JP2014022255A - レーザ転写方法およびこれに用いるレーザ転写設備 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬパネルの発光層を形成する有機ＥＬ層を、蒸着マスクを使用せずに形成する。
【解決手段】支持基板２０に有機ＥＬ膜２１を形成した金属ドナー基板２２０に対向して、有機ＥＬ素子形成部１１０を有する回路基板１０１を配置する。金属ドナー基板２２０に対してレーザ光を照射して、支持基板２０内に衝撃波を発生させ、回路基板１０１側に有機ＥＬ層を形成し、高精細、大画面で、かつ、製造コストの低い有機ＥＬパネルを実現する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機ＥＬパネル、有機ＴＦＴ、有機太陽電池等の機能性有機膜の製造方法に係る。

従来より、有機ＥＬパネルの発光層を含む有機ＥＬ層の色分け法として、マスク蒸着法が用いられている。しかし、マスク蒸着法は使用される蒸着マスクが高価であるとともに運用コストも高く、デバイス基板と蒸着マスクを接触させるために異物の影響が大きく、製造歩留まりが低い。そのため、製造コストが高くなり、有機ＥＬパネル単価を高いものとしている。更に、有機ＥＬパネルの大型化・高精細化やワークサイズ拡大に対しても、蒸着マスク製造技術とマスク蒸着プロセスが追いついていない。

これらの問題を解決するため、「白色光＋カラーフィルタ（ＣＦ）」法や色変換法、インクジェット法やオフセット法等の溶液プロセス等の、マスク蒸着を用いない方法が検討されている。「白色光＋ＣＦ」法や色変換法、インクジェット法やオフセット法等の塗布プロセスを用いた有機ＥＬパネルでは、発効効率が低下し、寿命も短くなる。そのため、これらの技術を用いた有機ＥＬパネルを実現するためには、発光効率が高く、長寿命を達成できる材料の開発を待たなければならない。なお、「白色光＋ＣＦ」法とは、全画素に白色光の有機ＥＬ層を形成しておき、画素毎に複数色のＣＦを使用してカラー画像を形成するものである。

マスク蒸着による色分け法に代わる別の手段としてレーザ転写法があげられる。レーザ転写法では、高精細対応が可能で、大面積基板への対応が可能である。特許文献１には、昇華法により材料を有機ＥＬパネルに蒸着させるレーザ転写法が報告されている（ＬＩＰＳ、Ｌａｓｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎｗｉｓｅ Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）。また、特許文献２には、転写シートの熱膨張により有機材料を有機ＥＬパネルに転写させるレーザ転写法が報告されている（ＬＩＴＩ、Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）。

特許文献３では、ドナー基板の所定の場所にレーザ光を照射して、ドナー基板上に形成された吸収層でレーザ光を吸収する事により衝撃波を発生させ、ドナー基板上の発光材料を剥離させて有機ＥＬパネルに転写させるマスクレスパターニングが開示されている。

特許３７８９９９１号公報 特表２００２−５３４７８２号公報 特開２０１０−４０３８０号公報

特許文献１に示すＬＩＰＳ法は、ガラス基板全面に発光材料を形成したドナー基板にレーザを照射することにより発光材料を昇華させ、対向して設置させたデバイス基板上に有機ＥＬ層を形成する。成膜部分に選択的にレーザを照射することにより、マスクレスパターニングを実現している。この方法では、１層ずつ蒸着するため、昇華のための蓄熱層の温度上昇により蒸着雰囲気の影響を受けやすい。このため、工程数は長くなり、膜質劣化も生じやすい。また、ＬＩＰＳ法では、原理的に一度に１層しかパターニングできず、分離形成する層数が増えるに従って、転写する工程数が増えてしまう欠点を有する。また、レーザエネルギーを熱変換して利用しているため、転写雰囲気温度上昇による不純物混入などが生じ、有機ＥＬ素子の特性劣化が懸念される。

また、特許文献２に示すＬＩＴＩ法では、発光材料を形成したドナーフィルムをデバイスに密着させ、所定の場所にレーザを照射することによりマスクレスパターニングを実現している。ＬＩＴＩ法は、基本的に熱転写法であるため、複数層の転写が可能である。しかし、圧力、温度を付加する必要があり、層数が増えたり、厚膜化すると膜質劣化が懸念される。従って、ＬＩＴＩ法であっても１〜２層が実際的であるため、層数が増加する場合には、転写を繰り返すか、蒸着法との併用が必要となる。また、異物が存在するとそれを挟んだ状態で圧力を加えるため、欠陥が増加してしまう。

また、特許文献３には、衝撃波を発生させるための具体的なレーザ照射方法が開示されておらず、ＬＩＰＳ法と同様な昇華による発光材料の蒸着と考えられ、ＬＩＰＳ法と同様の課題を有する。

本発明の課題は以上の様な問題点を克服し、蒸着マスクを使用せずに、発光層を含む複数の有機膜層を歩留り良く形成することである。

本発明は、金属ドナーシート上に形成された薄膜を金属ドナーシートと対向する基板に転写するレーザ転写方法において、複数のパルスレーザ光列を一定の方向に掃引して金属ドナーシート裏面に照射し、第１のパルス光を照射した部分に、第２のパルス光の少なくとも一部が重なるように第２のパルス光を照射して掃引することを特徴とする。

また、金属ドナーシート上に形成された薄膜を金属ドナーシートと対向する基板に転写するレーザ転写方法のレーザ転写設備において、複数のパルスレーザ光列を一定の方向に掃引して金属ドナーシート裏面に照射し、第１のパルス光を照射した部分に、第２のパルス光の少なくとも一部が重なるように第２のパルス光を照射して掃引するレーザ転写方法を行う転写部と、金属ドナーシートに薄膜として有機膜を形成する薄膜形成部を有することを特徴とする。

