 ㎛인 경우, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 적하된 액적(8)은 친수 라인(6)에 따라서 라인 형상을 형성한다. 또, 액적(8)의 착탄 위치는 친수 라인(6)의 중앙으로 하였다.

상기 수학식1에 제1 접촉각(θ₁) ＝ 80°와 제2 접촉각(θ₂) ＝ 10°를 대입하여 액적 직경(D)과 친수 라인 폭(L)의 관계를 구하면, 이하와 같이 된다.

D ≤ 2.62L

이는, 상기 조건의 경우에 액적 직경(D)은 친수 라인 폭(L)의 약 2.62배까지 크게 해도 라인 형성이 가능한 것을 나타내고 있다. 즉, 액적 직경(D)의 1/2.62 ≒ 0.38의 폭 라인을 형성할 수 있는 것을 나타내고 있다.

상기와 같은 조건으로, 폭이 다른 친수 라인(6) 상에 적하한 경우의 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

라인 폭(㎛)	75	50	30	20
결과	○	○	○	×

○ : 라인 형성 가능 × : 라인 형성 불가능

표 1로부터, 라인 폭 20 ㎛에서는 라인 형성이 불가능한 것을 알 수 있었다. 이는, 라인 폭 20 ㎛의 경우, 20/75 ≒ 0.27이 되고, 상술한 0.38보다도 작기 때문에 상기 수학식1을 충족시키지 않게 되기 때문이라 생각된다.

또한, 액적(8)의 사이즈, 즉 액적 직경(D)을 변화시켜 폭이 다른 친수 라인(6) 상으로 적하한 경우의 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 단, 액적 직경(D) ＝ 35 ㎛의 경우에는 잉크젯 헤드를 교환하고 있다.

라인폭(㎛)	30	20	15	10
액적 직경 65 ㎛	○	×	×	×
액적 직경 50 ㎛	○	○	×	×
액적 직경 35 ㎛	○	○	○	×

○ : 라인 형성 가능 × : 라인 형성 불가능

표 2에 있어서도, 상기 수학식1을 충족시키지 않는 경우에는 라인 형성이 불가능한 것을 알 수 있었다.

여기서, 액적 직경(D)과 토출 피치의 관계에 대해 이하에 설명한다.

패턴 형성 방법 및 게이트 배선의 형성 방법, 이용한 패턴 형성 장치, 잉크젯 헤드(13)는 상기한 예와 동일하다. 또한, 배선 형성에 이용한 액체 배선 재료[액적(8)]는 Ag 미립자를 물에 분산시킨 것을 이용하고, 점도는 미리 약 5 cP로 조정하고 있다. 이 경우, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 발수 영역(7) 상에 있어서의 액적(8)의 제1 접촉각(θ₁)은 100°, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 친수 라인(6) 상에 있어서의 액적(8)의 제2 접촉각(θ₂)은 1O °였다.

상술한 패턴 형성 장치를 이용하여, 도1의 (a)에 도시한 바와 같이 친발수 패턴을 형성한 기판(11) 상에 액적(8)을 적하한다. 액적(8)의 착탄 위치는 친수 라인(6)의 중앙으로 하였다.

그리고, 액적 사이즈를 변화시켜 Ag 농도 10 용량 ％의 잉크 재료[액적(8)]를 친수 라인 폭 25 ㎛에 대해 막 두께 0.3 ㎛로 설정하고, 적하된 경우의 결과를 이하의 표 3에 나타낸다. 단, 액적 직경이 25 ㎛ 내지 45 ㎛인 경우에는 헤드를 교환하고 있다.

친발수 경계로부터의 거리(㎛)	40	50	100	110
액적 직경 75 ㎛	○	○	○	×
액적 직경 35 ㎛	○	×	×	×

○ : 라인 형성 가능 × : 라인 형성 불가능

이상의 결과로부터도, 상기 수학식1을 충족시킴으로써 라인 형성이 가능하고, 토출 액적 직경(D)을 크게 할수록 토출 피치를 크게 하는 것이 가능해지고, 택트 타임을 단축 및 헤드의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있다.

