(57)【要約】【課題】機能性素子群および機能性素子基板を形成するための新規な製造装置を提案し、機能性素子基板を効率よく低コストで製作できるようにする。【解決手段】基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって機能性素子群を形成する。前記基板上に機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射手段は、複数種類の溶液を溶液ごとに独立して噴射する複数個のマルチノズル型噴射ヘッドＡ〜Ｄから成り、該マルチノズル型噴射ヘッドは、前記複数種類の溶液ごとに噴射するノズル部分６５が溶液ごとに離間して構成されるとともに、前記基板に相対する位置に配され、かつ、キャリッジ搭載され、マルチノズルの配列方向は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向と非平行に配列されている。【選択図】　　　　図１３
2004081923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造装置において、前記基板上に機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射手段を有し、該噴射手段は、複数種類の溶液を溶液ごとに独立して噴射する複数個のマルチノズル型噴射ヘッドから成り、該マルチノズル型噴射ヘッドは、前記複数種類の溶液ごとに噴射するノズル部分が溶液ごとに離間して構成されるとともに、前記基板に相対する位置に配され、かつ、キャリッジ搭載され、マルチノズルの配列方向は、噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向と非平行に配列されていることを特徴とする機能性素子基板の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の機能性素子基板の製造装置によって形成される機能性素子群が形成された機能性素子基板であって、前記複数種類の機能性材料を含有する溶液は、それぞれ異なる色に発色する有機ＥＬ材料を溶解した溶液であることを特徴とする機能性素子基板。
【請求項３】
請求項１に記載の機能性素子基板の製造装置によって形成される機能性素子群が形成された機能性素子基板であって、前記機能性素子群は、複数種類の機能性材料を含有する溶液によるドットパターンを重ね打ちもしくは接触させて形成されることを特徴とする機能性素子基板。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の機能性素子基板と、該機能性素子基板に対向して配置されたカバープレートとを有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出装置を用いた機能性材料の膜形成、特に膜パターン形成製造装置およびそれによって形成された機能性素子基板ならびにその機能性素子基板を用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイに替わる自発光型ディスプレイとして有機物を用いた発光素子の開発が加速している。このような発光素子の形成は、機能材料のパターン化により行われ、一般的には、フォトリソグラフィー法により行われている。たとえば、有機物を用いた有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと記す）素子としては、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１２）、２１　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　１９８７の９１３ページ以降に示されているように，低分子を蒸着法で成膜する方法が報告されている。また、有機ＥＬ素子において、カラー化の手段としては、マスク越しに異なる発光材料を所望の画素上に蒸着して形成する方法が行われている。しかしながら、このような真空成膜による方法、フォトリソグラフィー法による方法は、大面積にわたって素子を形成するには、工程数も多く、生産コストが高いといった欠点がある。
【０００３】
上述のような課題に対して、本発明者は、上述のごとき有機ＥＬ素子に代表されるような機能性素子形成のための、機能性材料膜の形成およびパターン化にあたり、米国特許第３０６０４２９号、米国特許第３２９８０３０号、米国特許第３５９６２７５号、米国特許第３４１６１５３号、米国特許第３７４７１２０号、米国特許第５７２９２５７号等として知られるようなインクジェット液滴付与手段によって、真空成膜法とフォトリソグラフィー・エッチング法等によらずに、安定的に歩留まり良くかつ低コストで機能性材料を所望の位置に付与することができるのではないかと考えた。
【０００４】
例えば、機能性素子の一例として有機ＥＬ素子を考えた場合、このような有機ＥＬ素子を構成する正孔注入／輸送材料ならびに発光材料を溶媒に溶解または分散させた組成物を、インクジェットヘッドから吐出させて透明電極基板上にパターニング塗布し、正孔注入／輸送層ならびに発光材層をパターン形成すれば実現できると考えたのである。
しかしながら、このような手段で機能性素子基板を製作しようという考えは、まだ新しく、具体的にどのようにすればよいのかもわからない状態である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、上述のごとき機能性素子群および機能性素子基板を形成するための新規な製造装置を提案するとともに、機能性素子基板が効率よく低コストで製作できるようにすることにある。
また、第２の目的は、このような製造装置によって製作される機能性素子基板を提案することにある。
さらに、第３の目的は、このような製造装置によって製作される他の機能性素子基板を提案することにある。
