JP2004031077A

JP2004031077A - 有機ｅｌ表示パネル製造のためのインクジェット塗布装置および塗布方法

Info

Publication number: JP2004031077A
Application number: JP2002184769A
Authority: JP
Inventors: Hideo Hirayama; 平山　秀雄
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】有機ＥＬ表示パネルの製造のための成膜に際し、適正で均一な膜厚のインクジェット塗布を可能とし、それによって優れた画質の画像表示を行う有機ＥＬ表示パネルの製造を可能とするインクジェット塗布装置および塗布方法を提供する。
【構成】発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を２秒以下にする機構とを具備することを特徴とする。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示パネルの製造に使用されるインクジェット塗布装置および塗布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェット方式による有機ＥＬ表示パネルの製造は、次のようにして行われる。まず、陽極を構成する各画素電極上に感光性ポリイミドからなる隔壁を形成し、次いで、この隔壁の表面をフロロカーボンガスプラズマ処理によりテフロン化する撥水処理を施す。
【０００３】
次に、正孔注入層用材料をインクジェット塗布装置のヘッドから吐出し、各画素電極上に塗布する。塗布後、真空乾燥や、大気中乾燥などの乾燥処理を施すことにより、正孔注入層を形成する。そして、発光層材料をインクジェット装置のヘッドから吐出し、各画素電極上の正孔注入層上に成膜する。成膜後、真空中あるいは大気中で、室温あるいは高温で、数分保持し、乾燥させて発光層を形成する。その後、全面に陰極を蒸着して、有機ＥＬ表示パネルが作製される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した有機ＥＬ表示パネルの製造方法において、インクジェットノズルから吐出される液滴の大きさは、ノズル径、ノズルプレートと液の濡れ性、吐出波形、キャビティ容積、ピエゾ電圧波形などさまざまな要因に依存する。そして、それら一つ一つの値のばらつきが液滴量のばらつきとなる。液滴量のばらつきは、画素を構成するバンク内の膜の厚さのばらつきとなって現れる。
【０００５】
即ち、発光層の膜厚のばらつきは、有機ＥＬ表示パネルの輝度のばらつきにつながる。そして、吐出量のばらつきはインクジェットヘッドのノズル毎の上記特性に強く依存することが多く、輝度のばらつきがノズルの吐出軌跡に従って、場合によっては明確にムラとなって見えることが多い。たとえば、一つのノズルで１ラインごとに吐出すると、輝度むらがライン状に目立ち、画質の大きな低下をきたすことになる。
【０００６】
ここで、容易に考えられる対策は、同一の画素に対し複数のノズルで液滴を吐出し、液滴量を平均化する方法である。特性の異なるノズルでも、別々のノズルで複数の液滴を吐出することによって、輝度のムラは平均化される。これを実現するにあたっての問題は、乾燥しやすい材料にある。すなわち、複数の液滴を吐出した場合に、表面が乾き始めた膜とこの上に吐出する液滴とは、一般には濡れ性が良いために、隔壁により区分された画素領域の一部にのみ局在して広がりきらず、それに続く液滴が吸い寄せられてしまうために、画素領域は十分に埋まらないか、埋まったとしても、膜厚分布が平坦でなくなるという不都合が生じる。このために、適正な膜厚でない領域では発光輝度が十分に得られず、結果として画質が劣化することになる。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされ、有機ＥＬ表示パネルの製造のための成膜に際し、適正で均一な膜厚のインクジェット塗布を可能とし、それによって優れた画質の画像表示を行う有機ＥＬ表示パネルの製造を可能とするインクジェット塗布装置および塗布方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域にインクを吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を２秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、複数滴の発光層材料を複数の異なるノズルから、２秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法を提供する。
【００１０】
本発明のインクジェット塗布装置および塗布方法において、基板の温度を、好ましくは１２０℃以下に、より好ましくは室温に維持することが望ましい。
【００１１】
本発明のインクジェット塗布装置および塗布方法において、沸点が２００℃以下の主溶媒を含む発光層材料を用いた場合には、複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にすることが望ましい。また、最も低い沸点を有する溶媒の沸点が２００℃以下である２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を用いた場合にも、複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にすることが望ましい。
