JP6051563B2 - Method and apparatus for forming organic semiconductor layer - Google Patents
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Description
本発明は、有機半導体材料を含む有機半導体層を基材上に形成する有機半導体層の形成方法および形成装置に関する。 The present invention relates to an organic semiconductor layer forming method and an apparatus for forming an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material on a substrate.
近年、有機半導体材料を含む有機半導体層を有する有機半導体素子に関する研究が盛んにおこなわれている。有機半導体材料は一般に、無機半導体材料に比べて低い温度で基材上に形成され得る。このため、印刷法等の塗布プロセスを用いて有機半導体層を基材上に形成することができる。従って、無機半導体材料が用いられる場合に比べて、多数の有機半導体素子を基材上に効率的に形成することが可能となる。このため、半導体素子の製造コストを低くすることができる可能性がある。このことから、有機半導体素子は、有機ELや電子ペーパーなどの駆動回路、または電子タグなどに応用されることが期待されている。 In recent years, research on an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material has been actively conducted. Organic semiconductor materials can generally be formed on a substrate at a lower temperature than inorganic semiconductor materials. For this reason, an organic-semiconductor layer can be formed on a base material using application processes, such as a printing method. Therefore, it is possible to efficiently form a large number of organic semiconductor elements on the substrate as compared with the case where an inorganic semiconductor material is used. For this reason, there is a possibility that the manufacturing cost of the semiconductor element can be lowered. Therefore, the organic semiconductor element is expected to be applied to a drive circuit such as an organic EL or electronic paper, or an electronic tag.
塗布プロセスを用いて有機半導体層を基材上に形成する場合、はじめに、有機半導体層を構成する有機半導体材料と、溶媒と、を含む塗布液を準備する。次に、基材上に塗布液を供給する。基材上に塗布液を供給する方法として、有機半導体材料を含む塗布液を基材上の全面にわたって塗布する方法、および、有機半導体材料を含む塗布液を基材上に所定のパターンで塗布する方法が知られている。塗布液を基材上の全面にわたって塗布する方法の場合、1つの連続した有機半導体層が基材上に形成される。この場合、ドライエッチングなどのパターニング方法を用いることにより、有機半導体層のうち不要な部分が除去される。一方、塗布液を基材上に所定のパターンで塗布する方法の場合、その後のパターニング方法が不要であるため、塗布液を基材上の全面にわたって塗布する方法に比べて、有機半導体層を製造するために必要な工数を少なくすることができる。 When an organic semiconductor layer is formed on a substrate using a coating process, first, a coating solution containing an organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer and a solvent is prepared. Next, a coating solution is supplied onto the substrate. As a method of supplying the coating liquid onto the substrate, a method of coating the coating liquid containing the organic semiconductor material over the entire surface of the substrate and a coating liquid containing the organic semiconductor material are coated on the substrate in a predetermined pattern. The method is known. In the case of the method of applying the coating liquid over the entire surface of the substrate, one continuous organic semiconductor layer is formed on the substrate. In this case, unnecessary portions of the organic semiconductor layer are removed by using a patterning method such as dry etching. On the other hand, in the case of a method of applying a coating liquid on a substrate in a predetermined pattern, a subsequent patterning method is unnecessary, and therefore, an organic semiconductor layer is manufactured compared to a method of applying a coating liquid over the entire surface of a substrate. The number of man-hours required to do this can be reduced.
塗布液を基材上に所定のパターンで塗布する方法としては、例えば、間欠ダイコート法が知られている。間欠ダイコート法において、塗布液は、1つの有機半導体層の区画に対して1つの塊として供給される。その他の塗布方法として、例えば、1つの有機半導体層の区画に向けて、塗布液から構成される複数の液滴を吐出する方法も知られている。このタイプの塗布方法としては、例えばスプレイ法やインクジェット法が挙げられる。 For example, an intermittent die coating method is known as a method of applying a coating solution on a substrate in a predetermined pattern. In the intermittent die coating method, the coating solution is supplied as one lump to one organic semiconductor layer section. As another coating method, for example, a method of discharging a plurality of droplets composed of a coating liquid toward a section of one organic semiconductor layer is also known. Examples of this type of coating method include a spray method and an ink jet method.
複数の液滴を吐出する塗布方法を用いた場合、液滴を吐出する吐出口の位置や方向を制御することにより、基材上における液滴の到達位置を任意に制御することができる。このため、複数の液滴を吐出する塗布方法によれば、間欠ダイコート法を用いる場合に比べて、有機半導体層の様々なパターンに対してより柔軟に対応することができる。複数の液滴を吐出する塗布方法を用いて有機半導体層を形成する例として、例えば特許文献1および特許文献2において、有機発光材料を含む塗布液の液滴をインクジェット法またはスプレイ法を用いて基材に向けて吐出する例が開示されている。
When a coating method that discharges a plurality of droplets is used, the position where the droplets reach can be arbitrarily controlled by controlling the position and direction of the discharge port that discharges the droplets. For this reason, according to the coating method for discharging a plurality of droplets, it is possible to more flexibly cope with various patterns of the organic semiconductor layer than in the case of using the intermittent die coating method. As an example of forming an organic semiconductor layer using a coating method that discharges a plurality of droplets, for example, in Patent Document 1 and
複数の液滴を吐出する塗布方法においては一般に、液滴の寸法を小さくするほど、より精密なパターンを形成することができる。すなわち、液滴の寸法が小さいほど、設計段階における有機半導体層の形状に対する、実際に形成される有機半導体層の形状の精度が向上することが期待される。また、形成される有機半導体層の厚みの均一性についても、液滴の寸法が小さいほど向上することが期待される。 In a coating method in which a plurality of droplets are ejected, in general, as the droplet size is reduced, a more precise pattern can be formed. That is, it is expected that the accuracy of the shape of the organic semiconductor layer actually formed with respect to the shape of the organic semiconductor layer at the design stage is improved as the size of the droplet is smaller. Further, the uniformity of the thickness of the formed organic semiconductor layer is also expected to improve as the droplet size decreases.
ところで、複数の液滴を基材に向けて吐出する際、基材上に各液滴が完全に均一に分布するよう液滴を吐出することは困難である。このため、形成される有機半導体層の厚みを均一にするためには、基材上に到達した複数の液滴の集合体として構成される塗布液が、ある程度の流動性を有していることが望ましい。従って、基材上に供給された塗布液における、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に大きいことが求められる。 By the way, when ejecting a plurality of droplets toward the substrate, it is difficult to eject the droplets so that each droplet is completely and uniformly distributed on the substrate. For this reason, in order to make the thickness of the formed organic semiconductor layer uniform, the coating liquid configured as an aggregate of a plurality of droplets reaching the substrate has a certain degree of fluidity. Is desirable. Therefore, the ratio of the solvent to the organic semiconductor material in the coating solution supplied onto the substrate is required to be sufficiently large.
一方、各液滴は、吐出口から吐出された後、基材に向けて飛行する間、各液滴の表面が周囲の気体に曝されるという状態にある。この飛行の間に各液滴の溶媒が蒸発してしまうと、基材上に供給された塗布液における、有機半導体材料に対する溶媒の比率が小さくなってしまい、この結果、塗布液の流動性が減少してしまう。このような流動性の減少は、吐出口から吐出される液滴の小さいほど顕著になると考えられる。なぜなら、液滴の寸法が小さくなるにつれて、液滴の体積に対する液滴の表面積の比率が大きくなり、この結果、周囲の気体への溶媒の蒸発が促進されてしまうからである。 On the other hand, after each droplet is ejected from the ejection port, the surface of each droplet is exposed to the surrounding gas while flying toward the substrate. If the solvent of each droplet evaporates during this flight, the ratio of the solvent to the organic semiconductor material in the coating solution supplied onto the substrate decreases, and as a result, the fluidity of the coating solution is reduced. It will decrease. Such a decrease in fluidity is considered to be more remarkable as the droplets ejected from the ejection port are smaller. This is because as the size of the droplet decreases, the ratio of the surface area of the droplet to the volume of the droplet increases, and as a result, evaporation of the solvent into the surrounding gas is facilitated.
本発明は、上述の課題を効果的に解決し得る有機半導体層の形成方法および形成装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the formation method and formation apparatus of an organic-semiconductor layer which can solve the above-mentioned subject effectively.
