JP2008293963A - 発光装置の作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フルカラーのフラットパネルディスプレイとして、高精細化や高開口率化や高信頼性の要求が高まっている。これに伴って発光装置の高精細化(画素数の増大)及び表示画素ピッチの微細化が大きな課題となっている。
【解決手段】レジストマスクを形成することなく、フォトリソグラフィ技術で用いられる露光装置を用いて、選択的に有機化合物を含む層の成膜を行う。プレート上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含む材料層を形成し、露光装置を用いて露光を行い、選択的に硬化させる。そして、プレートに対向して被成膜基板を配置する。そして被成膜基板または材料層を加熱して、露光した領域、或いは露光されなかった領域に含まれる有機化合物を蒸発させることでプレートに対向する被成膜基板の面上に選択的に成膜を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、一対の電極間に有機化合物を含む膜(以下、「有機化合物を含む層」と記す)を設けた素子に電界を加えることで、蛍光又は燐光が得られる発光素子を用いた発光装置及びその作製方法に関する。
なお、発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光装置にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。また、本発明は、発光装置の製造方法に関する。
近年、自発光型の発光素子としてEL素子を有した発光装置の研究が活発化している。この発光装置は有機ELディスプレイ、又は有機発光ダイオードとも呼ばれている。これらの発光装置は、動画表示に適した速い応答速度、低電圧、低消費電力駆動などの特徴を有しているため、新世代の携帯電話や携帯情報端末(PDA)をはじめ、次世代ディスプレイとして大きく注目されている。
有機EL素子を有する有機ELパネルは、バックライトを必要とする液晶表示装置と異なり自発光型であるため、高いコントラストを実現し易く、視野特性も広いことから視認性に優れている。即ち、屋外に用いられるディスプレイとしては、液晶ディスプレイよりも適しており、携帯電話、デジタルカメラの表示装置等をはじめとして、様々な形での使用が提案されている。
また、有機EL素子は、少なくとも陰極、EL層(有機化合物を含む層)、及び陽極で形成される発光素子を指す。有機EL素子は、互いに直交するように設けられた2種類のストライプ状電極の間にEL層を形成する方式(単純マトリクス方式)、又はTFTに接続されマトリクス状に配列された画素電極と対向電極との間にEL層を形成する方式(アクティブマトリクス方式)の2種類がある。
また、EL層(有機化合物を含む層)は「正孔輸送層、発光層電子輸送層」に代表される積層構造を有している。また、EL層を形成するEL材料は低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料に大別され、その成膜方法には、蒸着法(真空蒸着法を含む)、スピンコート法、インクジェット法、ディップ法、電解重合法等が挙げられる。
また、フルカラーのフラットパネルディスプレイとして、高精細化や高開口率化や高信頼性の要求が高まっている。こうした要求は、発光装置の高精細化(画素数の増大)及び小型化に伴う各表示画素ピッチの微細化を進める上で大きな課題となっている。また、同時に生産性の向上や低コスト化の要求も高まっている。
赤、緑、及び青の発光色を発光する有機EL素子を用いてフルカラーのフラットパネルディスプレイを作製することを考えた場合、どの成膜方法においても選択的に成膜する成膜位置精度がそれほど高くないため、発光色の異なる画素間の間隔を広く設計している。
また、選択的に成膜を行う方法として、特許文献1には、有機薄膜用ドナーフィルムとレーザ光を用いた有機発光素子の製造方法が開示されている。
特開平10−208881号公報
有機EL素子に用いる有機化合物を含む層の膜厚の分布、バラツキに対する制限は厳しい。また、有機化合物を含む層は、特に大気に露呈させておくと、水分などの不純物により特性劣化が生じる恐れがある。
従って、有機EL素子に用いる有機化合物を含む層は、膜厚も薄く、さらに該有機化合物を含む層上に露光および現像して得られた所望のパターン形状を有するフォトレジストを形成し、フォトレジストをマスクとして利用して選択的にエッチングする方法を用いることが困難であった。
そこで、本発明では、レジストマスクを形成することなく、フォトリソグラフィ技術で用いられる露光装置を用いて、選択的に有機化合物を含む層の成膜を行う。
まず、第1の電極を予め形成した第1の基板を用意する。そして、第2の基板(プレートとも呼ぶ)上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含む材料層を形成し、露光装置を用いて露光を行い、選択的に硬化させる。そして、第1の基板に対向して第2の基板を配置する。そして熱源により第2の基板または材料層を加熱して、露光した領域、或いは露光されなかった領域に含まれる有機化合物を蒸発させることで第2の基板に対向する第1の基板の面上に選択的に成膜を行う。
本発明は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
フォトリソグラフィ技術で用いられる露光装置の解像性能は、光源の波長と、投影レンズの性能(NA)によってきまる。なお、NAは投影レンズの開口数である。光源の波長は、g線(436nm)、i線(365nm)、KrFエキシマレーザ(248nm)、Arエキシマレーザ(193nm)、F2レーザ(157nm)、Extreme Ultra Violet(13.5nm)などを用いることができ、最小線幅100nm以下の高精細な露光も可能である。
本発明により、選択的に成膜する成膜位置精度を高くすることができ、発光色の異なる画素間の間隔を狭く設計することができるため、フルカラー表示装置において、さらなる高精細化を実現できる。
また、ステンシルマスクやメンブレンマスクを用いる電子線投影リソグラフィーで用いられる露光装置を用いることもできる。
また、露光装置として、液晶の可逆的且つ選択的光透過材料を用いた露光マスクを用いてもよい。このような液晶シャッタを露光装置に用いた場合、マスクの作製コスト及びマスク作製時間が削減できる。また、マイクロミラーアレイまたはデジタルミラーデバイス(DMD)を用いて露光を行う露光装置を用いてもよい。また、このようなミラーアレイを露光装置に用いた場合、マスクの作製コスト及びマスク作製時間が削減できる。
光重合開始剤は、光硬化性組成物の一成分であり、紫外線や電子線などの照射により組成物を重合、または高分子材料を形成するものである。なお、高分子材料は、比較的単純な分子一種または複数種が数百、または数万も共有結合で繋がって形成されたものである。光重合開始剤は、大きくわけて3種類あり、一つ目は紫外線や電子線などの照射によりラジカルを発生し、そのラジカルが重合のきっかけになるものである。二つ目は、カチオンを発生する光酸発生剤である。三つ目は、アニオンを発生する光塩基発生剤である。本発明は、この3種類のうち、どの種類の光重合開始剤を用いてもよい。
また、光エネルギーの作用で液体状態から固体状態に変化させることを光硬化と呼び、硬化する合成有機材料を光硬化性樹脂と呼ぶ。光硬化性樹脂は、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤、または添加剤を含む光硬化性組成物の一種である。モノマーとは、重合して大きな分子となる有機材料である。オリゴマーとは、モノマーを予め幾つか反応させてあるものでモノマーと同様に重合して大きな分子となる有機材料である。モノマーやオリゴマーは簡単には重合反応を起こさないため、光重合開始剤を混合させて、反応を開始させる。
光硬化性組成物は、以下に示すステップで硬化する。光重合開始剤は、光を吸収して活性化し、ラジカルやカチオンやアニオンを生成する。生成されたラジカルやカチオンやアニオンがオリゴマーやモノマーと反応して3次元的な重合や架橋反応を起こす。この反応により一定以上の大きさの分子になると、光照射された部分が液体状態から固体状態に変化する。なお、安定剤やフィラーなどの添加剤は、光硬化性組成物の安定や強化などの目的のために含ませている。
また、第2の基板上に有機化合物及び光重合開始剤を含む樹脂層を形成する場合、露光マスクを用いて光硬化させた領域を残存させるエッチングを行い、第2の基板または樹脂層を加熱すると、樹脂層は第2の基板上に残存し、樹脂層に含まれていた有機化合物が第1の基板に成膜される。
本明細書で開示する発明の構成は、第1の基板上に第1の電極を形成し、第2の基板上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含む第1の層を形成し、前記第1の層の露光及び現像を選択的に行い、前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、現像された第1の層を加熱して、第1の層に含まれる有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法である。
また、第1の層に複数種類の有機化合物を含ませて、成膜を行うことにより被成膜基板上に複数種類の有機化合物を含む層を形成することもできる。
