(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の一面に形成された有機機能性膜を所望の形状にパターン化するパターン膜形成装置において、
キャップ板と、
前記キャップ板の一方の面に所望の形状を有して配置される複数のゴム状リングと、
前記キャップ板のもう一方の面に一定の間隔を有して配置される複数のヒーターユニットブロックと、
一方の端部が前記複数のヒーターユニットブロック間に延長され、他方の端部である開口部が前記複数のゴム状リングで囲まれた範囲の複数の領域の各々に少なくとも１つずつ配置される複数の吸入管と、
一方の端部が前記複数のヒーターユニットブロック間に延長され、他方の端部である開口部が前記複数のゴム状リングで囲まれた範囲以外の複数の領域の各々に少なくとも１つずつ配置される複数の洗浄及び通風乾燥管と、
前記基板及び前記有機機能性膜を前記複数のゴム状リングに密着させる機構と、
を有し、
前記基板及び前記有機機能性膜を前記複数のゴム状リングに密着させる機構は、
前記基板を前記基板支持台上に固定し前記キャップ板と対向させ、前記キャップ板又は前記基板支持台の一方を、対向する前記キャップ板又は前記基板支持台と位置合わせし、前記複数のゴム状リングと前記キャップ板と前記基板で囲むことにより形成される複数の閉空間を各々減圧することにより前記基板と前記複数のゴム状リングを密着させ、
前記複数のゴム状リングで囲まれた範囲以外の複数の領域の各々に開口部が配置される前記複数の洗浄及び通風乾燥管は、洗浄液の供給と乾燥用の通風の供給を共通して行う管であることを特徴とするパターン膜形成装置。
【請求項２】
前記ゴム状リングの断面形状は、多角形又は円形であることを特徴とする請求項１に記載のパターン膜形成装置。
【請求項３】
前記ゴム状リングの巾は、０．５ｍｍ〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターン膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン膜形成方法及びパターン膜形成装置に関する。詳細には、有機太陽電池及び有機ＥＬディスプレイ等に用いられるキャリア輸送材料、発光材料、電荷発生材料等からなる主に有機薄膜である有機機能性膜を基板上に塗布印刷法等の湿式法により多面付け形成する際に、基板一面に有機機能性膜を成膜した後、不必要な部分を除去しパターンニングした膜を形成するパターン膜形成方法及びパターン膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高い導電性や発光性を有する高分子からなるキャリア輸送材料、及び有機溶媒に可溶な共役系高分子からなる発光材料の開発が盛んに行なわれている。有機ＥＬ素子については、非特許文献１、２、３、４において大面積基板に対しても成膜が容易で、材料使用効率の高いインクジェット法が開示されている。また、非特許文献５において、凸版印刷法を用いた発光層の赤、青、緑からなるサブピクセルの塗り分け技術が開示されている。
【０００３】
発光層の成膜は、印刷法を用いて塗り分けることで、製造装置が真空蒸着法よりも低コストで済み、成膜速度も速いために大面積な有機ＥＬカラーディスプレイの実現に有利と考えられる。
【０００４】
湿式法を用いて成膜される有機ＥＬ素子においては、正孔注入層としてポリ（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複合体（以後、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと略する。）等のポリチオフェン系やポリアニリン系の導電性高分子の水分散液が使われている。それらの正孔注入層はインクジェット法や凸版印刷法を用いての成膜が可能である。インクジェット法による成膜は生産性に問題がある。凸版印刷法による成膜は、樹脂凸版が水性インキを吸水するため変形して、インクがはじき易く膜の平滑性に問題が生じ易かった。
【０００５】
また、スピンコート法、スリットコート法等の方法で一括塗布した場合は凸版印刷法に比べて膜の平滑性が高く、インクジェット法よりも成膜時間が短い。スピンコート法、スリットコート法は、基板一面に一括でインクが塗布されるため封止ガラス板や封止缶を接着するための接着しろ、及び電極端子を形成する部分等の不必要な部分を除去する必要が生じた。従来、綿棒や布テープ等に溶剤を付けて不必要な部分を拭き取り除去を行なっていた。また、レーザアブレーション法や酸素プラズマ洗浄法、オゾン洗浄法等を行ない不必要な部分の除去を行なっていたが、時間が余計にかかり高価な装置が必要になる等の問題があった。
【０００６】
特に大型基板上に有機ＥＬ素子等を多面付けで作製する場合には、従来の方法では不必要な部分の拭き取り除去の時間と手間が極めて大きく湿式法による有機ＥＬ素子の生産性を落とす原因となっていた。
【０００７】
また、有機太陽電池（非特許文献６参照。）や光電池においても正孔輸送層にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性高分子が使われ有機ＥＬ素子を作製する場合と同様の問題があった。
【非特許文献１】T.FUNAMOTO, Y. Matsueda, O. Yokoyama, A. Tsuda, H. Takeshita, A. Miyashita, SID 02 DIGEST, 27.5L(2002).
