JP2009016305A - 有機el発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】第1の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる構成の有機EL発光素子を提供する。
【解決手段】基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子である。第1の電極は、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図4
【解決手段】基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子である。第1の電極は、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図4
Description
本発明は、有機EL発光素子及びその製造方法に関するものである。
有機EL発光素子は、発光層をEL発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で形成した素子であり、自己発光のため視野角が広く、耐衝撃性に優れるなど、ディスプレイ素子として理想的な特徴を有している。そのため、各種の分野において研究、開発が進められている。
製造方法としては、真空蒸着法、インクジェット法、印刷法などが広く研究されている。有機EL発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に挟まれた各機能層が極めて薄く、第1の電極(透明電極)のエッジ部分の段差でステップカバレッジの不良でショートが発生することがある。
このような問題を解決するために絶縁性の材料で第1の電極のエッジ部分を覆って保護する方法が開示されている(特許文献1)。
また、第1の電極と第2の電極との間にフォトリソ技術を使って同じ膜厚の絶縁膜を入れてエッジ部分を平坦化する技術が開示されている(特許文献2)。
しかしながら、同じ膜厚の絶縁膜を入れてエッジ部分を平坦化する方法は、工程が複雑でコストが嵩み、しかも平坦化することが難しい。また、ディスペンス法を適用して撥水性のバンクの間に配置された第1の電極のエッジ部分を絶縁性の材料で覆うと、前記絶縁性の材料の塗布膜厚にムラが発生する可能性がある。
本発明は、第1の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる構成の有機EL発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段として、本発明は、
基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子において、
第1の電極は、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。
基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子において、
第1の電極は、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、第1の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる。そのため、第1の電極のエッジ部分を他の絶縁膜で覆う工程を省略でき、コストの低減が可能になる。
さらに、塗布型の有機EL発光素子において、発光層の均一性を改善し発光強度を増加させることができる。
本発明者は、発明に至る過程で以下のような予備実験を行った。
In2O3:ZnO:Ga2O3(85:10:5wt%)をターゲットにしてスパッターしたInGaZnOx膜を用意した。In2O3:ZnO(90:10wt%)をターゲットにしてスパッターしたInZnOx膜を用意した。In2O3:Ga2O3(95:5wt%)をターゲットにしてスパッターしたInGaOx膜を用意した。それらに水素イオン打ち込み処理を行なった。図14は、それぞれの膜中の水素濃度と抵抗率との関係を示したものである。水素を打ち込む前は、どの膜も1×1010Ωcm以上の高抵抗値であった。
第1の電極(画素電極)や絶縁膜としてどのくらいの抵抗が適切であるか判断するために、図15のような構造の有機EL発光素子を作製した。ガラス基板1上に、上記の方法で水素濃度を変えて抵抗率を変化させたIn、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物で構成された透明薄膜2を100nmの膜厚で配置した。透明薄膜2の平面サイズは1×1mmとした。ポリイミドバンク6の間にホール注入層3[CuPc]を40nm、発光層4[Alq3]を100nm、電子注入層[LiF]を30nmの膜厚で、さらにAl電極5を蒸着法で3000Å堆積した。最後に封止ガラス(図示は省略)を付けて電気的な取り出しを行った。
膜抵抗値が0.01Ωcm以下では、第1の電極として作用して発光現象が観察された。1×106Ωcm以上では電流が殆ど流れず絶縁膜として機能していた。
つまり、第1の電極に用いるには、0.01Ωcm以下の抵抗値であることが必要なので、図14から水素濃度は5×1019/cm3以上にすることが好ましく、1×1020/cm3以上が好適である。
InGaZnOx膜、InZnOx膜、InGaOx膜では、スパッター時の酸素分圧のコントロールによって、いずれも1×106Ωcm以上の抵抗値の膜が得られた。
