エレクトロスプレーデポジション装置
【課題】大型、大面積の基板に効率的に有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供する。
【解決手段】エレクトロスプレーデポジション装置において、噴霧部１０と、基板搭載部２０と、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３と、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３を制御し、噴霧部１０と成膜対象基板２１との間に電界を印加させて、成膜対象基板２１に静電噴霧により溶液材料の膜を形成する制御部３０とを備え、基板搭載部２０は、噴霧部１０に対して鉛直上方向に設置され、成膜対象基板２１の成膜面を下面として固定し、噴霧部１０は、噴霧を行う先端部にスリット状開口１２を有する導電体ノズル１１を備え、制御部３０は、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３を制御して、溶液材料を帯電させ、噴霧部１０から成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行う。
【解決手段】エレクトロスプレーデポジション装置において、噴霧部１０と、基板搭載部２０と、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３と、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３を制御し、噴霧部１０と成膜対象基板２１との間に電界を印加させて、成膜対象基板２１に静電噴霧により溶液材料の膜を形成する制御部３０とを備え、基板搭載部２０は、噴霧部１０に対して鉛直上方向に設置され、成膜対象基板２１の成膜面を下面として固定し、噴霧部１０は、噴霧を行う先端部にスリット状開口１２を有する導電体ノズル１１を備え、制御部３０は、基板印加電圧電源３２およびノズル印加電圧電源３３を制御して、溶液材料を帯電させ、噴霧部１０から成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を用いる有機電子デバイス製造のために、デバイス基板上に有機半導体材料薄膜を成膜するエレクトロスプレーデポジション装置に関し、特に、大型、大面積の基盤への対応に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、有機エレクトロルミネッセンス発光素子からなる表示装置や照明装置、また有機薄膜太陽電池など、光電変換の機能材料として有機半導体材料を用いる有機電子デバイスの開発、実用化が進められている。
【０００３】
現在、有機半導体薄膜の製造において、低分子系の材料を真空中で蒸着して機能毎の材料膜を積層する成膜方法が一般的に用いてられている。今後、大型、大面積の表示装置や照明装置、太陽電池に対して、製造コストを低減する上で、常温、非真空下で基板上に膜形成を実現する有機半導体材料と成膜方法が期待されている。
【０００４】
このような常温、非真空下での成膜を実現する有機半導体材料として、高分子の材料を溶媒に溶かした液体材料が注目されており、その基本となる高分子の半導体材料開発が進められている。
【０００５】
液体材料を非真空下で成膜する方法として、スピンコータ、スリットコータ、あるいはインクジェット、オフセット、スクリーンなどの塗布、印刷法が知られている。これらの方法では、基板上に液体状態の膜が形成されるために、積層膜を形成する場合に、上層材料の溶媒が下地材料層を溶かして上下層で材料が混じり合い、積層膜としての機能を発現しない問題がある。このため、一層毎に加熱して溶媒乾燥する処理が必要となる。
【０００６】
そこで、直接乾燥膜を形成できる成膜方法が期待されており、その方法として、エレクトロスプレーデポジション法が注目されている。本成膜方法は、古くから知られている高圧電界中で液体材料を帯電させて微小液滴状態で噴霧するエレクトロスプレー現象を原理としており、近年、産業分野への応用が研究されている。
【０００７】
本成膜方法をナノファイバ製造に応用した背景技術として、例えば、特開２００７−１７５５７６号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、複数の隣接するノズル同士の電荷干渉や反発を緩和し、正常な噴霧が行える噴霧材料の溶液を静電帯電させて対象物の基板表面に付着させる静電噴霧装置において、基板と所定の距離をおいて配置される内部に電極線を有する複数のノズルと、電極線に所定の高電圧を印加して噴霧材料の溶液を静電噴霧するための高圧電源とを備え、複数ノズルの基板との距離を、隣接するノズル同士異なる位置に配置することが記載されている。
【０００８】
また、本成膜方法を有機エレクトロルミネッセンス素子製造に応用した背景技術として、例えば、特開２００７−３０５５０７号公報（特許文献２）がある。この特許文献２には、エレクトロスプレーデポジション法により、導電性パターン上に所望の機能を有するパターンを優れた精度、均一性および効率性でもって形成する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、スプレーキャピラリーと導電性基板と、スプレーキャピラリーと導電性基板との間に電圧を印加する高圧電源部とを用いたエレクトロスプレーデポジション法により、導電性基板上の導電性パターン上に塗液を付着させ、導電性パターン上に所望の機能を有するパターンを形成し、塗液が室温での蒸気圧５００Ｐａ以下の溶媒を少なくとも含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７５５７６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２では、材料噴霧のためのノズルはガラス管やステンレス管などのキャピラリー（細管）を用いる噴霧が記載されており、特許文献１、２は共に、エレクトロスプレー現象の原理となる細管を用い噴霧方法をそのまま反映した技術といえる。
【００１１】
このような細管を用いるエレクトロスプレー法では、１つの細管に１つのエレクトロスプレー現象しか発現できず、細管先端を頂点として円錐放射状に材料の噴霧が広がって基板面に膜が形成されることになる。このため、大型、大面積の基板に対する有機半導体薄膜の製造に対して、細管を組み合わせた構成のエレクトロスプレーデポジション装置では、材料薄膜の効率的な成膜について課題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、大型、大面積の基板に効率的に有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１５】
すなわち、代表的なものの概要は、溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部と、成膜対象基板を搭載する搭載部と、噴霧部および成膜対象基板に対して、独立に電圧を印加する電圧印加制御手段と、電圧印加制御手段を制御し、噴霧部と成膜対象基板との間に電界を印加させて、成膜対象基板に静電噴霧により溶液材料の膜を形成する制御部とを備え、搭載部は、噴霧部に対して鉛直上方向に設置され、成膜対象基板の成膜面を下面として固定し、噴霧部は、噴霧を行う先端部にスリット状開口を有する導電体ノズルを備え、制御部は、電圧印加制御手段を制御して、溶液材料を帯電させ、噴霧部から成膜対象基板に対して下部より静電噴霧を行うものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１７】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、静電噴霧する噴霧部のノズルがスリット状の開口を有しており、供給された溶液材料を帯電させた際に、１つのスリット状の開口に対して複数のエレクトロスプレー現象を発現させることができる。このため、ノズルに対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口を備えることで、１つのノズルから多数のエレクトロスプレーを発生させることができる。
