(57)【要約】【課題】本発明は、レーザ転写プロセス中に、温度上昇に伴う素子発光特性の劣化や異物混入による黒点欠陥の発生させることない、或いは、ドナー基板上の有機層を高速かつ高安定に回路基板に転写することを可能とするレーザ転写方法叉は転写装置を提供する。【解決手段】本発明は、一主面に有機ＥＬ膜を積層したドナー基板に対し、下部電極を形成した前記回路基板を前記ドナー基板と一定の間隔を保ち前記一主面と対向させ、発振レーザ光を矩形形状の均一強度分布を備える複数の矩形レーザ光へと変換し、複数の前記矩形レーザ光を直列かつ等間隔に配置し、前記ドナー基板の他主面の所定の領域に一定時間以上隔てて所定回数重畳して照射し、前記ドナー基板から前記有機ＥＬ膜を剥離させ、前記対向させた前記回路基板上に転写する。【選択図】図５
2014067671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に有機層を形成したドナー基板と、前記一主面と一定の間隔を隔てて対向した回路基板とを搭載するステージと、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を矩形形状の均一強度分布へと変換するレーザ光整形手段と、
前記均一強度分布のレーザ光を直列かつ等間隔に配光された２以上のレーザ光を得るレーザ光分配手段と
前記２つ以上のレーザ光を前記ドナー基板の他主面上に縮小投影する投影レンズと、
前記直列かつ等間隔に配光された前記レーザ光と前記ステージとを前記直列方向に相対的に等速移動させる移動手段と、
前記等速移動に伴い前記ドナー基板の他主面上の同一箇所へと重畳して照射させる制御手段と、
を備えることを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記レーザ光分配手段は、前記均一強度分布のレーザ光を直列かつ等間隔に複数のレーザ光へと分岐する機能を有するレーザ光分岐手段であることを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置
【請求項３】
請求項２に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記レーザ光整形手段と前記レーザ光分配手段は、複数の前記均一な強度分布を有するレーザ光を前記直列かつ等間隔に発生する回折光学素子であることを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項４】
請求項２に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記レーザ光整形手段は、結像面上に均一強度分布を有するレーザ光を形成する回折光学素子であり、前記レーザ光分岐手段は、前記結像面上に位置に設けられ、前記直列かつ等間隔の開口パターンを備えるマスクであることを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記マスクと前記投影レンズとの間に、前記前記分岐数２つ以上のレーザ光を平行光に変換するためのリレーレンズを設けたこと特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項６】
請求項１に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記レーザ光分配手段は、直列又はマトリックス状にかつ等間隔の設けらた複数の前記レーザ発振器を備えることを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項７】
請求項１乃至７に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記前記レーザ発振器からのレーザ光をポッケルスセルと偏光ビームスプリッタの組み合わせにより任意の時間に任意の時間間隔で切り出す機能を有する光シャッタを備えたことを特徴とする有機ＥＬパネル製造装置。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記レーザ光とは、全固体パルスレーザ光あるいは、前記光シャッタにより時間変調された連続発振固体レーザ光であることを特徴とする有機ELパネル製造装置。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の有機ＥＬパネル製造装置において、
前記ドナー基板がTi、Ni、Cu、Fe、Au、Cr、Mo、W、あるいはこれらを含む合金のいずれかからなる金属板であることを特徴とする有機ELパネル製造装置。
【請求項１０】
回路基板上に導電性薄膜からなる第一の電極を形成し、前記第一の電極上に少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層を形成し、前記有機ＥＬ層上に形成された第二の電極を形成する有機ＥＬパネルの製造方法であって、
一主面に有機ＥＬ膜を積層したドナー基板に対し、下部電極を形成した前記回路基板を前記ドナー基板と一定の間隔を保ち前記一主面と対向させ、
発振された発振レーザ光を矩形形状の均一強度分布を備える複数の矩形レーザ光へと変換し、
複数の前記矩形レーザ光を直列かつ等間隔に配置し、前記ドナー基板の他主面の所定の領域に一定時間以上隔てて所定回数重畳して照射し、
前記ドナー基板から前記有機ＥＬ膜を剥離させ、前記対向させた前記回路基板上に転写することを特徴とする有機ＥＬパネル製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の有機ＥＬパネル製造方法において、
