JP2016062839A - Element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機半導体素子などの素子を製造するための素子製造方法に関する。 The present invention relates to an element manufacturing method for manufacturing an element such as an organic semiconductor element.
有機半導体素子や無機半導体素子などの、基材上に設けられた半導体層を含む素子においては一般に、絶縁材料を含む突起部が基材上に形成される。例えば特許文献1においては、基材上に設けられる第1電極と補助電極との間の電気的な絶縁性を確保するため、第1電極を取り囲むように突起部が形成される例が示されている。なお補助電極とは、半導体層の上に設けられる共通電極で電圧降下が発生することを抑制するために、基材上の複数の箇所で共通電極に接続される電極のことである。 In an element including a semiconductor layer provided on a base material such as an organic semiconductor element or an inorganic semiconductor element, generally, a protrusion including an insulating material is formed on the base material. For example, Patent Document 1 shows an example in which a protrusion is formed so as to surround the first electrode in order to ensure electrical insulation between the first electrode and the auxiliary electrode provided on the substrate. ing. Note that the auxiliary electrode is an electrode connected to the common electrode at a plurality of locations on the base material in order to suppress a voltage drop from occurring in the common electrode provided on the semiconductor layer.
素子の製造方法においては一般に、はじめに第1電極および補助電極並びに突起部が設けられ、次に基材の全域にわたって半導体層が設けられ、その後、半導体層上に共通電極が設けられる。従って、共通電極を補助電極に接続するためには、補助電極上の半導体層を除去する必要がある。例えば特許文献1においては、基材上に半導体層を形成した後、基材に蓋材を重ね合わせ、そして補助電極上の半導体層にレーザ光を照射して半導体層を飛散させることが提案されている。この場合、突起部は、蓋材を支持するという役割、および、飛散した半導体層の材料によって第1電極上の半導体層が汚染されることを防ぐという役割を果たしている。なお特許文献1に記載の方法においては、基材と蓋材との間の空間の雰囲気を真空雰囲気とし、蓋材のうち基材とは反対側の面における雰囲気を大気圧とし、これによって生じる差圧を利用して蓋材を基材に密着させている。 In the element manufacturing method, generally, the first electrode, the auxiliary electrode, and the protrusion are first provided, then the semiconductor layer is provided over the entire area of the base material, and then the common electrode is provided on the semiconductor layer. Therefore, in order to connect the common electrode to the auxiliary electrode, it is necessary to remove the semiconductor layer on the auxiliary electrode. For example, Patent Document 1 proposes that after forming a semiconductor layer on a base material, a cover material is superimposed on the base material, and the semiconductor layer on the auxiliary electrode is irradiated with laser light to scatter the semiconductor layer. ing. In this case, the protruding portion plays a role of supporting the lid member and a role of preventing the semiconductor layer on the first electrode from being contaminated by the scattered semiconductor layer material. In the method described in Patent Document 1, the atmosphere in the space between the base material and the lid material is a vacuum atmosphere, and the atmosphere on the surface of the lid material on the side opposite to the base material is an atmospheric pressure. The lid material is brought into close contact with the base material using differential pressure.
基材に重ね合わされる蓋材としては、一般に、柔軟性を有するものが用いられる。従って、蓋材が基材に密着するように蓋材が圧力を受ける場合、蓋材を支持する突起部の間で蓋材が基材に向かって撓むことが考えられる。一方、蓋材が撓むことによって、第1電極上の半導体層に蓋材が接触すると、素子の特性が低下してしまうことになる。しかしながら、従来、このような蓋材の撓みに対する対応法に関する提案はなされてこなかった。 Generally as a lid | cover material piled up on a base material, what has a softness | flexibility is used. Therefore, when the cover member receives pressure so that the cover member is in close contact with the base material, it is conceivable that the cover member bends toward the base material between the protrusions that support the cover material. On the other hand, when the lid material is bent and the lid material comes into contact with the semiconductor layer on the first electrode, the characteristics of the element are deteriorated. However, heretofore, no proposal has been made regarding how to deal with such bending of the lid.
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、蓋材を用いて基材を覆う際に蓋材が第1電極上の半導体層に接触してしまうことを抑制する素子製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and manufactures an element that suppresses the cover material from coming into contact with the semiconductor layer on the first electrode when the base material is covered with the cover material. It aims to provide a method.
本発明は、基材上に素子を形成するための素子製造方法であって、前記基材と、前記基材上に設けられた突起部と、少なくとも部分的に前記突起部によって挟まれた領域内において前記基材上に設けられた第1電極と、前記第1電極上に設けられた半導体層と、を含む中間製品を準備する工程と、前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程と、前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面に接する空間の圧力を高めることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる密着工程と、を備え、前記第1電極上に設けられた前記半導体層を、前記基材の法線方向に沿って見た場合、前記半導体層は、短辺および長辺を含む矩形状の形状を有し、前記半導体層の短辺の長さをaとし、前記蓋材を構成する材料のヤング率をEとし、前記蓋材の厚みをhとし、前記密着工程の際の、前記蓋材の第2面に接する空間の圧力と、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力との差をΔPとし、前記基材の法線方向に沿った方向における、前記突起部によって支持されている前記蓋材の前記第1面と前記第1電極上の前記半導体層の表面との間の距離をHとし、前記突起部によって支持される前記蓋材のたわみ係数をαとする場合、以下の式が満たされている、
本発明による素子製造方法において、前記蓋材および前記突起部が、前記式が満たされるよう構成されていてもよい。若しくは、前記密着工程において、前記蓋材の第2面に接する空間の圧力が、前記式が満たされるよう制御されてもよい。 In the element manufacturing method according to the present invention, the lid member and the protrusion may be configured so that the above formula is satisfied. Alternatively, in the contact step, the pressure in the space in contact with the second surface of the lid member may be controlled so that the formula is satisfied.