【００１８】
さらに、基板に対して下部より噴霧部から静電噴霧を行い、対向する対象基板の成膜面に材料膜を形成することで、噴霧開始直前と噴霧停止直後に静電噴霧しない液滴が基板方向に吐出することを防止する。これらを実現することで、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの長尺方向断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの横断面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの横断面を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成を示す構成図である。
【００２２】
図１において、エレクトロスプレーデポジション装置は、基本的構成として、溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜の対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部１０、成膜対象基板２１を搭載する基板搭載部２０、噴霧部１０と成膜対象基板２１とに電圧を印加するための電源や溶液材料を噴霧部１０に供給するための供給装置などの制御部３０から構成されている。
【００２３】
また、成膜対象基板２１は、隣接する他の処理装置（図示せず）により成膜面が下面となるように搬送されて、基板保持機構部２２に固定される。この成膜対象基板２１に対して、噴霧部１０は鉛直下方に位置し、先端部にスリット状開口１２を有する導電体ノズル１１を備え、導電体ノズル１１に外面に電圧を印加するための電圧印加制御手段であるノズル印加電圧電源３３を用いて、溶液材料を帯電させ、成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行い、所望の成膜面に材料膜を形成する。
【００２４】
また、本実施の形態では、成膜対象基板２１に対しても独立な電圧印加制御手段である基板印加電圧電源３２を用いて、導電体ノズル１１とは極性が異なる電圧を印加させて、成膜対象基板２１と導電体ノズル１１との間の電界を制御することができるようになっている。
【００２５】
導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との間に電界を印加するが、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との間の距離は５０ｍｍから２５０ｍｍ範囲が好ましく、これに対し、電界強度が１００ｋＶ／ｍから３００ｋＶ／ｍの条件範囲であることが望ましい。これらの範囲を逸脱すると、後述する導電体ノズル１１のスリット状開口１２からの静電噴霧が良好に生成できなくなる。
【００２６】
制御部３０は、基板保持機構部２２を制御する基板保持機構制御部３１、成膜対象基板２１に電圧を印加する基板印加電圧電源３２、導電体ノズル１１に電圧を印加するノズル印加電圧電源３３、導電体ノズル１１に溶液材料を供給する溶液材料供給装置３４から構成されている。
【００２７】
図１に示す構成においては、溶液材料供給装置３４から導電体ノズル１１に材料が供給されると、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填され、スリット状開口１２から液体が出ることになる。導電体ノズル１１に電圧が印加されていると、溶液材料が同一電荷に帯電することで電荷同士の反発が生じる。
【００２８】
溶液材料の液体の表面張力に対してこの電荷反発力が勝ると、溶液材料は静電噴霧する。成膜対象基板２１には、導電体ノズル１１と極性の異なる電圧を印加することにより、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１の間の電界による静電引力によって、静電噴霧した材料は成膜対象基板２１側に飛翔するが、この間に引き続いて、電荷の静電反発によって噴霧は微小な液滴粒子状態へと分裂を続けることになる。この微小粒子への分裂、飛翔過程で液滴溶媒は揮発乾燥して、残りの溶質材料の帯電粒子が基板へと付着し、溶媒の乾燥した材料膜の形成に至ることになる。
【００２９】
スリット状開口１２に対して溶液材料を供給し続けている状態では、電圧印加前と印加停止後には静電噴霧は発生しないため、溶液材料はスリット状開口１２の上部に滞留することになる。導電体ノズルが重力方向に開口していると、この滞留した液滴が自重により導電体ノズル１１から滴下するが、本実施の形態では、噴霧部１０のスリット状開口１２は鉛直上方に開口して、成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行い、所望の成膜面に材料膜を形成することにより、スリット状開口１２の上部に滞留するだけで、溶液材料が導電体ノズル１１から滴下することがない。
【００３０】
次に、図２〜図５により、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造および電圧の印加について説明する。図２〜図４は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造を説明するための説明図であり、図２は導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図、図３は導電体ノズルの長尺方向断面を示す図、図４は導電体ノズルの横断面を示す図である。図５は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、直流電圧を印加する例を示している。
【００３１】
図２および図３に示すように、導電体ノズル１１は、成膜対象基板２１の一辺に相当する長尺幅Ｌを有し、長尺幅に対して絶縁物壁１３で複数に分割したスリット状開口１２を備えている。分割されたスリット状開口１２では、スリット幅Ｓｗが０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲であり、開口長尺幅ＳＬがスリット幅に対して２５倍以上５０倍以下の範囲となっている。
【００３２】
また、図４に示すように、導電体ノズル１１は導電体ノズル上部平滑面１４の中央部にスリット状開口を備えており、さらに、導電体ノズルの平滑面１４は、スリット状開口のスリット幅Ｓｗに対して６倍以上３０倍以下としている。
【００３３】
このような導電体ノズル１１を用いることで、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して複数の静電噴霧現象を発現させることができる。
【００３４】
これにより、導電体ノズル１１に対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口１２を備えることで、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００３５】
ここで、導電体ノズル１１のスリット状開口１２のスリット幅が０．２ｍｍ未満の場合は、スリット状開口１２に充填される溶液材料量に対して帯電量が多く、静電噴霧した際の液滴間の電荷反発力や、成膜対象基板２１に付着直後の帯電粒子材料とその後に飛翔して来る帯電粒子材料との電荷反発力が大きくなる。
【００３６】
