JP2009266756A - 有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続構成のアクティブマトリクス型有機ＥＬ素子の簡便な製造方法を提供する。
【解決手段】アクティブマトリクス型有機ＥＬ素子を製造方法であって、ＴＦＴが形成された基板と、反射電極と、第１有機ＥＬ層とを備えた第１の基板を用意する工程と、第１の中間透明電極と第２の中間透明電極とをその両面に夫々形成した中間電極基板を用意する工程と、第２有機ＥＬ層と、上部透明電極とを備えた第２の基板を用意する工程とを含み、さらに前記第１の基板と、中間電極基板と、第２の基板とをこの順に積層し、第１の基板の陽極側と第２の基板の陽極側とを対向させ、第１の中間透明電極と第１有機ＥＬ層とが、第２の中間透明電極と第２有機ＥＬ層とが夫々接するように接続する工程を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、高精細で視認性に優れ、携帯端末機、産業用計測器、家庭用テレビなど広範囲な画面表示への応用可能性を有する有機エレクトロルミネセンス（以下「有機ＥＬ」という）素子の製造方法に関する。

表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機ＥＬ発光素子が知られている。有機ＥＬ発光素子は、薄膜の自発光型素子であり、低駆動電圧、高解像度、高視野角といった優れた特徴を有することから、それらの実用化に向けて様々な検討がなされている。
有機ＥＬ発光素子は、陽極と陰極の間に少なくとも有機発光層を備えた構造を有している。有機ＥＬ発光素子は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。陽極および陰極に電圧が印加されることによって注入された正孔および電子が有機発光層で再結合し、その結果生じた高エネルギー状態から基底状態に遷移する際に発光する。
ディスプレイは多くの画素をマトリクスに配列して表示を構成する。画素のマトリクスの駆動方法には種々あるが、アクティブマトリクス駆動と呼ばれる方法は、個々の画素がＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子のスイッチング動作によって駆動されることから、パッシブマトリクス方式より低消費電力を低下でき、また、動画などの表示に適していると期待されている。
近年、ディスプレイの高輝度化の要請が高まり、アクティブマトリクス型有機ＥＬ素子についても高効率化が課題となってきている。そのために、高効率発光層材料の開発が鋭意進められているが、好ましい材料を得るにいたっていないのが現状である。

そこで、素子を重ね合わせて効率を上げる方法が提案されている。例えば、特許文献１には、陽極と陰極との間に、等電位面を介して複数の有機ＥＬ発光部を直列に配列することにより白色発光を得ることが開示されている。また、特許文献２には、同一色の光を発する有機ＥＬ発光素子を並列に接続して積層することにより、発光素子を流れる電流密度の低減および素子の長寿命化を実現することが開示されている。
積層化において留意すべきは、発光素子駆動電圧の上昇をいかに抑えるかにある。上記第１の例では、発光層ないし発光部を直列に接続するために駆動電圧の上昇を招いてしまい、場合によっては駆動ＩＣを破壊してしまうために、実用上好ましくない。その点、上記第２の例では、並列接続のため、電圧上昇なく効率向上が可能となる。
アクティブマトリクス型素子構成を上記並列型接続で実現するには、高精細なパターニング、電極とＴＦＴ素子との接続方法など、多くの解決すべき課題があった。並列型アクティブマトリクス素子では、第１電極、第１有機層、中間透明電極、第２有機層、第２電極を順に積層する構成であるが、有機ＥＬ層は画素ごとに分離される必要がある。これらの各層の形成はすべてマスクを用いて製作は可能であるが、多くの工程が必要になるとともに、マスクのずれ、マスクが薄膜と接触することに起因する欠陥生成などが発生する可能性が高く、歩留まり低下という問題がある。
特開２００３−４５６７６号公報 特許第３１８９４３８号公報