また、本明細書で開示する他の発明の構成は、第1の基板上に第1の電極を形成し、第2の基板上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含む第1の層を形成し、前記第1の層の露光及び現像を選択的に行い、前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、現像された第1の層を加熱して、第1の層に含まれる第1の有機化合物及び第2の有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に第1の有機化合物及び第2の有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法である。
従来の蒸着装置では、共蒸着を行う場合、昇華温度の異なるゲスト材料とホスト材料とを別々のルツボに用意し、それぞれの膜厚レートが安定するまで膜厚モニタを用いて調節するため、成膜前に余分な時間を要し、さらに複雑な条件設定が必要とされていた。一方、本発明の成膜方法では、予め、所望の混合割合となるように混ぜ合わせた材料層を第2の基板上にスピンコート法などにより均一な膜厚で形成すれば、膜厚モニタを用いることなく、第2の基板に形成した混合割合で、第1の基板に成膜を行うことができる。勿論、本発明の成膜方法を用いると、膜厚の均一性は高く、短時間での成膜を行うことができる。
また、第2の基板上に有機化合物のモノマー及び光重合開始剤を含む材料層を形成する場合、露光マスクを用いて露光させた領域の有機化合物のモノマーは重合するため、第2の基板または材料層を加熱すると、露光されなかった領域の有機化合物のモノマーが飛翔して第1の基板に成膜される。従って、第2の基板には露光された領域の有機化合物の重合体が残存する。
本明細書で開示する他の発明の構成は、第1の基板上に第1の電極を形成し、第2の基板上に有機化合物及び光重合開始剤を含む第1の層を形成し、前記第1の層の露光を選択的に行って前記第1の層の露光した領域を重合させ、前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、前記第1の層を加熱して、前記第1の層の露光した領域以外に含まれる有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法である。
また、露光により露光部分を残存させるネガ型に限らず、露光により露光部分をエッチング液に可溶化させるポジ型となるような材料に有機化合物を含ませてもよい。例えば、露光を行う光源の光に敏感な有機化合物を用いる場合に、ポジ型となるような材料に有機化合物を含ませることは有効である。
また、ハーフトーン位相シフトマスクも用いることができる。ハーフトーン位相シフトマスクを用いると、異なる領域に異なる深さの露光が行える。一回の成膜処理で異なる領域に異なる膜厚の有機化合物を含む層を形成することができる。フルカラーのフラットパネルディスプレイを作製する場合、発光色毎に最適な光学設計は異なるため、それぞれ発光色毎に光学設計することが好ましい。例えば、正孔輸送層を形成するためにハーフトーン位相シフトマスクを用いて、異なる領域に異なる深さの露光を行い、選択的に正孔輸送層の形成を行うことで、発光色の異なる発光素子ごとにそれぞれ正孔輸送層の膜厚を異ならせることができる。
また、蒸着マスクと組み合わせることもできる。蒸着マスクは開口を有するマスクであるため、開口形状が限定される。開口領域に囲まれた領域が島状であるパターン、例えば、リング状の開口などを有する蒸着マスクの形成は困難である。本発明は露光を用いるため、さまざまなパターン形状も実現可能であり、蒸着マスクと組み合わせて用いることで、さらに確実に所望の領域以外に蒸着させないようにすることができる。また、蒸着マスクに付着する有機化合物の量も従来の蒸着装置に比べて低減することができ、マスクのクリーニング頻度を低減することができる。
また、本発明の成膜方法を行う成膜装置を以下に説明する。
本発明に用いる成膜装置は、減圧状態とすることが可能な真空チャンバー内に、少なくとも、材料層が成膜されたプレートと、被成膜基板と、熱源(ホットプレート、フラッシュランプなど)とで構成される。そして、材料層が成膜されたプレートと、被成膜基板とを対向させる。それぞれ、材料層表面および被成膜基板の被成膜面が向かいあうようにセットする。そして、この成膜装置は、材料層表面と、被成膜基板の被成膜面との間隔距離dは、最大でも100mm以下、好ましくは、0.05mm以下の距離範囲で配置するように調節する機構を備えている。なお、材料層表面と、被成膜基板の被成膜面は互いに平行となるように配置することが好ましい。
なお、間隔距離dは、被成膜基板上に配線や隔壁などの凹凸を有する場合は、材料層が成膜されたプレート面上の材料層の表面と、被成膜基板の最表面、即ち、露呈されている表面の最も突出した部分までの距離として定義する。
また、プレートは、平板であれば特に材料は限定されず、石英、ガラス、金属などを用いることができる。また、プレートとして、導電性を有する基板を用いれば、プレートを熱源とすることができ、導電性を有する基板に直接電流を流して加熱を行うことができる。
成膜室内を減圧下とし、熱源の熱を熱伝導または熱輻射によって、プレートを急速に加熱し、プレート上の材料層を短時間に蒸発させ、被成膜基板に蒸着し、材料層を成膜する。
高精度の露光を行う場合、平坦性の高い石英基板を用いることが好ましい。材料層の選択的露光は、材料層が設けられているプレートの表面側から行ってもよいし、プレートの裏面側から行ってもよい。勿論、プレートの裏面側から行う場合には、プレートとして透光性を有する基板を用いる。
本発明に用いる成膜装置は、従来の蒸着装置に比べ、蒸着材料の利用効率及びスループットを格段に向上させることができる。
従来の蒸着装置は基板ホルダに基板を設置し、EL材料、つまり蒸着材料を封入したルツボ(または蒸着ボート)と、昇華するEL材料の上昇を防止するシャッタと、ルツボ内のEL材料を加熱するヒータとを有している。そして、ヒータにより加熱されたEL材料が昇華し、回転する基板に成膜される。このとき、均一に成膜を行うために、基板とルツボとの間の距離は1m以上離している。基板が大きくなるにつれて蒸着面積も大きくなるため、用意するEL材料がさらに必要となる。従来のように基板と蒸着源との間隔を1m以上離し、高価なEL材料の利用効率が約1%以下と極めて低い場合には、大きなルツボ(または蒸着ボート)に大量のEL材料を用意することになる。また、大きなルツボに収納した大量のEL材料の蒸着速度が安定するまでの加熱時間も増加するためスループットの低下を招く。また、EL材料の冷却にも時間がかかる。特に真空では物質を加熱しにくく、物質を冷却しにくい。また、大量なEL材料を複数のルツボに分けた場合には、それぞれのルツボの蒸着速度を制御することが困難になり、膜厚の均一性を保つことが困難になる。
また、従来の蒸着装置において、選択的に成膜を行う場合には蒸着マスクを用いており、成膜位置精度は、そのマスクの加工精度に依存しており、数十μmの微細加工は困難である。
本発明で用いる成膜装置は、露光マスクの精度に依存するため、数十μm未満の微細加工が可能である。従って、フルカラー表示装置において、さらなる高精細化を実現できる。
また、有機化合物を含む層を選択的に成膜する技術が特許文献1に開示されているが、透光性を有する基材フィルムと、光吸収層と、転写層とを少なくとも有しており、レーザ光を走査させることで選択的に成膜を行っている。
また、特許文献1で開示されている技術において、レーザー光を照射するためには、レーザ光源と、被照射面に所望のレーザビーム形状を形成するための光学系及びレーザ光の光路を形成するための空間が必要である。また、走査を行うための機構及び走査に要する成膜時間も必要となる。例えば、基板の一辺が、1mを超える大面積の基板を用いる場合、レーザ光を走査する領域の拡大に比例して成膜時間が増大する。従って、大面積の基板を用いる場合、成膜装置の大型化及び成膜時間の延長を招く。また、レーザ光源は高価な消耗品であり、メンテナンス時に交換する場合の費用が増大してしまう。
本発明に用いる成膜装置は、従来の蒸着装置に比べ、例えば、基板サイズが、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mmのような大面積基板に対しても、装置の小型化を図ることができ、短時間での成膜、且つ、均一な膜厚が得られる。また、本発明で用いる熱源(ホットプレート、フラッシュランプなど)は、基板の大面積化に対応可能であり、大面積基板を加熱する上で適している。また、通電によりプレート自体を熱源にする場合においても、基板の大面積化に対応可能であり、大面積基板を加熱する上で適している。
ただし、大面積基板に成膜を行わない場合、有機化合物を含む材料層が設けられている基板を蒸着源とし、基板と被成膜基板と向かい合わせ、被成膜基板上に選択的に有機化合物を含む膜が成膜できる成膜装置であれば、特に限定されず、例えば、材料層が設けられているテープを用いるロールトゥロール方式の成膜装置を用いてもよい。
また、基板全面を加熱できるホットプレートに比べ成膜時間が長くなるが、材料層が設けられているプレートに対して棒状のヒータを走査して加熱を行っても、被処理基板上に選択的に成膜を行うことができる。また、成膜装置の大型化及び成膜時間の延長を問題にしないのであれば、レーザ光を走査して加熱を行ってもよい。本発明は、露光装置を用いて部分的に感光させた材料層を用いて蒸着を行う成膜方法であるため、選択的に被成膜基板への成膜が可能であれば、成膜装置は特に限定されない。
本発明の成膜方法により、膜厚モニタを用いることなく、従来の成膜方法よりも選択的に成膜する成膜位置精度を高くすることができる。さらに、大面積の基板を用いる場合においても、膜厚の均一性は高く、短時間での成膜を行うことができる。
また、本発明の成膜方法において、熱源により蒸発する領域、または蒸発させる材料の量は、限られているため、成膜室内壁に蒸発物が付着することを抑えることができる。従って、成膜室内のクリーニングの頻度を低減することができる。
