KR101266828B1 - 전사용 도너 기판, 디바이스의 제조 방법 및 유기 ｅｌ 소자 - Google Patents
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Abstract
전사법을 이용할 경우에도 고성능의 유기 EL 소자를 제작할 수 있는 도너 기판을 제공하고, 또한 불순물이 적은 고성능의 유기 EL 소자를 비롯한 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Description
본 발명은 유기 EL 소자를 비롯하여 유기 TFT나 광전변환 소자, 각종 센서 등의 디바이스를 구성하는 박막의 패터닝에 사용되는 전사용 도너 기판, 및 이러한 전사용 도너 기판을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
유기 EL 소자는 음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 양극에 끼워진 유기 발광층 내에서 재결합하는 것이다. 코닥사의 C.W.Tang 등에 의해 유기 EL 소자가 고휘도로 발광하는 것이 알려진 이래로 많은 연구 기관에서 검토가 행하여져 왔다.
이 발광 소자는 박형이고 또한 저구동 전압 하에서의 고휘도 발광과, 발광층에 여러 가지 유기 재료를 사용함으로써 적(R), 녹(G), 청(B)의 삼원색을 비롯한 다양한 발광색을 얻을 수 있기 때문에 컬러 디스플레이로서의 실용화가 진행되고 있다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 액티브 매트릭스형 컬러 디스플레이에 있어서는 화소를 구성하는 R, G, B의 각 부화소에 대응시키도록 적어도 발광층 17R, 17G, 17B를 고정밀도로 패터닝하는 기술이 요구된다. 또한, 고성능 유기 EL 소자를 실현하기 위해서는 다층 구조가 필요하여, 전형적인 막두께가 0.1㎛ 이하인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 순서대로 적층할 필요가 있다.
종래, 박막의 미세 패터닝에는 포토리소그래피법, 잉크 제트법이나 인쇄법 등의 웨트 프로세스(도포법)가 사용되어 왔다. 그러나, 웨트 프로세스에서는 먼저 형성한 하지층 상에 포토레지스트나 잉크 등을 도포했을 때에 극박인 하지층의 형태 변화나 바람직하지 않은 혼합 등을 완전히 방지하는 것이 곤란하여 사용할 수 있는 재료가 한정된다. 또한, 용액으로부터 건조시킴으로써 형성한 박막의 화소 내에서의 막두께 균일성, 및 기판 내의 화소간 균일성을 달성하는 것이 어려워 막두께 편차에 따른 전류 집중이나 소자 열화가 일어나기 때문에 디스플레이로서의 성능이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
웨트 프로세스를 사용하지 않는 드라이 프로세스에 의한 패터닝 방법으로서 마스크 증착법이 검토되고 있다. 실제로 실용화되어 있는 소형 유기 EL 디스플레이의 발광층은 오로지 본 방식으로 패터닝되고 있다. 그러나, 증착 마스크는 금속판에 정밀한 구멍을 형성할 필요가 있기 때문에 대형화와 정밀도의 양립이 곤란하고, 또한 대형화할수록 기판과 증착 마스크의 밀착성이 손상되는 경향이 있기 때문에 대형 유기 EL 디스플레이에의 적용이 어려웠다.
드라이 프로세스로 대형화를 실현하기 위해서 미리 도너 필름 상의 유기 EL 재료를 패터닝해 두고, 디바이스 기판과 도너 필름 상의 유기 EL 재료를 밀착시킨 상태에서 도너 필름 전체를 가열함으로써 유기 EL 재료를 디바이스 기판에 전사시키는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 구획 패턴(격벽) 내에 패터닝된 유기 EL 재료를 디바이스 기판에 접하지 않는 배치로 대향시키고, 핫플레이트 에 의해 도너 기판 전체를 가열함으로써 유기 EL 재료를 증발시켜 디바이스 기판에 퇴적시키는 증착 전사법이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조). 그러나, 상기 방법에서는 도너 기판 전체가 가열되어서 열팽창하기 때문에 도너 기판 상에 패터닝된 유기 EL 재료의 디바이스 기판에 대한 상대 위치가 변위하고, 또한 대형화할수록 변위량이 커지기 때문에 고정밀도 패터닝이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또한, 근거리에서 대향시킨 디바이스 기판이 복사에 의해 가열되거나, 구획 패턴이 있는 경우에는 구획 패턴으로부터의 탈가스의 영향 등을 받거나 하기 때문에 디바이스 성능이 악화된다고 하는 문제가 있었다.
도너 기판의 열팽창에 의한 변위를 방지하는 방법으로서 도너 기판 상에 광열 변환층을 형성하고, 그 위에 유기 EL 재료를 열증착에 의해 전체면 성막하고, 광열 변환층에 고강도 레이저를 부분 조사함으로써 발생한 열을 이용하여 전체면에 형성된, 또는 구획 패턴을 사용하지 않고 R, G, B를 분리 도포한 유기 EL 재료의 일부분을 디바이스 기판에 패턴 전사하는 선택 전사 방식이 개발되어 있다(특허문헌 3~4 참조). 그러나, 발생한 열은 횡방향으로도 확산되므로 레이저 조사 범위보다 넓은 영역의 유기 EL 재료가 전사되고, 그 경계도 명확하지는 않다. 이것을 방지하기 위해서는 아주 짧은 시간에 고강도의 레이저를 조사하는 것이 고려된다. 그러나 이 경우, 유기 EL 재료가 아주 짧은 시간 안에 가열되기 때문에 최고 도달 온도를 정확하게 제어하는 것이 어렵다. 그 때문에 유기 EL 재료가 분해 온도 이상에 도달할 확률이 높아지고, 결과적으로 디바이스 성능이 저하되는 문제가 있었다. 또한, 레이저가 RGB 부화소마다 선택적으로 조사될 필요가 있기 때문에 기판이 대형화되어 화소의 총수가 증가할수록 1매의 기판의 처리 시간이 길어진다고 하는 문제도 있었다.
도너 기판의 열팽창에 의한 변위를 방지하는 다른 방법으로서 도너 기판에 광열 변환층을 형성하지 않고, 도너 기판 상의 유기 EL 재료를 레이저로 직접 가열하는 직접 가열 전사법이 개시되어 있다(특허문헌 5 참조). 특허문헌 5에서는 또한 R, G, B를 구획 패턴으로 분리 도포해 둠으로써 패터닝 시의 혼색의 가능성을 적게 하고 있다. 그러나, 유기 EL 재료의 전형적인 막두께는 25㎚로 매우 얇기 때문에 레이저가 충분히 흡수되지 않고 디바이스 기판까지 도달하여 디바이스 기판 상의 하지층을 가열해 버리는 문제가 있다. 또한, 유기 EL 재료를 승화 온도 이상으로 가열해서 충분한 전사를 행하기 위해서는 고강도의 레이저가 필요하게 되지만 구획 패턴에 레이저가 조사되면 구획 패턴이 열화되므로 열화 방지를 위해서는 유기 EL 재료에만 레이저가 조사되도록 고정밀도 위치 맞춤이 필요하여 대형화가 곤란했다.
또한, 도너 기판에 광열 변환층을 형성하고, 그 위에 R, G, B의 유기 EL 재료를 분리 도포해 두고, 광열 변환층에 레이저를 조사해서 일괄 전사함으로써 도너 기판의 열팽창에 의한 변위를 방지하는 방법도 개시되어 있다(특허문헌 6 참조). 그러나, 도너 기판 상에는 구획 패턴이 형성되어 있지 않기 때문에 R, G, B를 용액 상태로 도포했을 때에 옆의 재료와 혼합되거나, 건조 시의 용매 증기가 옆의 재료를 재용해시키거나 하는 문제가 있어 유기 EL 재료를 고정밀도로 분리 도포하는 것이 곤란했다. 이 때문에, 도너 기판 상에 구획 패턴을 형성해서 유기 EL 재료를 고정밀도로 분리 도포할 수 있게 하는 방법도 개시되어 있다(특허문헌 7~8 참조).
상기와 같이, 대형화와 정밀도를 양립시키기 위해서 도너 기판 상에 구획 패턴을 형성해서 유기 EL 재료를 고정밀도로 분리 도포하고, 이것을 전사할 수 있다. 그러나 종래의 방법으로 제작된 도너 기판을 이용하여 발광 재료를 전사해서 얻어지는 소자는 증착법에 의해 얻어지는 소자와 비교하면 성능이 충분하지 않은 경우가 있었다. 본 발명자들은 이 문제점에 대해서 검토를 거듭한 결과 발광 재료를 도너 기판 상의 구획 패턴 내에 도포할 때에 구획 패턴 재료로부터 불순물이 용출되어 발광 재료와 혼합되는 것이 전사 후의 소자 성능을 열화시키는 요인의 하나인 것을 찾아냈다.
그래서 본 발명은 이러한 문제를 해결하여 전사법을 이용할 경우에도 고성능의 유기 EL 소자를 제작할 수 있는 도너 기판을 제공하고, 또한 불순물이 적은 고성능의 유기 EL 소자를 비롯한 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판 상에 형성된 광열 변환층과, 적어도 일부가 상기 광열 변환층의 상면에 형성된 구획 패턴을 포함하고, 상기 구획 패턴 표면에 배리어층이 형성되고, 상기 구획 패턴 내에 전사층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판이다.
(발명의 효과)
본 발명은 유기 EL 재료를 비롯한 박막에 혼입되는 불순물을 대폭 저감하여 대형화 또한 고정밀도의 미세 패터닝을 가능하게 해 소자의 휘도 향상과 내구성 향상의 현저한 효과를 가져오는 것이다.
도 1은 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사에 의해 발광층이 패터닝된 유기 EL 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사에 의한 유기 EL 소자의 발광층 패터닝 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 광조사 방법의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 도너 기판에 있어서의 발액 처리층 설계의 일례를 설명하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 도너 기판에 있어서의 발액 처리층 설계의 다른 일례를 설명하는 평면도이다.
도 7은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 8은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 9는 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 10은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명 기술과 종래 기술에 있어서의 발광층의 패터닝 정밀도의 차를 설명하는 단면도이다.
도 12는 전사법과 증착법에 있어서의 발광층의 엣지 형상의 차이를 설명하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 유기 EL 소자의 제작에 적합한 도너 기판의 구조의 일례를 설명하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사에 의한 유기 EL 소자의 발광층 패터닝 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 광조사 방법의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 도너 기판에 있어서의 발액 처리층 설계의 일례를 설명하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 도너 기판에 있어서의 발액 처리층 설계의 다른 일례를 설명하는 평면도이다.
도 7은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 8은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 9는 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 10은 광의 조사 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명 기술과 종래 기술에 있어서의 발광층의 패터닝 정밀도의 차를 설명하는 단면도이다.
도 12는 전사법과 증착법에 있어서의 발광층의 엣지 형상의 차이를 설명하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 유기 EL 소자의 제작에 적합한 도너 기판의 구조의 일례를 설명하는 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 도너 기판을 사용한 박막 패터닝 방법의 일례를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 또한, 본 명세서 중에서 사용하는 많은 도면은 컬러 디스플레이에 있어서의 다수의 화소를 구성하는 RGB 부화소의 최소 단위를 추출하여 설명하고 있다. 또한, 이해를 돕기 위해서 횡방향(기판 면 내 방향)에 비교해서 종방향(기판 수직 방향)의 배율을 확대하고 있다.
도 2에 있어서, 도너 기판(30)은 지지체(31), 광열 변환층(33), 구획 패턴(34), 배리어층(35), 구획 패턴 내에 존재하는 전사 재료(37)(유기 EL의 RGB 각 발광 재료의 도포막)로 이루어진다. 일례로서 배리어층을 도너 기판 전체면에 형성한 형태를 (a), 배리어층을 구획 패턴 상에만 형성한 형태를 (b)에 나타냈다. 유기 EL 소자(디바이스 기판)(10)는 지지체(11), 그 위에 형성된 TFT(추출 전극 포함)(12)와 평탄화층(13), 절연층(14), 제 1 전극(15), 정공수송층(16)으로 이루어진다. 또한, 이들은 예시이기 때문에 후술과 같이 각 기판의 구성은 이들에 한정되지 않는다.
