JP2016525273A - 有機発光素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は有機発光素子の製造方法に関する。本出願による有機発光素子の製造方法は、1)基板上に第1電極を形成するステップ、2)前記第1電極上の少なくとも一部領域に補助電極を形成するステップ、3)前記補助電極上に絶縁層を形成し、前記絶縁層が補助電極より大きい幅を有するオーバーハング(overhang)構造を形成するステップ、および4)前記第1電極および絶縁層上に第2電極を形成するステップとして、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層上に備えられる第2電極は互いに電気的に短絡した形態の構造に第2電極を形成するステップを含む。

Description

本出願は2013年9月30日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10−2013−0116195号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
本出願は有機発光素子の製造方法に関する。
有機発光素子は、2つの反対電極とその間に存在する多層の半導体的性質を有する有機物の薄膜で構成されている。このような構成の有機発光素子は、有機物質を用いて電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象、すなわち有機発光現象を利用する。具体的には、陽極と陰極との間に有機物層を位置させた構造において、2つの電極の間に電圧を印加すれば、陽極からは正孔が、陰極からは電子が有機物層に注入される。注入された正孔と電子が結合した時にエキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び基底状態に落ちる時に光が出るようになる。
前記のような有機発光素子においては、有機物層から生成された光が光透過性電極を介して放出し、有機発光素子は、通常、前面発光(top emission)、背面発光(bottom emission)および両面発光型に分類することができる。前面または背面発光型の場合は2つの電極のうち1つが光透過性電極でなければならず、両面発光型の場合は2つの電極が全て光透過性電極でなければならない。
前記のような有機発光素子に対しては多層構造を用いる場合に低電圧で駆動できるというコダック社の発表以来に多くの研究が集中してきており、最近では有機発光素子を用いた天然色ディスプレイが携帯電話に取り付けられて商用化されている。
また、最近の有機発光素子は従来の蛍光物質を用いる代わりに燐光物質の利用に対する研究が進められて効率の向上が急激になされており、近い未来には従来の照明を代替できるという予想も出てきている。
有機発光素子が照明として用いられるためには従来の天然色ディスプレイとは異なって高輝度で素子が駆動しなければならず、従来の照明のように一定した輝度を維持しなければならない。有機発光素子の輝度を十分に向上させるためには広い面積で発光がなされなければならず、このように広い面積で発光がなされるためには高い駆動電流を用いなければならない。また、広い面積で一定した輝度を維持するためには前記のような高電流が広い面積の素子に均一に注入されなければならない。
当技術分野では、より簡単な工程によって製造できる有機発光素子に対する研究が必要である。
本出願の一実施形態は、
1)基板上に第1電極を形成するステップ、
2)前記第1電極上の少なくとも一部領域に補助電極を形成するステップ、
3)前記補助電極上に絶縁層を形成し、前記絶縁層が補助電極より大きい幅を有するオーバーハング(overhang)構造を形成するステップ、および
4)前記第1電極および絶縁層上に第2電極を形成するステップとして、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層上に備えられる第2電極は互いに電気的に短絡した形態の構造に第2電極を形成するステップ
を含む有機発光素子の製造方法を提供する。
本出願による有機発光素子は、第1電極およびオーバーハング構造上に電気的に短絡した形態の第2電極を形成することにより、第2電極の製造工程時に従来に用いられていたパターン形成用マスクの使用を排除することができる。それにより、有機発光素子の製造工程費用を節減できるという特徴がある。
従来の有機発光素子用の電極を示す図である。 従来の有機発光素子用の電極を示す図である。 本出願の一実施形態による有機発光素子用の電極を示す図である。 本出願の一実施形態による有機発光素子用の電極を示す図である。 本出願の一実施形態による有機発光素子用の電極を示す図である。 本出願の一実施形態によるオーバーハング構造の電子写真を示す図である。
以下、本出願について詳しく説明する。
一般的に、照明用の有機発光素子は、基板に透明電極、有機物層および金属電極が順次蒸着される構造を有する。前記有機発光素子の製造時、有機物層と金属電極の蒸着パターンの平面図上の面積が互いに異なるため、前記有機物層と金属電極の蒸着時には各々相異なるマスクを用いることになる。そのために蒸着工程の中間にマスクの取替えが必要であり、蒸着設備が複雑で生産性が高くなく、製造費用も高いという問題点がある。
そこで、本発明者らは、より簡単な工程によって製造することができ、有機発光素子の電極に適用できる導電性パターンに対する研究を進めて本発明を完成するに至った。
本出願の一実施形態による有機発光素子の製造方法は、1)基板上に第1電極を形成するステップ、2)前記第1電極上の少なくとも一部領域に補助電極を形成するステップ、3)前記補助電極上に絶縁層を形成し、前記絶縁層が補助電極より大きい幅を有するオーバーハング(overhang)構造を形成するステップ、および4)前記第1電極および絶縁層上に第2電極を形成するステップとして、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層上に備えられる第2電極は互いに電気的に短絡した形態の構造に第2電極を形成するステップを含むことを特徴とする。
本出願において、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記補助電極は互いに電気的に短絡した形態の構造であってもよく、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層は互いに電気的に短絡した形態の構造であってもよい。