このため、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とを静止した状態においても、静電噴霧中に成膜対象基板２１への付着領域が常に移動して不安定となり、制御できない状態となる。また、スリット幅が１．５ｍｍ超では、スリット状開口１２に充填される溶液材料量に対して帯電量が小さく、静電噴霧が安定しない。
【００３７】
また、スリット状開口１２の開口長尺幅がスリット幅に対して２５倍未満である場合は、１つのスリット状開口１２に充填される溶液材料量が不十分で複数の静電噴霧を発現できない。また、開口長尺幅がスリット幅に対して５０倍超では、スリット状開口１２に充填される溶液材料量が多く、相対的に帯電量が小さくなって静電噴霧が安定しない。
【００３８】
また、導電体ノズル１１は、上面が平滑面であり、中央部にスリット状開口１２を備えており、平滑面は、スリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して６倍以上３０倍以下である。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、図５に示すように、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１に直流電圧を印加して、電界を印加することにより、導電体ノズル１１のスリット状開口１２に充填された溶液材料を帯電してスリット状開口１２より静電噴霧現象を発現させる。
【００４０】
図５に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１２０ｍｍに対して電界強度１２０ｋＶ／ｍとなるように、直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加している。この電圧の印加のために、ノズル印加電圧電源３３と基板印加電圧電源３２の独立な電圧印加制御手段を備えている。
【００４１】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して、例えば２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００４２】
このとき、帯電した溶液材料がスリット状開口１２から外に流れ出た場合でも、導電体ノズル１１の上面を平滑面とすることで、その平滑面に流れ出た溶液材料を材料液体の表面張力により一定量を一定時間保持できる。このときに平滑面に保持された溶液材料は帯電状態にあり、導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電気力線の電界により、この平滑面からでも静電噴霧することができる。
【００４３】
導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電気力線は、平滑面の中央部にスリット状開口１２を備えることで、スリット状開口１２の中心から導電体ノズル１１の上面の両端に対して中心対称の等価な電界を形成できる。
【００４４】
ここで、平滑面がスリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して６倍未満であると、導電体ノズル１１の上面両端部におけるエッジ電界強度が強く、導電体ノズル１１の上面でスリット状開口１２から外に流れ出た溶液材料が静電噴霧した際に、成膜対象基板２１への付着領域が常に移動して不安定となり、制御できない状態となる。また、平滑面がスリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して３０倍超であると、導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電界が平面状態の電極間の電界となって、静電噴霧を発現できる電界強度に満たない状態となる。
【００４５】
本実施の形態では、上述した導電体ノズル１１を用いることで、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して複数の静電噴霧現象を発現させることができる。これにより、導電体ノズル１１に対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口１２を備えることで、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００４６】
このように、本実施の形態では、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの寸法の範囲内での具体例について説明する。
【００４８】
まず、導電体ノズル１１として、成膜対象基板２１となる３７０ｍｍ×４７０ｍｍ面の１辺に相当する３７０ｍｍ幅を有し、導電体ノズル１１の上面の平滑面は６ｍｍ幅、スリット状開口のスリット幅Ｓｗ０．２ｍｍ、開口長尺幅ＳＬ５ｍｍ、スリット状開口１２を分割する絶縁物の長尺幅１０ｍｍ、スリット状開口１２を２２個備えたものを用意し、この導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１２０ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００４９】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０４ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００５０】
また、他の導電体ノズル１１として、成膜対象基板２１となる３７０ｍｍ×４７０ｍｍ面の１辺に相当する３７０ｍｍ幅を有し、導電体ノズル１１の上面の平滑面は６ｍｍ幅、スリット状開口１２のスリット幅Ｓｗ０．６ｍｍ、開口長尺幅ＳＬ６ｍｍ、スリット状開口１２を分割する絶縁物の長尺幅１２ｍｍ、スリット状開口を１８個備えたものを用意し、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１００ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００５１】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して、スリット状開口１２の両端に２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００５２】
なお、ここでは、１つのスリット状開口１２に対して静電噴霧現象の発現は２個の例で説明しているが、条件によっては、スリット状開口１２の中心部にも静電噴霧現象が発現し、３個の静電噴霧現象を発現させることもできる。
【００５３】
このように、導電体ノズル１１の寸法の範囲を最適な範囲内とすることにより、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００５４】
（実施の形態２）
実施の形態２は実施の形態１において、導電体ノズル１１のスリット状開口１２を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路である窒素噴出ノズル開口を有する乾燥窒素噴出ノズルを備えたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５５】
図６および図７により、本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造について説明する。図６および図７は本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造を説明するための説明図であり、図６は導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図、図７は導電体ノズルの横断面を示す図である。
【００５６】
