JP4187367B2 - 有機発光素子、その製造装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機材料からなる発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子等の有機発光素子、およびその製造装置ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少なく容量の小さい平面表示素子に対する要求が高まっている。このような平面表示素子の１つとして、エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と称する）が注目されている。このようなＥＬ素子は、無機材料からなる発光層を有する無機ＥＬ素子と、有機材料からなる発光層を有する有機ＥＬ素子とに大別される。
【０００３】
無機ＥＬ素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させることにより、発光中心を励起させて発光させるものである。これに対して、有機ＥＬ素子は、電子注入電極およびホール注入電極からそれぞれ電子およびホールを発光部内へ注入し、これらの電子およびホールを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発生するものである。このような有機ＥＬ素子は、複数の発光素子が基板上にマトリクス状に配置された構造を有する。
【０００４】
無機ＥＬ素子は、高電界を必要とするため、駆動電圧として１００Ｖ〜２００Ｖの高い電圧を必要とするのに対し、有機ＥＬ素子は、５Ｖ〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点を有する。
【０００５】
また、有機ＥＬ素子では、発光材料である蛍光物質を選択することにより適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、マルチカラーまたはフルカラーの表示装置としても利用することが期待される。さらに、有機ＥＬ素子は、低電圧で面発光できるため、液晶表示装置等の表示装置用のバックライトとして利用することも可能である。
【０００６】
このような有機ＥＬ素子を表示装置として利用するためには、基板上の発光素子の高集積化および高解像度化ならびにフルカラー化が必要不可欠である。
【０００７】
従来、有機ＥＬ素子の高集積化および高解像度化のために、基板上の発光素子間の間隔を狭めることにより集積化を図れる「リブ立て」と呼ばれる隔壁分離技術が導入されている。
【０００８】
図９および図１０は有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
図９（ａ）に示すガラス基板等の基板３１上に、図９（ｂ）に示すように、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）からなる透明導電膜を形成し、その透明導電膜をパターニングすることによりホール注入電極３２を形成する。
【０００９】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板３１上およびパターニングされたホール注入電極３２上に、第１の絶縁層３３を形成する。次いで、図９（ｄ）に示すように、第１の絶縁層３３上に、その第１の絶縁層３３と比較して大きな厚みを有する第２の絶縁層３４をリブとして形成する。それにより、高い段差が形成される。
【００１０】
次に、図１０（ｅ）に示すように、ホール注入電極３２、第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３４上に蒸着法により有機発光材料からなる有機発光層３５を形成する。さらに、図１０（ｆ）に示すように、有機発光層３５上に電子注入電極３６を形成する。それにより、基板３１上に複数の発光素子が形成される。
【００１１】
この場合、第２の絶縁層３４が有機発光層３５および電子注入電極３６と比較して十分に大きな厚みを有するので、第２の絶縁層３４の段差部で有機発光層３５および電子注入電極３６の切れ（段切れ）が生じ、発光素子間の分離が可能となる。
【００１２】
最後に、図１０（ｇ）に示すように、基板３１上に形成された複数の発光素子を封止剤３７で封止する。
【００１３】
単色の有機ＥＬ素子では、このようにして第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３４により基板３１上の複数の発光素子を分離することができる。
【００１４】
しかしながら、フルカラー化を行うためには、基板上に赤色、緑色および青色をそれぞれ発する異なる発光素子を形成する必要がある。この場合、隣り合う発光素子にそれぞれ異なる有機発光材料を蒸着する必要がある。そのため、上記の隔壁分離技術とともにメタルマスクを用いた有機発光材料の塗り分けを併用する必要がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は従来の有機発光素子の製造装置を示す模式的断面図である。図１１の製造装置は、例えば有機ＥＬ素子の有機発光層の蒸着に用いられる。
【００１６】
図１１において、チャンバ１０１内に基板３１が配置され、基板３１の中央部の下方に蒸着源１０２が配置される。蒸着源１０２は、蒸着材料およびその蒸着材料を加熱するための加熱ホルダにより構成される。図１１では、蒸着源１０２を基板３１に近い位置Ｐ１に配置した場合、および蒸着源１０２を基板３１から離れた位置Ｐ２に配置した場合が示されている。
【００１７】
蒸着材料は、蒸着源１０２の中心線Ｌ１を中心として蒸着源１０２から等方的に飛散する。蒸着源１０２を基板３１に近い位置Ｐ１に配置した場合には、基板３１上の成膜速度が上昇する。しかしながら、蒸着源１０２から基板３１の中央部までの距離と蒸着源１０２から基板３１の端部までの距離との差が大きいため、基板３１上に形成される有機発光層の膜厚にばらつきが生じやすい。すなわち、基板３１内の膜厚均一性が低下するおそれがある。
【００１８】
一方、蒸着源１０２を基板３１から離れた位置Ｐ２に配置した場合、蒸着源１０２から基板３１までの距離と蒸着源１０２から基板３１の端部までの距離との差が小さくなるため、基板３１上に形成される有機発光層の膜厚均一性がある程度確保される。しかしながら、蒸着源１０２から基板３１までの距離が長くなるため、基板３１上での成膜速度が低下する。この結果、量産時にスループットが低下するとともに、製造装置の大型化に伴って設備コストが増大する。
【００１９】
図１２はフルカラーの有機ＥＬ素子において有機発光材料の塗り分けを行う場合の蒸着源、基板およびメタルマスクの位置関係を示す図である。
【００２０】
図１２に示すように、有機発光材料の塗り分けを行う場合には、基板３１に近接してメタルマスク２０が設置される。メタルマスク２０は幅Ｗの開口部を有する。
【００２１】
基板３１の中央部付近では、蒸着源１０２から飛散した蒸着材料がメタルマスク２０の開口部を通して基板３１にほぼ垂直に入射するため、蒸着材料がほぼメタルマスク２０の開口部に対応する位置に蒸着されるとともに、蒸着された領域の幅Ｗ１がメタルマスク２０の開口部の幅Ｗとほぼ等しくなる。これに対して、基板３１の端部では、蒸着源１０２から飛散した蒸着材料がメタルマスク２０の開口部を通して基板３１に斜め方向に入射するため、蒸着材料が基板３１上でメタルマスク２０の開口部からずれた位置に蒸着されるとともに、蒸着される領域の幅Ｗ２がメタルマスク２０の開口部の幅Ｗに比べて小さくなる。このように、基板３１の場所により成膜位置にずれが生じるとともに、成膜面積にばらつきが生じる。
【００２２】
特に、有機ＥＬ素子の高集積化および高解像度化のためには、パターニングされたホール注入電極上の所定位置に所定面積の有機発光層を高精度に蒸着することが必要となる。
【００２３】
基板と同じ面積を有する蒸着源を使用すると、大面積の基板に有機発光材料を短時間で均一に蒸着することが可能となる。しかしながら、この場合、製造装置が大型化するとともに、蒸着材料の大量消費に伴ってコストが増大する。
【００２４】
本発明の目的は、膜厚均一性を確保しつつ高い成膜速度で成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきを生じることなく基板上に蒸着層を形成することができ、小型化および低コスト化が可能な有機発光素子の製造装置および製造方法を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、高集積化および高解像度化が図られ、カラー化が可能な安価な有機発光素子を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る有機発光素子の製造装置は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも有機材料層を蒸着法により形成するための製造装置であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に蒸着源が配置され、遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に第１の方向に移動させる移動機構が設けられたものである。
【００２７】
本発明に係る製造装置においては、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ移動機構により基板が開口部に対して相対的に第１の方向に移動することにより、基板上の広い面積に蒸着層が形成される。
【００２８】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００２９】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００３０】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるため、装置の小型化を図ることができる。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
