JP2005293968A

JP2005293968A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

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Publication number: JP2005293968A
Application number: JP2004105814A
Authority: JP
Inventors: Koki Ishida; 弘毅石田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】有機材料の特性の劣化を防止しつつ、生産効率および量産性を向上させることができ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ことである。
【解決手段】複数の坩堝１０，１１，１２は、有機層を形成しようとする基板５０の表面に対向するように配置される。基板５０の下方に複数の坩堝１０，１１，１２が並列に配置される。複数の坩堝１０，１１，１２はＹ方向に延びた細長い箱型形状を有する。複数の坩堝１０の上面にＹ方向に延びた凸部が形成されており、その凸部の上面に複数の有機材料噴出孔２０，２１，２２が形成されている。噴出目標点に有機材料を噴射できるように複数の有機材料噴出孔２０，２１，２２が傾斜して設けられる。また、坩堝１１，１２に同一の有機材料が充填される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。

近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の１つとして、高効率、薄型、軽量、低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと略記する）素子が注目され、この有機ＥＬ素子を用いたディスプレイの研究開発が活発に行われている。

有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内へ注入し、注入された電子およびホールを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起状態から基底状態へと戻るときに蛍光を発生する自発光型の素子である。この有機ＥＬ素子は、発光材料である蛍光物質を選択することにより発光色を変化させることができ、マルチカラー、フルカラー等の表示装置への応用に対する期待が高まっている。

一般に有機ＥＬ素子の各層は、蒸着法を用いて形成される。この蒸着法は、まず、坩堝に有機材料を充填し、そして、坩堝の外部に設けられたヒータにより坩堝内の有機材料を加熱することによって有機材料を蒸発させ基板に有機層を形成するものである。
特開２００１−２４７９５９号公報特開２００３−２９３１２２号公報

しかしながら、坩堝内に充填された有機材料は、ヒータにより加熱されることにより有機材料の特性が劣化する場合がある。この劣化を防止するためにヒータによる加熱温度を低下させることも可能であるが、加熱温度を低下させると蒸着速度が低下する。それにより、有機ＥＬ素子の製造における生産効率が低下する。

本発明の目的は、有機材料の特性の劣化を防止しつつ、生産効率および量産性を向上させることができ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ことである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板上に有機材料からなる有機層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、第１の方向に延びかつ略平行に配置された複数の坩堝のうち少なくとも２つの坩堝に同一の有機材料を充填する工程と、２つの坩堝を加熱する工程と、複数の坩堝と基板とを互いに相対的に第１の方向に交差する第２の方向に移動させる工程とを備えたものである。

本発明に係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は、第１の方向に延びかつ略平行に配置された複数の坩堝のうち少なくとも２つの坩堝に同一の有機材料が充填される。その２つの坩堝が加熱されつつ、複数の坩堝と基板とが互いに相対的に第１の方向に交差する第２の方向に移動される。それにより、基板の全面に均一に有機層を形成することができる。

この場合、少なくとも２つの坩堝に同一の有機材料が充填されているので、坩堝の加熱温度を低下させた場合でも１つの坩堝を用いて加熱温度を高く設定した場合と比べて、有機材料の蒸発量を同等に維持することができる。その結果、有機材料の特性の劣化を防止しつつ、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産効率および量産性を向上させることができる。

複数の坩堝は、それぞれ設定された噴射方向を中心として所定の広がりをもって有機材料の蒸気を噴出し、基板の共通の領域に有機材料が堆積するように少なくとも２つの坩堝の噴射方向が設定されてもよい。

この場合、少なくとも２つの坩堝から基板の共通の領域に有機材料を噴出することができるので、基板に形成される有機層の厚みを均一に制御することができる。

有機材料は、ルブレン系材料を含んでもよい。ここで、ルブレン系有機材料は、熱により劣化しやすい。この場合、有機材料への加熱温度を低下させることができるので、ルブレン系材料の特性の劣化を防止することができる。

本発明によれば、有機材料の特性の劣化を防止しつつ、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産効率および量産性を向上させることができる。

