JP4303031B2

JP4303031B2 - 有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法

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Publication number: JP4303031B2
Application number: JP2003130187A
Authority: JP
Inventors: 康晴大西; 東口　　達; 淳一山成; 石川　　仁志; 智久五藤; 敦上條
Original assignee: Samsung Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP2004335299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回折格子等の光学要素を有する基板を備える有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略す）は、電界を印加することにより、陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光物質が発光する原理を利用した自発光素子である。この有機ＥＬ素子の代表的な例としては、Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇらが報告した積層型素子による低電圧駆動有機ＥＬ素子（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、アプライドフィジックスレターズ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）、５１巻、９１３頁、１９８７年等）が挙げられ、この積層型素子によって、有機ＥＬ素子の発光特性が飛躍的に改善された。そして、この高性能な有機ＥＬ素子の開発が発端となって、近年、実用化に向けた有機ＥＬ素子の研究・開発が活発に行われてきている。
【０００３】
Ｔａｎｇらによる２層積層型構造の有機ＥＬ素子は、発光層にトリス（８−キノリノール）アルミニウム（ＡｌＱ）、正孔輸送層にトリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）を用いたものである。この２層積層型構造が優れた発光特性を示す理由は、発光層への正孔の注入効率が高まること、陰極から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が高まること、生成した励起子を発光層内に閉じ込めることができることによる。また、この２層積層型構造を発展させた例として、正孔輸送（注入）層、発光層、電子輸送（注入）層の３層積層型構造が報告されており、この３層積層型構造は、上述した正孔輸送（注入）層、電子輸送性発光層からなる２層積層型構造とともに有機ＥＬ素子の代表的な構造としてよく知られている。なお、このような積層型素子における課題の一つとして、正孔と電子の再結合効率を改善することが望まれており、これを解決するために数多くの工夫がなされている。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子は、高い応答速度を持ち、自発光素子であることから、携帯端末やテレビ用の高精細ディスプレイとしてその実用化が期待されているが、高精細有機ＥＬディスプレイの製品化を実現するためには、有機ＥＬ発光体の光取り出し効率の改善が不可欠と考えられている。そこで、有機ＥＬ素子における光取り出し効率の改善の必要性について、以下詳細に説明する。
【０００５】
まず、有機ＥＬ素子におけるキャリア再結合原理を考えた場合、電極から発光層に注入された電子と正孔は、クーロン相互作用により電子−正孔対となり、一部は一重項励起子となり、他の一部は三重項励起子を形成し、その生成割合は量子力学的密度によって１：３となってしまう。つまり、３重項状態からの燐光が観察されないとした場合、発光の量子収率は最高でも２５％となり、このことは、有機ＥＬ素子では最高でも２５％の効率しか得られないことを示している。また、有機ＥＬ素子では、発光体の屈折率の影響を受けるため、臨界角以上の出射角の光が全反射を起こし、外部に取り出すことができない問題点もある。
【０００６】
すなわち、発光体の屈折率が１．６であるとすると、発光量は全体の２０％程度しか有効にならず、更に上述の一重項の生成比率（生成効率：２５％）を併せると、全体では５％程度となり、有機ＥＬ素子の光取り出し効率はかなりの低効率となってしまう（筒井哲夫「有機エレクトロルミネセンスの現状と動向」：月刊ディスプレイ、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ３、ｐ１１、１９９５年９月）。このため、有機ＥＬ素子では、この致命的な低下をもたらす光取り出し効率の改善が不可欠である。
【０００７】
そこで、光取り出し効率を改善する対策として、無機ＥＬ素子の技術を発展させる方向でいくつか検討されてきた。その対策例として、基板に集光性を持たせる構成（例えば、特許文献１参照。）や、素子の側面に反射面を形成する構成（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。
【０００８】
しかしながら、ここに挙げる構成は、比較的大面積の基板には有効であるが、微小な画素面積で構成される高精細ディスプレイでは、集光性を持たせるレンズの作製や、素子側面の反射面の形成等が困難である問題点がある。さらに、発光層の厚さが数ミクロン以下である有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ素子の側面に反射鏡を形成することが、超微細加工技術を用いても非常に難しく、反射鏡が形成できたとしても、製造コストが大幅に増加してしまい、実用化に大きな障害となる。
【０００９】
一方、集光性や、側面の反射面を形成する構成と異なる技術例としては、ガラス基板と発光体との間に、ガラス基板と発光体における各々の屈折率の中間値を持つ平坦層を導入し、この平坦層を反射防止膜として利用する構成が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