なお、移動機構は、基板を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよく、あるいは遮蔽部材を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよい。
【００３２】
蒸着源は、第１の方向と直交する第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有することが好ましい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射する。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することが可能となる。
【００３３】
蒸着源は、第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に一体的に設けられてもよい。この場合、単一の蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射することができる。それにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することができる。
【００３４】
蒸着源は、第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に分散的に設けられてもよい。この場合、複数の蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射することができる。それにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することができる。
【００３５】
遮蔽部材の開口部は、第１の方向と直交する第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有してもよい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上の蒸着領域と同じ幅または蒸着領域よりも大きい幅の領域に入射することができる。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に蒸着層を効率的に形成することができる。
【００３６】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも有機材料層を蒸着法により形成するための製造方法であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に配置された蒸着源から蒸着材料を蒸発させつつ、遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上に蒸着層を形成するものである。
【００３７】
本発明に係る製造方法によれば、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ基板が開口部に対して相対的に第１の方向に移動することにより、基板上の広い面積に蒸着層が形成される。
【００３８】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００３９】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００４０】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるので、製造装置の小型化を図ることができる。また、大面積を有する蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、基板を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよく、あるいは遮蔽部材を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよい。
【００４２】
第１の方向と直交する第２の方向における蒸着源の幅を、基板上の蒸着領域の幅以上に設定することが好ましい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射する。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することが可能となる。
【００４３】
第１の方向と直交する第２の方向における遮蔽部材の開口部の幅を、基板上の蒸着領域の幅以上に設定してもよい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上の蒸着領域と同じ幅または蒸着領域よりも大きい幅の領域に入射することができる。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に蒸着層を効率的に形成することが可能となる。
【００４４】
本発明に係る有機発光素子は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層され、有機材料層は、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に配置された蒸着源から蒸着材料を蒸発させつつ遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に移動させることにより形成されたものである。
【００４５】
本発明に係る有機発光素子においては、有機材料層の形成の際に、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ基板が遮蔽部材の開口部に対して相対的に移動することにより、基板上の第１の電極上に有機材料層が形成される。
【００４６】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上の第１の電極上に均一な膜厚を有する有機材料層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００４７】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、有機材料層の成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００４８】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。また、大面積を有する蒸着源を使用する必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００４９】
したがって、高集積化および高解像度化が図られ、カラー化が可能な安価な有機発光素子が得られる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における有機発光素子の製造装置の模式的断面図、図２は図１の製造装置の模式的斜視図である。この製造装置は、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略称する）の製造に用いられる。
【００５１】
図１に示すように、チャンバ１１内に遮蔽板１２が上部空間と下部空間とを仕切るように設けられている。遮蔽板１２には長方形の蒸着窓１３が形成されている。遮蔽板１２の下方には、蒸着窓１３に対向するように蒸着源１６が配設されている。蒸着源１６は、長方形の加熱ホルダ１４および長方形の蒸着材料１５からなる。
【００５２】
遮蔽板１２上には、基板１を矢印Ｘの方向（以下、搬送方向Ｘと呼ぶ）およびその反対方向に移動させる移動機構１７が設けられている。移動機構１７は、１対の搬送ワイヤ１８および１対の搬送ローラ１９により構成される。１対の搬送ワイヤ１８は、１対の搬送ローラ１９間に架け渡されている。基板１は、１対の搬送ワイヤ１８に取り付けられる。
【００５３】
基板１の下面には、必要に応じてメタルマスク２０が基板１に近接するように取り付けられる。チャンバ１１内は排気系（図示せず）により真空に排気される。
【００５４】
搬送方向Ｘと平行な方向における蒸着窓１３の長さＡおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の長さＣは任意である。本実施例では、蒸着窓１３の長さＡと蒸着材料１５の長さＣとが等しく設定される。
【００５５】
図２に示すように、搬送方向Ｘと直交する方向における蒸着窓１３の幅Ｂは、基板１の幅Ｅ以上に設定されている。また、搬送方向Ｘと直交する方向における蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄも、基板１の幅Ｅ以上に設定されている。
【００５６】
本実施例では、蒸着窓１３の長さＡは５ｃｍであり、幅Ｂは３０ｃｍである。また、蒸着源１６の蒸着材料１５の長さＣは５ｃｍであり、幅Ｄは３０ｃｍである。基板１と蒸着源１６との間の距離は例えば２０ｃｍに設定される。
【００５７】
本実施例の製造装置においては、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１に蒸着されつつ移動機構１７により基板１が搬送方向Ｘに搬送されることにより、基板１の広い面積に蒸着層が形成される。
【００５８】
この場合、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１にほぼ垂直に入射するので、蒸着源１６を基板１に近い位置に配置した場合でも、基板１上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源１６を基板１に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００５９】
