JP2013077503A - 塗工装置及び有機機能性素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の乾燥状態を均一化して画素形状の違いによって発生する濃度ムラ、かつ視覚的品質低下がなく、高品質な有機機能性素子及びカラーフィルタを製造することができる塗工装置を提供する。
【解決手段】塗工装置は、ノズルヘッドユニットに搭載されているノズルヘッド数とノズルヘッドの配置距離情報及び基板上の隔壁位置情報とに基づき、ノズルヘッドの走査回数と塗工位置情報とを関数を用いて決定することにより、機能層を形成する際の塗工動作パターンを決定する手段を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルを用いて液柱状のインクを塗工することにより基板上に塗膜を形成する塗工装置に関するものである。

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。

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。

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。

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工装置が提案されており、例えば特許文献１に記載されたものがある。この塗工装置は、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工する場合、基板を設置するステージと、基板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工する事で、基板の画素形成領域に画素となる塗膜を均一に形成していくことが可能である。

ノズルヘッドによって画素形成する場合、ノズルヘッドの走査、および、走査方向に垂直な方向への基板のステップ移動を繰り返すことにより基板上にインクを塗工していき塗膜を形成していくのが一般的である。

しかしながら、基板のステップ移動を繰り返し塗工する場合に、図１に示すように、塗工が完了した領域で溶剤が蒸発していくことにより発現するドライ状態３１と、塗工直後の領域で溶剤が蒸発していないことにより発現するウェット状態３２とでは、雰囲気中の溶媒成分の濃度が異なる。これにより、次の塗工を、ドライ状態３１の領域の近隣から開始するのと、ウェット状態３２の領域の近隣から開始するのとでは、塗工後の乾燥状態が異なるため、画素内の塗膜の形状が異なってしまう。この結果、基板全面で見た場合、塗膜の画素形状の違いによるムラが発生していまい表示の品質が低下してしまう問題がある。

特開２００２−７５６４０号公報

本発明は、これら上記の問題を鑑みてなされたもので、基板の乾燥状態を均一化して画素形状の違いによって発生する濃度ムラ、かつ視覚的品質低下がなく、高品質な有機機能性素子及びカラーフィルタを製造することができる塗工装置、及び当該塗工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課題としている。

本発明の第１の発明は、複数の隔壁に囲まれた吐出領域が設けられた基板上に、液体を連続的に吐出するノズルヘッドが１つ以上搭載されたノズルヘッドユニットが塗工動作パターンにより前記基板上を横断し複数回往復動作を繰り返すことで機能層を少なくとも１層形成する塗工装置であって、前記ノズルヘッドユニットに搭載されている前記ノズルヘッド数と前記ノズルヘッドの配置距離情報及び基板上の隔壁位置情報とに基づき、前記ノズルヘッドの走査回数と塗工位置情報とを関数を用いて決定することにより、前記機能層を形成する際の前記塗工動作パターンを決定する手段を具備することを特徴とする塗工装置である。
である。

本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記塗工位置情報をランダムに選択する手段を具備することを特徴とする塗工装置である。

本発明の第３の発明は、第１の発明において、前記ノズルヘッドユニットに前記ノズルヘッドが複数個搭載されており、前記ノズルヘッド間の配置距離は前記吐出領域ピッチのノズル数倍以下の距離であることを特徴とする塗工装置である。

本発明の第４の発明は、第１又は第３の発明において、前記ノズルヘッドユニットに前記ノズルヘッドが複数個搭載されており、前記複数の前記ノズルヘッドから吐出される前記液体が、同一色の発光材料を含み、前記ノズルヘッド間の配置距離は、前記配置距離の領域ピッチの３倍であることを特徴とする塗工装置である。

本発明の第５の発明は、第１から第４までのいずれか１個の発明において、前記ノズルヘッドを１つ以上搭載したノズルヘッドユニットからなる塗工装置であって、前記ノズルヘッドから吐出する液体の吐出流量を設定する手段を具備することを特徴とする塗工装置である。

本発明の第６の発明は、第１から第５までのいずれか１個の発明において、積層する前記機能層のうちの少なくとも１層は、電流印加にて発光する自発光部材であることを特徴とする塗工装置である。

本発明の第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６までのいずれか１個の発明の塗工装置により形成した前記機能層を用いて、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である。

本発明によれば、基板の乾燥状態を均一化して画素形状の違いによって発生する濃度ムラを抑制することができ、かつ視覚的品質低下がなく、高精細で濃度ムラの少ない高品質な有機機能性素子やカラーフィルタを短時間で製造することができる。

