JP2014038754A

JP2014038754A - 有機発光素子及び有機発光素子の製造方法

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Publication number: JP2014038754A
Application number: JP2012179863A
Authority: JP
Inventors: Seita Haga; 成太羽賀
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-27

Abstract

【課題】有機発光素子が備える有機層の電解集中による劣化を抑制する
【解決手段】有機発光素子は、第１電極４と、第２電極７と、第１電極と第２電極との間に設けられた有機層６と、第１電極と有機層との間に設けられ、第１電極の外周領域の内側に位置する内側領域を覆う保護層５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機発光素子及び有機発光素子の製造方法に関する。

有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode）等の有機発光素子は、一対の電極及び一対の電極によって挟まれた有機層を備える。有機発光素子は、一対の電極間に電流が流れることにより、有機層で電子と正孔とが結合し、光が発生する素子である。

特開２００５−３１７９３２号公報特開２０１１−７１４８１号公報

図２２は、有機発光素子５１の一例を示す図である。図２２に示す有機発光素子５１は、基板５２上に下層電極５３が形成され、下層電極５３を覆うように有機層５４が形成され、有機層５４上に上層電極５５が形成されている。下層電極５３の周囲には絶縁層５６が形成されている。有機層５４は、正孔輸送層５７、発光層５８及び電子輸送層５９を有する。下層電極５３と上層電極５５との間に電流が流れることにより、下層電極５３の上面（上層電極５５との対向面）の縁辺部分（下層電極５３の上面と側面とが接する部分）に電界が集中する。絶縁層５６は、下層電極５３の上面よりも窪んでいるため、下層電極５３の上面の縁辺部分の近傍に形成されている正孔輸送層５７は薄くなる。下層電極５３の上面の縁辺部分に電界が集中することにより、正孔輸送層５７の薄い部分の経時劣化が促進される。本件は、有機発光素子が備える有機層の電解集中による劣化を抑制することを目的とする。

本件の一観点による有機発光素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機層と、前記第１電極と前記有機層との間に設けられ、前記第１電極の外周領域の内側に位置する内側領域を覆う保護層と、を備える。

本件の他の観点による有機発光素子の製造方法は、基板上方に第１電極を形成する工程と、前記第１電極の外周領域の内側に位置する内側領域を覆うように保護層を形成する工程と、前記保護層を覆うように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、を備える。

本開示によれば、有機発光素子が有する有機層の電解集中による劣化を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る有機発光素子の一例を示す断面図である。図２Ａは、下層電極及び保護層の平面図である。図２Ｂは、下層電極及び保護層の断面図である。図３は、比較例に係る有機発光素子の断面図である。図４は、第１の製造方法において、トランジスタを基板に形成する工程図である。図５は、第１の製造方法において、基板上に絶縁層を形成し、絶縁層内にビアを形成する工程図である。図６は、第１の製造方法において、絶縁層上に下層電極を形成し、下層電極上に保護層を形成する工程図である。図７は、第１の製造方法において、保護層上にレジストマスクを形成する工程図である。図８は、第１の製造方法において、保護層をパターニングする工程図である。図９は、第１の製造方法において、下層電極上にレジストマスクを形成する工程図である。図１０は、第１の製造方法において、下層電極をパターニングする工程図である。図１１は、第１の製造方法において、下層電極の一方面の外周領域及び下層電極の側面に絶縁膜を形成する工程図である。図１２は、第１の製造方法において、下層電極及び保護層を覆うように絶縁層を形成する工程図である。図１３は、第１の製造方法において、下層電極及び保護層上の絶縁層を除去し、下層電極の周囲に絶縁層を残存させる工程図である。図１４は、第１の製造方法において、保護層を覆うように有機層を形成する工程図である。図１５は、第１の製造方法において、有機層上に上層電極を形成する工程図である。図１６は、第２の製造方法において、下層電極及び保護層を覆うように絶縁層を形成する工程図である。図１７は、第２の製造方法において、下層電極及び保護層上の絶縁層を除去し、下層電極の周囲に絶縁層を残存させる工程図である。図１８は、第２の製造方法において、下層電極の一方面の外周領域に絶縁膜を形成する工程図である。図１９は、第３の製造方法において、保護層上にレジストマスクを形成する工程図である。図２０は、第３の製造方法において、下層電極及び保護層をパターニングする工程図である。図２１は、第３の製造方法において、保護層５を選択的にエッチングする工程図である。図２２は有機発光素子の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本実施形態に係る有機発光素子及び有機発光素子の製造方法について説明する。以下に示す有機発光素子の構成は例示であり、本実施形態に係る有機発光素子の構成は、以下に示す有機発光素子の構成に限定されない。