また、基板１にメタルマスク２０を設置した場合でも、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０にほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００６０】
さらに、蒸着源１６を基板１に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。それにより、チャンバ１１内を短時間で真空に排気することが可能となり、製造時間が短縮される。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００６１】
図３、図４および図５は本発明の一実施例における有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００６２】
図３（ａ）において、基板１として３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板を用いる。基板１上に、スパッタ法により膜厚０．２μｍのＩＴＯからなる透明導電膜を形成する。その後、透明導電膜上にレジストを塗布し、プリベーク（露光前ベーク）を行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。現像後、ポストベーク（現像後ベーク）を行い、基板１を塩化第２鉄溶液に浸漬してエッチングを行う。エッチング終了後、レジストを剥離する。このようにして、基板１上に透明導電膜からなるホール注入電極２が形成される。
【００６３】
次に、基板１を洗浄した後、ホール注入電極２が形成された基板１上にレジストを塗布し、プリベークを行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。現像後、ポストベークを行い、さらに５Ｔｏｒｒの真空中において２００℃で２時間ベーキングを行い、レジストの硬化変質を行う。このようにして、図３（ｂ）に示すように、ホール注入電極２上にレジストからなる絶縁層３が形成される。
【００６４】
本実施例では、レジストの硬化変質のために真空中における２００℃のベーキングを行っているが、これに限定されず、紫外線照射を行いながら窒素雰囲気中でベーキングする方法や紫外線照射を行いながら真空雰囲気中でベーキングする方法（いずれもＵＶ（紫外線）キュアと呼ばれる）を用いてもよい。さらに、窒素雰囲気中において１８０℃以上の温度でベーキングを行ってもよい。
【００６５】
次に、絶縁層３およびホール注入電極２の表面にレジストを塗布し、プリベークを行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。それにより、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３上にレジストからなる隔壁分離層４が形成される。
【００６６】
この場合、後の工程で形成されるホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜に段切れを生じさせるために、逆テーパ型のレジストを用い、さらにレジストの膜厚をホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜の合計の膜厚に比べて大きくする。それにより、高い段差が形成される。本実施例では、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜の合計の膜厚を約０．６μｍとし、隔壁分離層４の膜厚を４μｍとする。
【００６７】
次に、隔壁分離層４が形成された基板１を図１および図２の製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付け、蒸着源１６の蒸着材料１５としてホール注入材料を加熱ホルダ１４に設置する。ホール注入材料としては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper(II)phthalocyanine）を用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６からホール注入材料を基板１上に蒸着し、図３（ｄ）に示すように、ホール注入電極２、絶縁層３および隔壁分離層４上にホール注入層５を形成する。
【００６８】
次いで、蒸着源１６の蒸着材料１５をホール輸送材料に交換する。ホール輸送材料としては、ＮＰＢ（N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-Di(phenyl-benzidine) ）を用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送させつつ蒸着源１６からホール輸送材料を基板１上に蒸着し、図３（ｄ）に示すように、ホール注入層５上にホール輸送層６を形成する。
【００６９】
その後、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｅ）に示すように、第１のメタルマスク２０ａを基板１に位置決めして設置する。第１のメタルマスク２０ａは、赤色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第１のメタルマスク２０ａが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７０】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を赤色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、Ａｌｑ3 (Tris(8-quinolinolato)aluminum) をホスト（電子輸送材料）とし、赤色発光レーザ色素であるＡＤ６８８を５ｗｔ％ドーピングしたものを用いる。
【００７１】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第１のメタルマスク２０ａを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に赤色を発光する電子輸送層７ａを形成する。
【００７２】
続いて、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｆ）に示すように、第１のメタルマスク２０ａに代えて第２のメタルマスク２０ｂを基板１に位置決めして設置する。第２のメタルマスク２０ｂは、青色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第２のメタルマスク２０ｂが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７３】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を青色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、Ｂａｌｑ((1,1'-bisphenyl)-(4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolate-N1,O8)Alminum)をホスト（電子輸送材料）とし、青色発光蛍光色素であるペリレンを２．５ｗｔ％ドーピングしたものを用いる。
【００７４】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第２のメタルマスク２０ｂを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に青色を発光する電子輸送層７ｂを形成する。
【００７５】
続いて、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｇ）に示すように、第２のメタルマスク２０ｂに代えて第３のメタルマスク２０ｃを基板１に位置決めして設置する。第３のメタルマスク２０ｃは、緑色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第３のメタルマスク２０ｃが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７６】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を緑色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、緑色発光材料であるＡｌｑ3 を電子輸送材料として用いる。
【００７７】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第３のメタルマスク２０ｃを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に緑色を発光する電子輸送層７ｃを形成する。
【００７８】
その後、基板１から第３のメタルマスク２０ｃを取り外し、蒸着源１６の蒸着材料１５を電極材料に交換する。電極材料としては、ＭｇＩｎを用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電極材料を基板１上に蒸着し、図５（ｈ）に示すように、電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃ上に電子注入電極８を形成する。
【００７９】
さらに、蒸着源１６の蒸着材料１５を保護膜の材料と交換し、電子注入電極８上に保護膜９を形成する。本例では、保護膜９として、ＳｉＯを用いる。このようにして、基板１上に赤色の発光素子、青色の発光素子および緑色の発光素子が形成される。
【００８０】
最後に、図５（ｉ）に示すように、封止剤１０を用いて基板１上の複数の発光素子を封止する。この場合、ホール注入材料、ホール輸送材料、電子輸送材料等の有機発光材料は、水分を含みやすく、水分を含むと、発光強度の劣化が生じやすいため、乾燥窒素雰囲気中で封止を行う。
