KR100561009B1 - 용액분출장치 및 용액분출방법 - Google Patents
용액분출장치 및 용액분출방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 용액을 효율적으로 목적하는 위치만에 정밀도 좋게 부착하는 분출을 실현하는 용액분출장치 및 용액분출방법에 관한 것으로서,
용액분출장치는 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과, 상기 기판을 가열하는 기판가열기와, 상기 노즐내의 상기 용액을 냉각하는 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
용액, 분출, 노즐, 기판가열기, 냉각수단
Description
도 1은 유기EL표시패널이 나타내어진 평면도 및 단면도.
도 2는 상기 유기EL표시패널의 유기EL층을 성막할 때에 이용하는 본 발명에 관련되는 제 1 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 3은 본 발명에 관련되는 제 2 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 4는 본 발명에 관련되는 제 3 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 5는 본 발명에 관련되는 제 4 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 6은 본 발명에 관련되는 제 5 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 7은 본 발명에 관련되는 제 6 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 8은 본 발명에 관련되는 제 7 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 9는 본 발명에 관련되는 제 8 실시형태의 용액분출장치를 나타낸 개략측면도.
도 10은 액적분출동작의 경과시간과 노즐의 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명에 관련되는 제 9 실시형태의 용액분출장치가 나타내어진 개략측면도.
도 12는 본 발명에 관련되는 제 10 실시형태의 용액분출장치가 나타내어진 개략측면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 유기EL표시패널 2: 투명기판
3: 투명전극 4: 유기EL층
6: 격벽 7: 대향전극
50, 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850, 950: 용액분출장치
51: 워크테이블 52: 구동장치
53: 가이드부 54: 헤드부
55: 노즐 55a: 분출구
56: 유기재료용액저장기 57: EL용액공급관
58: 제 1 가열기 59: 제 2 가열기
60: 컨트롤러 61: 온도컨트롤러
62, 67: 단열재 63: 기판가열기
64: 방사형 가열기 65: 발열기
66: 팬 69: 냉각매체재킷
70: 상자체 71: 유기EL용액
77: 냉각매체 78: 온도계측기(온도계)
81: 냉각매체공급관 82: 냉각매체배출관
86: 보온기 170: 냉각매체순환기
171: 온도제어매체순환기
본 발명은 기판상에 액적(液滴)을 분출하는 용액분출장치 및 용액분출방법에 관한 것이다.
유기EL(Electroluminescent)소자는 애노드전극, 유기재료로 이루어져서 내부에 전류가 흐름으로써 발광하는 유기EL층, 캐소드전극이 적층된 구조를 이루고 있으며, 애노드전극과 캐소드전극의 사이에 한계값을 넘은 순바이어스전압이 인가되면 유기EL층이 발광한다. 이와 같은 유기EL소자를 화소로 하여 기판상에 매트릭스상으로 배열하고, 각 유기EL소자를 소정의 계조휘도로 발광함으로써 화상표시를 실시하는 유기EL표시패널이 실현화되고 있다.
복수의 화소로 구성되는 액티브매트릭스형 유기EL표시패널에서는 애노드전극 또는 캐소드전극 중의 한쪽의 전극을 모든 화소에 접속된 공통전극으로 할 수 있는데, 적어도 다른쪽의 전극 및 유기EL층을 화소마다 패터닝할 필요가 있다. 전극을 화소마다 패터닝하는 수법은 종래의 반도체소자제조기술을 적용할 수 있다. 즉 PVD법 또는 CVD법 등에 의한 전극재료막의 성막공정, 포토리소그래피법 등에 의한 마스크공정, 에칭법 등에 의한 전극재료막의 형상가공공정을 적절히 실시하는 것으로 전극을 화소마다 패터닝할 수 있다.
유기EL층의 성막방법에 대해서는, 재료 등의 조건에 따라서 드라이증착법과 습식 코팅법으로 대별할 수 있다. 드라이증착법을 이용하는 경우에는 유기EL층이 형성되는 영역에 개구부가 설치된 하드마스크를 유기EL층재료로 이루어지는 증착원과 기판의 사이에 개재시키고나서 가열하여 기화한 유기EL층재료를 기판상의 해당 영역에 피막시킨다. 한편 습식 코팅법을 이용하는 경우에는 일본 공개 특허공보2000-106278호에 기재되어 있는 바와 같이, 잉크젯기술을 응용하는 것으로 화소마다 패터닝할 수 있다. 즉 유기EL층이 되는 고분자계 유기EL재료를 용질로 하여 용매로 용해해서 이루어지는 EL용액의 액적을 노즐로 분출하는 것으로 화소마다 유기EL층을 패터닝할 수 있다. 잉크젯기술을 응용한 습식 코팅법에서는 성막공정과 화소마다의 패터닝공정을 대략 동시에 실시할 수 있는 것에서 포토레지스트마스크를 이용하여 유기EL층을 에칭해서 패터닝할 필요가 없다.
고해상도의 화상표시를 실시하는 유기EL표시패널을 제공하기 위해서는 유기EL층을 미세패턴으로 형성하지 않으면 안된다. 잉크젯방식에서는 EL용액의 액적의 입경이 매우 작기 때문에 유기EL층을 미세패턴으로 형성하는 것은 가능한데, 액적이 착탄(着彈)하고나서 고화하기까지의 사이에 번져서 확장하기 때문에 이웃하는 화소의 유기EL층의 액적과 섞여 버리는 경우가 있다. 그래서 각 화소를 주위로 부터 단절한 격자상의 격벽을 이용하고, 격벽에 의하여 둘러싸인 영역에 착탄한 액적은 격벽에 의해서 막히기 때문에 이웃하는 화소끼리의 액적이 섞이는 것을 방지할 수 있다. 특히 인접하는 화소끼리에서 발광색이 서로 다른 경우 발광색에 따라서 다른 유기EL층재료가 서로 섞이는 일이 거의 없기 때문에 발광색의 색순도를 향상하는 것이 기대된다.
그런데 고분자계 유기EL재료는 용매에 대한 용해도가 전반적으로 낮다. 용해도가 낮은 용매를 이용하면 충분히 용해시키기 위해 용액의 양이 많아지기 때문에 EL용액의 액적이 착탄하고나서 용매가 증발하기까지에 시간이 걸려서 생산성이 나쁘다. 또한 유기EL층을 발광에 적절한 막두께로 하기 위해서는 저농도의 EL용액의 액적의 잉크젯노즐로부터의 분출과 기판상에 액적의 착탄 후의 증발을 복수회로 나누어서 반복실시하지 않으면 안되는 일이 있어서 생산성이 나쁜 요인으로 되어 있었다. 액적의 분출공정의 횟수를 줄이기 위해 1회에 분출하는 액적의 양을 많게 하면 액적이 격벽으로부터 넘쳐나오기 쉬워져서 이웃하는 화소끼리의 액적이 섞여 버려, 화상품질이 나빠져 버린다. 액적이 넘쳐나오지 않도록 격벽의 높이를 높게 하면 격벽의 성막에 시간이 걸리고, 또 유기EL층상에 성막하는 전극이 격벽의 단차에 의하여 파열되어 버린다는 염려가 있었다.
그래서 고분자계 유기EL재료를 용해하기 쉬운 용매로서 크실렌 등의 유기용제를 이용할 수도 있는데, 이와 같은 유기용제는 휘발성이 높기 때문에 잉크젯노즐에서 증발하여 고분자계 유기EL재료가 석출되어 버려서 잉크젯노즐에 막힘이 발생 한다.
그래서 본 발명의 잇점은 용액을 효율적으로 목적하는 위치만에 정밀도 좋게 부착하도록 하는 것이다.
이상의 과제를 해결하기 위해 본 발명은 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이,
용액분출장치는 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 노즐내에 있는 용액을 가열하는 가열기(예를 들면 가열기(59))를 갖는다.
본 발명에서는 노즐내에 있는 용액이 가열기에 의하여 가열되기 때문에 노즐의 분출구로부터 분출된 액적에 포함되는 액체부분이 증발하기 쉬워진다. 특히 액적이 분출구에서 분출되고나서 소망의 영역내에 착탄하기까지의 비상 중에 액적의 용매 등의 액체성분이 서서히 증발해 가서 액적의 체적이 작은 상태로, 또한 용질의 농도가 높은 상태로 액적이 착탄한다. 따라서 액적이 착탄하고나서 용매가 대략 완전히 증발하기까지의 시간이 짧다.
또 액적이 비상 중에 열에 의하여 작아지기 때문에 착탄한 액적이 소망의 위치로부터 비어져 나오는 일도 없어지고, 이웃하는 소망의 영역에 각각 별도의 액적을 부착하는 경우 이웃하는 영역내의 용액끼리가 섞이는 일도 없다. 그 때문에 용해도가 낮은 용매이어도 1회의 분출로 보다 체적이 큰 액적을 분출할 수 있다. 따라서 소망의 영역내에서 용질을 적절한 막두께까지로 하는 데 요하는 분출횟수를 적게 할 수 있다.
또 용액이 가열되어 있기 때문에 용매의 용해도가 높아져서 용질이 분출구나 노즐내에서 석출되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에 노즐의 막힘을 억제할 수 있는 동시에, 액적의 농도가 균일하기 때문에 액적에 의한 피막의 두께를 균등하게 할 수 있다.
상기 가열기는 상기 노즐내에 있는 용액의 비점보다 낮아지도록 상기 노즐내의 용액을 가열하면 노즐내에서 용액내에 기포가 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에 기포에 의하여 노즐내의 용액의 압력이 변화하는 것으로 분출구로부터 용액이 새는 것을 억제할 수 있다. 또한 피에조식의 용액분출장치와 같이 피에조소자의 기계적 변위에 의한 노즐내의 압력상승에 의하여 용액을 분출하고 있던 용액분출장치에서는 노즐내부의 기포가 피에조소자의 기계적 변위에 따라서 체적변화해 버려, 압력상승을 저해해 버리기 때문에 노즐의 내압이 높아지지 않고 용액분출의 막힘을 발생하고 있었는데, 가열기가 기포의 발생을 억제하도록 용액을 가열하고 있기 때문에 소망의 양의 용액을 분출할 수 있다.
또 이와 같은 용액분출장치에 노즐 및 기판 중의 한쪽을 다른쪽에 대하여 상대적으로 이동하는 상대이동수단(예를 들면 헤드부(54), 워크테이블(51), 구동장치(52))을 구비해도 좋다.
또한 상기 노즐내에 있는 용액의 온도를 계측하는 계측수단과,
상기 계측수단에 의하여 계측된 온도에 의거해서 상기 노즐내에 있는 용액의 온도가 일정해지도록 상기 가열기를 제어하는 온도제어수단(예를 들면 온도컨트롤 러(61))을 구비함으로써 보다 온도관리를 할 수 있기 때문에 정밀도 좋게 온도관리를 할 수 있어서 양호하게 액적을 분출할 수 있다.
