JP5761651B2 - 硬化システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、硬化システムおよびその方法に関するものであって、より詳細には、印刷層（ｌａｙｅｒ）が多層に形成されても、レイヤ毎の硬化時間および硬化程度、強度を効率的に調節しながら適用可能なため、印刷品質の不良がもたらされる現象を従来より顕著に減少させることができ、何よりも硬化時間を短縮させることができて、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）の減少による生産性の向上を図ることができる硬化システムおよびその方法に関するものである。

化学気相蒸着（ＣＶＤ）、スパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）、真空蒸着、めっき、スプレー、印刷などの様々な種類の半導体製造装置は、薄膜形成材料を蒸気化して基板に成膜した後、露光および現像工程によりパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）したり、金属マスクを用いて成膜と同時にパターニングする。

これらの装置は、小さい基板に薄膜を形成するために多くの材料を損失させたり、露光および現像などの工程を繰り返し行うことによって、製造コストの面で不利であるという欠点を有する。

このような欠点を改善するために、印刷手法によるパターニング技術、いわゆる、印刷電子技術が最近試みられている。

印刷電子技術は、溶液工程が可能な多様な機能性インク素材（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｋ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を、直接印刷工程（ｇｒａｐｈｉｃ ａｒｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）を利用して多様な電子素子を印刷する技術の総称である。

印刷電子技術は、大別して、材料としてのインクと、インクを印刷するための印刷手法と、印刷されたインクを硬化させる硬化方法とに分けられる。

インクは、電気的特性によって、半導体性インク、導体性インク、絶縁性インクに、乾燥方式によって、酸化重合型インク、蒸発乾燥型インク、浸透乾燥型インク、沈殿乾燥型インク、紫外線硬化型インク、赤外線乾燥型インク、熱硬化性インクに、印刷タイプによって、平板型インク、凸版インク、グラビアインク、スクリーンインク、特殊インクに、被印刷物によって、紙用インク、プラスチック用インク、金属用インク、木製用インク、陶磁器用インクなどに細分化される。

印刷手法は、実質的な印刷作業の種類をいうが、これには、オフセット印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などに細分化される。

最後に、硬化方法は、紫外線乾燥、赤外線乾燥、熱乾燥、電子線乾燥、レーザ乾燥などに細分化される。

このような印刷電子技術の中でも、特に硬化方法は、多様な電子素子（以下、基板という）に印刷されたインクを硬化させる工程であり、印刷工程後に続いて進行することが通常である。

しかし、これまで知られた硬化方法の場合には、紫外線、赤外線、熱、電子線、レーザなどのいずれか１つのソース（ｓｏｕｒｃｅ）あるいは２つ以上のソースをインクがパターニングされた基板の表面に直接照射する方式しかなかった。

そのため、基板上の印刷層（Ｌａｙｅｒ）が単層でない多層の場合、深さ方向に応じたレイヤ毎の硬化時間および硬化程度、強度などの差によって、印刷品質の不良、例えば、過剰な熱浸透などによる損傷によって品質の不良がもたらされ、また、無駄に硬化時間が増加する余地が高く、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）の増加によって生産性が低下することがあるため、これに対する新たな方策が要求される。

本発明の目的は、印刷層（ｌａｙｅｒ）が多層に形成されても、レイヤ毎の硬化時間および硬化程度、強度を効率的に調節しながら適用可能なため、印刷品質の不良がもたらされる現象を従来より顕著に減少させることができ、何よりも硬化時間を短縮させることができて、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）の減少による生産性の向上を図ることができる硬化システムおよびその方法を提供することである。

上記の目的は、基板上に前記基板の厚さ方向に沿って多層に印刷される複数のレイヤ（Ｌａｙｅｒ）を硬化させるために、前記複数のレイヤに向かって深さ方向の選択度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させる少なくとも１つのレーザ発生器と、前記レーザ発生器の動作をコントロールするコントローラとを含む硬化システムによって達成される。

