JP5370959B2 - 溶液工程技術を使った製造工程を利用した多層膜の製造方法及び溶液膜製造装置 - Google Patents

Description

本発明は溶液工程に関する技術で、特に溶液を用いた多層膜を製造する溶液膜製造方法及びその関連装置に関する。

有機光電デバイスは原料分子を製造する大きさにより、溶液工程を施すことのできる有機光電デバイスと、蒸着工程を用いる有機光電デバイスに分けられる。

蒸着工程を用いた場合、多層構造を有する有機光電デバイスを容易に製造できることはすでに知られているが、このような製造工程は大面積の有機光電デバイスの製造には適さない。

これに対し、溶液工程を用いて製造する有機光電デバイスは、製造工程において蒸着工程を用いて製造する有機光電デバイスに比べて、より簡単で経済的である。そのため、大面積の光電デバイスや装置の製造に適している。とはいえ、溶液工程を施しているがために、多層膜デバイスを製造するとき、有機光電デバイスの層間を相互に溶融させてしまうという深刻な問題を抱えている。例えば、第２層の溶剤が第１層膜に落下した結果、第１層膜を破壊し、さらに相互溶融を引き起こしている。

そのため、有機光電デバイスの製造技術に対する要求を満たし得る関連技術を開発することにより、労力的にも時間的にもコスト節減が可能になると考える。

本発明の目的は、溶液工程を用いた多層膜製造方法及びその溶液膜製造装置を使用し、多層有機光電デバイスを製造することにあり、特に有機発光ダイオード（Organic Light-Emitting Diode）、有機太陽電池（Organic Photovoltaic Cell）、有機半導体光検出器（Organic Photo-detector）、有機トランジスタ（Organic Transistor）など有機光電変換素子（Organic Photo-electric Transforming Device）分野での応用を目指すものである。

もう一つの目的は、溶液工程を用いた多層膜製造方法及びその溶液膜製造装置を使用し、多層有機光電デバイスを製造する際に、層間が相互に溶解する問題の解決を図ることにある。

上記目的を達成するため、本発明では溶液工程を用いた多層膜製造方法を利用することを提案する。実際に製造する際にはすき間を有する有機溶液用容器を使用する。

上記有機溶液用容器には有機溶液を投入する。上記方法には、基板上に有機薄膜層を形成する１つの基板と、有機溶液用容器のすき間を利用して、有機溶液が有機薄膜層に落下する量をコントロールすることで、ウエットプロセスにより形成された有機膜層を形成する方法が含まれる。本方法ではブレード装置（ブレードコーティング装置など）を用いてウエットプロセスにより形成された有機膜層の厚みを調整する。

このほか、本方法では加熱方法を利用し、ウエットプロセスにより形成された有機膜層の溶剤の揮発を加速させ、溶剤が落下するのを防ぎ、元来の有機薄膜層が破壊されないように工夫した。

本発明では、溶液膜製造装置を使用することを特色とする。前記溶液膜製造装置により、有機発光デバイス・有機トランジスタ・有機太陽電池・有機半導体光検出器などの有機電子デバイスの基板に少なくとも１つの薄膜を形成する。前記溶液膜製造装置には有機溶液用容器・吸気弁・加熱器が設置されている。前記有機溶液用容器は有機溶液を入れるのに用い、その有機溶液用容器には基板に向き合うようにすき間があり、有機溶液用容器を配置する位置は装置本体によりコントロールし、有機溶液用容器と基板の間隔によってウエットプロセスにより形成された薄膜の厚みが決まり、最終的にはドライプロセスにより形成された薄膜形成後の厚みもこれにより決まる。前記吸気弁は有機溶液用容器の上に設置し、すき間を流れる有機溶液の量をコントロールする。

本発明に係る実施例では、通気孔のある上蓋付きの有機溶液用容器を使用し、前記吸気弁は上蓋の通気孔に設置した。

さらに、前記溶液膜製造装置には有機溶液用容器を動かせるモーターが含まれる。

加えて、前記溶液膜製造装置には、ウエットプロセスにより形成された薄膜の溶剤の揮発と薄膜形成を速める加熱器が含まれる。

そして、有機溶液用容器のすき間と基板の間隔は調節でき、この間隔により基板に形成される薄膜の厚みが決められる。

本願発明の利点と精神は、以下に述べられる詳細な説明と添付の図面によって、さらに理解されるであろう。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