【非特許文献２】T. Shimoda, SID 03 DIGEST, 39.1(2003).
【非特許文献３】David Albertalli, SID 05 DIGEST, 30.3(2005).
【非特許文献４】Tadashi Gohda, Yuhki Kobayashi, Kiyoshi Okano, Satoshi Inoue, Ken Okamoto,Satoshi Hashimoto, Emi Yamamoto, Haruyuki Morita, Seiichi Mitsui and Mitsuhiro Koden, SID 06 DIGEST, 58.3(2006).
【非特許文献５】E. Kitazume, K. Takeshita, K. Murata, Y. Qian, Y. Abe, M. Yokoo, K. Oota, T. Taguchi,SID06DIGEST, 41.2(2006).
【非特許文献６】Chu-Jung Ko,Yi-Kai Lin,Fang-Chung Chen and Chi-Wei Chu,  Appl.Phys.Lett.,90,063509-1(2007).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では、膜の不必要な部分の拭き取りの手間がかかり実用的でなかったスピンコート法、スリットコート法、スリットアンドスピンコート法等の基板上一面に一括で塗布し成膜する方法に組み合わせて、パターン膜形成方法及びパターン膜形成装置を提供すること。
【０００９】
本発明では、有機太陽電池及び有機ＥＬディスプレイ等の有機機能性膜を基板上に塗布印刷等の湿式法により多面付け形成する際に、不必要な膜を除去する膜除去工程を低コスト化、迅速化するパターン膜形成方法及びパターン膜形成装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の請求項１に係る発明は、基板上の一面に形成された有機機能性膜を所望の形状にパターン化するパターン膜形成装置において、キャップ板と、キャップ板の一方の面に所望の形状を有して配置される複数のゴム状リングと、キャップ板のもう一方の面に一定の間隔を有して配置される複数のヒーターユニットブロックと、一方の端部が複数のヒーターユニットブロック間に延長され、他方の端部である開口部が複数のゴム状リングで囲まれた範囲の複数の領域の各々に少なくとも１つずつ配置される複数の吸入管と、一方の端部が複数のヒーターユニットブロック間に延長され、他方の端部である開口部が複数のゴム状リングで囲まれた範囲以外の複数の領域の各々に少なくとも１つずつ配置される複数の洗浄及び通風乾燥管と、基板及び有機機能性膜を複数のゴム状リングに密着させる機構と、を有し、基板及び有機機能性膜を複数のゴム状リングに密着させる機構は、基板を基板支持台上に固定しキャップ板と対向させ、キャップ板又は基板支持台の一方を、対向するキャップ板又は基板支持台と位置合わせし、複数のゴム状リングと前記キャップ板と基板で囲むことにより形成される複数の閉空間を各々減圧することにより基板と複数のゴム状リングを密着させ、複数のゴム状リングで囲まれた範囲以外の複数の領域の各々に開口部が配置される複数の洗浄及び通風乾燥管は、洗浄液の供給と乾燥用の通風の供給を共通して行う管であることを特徴とするパターン膜形成装置としたものである。
【００２２】
本発明の請求項２に係る発明は、ゴム状リングの断面形状は、多角形又は円形であることを特徴とする請求項１に記載のパターン膜形成装置としたものである。
【００２３】
本発明の請求項３に係る発明は、ゴム状リングの巾は、０．５ｍｍ〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターン膜形成装置としたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、有機太陽電池及び有機ＥＬディスプレイ等の有機機能性膜を基板上に塗布印刷等の湿式法により多面付け形成する際に、不必要な膜を除去する膜除去工程を低コスト化、迅速化するパターン膜形成方法及びパターン膜形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２６】
