KR101003404B1 - 제조 시스템 및 발광장치의 제조방법 - Google Patents

제조 시스템 및 발광장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

EL 재료의 이용효율이 높고, 막의 균일성이 뛰어난 증착장치를 제공한다. 본 발명은, 이동 가능한 증착원과 기판의 회전수단을 구비한 증착장치로 하고, 증착원 홀더(17)와 피증착물(기판)과의 간격을 30cm이하, 바람직하게는 20cm이하, 더욱 바람직하게는 5∼15cm로 좁히고 EL 재료의 이용효율을 높이며, 증착시, 증착원 홀더(17)를 X방향 또는 Y방향으로 이동시킴과 동시에, 피증착물(기판)을 회전시켜 막형성을 한다. 이에 따라, 막의 균일성을 향상시킨다.
제조 시스템, 발광장치, EL재료, 증착장치, 증착원 홀더

Description

제조 시스템 및 발광장치의 제조방법{FABRICATION SYSTEM AND A FABRICATION METHOD OF A LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 증착에 의해 막형성 가능한 재료(이하, 증착재료라고 함)의 막형성에 사용하기 위한 막형성장치를 갖는 제조장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 증착재료로서 유기재료를 사용하는 경우에 유효한 기술이다.
최근, 자발광형의 소자로서 EL 소자를 가진 발광장치의 연구가 활발화되고 있고, 특히, EL 재료로서 유기재료를 사용한 발광장치가 주목되고 있다. 이 발광장치는 유기 EL 디스플레이 또는 유기발광다이오드라고도 불리고 있다.
또한, EL 소자는, 전계를 가함으로써 발생하는 전계발광(Electro Luminescence)을 얻을 수 있는 유기 화합물을 포함하는 층(이하, EL층이라고 기재함)과 양극과 음극을 가진다. 유기 화합물에서의 전계발광에는, 단일항 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때의 발광(형광)과 3중항 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때의 발광(인광)이 있다. 본 발명의 막형성장치 및 막형성방법에 의해 제작되는 발광장치는, 어느 쪽의 발광을 사용한 경우에도 적용 가능하다.
발광장치는, 액정표시장치와 다른 자발광형이기 때문에 시야각의 문제가 없다는 특징이 있다. 즉, 옥외에 사용되는 디스플레이로서는, 액정디스플레이보다도 알맞고, 여러 가지 모양으로 사용이 제안되고 있다.
EL 소자는 한 쌍의 전극사이에 EL 층이 끼워진 구조로 되어 있지만, EL 층은 통상 적층 구조로 되어 있다. 대표적으로는, 코닥·이스트만·컴퍼니의 Tang 등이 제안한 정공수송층/발광층/전자수송층이라는 적층구조를 들 수 있다. 이 구조는 대단히 발광효율이 높고, 현재, 연구개발이 진행되어 있는 발광장치는 거의 이 구조를 채용하고 있다.
또한, 그 외에도 양극상에 정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층, 또는 정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층의 순서로 적층하는 구조도 된다. 발광층에 대하여 형광성 색소 등을 도핑해도 된다. 또한, 이들 층은 모두 저분자계의 재료를 사용하여 형성해도 되고, 모두 고분자계의 재료를 사용하여 형성해도 된다.
이때, 본 명세서에서, 음극과 양극 사이에 설치되는 모든 층을 총칭하여 EL 층이라고 한다. 따라서, 상술한 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층은, 모두 EL 층에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에서는, 음극, EL 층 및 양극으로 형성되는 발광소자를 EL 소자라고 하고, 이것에는 서로 직교하도록 설치된 두 종류의 스트라이프형 전극 사이에 EL 층을 형성하는 방식(단순 매트릭스방식), 또는 TFT에 접속되어 매트릭스형으로 배열된 화소전극과 대향전극과의 사이에 EL 층을 형성하는 방식(액티브 매트 릭스방식)의 두 종류가 있다.
또한, EL 층을 형성하는 EL 재료는, 저분자계(모노머계)재료와 고분자계(폴리머계)재료로 대별되지만, 이 중 저분자계 재료는 주로 증착에 의해 막형성된다.
EL 재료는 매우 열화하기 쉽고, 산소 또는 물의 존재에 의해 용이하게 산화하여 열화한다. 그 때문에, 성막 후에 포토리소그래피공정을 행할 수 없고, 패턴화하기 위해서는 개구부를 가진 마스크(이하, 증착 마스크라고 함)로 막형성과 동시에 분리시킬 필요가 있다. 따라서, 승화한 유기 EL 재료의 대부분이 막형성실내의 내벽, 또는 방착 쉴드(증착재료가 막형성실의 내벽에 부착되는 것을 막기 위한 보호판)에 부착하였다.
또한, 종래의 증착장치는, 막두께의 균일성을 높이기 위해서, 기판과 증착원과의 간격을 넓게 하고 장치 자체가 대형화하고 있었다. 또한, 기판과 증착원과의 간격이 넓기 때문에, 막형성 속도가 늦어지고, 막형성실 내의 배기에 필요한 시간도 장시간이 되어 스루풋이 저하되고 있다.
또한, 종래의 증착장치는, 비싼 EL 재료의 이용효율이 약 1% 이하로 매우 낮아 발광장치의 제조비용은 대단히 비싼 것으로 되어 있었다.
EL 재료는 대단히 고가이며, 그램 단가가 금의 그램 단가보다도 훨씬 비싸고, 가능한 한 효율적으로 사용하는 것을 바라고 있다. 그렇지만, 종래의 증착장치에서는 비싼 EL 재료의 이용효율이 낮다.
본 발명의 목적은, EL 재료의 이용효율을 높이고, 또한, 균일성이 뛰어나며 또한, 스루풋이 우수한 증착장치를 제공하는데 있다.
본 발명은, 증착시, 기판과 증착원과의 간격 d를 대표적으로는 30cm 이하로 좁히고, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 더욱 향상시킨다. 기판과 증착원과의 간격 d를 좁힘으로써, 막형성실 사이즈를 소형화할 수 있다. 소형화에 의해서, 막형성실 용적량을 작게 함으로써 진공배기의 시간을 단축할 수 있고, 또한, 막형성실내에 존재하는 모든 불순물량을 감소할 수 있으며, 고순도인 EL 재료에의 불순물(수분 및 산소) 혼입방지를 실현하는 것이다. 본 발명에 의해, 금후 한층 더 증착재료의 초고순도화에의 대응을 가능하게 한다.
덧붙여, 본 발명은, 증착재료가 밀폐된 용기를 갖는 증착원 홀더가 막형성실 내에서 소정 피치로 기판으로 이동되는 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서, 이동 가능한 증착원 홀더가 구비된 증착장치를 갖는 제조 시스템은, 이동 셀 클러스터 시스템이라고 부른다. 단일 증착원 홀더는, 2개의 이상의 도가니, 바람직하게는 4 개 또는 6개의 도가니를 보유할 수 있다. 본 발명에서는, 증착원 홀더를 이동시킨다. 그래서, 이동속도가 빠를 때, 마스크는 거의 가열되지 않는다. 따라서, 열적으로 변형된 마스크로 인한 막형성 불량도 억제할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 발명의 구성은, 기판에 대향하여 배치한 증착원에서 증착재료를 증착시켜 상기 기판 위에 막형성을 하는 막형성장치를 갖고,
상기 기판이 배치되는 막형성실에는, 증착원과, 그 증착원을 이동하는 수단(이동하도록 구성된 부)을 구비하고,
상기 증착원이 X방향 또는 Y방향, 또는 막형성을 위해 지그재그로 이동되는 것을 특징으로 하는 제조 시스템이 있다.
또한, 기판을 회전시키는 기구는 막형성실 내에 설치되고, 상기 기판은 회전됨과 동시에, 상기 증착원은 막두께 균일성이 우수한 막형성을 위해 이동되는 것이 가능하다.
본 명세서에서 개시하는 발명의 구성은, 기판에 대향하여 배치한 증착원에서 증착재료를 증착시켜 상기 기판 위에 막형성을 하는 막형성장치를 갖고,
상기 기판이 배치되는 막형성실에는,
증착원과,
그 증착원을 이동하는 수단(이동하도록 구성된 부)과,
상기 기판을 회전시키는 수단(회전하도록 구성된 부)을 구비하고,
상기 증착원을 이동시키는 동시에 상기 기판을 회전시켜 막형성을 하는 것을 특징으로 하는 제조 시스템이 있다.
또한, 멀티 챔버방식의 제조 시스템으로 하는 것이 가능하다. 본 발명의 다른 구성은, 막형성장치를 갖고,
로드실과, 그 로드실에 연결된 반송실과, 그 반송실에 연결된 막형성실을 갖는 제조 시스템에 있어서,
상기 막형성실에는,
증착원과,
그 증착원을 이동하는 수단(이동하도록 구성된 부)과,
상기 기판을 회전하는 수단(회전하도록 구성된 부)을 갖고,
상기 증착원을 이동시키는 동시에 상기 기판을 회전시켜 막형성을 하는 것을 특징으로 하는 막형성장치를 갖는 제조 시스템이다.
상기 각 구성에 있어서, 상기 증착원과 상기 기판과의 간격이, 30cm이하, 바람직하게는 5cm∼15cm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 상기 막형성실은 상기 막형성실내를 진공으로 하는 진공배기 처리실과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 상기 증착원은 X방향 또는 Y방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 각 구성에 있어서, 상기 기판과 상기 증착원과의 사이에 마스크가 설치되어 있고, 그 마스크는 저열팽창율을 갖는 금속재료로 이루어진 마스크인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구성에 있어서, 상기 증착재료는 유기 화합물재료, 혹은 금속재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 증착시키는 EL 재료나 금속재료에 대하여, 산소와 물 등의 불순물이 혼입할 우려가 있는 주요 과정을 든 경우, 증착전에 EL 재료나 금속재료를 증착장치에 설정하는 과정, 증착과정 등을 생각할 수 있다.
통상, EL 재료를 저장하는 용기는, 갈색의 유리병에 넣어두고, 플라스틱제 캡으로 덮어두고 있다. 이 EL 재료를 저장하는 용기의 밀폐도가 불충분하다는 것도 생각할 수 있다.
종래, 증착법에 의해 막형성을 할 때는, 용기(유리병)에 넣어둔 증발재료를 소정의 양을 꺼내어, 증착장치내에서의 피막형성물에 대향시킨 위치에 설치된 용기(대표적으로는, 도가니, 증착 보트)로 이동시키지만, 이 이동 작업에 있어서 불순물이 혼입할 우려가 있다. 즉, EL 소자를 열화시키는 원인 중 하나인 산소나 물 및 그 밖의 불순물이 혼입할 가능성이 있다.
유리병으로부터 용기로 이동할 때는, 예를 들면, 증착장치에 그루브 등이 구비된 전처리실내에서 인간의 손으로 행하는 것을 생각할 수 있다. 그런데, 전처리실에 그루브를 구비한 경우, 진공으로 할 수 없고, 대기압에서 작업을 행하게 되어 가령 질소분위기에서 행한다고 해도 전처리실내의 수분이나 산소를 크게 감소하는 것은 곤란하였다. 로봇을 사용하는 것도 생각되지만, 증발재료는 가루형이기 때문에, 이동 로봇을 제작하는 것은 곤란하다. 따라서, 하부전극상에 EL 층을 형성하는 공정에서 상부전극 형성공정까지의 공정을 전자동화하여 불순물 혼입을 피하는 것이 가능한, 전체 폐쇄 시스템으로 하는 것이 곤란하였다.
