JP2004031070A

JP2004031070A - 有機ｅｌ材料塗布装置とその塗布方法および有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2004031070A
Application number: JP2002184618A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Sato; 佐藤　強
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】画素内を均一な溶剤雰囲気とすることにより、インクの乾燥時間を均一化し、乾燥後の発光層の形状差を減少させて輝度ムラの低減を得られる有機ＥＬ材料塗布装置とその塗布方法および有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応する複数のドット１５から構成される複数の画素Ｓを備えた基板３に対し、複数のノズル１２を有する溶剤用インクジェットヘッド７とインク用インクジェットヘッド８を用いて、先ずは溶剤を表示領域内、もしくは表示領域の外周、もしくは画素内におけるドット以外の領域に付与し、つぎにインクを対応するドットへ吐出する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式によりインクを微細な液滴にして、基板上に形成される画素の所定のドットに塗布する有機ＥＬ材料塗布装置とその塗布方法および有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や携帯電話などの発達に伴い、表示装置の需要が増加している。現在、主流になっている液晶表示装置に変わる次世代表示装置（ディスプレイ）の有力候補として、有機ＥＬ表示装置が注目されている。
その理由は、液晶装置と比較して、有機ＥＬ表示装置には、以下に示す多くの有利条件を備えていることによる。
【０００３】
すなわち、有機ＥＬは自発光素子なので、液晶装置に必要なバックライトが不要である。液晶装置のように２枚のガラスの間に液晶を注入する必要がなく、そのための材料費の削減や手間の軽減を図れる。
有機ＥＬ表示装置は、基本的には１枚のガラスから構成されるので、薄型化を得られ軽量化に寄与する。そして、電子過程で応答する素子のため、液晶装置における懸案課題である視野角と応答速度に関する特性が優れている。
【０００４】
なお、有機ＥＬを構成する発光材料として、低分子型と、高分子型に大別されていて、それぞれ発光層形成技術が異なっている。
上記低分子型における発光層はマスク蒸着技術により形成されており、数十ミクロンの薄い金属製のマスクを使わなければならない。このようなマスクの製作精度を高く保持するには、大型テレビ向けなどの大型化には不適である。
一方、上記高分子型では発光高分子材料を有機溶媒に溶解させ、これをインクジェット方式を用いて基板上の画素を構成するドットに塗布するようになっている。
【０００５】
このような高分子型においては、インクジェットヘッドと基板との相対位置を大きく変える機構が容易に実現できる。すなわち、基板の大型化を制限する要因は事実上見当たらず、表示装置の大型化に最適である。
また、生産性の面でも、低分子型は蒸着を利用するため無駄になる材料が多い一方、高分子型はインクジェット方式によるので、必要量だけを所定の部位に塗布することができて材料の利用効率が高い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高分子型を採用した従来のインクジェット方式は、基板上の画素間ピッチに対してインクジェットヘッドに備えた複数のノズル間ピッチを一致させ、同一ヘッド内の各ノズルの液滴量を合せ込む。
そして、基板の端に並べられる画素から順次、インクジェットヘッドを対向してインクを塗布していく。上記画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色に対応する複数のドットから構成されていて、対応する色のインクを上記ドットに塗布する。
【０００７】
表示装置として表示領域全域を均一な明るさで表示する特性が求められており、有機ＥＬ表示装置においても変りがない。そのため、表示領域全域に亘って同色発光層の膜厚を含めた形状が均一であることが要求される。
上記インクは高分子型発光材料を有機溶剤で溶かしたものであり、ドットに塗布されたあと有機溶剤が大気中に揮発して高分子型発光材料が残り、対応する色のインクが塗布された状態になる。
【０００８】
しかしながら、画素を構成するドットにインクを確実に塗布したにも係らず、製品としての有機ＥＬ表示装置には、使用したノズル数に対応する幅を持つ帯状の輝度ムラが生じ認識し易くなっている。
