JP2010267387A - 成膜方法及び発光装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機材料の利用効率を上げることを課題とする。
【解決手段】第１の面に複数の凹部を有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機物層を形成し、第２の基板の第１の面に、陽極または陰極の一方である第１の電極及び絶縁物を形成し、前記第１の基板の第１の面に、前記第２の基板の第１の面を対向させ、前記第１の面と反対側の第２の面から、光を照射し、前記光を照射することにより、前記第１の基板上の第１の有機物層を飛ばして、前記第１の電極及び絶縁物上に、第２の有機物層を成膜し、前記第２の有機物層上に、陽極または陰極の他方である第２の電極を形成する発光装置の作製方法に関する。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示される発明は、成膜方法及び発光装置の作製方法に関する。

薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する有機化合物を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへ応用されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。

発光素子の発光機構は、一対の電極間にＥＬ層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔がＥＬ層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に緩和する際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。

発光素子を構成するＥＬ層は、少なくとも発光層を有する。また、ＥＬ層は、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などを有する積層構造とすることもできる。

また、ドナー基板と呼ばれる基板上に有機材料を一様に成膜し、有機材料が成膜されたドナー基板と転写対象基板を重ね合わせて、ドナーにレーザビームを照射し、レーザビームが照射された領域の有機薄膜（発光素子のＥＬ層）を転写対象基板に転写する技術が開発されてきている（特許文献１〜特許文献５参照）。このようなレーザ転写の技術として、ＬＩＰＳ（Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ−ｗｉｓｅ Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）、ＬＩＴＩ（Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）（特許文献６参照）、ＲＩＳＴ（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が提案されている。

特表２００７−５０４６２１号公報 特開２００３−２２３９９１号公報 特開２００３−３０８９７４号公報 特開２００３−１９７３７２号公報 特開平１０−２０８８８１号公報 特開２００６−５３２８号公報

上述の転写技術を使って、転写対象の基板に有機材料を転写するためには、ドナー基板上に蒸着された有機材料を、光照射すればよい。しかしながら、光照射されない領域の有機材料は使われないので、光照射されない領域が多いと、有機材料の利用効率は低くなる恐れがある。

そこで、本発明の１つの様態は、ドナー基板上に形成した有機材料の利用効率を上げることを課題とする。

一方の面に複数の凹部を有する透光性基板をドナー基板として用い、凹部上に光吸収層及び有機材料を形成する。

ドナー基板の凹部の曲面形状は、ドナー基板と転写対象基板を対向させたときに、ドナー基板上に形成された光吸収層の表面が、転写対象基板上の有機材料を転写させたい領域に向くように設計する。

ドナー基板と転写対象基板を対向させ、ドナー基板の他方の面（光吸収層及び有機材料が成膜されていない面）から、レーザビームまたはランプ光（以後これらを単に「光」と呼ぶ）を照射する。光が光吸収層で熱に変換されることにより、ドナー基板から有機材料が飛び出す。

このとき光吸収層の温度が一様であると、光吸収層の表面に対して有機材料は垂直かつまっすぐ飛ぶ。そのため、ドナー基板の凹部に形成された有機材料は、転写対象の基板上に転写される。

転写対象の基板上の所望の領域を囲むように、ドナー基板の凹部を形成することにより、転写対象の基板以外の領域に飛ぶ有機材料を少なくすることができる。これにより有機材料を効率よく使用することができる。

第１の面に複数の凹部を有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機物層を形成し、前記第１の基板の第１の面に、第２の基板を対向させ、前記第１の面と反対側の第２の面から、光を照射する。前記光を照射することにより、前記第１の基板上の第１の有機物層を飛ばして、前記第２の基板上に第２の有機物層を成膜することを特徴とする成膜方法に関する。

前記有機物層は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれか１つ、あるいは２つ以上である。

第１の面に複数の凹部を有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機物層を形成し、第２の基板の第１の面に、陽極または陰極の一方である第１の電極及び絶縁物を形成する。前記第１の基板の第１の面に、前記第２の基板の第１の面を対向させ、前記第１の面と反対側の第２の面から、光を照射する。前記光を照射することにより、前記第１の基板上の第１の有機物層を飛ばして、前記第１の電極及び絶縁物上に、第２の有機物層を成膜し、前記第２の有機物層上に、陽極または陰極の他方である第２の電極を形成することを特徴とする発光装置の作製方法に関する。

前記有機物層は、発光層を含む。

前記第１の面に複数の凹部を有する第１の基板は、凹シリンドリカルアレイ面を持つ透光性基板である。

ドナー基板の凹部に有機材料を形成し、ドナー基板の凹部の形状と転写対の象基板の位置を適切に設計することにより、形成された有機材料を効率よく転写対象の基板上に転写することができる。これにより有機材料の利用効率を大幅に上げることができる。

成膜方法を示す断面図。 計算に用いた構造を示す図。 計算に用いた構造を示す図。 各位置における時間と温度の関係を示す図。 各位置における時間と温度の関係を示す図。 温度分布を示す図。 光の波長と相対強度の関係を示す図。 発光装置の作製方法を示す図。

