JP5214174B2 - 有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescent）素子を有する有機ＥＬ装置（有機エレクトロルミネッセンス装置）の製造方法に関する。

薄型で軽量なディスプレイの光源として、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）、つまり有機ＥＬ素子が注目を集めている。有機ＥＬ素子は、有機材料で形成された少なくとも一層の有機薄膜を画素電極と対向電極とで挟んだ構造を有する。有機薄膜の形成方法の一つである塗布法では、有機薄膜の材料（例えば機能性高分子）と有機溶媒とを含む有機溶液、すなわちインクを基板上に塗布し、これを乾燥させる。

一般に、インクの乾燥速度は、基板の中央部よりも端部において速くなり易い。その原因は、基板の端部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度が、基板の中央部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度よりも低くなることにある。このような乾燥ムラが生じると、形成される有機薄膜の膜厚にムラが生じる。この膜厚ムラは、輝度ムラや発光色ムラを招く。

そこで、基板の中央部（発光領域）の有機薄膜を発光に用いる一方、基板の端部（発光領域をとりまく帯状のダミー領域）の有機薄膜を発光に用いない有機ＥＬ装置が提案されている（特許文献１参照）。この有機ＥＬ装置によれば、ダミー領域内の有機薄膜、すなわち基板の端部の有機薄膜を発光に用いないから、乾燥ムラに起因する輝度ムラや発光色ムラを低減することができる。
特開２００２−２５２０８３号公報

しかし、特許文献１に記載の有機ＥＬ装置では、有機ＥＬ素子が形成される基板上に、ダミー領域となる数ｍｍ幅の帯状のスペースを確保しなければならない。これは、有機ＥＬ装置の狭額縁化（特に、携帯電話機や携帯音楽プレーヤ等の携帯機器のディスプレイの狭額縁化）の阻害要因となる。

そこで、本発明は、狭額縁化を阻害することなく、乾燥ムラに起因する輝度ムラや発光色ムラを低減することができる、有機ＥＬ装置の製造方法を提供する。

本発明は、基板と、前記基板上に形成された有機薄膜とを有する有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、上方が開口する凹部を有し、着脱可能な容器が取り付けられたステージにおける前記容器が取り付けられていない部分に前記基板を載せる工程と、前記容器の前記凹部に前記有機薄膜の材料と有機溶媒とを含むインクまたは前記有機溶媒を配置する工程と、前記インクまたは前記有機溶媒が配置された前記ステージに載せられた前記基板上の、前記有機薄膜を形成する領域に、前記インクを塗布する工程とを有し、前記凹部の底は、前記有機薄膜を挟む画素電極及び対向電極のうちの前記画素電極が形成され、前記基板上に設けられる層の上面よりも上方に位置することを特徴とする。
また、本発明は、基板と、前記基板上に形成された有機薄膜とを有する有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、前記基板を載せるステージの、前記基板に重ならない部分の上に、前記有機薄膜の材料と有機溶媒とを含むインクまたは前記有機溶媒を配置する第１工程と、前記インクまたは前記有機溶媒が配置された前記ステージに載せられた前記基板上の、前記有機薄膜を形成する領域に、前記インクを塗布する第２工程とを有することを特徴とする製造方法（第1の製造方法）を提供する。「ステージ」は、基板を載せる台である。第１の製造方法によれば、インクの乾燥工程において、基板上に塗布されたインクから有機溶媒が揮発するとともに、基板の周辺（ステージの、基板に重ならない部分の上）に配置された液体（インクまたは有機溶媒）から有機溶媒が揮発するから、基板の端部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度が、基板の中央部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度に近くなり、有機薄膜の膜厚ムラが低減される。また、第１の製造方法によれば、ダミー領域となるスペースを基板上に確保せずに済む。よって、第１の製造方法によれば、有機ＥＬ装置の狭額縁化を阻害することなく、乾燥ムラに起因する輝度ムラや発光色ムラを低減することができる。

第１の製造方法において、前記ステージの、前記基板に重ならない部分の上に配置された前記インクまたは前記有機溶媒の下端は、前記ステージに載せられた前記基板の上面よりも上方に位置する、ようにしてもよい（第２の製造方法）。第２の製造方法によれば、基板の周辺に配置された液体の下端が、ステージに載せられた基板の上面よりも下方に位置する形態に比較して、基板の周辺に配置された液体の揮発面を、基板の端部に塗布されたインクの揮発面に近づけることが容易となるから、ダミーとなる有機溶媒の量を減らすことができる。

