JP2009277651A - 成膜用基板及び発光装置の作製方法 - Google Patents

成膜用基板及び発光装置の作製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成する成膜用基板、及び成膜方法を提供することを課題の一とする。また、このような成膜方法を用いて発光素子を形成し、高繊細な発光装置を生産性よく作製することを課題の一とする。
【解決手段】第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に反射層と、反射層上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、成膜用基板及び発光装置の作製方法に関する。
エレクトロルミネセンス(以下、ELとも記す)素子を備える発光装置には、フルカラー表示を行うため、カラー発光するカラー発光素子を用いる。カラー発光素子を形成するには、各色の発光材料を微細なパターンに電極上に形成する必要がある。
一般的に発光材料は、蒸着法によって成膜されるが、蒸着法は、材料利用効率が低いことや基板サイズが限られるなどの問題点を有しており、低コストで高生産性が要求される工業化には不向きである。
上記問題を解決する技術として、発光材料をレーザ熱転写法により素子作成用基板に転写し発光層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、発光層を含む転写層及び、レーザ光に対する吸収率の異なる低吸収領域、高吸収領域を含む光熱変換層を有する転写用基板を用い、レーザ光を照射することによって転写層の昇華に必要な熱を選択的に高吸収領域に与えている。
特開2006−309995号公報
しかし、上記特許文献1の光熱変換層において低吸収領域及び高吸収領域が接して設けられる転写用基板の構造では、高吸収領域において発生した熱が低吸収領域にも伝導してしまい、低吸収領域上の転写層も昇華することによって転写する発光層のパターンにずれやぼけが生じるという問題がある。
本発明の一態様では、蒸着材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成する成膜用基板及び成膜方法を提供することを課題とする。また、本発明の一態様では、このような成膜方法を用いて発光素子を形成し、高繊細な発光装置を生産性よく作製することを課題とする。
本発明は、透光性基板上に成膜パターンを反映した第1の領域及び第2の領域を含む成膜用基板を用い、対向して配置される被成膜基板において成膜領域となる第1の領域上に設けられた有機化合物材料を含む層のみを選択的に加熱して、有機化合物材料を含む層に含まれる材料を成膜用基板より被成膜基板へ成膜する。第1の領域においては、有機化合物材料を含む層に熱を与える光吸収層が照射される光を吸収するように形成され、一方第2の領域では、有機化合物材料を含む層に熱を与えないように、反射層が照射される光を反射するように形成される。
第1の領域及び第2の領域には、第1の領域の光吸収層と、第2の領域の反射層とが接しないように、断熱層が設けられており、該断熱層は第1の領域及び第2の領域にわたって連続して成膜されないように、第1の領域周辺を囲むように第2の領域に開口を有している。よって、断熱層は第1の領域と第2の領域において空間的に分断され、第1の領域に第1の断熱層が、第2の領域には第1の断熱層と間隔(空間)を有して第2の断熱層がそれぞれ設けられる構造となる。
第1の領域の第1の断熱層と第2の領域の第2の断熱層との間に空間(間隔)を設けた構造であると、第1の領域の光吸収層から第2の領域の第2の有機化合物材料を含む層までの熱の伝導経路を長くすることができる。よって、第1の領域の光吸収層で発生した熱が第2の領域に達する迄の時間が遅くなる。さらに熱は伝導経路である第1の断熱層、透光性基板、第2の断熱層を伝導する際に吸収や拡散され、放熱する。伝導経路に第1の断熱層、透光性基板、第2の断熱層などの異なる材料によって形成される部材を配置することでより伝導する際に吸収や拡散によって、より熱が放熱することができるため好ましい。よって、第2の有機化合物材料を含む層の大部分を成膜用基板に残存させることができるため、被成膜基板に成膜される膜は、第1の領域のパターンを反映した微細なパターンで選択的に成膜することができる。さらに、レーザ光と比較して照射時間が長いランプ光の照射時間でも第2の領域において第2の有機化合物材料を含む層の加熱を抑制し、境界において温度差を保つことができるために、光源としてランプを用いることができる。ランプ光はレーザ光を比較して一度に広範囲を処理することができるため、作製工程時間を短縮し、スループットを向上することが可能となる。
なお、本明細書において、微細なパターンで薄膜が形成される基板を被成膜基板と記し、被成膜基板に形成するための材料を提供する基板を成膜用基板と記す。また、熱の伝導経路とは成膜用基板内に含まれる断熱層などの部材であり、空気などの空間は含まないものとする。
本発明の成膜用基板の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に反射層と、反射層上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する。
本発明の成膜用基板の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に第1の光吸収層と、第1の光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に反射層と、反射層上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に第2の光吸収層と、第2の光吸収層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する。
本発明の成膜用基板の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の反射層と、第1の反射層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に第2の反射層と、第2の反射層上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は第2の反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する。
第2の領域に設けられる第2の断熱層を、反射層の下に設けても良く、透光性基板、第2の断熱層、反射層と積層してもよい。例えば、本発明の成膜用基板の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に反射層と、反射層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する。
上記構成において、第2の断熱層と第2の有機化合物材料を含む層との間に第3の断熱層を有してもよい。第3の断熱層を設けることにより、第1の領域において形成される光吸収層(又は第1の光吸収層)と、第2の領域において形成される第2の有機化合物材料を含む層との熱の伝導経路が長くなり、より光吸収層(又は第1の光吸収層)で発生した熱が第2の有機化合物材料を含む層へ伝導しにくくすることができる。
また、第1の断熱層、及び第2の断熱層を反射層の下に設ける場合の第1の断熱層、及び第2の断熱層は、透光性基板を加工することにより形成することもできる。この場合、第1の断熱層及び第2の断熱層は透光性基板の表面に設けられた凸部となり、透光性基板の一部である。
上記本発明の成膜用基板を用いて、被成膜基板に薄膜を成膜し、発光装置を作製することができる。本発明の発光装置の作製方法の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に反射層と、反射層上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する成膜用基板を用い、成膜用基板の第1の有機化合物材料を含む層及び第2の有機化合物材料を含む層形成面と、被成膜基板の第1の電極層が形成されている被成膜面とが向き合うように、成膜用基板と被成膜基板とを配置し、透光性基板及び第1の断熱層を通過させて光を光吸収層に照射し、光を照射された光吸収層上の第1の有機化合物材料を含む層に含まれる材料を被成膜基板の第1の電極層上に成膜して発光層を形成し、発光層上に第2の電極層を形成する。
本発明の発光装置の作製方法の一形態は、第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、第1の領域において、透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、第1の断熱層上に光吸収層と、光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、第2の領域において、透光性基板上に第2の断熱層と、第2の断熱層上に反射層と、反射層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、第2の断熱層の端部は反射層の端部より内側に位置し、第1の断熱層と第2の断熱層とは間隔を有する成膜用基板を用い、成膜用基板の第1の有機化合物材料を含む層及び第2の有機化合物材料を含む層形成面と、被成膜基板の第1の電極層が形成されている被成膜面とが向き合うように、成膜用基板と被成膜基板とを配置し、透光性基板及び第1の断熱層を通過させて光を光吸収層に照射し、光を照射された光吸収層上の第1の有機化合物材料を含む層に含まれる材料を被成膜基板の第1の電極層上に成膜して発光層を形成し、発光層上に第2の電極層を形成する。
本発明を用いて発光層を形成する場合、第1の領域を一画素ごとに対応させてもよいし、第1の領域を複数の画素を含むように対応させ複数の画素の発光層を一度に作製してもよい。
本発明では、蒸着材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成することができる。
光吸収層に光を照射する工程は減圧下で行うことが好ましい。減圧下で光を照射し、被成膜基板に材料を成膜する工程を行うと、成膜される膜へのゴミ等の汚染物の影響を軽減することができる。
照射する光は、光吸収層が吸収する光を用いればよく、光源をランプとするランプ光でも、光源をレーザ発振器とするレーザ光でもよい。
また、光として周波数10MHz以上、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光を用いることができる。このように、パルス幅が非常に短いレーザ光を用いることにより、光吸収層における熱変換が効率よく行われ、材料を効率よく加熱することができる。また周波数10MHz以上、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光は、短時間のレーザ光の照射が可能であるため、熱の拡散を抑制することができ、微細なパターンの成膜が可能となる。また、周波数10MHz以上、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光は、高出力が可能であるため、大面積を一度に処理することができる。また、レーザ光を照射面で線状または矩形状とすることにより、処理基板にレーザ光を効率よく走査することができる。よって、成膜に要する時間(タクトタイム)が短くなり、生産性が向上する。
断熱層を、光に対する透過率は60%以上とし、かつ熱伝導率が反射層及び光吸収層に用いる材料の熱伝導率よりも小さい材料を用いて形成することが好ましい。熱伝導率が低いと、照射された光から得られる熱を効率よく成膜に用いることができる。
有機化合物材料を含む層を、有機化合物を含む液状の組成物を用いて形成し、被成膜基板の被成膜面上に形成されている第1の電極上に成膜して発光素子を形成することができる。微細なパターンで被成膜基板にEL層を形成することができ、発光色ごとに塗りわけて成膜することができる。このような発光素子を有する高繊細な発光装置を作製することができる。
本発明は、高範囲を処理することが可能なため、大面積基板であっても生産性よく被成膜基板に薄膜を形成することができる。よって、高繊細な発光装置及び電子機器を安価で作製することができる。
本発明の一態様では、蒸着材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成することができる。さらに、本発明の一態様では、このような成膜方法を用いて発光素子を形成し、高繊細な発光装置を作製することができる。また、本発明の一態様を用いると大面積の被成膜基板に薄膜を形成することができるため、大型の発光装置及び電子機器を作製することができる。
成膜用基板及び成膜方法を示した断面図である。 成膜用基板の作製方法を示した断面図である。 成膜用基板の一例の断面図である。 成膜用基板の一例の断面図である。 発光装置を示した平面図及び断面図である。 発光装置を示した平面図及び断面図である。 発光装置の作製工程を示した断面図である。 発光装置を示した平面図及び断面図である。 発光装置の作製工程を示した断面図である。 発光装置の作製工程を示した断面図である。 発光装置の作製工程を示した断面図である。 発光素子の構成を示した断面図である。 発光表示モジュールを示した断面図である。 発光表示モジュールを示した断面図である。 電子機器を示した図である。 電子機器を示した図である。 電子機器を示した図である。 成膜用基板の一例の断面図である。 成膜用基板の一例の断面図である。 成膜用基板の一例の断面図である。 実施例1の成膜用基板の断面図である。 比較例1及び比較例2の成膜用基板の断面図である。 実施例1の成膜用基板における光照射時の最高温度を示すグラフである。 比較例1の成膜用基板における光照射時の最高温度を示すグラフである。 比較例2の成膜用基板における光照射時の最高温度を示すグラフである。 成膜用基板の一例の断面図及び上面図である。 発光装置の作製工程を示した上面図である。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明を用いて被成膜基板に微細なパターンで薄膜を形成することを目的とした成膜用基板及び成膜方法の一例について図1乃至図4を用いて説明する。
