(57)【要約】【課題】  有機材料の加熱方法の制御を単純に行うことができ、蒸着される有機材料の温度管理が容易であり、かつ得られる有機薄膜の膜厚分布の再現性、安定性に優れた有機薄膜の製造方法および製造装置の提供。【解決手段】  真空チャンバー内に設置された蒸着装置に対して、蒸着装置外に設置された材料導入部から有機材料を気相にて供給し、蒸着装置内に配設される基板上に有機材料の薄膜を形成する工程を含み、材料導入部は蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ蒸着装置と独立した排気装置を具えたことを特徴とする有機薄膜の製造方法。【選択図】  図１
2005036296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置に対して、前記蒸着装置外に設置された材料導入部から前記ラインソースに有機材料を気相にて供給し、前記蒸着装置内に配設される基板上に前記有機材料の薄膜を形成する工程を含み、前記材料導入部は前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置を具えたことを特徴とする有機薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記材料導入部は、前記有機材料を保持するためのルツボと、前記ルツボを保持するためのルツボ固定手段と、前記ルツボを加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段により前記ルツボを加熱することにより前記有機材料を気化させることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記ラインソースは供給された気相の有機材料を拡散させるための遮蔽板を有し、前記遮蔽板は温度調節されていることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜の製造方法。
【請求項４】
真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置と、
前記蒸着装置外に設置され、前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置に接続されている材料導入部と
を具え、前記材料導入部から前記ラインソースに気相の有機材料を前記蒸着装置へと供給し、前記蒸着装置内に配設された基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを特徴とする有機薄膜の製造装置。
【請求項５】
前記材料導入部は、前記有機材料を保持するためのルツボと、前記ルツボを保持するためのルツボ固定手段と、前記ルツボを加熱する加熱手段とを有することを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜の製造装置。
【請求項６】
前記ラインソースは供給された気相の有機材料を拡散させるための遮蔽板を有し、前記遮蔽板は温度調節されていることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜の製造装置。
【請求項７】
基板上に第１電極を積層する工程と、
前記第１電極上に、有機ＥＬ層を形成する工程と、
前記有機ＥＬ層上に第２電極を積層する工程と
を含み、前記有機ＥＬ層を形成する工程は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置に対して、前記蒸着装置外に設置された材料導入部から前記ラインソースに有機材料を気相にて供給し、前記蒸着装置内に配設される基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを含み、前記材料導入部は前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置を具えたことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】
前記材料導入部は、前記有機材料を保持するためのルツボと、前記ルツボを保持するためのルツボ固定手段と、前記ルツボを加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段により前記ルツボを加熱することにより前記有機材料を気化させることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項９】
前記ラインソースは供給された気相の有機材料を拡散させるための遮蔽板を有し、前記遮蔽板は温度調節されていることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１０】
第１電極を形成する手段と、有機ＥＬ層を形成する手段と、第２電極を形成する手段とを含み；前記有機ＥＬ層を形成する手段は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置と、前記蒸着装置外に設置され、前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置に接続されている材料導入部とを含み；前記材料導入部から前記ラインソースに気相の有機材料を前記蒸着装置へと供給し、前記蒸着装置内に配設された基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造装置。