ここで、前記レーザ発生器は、発振波長が予め決定された帯域で変化可能なレーザを発生させる可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ、Ｔｕｎａｂｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であり得る。

前記レーザ発生器は、複数個であり、前記コントローラは、前記複数のレーザ発生器と並列的に連結され、前記複数のレーザ発生器を個別コントロールすることができる。

前記レーザ発生器に連結され、前記レーザ発生器から提供されるレーザの波長を変換させる波長変換器をさらに含むことができる。

一方、上記の目的は、基板上に前記基板の厚さ方向に沿って多層に印刷される複数のレイヤ（Ｌａｙｅｒ）を硬化させるために、前記複数のレイヤに向かって深さ方向の選択度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させる少なくとも１つのレーザ発生器と、前記レーザ発生器に連結され、前記レーザ発生器から提供されるレーザをパルス状に発生させるレーザパルス発生器（ＬＰＧ、Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）と、前記レーザ発生器および前記レーザパルス発生器の動作をコントロールするコントローラと、を含む硬化システムによっても達成される。

ここで、前記レーザ発生器は、発振波長が予め決定された帯域で変化可能なレーザを発生させる可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ、Ｔｕｎａｂｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であり得る。

前記複数のレイヤに向かうレーザパルスの周波数は、互いに異なり得る。

前記可変波長レーザ発生器および前記レーザパルス発生器は、対をなして複数個で設けられ、前記コントローラは、対をなす前記可変波長レーザ発生器および前記レーザパルス発生器を個別コントロールすることができる。

一方、上記の目的は、基板上に前記基板の厚さ方向に沿って多層に印刷される複数のレイヤ（Ｌａｙｅｒ）に向かって深さ方向の選択度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させる段階と、前記互いに異なる波長帯域のレーザによって前記複数のレイヤを選択的に硬化させる段階と、を含むインク硬化方法によって達成される。

前記発生したレーザをレーザパルスとして発生させる段階をさらに含むことができる。

前記硬化させる段階は、前記レーザパルスによって前記複数のレイヤを選択的に硬化させるものであり得る。

本発明によれば、印刷層（ｌａｙｅｒ）が多層に形成されても、レイヤ毎の硬化時間および硬化程度、強度を効率的に調節しながら適用可能なため、印刷品質の不良がもたらされる現象を従来より顕著に減少させることができ、何よりも硬化時間を短縮させることができて、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）の減少による生産性の向上を図ることができる効果がある。

また、本発明によれば、レーザパルスを用いることによって、基板の損傷や熱変形をもたらすことなく、乾燥および硬化工程を行うことができる。

本発明の第１実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。 図１の制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。 本発明の第３実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。 本発明の第４実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。 図５の第１および第２レイヤに照射されるレーザパルスの概略図である。 本発明の第５実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。 本発明の一実施形態にかかるレーザパルスを用いて乾燥／硬化させた結果を示す写真である。 本発明の一実施形態にかかるレーザパルスを用いて乾燥／硬化させた結果を示す写真である。 （ａ）は本発明の一実施形態にかかるレーザを用いて多層基板を乾燥／硬化させた結果を示す写真であり、（ｂ）は（ａ）の断面をＡＦＭスキャニングしたものを示す図である。 本発明の一実施形態にかかるレーザを用いて乾燥／硬化させた結果を示す写真である。

以上の本発明の目的、他の目的、特徴および利点は、添付した図面に関連する以下の好ましい実施形態を通じて容易に理解される。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底かつ完全になるように、そして、当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。

本明細書において、ある構成要素が他の構成要素上にあると言及される場合に、それは、他の構成要素上に直接形成されるか、またはそれらの間に第３の構成要素が介在してもよいことを意味する。また、図面において、構成要素の厚さは、技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。

