JP5112749B2

JP5112749B2 - 合着装置及びそれを用いた電界発光素子の製造方法

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Publication number: JP5112749B2
Application number: JP2007145755A
Authority: JP
Inventors: チュンクン・ユ; エキョン・ジョン
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: US20080003706A1; JP2008016443A; KR20080002355A; CN100514556C; KR101213103B1; US7799584B2; CN101097836A

Description

本発明は合着装置及びそれを用いた電界発光素子の製造方法に関する。

平板表示素子（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙＤｅｖｉｃｅ）のうちで電界発光素子（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）は化合物を電気的に励起させて発光するようにする自発光型表示装置である。
電界発光素子は、ＬＣＤで使われるバックライトが必要ではなくて、軽量泊型が可能なだけでなく、工程を単純化させることができる。また、低温製作が可能であり、応答時間が１ｍｓ以下の高速の応答速度を有して、低い消費電力、広い視野角及び高いコントラスト（Ｃｏｎｔｒａｓｔ）などの特性を示す。

特に、有機電界発光素子は、アノードとカソードとの間に有機発光層を含んでおり、アノードから供給受ける正孔とカソードから受けた電子が有機発光層内で結合して正孔−電子対である励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を形成してまた励起子がグラウンド状態に戻りながら発生するエネルギーによって発光するようになる。

一般的に、有機電界発光素子は、基板上に薄膜トランジスタを形成して、薄膜トランジスタ上にこれらと電気的に接続される発光ダイオードを形成した後、基板と封止基板を合着することによって製造される。しかし、このような場合、薄膜トランジスタが良好に形成されても発光ダイオードに不良が発生する場合、有機電界発光素子は不良と判定される。すなわち、発光ダイオードの収率が全体収率を決めるようになるので、工程時間及び製造費用が無駄になる問題点があった。

これを解決するために、薄膜トランジスタが形成されたＴＦＴアレイ基板及び発光ダイオードが形成されたＯＬＥＤアレイ基板をそれぞれ製造した後、工程チャンバ内で２つの基板に物理的な圧力をかけて、２つの基板を合着することによって有機電界発光素子を製造するようになった。

しかし、２つの基板の合着の際に、工程チャンバ内で基板を支持する基板支持部相互間に扁平度を維持しにくくて、基板支持部上に基板全面を均一に密着するのが難しくて工程の収率低下及び費用上昇をもたらす問題点があった。

また、最近では、大型化の傾向によって、２つの基板の合着の際に、一部分に圧力が集中して有機電界発光素子が損傷されることにより、製品の寿命及び信頼度が低下される問題点があった。

本発明の目的は、有機電界発光素子の製造収率及び寿命を向上させることができる合着装置及びそれを用いた電界発光素子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る合着装置は、工程チャンバと、前記工程チャンバ内に配置されて、第１基板を安着及び固定するための第１基板支持部と、第２基板を安着固定するための第２基板支持部と、前記工程チャンバの一定領域上に配置されて、前記工程チャンバを開閉して工程チャンバ内部の圧力を調節するための開閉バルブとを備え、前記第２基板支持部は、互いに異なる極性を持つ２つ以上の電極が対をなすように構成された静電チャックと、前記電極に電源を供給するための電源供給部と、前記電極の極性を反転させるための極性反転部及び静電力を除去するための接地手段とを含み、前記第１及び第２基板を合着する前に、前記極性反転部は前記電極の極性を反転させ前記第２基板と第２基板支持部間に斥力を作用させることで前記第２基板を前記第２基板支持部から脱着させて前記第１基板へ自由落下させ前記第１基板上に位置させ、前記接地手段は、前記極性反転後前記第２基板支持部に残存する静電力を除去するものである。