しかし、この構成では、前方への光取り出し効率を改善することは可能であるが、全反射を防止することができないと考えられる。すなわち、この反射防止膜の原理は、無機ＥＬ素子のような屈折率が大きな発光体には有効であるが、無機ＥＬ素子に比べて屈折率が小さい発光体である有機ＥＬ素子では、光取り出し効率を大きく改善することができない問題点がある。
【００１１】
上述したように、有機ＥＬ素子での光取り出し効率については、数多くの構成が提案されているが、未だ要求される性能を満たしておらず、新規な概念を持った改善策が望まれてきた。そこで、光取り出し効率を改善する対策として、回折格子等の光学要素を基板上に形成する構成が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この構成は、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を改善させるのに有効であると考えられている。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４７９５号公報
【特許文献２】
特開平１−２２０３９４号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１７２６９１号公報
【特許文献４】
特開平１１−２８３７５１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献４のような光学要素を有する有機ＥＬ素子は、光取り出し効率を大幅に向上できる一方で、その製造が非常に困難であり、特に良好な光学要素を安定的に形成することが難しいとされている。
【００１４】
また、この光学要素の形成工程の中でも、基板の溝を埋め込むための溝埋め込み工程が非常に困難であると考えられている。通常、基板の溝埋め込み工程では、スパッタリング法等の成膜技術が用いられているが、この手法では膜を溝内部に充分に埋め込むことができないことや、埋め込み膜が基板の表面の形状に沿って成膜されるため、平坦な埋め込み膜を得ることが困難であった。
【００１５】
そこで、本発明は、発光特性のバラツキを低減し、かつ発光効率を向上させることが可能な有機エレクトロルミネセンス素子用基板を安価かつ安定的に製造できる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法は、回折格子を有する基板を備える有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法おいて、前記基板に、平面視で同一形状の複数の溝を同一の間隔でマトリクス状に形成する第１工程と、前記基板の複数の溝が形成された面上に前記複数の溝全体の周囲を囲う型枠を配置し、前記型枠上に前記面に対向して天板を配置することにより、前記天板と前記型枠の一部分との間に形成された空隙を注入口として設ける第２工程と、前記注入口から前記型枠内にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填する第３工程と、前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を焼成することによって前記基板に回折格子を形成する第４工程と、を有する。
【００１７】
上述した本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法によれば、天板と型枠の一部分との間に形成された空隙に塗布液を注入することによって、回折格子を構成する溝内に塗布液が良好に充填されて、基板の溝が確実に埋め込まれるため、基板上に良好な回折格子が安定的かつ容易に形成される。したがって、製造された有機エレクトロルミネセンス素子用基板を有機エレクトロルミネセンス素子に用いることによって、基板上の位置による発光特性のバラツキを低減し、発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を安定的に製造することが可能になる。
【００１８】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法は、回折格子を有する基板を備える有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法おいて、前記基板に、平面視で同一形状の複数の溝を同一の間隔でマトリクス状に形成する第１工程と、前記基板の複数の溝が形成された面上に前記複数の溝全体の周囲を囲う型枠を配置する第２工程と、前記型枠で囲われた領域内にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填する第３工程と、前記型枠内に、厚さ方向に通気孔を有する押圧部材である天板を挿入し、前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を前記複数の溝に押圧する第４工程と、前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を焼成することによって前記基板に回折格子を形成する第５工程と、を有する。
【００１９】
上述した本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法によれば、回折格子を構成する溝内に、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填して埋める工程で、基板上に塗布した塗布液を加圧するとともに塗布液を焼成成膜させることによって、基板の溝内に塗布液が良好に充填されて確実に埋め込まれるとともに、基板上に平坦な膜を形成することが可能になる。したがって、本発明によって製造された有機エレクトロルミネセンス素子用基板を有機ＥＬ素子に用いることによって、発光特性が良好で、発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を安定的に製造することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法おいて、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液によって形成された膜は、膜厚が３００μｍ以内であることが好ましい。これによって、発光効率が良好に確保される。なお、膜は、膜厚が３００μｍを超える場合には、有機ＥＬ素子の発光効率が大幅に劣化してしまう問題点がある。
