JP2008234923A - 坩堝、蒸着装置及び有機ｅｌ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝、蒸着装置及び有機ＥＬ装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】１つの坩堝５に異なる蒸発材料を収容可能な複数の収容部５ｄ、５ｅが設けられているので、複数種類の蒸着材料を用いる場合であっても坩堝５を２つ以上設ける必要は無い。このため、２つ以上の坩堝を収容する大型の容器は必要なくなる。また、開口部分７又は開口部分８の少なくとも一部を遮蔽可能であると共に、遮蔽する面積を調節可能なシャッタ部材９が当該開口部分７、８に設けられていることとしたので、複数種類の蒸着材料のそれぞれについて蒸発量の調節が容易になる。これにより、蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、坩堝、蒸着装置及び有機ＥＬ装置の製造方法に関する。

有機ＥＬ装置は、電子機器の表示部などに用いられている表示装置である。一般的には、発光層を含んだ有機層を一対の電極で挟持した有機ＥＬ素子が基板上に設けられた構成になっている。有機層としては、低分子型の有機層や高分子型の有機層が挙げられる。有機ＥＬ装置の低分子型有機層を作成する方法として、例えば真空蒸着法があげられる。

真空蒸着法では、２種類以上の材料による共蒸着が行われる。この共蒸着によりホスト−ゲスト系の有機層が形成されることになる。ホスト−ゲスト系の有機層は発光効率が高くなることが知られている。共蒸着を行う際には、ゲスト材料のドープ濃度によって発光効率が変化するため、ゲスト材料のドープ濃度を厳密に制御し、安定した濃度となるように有機層を形成する必要がある。

共蒸着の具体的な方法として、特許文献１に示すように、２つの坩堝を別々に加熱する方法が知られている。この方法では２つの坩堝を別々に加熱するため、２つの坩堝の間で温度のぶれが生じ、ドープ濃度が変化してしまうという問題である。安定した混合比率を得る方法としては、例えば２つ以上の坩堝をひとつの容器に入れ、これらの坩堝を同時に加熱して温度を安定させる構成が知られている。
特開平１０−１９５６３９号公報

しかしながら、上記手法では、２つ以上の坩堝を収容する大型の容器が必要になる。このため、蒸着装置自体が大型化してしまう。また、温度のぶれは生じにくくなるものの、坩堝ごとに蒸着量の調節が必要になってしまうという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝、蒸着装置及び有機ＥＬ装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る坩堝は、開口部分を有し蒸着材料を収容する分割された複数の収容部と、前記開口部分に設けられ、当該開口部分の少なくとも一部を遮蔽可能であると共に、遮蔽する面積を調節可能な遮蔽部材とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、１つの坩堝に複数の収容部が設けられているので、複数種類の蒸着材料を用いる場合であっても坩堝を２つ以上設ける必要は無い。このため、２つ以上の坩堝を収容する大型の容器は必要なくなる。また、開口部分の少なくとも一部を遮蔽可能であると共に、遮蔽する面積を調節可能な遮蔽部材が開口部分に設けられていることとしたので、複数種類の蒸着材料のそれぞれについて蒸発量の調節が容易になる。これにより、蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝を得ることができる。

上記の坩堝は、前記複数の収容部を仕切る壁部が設けられており、前記遮蔽部材が前記壁部に支持されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の収容部を仕切る壁部が設けられていることとしたので、従来の坩堝に壁部を配置するだけで、複数の収容部が分割された坩堝を得ることができる。これにより、坩堝を新たに設計しなおす必要が無くなる。また、遮蔽部材が壁部に支持されていることとしたので、遮蔽部材の位置ずれを防ぐことができる。

上記の坩堝は、前記開口部分の面積が等しくなるように前記複数の収容部が分割されていることを特徴とする。
本発明によれば、開口部分の面積が等しくなるように複数の収容部が分割されているので、遮蔽部材によって遮蔽する面積を調節しやすくなる。

上記の坩堝は、前記開口部分の面積が互いに異なるように前記複数の収容部が分割されていることを特徴とする。
本発明によれば、開口部分の面積が互いに異なるように複数の収容部が分割されているので、例えば必要な蒸着材料の量が異なる場合に、必要量の少ない方の蒸着材料を開口部分の面積が小さい収容部に収容し、必要量の多い方の蒸着材料を開口部分の面積が大きい収容部に収容することができる。このように、蒸着材料の必要量に応じて当該蒸着材料を収容する収容部を選択することにより、蒸着材料を必要以上に収容することを防ぐことができ、蒸着材料を節約することができる。