本発明による素子製造方法において、前記半導体層が有機半導体層であってもよい。 In the element manufacturing method according to the present invention, the semiconductor layer may be an organic semiconductor layer.
本発明による素子製造方法は、前記密着工程によって蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着されている間に前記中間製品に向けて光を照射する光照射工程をさらに備えていてもよい。 The element manufacturing method according to the present invention may further include a light irradiation step of irradiating light toward the intermediate product while the first surface of the lid member is in close contact with the intermediate product in the contact step. .
本発明による素子製造方法において、前記蓋材がロール・トゥー・ロールで供給されてもよい。 In the element manufacturing method according to the present invention, the lid member may be supplied in a roll-to-roll manner.
本発明によれば、蓋材を用いて基材を覆う際に蓋材が第1電極上の半導体層に接触してしまうことを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when covering a base material using a cover material, it can suppress that a cover material contacts the semiconductor layer on a 1st electrode.
以下、図1乃至図6(a)(b)を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず図1により、本実施の形態における有機半導体素子40の層構成について説明する。ここでは有機半導体素子40の一例として、トップエミッションタイプの有機EL素子について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6A and 6B. First, the layer structure of the
有機半導体素子
図1に示すように有機半導体素子40は、基材41と、基材41上に設けられた複数の第1電極42と、第1電極42間に設けられた補助電極43および突起部44と、第1電極42上に設けられた有機半導体層45と、有機半導体層45上および補助電極43上に設けられた第2電極46と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
有機半導体層45は、有機化合物中における電子と正孔の再結合によって発光する発光層を少なくとも含んでいる。また有機半導体層45は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層または電子注入層など、有機EL素子において一般に設けられる様々な層をさらに含んでいてもよい。有機半導体層の構成要素としては公知のものを用いることができ、例えば特開2011−9498号公報に記載のものを用いることができる。
The
第1電極42は、有機半導体層45の各々に対応して設けられている。第1電極42は、有機半導体層45で発生した光を反射させる反射電極としても機能するものである。第1電極42を構成する材料としては、アルミニウム、クロム、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン、銅、タンタル、タングステン、白金、金、銀などの金属元素の単体またはこれらの合金を挙げることができる。なお第1電極42においては、上述の金属の上に、インジウム錫酸化物いわゆるITOや、インジウム亜鉛酸化物いわゆるIZO等の無機酸化物の層が形成されていてもよい。
The
第2電極46は、複数の有機半導体層45に対する共通電極として機能するものである。また第2電極46は、有機半導体層45で発生した光を透過させるよう構成されている。第2電極46を構成する材料としては、光を透過させることができる程度に薄くされた金属膜や、ITOなどの酸化物導電性材料を用いることができる。
The
補助電極43は、電源(図示せず)から個々の有機半導体層までの距離の差に起因して電圧降下のばらつきが生じないようにし、これにより、有機EL素子を用いた表示装置の輝度のばらつきを抑制するためのものである。図1に示すように、各補助電極43は第2電極46に接続されている。補助電極43を構成する材料としては、第1電極42と同様の金属元素の単体または合金を挙げることができる。補助電極43は、第1電極42と同一の材料から構成されていてもよく、若しくは、第1電極42とは異なる材料から構成されていてもよい。
The
突起部44は、絶縁性を有する材料から構成されるものである。図1に示す例において、突起部44は、第1電極42と補助電極43との間に設けられている。このような突起部44を設けることにより、第1電極42と補助電極43および第2電極46との間の絶縁性を確保することができる。また、突起部44の間に設けられる有機半導体層45の形状を適切に定めることができる。突起部44を構成する材料としては、ポリイミドなどの有機材料や、酸化シリコンなどの無機絶縁性材料を用いることができる。また突起部44は、基材41の法線方向に沿って延びるよう構成されており、このため後述する蓋材を基材41に密着させる際に、蓋材と基材41との間に空間を確保するためのスペーサーとして機能することもできる。
The
図1に示すように、有機半導体層45および第2電極46は、第1電極42上だけでなく突起部44上にも連続して設けられていてもよい。なお、有機半導体層45のうち電流が流れて発光するのは、第1電極42と第2電極46とによって上下に挟まれている部分であり、突起部44上に位置する有機半導体層45では発光が生じない。後述する図2Aおよび図2Bにおいては、有機半導体層45のうち発光が生じる部分が、すなわち第1電極42上に設けられた有機半導体層45が示されている。