【００２１】
また、本発明の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法は、型枠及び天板が、テトラヒドロフラン、アセトン、トルエン、低級アルコール類、高級アルコール類のいずれかに可溶性を有する樹脂材料からなることが好ましい。これによって、膜を形成した後に、型枠を溶解させることで、基板から型枠を容易に除去することが可能になる。
【００２２】
なお、本発明において、光学要素とは、例えば、光を回折・散乱・反射・屈折させる光学部材を指している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る製造方法によって製造される有機ＥＬ素子用基板が用いられる有機ＥＬ素子について説明する。
【００２５】
有機ＥＬ素子は、光学要素を有するガラス基板と、このガラス基板上に設けられる陽極と陰極と、これら陽極と陰極との間に位置して設けられた発光層を有する有機層とを備えて構成されている。また、有機ＥＬ素子用基板とは、ガラス基板上に光学要素が形成されたものを指している。
【００２６】
また、光学要素とは、有機ＥＬ発光体から発せられた光の回折・散乱・反射・屈折現象に定量的もしく定性的に影響をもたらす光学的な構成要素を指している。そして、この光学要素の一例としては、回折格子、散乱構造、グレーティング、レンズ、カラーフィルタ、偏光フィルタ等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。なお、本発明における回折格子とは、光の回折を利用してスペクトルを得る光学素子であって、周期的に複数の溝が設けられ、溝の間の滑らかな面で反射される光線の間の干渉で生ずる回折像を利用するように構成された光学構造である。散乱構造は、散乱現象、すなわち１方向に進んできた波（光）が障害物に出会ったとき、光がその障害物を中心としてさまざまな方向に拡がっていく現象をもたらす光学構造であって、膜内に屈折率が異なる材料の微粒子や突起等を無作為にちりばめることで作製できる。
【００２７】
そして、本発明の有機ＥＬ素子用基板の製造方法は、ガラス基板上に光学要素として回折格子を形成する際、ガラス基板上に形成された回折格子の溝内に、ゾルゲル法に用いられる塗布液（以下、ゾルゲル法塗布液と称する。）または有機金属分解法に用いられる塗布液（以下、有機金属分解法塗布液と称する。）を充填して埋め込むための埋め込み工程を有している。
【００２８】
図１に示すように、この埋め込み工程では、上述の塗布液を基板１１の溝１２ａ内に充填するための型部材５が、回折格子１２の主面全域を覆うように形成される。この埋め込み工程では、ガラス基板１１上の回折格子１２の側面および対向面に型部材５を形成した後、型部材５内に塗布液を注入する。
【００２９】
また、埋め込み工程では、図１に示すように、回折格子１２の側面に沿って型枠６を形成するとともに、回折格子１２の主面に対向させて天板７を形成する。天板７は、回折格子１２の主面に対向する内面が平坦面に形成されており、型枠６上に固定される。型部材５は、型枠６の一側と、天板７の一側との間に、型部材５内に塗布液を注入するための注入口８を有している。型部材５は、例えば金属材料、金属酸化膜、樹脂材料等のいかなる材料によって形成されてもよい。
【００３０】
次に、埋め込み工程では、回折格子１２の側面および対向面に型部材５を形成した後、図２に示すように、注入口８を鉛直上方にした状態で、型部材５内にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を注入し、図３に示すように塗布液を焼成する。
【００３１】
すわなち、ガラス基板１１との濡れ性が比較的高いゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液等の液体を型部材５内に注入することで、基板１１の溝１２ａ内に塗布液が良好に充填される。このため、塗布液で基板１１の溝１２ａを充分に埋め込むことができるうえに、回折格子１２を覆う型部材５の天板７の内面に沿って注入された塗布液によって、埋め込み膜が形成されるので、焼成後、平坦な埋め込み膜が得られる。
【００３２】
最後に、この有機ＥＬ素子用基板の製造方法では、埋め込み膜を成膜した後、回折格子１２から型部材５を容易に除去することができる。すなわち、この型部材５は、例えば、有機溶剤等による溶解作用や、化学エッチング、機械研磨等を用いることで、ガラス基板１１から容易に除去することができる。
【００３３】
（他の実施形態）
次に、有機ＥＬ素子用基板の他の製造方法について、簡単に説明する。
【００３４】
他の製造方法では、図４に示すように、回折格子１２の側面に沿って型枠２６のみを形成する。型枠２６は、例えば、金属材料、金属酸化膜、樹脂材料等のいかなる材料によって形成されてもよい。
【００３５】
この製造方法では、回折格子１２の側面に型枠２６を形成した後、型枠２６内の回折格子１２上にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を滴下し、図５に示すように、型枠２６内に挿入された天板２７によって塗布液を加圧しながら塗布液を焼成して、埋め込み膜を成膜する。天板２７は、回折格子１２の主面に対向する内面が平坦面に形成されており、型枠２６内の空気を外部に放出するための通気孔２８が設けられている。埋め込み膜を成膜した後、型枠２６から天板２７を取り外し、ガラス基板１１から型枠２６を除去することで、平坦な埋め込み膜を得ることができる。
【００３６】
すわなち、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液等といったガラス基板１１との濡れ性が比較的高い液体を型枠内に注入することで、基板１１の溝１２ａ内に膜を充分に埋め込むことができる。さらに、焼成時に、天板２７の平坦面で塗布液を加圧しながら焼成させるために、焼成成膜時に分散媒が蒸発した後でも、埋め込み膜の平坦性が保たれる。
【００３７】
