JP2001085164A

JP2001085164A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びパネルの製造方法と製造装置

Info

Publication number: JP2001085164A
Application number: JP2000204006A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mori; 研二森; Yoshikazu Sakaguchi; 嘉一坂口; Joji Suzuki; 譲治鈴木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2020-07-05
Also published as: JP3958501B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リーク電流が少ない、有機エレクトロルミネ
ッセンス素子と、該素子を利用したＥＬパネルの製造方
法を提供することが本発明の課題である。【解決手段】基板上に、Ａ）第一の電極を成膜する工
程と、Ｂ）該第一の電極上に発光層を含む一層以上の有
機化合物薄膜層を積層する工程と、Ｃ）該有機化合物薄
膜層上に第二の電極を積層する工程と、を少なくとも有
する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法にお
いて、工程Ｂ及びＣと、工程ＢとＣとの間と、工程Ｃ終
了後、基板温度が室温となるまでの間と、における該基
板温度が７０℃以下であり、かつ、温度変化速度の絶対
値が１．５℃／sec以内である有機エレクトロルミネッ
センス素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面光源や表示素
子に利用される有機エレクトロルミネッセンス素子（以
下、「有機ＥＬ素子」という。）及び有機ＥＬ素子を用
いた有機ＥＬパネルの製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロルミネッセンス素子（以下、
「ＥＬ素子」という。）は、自発光型の平面型表示素子
としての用途が有望視されている。ＥＬ素子の中でも有
機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子とは異なり、交流駆動かつ
高電圧が必要といった制約が無く、また、有機化合物の
多様性により、多色化が比較的容易であると考えられる
ことから、フルカラーディスプレイなどへの応用が期待
され、盛んに研究開発が行なわれており、低電圧で高い
輝度を有する構造が開発されている。無機ＥＬ素子は、
電界励起型の発光である。一方、有機ＥＬ素子は、陽極
から正孔を、陰極から電子を注入して動作する、いわゆ
るキャリア注入型の発光である。両電極から注入された
正負のキャリアーは、各々対極に移動し、これらの再結
合によって励起子が形成される。この励起子が、緩和さ
れる際に放出される光が有機ＥＬ素子における発光であ
る。有機ＥＬ素子は、古くは高純度のアントラセン単結
晶を用いての研究が盛んであったが、高電圧印加を必要
とする割に輝度、発光効率共に低く安定性に欠けてい
た。しかし、１９８７年になって、イーストマン・コダ
ック社のＴａｎｇらが有機薄膜の２層積層型の構造で低
電圧で高輝度な安定した発光が得られることを発表して
以来、有機ＥＬ素子の研究開発は一気に活発化した。こ
れは、電極対に狭持される有機層を、発光層と正孔輸送
層との２層の積層構造としたもので、これにより１０Ｖ
の印加電圧で１，０００ｃｄ／ｍ²という従来にない優
れた特性を示すものであった（Ｔａｎｇｅｔ．ａｌ，
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１（１２），９１
３（１９８７））。最近では、発光層、正孔輸送層だけ
でなく陰極と発光層の間に電子輸送層を設けたり、ある
いは正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層を設けることも
ある。また、各層に用いる材料の種々の検討の結果、高
発光効率化、長寿命化等に関して多くの成果が挙げら
れ、素子をＸ−Ｙ平面に配列して形成するフラットパネ
ルディスプレイへの応用が大いに期待されており、単純
マトリクス方式の２５６×６４ドットのモノクロディス
プレイが開発されている（例えば、仲田仁ら、ディス
プレイアンドイメージングＶｏｌ．５，ｐｐ．２７
３−２７７（１９９７）や仲田仁、「有機ＥＬ素子
の基礎から実用化技術まで」応用物理学会有機分子・
バイオエレクトロニクス分科会第６回講習会テキス
ト、ｐｐ．１４７−１５４（１９９７）など）。

【０００３】２５６×６４ドット単純マトリクス駆動方
式の有機ＥＬパネルは、通常、陰極を１／６４デューテ
ィーで走査し、陽極を駆動する線順次駆動方式がとられ
る。その際に整流性が優れた有機ＥＬ素子が得られてな
いと、非選択の画素も発光してしまい、いわゆるクロス
トーク現象が見られ、表示品位を大きく低下させてしま
う（例えば選択画素を中心として、隣接する画素が十文
字に発光する等の現象である。詳細は、大槻重義、
「有機ＥＬ素子の基礎から実用化技術まで」応用物理学
会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会第６回
講習会テキスト、ｐｐ．１３９−１４６（１９９
７））。

【０００４】有機ＥＬ素子は、正負のキャリア注入型の
発光素子なので、原理的には逆バイアス印加時（正孔輸
送層側の電極にマイナスの、電子輸送層側の電極にプラ
スの電圧を印加したとき）電流は流れない。しかし、実
際のデバイスでは、逆バイアス印加時に微量のリーク電
流が流れることがある。その原因として、有機層および
電極の構成材料自身で決定されてしまう固有の性質も影
響を与えることが考えられるが、一方で有機層や金属層
の膜構造の乱れなどの物理的な変化なども考えられる。
しかし、はっきりしたメカニズムは現在のところ不明で
ある。なお、固有の電極材料を陰極に用いることによ
り、整流性が向上することが報告されている（浅井伸
利ら、ディスプレイアンドイメージングＶｏｌ．
５，ｐｐ．２７９−２８３（１９９７））。しかしなが
ら、製造プロセスの条件を検討した例は少なく、優れた
整流特性を有する素子作成に必要な有効な条件は今まで
見出されていない。

