JP2000192231A

JP2000192231A - 薄膜パタ―ン形成方法及び有機ｅｌディスプレイの製造方法

Info

Publication number: JP2000192231A
Application number: JP10370800A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Fujii; 祐行藤井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】昇華性の有機材料等からなる薄膜パターン
を、良好な解像度で、簡易にかつ効率的に形成すること
ができる薄膜パターン形成方法を得る。【解決手段】第１の基板１上に金属薄膜２の１次パタ
ーンを形成し、この上に連続薄膜３を形成し、１次パタ
ーンの金属薄膜２と第１の基板１との界面に光ビーム５
ａを照射して、表面プラズモン共鳴を励起させ、金属薄
膜２上の連続薄膜の薄膜材料を昇華させ、昇華した薄膜
材料を第２の基板１１上に堆積させることにより、金属
薄膜２の１次パターンに対応した薄膜３の２次パターン
を第２の基板１１上に形成することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィー技術やシャドウマスクを用いることなく、良好な解
像度で、簡易にかつ効率的に薄膜パターンを形成するこ
とができる方法及び該薄膜パターン形成方法を用いた有
機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）ディスプレイの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体薄膜などのパターニン
グは、一般にフォトリソグラフィー法によりレジストの
形成とエッチングの組み合わせでなされている。しかし
ながら、有機ＥＬ素子の発光層のような有機物質からな
る薄膜をフォトリソグラフィー法でパターニングしよう
とすると、薄膜が劣化したり、十分な解像度が得られな
いなどの問題を生じる。従って、このような発光層等の
パターニングにおいては、従来より、薄膜形成の際に薄
膜を形成しない領域をシャドウマスクで覆い、薄膜形成
時にパターニングする方法が一般に採用されている。

【０００３】しかしながら、近年の情報の高密度化及び
多様化に伴い、有機ＥＬ素子においても小型化や、ＲＧ
Ｂ方式によるフルカラーディスプレイが要望されてきて
おり、これに伴い解像度の良好なパターニングが要求さ
れている。

【０００４】特開平９−２０４９８３号公報では、この
ような問題を解消する方法として、薄膜を積層蒸着した
い陽極以外の陽極部分を加熱することによって、該陽極
上に蒸着されるのを防ぎ、薄膜を積層蒸着したい陽極上
にのみ薄膜を積層蒸着する方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の方法は、基板上に温度差を設け、温度差によってパ
ターニングする方法であるため、蒸着中に熱伝導によっ
て温度が均一化する傾向があり、良好な解像度が得られ
ないという問題がある。また、このような方法で良好な
解像度を得るためには加熱領域を瞬間的に温度上昇させ
る必要があるが、一般的な通電による加熱ではこのよう
な急激な温度上昇は困難である。

【０００６】本発明は、昇華性の有機材料等からなる薄
膜のパターンを、良好な解像度で、簡易にかつ効率的に
形成することができる薄膜パターン形成方法及び該薄膜
パターン形成方法を用いた有機ＥＬディスプレイの製造
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜パターン形
成方法は、第１の基板上に形成した薄膜の所定領域にお
いて表面プラズモン共鳴を励起させて薄膜材料を昇華さ
せることにより、第１の基板に対向させて配置した第２
の基板上に該所定領域に対応した薄膜パターンを形成す
ることを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、所定領域のみにおいて表
面プラズモン共鳴を励起させ、これによって所定領域の
薄膜材料を昇華させ、対向して配置されている第２の基
板上にこの昇華させた薄膜材料を堆積させて薄膜パター
ンを形成することができる。表面プラズモン共鳴が励起
される領域と励起されない領域は、例えば、金属薄膜を
設けている領域と設けていない領域などにより明確にそ
の境界を形成することができる。従って、良好な解像度
で第２の基板上に薄膜パターンを形成することができ
る。

【０００９】また、本発明によれば、第２の基板上に堆
積する薄膜材料だけが昇華し、第１の基板から第２の基
板に移動する。従って、従来のシャドウマスクを用いた
パターニングのように、シャドウマスクに付着したりチ
ャンバー内に付着したりする薄膜材料がなく、無駄なく
効率的にパターニングを行うことができる。

【００１０】本発明に従う第１の局面の薄膜パターン形
成方法は、金属薄膜の１次パターンが形成された第１の
基板の上に、薄膜パターン形成の対象となる薄膜材料の
連続薄膜を形成する工程と、第１の基板に対向させて第
２の基板を配置する工程と、上記１次パターンの金属薄
膜と第１の基板との界面に光エネルギーを供給すること
により表面プラズモン共鳴を励起させて金属薄膜上の連
続薄膜の薄膜材料を昇華させ、昇華した薄膜材料を第２
の基板上に堆積させることにより金属薄膜の１次パター
ンに対応した薄膜の２次パターンを第２の基板上に形成
する工程とを備えている。

【００１１】表面プラズモン共鳴は、所定の膜厚の金属
薄膜が形成された領域において励起される。従って、第
１の基板上に形成する金属薄膜の１次パターンは、金属
薄膜の有無によってパターン形成されたものであっても
よいし、金属薄膜の膜厚の差によってパターン形成され
たものであってもよい。いずれの金属薄膜の１次パター
ンにおいても、表面プラズモン共鳴が励起される領域の
金属薄膜の膜厚は、光ビーム照射によって光エネルギー
を供給する場合、光ビームの波長よりも小さくすること
が好ましい。また、金属薄膜の膜厚の差によって１次パ
ターンを形成する場合、金属薄膜の厚い部分と薄い部分
の膜厚の比を２以上にするか、または膜厚差を光ビーム
の波長の１／２よりも大きくすることが好ましく、さら
にはこれら双方の条件を満たすような膜厚差を設けても
よい。

