JP2007080569A

JP2007080569A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2007080569A
Application number: JP2005263816A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kitamura; 一典北村
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子を物理的な損傷から保護することができ、かつ、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
（１）第１電極が形成された基板を準備し、前記基板の前記第１電極上に、発光層を含む有機層および第２電極を順に積層して積層膜を形成する工程と、
（２）前記積層膜全体を被覆する封止膜を形成する工程と、
（３）所定のパターンの開口部を有する物理的保護部材を前記封止膜上に設ける工程と、
（４）前記物理的保護部材をマスクとしてエッチングを行うことで、前記封止膜をパターニングする工程と
を含む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。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと適宜略す）は、面発光素子として、例えば、ディスプレイや照明装置等の分野で用いられている。基本的な有機ＥＬ素子の構造は、ガラス基板等の透明基板上に、透明陽極、発光層を含む有機層、陰極が順に積層された構造である。透明陽極と陰極との間に直流電圧を印加することで発光層が発光し、その光は、例えば、透明陽極側より透明基板を介して外部に取り出される。また、有機ＥＬ素子の内部に水分や酸素等のガスが浸入すると、素子を構成する有機層や電極がダメージを受け、素子の品質劣化や寿命の短縮化を招く虞がある。このため、外部からの水分やガスの浸入を防ぐ目的で、有機ＥＬ素子の表面には封止膜が設けられる。
一方、有機ＥＬ素子に直流電圧を供給するためには、有機ＥＬ素子を構成する各電極の端子電極部を露出させて、外部駆動電源からの配線を接続できる状態にする必要がある。つまり、有機ＥＬ素子を構成する各層、例えば、封止膜をパターニングして端子電極部を露出させることが必要となる。

特許文献１には、基板上に第１の電極、有機膜、第２の電極および保護膜をこの順に成膜積層し、保護膜上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行う有機ＥＬ素子の製造方法が開示されている。また、保護膜上に設けられたレジストパターンは、エッチング時に除去されている。

特開２０００−１１３９８１号公報

有機ＥＬ素子を構成する各層は非常に薄いため、物理的な衝撃に対して傷つき易い。しかしながら、上記特許文献１に記載の有機ＥＬ素子は、第２の電極より外側には、有機膜を水分や酸素などの侵食から保護するための保護膜（所謂、封止膜）が設けられているのみである。すなわち、特許文献１には、有機ＥＬ素子を物理的な損傷から保護するための構成は一切開示されていない。
また、上記特許文献１には、素子に外部駆動電源を接続するための端子電極部を形成する方法についても開示されていない。
したがって、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、有機ＥＬ素子を物理的な損傷から保護することができ、かつ、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究、開発を遂行した結果、上記のような課題を解決するためには、封止膜の上に、所定のパターンの開口部を有する物理的保護部材を設け、この物理的保護部材をマスクとしてエッチングを行うことが有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、
（１）第１電極が形成された基板を準備し、前記基板の前記第１電極上に、発光層を含む有機層および第２電極を順に積層して積層膜を形成する工程と、
（２）前記積層膜全体を被覆する封止膜を形成する工程と、
（３）所定のパターンを有し、前記積層膜および前記封止膜を物理的な損傷から保護する物理的保護部材を前記封止膜上に設ける工程と、
（４）前記物理的保護部材をマスクとしてエッチングを行うことで、前記封止膜をパターニングする工程と
を含むことを特徴とするものである。
本発明の工程（３）において、前記物理的保護部材が樹脂フィルムであることが好ましい。
本発明の工程（３）において、前記物理的保護部材がレジストであることが好ましい。
本発明の工程（１）において形成される前記積層膜は発光部と端子電極部とを備えており、工程（２）において、前記発光部と前記端子電極部とを備える前記積層膜全体を被覆するように前記封止膜を形成し、工程（３）において、前記開口部が前記端子電極部に対応するように前記物理的保護部材を前記封止膜上に設け、工程（４）において、前記端子電極部上の前記封止膜を除去することによって前記端子電極部を露出させることが好ましい。
本発明において、前記封止膜は多層膜であることが好ましい。