또 본 발명에서는 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이,
다른 용액분출장치는 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 용액을 저장하는 동시에, 상기 노즐에 공급하는 저장기(예를 들면 유기재료용액저장기(56))와,
상기 저장기내의 상기 용액을 가열하는 가열기(예를 들면 가열기(58))를 갖는다.
본 발명에서는 탱크내에 있는 용액이 가열기에 의하여 가열되고, 그 가열된 용액이 노즐에 공급되며, 노즐의 분출구로부터 분출된 액적이 분출된다. 용액이 가열되어 있기 때문에 액적에 포함되는 용매가 증발하기 쉬워진다. 특히 액적이 분출구에서 분출되고나서 소망의 영역내에 착탄하기까지의 비상 중에 액적의 용매가 서서히 증발해 가서 액적의 체적이 작은 상태로, 또한 용질의 농도가 높은 상태로 액적이 소망의 영역내에 착탄한다. 따라서 액적이 착탄하고나서 용매가 대략 완전히 증발하기까지의 시간이 짧다.
또 액적이 비상 중에 열에 의하여 작아지기 때문에 착탄한 액적이 소망의 영역으로부터 비어져 나오는 일도 없어지고, 이웃하는 소망의 영역내의 용액끼리가 섞이는 일도 없다. 그 때문에 용해도가 낮은 용매이어도 1회의 분출로 보다 체적이 큰 액적을 분출할 수 있다. 따라서 소망의 영역내에서 용질을 적절한 막두께까 지로 하는 데 요하는 분출횟수를 적게 할 수 있다.
또 용액이 가열되어 있기 때문에 용매의 용해도가 높아져서 용질이 분출구나 노즐내에서 석출되는 것이 방지된다. 그 때문에 노즐의 막힘을 억제할 수 있는 동시에, 액적의 농도가 균일하기 때문에 액적에 의한 피막의 두께를 균등하게 할 수 있다.
상기 가열기는 상기 탱크내에 있는 용액의 비점보다 낮아지도록 상기 탱크내에 있는 용액을 가열하는 것이 바람직하다.
또 상기 탱크내에 있는 용액의 온도를 계측하는 계측수단과, 상기 계측수단에 의하여 계측된 온도에 의거해서 상기 탱크내에 있는 용액의 온도가 일정해지도록 상기 가열기를 제어하는 온도제어수단을 구비하면 보다 정밀도 좋게 온도관리를 할 수 있다.
본 발명은 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이,
용액분출장치는 기판을 재치하는 재치대(예를 들면 워크테이블(51))와,
상기 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 재치대를 가열하는 가열기(기판가열기(63))를 갖는다.
본 발명에서는 기판이 가열되어 있기 때문에 노즐이나 노즐의 분출구로부터 소망의 영역까지의 분위기의 온도가 상승하여 가열되어서 노즐내의 용액이 미리 가열되어 있는 효과 및 분출한 액적이 비상 중에 가열되는 효과에 의하여 액적에 포함되는 액체가 소망의 영역에 착탄하기까지 증발하기 쉬워진다.
또 기판에 착탄한 액적의 용매가 즉시 증발하기 때문에 착탄한 액적이 소망의 영역으로부터 비어져 나오는 일도 없어지고, 이웃하는 소망의 영역내의 용액끼리가 섞이는 일도 없다. 그 때문에 용해도가 낮은 용매이어도 1회의 분출로 보다 체적이 큰 액적을 분출할 수 있다. 따라서 소망의 영역내에서 용질을 적절한 막두께까지로 하는 데 요하는 분출횟수를 적게 할 수 있다.
또 이와 같은 용액분출장치에 재치대 및 노즐 중의 한쪽을 다른쪽에 대하여 상대적으로 이동하는 상대이동수단을 설치해도 좋다.
본 발명은 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이,
용액분출장치는 기판을 재치하는 재치대(예를 들면 워크테이블(51))와,
상기 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 노즐과 상기 기판의 사이의 공간을 향하여 방열하는 방열기(예를 들면 방사형 가열기(64))를 갖는다.
본 발명에서는 노즐과 기판의 사이의 공간에 열이 방열되어 있기 때문에 노즐이나 노즐의 분출구로부터 소망의 영역까지의 분위기의 온도가 상승하여 가열되어서 노즐내의 용액이 미리 가열되어 있는 효과 및 분출한 액적이 비상 중에 가열되는 효과에 의하여 액적에 포함되는 용매가 소망의 영역에 착탄하기까지 증발하기 쉬워진다. 특히 액적이 분출구에서 분출되고나서 소망의 영역내에 착탄하기까지의 비상 중에 액적의 용매가 서서히 증발해 가서 액적의 체적이 작은 상태로, 또한 용질의 농도가 높은 상태로 액적이 소망의 영역내에 착탄한다. 따라서 액적이 착탄 하고나서 용매가 대략 완전히 증발하기까지의 시간이 짧다.
또 액적이 비상 중에 열에 의하여 작아기기 때문에 착탄한 액적이 소망의 영역으로부터 비어져 나오는 일도 없어지고, 이웃하는 소망의 영역내의 용액끼리가 섞이는 일도 없다. 그 때문에 용해도가 낮은 용매이어도 1회의 분출로 보다 체적이 큰 액적을 분출할 수 있다. 따라서 소망의 영역내에서 용질을 적절한 막두께까지로 하는 데 요하는 분출횟수를 적게 할 수 있다.
본 발명은 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이,
용액분출장치는 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 기판을 가열하는 기판가열기(예를 들면 기판가열기(63))와,
상기 노즐내의 상기 용액을 냉각하는 냉각수단(예를 들면 냉각매체재킷(69))을 갖는다.
본 발명에 따르면, 노즐이 냉각되어 있기 때문에 비점이 낮은 용매 또는 증기압이 높은 용매를 포함하는 용액을 이용해도 노즐내에 체류하는 용액 속의 기화성분의 발생을 억제하여 적량의 용액을 분출할 수 있다. 그리고 기판을 가열하고 있기 때문에 액적이 기판의 소망의 영역에 도달하기까지의 사이에 신속히 가열하여 용액 속의 용매가 건조되기 때문에 액적의 양이 줄고, 또한 용액의 점도가 높아진다. 따라서 액적이 소망의 영역 이외로 유출되거나 비산되는 일이 없으며, 또한 증발하기까지의 시간을 단축할 수 있다.
본 발명은 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이,
용액분출장치는 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐(예를 들면 노즐(55))과,
상기 노즐내의 상기 용액을 소정의 온도로 제어하기 위해 소정의 온도로 제어된 매체를 상기 노즐 주변으로 순환시키는 순환수단(예를 들면 냉각매체순환기(170))를 갖는다.
본 발명에 따르면, 매체를 순환시킴으로써 신속하고, 또한 용이하게 노즐내의 용액의 온도를 소정의 온도로 제어할 수 있다.
(제 1 실시형태)
이하에 도면을 이용하여 본 발명의 구체적인 형태에 대해서 설명한다.
도 1A는 유기EL표시패널(1)의 평면도이며, 도 1B는 도 1A의 선(IB)-(IB)으로 절단하여 나타낸 단면도이다.
유기EL표시패널(1)은 복수의 화소가 형성되는 투명기판(2)을 구비하고 있으며, 각 화소마다 유기EL소자가 설치되어 있다. 투명기판(2)으로서는, 석영유리나 붕규산유리 등이라는 유리기판을 사용할 수 있다.
투명기판(2)의 한쪽의 면상에 복수의 투명전극(3, 3, …)이 매트릭스상으로 배열되어 형성되어 있다. 투명전극(3)은 비교적 일함수가 높고, 유기EL소자의 애노드전극이다. 투명전극(3)은 도전성 및 투광성을 갖는 재료로 형성되어 있으며, 예를 들면 인듐ㆍ주석ㆍ산화물(ITO: Indium-Tin-Oxide), 인듐ㆍ아연ㆍ산화물(Indium-Zinc-Oxide), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 1종류로부터 선택된 재료로 형성되어 있다.
투명기판(2)의 한쪽의 면상에는 격벽(6)이, 행방향을 따른 복수의 벽과 열방향을 따른 복수의 벽이 교차부에서 연결된 매트릭스형상으로 되어 있으며, 평면에서 보아 격벽(6)은 각각의 투명전극(3)을 둘러싸고, 둘러쌈(위요)영역마다 화소를 구획하고 있다. 격벽(6)은 폴리이미드수지라는 감광성 수지, 산화실리콘, 질화실리콘 중의 적어도 1종류로부터 선택된 절연성 재료로 형성되어 있다.
격벽(6)에 둘러싸이는 각각의 영역내에 있어서 유기EL층(4)이 투명전극(3)상에 형성되어 있으며, 유기EL층(4)은 유기EL소자의 광의의 발광층이고, 전자주입성, 전자수송성, 정공주입성 및 정공수송성을 나타내는 것까지 포함한다. 유기EL층(4)은 고분자계의 유기화합물(티오펜계 고분자, 폴리플루오렌계 고분자 등) 등의 습식 성막이 가능한 발광재료(형광체)가 함유되어 있다. 유기EL층(4)은 투명전극(3)으로부터 차례로 소정의 전압이 인가되면 정공을 수송하는 정공수송층, 전자와 정공이 주입되어 발광하는 협의의 발광층, 소정의 전압이 인가되면 전자를 수송하는 전자수송층으로 되는 3층구조이어도 좋고, 투명전극(3)으로부터 차례로 정공수송층, 협의의 발광층으로 되는 3층구조이어도 좋으며, 협의의 발광층으로 이루어지는 1층구조이어도 좋고, 이들 층구조에 있어서 적절한 층간에 전자 또는 정공의 주입층이 개재된 적층구조이어도 좋으며, 그 밖의 층구조이어도 좋다. 유기EL층(4)은 정공 및 전자를 재결합영역까지 수송하는 기능과 재결합영역에서의 정공과 전자의 재결 합에 의해 여기자를 생성하여 발광하는 기능을 갖는다. 여기에서 유기EL층(4)은 각 화소마다 분리된, 적색으로 발광하는 유기EL층(4R), 녹색으로 발광하는 유기EL층(4G), 청색으로 발광하는 유기EL층(4B)의 어느 쪽인가를 갖고, 도 1A에 나타내는 바와 같이, 왼쪽으로부터 차례로 유기EL층(4R)이 설치된 복수의 화소의 열, 유기EL층(4G)이 설치된 복수의 화소의 열, 유기EL층(4B)이 설치된 복수의 화소의 열이 반복하여 배열되어 있다. 또한 이들 유기EL층(4)은 액적분출방식으로 후술하는 용액분출장치(50)에 의하여 형성된다.
