有機ＥＬ素子の製造方法
【課題】正孔注入層の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層中に金属等を容易にかつ確実に含有させることができ、これによって発光効率や寿命についての特性向上を図った、有機ＥＬ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】陽極２３上に正孔注入層７０と発光層とを有し、発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法である。陽極２３上に、金属または金属化合物からなる薄膜（薄膜パターン５０ａ）を形成する工程と、薄膜（薄膜パターン５０ａ）上に正孔注入層７０を形成するとともに、薄膜（薄膜パターン５０ａ）中の金属成分を正孔注入層７０中に拡散させる工程と、を備えている。
【解決手段】陽極２３上に正孔注入層７０と発光層とを有し、発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法である。陽極２３上に、金属または金属化合物からなる薄膜（薄膜パターン５０ａ）を形成する工程と、薄膜（薄膜パターン５０ａ）上に正孔注入層７０を形成するとともに、薄膜（薄膜パターン５０ａ）中の金属成分を正孔注入層７０中に拡散させる工程と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機蛍光材料等の発光材料を電極間に挟持してなる有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子としては、有機発光材料からなる発光層の発光効率を高めるため、この発光層の陽極側に正孔注入層を配置しておくのが一般的である。
このような有機ＥＬ素子の特性（発光効率、寿命）を改善するため、従来、正孔注入層に金属酸化物を含ませたり（例えば、特許文献１参照）、正孔注入材料にドーパントを含ませて製造した（例えば、特許文献２参照）有機ＥＬ素子が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２５１６３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８３７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、気相法でなくスピンコート法やインクジェット法などの液相法（塗布法）を用いて有機ＥＬ素子を作製しようとした場合、正孔注入層についても、例えば正孔注入層の形成材料（正孔注入材料）を分散させてなる分散液を用いてこれを塗布・乾燥することにより、形成することになる。
【０００４】
しかしながら、前記したように正孔注入層に金属酸化物を含ませたり、正孔注入材料にドーパントを含ませようとした場合、前記の金属酸化物やドーパントを前記の分散液中に溶解させあるいは分散させる必要があるが、その場合、金属酸化物等を良好に溶解させ、あるいは均一に分散させる必要がある。たとえ溶解しても、十分に溶解せずに溶液中に凝集物が生じたり、また、不均一に分散することでやはり分散液中に凝集物が生じると、成膜性が悪化して良好な正孔注入層が形成できなくなったり、得られる正孔注入層中での金属酸化物等の分布に大きな偏りが生じ、金属酸化物等を含ませる効果がほとんど得られなくなるおそれがあるからである。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正孔注入層の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層中に金属等を容易にかつ確実に含有させることができ、これによって発光効率や寿命についての特性向上を図った、有機ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の有機ＥＬ素子は、陽極上に正孔注入層と発光層とを有し、該発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法において、前記陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
この有機ＥＬ素子の製造方法によれば、陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成した後、前記薄膜上に正孔注入層を形成して前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させるので、正孔注入層の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層中に金属等を容易にかつ確実に含有させることが可能になる。よって、製造する有機ＥＬ素子の、発光効率や寿命についての特性向上を図ることができる。
【０００８】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を、液相法で形成するのが好ましい。
このように、液相法、すなわち塗布法で形成することにより、例えばマスク蒸着法で正孔注入層や発光層を選択的に形成する場合のように、高価なマスクを使用する必要がなくなり、したがって製造コストを安価に抑えることが可能になる。また、前記薄膜上に正孔注入層の形成材料を塗布することにより、特にこの形成材料としてポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液などを用いた場合では、強酸性を呈するポリスチレンスルフォン酸等によって前記薄膜中の金属成分を一部溶解し、イオン化することにより、該金属成分を形成材料中に拡散させることができる。その結果、該金属成分が正孔注入層中に含まれるようになる。
【０００９】
なお、この有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いて行うのが好ましい。
このようにすれば、前記したように、塗布時に前記薄膜中の金属成分を形成材料中に拡散させることができる。また、正孔注入層を形成した後においても、前記分散液中のポリスチレンスルフォン酸が例えば湿気等の水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜中の金属成分を溶解し、イオン化することによって該金属成分の正孔注入層中への拡散を促進し、容易化するようになる。
【００１０】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記薄膜を、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成するのが好ましい。
前記薄膜の厚さを０．５ｎｍ未満にすると、この薄膜を構成する金属成分が正孔注入層中に拡散しても、十分な特性向上が得られないおそれがある。また、前記薄膜を５．０ｎｍを超える厚さにすると、陽極上に薄膜が残ってしまい、陽極からの正孔注入性が損なわれてしまうおそれがあり、また、正孔注入層中への金属成分の拡散量が過剰になり、かえって正孔注入層の正孔注入特性が低下してしまうおそれがある。すなわち、前記薄膜を０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成することにより、正孔注入層の特性向上を確実にすることができ、また、陽極からの正孔注入性を損なうことも回避することができる。
【００１１】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程は、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成する処理と、該正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる処理と、を備えてなるのが好ましい。
例えば正孔注入層の形成材料として、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いた場合、これから形成された正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、該正孔注入層中に水分が付与される。すると、正孔注入層中のポリスチレンスルフォン酸が水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜中の金属成分を溶解し、イオン化することによって該金属成分の正孔注入層中への拡散を促進し、容易化するようになる。また、高温下とすることで、このような金属成分のイオン化や正孔注入層中への拡散がより促進され、工程に要する時間の短縮化が図られる。
【００１２】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を形成する工程の後に、前記正孔注入層の表面上に正孔輸送層を形成する工程を備えているのが好ましい。
このようにすれば、正孔輸送層によって得られる有機ＥＬ素子の発光特性をより良好にすることができる。また、正孔輸送層の形成時における熱処理により、正孔注入層中に拡散した前記金属成分の正孔注入層中での分布をより均一にすることができるとともに、その一部を正孔輸送層中にまで拡散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で参照する各図面においては、理解を容易にするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。