【０００５】以上のように、有機ＥＬ素子をＸ−Ｙ平面
に配列しパネルを形成し、単純マトリックス駆動をしよ
うとする場合、素子の整流性が低いと前述のリーク電流
が原因となりクロストーク現象が発生し表示品位が大き
く損なわれてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点に鑑みなされたものであり、従来の有機ＥＬ素子の特
性を維持しつつ、高い整流比を示す素子及び、該素子を
利用した有機ＥＬパネルの製造方法を提供することが目
的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この課題
を解決すべく実験および研究を重ねた結果、有機膜およ
び電極の成膜の際、支持基板の成膜側表面の温度変化の
速度および温度を特定の範囲内に保つことが、前記課題
を解決することを見出し本発明に至った。本発明は、基
板上に、Ａ）第一の電極を成膜する工程と、Ｂ）該第一の電極上に発光層を含む一層以上の有機化合
物薄膜層を積層する工程と、Ｃ）該有機化合物薄膜層上に第二の電極を積層する工程
と、を少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス
素子の製造方法において、工程Ｂ及びＣと、工程ＢとＣ
との間と、工程Ｃ終了後、基板の成膜側表面の温度が室
温となるまでの間と、における該基板の成膜側表面の温
度が７０℃以下であり、かつ、温度変化速度の絶対値が
１．５℃／sec以内である有機エレクトロルミネッセン
ス素子の製造方法を提供する。

【０００８】有機ＥＬ素子を形成するための基板は、表
面が充分に平坦であり、製造プロセス中の種々のストレ
スに耐えることができ、かつ、素子からの光の取り出し
ロスが少ない種々の材料から選択可能であるが、特にガ
ラスが好適に用いられる。

【０００９】基板の成膜側表面の温度変化の速度は絶対
値で１．５℃／sec以内であれば、本発明の効果が得ら
れるが、より好ましくは温度変化の絶対値が０．７５℃
／sec以内であり、最も好ましくは支持基板を一定温度
とすることである。

【００１０】基板の成膜側表面の最高温度は、８０℃以
下であれば本発明の効果が確認できるが、本発明の効果
が明確となるのは７０℃以下であり、最も望ましくは５
０℃以下である。

【００１１】また、基板の最低温度は、−２００℃程度
の低温で実施することも可能であるが、実用的には室温
程度での実施が一般的である。

【００１２】なお、基板の成膜面側の温度（以下、「基
板温度」という。）とは、支持基板の各種の膜が成膜さ
れる側の表面若しくは、第一の電極が既に基板上に成膜
されている場合は第一の電極の表面、に温度センサーを
設置して測定したものとする。以下、支持基板を単に
「基板」とする。

【００１３】また、発光層を含む有機化合物薄膜層が、
正孔輸送層、電子輸送層等を有する２層以上の積層構造
である場合、工程Ｂは、各々の有機化合物薄膜の成膜を
実施する工程のみでなく、各成膜工程の間で基板が成膜
装置内部に放置されている期間をも含むこととする。

【００１４】また、本発明で、基板の成膜面側の温度及
び、温度変化速度の制御を行なう期間は、少なくとも、
蒸着装置のメインシャッターを開放し有機化合物薄膜の
成膜を開始した時点から、第二の電極の成膜終了後、室
温まで冷却が完了し基板を成膜装置から取り出すことが
可能となるまでの全期間であることが望ましい。

【００１５】ここで、基板の温度制御を始める点を蒸着
装置のメインシャッターを開放した時点からとしたが、
実用上は、これに先立つ蒸発源の加熱の時から温度制御
を行なってもよい。

【００１６】本発明で提案した製造方法により有機ＥＬ
素子を作製することで、逆バイアス電圧が印加された際
のリーク電流が小さい有機ＥＬ素子を製造することが可
能となった。

【００１７】本発明により素子の整流性が向上した理由
は推測であるが、各層を構成する材料の熱的性質の違い
から生じる熱応力によってもたらされたヘテロ界面の乱
れが、基板温度の変化を緩やかにすることで緩和された
ために、有機ＥＬ素子のリーク電流が減少したものと思
われる。

【００１８】また、本発明では、前記工程Ｂ及びＣを真
空蒸着法で行うことが望ましい。真空蒸着法とは、真空
下で蒸発源を加熱することで材料を気化、或いはクラス
ター化し、基板上に堆積させる手法である。加熱法とし
ては、電子ビームを照射して材料を直接加熱する電子ビ
ーム加熱法、抵抗加熱法等がある。

【００１９】また、本発明では、真空蒸着装置を構成す
る部材として、１）基板を支持するための滑らかな平面を有する基板支
持具と、２）基板の成膜側表面の温度を制御するために少なくと
も 2-1）温度センサー、2-2）演算ユニット、2-3)熱放出・
吸収体より構成される基板温度制御装置と、を少なくとも有す
る真空蒸着装置を提供する。温度センサーで検出された
基板温度の変化は演算ユニットで評価され、基板に生じ
た温度変化を打ち消し、設定された基板の温度及び、温
度変化速度となるように熱吸収・加熱体に信号が出され
る。

【００２０】この基板温度制御装置により、成膜中に発
生する基板温度の変化を緩やかとすることが可能となっ
た。また、成膜中の基板温度を７０℃以下に抑えること
が可能となり、良好な有機ＥＬ素子を得ることが可能と
なった。

【００２１】また、前記熱吸収体・放出体と基板支持具
とが一体化されていることが望ましい。

【００２２】また、前記真空蒸着装置に設置される基板
温度制御装置は、基板の成膜側表面の温度を７０℃以下
の温度に、かつ、基板の成膜側表面の温度の変化速度の
絶対値を１．５℃／sec以内に、制御可能であることが
望ましい。

【００２３】ここで、前記基板支持具の前記滑らかな平
面の表面粗さがJIS B0601-1994よる算術平均粗さ（Ra）
が200nm以下であり、かつ、最大高さ（Ry）が800nm以下
であることが望ましい。基板支持具の表面粗さがこれよ
り小さい場合には、基板と支持具との接触面積が大きく
なり、基板と基板支持具と一体化した熱放出・吸収体に
よる基板の温度制御性がより向上する。

【００２４】さらに、基板支持具の滑らかな平面と支持
すべき基板の間を軟らかな金属により隙間なく充填して
もよい。金属を基板と基板支持具との間の間隙に埋め込
むことにより、基板の温度制御性が一層向上する。

