JP4030722B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびこの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寿命特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescent：ＥＬ）素子およびこの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。イーストマン・コダック社の「Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ」らによる積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子の報告（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、アプライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５１巻、９１３頁、１９８７年 など）がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
「Ｔａｎｇ」らは、トリス（８−キノリノール）アルミニウムを発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いている。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じこめることなどが挙げられる。この例のように、有機ＥＬ素子の素子構造としては、正孔輸送（注入）層、電子輸送性発光層の２層型、または正孔輸送（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層型などが良く知られている。こうした積層型構造素子では注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子は通常、基板上に下部電極、有機層、上部電極の順に成膜することにより素子を形成する。図４に示すように、透明な基板４０１上には、所定の方向に延在するストライプ状の複数の下部電極４０２が配置されている。この下部電極上に有機層が形成されるが、下部電極のエッジ部分上は有機層が薄くなる。このため、この部分では、上部電極と下部電極とが短絡しやすく、また、進入した水分により劣化しやすい状態となっており、経時に伴い輝度の減小が起きやすい状態となっている。
【０００５】
有機膜を厚く形成すれば、下部電極の段差があってもエッジ部分上に十分な厚さの有機膜を備えることができるが、有機ＥＬ素子として機能させるためには有機膜の厚さは１００ｎｍ程度であり、厚く形成することができない。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、経時に伴う輝度の減小を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、主表面に同一方向に延在する複数の溝が形成された絶縁性を有する透明な基板と、溝内に配置され、上面と基板の主表面とで実質的に同一の平面を形成する下部電極と、基板および下部電極上に形成された発光層と、この発光層上に形成されて下部電極とは異なる方向に延在するストライプ状の複数の上部電極とを備えたものである。
この発明によれば、発光層が、平坦な状態の上に形成されている。
【０００７】
上記発明において、下部電極は正極であり、上部電極は陰極である。また、基板および下部電極と発光層との間に形成された正孔輸送層を備える。また、発光層と上部電極との間に形成された電子輸送層を備える。また、下部電極は、例えば、インジウム錫酸化物などの透明な導電部材から構成されている。
【０００８】
本発明のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、絶縁性を有する透明な基板の主表面に同一方向に延在する複数の溝を形成する第１の工程と、溝に挾まれた基板主表面上に、基板より離れるほど隣り合うパターンとの間隔が狭くなるように、断面が逆テーパ形状とされた複数のレジストパターンからなるマスク層を形成する第２の工程と、スパッタ法により凹部内部およびマスク層上に導電性膜を堆積する第３の工程と、マスク層を除去すると共にマスク層上に堆積された導電性膜を除去し、溝内に導電性膜からなる下部電極を形成する第４の工程と、基板および下部電極上に発光層を形成する第５の工程と、発光層上に下部電極とは異なる方向に延在するストライプ状の複数の上部電極を形成する第６の工程とを少なくとも備え、レジストパターンは、底面の幅が溝の配置間隔に略等しく形成され、第４の工程では、スパッタ法で用いるターゲット平面に対して基板を傾けた状態とし、かつ、基板の主表面で形成する平面の法線を軸として基板を回転させた状態で導電性膜を堆積するものである。
この発明によれば、マスク層のレジストパターン側面には導電性膜があまり形成されない状態で、溝内に隙間なく導電性膜が充填され、また、下部電極が形成された時点では、基板および下部電極上面が、ほぼ同一の平面を形成した状態となっている。
【０００９】
上記発明において、基板および下部電極と発光層との間に正孔輸送層を形成する工程、および、発光層と上部電極との間に電子輸送層を形成する工程を備える。また、導電性膜は、例えば、インジウム錫酸化物などの透明な導電部材から構成されたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１〜図３は、本発明の実施の形態における有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescent：ＥＬ）素子の製造方法を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、例えばガラスなどからなる透明基板１０１の主表面上に、所定の間隔をあけて配置された複数のストライプ状のレジストパターンからなるマスク層１０２を形成する。マスク層１０２は、例えば、ポジ型のフォトレジストを透明基板１０１上に塗布してこれを乾燥させた後、公知のフォトリソグラフィ技術により加工することで形成できる。マスク層１０２を構成する複数のレジストパターンは、透明基板１０１上で所定の方向に延在している。
【００１１】
