JP5317873B2 - 有機el素子用基板、有機el層の製造方法、および有機el素子用基板に搭載された有機el素子を備える装置 - Google Patents
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Description
一方で、有機EL層形成手法として、塗布法の検討もなされている。塗布法は、有機EL層を構成する成分、すなわち有機EL材料を含むインクを塗布し、これを乾燥等により硬化させて層を形成する方法である。塗布法としては、例えば、インクジェット法(液滴塗布法)が挙げられる。インクジェット法は、有機EL材料の塗布量を精密に制御でき、また数ミクロン単位での精密な位置制御が可能であり、大画面化の技術として、開発が進められている。しかしながら、インクジェット法(液滴塗布法)は、インクがノズルから液滴として噴射されるため、ノズル孔が閉塞しやすいという課題がある。
ノズルプリンティング法は、吐出ノズルからインクを連続的に液柱として吐出させて、基板上にインクを塗布する方法であり、上述のインクジェット法と同様の利点に加えて、ノズル孔の閉塞が起こりづらいという利点がある。
通常、ノズルプリンティング法などの連続液柱塗布で用いられる隔壁形状としては、特許文献1で開示されているような塗布方向(ノズルのスキャン方向)に平行なストライプ形状の隔壁が用いられている。インクはノズルから吐出された後、徐々に乾燥していくが、乾燥する前に隔壁内で隔壁の長手方向(以下、「ストライプ方向」ともいう。)にインクが流動してしまい、乾燥後の有機EL層の膜厚むらの一因となる。インク流動の原因としては主に次の2点、すなわち、1点目として、インクは液状であり表面張力を持つため、インク自体の表面張力により球状にまとまろうとする力が働き、インクの流動が生じること、二点目として、ストライプ形状の隔壁の端部では隔壁が無い領域があるため、この端部からのインクの流出が起こることなどを挙げることができ、これらが原因となり、隔壁内でインクの流動がおこり、乾燥後の有機EL層の膜厚むらの一因となっているものと考えられる。
また、特許文献2で開示された基板は、ストライプ形状の隔壁の間に設けられた領域と領域との間に突起物を設けたものであるが、依然としてストライプ方向の領域間はつながっており、結局インクの流動が生じてしまい、それぞれの領域間のインク流動を抑制することができない。また、突起形状に起因して、画素内の膜厚にむらが生じてしまい、有機EL素子の発光特性低下の原因となってしまう。
さらに、インクジェット法で用いられるようなボックス形状の隔壁に対して、液柱塗布する場合には、隔壁によって区画された領域のそれぞれが分離した構造となるため、その領域内に供給されたインクが、隣の領域に流れ込むことを回避することができ、ストライプ形状の隔壁で生じていたような、ストライプ方向のインクの流動を回避することができる。しかしながら、液柱塗布では、スキャン方向に交差する方向に設けられた、厚みを有する隔壁上にも塗布されるため、隔壁上に乗ったインクが隔壁によって区画された領域(以下、「隔壁区画領域」ともいう。)に落ち込む際に、隔壁のどちら側に落ち込むかの制御をすることができず、隔壁区画領域に供給されるインクの量が各領域により異なり、隔壁区画領域間で有機EL層の膜厚むらが生じていた。
しかしながら、山型形状、すなわち隔壁の断面形状の規定しかなされていないので、スキャン方向に交差する隔壁上のどこでインクが分離するのかという分離点を制御することができず、各隔壁毎にインクの分離点が異なってしまい、インクの分離が不均一に起こりつつ上記の隔壁区画領域に落ち込んでしまう。このため隔壁の両側でインクの液量が異なってしまい、乾燥後の膜厚むらの原因となっていた。
ノズルから供給されたインクは板状部材上にも塗布され、板状部材上のインクは重力と表面張力により板状部材の両側の区画領域に分離して流下する。インクの分離は板状部材上のいずれかの場所で起こるが、板厚が厚い場合、インク分離点を制御することができないため、インクの分離点のばらつきが大きくなり、膜厚むらの原因となるためである。また、上記特許文献3のように山型形状にすることにより、インクの画素内への落ち込みを促進することは可能であるが、ストライプ方向の分離点を制御することはできない。また、分離点を制御するに十分な程度にまで板状部材の厚みを薄くすると、板状部材が基板から
剥離してしまうという問題が生じる。さらに、前記の山形形状や板厚を薄くする方法では、ストライプに交差する方向、すなわち、板状部材に平行な方向の分離点を制御するまでには至らない。そこで、本発明では、板状部材が、前記くびれを有することで、インク分離点を完全に制御することができるのである。加えて、本発明では、板状部材は、中央部がくびれてさえいれば、両端部の厚みを厚くすることもできることから、障壁との密着性、ひいては基板との密着性を高め、基板からの剥離を防ぐことも可能である。
