JP3077688B1 - 有機薄膜elパネルとその製造方法 - Google Patents
有機薄膜elパネルとその製造方法Info
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Abstract
による有機膜のガラス転移を防ぎ、配線抵抗の低い金属
電極を有する有機薄膜ELパネルとその製造方法を提供
する。 【解決手段】 透明支持基板上に配置された複数の帯状
透明電極と、透明支持基板及び透明電極の上に配置され
た発光層を含む有機積層膜と、有機積層膜上に透明電極
と直交する方向に配置された複数の帯状金属電極とを備
えた有機薄膜ELパネルにおいて、金属電極を透明電極
と交差する領域に配置された透明電極と交差する領域以
外の部分も有する電極部と、電極部間を透明電極と直交
する方向に透明電極と交差する領域以外の部分で接続す
るように配置された配線部とから構成するようにし、配
線部の形成時に透明電極と交差する領域をマスクするよ
うにした。
Description
ルに関し、特に金属電極の構造とその製造方法に関す
る。
素子は、ガラスなどの透明支持基板上に、ITO(indi
um tin oxide)等の透明電極を設けて、その上に正孔輸
送層と発光層と電子輸送層からなる有機薄膜を積層し、
この上に仕事関数の小さな金属を用いた金属電極が形成
された構成を有する発光素子である。この有機薄膜EL
素子は、透明電極側をプラスにして、金属電極との間に
10V前後の直流電圧を印加することにより、透明電極
から放出された正孔と、金属電極から放出された電子と
が、発光層で再結合して発光し、透明支持基板側から光
が放出される。
発光した光を透過させる機能を有しており、主にITO
が用いられる。正孔輸送層は、陽極からの正孔の注入を
容易にする機能、正孔を輸送する機能及び電子を妨げる
機能を有しており、テトラフェニルジアミン(TP
D)、ヒドラゾン誘導体、トリアゾール誘導体又はポリ
チオフェン等が用いられる。発光層は、正孔と電子の注
入機能、それらの輸送機能及び正孔と電子の再結合によ
る発光機能を有しており、トリス(8−キノリライト)
アルミニウム等の有機金属錯体、キナクリドン、ルブレ
ン又はペリレン等が用いられる。電子輸送層は、金属電
極からの電子の注入を容易にする機能、電子を輸送する
機能及び正孔を妨げる機能を有しており、トリス(8−
キノリライト)アルミニウム等の有機金属錯体、ペリレ
ン誘導体、ピリジン誘導体又はキノリン誘導体等が用い
られる。金属電極は、陰極としての機能を有しており、
電子注入を効果的に行うために、リチウム、マグネシウ
ム、アルミニウム又は銀等の仕事関数の小さな金属元素
を単体で用いるか、又は安定性を向上させるためにマグ
ネシウム・銀やリチウム・アルミニウム等の合金が用い
られる。
来のドットマトリクス型カラー有機薄膜ELパネルの構
成を示す説明図を図7に示す。ここで、(a)は平面
図、(b)はA−A断面図である。同図において、透明
支持基板1上に複数の帯状透明電極2が設けられ、透明
支持基板1と透明電極2の上には、正孔輸送層3が形成
されている。この正孔輸送層3の上に赤色発光層4a、
緑色発光層4b及び青色発光層4cが透明電極2と平行
に形成され、それらの上に電子輸送層5が形成されてい
る。この電子輸送層5の上に透明電極2と直交する方向
に複数の帯状金属電極6が設けられている。ここで、透
明電極2と金属電極6の間に透明電極2側をプラスにし
て直流電圧を印加すると透明電極2と金属電極6が交差
した部分が発光するので、この交差部分が画素となる。
うにして製造される。まず、ガラス等の透明支持基板1
に、スパッタ法によりITO等の透明導電膜を形成した
後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより
帯状の透明電極2を形成する。次に、TPD等を真空蒸