次いで、図１（ｂ）に示すように、マスク層１０２をマスクとして透明基板１０１をエッチング加工し、幅５０μｍ深さ５０ｎｍの複数の溝１０３を形成する。エッチングは、例えば、ＣＦ₄ガスもしくはこれにＨ₂ガスを加えたエッチングガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行えば良い。この結果、透明基板１０１の主表面には、凹部となる複数の溝１０３と、ストライプ状の複数の凸部１０４とが、交互に形成された状態となる。
【００１２】
つぎに、マスク層１０２を除去した後、図２（ａ）に示すように、凸部１０４上面を覆うように配置されたストライプ状のジスとパターンからなるマスク層１０５を形成する。マスク層１０５は、透明基板１０１より離れるほど隣り合うパターンとの間隔が狭くなるように、断面が逆テーパ形状となっている。マスク層１０５を構成するレジストパターンの側面は、透明基板１０１の主表面に垂直な平面より約２０度傾ける。したがって、溝１０３の側面が垂直に形成された場合、上記レジストパターンの側面は、溝１０３の側面より溝１０３形成領域側に２０度傾いている。
【００１３】
つぎに、マグネトロンスパッタ法によりＩＴＯ（インジウム錫酸化膜）を堆積し、図２（ｂ）に示すように、マスク層１０５上および溝１０３内にＩＴＯ膜１０６を形成する。このスパッタによるＩＴＯの堆積は、透明基板１０１をターゲット平面に対して約３０度傾けた状態とし、かつ、透明基板１０１の主表面で形成する平面の法線を軸として透明基板１０１を回転させた状態で行う。なお、ＩＴＯの堆積は、溝１０３が完全に充填された状態で終了とする。
【００１４】
このように膜を形成することで、ターゲット表面よりスパッタリングされて飛び出したＩＴＯの粒子が、溝１０３の底部隅にまで到達するようになり、溝１０３が隙間なくＩＴＯで充填された状態となる。また、基板１０１を傾けるようにしても、マスク層１０５を構成するレジストパターンは逆テーパに形成されており、ターゲットから見込める側部の面積は非常に小さいものとなり、レジストパターンの側面にはＩＴＯの膜がほとんど形成されない状態となる。
【００１５】
つぎに、マスク層１０５を除去することで、同時にマスク層１０５上のＩＴＯ膜１０６を除去し、図３（ａ）に示すように、溝１０３内にＩＴＯからなる複数の下部電極１０７が形成された状態とする。前述したように、上記レジストパターン側面にはＩＴＯの膜がほとんど形成されていないので、マスク層１０５の除去が容易になる。ところで、透明基板１０１を傾け、かつ回転させて堆積を行うので、溝１０３に充填された下部電極１０７は、上面が少々盛り上がった状態となっている。
【００１６】
この後、平坦な状態で下部電極１０７が形成された透明基板１０１の主表面上に、図３（ｂ）に示すように、膜厚５０ｎｍの正孔輸送層１０８，膜厚４０ｎｍの発光層１０９，膜厚２０ｎｍの電子輸送層１１０を順次形成し、電子輸送層１１０上に、下部電極１０７の延在方向に垂直な方向に延在するストライプ状の複数の上部電極１１１を膜厚２００ｎｍ程度に形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
【００１７】
より詳細に説明すると、正孔輸送層１０８は、４，４’−ビス（ジ−ｍ−トリルアミノ）−４”−フェニルトリフェニルアミンを、真空蒸着法により堆積することで形成する。発光層１０９は、１，４−ビス（（４−（４−メチルスチリル）フェニル）−ｐ−トリルアミノ）ナフタレンを、真空蒸着法により堆積することで形成する。電子輸送層１１０は、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾールを、真空蒸着法により堆積することで形成する。
【００１８】
また、上部電極１１１は、マグネシウム−銀合金の膜を、メタルマスクを用いた選択的な真空蒸着法によって堆積することで、幅１０μｍ程度に形成する。この後、図示していないが、上部電極１１１上を樹脂で封止することなどにより、有機ＥＬ素子とする。
上述した本実施の形態の有機ＥＬ素子に５Ｖの電圧を印加したところ、１０，０００ｃｄ／ｍ²の青色発光が得られた。また、電圧を連続印加したところ、３０，０００時間経過後も輝度は半減しなかった。これに対し、基板に凹みを形成せずその上部にＩＴＯを形成する従来の有機ＥＬ素子では、５Ｖの電圧を連続印加したところ１０，０００時間で輝度が半減した。
【００１９】
なお、有機ＥＬ素子の発光部の素子構造は、透明基板１０１上に、透明な下部電極１０２とこれに対向する上部電極１１１、この両電極間に発光層１０９を含む有機層を１層あるいは２層以上積層した構造を用いることができる。この例として、▲１▼陽極（下部電極），発光層，陰極（上部電極）、▲２▼陽極，正孔輸送層，発光層，電子輸送層，陰極、▲３▼陽極，正孔輸送層，発光層，陰極、あるいは▲４▼陽極，発光層，電子輸送層，陰極などの構造が挙げられる。
【００２０】
また、本発明の有機ＥＬ素子を構成する有機薄膜層に用いられる正孔輸送性材料としては、例えば、種々の文献に開示されているスターバースト分子である４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミンやＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン等のトリフェニルアミン誘導体や芳香族ジアミン誘導体が利用できる（例えば、特開平８−２０７７１号公報、特開平８−４０９９５号公報、特開平８−４０９９７号公報、公報特開平８−５３３９７号公報、特開平８−８７１２２号公報等を参照）。
【００２１】
同じく、電子輸送性材料としては、種々の文献に開示されているオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体や、キノリノール系の金属錯体等を用いることができる。また、発光材料としては、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体等のキレート錯体、クマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体や、スチリル基を有するジフェニルアミノアリーレン等、文献に開示されている蛍光性材料を利用することができる（例えば、特開平８−２３９６５５号公報、特開平７−１３８５６１号公報、特開平３−２００８８９号公報、特開平１１−７４０７９号公報、特開平１１−１８５９６１号公報等を参照）。
【００２２】
有機ＥＬ素子の陽極（下部電極）は、正孔を発光帯域へ注入する役割を担うものであり、発光層に用いる有機物質に応じて選択するが、一般に４．５ｅＶ以上の仕事関数を有する導電性材料を用いることが効果的である。本発明の有機ＥＬ素子に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、ＩＺＯ（ＩＤＩＸＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）等の金属酸化物、金、銀、白金、銅等の金属薄膜、等を挙げることができる。