本発明は、有機半導体材料を含む有機半導体層を基材上に形成する有機半導体層の形成方法において、基材を供給する基材供給工程と、前記基材の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整工程と、供給された前記基材に向けて、有機半導体材料と溶媒とを含む液滴を吐出する吐出工程と、を備え、前記雰囲気調整工程において、前記液滴に含まれる前記溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスが前記吐出装置の周囲に供給される、有機半導体層の形成方法である。 The present invention relates to a method for forming an organic semiconductor layer in which an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material is formed on a base material, a base material supply step for supplying the base material, and an atmosphere adjustment step for adjusting the ambient atmosphere of the base material And a discharge step of discharging droplets containing an organic semiconductor material and a solvent toward the supplied base material, and the solvent contained in the droplets evaporates in the atmosphere adjustment step. This is a method for forming an organic semiconductor layer, in which an adjustment gas for suppressing the above is supplied around the discharge device.
本発明の有機半導体層の形成方法によれば、吐出装置の周囲には、液滴に含まれる溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスが供給されている。このため、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を基材に到達させることができる。このことにより、基材上に供給された塗布液における流動性を十分に確保することができる。これによって、基材上に形成される有機半導体層の厚みの均一性を向上させることができる。 According to the method for forming an organic semiconductor layer of the present invention, the adjustment gas that suppresses the evaporation of the solvent contained in the droplets is supplied around the discharge device. For this reason, the droplet of the state by which the ratio of the solvent with respect to organic-semiconductor material was fully maintained can reach a base material. Thereby, the fluidity in the coating solution supplied onto the substrate can be sufficiently ensured. Thereby, the uniformity of the thickness of the organic semiconductor layer formed on the substrate can be improved.
本発明の有機半導体層の形成方法の前記雰囲気調整工程において、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質と同種の物質の気体が前記調整ガスとして前記吐出装置の周囲に供給されてもよい。 In the atmosphere adjustment step of the method for forming an organic semiconductor layer of the present invention, a gas of the same kind of substance as the substance constituting the solvent contained in the droplet may be supplied as the adjustment gas around the discharge device. .
本発明の有機半導体層の形成方法の前記雰囲気調整工程において、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質と異なる異種物質の気体が前記調整ガスとして前記吐出装置の周囲に供給されてもよい。この場合、前記異種物質の蒸気圧は、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質の蒸気圧より大きくなっていてもよい。また、前記異種物質の沸点は、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質の沸点より低くなっていてもよい。 In the atmosphere adjustment step of the method for forming an organic semiconductor layer of the present invention, a gas of a different substance from the substance constituting the solvent contained in the droplet may be supplied as the adjustment gas around the discharge device. . In this case, the vapor pressure of the different substance may be higher than the vapor pressure of the substance constituting the solvent contained in the droplet. Further, the boiling point of the different substance may be lower than the boiling point of the substance constituting the solvent contained in the droplet.
本発明の有機半導体層の形成方法の前記吐出工程において、前記液滴が、前記基材からの距離が5mm以上となるよう配置された吐出口から吐出されてもよい。この場合、好ましくは、前記吐出工程において吐出される液滴の平均径が1μm〜20μmの範囲内となっている。 In the discharge step of the method for forming an organic semiconductor layer of the present invention, the droplets may be discharged from discharge ports arranged so that the distance from the base material is 5 mm or more. In this case, preferably, the average diameter of the droplets ejected in the ejection step is in the range of 1 μm to 20 μm.
本発明は、有機半導体材料を含む有機半導体層を基材上に形成する有機半導体層の形成装置において、基材を供給する基材供給機構と、前記吐出装置の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整装置と、供給された前記基材に向けて、有機半導体材料と溶媒とを含む液滴を吐出する吐出装置と、を備え、前記雰囲気調整装置は、前記液滴に含まれる前記溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスを前記吐出装置の周囲に供給するよう構成されている、有機半導体層の形成装置である。 The present invention relates to an organic semiconductor layer forming apparatus for forming an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material on a base material, a base material supply mechanism for supplying the base material, and an atmosphere adjusting device for adjusting the ambient atmosphere of the discharge device And a discharge device that discharges droplets containing an organic semiconductor material and a solvent toward the supplied base material, and the atmosphere adjusting device is configured to evaporate the solvent contained in the droplets. An organic semiconductor layer forming apparatus configured to supply an adjustment gas that suppresses the discharge to the periphery of the discharge device.
本発明の有機半導体層の形成装置によれば、雰囲気調整装置を用いることにより、液滴に含まれる溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスを吐出装置の周囲に供給することができる。このため、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を基材に到達させることができる。このことにより、基材上に供給された塗布液における流動性を十分に確保することができる。これによって、基材上に形成される有機半導体層の厚みの均一性を向上させることができる。 According to the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the adjustment gas that suppresses the evaporation of the solvent contained in the droplets can be supplied around the discharge device by using the atmosphere adjustment device. For this reason, the droplet of the state by which the ratio of the solvent with respect to organic-semiconductor material was fully maintained can reach a base material. Thereby, the fluidity in the coating solution supplied onto the substrate can be sufficiently ensured. Thereby, the uniformity of the thickness of the organic semiconductor layer formed on the substrate can be improved.
本発明の有機半導体層の形成装置において、前記雰囲気調整装置は、前記調整ガスを構成する物質の液体を収容する容器を有していてもよい。この場合、前記調整ガスは、前記容器に収容された液体の蒸気として前記吐出装置の周囲に供給されてもよい。 In the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the atmosphere adjusting device may include a container for storing a liquid of a substance constituting the adjusting gas. In this case, the adjustment gas may be supplied to the periphery of the discharge device as a vapor of liquid stored in the container.
本発明の有機半導体層の形成装置において、前記雰囲気調整装置は、前記調整ガスを構成する物質の液滴を噴霧する噴霧器を有していてもよい。 In the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the atmosphere adjusting device may include a sprayer that sprays droplets of a substance constituting the adjusting gas.
本発明の有機半導体層の形成装置において、前記雰囲気調整装置は、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質と同種の物質の気体を前記調整ガスとして前記吐出装置の周囲に供給するよう構成されていてもよい。 In the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the atmosphere adjusting device is configured to supply a gas of the same kind of substance as the substance constituting the solvent contained in the droplet as the adjusting gas to the periphery of the discharge device. May be.
本発明の有機半導体層の形成装置において、前記雰囲気調整装置は、前記液滴に含まれる前記溶媒を構成する物質と異なる異種物質の気体を前記調整ガスとして前記吐出装置の周囲に供給するよう構成されていてもよい。 In the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the atmosphere adjusting device is configured to supply a gas of a different substance different from the substance constituting the solvent contained in the droplet as the adjusting gas to the periphery of the discharge device. May be.
本発明の有機半導体層の形成装置において、前記塗布装置は、前記液滴を吐出する吐出口を有し、前記吐出口から前記基材までの距離が5mm以上となっていてもよい。この場合、好ましくは、前記吐出口から吐出される液滴の平均径が1μm〜20μmの範囲内となっている。 In the organic semiconductor layer forming apparatus of the present invention, the coating apparatus may include a discharge port for discharging the droplet, and a distance from the discharge port to the base material may be 5 mm or more. In this case, preferably, the average diameter of the droplets discharged from the discharge port is in the range of 1 μm to 20 μm.
本発明によれば、均一な厚みを有する有機半導体層を形成することができる。 According to the present invention, an organic semiconductor layer having a uniform thickness can be formed.
