JP6348539B2

JP6348539B2 - インクヘッド

Info

Publication number: JP6348539B2
Application number: JP2016116333A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎; 荒井　康行; 康行荒井
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2016190236A

Description

本発明は、発光体として有機化合物を用いる発光装置の製造方法に関し、特にインクジ
ェット方式を用いる発光装置の製造方法に関する。

有機発光素子は、蛍光又は燐光が得られる有機化合物を含む薄膜を、陽極と陰極から成
る一対の電極間に挟んだ構造をもって形成されている。その発光機構は、陰極から注入さ
れた電子と、陽極から注入された正孔が発光性物質を含む発光層で再結合して分子励起子
を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る時に光を放出する現象として捉えられている
。光を放出する過程には、一重項状態からの発光（蛍光）と三重項状態からの発光（燐光
）とがある。輝度は１０V以下の印加電圧であっても数千〜数万cd/m²に及び、有機化合物
材料やそのドーパントを適宜選択することにより青色から赤色までの発光が可能である。
従って、原理的に見ても表示装置などへの応用が十分可能であると考えられている。

有機化合物には高分子化合物、低分子化合物の両者について検討が進み、開発が成され
ているが、いずれも耐熱性が低いことからフォトリソグラフィー等のパターニング工程を
適用することが困難である。インクジェット方式はその問題点を克服するために開発され
、基板上に直接パターンを描画することで、フォトリソグラフィーによるパターニング工
程を不要なものとしている。

インクジェット方式に関しては、特開平１０−０１２３７７号広報にアクティブマトリ
クス型有機ＥＬ表示体を製造する技術が開示されている。これは、薄膜トランジスタを有
するガラス基板に画素電極が形成され、当該画素電極上に赤、緑、青の各色の発光層を画
素毎にインクジェット方式で形成するものである。

インクジェット方式で用いる有機化合物材料としては、シアノポリフェニレンビニレン
、ポリフェニレンビニレンなどの前駆体、アロマティックジアアミン、オキシジアゾール
、ジスチルアリーレン、トリフェニルアミン、ジスチリルなどの誘導体、キノリノール系
金属、アゾメチン亜鉛、ポリフィリン亜鉛、ベンゾオキサゾール亜鉛、フェナントロリン
ユウピウムなどの錯体が知られている。

上記有機化合物は溶媒に溶解又は分散させた状態（以下、これを組成物という）でイン
クジェット印刷装置のインクヘッドから滴下して、基板上に被膜を形成する。組成物の物
性としては、粘度、表面張力、乾燥速度などが重要なパラメータとなる。また、再現性良
く組成物を滴下するにはインクヘッドの幾何学的構造やその駆動条件が重要であり、吐出
する組成物の量、方向、周期などがパラメータとなっている。

インクジェット方式において、組成物をインクヘッドから吐出させるには、圧電素子を
用い、その振動を利用して組成物が充填された容器の容積を変化させて外部に組成物を吐
出させる仕組みとなっている。

インクヘッドから１回に吐出する組成物の量は１０〜４０plであり、粘度は１〜２０cp
が良いと考えられている。粘度が低い場合は所定の膜厚を得ることができず、被形成面に
組成物が着弾した後流れ出して必要以上にパターンが広がってしまう等の問題が発生する
。また、粘度が高すぎるとインクヘッドの吐出口から組成物を円滑に吐出できなくなった
り、吐出する一滴の組成物の形状が糸を引いたようになり、着弾後に形状不良を発生させ
る等の問題がある。

組成物における溶媒は、基板に滴下後に揮発するものが適している。しかし、常に連続
して滴下していないと溶媒が揮発して、吐出口のところで固まってしまう。例えば、トル
エンなど揮発性の高い溶媒を用いる場合は、特に注意が必要となる。吐出が連続している
場合でも、吐出口の付近に固形物が次第に成長し、最悪の場合には吐出口を塞いでしまう
。それに至らないにしても、吐出口付近にできる固形物は、吐出する組成物の方向を変化
させ、着弾精度が著しく低下してしまう。さらに、吐出口の口径が小さくなることにより
吐出する組成物の量が減少し、基板上に形成される有機化合物層の厚さが減少するという
不良が発生する。
このような不具合を防止するために、従来のインクジェット方式では、固形物による目詰
まりを防止するために、頻繁にインクヘッドをクリーニングする必要に駆られていた。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、インクジェット方式による有
機化合物層の形成を効率的に高速に処理することが可能な技術を提供することを目的とす
る。

この問題点を解決するために本発明は、インクジェット方式による有機化合物層の形成
方法において、インクヘッドから発光性を有する有機化合物を含む組成物を吐出して、連
続した有機化合物層を形成することを特徴としている。当該有機化合物層は、マトリクス
状に配列した画素電極上に形成するものであり、複数の画素電極に渡って連続して有機化
合物層を形成するものである。そして、この製造方法により有機発光素子を用いた発光装
置を製造するものである。

本発明は、有機発光素子をマトリクス状に配列させて画素部を形成する発光装置の製造
方法に適用することができる。アクティブマトリクス駆動方式を採用するには、薄膜トラ
ンジスタを有する基板に画素電極を形成し、当該画素電極上層に、正孔注入層が形成し、
この上層に、インクヘッドから発光性を有する有機化合物を含む組成物を吐出して連続し
た有機化合物層を形成する。