具体的には，隣接行にインクが有る場合と無い場合とで、インクが大気雰囲気に触れる面積・容量等が相違し、これによってインクの乾燥時間が異なってくる。その結果、乾燥した後の発光層の形状に差異が生じ、輝度差すなわち輝度ムラの発生に至ると考えられる。
【０００９】
同様に、両端のノズルからインクを供給されたドット行と、内側のノズルによってインクを供給されたドット行との間でもインクの乾燥時間が異なり、輝度差が生じ易い。
なお、インクの乾燥条件を揃えるために、溶剤の分量を増減して濃度を変えたインクを用いる方法もあるが、インクを使用するためにコストに悪影響を与えてしまう。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、画素間の雰囲気差を軽減することにより、画素内を均一な溶剤雰囲気として、インクの乾燥時間を均一化し、乾燥後の発光層の形状差を減少させて輝度ムラの低減を得られる有機ＥＬ材料塗布装置とその塗布方法および有機ＥＬ表示装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、基板上に、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応する複数のドットから構成される画素を備え、複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて所定のドットに対してインクを吐出する有機ＥＬ材料塗布装置において、先ずは溶剤を表示領域内、もしくは表示領域の外周、もしくは画素内におけるドット以外の領域に溶剤を付与し、つぎに対応するドットに対してインクを塗布する。
【００１２】
インクと溶剤を吐出するためのインクジェットヘッドは、独立したインク用インクジェットヘッドおよび溶剤用インクジェットヘッドから構成されていて、それぞれのインクジェットヘッドは、一列以上のノズル列を持つ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は有機ＥＬ材料塗布装置の概略構成を示す外観図、図２は有機ＥＬ材料塗布装置の要部であるインクジェット機構の斜視図である。
有機ＥＬ材料塗布装置として、図中１は基台であり、この基台上にはＸ，Ｙ方向に移動自在なステージ２が備えられる。上記ステージ２上には、図示しない固定手段によって基板３が交換自在に支持固定されている。
【００１４】
上記基板３上には、後述するように複数の画素が格子状に分布した状態で形成されている。それぞれの画素は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色に対応する複数のドットから構成される。
さらに、上記基台１上の上記ステージ２に対して架台４が跨設されていて、この架台にヘッド機構部５が取付けられている。このヘッド機構部５は、４組のインクジェット機構６から構成される。
【００１５】
１組のインクジェット機構６は、その下端部に溶剤を吐出する溶剤付与手段である溶剤用インクジェットヘッド７を備えている。他の３組のインクジェット機構６は、その下端部に３色のインク（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を吐出するインク塗布手段であるインク用インクジェットヘッド８を備えている。
４組のインクジェット機構６は、それぞれ上記インクジェットヘッド７，８をθ回転させる機構９と、Ｙ方向に微調整可能とする機構１０および、Ｚ方向に微調整可能とする機構１１を備えている。それぞれのインクジェットヘッド７，８は、後述するように直列状に配置された複数のノズルを備えている。
【００１６】
ここでは、上記ヘッド機構部５が固定され、ＸＹステージ２を移動制御することで、溶剤用とインク用のインクジェットヘッド７，８と基板３の相対位置を変化させるようになっている。
つぎに、有機ＥＬ材料の塗布方法について説明する。
図３は、上記有機ＥＬ材料塗布方法に係る基本システムを説明するための図である。
【００１７】
上記ＸＹステージ２上に支持固定される上記基板３には、Ｘ方向とＹ方向に所定のピッチで複数の画素Ｓが並べられる。一方、ヘッド機構部５を構成する４組のインクジェット機構６のそれぞれには、溶剤用とインク用のインクジェットヘッド７，８が備えられる。
同図の左側最側端のインクジェットヘッド７は溶剤用であり、残りの３組のインクジェットヘッド８はインク用である。インク用インクジェットヘッド８における左側がＲ（赤）用、真中がＧ（緑）用、右側がＢ（青）用である。
【００１８】
各インクジェットヘッド７，８は、たとえば５個のノズル１２を備えていて、各ノズルは一列の直列状に所定ピッチを存して並べられる。また、上記画素ＳがＸ−Ｙ方向に整列されているのに対して、各インクジェットヘッド７，８は斜めに傾いて取付けられる。
これは、画素Ｓのピッチに対してインクジェットヘッド７，８におけるノズル１２のピッチが機構上、大きくならざるを得ず、画素ピッチに対応させるためにインクジェットヘッド７，８をともに傾けることとなる。