第1の実施の形態
以下、図1および図2を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず図1により、本実施の形態における形成装置10全体について説明する。
First Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. First, the entire forming
形成装置
形成装置10は、有機半導体素子の構成要素の少なくとも一部、例えば有機半導体材料を含む有機半導体層をロールツーロール方式で基材22上に形成するよう構成されている。例えば図1においては、ロール状に巻かれた基材22が巻き出され、次に、基材22上に有機半導体層25が形成され、その後、有機半導体層25が形成された基材22が再度ロール状に巻き取られる例が示されている。
The forming
なお形成装置10を用いることによって得られる有機半導体素子の種類が特に限られることはない。例えば有機半導体素子は、有機化合物中における電子と正孔の再結合によって発光する有機EL素子であってもよい。この場合、有機半導体層は、電子と正孔の再結合を生じさせるための発光層や、正孔を注入する正孔注入層、あるいは正孔を輸送する正孔輸送層として構成されている。また有機半導体素子は、有機化合物中を流れる電流を制御する有機トランジスタ素子であってもよい。この場合、有機半導体層は、ゲート電極に印加される電圧に応じて電流が流れるよう構成されている。また有機半導体素子は、光起電力効果によって光を電力に変換する有機太陽電池素子であってもよい。この場合、有機半導体層は、入射された光を用いて光起電力を得る光電変換層として構成されている。
In addition, the kind of organic semiconductor element obtained by using the forming
図1に示すように、形成装置10は、搬送方向D1に沿ってロール状の基材22を巻き出す基材巻出装置12と、基材巻出装置12から供給された基材22に向けて、有機半導体材料と溶媒とを含む塗布液24の液滴24dを吐出する吐出装置15と、基材22上に到達した塗布液24の溶媒を蒸発させ、有機半導体材料を含む有機半導体層25を形成する乾燥装置16と、有機半導体層25が形成された基材22を巻き取る巻取装置19と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the forming
基材巻出装置12は、基材22がロール状に巻きつけられた巻出軸12aを含んでおり、巻出軸12aは、図示しない駆動機構によって回転駆動される。また基材巻取装置19は、有機半導体層25が形成された基材22をロール状に巻き取る巻出軸19aを含んでおり、巻出軸19aは、図示しない駆動機構によって回転駆動される。なお図1においては、基材22のうち有機半導体層25が形成された面が内側を向くよう基材22が巻取軸19aに巻き付けられる例を示しているが、これに限られることはない。基材22のうち有機半導体層25が形成された面が外側を向くよう基材22が巻取軸19aに巻き付けられてもよい。
The
基材22を構成する材料は、ロール状に巻き取られることができる程度の柔軟性を有する限りにおいて特に限定されない。また基材22に透光性が求められるかどうかは、形成装置10によって形成される有機半導体層25を有する有機半導体素子の用途に応じて適宜定められる。基材22の厚みは、基材22を構成する材料などに応じて適宜設定されるが、例えば5μm〜250μmの範囲内となっている。
The material which comprises the
乾燥装置16としては、塗布液24に含まれる溶媒を適切に蒸発させ、これによって有機半導体層25を得ることができる限りにおいて、様々な方式の乾燥装置を適宜採用することができる。例えば、加熱乾燥、送風乾燥、真空乾燥、加熱減圧乾燥、加圧乾燥または赤外線乾燥などによって溶媒を蒸発させる乾燥装置を用いることができる。
As the drying
(塗布液)
次に、本実施の形態による形成装置10において用いられる塗布液24について説明する。塗布液24は、有機半導体材料と、有機半導体材料を溶解させる溶媒と、を含んでいる。また塗布液24の粘度は、一般的な印刷法において用いられるインキなどの塗布液の粘度に比べて小さくなっている。例えば、せん断速度100/秒、温度23℃という条件下での塗布液24の粘度は、0.1cP〜8.0cPの範囲内となっている。
(Coating solution)
Next, the
(吐出装置)
次に図2を参照して、吐出装置15について詳細に説明する。図2は、基材22に向けて塗布液24の液滴24dを吐出する吐出装置15を側方から見た場合を示す図である。図2において、基材22に対する吐出装置15の相対的な移動方向が矢印D2で示されている。
(Discharge device)
Next, the
なお吐出装置15が基材22に向けて塗布液24の液滴24dを吐出する際、基材22は搬送されていてもよく、若しくは、基材22の搬送が停止されていてもよい。基材22の搬送が停止された状態で吐出装置15が液滴24dを吐出する場合、吐出装置15は、自らが矢印D2で示される方向に移動しながら基材22に向けて液滴24dを吐出する。また吐出装置15は、矢印D2に垂直な方向D3あるいは方向D4に移動しながら基材22に向けて液滴24dを吐出してもよい。また、移動の回数、すなわちスキャン回数が1回に限られることはなく、方向D3および方向D4のそれぞれにおいて移動しながらの吐出が実施されてもよい。すなわち、2回以上のスキャンが実施されてもよい。
When the
図2に示すように、吐出装置15は、基材22に向けて多数の液滴24dを吐出する吐出口15aを有している。吐出口15aから吐出された各液滴24dは、例えば図2において点線で示される吐出空間15b内で広がりながら基材22に到達する。このようにして基材22に到達した複数の液滴24dが集合することにより、図2に示す基材22上の塗布液24が構成されている。基材22上に供給される塗布液24の厚みt1は、形成される有機半導体層25の厚みや塗布液24の組成に応じて適宜設定されるが、例えば100μm以下になっている。
As shown in FIG. 2, the
なお図2においては、吐出口15aから基材22に向けて略鉛直方向に液滴24dが吐出される例が示されているが、これに限られることはない。例えば吐出口15aは、鉛直方向から傾斜した方向において基材22に向けて液滴24dを吐出するよう構成されていてもよい。また、吐出口15aが液滴24dを吐出する方向が可変となっていてもよい。これによって、基材22上に供給される塗布液24の形状をより柔軟に設定することができる。
In FIG. 2, an example is shown in which the
吐出口15aから吐出される液滴24dの寸法が特に限られることはなく、用いられる塗布液24の組成や、有機半導体層25に対して求められる厚みの均一性などに応じて適宜設定される。例えば本実施の形態において、吐出口15aから吐出される液滴24dの平均径は1μm〜20μmの範囲内となっている。このように小さな液滴24dを用いて有機半導体層25を形成することにより、得られる有機半導体層25の厚みの均一性を十分に高めることができる。
The size of the
なお、吐出口15aから吐出される液滴24dの平均径を測定する方法が特に限られることはなく、公知の方法が適宜用いられ得る。例えば、吐出口15aから吐出された複数の液滴24dに対してレーザー光などの光を照射し、その際の光の散乱の様子を観察することなどによって、液滴24dの平均径を算出することができる。
The method for measuring the average diameter of the
次に、吐出装置15の吐出口15aから基材22までの距離hについて説明する。吐出口15aから吐出される液滴24dが飛行する吐出空間15bが、図2に示すように基材22に向かって所定の角度θで広がっている場合、距離hが大きくなるほど、吐出口15aから吐出された液滴24dが到達可能な基材22上の領域が大きくなる。すなわち、吐出口15aから吐出された各液滴24dが広い範囲にわたって分布することができる。一般に、塗布液24の厚みを変える因子としては、吐出口15aから基材22までの距離h、塗布スキャン回数、塗布スキャン速度、吐出液量、などが挙げられるが、吐出口15aから基材22までの距離hを大きくし、塗布スキャン回数が多くなるほど、有機半導体層25の厚みが均一になると考えられる。従って、吐出口15aから基材22までの距離hを適切に調整することによって、形成される有機半導体層25の厚みにおける所望の均一性を達成することができる。本実施の形態において、吐出口15aから基材22までの距離hは、例えば5mm以上に設定されており、これによって、得られる有機半導体層25の厚みの均一性を十分に高めることができる。
Next, the distance h from the
ところで、吐出口15aから基材22までの距離hが大きいということは、吐出口15aから吐出された液滴24dが基材22に向けて飛行する時間が長くなることを意味している。このことは、飛行の間に液滴24dの溶媒が蒸発してしまう可能性が高くなることを意味している。ここで本実施の形態によれば、図1に示すように、形成装置10には、液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスを吐出装置15の周囲に供給する雰囲気調整装置28が設けられている。以下、雰囲気調整装置28について説明する。
By the way, the fact that the distance h from the
(雰囲気調整装置)
図1に示すように、雰囲気調整装置28は、液体28bを収容する容器28aを有している。液体28bは、上述の調整ガスを構成する物質と同一の物質からなっている。例えば調整ガスとしてアニソールガスが用いられる場合、液体28bは液体アニソールを含んでいる。以下の記載において、上述の調整ガスおよび液体28bを構成する物質を調整物質とも称する。
(Atmosphere adjusting device)
As shown in FIG. 1, the
液体28bの温度が調整物質の沸点よりも低い場合であっても、液体28bからは調整物質の蒸気が発生している。例えば調整物質の気体が液体28bと平衡状態にある場合、調整物質の気体の分圧は、液体28bの温度によって決まる調整物質の蒸気圧となっている。従って、調整物質の液体28bが収容された容器28aを基材22の近傍に配置することにより、上記調整ガスを、容器28aに収容された液体28bの蒸気として吐出装置15の周囲に供給することができる。
Even when the temperature of the liquid 28b is lower than the boiling point of the adjusting substance, vapor of the adjusting substance is generated from the liquid 28b. For example, when the adjustment substance gas is in equilibrium with the liquid 28b, the partial pressure of the adjustment substance gas is the vapor pressure of the adjustment substance determined by the temperature of the liquid 28b. Accordingly, the adjustment gas is supplied to the periphery of the
