JP2004214185A

JP2004214185A - 蒸着装置および有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004214185A
Application number: JP2003422403A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kano; 浩志加納; Keizo Mori; 圭三森; Masaru Yamaguchi; 優山口; Takao Mori; 敬郎森; Noriaki Doi; 徳明土井; Hiroyuki Watanabe; 洋之渡辺; Hiroki Kishishita; 洋樹岸下
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP4380319B2

Abstract

【課題】蒸発源のるつぼから蒸着マスクへの放射熱の影響を軽減し、蒸着マスクの膨張を抑制することで精度の高い蒸着を行うことのできる蒸着装置を提供する。
【解決手段】被蒸着基板５１に蒸着マスク３１を介して蒸発させた蒸着材料７１を被着させる蒸着装置１において、蒸着材料７１を収納しかつ蒸発させるるつぼ１２と、被蒸着基板５１と対向するるつぼ１２上部に突出した状態に形成された突出部１３と、るつぼ１２内部より被蒸着基板５１方向に向かって突出部１３に形成された孔１４と、突出部１３の周囲でかつ孔１４の射出側開口部１４ａと同じ高さもしくは孔１４の射出側開口部１４ａよりも低い位置に被蒸着基板５１側のるつぼ１２の上面と間隔ｄを置いて設けられた放射阻止体１５とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着装置および有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬという）素子の製造方法に関し、詳しくは、るつぼから蒸発材料を出射し、マスクを介してその蒸発材料を被蒸着基板に被着する蒸着装置およびこの蒸着装置を用いて有機ＥＬ膜を成膜する工程を備えた有機ＥＬ素子の製造方法に関するものである。

近年、平面型の表示装置として、有機ＥＬ素子を発光素子としたもの（以下、「有機ＥＬディスプレイ」という）が注目を集めている。この有機ＥＬディスプレイは、バックライトが不要な自発光型のフラットディスプレイであり、自発光型に特有の広視野角を実現できるという利点を有する。また、有機ＥＬディスプレイは、必要な画素のみを点灯させればよいため消費電力の点でバックライト型（例えば、液晶ディスプレイ）に比べて有利であるとともに、今後実用化が期待されている高精細度の高速のビデオ信号に対して十分な応答性能を具備すると考えられている。

有機ＥＬ素子における有機層は、通常、正孔（ホール）注入層、正孔輸送層、発光層、電荷注入層等といった３〜５層が積層されてなる。ただし、各層を形成する有機材料は耐水性が低く、ウエットプロセスを利用することができない。そこで、有機層を形成する際には真空薄膜成膜技術の一つである真空蒸着技術によって各層を順に成膜して積層構造とするのが一般的である。また、フルカラーの画像表示を行う有機ＥＬ素子を構成する場合は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分に対応した３種類の有機材料から成る有機層を、それぞれ異なる画素位置に成膜する必要がある。

このような有機層の成膜を行う技術として、本願発明者らは成膜対象となる基板と複数のライン型蒸発源とを相対移動させることで複数の有機層を連続成膜する装置および方法を提案している（例えば、特許文献１参照。）。

また、有機ＥＬ材料を蒸着する蒸着装置のライン型蒸発源では、基板上で有機ＥＬ材料を蒸着する範囲(画素)を制限する目的で、金属製の蒸着マスクが用いられる。このため、熱源にて加熱されたライン型蒸発源上部を蒸着マスクが通過すると加熱されたるつぼの上面（基板との対向面）から放射熱を受けて蒸着マスクの温度が上昇し膨張することになる。したがって、蒸着マスクの温度上昇が大きいと膨張率も大きくなり、有機ＥＬ材料を蒸着する範囲にずれを生じることになる。このためライン型蒸発源からの放射熱を抑えるために、反射板が用いられている。