그래서 본 발명은, EL 재료를 저장하는 용기로서 종래의 용기, 대표적으로는 갈색의 유리병 등을 사용하지 않고, 증착장치에 설치될 예정인 용기에 EL 재료나 금속재료를 직접 수납하고, 반송후에 증착을 행하는 제조 시스템으로 하여, 고순도의 증착재료로의 불순물 혼입방지를 실현하는 것이다. 또한, EL 재료의 증착재료를 직접 수납할 때, 얻어진 증착재료를 나눠 수납하는 것은 아니고, 증착장치에 설치될 예정인 용기에 직접 승화정제를 해도 된다. 본 발명에 의해, 금후 한층 더 증착재료의 초고순도화에의 대응을 가능하게 한다. 또한, 증착장치에 설치될 예정인 용기에 금속재료를 직접 수납하고, 가열저항에 의해 증착을 행해도 된다.
상기 증착장치에 설치하는 용기에 증착재료를 직접 수납하는 작업은, 증착장치를 사용하는 발광장치 메이커가 증착재료를 제작 또는 판매하고 있는 재료 메이커에 의뢰하는 것이 바람직하다.
또한, 아무리 고순도의 EL 재료를 재료 메이커로 제공되더라도, 발광장치 메이커로 종래의 이동 작업이 있는 한 불순물 혼입의 우려가 존재하고, EL 재료의 순도를 유지할 수 없으며, 순도에 한계가 있었다. 본 발명에 의해 발광장치 메이커와 재료 메이커가 연휴하여 불순물 혼입의 감소에 노력함으로써, 재료 메이커로 얻을 수 있는 매우 높은 순도의 EL 재료를 유지하고, 그대로 순도를 떨어뜨리지 않고 발광장치 메이커로 증착을 행할 수 있다.
본 발명의 막형성장치를 사용하여 증착을 행함에 따라, 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 대해서, 이하에 설명한다.
(실시예)
본 발명의 막형성장치(deposition apparatus)를 도 1a 및 도 1b에 나타낸다. 도 1a는 단면도, 도 1b는 평면도이다.
도 1a 및 도 1b에 있어서, 도면부호 11은 막형성실, 12는 기판홀더, 13은 기판, 14는 증착 마스크, 15는 증착 쉴드(증착 셔터), 17은 증착원 홀더, 18은 증착재료, 19는 증발한 증착재료이다.
진공도가 5×10-3Torr(0.665Pa)이하, 바람직하게는 10-4∼10-6Pa까지 진공배기된 막형성실(11)에서 증착을 행한다. 증착시, 미리 저항가열에 의해 증착재료는 증발(기화)되고, 증착시에 셔터(도시하지 않음)가 열림으로써 기판(13) 방향으로 비산한다. 증발한 증착재료(19)는, 위쪽으로 비산하고, 증착마스크(14)에 설치된 개구부를 통해 기판(13)에 선택적으로 증착된다.
상기 증착장치에 있어서, 증착원 홀더는, 도가니와, 도가니의 외측에 균열부재를 통해 배치된 히터와, 이 히터의 외측에 설치된 단열층과, 이들을 수납한 외부 케이싱과, 외부 케이싱의 외측으로 선회된 냉각 파이프와, 도가니의 개구부를 포함하는 외부 케이싱의 개구부를 개폐하는 셔터장치로 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 도가니는, BN의 소결체, BN과 AlN의 복합 소결체, 석영 또는 흑연 등 의 재료로 형성된 비교적 큰 개구부를 갖는 통형상 용기이며, 고온, 고압, 감압에 견딜 수 있는 것으로 되어 있다.
또한, 마이크로컴퓨터에 의해 막형성 속도를 제어할 수 있도록 해 둘 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 나타낸 증착장치에서는, 증착시 기판(13)과 증착원 홀더(17)와의 간격 d를 대표적으로는, 30cm이하, 바람직하게는 20cm이하, 더욱 바람직하게는 5cm∼15cm로 좁혀서, 증착재료의 이용 효율 및 스루풋을 특히 향상시키고 있다.
또한, 기판홀더(12)에는 기판(13)을 회전시키는 기구가 설치된다. 또한, 증착원 홀더(17)는 수평을 유지한 채로 막형성실(11)내를 X방향 또는 Y방향으로 이동가능한 기구가 설치된다. 여기서는 한쪽 방향으로만 이동시키는 예를 개시하고 있지만 특별히 한정되지 않으며, 증착원 홀더(17)를 이차원 평면의 X방향 또는 Y방향으로 이동시켜도 된다. 또한, 증착원 홀더(201)를, 소정시간 동안 X방향 또는 Y방향으로 왕복운동시키고, 경사지게 이동시키거나 아크 형상으로 이동시키는 것이 좋다. 또한, 증착원 홀더(201)를 일정한 가속도로 이동시킬 수 있다. 이러한 증착원 홀더(201)는, 기판의 에지 부분 근처에서 감속하거나 가속될 수 있다. 예를 들면, 또한, 도 6에 도시된 일례와 같이, 증착원 홀더(201)를 지그재그로 이동시켜도 된다. 도 6에서, 도면부호 200은 기판, 201은 증착원 홀더, 202는 증착원 홀더를 이동시키는 방향을 나타낸다. 도 6에서, 4개의 도가니는, 상기 증착원 홀더(201)에 설치될 수 있다. 증착재료(203a, 203b)는, 별도의 도가니에 충전된다.
도 1a 및 도 1b에 나타낸 증착장치는, 증착시, 기판(13)의 회전과, 증착원 홀더(17)의 이동을 동시에 행함으로써, 막두께 균일성이 우수한 막형성을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이동 가능한 증착원 홀더(17)에 증착셔터를 설치해도 된다. 또한, 하나의 증착원 홀더에 구비되는 유기 화합물은 반드시 하나일 필요는 없고, 복수여도 된다. 예를 들면, 증착원에 발광성의 유기 화합물로서 구비되어 있는 한 종류의 재료 외에, 도펀트가 될 수 있는 별도의 유기 화합물(도펀트 재료)을 함께 구비하여 놓아도 된다. 증착시킨 유기 화합물층으로서, 호스트재료와 호스트재료보다도 여기에너지가 낮은 발광재료(도펀트 재료)로 구성하고, 도펀트의 여기에너지가 정공수송성 영역의 여기에너지 및 전자수송층의 여기에너지보다도 낮아지도록 설계하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 도펀트의 분자 여기자의 확산을 막고, 효과적으로 도펀트를 발광시킬 수 있다. 또한, 도펀트가 캐리어 트랩형의 재료라면, 캐리어의 재결합효율도 높일 수 있다. 또한, 3중항 여기에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료를 도펀트로서 혼합영역에 첨가한 경우도 본 발명에 포함시키는 것으로 한다. 또한, 혼합영역의 형성에 있어서는, 혼합영역에 농도변화를 갖게 하여도 된다.
또한, 단일 증착원 홀더에 복수의 유기 화합물을 구비하는 경우, 유기 화합물이 서로 혼합되도록 화합물 증발 방향이 피증착물의 위치에서 교차하도록 경사지게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 공증착(coevaporation)을 행하기 위해서 도 6에 도시한 바와 같이 4개의 증착재료(증착재료 a로서 호스트재료 두 종류, 증착재료 b로서 도펀트 재료 두 종류)를 구비한 증착홀더도 된다.
또한, 기판(13)과 증착원 홀더(17)와의 간격 d를 대표적으로는 30cm이하, 바람직하게는 5cm∼15cm로 좁히기 때문에, 증착 마스크(14)도 가열될 우려가 있다. 따라서, 증착 마스크(14)는 열에 의해서 변형되기 힘든 저열팽창율을 갖는 금속재료(예를 들면, 텅스텐, 탄탈, 크롬, 니켈 또는 몰리브덴이라는 고융점 금속 또는 이들 원소를 포함하는 합금, 스테인레스 강, 인코넬, 하스테로이(hastelloy)라는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 니켈 42%, 철 58%의 저열팽창 합금 등을 들 수 있다. 또한, 가열되는 증착 마스크를 냉각하기 위해서, 증착 마스크에 냉각매체(냉각수, 냉각가스)를 순환시키는 기구를 구비해도 된다.
또한, 증착 마스크(14)는 선택적으로 증착막을 형성할 때에 사용하는 것이고, 전면에 증착막을 형성하는 경우에는 특별히 필요하지 않다.
또한, 기판홀더(12)는 영구자석을 구비하고 있고, 금속으로 이루어지는 증착 마스크를 자력으로 고정하고 있어, 그 사이에 끼워지는 기판(13)도 고정되어 있다. 여기서는, 증착 마스크가 기판(13)과 밀접해 있는 예를 나타내지만, 어느 정도의 간격을 갖고 고정하는 기판홀더나 증착 마스크 홀더를 적절히 설치해도 된다.
또한, 막형성실(11)에는, 막형성실내를 진공으로 하는 진공배기 처리실과 연결되어 있다. 진공배기 처리실에서는, 자기부상형의 터보분자펌프, 크라이오펌프 또는 드라이펌프가 구비되어 있다. 이에 따라 반송실의 도달 진공도를 10-5∼10-6Pa로 하는 것이 가능하며, 또한, 펌프측 및 배기계로부터의 불순물의 역확산을 제어할 수 있다. 장치내부에 불순물이 도입되는 것을 막기 때문에, 도입하는 가스로는, 질소나 희가스 등의 불활성가스를 사용한다. 장치내부에 도입되는 이들 가스는, 장치 내에 도입되기 전에 가스정제기에 의해 고순도화된 것을 사용한다. 따라서, 가스가 고순도화된 후에 막형성장치에 도입되도록 가스 정제기를 구비해 두어야 한다. 이에 따라, 가스 중에 포함되는 산소나 물, 그 밖의 불순물을 미리 제거할 수 있으므로, 장치내부에 이들 불순물이 도입되는 것을 막을 수 있다.
또한, 막형성실(11)내에 플라즈마 발생장치를 설치하고, 기판을 배치하지 않고 있는 상태에서 막형성실내에 플라즈마(Ar, H, F, NF3 또는 O로부터 선택된 일종 또는 복수종의 가스를 여기하여 발생시킨 플라즈마)를 발생시키고, 막형성실 내벽, 방착쉴드 또는 증착 마스크에 부착한 증착물을 기화시켜 막형성실 외로 배기함으로써, 클리닝해도 된다. 이렇게 해서, 유지보수시에 막형성실내를 대기에 노출시키지 않고 클리닝하는 것이 가능해진다. 이때, 클리닝 시, 기화한 유기 화합물은 배기계(진공펌프) 등에 의해서 회수하여 다시 이용할 수도 있다.
이상의 구성으로 이루어진 본 발명에 관해서, 이하에 나타낸 예들로 더욱 상세히 설명하겠다.
[예]
(예 1)
여기서는, 동일 기판 위에 화소부와 구동회로를 갖고, EL소자를 포함하는 액티브 매트릭스형 발광장치의 제작공정을 예로 들어 도 2a 및 도 2b에서 설명한다.
