JP4636495B2 - 有機ｅｌ表示装置を製造するための塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理液を基板に塗布する塗布装置に関し、より特定的には、有機ＥＬ表示装置の発光層または正孔輸送層の処理液を基板に塗布する塗布装置に関する。

従来、有機ＥＬ表示装置における発光層や正孔輸送層の材料としては、大別して低分子系材料および高分子系材料の２つがある。このうち、高分子系材料は、スピンコーティング法、ディッピング法、印刷法、インクジェット法等、簡易な薄膜形成技術で形成可能であり、また、低分子系材料に比べて耐熱性が高いことから、近年注目を集めている。

上記のような高分子系材料を用いて発光層や正孔輸送層を形成する場合、基板に材料が塗布された後、塗布物を乾燥させるための加熱処理（ベーク処理）が基板に施される。従来においては、塗布処理とベーク処理とを別ユニットで行うことが一般的であった。すなわち、従来の製造システムにおいては、塗布ユニットとベークユニットとを別ユニットとし、塗布ユニットで材料が塗布された基板をベークユニットに搬送した後、ベークユニットでベーク処理が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１１１０７３号公報

従来においては、塗布ユニットで塗布処理が行われた基板は、塗布物が未乾燥状態のままでベークユニットに搬送されていた。そのため、搬送用のロボットハンドが基板に接触することによって基板に温度変化が生じたり、搬送時の外力によって基板がたわんだりすることによって、塗布物の膜厚が搬送時に変動してしまうおそれがあった。発光層や正孔輸送層の膜厚の変化は有機ＥＬ表示装置の品質に大きな影響を与えるので、塗布物の膜厚が変動するおそれがある従来の方法では、高品質の有機ＥＬ表示装置を製造することが困難であった。

なお、塗布ユニットとベークユニットとを一体化して、塗布処理とベーク処理とを単一のユニットで行う方法も考えられる。しかし、この方法では、塗布処理が完了してからベーク処理が完了するまでの間（例えば、１０分から２０分間）、基板をユニット内から移動させることができないので、スループットが低下してしまう。また、この方法では、塗布ユニットとベークユニットとを一体化することによって装置が大型化するという問題もある。

それ故、本発明の目的は、高品質の有機ＥＬ表示装置を製造することが可能な塗布装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
すなわち、第１の発明は、有機ＥＬ材料または正孔輸送材料の処理液を基板にストライプ状に塗布する塗布装置と、搬送装置と、ベーク装置とを備える基板処理システムである。塗布装置は、基板を載置するステージと、ステージ内に取り付けられて当該ステージを加熱する加熱手段と、ステージに載置された基板を塗布後の搬送に適した温度に加熱するように加熱手段を制御する制御手段と、ステージに載置された基板に対して処理液を流下しストライプ状に塗布する塗布手段とを備えている。搬送装置は、前記塗布装置によって前記処理液が塗布された基板を前記ベーク装置に搬送する。ベーク装置は、前記搬送装置によって搬送されてくる基板にベーク処理を行う。

また、第２の発明においては、塗布装置は、ステージに接続され、ステージを移動させるステージ移動手段をさらに備えている。ステージは、基板を載置する載置面を有する第１プレートと、放熱板と、ステージ移動手段に接続される第２プレートと、第１プレートにおける載置面の反対側の面と放熱板とを接続する第１断熱材と、放熱板と第２プレートとを接続し、それぞれが間隔を有するように配置される複数の第２断熱材とを含んでいる。加熱手段は、第１断熱材と所定の間隔を空けて配置され、載置面の反対側の面から第１プレートを加熱する。

また、第３の発明においては、制御手段は、基板の温度が３０度から１００度までの範囲になるように加熱手段を制御する。

また、第４の発明においては、制御手段は、基板の温度が約８０度になるように加熱手段を制御する。

第１の発明によれば、基板に塗布された処理液の溶剤の乾燥、蒸発を促進させ、処理液を流動しない程度に硬化させることができる。したがって、塗布処理後に搬送に適した温度に加熱された基板を搬送しても塗布液の膜厚が変動することはないので、高品質の有機ＥＬ表示装置を製造することが可能となる。

第２の発明によれば、加熱手段の熱が第２プレートまで伝導されないので、加熱手段の熱によってステージ移動手段に悪影響を与えることがない。したがって、ステージ移動手段の精度の低下や動作不良を防止することができる。

