JP4515060B2 - 製造装置および有機化合物を含む層の作製方法 - Google Patents

製造装置および有機化合物を含む層の作製方法 Download PDF

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Description

本発明は蒸着により成膜可能な材料(以下、蒸着材料という)の成膜に用いられる成膜装置を備えた製造装置および該製造装置を用いた有機化合物を含む層を発光層とする発光装置、およびその作製方法に関する。特に、基板に対向して設けられた複数の蒸着源から蒸着材料を蒸発させて成膜を行う膜の作製方法(蒸着方法)、及び製造装置に関する。
近年、自発光型の発光素子としてEL素子を有した発光装置の研究が活発化している。この発光装置は有機ELディスプレイ、又は有機発光ダイオードとも呼ばれている。これらの発光装置は、動画表示に適した速い応答速度、低電圧、低消費電力駆動などの特徴を有しているため、新世代の携帯電話や携帯情報端末(PDA)をはじめ、次世代ディスプレイとして大きく注目されている。
有機化合物を含む層を発光層とするEL素子は、有機化合物を含む層(以下、EL層と記す)が陽極と、陰極との間に挟まれた構造を有し、陽極と陰極とに電界を加えることにより、EL層からルミネッセンス(Electro Luminescence)が発光する。またEL素子からの発光は、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とがある。
上記のEL層は「正孔輸送層/発光層/電子輸送層」に代表される積層構造を有している。また、EL層を形成するEL材料は低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料に大別され、低分子系材料は、蒸着装置を用いて成膜される。
従来の蒸着装置は基板ホルダに基板を設置し、EL材料、つまり蒸着材料を封入したルツボと、昇華するEL材料の上昇を防止するシャッターと、ルツボ内のEL材料を加熱するヒータとを有している。そして、ヒータにより加熱されたEL材料が昇華し、回転する基板に成膜される。このとき、均一に成膜を行うために、基板とルツボとの間の距離は1m以上離す必要がある。
これらの点から上記課題を解決する1つの手段として、本出願人は、蒸着装置(特許文献1、特許文献2)を提案している。
特開2001−247959号公報 特開2002−60926号公報
従来の蒸着装置や蒸着方法では、蒸着によりEL層を形成する場合、昇華したEL材料の殆どが蒸着装置の成膜室内の内壁、シャッターまたは防着シールド(蒸着材料が成膜室の内壁に付着することを防ぐための保護板)に付着してしまった。そのため、EL層の成膜時において、高価なEL材料の利用効率が約1%以下と極めて低く、発光装置の製造コストは非常に高価なものとなっていた。
また従来の蒸着装置は、均一な膜を得るため、基板と蒸着源との間隔を1m以上離す必要があった。そのため、蒸着装置自体が大型化し、蒸着装置の各成膜室の排気に要する時間も長時間となるため成膜速度が遅くなり、スループットが低下しまった。また、大面積基板になると、基板の中央部と周縁部とで膜厚が不均一になりやすい問題が生じる。さらに、蒸着装置は基板を回転させる構造であるため、大面積基板を目的とする蒸着装置には限界があった。
またEL材料は、酸素や水の存在により容易に酸化して劣化してしまう問題がある。しかし、蒸着法により成膜を行う際には、容器(ガラス瓶)に入れられた蒸着材料を所定の量取りだし、蒸着装置内での被膜形成物に対向させた位置に設置された容器(代表的にはルツボ、蒸着ボート)に移しかえており、この移しかえ作業において蒸着材料に、酸素や水、さらには不純物が混入する恐れがあった。
さらにガラス瓶から容器に移しかえる際に、例えば、グローブなどが備えられた成膜室の前処理室内で人間の手で行われていた。しかし、前処理室にグローブを備えた場合、真空とすることができず、大気圧で作業を行うこととなり、不純物の混入する可能性が高かった。例えば、窒素雰囲気とされた前処理室内で移しかえを行うとしても、水分や酸素を極力低減することは困難であった。またロボットを使用することも考えられるが、蒸発材料は粉状であるため、移しかえる作業を行うロボットの作製は非常に困難である。そのため、EL素子の形成、すなわち下部電極上にEL層を形成する工程から上部電極形成工程までの工程を、不純物混入を避けることが可能な一貫したクローズドシステムとすることは困難であった。
そこで本発明は、EL材料の利用効率を高め、且つ、EL層成膜の均一性やスループットの優れた製造装置の一つである蒸着装置及び蒸着方法を提供するものである。また本発明の蒸着装置及び蒸着方法により作製される発光装置およびその作製方法を提供するものである。
また本発明は、例えば、基板サイズが、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mmのような大面積基板に対して、効率よくEL材料を蒸着する製造装置を提供するものである。また、本発明は、大面積基板に対しても基板全面において均一な膜厚が得られる蒸着装置を提供するものである。
さらに本発明は、EL材料への不純物混入を避けることが可能な製造システムを提供する。
上記目的を達成するために本発明は、基板と蒸着源とが相対的に移動することを特徴とする蒸着装置を提供するものである。すなわち本発明は、蒸着室内において、蒸着材料が封入された容器を設置した蒸着源ホルダが、基板に対してあるピッチで移動することを特徴とする。本明細書では、移動する蒸着ホルダを備えた蒸着装置を有する製造装置をムービングセルクラスタ方式と呼ぶ。
また、一つの蒸着ホルダにはルツボを4個以上、好ましくは6個や8個、設置可能とする。即ち、蒸着源ホルダに備えられる有機化合物は必ずしも一つまたは一種である必要はなく、複数であってよい。例えば、ルツボAにホール輸送性を有する有機材料をセットし、ルツボBに発光層となる有機材料をセットし、ルツボCに電子輸送性を有する有機材料をセットし、ルツボDに陰極バッファとなる材料をセットすれば、同一チャンバー内でこれらの材料層を連続的に積層することができる。また、蒸着源ホルダに多くのルツボが設置できなくとも、設置室に多くのルツボを設置可能としておけば、ルツボを順次入れ替えて蒸着を行うことによって同一チャンバー内でこれらの材料層を連続的に積層することができる。
蒸着速度の遅い材料をスループットよく蒸着したい場合、同一の材料を複数のルツボに分けて充填し、同時に蒸着を行うことで蒸着する時間を短縮することができる。また、蒸着速度によって膜質が左右されるような材料を用いる場合にも、同一の材料を複数のルツボに分けて充填し、同時に蒸着を行うことで蒸着速度および膜質を変えることなく、所定の膜厚を得ることができる。また、異なる材料を複数のセルに分けて充填し、同時に蒸着を行うことによって、積層構造を有するEL層において各膜との界面に蒸着材料が混合された領域(混合領域)を形成することができる。
また、フルカラーの発光装置を作製する場合、例えば、一つ目のチャンバーでR用の蒸着マスクを用いて選択的にR用のホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を積層させ、二つ目のチャンバーでG用の蒸着マスクを用いて選択的にG用のホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を積層させ、三つ目のチャンバーでB用の蒸着マスクを用いて選択的にB用のホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を積層させることが好ましい。なお、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層の最適な膜厚は発光素子の発光色(R、G、B)によってそれぞれ異なるため、それぞれ順次積層させることが好ましい。
また、蒸着源ホルダに発光性の有機化合物として備えられている一種類の材料の他に、ドーパントとなりうる別の有機化合物(ドーパント材料)を一緒に備えておいても良い。蒸着させる有機化合物層として、ホスト材料と、ホスト材料よりも励起エネルギーが低い発光材料(ドーパント材料)とで構成し、ドーパントの励起エネルギーが、正孔輸送性領域の励起エネルギーおよび電子輸送層の励起エネルギーよりも低くなるように設計することが好ましい。このことにより、ドーパントの分子励起子の拡散を防ぎ、効果的にドーパントを発光させることができる。また、ドーパントがキャリアトラップ型の材料であれば、キャリアの再結合効率も高めることができる。また、三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料をドーパントとして混合領域に添加した場合も本発明に含めることとする。また、混合領域の形成においては、混合領域に濃度勾配をもたせてもよい。
さらに、一つの蒸着源ホルダに備えられる有機化合物を複数とする場合、互いの有機化合物が混ざりあうように蒸発する方向を被蒸着物の位置で交差するように斜めにすることが望ましい。傾き調節ネジで容器(ルツボ)を傾けることによって蒸着方向を適宜設定すればよい。また、共蒸着を行うため、蒸着源ホルダに、4種の蒸着材料(例えば、蒸着材料aとしてホスト材料2種類、蒸着材料bとしてドーパント材料2種類)を備えてもよい。
また、蒸着源ホルダは、水平を保ったまま、成膜室内をX方向またはY方向に移動可能な機構(代表的には2軸ステージ)が設けられている。ここでは蒸着源ホルダを二次元平面で蒸着源ホルダをジグザグに移動させる。また、蒸着源ホルダの移動ピッチも隔壁の間隔に適宜、合わせればよい。また、膜厚モニタも蒸着ホルダと一体化されて移動する。また、膜厚モニタで測定された値に従って蒸着源ホルダの移動速度も調節することで膜厚を均一にする。
例えば、蒸着源ホルダを30cm/分〜300cm/分でX方向またはY方向に移動させればよい。
また、本発明の蒸着装置においては、蒸着の際、基板と蒸着源ホルダとの間隔距離dを代表的には30cm以下、好ましくは20cm以下、さらに好ましくは5cm〜15cmに狭め、蒸着材料の利用効率及びスループットを格段に向上させている。
また、基板と蒸着源ホルダとの間隔距離dを代表的には30cm以下に狭めるため、蒸着マスクも加熱される恐れがある。従って、蒸着マスクは、熱によって変形されにくい低熱膨張率を有する金属材料(例えば、タングステン、タンタル、クロム、ニッケルもしくはモリブデンといった高融点金属もしくはこれらの元素を含む合金、ステンレス、インコネル、ハステロイといった材料)を用いることが望ましい。例えば、ニッケル42%、鉄58%の低熱膨張合金などが挙げられる。また、加熱される蒸着マスクを冷却するため、蒸着マスクに冷却媒体(冷却水、冷却ガス)を循環させる機構を備えてもよい。本発明は、蒸着源ホルダが移動するため、その移動速度が速ければ、蒸着マスクはほとんど加熱されず、熱によるマスクの変形が引き起こす成膜不良なども抑えることができる。
また、マスクに付着した蒸着物をクリーニングするため、プラズマ発生手段により、成膜室内にプラズマを発生させ、マスクに付着した蒸着物を気化させて成膜室外に排気することが好ましい。従って、成膜室はAr、H、F、NF3、またはOから選ばれた一種または複数種のガスを導入するガス導入手段と、気化させた蒸着物を排気する手段とを備えている。また、マスクに別途電極を設け、いずれか一方に高周波電源が接続されている。以上により、マスクは導電性材料で形成されることが好ましい。例えば、基板シャッターを電極として、Arのガス流量30sccm、H2ガス30sccm、RFパワー800Wとして、基板シャッターとマスクとの間にプラズマを発生させることによってマスクに損傷なくクリーニングをすることができる。また、上記構成により、メンテナンス時に成膜室内を大気にふれることなくクリーニングすることが可能となる。また、成膜室には、マスクのみを簡便にプラズマクリーニングする手段と、チャンバー全体を強力にプラズマクリーニングする手段とを両方備えておくことが好ましい。
また、上記蒸着装置において、蒸着源ホルダは、容器(代表的にはルツボ)と、容器の外側に均熱部材を介して配設されたヒータと、このヒータの外側に設けられた断熱層と、これらを収納した外筒と、外筒の外側に旋回された冷却パイプと、ルツボの開口部を含む外筒の開口部を開閉する蒸着シャッターと、膜厚センサーから構成されている。なお、該ヒータが容器に固定された状態で搬送できる容器であってもよい。また容器とは、耐熱性金属(Tiなど)、BNの焼結体、BNとAlNの複合焼結体、石英、またはグラファイトなどの材料で形成された、高温、高圧、減圧に耐えうるものとなっている。
本明細書で開示する製造装置に関する発明の構成は、
ロード室、該ロード室に連結された搬送室、及び該搬送室に連結された複数の成膜室と、該成膜室に連結された設置室を有する製造装置であって、
前記複数の成膜室は、前記成膜室内を真空にする第1の真空排気処理室と連結され、マスクと基板の位置あわせを行うアライメント手段と、基板保持手段と、前記蒸着源ホルダを移動させる手段と、前記蒸着源ホルダは蒸着材料が封入された容器と、前記容器を加熱する手段と、前記容器上に設けられたシャッターと、を有し、
前記設置室は、前記設置室内を真空にする第2の真空排気処理室と連結され、前記設置室には容器を加熱する手段と、前記成膜室内の前記蒸着源ホルダに前記容器を搬送する手段とを有することを特徴とする製造装置である。
また、成膜室には一つの蒸着源ホルダのみを設けてもよいし、複数の蒸着源ホルダを設けてもよい。なお、複数の蒸着源ホルダが移動を開始するタイミングは、前の蒸着源ホルダが停止した後でもよいし、停止する前であってもよい。例えば、蒸着ホルダAにホール輸送性を有する有機材料をセットし、蒸着ホルダBに発光層となる有機材料をセットし、蒸着ホルダCに電子輸送性を有する有機材料をセットし、蒸着ホルダDに陰極バッファとなる材料をセットすれば、同一チャンバー内でこれらの材料層を連続的に積層することができる。また、蒸着された膜が固化する前に、次の蒸着源ホルダの移動を開始する場合、積層構造を有するEL層において、各膜との界面に蒸着材料が混合された領域(混合領域)を形成することができる。
また、基板と蒸着源ホルダとが相対的に移動することにより、基板と蒸着源ホルダとの距離を長く設ける必要なく装置の小型化を達成できる。また、蒸着装置が小型となるため、昇華した蒸着材料が成膜室内の内壁、または防着シールドへ付着することが低減され、蒸着材料を無駄なく利用することができる。さらに本発明の蒸着方法において、基板を回転させる必要がないため、大面積基板に対応可能な蒸着装置を提供することができる。また、蒸着源ホルダが基板に対してX軸方向及びY軸方向に移動することにより、蒸着膜を均一に成膜することが可能となる。また、蒸着源ホルダが移動するため、蒸着マスクがほとんど加熱されず、熱によるマスクの変形が引き起こす成膜不良なども抑えることができる。
また、図3にその一例を示すように、容器をヒーターから浮かすことで蒸着をストップさせるようにするとシャッターを用いることなく蒸着を制御することができる。例えば、石英、セラミックなどからなる上昇ピンによって、ヒーターから容器を浮かして非接触として冷却させる。容器を上昇ピンなどで浮かせて冷却させる場合には、放熱性のよい金属材料を用い、薄い壁を有する容器(ルツボ)とすればよい。なお、図3(A)は2個のセルの断面を示した図であり、一方だけ蒸着を行っている状態を示している。また、図3(B)は両方蒸着を行っている状態を示している。
