JP3782255B2

JP3782255B2 - 有機化合物用の蒸着源、及び蒸着装置

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Publication number: JP3782255B2
Application number: JP12084299A
Authority: JP
Inventors: 敏夫根岸; 達彦越田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000313952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜を製造する装置にかかり、特に、微量のドーパントを均一に含有する有機薄膜を製造できる蒸着源、その蒸着源を有する蒸着装置及びＥＬ製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機化合物と無機化合物とを比べた場合、有機化合物の方が反応系や特性が多様であり、また、低エネルギーで表面処理できることから、近年、機能性有機薄膜が着目されている。
【０００３】
機能性有機薄膜を利用するものには、有機ＥＬ素子、圧電センサ、焦電センサ、電気絶縁膜等、種々のものがあるが、これらのうち、有機ＥＬ素子はディスプレイパネルとして利用できることから非常に注目されている。
【０００４】
図９の符号２０１は、一般的な有機ＥＬ素子の概略構成を示した断面図であり、ガラス基板２１１、透明導電膜２１２、バッファー層２１３、ホール注入層２１４、ホール輸送層２１５、発光層２１６、電子輸送層２１７、カソード電極膜２１８、保護膜２１９とから構成されている。
【０００５】
この有機ＥＬ素子２０１の製造工程を説明すると、透明電極膜２１２(ＩＴＯ薄膜)が形成されたガラス基板２１１を用い、透明電極膜２１２表面に、有機化合物を蒸着材料とした蒸着法によってバッファー層２１３(ＣｕＰＣ：銅フタロシアニン膜)、ホール輸送層２１４(ＴＰＤ膜)、発光層２１５(Ａｌｑ₃又はＢＡｌｑと添加物から成る薄膜)、電子輸送層２１６(Ａｌｑ₃膜)を順次形成する。
【０００６】
発光層２１５は、発光剤となる有機化合物(ホスト)中に、発色剤(ドーパント)となる有機化合物が分散されている。発色剤(ドーパント)は、発光剤から放出された光を吸収し、発色するため、発色層２１５の表示色は、発色剤によって決まる。
【０００７】
下記表１に、バッファー層２１２〜発光層２１５の組成物の略称を示す。表中の各発光色の欄に記載した数字は発光剤“１００”に対する発色剤の割合を示す。
【０００８】
【表１】