すなわち、前記補助電極は第1電極上の全面でない一部分に備えられることができる。
本出願において、前記電気的に短絡した形態の構造とは、物理的に分離し、その構造的に互いに離隔して配置された形態を意味する。
従来には、電気的に短絡した構造を含む第2電極、すなわち、第2電極パターンを形成するためにパターン形成用マスクを用いた。しかし、本出願では、第1電極と第1電極上に形成されたオーバーハング構造の二重層上に第2電極を形成することにより、別途のパターン形成用マスクが必要でなく、第1電極上に形成される第2電極とオーバーハング構造の二重層上に形成される第2電極が互いに電気的に短絡した形態の電極構造を含む有機発光素子を製造することができる。
本出願において、前記3)ステップのオーバーハング構造は、補助電極および絶縁層を各々または同時にエッチングして形成することができる。
本出願において、前記補助電極より大きい幅を有するオーバーハング構造の絶縁層は、前記補助電極および絶縁層が同一なエッチング液によるエッチング速度が互いに異なる物質を含むことによって形成されることができる。すなわち、前記絶縁層は同一なエッチング液によるエッチング速度が補助電極より遅い物質を含むことができる。
また、前記補助電極および絶縁層の形成時に用いられるエッチング液の種類を異にしてオーバーハング構造の絶縁層を形成することもできる。
前記エッチング液の具体的な例示としてはフッ酸(HF)、リン酸(HPO)、BOE(buffered oxide etchant)、BHF(Buffered HF solution)、過酸化水素系、CHCOOH、HCl、HNO、フェリック(ferric)系などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
特に、前記補助電極および絶縁層のエッチング工程時にエッチング時間、温度などを適切に調節することにより、最適化されたオーバーハング構造を形成することができる。本出願の一実施形態によるオーバーハング構造の写真を図6に示す。
本出願において、前記補助電極は第1電極の抵抗改善のためのものであり、前記補助電極は導電性シーラント(sealant)および金属からなる群から選択された1種以上を蒸着工程または印刷工程を利用して形成することができる。より具体的には、前記補助電極はマグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛、クロム、モリブデン、銅、これらの合金などを1種以上含むことができるが、これらのみに限定されるものではない。前記補助電極の厚さは50nm〜5μmであってもよいが、これに限定されるものではない。
前記絶縁層は当技術分野で周知の材料および方法を利用して形成されることができる。より具体的には、一般的なフォトレジスト物質、ポリイミド、ポリアクリル、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを用いて形成されることができるが、これらのみに限定されるものではない。前記絶縁層の厚さは10nm〜10μmであってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願において、前記基板は当技術分野で周知のものを制限なしで利用することができ、より具体的にはガラス基板、プラスチック基板などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
本出願において、前記第1電極は透明導電酸化物を含むことができる。前記透明導電酸化物は、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、セリウム(Ce)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、およびランタン(La)のうちから選択された少なくとも1つの酸化物であってもよい。
また、前記第1電極は、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、白金、金、タングステン、タンタル、銅、スズ、鉛、これらの合金などを1種以上含むことができる。
前記第1電極は、スパッタリング(Sputtering)法、電子−ビーム蒸着法(E−beam evaporation)、熱蒸着法(Thermal evaporation)、レーザ分子ビーム蒸着法(Laser Molecular Beam Epitaxy、L−MBE)、およびパルスレーザ堆積法(Pulsed Laser Deposition、PLD)のうちから選択されたいずれか1つの物理気相堆積法(Physical Vapor Deposition、PVD);熱化学気相堆積法(Thermal Chemical Vapor Deposition)、プラズマ化学気相堆積法(Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition、PECVD)、光化学気相堆積法(Light Chemical Vapor Deposition)、レーザ化学気相堆積法(Laser Chemical Vapor Deposition)、金属−有機化学気相堆積法(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition、MOCVD)、および水素化物気相蒸着法(Hydride Vapor Phase Epitaxy、HVPE)のうちから選択されたいずれか1つの化学気相堆積法(Chemical Vapor Deposition);または原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を利用して形成することができる。
本出願において、前記第2電極は透明導電酸化物を含むことができる。前記透明導電酸化物は、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、セリウム(Ce)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、およびランタン(La)のうちから選択された少なくとも1つの酸化物であってもよい。
また、前記第2電極は、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、白金、金、タングステン、タンタル、銅、スズ、鉛、これらの合金などを1種以上含むことができる。