【００１２】
或は、最も低い沸点を有する溶媒がテトラリン、トリメチルベンゼン又は安息香酸メチルである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を用いた場合には、複数滴の発光層材料の吐出間隔を２秒以下にすることが望ましい。また、最も低い沸点を有する溶媒がメチルアニソール、メシチレン、アニソール、キシレン又はトルエンである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を用いた場合には、複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にすることが望ましい。
【００１３】
なお、本発明において液滴の吐出間隔が規定される膜は、有機発光層に限らず、正孔注入層、正孔輸送層であってもよい。
【００１４】
以上のように構成される本発明によると、画素領域に発光薄膜材料を吐出する複数のノズルを備え、一つの画素に複数滴の発光薄膜材料を異なるノズルから吐出させているため、液滴量のばらつきによる発光層等の膜厚のばらつきを防止し、それによって有機ＥＬ表示パネルの輝度のばらつきを防止することが出来る。また、複数滴の発光薄膜材料の吐出間隔を２秒以下にすることにより、液滴の局在化による発光層等の不適正な膜厚を防止することが出来、それによって良好な画質を得ることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るインクジェット塗布装置の概略を示す図である。
【００１６】
図１（ａ）において、基板１がステージ２上に載置されており、ステージ２は、Ｘ方向のレール３ａとＹ方向のレール３ｂにより、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能とされている。基板１の上方には複数のノズルを備えたインクジェットヘッド４が配置され、このインクジェットヘッド４は、上下動可能とされている。
【００１７】
図１（ｂ）は、インクジェットヘッド４を取出して示す概略図であり、２列に配列した複数のノズル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを備えている。なお、インクジェットヘッドは、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に配置されている。
【００１８】
このようなインクジェット塗布装置の操作に際しては、まず、ステージ２上に載置された基板上に形成された所定の領域（画素電極上の隔壁により区分された領域）にインクジェットヘッド４の複数のノズルから発光薄膜材料が吐出され、次いで、ステージ２のＸ方向およびＹ方向への移動により、基板上の異なる領域にンクジェットヘッド４の複数のノズルから発光薄膜材料が吐出され、これらの動作が順次行われ、個々の領域に対し、異なるノズルから所定量の発光薄膜材料が吐出されて、発光薄膜が形成される。
【００１９】
本発明者らは、以上説明したインクジェット塗布装置を用い、適正で均一な膜厚のインクジェット塗布を行うために、鋭意研究を重ねた結果、一つの画素に複数の発光薄膜材料を吐出する際の吐出間隔を２秒以下にすることが必要であることを実験により見出した。その実験結果について、以下に図面を参照して説明する。
【００２０】
図２に示すように、ガラス基板１１上に形成された画素電極１２上の、隔壁１３により区分された領域に、１滴２０ｐｌ（ピコリットル）の発光薄膜材料を、続けて２滴、インクジェットノズルから吐出、乾燥し、発光薄膜層１４を形成した。次いで、この発光薄膜層１４上に陰極１５を形成し、１つの有機ＥＬ素子を作製した。図２（ａ）はこのようにして得た有機ＥＬ素子の平面図、２（ｂ）は断面図である。
【００２１】
インクジェットノズルからの発光薄膜材料の吐出間隔は１０秒とした。その結果、図２に示すように、発光薄膜層１４が十分に画素電極２上に広がっていないために、左側の部分１６において、陰極１５と陽極１２とがショートしている様子がわかる。
【００２２】
本発明者は、吐出の時間間隔を変えて発光薄膜層４を形成し、得られた有機ＥＬ素子について、ショート画素の発生割合を１条件１００万個の画素に対して測定した。その結果を図３に示す。この場合の発光薄膜材料の溶媒としては、ドデシルベンゼンを用いた。
【００２３】
図３から、吐出間隔が２秒以下ではショート不良が発生せず、吐出間隔が２秒を越えると、ショート不良の確立が急激に上昇することがわかる。この結果から、不良を発生させないためには、２秒以下で連続して吐出する必要があることがわかった。
【００２４】
また、本発明者は、詳細な実験を繰り返した結果、基板温度は１２０℃以下であることが好ましく、より好ましくは室温がよいことがわかった。基板温度が１２０℃を越えると、発光薄膜材料が熱破壊し始め、輝度低下もしくは寿命低下を招くこととなり、好ましくない。
【００２５】
更に、本発明者は、詳細な実験を繰り返した結果、沸点が２００℃以下の主溶媒を含む発光薄膜材料を用いた場合、および最も低い沸点を有する溶媒の沸点が２００℃以下である２種以上の混合溶媒を含む発光薄膜材料を用いた場合には、複数滴の材料の吐出間隔を１秒以下にすることが望ましいことがわかった。その理由は、先に吐出乾燥した部分に後からの発光薄膜材料が引き寄せられるので、先の乾燥部分が十分にバンク内に広がっていないと、結果として後の材料も広がらず、バンク底を覆いきれないからである。先の乾燥した膜は発光薄膜材料と濡れ性が非常に良いことが本質であり、これを避けるには乾燥前の液体状態で２滴目以降を吐出するしかない。
