JP2007073353A

JP2007073353A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2007073353A
Application number: JP2005259546A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nishigaki; 研治西垣
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】ウェットプロセスを用いることなく、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】第１電極２が形成された基板１を準備し、基板１の第１電極２上に、発光層を含む有機層３、および第２電極４を順に積層して積層膜６を形成する工程と、積層膜６全体を被覆する封止膜５を形成する工程と、所定のパターンの開口部１１を有するメタルマスク９を封止膜５上に配置する工程と、ドライエッチングを行うことにより、封止膜５のメタルマスク９の開口部１１と対応する部分を除去することで封止膜５をパターニングする工程と、を含む有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法である。
【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。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、適宜エレクトロルミネッセンスをＥＬと記載する）は、面発光素子として、例えば、ディスプレイや照明装置等の分野で用いられている。基本的な有機ＥＬ素子の構造は、ガラス基板等の透明基板上に、透明陽極、発光層を含む有機層、および陰極が順に積層された構造である。透明陽極と陰極との間に直流電圧を印加することで発光層が発光し、その光は、例えば、透明陽極側より透明基板を介して外部に取り出される。また、有機ＥＬ素子の内部に水分や酸素等のガスが浸入すると、素子を構成する有機層や電極がダメージを受け、有機ＥＬ素子の品質の劣化や寿命の短縮化を招く虞がある。このため、外部からの水分やガスの浸入を防ぐ目的で、有機ＥＬ素子の表面には封止膜が設けられる。
一方、有機ＥＬ素子に直流電圧を供給するためには、有機ＥＬ素子を構成する各電極の端子電極部を露出させて、外部駆動電源からの配線を接続できる状態にする必要がある。つまり、有機ＥＬ素子を構成する各層、例えば、封止膜をパターニングして端子電極部を露出させることが必要となる。

特許文献１には、透明基板上に、第１の電極、有機膜、第２の電極材料膜、および保護膜を順に形成した有機ＥＬ素子において、保護膜上に所望形状のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、保護膜、第２の電極材料膜および有機膜をパターニングする技術が開示されている。

特開２０００−１１３９８１号公報

ところが、特許文献１に記載の方法では、レジストの塗布、露光、現像、レジストの除去等を行う必要があるため、有機ＥＬ素子の製造工程が複雑になるという問題がある。また、保護膜上に設けられたレジストを所望形状にパターニングする際には現像液を使用するので、このウェットプロセスが有機膜にダメージを与える可能性がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、このようなウェットプロセスを用いることなく、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究、開発を遂行した結果、上記のような課題を解決するためには、封止膜上に所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを配置し、ドライエッチングを行うことにより封止膜をパターニングすることが有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、
（１）第１電極が形成された基板を準備し、前記基板の前記第１電極上に、発光層を含む有機層、および第２電極を順に積層して積層膜を形成する工程と、
（２）前記積層膜全体を被覆する封止膜を形成する工程と、
（３）所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを前記封止膜上に配置する工程と、
（４）ドライエッチングを行うことにより、前記メタルマスクの前記開口部と対応する部分の前記封止膜を除去することで、前記封止膜をパターニングする工程と、
を含むことを特徴とするものである。
本発明において、封止膜は多層膜であってもよい。
本発明の工程（１）において、積層膜は発光部と端子電極部とを備えるように形成され、工程（２）において、前記発光部と前記端子電極部とを備える前記積層膜全体を被覆するように封止膜を形成し、工程（３）において開口部が前記端子電極部に対応するメタルマスクを前記封止膜上に配置し、工程（４）において前記端子電極部上の前記封止膜を除去することによって前記端子電極部を露出させることが好ましい。
本発明の工程（２）において封止膜はＣＶＤチャンバー内でＣＶＤ法により形成される層を含み、工程（４）におけるドライエッチングを前記工程（２）で用いた前記ＣＶＤチャンバー内で行うことで、前記封止膜のパターニングと前記ＣＶＤチャンバー内のクリーニングとを同時に行うことが好ましい。

