JP7556006B2 - 光ルミネセンス分光法を用いた有機発光ダイオード製造のための計測学 - Google Patents

光ルミネセンス分光法を用いた有機発光ダイオード製造のための計測学 Download PDF

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Description

[0001] 本開示の実施形態は、広くは、静的光ルミネセンス及びナノ秒過渡光ルミネセンス分光法を使用して、層内の均一性及び／又はドーパント濃度をモニタするための非破壊インシトゥ計測学に関する。
[0002] 有機発光ダイオード（OLED）は、電流に応じて光を発する有機半導体層を含む発光ダイオード（LED）である。この有機半導体層は、発光エレクトロルミネセンス層と呼ばれ、２つの電極の間に配置され、そのうちの一方は典型的には透明（又は透明なディスプレイの場合には両方の電極が透明）である。OLEDは、テレビ画面、コンピュータモニタ、携帯電話、把持式ゲームコンソール、及びパーソナルデジタルアシスタント（PDA）などの、デバイスにおいて発光デジタルディスプレイを生成するために使用される。OLEDディスプレイのピクセルは、有機半導体層から形成され、したがって、それら自体で可視光を発する。結果として、液晶ディスプレイ（LCD）とは異なり、OLEDディスプレイは、バックライトなしで動作する。その結果、OLEDディスプレイは、概して、同等な液晶ディスプレイ（LCD）よりも薄く、軽く、LCDよりも深い黒を生成し、高いコントラスト比を実現する。
[0003] アクティブマトリクス型OLED（AMOLED）ディスプレイは、バックプレーン上に位置する有機エレクトロルミネセンスピクセルの高密度アレイを含み、それは、それぞれの個々のピクセルに直接的にアクセスし、オン又はオフを切り替える。エレクトロルミネセンスピクセルは、それぞれ、様々な有機層の積層体であって、TFTバックプレーン上に選択的に堆積され、薄膜カソード及びアノード層によって結合される積層体から形成される。各エレクトロルミネセンスピクセルを構成する有機層は、一般的に、電子注入層（EIL）、電子輸送層（ETL）、発光層（EML）、正孔輸送層（HTL）、及び正孔注入層（HIL）を含む。これらの層のそれぞれの質及び均一性は、ピクセル及びOLEDディスプレイ全体の性能に著しく影響する可能性がある。例えば、１％の分画のような層内の小さなドーパント濃度の変動は、層内の荷電キャリアの動力学を変化させる可能性があり、これは次に層の光ルミネセンス挙動に影響を及ぼす。これらの有機層のうちの１以上の厚さの変動もまた、デバイスの有効性に影響を及ぼし得る。
[0004] OLEDの様々な有機層は、典型的には、単一の高減圧堆積システム内で形成され、その場合、各層は、システムの異なるチャンバを介してバックプレーン上に堆積される。結果として、OLED形成工程全体が完了するまで、OLEDデバイスにアクセスし、OLEDデバイスを試験することができず、それは、数時間まで持続する可能性があり、通常であれば、その間に多数の基板が処理される。その結果、単一のチャンバ内の工程偏位（process excursion）は、検出される以前に多数のデバイスに影響を及ぼす可能性がある。したがって、工程偏位の検出及びそれに対する応答のそのような遅延は、収率低下の点で費用がかかる場合がある。
[0005] 更に、現在の技術水準では、OLEDデバイス用の計測学の技法は、比較的時間がかかり、全ての有機層が堆積した後で採用され、これも工程偏位の検出を遅らせることがある。更に、OLEDデバイス用の従来の計測学の技法は、概して、実際のOLEDデバイス層の厚さよりも著しく厚いOLED層に適用したときに最も正確である。結果として、OLEDデバイスの生産層に関連する小さな変化を測定する際に生成される信号は、堆積工程向けの信頼性のあるフィードバックを生成するのに不十分であり得る。
[0006] したがって、OLEDデバイスの個々の層の特性の迅速且つ正確なモニタリングを可能にするシステム及び方法が、当技術分野で必要とされている。
[0007] 様々な実施形態によれば、装置は、可視スペクトル又は近可視スペクトルからの光を含む励起光を生成する光源、PL（光ルミネセンス）層を堆積させるためのシステム内に配置された基板上に形成されたPL層上に励起光を導くように構成された光学アセンブリ、励起光がPL層と相互作用したことに応じてPL層によって生成されたPL放射（emission）を受け取り、PL放射に基づいて信号を生成するように構成された検出器、及び、検出器に接続された計算デバイスであって、検出器から信号を受信し、信号に基づいてPL層の特性を特定するように構成された計算デバイスを備える。
[0008] 本開示の上述の特徴を詳しく理解し得るように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。
[0009] 典型的な有機発光ダイオード（OLED）デバイスの様々な層の概略図である。 [0010] 本開示の様々な実施形態が実装され得るOLED製造システムの概略図である。 [0011] 本開示の様々な実施形態による、OLED層モニタリングシステムの概念ブロック図である。 [0012] 本開示の様々な実施形態による、光ルミネセンス（PL）材料からの蛍光の放射を示すエネルギー図である。 [0013] 本開示の様々な実施形態による、PL材料からの燐光の放射を示すエネルギー図である。 [0014] 本開示の様々な実施形態に従って構成されたOLEDモニタリングシステムを示す概略図である。 [0015] 本開示の一実施形態による、ドーパント濃度に対するPLピーク強度の変動を明示する、静的光ルミネセンス測定アセンブリを介して生成された、複数のPL強度スペクトルを示すグラフである。 [0016] 本開示の一実施形態による、PL厚さに対するPLピーク強度の変動を明示する、静的光ルミネセンス測定アセンブリを介して生成された、複数のPL強度スペクトルを示すグラフである。 [0017] 本開示の一実施形態による、ドーパント濃度の関数としてのPL強度減衰の変動を明示する、過渡光ルミネセンス測定アセンブリを介して生成された、第１のPL強度減衰曲線及び第２のPL強度減衰曲線を示すグラフである。 [0018] 本開示の様々な実施形態に従って構成されたOLEDモニタリングシステムの概略図である。 [0019] 本開示の様々な実施形態に従って構成されたファイバベースのOLEDモニタリングシステムの概略図である。 [0020] 本開示の様々な実施形態による、図８のファイバベースのOLEDモニタリングシステム内のアレイのプローブの概略断面図である。 [0021] 本開示の様々な実施形態による、PL材料の膜特性を特定するための工程ステップのフローチャートである。
[0022] 理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。一実施形態の構成要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
[0023] 以下の説明では、本開示の実施形態のより完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が提示されている。しかし、当業者には、これらの具体的な詳細のうちの１以上がなくても、本開示の実施形態のうちの１以上を実施することが可能であることが明白であろう。他の事例では、本開示の実施形態のうちの１以上を不明瞭にしないために、周知の機能は説明されていない。
[0024] 図１Ａは、典型的な有機発光ダイオード（OLED）デバイス１００の様々な層の概略図である。図示されているように、OLEDデバイス１００は、カソード層１０１とアノード層１０２との間に形成された複数の有機半導体層１２０を含む。カソード層１０１、アノード層１０２、及び有機半導体層１２０は、ガラス又は他の基板１０３上に配置され、それぞれ、当該技術分野で知られている薄膜堆積技法を使用して、薄膜の選択的堆積を介して形成されてよい。一実施例では、OLEDデバイス１００が、OLEDディスプレイ内の単一のピクセルである。
[0025] 有機半導体層１２０は、とりわけ、電子輸送層（ETL）１２１、正孔阻止層（HBL）１２２、発光層（EML）１２３、正孔輸送層（HTL）１２４、及び正孔注入層（HIL）１２５を含み得るが、これらに限定されるものではない。有機半導体層１２０は、一緒になって、OLEDデバイス１００の発光機能性を提供する。図１では、OLEDデバイス１００が、５つの有機半導体層で描かれているが、幾つかの場合では、OLEDデバイス１００が、より多い又はより少ない有機半導体層を含む。例えば、有機半導体層１２０は、追加的又は代替的に、電子注入層や電子阻止層などを含み得る。
[0026] 同じOLEDディスプレイ内の他のピクセルに対する均一な色及び輝度などのOLEDデバイス１００の適切な動作のために、有機半導体層１２０のそれぞれについての特定の膜特性は、指定された範囲内に維持されるべきである。このような特性の例としては、層の厚さ及び厚さの均一性、層のホスト分子内のドーパント分子の濃度（ドーパント濃度）、並びに層を横切るドーパント濃度の均一性（ドーパント均一性）が挙げられる。本開示の様々な実施形態によれば、これらの膜特性の一部又は全部は、図１Ｂで示されているように、基板１０３が、インシトゥ（in-situ）、インライン（in-line）、及び／又はエンドオブライン（end-of-line）である間に、基板１０３上に堆積した後で非破壊的に測定することができる。