<実施形態1>
本実施形態の有機EL発光素子の構成を、製造方法に沿って具体的に説明する。
本実施形態の有機EL発光素子の構成を、製造方法に沿って具体的に説明する。
基板101上に画素駆動用の回路(以下、単に駆動回路と省略する場合がある。)を形成した(図示は省略)。基板101としてはガラス、石英などのセラミック、透明樹脂などが用いられる。
前記駆動回路の凹凸を平坦化するために、絶縁性の無機物や樹脂からなる平坦化膜102を形成した(図1を参照)。前記平坦化膜102上の各画素部分及びその近傍部分に、第1の電極としてIn、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜106(図3)を形成した。このとき、発光部分に対応する領域のみに水素添加処理(水素イオン打ち込み又は水素プラズマ処理)を施して水素濃度の高い低抵抗部107を形成した。それと共に、前記低抵抗部107の周辺部に隣接して水素濃度の低い高抵抗部108を形成した(図4を参照)。低抵抗部107の抵抗値は1×10-2Ωcm以下とされ、高抵抗部108の抵抗値は1×106Ωcm以上とされる。
本実施形態では、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、In−Ga−Zn−O非晶質酸化物膜103を堆積しパターニングした(図1を参照)。前記非晶質酸化物膜103上の発光部分(画素部分)以外の領域をフォトレジスト104で覆い、画素部分に露出した前記非晶質酸化物膜103にイオンインプランテーション法(例えば、住友イートンノバ製 MC−3IIを用いる。)で水素105を打ち込んだ(図2を参照)。その結果、水素濃度の高い低抵抗部107と、前記低抵抗部107の周辺部に隣接して絶縁部分として水素濃度の低い高抵抗部108とが形成される(図3を参照)。
絶縁性を確実にするために、高抵抗部108をフォトリソ技術でエッチングして分離した(図4を参照)。
その後は、通例の有機EL発光素子の製造方法と同様に、前記透明薄膜106上に有機EL層109を形成した(図5を参照)。透明薄膜106のエッジ部分110は、有機EL層109が薄いために、前記エッジ部分110が露出して後に形成される第2の電極111(図6)と接触する場合がある。しかし、前記エッジ部分110は高抵抗部108であるため、エッジ部分110のショート不良を低減できる。そのため、第1の電極のエッジ部分を他の絶縁膜で覆う工程を省略でき、コストの低減が可能になる。
最後に、有機EL層109上に第2の電極111を形成し、水分や酸素の浸入を防ぐために封止部材で覆って、有機EL発光素子を得た(図6を参照)。
<実施形態2>
なお、透明薄膜106上にパッシベーション膜112が形成された構成でも同様に実施できる。ちなみに、図示例では透明薄膜106と駆動回路とが金属配線113で接続されている(図7を参照)。
なお、透明薄膜106上にパッシベーション膜112が形成された構成でも同様に実施できる。ちなみに、図示例では透明薄膜106と駆動回路とが金属配線113で接続されている(図7を参照)。
<実施形態3>
上記実施形態1、2は、透明薄膜106に水素添加処理を施しているが、この限りでない。すなわち、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物を部分的に導電率を向上させる他の方法としては、半導体素子部をマスキングした後に、X線や電子線などのエネルギー照射処理を適用することができる。
上記実施形態1、2は、透明薄膜106に水素添加処理を施しているが、この限りでない。すなわち、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物を部分的に導電率を向上させる他の方法としては、半導体素子部をマスキングした後に、X線や電子線などのエネルギー照射処理を適用することができる。
<実施例1>
本発明に係る有機EL発光素子の実施例1を説明する。
本発明に係る有機EL発光素子の実施例1を説明する。
本実施例の有機EL発光素子は、上記実施形態1の有機EL発光素子の構成に対応している。ちなみに、本実施例の有機EL発光素子は、通例の有機EL発光素子と略同様の構成であるため、本発明の特徴部分である透明薄膜付き基板のみを説明する(図4を参照)。
基板101として厚さ0.7mmのガラスを用いた。その上に駆動回路を形成し、平坦化膜102としてポリイミド膜を2μmの膜厚で堆積した。透明薄膜106の低抵抗部107には、イオン打ち込みによって水素濃度が2×1020/cm3になったIn−Ga−Zn−O膜を1000Å用いた。抵抗値は8×10-4Ωcmだった。透明薄膜106の高抵抗部108には、水素添加処理無しで抵抗値が1×107Ωcmの高抵抗なIn−Ga−Zn−O膜を配置した。
<実施例2>
本発明に係る有機EL発光素子の実施例2を説明する。
本発明に係る有機EL発光素子の実施例2を説明する。
本実施例の有機EL発光素子は、上記実施形態2の有機EL発光素子の構成に対応している。ちなみに、本実施例の有機EL発光素子も、通例の有機EL発光素子と略同様の構成であるため、本発明の特徴部分である透明薄膜付き基板のみを説明する(図7を参照)。