【００１９】
図４は、本発明の有機ＥＬ材料塗布方法を説明する前に、従来のインク塗布方法について説明する図である。
上記基板３上に形成される画素Ｓは、図の左右方向に１列からｎ列まで備えられ、かつ図の上下方向に１行からｍ行まで備えられている。したがって、基板３にはｍ×ｎ個の画素Ｓが構成され、これら画素全体を囲む実線枠が表示領域１３を表している。
【００２０】
インクを塗布するインクジェットヘッド８は、ａ〜ｅまでの５個のノズル１２を備えている。上記インクジェットヘッド８は、先に説明したようにＲ，Ｇ，Ｂ３色のインク用を備えているが、ここでは１組のインクジェットヘッドのみを示している。
図のように、インクジェットヘッド８が基板３の最上段の画素Ｓに対向した状態で、基板はＸ軸の正方向（図の右側方向）に移動する。インクジェットヘッド８は、１列からｎ列まで順番にインクを供給することで第１ブロック（１〜５行）における画素に対する塗布を終える。
【００２１】
この場合、インクジェットヘッド８の中心に対し、外側の隣接行にインクが無い１行目と５行目の乾燥時間が、その他の２〜４行目の乾燥時間に比べて早くなり、輝度に差異を生じてしまう。
つぎに、基板３はＹ軸の正方向（図の上側方向）に移動してからＸ軸の負方向（図の左側方向）へ移動する。同時に、インクジェットヘッド８はインクを吐出してｎ列から１列までの画素Ｓに対するインク塗布を行い、第２ブロック（６〜１０行）の塗布を終える。
【００２２】
この場合も、外側の隣接行にインクが無い１０行目に輝度差が発生する。ここで、６行目塗布時に５行目が十分に乾燥している場合はインクが無い状況と同様になり、６行目にも輝度差が生じる。
このような輝度差は両端ノズルに対応する行だけに限らず、インクジェットヘッド８中心に向かう内側の複数行にも同様の傾向が見られる。ただし、輝度差は内側になるにしたがって小さくなり、輝度ムラが抑えられる。
【００２３】
本発明は、以下に述べるようにして問題解決を図っている。
図５（Ａ）は正方配列方式における画素Ｓ内のレイアウトを示している。
画素Ｓは、実線矩形状のＲ，Ｇ，Ｂ３色に対応する３つのドット１５を正方配列して構成される。この画素Ｓにおける上記ドット１５以外の領域に、破線円形で示す１つの溶剤付与エリア１６が形成される。
【００２４】
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドット１５には、それぞれの色のインクが塗布され、溶剤付与エリア１６には溶剤が付与される。ただし、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドット１５にそれぞれの色のインクを吐出する前に、予め溶剤を溶剤付与エリア１６に付与しなければならない。
すなわち、はじめに上記溶剤用インクジェットヘッド７から溶剤付与エリア１６に対して溶剤を付与する溶剤付与工程をなし、そのあと上記インク用インクジェットヘッド８からＲ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドット１５にインクを塗布するインク塗布工程をなす。
【００２５】
したがって、１つの画素Ｓにおいてインク塗布前にほぼ均一な溶剤雰囲気が形成されることになり、これによって従来発生していた隣接行の有無による乾燥時間の差が低減し、輝度バラツキが改善される。
図５（Ｂ）においても正方配列方式を採用した画素Ｓであるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドット１５を正方配列する以外に、溶剤用としてダミーバンク１７を設けた例である。
【００２６】
このダミーバンク１７において溶剤付与エリアが確保されていて、ドット１５であるインク用バンクにインクが吐出される前に、溶剤がダミーバンク１７の溶剤付与エリア１８に付与され、インク塗布工程前にほぼ均一な溶剤雰囲気を形成する。
図５（Ｃ）は、縦ストライブ配列方式を採用した画素Ｓであり、１つの画素においてＲ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドット１５を横に並べ、さらに同様形状の縦ストライブであるダミーバンク１８が隣設される。
【００２７】
このダミーバンク１８に溶剤付与エリアが確保され、ドット１５にインクが吐出される前に溶剤がダミーバンク１８に付与され、インク塗布工程前にほぼ均一な溶剤雰囲気を形成することは先に説明したものと同様である。
図６〜図８は、基板３上の画素Ｓに対する溶剤およびインクの塗布方法の例であり、図中の矢印は画素に対する塗布順序と塗布軌跡を示している。
【００２８】
図６（Ａ）（Ｂ）は、表示領域１３にある画素Ｓ全体に亘って溶剤を付与してから、インクを塗布する例である。