이 패터닝 방법은 우선 도너 기판(30)의 구획 패턴(34)과, 디바이스 기판(10)의 절연층(14)의 위치를 맞춘 상태에서 양 기판이 대향하도록 배치한다. 이어서 도너 기판(30)의 지지체(31)측으로부터 레이저를 입사시켜서 광열 변환층(33)에 흡수시키고, 거기에서 발생하는 열에 의해 전사 재료(37R, 37G, 37B)를 동시에 가열·증발시키고, 그것들을 디바이스 기판(10)의 정공수송층(16) 상에 퇴적시킴으로써 발광층(17R, 17G, 17B)을 일괄적으로 전사, 형성하는 것이다. 전사 재료(37R, 37G, 37B)에 끼워진 구획 패턴(34)의 전역과, 전사 재료(37R, 37B)의 외측에 위치하는 구획 패턴(34)의 일부 영역이 전사 재료(37)와 동시에 가열되도록 레이저를 조사하는 것이 도 2 및 도 3의 형태에 있어서의 특징이다.
도 3은 도 2에 있어서의 레이저 조사의 형상을 도너 기판(30)의 지지체(31)측으로부터 본 모식도이다. 전체면에 형성된 광열 변환층(33)이 있기 때문에 지지체(31)(유리판)측에서부터 구획 패턴(34)이나 전사 재료(37R, 37G, 37B)는 실제로는 보이지 않지만 레이저와의 위치 관계를 설명하기 위해서 점선으로 도시했다. 레이저 빔은 직사각형이고, 전사 재료(37R, 37G, 37B)를 넘도록 해서 조사되며, 또한 전사 재료(37R, 37G, 37B)의 배열에 대하여 수직 방향으로 스캔된다. 또한, 레이저 빔은 상대적으로 스캔되면 되고, 레이저를 이동시켜도, 도너 기판(30)과 디바이스 기판(20)의 셋트를 이동시켜도, 그 양쪽이어도 된다.
도 4는 전사 재료(37)를 레이저로 전사했을 때의 단면의 모식도이다. 도너 기판(30)의 지지체(31)측으로부터 입사된 레이저는 광열 변환층(33)을 통하여 전사 재료(37)를 가열하여 디바이스 기판측에 전사시킬 수 있다. 광열 변환층의 열은 구획 패턴(34)에도 전달되지만 구획 패턴의 디바이스측에 접하는 곳까지는 가열되지 않아 디바이스측을 열열화시키는 일은 발생하지 않는다.
그러나, 구획 패턴과 광열 변환층의 계면에서는 열이력에 의해 탈가스나 분해물이 생성되기 쉽다. 그 때문에, 반복하여 도너 기판을 사용하면 전사 재료를 용해시킨 용제에 불순물 성분이 용출되고, 이것이 전사 재료와 함께 디바이스 기판에 전사되거나 하여 유기 EL 소자 등의 디바이스 성능을 열화시키는 것을 알 수 있었다. 불순물의 용출은 구획 패턴이 유기, 무기의 어느 재료인 경우에나 일어날 수 있지만 유기 재료인 경우는 이러한 용출이 특히 일어나기 쉽다.
도 2~도 4에 나타내는 방법에 있어서는 구획 패턴 상에 배리어층(35)이 형성되어 있기 때문에 구획 패턴으로부터의 불순물 용출(구획 패턴에 포함된 불순물의 용출이나, 구획 패턴을 구성하는 재료 자체의 용출)을 방지할 수 있다. 또한, 전사 재료와 구획 패턴이 동시에 가열되도록 광을 조사한 경우라도 구획 패턴으로부터의 탈가스 등에 기인한 디바이스 성능에의 악영향을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 구획 패턴은 포토리소그래피법 등에 의해 고정밀도로 패터닝할 수 있기 때문에 다른 전사 재료의 전사 패턴의 간극을 최소로 할 수 있다. 이것은 보다 개구율을 높여서 내구성이 우수한 유기 EL 디스플레이를 제작할 수 있다고 하는 효과로 이어진다.
본 발명에 있어서의 더욱 발전된 형태에 있어서는 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 구획 패턴 상의 배리어층(35) 상에 발액 처리층(36)이 형성되어 있다. 도 5(a) 및 도 6(a)는 구획 패턴보다 넓게 발액 처리층을 설계한 경우이고, 도포 후의 용제가 구획 패턴 내에서 머무르고 구획 패턴 상에는 도포되지 않기 때문에 전사 재료를 유효하게 사용할 수 있다. 도 5(b) 및 도 6(b)는 구획 패턴보다 좁게 발액 처리층을 설계한 경우이고, 구획 패턴 상의 엣지부에도 전사 재료가 습윤 확산되기 때문에 전사 재료를 넉넉하게 사용하지만 구획 패턴 내의 습윤의 균일성을 높일 수 있기 때문에 전사 후의 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 이들 중 어느 경우나 상황에 따라 선택할 수 있다. 발액 처리층에서 용제가 튕겨지기 때문에 구획 패턴 내에 도포된 용제가 배리어층 상에서 습윤 확산되어 인접하는 구획에 침입하는(혼색되는) 것을 방지할 수 있다. 이것은 구획 패턴끼리의 간격을 좁게 한 경우에도 잘 맞는다. 따라서, 전사 재료를 각 구획 패턴 내에 정확하게 도포할 수 있고, 특히 종래에는 달성할 수 없었던 고정밀도·매우 좁은 패턴에 있어서 다색의 분리 도포가 가능해진다. 또한, 구획 패턴을 디바이스측의 절연층 폭보다 좁게 설계할 수 있으므로 전사 재료를 종래보다 균일하게 디바이스 기판에 전사할 수 있다고 하는 큰 이점도 갖고 있다.
이하에서는 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
(1) 조사광
조사광의 광원으로서는 용이하게 고강도가 얻어지고, 조사광의 형상 제어가 우수한 레이저를 바람직한 광원으로서 예시할 수 있지만 적외선 램프, 텅스텐 램프, 할로겐 램프, 크세논 램프, 플래시 램프 등의 광원을 이용할 수도 있다. 레이저에서는 반도체 레이저, 파이버 레이저, YAG 레이저, 아르곤 이온 레이저, 질소 레이저, 엑시머 레이저 등 공지의 레이저를 이용할 수 있다. 본 발명에 있어서의 목적 중 하나는 전사 재료에의 손상을 저감하는 것이기 때문에 단시간에 고강도의 광이 조사되는 간헐 발진 모드(펄스) 레이저보다 연속 발신 모드(CW) 레이저쪽이 바람직하다.
조사광의 파장은 조사 분위기와 도너 기판의 지지체에 있어서의 흡수가 적고, 또한 광열 변환층에 있어서 효율적으로 흡수된다면 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 가시광 영역뿐만 아니라 자외광부터 적외광까지 이용할 수 있다. 도너 기판의 적합한 지지체의 재료를 고려하면 바람직한 파장 영역으로서 300㎚~5㎛를, 더욱 바람직한 파장 영역으로서 380㎚~2㎛를 예시할 수 있다.
조사광의 형상은 도 3에서 예시한 직사각형에 한정되는 것은 아니다. 선 형상, 타원형, 정방형, 다각형 등 전사 조건에 따라서 최적의 형상을 선택할 수 있다. 복수의 광원으로부터 중합에 의해 조사광을 형성해도 되고, 반대로 단일 광원으로부터 복수의 조사광으로 분할할 수도 있다. 스캔 속도는 특별히 한정되지 않지만 0.01~2m/s의 범위가 일반적으로 바람직하게 사용된다. 광의 조사 강도가 비교적 약하고, 보다 저속으로 스캔함으로써 전사 재료에의 손상을 저감할 경우에는 스캔 속도는 0.6m/s 이하가 바람직하고, 0.3m/s 이하인 것이 더욱 바람직하다.
스캔을 같은 장소에 반복해서 전사를 행하는 분할 전사의 경우에는 분할 횟수를 늘림으로써 전체의 저온 하를 도모할 경우에는 1회의 스캔당 투입 열량을 줄이기 위해서 스캔 속도는 비교적 고속인 0.3m/s 이상인 것이 바람직하다. 이때 분할수는 2회~50회가 바람직하다. 이것은 횟수가 지나치게 적으면 전사 시의 분자의 열이 디바이스측의 정공수송층을 열화시키기 때문이고, 반대로 횟수가 지나치게 많으면 생산성이 저하될 뿐만 아니라 투입되는 열량의 합계가 커져 디바이스측·도너측의 유기 분자를 열화시키기 때문이다.
광의 조사 형태는 도 2~도 4에 나타내는 바와 같은 전사 재료(37R, 37G, 37B)에 끼워진 구획 패턴(34)의 전역과, 전사 재료(37R, 37B)의 외측에 위치하는 구획 패턴(34)의 일부 영역이 전사 재료(37)와 동시에 가열되는 것에 한정되지 않는다. 그 이외의 형태로서는, 예를 들면 적당한 폭의 광[일례로서 전사 재료(37)의 적어도 일부와 구획 패턴(34)의 적어도 일부가 동시에 가열되는 폭의 광]을 조사하고 이것을 스캔하는 형태나, 전사 영역의 일정 비율을 덮는 광을 스텝 조사해 가는 형태 등을 들 수 있다. 물론, 이들 이외의 형태이어도 된다.
구체예를 몇 가지 나타내면, 조사 에리어가 큰 경우는 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 도너 기판(30)의 전사 영역(38)의 전체 폭을 덮는 광을 조사함으로써 1회의 스캔으로 전체 전사 재료를 일괄 전사할 수도 있다. 이 배치에서는 도너 기판(30)에 대한 광조사의 위치 맞춤을 대폭 경감할 수 있다. 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 기판 상에 전사 영역(38)이 복수 존재할 경우에는 그것들을 일괄 전사할 수도 있다. 델타 배열이라고 칭해지는 바와 같이, RGB의 각 부화소가 일직선으로 배열되어 있지 않은 경우라도 조사광을 직선적으로 스캔할 수 있기 때문에 용이하게 전사를 실시할 수 있다.
조사 에리어가 전사 영역(38)의 절반 정도인 경우에는, 예를 들면 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 도너 기판(30)의 전사 영역(38)의 절반 정도의 폭을 덮는 광을 조사하고, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 다음의 스캔에서 남은 절반에 광을 조사하여 2회의 스캔으로 전체 전사 재료를 전사할 수 있다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이 스캔 방향으로 단이 다른 위치 관계에 있는 2개의 광을 동시에 스캔함으로써 상기 2회의 스캔과 마찬가지로 전사 재료(37)를 전사할 수도 있다. 광원의 최대 출력이나 광의 균일성 등의 제약으로부터 전사 영역(38)의 전체 폭을 덮는 하나의 광을 얻는 것이 어려운 경우라도 이렇게 함으로써 유사적으로 1회의 스캔과 마찬가지로 전체 전사 재료를 일괄 전사할 수 있다. 물론, 도 10에 나타내는 바와 같이 광의 폭을 더욱 좁게 해서 수를 늘리는 것이라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
조사 강도나 전사 재료의 가열 온도의 바람직한 범위는 조사광의 균일성, 조사 시간(스캔 속도), 도너 기판의 지지체나 광열 변환층의 재질이나 두께, 반사율, 구획 패턴의 재질이나 형상, 전사 재료의 재질이나 두께 등 여러 가지 조건에 영향을 받는다. 본 발명에서는 광열 변환층에 흡수되는 에너지 밀도가 0.01~10J/㎠의 범위가 되고, 전사 재료가 220~400℃의 범위에서 가열되는 정도의 조사 조건을 갖추는 것이 목표가 된다.