また、本発明に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法は、
第１基板及び第２基板を準備する段階と、前記第１または第２基板の一部領域上にシーラントを塗布する段階と、前記第１及び第２基板を、静電力によって前記第１及び第２基板を安着及び固定するための第１基板支持部、第２基板支持部及び開閉バルブを含む工程チャンバ内にローディングして、前記第１及び第２基板支持部上に安着させる段階と、前記第２基板が配置された第２基板支持部を移動させて、前記第１及び第２基板をアラインする段階と、前記第２基板支持部の静電力の極性を反転させて、前記第２基板支持部から前記第２基板を脱着させることによって、前記第１及び第２基板を合着する段階と、前記工程チャンバに前記開閉バルブを通じて空気を注入し、前記合着された第１及び第２基板の外部に大気圧を加える段階と、前記シーラントを硬化させることによって、前記第１及び第２基板を密封する段階とを備え、前記第２基板支持部は、互いに異なる極性を持つ２つ以上の電極が対をなすように構成された静電チャックと、前記電極に電源を供給するための電源供給部と、前記電極の極性を反転させるための極性反転部及び静電力を除去するための接地手段とを含み、前記第１及び第２基板を合着する前に、前記極性反転部を用いて前記電極の極性を反転させ前記第２基板と第２基板支持部間に斥力を作用させることで前記第２基板を前記第２基板支持部から脱着させて前記第１基板へ自由落下させ前記第１基板上に位置させ、前記接地手段は、前記極性反転後前記第２基板支持部に残存する静電力を除去するものである。

本発明は、第２基板支持部の静電力の極性を反転させて、第２基板支持部から第２基板を脱着させることによって、第１及び第２基板を合着させことにより、合着された第１及び第２基板の内部の真空状態を維持することができるうえ、発光ダイオードの劣化及び不純物による汚染を防止して、有機電界発光素子の製造収率及び寿命を向上させることができる。

すなわち、本発明は、有機電界発光素子の製造収率を向上させることができるうえ、寿命及び信頼性が向上した有機電界発光素子を提供することができる効果がある。

以下、添付された図面を参照しながら、本発明の実施の形態１について具体的に説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係る合着装置を説明するための概略図である。

図１において、本発明の実施の形態１に係る合着装置は、工程チャンバ１００と、基板（後述する）を安着させて固定及び支持するための第１及び第２基板支持部１１０、１２０と、工程チャンバ１００内の圧力を調節するための開閉バルブ１４０とを備えている。

第１及び第２基板支持部１１０、１２０は、工程チャンバ１００内にローディングされた基板を安着及び固定して、工程チャンバ１００内の該当の作業位置に基板を固定された状態で維持させる。

また、第１及び第２基板支持部１１０、１２０）のうち何れか１つ以上は、上下に移動して第１及び第２基板支持部１１０、１２０上に配置された基板のアラインを遂行するように、移動手段（図示せず）を備えていてもよい。移動手段は、移動軸及び駆動モータを有していてもよく。、これにより、第１及び第２基板支持部１１０、１２０は、選択的に移動される。

図２は本発明の実施の形態１に係る合着装置の第２基板支持部１２０を説明するための概略図である。

図２において、第２基板支持部１２０は、その内部に静電力を提供して基板を固定するために静電チャック（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＣｈｕｃｋ；ＥＳＣ）１２１を含む。静電チャック１２１は、絶縁層１２３と、絶縁層１２３の一面上に配置される電極層１２５とを含む。絶縁層１２３の他の一面上には、基板が配置される。これにより、絶縁層１２３を介在させて、基板と電極層１２５との間に静電場が形成される。

電極層１２５は、静電力を提供して基板を附着する事が出来るように、互いに異なる極性の電圧がそれぞれ印加されて、互いに異なる極性を有する２つ以上の電極１２５ａ、１２５ｂが、対を成すように構成される。

また、第２基板支持部１２０は、電源供給部１３０を含む。電源供給部１３０は、電極層１２５に接続されて互いに対を成す電極１２５ａ、１２５ｂに、互いに異なる極性を持つ直流電圧を印加することによって、互いに異なる極性を持つようにする。ここで、電源供給部１３０は、図示したように、１つの電極１２５ａに他の極性を持つ電源を選択的に印加する事が出来るように、互いに逆極性の２つの電圧源を含むように構成されることもできる。

