JP2007173145A - 転写用基板、転写方法、および有機電界発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転写用基板側の転写層を、不純物を混入させることなく被転写基板側に熱転写することが可能な転写用基板を提供する。
【解決手段】支持基板１１と、支持基板１１上に形成された光熱変換層１２と、光熱変換層１２上に形成された有機材料で構成された転写層１４とを備えた転写用基板１において、光熱変換層１２と転写層１４との間に、光熱変換層１２を構成する材料の拡散を防止する拡散防止層１３を設けた。拡散防止層１３はシリコンの窒化物またはシリコンの酸化物からなる。光熱変換層１２は金属材料を用いて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転写用基板、転写方法、および有機電界発光素子の製造方法に関し、特には有機材料層のパターン形成に好適に用いられる転写用基板、およびこの転写基板を用いた転写方法および有機電界発光素子の製造方法に関する。

有機材料のエレクトロルミネッセンス（Electroluminescence）を利用した有機電界発光素子は、下部電極と上部電極との間に、正孔輸送層や発光層を積層させた有機層を設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。

このような有機電界発光素子を用いたフルカラーの表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の有機電界発光素子を基板上に配列形成してなる。このような表示装置の製造においては、少なくとも各色に発光する有機発光材料からなる発光層を、発光素子毎にパターン形成する必要がある。発光層のパターン形成は、例えばシートに開口パターンを設けてなるマスクを介して発光材料を蒸着または塗布するシャドーマスキング法、さらにはインクジェット法によって行われている。

ところが、シャドーマスキング法によるパターン形成では、マスクに形成する開口パターンのさらなる微細化加工が困難であること、およびマスクの撓みや延びによって発光素子領域への位置精度の高いパターン形成が困難であること等から、さらなる有機電界発光素子の微細化および高集積化が困難となっている。また、開口パターンが形成されたマスクの接触により、先に形成された有機層を主体とした機能層に破壊が生じ易く、製造歩留まりを低下させる要因になっている。

また、インクジェット法によるパターン形成は、そのパターニング精度の限界から、発光素子の微細化および高集積化、および基板の大型化が困難となっている。

そこで、有機材料で構成された発光層やその他の機能層の新たなパターン形成方法として、エネルギー源（熱源）を用いた転写方法（すなわち熱転写法）が提案されている。熱転写法を用いた表示装置の製造は、例えば次のように行う。先ず、表示装置の基板（以下、装置基板と称する）上に下部電極を形成しておく。一方、別の支持基板上に、光熱変換を行うための光吸収層を介して、発光層（転写層）を成膜した構成の転写用基板を用意する。光吸収層としては、例えば色素やカーボンのような顔料、さらにはニッケル、チタンのような金属が用いられる。そして、発光層と下部電極とを対向させる状態で、装置基板と転写用基板とを配置し、転写用基板側からレーザ光を照射することにより、装置基板の下部電極上に発光層を熱転写させる。この際、レーザ光をスポット照射しながら走査することにより、下部電極上の所定領域のみに発光層が熱転写される（以上下記特許文献１参照）。

また、熱転写法においては、工程中や工程間に、酸素や水分の付着汚染による発光層の消光を防止することを目的として、発光層の上部に性能向上層を設けた構成が提案されている。性能向上層は、アルカリ金属等の金属材料や有機化学還元剤を含み、熱蒸発法、電子ビーム蒸発法などにより、発光層の上部に形成される（下記特許文献２参照）。

特開２００２−１１０３５０号公報（０００７，００８１段落参照） 特開２００４−２４７３０９号公報

しかしながら、上述の転写用基板を用いた転写方法では、熱転写の際、光熱変換用の光吸収層の少なくとも一部が転写層に混入してしまうことが分かった。このように転写層中に光吸収層が混入してしまうことは、発光効率や輝度寿命の低下に繋がると考えられる。これは、熱転写法によって形成された発光層の上部に、性能向上層を設けた場合であっても同様である。

そこで本発明は、転写用基板側に形成した転写層を、不純物を混入させることなく被転写基板側に熱転写することが可能な転写用基板を提供すること、さらには不純物の混入なく転写層を被転写基板側に熱転写可能な転写方法、および熱転写によって不純物の混入のない発光層を形成可能でこれにより発光効率および輝度寿命を高く維持できる有機電界発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の転写用基板は、支持基板上に、光熱変換層、および有機材料からなる転写層がこの順に形成されており、さらには光熱変換層と転写層との間に、当該光熱変換層を構成する材料の拡散を防止する拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
ここで、材料の拡散とは、材料の少なくとも一部が、当初の領域を越えて存在することを意味し、材料が広がった範囲や広がった材料の量は問わない。

このような構成の転写用基板では、光熱変換層と転写層との間に、光熱変換層を構成する材料の拡散を防止する拡散防止層を設けたことにより、光熱変換層から転写層側への材料の拡散が防止される。

また本発明の転写方法は、上述した転写用基板を用いた転写方法であり、被転写基板に対して転写層を向けた状態で転写用基板を対向配置し、転写用基板における支持基板側から光を照射することにより、光熱変換層を構成する材料の転写層側への拡散を防止しつつ、光熱変換層で光を熱変換することにより、転写層を被転写基板側に熱転写することを特徴とする。