図９に示すように、本発明の実施の形態に係るパターン膜形成装置１００は、一方の面に１つ以上の所望の形状を有して配置されるゴム状リング１を設けたキャップ板２（図１及び図２参照。）、キャップ板２のもう一方の面と基板支持台３の基板５を固定していない面に一定の間隔を有して配置されヒーターユニットブロック９、ヒーターユニットブロック９の間に交互に配置される吸入管７と洗浄及び通風乾燥管８を備えている。
【００２７】
ヒーターユニットブロック９は、乾燥用であり、温水、電熱ヒーター等を用いることができる。なお、急速に乾燥させるため、加熱冷却が調整可能であるペルチャ素子を用いることができる。吸入管７はキャップ板２と基板５を吸引減圧して密着させることができる。洗浄及び通風乾燥管８は、洗浄液を流す管と通風乾燥管を同時に又は個別に設けることができる。
【００２８】
図１に示すように、所望の形状を有するゴム状リング１の周辺にキャップ板２を備えている。図２に示すように、一方の面に１つ以上の所望の形状を有して配置されるゴム状リング１を設けたキャップ板２を備えている。
【００２９】
ゴム状リング１は耐有機溶剤性、耐酸性のフッ素系ゴムやエチレン−プロピレン系ゴム等が使用できるが、有機溶剤を洗浄溶剤に用いる場合は膨潤し難いフッ素系の架橋ゴムが好ましく用いられる。
【００３０】
本発明の実施の形態では、図２に示すように、キャップ板２の一方の面に断面形状が円形のゴム状リング１や図８に示すように、概略三角形型のゴム状リング１を方形、円形、三角形等の任意の形状に曲げて１つ以上並べて固定したキャップ板２を用いることができる。
【００３１】
ゴム状リング１の断面の巾は４ｍｍ以下である。より好ましくは０．５ｍｍ〜４ｍｍである。０．５ｍｍより細いとゴム状リング１の強度が不足したり、水密シール性が不十分となったり、基板５とキャップ板２の間隔が狭くなりすぎ洗浄溶剤が行き渡り難くなったり、乾燥し難くなる場合がある。また、４ｍｍより巾が広いとディスプレイパネルの額縁面積が大きくなってしまう問題がある。基板５との接触面積を狭くし、ゴム状リング１の強度を上げるために三角形型の形状にして用いることがより望ましい。
【００３２】
ゴム状リング１はキャップ板２に溝加工しはめ込み、接着剤で接着、固定することができる。
【００３３】
キャップ板２はステンレス板、チタン板、セラミック板及び樹脂板等の洗浄溶剤に耐性のある材料を用いて作製する。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係るパターン膜形成方法を図２乃至図７を用いて詳細に説明する。図２に示すように、一方の面に１つ以上の所望の形状を有して配置されるゴム状リング１を設けたキャップ板２を準備する。
【００３５】
図３に示すように、前述の準備したキャップ板２の一方の面に形成されたゴム状リング１と基板５上の一面に形成された有機機能性膜４を基板支持台３に固定し、対向させて配置している。ここで、溶剤可溶性の有機機能性膜４は、有機太陽電池及び有機ＥＬディスプレイ等に用いられるキャリア輸送層、発光層及び電荷発生層等からなる主に有機薄膜である。
【００３６】
基板５は、金属、薄いガラスやプラスチックを用いることができるが本発明はこれに限定されるわけではない。基板５を基板支持台３に固定し、対向するキャップ板２と基板支持台３を加圧することにより基板５とゴム状リング１を密着させる。
【００３７】
本発明の別の密着方法としては、基板５を基板支持台３上に固定し、ゴム状リング１を有するキャップ板２と対向させ、所望の形状にパターン化するために位置を合わせて載せ、ゴム状リング１とキャップ板２と基板５間で囲まれた閉空間を減圧することにより有機機能性膜４付き基板５とゴム状リング１を密着させても良い。
【００３８】
基板支持台３は、基板５を固定するため耐食性が良く熱伝導の良い金属、セラミックスで作製し基板５を吸引等により固定できるようにする。
【００３９】
図４に示すように、キャップ板２の一方の面に形成されたゴム状リング１を基板５に密着させた後、有機機能性膜４の溶解性溶剤又は分散性溶剤でゴム状リング１の外の有機機能性膜４を洗浄除去する。
【００４０】
溶剤可溶性の有機機能性膜４が水溶性又は水分散性膜である場合は、溶解又は分散溶剤として水及びアルコールを含む溶剤を使用することによりゴム状リング１に囲まれた範囲外の有機機能性膜４を洗浄除去し乾燥することで有機機能性膜４のパターンを形成することができる。