並列接続構成のアクティブマトリクス型有機ＥＬ素子の簡便な製造方法を提供する。

上記課題は本発明によれば以下のように解決される。
すなわち、ＴＦＴが形成された基板と、反射電極と、第１有機ＥＬ層とを備えた第１の基板を用意する工程と、第１の中間透明電極と第２の中間透明電極とをその両面に夫々形成した中間電極基板を用意する工程と、第２有機ＥＬ層と、上部透明電極とを備えた第２の基板を用意する工程と、前記第１の基板と、中間電極基板と、第２の基板とをこの順に積層し、第１の基板の陽極側と第２の基板の陽極側とを対向させ、第１の中間透明電極と第１有機ＥＬ層とが、第２の中間透明電極と第２有機ＥＬ層とが夫々接するように、中間電極基板をその間に挟んで貼り合わせ、前記中間透明電極とＴＦＴとを電気的に接続する工程と、前記反射電極と上部透明電極とを、互いに同一極性で、かつ中間透明電極と反対極性となるよう電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法により解決される。
また、前記第１の基板と中間電極基板とが一の金属薄膜を介して接している、および／または、前記第２の基板と中間電極基板とが他の金属薄膜を介して接しているようにすることが好ましい。
さらに、前記ＴＦＴと第１の中間透明電極とを、前記第１有機ＥＬ層を分離する層間絶縁膜に設けたコンタクトホールにより接続することがより好ましい。

本発明にしたがって、並列接続される複数の有機ＥＬ層を積層することにより、駆動電圧の上昇を伴うことなく高効率で発光する有機ＥＬ発光素子を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明で用いるＴＦＴが形成された基板の要部を示す断面図である。
図１によりＴＦＴ基板１０の作製法を説明する。ポリシリコン基板１１上に、ゲート１２、ソース１３、ドレイン１４からなるＴＦＴ素子を形成し、保護膜１５で平坦化される。この表面に、第１電極１６を全面に形成する。第１電極はアクティブマトリクス素子の一方の共通電極（反射電極）として機能するものである。次に第１電極１６の上に、画素となる部分を除いて基板全面に層間絶縁膜１７を形成する。ＴＦＴのドレイン１４の上方にある層間絶縁膜１７をフォトエッチングで加工して、スルーホール１８を設け、その内側に金属膜１９を蒸着し、ＴＦＴのドレイン１４とコンタクトさせる。
次に図２を用いて第１有機ＥＬ層の形成法を説明する。図２は、ＴＦＴが形成された基板と、反射電極と、第１有機ＥＬ層とを備える第１の基板の要部を示す断面図である。ＴＦＴ基板２０（ＴＦＴ素子は図示せず）上には、第１電極（反射電極）２１がパターン形成されている。層間絶縁膜２２はＴＦＴとのコンタクホール（スルーホール）２７以外では第１電極２１上に形成され、画素領域を定める。層間絶縁膜２２により形成された開口部に露出する第１電極上に、有機層からなる第１電荷注入輸送層２３、有機発光層２４、第２電荷注入輸送層２５を順次形成する。有機層２３〜２５は第１有機ＥＬ層となる。

これら有機層２３〜２５の形成には、真空蒸着法を用いることができる。
続いて、画素ごとに島状に形成された有機層２３〜２５上に、金属薄膜２６を島状に形成する。形成法としては、マスク蒸着法および近接離間形成法が挙げられる。ついで、得られた積層体の最上部にエッチング処理を施して、層間絶縁膜２２上に付着している有機膜を除去する。
当該エッチング処理は、ドライエッチング処理、フォトエッチング処理、またはレーザーエッチング処理とすることが好ましい。これらのエッチング処理において、金属薄膜２６は画素領域にある有機層２３〜２５の保護膜としての役割をはたす。
第１有機ＥＬ層における各層の材料としては、特に限定されるものではなく公知のものを使用することが可能である。第１電極を陰極とする場合は、第１電荷注入輸送層２３は電子注入層および／または電子輸送層からなり、第２電荷注入輸送層２５は正孔注入層および／または正孔輸送層からなる。
電子輸送層としてはＡｌｑ_３であり、これにＬｉなどのアルカリ金属をドープしてもよい。
有機発光層２４の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能であり、例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などを使用することが可能である。ホスト材料としては、アルミキレート、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）、２，５−ビス（５−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾオキサゾルイル）−チオフェン（ＢＢＯＴ）、ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を用いる。青色ドーパントとしては、ぺリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（ＴＢＰ）、４，４’−ビス［２−｛４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）などを０．１〜５％、赤色ドーパントとしては、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン、４，４−ジフロロ−１，３，５，７−テトラフェニル−４−ボラ−３ａ，４ａ，−ジアザ−ｓ−インダセン、プロパンディニトリル（ＤＣＪＴ１）、ナイルレッドなどを０．１〜５％添加することが用いられる。