ゾルゲル法または有機金属分解法に用いられる塗布液としては、市販のゾルゲル法または有機金属分解法に用いられる塗布液を使用することができるが、代表的な材料としては、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ）法で使用されるＳＯＧ膜塗布液等が挙げられる。
【００３８】
また、ゾルゲル法または有機金属分解法に用いられる塗布液としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）膜、５酸化２タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）膜、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜を形成する材料を使用することが好ましい。酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）膜、５酸化２タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）膜、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜を形成するゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を選択することで、光学要素上での光を回折・散乱・反射・屈折させる効果が向上するうえに、光学特性が安定した埋め込み膜を容易に作製することが可能となる。
【００３９】
上述した実施形態の製造方法では、光学要素として回折格子をガラス基板上に形成された有機ＥＬ素子用基板を製造するために適用されたが、このような回折格子が形成された有機ＥＬ素子用基板を用いることで、発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を製造することが可能になる。
【００４０】
また、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液によって形成された埋め込み膜は、膜厚が３００μｍ以内であることが好ましい。埋め込み膜の膜厚が３００μｍを超える場合には、有機ＥＬ素子の発光効率が大幅に劣化してしまう問題点がある。
【００４１】
また、型部材５に使用する材料は、樹脂材料であって、かつテトラヒドロフラン、アセトン、トルエン、低級アルコール類、高級アルコール類等に可溶性を有することが好ましい。型枠が樹脂材料によって形成されることで、埋め込み膜の形成後に、型枠の除去工程で、有機溶剤による溶解作用を適応できるため、ガラス基板から型枠を容易に除去することが可能になり、製造容易性が向上する。
【００４２】
続いて、本発明の製造方法によって製造された有機ＥＬ素子用基板が用いられる有機ＥＬ素子における有機層について詳細に説明する。有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に有機層を１層、または２層以上積層した構造であり、その基本構造として、陽極／発光層／陰極から構成される構造、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極からなる構造、陽極／正孔輸送層／発光層／陰極からなる構造、陽極／発光層／電子輸送層／陰極からなる構造等が挙げられる。
【００４３】
まず、有機ＥＬ素子の正孔輸送材は、通常の正孔輸送材料として使用されている材料であればよく、その代表例として、例えば、ビス（ジ（Ｐ−トリル）アミノフェニル）−１，１−シクロヘキサン、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、Ｎ−Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル−１，１’−ビフェニル）−４，４‘−ジアミン等のトリフェニルジアミン類や、スターバースト型分子等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４４】
有機ＥＬ素子の電荷輸送材料は、通常使用されている電荷輸送材料であればよく、その代表例として、例えば、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、ビス｛２−８４−ｔ−ブチルフェニル｝−１，３，４−オキサジアゾール｝−ｍ−フェニレン等のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キノリノール金属錯体等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４５】
有機ＥＬ素子に用いられる有機ＥＬ発光物質は、通常に使用されている発光材料であればよく、その代表例として、ジスチリルアリーレン誘導体、クマリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ペリレン誘導体、および特開平８−２９８１８６号公報や特開平９−２６８２８４号公報で開示される芳香族系材料、特開平９−１５７６４３号公報や特開平９−２６８２８３号公報で開示されるアントラセン系材料、特開平５−７０７７３号公報で開示されるキナクリドン誘導体等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４６】
有機ＥＬ素子で使用される陽極は、正孔輸送材料または発光材料に正孔を注入する機能を有し、その仕事関数が４．５ｅＶ以上であることが好ましい。仕事関数が４．５ｅＶ未満の陽極を有機ＥＬ素子に使用した場合、十分な正孔注入特性が得られず、充分な発光効率が得られない問題点がある。なお、代表的な陽極材料としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛合金（ＩＺＯ）、酸化錫、金、銀、白金、銅等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４７】
有機ＥＬ素子で使用される陰極は、電荷輸送体または発光材料に電子を注入することを目的とするもので、仕事関数が小さい材料が好ましい。仕事関数の大きな材料を陰極に使用した場合、良好な発光特性を再現することが困難になる。なお、代表的な陰極材料としては、例えば、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−銀合金等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４８】