【００２５】ここで、軟らかな金属としては、インジウ
ム、アルミニウム等が挙げられる。市販のインジウムシ
ート等がこの目的に好適に用いられる。

【００２６】本発明の真空蒸着装置は前記工程Ｂ及び工
程Ｃに好適に用いられる。

【００２７】また、本発明では、さらに、本発明の有機
エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を用いて製造
された有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。

【００２８】また、本発明は、この有機エレクトロルミ
ネッセンス素子をマトリックス上に複数個配置した有機
エレクトロルミネッセンスパネルに好適に用いられる。
本発明で提供する逆バイアス電圧印加時のリーク電流が
少ない有機ＥＬ素子によりディスプレイパネルを作製す
ることで、クロストークが抑えられた表示品質の良いデ
ィスプレイパネルを得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、一般的な有機ＥＬ素子の
構造の一例を模式的に表した図である。支持基板１１上
には透明電極１２が形成され、透明電極上に正孔輸送層
１３、発光層１４、電子輸送層１５が、電子輸送層上に
陰極１６が存在している。

【００３０】本発明の実施に当たって、構造上の限定事
項等は無いので、これまでの研究開発成果を適用でき
る。すなわち、支持基板、陽極、各種有機材料、陰極な
どは、各種公知のものを使用できる。図１は、３層の有
機層（１３，１４，１５）から成る有機ＥＬ素子の模式
図であるが、一方若しくは両方のキャリア輸送層と発光
層を兼ねた構成とすること、あるいは３層以上とするこ
とも可能である。また、各層とも、２種類以上の材料を
混ぜ合わせて構成してもよい。なお、支持基板は陰極側
としてもよいし、光の取り出し方向もいずれでもよい。
素子の製造順序は、図１に示した素子では、支持基板上
に、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極の順
に積層していく方法が比較的簡便であるが、特に限定さ
れるものではない。陰極側に支持基板を設ける場合は、
陰極、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、陽極の順に構
成してゆく方法が簡便であるが、この場合も特に限定さ
れるものではない。

【００３１】図２は、本発明の基板温度制御装置付きの
真空蒸着装置の真空槽の実施の一例を示したものであ
る。図２において、成膜が行われる基板２４は熱放出・
吸収体と一体となった基板支持具に固定されている。基
板２４の表面には基板温度を測定するための熱伝対２３
が設置されている。ただし、基板２４表面に既に第一の
電極が成膜されている時は熱伝対２３はこの第一の電極
上に設置される。

【００３２】基板温度の制御は、熱伝対２３により評価
された基板温度及びその変化速度を演算ユニット２１で
評価し、基板に生じた温度変化を打ち消し、設定された
範囲（基板温度変化速度の絶対値が１．５℃／sec、か
つ、基板温度が７０℃以下）になるような信号を基板支
持具と一体化した熱放出・吸収体２２（以下「基板支持
具付き熱放出・吸収体」という。）に送り、基板支持具
付き熱放出・吸収体２２がこの信号に応じて、基板と熱
の授受を行なう事でなされる。

【００３３】また、成膜材料は蒸着源２７に設置され、
抵抗加熱方式又は、電子ビーム方式により加熱される。
成膜は、蒸発源シャッター２６とメインシャッター２５
を開放することで開始され、メインシャッター２５を閉
鎖することで終了する。

【００３４】これらのうち、本発明に関わる基板支持具
付き熱放出・吸収体２２、熱伝対２３は、真空雰囲気下
にされられるので、他の部品と同様、真空系に悪影響を
及ぼさないような材質、構成とすべきである。熱伝対２
３は基板表面の温度をモニターするためのもので、図２
では一つであるが、複数あってもよい。成膜させる基板
サイズが大きかったり、材料蒸発源がいくつかある場合
などは、数個設置したほうが望ましい。ただし、この場
合、いずれの熱伝対も基板に向かって飛来する蒸気流を
妨げないような配置及び大きさとするべきである。基板
支持具付き熱放出・吸収体２２は、基板と熱の授受を行
い基板の温度変化を相殺する方向に作用する。

【００３５】本発明に於ける熱放出・吸収体は、基板と
接する面（基板支持具付き熱放出・吸収体２２における
基板２４と接する面）の表面粗さをＪＩＳＢ０６０１
−１９９４で規定される定義に基づいた値で、算術平均
粗さ（Ｒａ）を２００ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）を８
００ｎｍ以下とすることが好ましい。このように表面を
滑らかにすることにより、基板と基板支持具付き熱放出
・吸収体２２との間に高い密着性が生まれ、高真空雰囲
気下でも素早い熱伝導が可能となる。

【００３６】なお、基板側（基板裏面）においても熱放
出・吸収体２２と接する面の表面粗さが、基板支持具付
き熱放出・吸収体２２表面と同レベル、若しくはそれよ
りも小さくないと、前記の良好な熱伝導は得られないこ
とに注意が必要である。両表面の密着性が不十分な場
合、熱の伝導が円滑に行われず、基板温度の制御性が低
下する（例えば、温度制御のタイムラグ等）。

【００３７】インジウム等の熱伝導性がよく、比較的軟
らかい金属シート等を両表面間に挟み圧着させることに
より密着性を高めると、基板２４と基板支持具付き熱放
出・吸収体２２との熱移動はよりスムーズとなる。この
金属シートは、前述した密着性の悪い場合のみでなく、
密着性の良い場合に用いても温度の制御性をより一層向
上することが可能となる。

【００３８】演算ユニット２１は、熱伝対の温度変化を
計算し、それを相殺するように基板支持具付き熱放出・
吸収体２２に信号を発信する。信号を受け取った、基板
支持具付き熱放出・吸収体２２は、信号のレベルにあわ
せ基板接触面の温度を変化させる。このような制御法に
より、成膜プロセスの間、基板の温度変化の速度の絶対
値を１．５℃／sec以内、より好ましくは０．７５℃／s
ec以内であり、最も好ましくは一定温度に、並びに、基
板温度を７０℃以下に、調整することが可能となる。な
お、熱放出・吸収体２２は、本体内部に加熱器・冷却器
を有する構造でも良いし、不活性液体等を内部に循環さ
せる構造でも良い。