【００８１】
以上の工程により、基板１上に赤色、青色および緑色の発光素子が配置されたフルカラーの有機ＥＬ素子が製造される。
【００８２】
ここで、図１および図２の製造装置において基板と蒸着源との間の距離を変化させた場合のホール注入材料、ホール輸送材料および電子輸送材料の蒸着速度の変化を測定した。その測定結果を図６に示す。この測定では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の搬送方向Ｘの長さＡを５ｃｍとし、搬送方向Ｘに直交する方向の幅Ｂを３０ｃｍとした。
【００８３】
図６に示すように、基板１と蒸着源１６との間の距離が小さくなるに従って蒸着速度が増加している。たとえば、基板１と蒸着源１６との間の距離を２０ｃｍにすると、ホール注入材料の蒸着速度は２２Å／秒となり、ホール輸送材料の蒸着速度は５５Å／秒となり、電子輸送材料の蒸着速度は７６Å／秒となる。
【００８４】
また、図１および図２の製造装置において遮蔽板の蒸着窓の長さを変えて蒸着速度の変化を測定した。その測定結果を図７に示す。この測定では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の搬送方向Ｘの長さＡを１ｃｍ、５ｃｍおよび８ｃｍとし、搬送方向Ｘに直交する方向の幅Ｂを３０ｃｍとした。また、蒸着材料１５として、ホール注入材料を用いた。
【００８５】
図７に示すように、蒸着窓１３の長さＡが大きくなるに従って蒸着速度が増加している。たとえば、基板１と蒸着源１６との間の距離を２０ｃｍに設定した場合、蒸着窓１３の長さＡを１ｃｍにすると蒸着速度は７Å／秒となり、蒸着窓１３の長さＡを５ｃｍにすると蒸着速度は２２Å／秒となり、蒸着窓１３の長さＡを８ｃｍにすると蒸着速度は４６Å／秒となる。
【００８６】
図７の結果から、遮蔽板１２の蒸着窓１３の長さＡを５ｃｍとすると、蒸着速度は２２Å／秒となるため、約４．６秒でホール注入材料が１００Å成膜する。したがって、図３（ｄ）の工程において、膜厚１００Åのホール注入層５を形成する場合、基板１が約４．６秒で５ｃｍ移動するように、移動機構１７による基板１の搬送速度を１１ｍｍ／秒に設定する。
【００８７】
上記のように、図１および図２の製造装置を用いて有機ＥＬ素子のホール注入層５、ホール輸送層６、電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃ、電子注入電極８および保護膜９を形成する場合、均一な膜厚を確保することができる。
【００８８】
また、基板１上にメタルマスク２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設置して電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃを形成する場合に、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０ａ，２０ｂ，２０ｃにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００８９】
さらに、蒸着源１６を基板１に近づけることができるので、蒸着層の成膜速度が向上し、成膜時間が短縮される。また、チャンバ１１が小型化されるので、チャンバ１１内を短時間で排気することができ、製造時間が短縮される。これらの結果、高スループット化が可能となる。
【００９０】
また、大きな面積を有する蒸着源を使用する必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００９１】
したがって、高集積化および高解像度化が図られ、フルカラー化が可能な安価な有機ＥＬ素子が得られる。
【００９２】
図８は本発明の他の実施例における有機発光素子の製造装置の模式的斜視図である。
【００９３】
図８の製造装置においては、遮蔽板１２の蒸着窓１３の下方に、複数の蒸着源１６ａが配設されている。各蒸着源１６ａは、長方形の加熱ホルダ１４ａおよび長方形の蒸着材料１５ａからなる。複数の蒸着源１６ａは、遮蔽板１２の蒸着窓１３に対向する領域に分散的に配置されている。本実施例では、複数の蒸着源１６ａが搬送方向Ｘに直交する方向に沿って配列されている。
【００９４】
本実施例では、複数の蒸着源１６ａが配置される領域の長さＣが、蒸着窓１３の長さＡと等しく設定される。また、複数の蒸着源１６ａが配置される領域の幅Ｄは、蒸着窓１３の幅Ｂとほぼ等しく設定されている。図８の製造装置のその他の部分の構成は、図１および図２の製造装置の構成と同様である。
【００９５】
本実施例の製造装置においては、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１に蒸着されつつ移動機構１７により基板１が蒸着窓１３に対して搬送方向Ｘに搬送されることにより、基板１の広い面積に蒸着層が形成される。
【００９６】
この場合、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１にほぼ垂直に入射するので、複数の蒸着源１６ａを基板１に近い位置に配置した場合でも、基板１上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、複数の蒸着源１６ａを基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００９７】
また、基板１にメタルマスク２０を設置した場合でも、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０にほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００９８】
さらに、蒸着源１６ａを基板１に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。したがって、チャンバ内を短時間で真空に排気することができ、製造時間が短縮される。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００９９】
なお、上記実施例では、移動機構１７により基板１を移動させることにより基板１を蒸着窓１３に対して相対的に移動させているが、遮蔽板１２を移動させることにより基板１を蒸着窓１３に対して相対的に移動させてもよい。
【０１００】
また、上記実施例では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の幅Ｂおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄを基板１の幅よりも大きく設定しているが、基板１上の一部の領域に蒸着する場合には、遮蔽板１２の蒸着窓１３の幅Ｂおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄを蒸着領域の幅以上で基板１の幅Ｅよりも小さく設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における有機発光素子の製造装置の模式的断面図である。
【図２】図１の製造装置の模式的斜視図である。
【図３】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】図１の製造装置において基板と蒸着源との間の距離を変化させた場合のホール注入材料、ホール輸送材料および電子輸送材料の蒸着速度の変化の測定結果を示す図である。
【図７】図１の製造装置において遮蔽板の蒸着窓の長さを変えて蒸着速度の変化を測定した場合の測定結果を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例における有機発光素子の製造装置の模式的斜視図である。
【図９】有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】従来の有機発光素子の製造装置を示す模式的断面図である。
【図１２】フルカラーの有機ＥＬ素子において有機発光材料の塗り分けを行う場合の蒸着源、基板およびメタルマスクの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ 絶縁層
４ 隔壁分離層
５ ホール注入層
６ ホール輸送層
７ａ，７ｂ，７ｃ 電子輸送層
８ 電子注入電極
９ 保護膜
１０ 封止剤
１１ チャンバ
１２ 遮蔽板
１３ 蒸着窓
１４，１４ａ 加熱ホルダ
１５，１５ａ 蒸着材料
１６，１６ａ 蒸着源
１７ 移動機構
１８ 搬送ワイヤ
１９ 搬送ローラ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ メタルマスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機材料からなる発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子等の有機発光素子、およびその製造装置ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少なく容量の小さい平面表示素子に対する要求が高まっている。このような平面表示素子の１つとして、エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と称する）が注目されている。このようなＥＬ素子は、無機材料からなる発光層を有する無機ＥＬ素子と、有機材料からなる発光層を有する有機ＥＬ素子とに大別される。
【０００３】
無機ＥＬ素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させることにより、発光中心を励起させて発光させるものである。これに対して、有機ＥＬ素子は、電子注入電極およびホール注入電極からそれぞれ電子およびホールを発光部内へ注入し、これらの電子およびホールを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発生するものである。このような有機ＥＬ素子は、複数の発光素子が基板上にマトリクス状に配置された構造を有する。
