JP2007265707A - Organic electroluminescent element, its manufacturing method and mask frame - Google Patents

Organic electroluminescent element, its manufacturing method and mask frame Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of restraining charge-up or sputtering damage caused by the scattering of secondary electrons on an organic thin film, restraining a temperature rise of a target 12 by forcibly cooling by a chiller or the like cooling water flowing at an under part of a backing plate, and restraining mask deformation (flexure) caused by the radiation heat of the target 12, in film-forming a transparent electrode on an organic thin film in the course of the film-forming of the transparent electrode. <P>SOLUTION: By the method of forming a transparent electrode film on an organic thin film without causing charge-up and with sputtering damage restrained, an improvement in characteristics (driving, life or the like) is expected for the transparent organic electroluminescent element and a top-emission organic electroluminescent element with a final film-forming process applied in the sputtering method. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は有機電界発光素子の透明電極の製造方法、透明有機電界発光素子及びトップエミッション型有機電界発光素子、高分子有機電界発光表示装置、フレキシブル有機電界発光素子、透明電極製造用マスクフレームに関する。   The present invention relates to a method for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent device, a transparent organic electroluminescent device and a top emission organic electroluminescent device, a polymer organic electroluminescent display device, a flexible organic electroluminescent device, and a mask frame for producing a transparent electrode.

上部光取り出し型及び両面光取り出し型の有機電界発光素子では、透明導電膜形成により金属薄膜からなる陰極の保護と配線抵抗の低抵抗化を図る(例えば特許文献1参照)。
また、透明導電膜そのものを陰極とした場合、下地の発光層の保護や電子注入障壁低減を目的として、発光層と透明導電膜との間にバッファー層を挟持する。透明導電膜形成には従来から行われている蒸着法、並びに近年光通信関連で利用されているプラズマやイオンビームによるアシスト蒸着法やイオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法などが主に使用されており、その他としてsol/gel法、スプレー法などの湿式法を用いる場合もある(例えば特許文献2)。
一方、半導体やフラットパネルディスプレイ、電子部品などの薄膜製造工程における量産装置に使用されている方式としてスパッタリング法がある。
スパッタリング法は成膜速度や膜組成などが安定しており、また大面積基板への均一な成膜が可能であるため、量産化に適した方式として広く利用されている。更に膜厚及び導電性・透明性の均一性が高く、微細エッチング特性にも優れることから、主流ともなっている。
In the organic light emitting device of the upper light extraction type and the double-sided light extraction type, the cathode made of a metal thin film is protected and the wiring resistance is reduced by forming a transparent conductive film (for example, see Patent Document 1).
When the transparent conductive film itself is a cathode, a buffer layer is sandwiched between the light emitting layer and the transparent conductive film for the purpose of protecting the underlying light emitting layer and reducing the electron injection barrier. For the formation of the transparent conductive film, the conventional deposition methods, as well as the plasma and ion beam assisted deposition methods, ion plating methods, ion beam sputtering methods, etc. that have been used in recent years for optical communications are mainly used. In addition, other wet methods such as a sol / gel method and a spray method may be used (for example, Patent Document 2).
On the other hand, there is a sputtering method as a method used in mass production apparatuses in thin film manufacturing processes such as semiconductors, flat panel displays, and electronic components.
The sputtering method is widely used as a method suitable for mass production because the film formation rate and film composition are stable and uniform film formation on a large area substrate is possible. Furthermore, it has become mainstream because of its high uniformity of film thickness, conductivity and transparency, and excellent fine etching characteristics.

スパッタリング法の特徴としては、以下のことが挙げられる。
一般的に基板に入射する粒子のエネルギーが50eV程度以上になると、粒子が基板内に入り込んだり、基板を構成する原子が叩き出されたり、あるいは基板に欠陥を発生させるなどにより、薄膜の不純物汚染やラフネスなどの問題を引き起こす。逆に蒸着法のように熱的なエネルギーのみで成膜する場合には入射粒子のエネルギーは0.1eVという低いオーダーであり、基板表面で十分なマイグレーション(泳動)ができなくなり、粒子付着による堆積膜は疎で基板-膜界面の接合強度は小さく、不安定なものになる。
基板に堆積されるスパッタ粒子は同じ物理的蒸着手法である真空蒸着法に比べ、粒子エネルギーが極めて大きく(蒸着法0.1eV程度⇒スパッタリング法600eV程度)、有機薄膜上に成膜を行った場合、高エネルギー粒子である反跳Arプラズマ、γ電子、ターゲット粒子などの飛散・衝突により膜の分子構造破壊などを引き起こして、有機発光材料本来の発光ポテンシャルが低下する懸念がある。
The characteristics of the sputtering method include the following.
In general, when the energy of particles incident on the substrate exceeds about 50 eV, the particles enter the substrate, the atoms constituting the substrate are knocked out, or defects are generated in the substrate. Cause problems such as roughness and roughness. Conversely, when forming a film with only thermal energy as in the vapor deposition method, the energy of the incident particles is as low as 0.1 eV, and sufficient migration (migration) cannot be performed on the substrate surface. The film is sparse and the bond strength at the substrate-film interface is small and unstable.
The sputtered particles deposited on the substrate have a much larger particle energy (deposition method: about 0.1 eV ⇒ sputtering method: about 600 eV) compared to the vacuum deposition method, which is the same physical vapor deposition method. There is a concern that the original light emission potential of the organic light emitting material may be lowered by causing the molecular structure of the film to be destroyed by scattering / collision of recoil Ar plasma, γ electrons, target particles, etc., which are high energy particles.