図1(A)に成膜用基板の一例を示す。成膜用基板は図1(A)に示すように、第1の領域(図中では1と表示)と第2の領域(図中では2と表示)を有している。
第1の領域は光照射によりその上に設けられた有機化合物材料を含む層を加熱し層中の材料を対向して配置される被成膜基板に成膜する領域であり、第2の領域は照射された光を反射し、その上に設けられた有機化合物材料を含む層は加熱せずに成膜用基板に残存する領域である。
よって、第1の領域においては、有機化合物材料を含む層に熱を与える光吸収層が照射される光を吸収するように形成され、一方第2の領域では、有機化合物材料を含む層に熱を与えないように、反射層が照射される光を反射するように形成される。
第1の領域において、第1の基板101上に第1の断熱層103aが形成され、第1の断熱層上に光吸収層104が形成されている。一方第2の領域において、第1の基板101上に反射層102が形成され、反射層102上に第2の断熱層103bが形成されている。よって、第1の領域及び第2の領域の最上層には有機化合物材料を含む層105が形成されている。第1の領域の光吸収層104と第2の領域の反射層102とは、第1の断熱層103aによって分断され接しない。
断熱層は第1の領域と第2の領域において空間的に分断され、第1の領域に第1の断熱層103aが、第2の領域には第1の断熱層103aと間隔(空間)を有して第2の断熱層103bがそれぞれ設けられる。よって、第2の断熱層103bの端部は反射層102の端部より内側に位置する。
本発明は、被成膜基板において薄膜形成領域に対応する領域を第1の領域とし、第1の領域に形成される第1の断熱層と、第2の領域に形成される第2の断熱層との間に間隔を有する。よって第1の領域に形成される第1の断熱層の周囲を囲むように第2の領域において空間を有する構造となる。図1(A)に示す成膜用基板の上面図を図26(B)に示す。なお図26(A)は図1(A)の成膜用基板であり、図26(B)において線W−Xの断面図である。図26(A)(B)に示すように第1の領域と同領域に形成される第1の断熱層103aと第2の領域に形成される第2の断熱層103bとは、第1の断熱層103a周囲を囲むように空間を有しており、反射層102が露出している。なお、図26(A)において第1の断熱層103aと第2の断熱層103bとの位置関係が明確になるように有機化合物材料を含む層105は省略している。
また、断熱層(第1の断熱層、第2の断熱層)の側面はエッチング加工の方法や条件によって、基板表面に対して90度より小さい角度となり、テーパーを有する場合もある。
本発明では、第1の基板に形成される光吸収層104に第1の基板101側より光を照射して成膜する。従って、用いる光に対して、第1の基板101は透光性を、反射層102は反射性を、第1の断熱層103aは透光性を、光吸収層104は吸収性をそれぞれ有する必要がある。よって、照射される光の波長により、第1の基板101、反射層102、第1の断熱層103a、光吸収層104に好適な材料の種類が変化するため、適宜材料を選択する必要がある。
また、第1の基板101は熱伝導率が低い材料であることが好ましい。熱伝導率が低いと、照射された光から得られる熱を効率よく成膜に用いることができる。第1の基板101としては、例えば、ガラス基板、石英基板、無機材料を含むプラスチック基板などを用いることができる。ガラス基板としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような無アルカリガラスと呼ばれる電子工業用に使われる各種ガラス基板を適用することができる。
反射層102は、成膜の際、光吸収層104に選択的に光を照射するために、それ以外の部分に照射される光を反射するための層である。よって、反射層102は、照射する光に対して高い反射率を有する材料で形成されていることが好ましい。具体的には、反射層102は、照射される光に対して、反射率が85%以上、さらに好ましくは、反射率が90%以上であることが好ましい。
反射層102に用いることができる材料としては、例えば、銀、金、白金、銅、アルミニウムを含む合金、又は銀を含む合金などを用いることができる。
反射層102の膜厚は、材料により異なるが、100nm以上とすることが好ましい。100nm以上の膜厚とすることにより、照射した光が反射層を透過することを抑制することができる。
また、反射層102を所望の形状に加工する際には種々の方法を用いることができるが、ドライエッチングを用いることが好ましい。ドライエッチングを用いることにより、側壁が鋭くなり、微細なパターンを形成することができる。
第1の断熱層103aは、光吸収層104に吸収され発生した熱を第2の領域に伝導させずに光吸収層104上に形成された有機化合物材料を含む層105へ熱を十分供給させるように機能する。また、第1の断熱層103a及び第2の断熱層103bは、成膜の際に照射された光のうち、反射層102によって反射された光の一部が熱となって反射層102に残った熱、また第1の領域上の光吸収層104に発生した熱が第2の領域に形成される有機化合物材料を含む層105に伝わるのを防ぐための層である。本発明において、断熱層は熱を完全に遮断することが好ましいが、本明細書では、少なくとも光吸収層よりも熱の伝導を妨げるものも断熱層という。
従って、第1の断熱層103a、第2の断熱層103bは、熱伝導率が反射層102および光吸収層104を形成する材料よりも低い材料を用いる必要がある。また、図1に示すように、光を、第1の断熱層103aを透過させて光吸収層104に照射する構成の場合には、第1の断熱層103aは透光性を有する必要がある。この場合、本発明における第1の断熱層103aは、熱伝導率の低い材料であると共に光透過率の高い材料を用いる必要がある。具体的には、第1の断熱層103aには、光に対する透過率が60%以上となる材料を用いることが好ましい。
第1の断熱層103a、第2の断熱層103bに用いる材料としては、例えば、酸化チタン、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化ジルコニウム、炭化珪素等を用いることができる。
第1の断熱層103a、第2の断熱層103bの膜厚は、材料により異なるが、10nm以上2μm以下とすることが好ましく、より好ましくは、100nm以上1μm以下とする。10nm以上2μm以下の膜厚とすることにより、光を透過させつつ、熱が第2の領域の有機化合物材料を含む層105に伝わるのを遮断する効果を有する。
光吸収層104は、成膜の際に照射された光を吸収する層である。よって、光吸収層104は、照射する光に対して低い反射率を有し、高い吸収率を有する材料で形成されていることが好ましい。具体的には、光吸収層104は、照射される光に対して、70%以下の反射率を示すことが好ましい。
光吸収層104には、種々の材料を用いることができる。例えば、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン、窒化タングステンなどの金属窒化物、チタン、モリブデン、タングステンなどの金属、カーボンなどを用いることができる。なお、照射される光の波長に応じて、光吸収層104に好適な材料の種類が変化することから、適宜材料を選択する必要がある。また、光吸収層104は一層に限らず複数の層により構成されていてもよい。例えば、金属と金属窒化物の積層構造としてもよい。
反射層102、第1の断熱層103a、第2の断熱層103b、及び光吸収層104は、種々の方法を用いて形成することができる。例えば、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition)法などにより形成することができる。
光吸収層104の膜厚は、材料によって異なるが、照射した光が透過しない膜厚であることが好ましい。具体的には、10nm以上2μm以下の膜厚であることが好ましい。また、光吸収層の膜厚が薄い方がより小さいエネルギーの光で成膜することができるため、10nm以上300nm以下の膜厚であることがより好ましい。例えば、波長532nmの光を照射した場合、光吸収層104の膜厚を50nm以上200nm以下の膜厚とすることにより、照射した光を効率良く吸収して発熱させることができる。また、光吸収層104の膜厚を50nm以上200nm以下とすることで、被成膜基板上への成膜を精度良く行うことができる。
光吸収層104は、有機化合物材料を含む層105に含まれる材料の成膜可能温度(有機化合物材料を含む層に含まれる材料の少なくとも一部が被成膜基板へ成膜される温度)まで加熱できるのであれば、照射する光の一部が透過してもよい。ただし、一部が透過する場合には、有機化合物材料を含む層105に含まれる材料として、光によって分解しない材料を用いることが必要である。
さらに、反射層102と光吸収層104の反射率は差が大きいほど好ましい。具体的には、照射する光の波長に対して、反射率の差が25%以上、より好ましくは30%以上であることが好ましい。
有機化合物材料を含む層105は、被成膜基板上に成膜する材料を含んで形成される層である。そして、成膜用基板に光を照射することにより、有機化合物材料を含む層105に含まれる材料が加熱され、有機化合物材料を含む層105に含まれる材料の少なくとも一部が被成膜基板上に成膜される。有機化合物材料を含む層105が加熱されると、有機化合物材料を含む層に含まれる材料の少なくとも一部が気化すること、もしくは、有機化合物材料を含む層の少なくとも一部に熱変形が生じ、その結果応力が変化するために膜が剥がれ、被成膜基板上に成膜される。
有機化合物材料を含む層105は、種々の方法により形成される。例えば、湿式法であるスピンコート法、ロールコート法、ダイコート法、ブレードコート法、バーコート法、グラビアコート法、スプレー法、キャスト法、ディップ法、液滴吐出(噴出)法(インクジェット法)、ディスペンサ法、各種印刷法(スクリーン(孔版)印刷、オフセット(平版)印刷、凸版印刷やグラビア(凹版)印刷など所望なパターンで形成される方法)などを用いることができる。また、乾式法である真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法等を用いることができる。
有機化合物材料を含む層105に含まれる材料としては、種々の有機化合物材料を用いることができ、さらに種々の無機化合物材料を含んでも良い。発光素子のEL層を形成する場合には、EL層を形成する成膜可能な材料を用いる。例えば、EL層を形成する発光性材料、キャリア輸送性材料などの有機化合物の他、EL層を構成するキャリア輸送層やキャリア注入層、発光素子の電極などに用いられる金属酸化物、金属窒化物、ハロゲン化金属、金属単体といった無機化合物を用いることもできる。
また、有機化合物材料を含む層105は、複数の材料を含んでいてもよい。また、有機化合物材料を含む層105は、単層でもよいし、複数の層が積層されていてもよい。
湿式法を用いて有機化合物材料を含む層105を形成する場合には、所望の材料を溶媒に溶解あるいは分散させ、液状の組成物(溶液あるいは分散液)を調整すればよい。溶媒は、材料を溶解あるいは分散させることができ、且つ材料と反応しないものであれば特に限定されない。例えば、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、或いはクロロベンゼンなどのハロゲン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、n−プロピルメチルケトン、或いはシクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、ベンゼン、トルエン、或いはキシレンなどの芳香族系溶媒、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、或いは炭酸ジエチルなどのエステル系溶媒、テトラヒドロフラン、或いはジオキサンなどのエーテル系溶媒、ジメチルホルムアミド、或いはジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒、ジメチルスルホキシド、ヘキサン、又は水等を用いることができる。また、これらの溶媒複数種を混合して用いてもよい。湿式法を用いることにより、材料の利用効率を高めることができ、製造コストを低減させることができる。
有機化合物材料を含む層105によって被成膜基板上に形成される膜の膜厚および均一性を制御する場合には、有機化合物材料を含む層105の膜厚および均一性は制御される必要がある。しかし、被成膜基板上に形成される膜の膜厚および均一性に影響しないのであれば、有機化合物材料を含む層105は必ずしも均一の層である必要はない。例えば、微細な島状に形成されていてもよいし、凹凸を有する層状に形成されていてもよい。
図1(A)に示す成膜用基板の作製方法を図2(A)乃至(F)を用いて説明する。
第1の基板101上に反射層155を形成する。(図2(A)参照。)。次に反射層155上にマスク154を形成し、マスク154によって反射層155をエッチング加工する。よって第2の領域において第1の基板101上に反射層102を形成する(図2(B)参照。)。次に第1の基板101及び反射層102上に絶縁層を形成し、マスク150によってエッチング加工する。よって、第1の領域において第1の基板101上に第1断熱層103a、第2の領域において反射層102上に第2の断熱層103bが形成される(図2(C)参照。)。第2の断熱層103bは反射層102端部が露出するように、第2の断熱層103bの端部が反射層102の端部より内側に位置するように形成される。
マスク150を除去し、第1の断熱層103a、反射層102、第2の断熱層103b上に光吸収層152を形成する(図2(D)参照。)。光吸収層152は第1の断熱層103a、第2の断熱層103bによって分断される。
光吸収層152上にマスク151を形成し、マスク151を用いて光吸収層152をエッチング加工して光吸収層104を形成する(図2(E)参照。)。光吸収層104は、第1の領域において第1の断熱層103a上にのみ形成される。
第1の断熱層103a、光吸収層104、反射層102、第2の断熱層103b上に有機化合物材料を含む層105を形成する(図2(F)参照。)。以上の工程で、図1(A)に示す成膜用基板が完成する。
