JP6013077B2 - 真空蒸着装置及び有機el装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また有機EL素子は、一方又は双方が透光性を有する2つの電極を対向させ、この電極の間に有機化合物からなる発光層を積層したものである。
有機EL装置は、自発光デバイスであるため、ディスプレイ材料として使用すると高コントラストの画像を得ることができる。また、発光層の材料を適宜選択することにより、種々の波長の光を発光することができる。さらに白熱灯や蛍光灯に比べて厚さが極めて薄く、且つ面状に発光するので、設置場所の制約が少ない。
また、機能層205は、複数の有機化合物又は導電性酸化物の薄膜が積層されたものである。代表的な機能層205の層構成は、透明電極層203側から順に正孔注入層208、正孔輸送層210、発光層211、電子輸送層212、及び電子注入層215を有するものである。
ここで上記した各層の内、機能層205は、前記した様に複数の有機化合物の薄膜が積層されたものであり、各薄膜はいずれも真空蒸着法によって成膜される。
即ち、前記した様に機能層205は複数の有機化合物の薄膜が積層されたものであるから、機能層205を形成するには、複数回に渡って真空蒸着を行う必要がある。
また裏面電極層206は、アルミニウムや銀等の金属薄膜であり、真空蒸着法によって成膜される。
ここで旧来の真空蒸着装置は、一種類の薄膜だけしか蒸着することができないものであった。例えば、有機EL装置の機能層205は、正孔注入層208、正孔輸送層210、発光層211、電子輸送層212、及び電子注入層215によって構成されているが、旧来の方法では、これらが別々の真空蒸着装置によって成膜されていた。
従って、旧来は、真空蒸着装置に対して基板を出し入れする作業を頻繁に行う必要があった。そのため旧来の方法は、作業効率が低く、改善が望まれていた。
この問題を解決する方策として、一つの成膜室で複数の薄膜層を成膜することができる真空蒸着装置が特許文献1,2に提案されている。
また各分散装置には、それぞれ複数の蒸発部が接続されており、各蒸発部から分散容器に成膜材料の蒸気が供給される。そして各分散容器に放出ノズルが接続されており、放出ノズルから成膜室内に成膜材料の蒸気が放出されて基板に成膜される。
特許文献1,2に開示された真空蒸着装置では、放出ノズルを閉鎖するシャッターが設けられている。また特許文献1,2に開示された真空蒸着装置では、シャッターに開口が設けられている。そしてシャッターをずらしてシャッターの開口を放出ノズルと一致させて放出ノズルを開放する。
また放出ノズルを閉鎖するシャッターには、図30(特許文献1の図6を引用)の様な、ジグザグ状の開口が設けられている。特許文献1では、シャッターを平行にずらして、各系統のノズルだけを単独で開放することができる。即ち13a系統のノズルだけを開放する場合と、13b系統のノズルだけを開放する場合と、13c系統のノズルだけを開放する場合を選択することができる。
また特許文献1では、2系統のノズルを同時に開き、残る1系統のノズルを閉鎖することもできる。
即ち13a系統のノズルと13b系統のノズルを開放し、13c系統のノズルを閉鎖することができる。また13b系統のノズルと13c系統のノズルを開放し、13aのノズルを閉鎖することもできる。
特許文献2においても、図31(特許文献2の図4を引用)の様に3系統の放出ノズルを有している。そしてシャッターをずらし、開口の下に放出ノズルがある場合には放出ノズルが開放され、蓋の部分に放出ノズルがあれば放出ノズルが閉鎖された状態となる。
ここで「ポイントソース」とは、成膜材料を放出するための放出開口を1個だけ有するものである。
「ポイントソース」は、構造が簡単であるというメリットを有する反面、成膜された膜の厚さにむらが生じ易いという欠点がある。
そのため「ポイントソース」を採用する真空蒸着装置は、放出開口からある程度の距離をおいた位置に基材を設置し、さらに基材を回転させつつ成膜を行う必要がある。このため、蒸発させた材料のうち基材に堆積されない無駄となる材料の比率が大きく、すなわち、蒸発部に仕込んだ材料の内、基材表面に堆積される材料の比率である、材料使用効率が低いという欠点がある。
「ラインソース」は、生産性が高いというメリットを有するが、やはり成膜された膜の厚さにむらが生じ易いという欠点がある。また、移動させながら成膜するために、超高真空の成膜室のMD方向(機械送り方向)の長さを、基材のMD方向の長さの2倍以上とする必要がある。
「エリアソース」は、他の形式の成膜材料放出部を採用した場合に比べて成膜された膜の厚さにむらが少ないという利点がある。そのため「エリアソース」を採用する場合には、基材を静止して成膜を行うことができる。また基材を成膜材料放出部に近づけることができ、成膜室を小型化できるという利点がある。また、前述の材料使用効率を高くできるという利点があり、有機EL装置の機能層を構成する高価な有機材料を無駄に消費しなくても済むので、原料コストを抑えた製法となる。