図６および図７において、導電体ノズル１１のスリット状開口１２を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路である窒素噴出ノズル開口１６を有する乾燥窒素噴出ノズル１５が備えられており、乾燥窒素噴出ノズル１５は導電体ノズル１１とは絶縁物を隔壁として絶縁されている。
【００５７】
乾燥窒素噴出ノズル１５に対しては、乾燥窒素を供給するための供給装置から配管されて乾燥窒素気流を噴出する。ここでの乾燥窒素気流は、含有する水分量が露点温度として−７７℃以下となる低水分量の窒素ガスを用いている。
【００５８】
窒素噴出ノズル開口１６のスリット幅と乾燥窒素気流の流速は、スリット幅５ｍｍから１０ｍｍ範囲内で、例えばスリット幅１０ｍｍとした場合に流速を０．１から１ｍ／ｓ範囲内に、スリット幅５ｍｍとした場合に流速を０．１から２ｍ／ｓ範囲内と、スリット幅と流速上限により乾燥窒素気流が層流となる範囲内でスリット幅と流速上限を規定する。
【００５９】
導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００６０】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００６１】
このとき、静電噴霧した材料を電界による電荷引力だけでなく、乾燥窒素噴出ノズル１５による乾燥窒素気流により成膜対象基板２１方向に飛翔させて、使用材料を効率よく成膜することができる。
【００６２】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１への電圧の印加を交流としたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６３】
図８により、本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加について説明する。図８は本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、交流電圧を印加する例を示している。
【００６４】
本実施の形態では、図１に示すエレクトロスプレーデポジション装置構成において、図８に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して極大の電界強度２００ｋＶ／ｍとなるように、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とに対して極性が反転する交流電圧を印加している。
【００６５】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象を発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００６６】
また、印加する電圧を交流とすることにより、より安定した静電噴霧を行うことができ、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１への電圧の印加を矩形の交流としたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６８】
図９により、本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加について説明する。図９は本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、矩形の交流電圧を印加する例を示している。
【００６９】
本実施の形態では、図１に示すエレクトロスプレーデポジション装置構成において、図９に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して極大の電界強度２００ｋＶ／ｍとなるように、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とに対して極性が反転する矩形の交流電圧を印加している。
【００７０】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象を発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００７１】
また、印加する電圧を矩形の交流とすることにより、実施の形態３の交流よりもエネルギーが大きくなり、より安定した静電噴霧を行うことができ、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、有機半導体材料薄膜を形成するエレクトロスプレーデポジション装置に関し、有機エレクトロルミネッセンス発光素子からなる表示装置や照明装置、また有機薄膜太陽電池など、光電変換の機能材料として有機半導体材料を用いる有機電子デバイスの製造装置などに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…噴霧部、１１…導電体ノズル、１２…スリット状開口、１３…縁物隔壁、１４…導電体ノズル上部平滑面、１５…乾燥窒素噴出ノズル、１６…窒素噴出ノズル開口、２０…基板搭載部、２１…成膜対象基板、２２…基板保持機構部、３０…制御部、３１…基板保持機構制御部、３２…基板印加電圧電源、３３…ノズル印加電圧電源、３４…溶液材料供給装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を用いる有機電子デバイス製造のために、デバイス基板上に有機半導体材料薄膜を成膜するエレクトロスプレーデポジション装置に関し、特に、大型、大面積の基盤への対応に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、有機エレクトロルミネッセンス発光素子からなる表示装置や照明装置、また有機薄膜太陽電池など、光電変換の機能材料として有機半導体材料を用いる有機電子デバイスの開発、実用化が進められている。
【０００３】
現在、有機半導体薄膜の製造において、低分子系の材料を真空中で蒸着して機能毎の材料膜を積層する成膜方法が一般的に用いてられている。今後、大型、大面積の表示装置や照明装置、太陽電池に対して、製造コストを低減する上で、常温、非真空下で基板上に膜形成を実現する有機半導体材料と成膜方法が期待されている。
【０００４】
このような常温、非真空下での成膜を実現する有機半導体材料として、高分子の材料を溶媒に溶かした液体材料が注目されており、その基本となる高分子の半導体材料開発が進められている。
【０００５】
液体材料を非真空下で成膜する方法として、スピンコータ、スリットコータ、あるいはインクジェット、オフセット、スクリーンなどの塗布、印刷法が知られている。これらの方法では、基板上に液体状態の膜が形成されるために、積層膜を形成する場合に、上層材料の溶媒が下地材料層を溶かして上下層で材料が混じり合い、積層膜としての機能を発現しない問題がある。このため、一層毎に加熱して溶媒乾燥する処理が必要となる。
【０００６】
そこで、直接乾燥膜を形成できる成膜方法が期待されており、その方法として、エレクトロスプレーデポジション法が注目されている。本成膜方法は、古くから知られている高圧電界中で液体材料を帯電させて微小液滴状態で噴霧するエレクトロスプレー現象を原理としており、近年、産業分野への応用が研究されている。
【０００７】
本成膜方法をナノファイバ製造に応用した背景技術として、例えば、特開２００７−１７５５７６号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、複数の隣接するノズル同士の電荷干渉や反発を緩和し、正常な噴霧が行える噴霧材料の溶液を静電帯電させて対象物の基板表面に付着させる静電噴霧装置において、基板と所定の距離をおいて配置される内部に電極線を有する複数のノズルと、電極線に所定の高電圧を印加して噴霧材料の溶液を静電噴霧するための高圧電源とを備え、複数ノズルの基板との距離を、隣接するノズル同士異なる位置に配置することが記載されている。
