JP4481292B2 - 機能性素子基板の製造装置及び方法 - Google Patents
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Description
第1に、フィルター通過により清浄化された気体を流す領域と、該気体を排出する領域を有する空間に配置してなる機能性素子基板の製造装置であって、該機能性素子基板の製造装置は、所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造装置であり、前記基板の保持位置決め手段もしくは保持位置調整機構を有する基板保持手段と、前記基板に相対する位置に配され、該基板に対して機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射ヘッドと、該噴射ヘッドに液滴付与情報を入力する情報入力手段とを有し、前記基板における前記機能性素子群の形成面と前記噴射ヘッドの溶液噴射口面とを0.1mm〜10mmの範囲に保持し、前記基板と前記噴射ヘッドとが前記機能性素子群の形成面に対して平行にかつ互いに直交する2方向に相対移動を行うように構成され、前記噴射ヘッドは、前記情報入力手段により入力された前記液滴付与情報に基づいて前記基板の所望の位置に前記溶液を噴射することにより前記機能性素子群を形成する製造装置であって、該機能性素子基板製造装置は、前記液滴噴射付与領域が、前記機能性素子群が形成される領域よりも広くされ、該領域に前記噴射ヘッドの溶液噴射口面を覆うとともに圧接してなるキャップと該キャップに連通する吸引ポンプとからなる信頼性維持装置を有し、該信頼性維持装置の前記キャップを前記機能性素子群が形成される領域以外に設け、前記噴射ヘッドは、ピエゾ素子の機械的変位による作用力で前記溶液を噴射するとともに、滴飛翔時の滴の形状を、前記基板面に付着する直前までには、ほぼ丸い滴にする、もしくは飛翔方向に伸びた柱状であってその直径の3倍以内の長さにするとともに、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴わないようにピエゾ素子への入力駆動波形を制御し、なおかつ前記噴射速度は、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度より速くし、また前記清浄化された気体の流速より2m/s以上大となるようにして噴射することを特徴としたものである。
溶媒…ドデシルベンゼン/ジクロロベンゼン(1/1、体積比)
赤…ポリフルオレン /ペリレン染料(98/2、重量比)
緑…ポリフルオレン/クマリン染料(98.5/1.5、重量比)
青…ポリフルオレン
なお、先に基板上に電極を形成しておいて、後からこのような溶液の液滴を噴射付与し、溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって素子形成を行ってもよい。
なお、ここでは、機能性素子の一例として有機EL素子を考えた場合であるが、必ずしもこのような素子、材料に限定されるものではない。たとえば、機能性素子として有機トランジスタなども本発明の手法を利用して好適に製作できる。また、上記例の障壁3を形成するためのレジスト材料なども本発明に使用する溶液として利用される。
これらの基板は図2に示した装置を用い、機能性材料を含有する溶液をインクジェットの原理で付着させ、良好なドットの形成状況を調べたものである。
使用した溶液は、O−ジクロロベンゼン/ドデシルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレンビニレンを0.1重量パーセント混合した溶液である。
使用した噴射ヘッドは、ピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型インクジェットヘッド(図41、図42参照)で、ノズル径はΦ23μmで、ピエゾ素子への入力電圧を27Vとし、駆動周波数は、12kHzとした。その際ジェット初速度として、8m/sを得ており、1滴の質量は5plである。キャリッジ走査速度(X方向)は、5m/sとした。なお噴射ヘッドノズルと基板間の距離は3mmとした。
また、滴飛翔時の滴の形状を、素子形成と同じ条件で別途噴射、観察し、その形状が、基板面に付着する直前(本発明例では3mm)にほぼ丸い滴になるように駆動波形を制御して噴射させた。なお、完全に丸い球状が得られず、飛翔方向に伸びた柱状であっても、駆動波形を制御し、その直径の3倍以内の長さにした。また、その際、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴うことのない駆動条件(駆動波形)を選んだ。
