WO2019167741A1 - インクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法 - Google Patents

インクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法 Download PDF

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WO2019167741A1
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inkjet head
inkjet
ink jet
solvent
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PCT/JP2019/006255
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French (fr)
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尚存 柴田
法彦 越智
石倉 淳理
諸橋 将之
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キヤノン株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C15/00Enclosures for apparatus; Booths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/26Processes for applying liquids or other fluent materials performed by applying the liquid or other fluent material from an outlet device in contact with, or almost in contact with, the surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/165Preventing or detecting of nozzle clogging, e.g. cleaning, capping or moistening for nozzles

Definitions

  • the present invention relates to an ink jet apparatus used for applying ink to a surface of a substrate having a large area.
  • the present invention relates to an ink jet apparatus that is suitably used when forming a functional element such as an organic EL element, and a method of manufacturing a functional element using the same.
  • Patterning using an ink jet apparatus has advantages such as high use efficiency of materials because on-demand patterning is possible, and a non-vacuum process and a relatively small manufacturing apparatus.
  • the ink jet apparatus is required to have stable operation.
  • an ink jet apparatus generally, an ink jet head having hundreds to thousands of nozzles is scanned, each nozzle is individually controlled to eject ink, and an arbitrary pattern is formed. If even one defective nozzle is generated during pattern formation, the functional element formed by the nozzle will have poor characteristics. For example, in the case of manufacturing an image display device in which a large number of organic EL elements are arranged on a substrate, pixels with poor light emission characteristics are formed.
  • Patent Document 1 proposes a method for preventing drying of the nozzle when ejection is not performed for a relatively long time, such as replacing a substrate when manufacturing a functional element or temporarily stopping manufacturing. Has been. Specifically, when the ejection operation is stopped for a relatively long time, the inkjet head is retracted to a position facing the ink drying prevention device provided beside the stage and the position is fixed and held. .
  • Patent Document 2 discloses an apparatus that arranges a holding body that holds an ink solvent so as to move together with the nozzle on both sides of the nozzle of the inkjet head, and supplies a solvent atmosphere between the nozzle and the substrate. It is disclosed.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining this, where 100 is a base, 101 is a surface of a base on which a functional element is formed, and 102 is a functional element. Since it is a schematic diagram, only 8 ⁇ 8 functional elements 102 are shown, but in practice a very large number of functional elements can be formed.
  • an ink jet head (not shown) is separated from the substrate surface 101 by a predetermined distance in the Z direction, and first moved on the track 103 along the X direction which is the main scanning direction.
  • the material of the functional elements 102 for one row is discharged.
  • the inkjet head is moved a predetermined distance along the track 104 in the Y direction, which is the sub-scanning direction, and then the moving direction is set to the X direction minus side. change. Then, the material of the functional elements 102 for another row is discharged while being moved along the track 105.
  • the moving direction of the inkjet head is changed again to the Y direction that is the sub-scanning direction, and is moved along the track 106 by a predetermined distance.
  • the inkjet head has been described as having only one nozzle. However, when the inkjet head has a plurality of nozzles, functional element materials for a plurality of columns are ejected in one main scan. You can also
  • the ink jet head is reciprocated in the main scanning direction for scanning, and ink is ejected to the entire area of the application area. That is, there is a region 107 surrounded by a dotted line in the figure.
  • the nozzles arranged in the ink jet head repeatedly discharge ink in a discharge pattern according to the arrangement of functional elements in the application area, but stop the ink discharge while moving the scanning switching timing, that is, the area 107. Because the nozzle is easy to dry. If the nozzle dries while moving in the area 107, for example, the ink ejection characteristics become unstable at the beginning of the next row, which tends to affect the characteristics of the functional elements. Therefore, there may occur a case where the functional element arranged at a position close to the edge of the base body 100 does not achieve a predetermined characteristic.
  • Patent Document 1 when ink ejection is stopped for a relatively long time, such as when a substrate is replaced, the ink jet head is retracted in the vicinity of the drying prevention device disposed outside the stage and fixed at a predetermined position. It is a technology to hold. For this reason, the technique of Patent Document 1 cannot cope with the scan switching timing, that is, the drying that occurs during movement of the region 107, which is a problem here.
  • Patent Document 2 The method described in Patent Document 2 is effective for preventing the nozzle from drying while the inkjet head is moved in a constant direction at a constant speed, that is, while ink is being ejected in the application region. There is a possibility. However, while moving the scanning switching timing, that is, the area 107, the moving direction and speed of the inkjet head are changed, so that the airflow around the nozzle is disturbed, and the solvent atmosphere is not always supplied sufficiently near the nozzle. For this reason, it cannot be said that the technique of Patent Document 2 can sufficiently cope with the drying of the nozzles generated during the movement of the region 107 as a problem here.
  • an ink jet apparatus that has an ink jet head and applies an ink containing a functional element material to a substrate surface, wherein the ink jet head and the substrate surface are relatively in a main scanning direction.
  • a scanning mechanism that reciprocally moves and controls the relative position of the ink jet head and the substrate surface so that the ink jet head and the substrate surface relatively move in the sub-scanning direction when switching between the forward path and the return path of the reciprocating movement.
  • the inkjet head surrounds a range of movement by the scanning mechanism, and when the substrate surface is viewed in a side view, the nozzle surface of the inkjet head is disposed.
  • An enclosing portion surrounding a predetermined range including the height and the surface of the substrate when viewed in a plan view of the surface of the substrate A vapor supply unit that is provided outside and surrounded by the surrounding portion, and that supplies a vapor of the same material as the solvent component contained in the ink to the range surrounded by the surrounding portion. .
  • FIG. 1 is a schematic side view of an ink jet apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic plan view of an ink jet apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a control block diagram of the ink jet apparatus according to the embodiment.
  • the figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element. The figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element.
  • the figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element The figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element.
  • the figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element The figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element.
  • the figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element The figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element.
  • the figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element. The figure which shows a part of manufacturing process of an organic EL element.
  • FIG. 6 is a schematic side view of an ink jet device according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic side view of an ink jet device according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of an ink jet device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a drive waveform diagram of the inkjet head of the example.
  • FIG. 3 is a discharge characteristic diagram of the inkjet head of the example.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of an ink jet device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic side view of the ink jet device 1 according to the first embodiment as viewed from the side.
  • 11 is a bottom plate
  • 12 is a top plate
  • 13 is a side plate surrounding four circumferences
  • the top plate 12 and the side plate 13 constitute an exterior cover of the ink jet apparatus 1.
  • the side plate 13 on the front side of the drawing is omitted in order to make the inside of the apparatus easier to see.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the ink jet apparatus 1 according to the present embodiment as viewed from above. In FIG. 2, in order to make the inside of the apparatus easy to see, the top plate 12 is omitted.
  • the base material 4 is an object to which ink serving as a raw material of the functional element is applied, and the base surface 5 is a surface to which ink is applied.
  • the substrate 4 and the substrate surface 5 correspond to the substrate 100 and the substrate surface 101 described above with reference to FIG.
  • the base 4 is set at a predetermined position on the base 3.
  • Reference numeral 6 denotes an ink jet head, and a nozzle 7 is arranged on the ink jet head 6 in a direction facing the substrate surface 5.
  • the 2 ⁇ 2 4 heads are shown for the nozzle 7, but the number and arrangement of the nozzles 7 are not limited to this.
  • the inkjet head 6 is supported by a scanning mechanism, and is configured to be able to scan the nozzle 7 in a plane parallel to the XY plane at a height spaced from the substrate surface 5 by a predetermined distance in the Z direction. That is, 9 is a main scanning guide rail extending along the main scanning direction (X direction), and a main scanner 23 movable in the X direction is placed on the main scanning guide rail 9.
  • Reference numeral 10 denotes a sub-scanning guide rail extending along the sub-scanning direction (Y direction). A sub-scanner 24 that is movable in the Y direction is placed on the sub-scanning guide rail 10.
  • the inkjet head 6 Since the inkjet head 6 is fixed to the main scanner 23 and the main scanning guide rail 9 is fixed to the sub-scanner 24, the inkjet head 6 can freely scan in a plane parallel to the XY plane. .
  • the sub-scanner 24 and the sub-scanning guide rail 10 are not shown in order to make the drawing easier to see.
  • the main scanner 23 is provided with an atmosphere sensor 8 on both sides of the inkjet head 6.
  • the atmosphere sensor 8 measures the concentration of the ink solvent vapor contained in the atmosphere in the vicinity of the inkjet head 6 while moving together with the inkjet head 6, and transmits the measurement result to the control unit 14.
  • solvent vapor supply sections 16 are arranged on both sides of the base 4 so as to sandwich the base 4 along the main scanning direction (X direction). That is, the solvent vapor supply unit 16 is disposed in the region 107 where the trajectory of the inkjet head described above with reference to FIG. 11 is changed.
  • the solvent vapor supply unit 16 supplies vapor of the same material as the components contained in the solvent of the ink discharged from the nozzle 7 of the inkjet head 6 to the surrounding atmosphere.
  • the vapor of the same material as the component contained in the solvent of the ink refers to, for example, the vapor of all or a part of the material when the ink contains a plurality of types of solvent.
  • a liquid of the same material as the component contained in the ink solvent is placed so as to be immersed in a member having a large surface area such as a porous body such as a sponge or an aggregate of fibers.
  • a member having a large surface area such as a porous body such as a sponge or an aggregate of fibers.
  • the component vapor contained in the ink solvent may be supplied in advance to the outside of the application region, that is, the space through which the inkjet head switches in the region 107 in FIG. 11 using the solvent vapor supply unit 16. Is possible.
  • the solvent vapor supply unit 16 is connected to a liquid supply system including a tank 20 that stores a liquid of the same material as the components contained in the ink solvent, a liquid flow path 21, and a valve 22.
  • the flow rate or opening / closing of the valves 22 connected to each solvent vapor supply unit 16 is individually controlled based on a command sent from the control unit 14. In other words, the control unit 14 appropriately controls the amount of liquid supplied to each solvent vapor supply unit 16.
  • a material having a higher vapor density than air such as xylene, is used as an ink solvent.
  • the vapor density means a mass ratio with respect to air at the same temperature, the same pressure, and the same volume when the average molecular weight of air is 28.8.
  • the substrate 4 is set vertically downward ( ⁇ Z direction) with respect to the inkjet head 6, and the ink is ejected downward from the nozzle 7 in the vertical direction.
