パターニング方法
【課題】 基板上の任意の場所にパターンを形成でき、かつ、パターニング面積が大きくとも、基板がフレキシブルなものであっても対応可能なパターニング方法、および該パターニング方法によるパターニング装置、表示素子を提供する。
【解決手段】 少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を採用する。
【解決手段】 少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上へのパターン形成方法に関するものである。詳しくは、分散系に与えられた熱量の分布により基板上に形成した分散系層内に濃度分布を形成し、更に硬化処理を行うことにより任意のパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上にパターンを形成する技術として、リソグラフィ法、鋳型成形法、印刷法、転写法、インクジェット法、電着法、エンボス法、などが一般的手法として知られており、様々な用途に広く用いられている。
【０００３】
例えば、パターン化されていない感光性の第１の層を基板上に形成し、パターン化された第２の層を前記感光性の第１の層上に形成した後、感光性の第１の層を化学的作用のある放射線で露光し、当該感光性の第１の層のうち前記パターン化された第２の層で覆われていない領域を光硬化させ、感光性の第１の層のうち溶離剤に分散し易い領域を溶離剤により洗浄して除去する方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、透明基板上に透明導電膜を形成し、その上部に有機半導体膜又は無機半導体膜を形成した基板を準備し、液体を保持し得る容器内に色材とｐＨの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料を含有する水系液体を準備し、電流または電界を供与できる手段を透明導電膜に接続した該基板を半導体薄膜が該水系液体に浸漬されるよう固定するとともに、電極対の他方である対向電極を合わせ持つ装置を該容器内に配置し、該基板を透明基板上に光照射を行い、光照射による起電力が発生した部分に選択的電着材料を含む電着膜を析出させて単色のカラーフィルターを形成する方法がある（特許文献２参照）。
【０００５】
一方、繰り返し表示が可能な表示素子において、表示素子内に表示制御を行う駆動機構をもたず、表示素子外部からの光、熱などの刺激印加により表示書き換えを行う表示素子が多く提案されている。
【０００６】
例えば、感熱記録層が、側鎖型高分子液晶と紫外線効果型樹脂または電子線硬化型樹脂がインターペネトレーティング・ポリマー・ネットワークを形成している複合材料とからなる、熱の付与を制御することにより透明状態および白濁状態を可逆的に繰り返す感熱記録層を形成した感熱可逆性表示素子（特許文献３参照）、基板上に、光熱変換層、配向層、および可逆的な配向状態の変化または相変化を起こして記録、消去を行う高分子液晶からなる記録層が形成される記録媒体（特許文献４参照）、がある。
【特許文献１】特許第２５９７４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３３２２４号公報
【特許文献３】特許第２７６５５０５号公報
【特許文献４】特開平５−２０７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、基板上の任意の場所にパターンを形成でき、かつ、パターニング面積が大きくとも、基板がフレキシブルなものであっても対応可能なパターニング方法、および該パターニング方法によるパターニング装置、表示素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を提供するものである。
【０００９】
更には、少なくとも基板と、分散系を用い、該基板の熱容量もしくは該基板に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系に熱量の分布を付与し、分散系に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を提供するものである。
【００１０】
前記熱量の分布を生じさせる方法として、光、熱などのエネルギービームを前記基板に照射すること、もしくは、前記基板上に備えた温度制御部を用いること、もしくは、温度制御部を有する支持台に前記基板を接触させること、もしくは、表面凹凸を有する支持台に前記基板を接触させること、が好ましい。これらの方法を併用することも可能である。
【００１１】
前記分散系が、分散媒と、高分子粒子もしくは無機粒子もしくは高分子無機複合粒子からなることが好ましい。
【００１２】
前記分散系が、硬化剤を含有することが好ましい。
【００１３】
前記分散系が、外部刺激応答性を有する硬化剤を含有していることが好ましい。
【００１４】
前記分散系が、外部刺激に対して可逆応答性を有する硬化剤を含有していることが好ましい。
【００１５】
前記粒子が、導電性粒子、あるいは、絶縁体であることが好ましい。
【００１６】
前記粒子が、着色体であっても構わない。
【００１７】
前記分散系が、２種以上の直径を有する粒子群から構成されていていても構わない。
【００１８】
前記パターニング方法を、同一基板に対して複数回行っても構わない。
【００１９】
本発明の第２は、前記パターニング方法を用いた表示素子である。
【００２０】
本発明の第３は、前記パターニング方法を用いたパターニング装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるパターニング方法は、大面積基板への適用性、フレキシブル基板に対する適用性が高く、基板上の任意の場所にパターンを形成することが可能である。また、パターンを形成する為の材料選択幅が広く、複数の材料を混合させて用いることもできる。
【００２２】
基板上に本発明のパターニング方法により物理的、あるいは、化学的な凹凸パターンを形成、固定化する場合においては、大気圧下において、工程数が少なく、基板上の任意の場所にパターンを形成でき、パターニングを行う為のマスク、鋳型などを用いずしてパターンを形成することが可能である。また、成長形成によるパターニング方法であるためパターニングによる廃棄が少ないという利点も備えている。
【００２３】
本発明によるパターニング方法を表示素子として用いる場合には、パターニング後硬化処理を行うことで安定に表示状態を維持できる他、視野角依存性が小さく、任意の着色粒子による表示が可能な表示素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００２５】
本発明の実施形態について、以下、図１乃至図２を参照して説明する。なお、これらの図は本発明に係るパターニング方法および本発明のパターニング方法を用いたパターニング装置および表示素子の構成の一例を模式的に示すものである。本発明において分散系４は、少なくとも、分散媒２に相溶しない粒子１により構成される。
【００２６】
はじめに、本発明に係るパターニング方法について、一例として、図１（ａ）〜図１（ｅ）を用いて説明する。図１においては、基板上の分散系に対し、基板に熱量分布を付与することにより、分散系に熱量の分布を作成する場合について説明する。
【００２７】
粒子１を分散媒２に分散させた分散系４を基板３上に塗布し、分散系の液層を形成する（図１（ａ））。次に、目的とするパターン形状に従い、基板３に熱量の分布を付与する。熱量の分布は所定時間継続的に付与もしくは維持されることが望ましい（図１（ｂ）；白色側−高温、黒色側−低温）。基板３に与えられた熱量の分布に従い、基板３上に形成された分散系にも温度の分布が発生し、自然熱対流による液流が発生する（図１（ｃ））。目的とするパターンが分散系に形成されたところで、然る方法にて硬化処理を行い、基板３上において粒子１の密度分布により形成されたパターン形状を固定化することによって（図１（ｄ））、基板３に付与されていた熱量の分布が取り除かれた場合にも粒子３が形成する形状が維持される（図１（ｅ））。
【００２８】
図１では、先に分散系４の液層を基板３の上に形成した後に、基板３に熱量の分布を付与しているが、基板３上に熱量の分布を形成した後に、分散系４の液層を形成してもよい。この場合においても、基板内に形成された熱量の分布は所定時間継続的に付与もしくは維持されることが望ましい。