また、本明細書で開示する製造装置に関する発明の構成は、
ロード室、該ロード室に連結された搬送室、及び該搬送室に連結された複数の成膜室と、該成膜室に連結された設置室を有する製造装置であって、
前記複数の成膜室は、前記成膜室内を真空にする第1の真空排気処理室と連結され、マスクと基板の位置あわせを行うアライメント手段と、基板保持手段と、前記蒸着源ホルダを移動させる手段と、前記蒸着源ホルダは蒸着材料が封入された容器と、前記容器を加熱する手段と、前記容器を前記蒸着源ホルダから浮かすことで冷却する手段と、を有し、
前記設置室は、前記設置室内を真空にする第2の真空排気処理室と連結され、前記設置室には容器を加熱する手段と、前記成膜室内の前記蒸着源ホルダに前記容器を搬送する手段とを有することを特徴とする製造装置である。
また、非発光領域が拡大するシュリンクの主原因が、吸着水分も含めた微量な水分が有機化合物を含む層に達することであるため、TFTを備えたアクティブマトリクス基板上に有機化合物を含む層を形成する直前に、アクティブマトリクス基板に内在する水分(吸着水分を含む)を除去することが望ましい。
また、平板ヒータ(代表的にはシースヒータ)を用いて、複数の基板を均一に加熱する加熱室を設け、有機化合物を含む層を形成する前に100℃〜250℃の真空加熱を行うことによって、シュリンクの発生防止または低減を行うことができる。特に、層間絶縁膜や隔壁の材料として有機樹脂膜を用いた場合、有機樹脂材料によっては水分を吸着しやすく、さらに脱ガスが発生する恐れがあるため、有機化合物を含む層を形成する前に100℃〜250℃の真空加熱を行うことは有効である。
上記各構成において、前記搬送室には、平板ヒーターが間隔を開けて複数重ねて配置され、複数の基板を真空加熱することができる処理室が連結していることを特徴としている。平板ヒーターによって均一に基板を真空加熱して基板に吸着している水分を除去することによって、シュリンクの発生防止または低減を行うことができる。
また、上記各構成において、前記蒸着源ホルダを移動させる手段は前記蒸着源ホルダをあるピッチでX軸方向に移動させ、且つ、あるピッチでY軸方向に移動させる機能を有していることを特徴としている。本発明の蒸着方法において、基板を回転させる必要がないため、大面積基板に対応可能な蒸着装置を提供することができる。また、蒸着源ホルダが基板に対してX軸方向及びY軸方向に移動することにより、蒸着膜を均一に成膜することが可能となる。
また、膜厚を均一にするため、基板周縁部で蒸着ホルダを回転させることが好ましい。また、昇華した蒸着材料の端(すそ)が重なる(オーバーラップさせる)ように、蒸着源ホルダをあるピッチで移動させると好ましい。
また、蒸着させるEL材料や金属材料に対して、酸素や水等の不純物が混入する恐れのある主な過程を挙げた場合、蒸着前にEL材料を成膜室にセットする過程、蒸着過程などが考えられる。
また、通常、EL材料を保存する容器は、褐色のガラス瓶に入れられ、プラスチック製の蓋(キャップ)で閉められている。このEL材料を保存する容器の密閉度が不十分であることも考えられる。
従来、蒸着法により成膜を行う際には、容器(ガラス瓶)に入れられた蒸発材料を所定の量取りだし、蒸着装置内での被膜形成物に対向させた位置に設置された容器(代表的にはルツボ、蒸着ボート)に移しかえているが、この移しかえ作業において不純物が混入する恐れがある。すなわち、EL素子の劣化原因の一つである酸素や水及びその他の不純物が混入する可能性がある。
ガラス瓶から容器に移しかえる際には、例えば、蒸着装置にグローブなどが備えられた前処理室内で人間の手で行うことが考えられる。しかし、前処理室にグローブを備えた場合、真空にすることができず、大気圧で作業を行うこととなり、たとえ窒素雰囲気で行うとしても前処理室内の水分や酸素を極力低減することは困難であった。ロボットを使用することも考えられるが、蒸発材料は粉状であるので、移しかえするロボットを作製することは困難である。従って、下部電極上にEL層を形成する工程から上部電極形成工程までの工程を全自動化し、不純物混入を避けることが可能な一貫したクローズドシステムとすることを困難していた。
そこで、本発明では、EL材料を保存する容器として従来の容器、代表的には褐色のガラス瓶等を使用せず、蒸着装置に設置される予定の容器にEL材料や金属材料を真空封止して直接収納し、搬送後に蒸着を行う製造システムとし、高純度な蒸着材料への不純物混入防止を実現するものである。また、EL材料の蒸着材料を直接収納する際、得られた蒸着材料を分けて収納するのではなく、蒸着装置に設置される予定の容器(ルツボ)内に直接昇華精製を行ってもよい。本発明により、今後のさらなる蒸着材料の超高純度化への対応を可能とする。また、蒸着装置に設置される予定の容器に金属材料を直接収納し、加熱抵抗により蒸着を行ってもよい。
搬送する容器の形態について図4(A)を用いて具体的に説明する。搬送に用いる上部(721a)と下部(721b)に分かれる第2の容器は、第2の容器の上部に設けられた第1の容器を固定するための固定手段706と、固定手段に加圧するためのバネ705と、第2の容器の下部に設けられた第2の容器を減圧保持するためガス経路となるガス導入口708と、上部容器721aと下部容器721bとを固定するOリングと、留め具702と有している。この第2の容器内には、精製された蒸着材料が封入された第1の容器701が設置されている。なお、第2の容器はステンレスを含む材料で形成され、第1の容器701はチタンを有する材料で形成するとよい。
材料メーカーにおいて、第1の容器701に精製した蒸着材料を封入する。そして、Oリングを介して第2の上部721aと下部721bとを合わせ、留め具702で上部容器721aと下部容器721bとを固定し、第2の容器内に第1の容器701を密閉する。その後、ガス導入口708を介して第2の容器内を減圧し、更に窒素雰囲気に置換し、バネ705を調節して固定手段706により第1の容器701を固定する。なお、第2の容器内に乾燥剤を設置してもよい。このように第2の容器内を真空や減圧、窒素雰囲気に保持すると、蒸着材料へのわずかな酸素や水の付着でさえも防止することができる。
この状態で発光装置メーカーへ搬送され、第1の容器701を蒸着室へ設置する。その後、加熱により蒸着材料は昇華し、蒸着膜の成膜が行われる。
また、その他の部品、例えば膜厚モニタ(水晶振動子など)、シャッターなども同様にして大気にふれることなく搬送し、蒸着装置内に設置することが好ましい。
上記蒸着装置に設置する容器に蒸着材料を直接収納する作業は、蒸着装置を使用する発光装置メーカーが蒸着材料を作製、または販売している材料メーカーに依頼することが望ましい。発光装置メーカーと材料メーカーが連携して不純物混入の低減に努めることによって、材料メーカーで得られる極めて高い純度のEL材料を維持し、そのまま純度を落とすことなく発光装置メーカーで蒸着を行うことができる。
また、いくら高純度なEL材料を材料メーカーで提供されても、発光装置メーカーで従来の移しかえの作業があるかぎり不純物混入の恐れが存在し、EL材料の純度を維持することができず、純度に限界があった。
上記課題を踏まえ、本発明では、大気にふれることなく容器内に真空封止されたルツボ(蒸着材料が充填されている)を容器から取り出し、蒸着ホルダにルツボをセットするための設置室が成膜室に連結されており、大気にふれることなく設置室から搬送ロボットでルツボを搬送する。設置室にも真空排気手段を設け、さらにルツボを加熱する手段も設けることが好ましい。
図4(A)および図4(B)を用いて、第2の容器721a、721bに密閉されて搬送される第1の容器701を成膜室へ設置する機構を説明する。
図4(A)は、第1の容器が収納された第2の容器721a、721bを載せる回転台707と、第1の容器を搬送するための搬送機構と、持ち上げ機構711とを有する設置室705の断面が記載されている。また、設置室は成膜室と隣り合うように配置され、ガス導入口を介して雰囲気を制御する手段により設置室の雰囲気を制御することが可能である。なお、本発明の搬送機構は、図4(B)に記載されるように第1の容器701の上方から、該第1の容器を挟んで(つまんで)搬送する構成に限定されるものではなく、第1の容器の側面を挟んで搬送する構成でも構わない。
このような設置室内に、留め具702を外した状態で第2の容器を回転設置台713上に配置する。内部は真空状態であるので留め具702を外しても取れない。次いで、雰囲気を制御する手段により、設置室内を減圧状態とする。設置室内の圧力と第2の容器内の圧力とが等しくなるとき、容易に第2の容器は開封できる状態となる。そして持ち上げ機構711により第2の容器の上部721aを取り外し、回転設置台713が回転軸712を軸として回転することによって第2の容器の下部および第1の容器を移動させる。そして、第1の容器701を搬送機構により蒸着室へ搬送して第1の容器701を蒸着源ホルダ(図示しない)に設置する。
その後、蒸着源ホルダに設けられた加熱手段により、蒸着材料は昇華され、成膜が開始される。この成膜時に、蒸着源ホルダに設けられたシャッター(図示しない)が開くと、昇華した蒸着材料は基板の方向へ飛散し、基板に蒸着され、発光層(正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層を含む)が形成される。
そして、蒸着が完了した後、蒸着源ホルダから第1の容器を持ち上げ、設置室に搬送して、回転設置台713に設置された第2の容器の下部容器(図示しない)に載せられ、上部容器721aにより密閉される。このとき、第1の容器と、上部容器と、下部容器とは、搬送された組み合わせで密閉することが好ましい。この状態で、設置室を大気圧とし、第2の容器を設置室から取り出し、留め具702を固定して材料メーカーへ搬送される。
また、第1の容器911を複数設置可能な設置室の例を図5に示す。図5(A)において、設置室905には、第1の容器911または第2の容器912を複数載せることができる回転台907と、第1の容器を搬送するための搬送機構902bと、持ち上げ機構902aとを有し、成膜室906には蒸着源ホルダ903と、蒸着ホルダを移動させる機構(ここでは図示しない)とを有している。図5(A)は上面図を示し、図5(B)には設置室内の斜視図を示している。また、設置室905は成膜室906と隣り合うようにゲート弁900を介して配置され、ガス導入口を介して雰囲気を制御する手段により設置室の雰囲気を制御することが可能である。なお図示しないが、取り外した上部(第2の容器)912を配置する箇所は別途設けられる。
或いは、成膜室に連結した前処理室(設置室)にロボットを備え、蒸着源ごと成膜室から前処理室に移動させ、前処理室で蒸着源に蒸着材料をセットしてもよい。即ち、蒸着源が前処理室まで移動する製造装置としてもよい。こうすることによって、成膜室の洗浄度を保ったまま、蒸着源をセットすることができる。
また、本発明は、図8に示すように、複数の成膜室を備えたマルチチャンバー型の製造装置において、第1の基板に蒸着する第1の成膜室と、第2の基板に蒸着する第2の成膜室とを有し、それぞれの成膜室では複数の有機化合物層を並行(並列)して積層することによって基板1枚当りの処理時間を短縮してもよい。即ち、搬送室から第1の基板を第1の成膜室に搬入した後、第1の基板上に蒸着を行っている間に、搬送室から第2の基板を第2の成膜室に搬入して第2の基板上に蒸着を行う。
図8においては、搬送室1004aに成膜室が6つ設けられているため、6枚の基板をそれぞれの成膜室に搬入し、順次、並行して蒸着を行うことが可能である。また、メンテナンスしている間でも製造ラインを一時停止することなく、他の成膜室で順次、蒸着を行うことができる。
また、本発明である有機化合物を含む層を形成する蒸着の手順の一例としては、まず、設置室にルツボを真空封止している容器をセットし、設置室内を真空排気した後、容器からルツボを取り出す。次いで、加熱を行いルツボの温度Tまで上げておくが、真空度が蒸着時の真空度よりも低くして設置室で蒸着が開始しないようにすることで制御する。次いで、加熱されたルツボを設置室から蒸着室へ搬送する。蒸着室にある蒸着ホルダは予め加熱されており、ルツボをセットし、真空度をさらに上げることで蒸着が開始される。蒸着ホルダはX方向またはY方向に移動することができ、固定されている基板に対して均一に成膜することができる。予め加熱しておくことでルツボを加熱に要する時間が短縮できる。
本明細書で開示する有機化合物を含む層の作製方法に関する発明の構成は、
有機化合物を含む層の作製方法であって、
有機化合物を含む材料が充填された容器を設置室に設置する工程と、
設置室を真空排気する工程と、
設置室で容器を温度Tまで加熱する工程と、
予め温度Tまで加熱された蒸着ホルダに加熱された前記容器を搬送する工程と、
基板を成膜室に搬入する工程と、
容器を温度Tに維持したまま設置室よりも成膜室内の真空度を上げて基板に蒸着を行う工程と、
基板を搬送する工程と、を有することを特徴とする有機化合物を含む層の作製方法である。
さらに、本発明においては、有機化合物を含む層に水分が侵入することを防ぐため、大気に触れることなく、有機化合物を含む層の形成から封止するまでの工程を行うことが好ましい。
また、上記蒸着装置を用いてRGBの発光層をそれぞれ形成する際、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層のうち、いずれか一つを異なるマスクで形成するとエッジ部でずれが生じやすくエッジ部において抵抗値が変化する。また、図21に示すようにエッジ部がギザギザになりやすい。エッジ部そのものは発光領域とならないものの発光素子の駆動電圧上昇を招いたり、隣あう画素の層と接した場所はショートの原因となりうる。本発明では基板と蒸着源との間隔が20cm以下、さらに好ましくは5cm〜15cmに狭めており、且つ、同一のマスクでホール注入層、ホール輸送層、発光層、または電子輸送層を蒸着するためにエッジ部が一致しやすく、隣あう画素とも接しないようにすることができる。蒸着させる材料、蒸着速度によっては、マスクの回り込み量が異なるため、複数の層を積層する場合には下層となる層の端部を覆うように成膜することが好ましい。
また、上記製造装置を用いて形成された発光素子も本発明の一つである。本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に陰極と、該陰極に接する有機化合物を含む積層と、該有機化合物を含む積層に接する陽極とを有する発光素子を備えた発光装置であって、
有機化合物を含む積層において、少なくとも2層以上の端面が一致しており、
前記発光素子は、第1の無機絶縁膜と、吸湿性、且つ、透明性を有する膜と、第2の無機絶縁膜との積層で覆われていることを特徴とする発光装置である。
また、本明細書で開示する発明の他の構成は、
絶縁表面を有する基板上に陰極と、該陰極に接する有機化合物を含む積層と、該有機化合物を含む積層に接する陽極とを有する発光素子を備えた発光装置であって、
有機化合物を含む積層のうち、下層の端面を覆うように上層が設けられており、
前記発光素子は、第1の無機絶縁膜と、吸湿性、且つ、透明性を有する膜と、第2の無機絶縁膜との積層で覆われていることを特徴とする発光装置である。
また、上記各構成において、前記吸湿性、且つ、透明性を有する膜は、前記第1の無機絶縁膜または前記第2の無機絶縁膜よりも応力が小さいことを特徴としており、前記第1の無機絶縁膜及び前記第2の無機絶縁膜の応力を緩和する効果を有している。
