JP2011040186A - 成膜用基板、成膜方法及び発光素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドナー基板上に成膜した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、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に位置する第２の凹部とを有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機材料層を形成し、加熱することにより、前記題１の有機材料層を液化し、前記液化した第１の有機材料層を、前記第２の凹部に集め、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２の凹部に集められた前記第１の有機材料層を飛ばして、前記第２の基板上に第２の有機物層を成膜する成膜方法及びこれを用いた発光素子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、成膜用基板、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、基板上に光吸収層などを形成し、その上に有機材料を蒸着法などで一様に成膜したものをドナー基板と呼ぶ。ドナー基板と転写対象基板を重ね合わせて、ドナー基板に光を照射する。光が光吸収層で熱に変換されることにより、光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される。この技術は、パターン転写が可能なため、有機ＥＬディスプレイのＲＧＢ塗り分けに適用されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

光としてレーザを用いた場合、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３参照）、ＲＩＳＴ（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が提案されている。

特開２００９−１２０９４６号公報 特開２００９−１２３６９２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には、全面に有機材料を蒸着したドナー基板の転写される領域を選択的に、レーザ等の光を照射すればよい。

しかしながら、転写される領域以外の有機材料、すなわち光照射されない領域の有機材料は使用されず、また光照射される領域のみに有機材料を設けることは難しいので、有機材料の利用効率が低くなる恐れがある。

そこで、本発明の１つの様態は、ドナー基板上に成膜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それぞれの中心はさらに凹んでおり、さらに凹んでいる領域の底部は平面になっている。

すなわち、ドナー基板には複数の第１の凹部が形成されており、第１の凹部のそれぞれの中心には、第１の凹部より小さい第２の凹部が形成されている。第２の凹部の底部は平面であることが好ましいが、平面だけではなく、曲面やその他の形状であってもよい。

ドナー基板上に、光吸収層及び有機材料を形成した後、有機材料を形成した面を上にして炉などに入れ、有機材料が液化するように数百℃に加熱する。これにより、液化した有機材料は第２の凹部に集まる。

ドナー基板と転写対象基板を対向させ、ドナー基板の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等の光を照射する。

光が光吸収層で熱に変換されることにより、第２の凹部に集まっていた有機材料が飛び出し、転写対象基板上に有機材料が成膜される。

以上のように、表面に第１の凹部を有し、第１の凹部の中心に第２の凹部を有するドナー基板上に、光吸収層及び有機材料を形成する。ドナー基板を加熱すると、有機材料が液化して第２の凹部に集まる。第２の凹部に集まった有機材料を、光照射により転写対象の基板に転写することにより、１００％に近い高い材料効率で転写対象の基板に有機材料膜を成膜することが可能である。

第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に位置する第２の凹部と、
前記第１の面を覆って、光吸収層と、前記光吸収層上に、有機材料層とを有することを特徴とする成膜用基板に関する。

第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に第２の凹部とを有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機材料層を形成し、加熱することにより、前記第１の有機材料層を液化し、前記液化した第１の有機材料層を、前記第２の凹部に集める。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２の凹部に集められた前記第１の有機材料層を飛ばして、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。

第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に第２の凹部とを有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機材料層を形成し、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、加熱することにより、前記第１の有機材料層を液化し、前記液化した第１の有機材料層を、前記第２の凹部に集める。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の基板の第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２の凹部に集められた前記第１の有機材料層を飛ばして、前記第１の電極及び絶縁物上に、第２の有機材料層を成膜する。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素子の作製方法に関する。

前記有機材料層は、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。

ドナー基板上に形成した有機材料を無駄なく転写することができ、有機材料の利用効率を大幅に上げることができる。これにより、使用する有機材料の量を抑えることができ、低コスト化を実現することが可能である。

成膜用基板の断面図。 成膜用基板の上面図。 成膜方法を示す断面図。 発光素子の作製方法を示す断面図。 成膜方法を示す断面図。 成膜方法を示す斜視図。

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。

［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）及び図２（Ａ）〜図２（Ｂ）を用いて説明する。

第１の凹部１１１の中心に第２の凹部１１２を有するドナー基板１０１を用意する（図１（Ａ）参照）。ドナー基板１０１の第１の凹部１１１の中心に第２の凹部１１２が形成されている面を第１の面、第１の面と反対側の面を第２の面とする。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に、図１（Ａ）に示すドナー基板１０１の上面図を示す。図２（Ａ）に示されるように、第２の凹部１１２は第１の凹部１１１で囲まれて互いに接しない配置してもよい。また必要に応じて、図２（Ｂ）に示すように、第１の凹部１１１を溝状（長方形）に配置し、第２の凹部１１２を第１の凹部１１１の中央に、かつ、第１の凹部１１１と同様に溝状（長方形）に配置してもよい。