さらに本発明の有機電界発光素子の製造方法は、基板上に下部電極をパターン形成した後、前記下部電極上に少なくとも発光層を含む有機層を成膜し、次に有機層を介して前記下部電極上に積層する状態で上部電極を形成する有機電界発光素子の製造方法において、下部電極上に発光層を形成するに際して、上述した転写方法を行うことを特徴としている。この場合、転写用基板の転写層を、発光材料を含む有機材料で構成されたものとする。

以上説明したように本発明によれば、光熱変換層から転写層側への材料の拡散を拡散防止層によって防止できるため、不純物を混入させることなく転写層を被転写基板側に熱転写することが可能になる。これにより、有機電界発光素子の製造においては、この熱転写によって不純物の混入のない発光層を形成可能となり、発光効率および輝度寿命が高く維持された有機電界発光素子を得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態においては、基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の有機電界発光素子を配列してなるフルカラー表示の表示装置を製造する場合に用いる転写用基板と、この転写用基板を用いた転写方法を含む表示装置の製造方法を説明する。

＜転写用基板＞
図１は、実施形態の転写用基板１の構成を説明するための断面構成図である。この図に示す転写用基板１は、例えば有機電界発光素子の発光層を形成するためのものであり、支持基板１１上に、光熱変換層１２、拡散防止層１３、および転写層１４をこの順に形成してなる。

このうち支持基板１１は、この転写用基板１を用いて行う転写において照射される所定波長の光ｈｒを透過する材料からなる。例えば、この光ｈｒとして、固体レーザ光原からの波長８００ｎｍ程度のレーザ光を用いる場合には、ガラス基板を支持基板１１として用いて良い。

光熱変換層１２は、上記光ｈｒを熱に変換する光熱変換効率が高く、かつ融点が高い材料を用いて構成される。例えば、光ｈｒとして、先の波長８００ｎｍ程度のレーザ光を用いる場合には、クロム（Ｃｒ）やモリブデン（Ｍｏ）等の低反射率な高融点金属からなる光熱変換層１２が好ましく用いられる。またこの光熱変換層１２は、必要十分な光熱変換効率が得られるような膜厚に調整されていることとし、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜を光熱変換層１２として構成する場合、膜厚２００ｎｍ程度で用いられることとする。このような光熱変換層１２は、例えばスパッタ成膜法によって形成される。尚、光熱変換層１２としては、上述した金属材料に限定されることはなく、光吸収材料として顔料を含有する膜やカーボンからなる膜であっても良い。

そして本発明に特徴的である拡散防止層１３は、光熱変換層１２を構成する材料の拡散を防止するための層として設けられている。このような拡散防止層１３は、熱伝導性に優れ、安定な材料で構成することが好ましい。例えばシリコンの窒化物、またはシリコンの酸化物で構成される。具体的には、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮｘ）などである。特に、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）は、緻密な膜構成での成膜が可能であると共に、この拡散防止層１３の影響による転写層１４や光熱変換層１２の酸化も防止できるため好ましい。また拡散防止層１３は、窒化チタン（ＴｉＮ）や酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）などの金属の酸化膜または窒化膜、さらには有機材料で構成されていても良い。有機材料を用いる場合には、例えば十分に架橋が進んだポリイミドなど、耐熱性の良好な材料が用いられることとする。

また、以上の材料からなる拡散防止層１３は、これらの材料膜の積層体であっても良い。

転写層１４は、この転写用基板1を用いた熱転写によって形成する発光層の構成材料を含む有機材料層であり、例えば各色の発光性ゲスト材料とホスト材料とで構成されている。このうち発光性ゲスト材料は、蛍光性のものでも燐光性のものでもよい。またホスト材料は、正孔輸送性のホスト材料、電子輸送性のホスト材料、および両電荷輸送性のホスト材料のうち少なくとも１種であることとする。

例えば、この転写用基板１が、青色の発光層を形成するための転写用基板1ｂである場合、転写層１４として青色の発光材料を含む青色転写層１４ｂが設けられている。この青色転写層１４ｂは、例えば電子輸送性のホスト材料であるＡＤＮ（anthracene dinaphtyl）に、青色発光性のゲスト材料である４，４’≡ビス［２≡｛４≡（Ｎ，Ｎ≡ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）を２．５重量％で混合した材料によって構成され、３０ｎｍ程度の膜厚で蒸着成膜されていることとする。

また、この転写用基板１が、緑色の発光層を形成するための転写用基板1ｇである場合、転写層１４として緑色の発光材料を含む緑色転写層１４ｇが設けられている。この緑色
転写層１４ｇは、例えば上記ＡＤＮに、緑色発光性のゲスト材料であるクマリン６を５重量％で混合した材料によって構成され、３０ｎｍ程度の膜厚で蒸着成膜されていることとする。

同様に、この転写用基板１が、赤色の発光層を形成するための転写用基板1ｒである場合、転写層１４として赤色の発光材料を含む赤色転写層１４ｒが設けられている。この赤色転写層１４ｒは、例えば上記ＡＤＮ、赤色発光性のゲスト材料である２，６≡ビス［（４’≡メトキシジフェニルアミノ）スチリル］≡１，５≡ジシアノナフタレン（ＢＳＮ）を３０重量％で混合した材料によって構成され、３０ｎｍ程度の膜厚で蒸着成膜されていることとする。