一方、スパッタリング法を用いてメタルマスクにより電極パターン形成する場合、プラズマ閉じ込めによるターゲット表面の輻射熱、更にプラズマの端損失によりマスク表面に入射する二次電子(逐次電離過程に伴う加速電子)により、マスクが熱膨張し、たわむ懸念がある。   On the other hand, when an electrode pattern is formed by a metal mask using a sputtering method, the mask is formed by radiant heat on the target surface due to plasma confinement, and secondary electrons (accelerated electrons associated with successive ionization processes) incident on the mask surface due to plasma end loss. There is a concern of thermal expansion and deflection.

Figure 2007265707
上記問題に対してマスク材質に低熱膨張率材料、具体的には表に示すようなオーステナイト系ステンレス鋼やインバー材を用いてたわみを抑制している。
特開2001−176670号公報 特許第2850906号公報
Figure 2007265707
With respect to the above problems, a low thermal expansion coefficient material, specifically austenitic stainless steel or invar material as shown in the table, is used to suppress the deflection.
JP 2001-176670 A Japanese Patent No. 2850906

トップエミッション型有機電界発光素子作製において、配線抵抗の低抵抗化、高い可視光透過性を実現する透明電極成膜技術の確立が重要な課題となる。
本発明は透明電極成膜において電極パターン形成するためのマスクに低熱膨張率かつ高電気絶縁性(高誘電率)材料、具体的には窒化アルミニウムセラミックス(AlN)などを用いたスパッタリング用マスクを用いる。
In the production of a top emission type organic electroluminescence device, it is important to establish a transparent electrode film forming technique that realizes low wiring resistance and high visible light transmittance.
In the present invention, a sputtering mask using a material having a low thermal expansion coefficient and a high electrical insulation (high dielectric constant), specifically, aluminum nitride ceramics (AlN) is used as a mask for forming an electrode pattern in transparent electrode film formation. .

上記マスク材料に求められるもう一つの特性は、薄板に高精細パターン加工を施すため、機械加工性に優れ、かつ軽量なものが望まれる。   Another characteristic required for the mask material is that it is excellent in machinability and lightweight because high-definition pattern processing is performed on a thin plate.

トップエミッション型有機電界発光素子は一般的な有機電界発光素子がガラス基板上に透明電極、有機薄膜、金属電極の順で成膜を行うのに対し、ガラス基板上に金属電極、有機薄膜、透明電極の順で成膜を行う。この方式により、カラーフィルターを封止基板側に作製し、発光素子基板と貼り合せることが可能となる。また、有機電界発光素子をアクティブマトリクス駆動ディスプレイとして応用する場合、基板と反対側の素子上部から光を取り出すトップエミッション方式により、基板上の駆動回路に光が遮られず、開口率の増加が見込める。   The top emission type organic electroluminescence device forms a transparent electrode, organic thin film, and metal electrode in this order on a glass substrate, whereas a general organic electroluminescence device forms a metal electrode, organic thin film, and transparent on a glass substrate. Film formation is performed in the order of electrodes. By this method, a color filter can be manufactured on the sealing substrate side and bonded to the light-emitting element substrate. In addition, when applying an organic electroluminescence device as an active matrix drive display, the top emission method that extracts light from the upper part of the device on the opposite side of the substrate prevents light from being blocked by the drive circuit on the substrate, and an increase in aperture ratio can be expected. .

透明導電膜の応用分野は光通信、半導体レーザー、各種ディスプレイ、記録メディア、民生用機器(デジタルカメラ、プロジェクター、携帯電話、レンズ、ミラー、ランプ等)など多様化しており、今後の透明導電膜の製造技術においては歩留まり向上などの量産時の安定性、また、多層膜形成時の膜性能について重要な要求項目となってきている。   Applications of transparent conductive films are diversifying, such as optical communications, semiconductor lasers, various displays, recording media, consumer devices (digital cameras, projectors, mobile phones, lenses, mirrors, lamps, etc.). In manufacturing technology, stability during mass production, such as yield improvement, and film performance during multilayer film formation have become important requirements.