次に、本発明の成膜用基板を用いた成膜方法を説明する。第1の基板101の一方の面であって、反射層102、第1の断熱層103a、第2の断熱層103b、光吸収層104、および有機化合物材料を含む層105が形成された面に対向する位置に、被成膜基板である第2の基板107を配置する(図1(B)参照。)。基板の大きさや配置方法によっては、第1の基板101及び第2の基板107は一部接触する場合もある。
第1の基板101の裏面(反射層102、第1の断熱層103a、第2の断熱層103b、光吸収層104、および有機化合物材料を含む層105が形成されていない面)側から光110を照射する(図1(C)参照。)。このとき、第2の領域において第1の基板101上に形成された反射層102に照射された光は反射されるが、第1の領域に照射された光は、第1の断熱層103aを透過し、光吸収層104に吸収される。そして、光吸収層104は、吸収した光から得た熱を有機化合物材料を含む層105に含まれる材料に与えることにより、有機化合物材料を含む層105に含まれる材料の少なくとも一部を、第2の基板107上に膜111として成膜する。これにより、第2の基板107上に所望のパターンに成形された膜111が形成される(図1(D)参照。)。
本発明を用いて発光装置の発光層を形成する場合、第1の領域を一画素ごとに対応させてもよいし、第1の領域を複数の画素を含むように対応させ複数の画素の発光層を一度に作製してもよい。例えば、例えば三色の色要素(例えばRGB)でフルカラー表示を行いストライプ配置とする場合、複数の同色の発光を示す画素を含む領域を、成膜用基板の第1の領域と対応させ、被成膜用基板に複数の画素の発光層を形成することができる。第1の領域内に複数の画素を有する場合の成膜用基板の上面図を図27(A)に示す。図27(A)において、第1の領域に形成される第1の断熱層3103aは、被成膜基板3107において複数の画素を含む領域に対応し、第2の領域に形成される第2の断熱層3103bは、複数の画素を含む領域に形成される第1の断熱層3103aの周囲を囲むように空間を有している。3102は反射層、3104は光吸収層である。図27(B)に図27(A)の成膜用基板を用いて、第1の電極層3150a、3150b、3150cにそれぞれ発光層3151a、3151b、3151cを形成された被成膜基板3107を示す。発光層3151a、3151b、3151cは連続しているが、各画素毎に形成された第1の電極層3150a、3150b、3150c、隔壁3153によって各画素ごとに電気的に遮断されている。
第1の領域の第1の断熱層103aと第2の領域の第2の断熱層103bとの間に空間(間隔)を設けた構造であると、第1の領域の光吸収層104から第2の領域の有機化合物材料を含む層105までの熱の伝導経路を長くすることができる。よって、第1の領域の光吸収層104で発生した熱が第2の領域に達する迄の時間が遅くなる。さらに熱は第1の断熱層103a、第1の基板101、第2の断熱層103bを伝導する際に吸収や拡散され、放熱する。熱の伝導経路に第1の断熱層103a、第1の基板101、第2の断熱層103bなどの異なる材料によって形成される部材を配置することで、より伝導する際に吸収や拡散によってより放熱することができるため好ましい。よって、第2の領域の有機化合物材料を含む層105の大部分を成膜用基板に残存させることができるため、被成膜基板である第2の基板107に成膜される膜111は、第1の領域のパターンを反映した微細なパターンで選択的に成膜することができる。さらに、レーザ光と比較して照射時間が長いランプ光の照射時間でも第2の領域において有機化合物材料を含む層105の加熱を抑制し、境界において温度差を保つことができるために、光源としてランプを用いることができる。ランプ光はレーザ光と比較して一度に広範囲を処理することができるため、作製工程時間を短縮し、スループットを向上することが可能となる。
照射する光110としては、レーザ光やランプ光を用いることができる。
用いる光は特に限定されず、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能である。例えば、紫外線ランプ、ブラックライト、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光(ランプ光)を用いてもよい。その場合、ランプ光源は、必要な時間点灯させて照射してもよいし、複数回照射してもよい。
また、光としてレーザ光を用いてもよく、レーザ発振器としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。様々な波長のレーザ光を用いることができ、例えば、355、515、532、1030、1064nmなどの波長のレーザ光を用いることができる。
レーザ光には、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、ファイバーレーザ等の固体レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。また、上記固体レーザから発振される第2高調波や第3高調波、さらに高次の高調波を用いることもできる。なお、レーザ媒体が固体である固体レーザを用いると、メンテナンスフリーの状態を長く保てるという利点や、出力が比較的に安定している利点を有している。
また、レーザスポットの形状は、線状または矩形状とすることが好ましい。線状または矩形状とすることにより、処理基板にレーザ光を効率よく走査することができる。よって、成膜に要する時間(タクトタイム)が短くなり、生産性が向上する。また、レーザスポットの形状は楕円形状でもよい。
また、本発明では、照射された光源からの光による輻射熱を利用するのではなく、光源からの光を吸収した光吸収層104が有機化合物材料を含む層105に熱を与えることが特徴である。本発明を用いると、第1の領域より第2の領域へ面方向に熱が伝わることを抑制することができるため、加熱される有機化合物材料を含む層105の範囲が広がらず、正確なパターンに成膜することはできる。より高繊細なパターンで成膜する場合は、さらに光の照射時間は、短くすることが好ましい。
また、光照射による成膜は、減圧雰囲気下で行うことが好ましい。従って、成膜室内を5×10−3Pa以下、好ましくは10−6Pa以上10−4Pa以下の雰囲気とすることが好ましい。
さらに、照射する光110としては、周波数10MHz以上、かつ、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光が好ましい。このように、パルス幅が非常に小さいレーザ光を用いることにより、光吸収層104における熱変換が効率よく行われ、材料を効率よく加熱することができる。
周波数10MHz以上、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光は、短時間のレーザ光の照射が可能であるため、熱の拡散を抑制することができ、微細なパターンの成膜が可能となる。また、周波数10MHz以上、パルス幅100fs以上10ns以下のレーザ光は、高出力が可能であるため、大面積を一度に処理することができ、成膜に要する時間を短縮することができる。よって、生産性を向上させることができる。
第1の基板101表面と第2の基板107表面との距離を短くすると第1の基板101の最表面の層と第2の基板107の最表面とが接する場合がある。第1の基板101表面と第2の基板107表面との距離を小さくすると、光を照射した際に、第2の基板107上に成膜される膜111の形状を精度良く形成することができる。
また、反射層102の開口部を透過した光がまわりこむ可能性がある場合には、照射する光がまわりこむことを考慮して、反射層102の開口部を小さくした構造としてもよい。
フルカラーディスプレイを作製する場合には、発光層を作り分ける必要があるため、本発明の成膜方法を用いて発光層を形成すれば、容易に所望のパターンで発光層を作り分けることができる。また、精度良く発光層を作り分けることができる。
本発明を適用することにより、第1の基板上に形成された有機化合物材料を含む層の膜厚を制御することによって、被成膜基板である第2の基板上に成膜される膜の膜厚を制御することができる。つまり、第1の基板上に形成された有機化合物材料を含む層に含まれる材料を全て成膜することにより第2の基板上に形成される膜が所望の膜厚となるように予め有機化合物材料を含む層の膜厚が制御されているため、第2の基板上に成膜する際の膜厚モニターは不要となる。よって、膜厚モニターを利用した成膜速度の調節を使用者が行う必要がなく、成膜工程を全自動化することが可能である。そのため、生産性の向上を図ることができる。
また、本発明を適用することにより、第1の基板上に形成された有機化合物材料を含む層105に含まれる材料を均一に成膜することができる。また、有機化合物材料を含む層105が複数の材料を含む場合でも、有機化合物材料を含む層105と同じ材料をほぼ同じ重量比で含有する膜を被成膜基板である第2の基板上に成膜することができる。従って、本発明に係る成膜方法は、成膜温度の異なる複数の材料を用いて成膜する場合でも、共蒸着のようにそれぞれ蒸着レートを制御する必要がない。そのため、蒸着レート等の複雑な制御を行うことなく、所望の異なる材料を含む層を容易に精度良く成膜することができる。
また、本発明の成膜方法では、所望の材料を無駄にすることなく、被成膜基板に成膜することが可能である。よって、材料の利用効率が向上し、製造コストの低減を図ることができる。また、成膜室内壁に材料が付着することも防止でき、成膜装置のメンテナンスを容易にすることができる。
また、本発明を適用することにより、平坦でムラのない膜を成膜することが可能となる。また、所望の領域のみに成膜することが可能であるため、微細パターンの形成が可能となり、高精細な発光装置を作製することができる。
また、本発明を適用することにより、光を用いた成膜の際に選択的に所望の領域に成膜することができるので、材料の利用効率を高めることができ、精度良く、所望の形状に成膜することが容易であるため生産性向上を図ることができる。
また、本発明を適用することにより、光を用いた成膜の際に光源にランプを私用することができるため、大面積を一度に処理することが可能となる。よって生産性を向上させることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明に用いることのできる成膜用基板の他の例を図3、図4、図18乃至図20を用いて説明する。実施の形態1と同様な機能を有する構成の材料や作製方法は、実施の形態1と同様とすればよい。
図3(A)は、光吸収層を第1の領域及び第2の領域両方に設ける例であり、第1の領域の第1の断熱層103a上に第1の光吸収層104aが設けられ、第2の領域の反射層102、第2の断熱層103b上に第2の光吸収層104bが設けられている。
図3(B)は、光吸収層を第1の領域及び第2の領域全面に形成し、エッチング加工しない構造であり、光吸収層は第1の断熱層103aと第2の断熱層103bとの間にも設けられている。このように光吸収層を全面に形成しても、第1の断熱層103a、第2の断熱層103bによって、被成膜領域は凹凸を有しているため、光吸収層は第1の領域及び第2の領域に連続して成膜されず分断されている。
第2の領域に第2の光吸収層104b、第3の光吸収層104cが設けられていても、反射層102によって照射された光は反射されるので、光吸収層104b、第3の光吸収層104cに光は照射されない。よって第2の光吸収層104b、第3の光吸収層104cにおいて熱は発生しないため、第2の光吸収層104b、第3の光吸収層104c上の有機化合物材料を含む層にも成膜に必要な熱は供給されない。
図3(C)(D)は、第2の断熱層103bを反射層102より先に第1の基板101に形成する例である。第1の基板101上に第1の断熱層103a及び第2の断熱層103bを、間隔を有して形成し、第2の断熱層103bが設けられた第2の領域に反射層102を形成する。その後、第1の領域及び第2の領域に光吸収層を形成し、有機化合物材料を含む層105を形成する。図3(C)は、第1の断熱層103a上に第1の光吸収層104aと、第2の断熱層103b上に第2の光吸収層104bを選択的に形成する例であり、図3(D)は、光吸収層を第1の領域及び第2の領域全面に形成し、第1の断熱層103aと第2の断熱層103bとの間に第3の光吸収層104cが設けられる構造である。図3(B)及び図3(D)の構造であると光吸収層のエッチング加工を行わないために、工程を簡略化することができる。
図4(A)乃至(E)は、第2の断熱層103b上にさらに第3の断熱層112を設ける構造である。図4(A)乃至(D)は図3(A)乃至(D)と対応し、図4(E)は図1(A)に対応している。
図4(A)(B)は、第2の領域において、第2の光吸収層104b上に第3の断熱層112を設けており、反射層102、第2の断熱層103b、第2の光吸収層104b、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105の順に積層されている。
図4(C)(D)は、第2の領域において、第2の光吸収層104b上に第3の断熱層112を設けており、第2の断熱層103b、反射層102、第2の光吸収層104b、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105の順に積層されている。
図4(E)は、第2の領域において、第2の断熱層103b上に第3の断熱層112を設けており、反射層102、第2の断熱層103b、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105の順に積層されている。
図4(A)乃至(E)に示すように、第2の領域において、第2の断熱層103b上に第3の断熱層112を設けると、第1の領域の光吸収層から第2の領域の有機化合物材料を含む層105までの熱の伝導経路がさらに長くなるので、第1の領域において光吸収層で生じた熱が、有機化合物材料を含む層105までに放熱する。よって、より成膜時のパターンぼけを防止し、繊細なパターンで成膜することができる。なお、第3の断熱層112に用いる材料および成膜方法は、第1の断熱層103a、第2の断熱層103bに用いる材料および成膜方法と同様とすることができるが、材料の透過率に関しては、第1の断熱層103aの場合と異なり特に限定されない。また、第3の断熱層112を被成膜基板を対向して配置する際、成膜用基板と被成膜基板との基板間距離を制御するスペーサとして機能させることもできる。
