JP2007149543A

JP2007149543A - 有機ｅｌ素子の製造方法及び有機ｅｌディスプレイ

Info

Publication number: JP2007149543A
Application number: JP2005344089A
Authority: JP
Inventors: Keizo Takeda; 啓三武田; Tomoko Murakami; 友子村上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の寿命を向上させ、有機ＥＬディスプレイの高画質化に寄与すること。
【解決手段】有機ＥＬ素子の製造方法において、第１電極が被着された基板を準備する工程と、前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する工程と、前記有機層上に第２電極を形成する工程と、を備え、前記有機層を形成する際に前記基板が配設されるチャンバー内において、前記有機層の形成前、形成中または形成後に金属材料を蒸発させ、前記蒸発させた金属材料に前記チャンバー内に含まれる水分及び／または酸素を吸着させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機ＥＬ素子の製造方法及び有機ＥＬディスプレイに関する。

現在、薄型のフラットパネルディスプレイとして、主に、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等が知られている。この中でも、有機ＥＬディスプレイは自発光であり、視覚依存性が小さく、消費電力が小さいといった種々の利点を有していることから、次世代ディスプレイの主流となることが期待されている。

かかる有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ素子は、大略的に、基板上に形成された第１電極（例えば陽極）と、該陽極上に積層される有機層と、該有機層上に形成される第２電極（例えば陰極）と、を備えた構成を有している。有機層は少なくとも発光層を含んで構成され、必要に応じて正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層等を含んで構成される。そして第１電極及び第２電極に電圧を印加することによって発光層内で正孔と電子が再結合し、発光層から光が発せられる。
特開平９−３５８６８号公報特開２００４−３１９２４５号公報特開２００５−７９２号公報特開２００４−６３３１９号公報特開２００２−１７０６７２号公報特開２００５−１３５７３４号公報

ところが、このような有機ＥＬディスプレイは、上述した優れた特性を有しているが、有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ素子の有機層が酸化により劣化し易いと性質を有している。それ故、有機層の酸化を抑制し、有機ＥＬ素子の寿命を向上させるような技術が求められている。なお、有機層の酸化を防止する技術として、上記特許文献１乃至３が存在する。

本発明は上記課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、有機ＥＬ素子の寿命を向上させ、有機ＥＬディスプレイの高画質化に寄与することにある。

本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、第１電極が被着された基板を準備する工程と、前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する工程と、前記有機層上に第２電極を形成する工程と、を備え、前記有機層を形成する際に前記基板が配設されるチャンバー内において、前記有機層の形成前、形成中または形成後に金属材料を蒸発させ、前記蒸発させた金属材料に前記チャンバー内に含まれる水分及び／または酸素を吸着させる工程を有することを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、上記製造方法において、前記金属材料は前記有機層の形成中または形成後に蒸発され、前記金属材料は昇華点または融点が１０００℃以下の材料により構成されていることを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、上記製造方法において、蒸発させた前記金属材料は、前記第１電極、前記有機層及び前記第２電極の形成領域外に位置する基板上または前記チャンバーの壁面に被着されることを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、上記製造方法において、前記金属材料が周期律表２Ａ族の材料であることを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、上記製造方法において、前記金属材料を蒸発させた後に前記チャンバー内の酸素濃度が低下することを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、上記製造方法において、前記チャンバー内の酸素濃度が前記金属材料の蒸発前に比べて５０％以上低下することを特徴とする。

そして、本発明の有機ＥＬディスプレイは、上記製造方法によって製作された有機ＥＬ素子を複数配列してなることを特徴とする。

本発明によれば、有機ＥＬ素子を構成する有機層の形成前もしくは形成後に、チャンバー内で金属材料を蒸発させることにより、該蒸発された金属材料にチャンバー内の水分を吸着させることにより、チャンバー内の酸素分圧を低下させることができる。その結果、有機層や電極の酸化を抑制することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化、有機ＥＬディスプレイの高画質化に寄与することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

＜有機ＥＬディスプレイの概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ（Electroluminescent）ディスプレイの全体構成を示す断面図、図２は図１の有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ素子の拡大断面図である。