As shown in FIG. 1, the
次に、基材41の法線方向から見た場合の有機半導体素子40の構造について説明する。特に、有機半導体素子40の補助電極43、突起部44および有機半導体層45のレイアウトについて説明する。図2Aは、補助電極43、突起部44および有機半導体層45のレイアウトの一例を示す平面図である。図2Aに示すように、有機半導体層45は、マトリクス状に順に配置され、各々が矩形形状を有する赤色有機半導体層45R、緑色有機半導体層45Gおよび青色有機半導体層45Bを含んでいてもよい。この場合、赤色有機半導体層45R、緑色有機半導体層45Gおよび青色有機半導体層45Bのそれぞれが、サブ画素を構成している。また、隣り合う有機半導体層45R,45G,45Bの組み合わせが、1つの画素を構成している。
Next, the structure of the
図2Aに示すように、補助電極43は、マトリクス状に配置された有機半導体層45の間を延びるよう格子状に配置されている。このように補助電極43を配置することにより、各有機半導体層45に接続された第2電極46における電圧降下に、場所に応じた差が生じることを抑制することができる。また図2Aに示すように、突起部44は、第1電極42上に設けられた有機半導体層45を側方から取り囲むよう、有機半導体層45と補助電極43との間に設けられている。すなわち、突起部44は、第1電極42上に設けられた有機半導体層45の四辺に沿って連続して設けられている。これによって、補助電極43上の有機半導体層45を除去する工程において、飛散した有機半導体材料が第1電極42上の有機半導体層45に到達することを防ぐことができる。
As shown in FIG. 2A, the
なお電圧降下を適切に低減することができる限りにおいて、補助電極43がその全域にわたって第2電極46に接続される必要はない。すなわち、後述する除去工程において、補助電極43上の有機半導体層45の全てが除去される必要はない。従って図2Bに示すように、突起部44は、有機半導体層45の四辺のうちの任意の辺に沿って非連続的に設けられていてもよい。図2Bに示す例においても、突起部44によって挟まれた位置にある補助電極43上の有機半導体層45を除去する工程において、飛散した有機半導体材料が、少なくとも部分的に突起部44によって挟まれた領域内に位置する第1電極42上の有機半導体層45に到達することを防ぐことができる。また、突起部44によって挟まれた位置にある補助電極43を第2電極46に接続することにより、電圧降下を適切に抑制することができる。
In addition, as long as a voltage drop can be reduced appropriately, the
また、第2電極46の電圧降下を適切に抑制することができる限りにおいて、補助電極43の配置が特に限られることはない。例えば図2Cや図2Dに示すように、補助電極43は、複数のサブ画素に対応する有機半導体層45R,45G,45B,45Wによって構成される各画素に沿うように設けられていてもよい。すなわち、サブ画素である有機半導体層45R,45G,45B,45Wの間には補助電極43が形成されず、有機半導体層45R,45G,45B,45Wによって構成された1つの画素と、その他の同様の画素との間に補助電極43が形成されていてもよい。なお図2Cおよび図2Dにおいては、各画素が、サブ画素として、赤色有機半導体層45R、緑色有機半導体層45Gおよび青色有機半導体層45Bに加えて、白色有機半導体層45Wをさらに含む例が示されている。
In addition, the arrangement of the
また、第2電極46の電圧降下を適切に抑制することができる限りにおいて、補助電極43と第2電極46とが接続される箇所の配置が特に限られることはない。図2Cおよび図2Dにおいて、補助電極43と第2電極46とが接続される箇所が、符号43xが付された点線によって示されている。図2Cに示すように、補助電極43と第2電極46とは、複数の箇所で離散的に接続されていてもよい。すなわち、補助電極43上の有機半導体層45が、複数の箇所で離散的に除去されてもよい。また図2Dに示すように、補助電極43と第2電極46とは、補助電極43が延びる方向に沿って線状に接続されていてもよい。すなわち、補助電極43上の有機半導体層45が、補助電極43が延びる方向に沿って線状に除去されてもよい。図2Dにおいては、一例として、補助電極43上の有機半導体層45が、後述する蓋材21cが搬送される方向D1に沿って線状に除去される例が示されている。
Moreover, as long as the voltage drop of the
なお図2A乃至図2Dにおいては、有機半導体層45として、複数の種類の有機半導体層45R、45G、45Bや有機半導体層45R、45G、45B、45Wが用いられる例を示したが、これに限られることはない。例えば、サブ画素を構成する有機半導体層45はいずれも、共通の白色光を生成するように構成されていてもよい。この場合、各サブ画素の色分けを行う手段としては、例えばカラーフィルターなどが用いられ得る。
2A to 2D show examples in which a plurality of types of organic semiconductor layers 45R, 45G, and 45B and organic semiconductor layers 45R, 45G, 45B, and 45W are used as the
次に、本実施の形態による有機半導体素子40を基材41上に形成するための素子製造装置10および素子製造方法について説明する。有機半導体素子40に不純物が混入されることを十分に防ぐことができる限りにおいて、素子製造方法が実施される環境は特には限られないが、例えば素子製造方法は部分的に真空環境の下で実施される。なお少なくとも大気圧よりも低圧の環境である限りにおいて、真空環境における具体的な圧力が特に限定されることはないが、例えば素子製造装置10の内部の圧力は1.0×104Pa以下になっている。
Next, an
素子製造装置