【００４１】
溶剤可溶性の有機機能性膜４がトルエン等の芳香族系有機溶媒可溶性膜である場合は、芳香族系有機溶媒を含む溶剤を溶解又は分散溶剤として使用することによりゴム状リング１に囲まれた範囲外の有機機能性膜４を洗浄除去し乾燥することで有機機能性膜４のパターンを形成することができる。
【００４２】
溶剤可溶性の有機機能性膜４が水溶性又は水分散性膜である場合は、有機機能性膜４の洗浄除去後の基板５の乾燥時間を速めるために、洗浄除去の際の溶剤の組成を、最初に水分濃度を高く、後にアルコール濃度を増した組成を変化させた洗浄溶剤を用いることもできる。
【００４３】
また、溶剤可溶性の有機機能性膜４が水溶性膜と有機溶剤可溶性膜の積層膜である場合は、水及びアルコールを含む溶剤と芳香族系有機溶媒溶剤を交互に使い洗浄を行ない、最後に水よりも蒸気圧の低い芳香族有機溶媒で洗浄することにより乾燥時間を短縮できる。
【００４４】
溶剤可溶性の有機機能性膜４を洗浄する際に、洗浄溶剤がゴム状リング１で囲まれた範囲内に入り込み、有機機能性膜４を溶かすことを防ぐために基板５とキャップ板２はゴム状リング１を介して密着させる必要がある。
【００４５】
図５に示すように、ゴム状リング１の範囲外の有機機能性膜４を乾燥する。
【００４６】
乾燥する際には図９に示すように、キャップ板２又は基板支持台５に取り付けたヒーターユニットブロック９によりキャップ板２、基板５、基板支持台３を加熱乾燥した後基板５からキャップ板２を離すことで乾燥時間を速めることができる。
【００４７】
さらに、乾燥する際にキャップ板２とゴム状リング１で囲まれた範囲以外の部分を洗浄及び通風乾燥管８を用いて通風乾燥できる。通風乾燥の後、基板５からキャップ板２を離すことによっても乾燥時間をより速めることができる。
【００４８】
その際、洗浄及び通風乾燥管８は、洗浄液を流す管と通風乾燥用の管を個別に設けても良いし共通で使用してもよい。
【００４９】
ヒーターユニットブロック９は、乾燥用の基板加熱機構であり温水を流すか、急速な加熱冷却を調整可能なペルチェ素子や、電熱ヒーター等を用いることができるが本発明はこれに限定されるわけではない。
【００５０】
本発明で用いる基板５上には、有機機能性膜４の下に陰極蒸着時のライン分離用の逆テーパー状のレジストを用いた隔壁が形成されていても良い。また発光領域の周囲にインクジェット法や印刷法を用いた成膜時にインク流出防止用のバンク（土手）が形成されていても良い。さらに薄膜トランジスタや配線等の駆動回路が形成されていても良い。
【００５１】
図６に示すように、キャップ板２と基板５を分離すると図７に示すような所望の形状を有するパターン膜を基板５上に形成することができた。
【００５２】
本発明のパターン膜形成方法は、ガラス、金属、プラスチック等の基板５上の一面に形成された溶剤可溶性の有機機能性膜４を所望の形状に分割パターン化したい場合に図１及び図２に示すように、一方の面に１つ以上の所望の形状を有して配置されるゴム状リング１を設けたキャップ板２を用いることができる。本発明では、キャップ板２の一方の面に１つ以上の所望の形状を有しているゴム状リング１が基板５上に形成された有機機能性膜４に密着させた後、有機機能性膜４を溶解又は分散する溶剤で各ゴム状リング１に囲まれた範囲外の有機機能性膜４を洗浄除去し、乾燥することができる。
【実施例１】
【００５３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５４】
３６０ｍｍ×４６０ｍｍ角のガラス基板上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリング法で成膜し、塩化第二鉄（ＩＩＩ）水溶液と塩酸の混合溶液によりエッチングを行う。４８０（走査ライン）×６４０×赤、青、緑ライン（データライン）対応の対角５インチの単純マトリクスディスプレイ用ストライプ陽極を２行×３列の６面配置に形成した。
【００５５】
このストライプ電極上にポリイミドを用いたレジストによるバンクをフォトリソグラフィ法を用いて２μｍ厚に形成した後、紫外線オゾン洗浄を行なった。その後、ダイコート法で正孔注入層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ＢＡＹＴＲＯＮ  Ｐ  ＣＨ８０００）を水、イソプロピルアルコールで適当に希釈したインクを用いて５０ｎｍの厚さで基板５の一面に形成した。
