JP2003257616A - 機能性素子基板および該機能性素子基板を用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機能性素子群を形成した機能性素子基板にお
いて、高精度な機能性素子群のパターンを低い製造コス
トで形成するとともに、製造時に基板が製造装置の基板
保持体に密着しないようにする。 【解決手段】 ＩＴＯ透明電極パターン４を囲む障壁３
付きガラス基板５の透明電極パターン４上に赤、緑、青
に発色する有機ＥＬ材料（機能性材料）を各色がモザイ
ク状に配列されるように、液体噴射ヘッドを用いて有機
ＥＬ材料を含む溶液の液滴２を付与して、有機ＥＬ基板
（機能性基板）を形成する。ガラス基板５の有機ＥＬ素
子群（機能性素子群）が形成される表面の表面粗さは
０.５ｓ以下、裏面の表面粗さは１ｓ以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機能性素子基板お
よび該機能性素子基板を用いた画像表示装置に関し、特
に、吐出装置を用いて機能性材料の膜形成を行うことに
よって形成された機能性素子基板および該機能性素子基
板を用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイに替わる自発光
型ディスプレイとして有機物を用いた発光素子の開発が
加速している。このような素子形成は、機能性材料のパ
ターン化により行われ、一般的にはフォトリソグラフィ
法により行われている。たとえば、有機物を用いた有機
エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと記す）素
子としては、Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.Ｌｅｔｔ.５１（１
２）、２１Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８７の９１３ペー
ジから示されているように低分子を蒸着法で成膜する方
法が報告されている。また、有機ＥＬ素子において、カ
ラー化の手段としては、マスク越しに異なる発光材料を
所望の画素上に蒸着し形成する方法が行われている。し
かしながら、このような真空成膜による方法、フォトリ
ソグラフィ法による方法は、大面積にわたって素子を形
成するには、工程数も多く、生産コストが高いといった
欠点がある。

【０００３】このような課題に対して、本発明者は有機
ＥＬ素子に代表されるような機能性素子形成のための、
機能性材料膜の形成およびパターン化にあたり、米国特
許第３０６０４２９号、米国特許第３２９８０３０号、
米国特許第３５９６２７５号、米国特許第３４１６１５
３号、米国特許第３７４７１２０号、米国特許第５７２
９２５７号等として知られるようなインクジェット液滴
付与手段によって、真空成膜法とフォトリソグラフィ・
エッチング法等によらずに、安定的に歩留まり良くかつ
低コストで機能性材料を所望の位置に付与することがで
きるのではないかと考えた。

【０００４】たとえば、機能性素子の一例として有機Ｅ
Ｌ素子を考えた場合、このような有機ＥＬ素子を構成す
る正孔注入／輸送材料ならびに発光材料を溶媒に溶解ま
たは分散させた組成物を、インクジェットヘッドから吐
出させて透明電極基板上にパターニング塗布し、正孔注
入／輸送層ならびに発光材層をパターン形成すれば実現
できると考えたのである。

【０００５】しかしながら、いわゆるインクを紙に向け
て飛翔、付着、吸収させて記録を行うインクジェット記
録とは、噴射させる液体、またそれを受容する基板も、
紙と違い、簡単に受容させるには、まだまだ未解決の要
素が多々存在する。とりわけ基板に高精度な位置でこの
ような未知の液体を付着、受容させるには大きな工夫が
必要とされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
機能性素子を用いた機能性素子基板、およびそれを用い
た画像表示装置に関するものであり、その第１の目的
は、高精度、低コストな機能性素子基板を提案すること
にある。また第２の目的は、より高精度な機能性素子群
を形成することにある。さらに第３の目的は、このよう
な機能性素子を用いた画像表示装置の機能性素子基板の
製造プロセス時における製造不具合が生じにくい機能性
素子基板を提案することにある。また第４の目的は、こ
のような機能性素子基板を用いた画像表示装置を提案す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために第１に、基板の表面に機能性材料を含有する
溶液の液滴を噴射付与し、機能性素子群を形成した機能
性素子基板において、前記基板の裏面の表面粗さを前記
基板の表面の表面粗さより粗くしたことを特徴とする。
また第２に、上記第１の機能性素子基板において、前記
機能性素子群を形成する前記基板の表面の表面粗さは、
０.５ｓ以下であることを特徴とする。さらに第３に、
上記第１または２の機能性素子基板において、前記基板
の裏面の表面粗さは、１ｓ以上であることを特徴とす
る。また第４に、上記第１〜３の機能性素子基板と、こ
の機能性素子基板に対向して配置されたカバープレート
とを有する画像表示装置であることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発
明の実施例の吐出組成物を用い機能性素子を作製する一
工程を模式的に示す斜視図で、機能性素子の一例として
有機ＥＬ素子を考えた場合である。ここでは、モザイク
状に区切られたＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）透
明電極パターン４を囲む障壁３付きガラス基板５の透明
電極パターン４上に、赤、緑、青に発色する有機ＥＬ材
料を溶解した溶液を、各色モザイク状に配列するように
付与する例を示している。透明電極パターン４上への有
機ＥＬ材料の付与は、液体噴射ヘッドを用いて有機ＥＬ
材料を溶解した溶液をノズル１から噴射し、その液滴２
を付与する。溶液の組成は、たとえば以下のとおりであ
る。 溶液組成物 溶媒 ドデシルベンゼン／ジクロロベンゼン（１／１、体積比） 赤 ポリフルオレン ／ペリレン染料（９８／２、重量比） 緑 ポリフルオレン／クマリン染料（９８.５／１.５、重量比） 青 ポリフルオレン