本発明の実施形態について、以下に説明する。
(実施の形態1)
図1(A)〜図1(D)を用いて発光装置の作製方法を説明する。
まず、第1の基板106と第2の基板101を用意する。第1の基板106は発光素子を形成する基板を指し、第2の基板101は、第1の基板106上に有機化合物を含む第2の層を形成するために用いる基板(プレートとも呼ぶ)を指している。第2の基板101は、透光性を有する基板を用いる。
第2の基板101上には、有機化合物103(またはその前駆体)が溶媒に溶解または分散された液体を塗布液として湿式工程、例えばスピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法などを用いて塗布する。有機化合物103は、溶媒に溶解性があり、または分散性を持つことが好ましい。後の工程で第1の基板106上に形成される第2の層の膜厚及び均一性は、この塗布液の調節に依存する。従って、有機化合物103を塗布液に対して均一に溶解させる、または均一に分散させることが重要である。また、スピンコート法を用いる場合、塗布液の粘度や、基板の回転数などで膜厚の調節ができる。
なお、有機化合物103を含む第1の層102には、光重合開始剤及び光活性化された光重合開始剤と反応して樹脂を形成する組成物を含ませておく。この段階での第2の基板101の断面構造の模式図を図1(A)に示す。
溶媒としては、極性溶媒、または無極性溶媒を用いる。極性溶媒としては、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール等の低級アルコールの他、THF、アセトニトリル、ジクロロメタン、ジクロロエタン、アニソールなどが挙げられ、これら複数種を混合して用いてもよい。また、無極性溶媒としては、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレンなどが挙げられ、これら複数種を混合して用いてもよい。
有機化合物103は、用いる溶媒に合わせて以下に示す発光物質から適宜選択すればよい。例えば、赤色系の発光を得たい場合は、例えば、4−ジシアノメチレン−2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTI)、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJTB)やペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン等、600nmから680nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いればよい。
また、緑色系の発光を得たいときは、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6やクマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)等、500nmから550nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いればよい。
また、青色系の発光を得たいときは、9,10−ビス(2−ナフチル)−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−ガリウム(略称:BGaq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等、420nmから500nmに発光スペクトルのピークを有する発光を呈する物質を発光物質として用いればよい。
また、発光物質を分散させるために発光物質と共に用いる物質についても特に限定はなく、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)等のアントラセン誘導体、または4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体の他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:ZnBOX)等の金属錯体等を用いることができる。
次いで、露光装置を用いて、選択的に露光を行う。図1(B)は露光マスク105を用いて露光を行っている様子を示している。露光マスクによって所望の形状の領域を選択的に露光させる。露光された領域104に重合反応を生じさせる。また、図1(B)では、有機化合物を含む第1の層102の露呈している面、即ち、表面側から露光を行った例を示したが特に限定されず、第2の基板が透光性を有していれば、露光マスクを裏面側に設け、第2の基板の裏面側から露光を行ってもよい。
次いで、現像を行う。図1(C)は、露光された領域以外を現像液により除去した後の様子を示している。露光された領域104は重合反応が生じて有機化合物103が樹脂で囲まれた状態となっており、現像液と直接接触しない。従って、アルキル水溶液などの現像液を用いても、露光された領域104に含まれる有機化合物103は水と反応しない。なお、現像液は特に限定されず、露光されなかった領域を除去でき、且つ露光された領域を残存させるエッチング液を用いる。
次いで、第2の基板に付着している水分や溶媒を除去するために、加熱処理、例えば真空アニールなどを行うことが好ましい。また、第1の基板に付着している水分を除去するために、加熱処理、例えば真空アニールなどを行うことが好ましい。
次いで、一つの成膜装置に第1の基板と第2の基板とを搬入する。成膜装置は、少なくとも減圧状態とすることが可能な真空チャンバー内に、少なくとも、材料層が成膜されたプレートと、被成膜基板と、熱源(ホットプレート、フラッシュランプなど)とで構成される。
次いで、第1の基板106と第2の基板101を向かい合わせて基板間隔dを固定し、位置合わせを行う。予め、第1の基板106上には、第1の電極107と、隣り合う第1の電極同士が短絡しないように隔壁と呼ばれる絶縁物108とを設けておく。また、基板間隔dは、0mm以上30mm以下、好ましくは0mm以上10mm以下とする。なお、基板間隔dが0mmとは第1の基板と第2の基板の表面同士接している状態を指しているが、第1の基板106上に絶縁物108などの凹凸を有している場合、絶縁物の頂部と第2の基板に設けられている材料層が接していることとなり、実際には、第1の電極と第2の基板に設けられている材料層の間には空間が存在している。従って、本明細書では、第1の基板と第2の基板の表面同士が一部接している状態でも基板間隔は存在し、その状態を基板間隔dが0mmと表記することとする。
次いで、減圧下で第2の基板101に対してフラッシュランプを照射して第2の基板101または露光された領域104を加熱する。すると、図1(D)に示すように、露光された領域104に含まれる有機化合物103が飛翔して第1の電極107上に付着することで、選択的に有機化合物を含む第2の層109が形成される。なお、加熱によって有機化合物103は蒸発するが、露光された領域104は重合しているため、有機化合物103以外の組成物、即ち樹脂などの高分子材料は残存する。図1(D)に示すように予め飛翔する有機化合物の量は制限されているため、膜厚モニタを用いることなく、所望の領域に所望の膜厚となる有機化合物の層を形成することができる。
図1(D)では、隣り合う第1の電極同士が短絡しないように隔壁と呼ばれる絶縁物108を設けているが、特に限定されず、設けなくともよい。また、図1(D)では、第1の基板を上側に配置し、第2の基板を下側に配置したが、特に限定されず、基板を縦置きの状態として向き合わせて配置してもよい。
また、第2の基板となるプレートを複数枚用意して、異なる材料層をそれぞれ形成し、上記手順と同様の成膜を繰り返し行って、積層を選択的に形成することができる。
従来では、液体を用いた塗布法で積層を行おうとすると、第1の溶媒を用いて第1の層を形成した後、第1の溶媒の異なる第2の溶媒を用いて第2の層を形成するため、選択できる材料の種類が限定されていた。第1の溶媒と同じ溶媒を用いて第2の層を形成すると、第1の層を溶解する恐れがあった。また、基板の凹凸に影響を受けるため、第1の電極や配線などの影響で、均一の膜厚で成膜することが困難であった。
また、本発明の成膜方法は、平坦な第2の基板に塗布法で形成した層を利用して、第1の基板に設けられた第1の電極上に形成するため、第1の基板に凹凸があったとしても、均一な膜厚を得ることができる。
また、第1の基板と第2の基板とを向き合わせて配置する際、開口を有するマスクを基板間に配置してもよい。このマスクでは高精細な開口を形成することは困難であるが、外部端子との接続部分などへの蒸着を確実に保護するマスクを用いてもよい。また、蒸着する材料の量は制限されているため、蒸着マスクに付着する量を低減することができる。
次いで、第1の電極上方に重なるように第2の電極を形成し、発光素子を形成する。発光素子は、少なくとも第1の電極、有機化合物を有する層、第2の電極を有し、第1の電極と第2の電極の間に有機化合物を有する層が配置される。
また、本実施の形態では、フラッシュランプを用いた例を示したが、特に限定されず、第2の基板よりも広い平面積を有するホットプレートを用いることができる。また、第2の基板として、導電性を有する基板(タングステン基板、銅基板など)を用いれば、第2の基板を熱源とすることができ、導電性を有する基板に直接電流を流して加熱を行うことができる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、1種類の有機化合物を用いる例を示したが、複数種の有機化合物を用いることができる。ここでは、複数種の有機化合物を用いて共蒸着を行う例を示す。