도 1A에서는 도시를 생략하는데, 도 1B에 나타내는 바와 같이 유기EL층(4)상에 대향전극(7)이 형성되어 있다. 대향전극(7)은 유기EL층(4)과 접촉하는 면측에 예를 들면 인듐, 마그네슘, 칼슘, 리튬, 또는 바륨, 또는 이들의 적어도 1종류를 포함하는 금속, 또는 합금을 포함한 비교적 일함수가 낮은 재료로 형성되어 있는 저일함수층과, 그 상측에 배치된 알루미늄, 크롬 등으로 이루어지는 고(高)일함수층을 포함하는 캐소드전극으로서 기능하고 있다. 대향전극(7)은 모든 화소에 접속된 1개의 전극이어도 좋으며, 화소마다 전기적으로 절연된 복수의 전극이어도 좋다.
각각의 화소에서는 투명전극(3)의 전위가 대향전극(7)의 전위보다 높아지도록 전압이 인가되면 투명전극(3)으로부터 유기EL층(4)에 정공이 주입되는 동시에, 대향전극(7)으로부터 유기EL층(4)에 전자가 주입되는 것으로 유기EL층(4)이 발광한다.
또한 상기 유기EL표시패널(1)이 액티브매트릭스방식으로 구동되는 것이면 선 택기간에 소정의 화소를 선택하기 위해 행방향을 따른, 도시하지 않는 복수의 주사선의 어느 쪽인가에 접속되고, 또한 선택된 화소의 유기EL층(4)에 소정의 전류를 흘리기 위해 열방향을 따른, 도시하지 않는 복수의 데이터선의 어느 쪽인가에 접속된 화소회로가 각 화소마다 설치되어 있다. 화소회로는 복수의 박막트랜지스터 및 콘덴서 등을 포함하고, 선택기간 후의 발광기간 중에 선택기간에 선택된 화소의 유기EL층(4)에 투명전극(3)을 통하여 소정의 전류를 흘린다.
다음으로 액적분출방식으로 유기EL층(4)을 성막하는 용액분출장치(50)에 대하여 설명한다.
도 2는 용액분출장치(50)가 나타내어진 개략측면도이다.
용액분출장치(50)는 EL용액(71)을 액적으로 하여 투명기판(2)에 분출함으로써 유기EL층(4)을 성막하는 것으로, 격벽(6)에 둘러싸이는 각각의 영역에 분출되는 액적은 한 알이 2∼100pl 정도이다. EL용액(71)의 용질은 유기EL층(4)으로 되는 유기재료(발광성 물질, 정공수송성 물질, 전자수송성 물질의 적어도 어느 쪽인가를 포함하는 습식 성막 가능한 재료)이다. EL용액(71)의 용매는 유기EL층(4)의 유기재료를 용해할 수 있는 재료이며, 비점이 실온에 비교하여 높고, 테트라메틸벤젠 등을 들 수 있는데, 본원 발명에서는 휘발성이 보다 높은 것일수록 그 효과가 크다. 또 유기EL층(4)을 성막할 때에는 미리 투명전극(3, 3, …) 및 격벽(6)이 형성된 투명기판(2)을 이용한다. 또한 도 2에 있어서, 투명기판(2)상의 격벽(6) 및 투명전극(3)의 도시는 생략하고 있다.
용액분출장치(50)는 평탄하고, 또한 수평인 상면을 갖는 동시에, 부주사방향(지면의 안길이방향)으로 이동 자유로운 워크테이블(51)과, 워크테이블(51)을 부주사방향으로 이동시키는 구동장치(52)와, 부주사방향에 대하여 대략 직각인 주주사방향(지면의 좌우방향)으로 연장되는 가이드부(53)와, 가이드부(53)에 안내되어 가이드부(53)를 따라서 주주사방향으로 이동하는 이동체인 헤드부(54)와, EL용액(71)의 액적을 기판(2)을 향하여 분출하는 복수의 노즐(55)과, EL용액(71)의 공급원인 유기재료용액저장기(56)와, 유기재료용액저장기(56)로부터 노즐(55)에 EL용액(71)을 공급하기 위한 EL용액공급관(57)과, 유기재료용액저장기(56)의 주위에 배치되어 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)을 전기신호에 의해 30℃ 이상으로 가열하는 발열저항체를 갖는 제 1 가열기(58)와, 노즐(55)의 주위에 배치되어 노즐(55)내의 EL용액(71)을 전기신호에 의해 30℃ 이상으로 가열하는 발열저항체를 갖는 제 2 가열기(59)와, 용액분출장치(50) 전체를 제어하는 컨트롤러(60)를 구비한다.
워크테이블(51)은 평판상으로 나타나 있으며, 워크테이블(51)의 상면에 투명전극(3) 및 격벽(6)이 형성된 투명기판(2)이 재치된다.
유기재료용액저장기(56)내에 EL용액(71)이 저장되어 있으며, 유기재료용액저장기(56)에 제 1 가열기(58)가 설치되어 있다. 제 1 가열기(58)는 유기재료용액저장기(56)내에 저장된 EL용액(71)을 실온보다 높은 온도로 가열하는 동시에, 유기재료용액저장기(56)내에 저장된 EL용액(71)이 비등하지 않을 정도로 가열하는 것이 바람직하다. 유기재료용액저장기(56)내에 EL용액(71)이 밀폐되어 있기 때문에 EL용액(71)의 용매의 휘발에 의하여 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)의 농도 가 바뀌는 것을 유기재료용액저장기(56)에 의하여 방지하는 동시에, 또 밖으로부터의 먼지가 탱크내(56)의 EL용액(71)에 혼입하는 것이 유기재료용액저장기(56)에 의하여 방지된다.
구동장치(52)는 헤드부(54)의 동작에 맞추어서 워크테이블(51)과 함께 투명기판(2)을 부주사방향으로 반송하는 것으로, 구체적으로는 간헐적으로 투명기판(2)을 반송하는 것이다. 또한 구동장치(52)는 컨트롤러(60)에 제어된다.
헤드부(54)는 간헐적인 투명기판(2)의 반송에 맞추어서 워크테이블(51)상에 있어서 가이드부(53)를 따라서 주주사방향으로 왕복이동하는 것으로, 구체적으로는 투명기판(2)이 정지하고 있을 때에 주주사방향으로 적어도 1왕복의 이동을 하는 것이다. 헤드부(54)는 컨트롤러(60)에 의하여 제어된다.
헤드부(54)의 하부에는 노즐(55)이 설치되어 있으며, 이 노즐(55)은 EL용액공급관(57)을 통하여 유기재료용액저장기(56)에 통해 있다. EL용액(71)이 유기재료용액저장기(56)로부터 EL용액공급관(57)을 통하여 노즐(55)내에 공급되고, 노즐(55)내에 EL용액(71)이 충전된다. 노즐(55)의 하단에는 1 또는 복수의 분출구(55a)가 설치되어 있으며, 노즐(55)에는 분출수단이 설치되어 있다. 이 노즐(55)은 분출수단의 작동에 의해 EL용액(71)의 액적을 분출구(55a)로부터 투명기판(2)을 향하여 분출하게 되어 있다. 분출구(55a)로부터 투명기판(2)까지의 거리는 투명기판(2)상의 액적의 착탄위치의 정밀도를 위해서는 짧은 편이 바람직하고, 또 투명기판(2)에 액적이 착탄했을 때에 노즐(55)로의 되튀어옴을 억제하기 위해서는 어느 정도 긴 편이 바람직하고, 양자를 감안하여 1. 0mm∼1. 5mm 정도가 바람직 하다. EL용액(71)의 액적이 분출구(55a)로부터 분출하여 투명기판(2)에 도달하기까지의 시간은 1∼100m초가 바람직하다.
노즐(55)에 설치되는 분출수단으로서는, 피에조식, 정전식, 서멀젯식을 들 수 있다. 피에조식의 분출수단은 피에조소자의 체적을 변화시키고, 노즐(55)내의 압력을 높게 하여 EL용액(71)의 액적을 분출구(55a)로부터 분출하는 것이다. 또 정전식의 분출수단은 노즐(55)내의 EL용액(71)에 접한 콘덴서에 전압을 인가하여 콘덴서의 전극의 인력 또는 척력을 변화시키고, 노즐(55)내의 용액의 압력을 높게 하여 EL용액(71)의 액적을 분출구(55a)로부터 분출하는 것이다. 서멀젯식의 분출수단은 발열체로 발열체에 접촉한 노즐(55)내의 EL용액(71)을 순간에 막비등시키고, EL용액(71)내에 기포를 발생시켜서 노즐(55)내의 압력을 높게 하여 EL용액(71)의 액적을 분출구(55a)로부터 분출하는 것이다.
이상의 워크테이블(51), 구동장치(52) 및 헤드부(54)에 의하여 투명기판(2) 및 노즐(55)의 한쪽이 다른쪽에 대하여 워크테이블(51)의 상면에 평행한 면을 따라서 상대적으로 이동되게 되어 있다.
노즐(55)에는 제 2 가열기(59)가 설치되어 있다. 제 2 가열기(59)는 EL용액(71)이 EL용액공급관(57) 등을 통과할 때에 빼앗기는 열량을 보전하기 위한 것으로, 노즐(55)내의 EL용액(71)을 30℃ 이상의 온도로 가열하는 동시에, 노즐(55)내의 EL용액(71)이 비등하지 않을 정도로 가열하는 것이다. 제 2 가열기(59)가 서멀젯식의 발열체와 다른 것은 서멀젯식의 발열체는 EL용액(71)의 분출시에만 순간에 EL용액(71)을 가열하여 막비등시키고 있는 것에 대하여 제 2 가 열기(59)가 노즐(55)내의 EL용액(71) 전체를 비등하지 않을 정도로 가열하고 있는 것과, 구동시의 온도가 정상상태인 것에 있다.
여기에서 EL용액(71)내의 유기EL층(4)으로 되는 유기재료가 발광색에 따라서 다른 경우이고, 또한 이들 복수의 유기재료의 유기EL층(4)을 각각 대응한 노즐(55)로부터 대응하는 화소에 정리하여 성막하는 경우는 각 유기재료를 포함하는 EL용액(71)이 각각 별도의 유기재료용액저장기(56)에 설치되고, 유기재료용액저장기(56)에 각각 연결된 복수의 노즐(55)이 설치되도록 설정되어 있다. 예를 들면 적색으로 발광하는 유기EL층(4R)으로 되는 EL용액(71)은 적색제 1 가열기(58)에 의하여 비등하지 않을 정도로 가열된 상태에서 적색유기재료용액저장기(56)내에 설치되고, 적색EL용액공급관(57)을 통해서 적색제 2 가열기(59)에 의하여 가열된 적색노즐(55)에 도달하도록 설정되며, 녹색으로 발광하는 유기EL층(4G)으로 되는 EL용액(71)은 녹색제 1 가열기(58)에 의하여 비등하지 않을 정도로 가열된 상태에서 녹색유기재료용액저장기(56)내에 설치되고, 녹색EL용액공급관(57)을 통해서 녹색제 2 가열기(59)에 의하여 가열된 녹색노즐(55)에 도달하도록 설정되며, 청색으로 발광하는 유기EL층(4B)으로 되는 EL용액(71)은 청색제 1 가열기(58)에 의하여 비등하지 않을 정도로 가열된 상태에서 청색유기재료용액저장기(56)내에 설치되고, 청색EL용액공급관(57)을 통해서 청색제 2 가열기(59)에 의하여 가열된 청색노즐(55)에 도달하도록 설정되어 있다.