【０００９】
上記表中の略称の有機化合物の化学構造を下記化学式に示す。
【００１０】
【化１】

【００１１】
【化２】

【００１２】
【化３】

【００１３】
【化４】

【００１４】
【化５】

【００１５】
【化６】

【００１６】
このように、発光層２１５は多量の発光剤と微量の発色剤とで構成されている。図１０の符号１０２は、有機蒸着装置であり、真空槽１４１の天井側に基板ホルダ１４２が配置されており、底壁側に、２個の蒸着材料容器１０５、１０６が配置されている。基板ホルダ１４２上にガラス基板１０８を配置した場合、一方の蒸着材料容器１０５は、ガラス基板１０８の中心軸線１４４上に位置するようにされており、他方の蒸着材料容器１０６は、ガラス基板１０８の外周付近に位置するようにされている。
【００１７】
各蒸着材料容器１０５、１０６は、容器本体１５１、１６１をそれぞれ有しており、中心軸線１４４上の蒸着材料容器１０５が有する容器本体１５１は、外周位置の蒸着材料容器１０６が有する容器本体１６１よりも大容量に形成されている。
【００１８】
各容器本体１５１、１６１のうち、大きい方には発光剤１５９が収容されており、小さい方には発色剤１６９が収容されている。各容器本体１５１、１６１周囲には、ヒータ１７６、１７７が配置されており、各ヒータ１７６、１７７に通電して発熱させ、発光剤１５９及び発色剤１６９の蒸気を放出させる。
【００１９】
このとき、基板ホルダ１４２内のヒータ１４３に通電し、ガラス基板１０８を加熱しながら中心軸線１４４を中心として基板ホルダ１４２及びガラス基板１０８を回転させると、発光剤１５９及び発色剤１６９の蒸気がガラス基板１０８に均一に到達し、ガラス基板１０８表面に発光層２１５が形成される。
【００２０】
しかしながら、上述したように、発色剤１６９の発光層２１５中の含有率は微量であり、発色剤１６９を発光層２１５中に均一に分散させることが困難である。特に、ガラス基板１０８が大面積である場合、中心部分の発色剤１６９の含有率と、周辺部分の含有率とが相違してしまい、色ムラが生じてしまうという問題がある。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合に鑑みて創作されたものであり、その目的は、発光層等の有機薄膜中に、発色剤等の微量な有機化合物を均一に分散させることができる技術を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明装置は、リング形状の第１の容器本体と、前記第１の容器本体とは離間し、その中央位置に配置された第２の容器本体とを有し、前記第１、第２の容器本体には、有機蒸着材料を収容できる有底の第１、第２の孔が複数個それぞれ設けられたことを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸着源であって、前記第１の容器本体に設けられた前記第１の孔は、前記第２の容器本体に対し、対称に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の蒸着源であって、少なくとも前記第１の孔は、放出口部分が底面側よりも狭く形成されたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着源であって、前記第１の容器本体の外周側面と、前記第２の容器本体の周囲には、第１、第２のヒータがそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の蒸着源であって、前記第２のヒータの周囲には、熱遮蔽板が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
請求項６記載の発明は、蒸着装置であって、真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の蒸着源が配置されたことを特徴とする。
【００２８】
請求項７記載の発明は、ＥＬ素子製造装置であって、紫外線ランプが設けられた紫外線照射室と、請求項６記載の蒸着装置とを有することを特徴とする。
【００２９】