まず、第1の基板206と第2の基板201を用意する。第1の基板206は発光素子を形成する基板を指し、第2の基板201は、第1の基板206上に複数種類の有機化合物を含む第2の層210を形成するために用いる基板を指している。第2の基板201は、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、金属基板などを用いる。
第2の基板201上には、第1の有機化合物203(またはその前駆体)及び第2の有機化合物213(またはその前駆体)が溶媒に溶解または分散された液体を塗布液として湿式工程、例えばスピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法などを用いて塗布する。第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213は、溶媒に溶解性があり、または分散性を持つことが好ましい。後の工程で第1の基板206上に形成される第2の層の膜厚及び均一性、および第2の層に含まれる複数種類の有機化合物の存在比(混合比とも呼ぶ)は、この塗布液の調節に依存する。従って、第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213の混合比を調整し、塗布液に対して均一に溶解させる、または均一に分散させることが重要である。また、スピンコート法を用いる場合、塗布液の粘度や、基板の回転数などで膜厚の調節ができる。
なお、複数種類の有機化合物(第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213)を含む第1の層202には、光重合開始剤及び光活性化された光重合開始剤と反応して樹脂を形成する組成物を含ませておく。この段階での第2の基板201の断面構造の模式図を図2(A)に示す。
溶媒としては、実施の形態1に示した極性溶媒、または無極性溶媒を用いる。
また、第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213は、用いる溶媒に合わせて上記実施の形態1に示す発光物質から適宜選択すればよい。また、第1の有機化合物203の昇華温度と第2の有機化合物213の昇華温度が異なっていてもよい。なお、後に行われる加熱処理の際は、どちらか高い方の昇華温度に合わせて加熱温度を設定すればよい。
次いで、露光装置を用いて、選択的に露光を行う。図2(B)は露光マスク205を用いて露光を行っている様子を示している。露光マスクによって所望の形状の領域を選択的に露光させる。露光された領域204に重合反応を生じさせる。また、図2(B)では、複数種類の有機化合物を含む第1の層202の露呈している面、即ち、表面側から露光を行った例を示したが特に限定されず、第2の基板が透光性を有していれば、露光マスクを裏面側に設け、第2の基板の裏面側から露光を行ってもよい。
次いで、現像を行う。図2(C)は、露光された領域以外を現像液により除去した後の様子を示している。露光された領域204は重合反応が生じて第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213が樹脂で囲まれた状態となっており、現像液と直接接触しない。従って、アルキル水溶液などの現像液を用いても、露光された領域204に含まれる有機化合物203及び第2の有機化合物213は水と反応しない。なお、現像液は特に限定されず、露光されなかった領域を除去でき、且つ露光された領域を残存させるエッチング液を用いる。
次いで、第1の基板206と第2の基板201を向かい合わせて基板間隔dを固定し、位置合わせを行う。予め、第1の基板206上には、第1の電極207と、隣り合う第1の電極同士が短絡しないように隔壁と呼ばれる絶縁物208とを設けておく。また、基板間隔dは、0mm以上30mm以下とする。
次いで、減圧下で第2の基板201に対して、予め加熱されたホットプレート211を近づけ、第2の基板及び露光された領域204を加熱する。すると、図2(D)に示すように、露光された領域204に含まれる複数種類の有機化合物が飛翔して第1の電極207上に付着することで、選択的に複数種類の有機化合物を含む第2の層210が形成される。なお、加熱によって第1の有機化合物203及び第2の有機化合物213は蒸発するが、露光された領域204は重合しているため、複数の有機化合物以外の組成物、即ち樹脂などの高分子材料は残存する。図2(D)に示すように予め飛翔する有機化合物の量は制限されているため、膜厚モニタを用いることなく、所望の領域に所望の膜厚となる有機化合物の層を形成することができる。ホットプレートを用いる利点は、強光を照射しないため、フラッシュランプのような強光に対して何らかの反応や変質を生じる恐れのある有機化合物を用いる場合に有効である。
図2(D)では、隣り合う第1の電極同士が短絡しないように隔壁と呼ばれる絶縁物208を設けているが、特に限定されず、設けなくともよい。また、図2(D)では、第1の基板を上側に配置し、第2の基板を下側に配置したが、特に限定されず、基板を縦置きの状態として向き合わせて配置してもよい。
また、第2の基板となるプレートを複数枚用意して、異なる材料層をそれぞれ形成し、上記手順と同様の成膜を繰り返し行って、積層を選択的に形成することができる。
従来では、蒸着法で共蒸着を行おうとすると、複数の有機化合物を別々のるつぼに用意して、るつぼの開口の向きを調節して蒸着材料が混ざるように複数のるつぼを配置し、それぞれ独立して加熱温度を制御して、膜厚モニタでそれぞれの蒸着速度を調節して安定させた後に蒸着を行っていた。従って、条件設定が複雑であり手間がかかるため、共蒸着を短時間に全自動で行うことは困難であった。
また、本発明の成膜方法は、複数の有機化合物の混合比が調節された材料液を予め用意し、これを平坦な第2の基板に塗布法で形成し、この複数の有機化合物が塗布された第2の基板を利用して第1の基板に設けられた第1の電極上に有機化合物の膜を形成するため、膜厚モニタを用いることなく、共蒸着が行え、さらに均一な膜厚も得ることができる。従って、共蒸着を短時間に全自動で行うことができる。
次いで、第1の電極と重なるように第2の電極を形成し、発光素子を形成する。発光素子は、少なくとも第1の電極、複数種類の有機化合物を有する層、第2の電極を有し、第1の電極と第2の電極の間に複数種類の有機化合物を有する層が配置される。
また、本実施の形態では、第2の基板よりも広い平面積を有するホットプレートを用いた例を示したが、特に限定されず、フラッシュランプを用いることができる。また、第2の基板として、導電性を有する基板(タングステン基板、銅基板など)を用いれば、第2の基板を熱源とすることができ、導電性を有する基板に直接電流を流して加熱を行うことができる。
本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態3)
実施の形態1では露光した領域に含まれる有機化合物を蒸着する例を示したが、本実施の形態では未露光領域の有機化合物を蒸着する例を示す。
まず、第1の基板306と第2の基板301を用意する。第1の基板306は発光素子を形成する基板を指し、第2の基板301は、第1の基板306上に有機化合物を含む第2の層を形成するために用いる基板を指している。第2の基板301は、導電性を有する基板を用いる。導電性を有する基板は、基板自身が導電材料で形成されたものであってもよいし、表面に導電膜を有する絶縁基板であってもよい。
第2の基板301上には、光重合するモノマー(有機化合物)が溶媒に溶解または分散された液体を塗布液として湿式工程、例えばスピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法などを用いて塗布する。後の工程で第1の基板306上に形成される第2の層の膜厚及び均一性は、この塗布液の調節に依存する。従って、光重合するモノマーを塗布液に対して均一に溶解させる、または均一に分散させることが重要である。また、スピンコート法を用いる場合、塗布液の粘度や、基板の回転数などで膜厚の調節ができる。なお、光重合するモノマーを含む第1の層302には、光重合開始剤などの組成物を含ませておく。この段階での第2の基板301の断面構造の模式図を図3(A)に示す。
溶媒としては、実施の形態1に示した極性溶媒、または無極性溶媒を用いる。
また、光重合するモノマーは、用いる溶媒に合わせて以下に示す発光物質から適宜選択すればよい。例えば、N−ビニルカルバゾール、9,9’−ジメチル−2−ビニルフルオレン等のビニル基(C=C−)やアクロイル基(C=C−COO−)、アリル基(C=C−C−)の様な不飽和2重結合基を持つモノマーを発光物質として用いればよい。また、光重合開始剤には、例えば2−クロロチオキトサンやベンゾフェノン、ミヒラーケトン等のケトン系光重合開始剤、ジエトキシアセトフェノンや2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等のアセトフェノン系光重合開始剤やベンジル等を用いればよい。
次いで、露光装置を用いて、選択的に露光を行う。本実施の形態では、実施の形態1とは異なり、未露光領域の蒸発を行うため、蒸発させたい領域が遮光される露光マスクを用いる。
図3(B)は露光マスク205を用いて露光を行っている様子を示している。露光マスクによって所望の形状の領域を選択的に露光させる。露光された領域303に重合反応を生じさせてモノマーをポリマーにする。また、図3(B)では、光重合するモノマーを含む第1の層302の露呈している面、即ち、表面側から露光を行った例を示したが特に限定されず、第2の基板が透光性を有していれば、露光マスクを裏面側に設け、第2の基板の裏面側から露光を行ってもよい。