また、第４の目的は、このような製造装置によって製作された低コストな機能性素子基板を用いた画像表示装置を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、第１に、所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造装置において、該基板に対して機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射手段は、複数種類の溶液を溶液ごとに独立して噴射する複数個のマルチノズル型噴射ヘッドを、前記複数種類の溶液ごとに噴射するノズル部分が溶液ごとに離間して構成されるとともに、前記基板に相対する位置に配され、かつ、キャリッジ搭載された噴射手段とし、前記マルチノズル型噴射ヘッドのマルチノズルの配列方向は、噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向と非平行に配列されているようにした。
【０００７】
また、第２に、上記第１の機能性素子基板の製造装置によって形成された機能性素子基板において、前記複数種類の機能性材料を含有する溶液は、それぞれ異なる色に発色する有機ＥＬ材料を溶解した溶液であるようにした。
【０００８】
さらに、第３に、上記第１の機能性素子基板の製造装置によって形成された機能性素子基板において、前記機能性素子群は複数種類の機能性材料を含有する溶液によるドットパターンを重ね打ちもしくは接触させて形成されるようにした。
【０００９】
また、第４に、上記第２又は第３の機能性素子基板と、この機能性素子基板に対向して配置されたカバープレートとを有するような画像表示装置とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、機能性素子の一例として有機ＥＬ素子を考えた場合の機能性素子の作成を模式的に示した図で、ここでは、モザイク状に区切られたＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）透明電極パターン４、および、透明電極部分を囲む障壁３付きガラス基板５の当該電極上に、赤、緑、青に発色する有機ＥＬ材料を溶解した溶液２を各色モザイク状に配列するように、ノズル１より付与する例を示している。溶液の組成は、たとえば、以下のとおりである。
【００１１】
溶液組成物
溶媒・・ドデシルベンゼン／ジクロロベンゼン（１／１、体積比）
赤・・・ポリフルオレン　／ペリレン染料（９８／２、重量比）
緑・・・ポリフルオレン／クマリン染料（９８．５／１．５、重量比）
青・・・ポリフルオレン
【００１２】
固形物の溶媒に対する割合は、例えば、０．４％（重量／体積）とされる。ここで、このような溶液を付与された基板は、例えば、１００℃で加熱し、溶媒を除去してからこの基板上に適当な金属マスクをし、アルミニウムを２０００オングストローム蒸着し（不図示）、ＩＴＯとアルミニウムよりリード線を引き出し、ＩＴＯを陽極、アルミニウムを陰極として素子が完成する。印加電圧は、１５ボルト程度で所定の形状で赤、緑、青色に発光する素子が得られる。
なお、先に基板上に電極を形成しておいて、後からこのような溶液の液滴を噴射付与し、溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって素子形成を行ってもよい。
【００１３】
そして、このような素子を構成した基板は、ガラスあるいはプラスチック等の透明カバープレートを対向配置、ケーシング（パッケージング）することにより、自発光型の有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置とすることができる。
なお、ここでは、機能性素子の一例として有機ＥＬ素子を考えた場合であるが、必ずしも、このような素子、材料に限定されるものではない。例えば、電子放出素子を考えた場合、パラジウム系の化合物を含有する溶液が使用される。この場合は、最終形態としては、この電子放出素子基板に蛍光体を具備したフェースプレートを対向配置してパッケージングされた電子放出型ディスプレイとなる。また、機能性素子として有機トランジスタなども好適に製作できる。また、上記例の障壁３を形成するためのレジスト材料なども本発明に使用する溶液として利用される。
【００１４】
ここで、上述のごとき機能性材料を含有した溶液を付与する手段として、本発明では、インクジェットの技術が適用される。以下に、その具体的方法を説明する。
図２は、本発明の機能性素子基板の製造装置の一実施例を説明するための図で、図中、１１は吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２はキャリッジ、１３は基板保持台、１４は機能性素子を形成する基板、１５は機能性材料を含有する溶液の供給チューブ、１６は信号供給ケーブル、１７は噴射ヘッドコントロールボックス、１８はキャリッジ１２のＸ方向スキャンモータ、１９はキャリッジ１２のＹ方向スキャンモータ、２０はコンピュータ、２１はコントロールボックス、２２（２２Ｘ１、２２Ｙ１、２２Ｘ２、２２Ｙ２）は基板位置決め／保持手段である。
【００１５】
図３は、本発明の機能性素子基板の製造に適用される液滴付与装置の構成を示す概略図で、図４は、図３の液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。
図３の構成は、図２の構成と異なり、基板１４側を移動させて機能性素子群を基板に形成するものである。図３及び図４において、３１はヘッドアライメント制御機構、３２は検出光学系、３３は噴射ヘッド、３４はヘッドアライメント微動機構、３５は制御コンピュータ、３６は画像識別機構、３７はＸＹ方向走査機構、３８は位置検出機構、３９は位置補正制御機構、４０は噴射ヘッド駆動・制御機構、４１は光軸、４２は素子電極、４３は液滴、４４は液滴着弾位置である。
【００１６】
吐出ヘッドユニット１１の液滴付与装置（噴射ヘッド３３）としては、任意の液滴を定量吐出できるものであればいかなる機構でも良く、特に数〜数１００ｐｌ程度の液滴を形成できるインクジェット方式の機構が望ましい。
インクジェット方式としては、たとえば、米国特許第３６８３２１２号明細書に開示されている方式（Ｚｏｌｔａｎ方式）、米国特許第３７４７１２０号明細書に開示されている方式（Ｓｔｅｍｍｅ方式）、米国特許第３９４６３９８号明細書に開示されている方式（Ｋｙｓｅｒ方式）のようにピエゾ振動素子に、電気的信号を印加し、この電気的信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って微細なノズルから液滴を吐出飛翔させるものがあり、通常、総称してドロップオンデマンド方式と呼ばれている。