L/60≦t≦L/15 (1)
前述のとおり、板状部材の両側の区画領域に均一にインクを分離するためには、くびれの最小板厚が薄いことが望ましいが、薄すぎると板状部材の剥離の原因となる。また、基板に配置される画素電極が大きい場合、隣り合う隔壁と隔壁の間が大きくなる場合があり、それに従い板状部材の長さも長くなるため、同じ板厚でも板状部材の剥離がおきやすくなる。加えて、画素電極が大きくなると区画領域も大きくなるため、供給されるインク量のばらつきの影響を受けにくくなり、そのため、区画領域が大きくするにつれ、相対的にくびれ部の最適板厚を厚くすることができる。
我々は鋭意検討の結果、画素電極の配置間隔Lと最適なくびれ部の板厚tとの間に上記式(1)の相関関係があることを見出した。
例えば、間隔Lが180μmであるとき、式(1)から最適板厚tは、3μm以上12μm以下の範囲である。
なお、tが、L/60より小さい場合には、板状部材が剥離しやすくなるため好ましくなく、L/15より大きい場合には、区画領域のインクの量がばらつきやすくなり区画領域の膜厚均一性が低下するため好ましくない。
なお、理解の容易のため、本実施形態における基板の画素配列として、列状に設けられる単色の有機EL素子が配列したものを例示するが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、図8に示されるように、複数色のインクを塗布して、複数色の有機EL素子が周期的に配列した画素配列を有する有機EL装置を得るための基板としても適用可能である。また、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。
本発明の実施形態における有機EL素子用基板1は、支持基板30上に4つのマトリクス部(表示エリア部)40が設けられたパネルである。マトリクス部40において、41は画素電極、41aは画素電極の列、41bは区画領域、42は画素規制層、43は隔壁、44はインク流れ防止用板状部材である。なお、画素とは、画素規制層で規定された発光領域のことをいう。
画素規制層42の材質としては絶縁体であることが望ましく、SiO2などの無機酸化物、SiNなどの無機窒化物や、ポリイミド、ノボラック樹脂などの耐熱性樹脂材料などが挙げられる。
この隔壁43は、各画素電極の列41aに塗布されるインクが、各列間で混ざり合うことを回避するために配置される。そのため、隔壁43の高さは、塗布されたインクを保持するために十分な高さとなるように設計される。
隔壁43は、電気絶縁性の材料であれば良く、例えば、ポリイミド、ノボラック樹脂等の絶縁性樹脂材料が挙げられる。また、塗布されたインクの保持性能を高めるため、隔壁の表面に、インクを弾く撥液性を付与しても良い。例えば、隔壁をCF4プラズマ処理することで、隔壁を撥液性とすることができる。
また、図4−1にその拡大図を示すように、板状部材44は、両端部から中央部に向けた厚みの減少によるくびれを有した、山型形状であり、膜厚方向の中心線付近に頂点を有す。詳しくは製造工程に併せて後述するが、このようにくびれを有する構造であるため、板状部材の基板からの剥がれを防ぎつつ、インクを画素内に均一に分離させることが可能となる。
L/60≦t≦L/15 (1)
この関係を満たすことにより、板状部材の基板からの剥がれを防ぎつつ、効果的にインクむらの発生を抑制することができる。
なお、本実施形態の板状部材44では、t=5μm、L=180μmであり、t=L/36である。
板状部材44は、インク流動に起因した膜厚むらが生じない範囲でなるべく広い間隔で配置される。
ここで、図2に示すように画素電極41の配置間隔Lは、長手方向における画素電極41の中心と中心の間隔と定義すると、むら抑制の観点からは、前記板状部材の配置間隔Dが、画素電極の配置間隔Lの2倍以上10倍以下(より好ましくは、2倍以上5倍以下)であることが好ましい。
2倍未満であると、板状部材44上にインクが乗りあがって膜厚むらが生じてしまった場合に、この膜厚むらが表示品位や発光特性の観点から許容量を越えてしまう場合があり、10倍を超えると板状部材44を形成した効果が得られない場合がある。
このような範囲であると、むら要因をバランスよく抑制できるため、より均一性の高い膜を形成することができる。
本実施形態では、画素電極41の2つごとに、板状部材44を配置していることから、D=2Lの関係にある。
また、理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。また、本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
さらに、有機EL装置においては電極のリード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路等については、発光素子、表示装置などの技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には関係はないため詳細な説明は省略している。
支持基板30上に4つのマトリクス部(表示エリア部)40が設けられた有機EL素子用基板1が、Dd方向へと搬送される。ノズルプリンティング装置(本体不図示)のノズル20から、積層体の層を形成するためのインクが吐出される。ノズル20は、有機EL素子用基板の搬送方向Ddに対し、直交する方向Nmに反復移動する。
このような複数色のインクの塗布工程を図8を参照しつつ説明する。図8中、上述の単色インクの塗布工程で既に説明した事項については、同じ符号を付け、その説明を省略する。
図8に示すように、インクの供給には、3つのノズル(3連ノズル)21が備えられた装置が用いられる。3連ノズルの各ノズルはそれぞれ、赤色発光材料を含むインクを吐出するノズルNR、緑色発光材料を含むインクを吐出するノズルNG、青色発光材料を含むインクを吐出するノズルNBである。3連ノズル21は、当初位置(P1)に待機する。所定の位置あわせ完了後、3つのノズルからそれぞれのインクを非断続的に連続して吐出しながら、移動方向Nm1に移動する。3連ノズル21が位置(P2)に到達すると、パネル1を搬送方向Ddに移動し、3連ノズル21が位置(P3)に達した時点でパネルの移動を停止する。3連ノズル21は、移動方向Nm3に移動し、位置(P4)に達した時点で停止する。このような稼働を繰り返し、順次パネル上の区画領域内の画素電極にインクが塗布される。
また、複数色の有機EL素子が周期的に配列した画素配列(例えば、有機ELカラーディスプレイの画素配列など)の場合には、複数色の発光領域をまとめて画素と呼び、その中の単色の発光領域について副画素と呼ぶ場合もあるが、この場合、副画素についても同様に、本願発明を適用することができる。
有機EL素子は、少なくとも一対の電極と、当該電極間に挟まれた発光層を含む有機EL層とで形成される積層体である。有機EL素子は、下記に説明するように、発光層以外にも、様々な種類の有機EL層を設けてよい。また、層の積層順序等も様々な変形例をとり得る。
また、一般に、有機EL素子を構成する各有機EL層は極めて薄いものであり、その層形成には各種の成膜方法を採用し得る。そのため以下の説明においては、層形成のことを成膜という場合がある。
気伝導度が高い材料及び/又は可視光反射率の高い材料が好ましい。金属では、アルカリ金属やアルカリ土類金属、遷移金属やIII−B族金属を用いることができる。
a) 陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
b) 陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
c) 陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
d) 陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
e) 陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
f) 陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
g) 陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
h) 陽極/正孔注入層/発光層/陰極
i) 陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
j) 陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
k) 陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
l) 陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
m) 陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
n) 陽極/発光層/電子輸送層/陰極
o) 陽極/発光層/電子注入層/陰極
p) 陽極/発光層/陰極
(ここで、/は各層が隣接して積層されていることを示す。)
上述の本発明の実施形態に示した、有機EL素子用基板1を用意した。以下の説明における符番は、上述の実施形態と同一である。
板状部材:ポリイミド樹脂製
板状部材の形状(図4−1参照)
くびれあり(くびれの最小板厚t:6μm)
断面の形状:膜厚方向の中心線付近に頂点をもつ山形形状
板状部材の配置間隔D:360μm
画素電極の配置間隔L:180μm
隔壁の配置間隔:60μm
