JP7049686B2 - 静電印刷装置および静電印刷方法 - Google Patents
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Description
本発明は、静電印刷装置および静電印刷方法に関する。
有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）照明装置やパッシブマトリクス有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子は、透明なガラスまたはフレキシブル樹脂基板の表面に、陽極、発光層を含む有機層、陰極が積層された基本構成を有する。通常、前記陽極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）に代表される透明導電材料から形成され、前記有機層は、正孔注入輸送層、有機発光層、電子注入輸送層等、複数層から形成され、前記陰極は、Ａｌ、Ａｇ等の金属材料で構成される（例えば、特許文献１参照）。
前記有機ＥＬ素子を成膜する基板は、例えば、次のようにして作製される。まず、透明なガラスまたはフレキシブル樹脂基板の表面に、ＩＴＯを成膜する。次に、そのＩＴＯを発光させたいパターンに形成する。次に、そのパターニング後のＩＴＯ端部（エッジ部）に、短絡防止等の目的で、レジスト樹脂（絶縁膜（インシュレータ））をかぶせる。ＩＴＯの端部（エッジ部）は、その上に超薄膜の有機発光層を成膜したときに、陽極－陰極間の電界が不均一となり、絶縁破壊・短絡が生じることがあるので、前述のように、絶縁膜（インシュレータ）により被覆するのが一般的である。
前記基板の作製工程は、複雑で、多くの手法を要する。まず、透明基板に、ＩＴＯを、スパッタ法等の手法により成膜する。次に、ＩＴＯを、フォトリソグラフィ、フォトエッチング等の手法により、発光させたいパターンに形成する。次に、そのＩＴＯの端部（エッジ部）に、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィの手法により、絶縁膜（インシュレータ）を形成する。これらは、真空装置による成膜、レジスト塗布、露光・現像・焼成、フォトエッチング等を要し、薬液や真空の管理が大変であるばかりでなく、フォトマスクが非常に高価であり、ＩＴＯが成膜された基板を準備するだけで、相当な時間と費用を要する。これに加えて、有機層および封止部の形成を要するので、有機ＥＬ素子は、非常に高価なデバイスとなり、それが、普及が進まない一因となっている。
そこで、本発明は、安価で、且つ、信頼性の高い、有機ＥＬ素子等に用いられる導電性透明電極基板を作製可能な静電印刷装置および静電印刷方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の静電印刷装置は、
電源と、
絶縁膜形成用のインクを対象電極に射出する導電性射出部と、
前記導電性射出部にバイアス電圧を印加する制御部と、
前記対象電極にパルス電圧を印加するパルス制御部と、
を含むことを特徴とする。
電源と、
絶縁膜形成用のインクを対象電極に射出する導電性射出部と、
前記導電性射出部にバイアス電圧を印加する制御部と、
前記対象電極にパルス電圧を印加するパルス制御部と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の静電印刷方法は、
導電性射出部にバイアス電圧を印加する制御工程と、
対象電極にパルス電圧を印加するパルス制御工程と、
前記導電性射出部により、絶縁膜形成用のインクを、前記対象電極に射出する射出工程と、
を含むことを特徴とする。
導電性射出部にバイアス電圧を印加する制御工程と、
対象電極にパルス電圧を印加するパルス制御工程と、
前記導電性射出部により、絶縁膜形成用のインクを、前記対象電極に射出する射出工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明によれば、安価で、且つ、信頼性の高い、有機ＥＬ素子等に用いられる導電性透明電極基板を作製可能な静電印刷装置および静電印刷方法を提供することができる。
以下、本発明の静電印刷装置および静電印刷方法について、図を用いて説明する。本発明は、下記の実施形態によって何ら限定および制限されない。以下の各図において、同一部分には、同一符号を付している。また、図においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。各実施形態の説明は、特に言及がない限り、互いの説明を援用できる。