(2) 도너 기판
도너 기판의 지지체는 광의 흡수율이 적고, 또한 광열 변환층이나 구획 패턴, 전사 재료를 안정적으로 형성할 수 있는 재료라면 특별히 한정되지 않는다. 조건 에 따라서는 수지 필름을 사용할 수 있고, 수지 재료로서는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리벤조옥사졸, 폴리에폭시, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 아라미드 수지, 실리콘 수지 등을 예시할 수 있다.
화학적·열적 안정성, 치수 안정성, 기계적 강도, 투명성의 면에서 바람직한 지지체로서 유리판을 들 수 있다. 소다라임 유리, 무알칼리 유리, 납 함유 유리, 붕규산 유리, 알루미노규산 유리, 저팽창 유리, 석영 유리 등으로부터 조건에 따라 선택할 수 있다. 본 발명의 전사 프로세스를 진공 중에서 실시할 경우에는 지지체로부터의 가스 방출이 적을 것이 요구되므로 유리판은 특히 바람직한 지지체이다.
또한, 유리의 표면을 여러 가지 커플링제에 의해 코팅해도 되고, 이것에 의해 광열 변환층과의 밀착을 향상시킬 수 있다. 커플링제로서는 Si계, Al계, Ti계, Zn계 등의 커플링제가 있고, 어떤 것이나 사용할 수 있다. 광열 변환층의 금속이나 산화물과의 밀착 효과가 큰 커플링제로서는 아미노실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 등이 바람직하게 사용된다.
광열 변환층이 고온으로 가열되어도 지지체 자체의 온도 상승(열팽창)을 허용 범위 내로 할 필요가 있으므로 지지체의 열용량은 광열 변환층의 열용량보다 충분히 큰 것이 바람직하다. 따라서, 지지체의 두께는 광열 변환층 두께의 10배 이상인 것이 바람직하다. 허용 범위는 전사 영역의 크기나 패터닝의 요구 정밀도 등에 의존하기 때문에 일률적으로는 나타낼 수 없지만, 예를 들면 광열 변환층이 실온에서부터 300℃ 상승하고, 그 열확산에 의해 지지체가 가열되었을 경우의 지지체 자체의 온도 상승을 광열 변환층의 온도 상승분의 1/100인 3℃ 이하로 억제하고 싶은 경우에는 광열 변환층과 지지체의 체적 열용량이 같은 정도인 경우에는 지지체의 두께는 광열 변환층 두께의 100배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 지지체 자체의 온도 상승을 광열 변환층의 온도 상승분의 1/300인 1℃ 이하로 억제하고 싶은 경우에는 지지체의 두께는 광열 변환층 두께의 300배 이상인 것이 더욱 바람직하다. 광열 변환층의 체적 열용량이 지지체의 2배 정도인 전형적인 경우에는 지지체의 두께는 광열 변환층 두께의 200배 이상인 것이 바람직하고, 600배 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 함으로써 대형화해도 열팽창에 의한 치수 변위량이 작고, 고정밀도 패터닝이 가능해진다.
광열 변환층은 효율적으로 광을 흡수해서 열을 발생시키고, 발생한 열에 대하여 안정적인 재료·구성이면 특별히 한정되지 않는다. 예로서, 카본블랙, 흑연, 티타늄블랙, 유기 안료 또는 금속 입자 등을 수지에 분산시킨 박막, 또는 금속 박막 등의 무기 박막을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 광열 변환층이 300℃ 정도로 가열되는 경우가 있으므로 광열 변환층은 내열성이 우수한 무기 박막으로 이루어지는 것이 바람직하고, 광흡수나 성막성의 면에서 금속 박막으로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 금속 재료로서는 텅스텐, 탄탈, 니오브, 망간, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 금, 은, 구리, 백금, 철, 아연, 알루미늄, 코발트, 니켈, 마그네슘, 바나듐, 지르코늄, 규소, 카본 등의 단체나 합금의 박막, 그것들의 적층 박막을 사용할 수 있다.
광열 변환층의 지지체측에는 필요에 따라서 반사 방지층을 형성할 수 있다. 또한, 지지체의 광입사측의 표면에도 반사 방지층을 형성해도 된다. 이것들의 반사 방지층은 굴절률 차를 이용한 광학 간섭 박막이 적합하게 사용되고, 규소, 산화규소, 질화규소, 산화아연, 산화마그네슘, 산화티타늄 등의 단체나 혼합 박막, 그것들의 적층 박막을 사용할 수 있다.
광열 변환층은 전사 재료의 증발에 충분한 열을 공급할 필요가 있으므로 광열 변환층의 열용량은 전사 재료의 열용량보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 광열 변환층의 두께는 전사 재료의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하고, 전사 재료의 두께의 5배 이상인 것이 더욱 바람직하다. 수치로서는 0.02~2㎛가 바람직하고, 0.1~1㎛가 더욱 바람직하다. 광열 변환층은 조사광의 90% 이상, 더욱 바람직하게는 95% 이상을 흡수하는 것이 바람직하므로 이들 조건을 만족시키도록 광열 변환층의 두께를 설계하는 것이 바람직하다.
광열 변환층에 입사하는 광이 입사측에서 반사되어서 광열 변환층에서의 광의 흡수 효율이 저하되는 것을 억제하기 위해서 지지체와 광열 변환층 사이에 반사 방지층을 형성할 수도 있다. 반사 방지층은 투명성이 높고, 굴절률 차가 크며 다른 층의 적층체인 것이 바람직하다. 이것에 의해 굴절률의 차가 큰 층의 계면에서 다중반사가 형성되기 때문에 반사 방지층의 두께를 입사 파장에 맞춰서 조정해 둠으로써 광학 간섭을 이용해서 입사 파장의 반사를 크게 저감할 수 있다. 이 반사 방지층에도 광열 변환층으로부터의 열이 전달되므로 반사 방지층의 재질은 열응력이 발생하기 쉽고, 지지체와의 밀착력이 높은 것이 좋다. 그 예로서, 금속 산화물, 또는 금속황화물 등을 들 수 있다. 그 일례로서는 Al2O3, Bi2O3, CaO, CdO, CdS, CeO2, Fe2O3, Fe3O4, La2O3, Nd2O3, Sb2O3, Sb2S3, SiO, Si2O, SnO2, TiO2, ThO2, WO3, ZnS, ZrO2 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되지 않는다. 반사 방지층을 형성할 경우에는 광열 변환층에서 발생한 열을 효율적으로 전사 재료에 전달하는데 방해가 되지 않도록 요구되는 기능을 만족시키는 범위 내에서 얇아지도록 설계하는 것이 바람직하다.
광열 변환층은 전사 재료가 존재하는 부분에 형성되어 있으면 그 평면 형상은 특별히 한정되지 않는다. 상기에 있어서 예시한 바와 같이 도너 기판 전체면에 형성되어 있어도 되고, 예를 들면 구획 패턴이 지지체와의 밀착성은 양호하지만 광열 변환층과의 밀착성이 부족할 경우에는 구획 패턴의 하부에서 광열 변환층이 불연속이 되고, 구획 패턴과 지지체의 적어도 일부가 접촉하도록 패터닝되어 있어도 된다. 광열 변환층이 패터닝될 경우에는 구획 패턴과 동종의 형상이 될 필요는 없고, 예를 들면 구획 패턴이 격자 형상이고, 광열 변환층은 스트라이프 형상이어도 된다. 광열 변환층은 광흡수율이 크기 때문에 광열 변환층을 이용해서 전사 영역 내외의 적절한 위치에 도너 기판의 위치 마크를 형성하는 것이 바람직하다.
광열 변환층이나 반사 방지층의 형성 방법으로서는 스핀 코팅나 슬릿 코팅, 진공 증착, EB 증착, 스퍼터링, 이온도금 등 재료에 따라 공지 기술을 이용할 수 있다. 패터닝할 경우에는 공지의 포토리소그래피법이나 레이저 어블레이션 등을 이용할 수 있다.
구획 패턴은 전사 재료의 경계를 규정하고, 광열 변환층에서 발생한 열에 대하여 안정적인 재료·구성이면 특별히 한정되지 않는다. 무기물에서는 산화규소나 질화규소를 비롯한 산화물·질화물, 유리, 세라믹스 등을, 유기물에서는 폴리비닐, 폴리이미드, 폴리벤조옥사졸, 폴리스티렌, 아크릴, 노볼락, 실리콘 등의 수지를 예로서 들 수 있다. 플라즈마 텔레비전의 격벽에 사용되는 유리 페이스트 재료를 본 발명의 구획 패턴 형성에 사용할 수도 있다. 구획 패턴의 열도전성은 특별히 한정되지 않지만 구획 패턴을 통하여 대향하는 디바이스 기판에 열이 확산되는 것을 방지하는 관점으로부터 유기물과 같이 열전도율이 낮은 편이 바람직하다. 또한, 패터닝 특성과 내열성의 면에서도 뛰어난 재료로서는 폴리이미드와 폴리벤조옥사졸을 바람직한 재료로서 예시할 수 있다.
또한, 검토를 거듭하는데 따라서 이것들의 구획 패턴 구성 재료, 특히 수지성분으로부터 용출되는 불순물이 전사법에 의해 제작된 소자의 성능을 저하시키고 있는 큰 원인 중 하나인 것을 알 수 있었다. 이 불순물은, 예를 들면 감광성 재료에 포함된 감광제나 미반응의 저분자 유기 성분, 수분, 이온성 원소 등이 고려되지만 특히 유리된 이온성 원소가 문제가 된다고 생각된다. 이 때문에 본 발명에서는 구획 패턴으로부터의 불순물의 용출을 억제하는 수단을 제공하고 있다.
구획 패턴의 성막 방법은 특별히 한정되지 않고, 무기물을 사용할 경우에는 진공 증착, EB 증착, 스퍼터링, 이온도금, CVD, 레이저 어블레이션 등의 공지 기술을, 유기물을 사용할 경우에는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅 등의 공지 기술을 이용할 수 있다. 구획 패턴의 패터닝 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 공지의 포토리소그래피법을 이용할 수 있다. 포토레지스트를 사용한 에칭(또는 리프트오프)법에 의해 구획 패턴을 패터닝해도 되고, 예시한 상기 수지 재료에 감광성을 부가시킨 재료를 이용하여 구획 패턴을 직접 노광, 현상함으로써 패터닝할 수도 있다. 또한, 전체면 형성한 구획 패턴층에 몰드를 압박하는 스탬프법이나 임프린트법, 수지 재료를 직접 패터닝 형성하는 잉크 제트법이나 노즐 제트법, 각종 인쇄법 등을 이용할 수도 있다.
구획 패턴의 형상으로서는 도 3에서 이미 예시한 격자 형상 구조에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도너 기판(30) 상에 3종류의 전사 재료(37R, 37G, 37B)가 형성되어 있을 경우에는 구획 패턴(34)의 평면 형상이 y방향으로 신장되는 스트라이프이어도 된다.
구획 패턴의 두께에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 전사 재료는 디바이스 기판의 피전사면에 직접 접하지 않는 편이 바람직하며, 또한 도너 기판의 전사 재료와 디바이스 기판의 피전사면의 간극은 1~100㎛, 더욱 바람직하게는 2~20㎛의 범위로 유지하는 것이 바람직하므로 구획 패턴의 두께는 전사 재료의 두께보다 두껍고, 바람직하게는 1~100㎛, 더욱 바람직하게는 2~20㎛의 두께인 것이 바람직하다. 또한, 구획 패턴 내에 전사 재료를 도포할 때에 용제가 구획 패턴으로부터 넘치지 않도록 도포할 필요가 있지만 이를 위해서는 더욱 두꺼운 것이 바람직하고 4㎛ 이상이 바람직하다. 이러한 두께의 구획 패턴을 디바이스 기판에 대향시킴으로써 도너 기판의 전사 재료와 디바이스 기판의 피전사면의 간극을 일정 값으로 유지하는 것이 용이해지고, 또한 증발한 전사 재료가 다른 구획에 침입할 가능성을 저감할 수 있다.