本明細書で記述する実施形態は、本発明の理想的な例示図である断面図および／または平面図を参考にして説明される。図面において、膜および領域の厚さは、技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。したがって、製造技術および／または許容誤差などによって例示図の形態が変形可能である。したがって、本発明の実施形態は、図示された特定の形態に制限されるものではなく、製造工程によって生成される形態の変化も含むものである。例えば、直角に示されたエッチング領域は、ラウンドまたは所定の曲率を有する形態であり得る。したがって、図面に例示された領域は属性を有し、図面で例示された領域の形状は、素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範疇を制限するためのものではない。本明細書の多様な実施形態において、第１、第２などの用語が多様な構成要素を記述するために使用されたが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は、単にある構成要素を他の構成要素と区別させるために使用されただけである。ここに説明および例示される実施形態は、その相補的な実施形態も含む。

本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文章で特に言及しない限り複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓおよび／またはｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素が１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。下記の特定の実施形態を記述するにあたり、様々な特定的な内容は、発明をより具体的に説明し理解させるために作成された。しかし、本発明を理解できるほど当該分野における知識を有する者は、このような様々な特定的な内容がなくても使用可能であることを認知することができる。ある場合には、発明を記述するにあたり、一般に知られていながら発明と大きく関連性がない部分は、本発明を説明する上で格別の理由なく混乱をきたすのを防ぐために記述しないことを予め言及する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図であり、図２は、図１の制御ブロック図である。

これらの図面を参照すれば、本実施形態のインク硬化システムは、図１に示されているように、印刷システムに連係して使用されてもよい。

この場合、印刷システムおよびインク硬化システムが１つの印刷装置をなすことができる。もちろん、図１の事項は一実施形態に過ぎず、本発明の権利範囲が図１の図面の構造に制限されることはない。

図１に示された印刷システムについて簡略に説明する。印刷システムは、印刷電子技術が適用され、基板上に単層あるいは多層の印刷層、つまり、レイヤ（Ｌａｙｅｒ）を形成する。前述のように、オフセット印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などのうちのいずれの印刷法が適用されても構わない。

ここで、基板とは、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）基板、およびＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）基板などの平面ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＰＤ）を含めて、半導体用ウエハ（ｗａｆｅｒ）、太陽電池用ウエハあるいは基板になるとよいが、以下、これらを区分せずに基板という。

図１の場合、グラビア印刷法を例としている。つまり、ディスペンサ１によってインクが外面に塗布されるグラビア（Ｇｒａｖｕｒｅ）２と、グラビア２に対して接近または離隔し、また、基板上で回転しながら実質的な印刷作業を進行させるブランケットロール（Ｂｌａｎｋｅｔ ｒｏｌｌ）３との構成を有し、基板上に基板の厚さ方向に沿って第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２をパターニングするグラビア印刷法を例としている。図１には、グラビア２がロール（ｒｏｌｌ）の形態となっているが、プレート（ｐｌａｔｅ）形態であってもよい。

このため、インクがディスペンサ１によってグラビア２の外面に転移すると、ブランケットロール３が上昇してグラビア２と外接することによって、グラビア２からインクが転移することができ、その後再び下降して基板上で回転しながらインクを再移転させることによって、基板上に単層あるいは図面のような多層の第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２をパターニングすることができる。

一方、図１のように、基板上に第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２がパターニングされた直後にはまだインクが完全に硬化していない状態であるため、インクを硬化させるために、本実施形態のインク硬化システムが使用可能である。

本実施形態にかかるインク硬化システムは、レーザ発生器１１０と、レーザ発生器１１０の動作をコントロールするコントローラ１３０とを含むことができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ発生器１１０は、互いに異なる波長帯域のレーザを生成することができる。本実施形態において、レーザ発生器１１０は、２つの互いに異なる波長帯域のレーザを生成するものとして説明したが、これは例示的なものであって、３つ以上の互いに異なる波長帯域のレーザを生成することができることはもちろんである。

レーザ発生器１１０によって生成された互いに異なる波長帯域のレーザによって、基板上に基板の厚さ方向に沿って多層に印刷された第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２は、選択的に乾燥および硬化できる。

このようなレーザ発生器１１０として、本実施形態では、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ、Ｔｕｎａｂｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１０を適用している。