前記発振レーザ光又は前記矩形レーザ光を分岐又は切り出すことを特徴する有機ＥＬパネル製造方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の有機ＥＬパネル製造方法において、
前記一定時間は、パルスレーザ又は前記発振レーザ光又は前記矩形レーザ光を時間変調することで得ることを特徴する有機ＥＬパネル製造方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の有機ＥＬパネル製造方法において、
前記矩形レーザ光と前記回路基板及び前記ドナー基板とを相対的に移動させることを特徴とする有機ＥＬパネル製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の有機ＥＬパネル製造方法において、
前記等間隔単位又は前記所定回数単位で離散的に移動させることを特徴とする有機ＥＬパネル製造方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載の有機ＥＬパネル製造方法において、
前記複数の矩形レーザ光を1台のレーザ発振器又は直列又はマトリックス状にかつ等間隔に配置した複数のレーザ発振器からの前記発振レーザ光に基づいて形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬパネルの製造装置及び有機ＥＬパネル製造方法に係り、特に有機ＥＬ発光層を高効率に安定して形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ(エレクトロルミネッセンス；Electro luminescence)素子は、自発光性、高速応答及び広い視野角等の優れた性能を有している。これらの優れた性能により、近年、有機ＥＬ素子は、高画質の動映像を表現するディスプレイパネル用のデバイスとして開発が進められている。有機ＥＬ素子は、陰極と陽極との間に、有機正孔輸送層、有機電子輸送層、有機発光層等を積層した多層構造を有する。
【０００３】
有機ＥＬ表示装置の発光層等となる薄い有機ＥＬ膜の成膜方法としては、一般的にマスク蒸着法が用いられている。マスク蒸着法とは、パターン状に開口部が形成してある蒸着マスクで基板を覆い、開口部を通して有機物質を蒸着し、基板上に有機ＥＬ膜を形成する方法である。有機ＥＬ表示装置は画素の精細度が高いために、蒸着マスクの開口が非常に小さい。マスク蒸着法では、基板を覆うマスク上にも有機ＥＬ膜が堆積し、開口径が変化するため、蒸着マスクの定期的な交換、洗浄、あるいはメンテナンスが必要であり、生産性の低下という課題を有している。
【０００４】
また、マスク蒸着法では、蒸発源からの熱輻射を受けマスク自体が熱膨張するため、マザー基板の周辺部におけるマスク開口位置と回路基板上の所定蒸着アドレスとの合わせ精度を確保することができず、マザー基板大型化、パネル高精細化への対応を阻害する要因となっていた。
【０００５】
これらの問題を解決するために、予め有機層を蒸着したドナー基板を、素子形成する素子基板と密着あるいは近接させ、ドナー基板にレーザビームを照射することによって、有機ＥＬ層を昇華、あるいは剥離させ素子基板へ転写するマスクレス転写方式が提唱されている。
【０００６】
予め有機層を形成したドナー基板上にレーザを照射し、回路基板上の所望の領域に有機層を転写する方式として、特許文献１(特開２００２−３０２７５９)には、ガラス基板全面に発光材料を塗布したドナー基板にレーザを照射することにより発光材料を昇華させ、対向して設置させたデバイス基板上に有機ＥＬ層を形成する技術が開示されている。また、特許文献２(特開２００６−２１６５６３)には、発光材料を塗布したドナーフィルムをデバイス基板に密着させ、所定の場所に発光層を熱転写する方式が開示されている。また、特許文献３(特開２０１０−４０３８０)には、前記ドナー基板にレーザ光を照射することによりドナー基板表面に発生する衝撃波を利用してドナー基板から有機層を剥離し、回路基板の所定の箇所に付着させることによって有機ＥＬパネルを形成するレーザ転写方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０２７５９号
【特許文献２】特開２００６−２１６５６３号
【特許文献３】特開２０１０−４０３８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、ガラス基板全面に発光材料を塗布したドナー基板にレーザを照射することにより発光材料を昇華させ、対向して設置させたデバイス基板上に有機ＥＬ層を形成する技術が開示されている。しかしながら、レーザエネルギーを熱に変換し、発光材料が十分に昇華する温度まで加熱しているため，転写雰囲気の温度上昇による不純物混入などが生じ易く、有機ＥＬ素子特性が劣化しやすい問題がある。
【０００９】
特許文献２には、発光材料を塗布したドナーフィルムをデバイス基板に密着させ、所定の場所に発光層を熱転写する方式が開示されている。しかし、デバイス基板とドナーフィルムを密着させるため、異物が存在するとそれを挟み込んだ状態で圧力を加えるため，デバイスを形成した際に異物起因の黒点欠陥が増加してしまう問題がある。
【００１０】
特許文献３には、有機EL層とレーザ光吸収層を積層したドナー基板にレーザ光を照射することによりドナー基板表面に衝撃波を発生させ、衝撃波によりドナー基板から有機層を剥離させることによって剥離片を発生させ、薄膜片を回路基板の所定の箇所に転写させることによって有機ＥＬパネルを形成するレーザ転写方法が開示されている。しかしながら、有機層の剥離転写を高効率かつ高安定に実現するための具体的なレーザ照射方式については何ら開示されていない。
