JP6387580B2 - 有機el表示パネルの製造方法 - Google Patents
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Description
前述のように、インクジェット法では、数万個単位のノズルを用いて基板に対してインク塗布を行う。この場合、ある程度小規模の不良ノズルの発生が起こる度に、ノズルのメンテナンス(ノズル清掃、インク入替など)を行うと、メンテナンス時間が増加し、製造効率が低下してしまう。そこで、通常、不良ノズルの発生が小規模である場合は、不良ノズルからのインク吐出を停止した上で、そのまま基板へのインク塗布は継続される。ただし、単に不良ノズルからのインク吐出を停止するだけでは、インクの塗布量が低下し、インクの塗布むらや濡れ不良が発生する。よって、この場合、不良ノズルの発生によるインク塗布量の低下を補完する必要がある。このような補完方法の一例を、図17を用いて説明する。図17は、インク塗布を説明する模式平面図であって、(a)は不良ノズル発生前の状態を説明する図であり、(b)は不良ノズル発生後の状態を説明する図である。
本発明の一態様に係る有機EL表示パネルの製造方法では、基板を準備し、基板上に、行方向及び列方向が定められた行列状に複数の第1電極を形成し、列方向に並ぶ第1電極の列を1列ごとに区切る隔壁を基板上に複数形成することにより、隣接する隔壁間の領域として、行方向に沿って複数並ぶ塗布領域を形成し、あらかじめ不良ノズルが選定された複数のノズルを、基板の上方で列状に並べ、行方向に沿って基板に対して相対的に走査させながら、複数のノズルのうち、不良ノズルに選定されていない使用ノズルのみから機能性材料を含むインクを吐出することにより、塗布領域にインクを塗布するインク塗布を行い、塗布されたインクを乾燥させることにより、塗布領域に機能性材料を含む機能層を形成し、機能層を覆う第2電極を形成する、有機EL表示パネルの製造方法であって、インク塗布の際に、複数のノズルのうち、不良ノズルに選定されておらず、かつ塗布領域の上方を通過するノズルであって、インクを吐出しない予備ノズルが、使用ノズルとは別に少なくとも一つ存在する。
以下では、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルの製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は模式的なものを含んでおり、各部材の縮尺や縦横の比率などが実際とは異なる場合がある。また、本願において、平面図、平面写真とは、対象物を垂直上方から見た図、写真であり、有機EL表示パネルにおいては、当該パネルを基板上面の垂直上方から見た図、写真である。さらに、平面形状とは、平面図、平面写真に現れる形状を指す。
図1は、有機EL表示装置1の全体構成を示すブロック図である。有機EL表示装置1は、例えば、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯端末、業務用ディスプレイ(電子看板、商業施設用大型スクリーン)などに用いられる表示装置である。有機EL表示装置1は、有機EL表示パネル10と、これに電気的に接続された駆動制御部20とを備える。
(1)平面構成
図2は、パネル10の画像表示面の一部を拡大した模式平面図である。パネル10では、一例として赤色、緑色、青色にそれぞれ発光する副画素SPR、SPG、SPBが行列状に配列されている。副画素SPR、SPG、SPBは、パネル10の長辺に沿ったX方向に交互に並び、一組の副画素SPR、SPG、SPBは、一つの画素Pを構成している。画素Pにおいては、階調制御された副画素SPR、SPG、SPBの発光輝度を組み合わせることにより、フルカラーを表現することが可能となっている。
図3(a)は、図2のX−X線に沿った模式断面図であり、図3(b)は、図2のY−Y線に沿った模式断面図である。なお、図3(a)では、副画素SPGの断面構成を中心に、図3(b)では、副画素列LGの断面構成のみを記載しているが、副画素SPR、SPB及び副画素列LR、LBについても図3(a)、(b)と同様の構成となっている。また、図3では、紙面上方向をZ方向としている。