  • the member for surrounding this space is arrange
  • an area in the XY plane in which the ink jet head 6 moves is surrounded by the side wall 15, and the lower wall 2 is provided below the range surrounded by the side wall 15, thereby constituting an enclosing portion as a whole.
  • the side wall 15 is hatched for easy visual recognition.
  • solvent vapor heavier than air is supplied from the solvent vapor supply unit 16 from a position higher than the horizontal plane on which the nozzle 7 moves during scanning, and is an enclosure (tank) surrounded by the lower wall 2 and the side wall 15. Part).
  • the substrate 4 is sandwiched along the sub-scanning direction (Y direction) so that the solvent vapor is stably stored in the entire region surrounded by the lower wall 2 and the side wall 15.
  • the solvent pool 17 is provided around the substrate 4.
  • the solvent pool 17 is an open container that stores a liquid of the same material as the components contained in the solvent of the ink ejected from the nozzle 7 and serves as a supply source of solvent vapor.
  • 19A, 19B, 19C, and 19D are temperature adjustment mechanisms such as heaters, and the amount of solvent vapor generated at each location can be adjusted by adjusting the temperature of the solvent at each location in the solvent pool 17.
  • the temperature control mechanism is arranged at both ends of the elongated solvent pool 17, but the solvent pool and the temperature control mechanism are not limited to this example, and the shape, number, arrangement, etc. can be changed as appropriate. It is.
  • Each solvent pool 17 is connected to the tank 20 via a liquid channel (not shown) and a valve.
  • the controller 14 can control the amount of liquid supplied to each solvent pool 17 by a valve, and can control the amount of solvent vapor generated by the temperature adjustment mechanisms 19A, 19B, 19C, and 19D.
  • a cleaning unit 18 for cleaning the surface of the nozzle 7 is provided adjacent to the base 3 in the region surrounded by the lower wall 2 and the side wall 15.
  • the control unit 14 moves the nozzle 7 to a position facing the cleaning unit 18 and moves the cleaning unit 18 in the Z direction so as to contact the nozzle 7.
  • the cleaning unit 18 includes a wiping blade formed of a porous material such as rubber or sponge as a cleaning member.
  • the wiping blade is connected to a liquid supply system including a tank 20 for storing a liquid of the same material as the component contained in the ink solvent, a liquid flow path 21 and a valve 22.
  • the nozzle 7 is brought into contact with the wiping blade for wiping, or the nozzle is sucked by the negative pressure generated by the pump, so that dust and solid matter adhering to the nozzle can be removed.
  • FIG. 3 is a control block diagram schematically showing the control system of the inkjet apparatus 1.
  • the control unit 14 is a computer for controlling the operation of the inkjet apparatus 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, an I / O port, and the like.
  • the ROM stores an operation program for the inkjet apparatus 1.
  • a program for executing various processes related to the manufacture of functional elements and atmosphere control using solvent vapor may be stored in the ROM like other operation programs. You may load it. Alternatively, the program may be loaded into the RAM via a computer-readable recording medium that records the program.
  • the I / O port of the control unit 14 is connected to an external device 30 such as an external computer or a network.
  • the control unit 14 inputs / outputs data necessary for manufacturing the functional elements such as the type, position, arrangement, and ink ejection conditions of the functional elements to be manufactured with an external computer via the I / O port. It can be carried out.
  • the control unit 14 is connected to the inkjet head 6, the main scanner 23, the sub-scanner 24, the atmosphere sensor 8, the valves 22 at various places, the temperature adjustment mechanism 19A to the temperature adjustment mechanism 19D, the cleaning unit 18, and the like. Can give and receive.
  • the control unit 14 controls the operation of these units, and performs scanning of the inkjet head 6, ink ejection from the nozzle 7, measurement of the atmosphere sensor 8, supply of liquid to the solvent vapor supply unit 16 and the solvent pool 17, cleaning of the nozzle, and the like. Including the process related to the overall ink application.
  • the concentration of the solvent vapor at various points along the movement path of the inkjet head 6 can be measured by the atmosphere sensor 8 that moves with the inkjet head 6.
  • the control unit 14 individually controls the valves 22 and the temperature control mechanisms 19A, 19B, 19C, and 19D at various locations on the basis of the measurement values at various locations on the movement path, and the concentration of the solvent vapor at each position along the movement path of the nozzle 7 is predetermined. Control to be above the concentration.
  • the control unit 14 controls the valve and the temperature adjustment mechanism so as to increase the value.
  • the supply control of the solvent vapor and the provision of the surrounding portion (tank portion) surrounded by the lower wall 2 and the side wall 15 stabilize the concentration of the solvent vapor in the entire movement path of the nozzle 7. Can be held above a predetermined amount. For this reason, in the process of scanning the inkjet head 6 to form a functional element, the nozzle 7 is prevented from drying even when the inkjet head 6 is moving in a region where ink is not discharged. Is possible.
  • a method for manufacturing a functional element on the substrate 4 using the inkjet apparatus 1 of the present embodiment will be described.
  • a top emission type organic EL element is cited as a functional element, and a manufacturing method thereof will be described.
  • the embodiment of the present invention is not limited to this example, and other types of organic EL elements and organic EL elements are used. Functional elements other than EL elements may be manufactured.
  • a base 4 to be set in the inkjet apparatus 1 is prepared.
  • 4A to 4E are diagrams schematically showing respective steps for explaining a procedure for preparing the base 4. Each figure schematically shows a cross section of a region corresponding to one element of an organic EL element for convenience of illustration.
  • a substrate 41 is prepared.
  • the substrate 41 is made of an inorganic material such as glass or an organic material such as resin. Although it is typically a plate-like member, the form is not limited as long as it can function as a substrate, and for example, a deformable film may be used.
  • a structure having a cross-sectional structure shown in FIG. 4B is formed on the substrate 41. That is, the connection electrode 46 and the TFT 47 are provided on the substrate 41, and the insulating layer 42 is formed thereon. Then, a through hole is formed in the central portion of the insulating layer 42 and filled with a metal material to form a plug 43. Further, a planarization process such as CMP is performed to planarize the upper surfaces of the insulating layer 42 and the plug 43.
  • an insulating layer 44 is formed.
  • the insulating layer 44 is a layer provided for creating a bank portion of the organic EL element.
  • the insulating layer 44 is formed of an inorganic oxide such as SiO 2 or a resin such as polyimide or acrylic.
  • a mask 45 having an opening is disposed on the insulating layer 44 using, for example, photolithography. Then, for example, by reactive ion etching 48, the insulating layer 44 is etched to form an opening where the plug 43 is exposed.
  • the substrate 4 on which the bank 49 is formed can be prepared as shown in FIG. 4E.
  • the bank 49 can be formed by patterning the insulating layer 44 without eroding the insulating layer 42 and the plug 43 by appropriately selecting the reactive ion etching conditions and the conditions for removing the mask 45. .
  • UV ozone treatment or O 2 plasma treatment may be performed to remove material residues.
  • the bank 49 can function as a wall that spatially separates and electrically insulates each organic EL element when a plurality of organic EL elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the opening of the bank 49 is a target position where droplets should be landed when ink containing the material of the organic EL element is ejected from the nozzle 7 of the inkjet apparatus 1. As described above, when the substrate 4 is prepared, the substrate 4 is set at a predetermined position on the base 3 of the ink jet apparatus 1.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are diagrams schematically showing each step in order to explain a procedure for forming a laminated structure of organic EL elements including ink application by the inkjet apparatus 1.
  • Each drawing schematically shows a cross section of a region corresponding to one element of an organic EL element for convenience of illustration, but for the application of ink, the organic EL element is formed by the scanning procedure described in FIG. This is performed while scanning the entire region to be scanned with the inkjet head 6. At that time, it goes without saying that the atmosphere control process described above is performed in order to stabilize the concentration of the solvent vapor in the entire moving path of the nozzle 7.
  • the ink 51 containing the material of the lower electrode is applied to the region surrounded by the bank 49 from the nozzle 7 of the inkjet apparatus 1 (lower electrode material applying step).
  • the ink 51 a liquid in which conductive fine particles such as Ag, Au, Cu, Al, and Ni are dispersed in a solvent having a vapor density larger than that of air is used.
  • An amount of ink 51 that is sufficient to cover the plug 43 on the bottom surface of the bank opening and the exposed surface of the insulating layer 42 and that can be stored in the bank 49 is applied.
  • the substrate is dried, and the substrate 4 is once removed from the inkjet apparatus 1 and baked at an appropriate temperature of 100 ° C. to 200 ° C. to form the lower electrode 52 as shown in FIG. 5B. To do.
  • the substrate 4 is set again in the ink jet apparatus 1, and as shown in FIG. 5C, the ink 53 is applied to the area surrounded by the bank 49, and the light emitting layer and the hole injection layer which are functional layers are sequentially formed. Go.
  • different layers of ink are used for each layer to be formed. In order to form each layer, it is preferable to use different inkjet heads for each layer.
  • a fluorescent organic compound or a phosphorescent organic compound corresponding to a desired emission color is dissolved in an organic solvent having a vapor density such as xylene larger than that of air.
  • an organic solvent having a vapor density such as xylene larger than that of air.
  • One organic solvent-based ink is applied and dried (light emitting material application step).
  • the organic solvent ink for the light emitting layer may contain a plurality of materials such as a guest material and a host material.
  • the light emitting material included in the ink include a high molecular material, a medium molecular material, and a low molecular material, and are not particularly limited as long as the light emitting material can be used in a coating mold.
  • examples thereof include polyfluorene, a copolymer of polyfluorene, a polymer material such as polyphenylene vinylene, and a medium molecular material such as oligofluorene.
  • low molecular weight materials such as condensed polycyclic compounds, such as a fluorene type
  • the light emitting layer 54 may preferably include a high molecular weight material such as a polyparaphenylene vinylene derivative, a polythiophene derivative, a polyparaphenylene derivative, a polysilane derivative, a polyacetylene derivative, a polyfluorene derivative, or a polyvinylcarbazole derivative.
  • red light emitting layer for example, a red phosphorescent light emitting iridium metal complex is used as a guest material, and a red light emitting layer ink containing polyfluorene as a host material is used.
  • a green light emitting layer for example, a green light emitting layer ink containing a fluoranthene-based condensed polycyclic compound as a guest material and polyfluorene as a host material is used.
  • a blue light-emitting layer for example, a blue light-emitting layer ink containing a pyrene-based condensed polycyclic compound as a guest material and oligofluorene as a host material is used.
  • an organic solvent-based ink in an amount sufficient to cover the lower electrode 52 and can be stored in the bank 49 is applied. After applying as many droplets as necessary, the luminescent layer 54 is formed by drying.
