JP2005149767A - 薄膜形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合であっても、マスクを用いることなく所定の部分に、厚さが均一な薄膜を形成することができる薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】 薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、薄膜形成方法に関する。
従来から、様々な分野において、ある基板上の所定の部分(つまり、薄膜を形成したい部分)に薄膜を形成することが行われており、その方法としても、印刷法やマスクを用いたスプレー法、さらにはスピンコート法など、多種多様な方法が開発されている。
例えば、有機EL素子においては、リーク電流の発生を防止するために、画素部分(透明電極上)に高分子正孔注入層を形成することが検討されている(非特許文献1)。
月刊ディスプレイ 2003年9月号 p18〜21
しかしながら、例えば、前記の有機EL素子における画素部分に印刷法やマスクを用いたスプレー法等によって高分子正孔注入層を形成しようとした場合には、高分子正孔注入層を形成したい部分、つまり画素部分のみに薄膜を形成することは比較的容易であるが、形成された膜の厚さを均一にすることが困難であり、また、マスクを用いた場合には、当該マスクを取り去る際にゴミが発生するといった問題が生じてしまう。
一方、スピンコート法によって高分子正孔注入層を形成しようとした場合には、膜厚を均一に形成することは比較的容易であるが、画素部分にのみ成膜することは非常に困難である。
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、有機EL素子における高分子正孔注入層のように、薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合であっても、マスク等を用いることなく所定の部分に、厚さが均一な薄膜を形成することができる薄膜形成方法を提供することを課題の一例とする。
上記課題を解決するための、請求項1に記載の発明は、薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合における薄膜形成方法であって、当該方法は、薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする、濡れ性制御工程を有することを特徴とする。
以下に、本願の薄膜形成方法について、さらに具体的に説明する。
本願の薄膜形成方法は、薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合に特に有効な薄膜形成方法であって、薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする、濡れ性制御工程を有することを特徴とする。
このような薄膜形成方法によれば、濡れ性制御工程を有することで、薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合であっても、薄膜を形成しない部分表面は、その濡れ性が他の部分(つまり、薄膜を形成する部分)よりも低くなっているので、これらの部分を区別することなくその全体に薄膜材料を塗布しても、当該部分に塗布された薄膜材料は、自然と弾かれて薄膜を形成する部分へ移動するか、スピンコートの場合は、薄膜を形成しない部分の外に弾かれることとなり、その結果、薄膜材料を塗布する際にマスクを用いる必要がない。また、薄膜材料を塗布する際には、塗布する部分を区別することなく適当に塗布すればよいので、塗布効率を向上することができ、また、均一に塗布することも可能となる。
以下、本願の薄膜形成方法について、有機EL素子を製造する場合を例に挙げて説明する。
図1(a)は、有機EL素子の概略正面図であり、(b)は、(a)に示す有機EL素子10の概略断面図である。図1に示すように、有機EL素子10は、基板11上に、複数の薄層が積層されてなる画素部分12が形成された構造を呈しており、画素部分12の周囲には引き出し電極13’、18’が配置されている。なお、有機EL素子10における画素部分12とは、基板11側から順に積層された透明電極(陽極)13、高分子正孔注入層14、正孔輸送層15、発光層16、電子輸送層17、および電極(陰極)18、等の画像を形成する部分の総称である。以下の説明は、有機EL素子10の画素部分の中でも特に、透明電極上に高分子正孔注入層を形成する場合について説明をする。つまり、本願の薄膜形成方法を用いて、有機EL素子10の画素部分12に、高分子正孔注入層14(つまり薄膜)を形成する場合においては、その透明電極13上が「薄膜を形成する部分」となり、基板11(引き出し電極13’を含む)などの透明電極13以外の部分が「薄膜を形成しない部分」となる。
図2は、本願の方法を、図1に示すような有機EL素子10の高分子正孔注入層14を形成する場合に用いた場合の工程を説明するためのフローチャート図である。
図2に示すように、まず透明基板11に透明電極(陽極)13、および引き出し電極13’を形成するための陽極パターンニング工程が行われる。なお、このパターンニング工程については、本発明の薄膜形成方法は特に限定することはなく、従来公知の方法を任意に採用することができる。
次に、前記陽極パターンニング工程によって透明基板11上に形成された透明電極13に対して、濡れ性制御工程S1を行う。