図3は、素子製造装置10を概略的に示す図である。図3に示すように、素子製造装置10は、基材41上に複数の第1電極42を形成する第1電極形成装置11と、第1電極42間に補助電極43を形成する補助電極形成装置12と、第1電極42と補助電極43との間に突起部44を形成する突起部形成装置13と、第1電極42、補助電極43上および突起部44上に有機半導体層45を形成する有機半導体層形成装置14と、を備えている。以下の説明において、各装置11,12,13,14を用いた工程によって得られるものを中間製品50と称することもある。第1電極形成装置11を経た後の中間製品50は、基材41と、基材41上に形成された複数の第1電極42と、を含むものである。補助電極形成装置12を経た後の中間製品50は、第1電極42間に形成された補助電極43をさらに含むものである。突起部形成装置13を経た後の中間製品50は、第1電極42と補助電極43との間に形成された突起部44をさらに含むものである。有機半導体層形成装置14を経た後の中間製品50は、補助電極43上および突起部44上に形成された有機半導体層45をさらに含むものである。また、後述する中間製品処理装置15を経た後の中間製品50においては、補助電極43上に設けられた有機半導体層45が除去されている。
Element Manufacturing Apparatus FIG. 3 is a diagram schematically showing the
素子製造装置10は、後述する蓋材21cが基材41に対して密着されている間に所定の処理を実施する中間製品処理装置15をさらに備えている。本実施の形態においては、中間製品処理装置15が、補助電極43上に設けられた有機半導体層45を除去する除去装置として構成されている例について説明する。具体的には、本実施の形態において、中間製品処理装置15は、基材41および突起部44を含む中間製品50に突起部44の側から後述する蓋材21cを密着させる封止機構20と、補助電極43上に設けられた有機半導体層45を除去する除去機構30と、を有している。また素子製造装置10は、補助電極43上の有機半導体層45が除去された後に補助電極43および有機半導体層45上に第2電極46を形成する第2電極形装置16をさらに備えている。
The
図3に示すように、素子製造装置10は、各装置11〜16間で基材41や中間製品50を搬送するために各装置11〜16に接続された搬送装置17をさらに備えていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
なお図3は、機能的な観点から各装置を分類したものであり、物理的な形態が図3に示す例に限られることはない。例えば、図3に示す各装置11〜16のうちの複数の装置が、物理的には1つの装置によって構成されていてもよい。若しくは、図3に示す各装置11〜16のいずれかは、物理的には複数の装置によって構成されていてもよい。例えば後述するように、第1電極42および補助電極43は1つの工程において同時に形成されることがある。この場合、第1電極形成装置11および補助電極形成装置12は1つの装置として構成されていてもよい。
3 categorizes each device from a functional viewpoint, and the physical form is not limited to the example shown in FIG. For example, a plurality of devices among the
素子製造方法
以下、図4(a)〜(g)を参照して、素子製造装置10を用いて有機半導体素子40を製造する方法について説明する。はじめに、例えばスパッタリング法によって、第1電極42および補助電極43を構成する金属材料の層を基材41上に形成し、次に、金属材料の層をエッチングによって成形する。これによって、図4(a)に示すように、上述の第1電極42および補助電極43を同時に基材41上に形成することができる。なお、第1電極42を形成する工程および補助電極43を形成する工程は、別個に実施されてもよい。
Element Manufacturing Method Hereinafter, with reference to FIGS. 4A to 4G, a method for manufacturing the
次に、図4(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィー法によって、第1電極42と補助電極43との間に、第1電極42および補助電極43よりも上方まで基材41の法線方向に沿って延びる複数の突起部44を形成する。その後、蒸着法,CVD法,印刷法,インクジェット法または転写法などの一般的な成膜方法によって、図4(c)に示すように、第1電極42上,補助電極43上および突起部44上に有機半導体層45を形成する。このようにして、基材41と、基材41に設けられた複数の第1電極42と、第1電極42間に設けられた補助電極43および突起部44と、第1電極42上、補助電極43上および突起部44上に設けられた有機半導体層45と、を含む中間製品50を得ることができる。なお本実施の形態においては、上述のように、第1電極42および補助電極43が突起部44よりも先に基材41上に形成される。このため、第1電極42および補助電極43は、突起部44によって部分的に覆われている。
Next, as shown in FIG. 4B, the normal line of the
次に、蓋材21cを準備し、その後、図4(d)に示すように、封止機構20を用いて蓋材21cの第1面21dを中間製品50に密着させる密着工程を実施する。次に、蓋材21cが中間製品50に密着している間に、図4(e)に示すように、除去機構30を用いて、補助電極43上に設けられた有機半導体層45にレーザ光などの光L1を照射する。これによって、光L1のエネルギーが有機半導体層45によって吸収され、この結果、補助電極43上の有機半導体層45を構成する有機半導体材料が飛散する。このようにして、補助電極43上の有機半導体層45を除去する除去工程を実施することができる。補助電極43上から飛散した有機半導体材料は、例えば図4(e)に示されているように、蓋材21cの第1面21dに付着する。その後、図4(f)に示すように、中間製品50から蓋材21cを剥離させる。次に図4(g)に示すように、第1電極42上の有機半導体層45上、および補助電極43上に第2電極46を形成する。このようにして、第2電極46に接続された補助電極43を備える有機半導体素子40を得ることができる。
Next, the