【００１２】通常、表面プラズモン共鳴による光エネル
ギーの吸収のみでは薄膜材料を昇華させることが困難で
ある場合が多いので、このような場合には、連続薄膜を
該薄膜材料が雰囲気圧下で昇華する温度よりも低い温度
に加熱した状態で、光エネルギーを供給する。光エネル
ギーの供給は、一般にはレーザービームなどの光を照射
することにより行う。通常、金属薄膜と第１の基板との
界面に対し全反射条件となる角度で光ビームを照射す
る。連続薄膜の加熱温度は、光ビームの照射エネルギー
や表面プラズモン共鳴の条件等により異なるが、一般に
は雰囲気圧下で薄膜材料が昇華する温度よりも、３〜３
０Ｋ（ケルビン）程度低い温度となるように加熱する。

【００１３】第１の局面によれば、第１の基板とその上
方層との界面の全領域を光ビームで走査するが、表面プ
ラズモン共鳴が励起されるのは、金属薄膜が所定の膜厚
の範囲内で存在する領域においてのみである。従って、
金属薄膜が所定の膜厚の範囲内で存在する領域において
のみ連続薄膜の薄膜材料が昇華し、第２の基板上に堆積
される。従って、金属薄膜の１次パターンに対応した薄
膜の２次パターンを容易に形成することができる。ま
た、金属薄膜の１次パターンは、フォトリソグラフィー
法等を用いて良好な解像度でパターン化できるものであ
るので、複雑なパターン形状であっても薄膜をパターニ
ングすることができる。

【００１４】また、第１の基板上に残った薄膜材料は容
易に回収することができる。また、パターニング後の連
続薄膜も、やはりパターニングされているので、この残
された薄膜パターンを種々の用途に利用することも可能
である。

【００１５】また、第１の局面において、金属薄膜の１
次パターンが金属薄膜の有無で形成されている場合や、
金属薄膜の膜厚の薄い部分で表面プラズモン共鳴が励起
されず膜厚が厚い部分で表面プラズモン共鳴が励起され
るように設定されている場合、金属薄膜が存在しない領
域や金属薄膜の膜厚が薄い領域の上に絶縁層が形成され
ていてもよい。このような絶縁層を形成することによ
り、連続薄膜が形成される下地を平坦化することがで
き、より良好な解像度を得ることができると共に、第１
の基板上に残存した薄膜材料の回収及び残存した薄膜パ
ターンの利用も容易になる。

【００１６】本発明の第２の局面に従う薄膜形成パター
ンは、金属薄膜が形成された第１の基板上に、薄膜パタ
ーン形成の対象になる薄膜材料の連続薄膜を形成する工
程と、第１の基板に対向させて第２の基板を配置する工
程と、金属薄膜と第１の基板との界面の所定領域に光エ
ネルギーを供給することにより表面プラズモン共鳴を励
起させて該所定領域の金属薄膜上の連続薄膜の薄膜材料
を昇華させ、昇華した薄膜材料を第２の基板上に堆積さ
せることにより上記所定領域に対応した薄膜パターンを
第２の基板上に形成する工程とを備えている。

【００１７】第２の局面においても、第１の局面と同様
に、連続薄膜を薄膜材料が雰囲気圧下で昇華する温度よ
りも低い温度に加熱した状態で光エネルギーを供給する
ことができる。また、光エネルギーの供給は、光ビーム
を照射することにより行うことができる。第２の局面に
おいては、例えば、金属薄膜と第１の基板の界面の所定
領域にレーザービームなどの光ビームを走査しながら照
射することにより、所定領域のみにおいて表面プラズモ
ン共鳴を励起させることができる。

【００１８】第２の局面によれば、光ビームの照射領域
を制御することにより、任意のパターンを形成すること
ができる。従って、多様なパターン形状が要求される用
途において有用である。また、光ビーム照射によりパタ
ーニングすることができるので、光ビームの実質的な直
径（有効径）に応じた緻密なパターニングが可能とな
る。

【００１９】第１の局面及び第２の局面においては、薄
膜パターンが形成される第２の基板を、必要に応じて冷
却手段により冷却してもよい。本発明の有機ＥＬディス
プレイの製造方法は、第１の電極と第２の電極の間に有
機電界発光層を設け、該電極間に電圧を印加することに
より発光させる発光素子を配列した有機ＥＬディスプレ
イを製造する方法であり、有機電界発光層のうちの少な
くとも１つの層を上記本発明の薄膜パターン形成方法で
形成することを特徴としている。

【００２０】有機電界発光層は、一般に、正孔注入層、
正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、または
これらの層の２以上の層を複合化した複合化層から構成
されている。これらの層のうちの少なくとも１つの層
を、本発明の薄膜パターン形成方法で形成することがで
きる。

【００２１】特に、フルカラーの有機ＥＬディスプレイ
においては、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する発光層毎にパターニ
ングする必要があるので、このような発光層のパターニ
ングに上記本発明の薄膜パターン形成方法を有利に適用
することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、本発明の第１の局
面に従う製造工程の一例を示す概略断面図である。

【００２３】先ず、図３（ａ）に示すように、透明なガ
ラス基板などの透光性基板１の上に、金属薄膜２を形成
する。金属薄膜２としては、ほとんどの金属の単体また
は合金を用いることができるが、複素誘電率の実部が負
で、実部の絶対値が大きな値を持つような材料が好まし
い。このようなものとしては、金、銀、銅、亜鉛、アル
ミニウム、カリウム等の単体や、金と銀との合金、銀と
銅との合金、真ちゅう等の合金を例示することができ
る。また、金属薄膜２は、２層以上の積層構造であって
もよい。例えば、基板上にクロムなどの密着性の良好な
材料の薄い層を形成し、その上に金等の望ましい材料の
層を密着性の良好な層よりも厚い膜厚で形成し、２層構
造としてもよい。

