JP5799885B2 - 機能膜を有する構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）における有機層等の機能膜を有する構造体に関し、特に、インクを基材上に塗布することにより当該機能膜を形成してなる機能膜を有する構造体の製造方法に関する。

従来より、この種の構造体の製造方法としては、基材の表面に塗布用マスクを密着させた状態で、塗布用マスクの開口部内に、機能膜となるインクを塗布し、これを乾燥することにより、機能膜を形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１−４８９１５号公報

ところで、基材上に塗布されたインクにおいては、中央部に比べて周辺部が薄く形成される。そのため、インクの乾燥時において、当該周辺部の薄い部分から乾燥が進み、そこに中央部側から未乾燥のインクが流動することが発生する。そうすると、当該インクの周辺部の膜厚が厚くなり、乾燥後のインクすなわち機能膜において膜厚が不均一となりやすい。

そして、このように機能膜の膜厚が不均一になると、たとえば機能膜が有機ＥＬの発光層である場合には、当該有機ＥＬを発光させた時に発光ムラが発生するなどの不具合が生じやすい。

本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、機能膜となるインクを基材上に塗布することにより当該機能膜を形成してなる機能膜を有する構造体の製造方法において、インクの乾燥によって機能膜の膜厚が不均一となるのを極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基材（１０）と、基材上に設けられた機能膜（３０、４０）と、を備え、機能膜は、当該機能膜となるインク（Ｋ）を基材上に塗布し、これを乾燥することにより形成されるものである機能膜を有する構造体の製造方法であって、
基材上にて、機能膜が形成される膜形成領域（１０ａ）を取り囲む環状のバンク（６０）を形成するバンク形成工程と、膜形成領域の周辺部側よりも中央部側の開口密度が大きくなるように開口部（２１０）が設けられ、かつ表面が撥液性を有する蓋（２００）によって、バンク内の膜形成領域を覆うように、蓋をバンクに接触させる蓋接触工程と、蓋の開口部を通してバンク内の膜形成領域にインクを塗布する塗布工程と、蓋の開口部を介してインク中の液成分を蒸発させることによりインクを乾燥させ、機能膜を形成する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。

それによれば、蓋において膜形成領域の周辺部側よりも中央側にて、開口部による開口密度が大きくなるようにしているから、塗布されたインクのうち膜形成領域の周辺部側の部位では、当該膜形成領域の中央側の部位よりも乾燥速度が遅くなる。

つまり、インクのうち中央部側よりも厚さが薄い周辺部側の部位にて、乾燥の進行を遅らせることができるため、従来のように周辺部側の部位へ未乾燥のインクが流動することが発生しにくくなる。

よって、本発明によれば、インクの乾燥によって機能膜の膜厚が不均一となるのを極力防止することができ、バンクの内周全体つまり機能膜の全体にて均一な膜厚を実現しやすい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（ａ）は本発明の第１実施形態にかかる構造体としての有機ＥＬ素子の概略平面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ａ−Ａに沿った部分の概略断面図である。 図１に示される有機ＥＬ素子の製造方法における要部工程を示す工程図である。 図２に続く要部工程を示す工程図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態にかかる蓋における開口部形状の第１の例を示す概略平面図であり、（ｂ）は第２の例を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る構造体Ｓ１ついて、図１を参照して述べる。本実施形態では、構造体として、有機ＥＬ素子Ｓ１を例に採って説明する。この有機ＥＬ素子Ｓ１は、機能膜として有機ＥＬ材料よりなる有機層３０、４０を有するものである。

この有機ＥＬ素子Ｓ１は、透明なガラス基板等よりなる電気絶縁性の基板１０の一面上に、下部電極２０、正孔注入層３０、発光層４０、上部電極５０を順次積層してなる典型的な積層構造を有する。なお、上記各層以外にも、各層の間に正孔輸送層や電子輸送層等が介在している構成であってもよいことはもちろんである。

ここでは、有機ＥＬ素子Ｓ１は、セグメントタイプの画素Ｐ１を有する表示素子として構成されている。具体的には、環状のバンク（隔壁）６０によって画定された領域が１個の画素Ｐ１を構成しており、各画素Ｐ１は、上記各層２０〜５０の積層構造により構成されている。