【０００８】
また、本成膜方法を有機エレクトロルミネッセンス素子製造に応用した背景技術として、例えば、特開２００７−３０５５０７号公報（特許文献２）がある。この特許文献２には、エレクトロスプレーデポジション法により、導電性パターン上に所望の機能を有するパターンを優れた精度、均一性および効率性でもって形成する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、スプレーキャピラリーと導電性基板と、スプレーキャピラリーと導電性基板との間に電圧を印加する高圧電源部とを用いたエレクトロスプレーデポジション法により、導電性基板上の導電性パターン上に塗液を付着させ、導電性パターン上に所望の機能を有するパターンを形成し、塗液が室温での蒸気圧５００Ｐａ以下の溶媒を少なくとも含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７５５７６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２では、材料噴霧のためのノズルはガラス管やステンレス管などのキャピラリー（細管）を用いる噴霧が記載されており、特許文献１、２は共に、エレクトロスプレー現象の原理となる細管を用い噴霧方法をそのまま反映した技術といえる。
【００１１】
このような細管を用いるエレクトロスプレー法では、１つの細管に１つのエレクトロスプレー現象しか発現できず、細管先端を頂点として円錐放射状に材料の噴霧が広がって基板面に膜が形成されることになる。このため、大型、大面積の基板に対する有機半導体薄膜の製造に対して、細管を組み合わせた構成のエレクトロスプレーデポジション装置では、材料薄膜の効率的な成膜について課題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、大型、大面積の基板に効率的に有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１５】
すなわち、代表的なものの概要は、溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部と、成膜対象基板を搭載する搭載部と、噴霧部および成膜対象基板に対して、独立に電圧を印加する電圧印加制御手段と、電圧印加制御手段を制御し、噴霧部と成膜対象基板との間に電界を印加させて、成膜対象基板に静電噴霧により溶液材料の膜を形成する制御部とを備え、搭載部は、噴霧部に対して鉛直上方向に設置され、成膜対象基板の成膜面を下面として固定し、噴霧部は、噴霧を行う先端部にスリット状開口を有する導電体ノズルを備え、制御部は、電圧印加制御手段を制御して、溶液材料を帯電させ、噴霧部から成膜対象基板に対して下部より静電噴霧を行うものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１７】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、静電噴霧する噴霧部のノズルがスリット状の開口を有しており、供給された溶液材料を帯電させた際に、１つのスリット状の開口に対して複数のエレクトロスプレー現象を発現させることができる。このため、ノズルに対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口を備えることで、１つのノズルから多数のエレクトロスプレーを発生させることができる。
【００１８】
さらに、基板に対して下部より噴霧部から静電噴霧を行い、対向する対象基板の成膜面に材料膜を形成することで、噴霧開始直前と噴霧停止直後に静電噴霧しない液滴が基板方向に吐出することを防止する。これらを実現することで、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの長尺方向断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの横断面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの横断面を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の構成を示す構成図である。
【００２２】
図１において、エレクトロスプレーデポジション装置は、基本的構成として、溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜の対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部１０、成膜対象基板２１を搭載する基板搭載部２０、噴霧部１０と成膜対象基板２１とに電圧を印加するための電源や溶液材料を噴霧部１０に供給するための供給装置などの制御部３０から構成されている。
【００２３】
また、成膜対象基板２１は、隣接する他の処理装置（図示せず）により成膜面が下面となるように搬送されて、基板保持機構部２２に固定される。この成膜対象基板２１に対して、噴霧部１０は鉛直下方に位置し、先端部にスリット状開口１２を有する導電体ノズル１１を備え、導電体ノズル１１に外面に電圧を印加するための電圧印加制御手段であるノズル印加電圧電源３３を用いて、溶液材料を帯電させ、成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行い、所望の成膜面に材料膜を形成する。
【００２４】
また、本実施の形態では、成膜対象基板２１に対しても独立な電圧印加制御手段である基板印加電圧電源３２を用いて、導電体ノズル１１とは極性が異なる電圧を印加させて、成膜対象基板２１と導電体ノズル１１との間の電界を制御することができるようになっている。
【００２５】
導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との間に電界を印加するが、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との間の距離は５０ｍｍから２５０ｍｍ範囲が好ましく、これに対し、電界強度が１００ｋＶ／ｍから３００ｋＶ／ｍの条件範囲であることが望ましい。これらの範囲を逸脱すると、後述する導電体ノズル１１のスリット状開口１２からの静電噴霧が良好に生成できなくなる。
【００２６】
制御部３０は、基板保持機構部２２を制御する基板保持機構制御部３１、成膜対象基板２１に電圧を印加する基板印加電圧電源３２、導電体ノズル１１に電圧を印加するノズル印加電圧電源３３、導電体ノズル１１に溶液材料を供給する溶液材料供給装置３４から構成されている。
【００２７】
図１に示す構成においては、溶液材料供給装置３４から導電体ノズル１１に材料が供給されると、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填され、スリット状開口１２から液体が出ることになる。導電体ノズル１１に電圧が印加されていると、溶液材料が同一電荷に帯電することで電荷同士の反発が生じる。
【００２８】
溶液材料の液体の表面張力に対してこの電荷反発力が勝ると、溶液材料は静電噴霧する。成膜対象基板２１には、導電体ノズル１１と極性の異なる電圧を印加することにより、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１の間の電界による静電引力によって、静電噴霧した材料は成膜対象基板２１側に飛翔するが、この間に引き続いて、電荷の静電反発によって噴霧は微小な液滴粒子状態へと分裂を続けることになる。この微小粒子への分裂、飛翔過程で液滴溶媒は揮発乾燥して、残りの溶質材料の帯電粒子が基板へと付着し、溶媒の乾燥した材料膜の形成に至ることになる。
【００２９】