基板上の被形成面に吐出された組成物は、溶媒が揮発し固化することにより有機化合物
層が形成される。しかし、表面張力により水玉状に組成物が付着すると均一な厚さの有機
化合物層が得られないので、平滑化手段により平滑にする。平滑化手段としては、ノズル
から気体を噴出して組成物を平滑にする。或いは、ヘラなどを用い、連速的に形成された
組成物の表面をならして平滑化しても良い。

噴出する気体として、窒素、アルゴンなどの不活性気体を用いると組成物の溶媒を揮発
させることができ、また、酸化を防止することができる。或いは、吐出口の外周部に同心
円状に開口部を設け、その開口部から気体を噴出することにより平滑化すると共に、吐出
口において組成物が乾燥して固体化し、目詰まりするのを防ぐことができる。

本発明において、インクジェット方式によりパターン形成する際に用いられる発光性を
有する組成物は、有機発光材料又はその前駆体を溶媒に溶解又は分散させたものを用いる
。例えば、昇華性を有さず、且つ分子数が２０以下、又は連鎖する分子の長さが１０μm
以下の有機化合物（これを本明細書において、中分子化合物という）を用いることができ
る。

その他に、インクジェット方式によりパターン形成する際に用いられる発光性を有する
組成物の一例は、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェ
ン系、ポリフルオレン系などの高分子系化合物を含む組成物を適用することができる。当
該組成物により作製される有機発光素子の発光色を変えるために、発光性を有する組成物
に、その発光特性を変化させる蛍光色素が少なくとも一種含ませることでその目的を達成
できる。

従来のインクジェット方式では、インクヘッドの位置制御と、組成物の吐出との操作を
繰り返し行うことで所定のパターンを形成するものであったが、１ドット毎に吐出する組
成物を基板上で連続させ、線状又はストライプ状の有機化合物層を形成することにより、
位置合わせに要する時間が短縮され、有機化合物層の形成が容易となり、処理時間を短縮
することができる。

特に、本発明は１枚の大面積基板から複数枚の表示用パネルを切り出す生産方式に適用
する場合に適している。また、大面積基板に複数の画素領域が設けられている場合には、
画素領域間の移動の間、混合物の吐出を瞬時に停止させることで、インクヘッドを大面積
基板に対してより高速に移動させることができる。

以上のように本発明によれば、１ドット毎に吐出する組成物を基板上で連続させ、線状
又はストライプ状の有機化合物層を形成することにより、位置合わせに要する時間が短縮
され、有機化合物層の形成が容易となり、処理時間を短縮することができる。

特に、本発明は１枚の大面積基板から複数枚の表示用パネルを切り出す生産方式に適用
する場合に適している。また、大面積基板に複数の画素領域が設けられている場合には、
画素領域間の移動の間、混合物の吐出を瞬時に停止させることで、インクヘッドを大面積
基板に対してより高速に移動させ、生産性を向上できるという有利な効果がある。

本発明のインクジェット方式で有機化合物層を連続的に形成する概念を説明するための図。インクジェット方式の印刷装置の構成を説明する図。インクヘッドの構成の一例を説明する断面図。インクヘッドの構成の一例を説明する断面図。インクヘッドの構成の一例を説明する断面図。連続的な有機化合物層を形成する過程を説明する図。連続的な有機化合物層を形成する過程を説明する図。マトリクス状に配列した各画素電極に対し、有機化合物層を連続的に形成する概念を説明する図。マトリクス状に配列した各画素電極に対し、有機化合物層を連続的に形成する概念を説明する図。本発明のインクジェット方式で有機化合物層を連続的に形成する概念を説明するための図。ヘッド部における吐出口の配置を示す図。インクジェット方式を用いた有機発光装置の作製工程を説明する断面図。インクジェット方式を用いた有機発光装置の作製工程を説明する断面図。有機発光素子を設ける画素の構成を説明する上面図。有機発光素子を設けたの画素の構成を説明する断面図。発光装置の封止構造に一例を示す断面図。アクティブマトリクス駆動の発光装置の構成を示す上面図及び断面図。パッシブマ型の発光装置の画素部の構成を説明する斜視図。電子装置の一例を示す図。電子装置の一例を示す図。

本発明の実施の形態について図１から図１１を参照して説明する。図１は基板１０１上
にデータ線駆動回路１０４が形成され、画素部１０２にインクジェット方式で有機化合物
層を形成する段階を示している。画素部１０２にはストライプ状に隔壁１０５が設けられ
、各隔壁の間に有機化合物層を形成する。隔壁１０５はインクジェット方式で有機化合物
層を形成する際に、隣接する有機化合層が相互に混ざり合わないようにするために設けて
いる。

有機化合物層１０６は、インクヘッド１０７から発光性を有する有機化合物材料を含む
組成物を吐出して形成する。組成物はインクヘッドから連続的に吐出させて、線状のパタ
ーンを形成する。有機化合物層の材料は特に限定されるものではないが、カラー表示を行
うには赤、緑、青の各色を発光する有機化合物層１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを設ける
。

インクジェット方式に適した高分子材料を用いた有機化合物層を形成する際には、単層
のみの構成としても良いが、より発光効率を向上させるためには２層以上の積層構造が良
い。代表的な積層構造は正孔輸送層と発光層とを積層させたものである。

有機化合物層を形成する高分子系有機化合物としては、ポリパラフェニレンビニレン誘
導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリ
アルキルフェニレン、ポリアセチレン誘導体などの有機溶媒に可溶な物質を用いることが
できる。