【００１７】
他の方式として、米国特許第３５９６２７５号明細書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されている方式（Ｓｗｅｅｔ方式）がある。これは、連続振動発生法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を行うものであり、通常、連続流方式、あるいは荷電制御方式と呼ばれている。
【００１８】
さらに、他の方式として、特公昭５６−９４２９号公報に開示されている方式がある。これは、液体中で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力により微細なノズルから液滴を吐出飛翔させるものであり、サーマルインクジェット方式、あるいは、バブルインクジェット方式と呼ばれている。このように，液滴を噴射する方式は、ドロップオンデマンド方式、連続流方式、サーマルインクジェット方式等あるが、必要に応じて適宜その方式を選べばよい。
【００１９】
本発明では、図２に示したような機能性素子基板の製造装置において、基板１４は、この装置の基板位置決め／保持手段２２によってその保持位置を調整して決められる。図２では簡略化しているが、基板位置決め／保持手段２２は、基板１４の各辺に当接されるとともに、Ｘ方向およびそれに直交するＹ方向にμｍオーダーで微調整できるようになっているとともに、噴射ヘッドコントロールボックス１７、コンピュータ２０、コントロールボックス２１等と接続され、その位置決め情報および微調整変位情報等と、液滴付与の位置情報、タイミング等は、たえずフィードバックできるようになっている。
【００２０】
さらに、本発明の機能性素子基板の製造装置では、Ｘ、Ｙ方向の位置調整機構の他に図示しない（基板１４の下に位置するために見えない）、回転位置調整機構を有している。これに関連して、先に、本発明の機能性素子基板の形状および形成される機能性素子群の配列に関して説明する。
【００２１】
本発明の機能性素子基板は、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を低減させたガラス、青板ガラス、ＳｉＯ２を表面に堆積させたガラス基板およびアルミナ等のセラミックス基板等が用いられる。また、軽量化あるいは可撓性を目的として、ＰＥＴを始めとする各種プラスチック基板も好適に用いられる。いずれにしろ、その形状は、このような基板を経済的に生産、供給する、あるいは、最終的に製作される機能性素子基板の用途から、Ｓｉウエハなどとは違って、矩形（直角４辺形）である。つまり、その矩形形状を構成する縦２辺、横２辺は、それぞれ、縦２辺が互いに平行、横２辺が互いに平行であり、かつ、縦横の辺は、直角をなすような基板である。
【００２２】
上述のような基板に対して，本発明では、形成される機能性素子群をマトリックス状に配列し、このマトリックスの互いに直交する２方向が、この基板の縦方向の辺あるいは横方向の辺の方向と平行であるように機能性素子群を配列する。このように，機能性素子群をマトリックス状に配列する理由、および、基板の縦横の辺をそのマトリックスの直交する２方向と平行になるようにする理由を以下に述べる。
【００２３】
図２あるいは図３に示したように、本発明では、最初に基板１４と吐出ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の位置関係が決められた後は、特に位置制御を行うことはない。つまり、吐出ヘッドユニット１１は、基板１４に対して一定の距離を保ちながら機能性素子群の形成面に対して平行にＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、上記溶液（たとえば有機ＥＬ材料、あるいは導電性材料を溶解した溶液、レジスト材料など）の噴射を行う。つまり、このＸ方向及びＹ方向は、互いに直交する２方向であり、基板の位置決めを行う際に、基板の縦辺あるいは横辺をそのＹ方向あるいはＸ方向と平行になるようにしておけば、形成される機能性素子群もそのマトリックス状配列の２方向がそれぞれ平行であるため、相対移動を行いつつ噴射する機構のみで高精度の素子群形成を行うことができる。言い換えるならば、本発明のような基板形状、機能性素子群のマトリックス状配列、直交するＸ、Ｙの２方向の相対移動装置にすれば、素子形成の液滴噴射を行う前の基板の位置決めを正確に行えば、高精度な機能性素子群のマトリックス状配列が得られるということである。
【００２４】
ここで、先ほどの回転位置調整機構に戻って説明する。前述のように，本発明では、素子形成の液滴噴射を行う前の基板の位置決めを正確に行い、ＸおよびＹ方向の相対移動のみを行い、他の制御を行わず、高精度な機能性素子群のマトリックス状配列を得ようというものである。その際問題となるのは、最初に基板の位置決めを行う際の回転方向（Ｘ、Ｙの２方向で決定される平面に対して垂直方向の軸に対する回転方向）のズレである。
【００２５】
この回転方向のズレを補正するために、本発明では、前述のように、図示しない（基板１４の下に位置して見えない）回転位置調整機構を有している。これにより回転方向のズレも補正し、基板の辺を位置決めすると、本発明の装置では、ＸおよびＹ方向のみの相対移動で、高精度な機能性素子群のマトリックス状配列が得られる。
【００２６】
以上は、この回転位置調整機構を、図２の基板位置決め／保持手段２２（２２Ｘ１、２２Ｙ１、２２Ｘ２、２２Ｙ２）とは別物の機構として説明した（基板１４の下に位置して見えない）が、基板位置決め／保持手段２２に回転位置調整機構を持たせることも可能である。例えば、基板位置決め／保持手段２２は、基板１４の辺に当接され、基板位置決め／保持手段２２全体が、Ｘ方向あるいはＹ方向に位置を調整できるようになっているが、基板位置決め／保持手段２２の基板１４の辺に当接される部分において、距離をおいて設けられた２本のネジが独立に動くようにしておけば、角度調整が可能である。なお、この回転位置制御情報も上記のＸ、Ｙ方向の位置決め情報および微調整変位情報等と同様に噴射ヘッドコントロールボックス１７、コンピュータ２０、コントロールボックス２１等と接続され、液滴付与の位置情報、タイミング等が、たえずフィードバックできるようになっている。
【００２７】