つまり、良好な機能性素子を形成するために基板の表面粗さを0.5s以下にすればよいことがわかるが、ここで少し問題がある。
なお、上記のようなダイシングソー等による機械的な2次的な形成方法とは別に、例えば、基板としてガラスを使用する場合には、エッチングによって化学的な加工法により2次的に形成することも可能である。
本発明の機能性素子基板は、前述のように、石英ガラス、Na等の不純物含有量を低減させたガラス、青板ガラス、SiO2を表面に堆積させたガラス基板およびアルミナ等のセラミックス基板、あるいはPETを始めとする各種プラスチック基板であるが、このような基板を図2あるいは図3に示した機能性素子基板製造装置に設置したり、あるいは運搬したり、後述するように画像表示装置としてアセンブルする際に、作業者が、手を切ったりするという不慮の事故が時々起こる。これは、材料がガラスやセラミックであり、基板の縁部分(機能性素子群が形成されている領域の面あるいはその裏面とそれらの面に垂直方向の厚さ方向の面とが交差する稜線領域)が、鋭利な刃物のような作用をするからである。
使用した溶液は、O−ジクロロベンゼン/ドデシルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレンビニレンを0.1重量パーセント混合した溶液である。
また、使用した噴射ヘッドは、ピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型インクジェットヘッドで、ノズル径はΦ23μmで、ピエゾ素子への入力電圧を26Vとし、駆動周波数は、9.6kHzとした。その際、下向きに噴射した場合のジェット初速度として、6m/sを得ており、1滴の質量は5plである。キャリッジ走査速度(X方向)は、5m/sとした。なお、噴射ヘッドノズルと基板間の距離は3mmとした。
また、噴射ヘッドから溶液が上からほぼ下向きに噴射、付与し、噴射ヘッドの噴射口面から基板までの距離Lを0.1mm〜10mmの範囲にすると良好な素子形成が行えるが、それ以上距離Lを大きくすると、次第に良好な素子形成が行えないことがわかる。これは距離Lが大きくなることにより、空中飛翔距離が長くなり、その間に外乱の影響を受けやすくなるためである。
使用したインクジェットヘッドは、ピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型インクジェットヘッドで、ノズル径はΦ25μmで、噴射速度を変えるためにピエゾ素子への入力電圧を18Vから30Vまで変化させ、駆動周波数は、9.6kHzとした。なお、このようなピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型インクジェットヘッドでは、ピエゾ素子への入力電圧を変えて噴射速度が変えられるが、同時に噴射滴の質量も変化するので、駆動波形(引き打ちも含めた立ち上がり波形ならびに立下がり波形)を制御して、噴射滴の質量がいつもほぼ一定(6plにした)になるようにし、噴射速度のみを変えるようにした。
使用した溶液は、O−ジクロロベンゼン/ドデシルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレンビニレンを0.2重量パーセント混合した溶液である。
また、使用した噴射ヘッドは、エッジシューター型のサーマルインクジェット方式と同等の構造(図22参照。ただし、ノズル形状は矩形ではなく、流路先端部に丸形状のノズルを穿孔したノズルプレートを貼り付けたものとした。また、溶液はインクではなく、上記溶液を使用した。)とし、ノズル径はΦ25μm、発熱体サイズは25μm×90μm(抵抗値118Ω)のものを使用した。そして、駆動電圧を20〜24V、パルス幅を5〜7μsの範囲で適宜選び、噴射する液滴の噴射速度を、0.5〜12m/sの範囲で変化させ、それぞれの場合の液滴の着弾位置精度、ドット形状、微小液滴飛散状況を調べたのが、表7に示した結果である。なお、この場合キャリッジ走査が引き起こす噴射液滴の噴射不安定の因子を除くため、キャリッジ走査速度を0.1m/sにした(キャリッジ走査速度を液滴噴射速度より遅くし、キャリッジ走査が液滴の着弾位置精度低下を引き起こさないようにした)。
