JP2008198518A - 凸版、及びその検査方法、並びにそれを用いた有機電子デバイスの製造方法並びにそれを用いた有機電子デバイス並びに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子をはじめとする有機電子デバイスを凸版印刷法で作製する際、パターン欠陥の少ない凸版、及びパターン欠陥を防止するために予め行う凸版の検査方法、並びにそれを用いた有機電子デバイスの製造方法並びにそれを用いた有機電子デバイスを提供する。
【解決手段】金属基板１０１上に樹脂よりなる凸部の層１０３が形成された凸版印刷用凸版において、金属基板１０１表面上に光吸収層３０１を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機電子デバイスを凸版印刷法で作製するための凸版、及びその検査方法、並びにそれを用いた有機電子デバイスの製造方法並びにそれを用いた有機電子デバイスを提供することにある。

現在、実用化されている電子デバイスは主に無機半導体材料を用いて作製されているが、今後、製造コストの低減、デバイスの消費電力や高性化などの観点から従来の材料とは異なる特性をもつ材料、特に有機分子を用いた有機電子デバイスへの期待が高まっている。

その中でも特に発光デバイスとして機能する有機電子デバイスは有機エレクトロルミネッセンス素子とも呼ばれ、デバイスの薄さ、低消費電力、発光特性などの点から特に注目されている。

有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子は陽極と陰極との間に有機発光層が挟持された構造をもつ発光素子で、電圧の印加により陽極から正孔、陰極から電子が注入され、この正孔と電子の対が有機発光層表面あるいは内部で再結合することによって発生したエネルギーを光として取り出す素子である。発光層に有機物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は古くから研究されていたが発光効率の問題で実用化が進展しなかった。これに対し、１９８７年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより有機層を発光層と正孔輸送層の２層に分けた積層構造の有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され、低電圧で高効率の発光が確認され（非特許文献１等参照）、それ以降有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。

有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層に用いられる有機材料は、大まかに低分子の材料と高分子の材料とに分類されている。発光層の形成方法は材料によって異なり、低分子材料は主に蒸着法で成膜させる方法が用いられ、高分子材料は溶剤に溶解あるいは分散させて基板上に塗布する方法が行われている。また、有機エレクトロルミネッセンス素子をフルカラー化するために発光層をパターニングする手段としては、低分子系材料を用いる場合は、所望の画素形状に応じたパターンが形成されたマスクを用いて、異なる発光色の発光材料を所望の画素に対応した部分に蒸着し形成する方法が行われている。この方法は所望の形状に薄膜を均一に形成するには優れた方法であるが、マスクの精度の点から蒸着される基板が大型になると、パターンの形成が困難になるという問題点がある。

一方、高分子系材料を用いる場合は、主にインクジェット法によるパターン形成と、印刷によるパターン形成方法が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているインクジェット法は、インクジェットノズルから溶剤に溶かした発光層材料を基板上に噴出させ、基板上で乾燥させることで所望のパターンを得る方法である。

しかしながら、ノズルから噴出されたインク液滴は球状をしている為、基板上に着弾する際にインクが円形状に広がり、形成したパターンの形状が直線性に欠ける、あるいは着弾精度が悪くパターンの直線性が得られないという問題点がある。これに対し、例えば、特許文献２では、予め基板上にフォトリソグラフィなどを用いて、撥インク性のある材料でバンクを形成し、そこにインク液滴を着弾させることで、バンク形状に応じてインクがはじき、直線性のパターンが得られるという方法が開示されている。しかし、はじいたイ
ンクが画素内に戻るときに画素内部でインクが盛り上がり、画素内の有機発光層の膜厚にばらつきができてしまうという問題が残る。

そこで、低分子有機発光材料にかえて、有機高分子発光材料をインキ化し、このインキを印刷法によりパターニングする方法が提案され、具体的には樹脂凸版を用いる方法、反転印刷による方法、スクリーン印刷による方法などが提案されている。特に樹脂凸版を用いる印刷はパターン形成精度、膜厚均一性などに優れ、印刷による有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法として適している。また、低分子有機発光材料であっても溶剤に溶解あるいは分散可能な材料であれば有機高分子発光材料同様にインキ化して印刷法でパターニングすることも可能である。