우선, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 절연표면을 갖는 기판(21)상에 공지의 제조공정에 의해 박막트랜지스터(이하, TFT라고 한다)(22)를 형성한다. 화소부(20a)에는, n채널형 TFT 및 p채널형 TFT를 설치하지만, 여기서는, 유기 발광소자에 전류를 공급하는 p채널형 TFT를 도시하고 있다. 또, 유기 발광소자에 전류를 공급하는 TFT가 n채널형 TFT이어도, p채널형 TFT이어도 된다. 또한, 화소부의 주변에 설치하는 구동회로(20b)에는, n채널형 TFT, p채널형 TFT, 및 이들을 상보적으로 조합한 CMOS 회로 등을 형성한다. 또, 여기서는, 투명한 산화물 도전막(ITO(산화인듐산화주석합금), 산화인듐산화아연합금(In2O3-ZnO), 산화아연(ZnO) 등)으로 이루어진 양극(23)을 매트릭스형으로 형성한 후, TFT의 활성층과 접속하는 배선을 형성하고 있는 예를 나타낸다. 이어서, 양극(23)의 단부를 덮는 무기절연재료 또는 유기절연재료로 이루어진 절연막(24)을 형성한다.
다음에, 도 2b에 나타낸 바와 같이, EL소자를 형성하는 유기화합물층(EL층)의 막형성을 한다.
우선, 전처리로서 양극(23)의 클리닝을 한다. 양극표면의 클리닝으로서는, 진공중에서의 자외선조사, 또는 산소플라즈마처리를 하여, 양극표면을 클리닝한다. 또한, 산화처리로서는, 100∼120℃로 가열하면서, 산소를 포함하는 분위기속에서 자외선을 조사하면 되고, 양극이 ITO와 같은 산화물인 경우에 유효하다. 또한, 가열처리로서는, 진공중에서 기판이 견딜 수 있는 50℃ 이상의 가열온도, 바람직하게는 65∼150℃의 가열을 하면 되고, 기판에 부착한 산소나 수분 등의 불순물이나, 기판 위에 형성한 막중의 산소나 수분 등의 불순물을 제거한다. 특히, EL재료는, 산소나 물 등의 불순물에 의해 열화를 받기 쉽기 때문에, 증착전에 진공중에서 가열하는 것은 유효하다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치인 막형성실로 반송하여, 양극(23)상에 유기 화합물층의 1층인 정공수송층, 정공주입층, 또는 발광층 등을 적절히 적층 형성한다. 여기서는, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치인 막형성실에 구비된 증착원을 가열하여 증착을 하고, 정공주입층(25)과, 발광층(R)(26)과, 발광층(G)(27)과, 발광층(B)(28)을 형성한다. 이때, 발광층(R)은, 적색광을 발하는 발광층이며, 발광층(G)은, 녹색광을 발하는 발광층이며, 발광층(B)는, 청색광을 발하는 발광층이다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 하는 것에 따라, 유기 화합물층의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율, 및 스루풋을 특히 향상시킬 수 있다.
이어서, 음극(29)을 형성한다. 음극(29)의 형성에 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성실을 사용하여도 된다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 하는 것에 따라, 음극의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율, 및 스루풋을 특히 향상시킬 수 있다.
음극(29)에 사용하는 재료로서는 일함수가 작은 금속(대표적으로는 주기표의 1족 또는 2족에 속하는 금속원소)이나, 이들을 포함하는 합금을 사용하는 것이 바람직하다고 되어 있다. 일함수가 작으면 작을수록 발광효율이 향상하기 때문에, 그 중에서도, 음극에 사용하는 재료로서는, 알칼리금속의 하나인 Li(리튬)을 포함하는 합금재료가 바람직하다. 또, 음극은 전화소에 공통의 배선으로서도 기능하여, 접속배선을 경유하여 입력단자부에 단자전극을 가지고 있다.
이어서, 보호막, 밀봉기판, 혹은 밀봉캔으로 봉입함으로써, 유기 발광소자를 외부에서 완전히 차단하여, 외부에서 수분이나 산소 등의 EL층의 산화에 의한 열화를 재촉하는 물질이 침입하는 것을 막는 것이 바람직하다. 이때, 건조제를 설치하여도 된다.
이어서, 이방성 도전재로 입출력 단자부의 각 전극에 FPC(플렉시블프린트회로)를 붙인다. 이방성 도전재는, 수지와, 표면에 Au 등이 도금된 수십∼수백μm 지름의 도전성입자로 이루어져, 도전성입자에 의해 입출력 단자부의 각 전극과 FPC에 형성된 배선이 전기적으로 접속한다.
또한, 필요가 있으면, 편광판과 위상차판으로 구성되는 원편광판 등의 광학필름을 설치하여도 되고, IC칩 등을 실장시켜도 된다.
이상의 공정에서 FPC가 접속된 모듈 타입 액티브 매트릭스형의 발광장치가 완성된다.
또한, 여기서는, 양극을 투명도전막으로 하여, 해당 양극, 유기 화합물층, 음극의 순차로 적층하는 예를 나타내었지만, 본 발명은, 이 적층구조에 한정되지 않고, 음극, 유기 화합물층, 음극의 순으로 적층하여도 되고, 양극을 금속층으로 하여, 해당 양극, 유기 화합물층, 투광성을 갖는 음극의 순으로 적층하여도 된다.
또한, 여기서는 TFT의 구조로서 톱 게이트형 TFT의 예를 게시하였지만, TFT 구조에 관계없이 본 발명을 적용하는 것이 가능하고, 예를 들면 보텀 게이트형(역 스태거형) TFT나 순스태거형 TFT에 적용하는 것이 가능하다.
(예 2)
도 3은 EL 모듈 평면도의 외관을 도시한 도면이다. 무수한 TFT가 설치된 기판(TFT 기판이라고도 부른다)(35)에는, 표시가 행하여지는 화소부(30)와, 화소부의 각 화소를 구동시키는 구동회로(31a, 31b)와, EL층상에 설치되는 음극과 인출배선을 접속하는 접속부와, 외부회로와 접속하기 위해서 FPC를 붙이는 단자부(32)가 설치된다. 또한, 모듈은 EL소자와 밀봉재(34)를 밀봉하기 위한 기판에 의해 밀폐된다.
이때, 도 3에서 화소부의 단면은, 특별히 한정되지 않지만, 여기서는, 도 2b의 단면도를 일례로 하고, 도 2b의 단면구조에 보호막이나 밀봉기판을 접착하는 등의 밀봉공정후의 것으로 한다.
기판 위에 절연막이 설치되고, 절연막의 위쪽에는 화소부, 구동회로가 형성되어 있고, 화소부는 전류제어용 TFT와 그 드레인에 전기적으로 접속된 화소전극을 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 또한, 구동회로는 n채널형 TFT와 p채널형 TFT를 조합한 CMOS 회로를 사용하여 형성된다.
이 TFT들은, 공지의 기술을 사용하여 형성하여도 된다.
또한, 화소전극은 발광소자(유기 발광소자)의 양극으로서 기능한다. 또한, 화소전극의 양단에는 뱅크라고 불리는 절연막이 형성되고, 화소전극상에는 유기 화합물층 및 발광소자의 음극이 형성된다.
음극은 전체 화소에 공통의 배선으로서도 기능하고, 접속배선을 경유하여 FPC와 접속하는 단자부에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 화소부 및 구동회로에 포함되는 소자는 모두 음극 및 보호막으로 덮여 있다. 그리고, 커버재(밀봉하기 위한 기판)와 접착제로 접합하여도 된다. 또한, 커버재에는 오목부를 설치하여, 건조제를 설치하여도 된다.
또한, 본 예는, 상기 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(예 3)
상기 예 1에서는 TFT(22)으로서 톱 게이트형 TFT(구체적으로는 플레이너형 TFT)를 제조한 예를 나타내고 있지만, 본 실시예에서는 TFT(22) 대신에 TFT(42)를 사용한다. 본 예에서 사용하는 TFT(42)는, 보텀 게이트형 TFT(구체적으로는, 역스태거형 TFT)이며, 공지의 제조공정으로 형성하여도 된다.
우선, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 절연표면을 갖는 기판(41)상에 공지의 제조공정에 의해 보텀 게이트형 TFT(42)를 형성한다. 또, 여기서는, TFT를 형성한 후, 금속층(Pt, Cr, W, Ni, Zn, Sn, In에서 선택된 일종 또는 복수의 원소를 포함하는 도전성재료)으로 이루어진 양극(43)을 매트릭스형으로 형성한 예를 나타낸다.
이어서, 양극(43)의 단부를 덮는 무기절연재료 또는 유기절연재료로 이루어진 절연막(44)을 형성한다.
다음에, 도 4b에 나타낸 바와 같이, EL소자를 형성하는 유기 화합물층(EL층)의 막형성을 한다. 증착원을 구비한 막형성실에 반송하여, 양극(43)상에 유기 화합물층의 1층인 정공수송층, 정공주입층, 또는 발광층 등을 적절히 적층형성한다. 여기서는, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치에서 증착을 하여, 정공주입층(45)과, 발광층(R)(46)과, 발광층(G)(47)과, 발광층(B)(48)을 형성한다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 함으로써, 유기 화합물층의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 특별히 향상시킬 수 있다.
이어서, 하층으로 되는 음극(49a)을 도 1a 및 1b에 나타낸 막형성장치에 형성한다. 도 1a 및 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 하는 것에 따라, 음극(49a)의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율, 및 스루풋을 특히 향상시킬 수 있다. 하층으로 되는 음극(49a)은, 대단히 얇은 금속막(MgAg, MgIn, AlLi, CaN 등의 합금, 또는 주기표의 1족 또는 2족에 속하는 원소와 알루미늄을 공증착법에 의해 형성한 막), 또는 그것들의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상층이 되는 음극(49b)을 형성한다(도 4c, 그 전극(49b)은, 투명한 산화물도전막(ITO(산화인듐산화주석합금), 산화인듐산화아연합금(In2O3-ZnO), 산화아연(ZnO) 등)을 사용하여도 된다. 도 4c의 적층구조는, 도면에서의 화살표 방향으로 발광시키는 경우(음극에 발광을 통과시키는 경우)이기 때문에, 음극으로서, 투광성을 갖는 도전성재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이후의 공정은, 상기 예 1에 나타낸 모듈타입의 액티브매트릭스형 발광장치의 제조방법과 동일하기 때문에 여기서는 생략한다.
또한, 본 예는, 실시예, 예 1 또는 예 2의 어느 것과도 자유롭게 조합할 수 있다.
(예 4)
본 예에서는 상부전극까지의 제조를 전자동화한 멀티 챔버방식의 제조 시스템의 예를 도 5에 나타낸다.
도 5에 있어서, 도면부호 100a∼100k, 100m∼100u는 게이트, 101은 예비실, 119는 추출실, 102, 104a, 108, 114, 118은 반송실, 105, 107, 111은 수도실, 106R, 106B, 106G, 109, 110, 112, 113은 막형성실, 103은 전처리실, 117은 밀봉기판로드실, 115는 디스펜서실, 116은 밀봉실, 120a, 120b는 카세트실, 121은 트레이 장착 스테이지이다.
이하, 미리 TFT(22) 및 양극(23)이 설치된 기판을 도 5에 나타낸 제조 시스템에 반입하여, 도 2b에 나타낸 적층구조를 형성하는 순서를 나타낸다.
우선, 카세트실 120a 또는 카세트실 120b에 TFT 및 양극(23)이 설치된 기판을 세트한다. 기판이 대형기판(예를 들면, 300mm×360mm)인 경우에는, 카세트실(120b)에 세트하고, 통상 기판(예를 들면, 127mm×127mm)인 경우에는, 트레이 장착스테이지(121)에 반송하여, 트레이(예를 들면 300mm × 360mm)에 여러 장의 기판을 탑재한다.
이어서, 기판 반송기구가 설치된 반송실(118)에서 예비실(101)에 반송한다.
예비실(101)은, 진공배기처리실과 연결되어 있고, 진공배기한 후, 불활성가스를 도입하여 대기압으로 해두는 것이 바람직하다. 이어서, 예비실(101)에 연결된 반송실(102)로 반송한다. 미리, 반송실내에는 수분이나 산소가 존재하지 않도록, 진공배기하여 진공을 유지해 둔다.