しかしながら、特許文献1,2に開示された真空蒸着装置は、「エリアソース」の利点を十分に発揮することができず、基材に形成される膜の厚さが不均一になり易いという問題がある。また、有機EL装置の機能層を構成する複数の層や接続層を同一の成膜室で形成することが困難である。すなわち、前記層の内、発光層や接続層は、ドーピング材料がホスト材料にドープされた共蒸着層とすることが好ましいが、様々な組み合わせで自由に共蒸着することが特許文献1,2に開示された真空蒸着装置では困難である。つまり、特許文献1,2に開示された真空蒸着装置でも共蒸着すること自体や、共蒸着の組み合わせを変更することは、シャッターをセッティングすることで可能であるが、そのセッティングは、成膜室を開放して実施する必要があり、超高真空状態を維持したままで、同一の基材への成膜の途中で共蒸着の組み合わせを変更することはできない。
そのため、先に引用した図29(特許文献1の図5を引用)や、図31(特許文献2の図4を引用)からも明らかな様に、放出開口どうしの間隔を広く取らなければならない。そのため放出開口を密に配置することができない。また放出開口の数に限界がある。そのため特許文献1,2に開示された真空蒸着装置は、「エリアソース」を採用しているにも係わらず、基材に形成される膜の厚さにばらつきが生じやすいという問題がある。
本発明は、減圧可能であって基材を設置可能な成膜室と、基材に対して成膜材料の蒸気を放出する放出開口が複数設けられた成膜材料放出部を有し、成膜材料放出部から成膜材料の蒸気を放出して基材に成膜する真空蒸着装置において、成膜材料を蒸発させる蒸発部を複数有し、1または複数の蒸発部によって構成される一組の蒸発部グループと、複数の放出開口によって構成される一組の開口グループが接続されて一つの放出系統を形成し、前記放出系統が複数存在する流路構成を備えており、成膜材料放出部を平面視したとき、各放出開口は略均一に分布し、放出系統の数をNとしたとき、各放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に(N−1)個の放出開口は互いに異なる放出系統に属し、且つ各放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に2個の放出開口を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成することを特徴とする。
さらに、本発明の構成によれば、各放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に2個の放出開口を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成する。すなわち、1つの放出開口を基準として考えると、2個の放出開口と結ぶことで、それぞれ等辺を形成する。そのため、隣接する2個の放出開口との距離が等しく、「エリアソース」を形成する各放出開口の間隔を狭くすることができる。それ故に、本発明の真空蒸着装置は、放出開口の数をより多くすることができ、基材にむらなく成膜を行うことができる。
請求項2に記載の発明は、前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口と一致させることで、全ての成膜材料放出部の放出開口が開放状態となり、前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口からずらすことで、全ての成膜材料放出部の放出開口が閉塞状態になることを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置である。
なお、ここでいう「真空状態」とは、10-3(10のマイナス3乗)Pa以下の真空度を有する状態を指す。真空度は低ければ低いほど好ましい。本実施形態の具体的な真空度は1×10-3(10のマイナス3乗)〜1×10-9(10のマイナス9乗)Paの範囲であり、1×10-5(10のマイナス5乗)〜1×10-9(10のマイナス9乗)Paの範囲が望ましい。
基板搬送装置12は、基板11(基材)を搬送する装置であり、成膜室2に対して基板11の出し入れや、所望の成膜位置に基板11を固定する機能を有する。即ち、基板搬送装置12は、基板11を所定の成膜位置まで搬送したり、成膜室2の外部から搬入口を介して成膜室2の内部に基板11を搬入したり、成膜室2の内部から搬出口を介して成膜室2の外部へ基板11を搬入したりすることが可能である。
本実施形態では、成膜室2内に膜厚センサー27,28,29がある。
蒸発室21には、固体状又は液体状の成膜材料16a(成膜材料16b〜16j)を気体状の成膜蒸気18a(18b〜18j)に変換する蒸発空間25がある。
なお、以下の説明においては、成膜材料16a〜16jの性状を区別するため、蒸気となった成膜材料16(16a〜16j)を成膜蒸気18(18a〜18j)と称する。
加熱手段23は、坩堝22を加熱する部材であり、加熱手段24は、蒸発室21全体を加熱する部材である。加熱手段23,24はともに公知のヒーターを使用している。
即ち坩堝22の周りには、加熱手段23が設けられており、加熱手段23によって成膜材料16a(16b〜16j)を加熱し、気化又は昇華することが可能となっている。蒸発室21の周りにも加熱手段24が設けられており、成膜時において成膜材料16a(16b〜16j)の気化温度よりもやや高い温度に維持することができる。
成膜材料16の性状は、粉体やペレット状の固体や、半練り状の流動体、あるいは液体などが採用可能である。即ち、成膜材料16は、液状や粉末状、粒状の物質である。なお、本実施形態では、粉末状の成膜材料16を使用している。