可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０は、発振波長が予め決定された帯域で変化可能なレーザを発生させる役割を果たす。場合によって、同調可能レーザ発生器と称することもある。同調範囲は、レーザ媒質の帯域に応じて決定できる。広い同調範囲を有するレーザには、固体レーザ、色素レーザ、半導体レーザなどがある。

このような可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０は、相対的に深さの浅い第１レイヤＬ１にはレーザλ１を、そして、相対的に深さの深い第２レイヤＬ２にはレーザλ２を照射するために、深さ方向の選択度を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させることができる。ここで、レーザλ１の波長は、レーザλ２と互いに異なり得る。また、レーザλ２の波長は、レーザλ１の波長より短いものであり得る。あるいは、レーザλ１のエネルギー密度とレーザλ２のエネルギー密度とが異なり得る。

本発明の一実施形態によれば、波長および／またはエネルギー密度を調節し、レーザの浸透深さを調節することができる。

本発明の一実施形態によれば、波長選択的に硬化できるように、第１レイヤまたは第２レイヤにパターニングされた粒子の大きさが均一であることが好ましい。

一方、コントローラ１３０は、本実施形態にかかるインク硬化システムの動作をコントロールする。

このようなコントローラ１３０は、図２に示されているように、中央処理装置（ＣＰＵ）１３１と、メモリ（ＭＥＭＯＲＹ）１３２と、サポート回路（ＳＵＰＰＯＲＴ ＣＩＲＣＵＩＴ）１３３とを含むことができる。ＣＰＵ１３１は、本実施形態のインク硬化システムを制御するために、産業的に適用可能な多様なコンピュータプロセッサのうちの１つであり得る。メモリ（ＭＥＭＯＲＹ）１３２は、ＣＰＵ１３１と動作によって連結される。メモリ１３２は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、ローカルまたは遠隔地に設けられるとよく、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードディスクまたは任意のデジタル記憶形態のように容易に使用可能な少なくとも１つ以上のメモリである。サポート回路（ＳＵＰＰＯＲＴ ＣＩＲＣＵＩＴ）１３３は、ＣＰＵ１３１と作用的に結合され、プロセッサの典型的な動作を支援する。このようなサポート回路１３３は、キャッシュ、パワーサプライ、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含むことができる。

例えば、本実施形態にかかるインク硬化システムにおいて、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０から互いに異なる波長帯域を有するレーザが第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２に照射できるようにする一連のプロセスなどがメモリ１３２に格納されるとよい。典型的には、ソフトウェアルーチンがメモリ１３２に格納されるとよい。ソフトウェアルーチンはまた、他のＣＰＵ（図示せず）によって格納されたり実行されるとよく、当該他のＣＰＵ（図示せず）は、インク硬化システムとは距離的に離隔した箇所に位置したものであり得る。

本発明にかかるプロセスは、ソフトウェアルーチンによって実行されるものとして説明したが、本発明のプロセスのうちの少なくとも一部はハードウェアによって行われることも可能である。このように、本発明のプロセスは、コンピュータシステム上で行われるソフトウェアで実現されたり、または集積回路のようなハードウェアで実現されたり、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって実現されるとよい。

このような構成により、印刷システムによって基板上に第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２がパターニングされると、パターニングされた第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２は、本実施形態のインク硬化システムを経て硬化できる。

本発明の一実施形態にかかる可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０は、第１レイヤの乾燥および硬化のための第１波長帯域のレーザと、第２レイヤの乾燥および硬化のための第２波長帯域のレーザとを生成することができる。

前述のように、本実施形態のインク硬化システムは、印刷システムに連係して動作することができ、それが生産性向上のために好ましいことがあるが、必ずしもそうではない。

このように、本実施形態によれば、印刷層（ｌａｙｅｒ）が多層に形成されても、レイヤ毎の硬化時間および硬化程度、強度を効率的に調節しながら適用可能なため、印刷品質の不良がもたらされる現象を従来より顕著に減少させることができ、何よりも硬化時間を短縮させることができて、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）の減少による生産性の向上を図ることができる。