本発明の静電印刷装置および静電印刷方法は、例えば、透明基板上に、スパッタ法等の手法により形成され、フォトリソグラフィ、フォトエッチング等の手法によりパターニングされた対象電極の端部（エッジ部）への絶縁膜の形成に用い得る。図５の平面図に、本発明における絶縁膜形成の一例を示す。本例は、長方形状の透明基板２１上に形成され、六角形状にパターニングされた対象電極２２の端部（エッジ部）に、絶縁膜３１が形成された例である。パターニングされた対象電極２２の形状は、図５に示す六角形状に限定されず、例えば、三角形状、四角形状、五角形状等の多角形状、円状、楕円状等、発光させたいパターンに応じた任意の形状でよい。また、パターニングされる対象電極２２の数も、特に制限されず、図５に示すように１つでもよいし、複数でもよい。例えば、透明基板２１上に、１００本以上の長方形状の対象電極２２による配線を平行にパターニングしてもよい。透明電極２１の形成材料としては、例えば、ガラス、フレキシブル樹脂等があげられる。対象電極２２の形成材料としては、例えば、ＩＴＯ等があげられる。
さらに、図６（Ａ）～（Ｄ）の断面図に、本発明における絶縁膜形成の例を示す。例えば、図５に示すように、透明基板２１上にパターニングされた対象電極２２が１つのときは、図６（Ａ）に示すように、対象電極２２の両端部（エッジ部）を覆うように、絶縁膜３１を形成してもよい。また、例えば、図６（Ｂ）に示すように、１つの対象電極２２上に複数の補助電極２３が配置されているときは、対象電極２２の両端部（エッジ部）を覆うように絶縁膜３１を形成するとともに、各補助電極２３を覆うように、絶縁膜３１を形成してもよい。この場合には、複数の補助電極２３も、絶縁膜３１形成の対象電極となる。補助電極２３は、対象電極２２上に、例えば、スパッタ法に代表されるＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法およびＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に代表されるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の手法により成膜し、フォトエッチングおよびフォトリソグラフィ等のフォトプロセスによりパターン形成されたものであってもよい。補助電極２３の形成材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、もしくは、これらの合金等があげられる。前記合金は、例えば、Ａｌ－Ｍｏ（アルミニウム－モリブデン）、Ａｌ－Ｎｄ（アルミニウム－ネオジム）、Ａｌ－Ｎｉ（アルミニウム－ニッケル）等があげられる。そして、例えば、図６（Ｃ）に示すように、透明基板２１上に、複数の対象電極２２が平行にパターニングされているときは、左端の対象電極２２の左側端部（エッジ部）および右端の対象電極２２の右側端部（エッジ部）を覆うように絶縁膜３１を形成するとともに、隣接する対象電極２２に架け渡すように絶縁膜３１を形成してもよい。さらに、例えば、図６（Ｄ）に示すように、透明基板２１上に、複数の対象電極２２が、間隔をあけてパターニングされているときには、各対象電極２２の両端部（エッジ部）を覆うように絶縁膜３１を形成してもよい。なお、本発明の静電印刷装置および静電印刷方法は、対象電極２２の端部（エッジ部）のみでなく、対象電極２２上（対象電極２２表面）への絶縁膜の形成にも用い得る。
［実施形態１］
図１は、本実施形態の静電印刷装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の静電印刷装置は、電源１３と、絶縁膜形成用のインクを対象電極２２に射出する導電性射出部１１と、導電性射出部１１にバイアス電圧を印加する制御部１２と、対象電極２２にパルス電圧を印加するパルス制御部１４と、を含む。図１には示していないが、前記静電印刷装置は、さらに、導電性射出部１１に前記インクを供給するインク供給部を含んでもよい。前記インクは、例えば、絶縁性または誘電性を有する。図１において、透明基板２１および対象電極２２は、前記静電印刷装置の構成部材ではなく、前記静電印刷装置によって絶縁膜が印刷される対象物である。