液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することを調整ガスによって抑制することができる限りにおいて、調整ガスおよび液体28bを構成する調整物質が特に限られることはない。例えば、調整物質は、液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質と同種のものであってもよく、異種のものであってもよい。ここで「同種」とは、完全に同一の物質だけでなく、液体と気体との間の平衡という観点において互いに同一とみなされ得る物質をも含む概念である。ここでは、調整物質が、液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質と同種のものである場合について説明する。例えば液滴24dに含まれる溶媒がアニソールを含む場合、調整物質としてアニソールまたはアニソールと同種の物質が用いられる。
As long as the adjustment gas can suppress evaporation of the solvent contained in the
なお図1においては、基材22の側方にそれぞれ1つの容器28aが配置される例が示されているが、これに限られることはなく、基材22の寸法や有機半導体層25の配置方法に応じて、容器28aの配置や数が適宜設定される。
1 shows an example in which one
なお図示はしないが、雰囲気調整装置28は、液体28bの温度を調整する温度調整手段をさらに有していてもよい。これによって、調整ガスの圧力を適切に調整することができる。
Although not shown, the
また図1に示すように、形成装置10には、基材22の周囲雰囲気を外部環境から密閉する密閉機構27が設けられていてもよい。密閉機構27は、例えば図1に示すように、基材巻出装置12,吐出装置15,乾燥装置16,基材巻取装置19および雰囲気調整装置28などの形成装置10の構成要素を取り囲むチャンバー27aを含んでいてもよい。これによって、雰囲気調整装置28から吐出装置15の周囲に供給された調整ガスが外部環境の気体によって置換されることを抑制することができ、このことにより、基材22の周囲における調整ガスの分圧を安定に維持することができる。
As shown in FIG. 1, the forming
有機半導体層の形成方法
次に、上述の形成装置10を用いて基材22上に有機半導体層25を形成する方法について説明する。
Method for Forming Organic Semiconductor Layer Next, a method for forming the
(基材供給工程)
はじめに、チャンバー27aによって囲われた空間内に、基材巻出装置12,吐出装置15,乾燥装置16および基材巻取装置19などの形成装置10の構成要素を準備する。次に、基材巻出装置12の巻出軸12aを回転させて、ロール状に巻き付けられている基材22を巻き出す。これによって、吐出装置15に向けて基材22が供給される。
(Substrate supply process)
First, the components of the forming
(雰囲気調整工程)
また、調整ガスを吐出装置15の周囲に供給する雰囲気調整工程を実施する。例えば、上述の基材供給工程に先立って、液体28bを収容する容器28aを有する雰囲気調整装置28を吐出装置15の近傍に配置する。これによって、調整ガスが、液体28bの蒸気として吐出装置15の周囲に供給される。
(Atmosphere adjustment process)
In addition, an atmosphere adjustment step of supplying adjustment gas around the
(吐出工程)
次に、基材22に向けて塗布液24の液滴24dを吐出する吐出工程を実施する。これによって図2に示すように、複数の液滴24dの集合体として構成される塗布液24を基材22上に供給することができる。
(Discharge process)
Next, a discharge process for discharging the
ところで吐出工程の際、吐出装置15の周囲には上述のように、液滴24dの溶媒を構成する物質と同種の物質から構成される調整ガスが供給されている。このため、吐出口15aから吐出された液滴24dが基材22に向けて飛行する間に液滴24dの溶媒の量が蒸発によって減少してしまうことを抑制することができる。例えば、液滴24dの周囲における調整ガスの分圧が、液滴24dの温度によって決まる、溶媒を構成する物質の蒸気圧とほぼ同一になっている場合、飛行の間における液滴24dの溶媒の減少量をほぼゼロにすることができる。これによって、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴24dを基材22に到達させることができる。このことにより、基材22上に供給された塗布液24における流動性を十分に確保することができる。これによって、基材22に供給された塗布液24の厚みの均一性を向上させることができる。
By the way, during the discharge process, as described above, the adjustment gas composed of the same kind of substance as the substance constituting the solvent of the
(乾燥工程)
その後、基材22上に供給された24の溶媒を蒸発させる乾燥工程を実施する。例えば、乾燥装置16を用いて塗布液24に赤外線を照射することにより、塗布液24に含まれる溶媒を蒸発させる。これによって図1に示すように、有機半導体材料から構成された有機半導体層25を得ることができる。有機半導体層25の厚みは、例えば5nm〜1μmの範囲内となっている。
(Drying process)
Then, the drying process which evaporates 24 solvent supplied on the
(巻取工程)
その後、有機半導体層25が形成された基材22を巻き取る巻取工程を実施する。これによって、巻取軸19aにロール状に巻きつけられた基材22からなるロール体を得ることができる。ロール体は、基材22上にさらなる層を形成するための工程に供給されてもよい。若しくは、有機半導体層25を有する有機半導体素子が既に基材22上に得られている場合、ロール体は、所定の製品区画で基材22を切断する工程に供給されてもよい。
(Winding process)
Then, the winding-up process which winds up the
本実施の形態によれば、複数の小さな液滴24dを基材22に向けて吐出することにより、形成されるべき有機半導体層25に対応するパターンを有する塗布液24が基材22上に供給される。このため、所望の形状を有する有機半導体層25を精度良く基材22上に形成することができる。また吐出装置15の周囲には、液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスが供給されている。このため、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴24dを基材22に到達させることができる。このことにより、基材22上に供給された塗布液24における流動性を十分に確保することができる。これによって、基材22上に形成される有機半導体層25の厚みの均一性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the
なお雰囲気調整装置28は、吐出装置15の周囲だけでなく、基材22上に供給された塗布液24の周囲にも調整ガスが到達するよう構成されていてもよい。例えば図1に示すように、容器28aが、吐出装置15の近傍から乾燥装置16の近傍に至る長さを有していてもよい。これによって、基材22上に供給された塗布液24の溶媒を乾燥装置16が蒸発させるよりも前に、塗布液24の溶媒が蒸発してしまうことを抑制することができる。このため、塗布液24が乾燥装置16の近傍に到達するまでの間に塗布液24を十分に流動させることができ、これによって、形成される有機半導体層25の厚みの均一性をさらに向上させることができる。
The
調整ガスの変形例
なお本実施の形態において、液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質と同種の物質の気体が調整ガスとして吐出装置15の周囲に供給される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質と異なる異種物質の気体が調整ガスとして吐出装置15の周囲に供給されてもよい。例えば液滴24dに含まれる溶媒がトルエン、キシレンまたはアニソールを含む場合、調整ガスを構成する物質として、アセトン、エタノール、イソプロピルアルコール、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、酢酸メチル、酢酸イソプロピル、ジクロロメタン、トリクロロエタン、メチルエチルケトン、ノルマルヘキサンなどを用いてもよい。この場合、アセトン、エタノール、イソプロピルアルコール、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、酢酸メチル、酢酸イソプロピル、ジクロロメタン、トリクロロエタン、メチルエチルケトン、ノルマルヘキサンなどの液体が、雰囲気調整装置28の容器28aに収容される液体28bとして利用される。液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質と、調整ガスを構成する物質とが異なる場合であっても、吐出装置15の周囲に調整ガスを供給し、これによって液滴24d周囲の気体密度を高めることにより、液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することを抑制することができる。
Modification Example of Adjustment Gas In the present embodiment, an example is shown in which a gas of the same type of substance that constitutes the solvent contained in the
本変形例において、液滴24dに含まれる溶媒は、材料や形成装置10の構成に応じて適宜選択されるが、好ましくは、乾燥が遅い溶媒が好ましい。例えば、沸点が100℃以上で、蒸気圧が10hPa以下の溶媒が好ましい。例えば、メシチレン、テトラリン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、ジフェニルメタンなどが挙げられる。
In this modification, the solvent contained in the
また上記異種物質は、好ましくは、より効率的に液滴24dの溶媒の蒸発を抑制することができるよう選択される。例えば、吐出工程が実施される温度条件下において、上記異種物質の蒸気圧が液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質の蒸気圧よりも大きくなるよう、異種物質が選択されてもよい。また、異種物質の沸点が液滴24dに含まれる溶媒を構成する物質の沸点よりも低くなるよう、異種物質が選択されてもよい。このように異種物質を選択することにより、吐出装置15の周囲に供給される異種物質の蒸気の密度を高めることができ、これによって、液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することをさらに抑制することができる。
Further, the different substances are preferably selected so that the evaporation of the solvent of the
形成装置の変形例
また本実施の形態による形成装置10において、有機半導体層25がロールツーロール形式で基材22上に形成される例を示した。すなわち、ロール状に巻かれた基材22が基材巻出装置12から巻き出され、そして、有機半導体層25が形成された基材22が基材巻取装置19によって再度ロール状に巻き取られる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、枚葉形式で有機半導体層25を基材22上に形成してもよい。例えば図3に示すように、板状の基材22を一枚ずつ形成装置10に供給し、板状の基材22上に形成装置10を用いて有機半導体層25を形成してもよい。枚葉形式の場合も、雰囲気調整装置28により、吐出装置15の周囲に調整ガスを供給することができる。このため、液滴24dに含まれる溶媒が蒸発することを抑制することができる。これによって、基材22上に形成される有機半導体層25の厚みの均一性を向上させることができる。