従来技術を示すものであり、基板上の雰囲気中の溶媒成分を表す概念図 本発明の実施形態を示すものであり、有機ＥＬ素子基板断面の構成を示す模式図 本発明の実施形態を示すものであり、塗工装置の全体構成例を示す外観斜視図 本発明の実施形態を示すものであり、塗工装置のノズルヘッドユニット構成を説明するための平面図 本発明の実施形態を示すものであり、塗工装置のインク供給系の構成を示す概略図 本発明の実施形態を示すものであり、ノズルヘッドの詳細な詳細な構成を示す断面図 本発明の実施形態を示すものであり、有機ＥＬ基板の位置調整を行った状態における各セルの発光輝度値を示す図 本発明の実施形態を示すものであり、有機ＥＬ基板の位置調整を行わない状態における各セルの発光輝度値を示す図

次に、本発明を実施するための最良の一形態である塗工装置を詳細に説明する。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。

以下、本実施形態では、有機ＥＬ素子の正孔輸送層、電子ブロック層、及び有機発光層を総称して機能層と呼び、ノズル法によって形成する場合について説明する。ノズル法による形成方法の詳細は後述する。まずは、有機ＥＬ素子の構成を、その断面図の図２を用いて説明する。

有機ＥＬ素子は基板上に形成される。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。

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。

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、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。

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。

隔壁形成後、正孔輸送層４を形成する。なお、形成される正孔輸送層の体積抵抗率は発光効率の点から１×１０⁶Ω・ｃｍ以下のものが好ましい。

正孔輸送材料を溶解また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上げられる。

上記により焼成した隔壁３を形成した透光性基板１に対して、後述のノズル法により正孔輸送材料を含んだ機能性インクを吐出し、正孔輸送層４を形成する。

正孔輸送層４の形成後、後述のノズル法により電子ブロック性物質を含む機能性インクを吐出して電子ブロック層５を形成する。電子ブロック層５は、正孔輸送層４から有機発光層６へ注入された電子がそのまま陰極へ通過することを防ぐため電子をブロックするための層であり、電子ブロック性物質で構成される。

電子ブロック性物質としては、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。

電子ブロック層５の形成後、ノズル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。有機発光層６は電流を通すことにより発光する層である。有機発光層６を形成する有機発光材料として、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。

電子ブロック層５および有機発光層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。

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。

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。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とを用いて封止を行っても良い。

なお、本実施形態の有機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輸送層と電子ブロック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て積層した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。

次に本実施形態のＥＬ素子基板の機能層である、正孔輸送層４、電子ブロック層５、及び有機発光層６を、ノズル法で製造する方法を詳細に説明する。

図３は、本発明に係る塗工装置の全体構成例であって、１つ若しくは複数個のノズルヘッド４３からなるノズルヘッドユニット６０、基板５０を載置するテーブル６１から成るノズル塗工置本体６４、及びユニットコントローラ６５を備えている。

また、パターン形成は基板５０を載置するテーブル６１を主走査方向（図３のＹ方向）に移動し、ノズルヘッドユニット６０を副走査方向（図３のＸ方向）に相対的に往復移動してパターン形成が行われる。

本実施形態に係るノズル塗工装置のテーブル６１は、副走査方向にも移動可能であり、さらにテーブル６１の中心を軸として回転可能で、テーブル６１の上に置かれた基板５０の画素とノズルヘッドユニット６０とを平行に合わせることができる。また、テーブル６１は図示されていないが吸着機構を備えており、テーブル６１に載置された基板５０を固定することが可能である。

図４は、本実施形態の塗工装置のノズルヘッドユニット６０を説明するための図で、有機ＥＬ素子を製造するためには、正孔輸送層４のインク、電子ブロック層５のインク、及び有機発光層６のインク（ＲＧＢの３色）の５種類のインクを吐出する必要がある。図４では、このうち有機発光層６のインク（ＲＧＢの３色）を一例に図示する。ノズルヘッド４３の並びはこの限りではない。複数個（図４では３個）のノズルヘッド４３が配列されたＲブロック４６、同じように配列されたＧブロック４７、Ｂブロック４８が配置されている。ノズルヘッド４３は位置関係が重要であり、ノズルヘッド４３の位置調整がきちんと調整できていないとノズルヘッドユニット６０単位で塗工動作を行っていくため、隔壁３上に乗り上げまたは混色をしてしまう。このため、ノズルヘッド４３は、図示されていないが位置調整機構を備えており、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向（法線方向）の調整が可能となっている。これにより各ノズルヘッドを調整することが出来る。