次いで、第1の基板306と第2の基板301を向かい合わせて基板間隔dを固定し、位置合わせを行う。予め、第1の基板306上には、第1の電極307と、隣り合う第1の電極同士が短絡しないように隔壁と呼ばれる絶縁物308とを設けておく。また、基板間隔dは、0mm以上30mm以下とする。
次いで、減圧下で第2の基板301に対して通電を行い、第2の基板301または未露光の領域を加熱する。なお、第2の基板への通電は、第2の基板の両端に電気的に接続する電源315を設け、スイッチ314で制御する。すると、図3(C)に示すように、未露光領域のモノマーが飛翔して第1の電極307上に付着することで、選択的に第2の層311が形成される。なお、未露光領域のモノマーは蒸発するが、露光された領域303は重合してポリマーになっているため、露光された領域303は残存する。蒸着終了後の第2の基板301の様子を図3(D)に示す。第2の基板への通電を用いる利点は、強光を照射しないため、フラッシュランプのような強光に対して何らかの反応や変質を生じる恐れのある有機化合物を用いる場合に有効である。
本実施の形態では、露光を行うが、現像を行わない工程であるため、実施の形態1よりも工程数を削減することができる。また、現像液などに含まれる水分に弱い有機材料を用いたい場合には、本実施の形態が実施の形態1よりも適していると言える。
本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。例えば、発光素子の正孔輸送層となる層を実施の形態1を用いて成膜を選択的に行った後、発光素子の発光層となる層を本実施の形態を用いて成膜を選択的に行い、正孔輸送層と発光層を積層させることもできる。
また、フルカラー表示できる発光装置の構成例を図4に示し、その作製例を以下に説明する。
ここでは赤色発光の発光素子、青色発光の発光素子、および緑色発光の発光素子の3種類の発光素子を用いてフルカラー表示を行う例を示す。また、赤、緑、青以外の発光色の発光素子を用いてもよく、白、シアン、マゼンダ、アンバー、橙、或いはイエローなどを組み合わせて画像表示を行ってもよい。例えば、4種類の発光素子を用いてRGBWの4色駆動でフルカラー表示を行ってもよい。
まず、透光性を有する絶縁基板401上にスイッチング素子を形成し、スイッチング素子と電気的に接続する第1の電極402を形成し、隣り合う第1の電極間の短絡を防ぐ絶縁物403を形成する。第1の電極402は、発光素子の陰極或いは陽極として機能し、透光性を有する導電材料を用いる。なお、ここでは、スイッチング素子を図示しないが、図4はアクティブ駆動の発光装置の例である。
予め、ホール注入層となる材料層を設けた第1プレートを用意する。なお、第1プレートにはスピンコート法により材料層を形成した後、マスクを用いて露光を選択的に行う。
次いで、絶縁基板401の第1の電極402が設けられている基板面と、材料層が設けられているプレート面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第1プレートを加熱することで第1の電極402上に第1の材料層404を形成する。ここでは発光素子毎に同じ膜厚の第1の材料層404を形成する。
また、予め、赤色発光素子の発光層となる材料層を設けた第2プレート、緑色発光素子の発光層となる材料層を設けた第3プレート、青色発光素子の発光層となる材料層を設けた第4プレートをそれぞれ用意する。なお、第2プレート、第3プレート、第4プレートにそれぞれスピンコート法により発光色毎に異なる材料層を形成した後、発光色毎に異なるマスクを用いて露光を選択的に行う。
次いで、第1の材料層404が設けられている基板面と、赤色発光材料を含む材料層が設けられている第2プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第2プレートを加熱することで第1の材料層404上に赤色の発光層405Rを選択的に形成する。
次いで、第1の材料層404が設けられている基板面と、緑色発光材料を含む材料層が設けられている第3プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第3プレートを加熱することで第1の材料層404上に緑色の発光層405Gを選択的に形成する。
次いで、第1の材料層404が設けられている基板面と、青色発光材料を含む材料層が設けられている第4プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第4プレートを加熱することで第1の材料層404上に青色の発光層405Bを選択的に形成する。
なお、赤色の発光層405R、緑色の発光層405G、青色の発光層405Bの形成順序は上記順序に限定されず、どの発光層を先に形成してもよい。
また、予め、電子注入層となる材料層を設けた第5プレートを用意する。また、電子注入層となる材料層の膜厚が異なる第6プレート及び第7プレートを用意する。なお、第5プレート、第6プレート、及び第7プレートにはスピンコート法により材料層をそれぞれ異なる膜厚で形成した後、マスクを用いて露光を選択的に行う。
次いで、赤色の発光層405Rが設けられている基板面と、電子注入層となる材料層が設けられている第5プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第5プレートを加熱することで赤色の発光層405R上に第2の材料層406Rを形成する。
次いで、緑色の発光層405Gが設けられている基板面と、電子注入層となる材料層が設けられている第6プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第6プレートを加熱することで緑色の発光層405G上に第3の材料層406Gを形成する。
次いで、青色の発光層405Bが設けられている基板面と、電子注入層となる材料層が設けられている第7プレートの面とを向かい合わせて位置合わせを行い、第7プレートを加熱することで青色の発光層405B上に第4の材料層406Bを形成する。
なお、赤色発光素子の第2の材料層406R、緑色発光素子の第3の材料層406G、および青色発光素子の第4の材料層406Bの形成順序は上記順序に限定されず、どの層を先に形成してもよい。
次いで、電子ビーム蒸着法により第2の電極407を形成する。第2の電極407は、アルミニウムまたは銀、またはそれらの合金を用いる。
以上の工程でフルカラー表示装置を作製することができる。
予めマスクを用いて露光した材料層を設けてあるプレートを用いた成膜方法は、高い位置精度での成膜が可能であり、材料層の端面をほぼ一致させることができる。図4においては、第1の材料層と赤色の発光層と第2の材料層の端面をほぼ一致させている。また、第1の材料層と緑色の発光層と第3の材料層の端面をほぼ一致させている。また、第1の材料層と青色の発光層と第4の材料層の端面をほぼ一致させている。また、予めマスクを用いて露光した材料層を設けてあるプレートを用いた成膜方法は、発光素子がマトリクス状に配置される表示部に選択的に形成され、外部端子との端子部には成膜されない。
また、ここでは、図4に示すように発光効率を調整するために発光色毎に電極間の距離、即ち有機化合物を含む層の積層の膜厚を変えている。
例えば、緑色の発光素子の場合、一対の電極間で光の干渉を生じさせ、この共振により、緑色の波長域で強め合う光路長となるようにする。主に第2の材料層405G及び第3の材料層406Gの膜厚を調節して緑色の波長域以外では弱め合うようにする。
また、赤色の発光素子の場合、一対の電極間で光の干渉を生じさせ、この共振により、赤色の波長域で強め合う光路長となるようにする。主に第2の材料層405R及び第2の材料層406Rの膜厚を調節して赤色の波長域以外では弱め合うようにする。
また、青色の発光素子の場合、一対の電極間で光の干渉を生じさせ、この共振により、青色の波長域で強め合う光路長となるようにする。主に第2の材料層405B及び第4の材料層406Bの膜厚を調節して青色の波長域以外では弱め合うようにする。
また、膜厚の異なる第2の材料層、第3の材料層、及び第4の材料層は、ハートトーンマスクを用いた露光を行えば、1枚のプレート、即ち一回の成膜処理で形成することもできる。
また、第1の電極402を光透過性とし、第2の電極407を反射性とすることで、図4のように図中の矢印の向きに光を射出する構成となる。また、第1の電極402を反射性とし、第2の電極407を光透過性とすることで、図4とは逆側から光を射出する構成としてもよい。また、第1の電極402及び第2の電極407の両方を光透過性とし、両方から光を射出する構成としてもよい。
また、アクティブ駆動のもう一つの利点は、画素の配列を工夫することができる点である。列方向または行方向に順次配列するモザイク型、列方向に単位画素をジグザグに配列するデルタ型、同一色の発光素子を画素列単位で配列するストライプ型の画素配列としてもよい。
なお、図4ではアクティブマトリクス駆動の発光装置の例を示したが特に限定されず、パッシブマトリクス駆動の発光装置としてもよい。その場合、第2の電極407を発光色毎に分離して複数の配線とすることが好ましい。
また、高い位置精度での成膜が可能であり、隣り合う発光色の異なる層の間隔を狭めることができる。高精細なフルカラー表示を実現できる。また、隔壁である絶縁物の面積を小さくすることもできる。また、必要でなければ隔壁である絶縁物を設けない構造も実現できる。
本実施の形態は実施の形態1または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
本実施例では図5に示す基板縦置き方式の成膜装置を用いる例を説明する。
図5において、成膜室501は、真空チャンバーである。また、成膜室501内には、第1の基板支持手段504であるプレート支持機構と、第2の基板支持手段505である被成膜基板支持機構と、熱源としてランプ510と少なくとも有している。