着して透明支持基板1と透明電極2を覆う正孔輸送層3
を形成する。次に、シャドーマスク法を用いて、正孔輸
送層3上に透明電極2と平行に赤色発光層4a、緑色発
光層4b及び青色発光層4cがこの順で隣接するように
順次形成する。次に、トリス(8−キノリライト)アル
ミニウム等を真空蒸着して各発光層上に電子輸送層5を
形成する。
を透明支持基板1の電子輸送層5側に開口部が透明電極
2と直交するように取り付けて、マグネシウムと銀、又
はリチウムとアルミニウム等の仕事関数の小さい金属を
同時に蒸着して金属電極6を形成する。次に、メタルマ
スクを外して、SiO2等の無機材料又はフッ素樹脂等
の有機材料からなる保護層をスパッタ法等で形成する。
最後に湿気の侵入を防ぐため、低吸湿性の光硬化性接着
剤、エポキシ系接着剤又はシリコーン系接着剤等を用い
てガラス板等の封止板を接着して密封する。ここで、メ
タルマスクを用いた真空蒸着法で金属電極の形成を行っ
ているのは、有機薄膜が水分に弱く、有機溶剤や薬品に
対する耐久性にも乏しいため、フォトリソグラフィーと
ウェットエッチングによるパターン形成ができないため
である。
帯状に金属を蒸着するため、電極と配線が一体となって
いる。このため、金属蒸着時の熱輻射により画素部分に
ダメージを与えてしまうため膜厚を厚く形成できない。
よって金属電極の配線抵抗が大きく、画素の位置により
配線抵抗が変わるため各画素の輝度がばらつくという問
題がある。この問題を防ぐため、従来は電極となる合金
の蒸着後も、抵抗率が低い方の金属の蒸着を続けて配線
抵抗を下げている。
電極形成方法では、合金の混合比を一定にするため低蒸
着レートで蒸着されるので、電極形成に時間を要する
上、引き続き抵抗率が低い方の金属を蒸着するため、蒸
着源からの輻射熱により基板温度が有機膜のガラス転移
温度以上に上昇し、有機膜が凝集して膜表面に凹凸が生
じたり、膜中にピンホールが生じて透明電極と金属電極
が短絡するという問題がある。本発明の目的は、上記課
題を解決するため、金属電極形成時における蒸着源から
の輻射熱による有機膜のガラス転移を防ぎ、配線抵抗の
低い金属電極を有する有機薄膜ELパネルとその製造方
法を提供することである。
ために、本発明の有機薄膜ELパネルは、透明支持基板
上に配置された複数の帯状透明電極と、透明支持基板及
び透明電極の上に配置された発光層を含む有機積層膜
と、有機積層膜上に透明電極と直交する方向に配置され
た複数の帯状金属電極とを備えており、金属電極は、透
明電極と交差する領域に配置された透明電極と交差する
領域以外の部分も有する電極部と、電極部間を透明電極
と直交する方向に透明電極と交差する領域以外の部分で
接続するように配置された配線部とから構成するように
したことによって特徴づけられる。また、上記有機薄膜
ELパネルは、電極部の膜厚が10〜500nmである
金属電極を備えているものが提供される。また、電極部
が仕事関数の小さな材料で構成され、配線部が抵抗率の
低い材料で構成されている金属電極を備えた有機薄膜E
Lパネルが提供される。
において、金属電極の形成工程は、透明電極と交差する
領域を含む開口部を複数有するマスクを用いて電極部構
成材料の蒸着を行う電極部形成工程と、透明電極と交差
する部分がマスクされた透明電極と直交する方向に複数
の開口部を有するマスクを用いて配線部構成材料の蒸着
を行う配線部形成工程とを備えたことを特徴とする製造
方法が提供される。また、電極部形成工程では、電極部
構成材料を10〜500nmの厚さに蒸着する。また、
電極部形成工程では、仕事関数の小さな材料を蒸着し、
配線部形成工程では抵抗率の低い材料を蒸着する、金属
電極形成工程を備えた製造方法が提供される。
の形態を説明する。はじめに、この発明の第1の実施の
形態について説明する。図1は、この発明の第1の実施
の形態におけるカラー有機薄膜ELパネルの構成を示す
説明図であり、(a)は平面図、(b)はA−A断面図