【００２９】
また、本発明のパターニング方法は気体中で行っても、液体中で行っても良い。液体中で行う場合には、分散系に対して非相溶性の液体を用いることが望ましい。
【００３０】
更に、本発明のパターニング方法は、無重力など、重力を起因とする自然対流が小さい環境で適応することもできる。分散系に与えられた熱量分布により、低温側で表面張力が大きく、高温側で表面張力が小さくなり、分散系４の液層内に表面張力の差が形成される。重力を起因とする自然対流が小さい環境下では、表面張力が大きい領域に向かう流れ（マランゴニ対流）が発生し、粒子１は表面張力がより大きい低温領域に集められる（図２；白色側−高温、黒色側−低温）。
【００３１】
次に、本発明によるパターニング方法を構成する要素について、詳細に説明する。
【００３２】
（分散系）
本発明に用いられる分散系４は、分散媒２に相溶しない粒子１により構成される。分散系４には、所望のパターニングが行われた粒子１を固定化するための硬化剤を混合することができる。硬化剤は、分散媒２に添加しても、粒子１が硬化機能を有していてもよい。分散媒２に添加する場合は、分散媒２に均一に分散することが必要である。また、分散系４にあらかじめ混合されている必要はなく、粒子１のパターニング工程において、もしくは、パターニング工程後に硬化剤を分散系４に添加することも可能である。
【００３３】
硬化剤は、分散系４への混合と同時に、基板１上に配置することも可能である。所望のパターニングに従って、基板上に硬化剤をパターニングしておくことにより、粒子１が所望の位置以外に固定化されることを防ぐことができる。
【００３４】
本発明の粒子１には、高分子樹脂粒子、金属粒子、金属酸化物粒子、半導体粒子、顔料粒子、蛍光粒子、磁性粒子、セラミックス粒子、あるいは、分散媒２に非相溶性の液体を用いることができる。粒子には、これらの材料を単独あるいは２種類以上を併用しても良い。また、粒子は中空構造、発泡構造、弾性構造、収縮構造を有していてもよい。粒子１の形状は球形であることが好ましいが、多面形、粒子表面が凹凸構造を有していても良い。これらの、透過率、抵抗率、誘電率、などの粒子物性が異なる複数の粒子を分散系４に用いても良い。
【００３５】
本発明の粒子１は、最大部の寸法が１ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。１ｍｍ以上である場合は、分散系系の対流を用いた精度の高いパターニングを行うことが難しくなるが、所望のパターニングが得られる粒子であれば、そのサイズは特に限定されない。粒子サイズが異なる複数の粒子から分散系４が構成されていても良い。
【００３６】
粒子１は着色して使用することも可能であり、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、等の顔料、あるいは、Ｖａｌｉｆａｓｔ Ｒｅｄ、Ｖａｌｉｆａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ、Ｏｐｌａｓ Ｒｅｄ、Ｏｉｌ Ｓｃａｒｌｅｔ、Ｏｒｉｅｎｔ Ｏｉｌ Ｂｌａｃｋ〔オリエント化学社製〕、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｂｌｕｅ、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｖｉｏｌｅｔ〔住友化学工業社製〕、等の染料を使用することができる。粒子着色が異なる複数の粒子から分散系４が構成されていても良い。
【００３７】
分散媒２には、炭化水素系溶剤、アルコール類、エーテル類、ケトン類などの有機溶剤、水、などを用いることができる。熱量分布を与えたときにより大きな自然流体を得るためには、より、動粘性率が小さく、温度伝導率が小さく、熱膨張率が大きい、分散媒を選択することが望ましい。例えば、トルエン、エタノール、アセトン、酢酸メチル、などを好適に用いることができる。これらの分散媒は、単独で用いても、複数を混合して用いても良い。
【００３８】
これらの分散媒２には、粒子１の均一分散を確保するために、粒子１に帯電を付与する、あるいは帯電を補助するために必要な帯電制御剤、および／あるいは、粒子１同士の付着および粒子１の基板への付着を防止するための粒子分散剤を添加することができる。
【００３９】
帯電制御剤は、分散媒に可溶であるならば特に限定されないが、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などの陰イオン界面活性剤、脂肪族アミン塩およびその４級アンモニウム塩、芳香族４級アンモニウム塩、複素環４級アンモニウム縁などの陽イオン界面活性剤、カルボキシベタイン、スルホベタイン、アミノカルボン酸塩、イミダゾリン誘導体などの両性界面活性剤、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型の非イオン性界面活性剤、金属石鹸、フッ素系界面活性剤、反応性界面活性剤、ブロック型ポリマー、グラフト型ポリマーなどが挙げられる。単独あるいは２種類以上混合して用いても良い。
【００４０】
粒子分散剤は、分散媒に可溶する高分子樹脂であるならば特に限定されないが、例えば、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、スチレンブタジエン共重合体、などの高分子、燐酸カルシウム等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの無機塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、アルミナ等の無機酸化物やドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー等の弗素系界面活性剤等を用いることができる。
【００４１】
分散系４に混合する硬化剤としては、本発明の実施形態を成すものであれば特に限定されないが、熱硬化性、光硬化性、ＵＶ硬化性、２液混合型などの硬化性樹脂、あるいは、ゾル−ゲル、熱可塑性樹脂、液晶、等の可逆性硬化剤を用いることができる。
【００４２】
可逆性の硬化剤と、視認可能な粒子を用いることにより、粒子１の分散状態と集合状態のコントラストを用いた、表示メモリ性を有する表示素子に応用することも可能である。
【００４３】
不可逆性の硬化剤を分散媒２に添加する場合は、粒子１に吸着しやすい硬化性樹脂を選択することが好ましく、このとき、パターニングされた粒子１を効率良く硬化、成型することができる。
【００４４】
また、粒子１に硬化機能を持たせることも可能であり、硬化剤にて粒子１の表面を被覆する、硬化剤の末端を粒子表面に固定化する、粒子内部に内包させる、などの手段を選択することができる。
【００４５】
硬化剤に２液混合型の硬化剤を用いる場合は、一方を分散系４に混合しておき、粒子１のパターニング工程において、もしくは、パターニング工程後に、もう一方を添加することができる。
【００４６】
（基板）
本発明に用いられる基板３は、ガラス、石英等の無機材料、ＳＵＳ、アルミニウム、チタン等の金属、あるいは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のポリマーフィルム、を使用することができる。本発明の構成を満たすものであれば、特に限定されない。
【００４７】
基板３は分散系４の塗布方法、粒子１のパターニング方法により、最適のものが選ばれる。例えば、分散系４の塗布において、基板の平滑性が求められる場合には硬質の剛直な基板を、粒子1のパターニングにおいて、基板３に熱量の分布を付与し、分散系４に熱量の分布を形成する場合には、分散系４で求められる条件に加え、温度伝導率が低い、石英ガラス、ソーダガラスなどが選択できる。
【００４８】
基板３の面内において、温度伝導率に分布を形成しても良く、所望のパターニングに併せ、基板に温度伝導率のパターンを形成することで、より強い液流を形成することができ、効率の良い粒子パターニングを行うことができる。
【００４９】
また、基板３の面内よりも、面鉛直方向に温度伝導率の高い基板を用いることが可能である。基板を介して分散系４に熱量の分布を形成する際に、基板３の面内で熱量の分布が分散されることなく分散系４に伝達される為、精度の高いパターニングが可能となる。
【００５０】