＜表示装置の製造方法＞
図２〜図４は、上述した構成の転写用基板１（１ｂ，１ｇ，１ｒ）を用いた転写方法、およびこの転写方法を用いた有機電界発光素子の製造方法を含む表示装置の製造方法を示す断面工程図である。以下、これらの断面工程図に基づいて、工程手順を説明する。

先ず、図２（１）に示すように、有機電界発光素子が配列形成される装置基板２１を用意する。この基板２１は、ガラス、シリコン、プラスチック基板、さらにはＴＦＴ（thin film transistor）が形成されたＴＦＴ基板などからなる。特にここで作製する表示装置が装置基板２１側から発光を取り出す透過型である場合には、この装置基板２１は光透過性を有する材料で構成されることとする。

次に、この装置基板２１上に、陽極または陰極として用いられる下部電極２３をパターン形成する。

この下部電極２３は、ここで作製する表示装置の駆動方式によって適する形状にパターンニングされていることとする。例えば、この表示装置の駆動方式が単純マトリックス方式である場合には、この下部電極２３は例えばストライプ状に形成される。また、表示装置の駆動方式が画素毎にＴＦＴを備えたアクティブマトリックス方式である場合には、下部電極２３は複数配列された各画素に対応させてパターン形成され、同様に各画素に設けられたＴＦＴに対して、これらのＴＦＴを覆う層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール（図示省略）を介してそれぞれが接続される状態で形成されることとする。

またこの下部電極２３は、ここで作製する表示装置の光取り出し方式によってそれぞれ適する材質が選択して用いられることとする。すなわち、この表示装置が装置基板２１と反対側から発光光を取り出す上面発光型である場合には、高反射性材料で下部電極２３を構成する。一方、この表示装置が、装置基板２１側から発光光を取り出す透過型または両面発光型である場合には、光透明性材料で下部電極２３を構成する。

例えばここでは、表示装置が上面発光型であり、下部電極２３を陽極として用いることとする。この場合、下部電極１０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）さらには金（Ａｕ）のように、反射率の高い導電性材料、及びその合金で構成される。

尚、表示装置が上面発光型であるが、下部電極２３を陰極として用いる場合には、下部電極２３は仕事関数が小さな導電性材料を用いて構成される。このような導電性材料としては、例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ等の活性な金属とＡｇ、Ａｌ、Ｉｎ等の金属との合金、或いはこれらを積層した構造を使用できる。また、機能層４との間に例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ等の活性な金属とフッ素、臭素等のハロゲンや酸素等との化合物層を薄く挿入した構造としても良い。

これに対して、表示装置が透過型、または両面発光型であり下部電極２３を陽極として用いる場合には、ＩＴＯ(Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ)やＩＺＯ（Ｉｎｉｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）のように、透過率の高い導電性材料で下部電極２３を構成する。

尚、ここで作製する表示装置の駆動方式としてアクティブマトリックス方式を採用する場合には、有機電界発光素子の開口率を確保するために、表示装置を上面発光型とすることが望ましい。

次に、以上のような下部電極２３（ここでは陽極）を形成した後、これらの下部電極２３の周縁を覆う状態で、絶縁膜２５をパターン形成する。これにより、この絶縁膜２５に形成された窓から下部電極２３を露出させた部分を、各有機電界発光素子が設けられる画素領域とする。この絶縁膜２５は、例えばポリイミドやフォトレジスト等の有機絶縁材料や、酸化シリコンのような無機絶縁材料を用いて構成さることとする。

その後、下部電極２３および絶縁膜２５を覆う共通層として、正孔注入層２７を形成する。このような正孔注入層２７は、一般的な正孔注入材料を用いて構成され、一例としてｍ−ＭＴＤＡＴＡ〔4,4,4 -tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine〕を２５ｎｍの膜厚で蒸着成膜する。

次に、正孔注入層２７を覆う共通層として、正孔輸送層２９を形成する。このような正孔輸送層２９は、一般的な正孔輸送材料を用いて構成され、一例としてα−ＮＰＤ[4,4-bis(N-1-naphthyl-N-phenylamino)biphenyl]を３０ｎｍの膜厚で蒸着成膜する。尚、正孔輸送層２９を構成する一般的な正孔輸送材料としては、例えばベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体などがいられる。

また以上の正孔注入層２７および正孔輸送層２９は、それぞれを複数層からなる積層構造として形成しても良い。

以上までの工程は、通常の有機電界発光素子を用いた表示装置の作製と同様に行って良い。そして、次の工程では、以上のようにして形成した正孔輸送層２９上に、熱転写法によって各色の発光層を形成する工程を行うが、この工程において、図1を用いて説明した転写用基板1を用いるところが本実施形態に特徴的な工程となる。

すなわち、先ず、図２（２）に示すように、先に説明した構成の転写用基板１を用意する。ここでは先ず、転写層１４として青色の発光層を形成するための青色転写層１４ｂが設けられた転写用基板１ｂを用意する。

そして、この転写用基板１ｂを、正孔輸送層２９が形成された装置基板２１に対向配置させる。この際、青色転写層１４ｂと正孔輸送層２９とが向き合うように、転写用基板１ｂと装置基板２１とを配置する。また、装置基板２１と転写用基板１ｂとを密着させ、装置基板２１側の最上層を構成する正孔輸送層２９と、転写用基板１ｂ側の最上層を構成する青色転写層１４ｂとを接触させても良い。このようにした場合であっても、装置基板２１側の絶縁膜２５上に転写用基板１ｂが支持された状態となり、下部電極２３上の正孔輸送層２９の部分に青色転写層１４ｂが接触することはない。