特開２００３−１５７９７３号公報（特願２００２―１３３５３６号明細書、段落００２６−００３０、図１、２）

しかしながら、図４に示すように、放射阻止板１１５はるつぼ１１２の近傍に配置されることから高温にさらされる。したがって、放射阻止板１１５に対して水冷等の冷却を施す必要があるが、放射阻止板開口部１１６に蒸発した有機ＥＬ材料が放射阻止板１１６に当たって冷却され付着することによって、るつぼ１１２の孔１１４から飛散する有機ＥＬ材料の飛行の妨げになるという問題点がある。付着しない範囲まで放射阻止板開口部１１６を広げると、蒸着マスク（図示せず）に対向するるつぼ１１２表面の露出部分が広がってしまい放射熱を防止する効果が減少し、蒸着マスクに放射熱が伝わってしまうことになる。また、付着量が微量であっても、蒸着装置を長時間稼動させた場合には、有機ＥＬ材料が積層することになり、やはり飛散する有機ＥＬ材料の妨げになる。

本発明の蒸着装置は、蒸着マスクを介して被蒸着基板に蒸発させた蒸着材料を被着させる蒸着装置において、前記蒸着材料を収納しかつ蒸発させるるるつぼと、前記被蒸着基板と対向する前記るつぼ上部に突出した状態に形成された突出部と、前記るつぼ内部より前記被蒸着基板方向に向かって前記突出部に形成された孔と、前記突出部の周囲でかつ前記孔の射出側開口部と同じ高さもしくは前記孔の射出側開口部よりも低い位置に前記るつぼの上面と間隔を置いて設けられた放射阻止体とを備えることを最も主要な特徴とする。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、蒸着マスクを介して基板に有機材料を蒸発させ被着させる蒸着装置を用いて、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する有機膜を成膜する工程を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記蒸着装置は、前記蒸着材料を収納しかつ蒸発させるるつぼと、前記被蒸着基板と対向する前記るつぼ上部に突出した状態に形成された突出部と、前記るつぼ内部より前記被蒸着基板方向に向かって前記突出部に形成された孔と、前記突出部の周囲でかつ前記孔の射出側開口部と同じ高さもしくは前記孔の射出側開口部よりも低い位置に前記るつぼの上面と間隔を置いて設けられた放射阻止体とを備えることを最も主要な特徴とする。

上記蒸着装置では、るつぼ内で蒸発した蒸着材料を射出する孔をるつぼ上部に設けた突出部に形成することにより、放射阻止体を孔の射出側開口部と同じ高さもしくは孔の射出側開口部よりも低い位置に設けることができる。このため、蒸着中に放射阻止体への蒸着材料の付着という問題を解決することができる。これにより、放射阻止体の冷却が可能となり、蒸着マスクへの熱放射の影響を軽減することができ、マスクの温度上昇を抑えることが可能となる。これにより、蒸着マスクの熱膨張を抑えることができ、蒸発した蒸着材料の蒸着範囲のずれを的確に防止することが可能となるという利点がある。

上記有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法では、本発明の蒸着装置を用いて有機ＥＬ素子を構成する有機膜を成膜するため、蒸発させた蒸着材料の飛行を阻害することなく放射阻止体により蒸着マスクへの放射熱を防ぐことができるので、蒸着マスクの膨張を抑制することができる。よって、画素ずれを起こすことなく有機ＥＬ素子を構成する有機膜の成膜が可能になるので、設計値とおりの画素開口率が得られるようになり、それによって、有機ＥＬ表示装置の輝度を確保することができるようになるという利点がある。

蒸発源のるつぼから蒸着マスクへの放射熱の影響を軽減し、蒸着マスクの膨張を抑制することで精度の高い蒸着を行うという目的を、被蒸着基板に蒸着マスクを介して蒸発させた蒸着材料を被着させる蒸着装置において、蒸着材料を収納しかつ蒸発させるるつぼと、被蒸着基板と対向するるつぼ上部に突出した状態に形成された突出部と、るつぼ内部より被蒸着基板方向に向かって突出部に形成された孔と、突出部の周囲でかつ孔の射出側開口部と同じ高さもしくは孔の射出側開口部よりも低い位置にるつぼの上面と間隔を置いて設けられた放射阻止体とを備えることで実現した。

