JP2005038784A

JP2005038784A - 有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2005038784A
Application number: JP2003276524A
Authority: JP
Inventors: Akihito Nakamura; 明史中村
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP4352379B2

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネセンス素子を、高精細に、簡略化した工程で製造することができる製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】少なくとも第一の電極（画素電極）１１、青色発光色素１４Ｂが分散された発光層１３とを第一の基板１０上に設け、第一の電極１１の配列に対応した凹部２２を形成した第二の基板（スタンプ）２１と対向して配置する。凹部２２に充填された赤色発光色素１４Ｒまたは緑色発光色素１４Ｇを加熱し、蒸発させることで発光層１３内に拡散させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）素子の製造方法及び製造装置に関する。

一般的に、ｎｍ〜μｍオーダーの薄膜を形成するとき、真空蒸着法が用いられている。図１６は一般的な蒸着法を示す蒸着機装置の断面図である。５１は真空槽である。真空槽５１の中に加熱源のボート５２が配置されている。ボート５２略中央の凹部に蒸発材料５３が粉末、バルクなどの形態で配置される。ボート５２の上方に基板５４が、ボート５２に対向して配置されている。そして、真空槽５１内部を排気して、真空にする。ボート５２は通常タングステンやモリブデンなどの抵抗体からなり、電流を流し発熱させる。ボート５２の発熱により、蒸発材料５３が加熱され、蒸発材料５３は真空槽５１中の基板５４の方向に蒸発する。基板５４表面に、蒸発した蒸発材料５３が飛来し、堆積して、一様な厚みの薄膜となる。以上が一般的な抵抗加熱型真空蒸着法である。

図１７は一般的なフォトレジストによる薄膜パターンの形成法を基板断面図で示したものである。前記の基板５４表面に、前記蒸発材料５３よりなる前記一様な厚みの薄膜５５が形成されている。この薄膜５５上にフォトレジスト５６を基板スピンにより塗布する。一様に塗布されたフォトレジスト５６を希望のパターン形状の光パターンによって露光、現像を行い、レジストパターン形状を作製する。基板５４上の薄膜５５は、フォトレジスト５６によって被覆された部分と、露出した除去すべき部分がある。ＲＩＥ、イオンビームミリング、ウェットエッチング法などのエッチング手段で、露出した除去すべき部分を取り除き、最後にフォトレジスト５６を有機などの溶剤で溶かして除去し、希望の薄膜パターンを得る。以上が一般的なフォトレジストによる薄膜パターン形成の方法（フォトリソグラフィーパターン形成法）である。

これら図１７のような一般的なフォトリソグラフィーパターン形成法が適用できる薄膜材料は、耐水性、耐溶剤性を備えている必要がある。そのため、有機ＥＬ素子に用いられる材料のように耐水性、耐溶剤性の低いものを薄膜パターン形成する場合には、真空マスク蒸着法等で行うのが一般的である。

例えば特開平１０−３２１３７２号公報（特許文献１）に開示されているパターン形成方法（真空マスク蒸着法）は、複数の発光部を有する有機ＥＬディスプレイパネルとその製造方法に関するものである。特許文献１記載の有機ＥＬディスプレイパネルは、基板と、基板の一面側に形成された複数の第一電極と、第一電極の一部分を露出させかつ、他部分を覆うように基板の一面から突出して形成された複数の電気絶縁性の隔壁と、第一電極の露出部分の各々の上に形成された有機ＥＬ媒体の層と、有機ＥＬ媒体の層上に形成された複数の第二電極とを備え、隔壁の突出上部に凹部を形成するものである。

また、特許文献１記載の有機ＥＬディスプレイパネルの製造方法は、発光層形成工程において、露出した第一電極のうち、所望の部分のみを露出する複数の開口を有するマスクを隔壁の突出上部に載置し、所定の色の有機発光層を開口を通じて堆積させ、その後、開口が有機発光層の堆積されていない部分を露出するようにマスクを移動させ同様の工程を行うことを各色で繰り返し、その後、全面に陰極層を成膜するものである。
特開平１０−３２１３７２号公報