基板11は、パネル10の支持部材である。図示は省略するが、基板11では、長方形平板状の基板本体上に、TFT(Thin Film Transistor)層が形成されている。
第1電極12は、基板11上に、行方向をX方向に、列方向をY方向にそれぞれ定められた行列状に形成された複数の電極であり、有機発光層16Bに正孔を供給する陽極としての役割を有する。第1電極12のそれぞれは、各有機EL素子の位置を規定しており、各副画素SPR、SPG、SPBの形成位置に対応するよう形成されている。
正孔注入層13は、機能層の一種であり、第1電極12上に形成された層であって、第1電極12から有機発光層16Bへの正孔の供給(正孔注入)におけるエネルギー障壁を低下させ、正孔注入を容易にする役割を有する。パネル10では、正孔注入層13が第1電極12ごとに独立して形成され、基板11上に行列状に配列されている。正孔注入層13は、機能性材料として、適切なイオン化エネルギーを有する材料を用いて形成される。このような材料としては、例えば、Ag、Mo、Cr、W、Ni、バナジウム(V)、イリジウム(Ir)などの酸化物である金属酸化物材料や、PEDOT(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物)などである。
画素規制層14は、図3(b)に示すように、第1電極12及び正孔注入層13の端部を覆うように形成された電気絶縁性を有する層であって、基板11上面からの高さ(Z方向に沿った高さ)ついて、隔壁15よりも低く形成されている。画素規制層14は、各塗布領域15a内で隣接する副画素SPR、SPG、SPB(第1電極12)同士の間の電気絶縁性を向上させる役割を有する。また、画素規制層14は、第1電極12の端部を覆うことで、第1電極12と第2電極18との接触によるショートも抑制している。
隔壁15は、Y方向に沿って並ぶ第1電極12及び正孔注入層13の列を1列ごとに区切ることにより、隣接する隔壁15間の領域として、方向Xに沿って複数並ぶ塗布領域15aを形成する。このとき、隔壁15は、図2に示すように、Y方向に延伸する線状の形状、いわゆるラインバンクとなっている。
正孔輸送層16Aは、機能層の一種であり、後述するインクジェット法によって各塗布領域15aに塗布されたインクを乾燥させることによりに形成された層であって、第1電極12から供給された正孔の有機発光層16Bへの輸送性を向上させる役割を有する。なお、ラインバンク方式を採用するパネル10では、正孔輸送層16Aは、各塗布領域15aに沿ってY方向に延伸する形状であり、各塗布領域15a内のすべての第1電極12、正孔注入層13及び画素規制層14を覆うように連続する。すなわち、各副画素列LR、LG、LBにおいて、それぞれの副画素SPR、SPG、SPBは、正孔輸送層16Aを共有する。
有機発光層16Bは、機能層の一種であり、正孔輸送層16Aと同様に後述するインクジェット法によって各塗布領域15aに塗布されたインクを乾燥させることにより形成された層である。有機発光層16Bでは、第1電極12及び第2電極18から供給された正孔及び電子の再結合による発光(電界発光現象)が行われる。
電子輸送層17は、機能層の一種であり、隔壁15及び有機発光層16Bが形成された基板11全体を覆うように形成された層であって、第2電極18から供給された電子の有機発光層16Bへの輸送性を向上させる役割を有する。
第2電極18は、機能層を覆う電極であって、パネル10では、電子輸送層17を覆うように基板11全体に渡って形成されている。第2電極18は、有機発光層16Bに電子を供給する陰極としての役割を有する。
薄膜封止層19は、上記第1電極12から第2電極18までの各部材が形成された基板11全体を覆うように形成された層であり、各部材が水分や酸素などに晒されることを抑制する役割を有する。薄膜封止層19は、水分透過度の低い材料、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化炭素、窒化炭素、酸化アルミニウムなどの無機材料で形成される。また、トップエミッション型であるパネル10では、薄膜封止層19に、高い光透過性を有し、第2電極18との屈折率の差が小さい材料を用いることが好ましい。