本発明は上記のように構成されており、第１、第２の容器本体を有している。第１の容器本体はリング状に成形されており、有底の第１の孔が複数個設けられている。第１の容器本体を熱伝導性の高い材料で構成した場合、第１の孔同士の熱結合性が高くなり、各第１の孔の内部に配置された有機化合物の温度が一致するようになっている。
【００３０】
また、第１の容器本体の中央位置には、第２の容器本体が配置されている。第２の容器本体には、有底の第２の孔が複数個設けられており、第２の孔から放出された有機化合物蒸気と、第１の孔から放出された有機化合物蒸気とが、蒸着源上方に配置された基板表面に対し、均一に到達するようになっている。
【００３１】
この場合、第２の孔の総容積よりも、第１の孔の総容積の方が大きくなるので、第１の孔内に消費量の多いホストを収容し、第２の孔内に収容量が少ないドーパントを収容させると、ホストとドーパントの補充時期を一致させることができる(但し、第１の孔内にドーパントを収容させ、第２の孔内にホストを収容させてもよい。)。
【００３２】
ドーパントの蒸気を放出させる際の加熱温度と、ホストの蒸気を放出させる際の加熱温度とは異なるので、第１、第２の蒸着容器間には熱遮蔽板を設け、熱的に分離させておくとよい。第１の蒸着容器に配置する第１のヒータについては、第１の容器本体の外周側面部分にだけ巻回し、第１のヒータから放射される熱が第２の蒸着容器側に直接照射されないように構成するとよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の有機薄膜製造方法を、本発明の蒸着装置と共に説明する。
図１を参照し、符号２はＥＬ素子製造装置を示しており、基板搬入室３１、第１の搬送室３２、紫外線照射室３４、第２の搬送室３５、前処理室３８、電極形成室３７、搬出室３８、及び５台の蒸着装置２１〜２４を有している。
【００３４】
それらの蒸着装置２１〜２５のうち、２台の蒸着装置２４、２５がホール輸送層と電子輸送層の形成に使用され、他の３台の蒸着装置２１〜２３が緑色、赤色、青色の三原色光を放射する発光層を形成するのに使用される。
【００３５】
このＥＬ素子製造装置を使用する場合、先ず、透明電極膜(ＴＩＯ薄膜)が形成されたガラス基板を複数枚カセットに搭載し、搬入室３１内に搬入する。
【００３６】
搬入室３１内を真空排気した後、搬送室３２と接続し、第１の搬送室３２内部に配置されたロボットにより、搬入室３１内からガラス基板を１枚取り出し、紫外線照射室３３内に搬入する。
【００３７】
紫外線照射室３２内には紫外線ランプが配置されており、その紫外線ランプにより、真空雰囲気中で透明電導膜表面に紫外線を照射し、表面に付着した炭化水素を分解して二酸化炭素にし、真空排気によって紫外線照射室３３外に排出する。
【００３８】
紫外線照射室３３内での処理が終了し、透明導電膜表面が清浄になった後、第２の搬送室３４内に配置された基板搬送ロボットによって、そのガラス基板を前処理室３６内に搬入する。この前処理室３６内では透明導電膜の酸化処理を行い、次いで蒸着装置２４内に搬入する。この蒸着装置２４内では、透明導電膜表面に、バッファ層及びＴＰＤから成るホール輸送層を形成する。
【００３９】
バッファ層及びホール輸送層所定膜厚に形成された後、発光層を形成する蒸着装置２１内に搬入する。
【００４０】
緑、赤、青の各色の発光層を形成する蒸着装置２１〜２３は同じ構成をしており、それら蒸着装置２１〜２３の内部構成を図２に示す。これらの蒸着装置２１〜２３は真空槽４１を有しており、該真空槽４１の天井側には基板ホルダ４２が配置され、底壁側には有機蒸着源３が配置されている。
【００４１】
各蒸着装置２１〜２３内にガラス基板が搬入された場合、そのガラス基板は透明導電膜側を有機蒸着源３に向けて基板ホルダ４２に保持される。符号８は、そのガラス基板を示している。
【００４２】
有機蒸着源３の拡大図を図３に示す。この有機蒸着源３は、第１、第２の蒸着容器５、６と、熱遮蔽板７とを有している。
【００４３】
第１の蒸着容器５は、円形リング形状になっており、基板ホルダ４２上に保持されたガラス基板８の中心軸線と、第１の蒸着容器５の中心軸線とが一致するようにされている(符号４４でそれらの中心軸線を示す。)。
【００４４】