第３の発明によれば、処理液を基板の搬送に適して硬化させることができる。また、塗布装置がステージ移動手段を備える場合には、ステージ移動手段に悪影響を与えることなく、処理液を硬化させることができる。

また、第４の発明によれば、例えばテトラリンやメシチレンといった高沸点溶剤を用いる場合でも、短時間（約５秒）で、塗布液を流動しない程度に硬化させることができる。したがって、塗布処理が完了してから短時間で基板の搬送が可能になる。したがって、第２の発明によれば、塗布装置のスループットを向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る塗布装置の概観を示す図である。図１（ａ）は、塗布装置１０を上側から見た図であり、図１（ｂ）は、塗布装置１０を側面からＹ軸正方向の向きに見た図である。図１に示すように、塗布装置１０は、ガイド部材１、ノズルユニット２、液受け部３、ステージ４、およびステージ移動機構部５を備えている。また、後述する図３にしめすように、塗布装置１０は制御部６を備えている。ノズルユニット２は、赤色の有機ＥＬ材料を吐出するノズル２１と、緑色の有機ＥＬ材料を吐出するノズル２２と、青色の有機ＥＬ材料を吐出するノズル２３とを有する。本塗布装置１０は、有機ＥＬ材料の処理液を基板７上に塗布することによって有機ＥＬ表示装置を製造するものである。

図１に示すように、ステージ４には塗布処理の対象となる基板７が載置される。基板７は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に関してステージ４よりもやや大きいサイズである。ステージ移動機構部５は内部にモータを有し、ステージ４を移動させる。本実施形態では、ステージ移動機構部５は、ステージ４をＹ軸方向に平行移動させることが可能であるとともに、θ方向に回転させることが可能である。ステージ移動機構部５の動作は制御部６によって制御される。

図２は、図１に示すステージ４の内部構成を分解して示した図である。図２に示すように、ステージ４は、ヒーター４１、均熱プレート４２、第１断熱材４３、放熱板４４、第２断熱材４５、およびベースプレート４６を備えている。ステージ４の内部には、ヒーター４１が設けられる。ヒーター４１は、ステージ４上に載置される基板７を加熱する加熱手段として用いられる。本実施形態においては、このヒーター４１で基板７を加熱することによって、基板７を塗布後の搬送に適した温度に加熱し、基板７に塗布される塗布液を、流動しない程度に硬化させる。つまり、本実施形態においては、ヒーター４１を用いることによって塗布装置内において塗布液の溶剤の乾燥、蒸発を促進する処理を行う。

なお、ステージ４にヒーター４１を設ける場合、ステージ４を移動させるためのステージ移動機構部５に対するヒーター４１の熱の影響を考慮する必要がある。すなわち、ステージ移動機構部５には、基板７をアライメントする機構やＹ軸方向へ移動させる機構が含まれている。ヒーター４１の熱がこれらの機構に伝わると、ステージ移動機構部５の動作や精度に悪影響が生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、ステージ４を図２に示す構成としている。均熱プレート４２は、例えばアルミニウムで構成され、基板７を載置するための載置面４２ａを有する。均熱プレート４２の載置面４２ａは、基板７を真空吸着する構成を有しており、載置面４２ａの上に基板７が載置される。ヒーター４１は、載置面４２ａの反対側（図２では下側）で均熱プレート４２に接するように設けられる。ヒーター４１は、均熱プレートの表面がほぼ均一な温度となるように加熱することが好ましく、均熱度が例えば±２度の範囲となるように加熱する。なお、図示していないが、均熱プレート４２には、その温度を検出するための温度センサが取り付けられる。第１断熱材４３は、ヒーター４１と同様、載置面４２ａの反対側で均熱プレート４２に接するように設けられる。第１断熱材４３は環状の形状であり、ヒーター４１と所定の間隔をあけてヒーター４１を取り囲むように配置される。なお、第１断熱材４３は、例えばポリイミドで構成される。第１断熱材４３の下側には放熱板４４が接続される。放熱板４４は、例えばアルミニウムで構成される。放熱板４４の下側には複数（図２では６つ）の第２断熱材４５が接続される。第２断熱材も第１断熱材と同様、例えばポリイミドで構成される。各第２断熱材４５の下側にはベースプレート４６が接続される。なお、ベースプレート４６の下側にはステージ移動機構部５があり、ステージ移動機構部５とベースプレート４６とが直接接続されている。

