JP2013206861A - 表示素子の製造方法及び表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】画素領域へのインクの流れ込みを抑制することにより、画素の膜厚のばらつきを抑制するための表示素子の製造方法及び表示素子を提供する。
【解決手段】この有機ＥＬ素子１０は、基板１１と、画素電極としての陽極１２と、第１隔壁及び第２隔壁１４から構成される隔壁と、発光媒体層１６と、陰極１７と、封止材１８及び樹脂層から構成される封止体とが積層されて構成されている。発光媒体層１６を形成するインクを塗布する前には、隔壁によって各画素領域２６が形成される。画素領域２６と同一ラインの画素領域２６との間に設けられている第２隔壁１４の上に、ノズルからインクが連続して吐出されることにより、これら画素領域２６の上と、第２隔壁１４の上にインクが塗布されて、発光媒体層１６が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子等の表示素子の製造装置及び表示素子に関する。

近年、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子の製造において、ノズルプリンティング法が用いられている。このノズルプリンティング法は、塗工液を連続的に吐出しながら塗布しており、画素間の隔壁上にもインクが塗布される（例えば、特許文献１参照。）。

この文献においては、画素間の隔壁上に塗布されたインクが、画素領域に不均一に流れ込むことが記載されている。この状態で、塗布されたインクの溶媒が気化して、発光層が形成されると、各画素のインクの量が異なるため、画素毎の発光層の膜厚にばらつきが生じる。この膜厚のばらつきによって、有機ＥＬ材料の光学特性が変化し、有機ＥＬ素子の発光輝度がばらつくことになる。

そこで、この文献には、画素領域を区画する隔壁の上面の中央に、突出部からなる液体制御部を設けている。この液体制御部によって、隔壁の上に塗布されたインクは、均等に分流されて画素領域に流れ込む。これにより、各画素領域のインクをほぼ同量にして、画素毎の発光層の膜厚のばらつきを抑制している。

特開２０１１−４８９０９号公報（図７、第４頁）

この文献においては、隔壁の上に塗布されたインクを、均等に分流させるための液体制御部を設けている。しかしながら、インクを均等に分流させるためには、液体制御部の位置決めを正確に行なう必要があり、手間がかかっていた。

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、その目的は、画素領域へのインクの流れ込みを抑制することにより、画素の膜厚のばらつきを抑制するための表示素子の製造方法及び表示素子を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の画素領域上に連続して形成されたライン状の発光媒体層を複数有し、前記発光媒体層の同一ラインが形成される画素領域の間には、分離絶縁領域が設けられている表示素子の製造方法であって、前記発光媒体層の同一ラインが形成される画素領域及び前記分離絶縁領域の上に、前記発光媒体層を形成するインクを連続的に塗布し、前記分離絶縁領域上に、塗布した前記インクを残存させて、隣接する画素領域に形成された発光媒体層と同じ材料で構成される残留層を形成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表示素子の製造方法において、前記分離絶縁領域が、同一ラインの画素領域に形成された発光媒体層と、前記残留層とが分離する形状で構成されており、前記分離絶縁領域の少なくとも上面を、前記インクに対して親液性にすることにより、前記インクを残存させて、前記残留層を形成することを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の表示素子の製造方法において、前記分離絶縁領域が、前記インクに対して親液性の材料で構成されていることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の表示素子の製造方法において、前記分離絶縁領域は、前記インクに対する親液性の材料で構成された上層と、この上層とは異なる材料で構成された下層とを備えたことを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、複数の画素領域上に連続して形成されたライン状の発光媒体層を複数有した表示素子であって、同一ラインの発光媒体層を形成する画素領域の間には、分離絶縁領域が設けられており、前記分離絶縁領域上には、隣接する画素領域に形成された発光媒体層と同じ材料で構成される残留層を形成したことを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の表示素子において、前記分離絶縁領域の少なくとも上面に、前記発光媒体層を形成するインクに対して親液性を有する領域を設け、前記分離絶縁領域により、同一ラインの画素領域に形成された発光媒体層と、前記残留層とを分離させたことを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の表示素子において、前記分離絶縁領域が、前記インクに対して親液性の材料で構成されていることを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の表示素子において、前記分離絶縁領域は、前記インクに対する親液性の材料で構成された上層と、この上層とは異なる材料で構成された下層とを備えたことを要旨とする。