有機ＥＬ素子における各層は、公知の方法により形成することができる、その代表的な手法として、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）や、層を構成する材料を溶剤に溶かし、その溶液を用いて塗布する手法であるディッピング法や、スピンコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４９】
上述したように、有機ＥＬ素子用基板の製造方法によれば、ガラス基板１１に回折格子１２を形成する際、基板１１の溝１２ａ内に、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填して埋める工程で、ガラス基板１１に、塗布液を溝内に充填するための型部材５を取り付けて、型部材５と基板１１との間隙に塗布液を注入することによって、ガラス基板１１上に良好な回折格子１２を安定的かつ容易に形成することができる。
【００５０】
また、有機ＥＬ素子用基板の他の製造方法によれば、基板１１を構成する溝１２ａ内に、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填して埋める工程で、ガラス基板１１上に塗布した塗布液を加圧するとともに塗布液を焼成成膜させることによって、基板１１の溝１２ａ内に塗布液が良好に充填されて確実に埋め込まれるとともに、ガラス基板１１上に平坦な膜を形成することができる。
【００５１】
したがって、本発明によれば、ガラス基板１１上に回折格子１２が高精度に形成されるため、ガラス基板１１上の位置による発光特性のバラツキを低減し、発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を安定的に製造することが可能になる。
【００５２】
なお、上述した本実施形態の有機ＥＬ素子用基板の製造方法では、光学要素として回折格子１２が適用されたが、散乱部等の他の光学作用をもたらす光学要素が形成されてもよいことは勿論である。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
【００５４】
（実施例１）
実施例１では、図６に示すように、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板１１（ＨＯＹＡ社製：ＮＡ（開口数）４５、厚さ１．１ｍｍ）上に、回折格子１２を形成した。まず、ガラス基板１１上に幅０．１μｍ、間隔０．１μｍのパターンをフォトリソグラフィ工程によって形成した。そして、ガラス基板１１上にｉ線レジスト（東京応化社製：ＴＨＭＲ−ｉＰ１７００）をスピンコート法により厚さ２μｍに形成し、ｉ線ステッパーを用いてパターンを形成した。その後、ガラス基板１１をフッ化水素酸溶液に浸漬させ、深さ１００ｎｍの溝を形成した後、残存レジストを専用の剥離液で除去することにより、回折格子１２を得た。
【００５５】
続いて、ガラス基板１１に形成された回折格子１２を覆うように型部材５を形成した。型部材５は、回折格子１２の側面に形成される型枠６と、回折格子１２の主面に対向する天板７とを有し、材料としてエポキシ樹脂材料を使用して、金属製の金型に硬化前のエポキシ樹脂材料を注入することによって形成した。
【００５６】
なお、型部材５は、回折格子１２の主面と天板７の内面との間の距離を１０μｍとした。また、型部材５は、型枠６の一側と、天板７の一側との間に、型部材５内に塗布液を注入するための注入口８を有している。
【００５７】
ガラス基板１１上の回折格子１２に、型部材５を形成した後、ガラス基板１１の主面を垂直にして、型枠６と天板７の間に設けられた注入口８からＴｉＯ₂膜成膜用の有機金属分解法に用いられる塗布液（高純度化学研究所製：Ｔｉ−０５）を注入し、１５０℃で３０分間加熱し、テトラヒドロフラン中にガラス基板１１を浸漬させて型部材５を取り除いた。そして、ガラス基板１１を純水で洗浄した後、４００℃で３時間焼成させ、埋め込み膜としてのＴｉＯ₂膜を得た。なお、ＴｉＯ₂膜は、膜厚が約１μｍで、屈折率が２．１であった。続いて、ＴｉＯ₂膜上に、図７に示すように、陽極１３、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６を順次形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
【００５８】
陽極１３、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６からなる有機層の形成工程について、以下詳細に説明する。
【００５９】
ガラス基板１１上に酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）をスパッタリング処理することにより、ガラス基板１１上にＩＴＯ膜をシート抵抗が２０Ω／□になるように厚さ１００ｎｍで成膜して陽極１３を形成した。そして、ガラス基板１１上に形成された陽極１３を、２ｍｍ×５０ｍｍの帯状になるように、メタルマスクを用いてパターンニング処理し、図８に示すように、ガラス基板１１上に２ｍｍ×５０ｍｍの帯を５本形成した。
【００６０】
続いて、ガラス基板１１の陽極１３上に、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６の順に各層を抵抗加熱式真空蒸着法によりそれぞれ成膜した。使用した真空蒸着装置では、真空槽上部に設置したガラス基板１１に対して、下方２５０ｍｍの位置に、蒸着させる材料を充填したモリブテン製のボートを設置し、ガラス基板１１の主面に対する入射角が３８度になるように配置した。ガラス基板１１の回転数は３０ｒｐｍとした。また、本実施例における成膜（蒸着）条件は、圧力が５×１０^-7Ｔｏｒｒに到達した時点で蒸着を開始して、ガラス基板１１の側面に装着した水晶振動子式膜厚制御装置により蒸着速度を制御した。
【００６１】