特に限定されるものではないが、ここでは、バンク６０は、基板１０の一面上にベタの状態で形成された下部電極２０の上に形成され、下部電極２０上の各層３０〜５０がバンク６０で区画されることにより、１個の画素Ｐ１が画定されている。なお、バンク６０の外側では、下部電極２０上には正孔注入層３０、発光層４０、上部電極５０は形成されておらず、画素となっていない。

そして、図１の例では、７個の画素Ｐ１により数字の「８」の形状が形成されている。この場合、図示しない配線等を介して外部回路から、下部電極２０と上部電極５０との間に電圧を印加することにより、発光層４０が発光する。

そして、７個の画素Ｐ１を選択的に点灯させることにより、数字の「０」〜「９」が表示できるようになっている。ここで、この発光層４０からの光は、たとえば基板１０側から取り出されるようになっている。

具体的に、下部電極２０は、スパッタ等により形成されたＩＴＯ（インジウム−チン−オキサイド）等の典型的な透明な電極材料よりなる。また、本実施形態では、正孔注入層３０および発光層４０の両方が、素材となるインクを塗布して乾燥させることにより形成されるものとされている。

たとえば、正孔注入層３０としては、導電性ポリマーであるポリエチレンジオキシチオフェンＰＥＤＯＴと、ドーパントであるポリスチレンスルホン酸ＰＳＳ（以下、「ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ」と略記する）よりなる。そして、この場合、正孔注入層３０の素材となるインクは、このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを、水に分散したものに高沸点の溶媒を加えてなる有機溶液とされる。

また、発光層４０としては、たとえば、電子輸送性発光材料としてのポリフェニレンビニレン系ポリマーやポリフルオレン系ポリマー等の共役系高分子よりなる。そして、この場合、発光層４０の素材となるインクは、これら高分子を高沸点の溶媒に加えてなる有機溶液とされる。

そして、上部電極５０としては、たとえば蒸着等により形成されたアルミニウム等の膜が挙げられる。また、バンク６０は、たとえばポリイミド等の電気絶縁性の樹脂よりなり、このようなバンク６０は、フォトリソグラフ技術を用いて形成される。ここでは、個々のバンク６０は、六角形環状をなしている。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子Ｓ１の製造方法について述べる。ここで、図２、図３は、有機ＥＬ素子Ｓ１における有機層３０、４０を形成する方法についての工程図であるが、基板１０上の下部電極２０については図示を省略してある。

まず、図３に示される有機層３０、４０の成膜装置について述べる。この成膜装置は、大きくは、インクＫを吐出するノズル１００と、基板１０を支持し可動させるステージ１１０と、これらノズル１００およびステージ１１０の作動を制御するコンピュータ等よりなる図示しない制御部と、を有している。

ノズル１００は、ステージ１１０上に搭載され固定された基板１０に対して、有機層３０、４０の素材となるインクＫを滴下する機能を備えている。ここで、上記図示しない制御部により、ノズル１００とステージ１１０とは、互いの相対的位置を所望の位置関係とするように走査されるようになっている。

それにより、狙いの位置にインクＫが滴下されるようになっている。また、ノズル１００は、上記図示しない制御部により、インクＫの吐出のオンオフやインクＫの吐出量を制御できるようになっている。

そして、本実施形態の製造方法では、まず、基板１０の上に、上記ＩＴＯ等の膜よりなる下部電極２０を、スパッタリングや蒸着等により形成する。

次に、図２（ａ）に示されるように、基板１０上にて、機能膜としての正孔注入層３０が形成される膜形成領域１０ａを取り囲む環状のバンク６０を形成する（バンク形成工程）。このバンク６０は、上述のように、絶縁性樹脂を用いてフォトリソグラフ法等により形成される。

ここで、１個の膜形成領域１０ａの外郭は、実質的に１個の画素Ｐ１の外郭に対応するものである。また、図２、図３では図示しないが、基板１０上には下部電極２０が形成されており、膜形成領域１０ａの表面は下部電極２０により構成されている。

つまり、バンク６０は、下部電極２０の表面のうち膜形成領域１０ａの外郭となる部位に形成されるものであり、バンク６０の内郭が膜形成領域１０ａの外郭に相当するものとなっている。そして、図２（ａ）に示されるように、この下部電極２０およびバンク６０が形成された基板１０を、ステージ１１０上に搭載し、固定する。