次に、本発明の位置決めの他の手段、構成について説明する。上記の説明は、基板位置決め／保持手段２２は、基板１４の辺に当接され、基板位置決め／保持手段２２全体が、Ｘ方向あるいはＹ方向に位置を調整できるようにしたものであるが、ここでは、基板１４の辺ではなく、基板上に互いに直交する２方向に帯状パターンを設けるようにした例について説明する。前述のように本発明では、基板上に機能性素子群をマトリックス状に配列して形成されるが、ここでは、前記のような互いに直交する２方向の帯状パターンをこのマトリックスの互いに直交する２方向と平行になるように形成しておく。このようなパターンは、基板上にフォトファブリケーション技術によって容易に形成できる。
【００２８】
あるいは、上述のようなパターンをその目的のためだけに作成するのではなく、素子電極４２（図４参照）や、各素子のＸ方向配線やＹ方向配線等の配線パターンを本発明の互いに直交する２方向の帯状パターンとみなしてもよい。このような帯状パターンを設けておけば、図４で後述するような、ＣＣＤカメラとレンズとを用いた検出光学系３２によってパターン検出ができ、位置調整にフィードバックできる。
【００２９】
次に、上記Ｘ、Ｙ方向に対して垂直方向であるＺ方向であるが、本発明では、最初に基板１４と吐出ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の位置関係が決められた後は、特に位置制御を行うことはない。つまり、吐出ヘッドユニット１１は基板１４に対して一定の距離を保ちながらＸ、Ｙ方向の相対移動を行いつつ、機能性材料を含有する溶液の噴射を行うが、その噴射時には、吐出ヘッドユニット１１のＺ方向の位置制御は特に行わない。その理由は、噴射時にその制御を行うと、機構、制御システム等が複雑になるだけではなく、基板１４への液滴付与による機能性素子の形成が遅くなり、生産性が著しく低下するからである。
【００３０】
かわりに、本発明では、基板１４の平面度やその基板１４を保持する部分の装置の平面度、さらに吐出ヘッドユニット１１をＸ、Ｙ方向に相対移動を行わせるキャリッジ機構等の精度を高めるようにすることで、噴射時のＺ方向制御を行わず、吐出ヘッドユニット１１と基板１４のＸ、Ｙ方向の相対移動を高速で行い、生産性を高めている。一例をあげると、本発明の溶液付与時（噴射時）における基板１４と吐出ヘッドユニット１１の溶液噴射口面の距離の変動は５ｍｍ以下におさえられている（基板１４のサイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ以上、４０００ｍｍ×４０００ｍｍ以下の場合）。
【００３１】
なお、通常Ｘ、Ｙ方向の２方向で決まる平面は、水平（鉛直方向に対して垂直な面）に維持されるように装置構成されるが、基板１４が小さい場合（例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ以下の場合）には、必ずしも、Ｘ、Ｙ方向の２方向で決まる平面を水平にする必要はなく、その装置にとってもっとも効率的な基板１４の配置の位置関係になるようにすればよい。
【００３２】
次に、本発明の他の実施例を説明するが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。図３は、図２の場合と違い、吐出ヘッドユニット１１と基板（機能性素子基板）１４の相対移動を行う際に、機能性素子基板１４側を移動させる例である。図４は、図３の装置の吐出ヘッドユニット１１を拡大して示した概略構成図である。まず、図３において、３７はＸＹ方向走査機構であり、その上に機能性素子基板１４が載置してある。基板１４上の機能性素子は、例えば、図１のものと同じ構成であり、単素子としては、図１に示した構成と同様に、ガラス基板５（機能性素子基板１４に相当する）、障壁３、ＩＴＯ透明電極４よりなっている。この機能性素子基板１４の上方に液滴を付与する吐出ヘッドユニット１１が位置している。本実施例では、吐出ヘッドユニット１１は、固定で、機能性素子基板１４がＸＹ方向走査機構３７により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット１１と機能性素子基板１４との相対移動が実現される。
【００３３】
次に、図４により吐出ヘッドユニット１１の構成を説明する。図４において、３２は基板１４上の画像情報を取り込む検出光学系であり、素子電極４２間に液滴４３を吐出させる噴射ヘッド３３に近接し、検出光学系３２の光軸４１および焦点位置と、噴射ヘッド３３による液滴４３の着弾位置４４とが一致するよう配置されている。この場合、図３に示す検出光学系３２と噴射ヘッド３３との位置関係はヘッドアライメント微動機構３４とヘッドアライメント制御機構３１により精密に調整できるようになっている。また、検出光学系３２には、ＣＣＤカメラとレンズとを用いている。
【００３４】
図３において、３６は先の検出光学系３２で取り込まれた画像情報を識別する画像識別機構であり、画像のコントラストを２値化し、２値化した特定コントラスト部分の重心位置を算出する機能を有したものである。具体的には（株）キーエンス製の高精度画像認識装置ＶＸ−４２１０を用いることができる。これによって得られた画像情報に機能性素子基板１４上における位置情報を与える手段が位置検出機構３８である。これには、ＸＹ方向走査機構３７に設けられたリニアエンコーダ等の測長器を利用することができる。また、これらの画像情報と機能性素子基板１４上での位置情報をもとに、位置補正を行うのが位置補正制御機構３９であり、この機構によりＸＹ方向走査機構３７の動きに補正が加えられる。また、インクジェットヘッド制御・駆動機構４０によって噴射ヘッド３３が駆動され、液滴が機能性素子基板１４上に付与される。これまで述べた各制御機構は、制御用コンピュータ３５により集中制御される。
【００３５】
なお、以上の説明は、吐出ヘッドユニット１１は固定で、機能性素子基板１４がＸＹ方向走査機構３７により任意の位置に移動することで吐出ヘッドユニット１１と機能性素子基板１４との相対移動を実現しているが、図２のように、機能性素子基板１４を固定とし、吐出ヘッドユニット１１がＸＹ方向に走査するような構成としてもよいことはいうまでもない。特に２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の中型基板〜２０００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上の大型基板の製作に適用する場合には、後者のように機能性素子基板１４を固定とし、吐出ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００３６】