ポリパラフェニレンビニレン誘導体としては、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−
フェニレンビニレン）：ＲＯ−ＰＰＶを用いることができ、具体的にはポリ（２−メトキ
シ−５−（２−エチル−ヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン）：ＭＥＨ−ＰＰＶ
やポリ（２，５−ジメチルオクチルシリル−１，４−フェニレンビニレン）：ＤＭＯＳ−
ＰＰＶといった材料を用いることができる。

ポリパラフェニレン誘導体としては、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレ
ン）：ＲＯ−ＰＰＰを用いることができる。

ポリチオフェン誘導体としては、ポリ（３−アルキルチオフェン）：ＰＡＴを用いるこ
とができ、具体的にはポリ（３−ヘキシルチオフェン）：ＰＨＴ、ポリ（３−シクロヘキ
シルチオフェン）：ＰＣＨＴといった材料を用いることができる。その他にもポリ（３−
シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）：ＰＣＨＭＴ、ポリ（３−［４−オクチルフェ
ニル］−２，２’ビチオフェン）：ＰＴＯＰＴ、ポリ（３−（４オクチルフェニル）−チ
オフェン）：ＰＯＰＴ−１等を用いることもできる。

ポリフルオレン誘導体としては、ポリ（ジアルキルフルオレン）：ＰＤＡＦを用いるこ
とができ、具体的にはポリ（ジオクチルフルオレン）：ＰＤＯＦといった材料を用いるこ
とができる。

ポリアセチレン誘導体としては、ポリプロピルフェニルアセチレン：ＰＰＡ−ｉＰｒ、
ポリブチルフェニルフェニルアセチレン：ＰＤＰＡ−ｎＢｕ、ポリヘキシルフェニルアセ
チレン：ＰＨＰＡといった材料を用いることができる。

また、これらの高分子系有機化合物の溶媒としては、トルエン、ベンゼン、クロロベン
ゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、テトラリン、キシレン、アニソール、ジクロロ
メタン、γブチルラクトン、ブチルセルソルブ、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−
２−ピロリドン）、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、ジオキサンまたは、ＴＨ
Ｆ（テトラヒドロフラン）等を用いることができる。

また、正孔注入性の高分子化合物としてＰＥＤＯＴ（poly(3,4‐ethylene dioxythioph
ene)）や、ポリアニリン（ＰＡ）を用いることもできる。なお、これらの材料は水溶性で
ある。このＰＥＤＯＴは塗布法によっても形成可能である。塗布法で形成した第１の有機
化合物層（ＰＥＤＯＴ）の上に、インクジェット方式で第２の有機化合物層を形成するこ
ともできる。

その他にも、昇華性を有せず、且つ分子数が１０以下、又は連鎖する分子の長さが５μ
m以下の有機化合物（これを中分子系有機化合物という）を用いることもできる。そのよ
うな材料の一例は、テトラキス（２−メルカプト−ヘンズオキサゾラト）タングステンな
どが上げられる。高分子有機化合物材料を用いたインクジェット方式によるパターン形成
では、滴下した混合物が糸を引いて線状になってしまうなどの問題点があるが、連鎖する
分子数の少ない中分子系有機化合物ではそのような不具合が発生しない。また、高分子系
有機化合物材料の混合物を形成する場合には、それを溶かす溶媒とインクヘッドを構成す
る部材との組み合わせを考慮する必要がある。実際にはインクヘッドを構成する部材を腐
食しない溶媒を用いる必要がある。しかし、中分子系有機化合物では、水溶液に分散させ
て用いることも可能であり、そのような問題が発生しない。

また、溶媒としては、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロ
ロホルム、テトラリン、キシレン、ジクロロメタン、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン）、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、ジオキサン、ＴＨＦ
（テトラヒドロフラン）などを適用することができる。

図２はインクジェット方式を用いた印刷装置の構成を示している。インクヘッド２０１
から吐出される組成物は、基板上で連続した有機化合物のパターンが形成されるように、
吐出する周期と基板の移動速度を調節する。インクヘッド２０１に隣接して、組成物（又
は有機化合物）の平滑化手段として気体を噴出するノズル２０２が備えている。このノズ
ルから噴出する気体により、基板上２１５上に吐出された組成物を平滑化するために用い
ている。また、吐出した組成物の着弾位置の精度を高めるために、インクヘッド２０１と
基板２１５との間隔を１mm以下に近づける。これはインクヘッド２０１が上下に動く移動
機構２０４とその制御手段２０３を設け、パターン形成時のみ基板２１５に近づけるよう
にする構成とする。

その他の構成は、基板を固定しＸＹθ方向に可動し基板を真空チャック等の手法で固定
する基板ステージ２０５、インクヘッド２０１に組成物を供給する手段２０６、ノズル２
０２に気体を供給する手段２０７などから成っている。筐体２１０はインクヘッド２０１
、基板ステージ２０５等を覆い、ガス供給手段２０８と筐体２１０内に設けられたシャワ
ーヘッド２０９により、組成物の溶媒と同じ気体を供給して雰囲気を置換しておくと乾燥
をある程度防止することができ、長時間印刷を続けることができる。その他付随する要素
として、処理する基板を保持するカセット２１２、そのカセット２１２から搬出入させる
搬送手段２１１、清浄な空気を送り出し作業領域の埃を低減するクリーンユニット２１３
などを備えても良い。