ITOはIndium tin oxideと呼ばれているが、その母結晶はIn2O3である。Snを酸化物換算で5〜10wt%添加した組成のITO(In2O3:Sn)は絶縁体のように透明でありながら、導電性が高く(10e+3S/cm)、吸収も少ない。透明性と導電性は互いに関係があるが、1対1の対応があるわけではない。透明性はIn2O3結晶の構造的な完全性が高く、バンドギャップ内の電子捕獲準位が非常に少ないということであるが、それは結晶内の原子が結晶系の座標点(格子点位置)に正しく、過不足なく位置しているか否かで決まることである。In2O3試薬は黄白色であり、酸素をわずかに含む(分圧で10e-1Pa以下)雰囲気中で蒸着またはスパッタ成膜すれば透明導電膜を得る。しかし、化合物としては酸素を手放しやすく、真空中加熱や数%の水素を含むような還元雰囲気中での加熱によって容易に還元され、還元が進めば青黒から黒、更に茶褐色にまで変色していく。導電性は母結晶のIn原子やSn原子で置換してやるか、酸素原子を必要十分に与えない条件の下で成膜することで発現する。   ITO is called Indium tin oxide, but its mother crystal is In2O3. ITO (In2O3: Sn) having a composition in which Sn is added in an amount of 5 to 10 wt% in terms of oxide is transparent like an insulator, but has high conductivity (10e + 3 S / cm) and little absorption. Transparency and conductivity are related to each other, but there is no one-to-one correspondence. Transparency means that the structural integrity of the In2O3 crystal is high and the number of electron capture levels in the band gap is very small. This means that the atoms in the crystal are correctly aligned with the coordinate point (lattice position) of the crystal system. It is determined by whether or not it is located without excess or deficiency. The In2O3 reagent is yellowish white, and a transparent conductive film can be obtained by vapor deposition or sputtering in an atmosphere containing a slight amount of oxygen (partial pressure is 10e-1 Pa or less). However, as a compound, it is easy to let go of oxygen, and it is easily reduced by heating in a vacuum or in a reducing atmosphere containing several percent of hydrogen. As the reduction proceeds, the color changes from blue-black to black and further to brown. . Conductivity is manifested by substituting with In atoms or Sn atoms of the mother crystal, or by forming a film under conditions that do not give sufficient and sufficient oxygen atoms.

ITOの透明性の物理的意味は半導体としてのバンドギャップが可視域の短波長限界400nm付近にあることに帰せられる。しかし、これだけでは不十分で、高い透明性を確保するにはバンドギャップ内に常温で電子が常駐するような準位が少ないか無視できるということである。このようなバンドギャップ内準位は酸素空孔や、In位置に置換したSn原子以外のIn、Sn原子または原子集団(クラスター)による格子欠陥に由来するものであり、母結晶自体が良質の結晶格子を形成しやすいものでなくてはならない。酸化性が極度に弱い雰囲気で成膜しない限り、In2O3はこの要件を満たす。実際、In2O3はガラス基板温度を300℃程度にしておけば、酸素がやや不足した雰囲気条件であっても、厚さ数十nmの段階から半値幅の狭い良く整ったX線回折パターンを示す。この結晶化しやすい特徴はSnを添加していっても、数十%程度までは失われない。SnO2膜やZnO膜とは大きく異なる特徴である。   The physical meaning of transparency of ITO can be attributed to the fact that the band gap as a semiconductor is near the short wavelength limit of 400 nm in the visible region. However, this is not enough, and in order to ensure high transparency, there are few or negligible levels at which electrons are resident at room temperature in the band gap. Such bandgap levels originate from oxygen vacancies and lattice defects due to In, Sn atoms or atomic groups (clusters) other than Sn atoms substituted at the In position. It must be easy to form a lattice. In2O3 satisfies this requirement unless the film is formed in an atmosphere with extremely weak oxidizing properties. In fact, In2O3 exhibits a well-prepared X-ray diffraction pattern with a narrow half-value width from a thickness of several tens of nanometers, even under atmospheric conditions where oxygen is slightly deficient if the glass substrate temperature is about 300 ° C. Even if Sn is added, this characteristic of being easily crystallized is not lost up to several tens of percent. This is a feature that is greatly different from the SnO 2 film and the ZnO film.

スパッタプロセスには電極材料が絶縁材料の場合、RFマグネトロンスパッタを用いている。RFマグネトロンスパッタは、陰極(TArget)にRF電圧をフローティング状態で印加すると正イオンのチャージアップが打ち消され、陰極表面には直流の自己バイアス電圧が発生し、この電圧によってイオンが加速され、絶縁性の陰極材料もスパッタすることが可能になる。   In the sputtering process, when the electrode material is an insulating material, RF magnetron sputtering is used. In RF magnetron sputtering, when an RF voltage is applied to the cathode (TArget) in a floating state, the positive ion charge-up is canceled, and a DC self-bias voltage is generated on the cathode surface. The cathode material can be sputtered.