上記の坩堝は、前記遮蔽部材が、前記開口部分ごとに設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、遮蔽部材が開口部分ごとに設けられていることとしたので、各開口部分についての遮蔽面積を独立して調節することができる。これにより、蒸発量の調節をより細かく行うことができる。

本発明に係る蒸着装置は、上記の坩堝と、前記坩堝を加熱する加熱手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝を有しているので、装置コストが低く安定した蒸着濃度で蒸着可能な蒸着装置を得ることができる。また、加熱手段は１つの坩堝を加熱するだけで済むため、加熱温度のぶれを回避することができる。

本発明に係る有機ＥＬ装置の製造方法は、上記の蒸着装置を用いて基板の表面に有機層を蒸着形成することを特徴とする。
本発明によれば、装置コストが低く安定した蒸着濃度で蒸着可能な蒸着装置を用いて基板の表面に有機層を蒸着形成するので、発光効率の高い有機層を有する有機ＥＬ装置を製造することができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。
（蒸着装置）
図１は、本実施形態に係る蒸着装置１の構成を示す図である。
蒸着装置１は、基板１１の表面に薄膜を蒸着形成するための装置であり、チャンバ２と、基板保持部３と、蒸着源４とを主体として構成されている。

チャンバ２は、外部との間を密閉可能に形成されており、図示しないポンプなどの減圧装置によって内部が減圧可能になっている。
基板保持部３は、チャンバ２内の天井側（図中上側）に設けられており、基板１１を保持可能になっている。

蒸着源４は、坩堝５と、加熱装置６と主体として構成されている。
坩堝５は円筒状の容器であり、内部に蒸着材料を収容可能になっている。加熱装置６は、坩堝５の外周を覆うように設けられており、例えば電熱線などの加熱機構が設けられている。

また、加熱装置６は、温度差により坩堝５内での壁面付着を防ぐために、加熱機構を坩堝５の上部と下部に独立して設けてもよい。

図２は、坩堝５の構成を示す斜視図である。図２では、坩堝５の内部の構成を把握できるように外周部の一部を切り取った構成を示している。
同図に示すように、坩堝５は、外周部５ａと底部５ｚとを有する円筒状の容器である。坩堝５の円筒の一方の端部（図中上側）は、開口部５ｂになっている。

坩堝５の内部には、壁部５ｃが設けられている。壁部５ｃは、坩堝５の内部を仕切る仕切り壁であり、坩堝５の底部５ｚから所定の高さに設けられている。壁部５ｃは、外周部５ａと一体的に設けられている。この壁部５ｃによって、坩堝５の内部のうち底部５ｚから所定の高さの領域が２つの領域に分割されている。これらの分割された領域は、それぞれ蒸着材料を収容する収容部５ｄ及び収容部５ｅになっている。収容部５ｄ及び収容部５ｅは、坩堝５の外周部５ａと、壁部５ｃと、底部５ｚとによって囲まれている。収容部５ｄ及び収容部５ｅは、壁部５ｃの上端部において開口部分７及び開口部分８を有している。開口部分７の面積及び開口部分８の面積は等しい面積になっている。収容部５ｄ及び収容部５ｅにはそれぞれ異なる蒸着材料を収容することができるようになっており、蒸発した蒸着材料は、壁部５ｃの上端部の開口部分７及び開口部分８から放出されるようになっている。

壁部５ｃ上には、シャッタ部材（遮蔽部材）９が設けられている。シャッタ部材９は、半円形状の板状部材であり、壁部５ｃに支持されている。シャッタ部材９には軸部材９ｂを介して回動調節部９ａが設けられている。シャッタ部材９は、軸部材９ｂを回動軸として開口部分７又は開口部分８側に回動可能に設けられている。回動調節部９ａは、時計回り又は反時計回りに回動可能になっている。回動調節部９ａを回動させることにより、軸部材９ｂを介してシャッタ部材９が連動して回動するようになっている。例えば回動調節部９ａを図中の時計回りに回動させるとシャッタ部材９が開口部分８側に傾くように回動し、回動調節部９ａを図中の反時計回りに回動させるとシャッタ部材９が開口部分７側に傾くように回動する。シャッタ部材９の傾きが大きいほど、開口部分７又は開口部分８の遮蔽される面積が大きくなる。本実施形態では、シャッタ部材９が開口部分８側に傾いた状態に調節されており、開口部分８の一部がシャッタ部材９によって覆われた状態になっている。