図２に示すように、複数の第２断熱材４５は、それぞれが間隔を有するように飛び石配置とされる。したがって、塗布装置内のダウンフローやステージ４の移動によって、ベースプレート４６と放熱板４４との間の空間に気流が発生する。この気流によって放熱板４４から熱が継続的に放出される。これによって、ヒーター４１の熱はベースプレート４６まで伝達されない機構となっている。すなわち、図２に示す構成によって、ヒーター４１の発熱によるベースプレート４６の温度上昇を防止することができる。なお、温度上昇をより効果的に防止する場合には、放熱板４４に積極的に風を送風する送風手段を設けるようにしてもよい。また、放熱板４４において放熱は均一になされるので、均熱プレート４２の均熱度には影響がない。

図１の説明に戻り、ステージ４の上方にはガイド部材１が配置される。ガイド部材１はＸ軸方向に延びるレール１１を有し、レール１１に沿って移動可能なようにノズルユニット２がガイド部材１に接続される。ノズルユニット２の各ノズル２１〜２３は、処理液を吐出する向きが鉛直下向きとなるようにノズルユニット２の下側に配置される。なお、各ノズル２１〜２３は、Ｙ軸方向に関して少しずれた位置に配置される。ここで、ガイド部材１は、Ｘ軸方向について基板７よりも長く構成され、ノズルユニット２は、Ｘ軸方向に関して基板７の幅よりも広い範囲を移動することが可能である。したがって、ノズルユニット２がレール１１の一端から他端まで移動することによって、Ｘ軸方向に関して基板７の一端から他端まで有機ＥＬ材料を塗布することができる。ただし、ノズルユニット２がレール１１の一端から他端まで移動する間に各ノズル２１〜２３から有機ＥＬ材料が吐出されると、基板７に有機ＥＬ材料が塗布されるだけでなく、基板７の外側においても有機ＥＬ材料が吐出されることとなる。そこで、基板７の外側で吐出された有機ＥＬ材料を受ける目的で液受け部３が設置されている。なお、液受け部３で受けた有機ＥＬ材料は、液受け部３の排出口（図示していない）から排出される。

図３は、塗布装置１０の各部と制御部との接続関係を示す図である。図３に示すように、制御部６は、ノズルユニット２、ヒーター４１、およびステージ移動機構部５と接続されている。制御部６は、ノズルユニット２の動作を制御する。具体的には、制御部６は、ノズルユニット２のＸ軸方向の移動を制御するとともに、各ノズル２１〜２３による有機ＥＬ材料の吐出を制御する。なお、ノズルユニット２は、有機ＥＬ材料をノズルに送り出すポンプ、およびノズルに送り出される有機ＥＬ材料の流量を計測する流量計を各ノズル毎に有している。制御部６は、流量計による流量の計測結果に基づいてポンプをフィードバック制御することによって、ノズルから吐出される有機ＥＬ材料の量を制御する。また、制御部６は、ステージ４内のヒーター４１の温度を制御する。さらに、制御部６は、ステージ移動機構部５を制御することによってステージ４のＹ軸およびθ軸に関する移動を制御する。

次に、塗布装置１０の動作を説明する。なお、以下では、基板７にはＸ軸に平行なストライプ状に発光層の有機ＥＬ材料が塗布される場合を説明する。図４は、有機ＥＬ表示装置の製造システムの構成を示す図である。この製造システムは、本塗布装置１０を含み、インデクサ２０、ベーク装置３０、第１搬送路４０、第２搬送路５０、第１搬送ロボット６０、および第２搬送ロボット７０を備えている。インデクサ２０は、外部から搬入されてくる基板および外部へ搬出すべき処理済みの基板を収容する。なお、インデクサ２０に搬入されてくる基板には、陽極および正孔輸送層がすでに形成されているものとする。インデクサ２０に収容されている基板は、第１搬送ロボット６０に搬出された後、第２搬送ロボット７０に受け渡される。基板を受け取った第２搬送ロボット７０は、当該基板を塗布装置１０に搬入する。塗布装置１０に搬入された基板はステージ４の予め決められた位置に載置される。

