塗布装置、塗布方法及び有機機能性素子の製造方法
【課題】基材を設置するステージと液柱状のインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら基板上に連続的に塗膜を形成する塗布装置において、高速動作を行っても材料利用効率が高くかつ画素形成領域の塗膜を均一にする。
【解決手段】塗布装置は、基材を設置するステージと、前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構とを備え、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御する。
【解決手段】塗布装置は、基材を設置するステージと、前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構とを備え、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを用いて液柱状のインクを塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗布装置及び方法に関する。より具体的には、ノズルを用いて液柱状の有機ＥＬ材料を用いたインクを塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗布装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルは自発光により表示を行うため、液晶ディスプレイのようなバックライトが不要となるほか、高コントラスト、広視野角、高速応答、低消費電力などの特長を持ち、次世代パネルとして期待され実用化が進んでいる。従来より、有機ＥＬ素子基板の作製にはメタルマスクを用いた真空蒸着法が使用されているが、有機ＥＬパネルの大型化に関しては、例えば加圧や熱でのメタルマスク変形による色ムラが発生するといった課題や大型の真空蒸着設備が必要となるといった課題、又は材料利用効率が悪いといった課題がある。
【０００３】
上記課題を解決するため、例えばインクジェット法による有機ＥＬ素子基板の作製が研究されている。インクジェット法は、用いるヘッドの解像度に応じて微少なインクを所望の位置に吐出することが可能であることから、微細なパターンの形成や、所望の膜厚を備えた薄膜の形成が容易であるという特長を有する。この特長を利用し、インクジェット法は微細な塗り分けが必要な有機ＥＬ素子やカラーフィルタの製造などに利用されている。
【０００４】
これらのインクジェット法を有機ＥＬ素子の製造に応用した場合には、必要な量のＥＬ材料を所定の溶媒に分散又は溶解させてインク化することにより、色毎に塗り分けをすることができるので、蒸着法に比べてＥＬ材料の利用効率を向上させることができるという利点がある。しかしながら、インクジェット法では、インクジェットノズル口が大気に触れているため、ノズル表面が乾きやすく、ノズル詰まりを起こす場合がある。このノズル詰まりを回避するため、インク溶剤は比較的高沸点のものに使用が限定されてしまうが、高沸点の溶剤はパネルに残留しやすく有機ＥＬの発光特性に影響がある場合が多い。
【０００５】
そこで、近年、これらの課題を解決するため、微細な吐出口を有するノズルから連続して液柱状のインクを吐出させる塗布装置及びその塗布装置を用いた塗布方法が提案されており、例えば特許文献１に記載されたものがある。この塗布装置は、インク溶剤として低沸点溶剤も使用できるため、有機ＥＬの発光特性にも影響が少ないという利点がある。このような装置を用いて塗布する場合、基材を設置するステージと、基材上にインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら連続的に塗布することで、基材の画素形成領域に画素となる塗膜を均一に形成することができる。
【０００６】
前記ステージと前記ノズルとの相対速度は、往復動作を行うため、定常の等速状態から減速、停止、加速、定常状態を順に繰り返す。ノズルから吐出されるインクは画素形成領域において均一な塗膜を形成するために、画素形成領域では等速移動を行い、画素形成領域外では減速、停止、加速動作を行う必要がある。単位時間あたりの吐出量が増加すれば画素膜厚は大きくなり、単位時間あたりの吐出量が減少すれば画素膜厚は小さくなる。この塗布装置において、画素形成領域において均一な膜厚を得るためには、等速移動中に画素形成領域への吐出を行う必要があり、高速動作時には画素形成領域外へのインクの吐出が多くなるため材料利用効率が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、基材を設置するステージと液柱状のインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら基板上に連続的に塗膜を形成する塗布装置（いわゆるノズル塗布装置）において、高速動作を行っても材料利用効率が高くかつ画素形成領域の塗膜が均一な塗布装置、その塗布装置を用いた塗布方法及びその塗布装置を用いた有機機能性素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、第１の発明は、基材を設置するステージと、前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構と、を備えた塗布装置であって、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布装置である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記ステージと前記ノズルとの相対的な移動は往復動作であり、前記相対移動速度が定常状態から減速する際には前記吐出流量が減少し、前記相対移動速度が定常状態へ加速する際には前記吐出流量が増加することを特徴とする塗布装置である。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記相対移動速度の情報は、あらかじめ実測した前記相対移動速度の加速特性及び減速特性であることを特徴とする塗布装置である。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、前記吐出流量の制御を、インクの流量制御弁を用いて行うことを特徴とする塗布装置である。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４までのいずれか１つの発明において、前記往復動作において前記相対移動速度がゼロであるときに、前記吐出流量は、前記相対鵜移動速度が定常状態であるときよりも少なくかつゼロでないことを特徴とする塗布装置である。
【００１４】
第６の発明は、第１から第５までのいずれか１つの発明の塗布装置を用いて前記基材にインクを塗布する塗布方法であって、前記基材上に前記基材を多数の領域に区分けする隔壁を形成し、前記隔壁により区分けされた各前記領域へインクを吐出している間は、前記ノズルに対する前記基材の相対加速及び相対減速の領域を設け、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布方法である。
【００１５】
第７の発明は、基板上に複数の有機機能層を形成する有機機能性素子の製造方法であって、第１から第５までのいずれか１つの発明の塗布装置により前記基材としての前記基板上に塗布したインクを用いて前記有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基材を設置するステージと液柱状のインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら基板上に連続的に塗膜を形成するいわゆるノズル塗布装置において、高速動作を行っても材料利用効率が高くかつ画素形成領域の塗膜が均一な塗布装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、有機ＥＬ素子基板断面の模式図
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、ノズル塗布法を用いた装置の概略図
【図３】本発明の実施形態を示すものであり、ノズル断面の詳細図
【図４】本発明の実施形態を示すものであり、ステージとノズルとの相対速度と、ノズルから吐出されるインク量との関係について、ノズルの吐出流量一定の際の画素形成領域と加減速とを示した図
【図５】本発明の実施形態を示すものであり、ノズルに対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズルから吐出するインクの吐出量を調整することを示した図