また、上記各構成において、前記第1の無機絶縁膜または前記第2の無機絶縁膜は、スパッタ法またはCVD法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、DLC膜、CN膜、またはこれらの積層であることを特徴としている。中でも、前記第1の無機絶縁膜または前記第2の無機絶縁膜は、シリコンをターゲットとした高周波スパッタリング法により成膜される窒化珪素膜とすることが望ましい。
また、シリコンターゲットを用いたRFスパッタ法により得られる緻密な窒化珪素膜は、ナトリウム、リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属がTFTを汚染してしきい値電圧の変動等を効果的に防ぎ、且つ、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。また、ブロッキング効果を高めるために、窒化珪素膜中における酸素及び水素含有量は10原子%以下、好ましくは1原子%以下とすることが望ましい。
具体的なスパッタ条件は、窒素ガスまたは窒素と希ガスの混合ガスを用い、圧力を0.1〜1.5Pa、周波数を13MHz〜40MHz、電力を5〜20W/cm2、基板温度を室温〜350℃、シリコンターゲット(1〜10Ωcm)と基板との距離を40mm〜200mm、背圧を1×10-3Pa以下とする。さらに基板裏面に加熱された希ガスを吹き付けてもよい。例えば、流量比をAr:N2=20sccm:20sccmとし、圧力を0.8Pa、周波数を13.56MHz、電力を16.5W/cm2、基板温度を200℃、シリコンターゲットと基板との距離を60mm、背圧を3×10-5Paとして得られた緻密な窒化珪素膜は、エッチング速度(LAL500を用いて20℃でエッチングした際のエッチング速度をいう。以下、同じ。)が9nm以下(好ましくは、0.5〜3.5nm以下)と遅く、水素濃度が1×1021atoms/cm-3以下(好ましくは、5×1020atoms/cm-3以下)と低いという特徴を有している。なお、「LAL500」とは、橋本化成株式会社製「LAL500 SAバッファードフッ酸」であり、NH4HF2(7.13%)とNH4F(15.4%)の水溶液である。
また、上記スパッタ法による窒化珪素膜の比誘電室は7.02〜9.3、屈折率は1.91〜2.13、内部応力は4.17×108dyn/cm2、エッチング速度は0.77〜1.31nm/minである。また、内部応力は、圧縮応力か引っ張り応力かで数値の正負の符号が変わるが、ここでは絶対値のみを取り扱う。また、上記スパッタ法による窒化珪素膜のRBSにより得られるSi濃度は37.3atomic%、N濃度は55.9atomic%である。また、上記スパッタ法による窒化珪素膜のSIMSによる水素濃度は4×1020atoms/cm-3、酸素濃度は8×1020atoms/cm-3、炭素濃度は、1×1019atoms/cm-3である。また、上記スパッタ法による窒化珪素膜は可視光域において80%以上の透過率を有している。
また、上記各構成において、前記炭素を主成分とする薄膜は、膜厚3〜50nmのダイヤモンドライクカーボン膜(DLC膜とも呼ばれる)、CN膜、またはアモルファスカーボン膜である。DLC(Diamond like Carbon)膜は短距離秩序的には炭素間の結合として、SP3結合をもっているが、マクロ的にはアモルファス状の構造となっている。DLC膜の組成は炭素が70〜95原子%、水素が5〜30原子%であり、非常に硬く絶縁性に優れている。加えて、DLC膜は、化学的に安定で変化しにくい薄膜である。また、DLC膜の熱伝導率は200〜600W/m・Kであり、駆動時に発生する発熱を放熱させることができる。このようなDLC膜は、水蒸気や酸素などのガス透過率が低いという特徴もある。また、微少硬度計による測定で、15〜25GPaの硬度を有することが知られている。
DLC膜はプラズマCVD法(代表的には、RFプラズマCVD法、マイクロ波CVD法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)CVD法、熱フィラメントCVD法など)、燃焼炎法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法、レーザー蒸着法などで形成することができる。いずれの成膜方法を用いても、密着性良くDLC膜を形成することができる。DLC膜は基板をカソードに設置して成膜する。または、負のバイアスを印加して、イオン衝撃をある程度利用して緻密で硬質な膜を形成できる。
DLC膜の成膜に用いる反応ガスは、水素ガスと、炭化水素系のガス(例えばCH4、C22、C66など)とを用い、グロー放電によりイオン化し、負の自己バイアスがかかったカソードにイオンを加速衝突させて成膜する。こうすることにより、緻密で平滑なDLC膜を得ることができる。なお、このDLC膜は、可視光に対して透明もしくは半透明な絶縁膜である。本明細書において、可視光に対して透明とは可視光の透過率が80〜100%であることを指し、可視光に対して半透明とは可視光の透過率が50〜80%であることを指す。
また、CN膜の成膜に用いる反応ガスは、窒素ガスと、炭化水素系のガス(例えばC22、C24など)とを用いればよい。
また、上記各構成において、前記吸湿性、且つ、透明性を有する膜は、蒸着法により得られる材料膜であることを特徴としている。例えば、MgO、SrO2、SrO、CaF2、CaNなどの合金膜、またはα―NPD(4,4'-ビス-[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル)、BCP(バソキュプロイン)、MTDATA(4,4',4"-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニル-アミノ)トリフェニルアミン)、Alq3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体)などの有機化合物を含む材料膜を用いればよい。従って、前記吸湿性、且つ、透明性を有する膜は、前記陰極と前記陽極とで挟まれた有機化合物を含む層を構成する多層のうち、少なくとも一層と同一材料となる場合がある。
また、前記吸湿性、且つ、透明性を有する膜は、塗布法(インクジェット法やスピンコート法)により得られる有機化合物を含む高分子材料膜としてもよい。例えば、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体(PEDOT)等を用いればよい。
また、本発明は、陰極/第1の無機絶縁膜/吸湿性、且つ、透明性を有する膜/第2の無機絶縁膜とする積層に限定されず、例えば、陰極/吸湿性、且つ、透明性を有する膜/第1の無機絶縁膜/吸湿性、且つ、透明性を有する膜/第2の無機絶縁膜としてもよいし、陰極/第1の無機絶縁膜/吸湿性、且つ、透明性を有する膜/第2の無機絶縁膜/吸湿性、且つ、透明性を有する膜/第3の無機絶縁膜としてさらに多層化してもよい。
また、上記各構成において、アクティブマトリクス型の発光装置とする場合、前記第1の基板上には発光素子と、該発光素子と接続するTFTが設けられている。
また、上記説明では、代表的な例として陰極と陽極との間に配置する有機化合物を含む層として、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の3層を積層する例を示したが、特に限定されず、陽極上に正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層、または正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層の順に積層する構造や、二層構造や単層構造でも良い。発光層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。また、発光層としては正孔輸送性を有する発光層や電子輸送性を有する発光層などもある。また、これらの層は、全て低分子系の材料を用いて形成しても良いし、そのうちの1層またはいくつかの層は高分子系の材料を用いて形成しても良い。なお、本明細書において、陰極と陽極との間に設けられる全ての層を総称して有機化合物を含む層(EL層)という。したがって、上記正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層は、全てEL層に含まれる。また、有機化合物を含む層(EL層)は、シリコンなどの無機材料をも含んでいてもよい。
なお、発光素子(EL素子)は、電場を加えることで発生するルミネッセンス(Electro Luminescence)が得られる有機化合物を含む層(以下、EL層と記す)と、陽極と、陰極とを有する。有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とがあるが、本発明により作製される発光装置は、どちらの発光を用いた場合にも適用可能である。
また、本発明の発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
また、本明細書中では、陰極、EL層及び陽極で形成される発光素子をEL素子といい、これには、互いに直交するように設けられた2種類のストライプ状電極の間にEL層を形成する方式(単純マトリクス方式)、又はTFTに接続されマトリクス状に配列された画素電極と対向電極との間にEL層を形成する方式(アクティブマトリクス方式)の2種類がある。本発明は、単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式の両方に適用することができる。
本発明により、基板を回転させる必要がないため、大面積基板に対応可能な蒸着装置を提供することができる。また、大面積基板を用いても均一な膜厚を得ることのできる蒸着装置を提供することができる。
また、本発明により、蒸着材料を複数のルツボに分けて充填し、同時に蒸着を行うことで蒸着する時間を短縮することができる。また、本発明により、シャッターがなくとも蒸着の制御を可能とすることができる。
また、本発明により、基板と蒸着源ホルダとの距離を短くでき、蒸着装置の小型化を達成することができる。そして、蒸着装置が小型となるため、昇華した蒸着材料が成膜室内の内壁、または防着シールドへ付着することが低減され、蒸着材料を有効利用することができる。
また、本発明は、蒸着処理を行う複数の成膜室が連続して配置された製造装置を提供できる。このように、複数の成膜室において並列処理を行うと、発光装置のスループットが向上される。
さらに本発明は、蒸着材料が封入された容器や膜厚モニタなどを、大気に曝すことなく蒸着装置に連結した設置室から搬送することを可能とする製造システムを提供することができる。
本発明の実施形態について、以下に説明する。
(実施の形態1)
ここでは成膜室内をX方向またはY方向に移動させる蒸着ホルダを図1に説明する。
図1(A)は6個の容器(ルツボ)202を備えた蒸着ホルダ204の上面図、図1(B)は蒸着ホルダ204の断面図を示している。6個の容器202にそれぞれ膜厚モニタ201を設けており、基板201に対して一方の容器を傾き調節ネジ205によって傾けて設置している。傾き調節ネジ205は、膜厚モニタ201と同様にそれぞれ設けられ、ヒーター203ごと傾けることができる。ここでは加熱手段としてヒーター203を用いており、抵抗加熱法で蒸着を行う。
また、スライド式のシャッター(図示しない)を設け、蒸着を制御してもよい。例えば、蒸着ホルダが移動して基板201の下方に蒸着ホルダがない場合には、シャッターで閉じれば蒸着をストップさせることができる。
このような蒸着源ホルダ204を移動機構206(代表的には2軸ステージ)により二次元平面で成膜室内をX方向またはY方向に移動させる。
また、図1では6個の容器を備えた蒸着ホルダを例に説明したが、特に限定されず、6個以上の容器を備えた蒸着ホルダとしてもよい。図2(A)に8個の容器を備えた蒸着ホルダの上面図を示す。
蒸着速度の遅い材料をスループットよく蒸着したい場合、同一の材料を複数のルツボに分けて充填し、同時に蒸着を行うことで蒸着する時間を短縮することができる。また、蒸着速度によって膜質が左右されるような材料を用いる場合にも、同一の材料を複数のルツボに分けて充填し、同時に蒸着を行うことで蒸着速度および膜質を変えることなく、所定の膜厚を得ることができる。
また、図2(B)に材料充填の一例を示す模式図を示す。図2(B)では、8個のルツボのうち、2個はホール輸送層(HTL)となる材料とし、4個は、発光層(EML)となる材料とし、残りの2個は電子輸送層(ETL)となる材料としている。この場合、まず、2個の容器を加熱してホール輸送層(HTL)となる材料を蒸着し、次いで4個の容器を加熱して発光層(EML)となる材料を蒸着し、次いで2個の容器を加熱して電子輸送層(ETL)となる材料を蒸着して順次積層させればよい。蒸着させる発光層として、ホスト材料と、ホスト材料よりも励起エネルギーが低い発光材料(ドーパント材料)とで構成する場合には、
4個の容器にそれぞれ対角に2種類の材料を配置することが好ましい。
上記成膜室を備えたマルチチャンバー方式の製造装置(一例を図7に示す)は、有機化合物を含む層に水分が侵入することを防ぎ、大気に触れることなく、有機化合物を含む層の形成から封止するまでの工程を行うことを可能とすることができる。
(実施の形態2)
ここでは、シャッターレスとした蒸着ホルダの例を図3に示す。
図3(A)は、蒸着ホルダ300の断面図を示しており、2つの容器302のうち、片方のみを蒸着させている様子を示している。シャッターで蒸着を制御するのではなく、ルツボ302を上昇ピン301でヒーターと非接触とすることによって冷却させ、蒸着をストップさせる。
ヒーターの電源をオフさせても熱はなかなか放熱されず、材料が加熱されつづけるため、シャッターで閉じても蒸着が続行されるため、シャッターに蒸着してシャッターが固着して動かなくなるという問題があった。
上記問題は、図3(A)に示す上昇ピン301により解決することができる。上昇ピン301でヒーターと非接触とするため、容器302は開口部の面積が底部の面積よりも大きくなるような断面構造とし、容器302の形状に合わせてヒーターの形状も変えてある。このような形状とすることで僅かに上昇ピンを上昇させるだけで互いに非接触とすることができる。上昇ピン301は熱伝導性の低い材料、例えば石英、セラミックなどで形成すればよく、さらに容器(ルツボ)302の材料も熱伝導性の高い材料、例えばチタンを用いて放熱しやすいものとすることが好ましい。また、容器(ルツボ)302の内壁と外壁との厚さを薄くして放熱しやすいものとしてもよい。
また、上昇ピン301を下降させると、図3(B)の状態となり、2つの容器から蒸着される。従って、ヒーターを加熱したままの状態でも蒸着の制御が可能となる。ヒーターの電源をオンにして所定の温度まで到達させるにも時間がかかっていたが、本発明により、シャッターを用いることなく上昇ピンのみで蒸着を制御することができ、スループットが向上する。
また、本実施の形態は、実施の形態1と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態3)
ここでは1枚の基板を成膜する毎にクリーニングを行うフローを図6(A)に示す。