【００２４】次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー等の方法を用いて、金属薄膜２を所定のパ
ターンにパターニングする。これにより金属薄膜の１次
パターンが形成される。

【００２５】次に、図３（ｃ）に示すように、薄膜パタ
ーン形成の対象となる薄膜材料の連続薄膜３を、金属薄
膜２及び基板１の上に形成する。薄膜３は、昇華性物質
から形成される。

【００２６】次に、図３（ｄ）に示すように、基板１の
下方に、光学プリズム４を基板１に密着させて配置す
る。この状態で、通常真空チャンバー等の容器内に設置
し、減圧排気する。真空チャンバー内の圧力は、薄膜３
の昇華性物質の種類や後述する薄膜３の加熱温度、照射
する光ビームの強度等により適宜設定される。なお、光
学プリズム４は、真空チャンバーの隔壁の一部として設
け、後述する光学窓として作用させてもよい。

【００２７】次に、図１に示すように、ヘリウム−ネオ
ンレーザー等の光ビーム光源５を設ける。光ビーム光源
５は、真空チャンバー内に設けられていてもよいし、真
空チャンバーの外に設けて光学窓を介して光ビームを照
射できるように設置されていてもよい。光ビーム光源５
の前方には、光ビーム光源を出射した光ビーム５ａを集
束するためのレンズ６が設けられている。光ビーム光源
５は、金属薄膜２の１次パターンと基板１との界面を走
査することができるように設けられている。また、光ビ
ーム５ａは金属薄膜２と基板１との界面に対して全反射
する条件で照射される。反射した光ビーム５ｂを検出で
きる位置に、光検出器８が設けられている。光検出器８
には、集光レンズ７を通った反射ビーム光５ｂが入射す
る。

【００２８】通常は、表面プラズモン共鳴によるエネル
ギーのみで薄膜３を昇華することが困難である場合が多
いので、薄膜３をヒーターによって加熱しておくことが
好ましい。なお、このときの加熱温度は、薄膜３の材料
が真空チャンバー内の圧力下で昇華する温度よりも低い
温度に設定される。例えば、薄膜３の加熱温度は、昇華
温度よりも約５℃程度低い温度に設定する。ヒーターと
しては、例えば輻射式ヒーターなどを用いることができ
る。

【００２９】この状態で、基板１に対向するように、薄
膜を形成させる基板１１を配置する。基板１１の位置
は、解像度を高める観点からは、できるだけ基板１側に
近づけておくことが好ましい。通常、解像度とほぼ同じ
オーダーの距離程度まで近づけておくことが好ましく、
例えば、解像度の１／２程度の距離となるように近づけ
ておくことが好ましい。例えば、解像度が０．１ｍｍの
パターンである場合には、金属薄膜２上に形成された薄
膜３と基板１１間の距離は、０．１ｍｍ以下であること
が好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以下である。

【００３０】以上のような状態で、光ビーム光源５から
光ビーム５ａを基板１と金属薄膜２の界面に照射し、こ
れを走査する。金属薄膜２が存在する部分では、金属薄
膜２の膜厚は表面プラズモンの共鳴条件を満たす所定の
膜厚で形成されているので、光ビーム５ａの照射により
表面プラズモン共鳴が励起され、光エネルギーが吸収さ
れる。この光エネルギーの吸収により、金属薄膜２上の
薄膜３は高いエネルギー状態となり、原子及び／または
分子の振動が激しくなって昇華する。昇華した薄膜の材
料分子は、基板１１上に堆積して付着する。金属薄膜２
が存在しない領域では、このような表面プラズモン共鳴
が励起されず、光ビーム５ａは反射して反射光５ｂとな
り光検出器８で検出される。従って、光検出器８で反射
光５ｂを検出することにより、金属薄膜２と基板１の界
面における表面プラズモン共鳴の状態を観測することが
できる。

【００３１】以上のようにして、金属薄膜２の１次パタ
ーンと基板１との間の界面の全領域を光ビーム５ａで走
査すると、金属薄膜２が存在している部分では、その上
の薄膜３の薄膜材料が昇華して、上方に配置された基板
１１上に堆積する。従って、基板１上の金属薄膜２の１
次パターンに対応したパターンで薄膜３が形成される。

【００３２】図２は、このようにして、基板１１上に、
金属薄膜２の１次パターンに対応した薄膜３の２次パタ
ーンが形成された状態を示している。従って、金属薄膜
２の１次パターンとして、所望のパターンを形成してお
くことにより、これに対応したパターンで、基板１１上
に薄膜３を形成することができる。

【００３３】金属薄膜２はフォトリソグラフィー法等に
よりパターニングできるので、微細なパターンを形成す
ることができ、薄膜パターンもこれに対応して微細なパ
ターンで形成することができる。また、基板１側に残っ
た薄膜３は、昇華する温度よりも低い温度で加熱された
だけであるので、純度の低下等がなく、これを回収して
再度薄膜形成に用いることができる。従って、無駄なく
効率的に薄膜形成を行うことができる。

【００３４】図４は、絶縁層中に形成された金属薄膜の
１次パターンを製造する工程を示す断面図である。図４
（ａ）に示すように、基板１上に金属薄膜２をパターニ
ングして形成する。このパターニングはフォトリソグラ
フィー法等により行うことができる。次に、図４（ｂ）
に示すように、基板１上及び金属薄膜２上に絶縁層９を
形成する。このような絶縁層９として、ポリエチレンな
どの樹脂を用いる場合には、樹脂溶液をキャスティング
し、基板１を回転させ、遠心力を利用して塗布すること
ができる。

