JP7370770B2 - 機能素子、機能素子の製造方法、機能素子の製造装置、制御プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、機能素子、および機能素子の製造に関する。

有機ＥＬ素子は、ＥＬ発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で発光層を形成した素子であり、自発光のため視野角が広く、耐衝撃性に優れるなど、ディスプレイ素子として優れた特徴を有している。

有機ＥＬ素子の製造方法として、真空蒸着法、インクジェット法、印刷法、ディスペンス法などが広く研究されている。中でも、インクジェット法は、真空蒸着法等に比べて製造装置を小型化でき、材料利用効率も優れるため、量産に適した技術であると期待されている。一般に、有機ＥＬ素子を製造するには、電極、発光層、中間層などの多数の層を積層する必要があるが、量産性を高めるには、なるべく多くの層をインクジェット法により製造するのが望ましいといえる。

例えば特許文献１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法では、有機ＥＬ発光素子を含んだインク塗布後の乾燥工程において、水平に配置された基体と対向する位置に排気装置を配置し、揮発した溶媒雰囲気を吸引し排気する方法が提案されている。

特開２０１４－１９９８０６号公報

図９は特許文献１のような、エアーを吹き付ける乾燥工程を有する製造方法において生じる課題を説明する図である。図９（ａ）はバンクと基材とからなる容量部にインクを付与した際の図、図９（ｂ）は気流発生装置により気流を発生させ乾燥させている状態である。図９（ａ）より、気流を発生させる前は、インクの膜厚は均一である。しかしながら図９（ｂ）より、付与されるインクは非常に微量であり、気流をインクに吹き付けると、気流を吹き付ける方向によってはインクの膜厚に偏りが生じてしまう。そして偏りが生じたままインクが乾燥してしまうため、乾燥後のインクの膜厚に偏りが生じ、発光層に膜厚ムラが発生するという課題があった。

上記課題を鑑み本発明において、基体に、第１バンクと、第２バンクと、が形成された機能素子であって、前記第１バンクと、前記第２バンクと、前記基体とからなる容量部を備えており、所定の方向から見た前記容量部の断面において、前記第１バンクと前記基体とがなす第１の角度と、前記第２バンクと前記基体とがなす第２の角度とが異なっている、こと特徴とする機能素子を採用した。

本発明によれば、気流によりインクを乾燥させる際、インクの膜厚に偏りが生じることを低減することができる。

実施形態における表示装置１００の平面図である。 実施形態における製造装置１０００の模式図である。 実施形態におけるバンク７の形状を示した図である。 実施形態におけるバンク７の断面図である。 実施形態における容量部３０にインク８を付与した際の断面図である。 図５の状態から気流４を吹き付けた際の断面図である。 実施形態における機能素子の製造を示した図である。 比較例を説明する図である。 従来の課題を説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更できる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値であって本発明を限定するものではない。

以下の説明では機能素子としてトップエミッション型の有機ＥＬ素子を挙げ、その構造と製造方法を説明するが、本発明の実施形態はこの例に限るものではなく、他の型の有機ＥＬ素子や、有機ＥＬ素子以外の機能素子、およびその製造方法に適用可能である。

（第１の実施形態）
図１は、機能素子としての有機ＥＬ素子を多数備えた本実施形態にかかる表示装置１００の模式的な平面図である。図１ではＸＹＺ座標系のある方向から見たＸＹ平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは表示装置１００全体の座標系を示す。基体６の上面には、赤色発光有機ＥＬ素子（Ｒ）、緑色発光有機ＥＬ素子（Ｇ）、青色発光有機ＥＬ素子（Ｂ）が、表示画素６０として規則的に配列形成されている。図示の便宜のため、７×９のＲＧＢトリプレットのみを示しているが、実際には非常に多数の表示画素が基体６に配列形成され得る。また、有機ＥＬ素子の発光色は赤色、緑色、青色に限定されるわけではなく、各色の配列規則もこの例に限られるものではない。

図２は、本実施形態における機能素子としての有機ＥＬ素子の製造装置１０００を示した概略図である。製造装置１０００は、不図示のインク吐出機から吐出された液体のインク８を乾燥させる気流４を吹き出す気流発生装置５００を備えている。インク８は上記で述べた発光有機ＥＬ素子を含んでおり、表示画素６０としての働きを行う。気流発生装置５００は、気流４を供給する気流供給経路３、気流４を吹き出す供給口２０を備えた気流供給ヘッド２を有している。また気流発生装置５００を矢印Ｐ方向に移動させるための移動手段１を備えている。