【０００９】固形物の溶媒に対する割合は、たとえば
０.４％（重量／体積）とされる。ここで、このような
溶液を付与されたガラス基板５は、たとえば１００℃で
加熱し、溶媒を除去してからこの基板上に適当な金属マ
スクをし、図示しないアルミニウムを２０００オングス
トローム蒸着し、ＩＴＯとアルミニウムよりリード線を
引き出し、ＩＴＯを陽極、アルミニウムを陰極として有
機ＥＬ素子が完成する。印加電圧は１５ボルト程度で所
定の形状で赤、緑、青色に発光する有機ＥＬ素子が得ら
れる。

【００１０】このような有機ＥＬ素子群を構成したガラ
ス基板は、ガラスあるいはプラスチック等の透明カバー
プレートを対向配置し、ケーシング（パッケージング）
することにより、自発光型の有機ＥＬディスプレイ等の
画像表示装置とすることができる。なお、ここでは機能
性素子の一例として有機ＥＬ素子を考えた場合である
が、必ずしもこのような素子、材料に限定されるもので
はない。たとえば、電子放出素子を考えた場合、パラジ
ウム系の化合物を含有する溶液が使用される。この場合
は最終形態としては、この電子放出素子基板に蛍光体を
具備したフェースプレートを対向配置してパッケージン
グされた電子放出型ディスプレイとなる。また、機能性
素子として有機トランジスタなども好適に製作できる。
また、上記例の障壁３を形成するためのレジスト材料な
ども本発明に使用する溶液として利用される。

【００１１】ここで、このような機能性材料を含有した
溶液を付与する手段として本発明では、インクジェット
の技術が適用される。以下にその具体的方法を説明す
る。図２は、本発明の機能性素子基板の製造装置の一実
施例を説明するための斜視図である。図中、１１は吐出
ヘッドユニット、１２はキャリッジ、１３は基板保持
台、１４は機能性素子を形成する基板、１５は機能性材
料を含有する溶液の供給チューブ、１６は信号供給ケー
ブル、１７は噴射ヘッドコントロールボックス、１８は
キャリッジ１２のＸ方向スキャンモータ、１９はキャリ
ッジ１２のＹ方向スキャンモータ、２０はコンピュー
タ、２１はコントロールボックス、２２（２２Ｘ１、２
２Ｙ１、２２Ｘ２、２２Ｙ２）は基板位置決め／保持手
段である。

【００１２】図３は、本発明の機能性素子基板の製造に
適用される液滴付与装置を示す図、図４は、図３の液滴
付与装置の吐出ヘッドユニットを示す要部斜視図であ
る。図３の液滴付与装置は、図２の液滴付与装置と異な
り、基板１４側を移動させて機能性素子群を基板に形成
するものである。図３及び図４において、３１はヘッド
アライメント制御機構、３２は検出光学系、３３は噴射
ヘッド、３４はヘッドアライメント微動機構、３５は制
御コンピュータ、３６は画像識別機構、３７はＸＹ方向
走査機構、３８は位置検出機構、３９は位置補正制御機
構、４０は噴射ヘッド駆動・制御機構、４１は光軸、４
２は素子電極、４３は液滴、４４は液滴着弾位置であ
る。

【００１３】吐出ヘッドユニット１１の噴射ヘッド３３
としては、任意の液滴を定量吐出できるものであればい
かなる機構でも良く、特に数ｐｌ〜数１００ｐｌ程度の
液滴を形成できるインクジェット方式の機構が望まし
い。インクジェット方式としては、たとえば米国特許第
３６８３２１２号明細書に開示されている方式（Ｚｏｌ
ｔａｎ方式）、米国特許第３７４７１２０号明細書に開
示されている方式（Ｓｔｅｍｍｅ方式）、米国特許第３
９４６３９８号明細書に開示されている方式（Ｋｙｓｅ
ｒ方式）のようにピエゾ振動素子に、電気的信号を印加
し、この電気的信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変
え、該機械的振動に従って微細なノズルから液滴を吐出
飛翔させるものがあり、通常、総称してドロップオンデ
マンド方式と呼ばれている。

【００１４】他の方式として、米国特許第３５９６２７
５号明細書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開
示されている方式（Ｓｗｅｅｔ方式）がある。これは連
続振動発生法によって帯電量の制御された記録液体の小
滴を発生させ、この発生された帯電量の制御された小滴
を、一様の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させ
ることで、記録部材上に記録を行うものであり、通常、
連続流方式、あるいは荷電制御方式と呼ばれている。

【００１５】さらに他の方式として、特公昭５６−９４
２９号公報に開示されている方式がある。これは液体中
で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力により微細なノ
ズルから液滴を吐出飛翔させるものであり、サーマルイ
ンクジェット方式、あるいはバブルジェット（登録商
標）方式と呼ばれている。このように液滴を噴射する方
式は、ドロップオンデマンド方式、連続流方式、サーマ
ルインクジェット方式などがあるが、必要に応じて適宜
の方式を選べばよい。