구획 패턴의 단면 형상은 증발한 전사 재료가 디바이스 기판에 균일하게 퇴적되는 것을 용이하게 하기 위해서 순테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 도 2에서 예시한 바와 같이, 디바이스 기판(10) 상에 절연층(14)과 같은 패턴이 존재할 경우에는 구획 패턴(34)의 폭보다 절연층(14)의 폭쪽이 넓은 것이 바람직하다. 또한, 위치 맞춤 시에는 구획 패턴(34)의 폭이 절연층(14)의 폭에 들어가도록 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 구획 패턴(34)이 얇아도 절연층(14)을 두껍게 함으로써 도너 기판(30)과 디바이스 기판(10)을 원하는 간극으로 유지할 수 있다. 구획 패턴의 전형적인 폭은 5~50㎛, 피치는 25~300㎛이지만 용도에 따라서 최적인 값으로 설계 하면 되고, 특별히 한정은 되지 않는다.
구획 패턴 상에는 배리어층이 형성된다. 배리어층은 상술한 바와 같이 구획 패턴으로부터 전사 재료를 포함하는 용액으로의 불순물 등의 용출을 방지하기 위한 것이다. 또한, 전사 재료를 포함하는 용액의 용매가 구획 패턴으로 침입하여 도너 기판을 오염시키거나, 침입한 용매가 옆의 구획으로 혼입되거나 하는 것을 방지하는 역할도 한다.
배리어층을 형성하는 재료의 일례로서 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 규소 산화물, 규소 질화물 등을 들 수 있다. 도너 기판은 반복 세정되어 재이용되는 경우가 많기 때문에 막의 박리가 일어나지 않는 내구성이 요구되는 점에서 광열 변환층 및 구획 패턴과의 밀착성이 높은 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 중에서도 금속, 그 일례로서 크롬, 니켈, 아연, 티타늄, 바나듐, 탄탈, 망간 등이 밀착성의 점에서 바람직하다. 또한 광열 변환층과 동종의 금속이라면 광열 변환층과의 밀착성이 향상되므로 보다 바람직하다. 또한, 배리어층으로서 금속이 바람직한 점에 대해서는 기타 이하의 이유를 들 수 있다. 금속은 밀도가 높고, 피복성이 높기 때문에 구획 패턴으로부터의 저분자 성분의 용출을 크게 억제할 수 있다. 또한, 소성 변형에 대하여 신장할 수 있기 때문에 열응력에 대하여 크랙이 발생하기 어려워 불순물 용출의 점에서 큰 이점이 있다.
또한, 배리어층을 복수 층 형성할 수도 있고, 이 경우에는 각 층마다 상기 재료를 자유롭게 조합해서 사용할 수 있다. 그 중에서도, 구획 패턴이나 광열 변환층과 접하는 부분에 밀착층을 형성하고, 최표면에 내후성이 양호한 재료를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 밀착층에는 크롬, 니켈, 아연, 티타늄, 바나듐, 탄탈, 망간 중 어느 하나를 함유하는 것이 바람직하고, 또한 그 표면을 조금 산화 또는 질화시켜도 상관없다. 최표면층에는 화학적으로 안정적인 금·은·백금·팔라듐·로듐·이리듐·루테늄·오스뮴 등의 귀금속류, 금속 산화물, 규소 산화물, 규소 질화물이나, 내산성이 우수한 금속의 층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내산성이 우수한 금속으로서는 바나듐, 니오브, 탄탈, 티타늄, 지르콘, 하프늄·텅스텐 등을 예로서 들 수 있다. 최표면에 규소 산화물을 사용하면 재료 그 자체는 높은 배리어성을 갖지만 규소 산화물 자체가 다공질이 되기 쉽고, 그런 경우는 표면적이 증가해 버리고 반대로 흡습하기 쉬워진다. 이것에 부수해서 세정 시에는 염소 등, 발액 처리 시에는 불소 등의 이온성 불순물의 표면 잔류량이 증가하고, 그것이 전사된 소자의 성능이 저하되는 경우가 발생한다. 이 때문에 금속, 특히 귀금속과 같은 최표면층을 형성하는 편이 평활한 표면 상태를 형성하기 쉬워 바람직하다.
배리어층의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만 일반적으로는 스퍼터법, 증착법, CVD법 등이 고려된다. 두께도 특별히 한정되지 않지만 내구성의 관점으로부터 0.05㎛ 이상이 바람직하다. 구획 패턴 내(셀 내)에도 배리어층을 형성하는 도 2(a)의 경우는 광열 변환층으로부터 배리어층을 통하여 전사 재료에 효율적으로 열전도를 행하는 관점으로부터 배리어층의 두께는 0.7㎛ 이하가 바람직하고, 0.5㎛ 이하가 보다 바람직하다. 구획 패턴 상에만 배리어층을 형성하는 도 2(b)의 경우는 배리어층을 더욱 두껍게 할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 구획 패턴 상에만 배리어층을 형성할 경우의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만, 그 일례로서 구획 패턴 위만 개구시킨 마스크를 이용하여 진공 증착법이나 스퍼터법으로 구획 패턴 상에만 배리어층을 형성하는 방법이 있다. 또한, 구획 패턴 전체면에 배리어층을 형성하고, 그 후에 구획 패턴 이외의 부분이 노출되도록 포토리소그래피법으로 레지스트 형성하고, 개구부를 에칭해서 구획 패턴 상에만 배리어층을 형성할 수도 있다. 또한, 배리어층은 적어도 구획 패턴을 덮고 있으면 되므로 구획 패턴 내에도 배리어층을 형성할 경우에는 그 일부에만 형성해도 된다.
구획 패턴 상의 배리어층의 표면에는 전사 재료를 용해시킨 용액을 발액시킴으로써 구획 패턴 내에 머무르게 하기 위한 발액 처리층이 형성되는 것이 바람직하다. 발액 처리층은 전사 재료를 용해시키기 위해서 사용되고 있는 용매에 대하여 접촉각이 큰 것이 바람직하고, 40° 이상이 바람직하고, 60°이상이 보다 바람직하다. 발액 처리층은 얇을수록 그곳에서부터 용출될 우려가 있는 불순물의 절대량이 적으므로 바람직하지만 지나치게 얇으면 발액 처리의 효과가 손상될 우려가 있다. 따라서 발액 처리층을 형성할 경우의 바람직한 두께는 0.5㎚ 이상 100㎚ 이하이다. 후술하는 단분자막의 경우는 1㎚ 이상 5㎚ 이하가 바람직하다. 또한, 발액 처리층은 반드시 연속막일 필요는 없고, 배리어층 상에서 용액을 튕기고, 도포의 구획 분리가 가능한 기능이 있으면 된다.
발액 처리층을 형성하기 위한 구체적인 방법으로서는 구획 패턴 상에 여러 가지 저표면 에너지의 유기막, 특히 불소를 포함하는 유기 재료의 층을 제작해서 구획 패턴 상면에 발액 기능을 갖게 하는 것이 바람직하다. 그 처리층 제작 방법의 일례로서 구획 패턴 상의 배리어층의 표면에 (1) 실리콘 수지, (2) 불화비닐 수지, 골격에 불소를 포함하는 아크릴 수지나 폴리이미드 수지 등의 불소 함유 고분자 재료, 또는 (3) 불소를 포함하는 커플링제 등의 층을 형성하는 것을 예시할 수 있다. 특히 불소를 포함하는 실란커플링제는 배리어층 상에 단분자막을 형성하고, 고분자재료와 달리 내부로 불순물을 흡장하지 않는다. 이 때문에 전사 재료를 도포했을 때에 용매에 용출되는 불순물이 다른 유기 고분자막이나 실리콘막에 비하여 압도적으로 감소하므로 특히 바람직하다. 또한, 고분자 재료의 발액 처리층에서는 배리어층과 강고한 밀착성을 갖지 않음으로써 도너 기판을 반복해 사용하면 발액 처리층이 박리되는 경우가 있다. 이렇게 해서 고분자 재료 그 자체에 포함된 불순물이 열이나 용제의 침투에 의해 서서히 용출되어 버려 전사 재료에 혼입되어 유기 EL 소자의 성능을 열화시켜 버리는 경우가 있다. 이에 대하여 불소를 포함하는 실란커플링제의 경우에는 발액 기능을 갖고 배리어층의 재료 표면에 화학적으로 결합하는 막이 강고하게 배리어층을 피복하기 때문에 용매의 침투가 발생하지 않아 불순물 용출이 크게 억제된다.
불소를 포함하는 커플링제는 화학 구조식으로 나타내면 다음 식으로 나타내어지는 화합물을 대표적인 구조로서 예시할 수 있다. 특히, 직쇄상 퍼플루오로알킬 기를 갖는 커플링제가 배리어층과의 밀착력이 높아져 내구성이 향상되므로 바람직하다.
(1) CF3CH2CH2Si(OCH3)3
(2) CF3CH2SiCl3
(3) CF3(CF2)5CH2CH2SiCl3
(4) CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3
(5) CF3(CF2)7CH2CH2SiCl3
(6) CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3
(7) CF3(CF2)7CH2CH2Si(CH3)Cl2
(8) CF3(CF2)7CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2
(9) (CH3)3SiOSO2CF3
(10) CF3CON(CH3)SiCH3
(11) CF3CH2CH2Si(OCH3)3
(12) CF3CH2OSi(OCH3)3
(13) CF3COO(CH2)15Si(OCH3)3
(14) CF3(CF2)3~15CH2CH2Si(OCH3)3
(15) CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3
(16) CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3
(17) CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3
(18) CF3(CF2)11CH2CH2Si(OCH3)3
(19) CF3(CF2)11CH2CH2Si(OCH3)3
발액 처리층의 구획 패턴 상에의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만 감광성 레지스트를 배리어층 상의 전체면에 도포하고, 구획 패턴 위만 개구시켜서 개구부를 처리하는 방법을 들 수 있다. 또한 필름이나 유리에 발액 재료를 도포하고, 발액 미처리의 배리어층이 형성된 도너 기판에 대향시켜서 접합하여 필름 또는 유리 상의 발액 재료를 도너 기판의 구획 패턴 상으로 이동시킬 수도 있다. 또한, 용제를 이용하여 잉크 제트법이나 노즐 도포법을 이용하여 구획 패턴의 상부에만 도포하는 등 여러 가지 방법을 들 수 있다.
(3) 전사 재료
전사 재료는 유기 EL 소자를 비롯하여 유기 TFT나 광전변환 소자, 각종 센서 등의 디바이스를 구성하는 박막을 형성하는 재료이다. 전사 재료는 유기 재료, 금속을 포함하는 무기 재료 어떠한 것이라도 되고, 가열되었을 때에 증발, 승화, 또는 어블레이션 승화하거나, 또는 접착성 변화나 체적 변화를 이용하여 도너 기판으로부터 디바이스 기판으로 전사되는 것이면 된다. 또한, 전사 재료가 박막 형성 재료의 전구체이고, 전사 전 또는 전사 중에 열이나 광에 의해 박막 형성 재료로 변환되어서 전사막이 형성되어도 된다.
전사 재료의 두께는 그것들의 기능이나 전사 횟수에 따라 다르다. 예를 들면, 불화리튬 등의 도너 재료(전자 주입 재료)를 전사할 경우에는 그 두께는 1㎚이면 충분하고, 전극 재료의 경우에는 그 두께는 100㎚ 이상이 되는 것도 있다. 본 발명의 적합한 패터닝 박막인 발광층의 경우에는 전사 재료의 두께는 10~100㎚가 바람직하고, 20~50㎚인 것이 더욱 바람직하다.
전사 재료의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 진공 증착이나 스퍼터링 등의 드라이 프로세스를 이용할 수도 있지만 대형화에 대응이 용이한 방법으로서 적어도 전사 재료와 용매로 이루어지는 용액을 구획 패턴 내에 도포하고, 상기 용매를 건조시킨 후에 전사하는 것이 바람직하다. 도포법으로서는 잉크 제트, 노즐 도포, 전계중합이나 전착, 오프셋이나 플렉소, 평판, 볼록판, 그라비어, 스크린 등의 각종 인쇄 등을 예시할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 각 구획 패턴 내에 정량의 전사 재료를 정확하게 형성하는 것이 중요하고, 이 관점에서 잉크 제트를 특히 바람직한 방법으로서 예시할 수 있다.
