JP4827347B2 - 有機el素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機EL素子の製造技術に関するものであり、特に蒸着重合を利用した絶縁層の形成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来の有機EL素子の構成を示す断面図である。
従来、このような有機EL素子101を製造する場合には、まず、ガラス基板111上へITO電極112をストライプ状に形成する。
【0003】
次いで、ITO電極112のパターンとカソード電極118のパターン方向に、フォトレジストや感光性ポリイミドのパターニング工程を有するフォトリソグラフィ法を用いて絶縁層113を形成する。
【0004】
さらに、図示しない逆テーパ状のカソード隔壁を形成した後、真空蒸着法やスピンコート法によって、正孔輸送層116と電子輸送層117を形成した後、共蒸着法により、カソード電極118を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法で作製した絶縁層においては、次のような課題がある。
【0006】
(1)スピンコートやディップ法等のウェット方法では、例えば厚さが0.5μm以下の薄膜を形成することが難しく、また、絶縁層からの放出ガスが多い。
【0007】
(2)フォトレジストタイプで作製した絶縁層では、ウェット工程のために不純物イオンや残留有機溶媒の影響によりわずかな導電性があり、この絶縁層中を流れる電流により、電圧印加された点の隣の点においても発光する、いわゆるクロストークが発生するという問題がある。
【0008】
(3)感光性ポリイミドではキュア温度が400℃と高く、ITO膜の膜質を劣化させる可能性がある。
【0009】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、良好な膜質を有し、有機EL素子用として好適な薄膜絶縁層を形成する技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、基板上の陽極及び陰極間にパターン状の絶縁層を有する有機EL素子の製造方法であって、原料モノマーとして、ジアミンモノマーである4,4′-ジアミノジフェニルエーテル(DDE)と、酸成分モノマーであるピロメリット酸ニ無水物(PMDA)を用い、蒸着重合及び真空中における加熱によってポリイミドからなる前記絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上にSiO 2 からなる無機絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記絶縁層の厚さが200〜500nmであり、前記無機絶縁層の厚さが50〜70nmであることを特徴とする。
【0011】
このような構成を有する本発明によれば、蒸着重合によって絶縁層を形成するようにしたことから、例えば厚さが0.5μm以下の薄膜を容易に形成することができる。
また、本発明によれば、ウエット工程によって形成するものではないため、クロストークの問題を回避することができる。
さらに、蒸着重合の場合はキュア温度を低くすることができるため、ITO膜からなる陽極の膜質を劣化させることがない。
さらにまた、本発明においては、高分子膜上に無機絶縁膜を形成することによって耐絶縁性に優れた絶縁層を得ることができ、この無機絶縁膜をマスクとして例えばプラズマエッチング等のドライプロセスによってパターニングを行うことが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の有機EL素子の隔壁を形成するための成膜装置の一例の概略構成を示すものである。
【0013】
図1に示すように、この成膜装置1は、マルチチャンバー方式の枚葉式の装置であり、図示しない搬送ロボットが組み込まれているコア室2の周囲に、基板10の出し入れを行うための仕込み取出室3と、蒸着重合を行う蒸着重合室4と、加熱処理を行う加熱処理室5と、エッチングを行うICPドライエッチング室6と、スパッタリングを行うスパッタ室7とが配置され、これらはすべて図示しないゲートバルブを介して連結されている。
【0014】
また、これらコア室2、仕込み取出室3、蒸着重合室4、加熱処理室5、ICPドライエッチング室6、スパッタ室7は、図示しない真空ポンプ等を有する真空排気系に連結されている。さらに、基板10は、コア室2内に配置されるロボットによって仕込み取出室3と蒸着重合室4、加熱処理室5、ICPドライエッチング室6、スパッタ室7との間を自由に搬送できるようになっている。