図３は、本発明の第２実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。

図３を参照すれば、本実施形態のインク硬化システムは、基板上の第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２、第３および第４レイヤＬ３、Ｌ４がパターニングされた場合に、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化させるために設けられる。

この場合、２つの第１および第２可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０ａ、１１０ｂが用いられ、それに対応する第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２と第３および第４レイヤＬ３、Ｌ４に向かって深さ方向の選択度を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させることができ、コントローラ１３０は、第１および第２可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０ａ、１１０ｂと並列的に連結され、これらを個別コントロールすることができる。

図３の場合、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０ａ、１１０ｂは、相対的に深さの浅い第１レイヤＬ１および第３レイヤＬ３には浸透力が相対的に弱いレーザλ１、λ３が、そして、相対的に深さの深い第２および第４レイヤＬ２、Ｌ４には浸透力が相対的に強いレーザλ２、λ４が照射されるように、深さ方向の選択度を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させることができ、これによって、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化できる。ここで、浸透力が強いレーザは、例えば、波長が短いか、エネルギー密度が高いレーザであり得る。

図３を参照すれば、まず、第１レイヤＬ１と第２レイヤＬ２が硬化し、その後、第３レイヤＬ３と第４レイヤＬ４を硬化できる。

図４は、本発明の第３実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。

図４を参照すれば、本実施形態のインク硬化システムも、第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２、第３および第４レイヤＬ３、Ｌ４がパターニングされた場合に、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化させるために設けられる。

この場合、インク硬化システムは、通常のレーザを発生させるレーザ発生器１４０を用いるが、レーザ発生器１４０に、レーザ発生器１４０から提供されるレーザの波長を変換させる波長変換器１５０ａ、１５０ｂを連結させた構造を有する。レーザ発生器１４０には、第１実施形態で説明したコントローラ１３０が連結される。

波長変換器１５０ａ、１５０ｂの種類は多様であるが、例えば、非線形特性を利用して波長を変換する方法が適用された波長変換器１５０ａ、１５０ｂが使用可能である。非線形特性を利用する方法の１つとして、ＤＰＳＳ（ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）レーザ装置が選択できる。ＤＰＳＳレーザ装置では、Ｎｄ：ＹＡＧなどの結晶に８０８ｎｍ帯域のポンプレーザダイオードの光を入射させて１０６０ｎｍ近傍の波長を得た後に、非線形クリスタルを用いて周波数を２倍に高くして５３０ｎｍ近傍の緑色光が得られることが知られている。

図４のように、レーザ発生器１４０からのレーザ経路にミラー（ｍｉｒｒｏｒ）１４５を適当な位置に配置し、レーザ発生器１４０からのレーザが波長変換器１５０ａ、１５０ｂに入射されるようにした後、波長変換器１５０ａ、１５０ｂで第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２、そして、第３および第４レイヤＬ３、Ｌ４を硬化させるための波長帯域に変換され、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４に照射されるようにすることによって、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化させることができる。

図４の場合にも、波長変換器１５０ａ、１５０ｂは、相対的に深さの浅い第１レイヤＬ１および第３レイヤＬ３には浸透力が相対的に弱いレーザλ１、λ３が、そして、相対的に深さの深い第２および第４レイヤＬ２、Ｌ４には浸透力が相対的に強いレーザλ２、λ４が照射されるように、深さ方向の選択度を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させることができ、この方式によって第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化させることができる。

図５は、本発明の第４実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。

図５を参照すれば、本実施形態のインク硬化システムは、基板上に第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２がパターニングされた場合に、第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２を硬化させるために設けられる。

このようなインク硬化システムは、前述した第１実施形態で説明した可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ、Ｔｕｎａｂｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１０と、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０に連結されるレーザパルス発生器（ＬＰＧ、Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１６０と、これらをコントロールするコントローラ１３０とを含むことができる。

可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０およびコントローラ１３０の役割については前述した実施形態の説明に代替し、ここでは、レーザパルス発生器（ＬＰＧ）１６０について説明する。

レーザパルス発生器（ＬＰＧ）１６０は、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０に連結され、可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０から提供されるレーザをパルス状に発生させる役割を果たす。