本発明は、金属ドナーシート上に形成された薄膜を金属ドナーシートと対向する基板に転写する転写方法において、複数のパルスレーザ光列を一定の方向に掃引して金属ドナーシート裏面に照射し、第１のパルス光を照射した部分に、第２のパルス光の少なくとも一部が重なるように第２のパルス光を照射して掃引することにより、蒸着マスクを使用しないで有機膜層を形成することができるので、有機膜パネルの大型化、高精細化が可能となる。

また、有機膜パネルを形成するマザー基板の大型化が可能となることから、マザー基板あたりのパネル取得数を増大させることができ、その結果、有機膜パネルの製造コストを低減させる事ができる。

また、有機膜パネル上に複数形成される有機膜素子を構成する有機膜を制約条件の少ないベタ膜の状態で形成できるため、膜厚分布・再現性を高くすることができ、色純度などの特性を改善することができる。また、ベタ膜の状態で有機膜素子の膜構成ができるため、膜欠陥を低減でき、有機膜層の工程数低減に寄与できる。

本発明の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。 実施例１の製造プロセス図である。 実施例１のパルスレーザ光列を示すグラフである。 実施例１のパルスレーザ照射後の金属ドナーシートを示す断面図である。 実施例１のパルスレーザ照射方法を示す模式図である。 実施例１における凹凸構造を有する金属ドナーシートの製造方法を示す断面図である。 実施例１の２層構造を有する金属ドナーシートの製造方法を示す断面図である。 本発明のレーザ転写設備の一形態を示す模式図である。 本発明のレーザ転写設備の他の形態を示す模式図である。 本発明の実施例２の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。 本発明の実施例３の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。 本発明の実施例４の有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。 本発明の実施例５の有機ＴＦＴ装置を示す断面図である。 本発明の実施例６の有機太陽電池装置を示す断面図である。

以下、実施例に従って、図面等により本発明を詳細に説明する。以下の説明は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本明細書においては、ＴＦＴ等の駆動回路を有する駆動回路基板上に有機ＥＬ素子からなる発光素子を形成した基板を有機ＥＬ基板と呼び、有機ＥＬ基板を封止したものを有機ＥＬパネルと呼ぶ。

始めに、本発明におけるレーザ転写方法を、パターン化された有機膜を有機ＥＬ基板上に形成す有機ＥＬパネルの製造方法について説明する。図１は、実施例１の有機ＥＬ基板の断面図である。図１において、１００は有機ＥＬ基板を示す。１０１はガラス基板上にＴＦＴ(薄膜トランジスタ)等を有する駆動回路を形成した駆動回路基板、１０２は駆動回路基板１０１上に設けたポリイミド等からなる平坦化層、１０３は有機ＥＬ素子の下部電極となる導電性薄膜からなる第１の電極、１０４は第１の電極端部を覆う絶縁バンク、１０５〜１０７は有機ＥＬ素子を構成する有機膜、１０８は上部電極となる第２の電極である。１０９は駆動回路基板１０１上に設けた上述の有機ＥＬ素子形成部を示している。有機ＥＬ基板１００は駆動回路基板１０１とその上に形成された有機ＥＬ素子形成部１０９とから形成される。

発光した光を駆動回路基板１０１側から取り出すボトムエミッション型素子の場合には、第１の電極１０３はＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜により形成され、第２の電極１０８はＡｌ等の反射性金属膜により構成される。一方、発光した光を駆動回路基板１０１の反対側から取り出すトップエミッション型素子の場合、第１の電極１０３としてはＡｌ等の反射性金属膜が用いられる。第１の電極１０３の表面はＩＴＯ等の透明膜により被覆される場合がある。第２の電極１０８としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜、或いは、薄く形成されたＡｇ等金属膜の半透明膜が用いられる。第２の電極１０８は透明導電膜と金属膜の積層膜とする場合がある。

図１に示した有機ＥＬ基板１００では、有機膜１０５と有機膜１０７は赤色発光素子１０６Ｒ、緑色発光素子１０６Ｇ、青色発光素子１０６Ｂの共通層として機能する。第１の電極１０３側が陽極である場合には、有機膜１０５は正孔輸送層(正孔注入層や電子阻止層を含む。)、有機膜１０７は電子輸送層(電子注入層や正孔阻止層を含む。)となる。逆に、第２の電極１０６側が陽極である場合、有機膜１０７が正孔輸送層、有機膜１０５は電子輸送層となる。

有機膜１０６は発光層を含む有機膜であり、発光色ごとに赤色発光素子１０６Ｒ、緑色発光素子１０６Ｇ、青色発光素子１０６Ｂにパターン分離されている。有機膜１０６には正孔阻止層や電子阻止層が含まれることがあり、有機ＥＬ素子に干渉効果をもたせる場合には正孔輸送層、電子輸送層を含むことがある。この有機膜１０６の成膜に本発明を適用している。

有機膜１０６の発光層は、２つの発光色のみがパターン分離されている場合もある。その場合は、有機膜１０５或いは有機膜１０７が残りの発光色の発光層として機能する。有機膜１０５、有機膜１０７のバンドギャップは広いため、パターン分離されない発光層の発光色としては青色発光が望ましい。

図２に本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ基板の製造方法の工程フロー図を示す。ステップ(a)において、金属箔からなる支持基板２０が示されている。後述する様に、支持基板にレーザ光が照射され、レーザ光のパルスエネルギーが吸収される。同金属箔の材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ合金等が挙げられるがこれに限定されない。