【図６】本発明の実施形態を示すものであり、画素形成領域中にノズルと基材との相対速度が変化していることを示した図
【図７】本発明の実施形態を示すものであり、ノズルに対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズルから吐出するインクの吐出量を調整したが、インク下限吐出領域を設けなかったことを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明ではノズル塗布装置を用いて有機ＥＬ素子基板を製造しているが、本発明は対象を有機ＥＬに限定するものではなく、この他の表示ディスプレイの表示画面を構成する光学部品として好適に利用できる。この場合には、多数の前記領域は表示画面を構成する画素に相当する。有機ＥＬ以外の光学部品として、カラーフィルタ、回路基板、薄膜トランジスタ、マイクロレンズ、バイオチップ等を製造することができる。
【００１９】
以下、有機ＥＬ素子に含まれる正孔注入層と正孔輸送層と有機発光層とのパターン形成体を総称して機能層と呼び、この機能層を上記実施形態に係る塗布装置を用いて形成する場合について図１を用いて説明する。
【００２０】
（基板の準備）
有機ＥＬ素子は基板（基材）上に形成される。基板としては透光性基板１が好適に用いられる。透光性基板１としては、ガラス基板やプラスチック製のフィルム又はシートを用いることができる。プラスチック製のフィルムを用いると、巻取りにより高分子ＥＬ素子の製造が可能となり、安価にディスプレイパネルを提供できる。プラスチック製のフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等を用いることができる。また、これらのフィルムには、水蒸気バリア性、酸素バリア性を示す酸化ケイ素といった金属酸化物、窒化ケイ素といった酸化窒化物やポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物からなるバリア層を必要に応じて設けることが好ましい。
【００２１】
（画素電極の作製）
透光性基板１の上には陽極としてパターニングされた画素電極２が設けられる。画素電極２の材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛複合酸化物）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム複合酸化物等の透明電極材料等が使用できる。なお、低抵抗であること、耐溶剤性があること、透明性があることなどからＩＴＯを用いることが好ましい。ＩＴＯはスパッタ法により透光性基板１上に形成されて、フォトリソグラフィ法によりパターニングされライン状の画素電極２となる。
【００２２】
（隔壁の作製）
ライン状の画素電極２を形成後、隣接する画素電極２との間に感光性材料を用いて、フォトリソグラフィ法により隔壁３を形成する。基板及び検査用基板上には、当該基板及び検査用基板を多数の領域に区分けするマトリクス状又はストライプ状の隔壁３が設けられる。この隔壁３に囲まれた領域、すなわち隔壁３によって区分けされた各領域は、ノズル塗布用のインクによる膜が形成される吐出領域となる。隔壁３を形成する感光性材料としてはポジ型レジスト、ネガ型レジストのどちらであってもよいが、絶縁性を備えている必要がある。隔壁３に十分な絶縁性がない場合には隔壁３を通じて隣り合う画素電極２に電流が流れてしまい表示不良が発生してしまう。具体的にはポリイミド系、アクリル樹脂系、ノボラック樹脂系、フルオレン系といったものが挙げられるがこれに限定するものではない。また、有機ＥＬ素子の表示品位を上げる目的で、光遮光性の材料を感光性材料に含有させても良い。また、隔壁材料に含フッ素化合物や含ケイ素化合物等の撥インク剤を適量添加することで、適度な撥インク性を持たせることができる。
【００２３】
本発明における隔壁３は、厚みが０．５μｍ〜５．０μｍの範囲にあることが望ましい。隔壁３を隣接する画素電極２間に設けることによって、各画素電極２上に印刷された正孔輸送インクの広がりを抑え、また透明導電膜端部からのショート発生を防ぐことが出来る。隔壁３が低すぎるとショートの防止効果が得られないことがあり注意が必要である。
【００２４】
（正孔注入層インクの調整）
正孔注入層４を形成するためのインク調整について説明する。形成される正孔注入層４の体積抵抗効率は発光効率の点から１×１０6Ω・ｃｍ以下のものが好ましい。正孔注入材料は、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類や無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン、Ｎ，Ｎ‘−ジ（１‐ナフチル）−Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン等の芳香族アミン系低分子正孔注入輸送材料や、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン等の高分子正孔注入材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他の既知の正孔注入材料の中から選ぶことができる。
正孔注入材料を溶解又は分散させる溶媒としては、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、２塩化エチレン、テトラクロロエタン、クロルベンゼンなどのハロゲン系溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の非プロトン性極性溶媒、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルコキシアルコール等の極性溶媒などが挙げられる。
【００２５】
（正孔輸送層インクの作製）
正孔輸送層５を形成するためのインク調整について説明する。正孔輸送性物質としては、例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（以下ＰＶＫともいう。）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、カルバゾールビフェニル（以下、ＣＢＰとも言う。）、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（１−ナフチル）―１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン（以下ＮＰＤとも言う。）、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン（以下ＴＰＤともいう。）、４，４‘−ビス（１０−フェノチアジニル）ビフェニルや、２，４，６−トリフェニル−１，３，５−トリアゾール、ポリフルオレン誘導体、トリフェニルアミンとフルオレンの共重合体などを挙げることができる。正孔輸送層５を形成する機能性インクの溶媒としては、シメン、テトラリン、クメン、デカリン、ジュレン、シクロヘキシルベンゼン、ジヘキシルベンゼン、テトラメチルベンゼン、及びジブチルベンゼン等が挙げられる。
【００２６】
（有機発光層インクの作製）
有機発光層６を形成するためのインク調整について説明する。有機発光層６は電流を通すことにより発光する層であり、有機発光層６を形成する有機発光材料は、例えば、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ‘−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ‘―ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体系等の発光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に分散させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系の高分子材料が挙げられる。有機発光層６を形成する機能性インクの溶媒としては、シメン、テトラリン、クメン、デカリン、ジュレン、シクロヘキシルベンゼン、ジヘキシルベンゼン、テトラメチルベンゼン、及びジブチルベンゼン等が挙げられる。
【００２７】
（正孔注入層の形成）
上記により焼成した隔壁３を形成した基板１に対して、後述のノズル塗布法により正孔注入材料を含んだ機能性インクを吐出し、正孔注入層４を形成する。
【００２８】
（正孔輸送層の形成）
正孔注入層４の形成後、後述のノズル塗布法により正孔輸送性物質を含む機能性インクを吐出して正孔輸送層５を形成する。
【００２９】
（有機発光層の形成）
正孔輸送層５の形成後、後述のノズル塗布法により有機発光材料を含む機能性インクを吐出して、有機発光層６を形成する。