前記複数のノズルヘッド４３間の配置距離は、塗工する基板５０の画素形状領域ピッチ、もしくはその自然数倍にすることが望ましい。ノズルヘッド４３間の配置距離が画素形状領域ピッチもしくは自然数倍であれば、塗工時に乗り上げ、混色することがなく複数のノズルヘッド４３を同時に使用することが出来るためである。ノズルヘッド４３の位置情報およびノズルヘッド４３間の配置距離情報を、ノズル情報および基板情報としてユニットコントローラ６５で管理することが出来る。

ただし、ノズルヘッド間隔の自然数倍にも塗工によい条件がある。塗工ノズルヘッドユニット内のノズルヘッド数をＮとするとノズルヘッド数ＮのＮ倍以下にすると良い。ノズルヘッド間隔をノズルヘッド数Ｎ倍より大きく、例えばノズルヘッド数の２Ｎ倍間隔に広げたとすると、塗工タクトはＮ倍時の２倍となるため、生産性が悪化してしまう。ただし、自然数Ｎ倍より広げた間隔で良い条件が唯一あり、基板全体のＮ等分ピッチに広げるのであれば良いが、ノズルヘッドユニットサイズが大きくなりすぎて現実的ではない。

次にインクタンクからノズルまでの供給系とインクの塗液までを図５を用い説明する。図５は、説明を簡略化するためノズルヘッド１個としている。図５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。

ノズルヘッド１３が、図４のノズルヘッド４３のように１色につき３ノズルヘッド分だけ搭載されているような場合に、複数のノズルヘッド１３がそれぞれのインク供給タンク１０を使っても良いし、複数のノズルヘッド１３にインク供給タンク１０を共通で使っても良い。

次にノズルヘッド１３の構成について、図６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２２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２２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。

ノズル２３から吐出されるインク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。

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、ステージ１９をＹ方向またはＹ′方向（或いは、Ｘ方向またはＸ′方向）に移動させることで、連続的にステージ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をステージ１９上に配置し、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、ステージ１９とノズルヘッド１３との位置情報などによりステージ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つのストライプ状画素形成領域に塗膜を形成した後、Ｙ方向にステージ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。

パターン形成情報に基づいてノズルヘッドユニット６０のノズルからインクを吐出する塗工動作パターンを制御する手段として、例えば図３に示すユニットコントローラ６５をノズル塗工装置本体６４に接続する。ユニットコントローラ６５はノズルヘッドユニット６０を駆動し、ノズル情報および基板情報として、ノズルパラメータ情報と基板パラメータ情報とから作られるパターン形成情報を格納している。ノズルパラメータ情報は、ノズルヘッドユニット６０を駆動させるための情報であって、ノズルヘッド４３の配列データやインク吐出流量データからなる。また、基板パラメータ情報は、基板５０内の画素の位置を示す情報であって、基板５０の大きさや、１枚の基板５０の中での面付け情報や、画素の配列データからなる。前記ノズルパラメータ情報と基板パラメータ情報とから作られるパターン形成情報は、各ノズルヘッド４３が基板５０のどの位置でどの順番となるようにユニットが動作していくかの塗工位置情報と、どれだけの量のインクを吐出するかの情報とからなる。インクの吐出を行う際には、ユニットコントローラ６５が当該パターン形成情報に基づいて制御を行うことでパターン形成を行うことが出来る。

また、上記ユニットコントローラ６５がノズルヘッドユニット６０を駆動させるためには、ノズルヘッド４３毎に最適な流量値を設定できることが好ましい。全てのノズルヘッド４３の流量値を同じ値に設定すると、各ノズルヘッド４３のノズル径が必ず一致しているとは限らずノズルから吐出されるインクの量に個体差があるため、基板５０内にインクを均一に吐出することができなくなるおそれがある。ノズルヘッド４３毎に最適の流量値のパラメータを設定できるようにすることによって、ノズルヘッド４３毎の吐出量を制御することが可能となり、その結果、各画素の吐出量をより精度よく制御することができる。

