(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機薄膜を形成する有機材料を蒸発させる蒸発容器であって、
筒体と、
前記筒体の側面とは非接触の状態で前記筒体内に挿入された熱放射体と、
前記筒体の側面に形成され、前記筒体の外部と内部とを接続する放出孔と、
前記筒体内に前記熱放射体とは非接触な状態で保持された前記有機材料とを有し、
前記熱放射体に通電して発熱させると、前記有機材料は、前記熱放射体の輻射熱と前記筒体からの熱伝導によって加熱され、前記放出孔から前記有機材料の蒸気が放出されるように構成された蒸発容器。
【請求項２】
前記筒体は円筒であり、
前記放出孔は、前記筒体の側面に複数個列設された請求項１記載の蒸発容器。
【請求項３】
前記熱放射体は棒状に成形された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸発容器。
【請求項４】
真空槽を有し、
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着容器が複数個、前記真空槽内に配置され、前記真空槽内に成膜対象物を配置し、前記真空槽内が真空雰囲気にされた状態で前記蒸発容器から前記有機材料の蒸気を放出させると、前記成膜対象物表面に有機薄膜が形成されるように構成された成膜装置。
【請求項５】
前記複数の蒸発容器には、大径のものと小径のものとが含まれる請求項４記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機化合物の薄膜を形成する技術に係り、特に、有機化合物から蒸気を発生させる蒸発容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、消費電力や厚さの点で優れていることから、表示装置の分野において、有機ＥＬ表示装置が注目されている。
【０００３】
図１０に示した有機ＥＬパネル１０１は、ガラス基板１０２上に予め透明導電膜１０３が形成されており、そのガラス基板１０２を、図９の蒸着装置１１２内に搬入し、透明導電膜１０３上に、第１層目の有機薄膜１０４や第２層目の有機薄膜１０５を形成し、次いで、第２層目の有機薄膜１０５表面に、電子注入層１０６とカソード電極膜１０７とを形成すると、有機ＥＬパネル１０１が得られる。
【０００４】
このような有機ＥＬパネル１０１は、透明導電膜１０３をアノード電極とし、カソード電極膜１０７との間に電圧を印加すると、第１層目と第２層目の有機薄膜１０４、１０５の界面付近において電子とホールが結合し、ＥＬ光１０８が生成され、透明導電膜１０３とガラス基板１０２を透過し、外部に放射される。
【０００５】
そして、透明導電膜１０３とカソード電極膜１０７とを複数本、互いに直交配置するように形成し、電圧が印加された透明電極膜１０３とカソード電極膜１０７の交差部分が発光するように構成すると、電圧を印加する透明電極膜１０３とカソード電極膜１０７とを選択することで、所望の文字や図柄を表示することができる。
【０００６】
上記のような有機薄膜１０４、１０５を形成する従来技術の成膜装置１１２では、真空槽１１７の天井付近に基板ホルダ１１９が配置されており、成膜対象の基板１１８は、成膜面が鉛直下方を向いた状態で、基板ホルダ１１９に保持されるようになっている。
【０００７】
真空槽１１７の底壁上には、複数個の有機蒸着源１１０ａ、１１０ｂが配置されている。
【０００８】
各有機蒸着源１１０ａ、１１０ｂは、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂをそれぞれ有しており、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂ内には、有機薄膜の母材となる有機化合物１２８ａや、発色剤等の添加物となる有機化合物１２８ｂが配置されている。
【０００９】
各有機蒸着源１１０ａ、１１０ｂから有機化合物１２８ａ、１２８ｂの蒸気を放出させる場合には、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂ底面に配置されたヒータ１１５ａ、１１５ｂに通電し、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂを加熱し、有機化合物１２８ａ、１２８ｂを昇温させる。
【００１０】
このとき、有機蒸着源１１０ａ、１１０ｂの上方に配置されたシャッタ１１６ａ、１１６ｂを予め閉じておき、昇温した有機化合物１２８ａ、１２８ｂから蒸気が発生し、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂの外部に放出されても、その蒸気は基板１１８に到達しないようにしておく。
【００１１】
有機化合物１２８ａ、１２８ｂの温度が安定し、蒸発容器１１１ａ、１１１ｂから放出される蒸気が一定値に安定した後、シャッタ１１６ａ、１１６ｂを開けると、蒸気は基板１１８に到達し、基板１１８表面に有機薄膜が成長する。
【００１２】