次に、このような状態で装置基板２１に対向配置された転写用基板１ｂの支持基板１１側から、例えば波長８００ｎｍのレーザ光ｈｒを照射する。この際、青色発光素子の形成領域に対応する部分に、レーザ光ｈｒを選択的にスポット照射する。

これにより、光熱変換層１２にレーザ光ｈｒを吸収させて熱変換する共に、拡散防止層１３によって光熱変換層１２を構成する材料の転写層１４ｂ側への拡散を防止しつつ、変換された熱を利用して青色転写層１４ｂを装置基板２１側の下部電極２３ｂ上方に熱転写させる。そして、装置基板２１上に成膜された正孔輸送層２９上に、青色転写層１４ｂを位置精度良好に熱転写させてなる青色発光層３１ｂをパターン形成する。

このような熱転写においては、例えばレーザ光ｈｒの照射エネルギーにより、転写用基板１ｂ側の青色転写層１４ｂを構成する各材料の濃度勾配を調整する。具体的には、照射エネルギーを高めに設定することにより、青色転写層１４ｂを構成する各材料が略均一に混ざり合った混合層として青色発光層３１ｂを形成する。

またここでは、青色発光素子の形成部分（画素領域）において絶縁膜２５から露出している下部電極２３上が、青色発光層３１ｂによって完全に覆われるように、レーザ光ｈｒ照射に行うことが重要である。

そして、以上のような熱転写の工程を繰り返し行うことで、順次、緑色発光層および赤色発光層を形成する.

すなわち、図３（３）に示すように、例えば先に説明した構成の転写用基板１のうち、転写層１４として緑色の発光層を形成するための緑色転写層１４ｇが設けられた転写用基板１ｇを用意する。

そして、この転写用基板１ｇを、正孔輸送層２９が形成された装置基板２１に対向配置させ、転写用基板１ｇ側から緑色発光素子の形成領域に対応する部分に、レーザｈｒを選択的にスポット照射する。

これにより、装置基板２１の下部電極２３上に正孔輸送層２９を介して選択的に緑色転写層１４ｇを熱転写させてなる緑色発光層３１ｇをパターン形成する。このような熱転写は、図２（２）を用いて説明した青色発光層３１ｂのパターン形成と同様に、拡散防止層１３によって光熱変換層１２を構成する材料の転写層１４ｇ側への拡散を防止しつつ、緑色転写層１４ｇを構成する各材料が、略均一に混ざり合わせた状態で緑色発光層３１ｇが形成されるように行われることとする。

また、図３（４）に示すように、例えば先に説明した構成の転写用基板１のうち、転写層１４として赤色の発光層を形成するための赤色転写層１４ｒが設けられた転写用基板１ｒを用意する。

そして、この転写用基板１ｒを、正孔輸送層２９が形成された装置基板２１に対向配置させ、転写用基板１ｒ側から赤色発光素子の形成領域に対応する部分に、レーザｈｒを選択的にスポット照射する。

これにより、装置基板２１の下部電極２３上に正孔輸送層２９を介して選択的に赤色転写層１４ｒを熱転写させてなる赤色発光層３１ｒをパターン形成する。このような熱転写は、図２（２）を用いて説明した青色発光層３１ｂのパターン形成と同様に、拡散防止層１３によって光熱変換層１２を構成する材料の転写層１４ｒ側への拡散を防止しつつ、赤色転写層１４ｒを構成する各材料が、略均一に混ざり合わせた状態で赤色発光層３１ｒが形成されるように行われることとする。

尚、以上の図２（２）〜図３（４）を用いて説明した各熱転写の工程は、特に決められた順番はなく、どの色の発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒから順に熱転写しても良い。

また、繰り返し行われる熱転写の工程は、大気圧中でも可能であるが、真空中で行うことが望ましい。真空中で熱転写を行うことにより、より低エネルギーでのレーザを使用した転写が可能になり、転写される発光層に与えられる熱的な悪影響を軽減することが出来る。さらに、熱転写の工程を真空中で行うことにより、基板同士の密着性が高まり、転写のパターン精度が良好になり、望ましい。しかも、全プロセスを連続して真空中で行うようにすることで、素子の劣化を防ぐことが可能である。

また、以上説明したレーザｈｒを選択的にスポット照射する工程においては、レーザ照射装置におけるレーザヘッドの駆動部分が精密なアライメント機構を備えている場合には、下部電極２３に沿って、レーザｈｒを適正なスポット径において転写用基板１（１ｂ，１ｇ，１ｒ）上に照射すればよい。この場合、装置基板２１と転写用基板１（１ｂ，１ｇ，１ｒ）との位置合わせを厳密に行う必要はない。一方、レーザヘッドの駆動部分が精密なアライメント機構を備えていない場合には、転写用基板側にレーザｈｒが照射される領域を制限する遮光膜を形成しておく必要がある。具体的には、転写用基板１（１ｂ，１ｇ，１ｒ）の裏面に、レーザを反射する高反射金属層に開口部を設けた遮光膜を設ける。また、この上に低反射性金属を成膜しても良い。この場合、装置基板２１と転写用基板１（１ｂ，１ｇ，１ｒ）との位置合わせを正確に行う必要が生じる。