図１は、本実施形態に係る有機発光素子１の一例を示す断面図である。図１に示すように、有機発光素子１は、基板２、絶縁層３、下層電極４、保護層５、有機層６、上層電極７及び絶縁層８を備えている。

基板２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）等の半導体基板、ガラス、石英等の絶縁基板、樹脂基板等を用いてもよい。基板２には、有機発光素子１のオンオフを制御するトランジスタ９が形成されていてもよい。トランジスタ９は、ビア１０を介して、下層電極４と電気的に接続されている。絶縁層３は、例えば、ＳｉＯ₂膜（シリコン酸化膜）である。

下層電極４は、陽極の機能を有する。下層電極４は、光を反射可能であり、発光層１２で発光した光は下層電極４によって反射される。下層電極４は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、ＡｌとＳｉとの合金、ＡｌとＣｕ（銅）との合金及びＡｌとＴｉ（チタン）との合金等が挙げられる。下層電極４の厚さは、例えば、０．２μｍ以上１．０μｍ以下程度である。下層電極４の幅は、例えば、３μｍ以上２０μｍ以下程度である。下層電極４は、第１電極の一例である。

保護層５は、下層電極４と有機層６との間に設けられている。保護層５は、例えば、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）及びＷＮ（窒化タングステン）等が挙げられる。保護層５の厚さは、例えば、０．１μｍ以上０．５μｍ以下程度である。保護層５は、下層電極４の酸化を抑止する酸化抑止層の機能を有する。

有機層６は、下層電極４と上層電極７との間に設けられている。有機層６は、正孔輸送層１１、発光層１２及び電子輸送層１３を有している。また、有機層６は、正孔輸送層１１、発光層１２及び電子輸送層１３を有するとともに、正孔注入層、電子注入層及び中間層等を有していてもよい。下層電極４及び上層電極７に電圧を印可することにより、正孔輸送層１１から輸送された正孔と、電子輸送層１３から輸送された電子とが発光層１２で結合し、発光層１２で発光する。

正孔輸送層１１は、例えば、１，１−ビス［４−［Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリル）アミノ］フェニル］シクロヘキサン（略称：ＴＡＰＣ）を用いてもよい。正孔輸送層１１の厚さは、例えば、２５ｎｍ以上７５ｎｍ以下程度である。発光層１２は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を用いてもよい。発光層１２の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下程度である。電子輸送層１３は、２，５−ジ（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＢＮＤ）を用いてもよい。電子輸送層１３は、例えば、２５ｎｍ以上７５ｎｍ以下程度である。

上層電極７は、陰極の機能を有する。上層電極７は、スパッタリング法により、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物を光透過性のガラス基板に成膜することにより作成される。上層電極７は、光を透過可能であり、発光層１２で発光した光及び下層電極４によって反射された光は上層電極７を透過する。

図２Ａは、下層電極４及び保護層５の平面図である。図２Ｂは、下層電極４及び保護層５の断面図である。下層電極４の一方面の外周領域１４の内側に位置する内側領域１５を覆うように保護層５が形成されている。したがって、保護層５の一方面の外形サイズは、下層電極４の一方面の外形サイズよりも小さい。下層電極４の一方面は、上層電極７と対向する面であり、保護層５と接触する面である。下層電極４の一方面は、下層電極４の上面であってもよい。保護層５の一方面は、有機層６と接触する面であり、下層電極４と接触する面の反対面である。保護層５の一方面は、保護層５の上面であってもよい。