【００３９】その他、図２には記載していないが、真空
蒸着装置の真空槽内には、蒸発レートをモニターするた
め装置、膜のパターニング用のマスク等必要な部品が必
要数装着される。

【００４０】また、蒸発源は、図２では３つ記したが、
蒸着すべき膜の数に応じて、これ以上とすることも可能
である。

【００４１】一般に、真空蒸着法で成膜を行う際の基板
の温度は、蒸発源加熱開始と共に緩やかに上昇する。そ
してメインシャッター開放と同時により急激に上昇し、
温度上昇はメインシャッターを閉じるまで継続する。蒸
発源加熱開始から成膜終了までの温度上昇を緩やかと
し、かつ基板温度を７０℃以下とすることが本発明の第
一の重要部分である。温度上昇の速さは、１．５℃／se
c以内が好ましい。さらに言えば、０．７５℃／sec以内
がより好ましいが、最も好ましくは、メインシャッター
を開放しても基板温度が一定温度で保たれることであ
る。

【００４２】成膜が終了し、メインシャッターを閉じ蒸
発源加熱を停止すると、熱の供給が絶たれるため基板温
度は急激に低下する。この温度低下を緩やかとすること
が、本発明の第二の重要部分である。基板温度の低下速
度は１．５℃／sec以上、より好ましくは０．７５℃／s
ec以上とすること好ましい。

【００４３】なお、このような基板の昇温・降温現象
は、特に高沸点材料を蒸着させる場合に見られ、一般的
な有機ＥＬ素子作成プロセスでは、電極に用いる金属材
料の成膜の際に特に問題となる。各種の有機化合物薄膜
の成膜の際も材料の物性、蒸着レートの安定性、膜厚等
により基板温度の変化速度が大きくなる場合もある。し
たがって実用上、リーク電流の少ない有機ＥＬ素子を得
るには真空蒸着装置内で連続して行われる全ての層の成
膜工程とその前後工程（基板上に最初の膜を成膜する場
合の前工程を除く。）にわたって、基板温度制御装置を
作動させる方が好ましい。

【００４４】なお、多層の積層膜を作成する際は、前述
の範囲内の温度変化速度および温度を保ち得れば、その
つど蒸発源の温度を加熱前の温度に戻るまで待つ必要は
ない。

【００４５】なお、蒸発源は熱の発生源でもあるので、
蒸発源と基板との距離が十分に長い場合、昇温速度が抑
えられ、膜厚、蒸着速度、蒸発源の形状によっては、特
に基板温度制御を施さなくても、本発明記載の温度、温
度変化速度範囲内に収まることも考えられる。しかし、
蒸発源と基板との距離を取り過ぎると蒸着材料の多く
が、真空槽内の基板以外の各部分に付着してしまい、材
料の利用効率が低下する問題がある。この点に関して
も、本発明による基板温度制御装置を動作させることに
より、基板温度の上昇を抑えることができるので、基板
と蒸発源の距離を短くすることができ、材料の有効利用
が可能となる。このことも本発明の重要事項として挙げ
られる。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
の要旨を逸脱しない限り、本発明は以下の実施例に限定
されるものではない。＜実施例１＞＝工程Ａ（第一の電極の成膜）＝厚さ０．７ｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウム錫
酸化物）をスパッタリングによってシート抵抗１５Ω／
□になるように成膜し、不要な部分をエッチングにより
除去し、パターニングしてＩＴＯ陽極（第一の電極）付
き支持基板とした（以下、この項においては単に「基
板」という）。この基板を、中性洗剤、イソプロピルア
ルコール中で順次超音波洗浄し、充分に乾燥させた後
に、１１０℃に加熱しながら、ＵＶ−オゾン洗浄を５分
間行なった。＝工程Ｂ（有機化合物薄膜層の積層）＝この基板の第一の電極が存在しない側を、基板温度制御
機構付き抵抗加熱式真空蒸着装置の真空槽内の基板支持
具と一体となった熱放出・吸収体に密着して固定した。
この際、基板と基板支持具との密着性を高めるために、
インジウムシートで両者を圧着した。

【００４７】なお、本実施例で用いた真空蒸着装置は５
つの蒸発源を持ち、蒸発源から基板表面までの距離が約
３０cmである。

【００４８】また、熱放出体・吸収体は、ステンレス製
であり、温度調節は、フッ素系不活性液体を内部に循環
させて、この液体を介して間接的に行う方式とした。熱
放出・吸収体の基板と接する面の表面粗さは、算術平均
粗さ（Ｒａ）を２００ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）を８
００ｎｍ以下とした。

【００４９】熱放出・吸収体に基板を固定すると共に、
成膜される全ての膜の原料物質を蒸発源に取り付ける。
すなわち、正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ジフェニル− Ｎ，
Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−１，１’―ビフェニル−
４，４’−ジアミン（以下、α−ＮＰＤと略記する。）
を２００ｍｇをモリブデンボートに入れ、蒸発源にセッ
トした。なお、α−ＮＰＤの構造を以下に示す。

【００５０】

【化１】電子輸送材料を兼ねた緑色発光材料であるトリス（８
−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム（以下、Ａｌ
ｑと略記する。）を２００ｍｇモリブデンボートに入
れ、蒸発源にセットした。なお、Ａｌｑの構造を以下に
示す。

【００５１】

【化２】陰極材料である、アルミニウムを２ｇ、リチウムを
０．５ｇそれぞれタングステンボートに入れ蒸発源にセ
ットした。リチウムのセットは、表面の酸化を抑えるた
めに素早く行い、セット後ただちに真空引きをした。