以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された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、以下に示す図面において、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。

なお本明細書に開示された発明において、半導体装置とは、半導体を利用することで機能する素子及び装置全般を指し、電子回路、表示装置、発光装置等を含む電気装置およびその電気装置を搭載した電子機器をその範疇とする。

［実施の形態１］
本実施の形態の形態を図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を用いて説明する。

まず、第１の面に凹部を有するドナー基板１０１の該第１の面上に、下地膜１０２、光吸収層１０３、有機材料層１０４を積層させる。凹部を有するドナー基板は、例えば、凹シリンドリカルアレイ面を持つ透光性基板が挙げられる。次いで、転写対象の基板１１１とドナー基板１０１の第１の面を対向させる（図１（Ａ）参照）。

なお光吸収層１０３と有機材料層１０４との間に、光照射の際光吸収層１０３を保護する保護層を設けてもよい。保護層は、酸化珪素膜や酸化窒素膜を用いて形成することができる。

透光性基板として、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。本実施の形態では、透光性基板としてガラス基板を用いる。

ドナー基板１０１の第１の面に設けられた凹シリンドリカルアレイ面は、転写対象の基板１１１と対向させたとき、基板１１１上の、有機材料層１０４を転写させたい領域に向くように設計する。

例えば、基板１１１上に形成する画素の大きさが１００μｍ、画素ピッチが３００μｍの画素の場合とする。この場合、ドナー基板１０１の第１の面と転写対象の基板１１１との距離を１０μｍ程度とする場合は、ドナー基板１０１の凹面の曲率半径は１５０μｍ程度にする。また、ドナー基板１０１の第１の面と転写対象の基板１１１の距離を１００μｍ程度とする場合は、ドナー基板１０１の凹面の曲率半径は２１０μｍ程度とする。

ドナー基板１０１の第１の面と転写対象の基板１１１の距離を、１０μｍ以下にする場合は、設計上曲率半径が画素ピッチを下回るため、ドナー基板１０１の凹型と凹型の間を平面にする必要がある。その場合、平面部分の裏面に反射層１０８を形成するとよい（図１（Ｃ）参照）。

反射層１０８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。

よって、反射層１０８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。例えば、アルミニウム、銀、金、白金、銅、アルミニウムを含む合金、または銀を含む合金などを用いることができる。

下地膜１０２は、窒素を含む酸化珪素膜、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれかを用いればよく、本実施の形態では、下地膜１０２として窒素を含む酸化珪素膜を用いる。

光吸収層１０３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。また、耐熱性に優れた材料であることが好ましい。例えば、モリブデン、窒化タンタル、チタン、タングステン、カーボンなどを用いることができる。本実施の形態では、光吸収層１０３として、チタン膜を用いる。

有機材料層１０４として、発光層を用いればよい。さらに本実施の形態を用いて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを成膜することも可能であり、その場合は有機材料層１０４として、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを用いればよい。あるいは、有機材料層１０４として、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれか２つ以上を積層した積層膜を用いてもよい。

ドナー基板１０１と転写対象の基板１１１との間は、真空治具などを用いて真空度１０^−３Ｐａ以下に保つ。その状態で、ドナー基板１０１の第１の面と反対側である第２の面から光１０５を照射する。

光１０５としては、ドナー基板１０１として、ガラス基板やプラスチック基板を用いる場合には、近赤外から近紫外までの光が好ましい。

ドナー基板１０１と基板１１１を、Ｘ方向及びＹ方向に走査するステージに載せることで、ドナー基板１０１の全面に光１０５を照射することができる。

光１０５を照射することより、ドナー基板１０１上の有機材料層１０４が転写対象の基板１１１に転写され、基板１１１上に有機材料層１０７が形成される（図１（Ｂ）参照）。なお図１（Ｂ）においては、転写された有機材料層１０７を有機材料層１０７ａとし、転写途中の有機材料層１０７を有機材料層１０７ｂとしている。

光吸収層１０３の表面が凹面になっていることで、有機材料層１０４は曲面の向いている方向に飛び出す。そのため、転写対象の基板１１１の所望の領域に有機材料層１０４を転写することができる。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に、図１（Ａ）〜図１（Ｂ）の作製工程を用いた発光装置の作製方法を示す。なお図８（Ａ）〜図８（Ｃ）と図１（Ａ）〜図１（Ｂ）で同じものは同じ符号で示している。

基板１１１の第１の面上に第１の電極１２１及び絶縁物１２５を形成する。次いで、下地膜１０２、光吸収層１０３、有機材料層１０４を第１に面上に積層したドナー基板１０１と、基板１１１の第１の面を対向させる（図８（Ａ）参照）。

次いで図１（Ｂ）に示す作製工程と同様にして、ドナー基板１０１の第２の面から光１０５を照射し、電極１２１及び絶縁物１２５上に、有機材料層１０７を形成する（図８（Ｂ）参照）。なお図８（Ｂ）においては、図１（Ｂ）と同様、転写された有機材料層１０７を有機材料層１０７ａとし、転写途中の有機材料層１０７を有機材料層１０７ｂとしている。