はじめに図６（Ａ）において、横一列を１ブロックとした場合、溶剤用インクジェットヘッド７を用いて（１，１）画素Ｓから（１，ｎ）画素Ｓまで溶剤を付与し、さらに１ブロック分ずれて（２，１）画素Ｓまで軌跡Ａに沿って溶剤を付与する。
【００２９】
さらに１ブロック分ずれ、以下同様に繰り返して最終的に（ｍ，ｎ）画素Ｓに至る１スキャン目の溶剤付与工程をなす。これにより溶剤が全画素Ｓに亘って付与されることになる。
つぎに、図６（Ｂ）に示すように基板３を初期の位置に戻す。そして、インク用インクジェットヘッド８を用いて軌跡Ｃに沿ってＲ，Ｇ，Ｂ３色のインクを塗布するインク塗布工程を行う。
【００３０】
このようにして、基板３上に形成される画素Ｓ全体に亘って溶剤およびＲ，Ｇ，Ｂ３色のインクを供給するために、溶剤用とインク用のインクジェットヘッド７，８による２度のスキャン動作が行われる。
図７は、溶剤を付与する溶剤付与工程と、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のインクを塗布するインク塗布工程を１度のスキャン動作で行う例である。
図のように、溶剤用インクジェットヘッド７が、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色用のインク用インクジェットヘッド８よりも基板３に近い側に設置され、同時に塗布作用を行うようになっている。
【００３１】
この状態で基板３が移動すると、最初に１画素Ｓ内の溶剤塗布エリア１６に溶剤が吐出され、つぎにＲ，Ｇ，Ｂ３色のドット１５に対応してインクが塗布される。このような作用が軌跡Ｄに沿って連続的に行なわれる。
基板３がＸ方向に１ブロック分だけ移動して、溶剤付与工程とインク塗布工程が画素（１，１）から画素（１，ｎ）まで行われると、それぞれの吐出が一旦終了する。基板３がＸＹ方向に同時移動して、各インクジェットヘッド７，８が画素（２，１）に対向するまでの間は、そのまま各工程が中断される。
【００３２】
そして、画素（２，１）に各インクジェットヘッド７，８が対向すると上述の作用が再開され、同様に２ブロック目の溶剤付与工程とインク塗布工程をなし、以下同様である。
このようにして、溶剤付与工程とインク塗布工程が１ブロック分のスキャン中に前後して行われるため、必要な作業時間が図６のものと比較して極く短縮され、作業性の向上を得られる。
【００３３】
図８は、溶剤用インクジェットヘッド７がインク用インクジェットヘッド８よりも基板３に近い位置にあり、かつ溶剤用インクジェットヘッド７のＹ方向位置をインク用インクジェットヘッド８に対して１セット分ずらして配置したヘッド機構部５Ａを示している。
このような構成では、はじめ溶剤用インクジェットヘッド７のみでＸ方向に沿う画素Ｓに溶剤を付与する。つぎに、基板３をＹ方向に１ヘッド分（１ブロック分）移動してから、負のＸ方向に基板を移動する。
【００３４】
このときインク用インクジェットヘッド８がＲ，Ｇ，Ｂ３色のインクを各画素Ｓの対応する上記ドット１５に塗布するとともに、１ヘッド分ずれた位置の画素Ｓに対して溶剤用インクジェットヘッド７が溶剤を塗布する。
以下、基板３の往路と復路の両方の移動中に各インクジェットヘッド７，８が溶剤およびインクを吐出するので、１度のスキャンで、かつ往路と復路の両方で有機ＥＬ材料を塗布できることとなり、塗布時間の短縮化に有効である。
【００３５】
また、乾燥時間の差を低減するための別例として、先に説明した図４に示す基板３の表示領域１３の外周に沿って溶剤用インクジェットヘッド７により溶剤を付与してから、インク用インクジェットヘッド８によりＲ，Ｇ，Ｂ３色のインクを全ての画素Ｓに塗布するようにしてもよい。
つぎに、溶剤用インクジェットヘッド８における使用するノズル１２の選択について説明する。
【００３６】
図９（Ａ）は、溶剤用インクジェットヘッド８に備えられる全てのノズル１２を使って溶剤を付与する例である。図中の溶剤付与領域は、ノズル数に対応した幅の帯状となる。
なお、溶剤用インクジェットヘッド８の両端より内側のノズル１２に対応した領域で輝度ムラが目立たない場合は、図９（Ｂ）に示すように、両端のノズル１２からだけ溶剤を付与して、ブロックの継目の輝度差を低減させる。その場合は、溶剤付与領域は図のように線状となる。
【００３７】
図１０は、先に説明したものとは異なる形態のインクジェットヘッド２０を示している。
複数のノズル１２が直列状に配置された、溶剤用ノズル列１２Ａと、インク用ノズル列１２Ｂをそれぞれ備えている。図では省略しているが、インク用ノズル列１２ＢはＲ，Ｇ，Ｂ３色用として３列備えられる。それぞれのノズル列１２Ａ，１２Ｂは一列である必要はなく、複数列の場合もある。
【００３８】
塗布する溶剤の種類は、必ずしも発光高分子材を溶解する溶剤と同一である必要はなく、乾燥時間を揃えるために最適なものを選択し、液滴量と液滴時間および塗布パターンを決定すればよい。
