有機発光素子、有機発光素子の製造方法、画像形成装置、及び表示装置
従来の有機発光素子では、画素の形成精度は、有機層の上面に備える電極のパターン形成精度によって律則されている。この電極のパターン形成は、有機層の形成後に行われるため、パターン形成精度の低い蒸着法しか使用できず、均質で微小な画素の形成が困難であった。そこで、本発明にかかる有機発光素子の製造方法は、透明電極と金属層からなる第１の電極において、画素に対応する領域の金属層を除去して露出させた透明電極を覆う有機層を形成し、当該有機層上に第２の電極を形成する。本方法では、画素の形成精度が金属層の除去精度のみに依存する。金属層の除去は有機層の形成前に行われるため、フォトリソグラフィ技術を適用でき、均質、かつ微小な画素の形成が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）現象を利用した有機発光素子と、その製造方法及び該素子を使用した画像形成装置、表示装置に関する。
【背景技術】
従来の有機発光素子は、第９図に示す構造をもち、以下のようにして形成される。なお、第１０図は製造工程中における素子の概略平面図であり、有機層、及び陰極は外形のみを示している。
ガラス等の透明基板１上に、スパッタリング法または蒸着法等によりＩＴＯ等の透明電極２を成膜した後（第１０図（Ａ））、フォトリソグラフィ及びエッチングの工程を経て上記透明電極２からなる格子状の陽極１０を形成する（第１０図（Ｂ））。その後、該格子状の陽極１０上に有機層４として、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（以下、ＴＰＤと示す。）等からなる正孔輸送層、８−キノリノールアルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ３と示す。）等からなる発光層、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレン（以下、ＯＸＤ−７と示す。）等からなる電子輸送層を蒸着法等により順次形成する（第１０図（Ｃ））。そして、該有機層４上に蒸着法等によりＡｌ−Ｌｉ合金等の金属からなる陰極５を形成する（第１０図（Ｄ））。
上記構成からなる有機発光素子の陽極１０と陰極５との間に直流電圧または直流電流を印加すると、陽極１０からは正孔輸送層を通じて正孔が発光層に注入され、陰極５からは電子輸送層を通じて電子が発光層に注入される。この正孔と電子は発光層内で再結合を行い、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態に遷移するときにエネルギー差に相当する波長の光が放出される。この放出される光の波長は、有機層４の層構造や発光層の材質に依存するため、層構造や材質を変えることにより所望の発光色を得ることができる。
上記有機発光素子は小型で高い発光輝度が得られることから、例えば、特開平８−４８０５２号及び特開平９−２２６１７１号に開示されているように画像形成装置の光源として用いる試みがなされている。
一方、上記有機発光素子は、フラットパネルディスプレイ等の表示装置に採用することも可能である。このような表示装置では、有機発光素子がマトリクス状に配列されるとともに、隣接する３つの有機発光素子が、赤色、緑色、及び青色の３色で発光する必要がある。以下で、第１１図に基づいて、有機発光素子により表示装置を構成する場合の形成工程を説明する。なお、第１１図では、有機層４の下層に位置する陽極１０を破線で示している。
上記格子状の陽極１０のうち隣接する３本を１組とし、各組の陽極１０のうち２本を後述のシャドーマスクによってマスクし、ＴＰＤからなる正孔輸送層、赤色発光層４Ａ、ＯＸＤ−７からなる電子輸送層を露出している陽極１０上に順に成膜する（第１１図（Ａ））。次に、赤色発光層４Ａを成膜するときにマスクしていた２本の陽極１０のうちいずれか１本のみが露出した状態で、正孔輸送層、緑色発光層４Ｂ、及び電子輸送層を順に成膜する（第１１図（Ｂ））。続いて、発光層が成膜されていない陽極１０のみを露出させた状態で、正孔輸送層、青色発光層４Ｃ、電子輸送層を成膜する（第１１図（Ｃ））。そして、各発光層４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ上に、格子状の陰極５を各陽極１０と直交させて形成する（第１１図（Ｄ））。
以上のような工程を経た透明基板１上には、陽極１０、有機層４、陰極５が順に積層された有機発光素子がマトリクス状に配列されており、所望の陽極１０と陰極との５間に直流電圧又は直流電流を印加することで、当該陽極１０と陰極５の交差する位置にある有機発光素子を発光させることが可能である。また、隣接する３つの有機発光素子を用いてＲＧＢの３色を発光することができる。
【発明の開示】
上記従来の有機発光素子の形成方法では、画素６は第９図、第１０図（Ｅ）、及び第１１図（Ｄ）に示すように、陽極１０、有機層４、陰極５が重なり合う領域であるため、陰極パターン形成の位置精度により画素６のサイズが大きく変動することになる。
上記有機層４は、水分や熱により発光特性が劣化する性質をもっており、有機層４を成膜した後にフォトリソグラフィやエッチング等の工程を経ることができない。このため、上記有機層４及び上記陰極５は、シャドーマスク（パターン形成位置に対応する部分に開口部を有する金属板）を介して材料を蒸着することで形成される。この蒸着法では、陰極５のパターン形成の位置精度をミクロンオーダーで制御することが困難であるため、異なる蒸着ロットで形成した有機発光素子の画素のサイズばらつきが大きく、発光輝度にばらつきが生じるという問題があった。
また、上記のように同一基板上に直線状あるいはマトリクス状に形成した有機発光素子においても、陰極端面の直線性及び陰極５と陽極１０との交差角をミクロンオーダーで制御することが困難であるため、各陽極に形成した画素のサイズばらつきが大きく、発光輝度にばらつきが生じるという問題があった。
このような発光輝度のばらつきは、有機発光素子を画像形成装置の光源や表示装置に適用する場合、装置の性能低下に直結する大きな問題であり、また、微小な画素を形成する際には、画素サイズのばらつきの影響がより顕著に現れるため、高分解能の画像形成装置や高解像度の表示装置の形成を困難にする要因となっている。
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、画素サイズのばらつきを低減することにより、発光輝度のばらつきを低減した有機発光素子及びその製造方法を提供すること、並びに、該有機発光素子を用いた小型の画像形成装置及び表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明は、有機発光素子を形成するために、透明電極と金属層を順次積層した後、上記透明電極と上記金属層からなる第１の電極を形成する。そして、該第１の電極の画素に対応する領域の上記金属層をエッチングして除去し、上記透明電極を露出させた後、上記露出した透明電極を覆う有機層を形成し、上記有機層上に第２の電極を形成する方法を用いる。
本方法によれば、画素のサイズは上記金属層を除去した領域で規定されるため、金属層のエッチングより後の工程では、高い位置精度を必要としない。すなわち、異なる蒸着ロットで形成された有機発光素子の画素サイズのばらつきを低減できる。
また、上記金属層の除去は、フォトリソグラフィ等の高い位置精度をもつ方法で形成されるレジスト開口部に基づいて行われるため、異なる基板上に形成された有機発光素子においても画素のサイズがばらつくことがない上、微小な画素を精度良く均質に形成することが可能となる。
さらに、上記第１の電極を電気的に分離した格子状の電極とし、各電極上に画素を形成する場合において、第２の電極形成時に第２の電極の位置ずれや第２の電極と第１の電極とが直交していないときでも、第２の電極が画素上にある限り画素サイズは変化しない。すなわち、第２の電極形成時に必要となる位置精度を緩和するとともに、格子状の第１の電極に形成される画素のサイズばらつきを低減し、発光輝度ばらつきが少ない有機発光素子を形成できる。
なお、上記金属層をエッチングする際に、透明電極をエッチングすることなく透明電極上の金属層をエッチングできるように、金属層の材質を、上記透明電極との間で選択的にエッチングを行うことが可能となる金属とすることが好ましい。
また、本発明の製造方法により形成される有機発光素子は、透明電極上の画素を除いた領域に金属層を備えているため、第１の電極の寄生抵抗を低減する効果を有する。該金属層により、画素の直近に至るまでの寄生抵抗が低減できるため、寄生抵抗のばらつきに起因する発光輝度のばらつきも低減できる。