【0015】
図2は、図1に示す成膜装置1の蒸着重合室4の概略構成を示すものである。
図2に示すように、蒸着重合室4の上方には、2種類の原料モノマーA、Bの蒸発源40A、40Bが導入管41A、41Bを介して接続されている。
【0016】
各蒸発源40A、40Bのハウジング42A、42Bには、それぞれ蒸発用容器43A、43Bが設けられる。そして、蒸発用容器43A、43Bの内部には、芳香族ポリイミド膜を形成するための原料モノマーA、Bとして、ジアミンモノマーと酸成分(無水物)モノマーがそれぞれ注入されている。
【0017】
本発明の場合、ジアミンモノマーとしては、例えば、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル(DDE)、O−トリジン(OTD)、2,2′-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)、4,4′-ジアミノジフェニルメタン(MDA)等があげられる。
【0018】
これらのうちでも、DDE、MDAは、蒸発特性及び反応性が良好である点から特に好ましいものである。
【0019】
一方、酸成分モノマーとしては、例えば、ピロメリット酸ニ無水物(PMDA)、3,3′-4,4′ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、2,2′-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)等があげられる。
【0020】
これらのうちでも、PMDAは、蒸発特性及び反応性が良好である点から特に好ましいものである。
【0021】
各蒸発用容器43A、43Bの近傍には、各原料モノマーA、Bを加熱するためのヒーター44A、44Bが設けられている。
【0022】
一方、各導入管41A、41Bの周囲にはヒーター49が巻き付けられ、これによって原料モノマーA、Bの温度を制御できるように構成されている。また、各導入管41A、41Bの途中には、各原料モノマーA、Bの供給量を調整するためのバルブ45A、45Bが設けられ、これらを開閉することにより、蒸着重合膜の形成時に膜厚を制御できるようになっている。
【0023】
図2に示すように、蒸着重合室4内の下部には加熱用のホットプレート46が設けられ、このホットプレート46上に基板10が支持される。そして、蒸着重合室4の上部には、下方に向って広がるように形成された混合槽47が設けられている。この混合槽47の内壁には、原料モノマーA、Bの蒸気を加熱するためのヒーター48が設けられている。
【0024】
図3(a)〜(d)及び図4(e)〜(h)は、本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例を示す工程図である。
【0025】
まず、図3(a)に示すように、本発明においては、ガラス基板11上に、陽極であるパターン状のITO電極12が形成された所定の基板10を用意する。
【0026】
そして、この基板10を、図1の成膜装置1の仕込み取出室3から蒸着重合室4内に搬入し、以下に説明する蒸着重合法により、基板10上にポリイミド膜13を形成する。
【0027】
この場合、まず、各バルブ45A、45Bを閉じた状態で蒸着重合室4内の圧力を3×10-3Pa程度の高真空に設定し、ヒーター44A、44Bによって各原料モノマーA、Bを所定の温度に加熱する。
【0028】
そして、各原料モノマーA、Bが所定の温度に達して所要の蒸発量が得られた後に、各バルブ45A、45Bを開き、所定の蒸発速度で各原料モノマーA、Bを上方から基板10上に蒸着、堆積させて、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸膜13aを全面成膜し(図3(b)参照)、その後、各バルブ45A、45Bを閉じる。
【0029】
この場合、原料モノマーA、Bの蒸発速度は、化学量論比で1:1となるように制御する。また、ホットプレート46によって基板10の温度を所定の温度に制御する。
【0030】
その後、基板10を加熱処理室5内に搬入し、基板10上のポリアミド酸膜13aに対し、ホットプレート46を用いて所定の加熱処理を行う。
【0031】
この場合、加熱条件は、昇温速度5℃/minで300℃程度まで加熱し、その状態を15分間程度保持するようにする。また、この加熱処理は例えば真空中で行う。
【0032】
そして、図3(c)に示すように、この加熱処理により、基板10上にポリイミド膜13が形成される。