【００１１】
本発明の第１の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、レーザ転写プロセス中に、温度上昇に伴う素子発光特性の劣化や異物混入による黒点欠陥の発生させることないレーザ転写方法又は転写装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の第２の目的は、ドナー基板上の有機層を高速かつ高安定に回路基板に転写することを可能とするレーザ転写方法又は転写装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、少なくとも下記に示す特徴を有する。
本発明は、一主面に有機層を形成したドナー基板と、前記一主面と一定の間隔を隔てて対向した回路基板とを搭載するステージと、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を矩形形状の均一強度分布へと変換するレーザ光整形手段と、前記均一強度分布のレーザ光を直列かつ等間隔に配光された２以上のレーザ光を得るレーザ光分配手段と、前記２つ以上のレーザ光を前記ドナー基板の他主面上に縮小投影する投影レンズと、前記直列かつ等間隔に配光された前記レーザ光と前記ステージとを前記直列方向に相対的に等速移動させる移動手段と、前記等速移動に伴い前記ドナー基板の他主面上の同一箇所へと重畳して照射させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、回路基板上に導電性薄膜からなる第一の電極を形成し、前記第一の電極上に少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層を形成し、前記有機ＥＬ層上に形成された第二の電極を形成する有機ＥＬパネルの製造方法であって、一主面に有機ＥＬ膜を積層したドナー基板に対し、下部電極を形成した前記回路基板を前記ドナー基板と一定の間隔を保ち前記一主面と対向させ、発振された発振レーザ光を矩形形状の均一強度分布を備える複数の矩形レーザ光へと変換し、複数の前記矩形レーザ光を直列かつ等間隔に配置し、前記ドナー基板の他主面の所定の領域に一定時間以上隔てて所定回数重畳して照射し、前記ドナー基板から前記有機ＥＬ膜を剥離させ、前記対向させた前記回路基板上に転写することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ転写プロセス中に、温度上昇に伴う素子発光特性の劣化や異物混入による黒点欠陥の発生させることないレーザ転写方法と転写装置を提供できる。
【００１６】
また、本発明によれば、ドナー基板上の有機層を高速かつ高安定に回路基板に転写することを可能とするレーザ転写方法と転写装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例にかかるレーザ転写装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例にかかるレーザ転写装置に採用可能な回折光学素子の構成及び形成される所望の形状の均一強度分布を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例にかかるレーザ転写装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例にかかるレーザ転写装置に採用可能な回折光学素子の他の構成及び形成される所望の形状の均一強度分布を示す図である。
【図５】本発明にかかるレーザ転写方法の一実施例を説明する図である。
【図６】本発明にかかるレーザ転写方法の適正な条件範囲を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施例にかかるレーザ転写装置の構成を示す図である。
【図８】本発明を適用する有機ELディスプレイ生産工程の一例を示した工程図である。
【図９】完成した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の有機ＥＬパネルの製造方法を実施するに好適な第１の実施例であるレーザ転写装置１００の構成を示す図である。レーザ転写装置１００は、ＬＤ励起パルス固体レーザであるレーザ発振器１と、前処理部と、ビーム径を調節するビーム径調節部と、ビーム径調節部で処理されたレーザ光をドナー基板３１２に照射する照射処理部と、薄い有機ＥＬ膜をドナー基板３１２から回路基板３１０に転写する転写部と、これらの統括制御部(図示せず)を備える。
【００２０】
前処理部は、レーザ発振器１より発振したパルスレーザ光３の出力を調整するためのＮＤフィルタ２と、所望のタイミングでレーザ光を切り出すためのポッケルスセルおよび偏光ビームスプリッタから構成される光シャッタ４とを備える。
【００２１】
ビーム径調節部は、光シャッタ４からのレーザ光のビーム径を調整するためのビームエキスパンダ５と、レーザ光の一部を分岐するためのレーザ光分岐機構６と、分岐したレーザ光の空間強度分布を計測するビームプロファイラ７と、ビームプロファイラ７で測定した空間強度分布信号を処理しビーム径を抽出、基準値との比較を行う信号処理部８と、処理結果に基づいてビームエキスパンダ５を駆動する駆動ドライバ９とを備える。
【００２２】
照射処理部は、駆動機構（図示せず）を備え、分岐されたレーザ光の光軸を調整する光軸調整用ミラー１０及び１１と、レーザ光を結像面において所望の形状の強度分布へと整形するレーザ光整形手段１２と、当該整形された光学像を照射面上(試料面上)に縮小投影する投影レンズ１５とを備える。