しかし、上記金属層を備えたことにより、画素端では該金属層の膜厚に相当する段差が形成される。上記有機層の膜厚は０．１〜３μｍ程度であるため、該段差が有機層の膜厚よりも大きい場合、段差のコーナ等で有機層の膜厚は薄くなり、第１の電極と第２の電極が短絡する可能性がある。第１の電極と第２の電極の短絡を避けるには、金属層の外表面に絶縁層を備える、または、金属層に画素端での膜厚を有機層の膜厚以下（３μｍ以下）とする、または、金属層の画素端に膜厚が減少する部分を設ければよい。なお、金属層の膜厚減少部は、画素端に向かって金属層の膜厚が減少する傾斜面、あるいは画素端に向かって金属層の膜厚が段階的に薄くなる形状とし、画素端での金属層の膜厚を有機層の膜厚以下とすればよい。
更に、上記有機層は金属層上にも成膜されるため、透明電極から金属層を介して有機層に正孔が注入され、対向する第２の電極との間で発光することが考えられる。この光は、金属層に遮られ外部に取り出すことはできず、電力を消費するのみで発光効率を低下させる。このため、金属層の材質を上記透明電極より仕事関数が小さい金属とすることが好ましい。仕事関数が小さい金属を用いることで、正孔に対するポテンシャル障壁が金属層と有機層との間に形成され、透明電極から金属層を介して有機層に注入される正孔が減少し、発光効率を改善することができる。
また、本発明によれば、有機発光素子を直線状に配列することが容易である上、微小間隔で形成できるため、発光輝度にばらつきのない小型の線状照明装置を構成することができる。この線状照明装置は、プリンタ等の画像形成装置の光源として使用することに適している。
更に、本発明によれば、有機発光素子を微小間隔でマトリクス状に配列することも容易であるため、発光輝度にばらつきのない高解像度の表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の有機発光素子を示す概略断面図である。
第２図は、本発明の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第３図は、本発明の絶縁層を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第４図は、本発明の傾斜面を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第５図は、本発明の段階的に薄くなる形状を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第６図は、傾斜面の形成方法を示す概略断面図である。
第７図は、傾斜面の形成方法を示す概略断面図である。
第８図は、本発明の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第９図は、従来の有機発光素子を示す概略断面図である。
第１０図は、従来の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第１１図は、従来の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
第１図は、本発明を適用した有機発光素子の概略断面図である。また、第２図は、製造工程中における素子の概略平面図である。
以下では、第２図に基づいて、直線状に複数配列された有機発光素子の製造方法について説明する。
ガラス基板等の透明基板１上に、ＩＴＯ等の透明の導電体を蒸着法またはスパッタリング法により成膜して透明電極２を形成し、該透明電極２上に、透明電極２に比べ抵抗率の低いＣｒ等の金属を、蒸着法またはスパッタリング法により成膜して金属層３を形成する（第２図（Ａ））。
上記金属層３上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ等によるレジストのパターン形成、及びレジスト開口部にある金属層及び透明電極のエッチング、及びレジスト剥離の工程を経て、透明電極２と金属層３で構成された第１の電極である陽極１０を格子状に形成する（第２図（Ｂ））。
次に、格子状に陽極１０を形成した基板にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ等により上記格子状陽極１０の画素に対応する領域にある金属層の上部に帯状のレジスト開口部１１を形成する。該帯状のレジスト開口部１１は上記格子状の陽極１０を直角に横断するように形成し、複数の陽極１０の画素に対応する領域をレジスト開口部１１内に含むようにする。
上記レジスト開口部１１に基づいて格子状の陽極１０の画素に対応する領域にある金属層のエッチングを行い、透明電極２を露出させる（第２図（Ｃ））。このように金属層を除去することにより、画素６のサイズは陽極１０と帯状レジスト開口部１１が重なる領域（金属層を除去した領域）に規定されるため、以降の工程によって画素サイズが変化することはない。さらに、画素６以外の陽極１０は、全て透明電極２と金属層３の２層構造となるため、素子の寄生抵抗を小さくすることができ、寄生抵抗に起因する発光輝度のばらつきを小さくすることができる。
なお、該金属層３の材質を、透明電極２をエッチングすることなく透明電極２上の金属層３をエッチングできるように、上記透明電極２との間で選択的にエッチングを行うことが可能となる金属とすることが好ましい。例えば、透明電極２がＩＴＯ、金属層３がＣｒである場合、ＩＴＯは水と塩酸と塩化第二鉄（質量比１：１：０．０２）のエッチング液、Ｃｒを水と硝酸アンモニウムセリウムと過塩素酸（質量比１：０．１７：０．０５）のエッチング液を用いて選択的にエッチングを行うことができる。
次に、基板上のレジストを剥離した後、透明電極２を露出させた基板上に該透明電極２より広い幅で帯状に有機層４を形成する。該有機層４は、ＴＰＤ等からなる正孔輸送層、Ａｌｑ３等からなる発光層、ＯＸＤ−７等からなる電子輸送層を蒸着法などにより順次成膜して形成すればよい（第２図（Ｄ））。なお、本実施の形態では有機層４を、正孔輸送層と発光層と電子輸送層からなる３層構造としたが、発光層のみの単層構造、正孔輸送層と発光層及び発光層と電子輸送層からなる２層構造のいずれの構造でも良いことは勿論である。
続いて、上記有機層４上（露出させた透明電極２上）に蒸着法等によりＡｌ−Ｌｉ合金等の金属層を成膜して第２の電極である陰極５を形成することで、有機発光素子を構成できる（第２図（Ｅ））。
上記のように、画素６のサイズは金属層３をエッチングした領域で規定されるため、金属層３のエッチングより後の工程では、高い位置精度を必要としない。このため、上記有機層４と陰極５の形成を、高い位置精度をもつフォトリソグラフィ等ではなく、シャドーマスクを用いた蒸着法で行った場合でも、画素サイズがばらつくことはない。すなわち、陰極５形成時に陰極５の位置ずれが発生した場合や陰極５と陽極１０が直交していない場合においても、陰極５が画素６上にある限り画素サイズは変化せず、格子状の各電極に形成される画素サイズのばらつきを低減することができる。
また、上記レジスト開口部１１は、フォトリソグラフィ等の高い位置精度を持つ方法で形成されるため、異なる基板上に形成された有機発光素子においても、画素６のサイズがばらつくことがない。すなわち、微小な画素６を精度良く均質に形成することが可能となる。
一方、上記構成では、画素端では該金属層３の膜厚に相当する段差が形成される。上記有機層４の膜厚は０．１〜３μｍ程度であるため、該段差が有機層４の膜厚よりも大きい場合、段差のコーナ等で有機層４の膜厚が薄くなるため、陽極１０と陰極５が短絡する可能性がある。したがって、金属層３の画素６端での膜厚は、有機層４の膜厚以下（３μｍ以下）であることが好ましい。
陽極１０と陰極５の短絡を避けるには、第３図に示すように、金属層３の外表面に絶縁層１２を形成してもよい。上記絶縁層１２は、有機層４形成前に金属層３を熱酸化させて形成する、あるいは、有機層４形成前にＣＶＤ法等により、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＧｅＯを成膜する、あるいは、ポリイミド等を塗布することにより形成することができる。なお、絶縁層の膜厚は、８０から１００ｎｍであれば短絡を防止する効果を有する。
また、第４図に示すように、金属層３の画素端に、該画素端に向かうにしたがって薄くなる傾斜面１３を形成してもよい。上記傾斜面１３は、ドライエッチングにより形成するものであり、エッチング深さを制御するマスクを介して反応種２２を傾斜面形成部に導入し傾斜面１３を形成するものである。例えば、第６図に示すように、深くエッチングする部位は反応種２２の進入量を多く、浅くエッチングする部位は反応種２２の進入量を少なくするために、エッチング形状に応じて開口の大きさを調整した金属メッシュ２０を傾斜面形成部上方に設けてドライエッチングを行う（レジスト２１は保護用レジスト）。あるいは、第７図に示すように、深くエッチングする部位は膜厚を薄く、浅くエッチングする部位は膜厚を厚くなるように、レジスト２３を傾斜面形成部上面に設けてドライエッチングを行えばよい。なお、コーナ等で有機層４の膜厚が薄くならないようにするためには、上記傾斜面１３の角度は３０度以下であればよい。
