(57)【要約】【課題】１枚の基板内に複数個の有機ＥＬ素子を配した場合、基板の所定の領域に配された有機ＥＬ素子に所定の膜厚を成膜することが可能な、蒸着装置およびそれを用いて作製された有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】蒸着源により蒸着材料を気化させて、基板にマスクを用いて所望の形状に膜形成を行う蒸着装置において、前記基板およびマスクの蒸着源側に、膜形成を行いたい領域部分に開口を設けたシャッターマスクを配することを特徴とする蒸着装置、およびそれを用いて製造した有機ＥＬ素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着源により蒸着材料を気化させて、基板にマスクを用いて所望の形状に膜形成を行う蒸着装置において、前記基板およびマスクの蒸着源側に、膜形成を行いたい領域部分に開口を設けたシャッターマスクを配することを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記シャッターマスクは、前記基板およびマスクからなるユニットからでたフックにより支持され、基板およびマスクからなるユニットと連動して回転することが可能であることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記シャッターマスクは、搬送機構により取り外しが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記シャッターマスクの厚みは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記シャッターマスクは金属からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸着装置。
【請求項６】
陽極と、陰極と、両者の間に形成された有機層とからなり、前記有機層は前記陽極から供給される正孔と前記陰極から供給される電子との再結合によって発光する発光層を含んでいる有機ＥＬ素子であって、
請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置を用いて作製されることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着装置およびそれを用いて作製された有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜技術はエレクトロニクスをハード面で支えている最重要技術である。近年、エレクトロニクスを構成するデバイスの最小寸法はナノメートルの領域へと移行してきている。このようなデバイスを実現するには、材料は必然的に薄膜となり、材料作製に関してはナノメートルからオングストロームの制御性を必要とするようになってきている。一方、工業的には、生産性を損なわずに材料・デバイスを高度化せねばならず、原子レベルの制御性を有するとともに、十分な薄膜形成速度を有する技術が要求される。さらに、デバイスの機能の多様化が進むため、制御対象となる薄膜形成材料も、半導体、磁性体、絶縁体、酸化物、誘電体、金属、超誘電体など広範囲になってきている。
【０００３】
こうして積層される薄膜は例えば液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示デバイスの電極や機能性薄膜、プリント配線板の配線や、プリント配線板に作り込みで形成される受動素子のための抵抗皮膜や高誘電皮膜、光学特性や分子透過を制御するためのフィルム等を挙げることができる。
【０００４】
このように薄膜技術を応用したデバイス中でも、有機ＥＬ素子は、例えばアクティブマトリクス型の表示装置の画素に利用することが可能であり、液晶ディスプレイに変わる次世代フラットディスプレイとして有望視されている。従来の有機ＥＬ素子の構成は、ガラス基板上に透明電極からなる陽極を形成し、その上に有機層を積層した後、金属からなる陰極を形成する。これにより、ダイオード構造の有機ＥＬ素子が得られる。陰極は例えばアルミニウムやマグネシウムと銀の合金からなる。有機層は基本的に正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層を積層したものである。かかる構成において、陰極および陽極から各々電子と正孔を注入し、電子輸送層および正孔輸送層を介して、発光層で電子と正孔が再結合し発光する。
【０００５】
有機ＥＬ素子の各層の成膜方法としては真空蒸着法が用いられる。真空蒸着法とはプラズマ蒸着法より前に実用化された成膜技術で、装置の構造が簡単、シャッターなどで膜厚制御が容易、高真空中で純度の高い成膜が行える、プラズマ蒸着法のようなプラズマによる試料の損傷がないといった特長がある。
【０００６】