図１は、本実施形態の静電印刷装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の静電印刷装置は、電源１３と、絶縁膜形成用のインクを対象電極２２に射出する導電性射出部１１と、導電性射出部１１にバイアス電圧を印加する制御部１２と、対象電極２２にパルス電圧を印加するパルス制御部１４と、を含む。図１には示していないが、前記静電印刷装置は、さらに、導電性射出部１１に前記インクを供給するインク供給部を含んでもよい。前記インクは、例えば、絶縁性または誘電性を有する。図１において、透明基板２１および対象電極２２は、前記静電印刷装置の構成部材ではなく、前記静電印刷装置によって絶縁膜が印刷される対象物である。
導電性射出部１１は、前記インクを対象電極２２に射出可能であり、且つ、バイアス電圧を印加可能であれば、その構成に制限はない。図２（Ａ）に、図１に示す導電性射出部１１の対象電極２２側部分の拡大断面図を示す。図１および図２（Ａ）に示すように、この例の導電性射出部１１は、円筒状の周囲電極１１ｂと、その内部に配置された吐出電極１１ａと、を含む。吐出電極１１ａは、対象電極２２側が尖った形状であり、吐出電極１１ａの尖った部分の先端は、周囲電極１１ｂの下端から突出している。周囲電極１１ｂは、例えば、前記インク供給部から供給されたインク３０を貯留・保持する役割も有する。導電性射出部１１が本例のような構成であれば、後述のように、吐出電極１１ａと対象電極２２との間に電位差を設けることにより、吐出電極１１ａ先端のインク面が持ち上がり、インク３０が射出される。このとき、電界を吐出電極１１ａの先端に集中させることができるため、サテライトを発生させること無く、安定的にインク３０を射出することができる。また、一度に射出される液滴量（インク量）の変動をより小さくできるので、吐出電極１１ａ先端のメニスカス（インク面形状）をより好適な状態に維持できる。導電性射出部１１は、図２（Ｂ）に示すように、周囲電極１１ｂの対象電極２２側の開口の径がそれとは反対側の開口の径よりも小さく、且つ、周囲電極１１ｂの下端が吐出電極１１ａ先端よりも突出していることで、周囲電極１１ｂが、インク３０の吐出ガイドとしても機能する構成としてもよい。また、導電性射出部１１において、周囲電極１１ｂを設けることなく、吐出電極１１ａを接地してもよい。導電性射出部１１（例えば、吐出電極１１ａおよび周囲電極１１ｂ）の形成材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ、Ｎｉ－Ｍｏ、Ｎｉ－Ｒｕ等のＮｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ等のＦｅ合金、Ａｕ等があげられる。
図１に示す静電印刷装置では、導電性射出部１１が１つであるが、本発明の静電印刷装置は、導電性射出部１１を複数有してもよい。導電性射出部１１が複数あれば、複数の対象電極２２または１つの対象電極２２の複数箇所に、同時にインク３０を射出することが可能となる。導電性射出部１１が１つの場合、前記静電印刷装置は、対象電極２２の絶縁膜形成箇所（例えば、端部（エッジ部））直上に導電性射出部１１を移動可能とする、導電性射出部１１、または、透明基板２１および対象電極２２のスライド機構を有してもよい。
電源１３は、制御部１２およびパルス制御部１４を介して、導電性射出部１１にバイアス電圧を、対象電極２２にパルス電圧を印加する。電源１３、制御部１２およびパルス制御部１４としては、従来公知のものを用いてよい。制御部１２は、図１に示すように、接地されていてもよい。前記静電印刷装置では、導電性射出部１１にパルス電圧がかからないので、導電性射出部１１がＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、電界放出ディスプレイ）のスピント型電極のように劣化することがなく、導電性射出部１１の寿命が長くなる。
前記静電印刷装置では、導電性射出部１１へのバイアス電圧の印加に加え、対向する対象電極２２にパルス電圧を印加することで、対象電極２２の端部（エッジ部）にフリンジ電界が発生し、導電性射出部１１と対象電極２２との間の電気力線にそって、インク３０が対象電極２２に向かって飛行することとなる。その結果、インク３０の着弾位置がセルフアライメント（自己整合的）となり、位置精度が高くなる。したがって、前記静電印刷装置によれば、インク３０の塗布ムラおよび位置ズレが大幅に抑制され、対象電極２１の端部（エッジ部）に、安定した形状の絶縁膜３１を形成することができる。その結果、前記静電印刷装置によれば、信頼性の高い導電性透明電極基板を作製可能である。