JP2000040594A

JP2000040594A - 有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2000040594A
Application number: JP10207477A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nakayama; 徹生中山; Tatsuya Sasaoka; 龍哉笹岡; Mitsunobu Sekiya; 光信関谷; Naoki Sano; 直樹佐野; Takayuki Hirano; 貴之平野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】有機材料層や陰極材料層を損傷することな
く、リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用い
てより微細なパターンを形成することが可能な、有機Ｅ
Ｌ素子の提供が望まれている。【解決手段】透明基板１０上に、透明導電材料からな
る第１の電極１１と、少なくとも有機発光材料からなる
層を有した有機ＥＬ層２０と、第２の電極１９とがこの
順に形成されてなる有機ＥＬ素子２１である。第２の電
極２１上には、損傷防止膜１８が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロルミネ
ッセンス（ＥＬ）現象を利用した有機ＥＬ素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の有機ＥＬ素子としては、
例えば図３に示す構造のものが知られている。図３に示
す有機ＥＬ素子１は、発光光に対し透過性を有した透明
基板２上に、透明導電材料からなる陽極３と、単数ある
いは複数の層で構成された有機ＥＬ層４と、陰極５とを
この順で備えた構造となっている。これら各構成要素
は、所定の文字や絵柄などを表示可能とするパターン形
状となるように、パターンマスキングおよび真空蒸着法
などの公知の手法によって形成されたものである。

【０００３】すなわち、このような構成要素の形成法と
しては、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の薄膜形
成法が用いられ、構成要素の求められる特性に応じて適
宜な方法が採られている。例えば、前記有機ＥＬ層４や
陰極５の形成法として最も簡便な方法としては、金属薄
板などに開口部を形成した真空用マスクを用いる方法が
挙げられる。この方法は、真空成膜の際に前記真空用マ
スクを透明基板２に密着させ、これの開口部内に臨む透
明基板２上にのみ成膜を行うものである。

【０００４】このような構成の有機ＥＬ素子１は、陰極
５および陽極３に接続される駆動電源６によって所定の
電圧が印加されることにより、陰極５から電子が、陽極
３から正孔がそれぞれ両極間に位置する有機ＥＬ層４に
注入され、この有機ＥＬ層４中で電子−正孔の再結合が
起こることにより発光が生じる。そして、この発光によ
る光が透明基板２を透過して外側に出射することによ
り、有機ＥＬ層４が有する所定の文字や絵柄などのパタ
ーンで発光表示がなされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
有機ＥＬ素子１を用いた表示装置では、近年、その高精
細化がますます進む傾向にある。しかして、このような
高精細化に伴って有機ＥＬ層４や陰極５についてもその
パターンを高精細化しようとしても、前記の真空用マス
クを用いたマスキング法による真空蒸着法ではマスク合
わせの精度を十分高くできないため、パターンの形状や
精度に限界が生じてしまう。

【０００６】また、金属マスクで微細なパターン、例え
ばストライプ状パターンを形成しようとした場合、金属
マスクの厚みは１００μｍ程度が限界であるため、例え
ばこの金属マスクを数百μｍピッチでストライプ状の切
り抜き加工をすると、マスクの厚みに対して切り抜き幅
が非常に狭くなり、そのため蒸着源に対して成膜部分表
面の蒸着部に影ができるという問題が生じる。

【０００７】より微細な構造を有した有機ＥＬ層および
陰極の作製方法としては、ドライエッチング法を用いて
微細な素子を作製する方法もある。この方法は、透明基
板上に陽極材料、有機発光材料等の有機材料、陰極材料
をそれぞれ順次積層し、次いで感光性材料（レジスト）
をスピンコート法などで塗布し、さらにリソグラフィー
技術、エッチング技術によって所定のパターンに形成
し、その後ドライエッチング加工を行う方法である。