スリット状開口１２に対して溶液材料を供給し続けている状態では、電圧印加前と印加停止後には静電噴霧は発生しないため、溶液材料はスリット状開口１２の上部に滞留することになる。導電体ノズルが重力方向に開口していると、この滞留した液滴が自重により導電体ノズル１１から滴下するが、本実施の形態では、噴霧部１０のスリット状開口１２は鉛直上方に開口して、成膜対象基板２１に対して下部より静電噴霧を行い、所望の成膜面に材料膜を形成することにより、スリット状開口１２の上部に滞留するだけで、溶液材料が導電体ノズル１１から滴下することがない。
【００３０】
次に、図２〜図５により、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造および電圧の印加について説明する。図２〜図４は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造を説明するための説明図であり、図２は導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図、図３は導電体ノズルの長尺方向断面を示す図、図４は導電体ノズルの横断面を示す図である。図５は本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、直流電圧を印加する例を示している。
【００３１】
図２および図３に示すように、導電体ノズル１１は、成膜対象基板２１の一辺に相当する長尺幅Ｌを有し、長尺幅に対して絶縁物壁１３で複数に分割したスリット状開口１２を備えている。分割されたスリット状開口１２では、スリット幅Ｓｗが０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲であり、開口長尺幅ＳＬがスリット幅に対して２５倍以上５０倍以下の範囲となっている。
【００３２】
また、図４に示すように、導電体ノズル１１は導電体ノズル上部平滑面１４の中央部にスリット状開口を備えており、さらに、導電体ノズルの平滑面１４は、スリット状開口のスリット幅Ｓｗに対して６倍以上３０倍以下としている。
【００３３】
このような導電体ノズル１１を用いることで、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して複数の静電噴霧現象を発現させることができる。
【００３４】
これにより、導電体ノズル１１に対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口１２を備えることで、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００３５】
ここで、導電体ノズル１１のスリット状開口１２のスリット幅が０．２ｍｍ未満の場合は、スリット状開口１２に充填される溶液材料量に対して帯電量が多く、静電噴霧した際の液滴間の電荷反発力や、成膜対象基板２１に付着直後の帯電粒子材料とその後に飛翔して来る帯電粒子材料との電荷反発力が大きくなる。
【００３６】
このため、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とを静止した状態においても、静電噴霧中に成膜対象基板２１への付着領域が常に移動して不安定となり、制御できない状態となる。また、スリット幅が１．５ｍｍ超では、スリット状開口１２に充填される溶液材料量に対して帯電量が小さく、静電噴霧が安定しない。
【００３７】
また、スリット状開口１２の開口長尺幅がスリット幅に対して２５倍未満である場合は、１つのスリット状開口１２に充填される溶液材料量が不十分で複数の静電噴霧を発現できない。また、開口長尺幅がスリット幅に対して５０倍超では、スリット状開口１２に充填される溶液材料量が多く、相対的に帯電量が小さくなって静電噴霧が安定しない。
【００３８】
また、導電体ノズル１１は、上面が平滑面であり、中央部にスリット状開口１２を備えており、平滑面は、スリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して６倍以上３０倍以下である。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、図５に示すように、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１に直流電圧を印加して、電界を印加することにより、導電体ノズル１１のスリット状開口１２に充填された溶液材料を帯電してスリット状開口１２より静電噴霧現象を発現させる。
【００４０】
図５に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１２０ｍｍに対して電界強度１２０ｋＶ／ｍとなるように、直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加している。この電圧の印加のために、ノズル印加電圧電源３３と基板印加電圧電源３２の独立な電圧印加制御手段を備えている。
【００４１】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して、例えば２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００４２】
このとき、帯電した溶液材料がスリット状開口１２から外に流れ出た場合でも、導電体ノズル１１の上面を平滑面とすることで、その平滑面に流れ出た溶液材料を材料液体の表面張力により一定量を一定時間保持できる。このときに平滑面に保持された溶液材料は帯電状態にあり、導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電気力線の電界により、この平滑面からでも静電噴霧することができる。
【００４３】
導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電気力線は、平滑面の中央部にスリット状開口１２を備えることで、スリット状開口１２の中心から導電体ノズル１１の上面の両端に対して中心対称の等価な電界を形成できる。
【００４４】
ここで、平滑面がスリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して６倍未満であると、導電体ノズル１１の上面両端部におけるエッジ電界強度が強く、導電体ノズル１１の上面でスリット状開口１２から外に流れ出た溶液材料が静電噴霧した際に、成膜対象基板２１への付着領域が常に移動して不安定となり、制御できない状態となる。また、平滑面がスリット状開口１２のスリット幅Ｓｗに対して３０倍超であると、導電体ノズル１１の上面と成膜対象基板２１との間で形成される電界が平面状態の電極間の電界となって、静電噴霧を発現できる電界強度に満たない状態となる。
【００４５】
本実施の形態では、上述した導電体ノズル１１を用いることで、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料が充填、供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して複数の静電噴霧現象を発現させることができる。これにより、導電体ノズル１１に対して絶縁物で隔壁した複数個のスリット状開口１２を備えることで、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００４６】
このように、本実施の形態では、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態１に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの寸法の範囲内での具体例について説明する。
【００４８】