まず、本発明の製造方法の説明に先立ち、本発明の製造方法によって得られる有機ＥＬ素子について説明する。図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子を多数備えてなる有機ＥＬ装置の要部の側断面図である。
【００１４】
この有機ＥＬ装置は、素子基板２と、素子基板２の表面に配設された駆動回路部５と、駆動回路部５の表面側に配設された複数の有機ＥＬ素子３と、有機ＥＬ素子３を封止する封止基板３０とを主として構成されている。この有機ＥＬ素子３は、素子基板２に垂直な方向から見て円形状や長円形状等に形成され、素子基板２上にマトリクス状に整列配置されている。本実施形態では、有機ＥＬ素子３における発光光を素子基板２側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置を例にして説明する。
【００１５】
（有機ＥＬ装置）
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置では、発光層６０における発光光を素子基板２側から取り出すので、素子基板２としては透明あるいは半透明のものが用いられる。例えば、ガラスや石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等が用いられ、特にガラス基板が好適に用いられる。
【００１６】
素子基板２上には、有機ＥＬ素子３の駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）などを含む駆動回路部５が形成されている。なお、駆動回路を備えたＩＣチップを素子基板２に実装して有機ＥＬ装置を構成することも可能である。
【００１７】
駆動回路部５の具体的な構成として、素子基板２の表面に絶縁材料からなる下地保護層２８１が形成され、その上に半導体材料であるシリコン層２４１が形成されている。このシリコン層２４１の表面には、ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮを主体とするゲート絶縁層２８２が形成されている。そのゲート絶縁層２８２の表面には、ゲート電極２４２が形成されている。このゲート電極２４２は、図示しない走査線の一部によって構成されている。なお前記シリコン層２４１のうち、ゲート絶縁層２８２を挟んでゲート電極２４２と対向する領域がチャネル領域２４１ａとされている。一方、ゲート電極２４２およびゲート絶縁層２８２の表面には、ＳｉＯ２を主体とする第１層間絶縁層２８３が形成されている。
【００１８】
また、シリコン層２４１のうち、チャネル領域２４１ａの一方側には低濃度ソース領域２４１ｂおよび高濃度ソース領域２４１Ｓが設けられ、チャネル領域２４１ａの他方側には低濃度ドレイン領域２４１ｃおよび高濃度ドレイン領域２４１Ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域２４１Ｓは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４３ａを介して、ソース電極２４３に接続されている。このソース電極２４３は、図示しない電源線の一部によって構成されている。一方、高濃度ドレイン領域２４１Ｄは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４４ａを介して、ソース電極２４３と同層に配置されたドレイン電極２４４に接続されている。
【００１９】
前述したソース電極２４３およびドレイン電極２４４、並びに第１層間絶縁層２８３の上層には、アクリル系やポリイミド系等の耐熱性絶縁性樹脂材料などを主体とする平坦化膜２８４が形成されている。この平坦化膜２８４は、駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）やソース電極２４３、ドレイン電極２４４などによる表面の凹凸をなくすために形成されたものである。
【００２０】
そして、平坦化膜２８４の表面側における有機ＥＬ素子３の形成領域には、複数の画素電極２３が配列形成されている。この画素電極２３は、該平坦化膜２８４に設けられたコンタクトホール２３ａを介して、ドレイン電極２４４に接続されている。すなわち、画素電極２３は、ドレイン電極２４４を介して、シリコン層２４１の高濃度ドレイン領域２４１Ｄに接続されている。
【００２１】
また、平坦化膜２８４の表面における画素電極２３を囲うように、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料からなる無機隔壁２５が形成されている。この無機隔壁２５の開口部に露出した画素電極２３の表面上には、複数の機能膜が積層形成されており、これによって有機ＥＬ素子３が形成されている。有機ＥＬ素子３は、陽極として機能する画素電極２３と、この画素電極２３からの正孔を注入する正孔注入層７０と、正孔輸送層６５と、有機材料からなる発光層６０と、陰極５２として機能する共通電極とが積層されて構成されている。
【００２２】
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置の場合、陽極として機能する画素電極２３は、透明導電材料によって形成されている。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やインジウム亜鉛酸化物等を採用することが可能であり、特にＩＴＯが好適に用いられる。
【００２３】
また、正孔注入層７０の形成材料としては、特に、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液が好適に用いられる。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に、ポリチオフェン誘導体である３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させたものである。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、特にポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）が水との結合によって強酸性を呈するものである。ここで、この正孔注入層７０中には、後述する手法により、金属イオン等の金属成分がほぼ均一に分布した状態で含まれている。
なお、正孔注入層７０の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどが使用可能である。
【００２４】
正孔輸送層６５の形成材料としては、以下の化学式１で示されるＴＦＢ（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-alt-(1,4-phenylene-((4-sec-butylphenyl)imino-1,4-phenylene)))）が好適に用いられる。ＴＦＢは、正孔注入層７０と発光層６０の間に配設されることにより、正孔注入層７０から発光層６０への正孔の輸送を容易にする機能を有しており、したがって得られる有機ＥＬ装置（有機ＥＬ素子３）の発光特性をより良好にすることができる。
【００２５】
【化１】
正孔輸送層６５の形成材料については前記材料に限定されることなく、ＴＦＢに代えて、例えばＦ８−ＴＰＡなど従来公知の種々の正孔輸送材料を用いることができる。なお、このような正孔輸送層６５にも、後述するように、前記正孔注入層７０中に含まれている金属成分が、量的には少ないものの含まれている。
【００２６】
発光層６０を形成するための材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
【００２７】
特に、赤色の発光層６０の形成材料としては、例えば以下の化学式２で示されるＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶが好適に用いられる。
【化２】
【００２８】
また、緑色の発光層６０の形成材料としては、例えばポリジオクチルフルオレンとＦ８ＢＴ（ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体）の混合溶液が好適に用いられ、青色の発光層６０の形成材料としては、例えばポリジオクチルフルオレンが好適に用いられる。また、このような発光層６０については、特にその厚さについては制限がなく、各色毎に好ましい膜厚が調整される。
【００２９】
陰極５２は、主陰極および補助陰極の積層構造とすることが望ましい。その主陰極として、仕事関数が３．０ｅＶ以下のＣａやＭｇ、ＬｉＦ等の材料を採用することが望ましい。これにより、主陰極に電子注入層としての機能が付与されるので、低電圧で発光層を発光させることができる。また補助陰極は、陰極５２全体の導電性を高めるとともに、主陰極を酸素や水分等から保護する機能を有している。そのため補助陰極として、導電性に優れたＡｌやＡｕ、Ａｇ等の金属材料を採用することが望ましい。
【００３０】
一方、陰極５２の上方には、接着層４０を介して封止基板３０が貼り合わされている。
なお、陰極５２の全体を覆う封止キャップを素子基板２の周縁部に固着し、その封止キャップの内側に水分や酸素等を吸収するゲッター剤を配置してもよい。また、陰極５２の表面にＳｉＯ２等からなる無機封止膜を積層形成してもよい。
【００３１】
