JP2002246174A - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびこの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経時に伴う輝度の減小を抑制できるようにす
る。 【解決手段】 マスク層１０５を除去することで、同時
にマスク層１０５上のＩＴＯ膜１０６を除去し、溝１０
３内にＩＴＯからなる複数の下部電極１０７が形成され
た状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、寿命特性に優れた
有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescen
t：ＥＬ）素子およびこの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は、電界を印加することに
より、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電
子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光する原理
を利用した自発光素子である。イーストマン・コダック
社の「Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ」らによる積層型素子による低
電圧駆動有機ＥＬ素子の報告（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．
Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、アプライドフィジックスレター
ズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）、５１巻、９１３頁、１９８７年 など）がなされ
て以来、有機材料を構成材料とする有機エレクトロルミ
ネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。

【０００３】「Ｔａｎｇ」らは、トリス（８−キノリノ
ール）アルミニウムを発光層に、トリフェニルジアミン
誘導体を正孔輸送層に用いている。積層構造の利点とし
ては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極よ
り注入された電子をブロックして再結合により生成する
励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励
起子を閉じこめることなどが挙げられる。この例のよう
に、有機ＥＬ素子の素子構造としては、正孔輸送（注
入）層、電子輸送性発光層の２層型、または正孔輸送
（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層型など
が良く知られている。こうした積層型構造素子では注入
された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造
や形成方法の工夫がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】有機ＥＬ素子は通常、
基板上に下部電極、有機層、上部電極の順に成膜するこ
とにより素子を形成する。図４に示すように、透明な基
板４０１上には、所定の方向に延在するストライプ状の
複数の下部電極４０２が配置されている。この下部電極
上に有機層が形成されるが、下部電極のエッジ部分上は
有機層が薄くなる。このため、この部分では、上部電極
と下部電極とが短絡しやすく、また、進入した水分によ
り劣化しやすい状態となっており、経時に伴い輝度の減
小が起きやすい状態となっている。

【０００５】有機膜を厚く形成すれば、下部電極の段差
があってもエッジ部分上に十分な厚さの有機膜を備える
ことができるが、有機ＥＬ素子として機能させるために
は有機膜の厚さは１００ｎｍ程度であり、厚く形成する
ことができない。本発明は、以上のような問題点を解消
するためになされたものであり、経時に伴う輝度の減小
を抑制できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子は、主表面に同一方向に延在する複
数の溝が形成された絶縁性を有する透明な基板と、溝内
に配置され、上面と基板の主表面とで実質的に同一の平
面を形成する下部電極と、基板および下部電極上に形成
された発光層と、この発光層上に形成されて下部電極と
は異なる方向に延在するストライプ状の複数の上部電極
とを備えたものである。この発明によれば、発光層が、
平坦な状態の上に形成されている。

【０００７】上記発明において、下部電極は正極であ
り、上部電極は陰極である。また、基板および下部電極
と発光層との間に形成された正孔輸送層を備える。ま
た、発光層と上部電極との間に形成された電子輸送層を
備える。また、下部電極は、例えば、インジウム錫酸化
物などの透明な導電部材から構成されている。

【０００８】本発明のエレクトロルミネッセンス素子の
製造方法は、絶縁性を有する透明な基板の主表面に同一
方向に延在する複数の溝を形成する第１の工程と、溝に
挾まれた基板主表面上に、基板より離れるほど隣り合う
パターンとの間隔が狭くなるように、断面が逆テーパ形
状とされた複数のレジストパターンからなるマスク層を
形成する第２の工程と、スパッタ法により凹部内部およ
びマスク層上に導電性膜を堆積する第３の工程と、マス
ク層を除去すると共にマスク層上に堆積された導電性膜
を除去し、溝内に導電性膜からなる下部電極を形成する
第４の工程と、基板および下部電極上に発光層を形成す
る第５の工程と、発光層上に下部電極とは異なる方向に
延在するストライプ状の複数の上部電極を形成する第６
の工程とを少なくとも備え、レジストパターンは、底面
の幅が溝の配置間隔に略等しく形成され、第４の工程で
は、スパッタ法で用いるターゲット平面に対して基板を
傾けた状態とし、かつ、基板の主表面で形成する平面の
法線を軸として基板を回転させた状態で導電性膜を堆積
するものである。この発明によれば、マスク層のレジス
トパターン側面には導電性膜があまり形成されない状態
で、溝内に隙間なく導電性膜が充填され、また、下部電
極が形成された時点では、基板および下部電極上面が、
ほぼ同一の平面を形成した状態となっている。