一般に有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた表示デバイスを作成する場合、発光部を微細なピクセルに区切ってマトリクスディスプレイを形成することが多い。このようなマトリクスディスプレイを印刷法で作成するためには、印刷に用いる凸版をデルタ構造やストライプ構造の画素の形状にパターニングしたものを用いる。この時、凸版に欠陥があると、この凸版を用いて印刷した基板のパターンにも欠陥が発生してデバイスの不良を招く。ディスプレイデバイスにおいてパターン欠陥の有無の検査方法としては光学検査によるパターン比較検査が一般的に行われている。この方法では、透過光あるいは反射光の下で基板上に形成されたマトリックスパターンの画像をラインセンサあるいはエリアセンサで取り込み、マトリックスの各画素について隣接する画素とパターンを比較し、パターン形状が同じである場合は検査合格とし、パターン形状が異なる場合は異物や画素ぬけなどの欠陥が発生していると判断される。

しかし、この検査方法を有機エレクトロルミネッセンス素子のパターン形成基板に適用しようとする場合、基板上に形成された有機発光層あるいは有機発光補助層に強い光を照射することになる。一般に有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機発光層は強い光に弱く、検査時の照射光で特性の低下を招く恐れがある。また、仮に特性が低下しないとしても、有機発光層、有機発光補助層の膜厚は数十ｎｍと薄く、膜の可視光領域での吸収が小さく、光学検査を行ったときにコントラストが得にくいため検査が困難である。そのため、パターン形成に用いる凸版の光学検査を行うことが重要である。

一方、有機エレクトロルミネッセンス素子のパターン形成に用いる凸版の構造について、本発明者が特許文献３で示すように凸版のパターン位置精度の観点から基材を金属材料にすることが好ましい。また、基材上に形成される凸版の凸部は本発明者が特許文献４あるいは特許文献５で示すような樹脂で形成されていることが好ましい。これらの発明によれば、凸版は金属基板上に樹脂凸版層が形成されている構造になっているため、金属基板上の樹脂凸版層のパターンの欠陥検査を行うことが必要になってくる。しかしながら金属基板上の微細パターンを比較検査によって欠陥検査を行おうとする場合、樹脂パターンから得られる画像コントラストよりも下地にある金属表面からの乱反射が強いために、欠陥の認識が困難である。

以下に公知の文献を記す。
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１巻、９１３頁、１９８７年 特開平１０−１２３７７号公報 特開２００２−３０５０７７号公報 特願２００６−１７９１６０号公報 特願２００６−２６８８７２号公報 特願２００６−２６８８７３号公報

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は有機エレクトロルミネッセンス素子をはじめとする有機電子デバイスを凸版印刷法で作製する際、パターン欠陥の少ない凸版、及びパターン欠陥を防止するために予め行う凸版の検査方法、並びにそれを用いた有機電子デバイスの製造方法並びにそれを用いた有機電子デバイスを提供することにある。

本発明者らは前記の課題を克服するために鋭意検討を行った結果、本発明を得るに至った。

本発明の請求項１の発明は、金属基板上に樹脂よりなる凸部の層が形成された凸版印刷用凸版において、金属基板表面上に光吸収層を有することを特徴とする凸版としたものである。

本発明の請求項２の発明は、光吸収層が金属基版表面の全面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の凸版としたものである。

本発明の請求項３の発明は、凸部層が光吸収機能を有し、かつ凸部層の樹脂で金属基板表面上を覆っていることを特徴とする請求項１記載の凸版としたものである。

本発明の請求項４の発明は、光吸収層が凸部表面及び金属基板表面を覆っていることを特徴とする請求項１記載の凸版としたものである。

本発明の請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の凸版の検査方法であって、凸版の凸部の形成された表面側に光を照射し、その反射光を測定して凸版の欠陥を検査することを特徴とする検査方法としたものである。

本発明の請求項６の発明は、凸版印刷法によりインキを転写して薄膜層を形成する工程を含む有機電子デバイスの製造方法において、請求項５に記載の検査方法で検査された凸版を用いて凸版印刷方式によりインキを転写して形成する工程を少なくとも有することを特徴とする有機電子デバイスの製造方法としたものである。