基体６には各発光有機ＥＬ素子を含むインク８をそれぞれ隔絶して保持しておくためのバンク７が複数形成されており、図２ではインク８が各バンク７と基体６とで形成される容量部に保持されている状態とする。

図２より、気流４は、不図示のエアータンクから気流供給経路３を介して供給され、気流供給ヘッド２の供給口２０から基体６に向かって、供給口２０の中心線Ｃと基体６の表面とがなす仰角５に沿って吹き付けられる。供給口２０は仰角５を可変できるよう、基体６に対する中心線Ｃの角度を変更する駆動部を備えている。

気流供給経路３は、継手を介して気流供給ヘッド２に配管が接続される。気流４はエアータンクの開閉弁で供給開始及び停止を行い、気流発生装置５００の位置あるいは時間で供給開始および停止の制御を行う。気流の供給開始および停止、供給口２０の制御はシーケンサやＰＣ等を用いて行うことで所定の位置に気流４を吹き付けることが可能となる。また不図示の流量調整弁をエアータンクに設けることにより、供給量の調整も行える機構とした。

移動手段１は、ガイド機構と駆動機構と制御装置で構成される。ガイド機構には直動ガイドやエアスライドが用いられる。駆動機構には、ボールねじとモータの組み合わせや、リニアモータが用いられる。気流発生装置５００の位置の制御には、モータにセンサを設けて位置を監視する方法や、シーケンサを用いて位置を制御する方法が用いられる。また、駆動機構にモータを用いていることから、気流発生装置５００の移動速度を一定速移動あるいは、位置により変速、停止する制御も可能となる。

本実施形態では気流発生装置５００が基体６の平面に対して平行な方向である矢印Ｐの方向に移動する構成としている。これは基体６が大型である場合、気流発生装置５００を移動させた方が好適であるためである。基体６がある程度小型である場合、基体６を移動させても良い。

図３は本実施形態のバンク７の形状を説明する図である。図３（ａ）はバンク７のＸＹ平面図である。図３（ｂ）はバンク７のＹＺ平面図であり、図３（ａ）の線分ＢＢを－Ｚ方向に切断した際の断面図である。図３（ｃ）はバンク７のＸＺ平面図であり、図３（ａ）における線分ＡＡを－Ｚ方向に切断した断面図である。図３（ｂ）においてＹＺ平面におけるバンク７の断面図は長方形の形状としている。図３（ｃ）においてＸＺ平面におけるバンク７の断面図は台形形状とする。

図４はバンク７ＸＺ平面の断面の詳細図である。図４において底角である角度αは気流４の上流側、換言すると図２において供給口２０に近い側の角度である。また底角である角度βは気流４の下流側、換言すると図２において供給口２０から遠い側の角度である。本実施形態では角度αが角度βよりも大きい角度となる形状となるようバンク７を形成している。

図５は、各バンク７と基体６で形成される、インク８を保持しておくための容量部３０の詳細図である。図５では説明をわかりやすくするため各バンク７を気流発生装置５００に近い方をバンク７ａ、遠い方をバンク７ｂと呼称する。図４で説明したバンク７の形状により、容量部３０において、バンク７ａと基体６とがなす角度β’が、バンク７ｂと基体６とがなす角度α’よりも大きくすることができる。これによりインク８とバンク７ａとの界面における張力を、インク８とバンク７ｂとの界面における張力より大きくすることができる。

よってインク８において気流発生装置５００に近い方、言い換えると気流４の上流側にインク８の偏りを生じさせることができる。もちろん気流４を吹き付ける方向により、どちらか一方の角度側に偏りを生じてさせても良い。このインク８の偏りをＨとする。

図６は図５の状態から、気流発生装置５００より気流４を発生させた状態である。仰角５は、９０度より大きく、１８０度より小さくなるように供給口２０により制御される。気流４を吹き出した際、気流４は偏りＨに最初に吹き付けられる。これにより、インク８が乾燥する前に偏りＨが気流４の下流側へ流され、偏りＨが解消される。これにより偏りを生じさせることなくインク８を気流４により乾燥させることができ、乾燥後のインク８の膜厚ムラを低減することができる。

図７は本実施形態における機能素子の製造方法を示す図である。まず図７（ａ）より、事前に表面のゴミや酸化膜が除去洗浄された、基体としてのガラス基板１３にレジスト材料１４を塗布する。レジスト材料には市販の数μｍ～１００μｍ程度の膜厚が作成できるように粘度調整されたＳｉＯやＰＩを用いた。レジスト材料の塗布は、スピンコータやスプレーコータ等が用いられる。ガラス基板１３とレジスト材料１４の間には、不図示の接続電極、ＴＦＴ、プラグ、絶縁層が形成されるものとする。