本発明の蒸着装置に係る第１実施例を、図１によって説明する。本実施例に係る蒸着装置は、主として有機ＥＬ素子の製造に適したもので、蒸発源が長尺状となっているライン型蒸発源を用い、このライン型蒸発源と蒸着対象となる基板とを相対移動させなが成膜を行うものである。図１（１）は本実施例に係る蒸着装置の主要部を示す模式的斜視図であり、（２）蒸発源の構造を示す概略構成断面図である。

図１（１）に示すように、蒸着源１１が備えられている。この蒸発源１１は一例としていわゆるライン型蒸発源となっている。この蒸発源１１の詳細は後に説明する。上記蒸発源１１の上方には蒸着マスク３１を介して被蒸着基板５１は設置されている。この被蒸着基板５１は例えばガラス基板であり、一例として有機ＥＬ材料が真空蒸着される。この蒸着装置では、被蒸着基板５１の被蒸着箇所が蒸発源１１より蒸発された蒸着材料が飛散する領域を通過するように、蒸発源１１と被蒸着基板５１との相対位置を可変させる図示はしない移動装置が備えられている。この移動装置により被蒸着基板５１および被蒸着基板５１に密着した蒸着マスク３１を矢印ア方向に移動させながら、蒸発源１１から被蒸着基板５１の被蒸着面に向けて有機材料を蒸発させ被膜形成を行う。なお、被蒸着基板５１および蒸着マスク３１を固定しておき、図示はしない移動装置により蒸発源１１を移動させてもよい。

次に、本実施例に係る蒸着装置の蒸発源の構造を図１（２）によって詳細に説明する。図１（２）に示すように、蒸着材料７１を収納しかつ蒸発させるるつぼ１２が備えられている。るつぼ１２は、例えばカーボン、チタン、タンタルなどの熱放射効率のよい素材で構成され、蒸発材料７１を入れるための耐熱性の容器であり、被蒸着基板面５１に沿って、かつ移動装置による相対位置の可変方向と直交する方向がるつぼの長手方向となるように形成されている。このるつぼ１２の下部には、るつぼ１２を加熱して蒸発材料７１を蒸発させるための熱源２１が設置されている。この熱源２１は、例えば電熱線で構成されたヒータであり、温度測定器および温度制御器により温度制御が可能となっている。

上記るつぼ１２には、上記被蒸着基板５１と対向するるつぼ上部に突出した状態に突出部１３が、例えばるつぼの長手方向に複数形成されている。この突出部１３の外形状は例えば円柱形状、円錐台形状、角錐台形状等、るつぼ上面１２ｕより突出していればよい。この突出高さは、後に詳述する放射阻止体１５を設けた際に放射阻止体１５上面と同等の高さもしくは高くなるようになっていればよい。突出部１３の高さはるつぼ上面１２ｕより例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。この突出部１３には、るつぼ内部より被蒸着基板５１方向に向かって段階的に先細りとなる形状を有する孔１４が形成されている。したがって、るつぼ１２は、孔１４を除いて内部は密閉された構造となっている。

また、上記突出部１３の周囲でかつ孔１４の射出側開口部１４ａと同じ高さもしくは射出側開口部１４ａよりも低い位置に、上記るつぼ上面１２ｕと間隔ｄを置いて放射阻止体１５が設けられている。この放射阻止体１５は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等の金属材料から構成される板状のものであり、るつぼ１２の材料より熱反射効率の高い材料から成る。この放射阻止体１５は、熱反射効率を高めるため、るつぼ１２側が鏡面に加工されていることが好ましい。また、板状に形成されている放射阻止体１５の強度を補強するリブ（図示せず）を放射阻止体１５に形成してもよい。

なお、上記実施例ではるつぼ１２の上方に一枚の放射阻止体１５を設けているが、複数枚の放射阻止体１５を層構造に配設することもできる。例えば、複数枚の放射阻止体１５は間隔を空けて層構造に配設することができる。このように、複数枚の放射阻止体１５を層構造に配設することで、より効率よくるつぼ１２の放射熱を遮断するようにしてもよい。