一方、塗布装置１０の制御部６は、基板７が搬入される前にヒーター４１を加熱しておく。なお、制御部６は、基板７が搬入された後にヒーター４１を加熱制御するようにしてもよいが、スループットを考慮すれば、本実施形態のようにヒーター４１を予め加熱制御しておくことが好ましい。また、図示していないが、ステージ４には、基板７が載置される均熱プレート４２の温度を計測する温度センサが設けられている。これによって、制御部６は、均熱プレート４２の温度をモニタすることができる。また、均熱プレート４２の温度と基板７の温度との関係は予め測定されている。制御部６は、当該関係に基づいて、均熱プレート４２に基板７が載置されたときに基板７の温度が所定の目標温度となるようにヒーター４１の温度を制御する。この目標温度は、均熱プレート４２に載置された基板７の塗布処理後の搬送に適した温度である。換言すれば、目標温度は、均熱プレート４２に基板７が載置された際、基板７に塗布される有機ＥＬ材料が流動しない程度に硬化する温度である。例えば、目標温度は、塗布液の溶剤の沸点以上に設定されればよい。なお、目標温度の具体的な値については後述する。

塗布装置１０に搬入された基板７がステージ４に載置されると、制御部６は、ステージ４およびノズルユニット２を初期位置に移動させる。ここで、ヒーター４１によって加熱されたステージ４に基板７が載置されると、基板の温度は数秒程度で上記目標温度に到達する。したがって、制御部６は、基板７がステージ４に載置されてすぐに、ステージ４およびノズルユニット２に対する移動制御を行っても問題ない。具体的には、制御部６は、予め定められた初期位置にステージ４を基板７ごと移動させるとともに、ガイド部材１の一端にノズルユニット２を移動させる。ここでは、ステージ４の初期位置は図１に示す位置であるとする。ステージ４およびノズルユニット２が初期位置に配置されると、制御部６は塗布処理を開始する。塗布処理においては、ノズルユニット２のＸ軸方向の移動動作（第１動作）とステージ４のＹ軸方向の移動動作（第２動作）とが繰り返される。具体的には、まず、第１動作として、ノズルユニット２の各ノズル２１〜２３から有機ＥＬ材料が吐出されるとともにノズルユニット２がガイド部材５２の一端から他端へ移動する。これによって、基板７に対する３列分の塗布が完了する。次に、第２動作として、塗布された３列分の長さだけＹ軸の正方向にステージ４がピッチ送りされる。以降、第１動作と第２動作とを繰り返すことによって、基板７への塗布が３列分ずつ行われる。これによって、基板７に有機ＥＬ材料がストライプ状に塗布されていく。

ここで、基板７に対する塗布が行われる間、基板７の温度は上記目標温度に保たれる。なお、この目標温度は、塗布液の溶剤の種類や気圧にもよるが、３０度〜１００度の範囲で設定される。塗布液である有機ＥＬ材料や正孔輸送材料において溶剤として用いられる材料には、３０度で硬化するものもあるからである。また、溶剤のうちで沸点が高いものとしては水が挙げられるが、水の沸点は１００度だからである。なお、基板７の温度を１００度よりも高くすれば、上述したステージ４の構成によって断熱を行ったとしてもステージ移動機構部５にヒーター４１の熱が伝わり、ステージ移動機構部５の動作に悪影響が生じるおそれもある。一方、テトラリンまたはメシチレンといった高沸点溶剤を用いる場合でも、基板７の温度を８０度にすることによって、約５秒で、塗布液を流動しない程度に硬化させることが可能であることが実験的にわかった。また、このときのステージ移動機構部５のモータの温度は４０度以下となり、正常に動作可能であることがわかった。以上より、上記所定温度を８０度に設定すれば、塗布液の溶剤が高沸点溶剤であっても、短時間（約５秒）で基板７を後工程の搬送に適した温度に加熱することが可能であり、かつ、ステージ移動機構部５にも悪影響を与えないことがわかった。

基板７に対する塗布処理が終了すると、制御部６は、上記第１動作および第２動作を停止する。すなわち、ノズルユニット２の各ノズル２１〜２３からの有機ＥＬ材料の吐出を停止し、ノズルユニット２のＸ軸方向の移動とステージ４のＹ軸方向の移動とを停止する。第１動作および第２動作を停止した後、制御部６は所定時間待機する。この所定時間は、最後に塗布された有機ＥＬ材料が流動しない程度に硬化するまでの時間である。例えば、有機ＥＬ材料の溶剤がテトラリンまたはメシチレンであり、基板７の温度を８０度とした場合には、この所定時間は約５秒である。第１動作および第２動作を停止してから所定時間が経過した後、制御部６は、ヒーター４１の発熱を停止させる。以上で、１枚の基板に対する塗布装置１０の処理が終了する。なお、基板を連続処理する場合は、ヒーター４１を停止させなくてもよい。