【０００４】
無機ＥＬ素子は、高電界を必要とするため、駆動電圧として１００Ｖ〜２００Ｖの高い電圧を必要とするのに対し、有機ＥＬ素子は、５Ｖ〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点を有する。
【０００５】
また、有機ＥＬ素子では、発光材料である蛍光物質を選択することにより適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、マルチカラーまたはフルカラーの表示装置としても利用することが期待される。さらに、有機ＥＬ素子は、低電圧で面発光できるため、液晶表示装置等の表示装置用のバックライトとして利用することも可能である。
【０００６】
このような有機ＥＬ素子を表示装置として利用するためには、基板上の発光素子の高集積化および高解像度化ならびにフルカラー化が必要不可欠である。
【０００７】
従来、有機ＥＬ素子の高集積化および高解像度化のために、基板上の発光素子間の間隔を狭めることにより集積化を図れる「リブ立て」と呼ばれる隔壁分離技術が導入されている。
【０００８】
図９および図１０は有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
図９（ａ）に示すガラス基板等の基板３１上に、図９（ｂ）に示すように、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）からなる透明導電膜を形成し、その透明導電膜をパターニングすることによりホール注入電極３２を形成する。
【０００９】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板３１上およびパターニングされたホール注入電極３２上に、第１の絶縁層３３を形成する。次いで、図９（ｄ）に示すように、第１の絶縁層３３上に、その第１の絶縁層３３と比較して大きな厚みを有する第２の絶縁層３４をリブとして形成する。それにより、高い段差が形成される。
【００１０】
次に、図１０（ｅ）に示すように、ホール注入電極３２、第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３４上に蒸着法により有機発光材料からなる有機発光層３５を形成する。さらに、図１０（ｆ）に示すように、有機発光層３５上に電子注入電極３６を形成する。それにより、基板３１上に複数の発光素子が形成される。
【００１１】
この場合、第２の絶縁層３４が有機発光層３５および電子注入電極３６と比較して十分に大きな厚みを有するので、第２の絶縁層３４の段差部で有機発光層３５および電子注入電極３６の切れ（段切れ）が生じ、発光素子間の分離が可能となる。
【００１２】
最後に、図１０（ｇ）に示すように、基板３１上に形成された複数の発光素子を封止剤３７で封止する。
【００１３】
単色の有機ＥＬ素子では、このようにして第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３４により基板３１上の複数の発光素子を分離することができる。
【００１４】
しかしながら、フルカラー化を行うためには、基板上に赤色、緑色および青色をそれぞれ発する異なる発光素子を形成する必要がある。この場合、隣り合う発光素子にそれぞれ異なる有機発光材料を蒸着する必要がある。そのため、上記の隔壁分離技術とともにメタルマスクを用いた有機発光材料の塗り分けを併用する必要がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は従来の有機発光素子の製造装置を示す模式的断面図である。図１１の製造装置は、例えば有機ＥＬ素子の有機発光層の蒸着に用いられる。
【００１６】
図１１において、チャンバ１０１内に基板３１が配置され、基板３１の中央部の下方に蒸着源１０２が配置される。蒸着源１０２は、蒸着材料およびその蒸着材料を加熱するための加熱ホルダにより構成される。図１１では、蒸着源１０２を基板３１に近い位置Ｐ１に配置した場合、および蒸着源１０２を基板３１から離れた位置Ｐ２に配置した場合が示されている。
【００１７】
蒸着材料は、蒸着源１０２の中心線Ｌ１を中心として蒸着源１０２から等方的に飛散する。蒸着源１０２を基板３１に近い位置Ｐ１に配置した場合には、基板３１上の成膜速度が上昇する。しかしながら、蒸着源１０２から基板３１の中央部までの距離と蒸着源１０２から基板３１の端部までの距離との差が大きいため、基板３１上に形成される有機発光層の膜厚にばらつきが生じやすい。すなわち、基板３１内の膜厚均一性が低下するおそれがある。
【００１８】
一方、蒸着源１０２を基板３１から離れた位置Ｐ２に配置した場合、蒸着源１０２から基板３１までの距離と蒸着源１０２から基板３１の端部までの距離との差が小さくなるため、基板３１上に形成される有機発光層の膜厚均一性がある程度確保される。しかしながら、蒸着源１０２から基板３１までの距離が長くなるため、基板３１上での成膜速度が低下する。この結果、量産時にスループットが低下するとともに、製造装置の大型化に伴って設備コストが増大する。
【００１９】
図１２はフルカラーの有機ＥＬ素子において有機発光材料の塗り分けを行う場合の蒸着源、基板およびメタルマスクの位置関係を示す図である。
【００２０】
図１２に示すように、有機発光材料の塗り分けを行う場合には、基板３１に近接してメタルマスク２０が設置される。メタルマスク２０は幅Ｗの開口部を有する。
【００２１】
基板３１の中央部付近では、蒸着源１０２から飛散した蒸着材料がメタルマスク２０の開口部を通して基板３１にほぼ垂直に入射するため、蒸着材料がほぼメタルマスク２０の開口部に対応する位置に蒸着されるとともに、蒸着された領域の幅Ｗ１がメタルマスク２０の開口部の幅Ｗとほぼ等しくなる。これに対して、基板３１の端部では、蒸着源１０２から飛散した蒸着材料がメタルマスク２０の開口部を通して基板３１に斜め方向に入射するため、蒸着材料が基板３１上でメタルマスク２０の開口部からずれた位置に蒸着されるとともに、蒸着される領域の幅Ｗ２がメタルマスク２０の開口部の幅Ｗに比べて小さくなる。このように、基板３１の場所により成膜位置にずれが生じるとともに、成膜面積にばらつきが生じる。
【００２２】
特に、有機ＥＬ素子の高集積化および高解像度化のためには、パターニングされたホール注入電極上の所定位置に所定面積の有機発光層を高精度に蒸着することが必要となる。
【００２３】
基板と同じ面積を有する蒸着源を使用すると、大面積の基板に有機発光材料を短時間で均一に蒸着することが可能となる。しかしながら、この場合、製造装置が大型化するとともに、蒸着材料の大量消費に伴ってコストが増大する。
【００２４】
本発明の目的は、膜厚均一性を確保しつつ高い成膜速度で成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきを生じることなく基板上に蒸着層を形成することができ、小型化および低コスト化が可能な有機発光素子の製造装置および製造方法を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、高集積化および高解像度化が図られ、カラー化が可能な安価な有機発光素子を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る有機発光素子の製造装置は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも有機材料層を蒸着法により形成するための製造装置であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に蒸着源が配置され、遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に第１の方向に移動させる移動機構が設けられたものである。
【００２７】
本発明に係る製造装置においては、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ移動機構により基板が開口部に対して相対的に第１の方向に移動することにより、基板上の広い面積に蒸着層が形成される。
【００２８】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００２９】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００３０】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるため、装置の小型化を図ることができる。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
なお、移動機構は、基板を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよく、あるいは遮蔽部材を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよい。
【００３２】
蒸着源は、第１の方向と直交する第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有することが好ましい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射する。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することが可能となる。
【００３３】
蒸着源は、第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に一体的に設けられてもよい。この場合、単一の蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射することができる。それにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することができる。