또한, 반송실(102)에는, 반송실내를 진공으로 하는 진공배기 처리실과 연결 되어 있다. 진공배기처리실에서는, 자기부상형의 터보분자펌프, 크라이오펌프 또는 드라이펌프가 구비되어 있다. 이에 따라, 반송실의 도달 진공도를 l0-5∼10-6Pa로 하는 것이 가능하고, 그리고 펌프측 및 배기계에서의 불순물의 역확산을 제어할 수 있다. 장치내부에 불순물이 도입되는 것을 막기 위해서, 도입하는 가스로서는, 질소나 희가스 등의 불활성가스를 사용한다. 장치내부에 도입되는 이 가스들은, 장치내에 도입되기 전에 가스정제기에 의해 고순도화된 것을 사용한다. 따라서, 가스가 고순도화된 후에 막형성장치에 도입되도록 가스 정제기를 구비해둘 필요가 있다. 이에 따라, 가스중에 포함되는 산소나 물, 그 밖의 불순물을 미리 제거할 수 있으므로, 장치내부에 이 불순물들이 도입되는 것을 막을 수 있다.
또한, 기판에 포함되는 수분이나 그 밖의 가스를 제거하기 위해서, 탈기를 위한 어닐링을 진공중에서 하는 것이 바람직하고, 반송실(102)에 연결된 전처리실(103)로 반송하여, 그곳에서 어닐링을 하여도 된다. 그리고, 양극의 표면을 클리닝할 필요가 있으면, 반송실(102)에 연결된 전처리실(103)에 반송하여, 그곳에서 클리닝을 하여도 된다.
또한, 양극상에 고분자로 이루어지는 유기 화합물층을 전체면에 형성하여도 된다. 막형성실(112)은, 고분자로 이루어진 유기 화합물층을 형성하기 위한 막형성실이다. 본 예에서는, 정공주입층(25)으로서 작용하는 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)수용액(PEDOT/PSS)을 전체면에 형성하는 예를 나타낸다. 막형성실(112)에서 스핀코트법이나 잉크젯법이나 스프레이법으로 유기 화합물층을 형성하 는 경우에는, 대기압에서 기판의 피막형성면을 상향으로 하여 세트한다. 본 예에서는, 수도실(105)에는, 기판 반전기구가 갖춰져 있어, 기판을 적절히 반전시킨다. 수용액을 사용한 막형성을 한 후는, 전처리실(103)에 반송하여, 그곳에서 진공중에서의 가열처리를 하여 수분을 기화시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 예에서는 고분자로 이루어지는 정공주입층(25)을 형성하는 예를 나타내었지만, 저분자유기재료로 이루어지는 정공주입층을 저항 가열법에 의한 증착으로 형성하여도 되고, 정공주입층(25)을 특별히 설치하지 않아도 된다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고, 반송실(102)에서 수도실(105)로 기판(104c)을 반송한 후, 반송실(104)에 기판(104c)을 반송하고, 반송기구(104b)에 의해서, 막형성실(106R)에 반송하여, 양극(23)상에 적색발광하는 EL층(26)을 적절히 형성한다. 여기서는 저항가열을 사용한 증착에 의해서 형성한다. 막형성실(106R)에는, 수도실(105)에서 기판의 피막형성면을 하향으로 하여 세트한다. 이때, 기판을 반입하기 전에 막형성실내는 진공배기해두는 것이 바람직하다.
예를 들면, 진공도가 5×10-3Torr(0.665Pa)이하, 바람직하게는 10­4∼10-6Pa까지 진공배기된 막형성실(106R)에서 증착을 한다. 증착시, 미리, 저항가열에 의해 유기 화합물은 기화되어 있고, 증착시에 셔터(도시하지 않음)가 열리는 것에 의해 기판의 방향으로 비산한다. 기화된 유기 화합물은, 위쪽으로 비산하여, 금속 마스크(도시하지 않음)에 설치된 개구부(도시하지 않음)를 통하여 기판에 증착된다.
본 예에서는, 도 1a 및 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 막형성을 행한 다. 도 1a 및 1b에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 행함에 따라, 유기 화합물층의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 현저히 향상시킬 수 있다.
여기서는, 풀 칼라로 하기 위해서, 막형성실(106R)에서 막형성한 후, 순차적으로 각 막형성실(106G, 106B)에서 막형성을 행하여, 적색, 녹색, 청색의 발광을 나타낸 유기 화합물층(26∼28)을 적절히 형성한다.
양극(23)상에 정공주입층(25) 및 원하는 EL층(26∼28)을 얻으면, 이어서, 대기에 노출시키지 않게 반송실 104a에서 수도실 107로 기판을 반송한 후, 다시 대기에 노출시키지 않게 수도실 107에서 반송실 108로 기판을 반송한다.
이어서, 반송실(108)내에 설치되어 있는 반송기구에 의해서, 막형성실(110)로 반송하고, 저항가열에 의한 증착법으로 금속층으로 이루어진 음극(29)을 적절히 형성한다. 여기서는, 막형성실(110)은, Li와 Al을 증착원으로 구비하여 저항가열에 의해 증착하는 증착장치로 한다.
이상의 공정으로 도 2b에 나타낸 적층구조의 발광소자가 형성된다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고 반송실(108)에서 막형성실(113)로 반송하여 질화실리콘막, 또는 질화산화실리콘막으로 이루어진 보호막을 형성한다. 여기서는, 막형성실(113)내에, 실리콘으로 이루어진 타깃, 또는 산화실리콘으로 이루어진 타깃, 또는 질화실리콘으로 이루어진 타깃을 구비한 스퍼터링장치로 한다. 예를 들면, 실리콘으로 이루어진 타깃을 사용하고, 막형성실 분위기를 질소분위기 또는 질소와 아르곤을 포함하는 분위기로 함으로써 질화실리콘막을 형성할 수 있다.
이어서, 발광소자가 형성된 기판을 대기에 노출시키지 않고, 반송실(108)에서 수도실(111)로 반송하고, 다시 수도실(111)에서 반송실(114)로 반송한다.
그 후, 발광소자가 형성된 기판을 반송실(114)에서 밀봉실(116)로 반송한다. 또, 밀봉실(116)에는, 밀봉재가 설치된 밀봉기판을 준비해 두는 것이 바람직하다.
밀봉기판은, 밀봉기판 로드실(117)에 외부로부터 세트된다. 또, 수분 등의 불순물을 제거하기 위해서 미리 진공속에서 어닐링, 예를 들면, 밀봉기판 로드실(117)내에서 어닐링을 하는 것이 바람직하다. 그리고, 밀봉기판에 밀봉재를 형성하는 경우에는, 반송실(114)을 대기압으로 한 후, 밀봉기판을 밀봉기판 로드실에서 디스펜서실(115)로 반송하고, 발광소자가 설치된 기판과 접합하기 위한 밀봉재를 형성하고, 밀봉재를 형성한 밀봉기판을 밀봉실(116)로 반송한다.
이어서, 발광소자가 설치된 기판을 탈기하기 위해서, 진공 또는 불활성 분위기속에서 어닐링을 한 후, 밀봉재가 설치된 밀봉기판과, 발광소자가 형성된 기판을 접합시킨다. 여기서는, 밀봉기판에 밀봉재를 형성한 예를 나타냈지만, 특별히 한정되지 않고, 발광소자가 형성된 기판에 밀봉재를 형성해도 된다.
이어서, 접합된 한 쌍의 기판을 밀봉실(116)에 설치된 자외선 조사기구에 의해서 UV광을 조사하여 밀봉재를 경화시킨다. 여기서는, 밀봉재로서 자외선 경화수지를 사용했지만, 접착제라면 특별히 한정되지 않는다.
이어서, 접합된 한 쌍의 기판을 밀봉실(116)에서 반송실(114), 그리고 반송실(114)에서 추출실(119)로 반송하여 추출한다.
이상과 같이, 도 5에 나타낸 제조 시스템을 사용함으로써 완전히 발광소자를 밀폐공간에 봉입할 때까지 외기에 노출되지 않도록, 신뢰성이 높은 발광장치를 제조하는 것이 가능해진다. 또, 반송실(114)에서는, 진공과, 대기압에서의 질소분위기를 반복하지만, 반송실(102, 104a, 108)은 항상 진공이 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 인라인방식의 막형성장치로 하는 것도 가능하다.
이하, 미리 TFT 및 양극이 설치된 기판을 도 5에 나타낸 제조 시스템에 반입하고, 도 4c에 나타낸 적층구조를 형성하는 순서를 나타낸다.
우선, 도 2a의 적층구조를 형성하는 경우와 마찬가지로 카세트실 120a 또는 카세트실 120b에 TFT 및 양극(43)이 설치된 기판을 세트한다.
이어서, 기판 반송기구가 설치된 반송실(118)에서 예비실(101)로 반송한다. 그 다음 그 예비실(101)에 연결된 반송실(102)로 반송한다.
또한, 기판에 포함된 수분이나 그 밖의 가스를 제거하기 위해서, 탈기를 위한 어닐링을 진공속에서 하는 것이 바람직하고, 반송실(102)에 연결된 전처리실(103)로 반송하고, 거기서 어닐링을 행하여도 된다. 게다가, 양극의 표면을 클리닝할 필요가 있으면, 반송실(102)에 연결된 전처리실(103)로 반송하고, 거기서 클리닝을 행하여도 된다.
또한, 양극상에 고분자로 이루어진 유기 화합물층을 전체면에 형성해도 된다. 막형성실(112)은, 고분자로 이루어진 유기 화합물층을 형성하기 위한 막형성실이다. 예를 들면, 정공주입층(45)으로서 작용하는 폴리(에틸렌다이옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)수용액(PEDOT/PSS)을 전체면에 형성해도 된다. 막형성실(112)에 있어서 스핀코트법이나 잉크젯법이나 스프레이법으로 유기 화합물층을 형성하는 경우에는, 대기압하에서 기판의 피막형성면을 상향으로 하여 세트한다. 수도실(105)에는, 기판반전기구가 갖춰져 있고, 기판을 적절히 반전시킨다. 또한, 수용액을 사용한 막형성을 한 후에는, 전처리실(103)로 반송하고, 거기서 진공속에서의 가열처리를 행하여 수분을 기화시키는 것이 바람직하다.
이어서, 대기에 노출시키지 않고, 반송실(102)에서 수도실(105)로 기판(104c)을 반송한 후, 반송실(104)로 기판(104c)을 반송하고, 반송기구(104b)에 의해서, 막형성실(106R)로 반송하고, 양극(43)상에 적색 발광하는 EL층(46)을 적절히 형성한다. 여기서는, 도 1a 및 도 1b의 막형성장치를 사용한 증착에 의해서 형성한다. 도 1에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 함으로써, 유기 화합물층의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 현저히 향상시킬 수 있다.
여기서는, 풀 칼라로 하기 위해서, 막형성실(106R)에서 막형성한 후, 순차적으로 각 막형성실(106G, 106B)에서 막형성을 하여, 적색, 녹색, 청색의 발광을 나타낸 유기 화합물층(46∼48)을 적절히 형성한다.
양극(43)상에 정공주입층(45) 및 원하는 EL층(46∼48)을 얻으면, 이어서, 대기에 노출시키지 않고, 반송실(104a)에서 수도실 107로 기판을 반송한 후, 다시 대기에 노출시키지 않고, 수도실(107)에서 반송실 108로 기판을 반송한다.