次に、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、開口部２１０が設けられた蓋２００によって、バンク６０内の膜形成領域１０ａを覆うように、蓋２００をバンク６０に接触させる（蓋接触工程）。具体的には、蓋２００により、膜形成領域１０ａに蓋をするように、バンク６０の先端部に蓋２００を載せる。なお、図２（ｃ）は図２（ｂ）の上視概略平面図である。

この蓋２００は、たとえばステンレス等の鉄系金属などの磁性材料よりなる板材である。この場合、たとえばステージ１１０の下側に電磁石等の磁力発生機構を設けることにより、蓋２００は、当該磁力によって基板１０側に引き寄せられ、バンク６０に密着して固定される。なお、蓋２００は、クランプ機構等により基板１０に固定されてもよく、この場合は、磁性材料以外の材料を適宜選択できる。

ここで、本実施形態の蓋２００においては、膜形成領域１０ａの周辺部側よりも中央部側の開口密度が大きくなるように、当該蓋２００に開口部２１０が設けられている。なお、開口密度とは、バンク６０内の膜形成領域１０ａにおける単位面積当たりの開口密度であることはもちろんである。

本実施形態では、図２（ｃ）に示されるように、蓋２００として、１個の膜形成領域１０ａに対して開口部２１０が複数個設けられている。それとともに、膜形成領域１０ａの周辺部側よりも中央部側の方が、開口部２１０の個数が少なく、且つ、１個の開口部２１０の開口サイズが大きいものとされている。

図示例の蓋２００では、１個の膜形成領域１０ａのうち中央部に、開口サイズの大きな１個の開口部２１０を設け、周辺部側には、開口サイズの小さな複数個の開口部２１０を配している。

次に、図３に示されるように、蓋２００の開口部２１０を通してバンク６０内の膜形成領域１０ａに正孔注入層３０となるインクＫを塗布する（塗布工程）。この正孔注入層３０となるインクＫとしては、上記したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを溶媒に加えてなる有機溶液等が採用される。

具体的に塗布工程では、ノズル１００を膜形成領域１０ａ上に位置させ、ノズル１００からインクＫを吐出させ、滴下を行う。これにより、インクＫは、蓋２００の開口部２１０を通って膜形成領域１０ａ上に塗布される。

ここで、ノズル１００としては、インクＫを吐出して膜形成領域１０ａ上に塗布するものであればよく、その吐出形態は特に限定されない。たとえば、インクジェットとして噴霧するものでもよいし、ディスペンスのように滴下するものでもよい。

そして、１個の膜形成領域１０ａについてインクＫの塗布を行った後、ノズル１００を次の膜形成領域１０ａ上に位置させ、同様に塗布工程を行う。そして、この塗布工程を各々の膜形成領域１０ａについて行い、すべての膜形成領域１０ａについて正孔注入層３０となるインクＫを塗布する。

次に、蓋２００をバンク６０に接触させた状態のまま、インクＫの乾燥工程を行う。この乾燥工程では、常温または加熱により乾燥を行う。加熱乾燥としては、たとえば基板１０を高温（たとえば１５０℃程度）雰囲気のオーブンやホットプレートに設置して、乾燥を行う。

このとき、乾燥工程では、蓋２００の開口部２１０を介してインクＫ中の液成分を蒸発させることによりインクＫを乾燥させる。これにより、乾燥が完了したインクＫが機能膜としての正孔注入層３０として形成される。

こうして、正孔注入層３０が形成されるが、続いて、発光層４０についても、発光層４０となるインクＫおよび正孔注入層３０と同じ蓋２００を用いて、正孔注入層３０と同様に蓋接触工程、塗布工程、乾燥工程を行う。この発光層４０となるインクＫとしては、たとえば上述した共役系高分子を溶媒に加えてなる有機溶液等が採用される。これにより、発光層４０ができあがる。

なお、正孔注入層３０の形成後にバンク６０から蓋２００をいったん離した後に、再び発光層４０形成のための蓋接触工程を行ってもよいし、バンク６０に接触させた状態のまま続けて、発光層４０のインクＫを塗布する塗布工程を行ってもよい。