【００５６】
キャップ板２は図１に示すような形状でステンレス板を加工し作製する。対角５インチディスプレイ６面分に対応し発光領域から３ｍｍ外側になるように方形に１ｍｍの深さに溝加工し断面直径２ｍｍのフッ素ゴム状リング１をはめ込み接着した。
【００５７】
次に基板５を基板支持台３上に固定し図１で示すキャップ板２を基板５と位置合わせし重ね合わせ加圧し密着させた。純水を基板５とキャップ板２の隙間に流し洗浄した。次にエチルアルコールを流し洗浄した。さらに圧縮空気を流し乾燥してから基板５とキャップ板２を分離すると図７に示すように有機機能性膜４をパターニングすることができた。パターニングしたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜上には次の発光層の印刷を行なうことができた。
【実施例２】
【００５８】
正孔注入層１０としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を５０ｎｍの厚さで形成するまでを実施例１と同様におこなった。その後、発光層１１としてポリフルオレン系の赤、青、緑の発光材料のキシレン溶液からなるインクを用いて凸版印刷により発光層ストライプラインをデータラインに合わせて基板５一面に各色のラインを順に形成した。
【００５９】
次に図９で示すような吸引管７、洗浄及び通風乾燥管８、ヒーターユニットブロック９をキャップ板２のもう一方の面に配置し、洗浄部の流水路等を掘り込み加工し、断面の直径２ｍｍのゴム状リング１をはめ込んだキャップ板２を重ね合わせ、吸引管７を吸引しキャップ板２と基板５を密着させた。
【００６０】
次に純水とトルエンを洗浄及び通風乾燥管８から順に流し、ゴム状リング１で密閉された範囲外の膜を洗い出した。最後にペルチェ素子付きヒーターユニットブロック９で基板支持台３とキャップ板２を加熱しながら空気を流し基板５を乾燥させてから、基板５をキャップ板２から分離すると、図７に示すように水溶性膜と有機溶剤可溶性膜を積層した有機機能性膜４をパターニングすることができた。
【００６１】
パターンニング後、バリウム／アルミニウム積層膜からなる陰極ラインをデータラインに直交するようにマスク蒸着した後、封止ガラス板を接着することにより有機ＥＬディスプレイパネルとすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のパターン膜形成方法に用いるキャップ板の例の斜視図である。
【図２】本発明のパターン膜形成方法に用いるキャップ板の例の断面の模式図である。
【図３】本発明のパターン膜形成方法にてパターン膜を形成する手順を説明する模式図である。
【図４】本発明のパターン膜形成方法にてパターン膜を形成する手順を説明する模式図である。
【図５】本発明のパターン膜形成方法にてパターン膜を形成する手順を説明する模式図である。
【図６】本発明のパターン膜形成方法にてパターン膜を形成する手順を説明する模式図である。
【図７】本発明のパターン膜形成方法にてパターン膜を形成した基板を示す模式図である。
【図８】本発明のパターン膜形成方法にて別の態様のパターン膜を形成する方法を説明する模式図である。
【図９】本発明のパターン膜形成方法の別の態様のパターン膜形成装置を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ゴム状リング
２  キャップ板
３  基板支持台
４  有機機能性膜
５  基板
６  ストライプ状、又はドット状に形成されている有機機能性膜
７  吸引管
８  洗浄及び通風乾燥管
９  ヒーターユニットブロック
１０  有機正孔輸送層
１１  有機発光層
１００  パターン膜形成装置
【図１】
0005109513.tif 000002
【図２】
0005109513.tif 000003
【図３】
0005109513.tif 000004
【図４】
0005109513.tif 000005
【図５】
0005109513.tif 000006
【図６】
0005109513.tif 000007
【図７】
0005109513.tif 000008
【図８】
0005109513.tif 000009
【図９】
0005109513.tif 000010