JP2015191789A - 印刷法を用いた機能性素子の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凸版印刷法を用いた機能性素子の製造において、印刷されたインキパターンの平坦性や均一性を改善することができ、中割れ不良などの欠陥のない高品質の機能性素子を作製できる製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を含む機能性素子の製造方法であって、該インキを転写する工程より後に、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に該被印刷体を晒す工程を含むことを特徴とする機能性素子の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、高品質の機能性素子を高い生産性で製造するために用いられる印刷法を用いた機能性素子の製造方法および製造装置に関する。

近年、微細な薄膜パターンニングによる機能性素子の製造方法として、製造コスト低減や大型化が可能であり、生産性に優れる印刷法が用いられている。特にディスプレイ分野においては、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機半導体素子、およびカラーフィルター等の光学機能素子などの製造に印刷法を用いる試みがなされている。

具体的な印刷方式としては、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、孔版印刷法、インクジェット法などの各種の方式が用いられている。

これらの各種印刷方式の中で、弾性を有する樹脂やゴムなどの材料からなる印刷凸版を用いた凸版印刷法は、非常に低い印圧での印刷が可能であることから、高い印圧をかけると破壊されやすいガラス基板、透明電極およびその他の機能性素子が作り込まれた基材への印刷に特に好適である。

しかし、凸版印刷法を用いた機能性素子の製造においては書籍や包装材料などの一般的な凸版印刷法よりも格段に高い精度が求められるため、要求される印刷精度を満たすことは容易ではなく、印刷精度を改善する種々の方法が提案されている。

例えば、印刷凸版のパターンをストライプ形状とし、さらに印刷凸版の画線部上にインキを供給するインキ供給手段として画線部の幅よりピッチの大きいアニロックスロールを用いることで、印刷精度を改善する提案がされている（特許文献１）。

また、インキの粘度を５〜２００ｍＰａ・ｓと比較的低粘度にすることで、印刷凸版上でのレベリングを促進し、印刷精度を改善する提案がされている（特許文献１）。

また、印刷凸版のパターンをストライプ形状またはドット形状とし、さらに該パターンの長辺方向を印刷方向に対して一定の角度範囲内とすることで版から被印刷体へのインキ転移を安定化し、印刷精度を改善する提案がされている（特許文献２）。

また、インキ転写後に、インキ溶媒主成分の溶媒蒸気濃度を制御した空間内にてインキを乾燥させることにより、インキの乾燥速度を変化させて、膜厚平坦性や膜質を改善する提案がされている（特許文献３）。

しかしながら、これらの方法を用いてもなお、次に述べるような問題点が残り、要求される印刷精度や生産性を満たすことができない場合があった。

凸版印刷法を用いた機能性素子の製造において、多くの場合、ガラス基板、樹脂フィルム、半導体基板、およびそれらの表面に電極およびその他の機能層などを作り込んだ被印刷体が用いられる。通常、これらの被印刷体は紙のような高いインキ吸収性を持たないため、印刷版が被印刷体に押し付けられると、インキが印刷版の画線部側面に押し出される。

この現象は印刷版がストライプ状パターンである場合に特に顕著であり、画線部の両側側面に押し出されたインキが被印刷体に転写され、印刷後に充分レベリングされないまま二本線パターンとなってしまう中割れ不良が発生することがある。この中割れ不良は、インキ粘度が高い場合や、湿潤膜厚が小さい場合、印刷版の画線部の幅が広い場合により顕著に見られる。

中割れ不良を改善するためには、インキ粘度を低くする、湿潤膜厚を大きくするなどしてインキのレベリング性を向上させる方策や、印刷版の画線部の幅や被印刷体上の画素隔壁の高さを調整して画素部側面へのインキの押し出しを抑える方策が考えられる。しかし、インキ粘度や湿潤膜厚は機能性素子の仕様やインキの材料特性の都合上、調整範囲に制約があり、自由に選べるわけではない。また、インキの固形分率を低くした場合、インキが印刷版画線部上に安定して付着しなくなるなどして、印刷品質が低下することがある。