【００３０】
（陰極層の形成）
有機発光層６の形成後、陰極層７を画素電極２のラインパターンと直交するラインパターンで形成する。陰極層７の材料としては、有機発光層６の発光特性に応じたものを使用でき、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、アルミニウムなどの金属単体やこれらと金、銀などの安定な金属との合金などが挙げられる。また、インジウム、亜鉛、錫などの導電性酸化物を用いることもできる。陰極層７の形成方法としてはマスクを用いた真空蒸着法による形成方法が挙げられる。
【００３１】
（封止工程の説明）
最後にこれらの有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ８と接着剤９とを用いて密閉封止し、有機ＥＬディスプレイパネルを得ることが出来る。封止方式としては有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護できればどのような方法をとっても良い。また、透光性基板１が可撓性を有する場合は封止剤と可撓性フィルムを用いて封止を行っても良い。
【００３２】
なお、本発明の有機ＥＬ素子では陽極である画素電極と陰極層との間に陽極層側から正孔注入層と正孔輸送層と有機発光層とを積層した構成であるが、陽極層と陰極層との間において正孔輸送層、有機発光層以外に正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層といった層を必要に応じ選択した積層構造をとることが出来る。また、これらの層を形成する際には発光層と同様の形成方法が使用できる。
【００３３】
（ノズル塗布装置の構成）
以下、正孔注入層４、正孔輸送層５、有機発光層６の形成に用いたノズル塗布装置の構成について、一例を図２にて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２において、インク供給タンク１０に充填されているインク１１を、インク供給チューブ１２の内部を通してノズルヘッド１３へと供給する。ノズルヘッド１３へインク１１を供給する際、インク供給タンク１０内を加圧機１４で加圧することで、インク１１をインク供給タンク１０から押し出すようにして、ノズルヘッド１３へと供給することができる。インク供給タンク１０とノズルヘッド１３との間には、インク１１の吐出量を制御するための流量制御弁１５と、ノズルヘッド１３に供給するインク１１の流量を測定するための流量計１６とが配置されているので、流量計１６からの情報（つまり、インク流量）を基に流量制御弁１５を調節することができる。こうして、インク流量を調整することができるので、安定した所望のインク流量を得ることができる。
【００３４】
次に、ノズルヘッド１３の吐出口から供給されたインク１１を吐出させるとともに、テーブル１７上に載置した可動ステージ１９を、透光性基板１８の面方向（面に平行な方向）に定義したＹ方向、又は、Ｙ方向の逆方向であるＹ′方向（或いは、当該面方向に定義したＹ方向に直交するＸ方向、又は、Ｘ方向の逆方向であるＸ′方向）に移動させることで、連続的に可動ステージ１９上に配置された透光性基板１８に塗膜を形成する。例えば、Ｘ方向に平行なストライプ状の画素形成領域を有する透光性基板１８を可動ステージ１９上に配置し、可動ステージ１９とノズルヘッド１３とをＸ方向に相対的に移動させる。この際、可動ステージ１９とノズルヘッド１３との位置情報などにより可動ステージ１９とノズルヘッド１３との移動を同期させて、ストライプ状のＲ（Ｒｅｄ）又はＧ（Ｇｒｅｅｎ）又はＢ（Ｂｌｕｅ）の画素形成領域に連続的にインク１１を塗布し、画素となる塗膜を形成する。そして、１つのストライプ状のＲ又はＧ又はＢの画素形成領域に塗膜を形成した後、Ｙ方向に可動ステージ１９とノズルヘッド１３とを相対的に移動させ、次の画素形成領域に塗膜を形成する。なお、可動ステージ１９とノズルヘッド１３とを、Ｘ方向又はＸ´方向、及び、Ｙ方向又はＹ´方向に相対的に移動させるにあたり、可動ステージ１９とノズルヘッド１３との少なくとも一方を、ノズル塗布装置の位置基準としてのテーブル１７に対して実際に移動させればよい。
【００３５】
次にノズルヘッド１３について図３のノズルヘッド断面図を用いて説明する。
インク２０は、インク供給チューブ２１からSUS等で作られた円柱や直方体状のケース２２に入る。ケースは金属が一般的であるが、インク耐性があればどのようなものを用いても構わない。ケース内部はマニホールドとなっており、直径５ミクロンから２０ミクロン程度の微小な穴の空いたノズル２３から透光性基板２４へと液柱２５が吐出される。ノズル２３はポリイミド等のフィルムが一般的だが、精度良く穴をあけることができればどのようなものでも構わない。
【００３６】
ノズル２３から吐出されるインク２０はインク乾燥によるノズル詰まりや飛行曲がりを考慮すると連続して吐出し続ける方が好ましい。そのため、吐出したくない部分等をマスキングしたりダミーパターンを設けたりすることがあるが、パネルとして問題なければどのような方法をとっても構わない。
【００３７】
前記基材と前記ノズル２３との相対速度と、ノズル２３から吐出されるインクの吐出量（＝吐出流量）とについて、図４を用いて説明する。前記基材と前記ノズル２３との相対速度は、往復動作を行うため、定常の等速状態Ａから減速Ｂ、停止Ｃ、加速Ｄ、定常状態Ａを順に繰り返す。
ノズル２３から吐出されるインク２０は流量計の情報を流量制御弁にフィードバックし、均一量を吐出し続ける。単位時間あたりの吐出量、すなわち吐出流量、が多くなると、画素膜厚が増加する。画素形成領域Ｐにおいて均一な塗膜を形成するために、画素形成領域は等速状態Ａで行い、画素形成領域外Ｑで減速Ｂ、停止Ｃ、加速動作Ｄを行う必要がある。よって、相対速度が高速動作する際には画素形成領域外でのインク２０の吐出が多く、材料利用効率が低くなってしまう。
【００３８】
そこで、図５のようにノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズル２３から吐出するインク２０の吐出量（＝吐出流量）を調整する。具体的には、相対移動速度が定常状態から減速する際にはその減速にあわせて吐出量を減少させ、相対移動速度が定常状態へ加速する際にはその加速にあわせて吐出量を増加させる。しかし、このノズル塗布装置におけるノズル２３は連続吐出を行うことで低沸点溶剤使用時にも安定吐出をすることができる。よって、相対移動速度がゼロの際に吐出量もあわせてゼロになると、再び吐出することができなくなるため、ある一定の流量以下にならないよう下限流量域Ｒを設けることで、安定吐出することができる。下限流量までの間、相対移動速度の加速特性及び減速特性に基づいて前記ノズル２３からのインク吐出流量を制御することで、画素形成領域Ｐ’は従来の画素形成領域Ｐにくらべ大幅に広くなり、画素形成領域外Ｑ’も大幅に狭くなるため、同装置でもより大きなサイズのパネルを作製することができる。上記の加速特性及び減速特性として、予め実測しておいたものを利用することができる。
【００３９】
本明細書では、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層をノズル塗布法にて作製したが、すべての層でノズル塗布法を用いる必要はない。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例について説明する。
対角３インチサイズのガラス基板の上にスパッタ法を用いてＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法と酸溶液によるエッチングとでＩＴＯ膜をパターニングして、画素電極２を形成した。画素電極２のラインパターンは、線幅７０μｍ、スペース６０μｍでラインが約７．６ｍｍ角の中に約５９０形成されるパターンとした。
【００４１】
次に、絶縁層を以下のように形成した。まず、画素電極２を形成したガラス基板上にポリイミド系のレジスト材料を全面スピンコートした。スピンコートの条件を１５０ｒｐｍで５秒間回転させた後、５００ｒｐｍで２０秒間回転させ１回コーティングとし、絶縁層の高さを２．５μｍとした。全面に塗布したフォトレジスト材料に対し、フォトリソグラフィ法により画素電極２の間にストライプパターンを有する絶縁層である隔壁３を形成した。この隔壁３は、撥インク性を有している。
【００４２】
次に、正孔注入インクとしてポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン等の高分子正孔注入材料の混合物をプロピレングリコールモノブチルエーテルを用いて調液し、インクの固形分濃度３．０％、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用意した。