[0027] 図１Ｂは、本開示の様々な実施形態を実装することができるOLED製造システム１５０の概略図である。図示されているように、OLED製造システム１５０は、複数の堆積チャンバ１５０‐１、１５０‐２、…１５０‐Ｎであって、それぞれが、Ｎ個の異なるOLED層のうちの１つを、図１Ａの基板１０３などの基板上に堆積するように構成された、複数の堆積チャンバを含む。更に、OLED製造システム１５０は、基板１０３を取り出すために、堆積チャンバ１５０‐１から１５０‐Ｎのそれぞれと、ロードロック１５２との間に配置された移送チャンバ１５１を含む。一般的に、基板１０３を取り出す前に、全ての活性層が完了した後で、図１Ａでは示されていない、いわゆるキャップ層（CPL）が、基板１０３上に堆積される。CPLは、典型的には、他のOLED材料に組成が類似した透明な有機材料である。
[0028] 本開示の様々な実施形態によれば、基板１０３が依然としてインシトゥである間、例えば、基板１０３が、特定の有機半導体層１２０を形成している堆積チャンバ内にある間、基板１０３上に堆積した後で、特定のOLED特性を非破壊的に測定することができる。代替的に又は追加的に、幾つかの実施形態では、基板１０３がインラインであるとき、基板１０３上に堆積された直後に、特定の膜特性を非破壊的に測定することができる。すなわち、基板１０３が、OLED製造システム１５０の堆積チャンバのうちの２つの間に配置されているときに、膜特性が測定される。例えば、基板１０３が、移送チャンバ１５１内に配置されているときに、（１以上の）インライン測定が実行されてよい。したがって、このような実施形態では、特定の半導体層１２０についての膜特性が、基板１０３上に堆積した後で、後続の半導体層１２０の堆積の前に、リアルタイムで非破壊的に測定される。代替的に又は追加的に、幾つかの実施形態では、基板１０３が、エンドオブラインであるときに、例えば、堆積工程が基板１０３上で完了したが、基板１０３が、OLED製造システム１５０から取り出されていないときに、特定の膜特性を非破壊的に測定することができる。すなわち、基板１０３が、ロードロック１５２又はOLED製造システム１５０の何らかの他のエンドオブライン・チャンバ内に配置されているときに、膜特性が測定される。そのような実施形態では、基板１０３上に薄膜封入層（thin film encapsulant layer）が堆積する前、且つ基板１０３を大気に曝露する前に、膜特性が測定されてよい。これらの何れかの状況では、製造工程を停止することなく、１以上の膜特性のモニタリングが実行される。結果として、システムのアイドル時間に関連する生産損失が、最小限に抑えられるか又はさもなければ低減される。更に、このような膜特性のモニタリングは、それぞれの有機半導体層１２０の堆積の直後に実行することができるので、特定の堆積チャンバの工程の問題をリアルタイムで、基板１０３の完全なバッチが処理を完了してしまう前に検出することができる。
[0029] 図２は、本開示の様々な実施形態による、OLED層モニタリングシステム２００の概念ブロック図である。OLED層モニタリングシステム２００は、図１で示された有機半導体層１２０の一部又は全部のドーパント濃度及び膜厚のインシトゥ・非破壊モニタリングを提供するように構成されている。加えて、OLED層モニタリングシステム２００によって実行される測定は、有機半導体層１２０のうちの１以上についての、ドーパント濃度レベル及びその均一性並びに膜厚及びその均一性を提供することができる。OLED層モニタリングシステム２００は、励起光２０１を生成するように構成された光源２２０、光ルミネッセンス（PL）放射２０２を受け取るように構成された検出器２３０、及び検出器２３０に接続された計算デバイス２５０を含む。OLED層モニタリングシステム２００は、励起光２０１を基板２０３上に形成されたPL層２０５に導き、PL放射２０２を検出器２３０に導くように構成された光学アセンブリ２４０を更に含む。
[0030] 図示されているように、OLED層モニタリングシステム２００は、基板２０３が堆積システム２９０内に配置されている間に、PL層２０５上で１以上の測定を実行する。具体的には、OLED層モニタリングシステム２００が、励起光２０１でPL層２０５を励起させ、PL層２０５の励起の結果として生じるPL放射２０２を測定する。次いで、計算デバイス２５０は、以下で説明するように、測定された励起に基づいて、PL層２０５の１以上の膜特性を特定する。堆積システム２９０は、基板２０３上に１以上のPL層２０５を堆積させるための任意の技術的に実現可能なシステムであってよい。例えば、幾つかの実施形態では、堆積システム２９０が、処理中に内部に低分圧の酸素を有する１以上の排気された堆積チャンバを含む。代替的に又は追加的に、堆積システム２９０は、内部に配置された不活性ガスと共に動作することができる１以上の大気圧又は低減圧堆積チャンバを含む。
[0031] PL層２０５は、第１の周波数より高い第２の周波数の光からの励起に応じて第１の周波数の光を発するOLED層又は任意の他の材料の層であってよい。例えば、PL層２０５は、量子ドットや発光ダイオードなどを含む材料の層を含んでよい。幾つかの実施形態では、PL層２０５が、有機光ルミネセンス層を含む。
[0032] 光源２２０は、PL層２０５を励起するのに適した励起光２０１を生成する任意の技術的に実現可能な光源であってよい。幾つかの実施形態では、光源２２０が、励起光２０１を生成するように構成され、励起光２０１は、PL層２０５の化学的特性が化学的に変化しないように、波長及び強度が選択される。例えば、幾つかの実施形態では、励起光２０１の出力が、PL層２０５の光漂白（photo-bleaching）を回避するように制限されてよい。１以上の実施形態では、励起光２０１の出力が、約１μW以下に制限されてよい。他の実施形態では、励起光２０１の出力を、PL層２０５内に含まれている特定の材料、及び励起光２０１へのPL層２０５の曝露の持続時間に応じて、変更することができる。したがって、幾つかの実施形態では、励起光２０１の出力が、約１０μW程度であってよい。
[0033] 幾つかの実施形態では、光源２２０が、特定のPL層２０５が適切な特定の励起光によって励起され得るように、それぞれが特定のPL層２０５の向けの特定の励起光２０１を生成する１以上のレーザーを含む。例えば、そのような実施形態では、光源２２０が、第１のPL層２０５を励起するための第１の波長の光（例えば、４０５nmの光）と、第２のPL層２０５を励起するための第２の波長の光（例えば、３７５nmの光）と、を選択的に生成する調整可能なレーザーを含んでよい。代替的に又は追加的に、そのような実施形態では、光源２２０が、それぞれが異なるPL層２０５の向けの励起光２０１を生成するために採用される複数のレーザーを含んでよい。幾つかの実施形態では、光源２２０が、白色プラズマベースの光源、白色発光ダイオード（LED）、又は３５０～４００nmの波長領域内の光を生成する何らかの他の光源などの、広帯域光源を含む。幾つかの実施形態では、光源２２０が、OLED層モニタリングシステム２００によって測定される任意のPL層２０５の励起用の同じ周波数を有する励起光２０１を生成するために採用される単一の光源である。例えば、そのような一実施形態では、光源２２０が、光の単一の固定された周波数、又は約３００nmと約４５０nmの間の光の単一の固定された範囲の周波数を有する励起光２０１を生成するレーザーを含む。
[0034] 明瞭にするために、図２で示されている実施形態では、励起光２０１が、垂直でない入射角２０９でPL層２０５に入射するように描かれている。他の実施形態では、入射角２０９が、９０度、又はOLED層モニタリングシステム２００の特定の構成に適した任意の他の角度であってよい。
[0035] 検出器２３０は、PL層２０５が励起光２０１によって励起されたときに、PL放射２０２を受け取るように構成され、任意の適切な光検出器を含んでよい。以下で更に説明されることとなるように、PL放射２０２は、励起光２０１内で見られる１以上の波長とは異なる一組の波長を有することになる。例えば、幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の１以上の膜特性を特定するために、PL放射２０２のスペクトル強度を採用する。そのような実施形態では、検出器２３０が、PL放射２０２内に含まれている複数の光の波長のそれぞれについて、放射強度を定量化するように構成された分光光度計を含む。そのような実施形態では、分光光度計が、概して、PL放射２０２内に含まれている光の様々な周波数を空間的に分散させるための格子及び／又は他の光学素子を含む。加えて、光検出器や電荷結合素子（CCD）のアレイなどの適切な検出器が、分光光度計に光学的に接続される。これらの素子は、それぞれ、PL放射２０２のスペクトルの異なる部分についてのPL強度を定量化する。したがって、スペクトル分散されたPL光は、CCD画像センサが位置付けられている分光光度計の焦点面において、CCD画像センサのピクセルによって撮像される。CCDのピクセルは、それぞれのピクセルが特定の波長を表し、且つ、PLスペクトルをCCDセンサに直接記録できるように、適切な較正ランプで波長範囲に対して較正される。
[0036] 代替的に又は追加的に、幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の１以上の膜特性を特定するために、PL放射２０２に関連する単一の強度値を採用する。そのような実施形態では、検出器２３０が、光電子増倍管や光子計数器などの、入射光強度を定量化するのに適したデバイスを含む。そのような実施形態では、検出器２３０によって検出される光が、指定された波長又は波長帯域に限定されるように、検出器２３０が、指定された波長又は波長帯域の光を選択的に透過するように構成された光学フィルタ又は他の光学素子を更に含んでよい。