【００３５】次に、図４（ｃ）に示すように、透明電極
２の清浄な表面が現れるまで、酸素雰囲気中で紫外線を
照射する。このような処理により、図４（ｃ）に示すよ
うに、金属薄膜が表面に露出し、かつ表面が平坦な金属
薄膜の１次パターンを得ることができる。図４（ｄ）に
示すように、この表面が平坦な金属薄膜の１次パターン
上に薄膜３を形成することにより、平坦でかつ膜厚の均
一な薄膜３を形成することができる。このような薄膜３
を用いることにより、より良好な解像度で薄膜パターン
を形成することができる。絶縁層９の材料としては、光
学的な屈折率が基板１とできるだけ大きく異なる材料が
好ましく、ポリエチレン（波長５８９ｎｍのＤ線に対す
る屈折率１．５１程度）の他、ポリメタクリル酸メチル
（同１．４９程度）、ポリカーボネート（同１．５９程
度）、ポリスチレン（同１．５９程度）等を用い得る。
また、絶縁層９の材料及び表面を平坦化する方法につい
ては、特願平１０−６８５６８等に記載のものを用いる
ことができる。

【００３６】図５は、本発明の第２の局面に従う一実施
例を説明するための概略断面図である。本発明の第２の
局面においては、金属薄膜の１次パターンを形成せず
に、図５に示すように、基板１上の全面に金属薄膜１２
を形成する。この金属薄膜１２の上に、連続薄膜１３を
形成する。

【００３７】連続薄膜１３を形成した後、上記第１の局
面の実施例と同様に、基板１の下に光学プリズム４を密
着して配置し、基板１の上方に薄膜パターンを形成する
ための基板１１を対向して配置する。

【００３８】光エネルギー供給源としては、上記と同様
に半導体レーザーや色素レーザー等の光ビーム光源１４
を設け、前方にコリメーターレンズ１５を配置し、この
光源ユニットを、光源ユニット走査機構１６によって走
査する。上記の第１の局面の実施例と同様に、薄膜１３
を所定の温度に加熱した状態で光ビーム光源１４からの
光ビーム１４ａを金属薄膜１２と基板１の界面に照射す
る。このとき、界面のうちの所定の領域のみを照射する
ように、光源ユニット走査機構１６により走査する。

【００３９】光ビーム１４ａが照射された所定領域にお
いてのみ、表面プラズモン共鳴が励起され、このエネル
ギーによって、該所定領域の薄膜１３の薄膜材料が昇華
し、対向する基板１１上に付着して堆積する。

【００４０】図６は、このようにして所定のパターンで
薄膜１３を基板１１上に付着し堆積させた状態を示して
いる。このように、第２の局面に従えば、光ビームの照
射領域を制御することで任意のパターンを形成すること
ができる。また、光ビームで直接描画することによりパ
ターンを形成するので、光ビームの実質的な直径（有効
径）に応じた微細なパターンの形成が可能である。

【００４１】なお、本発明においては、第１の局面と第
２の局面を両方兼ね備えた状態で薄膜パターンの形成を
行ってもよい。すなわち、金属薄膜の１次パターンを用
い、この金属薄膜の１次パターンの所定領域に対しての
み光ビームを照射し、表面プラズモン共鳴を励起させ、
薄膜パターンを形成してもよい。

【００４２】以下、本発明の第１の局面に従う薄膜パタ
ーン形成方法により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）の各原色を発光する有機ＥＬディスプレイを製造
する実施例について説明する。

【００４３】図７〜図１０は、本発明の有機ＥＬディス
プレイの製造方法の一実施例を示す概略断面図である。
先ず、図７（ａ）に示すように、透明なガラス基板から
なる基板１１の一方面の上に、インジウム錫酸化物（Ｉ
ＴＯ）等からなる透明陽極２１をスパッタリング法等に
より形成する。透明陽極２１の平均膜厚は、例えば１４
０ｎｍとなるようにする。透明陽極２１の平均膜厚は、
一般に９０ｎｍ〜０．５０μｍの範囲で変更可能であ
り、好ましくは７０ｎｍ〜３μｍの範囲で変更可能であ
る。

【００４４】次に、透明陽極２１の上にエッチングレジ
スト２２を形成する。このエッチングレジスト２２を、
フォトリソグラフィー等の方法により、所定のパターン
となるようにパターニングする。

【００４５】次に、図７（ｂ）に示すように、ＦｅＣｌ
₃を含む塩酸水溶液によるウェットエッチング法等によ
り透明陽極２１をエッチングして、ＲＧＢの各原色に対
応する透明陽極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを形成する。次
に、図７（ｃ）に示すように、エッチングレジスト２２
を除去する。

【００４６】次に、図７（ｄ）に示すように、透明陽極
２１ａ〜２１ｃを形成した基板１１の上に、正孔注入層
２３を形成する。正孔注入層２３は、化１に示す芳香族
アミンの誘導体である４，４′，４″−ｔｒｉｓ（３−
ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔ
ｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（通称ＭＴＤＡＴＡ）から
形成する。正孔注入層４は、圧力約０．１ｍＰａ以下の
減圧条件下で、真空蒸着法により形成する。本実施例で
は、厚み５０ｎｍとなるように形成しているが、５ｎｍ
〜１６０ｎｍの範囲で変更可能であり、好ましくは２５
ｎｍ〜７５ｎｍの範囲で変更可能である。ＭＴＤＡＴＡ
の分子の簡略化した化学式はＣ₅₇Ｈ₄₈Ｎ ₄であり、ＭＴ
ＤＡＴＡの分子のモル質量は７８９．０４ｇ／ｍｏｌで
ある。