RFマグネトロンスパッタは電流密度が高く、600eVもの高エネルギーでイオンが電子をたたくので、陰極材料を高速でスパッタできる。また、低圧力のためスパッタされた粒子の平均自由行程も長く、陰極と対向配置の基板上にスパッタ粒子を捕集して薄膜を堆積させることができる。しかし、高エネルギープロセスのため、有機薄膜上への成膜の場合、低パワーによる長時間成膜を行わなければならず、更に下地の有機薄膜に反跳Arプラズマやγ電子、更には加速されたTArget粒子が衝突し、大きなダメージを与えるという問題を有している。   RF magnetron sputtering has a high current density, and ions hit electrons with a high energy of 600 eV, so that the cathode material can be sputtered at high speed. In addition, the average free path of the sputtered particles is long due to the low pressure, and the thin film can be deposited by collecting the sputtered particles on the substrate facing the cathode. However, due to the high-energy process, when depositing on an organic thin film, it must be deposited for a long time with low power, and further, recoiled Ar plasma and γ electrons and further accelerated on the underlying organic thin film. TArget particles collide with each other and cause a large damage.

上述の目的を達成するため、請求項1記載の発明は、スパッタリング法において、ターゲットに対面させたマスクを介して基板に透明導電膜を形成することで有機電界発光素子の透明電極を製造する際、前記マスクよりも前記ターゲット寄りの箇所に強磁場を形成し、前記ターゲットから前記マスクに向かって飛散する荷電粒子(Arイオン、二次電子)を前記強磁場により前記マスクから逃げる方向に曲げるようにしたことを特徴とする有機電界発光素子の透明電極の製造方法である。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescent device by forming a transparent conductive film on a substrate through a mask facing a target in a sputtering method. A strong magnetic field is formed at a location closer to the target than the mask, and charged particles (Ar ions, secondary electrons) scattered from the target toward the mask are bent in a direction to escape from the mask by the strong magnetic field. This is a method for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent element.

請求項2記載の発明は、前記ターゲットはバッキングプレートの上に配置され、前記ターゲット表面の温度上昇を、前記バッキングプレートを冷却することで抑制するようにしたことを特徴とする請求項1記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, the target is disposed on a backing plate, and the temperature rise of the target surface is suppressed by cooling the backing plate. It is a manufacturing method of the transparent electrode of an organic electroluminescent element.

請求項3記載の発明は、前記バッキングプレートの冷却は、前記バッキングプレートの下部を流れる冷却水を、液体窒素などの冷媒(チラー)により10℃以下に制御することでなされることを特徴とする請求項2記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法である。   The invention according to claim 3 is characterized in that the cooling of the backing plate is performed by controlling the cooling water flowing through the lower portion of the backing plate to 10 ° C. or less by a refrigerant (chiller) such as liquid nitrogen. It is a manufacturing method of the transparent electrode of the organic electroluminescent element of Claim 2.

請求項4記載の発明は、請求項1、2、3に記載の透明電極の製造方法を用いて製造した透明有機電界発光素子及びトップエミッション型有機電界発光素子である。   Invention of Claim 4 is the transparent organic electroluminescent element manufactured using the manufacturing method of the transparent electrode of Claim 1, 2, 3, and a top emission type organic electroluminescent element.

請求項5記載の発明は、請求項4に記載の有機電界発光素子において、高分子有機電界発光素子形成材料を基材上にパターン形成することを特徴とする透明有機電界発光素子及びトップエミッション型有機電界発光素子である。   According to a fifth aspect of the present invention, in the organic electroluminescent element according to the fourth aspect, a transparent organic electroluminescent element and a top emission type are characterized in that a polymer organic electroluminescent element forming material is patterned on a substrate. It is an organic electroluminescent element.

請求項6記載の発明は、請求項5に記載のパターン形成にオフセット印刷法を用いてR、G、B各色インキを塗り分け製造した高分子有機電界発光表示装置である。   A sixth aspect of the present invention is a polymer organic electroluminescence display device in which R, G, and B color inks are separately applied to the pattern formation according to the fifth aspect using an offset printing method.

請求項7記載の発明は、請求項4、5、6に記載の有機電界発光素子、高分子有機電界発光表示装置において、素子下部電極上にSi3N4の窒化物やSiONのような三元化合物によるパッシベーション膜をCVD法で形成した後、請求項1に記載の製造方法を用いて透明電極形成を行ったフレキシブル有機電界発光素子である。   According to a seventh aspect of the present invention, in the organic electroluminescent element and the polymer organic electroluminescent display device according to the fourth, fifth, and sixth aspects, a ternary compound such as a Si3N4 nitride or SiON is formed on the lower electrode of the element. It is a flexible organic electroluminescent element which formed the passivation film using the manufacturing method of Claim 1 after forming a passivation film by CVD method.

請求項8記載の発明は、前記マスクは放熱特性に優れ、かつ低熱膨張率の材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法である。   The invention according to claim 8 is the method for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent element according to claim 1, wherein the mask is formed of a material having excellent heat dissipation characteristics and a low coefficient of thermal expansion.