以下、上述の図4(d)(e)を参照して説明した、蓋材21cを中間製品50に密着させるとともに補助電極43上の有機半導体層45を除去する方法について、図5(a)〜(d)を参照してより詳細に説明する。
Hereinafter, the method for bringing the
(封止機構)
はじめに封止機構20について説明する。封止機構20は、図5(a)に示すように、蓋材21cを供給する蓋材供給部21と、蓋材21cの第1面21dが中間製品50の突起部44に密着するよう蓋材21cに対して圧力を印加する加圧部23と、を有している。ここでは、加圧部23が、蓋材21cの第1面21dの反対側にある蓋材21cの第2面21eに接する空間の圧力を高めることにより、中間製品50に向けて蓋材21cを均等に押圧するよう構成されている例について説明する。蓋材21cは、中間製品50を突起部44側から覆うためのものである。このような蓋材21cを用いることにより、例えば上述の除去工程において、補助電極43上から飛散した有機半導体材料が第1電極42上の有機半導体層45や周囲環境を汚染することを防ぐことができる。蓋材21cを構成する材料としては、ガラスやプラスチックなどの透光性を有する材料が用いられる。なお図4(d)に示すように、突起部44の頂部上に有機半導体層45などの何らかの層が設けられている場合、蓋材21cの第1面21dは、突起部44の頂部に直接的に接触するのではなく、突起部44の頂部上に設けられている層の最表面に接触する。本実施の形態においては、このように蓋材21cの第1面21dが突起部44上に設けられている層に接触する場合についても、「蓋材21cの第1面21dが突起部44に密着する」と表現することがある。
(Sealing mechanism)
First, the
蓋材供給部21は、蓋材21cをロール・トゥー・ロールで供給するよう構成されていてもよい。例えば蓋材供給部21は、蓋材21cを巻き出す巻出部21aと、蓋材21cを巻き取る巻取部21bと、を含んでいてもよい。この場合、蓋材21cの材料や厚みは、ロール状に巻き取られることができる程度の柔軟性を有するように設定される。
The lid
加圧部23は、例えば図5(a)に示すように、光透過領域24aおよび気体通過領域24bを含む基板24と、少なくとも気体通過領域24bを囲うよう基板24上に設けられたパッキン25と、を有している。パッキン25は、基板24のうち蓋材21cと対向する側に設けられている。また加圧部23は、気体通過領域24bに接続され、基板24と蓋材21cとの間の空間に不活性ガスなどの気体を供給する気体注入部26をさらに有している。基板24は、透光性を有する材料から構成されており、例えば石英等のガラスから構成されている。パッキン25は、蓋材21cの第2面21eに密着して基板24と蓋材21cとの間の空間の気密性を高めることができる材料から構成されており、例えばゴムから構成されている。
For example, as shown in FIG. 5A, the pressurizing
(除去機構)
次に除去機構30について説明する。除去機構30は、基板24および蓋材21cを通してレーザ光などの光L1を補助電極43上の有機半導体層45に照射することにより、補助電極43上の有機半導体層45を除去するものである。除去機構30は、図5(a)に示すように、例えば、レーザ光を生成する光照射部31を有している。なお蓋材21cを構成する材料としては、レーザ光などの光L1を透過させることができるよう、PET、COP,PP,PE,PC,ガラスフィルムなどの透光性を有する材料が用いられる。
なお蓋材21cは、蓋材21cからガスが流入し、中間製品50と蓋材21cとの間の空間の機密性が低下してしまうことや、中間製品50の構成要素が酸化などによって劣化してしまうことを防ぐため、所定のガスバリア性を備えていることが好ましい。例えば、蓋材21cの酸素透過度は、好ましくは100cc/m2・day以下になっており、より好ましくは30cc/m2・day以下になっており、さらに好ましくは15cc/m2・day以下になっている。
(Removal mechanism)
Next, the
In addition, the gas from the
以下、中間製品処理装置15の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the intermediate
はじめに、図5(a)に示すように、中間製品50を、封止機構20および除去機構30が設けられ、かつ真空雰囲気に維持されたチャンバ15a内に搬入する。真空雰囲気に維持されたチャンバ15a内の圧力のことを、以下の説明において第1圧力P1とも称する。次に、図5(b)に示すように、巻出部21aから巻取部21bに向けて蓋材21cを巻き出して、中間製品50を突起部44の側から蓋材21cの第1面21dで覆う。その後、中間製品50を蓋材21cに対して相対的に接近させ、そして、中間製品50と蓋材21cとを当接させる。これによって、図5(c)に示すように、第1面21dの反対側にある蓋材21cの第2面21eに接する空間に、具体的には、蓋材21c、基板24およびパッキン25によって囲まれた空間に、周囲から密閉された密閉空間28を形成することができる。なお中間製品50を蓋材21cに対して相対的に接近させる方法が特に限られることはない。例えば図5(c)に示すように、伸縮自在な複数のシリンダー22aを含む支持部22によって中間製品50が支持されている場合、シリンダー22aを伸ばすことによって中間製品50を蓋材21cに接触させることができる。
First, as shown in FIG. 5A, the
その後、気体注入部26を用いて密閉空間28に気体を注入して密閉空間28の圧力を高める。この結果、密閉空間28の圧力が、蓋材21cと中間製品50との間の空間の第1圧力P1よりも高い第2圧力P2になる。このため、密着工程において、第2圧力P2と第1圧力P1との差圧ΔPに基づいて、蓋材21cの第1面21dを中間製品50に強固に密着させることができる。なお気体注入部26には、図5(c)に示すように、気体注入部26の注入口26aから密閉空間28への気体の注入を制御するためのシャッター26bが設けられていてもよい。
Thereafter, gas is injected into the sealed space 28 using the
次に、中間製品に前記蓋材が密着されている間に、図5(d)および図4(e)に示すように、補助電極43上に設けられた有機半導体層45に、除去機構30の光照射部31を用いて光L1を照射する。これによって、真空環境下において、補助電極43上の有機半導体層45を除去することができる。