【０００８】しかしながら、このようなリソグラフィー
技術やエッチング技術では、有機材料からなる層が水や
有機溶剤によって損傷を受けてしまい、また陰極材料か
らなる層も同様に水や有機溶剤によって損傷を受けてし
まうことがある。さらに、ドライエッチング加工時にお
いては、プラズマからも損傷を受ける可能性がある。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、有機材料層や陰極材料層
を損傷することなく、リソグラフィー技術やドライエッ
チング技術を用いてより微細なパターンを形成すること
が可能な、有機ＥＬ素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の有機ＥＬ素子で
は、透明基板上に、透明導電材料からなる第１の電極
と、少なくとも有機発光材料からなる層を有した有機Ｅ
Ｌ層と、第２の電極とがこの順に形成されてなり、前記
第２の電極上に損傷防止膜が設けられてなることを前記
課題の解決手段とした。

【００１１】この有機ＥＬ素子によれば、第２の電極上
に損傷防止膜が設けられているので、これを製造するに
あたり、損傷防止膜の形成材料層を設けた状態で例えば
第２の電極の形成材料層と有機ＥＬ層の形成材料層とを
リソグラフィ技術やドライエッチング技術を用いてパタ
ーニングした場合、特に有機発光材料等からなる有機Ｅ
Ｌ層形成材料層の、溶剤や水分、さらにはプラズマによ
る損傷が防止される。また、例えば第２の電極の形成材
料にアルカリ溶液に弱い材料を用いても、該第２の電極
上に損傷防止膜が設けられているので、アルカリ溶液か
ら損傷を受けることがなく、そのため第２の電極の形成
材料の選択性が広がる。また、有機ＥＬ層も損傷防止膜
によって溶剤や水分、さらにはプラズマからの損傷が防
止されているので、この有機ＥＬ層の形成材料について
もその選択性が広がる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の有機ＥＬ素子の一
実施形態例をその製造方法に基づいて詳しく説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）、図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に
おける有機ＥＬ素子を単色の有機ＥＬ素子に適用した場
合の一実施形態例を説明するための図であり、その製造
方法を工程順に示す図である。本発明の有機ＥＬ素子を
得るには、まず、図１（ａ）に示すように透明基板１０
を用意する。この透明基板１０としては、形成する有機
ＥＬ素子の設計に応じて適宜なものが使用可能であり、
具体的には、発光光に対して透光性を有したガラス基
板、またはフィルムなどが用いられる。本例において
は、透明の石英ガラス基板を用いている。

【００１３】また、この石英ガラス基板からなる透明基
板１０には、その表面にストライプ状の陽極（第１の電
極）１１が複数並列して形成されている。これら陽極１
１…は、透明導電性のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜
からなるもので、膜厚が１８０ｎｍ程度、シート抵抗が
１０Ω／□以下に形成されたものである。ここで、これ
ら陽極１１…は、洗浄後の透明基板１０上にスパッタリ
ング法によって成膜され、さらに公知のリソグラフィー
技術、エッチング技術によってストライプ状にパターニ
ングされて形成されたものである。なお、このようなＩ
ＴＯからなる陽極１１…については、予め洗浄後の透明
基板１０に形成しておいてもよい。

【００１４】次に、この陽極１１…が形成された透明基
板１０に、図１（ｂ）に示すように絶縁層１２を形成す
る。この絶縁層１２は、陽極１１と後に形成される陰極
（陰極材料層）との間の導通を回避するために形成され
たもので、本例においては、スパッタリング法によって
ＳｉＯ₂が厚さ３００ｎｍ程度に形成されている。

【００１５】このようにして絶縁層１２を形成したら、
図１（ｃ）に示すように該絶縁層１２に開口部１３を形
成して陽極１１の表面を一部露出させ、後に形成する有
機ＥＬ層が陽極表面に直接当接するようにする。ここ
で、開口部１３を形成するには、まず、絶縁層１２上に
レジスト（図示略）を塗布し、さらにこれを露光・現像
することによって絶縁層１２上に所望のレジストパター
ンを形成する。続いて、このレジストパターンをマスク
にしてドライエッチング法もしくはウエットエッチング
法によって絶縁層１２をエッチングし、該絶縁層１２に
所望のパターン、すなわち開口部１３を有したパターン
を転写する。

【００１６】このエッチングに用いるエッチャントとし
ては、例えばドライエッチング法ではＣＨＦガスが、ウ
エットエッチング法ではＨＦとＮＨ₄Ｆとを混ぜ合わせ
た混酸が用いられる。なお、本例ではドライエチング法
によって絶縁層１２をパターニングした。続いて、パタ
ーニングされた絶縁層１２を有する透明基板１０を純
水、２−プロパノールなどを用いて順次洗浄を行う。