基板３に温度制御部を設置することが可能であり、所望のパターニングに併せ、基板に温度制御部のパターンを形成することで、分散系４への熱量の分布形成を基板３から直接行うことが可能となる。
【００５１】
（分散系塗布方法）
基板３への分散系４の塗布は、基板３の面内において粒子１が均一分布していることが望ましい。
【００５２】
分散系４の塗布方法は、分散系４を基板３の上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されないが、ダイコータ、ロールコータ、バーコータ、ブレードコータ、スプレーコータ、カーテンコータ、スピンコータ−、インクジェット、などを適用することができる。
【００５３】
（熱量の分布形成方法）
分散系４への熱量の分布形成は、分散系４に直接行っても、基板３を介して行っても良い。
【００５４】
分散系４に直接、熱量の分布を形成する場合には、分散系４にダメージを与えない方法であれば特に限定されないが、レーザー光などのエネルギービームを用いることができる。エネルギービームは所望のパターンに走査することも、所望のパターン構造を有するマスクを介して照射することも可能である。併用することもできる
基板３を介して分散系４に熱量に分布を形成する場合には、レーザー光、超音波、等のエネルギービーム、温度制御部を有する支持台、凹凸構造を有する支持台、等を用いることができる。
【００５５】
温度制御部を有する支持台は、所望の粒子パターンに対応し、温度制御部を配置することができる。また、温度伝導率のパターニングを設けた基板と組み合わせることにより、温度制御部のパターニングを省略することも可能である。
【００５６】
凹凸構造を有する支持台には、必要に応じて、流体循環装置もしくは真空ポンプを接続することが可能である。これらの装置は凹部に接続され、流体循環装置から冷却体あるいは加熱体を流動循環させることにより、基板３に熱量の分布を形成することができる。また、真空ポンプにより凹部を減圧させ、支持台と基板３との密着を高め、熱伝導の効率を高めることが可能である。
【００５７】
これらの熱量の分布形成方法は、併用することが可能である。
【００５８】
（硬化処理）
パターニングされた粒子１の硬化処理は、分散系４に混合した硬化剤に応じて適用する。熱硬化性樹脂、ゾル−ゲル、熱可塑性樹脂、液晶に対しては熱処理、光硬化性樹脂に対しては硬化波長での光照射、ＵＶ硬化性に対してはＵＶ光照射、２液混合型硬化剤では主剤と硬化材を混合する。
【００５９】
硬化処理は、粒子１のパターニング工程と平行して行っても、パターニング工程後に行っても良い。パターニング工程と平行して硬化処理を行う場合には、粒子１のパターニング手段が硬化処理を兼ねていても良い。
【００６０】
また硬化処理は、粒子１のパターン形状に対応して、硬化処理を行いたい場所を選択して行ってもよい。硬化手段を走査することも、硬化パターンを有するマスクを用いて硬化処理を行うこともできる。
【００６１】
以下、実施例より本発明の実施態様について、更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００６２】
本実施例について、図３〜図５を用いて説明する。
【００６３】
分散系４には、ポリカーボネート樹脂の粒子径１．５μｍの球状粒子にカーボンブラックを分散させ、黒色に着色した粒子を、イソパラフィン系炭化水素溶媒に分散させ用いる。粒子は表面をＵＶ硬化性の樹脂で被覆されている。粒子濃度は８ｗｔ％である。また、分散媒には、粒子の分散を保つ為に、界面活性剤が添加されている。
【００６４】
基板３には、厚さ０.７ｍｍのガラス上に、酸化チタンを分散させたアクリル樹脂の白色散乱層を２μｍの厚さに形成したものを用いる。
【００６５】
基板３への分散系４の塗布はダイコータ５にて行う（図３）。ダイコータ５の可動ステージ８はステンレスにより形成されており、所望のパターニング形状に対応する凹凸構造が設けられている（図４）。凹部の幅は２ｍｍであり、深さは５ｍｍである。凹部には真空ポンプが接続されており、基板３を可動ステージ８に固定する。
【００６６】
分散系４の塗布膜は、膜厚３０μｍになるように、ダイヘッド５のシム厚、分散系吐出速度、ステージ移動速度を設定する。
【００６７】
分散系４の塗布後、基板を可動ステージ８の上に固定したまま１０〜２０秒程度放置すると、可動ステージ８に設けた凹凸構造にしたがって、粒子がパターニングされる。可動ステージ８の凹部と凸部で基板３への熱伝導性が異なるために、凹部に粒子が密に集まり、凸部は粒子が疎になるため、パターニングに従って、白黒のコントラストが得られる。この時、放置時間が長すぎると分散系の液流が時間と共に小さくなり、粒子のパターニングは徐々に崩れ始める。
【００６８】
十分に粒子のパターニングが形成されたところで、基板全面に対してＵＶ光を照射し、粒子パターンの硬化処理を行う。
【００６９】
硬化処理後、未硬化の粒子および分散媒を取り除き、必要に応じて基板表面を洗浄することにより、所望のパターニングが得られる（図５）。
【００７０】
本実施例を用いることにより、各種画像、文字を各種基板上に形成することができる。
【実施例２】
【００７１】
本実施例について、図６および図７を用いて説明する。また、実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００７２】
分散系には、粒子径１.０μｍの球状の金属粒子１５を、ヘキサンに分散させ用いる。金属粒子１５は、樹脂粒子の表面に金メッキしたものであり、導電性を有している。粒子は表面をＵＶ硬化性の樹脂で被覆されている。粒子濃度は１０wt％である。
【００７３】
基板３には、厚さ０．５mmのガラス板を用いる。
【００７４】
粒子のパターニングには、格子状に凹凸構造が形成され、凸部に温度制御部１３を配置した支持台１４を使用する。格子サイズは１０mm×２０mmの長方形であり、１mmの間隔をもって配置されている。凹部には真空ポンプが接続され、基板３を支持台１４に固定できるようになっている（図６）。
【００７５】
まず、基板３を支持台１４に設置し、真空ポンプにて固定化する。基板３の上に分散系を厚さ５０μmで塗布する（図７（ａ））。支持台１４の温度制御部１３を冷却し、２０秒程度放置する。支持台１４に形成された凹部に金属粒子１５が集められる。格子状のパターニングが得られたところで、基板３の全面にＵＶ光を照射、パターニングされた金属粒子１５を固定化し、未硬化の粒子および分散媒を取り除く。この後、基板全面をプレスし、金属粒子１５のパターンを圧縮する（図７（ｂ））。
【００７６】
次に、ＵＶ硬化性の樹脂を厚さ１μmで基板上に塗布し、ＵＶ硬化処理を行い、絶縁層１６を形成する（図７（ｃ））。
【００７７】
この基板上に、分散系を厚さ５０μmで塗布し、支持台１４の温度制御部１３を加熱する。金属粒子１５は凹部に集められ、立体構造物を形成する。格子状のパターニングが得られたところで、基板全面にＵＶ光を照射し、金属粒子１５のパターンを固定化する（図７（ｄ））。未硬化の粒子および分散媒を取り除き、粒子のパターニングにより得られた導電性部に配線を施すことにより、２つの粒子パターニング部間に電圧を印加した時に、電界が発生する。この基板上に電気泳動分酸液あるいは液晶などの表示媒体を配置、透過性の基板により封止することにより、表示素子が得られる。
【実施例３】
【００７８】
本実施例について、図８および図９を用いて説明する。また、実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００７９】
本実施例では、レーザー光による分散系への直接描写により、パターニングを行なう。以下、本実施例での粒子のパターニング方法について、図８により先に説明する。
【００８０】
分散系４を基板３の上に塗布し、所望のパターニングに従ってレーザー光源１７によりレーザー光を照射し、分散系４にパターンを形成する（図８（ａ））。引き続いてＵＶ照射装置１８によりＵＶ光を照射し、粒子２を固定化する（図８（ｂ）、図８（ｃ））。粒子効果処理終了後、未硬化の粒子および分散媒を取り除くことにより、粒子２のパターンが形成される（図８（ｄ））。
【００８１】
本実施例では、上記粒子パターニング方法を用い、以下の手順で立体配線を形成する。
【００８２】
分散系には、粒子径１.５μｍの球状の導電性粒子、あるいは、絶縁性粒子を、２−プロパノールに分散させ用いる。分散系にはＵＶ硬化剤を添加する。