である。このカラー有機薄膜ELパネルは、透明支持基
板1上に複数の帯状透明電極2が設けられており、これ
らの上を正孔輸送層3が覆っている。正孔輸送層3の上
には、赤色発光層4a、緑色発光層4b及び青色発光層
4cが、この順に対向する透明電極2と平行に、隣接し
て設けられており、これらの上に電子輸送層5が設けら
れている。
する方向に複数の帯状金属電極6が設けられており、電
極部61と配線部62とで構成されている。電極部61
は、透明電極2と交差する領域に設けられ、そのパター
ン長bは透明電極2のパターン幅aより長く構成されて
いる。また、電極部61のパターン幅cは、画素の縦幅
となるように構成されている。配線部62は、電極部6
1同士を透明電極2と直交する方向に接続するように配
置されており、そのパターン長eは、透明電極2間の絶
縁距離fより短く、電極部61間の絶縁距離hより長く
構成されている。また、配線部62のパターン幅dは、
電極部61のパターン幅cより短く構成されている。こ
のような構成において、透明電極2と電極部61の交差
する領域に、透明電極2のパターン幅aを横幅とし、電
極部61のパターン幅cを縦幅とする画素が形成され
る。
基板であり、その厚さは1.1mmである。透明電極2
は、厚さが100nm、シート抵抗が15Ω/□、パタ
ーン幅aが0.2mmのITO膜であり、透明電極2間
の絶縁距離fが0.1mmとなるように配置されてい
る。正孔輸送層3は、N,N’−ジフェニルN,N’ビ
ス(α−ナフチル)−1,1’−ビフェニル−4,4’
−ジアミン(以下、α−NPDという)で形成され、透
明電極2上で50nmの厚さを有する。また、赤色発光
層4aは、トリス(8−キノリライト)アルミニウム錯
体(以下、Alq3という)に4−ジシアノメチレン−
2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4
H−ピラン(以下、DCMという)を5wt%の濃度で
ドーピングした、厚さ50nmの有機膜で形成されてい
る。緑色発光層4bは、Alq3にキナクリドンを5w
t%の濃度でドーピングした、厚さ50nmの有機膜で
形成されている。青色発光層4cは、厚さ50nmのペ
リレンで形成されている。電子輸送層5は、厚さ50n
mのAlq3形成されている。
10:1の合金で形成されており、その膜厚は低蒸着レ
ートでも蒸着源からの輻射熱で有機膜がダメージを受け
ないように50nmとしている。また、そのパターン長
bは、配線部62の蒸着時に画素をマスクして蒸着源か
らの輻射熱から有機膜を保護できるようにするため、配
線部62との接続部分が画素の上に形成されないように
透明電極2のパターン幅aより長い0.25mmとして
いる。また、電極部61間の絶縁距離hは0.05mm
としている。配線部62は、配線抵抗を下げるため銅で
形成されており、その膜厚は1000nmで、パターン
長eは0.08mmである。
法について説明する。まず、厚さ1.1mmのガラス基
板にスパッタ法を用いて、膜厚100nmのITO膜を
成膜し、フォトリソグラフィーとウエットエッチングに
より配線ピッチが0.3mm、パターン幅aが0.2m
mの透明電極を形成する。次に、透明電極が形成された
ガラス基板を真空蒸着装置に入れ、真空ポンプでチャン
バー内を1×10-3Pa以下に排気した後、透明電極上
にα−NPDを50nm一様に蒸着し、正孔輸送層を形
成する。なお、以後蒸着のためチャンバー内を排気する
場合の圧力は、いずれも1×10-3Pa以下である。
層、緑色発光層及び青色発光層を、この順に対向する透
明電極と平行に、隣接して形成する。まず、赤色発光層
用シャドーマスクを用いてAlq3とDCMをドーピン
グ濃度が5wt%となるような蒸着速度で50nmの厚
さに一様に共蒸着し、赤色発光層を形成する。次に、緑
色発光層用シャドーマスクを用いてAlq3とキナクリ