下層電極４の一方面の外周領域１４を覆うように絶縁膜１６が形成されている。絶縁膜１６は、例えば、ＳｉＯ₂膜である。また、絶縁膜１６は、下層電極４の一方面と接する
側面を覆っている。下層電極４の一方面の外周領域１４の幅は、例えば、０．２μｍ以上１．０μｍ以下程度である。絶縁膜１６の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度である。

図１に示すように、下層電極４の周囲には絶縁層８が形成されている。絶縁層８は、例えば、ＳｉＯ₂膜である。絶縁層８は、下層電極４の一方面よりも窪んでいる。すなわち
、絶縁層８の高さは、下層電極４の高さよりも低い。そのため、下層電極４の一方面全体を覆うように保護層５が形成されている場合、図３に示すように、保護層５の一方面の縁辺部分近傍の正孔輸送層１１の厚みが薄くなる。保護層５の一方面の縁辺部分は、保護層５の一方面と側面とが接する部分である。図３は、比較例に係る有機発光素子１Ａの断面図である。

比較例に係る有機発光素子１Ａにおいて、下層電極４及び上層電極７に電圧を印可することにより、下層電極４と上層電極７との間に電流が流れ、保護層５の一方面の縁辺部分に電界が集中する。比較例に係る有機発光素子１Ａでは、保護層５の一方面の縁辺部分に電界が集中することにより、正孔輸送層１１の厚みが薄い部分の経時劣化が促進する。

本実施形態に係る有機発光素子１において、保護層５は、下層電極４の一方面の内側領域１５を覆うように形成され、下層電極４の一方面の外周領域１４には形成されていない。保護層５が、下層電極４の一方面の外周領域１４に形成されていない場合、下層電極４の一方面の外周領域１４と保護層５の一方面との間に段差が生じる。下層電極４の一方面の外周領域１４と保護層５の一方面との間に段差がある場合、下層電極４の一方面の外周領域１４と保護層５の一方面との間に段差がない場合と比較して、保護層５の一方面の縁辺部分近傍の正孔輸送層１１の厚みが厚くなる。

本実施形態に係る有機発光素子１において、下層電極４及び上層電極７に電圧を印可することにより、下層電極４と上層電極７との間に電流が流れ、保護層５の一方面の縁辺部分に電界が集中する。保護層５の一方面の縁辺部分近傍の正孔輸送層１１の厚みが厚くなっているため、保護層５の一方面の縁辺部分に電界が集中する際の正孔輸送層１１の経時劣化が抑制される。

絶縁膜１６には電流が流れないため、下層電極４の一方面の縁辺部分には電界が集中しない。下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面に絶縁膜１６を形成することにより、下層電極４の一方面の縁辺部分に電界が集中することを抑止することができる。

図４から図１５を参照して、本実施形態に係る有機発光素子１の製造方法の第１の例（以下、第１の製造方法と表記する。）について説明する。

まず、図４に示すように、基板２内にソース及びドレインを形成し、基板２上にゲード絶縁膜及びゲード電極を設けることにより、有機発光素子１のオンオフを制御するトランジスタ９を、基板２に形成する。

次に、図５に示すように、基板２上に絶縁層３を形成し、絶縁層３内にビア１０を形成する。絶縁層３は、例えば、ＳｉＯ₂膜である。絶縁層３は、例えば、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）法を用いて形成してもよい。ビア１０は、例えば、Ｃｕである。例えば、異方性エッチングにより絶縁層３にビアホールを形成し、ビアホールにＣｕ等を充填することにより絶縁層３内にビア１０を形成してもよい。

次いで、図６に示すように、スパッタリングにより絶縁層３上にＡｌ、ＡｌとＳｉとの合金、ＡｌとＣｕとの合金及びＡｌとＴｉとの合金等の金属膜を形成することにより、絶縁層３上に下層電極４を形成する。すなわち、基板２上方に下層電極４を形成する。次に、図６に示すように、スパッタリングにより下層電極４上にＴｉＮ、ＴａＮ及びＷＮ等の金属膜を形成することにより、下層電極４上に保護層５を形成する。