パネル10では、以上の部材が形成された基板11上に、ガラス材料などの水分透過性の低い材料で形成された封止板を配置してもよい。このとき、基板11と封止板との間は、例えば硬化性樹脂材料からなる接着層などによって接合される。これにより、基板11上の各有機EL素子に対する水分や酸素などの浸透をさらに抑制することができる。
(1)全体工程
本発明の一態様であるパネル10の製造方法について、まず全体工程を説明する。図4、図5及び図6は、パネル10の製造過程を示す模式断面図である。なお、図4、図5及び図6に示す断面は図3(a)の副画素SPGの断面に相当するものである。また、図4(b)、(c)に示すハッチングを付さない画素規制層14は、当該断面に存在するものではなく、当該断面の紙面奥側に存在する画素規制層14の表面を表現している。
最初に、基板11を準備する。具体的には、電気絶縁性材料を平板状に成形した基板本体を用意し、基板本体上にTFT層を形成する。TFT層の形成は、例えば、以下のようにすることができる。
次に、基板11上に、行方向及び列方向がX方向及びY方向に定められた行列状に複数の第1電極12及び複数の正孔注入層13を形成する。例えば、まず、スパッタリング法で基板11上に金属薄膜を形成した後に、続けて反応性スパッタリング法で金属薄膜上に金属酸化物の薄膜を形成する。次に、金属酸化物の薄膜上にフォトレジスト材料を塗布した後に、フォトリソグラフィ法でフォトレジスト材料をパターニングし、X方向及びY方向からなる行列状に並ぶ副画素SPR、SPG、SPBの形成領域にのみフォトレジスト材料を残す。次に、ドライエッチング法、ウェットエッチング法をこの順に続けて用い、フォトレジスト材料が配置されていない箇所において金属酸化物の薄膜、金属薄膜をエッチングする。最後に、金属酸化物の薄膜上のフォトレジスト材料及び残渣を除去する。これにより、X方向及びY方向に沿って行列状に並ぶ金属薄膜からなる第1電極12及び当該金属薄膜上方に積層された金属酸化物の薄膜からなる正孔注入層13を形成できる(図4(a))。このように第1電極12及び正孔注入層13を同時にエッチングすることで、製造プロセスを効率化することができる。また、同一のフォトレジストによりパターニングすることにより、第1電極12と正孔注入層13との位置合わせの精度が向上する。
次に、第1電極12及び正孔注入層13が形成された基板11上に画素規制層14を形成する。具体的には、例えば、真空蒸着法を用いて、基板11上の全面を覆う無機材料の薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法を用いて、第1電極12及び正孔注入層13の端部を、図2に示す曲線状の平面形状で覆い、X方向に延伸する形状に形成する。これにより、画素規制層14を形成できる(図4(b))。なお、画素規制層14は有機材料を用いて形成してもよく、さらに、上記に例示した他の乾式プロセス、湿式プロセス、パターニング方法を用いて形成してもよい。
次に、Y方向に並ぶ第1電極12及び正孔注入層13の列を1列ごとに区切る隔壁15を基板11上に複数形成する。これにより、隣接する隔壁15間の領域として、X方向に沿って複数並ぶ塗布領域15aを形成する。すなわち、本実施の形態において、X方向は行方向、Y方向は列方向に相当する。具体的には、例えばダイコート法により基板11上の全面に画素規制層14よりも膜厚が大きくなるように感光性レジスト材料を塗布し、フォトリソグラフィ法により、感光性レジスト材料をY方向に延伸する形状にパターニングし、Y方向に並ぶ第1電極12、正孔注入層13の列を1列ごとに区切る隔壁15を複数形成する(図4(c))。なお、隔壁15は他の乾式プロセス、湿式プロセス、パターニング方法を用いて形成してもよい。