更に、第５図に示すように、金属層３の画素端を該画素端に向かって段階的に薄くなる形状１４としてもよい。該段階的に薄くなる形状１４は、フォトリソグラフィ及びエッチングを所望の段数に応じて複数回繰り返すことで形成できる。
ところで、上記有機層４は金属層３上にも成膜されるため、透明電極２から金属層３を介して有機層４に正孔が注入され、対向する陰極５との間で発光することが考えられる。この光は、金属層３に遮られ外部に取り出すことはできず、電力を消費するのみで発光効率を低下させる。このため、金属層３の材質を上記透明電極２より仕事関数が小さい金属とすることが好ましい。仕事関数が小さい金属を用いることで、正孔に対するポテンシャル障壁が金属層３と有機層４の間に形成され、透明電極２から金属層３を介して有機層４に注入される正孔が減少し、発光効率を改善することができる。例えば、透明電極２が、４．８ｅＶの仕事関数をもつＩＴＯの場合、金属層３の材料としては、Ｃｕ（４．４ｅＶ）、Ａｌ（４．２ｅＶ）、Ｃｒ（４．４ｅＶ）、Ａｇ（４．３ｅＶ）を用いることが好ましい。
また、本発明の製造方法により形成される有機発光素子は、上記のように容易に直線状に配列できるため、発光輝度にばらつきのない線状照明装置を構成することができる。この線状照明装置は、微小間隔で形成できるため、小型であり、プリンタ等の画像形成装置の光源として使用することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の有機発光素子の製造方法は、素子をマトリクス状に配列する場合にも適用することが可能である。
以下では、第８図に基づいて、マトリクス状に配列した有機発光素子の製造方法について説明する。なお、格子状の陽極１０を形成し、基板上にレジストを塗布するまでの工程は、上述の第１の実施の形態と同一であるため省略している。また、レジスト及び有機層の下層に位置する陽極は破線で示している。
第１の実施の形態では、上記レジストに単一の帯状のレジスト開口部１１を形成したが、本実施の形態では、複数の帯状のレジスト開口部１１をフォトリソグラフィ等により形成する。複数の帯状のレジスト開口部１１は、互いに平行に所定の間隔で形成されており、格子状の陽極１０上には、画素に対応する領域がマトリクス状に形成される。この状態で、上記レジスト開口部１１に基づいて格子状の陽極１０の画素に対応する領域にある金属層３のエッチングを行い、透明電極２を露出させる（第８図（Ａ））。
次に、上記レジストを剥離した後、透明電極２を露出させた基板上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる有機層４を形成する。なお、当該有機層４を形成する手順は、第１１図に示した従来の有機層形成手順と同様であるため、第８図（Ｂ）に有機層４の成膜が完了した状態のみを示している。
上記有機層４を形成する際には、まず、格子状に形成されている陽極１０のうち隣接する３本を１組とし、各組の陽極１０のうち２本を上記シャドーマスクによってマスクする。このとき、各組においてマスクする陽極１０はいずれの陽極１０であってもよいが、本実施の形態では、第８図上で各組の中央、及び右端に位置する陽極１０をマスクしている。
上記状態で、上記シャドーマスクの開口部を介して露出している陽極１０上に、ＴＰＤからなる正孔輸送層、Ａｌｑ３等に赤色発光材を導入した赤色発光層４Ａ、及びＯＸＤ−７からなる電子輸送層を順に成膜する。
次に、上記シャドーマスクの交換または位置調整により、上記各組の赤色発光層４Ａが成膜されていない２本の陽極１０のうち、１本の陽極１０のみが露出する状態とし、露出している陽極１０上に、正孔輸送層、Ａｌｑ３等に緑色発光材を導入した緑色発光層４Ｂ、及び電子輸送層を順に成膜する。第８図に示す例では、各組の中央に位置する陽極１０に緑色発光層４Ｂを形成している。
最後に、上記シャドーマスクの交換または位置調整により、発光層が成膜されていない陽極１０のみが露出する状態、すなわち、本実施の形態では各組の右端の陽極１０のみが露出する状態とし、正孔輸送層、Ａｌｑ３等に青色発光材を導入した青色発光層４Ｃ、及び電子輸送層を順に成膜する。
以上のように有機層４を形成することで、格子状の陽極１０上に、赤色、緑色、青色の各発光層を周期的に成膜することができる（第８図（Ｂ））。
なお、上記では、各発光層を形成する部位にのみ正孔輸送層及び電子輸送層を形成する構成としたが、正孔輸送層、及び電子輸送層を基板全面に形成する構成としてもよい。
また、上記の説明では、１本の陽極１０上に同一色の発光層を形成する構成としたがこれに限るものではない。例えば、同一の帯状のレジスト開口部１１により形成された透明電極２の露出部位（画素に対応する領域）に同一色の発光層を形成する構成、すなわち、各陽極１０に直交する帯状の発光層を形成する構成を採用することもできる。
上記のようにして形成した各発光層４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ上に、格子状の陰極５を各陽極１０と直交させて形成することでマトリクス状に配列した有機発光素子を形成できる（第８図（Ｃ））。
以上のようにして構成した有機発光素子は、第１の実施の形態と同様に、各画素６を精度良く形成できるため、発光輝度にばらつきのない均質な表示装置を提供することが可能である。また、微小な画素６であっても、精度良く、均質に形成することができるため、高解像度の表示装置を形成することが可能となる。
また、本実施の形態に対して、上記第１の実施の形態で説明した金属層３の材質、金属層３の画素６端の構造、及び金属層３の外表面に絶縁層を備える構成を適用できることは勿論である。
なお、本発明の有機発光素子に用いる透明基板１は、機械的、熱的強度を有し、透明を有していれば特に限定されるものではない。例えば、ガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の可視光領域について透明度の高い材料を用いることができる。また、これらの材料をフィルム化したフレキシブル基板としてもよい。
また、上記透明電極２としては、光透過性を有し、キャリアとして正孔が存在するようにドーパントが含まれていればよい。例えば、ＩＴＯの他に、ＡＴＯ（ＳｂがドープされたＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＡｌをドープしたＺｎＯ）等を用いることができる。
また、表示装置を構成する際に使用する赤色、緑色、青色の各発光層を除く上記発光層としては、可視領域で蛍光特性を有し、かつ成膜性の良い蛍光体から成るものが好ましく、Ａｌｑ３の他に、Ｂｅ−ベンゾキノリノール（ＢｅＢｑ２）、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）−１，３，４−チアジアゾール、４，４’−ビス（５，７−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）スチルベン、４、４’−ビス［５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル］スチルベン、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ベンチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、２，５−ビス（［５−α，α−ジメチルベンジル］−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、２，５−ビス［５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル］−３，４−ジフェニルチオフェン、２，５−ビス（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、４，４’−ビス（２−ベンゾオキサゾリル）ビフェニル、５−メチル−２−［２−［４−（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾリル、２−［２−（４−クロロフェニル）ビニル］ナフト［１，２−ｄ］オキサゾール等のベンゾオキサゾール系、２，２’−（ｐ−フェニレンジビニレン）−ビスベンゾチアゾール等のベンゾチアゾール系、２−［２−［４−（２−ベンゾイミダゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾイミダゾール、２−［２−（４−カルボキシフェニル）ビニル］ベンゾイミダゾール等のベンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤や、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）マグネシウム、ビス（ベンゾ［ｆ］−８−キノリノール）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラート）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリロール）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、８−キノリノールリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノール）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノール）カルシウム、ポリ［亜鉛−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリノニル）メタン］等の８−ヒドロキシキノリン系金属錯体やジリチウムエピンドリジオン等の金属キシレート化オキシノイド化合物や、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−（３−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（４−メチルスチリル）ベンゼン、ジスチリルベンゼン、１，４−ビス（２−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（３−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（２−メチルスチリル）２−メチルベンゼン等のスチリルベンゼン系化合物や、２，５−ビス（４−メチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス（４−エチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス［２−（１−ナフチル）ビニル］ピラジン、２，５−ビス（４−メトキシスチリル）ピラジン、２，５−ビス［２−（４−ビフェニル）ビニル］ピラジン、２，５−ビス［２−（１ピレニル）ビニル］ピラジン等のジスチルピラジン誘導体や、ナフタルイミド誘導体や、ペリレン誘導体や、オキサジアゾール誘導体やアルダジン誘導体や、シクロペンタジエン誘導体や、スチリルアミン誘導体や、クマリン系誘導体や、芳香族ジメチリディン誘導体等を用いることができる。さらに、アントラセン、サリチル酸塩、ピレン、コロネン等も用いることができる。
また、上記正孔輸送層としては、正孔移動度が高く、透明で成膜製の良いものが好ましく、ＴＰＤのほかに、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス［４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）−２−２’−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ−ｍ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール等の芳香族第三級アミンや４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４’−［４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体やスチリルアントラセン誘導体や、フルオノレン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体やポリシラン系アニリン系重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン化合物や、ポリ３−メチルチオフェン等の有機材料を用いることができる。また、ポリカーボネート等の高分子に低分子の正孔輸送用の有機材料を分散させた、高分子分散系の正孔輸送層も用いることができる。
また、上記電子輸送層としては、ＯＸＤ−７等のジョキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体等を用いることができる。
また、上記陰極５としては、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ等の金属や、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｓｒ合金、Ａｌ−Ｂａ合金等のＡｌ合金等、仕事関数の低い金属もしくは合金を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
本発明は、有機発光素子の発光輝度のばらつきを著しく低減できるとともに、微小な画素を精度良く均質に形成できるという効果を有し、有機発光素子の性能向上、並びに、高分解能の画像形成装置の光源、高解像度の表示装置等に有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）現象を利用した有機発光素子と、その製造方法及び該素子を使用した画像形成装置、表示装置に関する。
【背景技術】
従来の有機発光素子は、第９図に示す構造をもち、以下のようにして形成される。なお、第１０図は製造工程中における素子の概略平面図であり、有機層、及び陰極は外形のみを示している。
ガラス等の透明基板１上に、スパッタリング法または蒸着法等によりＩＴＯ等の透明電極２を成膜した後（第１０図（Ａ））、フォトリソグラフィ及びエッチングの工程を経て上記透明電極２からなる格子状の陽極１０を形成する（第１０図（Ｂ））。その後、該格子状の陽極１０上に有機層４として、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（以下、ＴＰＤと示す。）等からなる正孔輸送層、８−キノリノールアルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ３と示す。）等からなる発光層、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレン（以下、ＯＸＤ−７と示す。）等からなる電子輸送層を蒸着法等により順次形成する（第１０図（Ｃ））。そして、該有機層４上に蒸着法等によりＡｌ−Ｌｉ合金等の金属からなる陰極５を形成する（第１０図（Ｄ））。
上記構成からなる有機発光素子の陽極１０と陰極５との間に直流電圧または直流電流を印加すると、陽極１０からは正孔輸送層を通じて正孔が発光層に注入され、陰極５からは電子輸送層を通じて電子が発光層に注入される。この正孔と電子は発光層内で再結合を行い、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態に遷移するときにエネルギー差に相当する波長の光が放出される。この放出される光の波長は、有機層４の層構造や発光層の材質に依存するため、層構造や材質を変えることにより所望の発光色を得ることができる。
上記有機発光素子は小型で高い発光輝度が得られることから、例えば、特開平８−４８０５２号及び特開平９−２２６１７１号に開示されているように画像形成装置の光源として用いる試みがなされている。
一方、上記有機発光素子は、フラットパネルディスプレイ等の表示装置に採用することも可能である。このような表示装置では、有機発光素子がマトリクス状に配列されるとともに、隣接する３つの有機発光素子が、赤色、緑色、及び青色の３色で発光する必要がある。以下で、第１１図に基づいて、有機発光素子により表示装置を構成する場合の形成工程を説明する。なお、第１１図では、有機層４の下層に位置する陽極１０を破線で示している。
上記格子状の陽極１０のうち隣接する３本を１組とし、各組の陽極１０のうち２本を後述のシャドーマスクによってマスクし、ＴＰＤからなる正孔輸送層、赤色発光層４Ａ、ＯＸＤ−７からなる電子輸送層を露出している陽極１０上に順に成膜する（第１１図（Ａ））。次に、赤色発光層４Ａを成膜するときにマスクしていた２本の陽極１０のうちいずれか１本のみが露出した状態で、正孔輸送層、緑色発光層４Ｂ、及び電子輸送層を順に成膜する（第１１図（Ｂ））。続いて、発光層が成膜されていない陽極１０のみを露出させた状態で、正孔輸送層、青色発光層４Ｃ、電子輸送層を成膜する（第１１図（Ｃ））。そして、各発光層４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ上に、格子状の陰極５を各陽極１０と直交させて形成する（第１１図（Ｄ））。
以上のような工程を経た透明基板１上には、陽極１０、有機層４、陰極５が順に積層された有機発光素子がマトリクス状に配列されており、所望の陽極１０と陰極との５間に直流電圧又は直流電流を印加することで、当該陽極１０と陰極５の交差する位置にある有機発光素子を発光させることが可能である。また、隣接する３つの有機発光素子を用いてＲＧＢの３色を発光することができる。