【００１７】次いで、洗浄の済んだ透明基板１０を有機
ＥＬ層形成用の真空蒸着装置内に移し、以下のようにし
て図１（ｄ）に示すように有機ＥＬ材料層１４を形成す
る。まず、正孔輸送層を形成するために、陽極１１およ
び絶縁層１２の形成が済んだ基板１０上に、真空蒸着法
によってトリフェニルアミン誘導体（Ｎ，Ｎ’−ジフェ
ニル−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェ
ニル−４，４’−ジアミン（以下、ＴＰＤと称する）を
厚さ５０ｎｍ程度となるように蒸着する。続いて、本発
明において有機発光材料層となる電子輸送性発光層を形
成するために、同じ蒸着装置で前記正孔輸送層上にアル
キキノリール錯体（トリス（８−ヒドロキシキノリー
ル）アルミニウム（以下、Ａｌｑ₃と称する）を厚さ５
０ｎｍになるように真空蒸着する。

【００１８】このようにして正孔輸送層と電子輸送性発
光層とをこの順に積層形成することにより、有機ＥＬ材
料層（有機ＥＬ層の形成材料層）１４を得る。ここで、
前記正孔輸送層は、仕事関数が大きな正孔注入電極を用
いた場合に、多量の正孔が注入可能でしかも注入された
正孔が層中を移動することができ、一方、電子の注入は
困難であり、注入が可能であっても層中を移動しにくい
ような性質を持った薄膜層である。また、前記電子輸送
性発光層とは、発光性を有するとともに、仕事関数が小
さな電子注入電極を用いた場合に、多量の電子が注入可
能でしかも注入された電子が層中を移動することがで
き、一方、正孔の注入は困難であり、注入が可能であっ
ても層中を移動しにくいような性質を持った薄膜層であ
る。

【００１９】次いで、この有機ＥＬ材料層１４上に、抵
抗加熱蒸着法等の真空蒸着法によってアルミニウム（Ａ
ｌ）を蒸着し、図１（ｅ）に示すように陰極材料層１５
を形成し、続いて、図２（ａ）に示すように陰極材料層
１５上に損傷防止材料層１６を形成する。この損傷防止
材料層１６については、本例においては、スパッタリン
グ法によってＳｉＯ₂を３００ｎｍの厚さになるように
成膜した。なお、損傷防止材料層１６としては、緻密で
かつ膜の付着強度が強く、下層である前記電子輸送性発
光層や陰極材料層１５などに損傷を与えることなく形成
可能な材料であって、レジストパターニングやドライエ
ッチングに対して耐久性を有するものであれば、ＳｉＯ
₂以外の材料も使用可能である。

【００２０】具体的には、絶縁体、半導体、導体のいず
れでもよく、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ₂、Ｓｉ
Ｏ）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）、シリコン炭化物
（ＳｉＣ）、アモルファスシリコン、シリコン窒化酸化
物（ＳｉＯＮ）のうちの一種あるいは複数種のシリコン
化合物を用いてもよい。

【００２１】また、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、
酸化チタン（ＴｉＯ、ＴｉＯ₂）、酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ₂）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、酸化カド
ミウム（ＣｄＯ）、酸化クロム（ＣｒＯ₂）、酸化鉄
（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ス
ズ（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化
亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸
化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化トリウム（ＴｈＯ₂）、
酸化セシウム（ＣｅＯ₂）のうちの一種あるいは複数種
の金属酸化物を用いてもよい。

【００２２】また、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタ
ル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）のうちの一種
あるいは複数種の金属窒化膜を用いてもよい。また、硫
化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カ
ルシウム（ＣａＳ）のうちの一種あるいは複数種の金属
硫化膜を用いてもよい。また、フッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ₂）、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）のうちの一種
あるいは複数種の金属フッ化膜を用いてもよい。また、
炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、炭化ハ
フニウム（ＨｆＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化トリ
ウム（ＴｈＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）うちの一種
あるいは複数種の金属炭化膜を用いてもよい。