まず、成膜室に搬入する前に蒸着源を加熱しておき、次いで基板を搬入して蒸着を開始する。蒸着の際には蒸着マスクを用い、ホール輸送層(HTL)となる材料を蒸着し、次いで発光層(EML)となる材料を蒸着し、次いで電子輸送層(ETL)となる材料を蒸着して順次積層させればよい。単色発光素子を形成する場合には、1枚の蒸着マスクで形成することができる。次いで、蒸着した基板を搬出する。また、基板搬出後、蒸着マスクに付着した蒸着物をクリーニングするため、プラズマ発生手段により、成膜室内にプラズマを発生させ、マスクに付着した蒸着物を気化させて成膜室外に排気する。
最後に、次の基板を搬入する前に蒸着源を加熱しておく。ここまでのフローが図6(A)に示してある。
また、フルカラーの発光素子を形成する場合において、1枚の基板を成膜する毎にクリーニングを行うフローを図6(B)に示す。
図6(B)では一つの成膜室でR、G、Bの発光層を形成する例を示す。
まず、成膜室に搬入する前に蒸着源を加熱しておき、次いで基板を搬入して蒸着を開始する。蒸着の際には蒸着マスク(1枚目)を用い、ホール輸送層(HTL)となる材料を蒸着し、次いで赤色の発光層(EML)となる材料を蒸着し、次いで電子輸送層(ETL)となる材料を蒸着して順次積層させればよい。次いで、蒸着した基板を搬出する。また、基板搬出後、蒸着室内に付着した蒸着物をクリーニングするため、プラズマ発生手段により、成膜室内にプラズマを発生させ、内壁に付着した蒸着物を気化させて成膜室外に排気する。
次いで、発光層(R)が蒸着された基板を成膜室に搬入する。なお、基板を搬入する前に蒸着源を加熱しておく。次いで、蒸着マスク(2枚目)を用い、ホール輸送層(HTL)となる材料を蒸着し、次いで緑色の発光層(EML)となる材料を蒸着し、次いで電子輸送層(ETL)となる材料を蒸着して順次積層させればよい。次いで、蒸着した基板を搬出する。また、基板搬出後、蒸着室内に付着した蒸着物をクリーニングする。
次いで、発光層(R)と発光層(G)が蒸着された基板を成膜室に搬入する。なお、基板を搬入する前に蒸着源を加熱しておく。次いで、蒸着マスク(3枚目)を用い、ホール輸送層(HTL)となる材料を蒸着し、次いで青色の発光層(EML)となる材料を蒸着し、次いで電子輸送層(ETL)となる材料を蒸着して順次積層させればよい。次いで、蒸着した基板を搬出する。この段階で基板にR、G、Bの発光層を形成することができる。
また、基板搬出後、蒸着室内に付着した蒸着物をクリーニングする。最後に、次の基板を搬入する前に蒸着源を加熱しておく。ここまでのフローが図6(B)に示してある。
また、本実施の形態は、実施の形態1または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態4)
ここでは実施の形態1に示す成膜装置を用いて形成した本発明の発光装置を図10で説明する。
実施の形態1に示す成膜装置は、基板と蒸着源との間隔が20cm以下、さらに好ましくは5cm〜15cmに狭めており、且つ、同一のマスクでホール注入層、ホール輸送層、発光層、または電子輸送層を蒸着するためにエッジ部が一致しやすく、隣あう画素とも接しないようにすることができる。
図10(A)は蒸着マスク501と、蒸着する基板500の位置関係を示している。なお、実際には蒸着はフェイスダウン方式で蒸着するため、上下が逆である。
図10(A)において、基板500上には、TFT(図示しない)、該TFTに接続する第1の電極508、該第1の電極の端部を覆う隔壁(代表的には感光性樹脂)506、該隔壁で覆われていない第1の電極の表面に塗布法による正孔注入層510が形成されている。例えば、正孔注入層として作用するポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)水溶液(PEDOT/PSS)を全面に塗布、焼成する。特に、ITO膜を第1の電極508の材料として用い、表面に凹凸や微小な粒子が存在している場合、PEDOT/PSSの膜厚を30nm以上の膜厚とすることでこれらの影響を低減することができる。
また、PEDOT/PSSはITO膜上に塗布すると濡れ性があまりよくないため、PEDOT/PSS溶液をスピンコート法で1回目の塗布を行った後、一旦純水で洗浄することによって濡れ性を向上させ、再度、PEDOT/PSS溶液をスピンコート法で2回目の塗布を行い、焼成を行って均一性良く成膜することが好ましい。なお、1回目の塗布を行った後、一旦純水で洗浄することによって表面を改質するとともに、微小な粒子なども除去できる効果が得られる。
また、図11(A)は、第2の電極形成後の素子を切断して観察したTEM写真である。なお、図11(B)は図11(A)に対応する模式図である。なお、図11(A)において、第1の電極上にはPEDOT/PSSが90nm程度形成されている。
隔壁の上端部または下端部に曲率を有する曲面を形成することで、スピンコート法であっても、隔壁のなだらかな側壁において、第1の電極から離れるに従って膜厚を薄くし、好ましくは、隔壁上部には正孔注入層である導電性ポリマーがない構造とすることを特徴としている。
図11(A)に示すように、隔壁のなだらかな側壁には薄くあるものの隔壁上部には正孔注入層であるPEDOT/PSSが確認できず、図11(A)に示す構造とすることで効果的にクロストークの発生を抑えることができる。
また、PEDOT/PSSに代えて、塗布法で形成することができる材料、例えば導電性高分子であるポリピロールにパラジウムを繋げた材料を用いてもよい。
この基板500に対して蒸着を行い、マスク501の開口部と重なる領域に発光層511、電子輸送層512が蒸着される。また、第2の電極507は抵抗加熱法で形成することが好ましい。
図10(A)においては、3つの画素のうち、1つの画素分を蒸着した段階での断面図であるが、図10(B)はR、G、Bの3つの画素分を蒸着した後、第2の電極507、透明保護積層502を形成した段階での上面図であり、図10(C)は断面図を示している。なお、図10(B)において、点線部分で囲まれた領域が発光領域であり、その他の領域は隔壁506上に形成された部分である。発光層511および電子輸送層512は同一のマスクで形成するのでエッジ部が一致しやすく、隣あう画素とも接しないようにしてショートなどを防ぐことができる。蒸着させる材料、蒸着速度によっては、マスクの回り込み量が異なるため、複数の層を積層する場合には下層となる層の端部を覆うように成膜することが好ましい。
また、第2の電極上には、スパッタ法または蒸着法により形成する透明保護積層502を形成する。図10(C)に示すように、透明保護積層502は、第1無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2無機絶縁膜との積層からなっている。第1無機絶縁膜、第2無機絶縁膜としては、スパッタ法またはCVD法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜(SiNO膜(組成比N>O)またはSiON膜(組成比N<O))、炭素を主成分とする薄膜(例えばDLC膜、CN膜)を用いることができる。これらの無機絶縁膜は水分に対して高いブロッキング効果を有しているが、膜厚が厚くなると膜応力が増大してピーリングや膜剥がれが生じやすい。しかし、第1無機絶縁膜と第2無機絶縁膜との間に応力緩和膜を挟むことで、応力を緩和するとともに水分を吸収することができる。また、成膜時に何らかの原因で第1無機絶縁膜に微小な穴(ピンホールなど)が形成されたとしても、応力緩和膜で埋められ、さらにその上に第2無機絶縁膜を設けることによって、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。
また、応力緩和膜としては、無機絶縁膜よりも応力が小さく、且つ、吸湿性を有する材料が好ましい。加えて、透光性を有する材料であることが望ましい。また、応力緩和膜としては、α―NPD(4,4'-ビス-[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル)、BCP(バソキュプロイン)、MTDATA(4,4',4"-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニル-アミノ)トリフェニルアミン)、Alq3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体)などの有機化合物を含む材料膜を用いてもよく、これらの材料膜は、吸湿性を有し、膜厚が薄ければ、ほぼ透明である。また、MgO、SrO2、SrOは吸湿性及び透光性を有し、蒸着法で薄膜を得ることができるため、応力緩和膜に用いることができる。
また、応力緩和膜として、陰極と陽極との間に挟まれている有機化合物を含む層と同じ材料を用いることもできる。
スパッタ法(或いはCVD法)で無機絶縁膜を形成し、蒸着法で応力緩和膜を形成することができる場合、基板を搬送して蒸着室とスパッタ成膜室(或いはCVD成膜室)とを行き来させることになるが、新たに成膜室を増設する必要はないというメリットがある。また、応力緩和膜として有機樹脂膜も考えられるが、有機樹脂膜は溶媒を使用するのでベーク処理などが必要なため、工程数の増加、溶媒成分による汚染、ベークによる熱ダメージ、脱ガスなどの問題がある。
こうして形成された透明保護積層502は有機化合物を含む層を発光層とする発光素子の封止膜として最適である。また、透明保護積層502は吸湿性を有しており、水分を除去する役目も果たす。
なお、第1の電極508は発光素子の陽極となり、第2の電極507は発光素子の陰極となる。第1の電極508の材料としては、Ti、TiN、TiSiXY、Ni、W、WSiX、WNX、WSiXY、NbN、Mo、Cr、Pt、Zn、Sn、In、またはMoから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を主成分とする膜またはそれらの積層膜を総膜厚100nm〜800nmの範囲で用いればよい。また、第2の電極507の材料としては、MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、CaNなどの合金、または周期表の1族もしくは2族に属する元素とアルミニウムとを共蒸着法により形成した透光性を有する膜を用いればよい。
また、図10とは一部異なる例を図12に示す。図10(C)では隔壁が曲率を有する曲面を備えている例を示したが、図12(A)には隔壁として非感光性樹脂を用い、隔壁520がテーパー形状となっている例を示した。隔壁520以外は、同一であるため図10と同じ符号を用いた。また、図12(B)には、正孔注入層522も蒸着で形成した例を示しており、この場合、正孔注入層522、発光層511、および電子輸送層512は同一のマスクで形成することが好ましい。
また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と自由に組み合わせることができる。
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
本実施例では、第1の電極から封止までの作製を全自動化したマルチチャンバー方式の製造装置の例を図7に示す。
図7は、ゲート100a〜100yと、搬送室102、104a、108、114、118と、受渡室105、107、111と、仕込室101と、第1成膜室106Hと、第2成膜室106Bと、第3成膜室106Gと、第4成膜室106R、第5成膜室106Eと、その他の成膜室109、110、112、113、132と、蒸着源を設置する設置室126R、126G、126B、126E、126Hと、前処理室103a、103bと、封止室116と、マスクストック室124と、封止基板ストック室130と、カセット室120a、120bと、トレイ装着ステージ121と、取出室119と、を有するマルチチャンバーの製造装置である。なお、搬送室104aには基板104cを搬送するための搬送機構104bが設けており、他の搬送室も同様にそれぞれ搬送機構が設けてある。
以下、予め陽極(第1の電極)と、該陽極の端部を覆う絶縁物(隔壁)とが設けられた基板を図7に示す製造装置に搬入し、発光装置を作製する手順を示す。なお、アクティブマトリクス型の発光装置を作製する場合、予め基板上には、陽極に接続している薄膜トランジスタ(電流制御用TFT)およびその他の薄膜トランジスタ(スイッチング用TFTなど)が複数設けられ、薄膜トランジスタからなる駆動回路も設けられている。また、単純マトリクス型の発光装置を作製する場合にも図7に示す製造装置で作製することが可能である。
まず、カセット室120aまたはカセット室120bに上記基板をセットする。基板が大型基板(例えば300mm×360mm)である場合はカセット室120bにセットし、通常基板(例えば、127mm×127mm)である場合には、カセット室120aにセットした後、トレイ装着ステージ121に搬送し、トレイ(例えば300mm×360mm)に複数の基板をセットする。
カセット室にセットした基板(陽極と、該陽極の端部を覆う絶縁物とが設けられた基板)は搬送室118に搬送する。
また、カセット室にセットする前には、点欠陥を低減するために第1の電極(陽極)の表面に対して界面活性剤(弱アルカリ性)を含ませた多孔質なスポンジ(代表的にはPVA(ポリビニルアルコール)製、ナイロン製など)で洗浄して表面のゴミを除去することが好ましい。洗浄機構として、基板の面に平行な軸線まわりに回動して基板の面に接触するロールブラシ(PVA製)を有する洗浄装置を用いてもよいし、基板の面に垂直な軸線まわりに回動しつつ基板の面に接触するディスクブラシ(PVA製)を有する洗浄装置を用いてもよい。また、有機化合物を含む膜を形成する前に、上記基板に含まれる水分やその他のガスを除去するために、脱気のためのアニールを真空中で行うことが好ましく、搬送室118に連結された前処理室123に搬送し、そこでアニールを行えばよい。
次いで、基板搬送機構が設けられた搬送室118から仕込室101に搬送する。本実施例の製造装置では、搬送室118に設けられたロボットは、基板の表裏を反転させることができ、仕込室101に反転させて搬入することができる。本実施例において、搬送室118は常に大気圧が維持されている。仕込室101は、真空排気処理室と連結されており、真空排気した後、不活性ガスを導入して大気圧にしておくことが好ましい。
次いで仕込室101に連結された搬送室102に搬送する。搬送室102内には極力水分や酸素が存在しないよう、予め、真空排気して真空を維持しておくことが好ましい。
また、上記の真空排気処理室としては、磁気浮上型のターボ分子ポンプ、クライオポンプ、またはドライポンプが備えられている。これにより仕込室と連結された搬送室の到達真空度を10-5〜10-6Torrにすることが可能であり、さらにポンプ側および排気系からの不純物の逆拡散を制御することができる。装置内部に不純物が導入されるのを防ぐため、導入するガスとしては、窒素や希ガス等の不活性ガスを用いる。装置内部に導入されるこれらのガスは、装置内に導入される前にガス精製機により高純度化されたものを用いる。従って、ガスが高純度化された後に蒸着装置に導入されるようにガス精製機を備えておく必要がある。これにより、ガス中に含まれる酸素や水、その他の不純物を予め除去することができるため、装置内部にこれらの不純物が導入されるのを防ぐことができる。
また、不用な箇所に形成された有機化合物を含む膜を除去したい場合には、前処理室103aに搬送し、有機化合物膜の積層を選択的に除去すればよい。前処理室103aはプラズマ発生手段を有しており、Ar、H、F、およびOから選ばれた一種または複数種のガスを励起してプラズマを発生させることによって、ドライエッチングを行う。マスクを使用することによって不要な部分だけ選択的に除去することができる。また、陽極表面処理として紫外線照射が行えるように前処理室103aにUV照射機構を備えてもよい。