有機化合物層を形成するための組成物を吐出するインクヘッドは、パターンの精度を決
める上で重要な役割を担う。図３はその構成に一例を示し、筐体３０１に圧電素子３０２
が装着された弾性板３０３により一方の面が封止された圧力発生室３０４と、供給された
組成物を一旦蓄えるリザーバー３０５などから成っている。圧力発生室３０４の一端には
開口が形成され、そこから組成物を吐出する吐出口３０６を設けている。圧力発生室３０
４を構成する弾性板３０３は、圧電素子３０２のたわみ変位により圧力発生室３０４の容
積を変動させ混合物を吐出させる。平滑化手段として用いる開口３０８が形成されたノズ
ル３０７は、気体を基板面に向かって噴出するものであり、インクヘッドの吐出口３０６
の近傍に設けられている。

図４はインクヘッド他の一例を示している。このインクヘッドの構成は、筐体４０１に
圧電素子４０２、弾性板４０３、が設けられ、同様に混合物を連続的に吐出することがで
きる。圧力発生室４０４に設けられる吐出口４０６には、その外周部に同心円状に開口４
０８が設けられ、この開口４０８から気体を噴出することにより、平滑化することができ
る。また、気体として組成物の溶媒と同質のものを用いれば、吐出口４０６おいて組成物
が乾燥して固体化するのを防ぐことができる。

図５は組成物を圧縮気体を用いて押し出し、被形成面上に連続的に供給するインクヘッ
ドの構成を示している。筐体５０１には組成物が流れる経路が形成され、途中にダイアフ
ラムバルブ５０３が設けられ、吐出口５１３にはニードルバルブ５０２が設けられている
。どちらも、組成物の供給を制御するためのものであるが、ニードルバルブ５０２は組成
物の供給量と、供給の断続を瞬間的に行うために設けている。組成物は圧縮気体供給手段
５０６を利用してリザーバー５０５から供給する。供給量は超音波を利用した検出器（超
音波ヘッド５０４、検出回路５０７から成る）により検知し、その情報はA/Dコンバータ
５０８を介して演算処理装置５１２に入力される。演算処理装置５１２はインターフェー
スを介して外部情報処理装置と信号の送受信をしたり、A/D又はD/Aコンバータ５０９〜５
１１を介して各種バルブの制御を行う。このような構成によっても線状のパターンを形成
することができる。

インクヘッドに設けられる吐出口は一つでも良いが、より効率的に印刷を行うには複数
の吐出口を設けても良い。例えば、一組の圧力発生室と吐出口を一対に対応させて設けて
も良いし、複数の吐出口に対し一組の圧力発生室を対応させても良い。

図６は、基板上に被形成面６００にインクヘッド６０１が組成物を吐出して線状の有機
化合物層を形成する方法を段階的に示している。図６（Ａ）は初期状態であり、被形成面
６００にパターンを形成するに当たっては、図６（Ｂ）に示すようにこのインクヘッド６
０１及びノズル６０２が被形成面に近接し、組成物６０４の吐出を開始する。

そして、図６（Ｃ）に示すように、インクヘッド６０１と被形成面６００が相対的に動
くことにより線状のパターン６０５が形成される。平滑化手段６０２から噴出する気体に
より、パターンは平滑化させることができる。所定の位置に達したインクヘッド６０１は
組成物の吐出を止め（図６（Ｄ））、その後被形成面６００から離れる（図６（Ｅ））。
こうして、被形成面６００上に所定の厚さの連続した有機化合物層のパターンを形成する
ことができる。

また、図７は、基板上に被形成面７００にインクヘッド７０１が組成物を吐出して線状
の有機化合物層を形成する他の方法を段階的に示している。図７（Ａ）
は初期状態であり、被形成面７００にパターンを形成するに当たっては、図７（Ｂ）に示
すようにこのインクヘッド７０１が被形成面に近接し、組成物７０２の吐出が開始する。

そして、図７（Ｃ）に示すように、インクヘッド７０１と被形成面７００が相対的に動
くことにより線状のパターン７０３が形成される。形成する有機化合物のパターンは、組
成物の吐出量の他に、インクヘッド７０１と被形成面７００との間隔をもって制御する。
所定の位置に達したインクヘッド７０１は組成物の吐出を止め、その後被形成面７００か
ら離れる（図７（Ｄ））。こうして、被形成面７００上に連続した有機化合物層のパター
ンを形成することができる。

図８は有機化合物層８０１〜８０３が形成された画素部の一例を示している。
この画素部は、ゲート線８０４、データ線８０５、電源供給線８０６、画素電極８１１、
半導体層８０９、８１０を有し、これらにより薄膜トランジスタ８２０、８３０が形成さ
れている。画素電極８１１は薄膜トランジスタ８３０と接続している。そしてマトリクス
状に配列して、全体として画素部を形成している。有機化合物層は図３又は図４で説明す
るインクヘッドを用いて形成され、一滴毎に吐出される組成物を画素電極上で連続させて
、全体として線状の有機化合物層を形成している。

図９は同様の構成の画素部に対し、図５で示すインクヘッドを用いて有機化合物層８５
１〜８５３を形成した例を示している。この場合には、組成物が連続的に供給されるので
、画素電極の上層に形成される有機化合物層も線状又はストライプ状に形成される。尚、
これらの有機化合物層は、カラー表示をする場合には、赤、緑、青等に対応した色を発光
する有機化合物層を形成すれば良い。

図１０は画素部に形成された画素列全てに対して一括で有機化合物を塗布する例を示し
ている。ヘッド部２０には画素列の本数と同じ数で吐出口が取り付けられている。このよ
うな構成とすることで一回の走査で全ての画素列に有機化合物層を形成することが可能と
なり、飛躍的にスループットが向上する。