第２の凹部１１２の大きさは、後述する実施の形態３で述べられる、画素と同じ大きさにすればよい。また、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の塗り分けを考えた場合、赤（Ｒ）に発光する有機材料層１０３を有するドナー基板１０１、緑（Ｇ）に発光する有機材料層１０３を有するドナー基板１０１、青（Ｂ）に発光する有機材料層１０３を有するドナー基板１０１のそれぞれは、画素３つ分に対して第２の凹部１１２凹部が１つあるという形態になる。

さらに、ＲＧＢ３色以上の色数、例えば、ＲＧＢＷ（白）やそれ以上の数の色を備えたパネルを形成するのであれば、色の総数に応じて第２の凹部１１２の面積は減少する。

ドナー基板１０１の材料としては、第２の面から光１０６を照射するため、透光性を有する基板であればよく、透光性を有する基板として、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、透光性を有する基板としてガラス基板を用いる。

第１の凹部１１１及び第２の凹部１１２は、透光性を有する基板に研磨やエッチング等を用いて形成すればよい。

第２の凹部１１２の底面は、図１（Ａ）においては平面であるが、平面だけではなく、曲面やその他の形状であってもよい。液化した有機材料層１０３が溜まりやすい形状にすることが好ましい。

また第２の凹部１１２の底面を平坦にすると、後述される実施の形態２で述べられる転写された有機材料層１０８の膜厚が、一様になる。液化した際に表面張力など起きる可能性がある有機材料１０４については、液状になったときの表面の盛り上がり曲率を予測し、その形状に第２の凹部１１２の底面も揃えておくと、有機材料１０４の真ん中の材料が多くなり、転写された有機材料層１０８の膜厚の一様性が損なわれることがなくる。

次いでドナー基板１０１上に、光吸収層１０２と有機材料層１０３を形成する（図１（Ｂ）参照）。

光吸収層１０２は、照射された光を熱に変換する機能を有し、変換された熱によって有機材料層１０３を転写させる。そのため、光吸収層１０２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１０２として、チタン膜を用いる。

有機材料層１０３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１０３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。

次いで、光吸収層１０２及び有機材料層１０３を形成したドナー基板１０１を、炉等を用いて加熱する。これにより、有機材料層１０３が液化し、第１の凹部１１１の中心の第２の凹部１１２に集まる。第２の凹部１１２に集まった有機材料を、有機材料１０４とする（図１（Ｃ）参照）。

有機材料層１０３として用いることの可能な材料は以下の通りである。すなわち、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）（正孔輸送層）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）（発光層あるいは正孔輸送層）、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）（発光層）、９−〔４−（３−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル〕−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡＰ）（発光層）、９−［４−（９―フェニルカルバゾール−３−イル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＰＣｚＰＡ）（発光層）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）（発光層）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１）（発光層）、４，４’−ビス（９−カルバゾール）−２，２’−ジメチル−ビフェニル（略称：ｄｍＣＢＰ）（発光層）等が上げられる。

第２の凹部１１２内のみに直接有機材料１０４を形成することは、有機材料層１０３をドナー基板１０１全面に成膜することより難しい。また、第２の凹部１１２内に直接固体状の有機材料１０４を形成することができたとしても、光１０６を照射すると固体状の有機材料１０４は液化せずに、固体状のまま転写対象の基板１０５上に飛んでいってしまい、均一な膜にはならない。しかしながら、液化した有機材料１０４を光１０６で照射すると、転写対象の基板１０５に転写されたときに膜状に形成される。

以上のようにして、成膜用基板を作製することが可能である。

［実施の形態２］
本実施の形態では、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を用いて、成膜方法について説明する。

まず実施の形態１の記載に基づいて、ドナー基板１０１上の、第１の凹部１１１の中心の第２の凹部１１２に有機材料１０４が集まった成膜用基板を用意する。

次いで、ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５を対向させる（図２（Ａ）参照）。ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５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１０６を照射する。