マニホールド群6を構成するマニホールド部66,67,68は、図5の様にいずれも外形形状が略正方形であって板状の本体部37,38,39を持つ。図6に示す様に本体部37,38,39の内部は空洞である。即ちマニホールド部66,67,68は、図6に示すように、上板70と下板71及びこれらを繋ぐ周壁72を有し、内部に空洞部73がある。そして各マニホールド部66,67,68の上面(上板70)には、多数の延長管75,76,77が設けられている。なお作図の関係上、延長管の数は、実際よりも相当に少なく図示されている。
即ち最上部のマニホールド部(以下、上部マニホールド部)66に設けられた延長管75はいずれも短く、その下のマニホールド(以下、中間マニホールド部)67に設けられた延長管76は中程度の長さを持つ。そして最も下のマニホールド(以下、下部マニホールド部)68に設けられた延長管77は最も長い。
即ち上部マニホールド部66に付属する放出開口80は、全て第1開口グループに属し、中間マニホールド部67に付属する放出開口81は、全て第2開口グループに属し、下部マニホールド部68に付属する放出開口82は、全て第3開口グループに属する。
なお本実施形態では、個々の開口グループに属する放出開口80,81,82に設けられた絞り85,86,87の開口径及び開口面積は同一である。
最も大きな放出開口80と最も小さな放出開口80とは、小さな放出開口80とを基準として16倍の開きがある。両者の倍率は、2倍以上30倍以下であることが望ましい。また3段階に開きを設ける場合には、各差が2倍から6倍程度であることが適当である。
また本実施形態では、各マニホールド部66,67,68の全面に加熱手段35,36が設けられている。即ち各マニホールド部66,67,68の本体部37,38,39であって、ハッチ30を除く部分と、各延長管75,76,77に加熱手段35が設けられている。またハッチ30には、別の加熱手段36が設けられている。
加熱手段35,36は共に公知のヒーターを使用している。
また本実施形態では、ハッチ30に設けられた加熱手段36が、他の部位に設けられた加熱手段35から独立している。そして図8に示すように、ハッチ30に設けられた加熱手段36は、リレー50によってオンオフされ、他の部位に設けられた加熱手段35は、リレー51によってオンオフされる。そのため、ハッチ30に設けられた加熱手段36だけを独立して停止することができる。
下部マニホールド部68には、トンネル管は無い。
また中間マニホールド部67に設けられた延長管76は、上部マニホールド部66のトンネル管88を通過して上部マニホールド部66の上に突出している。
さらに下部マニホールド部68に設けられた延長管77は、中間マニホールド部67に設けられたトンネル管89と上部マニホールド部66のトンネル管88を通過して上部マニホールド部66の上に突出している。従って、全てのマニホールド部66,67,68に属する放出開口80,81,82は、マニホールド群6の上側にある。また放出開口80,81,82の高さは、すべて同じである。
なお、図13において、1,2,3の番号は、属する開口グループを表している。
即ち番号1が付された開口は、第1グループに属する放出開口80であり、番号2が付された開口は、第2グループに属する放出開口81であり、番号3が付された開口は、第3グループに属する放出開口82である。
延長管75,76,77の数についても同様である。
例えば、第1開口グループに属する放出開口80に隣接する放出開口は、いずれも第2開口グループに属する放出開口81又は第3開口グループに属する放出開口82である。また第2開口グループに属する放出開口81に隣接する放出開口は、いずれも第1開口グループに属する放出開口80又は第3開口グループに属する放出開口82である。第3開口グループに属する放出開口82に隣接する放出開口は、いずれも第1開口グループに属する放出開口80又は第2開口グループに属する放出開口81である。
そして、図14に示されるように放出開口80と、当該放出開口80から距離の近い順に、2個の放出開口80を繋ぐ図形161は二等辺三角形を構成しており、本実施形態では、正三角形を構成している。また、図形161の重心には、放出開口80以外の放出開口、すなわち、放出開口81又は放出開口82が位置している。
同様に、図15に示されるように放出開口81と、当該放出開口81から距離の近い順に、2個の放出開口81を繋ぐ図形162は二等辺三角形を構成しており、本実施形態では、正三角形を構成している。また、図形162の重心には、放出開口81以外の放出開口、すなわち、放出開口80又は放出開口82が位置している。
同様に、図16に示されるように放出開口82と、当該放出開口82から距離の近い順に、2個の放出開口82を繋ぐ図形163は二等辺三角形を構成しており、本実施形態では、正三角形を構成している。また、図形163の重心には、放出開口82以外の放出開口、すなわち、放出開口80又は放出開口81が位置している。
このように、隣接する放出開口80,80、放出開口81,81、放出開口82,82間の距離は、いずれも等しく、同一系統に属する放出開口を面上に均等に分布することができるため、位置による膜厚の偏りが起こらず、基板にむらなく成膜することができる。
換言すると、いずれの放出開口80,81,82も図形160の辺の延伸方向(並設方向)において両側に隣接する放出開口は、異なる放出系統に属した放出開口となっている。
