JP2005293969A

JP2005293969A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2005293969A
Application number: JP2004105815A
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】坩堝１０は、Ｙ方向に延びた細長い箱型形状を有する。坩堝１０は、外層１および内層２を含む積層構造を有する。外層１および内層２の断面は、コ字形状からなる。外層１は高い熱伝導率を有するグラファイト、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化珪素（ＳｉＣ）等の無機材料からなる。また、内層２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ガラス、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）等のグラファイトを除く無機材料からなる。内層２は、外層１からの熱を効率よく有機材料に伝達できるように厚みが０.２ｍｍ以下であることが好ましい。
【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、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または昇華させて基板に有機層を形成するものである。そのため、坩堝には、熱伝導が高く有機材料を均一に加熱できる材質が用いられている。
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がヒータにより加熱された坩堝の材質と反応して、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および量産性が低下する。

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、外層および内層を含む積層構造を有する坩堝内に有機材料を充填する工程と、坩堝を加熱することにより基板上に有機材料からなる有機層を形成する工程とを備え、坩堝の外層は内層よりも高い熱伝導率を有する第１の無機材料により形成され、内層はグラファイトを除く第２の無機材料により形成されたものである。

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、外層および内層を含む積層構造を有する坩堝内に有機材料が充填され、その坩堝が加熱される。それにより、基板上に有機材料からなる有機層が形成される。

この場合、坩堝の外層は高い熱伝導率を有する第１の有機材料により形成されているので、供給された熱を内層に効率よく伝達することができる。ここで、グラファイトは有機材料と反応しやすい。内層はグラファイトを除く第２の無機材料により形成されているので、坩堝の加熱温度を高くした場合でも内層は充填された有機材料と反応しにくい。そのため、蒸着速度を低下させることなく充填された有機材料の特性の劣化を防止することができる。したがって、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。

第１の無機材料は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することが好ましい。それにより、第１の無機材料からなる外層は、内層に効率よく熱を伝達することができる。したがって、内層に充填された有機材料を効率よく加熱することができる。

内層の厚みは、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、内層に充填された有機材料を十分に加熱することができる。

有機材料は、ルブレン系材料を含んでもよい。ここで、ルブレン系材料はグラファイトと反応しやすい。この場合、内層がグラファイトを除く第２の無機材料により形成されているので、ルブレン系材料からなる有機材料の特性の劣化を防止することができる。

外層は、グラファイト、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウムおよび炭化珪素よりなる群から選択される１種以上の無機材料を含んでもよい。それにより、無機材料からなる外層は、効率よく内層に熱を伝達することができる。したがって、内層に充填された有機材料を効率よく加熱することができる。

内層は、ガラス、ステンレス、タングステン、チタンおよびタンタルよりなる群から選択される１種以上の無機材料を含んでもよい。

この場合、安価でかつルブレン系材料と反応しない無機材料により内層が形成されているので、ルブレン系材料からなる有機材料の特性の劣化を防止することができる。また、比較的安価な無機材料により内層が構成されるので、一定期間ごとに交換が可能となり、坩堝のメンテナンス性が向上する。

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、本発明の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り、図２は図１の坩堝の断面を示す模式図である。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および図２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。

まず、坩堝１０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の下方に坩堝１０が配置される。また、基板５０と坩堝１０との距離は１００〜１５０ｍｍが好ましい。

図１に示すように、坩堝１０は、Ｙ方向に延びた細長い箱型形状を有する。また、図２に示すように、坩堝１０は、外層１および内層２を含む積層構造を有する。外層１および内層２のＸ−Ｚ平面における断面は、コ字形状からなる。

外層１は５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する無機材料からなる。具体的に外層１の材質には、グラファイト、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化珪素（ＳｉＣ）等が用いられる。

一般的にグラファイトの熱伝導率は約６０Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱分解窒化ホウ素の熱伝導率は７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、窒化アルミニウムの熱伝導率は約９０Ｗ／ｍ・Ｋであり、炭化珪素の熱伝導率は約７５Ｗ／ｍ・Ｋである。

また、内層２は、グラファイトを除く無機材料からなる。図２に示すように、内層２は、外層１からの熱を効率よく有機材料に伝達できるように厚みｔが０.２ｍｍ以下であることが好ましい。それにより、内層２に充填された有機材料を効率よく加熱することができる。具体的に内層１の材質には、安価でかつ有機材料と反応を起こさないステンレス鋼（ＳＵＳ）、ガラス、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）等が用いられる。ガラスとしては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラスおよびフッ化物ガラス等が挙げられる。特に、石英ガラスを用いることが好ましい。このように、内層２を安価に作製することができる。