なお、蒸着速度を０．１５ｎｍ／ｓとし、正孔注入層としてＮ,Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４‘−ジアミン（以下、α−ＮＭＰと略す）を５０ｎｍ、発光材料としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、ＡｌＱと略す）を７０ｎｍ、そして、陰極１６としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍと、順次形成して、有機ＥＬ素子を作製した。なお、陰極１６は、メタルマスクを用いて、図９に示すようなパターンに形成した。したがって、陰極１６と陽極１３の各パターンの形状から、本実施例の有機ＥＬ素子では、図１０に示すように、ガラス基板１１の主面上に、２ｍｍ×２ｍｍサイズの５つの発光部１８ａ〜１８ｅがそれぞれ形成される。
【００６２】
（実施例２）
実施例２は、実施例１の構造、製造工程中で、回折格子１２のピッチのみを変更したもので、ピッチを幅０．０５μｍ、間隔０．０５μｍ、深さ１００ｎｍとした。なお、回折格子１２の形成工程、回折格子１２の溝埋め込み工程、および有機層の形成工程は実施例１と同一方法で行った。
【００６３】
（実施例３）
実施例３では、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板１１（ＨＯＹＡ社製：ＮＡ４５、厚さ１．１ｍｍ）の表面を紙ヤスリ（＃３００）で研磨することによって散乱部を形成した。続いて、散乱部の埋め込み工程、有機層の形成工程を実施例１と同一方法で行い、有機ＥＬ素子を作製した。
【００６４】
（実施例４）
実施例４は、実施例１の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）成膜用の有機金属分解法に用いられる塗布液（高純度化学研究所製：ＩＴＯ−０５Ｃ）を使用した。なお、成膜されたＩＴＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．８６であった。
【００６５】
（実施例５）
実施例５は、実施例１の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜成膜用の材料（高純度化学研究所製：Ｚｎ−０５）を使用した。なお、成膜されたＺｎＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．９２であった。
【００６６】
（実施例６）
実施例６は、実施例１の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｒＯ₂）膜成膜用の材料（高純度化学研究所製：Ｚｒ−０５Ｐ）を使用した。なお、成膜されたＺｒＯ₂膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が２．０３であった。
【００６７】
（実施例７）
実施例７は、５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板１１（ＨＯＹＡ社製：ＮＡ４５、厚さ１．１ｍｍ）上に、幅０．１μｍ、間隔０．１μｍ、深さ１００ｎｍの回折格子を実施例１と同一の方法で形成した。
【００６８】
続いて、ガラス基板１１上の回折格子１２の側面には、回折格子１２の主面と天板２７の内面との間の距離が１０μｍになるように型枠５を形成した。なお、型枠２６は、エポキシ樹脂を用いて、金属製の金型内に、硬化前のエポキシ樹脂モノマーを注入することで形成した。天板２７は、型枠と同様にエポキシ樹脂によって、外形寸法が型枠２６の内周寸法よりもやや小さくされて、型枠内に挿入可能に形成した。また、天板２７は、回折格子１２の主面に対向する内面が平坦面に形成され、型部材内の空気を外部に放出するための通気孔２８が設けられている。
【００６９】
続いて、ガラス基板１１に形成した型枠２６内の回折格子１２上に、ＴｉＯ₂膜成膜用の有機金属分解法に用いられる塗布液（高純度化学研究所製：Ｔｉ−０５）を塗布した後、この塗布液の表面に天板２７を載置し、この天板２７上に２００ｇの重りの載せることによって加圧するとともに、焼成を行った。焼成条件は、１５０℃で３０分とした。
【００７０】
次に、型部材をテトラヒドロフランに浸漬させて取り除き、ガラス基板１１の洗浄後、４００℃で３時間焼成させ、埋め込み膜としてのＴｉＯ₂膜を得た。なお、ＴｉＯ₂膜は、膜厚が約０．８μｍ、屈折率が２．１であった。そして、ガラス基板１１に設けられたＴｉＯ₂膜の表面上に、陽極１３、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６を順次形成し、有機ＥＬ素子の作製を行った。なお、陽極１３から陰極１６までの有機層の形成工程、成膜条件は、実施例と同様に行った。
【００７１】
（実施例８）
実施例８は、実施例７の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）成膜用の有機金属分解法に用いられる塗布液（高純度化学研究所製：ＩＴＯ−０５Ｃ）を使用した。なお、成膜されたＩＴＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．８６であった。
【００７２】
（実施例９）
実施例９は、実施例７の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜成膜用の材料（高純度化学研究所製：Ｚｎ−０５）を使用した。なお、成膜されたＺｎＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．９２であった。
【００７３】
（実施例１０）
実施例１０は、実施例７の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｒＯ₂）膜成膜用の材料（高純度化学研究所製：Ｚｒ−０５Ｐ）を使用した。なお、成膜されたＺｒＯ₂膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が２．０３であった。
【００７４】
（比較例１）
比較例１の有機ＥＬ素子の作製手順を示す。この有機ＥＬ素子は、ガラス基板１１上に、陽極１３、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６が順次積層されてなる。
【００７５】