  • a PEDOT / PSS liquid of a hole injection material is applied as the second organic solvent-based ink (hole injection layer forming step).
  • the PEDOT / PSS liquid can be suitably used, the ink for the hole injection layer is not particularly limited to this.
  • the following polymer material is an organic material having a vapor density such as xylene larger than that of air. It can also be formed by applying and drying a solution dissolved in a solvent.
  • polymer material examples include phenylamine, starburst amine, phthalocyanine, hydrazone derivatives, carbazole derivatives, triazole derivatives, imidazole derivatives, and oxadiazole derivatives having an amino group.
  • an organic solvent-based ink in an amount sufficient to cover the light emitting layer 54 and can be stored in the bank 49 is applied.
  • the hole injection layer 55 is formed by drying.
  • the upper transparent electrode 56 is formed as shown in FIG. 5D by covering with a transparent conductive film so as to cover the functional layer and the bank 49 by sputtering film formation, for example (upper transparent electrode forming step). ).
  • a transparent conductive film so as to cover the functional layer and the bank 49 by sputtering film formation, for example (upper transparent electrode forming step).
  • FIG. 6 is a schematic side view of the inkjet device 61 according to the second embodiment as viewed from the side.
  • 11 is a bottom plate
  • 12 is a top plate
  • 13 is a side plate surrounding four circumferences
  • the top plate 12 and the side plate 13 constitute an exterior cover of the ink jet device 61.
  • the side plate 13 on the front side of the drawing is omitted to make the inside of the apparatus easier to see.
  • the sub-scanner 24 and the sub-scanning guide rail 10 are not shown for easy understanding of the drawing.
  • the substrate 4 was set vertically downward ( ⁇ Z direction) with respect to the inkjet head 6, and the ink was ejected from the nozzle 7 downward in the vertical direction.
  • the member for surrounding this space was arrange
  • the base 4 is set on a base 63 arranged vertically above the inkjet head 6 (Z direction), and ink is ejected from the nozzle 7 vertically upward (Z direction).
  • the member for surrounding this space was arrange
  • the region in the XY plane in which the ink jet head 6 moves is surrounded by the side wall 65, and the upper wall 62 is provided on the upper side of the range surrounded by the side wall 65, thereby constituting the enclosing portion as a whole.
  • the solvent vapor lighter than air is supplied from the solvent vapor supply unit 16 from a position lower than the horizontal plane on which the nozzle 7 moves during scanning, and is surrounded by the upper wall 62 and the side wall 15 (lid Part).
  • a cleaning unit 18 for cleaning the surface of the nozzle 7 is provided adjacent to the base 63 in the region surrounded by the upper wall 62 and the side wall 15.
  • the solvent pools are provided on both sides so as to sandwich the substrate 4 along the sub-scanning direction (Y direction) as in the first embodiment.
  • control unit 14 individually controls the valves 22 and the temperature control mechanisms 19A, 19B, 19C, and 19D at various locations on the basis of the measurement values at various locations on the movement path, and the concentration of the solvent vapor at each position along the movement path of the nozzle 7 is predetermined. Control to be above the concentration.
  • the supply control of the solvent vapor and the provision of the surrounding portion (lid portion) surrounded by the upper wall 62 and the side wall 15 stabilize the concentration of the solvent vapor in the entire movement path of the nozzle 7. Can be held above a predetermined amount. For this reason, in the process of scanning the inkjet head 6 to form a functional element, the nozzle 7 is prevented from drying even when the inkjet head 6 is moving in a region where ink is not discharged. Is possible.
  • conductive fine particles such as Ag, Au, Cu, Al, and Ni are dispersed in an aqueous solvent having a vapor density smaller than that of air in the step of applying the lower electrode material of the organic EL element described with reference to FIG. 5A, for example. It is preferably used when applying using ink.
  • FIG. 7 is a schematic side view of the inkjet device 71 according to the third embodiment as viewed from the side.
  • 11 is a bottom plate
  • 12 is a top plate
  • 13 is a side plate surrounding four circumferences
  • the top plate 12 and the side plate 13 constitute an exterior cover of the ink jet apparatus 1.
  • the side plate 13 on the front side of the drawing is omitted to make the inside of the apparatus easier to see.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the ink jet apparatus 71 of the present embodiment as viewed from the upper surface direction.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the ink jet apparatus 71 of the present embodiment as viewed from the upper surface direction.
  • the top plate 12 and the upper wall 72A are excluded.
  • the sub-scanner 24 and the sub-scanning guide rail 10 are not shown in FIG. 7, and the main scanning and sub-scanning scanning mechanisms are omitted in FIG.
  • the ink jet device 71 of the third embodiment is a device that can deal with any material, whether it is a material having a vapor density larger than air or a material smaller than air.
  • the ink jet device 71 includes an upper base 73A disposed on the upper side in the vertical direction (Z direction) than the ink jet head 6, and a lower base 73B disposed on the lower side in the vertical direction ( ⁇ Z direction) than the ink jet head 6. Is provided.
  • the inkjet head 6 includes a discharge direction switching mechanism that can switch whether the ink discharge direction of the nozzle 7 is vertical upward (Z direction) or vertical downward ( ⁇ Z direction).
  • the inkjet head 6 is a mechanism capable of rotating 180 degrees about the main scanning guide rail 9 as a rotation axis.
  • the inkjet device 71 includes a cleaning unit 78A that is used when the nozzle 7 is upward, and a cleaning unit 78B that is used when the nozzle 7 is downward.
  • the base on which the functional element is created is set on the lower base 73B, and the ink-jet head 6 uses the nozzle 7 for ink.
  • the discharge direction is switched downward in the vertical direction ( ⁇ Z direction). 7 and 8 schematically show this state.
  • the base on which the functional element is created is set on the upper base 73A, and the inkjet head 6 is formed by the nozzle 7.
  • the ink ejection direction is switched vertically upward (Z direction).
  • an enclosing portion (tank portion) surrounded by the lower wall 2 and the side wall 15 is provided in order to stably retain the solvent vapor over the entire moving path of the ink jet head 6.
  • an enclosing portion (lid portion) surrounded by the upper wall 62 and the side wall 65 is provided in order to stably retain the solvent vapor over the entire moving path of the ink jet head 6.
  • the entire movement path is three-dimensionally formed by the upper wall 72A, the side wall 75, and the lower wall 72B. A surrounding enclosure was provided.
  • control unit 14 individually controls the valves 22 and the temperature control mechanisms 19A, 19B, 19C, and 19D at various locations on the basis of the measurement values at various locations on the movement path, and the concentration of the solvent vapor at each position along the movement path of the nozzle 7 is predetermined. Control to be above the concentration.
  • FIG. 12 is a schematic side view of the ink jet device 81 according to the fourth embodiment as viewed from the side.
  • 11 is a bottom plate
  • 12 is a top plate
  • 13 is a side plate surrounding four circumferences
  • the top plate 12 and the side plate 13 constitute an exterior cover of the inkjet device 81.
  • the side plate 13 on the front side of the drawing is omitted to make the inside of the apparatus easier to see.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of the inkjet device 81 according to the present embodiment viewed from above. In FIG. 13, in order to make the inside of the apparatus easy to see, the top plate 12 is omitted.
  • the vapor supplied from the solvent vapor supply unit 16 is retained in a space that passes when the inkjet head 6 switches scanning, and thus a member for surrounding this space separately from the exterior cover. Is arranged.
  • an appropriately designed exterior cover may be used as at least a part of the enclosure.
  • the range in which the inkjet head is moved by the scanning mechanism is surrounded by the side plate 13, and when the substrate is viewed in a side view, the nozzle surface of the inkjet head is disposed.
  • a predetermined range including the measured height is surrounded by the side plate 13.
  • the bottom plate 11 and the top plate 12 surround the upper and lower sides of the range in which the inkjet head moves by the scanning mechanism, and the solvent vapor stays around the inkjet head during scanning regardless of the density of the solvent vapor. It is possible to make it.
  • an exterior cover as an enclosure may be provided so as to surround only the height range necessary for the solvent vapor to stay.
  • the volume to be enclosed is larger than that in the other embodiments, so that the vapor supply force of the solvent vapor supply unit 16 is increased. Set it large enough.
  • Embodiments of the present invention are not limited to the first to fourth embodiments described above, and can be appropriately changed or combined.
  • the substrate is fixed to the base and the inkjet head is moved in both the X and Y directions for scanning, but the scanning mechanism is not limited to this.
  • the scanning mechanism is not limited to this.
  • the scanning method is not limited to the method shown in FIG. 11. For example, instead of scanning adjacent columns in the forward path and the backward path, scanning may be performed by skipping adjacent columns like a so-called interlace.
  • the means for supplying the vapor of the same material as the component contained in the ink solvent for the atmosphere control is not limited to the porous body and the solvent pool, and the arrangement thereof is not limited to the example of the above embodiment.
  • a mist sprayer that discharges mist of the same material as the components contained in the ink solvent.
  • the temperature adjustment mechanism for controlling the supply amount of steam is not limited to the heater, and other heating means or cooling means such as a Peltier element may be used.
  • the atmosphere sensor is not limited to the configuration that moves with the ink jet head, and may be arranged so that the concentration of the solvent vapor in the vicinity of the moving path of the ink jet head can be measured.
  • a plurality of fixed atmosphere sensors may be distributed and arranged in the area 107 of FIG.
  • the shape of the enclosure is not limited to tanks, lids, or envelopes. In short, it is designed according to the density of steam to the air so that steam can stay in the nozzle movement range stably. It only has to be done.
  • an organic EL device when manufactured as a functional device, application of ink containing materials of each layer including a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, a hole transport layer, a hole injection layer, and an electrode
  • the present invention can be implemented in Needless to say, the present invention can be widely applied to the manufacture of functional elements other than organic EL elements, and can be suitably implemented, for example, when forming a large-area antistatic film or antireflection film.
  • the process of FIG. 5C that is, the step of applying the ink containing the light emitting material of the organic EL element to the region surrounded by the bank was performed.
  • the structure shown in FIG. 4E was prepared in advance on a substrate 41 made of glass, and set as the substrate 4 in the inkjet apparatus 1.
  • As the inkjet head a piezoelectric head that pushes out ink by displacement of the PZT element was used, and the number of nozzles was 80.
  • the light emitting part of the organic EL element was formed by applying an ink prepared by dissolving the following polymer material in xylene.
  • the polymer material of the light emitting part include polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polysilane derivatives, polyacetylene derivatives, polyfluorene derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, and the like.
  • a foamed polyethylene sponge was used for the solvent vapor supply unit 16.