また、シュリンクをなくすためには、有機化合物を含む膜の蒸着直前に真空加熱を行うことが好ましく、前処理室103bに搬送し、上記基板に含まれる水分やその他のガスを徹底的に除去するために、脱気のためのアニールを真空(5×10-3Torr(0.665Pa)以下、好ましくは10-4〜10-6Torr)で行う。前処理室103bでは平板ヒータ(代表的にはシースヒータ)を用いて、複数の基板を均一に加熱する。この平板ヒータは複数設置され、平板ヒータで基板を挟むように両面から加熱することもでき、勿論、片面から加熱することもできる。特に、層間絶縁膜や隔壁の材料として有機樹脂膜を用いた場合、有機樹脂材料によっては水分を吸着しやすく、さらに脱ガスが発生する恐れがあるため、有機化合物を含む層を形成する前に100℃〜250℃、好ましくは150℃〜200℃、例えば30分以上の加熱を行った後、30分の自然冷却を行って吸着水分を除去する真空加熱を行うことは有効である。
また、真空加熱を行う前に、不活性雰囲気の大気圧下で加熱を行うことが好ましい。予め不活性雰囲気の大気圧下で加熱を行うことにより、真空加熱に要する時間を短縮することができる。また、紫外光を照射するUV処理を行って基板表面の有機物(ゴミ)の除去や仕事関数(陽極で使用されているITOの仕事関数)を向上させることが好ましい。UV処理の効果による仕事関数上昇は時間経過とともに弱まるため、UV処理を行った後は、即座に真空チャンバーに搬送して真空ベークを行うほうがよい。
従って、さらにシュリンクをなくすため好ましい工程順序としては、多孔質なスポンジで洗浄を行った後、窒素雰囲気(大気圧下)で200℃、1時間の熱処理を行う。次いで、紫外光の照射を陽極表面に対して370秒行った後、30分の真空加熱(150℃、冷却30分)する工程順序とすることによって、効率よく発光素子を作製することができる。
次いで、上記真空加熱を行った後、搬送室102から受渡室105に基板を搬送し、さらに、大気にふれさせることなく、受渡室105から搬送室104aに基板を搬送する。
その後、搬送室104aに連結された成膜室106R、106G、106B、106Eへ基板を適宜、搬送して、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、または電子注入層となる低分子からなる有機化合物層を適宜形成する。また、搬送室102から基板を成膜室106Hに搬送して、蒸着を行うこともできる。
また、成膜室112では大気圧下、または減圧下でのインクジェット法やスピンコート法などで高分子材料からなる正孔注入層を形成してもよい。また、基板を縦置きとして真空中でインクジェット法により成膜してもよい。第1の電極(陽極)上に、正孔注入層(陽極バッファー層)として作用するポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)水溶液(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ショウノウスルホン酸水溶液(PANI/CSA)、PTPDES、Et−PTPDEK、またはPPBAなどを全面に塗布、焼成してもよい。焼成する際にはベーク室123で行うことが好ましい。スピンコートなどを用いた塗布法で高分子材料からなる正孔注入層を形成した場合、平坦性が向上し、その上に成膜される膜のカバレッジおよび膜厚均一性を良好なものとすることができる。特に発光層の膜厚が均一となるため均一な発光を得ることができる。この場合、正孔注入層を塗布法で形成した後、蒸着法による成膜直前に真空加熱(100〜200℃)を行うことが好ましい。真空加熱する際には前処理室103bで行えばよい。例えば、第1の電極(陽極)の表面をスポンジで洗浄した後、カセット室に搬入し、成膜室112に搬送してスピンコート法でポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)水溶液(PEDOT/PSS)を全面に膜厚60nmで塗布した後、ベーク室123に搬送して80℃、10分間で仮焼成、200℃、1時間で本焼成し、さらに前処理室103bに搬送して蒸着直前に真空加熱(170℃、加熱30分、冷却30分)した後、成膜室106R、106G、106Bに搬送して大気に触れることなく蒸着法で発光層の形成を行えばよい。特に、ITO膜を陽極材料として用い、表面に凹凸や微小な粒子が存在している場合、PEDOT/PSSの膜厚を30nm以上の膜厚とすることでこれらの影響を低減することができる。
また、PEDOT/PSSはITO膜上に塗布すると濡れ性があまりよくないため、PEDOT/PSS溶液をスピンコート法で1回目の塗布を行った後、一旦純水で洗浄することによって濡れ性を向上させ、再度、PEDOT/PSS溶液をスピンコート法で2回目の塗布を行い、焼成を行って均一性良く成膜することが好ましい。なお、1回目の塗布を行った後、一旦純水で洗浄することによって表面を改質するとともに、微小な粒子なども除去できる効果が得られる。
また、スピンコート法によりPEDOT/PSSを成膜した場合、全面に成膜されるため、基板の端面や周縁部、端子部、陰極と下部配線との接続領域などは選択的に除去することが好ましく、前処理室103aでマスクを使用してO2アッシングなどにより選択的に除去することが好ましい。
ここで、成膜室106R、106G、106B、106E、106Hについて説明する。
各成膜室106R、106G、106B、106E、106Hには、移動可能な蒸着源ホルダが設置されている。この蒸着源ホルダは複数用意されており、適宜、EL材料が封入された容器(ルツボ)を複数備え、この状態で成膜室に設置されている。フェイスダウン方式で基板をセットし、CCDなどで蒸着マスクの位置アライメントを行い、抵抗加熱法で蒸着を行うことで選択的に成膜を行うことができる。なお、蒸着マスクはマスクストック室124にストックして、適宜、蒸着を行う際に成膜室に搬送する。また、蒸着の際にはマスクストック室が空くため、成膜後または処理後の基板をストックすることも可能である。また、成膜室132は有機化合物を含む層や金属材料層を形成するための予備の蒸着室である。
これら成膜室へEL材料の設置は、以下に示す製造システムを用いると好ましい。すなわち、EL材料が予め材料メーカーで収納されている容器(代表的にはルツボ)を用いて成膜を行うことが好ましい。さらに設置する際には大気に触れることなく行うことが好ましく、材料メーカーから搬送する際、ルツボは第2の容器に密閉した状態のまま成膜室に導入されることが好ましい。望ましくは、各成膜室106R、106G、106B、106H、106Eに連結した真空排気手段を有する設置室126R、126G、126B、126H、126Eを真空、または不活性ガス雰囲気とし、この中で第2の容器からルツボを取り出して、成膜室にルツボを設置する。なお、図4、または図5に設置室の一例が示してある。こうすることにより、ルツボおよび該ルツボに収納されたEL材料を汚染から防ぐことができる。なお、設置室126R、126G、126B、126H、126Eには、メタルマスクをストックしておくことも可能である。
成膜室106R、106G、106B、106H、106Eに設置するEL材料を適宜選択することにより、発光素子全体として、単色(具体的には白色)、或いはフルカラー(具体的には赤色、緑色、青色)の発光を示す発光素子を形成することができる。例えば、緑色の発光素子を形成する場合、成膜室106Hで正孔輸送層または正孔注入層、成膜室106Gで発光層(G)、成膜室106Eで電子輸送層または電子注入層を順次積層した後、陰極を形成すれば緑色の発光素子を得ることができる。例えば、フルカラーの発光素子を形成する場合、成膜室106RでR用の蒸着マスクを用い、正孔輸送層または正孔注入層、発光層(R)、電子輸送層または電子注入層を順次積層し、成膜室106GでG用の蒸着マスクを用い、正孔輸送層または正孔注入層、発光層(G)、電子輸送層または電子注入層を順次積層し、成膜室106BでB用の蒸着マスクを用い、正孔輸送層または正孔注入層、発光層(B)、電子輸送層または電子注入層を順次積層した後、陰極を形成すればフルカラーの発光素子を得ることができる。
なお、白色の発光を示す有機化合物層は、異なる発光色を有する発光層を積層する場合において、赤色、緑色、青色の3原色を含有する3波長タイプと、青色/黄色または青緑色/橙色の補色の関係を用いた2波長タイプに大別される。一つの成膜室で白色発光素子を形成することも可能である。例えば、3波長タイプを用いて白色発光素子を得る場合、複数のルツボを搭載した蒸着源ホルダを複数備えた成膜室を用意して、第1の蒸着源ホルダには芳香族ジアミン(TPD)、第2の蒸着源ホルダにはp−EtTAZ、第3の蒸着源ホルダにはAlq3、第4の蒸着源ホルダにはAlq3に赤色発光色素であるNileRedを添加したEL材料、第5の蒸着源ホルダにはAlq3が封入され、この状態で各成膜室に設置する。そして、第1から第5の蒸着源ホルダが順に移動を開始し、基板に対して蒸着を行い、積層する。具体的には、加熱により第1の蒸着源ホルダからTPDが昇華され、基板全面に蒸着される。その後、第2の蒸着源ホルダからp―EtTAZが昇華され、第3の蒸着源ホルダからAlq3が昇華され、第4の蒸着源ホルダからAlq3:NileRedが昇華され、第5の蒸着源ホルダからAlq3が昇華され、基板全面に蒸着される。この後、陰極を形成すれば白色発光素子を得ることができる。
上記工程によって適宜、有機化合物を含む層を積層した後、搬送室104aから受渡室107に基板を搬送し、さらに、大気にふれさせることなく、受渡室107から搬送室108に基板を搬送する。
次いで、搬送室108内に設置されている搬送機構により、基板を成膜室110に搬送し、陰極を形成する。この陰極は、抵抗加熱を用いた蒸着法により形成される金属膜(MgAg、MgIn、CaF2、LiF、CaNなどの合金、または周期表の1族もしくは2族に属する元素とアルミニウムとを共蒸着法により形成した膜、またはこれらの積層膜)である。また、スパッタ法を用いて陰極を形成してもよい。
また、上面出射型の発光装置を作製する場合には、陰極は透明または半透明であることが好ましく、上記金属膜の薄膜(1nm〜10nm)、或いは上記金属膜の薄膜(1nm〜10nm)と透明導電膜との積層を陰極とすることが好ましい。この場合、スパッタ法を用いて成膜室109で透明導電膜(ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In23―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等)からなる膜を形成すればよい。
以上の工程で積層構造の発光素子が形成される。
また、搬送室108に連結した成膜室113に搬送して窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜からなる保護膜を形成して封止してもよい。ここでは、成膜室113内には、珪素からなるターゲット、または酸化珪素からなるターゲット、または窒化珪素からなるターゲットが備えられている。例えば、珪素からなるターゲットを用い、成膜室雰囲気を窒素雰囲気または窒素とアルゴンを含む雰囲気とすることによって陰極上に窒化珪素膜を形成することができる。また、炭素を主成分とする薄膜(DLC膜、CN膜、アモルファスカーボン膜)を保護膜として形成してもよく、別途、CVD法を用いた成膜室を設けてもよい。ダイヤモンドライクカーボン膜(DLC膜とも呼ばれる)は、プラズマCVD法(代表的には、RFプラズマCVD法、マイクロ波CVD法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)CVD法、熱フィラメントCVD法など)、燃焼炎法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法、レーザー蒸着法などで形成することができる。成膜に用いる反応ガスは、水素ガスと、炭化水素系のガス(例えばCH4、C22、C66など)とを用い、グロー放電によりイオン化し、負の自己バイアスがかかったカソードにイオンを加速衝突させて成膜する。また、CN膜は反応ガスとしてC24ガスとN2ガスとを用いて形成すればよい。なお、DLC膜やCN膜は、可視光に対して透明もしくは半透明な絶縁膜である。可視光に対して透明とは可視光の透過率が80〜100%であることを指し、可視光に対して半透明とは可視光の透過率が50〜80%であることを指す。
本実施例では、陰極上に第1の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2の無機絶縁膜との積層からなる保護層を形成する。例えば、陰極を形成した後、成膜室113に搬送して第1の無機絶縁膜を形成し、成膜室132に搬送して蒸着法で吸湿性および透明性を有する応力緩和膜(有機化合物を含む層など)を形成し、さらに再度、成膜室113に搬送して第2の無機絶縁膜を形成すればよい。
次いで、発光素子が形成された基板を大気に触れることなく、搬送室108から受渡室111に搬送し、さらに受渡室111から搬送室114に搬送する。次いで、発光素子が形成された基板を搬送室114から封止室116に搬送する。
封止基板は、ロード室117に外部からセットし、用意される。なお、水分などの不純物を除去するために予め真空中でアニールを行うことが好ましい。そして、封止基板に発光素子が設けられた基板と貼り合わせるためのシール材を形成する場合には、シーリング室でシール材を形成し、シール材を形成した封止基板を封止基板ストック室130に搬送する。なお、シーリング室において、封止基板に乾燥剤を設けてもよい。なお、ここでは、封止基板にシール材を形成した例を示したが、特に限定されず、発光素子が形成された基板にシール材を形成してもよい。
次いで、封止室116、基板と封止基板と貼り合わせ、貼り合わせた一対の基板を封止室116に設けられた紫外線照射機構によってUV光を照射してシール材を硬化させる。なお、ここではシール材として紫外線硬化樹脂を用いたが、接着材であれば、特に限定されない。
次いで、貼り合わせた一対の基板を封止室116から搬送室114、そして搬送室114から取出室119に搬送して取り出す。
以上のように、図7に示した製造装置を用いることで完全に発光素子を密閉空間に封入するまで大気に曝さずに済むため、信頼性の高い発光装置を作製することが可能となる。なお、搬送室114、118においては、真空と、大気圧での窒素雰囲気とを繰り返すが、搬送室102、104a、108は常時、真空が保たれることが望ましい。また、搬送室118は常に大気圧である。
なお、ここでは図示しないが、各処理室での作業をコントロールするための制御装置や、各処理室間を搬送するための制御装置や、基板を個々の処理室に移動させる経路を制御して自動化を実現するコントロール制御装置を設けている。
また、図7に示す製造装置では、陽極として透明導電膜(または金属膜(TiN)が設けられた基板を搬入し、有機化合物を含む層を形成した後、透明または半透明な陰極(例えば、薄い金属膜(Al、Ag)と透明導電膜の積層)を形成することによって、上面出射型(或いは両面出射)の発光素子を形成することも可能である。なお、上面出射型の発光素子とは、陰極を透過させて有機化合物層において生じた発光を取り出す素子を指している。