【００８３】
基板には、厚さ２００μmのポリカーボネート板を用いる。基板は凹凸構造を持たない支持台上に固定化して用いる。
【００８４】
まず、導電性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ａ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン１９ａを圧縮する。
【００８５】
次に、絶縁性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ｂ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン２０を圧縮する。
【００８６】
続いて、導電性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ｃ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン１９ｂを圧縮することによって、立体配線が得られる。
【実施例４】
【００８７】
本実施例について、図１０を用いて説明する。実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００８８】
分散系には、粒子径２.５μｍの黒色粒子１２を、ネマチック液晶に分散させ用いる。
【００８９】
基板には、厚さ１００μｍのＰＥＴを用いる。一対のＰＥＴ基板が間隔２０μｍを形成するように、スペーサ−を配置し、上記分散系を一対の基板間に充填する。一方の基板には、白色散乱層１１が形成されている。
【００９０】
本実施例の構成を用いて、分散系の粒子の集合状態を変化させることによって、基板を介して観察されるコントラストは変化し、表示素子として用いることができる。本実施例の表示方法について、図１０を用いて説明する。
【００９１】
まず、ネマチック液晶内に黒色粒子１２が基板面内に分散している状態から説明する（図１０（ａ））。ネマチック液晶は、ネマチック相２２を形成している。黒色粒子１２は基板上に分散しており、粒子位置は維持されている。白色散乱層１１が形成されていない、透明な基板側から観察すると、粒子の色である黒と認識される。
【００９２】
次に、上記基板を、温度制御部を有する支持台上に設置し、ネマチック液晶が等方相２３を形成するまで加熱しながら（図１０（ｂ））、所望の粒子パターンに従って、レーザー光により描写し、粒子パターンが形成されたところで（図１０（ｃ））、ネマチック液晶がネマチック相を形成するまで基板を冷却し、粒子パターンを固定化する（図１０（ｄ））。
【００９３】
図１０（ｄ）の様に、粒子の集合状態が形成されることにより、透明基板側から観察すると、白色散乱層の色である白と認識される。
【００９４】
図１０（ｄ）の状態から、再び基板を加熱し、ネマチック液晶層が等方相を形成するまで加熱し、粒子を分散させることによって、図１０（ａ）の黒の状態を形成できる。粒子の分布状態を制御することにより、図１０（ａ）と図１０（ｄ）の間の中間状態を形成することも可能である。
【００９５】
本実施例の形成体を用いて粒子の分布状態を制御することにより、表示素子として利用できる。
【００９６】
［産業上の利用可能性］
本発明によるパターニング方法により、各種基板上への画像、文字形成、あるいは、立体配線の形成、表示素子などに広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るパターニング方法の一例を示す概略図。（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す基板の濃淡は不可視の温度分布を示すものである。（ｃ）に示す矢印は不可視の分散系の液流を示すものである。
【図２】本発明に係るパターニング方法の他の例を示す概略図。（ｃ）に示す矢印は不可視の分散系の液流を示すものである。
【図３】本発明係る分散系の塗布工程の一例を示す概略図
【図４】第１の実施例におけるパターニング装置の概略図
【図５】第１の実施例におけるパターニング形成物の概略図
【図６】第２の実施例における支持台構成の概略図
【図７】第２の実施例におけるパターニング方法を示す概略図
【図８】第３の実施例におけるパターニング方法を示す概略図
【図９】第３の実施例におけるパターニング工程を示す概略図
【図１０】第４の実施例におけるパターニング工程と粒子集合状態を示す概略図
【符号の説明】
【００９８】
１ 粒子
２ 分散媒
３ 基板
４ 分散系
５ ダイヘッド
６ 液送チューブ
７ 分散系タンク
８ 可動ステージ
９ 可動ステージ凸部
１０ 可動ステージ凹部
１１ 白色散乱層
１２ 黒色粒子
１３ 温度制御部
１４ 支持台
１５ 金属粒子
１６ 絶縁層
１７ レーザー光源
１８ ＵＶ照射装置
１９ａ、１９ｂ 導電性粒子
２０ 絶縁性粒子
２１ ネマチック液晶
２２ ネマチック相
２３ 等方相
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上へのパターン形成方法に関するものである。詳しくは、分散系に与えられた熱量の分布により基板上に形成した分散系層内に濃度分布を形成し、更に硬化処理を行うことにより任意のパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上にパターンを形成する技術として、リソグラフィ法、鋳型成形法、印刷法、転写法、インクジェット法、電着法、エンボス法、などが一般的手法として知られており、様々な用途に広く用いられている。
【０００３】
例えば、パターン化されていない感光性の第１の層を基板上に形成し、パターン化された第２の層を前記感光性の第１の層上に形成した後、感光性の第１の層を化学的作用のある放射線で露光し、当該感光性の第１の層のうち前記パターン化された第２の層で覆われていない領域を光硬化させ、感光性の第１の層のうち溶離剤に分散し易い領域を溶離剤により洗浄して除去する方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、透明基板上に透明導電膜を形成し、その上部に有機半導体膜又は無機半導体膜を形成した基板を準備し、液体を保持し得る容器内に色材とｐＨの変化により化学的に溶解或いは析出・沈降する電着材料を含有する水系液体を準備し、電流または電界を供与できる手段を透明導電膜に接続した該基板を半導体薄膜が該水系液体に浸漬されるよう固定するとともに、電極対の他方である対向電極を合わせ持つ装置を該容器内に配置し、該基板を透明基板上に光照射を行い、光照射による起電力が発生した部分に選択的電着材料を含む電着膜を析出させて単色のカラーフィルターを形成する方法がある（特許文献２参照）。
【０００５】
一方、繰り返し表示が可能な表示素子において、表示素子内に表示制御を行う駆動機構をもたず、表示素子外部からの光、熱などの刺激印加により表示書き換えを行う表示素子が多く提案されている。
【０００６】
例えば、感熱記録層が、側鎖型高分子液晶と紫外線効果型樹脂または電子線硬化型樹脂がインターペネトレーティング・ポリマー・ネットワークを形成している複合材料とからなる、熱の付与を制御することにより透明状態および白濁状態を可逆的に繰り返す感熱記録層を形成した感熱可逆性表示素子（特許文献３参照）、基板上に、光熱変換層、配向層、および可逆的な配向状態の変化または相変化を起こして記録、消去を行う高分子液晶からなる記録層が形成される記録媒体（特許文献４参照）、がある。
【特許文献１】特許第２５９７４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３３２２４号公報
【特許文献３】特許第２７６５５０５号公報
【特許文献４】特開平５−２０７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、基板上の任意の場所にパターンを形成でき、かつ、パターニング面積が大きくとも、基板がフレキシブルなものであっても対応可能なパターニング方法、および該パターニング方法によるパターニング装置、表示素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を提供するものである。
【０００９】