図18乃至図20は、第1の断熱層、第2の断熱層を第1の基板を加工して形成する例である。よって、第1の断熱層、第2の断熱層は、第1の基板表面に設けられた凸部であり、第1の基板の一部であり、第1の断熱層領域、第2の断熱層領域となる。本明細書では、第1の基板の一部であっても第1の断熱層、第2の断熱層とよぶこととする。
図18(A)乃至(C)は、第1の基板121をエッチング加工し、第1の基板121表面の凸部として、第1の断熱層113a、第2の断熱層113bを設けている。図18(A)では第1の領域において、第1の断熱層113a上に光吸収層104が形成され、第2の断熱層113bが形成された第2の領域に反射層102が形成されている。
図18(B)は、第2の領域にも光吸収層を形成する例であり、第1の領域において、第1の断熱層113a上に第1の光吸収層104aは形成され、第2の領域において、第2の断熱層113b及び反射層102上に第2の光吸収層104bが形成されている。
図18(C)は、第1の領域にも反射層は形成される例であり、第1の領域において、第1の断熱層113a、光吸収層104上に第1の反射層102aが形成され、第2の断熱層113bが形成された第2の領域には第2の反射層102bが形成されている。このように第1の領域に反射層が形成されても、光吸収層を先に形成し、光吸収層に光が照射される構造であれば、光吸収層で発生した熱を有機化合物材料を含む層に供給することができる。
図19(A)乃至(D)は第2の断熱層113b上に第3の断熱層112を設ける例である。図19(A)乃至(C)は、図18(A)乃至(C)にそれぞれ対応している。
図19(A)は、第2の領域において、反射層102上に第3の断熱層112を設けており、第2の断熱層113b、反射層102、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105が順に積層されている。
図19(B)は、第2の領域において、第2の光吸収層104b上に第3の断熱層112を設けており、第2の断熱層113b、反射層102、第2の光吸収層104b、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105が順に積層されている。
図19(C)は、第2の領域において、第2の反射層102b上に第3の断熱層112を設けており、第2の断熱層113b、第2の反射層102b、第3の断熱層112、有機化合物材料を含む層105が順に積層されている。
図19(D)は、第1の断熱層113a及び第2の断熱層113bの間の溝(間隔)を第1の基板121の厚さ方向に深く形成し、第1の断熱層113aと第2の断熱層113bとの間にも第3の断熱層112cを形成する例である。図19(D)では第2の領域に第3の断熱層112b、112cが形成される構造となる。
図20(A)乃至(C)は、第2の領域に設けられる第2の断熱層を第1の基板121には形成せず、第3の断熱層112を反射層上に設ける例である。
図20(A)は、第1の領域において第1の基板121に断熱層113が設けられ、第2の領域では、反射層102上に断熱層113と間隔を有して第3の断熱層112が形成されている。
図20(B)は、第1の領域において第1の基板121に断熱層113が設けられ、第2の領域では、反射層102、第2の光吸収層104b上に断熱層113と間隔を有して第3の断熱層112が形成されている。
図20(C)は、第1の領域において第1の基板121に断熱層113が設けられ、第2の領域では、第2の反射層102b上に断熱層113と間隔を有して第3の断熱層112が形成されている。
図3、図4、図18乃至図20に示す成膜用基板を用いて、実施の形態1と同様に光を照射して、被成膜基板へ所望のパターンで膜を成膜することができる。従って本実施の形態に示す成膜用基板を用いて、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
本発明では、材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2で説明した成膜用基板を複数用いて、発光素子のEL層を形成することにより、フルカラー表示が可能な発光装置の作製方法について説明する。
本発明は、1回の成膜工程で、被成膜基板である第2の基板上に形成された複数の電極上には、全て同一の材料からなるEL層を形成することができる。また、本発明は、第2の基板上に形成された複数の電極上に、3種類の発光の異なるEL層のいずれかを形成し、フルカラー表示が可能な発光装置を作製することもできる。
まず、実施の形態1において、例えば、図1(A)に示した成膜用基板を3枚用意する。それぞれの成膜用基板には、発光の異なるEL層を形成するための有機化合物材料を含む層が形成されている。具体的には、赤色発光を示すEL層(EL層(R))を形成するための有機化合物材料を含む層(R)を有する第1の成膜用基板と、緑色発光を示すEL層(EL層(G))を形成するための材料を含む有機化合物材料を含む層(G)を有する第2の成膜用基板と、青色発光を示すEL層(EL層(B))を形成するための材料を含む有機化合物材料を含む層(B)を有する第3の成膜用基板とを用意する。
また、複数の第1の電極を有する被成膜基板を1枚用意する。なお、被成膜基板上の複数の第1の電極は、その端部が絶縁層で覆われているため、発光領域は、第1の電極の一部であって、絶縁層と重ならずに露呈している領域に相当する。
まず、1回目の成膜工程として、図1と同様に被成膜基板と第1の成膜用基板とを重ね、位置合わせをする。なお、被成膜基板には、位置合わせ用のマーカを設けることが好ましい。また、第1の成膜用基板にも位置合わせ用のマーカを設けることが好ましい。なお、第1の成膜用基板には、光吸収層が設けられているため、位置合わせのマーカ周辺の光吸収層は予め除去しておくことが好ましい。また、第1の成膜用基板には、有機化合物材料を含む層(R)が設けられているため、位置合わせのマーカ周辺の有機化合物材料を含む層(R)も予め除去しておくことが好ましい。
そして、第1の成膜用基板の裏面(図1に示す反射層102、断熱層103、光吸収層104、および有機化合物材料を含む層105が形成されていない面)側から光を照射する。光吸収層が、照射された光を吸収して有機化合物材料を含む層(R)に熱を与えることで、有機化合物材料を含む層(R)に含まれる材料を加熱し、被成膜基板上の一部の第1の電極上にEL層(R)が形成する。そして、1回目の成膜を終えたら、第1の成膜用基板は、被成膜基板と離れた場所へ移動させる。
次いで、2回目の成膜工程として、被成膜基板と第2の成膜用基板とを重ね、位置合わせをする。第2の成膜用基板には、1回目の成膜時で使用した第1の成膜用基板とは1画素分ずらして反射層の開口部が形成されている。
そして、第2の成膜用基板の裏面(図1に示す反射層102、断熱層103、光吸収層104、および有機化合物材料を含む層105が形成されていない面)側から光を照射する。光吸収層が、照射された光を吸収して有機化合物材料を含む層(G)に熱を与えることで、有機化合物材料を含む層(G)に含まれる材料を加熱し、被成膜基板上の一部であって、1回目の成膜でEL層(R)が形成された第1の電極のとなりの第1の電極上にEL層(G)が形成する。そして、2回目の成膜を終えたら、第2の成膜用基板は、被成膜基板と離れた場所へ移動させる。
次いで、3回目の成膜工程として、被成膜基板と第3の成膜用基板とを重ね、位置合わせをする。第3の成膜用基板には、1回目の成膜時で使用した第1の成膜用基板とは2画素分ずらして反射層の開口部が形成されている。
そして、第3の成膜用基板の裏面(図1に示す反射層102、断熱層103、光吸収層104、および有機化合物材料を含む層105が形成されていない面)側から光を照射する。この3回目の成膜を行う直前の様子が図10(A)の上面図に相当する。図10(A)において、反射層401は開口部402を有している。従って、第3の成膜用基板の反射層401の開口部402を透過した光は、断熱層を透過して、光吸収層に吸収される。また、被成膜基板の第3の成膜用基板の開口部402と重なる領域には、第1の電極が形成されている。なお、図10(A)中に点線で示した領域の下方には、既に1回目の成膜により形成されたEL層(R)411と2回目の成膜により形成されたEL層(G)412が位置している。
そして、3回目の成膜により、EL層(B)413が形成される。光吸収層が、照射された光を吸収して有機化合物材料を含む層(B)に熱を与えることで、有機化合物材料を含む層(B)に含まれる材料を加熱し、被成膜基板上の一部であって、2回目の成膜でEL層(G)412が形成された第1の電極のとなりの第1の電極上にEL層(B)413が形成される。3回目の成膜を終えたら、第3の成膜用基板は、被成膜基板と離れた場所へ移動させる。
こうしてEL層(R)411、EL層(G)412、EL層(B)413を一定の間隔をあけて同一の被成膜基板上に形成することができる。そして、これらの層上に第2の電極を形成することによって、発光素子を形成することができる。
以上の工程で、同一基板上に異なる発光を示す発光素子が形成されることにより、フルカラー表示が可能な発光装置を形成することができる。
図10では、成膜用基板に形成された反射層の開口部402の形状を矩形とした例を示したが、特に限定されず、ストライプ状の開口部としても良い。ストライプ状の開口部とした場合、同じ発光色となる発光領域の間にも成膜が行われるが、絶縁層414の上に形成されるため、絶縁層414と重なる部分は発光領域とはならない。
また、画素の配列も特に限定されず、図11(A)に示すように、1つの画素形状を多角形、例えば六角形としてもよく、EL層(R)511、EL層(G)512、EL層(B)513を配置してフルカラーの発光装置を実現させることもできる。なお、図11(A)に示す多角形の画素を形成するために、図11(B)に示す多角形の開口部502を有する反射層501を有する成膜用基板を用いて成膜すればよい。
本実施の形態に示すフルカラー表示が可能な発光装置の作製において、成膜用基板に形成される有機化合物材料を含む層の膜厚を制御することによって、被成膜基板上に成膜される膜の膜厚を制御することができる。つまり、成膜用基板上に形成された有機化合物材料を含む層に含まれる材料を全て成膜することにより被成膜基板上に形成される膜が所望の膜厚となるように予め有機化合物材料を含む層の膜厚が制御されているため、被成膜基板上に成膜する際の膜厚モニターは不要となる。よって、膜厚モニターを利用した成膜速度の調節を使用者が行う必要がなく、成膜工程を全自動化することが可能である。そのため、生産性の向上を図ることができる。
また、本実施の形態に示すフルカラー表示が可能な発光装置の作製において、本発明を適用することにより、成膜用基板上に形成された有機化合物材料を含む層に含まれる材料を均一に成膜することができる。また、有機化合物材料を含む層が複数の材料を含む場合でも、有機化合物材料を含む層と同じ材料をほぼ同じ重量比で含有する膜を被成膜基板上に成膜することができる。従って、本発明に係る成膜方法は、成膜温度の異なる複数の材料を用いて成膜する場合でも、蒸着レート等の複雑な制御を行うことなく、所望の異なる材料を含む層を容易に精度良く成膜することができる。
また、本実施の形態に示すフルカラー表示が可能な発光装置の作製において、本発明を適用することにより、所望の材料を無駄にすることなく、被成膜基板に成膜することが可能である。よって、材料の利用効率が向上し、製造コストの低減を図ることができる。また、成膜室内壁に材料が付着することも防止でき、成膜装置のメンテナンスを簡便にすることができる。
また、本実施の形態に示すフルカラー表示が可能な発光装置の作製において、本発明を適用することにより、平坦でムラのない膜を成膜することが可能であり、また、微細なパターン形成が可能となるため、高精細な発光装置を得ることができる。
また、本発明を適用することにより、光を用いた成膜の際に選択的に所望の領域に成膜することができるので、材料の利用効率を高めることができ、精度良く、所望の形状に成膜することが容易であるため発光装置の生産性向上を図ることができる。また、本発明では、光源として高出力の光を用いることができるため、大面積を一括して成膜することが可能となる。よって、成膜に要する時間(タクトタイム)を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、実施の形態1及び実施の形態2に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明を適用して、発光素子および発光装置を作製する方法について説明する。
本発明を適用して、例えば、図12(A)、(B)に示す発光素子を作製することができる。図12(A)に示す発光素子は、基板901上に第1の電極902、発光層913のみで形成されたEL層903、第2の電極904が順に積層して設けられている。第1の電極902及び第2の電極904のいずれか一方は陽極として機能し、他方は陰極として機能する。陽極から注入される正孔及び陰極から注入される電子がEL層903で再結合して、発光を得ることができる。本実施の形態において、第1の電極902は陽極として機能する電極であり、第2の電極904は陰極として機能する電極であるとする。
また、図12(B)に示す発光素子は、図12(A)のEL層903が複数の層が積層された構造である場合を示しており、具体的には、第1の電極902側から正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914、および電子注入層915が順次設けられている。なお、EL層903は、図12(A)に示すように少なくとも発光層913を有していれば機能するため、これらの層を全て設ける必要はなく、必要に応じて適宜選択して設ければよい。
図12に示す基板901には、絶縁表面を有する基板または絶縁基板を適用する。具体的には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板又はサファイヤ基板等を用いることができる。
また、第1の電極902および第2の電極904は、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム等が挙げられる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