本発明によれば、ウェットプロセスを用いることなく、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は封止膜がパターニングされる前の有機ＥＬ素子およびメタルマスクの部分断面模式図であり、図１（ｂ）は封止膜がパターニングされた後の有機ＥＬ素子の部分断面模式図である。
図１（ａ）および（ｂ）において、有機ＥＬ素子１０は、基板１上に形成された第１電極２、第１電極２上に形成された発光層を含む有機層３、および有機層３上に形成された第２電極４を備えており、さらに、第１電極２、発光層を含む有機層３、および第２電極４の表面全体を被覆するように、封止膜５が形成されている。この実施の形態では、第１電極２が陽極を、第２電極４が陰極を構成する。

本実施の形態では、まず、工程（１）において、第１電極２が形成された基板１を準備し、この基板１の第１電極２上に、発光層を含む有機層３、および第２電極４を順に積層して積層膜６を形成する。この時、積層膜６は、発光部７と端子電極部８とを備えるように形成される。ここで、「発光部７」とは有機ＥＬ素子１０の発光面を構成する部分であり、「端子電極部８」とは第１電極２および第２電極４に直流電圧を供給するために外部電源からの配線を接続する部分である。
基板１は、有機ＥＬ素子１０を支えるための板状の部材である。光の取り出し方向が基板１側である場合は、例えば、ガラス基板、アクリル樹脂基板等の取り出す光に対して高い透過率を示す透明基板が用いられる。光の取り出し方向が基板１と反対側である場合は、上記の透明基板に加えて、シリコン基板、金属基板等の不透明基板を用いることができる。
第１電極２には、公知の電極材料が用いられ、光の取り出し方向が基板１側である場合は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明電極材料が用いられる。
第２電極４には、公知の電極材料が用いられ、光の取り出し方向が基板１側である場合は、金属や合金等を用いることができ、例えば、ＡｇやＡｌ等が用いられる。
なお、光の取り出し方向が基板１と反対側である場合は、逆に、第１電極２には金属や合金等が用いられ、第２電極４には透明電極材料が用いられる。
上記の第１電極２と第２電極４との間に設けられる発光層を含む有機層３は、例えば、発光層単層から構成される場合や、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、バッファー層等のうちの１層以上と発光層との組み合わせにより構成される場合等がある。また、発光層にはＡｌｑ３等の公知の発光材料が用いられ、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等が用いられる。

上記の積層膜６は、公知の適切な方法により形成されればよく、例えば、第１電極２が形成された基板１上に、発光層を含む有機層３、第２電極４、およびその他の必要な層を、スパッタリング法、スピンコーティング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の方法により積層させることにより形成される。ここで、「ＣＶＤ法」とは、「化学的気相成長法」を意味し、有機ＥＬ素子の製造において当業者に知られるものである。

工程（２）は、工程（１）において形成された積層膜６全体を被覆して、積層膜６が酸素、水分等と接触することを防ぐ封止膜５を形成する工程である。
封止膜５には、公知の封止膜材料が用いられ、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等が用いられる。好ましくは、窒化ケイ素が用いられる。このような封止膜原料を用いて形成された封止膜５は、積層膜６を酸素や水分等から保護し、有機ＥＬ素子１０の性能がこれらにより悪化することを防ぐことができる。また、封止膜５は、例えば、窒化ケイ素の単層膜であってもよく、窒化ケイ素および酸化ケイ素の二層膜であってもよく、あるいは、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等を積層した多層膜であってもよい。
このような封止膜５は、公知の薄膜形成方法によって形成され、例えば、ＣＶＤ法により、工程（１）で形成された積層膜６全体を被覆するように形成される。

工程（３）は、図１（ａ）に示すように、積層膜６全体を被覆する、工程（２）において形成された封止膜５上に、所定のパターンの開口部１１を有するメタルマスク９を配置する工程である。
メタルマスク９には、公知のマスク材料が用いられ、例えば、インバー、コバール、ＳＵＳ、４２アロイ等が用いられる。所定のパターンの開口部１１を有するメタルマスク９は、その開口部１１が、封止膜５の後述する工程（４）におけるドライエッチングによって除去されるべき部分に対応するように、封止膜５上に配置される。逆に、封止膜５の残されるべき部分は、メタルマスク９により被覆される。例えば、積層膜６の端子電極部８とメタルマスク９の開口部１１とが対応するように、封止膜５上にメタルマスク９が配置される。この時、積層膜６の発光部７と対応する部分の封止膜５は、メタルマスク９により被覆されている。

