(57)【要約】【課題】バックライト等の面光源、プリンター等の光源アレイなどに好適であり、高輝度で保存耐久性に優れ、大面積化が可能であり、大型基板上に有機化合物層を複数形成可能な有機ＥＬ素子ならびに、該有機ＥＬ素子を所望の形状・大きさに低コストでしかも容易に製造可能な有機ＥＬ素子の塗布装置を提供する。【解決手段】塗布時の基板の搬送にエアベアリング方式を用いた塗布装置を用いる。なお、吐出型コータの吐出口と基板の平行精度をそのギャップの１０％以下に保つ為に、レーザー変位センサによりコータヘッドと基板のギャップを測定する検出手段を備えている微調整する機構を具備することが好ましい。そして、かかる塗布装置を用いて、有機ＥＬの材料を塗布する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶剤に溶解もしくは分散した材料を吐出型コータにて基板上に製膜する塗布装置において、塗布時の基板の搬送がエアベアリング方式を用いることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
吐出型コータの吐出口と基板の平行精度をそのギャップの１０％以下に保つ為に、微調整する機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記微調整する機構が、レーザー変位センサによりコータヘッドと基板のギャップを測定する検出手段を備えていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の塗布装置。
【請求項４】
溶剤に溶解もしくは分散した有機材料を用いる有機ＥＬの製造方法において、塗布時の基板の搬送がエアベアリング方式を用いる塗布装置を用いて前記有機材料を塗布することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布装置及びそれを用いた有機薄膜のエレクトロルミネセンス（以下単にＥＬという）現象を利用した有機ＥＬ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、一般的には陽極、有機発光層、陰極とが積層されてなる。また、有機発光層は、正孔注入層、正孔輸送層、蛍光体層、電子注入層、電子輸送層、バッファー層などが積層された多層構造とすることもできる。この陽極、陰極間に電流を流すことにより有機発光体層で発光が生じ、一方の電極を透明にすることで外部に光を取り出すことができる。
【０００３】
有機ＥＬ表示素子は、面発光の固体表示素子であり、薄膜化が可能である。これを用いたディスプレイは、自己発光型であるため高視野角で、高輝度を示すという特徴があり、かつ低電圧で駆動しうる。また、応答速度が速いという特徴を持つ。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子を構成する各層は複数の蒸着釜を連結した真空蒸着装置を必要とし、順次陽極側から陰極までを積層していかなければならず、蒸着時の加熱による材料の劣化のために生じる発光特性の低下や、蒸着の効率の悪さから生産性が低い、製造コストが高いなどの問題点があった。
【０００５】
また、有機溶剤に有機ＥＬ材料を溶解もしくは分散させ、印刷法、コーティング法を用いてた湿式法により製膜する方法も多数提案されている。
【０００６】
印刷法を用いた方法として、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、また、スピンコート法やダイコート法、カーテンコート法、キャップコート法などの吐出型コータを用いた方法が挙げられる。
【０００７】
吐出型コータを用いた方法として、吐出型コータにて塗布後、回転処理を行う方法（特許文献１）、吐出型コータを用いる際のインキの溶剤や粘度等を規定（特許文献２）などの発明がなされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５１７８０号公報
【特許文献２】
特開２００１―１１０３４８号公報
【０００９】
しかしながら、いずれの印刷方法コーティング方法においても、有機ＥＬ素子は発光層の膜厚が約０．１μｍと非常に薄いため、装置の震動や乾燥による膜厚ムラを生じ易いという欠点があった。スピンコーティング法はその中でも、遠心力を加えた状態で、膜が作製され、ほとんど溶剤がなくなった状態まで遠心力を加え続けるため、比較的、震動や乾燥時の影響を受けず、もっとも均一な膜を形成する方法として知られているが、材料を９５％以上無駄にしてしまうという欠点があるため、実用的ではない。
【００１０】
それは、吐出型コータと回転処理を併用する方法でも同様であり、材料のロスが５０％にものぼり、材料費のかかる有機ＥＬ素子の製造方法としては、適した方法とは言い難い。
【００１１】
また、吐出型コータ用いて塗布する際のインキの規定も提案されているが、実際は、装置の震動、乾燥条件、コータヘッドの平行度（傾き）が大きく影響し、塗布液のハジキを生じたり、膜厚を均一にすることができないなどといった問題を解消することは、非常に困難であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のとおり、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、バックライト等の面光源、プリンター等の光源アレイなどに好適であり、高輝度で保存耐久性に優れ、大面積化が可能であり、大型基板上に有機化合物層を複数形成可能な有機ＥＬ素子ならびに、該有機ＥＬ素子を所望の形状・大きさに低コストでしかも容易に製造可能な有機ＥＬ素子の塗布装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたのであって、請求項１記載の発明は、溶剤に溶解もしくは分散した材料を吐出型コータにて基板上に製膜する塗布装置において、塗布時の基板の搬送がエアベアリング方式を用いることを特徴とする塗布装置である。
請求項２記載の発明は、吐出型コータの吐出口と基板の平行精度をそのギャップの１０％以下に保つ為に、微調整する機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置である。