また、画素部を複数のゾーンに分けて、そのゾーンの中に含まれる画素列の本数と同じ
数で吐出口を設けたヘッド部を用いても良い。即ち、画素部をｎ個のゾーンに分割したと
すると、ｎ回走査すれば全ての画素列に有機化合物層を形成することができる。

実際には画素のサイズが数十μmと小さい場合もあるため、画素列の幅も数十μm程度と
なる場合がある。そのような場合、横一列に吐出口を並べることは困難となるため、吐出
口の配置を工夫する必要がある。図１１に示すのは、インクヘッドに対する吐出口の取り
付け位置を変えた例である。図１１（Ａ）はインクヘッド５１に斜めに位置をずらしなが
ら吐出口５２a〜５２cを形成した例である。なお、５２aは赤色発光層用組成物を塗布す
るための吐出口、５２bは緑色発光層用組成物を塗布するための吐出口、５２cは青色発光
層用組成物を塗布するための吐出口である。また、矢印の１本１本は画素列に対応する。
このような吐出口の配置とすることで、画素列のピッチが狭くなっても、隣接する吐出口
が干渉し合うことなく有機化合物層を形成することができる。

そして、５３で示されるように吐出口５２a〜５２cを一つの単位とし、一つ乃至複数個
の単位がヘッド部に設けられている。この単位５３は、一つであれば３本の画素列に対し
て同時に組成物を塗布することになるし、ｎ個あれば３ｎ本の画素列に対して同時に組成
物を塗布することになる。このような構成とすることで、吐出口の配置スペースの自由度
が高められ、無理なく高精細な画素部に本発明を実施することが可能となる。また、図１
１（Ａ）のインクヘッド５１を用いて、画素部にある全ての画素列を一括で処理すること
もできるし、画素部を複数のゾーンに分割して数回に分けて処理することも可能である。

次に、図１１（Ｂ）に示すインクヘッド５４は、図１１（Ａ）の変形であり、一つの単
位５５に含まれるノズルの数を増やした場合の例である。単位５５の中には赤色発光層用
組成物を塗布するための吐出口５６a、緑色発光層用組成物を塗布するための吐出口５６b
、青色発光層用組成物を塗布するための吐出口５６cが２個ずつ含まれ、一つの単位５５
によって合計６本の画素列に同時に有機化合物が塗布されることになる。

本実施例では上記単位５５が一つ乃至複数個だけ設けられ、単位５５が、一つであれば
６本の画素列に対して同時に組成物を塗布することになるし、ｎ個あれば６ｎ本の画素列
に対して同時に組成物を塗布することになる。勿論、単位５５の中に設けるノズル数は６
個に限定する必要はなく、さらに複数設けることも可能である。このような構成の場合も
図１１（Ａ）の場合と同様に、画素部にある全ての画素列を一括で処理することもできる
し、画素部を複数のゾーンに分割して数回に分けて処理することが可能である。

また、図１１（Ｃ）のようなインクヘッド５７を用いることもできる。インクヘッド５
７は三つの画素列分のスペースを空けて、赤色発光層用塗布液を塗布するための吐出口５
８a、緑色発光層用塗布液を塗布するための吐出口５８b、青色発光層用塗布液を塗布する
ための吐出口５８cが設けられている。このインクヘッド５７をまず１回走査して画素列
に組成物を塗布したら、次にインクヘッド５７を三つの画素列分だけ右にずらして再び走
査する。さらに、またインクヘッド５７を三つの画素列分だけ右にずらして再び走査する
。以上のように３回の走査を行うことで赤、緑、青の順に並んだストライプ状に組成物を
塗布することができる。このような構成の場合も図１１（Ａ）の場合と同様に、画素部に
ある全ての画素列を一括で処理することもできるし、画素部を複数のゾーンに分割して数
回に分けて処理することが可能である。

このように本発明を用いることにより、組成物を連続的に吐出し、有機化合物層を連続
して形成することにより、有機化合物層を印刷する際の位置制御の時間が短縮され、印刷
速度を向上させることができる。

図１２（Ａ）に示すように、基板１２００上に透明画素電極１２０１〜１２０４を４０
〜１２０μmピッチ、０．１μmの厚さで形成する。透明画素電極を形成する材料は、酸化
インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、又はこれらの酸化物の混合物を用いる。

次いで、図１２（Ｂ）に示すようにこの透明画素電極のパターン間に樹脂材料から成る
隔壁１２０５を形成する。この隔壁の厚さは１〜２μm、幅は２０μmとし、透明画素電極
の端部を覆うように形成する。この隔壁は、インクヘッドから吐出し着弾した組成物が流
れ出して隣接する画素と混合しないようにするために設けるものである。

次に、この透明画素電極（陽極）１２０１〜１２０４を有するガラス基板１２００に対
し、第１有機化合物層としてポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスル
ホン酸）水溶液（以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと記す）をスピン塗布法により３０nmに厚さ
に成膜する。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、正孔注入層１０６として作用する（図１２（Ｃ
））。

