JP2007200735A

JP2007200735A - 有機化合物の蒸着方法および装置

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Publication number: JP2007200735A
Application number: JP2006018520A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Ukigaya; 信貴浮ケ谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】有機発光素子の有機化合物層を蒸着する工程で、材料利用効率の低減を抑制しつつ、画素内の膜厚分布を均一化させる。
【解決手段】有機化合物層を有する有機発光素子を蒸着法により形成する工程で、蒸着源２０を基板１と相対的にＸ方向に移動させつつ、蒸着源２０からの蒸発する有機化合物をシャドウマスク１０を介して基板１に被着させる。基板１上の画素の間隔が広い側の画素配列方向と、蒸着源２０を移動させるＸ方向を一致させることで、シャドウマスク１０の開口部１１の端縁によるケラレを低減し、画素内の膜厚分布を均一化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機発光素子等の有機化合物層を形成するための有機化合物の蒸着方法および装置に関するものである。

図７は、有機発光素子（有機ＥＬ）の一般的な製造方法を示す工程図である。まず、ガラス基板等の基板１０１上に反射率の高い導電膜を形成し、その導電膜を所定の形状にパターニングすることによりアノード電極１０２を形成する。次にアノード電極１０２上の画素１０１ａを囲むようにして絶縁性の高い材料からなる素子分離膜１０３を形成する。これにより隣接する画素１０１ａの間は素子分離膜１０３により仕切られる。次いで、アノード電極１０２を含む基板面にホール輸送層１０４、有機発光層１０５、電子輸送層１０６、電子注入層１０７が蒸着法により順次形成される。電子注入層１０７上に透明性導電膜からなるカソード電極１０８を積層することで、基板１０１上には複数の有機発光素子が形成される。

最後に、基板上の複数の有機発光素子を透湿性の低い材料からなる図示しない封止層で覆う。なお、フルカラーを表示する有機ＥＬ表示装置の場合は、基板上に赤色、緑色、青色のそれぞれを発光する素子を形成する必要がある。そのため、シャドウマスク１１０を用いて素子毎に蒸着材料を塗り分ける。

アクティブマトリクス駆動で表示をつくる有機発光素子では、基板にあらかじめＴＦＴ(Thin Film Transistor)を設けておき、ＴＦＴのドレイン電極と有機発光素子のカソード電極を電気的に接続させておく必要がある。

一般的な有機ＥＬの蒸着工程では真空蒸着法を用いており、その装置では、真空チャンバー内に成膜面が下側を向くように基板が配置され、基板の下方に蒸着源が設けられる。この蒸着源を加熱して有機化合物を所定の蒸発速度で蒸発させ、基板面に有機化合物層を堆積させていく。また赤、青、緑の発光材料を素子毎に塗り分けるためには、前述のように所定の画素位置に対応した開口部を備えたシャドウマスクを基板の成膜面側に配置する。

有機ＥＬ表示装置では、表示パネルの大型化や複数の表示パネルを同時に作製するなどの目的のために、大判基板への対応が求められている。これに対応する従来の技術として、特許文献１に開示されたように、蒸着源に対して基板を相対的に移動させつつ蒸着を行うことにより広いエリアに有機化合物を堆積させる搬送式の蒸着方法がよく知られている。
特開２００１−９３６６７号公報

ところで、蒸着源から蒸発した有機化合物は、蒸着源から基板面に向けて拡がりをもって真空中を飛翔する。したがって基板に向かって入射する有機化合物の入射角には、基板面内において分布ができる。ここで基板面に垂直な入射成分の入射角を０°とすると、基板面において入射角が０°よりも大きくなる領域では、シャドウマスクの影となる部分が基板面にできる。その影に相当する部分には有機化合物が堆積しないため、シャドウマスクの開口面積よりも狭い面積に蒸着されることになる。この影となる部分を、以下ケラレと記載する。

図８および図９を用いて搬送式の蒸着方法において生ずるケラレを説明する。

図８は有機化合物の蒸着工程における基板１０１およびシャドウマスク１１０等を示す模式断面図である。基板１０１上に設けられた素子分離膜１０３の上に、シャドウマスク１１０が配置されている。

基板１０１を蒸着源に対して移動させながら蒸着する搬送式の蒸着装置においては、蒸着過程におけるある時間において、図８に破線で示すように蒸発した有機化合物が基板１０１に対して入射角θで斜めに入射する。このときに、シャドウマスク１１０の影となる部分が基板１０１上に発生し、影となる部分には蒸着物が付着しないケラレ領域ｄができる。