本発明によれば、有機ＥＬ素子を物理的な損傷から保護することができ、かつ、封止膜をパターニングすることができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明により製造される有機ＥＬ素子の一実施形態を示す部分断面模式図である。図１（ｄ）において、有機ＥＬ素子１は、基板２上に形成された第１電極３と、第１電極３上に形成された発光層を含む有機層４と、有機層４上に形成された第２電極５とを含む積層膜６を備えており、積層膜６全体を被覆するように封止膜９が形成され、封止膜９上の所望の部分のみに物理的保護部材１０が設けられている。

本実施の形態では、まず、工程（１）において、図１（ａ）に示されるように、第１電極３が形成された基板２を準備し、この第１電極３の上に、発光層を含む有機層４および第２電極５を順に積層して積層膜６を形成する。この時、積層膜６は、発光部７と端子電極部８とを備えるように形成される。ここで、「発光部７」とは有機ＥＬ素子１の発光面を構成する部分であり、「端子電極部８」とは第１電極３および第２電極５に直流電圧を供給するために外部電源からの配線を接続する部分である。
基板２は、有機ＥＬ素子１を支えるための板状の部材である。光の取り出し方向が基板２側である場合は、例えば、ガラス基板や、アクリル樹脂基板等の取り出す光に対して高い透過率を示す透明基板が用いられる。光の取り出し方向が基板２と反対側である場合は、上記の透明基板に加えて、シリコン基板、金属基板等の不透明基板を用いることができる。
第１電極３には、公知の電極材料が用いられ、光の取り出し方向が基板２側である場合は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の透明電極材料が用いられる。
第２電極５には、公知の電極材料が用いられ、光の取り出し方向が基板２側である場合は、金属や合金を用いることができ、例えば、ＡｇやＡｌ等が用いられる。
なお、光の取り出し方向が基板２と反対側である場合は、第１電極３には金属や合金等が用いられ、第２電極５には透明電極材料が用いられる。
上記の第１電極３と第２電極５との間に設けられる発光層を含む有機層４は、例えば、発光層１層から構成される場合や、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、バッファー層等のうちの１層以上と発光層との組み合わせにより構成される場合等がある。また、発光層にはＡｌｑ_３等の公知の発光材料が用いられ、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等が用いられる。

上記の積層膜６は、公知の適切な方法により形成されればよく、例えば、第１電極３が形成された基板２を準備し、基板２の第１電極３上に、第２電極５、発光層を含む有機層４、およびその他の必要な層を、スパッタリング法、スピンコーティング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の方法により積層させることで形成される。

工程（２）は、図１（ｂ）に示されるように、工程（１）において形成された積層膜６全体を被覆する封止膜９を形成する工程である。ここで形成される封止膜９は、積層膜６が酸素、水分等と接触することを防止する機能を有するものである。
封止膜９には、公知の封止膜材料が用いられ、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等が用いられる。好ましくは窒化ケイ素が用いられる。このような原料を用いて形成された封止膜９は、積層膜６を酸素や水分等から保護し、有機ＥＬ素子１の性能がこれらにより悪化することを防ぐことができる。また、封止膜９は、例えば、窒化ケイ素の単層膜であってもよく、窒化ケイ素および酸化ケイ素の二層膜であってもよく、あるいは、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、および炭化ケイ素等を積層した多層膜であってもよい。このように封止膜９を多層にしておくことで、有機ＥＬ素子１の性能が低下するのをより効果的に防止することができる。
封止膜９は、公知の薄膜形成方法によって形成され、例えば、ＣＶＤ法により積層膜６全体を被覆するように形成される。