Modified Example of Forming Device In the forming
なお、枚葉形式で有機半導体層25を基材22上に形成する場合、基材22が柔軟性を有する必要はない。このため、ガラスなどの硬質材料を基材22の材料として用いてもよい。
In addition, when forming the organic-
雰囲気調整装置の変形例
また本実施の形態において、雰囲気調整装置28が、調整ガスを構成する物質の液体28bを収容する容器28aを有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、吐出装置15の周囲に調整ガスを供給することができる限りにおいて、様々な構成の雰囲気調整装置28を用いることができる。例えば図4に示すように、雰囲気調整装置28は、調整ガスを構成する調整物質の液滴28dを噴霧する噴霧器28cを有していてもよい。この場合、噴霧器28cから噴霧された多数の液滴28dは、吐出装置15の周囲に到達する。また液滴28dからは、液滴28dを構成する調整物質の蒸気が発生する。すなわち調整ガスを、液滴28dの蒸気として吐出装置15の周囲に供給することができる。なお噴霧器28cは、吐出装置15の周囲だけでなく、基材22上に供給された塗布液24の周囲にも液滴28dが到達するよう構成されていてもよい。この際、好ましくは、噴霧器28cからの液滴28dが基材22上に供給された塗布液24に混入しないよう、噴霧器28cが制御される。
Modified Example of Atmosphere Adjustment Device In the present embodiment, the example in which the
密閉機構の変形例
また本実施の形態において、密閉機構27が、基材巻出装置12,吐出装置15,乾燥装置16,基材巻取装置19および雰囲気調整装置28などの形成装置10の構成要素を取り囲むチャンバー27aを含む例を示した。しかしながら、吐出装置15の周囲に供給された調整ガスが外部環境の気体によって置換されることを抑制することができる限りにおいて、様々な構成の密閉機構27を用いることができる。例えば図5に示すように、密閉機構27は、吐出装置15,乾燥装置16および雰囲気調整装置28などの形成装置10の構成要素を取り囲むカバー27bを含んでいてもよい。あるいは、カバー27bは、吐出装置15および雰囲気調整装置28を取り囲むものでもよい。これによって、吐出装置15の周囲の雰囲気をより狭い範囲内で密閉することができる。また、吐出装置15の周囲における気体の流動の程度が小さい場合、上述のようなチャンバー27aやカバー27bを含む密閉機構27が設けられていなくてもよい。
Modification of Sealing Mechanism In the present embodiment, the
塗布方法の変形例
また上述の吐出工程を、マスクシート23を基材22に密着させた上で実施してもよい。図6に示すように、マスクシート23には複数の開口部23aが形成されている。なお開口部23aとは、図6に示すように、マスクシート23のうち基材22を覆う遮蔽部23bが設けられていない部分のことである。各開口部23aは、形成されるべき有機半導体層25の形状に対応した形状を有している。以下、マスクシート23を用いることの効果について図7を参照して説明する。図7は、マスクシート23が密着された基材22に向けて液滴24dを吐出する吐出装置15を側方から見た場合を示す図である。
A modification of the coating method and the above-described discharge process may be performed after the
マスクシート23を用いる場合、図3に示すように、有機半導体層25が形成されることが意図されていない領域に到達した塗布液24を遮蔽部23bによって遮蔽することができる。このため、供給される塗布液24の位置や形状を、開口部23aの位置や形状に応じて精密に画定することができる。このことにより、形状や位置が精密に定められた有機半導体層25を得ることができる。
When the
また本変形例によれば、基材22上に供給された塗布液24の流動の範囲を、蔽部23bによって画定される開口部23a内に限定することができる。また上述のように、雰囲気調整装置28を設けることによって、有機半導体材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴24dを開口部23a内に到達させることができる。すなわち、開口部23a内に供給された塗布液24の流動性は十分に確保されている。これらのことの相乗効果により、形成される有機半導体層25の厚みをさらに均一にすることができる。
Moreover, according to this modification, the range of the flow of the
その他の変形例
また本実施の形態および変形例において、基材22上に直接的に有機半導体層25が形成される例を示した。すなわち、吐出装置15から吐出された液滴24dが基材22に直接的に到達する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、吐出装置15から吐出された液滴24dが基材22に直接的には到達しなくてもよい。例えば、基材22上に予め何らかの層が形成されており、この層の上に吐出装置15から吐出された液滴24dが到達してもよい。すなわち、基材22上に予め設けられた何らかの層の上に有機半導体層25を形成するために、上述の形成装置10が用いられてもよい。
Other Modifications In the present embodiment and modification, an example in which the
また本実施の形態および変形例において、形成装置10を用いて基材22上に、有機半導体材料を含む有機半導体層25を形成する例を示した。しかしながら、形成装置10を用いて基材22上に形成する層が有機半導体層25に限られることはない。有機半導体材料以外の材料を含む層についても、形成装置10を用いて基材22上に形成することができる。この場合、有機半導体層25の場合と同様に、形成装置10を用いて、はじめに、吐出装置15の周囲に調整ガスを供給し、次に、所定の材料と適切な溶媒とを含む塗布液を基材22上に供給し、その後、塗布液の溶媒を蒸発させる。これによって、前記材料から構成される層を基材22上に形成することができる。
Moreover, in this Embodiment and the modification, the example which forms the organic-
なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although some modified examples with respect to the above-described embodiment have been described, naturally, a plurality of modified examples can be applied in combination as appropriate.
有機EL素子への適用例
次に、上述の形成装置10を備えた製造装置を用いて、有機半導体層を有する有機EL素子を製造する例について、図8を参照して説明する。図8は、有機EL素子30の層構成の一例を示す縦断面図である。
Application Example to Organic EL Element Next, an example of manufacturing an organic EL element having an organic semiconductor layer using the manufacturing apparatus including the above-described forming
図8に示すように、有機EL素子30は、基材22と、基材22上に、基材22側から順に設けられた第1電極層31,正孔注入層32,正孔輸送層33,発光層35,電子注入層38および第2電極層39と、を有している。ここで第1電極層31は陽極層31として機能し、第2電極層39は陰極層39として機能する。有機EL素子30においては、正孔注入層32,正孔輸送層33,発光層35および電子注入層38が、有機半導体材料を含む有機半導体層となっている。しかしながら、このような構造に限られることはなく、発光層単独からなる構造、正孔注入層と発光層とからなる構造、発光層と電子注入層とからなる構造、さらに、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層を介在させた構造、発光層と電子注入層との間に電子輸送層を介在させた構造等としてもよい。
As shown in FIG. 8, the
以下、有機EL素子30を構成する各層について説明する。
Hereinafter, each layer which comprises the
(陽極層)
陽極層31を構成する材料は、導電性を有する限り特には限定されず、金属、合金、これらの混合物等を使用することができる。なお発光層35から生じる光が陽極層31および基材22を通って外部に取り出される場合、陽極層31の材料として、透光性を有する導電性材料が用いられる。透光性を有する導電性材料としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛、酸化第二錫などの酸化物導電性材料または金等の薄膜電極材料を挙げることができる。中でも、正孔が注入され易いように、仕事関数の大きい(4eV以上)透明、または半透明材料であるITO、IZO、が好ましい。透明電極層は、シート抵抗が数百Ω/□以下が好ましく、材質にもよるが、透明電極層の厚みは、例えば、50〜500nm程度とすることができる。なお図8においては、陽極層31がその他の層32,33,35などと同一の幅を有する例が示されているが、これに限られることはなく、陽極層31がその他の層32,33,35などとは異なる幅を有していてもよい。
(Anode layer)
The material which comprises the
(正孔注入層)
正孔注入層32を構成する材料としては、例えば、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、酸化バナジウム、酸化モリブデン等の酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリシラン系、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー等の誘電性高分子オリゴマー等、を用いることができる。
(Hole injection layer)
Examples of the material constituting the hole injection layer 32 include phenylamine, starburst amine, phthalocyanine, vanadium oxide, molybdenum oxide and other oxides, polyaniline, polythiophene derivatives, triazole derivatives, oxadiazole derivatives, An imidazole derivative, a polysilane, an aniline copolymer, a dielectric polymer oligomer such as a thiophene oligomer, and the like can be used.