【０００９】上記発明において、基板および下部電極と
発光層との間に正孔輸送層を形成する工程、および、発
光層と上部電極との間に電子輸送層を形成する工程を備
える。また、導電性膜は、例えば、インジウム錫酸化物
などの透明な導電部材から構成されたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１〜図３は、本発明の実施
の形態における有機エレクトロルミネッセンス（Electr
o Luminescent：ＥＬ）素子の製造方法を説明するため
の工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、例え
ばガラスなどからなる透明基板１０１の主表面上に、所
定の間隔をあけて配置された複数のストライプ状のレジ
ストパターンからなるマスク層１０２を形成する。マス
ク層１０２は、例えば、ポジ型のフォトレジストを透明
基板１０１上に塗布してこれを乾燥させた後、公知のフ
ォトリソグラフィ技術により加工することで形成でき
る。マスク層１０２を構成する複数のレジストパターン
は、透明基板１０１上で所定の方向に延在している。

【００１１】次いで、図１（ｂ）に示すように、マスク
層１０２をマスクとして透明基板１０１をエッチング加
工し、幅５０μｍ深さ５０ｎｍの複数の溝１０３を形成
する。エッチングは、例えば、ＣＦ₄ガスもしくはこれ
にＨ₂ガスを加えたエッチングガスによる反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）により行えば良い。この結果、透
明基板１０１の主表面には、凹部となる複数の溝１０３
と、ストライプ状の複数の凸部１０４とが、交互に形成
された状態となる。

【００１２】つぎに、マスク層１０２を除去した後、図
２（ａ）に示すように、凸部１０４上面を覆うように配
置されたストライプ状のジスとパターンからなるマスク
層１０５を形成する。マスク層１０５は、透明基板１０
１より離れるほど隣り合うパターンとの間隔が狭くなる
ように、断面が逆テーパ形状となっている。マスク層１
０５を構成するレジストパターンの側面は、透明基板１
０１の主表面に垂直な平面より約２０度傾ける。したが
って、溝１０３の側面が垂直に形成された場合、上記レ
ジストパターンの側面は、溝１０３の側面より溝１０３
形成領域側に２０度傾いている。

【００１３】つぎに、マグネトロンスパッタ法によりＩ
ＴＯ（インジウム錫酸化膜）を堆積し、図２（ｂ）に示
すように、マスク層１０５上および溝１０３内にＩＴＯ
膜１０６を形成する。このスパッタによるＩＴＯの堆積
は、透明基板１０１をターゲット平面に対して約３０度
傾けた状態とし、かつ、透明基板１０１の主表面で形成
する平面の法線を軸として透明基板１０１を回転させた
状態で行う。なお、ＩＴＯの堆積は、溝１０３が完全に
充填された状態で終了とする。

【００１４】このように膜を形成することで、ターゲッ
ト表面よりスパッタリングされて飛び出したＩＴＯの粒
子が、溝１０３の底部隅にまで到達するようになり、溝
１０３が隙間なくＩＴＯで充填された状態となる。ま
た、基板１０１を傾けるようにしても、マスク層１０５
を構成するレジストパターンは逆テーパに形成されてお
り、ターゲットから見込める側部の面積は非常に小さい
ものとなり、レジストパターンの側面にはＩＴＯの膜が
ほとんど形成されない状態となる。

【００１５】つぎに、マスク層１０５を除去すること
で、同時にマスク層１０５上のＩＴＯ膜１０６を除去
し、図３（ａ）に示すように、溝１０３内にＩＴＯから
なる複数の下部電極１０７が形成された状態とする。前
述したように、上記レジストパターン側面にはＩＴＯの
膜がほとんど形成されていないので、マスク層１０５の
除去が容易になる。ところで、透明基板１０１を傾け、
かつ回転させて堆積を行うので、溝１０３に充填された
下部電極１０７は、上面が少々盛り上がった状態となっ
ている。

【００１６】この後、平坦な状態で下部電極１０７が形
成された透明基板１０１の主表面上に、図３（ｂ）に示
すように、膜厚５０ｎｍの正孔輸送層１０８，膜厚４０
ｎｍの発光層１０９，膜厚２０ｎｍの電子輸送層１１０
を順次形成し、電子輸送層１１０上に、下部電極１０７
の延在方向に垂直な方向に延在するストライプ状の複数
の上部電極１１１を膜厚２００ｎｍ程度に形成し、有機
ＥＬ素子を作製した。

【００１７】より詳細に説明すると、正孔輸送層１０８
は、４，４’−ビス（ジ−ｍ−トリルアミノ）−４”−
フェニルトリフェニルアミンを、真空蒸着法により堆積
することで形成する。発光層１０９は、１，４−ビス
（（４−（４−メチルスチリル）フェニル）−ｐ−トリ
ルアミノ）ナフタレンを、真空蒸着法により堆積するこ
とで形成する。電子輸送層１１０は、２−（４−ビフェ
ニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，
４−オキサジアゾールを、真空蒸着法により堆積するこ
とで形成する。