フルカラーの有機ＥＬ素子においては、赤、緑、青色発光の微細な素子（ピクセル）を組み合わせて１つの画素とする必要がある。しかし、特許文献１におけるパターン形成方法では、数１０μｍ程度のパターン形成が限界である。これは、マスクにパターンを形成する際に、そのパターンが細かくなるのに応じてマスクの厚みを薄くする必要があるからである。マスクの厚みが薄くなるとマスクにたわみが生じ、基板との間に隙間が生じる。その隙間によって色素がマスクのパターンよりも広い範囲に広がるために、色素がにじみ、ぼけてしまうのである。

また、各色発光層を塗り分ける際、それぞれシャドウマスクの位置合わせ及び蒸着源の切り替えをしなければならず、手間がかかる。
そこで本発明では、高精細で、製造工程を簡略化することができる有機ＥＬ素子の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、以下の（ａ）、（ｂ）の有機ＥＬ素子の製造方法及び製造装置を提供するものである。

（ａ）少なくとも、複数の第一の電極（１１）と、青色発光色素（１４Ｂ）が分散された発光層（１３）とが形成された第一の基板（１０）に対し、前記第一の電極の配列に対応した複数の凹部（２２）が形成されており、前記複数の凹部に赤色発光色素（１４Ｒ）または緑色発光色素（１４Ｇ）が充填されている第二の基板（２１）を、前記第一の電極と前記凹部とが対応するように対向させて配置する工程と、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を加熱して蒸発させ、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を前記第一の基板の前記発光層内に拡散させる工程と、前記発光層内に前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素が拡散した前記第一の基板に、第二の電極（１５）を形成する工程とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。

（ｂ）少なくとも、複数の第一の電極（１１）と、青色発光色素（１４Ｂ）が分散された発光層（１３）とが形成された第一の基板（１０）に対し、前記第一の電極の配列に対応した複数の凹部（２２）が形成されている第二の基板（２１）を、前記第一の電極と前記凹部とが対応するように対向させて配置するための配置手段と、前記凹部に赤色発光色素（１４Ｒ）または緑色発光色素（１４Ｇ）を充填するための色素充填手段と、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を加熱して蒸発させ、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を前記第一の基板の前記発光層内に拡散させるための色素拡散手段と、前記発光層内に前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素が拡散した前記第一の基板に、第二の電極（１５）を形成する成膜手段と、前記第一の基板を前記配置手段から前記成膜手段へと搬送するための基板搬送手段（１）とを備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造装置。

本発明の製造方法は、高精細の有機ＥＬ素子を製造でき、製造工程を簡略化することができる。

以下、本発明の一実施形態である有機ＥＬ素子の製造方法について、添付図面を参照して説明する。図１は装置全体の模式図である。大きく分けて、シート基板１０の供給部としての供給ロール２、巻取り部としての巻取りロール３よりなるシート基板搬送系１と、スタンプ２１、ヒータ２５からなる発光色素拡散系２０と、蒸着、スパッタを行なう真空成膜系３０、３１とより構成されている。

図２に示すように、シート基板としては、例えば、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド等を用いたシート上に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）（図示せず）が形成されたシートＴＦＴ基板１０を用いることができる。画素電極（陽極）１１としては、本実施形態では、仕事関数が高く透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いて、一辺１３μｍの正方形のものをシートＴＦＴ基板１０上に１μｍおきに並べた。そして、図３に示すように、その上に正孔輸送層１２であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））を５０ｎｍ程度、さらに発光層１３を８０ｎｍ程度、印刷法等により成膜した。