第１または第２の製造方法において、前記ステージには、前記基板に重ならない位置に、上方に開口した凹部が形成され、前記第１工程では、前記凹部に前記インクまたは前記有機溶媒を入れる、ようにしてもよいし、前記ステージには、前記基板に重ならない位置に、凹部を有する容器が、前記凹部が上方に開口するように取り付けられ、前記第１工程では、前記凹部に前記インクまたは前記有機溶媒を入れる、ようにしてもよい。これらの形態の各々によれば、基板上に塗布されたインクと、基板の周辺に配置される液体との位置関係を保ちつつ、この液体の量を調整することができる。加えて、後者の形態によれば、容器を着脱することにより、一つのステージを、基板のサイズが互いに異なる複数種類の有機ＥＬ装置の製造に使いまわすことができる。

また、第１の製造方法において、前記ステージの上面は平坦であり、前記第1工程では、前記ステージの上面に接触させて前記インクまたは前記有機溶媒を配置する、ようにしてもよい。この形態には、既存のステージをそのまま用いることができる、という利点がある。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。各実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、基板と、この基板上に形成された有機薄膜とを有する有機ＥＬ装置であり、詳しくは、一層の有機薄膜を画素電極と対向電極とで挟んだ構造の画素（有機ＥＬ素子）がマトリクス状に配列された発光装置（表示装置）である。また、各実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、有機溶媒と有機薄膜の材料（有機エレクトロルミネセンス材料）である高分子または低分子とを含むインクを、インクジェットヘッドから吐出させて有機薄膜を形成するインクジェット法によって製造される。なお、図面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異なる。

＜第１の実施の形態＞
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。図１は最初の工程を示す断面図、図２は図１の次の工程を示す断面図、図３は図２の工程を示す平面図、図４は図２および図３の次の工程を示す断面図、図５は図４の次の工程を示す断面図、図６は図５の次の工程を示す断面図、図７は図６の工程の結果を示す断面図である。

本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１の中間体５を製造する。具体的には、基板１０上に層２０を形成し、層２０上に、有機ＥＬ素子の陽極または陰極となる画素電極３０をパターニングし、これによって複数の画素電極３０が形成された層２０上に、画素開口（画素電極３０の上面の中央領域）をとりまくように、例えば酸化珪素または窒化珪素などの無機絶縁体で下地層４０を形成し、下地層４０上に、画素開口をとりまくように、例えばアクリル、エポキシまたはポリイミドなどの絶縁性の樹脂材料で隔壁（バンク）５０を形成する。

基板１０の材料は、例えば、ガラス、セラミックまたは金属であり、製造する有機ＥＬ装置のエミッションタイプ（ボトムエミッションタイプ、トップエミッションタイプまたはデュアルエミッションタイプ）に応じて適宜に選択可能である。また、層２０には、有機ＥＬ素子に電流を供給して発光させるための複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２１や、ＴＦＴ２１と画素電極３０とを電気的に接続する導体２２、図示しない電源線、これらの電気回路要素を覆う無機絶縁体（例えば酸化珪素または窒化珪素）が含まれている。また、画素電極３０、下地層４０および隔壁５０は、有機薄膜を形成する領域Ｒを区画している。

次に、図１に示すように、隔壁５０の露出面に撥液化処理を施す。具体的には、大気雰囲気中でテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理（ＣＦ_４プラズマ処理）を行う。これにより、隔壁５０の露出面にフッ素基が導入されて撥液性が付与される。

次に、図２および図３に示すように、中間体５を描画ステージ７０上に載置する。描画ステージ７０は、中間体５（基板１０）を載せる台であり、その上面の中央部分７１は平坦である。中間体５の描画ステージ７０上への載置の際には、基板１０の下面の全域が中央部分７１に接触するようにする。また、描画ステージ７０には、中央領域７１をとりまくように、上方に開口した溝（凹部）７２が形成されている。上記の載置の際には、基板１０が溝７２に重ならないようにする。換言すると、描画ステージ７０には、基板１０に重ならない位置に、溝７２が形成されている。