ドンをドーピング濃度が5wt%となるような蒸着速度
で50nmの厚さに一様に共蒸着し、緑色発光層を形成
する。次に、青色発光層用シャドーマスクを用いてペリ
レンを50nmの厚さに一様に蒸着する。各発光層の形
成が終了したら、Alq3を一様に50nm蒸着して、
電子輸送層を形成する。
タルマスクを電子輸送層が形成されたガラス基板に取り
付ける。図2は、電極部用メタルマスクの平面図であ
る。電極部用メタルマスク10は、電極部用の開口部1
1がマトリクス状に配置されたSUS304製の金属薄
板である。開口部11は、配線部と画素領域の外で接続
できるように、パターン長bが図1の透明電極2のパタ
ーン幅aに対してb>aとなるように構成されている。
この電極部用メタルマスク10に、このマスクを固定す
るホルダーを取り付けて、同じく固定ホルダーを取り付
けたガラス基板と対向させて電子輸送層とマスクの間隙
jが10μmとなるようにホルダー同士を固定する。
けたガラス基板を真空蒸着装置に入れて真空ポンプでチ
ャンバー内を1×10-3Pa以下に排気する。次に、別
々の抵抗加熱ボートに入れたマグネシウムと銀を加熱し
て蒸発させ、マグネシウムと銀の比率が10:1となる
蒸着速度で電子輸送層上に厚さ50nmの電極部を形成
する。ここで、図3は電極部形成工程を示す模式図であ
り、蒸着物質20が電極部用メタルマスク10によって
開口部11の電子輸送層5上のみに成膜され、電極部6
1が形成される。なお、電極部61の膜厚は、電極部材
料とする物質と蒸着源からの輻射熱21による基板温度
上昇によって決められるが、10〜500nmの範囲と
するのが望ましい。ここで、膜厚を10nm以上とする
のは、膜厚が10nmより薄いと半透明膜となり、発光
層で発生した光が裏側に漏れて実用上機能を果たさなく
なるためである。また、膜厚を500nm以下にするの
はこれ以上成膜すると、輻射熱により発光面の有機膜に
ダメージが生じるためである。
タルマスクを電極部が形成されたガラス基板に取り付け
る。図4は、配線部用メタルマスクの平面図である。配
線部用メタルマスク12は、配線部用の開口部13を備
えたSUS304製の板で、画素領域をマスクするた
め、透明電極2のパターン幅aと電極部61のパターン
長bとマスク部分の長さgとがb≧g≧aとなるように
構成されている。また、開口部13のパターン幅dは、
マスクの位置合わせを容易にさせるために、画素の縦幅
に相当するcに対してd<cとなるように構成されてい
る。また、開口部13のパターン長eは、画素領域にか
からないように透明電極間の絶縁距離fに対してe<f
となるように構成されている。配線部用メタルマスク1
2は、上記電極部用メタルマスク10と同様に電極部が
形成されたガラス基板に取り付けられ、電極部とマスク
の間隙kが10μmとなるように固定される。
けたガラス基板を真空蒸着装置に入れて真空ポンプでチ
ャンバー内を1×10-3Pa以下に排気する。次に、抵
抗加熱ボートに入れた銅を加熱して蒸発させ、厚さ10
00nmの配線部を形成する。ここで、図5は配線部を
成膜する工程を示す模式図であり、蒸着物質20が配線
部用メタルマスク12の開口部13に露出した電極部6
1の接続部と電子輸送層5の上に成膜され、配線部62
が形成される。このとき、図5に示すように配線部用メ
タルマスク12のマスク部分が電極部61と透明電極2
との交差部分に形成される画素領域をマスクするので、
蒸着中の輻射熱21に画素領域がさらされることがなく
有機物質のダメージを防ぐことができる。
膜厚200nmの電極部形成後のガラス基板温度が15
0℃であったのに対し、電極部と配線部形成後のガラス
基板温度は各々40℃以下であった。これに対して、各
有機膜のガラス転移温度は、赤色発光層175℃、緑色
発光層95℃、青色発光層100℃、電子輸送層85℃
であるから、ガラス基板温度は各有機膜のガラス転移温