상기 표3에 나타내는 결과를 플롯한 것을 도4에 나타낸다. 도4에 나타내는 그래프로부터, 액적 직경(D)을 50 ㎛ 이상으로 함으로써 피치를 비약적으로 크게 할 수 있으므로, 택트 타임의 단축 및 헤드의 수명 장기화를 위해서는,

2L ≤ D ≤ L{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}

로 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 도4에 나타내는 그래프로부터, 액적 직경이 54 ㎛ 이상에서는 액적 직경이 라인 폭과 동일한 경우와 비교하여 피치를 10배 이상으로 확대하는 것이 가능해지고, 결과적으로 택트 타임을 1/10, 헤드 수명을 10배로 연장시키는 것이 가능해지는 것을 알 수 있다.

따라서, 택트 타임의 단축 및 헤드의 수명 장기화를 위해서는,

2.15L ≤ D ≤ L{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}

로 설정하는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.

이상의 점으로부터, 액적 직경(D)을, D ≤ L{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}, 바람직하게는 2L ≤ D ≤ L{1 ＋ 2(cosθ₂ － cosθ₁)}, 더욱 바람직하게는 2.15L ≤ D ≤ L{1 + 2(cosθ₂- cosθ₁)}의 관계를 충족시키도록 설정함으로써, 큰 액적으로 넓은 피치로 토출시킬 수 있으므로 택트 타임의 단축과 헤드의 수명 장기화를 확보할 수 있다.

즉, 대상면인 기판(11)의 친수 라인(6) 상에 이산적으로 부착시킨 액적(8)끼리를 연결하여 연속한 패턴을 형성하게 된다. 이에 의해, 액적(8)의 토출수를 필요 최소한으로 하는 것이 가능해지므로, 택트 타임의 감소 및 액적을 토출시키는 기구(잉크젯 헤드)의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 택트 타임의 단축과 헤드의 수명 장기화를 확보하기 위해 액적의 토출 피치를 넓게 설정한 경우 및 형성되는 라인 폭이 부분적으로 좁게 되어 있는 부분 등이 존재하는 경우, 그 부분만큼 액적이 라인에 들어가지 않는 문제가 발생되지만, 형성하고자 하는 라인 폭에 따라서 헤드의 구동 파형 등을 제어함으로써 토출 액적 직경을 변화시킴으로써, 라인 폭에 상관없이 모든 폭의 라인을 충분한 택트 타임과 충분한 헤드 수명으로 형성하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 라인 폭에 따라서 토출하는 액적 직경을 변화시키는 예에 대해, 이하의 제2 실시 형태에서 설명한다.

[제2 실시 형태]

본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명하면 이하와 같다. 또한, 패턴 형성 장치에 대해서는 상기 제1 실시 형태와 동일한 것을 사용하므로 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 TFT 액정 모니터 패널의 게이트 배선 패턴의 형성 방법에 대해 설명한다.

도6의 (a)는 본 실시 형태에서 이용하는 게이트 배선 패턴을 도시한다. 이 게이트 배선 패턴에서는, 친수 라인(21)과 발수 영역(22)으로 형성되는 친발수 패턴이고, 친수 라인(21)의 선 폭이 똑같지 않고 일부의 부분에서 선 폭이 좁게 되어 있는 부분이 있다. 즉, 친수 라인(21)은 친수 라인(21a 내지 21d)과 같이 선 폭이 각각 다르다. 여기서, 다른 라인보다도 좁은 친수 라인(21b, 21c)의 선 폭은 20 ㎛, 그 이외의 부분[친수 라인(21a, 21d)]의 선 폭은 30 ㎛이다. 이 친발수 패턴의 생성 방법은 상기 제1 실시 형태와 동일하다.