以上の後、図４（５）に示すように、各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒが形成された装置基板２１上の全面を覆う状態で、蒸着成膜法により電子輸送層３３を成膜する。この電子輸送層３３は、装置基板２１上の全面に共通層として蒸着成膜される。このような電子輸送層３３は、一般的な電子輸送材料を用いて構成され、一例として８≡ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ3 ）を２０ｎｍ程度の膜厚で蒸着してなる。

以上までで成膜した正孔注入層２７、正孔輸送層２９、各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒ、および電子輸送層３３によって、有機層３５が構成される。

次に、蒸着成膜法により、電子輸送層３３上に電子注入層３７を成膜する。この電子注入層３７は、装置基板２１上の全面に共通層として蒸着成膜される。このような電子注入層３７は、一般的な電子注入材料を用いて構成され、一例としてＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成してなる。

次に、電子注入層３７上に、上部電極３９を形成する。この上部電極３９は、下部電極２３が陽極である場合には陰極として用いられ、下部電極２３が陰極である場合には陽極として用いられる。また、ここで作製する表示装置が単純マトリックス方式である場合には、例えば下部電極２３のストライプと交差するストライプ状に上部電極３９が形成される。また、この表示装置が、アクティブマトリックス方式である場合には、この上部電極３９は、装置基板２１上の一面を覆う状態で成膜されたベタ膜状に形成され、各画素に共通の電極として用いられることとする。この場合、下部電極２３と同一層で補助電極（図示省略）を形成し、この補助電極に対して上部電極３９を接続させることで、上部電極３９の電圧降下を防止する構成とすることができる。

そして、下部電極２３と上部電極３９との積層部において、各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒをそれぞれ含む有機層３５等が狭持された各部分に、各有機電界発光素子、すなわち青色発光素子４１ｂ、緑色発光素子４１ｇ、および赤色発光素子４１ｒがそれぞれ形成される。

またこの上部電極３９は、ここで作製する表示装置の光取り出し方式によってそれぞれ適する材質が選択して用いられることとする。すなわち、この表示装置が装置基板２１と反対側から発光光を取り出す上面発光型または両面発光型である場合には、光透過性材料または半透過性材料で上部電極３９を構成する。一方、この表示装置が、装置基板２１側から発光光を取り出す透過型である場合には、高反射性材料で上部電極３９を構成する。

ここでは、表示装置が上面発光型であり、下部電極２３を陽極として用いるため、上部電極３９は陰極として用いられることになる。この場合、上部電極３９は、有機層３５に対して電子を効率的に注入できるように、下部電極２３の形成工程で例示した仕事関数の小さい材料のうちから光透過性の良好な材料を用いて形成されることとする。

このため例えば、真空蒸着法により１０ｎｍの膜厚で形成されたＭｇＡｇからなる共通の陰極として、上部電極３９を形成する。この際、下地に対して影響を及ぼすことのない程度に、成膜粒子のエネルギーが小さい成膜方法、例えば蒸着法やＣＶＤ(chemical vapor deposition)法によって、上部電極３９の成膜を行うこととする。

また、表示装置が上面発光型である場合、上部電極３９を半透過性として構成することにより、上部電極３９と下部電極２３との間で共振器構造を構成することで取り出し光の強度が高められるように設計されることが好ましい。

尚、表示装置が透過型であり、上部電極３９を陰極として用いる場合には、仕事関数が小さくかつ反射率の高い導電性材料で上部電極３９を構成する。さらに表示装置が透過型であり、上部電極３９を陽極として用いる場合には、反射率の高い導電性材料で上部電極３９を構成する。

以上のようにして各色の発光素子４１ｂ，４１ｇ，４１ｒを形成した後には、図４（６）に示すように、上部電極３９を覆う状態で、保護膜４３を成膜する。この保護膜４３は、有機層３５への水分の到達防止を目的とし、透過水性,吸水性の低い材料を用いて十分な膜厚で形成されることとする。さらに、ここで作製する表示装置が上面発光型である場合には、この保護膜４３は各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒで発生した光を透過する材料からなり、例えば８０％程度の透過率が確保されていることとする。

このような保護膜４３は、絶縁性材料で構成されていて良い。保護膜４３を絶縁性材料で構成する場合には、無機アモルファス性の絶縁性材料、例えばアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）,アモルファス炭化シリコン（α−ＳｉＣ）,アモルファス窒化シリコン（α−Ｓｉ1-x Ｎx ）さらにはアモルファスカーボン（α−Ｃ）等を好適に用いることができる。このような無機アモルファス性の絶縁性材料は、グレインを構成しないため透水性が低く、良好な保護膜４３となる。

例えば、アモルファス窒化シリコンからなる保護膜４３を形成する場合には、ＣＶＤ法によって２〜３μｍの膜厚に形成されることとする。ただし、この際、有機層３５の劣化による輝度の低下を防止するため成膜温度を常温に設定し、さらに、保護膜４３の剥がれを防止するために膜のストレスを最小になる条件で成膜することが望ましい。

また、ここで作製する表示装置がアクティブマトリックス方式であって、装置基板２１上の一面を覆う共通電極として上部電極３９が設けられている場合には、保護膜４３は、導電性材料を用いて構成されても良い。保護膜４３を導電性材料で構成する場合には、ＩＴＯやＩＸＯのような透明導電性材料が用いられる。