レジスト材料１４を塗布後、図７（ｂ）より、ガラス基板１３とマスク１６とのパターンを位置合わせし、レジスト材料１４に紫外線１５を照射してマスク１６のパターンを転写する。紫外線１５を照射することで、マスク１６によりレジスト材料１４は露光領域１７と非露光領域１８の２つの領域ができる。

露光後、図７（ｃ）より、現像により露光領域１７を除去し、ベーキング、熱架橋を行うことでバンク７を形成し、容量部３０を形成する。露光にはマスクを基板に密着させて露光する密着露光と、露光装置を用いてレンズ光学系による縮小投影ステップ露光やミラー光学系による等倍スキャン露光が用いられる。本実施例では、密着露光を用い、マスクのパターンを、バンク７が図４で述べた形状となるよう設計し露光を行った。マスクは複数用意しデフォーカスさせることでバンク７を所定の形状となるように露光を行ってもよいし、あるいは投影露光を用いてもよい。露光の光源は紫外線を用い、その波長はレジスト材料１４の感光波長により決定する。

現像及びベーク後、図７（ｄ）より、インク塗布ヘッド１９によりインク８を所定の位置に滴下する。また、図７（ｄ）において、制御装置２００はインク塗布ヘッド１９の動作を制御する制御部である。制御装置２００は、インク塗布ヘッド１９の動作を制御するためのコンピュータで、内部には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えている。

ＲＯＭには、インク塗布ヘッド１９の基本動作プログラムが記憶されている。機能素子の製造にかかるインクの付与動作をはじめとする各種処理を実行するためのプログラムは、他の動作プログラムと同様にＲＯＭに記憶させておくことができる。あるいは、ネットワークを介して外部からＲＡＭにロードしてもよい。あるいは、プログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体を介して、ＲＡＭにロードしてもよい。

制御装置２００のＩ／Ｏポートは外部のコンピュータをはじめとする外部機器やネットワークと接続されている。制御装置２００は、例えば製造する機能素子の種類、位置、配列、インクの吐出条件等の機能素子の製造に必要なデータの入出力を、Ｉ／Ｏポートを介して外部のコンピュータとの間で行うことができる。

制御装置２００は、インク塗布ヘッド１９、不図示の主走査器、副走査器、等と接続され、電気信号のやりとりを行うことができる。制御装置２００は、これら各部の動作を制御し、インク塗布ヘッド１９の走査、インク塗布ヘッド１９の各ノズルからのインクの吐出、等を含めインクの塗布全般に関する処理を実行する。

また、インク８を滴下する前に、容量部３０に、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ等の導電性微粒子を溶媒に分散した液を塗布し、必要に応じて焼成することで下部電極を形成しておくものとする。

尚、ノズルから吐出するインクについて説明するならば、例えば発光層を形成する場合であれば、所望の発光色に応じた蛍光性有機化合物若しくは燐光性有機化合物を、キシレン等の有機系溶媒に溶解させた有機溶媒系インクを用いることができる。発光層用の有機溶媒系インクには、ゲスト材料、ホスト材料などの複数の材料が含まれていてもよい。インクに含まれる発光材料としては、高分子材料、中分子材料または低分子材料などが挙げられ、塗布型に用いられ得る発光材料であれば特に限定されない。例えば、ポリフルオレン、ポリフルオレンの共重合体、ポリフェニレンビニレンなどの高分子材料、オリゴフルオレンなどの中分子材料が挙げられる。

また、フルオレン系、ピレン系、フルオランテン系、アントラセン系などの縮合多環化合物、イリジウムを含む金属錯体などの低分子材料も挙げられる。発光層は、好適には、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、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体などの高分子系材料を含み得る。

赤色の発光層を形成するには、例えばゲスト材料として赤色燐光発光イリジウム金属錯体を、ホスト材料としてポリフルオレンを含有する赤色発光層用インクを用いる。また、緑色の発光層を形成するには、例えばゲスト材料としてフルオランテン系の縮合多環化合物を、ホスト材料としてのポリフルオレンを含有する緑色発光層用インクを用いる。また、青色の発光層を形成するには、例えばゲスト材料としてピレン系の縮合多環化合物を、ホスト材料としてのオリゴフルオレンを含有する青色発光層用インクを用いる。