【００１６】本発明では、図２に示すような機能性素子
基板の製造装置において、基板１４はこの装置の基板位
置決め／保持手段２２によってその保持位置を調整して
決められる。図２では簡略化しているが、基板位置決め
／保持手段２２は基板１４の各辺に当接され、Ｘ方向お
よびそれに直交するＹ方向にμｍオーダーで微調整でき
るようになっているとともに、噴射ヘッドコントロール
ボックス１７、コンピュータ２０、コントロールボック
ス２１等と接続され、その位置決め情報および微調整変
位情報などと、液滴付与の位置情報、タイミングなど
は、たえずフィードバックできるようになっている。

【００１７】さらに、本発明の機能性素子基板の製造装
置では、Ｘ、Ｙ方向の位置調整機構の他に図示しない
（基板１４の下に位置するために見えない）、回転位置
調整機構を有している。これに関連して先に本発明の機
能性素子基板の形状および形成される機能性素子群の配
列に関して説明する。

【００１８】本発明の機能性素子基板は、石英ガラス、
Ｎａ等の不純物含有量を低減させたガラス、青板ガラ
ス、ＳｉＯ２を表面に堆積させたガラス基板およびアル
ミナ等のセラミックス基板等が用いられる。また、軽量
化あるいは可撓性を目的として、ＰＥＴを始めとする各
種プラスチック基板も好適に用いられる。いずれにしろ
その形状はこのような基板を経済的に生産、供給する、
あるいは最終的に製作される機能性素子基板の用途か
ら、Ｓｉウエハなどとは違って、矩形（直角４辺形）で
ある。つまり、その矩形形状を構成する縦２辺、横２辺
はそれぞれ、縦２辺が互いに平行、横２辺が互いに平行
であり、かつ縦横の辺は直角をなすような基板である。

【００１９】このような基板に対して、本発明では形成
される機能性素子群をマトリックス状に配列し、このマ
トリックスの互いに直交する２方向が、この基板の縦方
向の辺あるいは横方向の辺の方向と平行であるように機
能性素子群を配列する。このように機能性素子群をマト
リックス状に配列する理由、および基板の縦横の辺をそ
のマトリックスの直交する２方向と平行になるようにす
る理由について以下に述べる。

【００２０】図２あるいは図３に示したように、本発明
では、最初に基板１４と吐出ヘッドユニット１１（噴射
ヘッド３３）の溶液噴射口面の位置関係が決められた後
は、特に位置制御を行うことはない。つまり、吐出ヘッ
ドユニット１１は基板１４に対して一定の距離を保ちな
がら機能性素子群の形成面に対して平行にＸ、Ｙ方向の
相対移動を行いつつ、上記溶液（たとえば、有機ＥＬ材
料、あるいは導電性材料を溶解した溶液、レジスト材料
など）の噴射を行う。つまり、このＸ方向及びＹ方向は
互いに直交する２方向であり、基板の位置決めを行う際
に、基板の縦辺あるいは横辺をそのＹ方向あるいはＸ方
向と平行になるようにしておけば、形成される機能性素
子群もそのマトリックス状配列の２方向がそれぞれ平行
であるため、相対移動を行いつつ噴射する機構のみで高
精度の機能性素子群形成を行うことができる。言い換え
るならば、本発明のような基板形状、機能性素子群のマ
トリックス状配列、直交するＸ、Ｙの２方向の相対移動
装置にすれば、素子形成の液滴噴射を行う前の基板の位
置決めを正確に行うことにより、高精度な機能性素子群
のマトリックス状配列が得られるということである。

【００２１】ここで、先ほどの回転位置調整機構に戻っ
て説明する。前述のように本発明では、素子形成の液滴
噴射を行う前の基板の位置決めを正確に行い、Ｘおよび
Ｙ方向の相対移動のみを行い、他の制御を行わず、高精
度な機能性素子群のマトリックス状配列を得ようという
ものである。その際問題となるのは、最初に基板の位置
決めを行う際の回転方向（Ｘ、Ｙの２方向で決定される
平面に対して垂直方向の軸に対する回転方向）のズレで
ある。

【００２２】この回転方向のズレを補正するために、本
発明では、前述のように図示しない（基板１４の下に位
置して見えない）回転位置調整機構を有している。これ
により回転方向のズレも補正し、基板の辺を位置決めす
ると、本発明の装置では、ＸおよびＹ方向のみの相対移
動で高精度な機能性素子群のマトリックス状配列が得ら
れる。

【００２３】以上は、この回転位置調整機構を、図２の
基板位置決め／保持手段２２（２２Ｘ１、２２Ｙ１、２
２Ｘ２、２２Ｙ２）とは別異の機構として説明した（基
板１４の下に位置して見えない）が、基板位置決め／保
持手段２２に回転位置調整機構を持たせることも可能で
ある。例えば、基板位置決め／保持手段２２は、基板１
４の辺に当接され、基板位置決め／保持手段２２全体
が、Ｘ方向あるいはＹ方向に位置を調整できるようにな
っているが、基板位置決め／保持手段２２の基板１４の
辺に当接される部分において、距離をおいて設けられた
２本のネジが独立に動くようにしておけば、角度調整が
可能である。なお、この回転位置制御情報も上記のＸ、
Ｙ方向の位置決め情報および微調整変位情報などと同様
に噴射ヘッドコントロールボックス１７、コンピュータ
２０、コントロールボックス２１などと接続され、液滴
付与の位置情報、タイミングなどが、たえずフィードバ
ックできるようになっている。