これらの材料は、通常スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。その他、ゾル−ゲル法などを応用して、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
また、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金等を用いることができる。その他、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(アルミニウム、マグネシウムと銀との合金、アルミニウムとリチウムの合金)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。
アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。また、第1の電極902および第2の電極904は、単層膜に限らず、積層膜で形成することもできる。
なお、EL層903で発光する光を外部に取り出すため、第1の電極902または第2の電極904のいずれか一方、または両方が光を通過するように形成する。例えば、インジウム錫酸化物等の透光性を有する導電材料を用いて形成するか、或いは、銀、アルミニウム等を数nm乃至数十nmの厚さとなるように形成する。また、膜厚を薄くした銀、アルミニウムなどの金属薄膜と、ITO膜等の透光性を有する導電材料を用いた薄膜との積層構造とすることもできる。
なお、本実施の形態で示す発光素子のEL層903(正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914又は電子注入層915)は、実施の形態1で示した成膜方法を適用して形成することができる。また、電極を実施の形態1で示した成膜方法を適用して形成することもできる。
発光層913としては種々の材料を用いることができる。例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
発光層913に用いることのできる燐光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス[2−(3’,5’ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C’)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、ビス(1,2−ジフェニル−1H−ベンゾイミダゾラト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pbi)(acac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス[2−(4’−パーフルオロフェニルフェニル)ピリジナト]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C’)イリジウム(III)(略称:Ir(pq))、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pq)(acac))などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)2(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光(異なる多重度間の電子遷移)であるため、燐光性化合物として用いることができる。
発光層913に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,13−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)などが挙げられる。
また、発光層913として、発光性の高い物質(ドーパント材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成を用いることもできる。発光性の高い物質(ドーパント材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成を用いるにより、発光層の結晶化を抑制することができる。また、発光性の高い物質の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
発光性の高い物質を分散させる物質としては、発光性の高い物質が蛍光性化合物の場合には、蛍光性化合物よりも一重項励起エネルギー(基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差)が大きい物質を用いることが好ましい。また、発光性の高い物質が燐光性化合物の場合には、燐光性化合物よりも三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)が大きい物質を用いることが好ましい。
発光層913に用いるホスト材料としては、例えば4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、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(III)(略称:BAlq)などの他、4,4’−ジ(9−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9−[4−(9−カルバゾリル)フェニル]−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA)などが挙げられる。
また、ドーパント材料としては、上述した燐光性化合物や蛍光性化合物を用いることができる。
発光層913として、発光性の高い物質(ドーパント材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成を用いる場合には、成膜用基板上の有機化合物材料を含む層として、ホスト材料とゲスト材料とを混合した層を形成すればよい。または、成膜用基板上の有機化合物材料を含む層として、ホスト材料を含む層とドーパント材料を含む層とが積層した構成としてもよい。このような構成の有機化合物材料を含む層を有する成膜用基板を用いて発光層913を形成することにより、発光層913は発光材料を分散させる物質(ホスト材料)と発光性の高い物質(ドーパント材料)とを含み、発光材料を分散させる物質(ホスト材料)に発光性の高い物質(ドーパント材料)が分散された構成となる。なお、発光層913として、2種類以上のホスト材料とドーパント材料を用いてもよいし、2種類以上のドーパント材料とホスト材料を用いてもよい。また、2種類以上のホスト材料及び2種類以上のドーパント材料を用いてもよい。
また、図12(B)に示す発光素子を形成する場合には、EL層903(正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914、および電子注入層915)のそれぞれの層を形成する材料で形成された有機化合物材料を含む層を有する実施の形態1で示した成膜用基板を各層毎に用意し、各層の成膜毎に異なる成膜用基板を用いて、実施の形態1で示した方法により、基板901上の第1の電極902上にEL層903を形成することができる。そして、EL層903上に第2の電極904を形成することにより、図12(B)に示す発光素子を得ることができる。なお、この場合には、EL層903の全ての層に実施の形態1で示した方法を用いることもできるが、一部の層のみに実施の形態1で示した方法を用いても良い。
湿式法で被成膜基板に膜を積層する場合、直接下層の膜上に材料を含む液状の組成物を付着させて形成するために、組成物中に含まれる溶媒によっては下層の膜が溶解してしまうため、積層できる材料が限定されてしまう。しかし、本発明の成膜方法を用いて積層を形成する場合、下層の膜に直接溶媒が付着しないため、溶媒による下層の膜への影響を考慮しなくてよい。従って、積層できる材料の選択性において自由度が広い。湿式法で直接被成膜基板に膜を形成してしまうと被成膜基板に既に成膜されている下層の膜に影響を与えない加熱条件で加熱処理を行わねばならないために、十分な膜質の向上を達成できない場合がある。
例えば、正孔注入層911としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ(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)等の高分子等によっても正孔注入層を形成することができる。
また、正孔注入層911として、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質を含む層を用いることができる。正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層は、キャリア密度が高く、正孔注入性に優れている。また、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層を、陽極として機能する電極に接する正孔注入層として用いることにより、陽極として機能する電極材料の仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。
正孔注入層911に用いる電子受容性を示す物質としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族から第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
正孔注入層911に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、正孔注入層に用いる正孔輸送性の高い物質としては、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、正孔注入層911に用いることのできる正孔の輸送性の高い物質を具体的に列挙する。
例えば、正孔注入層911に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)等を用いることができる。また、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
正孔注入層911に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
また、正孔注入層911に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、正孔注入層911に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、正孔注入層911に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層は、正孔注入性だけでなく、正孔輸送性も優れているため、上述した正孔注入層911を正孔輸送層として用いてもよい。
また、正孔輸送層912は、正孔輸送性の高い物質を含む層であり、正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
電子輸送層914は、電子輸送性の高い物質を含む層であり、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ01)バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、電子注入層915としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を用いることができる。さらに、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属が組み合わされた層も使用できる。例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたものを用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を組み合わせた層を用いることは、第2の電極904からの電子注入が効率良く起こるためより好ましい。
なお、EL層903は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層と、発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。
EL層903で得られた発光は、第1の電極902または第2の電極904のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極902または第2の電極904のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極である。第1の電極902のみが透光性を有する電極である場合、光は第1の電極902を通って基板901側から取り出される。また、第2の電極904のみが透光性を有する電極である場合、光は第2の電極904を通って基板901と逆側から取り出される。第1の電極902および第2の電極904がいずれも透光性を有する電極である場合、光は第1の電極902および第2の電極904を通って、基板901側および基板901と逆側の両方から取り出される。
なお、図12では、陽極として機能する第1の電極902を基板901側に設けた構成について示したが、陰極として機能する第2の電極904を基板901側に設けてもよい。
また、EL層903の形成方法としては、実施の形態1で示した成膜方法を用いればよく、他の成膜方法と組み合わせてもよい。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。乾式法としては、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。また、湿式法としては、インクジェット法またはスピンコート法などが挙げられる。