図１に示す有機ＥＬディスプレイ１は、大略的に、素子基板１１と、素子基板１１上に形成される複数の有機ＥＬ素子１２と、該有機ＥＬ素子１２を封止する封止膜１３と、素子基板１１の上方に配置される封止基板１４と、素子基板１１と封止基板１４とを接着するシール材１５と、で構成されている。

素子基板１１は、有機ＥＬ素子１２を支持するためのものであり、矩形状に形成されるのが一般的である。典型的には絶縁性を有するガラスが採用されるが、プラスチック等、他の材料により形成しても良い。また素子基板１１には、有機ＥＬ素子１２に流れる電流を制御するＴＦＴ等の回路や該回路を被覆する絶縁膜等が含まれていても構わない。

また素子基板１１上に形成される複数の有機ＥＬ素子１２は、マトリックス状に配列されている。かかる有機ＥＬ素子１２は、第１電極１６、有機層１７、第１電極１６と逆の極性を有する第２電極１８を順次積層した構成を有している。

第１電極１６は、有機ＥＬディスプレイ１がトップエミッション型である場合、一般的に光を反射する導電材料、例えばアルミニウム、銀、アルミニウム合金または銀合金等の導電材料により形成される。一方、有機ＥＬディスプレイ１がボトムエミッション型である場合、第１電極１６は、一般的に光を透過する導電材料、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の材料により形成されるが、マグネシウムやカルシウム等のように膜厚を数十ｎｍ単位の小さな値に設定することにより光透過性となる材料により形成しても良い。

有機層１７は、発光層のみからなる単層型であってもよいし、発光層に加えて、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等の機能層を備えた多層型であっても良い。また機能層の一部をマグネシウムやカルシウム等の光透過性無機層としても構わない。本実施形態においては、素子基板１１側から正孔輸送層１７ａ、発光層１７ｂ、電子輸送層１７ｃの順に積層した多層型とする。発光層１７ｂの材料としては、低分子系では、例えばＡｌｑ_３等のアルミニウム錯体を用いることができ、高分子系では、例えばＰＰＶ等のπ共役ポリマーやＰＶＫ等の低分子色素含有ポリマーを用いることができる。また正孔輸送層１７ａの材料としては、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ等が用いられる。電子輸送層１７ｃの材料としては、Ａｌｑ_３等が用いられる。

第２電極１８は、有機ＥＬディスプレイ１がトップエミッション型である場合、一般的に光を透過する導電材料、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の材料により形成されるが、アルミニウム、銀、マグネシウムまたはカルシウム等のように膜厚を数十ｎｍ単位の小さな値に設定することにより光透過性となる材料により形成しても良い。一方、有機ＥＬディスプレイ１がボトムエミッション型である場合、第２電極１８は、一般的に光を反射する導電材料、例えばアルミニウム、銀、アルミニウム合金または銀合金等の導電材料により形成される。

有機ＥＬ素子１２を封止する封止膜１３は、有機ＥＬ素子１２に対して酸素や水蒸気が接触することを抑制するためのものであり、典型的には、全ての有機ＥＬ素子１２を一括的に被覆するように形成される。ただし、各有機ＥＬ素子１２を個別に封止するように封止膜１３を形成しても良い。

一方、素子基板１１上に配置される封止基板１４は、矩形状を有する部材であり、素子基板１１に対して略平行に配置されている。この封止基板１４は有機ＥＬ素子１２を外気から遮断し、有機ＥＬ素子１２を保護するためのものである。封止基板１４は、トップエミッション型の有機ＥＬディスプレイの場合、ガラス等の透明材料により形成されるが、ボトムエミッション型の有機ＥＬディスプレイの場合、透明材料には限られず、アルミニウム等の不透明材料でもよい。

また素子基板１１と封止基板１４とを接着するシール材１５は、素子基板１１と封止基板１４とを固定するとともに、素子基板１１と封止基板１４との間に密閉空間を形成するためのものである。このシール材１５は、有機ＥＬ素子１２が配列された配列領域を一括的に取り囲むように環状に形成されている。シール材１５の材料としては、紫外線の照射により硬化する樹脂、好ましくは、エポキシ樹脂を主成分とする材料を採用することができる。なお、素子基板１１と封止基板１４との間に形成される密閉空間内には窒素ガスや希ガス等の不活性ガスが封入される。