【００２６】
更にまた、本発明者は、詳細な実験を繰り返した結果、最も低い沸点を有する溶媒がテトラリン、トリメチルベンゼン又は安息香酸メチルである２種以上の混合溶媒を含む材料を用いた場合には、複数滴の材料の吐出間隔を２秒以下にすることが望ましく、また、最も低い沸点を有する溶媒がメチルアニソール、メシチレン、アニソール、キシレン又はトルエンである２種以上の混合溶媒を含む発光薄膜材料を用いた場合にも、複数滴の発光薄膜材料の吐出間隔を１秒以下にすることが望ましいことがわかった。それらの理由は、前述と同様に乾燥膜への後続材料の濡れによる広がり不足を避けるためであり、乾燥速度が溶媒の沸点が低いほど速くなるので、吐出間隔を調整する必要が出てくるためであると考えられる。
【００２７】
以下、本発明の実施形態としての実施例について説明する。
【００２８】
図４および図５は、本発明の一実施形態に係るインクジェット塗布装置および塗布方法を用いた、３色のフルカラー有機ＥＬ表示パネルの製造工程を示す断面図である。この有機ＥＬ表示パネルの製造方法は、透明基板上にＴＦＴアレイ部を形成する工程と、各ＴＦＴに対応して設けられる有機ＥＬ素子を形成する工程と、この有機ＥＬ素子を封止する工程とを有する。そして、有機ＥＬ素子を形成する工程では、画素電極を形成する工程と、該各画素電極上に有機化合物からなる発光薄膜層を形成する工程と、この発光薄膜層上に陰極を形成する工程とを含み、発光薄膜層を形成する工程は、例えば、正孔注入層または正孔輸送層を形成する工程と、有機化合物からなる赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をパターン形成する工程とを有する。薄膜発光層の形成にはインクジェット方式を使用し、複数のノズルから多重液滴吐出を行うことで輝度むらの低減を行い、さらに吐出間隔は０．５秒とすることにより液滴の局在化を防止している。
【００２９】
まず、透明基板２１上にＴＦＴアレイ部が形成されたアレイ基板１００上に、画素電極２２を形成した。画素電極２２の形成は、透明基板２１上にＩＴＯターゲットをスパッタし、次いでパターニングすることにより行った。
【００３０】
次いで、絶縁膜２３ａと絶縁膜２３ｂで構成される隔壁（バンク）２３を形成し、上記の各透明画素電極２２の間を電気的に絶縁する。この隔壁２３により、発光材料の混色の防止、画素と画素との間からの光洩れ等を防止することができる。隔壁２３を構成する材料としては、ＥＬ材料の溶媒に対し耐久性を有するものであれば、特に限定されないが、本実施形態では絶縁膜２３ａに酸化シリコン膜、絶縁膜２３ｂに感光性アクリル系樹脂を使用した。隔壁２３の形成は、ＣＶＤにより成膜した酸化シリコン膜をパターニングし、その後塗布により形成した感光性アクリル系樹脂膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることにより行った（図４（ａ））。
【００３１】
次に、ＵＶ照射して隔壁２３を硬化させた後、隔壁２３により区分された各画素電極２２上に、有機化合物からなる正孔注入層（又は正孔輸送層）２４を形成した。正孔注入層２４としては、バイエル社から市販されているバイトロンＰを用い、これを画素電極２２上にスピンコートした。更に、２００℃の真空状態で１時間加熱し、乾燥硬化した（図４（ｂ））。
【００３２】
その後、各正孔注入層２４上に所定のパターンで有機発光層２５を形成した。有機発光層２５は、３色ともインクジェット方式で作成した。即ち、ドデシルベンゼンとキシレンを１：１の比率で混合した溶媒に染料を溶解した、濃度１％の有機発光層材料２０ｐｌを、０．５秒の間隔で、一画素につきそれぞれ別々のノズルから複数滴、間欠吐出する方法で行った（図４（ｃ））。
【００３３】
なお、有機発光層材料に含まれる染料としては、以下のものを用いた。
【００３４】
赤画素用：ＰＣ　Ｒｅｄ　１３６Ｐ（日本化薬（株）製）
緑画素用：ＰＣ　Ｇｒｅｅｎ　Ｆ０Ｐ（日本化薬（株）製）
青画素用：ＰＣ　Ｂｌｕｅ　４３Ｐ（日本化薬（株）製）
また、溶媒であるドデシルベンゼンの沸点は３３１℃、キシレンの沸点は１４０℃である。
【００３５】
次に、１２０℃の真空状態で１時間加熱して、有機発光層２５を乾燥固定した。なお、有機発光層材料の粘度は８ｃｐであり、液滴の吐出の際の飛行曲がりは、基板とノズル先端との距離０．４ｍｍにおいて１０μｍ以下となるように抑えている。
【００３６】
次いで、真空蒸着法で全面に１００オングストロームのＢａ膜２６、および２０００オングストロームのＡｇ膜２７（図４（ｄ））を順次積層し、最後に対向ガラス基板２００をシール材３００にて張り合わせて、有機ＥＬ表示パネルを完成させた（図５）。
【００３７】
なお、上述の実施形態においては、対向電極間に発光薄膜層を備えた表示素子において、発光薄膜層を正孔注入層と有機発光層の２層で形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、さらに有機発光層上に電子輸送層を備えた３層構造や、機能的に複合された単層構造のものであってもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態においては、正孔輸送層をスピンコートにより形成するう場合について述べたが、本発明はこれに限定されず、例えばインクジェット塗布により形成してもよい。
【００３９】