第２の蒸着容器６は、第１の蒸着容器５の中心位置であって、その中心軸線４４上に配置されている。第１、第２の蒸着容器５、６の配置状態を図４に示す(熱遮蔽板７は省略してある。)。
【００４５】
第１、第２の蒸着容器５、６は、第１、第２の容器本体５０、６０と、第１、第２の筺体７１、７２と、第１、第２のヒータ７６、７７とを有している。
【００４６】
第１の筺体７１と、第１の容器本体５０と、第１のヒータ７６とは、それぞれ円形リング形状にされており、容器本体５０と第１のヒータ７６とは、筺体７１内に配置されている。第１のヒータ７６は、第１の容器本体５０の外周側面と第１の筺体７１の内壁面との間に配置されている。
【００４７】
第１の容器本体５０は、図４の斜視図に示すように、円形リング形状のカーボングラファイト材料５１と、該カーボングラファイト材料５１の上部に形成された複数の第１の孔５２で構成されている(図４では８個の第１の孔５２が示されている)。
【００４８】
第１の容器本体５０の第１の孔５２部分の断面図(図４のＡ−Ａ線截断面図)を図７(ａ)に示す。各第１の孔５２は有底であり、容器部分５６と、その上部の放出口５５とで構成されている。
【００４９】
容器部分５６の直径は、放出口５５の直径よりも大径にされており、容器部分５６内には発光剤(ホスト)５９が収容されている。
【００５０】
他方、第２の筺体７２は、有底円筒状になっており、その内部に第２のヒータ７７と第２の容器本体６０とが納められている。ヒータ７７は、第２の容器本体６０の周囲に巻回されている。
【００５１】
第２の容器本体６０は、カーボングラファイト材料６１と、該カーボングラファイト材料６１の上部に形成された複数の第２の孔６２とで構成されている。第２の孔６２内には、発色剤６９が収容されている(各第２の孔６２は、互いに分離されていてもよいし、底部で互いに接続されていてもよい。)。
【００５２】
熱遮蔽板７は、円形リング形状になっており、第１の蒸着容器５の周囲に配置されている。
【００５３】
この有機蒸着装置２１〜２４を用いてガラス基板上に発光層を形成する場合、基板ホルダ４２内のヒータ４３に通電して発熱させ、基板ホルダ４２に保持されたガラス基板８を加熱する。
【００５４】
このとき、第１、第２のヒータ７６、７７には予め通電しておき、発光剤５９及び発色剤６９を予備加熱しておく。ガラス基板８が所定温度に到達した後、第１、第２のヒータ７６、７７の発熱量を増加させ、発光剤５９及び発色剤６９を昇温させ、発光剤５９及び発色剤６９の蒸気を発生させる。このとき、基板ホルダ４２及びガラス基板８は、中心軸線４４を中心として回転させておく。
【００５５】
発光剤５９に用いられる有機化合物と発色剤６９に用いられる有機化合物とは、上記表１に示すように、蒸気を発生させるための最適な温度が異なっており、一般には、発光剤５９に適した温度の方が、発色剤６９に適した温度よりも高温になっている。
【００５６】
従って、発光剤５９が配置された第１の蒸着容器５の発熱により、発色剤６９が配置された第２の蒸着容器６が加熱された場合には、発色剤６９の蒸発量が制御できなくなり、また、甚だしい場合には突沸が生じる等の不都合がある。
【００５７】
この有機蒸着源３では、第１の蒸着容器５に設けられた第１のヒータ７６は、第１の容器本体６０の外周側面に巻回されており、第２の蒸着容器６に対向する面には、第１のヒータ７６が存しないようにされている。従って、第１のヒータ７６の発熱は、第２の蒸着容器６側には伝達されにくくなっている。
【００５８】
更に、第１の蒸着容器５と第２の蒸着容器６との間には、熱遮蔽板７が設けられており、第１の蒸着容器５の輻射熱は、この熱遮蔽板７で遮蔽されるようになっている。熱遮蔽板７自体は、その内部に冷却水が循環されることで、一定温度が維持されるようになっているため、第２の容器本体６０は、第２のヒータ７７によってだけ加熱され、発色剤６９が精度良く温度制御されるようになっている。
【００５９】
なお、符号８１は、熱電対であり、第２の容器本体６０の温度を測定するようになっている(第１の蒸着容器５にも熱電対が設けられているが省略する)。
【００６０】