【請求項１１】
前記材料導入部は、前記有機材料を保持するためのルツボと、前記ルツボを保持するためのルツボ固定手段と、前記ルツボを加熱する加熱手段とを有することを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
【請求項１２】
前記ラインソースは供給された気相の有機材料を拡散させるための遮蔽板を有し、前記遮蔽板は温度調節されていることを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜の製造方法および製造装置に関するものである。より詳細には、有機ＥＬ素子の製造に関して有用である、有機薄膜の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信の高速化と応用範囲の拡大が急速に進んでいる。この中で、表示デバイスには携帯性や動画を表示することなどの要求に対応できるような低消費電力で高速応答が可能な高精細表示デバイスが考案されている。特に有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）では、１９８７年にイ−ストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより２層積層構成で高い効率の有機ＥＬ素子が発表されて以来（非特許文献１参照）、現在にいたる間に様々な有機ＥＬ素子が開発されて一部実用化し始めている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の発光部（以下、有機ＥＬ層と称する）として用いられる有機化合物薄膜の成膜方法としては、加熱蒸着方法が採用されている。該方法においては、一般的にはボート、ルツボなどの容器に薄膜用材料を収容し、外側からヒーターなどで加熱する間接加熱方法が取られている。有機ＥＬ層を形成する場合には、その製膜面積内において中心値から±５％以下に収まる良好な膜厚分布を有することが望まれている。こうした要請に対して点蒸発源に近い蒸着源あるいはラインソースと呼ばれる蒸発源を用いる方法によって、大面積製膜技術の向上が図られている。
【０００４】
一方、有機ＥＬ素子のコストダウンのためには、有機ＥＬ層の材料の利用効率を向上させることが不可欠とされている。現状では、点蒸発源を使用すると材料の蒸気流のほとんどが装置側壁に付着し、製膜基板にはわずかにしか蒸着されないため、その使用効率は非常に低い。このため、ラインソースと呼ばれる線状の蒸発源を用いて、製膜基板一蒸着源距離を短くすることによって、長手方向に良好な膜厚分布を有する、材料の利用効率および大面積化の点で優れた方法が開発されてきている（特許文献１参照）。図５に従来提案されているラインソースを用いた蒸着装置の概略図を示す。該装置は、排気装置５３に連通された真空チャンバー５０内に、有機材料５６を収容する加熱ボート５９を含むラインソース５１を具え、ラインソース５１に対向して基板が設置される。ルツボ５９はヒーターを内蔵し、ヒーター用電源５４に接続されている。ヒーターによる加熱によって、有機材料５６が蒸発して蒸気流５５となり、基板表面に堆積する。基板表面への有機材料の堆積を、膜厚計測用センサー５７に接続された膜厚計測計５８によって監視してもよい。また、側壁に対する有機材料の堆積を防止するための防着板５２を設けてもよい。
【０００５】
ラインソースあるいは点蒸発源型の蒸発源は、その大半が加熱ボート、ルツボ等あるいはその底面に材料を充填させる方法を採用している。しかし、蒸着すべき有機材料はその性質により昇華する材料もあれば、溶融した後に蒸発する材料もある。特に昇華性材料の場合、加熱された壁面に接した材料が優先的に蒸発するために膜厚分布に変化が生じる。このため蒸発源そのものを振動させて蒸着する方法も提案されている。近年では、ルツボ内にセラミックス、金属などの粉体または粉砕体と混合して収容し、ルツボを加熱する有機化合物の蒸着方法が提案されている（特許文献２参照）。これによれば、容器内の熱の伝達が向上し、材料の消費量によらず蒸着速度の低下や昇華効率の低下を改善できるとされている。
【０００６】
また、滑らかかつ均一の有機材料の薄膜を低圧有機蒸着ないし低圧有機分子ビーム蒸着法により形成する方法および装置が提案されている（特許文献３参照）。該文献においては、蒸着すべき有機分子を、独立した蒸発源からキャリアガスを用いて基板へと導く方法が開示されているが、蒸発源および成膜室のそれぞれが独立した排気系を有することを開示していない。
【特許文献１】特開２００３−７４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２３３６７号公報
【特許文献３】特表２００１−５２３７６８号公報
【非特許文献１】C. W. Tang, S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett. 51, 913(1987)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来型のラインソースあるいは点蒸発源型の蒸発源を用いる場合、蒸着させる有機材料の充填毎に真空チャンバーを開放する必要があり、たとえ真空開放をせずとも、保管時に材料中に含まれるガスや水分を飛ばすために充填直後に材料を一度加熱させる前処理が必要となる。また、昇華性材料を用いる場合と溶融後に蒸発する材料とでは最適な加熱条件が異なるため、材料の加熱方法の制御が複雑になる恐れがある。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子に適用される各有機材料は、それぞれ固有の温度−蒸気圧特性を有する。一般に昇華性材料における温度−蒸気圧特性は、その所定の蒸気流を得るための温度範囲が非常に狭く、温度に対して敏感であると言われている。したがって、そのような有機材料を大面積でしかも均一に蒸発させるためには、その温度管理は重要である。しかしながら、蒸発源が大型化するほど熱容量も大きくなり、均熱化までに膨大な時間が必要であり、その温度制御は非常に困難となる。また、蒸発源の大型化にともない、加熱ボート５９ヘの材料の搭載方法も考慮すべき点が多くある。たとえば、量産時に大量に材料を消費すると蒸発材料の表面が蒸着源中で下降し、膜厚分布および蒸着速度に変化をきたす可能性が生じる。