また、導電性射出部１１が複数あるときに、導電性射出部１１にインク３０射出のためのパルス電圧を印加した場合、隣接する導電性射出部１１の距離が近くなったときにそれらの電界が互いに干渉し、インク３０の出射方向が変化して、目的とする着弾位置に着弾しないことがある。それに対し、前記静電印刷装置によれば、導電性射出部１１ではなく、対象電極２２にパルス電圧を印加するので、隣接する導電性射出部１１の電界によるクロストークが発生することは無く、インク３０の導電性射出部１１への固着や着弾位置のずれをなくすことができる。また、前記静電印刷装置によれば、例えば、絶縁膜３１の形成を一回の塗布および乾燥（焼成）で行い得るので、工程数の削減とタクトタイムの短縮、および、それに伴う大幅な費用削減が可能である。その結果、前記静電印刷装置によれば、安価な導電性透明電極基板を作製可能である。さらに、前記静電印刷装置によれば、例えば、一般的な導電性透明電極基板の作製で用いられているフォトエッチングおよびフォトリソグラフィ等のフォトプロセスを用いることなく、絶縁膜３１を対象電極２２に直接形成できるので、この点からも、安価な導電性透明電極基板を作製可能である。前記導電性透明電極基板は、例えば、有機ＥＬ素子、有機発光トランジスタ、有機太陽電池等に用い得る。
前記静電印刷装置によれば、例えば、対象電極２２のパルス電位の振幅およびパルス幅の少なくとも一方を変化させることによって、インク３０の射出量を調整することもできる。一例として、導電性射出部１１と対象電極２２との間の電位差を１０００Ｖ、対象電極２２に印加するパルス電圧の振幅を５００Ｖとすることができる。
インク３０の組成は、特に制限されない。一例として、インク３０は、２０～６０重量％のバインダー樹脂（例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等）、５～２０重量％のモノマー（例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸パーフルオロエチル等）、３０～７０重量％の溶剤（例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等）、０．０１～１重量％の正または負の帯電制御剤（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｇｅｎｔ等の電荷制御剤）で構成され得る。前記正の帯電制御剤（電荷制御剤）としては、例えば、ニグロシン染料、アジン系染料、銅フタロシアニン顔料、４級アンモニウム塩、またはそれらを側鎖に有するポリマーや、メラミン、ベンゾグアナミンといった窒素原子を多く含む化合物を用い得る。前記負の帯電制御剤（電荷制御剤）としては、例えば、モノアゾ染料の金属錯塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸の金属錯塩、銅フタロシアニン顔料等を用い得る。なお、本発明においては、対象電極２２にパルス電圧を印加することで、対象電極２２がインク３０を着弾位置へと誘導することとなるので、インク３０の帯電量を大きくする必要がない。このため、インク３０の製造コストを抑制できる。また、インク３０に、帯電付与のために高電圧をかける必要もないため、インク３０の組成成分の劣化や、インク３０の帯電特性や分散性等の特性の劣化も抑制できる。さらに、インク３０の帯電量を大きくする必要がないことから、導電性射出部１１に印加するバイアス電圧も小さくて済み、この点からも、導電性射出部１１の劣化が抑制され、その寿命が長くなる。
［実施形態２］
図３は、本実施形態の静電印刷装置を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の静電印刷装置は、さらに、グリッド１５および第２の電源１３ｂを含む以外、図１に示す実施形態１の静電印刷装置と同じである。ただし、図３は、対象電極２２の端部（エッジ部）ではなく、対象電極２２上（対象電極２２表面）に絶縁膜を形成する場合を示している。グリッド１５は、導電性射出部１１と対象電極２２との間に配置されている。第２の電源１３ｂは、グリッド１５および制御部１２に接続している。