次いで、図７に示すように、保護層５上にレジスト液を塗布し、フォトリソグラフィに
より保護層５上にレジストマスク（レジストパターン）２１を形成する。次に、図８に示すように、例えば、ＣＦ₄ガス及びＯ₂ガスを用いた異方性エッチングにより保護層５をパターニングする。次いで、図８に示すように、レジストマスク２１をアッシング（灰化）処理により除去する。

次に、図９に示すように、下層電極４上にレジスト液を塗布し、フォトリソグラフィにより下層電極４上にレジストマスク（レジストパターン）３１を形成する。次に、図１０に示すように、ＢＣｌ₃ガスを用いた異方性エッチングにより下層電極４をパターニング
する。下層電極４をパターニングすることにより、下層電極４の一方面の外周領域１４の内側の内側領域１５を覆うように保護層５が形成される。次いで、図１０に示すように、レジストマスク３１をアッシング（灰化）処理により除去する。

次に、図１１に示すように、１００℃以上３００℃以下の温度にて熱処理を行い、下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面を酸化することにより、下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面に絶縁膜１６を形成する。下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面が自然酸化膜によって充分に覆われている場合、自然酸化膜を絶縁膜１６として用いることにより、下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面に対する酸化処理工程を省略してもよい。

次いで、図１２に示すように、下層電極４及び保護層５を覆うように絶縁層８を形成する。絶縁層８は、例えば、ＳｉＯ₂膜である。絶縁層８は、例えば、ＣＶＤ法を用いて形
成してもよい。

次に、図１３に示すように、ＣＦ₄ガス及びＣ₂Ｆ₆ガス等のフッ素系ガスを用いてエッ
チバックを行うことにより、下層電極４及び保護層５上の絶縁層８を除去し、下層電極４の周囲に絶縁層８を残存させる。

次いで、図１４に示すように、保護層５を覆うように有機層６を形成する。正孔輸送層１１、発光層１２及び電子輸送層１３を積層して形成することにより、有機層６が形成される。正孔輸送層１１、発光層１２及び電子輸送層１３は、例えば、真空蒸着法を用いて形成してもよい。次に、図１５に示すように、有機層６上に上層電極７を形成する。例えば、有機層６に上層電極７を貼付することにより有機層６上に上層電極７を形成してもよい。

図１６から図１８を参照して、本実施形態に係る有機発光素子１の製造方法の第２の例（以下、第２の製造方法と表記する。）について説明する。第１の製造方法では、下層電極４の下層電極４の一方面の外周領域１４及び下層電極４の側面に絶縁膜１６を形成する。第２の製造方法では、下層電極４の下層電極４の一方面の外周領域１４に絶縁膜１６を形成し、下層電極４の側面に対する絶縁膜１６の形成を省略する。第２の製造方法において、下層電極４をパターニングする工程までは、第１の製造方法における工程（図４から図１０に示す工程）と同様であるので、その説明を省略する。

第２の製造方法では、下層電極４をパターニングした後、図１６に示すように、下層電極４及び保護層５を覆うように絶縁層８を形成する。絶縁層８は、例えば、ＳｉＯ₂膜で
ある。絶縁層８は、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成してもよい。

次に、図１７に示すように、ＣＦ₄ガス及びＣ₂Ｆ₆ガス等のフッ素系ガスを用いてエッ
チバックを行うことにより、下層電極４及び保護層５上の絶縁層８を除去し、下層電極４の周囲に絶縁層８を残存させる。すなわち、下層電極４の側面に絶縁層８を形成する。

次いで、図１８に示すように、１００℃以上３００℃以下の温度にて熱処理を行い、下層電極４の一方面の外周領域１４を酸化することにより、下層電極４の一方面の外周領域１４に絶縁膜１６を形成する。下層電極４の一方面の外周領域１４が自然酸化膜によって覆われている場合、自然酸化膜を絶縁膜１６として用いることにより、下層電極４の一方面の外周領域１４に対する酸化処理工程を省略してもよい。