【００３４】
蒸着源は、第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に分散的に設けられてもよい。この場合、複数の蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射することができる。それにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することができる。
【００３５】
遮蔽部材の開口部は、第１の方向と直交する第２の方向において基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有してもよい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上の蒸着領域と同じ幅または蒸着領域よりも大きい幅の領域に入射することができる。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に蒸着層を効率的に形成することができる。
【００３６】
本発明に係る有機発光素子の製造方法は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも有機材料層を蒸着法により形成するための製造方法であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に配置された蒸着源から蒸着材料を蒸発させつつ、遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上に蒸着層を形成するものである。
【００３７】
本発明に係る製造方法によれば、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ基板が開口部に対して相対的に第１の方向に移動することにより、基板上の広い面積に蒸着層が形成される。
【００３８】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００３９】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００４０】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるので、製造装置の小型化を図ることができる。また、大面積を有する蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、基板を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよく、あるいは遮蔽部材を移動させることにより基板を開口部に対して相対的に移動させてもよい。
【００４２】
第１の方向と直交する第２の方向における蒸着源の幅を、基板上の蒸着領域の幅以上に設定することが好ましい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が基板上の蒸着領域の幅方向の全体にわたってほぼ垂直に入射する。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に均一な膜厚を有する蒸着層を形成することが可能となる。
【００４３】
第１の方向と直交する第２の方向における遮蔽部材の開口部の幅を、基板上の蒸着領域の幅以上に設定してもよい。この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上の蒸着領域と同じ幅または蒸着領域よりも大きい幅の領域に入射することができる。したがって、基板を遮蔽部材の開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、基板上の蒸着領域の全体に蒸着層を効率的に形成することが可能となる。
【００４４】
本発明に係る有機発光素子は、基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層され、有機材料層は、開口部を有する遮蔽部材の一面側において開口部に対向する位置に配置された蒸着源から蒸着材料を蒸発させつつ遮蔽部材の他面側において基板を開口部に対して相対的に移動させることにより形成されたものである。
【００４５】
本発明に係る有機発光素子においては、有機材料層の形成の際に、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板上に蒸着されつつ基板が遮蔽部材の開口部に対して相対的に移動することにより、基板上の第１の電極上に有機材料層が形成される。
【００４６】
この場合、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通して基板にほぼ垂直に入射するので、蒸着源を基板に近い位置に配置した場合でも、基板上の第１の電極上に均一な膜厚を有する有機材料層を形成することができる。したがって、蒸着源を基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００４７】
また、基板にマスクを設置した場合でも、蒸着源から飛散した蒸着材料が遮蔽部材の開口部を通してマスクにほぼ垂直に入射するので、有機材料層の成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００４８】
さらに、蒸着源を基板に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。また、大面積を有する蒸着源を使用する必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００４９】
したがって、高集積化および高解像度化が図られ、カラー化が可能な安価な有機発光素子が得られる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における有機発光素子の製造装置の模式的断面図、図２は図１の製造装置の模式的斜視図である。この製造装置は、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略称する）の製造に用いられる。
【００５１】
図１に示すように、チャンバ１１内に遮蔽板１２が上部空間と下部空間とを仕切るように設けられている。遮蔽板１２には長方形の蒸着窓１３が形成されている。遮蔽板１２の下方には、蒸着窓１３に対向するように蒸着源１６が配設されている。蒸着源１６は、長方形の加熱ホルダ１４および長方形の蒸着材料１５からなる。
【００５２】
遮蔽板１２上には、基板１を矢印Ｘの方向（以下、搬送方向Ｘと呼ぶ）およびその反対方向に移動させる移動機構１７が設けられている。移動機構１７は、１対の搬送ワイヤ１８および１対の搬送ローラ１９により構成される。１対の搬送ワイヤ１８は、１対の搬送ローラ１９間に架け渡されている。基板１は、１対の搬送ワイヤ１８に取り付けられる。
【００５３】
基板１の下面には、必要に応じてメタルマスク２０が基板１に近接するように取り付けられる。チャンバ１１内は排気系（図示せず）により真空に排気される。
【００５４】
搬送方向Ｘと平行な方向における蒸着窓１３の長さＡおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の長さＣは任意である。本実施例では、蒸着窓１３の長さＡと蒸着材料１５の長さＣとが等しく設定される。
【００５５】
図２に示すように、搬送方向Ｘと直交する方向における蒸着窓１３の幅Ｂは、基板１の幅Ｅ以上に設定されている。また、搬送方向Ｘと直交する方向における蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄも、基板１の幅Ｅ以上に設定されている。
【００５６】
本実施例では、蒸着窓１３の長さＡは５ｃｍであり、幅Ｂは３０ｃｍである。また、蒸着源１６の蒸着材料１５の長さＣは５ｃｍであり、幅Ｄは３０ｃｍである。基板１と蒸着源１６との間の距離は例えば２０ｃｍに設定される。
【００５７】
本実施例の製造装置においては、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１に蒸着されつつ移動機構１７により基板１が搬送方向Ｘに搬送されることにより、基板１の広い面積に蒸着層が形成される。
【００５８】
この場合、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１にほぼ垂直に入射するので、蒸着源１６を基板１に近い位置に配置した場合でも、基板１上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、蒸着源１６を基板１に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００５９】
また、基板１にメタルマスク２０を設置した場合でも、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０にほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００６０】
さらに、蒸着源１６を基板１に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。それにより、チャンバ１１内を短時間で真空に排気することが可能となり、製造時間が短縮される。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００６１】
図３、図４および図５は本発明の一実施例における有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００６２】