尚、以上のような各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒを覆う各層３３〜４３は、マスクを用いることなくベタ膜状に形成される。また、これらの各層３３〜４３の形成は、望ましくは大気に暴露されることなく同一の成膜装置内において連続して行われることが好ましく、これにより大気中の水分による有機層３５の劣化を防止する。

そして、以上のように保護膜４３が形成された装置基板２１に対して、保護膜４３側に接着用の樹脂材料（図示省略）を介して保護基板４５を貼り合わせる。接着用の樹脂材料としては、例えば紫外線硬化樹脂が用いられる。また保護基板４５としては例えばガラス基板が用いられる。ただし、ここで作製する表示装置が上面発光型である場合には、接着用の樹脂材料および保護基板４５は、光透過性を有する材料で構成されることが必須となる。

以上により、装置基板２１上に各色発光素子４１ｂ，４１ｇ，４１ｒを配列形成してなるフルカラーの表示装置４７を完成させる。

以上説明した製造方法では、例えば図２（２）他を用いて説明したように、光熱変換層１２と転写層１４との間に、光熱変換層１２を構成する材料の拡散を防止する拡散防止層１３を設けた転写用基板１を用い、この転写用基板１における転写層１４を各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒとして装置基板２１上に熱転写させている。これにより、光熱変換層１２から転写層１４側への材料の拡散が防止される。このため、各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒは、光熱変換層１２に起因した酸化や汚染から保護された清浄な層として形成される。

これにより、不純物の混入や汚染のない発光層３１ｂ，３１ｇ、３１ｒを形成可能となる。そしてこのようにして形成された各色発光素子４１ｂ，４１ｇ，４１ｒは、次の実施例で示すように、拡散防止層１３が設けられていない従来の転写用基板を用いた転写方法によって発光層を形成した有機電界発光素子と比較して、高い発光効率が得られると共に、駆動電圧が低くなり、かつ輝度寿命が長くなることが確認された。

したがって、以上説明した実施形態によれば、熱転写法によって位置精度良好に各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒをパターン形成することが可能であり、しかも、従来の転写用基板を用いて発光層を形成した場合と比較して、発光効率および輝度寿命が高く維持された各色発光素子４１ｂ，４１ｇ，４１ｒを得ることが可能になる。

尚、以上の実施形態では、主に下部電極２３を陽極、上部電極３９を陰極とした場合を説明した。しかしながら、本発明は、下部電極２３が陰極であり、上部電極３９が陽極である場合にも適用可能である。このような場合には、下部電極２３と上部電極３９との間の各層２５〜３７は、逆の積層順となる。

さらに、以上実施形態に基づいて説明した本発明は、上述した共通層を分離した素子においても、また、例えば特開２００３−２７２８６０に示されるように、発光層を有する有機層のユニット（発光ユニット）を積層してなるタンデム型の有機ＥＬ素子においても有効であり、同様の効果を得ることができる。

また本発明の転写用基板は、有機層のパターン形成に広く用いることが可能であり、例えば有機半導体トランジスタなどの有機半導体素子の製造における有機半導体層の形成にも適用可能である。この場合、図１を用いて説明した転写用基板１における転写層１４を有機半導体材料からなる層として形成する。そして、このような転写用基板１を用いた熱転写により、位置制度良好にかつ不純物の混入や汚染を防止して有機半導体層をパターン形成することが可能になる。これにより、素子特性に優れた有機半導体素子を得ることが可能になる。

次に、本発明の具体的な実施例、およびこれらの実施例に対する比較例として、フルカラー表示装置を構成する各色発光の有機電界発光素子の製造手順を、図１〜図３および最後に示した表１を参照して説明する。またその後、これらの評価結果を説明する。

＜実施例1＞
表示装置を構成する青色発光素子４１ｂを、下記（１）〜（４）の手順で作製した。

（１）次のようにして転写用基板１ｂを作製した。先ず、ガラス基板（支持基板）１１の上に、厚さ２００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）からなる光熱変換層１２を通常のスパッタリング法により成膜した。次に、光熱変換層１２上に、窒化シリコン（ＳｉＮ_X）からなる拡散防止層１３を１００ｎｍの膜厚でＣＶＤ法によって成膜した。そして拡散防止層１３上に、ＡＤＮからなるホスト材料に、ＤＰＡＶＢｉからなる青色発光性のゲスト材料を２．５重量％の割合で混合した青色転写層１４ｂを、真空蒸着により成膜した。

（２）一方、素子作製用の装置基板となるガラス装置２１の上に、銀合金層であるＡＰＣ(Ag-Pd-Cu)層（膜厚１２０ｎｍ）、ＩＴＯからなる透明導電層（膜厚１０ｎｍ）をこの順に形成した２層構造の下部電極２３を陽極として形成した。次に下部電極２３の周縁を覆う状態で酸化シリコンの絶縁膜２５をスパッタリング法により約２μｍの厚さで成膜し、リソグラフィー法により下部電極２３を露出させ、画素領域とした。その表面の上に、正孔注入層２７として、ｍ−ＭＴＤＡＴＡを２５ｎｍの膜厚で蒸着した。次に、正孔輸送層２９として、α−ＮＰＤを３０ｎｍの膜厚で蒸着した。