Next, while the lid member is in close contact with the intermediate product, the
ところで、柔軟性を有するよう蓋材21cが構成されている場合、密閉空間28の圧力を第2圧力P2に高めて蓋材21cを中間製品50の突起部44に密着させる際に、蓋材21cが撓むことが考えられる。図6(a)は、突起部44によって支持されている蓋材21cが、突起部44の間で第1電極42上の有機半導体層45に向かって撓んでいる様子を示す断面図である。図6(a)において、符号hは、蓋材21cの厚みを表している。また符号Hは、中間製品50の基材41の法線方向に沿った方向における、突起部44によって支持されている蓋材21cの第1面21dと第1電極42上の有機半導体層45の表面との間の距離を表している。厚みhおよび距離Hの単位はいずれもmである。なお本実施の形態において、図6(b)に示すように、突起部44によって挟まれた領域内において第1電極42上に設けられた有機半導体層45を基材41の法線方向に沿って見た場合、有機半導体層45は、短辺および長辺を含む矩形状の形状を有しているとする。図6(b)においては、短辺の長さが符号aで表され、長辺の長さが符号bで表されている。長さa,bの単位はいずれもmである。また長さaおよび長さbの間には、a≦bの関係が成立している。
By the way, when the
蓋材21cの撓みが大きくなると、蓋材21cの第1面21dが有機半導体層45の表面に接触してしまい、この結果、有機半導体素子40の特性が低下してしまうことが考えられる。従って、蓋材21cの第1面21dと第1電極42上の有機半導体層45の表面との接触を防ぐよう、突起部44の高さが十分に大きくなっていることが好ましい。一方、突起部44の高さを過剰に大きくすると、有機半導体素子40の厚みの増大や、有機半導体素子40の作製コストの増大を招くことになる。従って、突起部44の高さは、蓋材21cの第1面21dと第1電極42上の有機半導体層45の表面との接触を防ぐことができる程度の、必要最小限の高さになっていることが好ましい。一方、突起部44の好ましい高さを正確に算出するためには、蓋材21cに生じ得る撓みの量を正確に見積もることが必要になる。しかしながら、従来技術においては、差圧ΔPに基づいて中間製品50に密着する蓋材21cの撓み量を正確に算出する方法は、少なくとも本件発明者の知る限りでは提案されていない。
When the bending of the
ここで本件発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の式に基づいて、蓋材21cに生じ得る撓みの量の最大値w(max)を算出することができることを見出した。
上記の式において、Eは、蓋材21cを構成する材料のヤング率であり、その単位はN/m2である。ΔPは、蓋材21cを中間製品50の突起部44の頂部に密着させる密着工程の際の、蓋材21cの第2面21eに接する空間の圧力すなわち上述の第2圧力P2と、蓋材21cと中間製品50との間の空間の圧力すなわち上述の第1圧力P1との差である。すなわち、ΔP=P2−P1であり、その単位はN/m2である。αは、突起部44によって支持される蓋材21cのたわみ係数である。たわみ係数αは、上述の短辺の長さaと長辺の長さbとの比に基づいて決定される無次元数である。図10に、機械工学便覧第3版の第4編材料力学、第5章平板の曲げのA4−61頁から抜粋した、長さa,bの比とたわみ係数αとの関係を示す図を示す。図10におけるα1が、本実施の形態におけるたわみ係数αに対応する。なお図10におけるα1は、4辺支持されている長方形板に等分布荷重を加えた場合のたわみ係数である。
In the above formula, E is the Young's modulus of the material constituting the
なおたわみ係数αは、以下の式を用いることによっても算出され得る。
本実施の形態によれば、〔数2〕に示される式を用いることにより、蓋材21cに生じ得る撓みの量の最大値w(max)を算出することができる。従って、以下の式が満たされるように蓋材21cおよび突起部44を構成することにより、蓋材21cの第1面21dと第1電極42上の有機半導体層45の表面とが接触することを抑制するまたは防ぐことができる。
なお一般に、本実施の形態において、重力に起因して蓋材21cに生じるたわみの量は、差圧ΔPに起因して蓋材21cに生じるたわみの量に比べて十分に小さい。従って、上記の式においては、重力に起因して蓋材21cに生じるたわみの量が無視されている。重力に起因して蓋材21cに生じるたわみの量が、差圧ΔPに起因して蓋材21cに生じるたわみの量に比べて無視できない場合、上記の式を、重力を考慮するように修正してもよい。
In general, in this embodiment, the amount of deflection generated in the
(変形例)
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、上述した実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
(Modification)
Note that various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, modified examples will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above embodiment are used for the parts that can be configured in the same manner as in the above embodiment. A duplicate description is omitted. In addition, when it is clear that the operational effects obtained in the above-described embodiment can be obtained in the modified example, the description thereof may be omitted.