이 때 적색제 1 가열기(58), 녹색제 1 가열기(58), 청색제 1 가열기(58)는 각각의 유기재료의 성질에 따라서 비등하지 않고, 또한 용매에 충분히 용해될 정도 로 가열하고 있으면 서로 다른 가열온도로 설정되어 있어도 좋으며, 적색제 2 가열기(59), 녹색제 2 가열기(59), 청색제 2 가열기(59)는 각각의 유기재료의 성질에 따라서 비등하지 않고, 또한 용매에 충분히 용해될 정도로 가열하고 있으면 서로 다른 가열온도로 설정되어 있어도 좋다.
이상의 워크테이블(51) 및 노즐(55)이 상자체(70)내에 설치되어 있다. 따라서 투명기판(2)이 부주사방향으로 이동되는 것, 노즐(55)로부터 EL용액(71)의 액적이 분출되는 것, EL용액(71)의 액적이 투명기판(2)에 착탄하는 것은 상자체(70)의 내부공간에서 실시된다.
컨트롤러(60)는, 구동장치(52), 헤드부(54) 및 노즐(55)은 컨트롤러(60)를 제어하고, 소정 타이밍으로 동작시키거나 정지시키도록 되어 있다.
유기EL표시패널(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.
PVD법 또는 CVD법 등에 의한 성막공정, 포토리소그래피법 등에 의한 마스크공정, 에칭법 등에 의한 박막형상가공공정을 적절히 실시함으로써 투명기판(2)상에 복수의 투명전극(3)을 매트릭스상으로 패터닝형성한다.
다음으로 스핀코트법 또는 딥법 등에 의하여 투명전극(3)이 형성된 투명기판(2)상의 일면에 폴리이미드 등의 감광성 수지의 레지스트막을 성막하고, 레지스트막을 노광한 후에 현상액으로 부분적으로 제거하는 것으로 각각의 투명전극(3)을 둘러싸도록 레지스트막을 형상가공한다. 잔류한 레지스트막이 격벽(6)으로 된다. 또한 PVD법 또는 CVD법 등에 의한 성막공정, 포토리소그래피법 등에 의한 마스크공정, 에칭법 등에 의한 박막형상가공공정을 적절히 실시함으로써 산화실 리콘 또는 질화실리콘의 격벽(6)을 형성해도 좋다.
그리고 투명전극(3) 및 격벽(6)이 형성된 투명기판(2)을 워크테이블(51)상에 재치한다. 다음으로 용액분출장치(50)를 이용하여 격벽(6)에 둘러싸인 각각의 영역에 EL용액(71)의 액적을 분출하는 것으로 격벽(6)에 둘러싸인 각각의 영역에 유기EL층(4)을 성막한다.
상세하게는 용액분출장치(50)의 각 부는 컨트롤러(60)에 제어되어 이하와 같이 동작한다.
즉 구동장치(52)가 워크테이블(51)과 함께 투명기판(2)을 부주사방향으로 간헐적으로 반송한다. 여기에서 투명기판(2)이 정지해 있는 중에 헤드부(54)가 주주사방향으로 적어도 1왕복한다.
헤드부(54)가 주주사방향으로 이동하고 있는 중에 노즐(55)이 격벽(6)으로 둘러싸인 각 화소의 투명전극(3)의 바로 위를 통과한다. 노즐(55)이 투명전극(3)상을 통과하고 있는 중에 노즐(55)이 각 화소의 투명전극(3)을 향하여 EL용액(71)의 액적을 1적 또는 복수적으로 나누어서 분출한다. 또한 노즐(55)이 투명전극(3)의 소정 위치에 도달하도록 헤드부(54)를 이동시키고나서 일단 정지하고, 노즐(55)이 투명전극(3)을 향하여 EL용액(71)의 액적을 1적 또는 복수적으로 나누어서 분출하며, 상기 동작을 반복함으로써 차례 차례 투명전극(3)상에 유기EL층(4)을 성막해도 좋다.
투명전극(3)에 착탄한 액적이 투명전극(3)상에서 퍼져서 막이 되고, 그리고 고화함으로써 유기EL층(4)이 형성된다.
이상과 같이 헤드부(54)가 주주사방향으로 적어도 1왕복한 후 구동장치(52)가 워크테이블(51)과 함께 투명기판(2)을 부주사방향으로 소정 거리 반송한다. 그리고 투명기판(2)이 다시 정지하면 헤드부(54)의 왕복이동, 노즐(55)에 의한 EL용액(71)의 분출이 다시 실시된다. 이후 용액분출장치(50)가 상기의 동작을 반복함으로써 격벽(6)에 둘러싸인 영역 전체에 유기EL층(4)이 성막된다.
여기에서 용액분출장치(50)가 동작하고 있는 사이에 제 1 가열기(58)에 의하여 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)이 비등하지 않을 정도로 가열되어 있으며, 제 2 가열기(59)에 의하여 노즐(55)내의 EL용액(71)이 비등하지 않을 정도로 가열되어 있다. 그 때문에 EL용액(71)의 액적이 분출구(55a)에서 분출되고나서 투명전극(3)에 착탄하기까지의 비상 중에 액적의 용매가 증발해 가고, 액적의 체적이 서서히 작아져 간다. 따라서 액적이 착탄할 때에는 체적이 작아져 있으며, 착탄한 액적의 되튀어옴이 줄기 때문에 격벽(6)에 둘러싸인 영역으로부터 액적이 비어져 나오지 않게 된다.
또 노즐(55)내에서는 EL용액(71)이 가열되어 있기 때문에 용매의 용해도가 높아지고, 유기재료의 농도를 높게 할 수 있어서 1회의 액적의 분출로 형성되는 유기EL층(4)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 따라서 소정 두께의 유기EL층(4)을 형성하기 위한 액적의 분출횟수를 줄일 수 있기 때문에 유기EL표시패널(1) 전체로서의 제조시간을 짧게 할 수 있다.
또한 가열된 EL용액(71)의 액적이 분출되고나서 액적이 착탄하기 전에 비상하고 있는 단계에서 이미 가열된 열에 의하여 액적의 용매가 신속히 증발해 가기 때문에 착탄하고나서 증발까지의 사이에 요하는 시간도 짧아지고, 유기EL표시패널(1) 전체로서의 제조시간을 짧게 할 수 있다.
또 EL용액(71)이 가열되어 있기 때문에 용매의 용해도가 높아져서 분출구(55a)에 있어서 유기재료가 석출되기 어려워지고, 분출구(55a)가 폐쇄되는 것을 방지할 수 있다.
그 밖에 제 1 가열기(58) 및 제 2 가열기(59)가 EL용액(71)을, EL용액(71)이 비등해 있지 않을 정도로 가열하고 있기 때문에 노즐(55)내나 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)의 압력이 급격히 변화하는 일이 없어서 노즐(55)의 분출구(55a)로부터 액적이 격벽(6)의 바로 위 등이라는 소망 위치 이외에 착탄하는 일도 없다.
이상과 같이 하여 각각의 둘러쌈영역에 유기EL층(4)을 성막하는데, 유기EL층(4)이 예를 들면 정공수송층, 협의의 발광층, 전자수송층 등과 같은 적층구조인 경우에는 각각의 층마다 용액분출장치(50)를 준비하고, 이상과 같이 설명한 경우와 마찬가지로 각각의 층을 차례 차례 성막해 감으로써 유기EL층(4)을 형성한다.
용액분출장치(50)에 의한 유기EL층(4)의 성막이 종료되면 PVD법 또는 CVD법 등에 의한 성막공정을 실시하는 것으로 유기EL층(4)이 형성된 투명기판(2)상의 일면에 대향전극(7)을 성막한다.
이상의 실시형태에서는 가열된 액적이 분출되는 것으로 액적이 비어져 나오지 않기 때문에 이웃하는 2개의 화소의 EL용액(71)끼리가 격벽(6)상에서 섞이는 일 이 없다. 그 때문에 1회로 분출할 수 있는 액적의 체적을 크게 할 수 있어서 소정 두께의 유기EL층(4)을 형성하기 위해 요하는 분출횟수를 줄일 수 있다.
(제 2 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 3에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(150)를 이용해도 좋다. 용액분출장치(150)는 용액분출장치(50)의 구성요소와 똑같은 요소에 똑같은 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.
용액분출장치(150)는 도 2에 나타낸 용액분출장치(50)의 구성에 덧붙여서 온도컨트롤러(61)를 구비한다. 온도컨트롤러(61)는 제 1 가열기(58) 및 제 2 가열기(59)의 가열제어를 실시하는 것이다. 즉 유기재료용액저장기(56)내에는 EL용액(71)의 온도를 계측하는 온도계측기(온도계)(78)가 설치되어 있으며, 계측된 온도가 온도계측기(78)로부터 온도컨트롤러(61)에 피드백되고, 온도컨트롤러(61)는 계측된 온도에 의거하여 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)을 일정하게 유지하도록 제 1 가열기(58)를 제어한다. 마찬가지로 노즐(55)내에는 EL용액(71)의 온도를 계측하는 온도계측기(78)가 설치되어 있으며, 계측된 온도가 온도계측기(78)로부터 온도컨트롤러(61)에 피드백되고, 온도컨트롤러(61)는 계측된 온도에 의거하여 노즐(55)내의 EL용액(71)의 온도를 일정하게 유지하도록 제 2 가열기(59)를 제어한다. 온도컨트롤러(61)에 의하여 제 1 가열기(58) 및 제 2 가열기(59)가 제어되는 것으로 EL용액(71)은 비등하지 않을 정도로 일정온도로 가열한 상태가 유지된다.
용액분출장치(150)에서는 노즐(55)내나 유기재료용액저장기(56)내의 EL용액(71)의 온도가 일정하게 제어되어 있으며, 또한 EL용액(71)이 비등하고 있지 않기 때문에 EL용액(71)의 압력이 안정되고, 또한 분출되는 액적은 언제까지나 같은 용해도 및 온도로 되어 있다. 따라서 분출되는 액적은 항상 한결같은 농도이고, 또한 균일한 양이며, 증발에 요하는 시간도 같아지기 때문에 성막된 유기EL층(40)의 막두께는 균등해진다.
(제 3 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 4에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(250)를 이용해도 좋다. 용액분출장치(250)는 용액분출장치(50)의 구성요소와 똑같은 요소에 똑같은 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.