ステップ(b)において、支持基板２０上に第１の有機膜２１を形成することによりドナー基板２２０を形成する。第１の有機膜２１は、少なくとも、１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂのいずれかの発光層を含む１層以上の有機膜からなるベタの(パターン化されていない)有機膜である。第１の有機膜２１には正孔輸送層或いは電子阻止層が含まれてもよい。また、第１の有機膜２１には電子輸送層或いは正孔輸送層が含まれてもよい。第１の有機膜２１の形成方法としては、周知の真空蒸着法、印刷法、スピンコーティング法があげられるが、これに限定されない。

ステップ(c)において、平坦化層１０２、第１の電極１０３と共通層である有機膜１０４からなる有機ＥＬ素子形成部１１０を設けた駆動回路基板１０１とステップ(b)で示す工程で形成したドナー基板２２０を対向させて成膜室(転写室)２００内にセットする。駆動回路基板１０１とドナー基板２２０は接触させてもよいし、接触させずにギャップを設けてもよい。次いで、１００Ｐａ以下の圧力まで真空排気を行い、ドナー基板２２０に設けた第１の有機膜２１を駆動回路基板１０１に転送する雰囲気を作製する。この雰囲気は、ギャップ制御を容易にし、残留ガスの影響を抑制するため、１００Ｐａ以下の真空度としている。ギャップは１００μｍ以下が望ましい。特に、接触しない１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。１００Ｐａにおける平均自由工程は約１００μｍとなり、上記ギャップでは転写される分子が残留ガスと衝突することはほぼないため、転写された膜に残留ガスが入る事が低減され、転写膜の膜質の高品質が保たれる。また、１００Ｐａより高真空状態では、ギャップを１００μｍ以上にしても転写膜の膜質の高品質が保たれる。なお、薄膜片の転送雰囲気は大気圧であっても良いが、駆動回路基板１０１とドナー基板２２０のギャップを著しく狭くする必要があり、転送に対する残留ガスの影響を受けることに注意が必要である。

ステップ(d)において、支持基板２０の所定の場所(駆動回路基板１０１の発光素子パターンを形成する場所に対面するドナー基板２２０の場所)に、背面側からレーザ光Ｌａ(例えば、Ｎｄ:ＹＡＧレーザの第２高調波、波長：５３２ｎｍ)を照射し、支持基板２０内に衝撃波を誘起する。レーザ光Ｌａの照射場所は、コンピュータ制御による番地指定で行っても良いし、発光部パターンに対応する開口部が設けられた遮光マスクを用いても良い。
ステップ(e)において、支持基板２０の所定の位置に、複数のパルスレーザ光Ｌａが照射される。パルス光は支持基板である金属箔の電子を励起する。その電子は無放射遷移により格子振動を励起し、支持基板の物体温度を上昇させる。それにより、支持基板では熱膨張による弾性歪が発生し、支持基板内部を弾性波が伝播する。始めに照射された第１のパルスレーザ光Ｌａ１は、金属箔である支持基板に吸収され熱に変換される。変換された熱は、経過時間ｔ-ｔ１において式（１）で示された熱拡散長Ｌで定義される領域に拡散する。
熱拡散長Ｌ＝２×[熱拡散率α×(ｔ-ｔ１)]1/2 ・・・・ （１）

式（１)に示された様に、熱拡散長は、熱拡散率とパルスレーザ光Ｌａ１が照射されてからの経過時間ｔ-ｔ１の積の平方根の2倍となる。熱拡散率は、支持基板の材質の金属箔固有の物性値で、レーザフラッシュ法によって測定される。

ステップ(f)において、駆動回路基板１０１に向かって飛び出した薄膜片はドナー基板２２０と駆動回路基板１０１の間の空間を移動し、駆動回路基板１０１に到達して付着する。これにより、ステップ(g)に示すように駆動回路基板１０１の有機ＥＬ素子部１１０上に第１の有機膜２１からなる薄膜パターン２３が形成される。この薄膜パターン２４が図１に示した発光層を含む有機膜１０６となる。

以上のステップ(a)〜ステップ(f)で示される工程を繰り返す事により、発光層を含む有機膜１０６を発光する色別に１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂにパターン分離できる。

上記の工程で、ステップ(d)において、レーザは繰返し周波数を有するパルスレーザを用いる。パルスレーザとしては、Ｎｄ:ＹＡＧレーザ、Ｎｄ:ＹＶＯ４、Ｎｄ:ＹＬＦレーザ、チタンサファイアレーザが挙げられるが、この限りではない。レーザ光Ｌａの波長としては支持層２０の材質が吸収される光の波長を選択する。具体的には、ＵＶ光、可視光、赤外領域と幅広い波長領域となる。

図３はパルスレーザ光列の時間変化を示すグラフである。経過時間ｔ＝ｔ１で第１のパルス光３１が照射される。次いで、ｔ＝ｔ２、ｔ３で第２のパルス光３２、第３のパルス光３３が照射される。繰返しパルスレーザを用いる場合、各パルス光が照射される経過時間の間隔は等しく、Δｔ０である。また、各パルス光のパルス幅は、0.1〜10nsの範囲が望ましい。