比較例１は、５０ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板１１（ＨＯＹＡ社製：ＮＡ４５、厚さ１．１ｍｍ）上に、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）をスパッタリング処理によって成膜して、ＩＴＯ膜を陽極とした。ＩＴＯ膜は、膜厚が１００ｎｍ、シート抵抗が２０Ω／□であった。そして、成膜されたＩＴＯ膜を２ｍｍ×５０ｍｍの帯状になるように、メタルマスクを用いてパターンニングした。
【００７６】
続いて、このＩＴＯ膜上に、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６の順で各層を積層した。なお、正孔注入層１４、発光層１５、陰極１６は、抵抗加熱式真空蒸着法を用いて成膜した。以下、真空蒸着法による成膜工程について詳しく説明する。使用した真空蒸着装置は、真空槽上部に設置したガラス基板１１に対して、下方２５０ｍｍの位置に、蒸着させる材料を充填したモリブテン製のボートを設置し、ガラス基板１１に対する入射角が３８度になるように配置した。ガラス基板１１の回転数は３０ｒｐｍとした。比較例１における成膜（蒸着）では、圧力が５×１０^-7Ｔｏｒｒに到達した時点で蒸着を開始して、ガラス基板１１の側面に装着した水晶振動子式膜厚制御装置により蒸着速度を制御した。なお、蒸着速度を０．１５ｎｍ／ｓとし、正孔注入層１４としてＮ,Ｎ‘−ジフェニル−Ｎ−Ｎ−ビス（１−ナフチル）−１,１’−ビフェニル）−４,４‘−ジアミン（以下、α−ＮＭＰと略す）を５０ｎｍ、発光材料としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、ＡｌＱと略す）を７０ｎｍ、そして、陰極１６としてマグネシウム銀合金を蒸着速度比１０：１で共蒸着により１５０ｎｍと、順次積層して、有機ＥＬ素子を作製した。
【００７７】
（比較例２）
比較例２は、実施例１の構造、製造工程中で、基板１１の溝埋め込み工程のみが異なる。基板１１の溝埋め込み工程では、スパッタリング法でＴｉＯ_２膜を厚さ１μｍで成膜した。なお、成膜されたＴｉＯ_２膜は、屈折率が２．１３であった。
【００７８】
比較例３は、実施例１の構造、製造工程中で、基板の溝埋め込み工程のみが異なる。基板１１の溝埋め込み工程では、ＴｉＯ_２膜をＴｉＯ_２膜成膜用有機金属分解法によって成膜した。また、塗布液は、スピンコート法によって、ガラス基板１１を回転数２０００〜５０００ｒｐｍで回転させて塗布した。そして、塗布液の焼成温度は４００℃とし、ＴｉＯ_２膜が膜厚１μｍになるまで塗布および焼成を数回繰り返した。なお、成膜されたＴｉＯ_２膜は、屈折率が２．０６であった。
【００７９】
（比較例４）
比較例４は、比較例３の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）成膜用有機金属分解法に用いられる塗布液（高純度化学研究所製：ＩＴＯ−０５Ｃ）を使用した。なお、成膜されたＩＴＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．８６であった。
【００８０】
（比較例５）
比較例５は、比較例３の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜成膜用材料（高純度化学研究所製：Ｚｎ−０５）を使用した。なお、成膜されたＺｎＯ膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が１．９２であった。
【００８１】
（比較例６）
比較例６は、実施例３の構造、製造工程中で、埋め込み用の材料のみを変更し、酸化亜鉛（ＺｒＯ₂）膜成膜用材料（高純度化学研究所製：Ｚｒ−０５Ｐ）を使用した。なお、成膜されたＺｒＯ₂膜は、膜厚が１μｍ、屈折率が２．０３であった。
【００８２】
（評価）
上述した各実施例、各比較例の有機ＥＬ素子について、特性評価として、第１の評価〜第４の評価をそれぞれ行った。なお、実施例、比較例の各ガラス基板は、図１０に示したように、主面上に２ｍｍ×２ｍｍサイズの５つの発光部１８ａ〜１８ｄを有している。
【００８３】
（第１の評価）発光効率
有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加して、電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）と輝度（ｃｄ）を測定し、輝度／電流密度から発光効率（ｃｄ／ｍ²）を算出した。なお、輝度計を用いて測定し、ガラス基板１１の中心部を測定位置とした。そして、この発光効率は、各ガラス基板１１の４つの発光部１８ａ〜１８ｄについてそれぞれ評価した。評価結果を表１に示す。
【００８４】
（第２の評価）発光特性
有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加して、発光部の発光状態を観察した。この観察は目視で行い、下記の基準で発光特性を評価した。そして、この発光特性は、各ガラス基板１１の４つの発光部１８ａ〜１８ｄについてそれぞれ評価した。評価結果を表２に示す。
【００８５】
○ ：すべての発光部の全面で良好な発光を示す。
△ ：局部的な非発光が観察される。
× ：発光しない発光部が比較的大きな領域として観察される。
【００８６】
（第３の評価）寿命評価
有機ＥＬ素子に５ｍＡ／ｃｍ²の直流電流を１００時間印加して、寿命測定を行った。この評価は、印加後１００時間経過時の発光効率（Ｌａ）と、電流印加後２分以内の発光効率（Ｌｂ）との間の変化率（Ｌａ／Ｌｂ）を算出して、下記の基準で寿命性能を評価した。なお、この寿命測定は、発光部１８ｅを測定した。評価結果を表３に示す。
【００８７】
○ ：Ｌａ／Ｌｂが０．９０以上である。
△ ：Ｌａ／Ｌｂが０．８０以上０．９０未満である。
× ：Ｌａ／Ｌｂが０．８０未満である。
【００８８】
（第４の評価）ガラス基板１１の主面上での発光特性のバラツキの評価
各実施例、各比較例のガラス基板１１の主面内での発光特性のバラツキを評価した。この評価は、各ガラス基板での４つの発光部１８ａ〜１８ｄにおける発光効率をそれぞれ測定して、４つの発光部１８ａ〜１８ｄの中で最大値を示すものをＥmax、最小値を示すものをＥminとして、下記に示す基準で発光特性を評価した。なお、発光効率の評価は、第１の評価と同様に１０Ｖ電圧の印加時の発光効率を測定した。評価結果を表３に示す。