さらに、正孔注入層32を構成する材料として、ポリフィン、1,10,15,20−テトラフェニル−21H、23H−ポリフィン銅(II)等のポリフィリン化合物、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル、N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−[1,1′−ビフェニル]−4,4′−ジアミン等の芳香族第三級アミン化合物、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−[4(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベン、ポリ3,4エチレンジオキシチオフェンーポリスチレンスルホン酸(PEDOD-PSS)等のスチリルアミン化合物を用いることもできる。 Further, as a material constituting the hole injection layer 32, polyfin, 1, 10, 15, 20-tetraphenyl-21H, 23H-polyphine compound such as polyfin copper (II), N, N, N ', N'- Aromatics such as tetraphenyl-4,4'-diaminophenyl, N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl)-[1,1'-biphenyl] -4,4'-diamine Tertiary amine compound, 4- (di-p-tolylamino) -4 '-[4 (di-p-tolylamino) styryl] stilbene, poly3,4 ethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonic acid (PEDOD-PSS), etc. These styrylamine compounds can also be used.
(正孔輸送層)
正孔輸送層33を構成する材料としては、例えば、オキサジアゾール系、オキサゾール系、トリアゾール系、チアゾール系、トリフェニルメタン系、スチリル系、ピラゾリン系、ヒドラゾン系、芳香族アミン系、カルバゾール系、ポリビニルカルバゾール系、スチルベン系、エナミン系、アジン系、トリフェニルアミン系、ブタジエン系、多環芳香族化合物系、スチルベン二量体等の材料を用いることができる。
(Hole transport layer)
Examples of the material constituting the hole transport layer 33 include oxadiazole, oxazole, triazole, thiazole, triphenylmethane, styryl, pyrazoline, hydrazone, aromatic amine, carbazole, Materials such as polyvinylcarbazole, stilbene, enamine, azine, triphenylamine, butadiene, polycyclic aromatic compounds, and stilbene dimer can be used.
正孔輸送層33は、正孔輸送層33を構成する材料と溶媒とを含む塗布液の液滴を、形成装置10を用いて基材22上に吐出することによって形成され得る。例えば正孔輸送層33を構成する材料を溶解させる溶媒として、クメン、アニソール、n−プロピルベンゼン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、リモネン、p−シメン、o−ジクロロベンゼン、ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、2,3−ジヒドロベンゾフラン、安息香酸メチル、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、アミルベンゼン、テトラリン、安息香酸エチル、フェニルヘキサン、シクロヘキシルベンゼン、安息香酸ブチル等を、単独で、または混合して用いることができる。
The hole transport layer 33 can be formed by discharging droplets of a coating liquid containing a material constituting the hole transport layer 33 and a solvent onto the
(発光層)
発光層35を構成する材料としては、例えば、色素系、金属錯体系、高分子系の発光材料を用いることができる。また、発光波長を調整し、または発光効率を向上させる等の目的で、上記の各層に適当な材料をドーピングすることもできる。
(Light emitting layer)
As a material constituting the
色素系の発光材料の例としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。 Examples of dye-based luminescent materials include, for example, cyclopentadiene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, triphenylamine derivatives, oxadiazole derivatives, pyrazoloquinoline derivatives, distyrylbenzene derivatives, distyrylarylene derivatives, silole derivatives, thiophene Examples thereof include a ring compound, a pyridine ring compound, a perinone derivative, a perylene derivative, an oligothiophene derivative, a trifumanylamine derivative, an oxadiazole dimer, and a pyrazoline dimer.
また金属錯体系の発光材料の例としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポリフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体等、中心金属にAl、Zn、Be等、または、Tb、Eu、Dy等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体を挙げることができる。 Examples of metal complex-based luminescent materials include, for example, aluminum quinolinol complex, benzoquinolinol beryllium complex, benzoxazole zinc complex, benzothiazole zinc complex, azomethyl zinc complex, porphyrin zinc complex, europium complex, etc. Examples thereof include metal complexes having Zn, Be, or the like, or a rare earth metal such as Tb, Eu, or Dy, and having a oxadiazole, thiadiazole, phenylpyridine, phenylbenzimidazole, quinoline structure, or the like as a ligand.
また高分子系の発光材料の例としては、例えば、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、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。 Examples of the polymer light emitting material include polyparaphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polysilane derivatives, polyacetylene derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polyfluorene derivatives, and the like.
正孔輸送層33の場合と同様に、発光層35を構成する発光材料を溶解させる溶媒は、発光材料や形成装置10の構成に応じて適宜選択される。
As in the case of the hole transport layer 33, the solvent for dissolving the light emitting material constituting the
(電子注入層)
電子注入層38を構成する材料としては、例えば、カルシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属や、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムなどのフッ化物等を用いることができる。
(Electron injection layer)
As a material constituting the electron injection layer 38, for example, alkaline earth metals such as calcium and barium, fluorides such as lithium fluoride and sodium fluoride, and the like can be used.