請求項３記載の発明は、前記微調整する機構が、レーザー変位センサによりコータヘッドと基板のギャップを測定する検出手段を備えていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の塗布装置である。
請求項４記載の発明は、溶剤に溶解もしくは分散した有機材料を用いる有機ＥＬの製造方法において、塗布時の基板の搬送がエアベアリング方式を用いる塗布装置を用いて前記有機材料を塗布することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法である。
【００１４】
請求項１に記載によれば、震動による塗布膜のムラをエアベアリング方式を用いることにより解消することができるので、有機ＥＬの製造に最適である。また、請求項２は、塗布時のインキのハジキムラや膜厚ムラをコータヘッドと基板の平行精度を、そのギャップの１０％以下に制御することにより解消した。さらに、請求項３は、コータヘッドの傾きをレーザ変位センサを用いて塗布時に常に監視し、フィードバック制御をすることによりコータヘッドと基板の平行精度を保つことができインキのハジキムラ、膜厚ムラを解消することができる。さらにまた、請求項４は、膜厚ムラに起因する発光ムラのない有機ＥＬを製造することができる。
【００１５】
本発明による塗布装置は、溶剤に溶解もしくは分散した材料を吐出型コータ（ダイコータ）で塗布する装置であるが、塗布時の基板の搬送にエアベアリング方式を用いる。ここで、エアベアリング方式とは、基板もしくは、基板支持体に固定した支持体を、装置本体と接触させないために、気体を封入若しくは流入させ搬送させる方式をいう。
【００１６】
本発明による基板としては、ガラス基板やプラスッチック製のフィルムまたはシートを用いることができる。プラスチック製のフィルムを用いれば、巻き取りにより高分子ＥＬの製造が可能となり、安価に素子を提供することができる。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどを用いることができる。また、導電層を製膜しない側にセラミック蒸着フィルムやポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合鹸化物などの他のガスバリア性フィルムを積層したりカラーフィルター層を印刷により設けたりしても良い。
【００１７】
透明導電層としては、インジウムと錫の複合酸化物（以下ＩＴＯという）を用いることができる、前記基板上に蒸着またはスパッタリング法、また、ペースト状のＩＴＯを印刷などの塗膜法を用いることにより製膜する事ができる。また、オクチル酸インジウムやアセトンインジウムなどの前駆体を基板上に塗布後、熱分解により酸化物を形成する塗布熱分解法などにより形成する事もできる。あるいは、アルミニウム、金、銀などの金属が半透明上に蒸着されたものを用いることができる。
【００１８】
透明または半透明の導電層は、必要に応じてエッチングによりパターニングを行ったり、ＵＶ処理、プラズマ処理などにより表面の活性化を行っても良い。また、エッチングの代わりにニトロセルロース、ポリアミド、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などを絶縁層として印刷してもよい。
【００１９】
本発明に用いることのできる高分子発光層は、高分子蛍光体の単層であっても、正孔輸送層、高分子蛍光体層などからなる多層構造であってもよい。正孔輸送層を設ける場合は、銅フタロシアニンやその誘導体、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、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、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン等の芳香族アミン系などの低分子も用いることができるが、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物などが、湿式法による製膜が可能であり、より好ましい。
【００２０】
高分子蛍光体層としては、クマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、Ｎ，Ｎ’−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール系などの蛍光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾールなどの高分子中に溶解させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンエチニレン系、ポリアリールビニレン系やデンドリマー系などの蛍光体を用いることができる。
【００２１】
これらの蛍光体層は、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、テトラリン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、水などの単独または混合溶媒に蛍光体材料を溶解させ、印刷方法を用いて製膜することができる。
【００２２】
蛍光体層を２層以上の複数層とする場合には、各層を構成する材料の溶解性を鑑み、例えば、水溶性と油溶性の樹脂を選択するなどの溶解性の差を利用したり、コーティングから乾燥までの時間を短くして、実質的に下層に影響を与えないようにコーティング条件を選定しても良い。コーティングの厚みは、素子の構造によるが０．０１から１０μｍ、好ましくは０．０５から０．５μｍが好適である。なお、本明細書中の有機ＥＬ材料とは、上記の高分子蛍光体層、正孔輸送層、高分子蛍光体層等を形成する有機材料をいう。
【００２３】
本発明における有機ＥＬ素子は、透明または半透明導電層が積層された基板上に蛍光体層をコーティングする。ダイコート、カーテンコート、キャップコート、スプレーコート、スロットコートなどの各種コーティング方法を用いることができる。
【００２４】