前記第2電極は、スパッタリング(Sputtering)法、電子−ビーム蒸着法(E−beam evaporation)、熱蒸着法(Thermal evaporation)、レーザ分子ビーム蒸着法(Laser Molecular Beam Epitaxy、L−MBE)、およびパルスレーザ堆積法(Pulsed Laser Deposition、PLD)のうちから選択されたいずれか1つの物理気相堆積法(Physical Vapor Deposition、PVD);熱化学気相堆積法(Thermal Chemical Vapor Deposition)、プラズマ化学気相堆積法(Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition、PECVD)、光化学気相堆積法(Light Chemical Vapor Deposition)、レーザ化学気相堆積法(Laser Chemical Vapor Deposition)、金属−有機化学気相堆積法(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition、MOCVD)、および水素化物気相蒸着法(Hydride Vapor Phase Epitaxy、HVPE)のうちから選択されたいずれか1つの化学気相堆積法(Chemical Vapor Deposition);または原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を利用して形成することができる。
前記第2電極の厚さは50nm〜5μmであってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願において、前記第1電極上において、前記補助電極が備えられる領域は非発光領域であり、前記補助電極が備えられていない領域は発光領域であってもよい。この時、前記発光領域内の第1電極上には有機物層がさらに備えられることができる。すなわち、前記発光領域には第1電極、有機物層および第2電極が順次備えられることができる。
前記有機物層の具体的な物質、形成方法は特に制限されるものではなく、当技術分野で周知の物質および形成方法を用いることができる。
前記有機物層は、様々な高分子素材を用いて、蒸着法、または溶媒工程(solvent process)、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレード、スクリーン印刷、インクジェット印刷または熱転写法などの方法によってさらに少ない数の層に製造することができる。
前記有機物層は発光層を含み、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および電子注入層のうちから選択された1つ以上を含む積層構造であってもよい。
前記正孔注入層を形成できる物質としては、通常、有機物層への正孔注入が円滑になるように仕事関数の大きい物質が好ましい。本出願で使用できる正孔注入物質の具体的な例としてはバナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSnO:Sbのような金属と酸化物の組み合わせ;ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ[3,4−(エチレン−1,2−ジオキシ)チオフェン](PEDT)、ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
前記電子注入層を形成できる物質としては、通常、有機物層への電子注入が容易になるように仕事関数の小さい物質が好ましい。電子注入物質の具体的な例としてはマグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO/Alのような多層構造の物質などがあり、正孔注入電極物質と同一な物質を用いることもできるが、これらのみに限定されるものではない。
前記発光層を形成できる物質としては、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送を各々受けて結合させることによって可視光線領域の光を出せる物質として、蛍光や燐光に対する量子効率の良い物質が好ましい。具体的な例としては8−ヒドロキシ−キノリンアルミニウム錯体(Alq);カルバゾール系の化合物;二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物;BAlq;10−ヒドロキシベンゾキノリン−金属化合物;ベンゾオキサゾール、ベンズチアゾールおよびベンズイミダゾール系の化合物;ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)系の高分子;スピロ(spiro)化合物;ポリフルオレン、ルブレン;燐光ホストCBP[[4,4’−bis(9−carbazolyl)biphenyl];などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
また、前記発光物質は、蛍光または燐光特性を向上させるために燐光ドーパントまたは蛍光ドーパントをさらに含むことができる。前記燐光ドーパントの具体的な例としては、ir(ppy)(3)(fac tris(2−phenylpyridine)iridium)またはF2Irpic[iridium(III)bis(4,6−di−fluorophenyl−pyridinato−N,C2)picolinate]などが挙げられる。蛍光ドーパントとしては当技術分野で周知のものを用いることができる。
前記電子輸送層を形成できる物質としては、電子注入層から電子の注入を円滑に受けて発光層に移せる物質として、電子に対する移動度の大きい物質が好ましい。具体的な例としては8−ヒドロキシキノリンのAl錯体;Alqを含む錯体;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン−金属錯体などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
本出願の一実施形態により製造される有機発光素子は照明用の有機発光素子により好ましく適用されることができるが、これのみに限定されるものではない。
従来の有機発光素子用の電極を図1および2に示し、本出願の一実施形態による有機発光素子用の電極を図3〜5に示す。