本実施の形態に係る発光素子は、本発明を適用したEL層の形成が可能であり、それにより、高精度な膜が効率よく形成される為、発光素子の特性向上のみならず、歩留まり向上やコストダウンを図ることができる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1乃至3と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明を用いて作製されたパッシブマトリクス型の発光装置について図5乃至図9を用いて説明する。
図5に、本発明を適用したパッシブマトリクス型の発光素子を有する発光装置を示す。図5(A)は発光装置の平面図であり、図5(B)は図5(A)における線Y1−Z1の断面図である。
図5(A)の発光装置は、素子基板759上に第1の方向に延びた発光素子に用いる電極層である第1の電極層751a、751b、751c、第1の電極層751a、751b、751c上に選択的に形成されたEL層752a、752b、752cと、第1の方向と垂直な第2の方向に延びた発光素子に用いる電極層である第2の電極層753a、753b、753cとを有している。第2の電極層753a、753b、753cを覆うように、保護膜として機能する絶縁層754を設けている(図5(A)(B)参照。)。
図5において、データ線(信号線)として機能する第1の電極層751bと、走査線(ソース線)として機能する第2の電極層753bとはEL層752bを間に挟持して交差しており、発光素子750を形成している。
本実施の形態では、EL層752a、752b、752cを実施の形態1で示したように、本発明の成膜方法を用いて形成する。図5に示す本実施の形態の発光装置の作製方法を図7(A)乃至(D)を用いて説明する。
図7(A)は実施の形態1で示した図4(E)の成膜用基板と同様な構造である。成膜用基板が含む第1の領域において、基板701上に、第1の断熱層703a、光吸収層704が積層して形成され、第2の領域において基板701上に反射層702、反射層上に第2の断熱層703bと第3の断熱層712が積層され形成されている。成膜用基板の最上層には有機化合物材料を含む層705が形成されている。
被成膜基板である素子基板759には、第1の電極層751a、751b、751cが形成されており、第1の電極層751a、751b、751cと、有機化合物材料を含む層705とが向き合うように、素子基板759と基板701とを配置する(図7(B)参照。)。図7(B)のように、第2の断熱層703bと第3の断熱層712を形成し、スペーサのように機能させ、成膜用基板と被成膜基板とを接して設けると、第1の領域である画素領域ごとを他の画素領域と遮断することができる。よって、光照射により有機化合物材料を含む層より蒸発した材料が、他の画素領域へ付着することを抑制することができる。
基板701の裏面(有機化合物材料を含む層705の形成面と反対の面)より光710を照射し、光吸収層704より与えられた熱によって有機化合物材料を含む層705に含まれる材料の少なくとも一部が素子基板759へEL層752a、752b、752cとして成膜される(図7(C)参照。)。上記工程によって、基板759上に設けられた第1の電極層751a、751b、751c上にそれぞれ、選択的にEL層752a、752b、752cを形成することができる(図7(D)参照。)。
図7(D)のEL層752a、752b、752c上に第2の電極層753b、絶縁層754を形成し、封止基板758を用いて封止して図5(B)の発光装置を完成させることができる。
図5の発光装置では、第1の電極層751a、751b、751cの幅(Y1−Z1方向の幅)より、EL層752a、752b、752cのサイズが大きく、第1の電極層751a、751b、751c端部を覆うような形状の例である。これは図7において、第1の領域の光吸収層704上に形成される有機化合物材料を含む層のパターンが、第1の電極層のパターンより幅が大きく設定されたためである。
第1の電極層上にEL層のすべての領域が形成される例を図6(A)(B)に示す。図6(A)は発光装置の平面図であり、図6(B)は図6(A)における線Y2−Z2の断面図である。図6(A)(B)の発光装置においては、第1の電極層751a、751b、751cのサイズよりも、EL層792a、792b、792cのサイズが小さいため、EL層792a、792b、792cは領域全てが、それぞれ第1の電極層751a、751b、751c上に形成される。本発明の成膜法では、成膜用基板において第1の領域である反射層と重ならない光吸収層上に形成される有機化合物材料を含む層のパターンを反映して、被成膜基板に膜が形成される。よって、第1の領域の光吸収層上に形成される有機化合物材料を含む層のパターンを、第1の電極層751a、751b、751cよりも小さく設定するとEL層792a、792b、792cのような形状に成膜することができる。
また、パッシブマトリクスの発光装置において、発光素子間を分離する隔壁(絶縁層)を設けてもよい。2層の隔壁を有する発光装置の例を図8(A)乃至(C)及び図9(A)乃至(D)に示す。
図8(A)は発光装置の平面図であり、図8(B)は図8(A)における線Y3−Z3の断面図、図8(C)は図8(A)における線V3−X3の断面図である。しかし、図8(A)は隔壁782を形成した工程までの平面図であり、EL層及び第2の電極層は省略している。
図8(A)乃至(C)に示すように、第1の電極層751a、751b、751c上に、画素領域に開口部を有して隔壁780が選択的に形成されている。図8(B)に示すように、隔壁780は、第1の電極層751a、751b、751cの端部を覆うようにテーパーを有する形状で形成されている。
隔壁780上に選択的に隔壁782を形成する。隔壁782は隔壁780上に形成するEL層及び第2の電極層を非連続に分断する機能を有する。隔壁782の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁782の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(隔壁780の面方向と同様の方向を向き、隔壁780と接する辺)の方が上辺(隔壁780の面方向と同様の方向を向き、隔壁780と接しない辺)よりも短い。隔壁782はいわゆる逆テーパー形状であるために、自己整合的にEL層752bは、隔壁782によって分断され、第1の電極層751b上に選択的に形成することができる。従ってエッチングにより形状を加工しなくても、隣接する発光素子間は分断されており発光素子間のショートなどの電気的不良を防止することができる。
本発明の成膜方法を用いた図8(B)に示す本実施の形態の発光装置の作製方法を図9(A)乃至(D)を用いて説明する。
図9(A)は実施の形態1で示した図19(A)の成膜用基板と同様な構造である。
成膜用基板が含む第1の領域において、基板721の有する凸部として、第1の断熱層723a、光吸収層724が積層して形成され、第2の領域において反射層722が一部基板721の有する凸部である第2の断熱層723b上も含んで形成され、反射層722上に第3の断熱層742が積層され形成されている。成膜用基板の最上層には有機化合物材料を含む層725が形成されている。
被成膜基板である素子基板759には、第1の電極層751a、751b、751c、及び隔壁780が形成されており、第1の電極層751a、751b、751c及び隔壁780と、有機化合物材料を含む層725とが向き合うように、素子基板759と基板721とを配置する(図9(B)参照。)。図9(B)のように、隔壁780と第3の断熱層742を形成し、成膜用基板と被成膜基板とを接して設けると、各第1の領域をごとに他の画素領域と遮断することができる。よって、光照射により有機化合物材料を含む層より蒸発した材料が、他の画素領域へ付着することを抑制することができる。
基板721の裏面(有機化合物材料を含む層725の形成面と反対の面)より光720を照射し、光吸収層724より与えられた熱によって有機化合物材料を含む層725に含まれる材料の少なくとも一部が素子基板759へEL層752a、752b、752cとして成膜される(図9(C)参照。)。上記工程によって、基板759上に設けられた第1の電極層751a、751b、751c上にそれぞれ、選択的にEL層752a、752b、752cを形成することができる(図9(D)参照。)。
図9(D)のEL層752a、752b、752c上に第2の電極層753bを形成し、充填層781を形成し、封止基板758を用いて封止して図8(B)の発光装置を完成させることができる。
封止基板758としては、ガラス基板や石英基板等を用いることができる。また可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなる、プラスチック基板の他、高温では可塑化されてプラスチックと同じような成型加工ができ、常温ではゴムのような弾性体の性質を示す高分子材料エラストマー等が挙げられる。また、フィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる)、無機蒸着フィルムを用いることもできる。
隔壁780、隔壁782としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、その他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾールなどの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。作製法としては、プラズマCVD法や熱CVD法などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。また、液滴吐出法や、印刷法(を用いることもできる。塗布法で得られる膜なども用いることができる。
次に、図5に示したパッシブマトリクス型の発光装置にFPCなどを実装した場合の上面図を図13に示す。
図13において、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。
ここで、図5における第1の電極層751a、751b、751cが、図13のデータ線1102に相当し、図5における第2の電極層753a、753b、753cが、図13の走査線1103に相当し、EL層752a、752b、752cが図13のEL層1104に相当する。データ線1102と走査線1103の間にはEL層1104が挟まれており、領域1105で示される交差部が画素1つ分(図5では発光素子750で示される)となる。
なお、走査線1103は配線端で接続配線1108と電気的に接続され、接続配線1108が入力端子1107を介してFPC1109bに接続される。また、データ線は入力端子1106を介してFPC1109a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。
なお、図13では、駆動回路を基板上に設けない例を示したが、本発明は特に限定されず、基板上に駆動回路を有するICチップを実装させてもよい。
また、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(Chip on Glass)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(Tape Automated Bonding)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、単結晶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。
本発明を用いると、材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成することができる。本実施の形態のように、このような成膜方法を用いて発光素子を形成し、高繊細な発光装置を作製することができる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1乃至4と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明を用いて作製されたアクティブマトリクス型の発光装置について図14を用いて説明する。
図14(A)は、発光装置を示す上面図、図14(B)は図14(A)をA−BおよびC−Dで切断した断面図である。点線で示された601は駆動回路部(ソース側駆動回路)、602は画素部、603は駆動回路部(ゲート側駆動回路)である。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース側駆動回路601及びゲート側駆動回路603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)609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14(B)を用いて説明する。素子基板610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601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型トランジスタ623とpチャネル型トランジスタ624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トランジスタは、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用トランジスタ611と、電流制御用TFトランジスタ612とそのドレインに電気的に接続された第1の電極613とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極613の端部を覆って絶縁層614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。第1の電極613は層間絶縁層である絶縁層619上に形成されている。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁層614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、絶縁層614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁層614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁層614として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射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る。