【００２３】次いで、前記陰極材料層１５、有機ＥＬ材
料層１４を所望のパターンに形成すべく、損傷防止材料
層１６上にレジストを塗布し、露光・現像を行うことに
よって図２（ｂ）に示すようにストライプ状のレジスト
パターン１７…を並列し、かつ前記陽極１１と直交した
状態に形成する。その後、得られたレジストパターン１
７…をマスクにして損傷防止材料層１６、陰極材料層１
５、有機ＥＬ材料層１４をドライエッチングし、図２
（ｃ）に示すようにストライプ状にパターニングされて
なる損傷防止膜１８、陰極（第２の電極）１９、有機Ｅ
Ｌ層２０を形成し、本発明の有機ＥＬ素子２１を得る。

【００２４】ここで、前記ドライエッチングの反応性ガ
ス、すなわちエッチャントとしては、ＳｉＯ₂からなる
損傷防止膜１６に対してはＣＨＦ、Ａｌからなる陰極材
料層１５に対してはＢＣｌ₃およびＣｌ₂の混合ガス、
有機ＥＬ材料層１４に対してはＯ₂ガスが用いられる。
また、各層のエッチングについては、積層された各層の
面に対して上方から垂直にエッチングを行う。このよう
にして反応性イオンエッチングを行うと、反応性イオン
エッチングは異方性エッチングであるため、エッチング
された各層はその側面にウエットエッチングの場合のよ
うなアンダーカットが生じることなく、微細なパターン
であっても精度よくパターニングされたものとなる。

【００２５】このような損傷防止膜１８、陰極１９、有
機ＥＬ層２０の形成にあたっては、損傷防止膜１８の形
成材料である損傷防止材料層１６を設けた状態でこの損
傷防止材料層１６と陰極材料層１５と有機ＥＬ材料層１
４とをリソグラフィ技術やドライエッチング技術によっ
てパターニングするので、特に有機ＥＬ材料層（有機Ｅ
Ｌ層の形成材料層）１４が、溶剤や水分、さらにはプラ
ズマによって損傷するのを防止することができる。

【００２６】したがって、このようにして得られた有機
ＥＬ素子２１にあっては、例えば陰極材料層１５（第２
の電極の形成材料層）としてアルカリ溶液に弱い材料を
用いても、該陰極材料層１５上に損傷防止材料層１６が
設けられているので、形成された陰極１９はアルカリ溶
液から損傷を受けることがなく、これにより陰極１９の
形成材料の選択性を広げることができる。また、有機Ｅ
Ｌ層２０も損傷防止材料層１６（損傷防止膜１８）によ
って、水分やプラズマからの損傷が防止されているの
で、この有機ＥＬ層２０の形成材料についてもその選択
性を広げることができる。

【００２７】なお、前記実施形態例では、損傷防止材料
層１６を真空蒸着法によって形成したが、本発明はこれ
に限定されることなく、ＣＶＤ法やスパッタリング法等
の成膜法を採用することもできる。また、前記実施形態
例では、陰極材料層１５の構成材料としてアルミニウム
を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、他に
例えば、有機ＥＬ材料層１４に対する密着性が高く、か
つこれを安定させるために他の金属を微量混ぜた合金を
用いてもよく、もちろんＡｌ以外の金属をそのまま用い
てもよい。

【００２８】また、有機ＥＬ層２０（有機ＥＬ材料層１
４）の層構造についても特に限定されることなく、有機
発光層のみ、または有機正孔輸送層と有機電子輸送性発
光層との２層構造、または有機正孔輸送性発光層と有機
発光層と有機電子輸送層との３層構造等、任意の層構造
とすることができる。さらに、このような層構造をとる
有機ＥＬ層２０の構成材料についても、特に限定される
ことなく、種々の好適な有機化合物、およびそれらの組
み合わせを用いることができる。また、陽極１１の材料
についても、ＩＴＯに限定されることなく種々の材料が
使用可能であり、特に透明導電性の材料が好適に用いら
れる。