また、逆に、例えば、軽いプラスチック基板を使用し、そのサイズも２００ｍｍ×２００ｍｍ〜４００ｍｍ×４００ｍｍ程度の中型基板の場合においては、インクジェットプリンタの紙搬送を行うようにすることも考えられる。つまり、キャリッジ１２に搭載された吐出ヘッドユニット１１が、Ｘ方向のみ（もしくはＹ方向のみ）に走査され、基板がＹ方向（もしくはＸ方向）に搬送される。その場合は生産性が著しく向上する。
【００３７】
基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ程度以下の場合には、液滴付与のための吐出ヘッドユニットを２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプとし、吐出ヘッドユニットと基板の相対移動を直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に行うことなく、１方向のみ（例えばＸ方向のみ）に相対移動させて行うことも可能であり、また、量産性も高くすることができるが、基板サイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の場合には、そのような２００ｍｍの範囲をカバーできるラージアレイマルチノズルタイプの吐出ヘッドユニットを製作することは技術的／コスト的に実現困難であり、本発明のように、吐出ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成とした方がよい。
【００３８】
特に、最終的な基板としては、２００ｍｍ×２００ｍｍより小さいものを製作する場合であっても、大きな基板から複数個取りして製作するような場合には、その元の基板は、４００ｍｍ×４００ｍｍ〜２０００ｍｍ×２０００ｍｍあるいはそれ以上のものを使用することになるので、吐出ヘッドユニット１１が直交するＸ、Ｙの２方向に走査するようにし、溶液の液滴の付与をこのような直交する２方向に順次行うようにする構成としたほうがよい。
【００３９】
液滴４３の材料には、先に述べた有機ＥＬ材料の他に、例えば、ポリフェニレンビニレン系（ポリパラフェニリレンビニレン系誘導体）、ポリフェニレン系誘導体、その他、ベンゼン誘導体に可溶な低分子系有機ＥＬ材料、高分子系有機ＥＬ材料、ポリビニルカルバゾール等の材料を用いることができる。有機ＥＬ材料の具体例としては、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。また、有機ＥＬ表示における周辺材料である電子輸送性、ホール輸送性材料も本発明の機能性素子を製作する機能材料として使用される。
【００４０】
本発明の他の機能性素子を製作する機能材料としては、この他に、半導体等に多用される層間絶縁膜のシリコンガラスの前駆物質であるか、シリカガラス形成材料を挙げることができる。かかる前駆物質として、ポリシラザン（例えば、東燃製）、有機ＳＯＧ材料等が挙げられる。また、有機金属化合物を用いても良い。
【００４１】
更に、他の例として、カラーフィルター用材料が挙げられる。具体的には、スミカレッドＢ（商品名、住友化学製染料）、カヤロンフアストイエローＧＬ（商品名、日本化薬製染料）、ダイアセリンフアストブリリアンブルーＢ（商品名、三菱化成製染料）等の昇華染料等を用いることができる。
【００４２】
本発明の溶液組成物において、ベンゼン誘導体の沸点が１５０℃以上であることが好ましい。このような溶媒の具体例としては、Ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、１，２，３−トリクロロベンゼン、Ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、１−クロロナフタレン、ブロモベンゼン、Ｏ−ジブロモベンゼン、１−ジブロモナフタレン等が挙げられる。これらの溶媒を用いることにより、溶媒の揮散が防げるので好適である。これらの溶媒は、芳香族化合物に対する溶解度が大きく好適である。また、本発明の溶液組成物ドデシルベンゼンを含むことが好ましい。ドデシルベンゼンとしては、ｎ−ドデシルベンゼン単一でも良く、また、異性体の混合物を用いることもできる。
【００４３】
この溶媒は、沸点３００℃以上、粘度６ｃｐ以上（２０℃）の特性を有し、この溶媒単一でももちろん良いが、他の溶媒に加えることにより、溶媒の揮散を効果的に防げ、好適である。また、上記溶媒のうちドデシルベンゼン以外は、粘度が比較的小さいため、この溶媒を加えることにより粘度も調整できるため非常に好適である。本発明によれば、上述したような溶液組成物を吐出装置により、基板上に吐出により供給した後、基板を吐出時温度より高温で処理して膜化する機能膜形成法が提供される。吐出温度は、室温であり、吐出後基板を加熱することが好ましい。このような処理をすることにより、吐出時溶媒の揮散、温度の低下により析出した内容物が再溶解され、均一、均質な機能膜を得ることができる。
【００４４】
上述の機能膜の作製法において、吐出組成物を吐出装置により基板上に供給後、基板を吐出時温度より高温に処理する際に、加圧しながら加熱することが好ましい。このように処理することにより、加熱時の溶媒の揮散を遅らすことができ、内容物の再溶解が更に促進される。その結果、均一、均質な機能膜を得ることができる。また、上述の機能膜の作製法において、前記基板を高温処理後直ちに減圧にし、溶媒を除去することが好ましい。このように処理することにより、溶媒の濃縮時の内容物の相分離を防ぐことができる。
【００４５】
いずれの材料、あるいは、機能性素子においても、本発明は、溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって素子形成を行うものであり、この固形物がそれぞれの素子の機能を発生させるものであり、溶媒（揮発成分）は、インクジェット原理で液滴を噴射付与するための手段（ｖｅｈｉｃｌｅ）である。
【００４６】
