JP2014110086A - 有機ｅｌ素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の製造装置において、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を適宜に調整する。
【解決手段】製造装置１は、蒸着材料３２を蒸発させる蒸発源３を有する蒸着ユニット１０と、基板２を加熱又は冷却する基板温度制御機構と、を備える。蒸発源３には、キャリア輸送層を成膜するためのキャリア輸送材料が充填され、基板温度制御機構は、キャリア輸送層の成膜時の基板温度とキャリア移動度との相関データを記憶した記憶部５２と、所望のキャリア移動度を入力する入力部５１と、上記相関データ及び入力されたキャリア移動度から成膜時の基板温度を算出する算出部（制御部５３）と、を有し、キャリア輸送層の成膜時に、基板２が算出された基板温度となるように基板２を加熱又は冷却する。この構成によれば、基板２の温度を制御することにより、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を調整することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板に蒸着材料を蒸着させて蒸着膜を形成する有機ＥＬ素子の製造装置に関する。

エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、陽極及び陰極で挟持させた発光層が透明基板上に形成されたものであり、電極間に電圧印加されたとき、発光層にキャリアとして注入された電子及びホールの再結合により生成された励起子によって発光する。ＥＬ素子は、発光層の蛍光物質に有機物を用いた有機ＥＬ素子と、無機物を用いた無機ＥＬ素子に大別される。特に、有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、蛍光物質の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易であることから、各種表示装置やバックライトとして用いられる。更に、近年では、高輝度に対応したものが実現され、これを照明器具に用いることが注目されている。

図４に示すように、一般的な有機ＥＬ素子１０１は、透光性を有する基板１０２上に、ＩＴＯ等の透明電極１０３、ホール注入層１０４、ホール輸送層１０５、有機発光層１０６、電子輸送層１０７、電子注入層１０８及び反射性電極１０９から成る積層構造を有する。有機ＥＬ素子１０１を構成する各層は、一般的に、透明電極１０３（陽極）がパターニング形成された基板１０２に、ホール輸送層１０５等を構成する蒸着材料を蒸着させて蒸着膜を形成する真空蒸着装置を用いて作製される。真空蒸着装置は、真空チャンバ内に蒸着材料を含む蒸発源及び基板等の基板を配置し、減圧状態で蒸発源を加熱して蒸着材料を蒸発させ、この蒸発された蒸着材料を基板の表面に堆積させて、蒸着膜を形成する。

しかし、蒸発源から蒸発された蒸着材料の一部は、基板へ向かって進行せず、基板表面に付着しないことがある。基板に付着しない蒸着材料が多くなると、材料の使用効率の低下及び蒸着速度の低下の原因となる。そこで、蒸発源と基板とが対向する空間を筒状体で囲み、この筒状体を蒸着材料が再蒸発される温度で加熱し、蒸発された蒸着材料を筒状体内を通して基板表面に蒸着させるようにした蒸着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１２９２２４号公報

しかしながら、例えば、有機ＥＬデバイス等の製造において、有機半導体層を蒸着装置で作製するとき、生産性向上のために、基板に高速で有機材料を蒸着する必要がある。そのためには、基板を蒸発源に接近させると共に、蒸発源の温度を蒸着材料の蒸発温度よりも十分に高くする必要がある。ところが、基板を蒸発源に接近させて、蒸発源の温度を高くすると、基板が高温になった蒸発源及び筒状体からの熱に曝される。

蒸発源及び筒状体からの熱は、基板温度を上昇させ、蒸着膜の膜質、特に成膜される蒸着膜のキャリア移動度に影響する。キャリア移動度は、有機ＥＬデバイスの発光特性を決める大きな要因となり、蒸着材料の種類や配合を調整することにより予め設定される。そのため、一般的には、蒸発源及び筒状体からの熱の影響で、キャリア移動度が設定値通りにならないことを防止するため、例えば、筒状体と基板との間に熱反射板が設けられる。ところが、有機ＥＬ素子のような有機半導体層の多層構造においては、各層のキャリア移動度を、隣り合う層のキャリア移動度とのバランスを考慮して決定する必要があり、キャリア移動度を適宜に調整することが望まれるケースがある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を適宜に調整することができる有機ＥＬ素子の製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、有機発光層にキャリアを輸送するキャリア輸送層を有する有機ＥＬ素子の製造装置であって、蒸着材料を蒸発させる蒸発源を有し、蒸発した蒸着材料を基板に付着させて蒸着膜を成膜する蒸着ユニットと、基板を加熱又は冷却する基板温度制御機構と、を備え、前記蒸着ユニットの蒸発源には、前記キャリア輸送層を成膜するためのキャリア輸送材料が充填され、前記基板温度制御機構は、前記キャリア輸送層の成膜時の基板温度とキャリア移動度との相関データを記憶した記憶部と、所望のキャリア移動度を入力する入力部と、前記記憶部に記憶された相関データ及び入力されたキャリア移動度から成膜時の基板温度を算出する算出部と、を有し、前記キャリア輸送層の成膜時に、基板が前記算出部によって算出された基板温度となるように該基板を加熱又は冷却することを特徴とする。