前述した有機ＥＬ装置では、駆動回路部５のソース電極２４３から供給された画像信号が、駆動素子４により所定のタイミングで画素電極２３に印加される。そして、その画素電極２３から注入された正孔と、陰極５２から注入された電子とが、発光層６０で再結合して所定波長の光が放出される。その発光光は、透明材料からなる画素電極２３、駆動回路部５および素子基板２を透過して外部に取り出される。なお、無機隔壁２５は絶縁材料で構成されているので、無機隔壁２５の開口部の内側のみに電流が流れて発光層６０が発光する。そのため、無機隔壁２５の開口部の内側が有機ＥＬ素子３の画素領域となっている。
（有機ＥＬ素子の製造方法）
【００３２】
次に、このような構成の有機ＥＬ装置の製造方法に基づき、本発明の有機ＥＬ素子３の製造方法の一実施形態を、図２〜図４を参照して説明する。
なお、図２〜図４では、理解を容易にするため、素子基板、駆動回路部および封止基板の記載を省略して、図１におけるＡ部の拡大図を記載している。
【００３３】
まず、従来と同様にして基板２上に駆動回路部５（図示せず）を形成する。そして、図２（ａ）に示すように、この基板２の全面を覆うように画素電極２３となる透明導電膜２３ｂを、ＩＴＯによって形成する。次に、この基板２にアルカリ洗浄、純水洗浄等を施し、透明導電膜２３ｂの表面を清浄化する。
【００３４】
次いで、この透明導電膜２３ｂ上に、図２（ｂ）に示すように金属または金属化合物からなる薄膜５０を、真空蒸着法やＥＢ（電子ビーム）法等によって形成する。この薄膜５０としては、特に限定されることなく、種々の金属やその金属化合物、各種合金が使用可能である。なお、ケイ素（Ｓｉ）についても、本発明においては金属の一つとして使用可能である。具体的には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｓ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｋ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｍｇ、ＭｇＦ２、Ｍｎ、ＭｏＯ３、Ｎａ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔａ、ＷＯ３、Ｚｎ、Ｚｒなどの各種金属や金属酸化物、合金が使用可能である。また、前記した金属の各種の塩、例えば硫酸塩やハロゲン化塩、硝酸塩、さらには各種有機酸塩なども使用可能である。なお、このような金属塩によって薄膜５０を形成する場合には、真空蒸着法等の気相法に代えて、液相法で成膜するようにしてもよい。
【００３５】
このような薄膜５０の厚さについては、使用する材料や後述する正孔注入層７０の厚さによって変わるものの、例えば薄膜５０の材料としてＭｇ（マグネシウム）を用いた場合などでは、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下とするのが好ましい。
薄膜５０の厚さを０．５ｎｍ未満にすると、この薄膜５０を構成する金属成分が後述するように正孔注入層７０中に拡散しても、十分な特性向上が得られないおそれがある。また、前記薄膜５０を５．０ｎｍを超える厚さにすると、画素電極２３上に薄膜５０が残ってしまい、画素電極２３からの正孔注入性が損なわれてしまうおそれがあり、また、正孔注入層７０中への金属成分の拡散量が過剰になり、かえって正孔注入層７０の正孔注入特性が低下してしまうおそれがある。したがって、前記薄膜を０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成することにより、正孔注入層７０の特性向上を確実にすることができ、また、画素電極２３からの正孔注入性を損なうことも回避することができる。
なお、本実施形態では薄膜５０を、Ｍｇ（マグネシウム）を用いて真空蒸着法で厚さ２ｎｍに形成している。
【００３６】
次いで、この薄膜５０、および前記透明導電膜２３ｂを、公知のホトリソグラフィー技術、エッチング技術によってパターニングすることにより、図２（ｃ）に示すように薄膜パターン５０ａと画素電極２３との積層体を形成する。
次いで、図３（ａ）に示すように、前記薄膜パターン５０ａ、画素電極２３の周囲に無機隔壁２５を形成する。続いて、ＵＶオゾン処理を５分間行い、無機隔壁２５内に露出する薄膜パターン５０ａの表面を洗浄する。
【００３７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、薄膜パターン５０ａおよび無機隔壁２５の表面全体に、液相プロセスによって正孔注入層７０を厚さ５０ｎｍに形成する。具体的には、まず正孔注入層７０の形成材料である液状体を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法、インクジェット法等により、基板全体に、あるいは選択的に塗布する。本実施形態では、正孔注入層７０の形成材料として、前記したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（＝１：２０（重量比））を用い、スピンコート法で成膜した。そして、このように成膜した後、前記基板２を大気中にて２００℃で１０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、前記したように正孔注入層７０を形成した。
【００３８】
ここで、このように正孔注入層７０の形成材料としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用い、これを塗布法（液相法）で前記薄膜パターン５０ａ上に配することにより、前記薄膜パターン５０ａは、強酸性を呈するポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）によってその一部が溶解し、イオン化する。すると、生成したイオン（Ｍｇ２＋）が形成材料中に移行（拡散）する。そして、加熱乾燥によって形成材料中から水分が除去され、正孔注入層７０が形成されると、結果的に、その内部には金属成分としての前記イオン（Ｍｇ２＋）が僅かながら含まれたことになる。
【００３９】
次いで、前記基板２を雰囲気調整が可能なチャンバー（図示せず）内に入れ、チャンバー内を高温多湿条件、例えば６０℃、ＲＨ８０％の条件下に３０分間置く。これにより、前記薄膜パターン５０ａの残部を、前記正孔注入層７０中に拡散させる。すなわち、前記ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる正孔注入層７０は、高温多湿下に放置されることにより、雰囲気中の湿気（水分）を吸着し、内部に水分を取り込む。すると、正孔注入層７０中のＰＳＳ（ポリスチレンスルフォン酸）が水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜パターン５０ａを形成する金属（Ｍｇ）を溶解し、イオン化させる。これにより、生じたイオン（Ｍｇ２＋）は正孔注入層７０中への拡散が促進され、正孔注入層７０中に容易に移行するようになる。したがって、薄膜パターン５０ａはそのほぼ全量が正孔注入層７０中に移行し、図３（ｃ）に示すように画素電極２３上に直接正孔注入層７０が位置するようになる。
【００４０】
なお、雰囲気が高温下であることにより、このような金属（Ｍｇ）のイオン化や、正孔注入層７０中へのイオン（Ｍｇ２＋）の拡散がより促進され、結果的に、薄膜５０（薄膜パターン５０ａ）を正孔注入層７０中に拡散させる処理工程に要する時間を短縮することができる。また、このように高温下で処理し、金属（イオン）の拡散を促進することにより、金属（イオン）を正孔注入層７０中に均一に拡散（分散）させることができる。
また、前記の雰囲気としては、空気雰囲気とすることなく、窒素等の不活性ガス中に水分（水蒸気）を混入させ、多湿状態とした雰囲気であってもよい。
さらに、このような高温多湿雰囲気下にて放置処理した後、再度加熱乾燥処理を行い、正孔注入層７０中の水分を除去してもよい。
【００４１】
次いで、図４（ａ）に示すように正孔注入層７０の表面に、液相法によって正孔輸送層６５を厚さ３０ｎｍに形成する。具体的には、正孔輸送層６５の形成材料として前記のＴＦＢを使用し、これをスピンコート法で塗布し、その後、基板２を２００℃で６０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、正孔輸送層６５を形成する。なお、このときの雰囲気条件としては、水分（水蒸気濃度）と酸素濃度との比（水分／酸素濃度）を１ｐｐｍ未満にする。
【００４２】
このような加熱乾燥により、正孔注入層７０に拡散（分散）している前記金属（イオン）は、正孔注入層７０中においてより均一に分散（分布）するようになる。また、その一部は、正孔輸送層６５中にも拡散するようになる。
続いて、正孔輸送層６５をキシレン等の溶媒によってリンス処理し、この溶媒に可溶な成分を正孔輸送層６５から除去する。これにより、正孔輸送層６５はキシレン等の溶媒に不溶な層となる。
【００４３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、正孔輸送層６５の表面に、液相プロセスによって発光層６０を厚さ１００ｎｍに形成する。具体的には、発光層６０の形成材料として、赤色材料である前記のＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶを使用し、これをスピンコート法で塗布し、その後、基板２を１３０℃で２０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、発光層６０を形成する。なお、このときの雰囲気条件についても、水分（水蒸気濃度）と酸素濃度との比（水分／酸素濃度）を１ｐｐｍ未満にする。