このケラレ領域ｄの一部が、画素１０１ａの領域内に及ぶことで、いわゆるケラレによる膜厚変化分Δｄが画素１０１ａ内に形成される。入射角θは蒸着源の移動時間に応じて変化し、その結果、画素１０１ａ内において不均一な膜厚分布が形成されてしまう。

図９に示すように、隣接する画素１０１ａの間に設けられた素子分離膜１０３の幅をＬとし、画素１０１ａの長手方向の寸法をＡ、短手方向の寸法をＢとする。画素１０１ａ内でケラレ領域ｄの影響により膜厚分布に不均一が発生した場合、その不均一な面積率σは以下の式で表せる。

σ＝２・（ｄ−Ｌ／２）・Ｂ／（Ａ・Ｂ）
＝２・Δｄ／Ａ・・・（１）
ここでΔｄ＝（ｄ−Ｌ／２）とした。

ケラレを低減するために基板と蒸着源との距離を広げ、入射角θをより狭くする方法がある。しかし基板と蒸着源との距離は蒸着速度と反比例の関係にあるため、入射角θを狭くするほどにタクトが低下してしまう。また基板と蒸着源との距離を離すほど、基板以外に付着する蒸発材料の割合が多くなり、材料利用効率の低下を招く。

つまりケラレを抑制するために基板と蒸着源との距離を広げてしまうと、タクトと材料利用効率が犠牲になる。この影響は基板を大判化した際に顕著にあらわれる。なぜならば基板サイズに応じて蒸着時間が長くなるためである。

このような課題に対して、例えば搬送式の蒸着方法におけるケラレ抑制方法として、特許文献１では、蒸発した有機化合物のうちで基板に対して入射する成分が基板面にほぼ垂直となるように開口する遮蔽板を設けている。この遮蔽板により基板の移動方向に対する斜入射成分が排除される。これにより、基板と蒸着源の距離を近づけても、大判基板においてタクトを低減させることなく、有効画素面内において膜厚分布を均一にできる。ただし垂直成分のみを蒸着に利用するため、材料利用効率の改善がそれほど見込めない点が課題となる。

なお、基板搬送方向と直交する方向におけるケラレについては、たとえば長尺の開口部を備えた蒸着源を用い、複数の角度から蒸発材料を堆積させてケラレを補償する方法が知られている。

したがって搬送式の蒸着方法においては、特に基板あるいは蒸着源を移動する方向におけるケラレを抑制することが課題となっている。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、蒸着時のケラレによる影響を低減し、蒸発材料の利用効率の向上と、位置精度の制約緩和に貢献できる有機化合物の蒸着方法および装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を達成するため、本発明の有機化合物の蒸着方法は、電極を有する基板上に配列された複数の画素に有機化合物層を形成するための有機化合物の蒸着方法において、蒸着源を前記基板に対して相対的に第１の方向に移動させつつ、前記蒸着源から蒸発する有機化合物をシャドウマスクを介して前記基板に被着させる蒸着工程を有し、前記第１の方向に配列された画素の間隔が、前記第１の方向と直交する第２の方向に配列された画素の間隔より大きいことを特徴とする。

有機化合物層のケラレを、隣接する画素の間隔がより広い側に対応させることにより、ケラレの許容値を広く設定できる。これによって、基板に対する有機化合物の入射角の制約を緩和でき、基板と蒸着源間の距離を縮めても、画素内における膜厚分布の均一性を損なうことなく、蒸発材料の利用効率を向上させ、タクトを短縮することが可能となる。

このように、蒸着源を基板に対して相対的に移動させながら、有機化合物をシャドウマスクを介して基板面に被着させる工程で、蒸発材料の利用効率を向上させ、タクトを短縮し、さらに、ケラレを低減することにより位置ずれ精度の制約を緩和する。

量産時における歩留まりを向上させ、有機ＥＬ表示装置等の製造コストの低減に貢献できる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は一実施の形態による有機化合物の蒸着装置を示す模式図である。この装置は、有機ＥＬ表示装置に搭載される有機発光素子の製造に用いられる。

真空室内で、基板１をシャドウマスク１０を介して蒸着源２０に対峙させる。シャドウマスク１０は基板１と接近あるいは接触して配置する。蒸着源２０は基板１に対して、矢印で示すように第１の方向であるＸ方向、あるいは−Ｘ方向にスムーズに移動できる機構になっている。この装置による蒸着工程は１×１０^-4〜１×１０^-5Ｐａの雰囲気で実施される。

蒸着源２０はポイントソースであり、有機化合物を加熱するためのヒーター２１が備えられている。蒸着源２０から蒸発した有機化合物は拡がりをもって真空中に飛翔した後に、シャドウマスク１０の開口部１１を通過して、基板１に付着する。