【００２３】
転写部は、回路基板およびドナー基板１６を搭載するステージ１７と、ステージ上のレーザ光の空間強度分布を測定するためのビームプロファイラ１８と、プロファイラ１８で測定された空間強度分布と基準強度分布を比較する信号処理装置１９とを備える。
後述する図５に示すように、一主面側に有機ＥＬ薄膜３０４が均一な膜厚で形成されたドナー基板及び回路基板１６は、ドナー基板上３１２の有機ＥＬ薄膜３０４が形成されている側の面と回路基板３１０上の回路が形成されている側の面とが対向するように真空チャンバ５０内のステージ１７上に保持されている。また、真空チャンバ５０内部には、ビームプロファイラ１８が設けられている。
【００２４】
レーザ発振器１は紫外あるいは可視波長のパルスレーザ光を発生するものが用いられ、特に出力の大きさ、出力の安定性等からレーザダイオード励起ＹＶＯ４レーザあるいはレーザダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）が適切である。しかし、これに限定されることなく、アルゴンレーザ、エキシマレーザ、ＹＶＯ４あるいはＹＡＧレーザの第３あるいは第４高調波、ファイバで結合した複数の半導体レーザ等を使用することが可能である。
【００２５】
光シャッタ４を構成する部品として、ポッケルスセルの他に、ＡＯ（音響光学）モジュレータを使用することができる。ただし、一般的にＡＯモジュレータはポッケルスセルと比較して、駆動周波数が低く、回折効率が７０〜８０％とやや低い欠点があるが、使用することができる。このようにポッケルスセル４あるいはＡＯモジュレータなどの光シャッタを用いることにより、レーザ発振器１のパルストレイン(パルス列)より所望のタイミングでパルスを切り出し照射することができる。
【００２６】
ドナー基板３１２に照射するレーザ光３は、レーザ転写に好適なレーザ光に変換するために、レーザ光整形手段１２によって、少なくとも２つ以上の均一な強度分布を有する矩形レーザ光に整形する。ガスレーザ発振器や固体レーザ発振器からの出力ビームは、通常は円形でガウス関数型のエネルギ分布を持っているため、そのままでは本発明のレーザ転写に適用することはできない。発振器出力が十分に大きければ、ビーム径を十分に広げ、中心部分の比較的均一な部分から必要な形状に切り出すことで、ほぼ均一なエネルギ分布の任意の形状を得ることができるが、ビームの周辺部分を捨てることになり、エネルギの大部分が無駄になる。また、大型基板全面にわたり、一本のレーザビームで画素ピッチ毎の転写工程を繰返し行うと、スループットが大幅に低下する問題がある。これらの欠点を解決して、ガウス関数型の分布を有する単一レーザパルスを、複数の均一な分布を有するレーザ光へと変換するために、レーザ光整形手段とレーザ光分配(分岐)手段の機能を有するレーザ光整形・分岐手段１２を用いる。
【００２７】
ガウス関数型の不均一な強度分布の単一レーザ光を、複数の均一強度分布へと整形する手段の代表例として回折光学素子が挙げられるが、本発明で用いられるレーザ光整形・分岐手段１２は、これに限定されること無く、レーザ光を矩形状に均一な、あるいはレーザ転写に好適なエネルギ分布が実現できるものであればどのような手段を用いてもよい。また、レーザ光整形・分岐手段１２で整形、分岐されたレーザ光３の空間強度分布を保ったままパワー密度を上げ、所望のピッチへと狭める手段として、レーザ光整形手段１２とドナー基板３１２の間に縮小投影レンズ１５（図示せず）を挿入し、光学像を縮小投影してもよい。
【００２８】
ここで、本発明のレーザ転写に使用する回折光学素子の機能について詳細に説明する。図２は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光を、回折光学素子２０により複数(図２では４本)の均一な強度分布へと変換する機能を説明する図である。
回折光学素子２０は、透明な平面基板上にホトリソグラフィ工程で可視光波長程度の段差パターンを作り込み、光をその段差パターンを通過させる事により各パターンを通過するレーザ光に光路長を発生させ、レーザ光の波面、位相を自由に制御し、任意の結像面上に任意の分割数で、任意の強度分布、形状のレーザパターンを形成する光学素子を指す。回折光学素子２０は、０次回折光の取り出し効率を９０％以上と非常に高く設定することができ、エキシマレーザ光のようなコヒーレント長の短い（可干渉性が低い）レーザの整形光学系に用いられるマルチレンズアレイ方式（フライアイ方式）などと比較すると、レーザ光のエネルギを効率良く取り出すことができる素子である。また、回折光学素子２０は、光の回折を利用してレーザ光を整形するので、固体レーザなどコヒーレント長が長く（可干渉性が高く）、上記マルチレンズアレイ方式、フライアイ方式等、従来のレーザ光整形技術では整形が困難なレーザ光の整形光学系にも適用することができるという優位性がある。さらに、回折光学素子２０は、単体の素子でレーザ光整形を行なうので、光学系のメンテナンスの容易性という点においても、上記２方式よりも有利である。
【００２９】
図２に示す回折光学素子２０は、ガウス関数型の強度分布２１を有するレーザ光３が素子中心に入射した際に結像面２４上に、所望の形状の均一強度分布２５が形成されるよう設計されている。入射レーザ光３は、ガウス関数型強度分布２１で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸２３に対して一致している。この場合の光軸２３とは、回折光学素子２０の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち回折光学素子２０の中心とレーザ光３の中心が一致している。この様な状態でレーザ光２１が回折光学素子２０に入射した際に、結像面２４における整形レーザ光強度分布２５は、有機材料の転写に好適な均一強度分布へと変換される。