이어서, 반송실(108)내에 설치되어 있는 반송기구에 의해서, 막형성실(110)로 반송하고, 대단히 얇은 금속막(MgAg, Mgln, AlLi, CaN 등의 합금, 또는 주기표의 1족 또는 2족에 속하는 원소와 알루미늄을 공증착법에 의해 형성한 막)으로 이 루어진 음극(하층)(49a)을 도 1에 나타낸 막형성장치로 형성한다. 얇은 금속층으로 이루어진 음극(하층)(49a)을 형성한 후, 막형성실(109)로 반송하여 스퍼터링법에 의해 투명도전막(ITO(산화인듐산화주석합금), 산화인듐산화아연합금(In2O3-ZnO), 산화아연(ZnO)등)으로 이루어진 음극(상층)(49b)을 형성하고, 얇은 금속층과 투명도전막의 적층으로 이루어진 음극(49a, 49b)을 적절히 형성한다.
이상의 공정에서 도 4c에 나타낸 적층구조의 발광소자가 형성된다. 도 4c에 나타낸 적층구조의 발광소자는 도면에서 화살표로 나타낸 발광방향이 되고, 도 2b의 발광소자와는 역방향이 된다.
또한, 이후의 공정은 상기한 도 2a에 나타낸 적층구조를 갖는 발광장치의 제조순서와 동일하기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
이와 같이, 도 5에 나타낸 제조 시스템을 사용하면, 도 2b 및 도 4c에 나타낸 적층구조를 분리할 수 있다. 또한, 도 1에 나타낸 막형성장치를 사용하여 증착을 함으로써, 유기 화합물층의 막두께 균일성, 증착재료의 이용효율 및 스루풋을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 예는, 상기 실시예, 상기 예 1 내지 3의 어느 것과도 자유롭게 조합할 수 있다.
(예 5)
도 7은 본 실시예의 제조 시스템의 설명도를 나타낸다.
도 7에서, 도면부호 61a는 제 1 용기(도가니)이며, 61b는 제 1 용기를 대기 로부터 격리하여 오염으로부터 막기 위한 제 2 용기이다. 또한, 62는 고순도로 정제된 분말형의 EL재료이다. 또한, 63은 진공가능한 챔버이며, 64는 가열수단, 65는 피증착물, 66은 증착막이다. 또한, 68은 재료 메이커이며, 증착재료인 유기 화합물재료를 생산, 정제하고 있는 제조자(대표적으로는, 원재료 취급업자)이며, 69는 증착장치를 갖는 발광장치 메이커이며, 발광장치의 제조자(대표적으로는, 생산공장)이다.
본 실시예의 제조 시스템의 흐름을 이하에 설명한다.
우선, 발광장치 메이커(69)로부터 재료 메이커(68)에 발주(60)를 행한다. 재료 메이커(68)는 발주(60)에 따라서, 제 1 용기와 제 2 용기를 준비한다. 그리고, 재료 메이커가 청정실 환경내에서 불순물(산소와 수분)의 혼입에 충분히 주의를 기울이면서 제 1 용기(61a)에 초고순도의 EL재료(62)를 정제 또는 수납한다. 그 후, 재료 메이커(68)가 청정실 환경내에서 제 1 용기의 내부 또는 외부에 여분의 불순물이 부착하지 않도록 제 2 용기(61b)에서 제 1 용기(61a)를 밀폐하는 것이 바람직하다. 밀폐할 때에는, 제 2 용기(61b)의 내부는, 진공 또는 불활성가스로 충전하는 것이 바람직하다. 또, 초고순도의 EL재료(62)를 정제 또는 수납하기 전에 제 1 용기(61a) 및 제 2 용기(61b)를 클리닝해 두는 것이 바람직하다.
본 예에서, 제 1 용기(61a)는, 후에 증착을 행할 때, 그대로 챔버내에 설치되는 것이다. 또한, 제 2 용기(61b)는, 산소나 수분의 혼입을 차단하는 장벽성을 구비한 패키징 필름이어도 좋지만, 자동으로 추출 가능하도록 원통형상 또는 상자형의 튼튼한 차광성을 갖는 용기로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 제 1 용기(61a)가 제 2 용기(61b)에 밀폐된 채의 상태에서, 재료 메이커(68)에서 발광장치 메이커(69)로 반송(67)한다.
이어서, 제 1 용기(61a)가 제 2 용기(61b)에 밀폐된 채로의 상태에서, 진공배기 가능한 처리실(63)내에 도입한다. 이때, 처리실(63)은, 내부에 가열부(64)와 기판홀더(도시하지 않음)가 설치되어 있는 증착 챔버이다. 그 후, 처리실(63)내를 진공배기하여 산소나 수분이 가능한 한 많이 감소된 클린 상태로 한 후, 제 2 용기(61b)에서 제 1 용기(61a)를 추출하고, 진공을 깨지 않고, 가열수단(64)에 설치함으로써 증착원을 준비할 수 있다. 또, 제 1 용기(61a)에 대향하도록 피증착물(여기서는 기판)(65)이 설치된다.
이어서, 저항가열 등의 가열수단(64)에 의해서 증착재료에 열을 가하여 증착원에 대향하여 설치된 피증착물(65)의 표면에 증착막(66)을 형성할 수 있다. 이렇게 해서 얻어진 증착막(66)은 불순물을 포함하지 않고, 이 증착막(66)을 사용하여 발광소자를 완성시킨 경우, 높은 신뢰성과 높은 휘도를 실현할 수 있다.
이렇게 해서, 제 1 용기(61a)는 한번도 대기에 닿지 않고 증착 챔버(63)에 도입되고, 재료 메이커로 증착재료(62)를 수납한 단계에서의 순도를 유지한 채로, 증착을 행하는 것을 가능하게 한다. 또한, 재료 메이커에서 제 1 용기(61a)에 직접 EL 재료(62)를 수납함으로써, 필요한 양만을 발광장치 메이커에 제공하고, 비교적 비싼 EL재료를 효율적으로 사용할 수 있다.
종래의 저항가열에 의한 증착법에서는, 재료의 사용효율이 낮아, 예를 들면 이하에 나타낸 것 같은 사용효율을 올리는 방법이 있다. 증착장치의 유지보수시에 도가니에 새로운 EL재료를 넣은 상태로 첫 번째 증착을 행한 후에는, 증착되지 않고서 잔류물이 남는다. 그리고, 다음에 증착을 행할 때는 잔류물상에 새롭게 EL재료를 보충하여 증착을 행하고, 이후의 증착은 유지보수를 행할 때까지 상기 보충을 반복하는 방법으로 사용효율을 올릴 수 있지만, 이 방법으로는, 잔류물이 오염의 원인이 될 수 있다. 또한, 보충할 때에는 작업자가 행하기 때문에, 그 때, 증착재료에 산소나 수분이 혼입하여 순도가 저하될 우려가 있다. 또한, 몇 번이나 반복하여 증착한 도가니는 유지보수시에 포기한다. 또한, 불순물의 오염을 막기 위해서, 증착을 행할 때마다 새로운 EL재료를 도가니에 넣고, 증착할 때마다 도가니도 포기하는 것도 생각할 수 있지만, 제조비용이 높아진다.
종래에 있어서 증착재료를 수납하고 있는 유리병을 제거할 수 있고, 게다가 상기 제조 시스템에 의해 유리병으로부터 도가니로 이동하는 작업을 제거할 수 있고, 불순물 혼입을 막을 수 있다. 아울러, 스루풋도 향상한다.
본 예에 의하면, 전자동화하여 스루풋을 향상시키는 제조 시스템을 실현함과 동시에, 재료 메이커(68)에서 정제한 증착재료(62)로의 불순물 혼입을 피하는 것이 가능한 일관된 폐쇄 시스템을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상기에서는 EL재료를 예로 설명했지만, 본 예에서는 음극이나 양극이 되는 금속층도 저항가열에 의해 증착을 행할 수도 있다. 저항가열법으로 음극을 형성하면, TFT(22)의 전기 특성(온전류, 오프전류, Vth, S값 등)을 변화시키지 않고 EL소자를 형성할 수 있다.
금속재료로서도, 마찬가지로 미리 제 1 용기에 금속재료를 수납하여, 그 제 1 용기를 그대로 증착장치에 도입하여, 저항가열에 의해 증발시켜 증착막을 형성하여도 된다.
또한, 본 예는, 상기 실시예, 예 1 내지 4의 어떤 것과도 자유롭게 조합할 수 있다.
(예 6)
본 예는 도 8a를 참조하여 반송용 용기의 형태를 설명한다. 반송용 제 2 용기는, 상부파트(721a)와 하부파트(721b)로 나누어진다. 이 제 2 용기는 고정부(706), 스프링(705), 핸들(710), 가스 입구(708), O 링 및 죔쇠(fastener)(702)를 갖는다. 이 고정부(706)는, 제 2 용기의 상부파트에 설치되어 제 1 용기를 고정한다. 스프링(705)은, 상기 고정부를 가압한다. 가스 입구(708)는, 제 2 용기의 하부파트에 설치되어 가스 경로로서 기능하여 상기 제 2 용기의 감압을 유지한다. 상기 O링은, 상기 상부파트(721a)와 하부파트(721b)를 서로 고정한다. 정제된 증착재료가 밀폐된 제 1 용기(701)는, 제 2 용기에 설치된다. 제 2 용기는, 스테인레스 강을 함유한 재료로 형성된다. 제 1 용기(701)는, 티타늄을 함유한 재료로 형성되어도 된다.
재료 메이커는, 정제된 증착재료를 제 1 용기(701)내에 밀폐한다. 그 후, 제 1 용기(701)는, 제 2 용기내에 O링과 함께 상기 상부파트(721a)와 하부파트(721b)를 놓고서, 상기 죔쇠(702)로 그 상부파트(721a)와 하부파트(721b)를 고정한다. 그 후, 제 2 용기내의 압력을 감소시켜, 가스 입구(708)를 통해 분위기를 질소 분위기로 바꾼다. 그 스프링(705)을 조정하여, 상기 고정부(706)에 의해 제 1 용기(701) 가 고정된다. 제 2 용기에 건조제를 넣어도 된다. 제 2 용기의 내부를 배기 또는, 감압을 유지하면서, 이처럼 질소분위기에서, 아주 작은 산소 또는 수분량조차도 증착재료와 접촉하지 않도록 한다.
이 상태에서, 상기 용기를 발광장치 메이커로 반송시키고, 이때의 메이커는 막형성실 내에 제 1 용기(701)가 설치되어 있다. 그 후, 증착재료는 가열 승화되어 증착막을 형성한다.
다른 부분, 예를 들면, 막두께 모니터(석영 공진기 등) 및 셔터도 대기에 노출시키지 않고 증착장치 내에 반송 및 설치되는 것이 바람직하다.
본 예에서는, 설정 챔버가, 용기내에 진공 밀폐된 (증착재료로 충전된) 도가니를 상기 용기로부터 추출하여, 대기에 접촉하지 않으면서 설정 챔버 내에 증착원 홀더내에 설치되는 막형성실과 접속된다. 이 도가니는, 상기 설정 챔버로부터 대기에 노출되지 않고서 반송 로봇에 의해 반송된다. 상기 설정 챔버는, 진공배기수단을 갖고, 그 설정 챔버 내에 도가니 가열수단이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
제 2 용기(721a, 721b)에 밀폐된 제 1 용기(701)를 막형성실로 반송하는 기구는, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한다.