[0037] 計算デバイス２５０は、検出器２３０から信号を受信し、基板２０３上に形成された１以上のPL層２０５の１以上の膜特性を特定するように構成されたロジックを含む。計算デバイス２５０は、本開示の１以上の実施形態を実施するのに適した任意の計算デバイスであってよい。計算デバイス２５０は、中央処理装置（CPU）、グラフィック処理ユニット（GPU）、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、任意の他の種類の処理ユニット、又はGPUと共に動作するように構成されたCPUなどの種々の処理ユニットの組み合わせとして実装することができる。一般的に、計算デバイス２５０は、本開示の１以上の実施形態を実装するために、データを処理し及び／又はソフトウェアアプリケーションを実行することができる任意の技術的に実現可能なハードウェアユニットであってよい。更に、計算デバイス２５０は、物理的な計算システムに対応してもよく、或いは、計算クラウド内で実行される仮想計算インスタンスであってもよい。幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０の機能性が、堆積システム２９０の中に組み込まれる。
[0038] 幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の過渡光ルミネセンスを測定し、測定された過渡光ルミネセンスを、以前に確立された較正曲線、表、又は関数と比較することによって、PL層２０５のドーパント濃度を特定する。以下で説明されるように、有機半導体層内の過渡光ルミネセンスは、ドーパント濃度の関数であり、概して、有機半導体層の厚さによって影響を受けない。有機半導体層の過渡光ルミネセンス（TPL）は、概して、有機半導体層の一部分を光源によって生成される放射線量（例えば、励起光２０１のパルス）に曝露することによって生成される、１以上の波長における光ルミネセンス強度の経時的な減衰を測定することによって特定される。TPLでは、光ルミネセンス・スペクトルが、励起パルスとPL強度を記録するCCDゲートパルスとの間の遅延の関数としてモニタされる。PL減衰の動力学は、励起エネルギーの流出を示し、これが、今度は発光層内のホスト：ドーパント比を示す。発光層では、ホスト分子系が励起され、これが、次に系間交差（intersystem crossing over）を介して、励起エネルギーを励起されるドーパント分子系に移動させる。続いて、励起されたドーパントは基底状態に緩和し、光ルミネセンスの形態を採るエネルギーを放出する。したがって、ドーパント濃度が大きいほど、PL減衰が速くなる。これは、本明細書で説明されるTPLモニタリングシステム内で観察されるものである。PL減衰の動力学は、層の厚さとは無関係であるが、発光層中のホスト：ドーパント比に非常に敏感である。
[0039] 幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、（例えば、反射率測定を介して）厚さ測定を実行し、PL層２０５の静的光ミネセンスを測定することによって、PL層２０５のドーピング濃度を特定する。次いで、厚さ測定及び静的光ルミネセンス測定に基づいて、計算デバイス２５０が、ドーパント濃度を特定する。具体的には、計算デバイス２５０が、測定された静的光ルミネセンスを、特定のPL層２０５の測定された厚さに関連する、以前に確立された較正曲線、表、又は関数と比較することによって、PL層２０５のドーパント濃度を特定することができる。したがって、PL層２０５の静的光ミネセンスが、PL層２０５の厚さとPL層２０５に含まれているドーパントの濃度との両方の関数であるとしても、計算デバイス２５０は、PL層２０５の静的光ルミネセンスを測定することによって、PL層２０５の厚さを特定することができる。
[0040] 代替的又は追加的に、幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の過渡光ルミネセンス及びPL層２０５の静的光ルミネセンスを測定することによって、PL層２０５の厚さを特定する。幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の過渡光ルミネセンスを測定し、測定された過渡光ルミネセンスを、以前に確立された第１の較正曲線、表、又は関数と比較することによって、先ずPL層２０５のドーパント濃度を特定する。次いで、計算デバイス２５０は、PL層２０５の静的光ルミネセンスを測定し、測定された静的光ルミネセンスを、過渡光ルミネセンスに基づいて特定されたPL層２０５のドーパント濃度について、第２の較正曲線、表、又は関数と比較することによって、PL層２０５の厚さを特定する。
[0041] 上述のように、光学アセンブリ２４０は、励起光２０１をPL層２０５に導き、PL放射２０２を検出器２３０に導くように構成されている。光学アセンブリ２４０は、PL層２０５の何れの１以上の膜特性が計算デバイス２５０によって特定されるかに応じて、様々な構成のうちの何れかを含んでよい。また、光学アセンブリの構成は、PL層２０５の１以上の膜特性を特定するために、PL放射２０２に関連する何れの情報が、計算デバイス２５０によって採用されるかにも依存し得る。
[0042] 上述のように、PL放射２０２は、励起光２０１がPL層２０５に入射すると、PL層２０５によって生成される。より具体的には、PL層２０５のホスト材料及び／又はPL層２０５内のドーパント材料内の原子が、PL放射２０２の生成に寄与する。PL層２０５のホスト材料は、光励起によって、すなわち、光子の吸収に応じて光を発する材料である、任意のPL材料を含んでよい。例えば、OLEDデバイス内に含まれる有機半導体は、典型的にはPL材料である。このようなホストPL材料の例には、CBP（4,4'-ビス（N-カルバゾリル）-1,1'-ビフェニル）、TCTA（4,4',4''-トリス（カルバゾール-9-イル）トリフェニルアミン）又はTPBi（2,2',2''-（1,3,5-ベンズイントリイル）-トリス（1-フェニル-1-H-ベンズイミダゾール））が含まれる。PL層２０５内に含まれ得るドーパント材料の例は、Ir（ppy）2（acac）（ビス[2-（2-ピリジニル-N）フェニル-C]（アセチルアセトナト）イリジウム（III））（緑色エミッタ）のような緑色エミッタ分子、Ir（btpy）3（トリス（2-（ベンゾ[b]チフェン-2-イル）ピリジンイリジウム（III））のような赤色エミッタ分子、及びBebq2（ビス（10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト）ベリリウム）のような青色エミッタ分子を含む。PL放射２０２は、図３Ａ及び図３Ｂで示されているように、蛍光、燐光、又はそれらの両方の組み合わせを介して発される光子を含んでよい。
[0043] 図３Ａは、本開示の様々な実施形態による、蛍光材料からの蛍光３０１の放射を示すエネルギー図であり、図３Ｂは、燐光材料からの燐光３０２の放射を示すエネルギー図である。図３Ａで示されているように、蛍光３０１（例えば、蛍光）の放射は、励起された一重項S1の振動状態v0からS0（及びその振動レベル）まで生じる。PL材料のバンドギャップ（典型的には、可視領域から紫外領域）を超える入射光３１２の吸収３１１が生じると、PL材料内の電子が、S1のより高い振動状態に励起される。これらの励起振動エネルギー状態は、S1の基底振動状態への非放射伝達３１３を介して緩和する。最終的に、PL材料の分子は緩和し（３１４）、基底電子状態S0になり、蛍光３０１を発する。通常、蛍光は、励起波長から有意に赤方偏移した（ストークス偏移）波長で生じ、全ての蛍光材料に固有である。典型的な蛍光寿命は、フェムト秒（fs）からピコ秒（ps）の間の範囲である。
[0044] 図３Ｂで示されているように、燐光３０２の放射（例えば、燐光）は、一重項励起が、ホストPL材料のより高い一重項（S1）からPL材料内のドーパント材料のより高い三重項状態（T1）への系間交差３２１を経た後に、より高い三重項状態（T1）から一重項基底状態（S0）へと生じる。T1からS0への分子の緩和３２２は、集合的に燐光（燐光３０２）として知られるストークス偏移した光子を発する。減衰寿命は、PL材料及び周囲の条件に応じて、ナノ秒（ns）からミリ秒（ms）の間、更には数時間までの範囲の何れかに及んで非常に長い。本明細書で使用される際に、「光ルミネセンス」という用語は、蛍光、燐光、又はそれらの両方の組み合わせを含む、物質放出プロセスの総称である。したがって、図２のPL放射２０２は、蛍光３０１、燐光３０２、又はそれらの両方の組み合わせを含むことができる。
[0045] 入射光３１２は、概して、第１の波長又は波長の群を含み、一方で、蛍光３０１は、第１の波長又は波長の群とは異なる第２の波長又は波長の群を含むことに留意されたい。同様に、燐光３０２は、第１の波長又は波長の群とは異なる第３の波長又は波長の群を含む。したがって、PL放射２０２の生成を引き起こすエネルギーは、励起光２０１に由来するが、一方で、PL放射２０２を構成する光は、励起光２０１の光子とは異なるエネルギーの異なる光子を含む。