基板101として厚さ0.7mmのガラスを用いた。その上に駆動回路を形成し、パッシベーション膜112としてSiNx膜を300nmの膜厚で堆積した。透明薄膜106は駆動回路と並列に配置して基板101上に直接堆積しパターニングした。透明薄膜106と駆動回路は金属配線113で接続した。透明薄膜106の低抵抗部107には、イオン打ち込みによって水素濃度が3×1020/cm3になったIn−Ga−O膜を1000Å用いた。抵抗値は4×10-4Ωcmだった。透明薄膜106の高抵抗部108には、水素添加処理無しで抵抗値が1×108Ωcmの高抵抗なIn−Ga−O膜を配置した。
<実施例3>
本発明に係る有機EL発光素子の製造方法の実施例を説明する。
本発明に係る有機EL発光素子の製造方法の実施例を説明する。
本実施例の製造方法は、上記実施形態1の製造方法に対応している。
厚さ0.7mmのガラス基板101上に駆動回路を形成し、前記駆動回路の凹凸を平坦化するためにポリイミド製の平坦化膜102を2μmの膜厚で形成した。
前記平坦化膜102上の画素部分及びその近傍部分に、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、膜厚100nmのIn−Ga−Zn−O非晶質酸化物膜103を堆積してパターニングした(図1を参照)。この膜の抵抗値は1×105Ωcmであった。
前記非晶質酸化物膜103上の画素部分以外の領域をフォトレジスト104で覆い、画素部分に露出した前記非晶質酸化物膜103にイオンインプランテーション法で、水素105を3×1020/cm3打ち込んだ(図2、図3を参照)。画素サイズは400×400μm、画素数は50×50個、画素部分に対応する低抵抗部107の抵抗値は7×10-4Ωcmであった。
絶縁性を確実にするために、高抵抗部108をフォトリソ技術でエッチングして分離した(図4を参照)。
有機EL層109(ホール注入層[CuPc]膜厚40nm/発光層[Alq3]膜厚100nm/電子注入層[LiF]膜厚30nm)を蒸着法で連続堆積した(図5を参照)。陰極としてAl電極(第2の電極)111を蒸着法で3000Å堆積した(図6を参照)。最後に封止ガラスを付けて電気的取り出しを行い、アクティブマトリックスの有機EL発光素子を得た(図示は省略)。250個の発光部に非発光部は見られなかった。
<比較例1>
比較例1の有機EL発光素子の製造方法を説明する。
比較例1の有機EL発光素子の製造方法を説明する。
上記実施例3と同様にガラス基板101上に駆動回路を形成し、平坦化膜102を2μmの膜厚で形成した(図8を参照)。
前記平坦化膜102上に、透明薄膜としてITO114をスパッター法で100nmの膜厚に堆積して画素電極(第1の電極)115とした(図9を参照)。この時の膜抵抗値は5×10-5Ωcmであった。
実施例3と同様に、有機EL層109(ホール注入層[CuPc]膜厚40nm/発光層[Alq3]膜厚100nm/電子注入層[LiF]膜厚30nm)を蒸着法で連続堆積した。陰極としてAl電極(第2の電極)111を蒸着法で3000Å堆積した(図10を参照)。最後に封止ガラスを付けて電気的取り出しを行い、アクティブマトリックスの有機EL発光素子を得た(図示は省略)。250個の発光部で5カ所に非発光部があり、いずれもITO電極端部の短絡が原因であった。
<実施例4>
本発明に係る有機EL発光素子の製造方法の実施例4を説明する。
本発明に係る有機EL発光素子の製造方法の実施例4を説明する。
先ず、ガラス基板101上に駆動回路を形成し、膜厚2μmのポリイミド製の平坦化膜で表面を平坦化した(図11を参照)。
次に、膜厚100nmのIn−Zn−O非晶質酸化物膜をスパッター法で堆積し、レジストでパターニングした。その後、真空チャンバーの中で、1Paの水素雰囲気中で13.56MHzのRFを掛けて水素プラズマを発生させ水素添付処理を行い(この時の膜中の水素濃度は、1×1020/cm3であった。)、透明薄膜の低抵抗部107と高抵抗部108とを形成した。画素サイズは120μm×380μmとした。画素数は300×100個とした。
さらに感光性ポリイミド材料からなるバンク116を形成した。バンク116に平行な取り出し電極は100本であった。次にCF4ガスによりフッ素プラズマ処理を行うことでバンク116とダミーバンクとを同時に撥液性にした。
画素部分及びその近接部分に、ディスペンス装置を用いてバンク116の間にホール注入層としてPEDOT/PSS溶液を図11のように塗布し、200℃、30分間ベークして膜厚30nmのホール注入層を形成した。
次に、同様にトルエンにポリパラフェニレンビニレン誘導体poly[2−methoxy,5−(2’−ethylhexoxy)−1,4−phenylen vinylene]を2wt%溶かした溶液をバンク116の間に同様に塗布した。塗布後に150℃、10分間ベークして膜厚100nmの有機EL層を形成した。なお、図11の符号117は有機EL層を構成する材料の塗布軌跡を示している。
その後、真空蒸着装置を用いて電子注入層としてCs2CO3を膜厚3nm、第2の電極としてAlを膜厚300nmで堆積した。
真空から不活性ガス中に移動して、画素部分に吸湿剤を備えたガラスキャップを接着した。
完成した有機EL発光素子を外部駆動回路に接続して動作させたところ、非発光部は発生しなかった。
<比較例2>
比較例2の有機EL発光素子の製造方法を説明する。
比較例2の有機EL発光素子の製造方法を説明する。
本比較例では、第1の電極だけを比較例1と同じように膜厚100nmのITOで形成した。その他の工程は実施例4と同様にして有機EL発光素子を得たところ、30000個の発光部で3カ所に非発光部があり、いずれもITO電極端部の短絡が原因であった。