上記製造装置において、前記蒸着ユニットを複数備え、それらのうちの少なくとも１つの蒸着ユニットの蒸発源に前記キャリア輸送材料が充填され、前記基板温度制御機構は、前記キャリア輸送材料が充填された蒸発源を有する蒸着ユニットに配される基板を加熱又は冷却することが好ましい。

上記製造装置において、前記蒸着ユニットは、複数の蒸発源を備え、それらのうちの少なくとも１つの蒸発源に前記キャリア輸送材料が充填されることが好ましい。

上記製造装置において、前記蒸着ユニットは、前記蒸発源と基板とが対向する空間を囲って基板側に開口部を有する筒状体と、前記筒状体の側部に設けられて該筒状体を加熱する筒状体ヒータと、を有し、前記筒状体ヒータは、前記蒸発源側及び基板側の少なくとも２以上の箇所の温度を個別に制御可能なように構成されており、前記基板温度制御機構は、前記筒状体ヒータにおける基板側の箇所の温度を制御することにより基板を加熱することが好ましい。

上記製造装置において、前記基板温度制御機構は、前記筒状体の開口部の縁の温度が、前記蒸発源の温度より低くなるように前記筒状体ヒータを制御することが好ましい。

上記製造装置において、基板の平面視において前記蒸着ユニットと重複する位置に基板を搬送する搬送機構と、前記搬送機構における前記蒸着ユニットの上流側に配置された冷却板と、を更に備え、前記基板温度制御機構は、前記冷却板が基板の周囲温度を低下させることにより該基板を冷却することが好ましい。

本発明によれば、基板の温度を制御することにより、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を調整することができ、キャリア移動度のバランスを考慮した有機ＥＬ素子を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造装置の構成図。 同製造装置に用いられる蒸着ユニットの側断面図。 上記実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子の製造装置に用いられる蒸着ユニットの側断面図。 一般的な有機ＥＬ素子の側断面図。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造装置について図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子の製造装置（以下、製造装置）１は、基板２に蒸着膜を成膜する複数の蒸着ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ（総称して蒸着ユニット１０という）と、基板２の平面視において蒸着ユニット１０と重複する位置に基板２を搬送する搬送機構１１（図中破線で示す）と、を有する。蒸着ユニット１０は、蒸着材料を蒸発させる蒸発源３と、蒸発源３と基板２とが対向する空間を囲って基板側に開口部４１を有する筒状体４と、を有する。蒸着ユニット１０及び搬送機構１１は、室内を減圧状態にすることができるチャンバ室（不図示）内に配置されている。また、製造装置１は、真空チャンバに複数の蒸発源３が配置され、基板２を蒸発源３上に搬送しながら蒸着を行なうインライン蒸着に好適に用いられる。

各蒸着ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの蒸発源３ａ，３ｂ，３ｃ（総称して蒸発源３という）は、夫々異なる蒸着材料が充填される。例えば、蒸発源３ａには、ホール輸送層を成膜するためのホール輸送材料が、蒸発源３ｂには、有機発光層を成膜するための有機発光材料が、蒸発源３ｃには、電子輸送層を成膜するための電子輸送材料が充填される。各蒸着ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、制御器５によって個別に制御される。搬送機構１１は、複数の基板２を一定速度で各蒸着ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに搬送する。なお、蒸着ユニット１０の個数は図例（３個）に限られず、少なくともホール又は電子といったキャリアを有機発光層に供給する発光キャリア輸送層を成膜するためのキャリア輸送材料が充填された蒸発源３を有する蒸着ユニットがあればよい。