용액분출장치(250)는 도 2에 나타낸 용액분출장치(50)의 구성에 덧붙여서 단열재(62)를 구비한다. 이 단열재(62)는 헤드부(54)와 노즐(55)의 사이에 개재하고, 헤드부(54)와 노즐(55)에 끼워지도록 하여 설치되어 있다. 단열재(62)는 제 1 가열기(58), 제 2 가열기(59)에 의하여 가열된 노즐(55)의 열이 헤드부(54)에 전도되는 것을 막고 있다. 만일 헤드부(54)가 가열되면 헤드부(54)가 팽창하기 때문에 헤드부(54)를 정밀도 좋게 위치결정할 수 없고, 액적의 착탄위치가 어긋나는 일이 있다. 그러나 이 용액분출장치(250)에서는 단열재(62)에 의하여 헤드부(54)가 가열되는 것이 억제되고 있기 때문에 돌발적으로 분출한 액적은 격벽(6)상에 착탄어긋남이 발생하지 않는다.
(제 4 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 5에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(350)를 이용해도 좋다. 용액분출장치(350)는 용액분출장치(50)의 구성요소와 똑같은 요소에 똑같은 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.
용액분출장치(350)는 도 1에 나타내는 용액분출장치(50)의 제 1 가열기(58), 제 2 가열기(59)에 대신하여 전기신호에 의해 가열하는 발열저항체를 갖는 기판가열기(63)를 구비하고, 그 밖의 구성요소는 용액분출장치(50)와 마찬가지이다. 기판가열기(63)는 워크테이블(51)에 채워넣어져 있으며, 워크테이블(51)로부터 투명기판(2)을 가열하는 것이다. 기판가열기(63)에 의하여 투명기판(2)이 가열되어 있는 것으로 노즐(55)이 전열되어 가열되기 때문에 노즐(55)내에서 이미 가온된 액적은 분출 직후에 용매가 기화하기 쉬워지며, 또한 투명기판(2)상의 분위기도 기판가열기(63)에 의하여 가열되어 있기 때문에 분출구(55a)로부터 분출된 액적이 투명기판(2)에 착탄하기까지 가열되어서 보다 용매가 기화하기 쉬워진다. 이 때문에 액적내의 유기재료의 양이 감소하는 일 없이 액적의 직경을 작게 할 수 있기 때문에 액적이 착탄한 화소내로부터 격벽(6)을 넘어서 인접하는 화소로 되튀어오는 것을 방지할 수 있다. 또 투명기판(2)도 기판가열기(63)에 의하여 가열되어 있기 때문에 EL용액(71)의 액적의 착탄 후 즉시 용매를 증발할 수 있어, 건조시간이 짧아져서 생산성을 향상할 수 있다.
(제 5 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 6에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(450)를 이용해도 좋다. 용액분출장치(450)는 용액분출장치(50)의 구성요소와 똑같은 요소에 똑같은 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.
용액분출장치(450)는 도 5에 나타낸 용액분출장치(350)의 구성에 덧붙여서 단열재(67)를 구비한다. 이 단열재(67)는 워크테이블(51)과 구동장치(52)의 사이에 개재하고 있으며, 기판가열기(63)에 의하여 가열된 워크테이블(51)의 열이 구동장치(52)에 전도되는 것을 막고 있다. 만일 구동장치(52)가 과열되면 구동장치(52)가 열팽창하기 때문에 미리 프로그램된 이동량에 의거하여 컨트롤러(60)가 워크테이블(51)을 부주사방향으로 이동시키고, 주주사방향으로 헤드부(54)를 이동시키면 위치어긋남이 발생하여 액적의 착탄위치가 어긋나는 일이 있다. 그러나 이 용액분출장치(450)에서는 단열재(67)에 의하여 구동장치(52)가 가열되는 것이 억제되어 있기 때문에 단열재(67)의 아래쪽에 전열되지 않고 구동장치(52)가 열팽창하는 일이 없으며, 또 투명기판(2)은 유리로 되어 있기 때문에 열의 흡수성이 낮고, 또 열팽창하기 어렵기 때문에 액적의 착탄어긋남이 발생하지 않는다. 또 이와 같은 구조의 경우 워크테이블(51)을 부주사방향만의 이동뿐만 아니라 주주사방향으로 이동 자유롭게 설치해도 좋다. 이 때에 헤드부(54)는 주주사방향으로 이동하지 않아도 좋다.
(제 6 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 7에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(550)를 이용해도 좋다.
용액분출장치(550)는 도 1에 나타낸 용액분출장치(50)의 제 1 가열기(58), 제 2 가열기(59)에 대신하여 전기신호에 의해 가열하는 방사형 가열기(64)를 구비한다. 방사형 가열기(64)는 상자체(70)내에 있어서 워크테이블(51)의 위쪽에 설치 되어 있으며, 헤드부(54) 및 노즐(55)의 이동을 간섭하지 않는 위치에 배치되어 있다. 방사형 가열기(64)는 노즐(55)과 투명기판(2)의 사이의 공간을 향하여 방사상으로 방열하고, 분출구(55a)로부터 분출된 액적을 가열하는 것이다. 이 용액분출장치(550)에서도 액적이 비상 중에 가열되기 때문에 액적의 용매가 증발한다. 따라서 착탄한 액적이 격벽(6)에 둘러싸인 영역으로부터 비어져 나오지 않게 되고, 이웃하는 2개의 화소의 EL용액(71)끼리가 격벽(6)상에서 섞이는 일이 없다. 액적의 정밀도가 높은 위치에서 착탄을 유지하기 위해서는 방사형 가열기(64)와 같은 적외선가열기 등의 바람이 없이 열을 전파하는 것이 바람직하다.
(제 7 실시형태)
유기EL층(4)을 성막하는 장치로서 도 8에 나타내는 바와 같은 용액분출장치(650)를 이용해도 좋다.
용액분출장치(650)는 도 7에 나타낸 용액분출장치(550)의 방사형 가열기(64)에 대신하여 전기신호에 의해 가열하는 발열저항체를 갖는 발열기(65) 및 팬(66)을 구비한다. 발열기(65) 및 팬(66)은 상자체(70)내에 있어서 워크테이블(51)상에 설치되어 있으며, 헤드부(54) 및 노즐(55)의 이동을 간섭하지 않는 위치에 배치되어 있다. 발열기(65)가 발열하고, 팬(66)은 발열기(65)의 열기를 워크테이블(51)과 노즐(55)의 사이에 들여보낸다. 팬(66)에 의하여 발열기(65)의 열이 노즐(55)과 투명기판(2)의 사이의 공간에 방열되는 것으로 분출구(55a)로부터 분출된 액적이 가열된다. 이 용액분출장치(650)에서도 액적이 비상 중에 가열되기 때문에 액적의 용매가 증발한다. 따라서 착탄한 액적이 격벽(6)에 둘러싸인 영역으로부터 비어져 나오지 않게 되고, 이웃하는 2개의 화소의 EL용액(71)끼리가 격벽(6)상에서 섞이는 일이 없다.
(제 8 실시형태)
본 발명에 관련되는 제 8 실시형태의 용액분출장치(750)에 대하여 설명한다. 도 9는 본 실시형태의 용액분출장치(750)가 나타내어진 개략측면도이다.
용액분출장치(750)는 평탄하고, 또한 수평인 상면을 갖는 동시에, 부주사방향으로 이동 자유로운 워크테이블(51)과, 워크테이블(51)을 부주사방향으로 이동시키도록 워크테이블(51)을 구동하는 구동장치(52)와, 부주사방향에 대하여 대략 직각인 주주사방향으로 연장되는 가이드부(53)와, 가이드부(53)에 안내되어 가이드부(53)를 따라서 주주사방향으로 이동하는 이동체인 헤드부(54)와, 유기EL용액(71)을 액적으로 하여 분출하는 복수의 노즐(55)과, 유기EL용액(71)의 공급원인 유기재료용액저장기(56)와, 유기재료용액저장기(56)로부터 유기EL용액(71)을 공급하는 EL용액공급관(57)과, 워크테이블(51)상의 투명기판(2)을 가열하는 기판가열기(63)와, 노즐(55)에 직접적 또는 간접적으로 접촉하도록 설치되어 냉각된 냉각매체(77)가 공급되고, 냉각매체(77)의 온도에 따라서 노즐(55)을 냉각하는 냉각매체재킷(69)과, 냉각매체(77)를 냉각하는 동시에 순환시키는 냉각매체순환기(170)와, 냉각매체순환기(170)로부터 공급된 냉각매체(77)를 냉각매체재킷(69)으로 유입하는 냉각매체공급관(81)과, 냉각매체재킷(69)으로부터 배출된 냉각매체(77)를 냉각매체순환기(170)로 유입하는 냉각매체배출관(82)과, 용액분출장치(750) 전체를 제어하는 컨트롤러(60)를 구비한다. 냉각매체(77)는 냉각매체공 급관(81), 냉각매체배출관(82)내를 이동 가능하고, 용이하게 냉각 가능한 유체로서 이용할 수 있으면 알콜, 디에틸렌글리콜, 염화칼륨 등의 냉각제를 포함하는 용액 또는 순수와 같은 액체이어도 좋으며, 또는 냉각된 기체이어도 좋고, 또 냉각되어 결정화한 고체입자를 포함한 액정상을 포함하는 것이어도 좋다.
워크테이블(51), 구동장치(52) 및 헤드부(54)에 의하여 투명기판(2)과 노즐(55)은 워크테이블(51)의 상면에 평행한 면을 따라서 상대적으로 이동된다. 또한 도 9에서는 1개의 노즐(55) 및 1개의 유기재료용액저장기(56)만이 나타내어져 있는데, 실제로는 복수의 유기재료용액저장기(56)가 있으며, 복수의 노즐(55)이 헤드부(54)에 설치되어 있다. 구체적으로는 적, 녹, 또는 청의 어느 쪽인가 1색으로 발광하는 유기재료를 용해한 유기EL용액(71)이 각각의 유기재료용액저장기(56)에 충전되어 있다. 각 유기재료용액저장기(56)에 각각 통하는 노즐(55)로부터는 적, 녹, 또는 청의 어느 쪽인가 1색으로 발광하는 유기EL재료가 용해한 유기EL용액(71)이 분출된다.
냉각매체순환기(170)는 냉각매체(77)를 저장하는 저장기, 저장기내의 냉각매체(77)를 냉각하는 냉각기, 저장기의 냉각매체(77)를 내보내는 펌프 및 냉각매체(77)를 저장기에 받아들이는 배출수단 등을 구비한다. 냉각매체순환기(170)는 펌프에 의해 저장기내에서 냉각된 냉각매체(77)가 냉각매체공급관(81)을 통하여 냉각매체재킷(69)에 공급된다. 냉각매체재킷(69)은 공급된 냉각매체(77)의 냉기를 노즐(55)에 전도함으로써 노즐(55)의 열을 빼앗아서 냉각한다. 냉각매체재킷(69)은 도 9에 나타내는 바와 같이, 노즐(55)의 표면의 일부에 설치되는 구성이어도 좋은데, 냉각효율을 올리기 위해 노즐(55)을 둘러싸도록 설치되는 구성이어도 좋다.