本発明は、溶液工程を用いた多層膜製造方法及びその溶液膜製造装置に関するものであり、特に有機発光ダイオード・有機太陽電池・有機半導体光検出器・有機トランジスタなど有機光電変換素子分野での応用が可能なものである。本発明に係る実施形態を下記の図１、図２、図３を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る溶液膜製造装置の側面図である。本実施例の溶液膜製造装置には有機溶液用容器10、吸気弁31、加熱器51が含まれる。有機溶液用容器10には、殻体11と上蓋12があり、殻体11には放置空間110とすき間111があり、上蓋12には通気孔121がある。

次に、図２は本発明に係る有機溶液用容器の図である。有機溶液用容器10の上蓋12の通気孔121（図１参照）のところに吸気弁31が設置され、吸気弁31を通して通気孔121から殻体11の放置空間110にエアーを供給することにより、すき間111を流れる有機溶液80の量をコントロールする。

また、本発明である溶液膜製造装置は有機発光デバイス・有機トランジスタ・有機太陽電池・有機半導体光検出器など有機電子デバイスの基板6に薄膜を形成するのに使用する。

さらに、本実施例において、有機溶液用容器10のすき間111と基板6の間隔は調節可能であり、この間隔により基板6に形成される薄膜の厚みが決められる。

また、本実施例において、有機溶液用容器10が前記有機溶液用容器10と基板6の間隔を調節する調整装置（参照図なし）に設置されている。このほか、調整装置は少なくともモーター（参照図なし）と接続されており、これにより調整装置の動きを調整し、さらに有機溶液用容器10と基板6の間隔をコントロールすることが可能である。本実施例において、調整装置は機具・スライドレール、アームマシーンなどの機械を使用した。

さらに、本実施例において、基板6に形成される薄膜の形成速度を速めるため、有機溶液用容器10の一方に加熱器51を設置した。ほかの実施例においては、基板6に形成される薄膜の形成速度を速めるため、加熱器51を基板6の下に設置してみた。

図３は、本発明に係る溶液工程を用いた多層膜製方法のフローチャートである。

図４は、多層膜の製造図である。図１〜図４を参照しながら、前記多層膜製造に関する説明を行う。

ステップS305において、基板6を使用し、この基板6上に多層膜を形成する。本実施例において、コンベア7の上に基板6を設置した。コンベア7は右方向から左方向に動かした。他の実施例では、基板6を固定位置に設置し、有機溶液用容器10をコンベア7またはスライドレールに設置してみた。本実施例においては、基板6には酸化インジウムー酸化スズ透明導電膜基板（ITO）を使用した。

ステップS310において、基板6に第１有機薄膜層41が形成されるようにすき間111を流れる有機溶液80の量をコントロールした上、加熱器51を使用して乾かし、第１有機薄膜層41の形成を促進し、ドライプロセスにより形成された膜形成とした。

ステップS315において、有機溶液用容器10のすき間111を利用して有機溶液80が第１有機薄膜層41（ドライプロセスにより形成された薄膜）に落下する量（つまり厚み）をコントロールすることで、第２ウエットプロセスにより形成された有機膜層42を形成した。

ステップS320において、ブレード装置43を利用して第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42の厚みを決めた。そのうち、ブレード装置はブレードコーティング装置を利用した。

ステップS325において、再度加熱器51を使用して第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42を加熱し、第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42の溶剤の揮発を速め、さらに第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42をドライプロセスにより形成された薄膜層を形成した。

このように、前記第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42の厚みはブレードと基板の間の間隔によってコントロールすることができた。このほか、本発明に係る実施例では、熱を加えることにより、第２ウエットプロセスにより形成された有機薄膜層42の溶剤の揮発を速め、元の有機分子薄膜（第１有機薄膜層41）が侵食されるのを防ぐことができた。

これだけにとどまらず、本実施例で使用した溶液膜製造装置1では吸気弁31を用いて溶液が落下することによりウエットプロセスにより形成された薄膜形成の速度を調節することができたことから、多層膜光電デバイスの製造に効果を発揮するとみられる。また、この装置では従来のようなスピンコート法とは違い、すき間の長さを調節することで、大面積デバイスの製造もできるため、原材料の利用率を90％以上に高める効果がある。

ここで特に注目したいのは、他の実施例では多数の有機溶液用容器を使用して溶液で薄膜を製造したのに対し、本実施例では1つの有機溶液用容器のみを使用して溶液で薄膜を製造したことである。このほか、他の実施例では各有機溶液用容器の多数のすき間があったのに対し、本実施例では有機溶液用容器のすき間は1個しかなかった。