度よりも十分低い温度に抑えられており、有機膜の凝集
によるピンホール発生等のダメージを防ぐことができ
る。
て説明する。図6は、この発明の第2の実施の形態にお
けるモノクロ有機薄膜ELパネルの構成を示す説明図で
あり、(a)は平面図、(b)はA−A断面図である。
このモノクロ有機薄膜ELパネルは、透明支持基板1上
に複数の帯状透明電極2が設けられており、これらの上
を正孔輸送層3が覆っている。正孔輸送層3の上には、
発光層4が対向する透明電極2と平行に設けられてお
り、この上に電子輸送層5が設けられている。
する方向に複数の帯状金属電極6が設けられている。金
属電極6の構成は、第1の実施の形態に示すとおりなの
で、説明を省略する。このような構成において、透明電
極2と電極部61の交差する領域に、透明電極2のパタ
ーン幅aを横幅とし、電極部61のパターン幅cを縦幅
とする画素が形成される。
基板であり、その厚さは1.1mmである。透明電極2
は、厚さが100nm、シート抵抗が15Ω/□、パタ
ーン幅aが0.3mmのITO膜であり、透明電極2間
の絶縁距離fが0.1mmとなるように配置されてい
る。正孔輸送層3は、α−NPDで形成され、透明電極
2上で50nmの厚さを有する。また、発光層4は、A
lq3にキナクリドンを5wt%の濃度でドーピングし
た、厚さ50nmの有機膜で形成されている。電子輸送
層5は、厚さ50nmのAlq3で形成されている。
10:1の合金で形成されており、その厚さは低蒸着レ
ートでも蒸着源からの輻射熱で有機膜がダメージを受け
ないように50nmとしている。また、そのパターン長
bは、配線部62の蒸着時に画素をマスクして蒸着源か
らの輻射熱から有機膜を保護できるようにするため、配
線部62が画素上に形成されないように透明電極2のパ
ターン幅aより大きい0.35mmとしている。また、
電極部61間の絶縁距離hは0.05mmである。配線
部62は、銅で形成されており、その膜厚は1000n
mで、パターン長eは画素上に銅が蒸着されないように
0.08mmとしている。
方法について説明する。まず、厚さ1.1mmのガラス
基板にスパッタ法を用いて、膜厚100nmのITO膜
を成膜し、フォトリソグラフィーとウエットエッチング
により配線ピッチが0.4mm、パターン幅aが0.3
mmの透明電極を形成する。次に、透明電極が形成され
たガラス基板を真空蒸着装置に入れ、真空ポンプでチャ
ンバー内を1×10-3Pa以下に排気した後、透明電極
上にα−NPDを50nm一様に蒸着し、正孔輸送層を
形成する。なお、以後蒸着のためチャンバー内を排気す
る場合の圧力は、いずれも1×10-3Pa以下である。
続けて、Alq3とキナクリドンをドーピング濃度が5
wt%となるような蒸着速度で50nm一様に共蒸着
し、発光層を形成する。続けて、Alq3を一様に50
nm蒸着して、電子輸送層を形成する。
用メタルマスクを用いて電極部を形成するが、その方法
は第1の実施の形態に示すとおりであるので、省略す
る。次に、配線部用メタルマスクを用いて配線部を形成
するが、これも第1の実施の形態に示すとおりであるの
で、省略する。
膜厚200nmの電極部形成後のガラス基板温度が15
0℃であったのに対し、電極部と配線部形成後のガラス
基板温度は各々40℃以下であった。これに対して、発
光層と電子輸送層のガラス転移温度は、95℃と85℃
であるから、ガラス基板温度は各有機膜のガラス転移温
度よりも十分低い温度に抑えられており、ガラス転移温
度付近での有機膜の凝集によるピンホール発生等のダメ
ージを防ぐことができる。
線部用メタルマスク12の開口部13のパターン幅dが
画素の縦幅cに対してd=c又はd>cの関係になるよ
うにして配線部を形成してもよい。
と配線部とから構成するようにして電極部の膜厚を10
〜500nmにしたので、蒸着源から輻射熱を受ける時
間が短くなり、ガラス基板の温度上昇を抑えることがで