また、第２基板支持部１２０は、電極１２５ａ、１２５ｂの極性を反転させる極性反転部１３５を含む。極性反転部１３５は、スイッチング素子を含み、２つの電圧源を有する電源供給部１３０と選択的に接続されて、電極１２５ａ、１２５ｂに印加される電源の極性を変えることにより、静電力の極性を反転させることができる。

なお、電源供給部１３０及び極性反転部１３５は、図２に示した手段に限らず、静電力を提供し且つ極性を反転させることができる手段であれば、すべて使用することができる。

また、第２基板支持部１２０は、静電力の極性反転による基板の脱着の際に、脱着をさらに容易にするために、第２基板支持部１２０の静電力をとり除く接地手段（図示せず）をさらに有していてもよい。

一方、図１において、工程チャンバ１００の下部には、開閉バルブ１４０が配置されている。また、図示されないが、開閉バルブ１４０は、工程チャンバ１００内の圧力を調節するために、圧縮ポンプなどを含む圧力調節部（図示せず）に接続されてもよい。

図３〜図８は、図１及び図２に示す合着装置を用いた電界発光素子（有機電界発光素子）の製造方法を説明するための工程別概略図である。

本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法によれば、最初に、図３の断面図で示すように、第１基板１６０及び第２基板１７０が準備される。図３において、第１基板１６０は、薄膜トランジスタＴが形成されたＴＦＴアレイ基板で構成され、第２基板１７０は、発光ダイオード群が形成されたＯＬＥＤアレイ基板で構成される。

ここで、第１基板１６０の構造について説明すると、まず、第１ベース基板１６１上にゲート電極１６２が配置されて、ゲート電極１６２を含む第１ベース基板１６１上に、ゲート絶縁膜である第１絶縁膜１６３が配置される。続いて、第１絶縁膜１６３上に、ゲート電極１６２と一定領域とが対応するように、半導体層１６４が配置されて、半導体層１６４の一定領域上に、ソース電極及びドレーン電極１６５ａ、１６５ｂが配置される。次に、ソース電極及びドレーン電極１６５ａ、１６５ｂ上にドレーン電極１６５ｂの一部を露出させるように、第２絶縁膜１６６が形成される。ここでは、薄膜トランジスタＴの構造をボトムゲート構造で説明したが、これ限らず、トップゲート構造で形成することも可能である。

一方、図３において、第１基板１６０とは上下逆関係にある第２基板１７０の構造について説明すると、まず、第２ベース基板１７１上に上部電極１７２が配置される。上部電極１７２は、アノードであってもよく、インジウムティンオキサイド（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ；ＩＴＯ）などの透明電極に形成される。続いて、上部電極１７２上に、上部電極１７２の一部を露出させる開口部１７３を有し且つ各画素を定義する第３絶縁膜１７４が配置される。第３絶縁膜１７４の開口部１７３内には、有機発光層１７５が配置されて、第３絶縁膜１７４上には、コンタクトスペーサ１７６が配置される。次に、有機発光層１７５及びコンタクトスペーサ１７６を含む第２ベース基板１７１上に、各画素別にパターニングされた下部電極１７７が配置される。下部電極１７７は、カソードであってもよく、アルミニウム、マグネシウムなどのように仕事関数が高い金属からなる。コンタクトスペーサ１７６上に配置された下部電極１７７部分は、第１基板１６０との合着の際に、ドレーン電極１６５ｂと電気的に接続される。

まず、図４のように、第１基板１６０の一部領域上に、第１及び第２基板１７０を接着して内部を密封するためのシーラント１８０が塗布される。

図４において、上記のように製造された第１及び第２基板１６０、１７０を、工程チャンバ１００にローディングさせる。このとき、工程チャンバ１００は、１０^−３〜１０^−８Ｔｏｒｒの真空状態であり、開閉バルブ１４０は、閉まった状態を維持する。ここでは図示されないが、第１及び第２基板１７０を工程チャンバ１００内に移動させるために、１つ以上のロボットアームを含む基板ローディング装置（図示せず）を使用することができる。

第１及び第２基板１６０、１７０は、工程チャンバ１００内に配置された第１及び第２基板支持部１１０、１２０に、それぞれ安着されることができる。第１及び第２基板支持部１１０、１２０は、その内部に１つ以上の静電チャック（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＣｈｕｃｋ；ＥＳＣ）（図示せず）を含んでおり、静電力によって第１及び第２基板１６０、１７０を固定させることができる。