真空蒸着法にはいくつかのプロセスがある。まず、チャンバー全体を真空状態にして蒸着材料を加熱・溶融して溶湯とし、気化させる。なお、溶湯とは蒸着源内にある溶融状態の蒸着材料を指す。次いで気体分子となった蒸着材料が被蒸着物（基板）に衝突、付着することで薄膜が形成される。蒸着材料を加熱・溶融する方法には抵抗加熱式、電子ビーム式、高周波誘導式、レーザ式などがある。蒸着材料分子が被蒸着物に達する前にチャンバー内の残存気体分子に衝突しないよう、また、気体分子自体が被蒸着物に衝突しないよう、プラズマ蒸着法（数Ｐａ）より高い真空度（１０-2〜１０-4Ｐａ）が必要となる。
【０００７】
有機ＥＬ素子の研究、開発においては、層を構成する材料の最適化が重要となるが、層の膜厚、すなわち発光層および陰極等の膜厚によっても電子および正孔のキャリア注入バランスが変化するため、各層の膜厚を変化させて有機ＥＬ素子を作製し、評価を行う必要がある。
【０００８】
有機ＥＬ素子の研究、開発段階で用いられる蒸着装置としてはクラスタ方式のものが用
いられる。クラスタ方式の装置は、中央に基板を受け渡すための真空チャンバーを設置、その周辺に基板を導入するためのロードロック室、基板とマスクの合体を行うアライメント室、蒸着を行うための蒸着室、封止作業を行うための封止室を配置する。真空チャンバーに導入された基板は、アライメント室から蒸着室、封止室へと一枚一枚ロボットアームにより搬送される。プロセスチャンバーを自由に配置できるため、プロセス変更など柔軟に対応できる。しかしながら、ロボットアームによる基板の受け渡しは、タクトタイムを長くするため、有機ＥＬ素子の各層の膜厚を変化させる場合、変化させる膜厚分だけ基板枚数が必要となり、時間が長くなって開発スピードを遅らせる要因となっていた。
【特許文献１】特開２００４−１１９０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、１枚の基板内に複数個の有機ＥＬ素子を配した場合、基板の所定の領域に配された有機ＥＬ素子に所定の膜厚を成膜することが可能な、蒸着装置およびそれを用いて作製された有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題を解決するためになされた第１の発明は、蒸着源により蒸着材料を気化させて、基板にマスクを用いて所望の形状に膜形成を行う蒸着装置において、前記基板およびマスクの蒸着源側に、膜形成を行いたい領域部分に開口を設けたシャッターマスクを配することを特徴とする蒸着装置である。
【００１１】
本発明の課題を解決するためになされた第２の発明は、前記シャッターマスクは、前記基板およびマスクからなるユニットからでたフックにより支持され、基板およびマスクからなるユニットと連動して回転することが可能であることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置である。
【００１２】
本発明の課題を解決するためになされた第３の発明は、前記シャッターマスクは、搬送機構により取り外しが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置である。
【００１３】
本発明の課題を解決するためになされた第４の発明は、前記シャッターマスクの厚みは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置である。
【００１４】
本発明の課題を解決するためになされた第５の発明は、前記シャッターマスクは金属からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸着装置である。
【００１５】
本発明の課題を解決するためになされた第６の発明は、陽極と、陰極と、両者の間に形成された有機層とからなり、前記有機層は前記陽極から供給される正孔と前記陰極から供給される電子との再結合によって発光する発光層を含んでいる有機ＥＬ素子であって、請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置を用いて作製されることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１６】
基板内に複数個の有機ＥＬ素子を配した場合、基板およびマスクの蒸着源側に、開口を設けたシャッターマスクを配することで、成膜したい領域にある有機ＥＬ素子にはマスクの開口部とシャッターマスクの開口部の位置を合わせることで成膜し、成膜したくない領
域にある有機ＥＬ素子にはマスクの開口部を遮蔽するようにシャッターマスクの位置を合わせる。このように、マスクとシャッターマスクのお互いの位置関係を調整することで、一枚の基板内において所定の領域にある有機ＥＬ素子に所定の膜厚を積層することができた。
【００１７】
また、シャッターマスクは、基板およびマスクからなるユニットからでたフックにより支持されるため、基板およびマスクからなるユニットと連動して動作することが可能である。そのため、膜厚の面内均一性を図るために基板が回転するような機構が設けられた蒸着装置においても、シャッターマスクが基板およびマスクと連動して回転するためにマスクとシャッターマスクの位置関係を変えることなく成膜作業をすることができた。