成膜室501は、図示しないが、被成膜基板が縦置きで搬送される第1の搬送室と連結している。また、図示しないが、プレートが縦置きで搬送される第2の搬送室と連結している。また、本明細書では、基板面が水平面に対して垂直に近い角度(70度〜110度)にすることを基板の縦置きと呼ぶ。大面積のガラス基板などは撓みが生じやすいため、縦置きで搬送することが好ましい。
また、熱源は、ヒーターよりもランプ510を用いて短時間で加熱するほうが、熱による収縮が生じやすい大面積のガラス基板に適している。
成膜の手順は、まず、他の成膜室において、第1の基板507であるプレートの一方の面に材料層508を選択的に形成する。材料層508は、少なくとも光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含んでおり、露光された領域は、重合反応が生じる。材料層508は、露光マスクを用いて選択的に露光を行った後、現像を行い、未露光領域を除去することで形成される。また、第1の基板支持手段504が材料層508と接しないように、材料層を溶解する液体で基板周縁または基板端面の不要な領域に形成された材料層を拭き取って除去してもよい。また、メタルマスクを用いて選択的に酸素プラズマを用いて基板周縁または基板端面の不要な領域に形成された材料層を除去してもよい。また、裏面にも回り込んで材料層が成膜される恐れがある場合、裏面に形成された材料層も除去することが好ましい。
次いで、他の成膜室から第1の基板507を成膜室501に搬送し、プレート支持機構にセットする。また、第1の基板507における材料層の形成されている面と、第2の基板509の被成膜面とが、対向するように基板支持機構に固定する。
次いで、図5に示すように基板間隔d(dは0mm以上10mm以下)を保持した状態で、ランプ510から光を照射してプレートを急速に加熱する。本実施例では、基板間隔dは0.05mmとする。プレートを急速に加熱すると、熱伝導により短時間にプレート上の材料層508を加熱して蒸発させ、材料層508と対向して配置された第2の基板507の被成膜面に蒸着材料が選択的に成膜される。図5では、基板のほぼ全面に材料層508が形成されているように図示しているが、材料層508は現像されて部分的に除去されている。
第一と第二の基板間隔dが0.05mmと狭いため、材料層508の上面形状と同じパターンが、選択的に第2の基板507の被成膜面に形成される。第2の基板507の被成膜面には、材料層508の重なる位置に同じサイズで形成される。
また、図5に示した成膜装置を直列に複数並べて、インライン型の製造装置にすることもできる。勿論、他の成膜方法の成膜装置との組み合わせも可能である。
また、図5に示した成膜装置を複数設け、マルチチャンバー型の製造装置にすることができる。勿論、他の成膜方法の成膜装置との組み合わせも可能である。
また、基板縦置き方式の成膜装置に限定されず、フェイスダウン方式の成膜装置やフェイスアップ方式の成膜装置を用いることができる。
本発明で用いる成膜装置は、図5の構成に限定されず、第2の基板と、第1の基板に設けられた選択的に形成されている材料層との間隔dが0mm以上30mm以下に配置でき、第1の基板の加熱が行える装置であればよい。また、プレートに限定されず、テープ状のフィルムでもよい。
本実施例は実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と自由に組み合わせることができる。
ここではガラス基板にパッシブマトリクス型の発光装置を作製する例を図6、図7、及び図8を用いて説明する。
パッシブマトリクス型(単純マトリクス型)発光装置は、ストライプ状(帯状)に並列された複数の陽極と、ストライプ状に並列された複数の陰極とが互いに直交するように設けられており、その交差部に発光層或いは蛍光層が挟まれた構造となっている。従って、選択された(電圧が印加された)陽極と選択された陰極との交点にあたる画素が点灯することになる。
図6(A)は、封止前における画素部の上面図を示す図であり、図6(A)中の鎖線A−A’で切断した断面図が図6(B)であり、鎖線B−B’で切断した断面図が図6(C)である。
第1の基板1501上には、下地膜として絶縁膜1504を形成する。なお、下地膜が必要でなければ特に形成しなくともよい。絶縁膜1504上には、ストライプ状に複数の第1の電極1513が等間隔で配置されている。また、第1の電極1513上には、各画素に対応する開口部を有する隔壁1514が設けられ、開口部を有する隔壁1514は絶縁材料(感光性または非感光性の有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン)、またはSOG膜(例えば、アルキル基を含むSiOx膜))で構成されている。なお、各画素に対応する開口部が発光領域1521となる。
開口部を有する隔壁1514上に、第1の電極1513と交差する互いに平行な複数の逆テーパ状の隔壁1522が設けられる。逆テーパ状の隔壁1522はフォトリソグラフィ法に従い、未露光部分がパターンとなるポジ型感光性樹脂を用い、パターンの下部が上部より多くエッチングされるように露光量または現像時間を調節することによって逆テーパ形状を形成する。
また、平行な複数の逆テーパ状の隔壁1522を形成した直後における斜視図を図7に示す。なお、図6と同一の部分には同一の符号を用いている。
逆テーパ状の隔壁1522の高さは、発光層を含む積層膜及び導電膜の膜厚より大きく設定する。図7に示す構成を有する第1の基板に対して発光層を含む積層膜と、導電膜とを積層形成すると、図6に示すように電気的に独立した複数の領域に分離され、発光層を含む積層膜1515R、1515G、1515Bと、第2の電極1516とが形成される。第2の電極1516は、第1の電極1513と交差する方向に伸長する互いに平行なストライプ状の電極である。なお、本発明の成膜方法を用いれば、逆テーパ状の隔壁1522上に発光層が形成されないように選択的に成膜を行うこともできる。さらに、隔壁の上面形状のサイズを小さくしても、位置精度の高い成膜を選択的に行えるため、隣り合う発光領域との間隔を狭くすることができる。また、逆テーパ状の隔壁1522上に導電膜が形成されるが、第2の電極1516とは電気的に隔離されている。
ここでは、発光層を含む積層膜1515R、1515G、1515Bを選択的に形成し、3種類(R、G、B)の発光が得られるフルカラー表示可能な発光装置を形成する例を示している。発光層を含む積層膜1515R、1515G、1515Bはそれぞれ互いに平行なストライプパターンで形成されている。
本実施例では、実施例1に示した成膜装置を用いて発光層を含む積層膜を順次形成する。赤色の発光が得られる発光層を形成した第1プレート、緑色の発光が得られる発光層を形成した第2プレート、青色の発光が得られる発光層を選択的に形成した第3プレートをそれぞれ用意して、実施例1に示した成膜装置に搬入する。そして、第1の電極1513が設けられた基板も成膜室に搬入する。そして、基板と同じもしくはそれより広い面積を有する第1プレート面を加熱して蒸着を行う。次いで、第2プレート、第3プレートと適宜、蒸着を選択的に行う。
また、全面に同じ発光色を発光する発光層を含む積層膜を形成し、単色の発光素子を設けてもよく、モノクロ表示可能な発光装置、或いはエリアカラー表示可能な発光装置としてもよい。この場合、端子部に成膜されないようにプレート上に形成する材料層を露光及び現像し、画素部に選択的に発光層を含む積層膜を形成する。また、白色発光が得られる発光装置として、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。
また、必要であれば、封止缶や封止のためのガラス基板などの封止材を用いて封止する。ここでは、第2の基板としてガラス基板を用い、シール材などの接着材を用いて第1の基板と第2の基板とを貼り合わせ、シール材などの接着材で囲まれた空間を密閉なものとしている。密閉された空間には、充填材や、乾燥した不活性ガスを充填する。また、発光装置の信頼性を向上させるために、第1の基板と封止材との間に乾燥材などを封入してもよい。乾燥材によって微量な水分が除去され、十分乾燥される。また、乾燥材としては、酸化カルシウムや酸化バリウムなどのようなアルカリ土類金属の酸化物のような化学吸着によって水分を吸収する物質を用いることが可能である。なお、他の乾燥材として、ゼオライトやシリカゲル等の物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。
ただし、発光素子を覆って接する封止材が設けられ、十分に外気と遮断されている場合には、乾燥材は、特に設けなくともよい。
次いで、FPCなどを実装した発光モジュールの上面図を図8に示す。
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光装置にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
図8に示すように画像表示を構成する画素部は、走査線群とデータ線群が互いに直交するように交差している。
図6における第1の電極1513が図8の走査線1603に相当し、第2の電極1516がデータ線1602に相当し、逆テーパ状の隔壁1522が隔壁1604に相当する。データ線1602と走査線1603の間には発光層が挟まれており、領域1605で示される交差部が画素1つ分となる。
なお、走査線1603は配線端で接続配線1608と電気的に接続され、接続配線1608が入力端子1607を介してFPC1609bに接続される。また、データ線は入力端子1606を介してFPC1609aに接続される。
また、必要であれば、射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