なお、図１においては基板１に対して１つの蒸着源２０を示しているが、特に基板１に対する蒸着源２０の個数を制限するものではなく、必要に応じて複数個の蒸着源を用いてもよい。

このとき基板１と蒸着源２０の間の相対移動は、隣接する画素の間隔が広い側の繰り返し方向（画素配列方向）をＸ方向に一致させて行われる。図２は、基板１の画素配列を説明するもので、長方形の画素１ａをＸ、Ｙ方向に配列し、Ｘ方向に隣接する画素間の間隔をＬ、第２の方向であるＹ方向に隣接する画素間の間隔をＣとする。

図２ではＬ＞Ｃであるため、間隔Ｌで画素が繰り返される画素配列方向をＸ方向に一致させる。

なお、図２においては画素１ａを長方形の開口部で示したが、特に画素１ａの形状を制限するものではなく、表示特性に応じて正方形、六角形などの多角形であってもよい。

上記製造方法により製造した有機発光素子の基板１上における座標（ｍ、ｎ）に対応するケラレは、以下のように算出できる。

説明の都合上、蒸着源２０の中心座標を原点とし、蒸着源２０と基板１との距離をＤとすると、蒸着源２０から蒸発した有機化合物が基板１に入射するときの入射角θは以下の式で表せる。

ｔａｎθ＝（ｍ²＋ｎ²）^1/2／Ｄ・・・（２）
ここでシャドウマスク１０の厚さをＴとすると、このシャドウマスク１０のケラレ領域ｄは以下の式で表せる。

ｄ＝Ｔ・ｔａｎθ ・・・（３）
図３は、基板１とシャドウマスク１０の配置を示す模式断面図である。シャドウマスク１０の開口部１１は所定の画素に対応する位置に配置され、またシャドウマスク１０自身は素子分離膜３と接するように配置される。通常シャドウマスク１０と基板１との位置合わせ精度を見込んで、シャドウマスク１０の開口面積は画素１ａよりも大きく設定される。したがって、シャドウマスク１０の開口部１１の端面は素子分離膜３の幅のほぼ中央付近に配置される。

このため蒸着工程においては、ｄ＜Ｌ／２の関係が保たれる範囲において入射角θを制御する。入射角を制御する方法として、図示しない遮蔽板や膜厚補正板を用いることができる。

ケラレ領域ｄと基板１と蒸着源２０との距離Ｄの関係は、式（２）および式（３）より以下のように求められる。

ｄ＝Ｔ・（ｍ²＋ｎ²）^1/2／Ｄ・・・（４）
ここで基板１上のある座標において、ケラレによる膜厚変化分Δｄと、基板１と蒸着源２０との距離Ｄの変化分ΔＤの関係は以下の式で表せる。

Δｄ＝Ｋ・ΔＤ／Ｄ（Ｄ＋ΔＤ）・・・（５）
ここで、ＫはＴ・（ｍ²＋ｎ²）^1/2で、一定値である。

一般に基板１と蒸着源２０との距離Ｄは５０〜１０００ｍｍ程度の大きさであるため、ケラレ領域ｄが数μｍ小さくなるだけでも距離Ｄは大きく変化する。例えば、シャドウマスク１０の厚さＴ＝１０μｍ、距離Ｄ＝４００ｍｍとし、ｍ＝２５０ｍｍ、ｎ＝２００ｍｍとした場合に、Δｄが５μｍに対して、ΔＤは約６６ｍｍとなる。

本実施の形態によれば、画素間隔が大きい方の繰り返し方向と基板１と蒸着源２０を相対移動させるＸ方向とを一致させて蒸着することで、ケラレの許容値を数μｍ増やすことができる。したがって、基板１と蒸着源２０間の距離を近づけて、画素内の膜厚分布を均一にすることができる。

図４は、上記の方法でホール輸送層４上に蒸着した有機化合物層である有機発光層５と、画素１ａの関係を示すもので、画素１ａの発光領域において有機発光層５の膜厚は均一である。ただし、素子分離膜３の上面においてはケラレによる影響が残るため、図４の（ｂ）に示したような緩やかな傾斜を持つ膜厚分布ができる。

このようにして、斜入射成分を基板１に蒸着させることができるため、基板１と蒸着源１０を近づけることにより、蒸着速度を高めることが可能となり、材料利用効率も向上させることができる。

さらに、シャドウマスクの開口部の端面に傾斜を設け、蒸着源側から基板側に向けて開口面積が狭くなるように形成しておけば、入射角θの許容範囲を広げることができる。

また、シャドウマスクの一部において、開口部の開口中心をそれと対応する位置にある画素の中心からＹ方向にわずかにずらすことにより、Ｙ方向におけるケラレの影響を低減させることができる。