上記蒸着装置では、放射阻止体１５が、突出部１３の周囲でかつ孔１４の射出側開口部１４ａと同じ高さもしくは孔１４の射出側開口部１４ａよりも低い位置にるつぼ上面１２ｕと間隔ｄを置いて設けられていることから、孔１４から射出される蒸着材料７１は放射阻止体１５に付着することなく被蒸着基板５１方向（矢印イ方向）に飛行することができる。また、冷却装置により被蒸着基板５１がるつぼ１２より低い温度に冷却されたとしても、孔１４から出射された蒸発された蒸着材料７１は放射阻止体１５の開口部１５ａの縁に接触することなく被蒸着基板５１方向に飛行するので、放射阻止体１５への蒸着材料７１の付着を防止することができるようになる。

また、蒸着マスク３１に対するるつぼ１２表面の露出部分が少なくなるので、るつぼ１２から蒸着マスク３１への放射熱をより多く遮断できるようになる。つまり、放射阻止体１５は、被蒸着基板５１側からるつぼ１２を見た場合、孔１４が形成される突出部１３を除くるつぼ１２上部を覆う状態となり、被蒸着基板５１側から見たるつぼ１２の露出を最小限の状態としている。したがって、るつぼ１２からの放射熱は放射阻止体１５によって遮蔽され、蒸着マスク３１への悪影響が防止できる。

またるつぼ１２内より蒸発させた蒸着材料７１を射出する孔１４が、るつぼ１２内部より被蒸着基板５１方向に向かって段階的に先細りとなる形状を有することから、るつぼ１２内で蒸発させた蒸着材料７１が孔１４の射出側開口部１４ａに向かって飛散する際の妨げにならない。

また、上記蒸着装置１においては、図２に示すように、放射阻止体１５に冷却装置７１を設けることが好ましい。なお、この図面で示した放射阻止体１５の断面は、Ｌ字型であるが、Ｔ字型であってもよい。図面では放射阻止体１５を効率良く冷却するために、放射阻止体１５の両側に冷却体７２を設けた一例を示した。

上記冷却装置７１の基本構成としては、例えば、放射阻止体１５接触した状態設けられた冷却体７２と冷媒送給装置７３とからなる。また冷却体７２の温度を制御する温度制御部（図示せず）を設けてもよい。冷却体７１は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属材料からなり、その内部には冷媒を循環させる流路が形成されているものである。冷媒送給装置７３により流路内に送給される冷媒には、例えば冷水もしくは冷却気体（炭酸ガス、窒素ガス等）を用いることができる。上記冷媒送給装置７３により冷却体７２内に設けた流路内に冷媒を流すことにより、放射阻止体１５の温度をるつぼ１２の温度より低い温度とすることで、るつぼ１２から蒸着マスク３１への熱放射の影響がさらに軽減できるようになる。

次に、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法に係る実施例を、蒸着装置の動作と併せて以下に説明する。

前記図１に示すように、蒸発源１１は温度制御されながら熱源２１により加熱されることにより、るつぼ１２内の蒸着材料７１（例えば有機ＥＬ材料）が溶融して蒸発し、孔１４を通り、上方に向けて出射される。そして被蒸着基板５１の被蒸着面上に被着する。その際、蒸発源（ライン型蒸発源）１１上方の被蒸着基板５１は所定方向に移動され、蒸発源１１の上方を通過する被蒸着基板５１の被蒸着面上に蒸着マスク３１の開口部形状を転写するように有機ＥＬの薄膜が形成される。

ここで、るつぼ１２は熱源２１により高温に加熱されている。蒸着マスク３１がるつぼ１２上方を通過すると、るつぼ１２から放射熱を受けて蒸着マスク３１は過熱されて膨張することになる。そこで、るつぼ１２の材料よりも熱反射効率の高い材料から成る放射阻止体１５を上記説明したようにるつぼ１２上方に配設しておくことで、るつぼ１２から蒸着マスク３１への熱放射の影響を軽減できるようにしている。