まず、導電体ノズル１１として、成膜対象基板２１となる３７０ｍｍ×４７０ｍｍ面の１辺に相当する３７０ｍｍ幅を有し、導電体ノズル１１の上面の平滑面は６ｍｍ幅、スリット状開口のスリット幅Ｓｗ０．２ｍｍ、開口長尺幅ＳＬ５ｍｍ、スリット状開口１２を分割する絶縁物の長尺幅１０ｍｍ、スリット状開口１２を２２個備えたものを用意し、この導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１２０ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００４９】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０４ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口に対して２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００５０】
また、他の導電体ノズル１１として、成膜対象基板２１となる３７０ｍｍ×４７０ｍｍ面の１辺に相当する３７０ｍｍ幅を有し、導電体ノズル１１の上面の平滑面は６ｍｍ幅、スリット状開口１２のスリット幅Ｓｗ０．６ｍｍ、開口長尺幅ＳＬ６ｍｍ、スリット状開口１２を分割する絶縁物の長尺幅１２ｍｍ、スリット状開口を１８個備えたものを用意し、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１との距離１００ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００５１】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して、スリット状開口１２の両端に２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００５２】
なお、ここでは、１つのスリット状開口１２に対して静電噴霧現象の発現は２個の例で説明しているが、条件によっては、スリット状開口１２の中心部にも静電噴霧現象が発現し、３個の静電噴霧現象を発現させることもできる。
【００５３】
このように、導電体ノズル１１の寸法の範囲を最適な範囲内とすることにより、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００５４】
（実施の形態２）
実施の形態２は実施の形態１において、導電体ノズル１１のスリット状開口１２を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路である窒素噴出ノズル開口を有する乾燥窒素噴出ノズルを備えたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５５】
図６および図７により、本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造について説明する。図６および図７は本発明の実施の形態２に係るエレクトロスプレーデポジション装置の導電体ノズルの構造を説明するための説明図であり、図６は導電体ノズルのスリット状開口上面を示す図、図７は導電体ノズルの横断面を示す図である。
【００５６】
図６および図７において、導電体ノズル１１のスリット状開口１２を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路である窒素噴出ノズル開口１６を有する乾燥窒素噴出ノズル１５が備えられており、乾燥窒素噴出ノズル１５は導電体ノズル１１とは絶縁物を隔壁として絶縁されている。
【００５７】
乾燥窒素噴出ノズル１５に対しては、乾燥窒素を供給するための供給装置から配管されて乾燥窒素気流を噴出する。ここでの乾燥窒素気流は、含有する水分量が露点温度として−７７℃以下となる低水分量の窒素ガスを用いている。
【００５８】
窒素噴出ノズル開口１６のスリット幅と乾燥窒素気流の流速は、スリット幅５ｍｍから１０ｍｍ範囲内で、例えばスリット幅１０ｍｍとした場合に流速を０．１から１ｍ／ｓ範囲内に、スリット幅５ｍｍとした場合に流速を０．１から２ｍ／ｓ範囲内と、スリット幅と流速上限により乾燥窒素気流が層流となる範囲内でスリット幅と流速上限を規定する。
【００５９】
導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して、電界強度１２０ｋＶ／ｍとなる直流正極電圧を導電体ノズル１１に、直流負極電圧を成膜対象基板２１側に印加する。
【００６０】
この導電体ノズル１１にスリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象が発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができる。
【００６１】
このとき、静電噴霧した材料を電界による電荷引力だけでなく、乾燥窒素噴出ノズル１５による乾燥窒素気流により成膜対象基板２１方向に飛翔させて、使用材料を効率よく成膜することができる。
【００６２】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１への電圧の印加を交流としたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６３】
図８により、本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加について説明する。図８は本発明の実施の形態３に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、交流電圧を印加する例を示している。
【００６４】
本実施の形態では、図１に示すエレクトロスプレーデポジション装置構成において、図８に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して極大の電界強度２００ｋＶ／ｍとなるように、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とに対して極性が反転する交流電圧を印加している。
【００６５】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象を発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００６６】
また、印加する電圧を交流とすることにより、より安定した静電噴霧を行うことができ、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、導電体ノズル１１と成膜対象基板２１への電圧の印加を矩形の交流としたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６８】
図９により、本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加について説明する。図９は本発明の実施の形態４に係るエレクトロスプレーデポジション装置の電圧の印加を説明するための説明図であり、矩形の交流電圧を印加する例を示している。
【００６９】
本実施の形態では、図１に示すエレクトロスプレーデポジション装置構成において、図９に示す電圧印加状態で、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１と距離１００ｍｍに対して極大の電界強度２００ｋＶ／ｍとなるように、噴霧部１０の導電体ノズル１１と成膜対象基板２１とに対して極性が反転する矩形の交流電圧を印加している。
【００７０】
この導電体ノズル１１に、スリット状開口１２に対して下から開口先端まで溶液材料を充填し、０．０８ｍＬ／ｍｉｎ量を供給し続けている状態で、導電体ノズル１１に電圧を印加すると、１つのスリット状開口１２に対して２個の静電噴霧現象を発現し、１つの導電体ノズル１１から多数の静電噴霧を発生させることができた。
【００７１】