更には、少なくとも基板と、分散系を用い、該基板の熱容量もしくは該基板に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系に熱量の分布を付与し、分散系に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とする、新規のパターニング方法を提供するものである。
【００１０】
前記熱量の分布を生じさせる方法として、光、熱などのエネルギービームを前記基板に照射すること、もしくは、前記基板上に備えた温度制御部を用いること、もしくは、温度制御部を有する支持台に前記基板を接触させること、もしくは、表面凹凸を有する支持台に前記基板を接触させること、が好ましい。これらの方法を併用することも可能である。
【００１１】
前記分散系が、分散媒と、高分子粒子もしくは無機粒子もしくは高分子無機複合粒子からなることが好ましい。
【００１２】
前記分散系が、硬化剤を含有することが好ましい。
【００１３】
前記分散系が、外部刺激応答性を有する硬化剤を含有していることが好ましい。
【００１４】
前記分散系が、外部刺激に対して可逆応答性を有する硬化剤を含有していることが好ましい。
【００１５】
前記粒子が、導電性粒子、あるいは、絶縁体であることが好ましい。
【００１６】
前記粒子が、着色体であっても構わない。
【００１７】
前記分散系が、２種以上の直径を有する粒子群から構成されていていても構わない。
【００１８】
前記パターニング方法を、同一基板に対して複数回行っても構わない。
【００１９】
本発明の第２は、前記パターニング方法を用いた表示素子である。
【００２０】
本発明の第３は、前記パターニング方法を用いたパターニング装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるパターニング方法は、大面積基板への適用性、フレキシブル基板に対する適用性が高く、基板上の任意の場所にパターンを形成することが可能である。また、パターンを形成する為の材料選択幅が広く、複数の材料を混合させて用いることもできる。
【００２２】
基板上に本発明のパターニング方法により物理的、あるいは、化学的な凹凸パターンを形成、固定化する場合においては、大気圧下において、工程数が少なく、基板上の任意の場所にパターンを形成でき、パターニングを行う為のマスク、鋳型などを用いずしてパターンを形成することが可能である。また、成長形成によるパターニング方法であるためパターニングによる廃棄が少ないという利点も備えている。
【００２３】
本発明によるパターニング方法を表示素子として用いる場合には、パターニング後硬化処理を行うことで安定に表示状態を維持できる他、視野角依存性が小さく、任意の着色粒子による表示が可能な表示素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００２５】
本発明の実施形態について、以下、図１乃至図２を参照して説明する。なお、これらの図は本発明に係るパターニング方法および本発明のパターニング方法を用いたパターニング装置および表示素子の構成の一例を模式的に示すものである。本発明において分散系４は、少なくとも、分散媒２に相溶しない粒子１により構成される。
【００２６】
はじめに、本発明に係るパターニング方法について、一例として、図１（ａ）〜図１（ｅ）を用いて説明する。図１においては、基板上の分散系に対し、基板に熱量分布を付与することにより、分散系に熱量の分布を作成する場合について説明する。
【００２７】
粒子１を分散媒２に分散させた分散系４を基板３上に塗布し、分散系の液層を形成する（図１（ａ））。次に、目的とするパターン形状に従い、基板３に熱量の分布を付与する。熱量の分布は所定時間継続的に付与もしくは維持されることが望ましい（図１（ｂ）；白色側−高温、黒色側−低温）。基板３に与えられた熱量の分布に従い、基板３上に形成された分散系にも温度の分布が発生し、自然熱対流による液流が発生する（図１（ｃ））。目的とするパターンが分散系に形成されたところで、然る方法にて硬化処理を行い、基板３上において粒子１の密度分布により形成されたパターン形状を固定化することによって（図１（ｄ））、基板３に付与されていた熱量の分布が取り除かれた場合にも粒子３が形成する形状が維持される（図１（ｅ））。
【００２８】
図１では、先に分散系４の液層を基板３の上に形成した後に、基板３に熱量の分布を付与しているが、基板３上に熱量の分布を形成した後に、分散系４の液層を形成してもよい。この場合においても、基板内に形成された熱量の分布は所定時間継続的に付与もしくは維持されることが望ましい。
【００２９】
また、本発明のパターニング方法は気体中で行っても、液体中で行っても良い。液体中で行う場合には、分散系に対して非相溶性の液体を用いることが望ましい。
【００３０】
更に、本発明のパターニング方法は、無重力など、重力を起因とする自然対流が小さい環境で適応することもできる。分散系に与えられた熱量分布により、低温側で表面張力が大きく、高温側で表面張力が小さくなり、分散系４の液層内に表面張力の差が形成される。重力を起因とする自然対流が小さい環境下では、表面張力が大きい領域に向かう流れ（マランゴニ対流）が発生し、粒子１は表面張力がより大きい低温領域に集められる（図２；白色側−高温、黒色側−低温）。
【００３１】
次に、本発明によるパターニング方法を構成する要素について、詳細に説明する。
【００３２】
（分散系）
本発明に用いられる分散系４は、分散媒２に相溶しない粒子１により構成される。分散系４には、所望のパターニングが行われた粒子１を固定化するための硬化剤を混合することができる。硬化剤は、分散媒２に添加しても、粒子１が硬化機能を有していてもよい。分散媒２に添加する場合は、分散媒２に均一に分散することが必要である。また、分散系４にあらかじめ混合されている必要はなく、粒子１のパターニング工程において、もしくは、パターニング工程後に硬化剤を分散系４に添加することも可能である。
【００３３】
硬化剤は、分散系４への混合と同時に、基板１上に配置することも可能である。所望のパターニングに従って、基板上に硬化剤をパターニングしておくことにより、粒子１が所望の位置以外に固定化されることを防ぐことができる。
【００３４】
本発明の粒子１には、高分子樹脂粒子、金属粒子、金属酸化物粒子、半導体粒子、顔料粒子、蛍光粒子、磁性粒子、セラミックス粒子、あるいは、分散媒２に非相溶性の液体を用いることができる。粒子には、これらの材料を単独あるいは２種類以上を併用しても良い。また、粒子は中空構造、発泡構造、弾性構造、収縮構造を有していてもよい。粒子１の形状は球形であることが好ましいが、多面形、粒子表面が凹凸構造を有していても良い。これらの、透過率、抵抗率、誘電率、などの粒子物性が異なる複数の粒子を分散系４に用いても良い。
【００３５】
本発明の粒子１は、最大部の寸法が１ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。１ｍｍ以上である場合は、分散系系の対流を用いた精度の高いパターニングを行うことが難しくなるが、所望のパターニングが得られる粒子であれば、そのサイズは特に限定されない。粒子サイズが異なる複数の粒子から分散系４が構成されていても良い。
【００３６】
粒子１は着色して使用することも可能であり、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、等の顔料、あるいは、Ｖａｌｉｆａｓｔ Ｒｅｄ、Ｖａｌｉｆａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ、Ｏｐｌａｓ Ｒｅｄ、Ｏｉｌ Ｓｃａｒｌｅｔ、Ｏｒｉｅｎｔ Ｏｉｌ Ｂｌａｃｋ〔オリエント化学社製〕、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｂｌｕｅ、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｖｉｏｌｅｔ〔住友化学工業社製〕、等の染料を使用することができる。粒子着色が異なる複数の粒子から分散系４が構成されていても良い。
【００３７】
分散媒２には、炭化水素系溶剤、アルコール類、エーテル類、ケトン類などの有機溶剤、水、などを用いることができる。熱量分布を与えたときにより大きな自然流体を得るためには、より、動粘性率が小さく、温度伝導率が小さく、熱膨張率が大きい、分散媒を選択することが望ましい。例えば、トルエン、エタノール、アセトン、酢酸メチル、などを好適に用いることができる。これらの分散媒は、単独で用いても、複数を混合して用いても良い。