도 8a는 회전 테이블(713), 반송기구 및 리프팅 기구(711)를 갖는 설정 챔버(705)의 단면을 나타낸다. 이때, 회전 테이블(713)은, 제 1 용기가 수납된 제 2 용기(721a, 721b)를 실장하기 위한 것이다. 그 반송기구는 상기 제 1 용기를 반송한다. 상기 설정 챔버는, 막형성실에 인접한다. 상기 설정 챔버내의 분위기는, 가스 입구를 통해 분위기 제어수단에 의해 제어될 수 있다. 이 예의 반송기구는, 제 1 용기(701)로 급강하하여 제 1 용기를 픽업하여 상기 용기의 헤드를 잡고서 반송하는 도 8b에 나타낸 것으로 한정되지 않는다. 이때, 반송기구는, 용기를 측면에서 고정하여 상기 제 1 용기를 반송하여도 된다.
이 설정 챔버에서는, 죔쇠(702)가 작동되지 않으면서 상기 회전 테이블(713) 상에 제 2 용기가 설치된다. 내부가 진공이므로, 상기 용기는, 죔쇠(702)가 작동되지 않을 경우 떨어져 분리되지 않는다. 그래서, 상기 설정 챔버의 압력은, 분위기 제어수단에 의해 감소된다. 설정 챔버의 압력과 제 2 용기의 압력이 서로 같아질 때, 제 2 용기는 열릴 준비가 되어 있다. 제 2 용기의 상부파트(721a)는, 상기 리프팅 기구(711)에 의해 이탈되어, 상기 회전 테이블(713)은 회전축(712) 둘레를 순환하여 제 2 용기와 제 1 용기의 하부파트(721b)를 이동시킨다. 그리고 나서, 제 1 용기(701)는, 상기 반송기구에 의해 제 1 용기(701)가 증착원 홀더(미도시됨)에 설치된 막형성실로 반송된다.
그 후, 증착재료는, 증착원 홀더에 설치된 가열수단에 의해 승화되어 막형성이 시작된다. 상기 승화된 증착재료는, 막형성시에 증착원 홀더에 설치된 셔터(미도시됨)가 개방될 때 기판을 향하여 비산된다. 이 비산된 증착재료는, 기판 위에 적층되어 발광층(정공수송층, 정공주입층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함함)을 형성한다.
증착이 완료된 후, 제 1 용기는, 증착원 홀더로부터 들어올려져, 설정 챔버로 반송된다. 그리고, 제 1 용기는, 회전 테이블(713)에 설치된 제 2 용기의 하부파트(미도시됨)에 놓이고, 적소에 제 2 용기의 상부파트(721a)를 놓아서 제 2 용기 에서 밀폐된다. 이때, 제 1 용기, 상부파트 및 하부파트는, 전달된 결합에 따라 밀폐되는 것이 바람직하다. 이 상태에서, 상기 설정 챔버(705)는, 상기 대기압력으로 설정된다. 그리고, 제 2 용기는, 상기 설정 챔버로부터 추출되고, 상기 죔쇠(702)에 의해 조여져 상기 재료 메이커로 반송된다.
도 9a 및 9b는, 복수의 제 1 용기(911)가 설치될 수 있는 설정 챔버의 예를 나타낸다. 도 9a에서, 설정 챔버(905)는, 복수의 제 1 용기(911) 또는 제 2 용기(912)를 위에 설치할 수 있는 회전 테이블(907)과, 제 1 용기를 반송하는 반송기구(902b)와, 리프팅 기구(902a)를 갖는다. 막형성실(906)은, 증착원 홀더(903)와, 그 증착원 홀더를 이동시키는 기구(이 기구는 미도시됨)를 갖는다. 도 9a는 설정 챔버의 평면도, 도 9b는 설정 챔버의 내부 사시도이다. 상기 설정 챔버(905)와 막형성실(906)은, 게이트 밸브(900)를 통해 서로 결합되어 있다. 설정 챔버 분위기는, 분위기 제어수단에 의해 가스 입구를 통해 제어될 수 있다. 상기 상부파트(제 2 용기)(912)는 떨어져 도시되지 않았지만 별도의 장소에 둔다.
또한, 로봇은, 막형성실에 연결된 전처리실(설정 챔버)에 설치되어 전체 증착원을 막형성실로부터 전처리실로 이동시켜 상기 전처리실 내에 증착원의 증착재료를 설치한다. 특히, 제조 시스템은, 증착원을 전처리실로 이동시킬 수 있다. 이에 따라서, 증착원은, 상기 막형성실을 깨끗하게 유지한 채로 설치될 수 있다.
또한, 본 예는, 상기 예 1 내지 5 중 어느 하나와 자유롭게 조합할 수 있다.
(예 7)
본 예를, 제 1 전극을 형성하는 것부터 밀폐하는 것의 제조 공정을 자동으로 하는 멀티 챔버방식의 제조 시스템의 예를 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 멀티 챔버 제조 시스템을 나타낸 것으로, 게이트(500a∼500y), 반송실(502, 504a, 508, 514, 518), 수도실(505, 507, 511), 예비실(501), 제 1 막형성실(506H), 제 2 막형성실(506B), 제 3 막형성실(506G), 제 4 막형성실(506R), 제 5 막형성실(506E), 다른 막형성실(509, 510, 512, 513, 532), 증착원을 설치한 설정 챔버(526R, 526G, 526B, 526E, 526H), 전처리실(503a, 503b), 밀폐실(516), 마스크 저장실(524), 밀폐 기판 저장실(530), 카세트실(520a, 520b), 트레이 적재 스테이지(mounting stage)(521) 및 추출실(519)을 갖는다. 반송실(504a)은, 기판(504c)을 반송시키는 반송기구(504b)가 구비된다. 이와 마찬가지로, 다른 반송실들이 반송기구들이 구비되어 있다.
양극(제 1 전극)과 그 양극의 단부를 덮는 절연물(장벽)을 미리 형성한 기판을 도 10에 나타낸 제조 시스템에서 제조한 후 발광장치를 제조하는 과정을 아래에 나타낸다. 제조할 장치가 액티브 매트릭스형 발광장치일 경우에, 양극에 접속된 박막 트랜지스터(전류제어용 TFT)는, 미리 다른 박막 트랜지스터(스위칭용 TFT를 포함)와 그 박막 트랜지스터로 이루어진 구동회로와 함께 미리 기판 위에 형성된다. 또한, 도 10에 도시된 제조 시스템을 사용하여 패시브 매트릭스형 발광장치를 제조할 수 있다.
먼저, 기판은, 카세트실 520a 또는 카세트실 520b에 설치된다. 기판이 대형 기판(예를 들면, 300mm x 360mm)일 경우, 기판은 카세트실 520b에 설치된다. 통상의 크기(예를 들면, 127mm x 127mm)일 경우, 기판은 카세트실 520a에 설치된다. 이 때, 카세트는, 트레이 적재 스테이지(521)로 반송되어 하나의 트레이(예, 300mm x 360mm)에 복수의 기판을 설치한다.
카세트실 내에 설치된 (양극과, 그 양극의 단부를 덮는 절연물이 위에 형성된) 기판은, 반송실(518)로 반송된다.
기판을 클리닝한 후 약알칼리성 계면 활성제에 담근 다공성 스폰지(대표적으로는, PVA(폴리비닐 알콜) 또는 나일론으로 이루어짐)로 제 1 전극(양극)의 표면을 세척하고, 그 표면의 먼지들을 제거하여 점 결함을 감소시켜서 상기 카세트실 내에 상기 기판을 설치하는 것이 바람직하다. 이때의 세척 기구는, 기판 표면과 접촉되고 기판면과 평행한 축에 대해 회전하는 둥근 PVA 브러시를 갖는 세척장치이어도 된다. 또한, 이 세척기구는, 기판 표면에 수직한 축에 대해 회전하면서 기판 표면과 접촉되는 PVA 디스크 브러시를 갖는 세척장치이어도 된다. 유기화합물을 함유하는 막을 형성하기 전에, 기판은 진공에서 어닐링하여 가스를 제거하는 것이 바람직하다. 이 어닐링은, 반송실(518)에 접속된 베이킹실(523) 내에서 수행된다.
다음에, 기판은, 기판 반송기구가 구비된 반송실(518)로부터 예비실(501)로 반송된다. 본 예의 제조 시스템에서, 반송실(518)에 설치된 로봇은, 기판을 뒤집어서 그 뒤집은 기판을 예비실(501)로 반송시킨다. 본 예에서는, 상기 반송실(518)이 대기압을 유지하고 있다. 이 예비실(501)은, 진공 배기 처리실과 연결되어, 그 처리실이 진공배기된 후 불활성 가스를 그 처리실 내로 도입하여 대기압으로 설정하는 것이 바람직하다.
그 후, 반송실(502)로 기판을 반송하고서 예비실(501)과 연결한다. 반송 실(502)은 미리 진공배기되어 진공 상태를 유지하므로, 그 반송실은 수분과 산소가 가능한 거의 없게 된다.
상기 진공 배기 처리실은, 자기부양 터보분자 펌프, 크라이오 펌프 또는 드라이 펌프가 구비되어 있다. 이 펌프에 의해 상기 예비실에 연결된 반송실이 진공도 10-5∼10-6Pa에 이르는 것이 가능해진다. 또한, 펌프측과 상기 배기계로부터의 불순물의 역확산을 방지할 수 있다. 불순물이 상기 장치의 내부로 들어오는 것을 막기 위해서, 질소 또는 희가스 등의 불활성 가스를 도입한다. 이 장치로 도입된 가스는, 고순도이어야 하고 장치 내부로 도입하기 전에 가스 정제기로 정제된다. 따라서, 가스 정제기는, 가스를 고순도로 한 후 막형성장치내로 도입할 필요가 있다. 이렇게 함으로써, 산소, 물 및 다른 불순물을 가스로부터 미리 제거하여, 이들 불순물이 상기 장치로 들어가는 것을 막는다.
유기화합물을 함유하는 막을 막이 필요하지 않은 영역에 형성하고, 그 막을 제거하기를 원하는 경우, 상기 기판은 예비실(503a)로 반송되어 유기 화합물막의 적층이 선택적으로 제거된다. 이때의 예비실(503a)은, Ar, H, F 및 O로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 종류의 가스를 여기시켜 건식식각용 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성수단을 갖는다. 불필요한 부분만을 제거하기 위한 막의 선택적인 제거는, 마스크의 사용에 의해 가능해진다. 또한, 예비실(503a)은, 양극 표면처리로서 UV광 조사용 UV 조사기구를 가져도 된다.
축소를 막기 위해서, 상기 기판을 진공에서 가열한 직후 증착에 의해 유기 화합물을 함유하는 막을 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 기판을 예비실(503b)로 반송하여 진공(5x10-3Torr(0.665Pa) 이하, 바람직하게는 10-4∼10-6Pa)에서 탈가스를 위해 어닐링을 하여, 기판으로부터 수분과 가스를 완전히 제거한다. 예비실(503b)은, 플랫 히터(대표적으로는, 시스형(sheath) 히터)를 사용하여 복수의 기판을 균일하게 가열한다. 복수의 플랫 히터들을 설치하였으므로, 기판을 그 플랫 히터 사이에 삽입하여 양면을 가열하여도 된다. 물론, 기판은 일면만 가열하여도 된다. 진공 가열은, 일부 유기수지가 쉽게 수분을 흡수하고 가스 누설의 원인이 되기 때문에, 유기수지를 사용하여 층간절연막과 격벽을 형성하는 경우에 특히 효과적이다. 이 경우에, 상기 흡수된 수분을 기판을 가열하여 제거한 후 100∼250℃, 바람직하게는 150∼200℃, 30분 이상에서 유기 화합물을 포함하는 층을 형성한 후, 그 기판을 30분동안 자연적으로 냉각되게 둔다.