냉각매체재킷(69)에 의해 노즐(55)의 열이 흡수된 냉각매체(77)는 냉각매체배출관(82)을 통하여 냉각매체순환기(170)로 배출된다. 냉각매체순환기(170)는 내부에 냉각기를 설치하여 냉각매체를 냉각했는데, 냉각매체공급관(81) 및 냉각매체배출관(82)의 적어도 한쪽에 전기적으로 냉각매체를 냉각하는 냉각기를 설치하는 것으로 냉각매체(77)를 냉각하는 것도 가능하다. 또한 냉각매체순환기(170)는 내부에 냉각매체배출관(82)으로부터 받아들여진 냉각매체를 냉각하는 수단이 없는 경우 냉각매체재킷(69)으로부터 받아들여진 노즐(55)의 열로 가열된 냉각매체(77)를 용액분출장치(750)의 밖으로 배출하도록 해도 좋다. 이 경우 냉각매체(77)를 배출하는 양에 따라서 외부로부터 냉각된 냉각매체(77)를 받아들이고, 냉각매체공급관(81)에 송출하게 된다. 이와 같은 구조의 경우 가열된 냉각매체(77)를 식히는 시간을 기다리지 않고 노즐(55)을 냉각할 수 있다.
또 컨트롤러(60)에 의해 용액분출장치(750)내의 온도를 노즐(55)내의 유기EL용액(71)의 온도보다 내리는 것으로 냉각매체공급관(81) 및 냉각매체배출관(82)의 온도가 내려가고, 냉각매체공급관(81) 및 냉각매체배출관(82)에 접촉하면서 이동하는 관내의 냉각매체(77)를 냉각하는 것이 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 투명기판(2) 및 투명전극(3)상에, 격벽(6)에 의해 형성되는 화소에 유기EL재료가 용해한 유기EL용액(71)의 액적을 분출구(55a)로부터 분출하여 패턴형성하는 경우에 특히 유기EL용액(71)의 용매의 휘발성이 낮거 나, 또는 비점이 높으면 모두 신속히 건조할 수 없기 때문에 용액의 액적이 투명전극(3)상에 착탄한 기세로 격벽(6)을 넘어서 인접화소에 유출되는 일이 있다.
그래서 용액공급장치(750)는 기판가열기(63)에 의해 워크테이블(51) 및 그 위에 재치된 투명기판(2) 등이 가열되는 구성으로 되어 있다. 즉 투명기판(2) 및 그 위쪽의 분위기를 가열하기 때문에 액적이 노즐(55)의 분출구(55a)로부터 분출된 순간에 즉시 가열되고, 그 액적의 용매가 화소에 도달하기 전에 증발되거나, 또는 그 증발을 촉진하는 구성으로 되어 있다. 그리고 착탄한 후에도 가온된 액적은 용매의 증발이 촉진되어 신속히 건조한다.
그러나 저비점의 용매 또는 증기압이 높은(휘발성이 높은) 용매를 포함하는 유기EL용액(71)을 이용하여 워크테이블(51)의 온도를 상승시키면 워크테이블(51)로부터 복사열이 발생하고, 그 복사열에 의해 노즐(55) 및 그 내부의 온도도 상승해 버리기 때문에 이 상태로는 노즐(55)내의 유기EL용액(71)의 일부가 기화해 버린다. 또 노즐(55)이 피에조식 분출수단을 이용하고 있는 경우에서는 피에조소자에 의해 다이어프램을 압축ㆍ팽창시켜서 유기EL용액(71)을 분출하고 있다. 그 다이어프램이 팽창할 때에 내부압력이 작아지고, 유기EL용액(71)이 더욱 기화되기 쉬운 상태가 일어난다.
기화된 용매가 미소하면 기화한 용매의 가스는 용매액 속에 다시 용해하여 해를 이루지 않는다. 그러나 저비점의 용매 또는 증기압이 높은 용매를 이용하고, 또한 용매액적분사시의 환경온도가 높은(노즐(55)내의 온도가 높은) 경우는 기화되는 용매량이 많아지고, 기화한 용매의 가스가 이미 다시 용매 속에 용해하는 것이 곤란하게 된다. 예를 들면 유기EL층(4)의 정공수송층을 형성할 때 유기EL용액(71)으로서 PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜)용액을 이용하는 경우에 그 PEDOT용액은 증기압이 높은 물을 주용매로 하고 있는데, 노즐(55)의 온도가 40℃를 넘으면 기체가 발생하는 것이 확인되었다. 노즐(55)은 내부가 용액으로 채워져서 이 용액을 일정량(일정한 체적분) 분출하도록 설정되어 있기 때문에 이 기화한 용매의 가스가 노즐(55)내에 체류하여 용액과 혼재되면 정확한 양의 유기EL용액(71)을 분출할 수 없고, 경우에 따라서는 용액을 분출할 수 없게 된다. 또 이 용매의 가스는 액상의 용액과 마찬가지로 분출구(55a)로부터 분출되는 일도 있는데, 단위체적당의 유기EL용액(71)의 양이 액상에 비하여 매우 미량이기 때문에 만족하게 성막할 수 없다. 따라서 투명전극(3)상에 충분한 양의 액적이 닿지 않고, 유기EL층(4)의 막두께가 얇아져 버리며, 투명전극(3)과 대향전극(7)이 전기적으로 쇼트해 버려서 유기EL표시패널(1)의 생산성을 낮게 하는 요인으로 되고 있었다.
그래서 본 실시형태의 용액공급장치(750)는 노즐(55)에 설치된 냉각매체재킷(69)에 의해 노즐(55)내부의 유기EL용액(71)을 냉각하고, 유기EL용액(71)의 기화를 억제하며, 노즐(55)로부터 정확한 양의 유기EL용액(71)의 액적의 연속분사를 가능하게 한다.
다음으로 유기EL표시패널(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선 제 1 실시형태와 마찬가지로 투명전극(3) 및 격벽(6)이 형성된 투명기판(2)을 워크테이블(51)상에 재치한다. 이 때 기판가열기(63)에 의해 워크테이블(51)을 통하여 투명기판(2)이 가열되고, 냉각매체순환기(170)에 의해 냉 각매체재킷(69)에 냉각매체(77)가 공급되어 노즐(55)이 냉각되고 있다. 다음으로 용액분출장치(750)를 이용하여 격벽(6)에 둘러싸인 각각의 둘러쌈영역에 유기EL용액(71)의 액적을 노즐(55)의 분출구(55a)로부터 분출하는 것으로 그 둘러쌈영역에 유기EL층(4)을 성막한다.
상세하게는 용액분출장치(750)의 각 부는 컨트롤러(60)에 제어되어 다음과 같이 동작한다.
즉 구동장치(52)가 워크테이블(51)과 함께 투명기판(2)을 부주사방향으로 간헐적으로 반송한다. 여기에서 투명기판(2)이 정지하고 있는 중에 헤드부(54)가 주주사방향으로 적어도 1왕복한다.
헤드부(54)가 주주사방향으로 이동하고 있는 중에 노즐(55)이 격벽(6)으로 둘러싸인 각 화소의 투명전극(3)의 바로 위를 통과한다. 노즐(55)이 투명전극(3)상을 통과하고 있는 중에 노즐(55)이 각 화소의 투명전극(3)을 향하여 EL용액(71)의 액적을 1적 또는 복수적으로 나누어서 분출한다.
이 때 냉각매체재킷(69)에 의해 노즐(55)은 냉각되고 있기 때문에 노즐(55)내부의 유기EL용액(71)에 공동현상에 의한 기화된 용매의 체류가 발생하는 것이 억제되고, 노즐(55)의 분출구(55a)로부터 연속적으로 일정량의 액적을 분사할 수 있다. 따라서 착탄한 액적이, 인접화소와의 사이에서 유기EL층(4)의 막두께가 불균일하게 되는 일이 없다.
또 투명기판(2)이 가열되어 있는 것으로 액적의 탄도상도 가열되어 있기 때문에 분출구(55a)로부터 분출한 액적이 투명기판(2)의 투명전극(3)상에 도달하기 전에 가열된다. 이 때문에 액적이 투명전극(3)상에 부착하기까지 용매가 증발하여 액적의 양은 분출시보다 적어진다. 따라서 유기EL용액(71)이 다른 화소로 비산하는 것이나 격벽(6)을 넘어서 흘러넘치는 것을 억제할 수 있기 때문에 서로 다른 발광색의 인접화소의 유기EL용액(71)끼리가 섞이거나 하는 비율을 매우 낮게 할 수 있다.
이상과 같이 헤드부(54)가 주주사방향으로 적어도 1왕복한 후 구동장치(52)가 워크테이블(51)과 함께 투명기판(2)을 부주사방향으로 소정 거리 반송한다. 그리고 투명기판(2)이 다시 정지하면 헤드부(54)의 왕복이동, 노즐(55)에 의한 유기EL용액(71)의 분출이 다시 실시된다. 이후 용액분출장치(750)가 상기의 동작을 반복함으로써 격벽(6)의 둘러쌈영역 전체에 유기EL층(4)이 성막된다.
또한 노즐(55)이 투명전극(3)의 소정 위치에 도달하도록 헤드부(54)를 이동시키고나서 일단 정지하고, 노즐(55)이 투명전극(3)을 향하여 EL용액(71)의 액적을 1적 또는 복수적으로 나누어서 분출하며, 상기 동작을 반복함으로써 차례 차례 투명전극(3)상에 유기EL층(4)을 성막해도 좋다.
용액분출장치(750)에 의한 유기EL층(4)의 성막이 종료되면 PVD법 또는 CVD법 등에 의한 성막공정을 실시하는 것으로 유기EL층(4)이 형성된 투명기판(2)상의 일면에 대향전극(7)을 성막한다.
이와 같이 용액공급장치(750)는 액적으로서 노즐(55)로부터 분출한 유기EL용액(71)이 기판가열기(63)로 가열되는 것으로 소망의 화소에 유기EL용액(71)이 성막할 수 있는 동시에, 기판가열기(63)로부터의 전열에 의하여 위쪽에 위치하는 노즐(55)이 과열되어 버리는 것으로 노즐(55)내의 유기EL용액(71)이 기화하는 것을 냉각매체재킷(69)이 억제하기 때문에 노즐(55)로부터 소망의 양의 액적을 분출할 수 있어서 유기EL층(4R), 유기EL층(4G), 유기EL층(4B)은 소망 범위의 두께를 유지할 수 있고, 안정된 휘도로 발광색순도가 높은 표현이 가능하게 된다.
여기에서 도 10을 참조하여 용액분출장치에 있어서의 유기EL용액(71)의 분출동작개시로부터의 경과시간과 노즐(55)의 온도의 관계를 설명한다. 도 10은 액적분출동작개시로부터의 경과시간과 노즐(55)의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 측정에 있어서, 유기EL용액(71)으로서 PEDOT용액을 이용했다.