なお、静電チャックは、互いに異なる極性を持つ２つ以上の電極を有していてもよい。したがって、図３に示すように、第２基板支持部１２０は、正電荷と負電荷との配列が繰り返し的に連続される静電力を持つことができる。また、これにより、第２基板１６０の極性またはこれと反対の極性が繰り返し的に配列されて、第２基板支持部１２０は、電極と第２基板１６０との間の引力によって、第２基板１６０を固定することができる。

次に、図５において、第１基板１６０が安着された第１基板支持部１１０を、第２基板支持部１２０近くに移動させて、第１及び第２基板１６０、１７０をアラインする。このとき、第１及び第２基板１６０、１７０をさらに正確にアラインするために、第１及び第２基板１６０、１７０の間の間隔が数百μｍ以内になるように、互いに近接させて密着させることが望ましい。

次に、図６において、第２基板支持部１２０の電極の極性を反転させて、第２基板１７０を第２基板支持部１２０から脱着させる。すなわち、電極の極性の反転させることにより、図６に示すように、第２基板支持部１２０と第２基板１７０との間に斥力が作用する。したがって、第２基板１７０は、第２基板支持部１２０から脱着されて、自由落下によって第１基板１６０上に配置される。この結果、第１基板１６０と第２基板１７０とは合着される。

このとき、第２基板１７０の脱着をさらに容易にするために、第２基板支持部１２０の極性を反転させた後に、第２基板支持部１２０の接地手段（図示せず）を用いて静電力をとり除いてもよい。このように、第２基板支持部１２０に残存している静電力をとり除くことにより、第２基板１６０の脱着をさらに容易に遂行することができる。

図４〜図６の工程によれば、第１及び第２基板１６０、１７０の合着の際に、工程チャンバ１００の内部は真空状態を維持するので、合着された第１及び第２基板１６０、１７０の内部も真空状態が維持される。
したがって、酸素及び水気による発光ダイオードの劣化を最小化することができるうえ、合着工程の際に、不純物が流入されて発光ダイオードが損傷されることを防止することができる。

次に、図７において、工程チャンバ１００の下部の開閉バルブ１４０を開放して、工程チャンバ１００内に数秒〜数分間にわたって空気を流入させる。このときの流入気体としては、不活性気体である窒素（Ｎ_２）またはアルゴン（Ａｒ）が使用されてもよい。これにより、工程チャンバ１００の内部は、大気圧状態になる。

この結果、合着された第１及び第２基板１６０、１７０の内部は、真空が維持されて、その外部である工程チャンバ１００は大気圧状態であることから、圧力の差によって合着された第１及び第２基板１６０、１７０は、内部が真空が維持された状態でさらに緊密に合着されることができる。

最後に、図８において、合着された第１及び第２基板１６０、１７０の一部領域に、紫外線（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ；ＵＶ）を照射して、シーラント１８０を硬化させる。この結果、合着された第１及び第２基板１６０、１７０の内部は、シーラント１８０によって密封されて、有機電界発光素子のすべての製造行程が完了する。

以上のように、本発明を特定の望ましい実施の形態に関して説明したが、本発明が上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載される本発明の精神や分野を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

本発明の実施の形態１に係る合着装置を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置の静電チャックを示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。本発明の実施の形態１に係る合着装置を用いた電界発光素子の製造方法を説明するための工程別概略図である。

符号の説明

１００工程チャンバ、１１０第１基板支持部、１２０第２基板支持部、１２５電極層、１２５ａ、１２５ｂ電極、１３５極性反転部、１４０開閉バルブ、１６０第１基板、１７０第２基板、１８０シーラント。