【００３０】
(実施例２)
図３は、エネルギが十分に大きな発振器を用いた場合の他のレーザ光分岐手段を有するレーザ転写装置２００の第２の実施例を示す図である。図４は、他のレーザ光分岐手段を示す図である。図４(ａ)に示す回折光学素子３０は、ガウス関数型の強度分布３１を有するレーザ光３を入射させ、ある結像面３４上に、均一強度分布３５を有するレーザ光を形成させるレーザ光整形手段である。回折光学素子３０の結像面３４上に、任意の開口パターン、例えば規則的な矩形開口パターンが形成されたレーザ光分岐(分配)手段であるマスク１３を挿入し、マスク１３の開口部１３Ｋを透過し分配された複数のレーザ光を得る。また、図３に示すように、複数のレーザ光を平行光に変換するためのリレーレンズ１４、投影レンズを経由してドナー基板上に結像させても良い。
【００３１】
本実施例２によれば、図４(b)に示すように、マスク１３の開口パターン１３Ｋをマトリクス状に設定すれば、レーザ走査方向及び、レーザ走査方向と直行する方向に複数レーザ光を並べたパターンを形成することができ、ドナー基板３１２に対し複数列の重畳照射を行えるためにスループットの大幅な向上が見込めることができる。
【００３２】
後述する図５に示すように、一主面側に有機ＥＬ膜が均一な膜厚で形成されたドナー基板３１２と回路基板３１０は、ドナー基板上の有機ＥＬ膜が形成されている側の面と回路基板上の回路が形成されている側の面とが対向する様に真空チャンバ５０内のステージ１７上に保持されている。なお、実施例１、２では、ドナー基板３１２、回路基板３１０及びステージ１７を真空チャンバ５０内に保持する場合を示した。この他、対向配置した基板周辺部をクランピングフレーム等で封止した後に、ドナー基板３１２と回路基板３１０との間の空間をドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ（いずれも図示せず）により真空保持する様な形態を採用しても良い。
【００３３】
ドナー基板３１２は、Ti、Ni、Cu、Fe、Au、Cr、Mo、W、あるいはこれらを含む合金のいずれかからなる金属板が好適で、ドナー基板の厚みとしては、５〜１０ミクロン程度が好適である。ドナー基板３１２の回路基板３１０と対向する面上には、真空蒸着法などにより予め回路基板へ転写する有機ＥＬ膜が均一な膜厚で成膜されている。対向して設置されるドナー基板と成膜用の回路基板との間隔は、基板面内にわたり一定に保つ必要があり、このために、回路基板上の画素領域周辺、あるいはドナー基板上のいずれか一方には、ホトリソグラフィ工程により形成される突起、あるいはスペーサが設けられていることが好適である（図示せず）。突起、あるいはスペーサの厚みは、数μmから数百μm、好ましくは８０〜１００μm程度が好適であり、これらはホトリソグラフィ工程により形成する。スペーサは画素ごと、あるいは複数の画素領域を囲むよう（画素領域にオーバラップしないよう）四方に配置するが、四方を囲むスペーサフレーム間には隙間が設けられているのが好適である。この隙間により、スペーサを介してドナー基板と回路基板の間を真空に保って対向させる際に、スペーサで区切られた領域も全て一定圧力で保持される。即ち、この突起、スペーサによって、ドナー基板の有機ＥＬ膜が成膜された面と回路基板との間隔を一定に保持することが可能となる。
【００３４】
次に、本発明の各実施例に適用可能なである有機ＥＬパネルの製造方法について、図に従って説明する。
図５(a)〜(d)は、本発明のレーザ転写方法を用いて回路基板３１０上に有機ＥＬ膜３０４を転写する工程の一例を示した図にあたる。図５は、マトリックス状に転写する場合は、その１列を代表して説明することになる。図５(a)に示すように、金属箔上に予め均一な膜厚の有機ＥＬ膜３０４を形成したドナー基板３１２に対し、レーザ光３を図２に示すレーザ光整形・手段１２である回折光学素子２０により４本の均一な強度分布を有するレーザ光へと分岐する。そして、ドナー基板３１２に対し矢印の方向へ分岐したレーザ光を相対的に走査し、図５(a)から図(d)へと順次所望領域を移動させ照射する。この時、有機ＥＬ膜３０４を転写する相対座標０〜Ｘ７(転写領域３２０〜転写領域３２７)に対し、分岐した４本のレーザ光が一定の時間毎に重畳照射されるよう、レーザ走査速度を調整する。
【００３５】
または、この時、レーザ照射タイミングの調整自由度を高めるために、高周波で発振するレーザ発振器のパルストレインを、ＥＯモジュレータ、ＡＯモジュレータなどの光シャッタ４(図１参照)を用いてパルスの間引きを行うことで、レーザが所望領域に重畳照射されるように調整してもよい。
【００３６】
ここで、ドナー基板３１２上へのレーザ光照射による熱弾性波の発生機構、有機ＥＬ膜３０４の剥離機構に関し述べる。レーザが照射された金属箔は、レーザ光エネルギを極表面で吸収する。これにより、極表面近傍の格子のみが局所的に熱膨張する。熱膨張した極表面付近の格子は、深さ方向の格子を圧縮し、この圧縮歪みが音速で格子中を伝播していく。即ち弾性波が発生する。一方で、格子に蓄積された歪みを解放する形で自由表面（レーザ照射面）は膨張する。深さ方向に伝播する圧縮波が裏面に到達すると、今度は裏面の自由表面が起伏する。起伏した表面に対し元の形状に戻ろうとする力が働き、逆方向に弾性波が反射伝播する。
【００３７】