図３（ａ）において、基板１として３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板を用いる。基板１上に、スパッタ法により膜厚０．２μｍのＩＴＯからなる透明導電膜を形成する。その後、透明導電膜上にレジストを塗布し、プリベーク（露光前ベーク）を行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。現像後、ポストベーク（現像後ベーク）を行い、基板１を塩化第２鉄溶液に浸漬してエッチングを行う。エッチング終了後、レジストを剥離する。このようにして、基板１上に透明導電膜からなるホール注入電極２が形成される。
【００６３】
次に、基板１を洗浄した後、ホール注入電極２が形成された基板１上にレジストを塗布し、プリベークを行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。現像後、ポストベークを行い、さらに５Ｔｏｒｒの真空中において２００℃で２時間ベーキングを行い、レジストの硬化変質を行う。このようにして、図３（ｂ）に示すように、ホール注入電極２上にレジストからなる絶縁層３が形成される。
【００６４】
本実施例では、レジストの硬化変質のために真空中における２００℃のベーキングを行っているが、これに限定されず、紫外線照射を行いながら窒素雰囲気中でベーキングする方法や紫外線照射を行いながら真空雰囲気中でベーキングする方法（いずれもＵＶ（紫外線）キュアと呼ばれる）を用いてもよい。さらに、窒素雰囲気中において１８０℃以上の温度でベーキングを行ってもよい。
【００６５】
次に、絶縁層３およびホール注入電極２の表面にレジストを塗布し、プリベークを行った後、レジストに所定のパターンを露光し、現像を行う。それにより、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３上にレジストからなる隔壁分離層４が形成される。
【００６６】
この場合、後の工程で形成されるホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜に段切れを生じさせるために、逆テーパ型のレジストを用い、さらにレジストの膜厚をホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜の合計の膜厚に比べて大きくする。それにより、高い段差が形成される。本実施例では、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入電極および保護膜の合計の膜厚を約０．６μｍとし、隔壁分離層４の膜厚を４μｍとする。
【００６７】
次に、隔壁分離層４が形成された基板１を図１および図２の製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付け、蒸着源１６の蒸着材料１５としてホール注入材料を加熱ホルダ１４に設置する。ホール注入材料としては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper(II)phthalocyanine）を用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６からホール注入材料を基板１上に蒸着し、図３（ｄ）に示すように、ホール注入電極２、絶縁層３および隔壁分離層４上にホール注入層５を形成する。
【００６８】
次いで、蒸着源１６の蒸着材料１５をホール輸送材料に交換する。ホール輸送材料としては、ＮＰＢ（N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-Di(phenyl-benzidine) ）を用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送させつつ蒸着源１６からホール輸送材料を基板１上に蒸着し、図３（ｄ）に示すように、ホール注入層５上にホール輸送層６を形成する。
【００６９】
その後、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｅ）に示すように、第１のメタルマスク２０ａを基板１に位置決めして設置する。第１のメタルマスク２０ａは、赤色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第１のメタルマスク２０ａが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７０】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を赤色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、Ａｌｑ3 (Tris(8-quinolinolato)aluminum) をホスト（電子輸送材料）とし、赤色発光レーザ色素であるＡＤ６８８を５ｗｔ％ドーピングしたものを用いる。
【００７１】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第１のメタルマスク２０ａを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に赤色を発光する電子輸送層７ａを形成する。
【００７２】
続いて、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｆ）に示すように、第１のメタルマスク２０ａに代えて第２のメタルマスク２０ｂを基板１に位置決めして設置する。第２のメタルマスク２０ｂは、青色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第２のメタルマスク２０ｂが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７３】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を青色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、Ｂａｌｑ((1,1'-bisphenyl)-(4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolate-N1,O8)Alminum)をホスト（電子輸送材料）とし、青色発光蛍光色素であるペリレンを２．５ｗｔ％ドーピングしたものを用いる。
【００７４】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第２のメタルマスク２０ｂを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に青色を発光する電子輸送層７ｂを形成する。
【００７５】
続いて、基板１を製造装置から取り出し、図４（ｇ）に示すように、第２のメタルマスク２０ｂに代えて第３のメタルマスク２０ｃを基板１に位置決めして設置する。第３のメタルマスク２０ｃは、緑色の発光素子の領域に対応する位置に開口部を有する。第３のメタルマスク２０ｃが設置された基板１を製造装置の搬送ワイヤ１８に取り付ける。
【００７６】
また、蒸着源１６の蒸着材料１５を緑色発光材料が添加された電子輸送材料に交換する。本例では、緑色発光材料であるＡｌｑ3 を電子輸送材料として用いる。
【００７７】
チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電子輸送材料を第３のメタルマスク２０ｃを介して基板１上に蒸着し、ホール輸送層６上に緑色を発光する電子輸送層７ｃを形成する。
【００７８】
その後、基板１から第３のメタルマスク２０ｃを取り外し、蒸着源１６の蒸着材料１５を電極材料に交換する。電極材料としては、ＭｇＩｎを用いる。チャンバ１１内を所定の真空度に排気した後、移動機構１７により基板１を搬送方向Ｘに搬送しつつ蒸着源１６から電極材料を基板１上に蒸着し、図５（ｈ）に示すように、電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃ上に電子注入電極８を形成する。
【００７９】
さらに、蒸着源１６の蒸着材料１５を保護膜の材料と交換し、電子注入電極８上に保護膜９を形成する。本例では、保護膜９として、ＳｉＯを用いる。このようにして、基板１上に赤色の発光素子、青色の発光素子および緑色の発光素子が形成される。
【００８０】
最後に、図５（ｉ）に示すように、封止剤１０を用いて基板１上の複数の発光素子を封止する。この場合、ホール注入材料、ホール輸送材料、電子輸送材料等の有機発光材料は、水分を含みやすく、水分を含むと、発光強度の劣化が生じやすいため、乾燥窒素雰囲気中で封止を行う。
【００８１】
以上の工程により、基板１上に赤色、青色および緑色の発光素子が配置されたフルカラーの有機ＥＬ素子が製造される。
【００８２】
ここで、図１および図２の製造装置において基板と蒸着源との間の距離を変化させた場合のホール注入材料、ホール輸送材料および電子輸送材料の蒸着速度の変化を測定した。その測定結果を図６に示す。この測定では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の搬送方向Ｘの長さＡを５ｃｍとし、搬送方向Ｘに直交する方向の幅Ｂを３０ｃｍとした。
【００８３】
図６に示すように、基板１と蒸着源１６との間の距離が小さくなるに従って蒸着速度が増加している。たとえば、基板１と蒸着源１６との間の距離を２０ｃｍにすると、ホール注入材料の蒸着速度は２２Å／秒となり、ホール輸送材料の蒸着速度は５５Å／秒となり、電子輸送材料の蒸着速度は７６Å／秒となる。
【００８４】
また、図１および図２の製造装置において遮蔽板の蒸着窓の長さを変えて蒸着速度の変化を測定した。その測定結果を図７に示す。この測定では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の搬送方向Ｘの長さＡを１ｃｍ、５ｃｍおよび８ｃｍとし、搬送方向Ｘに直交する方向の幅Ｂを３０ｃｍとした。また、蒸着材料１５として、ホール注入材料を用いた。
【００８５】