このとき、基板ホルダ１０９を回転させることで、基板１１８を水平面内で回転させ、基板１１８表面に形成される有機薄膜の膜厚が均一になるようにしている。
【００１３】
しかしながら上記のように基板１１８を回転させた場合、膜厚は同心円の円周方向では一定になるが、回転の中心付近と外縁付近の間では膜厚分布が生じてしまう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、均一な膜厚分布が得られる蒸発容器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、有機薄膜を形成する有機材料を蒸発させる蒸発容器であって、筒体と、前記筒体の側面とは非接触の状態で前記筒体内に挿入された熱放射体と、前記筒体の側面に形成され、前記筒体の外部と内部とを接続する放出孔と、前記筒体内に前記熱放射体とは非接触な状態で保持された前記有機材料とを有し、前記熱放射体に通電して発熱させると、前記有機材料は、前記熱放射体の輻射熱と前記筒体からの熱伝導によって加熱され、前記放出孔から前記有機材料の蒸気が放出されるように構成された蒸発容器である。
請求項２記載の発明は、前記筒体は円筒であり、前記放出孔は、前記筒体の側面に複数個列設された請求項１記載の蒸発容器である。
請求項３記載の発明は、前記熱放射体は棒状に成形された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸発容器である。
請求項４記載の発明は、真空槽を有し、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着容器が複数個、前記真空槽内に配置され、前記真空槽内に成膜対象物を配置し、前記真空槽内が真空雰囲気にされた状態で前記蒸発容器から前記有機化合物の蒸気を放出させると、前記成膜対象物表面に有機薄膜が形成されるように構成された成膜装置である。
請求項５記載の発明は、前記複数の蒸発容器には、大径のものと小径のものとが含まれる請求項４記載の成膜装置である。
【００１６】
本発明の有機蒸発源と成膜装置は上記のように構成されており、複数の放出孔を有する筒体内部の空間中に有機材料を収容し、棒状の熱放射体を挿入し、密閉した状態で昇温させ、放出孔から有機材料の蒸気を放出させるようになっている。
【００１７】
筒体をカーボン等の熱伝導性が高い材料で構成させると筒体内部の有機材料は、熱放射体の熱放射と、熱放射体の放射熱によって昇温した筒体からの伝導熱によって加熱され、筒体内部に充満し、放出孔から放出される。筒体が、高熱伝導性材料が一体性形成されて成る円筒や角筒である場合には、熱伝導性が高いので望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１を参照し、符号２は、本発明の一例の成膜装置を示している。
この成膜装置２は、真空槽１４を有しており、その底壁側には有機蒸着源５が配置されており、天井側には基板ホルダ１９が配置されている。
【００１９】
有機蒸着源５は、複数個の蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3(ここでは５個)で構成されている。
【００２０】
各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3は、径は異なるが長さと内部構造は同一であるため、その例として図４に代表的な蒸発容器１３を示し、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の構成を説明する。
【００２１】
蒸発容器１３は、有機材料収容部２１と、発熱部２２とを有している。図４の蒸発容器１３のＡ−Ａ線断面図を図５に示す。また、有機材料収容部２１を図６(ａ)に示し、発熱部２２を同図(ｂ)に示す。
【００２２】
図４〜図６を参照し、有機材料収容部２１は、有底で円筒形形状の筒体２３と、該筒体２３の側面に穿設された複数の放出孔２４とを有している。複数の放出孔２４は、筒体２３の中心軸線の方向に沿って、筒体２３の側面に横一列に列設されている。
【００２３】
各放出孔２４は、筒体２３の厚み方向に貫通されており、筒体２３の内部空間は、各放出孔２４によって筒体２３の周囲の空間に接続されている。
【００２４】
発熱部２２は、容器状の蓋部２８と、一端が蓋部２８の底面に固定された棒状の熱放射体２６と、熱放射体２６内部に挿通され通電されると熱放射体２６を昇温させる抵抗発熱体２７とを有している。この抵抗発熱体２７は熱放射体２６の蓋部２８に固定された一端部分から内部に挿通されており、電源に接続する端子にするため、蓋部２８の底面の外側にだけ露出されている。
【００２５】
熱放射体２６を筒体２３内に向け、筒体２３内部に挿通し、蓋部２８によって筒体２３を蓋すると、筒体２３の開口部分が塞がれる。熱放射体２６の先端部分は筒体２３の底面とは非接触の状態にあり、熱放射体２６は筒体２３の中心軸線上に位置するようになっている。
【００２６】