また、印加する電圧を矩形の交流とすることにより、実施の形態３の交流よりもエネルギーが大きくなり、より安定した静電噴霧を行うことができ、効率高く有機半導体材料薄膜を形成できるエレクトロスプレーデポジション装置を提供することができる。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、有機半導体材料薄膜を形成するエレクトロスプレーデポジション装置に関し、有機エレクトロルミネッセンス発光素子からなる表示装置や照明装置、また有機薄膜太陽電池など、光電変換の機能材料として有機半導体材料を用いる有機電子デバイスの製造装置などに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…噴霧部、１１…導電体ノズル、１２…スリット状開口、１３…縁物隔壁、１４…導電体ノズル上部平滑面、１５…乾燥窒素噴出ノズル、１６…窒素噴出ノズル開口、２０…基板搭載部、２１…成膜対象基板、２２…基板保持機構部、３０…制御部、３１…基板保持機構制御部、３２…基板印加電圧電源、３３…ノズル印加電圧電源、３４…溶液材料供給装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部と、
前記成膜対象基板を搭載する搭載部と、
前記噴霧部および前記成膜対象基板に対して、独立に電圧を印加する電圧印加制御手段と、
前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部と前記成膜対象基板との間に電界を印加させて、前記成膜対象基板に静電噴霧により前記溶液材料の膜を形成する制御部とを備え、
前記搭載部は、前記噴霧部に対して上方向に設置され、前記成膜対象基板の成膜面を下面として固定し、
前記噴霧部は、噴霧を行う先端部にスリット状開口を有する導電体ノズルを備え、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御して、前記溶液材料を帯電させ、前記噴霧部から前記成膜対象基板に対して下方より静電噴霧を行うことを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルは前記成膜対象基板の一辺に相当する長尺幅を有し、
前記導電体ノズルは前記長尺幅に対して絶縁物で複数に分割された前記スリット状開口を有し、
前記複数に分割されたスリット状開口は、スリット幅が０．２ｍｍ以上、かつ１．５ｍｍ以下の範囲であり、前記スリット状開口の開口長尺幅が前記スリット幅に対して２５倍以上、かつ５０倍以下の範囲となることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルは平滑面を有し、その平滑面の中央部に前記スリット状開口を有することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルの前記平滑面は、前記スリット状開口のスリット幅の寸法に対して６倍以上、かつ３０倍以下であることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項５】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記噴霧部は、前記導電体ノズルの前記スリット状開口を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路を備え、
前記乾燥窒素気流を噴出するためのスリット状開口流路は、前記導電体ノズルとは絶縁物を隔壁として絶縁されていることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項６】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部の前記導電体ノズルと前記成膜対象基板とに対して極性が反転した直流電圧を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項７】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部の前記導電体ノズルと前記成膜対象基板とに対して周期的に極性が反転する交流電圧を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項１】
溶液材料に電圧を印加させることで生じる電荷を有する噴霧液を成膜対象基板に向けて静電噴霧する噴霧部と、
前記成膜対象基板を搭載する搭載部と、
前記噴霧部および前記成膜対象基板に対して、独立に電圧を印加する電圧印加制御手段と、
前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部と前記成膜対象基板との間に電界を印加させて、前記成膜対象基板に静電噴霧により前記溶液材料の膜を形成する制御部とを備え、
前記搭載部は、前記噴霧部に対して上方向に設置され、前記成膜対象基板の成膜面を下面として固定し、
前記噴霧部は、噴霧を行う先端部にスリット状開口を有する導電体ノズルを備え、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御して、前記溶液材料を帯電させ、前記噴霧部から前記成膜対象基板に対して下方より静電噴霧を行うことを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルは前記成膜対象基板の一辺に相当する長尺幅を有し、
前記導電体ノズルは前記長尺幅に対して絶縁物で複数に分割された前記スリット状開口を有し、
前記複数に分割されたスリット状開口は、スリット幅が０．２ｍｍ以上、かつ１．５ｍｍ以下の範囲であり、前記スリット状開口の開口長尺幅が前記スリット幅に対して２５倍以上、かつ５０倍以下の範囲となることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルは平滑面を有し、その平滑面の中央部に前記スリット状開口を有することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記導電体ノズルの前記平滑面は、前記スリット状開口のスリット幅の寸法に対して６倍以上、かつ３０倍以下であることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項５】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記噴霧部は、前記導電体ノズルの前記スリット状開口を中心とする両側に乾燥窒素気流を噴出するための別のスリット状開口流路を備え、
前記乾燥窒素気流を噴出するためのスリット状開口流路は、前記導電体ノズルとは絶縁物を隔壁として絶縁されていることを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項６】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部の前記導電体ノズルと前記成膜対象基板とに対して極性が反転した直流電圧を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項７】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記制御部は、前記電圧印加制御手段を制御し、前記噴霧部の前記導電体ノズルと前記成膜対象基板とに対して周期的に極性が反転する交流電圧を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３５７０４（Ｐ２０１２−１３５７０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７９９６（Ｐ２０１０−２８７９９６）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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