液滴４３を吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）１１により所望の素子電極部に付与する際には、付与すべき位置を検出光学系３２と画像識別機構３６とで計測し、その計測データ、吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）１１の吐出口面と機能性素子基板１４の距離、キャリッジの移動速度に基づいて補正座標を生成し、この補正座標通りに吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）１１をＸ、Ｙ方向に移動せしめながら、機能性素子基板１４前面に液滴を付与する。検出光学系３２としては、ＣＣＤカメラ等とレンズを組み合わせたものを用い、画像識別機構３６としては、市販のもので画像を２値化しその重心位置を求めるもの等を用いることができる。
【００４７】
上述のように，本発明では、吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）１１は、機能性素子基板１４に対して一定の距離を保ちながら平行にＸ方向（あるいはＹ方向、もしくは、Ｘ、Ｙの２方向）にキャリッジ移動を行いつつ溶液の噴射を行い、機能性素子群を形成する。その際、各素子を形成するための溶液の噴射を行う毎にキャリッジ移動を止めて噴射を行うと高精度な素子群を形成することが可能である。しかし、生産性が著しく低下するので、前述のように、そのキャリッジ移動を止めることなく、順次溶液の噴射を行うようにしている。
【００４８】
次に、本発明に好適に適用される液体噴射ヘッドについて、図５、図６を用いて説明する。この例は、図６に示すように７ノズルの例で，この液体噴射ヘッド１１は、溶液５６が導入される流路４５内にエネルギー作用部としてピエゾ素子４６を設けたものである。ピエゾ素子４６にパルス状の信号電圧を印加して，図５（Ａ）に示すようにピエゾ素子４６を歪ませると、流路４５の容積が減少すると共に圧力波が発生し、その圧力波によってノズル１から液滴４３が吐出する。図５（Ｂ）は、ピエゾ素子４６の歪がなくなって流路４５の容積が増大した状態である。
【００４９】
ここで、ノズル１直前の流路４５に導入される溶液５６は、図６に示すように、フィルター５７を通過してきたものである。本発明では、このように、フィルター５７を噴射ヘッド１１内に設け、ノズル１の最近傍にフィルター除去機能を持たせている。このようなフィルター５７は、小型の簡易フィルターとすることによって、図６に示したように，噴射ヘッド１１内に組み込むことが可能となっている。そして、噴射ヘッド１１そのものもコンパクト化を実現できている。このようなフィルター５７は、例えば、ステンレスメッシュフィルターが好適に用いられ、その孔径（フィルターメッシュサイズ）は、０．５μｍ〜２μｍとされる。
【００５０】
次に、本発明に好適に適用される液体噴射ヘッドの他の例について、図７を用いて説明する。この例は、サーマル方式（バブル方式）の液体噴射ヘッドの例である。ここで示した液体噴射ヘッドは、溶液が流れる流路端部から液滴が噴射するタイプのものであり、エッジシューター型と呼ばれるものである。ここでは、液体噴射ヘッドのノズル数を４個とした例を示している。この液体噴射ヘッドは、図７（Ｂ）に示す発熱体基板６６と蓋基板６７とを、図７（Ａ）に示すように接合させることにより形成されており、発熱体基板６６は、シリコン基板６８上にウエハプロセスによって個別電極６９と共通電極７０とエネルギー作用部である発熱体７１とを形成することによって構成されている。なお、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に示した蓋基板６７を裏返しにして示したものである。
【００５１】
一方、前記蓋基板６７には、図７（Ｃ）に示すように、機能性材料を含有する溶液が導入される流路を形成するための溝７４と、流路に導入される溶液を収容する共通液室を形成するための凹部領域７５とが形成されており、これらの発熱体基板６６と蓋基板６７とを図７（Ａ）に示すように接合させることにより、前記流路及び前記共通液室が形成される。なお、発熱体基板６６と蓋基板６７とを接合させた状態においては、流路の底面部に発熱体７１が位置し、流路の端部には、これらの流路に導入された溶液の一部を液滴として吐出させるためのノズル６５が形成されている。なお、ここでは、ノズル形状は矩形であるが、これは丸形状であってもよい。なお、蓋基板６７には、供給手段（図示せず）によって供給液室内に溶液を供給するための溶液流入口７６が形成されている。
【００５２】
本発明では、複数の液滴により１つの機能性素子を形成する、あるいは、複数滴によって、機能性素子などを形成するパターンをドットを重ね打ちしたり接触させたりして形成する。よって、このようなマルチノズル型の液体噴射ヘッドを用いると大変効率的に機能性素子を形成することができる。なお、この例では、４ノズルの液体噴射ヘッドを示しているが、必ずしも、４ノズルに限定されるものではなく、ノズル数が多ければ多いほど機能性素子の形成が効率的になることは言うまでもない。ただし、単純に多くすればよいということではなく、多くすれば液体噴射ヘッドも高価になり、また、噴射ノズルの目詰まりによる故障の確率も高くなるので、それらも考慮し装置全体のバランス（装置コストと機能性素子の製作効率のバランス）を考えて決められる。
【００５３】
図８は、上述のようにして製作されたマルチノズル型の液体噴射ヘッドをノズル側から見た図を示している。本発明では、このようなマルチノズル型の液体噴射ヘッドを図９に示すように、噴射する溶液ごとに設け、キャリッジ搭載される。図１０は、その斜視図である。
【００５４】
図９、図１０には、それぞれのマルチノズル型の液体噴射ヘッドをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと符号をつけているが、各液体噴射ヘッドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ノズル部分が各液体噴射ヘッドごとに離間して構成されるとともに、各液体噴射ヘッドごとに異なる種類の機能性材料を含有した溶液を噴射する。
【００５５】