【００２４】次に、本発明の位置決め手段と異なる他の
手段、構成について説明する。上記の説明では基板位置
決め／保持手段２２は、基板１４の辺に当接され、基板
位置決め／保持手段２２全体が、Ｘ方向あるいはＹ方向
に位置を調整できるようにしたものであるが、ここで
は、基板１４の辺ではなく、基板上に互いに直交する２
方向に帯状パターンを設けるようにした例について説明
する。前述のように、本発明では基板上に機能性素子群
をマトリックス状に配列して形成されるが、ここでは、
前記のような互いに直交する２方向の帯状パターンをこ
のマトリックスの互いに直交する２方向と平行になるよ
うに形成しておく。このような帯状パターンは、基板上
にフォトファブリケーション技術によって容易に形成で
きる。

【００２５】あるいは、上述のような帯状パターンをそ
の目的のためだけに作成するのではなく、図４に示す素
子電極４２や、各素子のＸ方向配線やＹ方向配線等の配
線パターンを本発明の互いに直交する２方向の帯状パタ
ーンとみなしてもよい。このような帯状パターンを設け
ておけば、図４で後述するような、ＣＣＤカメラとレン
ズとを用いた検出光学系３２によってパターン検出がで
き、位置調整にフィードバックできる。

【００２６】次に、上記Ｘ、Ｙ方向に対して垂直方向で
あるＺ方向であるが、本発明では、最初に基板１４と吐
出ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の位置関係が決め
られた後は、特に位置制御を行うことはない。つまり、
吐出ヘッドユニット１１は基板１４に対して一定の距離
を保ちながらＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、機能性
材料を含有する溶液の噴射を行うが、その噴射時には、
吐出ヘッドユニット１１のＺ方向の位置制御は特に行わ
ない。その理由は、噴射時にその制御を行うと、機構、
制御システムなどが複雑になるだけではなく、基板１４
への液滴付与による機能性素子の形成が遅くなり、生産
性が著しく低下するからである。

【００２７】かわりに、本発明では基板１４の平面度や
その基板１４を保持する部分の装置の平面度、さらに吐
出ヘッドユニット１１をＸ、Ｙ方向に相対移動を行わせ
るキャリッジ機構などの精度を高めるようにすること
で、噴射時のＺ方向制御を行わず、吐出ヘッドユニット
１１と基板１４のＸ、Ｙ方向の相対移動を高速で行い、
生産性を高めている。一例をあげると、本発明の溶液付
与時（噴射時）における基板１４と吐出ヘッドユニット
１１の溶液噴射口面の距離の変動は５ｍｍ以下におさえ
られている（基板１４のサイズが２００ｍｍ×２００ｍ
ｍ以上、４０００ｍｍ×４０００ｍｍ以下の場合）。

【００２８】なお、通常Ｘ、Ｙ方向の２方向で決まる平
面は水平（鉛直方向に対して垂直な面）に維持されるよ
うに装置構成されるが、基板１４が小さい場合（例えば
５００ｍｍ×５００ｍｍ以下の場合）には必ずしもＸ、
Ｙ方向の２方向で決まる平面を水平にする必要はなく、
その装置にとって最も効率的な基板１４の配置の位置関
係になるようにすればよい。

【００２９】次に、本発明の他の実施例を説明するが、
本発明はこれらの例に限定されるものではない。図３
は、図２の場合と違い、吐出ヘッドユニット１１と基板
１４の相対移動を行う際に、基板１４側を移動させる例
である。図４は、図３の装置の吐出ヘッドユニット１１
を拡大して示した図で、図４（Ａ）は検出光学系によっ
て吐出ヘッドユニットの位置決めを行っている様子を示
し、図４（Ｂ）は吐出ヘッドユニットが位置決めされた
後、液滴を噴射している様子を示す図である。図３にお
いて、３７はＸＹ方向走査機構であり、その上に機能性
素子基板１４が載置してある。基板１４上の機能性素子
は、たとえば図１のものと同じ構成であり、単素子とし
ては図１に示した構成と同様に、ガラス基板５（機能性
素子基板１４に相当する）、障壁３、ＩＴＯ透明電極パ
ターン４よりなっている。この機能性素子基板１４の上
方に液滴を付与する吐出ヘッドユニット１１が位置して
いる。本実施例では、吐出ヘッドユニット１１は固定
で、機能性素子基板１４がＸＹ方向走査機構３７により
任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット１１と
機能性素子基板１４との相対移動が実現される。

【００３０】次に、図４により吐出ヘッドユニット１１
の構成を説明する。図４において、３２は基板１４上の
画像情報を取り込む検出光学系であり、液滴４３を吐出
させる噴射ヘッド３３に近接し、検出光学系３２の光軸
４１および焦点位置と、噴射ヘッド３３による液滴４３
の着弾位置４４とが一致するよう配置されている。この
場合、図３に示す検出光学系３２と噴射ヘッド３３との
位置関係はヘッドアライメント微動機構３４とヘッドア
ライメント制御機構３１により精密に調整できるように
なっている。また、検出光学系３２には、ＣＣＤカメラ
とレンズとを用いている。