（作用）
請求項１又は５に記載の発明によれば、同一ラインの発光媒体層を形成する画素領域同士の間には、分離絶縁領域が設けられており、分離絶縁領域上には、隣接する画素領域に形成された発光媒体層と同じ材料で構成される残留層が形成されている。ノズルプリンティング法によってインクを塗布する場合、画素領域の間の分離絶縁領域に、発光媒体層のインクを残存させることにより、分離絶縁領域の上に塗布されたインクの画素領域への流れ込みを抑制する。これにより、成膜やパターニング等を行なわずに、画素領域のインク量変化を抑制して、各画素の膜厚のばらつきを抑制することができる。

請求項２又は６に記載の発明によれば、分離絶縁領域の少なくとも上面を、インクに対して親液性を有する構成とし、分離絶縁領域が、同一ラインの画素領域に形成された発光媒体層と、残留層とを分離する形状にした。これにより、インクを分離絶縁領域の上に残存させ、画素領域に流れ込まないようにしたので、画素領域のインク量変化を抑制することができる。

請求項３又は７に記載の発明によれば、分離絶縁領域が、インクに対して親液性の材料で構成されている。これにより、インクを分離絶縁領域の上に残存させ、画素領域に流れ込まないようにすることができる。

請求項４又は８に記載の発明によれば、分離絶縁領域は、インクに対する親液性の材料で構成された上層と、この上層とは異なる材料で構成された下層とを備えた。これにより、インクを分離絶縁領域の上に残存させ、画素領域に流れ込まないようにすることができる。

本発明によれば、画素領域へのインクの流れ込みを抑制することにより、画素の膜厚のばらつきを抑制することができる。

第１実施形態における表示素子の概略構成を示す断面図。 同表示素子の発光媒体層を形成する製造工程における表示装置の平面図。 同発光媒体層を形成する製造工程を説明する概略断面図であり、（ａ）は塗布前の状態、（ｂ）は塗布中の状態、（ｃ）は塗布終了後、溶剤が揮発している状態、（ｄ）は発光媒体層が形成された状態を示す。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子１０の断面図である。図１に示すように、この有機ＥＬ素子１０は、基板１１と、画素電極としての陽極１２と、複数の画素領域２６に形成される発光媒体層１６と、陰極１７と、封止材１８及び樹脂層（図示せず）から構成される封止体とが積層されて構成されている。発光媒体層１６は、少なくとも有機発光層を構成層として含み、複数の画素領域２６上に連続して形成されたライン状の層である。なお、陽極１２と陰極１７とは、電極が逆であっても良い。

図２は、有機ＥＬ素子１０の発光媒体層１６が形成される前の画素領域２６を示した平面図である。なお、この図２では、画素領域２６は縦横５個ずつのみ示している。各画素領域２６は、図２に示すように、第１隔壁１３及び第２隔壁１４から構成される隔壁１５によって分離されている。また、図１に示すように、各第２隔壁１４の上には、残留層１９が形成されている。

次に、有機ＥＬ素子１０を構成する各構成要素について、図１及び図２を用いて詳述する。
基板１１は、絶縁性を有し、かつ寸法安定性に優れた材料（例えばガラス、金属等やプラスチック）によって構成されている。光取出し面を基板１１側か封止側のどちらの面から行なうかに応じて基材の透光性を選択すればよく、基板１１側から光取出しをする場合には透明な材料を用いる。また、基板１１には、有機ＥＬ素子１０内への水分の侵入を避けるために、無機膜やフッ素樹脂層を形成して、防湿処理や疎水性処理を施してあることが好ましい。特に、有機発光層への水分の侵入を避けるために、基板１１における含水率及びガス透過係数を小さくすることが好ましい。
更に、有機ＥＬ素子１０を画素ごとに駆動するアクティブマトリクス方式とする場合には、基板として画素ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたＴＦＴ基板とすることが好ましい。