＜有機ＥＬディスプレイの製造方法＞
（１）まず、素子基板１１を準備し、該素子基板１１上に第１電極１６を形成する。第１電極１６の形成には、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成技術が採用される。

（２）次に、第１電極１６上に有機層１７を形成する。有機層１７の形成には、一般的に真空蒸着法やインクジェット法等の薄膜形成技術が採用される。この有機層１７は、有機ＥＬ素子１２が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色からなる場合、それぞれ構成材料が異なるため、同じ色毎に有機層１７が被着される。

（３）続いて、有機層１７上に第２電極１８を被着し、有機ＥＬ素子１２を形成する。第２電極１８の形成には、一般的に真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成技術が採用される。

（４）次に、有機ＥＬ素子１２を封止するように封止膜１３を形成する。封止膜１３の形成には一般的に真空蒸着法やプラズマＣＶＤ法等の薄膜形成技術が採用される。

（５）そして封止膜１３の表面に水素プラズマを所定時間接触させ、窒素雰囲気下で封止膜１３の上に紫外線硬化型のエポキシ樹脂を介して封止基板１４を配置する。

（６）最後に、前記エポキシ樹脂を紫外線照射により硬化させ、素子基板１１と封止基板１４とをシール材１５を介して接着し、有機ＥＬディスプレイ１が完成する。

ここで、（２）の工程において形成される有機層１７は、基本的に有機材料により構成されているため、酸化し易い性質を有している。このため、有機層１７を形成する際に素子基板１１が配置されたチャンバー内に酸素や水分が多く含まれていると、その酸素や水分によって有機層１７が酸化する。その結果、有機ＥＬ素子１２が劣化し易くなる。

そこで本発明においては、（２）の工程の前、または（２）の工程中、あるいは（２）の工程の後において、水分を吸着する、あるいは酸化する金属材料をチャンバー内において蒸発させ、蒸発させた金属材料にチャンバー内の水分や酸素を吸着させ、チャンバー内の酸素濃度を低下させることとしている。このため、有機層１７に接触し得る酸素量が少なくなり、有機層１７の酸化を抑制し、ひいては有機ＥＬ素子１２の長寿命化、有機ＥＬディスプレイの高画質化に寄与することができる。金属材料を蒸発させるには、基本的には蒸着法と同様の方法を採用すればよい。例えば、坩堝内に金属材料を配置し、坩堝を金属材料が蒸発する温度に加熱させれば良い。比較的水分を吸着し易い、あるいは酸化され易い金属材料としては、例えばカルシウム、バリウム、マグネシウム等の周期律表第２Ａ族の元素が好ましい。また、２Ａ族以外の金属材料としては、チタン等が考えられる。金属材料を蒸発させた後のチャンバー内の酸素濃度は、金属材料を蒸発させる前のチャンバー内の酸素濃度の５０％以下とすることが好ましい。

ここで、蒸発した金属材料が素子基板１１の電極上や有機層上等、有機ＥＬ素子１２を構成する部材上に被着することを防止するため、図３に示す如く、坩堝１９内に収容された金属材料を蒸発させる際にはチャンバー２０内に配設される素子基板１１の表面にマスク等の遮蔽部材２１を配置する。この場合、蒸発した金属材料はチャンバー内の壁面や遮蔽部材、基板の裏面等に被着される。なお、金属材料を蒸発させた後、有機材料を素子基板１１上に蒸着する際には、遮蔽部材２１を外して坩堝２２内に収容された有機材料を蒸着する。

金属材料を蒸発させるタイミングは、有機層１７の形成前、形成中、形成後のいずれでも良いが、有機層１７の形成中に金属材料を蒸発させる場合は、有機材料と金属材料とを同時に蒸発させることを防止するため、有機材料と金属材料とを異なるタイミングで蒸発させるようにする。例えば、赤色用の有機層１７を形成する工程と、青色用の有機層１７を形成する工程との間に金属材料を蒸発させる、あるいは、正孔輸送層１７ａを形成する工程と、発光層１７ｂを形成する工程との間に金属材料を蒸発させる等である。