【００４４】
次いで、図４（ｃ）に示すように、真空蒸着法等により陰極５２を形成する。具体的には、Ｃａを厚さ１０ｎｍに形成し、さらにその上にＡｌを厚さ２００ｎｍに形成することにより、これら積層膜からなる陰極５２を形成する。
その後、封止工程を経ることにより、図１に示した有機ＥＬ装置（有機ＥＬ素子３）を得ることができる。
【００４５】
このような製造方法によれば、画素電極２３上に金属（Ｍｇ）からなる薄膜パターン５０ａ（薄膜５０）を形成した後、前記薄膜パターン５０ａ上に正孔注入層７０を形成して前記薄膜パターン５０ａ中の金属を該正孔注入層７０中に拡散させるので、正孔注入層７０の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層７０中に金属を容易にかつ確実に含有させることができる。
【００４６】
また、このようにして得られた有機ＥＬ素子３（有機ＥＬ装置）にあっては、正孔注入層７０中に薄膜５０を構成した金属成分、すなわちＭｇがイオン化して拡散しているので、発光効率や寿命についての特性が向上したものとなる。
なお、そのメカニズムについては明らかではないものの、以下のように考えられる。
陰極５２から注入されて発光層６０に到達した電子は、画素電極２３（陽極）から注入され輸送された正孔と再結合することで発光する。しかし、発光層６０に到達した電子の一部は、正孔と再結合することなく、発光層６０を通過して漏れ電子となり、正孔輸送層６５を通過して正孔注入層７０にまで到達する。すると、従来では、この漏れ電子が正孔注入層７０中の３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を壊してしまい、正孔注入層７０の正孔注入性を低下させてしまう。その結果、有機ＥＬ素子３自体の発光特性（発光効率、寿命）を低下させていたと考えられる。
【００４７】
一方、本発明によれば、正孔注入層７０中に、前記の薄膜５０に由来する陽イオン（Ｍｇ２＋）が存在することにより、前述した正孔注入層７０の正孔注入性の低下が防止される。すなわち、正孔注入層７０中には、（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）中のポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）に由来する陰イオン（ＰＳＳ−）が多く存在している。このイオンは、前記の薄膜５０に由来する陽イオン（Ｍｇ２＋）と結合することで錯イオンあるいは錯体を形成する。そして、この錯イオン（錯体）は、前記の漏れ電子と結合することなどで、これに対する耐性を発揮して電子ブロック層として機能し、これにより、ＰＥＤＯＴが壊されるのを防止するようになる。よって、本発明の製造方法によって得られた有機ＥＬ素子３は、ＰＥＤＯＴが壊されることによる正孔注入層７０の正孔注入性の低下が防止され、これによって発光特性（発光効率、寿命）が向上したものとなるのである。
【００４８】
（実験例）
薄膜５０としてＭｇを用いた前記実施形態に示す方法により、本発明の有機ＥＬ素子（本発明品）を形成した。また、比較のため、薄膜５０を形成する工程、および高温多湿雰囲気下で放置する工程を行わない以外は、基本的には前記実施形態と同様にして、有機ＥＬ素子（比較品）を形成した。
得られた有機ＥＬ素子をそれぞれ定電流密度にて連続駆動し、発光輝度が１０％低下するまでの時間を測定した。そして、この時間を寿命と定義した。
各有機ＥＬ素子の寿命を測定した結果、本発明品は比較品の２．２倍の寿命があった。したがって、本発明によれば、得られる有機ＥＬ素子の特性向上が図れることが確認された。
【００４９】
また、このような有機ＥＬ装置の応用例として、該有機ＥＬ装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図５（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図５（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図５（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図５（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｄ）は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図５（ｄ）において、薄型大画面テレビ１３００は、薄型大画面テレビ本体（筐体）１３０２、スピーカーなどの音声出力部１３０４、前記有機ＥＬ装置１からなる表示部１３０６を備える。
【００５０】
図５（ａ）〜（ｄ）に示す電子機器１０００，１１００，１２００，１３００は、前記有機ＥＬ装置を備えているので、この有機ＥＬ装置からなる表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化しているなどことにより、これら電子機器１０００，１１００，１２００，１３００自体も、表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化し、長期信頼性が確保されたものとなる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態では、薄膜５０の形成を透明導電膜２３ｂの形成の後に行い、これら薄膜５０と透明導電膜２３ｂとを共にパターニングして薄膜パターン５０ａと画素電極２３とを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば画素電極２３を形成し、さらに無機隔壁２５を形成した後、この無機隔壁２５上および該無機隔壁２５内に露出する画素電極２３上に薄膜５０を形成し、その後、該薄膜５０を覆って正孔注入層７０を形成するようにしてもよい。このようにしても、その後、例えば高温多湿下で放置することにより、正孔注入層７０中に薄膜５０の金属成分を拡散させることができる。
【００５２】
また、発光機能層１１０を正孔注入層７０と正孔輸送層６５と発光層６０とから構成したが、正孔輸送層６５の形成を省略してもよく、さらに、発光層６０と陰極５２との間に、電子注入層や電子輸送層を形成してもよい。
また、前記実施形態では、発光層６０で発光した光を基板２側から出射させる、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ装置に本発明の有機ＥＬ素子を適用した例を示したが、基板２と反対側の、封止基板側から光を出射させる、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】有機ＥＬ装置の要部断面模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の有機ＥＬ装置の製造方法を説明する工程図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２に続く製造方法を説明する工程図である。。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図３に続く製造方法を説明する工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の電子機器の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
２…基板、３…有機ＥＬ素子、２３…画素電極（陽極）、５０…薄膜、５０ａ…薄膜パターン、５２…陰極、６０…発光層、６５…正孔輸送層、７０…正孔注入層、１１０…発光機能層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機蛍光材料等の発光材料を電極間に挟持してなる有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子としては、有機発光材料からなる発光層の発光効率を高めるため、この発光層の陽極側に正孔注入層を配置しておくのが一般的である。
このような有機ＥＬ素子の特性（発光効率、寿命）を改善するため、従来、正孔注入層に金属酸化物を含ませたり（例えば、特許文献１参照）、正孔注入材料にドーパントを含ませて製造した（例えば、特許文献２参照）有機ＥＬ素子が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２５１６３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８３７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、気相法でなくスピンコート法やインクジェット法などの液相法（塗布法）を用いて有機ＥＬ素子を作製しようとした場合、正孔注入層についても、例えば正孔注入層の形成材料（正孔注入材料）を分散させてなる分散液を用いてこれを塗布・乾燥することにより、形成することになる。
【０００４】