【００４７】

【化１】

【００４８】正孔注入層２３を形成する際の基板上への
蒸着速度は、０．１５ｎｍ・ｓ^-1に設定したが、０．０
０１〜１０ｎｍ・ｓ^-1の範囲で変更可能であり、好まし
くは０．０５〜５ｎｍ・ｓ^-1の範囲で変更可能である。

【００４９】正孔注入層２３を形成する際の基板１１の
温度は、２００℃以下の範囲で変更可能であるが、正孔
注入層２３を構成する材料のガラス転移温度を超えない
ことが好ましい。従って、ＭＴＤＡＴＡを用いる場合に
は、基板温度をおよそ１００℃以下の範囲に保つように
することが特に好ましい。

【００５０】次に、図７（ｅ）に示すように、正孔輸送
層２４を、正孔注入層２３の上に形成する。正孔輸送層
２４は、化２に示す芳香族アミンの誘導体であるＮ，
Ｎ′−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ′−（３−ｍｅｔｈｙ
ｌｐｈｅｎｙｌ）−１，１′−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，
４′−ｄｉａｍｉｎｅ（通称ＴＰＤ）から形成する。厚
みは２０ｎｍとなるように形成したが、５ｎｍ〜１２０
ｎｍの範囲で変更可能であり、好ましくは１１ｎｍ〜５
５ｎｍの範囲で変更可能である。

【００５１】正孔輸送層２４も、正孔注入層２３と同様
に、圧力約０．１ｍＰａ以下の減圧雰囲気中で真空蒸着
法により形成する。ＴＰＤの分子の簡略化した化学式は
Ｃ₃₈Ｈ₃₂Ｎ₂であり、ＴＰＤの分子のモル質量は５１
６．６８５ｇ／ｍｏｌである。

【００５２】

【化２】

【００５３】正孔輸送層２４を形成する際の基板上への
蒸着速度は、０．１５ｎｍ・ｓ^-1に設定したが、０．０
０１〜１０ｎｍ・ｓ^-1の範囲で変更可能であり、好まし
くは０．０５〜５ｎｍ・ｓ^-1の範囲で変更可能である。

【００５４】正孔輸送層２４を形成する際の基板１１の
温度は、２００℃以下の範囲で変更可能であるが、正孔
注入層２３及び正孔輸送層２４を構成する材料のいずれ
のガラス転移温度をも超えないことが好ましい。従っ
て、ＴＰＤを用いる場合には、基板温度をおよそ８０℃
以下の範囲に保つようにすることが特に好ましい。

【００５５】次に、正孔輸送層２４の上に、本発明のパ
ターン形成方法に従い、発光機能及び電子輸送機能を有
する電子輸送性の発光層を形成する。図８は、このため
の金属薄膜上に昇華性材料を被着した中間基体を製造す
る工程を示している。

【００５６】図８（ａ）に示すように、透明なガラス基
板からなる基板１の上に金属薄膜２を形成する。この金
属薄膜２の平均膜厚は、例えば５０ｎｍとなるようにす
る。しかしながら、金属薄膜２の厚みは１ｎｍ〜１μｍ
の範囲で変更可能であり、好ましくは３０ｎｍ〜１５０
ｎｍの範囲で変更可能である。この金属薄膜２の膜厚
は、なるべく均一であることが好ましい。

【００５７】具体的には、金等からなる金属薄膜２を電
子ビーム蒸着法やスパッタリング法等により形成する。
次に、フォトリソグラフィー等の方法により、所定の原
色に発光する発光層に対応するパターンで、エッチング
レジスト１７を形成する。

【００５８】次に、図８（ｂ）に示すように、王水によ
るウェットエッチング法等により、エッチングレジスト
１７により、金属薄膜２をエッチングしてパターニング
する。次に、図８（ｃ）に示すように、エッチングレジ
スト１７を除去する。

【００５９】次に、図８（ｄ）に示すように、金属薄膜
２の１次パターンを形成した基板１の上に、所定の原色
に発光する発光層の材料からなる昇華性材料層２５を真
空蒸着法により形成する。真空蒸着は、圧力約０．１ｍ
Ｐａ以下の減圧雰囲気中で行う。昇華性材料層２５の平
均膜厚は、発光層の膜厚と同程度に設定すればよく、例
えば４０ｎｍとなるようにする。この昇華性材料層２５
の膜厚はなるべく均一であることが好ましい。

【００６０】次に、図９に示すように、以上のようにし
て得られた基板１を真空チャンバー内に配置する。真空
チャンバー内では、基板１の下方に光学プリズム４を密
着させて配置する。また、基板１の金属薄膜２を形成し
た面に対向するように、透明陽極２１ａ〜２１ｃ、正孔
注入層２３、及び正孔輸送層２４を形成した基板１１を
配置する。図９に示すように、光学プリズム４の近傍
に、ハロゲンランプ等の輻射式ヒーター１８を配置す
る。また、ヘリウム−ネオンレーザー等の光ビーム光源
５を配置する。光ビーム光源５は、真空チャンバー内に
設けてもよいし、真空チャンバー外に設けて、光学窓を
介して光ビーム５ａを照射できるようにしてもよい。光
ビーム光源５の前方にはレンズ６が設けられており、基
板１と金属薄膜２の界面に入射した光ビーム５ａの反射
光５ｂを検出できる位置に光検出器８が設けられてお
り、その光路の途中にはレンズ７が設けられている。