工程（３）は、図１（ｃ）に示されるように、工程（２）において形成された積層膜６全体を被覆する封止膜９の上に、所定のパターンの開口部１１を有する物理的保護部材１０を設ける工程である。この物理的保護部材１０は、後述する工程（４）においてはマスクとして機能し、さらに、最終製品である有機ＥＬ素子１を物理的な損傷からに保護する手段として機能する。
本実施の形態において用いることのできる物理的保護部材１０としては、工程（４）のエッチングで使用するエッチャント（反応種）に対して耐性を有し、さらに、有機ＥＬ素子１を物理的に保護できるものであればよく、例えば、樹脂フィルム、フォトレジスト、ソルダーレジスト、ドライフィルムレジスト、ＵＶ硬化樹脂等が挙げられる。ここで、「エッチャントに対して耐性を有する」とは、物理的保護部材１０が工程（４）でエッチングされないということを意味する。例えば、酸性のエッチャントを使用した場合には、物理的保護部材１０は耐酸性を有する必要がある。また、物理的保護部材１０に用いられるレジストは、その製造工程において除去されることはない。

上記の物理的保護部材１０として樹脂フィルムを用いる場合には、例えば、所定のパターンの開口部１１を有するように予め形状が加工された樹脂フィルムを準備し、これを接着剤層を介して封止膜９上に貼り付ければよい。この場合、樹脂フィルムの加工精度は±５０μｍ程度であり、貼り付ける際の位置合わせの精度は±１００μｍ程度である。樹脂フィルムには、工程（４）のエッチングで使用するエッチャントに対して耐性を有する材料が用いられる。
また、物理的保護部材１０としてフォトレジストを用いる場合には、例えば、封止膜９上に塗布法によりフォトレジストを形成し、フォトマスクを介して露光を行い、次いで現像するという、公知のフォトリソグラフィーの方法を用いて、所定のパターンの開口部１１を有する物理的保護部材１０を形成することができる。この場合、パターニング精度は±数μｍ程度である。フォトレジストには、工程（４）のエッチングで使用するエッチャントに対して耐性を有する材料が用いられる。また、フォトレジストはＵＶ（紫外線）硬化型のものを用いるのが好ましい。
物理的保護部材１０としてソルダーレジストを用いる場合には、例えば、印刷法等により所定のパターンの開口部１１を有するソルダーレジストを封止膜９上に形成することができる。この場合、ソルダーレジストを封止膜９に印刷する際の位置合わせの精度は±１００μｍ程度である。ソルダーレジストには、工程（４）のエッチングで使用するエッチャントに対して耐性を有する材料が用いられる。また、ソルダーレジストはＵＶ硬化型のものを用いるのが好ましい。
また、所定のパターンの開口部１１を有する物理的保護部材１０は、その開口部１１が封止膜９の後述する工程（４）におけるエッチングによって除去されるべき部分に対応する。この場合、封止膜９の残されるべき部分は、物理的保護部材１０により被覆されている。

工程（４）は、図１（ｄ）に示されるように、上記工程（３）で設けられた物理的保護部材１０をマスクとしてエッチングを行うことにより、物理的保護部材１０の開口部１１に対応する部分の封止膜９を除去し、該封止膜９をパターニングする工程である。ここでのエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。エッチングに用いるエッチングガス（エッチャント）には、封止膜材料と反応するものが用いられ、例えば、ＮＦ_３、ＣＯＦ_２、Ｃ_３Ｆ_８、ハロゲン化炭化水素、フッ化水素等が用いられる。

例えば、エッチングガスとしてＮＦ_３を用いてドライエッチングによりパターニングを行う場合、まず、真空にしたチャンバーに有機ＥＬ素子１を入れ、ＮＦ_３を導入する。次に、上部電極と平行に置かれた素子ホルダーに高周波電圧を加えると、ＮＦ_３はプラズマ化される。これが封止膜９に吸着されると化学反応が起こり、生成物は封止膜９の表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。ドライエッチングは、異方性エッチングであるため、ウェットエッチングと比較してサイドエッチングの影響を小さくすることができ、封止膜９を非常に精度良くパターニングをすることができる。

