JP2006310180A - エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、パッシベーション膜は、ターゲット材料として炭素を用い、ArガスとO2ガスとN2ガスとを含む混合ガスをスパッタガスとして真空チャンバーW内に供給し、スパッタ法により成膜するようにしてあり、そのスパッタ法によるパッシベーション膜の成膜条件を、Arガスの供給流量を5〜100sccm(8.45×10−3〜1.69×10−1Pa・m3/s)、O2ガスの供給流量を0〜50sccm(0〜8.45×10−2Pa・m3/s)、N2ガスの供給流量を0〜40sccm(0〜6.76×10−2Pa・m3/s)、真空チャンバーW内の真空度を0.01〜10Paとしてある。
【選択図】 図2
Description
また、基板として、例えば、ポリマー基板など可撓性のあるものを用い、エレクトロルミネッセンス素子を折り曲げ箇所などに適応することが考えられている。この場合には、パッシベーション膜が、基板から加わる応力によって破損しないよう、可撓性を有しながら、空気中の水分や酸素に対する遮蔽性を有することが求められている。
しかしながら、基板として、例えば、ポリマー基板などを用いた場合には、ガラス基板と比較すると、基板自体が空気中の水分や酸素を透過し易い。このため、可撓性があり、かつ、より緻密でガス遮断効果の高いパッシベーション膜が求められている。
したがって、可撓性があり、衝撃応力に強く、かつ、空気中の水分や酸素に対してより高い遮蔽性を有するパッシベーション膜を形成したエレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供できるに至った。
しかも、第4パッシベーション膜にて導電性層自体に可撓性を持たせることができ、折り曲げ箇所などに適応し易いエレクトロルミネッセンス素子を形成できる。
そして、第1電極と導電性層との間に第4パッシベーション膜を形成すると、この第4パッシベーション膜上に第1電極を形成することになる。また、導電性層と第2電極との間に第4パッシベーション膜を形成すると、この第4パッシベーション膜上に第2電極を形成することになる。したがって、第1電極や第2電極を形成する際の導電性層のダメージを防ぐことができる。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、この第1実施形態におけるエレクトロルミネッセンス素子(以下、EL素子と略称する)1は、第1基板2の上方側(一方側)に、第1電極4、発光層5を含む導電性層6、第2電極7の順に積層して形成するとともに、第1基板2の下方側(他方側)に第1パッシベーション膜3を形成してある。
前記第1電極4上には、導電性層6の側周囲を覆うように封止物質(例えば、可撓性を有するエポキシ樹脂や紫外線硬化樹脂)8を塗布し、その封止物質8の外側を囲む封止体9を設けている。
そして、第2基板10上に第2パッシベーション膜11が形成され、この第2基板10が、第2パッシベーション膜11を封止物質8に接触させる状態で、封止物質8および封止体9の上部を閉塞し、導電性層6を外部と遮断してある。
前記第1基板2および第2基板10は、その厚みを例えば10μm〜200μmに形成してあり、第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11は、その厚みを例えば20nm〜50nmに形成してある。
前記第1電極4は、その厚みを例えば150nmに形成してあり、第2電極7は、その厚みを例えば150nmに形成してある。そして、第1電極4と第2電極7との間にバイアス電圧をかけて、発光層5を発光させる。
前記正孔注入層6aは、例えば、PEDT(ポリエチレンジオキシチオフェン)−PSS(ポリスチレンサルフォネート)誘導体にて形成してあり、その厚みを例えば40nmに形成してある。
前記正孔輸送層6bは、4,4’−bis〔N−(1−naphthyl)−N−phenyl−amino〕−biphenyl(α−NPD)、または、N,N’−diphenyl−N,N’−bis(3−methylphenyl)−1,1’−biphenyl−4,4’−diamine(TPD)にて形成してあり、その厚みを例えば50nmに形成してある。
前記発光層5は、キノリノール錯体である8−hydroxquinoline aluminum(Alq3)にて形成してあり、その厚みを例えば10〜200nmに形成してある。