こうして、発光層４０を形成した後、蓋２００を取り外し、続いて上部電極５０を形成する。この上部電極５０は上述のように、蒸着やスパッタリング等により形成する。こうして、各画素Ｐ１が形成されることで、本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１ができあがる。以上が、本実施形態の製造方法である。

ところで、本実施形態の製造方法によれば、蓋２００において膜形成領域１０ａの周辺部側よりも中央側にて、開口部２１０による開口密度が大きくなるようにしているから、当該中央側では蒸発成分の抜けが比較的速く、当該周辺部側では蒸発成分の抜けが比較的遅くなる。そのため、塗布されたインクＫのうち膜形成領域１０ａの周辺部側の部位では、当該膜形成領域１０ａの中央側の部位よりも乾燥速度が遅くなる。

つまり、インクＫのうち中央部側よりも厚さが薄い周辺部側の部位にて、乾燥の進行を遅らせることができるため、従来のようにインクＫの周辺部側の部位へ未乾燥のインクＫが流動することが発生しにくくなる。

よって、本実施形態によれば、インクＫの乾燥によって機能膜としての正孔注入層３０および発光層４０の膜厚が不均一となるのを極力防止することができ、バンク６０の内周全体つまり機能膜としての有機層３０、４０の全体にて均一な膜厚を実現しやすい。

また、本実施形態においては、蓋２００の表面は撥液性を有することが望ましい。それによれば、蓋２００の開口部２１０を通るインクＫがはじかれるため、開口部２１０の内面に付着せずに、開口部２１０から膜形成領域１０ａ上に落ち込みやすくなる。このような蓋２００の撥液化処理は、例えば、フッ素系表面処理剤に蓋２００を浸漬し、撥液層を形成する等により行える。

また、膜形成領域１０ａは親液性を有することが望ましい。ここでは、膜形成領域１０ａの表面となる下部電極２０表面が親液性を有することが望ましい。それによれば、膜形成領域１０ａの全体にインクＫが濡れ拡がりやすくなり、インクＫの厚さの均一化の点で有利である。このような構成は、下部電極２０の表面を酸素プラズマ処理やＵＶオゾン処理等を施すことにより実現することができる。

また、バンク６０の表面は撥液性を有することが望ましい。それによれば、バンク６０まで濡れ拡がったインクＫが、バンク６０を這い上がりにくくなるため、インクＫの周辺部の厚さが必要以上に厚くなるのを防止しやすくなる。このような構成は、四フッ化炭素等のフッ化ガスによるプラズマ処理をバンク６０に施すことにより実現される。

なお、本実施形態において、「撥液性」とは、上記インクＫを基板１０上等に滴下して、接触角の測定を行った場合に、当該接触角が５０°以上になる状態と規定する。また、「撥液性」に対する「親液性」とは、本実施形態においては、上記接触角が４０°以下になる状態と規定する。

つまり、本実施形態においては、蓋２００の表面およびバンク６０の表面よりも、インクＫが塗布される膜形成領域１０ａの表面の方がインクＫに対する濡れ性が大きいことが好ましい。それによれば、インクＫの膜厚をインクＫ全体で均一化しやすくなる。

また、インクＫ全体の均一な膜厚を実現するためには、塗布工程と乾燥工程との間、超音波振動の印加等により基板１０を振動させるようにしてもよい（基板振動工程）。それによれば、当該基板１０の振動によって、塗布されたインクＫが濡れ拡がりやすくなるため、当該膜厚の均一化を実現しやすくなる。

また、乾燥工程では、密閉されたオーブン等を用いることにより、真空引きを行い、減圧雰囲気にて基板１０上のインクＫを乾燥させるようにしてもよい。それによれば、乾燥が促進されるという利点がある。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、上記第１実施形態とは相違する開口部２１０形状を有する蓋２００を提供するものである。

図４（ａ）に示される第１の例では、蓋２００の開口部２１０は、実質同一の開口サイズを有する複数個のものよりなる。そして、この蓋２００においては、膜形成領域１０ａのうち中央部に周辺部側よりも密となるように、開口部２１０を設け、周辺部側では中央部よりも疎となるように、開口部２１０を設けている。