[0046] 幾つかの実施形態によれば、励起光２０１は、可視光スペクトル内の光、例えば、約４００nmから約７００nmの波長の光を含む。幾つかの実施形態によれば、励起光２０１は、近赤外スペクトルの光を含む。近赤外スペクトルの光は、約７００nmから約８００nmの波長の光を含む。幾つかの実施形態によれば、励起光２０１は、中赤外スペクトルの光を含む。中赤外スペクトルの光は、約８００nmから約３０００nm（３ミクロン）の波長の光を含む。幾つかの実施形態によれば、励起光２０１は、近紫外スペクトルの光を含む。近紫外スペクトルの光は、約１００nmから約４００nmの波長の光を含む。なお、X線は、概して、約０．０１nmから約１０nmの波長の光を含むと考えられ、近紫外スペクトルの光の波長と重ならない。したがって、Ｘ線蛍光（XRF）などの蛍光放射を生成するためにＸ線を採用する分析技法とは異なり、本明細書で説明される実施形態は、PL放射２０２を生成するためにはるかに低いエネルギーの光子を採用する。幾つかの実施形態では、PL放射２０２が、可視スペクトル内の波長を有する光を含む。代替的に又は追加的に、幾つかの実施形態では、PL放射２０２が、近赤外スペクトル及び／又は中赤外スペクトル内の波長を有する光を含む。幾つかの実施形態では、PL放射２０２が、近赤外スペクトルから近紫外スペクトル内の波長の光を含み得る、近可視スペクトル内の波長を有する光を含む。
[0047] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステムが、PL材料の静的光ルミネセンス及び／又は過渡光ルミネセンスの両方を測定することによって、PL層の１以上の膜特性を特定するように構成されている。１つのそのような実施形態が、図４で示されている。図４は、本開示の様々な実施形態に従って構成されたOLEDモニタリングシステム４００を示す概略図である。OLED層モニタリングシステム４００は、レーザー４０１、レーザー電子同期モジュール４０２、第１の検出器として作用する静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０、及び第２の検出器として作用する過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０を含む。幾つかの実施形態では、OLED層モニタリングシステム４００が、図示されているように、励起光２０１及びPL放射２０２を導く光学アセンブリ４４０を更に含む。光学アセンブリ４４０は、ビームスプリッタ４４１及びミラー４４２並びに／又は光ファイバ素子（図示せず）などの、自由空間光学素子を含んでよい。OLED層モニタリングシステム４００は、典型的には、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０及び過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０から信号を受信し、PL層２０５の１以上の膜特性を特定するための計算デバイスも含む。明瞭にするために、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスは、図４で省略されている。
[0048] レーザー４０１は、適切な周波数の入射光によって励起されたときに、PL層２０５のPL減衰周期に対応する時間スケールで時限パルスを生成するように構成されたレーザーである。例えば、幾つかの実施形態では、レーザー４０１が、ピコ秒（ps）時間スケール上に時限パルスを生成するように構成されている。レーザー電子同期モジュール４０２は、レーザー４０１の出力を、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０及び過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０のデータ収集と同期させる。
[0049] 静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０は、PL層２０５がレーザー４０１によって励起されたときに、PL層２０５の定常状態光ルミネセンスを測定するように構成されている。PL層２０５がレーザー４０１によって励起される実施形態では、レーザー４０１が、連続波（CW）レーザー又はパルスレーザーの何れかとして動作してよい。幾つかの実施形態では、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０が、PL放射２０２に関連するスペクトル情報を測定するように構成されている。このような実施形態では、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０が、PL放射２０２の周波数を空間的に分離するための分光光度計４２１、及びPL放射２０２内の関心対象の各波長についての放射強度を定量化するための光検出器４２２を含む。代替的に、分光光度計４２１は、PL放射２０２内に含まれている様々な周波数の光を空間的に分散させる任意の適切な１以上の光学素子によって置き換えることができる。幾つかの実施形態では、光検出器４２２が、CCDアレイやCMOSアレイなどの光検出器のアレイを含み、アレイ内の各光検出器は、関心対象の特定の波長又は波長帯域の放射強度を測定する。したがって、動作では、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０が、PL層２０５の１以上の膜特性の測定を容易にするPL放射２０２の強度スペクトルを生成する。このようなPL強度スペクトルの例が、図５Ａ及び図５Ｂで示されている。
[0050] 図５Ａは、本開示の一実施形態による、ドーパント濃度に対するPLピーク強度の変動を明示する、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０を介して生成された、複数のPL強度スペクトル５０１～５０３を示すグラフ５００である。ドーパントIr（ppy）2（acac）を含むTris（4-カルバゾイル-9-イルフェニル）アミン（TCTA）の厚さ５０nmの異なるPL層２０５について、PL強度スペクトル５０１～５０３のそれぞれが生成される。具体的には、PL強度スペクトル５０１が、１％のIr（ppy）2（acac）を含むTCTA層について生成され、PL強度スペクトル５０２が、３％のIr（ppy）2（acac）を含むTCTA層について生成され、PL強度スペクトル５０３が、７％のIr（ppy）2（acac）を含むTCTA層について生成される。図示されているように、ピーク強度５０１Ａ、５０２Ａ、及び５０３Ａの大きさは、ドーパント濃度の関数として変動し、その場合、TCTA層内のドーパント濃度の増加は、ピーク強度の大きさの増加をもたらす。具体的には、図５Ａで示されている実施形態では、ピーク強度５０１Ａ、５０２Ａ、及び５０３Ａの大きさが、それぞれ、１８６２７９±２．７％、１９８０８４±２．９％、及び２１１７１８±１．９％である。加えて、PL強度スペクトル５０１～５０３のピーク波長は、ドーパント濃度が増加するにつれて増加する（例えば、赤方偏移）。具体的には、図５Ａで示されている実施形態では、PL強度スペクトル５０１～５０３のピーク波長が、それぞれ、５１７．８９nm、５１８．２０nm、及び５２０．６９nmである。
[0051] したがって、幾つかの実施形態では、特定のPL材料のPL層２０５の既知の厚さに対して、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０によって生成されたPL強度スペクトルが、PL層２０５内に含まれるドーパントの濃度を示し得る。そのような実施形態では、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスが、既知の厚さのPL層２０５についてのPL強度スペクトルを、PL層２０５のその厚さについて以前に確立された較正曲線と比較し、既知の厚さのPL層２０５内のドーパントの濃度を特定する。代替的又は追加的に、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスは、PL強度スペクトルのピーク強度の大きさ及び／又はPL強度スペクトルのピーク強度の波長などの、既知の厚さのPL層２０５についてのPL強度スペクトルから特定の値を特定することができる。次いで、計算デバイスは、既知の厚さのPL層２０５内のドーパントの濃度を特定するために、１以上の特定の値を、以前に確立された較正表又は関数と比較する。PL層２０５内に含まれているドーパントの濃度を特定するために、典型的には、それぞれの特定の厚さ及び特定のPL材料について、異なる較正プロセスが採用されることに留意されたい。
[0052] 逆に、PL層２０５が既知の濃度のドーパントを含むときに、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０によって生成されるPL強度スペクトルは、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスが、類似した様態で、較正曲線、表、又は関数を使用して、PL層２０５の厚さを特定することを可能にする。例えば、図５Ｂは、本開示の一実施形態による、PL厚さに対するPLピーク強度の変動を明示する、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０を介して生成された、複数のPL強度スペクトル５５１～５５３を示すグラフ５５０である。PL強度スペクトル５５１～５５３のそれぞれは、AlQ3として一般に知られているトリス（8-ヒドロキシキノリン）アルミニウム（III）の異なる厚さのそれぞれのPL層２０５について生成される。具体的には、PL強度スペクトル５５１が、厚さ１０nmの第１のAlQ3層について生成され、PL強度スペクトル５５２が、厚さ３０nmの第２のAlQ3層について生成され、PL強度スペクトル５５３が、厚さ５０nmの第３のAlQ3層について生成され、第１、第２、及び第３の層は、それぞれ、同じドーパント濃度を有する。図示されているように、PL強度スペクトル５５１～５５３のピーク強度の大きさは、ドーパント濃度の関数として有意に変動する。