次に、図４に示すように、ステージ７０の、基板１０に重ならない部分の上に、有機溶媒を配置する（第１工程）。すなわち、基板１０の周辺に、有機溶媒を配置する。具体的には、約１０マイクロリットルの有機溶媒を溝７２に入れる。この入れ方は任意であり、例えば、スポイトで滴下してもよいし、インクジェットヘッドから吐出させてもよい。以降、溝７２に入れられた有機溶媒を「ダミー」と呼ぶ。

次に、図５に示すように、ダミーが配置された描画ステージ７０上に載置された基板１０上の全ての領域Ｒに、インクを塗布する（第２工程）。具体的には、インクジェットヘッド８０のノズル８１から総計約１０ミリリットルのインクを吐出させ、各領域Ｒ内に滴下する。次に、ダミーと全ての領域Ｒに塗布されたインクとを真空で乾燥させる。この際、図６に示すように、有機溶媒が揮発する。本実施の形態では、ダミーが存在するため、基板の端部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度が、基板の中央部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度に近くなる。さらに、乾燥の程度を高めるために、基板１０をアニールしてもよい。

図７に示すように、乾燥工程が終了すると、その結果として、基板１０上の各領域Ｒ内に発光層（有機薄膜）６０が形成される。次に、全ての発光層６０および隔壁５０上に、対向電極を真空蒸着法によって形成する。画素電極３０および対向電極の材料は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やアルミニウムであり、有機ＥＬ装置のエミッションタイプに応じて適宜に選択可能である。発光層６０は、有機エレクトロルミネセンス材料で形成されており、画素電極３０と対向電極との間で、キャリヤの再結合によって励起し、発光する。

次に、封止を行う。こうして、有機ＥＬ装置が製造される。対向電極の形成および封止は、基板１０が描画ステージ７０上に載置された状態で行ってもよいし、基板１０を描画ステージ７０から下ろしてから行ってもよい。なお、描画ステージ７０は、洗浄により、別の有機ＥＬ装置の製造に使用可能である。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、インクの乾燥工程において、基板１０の端部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度が、基板１０の中央部付近の雰囲気における有機溶媒の濃度に近くなるから、インクの乾燥速度が、全ての領域Ｒにわたって均一となり、形成される発光層６０の膜厚ムラが低減される。また、第１の実施の形態によれば、基板１０上に配置するインクの総量の１／１０００程度の有機溶媒を基板１０の周辺に配置するため、発光層６０の膜厚を、全ての領域Ｒにわたって均一とすることができる。

また、第１の実施の形態によれば、ダミー領域となるスペースを基板１０上に確保せずに済む。よって、第１の実施の形態によれば、有機ＥＬ装置の狭額縁化を阻害することなく、乾燥ムラに起因する輝度ムラや発光色ムラを低減することができる。また、第１の実施の形態によれば、有機溶媒を描画ステージ７０の溝７２に入れるから、基板１０上に塗布されたインクと、基板１０の周辺に配置された有機溶媒との位置関係を保ちつつ、基板１０の周辺に配置する有機溶媒の量を調整することができる。

＜第２の実施の形態＞
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。第２の実施の形態における図８の位置付けは、第１の実施の形態における図６の位置付けと同様である。図８から明らかなように、第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、描画ステージ７０に代えて描画ステージ９０を用いる点である。描画ステージ９０の上面は、全域にわたって平坦である。

第２の実施の形態では、第１工程において、描画ステージ９０上に有機溶媒を配置する。具体的には、描画ステージ９０の上面のうち、基板１０に重ならない領域９１に、ダミーとなる有機溶媒を塗布する。この塗布の方法は任意であり、例えば、スポイトで滴下してもよいし、インクジェットヘッドから吐出させてもよい。この結果、ダミーは、描画ステージ９０の平坦な上面に接触する。

第２の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、インクジェット法を用いた有機ＥＬ装置の製造工程で従来から用いられている描画ステージ（上面の全域が平坦な描画ステージ）をそのまま用いることが可能である。

＜第３の実施の形態＞
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。第３の実施の形態における図９の位置付けは、第２の実施の形態における図８の位置付けと同様である。図９から明らかなように、第３の実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、容器９２が取り付けられた描画ステージ９０を用いる点である。