絶縁層８及び絶縁膜１６には電流が流れないため、下層電極４の一方面の縁辺部分には電界が集中しない。下層電極４の一方面の外周領域１４に絶縁膜１６を形成し、下層電極４の側面に絶縁層８を形成することにより、下層電極４の一方面の縁辺部分に電界が集中することを抑止することができる。

下層電極４の一方面の外周領域１４に絶縁膜１６を形成した後の工程は、第１の製造方法における工程（図１４から図１５に示す工程）と同様であるので、その説明を省略する。

図１９から図２１を参照して、本実施形態に係る有機発光素子１の製造方法の第３の例（以下、第３の製造方法と表記する。）について説明する。第３の製造方法において、下層電極４上に保護層５を形成する工程までは、第１の製造方法における工程（図４から図６に示す工程）と同様であるので、その説明を省略する。第３の製造方法では、下層電極４上に保護層５を形成した後、図１９に示すように、保護層５上にレジスト液を塗布し、フォトリソグラフィにより保護層５上にレジストマスク（レジストパターン）４１を形成する。

次に、図２０に示すように、例えば、ＣＣｌ₄ガスを用いた異方性エッチングにより下
層電極４及び保護層５をパターニングする。下層電極４及び保護層５をパターニングすることにより、下層電極４の一方面全体に保護層５が形成される。

次いで、図２１に示すように、例えば、ＳＦ₆ガスを用いた等方性エッチングにより保
護層５を選択的にエッチングする。保護層５が選択的にエッチングされることにより、下層電極４の一方面の外周領域１４の内側の内側領域１５を覆うように保護層５が形成される。保護層５の外周部分が削られることにより、保護層５の一方面の外形サイズが下層電極４の一方面の外形サイズよりも小さくなる。次いで、レジストマスク４１をアッシング（灰化）処理により除去する。レジストマスク４１を除去した後の工程は、第１の製造方法における工程（図１１から図１５に示す工程）と同様であるので、その説明を省略する。

第１の製造方法では、レジストマスク２１を用いて保護層５をパターニングし、レジストマスク３１を用いて下層電極４をパターニングしている。すなわち、第１の製造方法では、マスク形成工程を２回行うことにより、保護層５の一方面の外形サイズを下層電極４の一方面の外形サイズよりも小さくする。第３の製造方法によれば、レジストマスク４１を用いて下層電極４及び保護層５をパターニングし、レジストマスク４１を用いて保護層５を選択的にエッチングしている。すなわち、第３の製造方法では、マスク形成工程を１回行うことにより、保護層５の一方面の外形サイズを下層電極４の一方面の外形サイズよりも小さくすることができる。

１、５１有機発光素子
２、５２基板
３、８、５６絶縁層
４、５３下層電極
５保護層
６、５４有機層
７、５５上層電極
９トランジスタ
１０ビア
１１、５７正孔輸送層
１２、５８発光層
１３、５９電子輸送層
１４外周領域
１５内側領域
１６絶縁膜
２１レジストマスク
３１レジストマスク
４１レジストマスク

Claims

第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた有機層と、
前記第１電極と前記有機層との間に設けられ、前記第１電極の外周領域の内側に位置する内側領域を覆う保護層と、
を備えることを特徴とする有機発光素子。
前記第１電極の外周領域を覆うように形成された絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記第１電極の外周領域及び前記第１電極の側面を覆うように形成された絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
基板上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の外周領域の内側に位置する内側領域を覆うように保護層を形成する工程と、
前記保護層を覆うように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、
を備えることを特徴とする有機発光素子の製造方法。
前記第１電極の外周領域に絶縁膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子の製造方法。
前記第１電極の外周領域及び前記第１電極の側面に絶縁膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子の製造方法。
前記保護層を形成する工程は、前記第１電極の全体を覆うように前記保護層を形成し、前記保護層を選択的にエッチングすることにより、前記第１電極の内側領域を覆うように前記保護層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載の有機発光素子の製造方法。