【００２９】また、前記実施形態例では、有機ＥＬ素子
２１の構成を単色のものにしているが、本発明はもちろ
んフルカラーの有機ＥＬ素子にも適用することができ、
その場合には、図１、図２に示した工程を複数回繰り返
すことによってＲＧＢの各色に対応する有機ＥＬ層を形
成すればよい。また、前記実施形態例では、陰極１９や
有機ＥＬ層２０のパターンを並行するストライプ状のも
のとしたが、本発明はこれに限らず、多種多様な形状の
微細なパターンとすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の有機ＥＬ素
子は、第２の電極上に損傷防止膜が設けられているの
で、これを製造するにあたり、損傷防止膜の形成材料層
を設けた状態で例えば第２の電極の形成材料層と有機Ｅ
Ｌ層の形成材料層とをリソグラフィ技術やドライエッチ
ング技術を用いてパターニングした場合、特に有機発光
材料等からなる有機ＥＬ層形成材料層の、溶剤や水分、
さらにはプラズマによる損傷を防止することができる。

【００３１】また、例えば第２の電極の形成材料にアル
カリ溶液に弱い材料を用いても、該第２の電極上に損傷
防止膜が設けられているので、アルカリ溶液から損傷を
受けることがなく、そのため第２の電極の形成材料の選
択性を広げることができる。また、有機ＥＬ層形成材料
も損傷防止膜によって溶剤や水分、さらにはプラズマか
らの損傷が防止されているので、この有機ＥＬ層形成材
料についてもその選択性を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明における有機ＥＬ素
子の一実施形態例の製造方法を、工程順に説明するため
の要部側断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明における有機ＥＬ素
子の一実施形態例を示す図であり、図１に続く工程を説
明するための要部側断面図である。

【図３】従来の有機ＥＬ素子の一例の概略構成を示す要
部側断面図である。

【符号の説明】

１０…透明基板、１１…陽極（第１の電極）、１２…絶
縁層、１３…開口部、１４…有機ＥＬ材料層、１５…陰
極材料層、１６…損傷防止材料層、１７…レジストパタ
ーン、１８…損傷防止膜、１９…陰極、２０…有機ＥＬ
層、２１…有機ＥＬ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関谷光信東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者佐野直樹東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者平野貴之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB00 AB12 AB13 BB00 CA01 CA02 CB01 DA00 DB03 EB00 FA00 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、透明導電材料からなる第
１の電極と、少なくとも有機発光材料からなる層を有し
た有機ＥＬ層と、第２の電極とがこの順に形成されてな
る有機ＥＬ素子において、前記第２の電極上に損傷防止膜が設けられてなることを
特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記損傷防止膜は、絶縁体からなること
を特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記損傷防止膜は、シリコン酸化物、シ
リコン窒化物、シリコン炭化物、アモルファスシリコ
ン、シリコン窒化酸化物のうちの一種あるいは複数種か
らなることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】前記損傷防止膜は、金属酸化膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】前記金属酸化膜は、酸化アルミニウム、
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化カ
ドミウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸
化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化タングステ
ン、酸化カルシウム、酸化ハフニウム、酸化ベリリウ
ム、酸化トリウム、酸化セシウムのうちの一種あるいは
複数種からなることを特徴とする請求項４記載の有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項６】前記損傷防止膜は、金属窒化膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】前記金属窒化膜は、窒化チタン、窒化タ
ンタル、窒化タングステンのうちの一種あるいは複数種
からなることを特徴とする請求項６記載の有機ＥＬ素
子。
【請求項８】前記損傷防止膜は、金属硫化膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】前記金属硫化膜は、硫化カドミウム、硫
化亜鉛、硫化カルシウムのうちの一種あるいは複数種か
らなることを特徴とする請求項８記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】前記損傷防止膜は、金属フッ化膜から
なることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】前記金属フッ化膜は、フッ化マグネシ
ウム、フッ化カルシウムのうちの一種あるいは複数種か
らなることを特徴とする請求項１０記載の有機ＥＬ素
子。
【請求項１２】前記損傷防止膜は、金属炭化膜からな
ることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】前記金属炭化膜は、炭化チタン、炭化
クロム、炭化ハフニウム、炭化ニオブ、炭化トリウム、
炭化タングステンうちの一種あるいは複数種からなるこ
とを特徴とする請求項１２記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】前記損傷防止膜は、半導体からなるこ
とを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１５】前記損傷防止膜は、導体からなること
を特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。