発光剤５９の消費量は発色剤６９の消費量よりも多いため、第１の孔５２の総容積は、第２の孔６２の総容積よりも大きくされており、発光剤５９の補充時期と発色剤６９の補充時期とが一致するようにされている。
【００６１】
第１、第２の容器本体５０、６０が所定温度に加熱されると、発光剤５９と発色剤６９とがそれぞれ放出される。
【００６２】
図５は、第１の容器本体５０が加熱された状態であり、ここでは、ここでは４個の第１の孔５２から放出された有機化合物の蒸気４６₁〜４６₄が示されている。各蒸気４６₁〜４６₄の放出方向の中心軸線４７₁〜４７₄は、鉛直上方に向かっており、周辺部分では重なり合っている。周辺部分の蒸気密度は、中心軸線４７₁〜４７₄部分の蒸気密度よりも小さいので、重なり合ったところでは蒸気密度が高くなり、中心軸線４７₁〜４７₄部分の蒸気密度に近づく。
【００６３】
特に、第１の容器本体５０の中央部分では、全ての蒸気４６₁〜４６_nが重なるので、その部分の蒸気密度は、中心軸線４７₁〜４７_n部分の蒸気密度に一層近づくようになっている。
【００６４】
なお、ガラス基板８は、第１の容器本体５０の中心軸線４４を中心として回転するので各蒸気４６₁〜４６_nの蒸気密度が不均一であっても、ガラス基板８上の発光層の膜厚は平均化される。
【００６５】
図６は、第２の容器本体６０が加熱された状態であり、２個の第２の孔６２₁、６２₂、及び各第２の孔６２₁、６２₂から放出された有機化合物の蒸気４８₁、４８₂が示されている。第２の容器本体６０は、ガラス基板８の略中央真下位置(ガラス基板８の中心軸線４４上の位置)に配置されているが、第２の孔６２₁、６２₂は第２の容器本体６１の外周方向に向かう傾斜が付与されており、各蒸気４８₁、４８₂の放出方向４９₁、４９₂は、ガラス基板８の外周方向に向かうようになっている。
【００６６】
この第２の容器本体６０でも、各第２の孔６２₁〜６２_nから放出された蒸気４８₁〜４８_nは、ガラス基板８表面に均一に到達する。
【００６７】
従って、第１、第２の蒸着容器５０、６０から放出された有機化合物の蒸気４６、４８はガラス基板８上で均一に混合され、発光剤中に微量の発色剤が均一に混合された発光層を得ることができる。
【００６８】
上記のようにホール輸送層上に、表１に記載したホストとドーパントのいずれかの組合せで所定膜厚の発光層を形成した後、蒸着装置２１外に搬出する。
【００６９】
単色のＥＬ素子の場合、発光層を１層形成した後、直ちに蒸着装置２５内に搬入し、その発光層表面に電子輸送層を形成し、次いで電極形成室３７内に搬入し、電子輸送層上にカソード電極膜を形成する。そして、搬出室３８内に搬入して搬出室３８内のカセット内に１枚ずつ収容する。
【００７０】
カセットが満載された後、搬出室３８内だけに大気を導入し、処理が終了したガラス基板８をカセットごと取り出す。
他方、多色表示用のＥＬ素子を形成する場合、ガラス基板上にマスクを配置した状態で、３台の蒸着室２１〜２３内で緑、赤、青の発光層を順次形成する。
【００７１】
この場合、各色の発光層をバッファ層上に規則正しく点在させておき、各発光層表面に電子輸送層及びカソード電極膜を形成した後、搬出室３８から大気中に取り出す。
【００７２】
以上説明したように、本発明のＥＬ素子製造装置２(及び本発明の蒸着装置２１〜２３)によれば、多量の発光剤(ホスト)中に、微量の発色剤(ドーパント)が均一に分散され、ガラス基板８面内での膜厚及び発色剤含有率が略一定となった発光層を得ることができる。
【００７３】
一般に、多数のガラス基板を処理し、蒸着源内の有機化合物が減少するにつれ、有機化合物蒸気の放出角度は次第に小さくなる。図７(ｂ)は、放出口５５を有さない従来技術の構造の容器本体８０に場合を示しており、その容器部分８２内に収容された発光剤８９が、ほぼ満杯な状態と、残量がほぼゼロとなった状態の放出角度が示されている。符号ψ₁は満杯な状態の放出角度、符号ψ₂は残量がほぼゼロとなったときの放出角度である。
【００７４】
この容器本体８０の放出角度ψ₁、ψ₂の差は非常に大きく、発光層の形成速度や分布は、発光剤８９の残量に大きく依存することが分かる。
【００７５】
