JP2000040594A - 有機el素子 - Google Patents

有機el素子

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JP2000040594A
JP2000040594A JP10207477A JP20747798A JP2000040594A JP 2000040594 A JP2000040594 A JP 2000040594A JP 10207477 A JP10207477 A JP 10207477A JP 20747798 A JP20747798 A JP 20747798A JP 2000040594 A JP2000040594 A JP 2000040594A
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organic
oxide
layer
film
damage prevention
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JP10207477A
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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
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80Constructional details
    • H10K59/805Electrodes
    • H10K59/8052Cathodes

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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NH4 F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(Si3 4 )、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(Al2 3 )、
酸化チタン(TiO、TiO2 )、酸化ジルコニウム
(ZrO2 )、酸化タンタル(Ta2 5 )、酸化カド
ミウム(CdO)、酸化クロム(CrO2 )、酸化鉄
(Fe2 3 )、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ス
ズ(SnO2 )、酸化インジウム(In2 3 )、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 (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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。
  12. 【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。
  13. 【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。
  14. 【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。
  15. 【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。
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