さらに、ステップ(e)の工程において、図４は第２のパルスレーザ光が照射されるまでの熱拡散領域を示す模式図である。図４は、第２のパルス光が照射される経過時間ｔ＝ｔ２-ｔ１での熱拡散長Ｌ２が支持基板の板厚ｄより大きいと仮定している。φは集光されたパルスレーザ光の直径である。図４では、拡散した熱はｔ＝ｔ２までに支持基板のレーザ光入射面の反対側の面まで到達するため、直径φ＋２Ｌ２、高さｄの円柱４１内に熱が拡散する。Ｌ２がｄより小さい場合、円柱は直径φ＋２Ｌ２、高さＬ２となる。円柱４１の体積をＶａとすると、同円柱４１内の温度上昇ΔＴは式（２）で示される。
ΔＴ＝Ｅｐ／(Ｖａ×ρ×σ) ・・・・ （２）
ここで、Ｅｐは第１のパルスレーザ光３１のパルスエネルギー、ρは支持基板２０の密度、σは支持基板２０の比熱である。よって、有機膜が形成された支持基板の表面の温度はＴ０＋ΔＴで表される。この温度が有機膜の蒸着温度ＴＥＶより低くなるような条件である式（３）を満たすように、パルスレーザ光列、支持基板２０の条件を選択する。
Ｔ０＋ΔＴ＜ＴＥＶ ・・・・ （３）
例えば、レーザ光のＥｐを小さくすることによりΔＴを小さくする。或いは、ｔ＝ｔ１〜ｔ２の時間間隔を長くする、すなわち、レーザ光の繰返し周波数１／(Δｔ０)を低くする事でΔＴを小さくする。或いは、支持基板の板厚ｄを厚くすることでΔＴを小さくする。

蒸着温度ＴＥＶは、固体材料が加熱によって気化する温度或いは溶融を経て気化する温度と定義される。具体的には、真空下における飽和蒸気圧が0.1Paとなる温度と定義される。飽和蒸気圧は真空下で材料の熱重量変化測定から算出する。

第１のパルスレーザ光３１が照射されてから同じ位置に第２のパルスレーザ光３２、第３のパルスレーザ光３３が照射される。それにより、支持基板内部を伝播する衝撃波が誘起され、発生した衝撃波によって、その場所に積層されていた第１の有機膜２１が剥離する。第１の有機膜２１が剥離して形成された薄片２２は発生した衝撃波からエネルギーを得て駆動回路基板１０１に向かって飛び出す。

次に、図５は、パルスレーザ光列を照射掃引する方法を示す模式図である。有機膜２１が形成された支持基板２０に第１のパルスレーザ光５１を照射する。第１のパルスレーザ光が照射されてからΔｔ０後、第２のパルスレーザ光５２を照射する。その際、第２のパルスレーザ光の照射位置は第１のパルスレーザ光を照射した位置と一部分が重なる様に掃引する。重なる領域はパルスビームの半分以上の面積が重なるような走査条件が望ましい。同条件では、走査領域は最低２回のパルスが照射される事となる。そうすると、同じ位置に繰返し照射したときと同様、支持基板内部を伝播する衝撃波が誘起され、発生した衝撃波によって、その場所に積層されていた第１の有機膜２１が剥離する。第１の有機膜２１が剥離して形成された薄片２２は発生した衝撃波からエネルギーを得て駆動回路基板１０１に向かって飛び出す。

以上述べてきたように、本発明による有機ＥＬ基板の形成方法によれば、次のような効果が得られる。
(1) 微細化・大型化が困難なメタルマスク(蒸着マスク)を用いる必要がない。また、メタルマスクを用いない有機膜形成であるため、異物の影響や蒸着マスクへの接触によるダメージなども抑制できる。
(2) 分離形成する必要のある発光層を含む有機膜の成膜に対する制限が少ないため、有機膜の高品質化が可能となる。すなわち、発光効率向上と長寿命化に寄与する。
(3) ドナー基板上に形成された第１の有機膜の層構成が維持されながら有機膜パターンが形成される。ドナー基板への薄膜層形成に対する制限がないため、工程数を増加させずに種々の膜を用いた積層構造を作製できる。

次に、２種類の金属ドナーシートの製造方法について説明する。図６は実施例１における凹凸構造を有する金属ドナーシートの製造方法を示す断面図である。図６では、支持基板６２０が２種類の金属シート６０、６１で構成される。衝撃波を発生させる金属シート６１に対して、レーザを照射しない部分には厚い金属シート６０を部分的に形成する。これにより、有機膜の剥離は金属シート６０によって決定されるため、端面のきれいなパターン転写が行われる。

次に、図７は実施例１の２層構造を有する金属ドナーシートの製造方法を示す断面図である。図７では、支持基板が２種類の金属シート７０、７１で構成されている。衝撃波を発生させる金属シート７１は、レーザ照射面側にある金属シート７０に比べて、板厚が薄く、熱拡散率が低い。そのため、発生する衝撃波の周波数が低くなり、転写エネルギーが強まり、より低いレーザパワーでの転写が可能である。

本発明を用いる事によって、有機ＥＬパネルの高精細化、大画面化、画面の高輝度化、長寿命化、大面積のマザー基板に多数の有機ＥＬ基板を形成することが出来ることによる１個当たりの有機ＥＬパネルの製造コストの低減、製造歩留り向上等が可能となる。

図１に示した有機ＥＬ基板１００では、駆動回路基板１０１上に平坦化層１０２と第１の電極１０３、有機膜共通層１０５を順次形成した後、パターン分離した有機膜１０６を本発明により形成し、その後、有機膜共通層１０７と共通層である第２の電極１０８を形成している。