工程（４）は、ドライエッチングを行うことにより、メタルマスク９の開口部１１と対応する部分の封止膜５を除去することで、封止膜５をパターニングする工程である。ドライエッチングには、公知のエッチング方法が用いられ、例えば、反応性イオンエッチング、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチング等が用いられる。好ましくは、反応性イオンエッチングが用いられる。反応性イオンエッチングは、異方性エッチングであるため、サイドエッチングの影響を小さくすることができ、封止膜５を非常に精度良くパターニングすることができる。
エッチングガスとしては、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等からなる封止膜５と反応するガスが用いられ、例えば、ＮＦ_３、ＣＯＦ_２、Ｃ_３Ｆ_８、ハロゲン化炭化水素等が使用される。
工程（４）におけるドライエッチングにより、図１（ｂ）に示すように、工程（２）において形成された封止膜５が、工程（３）において配置されたメタルマスク９のパターンに従ってパターニングされる。工程（３）において、メタルマスク９の開口部１１と積層膜６の端子電極部８とが対応するようにメタルマスク９を封止膜５上に配置した場合は、工程（４）において、封止膜５のうち端子電極部８上の封止膜５が部分的に除去されることとなり、端子電極部８が露出する。

また、工程（２）において、封止膜５を、ＣＶＤチャンバー内でＣＶＤ法により形成し、工程（４）のドライエッチングを、工程（２）で用いたこのＣＶＤチャンバー内で行うことで、封止膜５のパターニングとこのＣＶＤチャンバー内のクリーニングとを同時に行うこととしてもよい。この場合、ドライエッチングにより封止膜５が部分的に除去される（パターニング）と同時に、このＣＶＤチャンバー内に付着した封止膜原料も除去される（クリーニング）。
従来のＣＶＤ法による封止膜５の形成では、封止膜原料がＣＶＤチャンバー内にも付着するので、ＣＶＤチャンバー内を清浄な雰囲気に維持するために、反応性イオンエッチングやプラズマエッチング等のドライエッチングによるＣＶＤチャンバー内の定期的なクリーニングが行われていた。上記のように、ドライエッチングによる封止膜５のパターニングと同時に、ドライエッチングによるＣＶＤチャンバー内のクリーニングを行えば、有機ＥＬ素子１０の製造工程を簡素化することが可能であり、より高い生産性が得られる。

本実施の形態によれば、積層膜６全体を封止膜５により一旦被覆した後、メタルマスク９を別途使用して、ドライエッチングによる封止膜５のパターニングを行うため、製造される有機ＥＬ素子１０の所望部分を精確に露出させることが可能である。この高い精度は、ほぼ工程（３）におけるメタルマスク９の配置のずれ（配置の誤差）のみを考慮すればよいことに起因する。

本実施の形態によれば、例えば、製造される有機ＥＬ素子１０の端子電極部８を精確に露出させることが可能である。

また、本実施の形態によれば、封止膜５のパターニングとＣＶＤチャンバー内のクリーニングとを同時に行えるので、工程数を少なくすることができ、非常に簡便な方法であると言える。また、本発明の方法は、メタルマスク９を用いることによるドライエッチングを行っており、いわゆる「レジスト法」におけるようなウェットプロセスを経ないため、現像液に含まれる水分等による悪影響を被ることなく製造することができる。それゆえ、各種性能に優れた有機ＥＬ素子１０を製造することができる。なお、「レジスト法」では、レジスト塗布、露光、現像、レジスト除去等の多数の工程が必要であるが、本方法では「レジスト法」のような多数の工程を必要としないため、有機ＥＬ素子１０の製造における工程数を少なくすることができる。

また、図２に示すように、本方法により、一枚の基板１上に、封止膜５を備える複数の有機ＥＬ素子１０を形成した場合は、より多くの有機ＥＬ素子１０を形成することが可能となる。すなわち、基板として一枚の大きな基板１（マザーガラス）を使用し、該マザーガラス上に、それぞれが独立した複数の積層膜６（各積層膜６は、それぞれ発光部７及び端子電極部８を備える）を形成する。次いで、複数の積層膜６全体を覆うように封止膜５を形成する。その後、封止膜５上に所定のパターンの開口部１１を有するメタルマスク９を配置してドライエッチングを行い、開口部１１のパターンに従って封止膜５をパターニングする。この時、メタルマスク９に、各積層膜６の端子電極部８に対応する開口部１１を設けることで、該マザーガラス上に、各端子電極部８が完全に露出されており、それ以外の部分が封止膜５で完全に覆われている複数の有機ＥＬ素子１０を形成することができる。ドライエッチングによるパターニングの精度は非常に高い。このため、本方法により、一枚の大きな基板１に複数の有機ＥＬ素子１０を形成する場合においては、端子電極部８を完全に露出させるために、公差や誤差等の累積を考慮して、あらかじめ端子電極部８を大きく形成しておく必要がない。そのため、一つの有機ＥＬ素子１０の周りの無駄な部分を小さくすることができ、より多くの有機ＥＬ素子１０を形成することが可能となる。
以上から、本方法は有利なことに、封止膜５を備える有機ＥＬ素子１０の製造において、前記した先行技術の欠点を排除しつつ、更に、封止膜５のパターニングと同時に、ＣＶＤチャンバー内のクリーニングを行うことを可能にするなどの利点を与える。