正孔輸送層はα−ＮＰＤであり、これにＦ４−ＴＣＮＱなどのルイス酸化合物をドーピングしてもよい。
第１有機ＥＬ層は島状に形成される。島状有機ＥＬ層の形成には、通常はマスクを用いた真空蒸着法が用いられる。あるいは、特開平９−１６７６８４に開示されているように、あらかじめ有機ＥＬ材料を形成したドナーシートを基板に近接離間配置して、所望の領域にレーザーなどの熱源を照射して、有機ＥＬ材料を基板上に堆積させてもよい。この場合、金属薄膜形成後、基板全体を無機保護膜で覆い、島状素子に隙間のない構造とし、その後エッチングを行い、金属薄膜２６を完全に露出し、結果的に、無機絶縁膜全体を、露出した金属薄膜２６と同一レベルまで除去して面一とすることが望ましい。
次に第２有機ＥＬ層と、上部透明電極とを備える第２の基板の作製方法を説明する。第２の基板は、まず洗浄した基板に上部透明電極となる透明導電膜を蒸着乃至スパッタリングまたはその他の方法で全面形成し、画素となる部分を除いて基板全面に層間絶縁膜を形成し、その後は第１有機ＥＬ層と同様な方法で、層間絶縁膜の開口部に第２有機ＥＬ層を島状に積層し作製される。第２有機ＥＬ層の表面には金属薄膜を形成することが望ましい。

次に、図３を用いて中間電極基板の作製法を説明する。図３は、本発明の中間電極基板の要部を示す断面図である。中間電極基板３３０は、比較的高い耐熱性を有するプラスチックフィルム３３１の両面の夫々に、第１の中間透明電極と第２の中間透明電極となる透明電極３３３，３３５を形成したものである。透明電極３３３，３３５はバリア層３３２，３３４を介して形成される。
フィルム材料としては、通常においては膜厚５０〜５００μｍ程度の透明なプラスティックフィルムが用いられ、例えばＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリオレフィン（ＰＯ）等を好適に用いることができる。また、フィルム状プラスチック基板に用いる材料としては、これらの材料に限定されることはなく、多層膜の樹脂フィルムをベースとしたフィルムを用いることができる。
バリア層３３２、３３４は例えばＳｉＮ膜をスパッタ法で形成したものである。
フィルムに透明電極を略矩形状状に分離形成する前に、フィルムにレーザービーム照射、機械的な穴抜きなどで貫通孔３３６を形成しておく。透明電極３３３，３３５形成時に、この貫通孔３３６内側面にフィルムの表面および裏面に形成する透明電極材料が回り込み、両面の電極材料が接触する。これによって、表面および裏面が導通し、同一極性を実現できるのである。貫通孔３３６を形成する箇所は、どこでもよいがＴＦＴとのスルーホールコンタクト部の位置に合わせることが望ましい。