【００５２】その後、真空槽内を１０^-5Ｐａ台まで減圧
し、基板温度制御装置を作動させ、基板温度の調整を開
始した。α−ＮＰＤ入りのモリブデンボートをゆっくり
加熱し、約０．１ｎｍ／secの蒸着レートで安定したと
ころで、メインシャッターを開放し、成膜を開始した。
膜厚が５０ｎｍとなったところで、メインシャッターを
閉じ正孔輸送層の形成を終了した。同様にして、Ａｌｑ
を蒸着レート約０．１ｎｍ／secで蒸着し、膜厚７０ｎ
ｍの電子輸送層を兼ねた発光層を形成した。これら、一
連の有機層の蒸着時には、同じマスクを介して行い、有
機膜のパターンを形成した。＝工程Ｃ（第二の電極の成膜）＝工程Ｂに続いて陰極用の別のマスクをセットした。な
お、陰極用のマスクと有機化合物薄膜用のマスクはあら
かじめ真空槽内にセットしておき、真空槽外部からの操
作によりいずれかを選択できるような機構を有する真空
蒸着装置を用いた。陰極用マスクをセットした後、リチ
ウム入りタングステンボートおよびアルミニウム入りタ
ングステンボートを加熱しアルミニウムに対するリチウ
ムの重量比率が約０．１％となるように各々の蒸着レー
トを制御した後、メインシャッターを開放した。この場
合の陰極の成膜速度は２ｎｍ/secである。陰極の膜厚が
２５０ｎｍとなったところでメインシャッターを閉じ、
蒸発源の加熱を停止した。

【００５３】なお、本実施例において陰極は、リチウム
とアルミニウムの混合物としたが、リチウムは電子注入
効率を上げるために混合されるのであり、有機層と電極
の界面から数十ｎｍまでに存在すれば良い。そこで、リ
チウムとアルミニウム混合物電極の成膜がある程度進
み、上述の数十ｎｍのリチウム含有アルミニウム層が形
成されたならば、リチウムの蒸着を停止して、その後
は、アルミニウムのみで電極を形成しても構わない。

【００５４】全ての膜の成膜が終了後、基板温度の変化
速度の絶対値が１．５℃／sec以内となるように、基板
温度制御装置を作動させたまま、室温まで冷却し、続い
て、ゆっくりと乾燥窒素を真空槽に導入した。真空槽内
の圧力が大気圧となったところで、素早く取り出し、乾
燥窒素存在下でキャップと接着剤により封止した。

【００５５】基板温度制御装置は、真空槽を開放し、完
成した素子を取り出すまで動作させておいた。また、途
中の基板表面の温度は最高でも６０℃前後で、７０℃を
上回ることはなかった。なお、１枚の基板につき、２ｍ
ｍ×２ｍｍの発光部を４箇所設け、同一基板に４つの同
構造の画素を作成した。＜比較例１＞一連の成膜工程（α−ＮＰＤの蒸発源加熱
〜成膜〜加熱終了〜放置〜Ａｌｑの蒸発源加熱〜成膜〜
加熱終了〜放置〜陰極材料蒸発源加熱〜成膜〜加熱終了
〜放置〜取り出し）の間、基板温度制御装置を作動させ
なかったこと以外は、実施例１と同様の手順で、同じ構
造の有機ＥＬ素子を作成した。なお、基板温度制御装置
を動作させなかった為、基板温度は、蒸発源加熱開始と
共に徐々に上昇し、メインシャッター解放時にさらに急
激に上昇し、メインシャッターを閉じるまで温度は上昇
し続けた。また、メインシャッターを閉じ蒸発源加熱を
止めると同時に急激に低下した。これらの傾向は、特に
金属材料である陰極の蒸着時に顕著に見られ、この時の
温度上昇時の温度変化速度は、最も速い時で２．１℃／
secであった。また、陰極成膜終了後の温度の低下速度
も、最も速い時で１．８℃／secであった。また、基板
温度も７０℃を超えて約８０℃を示していた。

【００５６】有機膜の成膜時も、有機材料中最も高い気
化温度を有するＡｌｑの成膜時に温度変化の速さが１．
５℃／secを上回っていた。＜実施例２＞＝工程Ａ（第一の電極の成膜）＝実施例１と同様にしてＩＴＯ陽極（第一の電極）を基板
上に成膜し、洗浄処理を施し工程Ａを終了した。＝工程Ｂ（有機化合物薄膜層の積層）＝本工程及び工程Ｃでは実施例１と同じ真空蒸着装置を用
いている。また、実施例１と同様に、基板を熱放出・吸
収体と一体化した基板支持具に固定するとともに、以下
に示す必要な成膜用の原料物質をボートに入れ蒸発源に
取り付けた。用いたボートは実施例１と同様に、有機材
料についてはモリブデン製であり、陰極材料については
タングステン製である。正孔輸送材料であるα−ＮＰＤ（図３）を２００ｍｇ青色発光材料である４，４’−ビス（２，２’−ジフ
ェニルビニル）ビフェニル（以下、ＤＰＶＢｉと略記す
る。）を２００ｍｇなお、ＤＰＶＢｉの構造を以下に示す。

【００５７】

【化３】電子輸送材料であるＡｌｑを２００ｍｇ陰極材料であるＡｌを２ｇ、陰極材料であるＬｉを０．５ｇなお、リチウム取り付け時の注意も実施例と１同様であ
る。

【００５８】その後、実施例１と同様に真空引きを行な
い、１０^-5Ｐａ台となった時点で、基板温度制御装置に
よる基板温度の調整を開始した。

【００５９】その後、α−ＮＰＤ入りのモリブデンボー
トをゆっくり加熱し、約０．１ｎｍ／secの蒸着レート
で安定したところで、メインシャッターを開放し、成膜
を開始した。膜厚が５０ｎｍとなったところで、メイン
シャッターを閉じ正孔輸送層の成膜を終了した。同様に
して、ＤＰＶＢｉを蒸着レート約０．１ｎｍ／secで蒸
着し、膜厚５０ｎｍの発光層を形成した。さらに、同様
にして、Ａｌｑを蒸着レート約０．１ｎｍ／secで蒸着
し膜厚４０ｎｍの電子輸送層を形成した。これら、一連
の有機層の蒸着時には、実施例１と同じ形状のマスクを
介して行い、有機膜のパターンを形成した。＝工程Ｃ（第二の電極の成膜）＝続いて陰極用の別のマスクをセットし、実施例１と同様
に陰極の形成を行ない、終了後、規定の基板温度変化速
度で室温まで冷却した後、実施例１と同様にして、封止
して素子を得た。