【００６１】真空チャンバー内を圧力が約０．１ｍＰａ
以下となるように減圧し、輻射式ヒーター１８によって
基板１及び昇華性材料層２５を所定の温度Ｔ_srcとなる
ように加熱する。Ｔ_srcは、このときの真空度におい
て、昇華性材料層２５の昇華が実質的に起こる温度Ｔ
_vapよりも所定の温度ｄＴだけ低くなるように設定及び
／または制御する（Ｔ_vap＞Ｔ_src；ｄＴ＝Ｔ_vap−Ｔ
_src）。温度差ｄＴは、光ビーム５ａによって励起され
る表面プラズモン共鳴の強度を推定して決定するが、例
えば５℃程度にする。

【００６２】また、基板１１の温度Ｔ_substは、Ｔ_vap
よりも低くなるように設定及び／または制御する（Ｔ
_vap＞Ｔ_subst）。次に、基体１と金属薄膜２の１次パ
ターンとの界面領域を走査するように、光ビーム光源５
から光ビーム５ａを照射し、昇華性材料層２５が形成さ
れた金属薄膜２で表面プラズモン共鳴が起こるようにす
ると、金属薄膜２のパターン上の昇華性材料のみが、表
面プラズモンから金属薄膜２を介してエネルギーの供給
を受けるようになり高エネルギー状態となる。高エネル
ギー状態となった昇華性材料は、構成する原子及び／ま
たは分子の振動が激しくなって昇華する。

【００６３】一方、金属薄膜２のパターンが形成されて
おらず、基板１の上に直接昇華性材料層２５が設けられ
ている領域では、光ビーム５ａが照射されても、表面プ
ラズモン共鳴は起こらず、光ビーム５ａの昇華性材料層
２５による直接の吸収によって供給されるエネルギーは
小さく、高エネルギー状態とはならないので、昇華は起
こらない。

【００６４】このようにして、金属薄膜２の１次パター
ンに対応する領域のみで昇華性材料層２５の昇華が起こ
り、昇華した材料は対向する基板１１上に付着し堆積す
る。従って、図１０に示すように、透明陽極２１ａの下
方の所定領域の正孔輸送層２４の上に、昇華した材料が
堆積し発光層２６となる。

【００６５】その他の陽極電極２１ｂ及び２１ｃの下方
の所定領域にも、他の原色に対応する発光層を、各原色
に対応する昇華性材料層を用いて上記と同様の工程によ
り、形成することができる。このようにして、有機ＥＬ
ディスプレイの各発光層を形成することができる。

【００６６】各発光層の材料及び膜厚等の構成について
は、発光色によって異なるので、発光色別に後述する。
次に、以上のようにして発光層を形成した（必要に応じ
て、後述する電子注入輸送層をさらに形成した）基板上
に、陰極を真空蒸着法により形成する。真空蒸着は、所
定のパターンの開口部が形成されたステンレススチール
製のシャドウマスクを用いて、圧力約０．１ｍＰａ以下
の減圧雰囲気中で行う。

【００６７】陰極としては、ＭｇとＩｎを重量比で９：
１の比率で共蒸着した合金を用い、厚み２００ｎｍで形
成する。Ｉｎの含有量は、重量比で０．１％〜９９％の
範囲で変更可能であり、好ましくは１％〜７５％の範囲
で変更可能であり、さらに好ましくは５％〜２５％の範
囲で変更可能である。また、厚みも、５０ｎｍ〜５００
ｎｍの範囲で変更可能である。なお、陰極の材質として
は、これに限定されるものではなく、Ｍｇなどのアルカ
リ土類金属元素を含む銀の合金や、Ｌｉなどのアルカリ
金属元素を含むアルミニウムなどの合金を用いることが
できる。以上のようにして、有機ＥＬディスプレイパネ
ルを形成することができる。以下、各発光層の材料及び
膜厚等の構成について説明する。

【００６８】（緑色発光画素の構成）緑色発光画素を形
成する場合、発光層の材料及び膜厚等の構成として以下
のものを例示することができる。

【００６９】発光層としては、化３に示す典型金属錯体
であるｂｉｓ（１０−ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏ［ｈ］
ｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｅ）ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ（通称Ｂ
ｅｂｑ）から形成することができる。本実施例では膜厚
を４０ｎｍと設定するが、５ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で
変更可能であり、好ましくは２５ｎｍ〜７０ｎｍの範囲
で変更可能である。また、この発光層に接して陰極を形
成するようにする。Ｂｅｂｑの分子の簡略化した化学式
はＣ₂₆Ｈ₁₆Ｎ₂Ｏ₂Ｂｅであり、Ｂｅｂｑの分子のモル
質量は３９７．４４ｇ／ｍｏｌである。

【００７０】

【化３】

【００７１】また、緑色発光層の他の例として、特開平
５−７０７７３号公報、特開平９−１７６６３０号公報
等に記載のキナクリドン化合物を含む発光層を用いても
よい。

【００７２】（赤色発光画素の構成）赤色発光画素を形
成する場合、発光層の材料及び膜厚等の構成として以下
のものを例示することができる。

【００７３】発光層は、化４に示す典型金属錯体である
Ａｌｕｍｉｎｕｍｔｒｉｓ（ｑｕｉｎｏｌｉｎｅ−８
−ｏｌａｔｅ）（通称ＡｌｑまたはＡｌｑ₃）を主成分
（いわゆるホスト）として、化５に示す芳香族性の複素
環式化合物である５，１０，１５，２０−ｔｅｔｒａｐ
ｈｅｎｙｌ−２１Ｈ、２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ（通称
ＴＰＰ）を蛍光性のドーパントとして混合した混合物か
ら形成することができる。本実施例では蛍光性ドーパン
トの混合割合として、重量比で４．０％としているが、
０．１％〜１５％の範囲で変更可能であり、好ましくは
１．０％〜７％の範囲で変更可能であり、さらに好まし
くは２％〜６％の範囲で変更可能である。本実施例では
厚みを４０ｎｍとしているが、５ｎｍ〜１２０ｎｍの範
囲で変更可能であり、好ましくは１５ｎｍ〜６０ｎｍの
範囲で変更可能である。この発光層は陰極と接するよう
に形成する。