しかしながら、前記したように正孔注入層に金属酸化物を含ませたり、正孔注入材料にドーパントを含ませようとした場合、前記の金属酸化物やドーパントを前記の分散液中に溶解させあるいは分散させる必要があるが、その場合、金属酸化物等を良好に溶解させ、あるいは均一に分散させる必要がある。たとえ溶解しても、十分に溶解せずに溶液中に凝集物が生じたり、また、不均一に分散することでやはり分散液中に凝集物が生じると、成膜性が悪化して良好な正孔注入層が形成できなくなったり、得られる正孔注入層中での金属酸化物等の分布に大きな偏りが生じ、金属酸化物等を含ませる効果がほとんど得られなくなるおそれがあるからである。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正孔注入層の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層中に金属等を容易にかつ確実に含有させることができ、これによって発光効率や寿命についての特性向上を図った、有機ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の有機ＥＬ素子は、陽極上に正孔注入層と発光層とを有し、該発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法において、前記陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
この有機ＥＬ素子の製造方法によれば、陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成した後、前記薄膜上に正孔注入層を形成して前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させるので、正孔注入層の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層中に金属等を容易にかつ確実に含有させることが可能になる。よって、製造する有機ＥＬ素子の、発光効率や寿命についての特性向上を図ることができる。
【０００８】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を、液相法で形成するのが好ましい。
このように、液相法、すなわち塗布法で形成することにより、例えばマスク蒸着法で正孔注入層や発光層を選択的に形成する場合のように、高価なマスクを使用する必要がなくなり、したがって製造コストを安価に抑えることが可能になる。また、前記薄膜上に正孔注入層の形成材料を塗布することにより、特にこの形成材料としてポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液などを用いた場合では、強酸性を呈するポリスチレンスルフォン酸等によって前記薄膜中の金属成分を一部溶解し、イオン化することにより、該金属成分を形成材料中に拡散させることができる。その結果、該金属成分が正孔注入層中に含まれるようになる。
【０００９】
なお、この有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いて行うのが好ましい。
このようにすれば、前記したように、塗布時に前記薄膜中の金属成分を形成材料中に拡散させることができる。また、正孔注入層を形成した後においても、前記分散液中のポリスチレンスルフォン酸が例えば湿気等の水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜中の金属成分を溶解し、イオン化することによって該金属成分の正孔注入層中への拡散を促進し、容易化するようになる。
【００１０】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記薄膜を、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成するのが好ましい。
前記薄膜の厚さを０．５ｎｍ未満にすると、この薄膜を構成する金属成分が正孔注入層中に拡散しても、十分な特性向上が得られないおそれがある。また、前記薄膜を５．０ｎｍを超える厚さにすると、陽極上に薄膜が残ってしまい、陽極からの正孔注入性が損なわれてしまうおそれがあり、また、正孔注入層中への金属成分の拡散量が過剰になり、かえって正孔注入層の正孔注入特性が低下してしまうおそれがある。すなわち、前記薄膜を０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成することにより、正孔注入層の特性向上を確実にすることができ、また、陽極からの正孔注入性を損なうことも回避することができる。
【００１１】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程は、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成する処理と、該正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる処理と、を備えてなるのが好ましい。
例えば正孔注入層の形成材料として、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いた場合、これから形成された正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、該正孔注入層中に水分が付与される。すると、正孔注入層中のポリスチレンスルフォン酸が水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜中の金属成分を溶解し、イオン化することによって該金属成分の正孔注入層中への拡散を促進し、容易化するようになる。また、高温下とすることで、このような金属成分のイオン化や正孔注入層中への拡散がより促進され、工程に要する時間の短縮化が図られる。
【００１２】
また、前記有機ＥＬ素子の製造方法においては、前記正孔注入層を形成する工程の後に、前記正孔注入層の表面上に正孔輸送層を形成する工程を備えているのが好ましい。
このようにすれば、正孔輸送層によって得られる有機ＥＬ素子の発光特性をより良好にすることができる。また、正孔輸送層の形成時における熱処理により、正孔注入層中に拡散した前記金属成分の正孔注入層中での分布をより均一にすることができるとともに、その一部を正孔輸送層中にまで拡散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で参照する各図面においては、理解を容易にするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。
まず、本発明の製造方法の説明に先立ち、本発明の製造方法によって得られる有機ＥＬ素子について説明する。図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子を多数備えてなる有機ＥＬ装置の要部の側断面図である。
【００１４】
この有機ＥＬ装置は、素子基板２と、素子基板２の表面に配設された駆動回路部５と、駆動回路部５の表面側に配設された複数の有機ＥＬ素子３と、有機ＥＬ素子３を封止する封止基板３０とを主として構成されている。この有機ＥＬ素子３は、素子基板２に垂直な方向から見て円形状や長円形状等に形成され、素子基板２上にマトリクス状に整列配置されている。本実施形態では、有機ＥＬ素子３における発光光を素子基板２側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置を例にして説明する。
【００１５】
（有機ＥＬ装置）
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置では、発光層６０における発光光を素子基板２側から取り出すので、素子基板２としては透明あるいは半透明のものが用いられる。例えば、ガラスや石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等が用いられ、特にガラス基板が好適に用いられる。
【００１６】
素子基板２上には、有機ＥＬ素子３の駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）などを含む駆動回路部５が形成されている。なお、駆動回路を備えたＩＣチップを素子基板２に実装して有機ＥＬ装置を構成することも可能である。
【００１７】
駆動回路部５の具体的な構成として、素子基板２の表面に絶縁材料からなる下地保護層２８１が形成され、その上に半導体材料であるシリコン層２４１が形成されている。このシリコン層２４１の表面には、ＳｉＯ２及び／又はＳｉＮを主体とするゲート絶縁層２８２が形成されている。そのゲート絶縁層２８２の表面には、ゲート電極２４２が形成されている。このゲート電極２４２は、図示しない走査線の一部によって構成されている。なお前記シリコン層２４１のうち、ゲート絶縁層２８２を挟んでゲート電極２４２と対向する領域がチャネル領域２４１ａとされている。一方、ゲート電極２４２およびゲート絶縁層２８２の表面には、ＳｉＯ２を主体とする第１層間絶縁層２８３が形成されている。
【００１８】