光１０６はランプからの光、あるいは、レーザ光であればよい。ランプ、例えば、フラッシュランプやハロゲンランプを使用することで、大面積を一気に照射することができる。ランプの強度や照射時間は有機材料の温度が数百℃になるように設定する。具体的にはパワー１Ｗ／ｃｍ^２〜１ＧＷ／ｃｍ^２、照射時間１ｎｓｅｃ〜２０ｓｅｃがよい。材料などによって実施者が適宜調整すればよい。例えば、ランプにハロゲンランプを使用する場合、パワー８Ｗ／ｃｍ^２で８秒程度照射するとよい。

図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を用いて、光１０６を照射する際に用いる真空治具及び光１０６の照射方法について説明する。

図５（Ａ）に示される真空治具は、下部１３１、上部１３２、上部１３３、ドナー基板１０１を押さえる治具１３７及び治具１３８、上部１３２と下部１３１を固定するネジ１３５ａ、上部１３３と下部１３１を固定するネジ１３５ｂ、上部１３２と治具１３７を固定するネジ１３６ａ、上部１３３と治具１３８を固定するネジ１３６ｂ、ドナー基板１０１と上部１３２の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ａ、上部１３２と下部１３１の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ｂ、ドナー基板１０１と治具１３７の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ｃ、ドナー基板１０１と上部１３３の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ｄ、上部１３３と下部１３１の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ｅ、ドナー基板１０１と治具１３８の間の真空漏れを防ぐＯリング１３４ｆ、真空治具の内部空間と真空ポンプをつなぐパイプ１３９、パイプに設けられたバルブ１４９、光１０６を透過させる透光性の窓１４２を有している。

真空治具の内部空間は、真空ポンプにより真空状態とみなせる減圧状態、あるいはそれに近い低圧力、例えば、１０^−３Ｐａとする。

そして転写対象の基板１０５が設置されている、真空治具の内部空間を、真空ポンプにより真空状態とみなせる減圧状態、あるいはそれに近い低圧力、例えば、圧力が１０^−３Ｐａとなるようにする。これによりドナー基板１０１と転写対象の基板１０５との間の空間も減圧される。

ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５の間には、支持材１４７（支持材１４７ａ及び支持材１４７ｂ）が設置されており、ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５との間隔を維持している。

ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５は真空治具中に設置されるが、真空治具の内部が減圧されると、ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５の間の空間も減圧される。減圧されるとドナー基板１０１と転写対象の基板１０５が密着するので、支持材１４７は設けなくてもよい。また支持材１４７を設ける場合でも、支持材１４７を設けない場合でも、後述するバネ１５２及び保護材１５１を有する支持材１５０を用いて、転写対象の基板１０５を支えてもよい。

図５（Ｂ）に、光１０６としてランプ１４１からの光を用いた場合を示す。ランプ１４１としては、例えば、フラッシュランプやハロゲンランプを使用すればよい。

図５（Ｃ）に、光１０６としてレーザ光を用いた場合を示す。光１０６としてレーザ光を用いる場合、レーザ光としてはさまざまなものを適用できるが、ドナー基板１０１にガラス基板やプラスチック基板を用いる場合には、透光性のよい近赤外から近紫外までのレーザ光を使うと好ましい。ドナー基板１０１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の全面にレーザ光を照射することができる。

ここでレーザ照射装置及びレーザ光の照射方法について、図６を用いて説明する。

射出されるレーザ光はレーザ発振装置１６３から出力され、ビーム形状を矩形状とするための第１の光学系１６４と、整形するための第２の光学系１６５と、平行光線にするための第３の光学系１６６とを通過し、反射ミラー１６７で光路がドナー基板１０１に対して垂直となる方向に曲げられる。その後、光透過する窓１６８及びドナー基板１０１にレーザビームを通過させて、レーザビームを有機材料１０４に照射する。窓１６８をレーザビーム幅と同じまたはそれより小さいサイズとしてスリットとして機能させることもできる。

レーザ発振装置１６３は、周波数１０ＭＨｚ以上、かつ、パルス幅１００ｆｓ以上１０ｎｓ以下のレーザ光を射出する。レーザ光の波長は特に限定されず、様々な波長のレーザ光を用いることができる。例えば、３５５ｎｍ、５１５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０３０ｎｍ、１０６４ｎｍなどの波長のレーザ光を用いることができる。