可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０で発生するレーザは、通常、パルス状ではあるが、連続波レーザに対比していう時に使われる用語がレーザパルスである。つまり、レーザパルス発生器（ＬＰＧ）１６０を経ると、レーザが図６に例示されたようにレーザパルスに変換され、第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２に照射できる。

本発明の一実施形態によれば、乾燥および硬化させる階層に合った波長帯域のレーザパルスを用いて乾燥および硬化させるが、第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２のように多層基板からなる場合には、レーザパルスのエネルギー密度を調節し、多層基板の浸透程度を調節することができる。本発明によれば、レーザの波長、レーザパルスの周期、およびレーザのエネルギー密度などを少なくともいずれか１つ以上調節し、多層基板に浸透する深さを調節することができる。

例えば、波長が同じレーザパルス２つがあると仮定すると、なかでもパルスの周期が長いレーザはパルスの周期が短いレーザより深く浸透することができる（例えば、図６の（ａ）および（ｂ））。他の例として、パルスの周期が同じレーザパルス２つがあると仮定すると、なかでも波長の短いレーザパルスが波長の長いレーザパルスよりも深く浸透することができる。さらに他の例として、波長およびパルスの周期が同じレーザパルス２つがあると仮定すると、なかでもエネルギー密度の高いレーザパルスがエネルギー密度の低いレーザパルスよりも深く浸透することができる。

このように、本願発明では、レーザパルスを用いることによって、基板の表面近傍にのみ影響を与えるため、基板を損傷させたり熱変形させなくて済む。

図６に示されたレーザパルスは例示的なもので、これとは異なる形態のレーザパルスも本願発明に使用できることはもちろんである。

上述した実施形態において、レーザパルスλ１、レーザパルスλ２、レーザパルスλ３、およびレーザパルスλ４のように特定波長が使用されるものとして説明したが、所定の波長帯域で使用されることも可能である。例えば、λ１の代わりに、（λ１＋△λ）〜（λ１−△λ）のように所定の波長帯域が使用可能である。他の波長も類似の方式で所定の波長帯域が使用可能である。

図７は、本発明の第５実施形態にかかるインク硬化システムの概略的な構成図である。

図７を参照すれば、本実施形態のインク硬化システムは、基板上に第１および第２レイヤＬ１、Ｌ２、第３および第４レイヤＬ３、Ｌ４がパターニングされた場合に、第１ないし第４レイヤＬ１〜Ｌ４を硬化させるために設けられる。

この場合、第１および第２可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０ａ、１１０ｂと、それに対応して連結される第１および第２レーザパルス発生器（ＬＰＧ）１６０ａ、１６０ｂが使用可能であり、コントローラ１３０は、第１および第２可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ）１１０ａ、１１０ｂと並列的に連結され、これらを個別コントロールすることができる。

図８と図９は、本発明の一実施形態にかかるレーザパルスを用いて乾燥／硬化させた結果を示す写真である。

図８は、ＩＴＯナノ粒子でパターニングされた基板を、３５５ｎｍの波長を有するレーザパルス（電力５０ｍＷ）を用いて乾燥および硬化させた結果を示す写真である。図８を参照すれば、左側写真のようにパターニングされたパーティクル粒子に対して、本発明の一実施形態にかかるレーザパルスを印加すると、図８の右側写真に示されたように硬化できることを示す。

図９は、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）および酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノ粒子でパターニングされた基板を、５５ｎｍの波長を有するレーザパルス（電力５０ｍＷ）を用いて乾燥および硬化させた結果を示す写真である。図９を参照すれば、左側写真のようにパターニングされたパーティクル粒子に対して、本願発明の一実施形態にかかるレーザパルスを印加すると、図９の右側写真に示されたように硬化できることを示す。

図１０（ａ）と（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる特定波長帯域のレーザを用いて多層基板を乾燥／硬化させた結果を示す写真である。