다음에, 친발수 패턴을 형성한 기판 상에 게이트 배선 재료를 잉크젯법을 이용하여 적하함으로써 게이트 배선을 형성한다. 여기서, 이용한 패턴 형성 장치 및 잉크젯 헤드(13)는 상기 제1 실시 형태와 동일하며, 토출 액적 직경을 50 ㎛로부터 75 ㎛까지 변화시키는 것을 가능하게 한다.

또한, 이용한 액체 배선 재료(액적)도 상기 제1 실시 형태와 동일하며, 발수 영역(22) 상에 있어서의 액적의 제1 접촉각(θ₁)은 80 °, 친수 라인(21)에 있어서의 액적의 제2 접촉각(θ₂)은 10 °이다.

그리고, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 친수 라인(21) 상에 있는 액적(23)을 잉크젯 헤드를 이용하여 적하하지만, 선 폭 30 ㎛의 패턴 상에는 액적 직경 75 ㎛로, 선 폭 20 ㎛의 패턴 상에는 액적 직경 50 ㎛로 적하하고 있다. 이와 같이, 선 폭에 의해 액적 직경을 변화시킴으로써 모든 친수 라인(21)에 액적(23)을 배치할 수 있다[도6의 (c)].

또한, 선 폭 20 ㎛의 패턴 상에도 액적 직경 75 ㎛로 적하한 경우에는, 선 폭 20 ㎛의 패턴에는 배선 재료는 들어가지 않았다. 또한, 모든 패턴 상에 액적 직경 50 ㎛로 적하한 경우에는 배선 형성은 가능하지만, 선 폭 30 ㎛의 패턴에 액적 직경 75 ㎛로 적하한 경우와 비교하여 택트 타임이 증가하였다. 그로 인해, 바람직하게는 각각의 선 폭에 대해,

2L ≤ D ≤ L{1 + 2(cosθ₂- cosθ₁)}

을 충족시키도록 액적 직경을 변화시키는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 각각의 선 폭에 대해,

2.15L ≤ D ≤ L{1 + 2(cosθ₂- cosθ₁)}

을 충족시키도록 액적 직경을 변화시킴으로써 선 폭이 다른 패턴에 있어서도 액적을 넣은 것이 가능해지고, 또한 충분한 택트 타임과 충분한 헤드 수명을 얻는 것이 가능해진다.

상기한 각 실시 형태에서는, 액적을 친수 라인의 중앙에 적하하는 것을 전제로 한 예에 대해 설명하였지만, 액적을 친수 라인의 중앙에 적하하기 위해서는 정밀도가 높은 잉크젯 헤드를 사용할 필요가 있다. 그러나, 적하 정밀도가 높은 잉크젯 헤드는 고가이므로, 패턴 형성 장치 전체의 가격 상승을 초래할 우려가 있다.

그래서, 이하의 제3 실시 형태에서는 액적이 친수 라인의 중앙에 적하되지 않아도, 친수 라인 상에 응집 라인을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.

[제3 실시 형태]

본 발명의 또 다른 실시 형태에 대해 설명하면 이하와 같다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도3의 (a) 내지 도3의 (d)에 도시한 표면 개질 처리 방법에 의해 기판(11)의 표면이 개질되어 친수 라인(6)과 발수 영역(7)에서 친발수 패턴을 형성하고, 이 친발수 패턴을 이용하여 배선 라인을 형성하는 예에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 패턴 형성 방법은, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 액적(8)의 기판(11)으로의 착탄 직후에 있어서, 액적(8)이 친수 라인(6)의 중심으로부터 벗어난 상태로 되어 있을 때에, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 액적(8)을 친수 라인(6) 상으로 이동시키는 방법이다.