【発明の開示】
上記従来の有機発光素子の形成方法では、画素６は第９図、第１０図（Ｅ）、及び第１１図（Ｄ）に示すように、陽極１０、有機層４、陰極５が重なり合う領域であるため、陰極パターン形成の位置精度により画素６のサイズが大きく変動することになる。
上記有機層４は、水分や熱により発光特性が劣化する性質をもっており、有機層４を成膜した後にフォトリソグラフィやエッチング等の工程を経ることができない。このため、上記有機層４及び上記陰極５は、シャドーマスク（パターン形成位置に対応する部分に開口部を有する金属板）を介して材料を蒸着することで形成される。この蒸着法では、陰極５のパターン形成の位置精度をミクロンオーダーで制御することが困難であるため、異なる蒸着ロットで形成した有機発光素子の画素のサイズばらつきが大きく、発光輝度にばらつきが生じるという問題があった。
また、上記のように同一基板上に直線状あるいはマトリクス状に形成した有機発光素子においても、陰極端面の直線性及び陰極５と陽極１０との交差角をミクロンオーダーで制御することが困難であるため、各陽極に形成した画素のサイズばらつきが大きく、発光輝度にばらつきが生じるという問題があった。
このような発光輝度のばらつきは、有機発光素子を画像形成装置の光源や表示装置に適用する場合、装置の性能低下に直結する大きな問題であり、また、微小な画素を形成する際には、画素サイズのばらつきの影響がより顕著に現れるため、高分解能の画像形成装置や高解像度の表示装置の形成を困難にする要因となっている。
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、画素サイズのばらつきを低減することにより、発光輝度のばらつきを低減した有機発光素子及びその製造方法を提供すること、並びに、該有機発光素子を用いた小型の画像形成装置及び表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明は、有機発光素子を形成するために、透明電極と金属層を順次積層した後、上記透明電極と上記金属層からなる第１の電極を形成する。そして、該第１の電極の画素に対応する領域の上記金属層をエッチングして除去し、上記透明電極を露出させた後、上記露出した透明電極を覆う有機層を形成し、上記有機層上に第２の電極を形成する方法を用いる。
本方法によれば、画素のサイズは上記金属層を除去した領域で規定されるため、金属層のエッチングより後の工程では、高い位置精度を必要としない。すなわち、異なる蒸着ロットで形成された有機発光素子の画素サイズのばらつきを低減できる。
また、上記金属層の除去は、フォトリソグラフィ等の高い位置精度をもつ方法で形成されるレジスト開口部に基づいて行われるため、異なる基板上に形成された有機発光素子においても画素のサイズがばらつくことがない上、微小な画素を精度良く均質に形成することが可能となる。
さらに、上記第１の電極を電気的に分離した格子状の電極とし、各電極上に画素を形成する場合において、第２の電極形成時に第２の電極の位置ずれや第２の電極と第１の電極とが直交していないときでも、第２の電極が画素上にある限り画素サイズは変化しない。すなわち、第２の電極形成時に必要となる位置精度を緩和するとともに、格子状の第１の電極に形成される画素のサイズばらつきを低減し、発光輝度ばらつきが少ない有機発光素子を形成できる。
なお、上記金属層をエッチングする際に、透明電極をエッチングすることなく透明電極上の金属層をエッチングできるように、金属層の材質を、上記透明電極との間で選択的にエッチングを行うことが可能となる金属とすることが好ましい。
また、本発明の製造方法により形成される有機発光素子は、透明電極上の画素を除いた領域に金属層を備えているため、第１の電極の寄生抵抗を低減する効果を有する。該金属層により、画素の直近に至るまでの寄生抵抗が低減できるため、寄生抵抗のばらつきに起因する発光輝度のばらつきも低減できる。
しかし、上記金属層を備えたことにより、画素端では該金属層の膜厚に相当する段差が形成される。上記有機層の膜厚は０．１〜３μｍ程度であるため、該段差が有機層の膜厚よりも大きい場合、段差のコーナ等で有機層の膜厚は薄くなり、第１の電極と第２の電極が短絡する可能性がある。第１の電極と第２の電極の短絡を避けるには、金属層の外表面に絶縁層を備える、または、金属層に画素端での膜厚を有機層の膜厚以下（３μｍ以下）とする、または、金属層の画素端に膜厚が減少する部分を設ければよい。なお、金属層の膜厚減少部は、画素端に向かって金属層の膜厚が減少する傾斜面、あるいは画素端に向かって金属層の膜厚が段階的に薄くなる形状とし、画素端での金属層の膜厚を有機層の膜厚以下とすればよい。
更に、上記有機層は金属層上にも成膜されるため、透明電極から金属層を介して有機層に正孔が注入され、対向する第２の電極との間で発光することが考えられる。この光は、金属層に遮られ外部に取り出すことはできず、電力を消費するのみで発光効率を低下させる。このため、金属層の材質を上記透明電極より仕事関数が小さい金属とすることが好ましい。仕事関数が小さい金属を用いることで、正孔に対するポテンシャル障壁が金属層と有機層との間に形成され、透明電極から金属層を介して有機層に注入される正孔が減少し、発光効率を改善することができる。
また、本発明によれば、有機発光素子を直線状に配列することが容易である上、微小間隔で形成できるため、発光輝度にばらつきのない小型の線状照明装置を構成することができる。この線状照明装置は、プリンタ等の画像形成装置の光源として使用することに適している。
更に、本発明によれば、有機発光素子を微小間隔でマトリクス状に配列することも容易であるため、発光輝度にばらつきのない高解像度の表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の有機発光素子を示す概略断面図である。
第２図は、本発明の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第３図は、本発明の絶縁層を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第４図は、本発明の傾斜面を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第５図は、本発明の段階的に薄くなる形状を備えた有機発光素子を示す概略断面図である。
第６図は、傾斜面の形成方法を示す概略断面図である。
第７図は、傾斜面の形成方法を示す概略断面図である。
第８図は、本発明の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第９図は、従来の有機発光素子を示す概略断面図である。
第１０図は、従来の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
第１１図は、従来の有機発光素子の製造方法を示す概略平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
第１図は、本発明を適用した有機発光素子の概略断面図である。また、第２図は、製造工程中における素子の概略平面図である。
以下では、第２図に基づいて、直線状に複数配列された有機発光素子の製造方法について説明する。
ガラス基板等の透明基板１上に、ＩＴＯ等の透明の導電体を蒸着法またはスパッタリング法により成膜して透明電極２を形成し、該透明電極２上に、透明電極２に比べ抵抗率の低いＣｒ等の金属を、蒸着法またはスパッタリング法により成膜して金属層３を形成する（第２図（Ａ））。
上記金属層３上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ等によるレジストのパターン形成、及びレジスト開口部にある金属層及び透明電極のエッチング、及びレジスト剥離の工程を経て、透明電極２と金属層３で構成された第１の電極である陽極１０を格子状に形成する（第２図（Ｂ））。
次に、格子状に陽極１０を形成した基板にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ等により上記格子状陽極１０の画素に対応する領域にある金属層の上部に帯状のレジスト開口部１１を形成する。該帯状のレジスト開口部１１は上記格子状の陽極１０を直角に横断するように形成し、複数の陽極１０の画素に対応する領域をレジスト開口部１１内に含むようにする。
上記レジスト開口部１１に基づいて格子状の陽極１０の画素に対応する領域にある金属層のエッチングを行い、透明電極２を露出させる（第２図（Ｃ））。このように金属層を除去することにより、画素６のサイズは陽極１０と帯状レジスト開口部１１が重なる領域（金属層を除去した領域）に規定されるため、以降の工程によって画素サイズが変化することはない。さらに、画素６以外の陽極１０は、全て透明電極２と金属層３の２層構造となるため、素子の寄生抵抗を小さくすることができ、寄生抵抗に起因する発光輝度のばらつきを小さくすることができる。