【００１８】また、上部電極１１１は、マグネシウム−
銀合金の膜を、メタルマスクを用いた選択的な真空蒸着
法によって堆積することで、幅１０μｍ程度に形成す
る。この後、図示していないが、上部電極１１１上を樹
脂で封止することなどにより、有機ＥＬ素子とする。上
述した本実施の形態の有機ＥＬ素子に５Ｖの電圧を印加
したところ、１０，０００ｃｄ／ｍ²の青色発光が得ら
れた。また、電圧を連続印加したところ、３０，０００
時間経過後も輝度は半減しなかった。これに対し、基板
に凹みを形成せずその上部にＩＴＯを形成する従来の有
機ＥＬ素子では、５Ｖの電圧を連続印加したところ１
０，０００時間で輝度が半減した。

【００１９】なお、有機ＥＬ素子の発光部の素子構造
は、透明基板１０１上に、透明な下部電極１０２とこれ
に対向する上部電極１１１、この両電極間に発光層１０
９を含む有機層を１層あるいは２層以上積層した構造を
用いることができる。この例として、陽極（下部電
極），発光層，陰極（上部電極）、陽極，正孔輸送
層，発光層，電子輸送層，陰極、陽極，正孔輸送層，
発光層，陰極、あるいは陽極，発光層，電子輸送層，
陰極などの構造が挙げられる。

【００２０】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成する有
機薄膜層に用いられる正孔輸送性材料としては、例え
ば、種々の文献に開示されているスターバースト分子で
ある４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェ
ニルアミノ）トリフェニルアミンやＮ，Ｎ’−ジフェニ
ル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−［１，
１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン等のトリフェ
ニルアミン誘導体や芳香族ジアミン誘導体が利用できる
（例えば、特開平８−２０７７１号公報、特開平８−４
０９９５号公報、特開平８−４０９９７号公報、公報特
開平８−５３３９７号公報、特開平８−８７１２２号公
報等を参照）。

【００２１】同じく、電子輸送性材料としては、種々の
文献に開示されているオキサジアゾール誘導体、トリア
ゾール誘導体や、キノリノール系の金属錯体等を用いる
ことができる。また、発光材料としては、トリス（８−
キノリノラート）アルミニウム錯体等のキレート錯体、
クマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビ
ススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体
や、スチリル基を有するジフェニルアミノアリーレン
等、文献に開示されている蛍光性材料を利用することが
できる（例えば、特開平８−２３９６５５号公報、特開
平７−１３８５６１号公報、特開平３−２００８８９号
公報、特開平１１−７４０７９号公報、特開平１１−１
８５９６１号公報等を参照）。

【００２２】有機ＥＬ素子の陽極（下部電極）は、正孔
を発光帯域へ注入する役割を担うものであり、発光層に
用いる有機物質に応じて選択するが、一般に４．５ｅＶ
以上の仕事関数を有する導電性材料を用いることが効果
的である。本発明の有機ＥＬ素子に用いられる陽極材料
の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、
ＩＺＯ（ＩＤＩＸＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）等の金属酸
化物、金、銀、白金、銅等の金属薄膜、等を挙げること
ができる。

【００２３】一方、陰極（上部電極）は、電子輸送帯域
または発光帯域に電子を注入する目的で利用されるの
で、仕事関数の小さい材料が好ましい。したがって、陰
極材料は、導電性材料である限り特に限定されないが、
具体的には、インジウム、アルミニウム、マグネシウ
ム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−ア
ルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミ
ニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−
銀合金等を使用すると好ましい。

【００２４】なお、本発明の有機ＥＬ素子においては、
上記陽極材料を透明電極とし、この透明電極と対向する
上部電極には、陰極材料を用いる構成とすると好まし
い。上部電極は、上記発光層で発生する光を反射する構
成とするのが良く、したがって、光反射率の高い導電性
材料を選択すると良い。

【００２５】本発明の透明基板のパターン状に形成した
溝状の凹み部分の形成法については、特に制限はない
が、例えば透明基板上にスピンコーティング法等により
レジスト層を形成してフォトマスクを介した露光、ウェ
ットエッチングによりレジストのパターンを形成する。
次いでハロゲン系ガスを用いた反応性イオンエッチング
法（ＲＩＥ）や、研磨剤を吹き付けるサンドブラスト法
等により透明基板をエッチング処理し、最後にレジスト
を除去する方法が挙げられる。