【００３１】図３において、３６は先の検出光学系３２
で取り込まれた画像情報を識別する画像識別機構であ
り、画像のコントラストを２値化し、２値化した特定コ
ントラスト部分の重心位置を算出する機能を有したもの
である。具体的には（株）キーエンス製の高精度画像認
識装置、ＶＸ−４２１０を用いることができる。これに
よって得られた画像情報に機能性素子基板１４上におけ
る位置情報を与える手段が位置検出機構３８である。こ
れには、ＸＹ方向走査機構３７に設けられたリニアエン
コーダ等の測長器を利用することができる。また、これ
らの画像情報と機能性素子基板１４上での位置情報をも
とに、位置補正を行うのが位置補正制御機構３９であ
り、この機構によりＸＹ方向走査機構３７の動きに補正
が加えられる。また、噴射ヘッド駆動・制御機構４０に
よって噴射ヘッド３３が駆動され、液滴が機能性素子基
板１４上に付与される。これまで述べた各制御機構は、
制御用コンピュータ３５により集中制御される。

【００３２】なお、以上の説明は、吐出ヘッドユニット
１１は固定で、機能性素子基板１４がＸＹ方向走査機構
３７により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニ
ット１１と機能性素子基板１４との相対移動を実現して
いるが、図２のように、機能性素子基板１４を固定と
し、吐出ヘッドユニット１１がＸＹ方向に走査するよう
な構成としてもよいことはいうまでもない。特に２００
ｍｍ×２００ｍｍ程度の中型基板から２０００ｍｍ×２
０００ｍｍあるいはそれ以上の大型基板の製作に適用す
る場合には、後者のように機能性素子基板１４を固定と
し、吐出ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向
に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直
交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよ
い。

【００３３】また逆に、たとえば軽いプラスチック基板
を使用し、そのサイズも２００ｍｍ×２００ｍｍから４
００ｍｍ×４００ｍｍ程度の中型基板の場合において
は、インクジェットプリンタの紙搬送を行うようにする
ことも考えられる。つまり、キャリッジ１２に搭載され
た吐出ヘッドユニット１１が、Ｘ方向のみ（もしくはＹ
方向のみ）に走査され、基板がＹ方向（もしくはＸ方
向）に搬送される。その場合は生産性が著しく向上す
る。

【００３４】基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ程度
以下の場合には、液滴付与のための吐出ヘッドユニット
を２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチ
ノズルタイプとし、吐出ヘッドユニットと基板の相対移
動を直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に行うことな
く、１方向のみ（例えばＸ方向のみ）に相対移動させて
行うことも可能であり、また量産性も高くすることがで
きるが、基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の場
合には、そのような２００ｍｍの範囲をカバーできるラ
ージアレイマルチノズルタイプの吐出ヘッドユニットを
製作することは技術的／コスト的に実現困難であり、本
発明のように吐出ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙ
の２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこの
ような直交する２方向に順次行うようにする構成とした
ほうがよい。

【００３５】特に最終的な基板としては、２００ｍｍ×
２００ｍｍより小さいものを製作する場合であっても、
大きな基板から複数個取りして製作するような場合に
は、その元の基板は、４００ｍｍ×４００ｍｍから２０
００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上のものを使用
することになるので、吐出ヘッドユニット１１が直交す
るＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付
与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構
成としたほうがよい。

【００３６】液滴４３の材料には、先に述べた有機ＥＬ
材料の他に、例えばポリフェニレンビニレン系（ポリパ
ラフェニリレンビニレン系誘導体）、ポリフェニレン系
誘導体、その他、ベンゼン誘導体に可溶な低分子系有機
ＥＬ材料、高分子系有機ＥＬ材料、ポリビニルカルバゾ
ールなどの材料を用いることができる。有機ＥＬ材料の
具体例としては、ルブレン、ペリレン、９、１０−ジフ
ェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイ
ルレッド、クマリン６、キナクリドン、ポリチオフェン
誘導体などが挙げられる。また、有機ＥＬ表示における
周辺材料である電子輸送性、ホール輸送性材料も本発明
の機能性素子を製作する機能材料として使用される。

【００３７】本発明の機能性素子を製作する機能材料と
しては、この他に半導体などに多用される層間絶縁膜の
シリコンガラスの前駆物質であるか、シリカガラス形成
材料を挙げることができる。かかる前駆物質として、ポ
リシラザン（例えば東燃製）、有機ＳＯＧ材料などが挙
げられる。また、有機金属化合物を用いても良い。

【００３８】さらに、他の例として、カラーフィルター
用材料が挙げられる。具体的には、スミカレッドＢ（商
品名、住友化学製染料）、カヤロンフアストイエローＧ
Ｌ（商品名、日本化薬製染料）、ダイアセリンフアスト
ブリリアンブルーＢ（商品名、三菱化成製染料）などの
昇華染料などを用いることができる。

【００３９】本発明の溶液組成物において、ベンゼン誘
導体の沸点が１５０℃以上であることが好ましい。この
ような溶媒の具体例としては、Ｏ−ジクロロベンゼン、
ｍ−ジクロロベンゼン、１、２、３−トリクロロベンゼ
ン、Ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、１−ク
ロロナフタレン、ブロモベンゼン、Ｏ−ジブロモベンゼ
ン、１−ジブロモナフタレンなどが挙げられる。これら
の溶媒を用いることにより、溶媒の揮散が防げるので好
適である。これらの溶媒は、芳香族化合物に対する溶解
度が大きく好適である。また、本発明の溶液組成物ドデ
シルベンゼンを含むことが好ましい。ドデシルベンゼン
としては、ｎ−ドデシルベンゼン単一でも良く、また異
性体の混合物を用いることもできる。