特開２００９−７８５０１号公報 特開２０１２−２１６５３４号公報 特開２０１３−２０１０４７号公報

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、高品質な機能性素子を高い生産性で製造するために用いられる印刷法を用いた機能性素子の製造方法および製造装置を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を含む機能性素子の製造方法であって、該インキを転写する工程より後に、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に該被印刷体を晒す工程を含むことを特徴とする機能性素子の製造方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を含む機能性素子の製造方法であって、該インキを転写する工程および該転写されたインキを乾燥させる工程より後に、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に該被印刷体を晒す工程を含むことを特徴とする機能性素子の製造方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記蒸気に含まれる溶媒の主成分は前記インキの溶媒主成分とは異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能性素子の製造方法である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記機能性素子が有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の機能性素子の製造方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を備える機能性素子の製造装置であって、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体で満たしたチャンバー内に該被印刷体を移送し留置する手段を備えることを特徴とする機能性素子の製造装置である。

本発明によれば、溶媒の蒸気を含む気体に晒すことで印刷されたインキの流動性を上げてレベリングを促進することで、インキの平坦性や均一性を改善することができ、中割れ不良などの欠陥のない高品質な機能性素子を製造することが可能となる。

凸版印刷法を用いた機能性素子の製造方法と、中割れ不良の発生メカニズムを説明する図である。 本発明の機能性素子製造方法の溶媒蒸気を含む気体に被印刷体を晒す工程を説明する図である。 本発明の実施例１、実施例２および比較例１で用いた印刷凸版を説明する図である。 本発明の実施例１、実施例２および比較例１で用いた印刷装置の概略構成を説明する図である。 本発明の実施例１、実施例２および比較例１で作成した有機エレクトロルミネッセンス素子の概略構成を説明する図である。 本発明の実施例１および実施例２で作成した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層パターンの蛍光顕微鏡観察結果を説明する模式図である。 本発明の比較例１で作成した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層パターンの蛍光顕微鏡観察結果を説明する模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれに限るものではなく、図示したものは概略図であり、一部分のみを抜き出して示したものである。

本発明の凸版印刷装置の概略構成を図４に示した。版胴４５に巻きつけられた印刷凸版４１の画線部上にインキ供給手段によりインキを供給し、次いで定盤４９上に設置された被印刷体４３にインキを転移させて印刷を行う。印圧を安定させ印刷の均一性を高めるため、版胴４５と印刷凸版４１の間には、版下クッション４４を設置することが望ましい。さらに、本発明の凸版印刷装置は、インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に被印刷体を晒す手段（図示せず）を備える。

また、図４にはロール形状の版胴４５に設置された印刷凸版４１と平面の定盤４９上に設置された被印刷体４３の組み合わせを例として示しているが、印刷装置の形式はこれに限定されるものではなく、平面形状の印刷凸版やロールに支持された可撓性の被印刷体などを適宜組み合わせた種々の形式を用いることができる。

図１は凸版印刷法を用いた機能性素子の製造方法と、中割れ不良の発生メカニズムを説明する図である。はじめインキ１４は、主に印刷凸版１１の画線部１２上にあるが（図１（ａ））、印刷凸版１１が被印刷体１３に押し付けられると、インキ１４は印刷凸版画線部１２の両側面に押し出され、被印刷体１３上で濡れ広がる（図１（ｂ））。続いて、印刷凸版１１が引き上げられ（図１（ｃ））、印刷凸版１１側と被印刷体１３側でインキ１４が断裂する。この時、印刷凸版画線部１２と被印刷体１３の間隙の大きさ、インキ１４の粘度や湿潤膜厚、印刷凸版画線部１２の幅、被印刷体１３の濡れ性などの条件により、印刷凸版画線部１２の両側に分裂したパターンとしてインキ１４が転写されることがある（図１（ｄ））。さらに、上記の諸条件に加え、インキ１４の乾燥速度などの条件によっては、印刷凸版画線部１２の両側に分裂して転写されたインキ１４の融合・レベリングが充分進まないまま、インキ１４が乾燥・固化して二本線パターンとして定着してしまうことがあり（図１（ｅ））、これが中割れ不良の主な原因である。