本発明の請求項７の発明は、請求項６に記載の有機電子デバイスの製造方法で製造されたことを特徴とする有機電子デバイスとしたものである。

本発明の請求項８の発明は、請求項７に記載の有機電子デバイスを具備することを特徴とする表示装置としたものである。

本発明によれば、印刷法を用いて有機電子デバイスを作製する際に必要な欠陥の少ない凸版及びその欠陥検査方法を供することが可能になり、この凸版を用いることで欠陥の少ない有機電子デバイスの製造方法ならびに有機電子デバイスを提供することが可能になる
。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１は従来の有機電子デバイスの薄膜層形成用凸版の例を示した部分説明図であり、金属基板上とその上に形成された樹脂パターンによって構成されている。図１において金属基板１０１と凸版パターン部１０３の間には接着層１０２が形成されている。凸部パターン１０３が金属基板１０１に対して十分な密着性を有している場合は不要である。また、接着層１０２は印刷に用いるインキが特に酸性の場合、金属基材１０１が酸性のインキで腐食されるのを防止するための保護層も兼ねている。

図２は図１に示した薄膜層形成用の凸版に欠陥２０１が生じており、その欠陥を検査している様子を示している。欠陥検査に用いる検査光２０２は基板のパターン側から照射される同軸落射光もしくは入射光の光軸と検出器（図示せず）への入射光の光軸が異なる暗視野照明を用いる。この場合、パターン欠陥２０１の部分で検査光２０２が乱反射をして検査装置（図示せず）の検出器で検知されるが、金属基板１０１上でも乱反射してしまい、欠陥部からの反射光と区別することが出来なくなる。

図３は本発明の凸版の例を示した説明図である。図で示すように、金属基板と凸版パターン部の間に光吸収層３０１が形成されている。図２同様に凸版パターン部には欠陥が生じており、この凸版に入射光を当てて光学検査を行うが、図３では請求項１記載のように光吸収層が設けられてい、金属基板からの乱反射が発生しないために凸版パターン部の欠陥のみから反射光が発生する。そのため、検査装置の検出器でパターン画像が十分なコントラストを持ち、欠陥を発見することが可能になる。

また図３の例は請求項２記載のように、光吸収層を金属基板全面に形成することによって、金属基板と凸版層の間に形成している。しかし、請求項３に示すように凸版のパターン部に光吸収機能を持たせ、図４のように光吸収性凸版４０１としても良い。ただし、この場合は凸版パターンの凸部が独立していると下地の金属層が露出し、乱反射を発生させるために、凸版パターンはそれぞれがパターン下部でつながった構造になっている必要がある。すなわち、凸部層が光吸収機能を有し、かつ凸部層の樹脂で金属基板表面上を覆っている構成である。また、請求項４記載のように光吸収層５０１を凸版層の表面に形成し、図５のような構造にすることも可能である。

なお、ここに示している光吸収層は可視光の全領域で光を吸収する層、すなわち黒色の層でも良いし、特定の波長の光だけを吸収する層でも構わない。特定の波長の光だけを吸収する光吸収層を用いる場合には、欠陥検査を行うときの検査光は光吸収層で十分に吸収される領域の波長の光を用いる。あるいは基板からの反射光を取り込む検出器の前に光吸収層で吸収されない光をカットするフィルタを設ける必要がある。

光吸収層を凸版に形成する手段は、光吸収層を形成する位置によって異なる。請求項２記載のように光吸収層を金属基板とパターン凸部の間に形成する場合、凸版の凸部を形成する前に予め金属基板上に光吸収層を形成する。この場合、金属基板上に光を吸収するための色材を含有した樹脂を塗布、あるいはラミネートすることで光吸収層とすることが可能である。光を吸収するための色材は一般に使用可能な染料あるいは顔料を用いることができる。また、金属基板に光吸収層をめっき法で形成しても良い。光を吸収するめっき層としては無電解黒色ニッケルめっきや黒色クロムめっき、黒化処理した銅めっき層、黒色クロメート処理を行った亜鉛めっき層などを用いることができる。

