JP2005032464A

JP2005032464A - 成膜装置、成膜方法、有機ｅｌ素子及び有機ｅｌの製造方法

Info

Publication number: JP2005032464A
Application number: JP2003193268A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Tan; 博樹丹; Shigehiro Umetsu; 茂裕梅津
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03
Also published as: CN1578548A

Abstract

【課題】比較的大面積の基板に対する成膜を行うに当たって、良好なパターン形成精度或いは膜厚の均一性が得られる成膜を可能にする。
【解決手段】成膜対象の基板１に対して、直線状に配列された複数の成膜セル２０ａを少なくとも有する線状配列成膜源２０を備え、その配列の方向と交差する方向（矢印方向）に線状配列成膜源２０と基板１の一方又は両方を移動させながら基板１上への成膜を行うものであり、この線状配列成膜源２０は、直線状の配列方向に沿って隣接する成膜セル２０ａ間の配列ピッチｐに対して、各成膜セル２０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍが狭くなるように成膜セル２０ａが配置されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置、成膜方法、その成膜装置又は成膜方法によって形成された有機ＥＬ素子、その成膜装置又は成膜方法を用いた有機ＥＬの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸着、スパッタリング等の成膜手段では、通常単一の固定された成膜源を用いているが、比較的大面積の基板に対しては、成膜源の規模を大きくするか或いは基板と成膜源との距離を離すことで成膜領域を広げる必要があり、これによると、成膜装置が大型化してしまう不都合が生じると共に、成膜のパターン形成精度が低下してしまうという不具合が生じる。
【０００３】
近年、自発光型の薄型表示素子或いは面発光源としてディスプレイや照明の分野で注目されている有機ＥＬ素子は、基板上に下部電極を形成し、その上に有機化合物からなる有機機能層の薄膜を形成し、更にその上に上部電極を形成する基本構造を有しているが、この有機機能層の形成するための成膜工程は真空蒸着によってなされることが多い。この有機ＥＬの製造において、基板の大面積化に対応すべく蒸着源の規模を大きくすると、前述した問題に加えて、有機化合物材料は熱伝達性が良くないことから、蒸着流に発生むらが生じて均一な蒸着膜を得ることができず、有機機能層の機能性を損ねてしまうという問題が生じる。
【０００４】
これに対処するために、下記特許文献１に記載されるような従来技術が提案されている。この従来技術では、図１（ａ）に示すように、基板１に対して、長手方向に複数個の蒸着セル２ａを設けた蒸着源２を設置し、この蒸着源２を蒸着源の長手方向と垂直な方向（矢印方向）に移動させることで基板１上に薄膜Ｍを成膜している。これによると、大面積基板の成膜に際して、複数の蒸着セル２ａを個別に温度管理できるので蒸着流の発生むらを解消することができると共に、基板１と蒸着源２との間を近づけることができるので成膜パターンの形成精度が低下することもない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４７９５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来技術では、個々の蒸着セルが配列ピッチｐの間隔で配置されており、それぞれの蒸着セルが移動方向に垂直な所定の成膜領域を担うことになるので、前述の配列ピッチｐに応じて隣り合う蒸着セルの成膜領域に重なりが生じ、これによって、配列ピッチｐに応じて薄膜Ｍの膜厚に凹凸の分布が形成されてしまうという問題が生じる。
【０００７】
これを解消するためには、配列ピッチｐを極力小さくすればよいが、蒸着セルのセル幅によって決まる配列ピッチｐを小さくするには極小の蒸着セルを多数配列する必要があり、各セルの温度管理が煩雑になる。更に、蒸着セルの小型化にも限界があり、また、蒸着セルを小型化すると、それに伴って成膜材料の補充を頻繁に行わなければならない不都合が生じ、成膜の作業性が悪化するという問題が生じる。
【０００８】
