(57)【要約】【目的】エッチング等によって発生する凹凸のない平坦なパターニングを行う技術の提供すること、大面積に均一に加工処理が可能である装置の提供すること、工程数の低減によりコストの低減、歩留まり向上、環境改善が一気に図れる方法を提唱すること。【構成】第一の工程では酸素イオン照射により、表面のクリーニング及び酸化が進み仕事関数が増大しホール注入効率が増大し、その結果として輝度が上昇させる工程となし、第二の工程では電子線を照射し、仕事関数を低下させて輝度を極端に低下させる。即ち、予め照射に先立って金属マスク等でパターンをつくり、照射する事によってパターニングがエッチング工程を用いなくても可能となるようにしてなす。【選択図】  図１
2004296183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンプレーティング装置を用いた有機または無機ＥＬの透明電極材料にイオン照射及び電子線照射によりパターンを形成する技術において、上記基板の電界極性を変化させて発光部及び非発光部を形成したことが特徴の有機または無機ＥＬ用パターニングの形成方法
【請求項２】
真空槽内の上部に、電極板および薄膜形成用基板を、その電極板が上側となるように配設し、また前記真空槽内の下部に蒸着用材料を配設し、前記電極板と前記蒸着用材料とを電気的に接続すると共に薄膜形成過程では前記電極板に負の自己バイアスを誘起させる高周波電源設備を備えた高真空型イオンプレーティング装置を用いて、基板にプラス電界とマイナス電界を任意で切り替えられるように、直流電源側にチョークコイル、高周波電源側にコンデンサを挿入し相互干渉を防止する構成としたことが特徴の有機または無機ＥＬ用パターニングの形成装置
【請求項３】
請求項１における真空槽にあって、有機または無機ＥＬ製造のための透明導電膜成膜、パターニング正孔輸送層成膜、電子輸送層成膜、発光層、電極等の形成プロセスが全て一連の製造作業でなし得るようにしたことが特徴の有機または無機ＥＬ用パターニングの形成方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は有機または無機ＥＬ用パターニングの形成方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機又は無機ＥＬもしくは液晶関連のディスプレイでは、画像を構成するのに、二次元のマトリックス電極が必要であり、単純な方法としてはＸ軸及びそれに直行するＹ軸に、それぞれ複数の電極を配設することで二次元画像が得られる事は知られており、パッシプマトリックスとも呼ばれている。また、この交点をドット毎にＴＦＴ等の能動素子により駆動することにより、高速で多色のディスプレイが可能となり、アクティブマトリックスと呼ばれている。
【０００３】
然るに、いずれの場合も現在パターニングに用いられている方法は図３のように湿式法であり、フォトレジスト等によるエッチングが用いられている。
【０００４】
この方法では予めスピンコート法等により、レジストを均一に塗布する方法が必要であり高価な薬品であるレジストを無駄に使用していた。
【０００５】
また、パターンをエッチングするための薬品が必要であり、また廃液処理も無公害化する必要が当然あり、コスト及び環境等への影響も近年無視できない状況である。さらに現在の湿式法は工程数が多く、ホコリや塵埃はレジスト等に付着すると脱離することは無く、ドライ法に比較してクリーン度の高い部屋が必要であり、管理上も面倒な問題であった。
【０００６】
また、近年注目されている有機ＥＬ素子においては、従来の液晶技術と異なり自発光型であり、表面の凹凸が問題となっている。たとえば従来液晶技術では全く問題となっていないスパッタリング法で成膜された皮膜においても、その表面を研磨する必要性がある。従って、表面の平坦化は今後の有機ＥＬの発展の鍵となる技術であり、この問題を解決する一つの方法としては、透明導電膜の表面の仕事関数を制御する方法が考えられているが、これには高価なイオン源と電子線照射装置が必要であった。（仮令えば非特許文献１参照）
【０００７】