発光層１３は、成膜の容易性、膜の熱的性質の安定性や機械的安定性などを考えれば高分子材料が最適であり、例えば青紫色に発光するポリビニルカルバゾール(ＰＶＫ)があげられる。これに青色発光色素１４Ｂを分散しておく。青色発光色素１４Ｂとしてはクマリン４７などのクマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、ペリレン、三重項励起子発光をするイリジウム錯体などを用いることができる。本実施形態では、高効率に発光するイリジウム錯体であるＦＩｒｐｉｃを用い、これをＰＶＫに１０ｗｔ％分散した。またＰＶＫは電子輸送性に乏しいので、ＯＸＤ−７（｛１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾール）−２−イル｝ベンゼン）、ＰＢＤ（２−(４−ビフェニリル）―５−(４−ｔｅｒｔ−ブチフェニル)−１，３，４−オキサジアゾール)等の電子輸送性材料を分散させておくことが望ましい。本実施形態では、ＯＸＤ−７を３０ｗｔ％分散した。

図４(ａ)、図５に示すように、スタンプ２１は、微細加工の出来るＳｉ等を用いた基板の表面にフォトリソグラフィー法、エッチング法等の方法により、凹部２２よりなるストライプパターンを形成し、各凹部２２に一カ所貫通孔２３を設けたものである。このスタンプ２１は図４(ｂ)に示すようなドラム形状も考えられる。

シートＴＦＴ基板１０を用いて、赤、緑、青の発光がそれぞれ１３μｍの幅で１μｍおきに得られるようにするには、図５に示すようにスタンプ２１のストライプパターンの凹部２２の幅を１３μｍ、凸部の幅を交互に１μｍ、１５μｍとする。これは、前述のように発光層１３に青色発光色素１４Ｂが分散されており、後述のように発光層１３に赤色発光色素１４Ｒと緑色発光色素１４Ｇとを拡散させるからである。

同じ拡散条件における発光色素の拡散量は、凹部の深さが小さいほど増加し、大きいほど減少する。各色の発光色素の蒸発温度が異なる組み合わせとなる場合は、各色の凹部の深さを変えて、各色の最適拡散条件を揃える必要がある。本実施形態では赤色発光色素１４ＲとしてＢｔｐ₂Ｉｒ（ａｃａｃ）（ビス［２−（２‘ベンゾシエニル）−ピリジネイト−Ｎ，Ｃ³］（アセチルアセトネイト）イリジウム錯体）、緑色発光色素１４ＧとしてＩｒ（ｐｐｙ）₃（ｆａｃ−トリ（２−フェニルピリジル）イリジウム錯体）を用い、赤色発光色素１４Ｒ凹部の深さは２μｍ、緑色発光色素１４Ｇ凹部の深さは３μｍとした。この深さは実験的に決定した。

図６に示すように、貫通孔２３は各色毎につながり、その先は各色色素溶液容器２４Ｒ、２４Ｇにつながっている。各色色素溶液容器２４Ｒ、２４Ｇからスタンプ２１の凹部２２に、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン等の有機溶剤に発光色素を１ｗｔ％〜数十ｗｔ％程度溶解した各色溶液１４Ｒｓ、１４Ｇｓを供給する。そして、色素が蒸発しない１００℃程度の温度で溶媒を蒸発させ数ｎｍ〜数百ｎｍ程度成膜する。本実施形態においては、溶媒としてクロロホルムを用いた３０ｗｔ％の色素溶液を凹部溝底から１μｍの高さまで充填し、溶媒を蒸発させ、３００ｎｍの成膜を行なった。なお、貫通孔２３がつながるのはスタンプ２１内でもよい。

発光色素としては、上記した本実施形態で用いたもの以外に、赤色発光色素１４Ｒとしてはニールレッド、ＤＣＭ１などのピラン誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、クロリン誘導体、ユーロジリン誘導体、三重項励起子発光をするイリジウム錯体やプラチナ錯体等を用いることもできる。同様に、緑色発光色素１４Ｇとしてはクマリン６などのクマリン誘導体、キナクリドン誘導体、三重項励起子発光をするイリジウム錯体等を用いることもできる。ここで、各色発光色素を成膜する順番は特に制限するものではない。