【０００９】
さらに、図５に示すようなラインソース５１を用いて長手方向に対して良好な膜厚分布を得るためには、加熱ボート５９への材料の搭載方法も均一にする必要があり、膜厚分布の再現性、安定性はその搭載方法にもよると考えられる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は以上のような量産時に発生する諸問題を解決し大面積蒸着が可能であるラインソースを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の実施態様である有機薄膜の製造方法は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置に対して、前記蒸着装置外に設置された材料導入部から前記ラインソースに有機材料を気相にて供給し、前記蒸着装置内に配設される基板上に前記有機材料の薄膜を形成する工程を含み、前記材料導入部は前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置を具えたことを特徴とする。本製造方法を、有機ＥＬ素子の方法に利用することが可能である。
【００１２】
本発明の第２の実施態様である有機薄膜の製造装置は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置と、前記蒸着装置外に設置され、前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置に接続されている材料導入部とを具え、前記材料導入部から前記ラインソースに気相の有機材料を前記蒸着装置へと供給し、前記蒸着装置内に配設された基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを特徴とする。本製造装置は、有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層を製造するための装置として有用である。
【００１３】
本発明の第３の実施態様である有機ＥＬ素子の製造方法は、基板上に第１電極を積層する工程と、前記第１電極上に、有機ＥＬ層を形成する工程と、前記有機ＥＬ層上に第２電極を積層する工程とを含み、前記有機ＥＬ層を形成する工程は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置に対して、前記蒸着装置外に設置された材料導入部から前記ラインソースに有機材料を気相にて供給し、前記蒸着装置内に配設される基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを含み、前記材料導入部は前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置を具えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の実施態様である有機ＥＬ素子の製造装置は、第１電極を形成する手段と、有機ＥＬ層を形成する手段と、第２電極を形成する手段とを含み；前記有機ＥＬ層を形成する手段は、真空チャンバー内に設置され、ラインソースを有する蒸着装置と、前記蒸着装置外に設置され、前記蒸着装置と独立に圧力設定可能な構造を有し、かつ前記蒸着装置と独立した排気装置に接続されている材料導入部とを含み；前記材料導入部から前記ラインソースに気相の有機材料を前記蒸着装置へと供給し、前記蒸着装置内に配設された基板上に前記有機材料の薄膜を形成することを特徴とする。
【００１５】
前記第１〜第４の実施態様で、前記材料導入部は、前記有機材料を保持するためのルツボと、前記ルツボを保持するためのルツボ固定手段と、前記ルツボを加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段により前記ルツボを加熱することにより前記有機材料を気化させてもよい。さらに、前記真空チャンバー内に供給された気相の有機材料を拡散させるための遮蔽板を有し、前記遮蔽板を温度調節して遮蔽板に対する有機材料の付着を防止してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
このような構造を取る利点は
・材料導入部が独立しており、材料充填が装置外部で行なわれるので、蒸着チャンバーを大気開放する必要がないこと
・材料導入部が独立しており、有機材料が蒸気として供給されるために、該材料が昇華性であるか溶融性であるかを問わずにラインソースの設計ができること、および
・材料を蒸気で供給するため、材料の蒸発面の影響を考慮する必要がなく、量産時に何回使用しても、膜厚分布や成膜速度の変動が少なく、制御が容易であること
などがあげられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の有機薄膜の形成装置の例を図１に示す。本発明の装置は、真空チャンバー１０と材料導入部２０とがジョイント部２７に設けられたバルブ２１によって区分され、それぞれ独立した真空系となっている。したがって、真空チャンバー１０および材料導入部２０のそれぞれが、独立した排気装置１３ａおよび１３ｂと連通されている。真空チャンバー１０は、ラインソース１１と、ラインソース１１と対向して配置される基板を含む。複数の基板を保持することが可能な基板ホルダ（不図示）を真空チャンバー１０内に設けて、複数の基板に対して同時に製膜を行うことも可能である。ラインソース１１は、材料導入部２０からジョイント部２７を介して連通されるガス分配管２３と、ガス分配管２３と基板との間に位置する遮蔽板１９とを含む。ガス分配管２３および遮蔽板１９は、それぞれ有機材料の付着を防止するための加熱手段（不図示）を含み、該加熱手段は、ヒーター用電源１４に接続されている。真空チャンバー１０内に、膜厚計測用センサー１７を設け、それを膜厚計測計１８に接続して、基板上の成膜状況を確認しながら、有機薄膜の形成を行ってもよい。さらに、真空チャンバー１０の内側側壁に、防着板１２を設けてもよい。防着板１２に加熱手段（不図示）をさらに設けて、有機材料の付着を防止することが好ましい。
【００１８】
本発明のラインソース１１は、ラインソース底部に設けたルツボに有機材料を充填するのではなく、真空チャンバー１０外に設置した材料導入部２０から、ジョイント部２７を介して、ラインソース１１内のガス分配管２３に気相の有機材料がラインソース１１下部より供給される構造になっている。ラインソース１１は、被製膜基板の製膜される領域以上の長さを有する。ラインソース１１上方を被製膜基板が通過すること、あるいは被製膜基板下方を通過することによって、所望の蒸着を行うことが可能である。ラインソース１１内部には、下部からの蒸気流がソース内で一定になるように多数の孔の開いた遮蔽版１９が設置されている。ラインソース１１にヒーターのような加熱手段(不図示）を設置し、ラインソース１１を加熱して気相の有機材料の堆積を防止することが好ましい。
【００１９】
遮敵板１９は、下方に設置したガス分配管２３より供給される有機材料を、上方に設置した基板全面に、偏りなく蒸気を均一に分配させるための構造物である。遮蔽板１９としては、蒸気を遮蔽および分配することが出来る板、構造物等であればよい。その形状や大きさは特に限定されるものではなく、必要に応じて適切な形状、大きさとすればよい。図３に、本発明において用いられる遮蔽板１９の一例の上面図を示す。図３の構造においては、遮蔽板１９の全面にわたって、多数の整流用孔３１を有している。整流用孔３１のそれぞれの形状、大きさおよび分布は、適宜決定することができる。また、遮蔽板１９の材質も特に限定されるものではないが、Ｃｕ、Ｔａ、Ｍｏなどの金属、ＳＵＳなどの合金、あるいはアルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウムなどのセラミックスなど原料の有機材料と反応・結合しないような物質であることが必要である。良好な熱伝導率を有するＣｕやＭｏなどが好ましい。さらに、遮蔽板１９にヒーターのような加熱手段(不図示）を設置し、ヒーター用電源１４に接続して遮蔽板１９を加熱し気相の有機材料の堆積を防止することが好ましい。
【００２０】
ガス分配管２３は、ジョイント部２７に接続され、ジョイント部２７を介して供給される気相の有機材料をラインソース１１全体に均一に分配するための構造物である。ガス分配管２３としては、蒸気を分配することが出来る管など構造物等であればよい。その形状や大きさは特に限定されるものではなく、必要に応じて適切な形状、大きさとすればよい。図４に、本発明において用いられるガス分配管２３の一例の上面図を示す。図４の構造においては、ガス分配管２３は複数の直角の屈曲部を有し、ガス分配管２３の全長にわたって、多数の整流用孔３１を有している。整流用孔３１のそれぞれの形状、大きさおよび分布は、適宜決定することができる。また、ガス分配管２３の材質も特に限定されるものではないが、Ｃｕ、Ｔａ、Ｍｏなどの金属、ＳＵＳなどの合金、あるいはアルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウムなどのセラミックスなど原料の有機材料と反応・結合しないような物質であることが必要である。良好な熱伝導率を有するＣｕやＭｏなどが好ましい。さらに、ガス分配管２３にヒーターのような加熱手段(不図示）を設置し、ヒーター用電源１４に接続してガス分配管２３を加熱し気相の有機材料の堆積を防止することが好ましい。
【００２１】
図２は、本発明の装置に用いられる材料導入部２０の例を示す概略断面図である。材料導入部２０は、有機材料２４を収容するルツボ２５を具え、ルツボ２５は、任意の固定手段により、好ましくはジョイント部２７と正対するように保持される。さらに、ルツボの周囲にヒーター用電源２６に接続されたヒーター２２などの加熱手段を設け、該加熱手段によってルツボ２５中の有機材料２４を昇華または溶融の後に蒸発させ、有機材料を気相として真空チャンバ１０へと導入する。また、材料導入部２０の側壁にもヒーター（不図示）を設け、該ヒーターをヒーター用電源２６に接続して側壁を加熱し、気相状態の有機材料の付着を防止してもよい。
【００２２】
あるいはまた、材料導入部２０にガス導入口（不図示)をさらに設けて、Ｎ２やＡｒのような不活性ガスをキャリアガスとして導入し、ルツボ２５にて蒸発する気相材料を真空チャンバー内ヘ導入する方式の適用も可能である。