この様にして金属箔中を熱弾性波が往復し、共振状態を得ることが出来る。有機ＥＬ膜３０４は金属箔の共振状態を一定時間以上受けた際に機械的に金属箔から剥離、飛翔し、対向した回路基板３１０に転写される。
【００３８】
この際、有機ＥＬ膜３０４の機械的剥離に好適な弾性波を誘起するレーザ光強度には適正な範囲が存在する。図６は、有機膜のレーザ剥離転写プロセスの適正範囲を表す模式図である。横軸、縦軸は、それぞれレーザ重畳回数とレーザのエネルギ密度に対応する。適正範囲以上の強度のレーザ光を一主面に照射すると、以下の二つの現象が発生すると考えられる。一つは加熱された一主面の極表面の熱が伝導し、多主面の有機膜温度が上昇する現象であり、もう一つは振幅(エネルギ)の大きな熱弾性波が他主面上まで到達することで、有機ＥＬ膜中を通過する際に波の伝播による断熱圧縮が発生し、膜中温度が上昇する現象である。これらの複合要因により、膜中温度を不必要に上昇させてしまい、有機膜を損傷してしまう不具合が発生しやすくなる。即ち有機ＥＬ膜としての機能が失われてしまう。
【００３９】
一方で、適正範囲以下のレーザ光を照射した場合、誘起された熱弾性波の振幅（エネルギ）が大きくないため、次のレーザパルスが照射される以前に減衰してしまい、機械的剥離を発生させるに十分な共振状態を得ることが出来ない。即ち、適正な強度のレーザパルスを適正な回数だけ重畳して照射した場合のみ、剥離に好適な適正な共振状態を継続して得ることができる。
【００４０】
図５(ａ)に示したドナー基板３１２上の転写領域３２０は、分岐された４本のレーザ光の重畳照射が完了した領域にあたる。４回のレーザ照射により、一定時間以上所望の振幅強度の熱弾性波が継続して誘起され、裏面の有機ＥＬ膜３０４が剥離片３０５として回路基板３１０(相対座標０)に転写されている。転写領域３２１(相対座標Ｘ１)へは３回のレーザ照射、転写領域３２２（相対座標Ｘ２）へは２回のレーザ照射、転写領域３２３（相対座標Ｘ３）へは１回のレーザ照射が完了しており、照射領域の深さ方向に進行する熱弾性波は誘起されているが、有機膜は剥離転写されていない。また、破線で囲んだ領域３３０（相対座標Ｘ４〜Ｘ７）はレーザ未照射領域にあたる。
【００４１】
一定時間経過後の状態を図５(ｂ)に示す。レーザ光３、光学素子２０は回路基板３１０と対向したドナー基板３１２に対して相対的に移動し、転写領域３２１（相対座標Ｘ１）へ４回目のレーザ照射が行われる。これにより転写領域３２１における有機膜剥離の条件が満たされ、有機ＥＬ膜３０４が回路基板３１０上の座標Ｘ１へと剥離転写される。同時に転写領域３２２(相対座標Ｘ２)へ３回目のレーザ照射、転写領域３２３（相対座標Ｘ３）へ２回目のレーザ照射、転写領域３２４（相対座標Ｘ４）への１回目のレーザ照射が行われる。
【００４２】
更に一定時間経過後の状態を図５(ｃ)に示す。レーザ光３、光学素子２０は回路基板３１０と対向したドナー基板３１２に対して相対的に矢印の方向へ更に移動し、転写領域３２２(相対座標Ｘ２)へ４回目のレーザ照射が行われる。先ほどと同様に、転写領域３２２（相対座標Ｘ２）における有機膜剥離の条件が満たされ、有機ＥＬ膜３０４が回路基板３１０上の座標Ｘ２へと剥離転写される。同時に転写領域３２３（相対座標Ｘ３）へ３回目のレーザ照射、転写領域３２４(相対座標Ｘ４)へ２回目のレーザ照射、転写領域３２５（相対座標Ｘ５）へ最初のレーザ照射が行われる。
【００４３】
更に一定時間経過後の状態を図５(ｄ)に示す。レーザ光３、光学素子２０は回路基板３１０と対向したドナー基板３１２に対して相対的に矢印の方向へ更に移動し、転写領域３２３（相対座標Ｘ３）へ４回目のレーザ照射が行われる。先ほどと同様に、転写領域３２３（相対座標Ｘ３）における有機膜剥離の条件が満たされ、有機ＥＬ膜３０４が回路基板上の座標Ｘ３へと剥離転写される。同時に転写領域３２４（相対座標Ｘ４）へ３回目のレーザ照射、転写領域３２５(相対座標Ｘ５）へ２回目のレーザ照射、転写領域３２６（相対座標Ｘ６）へ最初のレーザ照射が行われる。
【００４４】
その後も回路基板上の必要な領域に対しレーザ光の重畳照射を一定間隔で繰り返していく。こうして不必要な温度上昇により有機膜を損傷させることなく安定した転写工程を実現することが出来る。
【００４５】
以上の説明した転写工程では、一転写領域毎に離散的に移動させて行ったが、分岐されたレーザ光の公約数単位で離散的に移動させ、所定回数同じ転写領域に重畳させてもよい。例えば、分岐数が４本の場合、その公約数は、１、２、４である。２の場合は、同じ位置で２回レーザ照射を行い、２転写領域毎に２回離散的に移動させる。４の場合は、同じ位置で４回レーザ照射を行い、４転写領域毎に１回離散的に移動させる。一般的には、分岐数をＮ、Ｎの公約数をＭ、移動回数をＰ、同じ位置での照射回数Ｌとすれば、Ｐ＝Ｎ／Ｍ、Ｌ＝Ｎ／Ｐとなる。更に、以上の説明では所定回数＝分岐数であったが、分岐数を所定回数の整数倍に設定することも可能である。その場合は、先ず分岐数＝所定回数とし、前述の方法で照射を行い、その後真の分岐数に応じて離散的に移動させる。
【００４６】
以上説明したレーザ転写装置に実施例１、２によれば、一主面に有機ＥＬ薄膜を積層したドナー基板上の他主面に、均一な強度分布を有する複数のレーザ光を一定の時間間隔を保持しながら重畳照射することで、有機ＥＬ薄膜の温度上昇によるダメージを抑制しながら、有機ＥＬ薄膜を剥離するに好適な熱弾性波をドナー基板内に継続して発生させることができる。
【００４７】
また、以上説明したレーザ転写装置に実施例１によれば、レーザビームを分岐し、走査方向に対し直列に配置することで、レーザビームを同一箇所へ重畳照射させて所望の熱弾性波を誘起させる際にもスループットを損なうことなく所望のレーザ転写プロセスを実現することができる。