  • the liquid supplied to the solvent vapor supply unit 16 and the solvent pool 17 was xylene, and was supplied to the solvent vapor supply unit 16 using a pump through a liquid supply system including a tank 20, a liquid flow path 21, and a valve 22.
  • the vapor density of xylene is 3.66, which is heavier than air.
  • the control unit 14 controlled each unit based on the xylene concentration measured using the atmosphere sensor 8 so that the xylene concentration in the space in which the inkjet head moves was within a predetermined range. Specifically, the xylene concentration was set to 4500 ppm or more in order to suppress drying of the nozzle. In order to prevent condensation, the xylene concentration was set to 5500 ppm or less. That is, the control unit 14 adjusted the pump, valve, temperature control mechanism, and the like so that the xylene concentration was within the range of 5000 ppm ⁇ 10%. In addition, the organic solvent detector which can detect a combustible gas to a maximum of 10000 ppm was used as an atmosphere measurement sensor.
  • FIG. 9 shows a driving waveform at the time of ejection of the ink jet head used in this example. Shown is a drive voltage of 30V. Since the discharge characteristics slightly differ from nozzle to nozzle, discharge observation is performed before the light-emitting portion is drawn, and the discharge speed and discharge amount of each nozzle are adjusted to be constant.
  • FIG. 10 shows the relationship between the ejection speed and the drive voltage in this example.
  • the discharge speed was set to 5 m / sec, and the drive voltage was adjusted so that the discharge speed of each nozzle was 5 ⁇ 0.1 m / sec.
  • the banks for shooting the ink containing the light emitting material had 3840 columns ⁇ 2160 rows, and one ink droplet was ejected to each bank. Since the number of drive nozzles is 80, 118 scans are required in total to draw the whole, and if the scan speed is 200 mm / sec, the entire drawing takes about 540 seconds when the acceleration / deceleration of the head is also taken into account. It will be. If neither recovery nor atmosphere control is performed during this time, the ejection state becomes unstable due to adhesion of ink mist or dust to the nozzle surface, solidification of ink components at the nozzle opening, or change over time, and the landing position shifts. .
  • the pixel pitch of the organic EL panel to be manufactured is 230 ⁇ m.
  • the mean square of the landing position deviation in the main scanning direction (X direction) and the sub scanning direction (Y direction) Must be 11.2 ⁇ m or less.
  • the position in the X direction can be controlled by correcting the ejection timing.
  • the landing position cannot be adjusted by timing correction. For this reason, the landing budget is set to ⁇ 5 ⁇ m in the X direction with respect to ⁇ 10 ⁇ m in the Y direction.
  • the ejection speed is 5 m / sec and the head scanning speed is 200 mm / sec. Since the gap between the base material and the head at the time of drawing is set to 200 ⁇ m, for example, when the landing deviation in the scanning direction is 5 ⁇ m, the ejection timing may be shifted by 25 ⁇ sec. From the landing image measured in advance, the landing position of each nozzle was adjusted by the above-described method, and the light emitting portion was drawn. Table 1 shows the landing results in this example.
  • the recovery operation was performed using the cleaning unit 18 every time 10 main scans were performed.
  • the cleaning unit 18 used was a foamed polyethylene sponge processed into a cylindrical shape as a wiping member. Xylene was contained in the wiping member, and the wiping member was moved so as to contact the nozzle surface of the head in a wet state. Wiping was performed using the scanning operation of the head.
  • Table 2 The results of Example 2 are shown in Table 2.
  • the landing stability could be further increased by performing the recovery operation in addition to controlling the xylene concentration in the atmosphere.
  • the mean square of X and Y was 10.2 for the entire drawing dot, and the standard deviation ⁇ was 2.3.
  • the variation in light emission intensity due to these elements could be kept within 0.5%.
  • the present invention can be suitably carried out in an ink jet apparatus used for applying ink to a substrate surface having a large area, for example.
  • it can be suitably implemented in, for example, an inkjet apparatus that is suitably used when forming a functional element such as an organic EL element, and a method of manufacturing a functional element using the same.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, in order to make the scope of the present invention public, the following claims are attached.

Abstract

インクジェットヘッド(6)を有し、機能素子の材料を含むインクを基体表面(5)に塗布するインクジェット装置(1)であって、前記インクジェットヘッド(6)と前記基体表面(5)とが主走査方向(X)に相対的に往復移動し、前記往復移動の往路と復路の切り替え時に、前記インクジェットヘッド(6)と前記基体表面とが副走査方向(Y)に相対的に移動するよう、前記インクジェットヘッド(6)と前記基体表面(5)の相対位置を制御する走査機構(23,24)と、前記基体表面(5)を平面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッド(6)が前記走査機構(23,24)により移動する範囲を囲み、前記基体表面(5)を側面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッド(6)のノズル面が配置された高さ(H1)を含む所定の範囲(H3)を囲む包囲部(15)と、前記基体表面(5)を平面視する方向で視たとき、前記基体表面(5)の外側で、かつ前記包囲部(15)に囲まれた範囲に設けられ、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の蒸気を前記包囲部(15)が囲む範囲に供給する蒸気供給部(16)と、を有するインクジェット装置(1)である。

Description

インクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法
 本発明は、大面積の基体表面にインクを塗布するために用いられるインクジェット装置に関する。特に、例えば有機EL素子のような機能素子を形成する際に好適に用いられるインクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法に関する。
 近年、種々の機能素子を製造する際に、インクジェット装置を用いて機能素子の材料を付与してパターンを形成することが試みられている。インクジェット装置を用いたパターニングは、オンデマンドパターニングが可能であるため材料の使用効率が高いこと、非真空プロセスであり製造装置が比較的小型になること、などのメリットを有している。
