JPH10330917A - 有機薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大口径基板表面に均一な膜厚の有機薄膜を形成
する。 【解決手段】この有機薄膜形成装置３は、真空槽１０内
に設けられた有機蒸発源５_A、５_Bに有機薄膜材料３２を
配置し、加熱してその蒸気を上方に放出させ、真空槽１
０の天井側に配置したガラス基板６を回転させながら蒸
気を表面に付着させ、有機薄膜を形成するように構成さ
れている。有機蒸発源５_A、５_Bを基板の回転範囲の外側
に配置し、放出蒸気量が多い有機蒸発源５_A、５_Bの中心
軸線３２上は、ガラス基板６が横切らないようにする。
側方に拡散した蒸気によってガラス基板６表面に薄膜が
形成されるので、膜厚分布が均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置にかか
り、特に、大口径基板に有機薄膜を形成する有機薄膜形
成装置の技術分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】高輝度の有機ＥＬ(Electro Luminescenc
e)素子を用いた表示装置は、視野角が広く、薄型の表示
装置が得られることから近年注目されており、カラー化
と長寿命化による実用化に向け、精力的な研究が行われ
ている。

【０００３】図５に示すように、一般的な有機ＥＬ素子
は、ガラス基板１０６上に透明導電膜１５１を形成した
後、有機薄膜１５２〜１５５を形成し、次いで、有機薄
膜１５５表面に電極１５６を形成し、最後に、保護膜１
５７を形成し、全体を保護している。

【０００４】このように形成される有機ＥＬ素子は、各
有機薄膜１５２〜１５５に、ホール注入層、ホール輸送
層、発光層、電子輸送層として機能させ、透明導電膜１
５１に正電圧、電極１５６に負電圧を印加すると、発光
層である有機薄膜１５４が発光し、ガラス基板１０６を
透過したＥＬ光１５８が外部に放射される。

【０００５】上述の透明導電膜１５１は、一般にはＩｎ
₂Ｏ₃にＳｎを添加したＩＴＯ(In-Tin Oxide)薄膜が用い
られている。その表面に有機薄膜１５２〜１５５を形成
する場合には、透明導電膜１５１が形成されたガラス基
板１０６を用意し、透明導電膜１５１の表面処理を行っ
た後、図６に示す有機薄膜形成装置１０３の真空槽１１
０内に搬入する。

【０００６】この真空槽１１０の底壁には、有機蒸発源
１０５が配置されており、搬入されたガラス基板１０６
を真空槽１１０の天井に配置し、透明導電膜側を有機蒸
発源１０５に対向させ、真空槽１１０内を所定圧力まで
真空排気する。

【０００７】有機蒸発源１０５内には、予め粉末状の有
機蒸発材料を配置しておき、有機蒸発源１０５を加熱す
ると、真空槽１１０内に有機蒸発材料の蒸気が放出され
るようになる。

【０００８】蒸気の放出が安定したところで、有機蒸発
源１０５上に配置されたシャッター１１３を開けると、
有機蒸発材料の蒸気はガラス基板１０６に到達し、表面
に有機薄膜が形成される。

【０００９】このように、上記有機薄膜形成装置１０３
を用いれば、真空雰囲気中でガラス基板１０６表面に有
機薄膜を形成できるので、膜質のよい有機薄膜を得るこ
とが可能となっている。

【００１０】ところで、近年ではガラス基板１０６が増
々大口径化しており、１個の有機蒸発源１０５から蒸気
を放出させるだけでは、有機薄膜の面内膜厚分布が不均
一になってしまうことが知られている。

【００１１】そこで従来技術でも対策が採られており、
複数の有機蒸発源を真空槽の底壁に配置し、各有機蒸発
源から同じ有機薄膜材料の蒸気を放出させると共に、基
板を回転させ、できるだけ基板表面に均一に蒸気が到達
するようにし、大口径基板上に均一な膜厚の有機薄膜を
形成しようとしている。

【００１２】しかしながら、その場合、薄膜形成速度は
向上するが、面内膜厚分布の均一性は有機蒸発源の配置
位置によって大きく異なってしまい、必ずしも膜厚分布
が均一にはならず、その原因の究明と対策が求められて
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、大口径基板表面に均一な膜厚の有機薄膜を形成
できる技術を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、真空槽と、該真空槽内に配
置された有機蒸発源とを有し、前記有機蒸発源内に有機
薄膜材料を配置して加熱し、前記有機薄膜材料の蒸気を
所定の軸線方向に放出させ、前記真空槽内に搬入した基
板を回転させながら表面に前記蒸気を付着させ、有機薄
膜を形成する有機薄膜形成装置であって、前記有機蒸発
源は、前記基板が前記軸線と交差しないように配置され
たことを特徴とする。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、真空槽と、
該真空槽内に配置された有機蒸発源とを有し、前記有機
蒸発源内に有機薄膜材料を配置して加熱し、前記有機薄
膜材料の蒸気を上方に放出させ、前記真空槽内に搬入し
た基板を、その中心軸線を回転軸線として回転させなが
ら表面に前記蒸気を付着させ、有機薄膜を形成する有機
薄膜形成装置であって、前記有機蒸発源は、前記基板の
長辺を直径とする円形の回転範囲の外側に配置されたこ
とを特徴とする。