上記有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法では、本発明の蒸着装置を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する有機膜を成膜するため、蒸発させた蒸着材料７１の飛行を阻害することなく放射阻止体１５により蒸着マスク３１への放射熱を防ぐことができるので、蒸着マスク３１の膨張を抑制することができる。よって、画素ずれを起こすことなく有機ＥＬ膜の成膜が可能になるので、設計値とおりの画素開口率が得られるようになり、それによって、有機ＥＬ表示装置の輝度を確保することができるようになる。

次に、本発明の蒸着装置に係る第２実施例を、図３の概略構成断面図により説明する。図３では、蒸着装置の蒸着源を示す。

図３（１）、（２）、（３）および（４）に示すように、蒸着材料７１を収納しかつ蒸発させるるつぼ１２が備えられている。るつぼ１２は、例えばカーボン、チタン、タンタルなどの熱放射効率のよい素材で構成され、蒸発材料７１を入れるための耐熱性の容器である。このるつぼ１２の下部には、るつぼ１２を加熱して蒸発材料７１を蒸発させるための熱源２１が設置されている。この熱源２１は、例えば電熱線で構成されたヒータであり、温度測定器および温度制御器により温度制御が可能となっている。

上記るつぼ１２には、上記被蒸着基板５１と対向するるつぼ上部に突出した状態に突出部１３が形成されている。この突出部１３の外形状は例えば円柱形状、円錐台形状、角錐台形状等、るつぼ上面１２ｕより突出していればよい。この突出高さは、後に詳述する放射阻止体１５を設けた際に放射阻止体１５上面と同等の高さもしくは高くなるようになっていればよい。突出部１３の高さはるつぼ上面１２ｕより例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。（１）に示す突出部１３には、るつぼ１２内部より被蒸着基板方向に向かって段階的で一部連続的に先細りとなる形状を有する孔１４が形成されている。（２）に示す突出部１３には、るつぼ１２内部より被蒸着基板方向に向かって連続的に先細りとなる形状を有する孔１４が形成されている。（３）に示す外形状が円錐台形状の突出部１３には、るつぼ１２内部より被蒸着基板方向に向かって直線的に先細りとなる形状を有する孔１４が形成されている。または（４）に示す外形状が円柱形状の突出部１３には、るつぼ１２内部より被蒸着基板方向に向かって孔１４が直線的に形成されていてもよい。したがって、るつぼ１２は、孔１４を除いて内部は密閉された構造となっている。連続的に先細りになる部分は曲面で形成されてもいくつかの平面で形成されていてもよい。すなわち、その形状は、蒸発した蒸着材料７１が孔１４の内部に付着することなく、孔１４の射出側開口部１４ａに円滑に導かれる形状であればよい。

また、上記突出部１３の周囲でかつ孔１４の射出側開口部１４ａと同じ高さもしくは射出側開口部１４ａよりも低い位置に、上記るつぼ上面１２ｕと間隔ｄを置いて放射阻止体１５が設けられている。この放射阻止体１５は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等の金属材料から構成される板状のものであり、るつぼ１２の材料より熱反射効率の高い材料から成る。この放射阻止体１５は、熱反射効率を高めるため、るつぼ１２側が鏡面に加工されていることが好ましい。また、板状に形成されている放射阻止体１５の強度を補強するリブを放射阻止体１５に形成してもよい。

なお、上記第２実施例は、るつぼ１２の上方に一枚の放射阻止体１５を設けているが、複数枚の放射阻止体１５を層構造に配設することもできる。例えば、複数枚の放射阻止体１５は間隔を空けて層構造に配設することができる。このように、複数枚の放射阻止体１５を層構造に配設することで、より効率よくるつぼ１２の放射熱を遮断するようにしてもよい。