また従来の単純マトリックス型有機ＥＬ表示装置においては、陰極の不安定性により、パターニングが難しい欠点があった。そこで有機ＥＬ表示装置の製造方法において、レーザー光を用いる転写法により、陰極のパターニングと発光層の転写を同時に行い、プロセスの簡略化と表示性能の向上を実現した。本発明では、転写法を用いることにより、陰極４のパターニングと発光層５の形成をレーザー９を用いて同時に行う（仮令えば特許文献１）ことも考えられているが、この方法もまた前記同様の欠点がある。
【０００８】
【非特許文献１】
著    出版  年  月  日
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２６０５４９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決するため発明者等は鋭意努力を重ねた結果、本発明により長年未解決であった以下の課題が解決するに至ったのである。即ち本発明の目的は、エッチング等によって発生する凹凸のない平坦なパターニングを行う技術の提供することにある。
【００１１】
また他の目的は、大面積に均一に加工処理が可能である装置の提供することである。
【００１２】
また他の目的は、工程数の低減によりコストの低減、歩留まり向上、環境改善が一気に図れる方法を提唱することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、本発明の手段がドライ法に基づくものであり、公害を排出する薬品を用いなくとも実施可能としたことである。
【００１４】
他に本発明の特徴は、有機又は無機ＥＬの透明膜の成膜、パターニング、有機材、金属電極まで一貫プロセスで処理可能な方法及び装置の提供にある。
【００１５】
具体的に発明の特徴とするところは、イオンプレーティング装置を用いた有機または無機ＥＬの透明電極材料にイオン照射及び電子線照射によりパターンを形成する技術において、上記基板の電界極性を変化させて発光部及び非発光部を形成させることである。
【００１６】
また他の本発明の特徴は、真空槽内の上部に、電極板および薄膜形成用基板を、その電極板が上側となるように配設し、また前記真空槽内の下部に蒸着用材料を配設し、前記電極板と前記蒸着用材料とを電気的に接続すると共に薄膜形成過程では前記電極板に負の自己バイアスを誘起させる高周波電源設備を備えた高真空型イオンプレーティング装置を用いて、基板にプラス電界とマイナス電界を任意で切り替えられるように、直流電源側にチョークコイル、高周波電源側にコンデンサを挿入し相互干渉を防止する構成としたことである。
【００１７】
また他の本発明の特徴は、真空槽にあって有機または無機ＥＬ製造のための透明導電膜成膜、パターニング正孔輸送層成膜、電子輸送層成膜、発光層、電極等の形成プロセスが全て一連の製造作業でなし得るようにしたことである。
【００１８】
総じて本発明は、直流電界が成膜プロセス中で、真空を破壊せずに、極性の転換ができようにしたことである。
【００１９】
図１と図２で有機ＥＬの一般的な構造を示した。而して（１）はガラス又はプラスチックの透明基板で、仮令えばＩＴＯの透明導電膜（２）を設け、その上にホール輸送膜（３）、有機蛍光体薄膜（４）、金属電極（５）の積層物からなっている。
【００２０】
通常この場合は透明導電膜（２）を予め湿式法の別装置による別行程でエッチングしておき、その後成膜装置に移動し各成膜を実施しているが、本発明では透明導電膜（２）からパターニングと有機材成膜と必要により金属電極（５）まで同じ装置内で処理する。
【００２１】
パターニングに用いる装置は図３に示した。即ちこの装置（７）内には基板ホルダ（１２）と蒸発源（６）からなり、従来装置のようなコイルや補助電極は存在しない。即ち、装置（７）内は真空蒸着装置と同様にシンプルなものとなっている。従って、プラズマの発生は安定的であり、膜厚補正板等の真空蒸着技術はそのまま使用可能である。
【００２２】
より具体的にこの装置（７）の構成は図４に示した。即ちこのイオンプレーティング装置（７）において、金属製真空槽（８）内の上部に電極板（９）および薄膜形成用基板（１０）が、その電極板（９）を上側にして配設される。電極板（９）は、蓋形をなす導電性シールド（１１）の下向きの開口端面に電気絶縁性枠体を介して取付けられている。また基板（１０）は、枠形をなす導電性ホルダ（１２）に保持され、そのホルダに保持され、そのホルダ（１２）は電極板（９）の下向き面周縁部に電気絶縁性枠体を介して取付けられている。これにより電極板（９）と基板（１０）とが電気的に絶縁される。