以上の工程でフレキシブルなパッシブマトリクス型の発光装置を作製できる。本発明の作製方法により発光層の間隔を狭めることができるため、高精細な表示が可能な発光装置を作製できる。
また、図8では、駆動回路を基板上に設けていない例を示したが、以下に駆動回路を有するICチップを実装させてもよい。
ICチップを実装させる場合、画素部の周辺(外側)の領域に、画素部へ各信号を伝送する駆動回路が形成されたデータ線側IC、走査線側ICをCOG方式によりそれぞれ実装する。COG方式以外の実装技術としてTCPやワイヤボンディング方式を用いて実装してもよい。TCPはTABテープにICを実装したものであり、TABテープを素子形成基板上の配線に接続してICを実装する。データ線側IC、および走査線側ICは、シリコン基板を用いたものであってもよいし、ガラス基板、石英基板もしくはプラスチック基板上にTFTで駆動回路を形成したものであってもよい。また、片側に一つのICを設けた例を説明しているが、片側に複数個に分割して設けても構わない。
本実施例は実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、または実施例1と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の作製方法を用いて形成された発光装置について図9を用いて説明する。なお、図9(A)は発光装置を示す上面図、図9(B)は図9(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1701は駆動回路部(ソース側駆動回路)、1702は画素部、1703は駆動回路部(ゲート側駆動回路)である。また、1704は封止基板、1705はシール材であり、シール材1705で囲まれた内側である1707は、空間になっている。
なお、1708はソース側駆動回路1701及びゲート側駆動回路1703に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1709からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図9(B)を用いて説明する。素子基板1710上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路1701と、画素部1702が示されている。
なお、ソース側駆動回路1701はnチャネル型TFT1723とpチャネル型TFT1724とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成する回路は、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、同一基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。
また、画素部1702はスイッチング用TFT1711と、電流制御用TFT1712とそのドレインに電気的に接続された陽極1713とを含む複数の画素により形成される。なお、陽極1713の端部を覆って絶縁物1714が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、膜被覆性を良好なものとするため、絶縁物1714の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物1714の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物1714の上端部に曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物1714として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化珪素、酸窒化珪素等、の両者を使用することができる。
陽極1713上には、発光素子1715および陰極1716がそれぞれ形成されている。ここで、陽極1713に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)膜、ITSO(indium tin silicon oxide)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、亜鉛膜、白金膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。また、陽極1713をITO膜とし、陽極1713と接続する電流制御用TFT1712の配線を、窒化チタン、アルミニウムを主成分とする膜との積層構造、または窒化チタン膜、アルミニウムを主成分とする膜、窒化チタン膜との積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、ITO膜との良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極1713を陽極として機能させることができる。また、陽極1713は、発光素子1715における第1の陽極と同一の物質で形成されていても良い。もしくは、陽極1713は発光素子1715の第1の陽極と接して積層されていても良い。
また、発光素子1715は、陽極1713と有機化合物を含む層1700と陰極1716とを積層した構成であり、具体的には、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、または電子注入層を適宜、積層する。実施の形態2に示した図4の素子構成となるように形成すればよい。
さらに、陰極1716に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(アルミニウム、銀、リチウム、カルシウム、またはこれらの合金、例えばMgAg、MgIn、AlLi、フッ化カルシウム、または窒化カルシウム)を用いればよいが、これらに限定されることはなく、適切な電子注入材料を選択することにより、多様な導電膜を適用することができる。なお、発光素子1715からの発光を陰極1716を透過させる場合には、陰極1716として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、ITSO(indium tin silicon oxide)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In―ZnO)、酸化亜鉛等)との積層を用いる手法が考えられる。また、陰極1716は、発光素子1715における第2の陰極と同一の物質で形成されていても良い。もしくは、陰極1716は発光素子1715の第2の陰極と接して積層されていても良い。また、陰極1716は、外部入力端子と電気的に接続させる。
さらにシール材1705で封止基板1704を素子基板1710と貼り合わせることにより、素子基板1710、封止基板1704、およびシール材1705で囲まれた空間1707に発光素子1715が備えられた構造になっている。なお、空間1707には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材1705で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材1705にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板1704に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
また、必要に応じてカラーフィルター等の色度変換膜を設けてもよい。
以上のようにして、発光素子を有する発光装置を得ることができる。本発明の作製方法により、高精細な発光表示装置を実現できる。
本実施例は実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、または実施例1と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について、図10及び図11を用いて説明する。
本発明の作製方法を用いて形成された電気器具として、テレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラなどのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)、照明器具などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図10及び図11に示す。
図10(A)は表示装置であり、筐体8001、支持台8002、表示部8003、スピーカー部8004、ビデオ入力端子8005等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部8003に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。本発明の作製方法により高精細な表示が可能な表示装置を提供することができる。
図10(B)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体8101、筐体8102、表示部8103、キーボード8104、外部接続ポート8105、マウス8106等を含む。本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置をその表示部8103に用いることにより作製される。また、本発明の作製方法により高精細な表示が可能な発光装置を提供することができる。