【００２３】
本発明の装置において、ジョイント部２７に設けられたバルブ２１を閉止することによって、材料導入部２０内部の圧力を真空チャンバー１０から独立して変化させることが可能である。すなわち、材料導入部２０のみを大気圧に開放して、ルツボ２５内の有機材料２４の補充が可能である。
【００２４】
本発明の有機薄膜の製造方法は、材料導入部２２のルツボ２５内に収容されている有機材料を加熱して蒸発させ、蒸発した気相状態の有機材料をジョイント部２７を経由してラインソース１１内のガス分配管２３へに導入してラインソース１１内に分配し、さらに遮蔽板１９を通して真空チャンバー１０内へと導入され、最終的に被製膜基板上に有機材料を堆積させることを含む。
【００２５】
このように、真空チャンバー１０外部の材料導入部２２で気化された有機材料を真空チャンバー１０内（すなわちラインソース１１内）に導入することができるので、有機材料２４が昇華性材料であるか、溶融後に蒸発する材料であるかを問わずラインソース１１の設計が可能である。また、真空チャンバー１０内に有機材料が気相状態で供給されるため、ラインソース１１の設計時に材料の蒸発面の変化の影響を考慮する必要がなく、量産時に何回使用しても膜厚分布や製膜速度の変動が少なく、製膜時の制御が容易となる。また、前述のように、蒸着によって消費された有機材料をあらたに充填する場合には、真空チャンバー１０全体を大気に暴露することなく、材料導入部２０のみを大気開放して材料の充填を行なうことが可能となる。そして、バルブ２１を閉じた状態で、有機材料中に含まれるガスや水分を飛ばすための加熱前処理を行うことができる。本発明の方法においてはより狭い空間で前処理をすることができるので、この段階における材料の消失を最小限とすることが可能となる。
【００２６】
原料となる有機材料としては、気相堆積法で成膜可能な物質であれば特に限定されるものではなく、種々の有機材料を用いることができる。例えば、ポリアセチレン、ポリイン等の鎖状高分子；ポリアセン（アントラセン等）や金属キレート化合物（銅フタロシアニン等）の分子結晶等の電子共役系有機半導体物質；アントラセン、ジエチルアミン類、ｐ−フェニレンジアミン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＴＭＰＤ）、テトラチオフルバレン（ＴＴＦ）等のドナーとなる化合物と、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）、ｐ−クロラニル等のアクセプタとなる化合物とから構成される電荷移動錯体；色素材料；蛍光材料；液晶材料等を、本発明の有機材料として用いることができる。
【００２７】
基板上への製膜を行う際には、真空チャンバー１０および材料導入部２０の圧力を１０Ｐａ〜１０−７Ｐａに設定した後に、材料導入部２０の側壁、ジョイント部２７、ガス分配管２３、遮蔽板１９および防着板１２の温度を、真空チャンバー１０の設定温度よりも高く設定し、これらの部位への有機材料の付着および再結晶化を防止することが好ましい。さらに、前述の材料導入部２０の側壁、ジョイント部２７、ガス分配管２３、遮蔽板１９および防着板１２は、それぞれ独立したヒーターによって加熱されるので、それぞれの部位に関して最適の温度を設定することが可能となると同時に、各部位が所定の温度に達するまでに要する時間を短縮することが可能となる。
【００２８】
また、有機材料の堆積により形成される有機薄膜の膜厚分布に影響を与えるガス分配管２３および遮蔽板１９の温度分布を適切に制御することが好ましい。ガス分配管２３および遮蔽板１９のそれぞれに関して、全体を３８０〜４００℃の均一な温度に設定してもよい。あるいはまた、ガス分配管２３および遮蔽板１９が独立して制御される複数のヒーターの組を備えて、該複数のヒーターの組を個別に制御することによって、適切な温度分布を達成してもよい。
【００２９】
次に、バルブ２１を開放し、ルツボ２５を通常１５０〜５００℃程度、好ましくは２００〜４００℃程度に加熱して、有機材料２４を蒸発させる。従来型のラインソースを用いる場合、有機材料の装填量が多くラインソース全体（特に加熱ボート内）の熱容量が大きいために、ラインソースが所定の温度に達し一定となるまでに、かなり長い時間が必要であった。しかしながら、本発明の方法においては、有機材料の再装填が容易であること、ならびに基板以外の部位への有機材料の付着を防止することが可能であるので、１回の製膜に用いる有機材料の装填量を少なくしてその熱容量を小さくし、相対的に短い時間で所定の温度に到達することが可能である。
【００３０】
上記の有機薄膜の製造方法および製造装置は、有機ＥＬ素子の製造において利用することが可能である。有機ＥＬ素子は、支持基板上に第１電極、有機ＥＬ層および第２電極を少なくとも含む構造を有する。
【００３１】
支持基板として、ガラスやプラスチックなどからなる絶縁性基板、半導電性や導電性基板に絶縁性の薄膜を形成した基板、またはポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはポリイミド樹脂などから形成される可撓性フィルムなどを用いることができる。
【００３２】