また、図7に示す製造装置では、陽極として透明導電膜が設けられた基板を搬入し、有機化合物を含む層を形成した後、金属膜(Al、Ag)からなる陰極を形成することによって、下面出射型の発光素子を形成することも可能である。なお、下面出射型の発光素子とは、有機化合物層において生じた発光を透明電極である陽極からTFTの方へ取り出し、さらに基板を通過させる素子を指している。
また、本実施例は実施の形態1乃至4のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
本実施例では実施例1の製造装置と一部異なる例、具体的には搬送室1004aに6つの成膜室1006R、1006G、1006B、1006R’、1006G’、1006B’を備えた製造装置の一例を図8に示す。
なお、図8において、図7と同一の部分には同じ記号を用いている。また、図7と同一の部分の説明は簡略化のため、ここでは省略する。
図8では、フルカラーの発光素子を並列に製造できる装置の例である。
実施例1と同様にして前処理室103bで真空加熱を行った基板を受渡室105を経由して搬送室102から搬送室1004aに搬送した後、第1の基板は、成膜室1006R、1006G、1006Bを経由する経路で積層させ、第2の基板は成膜室1006R’、1006G’、1006B’を経由する経路で積層させる。このように並列に複数の基板に蒸着を行うことによってスループットを向上させることができる。以降の工程は、実施例1に従って、陰極の形成、封止を行えば発光装置が完成する。
また、異なる3つの成膜室でそれぞれR、G、Bの正孔輸送層、発光層、電子輸送層とを積層してもよい。なお、マスクアライメントがそれぞれ蒸着前に行われて所定の領域のみに成膜される。混色を防ぐため、マスクはそれぞれ異なるマスクを用いることが好ましく、3枚必要となる。複数の基板を処理する場合、例えば、1番目の基板を第1の成膜室に搬入し、赤色発光の有機化合物を含む層を成膜した後、基板搬出し、次に第2の成膜室に搬入し、緑色発光の有機化合物を含む層を成膜する間に、2番目の基板を第1の成膜室に搬入し、赤色発光の有機化合物を含む層を成膜すればよく、最後に1番目の基板を第3の成膜室に搬入し、青色発光の有機化合物を含む層を成膜する間に、2番目の基板を第2の成膜室に搬入した後、3番目の基板を第1の成膜室に搬入してそれぞれ順次積層させてゆけばよい。
また、同一の成膜室でそれぞれR、G、Bの正孔輸送層、発光層、電子輸送層とを積層してもよい。同一成膜室でR、G、Bでそれぞれ正孔輸送層、発光層、電子輸送層とを連続して積層する場合、マスクアライメント時にずらしてマスクの位置決めをすることによってRGB、3種類の材料層を選択的に形成してもよい。なお、この場合、マスクは共通であり、1枚のマスクのみを用いている。
また、成膜室(図示しない)には、基板と、蒸着マスクとが設置されている。また、CCDカメラ(図示しない)を用いて蒸着マスクのアライメントを確認するとよい。蒸着源ホルダには蒸着材料が封入された容器が設置されている。この成膜室は、減圧雰囲気にする手段により、真空度が5×10-3Torr(0.665Pa)以下、好ましくは10-4〜10-6Paまで真空排気される。また蒸着の際、抵抗加熱により、蒸着材料は予め昇華(気化)されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。蒸発した蒸発材料は、上方に飛散し、蒸着マスクに設けられた開口部を通って基板に選択的に蒸着される。なお、マイクロコンピュータにより成膜速度、蒸着源ホルダの移動速度、及びシャッターの開閉を制御できるようにしておくと良い。この蒸着源ホルダの移動速度により蒸着速度を制御することが可能となる。また図示しないが、成膜室に設けられた水晶振動子により蒸着膜の膜厚を測定しながら蒸着することができる。この水晶振動子を用いて蒸着膜の膜厚を測定する場合、水晶振動子に蒸着された膜の質量変化を、共振周波数の変化として測定することができる。蒸着装置においては、蒸着の際、基板と蒸着源ホルダとの間隔距離dを代表的には30cm以下、好ましくは20cm以下、さらに好ましくは5cm〜15cmに狭め、蒸着材料の利用効率及びスループットを格段に向上させている。また、蒸着源ホルダは、水平を保ったまま、成膜室内をX方向またはY方向に移動可能な機構が設けられている。ここでは蒸着源ホルダを二次元平面で蒸着源ホルダをジグザグに移動させる。
また、正孔輸送層や電子輸送層を共通して用いることができる場合は、正孔輸送層を形成した後、異なる材料からなる発光層を異なるマスクで選択的に積層した後、電子輸送層を積層すればよい。この場合、3枚のマスクを用いることになる。
また、図8においては、成膜室が4つ設けられているため、基板搬入から基板搬出までのシーケンスの一例を示した図9(A)のように、4枚の基板をそれぞれの成膜室に搬入し、順次、並行して蒸着を行うことが可能である。
また、処理基板枚数は減るものの、例えば基板搬入から基板搬出までのシーケンスの一例を示した図9(B)のように、第4の成膜室をメンテナンスしている間でも製造ラインを一時停止することなく、第1〜第3の成膜室で順次、蒸着を行うことができる。
また、本実施例は実施の形態1乃至4、または実施例1と自由に組み合わせることができる。
本実施例の蒸着装置を図13に示す。図13(A)はX方向断面図(A−A’点線における断面)、図13(B)は上面図である。なお、図13は蒸着途中のものを示す。
図13(B)において、成膜室11は、基板保持手段12と、ルツボが6個設置された蒸着源ホルダ17と、蒸着源ホルダを移動させる手段(図示しない)と、減圧雰囲気にする手段とを有する。そして、成膜室11には、基板13と、蒸着マスク14とが設置される。また、成膜室11には設置室33がシャッター30を介して連結されており、設置室11では、第1の容器(ルツボ)34を蒸着ホルダに搬送する搬送機構31、第1の容器(ルツボ)34を配置する回転台35、第1の容器を密封していた第2の容器を持ち上げるための持ち上げ機構32とを有している。
また、基板保持手段12は、金属からなる蒸着マスク14を重力で固定しており、マスク上に配置される基板13も固定される。なお、基板保持手段12に真空吸着機構を設けてマスクを真空吸着して固定してもよい。ここでは、蒸着マスクが基板保持手段12と密接している例を示したが、蒸着マスクと基板保持手段とが固着してしまうことを防ぐため、互いに接する箇所に絶縁物を設けたり、点接触となるように基板保持手段の形状を適宜変更してもよい。また、ここでは、基板保持手段12で基板と蒸着マスクの両方を載せる構成とした例を示したが、基板を保持する手段と、蒸着マスクを保持する手段とを別々に設けてもよい。
また、基板保持手段12と重なる領域には蒸着を行うことができないため、基板保持手段12は、多面取りする際に切断領域(スクライブラインとなる領域)、或いはシール形成領域に設けることが好ましい。或いは、基板保持手段12は、パネル端子部となる領域と重なるように設けてもよい。図13(B)に示すように基板保持手段12は、上方から見ると、1枚の基板13に点線で示した4つのパネルを形成する例を示しているため、十文字としているが、形状は特に限定されず、非対称な形状としてもよい。なお、図示していないが、基板保持手段12は成膜室に固定されている。なお、図13(B)では簡略化のため、マスクを図示していない。
また、CCDカメラ(図示しない)を用いて蒸着マスクや基板のアライメントを確認するとよい。基板と蒸着マスクにそれぞれアライメントマーカーを設けておき、位置制御を行えばよい。蒸着源ホルダ17には蒸着材料18が封入された容器が設置されている。この成膜室11は、減圧雰囲気にする手段により、真空度が5×10-3Torr(0.665Pa)以下、好ましくは10-4〜10-6Paまで真空排気される。
また蒸着の際、抵抗加熱により、蒸着材料は予め昇華(気化)されており、蒸着時にシャッター(図示しない)が開くことにより基板13の方向へ飛散する。蒸発した蒸発材料19は、上方に飛散し、蒸着マスク14に設けられた開口部を通って基板13に選択的に蒸着される。なお、マイクロコンピュータにより成膜速度、蒸着源ホルダの移動速度、及びシャッターの開閉を制御できるようにしておくと良い。この蒸着源ホルダの移動速度により蒸着速度を制御することが可能となる。
また図示しないが、成膜室11に設けられた水晶振動子により蒸着膜の膜厚を測定しながら蒸着することができる。この水晶振動子を用いて蒸着膜の膜厚を測定する場合、水晶振動子に蒸着された膜の質量変化を、共振周波数の変化として測定することができる。
図13に示す蒸着装置においては、蒸着の際、基板13と蒸着源ホルダ17との間隔距離dを代表的には30cm以下、好ましくは20cm以下、さらに好ましくは5cm〜15cmに狭め、蒸着材料の利用効率及びスループットを格段に向上させている。
上記蒸着装置において、蒸着源ホルダ17は、容器(代表的にはルツボ)と、容器の外側に均熱部材を介して配設されたヒータと、このヒータの外側に設けられた断熱層と、これらを収納した外筒と、外筒の外側に旋回された冷却パイプと、ルツボの開口部を含む外筒の開口部を開閉する蒸着シャッターとから構成されている。なお、該ヒータが容器に固定された状態で搬送できる容器であってもよい。また容器とは、BNの焼結体、BNとAlNの複合焼結体、石英、またはグラファイトなどの材料で形成された、高温、高圧、減圧に耐えうるものとなっている。
また、蒸着源ホルダ17は、水平を保ったまま、成膜室11内をX方向またはY方向に移動可能な機構が設けられている。ここでは蒸着源ホルダ17を二次元平面で図13(B)に示したように蒸着源ホルダをジグザグに移動させる。また、蒸着源ホルダ17の移動ピッチも絶縁物の間隔に適宜、合わせればよい。
また、マスクに付着した蒸着物をクリーニングするため、プラズマ発生手段により、成膜室内にプラズマを発生させ、マスクに付着した蒸着物を気化させて成膜室外に排気することが好ましい。そのため、基板保持手段12に高周波電源20が接続されている。以上により、基板保持手段12は導電性材料(Tiなど)で形成することが好ましい。また、プラズマを発生させる場合、電界集中を防ぐため、メタルマスクを基板保持手段12から電気的に浮かした状態とすることが好ましい。
以上のような蒸着源ホルダが移動する機構を有する成膜室により、基板と蒸着源ホルダとの距離を長くする必要がなく、蒸着膜を均一に成膜することが可能となる。
よって本実施例により、基板と蒸着源ホルダとの距離を短くでき、蒸着装置の小型化を達成することができる。そして、蒸着装置が小型となるため、昇華した蒸着材料が成膜室内の内壁、または防着シールドへ付着することが低減され、蒸着材料を有効に利用することができる。さらに、本実施例の蒸着方法において、基板を回転させる必要がないため、大面積基板に対応可能な蒸着装置を提供することができる。
また、このように基板と蒸着源ホルダとの距離を短くすることにより、蒸着膜を薄く制御良く蒸着することができる。
また、本実施例は実施の形態1乃至4、実施例1、または実施例2と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、有機化合物膜中に存在するエネルギー障壁を緩和してキャリアの移動性を高めると同時に、なおかつ積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能を有する素子を作製する例を示す。
積層構造におけるエネルギー障壁の緩和に関しては、キャリア注入層の挿入という技術に顕著に見られる。つまり、エネルギー障壁の大きい積層構造の界面において、そのエネルギー障壁を緩和する材料を挿入することにより、エネルギー障壁を階段状に設計することができる。これにより電極からのキャリア注入性を高め、確かに駆動電圧をある程度までは下げることができる。しかしながら問題点は、層の数を増やすことによって、有機界面の数は逆に増加することである。このことが、単層構造の方が駆動電圧・パワー効率のトップデータを保持している原因であると考えられる。逆に言えば、この点を克服することにより、積層構造のメリット(様々な材料を組み合わせることができ、複雑な分子設計が必要ない)を活かしつつ、なおかつ単層構造の駆動電圧・パワー効率に追いつくことができる。
そこで本実施例において、発光素子の陽極と陰極の間に複数の機能領域からなる有機化合物膜が形成される場合、従来の明確な界面が存在する積層構造ではなく、第一の機能領域と第二の機能領域との間に、第一の機能領域を構成する材料および第二の機能領域を構成する材料の両方からなる混合領域を有する構造を形成する。
また、三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料をドーパントとして混合領域に添加した場合も含める。また、混合領域の形成においては、混合領域に濃度勾配をもたせてもよい。
このような構造を適用することで、機能領域間に存在するエネルギー障壁は従来の構造に比較して低減され、キャリアの注入性が向上すると考えられる。すなわち機能領域間におけるエネルギー障壁は、混合領域を形成することにより緩和される。したがって、駆動電圧の低減、および輝度低下の防止が可能となる。
以上のことから、本実施例では第一の有機化合物が機能を発現できる領域(第一の機能領域)と、前記第一の機能領域を構成する物質とは異なる第二の有機化合物が機能を発現できる領域(第二の機能領域)と、を少なくとも含む発光素子、及びこれを有する発光装置の作製において、前記第一の機能領域と前記第二の機能領域との間に、前記第一の機能領域を構成する有機化合物と前記第二の機能領域を構成する有機化合物、とからなる混合領域を作製する。
成膜装置において、一つの成膜室において複数の機能領域を有する有機化合物膜が形成されるようになっており、蒸着源もそれに応じて複数設けられている。
はじめに、第一の有機化合物が蒸着される。なお、第一の有機化合物は予め抵抗加熱により気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。これにより、図14(A)に示す第一の機能領域610を形成することができる。
そして、第一の有機化合物を蒸着したまま、第1シャッターを開け、第二の有機化合物を蒸着する。なお、第二の有機化合物も予め抵抗加熱により気化されており、蒸着時に第2シャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。ここで、第一の有機化合物と第二の有機化合物とからなる第一の混合領域611を形成することができる。
そして、しばらくしてから第1シャッターのみを閉じ、第二の有機化合物を蒸着する。これにより、第二の機能領域612を形成することができる。
なお、本実施例では、二種類の有機化合物を同時に蒸着することにより、混合領域を形成する方法を示したが、第一の有機化合物を蒸着した後、その蒸着雰囲気下で第二の有機化合物を蒸着することにより、第一の機能領域と第二の機能領域との間に混合領域を形成することもできる。
次に、第二の有機化合物を蒸着したまま、第3シャッターを開け、第三の有機化合物を蒸着する。なお、第三の有機化合物も予め抵抗加熱により気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。ここで、第二の有機化合物と第三の有機化合物とからなる第二の混合領域613を形成することができる。
そして、しばらくしてから第2シャッターのみを閉じ、第三の有機化合物を蒸着する。これにより、第三の機能領域614を形成することができる。