以下、本実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法について説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係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ための斜視図である。以下、有機エレクトロルミネッセンス素子を有機ＥＬ素子と略記する。

図１においては、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向は有機層を形成する基板５０の表面に平行な方向であり、Ｚ方向は基板５０の表面に垂直な方向である。

図１に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法においては、複数の坩堝１０，１１，１２を用いる。複数の坩堝１０，１１，１２は、有機層を形成しようとする基板５０の表面に対向するように配置される。図１では、基板５０の下方に複数の坩堝１０，１１，１２が並列に配置される。

図１に示すように、複数の坩堝１０，１１，１２はＹ方向に延びた細長い箱型形状を有する。複数の坩堝１０の上面にＹ方向に延びた凸部が形成されており、その凸部の上面に複数の有機材料噴出孔２０が形成されている。同様に、坩堝１１，１２においても、上面にＹ方向に延びた凸部が形成されており、その凸部の上面に複数の有機材料噴出孔２１，２２が形成されている。

次に、図２は図１の坩堝１０の凸部に形成された有機材料噴出孔２０を説明するための模式的断面図であり、図３は図１の坩堝１１の凸部に形成された有機材料噴出孔２１を説明するための模式的断面図であり、図４は坩堝１２の凸部に形成された有機材料噴出孔２２を説明するための模式的断面図である。

図２に示すように、坩堝１０はコ字形状の容器１からなり、その容器１の開口部に有機材料噴出孔２０を有する蓋部２が形成される。容器１および蓋部２は一体的に形成されてもよく、別体として形成されてもよい。この蓋部２に形成された有機材料噴出孔２０は、噴出目標点Ｐに向かう噴射方向３０を中心として広がり角度θ１の範囲で有機材料を噴出する。ここで、噴出目標点Ｐとは、有機材料が、坩堝１０から蒸発または昇華して基板５０に堆積する領域の中心点を示すものである。また、蓋部２に形成された有機材料噴出孔２０は、噴射方向３０がＺ軸に対して角度θ１０だけ傾斜するように設けられている。

同様に、図３に示す坩堝１１はコ字形状の容器１からなり、その容器１の開口部に有機材料噴出孔２１を有する蓋部２ａが形成される。この蓋部２ａに形成された有機材料噴出孔２１は、噴出目標点Ｐに向かう噴射方向３０を中心として広がり角度θ１の範囲で有機材料を噴出する。また、蓋部２ａに形成された有機材料噴出孔２１は、噴射方向３０がＺ軸と平行に、すなわち基板５０に対して垂直方向に設けられている。

さらに、図４に示す坩堝１２はコ字形状の容器１からなり、その容器１の開口部に有機材料噴出孔２２を有する蓋部２ｂが形成される。この蓋部２ｂに形成された有機材料噴出孔２２は、噴出目標点Ｐに向かう噴射方向３０を中心として広がり角度θ１の範囲で有機材料を噴出する。また、蓋部２ｂに形成された有機材料噴出孔２２は、噴射方向３０がＺ軸に対して角度−θ１２だけ傾斜するように設けられている。

次に、図５は図１の基板５０と複数の坩堝１０，１１，１２との位置関係を示す模式図である。

図５に示すように、目標噴出点Ｐは、坩堝１０，１１，１２により堆積される有機材料の領域の長さＬ１の中心点を示す。上述した角度θ１０，θ１２は、目標噴出点Ｐの位置、基板５０と坩堝１０，１１，１２との距離Ｈ、坩堝１０と坩堝１１との間隔Ｌ３および坩堝１１と坩堝１２との間隔Ｌ４により決定される。

したがって、この角度θ１０，θ１２を最適な数値に設定することにより、坩堝１０，１１，１２から噴出される有機材料が、基板５０の共通の領域に均一に堆積される。

次に、基板５０の表面に有機層を形成する方法について説明する。

まず、図２、図３および図４に示す坩堝１０，１１，１２の内部に有機材料が充填される（図示せず）。ここで、例えば坩堝１１，坩堝１２に同一の有機材料が充填される。充填される有機材料の詳細については後述する。