上記図３によって説明した蒸着装置では、前記図１（２）によって説明した蒸着装置１と同様なる作用、効果が得られるとともに、孔１４をるつぼ１２内部より被蒸着基板５１方向に向かって段階的で一部連続的もしくは連続的に先細りとなる形状に形成したことから、前記図１（２）によって説明した蒸着装置１の孔１４よりも蒸発した蒸着材料７１が孔１４の射出側開口部１４ａに向かって円滑に飛散することができる。そのため、蒸発した蒸着材料７１の分布がより均一になる。また、図３（２）、（３）、（４）に示した突出部１３の形状では、突出部１３の先端開口部の厚みを最小の厚みで形成することができるので、放射阻止体１５側に露出される突出部１３の先端開口部の面積は最小となり、突出部１３自体からの輻射熱量を微量の抑えることが可能となるので、蒸着マスク温度の上昇を抑制することができる。よって、蒸着マスクの熱膨張が低減され、蒸着位置ズレの発生を抑制することができる。

また、上記蒸着装置は、一例として、インライン方式の有機ＥＬ蒸着システムに組み込むことが可能である。さらに、本実施例で説明した蒸着装置は、他の素子、他の材料から成る膜を製造する場合であっても適用可能である。また、上記実施例では、長尺状のライン型蒸発源についての例を示したが、これ以外の蒸発源についても、突出部と放射阻止体の構造および孔の構造を適用することが可能である。

本発明の蒸着装置および有機ＥＬ素子の製造方法は、有機ＥＬ素子以外の素子、他の材料から成る膜を製造する場合であっても適用することが可能である。

本発明の蒸着装置に係る第１実施例を示す図面であり、図１（１）は本実施例に係る蒸着装置の主要部を示す模式的斜視図であり、（２）蒸発源の構造を示す概略構成断面図である。冷却装置の実施例を示す概略構成図である。本発明の蒸着装置に係る第２実施例を示す概略構成断面図である。従来の蒸着装置の蒸着源を示す概略構成断面図である。

符号の説明

１…蒸着装置、１２…るつぼ、１３…突出部、１４…孔、１４ａ…射出側開口部、１５…放射阻止体、３１…蒸着マスク

Claims

被蒸着基板に蒸着マスクを介して蒸発させた蒸着材料を被着させる蒸着装置において、
前記蒸着材料を収納しかつ蒸発させるるつぼと、
前記被蒸着基板と対向する前記るつぼ上部に突出した状態に形成された突出部と、
前記るつぼ内部より前記被蒸着基板方向に向かって前記突出部に形成された孔と、
前記突出部の周囲でかつ前記孔の射出側開口部と同じ高さもしくは前記孔の射出側開口部よりも低い位置に前記るつぼの上面と間隔を置いて設けられた放射阻止体と
を備えることを特徴とする蒸着装置。
前記放射阻止体は、金属からなる板状体で構成され、
前記放射阻止体を冷却する冷却装置を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記放射阻止体は複数枚を層構造に配設したものから成る
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記孔は、前記るつぼ内部より前記被蒸着基板方向に向かって先細りとなる形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記被蒸着基板の被蒸着箇所が前記るつぼより蒸発された蒸着材料が飛散する領域を通過するように、前記るつぼと前記被蒸着基板との相対位置を可変させる移動装置を備えており、
前記るつぼは、前記被蒸着基板面に沿って、かつ前記移動装置による相対位置の可変方向と直交する方向がるつぼの長手方向となるように形成され、
前記孔は前記るつぼの長手方向に複数配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
蒸着マスクを介して基板に有機材料を蒸発させ被着させる蒸着装置を用いて、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する有機膜を成膜する工程を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記蒸着装置は、
前記蒸着材料を収納しかつ蒸発させるるつぼと、
前記被蒸着基板と対向する前記るつぼ上部に突出した状態に形成された突出部と、
前記るつぼ内部より前記被蒸着基板方向に向かって前記突出部に形成された孔と、
前記突出部の周囲でかつ前記孔の射出側開口部と同じ高さもしくは前記孔の射出側開口部よりも低い位置に前記るつぼの上面と間隔を置いて設けられた放射阻止体と
を備える
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。