なお、トランジスタの構造は、特に限定されない。トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、周辺駆動回路領域のトランジスタも、シングルゲート構造、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
トランジスタは、トップゲート型(例えば順スタガ型、コプラナ型)、ボトムゲート型(例えば、逆コプラナ型)、あるいはチャネル領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型やその他の構造においても適用できる。
また、トランジスタに用いる半導体の結晶性についても特に限定されない。半導体層を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質半導体(、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、また単結晶半導体などを用いることができる。
非晶質半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体としては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン(多結晶シリコン)には、800℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂高温ポリシリコンや、600℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。また、このような薄膜プロセスに換えて、絶縁表面に単結晶半導体層を設けたSOI基板を用いても良い。SOI基板は、SIMOX(Separation by IMplanted Oxygen)法や、Smart−Cut法を用いて形成することができる。SIMOX法は、単結晶シリコン基板に酸素イオンを注入し、所定の深さに酸素含有層を形成した後、熱処理を行い、表面から一定の深さで埋込絶縁層を形成し、埋込絶縁層の上に単結晶シリコン層を形成する方法である。また、Smart−Cut法は、酸化された単結晶シリコン基板に水素イオン注入を行い、所望の深さに相当する所に水素含有層を形成し、他の支持基板(表面に貼り合わせ用の酸化シリコン膜を有する単結晶シリコン基板など)と貼り合わせる、加熱処理を行うことにより水素含有層にて単結晶シリコン基板を分断し、支持基板上に酸化シリコン膜と単結晶シリコン層との積層を形成する方法である。
第1の電極613上には、EL層616、および第2の電極617がそれぞれ形成されている。本実施の形態で示す発光素子のEL層616は、実施の形態1で示した成膜方法を適用して形成することができる。
シール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に発光素子618が備えられた構造になっている。なお、空間607には、充填材が充填されており、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605で充填される場合もある。
なお、シール材605には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。具体的にはエポキシ系樹脂を用いることができる。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604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、フィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる)、無機蒸着フィルムを用いることもできる。
また、発光素子上にパッシベーション膜(保護膜)として絶縁層を設けてもよい。パッシベーション膜としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層を用いることができる。又はシロキサン樹脂を用いてもよい。
充填材の代わりに、窒素雰囲気下で封止することによって、窒素等を封入してもよい。充填材を通して光を発光装置外に取り出す場合、充填材も透光性を有する必要がある。充填材は、例えば可視光硬化、紫外線硬化または熱硬化のエポキシ樹脂を用いればよい。充填材は、液状の状態で滴下し、発光装置内に充填することもできる。充填材として、乾燥剤などの吸湿性を含む物質を用いる、または充填材中に吸湿物質を添加すると、さらなる吸水効果が得られ、素子の劣化を防ぐことができる。
また、位相差板や偏光板を用いて、外部から入射する光の反射光を遮断するようにしてもよい。隔壁となる絶縁層を着色しブラックマトリクスとして用いてもよい。この隔壁は液滴吐出法により形成することができ、ポリイミドなどの樹脂材料に、カーボンブラック等を混合させてもよく、その積層でもよい。液滴吐出法によって、異なった材料を同領域に複数回吐出し、隔壁を形成してもよい。位相差板としてはλ/4板、λ/2板を用い、光を制御できるように設計すればよい。構成としては、順に素子基板、発光素子、封止基板(封止材)、位相差板(λ/4、λ/2)、偏光板となり、発光素子から放射された光は、これらを通過し偏光板側より外部に放射される。この位相差板や偏光板は光が放射される側に設置すればよく、両面放射される両面放射型の発光装置であれば両方に設置することもできる。また、偏光板の外側に反射防止膜を有していても良い。これにより、より高繊細で精密な画像を表示することができる。
本実施の形態では、上記のような回路で形成するが、本発明はこれに限定されず、周辺駆動回路としてICチップを前述したCOG方式やTAB方式によって実装したものでもよい。また、ゲート線駆動回路、ソース線駆動回路は複数であっても単数であっても良い。
また、本発明の発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
発光層は、発光波長帯の異なる発光層を画素毎に形成して、カラー表示を行う構成としても良い。典型的には、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光層を形成する。この場合にも、画素の光放射側にその発光波長帯の光を透過するフィルターを設けた構成とすることで、色純度の向上や、画素領域の鏡面化(映り込み)の防止を図ることができる。フィルターを設けることで、発光層から放射される光の損失を無くすことができる。さらに、斜方から画素領域(表示画面)を見た場合に起こる色調の変化を低減することができる。
本発明を用いると、材料と被成膜基板との間にマスクを設けることなく、被成膜基板に微細なパターンの薄膜を形成することができる。本実施の形態のように、このような成膜方法を用いて発光素子を形成し、高繊細な発光装置を作製することができる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1乃至4と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態7)
本発明を適用して、様々な表示機能を有する発光装置を作製することができる。即ち、それら表示機能を有する発光装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
その様な本発明に係る電子機器として、テレビジョン装置(単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニタ、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD))等が挙げられる。また、パチンコ機、スロットマシン、ピンボール機、大型ゲーム機など発光装置を有するあらゆる遊技機に適用することができる。その具体例について、図15乃至図17を参照して説明する。
本発明の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子機器に適用することが可能である。本発明の実施の形態1に示す成膜方法を用いるため、生産性がよく、かつ高繊細なパターンを有するため大型の表示部又は照明部を有する高画質の電子機器を安価で提供することができる。
図15(A)に示す携帯情報端末機器は、本体9201、表示部9202等を含んでいる。表示部9202は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、高画質の携帯情報端末機器を安価で提供することができる。
図15(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を含んでいる。表示部9701は本発明の発光装置を適用することができる。その結果、高画質のデジタルビデオカメラを安価で提供することができる。
図15(C)に示す携帯電話機は、本体9101、表示部9102等を含んでいる。表示部9102は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、高画質の携帯電話機を安価で提供することができる。
図17は本発明を適用した携帯電話機の一例であり、図15(C)に示した携帯電話機とは異なる例を示す。図17の携帯電話機において図17(A)が正面図、図17(B)が背面図、図17(C)が展開図である。携帯電話機は、電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
携帯電話機は、筐体8001及び8002の二つの筐体で構成されている。筐体8001には、表示部8101、スピーカー8102、マイクロフォン8103、操作キー8104、ポインティングデバイス8105、カメラ用レンズ8106、外部接続端子8107、イヤホン端子8108等が備えられ、筐体8002には、キーボード8201、外部メモリスロット8202、カメラ用レンズ8203、ライト8204等が備えられている。また、アンテナは筐体8001内部に内蔵されている。
また、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
他の上記実施の形態に示される発光装置を組み込むことが可能である表示部8101は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部8101と同一面上にカメラ用レンズ8106を備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部8101をファインダーとしてカメラ用レンズ8203及びライト8204で静止画及び動画の撮影が可能である。スピーカー8102及びマイクロフォン8103は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生等が可能である。操作キー8104では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等が可能である。更に、図17(A)に示す重なり合った筐体8001と筐体8002は、スライドして図17(C)のように展開し、携帯情報端末として使用できる。この場合、キーボード8201、ポインティングデバイス8105を用い円滑な操作が可能である。外部接続端子8107はACアダプタ及びUSBケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット8202に記録媒体を挿入しより大量のデータ保存及び移動に対応できる。
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能等を備えたものであってもよい。
表示部8101は、本発明の発光装置を適用することができるため、高画質の携帯電話機を安価で提供することができる。
図15(D)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を含んでいる。表示部9402は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、高画質の携帯型のコンピュータを安価で提供することができる。
本発明を適用した発光装置は、小型の電気スタンドや室内の大型な照明装置として用いることもできる。図15(E)は卓上照明器具であり、照明部9501、傘9502、可変アーム9503、支柱9504、台9505、電源9506を含む。本発明の発光装置を照明部9501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。本発明により大型な照明器具も安価で提供することができる。
さらに、本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることもできる。本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型であるため、液晶表示装置の薄型化も可能となる。
図15(F)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を含んでいる。表示部9302は、本発明の発光装置を適用することができる。その結果、高画質の携帯型のテレビジョン装置を安価で提供することができる。またテレビジョン装置としては、携帯電話機などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの(例えば40インチ以上)まで、幅広いものに、本発明の発光装置を適用することができる。
図16(A)は大型の表示部を有するテレビジョン装置である。本発明の発光装置により主画面2003が形成され、その他付属設備としてスピーカー部2009、操作スイッチなどが備えられている。このように、テレビジョン装置を完成させることができる。