図３は、坩堝５の構成を示す平面図である。
同図に示すように、開口部分７はシャッタ部材９によって遮蔽されていないため、収容部５ｄの開口領域７ａの面積は開口部分７の面積と同一である。開口部分８の一部がシャッタ部材９によって遮蔽されているため、その分収容部５ｅの開口領域８ａの面積は開口部分８の面積よりも小さくなっている。この結果、収容部５ｄの開口領域７ａは収容部５ｅの開口領域８ａよりも大きくなっている。収容部５ｄの開口領域７ａと収容部５ｅの開口領域８ａとの面積比はＡ：Ｂになっている。

蒸着により有機ＥＬ装置の有機層などの有機薄膜を形成する場合、有機薄膜の主成分を構成するホスト材料と有機薄膜にドーピングするゲスト材料とを用いてほぼ同一の温度で共蒸着を行うのが一般的である。例えば上記の坩堝５を用いて共蒸着を行う場合、開口領域の面積が大きい収容部５ｄにホスト材料を収容し、開口領域の面積が小さい収容部５ｅにゲスト材料を収容する。

有機層に含まれるホスト材料の重量とゲスト材料の重量との理想的な比率がＭ：Ｎである場合、ホスト材料とゲスト材料との間で所定温度における単位面積あたりの蒸発量が同じであれば、収容部５ｄの開口領域７ａの面積Ａと収容部５ｅの開口領域８ａの面積Ｂとの比Ａ：ＢをＭ：Ｎに一致させることにより、共蒸着によってホスト材料の重量とゲスト材料の重量との比率がＭ：Ｎになるような有機層を形成することができる。

実際には、ホスト材料とゲスト材料との間で所定温度における単位面積あたりの蒸発量が異なるため、Ａ：ＢをＭ：Ｎに一致させても、有機層中のホスト材料の重量とゲスト材料の重量との比率はＭ：Ｎにはならない。そこで、ホスト材料とゲスト材料との間の所定温度における単位面積あたりの蒸発量を併せて考慮する必要がある。

つまり、所定温度におけるホスト材料の単位面積あたりの蒸発量と、所定温度におけるゲスト材料の単位面積あたりの蒸発量との比がｈ：ｇである場合、収容部５ｄの開口領域７ａの面積Ａと収容部５ｅの開口領域８ａの面積Ｂとの比Ａ：Ｂを（Ｍ／ｈ）：（Ｎ／ｇ）に一致させることにより、共蒸着によってホスト材料の重量とゲスト材料の重量との比率がＭ：Ｎになるような有機層を形成することができる。本実施形態では、これにもとづいて面積Ａと面積Ｂとの比Ａ：Ｂを設定する。なお、面積Ａと面積Ｂとの比Ａ：Ｂを実験によって求めても構わない。

（有機ＥＬ装置）
図４は、有機ＥＬ装置１０の構成を示す図である。
同図に示すように、有機ＥＬ装置１０は、基板１１と、陽極１２と、正孔注入層１３と、発光層１４と、陰極１５とを主体として構成されている。正孔注入層１３と発光層１４とによって有機層１６が構成されている。ここでは、基板１１側から光を射出するボトムエミッション型の有機ＥＬ装置１０を例に挙げて説明する。

基板１１は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの光透過可能な材料からなる。陽極１２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過可能な導電材料からなる電極である。正孔注入層１３は、発光層１４に正孔を注入する層であり、例えば低分子の有機材料からなる。正孔注入層１３の材料としては、例えばＬｉＦ等のアルカリ金属のフッ化物あるいは酸化物、マグネシウムリチウム合金等が挙げられる。

発光層１４は、正孔注入層１３からの正孔と陰極１５からの電子とを結合させて光を発生させる層であり、例えば低分子の有機材料からなる。発光層１４の材料としては、白色の蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の低分子材料を用いることができ、例えばアントラセンやピレン、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、ビススチリルアントラセン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体などの低分子材料（ホスト材料）に、ルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン誘導体、ＤＣＭ、ＤＣＪ、ペリノン、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ジアザインダセン誘導体等のドーパント（ゲスト材料）を添加して用いることができる。陰極１５は、例えばアルミニウムやカルシウムなどの金属からなる電極である。

陽極１２と陰極１５との間に電圧を印加することにより、陽極１２から正孔注入層１３を介して発光層１４に正孔が注入される。同時に、陰極１５から発光層１４に電子が注入される。この正孔と電子とが発光層１４内で結合することによって発光し、発光した光は基板１１側から外部に射出されるようになっている。