(陰極層)
陰極層39を構成する材料は、陽極層31の場合と同様に、導電性を有する限り特には限定されず、金属、合金、これらの混合物等を使用することができる。例えば、発光層35から生じる光が陽極層31および基材22を通って外部に取り出される場合、陽極層31の材料として、アルミニウムを用いることができる。
(Cathode layer)
As in the case of the
有機EL素子30を構成する各層31,32,33,35,38および39の厚みが特に限られることはなく、求められる特性に応じて適宜設定されるが、例えば10nm〜500nm程度とすることができる。一例を挙げると、陽極層31の厚みが150nmとなっており、正孔注入層32の厚みが50nmとなっており、正孔輸送層33の厚みが20nmとなっており、発光層35の厚みが80nmとなっており、電子注入層38の厚みが5nmとなっており、陰極層39の厚みが150nmとなっている。
The thickness of each
(有機EL素子の製造方法)
次に、形成装置10を備えた製造装置を用いて、上述の有機EL素子30を製造する方法について説明する。ここでは特に、有機EL素子30のうち上述の正孔注入層32、正孔輸送層33および発光層35を、上述の形成装置10を用いて形成する例について詳細に説明する。
(Manufacturing method of organic EL element)
Next, a method for manufacturing the above-described
はじめに、基材22上に陽極層31を形成する。陽極層31を形成する方法および装置が特に限られることはなく、様々な公知の方法および装置が用いられ得る。例えば陽極層31がITOから構成される場合、スパッタリング法や真空蒸着法等においてメタルマスクを用いることにより、または、全面に透明電極層用の材料を成膜した後、感光性レジストをマスクとしてエッチングすることにより、陽極層31を基材22上に形成することができる。
First, the
次に、上述の正孔注入層32を構成する材料を含む塗布液の液滴を、形成装置10の吐出装置15を用いて基材22上の陽極層31に向けて吐出する。この際、吐出装置15の周囲には、雰囲気調整装置28によって、正孔注入層32を構成するための塗布液中の溶媒が蒸発することを抑制することができる調整ガスが供給されている。このため、正孔注入層32を構成する材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を陽極層31上に到達させることができる。このことにより、均一な厚みを有する正孔注入層32を得ることができる。
Next, a droplet of the coating liquid containing the material constituting the hole injection layer 32 is discharged toward the
その後、上述の正孔輸送層33を構成する材料と、当該材料を溶解させる溶媒とを含む塗布液の液滴を、形成装置10の吐出装置15を用いて基材22上の正孔注入層32に向けて吐出する。この際、吐出装置15の周囲には、雰囲気調整装置28によって、正孔輸送層33を構成する材料を溶解させる溶媒が蒸発することを抑制することができる調整ガスが供給されている。このため、正孔輸送層33を構成する材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を正孔注入層32上に到達させることができる。このことにより、均一な厚みを有する正孔輸送層33を得ることができる。
Thereafter, a droplet of a coating liquid containing the material constituting the above-described hole transport layer 33 and a solvent for dissolving the material is applied to the hole injection layer on the
次に、上述の発光層35を構成する材料と、当該材料を溶解させる溶媒とを含む塗布液の液滴を、形成装置10の吐出装置15を用いて基材22上の正孔輸送層33に向けて吐出する。この際、吐出装置15の周囲には、雰囲気調整装置28によって、発光層35を構成する材料を溶解させる溶媒が蒸発することを抑制することができる調整ガスが供給されている。このため、発光層35を構成する材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を正孔輸送層33上に到達させることができる。このことにより、均一な厚みを有する発光層35を得ることができる。
Next, a droplet of a coating liquid containing a material constituting the light-emitting
なお、正孔注入層32,正孔輸送層33および発光層35を形成する際に用いられる吐出装置15および雰囲気調整装置28は、同一の形成装置10内に設けられていてもよく、若しくは、別々の形成装置10内に設けられていてもよい。
The
その後、発光層35上に電子注入層38および陰極層39を形成する。電子注入層38および陰極層39を形成する方法が特に限られることはなく、様々な方法適宜用いられ得る。例えば、電子注入層38および陰極層39を構成する材料として、適切な溶媒に溶解し得る材料が用いられる場合、上述の形成装置10を用いて電子注入層38および陰極層39を形成してもよい。このようにして、図8に示す有機EL素子30を製造することができる。
Thereafter, an electron injection layer 38 and a cathode layer 39 are formed on the
(有機EL素子の変形例)
なお有機EL素子30の層構成が特に限られることはなく、求められる特性に応じて様々な層を追加することができる。例えば図9に示すように、有機EL素子30の発光層35の構造が、第1発光層35Aおよび第2発光層35Bを含む二層構造となっていてもよい。この場合、第1発光層35Aと第2発光層35Bとの間に電荷発生層34が介在されていてもよい。このうち第1発光層35Aおよび第2発光層35Bは、上述の発光層35と略同一の層であるので、詳細な説明を省略する。電荷発生層34は、例えば特開2003−272860号公報に記載されているように、1.0×102Ω・cm以上、好ましくは1.0×105Ω・cm以上の比抵抗を有する電気絶縁性の層であって、電圧印加時において有機EL素子30の陰極方向にホールを注入し、陽極方向に電子を注入する役割を果たす層となっている。
(Modification of organic EL element)
The layer configuration of the
また図9に示すように、有機EL素子30は、発光層35と電子注入層38に位置する正孔阻止層36および電子輸送層37をさらに有していてもよい。このうち正孔阻止層36は、陽極層31から注入された正孔が発光層35を突き抜けるのをブロックし、発光層35内における電子と正孔の再結合を増やすための層である。このような正孔阻止層36を構成する材料としては、例えば、(2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール)(PBD)等を用いることができる。
As shown in FIG. 9, the
電子輸送層37を構成する材料としては、例えば、金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、シリル化合物等を用いることができる。フェナントロリン類の具体例としては、バソキュプロイン、バソフェナントロリン等を挙げることができる。金属錯体の具体例としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)等を挙げることができる。オキサジアゾール誘導体としては、(2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール)(PBD)等を挙げることができる。 As a material constituting the electron transport layer 37, for example, a metal complex, an oxadiazole derivative, a triazole derivative, a phenanthroline derivative, a silyl compound, or the like can be used. Specific examples of phenanthrolines include bathocuproin and bathophenanthroline. Specific examples of the metal complex include tris (8-quinolinolato) aluminum complex (Alq3). Examples of the oxadiazole derivative include (2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole) (PBD).
上述の電荷発生層34,正孔阻止層36および電子輸送層37を形成する方法が特に限られることはなく、様々な方法適宜用いられ得る。例えば、電荷発生層34,正孔阻止層36および電子輸送層37を構成する材料として、適切な溶媒に溶解し得る材料が用いられる場合、上述の形成装置10を用いて電荷発生層34,正孔阻止層36および電子輸送層37を形成してもよい。
The method for forming the
有機トランジスタ素子への適用例
次に、上述の形成装置10を備えた製造装置を用いて製造される、有機半導体層を有する有機半導体素子の一例として、有機トランジスタ素子について説明する。図10は、有機トランジスタ素子40の層構成の一例を示す縦断面図である。
Application Example to Organic Transistor Element Next, an organic transistor element will be described as an example of an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer manufactured using a manufacturing apparatus including the above-described forming
図10に示すように、有機トランジスタ素子40は、基材22上に設けられたゲート電極41と、ゲート電極41を覆うよう基材22上に設けられたゲート絶縁層42と、一定の間隔を空けて対向するようゲート絶縁層42上に設けられた第1電極層43および第2電極層44と、第1電極層43および第2電極層44を覆うよう設けられた有機半導体層45と、を有している。ここで第1電極層43はドレイン電極43として機能し、第2電極層44はソース電極44として機能する。なお図10において一点鎖線で示すように、有機トランジスタ素子40は、有機トランジスタ素子40の最表面に位置し、有機トランジスタ素子40のその他の構成要素を保護するよう設けられた保護層46をさらに有していてもよい。
As shown in FIG. 10, the
有機トランジスタ素子40の各構成要素の材料や寸法が特に限られることはない。例えば、有機トランジスタ素子40のゲート電極41、ゲート絶縁層42、ドレイン電極43およびソース電極44として、特開2009−87996号公報に記載のものを用いることができる。
The material and dimensions of each component of the
(有機半導体層)
有機半導体層45を構成する有機半導体材料としては、低分子系の有機半導体材料や高分子系の有機半導体材料を用いることができる。例えば有機半導体材料として、特開2009−87996号公報に記載のものを用いることができる。
(Organic semiconductor layer)
As the organic semiconductor material constituting the
有機半導体層45を構成する有機半導体材料を溶解させる溶媒は、材料や形成装置10の構成に応じて適宜選択されるが、例えば、メシチレン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、キシレン、及びN−メチルピロリドンなどの有機溶媒を用いることができる。
The solvent for dissolving the organic semiconductor material constituting the
次に、形成装置10を備えた製造装置を用いて、上述の有機半導体層45を有する有機トランジスタ素子40を製造する方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
はじめに、基材22上にゲート電極41,ゲート絶縁層42,ソース電極43およびドレイン電極44を形成する。これらの構成要素を形成する方法が特に限られることはなく、公知の方法を適宜用いることができる。
First, the
その後、上述の有機半導体層45を構成する材料と、当該材料を溶解させる溶媒とを含む塗布液の液滴を、形成装置10の吐出装置15を用いて、上記の各構成要素41,42,43および44が形成された基材22に向けて吐出する。この際、吐出装置15の周囲には、雰囲気調整装置28によって、有機半導体層45を構成する材料を溶解させる溶媒が蒸発することを抑制することができる調整ガスが供給されている。このため、有機半導体層45を構成する材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴をゲート絶縁層42,ソース電極43およびドレイン電極44上に到達させることができる。このことにより、均一な厚みを有する有機半導体層45を得ることができる。
After that, the droplets of the coating liquid containing the material constituting the
その後、必要に応じて有機半導体層45上に保護層46を形成する。このようにして、有機半導体層45を含む有機トランジスタ素子40を製造することができる。
Thereafter, a
なお図10に示す例においては、有機トランジスタ素子40がいわゆるボトムコンタクト・ボトムゲート型となっている例を示した。しかしながら、有機トランジスタ素子40のタイプがボトムコンタクト・ボトムゲート型に限られることはない。例えば、ボトムコンタクト・トップゲート型、トップコンタクト・ボトムゲート型またはトップコンタクト・トップゲート型の有機トランジスタ素子40においても、形成装置10を用いて有機半導体層45を形成することができる。
In the example shown in FIG. 10, the