基板１１上には、各画素に対応して陽極１２が形成されている。各陽極１２は、正孔注入性を損なわない低抵抗材料（例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物））で構成されている。各陽極１２は、公知の方法を用いて、各画素に対応するようにパターニングされる。具体的には、各陽極１２は、基板１１上に蒸着又はスパッタリングによって成膜した後、所定の開口形状を有するマスクを用いたエッチングによって形成される。また、基板１１としてＴＦＴ基板を用いる場合には、ＴＦＴのドレイン電極と有機ＥＬ素子１０の陽極１２とが電気的に接続される。これは、ＴＦＴを、有機ＥＬ素子１０のスイッチング素子として機能させるＴＦＴと陽極１２とを接続することが必要だからである。

隔壁１５は、第１方向に平行に延在させた複数の第１隔壁１３と、この第１隔壁１３と直交する第２方向に配置された複数の第２隔壁１４とから構成されている。
第１隔壁１３は、電気的絶縁性を有する材料（本実施形態では、公知の感光性樹脂材料）で構成される。この第１隔壁１３は、例えば、形成材料溶液をスリットコート法やスピンコート法により全面コーティングした後、露光、現像といったフォトリソグラフィ法を用いたパターニングにより形成される。第１隔壁１３は、隣り合う発光媒体層１６を構成するインクの混入を防ぐために、少なくとも表面に撥液性を備えていることが望ましい。発光媒体層１６に撥液性を付与する方法としては、隔壁材料となる感光性樹脂に撥液剤（例えば、フッ素系又はシリコン系の撥液材料）を添加するか、フォトリソにより隔壁形成後、隔壁表面に撥液処理（例えば、ＣＦ_４プラズマ処理）することなどが挙げられる。

各第２隔壁１４は、２つの第１隔壁１３の間に設けられており、隣接する同色の画素領域２６を分離する分離絶縁領域として機能する。本実施形態では、第２隔壁１４は、第１隔壁１３よりも低い形状で形成されている。この第２隔壁１４は、第１隔壁１３と同様に、電気的絶縁性を有する性質の材料で構成されている。更に、この第２隔壁１４は、発光媒体層１６を形成するためのインクに対して親液性の材料を用いて構成されており、上面が親液性領域として機能する。この親液性の材料としては、この第２隔壁１４上に塗布されたインクが保持される程度の性質のものを用いる。このような性質の材料として、本実施形態では、例えばＳｉＮ（窒化ケイ素）やＳｉＯ_２（酸化ケイ素）等の絶縁膜を用いることができる。第２隔壁１４は、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法といった成膜法で形成可能であり、隔壁のパターニングはマスクやフォトリソグラフィ法により行なうことができる。また、この第２隔壁１４は、数百ｎｍの高さに形成される。

この隔壁１５によって区画された画素領域２６には、少なくともストライプ状の有機発光層を含む発光媒体層１６が形成される。発光媒体層１６としては、有機発光層へ正孔を注入又は輸送する層（例えば正孔注入層、正孔輸送層、インターレイヤ等）が含まれる。
本実施形態では、異なる色又は別のラインとして形成される有機発光層は、第１隔壁１３を挟んだ画素領域２６に形成されており、同じ色又は同一ラインとして形成される有機発光層は、第２隔壁１４を挟んだ画素領域２６に形成されている。この有機発光層は、数十ｎｍの高さに形成される。

第２隔壁１４の上にある残留層１９は、第２隔壁１４に隣接する発光媒体層１６を形成するインクで構成されている。ここで、第２隔壁１４の上面は、発光媒体層１６の上面よりも高い位置に形成されているため、第２隔壁１４の段差により、発光媒体層１６と残留層１９とが分離される。これら発光媒体層１６及び残留層１９の製造方法の詳細は後述する。
また、正孔輸送層、インターレイヤ及び正孔注入層は、陽極１２と有機発光層との間に設けられる。

隔壁１５及び発光媒体層１６の上には、陰極１７が形成されている。陰極１７は、金属材料（例えばＭｇ，Ａｌ，Ｙｂ等の金属材料）で構成されている。この陰極１７は、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法を用いて形成される。特に、アクティブマトリクス方式の場合には、陰極１７は、隔壁１５の全体及び全ての画素上の発光媒体層１６を覆うように形成される。そのため、陰極１７は残留層１９上にも形成される。
また、画素領域２６の発光媒体層１６と陰極１７との間に、公知の電子輸送層、インターレイヤ及び電子注入層を設けることも可能である。