（３）次に、成膜された有機層同士が向き合う状態で、（１）において作製した転写用基板１ｂを素子作製用の装置基板２１の上に配置し、真空中で密着させた。両基板は、絶縁膜２５の厚さによって、約２μｍの小さな間隙が維持されていた。この状態で、素子作製用の装置基板２１の青色画素領域に相対する配置において、転写用基板１ｂの裏側から波長８００ｎｍのレーザ光を照射することにより、転写用基板１ｂから青色転写層１４ｂを熱転写させ、青色発光層３１ｂを形成した。レーザ光線のスポットサイズは、３００μｍ×１０μｍとした。レーザ光線は、該光線の長手寸法に対して直交する方向において走査した。エネルギー密度は、２．６E-3ｍＪ／μｍ２とした。

（４）青色発光層３１ｂを転写形成した後、電子輸送層３３を成膜した。電子輸送層３３として、８≡ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ3 ）を２０ｎｍ程度の膜厚で蒸着成膜した。続いて、電子注入層３７として、ＬｉＦを約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で蒸着成膜した。次いで、上部電極３９となる陰極としてＭｇＡｇを１０ｎｍの膜厚で蒸着成膜し、青色発光素子４１ｂを得た。

＜実施例２＞
実施例１（１）の転写用基板１ｂの作製工程において、光熱変換層１２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる拡散防止層１３を１００ｎｍの膜厚でＣＶＤ法によって成膜し、その上に青色転写層１４ｂを成膜した事以外は、実施例１と同様にして青色発光素子４１ｂを作製した。

＜比較例１＞
実施例１（１）の転写用基板１ｂの作製工程において、光熱変換層１２上に、拡散防止層１３を成膜せず、青色転写層１４ｂを直接成膜したこと以外は、実施例１と同様にして青色発光素子４１ｂを作製した。

＜実施例３＞
実施例１（１）の転写用基板１ｂの作製手順において、転写層の材料構成を換えたこと以外は、実施例１と同様の手順で緑色発光素子４１ｇを作製した。

つまり、（１）転写用基板１ｇの作製においては、ガラス基板１１の上に成膜した光熱変換層１２上に窒化シリコン（ＳｉＮ_X）からなる拡散防止層１３を１００ｎｍの膜厚でＣＶＤ法によって成膜し、その上に、ＡＤＮからなるホスト材料に、クマリン６からなる緑色発光性のゲスト材料を５重量％の割合で混合した緑色転写層１４ｇを、真空蒸着により成膜した。

その後、上記で作製した転写用基板を用い、実施例１の（２）（３）（４）と同様の手順を行い、緑色発光素子４１ｇを作製した。

＜比較例２＞
実施例３（１）における転写用基板１ｇの作製工程において、光熱変換層１２上に、拡散防止層１３を形成せず、緑色転写層１４ｇを直接成膜したこと以外は、実施例４と同様にして緑色発光素子４１ｇを作製した。

＜実施例４＞
実施例１（１）の転写用基板１ｂの作製手順において、転写層の材料構成を換えたこと以外は、実施例１と同様の手順で赤色発光素子４１ｒを作製した。

つまり、（１）転写用基板１ｒの作製においては、ガラス基板１１の上に成膜した光熱変換層１２上に窒化シリコン（ＳｉＮ_X）からなる拡散防止層１３を１００ｎｍの膜厚でＣＶＤ法によって成膜し、その上にＡＤＮからなるホスト材料に、ＢＳＮからなる赤色発光性のゲスト材料を３０重量％の割合で混合した赤色転写層１４ｒを、真空蒸着により成膜した。

その後、上記で作製した転写用基板を用い、実施例１の（２）（３）（４）と同様の手順を行い、赤色発光素子４１ｒを作製した。

＜比較例３＞
実施例４（１）の転写用基板１ｒの作製工程において、光熱変換層１２上に、拡散防止層１３を成膜せず、光熱変換層１２上に赤色転写層１４ｒを直接成膜したこと以外は、実施例１と同様にして赤色発光素子４１ｒを作製した。

≪評価結果≫
以上のような実施例１〜４および比較例１〜３については、それぞれの例と同様の工程で各発光層を転写形成した状態において、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による発光層への光熱変換層（Ｍｏ）の拡散の有無を調べた。この結果、比較例１〜３では、発光層の領域において光熱変換層を構成する元素（Ｍｏ）が検出され、光熱変換層の発光層側（転写層側）への拡散が確認された。これに対して実施例１〜４では、発光層の領域において光熱変換層を構成する元素（Ｍｏ）の拡散は確認されなかった。これにより、光熱変換層と転写層との間に、拡散防止層を設けることによる光熱変換層の拡散防止の効果が確認された。

また、以上のようにして作製した各色の有機電界発光素子について、４０ｍＡ／ｃｍ２の定電流密度を印加した状態で、分光放射輝度計を用いて色度および発光効率を測定した。さらに、同じ発光性のゲスト材料を用いた素子同士が同輝度で発光するように電流印加を設定した状態で、駆動電圧を測定し、また寿命試験を行って１００時間経過後の相対輝度の減少率を測定した。これらの結果を下記表１に示す。