なお、該金属層３の材質を、透明電極２をエッチングすることなく透明電極２上の金属層３をエッチングできるように、上記透明電極２との間で選択的にエッチングを行うことが可能となる金属とすることが好ましい。例えば、透明電極２がＩＴＯ、金属層３がＣｒである場合、ＩＴＯは水と塩酸と塩化第二鉄（質量比１：１：０．０２）のエッチング液、Ｃｒを水と硝酸アンモニウムセリウムと過塩素酸（質量比１：０．１７：０．０５）のエッチング液を用いて選択的にエッチングを行うことができる。
次に、基板上のレジストを剥離した後、透明電極２を露出させた基板上に該透明電極２より広い幅で帯状に有機層４を形成する。該有機層４は、ＴＰＤ等からなる正孔輸送層、Ａｌｑ３等からなる発光層、ＯＸＤ−７等からなる電子輸送層を蒸着法などにより順次成膜して形成すればよい（第２図（Ｄ））。なお、本実施の形態では有機層４を、正孔輸送層と発光層と電子輸送層からなる３層構造としたが、発光層のみの単層構造、正孔輸送層と発光層及び発光層と電子輸送層からなる２層構造のいずれの構造でも良いことは勿論である。
続いて、上記有機層４上（露出させた透明電極２上）に蒸着法等によりＡｌ−Ｌｉ合金等の金属層を成膜して第２の電極である陰極５を形成することで、有機発光素子を構成できる（第２図（Ｅ））。
上記のように、画素６のサイズは金属層３をエッチングした領域で規定されるため、金属層３のエッチングより後の工程では、高い位置精度を必要としない。このため、上記有機層４と陰極５の形成を、高い位置精度をもつフォトリソグラフィ等ではなく、シャドーマスクを用いた蒸着法で行った場合でも、画素サイズがばらつくことはない。すなわち、陰極５形成時に陰極５の位置ずれが発生した場合や陰極５と陽極１０が直交していない場合においても、陰極５が画素６上にある限り画素サイズは変化せず、格子状の各電極に形成される画素サイズのばらつきを低減することができる。
また、上記レジスト開口部１１は、フォトリソグラフィ等の高い位置精度を持つ方法で形成されるため、異なる基板上に形成された有機発光素子においても、画素６のサイズがばらつくことがない。すなわち、微小な画素６を精度良く均質に形成することが可能となる。
一方、上記構成では、画素端では該金属層３の膜厚に相当する段差が形成される。上記有機層４の膜厚は０．１〜３μｍ程度であるため、該段差が有機層４の膜厚よりも大きい場合、段差のコーナ等で有機層４の膜厚が薄くなるため、陽極１０と陰極５が短絡する可能性がある。したがって、金属層３の画素６端での膜厚は、有機層４の膜厚以下（３μｍ以下）であることが好ましい。
陽極１０と陰極５の短絡を避けるには、第３図に示すように、金属層３の外表面に絶縁層１２を形成してもよい。上記絶縁層１２は、有機層４形成前に金属層３を熱酸化させて形成する、あるいは、有機層４形成前にＣＶＤ法等により、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＧｅＯを成膜する、あるいは、ポリイミド等を塗布することにより形成することができる。なお、絶縁層の膜厚は、８０から１００ｎｍであれば短絡を防止する効果を有する。
また、第４図に示すように、金属層３の画素端に、該画素端に向かうにしたがって薄くなる傾斜面１３を形成してもよい。上記傾斜面１３は、ドライエッチングにより形成するものであり、エッチング深さを制御するマスクを介して反応種２２を傾斜面形成部に導入し傾斜面１３を形成するものである。例えば、第６図に示すように、深くエッチングする部位は反応種２２の進入量を多く、浅くエッチングする部位は反応種２２の進入量を少なくするために、エッチング形状に応じて開口の大きさを調整した金属メッシュ２０を傾斜面形成部上方に設けてドライエッチングを行う（レジスト２１は保護用レジスト）。あるいは、第７図に示すように、深くエッチングする部位は膜厚を薄く、浅くエッチングする部位は膜厚を厚くなるように、レジスト２３を傾斜面形成部上面に設けてドライエッチングを行えばよい。なお、コーナ等で有機層４の膜厚が薄くならないようにするためには、上記傾斜面１３の角度は３０度以下であればよい。
更に、第５図に示すように、金属層３の画素端を該画素端に向かって段階的に薄くなる形状１４としてもよい。該段階的に薄くなる形状１４は、フォトリソグラフィ及びエッチングを所望の段数に応じて複数回繰り返すことで形成できる。
ところで、上記有機層４は金属層３上にも成膜されるため、透明電極２から金属層３を介して有機層４に正孔が注入され、対向する陰極５との間で発光することが考えられる。この光は、金属層３に遮られ外部に取り出すことはできず、電力を消費するのみで発光効率を低下させる。このため、金属層３の材質を上記透明電極２より仕事関数が小さい金属とすることが好ましい。仕事関数が小さい金属を用いることで、正孔に対するポテンシャル障壁が金属層３と有機層４の間に形成され、透明電極２から金属層３を介して有機層４に注入される正孔が減少し、発光効率を改善することができる。例えば、透明電極２が、４．８ｅＶの仕事関数をもつＩＴＯの場合、金属層３の材料としては、Ｃｕ（４．４ｅＶ）、Ａｌ（４．２ｅＶ）、Ｃｒ（４．４ｅＶ）、Ａｇ（４．３ｅＶ）を用いることが好ましい。
また、本発明の製造方法により形成される有機発光素子は、上記のように容易に直線状に配列できるため、発光輝度にばらつきのない線状照明装置を構成することができる。この線状照明装置は、微小間隔で形成できるため、小型であり、プリンタ等の画像形成装置の光源として使用することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の有機発光素子の製造方法は、素子をマトリクス状に配列する場合にも適用することが可能である。
以下では、第８図に基づいて、マトリクス状に配列した有機発光素子の製造方法について説明する。なお、格子状の陽極１０を形成し、基板上にレジストを塗布するまでの工程は、上述の第１の実施の形態と同一であるため省略している。また、レジスト及び有機層の下層に位置する陽極は破線で示している。
第１の実施の形態では、上記レジストに単一の帯状のレジスト開口部１１を形成したが、本実施の形態では、複数の帯状のレジスト開口部１１をフォトリソグラフィ等により形成する。複数の帯状のレジスト開口部１１は、互いに平行に所定の間隔で形成されており、格子状の陽極１０上には、画素に対応する領域がマトリクス状に形成される。この状態で、上記レジスト開口部１１に基づいて格子状の陽極１０の画素に対応する領域にある金属層３のエッチングを行い、透明電極２を露出させる（第８図（Ａ））。
次に、上記レジストを剥離した後、透明電極２を露出させた基板上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる有機層４を形成する。なお、当該有機層４を形成する手順は、第１１図に示した従来の有機層形成手順と同様であるため、第８図（Ｂ）に有機層４の成膜が完了した状態のみを示している。
上記有機層４を形成する際には、まず、格子状に形成されている陽極１０のうち隣接する３本を１組とし、各組の陽極１０のうち２本を上記シャドーマスクによってマスクする。このとき、各組においてマスクする陽極１０はいずれの陽極１０であってもよいが、本実施の形態では、第８図上で各組の中央、及び右端に位置する陽極１０をマスクしている。
上記状態で、上記シャドーマスクの開口部を介して露出している陽極１０上に、ＴＰＤからなる正孔輸送層、Ａｌｑ３等に赤色発光材を導入した赤色発光層４Ａ、及びＯＸＤ−７からなる電子輸送層を順に成膜する。
次に、上記シャドーマスクの交換または位置調整により、上記各組の赤色発光層４Ａが成膜されていない２本の陽極１０のうち、１本の陽極１０のみが露出する状態とし、露出している陽極１０上に、正孔輸送層、Ａｌｑ３等に緑色発光材を導入した緑色発光層４Ｂ、及び電子輸送層を順に成膜する。第８図に示す例では、各組の中央に位置する陽極１０に緑色発光層４Ｂを形成している。
最後に、上記シャドーマスクの交換または位置調整により、発光層が成膜されていない陽極１０のみが露出する状態、すなわち、本実施の形態では各組の右端の陽極１０のみが露出する状態とし、正孔輸送層、Ａｌｑ３等に青色発光材を導入した青色発光層４Ｃ、及び電子輸送層を順に成膜する。
以上のように有機層４を形成することで、格子状の陽極１０上に、赤色、緑色、青色の各発光層を周期的に成膜することができる（第８図（Ｂ））。
なお、上記では、各発光層を形成する部位にのみ正孔輸送層及び電子輸送層を形成する構成としたが、正孔輸送層、及び電子輸送層を基板全面に形成する構成としてもよい。
また、上記の説明では、１本の陽極１０上に同一色の発光層を形成する構成としたがこれに限るものではない。例えば、同一の帯状のレジスト開口部１１により形成された透明電極２の露出部位（画素に対応する領域）に同一色の発光層を形成する構成、すなわち、各陽極１０に直交する帯状の発光層を形成する構成を採用することもできる。