そして、工程（４）におけるエッチングにより、工程（２）において形成された封止膜９が、工程（３）において設けられた物理的保護部材１０のパターンに従ってパターニングされる。工程（３）において、物理的保護部材１０の開口部１１と積層膜６の端子電極部８とが対応するように物理的保護部材１０を封止膜９の上に設けた場合は、工程（４）において、封止膜９のうち端子電極部８上の封止膜９が部分的に除去されることとなり、端子電極部８を露出させることができる。

以上から、本実施の形態によれば、有機ＥＬ素子１の封止膜９上に、所定のパターンの開口部１１を有する物理的保護部材１０を設け、その後、この物理的保護部材１０をマスクとしてエッチングを行うため、製造される有機ＥＬ素子１の所望部分を精度よく露出させることできる。また、本実施の形態によれば、封止膜９の上、つまり有機ＥＬ素子１の最外部には物理的保護部材１０が設けられている。このため、有機ＥＬ素子１を物理的な損傷から保護することができる。
また、本実施の形態によれば、製造される有機ＥＬ素子１の端子電極部８を精確に露出させることもできる。

なお、本実施の形態の工程（４）におけるエッチングに、ウェットエッチングを用いてもよい。

［実施例１］
有機ＥＬ素子１を、以下のように製造した。
まず、第１電極３として膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ層（陽極）が一方の面上に形成されたガラス基板（基板２）を用意し、これを洗浄した。アルカリ洗浄および純水洗浄を順次行い、これらの洗浄後、乾燥および紫外線オゾン洗浄を順次行った。

上記の洗浄を行った基板２を真空蒸着装置（真空度約５．０×１０^−５Ｐａ）へと移し、第１電極３の上に、発光層を含む有機層４、第２電極５を順に積層して積層膜６を形成した。この実施例１では、発光層を含む有機層４を、以下の有機層４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから構成する。

基板２上に形成された第１電極３上には、ホール注入層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚１０ｎｍの銅フタロシアニンの有機層４ａを形成した。

ホール注入層（有機層４ａ）上に、ホール輸送層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚５０ｎｍのトリフェニルアミン４量体の有機層４ｂを形成した。

ホール輸送層（有機層４ｂ）上に、発光層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓで、膜厚３０ｎｍのＤＰＶＢｉの有機層４ｃを形成した。

発光層（有機層４ｃ）上に、電子輸送層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．０１ｎｍ／ｓで、膜厚３０ｎｍのＡｌｑ_３の有機層４ｄを形成した。

電子輸送層（有機層４ｄ）上には、電子注入層として、カーボンるつぼにより、蒸着速度０．０３ｎｍ／ｓで、膜厚０．５ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）の無機層を形成した。

そして、電子注入層上に、第２電極５として、タングステンボートにより、蒸着速度１ｎｍ／ｓで、膜厚１５０ｎｍのアルミニウムの無機層（陰極）を形成した。
なお、上記の積層膜６を形成する際に、有機ＥＬ素子１の発光面を構成する発光部７と、外部電源からの配線を接続する部分である端子電極部８とを、メタルマスク等を用いたパターニングにより形成した。

このように、基板２上に、第１電極３、発光層を含む有機層４、第２電極５を順に積層して積層膜６を形成した後、積層膜６全体を覆うように、プラズマＣＶＤ装置により第１の封止膜としての窒化ケイ素膜を形成した。すなわち、積層膜６が形成された基板２をプラズマＣＶＤ装置のＣＶＤチャンバーに移し、圧力１×１０^−３Ｐａまで排気し、ＳｉＨ_４を１００ｓｃｃｍ、ＮＨ_３を５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２を１０００ｓｃｃｍ流し、圧力を７５Ｐａに調整した。次に、一対の電極に１３．５６ＭＨｚ、６００Ｗの高周波電力を供給し、ガスを放電させることにより厚さ１μｍの窒化ケイ素膜からなる第１の封止膜を堆積させた。

