JPH11307270A

JPH11307270A - 電界発光素子及びその製造方法

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Publication number: JPH11307270A
Application number: JP10128066A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Sadabetto; 裕康定別当
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-05
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: JP3900675B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カソード形成にフォトリソグラフィー技術及
びエッチング技術を導入することができる構造の電界発
光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】透明電極２Ａの上に間欠的に開口部を有
する低抵抗電極３Ｂが形成されてカソード電極が構成さ
れ、低抵抗電極３Ｂの上に膜厚の厚い層間絶縁層５Ａが
形成されると共に、表示領域全体に有機ＥＬ層７が成膜
されている。有機ＥＬ層７は、低抵抗電極３Ｂの開口部
内で透明電極２Ａに接合する部分と層間絶縁層５Ａの上
に載っている部分とが段差により分離されている。複数
のカソード電極８Ａどうしは層間絶縁層５Ａの上に形成
された有機ＥＬ層７の上で分離するように加工されてい
る。この加工に際して層間絶縁層５Ａ上の有機ＥＬ層７
は、発光に供されないためフォトリソグラフィー工程の
現像液やリンス液やエッチング工程のエッチャントに晒
されても不都合がない。このため、カソード電極のエッ
ジ部で万一剥離が発生したとしても発光に供される有機
ＥＬ層７まで剥離が進行しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電界発光素子及び
その製造方法に関し、さらに詳しくは、カソード電極の
剥離を抑制する構造を備えた電界発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）材料を発光層に
用いた電界発光素子が、その寿命の向上とともに注目さ
れ始めている。このような電界発光素子は、発光層をカ
ソード電極とアノード電極とで挟む構造を有している。
このように発光層を挟んで対向する電極間に電圧を印加
することで発光層に、カソード電極から電子を、アノー
ド電極から正孔を注入し、発光層内でこれら電子と正孔
とが再結合することにより発光を得るようになってい
る。

【０００３】従来、この種の電界発光素子の製造工程に
おいては、カソード電極を形成に際してハードマスクを
用いた蒸着法が行われていた。その理由は、有機ＥＬ材
料を含む発光層が水分や溶剤に弱いため、フォトリソグ
ラフィー工程で行われるレジストのパターニング（現像
工程、洗浄工程などを含む）やエッチング工程で用いら
れるエッチャントなどの影響により、カソード電極のエ
ッジ部が発光層から剥離し易くなったり、発光層が変質
するなどの弊害が発生するからである。

【０００４】このように、従来ではハードマスクを用い
てカソード電極を形成することが余儀なくされていたた
め、表示の高精細化に伴う電極の微細化や表示画面の大
型化は困難であった。すなわち、電極の微細化では、
０．１ｍｍ程度のライン・アンド・スペースが限界であ
る。また、微細パターンの開口部が形成された大型ハー
ドマスクでは、マスク自体の撓みによる変形が発生する
ため、形成される電極パターンに誤差が発生し易いなど
の問題点がある。

【０００５】この発明が解決しようとする課題は、電極
を低抵抗化し、電極剥離を抑制する電界発光素子及びフ
ォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を導入する
ことができる構造の電界発光素子の製造方法を得るには
どのような手段を講じればよいかという点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板上の発光領域及び非発光領域に設けられた第１導電
性膜と、該第１導電性膜上の非発光領域に設けられた第
２導電性膜と、該第２導電性膜上に形成された層間絶縁
膜と、前記第１導電性膜上の発光領域に設けられた、前
記層間絶縁膜より薄い電界発光層と、前記層間絶縁膜上
方で離間され、該電界発光層上に設けられた複数の第３
導電性膜と、備えることを特徴とする。

【０００７】請求項１に記載の発明によれば、第１導電
性膜では、発光に充分なシート抵抗が得られなくても、
第１導電性膜上の非発光領域に第２導電性膜が設けられ
ているので、第１導電性膜及び第２導電性膜全体として
発光に充分な程度のシート抵抗を得ることができる。ま
た、層間絶縁膜が電界発光層より厚いため、電界発光層
が発光領域と非発光領域との間で段切れすることができ
るので、電界発光層と第３導電性膜との間の剥離の広が
りが段切れ部分で止めることができる。さらに非発光領
域の電界発光層と第３導電性膜との間に水又は酸素が侵
入してダークスポットが成長しても、層間絶縁膜が段切
れできるのでダークスポットが隣接する発光領域まで成
長することはない。