また、インクの組成や基板サイズが変わる場合には、それに合わせて溶剤の種類、液滴量、吐出位置および塗布軌跡等について条件出しを行う。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来発生していたインクの乾燥時間の差による輝度ムラを低減させ、高品質な有機ＥＬ表示装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る、有機ＥＬ材料塗布装置の外観図。
【図２】同実施の形態に係る、インクジェットの斜視図。
【図３】同実施の形態に係る、有機ＥＬ材料塗布のシステムを説明する図。
【図４】同実施の形態に係る、有機ＥＬ材料を塗布する工程を説明する図。
【図５】同実施の形態に係る、互いに異なる画素構成と、素の画素に対応する溶剤塗布エリアを説明する図。
【図６】同実施の形態に係る、互いに異なる有機ＥＬ材料を塗布する工程を説明する図。
【図７】同実施の形態に係る、さらに異なる有機ＥＬ材料を塗布する工程を説明する図。
【図８】同実施の形態に係る、さらに異なる有機ＥＬ材料を塗布する工程を説明する図。
【図９】同実施の形態に係る、溶剤塗布のノズル選択を説明する図。
【図１０】同実施の形態に係る、異なるインクジェットヘッドの図。
【符号の説明】
３…基板、
Ｓ…画素、
１５…ドット、
７…インク用インクジェットヘッド（インク用塗布手段）、
８…溶剤用インクジェットヘッド（溶剤用塗布手段）、
１２…ノズル、
１７、１８…ダミーバンク。

Claims

基板上に形成され、画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットに対して、インクジェット方式によりインクを塗布するインク塗布手段を備えた有機ＥＬ材料塗布装置において、
上記インク塗布手段によりインクを所定のドットへ塗布する以前に、予め、基板の表示領域内、もしくは表示領域の外周に溶剤を付与する溶剤付与手段を備えたことを特徴とする有機ＥＬ材料塗布装置。
基板上に形成され、画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットに対して、インクジェット方式によりインクを塗布するインク塗布手段を備えた有機ＥＬ材料塗布装置において、
上記インク塗布手段によりインクを所定のドットへ吐出する以前に、予め、画素内におけるドット以外の領域に溶剤を付与する溶剤付与手段を備えたことを特徴とする有機ＥＬ材料塗布装置。
上記インク塗布手段は、それぞれがＲ，Ｇ，Ｂ３色のいずれかを吐出する複数のインク用インクジェットヘッドから構成され、
上記溶剤付与手段は、溶剤をインクジェット方式により吐出する溶剤用インクジェットヘッドから構成されることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の有機ＥＬ材料塗布装置。
上記インク用インクジェットヘッドおよび溶剤用インクジェットヘッドは互いに独立して備えられ、それぞれのヘッドにはインクもしくは溶剤を吐出するノズルが所定間隔を存して直列状に配列されることを特徴とする請求項３記載の有機ＥＬ材料塗布装置。
Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットから構成される画素を複数備えた基板で、基板の表示領域内、もしくは表示領域の外周に溶剤を付与する溶剤付与工程と、
この溶剤付与工程のあと、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットに複数のノズルを有するインクジェットヘッドからそれぞれの色のインクを塗布するインク塗布工程とを具備したことを特徴とする有機ＥＬ材料塗布方法。
塗布される上記インクは、上記溶剤付与工程で付与された溶剤と同種の溶剤を含んでいることを特徴とする請求項５記載の有機ＥＬ材料塗布方法。
Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットから構成される画素を複数備えた基板で、上記画素内におけるドット以外の領域に溶剤を付与する溶剤付与工程と、
この溶剤付与工程のあと、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に対応するドットに複数のノズルを有するインクジェットヘッドからそれぞれの色のインクを塗布するインク塗布工程とを具備したことを特徴とする有機ＥＬ材料塗布方法。
基板上に形成される画素において、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のインクが塗布されるインク用バンクおよび、溶剤が塗布されるダミーバンクを具備し、請求項５、請求項６および請求項７のいずれかに記載の有機ＥＬ材料塗布方法により有機ＥＬ材料が塗布されてなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。