図９、図１０は、本発明のそれぞれのマルチノズル型の液体噴射ヘッドを一体型ヘッドユニットとして構成した例であるが、一体型ヘッドユニットとして構成する例として、図１１に示すようなものも考えられる。この例は、共通の１枚のノズルプレート８０を有する例であるが、隣どうしで異なる溶液が共通の１枚のノズルプレートの表面を伝わって混じり合い、その混じった溶液を噴射して本発明のような機能性素子を製作した場合には、機能発現が阻害されたり、品質の劣る素子ができたりするという不具合がある。
【００５６】
図１１のような例は、インクジェットプリンタ用ヘッドとして利用されているものであるが、インクジェットプリンタの場合には、仮に、隣どうしで異なるインクが共通の１枚のノズルプレートの表面を伝わって混じり合い、その混じったインクを噴射しても、画質が多少劣ることがあったとしても、それほど問題にはならない。それは、インクジェットの場合は、紙上に記録された画像は、本発明のように機能発現を行う機能性素子ではないからである。
【００５７】
それゆえ、このような共通の１枚のノズルプレートを有する一体型ヘッドユニットが使用されているが、本発明には、適用困難である。その理由は、本発明は、このようなマルチノズル型の液体噴射ヘッドを利用してそれぞれの液体噴射ヘッドで異なる種類の機能性材料を含有した溶液を噴射し、機能性素子基板を製作するものであるが、インクジェット記録と違って、最終的に製作される機能性素子基板は、たとえば、有機ＥＬ素子であったり、有機トランジスタであったりするように、それぞれ機能は発現するものである。よって、形成される素子に不純物が混じると当然ではあるが素子性能が低下し、使用に耐えないものとなる。
【００５８】
上述のごとき点に鑑み、本発明では、図９、図１０に示したように、それぞれの液体噴射ヘッドは、ノズル部分が各液体噴射ヘッドごとに離間して構成しているのである。つまり、本発明では、各液体噴射ヘッドを独立に形成し、その後、ユニットとしているが、ノズル部分が各液体噴射ヘッドごとに独立しているので、溶液が隣にいかないようになっている（図１１に示したように共通の１枚のノズルプレート構造の場合は、ノズルプレート表面を伝わって、溶液が隣に移動、付着、混入する危険性が大である。）。
【００５９】
上述のごとき本発明の考えをより効果的に実現するには、例えば、図１２に示すように、各液体噴射ヘッドを完全に分離した形で、例えば、各液体噴射ユニット間に間隙を設けた形でユニット化すればよい。
【００６０】
次に、本発明の他の特徴について説明する。図１３は、図９に示した本発明のマルチノズル型の液体噴射ヘッドユニットをキャリッジ搭載して、機能性材料を含有した溶液を噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向とマルチノズル型噴射ヘッドのマルチノズルの配列方向との関係を説明するための図である。
図１３（Ａ）は、１種類の噴射ヘッドのマルチノズル配列方向をキャリッジ移動方向に対してほぼ垂直とした例、図１３（Ｂ）は、その垂直とした例に対してやや角度をつけた例である。
【００６１】
これに対して図１４、図１５の例は、本発明とは異なり、マルチノズル配列方向をキャリッジの移動方向と平行にした場合であるが、このようにするとヘッドユニットのコンパクト性を阻害したり（図１４）、噴射効率が悪い（図１４、図１５の場合、この例では、ある１種類の溶液は、４ノズル分ずつ群で打ち込むとともに、群単位でキャリッジ移動を行わなければならない。）という不具合がある。
【００６２】
本発明では、図１３に示したように、マルチノズル型噴射ヘッドのマルチノズルの配列方向は、噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向と非平行になるように配列されている。こうすることにより、図１４、図１５の例に示したような不具合を解消でき、コンパクトなヘッドユニットが実現するとともに、キャリッジの連続的な移動に対して、ある１種類の溶液を噴射する１つの噴射ヘッドを適宜駆動して、必要に応じて噴射すればよく、上述のように群単位ごとの制御は必要としない。
【００６３】
なお、図１３（Ｂ）に示したような例では、ノズル列配列密度以上に打ち込み密度を高くできるという利点もあり、ノズルの高密度配列ができない噴射ヘッド（例えば、図５、図６に示したようなピエゾ素子利用の液体噴射ヘッド）を利用する場合に効果的である。
【００６４】
次に、上述のような本発明の製造装置を用いて実際に溶液を噴射し、機能性素子として有機ＥＬ素子を形成した場合の条件の１例を以下に示す。
使用した噴射ヘッドは、図６に示したようなピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型液体噴射ヘッドで、ノズル径は、Φ２２μｍで、ノズル数３２のマルチノズルタイプとした。ノズル配列密度は、２００ｄｐｉ１列配列とした。これを３個積層し、図１３（Ｂ）のように傾斜させてキャリッジ搭載した。傾斜の角度は、噴射しながらキャリッジ走査する方向に対して、３２個のマルチノズル列が４５°の角度をなすようにした。その結果、基板上に溶液をドットとして打ち込む際の密度を約２８３ｄｐｉとすることができた。
【００６５】
使用した溶液は、以下の３種類の溶液であり、Ｏ−ジクロロベンゼン／ドデシルベンゼンの混合溶液に、それぞれ、溶液１はポリフルオレン／ペリレン染料（９８／２、重量比）を、溶液２はポリフルオレン／クマリン染料（９８．５／１．５、重量比）を、溶液３はポリフルオレンを０．１重量パーセントずつ混合した溶液である。
【００６６】
ピエゾ素子への入力電圧を２４Ｖとし、駆動周波数は、１２ｋＨｚとした。その際、ジェット初速度として、８ｍ／ｓを得ており、１滴の質量は、４ｐｌである。キャリッジ走査速度（Ｘ方向）は、５ｍ／ｓとした。なお、噴射ヘッドノズルと基板間の距離は、３ｍｍとした。
【００６７】
また、滴飛翔時の滴の形状を、素子形成と同じ条件で別途噴射、観察し、その形状が、基板面に付着する直前（本発明例では、３ｍｍ）に、ほぼ丸い滴になるように駆動波形を制御して噴射させた。なお、完全に丸い球状が得られず、飛翔方向に伸びた柱状であっても、駆動波形を制御し、その直径の３倍以内の長さにした。また、その際、飛翔滴後方に複数の微小な滴を伴うことのない駆動条件（駆動波形）を選んだ。