ステージ１６９はＸ方向及びＹ方向に走査することができ、ドナー基板１０１は転写対象の基板１０５を挟んでステージ１６９上に配置される。これによりドナー基板１０１の全面にレーザ光を照射することができる。

光１０６の照射により、第２の凹部１１２に集められた有機材料１０４が転写対象の基板１０５に転写され、有機材料層１０８が基板１０５上に成膜される（図２（Ｂ）参照）。

ドナー基板１０１に設けられる第２の凹部１１２と、転写対象の基板１０５の有機材料層１０８を成膜したい領域の位置を合わせることにより、転写対象の基板１０５上の所望の領域に、有機材料層１０８を成膜することができる。

［実施の形態３］
本実施の形態では、図４（Ａ）〜図１（Ｄ）を用いて、発光素子を作製する方法について説明する。

まず転写対象の基板１０５上に、絶縁物１２１及び第１の電極１２２を形成する（図４（Ａ）参照）。第１の電極１２２及び第２の電極１２３は、それぞれ画素１つにつき１つずつ作製される。

次いで、実施の形態１及び実施の形態２の記載に基づいて、有機材料１０４を第２の凹部１１２に集め、ドナー基板１０１と転写対象の基板１０５を対向させる（図４（Ｂ）参照）。

次いで、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１０６を照射することにより、第１の電極１２２上に、有機材料層１０８を形成する（図４（Ｃ）参照）。

次いで、有機材料層１０８及び絶縁物１２１上に、第２の電極１２３を形成する（図４（Ｄ）参照）。第１の電極１２２及び第２の電極１２３のいずれか一方は陽極であり、いずれか他方は陰極であればよい。以上により発光素子が作製される。

また、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）によって、有機材料層１０８の材料及び成膜される領域を変えたい場合は、ＲＧＢのそれぞれに対応するドナー基板１０１を用意し、それぞれのドナー基板１０１に対応する有機材料層１０３を形成すればよい。

１０１ ドナー基板
１０２ 光吸収層
１０３ 有機材料層
１０４ 有機材料
１０５ 基板
１０６ 光
１０８ 有機材料層
１１１ 凹部
１１２ 凹部
１２１ 絶縁物
１２２ 電極
１２３ 電極
１３１ 下部
１３２ 上部
１３３ 上部
１３４ａ Ｏリング
１３４ｂ Ｏリング
１３４ｃ Ｏリング
１３４ｄ Ｏリング
１３４ｅ Ｏリング
１３４ｆ Ｏリング
１３５ａ ネジ
１３５ｂ ネジ
１３６ａ ネジ
１３６ｂ ネジ
１３７ 治具
１３８ 治具
１３９ パイプ
１４１ ランプ
１４２ 窓
１４７ 支持材
１４７ａ 支持材
１４７ｂ 支持材
１４９ バルブ
１５０ 支持材
１５１ 保護材
１５２ バネ
１６３ レーザ発振装置
１６４ 光学系
１６５ 光学系
１６６ 光学系
１６７ 反射ミラー
１６８ 窓
１６９ ステージ

Claims (6)

1. 第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に位置する第２の凹部と、
   前記第１の面を覆って、光吸収層と、
   前記光吸収層上に、有機材料層と、
   を有することを特徴とする成膜用基板。
2. 請求項１において、
   前記有機材料層は、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つであることを特徴とする成膜用基板。
3. 第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に位置する第２の凹部とを有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機材料層を形成し、
   加熱することにより、前記第１の有機材料層を液化し、前記液化した第１の有機材料層を、前記第２の凹部に集め、
   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２の凹部に集められた前記第１の有機材料層を飛ばして、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。
4. 請求項３において、
   前記有機材料層は、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つであることを特徴とする成膜方法。
5. 第１の面に、第１の凹部と、前記第１の凹部の中心に位置する第２の凹部とを有する第１の基板上に、光吸収層、第１の有機材料層を形成し、
   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、
   加熱することにより、前記第１の有機材料層を液化し、前記液化した第１の有機材料層を、前記第２の凹部に集め、
   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の基板の第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２の凹部に集められた前記第１の有機材料層を飛ばして、前記第１の電極及び絶縁物上に、第２の有機材料層を成膜し、
   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素子の作製方法。
6. 請求項５において、
   前記有機材料層は、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つであることを特徴とする発光素子の作製方法。

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