【０００８】請求項２記載の発明では、電界発光素子の
製造方法において、基板上に第１導電性膜及び第２導電
性膜を順次形成し、前記第２導電性膜上の所定の箇所に
設けられた絶縁層をマスクとして前記第２導電性膜をパ
ターニングし、前記絶縁層より薄く、前記１導電性膜上
で露出した電界発光層を形成し、基板全面に第３導電性
膜を形成後、前記絶縁膜上方で前記第３導電性膜を分割
することを特徴とする。請求項２記載の発明によれば、
第３導電性膜を絶縁膜上方で分割するので、この分割工
程をフォトリソグラフィで行っても、現像液等は、前記
１導電性膜上に設けられた電界発光層に接している第３
導電性膜を浸食することはない。そして、第１導電性膜
と第３導電性膜とが、電界発光層を介在して重なる発光
領域では、第１導電性膜と電界発光層とを密着するとと
もに、絶縁層が発光領域での第２導電性膜をパターニン
グするので、第１導電性膜を一般に抵抗の高く且つ可視
光に対し透過性を示す電極とし、第２導電性膜を低抵抗
且つ可視光に対し不透過性を示す電極とすることがで
き、電界発光層での発光を第１導電性膜の方から出射す
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子及びその製造方法の詳細を図面に示す実施形態に基づ
いて説明する。（実施形態１）図１〜図８は、アノード電極とカソード
電極とがＸ−Ｙマトリクス状に形成されるドット表示を
行う電界発光素子に本発明を適用した実施形態１を示し
ている。ここで、本実施形態の電界発光素子の構成の説
明に先駆けて製造方法について説明する。まず、図１に
示すように、例えばガラスでなる透明基板１の上に、Ｉ
ＴＯ（indium tin oxide）またはＩｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m
（但しｍ＞０）からなる透明電極材料膜２を成膜する。
次に、透明電極材料膜２の上に、透明電極材料膜２より
抵抗の低いアルミニウムやクロムなどの合金又は単体で
なる金属膜３を成膜する。なお、透明電極材料膜２及び
金属膜３は、マルチチャンバ成膜装置を用いて連続的に
成膜することができる。その後、金属膜３の上に感光性
樹脂を塗布し、露光・現像を行ってレジストマスク４を
形成する。このレジストマスク４は、所定方向（図中横
方向）に沿って複数が平行をなすように形成されてい
る。

【００１０】次に、図２に示すように上記したレジスト
マスク４を用いて下地の金属膜３及び透明電極材料膜２
をウェットエッチングして、それぞれ低抵抗電極３Ａ及
び透明電極２Ａを形成後、レジストマスク４をＯ₂アッ
シングで除去する。その後、図３に示すように、パター
ニングを施した透明電極２Ａ及び低抵抗電極３Ａを覆う
ように、略基板全面に、ネガ型の感光性樹脂に堆積させ
る。感光性樹脂５を、露光・現像を行ってパターニング
を施し、図４に示すような層間絶縁膜５Ａを形成する。
この層間絶縁膜５Ａの平面形状は、アノード電極とカソ
ード電極とが交差するそれぞれの領域（画素部となる）
の輪郭より内側の領域で開口する開口部５Ｂが形成され
たものであり、格子状に形成されている。

【００１１】続いて、層間絶縁膜５Ａを用いて低抵抗電
極３Ａのウェットエッチング（又はドライエッチング）
を行い、低抵抗電極３Ｂを形成する。なお、このエッチ
ングに際しては、低抵抗電極３Ａと透明電極２Ａとのエ
ッチング選択比が充分とれるエッチャントを用いる。本
実施形態では、低抵抗電極３Ａには異方性エッチングを
施している。エッチングされた後の低抵抗電極３Ｂと透
明電極２Ａとの平面形状は、図８に示すように低抵抗電
極３Ｂを窓明けして透明電極２Ａが露呈するような形状
となる。このようにして、透明電極２Ａと低抵抗電極３
Ｂとでなるアノード電極が形成できる。露出された透明
電極２Ａの表面は、直前のエッチングまで低抵抗電極３
Ａに保護されていたので、レジストマスク４や層間絶縁
膜５Ａ形成時の現像液及びこれらの現像後の残渣がな
く、後述する有機ＥＬ層７とより高い密着性を有するこ
とができ、正孔の注入性が高い。またこれら残渣による
有機ＥＬ層７のピンホールの発生を抑制できる。