次に、後述するインクジェット法により、機能性材料、ここでは正孔輸送層16Aの材料を含むインク16aを吐出することにより、塗布領域15aにインク16aを塗布するインク塗布を行う(図5(a))。なお、インク16aは塗布領域15a内で画素規制層14を超えて連続するように吐出される。これにより、塗布領域15a内でY方向にインク16aが流動可能となり、塗布領域15a内のインク16aの塗布むらが低減される。すなわち、この後の乾燥において、塗布領域15a内における正孔輸送層16Aの膜厚むらや形成不良の発生が低減する。
次に、塗布されたインク16aを乾燥させることにより、塗布領域15aに機能性材料を含む機能層である正孔輸送層16Aを形成する。具体的には、例えば、インク16a塗布後の基板11を真空チャンバーなどの真空環境に置くことによって、インク16aの溶媒を蒸発させる。これにより、各塗布領域15aに正孔輸送層16Aを形成できる(図5(b))。
次に、正孔輸送層16Aの形成方法と同様に、後述するインクジェット法により、機能性材料、ここでは有機発光材料を含むインクを吐出することにより、塗布領域15aにインクを塗布するインク塗布を行う。そして、塗布されたインクを乾燥させることにより、塗布領域15aに有機発光材料を含む機能層、すなわち有機発光層16Bを形成する(図5(c))。なお、インク塗布の際は、インクは塗布領域15a内の正孔輸送層16A全面に塗布し、塗布領域15a内で図2のY軸方向にインクが流動できるようにする。これにより、塗布領域15a内のインクの塗布むらが低減し、乾燥後における、塗布領域15a内における有機発光層16Bの膜厚むらや形成不良の発生が低減する。
次に、基板11上のすべての隔壁15及び有機発光層16Bを覆うように電子輸送層17を形成する(図6(a))。電子輸送層17の形成には、電子輸送層17の材料に応じて、例えば上記に例示した乾式プロセスや湿式プロセスを用いることができる。
次に、機能層、ここでは電子輸送層17を覆う第2電極18を形成する(図6(b))。例えば、上記に例示した乾式プロセスにより、電子輸送層17上に透明導電性酸化物材料の薄膜を成膜して第2電極18を形成する。
次に、第1電極12から第2電極18までを形成した基板11を封止する。具体的には、例えば、上記に例示した乾式プロセスにより、第2電極18までを形成した基板11の上面を覆うように無機材料の薄膜を成膜して薄膜封止層19を形成する(図6(c))。
次に、正孔輸送層16A及び有機発光層16Bの形成におけるインクジェット法によるインク塗布について説明する。
まず、インクジェット法によるインク塗布に用いるインクジェット装置100の構成について説明する。図7は、インクジェット装置100を示す模式斜視図である。インクジェット装置100は、主要な構成要素として、作業テーブル110、ヘッド部120を備える。
作業テーブル110は、いわゆるガントリー式の作業テーブルであって、インク塗布の対象物である基板200が載置される基台111と、基台111の上方に配置された長尺状の移動架台112とを備える。なお、基板200は、例えば、パネル10の製造途中(インク塗布前)の基板11や、後述するノズル検査に用いる検査用基板である。また、例えば、基板200は分割後に複数の基板11となる基板11の集合体であってもよく、この場合、基板上面210に形成された各塗布領域15aは、基板上面210の短辺方向であるY方向に沿って延伸する形状となっている。
ヘッド部120は、本体部121、ノズルヘッド122及び撮像装置123を備える。本体部121は、作業テーブル110の台座116に固定され、ノズルヘッド122及び撮像装置123は、本体部121に取り付けられている。したがって、ヘッド部120は、移動架台112及び台座116の移動に連動し、基台111の長手方向及び短手方向に移動可能である。また、本体部121には、ノズルヘッド122の動作を制御する駆動回路が内蔵されており、当該駆動装置は、通信ケーブル103を介して制御装置に接続されている。
以下では、一例として、基板200が基板11である場合のインクジェット装置100の使用方法を説明する。
パネル10の製造方法においては、上記インク塗布を行う前に、ノズル125からあらかじめ不良ノズルが選定されている。なお、不良ノズルとは、後述の検査結果が使用基準外であったノズル125である。そして、インク塗布の際は、ノズル125のうち、不良ノズルに選定されていない使用ノズルのみからインクを吐出する。不良ノズルからインクを吐出しないことにより、インクの塗布精度を向上させ、インクの混色、機能層の形成不良によるショートやリーク、機能層の膜厚むらによる輝度ばらつきの発生などを低減することができる。