【００４３】
作製した正孔注入インクをインク供給タンク１０に入れた。インク供給タンク１０中の正孔注入インクはインク供給タンク１０を加圧することによりインク供給チューブ１２を通ってノズルヘッド１３へと供給される。インク供給タンク１０とノズル２３との間には吐出されるインク２０の量を制御する流量制御弁１５、ノズルヘッド１３に流れるインク流量を測定するための流量計１６を備えており、流量計１６の情報をもとに、流量制御弁１５にフィードバックし流量を調整することで、安定した所望のインク流量を得ることができる。
ノズルヘッド１３とテーブル１７とは相対的に位置が固定されており、前記撥インク性を付与したストライプパターン隔壁３を有する透光性基板２４は、可動ステージ１９に固定した。前記可動ステージ１９は、前記テーブル１７の上を縦方向のＹ方向又はＹ’方向に動くことができる。また、ノズルヘッド１３はＹ方向又はＹ‘方向に直交する横方向のＸ方向又は、Ｘ’方向に動くことができる。可動ステージ１９とノズル２３又はノズルユニットとは相対的に移動することで連続的にステージ上の基材の画素形成領域に画素となる塗膜を形成できる。
インク１１は、インク供給チューブ１２からステンレスで作られた直方体状のノズルヘッド１３に入る。ノズルヘッド１３内部はマニホールドとなっており、直径１０ミクロンの微小な穴の空いたポリイミドフィルムのノズル２３から透光性基板１８に対して鉛直方向に吐出できる。
【００４４】
ノズル２３から吐出されるインク２０は流量計１６の情報を流量制御弁１５にフィードバックし、均一量を吐出し続ける。ノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズル２３から吐出するインク２０の吐出量を、相対速度が減少する際にはその減速にあわせて吐出量も減少させる。ノズル２３が正孔注入インクを吐出できる下限流量である１０μｌ／分以下にならないよう、下限流量までの間、加速及び減速特性に基づいて前記ノズル２３からのインク吐出流量を制御した。その後２００℃のホットプレートに３０分置くことで正孔注入層４を形成した。その後、膜厚測定により所望の膜厚の正孔注入層４を得たことを確認した。
【００４５】
次に、ポリフルオレン誘導体からなる正孔輸送材料をシクロヘキシルベンゼンを用いて調液し、インクの固形分濃度４．０％、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用意した。
【００４６】
正孔輸送層５を形成する際にも、上述した正孔注入層４を形成する際と同様の装置と手順で上述した正孔注入層４を形成した基板に吐出を実施した。吐出後、窒素雰囲気化で２００℃１時間焼成することにより正孔輸送層５を形成し、所望の膜厚の正孔輸送層５を得たことを確認した。
【００４７】
次に、ポリ（パラフェニレンビニレン）誘導体からなるＲＧＢの有機発光材料をシクロヘキシルベンゼンを用いて調液し、インクの固形分濃度７．０％、粘度３０ｍＰａ・ｓのＲインク、固形分濃度５．０％、粘度５ｍＰａ・ｓのＧインク、固形分濃度６．０％、粘度２０ｍＰａ・ｓのＢインクを用意した。
【００４８】
有機発光層６を形成する際にも、上述した正孔注入層４を形成する際と同様の装置と手順で正孔輸送層５を形成した基板に吐出を実施した。吐出後、窒素雰囲気化で１３０℃３０分焼成することによりＲＧＢの有機発光層６を形成した。その後、膜厚測定により所望の膜厚の有機発光層６を得たことを確認した。
【００４９】
その上にＣａ、Ａｌからなる陰極層７を画素電極２のラインパターンと直交するようなラインパターンで抵抗加熱蒸着法によりマスク蒸着して形成した。最後にこれらの有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ８と接着剤９とを用いて密閉封止し、有機ＥＬディスプレイパネルを作製した。これにより得られた有機ＥＬ素子基板の表示部の周辺部には各画素電極２に接続されている陽極側の取り出し電極と、陰極側の取り出し電極とがあり、これらを電源に接続することにより、得られた有機ＥＬ素子基板の点灯表示確認を行い、発光状態のチェックを行った。本発明のようにノズルの加速、減速中にノズル吐出流量を連動させることにより、材料利用効率が９０％で、発光輝度ムラが無い有機ＥＬ素子基板が得ることができた。
【００５０】
（比較例１）
図４のようにノズル２３から吐出するインク量を調整せず、画素形成領域ではノズル２３に対する基材の相対移動速度が一定で吐出を行うと、加減速領域が大きく材料利用効率は５０％であった。
【００５１】
（比較例２）
図６のように、画素形成領域においてノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいてノズル２３から吐出するインクの吐出量（＝吐出流量）を調整せず、一定流量を吐出した場合、パネルの発光領域において相対速度変動による膜厚差が生じ、発光輝度ムラが発生し高品質な有機ＥＬ素子基板を得ることができなかった。
【００５２】
（比較例３）
図７のように、インクの下限流量を設けず、ノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいてインク２０の吐出量（＝吐出流量）を変化させた場合、ノズル２３からインク２０が吐出しないいわゆる不吐出になり、発光スジムラが発生し、高品質な有機ＥＬ素子基板を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、例えば有機ＥＬパネルの製造に好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・透光性基板（基材）
２・・・画素電極
３・・・隔壁
４・・・正孔注入層
５・・・正孔輸送層
６・・・有機発光層
７・・・陰極層
８・・・ガラスキャップ
９・・・接着剤
１０・・・インク供給タンク
１１・・・インク
１２・・・インク供給チューブ
１３・・・ノズルヘッド
１４・・・加圧機
１５・・・流量制御弁
１６・・・流量計
１７・・・テーブル
１８・・・電極、隔壁を付与した透光性基板
１９・・・可動ステージ
２０・・・インク
２１・・・インク供給チューブ
２２・・・ケース
２３・・・ノズル
２４・・・透光性基板（基材）
２５・・・液柱
Ａ・・・等速状態
Ｂ・・・減速状態
Ｃ・・・停止状態
Ｄ・・・加速状態
Ｐ・・・画素形成領域
Ｑ・・・画素形成領域外
Ｐ’・・・インク流量を調整した画素形成領域
Ｑ’・・・インク流量を調整した画素形成領域外
Ｒ・・・下限流量域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを用いて液柱状のインクを塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗布装置及び方法に関する。より具体的には、ノズルを用いて液柱状の有機ＥＬ材料を用いたインクを塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗布装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルは自発光により表示を行うため、液晶ディスプレイのようなバックライトが不要となるほか、高コントラスト、広視野角、高速応答、低消費電力などの特長を持ち、次世代パネルとして期待され実用化が進んでいる。従来より、有機ＥＬ素子基板の作製にはメタルマスクを用いた真空蒸着法が使用されているが、有機ＥＬパネルの大型化に関しては、例えば加圧や熱でのメタルマスク変形による色ムラが発生するといった課題や大型の真空蒸着設備が必要となるといった課題、又は材料利用効率が悪いといった課題がある。
【０００３】
上記課題を解決するため、例えばインクジェット法による有機ＥＬ素子基板の作製が研究されている。インクジェット法は、用いるヘッドの解像度に応じて微少なインクを所望の位置に吐出することが可能であることから、微細なパターンの形成や、所望の膜厚を備えた薄膜の形成が容易であるという特長を有する。この特長を利用し、インクジェット法は微細な塗り分けが必要な有機ＥＬ素子やカラーフィルタの製造などに利用されている。
【０００４】
これらのインクジェット法を有機ＥＬ素子の製造に応用した場合には、必要な量のＥＬ材料を所定の溶媒に分散又は溶解させてインク化することにより、色毎に塗り分けをすることができるので、蒸着法に比べてＥＬ材料の利用効率を向上させることができるという利点がある。しかしながら、インクジェット法では、インクジェットノズル口が大気に触れているため、ノズル表面が乾きやすく、ノズル詰まりを起こす場合がある。このノズル詰まりを回避するため、インク溶剤は比較的高沸点のものに使用が限定されてしまうが、高沸点の溶剤はパネルに残留しやすく有機ＥＬの発光特性に影響がある場合が多い。