【００４０】この溶媒は、沸点３００℃以上、粘度６ｃ
ｐ以上（２０℃）の特性を有し、この溶媒単一でももち
ろん良いが、他の溶媒に加えることにより、溶媒の揮散
を効果的に防げ、好適である。また、上記溶媒のうちド
デシルベンゼン以外は粘度が比較的小さいため、この溶
媒を加えることにより粘度も調整できるため非常に好適
である。本発明によれば、上述したような溶液組成物を
吐出装置により基板上に吐出により供給した後、基板を
吐出時温度より高温で処理して膜化する機能膜形成法が
提供される。吐出温度は室温であり、吐出後基板を加熱
することが好ましい。このような処理をすることによ
り、吐出時溶媒の揮散、温度の低下により析出した内容
物が再溶解され、均一、均質な機能膜を得ることができ
る。上述の機能膜の作製法において、吐出組成物を吐出
装置により基板上に供給後、基板を吐出時温度より高温
に処理する際に、加圧しながら加熱することが好まし
い。このように処理することにより、加熱時の溶媒の揮
散を遅らすことができ、内容物の再溶解が更に促進され
る。その結果、均一、均質な機能膜を得ることができ
る。また、上述の機能膜の作製法において、前記基板を
高温処理後直ちに減圧し、溶媒を除去することが好まし
い。このように処理することにより、溶媒濃縮時の内容
物の相分離を防ぐことができる。

【００４１】こうした液滴４３を吐出ヘッドユニット１
１の噴射ヘッド３３により所望の素子電極部に付与する
際には、付与すべき位置を検出光学系３２と画像識別機
構３６とで計測し、その計測データ、噴射ヘッド３３の
吐出口面と機能性素子基板１４の距離、キャリッジの移
動速度に基づいて補正座標を生成し、この補正座標通り
に機能性素子基板１４前面を吐出ヘッドユニット１１の
噴射ヘッド３３をＸ、Ｙ方向に移動せしめながら液滴を
付与する。検出光学系３２としては、ＣＣＤカメラ等と
レンズを組み合わせたものを用い、画像識別機構３６と
しては、市販のもので画像を２値化しその重心位置を求
めるもの等を用いることができる。

【００４２】次に、本発明の他の特徴について説明す
る。本発明の機能性素子基板は、機能性材料を含有する
溶液をインクジェットの原理で空中を飛翔させ、基板上
に液滴として付与して製作されるものであるが、高精度
な機能性素子を形成するためには、液滴が基板上に付与
された時点で、良好な素子形成が行われるように、付与
後の液滴が基板上でにじんだり、流れたりすることな
く、良好な丸いドットを形成し、鮮明かつ狙いどおりの
寸法のドットが得られることが要求される。

【００４３】通常、紙にインクを噴射し、記録を行うイ
ンクジェット記録技術においては、紙面上で、良好な丸
いドットを形成し、鮮明かつ狙いどおりの寸法のドット
を得るために、たとえば、紙の表面にシリカ等の物質を
コートしたいわゆるコート紙と呼ばれるインクジェット
記録専用紙が使用される。本発明は紙ではなく機能性素
子基板に関するものであり、インクジェット記録専用紙
のような原理を採用することができない。

【００４４】しかしながら本発明者は、インクジェット
記録専用紙にヒントを得て、本発明の機能性素子基板に
おいては、機能性材料を含有する溶液をインクジェット
の原理で付着させる前の基板表面の状態が、良好な丸い
ドットを形成し、鮮明かつ狙いどおりの寸法のドットを
得るために大きな作用を及ぼすのではないかと考えた。
具体的には、基板の表面の粗さである。

【００４５】本発明に使用される基板は、前述のよう
に、ガラス、セラミックス、あるいは各種プラスチック
などが用いられる。ここで、たとえばガラス表面がすり
ガラスのような状態のものである場合、機能性材料を含
有する溶液をインクジェットの原理で付着させた場合、
毛管現象の原理で、基板上に付着した溶液はどんどん広
がっていき、いわゆるにじみ状態になり、良好なドット
としての形状を維持できない。本発明者はこの現象に注
目し、本発明に使用する基板の表面の粗さをいろいろ変
化させ、付着した溶液が広がらない、つまりにじみ状態
にならないようにするにはどのくらいの表面粗さにすれ
ばよいのかを実験的に検討した。表１にその結果を示
す。

【００４６】実験に使用した基板は、石英ガラスとＰＥ
Ｔフィルム（厚さ３ｍｍ）とＳｉＯ２を表面に堆積させ
たアルミナ基板（以下、ＳｉＯ２アルミナ基板と記
す。）であり、石英ガラスとＰＥＴフィルムの場合、表
面粗さを鏡面状態からすりガラス状のものまで変えたも
のを準備した。また、ＳｉＯ２アルミナ基板の場合は、
アルミナ基板の表面をでき得る限りその表面粗さをなめ
らかにし、スパッタリングによって堆積させるＳｉＯ２
の体積条件を変化させ、ＳｉＯ２面の表面粗さを変化さ
せたものを準備した。なお、表面粗さはデックタック製
の接触型表面粗さ計で測定した。