シャッター部材8は、図12の様に成膜材料放出部13の略全面を覆い得るだけの面積を持っている。またシャッター部材8には、図示しない加熱手段が設けられており、成膜時においては、成膜材料16a(16b〜16j)の気化温度よりもやや高い温度に維持される。
接続流路5は、図1のように上部マニホールド部66に成膜蒸気18a〜18dを供給する第1供給流路32と、中間マニホールド部67に成膜蒸気18e〜18gを供給する第2供給流路33と、下部マニホールド部に成膜蒸気18h〜18jを供給する第3供給流路34と、各蒸発部10a〜10jと接続される分岐流路41a〜41jとを有している。
主開閉弁40a〜40jは、公知の開閉弁であり、制御装置26の命令を受けて開閉可能となっている。
即ち真空蒸着装置1には、第1蒸発部グループに属する蒸発部10a〜10dと上部マニホールド部66とが第1供給流路32を介して接続され、上部マニホールド部66と、上部マニホールド部66に付随する第1開口グループの放出開口80とが接続されて成る第1放出系統57がある。
また真空蒸着装置1には、第2蒸発部グループの蒸発部10e〜10gと中間マニホールド部67とが第2供給流路33を介して接続され、中間マニホールド部67と、中間マニホールド部67に付随する第2開口グループの放出開口81とが接続されて成る第2放出系統58がある。
さらに真空蒸着装置1には、第3蒸発部グループの蒸発部10h〜10jと下部マニホールド部68とが第3供給流路34を介して接続され、下部マニホールド部68と、中間マニホールド部67に付随する第3開口グループの放出開口82とが接続されて成る第3放出系統59がある。
そして、真空蒸着装置1は、膜厚センサー27,28,29で読み取った情報を制御装置26に送信される構造となっている。
膜厚センサー27,28,29は、公知の膜厚センサーであり、成膜される膜厚に寄与する情報を制御装置26に送信可能となっている。
制御装置26は、主開閉弁40a〜40jの開閉制御が可能な装置であり、膜厚センサー27,28,29の情報などに合わせて主開閉弁40a〜40jに開閉命令を送信可能となっている。
本実施形態の真空蒸着装置1では、放出回路3の大部分が成膜室2の外にある。
即ち本実施形態の真空蒸着装置1では、図1の様に、3個のマニホールド部66,67,68の本体部37,38,39が全て成膜室2の外に設けられている。
そして各マニホールド部66,67,68に付属する延長管75,76,77の先端側と、成膜材料放出部13だけが成膜室2の中に設けられている。
成膜材料放出部13の板体92は水平姿勢に配置されており、放出開口80,81,82はいずれも基板11の方向に向いている。
また膜厚センサー27,28,29は、成膜室2の中にあり、基板11と同一の真空環境に置かれる。
前記した様にシャッター部材8は、エアシリンダー95によって水平方向に移動させることができる。また前記した様にシャッター部材8は、成膜材料放出部13の略全面を覆い得るだけの面積を持ち、且つ放出開口80,81,82に相当する位置に開口93が設けられているから、図12(a)の様にシャッター部材8の開口93を成膜材料放出部13の放出開口80,81,82に一致させると、成膜材料放出部13の全ての放出開口80,81,82が開放状態となる。またエアシリンダー95を動作させてシャッター部材8をずらすと、図12(b)の様にシャッター部材8の開口93が、成膜材料放出部13の放出開口80,81,82を外れ、成膜材料放出部13の全ての放出開口80,81,82が閉塞状態となる。
まず成膜室2について説明すると、成膜室2は、減圧手段7によって常に減圧されており、超高真空状態になっている。ここでいう「超高真空状態」とは、真空度が10-5Pa以下の状態を表す。
本実施形態の真空蒸着装置1では、成膜室2の外にマニホールド部66,67,68の大部分があるから、成膜室2の容積が小さく、「超高真空状態」に至らせるまでに要する時間は比較的短い。
主開閉弁40a〜40jは、いずれも閉状態になっている。また、それぞれの蒸発部10a〜10jの坩堝22内には所望の成膜材料16a〜16jが充填されている。
図1に示す実施形態では、蒸発部10a〜10jを10個有しており、最大で10種類の組成が違う成膜蒸気18a〜18jを放出することができる。
そのためには、10種類の成膜材料16a〜16jを蒸発部10a〜10jの坩堝22に入れることとなるが、その際に、基板11に要求される膜厚を検討する。そして必要な膜厚が厚い成膜材料グループ(以下、厚膜グループ)と、必要な膜厚が中間的な成膜材料グループ(以下、中間厚膜グループ)と、必要な膜厚が薄い成膜材料グループ(以下、薄膜グループ)にグループ分けする。
そして坩堝22の周りに設けられた加熱手段23によって成膜材料16a(16b〜16j)を加熱し、成膜材料16a(16b〜16j)を気化又は昇華させる。また蒸発室21の周りに設けられた加熱手段24によって、蒸発室21内を成膜材料16a(16b〜16j)の気化温度よりもやや高い温度に維持する。
即ち加熱手段36によってハッチ30を成膜材料16a(16b〜16j)の気化温度よりもやや高い温度に保温する。また加熱手段36によって本体部37,38,39の他の部分及び各延長管75,76,77が加熱され、各マニホールド部66,67,68全体が、成膜材料16a(16b〜16j)の気化温度よりもやや高い温度に維持される。