구획 패턴이 없으면 도포액으로부터 형성되는 RGB 유기 EL 재료층은 서로 접하게 되고, 그 경계는 일정하지 않아 적지 않게 혼합층이 형성된다. 이것을 방지하기 위해서 서로 접하지 않도록 간극을 두고서 형성했을 경우에는 경계 영역의 막두께를 중앙과 동일하게 하는 것이 곤란하다. 어느 경우나 이 경계 영역은 디바이스의 성능 저하를 초래하기 때문에 전사할 수 없으므로 도너 기판 상의 유기 EL 재료 패턴보다 폭이 좁은 영역을 선택적으로 전사할 필요가 있다. 따라서, 실제로 사용 가능한 유기 EL 재료의 폭이 좁아져 유기 EL 디스플레이를 제작했을 때에는 개구율이 적은(비발광 영역의 면적이 큰) 화소가 되어 버린다. 또한, 경계 영역을 제외하고 전사해야만 하는 형편상 일괄 전사를 할 수 없으므로 R, G, B를 순차적으로 레이저 조사하여 각각 독립적으로 전사할 필요가 있어 고강도 레이저 조사의 고정밀도 위치 맞춤이 필요하게 된다. 이러한 문제를 해결하는 관점에서 구획 패턴과 도포액으로 형성된 전사 재료를 갖는 도너 기판을 이용하여 상기 방법으로 일괄 전사하는 방법을 본 발명의 특히 바람직한 형태로서 예시할 수 있다.
전사 재료와 용매로 이루어지는 용액을 도포법에 적용할 경우에는 일반적으로는 계면활성제나 분산제 등을 첨가함으로써 용액의 점도나 표면장력, 분산성 등을 조정해서 잉크화하는 경우가 많다. 그러나, 본 발명에서는 그들 첨가물이 전사 재료에 잔류물로서 존재하면 전사 시에도 전사막 내에 혼입되어 불순물로서 디바이스 성능에 악영향을 미치는 것이 염려된다. 따라서, 이들 불순물의 첨가 또는 의도하지 않은 혼입을 최소로 하는 것이 바람직하고, 건조 후의 전사 재료의 순도가 95% 이상, 또한 98% 이상이 되도록 용액을 조제하는 것이 바람직하다. 잉크 중의 용제 이외의 성분에서 차지하는 전사 재료의 비율을 95중량% 이상으로 함으로써 이러한 조정이 가능하다.
용매로서는 물, 알코올, 탄화수소, 방향족 화합물, 복소환 화합물, 에스테르, 에테르, 케톤 등 공지의 재료를 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서 적합하게 사용되는 잉크 제트법에서는 100℃ 이상, 또한 150℃ 이상의 비교적 고비점 용매가 사용되는 것, 또한 유기 EL 재료의 용해성이 우수한 점에서 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸이미다졸리디논(DMI), γ-부틸락톤(γBL), 벤조산 에틸, 테트라히드로나프탈렌(THN), 크실렌, 쿠멘 등을 적합한 용매로서 예시할 수 있다.
전사 재료가 용해성과 전사 내성, 전사 후의 디바이스 성능을 모두 만족시킬 경우에는 전사 재료 자체(디바이스 구성 재료)를 용매에 용해시키는 것이 바람직하다. 전사 재료가 용해성이 부족할 경우에는 전사 재료에 알킬기 등의 용매에 대한 가용성 기를 도입함으로써 가용성을 개량할 수 있다. 이러한 재료를 본 명세서에서는 전사 재료(디바이스 구성 재료)의 전구체라고 한다. 디바이스 성능면에서 뛰어난 전사 재료에 가용성 기를 도입했을 경우에는 성능이 저하되는 경우가 있다. 그 경우에는, 예를 들면 전사 시의 열에 있어서 이 가용성 기를 탈리시켜서 원형 재료를 디바이스 기판에 퇴적시킬 수도 있다.
가용성 기를 도입한 전사 재료를 전사할 때에 가스의 발생이나 전사막으로의 탈리물의 혼입을 방지하기 위해서는 전사 재료가 도포 시에 용매에 대한 가용성 기를 갖고, 도포 후에 열 또는 광에 의해 가용성 기를 변환 또는 탈리시킨 후에 전사 재료를 전사하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 벤젠환이나 안트라센환을 갖는 재료를 예로 들면 식 (1)~(2)에 나타내는 바와 같은 가용성 기를 갖는 재료에 광을 조사해서 원형 재료로 변환할 수 있다. 또한, 식 (3)~(6)에 나타내는 바와 같이 가용성 기로서 에틸렌기나 디케토기 등의 분자 내 가교 구조를 도입하고, 거기에서 에틸렌이나 일산화탄소를 탈리시키는 프로세스에 의해 원형 재료로 복귀시킬 수도 있다. 가용성 기의 변환 또는 탈리는 건조 전의 용액 상태라도, 건조 후의 고체 상태라도 되지만 프로세스 안정성을 고려하면 건조 후의 고체 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 전사 재료의 원형 분자는 비극성적인 것이 많기 때문에 고체 상태에서 가용성 기를 탈리할 때에 탈리물을 전사 재료 내에 잔류시키지 않기 위해서는 탈리물의 분자량은 적고 극성적(비극성적인 원형 분자에 대하여 반발적)인 것이 바람직하다. 또한, 전사 재료 내에 흡착되어 있는 산소나 물을 탈리물과 함께 제거하기 위해서는 탈리물이 이들 분자와 반응하기 쉬운 것이 바람직하다. 이들의 관점으로부터는 일산화탄소를 탈리하는 프로세스로 가용화 기를 변환 또는 탈리하는 것이 특히 바람직하다. 본 방법은 나프타센, 피렌, 페릴렌 등의 축합 다환 탄화수소 화합물 이외에 축합 다환 복소 화합물에도 적용할 수 있다. 물론, 이것들은 치환되어 있어도 무치환이어도 된다.
(4) 디바이스 기판
디바이스 기판의 지지체는 특별히 한정되지 않고, 도너 기판에서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 양자를 대향시켜서 전사 재료를 전사시킬 때에 온도 변화에 의한 열팽창의 차이에 의해 패터닝 정밀도가 악화되는 것을 방지하기 위해서는 디바이스 기판과 도너 기판의 지지체의 열팽창률의 차는 10ppm/℃ 이하인 것이 바람직하고, 또한 이들 기판이 동일 재료로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 도너 기판의 특히 바람직한 지지체로서 예시한 유리판은 디바이스 기판의 특히 바람직한 지지체로서도 예시할 수 있다. 또한, 양자의 두께는 같아도 달라도 된다.
디바이스 기판은 전사 시에는 지지체만으로 구성되어 있어도 되지만 디바이스의 구성에 필요한 구조물을 미리 지지체 상에 형성해 두는 편이 일반적이다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 유기 EL 소자에서는 절연층(14)이나 정공수송층(16)까지를 종래 기술에 의해 형성해 두고, 그것을 디바이스 기판으로서 사용할 수 있다.
상기 절연층과 같은 구조물은 필수는 아니지만 디바이스 기판과 도너 기판을 대향시킬 때에 도너 기판의 구획 패턴이 디바이스 기판에 형성 완료된 하지층에 접촉하여 흠집이 나는 것을 방지하는 관점으로부터 디바이스 기판에 미리 형성되어 있는 것이 바람직하다. 절연층의 형성에는 도너 기판의 구획 패턴으로서 예시한 재료나 성막 방법, 패터닝 방법을 이용할 수 있다. 절연층의 형상이나 두께, 폭, 피치에 대해서도 도너 기판의 구획 패턴에서 예시한 형상이나 수치를 예시할 수 있다.
(5) 전사 프로세스
도너 기판과 디바이스 기판을 진공 중에서 대향시켜 전사 공간을 그대로 진공으로 유지한 상태에서 대기 중으로 인출하여 전사를 실시할 수 있다. 예를 들면, 도너 기판의 구획 패턴 및/또는 디바이스 기판의 절연층을 이용하여 이들에 둘러싸인 영역을 진공으로 유지할 수 있다. 이 경우에는 도너 기판 및/또는 디바이스 기판의 주변부에 진공 밀봉 기능을 형성해도 된다. 디바이스 기판의 하지층, 예를 들면 정공수송층이 진공 프로세스로 형성되고, 발광층을 본 발명에 의해 패터닝하고, 전자수송층도 진공 프로세스로 형성하는 경우에는 도너 기판과 디바이스 기판을 진공 중에서 대향시켜 진공 중에서 전사를 실행하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 도너 기판과 디바이스 기판을 진공 중에서 고정밀도로 위치 맞춤하여 대향 상태를 유지하는 방법에는 예를 들면 액정 디스플레이의 제조 프로세스에서 사용되고 있는 액정 재료의 진공 적하·접합 공정 등의 공지 기술을 이용할 수 있다. 또한, 전사 분위기에 의하지 않고 전사 시에 도너 기판을 방열 또는 냉각할 수도 있고, 도너 기판을 재이용할 경우에는 도너 기판을 엔드리스 벨트로서 이용할 수도 있다. 금속 등의 양도체로 형성한 광열 변환층을 이용함으로써 도너 기판을 정전 방식에 의해 용이하게 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서는 증착 모드의 전사가 바람직하기 때문에 1회의 전사에 있어서 단층의 전사막을 패터닝하는 것이 바람직하다. 그러나, 박리 모드나 어블레이션 모드를 이용함으로써, 예를 들면 도너 기판 상에 전자수송층/발광층의 적층 구조를 형성해 두고, 그 적층 상태를 유지한 상태에서 디바이스 기판에 전사함으로써 발광층/전자수송층의 전사막을 1회로 패터닝할 수도 있다.
전사 분위기는 대기압이어도 감압 상태이어도 된다. 예를 들면, 반응성 전사의 경우에는 산소 등의 활성 가스의 존재 하에서 전사를 실시할 수도 있다. 본 발명에서는 전사 재료의 전사 손상의 저감이 과제의 하나이므로 질소 가스 등의 불활성 가스 중, 또는 진공 상태인 것이 바람직하다. 압력을 적절하게 제어함으로써 전사 시에 막두께 편차의 균일화를 촉진할 수 있다. 전사 재료에의 손상 저감이나 전사막으로의 불순물 혼입의 저감, 증발 온도의 저온화의 관점에서는 진공 상태인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 도너 기판은 구획 패턴과 발광층이 배리어층에 의해 떨어져 있기 때문에 기판 표면의 세정성이 향상되어 있다. 이것에 의해 도너 기판 표면의 이온성 불순물의 세정이 용이해지기 때문에 전사층을 도포했을 때의 불순물의 혼입을 크게 줄일 수 있다. 그 때문에 전사막 내의 불순물도 저감할 수 있다. 특히 불순물로서의 불소, 염소 등의 할로겐은 소자의 성능을 크게 저하시키는 것을 알고 있어 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사 방법에 의해 소자로의 불순물 혼입을 억제해 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도포법에 의해 형성한 박막을 유기 EL 소자의 기능층으로서 직접 이용하는 종래법의 문제 중 하나는 막두께 편차였다. 본 발명에 있어서도 도포법에 의해 전사 재료를 형성한 시점에서는 동등한 막두께 편차가 발생할 수 있지만, 본 발명에 있어서의 바람직한 전사 방식인 증착 모드에서는 전사 시에 전사 재료가 분자(원자) 레벨로 풀린 상태에서 증발한 후에 디바이스 기판에 퇴적되기 때문에 전사막의 막두께 편차는 경감된다. 따라서, 예를 들면 도포 시에는 전사 재료가 안료와 같이 분자집합체로 이루어지는 입자이고, 가령 전사 재료가 도너 기판 상에서 연속 막은 아니어도 그것을 전사 시에 분자 레벨로 풀어서 증발시키고, 퇴적시킴으로써 디바이스 기판 상에서는 막두께 균일성이 뛰어난 전사막을 얻을 수 있다.