請求項9記載の発明は、スパッタリング法において、ターゲットに対面させたマスクを介して基板に透明導電膜を形成することで有機電界発光素子の透明電極を製造する際に用いられるマスクフレームであって、前記マスクを支持する前記マスクフレームの箇所よりも前記ターゲット寄りの前記マスクフレームの箇所に、前記ターゲットから前記マスクに向かって飛散する荷電粒子(Arイオン、二次電子)を前記マスクから逃げる方向に曲げる一対の磁石が設けられていることを特徴とする有機電界発光素子の透明電極製造用マスクフレームである。   The invention according to claim 9 is a mask frame used in manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescent element by forming a transparent conductive film on a substrate through a mask facing a target in a sputtering method. A direction in which charged particles (Ar ions, secondary electrons) scattered from the target toward the mask at a position of the mask frame closer to the target than a position of the mask frame supporting the mask escape from the mask. A mask frame for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent element, comprising a pair of magnets that bend in a straight line.

請求項10記載の発明は、前記マスクフレームは格子を形成する桟状に設けられていることを特徴とする請求項9記載の有機電界発光素子の透明電極製造用マスクフレームである。   A tenth aspect of the present invention is the mask frame for manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescent element according to the ninth aspect, wherein the mask frame is provided in the shape of a cross that forms a lattice.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが本発明をなんら制限するものではない。
図1、図2に示すように、本発明におけるスパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16は、マスクフレーム16下部にネオジム系合金などからなる極性の異なる1対の磁石5を設置することで、マスクフレーム16下部に強磁場を形成し、二次電子(加速電子)の運動方向10をマスク2下部でベンディングさせて、すなわち、ターゲット12からスパッタリング用マスク2に向かって飛散する荷電粒子(Arイオン、二次電子)を前記強磁場によりスパッタリング用マスク2から逃げる方向に曲げるようにして、有機層への電子衝突によるスパッタダメージや基板チャージアップを抑制することが可能となる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
As shown in FIGS. 1 and 2, the sputtering mask 2 and the mask frame 16 according to the present invention have a mask frame in which a pair of magnets 5 made of neodymium alloy or the like having different polarities are provided below the mask frame 16. 16, a strong magnetic field is formed in the lower part, and the direction 10 of secondary electrons (acceleration electrons) is bent in the lower part of the mask 2, that is, charged particles (Ar ions, two ions scattered from the target 12 toward the sputtering mask 2. (Secondary electrons) are bent in the direction of escaping from the sputtering mask 2 by the strong magnetic field, thereby making it possible to suppress sputtering damage and substrate charge-up due to electron collision with the organic layer.

また、本発明におけるスパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16は、スパッタリング法において透明導電膜を形成する際、ターゲット12表面の輻射熱もしくはプラズマ照射熱によるマスク変形を、放熱特性に優れ、かつ低熱膨張率の材料を使用し、更に、図3に示すように、マスクフレーム16の開口部に格子状の桟17を設けることで抑制できる。マスク変形を抑えることで、変形によりマスク-基板間に生じた空隙にターゲット粒子が回りこむことで生じるマスクパターンぼけも解消することができる。   In addition, the sputtering mask 2 and the mask frame 16 according to the present invention are excellent in heat dissipation characteristics and have a low coefficient of thermal expansion when the transparent conductive film is formed by the sputtering method. This can be suppressed by using a material and further providing a grid-like cross 17 at the opening of the mask frame 16 as shown in FIG. By suppressing the mask deformation, it is possible to eliminate the mask pattern blur caused by the target particles wrapping around the gap generated between the mask and the substrate due to the deformation.

本発明におけるスパッタリング装置及びスパッタリング用ターゲット12は、スパッタリング法において透明導電膜を形成する際、プラズマ閉じ込めによるターゲット12表面の温度上昇を、バッキングプレート13下部を流れる冷却水を液体窒素などの冷媒(チラー)により10℃以下に強制冷却することで抑制したものである。   The sputtering apparatus and the sputtering target 12 according to the present invention, when forming a transparent conductive film by a sputtering method, increase the temperature of the surface of the target 12 due to plasma confinement, and use cooling water flowing under the backing plate 13 as a coolant such as liquid nitrogen (chiller). ) By forced cooling to 10 ° C. or lower.