その後、加熱処理により水分を蒸発させ、インクジェット印刷装置１２０７により、組
成物を塗布し、厚さ０．０５〜０．２μmの第２有機化合物層としての発光層を形成する
。組成物としては、アセトニトリル溶液に溶解させたπ共役系配位子を有する金属キレー
ト錯体を用いる。例えば、９０μmピッチの画素に対して、粘度１〜２０cp、約８０μm径
の組成物を吐出する。この組成物は、インクジェット吐出後、８０〜１２０℃で加熱して
溶媒を揮発させ、５０〜１５０nmの発光層１２０８を形成する。この発光層１２０８は、
実施の形態で説明した如く、吐出される組成物を重ね合わせ、線状又はストライプ状の層
として形成する（図１２（Ｄ））。

陰極１２０９としてマグネシウム合金（例えば、ＡｌＭｇ）を真空蒸着法にて０．１〜
０．２μmの厚さに成膜する。これにより発光装置が完成する（図１２（Ｅ））。

図１３は、本発明の製造方法を用いてインクジェット方式によりアクティブマトリクス
駆動方式の発光装置を作製する一例を示している。図１３（Ａ）において、基板１３００
上に能動素子である薄膜トランジスタ１３０１〜１３０３が形成されている。薄膜トラン
ジスタはチャネル形成領域やソース及びドレイン領域などを形成する半導体膜、ゲート電
極、ゲート絶縁膜等から構成されている。薄膜トランジスタの構造はトップゲート型やボ
トムゲート型等それぞれ特色があるが、本発明に適用する場合その構造に限定はない。

薄膜トランジスタのソース又はドレイン領域に接続する画素電極１３０４〜１３０６は
、例えば６５μmピッチ、０．１μmの厚さで形成する。このような狭いピッチでインクジ
ェット方式により有機化合物層を形成する場合、本発明の組成物を用いるとパターンに裾
引き等がなく微細なパターンを形成することができる。この画素電極パターン間に樹脂材
料から成る隔壁１３０８を形成する。この隔壁層の厚さは１〜２μm、幅は２０μmとし、
透明画素電極の端部を覆うように形成する。この隔壁は、インクヘッッドから吐出し着弾
した組成物が流れ出して隣接する画素と混合しないようにするために設けるものである（
図１３（Ａ））。

次に、薄膜トランジスタ１３０１〜１３０３を有するガラス基板１３００に対し、第１
有機化合物層としてポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）
水溶液（以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと記す）をスピンコーティングにより３０nmに厚さに
成膜する。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、正孔注入層１３０８として作用する（図１３（Ｂ
））。

その後、加熱処理により水分を蒸発させ、インクジェット印刷装置１３０９により、組
成物を塗布し、厚さ０．０５〜０．２μmの第２有機化合物層としての発光層を形成する
。組成物としては、アセトニトリル溶液に溶解させたπ共役系配位子を有する金属キレー
ト錯体を用いる。この組成物は、インクジェット吐出後、８０〜１２０℃で加熱して溶媒
を揮発させ発光層１３１０を形成する（図１３（Ｃ））。

陰極１３１１としてマグネシウム合金（例えば、ＡｌＭｇ）を真空蒸着法にて０．１〜
０．２μmの厚さに成膜する。これによりアクティブマトリクス駆動方式の発光装置が完
成する（図１３（Ｄ））。

尚、図１２及び図１３で示す発光装置は、正孔注入層と発光層の２層をもって形成する
例を示したが、その構造に限定されるものではなく、本発明の組成物を用いてインクジェ
ット方式により発光層並びにそれに付随する注入層を任意に設ける構成としても良い。

本発明の組成物を用いてインクジェット方式により作製される発光装置の具体的な一例
を図面を参照して説明する。図１４はアクティブマトリクス駆動する発光装置の画素構造
の一例を上面図で示す。また、図１５は図１４のＡ−Ａ'線に対応した断面図であり、両
図は共通した符号を用いて画素の構造を説明している。

この画素構造は、一つの画素に２つの薄膜トランジスタが設けられ、一方はスイッチン
グ動作を目的としたｎチャネル型薄膜トランジスタ１６０４であり、他方は有機発光素子
に流す電流を制御する動作を目的としたｐチャネル型薄膜トランジスタ１６０５である。
勿論、本発明のインクジェット方式による印刷装置を用いてアクティブマトリクス駆動の
発光装置を製造するに当たり、一つの画素に設ける薄膜トランジスタの数に限定はなく、
発光装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすれば良い。

図１５で示す如く、有機発光素子１５７５は第１電極１５４６、正孔注入層１５７１、
発光層１５７２、第２電極１５７３から成っている。第１電極と第２電極はその極性によ
り陽極と陰極とに区別することができる。陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化ス
ズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的に
はマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。

ｐチャネル型薄膜トランジスタ１６０５及びｎチャネル型薄膜トランジスタ１６０４は
チャネル形成領域やソース及びドレイン領域、ＬＤＤ領域などが形成される活性層１５１
６、１５１７を多結晶半導体膜で形成している。ゲート絶縁膜１５１８を介して第１ゲー
ト電極１５３３、１５３４が形成さているが、活性層を挟んで対向して第２ゲート電極１
５０６、１５０８が絶縁膜１５１０、１５１１を介して設けられている。層間絶縁膜１５
４３、１５４４は無機絶縁膜及び有機絶縁膜を組み合わせて形成されている。配線１５０
５は映像データに基づく信号線であり、配線１５０７は有機発光素子に電流を供給する電
源供給線である。