第１電極および第２電極は、それぞれ有機ＥＬ層に対して正孔および電子を注入する陽極または陰極の何れかとして用いられる。陽極は、正孔の注入を効率よく行うために、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電性金属酸化物のような仕事関数が大きい材料を用いて形成される。反射性の陽極が所望される場合には、透明導電性金属酸化物と反射性金属または合金（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの金属またはそれらの合金、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなどのアモルファス金属または合金、あるいはＮｉＡｌなどの微結晶性合金）との積層構造を、陽極として用いることが可能である。また、必要に応じて、透明導電性金属酸化物の表面を、ＵＶ、プラズマ等を用いて処理して、有機ＥＬ層に対する正孔注入性を向上させてもよい。陰極は、たとえばアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウムのような電子注入性金属またはそれらの合金のような仕事関数の小さい材料が望ましい。良好な成膜性および低い抵抗率を達成するためには、アルミニウム合金（特に、アルカリ金属、アルカリ土類金属との合金など）、ＡｇＭｇ合金などを用いることが好ましい。あるいはまた陰極が透明であることが望ましい場合には、前述の電子注入性金属またはそれらの合金の超薄膜（膜厚１０ｎｍ以下）と、透明導電性酸化物との積層体を陰極として用いることが可能である。第１電極および第２電極は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、レーザアブレーションなどの当該技術において知られている方法を用いて形成することができる。
【００３３】
独立して制御可能な発光部をマトリクス状に配列した有機ＥＬ素子が求められる場合、第１電極および第２電極５０を、それぞれ直交する方向に延びるラインパターンを有する複数の部分電極から形成して、電圧を印加した部分電極の交差する部分が発光するパッシブマトリクス駆動型素子を形成してもよい。あるいはまた、基板上に発光部に１対１に対応させたスイッチング素子（ＴＦＴなど）を形成して、該スイッチング素子に１対１に対応させた複数の部分電極から構成される第１電極と接続し、有機ＥＬ層上に一体として形成された第２電極と組み合わせて、いわゆるアクティブマトリクス駆動型素子を形成してもよい。
【００３４】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板側（第１電極側）から光を取り出してもよいし、第２電極側から光を取り出してもよい。光を取り出す方向は、第１又は第２電極の一方を反射性とし、他方を透明とすることによって制御可能である。
【００３５】
有機ＥＬ層は、正孔および電子の注入を受けて、近紫外から可視領域の光、好ましくは青色から青緑色領域の光を発する層である。白色光を発する有機ＥＬ層を用いてもよい。本発明の有機ＥＬ素子を形成するに当たり、前述の有機ＥＬ層を構成するそれぞれの層を本発明の製造方法および製造装置を用いて形成することが望ましい。有機ＥＬ層は、少なくとも有機発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
（上記において、第１電極は有機発光層または正孔注入層に接続され、第２電極は有機発光層または電子注入層に接続される）
【００３６】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物にドーパントを添加することによって、白色光を含む種々の波長域の光を発する有機発光層を形成してもよい。ホスト化合物としては、ジスチリルアリーレン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジトリル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニルアミン（ＴＰＤ）、アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ）等を用いることができる。ドーパントとしては、ペリレン（青紫色）、クマリン６（青色）、キナクリドン系化合物（青緑色〜緑色）、ルブレン（黄色）、４−ジシアノメチレン−２−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−６−メチル−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ、赤色）、白金オクタエチルポルフィリン錯体（ＰｔＯＥＰ、赤色）などを用いることができる。
【００３７】
電子注入層の材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金、アルカリ金属フッ化物などの電子注入性材料の薄膜（膜厚１０ｎｍ以下）としてもよい。あるいはまた、アルカリ金属ないしアルカリ土類金属をドープしたアルミニウムのキノリノール錯体を用いてもよい。電子輸送層の材料としては、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（たとえばＡｌｑ３）などを用いることができる。
【００３８】
正孔輸送層の材料としては、ＴＰＤ、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビフェニルアミン（α−ＮＰＤ）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−トリル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。正孔注入層の材料としては、フタロシアニン類（銅フタロシアニンなど）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。