【００１８】
さらに、シャッターマスクは成膜したくない領域にある有機ＥＬ素子に蒸着物が回りこまないように、マスクと一定の間隔をとって配置されればよく、ロボットアームなどの搬送機構により取り外しが可能であるため、簡便に膜厚の調整をすることができた。
【００１９】
シャッターマスクの材質は金属からなり、厚みは成膜したい領域に蒸着物質が到達するのを妨げない程度の厚さであれば用いることができるため、通常のマスクのようなエッジングによる微細な開口パターン形成および開口断面のテーパー形状の形成を行う必要がなく、製造コストを安く作製することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に関わる蒸着装置と有機ＥＬ素子の例を図面に示し、詳細に説明する。
【００２１】
まず、蒸着装置について説明する。図１は蒸着装置の説明図である。同図において、１は真空チャンバー、２はセルシャッター、３は基板シャッター、４は基板、５はバッキングプレート、６は蒸着材料、７は蒸着源、８は排気ポンプ、９はマスク、１０は本発明のシャッターマスクである。
【００２２】
真空チャンバー１内の下部には、蒸着材料６を仕込み加熱により蒸発させる壺型状の蒸着源７が設けられている。この蒸着源７には電力供給ラインを通じて電力を供給する電源が真空チャンバー１の外部に設けられている。ここで、蒸着材料６としては、例えば有機材料や金属材料等を使用することができる。蒸着源７の開口部上方近傍には、蒸着材料６の蒸着レートのＯＮ／ＯＦＦを実質的にコントロールするためのセルシャッター２が配置されている。また、真空チャンバー１の上部には、基板４を下方に固定するバッキングプレート５が配置されている。このバッキングプレート５内部には基板４を冷却するための冷却水が流れている。また、バッキングプレート５は基板４に成膜される蒸着膜の面内膜厚均一性を図る機構として、回転機構を備えている場合がある。基板４の蒸着面と蒸着源７の間には、基板４の蒸着面に蒸着材料６を積層させるタイミングを実質的にコントロールするための基板シャッター３が配置されている。基板シャッター３と基板４の間には所望の開口パターンを有したマスク９が設置される。ここで、本発明のシャッターマスク１０は、基板４およびマスク９からなるユニットからでたフック１１により支持されている。フック１１はシャッターマスク１０をマスク９下に挿入し、支持することが可能で、蒸着の妨げとならないものであればよい。また、シャッターマスク１０は例えばロボットアームなどの搬送機構によって取り外しが可能である。もしくは、搬送機構とは別に蒸着室内にシャッターマスクを取り外せる機構を設けることもできる。さらに、シャッターマスクが基板およびマスクと連動して回転することができるためにマスクとシャッターマスクの位置関係を変えることなく成膜作業ができるため好ましい。
【００２３】
次に、図２は本発明の蒸着装置で成膜される有機ＥＬ素子の説明図である。例えばガラ
ス等の透明な材質からなる基板２１の上に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜からなる陽極２２を形成する。その上に正孔輸送層２３および発光層２４等からなる有機層を重ねた後、第一陰極２５および第二陰極２６を形成する。有機層は多層構造とすることもでき、陽極１２から供給される正孔と第二陰極２６から供給される電子との再結合によって発光する発光層２４を含んでいることを条件とする。第一陰極２５は電子が効率的に注入できるように、仕事関数の低い金属薄膜が好ましい。例えば、仕事関数の低いアルミニウムとリチウムの合金或いはマグネシウムと銀の合金を１０ｎｍ程度に薄く成膜する。また、第二陰極２６は薄い金属膜からなる第一陰極の保護と、配線抵抗の低抵抗化の役目を果たす。
【００２４】
図２で示したような有機ＥＬ素子を、図３に示すように基板４に複数配する。ここで、基板４は例えば金属からなり、有機ＥＬ素子１７をはめ込めるようなホルダー状となっている。
【００２５】
また、図４に本発明のシャッターマスクの説明図を示す。シャッターマスク１０は開口部１８を有する。シャッターマスク１０の材質は耐衝撃性などの面から金属であることが好ましい。また、厚みは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。これは１ｍｍ以下であると、基板４およびマスク９からなるユニットからでたフックにより支持されたときに反りが発生する可能性があるからであり、５ｍｍ以上であると、成膜したい領域に蒸着物質が到達するのを妨げる可能性があるからである。
【００２６】
図５に蒸着源７側から見た基板４およびマスク９からなるユニットとシャッターマスク１０を重ね合わせた場合の説明図である。ここで、シャッターマスク１０の開口部１８と重なった第一領域１９に存在する有機ＥＬ素子については、蒸着源７から放出される蒸着材料６が付着して成膜される。一方、第二領域２０に存在する有機ＥＬ素子はシャッターマスクにより蒸着物質が遮断されるため、成膜は行われない。ここで、シャッターマスクは成膜したくない領域にある有機ＥＬ素子に蒸着物が回りこまないように、マスクと一定の間隔をとって配置されることが好ましい。