우리들은 액적(8)이 기판(11)에 착탄되었을 때, 액적(8)의 기판(11)으로의 접지면의 일부라도 친수 라인(6) 상에 존재함으로써, 액적(8) 전체가 발수 영역(7)으로부터 친수 라인(6)으로 이동할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 친수 라인(6)과 발수 영역(7)의 경계와 액적(8)의 착탄 위치의 거리를, 액적(8)이 착탄되었을 때의 원형 접지면의 반경보다도 작게 설정함으로써 액적(8) 전체가 발수 영역(7)으로부터 친수 라인(6)으로 이동할 수 있다. 여기서, 착탄 전의 액적의 반경을 R₁, 액적의 발수 영역에서의 접촉각을 θ₁, 액적이 착탄되었을 때의 원형 접지면의 반경을 R₂라 하면,

R₂ = R₁x3√{4/(2 - 3cosθ₁- cos³θ₁)}

이므로, 상기 R₂를 액적 직경(D)으로 환산하면 이하의 수학식2를 얻을 수 있다.

[수학식 2]

여기서, X: 친발수 패턴 계면과 액적 착탄 중심과의 거리

D: 액적 직경

θ₁: 발수 부분의 잉크에 대한 접촉각

즉, 본 실시 형태에 관한 패턴 형성 방법은 잉크젯법으로 친발수 기초 패턴을 이용하여 패턴(라인 형상에 한정되지 않음)을 형성하는 경우에 있어서, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 액적(8)의 착탄 위치를 친발수 경계(6a)로부터 이하의 수학식2에서 규정한 범위 내로 설정함으로써, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 발수 영역(7)으로부터 액적(8)을 이동시킬 수 있으므로, 액적(8)의 착탄 위치가 친수 라인(6) 상에 없어도 소정의 위치로 액적을 이동시킬 수 있고 정밀도가 낮은 잉크젯 헤드를 이용한 경우라도 정밀도 좋게 패턴을 형성하는 것이 가능해져, 패턴 형성 장치의 제조에 관한 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 친발수 패턴 형상이 허용하는 한 큰 액적(8)으로 하고 발수 영역(7)의 액적(8)의 접촉각은 작게 한 쪽이, 액적(8)이 이동하는 것이 가능한 범위는 넓어진다.

[수학식 2]

여기서, X: 친발수 패턴 계면과 액적 착탄 중심과의 거리

D: 액적 직경

θ₁: 발수 부분의 잉크에 대한 접촉각

여기서, 친수 라인 폭 50 ㎛의 경우에 액적의 착탄 위치를 변화시킨 경우의 결과를 이하의 표4에 나타낸다. 또한, 배선 형성에 이용한 액체 배선 재료(액적)는, Ag 미립자를 물과 에탄올과 디에틸렌글리콜의 혼합 용제에 분산시킨 것을 이용하고, 점도는 이미 약 10 cP로 조정되어 있다. 여기서, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이, 상술한 처리에 의해 얻게 된 발수 영역(7) 상에 있어서의 상기 액적(8)의 제1 접촉각(θ₁)은 80 °, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 상술한 처리에 의해 얻게 된 친수 라인(6) 상에 있어서의 상기 액적(8)의 제2 접촉각(θ₂)은 10 °였다.

액적 직경(㎛)	25	30	40	45	50	55	65	70	75	80	85
피치(㎛)	0.11	0.19	0.45	0.64	0.87	1.16	1.92	2.39	2.94	3.57	×

표 중 기호 × : 라인 형성 불가 NG

표4에 있어서, 액적 직경 75 ㎛의 경우에는 친발수 경계(6a)로부터의 거리가 100 ㎛까지 라인 형성이 가능하였지만, 액적 직경 35 ㎛의 경우에는 친발수 경계(6a)로부터의 거리가 40 ㎛까지 라인 형성이 가능한 것을 알 수 있었다.

이상과 같이, 잉크젯 헤드에 의한 적하 실험에 의해, 적하 후 액적의 접지면의 일부라도 친수 라인 상에 있으면, 액적 전체가 친수 라인 상으로 이동하는 것이 확인되어 있다. 그래서, 상기 수학식2에서 규정한 바와 같이 미리 착탄 전의 액적 반경과 착탄 위치를 설정함으로써, 낮은 정밀도의 잉크젯 헤드를 이용한 경우에도 정밀도 좋게 패턴 형성할 수 있다.