【0033】
本発明の場合、絶縁層であるポリイミド膜13の厚さは特に限定されることはないが、絶縁性及び成膜性の観点からは、100〜2000nmとすることが好ましく、より好ましくは、200〜500nmである。
【0034】
その後、基板10をスパッタ室7へ搬送し、スパッタリング法により、図3(d)に示すように、ポリイミド膜13上に無機絶縁膜14を全面成膜する。
【0035】
本発明の場合、無機絶縁膜14の材料としては、特に限定されることはないが、絶縁性及び加工性の観点からは、SiO2、SiN等を用いることが好ましく、より好ましい材料はSiO2である。
【0036】
また、無機絶縁膜14の厚さは特に限定されることはないが、適切なエッチングを行う観点からは、50〜100nmとすることが好ましく、より好ましくは、50〜70nmである。
【0037】
さらに、無機絶縁膜14は、スパッタリングや蒸着法により形成することができるが、成膜速度の向上及び大型基板への対応の観点からは、スパッタリング法によって形成することが好ましい。
【0038】
そして、フォトレジスト工程により、図4(e)に示すように、無機絶縁膜14上にレジストパターン15を形成する。
【0039】
この場合、レジストパターン15は、ドットマトリクス状に形成する。すなわち、隣接するITO電極12の間の上部においてITO電極12のパターンに沿って平行に延びる部分と、これに対して垂直に延び、後述する隔壁と平行な部分を有するように形成する。
【0040】
さらに、基板10をICPドライエッチング室6内にセットし、例えばCF系のガスを用い、プラズマエッチングによってITO電極12上の無機絶縁膜14を除去する。
【0041】
引き続き、ICPドライエッチング室6内において02ガスを用い、プラズマエッチングによってITO電極12上のポリイミド膜13を除去する(図4(f)参照)。
【0042】
なお、この02ガスを用いたエッチングによってレジストパターン15もある程度除去される。そして、残存したレジストパターン15は、例えばアセトンや専用のリムーバー等の剥離液を用いて除去する。
【0043】
これにより、図4(g)に示すように、アノード電極であるITO電極12に沿って絶縁層13、14が形成された基板20を得る。
【0044】
そして、フォトレジスト工程により、図示しない隔壁を形成した後、例えば、真空蒸着法やスピンコート法によって、例えばNPDからなる正孔輸送層16と、例えばAlq3からなる電子輸送層17を形成する(図4(h)参照)。
【0045】
さらに、基板20を真空蒸着室(図示せず)に搬入し、蒸着材料として例えばMgとAgを用い、共蒸着法により(例えば、Mg:Ag=10:1)、陰極18の成膜を行う。
【0046】
これにより、図4(h)に示すように、パッシブマトリクス型の有機EL素子30を得る。
【0047】
以上述べたように本実施の形態によれば、蒸着重合によって絶縁層13を形成するようにしたことから、例えば厚さが0.5μm以下の絶縁層13を容易に形成することができる。
【0048】
また、本実施の形態によれば、ウエット工程によって形成するものではないため、クロストークの問題を回避することができる。
【0049】
さらに、本実施の形態によれば、蒸着重合の場合は300℃程度とキュア温度を低くすることができるため、陽極であるITO電極12の膜質を劣化させることがない。
【0050】
さらにまた、本実施の形態においては、ポリイミド膜13上に無機絶縁膜14を形成することによって耐絶縁性に優れた絶縁層を得ることができ、この無機絶縁膜をマスクとして例えばプラズマエッチング等のドライプロセスによってパターニングを行うことが可能になる。
【0051】
なお、本発明は、絶縁層の高分子材料としてポリイミドを用いた場合のみならず、ポリ尿素、ポリアミドを用いた場合にも適用しうるものであるが、ポリイミドを用いた場合に最も有効なものである。
【0052】
【実施例】
まず、上述のガラス基板11上へITO電極12がパターニングされた基板10(図3(a)参照)を用意した。
【0053】
次いで、図1に示す成膜装置1を用い、蒸着重合室4において上述したように基板10上にポリイミド膜13を全面成膜した。
【0054】
この場合、ジアミンモノマー及び酸成分モノマーとして、DDEとPMDAを用い、蒸発源40A、40Bにおいて蒸発させた各原料モノマーA、Bの蒸気を蒸着重合室4に導入して、ホットプレート46によって保持された基板10上へポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の膜を厚さ500nm形成した(図3(b)参照)。