【０００５】
そこで、近年、これらの課題を解決するため、微細な吐出口を有するノズルから連続して液柱状のインクを吐出させる塗布装置及びその塗布装置を用いた塗布方法が提案されており、例えば特許文献１に記載されたものがある。この塗布装置は、インク溶剤として低沸点溶剤も使用できるため、有機ＥＬの発光特性にも影響が少ないという利点がある。このような装置を用いて塗布する場合、基材を設置するステージと、基材上にインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら連続的に塗布することで、基材の画素形成領域に画素となる塗膜を均一に形成することができる。
【０００６】
前記ステージと前記ノズルとの相対速度は、往復動作を行うため、定常の等速状態から減速、停止、加速、定常状態を順に繰り返す。ノズルから吐出されるインクは画素形成領域において均一な塗膜を形成するために、画素形成領域では等速移動を行い、画素形成領域外では減速、停止、加速動作を行う必要がある。単位時間あたりの吐出量が増加すれば画素膜厚は大きくなり、単位時間あたりの吐出量が減少すれば画素膜厚は小さくなる。この塗布装置において、画素形成領域において均一な膜厚を得るためには、等速移動中に画素形成領域への吐出を行う必要があり、高速動作時には画素形成領域外へのインクの吐出が多くなるため材料利用効率が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、基材を設置するステージと液柱状のインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら基板上に連続的に塗膜を形成する塗布装置（いわゆるノズル塗布装置）において、高速動作を行っても材料利用効率が高くかつ画素形成領域の塗膜が均一な塗布装置、その塗布装置を用いた塗布方法及びその塗布装置を用いた有機機能性素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、第１の発明は、基材を設置するステージと、前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構と、を備えた塗布装置であって、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布装置である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記ステージと前記ノズルとの相対的な移動は往復動作であり、前記相対移動速度が定常状態から減速する際には前記吐出流量が減少し、前記相対移動速度が定常状態へ加速する際には前記吐出流量が増加することを特徴とする塗布装置である。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記相対移動速度の情報は、あらかじめ実測した前記相対移動速度の加速特性及び減速特性であることを特徴とする塗布装置である。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、前記吐出流量の制御を、インクの流量制御弁を用いて行うことを特徴とする塗布装置である。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４までのいずれか１つの発明において、前記往復動作において前記相対移動速度がゼロであるときに、前記吐出流量は、前記相対鵜移動速度が定常状態であるときよりも少なくかつゼロでないことを特徴とする塗布装置である。
【００１４】
第６の発明は、第１から第５までのいずれか１つの発明の塗布装置を用いて前記基材にインクを塗布する塗布方法であって、前記基材上に前記基材を多数の領域に区分けする隔壁を形成し、前記隔壁により区分けされた各前記領域へインクを吐出している間は、前記ノズルに対する前記基材の相対加速及び相対減速の領域を設け、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布方法である。
【００１５】
第７の発明は、基板上に複数の有機機能層を形成する有機機能性素子の製造方法であって、第１から第５までのいずれか１つの発明の塗布装置により前記基材としての前記基板上に塗布したインクを用いて前記有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基材を設置するステージと液柱状のインクを吐出するノズルとを相対的に往復移動させながら基板上に連続的に塗膜を形成するいわゆるノズル塗布装置において、高速動作を行っても材料利用効率が高くかつ画素形成領域の塗膜が均一な塗布装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、有機ＥＬ素子基板断面の模式図
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、ノズル塗布法を用いた装置の概略図
【図３】本発明の実施形態を示すものであり、ノズル断面の詳細図
【図４】本発明の実施形態を示すものであり、ステージとノズルとの相対速度と、ノズルから吐出されるインク量との関係について、ノズルの吐出流量一定の際の画素形成領域と加減速とを示した図
【図５】本発明の実施形態を示すものであり、ノズルに対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズルから吐出するインクの吐出量を調整することを示した図
【図６】本発明の実施形態を示すものであり、画素形成領域中にノズルと基材との相対速度が変化していることを示した図
【図７】本発明の実施形態を示すものであり、ノズルに対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズルから吐出するインクの吐出量を調整したが、インク下限吐出領域を設けなかったことを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明ではノズル塗布装置を用いて有機ＥＬ素子基板を製造しているが、本発明は対象を有機ＥＬに限定するものではなく、この他の表示ディスプレイの表示画面を構成する光学部品として好適に利用できる。この場合には、多数の前記領域は表示画面を構成する画素に相当する。有機ＥＬ以外の光学部品として、カラーフィルタ、回路基板、薄膜トランジスタ、マイクロレンズ、バイオチップ等を製造することができる。
【００１９】
以下、有機ＥＬ素子に含まれる正孔注入層と正孔輸送層と有機発光層とのパターン形成体を総称して機能層と呼び、この機能層を上記実施形態に係る塗布装置を用いて形成する場合について図１を用いて説明する。
【００２０】
（基板の準備）
有機ＥＬ素子は基板（基材）上に形成される。基板としては透光性基板１が好適に用いられる。透光性基板１としては、ガラス基板やプラスチック製のフィルム又はシートを用いることができる。プラスチック製のフィルムを用いると、巻取りにより高分子ＥＬ素子の製造が可能となり、安価にディスプレイパネルを提供できる。プラスチック製のフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等を用いることができる。また、これらのフィルムには、水蒸気バリア性、酸素バリア性を示す酸化ケイ素といった金属酸化物、窒化ケイ素といった酸化窒化物やポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物からなるバリア層を必要に応じて設けることが好ましい。
【００２１】
（画素電極の作製）
透光性基板１の上には陽極としてパターニングされた画素電極２が設けられる。画素電極２の材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛複合酸化物）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム複合酸化物等の透明電極材料等が使用できる。なお、低抵抗であること、耐溶剤性があること、透明性があることなどからＩＴＯを用いることが好ましい。ＩＴＯはスパッタ法により透光性基板１上に形成されて、フォトリソグラフィ法によりパターニングされライン状の画素電極２となる。
【００２２】
（隔壁の作製）