実施例１で示した、有機ＥＬ素子の有機膜の具体例として、発光層のホスト材料、発光層に添加させる各発光色ドーパント、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層が挙げられる。また、有機ＥＬ層の無機層の具体例として電子注入層が挙げられる。以下に各層の材料について説明する。
＜ホスト＞
ホスト材料として、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体またはアリールシラン誘導体などを用いることが好ましい。効率の良い発光を得るためには青色ドーパントの励起エネルギーよりも、ホスト材料の励起エネルギーが十分大きいことが好ましい。なお、励起エネルギーは発光スペクトルを用いて測定される。
＜青色ドーパント＞
青色ドーパントは４００ｎｍから５００ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。青色ドーパントの主骨格としては例えばペリレン、イリジウム錯体（Ｂｉｓ（３、５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ−（２−ｃａｒｂｏｘｙｐｙｒｉｄｙｌ）ｉｒｉｄｉｕｍ（III））：ＦＩｒｐｉｃなど）があげられる。発光効率やキャリア伝導の観点から、青色ドーパントの濃度はホストに対し１０ｗｔ％以上が好ましい。青色ドーパントの重量平均分子量は５００以上３０００以下が望ましい。
＜緑色ドーパント＞
緑色ドーパントは５００ｎｍから５９０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。緑色ドーパントの主骨格としては、例えばクマリンおよびその誘導体、イリジウム錯体（Ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（III）：以下Ｉｒ（ｐｐｙ）３、など）があげられる。緑色ドーパントの重量平均分子量は５００以上３０００以下が望ましい。
＜赤色ドーパント＞
赤色ドーパントは５９０ｎｍから７８０ｎｍの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。赤色ドーパントの主骨格としては、例えばルブレン、（Ｅ）−２−（２−（４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ）−６−ｍｅｔｈｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ）ｍａｌｏｎｏｎｉｔｒｉｌｅ（ＤＣＭ）およびその誘導体、イリジウム錯体（Ｂｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）など）、オスミウム錯体、ユーロピウム錯体があげられる。
＜正孔注入層＞
正孔注入層とは発光効率や寿命を改善する目的で使用される。また、特に必須ではないが、陽極の凹凸を緩和する目的で使用される。正孔注入層を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔注入層としては、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン））：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホネート）等の導電性高分子が好ましい。その他にも、ポリピロール系やトリフェニルアミン系のポリマー材料を用いることができる。また、低分子（重量平均分子量１００００以下）材料系と組合せてよく用いられる、フタロシアニン類化合物やスターバーストアミン系化合物も適用可能である。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層は発光層に正孔を供給する層である。広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔輸送層としては、スターバーストアミン系化合物やスチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、チオフェン誘導体、フルオレン誘導体などを用いることができる。また、これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。正孔輸送層を低抵抗化し駆動電圧を低下させるために、正孔輸送層中に電子受容性材料を添加しても良い。
＜電子輸送層＞
電子輸送層は発光層に電子を供給する層である。広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層を単層もしくは複数層設けてもよい。この電子輸送層の材料としては、例えば、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（ＢＡｌｑ）や、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、Ｔｒｉｓ（２、４、６−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−３−（ｐｙｒｉｄｉｎ−３−ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｂｏｒａｎｅ（３ＴＰＹＭＢ）、１、４−Ｂｉｓ（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｓｉｌｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ（ＵＧＨ２）、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フラーレン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、シロール誘導体などを用いることができる。電子輸送層を低抵抗化し素子の駆動電圧を低下させるために、電子輸送層中に電子供与性材料を添加しても良い。

電子受容性材料とは、電子を放出しやすい（電子受容性材料以外の分子に渡しやすい）材料をいう。電子供与性材料としては、例えばＮ−ｅｔｈｙｌ−１、１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｕｍ（ＮＥＰ）誘導体、Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｕｍ（ＭＴＰＰ）誘導体、Ｎ、Ｎ、Ｎ、Ｎ−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｎｄｉａｍｉｎｅ（ＴＭＰＤ）誘導体、ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ｃｈｌｏｒｉｄｅ誘導体、ｐｙｒｏｎｉｎ Ｂ ｃｈｌｏｒｉｄｅ誘導体、８−Ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ−ｌｉｔｈｉｕｍ（Ｌｉｑ）誘導体などが挙げられる。
＜電子注入層＞
電子注入層は陰極から電子輸送層への電子注入効率を向上させる。具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
＜パネル＞
ここで言うパネルとは、有機発光素子を画素に用いた表示装置をさす。有機発光表示装置には、単純マトリクス有機発光表示装置とアクティブマトリクス有機発光表示装置がある。

単純マトリクス有機発光表示装置は、複数の陽極ラインと陰極ラインが交差した位置に正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の有機膜が形成されており、各画素は１フレーム期間中、選択時間のみ点灯する。選択時間は、１フレーム期間を陽極ライン数で除した時間幅となる。
アクティブマトリクス有機発光表示装置では、各画素を構成する有機ＥＬ（発光）素子に、２〜４個の薄膜トランジスタのスイッチング素子及び容量から構成される駆動素子が接続されており、１フレーム期間中の全点灯が可能となる。そのため、輝度を高くする必要がなく、有機発光素子の寿命を長くすることが可能となる。

ここで言う画素とは、表示装置の画面の縦横に多数配置されて、表示領域において文字やグラフィックを表示する最小単位のものをいう。また、サブ画素とは、カラー表示を行う表示装置において、画素をさらに分割する最小単位のものをいう。カラー画像では、緑、赤、青の３色のサブ画素で構成される構造が一般的である。サブ画素の配置には、ストライプ配列、モザイク配列、デルタ配列がある。ストライプ配列では、各色のサブ画素が1列に並んでいる。そのため、ストライプ配列では、レーザ転写の掃引方向は、各色サブ画素が1列に並んでいる方向に行うことが望ましい。モザイク配列では、各色のサブ画素が斜め方向に並んだ配置となっている。そのため、レーザ転写の掃引方向は、各色サブ画素が斜めに並んでいる方向に行うことが望ましい。デルタ配列は、緑、赤、青のサブ画素が三角形となる配置を取る。そのため、あるサブ画素の上下にある他色のサブ画素はサブ画素の短手方向の長さの半分だけずれている。この配列では、レーザ転写の掃引方向は、各色のサブ画素が並んでいる斜め方向でもよいが、サブ画素間が離れているため、サブ画素の長手方向を移動して、短手方向に移動して次のサブ画素の長手方向に移動する掃引方法が望ましい。
＜レーザ転写設備＞
レーザ転写設備では、基板の搬入出を行うロードロック室、基板の搬送を行う搬送ロボット、有機ＥＬ基板に有機膜を蒸着する真空蒸着室、金属ドナーシートに有機膜を蒸着する真空蒸着室、金属ドナーシートを用いてレーザ転写を行うレーザ転写室から構成される。また、このレーザ転写設備は、カラー画像表示のため、赤、緑、青の発光色のサブ画素電極に対してレーザ転写を行う複数のレーザ転写室を設けることが望ましい。