【００４８】
さらに、以上説明したレーザ転写装置に実施例２によれば、分配任意の開口パターン、例えば規則的な矩形開口パターンをマトリックス状に設けたマスクによってレーザ光を分配し、レーザビームを同一箇所へ重畳照射させて所望の熱弾性波を誘起させる際に、スループットを損なうことなく所望のレーザ転写プロセスを実現することができる。
【００４９】
(実施例３)
図７は、本発明の有機ＥＬパネルの製造方法を実施するに好適な実施例２のレーザ転写装置３００の構成を示す図である。
【００５０】
実施例３のレーザ転写装置２００の実施例１と異なる点は、レーザ光分配手段としてレーザ発振器１を直列かつ等間隔に複数台設けている点である。また、レーザ光整形手段として図４に示す回折光学素子３０を用い、直列かつ等間隔にレーザ光を形成する。勿論、図４に示す複数のレーザ光を複数に分岐するレーザ光整形・分岐手段１２である回折光学素子３０を用いて、マトリックス状の均一な強度分布を有するレーザ光を形成してもよい。
また、１本のレーザ光に対して光学系を形する構成要素の一部又は全部をそれぞれレーザ光に対して設けてもよい。さらに、レーザ発振器１をマトリックス状にかつ等間隔に複数台設けてもよい。
【００５１】
図５で示した転写工程も同様に実施例４おいても用いることができる。
実施例３においても、実施例１又は２と同じ効果を奏することができる。
【００５２】
以上説明した実施例１乃至３によれば、レーザ転写プロセス中に、温度上昇に伴う素子発光特性の劣化や異物混入による黒点欠陥の発生させることないレーザ転写方法と転写装置を提供できる。
【００５３】
また、以上説明した実施例１乃至３によれば、ドナー基板上の有機層を高速かつ高安定に回路基板に転写することを可能とするレーザ転写方法と転写装置を提供できる。
【００５４】
(実施例４)
実施例４として、本発明レーザ転写方式の原理検証実験を行った結果を示す。真空蒸着法により、厚さ１０μmのSUS304ドナー基板の一主面上に、転写層として、Alq3（発光層及び電子輸送層）を膜厚６５nmで形成した。一方、Alq3を転写する側の回路基板として、ガラス基板の一主面上にITO（アノード電極）を膜厚１５０nm、α-NPD（正孔輸送層）を膜厚１２５nmで順次形成した。
【００５５】
次に、厚さ８０μmのスペーサを介し、Alq3膜面とα-NPD膜面とが対向する様にドナー基板とガラス基板をセットして、真空層内に保持した上で、真空層の窓材を通して、SUS304ドナー基板の他主面上（Alq3層を形成しない側）にパルスＹＡＧレーザ（波長５３２nm、出力６W、パルス幅１０ns、繰返し周波数２０kHz）を０．８m/sの速度で一方向に挿引し照射した。レーザ1パルスあたりの出力は３００μJ、SUS304板上の照射ビーム径を１９０μmに設定して照射し、１J/cm2のエネルギ密度にてレーザ照射を行った。レーザの繰返し周波数と挿引速度の関係から、スポット径１９０mmのレーザパルスが５０μs毎に、一方向に４０μm移動して照射する工程が順次行われる。即ち、SUSドナー基板上の同一箇所に、レーザパルスが４回重畳照射される条件となる。
【００５６】
この様な照射条件下で一列照射した後に、挿引方向と直行する方向にビームスポットを１００μm相対的に平行移動させ、同様な挿引照射を行った。この様に繰返しビームを平行移動させ、基板全面を挿引照射した後に、転写したAlq3膜上に、LiF（電子注入層）を０.５nm、Al（カソード電極）を順次蒸着し、ガラス基板を積層膜形成基板に貼り合わせて封止した。
【００５７】
この方法で形成した有機ＥＬ発光デバイスでは、転写を行った全面に渡り発光が確認された。この時、輝度１００ c d／m2での発光電圧は９Vであった。SUSドナー基板の光吸収と板厚方向への熱伝導を考慮し、レーザ重畳照射によるAlq3層側の温度上昇量を見積もったところ、温度は７０℃程度であった。これは、Alq3昇華温度よりもはるかに低い温度である。
【００５８】
このことから、本方式では、熱昇華以外の現象により有機層がデバイス基板側へ転写されたものと理解できる。即ち、実施例１に記載した様な、レーザ熱弾性波による機械的な剥離による転写と考えられる。有機膜温度を低温に抑えることができるため、有機膜の熱ダメージを抑制しながら、本来の機能を有する膜として安定した転写工程を実現できる。
【００５９】
これらの検討により、パルス重畳照射により誘起された熱弾性波の伝播により、Alq3が熱により昇華（分解）することなく、分子構造を保ったまま機械的に転写されることが実証された。分子構造を保った状態での転写が実現するということは、デバイス性能を損なうこと無く安定した有機層の転写が実現できることを意味する。
【００６０】
（比較例）
実施例４において、ドナー基板として用いるSUS板を厚さ２μm、レーザ挿引速度を３．２m/sとした以外は実施例２と同様に設定し、有機ＥＬデバイスを形成した。３．２m/sでの挿引の場合、レーザ発振周波数との関係から、レーザパルス間の移動は、１６０μmに相当する。即ち、比較例２の照射では、SUS304ドナー基板上の同一箇所にレーザパルスが重畳しない（1パルス照射）条件となる。
【００６１】
この様なレーザ照射条件で形成したデバイスの発光特性を調べたところ、スポット照射中央部ではデバイス発光が確認されなかった。SUS板厚条件が2μmでのAlq3層側の温度上昇量を見積もったところ、温度は２７０℃程度となった。この温度は、Alq3が昇華する温度を超えており、レーザ転写工程中の膜中温度上昇により、材料の熱昇華・分解が発生したと推定される。
【００６２】