[제4 실시 형태]

본 발명의 또 다른 실시 형태에 대해 설명하면 이하와 같다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도3의 (a) 내지 도3의 (d)에 도시한 표면 개질 처리 방법에 의해, 기판(11)의 표면이 개질되어 친수 라인(6)과 발수 영역(7)에서 친발수 패턴을 형성하고, 이 친발수 패턴을 이용하여 배선 라인을 형성하는 예에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 패턴 형성 방법에 대해, 도8의 (a) 및 도8의 (b)를 참조하면서 이하에 설명한다. 도8의 (a)는 액적(8)의 착탄 직전의 측면도이고, 도8의 (b)는 액적(8)의 착탄 직전의 평면도이다.

본 패턴 형성 방법에서는, 토출 액적 직경과 배선을 형성하는 친수 라인 폭에 대해 토출 피치를 이하의 수학식3을 충족시키도록 설정함으로써, 배선 폭 및 배선 두께의 변동이 적고, 저저항 또한 배선 단차가 적은 도체 패턴을 고처리량으로 형성 가능하게 할 수 있다.

[수학식 3]

여기서, P: 토출 피치(㎛)

D: 액적 직경(㎛)

L: 친수 라인폭(㎛)

상기 수학식3은 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 패턴 형성 방법에서는, 미리 친수 라인 폭(L)의 패턴을 기판에 형성하고 있는 경우에는, 액적 직경(D)과 토출 피치(P)를 제어함으로써 배선의 막 두께를 제어할 수 있는 것을 이용한 방법이다.

따라서, 상기 수학식3을 얻기 위해 이하의 항목을 계산으로 구할 필요가 있다.

① 액적 직경(D)와 토출 피치(P)로부터 구할 수 있는 액적의 전체 면적(V)

② 액적의 전체 면적(V)과 친수 라인 폭(L)으로부터 산출되는 막 두께

③ 패턴 형성에 적합한 막 두께의 조건에 의해 산출되는 토출 피치(P)

상기 토출 피치[P(㎛)]로 하면, 1 ㎛당 돗트수는 1/P(dot/㎛)가 된다.

또한, 액적 직경을 D라 하면, 부피(V)는 V = πD³/6이 되므로 1 ㎛당 전체 부피는,

1/P ×πD³/6 = πD³/6P(㎛³)

이다.

라인 폭을 L(㎛)이라 하면 액적의 높이는 πD³/6LP가 되고, Ag 농도를 b(용량 ％)라 하면 Ag의 높이[t(㎛)]는

t = πbD³/600LP

로 나타낼 수 있다.

변형하면 토출 피치(P)는, P = (πb/600t) × (D³/L)

이 된다.

여기서, 토출 액적 직경과 배선을 형성하는 친수 라인 폭에 대해, 우리들은 πb/600t를 0.04 이상 0.4 이하로 설정함으로써 배선 폭 및 배선 두께의 변동이 적고, 저저항 또한 배선 단차가 적은 배선 패턴을 고처리량으로 형성하는 것이 가능해지는 것을 발견하였다.

여기서, 상기 패턴 형성 방법에 있어서 친수 라인 폭 50 ㎛에 75 ㎛ 직경의 액적을 착탄 피치를 변화시켜 적하한 경우의 배선 형성 결과를 이하의 표5에 나타낸다. 표 중 수치는, 잉크젯 공정 후 액체 배선 재료를 250 ℃/10분으로 열 처리함으로써 용매를 건조시키고, 재료를 소성한 후의 배선 형성 막 두께를 나타낸 것이다. 또한, 액체 배선 재료는 액 중에 Ag 미립자를 10 부피 ％의 비율로 함유하고 있는 것을 이용하였다.

착탄 피치(㎛)	350	400	1500	3000	3500
결과(막 두께 ㎛)	△(1.47)	○(1.10)	○(0.30)	○(0.15)	×(0.13)

○ : 배선 특성 양호 △ : 배선 단차가 지나치게 커 NG × : 배선 저항이 지나치게 커 NG

표5로부터, 착탄 피치가 350 ㎛로 작아도 또한 착탄 피치가 3500 ㎛로 커도 적절한 배선 패턴을 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다.