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に示す坩堝１０の内部に有機材料が充填される（図示せず）。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に設けられたヒータ（図示せず）により坩堝１０の外層１が加熱される。加熱された熱が、高い熱伝導率を有する外層１により効率よく内層２に伝達される。そして、伝達された熱が、内層２に充填された有機材料に伝達される。その伝達された熱により内層２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は、図１に示すように基板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。

なお、本実施の形態においては、坩堝１０を基板５０に対して一定速度で往復移動させることとしたが、これに限定されず、坩堝１０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の移動および停止を間欠的に繰り返してもよい。

また、ヒータとしては、外層１と接触することにより熱を伝達する直接加熱方式のヒータ、またはその他任意の方式による間接加熱方式のヒータを用いることができる。

さらに、本実施の形態においては、坩堝１０の断面形状をコ字形状としたが、これに限定されず、坩堝１０の断面形状には、略円形、略多角系等の任意の形状であってもよい。

次に、図３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３に示すように、有機ＥＬ素子６００は、基板５０、陽極５１、ホール輸送層５２、発光層５３、電子輸送層５４および陰極５５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 Oxide：ＩＴＯ）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を覆うようにホール輸送層５２が形成される。ホール輸送層５２上には、発光層５３が形成される。

ここで、ホール輸送層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)、下記式（２）で示される分子構造を有する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（4,4',4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine：以下、ＭＴＤＡＴＡと略記する）、または下記式（３）で示される分子構造を有する（N,N'-ジフェニル-）N,N'-ジ（3-メチルフェニル）-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン（N,N'-diphenyl-N,N'-di(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine：以下、ＴＰＤと略記する）等が用いられる。

また、発光層５３の材料として、下記式（４）で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、Ａｌｑ３と略記する）をホスト材料として、下記式（５）で示される分子構造を有する (2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-lII,5II-ベンゾ〔ij〕キノリジン-9-イル)エテニル)-4H-ピラン-4-イリデン)プロパンジニトリル（2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-lII,5II-benzo〔ij〕quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene）propanedinitrile：以下、ＤＣＪＴＢと略記する）および下記式（６）で示される分子構造を有するルブレン（Rubrene）がドープされたもの等が用いられる。

発光層５３上には電子輸送層５４が形成される。電子輸送層５４の材料として、上記式（４）に示されるＡｌｑ３または下記式（７）に示される分子構造を有するＢｅＢｑ２等のキレート金属錯体が用いられる。さらに、電子輸送層５４上には、アルミニウム、リチウムを微量に含むアルミニウム合金、マグネシウムインジウム合金、マグネシウム銀合金等からなる陰極５５が順に形成される。

図３の有機ＥＬ素子６００においては、陽極５１から注入されたホールと陰極５５から注入された電子とが発光層５３の内部で再結合することにより発光層５３において光が発生し、この光が透明な陽極５１を介して外部へ取り出される。

上述した有機ＥＬ素子のホール輸送層５２、発光層５３および電子輸送層５４の形成には、上記の坩堝１０を用いる。

以上のように、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おいては、坩堝１０の外層１が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有するグラファイト、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素等の無機材料により形成されているので、供給された熱を内層２に効率よく伝達することができる。

また、グラファイトはルブレン系の有機材料と反応しやすいが、内層２は安価でかつルブレン系材料と反応しないガラス、ステンレス、タングステン、チタンまたはタンタル等の無機材料により形成されているので、ヒータによる加熱温度を高くした場合でも、内層２は充填されたルブレン系の有機材料と反応しにくい。そのため、蒸着速度を低下させることなく充填された有機材料の特性の劣化を防止することができる。

また、比較的安価な無機材料により内層２が構成されるので、一定期間ごとに交換が可能となり、坩堝１０のメンテナンス性が向上する。

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素子について説明したが、これに限定されず、本発明は、陰極５５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。