真空蒸着装置1を用いて有機EL装置100を製造する場合には、図示しない予備室から成膜室2に基板11を搬送する。
ここで図示しない予備室は、予め真空状態となっており、この状態で成膜室2の搬入口(図示せず)を開いて成膜室2に基板11を搬入する。
ここで予備室は、真空状態であるとは言うものの、「超高真空状態」と言える程には減圧されていない。そのため成膜室2の搬入口(図示せず)を開くことによって、成膜室2の真空度が若干低下する場合もある。
なお搬送される基板11は、あらかじめ別工程によって透明導電膜などが成膜されており、この状態の基板11が真空蒸着装置1に搬入される。基板上に透明導電膜を成膜する方策としては、スパッタ等の公知手段がある。
そして放出開口80から放出される成膜蒸気18aが所定時間Aの経過と共に安定状態となれば、エアシリンダー95によってシャッター部材8を水平方向に移動させ、図12(a)の様に放出開口80,81,82にシャッター部材8の開口を合わせて成膜材料放出部13の全ての放出開口80,81,82を開放する。しかしながら、前記した様に、本実施形態では、蒸発部10a〜10jごとに主開閉弁40a〜40jがあり、主開閉弁40a〜40jは、選択的に開かれるから、複数設けられた放出開口80,81,82の特定の開口(放出開口80)から特定の成膜蒸気18aが噴射されることとなる。
また放出開口80から放出される成膜蒸気18は、蒸発部10aによって生成された成膜蒸気18aに限られ、他の蒸発部10b〜10j内の成膜蒸気18b〜18jは放出されない。そのため放出開口80,81,82を全て開放するものの、基板11に蒸着されるのは、蒸発部10aによって生成された成膜蒸気18aに限られる。
シャッター部材8を開放状態とすることによって、基板11に成膜蒸気18aが到達し、基板11に成膜される。
従って成膜後の膜厚が厚いものとなり、要求に適合する。
膜厚センサー27は、成膜室2内にあり、基板11と同一の真空条件にさらされている。また膜厚センサー27に至る成膜蒸気18は、基板11に成膜されるものと同一であり、かつ同一のマニホールド部66から供給される。そのため膜厚センサー27に付着する膜は、基板11に成膜される膜と強い相関関係があり、基板11の膜厚を正確に反映する。そのため制御装置26は、成膜状況を正確に把握することができる。
ハッチ30を加熱する加熱手段36は、一定時間が経過した後に再起動される。
所定時間Aが経過するとエアシリンダー95によってシャッター部材8を水平方向に移動させ、放出開口80,81,82にシャッター部材8の開口を合わせて成膜材料放出部13の全ての放出開口80,81,82を開放する。
この場合も、主開閉弁40f以外は閉じられているから、複数設けられた放出開口80,81,82の特定の開口(放出開口81)から、特定の成膜蒸気18fが噴射されることとなる。
また放出開口81から放出される蒸気は、蒸発部10fによって生成された成膜蒸気18fに限られ、他の蒸発部10a〜10e、蒸発部10g〜10j内の成膜蒸気18は放出されない。そのため放出開口80,81,82を全て開放するものの、基板が蒸着されるのは、蒸発部10fによって生成された成膜蒸気18fに限られる。
従って成膜後の膜厚が中程度となり、要求に適合する。
ハッチ30を加熱する加熱手段36は、一定時間が経過した後に再起動される。
従って成膜後の膜厚が薄いものとなり、要求に適合する。
ここで本実施形態の真空蒸着装置1は、マニホールド部66,67,68の一部(ハッチ30)だけを温度低下させることによってマニホールド部66,67,68内に残留する成膜蒸気18を除去することができる。そのため、一つの有機EL装置100を製造するための工程中、同一の放出系統を複数回使用したり、同一の放出系統を連続して使用しても、マニホールド部66,67,68内で成膜蒸気18が混じることはない。即ち本実施形態は、マニホールド部66,67,68内に異なる成膜蒸気18を導入するが、コンタミを起こす懸念はない。
しかしながら、次の基板11が搬入されるまでの間は、減圧手段7を運転し続けるので、成膜室2の真空度は「超高真空状態」に回復する。特に本実施形態の真空蒸着装置1では、本実施形態の真空蒸着装置1では、成膜室2の外にマニホールド部66,67,68の大部分があり、成膜室2の容積が比較的小さいから、低下した真空度を「超高真空状態」に回復するのに多くの時間を要しない。
しかしながら本実施形態の真空蒸着装置1の用途は単蒸着に限定されるものではなく、真空蒸着装置1を使用して共蒸着を行うこともできる。即ち、複数の主開閉弁40a〜40jを選択し、これを同時に開くことによって基板11に共蒸着を行うことができる。
例えば、主開閉弁40bと、主開閉弁40gを開き、蒸発部10bによって生成された成膜蒸気18bと蒸発部10gによって生成された成膜蒸気18gを同時に放出して基板11に蒸着を行うことにより、共蒸着を行うことができる。
この場合には、第1グループに属する放出開口80から成膜蒸気18bが放出され、第2グループに属する放出開口81から成膜蒸気18gが放出される。
有機EL装置100は、図24のように、透光性を有した基板102上に、第1電極層103と機能層105と第2電極層106が積層し、封止層130によって封止したものである。