Claims

工程チャンバと、
前記工程チャンバ内に配置されて、第１基板を安着及び固定するための第１基板支持部と、第２基板を安着固定するための第２基板支持部と、
前記工程チャンバの一定領域上に配置されて、前記工程チャンバを開閉して工程チャンバ内部の圧力を調節するための開閉バルブとを備え、
前記第２基板支持部は、互いに異なる極性を持つ２つ以上の電極が対をなすように構成された静電チャックと、前記電極に電源を供給するための電源供給部と、前記電極の極性を反転させるための極性反転部及び静電力を除去するための接地手段とを含み、
前記第１及び第２基板を合着する前に、前記極性反転部は前記電極の極性を反転させ前記第２基板と第２基板支持部間に斥力を作用させることで前記第２基板を前記第２基板支持部から脱着させて前記第１基板へ自由落下させ前記第１基板上に位置させ、
前記接地手段は、前記極性反転後前記第２基板支持部に残存する静電力を除去する
合着装置。
前記第１または第２基板支持部のうちの何れか１つ以上は、移動手段をさらに含む請求項１に記載の合着装置。
前記開閉バルブは、圧力調節部に接続された請求項１に記載の合着装置。
第１基板及び第２基板を準備する段階と、
前記第１または第２基板の一部領域上にシーラントを塗布する段階と、
前記第１及び第２基板を、静電力によって前記第１及び第２基板を安着及び固定するための第１基板支持部、第２基板支持部及び開閉バルブを含む工程チャンバ内にローディングして、前記第１及び第２基板支持部上に安着させる段階と、
前記第２基板が配置された第２基板支持部を移動させて、前記第１及び第２基板をアラインする段階と、
前記第２基板支持部の静電力の極性を反転させて、前記第２基板支持部から前記第２基板を脱着させることによって、前記第１及び第２基板を合着する段階と、
前記工程チャンバに前記開閉バルブを通じて空気を注入し、前記合着された第１及び第２基板の外部に大気圧を加える段階と、
前記シーラントを硬化させることによって、前記第１及び第２基板を密封する段階と
を備え、
前記第２基板支持部は、互いに異なる極性を持つ２つ以上の電極が対をなすように構成された静電チャックと、前記電極に電源を供給するための電源供給部と、前記電極の極性を反転させるための極性反転部及び静電力を除去するための接地手段とを含み、
前記第１及び第２基板を合着する前に、前記極性反転部を用いて前記電極の極性を反転させ前記第２基板と第２基板支持部間に斥力を作用させることで前記第２基板を前記第２基板支持部から脱着させて前記第１基板へ自由落下させ前記第１基板上に位置させ、
前記接地手段は、前記極性反転後前記第２基板支持部に残存する静電力を除去する
電界発光素子の製造方法。
前記第１及び第２基板を合着する段階は、前記静電力の極性を反転させた後に、前記接地手段を通じて前記第２基板の静電力をとり除くことによって遂行される請求項４に記載の電界発光素子の製造方法。
前記合着された第１及び第２基板に大気圧を加える段階の前に、前記工程チャンバは、１０^-3〜１０^-8Ｔｏｒｒの真空状態を維持する請求項４に記載の電界発光素子の製造方法。
前記第１及び第２基板を密封する段階は、前記シーラントに紫外線を照射することによって遂行される請求項４に記載電界発光素子の製造方法。
前記第１基板は、薄膜トランジスタが形成されたＴＦＴアレイ基板である請求項４に記載の電界発光素子の製造方法。
前記薄膜トランジスタは、半導体層と、前記半導体層と一定領域が対応されるゲート電極と、前記半導体層及び前記ゲート電極との間に介在されたゲート絶縁膜と、前記半導体層の一定領域と電気的に接続されたソース電極及びドレーン電極とを含む請求項８に記載の電界発光素子の製造方法。
前記第２基板は、発光ダイオードが形成されたＯＬＥＤアレイ基板である請求項９に記載の電界発光素子の製造方法。
前記発光ダイオードは、下部電極、発光層及び上部電極を含む請求項１０に記載の電界発光素子の製造方法。
前記発光層は、有機物からなる請求項１０に記載の電界発光素子の製造方法。
前記上部電極は、透明導電膜からなるアノードである請求項１０に記載の電界発光素子の製造方法。
前記ドレーン電極及び前記下部電極は、前記第１及び第２基板の合着の際に、電気的に接続される請求項１０に記載の電界発光素子の製造方法。