도 10의 그래프 중의 「＊」은 비교예로서 도 9의 용액분출장치(750)로부터 냉각매체재킷(69), 냉각매체순환기(170), 냉각매체공급관(81) 및 냉각매체배출관(82)을 제외한 용액분출장치를 이용하여 워크테이블(51)의 온도가 70℃로 되도록 가열기가 제어되고, 노즐(55)이 냉각되지 않는 경우를 나타낸다. 이 경우 PEDOT용액의 액적의 분출개시로부터의 경과시간이 300초가 되면 노즐(55)의 온도가 40℃를 크게 웃돌아서 48. 3℃까지 도달하고, 노즐(55)내의 PEDOT용액의 공급라인에서는 과열되었기 때문에 PEDOT용액의 용매가 기화하여 내부에 체류해 버리며, 펌프가 기계적 변위동작하고 있음에도 불구하고 PEDOT용액의 액적의 분출이 멈추었다. 따라서 연속적인 분출이 정지해 버렸다.
한편 도 10의 그래프 중의 실선은 용액분출장치(750)에 있어서, 워크테이블(51)의 온도가 70℃로 되도록 가열하고, 냉각매체공급관(81)을 동작시켜서 노즐(55)을 냉각한 경우를 나타낸다. 이 경우 PEDOT용액의 액적의 분출개시로 부터의 경과시간이 600초에 도달해도 노즐(55)의 온도가 40℃를 넘는 일은 없고, PEDOT용액의 액적의 연속적이고, 또한 계속적인 분출을 실현할 수 있었다.
또 도 10의 그래프 중의 점선은 용액분출장치(750)에 있어서, 워크테이블(51)의 온도가 80℃로 되도록 제어하고, 냉각매체공급관(81)을 동작시켜서 노즐(55)을 냉각한 경우를 나타낸다. 이 경우 PEDOT용액의 액적의 분출개시로부터의 경과시간이 600초에 도달해도 노즐(55)의 온도가 40℃를 크게 웃도는 일은 없고, PEDOT용액의 액적의 연속적이고, 또한 계속적인 분출을 실현할 수 있었다.
따라서 본 실시형태에 따르면, 기판가열기(63)에 의해 워크테이블(51)에 재치된 투명기판(2)을 가열하는 동시에, 냉각매체재킷(69)에 의해 노즐(55)을 냉각하면서 투명기판(2)의 격벽(6)의 둘러쌈영역에 유기EL용액(71)의 액적을 분출한다. 이 때문에 비점이 낮은 용매 또는 증기압이 높은 용매를 포함하는 유기EL용액(71)을 이용해도 노즐(55)의 냉각에 의해 노즐(55)내에 체류하는 유기EL용액(71) 속의 기화성분의 발생을 억제하기 때문에 노즐(55)내는 유기EL용액(71)으로 채워져서 적량의 유기EL용액(71)을 분출할 수 있다. 그리고 투명기판(2)을 가열하고 있기 때문에 가열된 투명기판(2)에 액적이 도달하기까지의 사이에 신속히 가열하여 유기EL용액(71) 속의 용매가 건조되어서 액적의 양이 줄고, 또한 유기EL용액(71)의 점도가 높아진다. 따라서 액적이 소망의 둘러쌈영역 이외로 유출되거나 비산하는 일이 없으며, 또 증발하기까지의 시간을 단축할 수 있다.
(제 9 실시형태)
다음으로 도 11을 참조하여 본 발명에 관련되는 제 9 실시형태를 설명한다. 도 11은 본 실시형태의 용액분출장치(850)가 나타내어진 개략측면도이다.
상기의 제 8 실시형태에서는 제한 없이 노즐(55)을 지나치게 냉각하면 내부의 유기EL용액(71)의 온도가 지나치게 내려가서 점도가 높아지고, 분출구(55a)로부터 분출되는 EL용액(71)의 액적의 양이 감소할 염려가 있다. 본 실시형태에서는 냉각매체순환기내의 냉각기능을 조절하는 온도조절수단을 설치한 것에 의해 상기 문제를 해소하는 것이다. 본 실시형태의 용액분출장치(850)에 있어서, 제 8 실시형태의 용액분출장치(750)와 같은 부분에 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 용액분출장치(850)는 워크테이블(51)과, 구동장치(52)와, 가이드부(53)와, 헤드부(54)와, 노즐(55)과, 유기재료용액저장기(56)와, EL용액공급관(57)과, 기판가열기(63)와, 노즐(55)에 설치되어 냉각매체(77)가 공급되는 냉각매체재킷(69)과, 냉각매체(77)의 공급원인 냉각매체순환기(170)와, 냉각매체공급관(81)과, 냉각매체배출관(82)과, 노즐(55)의 온도를 검지하는 온도검지부(75)와, 온도검지부(75)에 의해 검지된 노즐(55)의 온도정보에 의해 냉각매체순환기(170)내의 냉각기능을 조절하는 온도조절기(76)와, 용액분출장치(850) 전체를 제어하는 컨트롤러(60)를 구비한다.
냉각매체순환기(170)는 순환식 항온조 등이며, 냉각매체(77)를 저장하는 저장기와, 내보내는 펌프와, 그 저장기내의 냉각매체(77)를 가열 및 냉각하는 온도변화수단을 구비한다. 그 펌프에 의해 그 저장기내의 냉각매체(77)가 냉각매체공급관(81)을 통하여 냉각매체재킷(69)에 내보내어진다. 냉각매체재킷(69)에 공급된 냉각매체(77)에 의해 노즐(55)의 열이 빼앗기고, 열을 흡수한 냉각매체(77)가 냉각 매체배출관(82)을 통하여 냉각매체순환기(170)에 배출된다. 냉각매체순환기(170)는 그 배출된 냉각매체(77)를 내부의 저장기에 유입한다. 컨트롤러(60)는 온도검지부(75)로부터의 온도정보에 따라서 냉각매체순환기(170)에 대하여 냉각매체공급관(81)에 흘리는 냉각매체(77)의 유량을 소정량으로 설정하도록 지령한다.
온도조절기(76)는 온도검지부(75)에 의해 검지된 노즐(55)의 온도정보에 의거하여 냉각매체순환기(170)의 온도변화수단을 제어해서 내부의 저장기내의 냉각매체(77)의 온도를 조절한다. 이 온도유량조절은 노즐(55)의 온도가 일정해지도록 제어된다. 컨트롤러(60)는 온도검지부(75)로부터의 온도정보에 따라서 온도조절기(76)에 대하여 냉각매체순환기(170)내의 냉각매체(77)를 소정의 온도로 설정하도록 지령한다.
다음으로 용액분출장치(850)를 이용한 유기EL표시패널(1)의 제조방법은 제 8 실시형태에 있어서의 용액분출장치(750)를 이용한 유기EL표시패널(1)의 제조방법과 대략 똑같으며, 노즐(55)의 냉각순서가 다르다. 따라서 설명의 중복을 피하기 위해 이 냉각순서에 대해서만 설명한다.
용액분출장치(850)의 노즐(55)로부터의 유기EL용액(71)의 액적의 분출과 함께 온도검지부(75)로부터의 정보에 따른 컨트롤러(60)에 의해 냉각제어가 실행된다. 구체적으로는 냉각매체순환기(170)에 의해 냉각매체(77)가 냉각매체재킷(69)에 공급되고, 그 냉각매체(77)에 의해 노즐(55)이 냉각된다. 또 기판가열기(63)에 의해 워크테이블(51)이 가열되어 그 복사열에 의해 노즐(55) 및 그 아래쪽의 분위기가 가열된다. 온도조절기(76)는 온도검지부(75)에 의해 검지된 노즐(55)의 온도 가 적절하고, 또한 일정하게 되도록 냉각매체순환기(170)내의 저장기내의 냉각매체(77)의 온도를 제어한다. 즉 노즐(55)로의 가열과 냉각과, 나아가서는 냉각매체순환기(170)에 의해 제어되는 냉각매체(77)의 유량의 밸런스로 노즐(55)의 온도가 적절하고, 또한 일정하게 유지되도록 냉각매체재킷(69)에 공급되는 냉각매체(77)가 온도제어된다. 또 냉각매체순환기(170)에도 컨트롤러(60)에 피드백된 온도조절기(76)의 제어정보에 의거하여 컨트롤러(60)로부터 유량을 제어하는 제어신호가 출력된다. 냉각매체(77)의 적절한 온도는 노즐(55)내의 유기EL용액(71)에 기화한 용매의 체류가 발생하는 일 없이 유기EL용액(71)의 점도를 적절한 값으로 하는 온도로 한다. 또 노즐(55)의 적절한 온도에는 소정의 범위를 갖게 해도 좋다.
이상 본 실시형태에 따르면, 온도조절기(76)에 의해 냉각매체재킷(69)에 공급되는 냉각매체(77)의 온도가 유기EL용액(71)의 점도를 적절하고, 또한 일정하게 유지하는 온도로 되도록 제어된다. 이 때문에 비점이 낮은 용매 또는 증기압이 높은 용매를 포함하는 유기EL용액(71)을 이용해도 유기EL용액(71)의 액적의 연속적인 분출을 실현하는 동시에, 유기EL용액(71)의점도를 적절하고, 또한 일정하게 유지하며, 노즐(55)로부터 분출되는 액적의 용량을 일정하게 하여 유기EL층의 막두께가 일정한 고품질의 유기EL표시패널을 제조할 수 있다.
(제 10 실시형태)
도 12를 참조하여 본 발명에 관련되는 제 10 실시형태를 설명한다. 도 12는 본 실시형태의 용액분출장치(950)가 나타내어진 개략측면도이다.
제 9 실시형태에서는 냉각매체순환기(170)에 의해 노즐(55)내의 유기EL용액(77)을 냉각했는데, 용액분출장치(950)에서는 냉각매체순환기(170) 대신에 온도제어매체순환기(171)를 설치하고 있다. 온도제어매체순환기(171)는 노즐(55)의 외부공기의 온도 등의 외적 요인에 따라서 노즐(55)내의 유기EL용액(77)의 온도가 올라가거나 내려가는 것을 억제하기 위해 온도제어매체공급관(83)을 통하여 소정의 온도로 설정된 온도제어매체(79)를 노즐(55)에 접하도록 설치된 온도제어매체재킷(80)에 공급하고, 또한 노즐(55)에 의하여 변온한 온도제어매체재킷(80)내의 온도제어매체(79)를 온도제어매체배출관(84)을 통하여 배출시키고, 배출한 온도제어매체(79)를 온도조절기(76)에 의하여 다시 소정의 온도로 되돌려서 온도제어매체공급관(83)에 흘리도록 순환하는 기능을 갖고 있다. 온도조절기(76)는 온도제어매체순환기(171)에서 순환되는 온도제어매체(79)를 소정의 온도가 되도록 적절히 가열 또는 냉각한다. 온도제어매체(79)는 디페닐에테르와 같이 단위체적당의 열용량이 크고, 전열성이 우수하며, 온도조절기(76)에서 조정하는 온도에 대하여 화학적으로 불활성인 것이 바람직하다.