ノズルによるパターン形成では、各画素へのインクの流量値での吐出量制御のほかに、ノズルからの着弾位置の制御が必要である。これには、予め入力された前記ノズルパラメータ情報や基板パラメータ情報と塗工装置のテーブル６１の移動量からノズルヘッドユニット６０及びノズルヘッド４３の位置を算出し、ノズルから基板上に吐出されるインクの着弾位置を決定する。このほかに、塗工装置に設置されたカメラによって、基板表面の画像を取得処理し、インクの着弾位置を算出することによってノズルヘッド４３の位置の制御を行っても良い。

次にノズルヘッドユニット６０の塗工位置情報を決める手段を説明する。

塗工動作回数Ｓは、ノズルヘッドユニット６０内のノズルヘッド数Ｎと基板の画素数Ｌとの関係によって次式で決められる。すなわち、ノズルヘッドユニット６０の走査回数が関数により求まる。
Ｓ＝Ｌ/Ｎ・・・・・（１）
ノズルヘッド数Ｎは、塗工する同色内の搭載されているノズルヘッド数を指す。画素数Ｌは正孔輸送層４および電子ブロック層５では画素毎の塗り分けが要らないが、有機発光層６（ＲＧＢの３色）では色毎（本実施例はＲＧＢの３色）に塗り分けが必要となるため、画素数はＬ/３となる。ノズルヘッド数Ｎは、画素数Ｌとの関係で塗工動作回数Ｓが自然数となるように搭載するのが望ましい。

塗工動作回数Ｓが奇数の場合、ノズルヘッドユニット６０の移動は往路で終了することになるが、特に問題にはならない。例えば、最後に、非発光エリアや、ダミー部、または基板外のエリアの位置にステージを移動させることで、発光エリアの塗工済み部分に重ね塗ることはなくノズルヘッドユニット６０を元の位置に戻すことも出来るし、次の基板の開始を復路から開始することも出来、どちらでも良い。

塗工動作回数Ｓを定めることで、塗工位置情報を決めていくことが出来る。ノズルヘッド４３が直前の塗工済み領域に重なり動作しないような次の塗工開始位置は、ノズルヘッドユニット６０内のノズルヘッド４３の搭載数とノズルヘッド間の配置距離と塗工動作回数Ｓとに基づき、関数によって自ずと決まる。従って、例えば、次の塗工開始位置を乱数によってランダムに選択する手段を設けておき、さらに、画素領域内のインクの乾燥状態を考慮し、ランダムに選択された位置の中から、次の塗工開始位置を直前の塗工済み領域から必ず任意の設定距離を超える距離だけ離れた位置を選択することとする。当該設定距離は上記関数により予め求められている値であり、当該設定距離を越えて離れた位置から次の塗工を開始すれば、直前の塗工済み領域の乾燥状態の影響を受けずに塗工を行うことができる。発生させた乱数によって直前の塗工済み領域から上記設定距離内に開始位置が選択された場合には、塗工開始位置を乱数によってランダムに選択する手段によって新たに乱数を発生させるか、任意に再抽選を実施する手段によって、さきほど発生させた乱数の中から再抽選を実施するかなどにより、上記設定距離を越えて離れた塗工開始位置が求まるまで処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態の方法によれば、基板の乾燥状態を均一化して画素形状の違いによって発生する各画素間の濃度ムラを低減させることが可能となる。さらに、積層された基板でもムラのない基板を作製することができる。

次に、上記有機ＥＬ素子の製造方法の実施例を説明する。

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５９０×１５９形成されるパターンとした。

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、フォトリソ法により画素電極２の間にラインパターンを有する絶縁層を形成した。この絶縁層は、撥液性を有している。

次に、正孔輸送インクとしてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン）／（ポリスチレンスルフォネート）溶液であるバイトロンＰ ＣＨ−８０００（エイチ・シー・スタルク社製）を用いて調液しインクの固形分濃度１．５％、粘度１５ｍＰａ・ｓ、蒸気圧１．１ｋＰａのインクを用意した。インク及び版を用いて湿度４５％、温度２５℃の条件下において、スリット法にて基板全面に正孔輸送層４を形成した。その後、画素領域外の不要部をウエスで拭き取り、２００℃、３０分大気中で乾燥を行い正孔輸送層４を形成した。このときの膜厚は所望の膜厚であった。

次に、電子ブロック材料を溶剤に塗工インクの濃度が１．０重量％となるように溶解させ、電子ブロック層５の形成用の塗工インクを調製した。ここで電子ブロック材料とは、ポリフルオレン誘導体からなる電子ブロック材料を示す。インク溶剤組成は、シクロヘキシルベンゼン（沸点２３７．５℃）を９９重量％とした。このときインクの表面張力はプレート法により測定したところ、約３４．３ｍＮ／ｍであった。粘度はＥ型粘度計で測定したところ９．２ｍＰａ／ｓ（２５℃）であった。蒸気圧は０．９７５ｍｍＨｇ（６７．５℃）であった。

