JP2018012880A - 有機薄膜騒動装置および有機薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機薄膜を大面積基板に均一な膜厚で、低コストに成膜することを可能にする有機薄膜の製造装置と製造方法を提供すること。【解決手段】有機薄膜製造装置は、大面積基板の上に有機ＥＬ材料を有機溶媒に溶解した原料を貯蔵するための隔壁で仕切られた格子状あるいはストライプ状の溝が形成されていて、その溝の底部に有機ＥＬ材料を蒸発するための発熱体が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイ用の有機薄膜を成膜するための有機薄膜製造装置及び有機薄膜製造方法に関する。

有機ＥＬ素子は、陰極と陽極との間に、有機正孔注入層、有機正孔輸送層、有機発光層、有機電子輸送層、有機電子注入層等を積層した多層構造の機能層を有している。
従来の有機薄膜の製造では、ヒーターを内部に備えたるつぼの中に有機ＥＬ原料となる低分子材料の固体粉末を充填して、ヒーターを加熱することにより有機薄膜を成膜していた。
この方法では、蒸着できる面積が狭いので、有機薄膜を形成しようとする基板を移動しながら、有機薄膜を成膜する必要があり、生産性が低かった。また、高分子材料の有機ＥＬ原料を生産性の高いインクジェット法や塗布法で成膜する方法が開示されているが、高分子材料は発光寿命が短い課題がまだ解決されておらず、実用性に問題があった。
特開２０１１−２３３８５５号公報

従来、有機ＥＬ用の低分子材料の成膜は、底部にヒーターによる加熱部のある、るつぼ状の蒸着装置を用いて行われており、一度に成膜できるエリアが狭いために有機ＥＬ材料を成膜しようとする基板を蒸着源の直上を一定速度で移動させながら、成膜をおこなっていた。

また、有機ＥＬ用の低分子材料のるつぼへの供給は、粉末状の原料粉を定期的に装置を止めて、るつぼの蓋を開けてから、手作業で充填する必要があり、生産性が向上しない原因のひとつとなっていた。

本発明は、以上に説明した問題点を解決するためになされたものである。その目的は、発光寿命の長い低分子材料よりなる有機ＥＬ材料を大面積基板上に均一に蒸着することが可能な有機薄膜製造装置及び有機薄膜製造方法を提供することにある。

本発明は、平板上の大面積基板に隔壁を設けて、有機ＥＬ原料を平面上に充填できる構造を採用して、隔壁の形成により形成された溝の底部に発熱体を形成することで、平面状の充填槽に充填した有機ＥＬ原料を加熱・昇華させることで、有機薄膜を大面積基板に均一に成膜するものである。

本発明によれば、有機薄膜を大面積基板上に、均一に成膜することが可能になり、有機ＥＬディスプレイを低コストで製造することを可能にするものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。有機薄膜製造装置を上から見た図面であり、平面基板上に有機ＥＬ原料を充填するための隔壁が設けてあり、隔壁で仕切られた平面部分に有機ＥＬ原料を蒸着するための発熱体が設けられている。平面基板としては無アルカリガラスを用いており、隔壁には感光性ペーストで形成した酸化物を用いており、発熱体としては、赤外線ランプでの加熱が容易な窒化アルミニウムを用いている。感光性ペーストの実例は公開特許公報、特開平９−３１００３０に詳しく開示されている。熱軟化温度が６００℃以上の酸化物が本発明の隔壁には望ましい。

図２は、有機薄膜製造装置の蒸着板の断面を横から見た図面である。平面基板の上に膜厚１５０ミクロン〜２００ミクロンの隔壁が感光性ペーストで形成されており、隔壁のない部分には、膜厚０．１ミクロン〜１０ミクロンの発熱体が形成されている。この発熱体は、赤外線を吸収して昇温する材料でも良いし、電気を流して抵抗加熱する方式でも良い。この感光性ペーストで作製した隔壁の高さは１５０ミクロン以上あるので、有機ＥＬ原料を１００ミクロン以上の厚さになるまで、充填することができる。一度に成膜する有機薄膜の膜厚が１００ｎｍの場合には、１０００回の蒸着が可能となり、生産性を著しく向上させることができる。