コーティングに際しては、基板とコータヘッドの平行精度が悪いと、膜厚ムラを生じるだけでなく、ハジキムラを生じることが多い。そのため、接触式、光学式の変位計（好ましくはレーザ変位センサ）を用いて基板とコータヘッドのギャップを２点以上を検出手段により測定し、そのギャップの１０％以下の傾きの誤差に留めることが望ましい。さらに、コーティング時において光学式変位計にてギャップをを測定し続け、コータヘッドを基板に対し常に平行を保つように制御することが好ましい。また、そのギャップは２００μｍ以下が望ましい。なお、ギャップの調整は、コータヘッドまたは基板（支持体）をピエゾ素子等により微小な上下移動をさせて行なうことができる。
【００２５】
また、コーティングに際しては、必要な部分のみをコーティングしても良いし、コーティング不必要な部分を剥離フィルム等で保護しておいても良い。
【００２６】
また、コーティング時の基板の搬送方式は、多く用いられているボールベアリング方式では、リニア駆動であっても、有機ＥＬのような薄膜を作製するには適さず、微震動によるムラが発生する為、エアーベアリング方式を用いることが好ましい。
【００２７】
陰極材料には、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属、その他、アルミニウム、イットリビウムなど、さらに、それら金属の合金をエネルギーレベルや金属の安定性を考慮し、任意に選ぶことができる。また、必要に応じて、フッ化リチウム、アルミナ、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンなどのバッファー層を設けることで発光効率を上げることもできる。
【００２８】
さらに、陰極材料には、アルミニウム、銅、ニッケル、などの金属箔を用いることもできる。また同様に、必要に応じて、フッ化リチウム、アルミナ、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンなどのバッファー層を設けることで発光効率を上げることもできる。ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムなどの高分子を用いたバッファー層は、湿式の印刷法を用いることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
図１（有機ＥＬの構成）及び図２（塗布装置）を用いて説明する。ＩＴＯ付き１００ｘ１００ｍｍガラスの基板１を、塗布装置の基板支持体６に吸引吸着させた。塗布装置のコータヘッド（ダイコータ）７に、正孔注入層２として下記化学式１で示されるようなポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸の混合物（以下ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳという）を導入した。
【００３１】
【化１】
2004139814.tif 000003
【００３２】
基板支持体６はエアベアリングによりコータヘッド７下を、印刷速度１５０ｍｍ／ｓで移動した。また、この際、基板とコータヘッドのギャップ１２０μｍ、コータヘッドの傾きは左右２点の高低差をレーザ変位センサ８にて測定し５μｍ以下に保ち、前記混合物を基板１上に０．０５μｍコーティングした。コーティング後の基板をそのまま乾燥装置に搬送し、常温にて自然乾燥を行った。外部への電極の取り出しのため、一部拭き取りＩＴＯを露出させ、続いて、発光層３として下記化学式２で表されるポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレン　ビニレン（Ｐｏｌｙ｛２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２‘−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　ｖｉｎｙｌｅｎｅ｝　以下ＭＥＨ−ＰＰＶという）をシクロヘキサノンに溶解させ、０．１μｍコーティングした。
【００３３】
【化２】
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【００３４】
コーティングは上記正孔注入層をと同条件で行った。同様に外部への電極取り出し部を拭き取り、真空蒸着機によりマグネシウム４を０．０１μｍ、アルミニウム５を０．５μｍ上着し、図１に示すような本発明からなる高分子ＥＬ素子を作製した。この高分子ＥＬ素子に５Ｖの電圧を印加したところ１００ｃｄ／ｍ２の均一な発光を得ることができた。
【００３５】
＜比較例１＞
実施例１において、コーティング装置としてボールベアリング方式を採用したダイコータを用い高分子ＥＬ素子を作製した。この高分子ＥＬ素子に５Ｖの電圧を印加したところ１００ｃｄ／ｍ２の発光を得たが、スジ状の膜厚ムラに起因する発光ムラが発生した。
【００３６】
＜比較例２＞
実施例１において、接触式変位センサにてコータヘッドの左右高低差を１５μｍとし、高分子ＥＬ素子を作製したが、発光層コーティング段階で、液がはじかれ、均一なコーティングを行うことができなかった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のような装置を用いることにより、塗布液のはじきや、膜厚ムラをなくすことができた。よって、この塗布装置を用いれば溶剤に溶解又は分散した有機ＥＬ材料を用いて有機ＥＬの製造において発生する、塗布液のはじきや、膜厚ムラに起因する発光ムラをなくすことができた。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高分子ＥＬ素子の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の塗布装置の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・ＩＴＯつきガラス基板
２・・・ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ
３・・・発光層
４・・・マグネシウム
５・・・アルミニウム
６・・・基板支持体
７・・・コータヘッド
８・・・レーザ変位センサ
【図１】
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【図２】
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