まず、ターゲット材料として炭素を用い、ArガスとO2ガスとN2ガスとを含む混合ガスをスパッタガスとして真空チャンバー内に供給し、スパッタ室と成膜室とが分離された対向ターゲットスパッタ法により第1基板2上に第1パッシベーション膜3を成膜するようにしてある。
この対向ターゲットスパッタ法では、図2に示すように、スパッタ室としての真空チャンバーW内に、一対のターゲット12が向かい合せになるように平行に配置し、そのターゲット12にArガスとO2ガスとN2ガスとを含むスパッタガスを高速で衝突させる。すると、ターゲット12を構成する炭素とN2ガスと反応させる状態でアモルファス窒化炭素を叩き出し、この叩き出したアモルファス窒化炭素を成膜室の基体13として設けられる第1基板2上に付着させる。このようにして第1パッシベーション膜3を成膜している。
そして、一対のターゲット12の夫々には、一対のターゲット12間にターゲット面に垂直な磁力線Pを発生させるべく、磁石14が設けられ、電子は磁力線Pに巻きつくようにして一対のターゲット12間を往復運動し、電子をターゲット12の近傍に閉じ込めて基体13に与えるダメージを小さくしている。
しかも、成膜条件を厳密に制御することにより試料表面へのダメージが少なく、また高い成膜速度で良質の薄膜が成膜できる成膜条件を見出すことができる。そこで、この見出した成膜条件を適用して第1パッシベーション膜3を成膜する。
次に、分子線蒸着法により、第1電極4上に正孔注入層6a、正孔輸送層6b、発光層5の順に形成し、真空蒸着法により、発光層5上に第2電極7を形成する。
また、第1基板2上に第1パッシベーション膜3を成膜するのと同様に、スパッタ法により第2基板10上にも第2パッシベーション膜11を成膜しておき、この第2パッシベーション膜11が形成された第2基板10を、第2パッシベーション膜11を封止物質8に接触させる状態で、封止物質8および封止体9の上部に設けて、EL素子1を製造する。
第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11の成膜条件を、Arガスの供給流量を45sccm(7.605×10−1Pa・m3/s)、O2ガスの供給流量を6sccm(1.014×10−1Pa・m3/s)、N2ガスの供給流量を3sccm(5.07×10−2Pa・m3/s)、真空チャンバー内の真空度を約2×10−1Paとする。
図3に示すものでは、動作力が2.5Nで、直径1.3mmの金属棒にてEL素子1に応力を印加したときの耐久性を示している。図3から、半減寿命は打点回数十万回以上であり、第1基板2から加わる応力によって第1パッシベーション膜3が破損しないように十分な耐久性を有する。
また、第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11を設けないEL素子では、二時間程度でEL素子の輝度が半減する。それに対して、上述の成膜条件にて第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11を成膜したEL素子では、1.3mmΦ、40Nの応力を加えた一万回の打鍵試験を行っても、EL素子の輝度が半減する程度であり、十万回の打鍵試験を行っても、EL素子は破壊しなかった。
この図4から、O2ガスの供給流量を6〜8sccm(1.014×10−1〜1.351×10−1Pa・m3/s)とすると、可視域(およそ400nm〜800nm)では、60%以上の透過率を確保できる。
第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11を成膜するに当り、透過率の向上に加え、柔軟性を向上するために、O2ガスの供給が必要である。ただし、8sccm(1.351×10−1Pa・m3/s)では透過率が最も良い結果を示すものの成膜速度が半分に減少する。2sccm(3.38×10−2Pa・m3/s)では第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11の柔軟性が損なわれる虞がある。したがって、第1パッシベーション膜3および第2パッシベーション膜11の膜厚を約40nmとすると、O2ガスの供給流量は6sccm(1.014×10−1Pa・m3/s)のときが最適である。
この第2実施形態のEL素子1Aは、図5に示すように、上記第1実施形態のEL素子1において導電性層6の側周囲を覆うように封止物質8を塗布する代わりに、パッシベーション膜として、導電性層6の側周囲を覆う第3パッシベーション膜15を形成してある。