以上のようにして製造された有機ＥＬ表示パネルによると、輝度むらがなく、優れた画質の表示が得られた。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、特性の異なる複数のノズルを用いたとしても、一つの画素に複数の液滴を異なるノズルから吐出することにより、輝度ムラを緩和することが出来るとともに、吐出間隔を２秒以下にすることにより、１滴目の発光層材料が乾き始めた膜に２滴目がピニングされて生じるショート不良を防止し、それによって輝度ムラを低減することが出来、しいては画質の向上した有機ＥＬ表示パネルを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット塗布装置の概略を示す図。
【図２】インクジェット塗布における問題点を説明する図。
【図３】インクジェット塗布における液滴の吐出間隔とショートの確率との関係を示す特性図。
【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット塗布装置を用いた有機ＥＬ表示素子の製造工程を示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係るインクジェット塗布装置を用いて得た有機ＥＬ表示素子を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・ステージ
３ａ・・・Ｘ方向のレール
３ｂ・・・Ｙ方向のレール
４・・・インクジェットヘッド
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ・・・ノズル
１１，２１・・・ガラス基板
１２，２２・・・透明陽極電極
１３，２３・・・隔壁
１４，２５・・・発光層
１５，２６・・・Ｂａ膜
２３ａ，２３ｂ・・・絶縁膜
２７・・・Ａｇ膜
１００・・・アレイ基板
２００・・・対向ガラス基板
３００・・・シール材

Claims

発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を２秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置。
前記基板の温度を１２０℃以下に維持する機構を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗布装置。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に、沸点が１００℃以下の主溶媒を含む発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に、最も低い沸点を有する溶媒の沸点が１００℃以下である２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に、最も低い沸点を有する溶媒がテトラリン、トリメチルベンゼン又は安息香酸メチルである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を２秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布装置において、前記基板上の画素領域に、最も低い沸点を有する溶媒がメチルアニソール、メシチレン、アニソール、キシレン又はトルエンである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料を吐出する複数のノズルと、一つの画素に複数滴の発光層材料を異なるノズルから吐出させる機構と、前記複数滴の発光層材料の吐出間隔を１秒以下にする機構とを具備することを特徴とするインクジェット塗布装置。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、複数滴の発光層材料を複数の異なるノズルから、２秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法。
前記基板の温度を１２０℃以下に維持することを特徴とする請求項７に記載のインクジェット塗布方法。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、沸点が１００℃以下の主溶媒を含む発光層材料の複数滴を複数の異なるノズルから、１秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、最も低い沸点を有する溶媒の沸点が１００℃以下である２種以上の混合溶媒を含む発光層材料の複数滴を複数の異なるノズルから、１秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、最も低い沸点を有する溶媒がテトラリン、トリメチルベンゼン又は安息香酸メチルである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料の複数滴を複数の異なるノズルから、２秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法。
発光層を陽極層および陰極層で挟持した有機ＥＬ素子を基板上に複数個配列してなる有機ＥＬ表示パネルの製造のためのインクジェット塗布方法において、前記基板上の画素領域の一つの画素に、最も低い沸点を有する溶媒がメチルアニソール、メシチレン、はアニソール、キシレン又はトルエンである２種以上の混合溶媒を含む発光層材料の複数滴を複数の異なるノズルから、１秒以下の吐出間隔で吐出する工程を具備することを特徴とするインクジェット塗布方法。