상술한 진공 가열 후, 기판은, 반송실(502)로부터 수도실(505)로 반송되어, 기판이 대기에 노출되지 않고 반송실(504a)로 반송된다.
그리고, 기판은, 반송실(504a)에 연결된 막형성실(506R, 506G, 506B, 506E)에 반송되어 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로서의 역할을 하는 필요한 저분자계 유기화합물층이 형성된다. 이 기판은, 반송실(502)로부터 막형성실(506H)로 반송되어 가열되어도 된다.
막형성실(512)에서는, 대기압 또는 감압하에서 잉크젯법 또는 스핀코팅법으로 고분자계 재료로 정공주입층이 형성되어도 된다. 기판을 수직으로 설치하여 막 을 진공에서 잉크젯법으로 형성한다. 정공주입층(양극 버퍼층)의 기능을 하는 막은, 전체 표면에, 폴리(에틸렌 디옥시티오펜)/폴리(스티렌 술폰산)(이하, PEDOT/PSS라 함) 수용액, 폴리아닐린/캄파 술폰산(이하, PANI/CSA라 함) 수용액, PTPDES, Et-PTPDEK, PPBA 등을 도포하여 상기 제 1 전극(양극) 위에 형성된 후, 그 기판을 베이킹한다. 이 베이킹은, 베이킹실(523)에서 수행하는 것이 바람직하다. 스핀코팅법 또는 다른 도포법에 의해 고분자계 재료로 형성된 정공주입층은, 평탄도를 향상시키므로, 그 위에 형성된 막이 우수한 커버리지를 제공하고 두께가 균일하게 된다. 특히, 발광층은, 균일한 두께가 되어 고른 발광을 하게 된다. 이 경우에, 정공주입층을 도포법에 의해 형성한 후 증착에 의해 막을 형성하기 직전에 진공 가열(100∼200℃) 해두는 것이 바람직하다. 이 진공 가열은, 예비실(503b)에서 수행하여도 된다. 예를 들면, 제 1 전극(양극)의 표면을 스폰지로 세척하고, 그 기판을 카세트실로 반송시킨 후 막형성실(512)로 반송되어, 폴리(에틸렌 디옥시티오펜)/폴리(스티렌 술폰산)(이하, PEDOT/PSS라 함) 수용액을 전체 표면에 도포하고 두께 60nm의 막을 형성하며, 그 기판을 베이킹실(523)에 반송하여 상기 막을 80℃로 10분 동안 프리베이킹하고, 1시간 동안 200℃에서 베이킹한 후, 기판을 예비실(503b)로 반송하여 진공가열(170℃에 30분 동안 가열 및 30분 동안 냉각)을 한 직후 증착을 하고, 그 기판을 대기에 노출시키지 않고 상기 막형성실(506R, 506G, 506B)로 반송하여 증착에 의해 발광층을 형성한다. 특히, 양극이 ITO막으로 형성되고 오목부 및 볼록부를 갖거나 그 표면에 미세한 입자를 가질 경우, 이들의 영향은 PEDOT/PSS막의 두께를 30nm 이상으로 설정함으로써 감소될 수 있다.
ITO막에 도포된 PEDOT/PSS는 습윤성이 부족하므로, PEDOT/PSS 용액의 도포를 통해 얻어진 막의 습윤성은, 그 막을 순수한 물로 세척하여 향상된 후, PEDOT/PSS용액이 스핀코팅법에 의해 잠깐동안 도포된다. 이 도포 후에 베이킹을 한 후, 그 얻어진 막은 우수한 균일성을 갖는다. 제 1 도포 후 순수한 물로 세척하여서, 표면 품질을 향상시킴과 동시에, 미세한 미립자를 제거하는 효과를 얻는다.
스핀코팅법에 의해 형성된 PEDOT/PSS막은, 전체표면을 덮는다. 이에 따라, 기판의 단부면과 주위를 덮는 막의 부분, 단자부, 음극과 하부 배선이 서로 연결된 영역 및 다른 연결영역을 선택적으로 제거하는 것이 바람직하다. 이 선택적인 제거는, 전처리실(503a)에서 마스크를 사용하여 O2 애싱(ashing) 등으로 행해진다.
이후, 막형성실(506R, 506G, 506B, 506E, 506H)에 관해 설명을 한다.
상기 막형성실(506R, 506G, 506B, 506E, 506H) 각각은, 이동형 증착원 홀더를 갖는다. 각 증착원 홀더는, EL재료가 밀폐된 복수의 용기(도가니)를 갖는다. 이 상태에서, 증착원 홀더는, 막형성실 내에 설치된다. 이때, 기판은 아래로 향하게 설치되고, 증착 마스크는 CCD 등을 사용하여 위치 정렬되고, 저항 가열을 수행하여 증착에 의해 막을 선택적으로 형성한다. 상기 증착 마스크는, 마스크 저장실(524)내에 저장되고 필요에 따라 증착시에 막형성실로 반송된다. 그 마스크 저장실이 증착시에 비어 있기 때문에, 막이 이미 위에 형성된 기판 또는 처리가 완료된 기판은, 마스크 저장실 내에 저장되어도 된다. 이 막형성실(532)은, 유기 화합물 또는 금속 재료층을 함유하는 층을 형성하기 위한 예비 증착실이다.
이들 막형성실내에 이후의 제조 시스템을 사용하여 EL 재료를 세팅하는 것이 바람직하다. 이 제조 시스템에서는, EL 재료를 재료 메이커에 의해 미리 저장한 용기(대표적으로는, 도가니)를 사용하여 막을 형성한다. 상기 도가니는, 재료 메이커로부터 반송되어 제 2 용기 내에 밀폐된 후 그 상태에서 막형성실로 도입되어, 그 용기는 대기에 노출되지 않고서 설치되는 것이 바람직하다. 진공배기부를 갖는 설정 챔버(526R, 526G, 526B, 526H, 526E)는, 상기 막형성실(506R, 506G, 506B, 506H, 506E)에 연결되어 대기를 배기하거나 불활성 가스 분위기로 설정하여 상기 제 2 용기로부터 도가니를 추출하여 그 도가니를 막형성실 내에 설치한다. 설정 챔버의 예들은, 도 8a, 8b 또는 도 9a, 9b에 도시되어 있다. 이러한 구성으로, 도가니와 그 도가니에 수납된 EL 재료를 오염으로부터 보호할 수 있다. 금속 마스크는, 설정 챔버(526R, 526G, 526B, 526H, 526E) 내에 수납되어도 된다.
풀 칼라 영상을 위해 단색(대표적으로는, 흰색)을 발광하는 발광소자 또는 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 발광소자는, 막형성실(506R, 506G, 506B, 506H, 506E)에 놓인 EL 재료들을 선택하여 형성된다. 예를 들면, 녹색 발광을 하는 발광소자는, 막형성실 506H 내에 정공수송층 또는 정공주입층을 형성하고, 막형성실 506G 내에 발광층(G)을 형성하며, 막형성실 506E 내에 전자수송층 또는 전자주입층을 형성하며, 이 적층에 음극을 형성하여 얻어진다. 풀 칼라 영상을 위해 발광소자를 얻으려면, 예를 들면, 정공수송층 또는 정공주입층, 발광층(R) 및 전자수송층 또는 전자주입층을 순차로 적색용 증착 마스크를 사용하여 막형성실 506R 내에 적층하고, 정공수송층 또는 정공주입층, 발광층(G) 및 전자수송층 또는 전자주입층을 순차로 녹색용 증착 마스크를 사용하여 막형성실 506G 내에 적층하며, 정공수송층 또는 정공주입층, 발광층(B) 및 전자수송층 또는 전자주입층을 순차로 청색용 증착 마스크를 사용하여 막형성실 506B 내에 적층한 후, 음극을 형성한다.
백색 발광을 하고 서로 다른 발광색을 갖는 발광층의 적층인 유기 화합물층은, 주된 색, 즉 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 3파장형이나 청색 및 황색, 또는 청녹색 및 오렌지색의 보색을 사용하는 2파장형 중 어느 한 쪽이다. 백색 발광소자는, 하나의 막형성실 내에서 형성되어도 된다. 예를 들면, 백색 발광소자가 3파장형 유기 화합물층으로부터 얻어질 경우, 복수의 도가니가 설치된 복수의 증착원 홀더를 갖는 복수의 막형성실이 준비되어 있다. 제 1 증착원 홀더는, 그 내부가 방향족 디아민(diamine)(이하, TPD라 함)으로 밀폐되어 있고, 제 2 증착원 홀더는, 그 내부가 p-EtTAZ로 밀폐되어 있고, 제 3 증착원 홀더는, 그 내부가 Alq3로 밀폐되어 있다. 제 4 증착원 홀더는, 그 내부가 적색 발광 안료인 나일(Nile) 적색을 갖는 Alq3를 도핑하여 얻어진 EL 재료로 밀폐되어 있다. 제 5 증착원 홀더는, 그 내부가 Alq3로 밀폐되어 있다. 그 내부에 밀폐된 증착재료를 갖는 증착원 홀더는, 각 막형성실 내에 설치된다. 제 1 내지 제 5 증착원 홀더는, 이동되어 증착에 의해 기판 위에 막을 형성하고 그 막들을 적층한다. 특히, 상기 제 1 증착원 홀더로부터의 TPD는, 가열하여 승화되어 기판 전체면에 증착에 의해 적층된다. 그 후, 제 2 증착원 홀더로부터의 p-EtTAZ는 승화되고, 제 3 증착원 홀더로부터의 Alq3은 승화되고, 제 4 증착원 홀더로부터의 Alq3 : 나일 적색이 승화되고, 제 5 증착원 홀더로부터의 Alq3은 승화되어 기판의 전체면에 증착에 의해 재료를 적층한다. 그 후, 음극을 형성하여 백색 발광소자를 완성한다.
이상의 과정에 의해, 유기 화합물을 함유하는 층들이 적절하게 적층된다. 그 후, 기판은, 반송실 504a로부터 수도실(507)로 반송된 후 기판이 대기에 노출되지 않고 반송실 508로 전송된다.
다음에, 상기 반송실(508)에 설치된 반송기구는, 기판을 막형성실(510)로 가지고 가서 음극을 형성한다. 음극은, 저항 가열을 사용하여 증착에 의해 형성된 무기막(MgAg, MgIn, CaF2, LiF, CaN 등의 합금막, 또는 알루미늄 공증착에 의해 형성된 막 및 주기표 1족 또는 2족에 속하는 원소, 또는 이 막들의 적층막)이어도 된다. 이 대신에, 스퍼터링법을 사용하여 음극을 형성하여도 된다.
상방 발광형 발광장치를 제조할 경우, 음극은 투명하거나 반투명하고, 상기 금속 중 하나의 박막(1∼10nm) 또는 상기 금속 중 하나의 박막(1∼10nm)의 적층인 것이 바람직하고, 투명 도전막이 음극으로서 사용된다. 이 경우에, 투명 도전(ITO:인듐 주석 산화물 합금)막, 인듐 산화아연 산화물 합금(In2O3-ZnO)막, 아연 산화물(ZnO)막 등은, 막형성실(509)에서 스퍼터링법에 의해 형성된다.
적층구조를 갖는 발광소자는, 상기 과정을 통해 완성된다.