図３は、基板上に発熱体と隔壁を形成した後に、発熱体の熱を隔壁全体に伝道する機能を付与した事例である。発熱体が赤外線を吸収して昇温する方式の場合には、熱伝道体は熱伝導度の高い銅のような金属であっても良い。発熱体が電気を流して、電気抵抗で昇温する方式の場合には、隣接する発熱体が電気的に導通しないようにアルミナのような絶縁性の材料を選択する必要がある。

図４は、蒸着板に有機ＥＬ原料を充填した場合の状態を示したものである。蒸着板に有機ＥＬ原料を充填する方法は、低分子系の有機ＥＬ材料、例えば、４，４’，４”‐トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’―ビス（Ｎ−ナフチル）＝Ｎ＝フェニルベンジン（α＝ＮＰＤ）、８−キノルノールアルミニウム錯体、キナクリドン、ルブレン、Ｎ，Ｎ７―ビス（３‐メチルフェニル）−（１，１’―ビフェニル）＝４，４’―ジアミン（ＴＰＤ）、バソフェナントロリン、バソクプロイン、オキサジアゾールからなる群より選ばれた少なくとも１種類のものを有機溶媒に溶解させて、ノズルより滴下する方式が望ましい。ここに示した低分子材料以外でも分子量が５万以下の低分子材料には本方式は有効である。これらの原料中に有機薄膜中にリチウム、フッ化リチウムを含有させるようにすることも可能である。リチウムやフッ化リチウムの添加により電子の注入効率を高めることで、発光効率を向上させることができる。

有機ＥＬ材料を溶解させる方法としては、トルエン、キシレン、アニソール、シクロヘキサン、メシチレン、ブサイドクメン、ジハイドロベンゾフラン、１、２、３，４―テトラメチルベンゼン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、１−メチルナフタレン、ｐ＝アニシルアルコール、ジメチルナフタレン、３−メチルビフェニル、４−メチルビフェニル、３−イソプロピルビフェニル、モノイソプロピルナフタレンなどの有機溶媒の内、少なくとも１種類以上使って溶解し、混合溶液を作製する。混合溶液の粘度は、流体としてノズルから滴下できることが可能で、限りなく粘度の高いものが望ましい。有機ＥＬ原料を蒸着板に充填した後に、有機溶媒を飛ばすために、真空排気した真空容器中で乾燥する工程を取り入れることが望ましい。真空乾燥は、有機ＥＬ原料を大気中で滴下するためのチャンバーと、有機溶媒を真空中で蒸発させるためのチャンバーと、有機ＥＬ材料を真空中で蒸着するチャンバーは、それぞれ別のチャンバーを用いることが望ましい。

図５は、有機ＥＬ原料を、蒸着板に充填した後に、赤外線ランプで発熱体を加熱しながら、有機ＥＬ材料を蒸着している様子を示したものである。蒸着は、図５に記載の装置を真空中に保持した状態で行われる。蒸着板の温度は、２５０℃〜６００℃の範囲で精密に制御されていることが望ましい。

図６は、蒸着板に溶媒に溶解させた有機ＥＬ原料を滴下する装置の図面である。図に示した装置は、大気中に保持されたチャンバーの中に設置されている。ノズルの配置の間隔は、隔壁の間隔と一致している。有機ＥＬ原料の充填方法は、ノズルコート方式、インクジェット方式、いずれの方法であっても良い。

図７は、抵抗加熱方式で昇温する場合の発熱体の構造を示したものである。絶縁性の基板の上にストライプ状に電気抵抗の高いタンタル、ニオブ、タングステン、等の高融点金属が形成されており両端の電極部分に直流電源からの配線を接続して、電気を通電することで昇温するしくみになっている。有機ＥＬ材料を蒸着する場合は、無アルカリガラス板の上に、発熱体を形成した後に、感光性ペーストで形成した酸化物の隔壁を形成した蒸着板を用いる。Ｍｇ‐Ａｇ合金やＩＴＯ材料など、蒸着温度の高い材料の場合には、アルミナ製の基板の上に発熱体を形成して、その上にアルミナ製の隔壁を形成したものを用いる必要がる。Ｍｇ‐Ａｇ合金やＩＴＯ材料は、細かく砕いた粉体をスプレー法で塗布する方法で充填すると良い。なお、Ｍｇ‐Ａｇ合金やＩＴＯ材料の蒸着は、本発明の有機薄膜製造装置を必ずしも用いる必要はなく、従来のるつぼ状の蒸着装置を用いて成膜しても良い。