容器９２は、底面と、底面と反対側に開口した凹部９３と有する。容器９２の底面の全域は、凹部９３が上方に開口するように、基板１０に重ならない領域９１に接触している。このため、凹部９３の底は、基板１０が描画ステージ９０に載置された状態では、基板１０の下面よりも上方に位置する。容器９２の描画ステージ９０への取り付け方法は任意であり、例えば接着でもよい。

第３の実施の形態では、第１工程において、ダミーとなる有機溶媒を凹部９３に入れる。この入れ方は任意であり、例えば、スポイトで滴下してもよいし、インクジェットヘッドから吐出させてもよい。凹部９３に入れられた有機溶媒は、凹部９３に溜まってダミーとなり、凹部９３の開口から揮発する。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第３の実施の形態によれば、インクジェット法において従来から用いられている描画ステージ（上面の全域が平坦な描画ステージ）を、簡単な加工（容器９２の取り付け）を経て、用いることができる。また、第３の実施の形態によれば、容器９２を着脱することにより、一つの描画ステージ９０を、基板のサイズが互いに異なる複数種類の有機ＥＬ装置の製造に使いまわすことができる。

＜第４の実施の形態＞
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。第４の実施の形態における図１０の位置付けは、第３の実施の形態における図９の位置付けと同様である。図１０から明らかなように、第４の実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、容器９２が取り付けられた描画ステージ９０に代えて描画ステージ９５を用いる点である。描画ステージ９５の、基板１０に重ならない部分には、上方に開口した凹部９６が形成されている。凹部９６は、図９における凹部９３に相当し、その底は、基板１０が描画ステージ９５に載置された状態では、基板１０の下面よりも上方に位置する。

第４の実施の形態では、第１工程において、ダミーとなる有機溶媒を凹部９６に入れる。この入れ方は任意であり、例えば、スポイトで滴下してもよいし、インクジェットヘッドから吐出させてもよい。凹部９６に入れられた有機溶媒は、凹部９６に溜まってダミーとなり、凹部９６の開口から揮発する。第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。ただし、描画ステージ９５からの凹部９６の着脱は不可能である。

＜第５の実施の形態＞
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。第５の実施の形態における図１１の位置付けは、第３の実施の形態における図９の位置付けと同様である。図１１から明らかなように、第５の実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、容器９２が取り付けられた描画ステージ９０に代えて、容器９７が取り付けられた描画ステージ９０を用いる点である。

容器９７は、底面と、底面と反対側に開口した凹部９８と有する。容器９７の底面の全域は、凹部９７が上方に開口するように、基板１０に重ならない領域９１に接触している。容器９７の描画ステージ９０への取り付け方法は任意であり、例えば接着でもよい。容器９７の底は、容器９２の底よりも厚い。また、容器９７の底の上面、すなわち凹部９８の底は、基板１０が描画ステージ９０上に載置された状態では、基板１０の上面よりも上方に位置する。

第５の実施の形態では、第１工程において、ダミーとなる有機溶媒を容器９７に入れる。すなわち、凹部９８に入れる。この入れ方は任意であり、例えば、スポイトで滴下してもよいし、インクジェットヘッドから吐出させてもよい。凹部９８に入れられた有機溶媒は、凹部９８に溜まってダミーとなり、凹部９８の開口から揮発する。このとき、ダミーの下端は、描画ステージ９０に載置された基板１０の上面よりも上方に位置する。

第５の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第５の実施の形態によれば、ダミーの下端が描画ステージ９０に載置された基板１０の上面よりも下方に位置する形態に比較して、ダミーの揮発面を、基板１０の端部の領域Ｒ内に塗布されたインクの揮発面に近づけ易くなるから、ダミーとなる有機溶媒の量を減らすことができる。

＜変形例＞
本発明は、その範囲に、上述した実施の形態のみならず、以下の変形例をも含む。
例えば、上述した各実施の形態を変形し、ダミーとして、有機溶媒ではなく、インクを用いるようにしてもよい。この場合、乾燥工程が終了すると、描画ステージ上の、基板１０に重ならない部分上に有機薄膜が形成される。例えば、このような変形を第1の実施の形態に対して行った場合、図１２に示すように、描画ステージ７０の凹部７２に有機薄膜６５が形成される。