また、搬送機構１１における蒸着ユニット１０の上流側には、搬送される基板２を冷却する冷却板７が配置される。この冷却板７は、例えば、熱伝導性の高い金属板等により構成され、その内部に水やポリコールド等が流れる配管（不図示）が備えられ、例えば、−１００〜２５℃の範囲でその温度を制御することができる。ここでは、冷却板７は、基板２の搬送路に近接配置され、基板２の周囲温度を低下させることで、基板２に接触することなく、その温度を低下させる。冷却板７は、搬送機構１１の搬送路上から搬送路外へ配置位置を切り替えることができ、基板２を冷却させるときに搬送路上に、冷却させないときに搬送路外に配置される。図例では、蒸着ユニット１０ｃの上流側にある冷却板７のみが搬送路上に、それ以外の冷却板７は搬送路外に配置されている。冷却板７の配置切り替えは、例えば、チャンバのメンテナンス時に手動で行われてもよいし、所定の駆動機構を有して制御器５によって自動制御される構成としてもよい。

図２に示すように、筒状体４は、その下端に蒸発源３が配置され、蒸発源３の配置されていない部分は筒状体４の底部４２を成す。筒状体４の外周面には、シーズヒータ等から構成される筒状体ヒータ（以下、ヒータ４３ａ，４３ｂ）が巻き付けられ、このヒータ４３ａ，４３ｂにより、筒状体４内が加熱される。また、筒状体４の底部４２及び開口部４１の縁の近傍には、筒状体４内の温度を測定するための温度センサ４４ａ，４４ｂが、夫々設けられ、温度センサ４４ａ，４４ｂの測定情報は、ＣＰＵやメモリ等から構成される筒状体温度制御器４５ａ，４５ｂに出力される。筒状体温度制御器４５ａ，４５ｂは、温度センサ４４ａ，４４ｂの測定情報を受けて電源部（不図示）からヒータ４３ａ，４３ｂに供給される電力量を夫々個別に制御することにより、筒状体４内の温度を調節する。つまり、筒状体温度制御器４５ａ，４５ｂは、ヒータ４３ａ，４３ｂを個別に駆動して、筒状体４の蒸発源側及び基板側の２箇所の温度を個別に制御することができる。なお、ここでは、筒状体４の温度を蒸発源側及び基板側で２分割制御する例を挙げたが、少なくとも基板２に近接する開口部４１周辺の温度を個別制御できればよい。

また、筒状体４は、その側壁に側面開口部４６を有し、この側面開口部４６に面するように膜厚計６が取り付けられている。膜厚計６は、水晶振動子膜厚計等から構成され、側面開口部４６から放出された蒸着材料がその表面に付着した膜の膜厚を自動計測する。また、膜厚計６は、計測された膜厚データを後述する制御器５に出力する。

蒸発源３は、開口部３０を有する坩堝３１内に蒸着材料３２が充填され、坩堝３１の周辺部に設けられた蒸発源ヒータ３３により蒸着材料３２を加熱して蒸発させるものである。坩堝３１は、その開口部３０側が筒状体４の底部４２と同じ高さになるように、筒状体４に取り付けられる。蒸着材料３２には、任意の材料が用いられるが、図４に示したホール輸送層１０５や電子輸送層１０７の成膜に用いられる有機半導体材料が好適に用いられる。坩堝３１の周辺部には、蒸発源ヒータ３３が配されている。また、坩堝３１には、その温度を測定するための温度センサ３４が設けられ、温度センサ３４の測定情報は、蒸発源温度制御器３５に出力される。この蒸発源温度制御器３５は、制御器５に接続される。制御器５は、温度センサ３４の測定情報を受けて電源部（不図示）から蒸発源ヒータ３３に供給する電力量を制御することにより、坩堝３１内の温度を調節する。

また、坩堝３１の開口部３０には、その開口面積を可変とするバルブ３６が設けられる。バルブ３６の開閉は、バルブ制御器３７によって制御される。このバルブ制御器３７は、制御器５に接続され、制御器５から受信したバルブ制御情報に従ってバルブ３６を開閉する。

制御器５は、蒸着レートや後述するキャリア移動度等の情報を入力するための入力部５１と、各種相関データを記憶する記憶部５２と、上記蒸発源温度制御器３５、バルブ制御器３７及び筒状体温度制御器４５ａ，４５ｂの駆動を制御する制御部５３と、を備える。制御部５３は、各制御器３７に対して制御信号を出力し、基板２に蒸着させる蒸着材料３２の蒸着レートや、筒状体４の温度等を制御する。