有機材料層１０７を形成後、有機材料層１０７上に第２の電極１２２を形成する（図８（Ｃ）参照）。第１の電極１２１及び第２の電極１２２は、いずれか一方が陽極、他方が陰極であればよい。以上により、発光素子が作製される。

なお発光素子を作製する際には、有機材料層１０４には発光層が含まれるが、あるいは、発光層、並びに、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれか１つ以上を積層した積層膜を用いてもよい。

本実施例では、ドナー基板の表面の温度分布の計算結果について、図２、図３、図４、図５、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）、図７を用いて説明する。

本実施例では、図２に示す同期構造を有する構造を計算モデルとして、白色光を下から照射した場合の温度分布を求める。図２に示す構造は、ドナー基板１０１上に、下地膜１０２、光吸収層１０３、有機材料層１０４有している。ドナー基板１０１としてガラス基板、下地膜１０２として膜厚５００ｎｍの酸化珪素膜、光吸収層１０３として膜厚１５０ｎｍのチタン膜、有機材料層１０４は膜厚５０ｎｍと設定する。曲率半径Ｒは２１０μｍとし、同期構造のピッチの半分の長さＬは１５０μｍとする。

また、光吸収層１０３における光の反射や干渉、透過はなく、電磁場の影響も無いものとする。また、ある位置における光の強度は入射角度にのみ依存するとする。

また発熱量の計算には、図３に示すように光吸収層１０３を７つの領域（領域１〜領域７）に分割し、それぞれの領域の中心点における光の強度を、その領域の光の強度として代表させ、それらの比により発熱量を定義する。

発熱は０．２ｍ秒とし、有機材料層１０４の表面が３００℃程度となるように、発熱量を定義する。

表１は領域１〜領域７において、各領域の中心における光の入射角度より求めた、各領域のエネルギの比を示す。ただし、領域１の発熱量は１１３．４Ｗ／ｃｍ^２とする。

光は図７に示す相対強度を有するフラッシュランプと想定し、極値をとる波長とその極値間の波長に対する光の強度分布を用いる。

最高温度の温度分布は２８０℃付近〜３４０℃付近となった。また、この時約３００℃未満である領域は全体の約２６％程度であり、その領域は図３の点線で示したように、領域５から領域７にかけた領域であった。

領域７に与えた発熱量は最も少ないが、領域７中の、上に凸の形状を有する領域で熱の逃げが少ないため、その付近の温度は高くなった。

図４に、熱伝導計算により得られた各位置の時間と温度の関係を示す。また図５に、領域５から領域７にかけての各位置における時間と温度の関係を示す。

図４及び図５において、各位置はドナー基板１０１の凹部の最低点を起点（ｘ＝０）として、凹部の最高点までの距離ｘで表している。（図２参照）。

また図６（Ａ）に、最高温度が３００℃になった時の温度分布を示す。図６（Ｂ）に最高温度に到達した時（発熱開始から０．２ｍ秒）の温度分布を示す。

本実施例で述べられる計算結果では、光吸収層１０３の表面に平行に同じ温度が分布しており、また光吸収層１０３の表面から深さ方向に沿って、温度が小さくなっている。

１０１ ドナー基板
１０２ 下地膜
１０３ 光吸収層
１０４ 有機材料層
１０５ 光
１０７ 有機材料層
１０７ａ 有機材料層
１０７ｂ 有機材料層
１０８ 反射層
１１１ 基板
１２１ 電極
１２５ 絶縁物
１２２ 電極

Claims (6)

1. 第１の面に複数の凹部を有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機物層を形成し、
   前記第１の基板の第１の面に、第２の基板を対向させ、
   前記第１の面と反対側の第２の面から、光を照射し、
   前記光を照射することにより、前記第１の基板上の第１の有機物層を飛ばして、前記第２の基板上に第２の有機物層を成膜することを特徴とする成膜方法。
2. 請求項１において、
   前記第１の面に複数の凹部を有する第１の基板は、凹シリンドリカルアレイ面を持つ透光性基板であることを特徴とする成膜方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記有機物層は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれか１つ、あるいは２つ以上であることを特徴とする成膜方法。
4. 第１の面に複数の凹部を有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機物層を形成し、
   第２の基板の第１の面に、陽極または陰極の一方である第１の電極及び絶縁物を形成し、
   前記第１の基板の第１の面に、前記第２の基板の第１の面を対向させ、
   前記第１の面と反対側の第２の面から、光を照射し、
   前記光を照射することにより、前記第１の基板上の第１の有機物層を飛ばして、前記第１の電極及び絶縁物上に、第２の有機物層を成膜し、
   前記第２の有機物層上に、陽極または陰極の他方である第２の電極を形成することを特徴とする発光装置の作製方法。
5. 請求項４において、
   前記第１の面に複数の凹部を有する第１の基板は、凹シリンドリカルアレイ面を持つ透光性基板であることを特徴とする発光装置の作製方法。
6. 請求項４または請求項５において、
   前記有機物層は、発光層を含むことを特徴とする発光装置の作製方法。