마찬가지로, 상기 패턴 형성 방법에 있어서 친수 라인 폭 20 ㎛에 50 ㎛ 직경의 액적을 착탄 피치를 변화시켜 적하한 경우의 배선 형성 결과를 이하의 표6에 나타낸다. 표 중 수치는, 잉크젯 공정 후 액체 배선 재료를 250 ℃/10분으로 열 처리함으로써 용매를 건조시키고, 재료를 소성한 후의 배선 형성 막 두께를 나타낸 것이다. 또한, 액체 배선 재료는 액 중에 Ag 미립자를 10 부피 ％의 비율로 함유하고 있는 것을 이용하였다.

착탄 피치(㎛)	200	250	1000	2300	2600
결과[막 두께(㎛)]	△(1.64)	○(1.31)	○(0.33)	○(0.14)	×(0.13)

표6으로부터, 착탄 피치가 200 ㎛로 작아도 또한 착탄 피치가 2600 ㎛로 커도 적절한 배선 패턴을 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다.

이상의 점으로부터, 액적 재료가 동일하면 착탄 피치는 친수 라인 폭 및 액적 직경에 따라서 적절한 범위가 정해지는 것을 알 수 있다.

또한, 상기한 각 실시 형태에 있어서는 배선 형성에 이용한 액체 배선 재료(액적)는, Ag 미립자를 물과 에탄올과 디에틸렌글리콜의 혼합 용제에 분산시킨 것을 사용하고 있었으므로, 친액성을 친수성, 발액성을 발수성이라 표현하여 기재하고 있지만, 예를 들어 액적의 배선 재료를 혼합하는 용제가 수계가 아닌 유계라도 좋다. 이 경우에는, 친액성을 친유성, 발액성을 발유성이라 표현하면 된다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서는 액적을 패턴 형성 기재인 기판(11)에 토출시키기 위한 기구로서, 잉크젯 헤드를 이용한 잉크젯 방식을 이용한 예에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 액적 직경을 제어할 수 있어 토출할 수 있는 기구라면 좋다.

또한, 잉크젯 헤드도 피에조형에 한정되는 것은 아니며, 버블젯(등록 상표)과 같은 서멀형이라도 좋다.

또한, 기판(11) 상에 형성되는 제2 영역[친수 라인(6)]은 선 형상이면 좋다. 이 선 형상이라 함은 상기한 각 실시 형태에서 나타낸 단책 형상이 아니라도 좋으며, 지그재그로 되어 있어도 좋고 테이퍼 형상이라도 좋다. 또한, 이들 형상을 조합한 것이라도 좋다. 또한, 상기 선 형상은 반드시 윤곽선이 직선적이 아니라도 좋고, 곡선 및 지그재그 형상을 포함해도 좋다.

이와 같이, 친수 라인(6)을 선 형상으로 함으로써 배선 형성이 가능해진다. 또한, 특히 폭이 좁은 선 형상 패턴으로 함으로써 배선 밀도를 높게 하는 것이 가능해진다. 또한, 액정 패널용 배선에 이용하는 경우에는 게이트·소스·드레인 배선은 선 형상으로 하는 것이 불가결하며, 특히 게이트·소스·드레인 배선은 금속 재료로 형성되므로, 패널 휘도 향상을 위해서는 배선 폭은 좁은 쪽이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명의 패턴 형성 기재는 액적을 대상면 상으로 토출시킴으로써 소정의 패턴이 형성되는 패턴 형성 기재에 있어서, 상기 대상면 상에, 상기 액적이 대상면 상에 접촉하였을 때의 접촉각이 제1 접촉각의 제1 영역과, 이 제1 영역과 인접하고 상기 제1 접촉각보다도 작은 제2 접촉각의 제2 영역이, 상기 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 액적을 부착시킬 때에, 이하의 수학식1을 충족시키도록 형성되어 있는 구성이다.