【００７４】

【化４】

【００７５】

【化５】

【００７６】発光層の主成分であるＡｌｑ₃の分子のモ
ル質量は４５９．４４ｇ／ｍｏｌである。蛍光性のドー
パントであるＴＰＰの分子の簡略化した化学式はＣ₄₄Ｈ
₃₀Ｎ ₄であり、ＴＰＰの分子のモル質量は６１４．７４
ｇ／ｍｏｌである。本実施例では、ドーパントと主成分
のモル質量の比は１．３３８となり、ドーパントと主成
分のモル質量は約３４％しか違わないように材料が設定
されている。

【００７７】（青色発光画素の構成）青色発光画素を形
成する場合、発光層の材料及び膜厚等の構成として以下
のものを例示することができる。

【００７８】発光層は、化６に示す典型金属錯体である
（Ｎ，Ｎ′−ｄｉｓａｌｉｃｙｌｉｄｅｎｅ−１，６−
ｈｅｘａｎｅｄｉａｍｉｎａｔｏ）ｚｉｎｃ（ＩＩ）
（通称１ＡＺＭ−Ｈｅｘ）を主成分（いわゆるホスト）
として、化７に示す縮合芳香族炭化水素化合物であるペ
リレンを蛍光性のドーパントとして混合した混合物から
形成することができる。

【００７９】

【化６】

【００８０】

【化７】

【００８１】蛍光性のドーパントの混合割合は、質量比
で２．０％としているが、０．１％〜１５％の範囲で変
更可能であり、好ましくは０．５％〜７％の範囲で変更
可能であり、さらに好ましくは１％〜３．５％の範囲で
変更可能である。

【００８２】膜厚は３０ｎｍとしているが、５ｎｍ〜１
２０ｎｍの範囲で変更可能であり、好ましくは１５ｎｍ
〜６０ｎｍの範囲で変更可能である。この発光層につい
ては、発光層と陰極との間に、Ｂｅｂｑからなる電子注
入輸送層を設けることが好ましい。電子注入輸送層の膜
厚としては３０ｎｍを例示することができるが、５ｎｍ
〜１６０ｎｍの範囲で変更可能であり、好ましくは２０
ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で変更可能である。

【００８３】発光層の主成分である１ＡＺＭ−Ｈｅｘの
分子の簡略化した化学式はＣ₂₀Ｈ₂₂Ｎ₂Ｏ₂Ｚｎであ
り、１ＡＺＭ−Ｈｅｘの分子のモル質量は３８７．８０
ｇ／ｍｏｌである。また、発光層の蛍光性ドーパントで
あるペリレンの分子の簡略化した化学式はＣ₂₀Ｈ₁₂であ
り、ペリレンの分子のモル質量は２５２．３２ｇ／ｍｏ
ｌである。本実施例では、発光層におけるドーパントと
主成分のモル質量の比は１．５３７となり、ドーパント
と主成分のモル質量は約５４％しか違わないように材料
が選定されている。

【００８４】本発明のパターン形成方法において昇華さ
れる各分子は、各分子の蒸発源である金属薄膜の１パタ
ーン上に形成された昇華性材料層において、表面プラズ
モンから供給されたエネルギーと各分子のモル質量によ
って物理法則に基づいて決定される自由行程に従って飛
行することができる。従って、昇華される各分子の真空
中、すなわち気体相中での振る舞いは、分子のモル質量
によってほとんど支配されることが理解される。本実施
例では、ドーパントと主成分のモル質量は２倍未満であ
り、ドーパントと主成分は気体相中で大きな差がなく振
る舞い、気体相中でほぼ完全に混合された分子ビームを
形成しながら基板に到達して固体相に変化するので、ド
ーパントと主成分とがほぼ理想的に混合された発光層が
形成されると考えられる。

【００８５】一方、ドーパントと主成分のモル質量が大
きく異なる場合には、モル質量のより小さい分子は相対
的により速い線速度で飛行するので、微視的に見ると気
体相中ではモル質量のより小さい分子の分子ビームと、
モル質量のより大きい分子の分子ビームとが分離されて
いると考えられ、基板に到達して固体相に変化した各分
子はそれぞれ独立した微細な集合体を形成する傾向があ
ると考えられる。従って、ドーパントと主成分のモル質
量が大きく異なる場合、例えば３倍以上異なる場合に
は、ドーパントと主成分とが理想的に混合された発光層
は形成され難い傾向があると考えられる。

【００８６】（各画素の発光特性）以上のようにして作
製された赤色発光画素は、直流電圧１７Ｖを印加する
と、ＴＰＰの励起状態からの発光と考えられるＣＩＥ色
度座標が（ｘ＝０．６６，ｙ＝０．３３）の赤色発光が
得られ、発光輝度は６４ｃｄ／ｍ²であり、電流密度は
６７０ｍＡ／ｃｍ²であった。

【００８７】また、青色発光画素は、直流電圧５Ｖを印
加すると、ペリレンの励起状態からの発光と考えられる
ＣＩＥ色度座標が（ｘ＝０．１３，ｙ＝０．１９）の青
色発光が得られ、発光輝度は１３９ｃｄ／ｍ²であり、
電流密度は６．３ｍＡ／ｃｍ ²であった。