有機太陽電池素子への適用例
次に、上述の形成装置10を備えた製造装置を用いて製造される、有機半導体層を有する有機半導体素子の一例として、有機太陽電池素子について説明する。図11は、有機太陽電池素子50の層構成の一例を示す縦断面図である。
Application Example to Organic Solar Cell Element Next, an organic solar cell element will be described as an example of an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer manufactured using a manufacturing apparatus provided with the above-described forming
図11に示すように、有機太陽電池素子50は、基材22上に順次設けられた第1電極層51,光電変換層52および第2電極層53と、各層51,52および53を覆うよう設けられた被覆層54と、被覆層54の外周部に配置された接着剤層55と、接着剤層55を介して基材22に貼り合わされた封止基材56と、を有している。有機太陽電池素子50においては、光電変換層52が、有機半導体材料を含む有機半導体層となっている。
As shown in FIG. 11, the organic
有機太陽電池素子50の各構成要素の材料や寸法が特に限られることはない。例えば、有機太陽電池素子50の第1電極層51、第2電極層53、被覆層54、接着剤層55および封止基材56として、特開2011−151195号公報に記載のものを用いることができる。
The material and size of each component of the organic
(光電変換層)
光電変換層52は、電子受容性および電子供与性の両機能を有する単一の層であってもよい。若しくは、光電変換層52は、電子受容性材料を含み、電子受容性の機能を有する電子受容性層と、電子供与性材料を含み、電子供与性の機能を有する電子供与性層とが積層されたものであってもよい。光電変換層52の具体的な構成や材料が特に限られることはない。例えば光電変換層52として、特開2011−151195号公報に記載のものを用いることができる。
(Photoelectric conversion layer)
The
光電変換層52の電子供与性材料や電子受容性材料を溶解させる溶媒は、材料や形成装置10の構成に応じて適宜選択されるが、例えば、オルトジクロロベンゼンなどの有機溶媒を用いることができる。
The solvent for dissolving the electron-donating material and the electron-accepting material of the
次に、形成装置10を備えた製造装置を用いて、上述の光電変換層52を有する有機太陽電池素子50を製造する方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the organic
はじめに、基材22上に第1電極層51を形成する。第1電極層51を形成する方法が特に限られることはなく、公知の方法を適宜用いることができる。
First, the
次に、上述の光電変換層52を構成する材料と、当該材料を溶解させる溶媒とを含む塗布液の液滴を、形成装置10の吐出装置15を用いて基材22上の第1電極層51に向けて吐出する。この際、吐出装置15の周囲には、雰囲気調整装置28によって、光電変換層52を構成する材料を溶解させる溶媒が蒸発することを抑制することができる調整ガスが供給されている。このため光電変換層52を構成する材料に対する溶媒の比率が十分に維持された状態の液滴を第1電極層51上に到達させることができる。このことにより、均一な厚みを有する光電変換層52を得ることができる。
Next, the first electrode layer on the
その後、光電変換層52上に第2電極層53を形成する。また、各層51,52および53を覆う被覆層54と、各層51,52および53を封止するための接着剤層55および封止基材56と、を形成する。このようにして、光電変換層52を含む有機太陽電池素子50を製造することができる。
Thereafter, the
10 形成装置
15 吐出装置
15a 吐出口
15b 吐出領域
22 基材
24 塗布液
25 有機半導体層
27 密閉機構
28 雰囲気調整装置
28a 容器
28b 液体
28c 噴霧器
28d 液滴
30 有機EL素子
32 正孔注入層
33 正孔輸送層
35 発光層
40 有機トランジスタ素子
45 有機半導体層
50 有機太陽電池素子
52 光電変換層
DESCRIPTION OF
Claims (12)
基材を供給する基材供給工程と、
前記基材の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整工程と、
供給された前記基材に向けて、有機半導体材料と溶媒とを含む液滴を吐出装置を用いて吐出する吐出工程と、を備え、
前記雰囲気調整工程において、前記液滴に含まれる前記溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスが雰囲気調整装置から前記吐出装置の周囲に供給され、
前記雰囲気調整工程および前記吐出工程において、少なくとも、前記基材に向けて前記液滴を吐出する前記吐出装置の吐出口、前記基材のうち前記吐出口から吐出された前記液滴が到達する部分、および、前記調整ガスを前記吐出装置の周囲に供給する前記雰囲気調整装置が、密閉機構によって囲まれており、
前記密閉機構は、前記基材上に到達した前記液滴の溶媒が蒸発することによって前記基材上に形成される有機半導体層が、少なくとも部分的に前記密閉機構の外部に位置するよう、構成されている、有機半導体層の形成方法。 In the organic semiconductor layer forming method of forming an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material on a substrate,
A base material supplying step for supplying the base material;
An atmosphere adjustment step for adjusting the ambient atmosphere of the substrate;
A discharge step of discharging droplets containing an organic semiconductor material and a solvent using a discharge device toward the supplied base material,
In the atmosphere adjustment step, an adjustment gas that suppresses evaporation of the solvent contained in the droplets is supplied from the atmosphere adjustment device to the periphery of the discharge device,
In the atmosphere adjustment step and the discharge step, at least a discharge port of the discharge device that discharges the droplet toward the base material, and a portion of the base material where the liquid droplet discharged from the discharge port reaches And the atmosphere adjustment device that supplies the adjustment gas to the periphery of the discharge device is surrounded by a sealing mechanism ,
The sealing mechanism is configured such that an organic semiconductor layer formed on the base material is located at least partially outside the sealing mechanism by evaporation of the solvent of the droplets reaching the base material. A method for forming an organic semiconductor layer.
前記吐出工程において吐出される液滴の平均径が1μm〜20μmの範囲内となっている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機半導体層の形成方法。 In the discharging step, the liquid droplets are discharged from a discharge port arranged so that the distance from the base material is 5 mm or more,
The method for forming an organic semiconductor layer according to any one of claims 1 to 5, wherein an average diameter of droplets ejected in the ejection step is in a range of 1 µm to 20 µm.
基材を供給する基材供給機構と、
供給された前記基材に向けて、有機半導体材料と溶媒とを含む液滴を吐出する吐出装置と、
前記吐出装置の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整装置と、を備え、
前記雰囲気調整装置は、前記液滴に含まれる前記溶媒が蒸発することを抑制する調整ガスを前記吐出装置の周囲に供給するよう構成されており、
前記形成装置は、少なくとも、前記基材に向けて前記液滴を吐出する前記吐出装置の吐出口、前記基材のうち前記吐出口から吐出された前記液滴が到達する部分、および、前記調整ガスを前記吐出装置の周囲に供給する前記雰囲気調整装置を囲む密閉機構をさらに備え、
前記密閉機構は、前記基材上に到達した前記液滴の溶媒が蒸発することによって前記基材上に形成される有機半導体層が、少なくとも部分的に前記密閉機構の外部に位置するよう、構成されている、有機半導体層の形成装置。 In an organic semiconductor layer forming apparatus for forming an organic semiconductor layer containing an organic semiconductor material on a substrate,
A substrate supply mechanism for supplying a substrate;
A discharge device for discharging droplets containing an organic semiconductor material and a solvent toward the supplied base material;
An atmosphere adjustment device for adjusting the ambient atmosphere of the discharge device,
The atmosphere adjustment device is configured to supply an adjustment gas that suppresses evaporation of the solvent contained in the droplet to the periphery of the discharge device,
The forming apparatus includes at least a discharge port of the discharge device that discharges the droplet toward the base material, a portion of the base material where the liquid droplet discharged from the discharge port reaches, and the adjustment Further comprising a sealing mechanism surrounding the atmosphere adjusting device for supplying gas around the discharge device;
The sealing mechanism is configured such that an organic semiconductor layer formed on the base material is located at least partially outside the sealing mechanism by evaporation of the solvent of the droplets reaching the base material. An apparatus for forming an organic semiconductor layer.
前記吐出口から前記基材までの距離が5mm以上となっており、
前記吐出口から吐出される液滴の平均径が1μm〜20μmの範囲内となっている、請求項7乃至11のいずれか一項に記載の有機半導体層の形成装置。 The discharge device has a discharge port for discharging the droplets,
The distance from the discharge port to the base material is 5 mm or more,
The apparatus for forming an organic semiconductor layer according to any one of claims 7 to 11, wherein an average diameter of droplets discharged from the discharge port is in a range of 1 µm to 20 µm.
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