[수학식 1]

D ≤ L × {1 + 2(cosθ₂- cosθ₁)}

여기서, D : 액적 직경

L : 패턴 폭

θ₁: 제1 접촉각

θ₂: 제2 접촉각

게다가, 액적 직경, 배선 패턴 폭, 제1 접촉각, 제2 접촉각을 상기 수학식1을 충족시키도록 설정하면, 패턴 폭보다도 큰 직경의 액적을 부착시켜도 액적은 제2 영역에 모이게 된다.

이와 같이, 토출하는 액적수를 줄임으로써 택트 타임의 증가나 액적을 토출시키기 위한 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드의 수명 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1 영역이 액적에 대해 발액성을 나타내는 발액 영역이 되도록 제1 접촉각을 설정하고, 상기 제2 영역이 액적에 대해 친액성을 나타내는 친액 영역이 되도록 제2 접촉각을 설정하도록 해도 좋다.

이 경우, 제1 영역이 액적에 대해 발액성을 나타내는 발액 영역이 되고, 제2 영역이 액적에 대해 친액성을 나타내는 친액 영역이 되므로, 액적을 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 부착시킨 경우, 부착된 액적은 발액 영역인 제1 영역에서는 튀게 되고, 친액 영역인 제2 영역에서는 상기 제2 영역의 형상에 따라 넓어진다. 즉, 제1 영역에서 튄 액적은 제2 영역으로 유입되고, 제2 영역에 부착된 액적과 함께 상기 제2 영역(패턴)에 따라 확대되어 배선을 형성하게 된다.

따라서, 패턴이 되지 않는 영역, 즉 제1 영역을 액적에 대해 발액성을 갖는 영역으로 함으로써 제1 영역에 부착된 액적을 튀게 하여, 확실하게 제2 영역으로 유입하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 제1 영역을 발액 영역, 제2 영역을 친액 영역이라 하면, 제1 접촉각과 제2 접촉각의 차가 커져 상기 수학식1의 우변이 커진다. 여기서, 수학식1의 우변이 커지는 것은 배선 패턴 폭에 대한 액적 직경의 크기를 더욱 크게 할 수 있는 것을 나타낸다.

따라서, 액적 직경을 패턴 폭에 대해 더욱 크게 함으로써 토출하는 액적수를 더욱 적게 할 수 있고 택트 타임을 감소시켜 액적을 토출하기 위한 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 방법은 액적을 대상면 상에 토출시킴으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 액적을 토출시키기 전에 상기 액적에 대해 발액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하고 상기 액적에 대해 친액성을 나타내 형성되어야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 상기 제1 영역과 제2 영역의 경계로부터 액적의 부착 중심과의 거리(X)가 이하의 수학식2를 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 구성이다.

[수학식 2]

여기서, X: 친발수 패턴 계면과 액적 착탄 중심과의 거리

D: 액적 직경

θ₁: 발수 부분의 잉크에 대한 접촉각

그로 인해, 제1 영역과 제2 영역의 경계로부터 액적의 부착 중심과의 거리(X)가 상기한 수학식2를 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시킴으로써 발액성을 나타내는 제1 영역에 부착된 액적은 친액성을 나타내는 제2 영역으로 이동할 수 있다. 즉, 액적의 부착 중심이 제2 영역에 없어도 액적을 제2 영역으로 이동시킬 수 있다.

이에 의해, 토출 정밀도가 낮은 액적 토출 기구, 예를 들어 잉크젯 헤드를 사용하여 액적을 기판에 토출시켜도, 형성해야 할 패턴이 되는 제2 영역에 확실하게 액적을 모을 수 있으므로, 정밀도 좋게 패턴을 형성할 수 있다.

따라서, 패턴을 형성하기 위한 장치 비용을 저감시키는 것이 가능해진다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 방법은 액적을 대상면 상에 토출시킴으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 액적을 토출시키기 전에 상기 액적에 대해 친액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하고 상기 액적에 대해 친액성을 나타내 형성해야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 액적을 부착시킬 때의 액적의 토출 피치(P)가 이하의 수학식3을 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 구성이다.