図８はレーザ転写設備の一形態を示す模式図である。基板の搬入を行うロードロック室５０１から有機ＥＬ基板を搬入する。搬入された有機ＥＬ基板はロボット室５１０のアームを用いて各処理槽に搬入出される。始めに、前処理槽５０２において下部電極のクリーニング並びに表面処理を行う。前処理としては、大気圧プラズマ、ＵＶ／Ｏ３処理、ＩＣＰプラズマ処理等があげられるが、これに限定されない。次に、有機蒸着室５０３において、図１に示した有機膜１０５を真空蒸着法で形成する。次に、レーザ転写室５０４、或いは５０６で赤色発光層１０６Ｒを形成する。同室で用いられる赤色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５０５で転写する有機膜が形成される。

図８では、２台の転写室に対して１台のドナー蒸着室が配置されているが、台数比はレーザ転写と転写する有機膜の形成のタクト時間の比で決まる。次に、レーザ転写室５０７、或いは５０９で緑色発光層１０６Ｇを形成する。緑色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５０８で転写する有機膜が形成される。

次に、有機ＥＬ基板はロードロック室５１１を介してロボット室５１８を持つ隣のクラスターに搬送され、レーザ転写室５１２、或いは５１４で青色発光層１０６Ｂを形成する。青色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５１３で転写する有機膜が形成される。次に、有機蒸着室５１５において、図１に示した有機膜１０７が形成され、蒸着室５１６において第２の電極が形成される。次に、後述する封止を封止室５１７で行い、ロードロック室５１９を介して搬出される。

図９は別のレーザ転写設備の一形態を示す模式図である。ロードロック室５０１から有機ＥＬ基板を搬入し、隣接する前処理槽５０２において下部電極のクリーニング並びに表面処理が行われる。次に、有機蒸着室５０３において、図１に示した有機膜１０５が真空蒸着法で形成される。次に、レーザ転写室５０４、或いは５０６で赤色発光層１０６Ｒが形成される。同室で用いられる赤色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５０５で転写する有機膜が形成される。同図では、２台の転写室に対して１台のドナー蒸着室が配置されているが、台数比はレーザ転写と転写する有機膜の形成のタクト時間の比で決まる。

次に、レーザ転写室５０７、或いは５０９で緑色発光層１０６Ｇを形成する。緑色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５０８で転写する有機膜が形成される。次に、レーザ転写室５１２、或いは５１４で青色発光層１０６Ｂが形成される。青色金属ドナーシートはドナー蒸着槽５１３で転写する有機膜が形成される。次に、有機蒸着室５１５において、図１に示した有機膜１０７が形成され、蒸着室５１６において第２の電極が形成される。次に、後述する封止を封止室５１７で行い、ロードロック室５１９を介して搬出される。

また、レーザ転写は以下のプロセスで実施することが望ましい。レーザ転写室に搬入された第１の有機ＥＬ基板に対して金属ドナーシートを用いてレーザ転写を行う。次に、第２の有機ＥＬ基板を搬入し、同金属ドナーシートの位置を調整して有機薄膜が付着している金属シート領域を用いてレーザ転写を行う。次に、第３の有機ＥＬ基板を搬入し、同金属ドナーシートの位置を調整して有機薄膜が付着している領域を用いてレーザ転写を行う。

金属ドナーシートと有機ＥＬ基板のアライメントには、有機ＥＬ基板の背面にあるアライメントカメラを用いる事が望ましい。アライメントカメラは、有機ＥＬ基板とレーザヘッドの位置関係を調整し、第２の有機ＥＬ基板、第３の有機ＥＬ基板に対しては同有機ＥＬ基板と金属ドナーシートの位置関係を調整する。これにより、金属ドナーシート全領域の有機薄膜が転写されるため、材料利用効率が向上し、金属ドナーシートの再生が可能となる。

図１０は、実施例２の有機ＥＬ基板３００の構成を示す模式図である。図１０では、駆動回路基板１０１上に平坦化層１０２と第１の電極１０３、バンク１０４、共通層である有機膜１０５を順次形成した後、各色毎にパターン分離した発光素子である有機膜１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂとパターン分離した有機膜１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを本発明により形成し、その後、共通層である第２の電極１０８を形成している。

有機ＥＬ基板３００では、パターン分離した発光素子である有機膜１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃに有機膜１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂが含まれている。その他の構造や製造方法は図１に示した有機ＥＬ基板１００と同じである。

図１１は、実施例３の有機ＥＬ基板４００の構成を示す模式図である。図１１では、駆動回路基板１０１上に平坦化層１０２と第１の電極１０３、バンク１０４を順次形成した後、パターン分離した有機膜１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂとパターン分離した発光素子である有機膜１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを本発明により形成し、その後、共通層である有機膜１０７と共通層である第２の電極１０８を形成している。