これらの光吸収層はインキやその溶媒に対する耐性が求められるため、有機発光層を形
成するための芳香族系有機溶媒インキに対しては光吸収めっき層が適しており、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）水溶液のような酸性の有機発光補助層を形成するインキに対しては色材を含有させた樹脂層を用いる方が好ましい。

また、光吸収層を凸版のパターン部に形成する場合は樹脂からなる凸部に色材を練りこませることで光吸収性を持たせることが出来る。ただし、この場合凸版の凸部を形成するに当たって樹脂材料に光硬化型樹脂を用いる場合、露光によって樹脂を硬化させる際に含有させた色材が硬化を阻害しないように色材の吸収波長を選択する必要がある。また、含有させた色材がインキ中に溶出しないように色材の溶解性を考慮する必要もある。この場合、色材は染料よりも顔料の方が溶剤に対する溶解性が低く、好ましく用いることが出来る。また、光硬化型樹脂を凸版の材料として用いる場合は光反応性モノマーの側鎖に光を吸収する構造を持たせたものを用いてもよい。

光吸収層を凸版の凸部表面に形成する場合は色材を含有させた樹脂を溶剤で希釈して塗工するか、あるいは無電解めっき層で凸部表面に光吸収めっき層を形成するという方法で光吸収層を形成することが出来る。

凸版を形成する光硬化性樹脂としてアルカリ可溶性を持たせたポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などに光重合性モノマーおよび光開始剤を混合した組成物などを挙げることができる。また、印刷に用いるインキが水系でなければ樹脂は水可溶性のものを用いることができる。

凸版のベースになる基板は金属の薄板であれば特に材質は限定されないが、熱膨張係数、入手のしやすさなどを考慮するとＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０などのステンレス板材、特に熱膨張係数を重視する場合は鉄-ニッケル合金であるインバー材、さらにコバルトを加えたスーパーインバー材などを用いることができる。

つぎに有機電子デバイスとして有機ＥＬ素子を例とし、本発明の検査方法で検査された凸版を用いた、有機ＥＬ素子の製造方法の例を説明する。図６は、本発明に係る有機ＥＬ素子の例を示した説明図である。図６で、ガラス基板６の上には陽極としてパターニングされた画素電極５が設けられ、画素電極の材料としては、ＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）、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、亜鉛アルミニウム複合酸化物等の透明電極材料が使用できる。なお、低抵抗であること、溶剤耐性があること、透明性が高いことなどからＩＴＯが好ましい。ＩＴＯはスパッタ法によりガラス基板上に形成され、フォトリソ法によりパターニングされてライン状の画素電極５となる。

ライン状の画素電極５を形成後、隣接する画素電極の間に感光性材料を用いてフォトリソ法により絶縁層７が形成される。

絶縁層７形成後に、正孔輸送層４を形成する。正孔輸送層４を形成する正孔輸送材料としては、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）誘導体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）等が挙げらる。これらの材料はポリスチレンスルフォネート（ＰＳＳ）等のポリマーと混合または付加させて溶媒に溶解または分散させて正孔輸送材料インキとし、本発明においては、凸版印刷法を用いて、画素パターンに合わせて正孔輸送材料インキを画素毎に塗りわけして、正孔輸送層４の形成を行う。

正孔輸送層４の形成を行う凸版印刷法では、本発明の検査方法で検査された凸版を用い
る。また同様に、正孔輸送層４形成後に、有機発光層３を凸版印刷法で形成する。有機発光層３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、キナクドリン系、Ｎ，Ｎ‘−ジアルキル置換キナクドリン系、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オレフィン系の高分子材料が挙げられる。

これらの有機発光材料は溶媒に溶解または分散させて有機発光インキとする。有機発光材料を溶解または分散させる溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等の単独またはこれらの混合溶媒が挙げられる。中でもトルエン、キシレン、アニソールといった芳香族有機溶媒が有機発光材料の溶解性の面から好適である。