この濡れ性制御工程S1は、後述する薄膜材料塗布工程S2において、高分子正孔注入層形成材料を透明電極13がすでに形成された透明基板11表面全体に塗布した際に、高分子正孔注入層を形成しない部分(つまり、基板11や透明電極13)表面に塗布された高分子正孔注入層形成材料が自然と弾かれて、高分子正孔注入層を形成する部分(つまり、この後画素部分12となる部分)表面のみに高分子正孔注入層形成材料が残存するようにするために、高分子正孔注入層を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くするための工程である。よって、当該工程S1は、後述する薄膜材料塗布工程S2において、前記のような作用効果を奏する程度に、薄膜を形成する部分としない部分の表面の濡れ性を制御できればよく、その具体的な方法については、特に限定されることはなく、いかなる方法であってもよい。
薄膜を形成する部分としない部分の表面の濡れ性を制御する(薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする)ための第1の方法としては、薄膜を形成しない部分の表面、言い換えると濡れ性を低くする部分の表面をフッ化物処理することにより、当該部分表面をフッ素で置換する方法を挙げることができる。このようにフッ素処理によるフッ素置換をすることで、当該部分の表面に撥水性を付与することができる。
例えば、図1に示す有機EL素子10において、その透明電極13表面のみに高分子正孔注入層を形成する場合においては、まず、透明基板13が形成された透明基板11全体にUVオゾン処理等を行い、表面を清浄化する。そして、透明基板13表面をマスクで覆い、透明基板13が浸食を受けない程度の短時間にフッ酸(HF)により処理を行う。
このようなフッ化物処理を施すことにより、マスクで覆われた透明電極13上(画素部分12表面)以外の部分の表面がフッ素置換し、この後、当該部分に塗布される高分子正孔注入層形成材料に対する濡れ性を低くすることができる。
また、薄膜を形成する部分としない部分の表面の濡れ性を制御するための第2の方法としては、薄膜を形成しない部分の表面、言い換えると濡れ性を低くする部分の表面にフッ素系の重合膜を成膜する方法を挙げることができる。フッ素置換するのではなく、フッ素系の重合膜を成膜することによっても、前記第1の方法と同様の作用効果を得ることができる。
この第2の方法によって、前記と同様に、有機EL素子10の透明電極13上(画素部分12表面)のみに高分子正孔注入層14を形成する場合においては、まず、透明電極13が形成された透明基板11全体にUVオゾン処理等を行い、表面を清浄化し、その後透明電極13表面をマスクで覆い、CガスとHガスを原料としてプラズマ重合法(例えば、RFパワー:0.59W/cm(13.56MHz)、成膜時の圧力:1.2Torr、Cガスの流量:60sccm、Hガスの流量:50sccm)で成膜を行う。
このようなフッ素系重合膜を成膜すことによって、当該部分の濡れ性を低くすることができる。
さらに、薄膜を形成する部分としない部分の表面の濡れ性を制御するための第3の方法としては、薄膜を形成しない部分表面をシランカップリング処理する方法を挙げることができる。前述した第1、第2の方法と異なり、シランカップリング処理することによっても前記方法と同様の作用効果を得ることができる。この第3の方法は、塗膜材料(例えば、高分子正孔注入層形成材料)が水溶性の場合に有効である。
この第3の方法によって、前記と同様に、有機EL素子10の透明電極13上(画素部分12表面)のみに高分子正孔注入層14を形成する場合においては、例えば、透明電極13表面をマスクで覆った状態で基板全体をHMDS雰囲気中に10分間程度放置することで、透明電極13表面以外の部分にシランカップリング処理を施すか、透明電極13が形成されている基板全体をマスクすることなく、HMDS雰囲気中に放置し、その後、透明電極13(画素部分)意外の部分にマスクをして、透明電極13表面のみをUVオゾン処理することにより、透明電極13表面のシラン化合物を除去することができる。
本願の方法においては、前述してきたような濡れ性制御工程S1によって、薄膜を形成する部分としない部分の表面の濡れ性を制御しているが、薄膜を形成する部分および薄膜を形成しない部分のそれぞれの表面の濡れ性の具体的数値についても特に限定することはない。つまり、薄膜をしない部分表面の濡れ性が、後述する薄膜材料塗布工程S2において薄膜材料を全体に塗布した際に、薄膜を形成しない部分表面に塗布された薄膜材料が自然と弾かれて、薄膜を形成する部分表面のみに薄膜材料が残存する程度の濡れ性となっていればよく、塗布する薄膜材料の種類や膜厚などによって、さらには、後述する薄膜材料塗布工程S2において行われる塗布方法などによって、適宜選択すればよい。
例えば、前述してきた有機EL素子10の透明電極13上(画素部分12)に高分子正孔注入層を形成する場合においては、透明電極13(画素部分12)以外の部分の濡れ性を、「高分子正孔注入層形成材料と、透明電極13(画素部分12)以外の部分表面との接触角が45°以上」となるように濡れ性制御工程S1を行うことが好ましい。なお、この接触角は、JIS R3257(基板ガラス表面のぬれ性試験方法)により測定した値である。
本願の方法においては、前述のような濡れ性制御工程S1の後、薄膜材料塗布工程S2を行う。
この薄膜材料塗布工程S2は、前述してきた濡れ性制御工程S1によって薄膜を形成する部分としない部分との濡れ性が変化している表面に、薄膜材料に塗布することで、実際に薄膜を形成する工程である。
本願の方法においては、当該薄膜材料塗布工程S2の具体的な方法を特に限定することはなく、従来公知の様々な方法を任意に選択して用いることができ、例えば、印刷法やスプレー法、さらにはスピンコート法等を挙げることができる。中でも、スピンコート法は、薄膜材料を均一に塗布することができるので好ましい。なお、従来の方法によればスピンコート法は、薄膜を形成する部分としない部分との塗り分けが困難であるため、図1に示すような有機EL素子10における画素部分12にのみ高分子正孔注入層を形成する場合などには不向きな方法であったが、本願の方法は、薄膜材料塗布工程S2を行う前処理として、濡れ性制御工程S1を行っているため、薄膜を形成する部分、しない部分にかかわらず、全体にスピンコートしても、薄膜を形成する部分にのみ薄膜材料が付着することとなる。また、薄膜材料塗布工程S2として、スプレー法を採用する場合においては、従来のようにマスクを用いる必要はない。さらに、印刷法を採用する場合においては、印刷精度が多少低くても所定の部分にのみ薄膜を形成することが可能となる。