（有機ＥＬ装置の製造方法）
次に、上記の有機ＥＬ装置１０の製造方法を説明する。
まず、基板１１上に例えばスパッタリング法などの手法によって陽極１２を形成する。陽極１２を形成した後、この基板１１を上記の蒸着装置１内へ移動し、陽極１２が形成された面が蒸着源４に対向するように基板１１を基板保持部３に保持させる。蒸着源４には、坩堝５を装着しておく。坩堝５のうち開口領域の面積の大きい収容部５ｄにはホスト材料１７を所定量収容しておく。坩堝５のうち開口領域の面積の小さい収容部５ｅにはゲスト材料１８を所定量収容しておく。

この状態で加熱装置６によって坩堝５を加熱すると、図５に示すように収容部５ｄの開口領域７ａからホスト材料１７が蒸発すると共に、収容部５ｅの開口領域８ａからゲスト材料１８が蒸発する。蒸発したホスト材料１７及びゲスト材料１８は、陽極１２上に付着し、正孔注入層１３が形成される。正孔注入層１３を形成した後、ホスト材料１７及びゲスト材料１８を入れ替え、同様の手法によって発光層１４を形成する。発光層１４の形成後は、蒸着装置１から基板１１を取り出し、発光層１４上に陰極１５を形成する。

このように、本実施形態によれば、１つの坩堝５に異なる蒸発材料を収容可能な複数の収容部５ｄ、５ｅが設けられているので、複数種類の蒸着材料を用いる場合であっても坩堝５を２つ以上設ける必要は無い。このため、２つ以上の坩堝を収容する大型の容器は必要なくなる。また、開口部分７又は開口部分８の少なくとも一部を遮蔽可能であると共に、遮蔽する面積を調節可能なシャッタ部材９が当該開口部分７、８に設けられていることとしたので、複数種類の蒸着材料のそれぞれについて蒸発量の調節が容易になる。これにより、蒸着装置の大型化を回避することができ、かつ、蒸着量の調節が容易な坩堝を得ることができる。また、加熱装置６が１つの坩堝５を加熱するだけで済むため、加熱温度のぶれを回避することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、坩堝の構成が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。
図６は、本実施形態に係る坩堝の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、本実施形態に係る坩堝２５には、シャッタ部材が２つ設けられている。坩堝２５は、シャッタ部材に関する構成以外では、第１実施形態に記載の坩堝５と同様の構成になっている。

シャッタ部材２９ａは、壁部２５ｃ上のうち開口部分２７側に配置されている。シャッタ部材２９ａは、例えば軸部材２９ｄ（図７参照）を介して回動調節部２９ｃ（図７参照）に接続されている。回動調節部２９ｃを回動させることによって、開口部分２７側に傾くように回動可能に設けられている。シャッタ部材２９ａの傾きが大きいほど、開口部分２７を遮蔽する面積が大きくなるようになっている。

シャッタ部材２９ｂは、壁部２５ｃのうち開口部分２８側に配置されている。シャッタ部材２９ｂは、例えば軸部材２９ｆを介して回動調節部２９ｆに接続されている。回動調節部２９ｅを回動させることによって、開口部分２８側に傾くように回動可能に設けられている。シャッタ部材２９ｂの傾きが大きいほど、開口部分２８を遮蔽する面積が大きくなるようになっている。このように、開口部分２７及び開口部分２８を遮蔽する面積を独立して調節可能になっている。

また、シャッタ部材２９ａ、２９ｂは蒸発した材料がシャッタ上で冷却され再付着することが無い様にそれぞれが独立した過熱装置を具備していてもよい。

ここでは、例えばシャッタ部材２９ａの傾きの大きさよりもシャッタ部材２９ｂの傾きの大きさが大きくなるように各シャッタ部材２９ａ、２９ｂの傾きを調節している。このため、シャッタ部材２９ａの遮蔽する面積よりもシャッタ部材２９ｂの遮蔽する面積の方が大きくなっている。

図７は、この坩堝２５についての底部２５ｚに平行な面における断面図である。
同図に示すように、開口部分２７及び開口部分２８はシャッタ部材２９ａ及びシャッタ部材２９ｂによってそれぞれ遮蔽されているため、収容部２５ｄの開口領域７ａの面積及び収容部２５ｅの開口領域８ａの面積は、開口部分７の面積及び開口部分８の面積よりも小さくなっている。開口部分８の一部がシャッタ部材９によって遮蔽されているため、その分収容部５ｅの開口領域８ａの面積は開口部分８の面積よりも小さくなっている。また、シャッタ部材２９ａの遮蔽する面積よりもシャッタ部材２９ｂの遮蔽する面積の方が大きくなっている。この結果、収容部２５ｄの開口領域２７ａは収容部２５ｅの開口領域２８ａよりも大きくなっている。開口領域２７ａの面積及び開口領域２８ａの面積の比はＡ：Ｂになっている。この面積比は、第１実施形態と同様の手法によって設定する。