最後に、陰極を形成することにより発光素子が完成する。
さらに、その他の有機化合物膜としては、図14(B)に示すように、第一の有機化合物を用いて第一の機能領域620を形成した後、第一の有機化合物と第二の有機化合物とからなる第一の混合領域621を形成し、さらに、第二の有機化合物を用いて第二の機能領域622を形成する。そして、第二の機能領域622を形成する途中で、一時的に第3シャッターを開いて第三の有機化合物の蒸着を同時に行うことにより、第二の混合領域623を形成する。
しばらくして、第3シャッターを閉じることにより、再び第二の機能領域622を形成する。そして、陰極を形成することにより発光素子が形成される。
同一の成膜室において複数の機能領域を有する有機化合物膜を形成することができるので、機能領域界面が不純物により汚染されることなく、また、機能領域界面に混合領域を形成することができる。以上により、明瞭な積層構造を示すことなく(すなわち、明確な有機界面がなく)、かつ、複数の機能を備えた発光素子を作製することができる。
また、成膜前、成膜中、または成膜後に真空アニールを行うことが可能な成膜
装置を用いれば、成膜中に真空アニールを行うことによって、混合領域における分子間をよりフィットさせることができる。したがって、さらに駆動電圧の低減、および輝度低下の防止が可能となる。また、成膜後のアニール(脱気)によって基板上に形成した有機化合物層中の酸素や水分などの不純物をさらに除去し、高密度、且つ、高純度な有機化合物層を形成することができる。
また、本実施例は実施の形態1乃至4、実施例1乃至3のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
本実施例では、絶縁表面を有する基板上に、有機化合物層を発光層とする発光素子を備えた発光装置(上面出射構造)を作製する例を図15に示す。
なお、図15(A)は、発光装置を示す上面図、図15(B)は図15(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1101はソース信号線駆動回路、1102は画素部、1103はゲート信号線駆動回路である。また、1104は透明な封止基板、1105は第1のシール材であり、第1のシール材1105で囲まれた内側は、透明な第2のシール材1107で充填されている。なお、第1のシール材1105には基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されている。
なお、1108はソース信号線駆動回路1101及びゲート信号線駆動回路1103に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1109からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。
次に、断面構造について図15(B)を用いて説明する。基板1110上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース信号線駆動回路1101と画素部1102が示されている。
なお、ソース信号線駆動回路1101はnチャネル型TFT1123とpチャネル型TFT1124とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。また、ポリシリコン膜を活性層とするTFTの構造は特に限定されず、トップゲート型TFTであってもよいし、ボトムゲート型TFTであってもよい。
また、画素部1102はスイッチング用TFT1111と、電流制御用TFT1112とそのドレインに電気的に接続された第1の電極(陽極)1113を含む複数の画素により形成される。電流制御用TFT1112としてはnチャネル型TFTであってもよいし、pチャネル型TFTであってもよいが、陽極と接続させる場合、pチャネル型TFTとすることが好ましい。また、保持容量(図示しない)を適宜設けることが好ましい。なお、ここでは無数に配置された画素のうち、一つの画素の断面構造のみを示し、その一つの画素に2つのTFTを用いた例を示したが、3つ、またはそれ以上のTFTを適宜、用いてもよい。
ここでは第1の電極1113がTFTのドレインと直接接している構成となっているため、第1の電極1113の下層はシリコンからなるドレインとオーミックコンタクトのとれる材料層とし、有機化合物を含む層と接する最上層を仕事関数の大きい材料層とすることが望ましい。例えば、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造とすると、配線としての抵抗も低く、且つ、良好なオーミックコンタクトがとれ、且つ、陽極として機能させることができる。また、第1の電極1113は、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層としてもよいし、3層以上の積層を用いてもよい。
また、第1の電極(陽極)1113の両端には絶縁物(バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)1114が形成される。絶縁物1114は有機樹脂膜もしくは珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。ここでは、絶縁物1114として、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いて図15に示す形状の絶縁物を形成する。
カバレッジを良好なものとするため、絶縁物1114の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物1114の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物1114の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物1114として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
また、絶縁物1114を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。
また、第1の電極(陽極)1113上には、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって有機化合物を含む層1115を選択的に形成する。さらに、有機化合物を含む層1115上には第2の電極(陰極)1116が形成される。陰極としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCaN)を用いればよい。ここでは、発光が透過するように、第2の電極(陰極)1116として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In23―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いる。こうして、第1の電極(陽極)1113、有機化合物を含む層1115、及び第2の電極(陰極)1116からなる発光素子1118が形成される。ここでは発光素子1118は白色発光とする例であるので着色層1131と遮光層(BM)1132からなるカラーフィルター(簡略化のため、ここではオーバーコート層は図示しない)を設けている。
また、R、G、Bの発光が得られる有機化合物を含む層をそれぞれ選択的に形成すれば、カラーフィルターを用いなくともフルカラーの表示を得ることができる。
また、発光素子1118を封止するために透明保護層1117を形成する。この透明保護層1117としては実施の形態1に示した透明保護積層とする。透明保護積層は、第1の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2の無機絶縁膜との積層からなっている。第1の無機絶縁膜および第2の無機絶縁膜としては、スパッタ法またはCVD法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜(SiNO膜(組成比N>O)またはSiON膜(組成比N<O))、炭素を主成分とする薄膜(例えばDLC膜、CN膜)を用いることができる。これらの無絶縁膜は水分に対して高いブロッキング効果を有しているが、膜厚が厚くなると膜応力が増大してピーリングや膜剥がれが生じやすい。しかし、第1の無機絶縁膜と第2の無機絶縁膜との間に応力緩和膜を挟むことで、応力を緩和するとともに水分を吸収することができる。また、成膜時に何らかの原因で第1の無機絶縁膜に微小な穴(ピンホールなど)が形成されたとしても、応力緩和膜で埋められ、さらにその上に第2の無機絶縁膜を設けることによって、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。また、応力緩和膜としては、無機絶縁膜よりも応力が小さく、且つ、吸湿性を有する材料が好ましい。加えて、透光性を有する材料であることが望ましい。また、応力緩和膜としては、α―NPD(4,4'-ビス-[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル)、BCP(バソキュプロイン)、MTDATA(4,4',4"-トリス(N-3-メチルフェニル-N-フェニル-アミノ)トリフェニルアミン)、Alq3(トリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体)などの有機化合物を含む材料膜を用いてもよく、これらの材料膜は、吸湿性を有し、膜厚が薄ければ、ほぼ透明である。また、MgO、SrO2、SrOは吸湿性及び透光性を有し、蒸着法で薄膜を得ることができるため、応力緩和膜に用いることができる。本実施例では、シリコンターゲットを用い、窒素とアルゴンを含む雰囲気で成膜した膜、即ち、水分やアルカリ金属などの不純物に対してブロッキング効果の高い窒化珪素膜を第1の無機絶縁膜または第2の無機絶縁膜として用い、応力緩和膜として蒸着法によりAlq3の薄膜を用いる。また、透明保護積層に発光を通過させるため、透明保護積層のトータル膜厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。
また、発光素子1118を封止するために不活性気体雰囲気下で第1シール材1105、第2シール材1107により封止基板1104を貼り合わせる。なお、第1シール材1105、第2シール材1107としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1シール材1105、第2シール材1107はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
また、本実施例では封止基板1104を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、第1シール材1105、第2シール材1107を用いて封止基板1104を接着した後、さらに側面(露呈面)を覆うように第3のシール材で封止することも可能である。
以上のようにして発光素子を透明保護層1117、第1シール材1105、第2シール材1107に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
また、第1の電極1113として透明導電膜を用いれば両面発光型の発光装置を作製することができる。
また、本実施例では陽極上に有機化合物を含む層を形成し、有機化合物を含む層上に透明電極である陰極を形成するという構造(以下、上面出射構造とよぶ)とした例を示したが、陽極上に有機化合物を含む層が形成され、有機化合物層上に陰極が形成される発光素子を有し、有機化合物を含む層において生じた発光を透明電極である陽極からTFTの方へ取り出す(以下、下面出射構造とよぶ)という構造としてもよい。
ここで、下面出射構造の発光装置の一例を図16に示す。
なお、図16(A)は、発光装置を示す上面図、図16(B)は図16(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1201はソース信号線駆動回路、1202は画素部、1203はゲート信号線駆動回路である。また、1204は封止基板、1205は密閉空間の間隔を保持するためのギャップ材が含有されているシール材であり、シール材1205で囲まれた内側は、不活性気体(代表的には窒素)で充填されている。シール材1205で囲まれた内側の空間は乾燥剤1207によって微量な水分が除去され、十分乾燥している。
なお、1208はソース信号線駆動回路1201及びゲート信号線駆動回路1203に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1209からビデオ信号やクロック信号を受け取る。
次に、断面構造について図16(B)を用いて説明する。基板1210上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース信号線駆動回路1201と画素部1202が示されている。なお、ソース信号線駆動回路1201はnチャネル型TFT1223とpチャネル型TFT1224とを組み合わせたCMOS回路が形成される。
また、画素部1202はスイッチング用TFT1211と、電流制御用TFT1212とそのドレインに電気的に接続された透明な導電膜からなる第1の電極(陽極)1213を含む複数の画素により形成される。
ここでは第1の電極1213が接続電極と一部重なるように形成され、第1の電極1213はTFTのドレイン領域と接続電極を介して電気的に接続している構成となっている。第1の電極1213は透明性を有し、且つ、仕事関数の大きい導電膜(ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In23―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等)を用いることが望ましい。
また、第1の電極(陽極)1213の両端には絶縁物(バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)1214が形成される。カバレッジを良好なものとするため、絶縁物1214の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。また、絶縁物1214を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。
また、第1の電極(陽極)1213上には、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって有機化合物を含む層1215を選択的に形成する。さらに、有機化合物を含む層1215上には第2の電極(陰極)1216が形成される。陰極としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCaN)を用いればよい。こうして、第1の電極(陽極)1213、有機化合物を含む層1215、及び第2の電極(陰極)1216からなる発光素子1218が形成される。発光素子1218は、図16中に示した矢印方向に発光する。ここでは発光素子1218はR、G、或いはBの単色発光が得られる発光素子の一つであり、R、G、Bの発光が得られる有機化合物を含む層をそれぞれ選択的に形成した3つの発光素子でフルカラーとする。