有機ＥＬ基板４００では、パターン分離した有機膜１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに有機膜１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが含まれている。その他の構造や製造方法は図１に示した有機ＥＬ基板１００と同じである。

図１２は、実施例４の有機ＥＬ基板５００の構成を示す模式図である。図１２では、駆動回路基板１０１上に平坦化層１０２と第１の電極１０３、バンク１０４を順次形成した後、パターン分離した有機膜１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂを本発明により形成し、その後、パターン分離した発光素子である有機膜１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを形成し、さらにパターン分離した有機膜１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを形成し、その上に第２の電極１０８を形成している。

有機ＥＬ基板５００では、パターン分離した有機膜１０６に、有機膜１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂと、有機膜１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂが含まれている。その他の構造や製造方法は図１に示した有機ＥＬ基板１００と同じである。

本発明を用いて形成した有機ＥＬ基板を封止することにより有機ＥＬパネルが完成する。本発明によってパターン分離した有機膜を有する有機ＥＬ素子を設けた駆動回路基板と封止ガラスをシール剤を用いて貼り合せ、駆動回路基板と封止ガラスの間の封止空間に窒素等の不活性ガスを充填する。

また、本発明によってパターン分離した有機膜を有する有機ＥＬ素子を設けた駆動回路の有機ＥＬ素子形成部を樹脂シートにより被覆してもよい。樹脂シートとしてはエポキシ系高分子化合物、アクリル系高分子化合物、ポリイミド系高分子化合物、などを用いることができる。樹脂シートと第２の電極の間には、シリコン系絶縁層(シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜)やアルミニウム酸化膜等の無機系絶縁薄膜を介在させてもよい。また、封止ガラスの代わりにガスバリア層を設けたプラスチック等を用いてもよい。

さらに、本発明によってパターン分離した有機膜を有する有機ＥＬ素子を設けた駆動回路基板の有機ＥＬ素子形成部を薄膜封止層により被覆したものであり、有機ＥＬパネルを薄くできる。薄膜封止層としては、前述した無機系絶縁膜と有機系絶縁薄膜の多層膜として用いる。本発明によってパターン分離した有機膜を有する有機ＥＬ素子を樹脂シートや薄膜封止層により押さえ込んでいるため、パターン化されて転写成膜された有機膜の密着力を高める効果が得られる。

なお、実施例１〜４では、有機ＥＬ素子の発光層のパターニングについて説明した。この発光層は活性層として機能する。活性層は素子の動作を行う部分をさすから、有機ＥＬ素子では発光層の事をさす。また、有機薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)の場合には、活性層はゲート電極に電圧を印可することで、電流が流れる有機半導体層をさす。また、有機太陽電池では、活性層は光を吸収して形成された励起状態が正孔と電子に乖離する有機半導体層をさす。

本発明の実施例５において、図１３は本発明の実施例５の有機ＴＦＴ装置を示す断面図である。図１３に示した構造の有機ＴＦＴ装置を作製した。基板８０２上にゲート絶縁電極８０２を形成し、その上に、ゲート絶縁膜８０３を形成した。その上に、ソース電極８０４とドレイン電極８０５を形成した。同基板のゲート電極上部でソース電極とドレイン電極で囲まれる領域に対して、実施例１で用いたレーザ転写方法により有機半導体８０６をパターニングして、有機ＴＦＴ基板８１０を作製した。本発明のレーザ転写により高精細な有機半導体層を有する有機ＴＦＴを作製した。

本発明の実施例６において、図１４は本発明の実施例６の有機太陽電池装置を示す断面図である。図１４に示した構造の有機太陽電池装置を作製した。基板９０１上に第１の電極９０２を形成し、その端部を覆う絶縁バンク９０３を形成した。その上に、共通有機膜９０４を形成した。同基板の第１の電極上部に対して、実施例１で用いたレーザ転写方法により、ｐ型有機半導体９０５とｎ型有機半導体９０６を積層した膜を形成した。その上に、第２の電極９０７を形成し、有機太陽電池基板９１０を作製した。本発明のレーザ転写により高精細な活性層エリアを有する有機太陽電池装置を作製した。

２０、 ６０、 ６１、 ７０、 ７１…支持基板
２１…第１の有機膜
２２…薄膜片
２３…薄膜パターン
３１、 ５１…第１のパルス光
３２、 ５２…第２のパルス光
３３…第３のパルス光
４１…熱が拡散する円柱領域
１００、３００、４００、５００…有機ＥＬ基板
１０１…駆動回路基板
１０２…平坦化層
１０３…第１の電極
１０４…バンク
１０５〜１０７…有機膜
１０８…第２の電極
１０９…有機ＥＬ素子形成部
２２０…ドナー基板
８０１…基板
８０２…ゲート電極
８０３…ゲート絶縁層
８０４…ソース電極
８０５…ドレイン電極
８０６…有機膜
８１０…有機ＴＦＴ基板
９０１…基板
９０２…第１の電極
９０３…バンク
９０４〜９０６…有機膜
９０７…第２の電極
９１０…有機太陽電池基板
５０２…前処理室
５０３、５１５…有機蒸着室
５０４、５０６、５０７、５０９、５１２、５１４…レーザ転写室
５０５、５０８、５１３…ドナー蒸着槽
５１６…蒸着室
５１７…封止室

Claims (21)