そして、このような凹凸の膜厚分布が形成されると、例えば有機ＥＬ素子の有機機能層の形成においては、パターン化された発光領域毎に有機機能層の層厚にばらつきが生じることになり、均一な発光性能或いは色バランスを得ることができなくなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、比較的大面積の基板に対する成膜を行うに当たって、良好なパターン形成精度或いは膜厚の均一性が得られる成膜を可能にすること、更には、比較的大面積基板の有機ＥＬ素子を形成するに当たって、均一な発光性能或いは色バランスを確保することが本発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
【００１１】
［請求項１］直線状に配列された複数の成膜セルを少なくとも有する線状配列成膜源を備え、該配列の方向と交差する方向に前記線状配列成膜源と基板の一方又は両方を移動させながら前記基板上への成膜を行う成膜装置であって、前記直線状の配列方向に沿って隣接する前記成膜セル間の配列ピッチに対して、前記各成膜セルの移動軌跡ピッチが狭くなるように、前記線状配列成膜源の成膜セルを配置したことを特徴とする成膜装置。
【００１２】
［請求項６］直線状に配列された複数の成膜セルを少なくとも有する線状配列成膜源を備え、該配列の方向と交差する方向に前記線状配列成膜源と基板の一方又は両方を移動させながら前記基板上への成膜を行う成膜方法であって、前記直線状の配列方向に沿って隣接する前記成膜セル間の配列ピッチに対して、前記各成膜セルの移動軌跡ピッチを狭くすることを特徴とする成膜方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図２，３は本発明の一実施形態に係る成膜装置及び成膜方法を示す説明図である。本発明の実施形態に係る成膜装置又は成膜方法は、一つの実施形態としては、成膜対象の基板１に対して、直線状に配列された複数の成膜セル２０ａを少なくとも有する線状配列成膜源２０を備え、その配列の方向と交差する方向（矢印方向）に線状配列成膜源２０を移動させながら基板１上への成膜を行うものであり、この線状配列成膜源２０は、直線状の配列方向に沿って隣接する成膜セル２０ａ間の配列ピッチｐに対して、各成膜セル２０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍが狭くなるように成膜セル２０ａが配置されている。また、他の実施形態としては、移動軌跡ピッチｐ_ｍを可変に調整する調整手段を有している。ここでいう成膜セル２０ａとは、一定範囲の成膜領域を有する単位成膜源であって、成膜手段の種類は、蒸着、スパッタリング、塗布等の全てを含むものである。また、移動軌跡ピッチｐ_ｍとは各成膜セル２０ａの中心が描く移動軌跡の間隔を指している。ここで、線状配列成膜源２０の移動は基板１に対する相対的なものでよく、基板１を固定させて線状配列成膜源２０自体が移動してもよいし、線状配列成膜源２０を固定させて基板１を移動させてもよい。また、両者を相互に移動させてもよい。
【００１４】
更に具体的な実施形態としては、図２に示すように、線状配列成膜源２０は一列に配列された成膜セル２０ａを有し、この配列を線状配列成膜源２０の移動方向に対して斜めに配置することで、直線状の配列方向に沿って隣接する成膜セル２０ａ間の配列ピッチｐに対して、各成膜セル２０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍが狭くなるように設定する。すなわち、この実施形態では、線状配列成膜源２０の移動方向軸ａ_１と垂直な軸ａ_２に対して、線状配列成膜源２０の配列方向軸ｂを角度θだけ傾斜配置しており、これによって移動軌跡ピッチｐ_ｍ＝ｐ・ｃｏｓθ（０＜θ＜９０°）の関係にしている。また、この傾斜角度θを変更することで、移動軌跡ピッチｐ_ｍを可変に調整できるようにしている。傾斜角度θの変更範囲としては、１５°〜４５°の範囲が有効である。図示の例では、直線状の線状配列成膜源２０としているが、これに限らず、くの字状に成膜セル２０ａを並べたものであっても良い。
【００１５】
また、別の実施形態としては、図３に示すように、線状配列成膜源２０は、複数列に配列された成膜セル２０ａが千鳥状に配列されていることにより、直線状の配列方向に沿って隣接する成膜セル２０ａ間の配列ピッチｐに対して、各成膜セル２０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍが狭くなるように設定している。すなわち、線状配列成膜源２０の一つの列２１に配列された成膜セル２０ａの間に、他の列２２に配列された成膜セル２０ａが位置するように、各成膜セル２０ａが配置されている。また、列２１と列２２の配置関係をスライド自在にすることで、移動軌跡ピッチｐ_ｍを可変に調整できるようにしている。