陰極１７の上には、封止材１８が形成されている。この封止材１８は、水分や酸素の透過性が低い材料（例えばアルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の無機材料）で構成され、大気中の水分や酸素による発光媒体層１６や陰極１７の劣化を防止するために陰極１７の全面を覆う様に形成される。そのため、封止材１８は残留層上にも形成される。また、封止材１８上には樹脂層が形成され、樹脂層は、アクリル系、又はエポキシ系樹脂等の光硬化型又は熱硬化型の接着性樹脂を用いることができる。更に、本実施形態では、基板１１の封止材１８が形成された面と、樹脂層とを介して接着される図示しない封止基板（例えばガラス、金属やガスバリア層が形成されたプラスチック基板等）が形成されており、大気中の水分や酸素による発光媒体層１６の劣化を防止する。

この封止材１８の上には、樹脂層が形成されている。この樹脂層は、公知の溶剤溶液法、押出ラミ法、溶融・ホットメルト法、カレンダー法、ノズル塗布法、スクリーン印刷法、真空ラミネート法、熱ロールラミネート法を用いて、封止材１８上又は封止基板上に形成され、基板１１及び封止基板と貼り合わされる。

次に、上述した有機ＥＬ素子１０の発光媒体層１６及び残留層１９の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。本実施形態では、発光媒体層１６が有機発光層のみによって形成される場合について説明する。ここでは、特定色を発光する有機発光材料を有機溶媒に溶解又は分散させたインクを用いたノズルプリンティング法によって、有機発光層を形成するための製造装置を用いる。この製造装置は、公知のように、インクタンクに接続されたノズル５０と、このノズル５０を駆動する駆動部（図示せず）とを備えている。製造装置は、インクタンクから供給されるインクを、一定の流速でノズル５０から吐出する。また、この製造装置は、駆動手段を制御することにより、ノズル５０を、同じ色の画素が並んでいる第１方向（主走査方向）に往復移動させたり、これに直交する第２方向（副走査方向）に移動させたりする。

発光媒体層１６としての有機発光層を形成する前の基板１１の上面には、図３（ａ）に示すように、画素領域２６が区画されている。この場合、画素領域２６の底面には、陽極１２が露出している。
そして、インクを吐出しながらノズル５０を主走査方向に移動させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、同じ色の有機発光層の画素領域２６上及びこれら画素領域２６の間の第２隔壁１４上に、インクが塗布される。なお、主走査方向に並んでいる画素領域２６の１列について、インクの塗布を終了した場合、非塗布領域において、ノズル５０を副走査方向に移動させる。そして、再度、インクを吐出しながらノズル５０を主走査方向に移動させることにより、１列に並んだ複数の画素領域２６に塗布する。

そして、画素領域２６及び第２隔壁１４上に塗布されたインクの溶媒が気化することにより、図３（ｃ）に示すように、インクの液面が低下してくる。この場合、インクが塗布された第２隔壁１４は、インクに対して親液性があるため、インクをはじかない。このため、インクは、塗布された第２隔壁１４上に残る。そして、最終的に、有機溶媒がすべて気化すると、図３（ｄ）に示すように、インクに含まれる有機発光材料の有機発光層（１６）が、画素領域２６に形成され、同じ有機発光材料の残留層１９が第２隔壁１４の上に形成される。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、有機発光材料を含むインクが塗布される第２隔壁１４を、この上に塗布されたインクが画素領域２６に流れ込まないように保持可能な親液性がある材料で構成する。このため、インクが塗布された箇所に残り、第２隔壁１４上に塗布されたインクの、画素領域２６への流れ込みを抑制することができる。従って、画素領域２６には所望量のインクが塗布されるので、これに応じた膜厚の発光媒体層１６を形成することができる。

（２）本実施形態では、同じ色の画素の間の第２隔壁１４は、数百ｎｍの高さに形成され、発光媒体層１６は、数十ｎｍの高さに形成される。このため、第２隔壁１４の高さは、発光媒体層１６の膜厚よりも厚く、段差が生じているため、第２隔壁１４上の残留層１９と、画素領域２６の発光媒体層１６は、分離されて形成される。従って、画素領域２６の間の第２隔壁１４上に残留層１９を形成しても、画素同士を電気的に分離することができる。

