(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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る、請求項１に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項３】
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る、請求項１に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項４】
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い、請求項３に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項５】
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い、請求項３または４に記載の有機半導体層の形成方法。
【請求項６】
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、
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。
【請求項７】
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、
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。
【請求項８】
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、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る、請求項７に記載の有機半導体層の形成装置。
【請求項９】
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する、請求項７に記載の有機半導体層の形成装置。
【請求項１０】
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る、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の有機半導体層の形成装置。
【請求項１１】
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る、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の有機半導体層の形成装置。
【請求項１２】
前記吐出装置は、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０８６２６号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【発明の効果】
【００２３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における有機半導体層の形成装置を示す斜視図。
【図２】図２は、塗布装置が基材に向けて塗布液の液滴を吐出する様子を示す図。
【図３】図３は、形成装置の変形例を示す図。
【図４】図４は、雰囲気調整装置の変形例を示す図。
【図５】図５は、密閉機構の変形例を示す図。
【図６】図６は、塗布液の塗布方法の変形例を示す図。
【図７】図７は、図６に示す塗布液の塗布方法の変形例を詳細に示す図。
【図８】図８は、形成装置によって形成される有機半導体層を有する有機半導体素子の一例を示す断面図。
【図９】図９は、図８に示す有機半導体素子の変形例を示す断面図。
【図１０】図１０は、形成装置によって形成される有機半導体層を有する有機半導体素子のその他の例を示す断面図。
【図１１】図１１は、形成装置によって形成される有機半導体層を有する有機半導体素子のその他の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
以下、有機ＥＬ素子３０を構成する各層について説明する。
【００７２】
（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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
（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。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【符号の説明】
【０１１５】
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
【図１】
0006051563.tif 000002
【図２】
0006051563.tif 000003
【図３】
0006051563.tif 000004
【図４】
0006051563.tif 000005
【図５】
0006051563.tif 000006
【図６】
0006051563.tif 000007
【図７】
0006051563.tif 000008
【図８】
0006051563.tif 000009
【図９】
0006051563.tif 000010
【図１０】
0006051563.tif 000011
【図１１】
0006051563.tif 000012