次に、マスクフレーム16、スパッタリング装置20について詳細に説明する。
図1(A)、(B)に示すように、マスクフレーム16は矩形枠状を呈し、その開口部内側に複数のマスクパターン1が形成されたスパッタリング用マスク2が配置され、スパッタリング用マスク2はその外周部がマスク固定ネジ3でマスクフレーム16に取着されている。
一対の磁石5は、マスクフレーム16の対向する2辺に平行して設けられ、一対の磁石5の間にはマスクフレーム16に沿って磁力線7が形成されている。
詳細には、スパッタリング用マスク2よりもターゲット12寄りの箇所に一対の磁石5が設けられ、一対の磁石5の間に磁力線7が形成されている。
一対の磁石5よりも上方の箇所でマスクフレーム16が下方に臨む箇所には、スパッタリング粒子入射角調整部(45deg)4が設けられている。
図2に示すように、マスクフレーム16に取り付けられたスパッタリング用マスク2の上面にはガラス基板6が重ね合わされて載置されている。
Next, the mask frame 16 and the sputtering apparatus 20 will be described in detail.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the mask frame 16 has a rectangular frame shape, and a sputtering mask 2 in which a plurality of mask patterns 1 are formed is disposed inside the opening, and the sputtering mask 2 is formed. The outer peripheral portion is attached to the mask frame 16 with the mask fixing screw 3.
The pair of magnets 5 is provided in parallel with two opposing sides of the mask frame 16, and a magnetic force line 7 is formed along the mask frame 16 between the pair of magnets 5.
Specifically, a pair of magnets 5 is provided at a location closer to the target 12 than the sputtering mask 2, and magnetic lines 7 are formed between the pair of magnets 5.
Sputtered particle incident angle adjusting portions (45 deg) 4 are provided at locations above the pair of magnets 5 where the mask frame 16 faces downward.
As shown in FIG. 2, a glass substrate 6 is superposed on the upper surface of the sputtering mask 2 attached to the mask frame 16.

図2に示すように、スパッタリング装置20はその上部にマスクフレーム16が配置され、マスクフレーム16の下方に間隔をおいて、スパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16に対向するようにシャッタ板11、ターゲット12、バッキングプレート(OFC)13、カソードマグネット14などが配置されている。
カソードマグネット14の上部にはバッキングプレート13が配置され、カソードマグネット14の上部とバッキングプレート13の下部との間には前記冷却水を流すための流路15が形成されている。
バッキングプレート13の上に載置されたターゲット12の上空にArプラズマ8が発生され、これによってArイオン9がターゲット12に入射することでスパッタリングが行なわれ、ターゲット12から発生したスパッタリング粒子が上方に移動しマスクフレーム16を介してガラス基板6上に堆積することでマスクパターン1の形状に合致した透明導電膜が成膜される。
As shown in FIG. 2, the sputtering apparatus 20 has a mask frame 16 disposed on the upper portion thereof, and a shutter plate 11 and a target so as to face the sputtering mask 2 and the mask frame 16 with a space below the mask frame 16. 12, a backing plate (OFC) 13, a cathode magnet 14 and the like are arranged.
A backing plate 13 is disposed above the cathode magnet 14, and a flow path 15 for flowing the cooling water is formed between the upper portion of the cathode magnet 14 and the lower portion of the backing plate 13.
Ar plasma 8 is generated above the target 12 placed on the backing plate 13, and Ar ions 9 are incident on the target 12 to cause sputtering. The sputtered particles generated from the target 12 are directed upward. A transparent conductive film matching the shape of the mask pattern 1 is formed by moving and depositing on the glass substrate 6 through the mask frame 16.

本発明におけるトップエミッション型フレキシブル有機電界発光素子の作製方法は、支持基板上にMg、Al、Cr等の金属材料を真空蒸着法により電極パターン形成し、その上にポリ(3、4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等の水溶性材料を正孔輸送層として、更にポリパラフェニレンビニレン(PPV)やポリフルオレン(PF)等の有機溶媒可溶性材料を発光層として、湿式法により形成する。この有機層成膜基板に段落番号0025、0026、0027に示すスパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16、スパッタリング装置20を用いて、スパッタリング法で上部透明電極形成を行う方法である。   In the present invention, a top emission type flexible organic electroluminescence device is produced by forming an electrode pattern of a metal material such as Mg, Al, Cr, etc. on a support substrate by a vacuum deposition method, and then forming a poly (3,4-ethylenediethylene) on the electrode pattern. Water-soluble materials such as oxythiophene) / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS) are used as the hole transport layer, and organic solvent-soluble materials such as polyparaphenylene vinylene (PPV) and polyfluorene (PF) are used as the light emitting layer. Form by the method. In this organic layer film formation substrate, the upper transparent electrode is formed by sputtering using the sputtering mask 2 and mask frame 16 and the sputtering apparatus 20 shown in paragraphs 0025, 0026, and 0027.

本発明におけるR、G、B各色からなる高分子有機電界発光材料を塗り分けてパターン形成するのに用いるオフセット印刷法は、インキ供給ユニットからポリジメチルシロキサンなどからなるブランケット(胴)の全面にインキを供給し、パターニングされたネガ型刷版の凸部へブランケット(胴)からインキを転写するというもので、刷版に余分なインキを転写し、必要な部分のインキをそのままブランケット(胴)に残す方法である。この方法は版に余分なインキを100%転写するとともに、ブランケット(胴)から基板へインキを100%転写すること、即ち、刷版へ転写した後もブランケット(胴)には必要なパターニング部分のインキが100%残り、それが100%基板へ転写される必要がある。   In the present invention, the offset printing method used to form a pattern by separately coating a polymer organic electroluminescent material composed of each color of R, G, and B uses ink from the ink supply unit to the entire surface of a blanket made of polydimethylsiloxane or the like. The ink is transferred from the blanket (cylinder) to the convex part of the patterned negative printing plate. Excess ink is transferred to the printing plate, and the necessary ink is transferred directly to the blanket (cylinder). It is a way to leave. This method transfers 100% of the excess ink onto the plate and 100% of the ink from the blanket (cylinder) to the substrate, that is, after the transfer to the printing plate, the blanket (cylinder) has a necessary patterning portion. 100% of the ink remains and it needs to be transferred to 100% of the substrate.