【００１６】
前述した実施形態における成膜セル２０ａの形態例としては、図４に示すように、矩形のセルを直線状に配列したもの（同図（ａ））、円形のセルを直線状に配列したもの（同図（ｂ））、六角形のセルを直線状に配列したもの（同図（ｃ））、三角形のセルを向きを交互に変えて直線状に配列したもの（同図（ｄ））等、各種のものが採用できる。
【００１７】
このような実施形態の成膜装置或いは成膜方法によると、成膜セル２０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍは成膜セル２０ａのセル幅とは無関係に充分に狭くすることができる。したがって、この移動軌跡ピッチｐ_ｍに応じて形成される膜厚分布のピッチを狭めることができ、膜厚を均一化することができる。また、移動軌跡ピッチｐ_ｍを可変に調整できるようにしているので、膜厚分布の精度を必要に応じて調整することができる。そして、セル幅が膜厚分布に影響しないので、成膜セルの容量を大きくすることができ、連続稼働時間を延ばすことができる。これによって更に大型の基板に対しても効率よく成膜することができる。
【００１８】
【実施例】
以下に、前述した成膜セル２０ａを蒸着源とした蒸着装置或いは蒸着方法の例を示すと共に、これを用いた有機ＥＬ素子の製造方法、それによって製造された有機ＥＬ素子を示し、本発明の実施例とする。
【００１９】
図５は、前述した成膜セル２０ａに対応する単位蒸着源（以下、蒸着セルという。）の一例を示す説明図である。蒸着セル３０ａは、有機化合物を蒸着材料３１とし、この蒸着材料３１を収容する坩堝と呼ばれる容器３２とこの容器３２内の蒸着材料３１を加熱する加熱手段３３を備えるものであり、更には必要に応じて、容器３２の外側に配置された均熱部材３４、加熱手段３３の外側に設けられる断熱層３５、加熱手段３３の温度制御を行うための熱電対３６とを備える。ここで均熱部材３４は、加熱手段３３からの熱を容器３２に対して均一に且つ効率的に伝達するためのもので、ＳＵＳ，Ｃｕ等の材料によって形成される。
【００２０】
蒸着セル３０ａの容器３２と加熱手段３３は、例示すると、チタン（Ｔｉ），アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），ベリリア（ＢｅＯ）等の高融点酸化物で形成された円筒状の容器に対して、タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）等の高融点金属のフィラメントや加熱用コイルを外周に直接又は間接的に巻き付けて通電する高周波加熱法を採用することができるが、これに限らず、容器３２をタンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），ＳＵＳ，チタン（Ｔｉ）等の高融点金属、もしくはその酸化物、窒化物、合金等で形成して、加熱手段として抵抗加熱手段を用いることもできる。また、レーザ加熱法、電子ビーム加熱法等を採用しても良い。また、必要に応じて、容器３２内に撹拌手段を設けても良い。
【００２１】
このような蒸着セル３０ａを直線状に並べて、図６に示すような線状配列蒸着源３０を形成する。図示の場合は、円柱状の蒸着セル３０ａを採用している。この場合直径ｄは２〜１０ｃｍ、好ましくは３〜８ｃｍがよく、高さＴは４〜２０ｃｍ、好ましくは１０〜１８ｃｍがよい。蒸着セル３０ａの形態はこれに限らず、図４に示したような各種の形態を採用することができる。また、蒸着材料の指向性を高めるために、蒸着セル３０ａ上にスリットや孔の開いたキャップを被せてたり、整流部を設けることもできる。線状配列蒸着源３０を用いることで、熱伝達性が良くない有機化合物からなる蒸着材料を個々の蒸着セル３０ａで個別に加熱できるので、大面積の基板を蒸着する場合にも均一な蒸着流による成膜が可能になる。
【００２２】
そして、本発明の実施形態における線状配列成膜源２０として実施例の線状配列蒸着源３０を採用すると、蒸着セル３０ａの移動軌跡ピッチｐ_ｍは蒸着セル３０ａのセル幅とは無関係に充分に狭くすることができる。したがって、この移動軌跡ピッチｐ_ｍに応じて形成される膜厚分布のピッチを狭めることができ、蒸着膜厚を均一化することができる。また、移動軌跡ピッチｐ_ｍを可変に調整できるようにしているので、蒸着膜厚分布の精度を必要に応じて調整することができる。そして、セル幅が蒸着膜厚分布に影響しないので、個々の蒸着セル３０ａの容量を大きくすることができ、連続稼働時間を延ばすことができる。これによって大型の基板に対しても効率よく蒸着することができる。