先ず、実施例１、２および比較例１で作製した青色発光素子の評価結果を比較すると、拡散防止層１３を備えた転写用基板１ｂを用いて作製された実施例１、２の青色発光素子においては、拡散防止層を設けていない転写用基板を用いて作製された比較例１の青色発光素子と比較して、発光効率を２倍以上に大幅に上昇させる効果と、駆動電圧を低下させる効果、さらには輝度減少率を小さく抑える効果が得られていることが確認された。また、これらの青色発光素子においては、同程度の色度が得られていることが確認された。

さらに、実施例１と実施例２の素子を比較すると、実施例1に示したＳｉＮ_Xを酸化保護層として用いた素子の方が、実施例２に示したＳｉＯ₂を酸化保護層として用いた素子と比較して寿命が向上する効果が見られた。これは、ＳｉＯ₂でもＭｏ（その表面上で生成されたＭｏＯ_X）からの材料拡散や酸化を防ぐ効果はあるが、ＳｉＮｘを用いた素子の方がその効果がより顕著であることを示していると考えられる。

また、実施例３および比較例２で作製した緑色発光素子の評価結果を比較した場合であっても、ＳｉＮxからなる拡散防止層１３を備えた転写用基板１ｇを用いて作製された実施例３の緑色発光素子は、拡散防止層を設けていない転写用基板を用いて作製された比較例２の緑色発光素子と比較して、発光色を変化させずに、発光効率、駆動電圧、輝度減少率の全てにおいて良好な特性が得られることが確認された。そして特に、これらの緑色発光素子における緑色発光性のゲスト材料として用いたクマリン６は、電荷輸送性が小さく、このようなゲスト材料を用いた発光層を転写する際に拡散防止層を備えた転写用基板を用いることで、特に発光効率を上昇させる効果が顕著であることが確認された。

さらに、実施例４および比較例３で作製した赤色発光素子の評価結果を比較した場合であっても、ＳｉＮxからなる拡散防止層１３を備えた転写用基板１ｒを用いて作製された実施例４の赤色発光素子は、拡散防止層を設けていない転写用基板を用いて作製された比較例３の赤色発光素子と比較して、発光色を変化させずに、発光効率、駆動電圧、輝度減少率の全てにおいて良好な特性が得られることが確認された。

そして以上の結果から、本発明に従って、熱転写法により各色発光層３１ｂ，３１ｇ，３１ｒを形成することで、有機電界発光素子を用いたフルカラーの表示装置において、各色に発光する有機電界発光素子４１ｂ，４１ｇ，４１ｒの特性を良好に維持することが可能であることが確認された。

実施形態の転写用基板の構成を示す断面図である。 実施形態の表示装置の製造方法を示す断面工程図（その１）である。 実施形態の表示装置の製造方法を示す断面工程図（その２）である。 実施形態の表示装置の製造方法を示す断面工程図（その２）である。

符号の説明

１，１ｂ，１ｇ，１ｒ…転写用基板、１１…支持基板、１２…光熱変換層、１３…拡散防止層、１４，１４ｂ，１４ｇ，１４ｒ…転写層、２１…装置基板（基板）、２３…下部電極、３１ｂ，３１ｇ，３１ｒ…発光層、３５…有機層、３９…上部電極、４１ｂ…青色発光素子（有機電界発光素子），４１ｇ…緑色発光素子（有機電界発光素子），４１ｒ…赤色発光素子（有機電界発光素子）、ｈｒ…光

Claims (6)

1. 支持基板上に、光熱変換層、および有機材料からなる転写層がこの順に形成された転写用基板において、
   前記光熱変換層と前記転写層との間に、当該光熱変換層を構成する材料の拡散を防止する拡散防止層が設けられている
   ことを特徴とする転写用基板。
2. 請求項１記載の転写用基板において、
   前記拡散防止層がシリコンの窒化物またはシリコンの酸化物からなる
   ことを特徴とする転写用基板。
3. 請求項１記載の転写用基板において、
   前記光熱変換層は金属材料を用いて構成されている
   ことを特徴とする転写用基板。
4. 請求項１記載の転写用基板において、
   前記転写層は、発光材料を含有する
   ことを特徴とする転写用基板。
5. 支持基板上に、光熱変換層、拡散防止層、および有機材料からなる転写層をこの順に形成してなる転写用基板を、被転写基板に対して当該転写層を向けた状態で対向配置し、
   前記支持基板側から光を照射することにより、前記光熱変換層を構成する材料の前記転写層側への拡散を防止しつつ、当該光熱変換層において前記光を熱変換することにより当該転写層を前記被転写基板側に熱転写する
   ことを特徴とする転写方法。
6. 基板上に下部電極をパターン形成した後、前記下部電極上に少なくとも発光層を含む有機層を成膜し、次に有機層を介して前記下部電極上に積層する状態で上部電極を形成する有機電界発光素子の製造方法において、
   基板上に下部電極をパターン形成した後、
   支持基板上に光熱変換層、拡散防止層、および発光材料を含む有機材料で構成された転写層をこの順に形成してなる転写用基板を、前記基板に対して当該転写層を向けた状態で対向配置し、
   前記支持基板側から光を照射することにより、前記光熱変換層を構成する材料の前記転写層側への拡散を防止しつつ、当該光熱変換層において前記光を熱変換することにより当該転写層を前記下部電極上に熱転写して前記発光層を形成する
   ことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
   

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