塗布装置１０における処理が完了した基板は、第２搬送ロボットにより搬出され、ベーク装置３０に搬入される。そして、この搬送工程によって基板７の有機ＥＬ材料の膜厚が不均一になることはない。基板を搬入したベーク装置３０は、当該基板に対して乾燥処理（ベーク処理）を行う。ベーク処理が完了した基板は、第２搬送ロボット７０によってベーク装置３０から搬出され、第２搬送ロボット７０から第１搬送ロボット６０に受け渡された後、第１搬送ロボット６０によってインデクサ２０に収容される。以上のように発光層が形成された基板に対して、例えば真空蒸着法により陰極電極が発光層上に形成されることによって、有機ＥＬ表示装置が製造される。

以上のように、本実施形態では、有機ＥＬ材料を塗布する時にヒーター４１を用いて基板を加熱することによって、有機ＥＬ材料を流動しない程度に硬化させることができる。つまり、有機ＥＬ材料を塗布した基板に対して、ベーク処理を行う前に予備加熱を行う。また、予備加熱は、搬送時に流動しない粘度となるように塗布物を乾燥させる温度で行われる。このように、塗布装置１０内で塗布後の搬送に適した温度に加熱することによって、基板に塗布された有機ＥＬ材料の膜厚が基板の搬送時に変動することを防止することができる。

なお、本実施形態では、塗布装置１０は、有機ＥＬ表示装置の発光層を形成するための有機ＥＬ材料を塗布するものを例として説明したが、塗布装置は、正孔輸送層を形成するための正孔輸送材料を塗布するものであってもよい。正孔輸送材料を塗布する場合でも、上記実施形態と同様に塗布装置を用いることができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、有機ＥＬ表示装置を製造する製造装置において、基板に発光層または正孔輸送層を形成すること等を目的として利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る塗布装置の概観を示す図 図１に示すステージ４の内部構成を分解して示した図 塗布装置１０の各部と制御部との接続関係を示す図 有機ＥＬ表示装置の製造システムの構成を示す図

符号の説明

１ ガイド部材
２ ノズルユニット
３ 液受け部
４ ステージ
５ ステージ移動機構部
６ 制御部
７ 基板
４１ ヒーター
４２ 均熱プレート
４３ 第１断熱材
４４ 放熱板
４５ 第２断熱材
４６ ベースプレート

Claims (4)

1. 有機ＥＬ材料または正孔輸送材料の処理液を基板にストライプ状に塗布する塗布装置と、搬送装置と、ベーク装置とを備える基板処理システムであって、
   前記塗布装置は、
   前記基板を載置するステージと、
   前記ステージ内に取り付けられて当該ステージを加熱する加熱手段と、
   前記ステージに載置された前記基板に対して前記処理液を流下しストライプ状に塗布する塗布手段と、
   前記ステージに載置され、前記塗布手段により前記処理液が塗布された基板を、塗布後の搬送に適した温度に加熱して、当該基板に塗布された処理液が流動しない程度に当該処理液を硬化するように前記加熱手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記搬送装置は、前記塗布装置によって前記処理液が塗布された基板を前記ベーク装置に搬送し、
   前記ベーク装置は、前記搬送装置によって搬送されてくる基板にベーク処理を行う、基板処理システム。
2. 前記塗布装置は、前記ステージに接続され、前記ステージを移動させるステージ移動手段をさらに備え、
   前記ステージは、
   前記基板を載置する載置面を有する第１プレートと、
   放熱板と、
   前記ステージ移動手段に接続される第２プレートと、
   前記第１プレートにおける前記載置面の反対側の面と前記放熱板とを接続する第１断熱材と、
   前記放熱板と前記第２プレートとを接続し、それぞれが間隔を有するように配置される複数の第２断熱材とを含み、
   前記加熱手段は、前記第１断熱材と所定の間隔を空けて配置され、前記載置面の反対側の面から前記第１プレートを加熱する、請求項１に記載の基板処理システム。
3. 前記制御手段は、前記基板の温度が３０度から１００度までの範囲になるように前記加熱手段を制御する、請求項１または２に記載の基板処理システム。
4. 前記制御手段は、前記基板の温度が約８０度になるように前記加熱手段を制御する、請求項３に記載の基板処理システム。

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