また、使用した噴射ヘッドは、エッジシューター型のサーマルインクジェット方式と同等の構造(ただしインクではなく、上記溶液を使用)とした。図20に示したような1つのドット径が約Φ65μmとなるようにした場合の噴射ヘッドは、ノズル径はΦ28μm、発熱体サイズは28μm×90μm(抵抗値121Ω)で、駆動電圧を24.6V、パルス幅を6μs、駆動周波数を10kHzで駆動し、1滴形成のエネルギーを約30μJとし、その時の液滴の噴射速度は約7m/sであった。
使用した溶液は、O−ジクロロベンゼン/ドデシルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレンビニレンを0.2重量パーセント混合した溶液である。
また、使用した噴射ヘッドは、エッジシューター型のサーマルインクジェット方式と同等の構造(ただしインクではなく、上記溶液を使用)とした。図21に示したような1つのドット径が約Φ45μmとなるようにした場合の噴射ヘッドは、ノズル径はΦ20μm、発熱体サイズは20μm×60μm(抵抗値102Ω)で、駆動電圧を13.5V、パルス幅を4μsで駆動し、1滴形成のエネルギーを約7.1μJとし、その時の液滴の噴射速度は約6m/sであった。
図36の容器支持材81は、カートリッジ化された液容器71を保持する部材であり、ゴム等の弾性部材によって形成される。そして、液容器71を外側から支えるとともに、O−リングのようなシール部材としても機能し、不慮の事故により液流入部79から溶液が漏れるようなことがあったとしても、シールすることが可能となっている。
また、他のポイントは、最下流に設けたフィルターは、噴射ヘッド内に設けるとともにそれより上流側に設けたフィルターより、フィルターメッシュサイズが大としたことである。さらに、最下流に設けたフィルターは、噴射ヘッド内に設けるとともにそれより上流側に設けたフィルターより、フィルタートラップ容量が小としたことである。この内容(フィルターメッシュサイズおよびフィルタートラップ容量)を満足するものであれば、最下流に設けたフィルターより上流側に設けたフィルターは複数あってもよい。
次いで、ピストン141を離すと、圧縮ばね133によりピストン141は図47に矢印で示すように、上方へ復帰する。このとき、弁130は厚み数10μmのフイルムで構成されているので、上下の圧力差に変動に敏感に応動し、弁130は開放状態となり、空所136に吸い込まれた溶液は通路129を経てポンプ本体140の下方に設けた孔137から外部へ排出される。なお、通路129の管路抵抗を吸引管135の管路抵抗より小さくしておくことにより、空所136に溜まっている溶液を通路129から容易に排出することができる。
なお、上記説明はフィルター83とフィルター84の2つのフィルターを有する例で説明したが、本発明は必ずしも2つのフィルターに限定されるものではない。これら2つのフィルター以外に第3、第4のフィルターを設けてもよい。
使用した基板は、ITO透明電極付きガラス基板に、ポリイミドをフォトリソグラフィーによって障壁3を形成したものである。これに図2に示したようなインクジェット原理を利用した製造装置を用い、O−ジクロロベンゼン/ドデシルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレンビニレンを0.1重量パーセント混合した溶液をインクジェット原理で噴射速度を変えて付与した。噴射ヘッドノズルと基板間の距離は3mmとした。
前述のように、本発明は、プラスチック基板あるいは高分子フィルムのような可撓性基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって機能性素子群を形成することによって各種の機能性素子基板を製作するというものである。その際、図2に示したように基板14は基板保持台13に設置され、溶液噴射による素子形成時は、平らな状態に設置されている。その完成後を示したものが図51である。
また、このようなディスプレイを大型化し、ある特定の領域に人を集め、その人たちが見やすいようにして使用する場合には、図53のように、凹にして使用すればよい。
いずれにしろ、本発明の機能性素子基板は製作時には、平板状で製作され、使用時はこのように湾曲させて使用する。
あるいは、壁を湾曲させて、それに本発明の有機ELディスプレイ基板170がならうように設置すればよい。どのような構造にしろ、本発明においては、基板170が可撓性を持っているので、簡単にその湾曲形状を実現できる。
このような湾曲させたカバープレート190は、ガラスあるいはプラスチック等により形成されるが、あらかじめその曲率に湾曲した状態で、ガラスを成型したり、プラスチックを成型したりして製作される。
Claims (2)