【００２３】
シールド（１１）の上壁には外面に中空の支持軸（１３）が設けられ、その支持軸（１３）は軸受部材（１４）を介して真空槽（８）の上壁に回転可能に支持される。軸受部材（１４）から突出する支持軸（１３）の上端部にギヤボックス（１５）内の被動ギヤが連結され、そのギヤボックス（１５）内の駆動ギヤにモータ（１６）の駆動軸（１７）が連結されている。
【００２４】
基板（１０）の下方において、真空槽（８）の底壁上に導電性基台（１８）が配設され、その基台（１８）上に蒸着用材料を入れる導電性ハース（１９）が固定され、またそのハース（１９）の傍に電子銃（２０）が配設される。
【００２５】
この場合上記基板（１０）と電極（９）間には直流電流がチョークコイルを介して接続されている。また（２１）は高周波電源で、直流電源（２２）との相互干渉を無くすためコンデンサ（２４）を介して基板（１０）と電極（９）に接続させる事が肝要である。このとき上記の高周波電極（１０）としては、１３．５６ＭＨＺが好ましい。なお図中（２５）はマッチングボックスである。
【００２６】
また基板（１０）及び電極（９）と基板ホルダ（１２）の間には真空コンデンサを設けて、プラズマの安定と高真空度での放電維持を図るようになっている。
【００２７】
本発明のパターニング法は、図５のように予めガラス等の基板（１０）に成膜されたＩＴＯ薄膜の表面の仕事関数を変化させてパターニングする。而して第一の工程では酸素イオン照射（２６）により、表面のクリーニング及び酸化が進み仕事関数が増大しホール注入効率が増大し、その結果として輝度が上昇させる工程である。
【００２８】
第二の工程では電子線を照射（２７）し、仕事関数を低下させて輝度を極端に低下させる。即ち、予め照射に先立って金属マスク等でパターンをつくり、照射する事によってパターニングがエッチング工程を用いなくても可能となるようにしたのである。
【００２９】
本発明の主な特徴の１つとして、本発明に用いる装置では、酸素イオン照射及び電子線照射をひとつの装置内で実施する事ができることである。かかる実施例として装置は、基板（１０）に印加される直流電源（２２）の極性を任意に転換可能としたため、第一の工程では酸素イオンを基板に衝突させるための基板（１０）の電位をマイナスにする。第二の工程では電子線照射を実施するため、基板（１０）の電位をプラスに転換する。
【００３０】
而してこの際予め金属等のマスク等を交換してパターニングを実施することになるが、本発明技術のパターニングは、一般のレジスト法と異なりパターンに制約を受ける事がある。即ち、パターニングは穴開きマスクを用いるため、複数のマスクを用いる必要がある場合がある。または移動して成膜する必要がある。
【００３１】
従って上記実施例のイオンプレーティング装置は均一で安定したプラズマを発生するために広範囲にわたって有機ＥＬの製造及びパターニングが可能となるのである。さらにこのときの放電装置は高周波電源（２１）１３．５６Ｍｈｚで、直流電流（２２）ｍａｘ−２ｋＶの極性可変なものである。
【００３２】
なお本発明を実施するに当たって上記真空槽（８）はステンレス鋼より構成される、このときの成膜真空度は５＊１０−５〜５＊１０−４Ｔｏｒｒであり、また導入ガスはＡｒ，Ｏ２，Ｎ２とした。また、電極板（９）は厚さ１〜２ｍｍのＡｌ板よりなり、基板（１０）は厚さ３〜４ｍｍのＣｕ板よりなる。
【００３３】
電極板（９）と基板（１０）間の間隔は１〜４０ｍｍに設定され、これにより基板（１０）は、電極板（９）の負の自己バイアスが反映される範囲内に配設される。この場合、基板（１０）は、それが電極板（９）から離間していても、その電極板（９）の電気作用が及ぶ範囲内に在るので、電極板（９）に負の自己バイアスが誘起されると、その負の自己バイアスは基板（１０）にも、それが電極板（９）に重ね合せられているときと同じように現出する。シールド（１１）およびホルダ（１２）はアルミニウムより構成され、また両枠体はアルミナより構成され、さらにハース（１９）はモリブデンより構成される。
【００３４】