図10(C)はビデオカメラであり、本体8201、表示部8202、筐体8203、外部接続ポート8204、リモコン受信部8205、受像部8206、バッテリー8207、音声入力部8208、操作キー8209、接眼部8210等を含む。本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置をその表示部8202に用いることにより作製される。本発明の作製方法により高精細な表示が可能な発光装置を提供することができる。
図10(D)は卓上照明器具であり、照明部8301、傘8302、可変アーム8303、支柱8304、台8305、電源8306を含む。本発明の作製方法を用いて形成される発光装置を照明部8301に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具または壁掛け型の照明器具なども含まれる。本発明の作製方法により隣り合う発光領域との間隔を狭めることができ、単位面積当たりの発光領域の面積を増大できるため、光量の多い照明器具を提供することができる。
ここで、図10(E)は携帯電話であり、本体8401、筐体8402、表示部8403、音声入力部8404、音声出力部8405、操作キー8406、外部接続ポート8407、アンテナ8408等を含む。本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置をその表示部8403に用いることにより作製される。本発明の作製方法により高精細な表示が可能な携帯電話を提供することができる。
図11は、ヘッドセットであり、電話機の受話器の代わりとなる製品である。このヘッドセットを装着すると、電話機を持たずに通話が可能となり、両手がフリーとなるため、電話をしながら、作業、例えば車の運転などを行うことができる。ヘッドセットは、本体8501、耳当て部8502、表示部8503、音声入力部8504、音声出力部8505、操作キー8506、外部接続ポート8507等を含む。なお、ワイヤレスのヘッドセットとする場合には、対応する電話機と通信可能なアンテナを本体8501に内蔵する。また、本体8501にバッテリーも内蔵する。本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置をその表示部8403に用いることにより作製される。本発明の作製方法により高精細な表示が可能なヘッドセットを提供することができる。
以上のようにして、本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を用いた電気器具や照明器具を得ることができる。本発明の作製方法を用いて形成された発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。
なお、本実施例に示す発光装置は、実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3に示した成膜方法を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例1乃至3のいずれか一を自由に組み合わせて実施することが可能である。
実施の形態1に示した発光装置の作製方法を示す断面図。 実施の形態2に示した発光装置の作製方法を示す断面図。 実施の形態3に示した発光装置の作製方法を示す断面図。 発光素子を示す断面図。 成膜装置を示す断面図。 パッシブマトリクス型発光装置の上面図および断面図。 パッシブマトリクス型発光装置の斜視図。 パッシブマトリクス型発光装置の上面図。 アクティブマトリクス型発光装置の構造を示す図。 電気器具の例を示す図。 電気器具の例を示す図。
符号の説明
101:第2の基板
102:第1の層
103:有機化合物
104:露光された領域
105:露光マスク
106:第1の基板
107:第1の電極
108:絶縁物
109:第2の層
201:第2の基板
202:第1の層
203:第1の有機化合物
204:露光された領域
205:露光マスク
206:第1の基板
207:第1の電極
208:絶縁物
210:第2の層
211:ホットプレート
213:第2の有機化合物
301:第2の基板
302:第1の層
303:露光された領域
305:露光マスク
306:第1の基板
307:第1の電極
308:絶縁物
311:第2の層
314:スイッチ
315:電源
401:絶縁基板
402:第1の電極
403:絶縁物
404:第1の材料層
405R:赤色の発光層
405G:緑色の発光層
405B:青色の発光層
406R:第2の材料層
406G:第3の材料層
406B:第4の材料層
407:第2の電極
501:成膜室
504:第1の基板支持手段
505:第2の基板支持手段
507:第1の基板
508:材料層
509:第2の基板
510:ランプ
1501:第1の基板
1504:絶縁膜
1513:第1の電極
1514:隔壁
1515R、1515G、1515B:発光層を含む積層膜
1516:第2の電極
1521:発光領域
1522:逆テーパ状の隔壁
1601:第1の基板
1602:データ線
1603:走査線
1604:隔壁
1605:領域
1607:入力端子
1608:接続配線
1609a、1609b:FPC
1700 有機化合物を含む層
1701 ソース側駆動回路
1702 画素部
1703 ゲート側駆動回路
1704 封止基板
1705 シール材
1707 空間
1709 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
1710 素子基板
1711 スイッチング用TFT
1712 電流制御用TFT
1713 陽極
1714 絶縁物
1715 発光素子
1716 陰極
1723 nチャネル型TFT
1724 pチャネル型TFT
8001 筐体
8002 支持台
8003 表示部
8004 スピーカー部
8005 ビデオ入力端子
8101 本体
8102 筐体
8103 表示部
8104 キーボード
8105 外部接続ポート
8201 本体
8202 表示部
8203 筐体
8204 外部接続ポート
8205 リモコン受信部
8206 受像部
8207 バッテリー
8208 音声入力部
8209 操作キー
8301 照明部
8302 傘
8303 可変アーム
8304 支柱
8305 台
8306 電源
8401 本体
8402 筐体
8403 表示部
8404 音声入力部
8405 音声出力部
8406 操作キー
8407 外部接続ポート
8408 アンテナ
8501 本体
8502 耳当て部
8503 表示部
8504 音声入力部
8505 音声出力部
8506 操作キー
8507 外部接続ポート

Claims (8)

  1. 第1の基板上に第1の電極を形成し、
    第2の基板上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び有機化合物を含む第1の層を形成し、
    前記第1の層の露光及び現像を選択的に行い、
    前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、
    現像された第1の層を加熱して、第1の層に含まれる有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、
    前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法。
  2. 請求項1において、前記有機化合物は低分子の発光材料である発光装置の作製方法。
  3. 第1の基板上に第1の電極を形成し、
    第2の基板上に光重合開始剤、前記光重合開始材と重合する材料、及び第1の有機化合物及び第2の有機化合物を含む第1の層を形成し、
    前記第1の層の露光及び現像を選択的に行い、
    前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、
    現像された第1の層を加熱して、第1の層に含まれる第1の有機化合物及び第2の有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に第1の有機化合物及び第2の有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、
    前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法。
  4. 請求項3において、前記第1の有機化合物及び前記第2の有機化合物は低分子の発光材料である発光装置の作製方法。
  5. 第1の基板上に第1の電極を形成し、
    第2の基板上に有機化合物及び光重合開始剤を含む第1の層を形成し、
    前記第1の層の露光を選択的に行って前記第1の層の露光した領域を重合させ、
    前記第1の基板の第1の電極が形成されている面と前記第2の基板の第1の層が形成されている面とを向かい合わせ、
    前記第1の層を加熱して、前記第1の層の露光した領域以外に含まれる有機化合物を蒸発させ、前記第1の電極上に有機化合物を含む第2の層を選択的に形成し、
    前記第2の層上に第2の電極を形成する発光装置の作製方法。
  6. 請求項5において、前記有機化合物はモノマーである発光装置の作製方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一において、前記第2の基板は、石英基板、ガラス基板、または金属基板である発光装置の作製方法。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一において、前記第1の層の露光は、露光マスクを用いた露光装置で行う発光装置の作製方法。
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