【0055】
成膜終了後、基板10を加熱処理室5へ搬送して、温度300℃、15分の過熱処理を行いイミド化反応を完結させた(図3(c)参照)。
【0056】
その後、基板10をスパッタ室7へ搬送し、スパッタリング法により、ポリイミド膜13上に無機絶縁であるSiO2膜14を50nm全面成膜した(図3(d)参照)。
【0057】
そして、フォトレジスト工程により、SiO2膜14上にレジストパターン15を形成した(図4(e)参照)。
【0058】
基板10をICPドライエッチング室6内にセットし、CF系のガスを用い、プラズマエッチングによってITO電極12上のSiO2膜14を除去した。
【0059】
引き続き、ICPドライエッチング室6内において02ガスを用い、プラズマエッチングによってITO電極12上のポリイミド膜13を除去した(図4(f)参照)。
【0060】
さらに、残存したレジストパターン15は、剥離液としてアセトンを用いて除去した。
【0061】
これにより、アノード電極であるITO電極12に沿って絶縁層(13,14)が形成された基板20を得る(図4(g)参照)。
【0062】
そして、フォトレジスト工程により、図示しない隔壁を形成した後、例えば、真空蒸着法やスピンコート法によって、例えばNPDからなる正孔輸送層16と、例えばAlq3からなる電子輸送層17を形成した(図4(h)参照)。
【0063】
さらに、基板20を真空蒸着室に搬入し、蒸着材料として例えばMgとAgを用い、共蒸着法により(Mg:Ag=10:1)、陰極18の成膜を行いパッシブマトリクス型の有機EL素子30を得た(図4(h)参照)。
【0064】
このようにして得られた有機EL素子30の発光特性について、所定のドットにDCバイアスを印加し、選択したドット以外のドットが発光するか否かによって評価した結果、クロストークの不具合はみられなかった。
【0065】
また、ITO電極12上に、本発明による厚さ500nmの蒸着重合ポリイミド膜と、真空蒸着法による厚さ200nmのアルミニウム膜を形成して、VI特性を調べた。
【0066】
その結果、電極面積4mm2で印加電圧100Vのときの電流値は1.5×10-12AでSiO2膜が無い場合であっても、耐絶縁性に優れた膜であることが確認された。
【0067】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、膜質の高い絶縁層を有する優れた有機EL素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の有機EL素子の隔壁を形成するための成膜装置の一例の概略構成図
【図2】 図1に示す成膜装置の蒸着重合室の概略構成図
【図3】(a)〜(d):本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例を示す工程図(その1)
【図4】(e)〜(h):本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例を示す工程図(その2)
【図5】 従来の有機EL素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
1…成膜装置 10…基板 11…ガラス基板 12…ITO電極(陽極) 13…ポリイミド膜(絶縁層) 14…SiO2膜(無機絶縁膜)16…正孔輸送層 17…電子輸送層 18…陰極 30…有機EL素子
Claims (2)
- 基板上の陽極及び陰極間にパターン状の絶縁層を有する有機EL素子の製造方法であって、
原料モノマーとして、ジアミンモノマーである4,4′-ジアミノジフェニルエーテル(DDE)と、酸成分モノマーであるピロメリット酸ニ無水物(PMDA)を用い、蒸着重合及び真空中における加熱によってポリイミドからなる前記絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上にSiO 2 からなる無機絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする有機EL素子の製造方法。 - 前記絶縁層の厚さが200〜500nmであり、前記無機絶縁層の厚さが50〜70nmであることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子の製造方法。
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