図５は、本発明に係る実際に製造した多層膜の断面図であり、多層膜製造方法の可能性を直接実証するに足りるものである。

続いて、ケースレー2400電流電圧計を使って、本実施例に係る溶液膜製造装置を使用して製造した光電デバイス単層薄膜の電圧-電流特性を調べ、PR650を使用して前記で求めたスペクトル、発光輝度、発光効率、CIE座標などの光学特性を測定すると同時に、コンピュータプログラムとケースレー2400電流電圧計を使用して、光電デバイスの単層膜に対し全体的な電子性や光学性を測定した。

図６Ａと図６Ｂで示した各光電性能に関する試験結果からみれば、発光効率-電圧、発光強度-電圧特性の図から本実施例で製造した単層構造は一般的な溶液工程で製作した薄膜とほとんど同じであることがわかった。このほか、ケースレー2400電流電圧計を使用して本実施例で提供した溶液膜製造装置を利用して製造した光電デバイス複層薄膜の電圧-電流特性を測定し、さらにPR650を使って前記で得たスペクトル、発光輝度、発光効率、CIE座標などの光学特性を測定すると同時に、コンピュータプログラムとケースレー2400電流電圧計を使用して、前記で得た光電デバイス単層膜に対する全体的な電子性、光学性を測定した。

図７Ａと図７Ｂに各光電性能を示した。この２つの図に示される試験結果から見ると、本実施例で製造した複層構造が一般的な溶液工程により製造された複層薄膜より優れていることが分かる。

図８は、本発明に係り製造した複層デバイスの電流密度-電圧特性図である。この図も本発明が高い効果を発揮し、従来の工程により製造された複層薄膜より優れていることを証明している。

前記説明からもわかるように、本発明に係り提供した溶液膜製造装置はすき間を利用することで大量の溶液が元の有機薄膜に直接落下するのを防ぎ、ブレードのような技術を利用してウエットプロセスにより形成された薄膜の厚みを定め、その後加熱装置を使って熱を加えることより、ウエットプロセスからドライプロセスに変更して薄膜を形成した。このようにして、多層有機光電デバイスを製造するときに層間が相互に溶解するという問題を解決した。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものでなく、本発明を逸脱しない範囲において様々な様態で実施しうることはいうまでもない。これに対し、その目的は本発明を申請する特許範囲において、様々な変更の可能性や一致性が包括されることを希望するものである。従って、本発明に係る申請特許範囲は前記記載に基づき、おおまかに解釈したものであり、すべての変更の可能性と一致性が含まれるものである。

本発明に係る有機溶液用容器の図である。 本発明に係る有機溶液用容器ユニットをラックに設置した図である。 本発明に係る溶液工程を利用して製造した多層膜の方法のフローチャートである。 本発明に係る多層膜の製造図である。 本発明に係る多層膜を実際に製造した時の断面図である。 本発明に係る単層デバイスを製造した時の電流効率と電圧に関する特性を示した図である。 本発明に係る単層デバイスを製造した時の発光輝度と電圧に関する特性を示した図である。 本発明に係る複層デバイスを製造した時の電流効率と電圧に関する特性を示した図である。 本発明に係る複層デバイスを製造した時の発光輝度と電圧に関する特性を示した図である。 本発明に係る複層デバイスを製造した時の電流密度と電圧に関する特性を示した図である。

1：溶液膜製造装置
10：有機溶液用容器
11：殻体
110：放置空間
111：すき間
12：上蓋
121：通気孔
31：吸気弁
41：第１有機薄膜層
42：ウエットプロセスにより形成された第２有機薄膜層
43：ブレード装置
50：加熱プレート
51：加熱器
6：基板
7：コンベア
80：有機溶液
ステップ：S305〜S325

Claims (2)

1. 有機溶液用容器と、吸気弁と、および多層有機オプトエレクトロニックスを作るための多層ポリマ薄膜を形成するための加熱器と、を有する溶液膜製造装置（溶液流延装置）であって、
   前記有機分子容器は、放置空間、すき間、及び空気孔を有する上蓋からなる殻体を含み、
   前記吸気弁は、前記有機溶液用容器の上蓋の空気孔上に設置され、前記すき間を通して流出する有機溶液用溶液の量を調節するため、前記空気孔を通して前記殻体の放置空間へ浸入する空気流を提供し、
   前記加熱器は、前記有機溶液用容器の片側に設置され、湿った前記薄膜内の溶液の蒸発速度と前記薄膜の形成速度とを加速させる、溶液膜製造装置。
2. 多層有機オプトエレクトロニクスは、薄い有機発光デバイス、有機トランジスタ、有機太陽電池、および有機半導体光検出器からなるグループから選択される、請求項１に記載の装置。