[수학식 3]

여기서, P: 토출 피치(㎛)

D: 액적 직경(㎛)

L: 친수 라인폭(㎛)

그로 인해, 토출시키는 액적 직경과 패턴 폭에 대해 액적의 토출 피치(P)를 상기 수학식3을 충족시키도록 설정함으로써, 선 폭 및 선 두께의 변동이 적은 패턴을 형성할 수 있다.

여기서, 액적이 배선 재료를 포함하고 소정의 패턴으로서 배선 패턴을 형성하는 경우에는, 배선 폭 및 배선 두께의 변동이 적고, 저저항 또한 배선 단차가 적은 배선 패턴을 고처리량으로 형성하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 액적의 토출 피치를 상기 수학식3을 충족시키도록 설정함으로써, 패턴의 형성에 필요한 액적의 토출수를 최소한으로 하는 것이 가능해지고, 택트 타임의 감소나 액적을 토출시키는 기구(잉크젯 헤드)의 수명 연장화를 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 항에 있어서 이루어진 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명백히 하는 것이며, 그와 같은 구체예에만 한정하여 좁은 의미로 해석되어야만 하는 것은 아니며, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

본 발명의 패턴 형성 기재 및 패턴 형성 방법은, 회로 기판의 배선 패턴을 잉크젯 기술로 형성하는 분야이며, 특히 잉크젯 헤드의 수명 연장화와 제조 비용의 삭감화가 필요한 분야에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

액적을 대상면 상에 토출함으로써 소정의 패턴이 형성되는 패턴 형성 기재에 있어서,

상기 대상면 상에, 상기 액적이 대상면 상에 접촉하였을 때의 접촉각이 제1 접촉각의 제1 영역과, 이 제1 영역과 인접하고 상기 제1 접촉각보다도 작은 제2 접촉각의 제2 영역이 상기 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 액적을 부착시킬 때에, 이하의 수학식1을 충족시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 기재.

[수학식 1]

D ≤ L × {1 + 2(cosθ₂- cosθ₁)}

여기서, D : 액적 직경

L : 패턴 폭

θ₁ : 제1 접촉각

θ₂ : 제2 접촉각
제1항에 기재된 패턴 형성 기재 상의 제1 영역과 제2 영역에 걸치도록 액적을 부착시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 영역이 액적에 대해 발액성을 나타내는 발액 영역이 되도록 제1 접촉각을 설정하고, 상기 제2 영역이 액적에 대해 친액성을 나타내는 친액 영역이 되도록 제2 접촉각을 설정하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
액적을 대상면 상에 토출시킴으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,

상기 액적을 토출하기 전에, 상기 액적에 대해 발액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하고 상기 액적에 대해 친액성을 나타내며 형성되어야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 상기 제1 영역과 제2 영역과의 경계로부터 액적의 부착 중심과의 거리(X)가, 이하의 수학식2를 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.

[수학식 2]

여기서, X: 친발수 패턴 계면과 액적 착탄 중심과의 거리

D: 액적 직경

θ₁: 발수 부분의 잉크에 대한 접촉각
액적을 대상면 상에 토출시킴으로써 소정의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,

상기 액적을 토출시키기 전에, 상기 액적에 대해 발액성을 나타내는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 인접하고 상기 액적에 대해 친액성을 나타내며 형성해야 할 패턴이 되는 제2 영역을 상기 대상면 상에 형성하였을 때에, 액적을 부착시킬 때의 액적의 토출 피치(P)가 이하의 수학식3을 충족시키도록 액적을 대상면 상에 부착시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.

[수학식 3]

여기서, P: 토출 피치(㎛)

D: 액적 직경(㎛)

L: 친수 라인폭(㎛)
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 대상면 상에 이산적으로 부착시킨 액적끼리를 연결하여 연속한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 액적의 토출에 잉크젯 헤드를 이용하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역을 거의 편평하게 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 액적이 도전성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역이 선 형상 패턴인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.