【００２３】
このような実施例の蒸着装置又は蒸着方法は、有機ＥＬ素子の製造に有効であり、特に大面積基板からなる有機ＥＬ素子の製造に有効である。有機ＥＬ素子の製造方法は、基板上に下部電極を形成し、この下部電極上に少なくとも発光機能層を備えた有機機能層を形成し、この有機機能層の上に上部電極を形成するものであるが、本発明の実施例においては、有機機能層の成膜を前述の蒸着装置又は蒸着方法によって行うものであって、有機機能層の少なくとも一層が、線状配列蒸着源３０からの真空蒸着によって成膜される。有機機能層のパターンを形成するには、必要に応じて基板上にマスクが配置され、所望パターンの有機機能層がマスク蒸着によって形成される。
【００２４】
このような製造方法によって製造される有機ＥＬ素子は、前述した線状配列蒸着源３０からの蒸着流によって成膜された有機機能層を少なくとも一層備え、この有機機能層が一対の電極間に挟持されて基板上に形成されていることを特徴とするものである。有機ＥＬ素子の有機機能層の構造は、下部電極を陽極、上部電極を陰極とした場合には、正孔輸送層／発光層／電子輸送層の構成が一般的であるが、発光層，正孔輸送層，電子輸送層はそれぞれ１層だけでなく複数層積層して設けてもよく、正孔輸送層，電子輸送層についてはどちらかの層を省略しても、両方の層を省略して発光層のみにしても構わない。また、有機機能層としては、正孔注入層，電子注入層，正孔障壁層，電子障壁層等の有機層を用途に応じて挿入することができる。また、有機発光機能層を電子輸送層／発光層／正孔輸送層として、下部電極を陰極、上部電極を陽極にすることもできる。
【００２５】
本発明の実施例として採用できる有機機能層材料の例を以下に示すが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２６】
正孔輸送層としては、正孔移動度が高い機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。具体例としては、銅フタロシアニン等のポルフィリン化合物、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ビフェニル（ＮＰＢ）等の芳香族第三アミン、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベンゼン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体、スチリルアミン化合物等の有機材料が用いられる。また、ポリカーボネート等の高分子中に低分子の正孔輸送用の有機材料を分散させた、高分子分散系の材料も使用できる。
【００２７】
発光層は、公知の発光材料が使用可能であり、具体例としては、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）等の芳香族ジメチリディン化合物、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体、アントラキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料、（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ_３）等の蛍光性有機金属化合物、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリフルオレン系、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）系等の高分子材料、白金錯体やイリジウム錯体等の三重項励起子からのりん光を発光に利用できる有機材料（特表２００１−５２０４５０）を使用できる。上述したような発光材料のみから構成したものでもよいし、正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤（ドナー、アクセプター等）または発光性ドーパント等が含有されてもよい。また、これらが高分子材料又は無機材料中に分散されてもよい。
【００２８】
電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。具体例としては、ニトロ置換フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体等の有機材料、８−キノリノール誘導体の金属錯体、メタルフタロシアニン等が使用できる。
【００２９】