視認に基づく、インク塗布直後(乾燥前)の断面図を図7−1に示す。また、視認および触診式段差計の測定結果に基づくインク乾燥後の断面図を図7−2に示す。
図7−1に示すようにインク塗布直後には、インクが画素電極41上および板状部材44上に非断続的に連続して塗布されていたが、この基板を大気中に放置したところ、隔壁上に塗布されたインクが均一に区画領域内に落ち込んだ。その後、溶媒が蒸発し、乾燥することにより、図7−2に示すような、画素間むらおよび画素内むらが小さい均一な層を形成することが出来た。
上面からマトリクス部を拡大視認したところ、各画素電極41上において塗り残し部位は見られず、画素電極41上に良好に膜形成されていることが確認された。
また、触針式段差計(KLA−Tencor Corporation社製P−16+)にて、形成された層の断面形状を評価したところ、良好な平坦性をもつ層が形成されていることが確認できた。
有機EL素子用基板1の代わりに、板状部材44を設けていない有機EL素子用基板2を使用し、その他の条件は、上記実施例1と同様のプロセスにより、基板上にインクの塗布を行った。なお、有機EL素子用基板2は、板状部材44を設けていない点以外の構成は、有機EL素子用基板1と同じである。
視認に基づくインク塗布直後(乾燥前)の断面図を図9−1に示す。また、視認および触診式段差計の測定結果に基づくインク乾燥後の断面図を図9−2に示す。
インク塗布直後の基板について、上面からマトリクス部を拡大視認したところ、インクが表面張力によりまとまろうとする力が働き、インクの量が、隔壁43に平行な方向に明らかな偏りを生じていることが確認された。また、触針式段差計(KLA−Tencor Corporation社製P−16+)にて、インク乾燥後に形成された層の断面形状を測定した結果からも、膜厚に明らかな偏りが確認された。
ストライプ形状の隔壁をもつ基板に代わり、インクジェット法などで一般的に用いられる、ボックス形状の隔壁を持つ有機EL素子用基板3を使用し、その他の条件は、上記実施例1と同様のプロセスにより、基板上にインクの塗布を行った。
視認に基づくインク塗布直後(乾燥前)の断面模式図を図10−1に示す。また、視認および触診式段差計の測定結果に基づくインク乾燥後の断面模式図を図10−2に示す。
インク塗布直後の基板について、上面からマトリクス部を拡大視認したところ、ボックス形状の隔壁のうち、スキャン方向に存在する隔壁上に連続塗布されたインクが隔壁上で不均一に分離したことが確認された。
また、触針式段差計(KLA−Tencor Corporation社製P−16+)にて、インク乾燥後に形成された層の断面形状を測定したところ、区画領域内の膜厚に明らかな膜厚分布があることが確認された。また、目視によっても、各区画領域間のむらがあることが確認された。
20 ノズル
21 3連ノズル
30 支持基板
40 マトリクス部
41 画素電極
41a 画素電極の列
41b 区画領域
42 画素規制層
43 隔壁
44,45,46,47,48,49 (インク流れ防止用)板状部材
44a,45a,46a,47a,48a,49a くびれ
44b,45b,46b,47b,48b,49b 断面
51 インク(乾燥前)
52 インク(乾燥後)
D 板状部材の配置間隔
L 画素電極の配置間隔
t 板状部材におけるくびれの最小板厚
Dd 有機EL素子用基板の搬送方向
Ip ノズルの軌道
NR ノズル(赤色インク吐出用)
NG ノズル(緑色インク吐出用)
NB ノズル(青色インク吐出用)
Nm ノズルの移動方向
Nm1〜Nm3 ノズルの移動方向
P1〜P4 位置
Claims (4)
- 支持基板上に、平行に配置された複数の隔壁と、
前記複数の隔壁に交差する方向に配置された複数のインク流れ防止用板状部材と、
前記隔壁と前記板状部材によって区画された領域に配置された少なくとも1以上の画素電極と、を有する有機EL素子用基板であって、
前記画素電極が、隔壁の長手方向に一定間隔に配置され、
前記板状部材は、その両端部が前記隔壁に接して配置され、かつ、両端部から中央部に向けた厚みの減少によるくびれを有し、
前記板状部材の隔壁の長手方向の配置間隔Dが、前記画素電極の配置間隔Lの2倍以上10倍以下であることを特徴とする有機EL素子用基板。 - 前記板状部材におけるくびれの最小板厚tと、前記画素電極の配置間隔Lが、以下の式(1)を満たす請求項1に記載の有機EL素子用基板。
L/60≦t≦L/15 (1)
- 請求項1または2に記載の有機EL素子用基板における2つの隔壁の間に、隔壁の長手方向に沿って、有機EL材料を含有するインクを液柱塗布により塗布し、乾燥して有機EL層を得ることを特徴とする有機EL層の製造方法。
- 請求項1または2に記載の有機EL素子用基板と、当該有機EL素子用基板に搭載された有機EL素子とを備える装置。
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