[0053] 図４に戻って参照すると、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０は、PL層２０５がレーザー４０１によって励起されたときに、PL層２０５の過渡光ルミネセンスを測定するように構成されている。幾つかの実施形態では、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０が、時間相関単一光子計数（TCSPC）を介して、PL放射２０２に関連するPL強度情報を測定するように構成されている。TCSPCでは、レーザー４０１からのレーザーパルスなどの短い閃光による励起時にPL放射２０２が生じるときに、PL放射２０２の時間依存強度特性が時間領域内で記録される。このような実施形態では、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０が、PL放射２０２の単一光子の精密な時限レジストレーションを行うように構成された光検出器４３１を含む。例えば、幾つかの実施形態では、光検出器４３１が、光電子増倍管（PMT）、マイクロチャネルプレート（MCP）、単一光子アバランシェダイオード（SPAD）、又はハイブリッドPMTなどの、単一光子感受性検出器を含む。PL放射２０２の時間減衰を測定する際に十分な感度を得るために、幾つかの実施形態では、光検出器４３１によるPL放射２０２の測定は、PL層２０５の精密な時間反復励起に基づく。励起のタイミング及び関連する測定のための基準は、レーザー電子同期モジュール４０２によって提供される、対応する励起パルスであってよい。動作では、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０が、PL層２０５の１以上の膜特性の測定を容易にするPL強度減衰曲線を生成する。このようなPL強度減衰曲線の例が、図６で示されている。
[0054] 図６は、本開示の一実施形態による、ドーパント濃度の関数としてのPL強度減衰の変動を明示する、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０を介して生成された、第１のPL強度減衰曲線６０１及び第２のPL強度減衰曲線６０２を示すグラフ６００である。第１のPL強度減衰曲線６０１と第２のPL強度減衰曲線６０２は、それぞれ、ドーパント（ppy）2Ir（acac）を含む、TCTAの厚さ５０nmの異るPL層２０５について生成される。具体的には、第１のPL強度減衰曲線６０１が、５％の（ppy）2Ir（acac）を含むPL層２０５について生成され、第２のPL強度減衰曲線６０２が、７％の（ppy）2Ir（acac）を含むPL層２０５について生成される。PL強度カウント（グラフ６００のＹ軸）は、任意の単位で示され、PL層２０５が励起光２０１によって励起された後に経時的に測定された、カウントなどの光の離散強度を描いている。
[0055] 図５のPL強度スペクトル５０１～５０３とは対照的に、図６で示されている実施形態では、各データ点が、５２０～５３０nm（緑色エミッタ）又は６２０～６３０nm（赤色エミッタ）などの、単一帯域の波長にわたって、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によって測定される光子の数に基づく。すなわち、PL放射２０２のスペクトル分散は実行されず、PL放射２０２の波長の所定の範囲内の光子が測定される。そのために、幾つかの実施形態では、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０が、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によって受け取られるPL放射２０２の波長を、所定の範囲の波長に限定するように構成された光学フィルタ４３２も含む。概して、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によってサンプリングされる所定の波長の範囲は、図５のPL強度スペクトル５０１～５０３内の各データポイントに関連する波長帯域のそれぞれと比較して、比較的広い帯域である。更に、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によってサンプリングされる所定の波長の範囲は、PL層２０５のホスト材料及び／又はドーパント材料に基づいて選択することができる。
[0056] 第１のPL強度減衰曲線６０１及び第２のPL強度減衰曲線６０２によって図示されているように、入射光による離散励起後のPL放射２０２の強度の経時的減衰は、ドーパント濃度の関数として変動するが、PL層２０５の厚さの関数ではない。すなわち、PL層２０５内のドーパント濃度が増加すると、PL放射２０２の減衰率が増加するが、一方で、PL層２０５の厚さの変化は、PL放射２０２の減衰率に有意な影響を及ぼさない。結果として、幾つかの実施形態では、過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によって生成されるPL強度減衰曲線が、PL層２０５内に含まれているドーパントの濃度を示し得る。そのような実施形態では、レーザー４０１からのトリガレーザーパルスが、特定のホスト材料及びドーパント材料を含むPL層２０５を励起した後で、PL強度値が種々の時点で収集される。次いで、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスは、第１のPL強度減衰曲線６０１又は第２のPL強度減衰曲線６０２に類似したPL強度曲線を構築し、構築されたPL強度減衰曲線を、類似したPL層２０５について以前に確立された較正曲線と比較する。この比較に基づいて、計算デバイスは、PL層２０５内のドーパント濃度を特定する。このような実施形態では、PL層２０５内のドーパント濃度を特定するために、任意の適切な曲線適合アルゴリズムが、計算デバイスによって採用され得る。
[0057] １以上の実施形態では、OLED層モニタリングシステム４００の計算デバイスが、PL層２０５について構築されたPL強度減衰曲線用の適合パラメータ向けの値を特定することができる。次いで、計算デバイスは、適合パラメータのその特定の値に基づいて、PL層２０５のドーパント濃度を特定する。例えば、計算デバイスは、適合パラメータの特定の値を、既知のドーパント濃度を有するPL層を使用して生成される適合パラメータについて以前に確立された値の較正表と比較することによって、ドーパント濃度を特定することができる。そのような実施形態では、数式１のような二重指数適合式を採用して、PL層２０５について構築されたPL強度減衰曲線に最も密接に一致する既知のドーパント濃度についてのPL強度減衰曲線を特定することができる。
Figure 0007556006000001
[0058] 数式１では、Y0がy軸（PLカウント）オフセットであり、X0がx軸（時間遅れ）定数であり、A1、A2、τ1、及びτ2が付加的な適合パラメータである。PL層２０５のドーパント濃度を特定するために数式１が採用される実施形態では、τ2が、既知の較正値と比較される適合パラメータとして選択されてよい。例えば、図６で示されている実施形態では、強度減衰曲線６０１について、A1=２１３７、A2=２５６８、τ1=２２０ps、及びτ2=１．０４nsであり、一方、強度減衰曲線６０２については、A1=３６９３、A2=５０６、τ1=１３５．６ps、及びτ2=１．１５nsである。
[0059] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステムが、励起光を光源からPL層に導くため、及びPL放射をPL層から１以上の検出器に導くための自由空間光学素子を含む。このような一実施形態が、図７で示されている。図７は、本開示の様々な実施形態に従って構成されたOLEDモニタリングシステム７００の概略図である。OLEDモニタリングシステム７００は、励起光２０１、PL放射２０２、又は励起光２０１とPL放射２０２の両方と相互作用し及び／又はそれらを導く、１以上の自由空間光学素子を含む。