【００１２】その後、図５に示すように、表示領域全体
に亙って、低抵抗電極３Ｂの膜厚と層間絶縁膜５Ａの膜
厚と和より小さい膜厚の有機ＥＬ層７を蒸着させる。こ
のとき、有機ＥＬ層７は層間絶縁膜５Ａのテーパ状に形
成された側壁である開口部５Ｂで段切れを起こした状態
となる。なお、本実施形態では、有機ＥＬ層７が、下層
から上層に向けて、順次、有機正孔輸送層、有機発光
層、有機電子輸送層の３層が積層された構造を有してい
る。有機正孔輸送層としては、例えばN,N'-ジ（α-ナフ
チル）-N,N'-ジフェニル-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミ
ン（α−ＮＰＤという）でなる。また、有機発光層とし
ては、4,4'-ビス（2,2'-ジフェニルビニレン）ビフェニ
ル（ＤＰＶＢｉという）が９６ｗｔ％と、4,4'-ビス（2
-カルバゾールビニレン）ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉと
いう）が４ｗｔ％とを共蒸着してなる。さらに、有機電
子輸送層としては、トリス（8-ヒドロキシキノリン）ア
ルミニウム（Ａｌｑ３という）でなる。

【００１３】次に、図６に示すように、カソード金属層
８を略表示領域全体に堆積させた後、カソード金属層８
の上にレジストマスク９をフォトリソグラフィによりパ
ターニングして形成する。このレジストマスク９は、上
記したアノード電極と交差するように複数（図中では
２）列に形成する。その後、レジストマスク９を用いて
ドライエッチングを行って図７に示すようにカソード電
極８Ａをパターニング形成する。レジストマスク９は、
その後Ｏ₂アッシングで除去される。なお、カソード金
属層８としては、外表面が酸化されても電子注入性を比
較的損なわないＡｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｌｉ、Ａｌなどで形
成することができる。このカソード金属層８は、レジス
トマスク９を形成するときのフォトリソグラフィに用い
るＫＯＨ現像液に対して素子特性が極端劣化するほど浸
食されない性質を有する。このようにして本実施形態の
電界発光素子１０の製造が完了する。

【００１４】次に、本実施形態の電界発光素子１０の構
成を図７を用いて説明する。透明基板１の上にストライ
プ状にアノード電極が形成されている。それぞれのアノ
ード電極は、透明電極２Ａと低抵抗電極３Ｂとが積層さ
れてなり、低抵抗電極３Ｂには画素領域に対応する領域
が開口され、この開口から透明電極２Ａが露呈した状態
となっている。そして、低抵抗電極３Ｂの上には層間絶
縁膜５Ａが形成され、この層間絶縁膜５Ａの低抵抗電極
３Ｂの開口に臨む側壁はテーパ状に形成されている。ま
た、露呈した透明電極２Ａ及び層間絶縁膜５Ａの上に
は、有機ＥＬ層７が形成されている。さらに、その上
に、複数のカソード電極８Ａがアノード電極と交差する
方向に平行に形成されている。カソード電極８Ａどうし
は、層間絶縁膜５Ａの上に形成された有機ＥＬ層７の上
で分離されている。ここで、低抵抗電極３Ｂの開口内に
形成された有機ＥＬ層７はアノード電極を構成する透明
電極２Ａとカソード電極８Ａとの間に挟まれるため、表
示発光が可能である。また、層間絶縁膜５Ａの上に形成
された有機ＥＬ層７は、両電極に挟まれないため、発光
を起こさないようになっている。

【００１５】次に、本実施形態の電界発光素子の作用に
ついて説明する。本実施形態では、アノード電極は、透
明電極２Ａと低抵抗の低抵抗電極３Ｂとで形成される構
成としたことにより、導電性の高い低抵抗電極３Ｂが信
号電流の伝搬速度を速くすることができ、高抵抗の透明
電極２Ａにより図示しない駆動電源からの印加電流の減
衰を抑制し、透明電極２Ａの有機ＥＬ層７への正孔の注
入性を高めている。また、有機ＥＬ層７に接合した透明
電極２Ａと対向するカソード電極８Ａは仕事関数が低い
ため、有機ＥＬ層７への電子注入性が高い。アノード電
極から注入された正孔とカソード電極８Ａから注入され
た電子とは、有機ＥＬ層７内で再結合して発光を起こ
す。また、層間絶縁膜５Ａの上に形成された有機ＥＬ層
７は、これらの電極で挟まれていないため発光を起こす
ことはない。そして、有機ＥＬ層７は層間絶縁膜５Ａの
開口部５Ｂで段切れを起こしているので、カソード電極
８Ａと有機ＥＬ層７との間隙から浸入する水や酸素等に
よりダークスポットが発生しても、最外の段切れされた
非発光領域でダークスポットの成長が止まるので発光領
域でのダークスポットの成長を抑制できる。