蓋部２８が筒体２３の開口部分を塞いだ状態では、筒体２３の内部空間２５は、放出孔２４によって筒体２３の外部空間と接続されるようになっている。
【００２７】
５個の蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3は上記のような構造になっており、５個の蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3は、大径の蒸発容器１１1、１１2と、小径の蒸発容器１２1〜１２3の２種類によって構成されている。
【００２８】
大径の蒸発容器１１1、１１2の筒体２３と熱放射体２６は、小径の蒸発容器１２1〜１２3の筒体２３と熱放射体２６よりも大径であるが、長さは同じになっている。
【００２９】
図５の符号２９は、各蒸発容器１３の筒体２３内に置かれた有機材料を示している。大径の蒸発容器１１1、１１2内には、母材となる有機材料を配置し、小径の蒸発容器１２1〜１２3内には、ドーパンドとして用いられる有機材料を配置する。
【００３０】
そして、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3を水平に横倒しにし、放出孔２４を上に向け、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の筒体２３の開口部分を蓋部材２８によって塞ぎ、蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の内部空間２５を密閉する。
【００３１】
次いで、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の放出孔２４を真上に向けた状態で真空槽１４内に水平に配置し、有機蒸着源５を構成させる。
【００３２】
この状態では、筒体２３の開口部分は蓋部材２８によって塞がれているため、筒体２３の内部空間２５は複数の放出孔２４によってだけ真空槽１４の内部空間とつながっている。
【００３３】
また、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3は互いに平行に所定間隔で配置されている。ここでは各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の筒体２３の中心は、同じ高さになるように配置されているが、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の筒体２３の放出孔２４が同じ高さになるように配置してもよい。
【００３４】
また、後述する成膜対象の基板１８が長方形又は正方形である場合、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の端部を結ぶ直線が、蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の筒体２３の中心軸線に対して垂直になり、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3が、基板１８と相似な長方形又は正方形の面内に配置されるようにする。
【００３５】
また、ここでは母材用の蒸発容器１１1、１１2とドーパント用の蒸発容器１２1〜１２3とは、互いに交互に配置されている。各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の抵抗発熱体２７を電源に接続し、真空槽１４に接続された不図示の真空排気系を動作させ、真空槽１４内を真空排気する。このとき、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の筒体２３内も真空排気される。
【００３６】
次いで、真空槽１４内部の真空雰囲気を維持しながら、成膜対象の基板を真空槽１４内に搬入し、成膜面を有機蒸着源５に向けた状態で基板ホルダ１９に保持させる。図１の符号１８は、その状態の基板を示している。
【００３７】
この成膜装置２では、有機蒸着源５と基板ホルダ１９の間にシャッタ７１が配置されている。図３の斜視図に、基板１８とシャッタ７１と有機蒸着源５の相対的な位置関係を模式的に示す。
【００３８】
シャッタ７１は、櫛状になっており櫛の歯の部分から成る複数の遮蔽部７７1〜７７5は蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3と同じ間隔で平行に配置されている。
【００３９】
シャッタ７１は、図示しない移動機構に取り付けられており、先ず、シャッタ７１を移動させ、各遮蔽部７７1〜７７5が蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の真上に位置したところで静止させた後、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3の発熱部２２に通電して発熱させる。
【００４０】