その後、ＩＴＯとアルミニウムよりリード線を引き出し、ＩＴＯを陽極、アルミニウムを陰極として１０Ｖの電圧を印加したところ、良好に赤、緑、青色の発光が得られた。
なお、本発明は、このようなピエゾ素子を利用したドロップオンデマンド型インクジェットヘッドの例に限定されず、サーマルインクジェット原理の噴射ヘッドも好適に利用できることはいうまでもない。
【００６８】
ところで、最初に図１で障壁３の中に液滴を噴射付与する例を示しているが、本発明の機能性素子群を形成するに当たっては、必ずしも、図１に示したような障壁３は必要ではなく、平板上の基板に直接電極パターン形成や、液滴付与による機能性素子を形成してもよい。また、図４で液滴が基板面に斜めに噴射する図を示したが、これは、検出光学系３２と、噴射ヘッド３３を併せて図示するためにこのように液滴が斜めに飛翔している図としたが、実際には、基板に対してほぼ垂直に当たるように噴射付与してもよい。
【００６９】
なお、説明は、機能性素子として発光素子を形成した場合で行っているが、形成された発光素子基板は、その後、ガラスあるいはプラスチック等の透明カバープレートを対向配置、ケーシング（パッケージング）することにより、ディスプレイ装置として活用される。
また、単にディスプレイ装置に適用するのみならず、機能性素子として有機トランジスタなども本発明の手法を利用して好適に製作される。さらに、噴射溶液としてレジスト材料などを用いることによって、レジストパターンやレジスト材料による３次元構造体を形成する場合にも適用され、本発明でいうところの機能性素子とは、このようなレジスト材料のような樹脂材料によって形成される膜パターンあるいは３次元構造体も含むものである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の駆動信号を入力することにより機能を発する機能性素子群が、基板上に機能性材料を含有する溶液の液滴を噴射付与し、該溶液中の揮発成分を揮発させ、固形分を前記基板上に残留させることによって形成される機能性素子基板の製造装置において、該基板に対して機能性材料を含有した溶液を噴射する噴射手段は、複数種類の溶液を溶液ごとに独立して噴射する複数個のマルチノズル型噴射ヘッドを、前記複数種類の溶液ごとに噴射するノズル部分が溶液ごとに離間して構成されるとともに、前記基板に相対する位置に配され、キャリッジ搭載された噴射手段とし、前記マルチノズル型噴射ヘッドのマルチノズルの配列方向は、噴射しながらキャリッジ移動する際のキャリッジの移動方向と非平行に配列されているようにしたので、機能性素子群および機能性素子基板を形成するための新規でかつコンパクトな製造装置を提案できたとともに、この装置によって、高性能な機能性素子基板が効率よく低コストで製作できるようになった。
【００７１】
また、前記複数種類の機能性材料を含有する溶液は、それぞれ異なる色に発色する有機ＥＬ材料を溶解した溶液であるので、カラー発光が行える機能性素子基板が簡単に実現できた。
【００７２】
また，前記複数種類の機能性材料を含有する溶液を用いてその溶液によるドットパターンを重ね打ちもしくは接触させて機能性素子基板を製作するので、複雑なフォトリソ等によらず、簡単な方法で機能性素子基板が実現できるようになった。
【００７３】
また，上述のように効率よく低コストで製作した機能性素子基板を画像表示装置に使用するようにしたので、低コストな画像表示装置が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる吐出組成物を用い機能性素子を作製する一工程を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の機能性素子基板の製造装置の一実施例を説明するための図である。
【図３】本発明の機能性素子基板の製造に適用される液滴付与装置を示す概略構成図である。
【図４】図３に示した液滴付与装置の吐出ヘッドユニットの要部概略構成図である。
【図５】本発明に好適に使用されるピエゾ素子利用の噴射ヘッドの液滴噴射原理を説明する図である。
【図６】本発明に好適に使用されるピエゾ素子利用の噴射ヘッドの構造を示す図である。
【図７】本発明に好適に適用されるサーマル方式（バブル方式）の液体噴射ヘッドの例を示す図である。
【図８】マルチノズル型の液体噴射ヘッドをノズル側から見た図である。
【図９】マルチノズル型の液体噴射ヘッドを噴射する溶液ごとに積層し、ユニット化した図である。
【図１０】図９のようにユニット化したヘッドの斜視図である。
【図１１】共通の１枚のノズルプレートを有するユニット化したヘッドの斜視図ある。
【図１２】各液体噴射ヘッドを分離した形でユニット化する例を示す図である。
【図１３】キャリッジの移動方向とマルチノズルの配列方向との関係を説明するための図である。
【図１４】マルチノズル配列方向をキャリッジの移動方向と平行にした例を示す図である。
【図１５】マルチノズル配列方向をキャリッジの移動方向と平行にした他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…（液体噴射ヘッド）ノズル、２…有機ＥＬ材料（溶液）、３…障壁、４…ＩＴＯ透明電極、５…ガラス基板、１１…吐出ヘッドユニット（噴射ヘッド）、１２…キャリッジ、１３…基板保持台、１４…基板、１５…機能性材料を含有する溶液の供給チューブ、１６…信号供給ケーブル、１７、２１…コントロールボックス、１８…Ｘ方向スキャンモータ、１９…Ｙ方向スキャンモータ、２０…コンピュータ、２２…基板位置決め／保持手段、３１…ヘッドアライメント制御機構、３２…検出光学系、３３…噴射ヘッド、３４…ヘッドアライメント微動機構、３５…制御コンピュータ、３６…画像識別機構、３７…ＸＹ方向走査機構、３８…位置検出機構、３９…位置補正制御機構、４０…インクジェットヘッド駆動・制御機構、４１…光軸、４２…素子電極、４３…液滴、４４…液滴着弾位置、４５…流路、４６…ピエゾ素子、５６…溶液、５７…フィルター、６５…ノズル、６６…発熱体基板、６７…蓋基板、６８…シリコン基板、６９…個別電極、７０…共通電極、７１…発熱体、７４…溝、７５…凹部領域、７６…溶液流入口、８０…ノズル板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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