また例えば、第３の実施の形態（図１０）を変形し、第５の実施の形態（図１１）のように、ダミーの下端が、描画ステージに載置された基板１０の上面よりも上方に位置するようにしてもよい。また、この変形例や第５の実施の形態において、ダミーの下端が、層２０の上面よりも上方に位置するようにしてもよいし、画素電極３０の上面よりも上方に位置するようにしてもよい。

また例えば、上述した各実施の形態や上述した各変形例を、以下のように変形してもよい。例えば、インクの塗布に、インクジェット法ではなく、ディスペンサを用いる形態としてもよい。つまり、本発明は、いわゆるウェットプロセスに適用可能である。また例えば、複数層の有機薄膜を画素電極と対向電極とで挟んだ構造の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配列された発光装置を製造する形態としてもよい。発光層以外の有機薄膜としては、正孔注入層や正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層を例示可能である。また例えば、有機薄膜を画素電極と対向電極とで挟んだ構造の有機ＥＬ素子がライン状に配列された有機ＥＬ装置（例えば電子写真方式のプリンタの露光ヘッド）を製造する形態としてもよいし、この有機ＥＬ素子を照明の光源として用いる有機ＥＬ装置を製造する形態としてもよい。

＜応用例＞
次に、上記の各実施の形態または上記の各変形例に係る有機ＥＬ装置（以降、「本有機ＥＬ装置」と呼ぶ）を適用した電子機器について説明する。なお、本有機ＥＬ装置を適用した電子機器は、有機ＥＬ装置を有する装置でもあるから、本発明に係る有機ＥＬ装置に含まれる。
図１３は、本有機ＥＬ装置を画像表示装置に利用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示装置としての本有機ＥＬ装置と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。
図１４に、本有機ＥＬ装置を適用した携帯電話機を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示装置としての本有機ＥＬ装置を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、本有機ＥＬ装置に表示される画面がスクロールされる。
図１５に、本有機ＥＬ装置を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示装置としての本有機ＥＬ装置を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が本有機ＥＬ装置に表示される。

本有機ＥＬ装置を表示装置として用いることができる電子機器としては、図１３から図１５に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。もちろん、本有機ＥＬ装置を露光ヘッドとして用いる電子写真方式のプリンタ（画像印刷装置）や、照明装置として用いる機器等も、上記の電子機器に含まれる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法の最初の工程を示す断面図である。 図１の次の工程を示す断面図である。 図２の工程を示す平面図である。 図２および図３の次の工程を示す断面図である。 図４の次の工程を示す断面図である。 図５の次の工程を示す断面図である。 図６の工程の結果を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第５の実施の形態に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の各実施の形態の変形例に係る有機ＥＬ装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の各実施の形態またはその変形例に係る有機ＥＬ装置を有するパーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。 本発明の各実施の形態またはその変形例に係る有機ＥＬ装置を有する携帯電話機の外観を示す斜視図である。 本発明の各実施の形態またはその変形例に係る有機ＥＬ装置を有する携帯情報端末の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１０…基板、２０…層、２１…ＴＦＴ、２２…導体、３０…画素電極、４０…下地層、５…中間体、５０…隔壁、６０…発光層（有機薄膜）、６５…有機薄膜、７０，９０，９５…描画ステージ（ステージ）、７１…中央部分、７２…溝（凹部）、８０…インクジェットヘッド、８１…ノズル、９１，Ｒ…領域、９２，９７…容器、９３，９６，９８…凹部。

Claims (1)

1. 基板と、前記基板上に形成された有機薄膜とを有する有機エレクトロルミネッセンス装置の製造方法において、
   上方が開口する凹部を有し、着脱可能な容器が取り付けられたステージにおける前記容器が取り付けられていない部分に前記基板を載せる工程と、
   前記容器の前記凹部に前記有機薄膜の材料と有機溶媒とを含むインクまたは前記有機溶媒を配置する工程と、
   前記インクまたは前記有機溶媒が配置された前記ステージに載せられた前記基板上の、前記有機薄膜を形成する領域に、前記インクを塗布する工程とを有し、
   前記凹部の底は、前記有機薄膜を挟む画素電極及び対向電極のうちの前記画素電極が形成され、前記基板上に設けられる層の上面よりも上方に位置することを特徴とする製造方法。

Images