図１に示す有機発光素子の製造装置において、基板１に対して蒸着源２０を設け、シャドウマスク１０を基板１上の素子分離膜３と接触して配置した。蒸着源２０にはポイントソースを用いた。この蒸着源２０は基板１に対して矢印に示すようにＸ方向、あるいは−Ｘ方向にスムーズに移動できる移動手段を有する。また、蒸着源２０から基板１に対する入射角θを制限するために、図示しない膜厚補正板を蒸着源２０とシャドウマスク１０の間に配置した。なお蒸着工程は１×１０^-4〜１０^-5Ｐａの雰囲気で実施した。

基板１には予めｐ−ＳｉＴＦＴが形成され、その基板サイズは５００ｍｍ×４００ｍｍとした。基板１上にマトリクス状に配置される画素１ａの、長手方向の寸法Ａは１５０μｍ、短手方向の寸法Ｂは５０μｍ、隣接する画素１ａ間のＸ方向の間隔Ｌは３０μｍ、Ｙ方向の間隔Ｃは１５μｍとした。シャドウマスク１０の厚さＴは１０μｍであった。

この装置にて、蒸着源２０の移動方向（Ｘ方向）と画素１ａの間隔が広い側の繰り返し方向（Ｌ方向）とを揃えて、速度１５ｍｍ／ｓｅｃで移動させつつ蒸発させた。

表１は、蒸着源の中心点をＸＹ面内の原点としたときに基板面内の座標（２５０ｍｍ、２００ｍｍ）におけるケラレおよび画素内の発光領域における膜厚分布が不均一になる面積率σを、基板と蒸着源との距離Ｄを変えて調べた結果を示す。なお同表には、比較例として蒸着源の移動方向（Ｘ方向）と画素間隔が狭い側の繰り返し方向（Ｃ方向）とを揃えた場合における、画素内の膜厚分布が不均一になる面積率σも記載した。

表１からわかるように、Ｘ方向とＬ方向を揃えた場合には、基板と蒸着源との距離を２００ｍｍまで近づけても画素内における膜厚分布は均一であった。一方、Ｘ方向とＣ方向を揃えた場合には、基板と蒸着源との距離は３５０ｍｍ以上必要であった。

このようにＸ方向とＬ方向を揃えて基板と蒸着源との距離を短くすることで、斜入射成分を利用した蒸着が可能となり、材料利用効率として約１４％を得ることができた。またＸ方向とＣ方向を揃えた場合と比較し、蒸着速度は約３倍速くなり、さらに材料利用効率では約１．４倍にすることができた。

図５は実施例２による有機発光素子の製造装置を示す。これは、基板１に対する蒸着源２０の数が２つになっている以外は実施例１と同様である。２つの蒸着源２０は、Ｙ方向に配列され、実施例１と同様にＸ方向にスムーズに移動する。

実施例２では、基板１に対して２つの蒸着源２０で蒸着することで、１つの蒸着源２０で蒸着する基板面積を半分にした。このため実施例１に比べて蒸着源２０から蒸発した有機化合物の蒸着速度の最低値が約１．７倍となった。この結果、実施例１と同じ蒸発速度において、基板１に対する蒸着源２０のＸ方向の移動速度を２５ｍｍ／ｓｅｃにすることができた。

またＸ方向とＣ方向を揃えた場合と比較したところ、材料利用効率は約１．３倍にすることができた。

さらに蒸着源２０をＹ方向に沿って２つ並べたことで、Ｙ方向に対するケラレを低減させることができ、基板１とシャドウマスク１０のＹ方向に対する位置ずれ制御の許容値を約２倍に広げることができた。この結果、タクトおよび材料利用効率の高い条件において、量産時の歩留まりが向上した。

本実施例によれば、蒸着源を移動させる第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数の蒸着源を備えることにより、第２の方向におけるケラレを低減し、かつ第１の方向にケラレの許容値をより広く設定できるようになるので、基板に対する入射角の制約をさらに緩和できる。

本実施例は、実施例１と同様の装置において、シャドウマスクの開口部周縁に、シャドウマスクの厚さ方向に開口面積を基板側に向けて狭くするためのテーパーを形成し、テーパー角は１０°とした。

これによりＸ方向およびＹ方向に対するケラレをさらに低減させることができ、基板に対するシャドウマスクの位置ずれ制御の許容値を約２μｍ広げることができた。この結果、タクトおよび材料利用効率の高い条件において、量産時の歩留まりが向上した。