また、図４（ｂ）に示される第２の例では、蓋２００の開口部２１０は１個のものより構成されている。そして、この開口部２１０は、膜形成領域１０ａのうち中央部で開口サイズが大きく、周辺部側では幅が狭くなった開口形状とされている。

そして、これら図４に示される両例の蓋２００においても、膜形成領域１０ａの周辺部側よりも中央部側の開口密度が大きくなるように、開口部２１０が設けられたものとして構成されている。そのため、本実施形態の蓋２００を用いても、上記第１実施形態の製造方法と同様の効果が得られることは言うまでもない。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、正孔注入層３０および発光層４０の両方が、素材となるインクを塗布して乾燥させることにより形成されるものであったが、これら両層３０、４０のいずれか一方のみが素材となるインクを塗布して乾燥させることにより形成されるものであってもよい。その場合でも、上記各実施形態の製造方法を適用できることはもちろんである。

また、蓋２００としては、蓋２００自身の温度を制御できるものとしてもよい。たとえば、蓋２００を通電によって発熱する金属よりなるもので構成すればよい。それによれば、インクＫの塗布工程において、蓋２００の温度を調整してインクＫの粘性を適度な状態に制御することが可能となる。

また、上記実施形態では、セグメントタイプの画素Ｐ１を有する有機ＥＬ素子Ｓ１としたが、膜形成領域１０ａの形が同じ大きさの繰り返しとなるドットマトリクスタイプの画素を有する有機ＥＬ素子であってもよい。この場合も、有機層３０、４０の形成に対して、上記製造方法を適用できる。

さらには、有機ＥＬ素子Ｓ１としては、セグメントタイプの画素とドットマトリクスタイプの画素とが１個の基板１０上に混在するものであってもかまわない。

また、上記実施形態では、機能膜は、有機ＥＬ素子Ｓ１の有機層３０、４０であったが、機能膜としては、素材となるインクを基材上に塗布して乾燥させることにより形成されるものであるならば、これに限定されるものではない。

たとえば、機能膜としては、ペンタセン等を含む有機半導体膜や、有機太陽電池や、カラーフィルタ等であってもよい。さらには、機能膜としては、有機物の膜以外にも、可能ならば無機物の膜よりなるものであってもかまわない。

また、機能膜が形成される基材としては、上記基板１０のような絶縁性の板状のものに限定されるものではなく、成膜可能な形状および材質のものであるならば、種々のものが適用可能である。

また、上記した各実施形態同士の組み合わせ以外にも、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよく、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。

１０ 基板
１０ａ 膜形成領域
３０ 機能膜としての正孔注入層
４０ 機能膜としての発光層
６０ バンク
１００ ノズル
１１０ ステージ
２００ 蓋
２１０ 蓋の開口部
Ｋ インク

Claims (2)

1. 基材（１０）と、
   前記基材上に設けられた機能膜（３０、４０）と、を備え、
   前記機能膜は、当該機能膜となるインク（Ｋ）を前記基材上に塗布し、これを乾燥することにより形成されるものである機能膜を有する構造体の製造方法であって、
   前記基材上にて、前記機能膜が形成される膜形成領域（１０ａ）を取り囲む環状のバンク（６０）を形成するバンク形成工程と、
   前記膜形成領域の周辺部側よりも中央部側の開口密度が大きくなるように開口部（２１０）が設けられ、かつ表面が撥液性を有する蓋（２００）によって、前記バンク内の前記膜形成領域を覆うように、前記蓋を前記バンクに接触させる蓋接触工程と、
   前記蓋の開口部を通して前記バンク内の前記膜形成領域に前記インクを塗布する塗布工程と、
   前記蓋の開口部を介して前記インク中の液成分を蒸発させることにより前記インクを乾燥させ、前記機能膜を形成する乾燥工程と、を備えることを特徴とする機能膜を有する構造体の製造方法。
2. 前記蓋接触工程では、前記蓋として、１個の前記膜形成領域に対して前記開口部が複数個設けられるとともに、前記バンクの周辺部側よりも中央部側の方が、前記開口部の個数が少なく、且つ、１個の前記開口部の開口サイズが大きいものを用いることを特徴とする請求項１に記載の機能膜を有する構造体の製造方法。

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