図４は本発明の有機ＥＬ素子の要部を示す平面図である。図２は図４のIV−IV’の矢視断面図に相当する。透明電極３３３，３３５の形状は図４の２点鎖線で示すように、層間絶縁膜１７上のＴＦＴとのコンタクトホール２７開口部を覆うような形状であることが望ましい。
上記のように形成された、第１の基板（第１有機発光基板）と、第２の基板（第２有機発光基板）とを、それぞれの金属薄膜側が中間電極基板に対向するように重ねあわせ積層する。第１の中間透明電極と第１有機ＥＬ層とが第１の基板上の金属薄膜を介して接するように、第２の中間透明電極と第２有機ＥＬ層とが第２の基板上の金属薄膜を介して接するように、中間電極基板を第１の基板と第２の基板の間に挟んで貼り合わせ、前記中間透明電極とＴＦＴとを電気的に接続する。これをグローブボックス内乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）下において、貼り合わせてディスプレイを完成する。なお、第１の基板上の第１電極２１を陰極とする場合、金属薄膜は夫々陽極となる。

（実施例１）
ＶＧＡ規格（４００×ＲＧＢ×３００）のディスプレイの作製をおこなった。画素ピッチは１．０１６ｍｍである。ＲＧＢ副画素サイズは０．１４８×０．７０４ｍｍ、副画素間隔は０．１３０ｍｍとし、画素サイズは０．７０４ｍｍ×０．７０４ｍｍ、画素間隔は０．３１２ｍｍとした。
５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．５０ｍｍの第１のガラス基板上に、上記画素構成の第１の発光部（４００×ＲＧＢ×３００）を形成し、第１の基板を作製した。その作製法を以下に示す。ポリシリコンＴＦＴ基板における素子形成については、公知方法と同様に行った。次に、蒸着法にて高反射電極として、厚さ１００ｎｍのＡｌを全面蒸着し、続いて研磨を行って第１電極（陰極）２１を形成した。Ａｌ上にレジスト剤「ＯＦＲＰ−８００」（商品名、東京応化製）を塗布した後、フォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、ＴＦＴのドレイン直上にスルーホール２７用間隙として、幅１０μｍ、長さ２０μｍの間隙を形成した。次にポジ型フォトレジスト［ＷＩＸ−２Ａ］（商品名、日本ゼオン製）を用い第１電極上に副画素対応箇所に０．１４８×０．７０４ｍｍの開口部を残して、厚さ０．３μｍの層間絶縁膜２２を形成した。層間絶縁膜端部の基板に対する角度は鋭角となっている。ＴＦＴのドレイン直上にある層間絶縁膜では、ドレインに達するスルーホールを開通させ、その内側にＡｌ膜（金属膜１９）を５０ｎｍ蒸着した。

以上の工程に続き、前記第１電極２１、層間絶縁膜２２を形成したＴＦＴ基板２０を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、電子輸送層、有機発光層、正孔輸送層を、真空を破らずに順次成膜した。成膜に際して真空槽内圧は１×１０^−４Ｐａまで減圧した。電子輸送層はＡｌｑ_３を４０ｎｍ積層した。有機発光層はホスト材料４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）に、青色ゲスト材料を４，４’−ビス［２−｛４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）５％ドープして４０ｎｍ積層した。正孔輸送層はα−ＮＰＤを２００ｎｍ積層した。この後、同様なマスク製膜により、厚さ５ｎｍのＡｌからなる金属薄膜２６を、真空を破らずに形成した。
その後、ドライエッチングを実施し、層間絶縁膜２２上に付着した有機膜の除去を行った。
続いて、５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．５０ｍｍの第２のガラス基板上に、上記画素構成の第２の発光部を形成し、第２の基板を作製した。その作製法は、ガラス基板上に上部透明電極を形成することと、層間絶縁膜にはスルーホールを設けないこと以外は、第１の基板の場合と同じである。