 一方、有機EL素子をはじめとする機能素子の分野では、大面積の基体に非常に多数の機能素子を形成することが多いため、インクジェット装置には動作の安定性が求められている。インクジェット装置では、一般に数百から数千のノズルを持つインクジェットヘッドを走査しながら各ノズルを個別に制御してインクを吐出し、任意のパターンを形成する。パターン形成中に吐出不良のノズルが一つでも発生すると、そのノズルによって形成された機能素子は特性が不良となってしまう。例えば、基板上に多数の有機EL素子を配列した画像表示装置を製造する場合には、発光特性が不良の画素が形成されてしまうことになる。
 そのため、インクジェット装置を用いて機能素子のパターンを形成する際には、各ノズルの吐出状態を安定させる必要がある。吐出が不安定になる要因として、吐出口からインクが揮発することで吐出口付近のインクの粘度が増大して吐出特性に影響を与えたり、乾燥固化することでノズルが閉塞してしまうことが挙げられる。また、ノズル付近に残留したインクや空間を飛翔している微細なインクミストが、ノズルの周囲で乾燥固化して付着し、吐出口の形状や濡れ性等の物性を変化させてしまうことも考えられる。たとえ、閉塞するには至らなかったとしても、インクの液滴の大きさや吐出方向、吐出スピードが変化すると、着弾位置がずれる等により、機能素子の特性が不均一になってしまう。
 そこで、吐出特性の変化を防止するために、ノズルの乾燥を防止する方法が提案されている。
 例えば、特許文献1には、機能素子を製造する際に基板を入替えたり、製造を一時的に停止するなど、比較的長い時間にわたり吐出を行わない場合に、ノズルの乾燥を防止する方法が提案されている。具体的には、比較的長い時間吐出動作を停止す場合には、ステージの横に設けられたインク乾燥防止装置と対向する位置にインクジェットヘッドを退避させて位置を固定して保持する方法である。
 また、特許文献2には、インクジェットヘッドのノズルの両脇にノズルと連れ動いて移動するようにインク溶媒を保持した保持体を配置し、ノズルと基体との間に溶媒雰囲気を供給する装置が開示されている。
特開2016-215096号公報 特開2003-145783号公報
 一般に、インクジェット装置を用いて大面積の基体上に非常に多数の機能素子を形成する場合には、インクを塗布する塗布領域をインクジェットヘッドで走査して機能素子の材料を塗布してゆく。図11は、これを説明するための模式的な斜視図であり、100は基体、101は基体100の表面のうち機能素子を形成する面である基体表面、102は機能素子である。模式図であるため、8×8個の機能素子102が示されているにすぎないが、実際には非常に多数の機能素子が形成され得る。
 基体表面101がXY平面と平行だとすると、不図示のインクジェットヘッドを、基体表面101からZ方向に所定の距離だけ離間させて、まず主走査方向であるX方向に沿って軌道103上を移動させて、一列分の機能素子102の材料を吐出する。そして、機能素子102を形成する領域すなわち塗布領域よりも外側まで移動すると、インクジェットヘッドを副走査方向であるY方向に軌道104に沿って所定距離移動させた後、移動方向をX方向マイナス側に変更する。そして、軌道105に沿って移動させながら別の一列分の機能素子102の材料を吐出する。そして、塗布領域よりも外側まで移動すると、インクジェットヘッドの移動方向を再び副走査方向であるY方向に変更して軌道106に沿って所定距離移動させる。ここでは、説明を簡単化するため、インクジェットヘッドがノズルを1個だけ有するとして説明したが、複数のノズルを有する場合には、一回の主走査で複数列分の機能素子の材料を吐出することもできる。
 かかる移動を繰返してインクジェットヘッドを主走査方向に往復移動させて走査し、塗布領域の全域にインクを吐出してゆくが、塗布領域を挟んでその両側には、インクジェットヘッドの軌道を変更する領域、すなわち図中点線で囲まれた領域107が存在する。
 インクジェットヘッドに配されたノズルは、塗布領域内では機能素子の配列に従った吐出パターンで繰返しインクを吐出してゆくが、走査切替えタイミングすなわち領域107を移動中は、インクの吐出を停止しているためノズルが乾燥しやすい。領域107を移動中にノズルが乾燥すると、例えば次の列の最初のうちはインクの吐出特性が不安定になり、機能素子の特性に影響が生じやすい。そのため、基体100の縁に近い位置に配置された機能素子が、所定の特性を達成しない場合が生じ得る。
 特許文献1に記載された方法は、基板交換時など比較的長時間にわたりインクの吐出を停止する際に、インクジェットヘッドをステージ外に配置された乾燥防止装置の近傍に退避させて所定位置で固定保持する技術である。このため、特許文献1の技術では、ここで問題にしたような、走査切替えタイミングすなわち領域107を移動中に生じる乾燥には対処し得ない。
 また、特許文献2に記載された方法は、一定の速さで一定の方向にインクジェットヘッドを移動させている間、すなわち塗布領域内でインクを吐出している間におけるノズルの乾燥防止には有効な可能性はある。しかしながら、走査切替えタイミングすなわち領域107を移動中には、インクジェットヘッドの移動方向や速さを変化させるため、ノズル周辺の気流が乱れ、溶媒雰囲気がノズル近傍に十分に供給されるとは限らない。このため、特許文献2の技術では、ここで問題にしたような領域107を移動中に発生するノズルの乾燥に十分に対処できるとは言えない。
 本発明の一態様によれば、インクジェットヘッドを有し、機能素子の材料を含むインクを基体表面に塗布するインクジェット装置であって、前記インクジェットヘッドと前記基体表面とが主走査方向に相対的に往復移動し、前記往復移動の往路と復路の切り替え時に、前記インクジェットヘッドと前記基体表面とが副走査方向に相対的に移動するよう、前記インクジェットヘッドと前記基体表面の相対位置を制御する走査機構と、前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドが前記走査機構により移動する範囲を囲み、前記基体表面を側面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドのノズル面が配置された高さを含む所定の範囲を囲む包囲部と、前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記基体表面の外側で、かつ前記包囲部に囲まれた範囲に設けられ、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の蒸気を前記包囲部が囲む範囲に供給する蒸気供給部と、を有するインクジェット装置である。
 インクジェットヘッドを走査して塗布領域全体にインクを付与してゆく一連の動作中において、塗布領域の外側において走査の切替えを行う際にインクノズルが乾燥するのを抑制することが可能である。
 本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。尚、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
第一実施形態のインクジェット装置の模式的な側面図。 第一実施形態のインクジェット装置の模式的な平面図。 実施形態のインクジェット装置の制御ブロック図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 有機EL素子の製造工程の一部を示す図。 第二実施形態のインクジェット装置の模式的な側面図。 第三実施形態のインクジェット装置の模式的な側面図。 第三実施形態のインクジェット装置の模式的な平面図。 実施例のインクジェットヘッドの駆動波形図。 実施例のインクジェットヘッドの吐出特性図。 インクジェットヘッドの走査方法を示す斜視図。 第四実施形態のインクジェット装置の模式的な側面図。 第四実施形態のインクジェット装置の模式的な平面図。
 [第一実施形態]
 以下、図面を参照して、本発明の第一実施形態のインクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法について説明する。
 図1は、第一実施形態のインクジェット装置1を側面視で見た模式的な側面図であり、図中、11は底板、12は天板、13は4周を囲む側板であり、底板11、天板12、側板13は、インクジェット装置1の外装カバーを構成している。尚、図1においては、紙面手前側の側板13は、装置内部を見やすくするために除外して示している。
 図2は、本実施形態のインクジェット装置1を上方向から平面視した模式的な平面図である。図2においては、装置内部を見やすくするために、天板12を除外して示している。
 以下、図1及び図2を参照して、インクジェット装置1の構成を説明する。まず、機能素子の原材料となるインクを付与する対象は基体4で、インクを付与すべき面は基体表面5である。基体4および基体表面5は、先に図11にて説明した基体100および基体表面101にそれぞれ対応している。基体4は、基台3の上の所定位置にセットされている。
 6はインクジェットヘッドで、インクジェットヘッド6には基体表面5と対向する向きにノズル7が配置されている。図示の便宜上、ノズル7は2×2の4ヘッドのみ示しているが、ノズル7の数や配置はこれに限られるものではない。
 インクジェットヘッド6は走査機構により支持されており、基体表面5からZ方向に所定間隔だけ離れた高さで、ノズル7をXY平面と平行な面内で走査できるように構成されている。すなわち、9は主走査方向(X方向)に沿って伸びる主走査ガイドレールであり、主走査ガイドレール9にはX方向に移動自在な主走査器23が載置されている。また、10は副走査方向(Y方向)に沿って伸びる副走査ガイドレールであり、副走査ガイドレール10にはY方向に移動自在な副走査器24が載置されている。インクジェットヘッド6は主走査器23に固定されており、主走査ガイドレール9は副走査器24に固定されているため、インクジェットヘッド6はXY平面と平行な面内を自在に走査することができる。尚、図1では図面を見やすくするため、副走査器24および副走査ガイドレール10の図示を省略している。
 主走査器23には、インクジェットヘッド6の両脇に雰囲気センサ8が設けられている。雰囲気センサ8は、インクジェットヘッド6とともに移動しながら、インクジェットヘッド6の近傍の雰囲気に含まれるインクの溶媒の蒸気の濃度を計測し、制御部14に計測結果を送信する。
 また、主走査方向(X方向)に沿って基体4を挟むように、基体4の両側には溶媒蒸気供給部16が配置されている。すなわち、溶媒蒸気供給部16は、先に図11で説明したインクジェットヘッドの軌道を変更する領域107に配置されている。
 溶媒蒸気供給部16は、インクジェットヘッド6のノズル7から吐出されるインクの溶媒に含まれる成分と同一材料の蒸気を、周辺の雰囲気に供給する。ここで、インクの溶媒に含まれる成分と同一材料の蒸気とは、例えばインクが複数種類の溶媒を含んでいるときに、そのうちの全部または一部の種類の材料の蒸気のことをいう。
 本実施形態の装置では、インクの溶媒に含まれる成分と同一材料の液体を、例えばスポンジのような多孔質体や繊維の集合体のように表面積の大きな部材に浸み込ませて配置することにより、周辺の空間の蒸気濃度を高めることができる。塗布領域の外側、すなわち図11の領域107においてインクジェットヘッドが走査を切替える際に通過する空間に、溶媒蒸気供給部16を用いてインクの溶媒に含まれる成分の蒸気をあらかじめ供給しておくことが可能である。
 溶媒蒸気供給部16には、インクの溶媒に含まれる成分と同一材料の液体を貯留するタンク20、液体流路21、バルブ22よりなる液体供給系が接続されている。各々の溶媒蒸気供給部16に接続しているバルブ22は、制御部14から送られる指令に基づいて個別に流量あるいは開閉が制御される。言い換えれば、制御部14は各々の溶媒蒸気供給部16への液体の供給量を適宜制御する。
 本実施形態のインクジェット装置1では、インクの溶媒として、例えばキシレンのように蒸気密度が空気よりも大きな材料を用いる。尚、蒸気密度とは、空気の平均分子量を28.8とした時、同温度、同圧力、同体積における空気に対する質量比をいう。本実施形態では、基体4をインクジェットヘッド6よりも鉛直方向下側(-Z方向)にセットし、ノズル7からインクを鉛直方向下向きに吐出する。そして、溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気(空気よりも重い蒸気)を、インクジェットヘッド6が走査を切替える際に通過する空間に滞留させるため、この空間を囲むための部材を配置している。すなわち、インクジェットヘッド6が移動するXY平面内の領域を側壁15で囲み、合わせて側壁15で囲まれた範囲の下側に下壁2を設けて、全体として包囲部を構成している。尚、図2では、視認を容易にするため側壁15に斜線を付して示している。
 下壁2からノズル7までの高さをH1、下壁2から溶媒蒸気供給部16の上端までの高さをH2、下壁2から側壁15の上端までの高さをH3としたとき、下記の関係を満足するように各部材を設置している。
 H1<H2<H3
 かかる配置により、溶媒蒸気供給部16からは空気よりも重い溶媒蒸気が、ノズル7が走査中に移動する水平面よりも高い位置から供給され、下壁2と側壁15で囲まれた包囲部(槽部)の中に貯留されることになる。