(有機半導体素子の層構成の変形例)
上述の本実施の形態において、補助電極43が突起部44よりも先に基材41上に形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、突起部44を補助電極43よりも先に基材41上に形成してもよい。このような場合であっても、上述した本実施の形態による密着工程や除去工程を利用することができる。以下、このような例について図7(a)〜(g)を参照して説明する。
(Modification of layer structure of organic semiconductor element)
In the above-described embodiment, the example in which the
はじめに図7(a)に示すように、基材41上に第1電極42を形成し、また、第1電極42の間に突起部44を形成する。次に、図7(b)に示すように、突起部44上に補助電極43を形成する。その後、図7(c)に示すように、第1電極42,補助電極43および突起部44上に有機半導体層45を形成する。このようにして、基材41と、基材41に設けられた複数の第1電極42と、第1電極42間に設けられた補助電極43および突起部44と、第1電極42上および補助電極43上に設けられた有機半導体層45と、を含む中間製品50を得ることができる。なお突起部44は、その上面が全域にわたって補助電極43によって覆われている必要はない。すなわち突起部44は、その上面が少なくとも部分的に補助電極43によって覆われていればよい。また上述の本実施の形態においては、第1電極42間に2列にわたって突起部44が設けられ、突起部44間に補助電極43が設けられる例を示したが、本変形例においては、補助電極43が突起部44上に設けられるため、図7(c)に示すように第1電極42間に設けられる突起部44は1列のみであってもよい。
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、蓋材21cの第1面21dを中間製品50に密着させる密着工程を実施する。具体的には、図7(d)に示すように、蓋材21cの第1面21dが、突起部44上の補助電極43上の有機半導体層45に当接される。この際、上述の本実施の形態の場合と同様に、蓋材21cは、差圧を利用することによって中間製品50に対して強固に密着される。この場合、蓋材21cの第1面21dの表面エネルギーを適切に設定することにより、図7(e)に示すように、突起部44上の補助電極43上の有機半導体層45を蓋材21cの第1面21dに転移させることができる。すなわち本変形例においては、転移を利用して、突起部44上の補助電極43上の有機半導体層45を除去する除去工程を実施することができる。図7(f)は、突起部44上の補助電極43上の有機半導体層45が除去された状態を示す図である。なお本変形例においても、転移を促進するため、上述の本実施の形態の場合と同様に、突起部44上の補助電極43上の有機半導体層45に光を照射してもよい。
Next, an adhesion process is performed in which the
その後、図7(g)に示すように、第1電極42上の有機半導体層45上および突起部44上の補助電極43上に第2電極46を形成する。このようにして、第2電極46に接続された補助電極43を備える有機半導体素子40を得ることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 7G, the
なお上述の本実施の形態および本変形例においては、除去される有機半導体層45が、補助電極43に接している例を示したが、これに限られることはなく、除去される有機半導体層45と補助電極43との間に、図示しないその他の層、例えば導電性を有する層が介在されていてもよい。すなわち本願において、「補助電極上に設けられた有機半導体層を除去する」とは、基材の法線方向に沿って見た場合に補助電極と重なっている有機半導体層を除去することを意味している。
In the above-described embodiment and this modification, the example in which the
(中間製品処理装置が昇華転写装置として構成される例)
また上述の本実施の形態および変形例において、封止機構20を有する中間製品処理装置15が、補助電極43上の有機半導体層45を除去する除去装置として構成される例を示した。しかしながら、上述の封止機構20の応用例が特に限られることはない。例えば図8(a)に示すように、有機半導体層45が、蓋材21cの第1面21d上に設けられていてもよい。この場合、蓋材21cを介して有機半導体層45に光L1を照射して有機半導体層45を加熱し、これによって、有機半導体層45を構成する有機半導体材料を蒸発させる。この結果、蒸発した有機半導体材料が第1電極42に付着し、これによって、第1電極42上に有機半導体層45が形成される。このように、封止機構20を有する中間製品処理装置15を利用して、有機半導体層45の昇華転写を実施してもよい。なお蓋材21cの第1面21dに設けられた有機半導体層45を加熱する方法は、上述の限りではない。例えば蓋材21cの第1面21dと有機半導体層45との間に、赤外光を吸収する金属薄膜を形成しておき、金属薄膜を加熱することで有機半導体層45の有機半導体材料を蒸着させても良い。すなわち本変形例において、「光L1を有機半導体層45に照射する」という工程は、有機半導体層45に直接的に光を照射する工程だけでなく、有機半導体層45に隣接している部材に光が到達するように有機半導体層45に向けて光を照射するという工程をも含んでいる。なお金属薄膜が磁性材料から構成されている場合、中間製品50に対する蓋材21cの密着の程度をより高くするため、蓋材21cの周囲に磁場を発生させたり、中間製品50のうち蓋材21cとは反対の側に磁性体を配置したりして、磁力によって蓋材21cが中間製品50に向かって引き寄せられるようにしてもよい。
(Example in which the intermediate product processing device is configured as a sublimation transfer device)
Further, in the above-described embodiment and the modification, an example in which the intermediate
(光の照射方向の変形例)
また上述の本実施の形態においては、補助電極43上に設けられた有機半導体層45に向けて、蓋材21c側から光L1が照射される例を示した。しかしながら、有機半導体層45を適切に加熱することができる限り、光L1の照射方向が特に限られることはない。例えば図9(a)に示すように、補助電極43上に設けられた有機半導体層45に向けて、基材41側から光L1を照射してもよい。一般に補助電極43は、金属元素の単体または合金によって構成されている。この場合、光L1として、補助電極43によって吸収され得る波長の光を用いることにより、補助電極43を加熱し、これによって補助電極43上の有機半導体層45を加熱することができる。この結果、図9(b)に示すように、補助電極43上の有機半導体層45を蒸発させて、蓋材21cの第1面21d上に付着させることができる。なお、光L1が予め定められている場合、補助電極43を構成する材料として、光L1を吸収することが可能な材料を用いるようにしてもよい。
(Modification of light irradiation direction)
Further, in the present embodiment described above, an example in which the light L1 is irradiated from the
(その他の変形例)
上述の本実施の形態においては、距離H>撓みの量の最大値w(max)の関係が満たされるように蓋材21cおよび突起部44が構成される例を示した。しかしながら、距離H>撓みの量の最大値w(max)の関係を満たすための具体的な手段が、蓋材21cおよび突起部44を適切に構成することに限られることはない。例えば、密着工程において、蓋材21cの第2面21eに接する空間の圧力すなわち第2圧力P2を、距離H>撓みの量の最大値w(max)の関係が満たされるように制御することにより、蓋材21cと有機半導体層45との接触を抑制するまたは防ぐことも可能である。
(Other variations)
In the above-described embodiment, the example in which the