有機発光素子１５７５の第１電極１５４６は、ｐチャネル型薄膜トランジスタ１６０５
の電極１５５３と接続されている。隔壁１５７０は隣接する画素を分離し、インクジェッ
ト方式で発光層を形成する時に組成物が隣接する画素に及ばないように仕切る目的で形成
されている。隔壁はポリイミド、アクリル、ポリイミドアミド、ポリベンゾイミダゾール
などの感光性又は熱硬化型の樹脂材料で、第１電極の端部を覆うように形成してある。有
機化合物層は縦方向に連続させて形成しても良いし、横方向に連続させて形成しても良い
。

樹脂材料で形成される隔壁１５７０の表面は、アルゴンなど希ガスを用いたプラズマ処
理で表面改質をし、表面を硬化させておいても良い。正孔注入層１５７１は、スピン塗布
法により基板の全面にポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸
）水溶液（以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと記す）を塗布し、その後乾燥させることにより３
０nmの厚さに形成する。

発光層は、インクジェット印刷装置により、π共役ポリマー系材料であるポリ（Ｎ−ビ
ニルカルバゾール：ＰＶＫ）をホスト材、π共役系配位子を有する金属キレート錯体をゲ
スト材とし、これを溶媒に分散させた組成物を塗布する。インクヘッドから吐出された組
成物は隔壁で囲まれた領域に着弾する。その後、窒素雰囲気中８０〜１２０℃で加熱して
０．１〜０．２μmの厚さの発光層１５７２を形成する。

その上にはパッシベーション膜１５７４が形成されている。パッシベーション膜には窒
化シリコン、酸窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。

以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光装置を作製することができる。本発
明の組成物を用いて発光装置を作製することで、発光層を精度良くパターン形成すること
ができ、発光しない欠陥画素の発生率を低減することができる。

図１６で示すように、図１２に従い作製した発光装置にアクリル、ポリイミド、ポリイ
ミドアミド、ポリベンゾイミダゾールなどの樹脂層１２１１を形成し、さらにその上にプ
ラスチックやガラスなどの封止板１２１２を固着することにより、密閉性の高い発光装置
を得ることができる。封止板１２１２の表面には窒化シリコンやＤＬＣをコーティングし
ておくことでガスバリア性を高め、発光装置の信頼性をさらに向上させることもできる。

本実施例では、有機発光素子を備えた発光表示装置の形態を図１７に示す。図１７（Ａ
）は、発光装置を示す上面図であり、そのＡ−Ａ'線の断面図を図１７（Ｂ）に示す。絶
縁表面を有する基板１７００（例えば、ガラス基板、結晶化ガラス基板、もしくはプラス
チック基板等）に、画素領域１７０２、ソース側駆動回路１７０１、及びゲート側駆動回
路１７０３を形成する。これらの画素領域における有機化合物層は、本発明のインクジェ
ット方式により形成する。また駆動回路については、公知の薄膜トランジスタ及び回路技
術を適用すれば良い。

１７１８はシール材、１７１９はＤＬＣ膜であり、画素領域および駆動回路部はシール
材１７１８で覆われ、そのシール材は保護膜１７１９で覆われている。
さらに、接着材を用いてカバー材１７２０で封止されている。熱や外力などによる変形に
耐えるためカバー材１７２０は基板１７００と同じ材質のもの、例えばガラス基板を用い
ることが望ましく、サンドブラスト法などにより図１７に示す凹部形状（深さ３〜１０μ
m）に加工する。さらに加工して乾燥剤１７２１が設置できる凹部（深さ５０〜２００μm
）を形成することが望ましい。なお、１７０８はソース側駆動回路１７０１及びゲート側
駆動回路１７０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦ
ＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１７０９からビデオ信号やクロック信号を受け
取る。

次に、断面構造について図７（Ｂ）を用いて説明する。基板１７００上に絶縁膜１７１
０が設けられ、絶縁膜１７１０の上方には画素領域１７０２、ゲート側駆動回路１７０３
が形成されており、画素領域１７０２は電流制御用薄膜トランジスタ１７１１とそのドレ
インに電気的に接続された発光素子の一方の電極１７１２を含む複数の画素により形成さ
れる。また、ゲート側駆動回路１７０３はｎチャネル型薄膜トランジスタ１７１３とｐチ
ャネル型薄膜トランジスタ１７１４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路を用いて形成される。
これらの薄膜トランジスタ（１７１１、１７１３、１７１４を含む）は、公知の技術に従
い作製すればよい。

画素電極１７１２は有機発光素子の陽極として機能する。また、画素電極１７１２の両
端には隔壁１７１５が形成され、発光素子の電極１７１２上には有機化合物層１７１６お
よび有機発光素子の陰極１７１７が形成される。有機化合物層１７１６は正孔注入層や発
光層、電子注入層などを適宜組み合わせて形成する。
その全てをインクジェット方式の印刷技術で形成しても良いし、スピン塗布法とインクジ
ェット方式を組み合わせて形成しても良い。

例えば、正孔注入層としてＰＥＤＯＴから成る第１の有機化合物層を形成し、その上に
インクジェット方式による印刷装置を用いて線状又はストライプ状の第２の有機化合物層
を形成することができる。この場合、第２の有機化合物層が発光層となる。適用する有機
化合物材料は、高分子系又は中分子系のものが可能でる。