このように、本実施形態によれば、シャッタ部材２９ａ及びシャッタ部材２９ｂが開口部分７及び開口部分８についてそれぞれ設けられていることとしたので、当該開口部分７及び開口部分８についての遮蔽面積を独立して調節することができる。これにより、蒸発量の調節をより細かく行うことができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、収容部５ｄの開口部分７の面積と収容部５ｅの開口部分８の面積とを異なるように壁部５ｃを設けるようにしても良い。例えば図８には、開口部分７の面積を開口部分８の面積よりも大きくした場合の例を示している。これにより、例えば必要な蒸着材料の量が異なる場合に、必要量の少ない方の蒸着材料については開口部分の面積が小さい収容部５ｅに収容し、必要量の多い方の蒸着材料については開口部分の面積が大きい収容部５ｄに収容することができる。このように、蒸着材料の必要量に応じて当該蒸着材料を収容する収容部を選択することにより、蒸着材料を必要以上に収容することを防ぐことができ、蒸着材料を節約することができる。

また、上記実施形態では、坩堝５内の１箇所に壁部５ｃを設けて当該坩堝５内を２分割する構成であったが、これに限られることは無い。例えば、坩堝５内の２箇所に壁部をそれぞれ設けることで、坩堝５内を開口面積の等しい３つの収容部にそれぞれ分割する構成にしても良い。各領域の開口面積比は上記実施形態と同様の手法によってあらかじめ設定しておく。また、坩堝５内を開口面積の等しい４つ以上の収容部にそれぞれ分割する構成であっても構わない。この場合、収容部ごとにシャッタ部材９を設ける構成にすることが好ましい。

また、上記実施形態では、有機ＥＬ装置１０について、基板１１側から光を射出するボトムエミッション型の有機ＥＬ装置を例に挙げて説明したが、これに限られることはなく、基板１１とは反対側の面から光を射出するボトムエミッション型の有機ＥＬ装置であっても本発明の適用は勿論可能である。この場合、陰極１５をマグネシウム銀、ＩＴＯ、ＩＸＯ等の透光性、導電性を有する材質で形成する必要がある。

本発明の第１実施形態に係る蒸着装置の構成を示す図。 本実施形態に係る蒸着装置の坩堝の構成を示す斜視図。 本実施形態に係る坩堝の構成を示す断面図。 本実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す図。 本実施形態に係る有機ＥＬ装置の製造過程を示す工程図。 本発明の第２実施形態に係る蒸着装置の坩堝の構成を示す断面図。 本実施形態に係る坩堝の構成を示す断面図。 本発明に係る他の坩堝の構成を示す断面図。

符号の説明

１…蒸着装置 ２…チャンバ ３…基板保持部 ４…蒸着源 ５、２５…坩堝 ５ａ…外周部 ５ｂ…開口部 ５ｃ…壁部 ５ｄ、５ｅ…収容部 ５ｚ…底部 ６…加熱装置 ７、８…開口部分 ９…シャッタ部材 １０…ＥＬ装置 １６…有機層

Claims (7)

1. 開口部分を有し蒸着材料を収容する分割された複数の収容部と、
   前記開口部分に設けられ、当該開口部分の少なくとも一部を遮蔽可能であると共に、遮蔽する面積を調節可能な遮蔽部材と
   を具備することを特徴とする坩堝。
2. 前記複数の収容部を仕切る壁部が設けられており、
   前記遮蔽部材が前記壁部に支持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の坩堝。
3. 前記開口部分の面積が等しくなるように前記複数の収容部が分割されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の坩堝。
4. 前記開口部分の面積が互いに異なるように前記複数の収容部が分割されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の坩堝。
5. 前記遮蔽部材が前記開口部分ごとに設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の坩堝。
6. 請求項１乃至請求項５に記載の坩堝と、
   前記坩堝を加熱する加熱手段と
   を具備することを特徴とする蒸着装置。
7. 請求項６に記載の蒸着装置を用いて基板の表面に有機層を蒸着形成することを特徴とする有機ＥＬ装置の製造方法。

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