筒体２３は、カーボンによって構成されており高い熱伝導性を有するため、発熱部２２の発熱によって均一に昇温し、筒体２３内の有機材料２９は発熱部２２から放射される熱と筒体２３から伝導される熱の両方によって満遍なく加熱されるようになっている。そして、有機材料２９が昇温すると、筒体２３の内部空間２５内に有機材料２９の蒸気が放出される。
【００４１】
筒体２３の開口は蓋部材２８によって塞がれているため、内部空間２５内に充満した有機材料２９の蒸気は放出孔２４を通って真空槽１４内に放出される。
【００４２】
筒体２３が有するコンダクタンスは小さいため、有機材料２９を一定の最低温度Ｔx以上の温度に昇温させると、筒体２３内部の圧力を有機材料２９の種類で決まる飽和蒸気圧にすることができる。
【００４３】
ここで、筒体２３内部を飽和蒸気圧にできる最低温度Ｔxは、有機材料２９の種類の他、複数の放出孔２４の合計のコンダクタンスＣの大きさに依存する。
【００４４】
本発明に用いられた筒体２３では、最低温度Ｔxよりも、数℃〜十数℃昇温させた運転温度Ｔoに昇温させたときに、出孔２４からの蒸気放出量が十分確保でき、且つ、運転温度Ｔoが有機材料２９が分解しない温度になるようにコンダクタンスＣが設定されている。
【００４５】
このような運転温度Ｔoに有機材料２９が昇温するまでは、放出孔２４の真上位置に遮蔽部７７1〜７７5を置いておくと、昇温中の有機材料２９から放出された蒸気は遮蔽部７７1〜７７5に衝突し、その表面に付着する。この状態では、各筒体２３の放出孔２４から放出された蒸気は基板１８に到達しない。
【００４６】
有機材料２９が運転温度Ｔoに昇温した後、シャッタ７１を移動させ、図２に示すように遮蔽部７７1〜７７5を放出孔２４の真上位置から取り除くと、蒸気は遮蔽部７７1〜７７5間に存する隙間７８1〜７８4を通過し、基板１８の表面に到達する。
【００４７】
蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3から放出された蒸気は、隙間７８1〜７８4を通過すると広がり、基板１８の表面には拡散した状態で到達する。
【００４８】
ここで用いた有機蒸着源５では、母材用の蒸発容器１１1、１１2とドーパント用の蒸発容器１２1〜１２3とが交互に配置されているため、大径の蒸発容器１１1、１１2から放出された母材の蒸気と小径の蒸発容器１２1〜１２3から放出されたドーパントの蒸気の両方が、基板１８の表面に均一に到達し、基板１８には、均一な有機薄膜が形成される。
【００４９】
なお、基板１８表面に形成される有機薄膜の均一性を一層高めるためには、基板１８と有機蒸着源５とを相対的に移動させたり、基板１８を静止させた状態で、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3を筒体２３の中心軸線とは垂直な方向に、水平面内で小刻みに振動させてもよい。この場合には、シャッタ７１も各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3と同期して振動する。
【００５０】
なお、各蒸発容器１１1、１１2、１２1〜１２3を静止させ、基板１８を、筒体２３の中心軸線とは垂直な方向に、水平面内で小刻みに振動させてもよい。
【００５１】
以上は、２種類の有機化合物を使用し成膜装置２について説明したが、本発明は３種類以上の有機化合物を用いる成膜装置も、１種類の有機化合物だけを用いる成膜装置も含まれる。
【００５２】
図７(ａ)の符号３は、１種類の有機化合物を用いて基板１８に有機薄膜を成膜する成膜装置を示している。
同図の符号６は、同じ直径から成り、同じ有機化合物が納められた蒸発容器３１1〜３１3、３２1、３２2から成る有機蒸着源を示している。
【００５３】
蒸発容器３１1〜３１3、３２1、３２2は、ここでは５個配置されており、それぞれ側面に放出孔３５、３６が列設されている。
【００５４】
図７(ｂ)に、この有機蒸着源６の平面図を示す。
各蒸発容器３１1〜３１3、３２1、３２2は同一水平面内に位置し、互いに平行に等間隔で配置されており、奇数番目の蒸発容器３１1〜３１3の放出孔３５と、偶数番目の蒸発容器３２1、３２2の放出孔３６とは、千鳥状に配列されている。
【００５５】
点線は有機蒸着源６の上方に位置する基板の縁であり、各蒸発容器３１1〜３１3、３２1、３２2の基板１８からはみ出た位置にはモニタ用の放出孔３５'、３６'が設けられており、有機蒸着源６の上方位置のシャッタ７１の近傍に配置された膜厚センサ３３に、モニタ用の放出孔３５'、３６'から放出された有機化合物蒸気が付着すると、膜厚センサ３３への有機蒸気の付着量によって、基板１８の表面に形成される有機薄膜の成長速度を測定できるようになっている。
【００５６】
この有機蒸着源６の場合も、基板１８に対して相対的に振動すると、基板１８面内の膜厚分布が一層均一になる。この場合の振動方向は、水平面内であり、蒸発容器３１1〜３１3、３２1、３２2の中心軸線とは垂直な方向である。有機蒸着源６が振動する場合、シャッタ７１も有機蒸着源６と一緒に振動する。
【００５７】
次に、本発明の他の例を説明する。
図８(ａ)の符号４は、本発明の一例の成膜装置を示している。