【００１６】本発明の発明者等が、真空槽内に複数の有
機蒸発源を配置し、基板を回転させた場合の面内膜厚分
布を調査したところ、配置場所を種々異ならせても、基
板が回転する際に、各有機蒸発源の真上位置を通過する
部分の膜厚が厚くなる傾向を見い出した。

【００１７】有機蒸発源は、図３の符号３０に示すよう
に、石英、グラファイト又はＳｉＣ等で構成されたセラ
ミックブロック３１で構成されており、そのセラミック
ブロック３１に設けられた凹部が収容部３３とされ、内
部に有機薄膜材料３２が配置されている。

【００１８】一般に、ＥＬ素子に用いる有機薄膜では、
その原料となる有機薄膜材料３２は粉体状の昇華性化合
物であり、粉体を構成する粒子間には隙間が生じてい
る。そのため、真空中での熱伝導率は大変低くなってお
り、赤外線等で有機薄膜材料３２を直接加熱すると、局
所的に過熱状態になり、突沸してしまうことが知られて
いる。

【００１９】従って、有機蒸発源３０を用いる際には有
機薄膜材料３２は直接加熱せず、セラミックブロック３
１を加熱して、その壁面からの熱伝導によって有機薄膜
材料３２を間接的に加熱し、蒸気８が安定に発生するよ
うにしている。

【００２０】ところが、壁面からの熱伝導によって加熱
する場合は、有機薄膜材料３２の中央部分には熱が伝わ
りにくくなるため、収容部３３が大径であると、中央部
分に蒸発できない有機薄膜材料３２が残ってしまう。従
って、収容部３３の径はできるだけ小さい方が望ましい
と言われている。

【００２１】しかし、収容部３３を小径にした場合に
は、蒸気放出口となる開口部３５も小径になるため、蒸
気８は点状の蒸発源から発生した蒸気と同様の状態で拡
散する。

【００２２】金属蒸気の場合、点状の蒸発源から発生し
た場合は、真空槽内に等方的に拡散するが、有機化合物
蒸気の場合には発生する蒸気が多量であるため、蒸気内
に濃度勾配が発生する。蒸気８内に濃度勾配があった場
合には、真空槽内で蒸気８が拡散し易い方向と拡散しに
くい方向が発生する。主として収容部３３の中心軸線３
６方向には拡散し易く、中心軸線３６の周囲には少量し
か拡散しないことが観察された。蒸気８がこのような状
態で拡散すると、基板を回転させても、蒸気放出方向で
ある中心軸線３６と交差する部分に多量の蒸気が付着し
てしまう。

【００２３】以上のように、有機化合物蒸気の場合、放
出方向の軸線(中心軸３６)と交差する部分の膜厚が厚く
なるので、真空槽内に有機蒸発源を配置する際に、基板
が蒸気の放出方向の軸線上を横切らないようにしたとこ
ろ、面内膜厚分布が均一な有機薄膜を得ることができ
た。

【００２４】特に、基板がその中心軸線を回転軸線とし
て回転し、有機蒸発源が上方に蒸気を放出する場合に
は、基板の回転領域の外側に有機蒸発源を配置し、有機
蒸発源の真上には基板は存しないようにしたり、有機蒸
発源を、基板の長辺を直径とする円形の回転範囲の外側
に配置すると効果的である。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１を参照し、符号３は本発明の
一実施形態の有機薄膜形成装置であり、真空槽１０を有
している。

【００２６】その真空槽１０の底壁上には２個の有機蒸
発源５_A、５_Bが配置されており、天井側では、高さＨが
５００ｍｍのところに基板ホルダ１２が配置されてい
る。

【００２７】この基板ホルダ１２に、一辺の長さＷが４
００ｍｍの正方形形状のガラス基板６を装着し、真空槽
１０内を図示しない真空ポンプによって真空排気し、所
定真空度(１．０×１０^-6Ｔｏｒｒ)に到達した後、基板
ホルダ１２内のヒータに通電し、ガラス基板６を３４０
℃まで加熱した。

【００２８】２個の有機蒸発源５_A、５_Bは、図３に示し
た有機蒸発源３０と同じ構造であり、グラファイト(又
はＳｉＣ)製のセラミックブロック３１によって構成さ
れており、該セラミックブロック３１に形成された凹部
が収容部３３にされている。