【００２３】
一方、陰極（上部電極）は、電子輸送帯域または発光帯域に電子を注入する目的で利用されるので、仕事関数の小さい材料が好ましい。したがって、陰極材料は、導電性材料である限り特に限定されないが、具体的には、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等を使用すると好ましい。
【００２４】
なお、本発明の有機ＥＬ素子においては、上記陽極材料を透明電極とし、この透明電極と対向する上部電極には、陰極材料を用いる構成とすると好ましい。上部電極は、上記発光層で発生する光を反射する構成とするのが良く、したがって、光反射率の高い導電性材料を選択すると良い。
【００２５】
本発明の透明基板のパターン状に形成した溝状の凹み部分の形成法については、特に制限はないが、例えば透明基板上にスピンコーティング法等によりレジスト層を形成してフォトマスクを介した露光、ウェットエッチングによりレジストのパターンを形成する。次いでハロゲン系ガスを用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）や、研磨剤を吹き付けるサンドブラスト法等により透明基板をエッチング処理し、最後にレジストを除去する方法が挙げられる。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子の各電極層、有機薄膜層の形成方法は特に限定されない。従来公知の手法、例えば、各電極層には、真空蒸着法、マグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法、化学蒸着法、ゾルゲルコート法、スプレー法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。透明電極を形成後は、必要に応じて表面を平坦化する処理を行っても良い。また、本発明の有機ＥＬ素子に用いる有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）あるいは溶媒に溶かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。用いる材料、膜厚に応じて、これら公知の方法から適する方法を選択することができる。
【００２７】
本発明の有機ＥＬ素子を構成する各有機層の膜厚は、用いる有機材料に応じて適宜選択されるべきものであり、特に制限されない。しかしながら、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると、正孔ならびに電子を注入する際、高い印加電圧が必要となり効率が悪くなる。これらを考慮して、通常は数ｎｍから１μｍの範囲に各有機層の膜厚を選択するのが好ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板に凹部を設け、この中に下部電極を配置するようにしたので、発光層などの有機層に膜厚の薄い箇所が形成されることが抑制され、経時に伴う輝度の減小を抑制できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を説明する工程図である。
【図２】 図１に続く、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３】 図２に続く、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を説明する工程図である。
【図４】 従来よりある有機エレクトロルミネッセンス素子の一部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１…透明基板、１０２…マスク層、１０３…溝、１０４…凸部、１０５…マスク層、１０６…ＩＴＯ膜、１０７…下部電極、１０８…正孔輸送層、１０９…発光層、１１０…電子輸送層、１１１…上部電極。

Claims (5)

1. 絶縁性を有する透明な基板の主表面に同一方向に延在する複数の溝を形成する第１の工程と、前記溝に挾まれた前記基板主表面上に、前記基板より離れるほど隣り合うパターンとの間隔が狭くなるように、断面が逆テーパ形状とされた複数のレジストパターンからなるマスク層を形成する第２の工程と、スパッタ法により前記凹部内部および前記マスク層上に導電性膜を堆積する第３の工程と、前記マスク層を除去すると共に前記マスク層上に堆積された導電性膜を除去し、前記溝内に前記導電性膜からなる下部電極を形成する第４の工程と、前記基板および下部電極上に発光層を形成する第５の工程と、前記発光層上に前記下部電極とは異なる方向に延在するストライプ状の複数の上部電極を形成する第６の工程とを少なくとも備え、前記レジストパターンは、底面の幅が前記溝の配置間隔に略等しく形成され、前記第４の工程では、前記スパッタ法で用いるターゲット平面に対して基板を傾けた状態とし、かつ、前記基板の主表面で形成する平面の法線を軸として前記基板を回転させた状態で前記導電性膜を堆積することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
2. 請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記基板および下部電極と前記発光層との間に正孔輸送層を形成する工程を備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
3. 請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記発光層と前記上部電極との間に電子輸送層を形成する工程を備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記導電性膜は、透明な導電部材から構成されたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
5. 請求項４記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記導電部材は、インジウム錫酸化物から構成されたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。

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