용액분출장치(950)는 온도조절기(76)가 온도제어매체(79)를 냉각할 뿐만 아니라 가열할 수 있기 때문에 지나치게 냉각함으로써 노즐(55)로부터 분출하는 유기EL용액(71)이 저온이 되어 충분히 용매를 휘발할 수 없게 되는 것을 신속히 해소할 수 있다. 또한 용액분출장치(950)에서는 보온기(86)에 의해 유기재료용액저장기(56)내의 유기EL용액(71)을 외부공기의 온도에 관계 없이 소정의 온도로 보온하고 있다. 이와 같이 노즐(55)의 표면적, 용적이 작기 때문에 전열효과가 작고, 또한 내재하는 유기EL용액(71)의 양이 적거나, 또는 유기EL용액(71)을 연속분출하 는 것으로 큰 열용량이 필요함에도 불구하고 온도제어매체(79)에서의 전열로는 충분히 소정 온도로 모두 제어할 수 없는 경우에 미리 유기EL용액(71)을 어느 정도 보온하고 있는 것으로 용액을 용이하게 노즐(55)내에서 냉각시키기 쉽고, 노즐(55) 밖에서 증발하기 쉽게 할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 일 없이 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 개량 및 설계의 변경을 실시해도 좋다.
예를 들면 상기 용액분출장치(50, 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850)를 유기EL표시패널(1)의 제조에 이용했는데, 컬러필터나 단파장의 빛을 흡수하여 보다 장파장의 빛을 발하는 색변환매체(Color Changing Media)의 제조에도 이용할 수 있다. 컬러필터나 단파장의 빛을 장파장의 빛으로 변환하는 색변환매체의 경우도 유기EL표시패널(1)의 경우와 마찬가지로 투명기판상에 격벽이 그물눈상으로 형성되어 있으며, 격벽에 의하여 둘러싸인 둘러쌈영역의 각각에 착색층이 형성되어 있는데, 이들 착색층을 용액분출장치(50, 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850)에서 성막할 수 있다. 다만 착색층을 형성하는 재료는 유기EL층(4)을 형성하는 재료와는 다르지만, 유기용매 등에 용해할 수 있는 것이다.
또 상기 각 실시형태에서는 헤드부(54)가 주주사방향으로 이동 가능했는데, 주주사방향 및 부주사방향으로 이동 가능, 즉 워크테이블(51)의 상면에 대하여 평행한 면을 따라서 이동 가능해도 좋다. 이 경우 워크테이블(51)이 고정되어 있어도 좋다. 마찬가지로 워크테이블(51)이 구동장치(52)에 의하여 주주사방향 및 부주사방향으로 이동 가능해도 좋다. 이 경우 헤드부(54)가 고정되어 있어도 좋다. 즉 워크테이블(51) 및 헤드부(54) 중의 한쪽이 다른쪽에 대하여 워크테이블(51)의 상면에 평행한 면을 따라서 상대적으로 이동 가능하면 좋다.
또 유기재료용액저장기(56)로부터 노즐(55)에 공급되는 EL용액(71)을 가열하는 가열기가 EL용액공급관(57)에 설치되어 있어도 좋다. 이 때에 유기재료용액저장기(56)에 가열기(58)가 배치되어 있어도, 배치되어 있지 않아도 좋고, 가열기(59)가 배치되어 있어도, 배치되어 있지 않아도 좋다.
또 도 5∼도 8에 나타내는 용액분출장치(350, 450, 550, 650)에 가열기(58) 및 가열기(59)의 적어도 한쪽을 배치시키는 것으로 용매의 휘발효과를 향상시키는 것이 가능하다.
제 8 실시형태∼제 10 실시형태에서는 온도제어하는 매체를 유지하는 구성으로서, 노즐(55)에 냉각매체재킷(69)(또는 온도제어매체재킷(80))을 직접적 또는 간접적으로 밀착시키는 것으로 했는데, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 노즐(55)내에 냉각매체재킷(또는 온도제어매체재킷)을 격납하는 구성이어도 좋다. 또 노즐(55)을 헤드부(54)에 부착하기 위한 스테이 등에 냉각매체재킷(또는 온도제어매체재킷)을 설치해도 좋다.
또 온도제어하는 수단으로서는, 이들 재킷에 한정하는 것은 아니고, 통전에 의해 2종류의 금속에 온도차를 만들어내어 방열하는 펠티어소자나 방열핀 또는 냉각팬 등이어도 좋고, 또한 이들과 재킷 중의 복수를 조합하는 구성이어도 좋다.
또 상기 제 8 실시형태 및 제 9 실시형태에서는 냉각매체재킷(69)에 의해 노즐(55)을 냉각만 시키는 구성이었는데, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 노 즐(55)에 새로이 가열기를 설치하고, 노즐(55)에 대하여 냉각매체재킷(69)에 의한 냉각과, 그 가열기에 의한 가열의 어느 쪽인가 한쪽 또는 양쪽을 실행 가능하게 하는 구성이어도 좋다. 이 구성에 따르면, 용액분출장치(850)의 기동개시로부터 노즐(55)의 가열에 의해 노즐(55)의 온도가 적절한 온도에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있다. 따라서 전체로서 유기EL표시패널(1)의 제조시간을 단축할 수 있다.
또 상기 각 실시형태에 있어서, 노즐(55)의 분출수단은 피에조식인 것으로서 설명했는데, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 정전흡인식의 분출수단을 이용해도 좋다. 정전흡인식의 분출수단은 노즐(55) 및 유기EL용액(71)을 대전시키고, 노즐(55)내의 유기EL용액(71)에 미소압력을 가하며, 노즐(55)에 유기EL용액(71)의 메니스커스를 형성하며, 이 상태에서 워크테이블(51)에 노즐(55)과 플러스마이너스가 반대인 전위를 가하고, 메니스커스상태의 유기EL용액(71)에 정전흡인력을 가하여 노즐(55)로부터 유기EL용액(71)을 꺼낸다. 이에 따라 유기EL용액(71)의 액적이 분출구(55a)로부터 분출된다.
또 서멀젯식의 분출수단을 이용해도 좋다. 서멀젯식의 분출수단은 발열체로 노즐(55)내의 유기EL용액(71)을 순간에 막비등시킴으로써 유기EL용액(71)내에 기포를 발생시켜서 노즐(55)내의 압력을 변화시킨다. 이에 따라 유기EL용액(71)의 액적이 분출구(55a)로부터 분출된다. 상기 각 실시형태에 있어서, 노즐(55)내에 체류하는 용매의 가스의 발생을 억제하기 위해 노즐(55)의 냉각을 실시하고 있는데, 서멀젯식의 분출수단에 있어서의 발열체의 가열에 의한 순간적인 용매가스는 허용하도록 구성된다. 즉 서멀젯식의 분출수단을 이용하는 경우 액적의 분사의 목적 이외로 용매가스가 발생하지 않도록 노즐(55)의 냉각을 실시하는 구성으로 된다.
본 발명에 따르면, 분출구로부터 분출된 액적이 증발하기 쉬워지고, 착탄한 액적이 둘러쌈영역으로부터 비어져 나오는 일도 없어지며, 이웃하는 둘러쌈영역내의 용액끼리가 섞이는 일도 없다. 그 때문에 용해도가 낮은 용매이어도 1회의 분출로 보다 체적이 큰 액적을 분출할 수 있다. 따라서 둘러쌈영역내에서 용질을 적절한 막두께까지로 하는 데 요하는 성막시간을 짧게 할 수 있다.
Claims (19)
- 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 노즐내에 있는 용액을 가열하는 가열기를 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열기는 상기 노즐내에 있는 용액의 비점보다 낮아지도록 상기 노즐내의 용액을 가열하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 노즐내에 있는 용액의 온도를 계측하는 계측수단과,상기 계측수단에 의하여 계측된 온도에 의거해서 상기 노즐내에 있는 용액의 온도가 일정해지도록 상기 가열기를 제어하는 온도제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 용액을 저장하는 동시에, 상기 노즐에 공급하는 저장기와,상기 저장기내의 상기 용액을 가열하는 가열기를 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 가열기는 상기 탱크내에 있는 용액의 비점보다 낮아지도록 상기 탱크내에 있는 용액을 가열하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 탱크내에 있는 용액의 온도를 계측하는 계측수단과,상기 계측수단에 의하여 계측된 온도에 의거해서 상기 탱크내에 있는 용액의 온도가 일정해지도록 상기 가열기를 제어하는 온도제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 기판을 재치하는 재치대와,상기 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 재치대를 가열하는 가열기를 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 기판을 재치하는 재치대와,상기 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 노즐과 상기 기판의 사이의 공간을 향하여 방열하는 방열기를 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 기판을 가열하는 기판가열기와,상기 노즐내의 상기 용액을 냉각하는 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 냉각수단은 상기 노즐내의 상기 용액을 상기 기판가열기의 가열온도보다 낮은 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 노즐의 온도를 검지하는 온도검지기와,상기 온도검지기에 의해 검지되는 상기 노즐의 온도에 의거하여 상기 노즐내의 상기 용액의 온도가 소정 온도범위내로 되도록 상기 냉각수단을 제어하는 온도조절기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 노즐내의 상기 용액을 가열하는 노즐가열기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 기판의 한쪽의 면상에 용액을 액적으로 하여 분출하는 노즐과,상기 노즐내의 상기 용액을 소정의 온도로 제어하기 위해 소정의 온도로 제어된 매체를 상기 노즐주변으로 순환시키는 순환수단을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출장치.
- 용액을 기판상의 소정의 위치에 분출하는 용액분출방법은,상기 용액을 가열하는 용액가열공정과,상기 가열된 용액을 노즐에 공급하는 용액공급공정과,상기 노즐로부터 상기 기판에 용액을 분출하는 분출공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
- 용액을 기판상의 소정의 위치에 분출하는 용액분출방법은,상기 용액을 분출하는 노즐내의 상기 용액을 가열하는 용액가열공정과,상기 가열된 용액을 상기 노즐로부터 상기 기판에 분출하는 분출공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
- 용액을 기판상의 소정의 위치에 분출하는 용액분출방법은,상기 용액을 분출하는 노즐을 냉각하는 공정과,상기 노즐로부터 상기 용액을 상기 기판에 분출하는 분출공정과,상기 기판을 향하여 분출된 상기 용액을 가열하는 가열공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
- 용액을 기판상의 소정의 위치에 분출하는 용액분출방법은,상기 노즐의 온도를 검지하는 검지공정과,검지된 상기 노즐의 온도에 의거하여 상기 노즐내의 상기 용액의 온도가 소정 온도범위내로 되도록 제어하는 제어공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
- 제 14 항에서 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 노즐내에서는 상기 용액의 온도는 상기 용액의 비점보다 낮은 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
- 제 14 항에서 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 노즐로부터 분출된 후의 상기 용액의 온도는 상기 노즐내에 있을 때보다 높은 것을 특징으로 하는 용액분출방법.
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