蒸着ユニット１０は、筒状体４の開口部４１上に搬送される基板２の温度を測定する基板温度センサ８を有する。この基板温度センサ８には、例えば、非接触で基板２の温度を測定できる赤外線放射温度計が好適に用いられ、蒸着材料３２が蒸着される直前の基板温度を測定する。基板温度センサ８の測定データは、制御器５に出力される。好ましくは、温度センサは、各蒸着ユニット１０から離れた上流側にも配され（不図示）、各蒸着ユニット１０上に搬送される前の基板温度を測定する。

製造装置１は、制御器５が、蒸着レート等を制御するだけでなく、基板２の温度を制御する基板温度制御機構として機能する。記憶部５２は、キャリア輸送層の成膜時の基板温度とキャリア移動度との相関データを記憶する。入力部５１は、所望のキャリア移動度を入力する。また、制御部５３（算出部）は、記憶部５２に記憶された相関データ及び入力されたキャリア移動度から成膜時の基板温度を算出する。また、制御部５３は、キャリア輸送層の成膜時に、基板２が算出された基板温度となるように基板２を加熱又は冷却する。

次に、上述した製造装置１の動作例を説明する。まず、ユーザは、入力部５１を用いて所望のキャリア移動度を入力する。キャリア移動度は、一般的には高いことが好ましいが、有機ＥＬ素子のような有機半導体層の多層構造においては、隣り合う層のキャリア移動度とのキャリアバランスを考慮して決定する必要があり、一概に高ければ良いとは限らない。下記表１に、基板温度とキャリア移動度との相関関係を示す。

表１より、ホール輸送層のホール移動度は、基板温度が高くなるに従って高くなり、これとは逆に、電子注入層のホール移動度は、基板温度が低くなるに従って高くなることが分かる。つまり、成膜時の基板温度を制御することで、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を調整することができる。そして、制御器５は、記憶部５２が成膜時の基板温度とキャリア移動度との相関データを記憶しており、入力部５１から所望のキャリア移動度が入力されると、望ましい基板温度が算出され、基板２がこの基板温度となるように基板２を加熱又は冷却する。基板温度とキャリア移動度との相関データは、基板温度を複数設定し、温度毎のキャリア移動度を、製造された有機ＥＬ素子において測定し、そのデータを蓄積することにより得られる。

キャリア移動度の調整を行うために、基板２の温度を制御するには、まず、蒸着ユニット１０上に搬送される基板２の元の温度を基板温度センサ８を用いて測定する。そして、基板２を加熱する必要があるときは、上述した筒状体４の温度を上昇させる。これにより、成膜に際して筒状体４上に搬送される基板２を加熱して基板温度を上昇させることができる。また、本実施形態では、基板２に最も近接する開口部４１側の筒状体ヒータ４３ｂを駆動させることで、精度良く基板２の温度を制御することができる。

一方、基板２を冷却する必要があるときは、上述した冷却板７を作動させる。このとき、筒状体４の開口部４１の縁の温度が、蒸発源３の温度より低くなるように筒状体ヒータ４３ｂを制御することが望ましい。一般的に、蒸着装置では、高速蒸着を行なうため、蒸発源の温度を、蒸着材料３２の蒸発温度よりも３０〜７０℃高くしているが、蒸着レートの制御は、蒸発源３の温度が主因子であり、筒状体４の温度は、蒸着材料３２の付着を抑制できればよく、蒸発温度まで下げることができる。本実施形態では、筒状体ヒータ４３ｂを主に加熱機構として用いているが、低基板温度を実現するために、蒸発源３の温度よりも筒状体４の温度を低くすることが有効である。

本実施形態によれば、基板２の温度を制御することにより、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を適宜に調整することができ、成膜の段階でキャリア移動度のバランスを考慮した有機ＥＬ素子を製造することができる。

次に、本実施形態の変形例に係る有機ＥＬ素子の製造装置について、図３を参照して説明する。この変形例に係る製造装置１は、上述した蒸着ユニット１０において、複数の蒸発源３ａ，３ｂを備えたものである。そして、それらのうちの少なくとも１つの蒸発源３にキャリア輸送材料が充填される。