上記における予備ノズル125Sの設定及び予備ノズル125Sの使用ノズル125SAへの変更を含めて、具体的な各ノズル125の設定方法を以下に説明する。まず、各パネル10の製造方法に用いるインクジェット法においては、複数の基板11に対してインク塗布を順次行う。また、当該インクジェット法においては、インク塗布を開始する前に初期ノズル設定を、一定数の基板11に対するインク塗布が完了するごとにノズル補完設定を、それぞれ行う。
初期ノズル設定においては、最初に各ノズル125を検査する。図11は、ノズルの検査を説明する模式平面図である。当該検査においては、まず上面に目標位置51Tが配置された検査用基板51を準備する。ここで、検査用基板51の上面は、本実施の形態における面状の検査用領域に相当する。なお、面状の検査用領域は、検査用基板51の上面に限定されず、例えば、パネル10のいわゆる額縁領域であっても良いし、基台111上面に載置された紙の上面などであってもよい。
ノズル補完設定においては、まず初期ノズル設定と同様に、各ノズル125を検査する。この検査の内容・方法は、初期ノズル設定と同じである。
以上、本発明の一態様として、パネル10の製造方法について説明したが、本発明は、その本質的な特徴的構成要素を除き、以上の説明に何ら限定を受けるものではない。以下では、本発明の他の態様例として、有機EL表示パネルの製造方法における変形例を説明する。なお、以下において、上記説明に記載されたものと同じものについては、同じ符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図10(a)では、初期ノズル設定において、予備ノズル125Sを設定する一定の間隔D1は、隣接する第1電極12の中心間の距離D2と等しくしたが、これに限られず、D1>D2、D1<D2となってもよい。図13はD1<D2となる変形例に係る初期ノズル設定を説明する模式平面図である。図13では、画素規制層14間(副画素SPR、SPG、SPBの形成位置)のそれぞれに対し、予備ノズル125Sが二つ以上存在するように設定されている。これにより、不良ノズル125Bが発生した場合に、より近い位置から使用ノズル125SAに変更する予備ノズル125Sを選択でき、塗布領域15a内のインク塗布厚のばらつきをより抑制することができる。なお、図13の初期ノズル設定では、図10(a)の初期ノズル設定に比べ、塗布領域当たりのインク塗布数が少なくなるが、これに対しては、各ノズル125の1回のインクの吐出量を増加させるか、インク中の機能性材料の濃度を増加させれば、形成する機能層の膜厚を同等とすることができる。
パネル10は、図2に示すようにいわゆるラインバンク方式を採用していたが、本発明の一態様に係る有機EL表示パネルの製造方法が有効であるのは、このような構造に限られない。
図15は有機EL表示パネル30(以下、「パネル30」という。)の画像表示面の一部を拡大した模式平面図である。パネル30では、パネル10と異なった形状の絶縁層(画素規制層)34及び隔壁層35を備える。
図16は有機EL表示パネル40(以下、「パネル40」という。)の画像表示面の一部を拡大した模式平面図である。パネル40は、格子状の隔壁層45を備え、いわゆるピクセルバンク方式を採用している。
インクジェット装置100では、ノズルヘッド122が1つであったが、一つのインクジェット装置100が、複数のノズルヘッド122を備えても良い。このとき、ノズルヘッド122ごとに、塗布するインクを変更することで、正孔輸送層16A及び各色の有機発光層16Bの形成工程において、同一のインクジェット装置100をインク交換せずに用いることができる。
11 基板
12 第1電極(電極)
15、35b、45b、95 隔壁
15a、35a、45a、95a 塗布領域
35c、45c 副壁
16A 正孔輸送層(機能層)
16B 有機発光層(機能層)
16a インク
18 第2電極