図５で述べたようにインク８は、バンクの形状により偏りが生じた状態で容量部に付与される。

そして図７（ｅ）より、気流発生装置５００を用いて気流４によるインク８の乾燥を行う。気流発生装置５００も上述した制御装置２００に接続されており、移動手段１を用いて走査、供給口２０による気流４の制御がなされるものとする。インク８の付与工程と気流４による乾燥工程は３回繰返し行うことで、３色（ＲＧＢ）塗布を行う。また本実施形態では、例えば赤のインクがすべての容量部３０に塗布されたら気流４を吹き付け、次に青のインク、緑のインクというように塗布と乾燥を行うようにした。しかしながら、各インクの１つの容量部３０に塗布されたら瞬時に乾燥させるというように、容量部３０の１つ１つにおいて塗布と乾燥を繰り返しても良い。以上により、インク８が乾燥する前に偏りが気流４の下流側へ流され、偏りが解消される。これにより偏りを生じさせることなくインク８を気流４により乾燥させることができ、インク８の膜厚ムラが低減された機能素子を製造することができる。

（実施例）
図７で説明した製造方法を用い、実際に機能素子の製造を行った。以下具体的な数値を用いて詳述する。基体６としてのガラス基板１３はＧ８．５世代の２２００×２４００ｍｍのガラス基板を用いた。レジスト材料１４は顔料にカーボンブラックを含む材料を用い、高さ２～５μｍ、底部幅１０μｍ、バンク間距離１００μｍのバンク７を形成した。紫外線１５の露光量及び波長は使用するレジスト材料１４により異なるが、本実施例では露光量は１００ｍＪ／ｃｍ^２、波長３５０～４５０ｎｍとした。

マスク１６は図５で説明した角度β’の方が、角度α’よりも大きい角度となるように、事前に最適なマスク形状を検討し、決定したものを使用した。現像は現像液を使用し１００秒間行った。インク塗布ヘッド１９はピエゾ素子を用いた方式のインクジェットを用いた。ピエゾ素子に駆動電圧を印加する、ノズルから液滴を吐出される。インク塗布ヘッド１９のノズルは約３２０μｍ間隔で８０個配置した。

気流発生装置５００の移動速度は気流４との相対速度が０．１ｍ／ｓとなるように移動速度の設定と気流４の流量の調整を行った。移動速度の設定は、市販のシーケンサとサーボコントローラーを組合わせて構成した。

乾燥後のインク付与部の断面観察を行った結果、乾燥前は図５のように上流側のバンクにインクが濡れあがり厚膜となるが、気流を吹き付け乾燥させたことにより、インク膜厚の膜厚分布がほぼ均一な結果となった。

（比較例）
図８は比較例として、実施例１で述べた形成方法の中で、気流を吹き付ける際の仰角を、基体の平面に対し平行に吹き付けを実施した際の図である。

乾燥後のインク付与部の断面観察を行った結果、乾燥前は図５のように上流側のバンクにインクが濡れあがり厚膜となる。しかし、気流の吹き付けによるインクの偏りの解消がうまく行われず、気流吹き付け時は不均一な膜厚となる。インク膜厚の膜厚分布が不均一のままとなる結果となった。

上述した製造方法の処理手順は具体的には製造装置の制御部により実行されるものとして説明した。上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

１ 移動手段
２ 気流供給ヘッド
３ 気流供給経路
４ 気流
５ 仰角
６ 基体
７ バンク
７ａ 第１バンク
７ｂ 第２バンク
８ インク
１３ ガラス基板
１４ レジスト材料
１５ 紫外線
１６ マスク
１７ 露光領域
１８ 非露光領域
１９ インク塗布ヘッド
２０ 供給口
３０ 容量部
６０ 表示画素
１００ 表示装置
２００ 制御装置
５００ 気流発生装置
１０００ 製造装置

Claims (20)