【００３８】
これらの分散媒２には、粒子１の均一分散を確保するために、粒子１に帯電を付与する、あるいは帯電を補助するために必要な帯電制御剤、および／あるいは、粒子１同士の付着および粒子１の基板への付着を防止するための粒子分散剤を添加することができる。
【００３９】
帯電制御剤は、分散媒に可溶であるならば特に限定されないが、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などの陰イオン界面活性剤、脂肪族アミン塩およびその４級アンモニウム塩、芳香族４級アンモニウム塩、複素環４級アンモニウム縁などの陽イオン界面活性剤、カルボキシベタイン、スルホベタイン、アミノカルボン酸塩、イミダゾリン誘導体などの両性界面活性剤、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型の非イオン性界面活性剤、金属石鹸、フッ素系界面活性剤、反応性界面活性剤、ブロック型ポリマー、グラフト型ポリマーなどが挙げられる。単独あるいは２種類以上混合して用いても良い。
【００４０】
粒子分散剤は、分散媒に可溶する高分子樹脂であるならば特に限定されないが、例えば、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、スチレンブタジエン共重合体、などの高分子、燐酸カルシウム等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの無機塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、アルミナ等の無機酸化物やドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー等の弗素系界面活性剤等を用いることができる。
【００４１】
分散系４に混合する硬化剤としては、本発明の実施形態を成すものであれば特に限定されないが、熱硬化性、光硬化性、ＵＶ硬化性、２液混合型などの硬化性樹脂、あるいは、ゾル−ゲル、熱可塑性樹脂、液晶、等の可逆性硬化剤を用いることができる。
【００４２】
可逆性の硬化剤と、視認可能な粒子を用いることにより、粒子１の分散状態と集合状態のコントラストを用いた、表示メモリ性を有する表示素子に応用することも可能である。
【００４３】
不可逆性の硬化剤を分散媒２に添加する場合は、粒子１に吸着しやすい硬化性樹脂を選択することが好ましく、このとき、パターニングされた粒子１を効率良く硬化、成型することができる。
【００４４】
また、粒子１に硬化機能を持たせることも可能であり、硬化剤にて粒子１の表面を被覆する、硬化剤の末端を粒子表面に固定化する、粒子内部に内包させる、などの手段を選択することができる。
【００４５】
硬化剤に２液混合型の硬化剤を用いる場合は、一方を分散系４に混合しておき、粒子１のパターニング工程において、もしくは、パターニング工程後に、もう一方を添加することができる。
【００４６】
（基板）
本発明に用いられる基板３は、ガラス、石英等の無機材料、ＳＵＳ、アルミニウム、チタン等の金属、あるいは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のポリマーフィルム、を使用することができる。本発明の構成を満たすものであれば、特に限定されない。
【００４７】
基板３は分散系４の塗布方法、粒子１のパターニング方法により、最適のものが選ばれる。例えば、分散系４の塗布において、基板の平滑性が求められる場合には硬質の剛直な基板を、粒子1のパターニングにおいて、基板３に熱量の分布を付与し、分散系４に熱量の分布を形成する場合には、分散系４で求められる条件に加え、温度伝導率が低い、石英ガラス、ソーダガラスなどが選択できる。
【００４８】
基板３の面内において、温度伝導率に分布を形成しても良く、所望のパターニングに併せ、基板に温度伝導率のパターンを形成することで、より強い液流を形成することができ、効率の良い粒子パターニングを行うことができる。
【００４９】
また、基板３の面内よりも、面鉛直方向に温度伝導率の高い基板を用いることが可能である。基板を介して分散系４に熱量の分布を形成する際に、基板３の面内で熱量の分布が分散されることなく分散系４に伝達される為、精度の高いパターニングが可能となる。
【００５０】
基板３に温度制御部を設置することが可能であり、所望のパターニングに併せ、基板に温度制御部のパターンを形成することで、分散系４への熱量の分布形成を基板３から直接行うことが可能となる。
【００５１】
（分散系塗布方法）
基板３への分散系４の塗布は、基板３の面内において粒子１が均一分布していることが望ましい。
【００５２】
分散系４の塗布方法は、分散系４を基板３の上に均一に塗布できる方法であれば特に限定されないが、ダイコータ、ロールコータ、バーコータ、ブレードコータ、スプレーコータ、カーテンコータ、スピンコータ−、インクジェット、などを適用することができる。
【００５３】
（熱量の分布形成方法）
分散系４への熱量の分布形成は、分散系４に直接行っても、基板３を介して行っても良い。
【００５４】
分散系４に直接、熱量の分布を形成する場合には、分散系４にダメージを与えない方法であれば特に限定されないが、レーザー光などのエネルギービームを用いることができる。エネルギービームは所望のパターンに走査することも、所望のパターン構造を有するマスクを介して照射することも可能である。併用することもできる
基板３を介して分散系４に熱量に分布を形成する場合には、レーザー光、超音波、等のエネルギービーム、温度制御部を有する支持台、凹凸構造を有する支持台、等を用いることができる。
【００５５】
温度制御部を有する支持台は、所望の粒子パターンに対応し、温度制御部を配置することができる。また、温度伝導率のパターニングを設けた基板と組み合わせることにより、温度制御部のパターニングを省略することも可能である。
【００５６】
凹凸構造を有する支持台には、必要に応じて、流体循環装置もしくは真空ポンプを接続することが可能である。これらの装置は凹部に接続され、流体循環装置から冷却体あるいは加熱体を流動循環させることにより、基板３に熱量の分布を形成することができる。また、真空ポンプにより凹部を減圧させ、支持台と基板３との密着を高め、熱伝導の効率を高めることが可能である。
【００５７】
これらの熱量の分布形成方法は、併用することが可能である。
【００５８】
（硬化処理）
パターニングされた粒子１の硬化処理は、分散系４に混合した硬化剤に応じて適用する。熱硬化性樹脂、ゾル−ゲル、熱可塑性樹脂、液晶に対しては熱処理、光硬化性樹脂に対しては硬化波長での光照射、ＵＶ硬化性に対してはＵＶ光照射、２液混合型硬化剤では主剤と硬化材を混合する。
【００５９】
硬化処理は、粒子１のパターニング工程と平行して行っても、パターニング工程後に行っても良い。パターニング工程と平行して硬化処理を行う場合には、粒子１のパターニング手段が硬化処理を兼ねていても良い。
【００６０】
また硬化処理は、粒子１のパターン形状に対応して、硬化処理を行いたい場所を選択して行ってもよい。硬化手段を走査することも、硬化パターンを有するマスクを用いて硬化処理を行うこともできる。
【００６１】
以下、実施例より本発明の実施態様について、更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００６２】
本実施例について、図３〜図５を用いて説明する。
【００６３】
分散系４には、ポリカーボネート樹脂の粒子径１．５μｍの球状粒子にカーボンブラックを分散させ、黒色に着色した粒子を、イソパラフィン系炭化水素溶媒に分散させ用いる。粒子は表面をＵＶ硬化性の樹脂で被覆されている。粒子濃度は８ｗｔ％である。また、分散媒には、粒子の分散を保つ為に、界面活性剤が添加されている。
【００６４】
基板３には、厚さ０.７ｍｍのガラス上に、酸化チタンを分散させたアクリル樹脂の白色散乱層を２μｍの厚さに形成したものを用いる。
【００６５】
基板３への分散系４の塗布はダイコータ５にて行う（図３）。ダイコータ５の可動ステージ８はステンレスにより形成されており、所望のパターニング形状に対応する凹凸構造が設けられている（図４）。凹部の幅は２ｍｍであり、深さは５ｍｍである。凹部には真空ポンプが接続されており、基板３を可動ステージ８に固定する。