イオンプレーティングに当っては、先ず、ハース（１９）に、例えば蒸着用材料（Ａ）としてＳｉＯ２粉末を入れた。また真空槽（８）内を真空排気管を介して排気し、次いでその真空槽（８）内にガス導入管より反応性ガスであるＯ２ガスを導入して真空槽２内を２×１０−４Ｔｏｒｒの真空度に保った。ｇはＯ２ガス分子である。
【００３５】
そして、高周波電源設備を作動させて電極板（９）に負の自己バイアスを誘起させると共に真空槽（８）内全体に亘りプラズマＰを発生させ、また薄膜の均一形成を狙い、モータ（１６）を駆動して電極板（９）および基板（１０）を回転させ、さらに電子銃（２０）を作動させて、その電子ビームを蒸着用材料（Ａ）に照射して多数の蒸着粒子を生成させた。
【００３６】
それら蒸着粒子の一部はプラズマによりイオン化され、次いで蒸着粒子とイオンは電極板（９）の負の自己バイアスにより加速されて、その負の自己バイアスが現出している基板（１０）に確実に照射された。
【００３７】
このイオンプレーティング時間を３分間位に設定することにより、厚さ０．１５μｍで密度１．４５ｇ／ｃｍ３のＳｉＯ２薄膜を形成することができた。
【００３８】
高密度薄膜を形成し得る基板（１０）の被薄膜形成面の面積は、従来例の場合５００ｍｍ×５００ｍｍ＝２５０，０００ｍｍ２が限度であったが、実施例の場合は８００ｍｍ×１，０００ｍｍ＝８００，０００ｍｍ２まで可能であって、従来例の３．２倍のワイド化を達成することができた。なお、前記実施例において、電極板（９）の負の自己バイアスは約５００Ｖであった。
【００３９】
【発明の効果】
而して本発明の主な効果は、
１．透明導電膜からパターニング、有機ＥＬ材、電極まで一貫して同じ装置で成膜が可能になったことである。
【００４０】
２．すべてがドライプロセスで可能となり、廃液処理等の公害物質処理の必要性がないことである。
【００４１】
３．有機ＥＬの成膜工程が簡素化し、コスト低減が図れることである。
【００４２】
４．本発明の装置に設けられた直流電源の極性を切り替えるだけで、発光部と非発光部が制御できるようになったことである。
【００４３】
５．従って広い面積にパターニング処理が可能となり量産性が向上したのである。
【００４４】
６．真空チャンバー内には高周波電界、直流電界を供給するための電極が設けられています。基板ホルダは真空コンデンサ、もしくは固体コンデンサを介して取り付けられているので、被蒸着物を容易固定でき、このコンデンサの最適化により、安定して高真空度で放電が維持できるようにしたことである。
【００４５】
７．高周波電界はコンデンサ、直流電界はチョークコイルを介して取り付けられたので、相互の干渉がないようになし得た事である。
【００４６】
８．高真空度で放電するので、低温で密着性の良い成膜が可能となったことである。従ってプラスチック等への成膜に適していることである。
【００４７】
９．構造が簡素であるため、真空蒸着と同様に膜厚補正板の取り付けや、量産設計が容易にできるようになったことである。
【００４８】
１０．窒化膜や酸化膜等の反応性蒸着ができますので、科学量論比に近い構造の皮膜が得られたことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な有機ＥＬの斜視図である。
【図２】同縦断面説明図である。
【図３】本発明のプロセスの概念図である。
【図４】真空層の縦断面図である。
【図５】実施例における工程のフローチャート図である。
【符号の説明】
１  透明基板
２  透明導電膜
３  ホール輸送膜
４  有機蛍光体薄膜
５  金属電極
６  蒸発源
７  イオンプレーティング装置
８  真空槽
９  蒸発源
１０  薄膜形成用基板
１１  導電性シールド
１２  基板ホルダ
１３  支持軸
１４  軸受部材
１５  ギヤボックス
１６  モータ
１７  駆動軸
１８  導電性基台
１９  導電性ハース
２０  電子銃
２１  高周波電源
２２  直流電源
２４  コンデンサ
２５  マッチングボックス
２６  酸素イオン照射
２７  電子線を照射
【図１】
2004296183.tif 000003
【図２】
2004296183.tif 000004
【図３】
2004296183.tif 000005
【図４】
2004296183.tif 000006
【図５】
2004296183.tif 000007