【００１６】特に、本実施形態では、隣接するカソード
電極８Ａどうしの縁部分が有機ＥＬ層７の上に在るが、
カソード電極８Ａのエッチング工程やレジスト剥離工程
での影響で剥がれ易くなっていても、層間絶縁膜５Ａと
カソード電極８Ａとの密着性が高いため、カソード電極
８Ａの剥がれが、発光を起こす有機ＥＬ層７まで進行し
にくくなっている。このような構成を有するため、カソ
ード電極８Ａのパターン形成をフォトリソグラフィー技
術及びエッチング技術を用いて行うことが可能となる。
このため、従来のようにハードマスクを用いる必要がな
く、微細化や表示部分の大型化を期することが可能とな
る。

【００１７】（実施形態２）図９は、本発明に係る電界
発光素子の実施形態２を示す断面図である。本実施形態
２は、上記した実施形態１の層間絶縁膜５Ａの上に、段
差を増加させるために隔壁１１を絶縁性材料で形成した
ものであり、他の構成は上記した実施形態１と同様であ
る。本実施形態２では、有機ＥＬ層７を形成した際に段
切れを起こし易い構成としたものであり、カソード電極
８Ａの剥がれの進行をさらに抑制することができる。本
実施形態２における他の作用は、上記した実施形態１と
同様であるので説明を省略する。

【００１８】以上、実施形態１及び実施形態２について
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。例
えば、上記した実施形態１及び実施形態２では、層間絶
縁膜５Ａの側壁をテーパ状に形成したが、異方性のエッ
チングにより垂直に立ち上がる側壁としても勿論よい。
また、上記した実施形態では有機ＥＬ層７を３層構造と
したが、単層構造、２層構造、４層以上の構造としても
よい。なお、カソード電極の剥離の問題は、特に有機Ｅ
Ｌ層を用いた電界発光素子に顕著であったが、無機ＥＬ
層を用いた電界発光素子に本発明を適用することも勿論
有用である。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、電極を低抵抗化し、電極剥離を抑制するこ
とができ、またカソード電極の形成の際にフォトリソグ
ラフィー技術を導入することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電界発光素子の実施形態１の工程
断面図。

【図２】実施形態１の工程断面図。

【図３】実施形態１の工程断面図。

【図４】実施形態１の工程断面図。

【図５】実施形態１の工程断面図。

【図６】実施形態１の工程断面図。

【図７】実施形態１の電界発光素子の断面図。

【図８】実施形態１におけるアノード電極の平面説明
図。

【図９】本発明に係る電界発光素子の実施形態２の断面
図。

【符号の説明】

２Ａ透明電極３Ｂ低抵抗電極５Ａ層間絶縁膜７有機ＥＬ層８カソード金属層８Ａカソード電極９レジストマスク１０電界発光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の発光領域及び非発光領域に設け
られた第１導電性膜と、該第１導電性膜上の非発光領域
に設けられた第２導電性膜と、該第２導電性膜上に形成
された層間絶縁膜と、前記第１導電性膜上の発光領域に
設けられた、前記層間絶縁膜より薄い電界発光層と、前
記層間絶縁膜上方で離間され、該電界発光層上に設けら
れた複数の第３導電性膜と、備えることを特徴とする電
界発光素子。
【請求項２】基板上に第１導電性膜及び第２導電性膜
を順次形成し、前記第２導電性膜上の所定の箇所に設け
られた絶縁層をマスクとして前記第２導電性膜をパター
ニングし、前記絶縁層より薄く、前記１導電性膜上で露
出した電界発光層を形成し、基板全面に第３導電性膜を
形成後、前記絶縁膜上方で前記第３導電性膜を分割する
ことを特徴とする電界発光素子の製造方法。
【請求項３】前記絶縁層は、感光性樹脂により形成さ
れることを特徴とする請求項２記載の電界発光素子の製
造方法。