【００３９】
前述の有機ＥＬ素子に対して、カラーフィルタ層ないし色変換層をさらに設けて、所望の色相の光を発する有機ＥＬ素子を形成してもよい。カラーフィルタ層とは、有機ＥＬ層からの発光の内、特定波長域の光のみを透過させる層である。色変換フィルタとは、有機ＥＬ層からの発光の特定波長域の成分を吸収し別の波長域の光を放出する、いわゆる波長分布変換を行う層である。たとえば、青色〜青緑色の成分を吸収して、赤色光を放射する赤色変換層を設けてもよい。色変換層とカラーフィルタ層を組み合わせて用いて、放出される光の色純度を向上させてもよい。さらに、独立して制御される複数の発光部を有する有機ＥＬ素子を用いる場合、複数種のカラーフィルタ層ないし色変換層を組み合わせて、多色表示ディスプレイを形成することが可能である。色変換層およびカラーフィルタ層は、当該技術において知られている任意の材料から形成することが可能である。
【００４０】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、それらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４１】
（実施例１）
図１に示す製膜装置を用いて、製膜速度の安定性に関しての実証試験を行なった。内容積０．２ｍ３の真空チャンバー１０中に、７７０ｍｍ×１５０ｍｍの取付領域を有する基板ホルダに５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法のガラス基板を１５行３列配置した。遮蔽板１９は８００ｍｍ×２００ｍｍの寸法、および全面にわたって均一に分布した直径３ｍｍの円形整流用孔を有し、開口率（整流用孔の総面積／遮蔽板の総面積）は０．５％であった。遮蔽板１９と基板との距離を１５０ｍｍにした。一方、内容積０．０５ｍ３の材料導入部２０中に、口径５０ｍｍ、深さ１００ｍｍのルツボ２５を設け、その中に１００ｇのトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）を装填した。Ａｌｑ３は、有機ＥＬ素子の電子輸送性材料として一般的に用いられる材料であり、昇華性を有することが知られている。真空チャンバー１０と材料導入部２０とは、内径２０ｍｍのＳＵＳ製パイプであるジョイント部２７にて接続され、該パイプの先端は、均一に分布した直径２ｍｍの円形整流用孔を有する内径４ｍｍのガス分配管２３に接続した。
【００４２】
以上の装置を用いて、目標製膜速度を１０ｎｍ／ｓｅｃに設定し、制御性および昇温過程について検証した。遮蔽板、ジョイント部および材料導入部側壁用のヒーターに関して、４００℃の目標温度を設定した。真空チャンバー１０および材料導入部２０を１０−５Ｐａまで減圧した後に、すべてのヒーターに対して同時に電源を投入した。
【００４３】
電源投入後、各部の温度が安定してから、続いて目標温度３２０℃に設定されたルツボのヒーターの電源を投入した。Ａｌｑ３が加熱され、基板に対する製膜速度が１０ｎｍ／ｓｅｃに到達するまで２時間を要した。一連の実験で、るつぼ内の有機材料は約８ｇ消失した。
【００４４】
（比較例１）
図５に示す従来型の製膜装置を用いて、実施例１と同様に、制御性、昇温過程、および製膜速度の安定性に関しての実証試験を行なった。内容積０．２ｍ３の真空チャンバー１０中に、７７０ｍｍ×１５０ｍｍの取付領域を有する基板ホルダに５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板を１５行×３列に配置し、ガラス基板表面から１５０ｍｍの位置に開口部８５０ｍｍ×３５ｍｍ、深さ５０ｍｍの抵抗加熱ボート５９を配置し、１００ｇのＡｌｑ３を装填した。
【００４５】
次いで、真空チャンバー５０を１０−５Ｐａに減圧し、目標温度４００℃に設定された防着板５２のヒーターに電源を投入した。
【００４６】
電源投入後、各部の温度が安定してから、引き続いて目標温度３２０℃に設定された抵抗加熱ボートのヒーターに電源を投入し、製膜を開始した。Ａｌｑ３が加熱され基板に対する製膜速度が１０ｎｍ／ｓｅｃに到達するまで約５時間を要した。電源投入後、各部の温度が安定するまでにボート内から消失したＡｌｑ３は約２０ｇに及んだ。
【００４７】
（実施例２）
実施例１に記載の装置を用いて、平均膜厚が３００ｎｍとなるように３０秒間にわたって製膜を行い、Ａｌｑ３をガラス基板上に積層させた。
【００４８】
その後、触針式膜厚計にて作製した全てのガラス基板の有機薄膜の膜厚を測定した。その結果、相対膜厚（４５枚のガラス基板の内、最も厚い有機薄膜の膜厚に対する、最も薄い有機薄膜の膜厚の比）が０．９以上であった。この結果から、本発明の薄膜製造方法によって、膜厚分布の少ない、均一な膜厚の薄膜を形成することが出来ることがわかった。
【００４９】
さらに、本発明の装置を用いて、製膜回数に対する膜厚再現性についても検討を実施した。実施例１の装置を用い、途中で有機材料を補充することなしに、３０秒間にわたるＡｌｑ３の製膜を連続５０回繰り返した。第５０回目に得られたＡｌｑ３薄膜は、平均膜厚２９６ｎｍ、相対膜厚が０．９以上を有し、第１回目に得られたＡｌｑ３薄膜と同等の膜厚および膜厚の均一性を有した。このことから、本発明の方法は、製膜を繰り返し行なってルツボ内の有機材料が消費されていった場合においても、高い膜厚再現性を得ることが分かった。
【００５０】
（比較例２）