【００２６】本発明の有機ＥＬ素子の各電極層、有機薄
膜層の形成方法は特に限定されない。従来公知の手法、
例えば、各電極層には、真空蒸着法、マグネトロンスパ
ッタリング法、イオンプレーティング法、化学蒸着法、
ゾルゲルコート法、スプレー法、スピンコーティング法
等による形成方法を用いることができる。透明電極を形
成後は、必要に応じて表面を平坦化する処理を行っても
良い。また、本発明の有機ＥＬ素子に用いる有機薄膜層
は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶
媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティン
グ法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート
法等の塗布法による公知の方法で形成することができ
る。用いる材料、膜厚に応じて、これら公知の方法から
適する方法を選択することができる。

【００２７】本発明の有機ＥＬ素子を構成する各有機層
の膜厚は、用いる有機材料に応じて適宜選択されるべき
ものであり、特に制限されない。しかしながら、一般に
膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆
に厚すぎると、正孔ならびに電子を注入する際、高い印
加電圧が必要となり効率が悪くなる。これらを考慮し
て、通常は数ｎｍから１μｍの範囲に各有機層の膜厚を
選択するのが好ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に凹部を設け、この中に下部電極を配置するように
したので、発光層などの有機層に膜厚の薄い箇所が形成
されることが抑制され、経時に伴う輝度の減小を抑制で
きるようになるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における有機エレクトロ
ルミネッセンス素子の製造方法を説明する工程図であ
る。

【図２】 図１に続く、有機エレクトロルミネッセンス
素子の製造方法を説明する工程図である。

【図３】 図２に続く、有機エレクトロルミネッセンス
素子の製造方法を説明する工程図である。

【図４】 従来よりある有機エレクトロルミネッセンス
素子の一部構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１…透明基板、１０２…マスク層、１０３…溝、１
０４…凸部、１０５…マスク層、１０６…ＩＴＯ膜、１
０７…下部電極、１０８…正孔輸送層、１０９…発光
層、１１０…電子輸送層、１１１…上部電極。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主表面に同一方向に延在する複数の溝が
   形成された絶縁性を有する透明な基板と、 前記溝内に配置され、上面と前記基板の主表面とで実質
   的に同一の平面を形成する下部電極と、 前記基板および下部電極上に形成された発光層と、 この発光層上に形成されて前記下部電極とは異なる方向
   に延在するストライプ状の複数の上部電極とを備えたこ
   とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の有機エレクトロルミネッ
   センス素子において、 前記下部電極は正極であり、前記上部電極は陰極である
   ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 【請求項３】 請求項２記載の有機エレクトロルミネッ
   センス素子において、前記基板および下部電極と前記発
   光層との間に形成された正孔輸送層を備えたことを特徴
   とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 【請求項４】 請求項２記載の有機エレクトロルミネッ
   センス素子において、前記発光層と前記上部電極との間
   に形成された電子輸送層を備えたことを特徴とする有機
   エレクトロルミネッセンス素子。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか１項に記載の有機
   エレクトロルミネッセンス素子において、 前記下部電極は、透明な導電部材から構成されたことを
   特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 【請求項６】 請求項５記載の有機エレクトロルミネッ
   センス素子において、 前記下部電極は、インジウム錫酸化物から構成されたこ
   とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 【請求項７】 絶縁性を有する透明な基板の主表面に同
   一方向に延在する複数の溝を形成する第１の工程と、 前記溝に挾まれた前記基板主表面上に、前記基板より離
   れるほど隣り合うパターンとの間隔が狭くなるように、
   断面が逆テーパ形状とされた複数のレジストパターンか
   らなるマスク層を形成する第２の工程と、 スパッタ法により前記凹部内部および前記マスク層上に
   導電性膜を堆積する第３の工程と、 前記マスク層を除去すると共に前記マスク層上に堆積さ
   れた導電性膜を除去し、前記溝内に前記導電性膜からな
   る下部電極を形成する第４の工程と、 前記基板および下部電極上に発光層を形成する第５の工
   程と、 前記発光層上に前記下部電極とは異なる方向に延在する
   ストライプ状の複数の上部電極を形成する第６の工程と
   を少なくとも備え、 前記レジストパターンは、底面の幅が前記溝の配置間隔
   に略等しく形成され、 前記第４の工程では、前記スパッタ法で用いるターゲッ
   ト平面に対して基板を傾けた状態とし、かつ、前記基板
   の主表面で形成する平面の法線を軸として前記基板を回
   転させた状態で前記導電性膜を堆積することを特徴とす
   る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の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、前記基板および下部電
   極と前記発光層との間に正孔輸送層を形成する工程を備
   えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素
   子の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７記載の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、前記発光層と前記上部
   電極との間に電子輸送層を形成する工程を備えたことを
   特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項７〜９いずれか１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において、 前記導電性膜は、透明な導電部材から構成されたことを
    特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の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、 前記導電部材は、インジウム錫酸化物から構成されたこ
    とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製
    造方法。