122 ノズルヘッド
124 サブヘッド
125 ノズル
125A、125SA 使用ノズル
125B 不良ノズル
125S 予備ノズル
Claims (9)
- 有機EL表示パネルの製造方法であって、
塗布領域が形成された基板の上方で列状に並ぶ複数のノズルを、前記基板の上面に沿って相対的に走査させながら、前記複数のノズルから機能性材料を含むインクを吐出することにより、前記塗布領域に前記インクを塗布するインク塗布を、複数の前記基板に対して順次行うインクジェット法により、前記塗布領域に前記機能性材料を含む機能層を形成し、
前記インクジェット法においては、前記インク塗布を開始する前に初期ノズル設定を、一定数の前記基板に対する前記インク塗布が完了するごとにノズル補完設定を、それぞれ行い、
前記初期ノズル設定においては、
前記複数のノズルを検査し、当該検査結果が使用基準外であったノズルを不良ノズルに選定し、
前記複数のノズルのうち、前記不良ノズルに選定されておらず、かつ前記インク塗布の際に前記塗布領域の上方を通過するノズルから、前記インク塗布の際に前記インクを吐出する使用ノズルと、前記インク塗布の際に前記インクを吐出しない予備ノズルと、をそれぞれ一つ以上設定し、
前記ノズル補完設定においては、
前記複数のノズルを検査し、当該検査結果が使用基準外であった前記使用ノズルを前記不良ノズルに変更し、
前記使用ノズルから前記不良ノズルに変更されたノズルの数に応じて、前記予備ノズルを前記使用ノズルに変更することにより、前記ノズル補完設定の前後において、前記使用ノズルの数を一定に維持する、
有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記初期ノズル設定及び前記ノズル補完設定における前記複数のノズルの検査においては、
前記複数のノズルの下方に、面状の検査用領域を配置し、
前記複数のノズルを、前記検査用領域に沿って相対的に走査させながら、前記複数のノズルから前記検査用領域に対して前記インクを吐出し、
当該吐出された前記インクの前記検査用領域における塗布状態を検査する、
請求項1の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記初期ノズル設定において、前記予備ノズルを一定の間隔ごとに複数設定する、
請求項2に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記塗布領域には、複数の電極が1列に並んでおり、
前記一定の間隔が、隣接する前記電極の中心間の距離以下である、
請求項3に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記ノズル補完設定においては、前記使用ノズルから前記不良ノズルに変更されたノズルに最も近い前記予備ノズルを前記使用ノズルに変更する、
請求項1に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記ノズル補完設定においては、前記検査結果が使用基準外であった前記予備ノズルを前記不良ノズルに変更する、
請求項1に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記ノズル補完設定においては、
前記検査結果により、前記予備ノズルに優先順を付与し、
前記使用ノズルから前記不良ノズルに変更されたノズルに近接する2以上の前記予備ノズルのうち、前記優先順の最も高い前記予備ノズルを前記使用ノズルに変更する、
請求項6に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記ノズル補完設定においては、前記検査結果が使用基準内であった前記不良ノズルを前記予備ノズルに変更する、
請求項1に記載の有機EL表示パネルの製造方法。 - 前記ノズル補完設定において前記予備ノズルの数が不足する場合は、前記複数のノズルのメンテナンスを行い、
前記メンテナンス後に前記初期ノズル設定を行う、
請求項1に記載の有機EL表示パネルの製造方法。
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