 さらに、下壁2と側壁15で囲まれた領域の全域に溶媒蒸気が安定して貯留されるようにするために、本実施形態では、副走査方向(Y方向)に沿って基体4を挟むように、基体4の周囲に溶媒プール17を設けている。溶媒プール17は、ノズル7から吐出されるインクの溶媒に含まれる成分と同一材料の液体を貯留した開放容器であり、溶媒蒸気の供給源となる。19A、19B、19C、19Dは、例えばヒータのような温度調節機構であり、溶媒プール17内の各所の溶媒の温度を調節することにより、各所における溶媒蒸気の発生量を調節可能である。図では、細長い形状の溶媒プール17の両端に温度調節機構を配置して示したが、溶媒プールや温度調節機構はこの例に限られるものではなく、その形状、個数、配置などは適宜変更可能である。尚、各溶媒プール17は、不図示の液体流路とバルブを介してタンク20と接続されている。制御部14は、各溶媒プール17への液体の供給量をバルブにより制御したり、溶媒蒸気の発生量を温度調節機構19A、19B、19C、19Dにより制御することが可能である。
 また、本実施形態では、下壁2と側壁15で囲まれた領域中には、ノズル7の表面をクリーニングするためのクリーニング部18を基台3に隣接して設けている。クリーニングする際には、制御部14は、ノズル7をクリーニング部18と対向する位置に移動させるとともに、クリーニング部18をZ方向に移動させ、ノズル7に当接させる。クリーニング部18は、クリーニング部材として例えばゴムやスポンジのような多孔質体で形成されたワイピングブレードを備える。ワイピングブレードには、インクの溶媒に含まれる成分と同一材料の液体を貯留するタンク20、液体流路21、バルブ22よりなる液体供給系が接続されている。ノズル7をワイピングブレードに当接させ払拭したり、ポンプにより発生させた負圧によってノズルを吸引することにより、ノズルに付着したごみや固形物を除去することができる。
 次に、本実施形態のインクジェット装置1の制御系について説明する。図3は、インクジェット装置1の制御系を簡易的に示す制御ブロック図である。尚、図示の便宜上、図3には制御部が制御する要素のうち、一部だけを示している。
 制御部14は、インクジェット装置1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、インクジェット装置1の動作プログラムが記憶されている。機能素子の製造や、溶媒蒸気を用いた雰囲気制御にかか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に記憶させておいてもよいが、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。
 制御部14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30やネットワークと接続されている。制御部14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。
 制御部14は、インクジェットヘッド6、主走査器23、副走査器24、雰囲気センサ8、各所のバルブ22、温度調節機構19A~温度調節機構19D、クリーニング部18、等と接続され、電気信号の授受を行うことができる。制御部14は、これら各部の動作を制御し、インクジェットヘッド6の走査、ノズル7のインク吐出、雰囲気センサ8の計測、溶媒蒸気供給部16や溶媒プール17への液供給、ノズルのクリーニング等を含めインクの塗布全般に関する処理を実行する。
 次に、本実施形態における雰囲気制御について説明する。本実施形態では、インクジェットヘッド6に連れ動いて移動する雰囲気センサ8により、インクジェットヘッド6の移動経路の各所における溶媒蒸気の濃度を計測することができる。制御部14は、移動経路の各所における計測値に基づき、各所のバルブ22や温度調節機構19A、19B、19C、19Dを個別に制御し、ノズル7の移動経路の各所の溶媒蒸気の濃度が所定濃度以上になるように制御する。例えば、移動経路中のある領域の溶媒蒸気の濃度が所定濃度未満であることを検知した場合には、その領域近傍に配置された溶媒蒸気供給部16あるいは溶媒プール17からの溶媒蒸気の供給量を増加させるように、制御部14はバルブや温度調節機構を制御する。
 本実施形態では、かかる溶媒蒸気の供給制御と、下壁2および側壁15により囲まれた包囲部(槽部)を設けたことが相まって、ノズル7の移動経路全域の溶媒蒸気の濃度を安定して所定量以上に保持することができる。このため、機能素子を形成するためにインクジェットヘッド6を走査してゆく過程で、インクの吐出を行わない領域をインクジェットヘッド6が移動中であっても、ノズル7が乾燥するのを抑制することが可能である。
 次に、本実施形態のインクジェット装置1を用いて基体4に機能素子を製造する方法について述べる。尚、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、その製造方法を説明するが、本発明の実施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を製造してもよい。
 まず、インクジェット装置1にセットする基体4を準備する。図4A~図4Eは、基体4を準備する手順を説明するための各工程を模式的に示した図である。各図は、図示の便宜のため、有機EL素子の一素子に相当する領域の断面を模式的に示している。
 まず、図4Aに示すように、基板41を準備する。基板41は、ガラス等の無機材料や、樹脂等の有機材料が用いられる。典型的には板状の部材であるが、基体として機能し得るものであれば形態が限られるわけではなく、たとえば変形可能なフィルムであってもよい。
 次に、基板41上に図4Bに断面構造を示す構造体を形成する。すなわち、基板41上に接続電極46とTFT47を設け、その上に絶縁層42を形成する。そして、絶縁層42の中央部にスルーホールをあけて金属材料を充填し、プラグ43を形成する。さらに、CMP等の平坦化処理を行い、絶縁層42およびプラグ43の上面を平坦化させる。
 次に、図4Cに示すように、絶縁層44を形成する。絶縁層44は、有機EL素子のバンク部分を作成するために設けられる層である。絶縁層44は、SiOをはじめとする無機酸化物、あるいは例えばポリイミド、アクリル等の樹脂で形成される。
 次に、図4Dに示すように開口部を有するマスク45を例えばフォトリソグラフィーを用いて絶縁層44の上に配置する。そして、例えばリアクティブイオンエッチング48により、絶縁層44をエッチングしてプラグ43が露出した開口部を形成する。
 開口部を形成した後にマスク45を除去することにより、図4Eに示すように、バンク49が形成された基体4が準備できる。その際、リアクティブイオンエッチングの条件や、マスク45を除去する条件を適宜選択することにより、絶縁層42やプラグ43を侵食することなく絶縁層44をパターニングしてバンク49を形成することができる。パターニング後、材料の残渣を除去するために、UVオゾン処理やOプラズマ処理を行っても良い。
 バンク49は、複数の有機EL素子を1次元あるいは2次元に配列する場合に、各有機EL素子を空間的に分離するとともに電気的に絶縁する壁として機能させることができる。バンク49の開口は、インクジェット装置1のノズル7から有機EL素子の材料を含むインクを吐出する際に、液滴を着弾させるべき目標位置となる。
 以上により、基体4が準備できたら、基体4をインクジェット装置1の基台3上の所定位置にセットする。
 図5A~図5Dは、インクジェット装置1によるインクの塗布を含めて、有機EL素子の積層構造を形成する手順を説明するために、各工程を模式的に示した図である。各図は、図示の便宜のため、有機EL素子の一素子に相当する領域の断面を模式的に示しているが、インクの塗布に関しては、図11で説明した走査手順で有機EL素子を形成する領域全体をインクジェットヘッド6で走査しながら行う。その際、ノズル7の移動経路全域の溶媒蒸気の濃度を安定させるため、上述した雰囲気制御の処理を行うことは、もちろんである。
 まず、図5Aに示すように、インクジェット装置1のノズル7から、バンク49で囲まれた領域に下部電極の材料を含んだインク51を塗布する(下部電極材料付与工程)。インク51としては、Ag、Au、Cu、Al、Ni等の導電性微粒子を、蒸気密度が空気よりも大きな溶媒に分散した液を用いる。バンク開口底面のプラグ43と絶縁層42の露出面を覆うのに十分で、かつバンク49で貯留可能な量のインク51を付与する。
 必要に応じた数の液滴を付与した後、乾燥させ、一旦インクジェット装置1から基体4を取り外して100℃~200℃の適宜の温度で焼成し、図5Bに示すように下部電極52を形成する。
 次に、基体4を再びインクジェット装置1にセットし、図5Cに示すように、バンク49で囲まれた領域にインク53を付与し、機能層である発光層や正孔注入層を順次形成してゆく。もちろん、形成する層ごとに、含まれる材料が異なるインクを用いる。各層を形成するのには、層ごとに異なるインクジェットヘッドを用いるのが好適である。
 第一機能層として発光層54を形成するには、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、キシレン等の蒸気密度が空気よりも大きな有機系溶媒に溶解させた第一の有機溶媒系インクを、塗布し乾燥させる(発光材料付与工程)。
 また、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54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。
 発光層用のインクを塗布する際には、下部電極52を覆うのに十分で、かつバンク49で貯留可能な量の有機溶媒系インクを付与する。必要に応じた数の液滴を付与した後、乾燥させ発光層54を形成する。
 第二機能層として正孔注入層55を形成するには、第二の有機溶媒系インクとして、例えば、正孔注入材料のPEDOT/PSS液を付与する(正孔注入層形成工程)。PEDOT/PSS液は好適に利用できるが、正孔注入層用のインクは特にこれに限定されるわけではなく、例えば、下記の高分子系材料をキシレン等の蒸気密度が空気よりも大きな有機系溶媒で溶解させた液を塗布乾燥させても形成することができる。高分子系材料として、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体などがあげられる。
 正孔注入層用のインクを塗布する際には、発光層54を覆うのに十分で、かつバンク49で貯留可能な量の有機溶媒系インクを付与する。必要に応じた数の液滴を付与した後、乾燥させ正孔注入層55を形成する。
 こうして機能層の形成が完了したら、例えばスパッタ成膜により機能層およびバンク49を覆うように透明導電膜で被覆し、図5Dに示すように、上部透明電極56を形成する(上部透明電極形成工程)。
 以上により、特性のばらつきが少ない多数の有機EL素子が配列された有機EL装置を、簡易に製造することができる。
 [第二実施形態]
 図6を参照しながら、第二実施形態のインクジェット装置61について説明する。図6は、第二実施形態のインクジェット装置61を側面方向から見た模式的な側面図であり、図中、11は底板、12は天板、13は4周を囲む側板であり、底板11、天板12、側板13は、インクジェット装置61の外装カバーを構成している。尚、図6においては、紙面手前側の側板13は、装置内部を見やすくするために除外して示している。
 図中の底板11、天板12、側板13、インクジェットヘッド6、ノズル7、雰囲気センサ8、主走査ガイドレール9、制御部14、溶媒蒸気供給部16、タンク20、液体流路21、バルブ22等の機能は、第一実施形態と同様なので、説明を省略する。また、図6では図面を見やすくするため、副走査器24および副走査ガイドレール10の図示を省略している。
 第一実施形態のインクジェット装置1では、インクの溶媒として、例えばキシレンのように蒸気密度が空気よりも大きな材料を用いた。そのため、基体4をインクジェットヘッド6よりも鉛直方向下側(-Z方向)にセットし、ノズル7からインクを鉛直方向下向きに吐出した。そして、溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気(空気よりも重い蒸気)を、インクジェットヘッド6が走査を切替える際に通過する空間に滞留させるため、この空間を囲むための部材を配置した。すなわち、インクジェットヘッド6が移動するXY平面内の領域を側壁15で囲み、合わせて側壁15で囲まれた範囲の下側に下壁2を設け、全体として包囲部を構成した。
 これに対して、実施形態2のインクジェット装置61では、インクの溶媒として、例えば水のように蒸気密度が空気よりも小さな材料を用いる。そのため、基体4をインクジェットヘッド6よりも鉛直方向上側(Z方向)に配置された基台63にセットし、ノズル7からインクを鉛直方向上向き(Z方向)に吐出する。そして、溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気(空気よりも軽い蒸気)を、インクジェットヘッド6が走査を切替える際に通過する空間に滞留させるため、この空間を囲むための部材を配置した。すなわち、インクジェットヘッド6が移動するXY平面内の領域を側壁65で囲み、合わせて側壁65で囲まれた範囲の上側に上壁62を設け、全体として包囲部を構成した。
 上壁62からノズル7までの長さをH4、上壁62から溶媒蒸気供給部16の下端までの長さをH5、上壁62から側壁65の下端までの長さをH6としたとき、下記の関係を満足するように各部材を設置している。