このようなタンデム構造の有機EL素子においては、各発光層の膜厚は、各色の発光スペクトル強度と直接関係しており、また、各発光層は、膜厚方向に直列接続され、かつ、膜厚方向に比べて面内方向のキャリアの移動が極端に制限されているので、各発光層の膜厚は、他色の発光スペクトルとも密接に関係する。
また、寿命が長い三重項励起子の発光である燐光を用いるハイブリッド構造の有機EL素子、特に赤色、及び緑色の発光層が隣接していたり、一層からなる場合には、発光が長波長側にレッドシフトしがちであり、各発光層の膜厚を設計通りに制御することが重要となる。
従って、このようなタンデム構造の有機EL素子においては、特に本発明の真空蒸着装置で機能層105を成膜することが有効である。
このようなドーパントや発光材料をドープしたホスト材料からなる共蒸着組成となる層の成膜においては、このようなホスト材料等を本発明に係る主成膜材料とし、このようなドーパントや発光材料を本発明に係る従成膜材料として、大きな本発明に係る絞りを有する開口グループに接続される蒸発部グループに属する蒸発部に主成膜材料を、好ましくは、単独で割り当て、小さな本発明に係る絞りを有する開口グループに接続される蒸発部グループに属する蒸発部に従成膜材料を、好ましくは、単独で割り当てることが好ましく、共蒸着組成を精度良く、安定的に制御可能となる。
上述の燐光発光層は、本発明に係る主成膜材料であるホスト材料、本発明に係る従成膜材料に含まれ、第1従成膜材料とされる発光性ドーパントを含む、少なくとも2種類の化合物が共蒸着されてなる層とすることが好ましい。これらに加えてさらに、電子、及び/又は、正孔輸送性増強ドーパントとして第2従成膜材料を含む少なくとも3種類の化合物が共蒸着されてなる層とすることも好ましい。第1従成膜材料の好ましい含有量は1〜30重量%であり、より好ましくは1〜10重量%であり、第2従成膜材料の好ましい含有量は1〜30重量%であり、より好ましくは10〜30重量%である。
このような、主成膜材料に対応した開口グループである主開口グループ、第1従成膜材料に対応した開口グループである第1従開口グループ、及び第2従成膜材料に対応した開口グループである第2従開口グループの3つを有する成膜室を含む真空蒸着装置は、機能層として燐光発光層を含む有機EL装置を成膜する装置として、制御性に優れ、かつ、安価であり、好ましい実施態様である。
基板102は、面状に広がりをもっている。具体的には、多角形又は円形をしており、四角形であることが好ましい。本実施形態では、四角形状の基板を採用している。
基板102の最短辺(最短軸)は、300mm以上となっており、350mm以上となっていることが好ましく、500mm以上となっていることが特に好ましい。
基板102の面積は、900cm2 (平方センチメートル)以上、40000cm2 (平方センチメートル)以下となっており、1200cm2 以上、15000cm2 以下となっていることが好ましく、2500cm2 以上、11000cm2 以下となっていることが特に好ましい。
特に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)、トリス(5−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(BAlq)などキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を好ましく用いることができる。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(Zn(BTZ)2)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(BPhen)、バソキュプロイン(BCP)なども用いることができる。
例えば、図17、図18に示す真空蒸着装置62では、他の構成の残留蒸気除去手段78が採用されている。残留蒸気除去手段78は、本体部37,38,39とは別にトラップ空間63を設けたものである。トラップ空間63は常時、マニホールド部66,67,68に比べて低温に保持する。そしてトラップ空間63と本体部37,38,39との間を配管接続する。トラップ空間63と本体部37,38,39には開閉弁64a,b,cを設けることが望ましい。
図17、図18に示す真空蒸着装置62では、一回の成膜を終えるごとに開閉弁64a,b,cを開き、マニホールド部66,67,68とトラップ空間63とを連通させる。その結果、マニホールド部66,67,68からトラップ空間63側に流れ込んだ成膜蒸気18a〜18jが、トラップ空間63内で温度低下して固化し、捕捉される。そのため同一の放出系統を複数回使用したり、同一の放出系統を連続して使用しても、マニホールド部66,67,68内で成膜蒸気18が混じることはない。
また図20に示す真空蒸着装置97の様に成膜室45内に上部マニホールド部66の本体部37と、中間マニホールド部67の本体部38の上部を配し、中間マニホールド部67の本体部38の下部以下を成膜室45外に配置してもよい。
さらに図27に示す真空蒸着装置90の様に、マニホールド群6の全てが成膜室91内にあってもよい。
特に清掃用のハッチ30が成膜室2,43,45の外にあるから、ハッチ30に付着した成膜材料を除去する作業が容易である。