また、シリコン層２４１のうち、チャネル領域２４１ａの一方側には低濃度ソース領域２４１ｂおよび高濃度ソース領域２４１Ｓが設けられ、チャネル領域２４１ａの他方側には低濃度ドレイン領域２４１ｃおよび高濃度ドレイン領域２４１Ｄが設けられて、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造となっている。これらのうち、高濃度ソース領域２４１Ｓは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４３ａを介して、ソース電極２４３に接続されている。このソース電極２４３は、図示しない電源線の一部によって構成されている。一方、高濃度ドレイン領域２４１Ｄは、ゲート絶縁層２８２および第１層間絶縁層２８３を貫通するコンタクトホール２４４ａを介して、ソース電極２４３と同層に配置されたドレイン電極２４４に接続されている。
【００１９】
前述したソース電極２４３およびドレイン電極２４４、並びに第１層間絶縁層２８３の上層には、アクリル系やポリイミド系等の耐熱性絶縁性樹脂材料などを主体とする平坦化膜２８４が形成されている。この平坦化膜２８４は、駆動用ＴＦＴ１２３（駆動素子４）やソース電極２４３、ドレイン電極２４４などによる表面の凹凸をなくすために形成されたものである。
【００２０】
そして、平坦化膜２８４の表面側における有機ＥＬ素子３の形成領域には、複数の画素電極２３が配列形成されている。この画素電極２３は、該平坦化膜２８４に設けられたコンタクトホール２３ａを介して、ドレイン電極２４４に接続されている。すなわち、画素電極２３は、ドレイン電極２４４を介して、シリコン層２４１の高濃度ドレイン領域２４１Ｄに接続されている。
【００２１】
また、平坦化膜２８４の表面における画素電極２３を囲うように、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料からなる無機隔壁２５が形成されている。この無機隔壁２５の開口部に露出した画素電極２３の表面上には、複数の機能膜が積層形成されており、これによって有機ＥＬ素子３が形成されている。有機ＥＬ素子３は、陽極として機能する画素電極２３と、この画素電極２３からの正孔を注入する正孔注入層７０と、正孔輸送層６５と、有機材料からなる発光層６０と、陰極５２として機能する共通電極とが積層されて構成されている。
【００２２】
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置の場合、陽極として機能する画素電極２３は、透明導電材料によって形成されている。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やインジウム亜鉛酸化物等を採用することが可能であり、特にＩＴＯが好適に用いられる。
【００２３】
また、正孔注入層７０の形成材料としては、特に、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液が好適に用いられる。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に、ポリチオフェン誘導体である３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させたものである。このＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、特にポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）が水との結合によって強酸性を呈するものである。ここで、この正孔注入層７０中には、後述する手法により、金属イオン等の金属成分がほぼ均一に分布した状態で含まれている。
なお、正孔注入層７０の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどが使用可能である。
【００２４】
正孔輸送層６５の形成材料としては、以下の化学式１で示されるＴＦＢ（poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-alt-(1,4-phenylene-((4-sec-butylphenyl)imino-1,4-phenylene)))）が好適に用いられる。ＴＦＢは、正孔注入層７０と発光層６０の間に配設されることにより、正孔注入層７０から発光層６０への正孔の輸送を容易にする機能を有しており、したがって得られる有機ＥＬ装置（有機ＥＬ素子３）の発光特性をより良好にすることができる。
【００２５】
【化１】
正孔輸送層６５の形成材料については前記材料に限定されることなく、ＴＦＢに代えて、例えばＦ８−ＴＰＡなど従来公知の種々の正孔輸送材料を用いることができる。なお、このような正孔輸送層６５にも、後述するように、前記正孔注入層７０中に含まれている金属成分が、量的には少ないものの含まれている。
【００２６】
発光層６０を形成するための材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
【００２７】
特に、赤色の発光層６０の形成材料としては、例えば以下の化学式２で示されるＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶが好適に用いられる。
【化２】
【００２８】
また、緑色の発光層６０の形成材料としては、例えばポリジオクチルフルオレンとＦ８ＢＴ（ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体）の混合溶液が好適に用いられ、青色の発光層６０の形成材料としては、例えばポリジオクチルフルオレンが好適に用いられる。また、このような発光層６０については、特にその厚さについては制限がなく、各色毎に好ましい膜厚が調整される。
【００２９】
陰極５２は、主陰極および補助陰極の積層構造とすることが望ましい。その主陰極として、仕事関数が３．０ｅＶ以下のＣａやＭｇ、ＬｉＦ等の材料を採用することが望ましい。これにより、主陰極に電子注入層としての機能が付与されるので、低電圧で発光層を発光させることができる。また補助陰極は、陰極５２全体の導電性を高めるとともに、主陰極を酸素や水分等から保護する機能を有している。そのため補助陰極として、導電性に優れたＡｌやＡｕ、Ａｇ等の金属材料を採用することが望ましい。
【００３０】
一方、陰極５２の上方には、接着層４０を介して封止基板３０が貼り合わされている。
なお、陰極５２の全体を覆う封止キャップを素子基板２の周縁部に固着し、その封止キャップの内側に水分や酸素等を吸収するゲッター剤を配置してもよい。また、陰極５２の表面にＳｉＯ２等からなる無機封止膜を積層形成してもよい。
【００３１】
前述した有機ＥＬ装置では、駆動回路部５のソース電極２４３から供給された画像信号が、駆動素子４により所定のタイミングで画素電極２３に印加される。そして、その画素電極２３から注入された正孔と、陰極５２から注入された電子とが、発光層６０で再結合して所定波長の光が放出される。その発光光は、透明材料からなる画素電極２３、駆動回路部５および素子基板２を透過して外部に取り出される。なお、無機隔壁２５は絶縁材料で構成されているので、無機隔壁２５の開口部の内側のみに電流が流れて発光層６０が発光する。そのため、無機隔壁２５の開口部の内側が有機ＥＬ素子３の画素領域となっている。
（有機ＥＬ素子の製造方法）
【００３２】
次に、このような構成の有機ＥＬ装置の製造方法に基づき、本発明の有機ＥＬ素子３の製造方法の一実施形態を、図２〜図４を参照して説明する。
なお、図２〜図４では、理解を容易にするため、素子基板、駆動回路部および封止基板の記載を省略して、図１におけるＡ部の拡大図を記載している。
【００３３】
まず、従来と同様にして基板２上に駆動回路部５（図示せず）を形成する。そして、図２（ａ）に示すように、この基板２の全面を覆うように画素電極２３となる透明導電膜２３ｂを、ＩＴＯによって形成する。次に、この基板２にアルカリ洗浄、純水洗浄等を施し、透明導電膜２３ｂの表面を清浄化する。
【００３４】
次いで、この透明導電膜２３ｂ上に、図２（ｂ）に示すように金属または金属化合物からなる薄膜５０を、真空蒸着法やＥＢ（電子ビーム）法等によって形成する。この薄膜５０としては、特に限定されることなく、種々の金属やその金属化合物、各種合金が使用可能である。なお、ケイ素（Ｓｉ）についても、本発明においては金属の一つとして使用可能である。具体的には、Ａｇ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｓ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｋ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｍｇ、ＭｇＦ２、Ｍｎ、ＭｏＯ３、Ｎａ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔａ、ＷＯ３、Ｚｎ、Ｚｒなどの各種金属や金属酸化物、合金が使用可能である。また、前記した金属の各種の塩、例えば硫酸塩やハロゲン化塩、硝酸塩、さらには各種有機酸塩なども使用可能である。なお、このような金属塩によって薄膜５０を形成する場合には、真空蒸着法等の気相法に代えて、液相法で成膜するようにしてもよい。
【００３５】
このような薄膜５０の厚さについては、使用する材料や後述する正孔注入層７０の厚さによって変わるものの、例えば薄膜５０の材料としてＭｇ（マグネシウム）を用いた場合などでは、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下とするのが好ましい。