本発明の他の利点は、限定せずにその応用を示すために与えられる以下の実施例を読めば、当業者には更に明らかになるであろう。
事実、本発明者らは、各種性能に優れた有機ＥＬ素子１０を製造しており、これは以下の実施例に示される通りである。

以下、本発明の実施例について記すが、本発明は以下の実施例に限定して解釈されるものでないことは当然である。

［実施例１］
有機ＥＬ素子１０を、以下のように製造した。
まず、陽極として膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ層（第１電極２）が一方の面上に形成されたガラス基板（基板１）を用意し、これを洗浄した。アルカリ洗浄および純水洗浄を順次行い、これらの洗浄後、乾燥および紫外線オゾン洗浄を順次行った。

上記の洗浄を行った基板１を真空蒸着装置内（真空度約５．０×１０^−５Ｐａ）へと移し、第１電極２上に、発光層を含む有機層３、第２電極４を順に積層して積層膜６を形成した。この実施例１では、発光層を含む有機層３を、有機層３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄから構成する。
基板１上に形成された第１電極２の表面上には、ホール注入層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚１０ｎｍの銅フタロシアニンの有機層３ａを形成した。

該ホール注入層上に、ホール輸送層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚５０ｎｍのトリフェニルアミン４量体の有機層３ｂを形成した。

該ホール輸送層上に、発光層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚３０ｎｍのＤＰＶＢｉの有機層３ｃを形成した。

該発光層上に、電子輸送層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．０１ｎｍ／ｓで、膜厚３０ｎｍのＡｌｑ３の有機層３ｄを形成した。

該電子輸送層上に、電子注入層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．０３ｎｍ／ｓで、膜厚０．５ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）の無機層を形成した。

そして、該電子注入層上に、陰極として、タングステンボートにより、蒸着速度１ｎｍ／ｓで、膜厚１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）の無機層（第２電極４）を形成した。
なお、上記の各層からなる積層膜６を形成する際に、有機ＥＬ素子１０の発光面を構成する発光部７と、外部電源からの配線を接続する部分である端子電極部８とを、メタルマスク等を用いたパターニングにより形成する。

第１電極２が形成された基板１上に、発光層を含む有機層３、第２電極４を順に積層して、上記のように積層膜６を形成した後、積層膜６全体を覆うように、プラズマＣＶＤ装置により、封止膜５としての窒化ケイ素膜を形成した。すなわち、積層膜６が形成された基板１をプラズマＣＶＤ装置のＣＶＤチャンバー内に移し、圧力１×１０^−３Ｐａまで排気し、ＳｉＨ_４を１００ｍＬ、ＮＨ_３を５０ｍＬ、およびＮ_２を１０００ｍＬ流し、圧力を７５Ｐａに調整した。次に、ギャップ２０ｍｍの一対の電極に１３．５６ＭＨｚ、６００Ｗの高周波電力を供給し、ガス放電させることにより、厚さ１μｍの窒化ケイ素膜を堆積させた。

次いで、有機ＥＬ素子１０の端子電極部８に対応するパターンの開口部１１を有するメタルマスク９を、封止膜５の形成工程で用いたＣＶＤチャンバー内へと導入して、端子電極部８と開口部１１とが対応するように、封止膜５の表面上にメタルマスク９を配置した。