図16(A)に示すように、筐体2001に発光素子を利用した表示用パネル2002が組みこまれ、受信機2005により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム2004を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、又は受信者間同士)の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン操作機2006により行うことが可能であり、このリモコン装置にも出力する情報を表示する表示部2007が設けられていても良い。
また、テレビジョン装置にも、主画面2003の他にサブ画面2008を第2の表示用パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。
図16(B)は例えば20〜80インチの大型の表示部を有するテレビジョン装置であり、筐体2010、表示部2011、操作部であるリモコン装置2012、スピーカー部2013等を含む。本発明は、表示部2011の作製に適用される。本発明を適用することによって大型でかつ高画質なテレビジョン装置を安価で提供することができる。また図16(B)のテレビジョン装置は、壁かけ型となっており、設置するスペースを広く必要としない。
勿論、本発明は鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など大面積の表示媒体としても様々な用途に適用することができる。
本実施の形態は、上記の実施の形態1乃至6と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の成膜方法に用いる成膜用基板に光を照射したときの熱分布について計算を行った。計算に用いたモデルを図21及び図22(A)(B)に示す。なお、計算では2次元モデルとして計算を行った。本発明では、より正確なパターンに選択的に薄膜を形成するためには、成膜用基板と被成膜用基板との間は近づけて配置する方が好ましい。また、成膜用基板を作製する上でも、断熱層の膜厚が薄い方が作製しやすく好ましい。本実施例では、完全には熱を遮断できないような断熱層の膜厚であっても、本発明の効果が得られるかどうかを確認するために以下のモデルを用いて計算を行った。
図21に示すモデルは、本実施例の成膜用基板である。ガラス基板301(厚さ0.7mm)上に、反射層302(アルミニウム膜200nm)、第1の断熱層303a(酸化シリコン膜1000nm)、第2の断熱層303b(酸化シリコン膜1000nm)、光吸収層304(チタン膜200nm)が形成されている2次元モデルを採用した。なお、反射層302の開口部にあたる第1の領域の幅は23.5μmとした。温度の測定箇所はA1、A2、A3であり、いずれも膜中央部の温度を測定した。また、図21において、A1は第1の領域の中央であり、膜面内方向にA1より9.2μm離れた位置がA2、22.2μm離れた位置がA3である。
図22(A)(B)に示すモデルは、比較として用いた比較成膜用基板であり、図22(A)が比較例1、図22(B)が比較例2の成膜用基板である。図22(A)に示すように、ガラス基板311(厚さ0.7mm)上に、反射層312(アルミニウム膜200nm)、光吸収層314(チタン膜200nm)が形成されている2次元モデルを採用した。なお、反射層312の開口部にあたる第1の領域の幅は23.5μmとした。温度の測定箇所はC1、C2、C3であり、いずれも膜中央部の温度を測定した。また、図22(A)において、C1は第1の領域の中央であり、膜面内方向にC1より9.2μm離れた位置がC2、22.2μm離れた位置がC3である。
図22(B)は、図22(A)の反射層312と光吸収層314の間に連続する断熱層323を設けた構造であり、ガラス基板321(厚さ0.7mm)上に、反射層322(アルミニウム膜200nm)、断熱層323(酸化シリコン膜1000nm)、光吸収層324(チタン膜200nm)が形成されている2次元モデルを採用した。なお、反射層322の開口部にあたる第1の領域の幅は23.5μmとした。温度の測定箇所はD1、D2、D3であり、いずれも膜中央部の温度を測定した。また、図22(B)において、D1は第1の領域の中央であり、膜面内方向にD1より9.2μm離れた位置がD2、22.2μm離れた位置がD3である。
計算条件を以下に示す。計算ツールはANSYS、使用メッシュは3節点三角形フリーメッシュ、最小メッシュ長は0.05μmである。熱伝導特性が温度依存であるので非線形解析(ニュートン法)を使用した。また、非定常解析における時間刻みは0.125μsとし、初期温度は27℃一様とし、境界条件はすべて断熱境界とした。
計算結果を図23乃至図25及び表1に示す。図23乃至図25は、各位置における測定箇所での最高温度の関係を示すグラフであり、各モデルとも照射時間を1.2×10−2sec、1.2×10−3sec、1.2×10−4secとして行った。図23において照射時間1.2×10−2secの測定値を白菱形のドット、1.2×10−3secの測定値を白四角のドット、1.2×10−4secの測定値を白三角のドットで示す。図24及び図25において照射時間1.2×10−2secの測定値を黒菱形のドット、1.2×10−3secの測定値を黒四角のドット、1.2×10−4secの測定値を黒三角のドットで示す。
表1は、第1の有機化合物材料を含む層中の材料が被成膜基板に形成される第1の領域と、反射層により光が遮断され第2の有機化合物材料を含む層中の材料が被成膜基板に形成されない第2の領域との温度差を、第1の領域で光吸収層の端部に位置するA2、C2、D2と、第2の領域で反射層上の光吸収層端部に位置するA3、C3、D3との温度差を算出した値である。
Figure 2009277651
図23乃至図25に示すように、各モデルとも光吸収層に光が吸収される第1の領域の中央部のA1、C1、D1の最高温度が一番高く、反射層によって光が反射される第2の領域に近づくにつれ(A2、C2、D2)、最高温度は下がっている(A3、C3、D3)。各モデルとも照射時間が長くなるにつれ、第1の領域と第2の領域の境界にそれぞれ位置するA2とA3、C2とC3、D2とD3との温度差が小さくなっている。これは照射時間が長くなると、第1の領域から第2の領域への熱が伝導し、第2の領域の温度が高くなるためである。このようにエネルギーの高い光源や、長い照射時間とする場合、より第2の領域の温度を低くするために、第1の断熱層と第2の断熱層の膜厚を厚くし、第1の断熱層上の光吸収層と第2の断熱層上の有機化合物材料を含む層までの熱の伝導経路を長くするとよい。また、熱の伝導経路である第1の断熱層、透光性基板、第2の断熱層を伝導する際に吸収や拡散され、放熱する。伝導経路に第1の断熱層、透光性基板、第2の断熱層などの異なる材料を配置することでより伝導する際に吸収や拡散によって、より熱が放熱することができるため好ましい。第1の断熱層上の光吸収層と第2の断熱層上の有機化合物材料を含む層までの熱の伝導経路を長くすると、第2の領域へ熱が達する時間が遅くなり、かつ熱がより放熱されるため、第2の領域において有機化合物材料を含む層の温度を低くすることができる。
表1に示すように、比較例1と比較例2の光吸収層において第1の領域と第2の領域との温度差(C2とC3、D2とD3)と比べて、本実施例の第1の領域と第2の領域との温度差(A2とA3)は倍以上の数値となっている。
本実施例の第1の領域の第1の断熱層と第2の領域の第2の断熱層との間に空間(間隔)を設けた構造であると、第1の領域の光吸収層から第2の領域の第2の有機化合物材料を含む層までの熱の伝導経路を長くすることができる。よって、第1の領域の光吸収層で発生した熱が第2の領域に達する迄の時間が遅くなる。さらに熱は第1の断熱層、透光性基板、第2の断熱層を伝導する際に吸収や拡散され、放熱する。よって、本実施例において第2の領域の温度を低くすることができ、第1の領域と第2の領域においてより高い温度差を持たせることができることが確認できた。
よって、第2の有機化合物材料を含む層の大部分を成膜用基板に残存させることができるため、被成膜基板に成膜される膜は、第1の領域のパターンを反映した微細なパターンで選択的に成膜することができる。また、レーザ光と比較して照射時間が長いランプ光の照射時間でも第2の領域において第2の有機化合物材料を含む層の加熱を抑制し、境界において温度差を保つことができるために、光源としてランプを用いることができる。ランプ光はレーザ光を比較して一度に広範囲を処理することができるため、作製工程時間を短縮し、スループットを向上することが可能となる。
従って、比較例のモデルよりも、本実施例のモデルの方が第2の領域において第1の領域より伝導した熱によって、有機化合物材料を含む層中の材料が被成膜基板に付着し成膜パターンをぼかすことを抑制できる。そのため、本発明の成膜方法に用いる成膜用基板を適用することにより、より高精細な発光装置を安価で作製できる。

Claims (12)

  1. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に光吸収層と、前記光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に反射層と、前記反射層上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有することを特徴とする成膜用基板。
  2. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に第1の光吸収層と、前記第1の光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に反射層と、前記反射層上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に第2の光吸収層と、前記第2の光吸収層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有することを特徴とする成膜用基板。
  3. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に光吸収層と、前記光吸収層上に第1の反射層と、前記第1の反射層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に第2の反射層と、前記第2の反射層上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記第2の反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有することを特徴とする成膜用基板。
  4. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に光吸収層と、前記光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に反射層と、前記反射層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有することを特徴とする成膜用基板。
  5. 請求項4において、前記第2の断熱層は透光性基板の一部であることを特徴とする成膜用基板。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記第2の断熱層と前記第2の有機化合物材料を含む層との間に第3の断熱層を有することを特徴とする成膜用基板。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記第1の断熱層は透光性基板の一部であることを特徴とする成膜用基板。
  8. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に光吸収層と、前記光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に反射層と、前記反射層上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有する成膜用基板を用い、
    前記成膜用基板の前記第1の有機化合物材料を含む層及び前記第2の有機化合物材料を含む層形成面と、被成膜基板の第1の電極層が形成されている被成膜面とが向き合うように、前記成膜用基板と前記被成膜基板とを配置し、
    前記透光性基板及び前記第1の断熱層を通過させて光を前記光吸収層に照射し、前記光を照射された前記光吸収層上の前記第1の有機化合物材料を含む層に含まれる材料を前記被成膜基板の前記第1の電極層上に成膜して発光層を形成し、
    前記発光層上に第2の電極層を形成することを特徴とする発光装置の作製方法。
  9. 第1の領域及び第2の領域を含む透光性基板と、
    前記第1の領域において、前記透光性基板上に透光性の第1の断熱層と、前記第1の断熱層上に光吸収層と、前記光吸収層上に第1の有機化合物材料を含む層と、
    前記第2の領域において、前記透光性基板上に第2の断熱層と、前記第2の断熱層上に反射層と、前記反射層上に第2の有機化合物材料を含む層とを有し、
    前記第2の断熱層の端部は前記反射層の端部より内側に位置し、
    前記第1の断熱層と前記第2の断熱層とは間隔を有する成膜用基板を用い、
    前記成膜用基板の前記第1の有機化合物材料を含む層及び前記第2の有機化合物材料を含む層形成面と、被成膜基板の第1の電極層が形成されている被成膜面とが向き合うように、前記成膜用基板と前記被成膜基板とを配置し、
    前記透光性基板及び前記第1の断熱層を通過させて光を前記光吸収層に照射し、前記光を照射された前記光吸収層上の前記第1の有機化合物材料を含む層に含まれる材料を前記被成膜基板の前記第1の電極層上に成膜して発光層を形成し、
    前記発光層上に第2の電極層を形成することを特徴とする発光装置の作製方法。
  10. 請求項8又は請求項9において、前記光を照射された前記光吸収層上の前記第1の有機化合物材料を含む層に含まれる材料を前記被成膜基板の前記第1の電極層上に成膜して複数の画素の発光層を形成することを特徴とする発光装置の作製方法。
  11. 請求項8乃至10のいずれか一項において、前記光吸収層に光を照射する工程は減圧下で行うことを特徴とする発光装置の作製方法。
  12. 請求項8乃至11のいずれか一項において、前記光としてランプ光又はレーザ光を用いることを特徴とする発光装置の作製方法。
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