次いで、坩堝１０，１１，１２に設けられたヒータ（図示せず）により坩堝１０，１１，１２が加熱される。その熱により坩堝１０，１１，１２に充填された有機材料が蒸発または昇華する。

この際、坩堝１０，１１，１２は、基板５０に対して一定速度でＸ方向に往復移動する。移動速度は５ｍｍ／ｓｅｃ以上１０ｍｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。それにより、蒸発または昇華した有機材料が基板５０に均一に堆積し、基板５０の表面に有機層が形成される。

この場合、坩堝１１，１２に同一の有機材料が充填されているので、ヒータの加熱温度を低下させた場合でも１つの坩堝を用いて加熱温度を高く設定した場合と比べて、有機材料の蒸発量を同等に維持することができる。その結果、有機材料の特性の劣化を防止しつつ、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産効率および量産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、坩堝１０，１１，１２を基板５０に対して一定速度で移動させることとしたが、これに限定されず、坩堝１０，１１，１２を一方向にのみ一定速度で移動させてもよく、また、坩堝１０，１１，１２の移動および停止を間欠的に繰り返してもよい。

さらに、本実施の形態においては、坩堝１０，１１，１２を移動させることとしたが、これに限定されず、坩堝１０，１１，１２を固定させた状態で基板５０を移動させることとしてもよい。

次に、図６は、本実施の形態に係る製造方法により形成される有機ＥＬ素子の模式的構造図である。

図６に示すように、有機ＥＬ素子６００は、基板５０、陽極（ホール注入電極）５１、ホール注入層５２、ホール輸送層５３、発光層５４、電子輸送層５５および陰極（電子注入電極）５６を順に含む積層構造を有する。

基板５０上に透明な陽極５１が形成される。陽極５１の材料としてインジウム酸化スズ（Indium Tin Oxcide : 以下、ＩＴＯと略記する）が用いられる。また、ＩＴＯの他に酸化スズ（ＳｎＯ₂）または酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）等が用いられる。陽極５１を覆うように有機材料からなるホール注入層５２および有機材料からなるホール輸送層５３が形成される。

ホール注入層５２の材料として、下記式（１）で示される分子構造を有する4,4'4"-トリス(N-(2-ナフチル)-N-フェニル-アミノ)-トリフェニルアミン（4,4'4"-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)-triphenylamine：以下、２ＴＮＡＴＡと略記する）等が用いられる。

また、ホール輸送層５３の材料として、下記式（２）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(naphthalene-１-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine：以下、ＮＰＢと略記する)等が用いられる。

ホール輸送層５３上には、有機材料からなる発光層５４が形成される。発光層５４の材料として、ホスト材料であり上記式（２）で示される分子構造を有するＮＰＢ、および発光ドーパントとして下記式（３）で示される分子構造を有する5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene：以下、ＤＢｚＲと略記する）等が用いられる。ここで、ＤＢｚＲは、ルブレン誘導体（ルブレン系材料）である。

さらに、発光層５４上には、電子輸送層５５が形成される。電子輸送層５５の材料として、式（４）に示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum：以下、Ａｌｑと略記する）等が用いられる。

さらに、陰極５６の材料として、ＭｇＩｎ合金（比率１０：１）等が用いられる。

上述した有機ＥＬ素子６００の、発光層５４の形成には、上記の坩堝１０，１１，１２を用いる。この場合、坩堝１０にＮＰＢを充填し、坩堝１１，１２にＤＢｚＲを充填する。ここで、ルブレン系有機材料は、熱により劣化しやすい。

この場合、坩堝１１，１２に同一のルブレン系の有機材料（ＤＢｚＲ）が充填されているので、ヒータの加熱温度を低下させた場合でも１つの坩堝を用いて加熱温度を高く設定した場合と比べて、ルブレン系の有機材料の蒸発量を同等に維持することができる。その結果、ルブレン系材料の特性の劣化を防止しつつ、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産効率および量産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、陽極５１から光を取り出すバックエミッション構造の有機ＥＬ素子６００について説明したが、これに限定されず、本発明は、陰極５６側から光を取り出すトップエミッション構造の有機ＥＬ素子に適用することもできる。