そして、エッチングガスとしてＮＦ_３を該ＣＶＤチャンバー内へと導入して、ドライエッチングを行うことにより、封止膜５のパターニングおよびＣＶＤチャンバー内のクリーニングを行った。エッチング条件としては、ＮＦ_３の流量４５０ｓｃｃｍ、ＣＶＤチャンバー内の圧力８０Ｐａ、高周波電力８００Ｗを用いた。
ドライエッチング後、メタルマスク９を取り外したところ、封止膜５はメタルマスク９のパターンに従って精確にエッチングされており、端子電極部８が完全に露出していた。逆に、端子電極部８以外の部分は封止膜５により完全に被覆されていた。
このようにして、端子電極部８のみが完全に露出した有機ＥＬ素子１０を得ることができ、この時同時に、該ＣＶＤチャンバー内に付着していた封止膜原料（窒化ケイ素）は全て、エッチングガス（ＮＦ_３）と反応し、除去されていた。

［実施例２］
実施例１と同様にして、基板１上に積層膜６を形成した。
その後、第１の封止膜５ａとして、実施例１と同様にして窒化ケイ素膜を形成した。次いで、回転数５００ｒｐｍのスピナーを使用して、第１の封止膜５ａの表面全体に、濃度２０重量％のポリシラザン（ＮＬ−１２０：クラリアントジャパン社製）を塗布し、次いで、温度９０℃のホットプレートを使用して、該ポリシラザンを３０分間乾燥させ、膜厚０．５μｍの酸化ケイ素膜からなる第２の封止膜５ｂを形成した。すなわち、この実施例２の封止膜５は、第１の封止膜５ａと第２の封止膜５ｂとから構成される二層膜である。

封止膜５を形成後、有機ＥＬ素子１０をドライエッチング用チャンバー内へと移し、該ドライエッチング用チャンバー内において、有機ＥＬ素子１０の端子電極部８に対応するパターンの開口部１１を有するメタルマスク９を、端子電極部８と開口部１１とが対応するように、酸化ケイ素膜からなる第２の封止膜５ｂの表面上に配置した。

次いで、エッチングガスとしてＮＦ_３をドライエッチング用チャンバー内へと導入して、実施例１と同様にドライエッチングを行った。
ドライエッチング後、メタルマスク９を取り外したところ、封止膜５（窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜）は、メタルマスク９のパターンに従って精確にエッチングされており、端子電極部８が完全に露出していた。逆に、端子電極部８以外の部分は、封止膜５により完全に被覆されていた。
このようにして、端子電極部８のみが完全に露出した有機ＥＬ素子１０を得ることができた。

（ａ）は、封止膜がパターニングされる前の有機ＥＬ素子及びメタルマスクの部分断面模式図であり、（ｂ）は、封止膜がパターニングされた後の有機ＥＬ素子の部分断面模式図である。一枚の基板上に形成された複数の有機ＥＬ素子の部分断面模式図である。

符号の説明

１基板、２第１電極、３発光層を含む有機層、４第２電極、５封止膜、６積層膜、７発光部、８端子電極部、９メタルマスク、１０有機ＥＬ素子、１１開口部。

Claims

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
（１）第１電極が形成された基板を準備し、前記基板の前記第１電極上に、発光層を含む有機層、および第２電極を順に積層して積層膜を形成する工程と、
（２）前記積層膜全体を被覆する封止膜を形成する工程と、
（３）所定のパターンの開口部を有するメタルマスクを前記封止膜上に配置する工程と、
（４）ドライエッチングを行うことにより、前記メタルマスクの前記開口部と対応する部分の前記封止膜を除去することで、前記封止膜をパターニングする工程と、
を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記封止膜が多層膜であることを特徴とする請求項１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。
前記工程（１）において、前記積層膜は発光部と端子電極部とを備えるように形成され、
前記工程（２）において、前記発光部と前記端子電極部とを備える前記積層膜全体を被覆するように前記封止膜を形成し、
前記工程（３）において、前記開口部が前記端子電極部に対応するように前記メタルマスクを前記封止膜上に配置し、
前記工程（４）において、前記端子電極部上の前記封止膜を除去することによって前記端子電極部を露出させる、
ことを特徴とする請求項１または２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。
前記工程（２）において、前記封止膜はＣＶＤチャンバー内でＣＶＤ法により形成される層を含み、前記工程（４）における前記ドライエッチングを前記工程（２）で用いた前記ＣＶＤチャンバー内で行うことで、前記封止膜のパターニングと前記ＣＶＤチャンバー内のクリーニングとを同時に行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一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。