きる。また、配線部の形成に画素領域がマスクされる配
線部用メタルマスクを用いたので、蒸着源からの輻射熱
がマスクで遮られ画素領域が加熱されないので、画素領
域の温度上昇を抑えることができる。よって、本発明に
よれば、電極部と配線部の形成を通じて画素領域の温度
が有機膜のガラス転移温度よりも十分低い温度に抑えら
れ、ガラス転移温度付近での有機膜の凝集によるピンホ
ール発生等のダメージを防ぐことができるという優れた
効果が得られる。
て形成するようにして、配線部の形成時に画素領域をマ
スクするようにしたので、蒸着中の輻射熱により画素領
域の有機膜がダメージを受けることを防ぐことができる
ため、仕事関数に制限されることなく抵抗率が低く融点
の高い金属を成膜することが可能となる。これにより、
金属電極の配線抵抗を下げられるので、発光素子間の輝
度のばらつきを低減できるという効果が得られる。ま
た、電極部の膜厚を10〜500nmにしたので、電極
部の形成時に蒸着源から輻射熱を受ける時間が短くなる
ため、マスクの温度上昇が抑えられてマスクの歪みやた
わみによる蒸着物質の回り込みが抑えられる。このた
め、画素間スペースの狭い電極部パターンが形成できる
ので、開口率の大きい画素を形成できるという効果が得
られる。
機薄膜ELパネルの構成を示す説明図である。
ある。
ある。
有機薄膜ELパネルの構成を示す説明図である。
Lパネルの構成を示す説明図である。
発光層、4a…赤色発光層、4b…緑色発光層、4c…
青色発光層、5…電子輸送層、6…金属電極、10…電
極部用メタルマスク、11,13…開口部、12…配線
用メタルマスク、20…蒸着物質、21…輻射熱、61
…電極部、62…配線部。
Claims (6)
- 【請求項1】 透明支持基板上に配置された複数の帯状
透明電極と、前記透明支持基板及び前記透明電極の上に
配置された発光層を含む有機積層膜と、前記有機積層膜
上に前記透明電極と直交する方向に配置された複数の帯
状金属電極とから構成される有機薄膜ELパネルにおい
て、 前記金属電極は、 前記透明電極と交差する領域に配置された前記透明電極
と交差する領域以外の部分も有する電極部と、 前記電極部間を前記透明電極と直交する方向に前記透明
電極と交差する領域以外の部分で接続するように配置さ
れた配線部とから構成されていることを特徴とする有機
薄膜ELパネル。 - 【請求項2】 前記金属電極は、前記電極部の膜厚が1
0〜500nmであることを特徴とする請求項1記載の
有機薄膜ELパネル。 - 【請求項3】 前記電極部は仕事関数の小さな材料で構
成され、前記配線部は抵抗率の低い材料で構成されてい
ることを特徴とする請求項1又は2記載の有機薄膜EL
パネル。 - 【請求項4】 透明支持基板上に配置された複数の帯状
透明電極と、前記透明支持基板及び前記透明電極の上に
配置された発光層を含む有機積層膜と、前記有機積層膜
上に前記透明電極と直交する方向に配置された複数の帯
状金属電極とから構成される有機薄膜ELパネルの製造
方法において、 前記金属電極の形成工程は、 前記透明電極と交差する領域を含む開口部を複数有する
マスクを用いて電極部構成材料の蒸着を行う電極部形成
工程と、 前記透明電極と交差する部分がマスクされた前記透明電
極と直交する方向に複数の開口部を有するマスクを用い
て配線部構成材料の蒸着を行う配線部形成工程とからな
ることを特徴とする有機薄膜ELパネルの製造方法。 - 【請求項5】 前記電極部形成工程は、電極部構成材料
を10〜500nmの厚さに蒸着することを特徴とする
請求項4記載の有機薄膜ELパネルの製造方法。 - 【請求項6】 前記電極部形成工程は仕事関数の小さな
材料を蒸着し、前記配線部形成工程は抵抗率の低い材料
を蒸着することを特徴とする請求項4又は5記載の有機
薄膜ELパネルの製造方法。
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