図２は本発明の機能性素子製造方法の溶媒蒸気を含む気体に被印刷体を晒す工程を説明する図である。本発明の機能性素子の製造方法では、インキ２４を被印刷体２３に転写する工程より後に、該インキ２４を溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に被印刷体２３を晒す工程（図２（ａ））を含む。そのため、たとえ図１（ｄ）や図１（ｅ）のようにインキ１４が二本線パターンに分裂して転写されたとしても、インキ２４の流動性を上げてレベリングを促進することで、インキ２４の平坦性や均一性を改善することができ、中割れ不良を改善することができる（図２（ｂ））。

本発明のインキを溶解可能な溶媒の蒸気としては、インキ材料に合わせて、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルアニソール、安息香酸エチル、安息香酸メチル、メシチレン、テトラリン、アミルベンゼン、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、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水等の単独または混合溶媒の蒸気を用いることができる。

本発明のインキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に被印刷体を晒す工程は、転写されたインキを乾燥させる工程より後であっても、前であっても、同時であってもよい。インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に被印刷体を晒す工程が転写されたインキを乾燥させる工程より後である場合は、インキ溶質の溶解性が高い溶媒の蒸気を用いることが好ましい。

本発明のインキを溶解可能な溶媒の蒸気は、インキの溶媒主成分とは異なっていてもよく、たとえばインキ溶質の溶解性が高く蒸気圧が高い溶媒を選ぶことでレベリング促進の効率を高くすることができる。

本発明の機能性素子の製造方法は、有機エレクトロルミネッセンス素子や有機半導体素子、液晶カラーフィルターを始めとする光学素子の製造に好適に用いることができる。

＜実施例１＞
次に、本発明の実施例１を説明する。本実施例で作成した有機エレクトロルミネッセンス素子パネルの概略構成を図５に示す。本実施例では、あらかじめ高さ１．５μｍの隔壁５１６（ポリイミド）、画素電極５１７および正孔輸送層５１８（膜厚４０ｎｍの酸化モリブデン膜）が形成されたＴＦＴ基板５１５を被印刷体５３として用い、凸版印刷法を用いて発光層５１９を形成した。隔壁５１６は格子状に形成され、これにより画素が画定されている。画素の短辺長は１００μｍである。発光層５１９の形成後、さらに対向電極５２０を形成し、図示しない封止キャップおよび接着剤を用いて密閉封止した。

発光層５１９の形成には図３に示すストライプパターンの感光性樹脂製印刷凸版を用いた。画線部３２の幅は８０μｍ、高さは４０μｍである。

発光層インキには、ポリフェニレンビニレン誘導体を使用し、溶媒として４−メチルアニソールを用いた。発光層インキの粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。

図４に示すように、この印刷凸版４１を版下クッション４４を挟んでストライプが印刷方向と平行になるよう版胴４５に巻きつけ、アニロックスロール４６、ドクターロール４７およびインキチャンバー４８を組み合わせたインキ供給手段によって印刷凸版４１の画線部上に発光層インキを供給し、被印刷体４３上で版胴４５を転動させて印刷を行った。なお、インキの転写を安定させるため、初めにソーダガラス基板に対する印刷を１０枚行った後、前述の隔壁５１６、画素電極５１７および正孔輸送層５１８が形成されたＴＦＴ基板５１５に対する印刷を行った。

発光層インキを印刷した直後に、インキを溶解可能な溶媒の蒸気としてトルエン蒸気約０．５％、窒素約９９．５％を含む気体で満たしたチャンバー内に被印刷体４３を移送し５分間留置した後、チャンバーから被印刷体４３を出し、ベーク乾燥した。