[0060] 例えば、幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、励起光２０１の強度又は色の分布を修正するための減光フィルタ（neutral-density filer）又は他の光学フィルタなどの１以上のフィルタ７０１を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、励起光２０１を形作り及び／又は集束させるための１以上のレンズ７０２を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、励起光２０１に関連する波長（例えば、約４００nmのオーダー）に対して高反射性であり、PL放射２０２に関連する波長（例えば、約６００nmのオーダー）に対して高透過性であるダイクロイックミラー（dichroic mirror）７０３を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、励起光２０１をPL層２０５上の測定箇所７２０上に集束させるように構成された対物レンズ７０４を含む。このような実施形態では、対物レンズ７０４が、PL放射２０２を、静的PL測定アセンブリ４２０及び／又は過渡PL測定アセンブリ４３０上に集束させるように構成されてもよい。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、焦点外励起光２０１を遮断するように構成され且つ対物レンズ７０４とレーザー４０１との間に配置される共焦点ピンホール７０５を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、不要な周波数（励起光２０１に関連する周波数など）の光が、静的PL測定アセンブリ４２０及び／又は過渡PL測定アセンブリ４３０に到達するのを止めるように構成された、ノッチフィルタなどのフィルタ７０６を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、PL放射２０２の一部分を静的PL測定アセンブリ４２０に、PL放射２０２の一部分を過渡PL測定アセンブリ４３０に導くように構成されたビームスプリッタ７０７を含む。幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、静的PL測定アセンブリ４２０及び／又は過渡PL測定アセンブリ４３０を含む。
[0061] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、図７で描かれているものよりも追加の光学素子又はより少ない光学素子を含む。更に、幾つかの実施形態では、図７で描かれている自由空間光学素子のうちの１以上が、実質的に同等な機能性を有する１以上のファイバベースの構成要素で置き替えられてよい。
[0062] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、対物レンズ７０４に対して基板２０３を平行移動させるために、可動ステージ７１０を制御するか又は可動ステージ７１０と通信可能に接続される。このような実施形態では、可動ステージ７１０が、基板２０３を入射励起光２０１の方向とは垂直な方向に平行移動させるように構成されている。そのような実施形態では、ステージ７１０が、水平方向に、例えば矢印７１１によって示される方向に、又は、垂直方向に、例えば図７のページから外に平行移動するように構成されている。幾つかの実施形態では、可動ステージ７１０が、励起光２０１がPL層２０５上で二次元において分散されている複数の測定箇所７２０に導かれ得るように、基板２０３を水平方向と垂直方向の両方に平行移動させるように構成されたＸ‐Ｙステージである。代替的に又は付加的に、幾つかの実施形態では、可動ステージ７１０が、Ｚ運動（Ｘ運動及びＹ運動に対して垂直である）並びに回転運動などの更なる運動能力を有するように更に構成され、例えば、焦点距離感度の補正をオフセットする。
[0063] 幾つかの実施形態では、可動ステージ７１０が、PL層２０５を堆積させたプロセスチャンバ内に配置される。１以上の実施形態では、可動ステージ７１０が、PL層２０５を堆積させた堆積チャンバ内に配置され、PL層２０５の測定が、基板２０３が堆積チャンバから取り出される前に実行される。他の実施形態では、可動ステージ７１０が、PL層２０５を堆積させた堆積システム内に配置されるが、堆積チャンバの外側に配置される。例えば、可動ステージ７１０は、堆積システムの移送チャンバ内に配置することができ、PL層２０５の測定は、基板２０３が、堆積されたPL層２０５を有する堆積チャンバから取り出された後に実行される。
[0064] 図７で示されている実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、励起光２０１をPL層２０５上の単一の測定箇所７２０に導く。他の実施形態では、基板２０３が、OLEDモニタリングシステム７００に対して特定の位置にあるときに、OLEDモニタリングシステム７００は、励起光２０１をPL層２０５上の複数の測定箇所７２０に導くように構成されている。例えば、１以上の実施形態では、OLEDモニタリングシステム７００が、ページの外に延在するＮ個の対物レンズ７０４の線形アレイを含む。したがって、OLEDモニタリングシステム７００は、基板２０３を再配置することなく、励起光２０１をPL層２０５上のＮ個の箇所に導くように構成されている。結果として、PL放射２０２は、PL層２０５上のＮ個の箇所で生成されてよく、可動ステージ７１０を再配置することなく、静的光ルミネセンス測定アセンブリ４２０及び／又は過渡光ルミネセンス測定アセンブリ４３０によって測定されてよい。このような実施形態では、可動ステージ７１０が、典型的には、基板２０３を、入射励起光２０１の方向に垂直な単一の方向、例えば垂直方向又は水平方向の何れかに沿って平行移動させるように構成されている。
[0065] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステムが、１以上の光ファイバベースの構成要素を含む。このような一実施形態が、図８で示されている。図８は、本開示の様々な実施形態に従って構成されたファイバベースのOLEDモニタリングシステム８００の概略図である。OLEDモニタリングシステム８００は、励起光２０１、PL放射２０２、又は励起光２０１とPL放射２０２の両方と相互作用し及び／又はそれらを導く、１以上の光ファイバベースの構成要素を含む。
[0066] 幾つかの実施形態では、OLEDモニタリングシステム８００が、複数のプローブ８２１を含むアレイ８１０を含む。プローブ８２１のそれぞれは、ファイバ束８２２を介して光ファイバスプリッタ８０２に接続され、各ファイバ束８２２は、励起光２０１をプローブ８２１に導くための少なくとも１つのファイバ（図示せず）と、プローブ８２１からPL放射２０２を導くための少なくとも１つのファイバ（図示せず）とを含む。更に、光ファイバスプリッタ８０２は、光ファイバ８２３を介してレーザー４０１に接続され、光ファイバ８２４を介してPL測定アセンブリ８３０に接続されている。したがって、プローブ８２１のそれぞれは、光ファイバスプリッタ８０２及び様々な光ファイバを介して、レーザー４０１及びPL測定アセンブリ８３０に接続されている。幾つかの実施形態では、PL測定アセンブリ８３０が、静的PL測定アセンブリ４２０、過渡PL測定アセンブリ４３０、又はそれらの両方の組み合わせを含む。
[0067] プローブ８２１のそれぞれは、励起光２０１を基板２０３上の特定の測定箇所８０３に導くように構成されている。更に、プローブ８２１のそれぞれは、PL放射２０２を受け取り、光ファイバスプリッタ８０２を介して、PL放射２０２をPL測定アセンブリ８３０に伝達するように構成されている。
[0068] 図８で示されている実施形態では、アレイ８１０が、可動ステージ７１０を介して基板２０３を再配置することなく、基板２０３の１つの縁部（例えば、上縁部８０４）から基板２０３の反対側の縁部（例えば、下縁部８０５）へのPL測定を容易にするように構成された線形アレイである。他の実施形態では、アレイ８１０が、上縁部８０４から下縁部８０５までではなく、基板２０３の一部分を横切って延在する。幾つかの実施形態では、アレイ８１０が、プローブの線形アレイではなく、プローブ８２１の二次元アレイである。更に、幾つかの実施形態では、アレイ８１０が、基板２０３上に１以上のPL層を堆積させる堆積システムの減圧チャンバ内に配置される。代替的には、幾つかの実施形態では、アレイ８１０が、そのような堆積システムの外側に配置される。このような実施形態では、プローブ８２１が、それぞれ、堆積システム内のそれぞれのウインドウを通して励起光２０１を基板２０３上に導き、堆積システムのそれぞれのウインドウを通してPL放射２０２を受け取るように構成されている。
[0069] 幾つかの実施形態では、プローブ８２１のそれぞれが、励起光を基板２０３に導くための２以上の光ファイバ、及び／又はPL放射２０２を基板２０３からPL測定アセンブリ８３０に導くための２以上の光ファイバを含む。このような一実施形態が、図９で示されている。図９は、本開示の様々な実施形態による、アレイ８１０のプローブ８２１の概略断面図である。図９の断面図は、図８のＡ‐Ａセクションで切り取られている。図９で示されている実施形態では、プローブ８２１が、放射受け取りファイバ９０１、及び放射受け取りファイバ９０１の周りに配置された複数の励起光伝達ファイバ９０２を含む。代替的な実施形態では、プローブ８２１が、複数の放射受け取りファイバ９０１を含む。プローブ８２１は、本開示の範囲を超えることなく、放射受け取りファイバ９０１及び励起伝達ファイバ９０２の任意の他の技術的に実現可能な構成を含んでよい。
[0070] 様々な実施形態によれば、OLEDモニタリングシステムは、PL材料を堆積させたシステム内の基板上に形成されたPL材料の１以上の膜特性を特定することができる。図１０は、本開示の様々な実施形態による、PL材料の膜特性を特定するための工程ステップのフローチャートである。
[0071] 方法１０００は、ステップ１００１で開始し、そのステップでは、光源２２０が、励起光２０１を生成する。
[0072] ステップ１００２では、光学アセンブリ２４０の１以上の構成要素が、基板２０３が堆積システム２９０内に配置されている間に、励起光２０１を基板２０３上に形成されたPL層２０５上に導く。光学アセンブリ２４０の１以上の構成要素は、自由空間光学素子、ファイバベースの光学素子、又はそれらの両方の組み合わせを含んでよい。