CVD法は膜にしたい元素を含む気化させた化合物(ソースガス)をそのまま、あるいは水素・窒素などのキャリアガスと混ぜ、高温加熱した基板表面にできるだけ均一になるように送り込み、基板表面で分解、還元、酸化、置換などの化学反応を起こさせ、基板上に薄膜を作る方法である。ソースガスとしてはハロゲン化物、有機化合物などが用いられる。基板上で起きる分解、還元、酸化、置換の各反応を次に示す。
(1)SiH4→700〜1000℃→Si+2H2…Si薄膜のための熱分解
(2)SiCl4+2H2→〜1200℃→Si+4HCl…Si薄膜のための還元
(3)SiH4+O2→〜400℃→SiO2+2H2…SiO2薄膜のための酸化
(4)CrCl2+Fe→1000℃→Cr+FeCl2…Cr薄膜のための置換
これらの反応は次の段階を経て起きると考えられる。基板表面への反応ガスの拡散→反応ガスの基板表面への吸着→基板表面での化学反応→副生成ガスの表面からの離脱・拡散退去(排気)。
CVD膜は高温反応ゆえに良質、表面反応ゆえにカバーレッジ(被覆性)が良いなどの特徴がある。
In the CVD method, the vaporized compound (source gas) containing the element to be formed into a film is mixed with a carrier gas such as hydrogen or nitrogen as it is, and sent to the substrate surface heated as high as possible, and decomposed on the substrate surface. In this method, a thin film is formed on a substrate by causing a chemical reaction such as reduction, oxidation, or substitution. As the source gas, a halide, an organic compound, or the like is used. The decomposition, reduction, oxidation, and substitution reactions that occur on the substrate are as follows.
(1) SiH4 → 700-1000 ° C. → Si + 2H2 ... pyrolysis for Si thin film (2) SiCl4 + 2H2 → ˜1200 ° C. → Si + 4HCl ... reduction for Si thin film (3) SiH4 + O2 → ˜ 400 ° C. → SiO 2 + 2H 2... Oxidation for SiO 2 thin film (4) CrCl 2 + Fe → 1000 ° C. → Cr + FeCl 2... Replacement for Cr thin film These reactions are considered to occur through the following steps. Reaction gas diffusion to the substrate surface → Adsorption of the reaction gas to the substrate surface → Chemical reaction on the substrate surface → Desorption / diffusion of by-product gas from the surface (exhaust).
CVD films are characterized by high quality due to high temperature reactions and good coverage (coverability) due to surface reactions.

透明導電膜形成のためのスパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16を模した図である。It is the figure which simulated the mask 2 for sputtering and the mask frame 16 for transparent conductive film formation. 図1記載のスパッタリング用マスク2及びマスクフレーム16を用いた際、二次電子の運動方向が曲がることでマスク表面のチャージアップが抑制される挙動を模した図である。FIG. 2 is a diagram simulating the behavior in which charge-up of the mask surface is suppressed by bending the direction of movement of secondary electrons when the sputtering mask 2 and the mask frame 16 shown in FIG. 1 are used. マスク表面のたわみを抑えるため、マスクフレーム16の開口部に格子状の桟17(嵌め込み式)を設けたマスクフレーム16を模した図である。In order to suppress the deflection of the mask surface, it is a diagram simulating the mask frame 16 provided with a grid-like cross 17 (fitting type) at the opening of the mask frame 16.

符号の説明Explanation of symbols

1…マスクパターン(透明電極)、2…スパッタリング用マスク、3…マスク固定ネジ、4…スパッタリング粒子入射角調整部、5…磁場形成用永久磁石、6…ガラス基板、7…磁力線、8…Arプラズマ、9…Arイオン、10…二次電子運動方向(ベンディング)、11…シャッター板、12…ターゲット、13…バッキングプレート(OFC)、14…カソードマグネット、15…流路、16…マスクフレーム、17…桟。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mask pattern (transparent electrode), 2 ... Sputtering mask, 3 ... Mask fixing screw, 4 ... Sputtering particle incident angle adjustment part, 5 ... Permanent magnet for magnetic field formation, 6 ... Glass substrate, 7 ... Magnetic field line, 8 ... Ar Plasma, 9 ... Ar ion, 10 ... Secondary electron motion direction (bending), 11 ... Shutter plate, 12 ... Target, 13 ... Backing plate (OFC), 14 ... Cathode magnet, 15 ... Channel, 16 ... Mask frame, 17 ... A pier.