- フィルター通過により清浄化された気体を流す領域と、該気体を排出する領域を有する空間に配置してなる機能性素子基板の製造装置であって、該機能性素子基板の製造装置は、所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造装置であり、前記基板の保持位置決め手段もしくは保持位置調整機構を有する基板保持手段と、前記基板に相対する位置に配され、該基板に対して機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射ヘッドと、該噴射ヘッドに液滴付与情報を入力する情報入力手段とを有し、前記基板における前記機能性素子群の形成面と前記噴射ヘッドの溶液噴射口面とを0.1mm〜10mmの範囲に保持し、前記基板と前記噴射ヘッドとが前記機能性素子群の形成面に対して平行にかつ互いに直交する2方向に相対移動を行うように構成され、前記噴射ヘッドは、前記情報入力手段により入力された前記液滴付与情報に基づいて前記基板の所望の位置に前記溶液を噴射することにより前記機能性素子群を形成する製造装置であって、該機能性素子基板製造装置は、前記液滴噴射付与領域が、前記機能性素子群が形成される領域よりも広くされ、該領域に前記噴射ヘッドの溶液噴射口面を覆うとともに圧接してなるキャップと該キャップに連通する吸引ポンプとからなる信頼性維持装置を有し、該信頼性維持装置の前記キャップを前記機能性素子群が形成される領域以外に設け、前記噴射ヘッドは、ピエゾ素子の機械的変位による作用力で前記溶液を噴射するとともに、滴飛翔時の滴の形状を、前記基板面に付着する直前までには、ほぼ丸い滴にする、もしくは飛翔方向に伸びた柱状であってその直径の3倍以内の長さにするとともに、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴わないようにピエゾ素子への入力駆動波形を制御し、なおかつ前記噴射速度は、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度より速くし、また前記清浄化された気体の流速より2m/s以上大となるようにして噴射することを特徴とする機能性素子基板の製造装置。
- フィルター通過により清浄化された気体を流す領域と、該気体を排出する領域を有する空間に配置してなる機能性素子基板の製造方法であって、該機能性素子基板の製造方法は、所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造方法であり、前記基板の保持位置決め手段もしくは保持位置調整機構を有する基板保持手段と、前記基板に相対する位置に配され、該基板に対して機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射ヘッドと、該噴射ヘッドに液滴付与情報を入力する情報入力手段とを有し、前記基板における前記機能性素子群の形成面と前記噴射ヘッドの溶液噴射口面とを0.1mm〜10mmの範囲に保持し、前記基板と前記噴射ヘッドとが前記機能性素子群の形成面に対して平行にかつ互いに直交する2方向に相対移動を行うように構成され、前記噴射ヘッドは、前記情報入力手段により入力された前記液滴付与情報に基づいて前記基板の所望の位置に前記溶液を噴射することにより前記機能性素子群を形成する機能性素子基板の製造方法であって、前記液滴噴射付与領域が、前記機能性素子群が形成される領域よりも広くされ、該領域に前記噴射ヘッドの溶液噴射口面を覆うとともに圧接してなるキャップと該キャップに連通する吸引ポンプとを有し、前記キャップを前記機能性素子群が形成される領域以外に設け、前記噴射ヘッドは、ピエゾ素子の機械的変位による作用力で前記溶液を噴射するとともに、滴飛翔時の滴の形状を、前記基板面に付着する直前までには、ほぼ丸い滴にする、もしくは飛翔方向に伸びた柱状であってその直径の3倍以内の長さにするとともに、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴わないようにピエゾ素子への入力駆動波形を制御し、なおかつ前記噴射速度は、前記基板と前記噴射ヘッドとの相対移動速度より速くし、また前記清浄化された気体の流速より2m/s以上大となるようにして噴射することを特徴とする機能性素子基板の製造方法。
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JP2007152349A (ja) | 2007-06-21 |
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