図７に示すようにシートＴＦＴ基板１０を窒素雰囲気中の（望ましくは露点−５０℃以下）、スタンプ２１と対向した所定の位置に搬送し、陽極１１の各列をスタンプ２１の凹部２２と対向させ載置する。そして、図８に示すように、シートＴＦＴ基板１０とスタンプ２１とを接触（密着）させる。

このとき、スタンプ２１の表面は直接発光層１３に接するのみで、凹部の各発光色素１４Ｒ、１４Ｇが発光層１３に直接触れることはない。また、図７，８，１３におけるスタンプ２１とシートＴＦＴ基板１０との関係は、図１とは上下関係を逆にして図示している。なお、スタンプ２１とシートＴＦＴ基板１０の上下関係の配置は図１に限定されるものではない。

図８に示すように、スタンプ２１内のヒータ２５を用いて所定の温度で所定の時間加熱すると、各色発光色素１４Ｒ、１４Ｇは蒸発し、発光層１３に到達した後、その位置で発光層１３中に拡散（ドープ）する。本実施形態では、加熱温度、時間はそれぞれ１８０℃、５分とした。先に示したスタンプ２１の各色凹部の深さ（２μｍ、３μｍ）は各色でこの拡散条件が最適になるように調節した結果である。

本発明において、各色発光色素１４Ｒ、１４Ｇは青色発光色素１４Ｂを分散した発光層１３中に拡散する。発光層１３中における１４Ｒ、１４Ｇ各色の発光色素濃度には、適当な値があり、それ以下であるとその発光色素の発光が得られず、それ以上では濃度消光により発光効率が落ちてしまう。しかしながら、１４Ｒ、１４Ｇ各色の発光色素濃度が適切であれば、波長の短い青色発光色素１４Ｂから、波長の長い赤色発光色素１４Ｒ、緑色発光色素１４Ｇへエネルギーの移動が起こる。従って赤色発光色素１４Ｒ、緑色発光色素１４Ｇの拡散された部分では青色発光色素１４Ｂの発光が起こることがなく、各色の発光が適切に得られる。本実施形態において、発光を得るための充分な発光色素濃度は１ｗｔ％程度であった。

その後、図９に示すようにシートＴＦＴ基板１０を矢印Ａ方向に搬送して、真空蒸着成膜槽３０に送る一方で、連なったシートＴＦＴ基板１０の色素拡散工程未処理部分が、発光色素拡散系２０のスタンプ２１上に送られてきて、その部分では前記の色素拡散の工程が行われる。同時に、真空蒸着成膜槽３０では、送られたシートＴＦＴ基板１０の発光層１３上の所定の位置に、仕事関数が低く、図１０に図示する陰極１５の材料に適した物質１５ａ、例えばＭｇ_0.9Ａｇ_0.1などを真空蒸着により、１００ｎｍ程度形成する。

その後、シートＴＦＴ基板１０の陰極成膜部分は真空スパッタ成膜槽３１に送られ、真空スパッタ成膜槽３１では窒化シリコンなどの耐湿保護材料１６ａを用いて、所定の厚さ、例えば１μｍ程度の図１０に図示する耐湿保護膜１６を形成する。一方、連なったシートＴＦＴ基板１０の色素拡散処理部分は発光色素拡散系２０から真空蒸着成膜槽３０に送られ、前記の陰極成膜の工程が行われる。さらに連なったシートＴＦＴ基板１０の色素拡散未処理部分はスタンプ２１上に送られ、その部分では前記の色素拡散の工程が行われる。

これらの工程（色素拡散工程、陰極成膜工程、保護膜成膜工程）が順に行われることにより、有機ＥＬ素子が順に作製できる。作製した部分はロール状に巻かれる。以上のように作成された有機ＥＬ素子は、所望の大きさに切り取られて使用される。

図１０に示すように有機ＥＬ素子は任意の陽極１１と陰極１５との間に電圧を印加することにより、任意のピクセルの発光をシートＴＦＴ基板１０の下面から取り出すことができる。また、図１１のように耐湿保護膜以外の膜構成を図１０とは逆にして作製することも可能で、その場合はシートＴＦＴ基板１０の上面から光を取り出すことになる。このような場合は不透明なシートＴＦＴ基板を用いることもできる。