Claims (10)

スパッタリング法において、ターゲットに対面させたマスクを介して基板に透明導電膜を形成することで有機電界発光素子の透明電極を製造する際、
前記マスクよりも前記ターゲット寄りの箇所に強磁場を形成し、
前記ターゲットから前記マスクに向かって飛散する荷電粒子(Arイオン、二次電子)を前記強磁場により前記マスクから逃げる方向に曲げるようにした、
ことを特徴とする有機電界発光素子の透明電極の製造方法。
In the sputtering method, when manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescent element by forming a transparent conductive film on a substrate through a mask facing a target,
Forming a strong magnetic field at a location closer to the target than the mask;
The charged particles (Ar ions, secondary electrons) scattered from the target toward the mask are bent in a direction to escape from the mask by the strong magnetic field.
A method for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent device, characterized in that:
前記ターゲットはバッキングプレートの上に配置され、前記ターゲット表面の温度上昇を、前記バッキングプレートを冷却することで抑制するようにしたことを特徴とする請求項1記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法。   The transparent electrode of the organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the target is disposed on a backing plate, and the temperature rise of the target surface is suppressed by cooling the backing plate. Production method. 前記バッキングプレートの冷却は、前記バッキングプレートの下部を流れる冷却水を、液体窒素などの冷媒(チラー)により10℃以下に制御することでなされることを特徴とする請求項2記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法。   3. The organic electroluminescence according to claim 2, wherein the cooling of the backing plate is performed by controlling cooling water flowing under the backing plate to 10 ° C. or less by a refrigerant (chiller) such as liquid nitrogen. A method for producing a transparent electrode of an element. 請求項1、2、3に記載の透明電極の製造方法を用いて製造した透明有機電界発光素子及びトップエミッション型有機電界発光素子。   A transparent organic electroluminescent device and a top emission organic electroluminescent device manufactured using the method for manufacturing a transparent electrode according to claim 1, 2 or 3. 請求項4に記載の有機電界発光素子において、高分子有機電界発光素子形成材料を基材上にパターン形成することを特徴とする透明有機電界発光素子及びトップエミッション型有機電界発光素子。   5. The organic electroluminescence device according to claim 4, wherein a polymer organic electroluminescence device forming material is patterned on a substrate, and the organic electroluminescence device and the top emission type organic electroluminescence device. 請求項5に記載のパターン形成にオフセット印刷法を用いてR、G、B各色インキを塗り分け製造した高分子有機電界発光表示装置。   6. A polymer organic electroluminescence display device in which R, G, and B color inks are separately manufactured by using an offset printing method for pattern formation according to claim 5. 請求項4、5、6に記載の有機電界発光素子、高分子有機電界発光表示装置において、素子下部電極上にSi3N4の窒化物やSiONのような三元化合物によるパッシベーション膜をCVD法で形成した後、請求項1に記載の製造方法を用いて透明電極形成を行ったフレキシブル有機電界発光素子。   7. The organic electroluminescence device and the polymer organic electroluminescence display device according to claim 4, wherein a passivation film made of a ternary compound such as a nitride of Si3N4 or SiON is formed on the lower electrode of the device by a CVD method. Then, the flexible organic electroluminescent element which performed transparent electrode formation using the manufacturing method of Claim 1. 前記マスクは放熱特性に優れ、かつ低熱膨張率の材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の有機電界発光素子の透明電極の製造方法。   2. The method for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent element according to claim 1, wherein the mask is formed of a material having excellent heat dissipation characteristics and a low coefficient of thermal expansion. スパッタリング法において、ターゲットに対面させたマスクを介して基板に透明導電膜を形成することで有機電界発光素子の透明電極を製造する際に用いられるマスクフレームであって、
前記マスクを支持する前記マスクフレームの箇所よりも前記ターゲット寄りの前記マスクフレームの箇所に、前記ターゲットから前記マスクに向かって飛散する荷電粒子(Arイオン、二次電子)を前記マスクから逃げる方向に曲げる一対の磁石が設けられている、
ことを特徴とする有機電界発光素子の透明電極製造用マスクフレーム。
In a sputtering method, a mask frame used when manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescent element by forming a transparent conductive film on a substrate through a mask facing a target,
Charged particles (Ar ions, secondary electrons) scattered from the target toward the mask at a position of the mask frame closer to the target than the position of the mask frame supporting the mask in a direction to escape from the mask. A pair of magnets to be bent are provided,
A mask frame for producing a transparent electrode of an organic electroluminescent element, characterized in that:
前記マスクフレームは格子を形成する桟状に設けられていることを特徴とする請求項9記載の有機電界発光素子の透明電極製造用マスクフレーム。
The mask frame for manufacturing a transparent electrode of an organic electroluminescence device according to claim 9, wherein the mask frame is provided in a cross-shape forming a lattice.
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