図３は、本実施形態の静電印刷装置を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の静電印刷装置は、さらに、グリッド１５および第２の電源１３ｂを含む以外、図１に示す実施形態１の静電印刷装置と同じである。ただし、図３は、対象電極２２の端部（エッジ部）ではなく、対象電極２２上（対象電極２２表面）に絶縁膜を形成する場合を示している。グリッド１５は、導電性射出部１１と対象電極２２との間に配置されている。第２の電源１３ｂは、グリッド１５および制御部１２に接続している。
図３に示すように、例えば、対象電極２２上（対象電極２２表面）に絶縁膜を形成する場合には、対象電極２２のフリンジ電界が小さくなり、インク３０の着弾精度が低くなる可能性がある。このような場合においても、図３に示すように、導電性射出部１１と対象電極２２との間に、電界の調整を行うグリッド１５を設ければ、インク３０が目的以外の場所に着弾するのを抑制できる。
グリッド１５は、例えば、図３に示すように、飛行するインク３０が通過可能な開口１５ａを有し、グリッド電圧を印加可能な電極構造となっている。ただし、グリッド１５の形状は、図３に示す例に限定されない。グリッド１５は、例えば、図４（Ａ）の平面図に示すように、複数（図４（Ａ）では３つ）の開口１５ａを有してもよいし、図４（Ｂ）の平面図に示すように、ワイヤ状であってもよい。グリッド１５は、インク３０の射出および飛行位置を外部電界から遮断することによって、静電気の遮断部材（ガードリング）として機能し、導電性射出部１１および対象電極２２の電界を正確に制御可能とするとともに、電位の設定により、インク３０の誤射出防止を可能にする。
本実施形態の静電印刷装置において、導電性射出部１１とグリッド１５との間の電位差、および、グリッド１５と対象電極２２との間の電位差は、特に制限されない。一例として、導電性射出部１１とグリッド１５との間の電位差を８００Ｖ、グリッド１５と対象電極２２との間の電位差を３００Ｖとすることができる。本実施形態の静電印刷装置において、対象電極２２に印加するパルス電圧の振幅は、例えば、実施形態１の静電印刷装置におけるのと同様である。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１７年６月１３日に出願された日本出願特願２０１７－１１６３３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明によれば、安価で、且つ、信頼性の高い、導電性透明電極基板を作製可能である。前記導電性透明電極基板は、例えば、有機ＥＬ素子、有機発光トランジスタ、有機太陽電池等、幅広い用途に用いることが可能である。
１１ 導電性射出部
１１ａ 吐出電極
１１ｂ 周囲電極
１２ 制御部
１３ 電源
１３ｂ 第２の電源
１４ パルス制御部
１５ グリッド
１５ａ 開口
２１ 透明基板
２２ 対象電極
３０ インク
３１ 絶縁膜
１１ａ 吐出電極
１１ｂ 周囲電極
１２ 制御部
１３ 電源
１３ｂ 第２の電源
１４ パルス制御部
１５ グリッド
１５ａ 開口
２１ 透明基板
２２ 対象電極
３０ インク
３１ 絶縁膜
Claims (7)
- 電源と、
膜状の対象電極と、
絶縁膜形成用のインクを前記対象電極に射出する導電性射出部と、
前記導電性射出部にバイアス電圧を印加する制御部と、
前記対象電極にパルス電圧を印加するパルス制御部と、
を含むことを特徴とする、前記対象電極に絶縁膜を形成する静電印刷装置。 - 前記導電性射出部が、前記対象電極側が尖った吐出電極を含む、請求項１記載の静電印刷装置。
- さらに、
前記インクの射出を制御するグリッドと、
前記グリッドに電圧を印加する第２の電源と、
を含み、
前記グリッドが、前記導電性射出部と前記対象電極との間に配置されている、請求項１または２記載の静電印刷装置。 - 前記導電性射出部を複数有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の静電印刷装置。
- 前記対象電極が、酸化インジウムスズ電極および補助電極の少なくとも一方である、請求項１から４のいずれか一項に記載の静電印刷装置。
- 有機ＥＬ素子、有機発光トランジスタまたは有機太陽電池に用いられる導電性透明電極基板作製用である、請求項１から５のいずれか一項に記載の静電印刷装置。
- 導電性射出部にバイアス電圧を印加することと、
対象電極にパルス電圧を印加することと、
前記導電性射出部により、絶縁膜形成用のインクを、前記対象電極に射出することと、
を含むことを特徴とする、前記対象電極に絶縁膜を形成する静電印刷方法。
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