また、薄膜材料塗布工程S2において使用する薄膜材料についても、本願は特に限定することはなく、上述してきた高分子正孔注入層材料以外の材料も適宜選択して使用することができる。
なお、有機EL素子10を製造する場合においては、図2に示すように、薄膜材料塗布工程S2終了後、塗布した高分子正孔注入層材料を焼成させる焼成工程S3、および他の薄膜(正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電極(陰極))の成膜工程S4が順次行われる。
このように、薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合における薄膜形成方法であって、薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする、濡れ性制御工程を有することにより、薄膜を形成しない部分表面は、その濡れ性が他の部分(つまり、薄膜を形成する部分)よりも低くなっているので、これらの部分を区別することなくその全体に薄膜材料を塗布しても、当該部分に塗布された薄膜材料は、自然と弾かれて薄膜を形成する部分へ移動することとなり、その結果、薄膜材料を塗布する際にマスクを用いる必要がない。また、薄膜材料を塗布する際には、塗布する部分を区別することなく適当に塗布すればよいので、塗布効率を向上することができ、また、均一に塗布することも可能となる。
また、濡れ性制御工程を薄膜を形成しない部分表面に含フッ素膜を形成する工程としたり、薄膜を形成しない部分表面をフッ素置換する工程とすることによって、効率よく濡れ性をコントロールすることができる。
さらに、このような薄膜形成方法を有機EL素子の画素部分に高分子正孔注入層を形成する際に用いる、つまり薄膜を形成する部分を有機EL素子の画素部分とし、形成する薄膜を、高分子正孔注入層とすることにより、画素部分にのみ選択的に高分子正孔注入層を形成することができ、ピンホールやカバーレッジ不足に起因するリーク電流を生じることがない有機EL素子を提供することが可能となる。
なお、本願は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本願の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本願の技術的範囲に包含される。
例えば、上記実施形態においては、本願を、有機EL素子の画素部分に高分子正孔注入層を形成する場合に用いる場合を具体例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタのレジスト形成に本願を応用することも可能である。また、上記実施形態においては、高分子正孔注入層14を透明電極13上に形成する場合を具体例に挙げて説明したが、高分子正孔注入層14は、必ずしも透明電極13上のみに形成されるものではなく、有機EL素子10の種類によっては、絶縁膜上や画素部分の周囲にはみ出して形成される場合もある。
また、上記実施形態においては、濡れ性制御工程として、フッ素置換、およびフッ素系重合膜形成を具体例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、例えば、フッ素系重合膜に代えてポリイミド膜を形成し、その後ポリイミド膜表面をフッ素ガスを用いたプラズマ処理することにより、当該表面に撥水性を付与することで、当該ポリイミド膜を形成した部分としない部分との濡れ性を制御してもよい。なお、この場合においては、薄膜材料塗布工程終了後にポリイミド膜をレーザや酸素プラズマでエッチングして除去することもできる。
(a)は、有機EL素子の概略正面図であり、(b)は、(a)に示す有機EL素子10の概略断面図である。 本願の方法を、図1に示すような有機EL素子10の高分子正孔注入層を形成する場合に用いた場合の工程を説明するためのフローチャート図である。
符号の説明
10 有機EL素子
11 基板
12 画素部分
13 透明電極(陽極)
14 高分子正孔注入層
15 正孔輸送層
16 発光層
17 電子輸送層
18 電極(陰極)

Claims (5)

  1. 薄膜を形成する部分としない部分とが存在する場合における薄膜形成方法であって、
    当該方法は、薄膜を形成しない部分表面の濡れ性を、薄膜を形成する部分表面の濡れ性よりも低くする、濡れ性制御工程を有することを特徴とする薄膜形成方法。
  2. 前記濡れ性制御工程が、薄膜を形成しない部分表面に含フッ素膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
  3. 前記濡れ性制御工程が、薄膜を形成しない部分表面をフッ素置換する工程であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
  4. 前記濡れ性制御工程が、薄膜を形成しない部分表面をシランカップリング処理する工程であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
  5. 前記薄膜を形成する部分が有機EL素子の画素部分であり、
    形成する薄膜が、高分子正孔注入層である、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一の請求項に記載の薄膜形成方法。
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