薄膜５０の厚さを０．５ｎｍ未満にすると、この薄膜５０を構成する金属成分が後述するように正孔注入層７０中に拡散しても、十分な特性向上が得られないおそれがある。また、前記薄膜５０を５．０ｎｍを超える厚さにすると、画素電極２３上に薄膜５０が残ってしまい、画素電極２３からの正孔注入性が損なわれてしまうおそれがあり、また、正孔注入層７０中への金属成分の拡散量が過剰になり、かえって正孔注入層７０の正孔注入特性が低下してしまうおそれがある。したがって、前記薄膜を０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成することにより、正孔注入層７０の特性向上を確実にすることができ、また、画素電極２３からの正孔注入性を損なうことも回避することができる。
なお、本実施形態では薄膜５０を、Ｍｇ（マグネシウム）を用いて真空蒸着法で厚さ２ｎｍに形成している。
【００３６】
次いで、この薄膜５０、および前記透明導電膜２３ｂを、公知のホトリソグラフィー技術、エッチング技術によってパターニングすることにより、図２（ｃ）に示すように薄膜パターン５０ａと画素電極２３との積層体を形成する。
次いで、図３（ａ）に示すように、前記薄膜パターン５０ａ、画素電極２３の周囲に無機隔壁２５を形成する。続いて、ＵＶオゾン処理を５分間行い、無機隔壁２５内に露出する薄膜パターン５０ａの表面を洗浄する。
【００３７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、薄膜パターン５０ａおよび無機隔壁２５の表面全体に、液相プロセスによって正孔注入層７０を厚さ５０ｎｍに形成する。具体的には、まず正孔注入層７０の形成材料である液状体を、スピンコート法やスプレーコート法、ディッピング法、インクジェット法等により、基板全体に、あるいは選択的に塗布する。本実施形態では、正孔注入層７０の形成材料として、前記したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（＝１：２０（重量比））を用い、スピンコート法で成膜した。そして、このように成膜した後、前記基板２を大気中にて２００℃で１０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、前記したように正孔注入層７０を形成した。
【００３８】
ここで、このように正孔注入層７０の形成材料としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用い、これを塗布法（液相法）で前記薄膜パターン５０ａ上に配することにより、前記薄膜パターン５０ａは、強酸性を呈するポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）によってその一部が溶解し、イオン化する。すると、生成したイオン（Ｍｇ２＋）が形成材料中に移行（拡散）する。そして、加熱乾燥によって形成材料中から水分が除去され、正孔注入層７０が形成されると、結果的に、その内部には金属成分としての前記イオン（Ｍｇ２＋）が僅かながら含まれたことになる。
【００３９】
次いで、前記基板２を雰囲気調整が可能なチャンバー（図示せず）内に入れ、チャンバー内を高温多湿条件、例えば６０℃、ＲＨ８０％の条件下に３０分間置く。これにより、前記薄膜パターン５０ａの残部を、前記正孔注入層７０中に拡散させる。すなわち、前記ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる正孔注入層７０は、高温多湿下に放置されることにより、雰囲気中の湿気（水分）を吸着し、内部に水分を取り込む。すると、正孔注入層７０中のＰＳＳ（ポリスチレンスルフォン酸）が水分と結合することで強酸性を呈するようになり、前記薄膜パターン５０ａを形成する金属（Ｍｇ）を溶解し、イオン化させる。これにより、生じたイオン（Ｍｇ２＋）は正孔注入層７０中への拡散が促進され、正孔注入層７０中に容易に移行するようになる。したがって、薄膜パターン５０ａはそのほぼ全量が正孔注入層７０中に移行し、図３（ｃ）に示すように画素電極２３上に直接正孔注入層７０が位置するようになる。
【００４０】
なお、雰囲気が高温下であることにより、このような金属（Ｍｇ）のイオン化や、正孔注入層７０中へのイオン（Ｍｇ２＋）の拡散がより促進され、結果的に、薄膜５０（薄膜パターン５０ａ）を正孔注入層７０中に拡散させる処理工程に要する時間を短縮することができる。また、このように高温下で処理し、金属（イオン）の拡散を促進することにより、金属（イオン）を正孔注入層７０中に均一に拡散（分散）させることができる。
また、前記の雰囲気としては、空気雰囲気とすることなく、窒素等の不活性ガス中に水分（水蒸気）を混入させ、多湿状態とした雰囲気であってもよい。
さらに、このような高温多湿雰囲気下にて放置処理した後、再度加熱乾燥処理を行い、正孔注入層７０中の水分を除去してもよい。
【００４１】
次いで、図４（ａ）に示すように正孔注入層７０の表面に、液相法によって正孔輸送層６５を厚さ３０ｎｍに形成する。具体的には、正孔輸送層６５の形成材料として前記のＴＦＢを使用し、これをスピンコート法で塗布し、その後、基板２を２００℃で６０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、正孔輸送層６５を形成する。なお、このときの雰囲気条件としては、水分（水蒸気濃度）と酸素濃度との比（水分／酸素濃度）を１ｐｐｍ未満にする。
【００４２】
このような加熱乾燥により、正孔注入層７０に拡散（分散）している前記金属（イオン）は、正孔注入層７０中においてより均一に分散（分布）するようになる。また、その一部は、正孔輸送層６５中にも拡散するようになる。
続いて、正孔輸送層６５をキシレン等の溶媒によってリンス処理し、この溶媒に可溶な成分を正孔輸送層６５から除去する。これにより、正孔輸送層６５はキシレン等の溶媒に不溶な層となる。
【００４３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、正孔輸送層６５の表面に、液相プロセスによって発光層６０を厚さ１００ｎｍに形成する。具体的には、発光層６０の形成材料として、赤色材料である前記のＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶを使用し、これをスピンコート法で塗布し、その後、基板２を１３０℃で２０分間、ホットプレート上で加熱乾燥し、発光層６０を形成する。なお、このときの雰囲気条件についても、水分（水蒸気濃度）と酸素濃度との比（水分／酸素濃度）を１ｐｐｍ未満にする。
【００４４】
次いで、図４（ｃ）に示すように、真空蒸着法等により陰極５２を形成する。具体的には、Ｃａを厚さ１０ｎｍに形成し、さらにその上にＡｌを厚さ２００ｎｍに形成することにより、これら積層膜からなる陰極５２を形成する。
その後、封止工程を経ることにより、図１に示した有機ＥＬ装置（有機ＥＬ素子３）を得ることができる。
【００４５】
このような製造方法によれば、画素電極２３上に金属（Ｍｇ）からなる薄膜パターン５０ａ（薄膜５０）を形成した後、前記薄膜パターン５０ａ上に正孔注入層７０を形成して前記薄膜パターン５０ａ中の金属を該正孔注入層７０中に拡散させるので、正孔注入層７０の形成材料に対する金属成分の溶解性や分散性に左右されることなく、正孔注入層７０中に金属を容易にかつ確実に含有させることができる。
【００４６】
また、このようにして得られた有機ＥＬ素子３（有機ＥＬ装置）にあっては、正孔注入層７０中に薄膜５０を構成した金属成分、すなわちＭｇがイオン化して拡散しているので、発光効率や寿命についての特性が向上したものとなる。
なお、そのメカニズムについては明らかではないものの、以下のように考えられる。
陰極５２から注入されて発光層６０に到達した電子は、画素電極２３（陽極）から注入され輸送された正孔と再結合することで発光する。しかし、発光層６０に到達した電子の一部は、正孔と再結合することなく、発光層６０を通過して漏れ電子となり、正孔輸送層６５を通過して正孔注入層７０にまで到達する。すると、従来では、この漏れ電子が正孔注入層７０中の３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を壊してしまい、正孔注入層７０の正孔注入性を低下させてしまう。その結果、有機ＥＬ素子３自体の発光特性（発光効率、寿命）を低下させていたと考えられる。
【００４７】
一方、本発明によれば、正孔注入層７０中に、前記の薄膜５０に由来する陽イオン（Ｍｇ２＋）が存在することにより、前述した正孔注入層７０の正孔注入性の低下が防止される。すなわち、正孔注入層７０中には、（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）中のポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）に由来する陰イオン（ＰＳＳ−）が多く存在している。このイオンは、前記の薄膜５０に由来する陽イオン（Ｍｇ２＋）と結合することで錯イオンあるいは錯体を形成する。そして、この錯イオン（錯体）は、前記の漏れ電子と結合することなどで、これに対する耐性を発揮して電子ブロック層として機能し、これにより、ＰＥＤＯＴが壊されるのを防止するようになる。よって、本発明の製造方法によって得られた有機ＥＬ素子３は、ＰＥＤＯＴが壊されることによる正孔注入層７０の正孔注入性の低下が防止され、これによって発光特性（発光効率、寿命）が向上したものとなるのである。