1. 金属ドナーシート上に形成された薄膜を前記金属ドナーシートと対向する基板に転写する転写方法において、複数のパルスレーザ光列を一定の方向に掃引して前記金属ドナーシート裏面に照射し、第１のパルス光を照射した部分に、第２のパルス光の少なくとも一部が重なるように第２のパルス光を照射して掃引することを特徴とするレーザ転写方法。
2. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記第１のパルス光が照射されてから前記第２のパルス光が照射されるまでの時間に、前記第1のパルス光が照射された前記金属ドナーシート裏面部分から熱拡散長領域までの温度が前記薄膜の蒸着温度より低くなる繰返し周波数を有する前記パルスレーザ光列を用いる事を特徴とするレーザ転写方法、
3. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記第１のパルス光が照射されてから前記第２のパルス光が照射されるまでの時間に、前記第1のパルス光が照射された前記金属ドナーシート裏面部分から熱拡散長領域までの温度が前記薄膜の蒸着温度より低くなる板厚の前記金属ドナーシートを用いる事を特徴とするレーザ転写方法。
4. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記第１のパルス光が照射されてから前記第２のパルス光が照射されるまでの時間に、前記第1のパルス光が照射された前記金属ドナーシート裏面部分から熱拡散長領域までの温度が前記薄膜の蒸着温度より低くなるパルスエネルギーの前記第１のパルス光を用いる事を特徴とするレーザ転写方法。
5. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記金属ドナーシートと前記基板の間にギャップを有する事を特徴とするレーザ転写方法。
6. 請求項５に記載のレーザ転写方法において、前記ギャップを１０μｍ以上かつ１００μｍ以下としたことを特徴とするレーザ転写方法。
7. 請求項1に記載のレーザ転写方法において、前記薄膜は、前記金属ドナーシート側からキャリア輸送層、活性層の順に積層された積層膜、或いは、前記金属ドナーシート側から活性層、キャリア輸送層の順に積層された積層膜である事を特徴とするレーザ転写方法。
8. 請求項1に記載のレーザ転写方法において、前記薄膜は、前記金属ドナーシート側から活性層、キャリア輸送層の順に積層された積層膜である事を特徴とするレーザ転写方法。
9. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記薄膜は、前記金属ドナーシート側からキャリア輸送層、活性層、キャリア輸送層の順に積層された積層膜である事を特徴とするレーザ転写方法。
10. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記薄膜は、前記金属ドナーシート側から電極層、キャリア輸送層、活性層の順に積層された積層膜である事を特徴とするレーザ転写方法。
11. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記薄膜は、前記金属ドナーシート側から複数のキャリア輸送層、活性層、複数のキャリア輸送層の順に積層された積層膜である事を特徴とするレーザ転写方法。
12. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記基板上には電極が形成されており、前記パルスレーザ列の掃引方向が前記電極の長手方向となる掃引を特徴とするレーザ転写方法。
13. 請求項１２に記載のレーザ転写方法において、前記電極は画像表示装置の画素電極であり前記画素電極は少なくとも３種類以上の発光色を有するサブ画素電極に分類され、前記パルスレーザが特定の発光色の前記サブ画素電極の長手方向に掃引されることを特徴とするレーザ転写方法。
14. 請求項１３に記載のレーザ転写方法において、前記サブ画素電極はモザイク配列或いはデルタ配列で配置され、
    前記パルスレーザが特定の発光色の前記サブ画素電極が隣接する方向に掃引されることを特徴とするレーザ転写方法。
15. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記金属ドナーシートの板厚が異なる領域が形成され、前記パルスレーザ光列が照射されない領域の金属ドナーシートの板厚が前記パルスレーザ光列が照射される領域の金属ドナーシートの板厚に比べて厚いことを特徴とするレーザ転写方法。
16. 請求項１に記載のレーザ転写方法において、前記金属ドナーシートが２層構造となっており、前記パルスレーザ光列が照射される側の金属シートの熱拡散率が前記薄膜が形成された側の金属シートの熱拡散率に比べて大きい事を特徴とする転写方法。
17. 金属ドナーシート上に形成された薄膜を前記金属ドナーシートと対向する基板に転写する転写方法において、複数のパルスレーザ光列を一定の方向に掃引して前記金属ドナーシート裏面に照射し、第１のパルス光を照射した部分に、第２のパルス光の少なくとも一部が重なるように第２のパルス光を照射して掃引するレーザ転写方法を行う転写部と、前記金属ドナーシートに前記薄膜として有機膜を形成する薄膜形成部を有することを特徴とするレーザ転写設備。
18. 請求項１７に記載のレーザ転写設備において、前記基板にはカラー画像表示用として、少なくとも３種類以上の発光色のサブ画素電極を有し、第１の発光色のサブ画素電極に前記レーザ転写を行い、第２の発光色のサブ画素電極に前記レーザ転写を行い、第３の発光色のサブ画素電極に前記レーザ転写を行うことを特徴とするレーザ転写設備。
19. 請求項１７に記載のレーザ転写設備において、前記基板にはカラー画像表示用として、少なくとも３種類以上の発光色のサブ画素電極を有し、第１の発光色のサブ画素電極に前記レーザ転写を行い、第２の発光色のサブ画素電極に前記レーザ転写を行うことを特徴とするレーザ転写設備。
20. 請求項１７に記載のレーザ転写設備において、前記金属ドナーシートを用いて第１の基板に対して前記レーザ転写を行い、第２の基板と前記金属ドナーシートの位置を調整して前記薄膜付着している金属シート領域を用いて前記レーザ転写を行い、第３の基板と前記金属ドナーシートの位置を調整して前記薄膜が付着している領域を用いて前記レーザ転写を行うことを特徴とするレーザ転写設備。
21. 請求項２０に記載のレーザ転写設備において、前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板の背面にアライメントカメラを設け、該アライメントカメラを用いて前記基板とレーザヘッドを調整し、前記金属ドナーシートと前記レーザヘッドの位置を調整してレーザ転写を行うことを特徴とするレーザ転写設備。

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