以上の構成により発光層を印刷して有機エレクトロルミネッセンス素子パネルを作製した。作製したパネルを蛍光顕微鏡で観察したところ、図６に示すように、中割れ不良のない良好な発光層パターン６１９が形成されていることが確認された。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２を説明する。本実施例では、実施例１で使用したのと同じ材料および装置を使用して有機エレクトロルミネッセンス素子パネルを作成した。

実施例１と同様に、印刷凸版を版下クッションを挟んでストライプが印刷方向と平行になるよう版胴に巻きつけ、アニロックスロール、ドクターロールおよびインキチャンバーを組み合わせたインキ供給手段によって印刷凸版の画線部上に発光層インキを供給し、被印刷体上で版胴を転動させて印刷を行った。なお、インキの転写を安定させるため、初めにソーダガラス基板に対する印刷を１０枚行った後、前述の隔壁、画素電極および正孔輸送層が形成されたＴＦＴ基板に対する印刷を行った。

発光層インキを印刷した後に、被印刷体を室温空気中に１０分間置きインキを乾燥させた。その後、常圧の窒素中にトルエン蒸気を飽和させた気体で満たしたチャンバー内に被印刷体を移送し１０分間留置した後、チャンバーから被印刷体を出し、ベーク乾燥した。

以上の構成により発光層を印刷して有機エレクトロルミネッセンス素子パネルを作製した。作製したパネルを蛍光顕微鏡で観察したところ、図６に示すように、中割れ不良のない良好な発光層パターン６１９が形成されていることが確認された。

＜比較例１＞
比較のため、トルエン蒸気を含む気体で満たしたチャンバー内に被印刷体を留置する工程を省略したこと以外は実施例２と同じ製造方法を用いて、有機エレクトロルミネッセンス素子パネルを作成した。使用した材料および装置は全て実施例２と同じである。

以上の構成により、発光層を印刷して有機エレクトロルミネッセンス素子パネルを作製した。作製したパネルを蛍光顕微鏡で観察したところ、図７に示すように、発光層パターン７１９に中割れ不良が発生していることが確認された。

以上に示したように、実施例１および実施例２と比較例１の結果から、本発明の製造方法を用いることにより、発光層インキの中割れ不良を改善することができ、高品質な機能性素子を製造することが可能となった。

本発明の機能性素子の製造方法は、印刷されたインキパターンの平坦性や均一性を改善することができ、中割れ不良などの欠陥のない高品質な機能性素子を製造することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機半導体素子、およびカラーフィルター等の光学機能素子の製造などに用いることができる。

１１・・・印刷凸版
１２、３２・・・画線部
１３、２３、４３、５３・・・被印刷体
１４、２４・・・インキ
２５・・・溶媒蒸気を含む気体
２６・・・溶媒蒸気チャンバー
４４・・・版下クッション
４５・・・版胴
４６・・・アニロックスロール
４７・・・ドクターロール
４８・・・インキチャンバー
４９・・・定盤
５１５・・・ＴＦＴ基板
５１６、６１６、７１６・・・隔壁
５１７・・・画素電極
５１８・・・正孔輸送層
５１９、６１９、７１９・・・発光層
５２０・・・対向電極

Claims (5)

1. 印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を含む機能性素子の製造方法であって、
   該インキを転写する工程より後に、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に該被印刷体を晒す工程を含むことを特徴とする機能性素子の製造方法。
2. 印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を含む機能性素子の製造方法であって、
   該インキを転写する工程および該転写されたインキを乾燥させる工程より後に、前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体に該被印刷体を晒す工程を含むことを特徴とする機能性素子の製造方法。
3. 前記蒸気に含まれる溶媒の主成分は前記インキの溶媒主成分とは異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能性素子の製造方法。
4. 前記機能性素子が有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の機能性素子の製造方法。
5. 印刷凸版を用いて被印刷体上にインキを転写する工程を備える機能性素子の製造装置であって、
   前記インキを溶解可能な溶媒の蒸気を含む気体で満たしたチャンバー内に該被印刷体を移送し留置する手段を備えることを特徴とする機能性素子の製造装置。