図８は、有機ＥＬ原料を蒸着板に充填する機能を備えたチャンバーＡと、有機ＥＬ原料を成膜する機能を備えたチャンバーＢを配管で接続して、ロードロック方式で蒸着板を搬送できる機構を備えたシステムの構成図である。チャンバーＡの内部は、大気に保持されており、チャンバーＢの内部は真空に保持されている。この図面には記載されていないが、チャンバーＡとチャンバーＢの間に、有機ＥＬ材料を溶解させた有機溶媒を蒸発させるためのチャンバーＣを設置しても良い。この場合は、チャンバーＣは有機溶媒を効率良く蒸発させるために内部は真空に保持されることが望ましい。

図９は、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ独立に蒸着する場合の蒸着板の溝にそれぞれ赤色発光層の有機ＥＬ原料、緑色発光層の有機ＥＬ原料、青色発光層の有機ＥＬ原料を充填した様子を示している。赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ独立に蒸着する場合は、各蒸着層が広がって成膜されることで、混色が発生することを防止するために、蒸着板と蒸着しようとする基板との距離を近接させる必要がある。
蒸着板と基板の距離は、５ｍｍ以下、より望ましくは、１ｍｍ以下であることが望ましい。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更実施が可能である。

本発明の実施形態の有機薄膜製造装置を上から見た図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置の断面を横から見た図面。 本発明の実施形態の熱伝導体を備えた有機薄膜製造装置の断面を横から見た図面。 本発明の実施形態の有機薄膜創造装置に有機ＥＬ原料を充填した図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置が赤外線ランプを備えている図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置に有機ＥＬ原料滴下ノズルで原料を滴下している図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置の発熱体が抵抗加熱で昇温させる方式を採用している場合のヒーター部分の構成図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置の蒸着チャンバーと有機ＥＬ原料を滴下する大気チャンバーが真空配管で接続されている図面。 本発明の実施形態の有機薄膜製造装置で赤色有機ＥＬ層、緑色有機ＥＬ層、青色有機ＥＬ層をそれぞれ、分離したプロセスで蒸着する場合の有機ＥＬ原料の滴下例を示した図面。

１基板
２隔壁
３発熱体
４熱伝導体
５有機ＥＬ原料
６赤外線ランプ
７有機ＥＬ原料滴下ノズル
８直流電源

Claims (8)

1. 平板上の大面積基板の上に有機ＥＬ材料を貯蔵するための溝が形成されていて、溝の底部に有機ＥＬ材料を蒸発させるための発熱体が形成されていることを特徴とする有機薄膜製造装置。
2. 請求項１の大面積基板上の溝が感光性ペーストで形成された隔壁により形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜製造装置。
3. 請求項１に記載の発熱体が電気を流すと電気抵抗で発熱する原理を用いていることを特徴とする請求項１、請求項２に記載の有機薄膜製造装置。
4. 請求項１に記載の発熱体が光を吸収すると発熱する原理を用いていることを特徴とする請求項１、請求項２に記載の有機薄膜製造装置。
5. 請求項１に記載の溝の形状が格子状あるいはストライプ状であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に記載の有機薄膜製造装置。
6. 平板上の大面積基板の上に有機ＥＬ材料を貯蔵するための溝が形成されていて、溝の底部に有機ＥＬ材料を蒸発させるための発熱体が形成されている溝と溝の底部に形成された発熱体及び隔壁の全面に熱伝導性の高い薄膜が全面にコーティングされていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５に記載の有機薄膜製造装置。
7. 平板上の大面積基板の上に有機ＥＬ材料を貯蔵するための溝が形成されていて、溝の底部に有機ＥＬ材料を蒸発させるための発熱体が形成されている蒸着装置の有機ＥＬの貯蔵部へ、インクジェット方式あるいはノズル方式で有機ＥＬ原料を供給する機構を備えていることを特徴とする有機薄膜製造装置。
8. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６に記載の有機薄膜製造装置において、発熱体の温度を２００℃〜６００℃の範囲の温度に加熱することで、有機ＥＬ薄膜を蒸着することを特徴とする有機薄膜製造方法。

Images