このほか、図１２に示すように、正孔注入層１７を陽極１１と正孔輸送層１２との間に形成し、電子注入層１８、電子輸送層１９を発光層１３と陰極１５との間に形成することにより発光効率を向上させることも可能である。また、図１３に示すように、予めシートＴＦＴ基板１０上に並べられた陽極１１の間にＳｉＯ₂などの隔壁１０１をスパッタ法などにより形成しておいて、スタンプ２１をシートＴＦＴ基板１０の発光層１３上に載置する際、スタンプ２１の表面が直接発光層１３に接触しないようにすることも可能である。

なお、スタンプ２１は図１４に示すように、真空槽２６内に設置しておくことも可能である。この場合はシートＴＦＴ基板１０をまず真空槽２６内に搬送し、陽極１１の各列をスタンプ２１の凹部２２と対向させ載置する。また、図１５に示すようにシートＴＦＴ基板１０全体を予め真空槽４、５内に載置しておき、シートＴＦＴ基板１０をスタンプ２１と対向した所定の位置に搬送し、陽極１１の各列をスタンプ２１の凹部２２と対向させ載置することも可能である。

本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子製造装置の一実施形態を示す図である。本発明に係るシート基板を示す図である。本発明に係るシート基板の一実施形態を示す断面図である。本発明に係るスタンプ形状の例を示す図である。本発明に係るスタンプの一実施形態を示す断面図である。本発明に係るスタンプに各色溶液を供給した図である。本発明に係るスタンプとシート基板との配置関係を示す図である。本発明に係るスタンプ凹部の発光色素にヒータによる熱を加えた図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子製造装置の拡大断面図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子の一実施形態を示す図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子の他の実施形態を示す図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子の他の実施形態を示す図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子の他の実施形態を示す図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子製造装置の他の実施形態を示す図である。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子製造装置の他の実施形態を示す図である。一般的な蒸着法に用いられる蒸着機装置の断面図である。一般的なフォトレジストによる薄膜パターンの形成法を示す図である。

符号の説明

１シート基板輸送系
２供給ロール
３巻取りロール
１０シート基板
１１画素電極（陽極）
１３発光層
１４Ｒ赤色発光色素
１４Ｇ緑色発光色素
１４Ｂ青色発光色素
１５陰極
２０色素拡散系
２１スタンプ
２２凹部
２５ヒータ
３０真空蒸着成膜槽
３１真空スパッタ成膜槽

Claims

有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法において、
少なくとも、複数の第一の電極と、青色発光色素が分散された発光層とが形成された第一の基板に対し、前記第一の電極の配列に対応した複数の凹部が形成されており、前記複数の凹部に赤色発光色素または緑色発光色素が充填されている第二の基板を、前記第一の電極と前記凹部とが対応するように対向させて配置する工程と、
前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を加熱して蒸発させ、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を前記第一の基板の前記発光層内に拡散させる工程と、
前記発光層内に前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素が拡散した前記第一の基板に、第二の電極を形成する工程とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
有機エレクトロルミネセンス素子の製造装置において、
少なくとも、複数の第一の電極と、青色発光色素が分散された発光層とが形成された第一の基板に対し、前記第一の電極の配列に対応した複数の凹部が形成されている第二の基板を、前記第一の電極と前記凹部とが対応するように対向させて配置するための配置手段と、
前記凹部に赤色発光色素または緑色発光色素を充填するための色素充填手段と、
前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を加熱して蒸発させ、前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素を前記第一の基板の前記発光層内に拡散させるための色素拡散手段と、
前記発光層内に前記赤色発光色素及び前記緑色発光色素が拡散した前記第一の基板に、第二の電極を形成する成膜手段と、
前記第一の基板を前記配置手段から前記成膜手段へと搬送するための基板搬送手段とを備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造装置。