図７に示すように、蒸着窓１３の長さＡが大きくなるに従って蒸着速度が増加している。たとえば、基板１と蒸着源１６との間の距離を２０ｃｍに設定した場合、蒸着窓１３の長さＡを１ｃｍにすると蒸着速度は７Å／秒となり、蒸着窓１３の長さＡを５ｃｍにすると蒸着速度は２２Å／秒となり、蒸着窓１３の長さＡを８ｃｍにすると蒸着速度は４６Å／秒となる。
【００８６】
図７の結果から、遮蔽板１２の蒸着窓１３の長さＡを５ｃｍとすると、蒸着速度は２２Å／秒となるため、約４．６秒でホール注入材料が１００Å成膜する。したがって、図３（ｄ）の工程において、膜厚１００Åのホール注入層５を形成する場合、基板１が約４．６秒で５ｃｍ移動するように、移動機構１７による基板１の搬送速度を１１ｍｍ／秒に設定する。
【００８７】
上記のように、図１および図２の製造装置を用いて有機ＥＬ素子のホール注入層５、ホール輸送層６、電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃ、電子注入電極８および保護膜９を形成する場合、均一な膜厚を確保することができる。
【００８８】
また、基板１上にメタルマスク２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設置して電子輸送層７ａ，７ｂ，７ｃを形成する場合に、蒸着源１６から飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０ａ，２０ｂ，２０ｃにほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００８９】
さらに、蒸着源１６を基板１に近づけることができるので、蒸着層の成膜速度が向上し、成膜時間が短縮される。また、チャンバ１１が小型化されるので、チャンバ１１内を短時間で排気することができ、製造時間が短縮される。これらの結果、高スループット化が可能となる。
【００９０】
また、大きな面積を有する蒸着源を使用する必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００９１】
したがって、高集積化および高解像度化が図られ、フルカラー化が可能な安価な有機ＥＬ素子が得られる。
【００９２】
図８は本発明の他の実施例における有機発光素子の製造装置の模式的斜視図である。
【００９３】
図８の製造装置においては、遮蔽板１２の蒸着窓１３の下方に、複数の蒸着源１６ａが配設されている。各蒸着源１６ａは、長方形の加熱ホルダ１４ａおよび長方形の蒸着材料１５ａからなる。複数の蒸着源１６ａは、遮蔽板１２の蒸着窓１３に対向する領域に分散的に配置されている。本実施例では、複数の蒸着源１６ａが搬送方向Ｘに直交する方向に沿って配列されている。
【００９４】
本実施例では、複数の蒸着源１６ａが配置される領域の長さＣが、蒸着窓１３の長さＡと等しく設定される。また、複数の蒸着源１６ａが配置される領域の幅Ｄは、蒸着窓１３の幅Ｂとほぼ等しく設定されている。図８の製造装置のその他の部分の構成は、図１および図２の製造装置の構成と同様である。
【００９５】
本実施例の製造装置においては、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１に蒸着されつつ移動機構１７により基板１が蒸着窓１３に対して搬送方向Ｘに搬送されることにより、基板１の広い面積に蒸着層が形成される。
【００９６】
この場合、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通して基板１にほぼ垂直に入射するので、複数の蒸着源１６ａを基板１に近い位置に配置した場合でも、基板１上に均一な膜厚の蒸着層を形成することができる。したがって、複数の蒸着源１６ａを基板に近づけることにより、成膜速度を向上させることができ、成膜時間の短縮化による高スループット化が可能となる。
【００９７】
また、基板１にメタルマスク２０を設置した場合でも、複数の蒸着源１６ａから飛散した蒸着材料が遮蔽板１２の蒸着窓１３を通してメタルマスク２０にほぼ垂直に入射するので、成膜位置のずれおよび成膜面積のばらつきが生じない。
【００９８】
さらに、蒸着源１６ａを基板１に近づけることができるため、製造装置の小型化を図ることができる。したがって、チャンバ内を短時間で真空に排気することができ、製造時間が短縮される。また、大面積の蒸着源を使用する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００９９】
なお、上記実施例では、移動機構１７により基板１を移動させることにより基板１を蒸着窓１３に対して相対的に移動させているが、遮蔽板１２を移動させることにより基板１を蒸着窓１３に対して相対的に移動させてもよい。
【０１００】
また、上記実施例では、遮蔽板１２の蒸着窓１３の幅Ｂおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄを基板１の幅よりも大きく設定しているが、基板１上の一部の領域に蒸着する場合には、遮蔽板１２の蒸着窓１３の幅Ｂおよび蒸着源１６の蒸着材料１５の幅Ｄを蒸着領域の幅以上で基板１の幅Ｅよりも小さく設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における有機発光素子の製造装置の模式的断面図である。
【図２】図１の製造装置の模式的斜視図である。
【図３】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】図１の製造装置を用いた有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】図１の製造装置において基板と蒸着源との間の距離を変化させた場合のホール注入材料、ホール輸送材料および電子輸送材料の蒸着速度の変化の測定結果を示す図である。
【図７】図１の製造装置において遮蔽板の蒸着窓の長さを変えて蒸着速度の変化を測定した場合の測定結果を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例における有機発光素子の製造装置の模式的斜視図である。
【図９】有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】有機ＥＬ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】従来の有機発光素子の製造装置を示す模式的断面図である。
【図１２】フルカラーの有機ＥＬ素子において有機発光材料の塗り分けを行う場合の蒸着源、基板およびメタルマスクの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ 絶縁層
４ 隔壁分離層
５ ホール注入層
６ ホール輸送層
７ａ，７ｂ，７ｃ 電子輸送層
８ 電子注入電極
９ 保護膜
１０ 封止剤
１１ チャンバ
１２ 遮蔽板
１３ 蒸着窓
１４，１４ａ 加熱ホルダ
１５，１５ａ 蒸着材料
１６，１６ａ 蒸着源
１７ 移動機構
１８ 搬送ワイヤ
１９ 搬送ローラ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ メタルマスク
Claims (8)
- 基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも前記有機材料層をメタルマスクを用いた蒸着法により形成するための製造装置であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において前記開口部に対向する位置に蒸着源が配置され、前記遮蔽部材の他面側において、前記メタルマスクが設置された前記基板を前記開口部に対して相対的に第１の方向に移動させる移動機構が設けられたことを特徴とする有機発光素子の製造装置。
- 前記蒸着源は、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有することを特徴とする請求項１記載の有機発光素子の製造装置。
- 前記蒸着源は、前記第２の方向において前記基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に一体的に設けられたことを特徴とする請求項２記載の有機発光素子の製造装置。
- 前記蒸着源は、前記第２の方向において前記基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有する領域に分散的に設けられたことを特徴とする請求項２記載の有機発光素子の製造装置。
- 前記遮蔽部材の前記開口部は、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記基板上の蒸着領域の幅以上の幅を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機発光素子の製造装置。
- 基板上に第１の電極、有機材料層および第２の電極が積層された有機発光素子の少なくとも前記有機材料層をメタルマスクを用いた蒸着法により形成するための製造方法であって、開口部を有する遮蔽部材の一面側において前記開口部に対向する位置に配置された蒸着源から蒸着材料を蒸発させつつ、前記遮蔽部材の他面側において、前記メタルマスクが設置された前記基板を前記開口部に対して相対的に第１の方向に移動させることにより、前記基板上に蒸着層を形成することを特徴とする有機発光素子の製造方法。
- 前記第１の方向と直交する第２の方向における前記蒸着源の幅を、前記基板上の蒸着領域の幅以上に設定することを特徴とする請求項６記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記第１の方向と直交する第２の方向における前記遮蔽部材の前記開口部の幅を、前記基板上の蒸着領域の幅以上に設定することを特徴とする請求項６または７記載の有機発光素子の製造方法。
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