上記のようにして形成した各発光層４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ上に、格子状の陰極５を各陽極１０と直交させて形成することでマトリクス状に配列した有機発光素子を形成できる（第８図（Ｃ））。
以上のようにして構成した有機発光素子は、第１の実施の形態と同様に、各画素６を精度良く形成できるため、発光輝度にばらつきのない均質な表示装置を提供することが可能である。また、微小な画素６であっても、精度良く、均質に形成することができるため、高解像度の表示装置を形成することが可能となる。
また、本実施の形態に対して、上記第１の実施の形態で説明した金属層３の材質、金属層３の画素６端の構造、及び金属層３の外表面に絶縁層を備える構成を適用できることは勿論である。
なお、本発明の有機発光素子に用いる透明基板１は、機械的、熱的強度を有し、透明を有していれば特に限定されるものではない。例えば、ガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の可視光領域について透明度の高い材料を用いることができる。また、これらの材料をフィルム化したフレキシブル基板としてもよい。
また、上記透明電極２としては、光透過性を有し、キャリアとして正孔が存在するようにドーパントが含まれていればよい。例えば、ＩＴＯの他に、ＡＴＯ（ＳｂがドープされたＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＡｌをドープしたＺｎＯ）等を用いることができる。
また、表示装置を構成する際に使用する赤色、緑色、青色の各発光層を除く上記発光層としては、可視領域で蛍光特性を有し、かつ成膜性の良い蛍光体から成るものが好ましく、Ａｌｑ３の他に、Ｂｅ−ベンゾキノリノール（ＢｅＢｑ２）、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）−１，３，４−チアジアゾール、４，４’−ビス（５，７−ペンチル−２−ベンゾオキサゾリル）スチルベン、４、４’−ビス［５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル］スチルベン、２，５−ビス（５，７−ジ−ｔ−ベンチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、２，５−ビス（［５−α，α−ジメチルベンジル］−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、２，５−ビス［５，７−ジ−（２−メチル−２−ブチル）−２−ベンゾオキサゾリル］−３，４−ジフェニルチオフェン、２，５−ビス（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）チオフェン、４，４’−ビス（２−ベンゾオキサゾリル）ビフェニル、５−メチル−２−［２−［４−（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾリル、２−［２−（４−クロロフェニル）ビニル］ナフト［１，２−ｄ］オキサゾール等のベンゾオキサゾール系、２，２’−（ｐ−フェニレンジビニレン）−ビスベンゾチアゾール等のベンゾチアゾール系、２−［２−［４−（２−ベンゾイミダゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾイミダゾール、２−［２−（４−カルボキシフェニル）ビニル］ベンゾイミダゾール等のベンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤や、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）マグネシウム、ビス（ベンゾ［ｆ］−８−キノリノール）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラート）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリロール）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、８−キノリノールリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノール）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノール）カルシウム、ポリ［亜鉛−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリノニル）メタン］等の８−ヒドロキシキノリン系金属錯体やジリチウムエピンドリジオン等の金属キシレート化オキシノイド化合物や、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−（３−メチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（４−メチルスチリル）ベンゼン、ジスチリルベンゼン、１，４−ビス（２−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（３−エチルスチリル）ベンゼン、１，４−ビス（２−メチルスチリル）２−メチルベンゼン等のスチリルベンゼン系化合物や、２，５−ビス（４−メチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス（４−エチルスチリル）ピラジン、２，５−ビス［２−（１−ナフチル）ビニル］ピラジン、２，５−ビス（４−メトキシスチリル）ピラジン、２，５−ビス［２−（４−ビフェニル）ビニル］ピラジン、２，５−ビス［２−（１ピレニル）ビニル］ピラジン等のジスチルピラジン誘導体や、ナフタルイミド誘導体や、ペリレン誘導体や、オキサジアゾール誘導体やアルダジン誘導体や、シクロペンタジエン誘導体や、スチリルアミン誘導体や、クマリン系誘導体や、芳香族ジメチリディン誘導体等を用いることができる。さらに、アントラセン、サリチル酸塩、ピレン、コロネン等も用いることができる。
また、上記正孔輸送層としては、正孔移動度が高く、透明で成膜製の良いものが好ましく、ＴＰＤのほかに、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス［４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）−２−２’−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ−ｍ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール等の芳香族第三級アミンや４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４’−［４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体やスチリルアントラセン誘導体や、フルオノレン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体やポリシラン系アニリン系重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン化合物や、ポリ３−メチルチオフェン等の有機材料を用いることができる。また、ポリカーボネート等の高分子に低分子の正孔輸送用の有機材料を分散させた、高分子分散系の正孔輸送層も用いることができる。
また、上記電子輸送層としては、ＯＸＤ−７等のジョキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体等を用いることができる。
また、上記陰極５としては、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ等の金属や、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｓｒ合金、Ａｌ−Ｂａ合金等のＡｌ合金等、仕事関数の低い金属もしくは合金を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
本発明は、有機発光素子の発光輝度のばらつきを著しく低減できるとともに、微小な画素を精度良く均質に形成できるという効果を有し、有機発光素子の性能向上、並びに、高分解能の画像形成装置の光源、高解像度の表示装置等に有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、透明電極と金属層を順次積層する成膜ステップと、
上記透明電極と上記金属層からなる第１電極を形成する第１電極形成ステップと、