【００４７】これらの基板は図２に示した装置を用い、
機能性材料を含有する溶液をインクジェットの原理で付
着させ、良好なドットの形成状況を調べたものである。
以下に実際の実験に使用した溶液、噴射ヘッドの条件等
を示す。使用した溶液は、Ｏ−ジクロロベンゼン／ドデ
シルベンゼンの混合溶液にポリヘキシルオキシフェニレ
ンビニレンを０.１重量パーセント混合した溶液であ
る。また、使用した噴射ヘッドは、ピエゾ素子を利用し
たドロップオンデマンド型インクジェットヘッドで、ノ
ズル径はΦ２３μｍで、ピエゾ素子への入力電圧を２７
Ｖとし、駆動周波数は、１２ｋＨｚとした。その際ジェ
ット初速度として、８ｍ／ｓを得ており、１滴の質量は
５ｐｌである。キャリッジ走査速度（Ｘ方向）は、５ｍ
／ｓとした。なお噴射ヘッドノズルと基板間の距離は３
ｍｍとした。また、液滴飛翔時の液滴の形状を、素子形
成と同じ条件で別途噴射、観察し、その形状が、基板面
に付着する直前（本発明例では３ｍｍ）にほぼ丸い滴に
なるように駆動波形を制御して噴射させた。なお、完全
に丸い球状が得られず、飛翔方向に伸びた柱状であって
も、駆動波形を制御し、その直径の３倍以内の長さにし
た。またその際、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴うこ
とのない駆動条件（駆動波形）を選んだ。

【００４８】その後、この上にアルミニウムをスパッタ
し素子形成を行った。ＩＴＯとアルミニウムよりリード
線を引き出し、ＩＴＯを陽極、アルミニウムを陰極とし
て１０Ｖの電圧を印加したところ、表１のような結果が
得られた。ここでは基板上の素子形成状況および素子性
能を評価したものである。ここで、基板上のドットの形
成状況（にじみ状況）は、良好に形成でき（にじみのな
い鮮明なドット）電子放出素子が良好に形成できるレベ
ルのものを○、溶液が流れ気味でにじんだドットとなり
電子放出素子が良好に形成できないレベルのものを×と
している。素子性能が、○は所定の形状で橙色に発光し
たものであり、×は発光しなかったり部分的に発光（素
子としては実使用不可）したりしたものである。

【００４９】

【表１】

【００５０】以上の結果より、基板の種類とは関係な
く、溶液が付着する領域の表面粗さによって、基板上の
ドット形成状況およびそれによる素子性能が決まること
がわかる。つまり、基板の表面粗さが、０.５ｓ以下で
あれば基板上のドット形成が良好になり、機能性素子
（この場合有機ＥＬ素子）が良好に形成でき（実用に供
するレベル）、一方、それよりも表面粗さが粗くなる
と、基板上のドット形成が良好ではなくなり（溶液が流
れ気味でにじんだドット）、機能性素子が良好に形成で
きなくなる（実用に供しないレベル）ことがわかる。つ
まり、良好な機能性素子を形成するために基板の表面粗
さを０.５ｓ以下にすればよいことがわかるが、ここで
少し問題がある。

【００５１】第１の問題はコストである。このように非
常になめらかな面を得るには、基板を高精度に研摩する
必要がある。あるいは、ＳｉＯ２アルミナ基板のように
表面にＳｉＯ２をスパッタリングするような場合にも、
表面のなめらかなＳｉＯ２面を得るには、時間をかけて
丁寧に膜形成を行う必要があり、同様にコスト高という
問題が発生する。

【００５２】ところで、本発明の機能性素子基板は、前
述のように基板の片面に機能性素子を形成する構造のも
のであることを考慮すると、機能性素子を形成する面の
み、なめらかな面となった基板を使用すればよいことが
わかる。つまり、基板の表面（機能性素子群を形成する
面）のみ、前述のような実験結果より得られた表面粗さ
とし、裏面はそれより粗い面にしても十分事足りる。言
い換えるならば、本発明では基板の機能性素子群を形成
する面より裏面の表面粗さを粗くなるようにした基板を
用いることにより、高精度な機能性素子群のパターンが
形成できるとともに、基板製造コストを低くすることが
できるということである。

【００５３】次に、第２の問題は、機能性素子基板の製
造プロセス時に基板裏面が製造装置に密着して、移動さ
せることができなくなるという製造時の不具合である。
上記第１の問題は、コスト面からの検討で、基板の機能
性素子群を形成する面より裏面の表面粗さが粗い基板を
用いることにより、基板材料の低コスト化を実現できた
が、今回上記実験を図２に示したような機能性素子基板
の製造装置を用いて行った際にわかったことであるが、
基板が基板保持台１３に付着して外しにくいという問題
が発生することがわかった。