이어서, 본 발명의 패터닝 방법을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서, 디바이스란 유기 EL 소자를 비롯하여 유기 TFT나 광전변환 소자, 각종 센서 등을 말한다. 유기 TFT에서는 유기 반도체층이나 절연층, 소스, 드레인, 게이트의 각종 전극 등을, 유기태양전지에서는 전극 등을, 센서에서는 센싱층이나 전극 등을 본 발명에 의해 패터닝할 수 있다. 이하에서는 유기 EL 소자를 예로 들어서 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 유기 EL 소자(10)(디스플레이)의 전형적인 구조의 예를 나타내는 단면도이다. 지지체(11) 상에 TFT(12)나 평탄화층(13) 등으로 구성되는 액티브 매트릭스 회로가 구성되어 있다. 소자 부분은 그 위에 형성된 제 1 전극(15)/정공수송층(16)/발광층(17)/전자수송층(18)/제 2 전극(19)이다. 제 1 전극의 단부에는 전극단에 있어서의 단락 발생을 방지하고, 발광 영역을 규정하는 절연층(14)이 형성된다. 소자 구성은 이 예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 정공수송 기능과 전자수송 기능을 아울러 갖는 발광층이 한층만 형성되어 있어도 되고, 정공수송층은 정공주입층과 정공수송층의, 전자수송층은 전자수송층과 전자주입층의 복수층의 적층 구조이어도 되고, 발광층이 전자수송 기능을 가질 경우에는 전자수송층이 생략되어도 된다. 또한, 제 1 전극/전자수송층/발광층/정공수송층/제 2 전극의 순서로 적층되어 있어도 된다. 또한, 이들 층은 모두 단층이어도 복수층이어도 된다. 또한, 도면에 나타내지는 않았지만 제 2 전극의 형성 후에 공지 기술 또는 본 발명의 패터닝 방법을 이용하여 보호층의 형성이나 컬러필터의 형성, 밀봉 등이 행하여져도 된다.
컬러 디스플레이에서는 적어도 발광층이 패터닝될 필요가 있고, 발광층은 본 발명에 있어서 적합하게 패터닝되는 박막이다. 절연층이나 제 1 전극, TFT 등은 공지의 포토리소그래피법에 의해 패터닝되는 경우가 많지만 본 발명의 도너 기판을 사용한 방법에 의해 패터닝해도 된다. 또한, 정공수송층이나 전자수송층, 제 2 전극 등의 적어도 한층을 패터닝할 필요가 있는 경우에는 본 발명의 도너 기판을 사용한 방법에 의해 패터닝해도 된다. 또한, 발광층 중 R, G만을 본 발명에 의해 패터닝하고, 그 위에 B의 발광층과 R, G의 전자수송층을 겸하는 층을 전체면 형성할 수도 있다.
도 1에 나타낸 유기 EL 소자의 제작 예로서는 제 1 전극(15)까지는 포토리소그래피법을, 절연층(14)은 감광성 폴리이미드 전구체 재료를 이용한 공지 기술에 의해 패터닝하고, 그 후에 정공수송층(16)을 진공 증착법을 이용한 공지 기술에 의해 전체면 형성한다. 이 정공수송층(16)을 하지층으로 하고, 그 위에 도 2에 나타낸 본 발명의 도너 기판을 사용한 방법에 의해 발광층(17R, 17G, 17B)을 패터닝한다. 그 위에 전자수송층(18), 제 2 전극(19)을 진공 증착법 등을 이용한 공지 기술에 의해 전체면 형성하면 유기 EL 소자를 완성할 수 있다.
발광층은 단층이어도 복수층이어도 되고, 각 층의 발광 재료는 단일 재료이어도 복수 재료의 혼합물이어도 된다. 발광 효율, 색순도, 내구성의 관점으로부터 발광층은 호스트 재료와 도펀트 재료의 혼합물의 단층 구조인 것이 바람직하다. 따라서, 발광층을 성막하는 전사 재료는 호스트 재료와 도펀트 재료의 혼합물인 것이 바람직하다.
구획 패턴 내에 전사 재료를 배치할 때에 후술의 도포법을 이용할 경우에는 호스트 재료와 도펀트 재료의 혼합 용액을 도포, 건조시켜서 전사 재료를 형성할 수 있다. 호스트 재료와 도펀트 재료의 용액을 따로 도포해도 된다. 전사 재료를 형성한 단계에서 호스트 재료와 도펀트 재료가 균일하게 혼합되어 있지 않아도 전사 시에 양자가 균일하게 혼합되면 된다. 또한, 전사 시에 호스트 재료와 도펀트 재료의 증발 온도의 차이를 이용하여 발광층 중의 도펀트 재료의 농도를 막두께 방향으로 변화시킬 수도 있다.
발광 재료로서는 안트라센 유도체, 나프타센 유도체, 피렌 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3) 등의 퀴놀리놀 착체나 벤조티아졸릴페놀아연 착체 등의 각종 금속 착체, 비스스티릴안트라센 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 쿠마린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 페리논 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 루브렌, 퀴나크리돈 유도체, 페녹사존 유도체, 페리논 유도체, 페릴렌 유도체, 쿠마린 유도체, 크리센 유도체, 피로메텐 유도체, 인광 재료라고 칭해지는 이리듐 착체계 재료 등의 저분자 재료나, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체 등의 고분자 재료를 예시할 수 있다. 특히 발광 성능이 뛰어나고, 본 발명의 패터닝 방법에 적합한 재료로서는 안트라센 유도체, 나프타센 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 피로메텐 유도체, 각종 인광 재료를 예시할 수 있다.
정공수송층은 단층이어도 복수층이어도 되고, 각 층은 단일 재료이어도 복수 재료의 혼합물이어도 된다. 정공주입층이라고 칭해지는 층도 정공수송층에 포함된다. 정공수송성(저구동 전압)이나 내구성의 관점으로부터 정공수송층에는 정공수송성을 조장하는 억셉터 재료가 혼합되어 있어도 된다. 따라서, 정공수송층을 성막하는 전사 재료는 단일 재료로 이루어져도 복수 재료의 혼합물로 이루어져도 된다. 구획 패턴 내에 전사 재료를 배치할 때는 발광층과 마찬가지로 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.
정공수송 재료로서는 N,N'-디페닐-N,N'-디나프틸-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(NPD)이나 N,N'-비페닐-N,N'-비페닐-1,1'-디페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-(N-페닐카르바졸릴)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민 등으로 대표되는 방향족 아민류, N-이소프로필카르바졸, 피라졸린 유도체, 스틸벤계 화합물, 히드라존계 화합물, 옥사디아졸 유도체나 프탈로시아닌 유도체로 대표되는 복소환 화합물 등의 저분자 재료나, 이들 저분자 화합물을 측쇄에 갖는 폴리카보네이트나 스티렌 유도체, 폴리비닐카르바졸, 폴리실란 등의 고분자 재료를 예시할 수 있다. 억셉터 재료로서는 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ), 헥사아자트리페닐렌(HAT)이나 그 시아노기 유도체(HAT-CN6) 등의 저분자 재료를 예시할 수 있다. 또한, 제 1 전극 표면에 얇게 형성되는 산화몰리브덴이나 산화규소 등의 금속 산화물도 정공수송 재료나 억셉터 재료로서 예시할 수 있다.
전자수송층은 단층이어도 복수층이어도 되고, 각 층은 단일 재료이어도 복수재료의 혼합물이어도 된다. 정공저지층이나 전자주입층이라고 칭해지는 층도 전자수송층에 포함된다. 전자수송성(저구동 전압)이나 내구성의 관점으로부터 전자수송층에는 전자수송성을 조장하는 도너 재료가 혼합되어 있어도 된다. 전자주입층이라고 칭해지는 층은 이 도너 재료로서 논해지는 경우도 많다. 전자수송층을 성막하는 전사 재료는 단일 재료로 이루어져도 복수 재료의 혼합물로 이루어져도 된다. 구획 패턴 내에 전사 재료를 배치할 때는 발광층과 마찬가지로 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.
전자수송 재료로서는 Alq3나 8-퀴놀리놀라토리튬(Liq) 등의 퀴놀리놀 착체, 나프탈렌, 안트라센 등의 축합 다환 방향족 유도체, 4,4'-비스(디페닐에테닐)비페닐로 대표되는 스티릴계 방향환 유도체, 안트라퀴논이나 디페노퀴논 등의 퀴논 유도체, 인옥사이드 유도체, 벤조퀴놀리놀 착체, 히드록시아졸 착체, 아조메틴 착체, 트로폴론 금속 착체 및 플라보놀 금속 착체 등의 각종 금속 착체, 전자수용성 질소를 포함하는 헤테로아릴환 구조를 갖는 화합물 등의 저분자 재료나, 이들 저분자 화합물을 측쇄에 갖는 고분자 재료를 예시할 수 있다.
도너 재료로서는 리튬이나 세슘, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속, 그들의 퀴놀리놀 착체 등의 각종 금속 착체, 불화리튬이나 산화세슘 등의 그것들의 산화물이나 불화물을 예시할 수 있다. 전자수송 재료나 도너 재료는 각 RGB 발광층과의 조합에 의한 성능 변화가 일어나기 쉬운 재료의 하나이고, 본 발명에 의해 패터닝되는 다른 바람직한 예로서 예시된다.
제 1 전극 및 제 2 전극은 발광층으로부터의 발광을 인출하기 위해서 적어도 한쪽이 투명인 것이 바람직하다. 제 1 전극으로부터 광을 인출하는 보텀 에미션의 경우에는 제 1 전극이, 제 2 전극으로부터 광을 인출하는 톱 에미션의 경우에는 제 2 전극이 투명이다. 구획 패턴 내에 전사 재료를 배치할 때는 발광층과 마찬가지로 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 전사 시에 예를 들면 전사 재료와 산소를 반응시키거나 하여 반응성 전사를 실시할 수도 있다. 투명 전극 재료 및 다른 한쪽의 전극에는, 예를 들면 일본 특허공개 평11-214154호 공보 기재와 같이 종래공지의 재료를 사용할 수 있다.
본 발명의 도너 기판을 이용하여 전사법에 의해 제작되는 유기 EL 소자는 다음과 같은 특징을 갖는다. 예를 들면, 전사층이 발광층(R, G, B)일 경우 레이저 조사해서 디바이스 기판에 전사된 발광층은 도너 기판의 패턴을 트레이스한다. 즉 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 일정 간격으로 발광층이 패터닝된 도너 기판을 사용하면 디바이스 기판에서는 서로 이웃하는 발광층의 간격은 거의 일정하게 된다. 도 11(a)에 있어서 R, G, B로 기재된 부분에서 신장하는 파선은 각각의 발광층의 폭 방향의 중심 위치를 나타낸다. 서로 이웃하는 발광층간의 중심 위치끼리의 거리는 거의 일정하다. 또한, 도 11(a)에서는 도 2나 도 3과 마찬가지의 방법으로 레이저 조사하는 형태를 예시했지만 다른 조사 방법, 예를 들면 구획 패턴과 전사층의 일부가 레이저 조사되도록 하고나서 레이저를 R, G, B의 배열 방향으로 스캔하는 형태 등이어도 마찬가지의 결과가 된다.