ライン状の画素電極２を形成後、隣接する画素電極２との間に感光性材料を用いて、フォトリソグラフィ法により隔壁３を形成する。基板及び検査用基板上には、当該基板及び検査用基板を多数の領域に区分けするマトリクス状又はストライプ状の隔壁３が設けられる。この隔壁３に囲まれた領域、すなわち隔壁３によって区分けされた各領域は、ノズル塗布用のインクによる膜が形成される吐出領域となる。隔壁３を形成する感光性材料としてはポジ型レジスト、ネガ型レジストのどちらであってもよいが、絶縁性を備えている必要がある。隔壁３に十分な絶縁性がない場合には隔壁３を通じて隣り合う画素電極２に電流が流れてしまい表示不良が発生してしまう。具体的にはポリイミド系、アクリル樹脂系、ノボラック樹脂系、フルオレン系といったものが挙げられるがこれに限定するものではない。また、有機ＥＬ素子の表示品位を上げる目的で、光遮光性の材料を感光性材料に含有させても良い。また、隔壁材料に含フッ素化合物や含ケイ素化合物等の撥インク剤を適量添加することで、適度な撥インク性を持たせることができる。
【００２３】
本発明における隔壁３は、厚みが０．５μｍ〜５．０μｍの範囲にあることが望ましい。隔壁３を隣接する画素電極２間に設けることによって、各画素電極２上に印刷された正孔輸送インクの広がりを抑え、また透明導電膜端部からのショート発生を防ぐことが出来る。隔壁３が低すぎるとショートの防止効果が得られないことがあり注意が必要である。
【００２４】
（正孔注入層インクの調整）
正孔注入層４を形成するためのインク調整について説明する。形成される正孔注入層４の体積抵抗効率は発光効率の点から１×１０6Ω・ｃｍ以下のものが好ましい。正孔注入材料は、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類や無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン、Ｎ，Ｎ‘−ジ（１‐ナフチル）−Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン等の芳香族アミン系低分子正孔注入輸送材料や、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン等の高分子正孔注入材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他の既知の正孔注入材料の中から選ぶことができる。
正孔注入材料を溶解又は分散させる溶媒としては、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、２塩化エチレン、テトラクロロエタン、クロルベンゼンなどのハロゲン系溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の非プロトン性極性溶媒、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルコキシアルコール等の極性溶媒などが挙げられる。
【００２５】
（正孔輸送層インクの作製）
正孔輸送層５を形成するためのインク調整について説明する。正孔輸送性物質としては、例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（以下ＰＶＫともいう。）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）、カルバゾールビフェニル（以下、ＣＢＰとも言う。）、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（１−ナフチル）―１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン（以下ＮＰＤとも言う。）、Ｎ，Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ，Ｎ‘−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ビフェニル−４，４‘−ジアミン（以下ＴＰＤともいう。）、４，４‘−ビス（１０−フェノチアジニル）ビフェニルや、２，４，６−トリフェニル−１，３，５−トリアゾール、ポリフルオレン誘導体、トリフェニルアミンとフルオレンの共重合体などを挙げることができる。正孔輸送層５を形成する機能性インクの溶媒としては、シメン、テトラリン、クメン、デカリン、ジュレン、シクロヘキシルベンゼン、ジヘキシルベンゼン、テトラメチルベンゼン、及びジブチルベンゼン等が挙げられる。
【００２６】
（有機発光層インクの作製）
有機発光層６を形成するためのインク調整について説明する。有機発光層６は電流を通すことにより発光する層であり、有機発光層６を形成する有機発光材料は、例えば、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ‘−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ‘―ジアリール置換ピロロピロール系、イリジウム錯体系等の発光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等の高分子中に分散させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系の高分子材料が挙げられる。有機発光層６を形成する機能性インクの溶媒としては、シメン、テトラリン、クメン、デカリン、ジュレン、シクロヘキシルベンゼン、ジヘキシルベンゼン、テトラメチルベンゼン、及びジブチルベンゼン等が挙げられる。
【００２７】
（正孔注入層の形成）
上記により焼成した隔壁３を形成した基板１に対して、後述のノズル塗布法により正孔注入材料を含んだ機能性インクを吐出し、正孔注入層４を形成する。
【００２８】
（正孔輸送層の形成）
正孔注入層４の形成後、後述のノズル塗布法により正孔輸送性物質を含む機能性インクを吐出して正孔輸送層５を形成する。
【００２９】
（有機発光層の形成）
正孔輸送層５の形成後、後述のノズル塗布法により有機発光材料を含む機能性インクを吐出して、有機発光層６を形成する。
【００３０】
（陰極層の形成）
有機発光層６の形成後、陰極層７を画素電極２のラインパターンと直交するラインパターンで形成する。陰極層７の材料としては、有機発光層６の発光特性に応じたものを使用でき、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、アルミニウムなどの金属単体やこれらと金、銀などの安定な金属との合金などが挙げられる。また、インジウム、亜鉛、錫などの導電性酸化物を用いることもできる。陰極層７の形成方法としてはマスクを用いた真空蒸着法による形成方法が挙げられる。
【００３１】
（封止工程の説明）
最後にこれらの有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ８と接着剤９とを用いて密閉封止し、有機ＥＬディスプレイパネルを得ることが出来る。封止方式としては有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護できればどのような方法をとっても良い。また、透光性基板１が可撓性を有する場合は封止剤と可撓性フィルムを用いて封止を行っても良い。
【００３２】
なお、本発明の有機ＥＬ素子では陽極である画素電極と陰極層との間に陽極層側から正孔注入層と正孔輸送層と有機発光層とを積層した構成であるが、陽極層と陰極層との間において正孔輸送層、有機発光層以外に正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層といった層を必要に応じ選択した積層構造をとることが出来る。また、これらの層を形成する際には発光層と同様の形成方法が使用できる。
【００３３】
（ノズル塗布装置の構成）
以下、正孔注入層４、正孔輸送層５、有機発光層６の形成に用いたノズル塗布装置の構成について、一例を図２にて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２において、インク供給タンク１０に充填されているインク１１を、インク供給チューブ１２の内部を通してノズルヘッド１３へと供給する。ノズルヘッド１３へインク１１を供給する際、インク供給タンク１０内を加圧機１４で加圧することで、インク１１をインク供給タンク１０から押し出すようにして、ノズルヘッド１３へと供給することができる。インク供給タンク１０とノズルヘッド１３との間には、インク１１の吐出量を制御するための流量制御弁１５と、ノズルヘッド１３に供給するインク１１の流量を測定するための流量計１６とが配置されているので、流量計１６からの情報（つまり、インク流量）を基に流量制御弁１５を調節することができる。こうして、インク流量を調整することができるので、安定した所望のインク流量を得ることができる。
【００３４】