この製造装置１は、夫々異なる複数の蒸着材料３２ａ，３２ｂが充填され複数の坩堝３１ａ，３１ｂを有する各蒸発源３ａ，３ｂを備える。各坩堝３１ａ，３１ｂには、夫々バルブ３６ａ，３６ｂが設けられており、バルブ制御器３７ａ，３７ｂにより夫々の開口度を個別に制御することができる。また、各蒸発源３ａ，３ｂは、夫々蒸発源ヒータ３３ａ，３３ｂ及び温度センサ３４ａ，３４ｂを有し、これらが蒸発源温度制御器３５ａ,３５ｂにより制御される。

上記実施形態は、基板２の温度を制御することにより、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を調整するものであるから、複数の蒸着ユニットを配したインライン蒸着に限らず適用することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず種々の変形が可能である。本実施形態では、基板２の温度を制御することを、成膜される蒸着膜のキャリア移動度を調整する一手段として用いたが、この手段は、蒸着材料の種類や配合を調整するといった一般的に行われるキャリア移動度の調整手段と組み合わせて用いられることが好ましい。また、例えば、蒸発温度が特に高い蒸着材料３２が用いられて、基板２が蒸発源３及び筒状体４からの高温に晒される場合、基板２の温度を低下させるため、上述した冷却板７だけでなく、筒状体４の開口部４１の近傍に熱反射板が設けられてもよい。

図面の符号

１ 蒸着装置（真空蒸着装置）
１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ） 蒸着ユニット
１１ 搬送機構
２ 基板
３（３ａ，３ｂ，３ｃ） 蒸発源
３０ 開口部
３１ 坩堝
３２ 蒸着材料
４ 筒状体
４１ 開口部
４３ａ，４３ｂ 筒状体ヒータ（基板温度制御機構）
５ 制御器（基板温度制御機構）
５１ 入力部
５２ 記憶部
５３ 制御部（算出部）
７ 冷却板（基板温度制御機構）

Claims (6)

1. 有機発光層にキャリアを輸送するキャリア輸送層を有する有機ＥＬ素子の製造装置であって、
   蒸着材料を蒸発させる蒸発源を有し、蒸発した蒸着材料を基板に付着させて蒸着膜を成膜する蒸着ユニットと、
   基板を加熱又は冷却する基板温度制御機構と、を備え、
   前記蒸着ユニットの蒸発源には、前記キャリア輸送層を成膜するためのキャリア輸送材料が充填され、
   前記基板温度制御機構は、前記キャリア輸送層の成膜時の基板温度とキャリア移動度との相関データを記憶した記憶部と、所望のキャリア移動度を入力する入力部と、前記記憶部に記憶された相関データ及び入力されたキャリア移動度から成膜時の基板温度を算出する算出部と、を有し、前記キャリア輸送層の成膜時に、基板が前記算出部によって算出された基板温度となるように該基板を加熱又は冷却することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造装置。
2. 前記蒸着ユニットを複数備え、それらのうちの少なくとも１つの蒸着ユニットの蒸発源に前記キャリア輸送材料が充填され、
   前記基板温度制御機構は、前記キャリア輸送材料が充填された蒸発源を有する蒸着ユニットに配される基板を加熱又は冷却することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
3. 前記蒸着ユニットは、複数の蒸発源を備え、それらのうちの少なくとも１つの蒸発源に前記キャリア輸送材料が充填されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
4. 前記蒸着ユニットは、前記蒸発源と基板とが対向する空間を囲って基板側に開口部を有する筒状体と、前記筒状体の側部に設けられて該筒状体を加熱する筒状体ヒータと、を有し、
   前記筒状体ヒータは、前記蒸発源側及び基板側の少なくとも２以上の箇所の温度を個別に制御可能なように構成されており、
   前記基板温度制御機構は、前記筒状体ヒータにおける基板側の箇所の温度を制御することにより基板を加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
5. 前記基板温度制御機構は、前記筒状体の開口部の縁の温度が、前記蒸発源の温度より低くなるように前記筒状体ヒータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
6. 基板の平面視において前記蒸着ユニットと重複する位置に基板を搬送する搬送機構と、
   前記搬送機構における前記蒸着ユニットの上流側に配置された冷却板と、を更に備え、
   前記基板温度制御機構は、前記冷却板が基板の周囲温度を低下させることにより該基板を冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。

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