図１０（ａ）は、ポリマー基板の上方から撮った写真（つまり、＋ｚ軸から−ｚ軸方向を眺めて撮った写真）であり、（ｂ）は（ａ）の断面方向（つまり、＋ｘ軸方向から−ｘ軸方向を眺めて撮った写真）で撮ったＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ ＭｉｃｒｏＳｃｏｐｅ）スキャニング写真である。

本実施形態は、ポリマー基板上にパターニングされたメタルナノ粒子を、ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いて選択的に乾燥および硬化させたことを示す。図１０（ａ）および（ｂ）を参照すれば分かるように、本発明によれば、高分子基板であるポリマー基板の損傷なくメタルナノ粒子だけを選択的に乾燥および硬化させることができる。

図１１は、本発明の他の実施形態にかかる特定波長帯域のレーザを用いて乾燥および硬化させた結果を示す写真である。

図１１は、メタルナノ粒子がパターニングされた基板を、２４８ｎｍの波長を有するＥｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒを用いて乾燥および硬化させたことを示すもので、本発明によれば、表面だけを乾燥および硬化させることができる。

一方、本発明の一実施形態にかかるインク硬化方法が提供される。例えば、まず、基板上に前記基板の厚さ方向に沿って多層に印刷される複数のレイヤ（Ｌａｙｅｒ）に向かって深さ方向の選択度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させる段階を行い、次に、前記互いに異なる波長帯域のレーザによって前記複数のレイヤを選択的に硬化させる段階を行うことができる。

また、レーザを発生させる段階と前記硬化させる段階との間に、前記発生したレーザをレーザパルスとして発生させる段階を行うことができ、前記硬化させる段階は、前記レーザパルスによって前記複数のレイヤを選択的に硬化させるものであり得る。

以上、図面を参照して本発明について説明したが、本発明の権利範囲がこれに制限されるものではない。

上述した実施形態の場合、基板上に上下方向に沿って２層のレイヤが設けられることについて説明したが、レイヤの個数は３つ以上であってもよく、この場合にも、本発明のインク硬化システムが十分に適用可能である。

このように、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想および範囲を逸脱しない範囲内で多様に修正および変形できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者に自明である。したがって、そのような修正例または変形例は本発明の特許請求の範囲に属する。

Claims (6)

1. 基板上に前記基板の厚さ方向に沿って多層に印刷される複数のレイヤ（Ｌａｙｅｒ）を硬化させるために、前記複数のレイヤに向かって深さ方向の選択度（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する互いに異なる波長帯域のレーザを発生させる少なくとも１つのレーザ発生器と、
   前記レーザ発生器に連結され、前記レーザ発生器から提供されるレーザをパルス状に発生させるレーザパルス発生器（ＬＰＧ、Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）と、
   前記レーザ発生器および前記レーザパルス発生器の動作をコントロールするコントローラと、を含み、
   前記コントローラは、レーザの波長を調整して前記複数のレイヤに浸透される深さを調節可能であり、前記レーザパルス発生器から発生されたレーザパルスの周期を調整することにより前記基板の損傷や熱変形を防止可能であることを特徴とする硬化システム。
2. 前記レーザ発生器は、発振波長が予め決定された帯域で変化可能なレーザを発生させる可変波長レーザ発生器（ＴＷＬＧ、Ｔｕｎａｂｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であることを特徴とする請求項１に記載の硬化システム。
3. 前記レーザ発生器は、複数個であり、前記コントローラは、前記複数のレーザ発生器と並列的に連結され、前記複数のレーザ発生器を個別コントロールすることを特徴とする請求項１に記載の硬化システム。
4. 前記レーザ発生器に連結され、前記レーザ発生器から提供されるレーザの波長を変換させる波長変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の硬化システム。
5. 前記複数のレイヤに向かうレーザパルスの周波数は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の硬化システム。
6. 前記可変波長レーザ発生器および前記レーザパルス発生器は、対をなして複数個で設けられ、前記コントローラは、対をなす前記可変波長レーザ発生器および前記レーザパルス発生器を個別コントロールすることを特徴とする請求項１に記載の硬化システム。

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