1. 基体の上に、第１バンクと、第２バンクと、第３バンクと、が第１の方向において並んで形成された機能素子であって、
   前記第１バンクと、前記第２バンクと、前記基体とで画定された第１容量部と、
   前記第２バンクと、前記第３バンクと、前記基体とで画定された第２容量部と、
   を備えており、
   前記第１の方向に交差する第２の方向から見た前記第１容量部の断面において、前記第１バンクと前記基体とがなす第１の角度が、前記第２バンクと前記基体とがなす第２の角度よりも大きく、
   前記第２の方向から見た前記第２容量部の断面において、前記第２バンクと前記基体とがなす第３の角度が、前記第３バンクと前記基体とがなす第４の角度よりも大きく、
   前記第１容量部および第２容量部には、乾燥したインクが付与されており、
   前記第１の方向において、前記第１バンクと前記第２バンクとの間に前記第１容量部が位置しており、前記第２バンクと前記第３バンクとの間に前記第２容量部が位置しており、前記第１容量部と前記第２容量部との間に前記第２バンクが位置しており、
   前記第１容量部に付与された前記インクの前記基体とは反対側の表面と、前記第１容量部に付与された前記インクと前記第１バンクとの界面と、がなす第５の角度は、前記第１容量部に付与された前記インクの前記基体とは反対側の表面と、前記第１容量部に付与された前記インクと前記第２バンクとの界面と、がなす第６の角度よりも小さい、
   こと特徴とする機能素子。
2. 請求項１に記載の機能素子において、
   前記第１バンクの前記第１容量部の側の第１の底角の大きさが、前記第２バンクの前記第１容量部側の第２の底角の大きさよりも小さい、
   ことを特徴とする機能素子。
3. 請求項２に記載の機能素子において、
   前記第２バンクの前記第２容量部の側の第３の底角の大きさが、前記第２バンクの前記第１容量部側の前記第２の底角の大きさよりも小さい、
   ことを特徴とする機能素子。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の機能素子において、
   前記第３の角度は、前記第２の角度よりも大きい、
   ことを特徴とする機能素子。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の機能素子において、
   前記第１容量部は、前記第２の方向において、前記基体の上の第４バンクと第５バンクとで画定されており、前記第１の方向から見た前記第１容量部の断面において、前記第４バンクと前記基体とがなす第７の角度および前記第５バンクと前記基体とがなす第８の角度が、前記第１の角度より小さい、
   ことを特徴とする機能素子。
6. 請求項２または３に記載の機能素子において、
   前記第５の角度が、前記第１の底角の大きさよりも小さい、
   ことを特徴とする機能素子。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の機能素子において、
   前記第１容量部には発光材料が付与されており、
   前記第２容量部には発光材料が付与されている、
   ことを特徴とする機能素子。
8. 請求項７に記載の機能素子において、
   前記第１容量部に付与された前記発光材料の発光色と、前記第２容量部に付与された前記発光材料の発光色とが異なっている、
   ことを特徴とする機能素子。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の機能素子において、
   前記機能素子が有機ＥＬ素子である、
   ことを特徴とする機能素子。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の機能素子を用いた表示装置。
11. 機能素子の製造方法であって、
    基体の上に、第１バンクと第２バンクとを形成し、前記基体と、前記第１バンクと、前記第２バンクとで画定された容量部を形成する形成工程と、
    前記容量部にインクを付与する付与工程と、
    気流発生装置により気流を発生させ、前記インクを前記気流により乾燥させる乾燥工程と、を備え、
    前記形成工程では、前記容量部の断面において、前記第１バンクと前記基体とがなす第１の角度が、前記第２バンクと前記基体とがなす第２の角度よりも大きくなるように、前記第１バンクと前記第２バンクとを形成し、
    前記乾燥工程では、前記第１バンクが前記第２バンクよりも前記気流の上流側に位置する、
    ことを特徴とする製造方法。
12. 請求項１１に記載の製造方法において、
    前記付与工程にて、前記第１バンクと前記第２バンクとの間に前記インクが付与される、
    ことを特徴とする製造方法。
13. 請求項１１または１２に記載の製造方法において、
    前記形成工程では、前記第１バンクの前記容量部の側の底角の大きさが、前記第２バンクの前記容量部の側の底角の大きさよりも小さくなるように前記第１バンクと前記第２バンクが形成される、
    ことを特徴とする製造方法。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載の製造方法において、
    前記付与工程にて、前記インクが液体の状態で前記容量部に付与された際、当該インクにおいて前記第１バンク側に偏りが生じる、
    ことを特徴とする製造方法。
15. 請求項１１から１４のいずれか１項に記載の製造方法において、
    前記乾燥工程では、
    前記基体に対して前記気流発生装置の気流を吹き付ける角度のうち、仰角が９０度より大きく１８０度より小さい、
    ことを特徴とする製造方法。
16. 請求項１５に記載の製造方法において、
    前記角度は、前記気流発生装置の前記気流の供給口により制御される、
    ことを特徴とする製造方法。
17. 請求項１１から１６のいずれか１項に記載の製造方法において、
    前記乾燥工程では、前記基体の全体に前記気流を吹き付ける、
    ことを特徴とする製造方法。
18. 請求項１１から１６のいずれか１項に記載の製造方法において、
    前記乾燥工程では、前記容量部ごとに前記気流を吹き付ける、
    ことを特徴とする製造方法。
19. 請求項１４に記載の製造方法において、
    前記乾燥工程では、前記偏りが生じた側から気流を吹き付ける、
    ことを特徴とする製造方法。
20. 請求項１１から１９のいずれか１項に記載の製造方法において、
    前記インクは発光材料を含む、
    ことを特徴とする製造方法。

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