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 上記実施形態においては、第２隔壁１４全体を親液性の材料で構成した。これに代えて、第２隔壁１４の上層を親液性の材料で構成し、その下層を別の材質で構成するようにしてもよい。例えば、第１隔壁１３とともに第２隔壁１４を形成した後、インクに対して親液性材料膜を、この第２隔壁１４上のみに形成する。具体的には、基板全面に親液性材料膜を形成し、パターニングにより、第２隔壁１４上のみに親液性材料を残す。ここで、親液性材料膜を形成する前に、例えばエッチング等により、インクが塗布される第２隔壁１４を、第１隔壁１３より低くしておく。これにより、第２隔壁１４上のインクが第１隔壁１３を越えて、隣の画素領域２６に混入することを抑制できる。

また、第２隔壁１４を、下層となる基材層と、親液性材料層とからなる２層膜を堆積後、所定のパターンでパターニングして形成してもよい。これにより、第２隔壁１４の下層材料は、親液性である必要はなく、材料の選択の幅を広げることができる。ここで、基材層に、インクに対して撥液性を有する材料を用いた場合には、基材層の側面において、インクがはじかれる。これにより、画素領域２６の発光媒体層１６と、第２隔壁１４の上の残留層１９とを、より確実に分離することができる。
また、第２隔壁１４の上面において、親液化処理（例えば、プラズマ処理等）を施して、親液性に改質してもよい。

・ 上記実施形態においては、発光媒体層１６として有機発光層を形成する場合について説明したが、形成される発光媒体層１６はこれに限定されず、発光媒体層１６を構成する各層のうち、塗布形成できる層について、同様に適用することが可能である。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、インターレイヤ層に有機媒体に可溶な有機材料を用いる場合にも同様に適用することができる。更に、複数の色の有機発光層を有する有機ＥＬ素子１０に限定されず、単色の有機ＥＬ素子を製造する場合にも、同様に適用することができる。

１０…有機ＥＬ素子、１１…基板、１２…陽極、１３…第１隔壁、１４…第２隔壁、１５…隔壁、１６…発光媒体層、１７…陰極、１８…封止材、１９…残留層、２６…画素領域、５０…ノズル。

Claims (8)

1. 複数の画素領域上に連続して形成されたライン状の発光媒体層を複数有し、
   前記発光媒体層の同一ラインが形成される画素領域の間には、分離絶縁領域が設けられている表示素子の製造方法であって、
   前記発光媒体層の同一ラインが形成される画素領域及び前記分離絶縁領域の上に、前記発光媒体層を形成するインクを連続的に塗布し、
   前記分離絶縁領域上に、塗布した前記インクを残存させて、隣接する画素領域に形成された発光媒体層と同じ材料で構成される残留層を形成したことを特徴とする表示素子の製造方法。
2. 前記分離絶縁領域が、同一ラインの画素領域に形成された発光媒体層と、前記残留層とが分離する形状で構成されており、
   前記分離絶縁領域の少なくとも上面を、前記インクに対して親液性にすることにより、前記インクを残存させて、前記残留層を形成することを特徴とする請求項１に記載の表示素子の製造方法。
3. 前記分離絶縁領域が、前記インクに対して親液性の材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の表示素子の製造方法。
4. 前記分離絶縁領域は、前記インクに対する親液性の材料で構成された上層と、この上層とは異なる材料で構成された下層とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の表示素子の製造方法。
5. 複数の画素領域上に連続して形成されたライン状の発光媒体層を複数有した表示素子であって、
   同一ラインの発光媒体層を形成する画素領域の間には、分離絶縁領域が設けられており、
   前記分離絶縁領域上には、隣接する画素領域に形成された発光媒体層と同じ材料で構成される残留層を形成したことを特徴とする表示素子。
6. 前記分離絶縁領域の少なくとも上面に、前記発光媒体層を形成するインクに対して親液性を有する領域を設け、
   前記分離絶縁領域により、同一ラインの画素領域に形成された発光媒体層と、前記残留層とを分離させたことを特徴とする請求項５に記載の表示素子。
7. 前記分離絶縁領域が、前記インクに対して親液性の材料で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表示素子。
8. 前記分離絶縁領域は、前記インクに対する親液性の材料で構成された上層と、この上層とは異なる材料で構成された下層とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の表示素子。

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