【００５４】この問題は、ちょうどブロックゲージがそ
の表面のなめらかさを利用して、２つのブロックゲージ
をくっつける（Ｒｉｎｇｉｎｇという。）原理とよく似
ているが、基板の裏面があまりになめらか過ぎると、基
板保持台１３に付着して外しにくくなり、それを外すの
に余計な手間がかかり、生産の歩留まりが低下するとい
う問題があることが判明した。そこで本発明者は、上記
の実験で用いた基板（石英ガラスとＰＥＴフィルムとＳ
ｉＯ２アルミナ基板）の裏面の表面粗さを変えて、その
表面粗さがどの程度であれば、基板保持台１３に付着す
ることなく、基板の取り外し交換作業が、スムーズに行
えるかを実験を通じて明らかにした。

【００５５】結果を表２に示す。ここで、基板の取り外
し交換作業容易性は、基板の付着がなく、簡単に基板保
持台１３から外せた場合を○、そうでない場合を×とし
ている。なお、基板保持台１３はＳＵＳ３０４を砥石に
よる研削仕上げとした面状態である。また、ＳｉＯ２ア
ルミナ基板は、裏面にはＳｉＯ２がなくアルミナ面が裏
面である。

【００５６】

【表２】

【００５７】以上の結果より、基板の種類とは関係な
く、裏面の表面粗さを１ｓ以上となるようにすることに
より、機能性素子基板の製造プロセス時に基板裏面が製
造装置に密着して、移動させることができなくなる（基
板の取り外し交換作業がしにくくなる）という製造時の
不具合を避けることができることがわかる。

【００５８】なお、最初に図１で障壁３の中に液滴を噴
射付与する例を示しているが、上記実験で機能性素子群
を形成するに当たっては、図１に示したような障壁３は
なく、平板状の基板に直接電極パターン形成や、液滴付
与による機能性素子を形成している。また図４では、液
滴が基板面に斜めに噴射する図を示したが、基本的には
ほぼ垂直に噴射付与する。

【００５９】さらに、ここでは機能性素子の一例として
有機ＥＬ素子を中心に説明したが、前述のように本発明
は必ずしもこのような素子、材料に限定されるものでは
ない。機能性素子として、有機トランジスタなども本発
明を利用して好適に製作できる。また、上記例の障壁３
を形成するためのレジスト材料なども本発明に使用する
溶液として利用することができ、このようなレジストパ
ターンを作製する技術としても好適に適用される。

【００６０】

【発明の効果】請求項１に対応した効果 機能性素子群を形成した機能性素子基板において、基板
の機能性素子群を形成する面より裏面の表面粗さを粗く
なるようにしたので、高精度な機能性素子群のパターン
が形成できるとともに、製造コストを低くすることがで
き、また機能性素子基板の製造時に基板が製造装置の基
板保持体に密着することがない。

【００６１】請求項２に対応した効果 機能性素子群を形成した機能性素子基板において、機能
性素子群を形成する面の表面粗さを０.５ｓ以下となる
ようにしたので、より高精度なパターンの機能性素子群
を形成でき、高性能な機能性素子基板が得られる。

【００６２】請求項３に対応した効果 機能性素子群を形成した機能性素子基板において、裏面
の表面粗さを１ｓ以上となるようにしたので、機能性素
子基板の製造プロセス時に基板裏面が製造装置に密着し
て、移動させることができなくなるという製造時の不具
合が生じないので、歩留まりがよくなり、製造コストを
低減することができる。

【００６３】請求項４に対応した効果 高性能、低コストな機能性素子基板を画像表示装置に使
用するようにしたので、高画質、低コストの画像表示装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の吐出組成物を用い機能性素
子を作製する一工程を模式的に示す斜視図である。

【図２】 本発明の機能性素子基板の製造装置の一実施
例を示す斜視図である。

【図３】 本発明の機能性素子基板の製造装置に適用さ
れる液滴付与装置を示す図である。

【図４】 図３の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットを
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…（液体噴射ヘッドの）ノズル、２…有機ＥＬ材料か
らなる液滴、３…有機物（ポリイミド）障壁、４…透明
電極パターン、５…ガラス基板、１１…吐出ヘッドユニ
ット、１２…キャリッジ、１３…基板保持台、１４…基
板、１５…機能性材料を含有する溶液の供給チューブ、
１６…信号供給ケーブル、１７、２１…コントロールボ
ックス、１８…Ｘ方向スキャンモータ、１９…Ｙ方向ス
キャンモータ、２０…コンピュータ、２２…基板位置決
め／保持手段、３１…ヘッドアライメント制御機構、３
２…検出光学系、３３…噴射ヘッド、３４…ヘッドアラ
イメント微動機構、３５…制御コンピュータ、３６…画
像識別機構、３７…ＸＹ方向走査機構、３８…位置検出
機構、３９…位置補正制御機構、４０…噴射ヘッド駆動
・制御機構、４１…光軸、４２…素子電極、４３…液
滴、４４…液滴着弾位置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に機能性材料を含有する溶液
   の液滴を噴射付与し、機能性素子群を形成した機能性素
   子基板において、前記基板の裏面の表面粗さを前記基板
   の表面の表面粗さより粗くしたことを特徴とする機能性
   素子基板。
2. 【請求項２】 前記機能性素子群を形成する前記基板の
   表面の表面粗さは、０.５ｓ以下であることを特徴とす
   る請求項１に記載の機能性素子基板。
3. 【請求項３】 前記基板の裏面の表面粗さは、１ｓ以上
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の機能
   性素子基板。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１に記載の機能
   性素子基板と、該機能性素子基板に対向して配置された
   カバープレートからなることを特徴とする画像表示装
   置。