【００６０】基板温度制御装置は、真空槽を開放し、完
成した素子を取り出すまで動作させておいた。また、途
中の基板表面の温度は最高でも６０℃前後で、７０℃を
上回ることはなかった。なお、１枚の基板につき、２ｍ
ｍ×２ｍｍの発光部を４箇所設け、同一基板に４つの同
構造の画素を作成した。＜比較例２＞一連の成膜工程（α−ＮＰＤの蒸発源加熱
〜成膜〜加熱終了〜放置〜ＤＰＶＢｉの蒸発源加熱〜成
膜〜加熱終了〜放置〜Ａｌｑの蒸発源加熱〜成膜〜加熱
終了〜放置〜陰極材料蒸発源加熱〜成膜〜加熱終了〜放
置〜取り出し）の間、基板温度制御装置を作動させなか
ったこと以外は、実施例２と同様の手順で、同じ構造の
有機ＥＬ素子を作成した。なお、基板温度制御装置を動
作させなかった為、基板温度は、蒸発源加熱開始と共に
徐々に上昇し、メインシャッター解放時にさらに急激に
上昇し、メインシャッターを閉じるまで温度は上昇し続
けた。また、メインシャッターを閉じ蒸発源加熱を止め
ると同時に急激に低下した。これらの傾向は、特に金属
材料である陰極の蒸着時に顕著に見られ、この時の温度
上昇時の温度変化速度は、最も速い場合で２．２℃／se
cであった。また、陰極成膜終了後の温度の低下速度
も、最も速い場合で１．８℃／secであった。また、基
板温度も７０℃を超えて約８０℃を示していた。

【００６１】有機膜の成膜時も、有機材料中最も高い気
化温度を有するＡｌｑの成膜時に温度変化の速さが１．
５℃／secを上回っていた。＜実施例３＞＝工程Ａ（第一の電極の成膜）＝実施例１と同様にしてＩＴＯ陽極（第一の電極）を基板
上に成膜し、洗浄処理を施し工程Ａを終了した。＝工程Ｂ（有機化合物薄膜層の積層）＝本工程及び工程Ｃでは実施例１と同じ真空蒸着装置を用
いている。また、実施例１と同様に、基板を熱放出・吸
収体と一体化した基板支持具に固定するとともに、以下
に示す必要な成膜用の原料物質をボートに入れ蒸発源に
取り付けた。用いたボートは実施例１と同様に、有機材
料についてはモリブデン製であり、陰極材料については
タングステン製である。正孔輸送材料であるα−ＮＰＤ（図３）を２００ｍｇ赤色発光材料である４−（ジシアノメチレン）−２−
メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−
ピラン（以下、ＤＣＭと略記する。）を１００ｍｇなお、ＤＣＭの構造を以下に示す。

【００６２】

【化４】Ａｌｑを２００ｍｇ陰極材料であるＡｌを２ｇ、陰極材料であるＬｉを０．５ｇなお、リチウム取り付け時の注意も実施例と１同様であ
る。

【００６３】その後、実施例１と同様に真空引きを行な
い、１０^-5Ｐａ台となった時点で、基板温度制御装置に
よる基板温度の調整を開始した。

【００６４】その後、α−ＮＰＤ入りのモリブデンボー
トをゆっくり加熱し、約０．１ｎｍ／secの蒸着レート
で安定したところで、メインシャッターを開放し、成膜
を開始した。膜厚が５０ｎｍとなったところで、メイン
シャッターを閉じ正孔輸送層の成膜を終了した。続い
て、Ａｌｑ入りモリブデンボートとＤＣＭ入りモリブデ
ンボートを加熱しＡｌｑに対するＤＣＭの重量比率が１
％となるように各々の蒸着レートを制御した後、メイン
シャッターを解放した。ＡｌｑとＤＣＭの混合膜の膜厚
が５０ｎｍとなったところで、ＤＣＭ入りボートの加熱
源のシャッターのみを閉じ加熱を止めた。発光層におけ
るＡｌｑは、発光材料ＤＣＭをドープするためのホスト
材料としての機能を持つ。さらに、電子輸送層を成膜す
るためにＡｌｑのみさらに３５ｎｍ成膜を続けた。こう
して、発光層（ＡｌｑとＤＣＭの混合層）と電子輸送層
（Ａｌｑのみから成る層）を形成した。これら、一連の
有機層の蒸着時には、実施例１と同じ形状のマスクを介
して行い、有機膜のパターンを形成した。＝工程Ｃ（第二の電極の成膜）＝続いて陰極用の別のマスクをセットし、実施例１と同様
に陰極の形成を行ない、終了後、規定の基板温度変化速
度で室温まで冷却した後、実施例１と同様にして、封止
して素子を得た。

【００６５】基板温度制御装置は、真空槽を開放し、完
成した素子を取り出すまで動作させておいた。また、途
中の基板表面の温度は最高でも６０℃前後で、７０℃を
上回ることはなかった。なお、１枚の基板につき、２ｍ
ｍ×２ｍｍの発光部を４箇所設け、同一基板に４つの同
構造の画素を作成した。＜比較例３＞一連の成膜工程（α−ＮＰＤの蒸発源加熱
〜成膜〜加熱終了〜放置〜ＡｌｑとＤＣＭの蒸発源加熱
〜成膜〜ＤＣＭ蒸発源の加熱終了、Ａｌｑの蒸発源加熱
続行〜Ａｌｑの加熱終了〜放置〜陰極材料蒸発源加熱〜
成膜〜加熱終了〜放置〜取り出し）の間、基板温度制御
装置を作動させなかったこと以外は、実施例３と同様の
手順で、同じ構造の有機ＥＬ素子を作成した。なお、基
板温度制御装置を動作させなかった為、基板温度は、蒸
発源加熱開始と共に徐々に上昇し、メインシャッター解
放時にさらに急激に上昇し、メインシャッターを閉じる
まで温度は上昇し続けた。また、メインシャッターを閉
じ蒸発源加熱を止めると同時に急激に低下した。これら
の傾向は、特に金属材料である陰極の蒸着時に顕著に見
られ、この時の温度上昇時の温度変化速度は、最も速い
場合で２．１℃／secであった。また、陰極成膜終了後
の温度の低下速度も、最も速い場合で１．８℃／secで
あった。また、基板温度も７０℃を超えて約８０℃を示
していた。