図3〜5の結果のように、本出願の一実施形態による有機発光素子は、基板10、前記基板10上に備えられるアノード電極20、前記アノード電極20上に備えられる補助電極30、前記補助電極30上に備えられ、前記補助電極30より大きい幅を有するオーバーハング(overhang)構造の絶縁層40、および前記アノード電極20および絶縁層40上に備えられるカソード電極50を含み、前記アノード電極20上に備えられるカソード電極50と前記絶縁層40上に備えられるカソード電極50は互いに電気的に短絡した形態の電極構造を含むことを特徴とする。
有機発光素子の製造時に伴う蒸着工程には、シャドーマスクとして金属材質のマスクが用いられる。より具体的には、有機物の蒸着工程時には1個以上のシャドーマスクが用いられ、第2電極の蒸着工程時には1個のシャドーマスクが用いられる。
しかし、本出願の一実施形態による積層体の製造時には、金属シャドーマスクが不要となってマスクの製造費用を節減できるだけでなく、マスクを周期的に洗浄し取替えなければならない管理費用を節減できるという特徴がある。また、有機物パターニング技術などを組み入れてマスクが必要ない蒸着工程の構成が可能である。また、蒸着設備においてマスクの除去が可能である場合、設備搬送部を単純化させることができる。特に、設備大きさ、ガラス大きさなどが大型化するほど、前述したような単純化による費用節減の効果が大幅に増加することができる。
前述したように、本出願の一実施形態による有機発光素子は、第1電極およびオーバーハング構造上に電気的に短絡した形態の第2電極を形成することにより、第2電極の製造工程時に従来に用いられていたパターン形成用マスクの使用を排除することができる。それにより、有機発光素子の製造工程費用を節減できるという特徴がある。
10 基板
20 アノード電極
30 補助電極
40 絶縁層
50 カソード電極

Claims (14)

  1. 1)基板上に第1電極を形成するステップ、
    2)前記第1電極上の少なくとも一部領域に補助電極を形成するステップ、
    3)前記補助電極上に絶縁層を形成し、前記絶縁層が補助電極より大きい幅を有するオーバーハング(overhang)構造を形成するステップ、および
    4)前記第1電極および絶縁層上に第2電極を形成するステップであって、前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層上に備えられる第2電極は互いに電気的に短絡した形態の構造に第2電極を形成するステップ
    を含む有機発光素子の製造方法。
  2. 前記第1電極上に備えられる第2電極と前記補助電極は、互いに電気的に短絡した形態の構造であることを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  3. 前記第1電極上に備えられる第2電極と前記絶縁層は、互いに電気的に短絡した形態の構造であることを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  4. 前記3)ステップのオーバーハング(overhang)構造は、補助電極および絶縁層を各々または同時にエッチングして形成することを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  5. 前記補助電極および絶縁層は、同一なエッチング液によるエッチング速度が互いに異なる物質を含むことを特徴とする、請求項4に記載の有機発光素子の製造方法。
  6. 前記補助電極および絶縁層の形成時に用いられるエッチング液の種類が互いに異な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。
  7. 前記エッチング液は、フッ酸(HF)、リン酸(HPO)、BOE(buffered oxide etchant)、BHF(Buffered HF solution)、過酸化水素系、CHCOOH、HCl、HNO、およびフェリック(ferric)系からなる群から選択された1種以上を含むことを特徴とする、請求項5または6に記載の有機発光素子の製造方法。
  8. 前記補助電極は、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ、鉛、クロム、モリブデン、銅、およびこれらの合金からなる群から選択された1種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  9. 前記絶縁層は、フォトレジスト物質、ポリイミド、ポリアクリル、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択された1種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  10. 前記第1電極または第2電極は、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、セリウム(Ce)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、アルミニウム(Al)、およびランタン(La)のうちから選択された少なくとも1つの酸化物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  11. 前記第1電極または第2電極は、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、白金、金、タングステン、タンタル、銅、スズ、鉛およびこれらの合金からなる群から選択された1種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  12. 前記第1電極上において、前記補助電極が備えられた領域は非発光領域であり、前記補助電極が備えられていない領域は発光領域であることを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
  13. 前記発光領域内の第1電極上に有機物層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の有機発光素子の製造方法。
  14. 前記有機発光素子は照明用であることを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子の製造方法。
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