それに対し、図７(ａ)に示した本発明の容器本体５０では、その容器部分５６内の発光剤５９が、ほぼ満杯な状態から残量がほぼゼロまで変化しても、満杯な状態での蒸気放出角度φ₁が小径の放出口５５の大きさで制限されているため、残量がほぼゼロのときの放出角度をφ₂との差が小さくなっている。
【００７６】
発光剤５９は大量に消費されることから、容器部分５６の径を大きくすいる必要があるが、その場合でも、放出口５５の径を小さくすれば、蒸気放出角度の変化を小さくすることができる。
【００７７】
上記第１の容器本体５は円形リング形状に形成されていたが、一部に切り欠きが設けられていてもよい。また四角リング形状であってもよい。要するに、第１の容器本体５に設けられた第１の孔５２間に、カーボングラファイト材料５１等の熱伝導性の高い物質が存在し、熱結合されており、それら第１の孔５２の中心位置に、第２の容器本体６が配置できる構造であればよい。
【００７８】
また、上記実施例では、図８(ａ)のガラス基板８上から見た平面図のように、１枚のガラス基板８に対し、１個の蒸着源３を配置したが、図８(ｂ)に示すように、大きなガラス基板９に対しては、上述した蒸着源３と同じ蒸着源を複数個配置することができる。図８(ｂ)の場合には、１個のガラス基板９に対し４個の蒸着源３₁〜３₄が配置されている。各蒸着源３₁〜３₄は、それぞれ第１、第２の蒸着容器５₁〜５₄、６₁〜６₄及び熱遮蔽板７₁〜７₄を有している。各蒸着源３₁〜３₄は、ガラス基板９に対して対称に配置されており、ガラス基板９を回転させたときに各蒸着源３₁〜３₄から放出された発光剤の蒸気と発色剤の蒸気が均一に混合するようになっている。
【００７９】
【発明の効果】
有機物から成るドーパントを含有する有機薄膜を形成する場合、膜厚及びドーパントの含有率の面内バラツキが小さい有機薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子製造装置を説明するための図
【図２】本発明の蒸着装置を説明するための図
【図３】本発明の蒸着源を説明するための図
【図４】第１、第２の容器本体の配置状態を説明するための図
【図５】第１の容器本体から放出される有機化合物蒸気の放出方向を説明するための図
【図６】第２の容器本体から放出される有機化合物蒸気の放出方向を説明するための図
【図７】(ａ)：本発明の第１の容器本体の断面図
(ｂ)：放出口が広い場合の断面図
【図８】(ａ)：一枚の基板に対し、本発明の蒸着源を一個配置した場合の平面図
(ｂ)：一枚の基板に対し、本発明の蒸着源を複数個配置した場合の平面図
【図９】ＥＬ素子の構造を説明するための図
【図１０】従来の蒸着装置を説明するための図
【符号の説明】
２……ＥＬ素子製造装置３、３₁〜３₄……蒸着源２１〜２３……蒸着装置４１……真空槽５０……第１の容器本体５１……第１の孔５５……放出口６０……第２の容器本体６１……第２の孔７６……第１のヒータ７７……第２のヒータ

Claims

リング形状の第１の容器本体と、
前記第１の容器本体とは離間し、その中央位置に配置された第２の容器本体とを有し、
前記第１、第２の容器本体には、有機蒸着材料を収容できる有底の第１、第２の孔が複数個それぞれ設けられたことを特徴とする蒸着源。
前記第１の容器本体に設けられた前記第１の孔は、前記第２の容器本体に対し、対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着源。
少なくとも前記第１の孔は、放出口部分が底面側よりも狭く形成されたことを特徴とする請求項２記載の蒸着源。
前記第１の容器本体の外周側面と、前記第２の容器本体の周囲には、第１、第２のヒータがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着源。
前記第２のヒータの周囲には、熱遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項４記載の蒸着源。
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の蒸着源が配置されたことを特徴とする蒸着装置。
紫外線ランプが設けられた紫外線照射室と、請求項６記載の蒸着装置とを有することを特徴とするＥＬ素子製造装置。