【００４８】
（実験例）
薄膜５０としてＭｇを用いた前記実施形態に示す方法により、本発明の有機ＥＬ素子（本発明品）を形成した。また、比較のため、薄膜５０を形成する工程、および高温多湿雰囲気下で放置する工程を行わない以外は、基本的には前記実施形態と同様にして、有機ＥＬ素子（比較品）を形成した。
得られた有機ＥＬ素子をそれぞれ定電流密度にて連続駆動し、発光輝度が１０％低下するまでの時間を測定した。そして、この時間を寿命と定義した。
各有機ＥＬ素子の寿命を測定した結果、本発明品は比較品の２．２倍の寿命があった。したがって、本発明によれば、得られる有機ＥＬ素子の特性向上が図れることが確認された。
【００４９】
また、このような有機ＥＬ装置の応用例として、該有機ＥＬ装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図５（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図５（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図５（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図５（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は前記有機ＥＬ装置１からなる表示部を示している。
図５（ｄ）は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図５（ｄ）において、薄型大画面テレビ１３００は、薄型大画面テレビ本体（筐体）１３０２、スピーカーなどの音声出力部１３０４、前記有機ＥＬ装置１からなる表示部１３０６を備える。
【００５０】
図５（ａ）〜（ｄ）に示す電子機器１０００，１１００，１２００，１３００は、前記有機ＥＬ装置を備えているので、この有機ＥＬ装置からなる表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化しているなどことにより、これら電子機器１０００，１１００，１２００，１３００自体も、表示部１００１，１１０１，１２０６，１３０６が長寿命化し、長期信頼性が確保されたものとなる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態では、薄膜５０の形成を透明導電膜２３ｂの形成の後に行い、これら薄膜５０と透明導電膜２３ｂとを共にパターニングして薄膜パターン５０ａと画素電極２３とを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば画素電極２３を形成し、さらに無機隔壁２５を形成した後、この無機隔壁２５上および該無機隔壁２５内に露出する画素電極２３上に薄膜５０を形成し、その後、該薄膜５０を覆って正孔注入層７０を形成するようにしてもよい。このようにしても、その後、例えば高温多湿下で放置することにより、正孔注入層７０中に薄膜５０の金属成分を拡散させることができる。
【００５２】
また、発光機能層１１０を正孔注入層７０と正孔輸送層６５と発光層６０とから構成したが、正孔輸送層６５の形成を省略してもよく、さらに、発光層６０と陰極５２との間に、電子注入層や電子輸送層を形成してもよい。
また、前記実施形態では、発光層６０で発光した光を基板２側から出射させる、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ装置に本発明の有機ＥＬ素子を適用した例を示したが、基板２と反対側の、封止基板側から光を出射させる、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】有機ＥＬ装置の要部断面模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の有機ＥＬ装置の製造方法を説明する工程図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２に続く製造方法を説明する工程図である。。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図３に続く製造方法を説明する工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の電子機器の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
２…基板、３…有機ＥＬ素子、２３…画素電極（陽極）、５０…薄膜、５０ａ…薄膜パターン、５２…陰極、６０…発光層、６５…正孔輸送層、７０…正孔注入層、１１０…発光機能層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極上に正孔注入層と発光層とを有し、該発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法において、
前記陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程と、を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記正孔注入層を、液相法で形成す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。
【請求項３】
前記正孔注入層を、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いて行うことを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
前記薄膜を、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成す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ＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程は、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成する処理と、該正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる処理と、を備えてな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ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】
前記正孔注入層を形成する工程の後に、前記正孔注入層の表面上に正孔輸送層を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１】
陽極上に正孔注入層と発光層とを有し、該発光層上に陰極を有してなる有機ＥＬ装置の製造方法において、
前記陽極上に、金属または金属化合物からなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程と、を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記正孔注入層を、液相法で形成す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。
【請求項３】
前記正孔注入層を、ポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させてなる分散液を用いて行うことを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
前記薄膜を、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さに形成す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ＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
前記薄膜上に前記正孔注入層を形成するとともに、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる工程は、前記薄膜上に前記正孔注入層を形成する処理と、該正孔注入層を高温多湿下に放置することにより、前記薄膜中の金属成分を該正孔注入層中に拡散させる処理と、を備えてな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ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】
前記正孔注入層を形成する工程の後に、前記正孔注入層の表面上に正孔輸送層を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５３０６４（Ｐ２００８−１５３０６４Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３９９３４（Ｐ２００６−３３９９３４）
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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