図６は実施例４を示すもので、同図の（ａ）は、基板１とシャドウマスク１０の一部を示す断面図、（ｂ）は、画素１ａとシャドウマスク１０の開口部１１との位置関係を示す平面図である。

本実施例は、シャドウマスク１０の開口部１１と画素１ａのＹ方向における中心位置Ｓ₁、Ｓ₂をずらして、そのずらし量ΔＳをＹ方向に変化させたものである。例えば、蒸着源２０の中心線Ｚ₀に対応する画素１ａにおいてΔＳは０とし、蒸着源２０からの入射角θが広がる方向に対してΔＳが徐々に広がるように、シャドウマスク１０の開口部１１をシフトさせた。なお、ΔＳは、蒸着源２０の中心線Ｚ₀側にシャドウマスク１０の開口部１１がシフトするように設定した。

この構成により、基板と蒸着源との距離を近づけてＹ方向に対する入射角θが大きくなった場合においても、Ｙ方向のケラレを抑制し、基板に対するシャドウマスクの位置ずれ制御の許容値を広げることができた。この結果、タクトおよび材料利用効率の高い条件において、量産時の歩留まりが向上した。

また、実施例３および実施例４を組み合わせてもよい。すなわち、シャドウマスクの開口部について、蒸着源側から前記基板側に向けて開口面積が狭くなるように構成し、かつ、シャドウマスクの一部の開口中心がそれと対応する位置にある画素の中心から第２の方向にわずかにずれるように構成する。これによって、ケラレを大幅に低減することができる。

実施例１による蒸着装置を示す摸式図である。有機発光素子の一部の画素配列を示す図である。実施例１による蒸着工程における基板とシャドウマスクの関係を示す断面図である。実施例１によって製造された有機発光素子を説明する図である。実施例２による蒸着装置を示す模式図である。実施例４による蒸着装置を説明する図である。有機発光素子の製造工程を示す工程図である。従来の蒸着装置によるケラレを説明する図である。有機発光素子のレイアウトを説明する図である。

符号の説明

１基板
１ａ画素
１０シャドウマスク
１１開口部
２０蒸着源

Claims

電極を有する基板上に配列された複数の画素に有機化合物層を形成するための有機化合物の蒸着方法において、
蒸着源を前記基板に対して相対的に第１の方向に移動させつつ、前記蒸着源から蒸発する有機化合物をシャドウマスクを介して前記基板に被着させる蒸着工程を有し、
前記第１の方向に配列された画素の間隔が、前記第１の方向と直交する第２の方向に配列された画素の間隔より大きいことを特徴とする有機化合物の蒸着方法。
電極を有する基板上に配列された複数の有機発光素子の製造方法において、
蒸着源を前記基板に対して相対的に第１の方向に移動させつつ、前記蒸着源から蒸発する有機化合物をシャドウマスクを介して前記基板に被着させる蒸着工程を有し、
前記第１の方向に配列された有機発光素子の間隔が、前記第１の方向と直交する第２の方向に配列された有機発光素子の間隔より大きいことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
電極を有する基板上に配列された複数の画素に有機化合物層を形成するための有機化合物の蒸着装置において、前記基板に向かって有機化合物を蒸発させる蒸着源と、前記蒸着源と前記基板の間に介在するシャドウマスクと、前記蒸着源を、前記基板および前記シャドウマスクに対して相対的に第１の方向に移動させる移動手段と、を有し、前記第１の方向に配列された画素の間隔が、前記第１の方向と直交する第２の方向に配列された画素の間隔より大きいことを特徴とする有機化合物の蒸着装置。
前記蒸着源を、前記第２の方向に沿って複数備えることを特徴とする請求項３記載の有機化合物の蒸着装置。
前記シャドウマスクの開口部は、前記蒸着源側から前記基板側に向けて前記シャドウマスクの厚さ方向に開口面積が狭くなることを特徴とする請求項３または４記載の有機化合物の蒸着装置。
前記シャドウマスクの一部において、前記シャドウマスクの開口部の中心位置と各画素の中心位置が、前記第２の方向にずれていることを特徴とする請求項３ないし５いずれか１項記載の有機化合物の蒸着装置。
電極を有する基板上に配列された複数の有機発光素子の製造装置において、前記基板に向かって有機化合物を蒸発させる蒸着源と、前記蒸着源と前記基板の間に介在するシャドウマスクと、前記蒸着源を前記基板および前記シャドウマスクに対して相対的に第１の方向に移動させる移動手段と、を有し、前記第１の方向に配列された有機発光素子の間隔が、前記第１の方向と直交する第２の方向に配列された有機発光素子の間隔より大きいことを特徴とする有機発光素子の製造装置。