以上でレーザ転写装置、並びに転写装置を用いたレーザ転写方法の実施例について説明した。
【００６３】
ここで、前述したレーザ転写工程を含む有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を用いた表示装置の製造工程について説明する。図８は製造工程を示すフロー図であり、図９は完成した有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。これらの図に示すように、ガラス基板４０１上にバリア膜として機能するＳｉＮ膜４０２およびＳｉＯ膜４０３をＣＶＤ等の手段により薄く堆積し、その上にトランジスタのチャネル部分を構成するアモルファスシリコン膜もしくはＩＧＺＯ膜４０４を５０ｎｍ程度の厚さにＣＶＤ法で堆積し、必要に応じてレーザアニール等、膜質を変換する処理を行う。ここで記載した、バリア膜の層構成、膜厚およびトランジスタチャネルを構成する薄膜の膜厚、膜質等については一例であり、かかる記載が本発明を制限するものではないことは強調されるべきである。
【００６４】
上記のように形成したチャネル膜４０５を所定の回路になるようにアイランド形状にエッチングし、ゲート絶縁膜（図示せず）、ゲート配線４０６を形成後、イオン打ち込みによる不純物拡散、および不純物拡散領域の活性化アニールを行い、ソース、ドレイン配線４０７、層間絶縁膜４０８、パシベーション膜４０９、透明電極４１０を順次、形成することで、トランジスタ回路を画素部に配置したアクティブマトリクス基板が形成できる。
【００６５】
有機ＥＬ素子を駆動するために必要となる画素あたりのトランジスタ数は２乃至５が選択され、トランジスタを組み合わせた最適な回路構成を用いれば良い。かかる回路にはＣＭＯＳ回路で形成した低電流駆動回路が一例として推奨される。かかる回路、電極形成にかかわる加工技術の詳細は当該業者には周知である。またトランジスタ回路の製造工程の途中にイオン打ち込み、活性化アニール等の工程の追加が必要であることも周知である。
【００６６】
次に、アクティブマトリクス基板上の透明電極４１０の周辺部に素子分離帯４１１を形成する。かかる素子分離帯４１１には絶縁性が求められ、ポリイミド等の有機材料を用いることもできるし、ＳｉＯ２、ＳiＮなどの無機材料を用いてもよい。かかる素子分離帯４１１の成膜およびパターン形成法についても当該業者に周知である。
【００６７】
ついで前述したように、透明電極４１０上に有機ＥＬ材料の正孔輸送層４１２、発光層４１３、電子輸送層(図示せず)、陰極４１４を順次形成する。この際に、有機層含む多層構造の膜を前述したとおりレーザ転写方式で一括転写してもよい。また、発光色の異なる発光層４１３を、レーザ転写とマスク蒸着を用いて特定の透明電極４１０上に塗り分けてもよい。これにより多色のディスプレイが形成できることは周知である。
【００６８】
画素エリアにのみスクリーン印刷などの手段で充填材４１５を塗布し、該充填材４１５上に封止板４１６を積層して封止が完了する。このようにして形成された有機ＥＬ表示装置に対して点灯検査を行う。点灯検査において、黒点、白点等の欠陥が生じている場合でも欠陥修正可能なものは修正を行う。この後、必要に応じて筐体に格納するモジュール工程を経て有機ＥＬ表示装置が完成する。
【００６９】
本発明は上記で説明した有機層をレーザ転写および真空蒸着で形成する、いわゆる低分子型のディスプレイにのみ有効なわけではなく、いわゆる高分子型と称される有機ＥＬディスプレイにも有効である。さらに本発明は、前述したようなガラス基板上に透明電極と有機層と陰極を順次に積層してＥＬ発光をガラス基板側に取り出す、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬの製造にのみ有効なわけではなく、ガラス基板上に陰極と有機層と透明電極を順次に積層してＥＬ発光を封止基板側に取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬの製造にも有効である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・・・レーザ発振器                ３・・・・・レーザ光
４・・・・・光シャッタ                  １２・・・・レーザ光整形・分岐手段
１３・・・・マスク                      １３Ｋ・・・マスクの開口部
１４・・・・リレーレンズ                １６・・・・ドナー基板および回路基板
１７・・・・ステージ                    １８・・・・ビームプロファイラ
２０、３０・回折光学素子                ２１・・・・ガウス型強度分布
２５、３５・均一強度分布、              ５０・・・・真空チャンバ
１００、２００、３００・レーザ転写装置  ３１０・・・回路基板
３０４・・・有機ＥＬ膜、                ３０５・・・剥離片
３１２・・・ドナー基板                  ３２０〜３２７・転写領域
３３０・・・未照射領域
【図１】
2014067671.tif 000003
【図２】
2014067671.tif 000004
【図３】
2014067671.tif 000005
【図４】
2014067671.tif 000006
【図５】
2014067671.tif 000007
【図６】
2014067671.tif 000008
【図７】
2014067671.tif 000009
【図８】
2014067671.tif 000010
【図９】
2014067671.tif 000011