[0073] ステップ１００３では、励起光２０１がPL層２０５と相互作用したことに応じて、光学アセンブリ２４０の１以上の構成要素が、PL放射２０２を検出器２３０に導く。光学アセンブリ２４０の１以上の構成要素は、自由空間光学素子、ファイバベースの光学素子、又はそれらの両方の組み合わせを含んでよい。
[0074] ステップ１００４では、検出器２３０が、PL放射２０２を受け取る。幾つかの実施形態では、PL放射２０２が、経時的に減衰する過渡PL放射を含み、幾つかの実施形態では、PL放射２０２が、経時的に実質的に一定の大きさを有する静的PL放射を含む。
[0075] ステップ１００５では、検出器２３０が、PL放射２０２に基づいて信号を生成する。幾つかの実施形態では、信号が、静的スペクトル強度情報、例えば、複数の波長又は波長帯域のそれぞれについての静的PL強度を含む。代替的に又は追加的に、幾つかの実施形態では、信号が、特定の波長又は波長帯域についての静的スペクトル強度情報を含む。幾つかの実施形態では、信号が、例えば光源２２０からの励起パルスに応じて、PL放射２０２の時間減衰情報を含む。そのような実施形態では、時間減衰情報が、単一の波長若しくは波長帯域又は複数の波長若しくは波長帯域に基づいてよい。このような実施形態では、時間減衰情報が複数の波長又は波長帯域のそれぞれについてのものであるときに、測定時間が概して著しく長くなる。
[0076] ステップ１００６では、計算デバイス２５０が、ステップ１００５で生成された信号を検出器から受信する。
[0077] ステップ１００７では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の厚さ及び／又はPL層２０５のドーパント濃度などの、PL層２０５の１以上の特性を、ステップ１００６で受信した信号に基づいて特定する。上述されたように、幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、検出器２３０によって生成された信号内のPL放射２０２の時間減衰情報に基づいて、PL層２０５のドーパント濃度を特定してよい。幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、ドーパント濃度（PL放射２０２の時間減衰情報に基づいて特定される）及びPL放射２０２の静的スペクトル強度情報に基づいて、PL層２０５の厚さを特定してよい。幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL放射２０２の静的スペクトル強度情報及びPL層２０５についての厚さ情報に基づいて、PL層２０５のドーパント濃度を特定してよい。例えば、厚さ情報は、反射率測定法、又はOLED層についてのPL計測学の実施形態と共に合わせることができる何らかの他の技法を介して、特定されてよい。
[0078] 幾つかの実施形態では、計算デバイス２５０が、PL放射２０２の複数の測定に基づいて、PL層２０５の１以上の特性を特定する。その場合、各測定は、異なる測定箇所に関連付けられる。そのような実施形態では、計算デバイス２５０が、PL層２０５の厚さの均一性及び／又はPL層２０５のドーパント濃度の均一性を更に特定してよい。
[0079] 本実施形態の態様は、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本開示の態様は、全体的にハードウェアの実施形態、全体的にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又はソフトウェア態様と、ここで全て一般的に「回路」、「モジュール」、若しくは「システム」と呼ばれ得るハードウェア態様とを組み合わせた実施形態の形態を採り得る。更に、本開示の態様は、コンピュータ可読媒体プログラムコードが具現化された（１以上の）コンピュータ可読媒体内に具現化されたコンピュータプログラム製品の形態を採り得る。
[0080] （１以上の）コンピュータ可読媒体の何れの組み合わせも利用されてよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体であってよく、又はコンピュータ可読記憶媒体であってよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体のシステム、装置、若しくはデバイス、又は以上のものの任意の適切な組み合わせであってよいが、それらに限定されるものではない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な事例（非網羅的な一覧）は、以下のものを含む。すなわち、１以上のワイヤーを有する電気接続、可搬式コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読出し専用メモリ（ROM）、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（EPROM又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、コンパクトディスク読出し専用メモリ（CD-ROM）、光学記憶デバイス、磁気的記憶デバイス、又は上記の任意の適切な組み合わせである。本文書の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体が、指示命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用されるか又はそれらと併せて使用されるためのプログラムを含み又は記憶することができる、任意の有形な媒体であってよい。
[0081] 本開示の実施形態は、以下の段落のうちの任意の１以上に更に関する。
[0082] １．装置であって、可視スペクトル又は近可視スペクトルからの光を含む励起光を生成する光源、光ルミネセンス（PL）層上に励起光を導くように構成された光学アセンブリ、励起光がPL層と相互作用したことに応じてPL層によって生成されたPL放射を受け取り、PL放射に基づいて信号を生成するように構成された検出器、及び、検出器に接続された計算デバイスであって、検出器から信号を受信し、信号に基づいてPL層の特性を特定するように構成された計算デバイスを備える、装置。
[0083] ２．励起光は、第１の波長又は波長の群を含み、PL放射は、第１の波長又は波長の群とは異なる第２の波長又は波長の群を含む、段落１の装置。
[0084] ３．PL放射が、可視スペクトル内の波長を有する光を含む、段落１又は２の装置。
[0085] ４．光学アセンブリが、励起光をPL層に導くように構成された対物レンズ、及び、励起光を対物レンズに導き、PL放射を伝達するするように構成されたダイクロイックミラーを含む、段落１から３のいずれか一つの装置。
[0086] ５．光学アセンブリが、励起光の少なくとも第１の部分をPL層上の第１の測定箇所に導くように構成された第１の光ファイバを含む、段落１から４のいずれか一つの装置。
[0087] ６．光学アセンブリが、励起光の第２の部分をPL層上の第２の測定箇所に導くように構成された第２の光ファイバを更に含む、段落５の装置。
[0088] ７．光学アセンブリが、PL放射の第１の部分を検出器に導くように構成された第３の光ファイバ、及びPL放射の第２の部分を検出器に導くように構成された第４の光ファイバを更に含む、段落６の装置。
[0089] ８．光学アセンブリが、光学スプリッタであって、励起光の第１の部分を第１の光ファイバに導き、励起光の第２の部分を第２の光ファイバに導くように構成された光学スプリッタを更に含む、段落６の装置。
[0090] ９．検出器が、複数の波長のそれぞれについてのPL強度値を生成するように構成された検出器アレイを含み、計算デバイスによって特定されるPL層の特性が、基板の特定の箇所におけるPL層の厚さを含む、段落１から８のいずれか一つの装置。
[0091] １０．検出器アレイが、線形アレイを含む、段落１から９のいずれか一つの装置。
[0092] １１．線形アレイが、基板の一方の側から基板の他方の側へ延在する基板の表面上の複数の箇所からのPL放射を測定するように構成されている、段落１０の装置。
[0093] １２．計算デバイスによって特定されるPL層の特性が、PL層内に含まれているドーパントの濃度を含む、段落１から１１のいずれか一つの装置。
[0094] １３．計算デバイスが、PL層の厚さ及びPL放射の静的PL強度値に基づいて、ドーパントの濃度を特定するように構成されている、段落１２の装置。
[0095] １４．計算デバイスが、PL放射に関連する過渡PL強度情報に基づいて、ドーパントの濃度を特定するように構成されている、段落１２の装置。
[0096] １５．過渡PL強度情報が、PL放射の経時的なPL強度の減衰を含む、段落１４の装置。
[0097] １６．計算デバイスが、波長の特定の範囲内のPL放射の総光子数に基づいて、ドーパントの濃度を特定するように構成されている、段落１４の装置。
[0098] １７．PL層が有機層を含む、段落１から１６のいずれか一つの装置。
[0099] １８．光ルミネセンス（PL）層を堆積させるためのシステム内に配置された基板上に形成されたPL層の特性を特定する方法であって、可視スペクトル又は近可視スペクトルからの光を含む励起光を生成すること、励起光がPL層と相互作用したことに応じてPL層によって生成されたPL放射を受け取ること、PL放射に基づいて信号を生成すること、及び信号に基づいて特性を特定することを含む、方法。