また有機層１７の形成中または形成後に金属材料を蒸発させる場合、金属材料を蒸発させるために加える熱によって既に形成された有機層１７が劣化したり、蒸発したりすることがある。かかる不具合を防止するため、金属材料の蒸発時の基板温度は、有機層の材料のガラス転移点よりも低くすることが好ましい。一般的に、有機層１７を構成する材料は１００℃以上の熱が印加されると劣化することが多いため、金属材料の昇華点もしくは融点は１０００℃以下であることが好ましい。このような金属材料は、例えば、カルシウム、マグネシウム等が存在する。

実施例では、蒸発させる金属材料としてカルシウムを採用し、これらの金属材料をチャンバー内において蒸発させた際におけるチャンバー内の酸素分圧を測定し、チャンバー内の酸素濃度を算出した。またカルシウムを蒸発させた場合と蒸発させない場合とで有機ＥＬ素子の寿命がどのように変化するか調べた。なお、作成した有機ＥＬ素子は、陽極上に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極を基板側より順次積層した構成を有しており、それぞれの構成材料は、陽極がITO、陰極がLiF/Al、正孔注入層がＣｕＰｃ、正孔輸送層がα-NPD、発光層がＡｌｑ_３+クマリン６、電子輸送層がＡｌｑ_３である。カルシウムを蒸発させる際の加熱温度は３００℃〜４８０℃であり、チャンバー内でカルシウムを３８５℃から４８０℃で一時間加熱した後、基板上に陽極や発光層等を成膜して有機ＥＬ素子を形成した。有機EL素子の寿命は、１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流密度で有機ＥＬ素子に通電するという条件で測定し、初期輝度が半減した時間を寿命とした。

本実施例の結果を図４に示す。同図の横軸は加熱時間、縦軸は圧力である。同図によれば、カルシウムを３００℃以上に加熱すると、チャンバー内の酸素分圧が２．０×１０^−６Ｐａから１．５×１０^−６Ｐａまで低下していることがわかる。これはカルシウムが酸素を吸着しやすいためと考えられる。さらに４８０℃までカルシウムを加熱すると、酸素分圧は４．０×１０^−７Ｐａまで低下した。その結果、カルシウムを蒸発させることにより、酸素の分子数はカルシウムの蒸発前の約２０％に低下した。また、有機ＥＬ素子の寿命は、カルシウムを蒸発させない場合には２２００時間であるのに対し、カルシウムを蒸発させる場合には２９００時間に伸びた。したがって、本発明が有機ＥＬ素子の長寿命化に寄与できていることがわかる。

また本実施例から、カルシウム等の金属材料がチャンバー内の酸素濃度を低下させるために適していることがわかる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更・改良が可能である。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの断面図である。図１の有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ素子の拡大断面図（封止膜は省略）である。チャンバー内において金属材料を蒸発させる工程を説明するための図である。実施例において測定した加熱時間と酸素分圧との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・有機ＥＬディスプレイ
１１・・・素子基板
１２・・・有機ＥＬ素子
１３・・・封止膜
１４・・・封止基板
１５・・・シール材
１６・・・第１電極
１７・・・有機層
１７ａ・・・正孔輸送層
１７ｂ・・・発光層
１７ｃ・・・電子輸送層
１８・・・第２電極
１９、２２・・・坩堝
２０・・・チャンバー
２１・・・遮蔽部材

Claims

有機ＥＬ素子の製造方法において、
第１電極が被着された基板を準備する工程と、
前記第１電極上に発光層を含む有機層を形成する工程と、
前記有機層上に第２電極を形成する工程と、を備え、
前記有機層を形成する際に前記基板が配設されるチャンバー内において、前記有機層の形成前、形成中または形成後に金属材料を蒸発させ、前記蒸発させた金属材料に前記チャンバー内に含まれる水分及び／または酸素を吸着させる工程を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
前記金属材料は前記有機層の形成中または形成後に蒸発され、前記金属材料は昇華点または融点が１０００℃以下の材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
蒸発させた前記金属材料は、前記第１電極、前記有機層及び前記第２電極の形成領域外に位置する基板上または前記チャンバーの壁面に被着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記金属材料が周期律表２Ａ族の材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記金属材料を蒸発させた後に前記チャンバー内の酸素濃度が低下することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記チャンバー内の酸素濃度が、前記金属材料の蒸発前に比べて５０％以上低下することを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１乃至請求項６の製造方法によって製作された有機ＥＬ素子を複数配列してなる有機ＥＬディスプレイ。