【００６６】有機膜の成膜時も、有機材料中最も高い気
化温度を有するＡｌｑの成膜時に温度変化の速さが１．
５℃／secを上回っていた。＜実施例４＞実施例１で作成した有機ＥＬ素子と同じ材
料で、同じ膜厚構成の、２５６（陽極本数）×６４（陰
極本数）ドット緑色発光有機ＥＬパネルを作成した。各
画素の形状は、縦横いずれも０．３３ｍｍピッチ／スペ
ース０．０４ｍｍとした。ガラス基板、陽極パターン、
有機膜用マスク、陰極用マスク、封止キャップの形状が
それぞれ異なる以外は、同じ材料を用いて、同じ膜厚と
し、実施例１と同様、温度制御装置を作動させ周辺から
の熱の授受に伴う温度変化に対し、その変化速度の絶対
値を０．７５℃／sec以内に制御した上で成膜した。成
膜終了後も、温度制御装置を作動させた状態でしばらく
放置し、基板温度が室温に戻ったところで、ゆっくりと
乾燥窒素を真空槽に導入した。真空槽内の圧力が大気圧
となったところで、素早く取り出し、乾燥窒素存在下で
キャップと接着剤により封止した。基板温度制御装置
は、真空槽を開放し、完成したパネルを取り出すまで動
作させておいた。また、途中の基板表面の温度は最高で
も６０℃前後で、７０℃を上回ることはなかった。＜比較例４＞温度制御装置を作動させなかった以外は、
実施例４と同様の手法、材料を用いて、同構造の有機Ｅ
Ｌパネルを作成した。なお、基板温度制御装置を動作さ
せなかった為、基板温度は、蒸発源加熱開始と共に徐々
に上昇し、メインシャッター解放時にさらに急激に上昇
し、メインシャッターを閉じるまで温度は上昇し続け
た。また、メインシャッターを閉じ蒸発源加熱を止める
と同時に急激に低下した。これらの傾向は、特に陰極蒸
着時に顕著に見られ、温度上昇時の温度変化速度は、速
い時は、２℃／secを上回った。また、成膜終了後の温
度の低下速度は１．５℃／secを上回っていた。有機膜
の成膜時も材料によっては、温度変化の速さが、速い時
は、１．５℃／secを上回っていた。基板温度は、陰極
成膜時に７０℃を超えていた。＜実施例５＞実施例４で用いたものと同様の陽極パター
ン付ガラス基板、有機膜用マスク、陰極用マスク、封止
キャップを用いて、実施例２と同じ膜構造の青色発光有
機ＥＬパネルを作成した。実施例２と同様、温度制御装
置を作動させ、周辺からの熱の授受に伴う温度変化に対
し、その変化速度の絶対値を０．７５℃／sec以内に制
御した上で成膜した。成膜終了後も、温度制御装置を作
動させた状態でしばらく放置し、基板温度が室温に戻っ
たところで、ゆっくりと乾燥窒素を真空槽に導入した。
真空槽内の圧力が大気圧となったところで、素早く取り
出し、乾燥窒素存在下でキャップと接着剤により封止し
た。基板温度制御装置は、真空槽を開放し、完成したパ
ネルを取り出すまで動作させておいた。また、途中の基
板表面の温度は最高でも６０℃前後で、７０℃を上回る
ことはなかった。＜比較例５＞温度制御装置を作動させなかった以外は、
実施例５と同様の手法、材料を用いて、同構造の有機Ｅ
Ｌパネルを作成した。なお、基板温度制御装置を動作さ
せなかった為、基板温度は、蒸発源加熱開始と共に徐々
に上昇し、メインシャッター解放時にさらに急激に上昇
し、メインシャッターを閉じるまで温度は上昇し続け
た。また、メインシャッターを閉じ蒸発源加熱を止める
と同時に急激に低下した。これらの傾向は、特に陰極蒸
着時に顕著に見られ、温度上昇時の温度変化速度は、速
い時は２℃／secを上回った。また、成膜終了後の温度
の低下速度は１．５℃／secを上回っていた。有機膜の
成膜時も材料によっては、温度変化の速さが速い時は
１．５℃／secを上回っていた。基板温度は、陰極成膜
時に７０℃を超えていた。＜実施例６＞実施例４で用いたものと同様の陽極パター
ン付ガラス基板、有機膜用マスク、陰極用マスク、封止
キャップを用いて、実施例３と同じ膜構造の赤色発光有
機ＥＬパネルを作成した。実施例３と同様、温度制御装
置を作動させ、周辺からの熱の授受に伴う温度変化に対
し、その変化速度の絶対値を０．７５℃／sec以内に制
御した上で成膜した。成膜終了後も、温度制御装置を作
動させた状態でしばらく放置し、基板温度が室温に戻っ
たところで、ゆっくりと乾燥窒素を真空槽に導入した。
真空槽内の圧力が大気圧となったところで、素早く取り
出し、乾燥窒素存在下でキャップと接着剤により封止し
た。基板温度制御装置は、真空槽を開放し、完成したパ
ネルを取り出すまで動作させておいた。また、途中の基
板表面の温度は最高でも６０℃前後で、７０℃を上回る
ことはなかった。＜比較例６＞温度制御装置を作動させなかった以外は、
実施例６と同様の手法、材料を用いて、同構造の有機Ｅ
Ｌパネルを作成した。なお、基板温度制御装置を動作さ
せなかった為、基板温度は、蒸発源加熱開始と共に徐々
に上昇し、メインシャッター解放時にさらに急激に上昇
し、メインシャッターを閉じるまで温度は上昇し続け
た。また、メインシャッターを閉じ蒸発源加熱を止める
と同時に急激に低下した。これらの傾向は、特に陰極蒸
着時に顕著に見られ、温度上昇時の温度変化速度は、速
い時は２℃／secを上回った。また、成膜終了後の温度
の低下速度は１．５℃／secを上回っていた。有機膜の
成膜時も材料によっては、温度変化の速さが、速い時は
１．５℃／secを上回っていた。基板温度は、陰極成膜
時に７０℃を超えていた。＜比較例と実施例の比較＞以上の手順で作製した各有機
ＥＬ素子（実施例１〜３，比較例１〜３）の印加電圧−
電流特性を、−１５〜＋１５Ｖにわたり測定した。測定
は、０Ｖから＋１５Ｖまで印加電圧を上昇する順方向と、０Ｖから−１５Ｖまで印加電圧を減少する逆方向と、の２方向に分けて行なった。素子の電圧−電流特性の再
現性を調査するために、測定は素子毎に３回繰り返し
た。