中間透明電極の形成を以下のように行った。
中間透明電極基板は、５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．５０ｍｍのポリイミドフィルム基板上に形成した。その作製法を以下に示す。まず、基板の両面にスパッタ法でバリア層としてＳｉＮ膜を形成した。ＫｒＦエキシマレーザー、レーザースポット径５０μｍ、レーザー出力１００ｍＪ／パルス〜４５０ｍＪ／パルスで、スルーホール所定位置に合わせた画素表示部間に貫通穴を形成した。次に、スパッタ法にて透明電極（ＩＴＯ）を基板の両面に全面成膜した。このとき、あらかじめあけておいた貫通孔の内側に、両面からＩＴＯの回りこみがあり、コンタクトを形成し、両面が電気的に接続する。ＩＴＯ上にレジスト剤「ＯＦＲＰ−８００」（商品名、東京応化製）を塗布した後、フォトリソグラフィー法にて副画素を覆う形状でかつＴＦＴとのコンタクト領域に延在する所定のパターンで分離形成し、ＲＧＢ副画素に位置するパターンからなる陽極を得た。
上記のようにして得られた第１の基板と、第２の基板と、中間透明電極基板とをグローブボックス内に導入し、第１の基板と、第２の基板のそれぞれの金属薄膜を対向配置させ、その間に中間透明電極基板を挟み、第１電極と上部透明電極を基板端部で結線し、乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）下において、ＵＶ硬化接着剤を用いて封止した。このとき第１の基板の層間絶縁膜の内側に形成したＡｌ膜と中間透明電極が接するように配置した。

得られた有機ＥＬ素子の第１電極および上部透明電極を電源の負極に接続し、中間透明電極が正極となるようにＴＦＴおよび電源に接続して電圧を印加したところ、駆動電圧１０Ｖにおいて、単層素子では効率７ｃｄ／Ａに対し、本発明では効率１２ｃｄ／Ａの青色発光を得た。

本発明の製造方法は、高い視認性が要請される様々な画面表示機器へ応用することができる、有機ＥＬ素子を得ることができる点において、有望である。

本発明で用いるＴＦＴが形成された基板の要部を示す断面図である。 本発明の第１の基板の要部を示す断面図である。 本発明の中間電極基板の要部を示す断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の要部を示す平面図である。

符号の説明

１０，２０ ＴＦＴ基板
１１ ポリシリコン基板
１２ ゲート
１３ ソース
１４ ドレイン
１５ 保護膜
１６，２１ 第１電極
１７，２２ 層間絶縁膜
１８ スルーホール
１９ 金属膜
２３ 第１電荷注入輸送層
２４ 有機発光層
２５ 第２電荷注入輸送層
２６ 金属薄膜
２７ コンタクホール
３３０ 中間電極基板
３３１ プラスチックフィルム
３３２，３３４ バリア層
３３３，３３５ 透明電極
３３６ 貫通孔

Claims (3)

1. ＴＦＴが形成された基板と、反射電極と、第１有機ＥＬ層とを備えた第１の基板を用意する工程と、
   第１の中間透明電極と第２の中間透明電極とをその両面に夫々形成した中間電極基板を用意する工程と、
   第２有機ＥＬ層と、上部透明電極とを備えた第２の基板を用意する工程と、
   前記第１の基板と、中間電極基板と、第２の基板とをこの順に積層し、第１の基板の陽極側と第２の基板の陽極側とを対向させ、第１の中間透明電極と第１有機ＥＬ層とが、第２の中間透明電極と第２有機ＥＬ層とが夫々接するように、中間電極基板をその間に挟んで貼り合わせ、前記中間透明電極とＴＦＴとを電気的に接続する工程と、
   前記反射電極と上部透明電極とを、互いに同一極性で、かつ中間透明電極と反対極性となるよう電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
2. 前記第１の基板と中間電極基板とが一の金属薄膜を介して接している、および／または、前記第２の基板と中間電極基板とが他の金属薄膜を介して接している請求項１記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
3. 前記ＴＦＴと第１の中間透明電極とを、前記第１有機ＥＬ層を分離する層間絶縁膜に設けたコンタクトホールにより接続する請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。