次に、ノズルヘッド１３の吐出口から供給されたインク１１を吐出させるとともに、テーブル１７上に載置した可動ステージ１９を、透光性基板１８の面方向（面に平行な方向）に定義したＹ方向、又は、Ｙ方向の逆方向であるＹ′方向（或いは、当該面方向に定義したＹ方向に直交するＸ方向、又は、Ｘ方向の逆方向であるＸ′方向）に移動させることで、連続的に可動ステージ１９上に配置された透光性基板１８に塗膜を形成する。例えば、Ｘ方向に平行なストライプ状の画素形成領域を有する透光性基板１８を可動ステージ１９上に配置し、可動ステージ１９とノズルヘッド１３とをＸ方向に相対的に移動させる。この際、可動ステージ１９とノズルヘッド１３との位置情報などにより可動ステージ１９とノズルヘッド１３との移動を同期させて、ストライプ状のＲ（Ｒｅｄ）又はＧ（Ｇｒｅｅｎ）又はＢ（Ｂｌｕｅ）の画素形成領域に連続的にインク１１を塗布し、画素となる塗膜を形成する。そして、１つのストライプ状のＲ又はＧ又はＢの画素形成領域に塗膜を形成した後、Ｙ方向に可動ステージ１９とノズルヘッド１３とを相対的に移動させ、次の画素形成領域に塗膜を形成する。なお、可動ステージ１９とノズルヘッド１３とを、Ｘ方向又はＸ´方向、及び、Ｙ方向又はＹ´方向に相対的に移動させるにあたり、可動ステージ１９とノズルヘッド１３との少なくとも一方を、ノズル塗布装置の位置基準としてのテーブル１７に対して実際に移動させればよい。
【００３５】
次にノズルヘッド１３について図３のノズルヘッド断面図を用いて説明する。
インク２０は、インク供給チューブ２１からSUS等で作られた円柱や直方体状のケース２２に入る。ケースは金属が一般的であるが、インク耐性があればどのようなものを用いても構わない。ケース内部はマニホールドとなっており、直径５ミクロンから２０ミクロン程度の微小な穴の空いたノズル２３から透光性基板２４へと液柱２５が吐出される。ノズル２３はポリイミド等のフィルムが一般的だが、精度良く穴をあけることができればどのようなものでも構わない。
【００３６】
ノズル２３から吐出されるインク２０はインク乾燥によるノズル詰まりや飛行曲がりを考慮すると連続して吐出し続ける方が好ましい。そのため、吐出したくない部分等をマスキングしたりダミーパターンを設けたりすることがあるが、パネルとして問題なければどのような方法をとっても構わない。
【００３７】
前記基材と前記ノズル２３との相対速度と、ノズル２３から吐出されるインクの吐出量（＝吐出流量）とについて、図４を用いて説明する。前記基材と前記ノズル２３との相対速度は、往復動作を行うため、定常の等速状態Ａから減速Ｂ、停止Ｃ、加速Ｄ、定常状態Ａを順に繰り返す。
ノズル２３から吐出されるインク２０は流量計の情報を流量制御弁にフィードバックし、均一量を吐出し続ける。単位時間あたりの吐出量、すなわち吐出流量、が多くなると、画素膜厚が増加する。画素形成領域Ｐにおいて均一な塗膜を形成するために、画素形成領域は等速状態Ａで行い、画素形成領域外Ｑで減速Ｂ、停止Ｃ、加速動作Ｄを行う必要がある。よって、相対速度が高速動作する際には画素形成領域外でのインク２０の吐出が多く、材料利用効率が低くなってしまう。
【００３８】
そこで、図５のようにノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズル２３から吐出するインク２０の吐出量（＝吐出流量）を調整する。具体的には、相対移動速度が定常状態から減速する際にはその減速にあわせて吐出量を減少させ、相対移動速度が定常状態へ加速する際にはその加速にあわせて吐出量を増加させる。しかし、このノズル塗布装置におけるノズル２３は連続吐出を行うことで低沸点溶剤使用時にも安定吐出をすることができる。よって、相対移動速度がゼロの際に吐出量もあわせてゼロになると、再び吐出することができなくなるため、ある一定の流量以下にならないよう下限流量域Ｒを設けることで、安定吐出することができる。下限流量までの間、相対移動速度の加速特性及び減速特性に基づいて前記ノズル２３からのインク吐出流量を制御することで、画素形成領域Ｐ’は従来の画素形成領域Ｐにくらべ大幅に広くなり、画素形成領域外Ｑ’も大幅に狭くなるため、同装置でもより大きなサイズのパネルを作製することができる。上記の加速特性及び減速特性として、予め実測しておいたものを利用することができる。
【００３９】
本明細書では、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層をノズル塗布法にて作製したが、すべての層でノズル塗布法を用いる必要はない。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例について説明する。
対角３インチサイズのガラス基板の上にスパッタ法を用いてＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法と酸溶液によるエッチングとでＩＴＯ膜をパターニングして、画素電極２を形成した。画素電極２のラインパターンは、線幅７０μｍ、スペース６０μｍでラインが約７．６ｍｍ角の中に約５９０形成されるパターンとした。
【００４１】
次に、絶縁層を以下のように形成した。まず、画素電極２を形成したガラス基板上にポリイミド系のレジスト材料を全面スピンコートした。スピンコートの条件を１５０ｒｐｍで５秒間回転させた後、５００ｒｐｍで２０秒間回転させ１回コーティングとし、絶縁層の高さを２．５μｍとした。全面に塗布したフォトレジスト材料に対し、フォトリソグラフィ法により画素電極２の間にストライプパターンを有する絶縁層である隔壁３を形成した。この隔壁３は、撥インク性を有している。
【００４２】
次に、正孔注入インクとしてポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン等の高分子正孔注入材料の混合物をプロピレングリコールモノブチルエーテルを用いて調液し、インクの固形分濃度３．０％、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用意した。
【００４３】
作製した正孔注入インクをインク供給タンク１０に入れた。インク供給タンク１０中の正孔注入インクはインク供給タンク１０を加圧することによりインク供給チューブ１２を通ってノズルヘッド１３へと供給される。インク供給タンク１０とノズル２３との間には吐出されるインク２０の量を制御する流量制御弁１５、ノズルヘッド１３に流れるインク流量を測定するための流量計１６を備えており、流量計１６の情報をもとに、流量制御弁１５にフィードバックし流量を調整することで、安定した所望のインク流量を得ることができる。
ノズルヘッド１３とテーブル１７とは相対的に位置が固定されており、前記撥インク性を付与したストライプパターン隔壁３を有する透光性基板２４は、可動ステージ１９に固定した。前記可動ステージ１９は、前記テーブル１７の上を縦方向のＹ方向又はＹ’方向に動くことができる。また、ノズルヘッド１３はＹ方向又はＹ‘方向に直交する横方向のＸ方向又は、Ｘ’方向に動くことができる。可動ステージ１９とノズル２３又はノズルユニットとは相対的に移動することで連続的にステージ上の基材の画素形成領域に画素となる塗膜を形成できる。
インク１１は、インク供給チューブ１２からステンレスで作られた直方体状のノズルヘッド１３に入る。ノズルヘッド１３内部はマニホールドとなっており、直径１０ミクロンの微小な穴の空いたポリイミドフィルムのノズル２３から透光性基板１８に対して鉛直方向に吐出できる。
【００４４】
ノズル２３から吐出されるインク２０は流量計１６の情報を流量制御弁１５にフィードバックし、均一量を吐出し続ける。ノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいて、ノズル２３から吐出するインク２０の吐出量を、相対速度が減少する際にはその減速にあわせて吐出量も減少させる。ノズル２３が正孔注入インクを吐出できる下限流量である１０μｌ／分以下にならないよう、下限流量までの間、加速及び減速特性に基づいて前記ノズル２３からのインク吐出流量を制御した。その後２００℃のホットプレートに３０分置くことで正孔注入層４を形成した。その後、膜厚測定により所望の膜厚の正孔注入層４を得たことを確認した。
【００４５】
次に、ポリフルオレン誘導体からなる正孔輸送材料をシクロヘキシルベンゼンを用いて調液し、インクの固形分濃度４．０％、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用意した。
【００４６】
正孔輸送層５を形成する際にも、上述した正孔注入層４を形成する際と同様の装置と手順で上述した正孔注入層４を形成した基板に吐出を実施した。吐出後、窒素雰囲気化で２００℃１時間焼成することにより正孔輸送層５を形成し、所望の膜厚の正孔輸送層５を得たことを確認した。
【００４７】
次に、ポリ（パラフェニレンビニレン）誘導体からなるＲＧＢの有機発光材料をシクロヘキシルベンゼンを用いて調液し、インクの固形分濃度７．０％、粘度３０ｍＰａ・ｓのＲインク、固形分濃度５．０％、粘度５ｍＰａ・ｓのＧインク、固形分濃度６．０％、粘度２０ｍＰａ・ｓのＢインクを用意した。