比較例１に記載の装置を用いて、平均膜厚が３００ｎｍとなるように３０秒間にわたって製膜を行い、Ａｌｑ３をガラス基板上に積層させた。その後、触針式膜厚計を用いて、作製した有機薄膜の膜厚を測定した。その結果、相対膜厚が０．８以下という大きな膜厚分布を有することがわかった。
【００５１】
真空チャンバー５０内に放射温度計を別途設けて、ラインソース５１の温度を監視したところ、ラインソース５１の長手方向において５〜１０℃程度の温度分布が存在することが分かり、このことが大きな膜厚分布を有することの要因の１つであることがわかった。また、有機材料５６をラインソース５１（より具体的には抵抗加熱用ボート５９）内に導入する際の、有機材料の偏りやバラツキも影響していると考えられる。
【００５２】
さらに、製膜回数に対する膜厚再現性についても検討を実施した。比較例１の装置を用い、途中で有機材料を補充することなしに、３０秒間にわたるＡｌｑ３の製膜を連続５０回繰り返した。第１１回目の成膜において、得られたＡｌｑ３薄膜は３６０ｎｍの平均膜厚および０．８の相対膜厚を有し、第１回目に得られたＡｌｑ３薄膜と同等の膜厚および膜厚を再現できなかった。このことから、従来技術の蒸発源を用いる装置の膜厚再現性は低いものであることが分かる。
【００５３】
（実施例３）
実施例１の成膜装置を用いて、有機ＥＬ素子の作製を試みた。ロードロックを有する搬送用真空槽に３組の実施例１の成膜装置を連結して、真空を破らずに基板を各成膜装置に移動できるようにした。７７０ｍｍ×１５０ｍｍの取り付け領域を有する基板ホルダに、膜厚１００ｎｍのＩＴＯを積層したガラス基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を１５行３列に配列して取り付け、ロードロックから搬送用真空槽中に搬入した。
【００５４】
次に、基板ホルダを第１の製膜装置中に搬入し、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにおいて膜厚４０ｎｍのα−ＮＰＤを積層して、ホール輸送層を形成した。そして、基板ホルダを第２の製膜装置中に搬入し、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにおいて膜厚６０ｎｍのＡｌｑ３を積層して、電子輸送性発光層を形成した。最後に、基板ホルダを第３の製膜装置中に搬入し、製膜速度２ｎｍ／ｓｅｃにおいて膜厚１００ｎｍのＡｇ・Ｍｇ合金（Ｍｇ９０質量％）を積層して、電子注入性陰極を形成し、有機ＥＬ素子を得た。
【００５５】
得られた４５個の有機ＥＬ素子に対して、ＩＴＯを陽極、Ａｇ・Ｍｇを陰極として２０Ｖの電圧を印加し、輝度の電流効率を測定した。４５個の素子の平均電流効率は、４ｃｄ／Ａであり、そのバラツキ（平均電流効率に対する、平均電流効率からの最大偏差の比の絶対値）は△１０％以内であった。
【００５６】
（比較例３）
製膜装置として比較例１の装置を用いたことを除いて、実施例３と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００５７】
得られた４５個の素子を評価した結果、実施例３とほぼ同等の平均電流効率を有することがわかった。しかしながら、そのバラツキは△２０％と大きいことがわかった。このバラツキは、比較例２で述べたように、素子の膜厚分布が大きく影響として発生したものと考えている。
【００５８】
以上のように、本発明によれば、有機材料の充填が真空チャンバーから独立した材料導入部で行なわれるので、材料充填時に蒸着チャンバーを大気開放する必要がなく；材料が独立した材料導入部から気相状態で供給されるために、用いる材料が昇華性であるか溶融後に蒸発するものであるかを問わずラインソースの設計ができ；製造時に材料の蒸発面の変化が与える影響を考える必要がなく；量産時に何回使用しても膜厚分布や製膜速度の変動が少なく；有機材料の利用効率が高く；制御が容易で大量生産にも対応が可能な、大面積基板ヘの有機材料の蒸着が可能である、有機薄膜の製造装置および製造方法を実現することができる。該製造装置および製造方法は、大面積の有機ＥＬ素子の製造において特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の蒸着装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の蒸着装置の材料導入部を示す概略断面図である。
【図３】本発明の蒸着装置の遮蔽板の例を示す概略上面図である。
【図４】本発明の蒸着装置のガス分配管の例を示す概略上面図である。
【図５】従来技術のラインソースを用いる蒸着装置の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，５０  真空チャンバー
１１  ラインソース
１２，５２  防着板
１３ａ，ｂ，５３  排気装置
１４，５４  遮蔽板ヒーター用電源
１５，５５  蒸気流
１７，５７  膜厚計測用センサー
１８，５８  膜厚計測計
１９  遮蔽板
２０  材料導入部
２１  バルブ
２２  ヒーター
２３  ガス分配管
２４，５６  有機材料
２５  ルツボ
２６  ヒーター用電源
２７  ジョイント部
３１  整流用孔
５１  ラインソース
５９  抵抗加熱用ボート
【図１】
2005036296.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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