 H4<H5<H6
 かかる配置により、溶媒蒸気供給部16からは空気よりも軽い溶媒蒸気が、ノズル7が走査中に移動する水平面よりも低い位置から供給され、上壁62と側壁15で囲まれた包囲部(蓋部)の中に貯留されることになる。
 本実施形態においても、上壁62と側壁15で囲まれた領域中には、ノズル7の表面をクリーニングするためのクリーニング部18を基台63に隣接して設けている。
 また、不図示ではあるが、本実施形態においても第一実施形態と同様に、副走査方向(Y方向)に沿って基体4を挟むように、両側に溶媒プールを設けている。
 本実施形態においても、インクジェットヘッド6に連れ動いて移動する雰囲気センサ8により、インクジェットヘッド6の移動経路の各所における溶媒蒸気の濃度を計測することができる。制御部14は、移動経路の各所における計測値に基づき、各所のバルブ22や温度調節機構19A、19B、19C、19Dを個別に制御し、ノズル7の移動経路の各所の溶媒蒸気の濃度が所定濃度以上になるように制御する。
 本実施形態では、かかる溶媒蒸気の供給制御と、上壁62および側壁15により囲まれた包囲部(蓋部)を設けたことが相まって、ノズル7の移動経路全域の溶媒蒸気の濃度を安定して所定量以上に保持することができる。このため、機能素子を形成するためにインクジェットヘッド6を走査してゆく過程で、インクの吐出を行わない領域をインクジェットヘッド6が移動中であっても、ノズル7が乾燥するのを抑制することが可能である。
 本実施形態は、例えば図5Aで説明した有機EL素子の下部電極材料付与工程において、Ag、Au、Cu、Al、Ni等の導電性微粒子を、蒸気密度が空気よりも小さな水系溶媒に分散したインクを用いて付与する場合に、好適に用いられる。
 [第三実施形態]
 図7及び図8を参照しながら、第三実施形態のインクジェット装置71について説明する。図7は、第三実施形態のインクジェット装置71を側面方向から見た模式的な側面図であり、図中、11は底板、12は天板、13は4周を囲む側板であり、底板11、天板12、側板13は、インクジェット装置1の外装カバーを構成している。尚、図7においては、紙面手前側の側板13は、装置内部を見やすくするために除外して示している。
 図8は、本実施形態のインクジェット装置71を上面方向から見た模式的な平面図である。図8においては、装置内部を見やすくするために、天板12や上壁72A等を除外して示している。
 尚、図中の底板11、天板12、側板13、インクジェットヘッド6、雰囲気センサ8、主走査ガイドレール9、制御部14、溶媒蒸気供給部16、溶媒プール17、タンク20、液体流路21等の機能は、第一実施形態と同様なので、説明を省略する。尚、図7では図面を見やすくするため、図7では副走査器24および副走査ガイドレール10の図示を省略し、図8では主走査および副走査の走査機構を省略している。
 第一実施形態のインクジェット装置1では、インクの溶媒として蒸気密度が空気よりも大きな材料を用い、第二実施形態のインクジェット装置61では、インクの溶媒として蒸気密度が空気よりも小さな材料を用いた。これに対して、第三実施形態のインクジェット装置71は、蒸気密度が空気よりも大きな材料であっても小さな材料であっても、いずれの材料に対しても対応可能な装置である。
 インクジェット装置71は、インクジェットヘッド6よりも鉛直方向上側(Z方向)に配置された上基台73Aと、インクジェットヘッド6よりも鉛直方向下側(-Z方向)に配置された下基台73Bとを備える。また、インクジェットヘッド6は、ノズル7によるインクの吐出方向を鉛直方向上向き(Z方向)にするか鉛直方向下向き(-Z方向)にするかを切り替え可能な吐出方向切り替え機構を備えている。例えば、インクジェットヘッド6を主走査ガイドレール9を回転軸として180度回転可能な機構である。尚、インクジェット装置71は、ノズル7が上向きの時に使用するクリーニング部78Aと、ノズル7が下向きの時に使用するクリーニング部78Bとを備えている。
 蒸気密度が空気よりも大きな材料を溶媒として含むインクを用いて機能素子を作成する場合には、機能素子を作成する基体を下基台73Bにセットし、インクジェットヘッド6は、ノズル7によるインクの吐出方向を鉛直方向下向き(-Z方向)に切り替える。図7及び図8は、この状態を模式的に示している。一方、蒸気密度が空気よりも小さな材料を溶媒として含むインクを用いて機能素子を作成する場合には、機能素子を作成する基体を上基台73Aにセットし、インクジェットヘッド6は、ノズル7によるインクの吐出方向を鉛直方向上向き(Z方向)に切り替える。
 第一実施形態のインクジェット装置1では、インクジェットヘッド6の移動経路全域に溶媒蒸気を安定的に滞留させるため、下壁2および側壁15により囲まれた包囲部(槽部)を設けた。また、第二実施形態のインクジェット装置61では、インクジェットヘッド6の移動経路全域に溶媒蒸気を安定的に滞留させるため、上壁62および側壁65により囲まれた包囲部(蓋部)を設けた。本実施形態では、空気よりも重い溶媒蒸気でも軽い溶媒蒸気でも、インクジェットヘッド6の移動経路全域に安定的に滞留させるため、上壁72A、側壁75、下壁72Bで移動経路全域を立体的に囲む包囲部を設けた。
 本実施形態においても、インクジェットヘッド6に連れ動いて移動する雰囲気センサ8により、インクジェットヘッド6の移動経路の各所における溶媒蒸気の濃度を計測することができる。制御部14は、移動経路の各所における計測値に基づき、各所のバルブ22や温度調節機構19A、19B、19C、19Dを個別に制御し、ノズル7の移動経路の各所の溶媒蒸気の濃度が所定濃度以上になるように制御する。
 本実施形態では、かかる溶媒蒸気の供給制御と、上壁72A、側壁75、下壁72Bによりノズル7の移動経路全域を囲んだことが相まって、どのような溶媒のインクを用いる場合でも、溶媒蒸気の濃度を安定して所定量以上に保持することができる。このため、機能素子を形成するためにインクジェットヘッド6を走査してゆく過程で、インクの吐出を行わない領域をインクジェットヘッド6が移動中であっても、ノズル7が乾燥するのを抑制することが可能である。
 [第四実施形態]
 図12、図13を参照しながら、第四実施形態のインクジェット装置81について説明する。図12は、第四実施形態のインクジェット装置81を側面方向から見た模式的な側面図であり、図中、11は底板、12は天板、13は4周を囲む側板であり、底板11、天板12、側板13は、インクジェット装置81の外装カバーを構成している。尚、図12においては、紙面手前側の側板13は、装置内部を見やすくするために除外して示している。
 図中のインクジェットヘッド6、ノズル7、雰囲気センサ8、主走査ガイドレール9、制御部14、溶媒蒸気供給部16、タンク20、液体流路21、バルブ22等の機能は、第一実施形態と同様なので、説明を省略する。また、図12では図面を見やすくするため、副走査器24および副走査ガイドレール10の図示を省略している。
 また、図13は、本実施形態のインクジェット装置81を上方向から平面視した模式的な平面図である。図13においては、装置内部を見やすくするために、天板12を除外して示している。
 これまで説明した実施形態においては、溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気を、インクジェットヘッド6が走査を切替える際に通過する空間に滞留させるため、外装カバーとは別にこの空間を囲むための部材を配置している。しかし、この空間に溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気を滞留させるには、適宜設計された外装カバーを包囲部の少なくとも一部として用いてもよい。
 本実施形態では、基体表面を平面視する方向で視たとき、インクジェットヘッドが走査機構により移動する範囲を側板13で囲み、基体を側面視する方向で視たとき、インクジェットヘッドのノズル面が配置された高さを含む所定の範囲を側板13で囲んでいる。本実施形態では、底板11および天板12により、インクジェットヘッドが走査機構により移動する範囲の上下が囲まれており、溶媒蒸気の密度によらず、走査中のインクジェットヘッドの周囲に溶媒蒸気を滞留させることが可能である。蒸気の密度が空気の密度よりも大きな溶媒を含むインクを塗布する時には、基体表面をインクジェットヘッドよりも鉛直方向の下側に配置し、インクジェットヘッドは鉛直方向下側に向けてインクを吐出する。一方、蒸気の密度が空気の密度よりも小さな溶媒を含むインクを塗布する時には、基体表面をインクジェットヘッドよりも鉛直方向の上側に配置し、インクジェットヘッドは鉛直方向上側に向けてインクを吐出する。
 ただし、予め使用するインクの溶媒蒸気の密度が決まっている場合には、溶媒蒸気を滞留させるのに必要な高さ範囲だけを包囲するように包囲部としての外装カバーを設けてもよい。
 溶媒蒸気供給部16から供給される蒸気を滞留させるのに外装カバーを用いる本実施形態では、包囲する体積が他の実施形態に比較して大きくなるため、溶媒蒸気供給部16の蒸気供給力を十分に大きく設定しておく。
 [他の実施形態]
 本発明の実施形態は、上述した第一実施形態~第四実施形態に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。
 例えば、上記実施形態では基体を基台に固定し、インクジェットヘッドをXY両方向に移動させて走査したが、走査機構はこれに限らない。要は、基体とインクジェットヘッドの相対位置を制御して相対的に走査が可能ならばよいので、例えば主走査方向はインクジェットヘッドを移動させ、副走査方向は基体を移動させて走査する機構であってもよい。また、走査方法は図11に示した方法には限らず、例えば往路と復路で隣接した列を走査するのではなく、いわゆるインターレースのように隣接列を飛び越して走査してもよい。
 また、雰囲気制御のためにインクの溶媒に含まれる成分と同一材料の蒸気を供給する手段は、多孔質体や溶媒プールに限るものではなく、その配置も上記実施形態の例に限るものではない。例えば、インクの溶媒に含まれる成分と同一材料のミストを放出するミスト噴霧器を用いることも可能である。また、蒸気の供給量を制御するための温度調節機構は、ヒータに限るものではなく、他の加熱手段や、ペルチエ素子などの冷却手段を用いてもよい。
 また、雰囲気センサは、インクジェットヘッドと連れ動く構成に限られるものではなく、要はインクジェットヘッドの移動経路の近傍における溶媒の蒸気の濃度を計測できるように配置されればよい。例えば、図11の領域107に、複数の固定式雰囲気センサを分散して配置してもよい。
 また、包囲部の形状は、槽や蓋や外囲器に限られるわけではなく、要はノズルの移動範囲に蒸気を安定して滞留させることができるよう、蒸気の空気に対する密度に応じて設計されていればよい。
 また、機能素子として有機EL素子を製造する場合には、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層、電極等をはじめとする各層の材料を含むインクの塗布において本発明を実施することができる。もちろん、有機EL素子以外の機能素子の製造にも広く適用が可能で、たとえば大面積の帯電防止膜や反射防止膜を形成する際にも好適に実施することができる。
 以下に、第一実施形態の具体的実施例を説明する。
 図1乃至図3に示したインクジェット装置1を用いて、図5Cのプロセスすなわちバンクで囲まれた領域に有機EL素子の発光材料を含むインクを付与する工程を実施した。予め、図4Eに示す構造体をガラスを材料とする基板41の上に作成し、基体4としてインクジェット装置1にセットした。インクジェットヘッドは、PZT素子の変位によってインクを押し出す圧電式のヘッドを用い、ノズル数は80とした。
 有機EL素子の発光部は、下記高分子系材料をキシレンで溶解させたインクを塗布して形成した。発光部の高分子系材料として、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が挙げられる。
 溶媒蒸気供給部16には、発泡ポリエチレンのスポンジを用いた。溶媒蒸気供給部16及び溶媒プール17に供給する液体はキシレンとし、タンク20、液体流路21、バルブ22よりなる液体供給系を介してポンプを用いて溶媒蒸気供給部16へ供給した。尚、キシレンの蒸気密度は3.66であり空気より重い。
 制御部14は、雰囲気センサ8を用いて計測したキシレン濃度にもとづいて、インクジェットヘッドが移動する空間のキシレン濃度が所定範囲内になるように各部を制御した。具体的には、ノズルの乾燥を抑制するためにキシレン濃度が4500ppm以上になるようにした。また、結露を防止するために、キシレン濃度が5500ppm以下になるようにした。すなわち、制御部14は、キシレン濃度が5000ppm±10%の範囲内になるように、ポンプ、バルブ、温度調節機構等を調整した。尚、雰囲気測定センサとして、可燃性ガスを最大10000ppmまで検出可能な有機溶剤検知器を用いた。
 図9に示したのは、本実施例で用いたインクジェットヘッドの吐出時の駆動波形である。図示したのは駆動電圧が30Vのものである。ノズルごとに吐出の特性がわずかに異なるため、発光部の描画を行う前に吐出観察を行い、各ノズルの吐出速度および吐出量が一定となるように調整する。