【００４８】
有機発光層６を形成する際にも、上述した正孔注入層４を形成する際と同様の装置と手順で正孔輸送層５を形成した基板に吐出を実施した。吐出後、窒素雰囲気化で１３０℃３０分焼成することによりＲＧＢの有機発光層６を形成した。その後、膜厚測定により所望の膜厚の有機発光層６を得たことを確認した。
【００４９】
その上にＣａ、Ａｌからなる陰極層７を画素電極２のラインパターンと直交するようなラインパターンで抵抗加熱蒸着法によりマスク蒸着して形成した。最後にこれらの有機ＥＬ構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ８と接着剤９とを用いて密閉封止し、有機ＥＬディスプレイパネルを作製した。これにより得られた有機ＥＬ素子基板の表示部の周辺部には各画素電極２に接続されている陽極側の取り出し電極と、陰極側の取り出し電極とがあり、これらを電源に接続することにより、得られた有機ＥＬ素子基板の点灯表示確認を行い、発光状態のチェックを行った。本発明のようにノズルの加速、減速中にノズル吐出流量を連動させることにより、材料利用効率が９０％で、発光輝度ムラが無い有機ＥＬ素子基板が得ることができた。
【００５０】
（比較例１）
図４のようにノズル２３から吐出するインク量を調整せず、画素形成領域ではノズル２３に対する基材の相対移動速度が一定で吐出を行うと、加減速領域が大きく材料利用効率は５０％であった。
【００５１】
（比較例２）
図６のように、画素形成領域においてノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいてノズル２３から吐出するインクの吐出量（＝吐出流量）を調整せず、一定流量を吐出した場合、パネルの発光領域において相対速度変動による膜厚差が生じ、発光輝度ムラが発生し高品質な有機ＥＬ素子基板を得ることができなかった。
【００５２】
（比較例３）
図７のように、インクの下限流量を設けず、ノズル２３に対する基材の相対移動速度の情報に基づいてインク２０の吐出量（＝吐出流量）を変化させた場合、ノズル２３からインク２０が吐出しないいわゆる不吐出になり、発光スジムラが発生し、高品質な有機ＥＬ素子基板を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、例えば有機ＥＬパネルの製造に好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・透光性基板（基材）
２・・・画素電極
３・・・隔壁
４・・・正孔注入層
５・・・正孔輸送層
６・・・有機発光層
７・・・陰極層
８・・・ガラスキャップ
９・・・接着剤
１０・・・インク供給タンク
１１・・・インク
１２・・・インク供給チューブ
１３・・・ノズルヘッド
１４・・・加圧機
１５・・・流量制御弁
１６・・・流量計
１７・・・テーブル
１８・・・電極、隔壁を付与した透光性基板
１９・・・可動ステージ
２０・・・インク
２１・・・インク供給チューブ
２２・・・ケース
２３・・・ノズル
２４・・・透光性基板（基材）
２５・・・液柱
Ａ・・・等速状態
Ｂ・・・減速状態
Ｃ・・・停止状態
Ｄ・・・加速状態
Ｐ・・・画素形成領域
Ｑ・・・画素形成領域外
Ｐ’・・・インク流量を調整した画素形成領域
Ｑ’・・・インク流量を調整した画素形成領域外
Ｒ・・・下限流量域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を設置するステージと、
前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、
前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構と、を備えた塗布装置であって、
前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記ステージと前記ノズルとの相対的な移動は往復動作であり、前記相対移動速度が定常状態から減速する際には前記吐出流量が減少し、前記相対移動速度が定常状態へ加速する際には前記吐出流量が増加することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記相対移動速度の情報は、あらかじめ実測した前記相対移動速度の加速特性及び減速特性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記吐出流量の制御を、インクの流量制御弁を用いて行うことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記往復動作において前記相対移動速度がゼロであるときに、前記吐出流量は、前記相対鵜移動速度が定常状態であるときよりも少なくかつゼロでないことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の塗布装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の塗布装置を用いて前記基材にインクを塗布する塗布方法であって、
前記基材上に前記基材を多数の領域に区分けする隔壁を形成し、
前記隔壁により区分けされた各前記領域へインクを吐出している間は、前記ノズルに対する前記基材の相対加速及び相対減速の領域を設け、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布方法。
【請求項７】
基板上に複数の有機機能層を形成する有機機能性素子の製造方法であって、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の塗布装置により前記基材としての前記基板上に塗布したインクを用いて前記有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法。
【請求項１】
基材を設置するステージと、
前記基材上に液柱状のインクを連続吐出するノズルと、
前記ステージと前記ノズルとを、少なくとも一方を前記基材の面方向に移動させることによって、相対的に移動可能とする移動機構と、を備えた塗布装置であって、
前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記ステージと前記ノズルとの相対的な移動は往復動作であり、前記相対移動速度が定常状態から減速する際には前記吐出流量が減少し、前記相対移動速度が定常状態へ加速する際には前記吐出流量が増加することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記相対移動速度の情報は、あらかじめ実測した前記相対移動速度の加速特性及び減速特性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記吐出流量の制御を、インクの流量制御弁を用いて行うことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記往復動作において前記相対移動速度がゼロであるときに、前記吐出流量は、前記相対鵜移動速度が定常状態であるときよりも少なくかつゼロでないことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の塗布装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の塗布装置を用いて前記基材にインクを塗布する塗布方法であって、
前記基材上に前記基材を多数の領域に区分けする隔壁を形成し、
前記隔壁により区分けされた各前記領域へインクを吐出している間は、前記ノズルに対する前記基材の相対加速及び相対減速の領域を設け、前記ノズルに対する前記基材の相対移動速度の情報に基づいて、前記ノズルから吐出するインクの吐出流量を制御することを特徴とする塗布方法。
【請求項７】
基板上に複数の有機機能層を形成する有機機能性素子の製造方法であって、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の塗布装置により前記基材としての前記基板上に塗布したインクを用いて前記有機機能層を形成することを特徴とする有機機能性素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７７５０２（Ｐ２０１３−７７５０２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７５９０（Ｐ２０１１−２１７５９０）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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