【００６６】
分散系４の塗布膜は、膜厚３０μｍになるように、ダイヘッド５のシム厚、分散系吐出速度、ステージ移動速度を設定する。
【００６７】
分散系４の塗布後、基板を可動ステージ８の上に固定したまま１０〜２０秒程度放置すると、可動ステージ８に設けた凹凸構造にしたがって、粒子がパターニングされる。可動ステージ８の凹部と凸部で基板３への熱伝導性が異なるために、凹部に粒子が密に集まり、凸部は粒子が疎になるため、パターニングに従って、白黒のコントラストが得られる。この時、放置時間が長すぎると分散系の液流が時間と共に小さくなり、粒子のパターニングは徐々に崩れ始める。
【００６８】
十分に粒子のパターニングが形成されたところで、基板全面に対してＵＶ光を照射し、粒子パターンの硬化処理を行う。
【００６９】
硬化処理後、未硬化の粒子および分散媒を取り除き、必要に応じて基板表面を洗浄することにより、所望のパターニングが得られる（図５）。
【００７０】
本実施例を用いることにより、各種画像、文字を各種基板上に形成することができる。
【実施例２】
【００７１】
本実施例について、図６および図７を用いて説明する。また、実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００７２】
分散系には、粒子径１.０μｍの球状の金属粒子１５を、ヘキサンに分散させ用いる。金属粒子１５は、樹脂粒子の表面に金メッキしたものであり、導電性を有している。粒子は表面をＵＶ硬化性の樹脂で被覆されている。粒子濃度は１０wt％である。
【００７３】
基板３には、厚さ０．５mmのガラス板を用いる。
【００７４】
粒子のパターニングには、格子状に凹凸構造が形成され、凸部に温度制御部１３を配置した支持台１４を使用する。格子サイズは１０mm×２０mmの長方形であり、１mmの間隔をもって配置されている。凹部には真空ポンプが接続され、基板３を支持台１４に固定できるようになっている（図６）。
【００７５】
まず、基板３を支持台１４に設置し、真空ポンプにて固定化する。基板３の上に分散系を厚さ５０μmで塗布する（図７（ａ））。支持台１４の温度制御部１３を冷却し、２０秒程度放置する。支持台１４に形成された凹部に金属粒子１５が集められる。格子状のパターニングが得られたところで、基板３の全面にＵＶ光を照射、パターニングされた金属粒子１５を固定化し、未硬化の粒子および分散媒を取り除く。この後、基板全面をプレスし、金属粒子１５のパターンを圧縮する（図７（ｂ））。
【００７６】
次に、ＵＶ硬化性の樹脂を厚さ１μmで基板上に塗布し、ＵＶ硬化処理を行い、絶縁層１６を形成する（図７（ｃ））。
【００７７】
この基板上に、分散系を厚さ５０μmで塗布し、支持台１４の温度制御部１３を加熱する。金属粒子１５は凹部に集められ、立体構造物を形成する。格子状のパターニングが得られたところで、基板全面にＵＶ光を照射し、金属粒子１５のパターンを固定化する（図７（ｄ））。未硬化の粒子および分散媒を取り除き、粒子のパターニングにより得られた導電性部に配線を施すことにより、２つの粒子パターニング部間に電圧を印加した時に、電界が発生する。この基板上に電気泳動分酸液あるいは液晶などの表示媒体を配置、透過性の基板により封止することにより、表示素子が得られる。
【実施例３】
【００７８】
本実施例について、図８および図９を用いて説明する。また、実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００７９】
本実施例では、レーザー光による分散系への直接描写により、パターニングを行なう。以下、本実施例での粒子のパターニング方法について、図８により先に説明する。
【００８０】
分散系４を基板３の上に塗布し、所望のパターニングに従ってレーザー光源１７によりレーザー光を照射し、分散系４にパターンを形成する（図８（ａ））。引き続いてＵＶ照射装置１８によりＵＶ光を照射し、粒子２を固定化する（図８（ｂ）、図８（ｃ））。粒子効果処理終了後、未硬化の粒子および分散媒を取り除くことにより、粒子２のパターンが形成される（図８（ｄ））。
【００８１】
本実施例では、上記粒子パターニング方法を用い、以下の手順で立体配線を形成する。
【００８２】
分散系には、粒子径１.５μｍの球状の導電性粒子、あるいは、絶縁性粒子を、２−プロパノールに分散させ用いる。分散系にはＵＶ硬化剤を添加する。
【００８３】
基板には、厚さ２００μmのポリカーボネート板を用いる。基板は凹凸構造を持たない支持台上に固定化して用いる。
【００８４】
まず、導電性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ａ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン１９ａを圧縮する。
【００８５】
次に、絶縁性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ｂ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン２０を圧縮する。
【００８６】
続いて、導電性粒子の分散系を基板上に塗布し、図９（ｃ）の様にパターニングを行ない、プレスして、粒子パターン１９ｂを圧縮することによって、立体配線が得られる。
【実施例４】
【００８７】
本実施例について、図１０を用いて説明する。実施例１と共通する行程については、説明を省略する。
【００８８】
分散系には、粒子径２.５μｍの黒色粒子１２を、ネマチック液晶に分散させ用いる。
【００８９】
基板には、厚さ１００μｍのＰＥＴを用いる。一対のＰＥＴ基板が間隔２０μｍを形成するように、スペーサ−を配置し、上記分散系を一対の基板間に充填する。一方の基板には、白色散乱層１１が形成されている。
【００９０】
本実施例の構成を用いて、分散系の粒子の集合状態を変化させることによって、基板を介して観察されるコントラストは変化し、表示素子として用いることができる。本実施例の表示方法について、図１０を用いて説明する。
【００９１】
まず、ネマチック液晶内に黒色粒子１２が基板面内に分散している状態から説明する（図１０（ａ））。ネマチック液晶は、ネマチック相２２を形成している。黒色粒子１２は基板上に分散しており、粒子位置は維持されている。白色散乱層１１が形成されていない、透明な基板側から観察すると、粒子の色である黒と認識される。
【００９２】
次に、上記基板を、温度制御部を有する支持台上に設置し、ネマチック液晶が等方相２３を形成するまで加熱しながら（図１０（ｂ））、所望の粒子パターンに従って、レーザー光により描写し、粒子パターンが形成されたところで（図１０（ｃ））、ネマチック液晶がネマチック相を形成するまで基板を冷却し、粒子パターンを固定化する（図１０（ｄ））。
【００９３】
図１０（ｄ）の様に、粒子の集合状態が形成されることにより、透明基板側から観察すると、白色散乱層の色である白と認識される。
【００９４】
図１０（ｄ）の状態から、再び基板を加熱し、ネマチック液晶層が等方相を形成するまで加熱し、粒子を分散させることによって、図１０（ａ）の黒の状態を形成できる。粒子の分布状態を制御することにより、図１０（ａ）と図１０（ｄ）の間の中間状態を形成することも可能である。
【００９５】
本実施例の形成体を用いて粒子の分布状態を制御することにより、表示素子として利用できる。
【００９６】
［産業上の利用可能性］
本発明によるパターニング方法により、各種基板上への画像、文字形成、あるいは、立体配線の形成、表示素子などに広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るパターニング方法の一例を示す概略図。（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す基板の濃淡は不可視の温度分布を示すものである。（ｃ）に示す矢印は不可視の分散系の液流を示すものである。
【図２】本発明に係るパターニング方法の他の例を示す概略図。（ｃ）に示す矢印は不可視の分散系の液流を示すものである。
【図３】本発明係る分散系の塗布工程の一例を示す概略図
【図４】第１の実施例におけるパターニング装置の概略図
【図５】第１の実施例におけるパターニング形成物の概略図