次に、正孔輸送層４まで形成された有効領域にスリット法でインクを吐出した後、Ｎ２オーブンによって２００℃、６０分で電子ブロック層５を形成した。この時の電子ブロック層５の膜厚は所望の膜厚であった。

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。

作製した有機発光材料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中のインク１１は、加圧機１４によってインク供給タンク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とノズルとの間には、吐出されるインクの量を制御する流量制御弁１５、および、ノズルヘッド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を有する透光性基板１は、ステージ１９に固定した。前記ステージ１９は、前記テーブル１７の上を縦方向のＹ方向またはＹ’方向に動くことができる。また、ノズルヘッド１３はＹ方向またはＹ‘方向に直交する横方向のＸ方向または、Ｘ’方向に動くことができる。ステージ１９とノズルヘッド１３またはノズルヘッド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１９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から透光性基板１８に対して鉛直方向に吐出できる。

ノズルから吐出されるインクは流量計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。ノズルヘッドユニットは乱数によって求まったノズルヘッド塗工位置情報に基づいて、ステージ１９の位置を変えていき基板の塗工を行った。オーブンによって１３０℃、１０分で有機発光層を形成した。その後、膜厚測定により所望の膜厚の有機発光層を得たことを確認した。

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および接着剤９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。
本実施例のように乱数によって求まったノズルヘッド１３の塗工位置情報によって作製した基板は、図７に示すように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。

（比較例１）
乱数によって求まったノズルヘッドの塗工位置情報を元に塗工することなく、ノズルヘッドを基板の上から順番に塗工していくと、図８に示すような発光輝度ムラとなった。画素間で乾燥状態が異なり膜厚形状に違いがあることから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。

本発明は、例えば有機ＥＬパネルの製造に好適である。

１・・・透光性基板
２・・・画素電極
３・・・隔壁
４・・・正孔輸送層
５・・・電子ブロック層
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・・・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
２５・・・液柱
３１・・・ドライ状態
３２・・・ウェット状態
４３・・・ノズルヘッド
４６・・・有機発光層Ｒノズルヘッドブロック
４７・・・有機発光層Ｇノズルヘッドブロック
４８・・・有機発光層Ｂノズルヘッドブロック
５０・・・基板
６０・・・ノズルヘッドユニット
６１・・・テーブル
６４・・・ノズル塗工装置本体
６５・・・ユニットコントローラ

Claims (7)

1. 複数の隔壁に囲まれた吐出領域が設けられた基板上に、液体を連続的に吐出するノズルヘッドが１つ以上搭載されたノズルヘッドユニットが塗工動作パターンにより前記基板上を横断し複数回往復動作を繰り返すことで機能層を少なくとも１層形成する塗工装置であって、
   前記ノズルヘッドユニットに搭載されている前記ノズルヘッド数と前記ノズルヘッドの配置距離情報及び基板上の隔壁位置情報とに基づき、前記ノズルヘッドの走査回数と塗工位置情報とを関数を用いて決定することにより、前記機能層を形成する際の前記塗工動作パターンを決定する手段を具備することを特徴とする塗工装置。
2. 前記塗工位置情報をランダムに選択する手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記ノズルヘッドユニットに前記ノズルヘッドが複数個搭載されており、前記ノズルヘッド間の配置距離は前記吐出領域ピッチのノズル数倍以下の距離であることを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
4. 前記ノズルヘッドユニットに前記ノズルヘッドが複数個搭載されており、
   前記複数の前記ノズルヘッドから吐出される前記液体が、同一色の発光材料を含み、前記ノズルヘッド間の配置距離は、前記配置距離の領域ピッチの３倍であることを特徴とする請求項１又は３に記載の塗工装置。
5. 前記ノズルヘッドを１つ以上搭載したノズルヘッドユニットからなる塗工装置であって、
   前記ノズルヘッドから吐出する液体の吐出流量を設定する手段を具備することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の塗工装置。
6. 積層する前記機能層のうちの少なくとも１層は、電流印加にて発光する自発光部材であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の塗工装置。
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６までのいずれか１項に記載の塗工装置により形成した前記機能層を用いて、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。

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