成膜材料放出部13から突出する放出開口80,81,82,155のレイアウトは、図21の通りであり、1つの放出開口80と、当該放出開口80から近い順に2個の放出開口81,82を結ぶ図形170は、放出開口80を頂角とする直角二等辺三角形となっており、1つの放出開口80と、当該放出開口80から近い順に2個の放出開口82,155を結ぶ図形171は、放出開口80を頂角とする直角二等辺三角形となっている。すなわち、図形170と図形171は、放出開口80,82を結ぶ辺を共通の斜辺としている。そして、2個の図形170と2個の図形171が合わさった放出開口82,81,82,155を結ぶ図形172は菱形の一つである正方形となっている。
すなわち、放出開口80と放出開口81、放出開口80と放出開口82、放出開口80と放出開口155、放出開口80と放出開口82を結ぶ辺は、互いに等辺となっており、平面充填となっている。また、放出開口80の周りに位置する放出開口81と放出開口82、放出開口82と放出開口155、放出開口155と放出開口82、放出開口82と放出開口81も互いに等辺となっている。
なお図21において、1,2,3,4の番号は、属する開口グループを表している。
即ち、番号1が付された開口は、第1グループに属する放出開口80であり、番号2が付された開口は、第2グループに属する放出開口81であり、番号3が付された開口は、第3グループに属する放出開口82であり、番号4が付された開口は、第4グループに属する放出開口155である。
例えば、第1開口グループに属する放出開口80の周りを囲む放出開口は、いずれも第2開口グループに属する放出開口81、第3開口グループに属する放出開口82、第4開口グループに属する放出開口155である。
また第2開口グループに属する放出開口81の周りを囲む放出開口は、いずれも第1開口グループに属する放出開口80、第3開口グループに属する放出開口82、第4開口グループに属する放出開口155である。
第3開口グループに属する放出開口82の周りを囲む放出開口は、いずれも第1開口グループに属する放出開口80、第2開口グループに属する放出開口81、第4開口グループに属する放出開口155である。
第4開口グループに属する放出開口155の周りを囲む放出開口は、いずれも第1開口グループに属する放出開口80、第2開口グループに属する放出開口81、第3開口グループに属する放出開口82である。
換言すると、いずれの放出開口80,81,82,155も図形172の辺の横方向において両側に隣接する放出開口は、異なる放出系統に属した放出開口となっている。
また、図形170の斜辺の延伸方向には、放出開口80,放出開口81,放出開口82,放出開口155のユニット173,174が繰り返された配列となっている。
換言すると、いずれの放出開口80,81,82,155も図形170の辺の斜辺方向において両側に隣接する放出開口は、異なる放出系統に属した放出開口となっている。
縦方向(横方向に対して直交する方向,同一の放出系統に属する放出開口のうち、最も近接する放出開口間を繋いだ直線方向)では、放出開口80,放出開口82からなるユニット178又は,放出開口81,放出開口155からなるユニット179が繰り返された配列となっている。
このように、放出開口のレイアウトは、縦・横・斜め方向のいずれの方向においても所定のユニットの繰り返しとなっており、ユニット間の同一系統に属する放出開口は等間隔となっている。
そのため、縦・横・斜め方向のいずれの方向においても、同一の放出系統間で膜厚の分布は生じない。
また、図21の場合には、放出系統の数がN=4となり、各放出開口80に隣接する放出開口(番号2〜4)であって距離の近い順に(4−1)=3個の放出開口(番号2〜4)は互いに異なる放出系統に属する。そして、各放出開口80(番号1)に隣接する放出開口(番号2〜4)であって距離の近い順に2個の放出開口(例えば、番号2,3)を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成している。
また、図22の場合には、放出系統の数がN=6となり、各放出開口(番号1)に隣接する放出開口(番号2〜6)であって距離の近い順に(6−1)=5個の放出開口(番号2〜6)は互いに異なる放出系統に属する。そして、各放出開口(番号1)に隣接する放出開口(番号2〜6)であって距離の近い順に2個の放出開口(例えば、番号3,6)を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成している。
また、図23の場合には、放出系統の数がN=7となり、各放出開口(番号7)に隣接する放出開口(番号1〜6)であって距離の近い順に(7−1)=6個の放出開口(番号1〜6)は互いに異なる放出系統に属する。そして、各放出開口(番号7)に隣接する放出開口(番号1〜6)であって距離の近い順に2個の放出開口(例えば、番号1,3)を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成している。
例えば図25の様に、各マニホールド部66,67,68に熱媒体配管198を設けたり、図26の様に熱媒体ジャケット199を設ける等の方策により、各マニホールド部66,67,68の温度調節を行う構成も推奨される。本実施形態では、熱媒体配管198や熱媒体ジャケット199が熱媒体流路となり、これに高温又は低温の熱媒体を通過させ、各マニホールド部66,67,68の温度調節を行うことができる。