この成膜装置４内には、筺体容器４５が配置されており、該筺体容器４５内には、上記大径の蒸発容器１１1〜１１3と同じ構造及び大きさの蒸発容器４１と、小径の蒸発容器１２1、１２2と同じ構造及び大きさの蒸発容器４２とが配置されている。
【００５８】
２個の蒸発容器４１、４２は、互いに平行であって水平面内に配置されている。筺体４５には、蒸発容器４１、４２の側面に形成された複数の放出孔の列設方向と同じ方向に延びた細長の開口４６が形成されている。
【００５９】
２個の蒸発容器４１、４２内には、母材の有機化合物とドーパントの有機化合物がそれぞれ配置されており、蒸発容器４１、４２内の熱放射体を発熱させると、各蒸発容器４１、４２の放出孔から有機化合物の上記が筺体容器４５内に放出され、筺体容器４５内で混合された後、筺体容器４５の開口４６から真空槽１４内に放出されるようになっている。
【００６０】
筺体容器４５は、水平面内で移動可能に構成されており、真空槽１４の天井側に配置された基板ホルダ１９の鉛直下方位置から筺体容器４５を退避させた状態で、真空槽１４内を真空排気する。図８(ａ)の符号４５は、退避した状態の筺体容器４５を示している。
【００６１】
真空槽１４内の真空雰囲気を維持した状態で真空槽１４内に成膜対象の基板１８を搬入し、成膜面を鉛直下方に向け、基板ホルダ１９に保持させる。
【００６２】
次いで、蒸発容器４１、４２内の熱放射体を昇温させ、蒸発容器４１、４２内の有機化合物から蒸気を放出させる。２個の蒸発容器４１、４２から放出された蒸気が筺体容器４５内に充満し、
【００６３】
この状態では、開口４６から有機化合物の蒸気が放出されるが、筺体容器４５は、基板１８の鉛直下方位置から退避されており、開口４６の鉛直上方には基板１８は存しないから、開口４６から放出された蒸気は基板１８には到達せず、基板１８表面には有機化合物の薄膜は成長しない。
【００６４】
蒸発容器４１、４２内の熱放射体の温度が安定し、開口４６から有機化合物の蒸気が安定に放出されるようになった後、筺体容器４５を、開口４６の延設方向とは垂直な方向に水平移動させる。
【００６５】
筺体４５の移動に伴い、その内部に配置された蒸発容器４１、４２も一緒に移動するため、筺体４５は、開口４６から有機化合物の蒸気を放出しながら移動する。
【００６６】
筺体容器４５の移動方向の上方には、成膜対象の基板１８が配置されており、筺体容器４５が基板１８の鉛直下方位置を通過する際に、開口４６から放出された有機化合物の蒸気は基板１８の全表面に均一に到達し、基板１８表面に有機化合物の薄膜が形成される。図８(ｂ)の符号４５は、基板１８の鉛直下方位置を通過中の筺体容器４５を示している。
【００６７】
本発明の蒸発容器４１、４２は、側面に放出孔が列設されているため、基板１８に対して相対的に移動させ、放出孔から放出される有機化合物の蒸気で基板１８表面を走査することで、基板１８の表面に均一な有機薄膜を形成することができる。
【００６８】
なお、上記筒体２３は円筒であったが、角筒であってもよい。その場合には、放出孔は角筒の側面上、又は側面の交差部分である辺上に設け、上方に向けることができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、有機材料を均一に加熱することができる。
また、筒体内部を飽和蒸気圧にした状態で放出孔から蒸気を放出させるので、筒体内部の有機化合物から放出される蒸気の量が変動しても筒体内部の飽和蒸気圧は変化せず、放出孔から一定量の蒸気を放出することができる。
【００７０】
熱放射体を加熱対象である有機材料や筒体とは非接触な状態にして筒体内に保持し、有機材料を熱輻射によって加熱するので、有機材料から放出される蒸気の熱応答性がよい。従って、有機材料から放出される蒸気の立ち上げ時間が短縮し、また、放出量の制御性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸発容器とその蒸発容器を用いた成膜装置を説明するための図(１)
【図２】本発明の蒸発容器とその蒸発容器を用いた成膜装置を説明するための図(２)
【図３】基板とシャッタと蒸発容器の相対的な位置関係を説明するための斜視図
【図４】蒸発容器の詳細図
【図５】その断面図
【図６】(ａ)：有機材料収容部の詳細図    (ｂ)：発熱部の詳細図
【図７】(ａ)：本発明の他の例の成膜装置    (ｂ)：その有機蒸着源の平面図
【図８】(ａ)、(ｂ)：本発明の更に他の例の成膜装置の動作を説明するための断面図
【図９】従来の成膜装置を説明するための断面図
【図１０】有機ＥＬ素子を説明するための図
【符号の説明】
１１、１１1〜１１3、１２、１２1、１２2、１３……蒸発容器
２３……筒体
２６……熱放射体
２４……放出孔
２９……有機材料
２、３、４……成膜装置
１４……真空槽
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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