【００６７】図３に、実施例１と比較例１の場合の測定
データを例示した。図３の横軸は印加電圧である。縦軸
は、電流値の絶対値を対数軸上に示したものである。図
３から明らかなように、順方向の特性には実施例１と比
較例１で大きな差異は見られなかった。実施例１、比較
例１のどちらもが、電圧１０Ｖで約１０^-3Ａの電流とな
る。

【００６８】それに対し、逆方向リーク電流では大きな
差異が見られた。実施例１では、電圧を減少させても、
電流はほぼ１０^-10Ａで一定であるのに対し、比較例１
では、電圧の絶対値が大きくなればなるほどリーク電流
が増加した。−１５Ｖで比較した場合、比較例１は実施
例１に比べ２〜４桁大きなリーク電流が流れていた。

【００６９】また、実施例１では、順方向、逆方向とも
に再現性のよいデータが得られたのに対し、比較例１で
は、同一基板内に作製された画素間においても、逆方向
電圧印加時に流れるリーク電流にバラツキが見られた。
なお、この傾向は比較例２，比較例３においても認めら
れた。実施例２、実施例３は、実施例１と同様に、再現
性が高く、バラツキの少ないデータが得られた。得られ
た結果を基に以下の式で表される整流比を算出し、表１
に結果を示した。

【００７０】整流比＝｜＋１５Ｖ印加時の電流量｜／｜
−１５Ｖ印加時の電流量｜

【００７１】

【表１】この表から明らかなように、本発明により、逆方向のリ
ーク電流が低減され、整流性特性の優れた有機ＥＬ素子
が作成できることが分かる。

【００７２】また、以上の手順で作成した２５６×６４
ドット有機ＥＬパネル（実施例４〜６，比較例４〜６）
を駆動回路に接続した。ロウ側（陰極側）を１／６４デ
ューティーで順次グランドにスイッチする一方で、カラ
ム側（陽極）から定電流データ信号を送る方式で駆動
し、文字、キャラクター及び模様等を表示させ、目視観
察でクロストークの有無を観測した。

【００７３】表２に、クロストークの有無を示した。こ
れらから明らかなように、本発明により、整流特性の優
れた画素をパネル内に形成することが可能となり、表示
品位の優れた単純マトリックス駆動方式の有機ＥＬ素子
パネルが作成できた。

【００７４】

【表２】

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、薄膜形成およびその前
後のプロセスの間、基板温度の変化速度の絶対値を１．
５℃／sec以内、かつ基板温度を７０℃以下とすること
により、優れた整流特性を有する有機ＥＬ素子を作成で
きる。また、本発明の手法により単純マトリックス駆動
有機ＥＬパネルを作成することで、クロストークが無く
表示品位の高い表示パネルを作成でき、ディスプレイデ
バイスとしての性能向上に著しい効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な有機ＥＬ素子の模式図である。

【図２】本発明による基板温度制御を可能にした真空蒸
着装置の真空槽の構造をあらわす模式図である。

【図３】実施例１，および比較例１で作成した有機ＥＬ
素子の電流−電圧特性である。縦軸は、マイナスの方向
に流れる電流を対数表示するために絶対値で表記してい
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、Ａ）第一の電極を成膜する工程と、Ｂ）該第一の電極上に発光層を含む一層以上の有機化合
物薄膜層を積層する工程と、Ｃ）該有機化合物薄膜層上に第二の電極を積層する工程
と、を少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス
素子の製造方法において、工程Ｂ及びＣと、工程ＢとＣ
との間と、工程Ｃ終了後、基板温度が室温となるまでの
間と、における該基板温度が７０℃以下であり、かつ、
温度変化速度の絶対値が１．５℃／sec以内である有機
エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項２】前記工程Ｂ及びＣを真空蒸着法で行う請
求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造
方法。
【請求項３】真空蒸着装置を構成する部材として、１）基板を支持するための滑らかな平面を有する基板支
持具と、２）基板の成膜側表面の温度を制御するために少なくと
も 2-1）温度センサー、2-2）演算ユニット、2-3)熱放出・
吸収体より構成される基板温度制御装置と、を少なくとも有す
る真空蒸着装置。
【請求項４】前記基板支持具と前記熱放出・吸収体が
一体化されている請求項３記載の真空蒸着装置。
【請求項５】前記基板温度制御装置は、基板の成膜側表
面の温度を７０℃以下の温度に、かつ、基板の成膜側表
面の温度の変化速度の絶対値を１．５℃／sec以内に、
制御することを特徴とする請求項３又は４記載の真空蒸
着装置。
【請求項６】前記基板支持具の前記滑らかな平面の表
面粗さがJIS B0601-1994よる算術平均粗さ（Ra）が200n
m以下であり、かつ、最大高さ（Ry）が800nm以下である
請求項３〜５のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項７】前記基板支持具の滑らかな平面と支持す
べき基板の間を軟らかな金属により隙間なく充填する請
求項６記載の真空蒸着装置。
【請求項８】請求項３〜７のいずれか一項に記載の真
空蒸着装置を、前記工程Ｂ及びＣに用いる請求項１また
は２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方
法。
【請求項９】請求項１、２又は８のいずれか一項に記
載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を用
いて製造した有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】請求項９記載の有機エレクトロルミネ
ッセンス素子をマトリックス状に複数個配置した有機エ
レクトロルミネッセンスパネル。