[0100] １９．励起光が、第１の波長又は波長の群を含み、PL放射が、第１の波長又は波長の群とは異なる第２の波長又は波長の群を含む、段落１８の方法。
[0101] ２０．装置であって、励起光を生成する光源、光ルミネセンス（PL）層を堆積させるためのシステム内に配置された基板上に形成されたPL層上に励起光を導くように構成された光学アセンブリ、励起光がPL層と相互作用したことに応じてPL層によって生成されたPL放射を受け取り、第１の信号と第２の信号を生成するように構成された検出器であって、第１の信号が、PL放射に基づき、PL放射の経時的なPL強度の減衰を含み、第２の信号が、波長の特定の範囲内のPL放射の総光子数に基づく、検出器、及び、検出器に接続された計算デバイスであって、検出器から第１の信号を受信し、第１の信号に基づいてPL層内のドーパントの濃度を特定し、検出器から第２の信号を受信し、第２の信号に基づいてPL層の厚さを特定するように構成された計算デバイスを備える、装置。
[0102] ２１．基板が、PL層を堆積させるためのシステムの堆積チャンバ内に配置されている間に、検出器が、PL層によって生成されたPL放射を受け取るように構成されている、段落２０の装置。
[0103] ２２．基板が、PL層を堆積させるためのシステムの移送チャンバ内に配置されている間に、検出器が、PL層によって生成されたPL放射を受け取るように構成されている、段落２０又は２１の装置。
[0104] ２３．基板が、PL層を堆積させるためのシステムのエンドオブライン・チャンバ内に配置されている間に、検出器が、PL層によって生成されたPL放射を受け取るように構成されている、段落２０から２２のいずれか一つの装置。
[0105] 上述されたことは、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。本明細書で説明される全ての文書は、参照されることによって本明細書に組み込まれる。その文書は、任意の優先権書類、及び／又は、このテキストと矛盾しない範囲内での試験手順を含む。以上の一般的な説明と具体的な実施形態から明らかなように、本開示の複数の形態が図示され説明されてきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなしに、様々な変形が行われ得る。したがって、それによって本開示が限定されることは意図していない。同様に、「備える、含む（comprising）」という用語は、米国法の目的のために、「含む（including）」という用語と同義であると考えられる。同様に、組成、要素、又は複数の要素の群の前に「備える、含む（comprising）」という移行フレーズが付いている場合には、常に、組成、要素、又は複数の要素の前に「本質的に～から成る（consisting essentially of）」、「～から成る（consisting of）」、「～から成る群から選択される（selected from the group of consisting of）」、又は「である（is）」という移行フレーズを有する、同じ組成又は複数の要素の群も考慮されていると理解され、逆もまた同様である。
[0106] 特定の実施形態及び特徴が、一組の数値上限と一組の数値下限を使用して説明された。別段の指定がない限り、任意の２つの値の組み合わせ、例えば、任意の下側値と任意の上側値の組み合わせ、任意の２つの下側値の組み合わせ、及び／又は任意の２つの上側値の組み合わせが、考慮されていると理解されたい。特定の下側値、上側値、及び範囲は、以下の１以上の請求項内で現れる。

Claims (15)

  1. モニタリング装置であって、
    可視スペクトル又は近可視スペクトルからの光を含む励起光を生成するように構成された光源、
    基板上に形成された光ルミネセンス（ＰＬ）層上に前記励起光を導くように構成された光学アセンブリであって、前記励起光の第１の部分を前記ＰＬ層上の第１の測定箇所に導くように構成された第１の光ファイバと、前記励起光の第２の部分を前記ＰＬ層上の第２の測定箇所に導くように構成された第２の光ファイバとを含む、光学アセンブリ、
    前記励起光が前記ＰＬ層と相互作用したことに応じて前記ＰＬ層によって生成されたＰＬ放射を一定範囲の時間受け取り、受け取った前記ＰＬ放射から所定の波長又は波長帯域を選択的に透過させ、透過させた前記波長又は波長帯域内の各時点における前記ＰＬ放射の光子数に基づいて信号を生成するように構成された検出器、及び
    前記検出器に接続された計算デバイスであって、
    前記検出器から前記信号を受信し、
    前記ＰＬ放射に関連付けられた前記一定範囲の時間に亘る過渡光ルミネセンス強度情報に基づいて前記ＰＬ層のドーパント濃度を特定し、ここで前記過渡光ルミネセンス強度情報は前記ＰＬ放射の経時的なＰＬ強度の減衰を含むように構成された計算デバイス
    を備える、モニタリング装置。
  2. 前記ＰＬ放射が、前記可視スペクトル内の波長を有する光を含む、請求項１に記載のモニタリング装置。
  3. 前記光学アセンブリが、
    前記励起光を前記ＰＬ層に導くように構成された対物レンズ、及び
    前記励起光を前記対物レンズに導き、前記ＰＬ放射を伝達するように構成されたダイクロイックミラーを含む、請求項１に記載のモニタリング装置。
  4. 前記検出器が、前記光源に同期して、前記光源が前記励起光を生成するタイミングでＰＬ放射の単一光子を検出するように構成されている、請求項１に記載のモニタリング装置。
  5. 前記光学アセンブリが、前記励起光の前記第１の部分を前記第１の光ファイバに導き、且つ前記励起光の前記第２の部分を前記第２の光ファイバに導くように構成された光学スプリッタを更に含む、請求項１に記載のモニタリング装置。
  6. 前記検出器が、複数のＰＬ強度値を種々の時点で生成するように構成された検出器アレイを含み、
    前記計算デバイスが、各時点での前記複数のＰＬ強度値に基づいてＰＬ強度曲線を構築し、且つ前記ＰＬ強度曲線を較正曲線と比較するように構成されている、請求項１に記載のモニタリング装置。
  7. 前記検出器が、線形アレイを含み、前記線形アレイが、前記基板の一方の側から前記基板の他方の側へ延在する前記基板の表面上の複数の箇所からの前記ＰＬ放射を測定するように構成されている、請求項１に記載のモニタリング装置。
  8. 前記計算デバイスが、前記ＰＬ層の厚さに基づいて、前記ドーパント濃度を特定するように構成されている、請求項１に記載のモニタリング装置。
  9. 基板上に配置された光ルミネセンス（ＰＬ）層の特性を特定する方法であって、
    可視スペクトル又は近可視スペクトルからの光を含む励起光を生成すること、
    前記励起光の第１の部分を前記ＰＬ層上の第１の測定箇所に導くこと、
    前記励起光の第２の部分を前記ＰＬ層上の第２の測定箇所に導くこと、
    前記励起光が前記ＰＬ層と相互作用したことに応じて前記ＰＬ層によって生成されたＰＬ放射を一定範囲の時間受け取ること、
    各時点における前記ＰＬ放射の光子数に基づいて信号を生成すること、及び
    前記信号に基づいて前記ＰＬ層の特性を特定すること
    を含み、前記ＰＬ層の前記特性は、前記ＰＬ層のドーパント濃度を含み、前記ＰＬ層のドーパント濃度は、前記ＰＬ放射に関連付けられた前記一定範囲の時間に亘る過渡ＰＬ強度情報、前記ＰＬ放射の静的ＰＬ強度値、及び前記ＰＬ層の厚さを用いた演算により特定される、
    方法。
  10. 前記過渡ＰＬ強度情報が、前記ＰＬ放射の経時的なＰＬ強度の減衰を含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ＰＬ放射の前記静的ＰＬ強度値が、ある波長の範囲内で前記ＰＬ放射の総光子数に基づく、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記ＰＬ放射に関連付けられた過渡ＰＬ強度情報に基づく前記信号に基づいて前記ＰＬ層の特性を特定することが、オフセットを持つ指数減少関数を用いて行われる、請求項９に記載の方法。
  13. モニタリング装置であって、
    励起光を生成する光源、
    基板上に形成された光ルミネセンス（ＰＬ）層上に前記励起光を導くように構成された光学アセンブリであって、前記励起光の第１の部分を前記ＰＬ層上の第１の測定箇所に導くように構成された第１の光ファイバと、前記励起光の第２の部分を前記ＰＬ層上の第２の測定箇所に導くように構成された第２の光ファイバとを含む、光学アセンブリ、
    前記励起光が前記ＰＬ層と相互作用したことに応じて前記ＰＬ層によって生成されたＰＬ放射を受け取り、且つ前記ＰＬ放射に基づき、前記ＰＬ放射の経時的なＰＬ強度の減衰を含む第１の信号を生成するように構成された検出器、及び
    前記検出器に接続された計算デバイスであって、前記検出器から前記第１の信号を受信し、前記第１の信号に基づいて前記ＰＬ層内のドーパント濃度を特定するように構成された計算デバイス
    を備える、モニタリング装置。
  14. 堆積チャンバを更に備え、前記基板が前記堆積チャンバ内に配置されている間に、前記検出器が、前記ＰＬ層によって生成された前記ＰＬ放射を受け取るように構成されている、請求項１３に記載のモニタリング装置。
  15. 移送チャンバを更に備え、前記基板が前記移送チャンバ内に配置されている間に、前記検出器が、前記ＰＬ層によって生成された前記ＰＬ放射を受け取るように構成されている、請求項１３に記載のモニタリング装置。
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