 図10は、本実施例における吐出速度と駆動電圧との関係を示したものである。吐出速度を5m/secに設定し、各ノズルの吐出速度が5±0.1m/secとなるように駆動電圧を調整した。
 発光材料を含むインクを撃ち込むバンクは、3840列×2160行あり、各バンクにインク液滴を1ドットずつ吐出した。駆動ノズル数が80なので、全体を描画するためには往復移動を合わせて118スキャン必要になり、スキャン速度を200mm/secとすれば、ヘッドの加減速も合わせると全体の描画に約540秒かかることになる。
 この間に回復も雰囲気制御も行わない場合には、インクミストやゴミのノズル面への付着、ノズル開口部におけるインク成分の固化、あるいは経時変化によって吐出状態が不安定化し、着弾位置がずれていく。
 製造しようとする有機ELパネルの画素ピッチは、230μmである。このピッチで並ぶバンクの中へ発光部を形成するインク液滴を撃ち込み規定の発光強度を得るためには、主走査方向(X方向)と副走査方向(Y方向)の着弾位置ずれの二乗平均が11.2μm以下でなければならない。
 X方向は吐出のタイミング補正によって位置を制御可能である。これに対しY方向はタイミング補正によって着弾位置を調整することができない。このため着弾バジェットをY方向±10μmに対しX方向は±5μmに設定した。
 前述のように、本実施例においては吐出速度を5m/sec、ヘッドのスキャン速度を200mm/secとした。描画時の基材とヘッドとのGapを200μmとしたため、例えばスキャン方向の着弾ずれが5μmの場合、吐出タイミングを25μsecずらせばよいことになる。
 事前に計測した着弾画像から、上記の手法で各ノズルの着弾位置を調整し、発光部の描画を行った。
 本実施例における着弾の結果を表1に示す。
 [実施例1の着弾結果]
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 溶媒蒸気供給部16及び溶媒プール17からキシレン蒸気を供給しなかった場合には、発光部を形成するインクの着弾はXとYの二乗平均が14.7となり、規定値を上回った。これらの素子による発光強度は1.5%程度のばらつきを持っていた。
 これに対し、雰囲気中のキシレン濃度を5000ppm±10%に調整して描画を行った場合、回復を行わなくても、全体のXとYの二乗平均は11.0となり、規定値に収まった。これらの素子による発光強度ばらつきは0.7%にとどまり、雰囲気のキシレン濃度を制御することで吐出及び着弾位置が安定化することが確認された。
 実施例1と同様の構成で、主走査を10スキャン行うごとに、クリーニング部18を用いて回復動作を行った。
 クリーニング部18には、ワイピング部材として発泡ポリエチレンのスポンジを円筒状に加工したものを用いた。ワイピング部材にはキシレンを含有させておき、湿潤な状態でヘッドのノズル面に当接させるようにワイピング部材を移動させた。ワイピングはヘッドのスキャン動作を利用して行った。
 実施例2の結果を表2に示す。
 [実施例2の着弾結果]
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本実施例においては、雰囲気中のキシレン濃度を制御することに加えて回復動作を行うことで、より着弾安定性を増すことができた。XとYの二乗平均は、描画ドット全体で10.2であり、標準偏差σは2.3であった。これらの素子による発光強度ばらつきは0.5%に収めることができた。
 本発明は、例えば大面積の基体表面にインクを塗布するために用いられるインクジェット装置において好適に実施することができる。特に、例えば有機EL素子のような機能素子を形成する際に好適に用いられるインクジェット装置、およびそれを用いた機能素子の製造方法において好適に実施することができる。
 本発明は、上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
1・・・インクジェット装置/2・・・下壁/3・・・基台/4・・・基体/5・・・基体表面/6・・・インクジェットヘッド/7・・・ノズル/8・・・雰囲気センサ/9・・・主走査ガイドレール/10・・・副走査ガイドレール/11・・・底板/12・・・天板/13・・・側板/14・・・制御部/15・・・側壁/16・・・溶媒蒸気供給部/17・・・溶媒プール/18・・・クリーニング部/19A~19D・・・温度調節機構/20・・・タンク/21・・・液体流路/22・・・バルブ/23・・・主走査器/24・・・副走査器/49・・・バンク/51・・・インク/52・・・下部電極/53・・・インク/54・・・発光層/55・・・正孔注入層/61・・・インクジェット装置/62・・・上壁/63・・・基台/65・・・側壁/71・・・インクジェット装置/73A・・・上基台/73B・・・下基台/78A、78B・・・クリーニング部

Claims (17)

  1.  インクジェットヘッドを有し、機能素子の材料を含むインクを基体表面に塗布するインクジェット装置であって、
     前記インクジェットヘッドと前記基体表面とが主走査方向に相対的に往復移動し、前記往復移動の往路と復路の切り替え時に、前記インクジェットヘッドと前記基体表面とが副走査方向に相対的に移動するよう、前記インクジェットヘッドと前記基体表面の相対位置を制御する走査機構と、
     前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドが前記走査機構により移動する範囲を囲み、前記基体表面を側面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドのノズル面が配置された高さを含む所定の範囲を囲む包囲部と、
     前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記基体表面の外側で、かつ前記包囲部に囲まれた範囲に設けられ、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の蒸気を前記包囲部が囲む範囲に供給する蒸気供給部と、を有するインクジェット装置。
  2.  前記包囲部は、前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドが前記走査機構により移動する範囲と、前記インクジェット装置の外装カバーとの間に設けられている、請求項1に記載のインクジェット装置。
  3.  前記包囲部は、少なくともその一部に前記インクジェット装置の外装カバーを含む、請求項1に記載のインクジェット装置。
  4.  前記蒸気の密度は空気の密度よりも大きく、
     前記包囲部は、前記基体表面を側面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドのノズル面が配置された高さよりも低い範囲を囲んでいる、請求項1乃至3の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  5.  前記蒸気の密度は空気の密度よりも小さく、
     前記包囲部は、前記基体表面を側面視する方向で視たとき、前記インクジェットヘッドのノズル面が配置された高さよりも高い範囲を囲んでいる、請求項1乃至3の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  6.  前記蒸気の密度が空気の密度よりも大きな溶媒を含むインクを塗布する時には、前記基体表面を前記インクジェットヘッドよりも鉛直方向の下側に配置し、前記インクジェットヘッドは鉛直方向下側に向けてインクを吐出するが、
     前記蒸気の密度が空気の密度よりも小さな溶媒を含むインクを塗布する時には、前記基体表面を前記インクジェットヘッドよりも鉛直方向の上側に配置し、前記インクジェットヘッドは鉛直方向上側に向けてインクを吐出する、請求項1乃至3の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  7.  前記蒸気供給部は、前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記基体表面の周囲に配置されている、請求項1乃至6の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  8.  前記蒸気供給部は、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の溶媒で湿潤した多孔質体を有する、請求項1乃至7の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  9.  前記蒸気供給部は、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の溶媒を貯留するプールを有する、請求項1乃至7の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  10.  前記蒸気供給部は、前記インクに含まれる溶媒の成分と同一材料の溶媒のミストを噴霧する噴霧器を有する、請求項1乃至7の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  11.  前記包囲部と前記基体表面の間に、前記インクジェットヘッドのノズル面をクリーニングするクリーニング部材が配置されている、請求項1乃至10の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  12.  前記包囲部で囲まれた範囲に、前記蒸気の濃度を計測する計測手段を有し、
     前記計測手段の計測結果に応じて、前記蒸気供給部が供給する蒸気の量を制御する、請求項1乃至11の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置。
  13.  前記計測手段は、前記走査機構により移動する前記インクジェットヘッドに連れ動くように前記走査機構に支持されている、請求項12に記載のインクジェット装置。
  14.  前記計測手段は、前記基体表面を平面視する方向で視たとき、前記基体表面の外側で、かつ前記包囲部に囲まれた範囲に設けられている、請求項12に記載のインクジェット装置。
  15.  前記計測手段は、前記インクジェットヘッドのノズル面の高さにおける雰囲気中の前記蒸気の濃度を計測する、請求項12乃至14の中のいずれか1項にインクジェット装置。
  16.  請求項1乃至15の中のいずれか1項に記載のインクジェット装置により、前記基体表面に機能素子の材料を含むインクを塗布する、機能素子の製造方法。
  17.  前記インクは、有機EL素子の発光層または電子輸送層または電子注入層または正孔輸送層または正孔注入層または電極の材料を含むインクである、請求項16に記載の機能素子の製造方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5676443U (ja) * 1979-11-15 1981-06-22
JPH0171760U (ja) * 1987-10-30 1989-05-15
JP2003145783A (ja) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Printing Solutions Ltd インクジェット装置
JP2004000942A (ja) * 2003-04-04 2004-01-08 Seiko Epson Corp 描画装置、有機el装置の製造方法および製造装置、並びに有機el装置および電子機器
JP2006260778A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Seiko Epson Corp 基板処理装置
WO2009051036A1 (ja) * 2007-10-17 2009-04-23 Konica Minolta Holdings, Inc. 薄膜形成方法及び有機エレクトロニクス素子

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5676443U (ja) * 1979-11-15 1981-06-22
JPH0171760U (ja) * 1987-10-30 1989-05-15
JP2003145783A (ja) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Printing Solutions Ltd インクジェット装置
JP2004000942A (ja) * 2003-04-04 2004-01-08 Seiko Epson Corp 描画装置、有機el装置の製造方法および製造装置、並びに有機el装置および電子機器
JP2006260778A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Seiko Epson Corp 基板処理装置
WO2009051036A1 (ja) * 2007-10-17 2009-04-23 Konica Minolta Holdings, Inc. 薄膜形成方法及び有機エレクトロニクス素子

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