（坩堝の他の構成例）
次に、坩堝１０の他の構成例について説明する。

図４は図１の有機ＥＬ素子の製造方法の他の例を説明するための斜視図であり、図５は図２の坩堝の断面を示す模式図である。

図４および図５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。

以下、図４および図５に示す坩堝１０ａが、図１および図２に示す坩堝１０と異なる点について説明する。

図４に示すように、坩堝１０ａは、Ｙ方向に延びた細長い箱型形状を有する。また、図５に示すように坩堝１０ａは、外層１および内層２ａを含む積層構造を有する。図５に示す外層１は、図１に示す外層１と同様のコ字形状を有する。一方、図５の示す内層２ａは、中空部を有する箱形状からなる。内層２ａの上面（Ｚ方向側）には、所定の間隔で複数の孔１１が設けられている。以上の点以外の坩堝１０ａの構造は、図１および図２に示す坩堝１０と同様である。

以下、実施例においては、図２に示す外層１および内層２の積層構造からなる坩堝１０を複数個用いて上記図３の有機ＥＬ素子を作製した。また、比較例においては、単層構造からなる従来の坩堝を複数個用いて有機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、基板５０は５００ｍｍ×３５０ｍｍの大きさのものを用いた。坩堝１０は基板５０から１００ｍｍ下方の位置に設けた。

実施例においては、グラファイトからなる外層１および厚み０.２ｍｍのステンレス鋼からなる内層２の積層構造を有する坩堝１０を複数個用いた。

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。続いて、グラファイトからなる単層構造の坩堝を用いてホール輸送層５２としてＮＰＢを真空蒸着により形成した。

次に、発光層５３を以下に示す方法で形成した。一の積層構造の坩堝１０の内部にホスト材料であるＡｌｑ３を充填し、他の積層構造の坩堝１０の内部にドーパントであるＤＣＪＴＢを充填し、さらに他の積層構造の坩堝１０の内部にドーパントであるルブレンを充填した。そして、それらの複数の坩堝１０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り加熱してＡｌｑ３、ＤＣＪＴＢおよびルブレンを蒸発または昇華させて発光層５３を形成した。

続いて、グラファイトからなる単層構造の坩堝を用いてＡｌｑ３からなる電子輸送層５４を形成した。さらに、陰極５５としてアルミニウム（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、グラファイトからなる単層構造の坩堝を複数個用いて発光層を形成した。その他の条件は、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、駆動電圧、輝度半減期および分解物量を測定した。その測定結果を表１に示す。ここで、分解物量とは、有機ＥＬ素子の発光層を形成する有機材料が他の物質に変化する比率を示したものである。

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ＣＩＥ色度座標の横軸を示し、ｙはＣＩＥ色度座標の縦軸を示す。

表１に示すように、実施例および比較例で作製した有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標については、相違がなかった。

一方、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１．４８倍となった。

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０.９８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１.３倍となった。

さらに、実施例で作製した有機ＥＬ素子の分解物量は比較例で作製した有機ＥＬ素子の分解物量の０.６６倍となった。

以上のことにより、単層構造からなる坩堝を用いた場合には、有機材料が坩堝の材質と反応して劣化するのに対し、積層構造からなる坩堝１０を用いた場合には、ルブレン系の有機材料の劣化を防止することができ、発光効率、輝度半減期および分解物量を向上させることができる。さらに、外層１が高い熱伝導率を有するため、蒸着速度を下げることなく、効率よく有機ＥＬ素子を生産することができる。

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用いることができる。

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の坩堝の断面を示す模式図である。図１に示した有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法により形成した有機エレクトロルミネッセンス素子の模式的構造図である。図１の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法の他の例を説明するための斜視図である。図２の坩堝の断面を示す模式図である。

符号の説明

１外層
２，２ａ内層
１０，１０ａ坩堝
５０基板
５１陽極
５２ホール輸送層
５３発光層
５４電子輸送層
５５陰極

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、
外層および内層を含む積層構造を有する坩堝内に前記有機材料を充填する工程と、
前記坩堝を加熱することにより前記基板上に前記有機材料からなる有機層を形成する工程とを備え、
前記坩堝の外層は前記内層よりも高い熱伝導率を有する第１の無機材料により形成され、前記内層はグラファイトを除く第２の無機材料により形成されたことを特徴する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第１の無機材料は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する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。
前記内層の厚みは、０．２ｍｍ以下である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。
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１〜３のいずれか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。
前記外層は、グラファイト、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウムおよび炭化珪素よりなる群から選択される１種以上の無機材料を含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか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。
前記内層は、ガラス、ステンレス、タングステン、チタンおよびタンタルよりなる群から選択される１種以上の無機材料を含むことを特徴する請求項１〜５いずれか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。