한편, 증착법에 의해 발광층이 제작되는 경우를 도 11(b)에 나타낸다. 여기에서는 R, G, B 각각의 증착 시에 마스크의 위치 맞춤이 필요하지만, 그 위치 맞춤을 완전하게 행하는 것은 곤란하다. 마스크 위치의 오차가 생긴 부위에서는 R, G, B가 일정 간격이 되지 않는 경우가 생긴다. 또한, 구획 패턴을 갖지 않는 도너 기판 3매에 R, G, B의 발광층을 각각 형성하고, 부분 전사하는 방법을 도 11(c)에 나타낸다. 이 경우에는 3회의 레이저 조사의 위치 맞춤을 완전하게 행하는 것이 곤란하여 증착법과 마찬가지로 R, G, B가 일정 간격이 되지 않는 경우가 생긴다. 이 점에서 본 발명의 도너 기판을 사용한 전사법에서는 고정밀도로 R, G, B의 패터닝을 행하고, 그 간격을 거의 일정하게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 도너 기판을 이용하여 전사법에 의해 제작되는 유기 EL 소자의 다른 특징을 설명한다. 레이저에 의해 전사를 행하면 도 12(a)와 같이 전사 부분에서는 전사막(27)의 엣지에 있어서 막두께가 완만하게 감쇠하는 특징이 있다[도 12(a)는 언뜻 보기에는 패턴의 엣지가 중앙보다 높아져 있는 것 같지만 엣지에는 순테이퍼 형상의 구획 패턴이 존재하기 때문에 전사막의 막두께는 엣지를 향함에 따라서 완만하게 감쇠하고 있다]. 한편, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 마스크 증착에서는 증착원으로부터 직선적으로 발광층의 분자가 비래해서 기판에 부착되기 때문에 엣지에 있어서의 막두께의 감쇠가 급준하게 된다. 이렇게 전사막의 엣지를 관찰함으로써 증착법이나 전사법 중 어느 쪽에 의해 형성되었는지를 구별할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명의 유기 EL 소자는 유기 화합물층의 적어도 일부가 전사법을 이용하여 제작되었을 경우라도 상기 유기 화합물층에 혼입되는 할로겐으로 대표되는 불순물이 크게 저감되어 뛰어난 발광 성능을 나타내는 것이다. 그러한 유기 EL 소자는 바람직하게는, 예를 들면 적어도 1쌍의 전극간에 협지된 발광층을 포함하는 유기 화합물층을 갖고, 유기 화합물층의 적어도 일부가 전사법을 이용하여 제작된 유기 EL 소자에 있어서 이하 중 어느 하나를 만족시키는 유기 EL 소자이다.
(1) 전사법을 이용하여 제작된 층의 SIMS에 의한 원소 분석으로 검출되는 불소 강도가 탄소 강도비 1×10-1 이하인 것.
(2) 전사법을 이용하여 제작된 층의 SIMS에 의한 원소 분석으로 검출되는 염소 강도가 탄소 강도비 5×10-3 이하인 것.
보다 바람직하게는 상기 (1) 및 (2)의 양쪽을 만족시키는 유기 EL 소자이다. 더욱 바람직하게는 전사법을 이용하여 제작된 층이 발광층인 것이다.
여기에서, 불소 강도, 염소 강도 및 탄소 강도란 SIMS에 의한 원소 분석에 있어서의 피크 강도이고, 불소 강도 또는 염소 강도의 탄소 강도비란 불소 강도 또는 염소 강도를 탄소 강도로 나눈 것이다. 일반적인 유기 EL 발광 재료에서는 재료에 포함되는 탄소 농도가 재료 종류에 의하지 않고 거의 일정하게 되므로 SIMS에 의해 검출되는 탄소 강도도 재료에 의하지 않고 가까운 값을 취한다. 이 때문에, 탄소 강도를 기준값으로서 사용할 수 있다.
유기 EL 소자에 있어서, 예를 들면 발광층의 SIMS에 의한 원소 분석을 행하기 위해서는 예를 들면 이하와 같이 할 수 있다. 음극 또는 양극으로부터 유기 EL 소자 내부를 향하여 깊이 방향으로 에칭을 행한다. 이렇게 해서 발광층 부분을 노출시키고, 그 표면에 이온 조사해 방출되는 원소를 질량 분석기로 검출한다. 또한, 유기층이 다층 형성된 유기 EL 소자에 있어서 발광층에 해당하는 부분을 검출하는 방법은 특별히 한정되지 않지만 일례로서는 발광층에 특징적인 원소나 그 농도 분포가 있는 경우에는 SIMS에 의해 그 원소나 분포를 관측해서 발광층 영역을 검출하는 방법이 간편하다. 상기 원소 분석과 동시에 행할 수 있기 때문이다. 그 이외의 방법으로서 유기 EL 소자를 적층 방향에 대하여 경사지게 하는 방법으로 절삭하고, 그 절삭면에 대해서 포토루미네선스나 캐소드루미네선스 등의 발광 분석을 하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 의하면 발광색에 대응한 발광이 보이는 부위를 관찰할 수 있다. 그 결과와, 경사 절삭면에 있어서의 전극 위치와 절삭의 기울기로부터 발광층의 위치를 산정할 수 있다. 또한 유기 EL 소자의 단면의 TEM이나 SEM을 이용하여 유기층의 구조를 관찰해서 발광층의 위치를 검출할 수도 있다. 이들 방법을 조합하여 발광층의 위치를 검출하고, 종합적으로 판단해서 발광층으로 보이는 위치에서 SIMS에 의해 발광층 내의 원소를 측정하는 것이 바람직하다.
이러한 유기 EL 소자를 본 발명의 도너 기판에 의해 제작할 수 있는 것은 이미 설명한 바와 같지만 그 제작 방법은 이것에는 한정되지 않는다. 구획 패턴을 갖는 도너 기판을 사용한 전사법을 이용할 경우에 있어서 구획 패턴으로부터의 불순물 용출을 억제할 수 있는 구조의 도너 기판이 사용되고 있으면 마찬가지의 특징을 갖는 유기 EL 소자를 제작할 수 있다.
구획 패턴 등으로부터의 불순물 용출을 저감할 수 있는 구조의 예를 도 13에 나타낸다. 도 13(a)는 본 발명의 도너 기판을 개량한 것의 일례이고, 광열 변환층(33)과 지지체(31) 사이에 반사 방지층(39)을 형성해 광의 흡수율을 향상시킨 경우이다. 반사 방지층(39)으로서 불순물이 용출되기 쉬운 재질을 사용했을 경우에 광열 변환층(33)만으로는 배리어할 수 없는 불순물을 배리어층(35)에 의해 블록할 수 있다. 도 13(b)는 광열 변환층(33) 그 자체를 패터닝해서 구획 패턴의 역할을 겸비한 것이고, 불순물이 용출되기 쉬운 구획 패턴이 존재하지 않기 때문에 배리어층은 형성되어 있지 않다. 물론, 도 13(c)에 나타내는 바와 같이 광열 변환층(33)으로부터도 불순물이 용출될 우려가 있는 경우 등은 광열 변환층(33) 상에 배리어층을 더 형성해도 된다. 또한, 도 13(d)는 지지체(31)를 가공해서 요철을 형성해 구획 패턴의 역할을 겸비한 것이다. 이 경우도 불순물이 용출되기 쉬운 구획 패턴이 존재하지 않기 때문에 배리어층은 형성되어 있지 않지만 배리어층을 더 형성해도 되는 것은 마찬가지이다.
본 발명에 있어서의 유기 EL 소자는 일반적으로 제 2 전극이 공통 전극으로서 형성되는 액티브 매트릭스형에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 교차하는 스트라이프 형상 전극으로 이루어지는 단순 매트릭스형이나, 미리 정해진 정보를 표시하도록 표시부가 패터닝되는 세그먼트형이어도 된다. 이들의 용도로서는 텔레비전, 퍼스널컴퓨터, 모니터, 시계, 온도계, 오디오 기기, 자동차용 표시 패널 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 도너 기판을 사용한 패터닝 방법은 유기 EL 소자뿐만 아니라 유기TFT나 광전변환 소자, 각종 센서 등의 디바이스에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 유기 TFT의 종래 기술로서 일본 특허공개 2003-304014호 공보, 일본 특허공개 2005-232136호 공보, 일본 특허공개 2004-266157호 공보 등에 예시되어 있는 바와 같이 반도체의 전구체 재료를 디바이스 기판 상에 직접 도포하고 나서 변환함으로써 반도체층을 형성하는 방법이 개시되어 있지만 이 반도체층을 본 발명의 도너 기판을 사용한 패터닝 방법에 의해 형성함으로써 유기 EL 소자와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 설명하지만 본 발명은 이들의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도너 기판을 이하와 같이 제작했다. 지지체로서 무알칼리 유리 기판을 사용하고, 세정/UV 오존 처리 후에 광열 변환층으로서 두께 1.0㎛의 티타늄막을 스퍼터링법에 의해 전체면 형성했다. 이어서, 상기 광열 변환층을 UV 오존 처리한 후에 위에 포지티브형 폴리이미드계 감광성 코팅제(토레이가부시키가이샤제, DL-1000)를 스핀코팅 도포하고, 프리베이킹, UV 노광한 후에 현상액(토레이가부시키가이샤제, ELM-D)에 의해 노광부를 용해·제거했다. 이렇게 패터닝한 폴리이미드 전구체막을 핫플레이트에서 350℃, 10분간 베이킹하여 폴리이미드계의 구획 패턴을 형성했다. 이 구획 패턴의 두께는 2㎛이고, 단면은 순테이퍼 형상이며, 그 폭은 20㎛이었다. 구획 패턴 내부에는 폭 80㎛, 길이 280㎛의 광열 변환층을 노출시키는 개구부가 각각 100, 300㎛의 피치로 배치되어 있었다. 또한 표면에 배리어층으로서 탄탈의 금속층을 전체면에 0.4㎛의 두께로 스퍼터 제막했다. 표면에 포지티브형 감광성 레지스트(토쿄오카코교가부시키가이샤제 : PMER-P300RH)를 도포하고, 구획 패턴부 이외를 노광·용해 제거했다. 레지스트의 개구부에 퍼플루오로 실란커플링제(불소를 포함하는 실란커플링제)의 불소 발액 처리제(플루오로테크놀로지사제 : FG-5010)를 스핀코팅 도포한 후에 불필요한 약제를 수세하고, 포토레지스트를 박리했다. 이 기판 상에 Alq3를 1wt% 포함하는 크실렌 용액을 잉크 제트 도포함으로써 구획 패턴 내(개구부)에 Alq3로 이루어지는 평균 두께 25㎚의 전사 재료를 형성했다.
또한, 도너 기판에 잉크 제트에 의해 도포를 행한 후에 구획 패턴 내의 전사 재료부 표면을 I0N-TOF사제 TOF.SIMS5를 이용하여 TOF-SIMS의 분석을 하면 불순물로서 CF3+가 3e-3[피크 강도], Si(CH3)3+가 1e-3[피크 강도] 검출되었다. 이하의 실시예 2~6 및 비교예 1에 있어서는 실시예 1에서 검출된 불순물량을 1로 해서 상대 불순물량을 평가했다.
디바이스 기판은 이하와 같이 제작했다. ITO 투명도전막을 140㎚ 퇴적시킨 무알칼리 유리 기판(지오마테크가부시키가이샤제, 스퍼터링 성막품)을 38×46㎜로 절단하고, 포토리소그래피법에 의해 ITO를 원하는 형상으로 에칭했다. 이어서, 도너 기판과 마찬가지로 패터닝된 폴리이미드 전구체막을 300℃, 10분간 베이킹하여 폴리이미드계 절연층을 형성했다. 이 절연층의 높이는 1.8㎛이고, 단면은 순테이퍼 형상이며, 그 폭은 30㎛이었다. 절연층의 패턴 내부에는 폭 70㎛, 길이 270㎛의 ITO를 노출시키는 개구부가 각각 100, 300㎛의 피치로 배치되어 있었다. 이 기판을 UV 오존 처리하고, 진공 증착 장치 내에 설치하고, 장치 내의 진공도가 3×10-4Pa 이하가 될 때까지 배기했다. 저항가열법에 의해 정공수송층으로서 구리프탈로시아닌(CuPc)을 20㎚, NPD를 40㎚, 발광 영역 전체면에 증착에 의해 적층했다.