밀폐하기 전에, 기판을 상기 반송실(508)에 연결된 막형성실(513)로 반송하여, 보호막으로서 질화실리콘막 또는 산화질화실리콘막을 형성한다. 여기서, 이 막 형성실(513)은, 실리콘 타깃, 산화실리콘 타깃 또는 질화실리콘 타깃을 갖는다. 예를 들면, 질화실리콘막은, 실리콘 타깃을 사용하고 상기 막형성실 내의 분위기를 질소분위기 또는 질소 및 아르곤을 포함하는 분위기로 설정하여 음극 상에 형성된다. 또한, 주로 카본(DLC막, CN막 또는 비정질 카본막)을 주로 함유하는 박막은, 보호막으로서 형성되어도 된다. 다이아몬드형 카본막(DLC막)은, 플라즈마 CVD(대표적으로는, RF 플라즈마 CVD, 마이크로웨이브 CVD, 전자 사이클로트론 공명(ECR) CVD, 핫 필라멘트 CVD 등), 불꽃 방법, 스퍼터링법, 이온빔 증착법, 레이저 증착법 등으로 형성될 수 있다. 그 막을 형성할 때에, 수소가스 및 탄화수소계 가스(예를 들면, CH4, C2H2 또는 C6H6)를 반응가스로서 사용하고, 그 원소를 글로우 방전에 의해 이온화하여 이온들을 가속화시키고, 그 이온들을 부의 자기바이어스를 인가하는 음극에 충돌시킨다. DLC막 및 CN막은, 가시광에 대해 투명하거나 반투명한 절연막이다. "가시광에 대해 투명한"이라는 의미는, 가시광에 대해 80 내지 100%의 투과도를 갖고, "가시광에 대해 반투명한"이라는 의미는, 가시광에 대해 50 내지 80%의 투과도를 갖는다는 것이다.
본 예에서는, 제 1 무기 절연막, 응력 제거막 및 제 2 무기 절연막의 적층은, 음극 상에 보호막으로서 형성된다. 예를 들면, 제 1 무기 절연막은, 기판을 막형성실(513)로 반송하여 형성하기 전에 그 음극을 형성하고, 그 후 기판을 막형성실(532)로 반송하여, 흡습성 및 투명한 응력 제거막(유기 화합물 등을 함유한 층)을 증착에 의해 형성하고, 그 후, 기판을 다시 막형성실(513)로 가지고 가서 제 2 무기 절연막을 형성한다.
다음에, 발광소자가 위에 형성된 기판은, 반송실(508)로부터 수도실(511)로 대기에 노출시키지 않고 반송하고서, 상기 수도실(511)로부터 반송실(514)로 반송한다. 발광소자가 위에 형성된 기판은, 그 반송실(514)로부터 밀봉실(516)로 반송된다.
밀봉기판은, 외부에서 설치되어, 밀봉기판 로딩실(517)내에서의 작성을 수납한다. 상기 밀봉기판을 미리 진공에서 어닐링하여 수분 및 다른 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 밀봉기판과 발광소자가 위에 형성된 기판을 서로 접합하는 밀봉재가 상기 밀봉기판에 형성되는 경우, 밀봉재는, 밀폐실(sealing chamber)(527)의 밀봉기판 위에 형성된다. 그 후, 밀봉기판을 밀봉기판 기판 저장실(530)로 반송한다. 이 밀봉기판은, 밀폐실(527)내에 건조제가 구비되어도 된다. 여기서 나타낸 예에서는, 밀봉재가 밀봉기판 위에 형성되지만, 특별히 한정되지는 않고, 그 밀봉재는, 그 위에 형성된 발광소자를 갖는 기판 위에 형성되어도 된다.
그리고, 발광소자가 위에 형성된 기판과, 밀봉재가 위에 형성된 밀봉기판은, 밀봉실(516)에서 서로 접합된다. 이때의 밀봉재는, 밀봉실(516) 내에 구비되어 UV광에 의해 접합된 그 쌍의 기판들을 조사하는 UV광 조사기구를 사용하여 경화된다. 여기서는 밀봉재가 UV 경화수지이지만, 특별히 한정되지 않고, 밀봉재로서 어떠한 접착제도 사용할 수 있다.
접합된 그 쌍의 기판들은, 밀봉실(516)로부터 반송실(514)로 반송되어, 그 쌍의 기판을 장치로부터 추출하는 추출실(519)로 반송된다.
상술한 것처럼, 도 10에 도시된 제조 시스템의 사용이 가능하여, 발광소자가 기밀 공간에서 완전히 밀폐되기 전에 대기에 발광소자의 노출을 피할 수 있다. 이 때문에, 고신뢰성을 갖는 발광장치를 제조할 수 있다. 반송실(514)에서는, 기판을 대기압에서 반송하고 진공을 대기압의 질소 분위기로 반복적으로 바꾸어 수분을 제거한다. 한편, 반송실(502, 504a, 508)은, 항상 진공인 것이 바람직하다. 반송실(518)은, 대기압을 유지한다.
도면에서는 도시되지 않았지만, 제조 시스템은, 막형성실의 작업을 제어하는 제어장치, 처리실간의 기판을 반송하는 제어장치 및 경로를 제어하여 기판을 자동화를 위한 처리실로 이동시키는 제어장치를 갖는다.
또한, 도 10에 도시된 제조 시스템은, 상방 발광형(또는 양측면으로부터 발광하는 형태) 발광소자를 형성할 수 있다. 이 경우에는, 투명 도전막(또는 금속(TiN)막)으로 이루어진 양극을 갖는 기판이 제조 시스템에서 생겨서, 유기 화합물을 포함하는 층을 형성한 후, 투명 또는 반투명한 음극(예를 들면, 금속(Al 또는 Ag) 박막과 투명 도전막으로 이루어진 적층)을 형성한다. 여기서, 상방형 발광소자란, 유기 화합물층에서 생성된 광을 외부로 발광하기 전에 음극을 통해 투과시키는 소자를 말한다.
또한, 도 10에 도시된 제조 시스템은, 하방 발광형 발광소자를 형성할 수 있다. 이 경우에는, 투명 도전막으로 이루어진 양극을 갖는 기판이 제조 시스템에서 생겨서, 유기 화합물을 포함하는 층을 형성한 후, 음극을 금속(Al 또는 Ag)막으로 형성한다. 여기서, 하방 발광형 발광소자란, 유기화합물층에서 생성된 광이 투명전 극인 양극으로부터 TFT로 왕복운동하고, 기판을 투과하는 소자를 말한다.
또한, 본 예는, 상기 실시예, 상기 예 1, 2, 3, 5 또는 6과 자유롭게 조합할 수 있다.
도 1은 실시예 1을 도시한 도면,
도 2는 예 1을 도시한 단면도,
도 3은 발광장치의 평면도를 도시한 도면,
도 4는 예 3을 도시한 단면도,
도 5는 멀티 챔버방식의 제조 시스템을 도시한 도면(예 4),
도 6은 증착원 홀더를 이동시키는 일례를 도시한 도면,
도 7은 예 5를 도시한 도면,
도 8은 설정 챔버에서 도가니 반송을 나타낸 도면,
도 9는 설정 챔버에서 증착원 홀더로의 도가니 반송을 나타낸 도면,
도 10은 멀티 챔버방식의 제조 시스템을 나타낸 도면이다(예 7).
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 막형성실 12 : 기판 홀더
13 : 기판 14 : 증착 마스크
15 : 증착 쉴드 17 : 증착원 홀더
18 : 증착재료 19 : 증발한 증착재료

Claims (18)

  1. 기판에 대향하여 배치된 제1 및 제2 증착원으로부터 제1 및 제2 증착재료를 증착시켜 상기 기판 위에 막형성을 하는 막형성장치를 갖는 제조 시스템으로서,
    상기 기판이 배치되는 막형성실을 구비하고, 상기 막형성실은,
    상기 제1 및 제2 증착원과,
    상기 제1 및 제2 증착원을 이동시키는 수단을 구비하고,
    상기 증착원은 지그재그로 이동하고,
    상기 제1 증착재료는 제1 유기 화합물을 포함하고, 상기 제2 증착재료는 제2 유기 화합물을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 유기 화합물이 서로 혼합되도록, 상기 제1 및 제2 유기 화합물의 증착 방향은 상기 기판의 위치에서 교차하도록 경사지게 설정된 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  2. 막형성장치를 갖는 제조 시스템으로서,
    로드실과,
    상기 로드실에 연결된 반송실과,
    상기 반송실에 연결된 막형성실을 구비하고,
    상기 막형성실은,
    제1 및 제2 증착원과,
    상기 제1 및 제2 증착원을 이동시키는 수단을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 증착원은 지그재그로 이동하고,
    상기 제1 증착원의 제1 증착재료는 제1 유기 화합물을 포함하고, 상기 제2 증착원의 제2 증착재료는 제2 유기 화합물을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 유기 화합물이 서로 혼합되도록, 상기 제1 및 제2 유기 화합물의 증착 방향은 기판의 위치에서 교차하도록 경사지게 설정된 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착원 중 하나와 상기 기판과의 사이의 간격이 30cm 이하인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 막형성실은 상기 막형성실을 진공으로 하는 진공 펌프에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착원은 X방향 및 Y방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증착원을 이동시키는 수단은, 증착원 홀더인 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  8. 기판에 대해 제1 및 제2 증착원을 지그재그로 이동시키면서, 상기 제1 증착원으로부터 제1 유기 화합물로 이루어진 제1 증착재료 및 상기 제2 증착원으로부터 제2 유기 화합물로 이루어진 제2 증착재료를 증착해서, 막형성실 내의 상기 기판 위에 상기 제1 및 제2 유기 화합물로 이루어진 층을 적층하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 유기 화합물이 서로 혼합되도록, 상기 제1 및 제2 유기 화합물의 증착 방향은 상기 기판의 위치에서 교차하도록 경사지게 설정된 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  9. 기판에 대해 제1 및 제2 증착원을 X방향 및 Y방향으로 경사지게 또는 이차원 평면의 아크 형상으로 이동시키면서, 제1 증착원으로부터 제1 유기 화합물로 이루어진 제1 증착재료 및 제2 증착원으로부터 제2 유기 화합물로 이루어진 제2 증착재료를 증착해서, 막형성실 내의 상기 기판 위에 상기 제1 및 제2 유기 화합물로 이루어진 층을 적층하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 유기 화합물이 서로 혼합되도록, 상기 제1 및 제2 유기 화합물의 증착 방향은 상기 기판의 위치에서 교차하도록 경사지게 설정된 것을 포함한 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 8 항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착원은 일정한 가속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착원은 상기 기판의 에지 부분 근처에서 감속하거나 가속하여 이동하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착원은 상기 증착원 홀더의 길이방향에 수직인 방향으로 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판은 영구자석과 금속으로 이루어진 마스크와의 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 증착원 홀더의 길이방향의 길이가 상기 기판의 표면측의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  16. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착재료를 증착하기 이전에, 재료 메이커에서 상기 제1 및 제2 증착재료 중 하나를 정제하는 단계;
    제1 용기에, 상기 제1 및 제2 증착재료 중 하나를 저장하는 단계;
    상기 재료 메이커에서 제2 용기에, 상기 제1 및 제2 증착재료 중 하나를 저장하는 상기 제1 용기를 밀봉하는 단계;
    상기 제2 용기를 발광장치 메이커로 이송하는 단계;
    상기 발광장치 메이커에서 제조 시스템내로 상기 제2 용기를 도입시키고, 상기 제2 용기로부터 상기 제1 용기를 취출하는 단계; 및
    상기 제조 시스템 내의 상기 제1 및 제2 증착재료 중 하나를 증착시키기 위하여 상기 제1 용기를 가열하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착재료는 저항 가열에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
  18. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증착재료는 저항 가열에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
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