陰極１７１７は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線１７０８を経由してＦＰ
Ｃ１７０９に電気的に接続されている。さらに、画素領域１７０２及びゲート側駆動回路
１７０３に含まれる素子は全て陰極１７１７、シール材１７１８、及び保護膜１７１９で
覆われている。また、シール材１７１８を用いて有機発光素子を完全に覆った後、すくな
くとも図１７に示すようにＤＬＣ膜などからなる保護膜１７１９をシール材１７１８の表
面（露呈面）に設けることが好ましい。また、基板の裏面を含む全面に保護膜を設けても
よい。ここで、外部入力端子（ＦＰＣ）が設けられる部分に保護膜が成膜されないように
注意することが必要である。マスクを用いて保護膜が成膜されないようにしてもよいし、
マスキングテープで外部入力端子部分を覆うことで保護膜が成膜されないようにしてもよ
い。

以上のような構造で有機発光素子をシール材１７１８及び保護膜で封入することにより
、有機発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等の有機化合
物層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の
高い発光装置を得ることができる。また、画素電極を陰極とし、有機化合物層と陽極を積
層して図１７とは逆方向に発光する構成としてもよい。

図１８は発光装置の外観の一例を示すものであり、透明画素電極（陽極）９０１と陰極
９０６とが交差するように設けられ、その間に有機化合物層が形成されている。透明画素
電極（陽極）９０１の間には絶縁膜９０３が形成され、その上に隔壁９０４が形成されて
いる。但し、この絶縁膜９０３は省略しても構わない。有機化合物層は、インクジェット
方式の他にスピン塗布方式を適宜組み合わせて形成することが可能である。スピン塗布法
を用いる場合には隔壁９０４上にもその被膜が形成される。

発光層等をインクジェット方式で形成する場合には、昇華性を有さず、且つ分子数が１
０以下、又は連鎖する分子の長さが１０μm以下の有機化合物（中分子化合物）を用いて
形成する。これを用いてインクジェット方式を用いたパターン形成を行う場合には、水系
、アルコール又はグリコール系溶剤に溶解又は分散させたものを用いる。いずれにしても
、インクジェット方式を用いたパターン形成に適用可能な粘度に調整することができ、簡
単かつ短時間で最適な条件の膜形成を行うことができる。

インクヘッドから吐出された組成物は、隔壁９０４の間に着弾し、乾燥させることで発
光層などを含む有機層９０５を形成することができる。有機化合物層９０５は図１２で示
すように隔壁９０４をストライプ状に形成し、その間に連続的に形成する。このように有
機化合物層を形成することで、発光層を効率良くパターン形成することができ、発光しな
い欠陥画素の発生率を低減することができる。

本発明を用いて形成された発光装置を用いて様々な電子装置を完成させることができる
。その様な電子装置の一例としてビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディス
プレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクター、カーステレ
オ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電
子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１９、２０に示す。

図１９（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表
示部２００３、キーボード２００４等を含む。本発明を用いて形成される発光装置は表示
部２００３に組み入れることができ、パーソナルコンピュータを完成させることができる
。

図１９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０
３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。本発明を用
いて形成される発光装置は表示部２１０２に組み入れることができ、ビデオカメラを完成
させることができる。

図１９（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１
、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む
。本発明を用いて形成される発光装置は表示部２２０５に組み入れることができ、モバイ
ルコンピュータを完成させることができる。

図１９（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アー
ム部２３０３等を含む。本発明を用いて形成される発光装置は表示部２３０２に組み入れ
ることができ、ゴーグル型ディスプレイを完成させることができる。

図１９（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレ
ーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４
、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ(Digit
al Versatile Disc)、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行
うことができる。本発明を用いて形成される発光装置は表示部２４０２に組み入れること
ができ、ゴーグル型ディスプレイを完成させることができる。

図１９（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０
３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を用いて形成される
発光装置は表示部２５０２に組み入れることができ、デジタルカメラを完成させることが
できる。

図２０（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９
０３、表示部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６、画像入力部（ＣＣＤ
、イメージセンサ等）２９０７等を含む。本発明を用いて形成される発光装置は表示部２
９０４に組み入れることができ、デジタルカメラを完成させることができる。

図２０（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００
３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。本発明を用
いて形成される発光装置は表示部３００２、３００３に組み入れることができ、携帯書籍
を完成させることができる。

図２０（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３
等を含む。本発明を用いて形成される発光装置は表示部３１０３に組み入れることができ
、ディスプレイを完成させることができる。尚、図２０（Ｃ）
に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば５〜２０インチの画面サイズのも
のである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が１ｍを越
えるものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。

Claims

有機化合物層を形成するための組成物を吐出するインクヘッドであって、
第１の室と第２の室とを有し、
前記第１の室は、前記組成物を一旦蓄える機能を有し、
前記第２の室は、容積を変動させることで、前記第１の室から供給された前記組成物を吐出口より吐出する機能を有し、
前記第１の室と前記第２の室とは、一部が区切りにより分けられるとともに、一部がつながっており、
前記吐出口の外周部に、前記吐出口と同心円状の開口部を有し、
前記開口部から不活性気体を噴出することで、吐出された前記組成物を平滑化することを特徴とするインクヘッド。
有機化合物層を形成するための組成物を吐出するインクヘッドであって、
第１の室と第２の室とを有し、
前記第１の室は、前記組成物を一旦蓄える機能を有し、
前記第２の室は、容積を変動させることで、前記第１の室から供給された前記組成物を吐出口より吐出する機能を有し、
前記第１の室と前記第２の室とは、一部が区切りにより分けられるとともに、一部がつながっており、
前記吐出口の外周部に、前記吐出口と同心円状の開口部を有し、
前記開口部から不活性気体を噴出することで、前記吐出口における前記組成物の固体化を防ぐとともに、吐出された前記組成物を平滑化することを特徴とするインクヘッド。