正孔輸送層及び有機発光層の形成に用いる印刷機は、以下に示すような印刷機が例示できる。図７に印刷機の概略図を示した。本製造装置は、インキタンク１０とインキチャンバー１２とアニロックスロール１４と本発明にかかる樹脂凸版１６を取り付けした版胴１８を有している。インクタンク１０には、正孔輸送剤インキまたは有機発光インキが収容されており、インキチャンバー１２にはインクタンク１０より有機発光インキが送り込まれるようになっている。アニロックスロール１４は、インキチャンバー１２のインキ供給部及び版胴１８に接して回転するようになっている。

アニロックスロール１４の回転にともない、インキチャンバーから供給されたインキはアニロクスロール表面に均一に保持されたあと、版胴に取り付けされた樹脂凸版の凸部に均一な膜厚で転移する。さらに、被印刷基板２４は摺動可能な基板固定台２０上に固定され、版のパターンと基板のパターンの位置調整機構により、位置調整しながら印刷開始位置まで移動して、版胴の回転に合わせて凸部が基板２４に接しながらさらに移動し、基板２４の所定位置にパターニングしてインキを転移する。

有機発光層３の形成後、陰極層２を画素電極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２の材料としては、有機発光層３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、アルミニウム等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。

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１と接着剤８を用いて密封封止し、有機ＥＬディスプレイ用の素子パネルを得ることができる。

上記のように請求項１乃至請求項４記載の印刷用凸版を用いて作製された有機電子デバイスは印刷用凸版に光学的に欠陥検査を行えることで欠陥の発生が抑制される。またこの有機電子デバイスは微細パターンの形成を要求される有機エレクトロルミネッセンス素子に好ましく適用され、この有機エレクトロルミネッセンス素子を具備する請求項８記載の表示装置は製造工程における部留まりが向上し、製造コストを低減させることが可能になる。また、本発明は有機エレクトロルミネッセンス素子のみならず、有機トランジスタなどの有機電子デバイスを印刷法で作成する場合、広く適用することが可能であり、本発明によって有機電子デバイス作製時における歩留まりの向上を果たすことが可能になる。

従来の有機電子デバイスの薄膜層形成用凸版の例を示した部分説明図である。 欠陥が生じた従来の薄膜層形成用凸版の例を示した部分説明図である。 本発明の凸版の例を示した説明図である。 本発明の凸版の他の例を示した説明図である。 本発明の凸版のその他の例を示した説明図である。 本発明に係る有機EL素子の構成例を断面で示す説明図である。 本発明に係る凸版印刷機の例を示す概略図である。

符号の説明

１・・・・封止ガラス
２・・・・陰極
３・・・・発光層
４・・・・正孔輸送層
５・・・・陽極
６・・・・基板
７・・・・絶縁層
８・・・・接着剤
１０・・・インキタンク
１２・・・インキチャンバー
１４・・・アニロックスロール
１６・・・樹脂凸版
１８・・・版胴
２４・・・被印刷基板
１０１：金属基板
１０２：接着層
１０３：凸版パターン部
２０１：パターン欠陥
２０２：検査光
３０１：光吸収層
４０１：光吸収性凸版
５０１：光吸収層

Claims (8)

1. 金属基板上に樹脂よりなる凸部の層が形成された凸版印刷用凸版において、金属基板表面上に光吸収層を有することを特徴とする凸版。
2. 光吸収層が金属基版表面の全面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の凸版。
3. 凸部層が光吸収機能を有し、かつ凸部層の樹脂で金属基板表面上を覆っていることを特徴とする請求項１記載の凸版。
4. 光吸収層が凸部表面及び金属基板表面を覆っていることを特徴とする請求項１記載の凸版。
5. 請求項１〜４いずれか１項記載の凸版の検査方法であって、凸版の凸部の形成された表面側に光を照射し、その反射光を測定して凸版の欠陥を検査することを特徴とする検査方法。
6. 凸版印刷法によりインキを転写して薄膜層を形成する工程を含む有機電子デバイスの製造方法において、
   請求項５に記載の検査方法で検査された凸版を用いて凸版印刷方式によりインキを転写して形成する工程を少なくとも有することを特徴とする有機電子デバイスの製造方法。
7. 請求項６に記載の有機電子デバイスの製造方法で製造されたことを特徴とする有機電子デバイス。
8. 請求項７に記載の有機電子デバイスを具備することを特徴とする表示装置。