上記第１の電極の画素に対応する領域の上記金属層を除去し、透明電極を露出させる金属除去ステップと、
上記露出した透明電極を覆う有機層を形成する有機層形成ステップと、
上記有機層上に第２電極を形成する第２電極形成ステップと、
を有する有機発光素子の製造方法。
【請求項２】
上記金属層が、上記透明電極との間で選択的にエッチングを行うことができる金属で構成された請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項３】
上記金属層が、上記透明電極を構成する材料の仕事関数よりも小さな仕事関数をもつ金属で構成された請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項４】
上記金属層の外表面に絶縁層を形成する絶縁層形成ステップを有する請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項５】
上記金属層除去ステップにおいて、上記金属層の画素端における膜厚を３μｍ以下とする請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項６】
上記金属層除去ステップにおいて、上記金属層の膜厚が画素端に向かって減少する部分を有し、上記金属層と上記透明電極との画素端での段差を上記有機層の膜厚以下に形成する請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項７】
上記膜厚減少部が、画素端に向かって３０度以下の角度の傾斜面である請求の範囲６に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記膜厚減少部が、画素端に向かって段階的に薄くなる形状である請求の範囲６に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項９】
上記第１電極が電気的に分離された格子状の電極であり、上記金属除去ステップにおいて、該格子状電極を横断する帯状に上記金属層を除去する請求の範囲１から請求の範囲８のいずれかに記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１０】
透明基板上に形成された透明電極と、
上記透明電極上の画素に対応する領域を除いて形成した金属層と、
上記画素に対応する領域を覆う有機層と、
上記有機層上に形成した第２電極と、
を備えたことを特徴とする有機発光素子。
【請求項１１】
上記金属層の外表面に絶縁層を形成した請求の範囲１０に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
上記金属層の膜厚が画素端に向かって減少する部分を有し、上記金属層と上記透明電極との画素端での段差が上記有機層の膜厚以下である請求の範囲１０に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
上記膜厚減少部が、画素に向かって３０度以下の角度の傾斜面である請求の範囲１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
上記膜厚減少部が、画素に向かって段階的に薄くなる形状である請求の範囲１２に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
上記透明電極が電気的に分離された格子状の電極である請求の範囲１０から請求の範囲１４のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項１６】
請求の範囲１５に記載の有機発光素子を光源として用いた画像形成装置。
【請求項１７】
請求の範囲１５に記載の有機発光素子を用いた表示装置。
【請求項１】
透明基板上に、透明電極と金属層を順次積層する成膜ステップと、
上記透明電極と上記金属層からなる第１電極を形成する第１電極形成ステップと、
上記第１の電極の画素に対応する領域の上記金属層を除去し、透明電極を露出させる金属除去ステップと、
上記露出した透明電極を覆う有機層を形成する有機層形成ステップと、
上記有機層上に第２電極を形成する第２電極形成ステップと、
を有する有機発光素子の製造方法。
【請求項２】
上記金属層が、上記透明電極との間で選択的にエッチングを行うことができる金属で構成された請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項３】
上記金属層が、上記透明電極を構成する材料の仕事関数よりも小さな仕事関数をもつ金属で構成された請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項４】
上記金属層の外表面に絶縁層を形成する絶縁層形成ステップを有する請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項５】
上記金属層除去ステップにおいて、上記金属層の画素端における膜厚を３μｍ以下とする請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項６】
上記金属層除去ステップにおいて、上記金属層の膜厚が画素端に向かって減少する部分を有し、上記金属層と上記透明電極との画素端での段差を上記有機層の膜厚以下に形成する請求の範囲１に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項７】
上記膜厚減少部が、画素端に向かって３０度以下の角度の傾斜面である請求の範囲６に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記膜厚減少部が、画素端に向かって段階的に薄くなる形状である請求の範囲６に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項９】
上記第１電極が電気的に分離された格子状の電極であり、上記金属除去ステップにおいて、該格子状電極を横断する帯状に上記金属層を除去する請求の範囲１から請求の範囲８のいずれかに記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１０】
透明基板上に形成された透明電極と、
上記透明電極上の画素に対応する領域を除いて形成した金属層と、
上記画素に対応する領域を覆う有機層と、
上記有機層上に形成した第２電極と、
を備えたことを特徴とする有機発光素子。
【請求項１１】
上記金属層の外表面に絶縁層を形成した請求の範囲１０に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
上記金属層の膜厚が画素端に向かって減少する部分を有し、上記金属層と上記透明電極との画素端での段差が上記有機層の膜厚以下である請求の範囲１０に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
上記膜厚減少部が、画素に向かって３０度以下の角度の傾斜面である請求の範囲１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
上記膜厚減少部が、画素に向かって段階的に薄くなる形状である請求の範囲１２に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
上記透明電極が電気的に分離された格子状の電極である請求の範囲１０から請求の範囲１４のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項１６】
請求の範囲１５に記載の有機発光素子を光源として用いた画像形成装置。
【請求項１７】
請求の範囲１５に記載の有機発光素子を用いた表示装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０４５２５３
【国際公開日】平成１６年５月２７日（２００４．５．２７）
【発行日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５５１２１０（Ｐ２００４−５５１２１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１４２７６
【国際出願日】平成１５年１１月１０日（２００３．１１．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年５月２７日（２００４．５．２７）
【発行日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１４２７６
【国際出願日】平成１５年１１月１０日（２００３．１１．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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