第１の封止膜が設けられた有機ＥＬ素子１をＣＶＤチャンバーから取り出した後、回転数５００ｒｐｍのスピナーを使用して、第１の封止膜全体が覆われるように第１の封止膜上に、濃度２０重量％のポリシラザン（ＮＬ−１２０：クラリアントジャパン社製）を塗布した。次いで、温度９０℃のホットプレートを使用して該ポリシラザンを３０分間乾燥させ、膜厚０．５μｍの酸化珪素膜からなる第２の封止膜を形成した。すなわち、この実施例１の封止膜９は、第１の封止膜と第２の封止膜とから構成される多層膜である。

次いで、物理的保護部材１０として、有機ＥＬ素子１の端子電極部８に対応するパターンの開口部１１を有する樹脂フィルムを、接着剤層を介して第２の封止膜上に貼り付けた。

そして、有機ＥＬ素子１をドライエッチング用チャンバー内に移し、エッチングガスであるＮＦ_３を該チャンバー内へと導入し、物理的保護部材１０をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、封止膜９のパターニングを行った。エッチング条件は、ＮＦ_３の流量４５０ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力８０Ｐａ、高周波電力８００Ｗとした。封止膜９は樹脂フィルムのパターンに従って精確にエッチングされており、端子電極部８が完全に露出していた。逆に、端子電極部８以外の部分は、封止膜９と、樹脂フィルムからなる物理的保護部材１０とにより被覆されていた。
このようにして、端子電極部８のみが完全に露出した有機ＥＬ素子１を得ることができた。

［実施例２］
実施例１と同様にして、基板２としてのガラス基板上に積層膜６を形成した。次いで、積層膜６全体を覆うように、プラズマＣＶＤ装置により封止膜９としての窒化ケイ素膜を形成した。

有機ＥＬ素子１の封止膜９上にスピンコート等でフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光および現像することにより、有機ＥＬ素子１の端子電極部８に対応するパターンの開口部１１を有するレジストを形成した。

そして、有機ＥＬ素子１をドライエッチング用チャンバー内に移し、所定のパターンを有するフォトレジストをマスクとし、上記実施例１と同様にドライエッチングを行い、封止膜９のパターニングを行った。封止膜９はレジストのパターンに従って精確にエッチングされており、端子電極部８が完全に露出していた。逆に、端子電極部８以外の部分は、封止膜９と、フォトレジストからなる物理的保護部材１０とにより被覆されていた。
このようにして、端子電極部８のみが完全に露出した有機ＥＬ素子１を得ることができた。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明により製造される有機ＥＬ素子の一実施形態を示す部分断面模式図である。

符号の説明

１有機ＥＬ素子、２基板、３第１電極、４有機層、５第２電極、６積層膜、７発光部、８端子電極部、９封止膜、１０物理的保護部材、１１開口部。

Claims

有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
（１）第１電極が形成された基板を準備し、前記基板の前記第１電極上に、発光層を含む有機層および第２電極を順に積層して積層膜を形成する工程と、
（２）前記積層膜全体を被覆する封止膜を形成する工程と、
（３）所定のパターンの開口部を有し、前記積層膜および前記封止膜を物理的な損傷から保護する物理的保護部材を前記封止膜上に設ける工程と、
（４）前記物理的保護部材をマスクとしてエッチングを行うことで、前記封止膜をパターニングする工程と
を含む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。
前記工程（３）において、前記物理的保護部材が樹脂フィルムであ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ッセンス素子の製造方法。
前記工程（３）において、前記物理的保護部材がレジストであ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ッセンス素子の製造方法。
前記工程（１）において形成される前記積層膜は発光部と端子電極部とを備えており、
前記工程（２）において、前記発光部と前記端子電極部とを備える前記積層膜全体を被覆するように前記封止膜を形成し、
前記工程（３）において、前記開口部が前記端子電極部に対応するように前記物理的保護部材を前記封止膜上に設け、
前記工程（４）において、前記端子電極部上の前記封止膜を除去することによって前記端子電極部を露出させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一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。
前記封止膜が多層膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一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。