このような実施例によると、大面積基板に形成される有機ＥＬ素子であっても、熱伝達性の良くない有機化合物材料からなる各有機機能層を均一に成膜することができる。また、大きな蒸着セル３０ａを採用しても成膜精度に影響なく均一な有機機能層を形成することができる。したがって、有機ＥＬ素子特性の内面のばらつき、例えばパターン毎の発光特性のばらつきやカラー表示を行うものでは色バランスの不具合を低減させることができ、高品質の有機ＥＬ素子を得ることができる。更には、蒸着セル３０ａの容量を増やしても前述の効果に影響がないので、前述の効果を享受しながら成膜の連続稼働時間を引き延ばすことが可能になり、有機ＥＬパネルの生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置及び成膜方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置及び成膜方法を説明する説明図である。
【図４】実施形態における成膜セルの形態例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例における蒸着セルを示す説明図である。
【図６】本発明の実施例における線状配列蒸着源を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
２，２０線状配列成膜源
２ａ，２０ａ成膜セル
３０線状配列蒸着源
３０ａ蒸着セル（単位蒸着源）

Claims

直線状に配列された複数の成膜セルを少なくとも有する線状配列成膜源を備え、該配列の方向と交差する方向に前記線状配列成膜源と基板の一方又は両方を移動させながら前記基板上への成膜を行う成膜装置であって、
前記直線状の配列方向に沿って隣接する前記成膜セル間の配列ピッチに対して、前記各成膜セルの移動軌跡ピッチが狭くなるように、前記線状配列成膜源の成膜セルを配置したことを特徴とする成膜装置。
前記移動軌跡ピッチを可変に調整する調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載された成膜装置。
前記線状配列成膜源は一列に配列された成膜セルを有し、この配列を前記線状配列成膜源の移動方向に対して斜めに配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載された成膜装置。
前記線状配列成膜源は、複数列に配列された成膜セルが千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された成膜装置。
前記成膜セルは、有機化合物を蒸着材料とし、該蒸着材料を収容する容器と該容器内の前記蒸着材料を加熱する加熱手段を備える単位蒸着源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された成膜装置。
直線状に配列された複数の成膜セルを少なくとも有する線状配列成膜源を備え、該配列の方向と交差する方向に前記線状配列成膜源と基板の一方又は両方を移動させながら前記基板上への成膜を行う成膜方法であって、
前記直線状の配列方向に沿って隣接する前記成膜セル間の配列ピッチに対して、前記各成膜セルの移動軌跡ピッチを狭くすることを特徴とする成膜方法。
前記移動軌跡ピッチを可変に調整することを特徴とする請求項６に記載された成膜方法。
前記線状配列成膜源は一列に配列された成膜セルを有し、この配列を前記線状配列成膜源の移動方向に対して斜めに配置したことを特徴とする請求項６又は７に記載された成膜方法。
前記線状配列成膜源は、複数列に配列された成膜セルが千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載された成膜方法。
前記成膜セルは、有機化合物を蒸着材料とし、該蒸着材料を収容する容器と該容器内の前記蒸着材料を加熱する加熱手段を備える単位蒸着源であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載された成膜方法。
請求項１〜５のいずれかに記載された成膜装置又は請求項６〜１０のいずれかに記載された成膜方法によって成膜された有機機能層を少なくとも一層備え、該有機機能層が一対の電極間に挟持されて基板上に形成されることを特徴とする有機ＥＬ素子。
請求項１〜５のいずれかに記載された成膜装置又は請求項６〜１０のいずれかに記載された成膜方法によって、一対の電極間に挟持される有機機能層の少なくとも一層を形成することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。