そして、この第3パッシベーション膜15も、上記第1実施形態で述べた如く、第1基板2上に第1パッシベーション膜3を成膜するのと同様に、スパッタ法により形成してある。
この第3実施形態のEL素子1Bは、図6に示すように、パッシベーション膜として、導電性層6と第2電極7との間に第4パッシベーション膜16を形成してある。
そして、この第4パッシベーション膜16も、上記第1実施形態で述べた如く、第1基板2上に第1パッシベーション膜3を成膜するのと同様に、スパッタ法により形成してある。
最初に、第4パッシベーション膜16を設けていないEL素子と第4パッシベーション膜16を設けたEL素子1Bとを比較する。
まず、第4パッシベーション膜16を設けていないEL素子と第4パッシベーション膜16を設けたEL素子1Bとに対して、設定時間(例えば、約24時間)の耐久試験を行う。その後、第4パッシベーション膜16を設けていないEL素子と第4パッシベーション膜16を設けたEL素子1Bとに対して、第1電極4と第2電極7との間にかけるバイアス電圧を変化させて比較する。
そして、図7中、黒塗り丸、黒塗り三角が第4パッシベーション膜16を設けていない場合を示し、白抜き丸、白抜き三角が厚みが5nmの第4パッシベーション膜16を設けた場合を示している。また、黒塗り丸、白抜き丸が電流密度(A/cm2)を示しており、黒塗り三角、白抜き三角がEL強度(cd/m2)を示している。
第4パッシベーション膜16の膜厚を変化させたときに透過率がどのように変化するかの点から考察する。
図8は、第4パッシベーション膜16の膜厚を、5nm〜20nmまで5nmずつ変化させたときの波長と透過率との関係を示したものである。縦軸を光の透過率(%)とし、横軸を波長(nm)としている。
したがって、第4パッシベーション膜16の膜厚は、最大20nmとするのが好適である。
(1)上記第1〜3実施形態において、第1基板2の下方側に第1パッシベーション膜3を形成しているが、第1基板2の上方側に第1パッシベーション膜1を形成し、その第1パッシベーション膜上に第1電極4を形成するように実施することが可能である。
また、第1基板2の下方側および上方側の両側に、第1パッシベーション膜を形成することも可能である。
また、導電性層6と第2電極7との間、および、導電性層6と第1電極4との間の両方に第4パッシベーション膜を形成することも可能である。
3 第1パッシベーション膜
4 第1電極
5 発光層
6 導電性層
7 第2電極
11 第2パッシベーション膜
15 第3パッシベーション膜
16 第4パッシベーション膜
Claims (4)
- 基板の一方側に、第1電極、発光層を含む導電性層、第2電極の順に形成し、前記導電性層を保護するパッシベーション膜をアモルファス窒化炭素にて形成してあるエレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記パッシベーション膜は、ターゲット材料として炭素を用い、ArガスとO2ガスとN2ガスとを含む混合ガスをスパッタガスとして真空チャンバー内に供給し、スパッタ法により成膜するようにしてあり、
そのスパッタ法による前記パッシベーション膜の成膜条件を、Arガスの供給流量を5〜100sccm(8.45×10−3〜1.69×10−1Pa・m3/s)、O2ガスの供給流量を0〜50sccm(0〜8.45×10−2Pa・m3/s)、N2ガスの供給流量を0〜40sccm(0〜6.76×10−2Pa・m3/s)、前記真空チャンバー内の真空度を0.01〜10Paとしてあるエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記パッシベーション膜が、前記導電性層を中央にして、前記第1電極よりも外側に形成してある第1パッシベーション膜と前記第2電極よりも外側に形成してある第2パッシベーション膜とからなる請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記パッシベーション膜として、前記導電性層の側周囲を覆う第3パッシベーション膜を形成してある請求項2に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記パッシベーション膜として、前記第1電極と前記導電性層との間、または、前記導電性層と前記第2電極との間の少なくとも一方に第4パッシベーション膜を形成してある請求項3に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
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