【００２７】
次に、実際に本発明の蒸着装置で有機ＥＬ素子の成膜を行う際の作業手順について説明する。有機ＥＬ素子１７を基板４にはめ込み（図３）マスク９と合体させたユニットを、蒸着を行う真空チャンバー１に搬入する（図１）。ここで、例えば第一陰極２５の厚さが５ｎｍ、１０ｎｍとなるような有機ＥＬ素子を作製する場合について説明する。セルシャッター２と基板シャッター３（図１）を開けて発光層２４（図２）まで成膜作業を行った後、第一陰極２５を５ｎｍまで成膜する。その後、一旦基板シャッター３を閉じ、シャッターマスク１０を例えばロボットアームを用いて導入し、また基板シャッター３を開いて５ｎｍ成膜する。以上の作業を行うことによって、第一領域１９に存在する有機ＥＬ素子には第一陰極が１０ｎｍ成膜され、第二領域２０に存在する有機ＥＬ素子には第一陰極が５ｎｍ成膜される。これにより、従来は有機ＥＬ素子の各層の膜厚を変化させる場合、変化させる膜厚分だけ基板枚数が必要となっていたのが、シャッターマスクを用いることにより、基板一枚内で膜厚を変化させることができるため、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。
【実施例】
【００２８】
以下に、実施例について述べる。
【００２９】
本実施形態の有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に反射層およびＩＴＯを成膜し、その上に正孔輸送層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを、発光層としてＭＥＨＰＰＶ（メトキシエチルヘキシロキシポリフェニルビニレン）を積層した。ここで、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの膜厚が５０ｎｍ、ＭＥＨＰＰＶの膜厚が８０ｎｍとなるようにスピン成膜した。さらにその上に電
子が効率的に注入できるような仕事関数の低い第一の陰極としてカルシウムを成膜し、その上に第二の陰極としてアルミニウムを１５０ｎｍの厚さで成膜した。ここで、本発明の蒸着装置を用いて、第一陰極のカルシウムの膜厚が５ｎｍ、１０ｎｍとなるような２種類の有機ＥＬ素子を作製する。
【００３０】
本実施形態の蒸着装置はクラスタ方式で、蒸着源としてＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）で形成された蒸着るつぼに蒸着材料を仕込みタンタルヒーターを用いて蒸着るつぼを加熱する方式であり、蒸着作業時の真空度は３×１０-4Ｐａとした。また、シャッターマスクの材質はステンレスを用い、厚さは２ｍｍとした。発光層まで成膜した有機ＥＬ素子をステンレス製の基板に４行４列の計１６個配し、アライメント室で基板とマスクを合体させた後、ロボットアームを用いて蒸着室に導入した。ここで、第一の陰極としてカルシウムを６５０℃で加熱し５ｎｍまで成膜した。その後、一旦基板シャッターを閉じ、シャッターマスクを、ロボットアームを用いて導入し、基板シャッターを開いて５ｎｍ成膜した。シャッターマスクの開口部は基板に配された２行４列の計８個が存在する領域と重なるように設けられている。次に、シャッターマスクをロボットアームによって取り外し、アルミニウムを１４８０℃で加熱して１５０ｎｍ成膜した。以上の作業を行うことによって、一枚の基板内に第一陰極のカルシウムが５ｎｍの有機ＥＬ素子が８枚と、１０ｎｍの有機ＥＬ素子が８枚作製できた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る蒸着装置の概念断面図である。
【図２】本発明に係る蒸着装置で成膜される有機ＥＬ素子の概念断面図である。
【図３】本発明に係る蒸着装置の基板上の有機ＥＬ素子の概念正面図である。
【図４】本発明に係る蒸着装置のシャッターマスクの概念正面図である。
【図５】本発明に係る蒸着装置の概念断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  真空チャンバー
２  セルシャッター
３  基板シャッター
４  基板
５  バッキングプレート
６  蒸着材料
７  蒸着源
８  排気ポンプ
９  マスク
１０  シャッターマスク
１１  フック
１７  有機ＥＬ素子
１８  開口部
１９  第一領域
２０  第二領域
２１  基板
２２  陽極
２３  正孔輸送層
２４  発光層
２５  第一陰極
２６  第二陰極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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