さらに本実施の形態においては、坩堝１０，１１，１２を用いた場合について説明したが、これに限定されず、任意の複数の坩堝を用いてもよい。

また、本実施の形態においては、坩堝１０の有機材料噴出孔２０および坩堝１２の有機材料噴出孔２２を角度θ１０，θ１２傾斜させることとしたが、これに限定されず、坩堝１０および坩堝１２自体を角度θ１０，θ１２傾けてもよい。

（基板と複数の坩堝との位置関係の他の例）
次に、基板５０と複数の坩堝１０，１１，１２との位置関係の他の構成例として、坩堝１０の代わりに坩堝１３を用いた例について説明する。
図７は坩堝１３の模式的断面図であり、図８は基板５０と複数の坩堝１１、１２および１３との位置関係を示す模式図である。

図７および図８においては、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向は有機層を形成する基板５０の表面に平行な方向であり、Ｚ方向は基板５０の表面に垂直な方向である。

図７に示すように、坩堝１３はコ字形状の容器１からなり、その容器１の開口部に有機材料噴出孔２３を有する蓋部２ｃが形成される。この蓋部２ｃに形成された有機材料噴出孔２３は、噴出目標点Ｐに対して広がり角度θ１の範囲で有機材料を噴出する。また、蓋部２ｃに形成された有機材料噴出孔２３は、Ｚ軸に対して角度−θ１３だけ傾斜して設けられている。

次いで、図８に示すように、目標噴出点Ｐは、坩堝１１、１２および１３により堆積される有機材料の領域の長さＬ１の中心点を示す。上述した角度θ１２、θ１３は、目標噴出点Ｐの位置、基板５０と坩堝１１、１２および１３との距離Ｈ、坩堝１１と坩堝１２との間隔Ｌ４および坩堝１２と坩堝１３との間隔Ｌ５により決定される。

したがって、このθ１２およびθ１３を最適な数値に設定することにより、坩堝１１、１２および１３から噴出される有機材料が、基板５０の共通の領域に均一に堆積される。

以下、実施例においては、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法を用いて上記図６の有機ＥＬ素子を作製した。また、比較例においては、従来の有機ＥＬ素子の製造方法を用いて有機ＥＬ素子を作製した。以下、実施例および比較例の詳細について説明する。

（実施例）
実施例においては、基板５０として５００ｍｍ×３５０ｍｍの大きさのものを用いた。複数の坩堝１０，１１，１２は基板５０から２００ｍｍ下方の位置に設けた。

実施例における坩堝１０および坩堝１１の距離Ｌ３は１００ｍｍとし、坩堝１１，坩堝１２の距離Ｌ４は１００ｍｍとし、基板５０のＸ方向の長さＬ２は５００ｍｍとし、坩堝１０の角度θ１０は４５度とし、坩堝１２の角度θ１２は−４５度とした。また、領域の長さＬ１は４００ｍｍである。

まず、ガラス基板５０上に陽極５１をスパッタ法により形成した。陽極５１を形成した基板５０を中性洗剤および純水で洗浄した後、所定温度下で所定時間ベークした。その後、ＵＶ／０３洗浄を行い、減圧した真空蒸着装置内にセットした。

次に、坩堝（図示せず）の内部に２ＴＮＡＴＡを充填した。そして、坩堝を加熱することにより陽極５１上にホール注入層５２を形成した。次いで、坩堝（図示せず）の内部にＮＰＢを充填した。そして、坩堝を加熱することによりホール注入層５２上にホール輸送層５３を形成した。