【図６】第２の実施例における支持台構成の概略図
【図７】第２の実施例におけるパターニング方法を示す概略図
【図８】第３の実施例におけるパターニング方法を示す概略図
【図９】第３の実施例におけるパターニング工程を示す概略図
【図１０】第４の実施例におけるパターニング工程と粒子集合状態を示す概略図
【符号の説明】
【００９８】
１ 粒子
２ 分散媒
３ 基板
４ 分散系
５ ダイヘッド
６ 液送チューブ
７ 分散系タンク
８ 可動ステージ
９ 可動ステージ凸部
１０ 可動ステージ凹部
１１ 白色散乱層
１２ 黒色粒子
１３ 温度制御部
１４ 支持台
１５ 金属粒子
１６ 絶縁層
１７ レーザー光源
１８ ＵＶ照射装置
１９ａ、１９ｂ 導電性粒子
２０ 絶縁性粒子
２１ ネマチック液晶
２２ ネマチック相
２３ 等方相
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とするパターニング方法。
【請求項２】
少なくとも基板と、分散系を用い、該基板の熱容量もしくは該基板に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系に熱量の分布を付与し、分散系に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とするパターニング方法。
【請求項３】
熱量の分布を生じさせる方法として、エネルギービームを前記基板に照射することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項４】
熱量の分布を生じさせる方法として、前記基板上に備えた温度制御部を用いることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項５】
熱量の分布を生じさせる方法として、温度制御部を有する支持台に前記基板を接触させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項６】
熱量の分布を生じさせる方法として、表面凹凸を有する支持台に前記基板を接触させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項７】
前記分散系が、分散媒と、高分子粒子もしくは無機粒子もしくは高分子無機複合粒子と、からなることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項８】
前記分散系が硬化剤を含有することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項９】
前記分散系が外部刺激応答性を有する硬化剤を含有していることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１０】
前記分散系が外部刺激に対して可逆応答性を有する硬化剤を含有していることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１１】
前記粒子が導電性粒子であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項１２】
前記粒子が絶縁体であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１３】
前記粒子が着色体であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１４】
前記分散系が２種以上の直径を有する粒子群から構成されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の導電性構造物のパターニング方法。
【請求項１５】
前記分散系が液晶を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のパターニング方法を、同一基板に対して複数回行うことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のパターニング方法を用いた表示素子。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のパターニング方法を用いたパターニング装置。
【請求項１】
少なくとも基板と、分散系を用い、該分散系に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系層内に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とするパターニング方法。
【請求項２】
少なくとも基板と、分散系を用い、該基板の熱容量もしくは該基板に与えられた熱量の分布により、基板上に形成した該分散系に熱量の分布を付与し、分散系に濃度分布を形成し、しかる後に硬化処理を行うことを特徴とするパターニング方法。
【請求項３】
熱量の分布を生じさせる方法として、エネルギービームを前記基板に照射することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項４】
熱量の分布を生じさせる方法として、前記基板上に備えた温度制御部を用いることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項５】
熱量の分布を生じさせる方法として、温度制御部を有する支持台に前記基板を接触させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項６】
熱量の分布を生じさせる方法として、表面凹凸を有する支持台に前記基板を接触させることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項７】
前記分散系が、分散媒と、高分子粒子もしくは無機粒子もしくは高分子無機複合粒子と、からなることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項８】
前記分散系が硬化剤を含有することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項９】
前記分散系が外部刺激応答性を有する硬化剤を含有していることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１０】
前記分散系が外部刺激に対して可逆応答性を有する硬化剤を含有していることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１１】
前記粒子が導電性粒子であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項１２】
前記粒子が絶縁体であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１３】
前記粒子が着色体であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１４】
前記分散系が２種以上の直径を有する粒子群から構成されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の導電性構造物のパターニング方法。
【請求項１５】
前記分散系が液晶を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のパターニング方法を、同一基板に対して複数回行うことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のパターニング方法を用いた表示素子。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のパターニング方法を用いたパターニング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１４０１９３（Ｐ２００７−１４０１９３Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３４５１３（Ｐ２００５−３３４５１３）
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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