이어서, 상기 도너 기판의 구획 패턴과 상기 디바이스 기판의 절연층의 위치를 맞춰서 대향시키고, 3×10-4Pa 이하의 진공 상태로 유지한 후에 대기 중으로 인출했다. 절연층과 구획 패턴에 의해 구획된 전사 공간은 감압으로 유지되어 있었다. 이 상태에서 전사 재료의 일부와 구획 패턴의 일부가 동시에 가열되도록 도너 기판의 유리 기판측으로부터 중심 파장 800㎚의 레이저(광원 : 반도체 레이저 다이오드)를 조사하고, 전사 재료의 Alq3를 디바이스 기판의 하지층인 정공수송층 상에 전사했다. 레이저 강도는 약 300W/㎟, 스캔 속도는 1.25m/s이며, 발광 영역 전체면에 전사되도록 레이저를 오버랩시키는 방식으로 반복해 스캔을 실시했다.
Alq3 전사 후의 디바이스 기판을 다시 진공 증착 장치 내에 설치하고, 장치 내의 진공도가 3×10-4Pa 이하가 될 때까지 배기했다. 저항가열법에 의해 전자수송층으로서 하기에 나타내는 E-1을 25㎚, 발광 영역 전체면에 증착했다. 이어서, 도너 재료(전자주입층)로서 불화리튬을 0.5㎚, 또한 제 2 전극으로서 알루미늄을 100㎚ 증착하여 5㎜×5㎜의 발광 영역을 갖는 유기 EL 소자를 제작했다.
SIMS(2차 이온 질량 분석) 장치인 PHI사제 ADEPT1010을 이용하여 유기 EL 소자의 음극측으로부터 이온 에칭을 행하여 전사된 발광층을 노출시키고, 그 부분에 있어서의 원소 분석을 행했다. 세슘 이온을 3keV로 조사했을 때에 검출되는 불소, 염소 및 탄소 원소의 검출 강도를 비교한 결과 불소 강도가 탄소 강도에 대하여 1×10-1 이하, 염소 강도가 탄소 강도에 대하여 5×10-3 이하이었다. 또한, 발광층 위치는 소자를 경사지게 절삭해서 포토루미네선스를 측정함으로써 음극으로부터의 깊이를 산출하는 방법으로 미리 특정했다.
이 소자에 2.5mA/㎠의 일정 전류를 흘린 결과 5cd/A의 초기 휘도를 나타냈다. 흘리기 시작한 직후의 휘도를 초기 휘도라고 하고, 초기 휘도를 전류밀도로 나눈 값을 초기 발광 효율, 또한 일정 전류를 계속해서 흘려서 휘도가 초기 휘도로부터 절반으로 저하될 때까지의 시간을 휘도 반감 수명으로서 측정했다. 이하의 실시예 2~6 및 비교예 1에 있어서는 실시예 1의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명을 각각 1로 하여 상대 초기 발광 효율 및 상대 휘도 반감 수명을 평가했다.
실시예 2
배리어층으로서 몰리브덴을 0.4㎛의 두께로 제막하고, 포토리소그래피 기술로 개구부만을 염화 제2철 용액으로 몰리브덴을 에칭함으로써 구획 패턴 상에만 배리어층을 형성했다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 유기 EL 소자를 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정도 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예 3
배리어층으로서 이산화규소를 0.4㎛의 두께로 적층했다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 유기 EL을 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정도 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다. 구획 패턴으로부터의 CF3 등의 불순물의 용출은 억제되어 있지만 이산화규소의 표면이 다공질이기 때문에 기판의 세정 시에 잔류했다고 생각되는 염소가 다량 검출되었다.
실시예 4
불소 함유 고분자 재료 발액 처리제(플루오로테크놀로지사제 : FG-1010)를 이용하여 구획 패턴 상에만 직접 발액 처리를 행한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 유기 EL 소자를 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정도 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예 5
도너 기판의 배리어층 상의 발액 처리층으로서 실리콘 수지(토레이다우코닝사제 : SD4580)를 도포한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자의 제작을 시험해 보았지만 도너 기판에 발광 재료를 잉크 제트 도포할 때에 잉크가 발액층에 스며들어 옆의 구획 내의 도포층과 혼색되는 부분이 발생했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예 6
도너 기판에 발액 처리를 가하지 않은 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자의 제작을 시험해 보았지만 전사 재료가 구획 패턴을 넘어 습윤 확산되어 옆의 구획에도 도포되어 버리기 때문에 원래라면 혼색이 되어 도공 불량이지만, 본 실시예에서는 전체 구획에 동색을 도포하기 때문에 문제삼지 않고 그대로 프로세스를 진행시켰다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
비교예 1
도너 기판에 폴리이미드의 구획 패턴을 제작한 후 배리어층 형성 이후의 프로세스를 행하지 않고, 그대로 구획 패턴에 전사 재료를 도포한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 유기 EL 소자를 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예 7
전사 재료에 Alq3에 대하여 루브렌을 5wt% 함유 합계 1wt%의 용질을 포함하는 크실렌 용액을 잉크 제트 도포한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다. 또한, 실시예 1에서 검출된 불순물량을 1로 하여 상대 불순물량을 평가했다. 또한, 초기 발광 효율은 6cd/A를 나타냈다. 이하의 비교예 2에 있어서는 실시예 7의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명을 1로 하여 상대 초기 발광 효율 및 상대 휘도 반감 수명을 평가했다.
비교예 2
전사 재료에 Alq3에 대하여 루브렌을 5wt% 함유 합계 1wt%의 용질을 포함하는 크실렌 용액을 잉크 제트 도포한 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다. 도너 기판 상의 전사 재료 중의 불순물량의 분석, 유기 EL 소자의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정, 유기 EL 소자의 발광층 중의 SIMS 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예 8
전사 재료에 하기 RH-1에 대하여 하기 RD-1을 0.5wt% 함유 합계 1wt%의 용질을 포함하는 크실렌 용액을 잉크 제트 도포한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다. 불순물량의 분석, 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다. 또한, 실시예 1에서 검출된 불순물량을 1로 하여 상대 불순물량을 평가했다. 또한, 초기 발광 효율은 5cd/A를 나타냈다. 이하의 비교예 3에 있어서는 실시예 7의 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명을 1로 하여 상대 초기 발광 효율 및 상대 휘도 반감 수명을 평가했다. 또한, 실시예 8 및 다음의 비교예 3에서는 RD-1의 분자 내에 불순물로는 되지 않는 불소를 포함하고 있기 때문에 유리된 불소의 미량 분석을 행할 수 없다. 이 때문에 염소만 분석을 행하고 있다.
비교예 3
전사 재료에 하기 RH-1에 대하여 하기 RD-1을 0.5wt% 함유 합계 1wt%의 용질을 포함하는 크실렌 용액을 잉크 제트 도포한 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다. 불순물량의 분석, 초기 발광 효율 및 휘도 반감 수명의 측정은 실시예 1과 마찬가지로 해서 행하고, 결과를 표 1에 정리했다.
실시예와 비교예의 결과, 구획 패턴 상에 배리어층을 형성한 경우에는 그 영역이 전체면이어도 구획 패턴 상만이어도 비교예에 대하여 불순물량이 적고, 유기 EL 소자는 좋은 성능을 나타냈다. 전사 재료의 종류에 관계없이 마찬가지의 경향이 확인되었다. 또한, 발액 처리층에 관해서는 1. 불소 함유 실란커플링제 처리, 2. 불소 함유 고분자 재료 발액 처리, 3. 비불소 함유 고분자 발액 처리의 순으로 유기 EL 소자가 양호한 성능을 나타냈다. 불순물량은 1~3의 순서로 많아지고 있기 때문에 불순물의 용출을 억제하는 것이 유기 EL 소자의 고성능화에 크게 기여하는 것이 확인되었다.
또한, 최근의 시인성을 향상시키기 위한 발광 휘도의 향상에 대한 요구로부터 필요 광량을 확보하기 위한 고전류로 EL 소자를 구동하는 경우가 있다. 일반적으로 수명은 전류값의 1.6승에 반비례하는 것이 경험적으로 알려져 있고, 고전류역에서 사용되는 경우에 성능 저하의 영향이 확대된다. 이 때문에, 실시예 3~5와 같이 실시예 1과의 성능비가 수명에 있어서 80~95% 정도인 경우라도, 예를 들면 배의 고전류역에서는 휘도 반감 수명이 실시예 1의 70% 이하가 되어 실용상 크게 떨어진다. 더구나, 실시예 1과의 성능비가 수명에 있어서 70% 정도인 비교예에서는 배의 고전류역에서는 휘도 반감 수명이 실시예 1의 30% 이하가 되고, 발광 효율도 더욱 떨어져 있기 때문에 실용에 적합하지 않다.
산업상 이용 가능성
본 발명은 유기 EL 소자를 비롯하여 유기 TFT나 광전변환소자, 각종 센서 등의 디바이스를 구성하는 박막의 패터닝 기술이고, 휴대전화나 퍼스널컴퓨터, 텔레비전, 화상 스캐너 등에 사용되는 디스플레이 패널이나, 터치패널, 촬영 소자 등의 제조에 이용할 수 있다.
10 : 유기 EL 소자(디바이스 기판) 11 : 지지체
12 : TFT(추출 전극 포함) 13 : 평탄화층
14 : 절연층 15 : 제 1 전극
16 : 정공수송층 17 : 발광층
18 : 전자수송층 19 : 제 2 전극
20 : 디바이스 기판 21 : 지지체
27 : 전사막 30 : 도너 기판
31 : 지지체 33 : 광열 변환층
34 : 구획 패턴 35 : 배리어층
36 : 발액 처리층 37 : 전사 재료
38 : 전사 영역 39 : 반사 방지층
40 : 마스크
12 : TFT(추출 전극 포함) 13 : 평탄화층
14 : 절연층 15 : 제 1 전극
16 : 정공수송층 17 : 발광층
18 : 전자수송층 19 : 제 2 전극
20 : 디바이스 기판 21 : 지지체
27 : 전사막 30 : 도너 기판
31 : 지지체 33 : 광열 변환층
34 : 구획 패턴 35 : 배리어층
36 : 발액 처리층 37 : 전사 재료
38 : 전사 영역 39 : 반사 방지층
40 : 마스크
Claims (14)
- 기판과, 상기 기판 상에 형성된 광열 변환층과, 적어도 일부가 상기 광열 변환층의 상면에 형성된 구획 패턴을 포함하고; 상기 구획 패턴 표면에 배리어층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판.
- 제 1 항에 있어서,
상기 구획 패턴 내에 전사층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 배리어층은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 규소 산화물 또는 규소 질화물 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 배리어층은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구획 패턴 상의 상기 배리어층의 표면 중 적어도 일부에 발액 처리층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 5 항에 있어서,
상기 발액 처리층은 불소를 포함하는 실란커플링제에 의해 처리된 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 2 항에 있어서,
상기 전사층은 전사 대상인 디바이스의 구성 재료 또는 그 전구체 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 전사용 도너 기판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전사용 도너 기판을 디바이스 기판과 대향시키는 공정과, 상기 광열 변환층에 광을 조사함으로써 전사층을 상기 디바이스 기판에 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전사층은 디바이스 구성 재료의 전구체 재료로 구성되어 있고, 상기 전구체 재료를 디바이스 구성 재료로 변환하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 디바이스 구성 재료의 전구체 재료는 전사 재료에 가용성 기를 도입한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 디바이스는 유기 EL 소자인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법. - 적어도 1쌍의 전극간에 협지된 발광층을 포함하는 유기 화합물층을 갖고, 유기 화합물층의 적어도 일부가 전사법을 이용하여 제작된 유기 EL 소자에 있어서: 전사법을 이용하여 제작된 층의 SIMS에 의한 원소 분석에 의해 검출되는 불소 강도가 탄소 강도비 1×10-1 이하이거나, 또는 전사법을 이용하여 제작된 층의 SIMS에 의한 원소 분석에 의해 검출되는 염소 강도가 탄소 강도비 5×10-3 이하인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
- 제 12 항에 있어서,
상기 전사법을 이용하여 제작된 층이 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 발광층이 패터닝되어 있고, 서로 이웃하는 발광층의 간격이 일정한 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자.
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