【００８８】また、緑色発光画素は、直流電圧６Ｖを印
加すると、Ｂｅｂｑの励起状態からの発光と考えられる
発光極大波長が５１６ｎｍの緑色発光が得られ、発光輝
度は７００ｃｄ／ｍ²であり、電流密度は１０ｍＡ／ｃ
ｍ²であった。

【００８９】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法
において有機電界発光層を形成する昇華性物質として
は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、Ch
ing W.Tang らによる米国特許５，２９４，８６９に記
載されたポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、
芳香族アミン類、金属キレート化合物、蛍光性色素等の
昇華性物質（特に第１５欄〜第３５欄に記載のもの）、
特開平２−２６１８８９号公報に開示されている縮合多
環型芳香族色素、レーザー色素等の昇華性物質（特に第
１表に記載のもの）、特開昭６３−２６４６９２号公報
に開示されているホスト物質及び蛍光物質等の昇華性物
質等を用いることができる。

【００９０】また、本発明の薄膜パターン形成方法は、
有機ＥＬディスプレイの発光層等の薄膜パターンの形成
に限定されるものではなく、その他の種々の用途におけ
る薄膜パターンの形成に適用することができる。例え
ば、その一例を挙げるとすれば、特許第２７８３９２８
号公報に開示された圧電型ガスセンサにおけるガス吸着
材の線状のパターンの形成にも用いることができる。

【００９１】

【発明の効果】本発明の薄膜パターンの形成方法によれ
ば、昇華性の有機材料等からなる薄膜パターンを、良好
な解像度で、簡易にかつ効率的に形成することができ
る。

【００９２】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法
によれば、上記本発明の薄膜パターン形成方法により発
光層等を形成することができるので、良好な解像度で、
簡易にかつ効率的に発光層等を形成することができ、高
精細でフルカラー表示可能な有機ＥＬディスプレイを製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の局面に従う一実施例を示す概略
断面図。

【図２】本発明の第１の局面に従う一実施例を示す概略
断面図。

【図３】本発明の第１の局面に従う一実施例を示す概略
断面図。

【図４】本発明の第１の局面において、絶縁層中に形成
された金属薄膜の１次パターンの製造工程を示す断面
図。

【図５】本発明の第２の局面に従う一実施例を示す概略
断面図。

【図６】本発明の第２の局面に従う一実施例を示す概略
断面図。

【図７】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法の一
実施例の製造工程を示す概略断面図。

【図８】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法の一
実施例の製造工程を示す概略断面図。

【図９】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法の一
実施例の製造工程を示す概略断面図。

【図１０】本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法の
一実施例の製造工程を示す概略断面図。

【符号の説明】

１…基板２…金属薄膜３…連続薄膜４…光学プリズム５…光ビーム光源６，７…レンズ８…光検出器９…絶縁層１１…基板１２…金属薄膜１３…連続薄膜２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…透明陽極２３…正孔注入層２４…正孔輸送層２５…昇華性材料層２６…発光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板上に形成した薄膜の所定領域
において表面プラズモン共鳴を励起させて薄膜材料を昇
華させることにより、第１の基板に対向させて配置した
第２の基板上に前記所定領域に対応した薄膜パターンを
形成することを特徴とする薄膜パターン形成方法。
【請求項２】金属薄膜の１次パターンが形成された第
１の基板上に、薄膜パターン形成の対象となる薄膜材料
の連続薄膜を形成する工程と、前記第１の基板に対向させて第２の基板を配置する工程
と、前記１次パターンの金属薄膜と前記第１の基板との界面
に光エネルギーを供給することにより表面プラズモン共
鳴を励起させて金属薄膜上の前記連続薄膜の薄膜材料を
昇華させ、昇華した薄膜材料を前記第２の基板上に堆積
させることにより前記金属薄膜の１次パターンに対応し
た薄膜の２次パターンを前記第２の基板上に形成する工
程とを備える薄膜パターンの形成方法。
【請求項３】前記金属薄膜の１次パターンの金属薄膜
が存在しない領域に絶縁層が形成されている請求項２に
記載の薄膜パターンの形成方法。
【請求項４】金属薄膜が形成された第１の基板上に、
薄膜パターン形成の対象となる薄膜材料の連続薄膜を形
成する工程と、前記第１の基板に対向させて第２の基板を配置する工程
と、前記金属薄膜と前記第１の基板との界面の所定領域に光
エネルギーを供給することにより表面プラズモン共鳴を
励起させて前記所定領域の金属薄膜上の前記連続薄膜の
薄膜材料を昇華させ、昇華した薄膜材料を前記第２の基
板上に堆積させることにより、前記所定領域に対応した
薄膜パターンを前記第２の基板上に形成する工程とを備
える薄膜パターン形成方法。
【請求項５】前記連続薄膜を該薄膜材料が雰囲気圧下
で昇華する温度よりも低い温度に加熱した状態で、前記
光エネルギーを供給する請求項２〜４のいずれか１項に
記載の薄膜パターン形成方法。
【請求項６】前記金属薄膜と前記第１の基板との界面
に光ビームを照射することにより前記光エネルギーを供
給する請求項２〜５のいずれか１項に記載の薄膜パター
ン形成方法。
【請求項７】第１電極と第２電極の間に有機電界発光
層を設け、該電極間に電圧を印加することにより発光さ
せる発光素子を配列した有機ＥＬディスプレイを製造す
る方法であって、前記有機電界発光層のうちの少なくとも１つの層を請求
項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成方法
で形成することを特徴とする有機ＥＬディスプレイの製
造方法。
【請求項８】発光物質を含む発光層を前記薄膜パター
ン形成方法で形成することを特徴とする請求項７に記載
の有機ＥＬディスプレイの製造方法。