そのためマニホールド部66,67,68の温度を成膜材料に適した温度に調節することができる。そのため気化温度が高い成膜材料を放出し、これに続いて同一の放出系統を利用して気化温度が低い成膜材料を放出する様な場合に、放出系統を冷却することもでき、低温で気化する成膜材料の蒸着の開始を早期に行うことができ、放出させる成膜材料の切り替え時間を短縮することができる。
2,43,45,91 成膜室
3 放出回路
6 マニホールド群
10a〜10j 蒸発部
11 基板(基材)
13 成膜材料放出部
15,78 残留蒸気除去手段
16a〜16j 成膜材料
18a〜18j 成膜蒸気
21 蒸発室
22 坩堝
27,28,29 膜厚センサー
37,38,39 本体部
40a〜40j 主開閉弁
46,47,48 膜厚確認用の放出開口
66,67,68 マニホールド部
73 空洞部
75,76,77 延長管
80,81,82 放出開口
85,86,87 絞り
93 連通開口
100 有機EL装置
155 :放出開口
160,161,162,163,170,171,172 図形
165,173,174,176,177,178,179 ユニット
198 熱媒体配管(熱媒体流路)
199 熱媒体ジャケット(熱媒体流路)
Claims (7)
- 減圧可能であって基材を設置可能な成膜室と、基材に対して成膜材料の蒸気を放出する放出開口が複数設けられた成膜材料放出部を有し、成膜材料放出部から成膜材料の蒸気を放出して基材に成膜する真空蒸着装置において、
成膜材料を蒸発させる蒸発部を複数有し、1または複数の蒸発部によって構成される一組の蒸発部グループと、複数の放出開口によって構成される一組の開口グループが接続されて一つの放出系統を形成し、前記放出系統が複数存在する流路構成を備えており、
成膜材料放出部を平面視したとき、各放出開口は略均一に分布し、
放出系統の数をNとしたとき、各放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に(N−1)個の放出開口は互いに異なる放出系統に属し、且つ各放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に2個の放出開口を繋ぐ図形が2等辺3角形を構成するものであり、
各放出開口に相当する位置に開口がそれぞれ設けられたシャッター部材を有し、
前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口と一致させることで、前記成膜材料放出部の放出開口が開放状態となり、
前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口からずらすことで、前記成膜材料放出部の放出開口が閉塞状態になるものであり、
前記シャッター部材の開口は、平面視したときに、前記閉塞状態において隣接する放出開口の間に位置することを特徴とする真空蒸着装置。 - 前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口と一致させることで、全ての成膜材料放出部の放出開口が開放状態となり、
前記シャッター部材の開口を前記成膜材料放出部の放出開口からずらすことで、全ての成膜材料放出部の放出開口が閉塞状態になることを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。 - 放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に2個の放出開口を繋ぐ図形が正3角形を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の真空蒸着装置。
- 放出開口に隣接する放出開口であって距離の近い順に2個の放出開口を繋ぐ図形が直角2等辺3角形を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の真空蒸着装置。
- 一の放出開口と、当該一の放出開口から距離の近い順に、前記一の放出開口と同一の放出系統に属する2個の放出開口を繋ぐ図形が正3角形を構成す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真空蒸着装置。
- 前記図形の等辺を形成する辺のうち、少なくとも一辺の延伸方向には放出開口が直線上に並んでおり、
当該直線上に並設されたいずれの放出開口も、両側に隣接する放出開口と異なる放出系統に属することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の真空蒸着装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の真空蒸着装置を使用して主成膜材料と従成膜材料を同時に放出して共蒸着有機層を形成する共蒸着工程を複数回実施し、複数の共蒸着有機層を含んだ有機EL装置を製造する有機EL装置の製造方法であって、複数種類の主成膜材料を同一の蒸発部グループに属する蒸発部に選択的に投入し、複数種類の従成膜材料を他の蒸発部グループに属する蒸発部に選択的に投入し、前記蒸発部でそれぞれ成膜材料を蒸発させて基材に共蒸着有機層を成膜することを特徴とする有機EL装置の製造方法。
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