また上述の本実施の形態および各変形例において、蓋材21cとして、単一のシート状の部材が用いられる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、蓋材21cとして、複数のシート状の部材を積層させたものを用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment and each modification, an example is shown in which a single sheet-like member is used as the
また上述の本実施の形態および各変形例において、基材41が枚葉で供給される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、基材41は、ロール・トゥー・ロールで供給されてもよい。この場合、ロール・トゥー・ロールで供給されている基材41を蓋材21cに対して接近させる可動ステージなどを用いることによって、上述の本実施の形態および各変形例の場合と同様に、基材41を部分的に蓋材21cによって覆うことができる。
Further, in the above-described embodiment and each modification, an example in which the
また上述の本実施の形態および各変形例において、有機半導体素子40が、有機半導体層を含む有機ELである例を示した。しかしながら、上述の素子製造装置10および素子製造方法によって製造される有機半導体素子のタイプが特に限られることはない。例えば上述の素子製造装置10および素子製造方法を用いて、有機トランジスタデバイスや有機太陽電池デバイスなどの様々な有機半導体素子を製造することが可能である。有機トランジスタデバイスにおいて、有機半導体層およびその他の構成要素としては公知のものを用いることができ、例えば特開2009−87996号公報に記載のものを用いることができる。同様に、有機太陽電池デバイスにおいて、有機半導体層から構成される光電変換層およびその他の構成要素としては公知のものを用いることができ、例えば特開2011−151195号公報に記載のものを用いることができる。また、上述の素子製造装置10および素子製造方法は、有機半導体素子の製造だけでなく、無機半導体層を含む無機半導体素子の製造に適用されてもよい。
Further, in the above-described embodiment and each modification example, the
なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。 In addition, although some modified examples with respect to the above-described embodiment have been described, naturally, a plurality of modified examples can be applied in combination as appropriate.
20 封止機構
21c 蓋材
28 密閉空間
30 除去機構
31 光照射部
40 有機半導体素子
41 基材
42 第1電極
43 補助電極
44 突起部
45 有機半導体層
50 中間製品
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基材と、前記基材上に設けられた突起部と、少なくとも部分的に前記突起部によって挟まれた領域内において前記基材上に設けられた第1電極と、前記第1電極上に設けられた半導体層と、を含む中間製品を準備する工程と、
前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程と、
前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面に接する空間の圧力を高めることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる密着工程と、を備え、
前記第1電極上に設けられた前記半導体層を、前記基材の法線方向に沿って見た場合、前記半導体層は、短辺および長辺を含む矩形状の形状を有し、
前記半導体層の短辺の長さをaとし、前記蓋材を構成する材料のヤング率をEとし、前記蓋材の厚みをhとし、前記密着工程の際の、前記蓋材の第2面に接する空間の圧力と、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力との差をΔPとし、前記基材の法線方向に沿った方向における、前記突起部によって支持されている前記蓋材の前記第1面と前記第1電極上の前記半導体層の表面との間の距離をHとし、前記突起部によって支持される前記蓋材のたわみ係数をαとする場合、以下の式が満たされている、
A first electrode provided on the substrate in a region sandwiched at least partially between the protrusion, a protrusion provided on the substrate, and the first electrode; A step of preparing an intermediate product including a provided semiconductor layer;
Covering the intermediate product from the side of the protrusion using the first surface of the lid,
An adhesion step of bringing the first surface of the lid material into close contact with the intermediate product by increasing the pressure of the space in contact with the second surface of the lid material on the opposite side of the first surface;
When the semiconductor layer provided on the first electrode is viewed along the normal direction of the base material, the semiconductor layer has a rectangular shape including a short side and a long side;
The length of the short side of the semiconductor layer is a, the Young's modulus of the material constituting the lid member is E, the thickness of the lid member is h, and the second surface of the lid member during the adhesion step The difference between the pressure of the space in contact with the space and the pressure of the space between the lid and the intermediate product is ΔP, and is supported by the protrusions in the direction along the normal direction of the substrate. When the distance between the first surface of the lid member and the surface of the semiconductor layer on the first electrode is H and the deflection coefficient of the lid member supported by the protrusion is α, the following formula Is satisfied,
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