続いて、図１の坩堝１０の内部に、ホスト材料であるＮＰＢを充填し、坩堝１１，１２の内部に、赤色発光ドーパントであるＤＢｚＲを充填した。

そして、坩堝１０，１１，１２を一定速度（１０ｍｍ／ｓｅｃ）で一方向（Ｘ方向）に移動させつつヒータによる加熱を行った。実施例においてヒータによる加熱温度は、約３２０℃に設定した。そして、ホール輸送層５３上に発光層５４を形成した。

次いで、坩堝（図示せず）の内部にＡｌｑを充填した。そして、坩堝を加熱することにより発光層５４上に電子輸送層５５を形成した。さらに、陰極としてＡｌを形成し、有機ＥＬ素子を作製した。

（比較例）
比較例においては、発光層の形成時において、坩堝１０の内部にホスト材料であるＮＰＢを充填し、坩堝１１の内部に、赤色発光ドーパントであるＤＢｚＲを充填した。この場合、坩堝１２は用いていない。

また、ヒータによる加熱温度を３４０℃に設定した。その他の条件については、実施例と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

（評価）
実施例および比較例により作製した有機ＥＬ素子の発光効率、ＣＩＥ（Comission International d'Eclairage ）色度座標ＣＩＥ、駆動電圧および輝度半減期を測定した。その測定結果を表１に示す。

なお、表１においては実施例および比較例の有機ＥＬ素子の各特性の測定結果を比較例の各測定結果を１として規格化し、規格化した各測定結果を示した。

なお、ｘは、ｘはＣＩＥ色度座標の横軸であり、ｙはＣＩＥ色度座標の縦軸である。

表１に示すように、実施例で作製した有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例で作製した有機ＥＬ素子の発光効率の２．１４倍となった。

また、比較例で作製した有機ＥＬ素子においては、有機ＥＬ素子を構成する有機材料の劣化により目標とする色度の光が発生されなかった。一方、実施例で作製した有機ＥＬ素子においては、目標とする色度の光が発生された。

実施例で作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例で作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧の１．０５倍となった。

また、実施例で作製した有機ＥＬ素子の輝度半減期は、比較例で作製した有機ＥＬ素子の輝度半減期の１０倍となった。

以上のことにより、坩堝１１，１２に同一の有機材料を充填して坩堝１１，１２の加熱温度を低く設定した場合、１つの坩堝に有機材料を充填して坩堝の加熱温度を高く設定した場合と比べて、有機ＥＬ素子の発光特性が向上した。

本発明は、各種表示装置、各種光源等に利用することができる。

本実施の形態に係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ための斜視図である。図１の坩堝の凸部に形成された有機材料噴出孔を説明するための模式的断面図である。図１の坩堝の凸部に形成された有機材料噴出孔を説明するための模式的断面図である。坩堝の凸部に形成された有機材料噴出孔を説明するための模式的断面図である。図１の基板と複数の坩堝との位置関係を示す模式図である。本実施の形態に係る製造方法により形成される有機ＥＬ素子の模式的構造図である。坩堝の模式的断面図である。基板と複数の坩堝との位置関係を示す模式図である。

符号の説明

１０、１１、１２坩堝
２０、２１、２２有機材料噴出孔
５０基板
５１陽極（ホール注入電極）
５２ホール注入層
５３ホール輸送層
５４発光層
５５電子輸送層
５６陰極（電子注入電極）
６００有機ＥＬ素子

Claims

基板上に有機材料からなる有機層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
第１の方向に延びかつ略平行に配置された複数の坩堝のうち少なくとも２つの坩堝に同一の有機材料を充填する工程と、
前記２つの坩堝を加熱する工程と、
前記複数の坩堝と前記基板とを互いに相対的に前記第１の方向に交差する第２の方向に移動させる工程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の製造方法。
前記複数の坩堝は、それぞれ設定された噴射方向を中心として所定の広がりをもって前記有機材料の蒸気を噴出し、前記基板の共通の領域に前記有機材料が堆積するように前記少なくとも２つの坩堝の噴射方向が設定されたことを特徴とする請求項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。
前記有機材料は、ルブレン系材料を含むことを特徴とする請求項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。