【００２９】収容部３３の上部の開口部３５の径は１０
φにされ、底面は開口部３５よりも小径にされている。
各有機蒸発源５_A、５_Bの収容部３３内には、主として粉
体状の昇華性有機化合物であるＡｌｑ₃［Tris(8-hydrox
yquinoline) aluminium, sublimed］が有機蒸発材料３
２として配置されている。

【００３０】セラミックブロック３１周囲には、抵抗加
熱ヒータ(図示せず)が巻回されており、各有機蒸発源５
_A、５_Bのヒータに通電し、有機蒸発材料３２の蒸気を発
生させると、真空槽１０内に開口部３５から蒸気が放出
される。

【００３１】そのとき、基板ホルダ１２とガラス基板６
とを一緒に回転させておき、蒸気放出量が安定したとこ
ろで、開口部３５上に配置されたシャッター１３_A、１
３_Bを開け、有機蒸発材料３２の蒸気をガラス基板６に
到達させ、表面に有機薄膜を形成させる。

【００３２】２個の有機蒸発源５_A、５_Bの中心軸線を符
号２１_A、２１_Bで示し、ガラス基板６の回転軸線を符号
２０で示すと、有機蒸発源５_A、５_B間の距離は６００ｍ
ｍであり、回転軸線２０に対して対称に配置されている
(回転軸線２０と中心軸線２１_A、２１_Bの距離Ｌは３０
０ｍｍ)。

【００３３】ガラス基板６が回転した場合、その四隅ａ
₁〜ａ₄は、図２に示すように半径２００√２ｍｍの円形
の軌跡２３を示す。ガラス基板６の全表面はその回転軌
跡２３内にある。

【００３４】他方、有機蒸発源５_A、５_Bの中心軸線２１
_A、２１_Bと回転軸線２０との距離Ｌは、それぞれ３００
ｍｍにされており、各有機蒸発源５_A、５_Bは、断面が軌
跡２３となる円筒形形状の回転範囲の外側にある。従っ
て各有機蒸発源５_A、５_Bの真上にはガラス基板６はな
く、ガラス基板６が回転する際に、中心軸線２１_A、２
１_Bを横切らない。

【００３５】有機薄膜の形成を所定時間行った後、真空
槽１０内からガラス基板６を取り出し、面内膜厚分布を
測定したところ、図４に示すように、±５％以内の均一
なＡｌｑ₃薄膜が得られた。

【００３６】以上説明した有機薄膜形成装置３によれ
ば、有機蒸発源の蒸気放出方向である中心軸線３２上に
はガラス基板６がないので、有機薄膜材料３２の蒸気の
濃度の高い部分はガラス基板６に到達できず、中心軸線
３２の側方に拡散した蒸気によって有機薄膜が形成され
るので、膜厚分布が均一になる。

【００３７】なお、上記実施形態では、有機蒸発源
５_A、５_Bを半径２００√２ｍｍ(Ｗ／２・√２ｍｍ)の円
の外側に配置したが、ガラス基板６の一辺を直径とする
半径２００ｍｍの円の外側に配置しても同様の効果があ
る。ガラス基板が長方形である場合、長辺を直径とする
円形の回転範囲の外側に配置すればよい。

【００３８】

【発明の効果】大口径の基板表面に均一な膜厚の有機薄
膜を形成できる。有機蒸発源の収容部を小径にできるの
で、高価な有機薄膜材料が全部蒸発し、経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機薄膜形成装置の一例を示す模式図

【図２】基板の軌跡を説明するための図

【図３】有機蒸発源を説明するための図

【図４】本発明装置によって形成した有機薄膜の膜厚分
布を示す図

【図５】有機ＥＬ素子を説明するための図

【図６】従来技術の有機薄膜形成装置の模式図

【符号の説明】

３……有機薄膜形成装置 ５_A、５_B……有機蒸発源
６……基板 １０……真空槽 ２１_A、２１_B……
放出方向の軸線(中心軸線)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽と、該真空槽内に配置された有機蒸
   発源とを有し、 前記有機蒸発源内に有機薄膜材料を配置して加熱し、前
   記有機薄膜材料の蒸気を所定の軸線方向に放出させ、 前記真空槽内に搬入した基板を回転させながら表面に前
   記蒸気を付着させ、有機薄膜を形成する有機薄膜形成装
   置であって、 前記有機蒸発源は、前記基板が前記軸線と交差しないよ
   うに配置されたことを特徴とする有機薄膜形成装置。
2. 【請求項２】真空槽と、該真空槽内に配置された有機蒸
   発源とを有し、 前記有機蒸発源内に有機薄膜材料を配置して加熱し、前
   記有機薄膜材料の蒸気を上方に放出させ、 前記真空槽内に搬入した基板を、その中心軸線を回転軸
   線として回転させながら表面に前記蒸気を付着させ、有
   機薄膜を形成する有機薄膜形成装置であって、 前記有機蒸発源は、前記基板の長辺を直径とする円形の
   回転範囲の外側に配置されたことを特徴とする有機薄膜
   形成装置。