【００８９】
○ ：Ｅmin／Ｅmaxが０．９０以上である。
△ ：Ｅmin／Ｅmaxが０．８０以上０．９０未満である。
× ：Ｅmin／Ｅmaxが０．８０未満である。
【００９０】
【表１】

【００９１】
【表２】

【００９２】
【表３】

表１，２，３に示したように、上述した各実施例および各比較例の評価結果から、本発明の有機ＥＬ素子用基板の製造方法によって製造された有機ＥＬ素子用基板を有機ＥＬ素子に用いることによって、ガラス基板１１上の位置による発光特性のバラツキが低減されて発光状態が良好で、かつ発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を安定的に製造できることができた。
【００９３】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る有機エレクトロルミネセンス用基板の製造方法によれば、基板に光学要素を形成する際、基板の溝内に、ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填して埋める工程で、基板に、塗布液を溝内に充填するための型部材を取り付けて、型部材と基板との間隙に塗布液を注入することによって、基板上に良好な光学要素を安定的かつ容易に形成することができる。したがって、本発明によれば、基板上に光学要素が高精度に形成されるため、基板上の位置による発光特性のバラツキを低減し、発光効率を向上させた有機ＥＬ素子を安定的に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学要素の側面および対向面に形成された型部材を示す模式図である。
【図２】光学要素に形成された型部材内に、塗布液を注入する工程を示す模式図である。
【図３】型部材内に注入された塗布液を焼成する工程を示す模式図である。
【図４】ガラス基板上の光学要素の側面に形成された型枠を示す模式図である。
【図５】塗布液を加圧するための天板を示す模式図である。
【図６】ガラス基板上に形成された回折格子を示す横断面図である。
【図７】有機エレクトロルミネセンス素子を示す縦断面図である。
【図８】ガラス基板上に形成された陽極のパターンを示す模式図である。
【図９】ガラス基板上に形成された陰極のパターンを示す模式図である。
【図１０】有機エレクトロルミネセンス素子が有する各発光部を示す模式図である。
【符号の説明】
５型部材
６型枠
７天板
８注入口
１１ガラス基板
１２回折格子
１３陽極
１４正孔注入層
１５発光層
１６陰極
１８ａ〜１８ｅ発光部

Claims

回折格子を有する基板を備える有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法おいて、
前記基板に、平面視で同一形状の複数の溝を同一の間隔でマトリクス状に形成する第１工程と、
前記基板の複数の溝が形成された面上に前記複数の溝全体の周囲を囲う型枠を配置し、前記型枠上に前記面に対向して天板を配置することにより、前記天板と前記型枠の一部分との間に形成された空隙を注入口として設ける第２工程と、
前記注入口から前記型枠内にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填する第３工程と、
前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を焼成することによって前記基板に回折格子を形成する第４工程と、
を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。
前記第２工程と前記第３工程との間に、前記注入口が鉛直上方に位置するように前記基板を傾斜させる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。
回折格子を有する基板を備える有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法おいて、
前記基板に、平面視で同一形状の複数の溝を同一の間隔でマトリクス状に形成する第１工程と、
前記基板の複数の溝が形成された面上に前記複数の溝全体の周囲を囲う型枠を配置する第２工程と、
前記型枠で囲われた領域内にゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を充填する第３工程と、
前記型枠内に、厚さ方向に通気孔を有する押圧部材である天板を挿入し、前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を前記複数の溝に押圧する第４工程と、
前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液を焼成することによって前記基板に回折格子を形成する第５工程と、
を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。
前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液によって形成される膜が、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜、酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）膜、５酸化２タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）膜のいずれかである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。
前記ゾルゲル法塗布液または有機金属分解法塗布液によって形成された膜は、膜厚が３００μｍ以内である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。
前記型枠及び前記天板は、テトラヒドロフラン、アセトン、トルエン、低級アルコール類、高級アルコール類のいずれかに可溶性を有する樹脂材料からなる請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子用基板の製造方法。