また、発光素子1218を封止するために保護層1217を形成する。この保護層1217としては実施の形態2に示した保護積層とする。保護積層は、第1の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2の無機絶縁膜との積層からなっている。
また、発光素子1218を封止するために不活性気体雰囲気下でシール材1205により封止基板1204を貼り合わせる。封止基板1204には予めサンドブラスト法などによって形成した凹部が形成されており、その凹部に乾燥剤1207を貼り付けている。なお、シール材1205としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材1205はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
また、本実施例では凹部を有する封止基板1204を構成する材料として金属基板、ガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、内側に乾燥剤を貼りつけた金属缶で封止することも可能である。
また、本実施例は実施の形態1乃至4、実施例1乃至4のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
本発明を実施して様々なモジュール(アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ELモジュール、アクティブマトリクス型ECモジュール)を完成させることができる。即ち、本発明を実施することによって、それらを組み込んだ全ての電子機器が完成される。
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図17、図18に示す。
図17(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。
図17(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。
図17(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。
図17(D)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
図17(E)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。
図18(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906、画像入力部(CCD、イメージセンサ等)2907等を含む。
図18(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。
図18(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。
ちなみに図18(C)に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば5〜20インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が1mのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器の作製方法に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施の形態1乃至4、実施例1乃至5のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
実施例6において示した電子機器には、発光素子が封止された状態にあるパネルに、コントローラ、電源回路等を含むICが実装された状態にあるモジュールが搭載されている。モジュールとパネルは、共に発光装置の一形態に相当する。本実施例では、モジュールの具体的な構成について説明する。
図19(A)に、コントローラ1801及び電源回路1802がパネル1800に実装されたモジュールの外観図を示す。パネル1800には、発光素子が各画素に設けられた画素部1803と、前記画素部1803が有する画素を選択する走査線駆動回路1804と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路1805とが設けられている。
またプリント基板1806にはコントローラ1801、電源回路1802が設けられており、コントローラ1801または電源回路1802から出力された各種信号及び電源電圧は、FPC1807を介してパネル1800の画素部1803、走査線駆動回路1804、信号線駆動回路1805に供給される。
プリント基板1806への電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース(I/F)部1808を介して供給される。
なお、本実施例ではパネル1800にプリント基板1806がFPCを用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。COG(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ1801、電源回路1802をパネル1800に直接実装させるようにしても良い。
また、プリント基板1806において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板1806にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。
図19(B)に、プリント基板1806の構成をブロック図で示す。インターフェース1808に供給された各種信号と電源電圧は、コントローラ1801と、電源電圧1802に供給される。
コントローラ1801は、A/Dコンバータ1809と、位相ロックドループ(PLL:Phase Locked Loop)1810と、制御信号生成部1811と、SRAM(Static Random Access Memory)1812、1813とを有している。なお本実施例ではSRAMを用いているが、SRAMの代わりに、SDRAMや、高速でデータの書き込みや読み出しが可能であるならばDRAM(Dynamic Random Access Memory)も用いることが可能である。
インターフェース1808を介して供給されたビデオ信号は、A/Dコンバータ1809においてパラレル−シリアル変換され、R、G、Bの各色に対応するビデオ信号として制御信号生成部1811に入力される。また、インターフェース1808を介して供給された各種信号をもとに、A/Dコンバータ1809においてHsync信号、Vsync信号、クロック信号CLK、交流電圧(AC Cont)が生成され、制御信号生成部1811に入力される
位相ロックドループ1810では、インターフェース1808を介して供給される各種信号の周波数と、制御信号生成部1811の動作周波数の位相とを合わせる機能を有している。制御信号生成部1811の動作周波数は、インターフェース1808を介して供給された各種信号の周波数と必ずしも同じではないが、互いに同期するように制御信号生成部1811の動作周波数を位相ロックドループ1810において調整する。
制御信号生成部1811に入力されたビデオ信号は、一旦SRAM1812、1813に書き込まれ、保持される。制御信号生成部1811では、SRAM1812に保持されている全ビットのビデオ信号のうち、全画素に対応するビデオ信号を1ビット分づつ読み出し、パネル1800の信号線駆動回路1805に供給する。
また制御信号生成部1811では、各ビット毎の、発光素子が発光する期間に関する情報を、パネル1800の走査線駆動回路1804に供給する。
また電源回路1802は所定の電源電圧を、パネル1800の信号線駆動回路1805、走査線駆動回路1804及び画素部1803に供給する。
次に電源回路1802の詳しい構成について、図20を用いて説明する。本実施例の電源回路1802は、4つのスイッチングレギュレータコントロール1860を用いたスイッチングレギュレータ1854と、シリーズレギュレータ1855とからなる。
一般的にスイッチングレギュレータは、シリーズレギュレータに比べて小型、軽量であり、降圧だけでなく昇圧や正負反転することも可能である。一方シリーズレギュレータは、降圧のみに用いられるが、スイッチングレギュレータに比べて出力電圧の精度は良く、リプルやノイズはほとんど発生しない。本実施例の電源回路1802では、両者を組み合わせて用いる。
図20に示すスイッチングレギュレータ1854は、スイッチングレギュレータコントロール(SWR)1860と、アテニュエイター(減衰器:ATT)1861と、トランス(T)1862と、インダクター(L)1863と、基準電源(Vref)1864と、発振回路(OSC)1865、ダイオード1866と、バイポーラトランジスタ1867と、可変抵抗1868と、容量1869とを有している。
スイッチングレギュレータ1854において外部のLiイオン電池(3.6V)等の電圧が変換されることで、陰極に与えられる電源電圧と、スイッチングレギュレータ1854に供給される電源電圧が生成される。
またシリーズレギュレータ1855は、バンドギャップ回路(BG)1870と、アンプ1871と、オペアンプ1872と、電流源1873と、可変抵抗1874と、バイポーラトランジスタ1875とを有し、スイッチングレギュレータ1854において生成された電源電圧が供給されている。
シリーズレギュレータ1855では、スイッチングレギュレータ1854において生成された電源電圧を用い、バンドギャップ回路1870において生成された一定の電圧に基づいて、各色の発光素子の陽極に電流を供給するための配線(電流供給線)に与える直流の電源電圧を、生成する。
なお電流源1873は、ビデオ信号の電流が画素に書き込まれる駆動方式の場合に用いる。この場合、電流源1873において生成された電流は、パネル1800の信号線駆動回路1805に供給される。なお、ビデオ信号の電圧が画素に書き込まれる駆動方式の場合には、電流源1873は必ずしも設ける必要はない。
なお、スイッチングレギュレータ、OSC、アンプ、オペアンプは、TFTを用いて形成することが可能である。
また、本実施例は実施の形態1乃至4、実施例1乃至6のいずれか一と自由に組みあわせることができる。
本発明により、蒸着材料の取り扱いが容易になり、蒸着材料への不純物混入を避けることができる。このような製造システムにより、材料メーカーで封入された容器を大気にふれることなく蒸着装置に設置できることが可能になるため、蒸着材料が酸素や水の付着を防止でき、今後のさらなる発光素子の超高純度化への対応が可能となる。
実施の形態1を示す図。 実施の形態1を示す図。 実施の形態2を示す図。 設置室におけるルツボ搬送を示す図。 設置室における蒸着源ホルダへのルツボ搬送を示す図。 実施の形態3を示す図。 本発明の製造装置を示す図。(実施例1) 本発明の製造装置を示す図。(実施例1) シーケンスの一例を示す図である。(実施例2) 発光領域の断面を示す図。(実施の形態4) 断面TEM写真を示す図である。(実施の形態4) 発光領域の断面を示す図である。(実施の形態4) 製造装置を示す図である。(実施例3) 素子構造を説明する図である。(実施例4) 発光装置を示す図である。(実施例5) 発光装置を示す図である。(実施例5) 電子機器の一例を示す図である。(実施例6) 電子機器の一例を示す図である。(実施例6) モジュールを示す図である。(実施例7) ブロック図を示す図である。(実施例7) 従来を示す図である。
符号の説明
201:膜厚モニタ
202:容器(ルツボ)
203:ヒータ
204:蒸着ホルダ
205:傾き調節ねじ
206:移動機構

Claims (8)

  1. ロード室、該ロード室に連結された搬送室、及び該搬送室に連結された複数の成膜室と、該成膜室に連結された設置室を有し、
    前記成膜室は、前記成膜室内を真空にする第1の真空排気処理室と連結され、マスクと基板の位置あわせを行うアライメント手段と、基板保持手段と、蒸着源ホルダと、前記蒸着源ホルダを移動させる手段と、を有し、
    前記蒸着源ホルダは、蒸着材料が封入された容器を加熱する手段と、前記容器上に設けられたシャッターと、を有し、
    前記設置室は、前記設置室内を真空にする第2の真空排気処理室と連結され、前記設置室には前記容器を加熱する手段と、前記成膜室内の前記蒸着源ホルダに前記容器を搬送する手段とを有し、
    前記蒸着源ホルダには、蒸着材料が封入された前記容器が複数備えられ、前記複数の容器には、それぞれ傾き調節ネジが設けられていることを特徴とする製造装置。
  2. ロード室、該ロード室に連結された搬送室、及び該搬送室に連結された複数の成膜室と、該成膜室に連結された設置室を有し、
    前記成膜室は、前記成膜室内を真空にする第1の真空排気処理室と連結され、マスクと基板の位置あわせを行うアライメント手段と、基板保持手段と、蒸着源ホルダと、前記蒸着源ホルダを移動させる手段と、を有し、
    前記蒸着源ホルダは、蒸着材料が封入された容器を加熱する手段と、前記容器を前記蒸着源ホルダから浮かすことで冷却する手段と、を有し、
    前記設置室は、前記設置室内を真空にする第2の真空排気処理室と連結され、前記設置室には前記容器を加熱する手段と、前記成膜室内の前記蒸着源ホルダに前記容器を搬送する手段とを有することを特徴とする製造装置。
  3. 請求項1または請求項2において、前記搬送室には、平板ヒーターが間隔を開けて複数重ねて配置でき、且つ、複数の基板を真空加熱することができる処理室が連結されていることを特徴とする製造装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、前記蒸着源ホルダを移動させる手段は、前記蒸着源ホルダをあるピッチでX軸方向に移動させ、且つ、あるピッチでY軸方向に移動させる機能を有していることを特徴とする製造装置。
  5. 請求項1乃至請求項のいずれか一において、前記成膜室には、蒸着マスクが設置され、
    前記蒸着マスクは、タングステン、タンタル、クロム、ニッケル、モリブデンもしくはこれらの元素を含む合金、ステンレス、インコネル又はハステロイからなることを特徴とする製造装置。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれか一において、前記成膜室は、プラズマ発生手段を有することを特徴とする製造装置。
  7. 請求項1乃至請求項のいずれか一において、前記成膜室は、蒸着マスクをプラズマクリーニングする手段を有することを特徴とする製造装置。
  8. 有機化合物を含む層の作製方法であって、
    有機化合物を含む材料が充填された容器を設置室に設置し、
    前記設置室を真空排気し、
    前記設置室で前記容器を所定の温度まで加熱し、
    予め前記容器と同じ温度まで加熱された蒸着源ホルダに加熱された前記容器を搬送し、
    基板を成膜室に搬入し、
    前記容器を前記所定の温度に維持したまま前記設置室よりも前記成膜室内の真空度を上げて前記基板に蒸着を行い、
    前記容器を前記蒸着源ホルダから浮かすことにより蒸着を止めることを特徴とする有機化合物を含む層の作製方法。
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