<比較例3>
比較例3の有機発光素子の製造方法を説明する。
比較例3の有機発光素子の製造方法を説明する。
本比較例では、比較例2と同様に第1の電極115をITOで形成し、エッジ部分でのショートを防止するために、スパッター法でSiNx膜118を150nmの膜厚で堆積パターニングして第1の電極115の淵を覆うように配置した(図12を参照)。その他の工程は実施例4と同様にして有機EL発光素子を得たところ、図12のように塗布された有機EL層109の第1の電極115付近に膜厚が厚い領域119ができてしまった。図13は、有機EL層109塗布後の実施例4の断面を表したものだが、第1の電極上では、有機EL層109の厚みムラは解消されていた。そのため、発光層の均一性を改善し発光強度を増加させることができる。
比較例3と実施例4を発光させると、比較例3の方が発光強度が弱かった。これは、厚みの厚い領域119において十分な電界が掛からないため、電荷の注入が阻害され極端に発光強度が弱い領域が発生した為だった。
1 ガラス基板
2 透明薄膜
3 ホール注入層
4 発光層
5 Al電極
6 ポリイミドバンク
101 (ガラス)基板
102 平坦化膜
103 非晶質酸化物膜
104 フォトレジスト
105 水素
106 透明薄膜
107 低抵抗部
108 高抵抗部
109 有機EL層
110 エッジ部分
111 第2の電極
112 パッシベーション膜
113 金属配線
114 ITO
115 第1の電極
116 バンク
117 有機EL層を構成する材料の塗布軌跡
118 SINx膜
119 膜厚が厚い領域
2 透明薄膜
3 ホール注入層
4 発光層
5 Al電極
6 ポリイミドバンク
101 (ガラス)基板
102 平坦化膜
103 非晶質酸化物膜
104 フォトレジスト
105 水素
106 透明薄膜
107 低抵抗部
108 高抵抗部
109 有機EL層
110 エッジ部分
111 第2の電極
112 パッシベーション膜
113 金属配線
114 ITO
115 第1の電極
116 バンク
117 有機EL層を構成する材料の塗布軌跡
118 SINx膜
119 膜厚が厚い領域
Claims (4)
- 基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子において、
第1の電極は、In、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする有機EL発光素子。 - 高抵抗部は絶縁部分であり、低抵抗部の周辺部に隣接して形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発光素子。
- 低抵抗部の水素濃度は5×1019/cm3以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機EL発光素子。
- 基板の上に配置された第1の電極と第2の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機EL発光素子の製造方法において、
第1の電極を形成する際には、第1の電極としてIn、Ga、Znを少なくとも1つ以上含む酸化物からなる透明薄膜を形成し、発光部分に対応する領域のみに水素添加処理又はエネルギー照射処理を施して低抵抗部を形成すると共に、前記低抵抗部の周辺部に隣接して高抵抗部を形成することを特徴とする有機EL発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007179781A JP2009016305A (ja) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | 有機el発光素子及びその製造方法 |
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JP (1) | JP2009016305A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012129199A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-07-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 有機光デバイス及び有機光デバイスの保護部材 |
-
2007
- 2007-07-09 JP JP2007179781A patent/JP2009016305A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012129199A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-07-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 有機光デバイス及び有機光デバイスの保護部材 |
US9331306B2 (en) | 2010-11-24 | 2016-05-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Organic optical device and protective component of organic optical device |
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