説明

自発光素子の製造方法および製造装置

【課題】 自発光素子の耐侯性を向上させることのできる自発光素子の製造方法を提供等を目的とする。
【解決手段】 基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造方法において、下部電極表面上に第1層目の成膜層を真空状態で成膜する第1層目成膜工程、第1層目の成膜層を成膜した基板を真空状態で加熱処理する加熱工程、加熱工程後に第1層目の成膜層表面上に第2層目の成膜層を真空状態で成膜する第2層目成膜工程、を含むことを特徴とする自発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自発光素子の製造方法およびその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
携帯電話、車載用モニタ、家電の操作モニタ、PCやテレビ等のドットマトリックスのディスプレイパネルの他に時計や宣伝用パネルの固定表示ディスプレイ、スキャナやプリンタの光源、照明、液晶のバックライト等の各種情報機器の表示部等に自発光素子が利用されている。自発光素子をドットマトリックス状に並べたものやアイコン部(固定表示部)を形成した表示部や平面状、球面状の照明器具としたものがあり、表示部の大きさも小型用から大型スクリーンなど様々である。
【0003】
このような自発光素子の代表的なものとして有機EL素子がある。有機EL素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機EL(OEL)デバイス、有機発光ダイオード(OLED)デバイス、自発光素子、電場発光光源とも呼ばれ、材料に高分子有機材料、低分子有機材料等を用いるものがある。以下、上下電極に挟まれた発光層を有するものを「有機EL素子」と呼称する。
【0004】
有機EL素子は、アノード(陽極、正孔注入電極)とカソード(陰極、電子注入電極)との間に成膜層を挟み込んだ構造をとっている。両電極に電圧を印加することにより、アノードから成膜層内に注入・輸送された正孔とカソードから成膜層内に注入・輸送された電子が成膜層の一つである発光層内にて再結合し、この再結合にて発光層を形成する発光材料が励起し、その励起状態から基底状態に遷移する過程で発光を得ている。
【0005】
有機EL素子を構成する成膜層に電流を流すため、成膜層はナノオーダーという薄い状態で成膜しなければならない。このような薄い膜を成膜する場合には、ゴミなどの異物の存在により上下電極間でショート、リーク電流が生じやすくなるといった問題があった。リーク電流は、表示ディスプレイに自発光素子を用いた場合、リーク電流の発生により、クロストロークや、輝度ムラ等の表示品質の低下を招き、さらには不要な有機EL素子の発熱などの発光に寄与しないエネルギー消費が起こり、発光効率が低下してしまう。
【0006】
有機EL素子の電極間ショートやリーク電流を防ぐために、下部電極上に接する第1層目の成膜層を加熱処理するメルト法(以下、有機EL素子を構成する成膜層を加熱処理する技術を「メルト法」と定義する)がある(下記特許文献1参照)。真空蒸着にて成膜した成膜層をメルト法により加熱処理することで、下部電極上に形成された異物等や突起部を包理することで、電極間のリーク電流の発生を防いでいる。
【0007】
【特許文献1】特開2001−68272
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1に記載のような従来技術は下部電極上に付着した異物等を包理することが可能であるが、メルト法による加熱工程を大気圧の窒素雰囲気下で行うために、加熱工程や加熱工程前後の工程において第1層目の成膜層上に異物等が付着しやすくなるといった問題等を有している。
【0009】
また、特許文献1に記載のような従来技術には、メルト法による上下電極間のリーク電流を防ぎ、有機EL素子の誤発光や表示不良等を解決する手段を示唆しているが、単にメルト法による第1層目の成膜層の加熱工程だけでは、有機EL素子の寿命低下や素子の劣化による耐候性の低下、加えて耐候性の低下に従って起こる電圧上昇等といった問題を解決することはできない。
【0010】
そこで、本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、有機EL素子に代表される自発光素子の長寿命化および耐候性の向上等を可能とする自発光素子の製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明による自発光素子の製造方法および製造装置は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
【0012】
本発明請求項1に記載の自発光素子の製造方法は、基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造方法において、下部電極表面上に第1層目の成膜層を真空状態で成膜する第1層目成膜工程と、第1層目の成膜層を成膜した基板を真空状態で加熱処理する加熱工程と、加熱工程後に第1層目の成膜層表面上に第2層目の成膜層を真空状態で成膜する第2層目成膜工程と、を含むことを特徴とする。
【0013】
本発明請求項5に記載の自発光素子の製造装置は、基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造装置において、下部電極表面上に第1層目の成膜層を真空状態で成膜する第1の成膜室と、第1層目の成膜層を成膜した基板を真空状態で加熱処理する加熱室と、第1層目の成膜層表面上に第2層目の成膜層を真空状態で成膜する第2の成膜室と、を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の実施形態について、図1に記載の自発光素子の一つである有機EL素子の説明図および図2に記載の自発光素子の一つである有機EL素子の成膜装置の概略図に基づいて説明する。以下に本発明に適用する有機EL素子の構造、使用する材料、製造方法および製造装置を記載するが、特にこれに限ったものではなく、有機EL素子が奏する作用効果を奏し、発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、設計変更などがあっても本実施の形態の範囲に含まれる。
【0015】
図1に記載の有機EL素子の説明図では、複数の有機EL素子1が基板2上に形成されることで一つの有機ELパネル3が構成されている。ここで、基板2上に直接有機EL素子1が形成されてもよく、有機EL素子1と基板2との間にTFTやカラーフィルタ等が挿入されていても良く、有機EL素子1は単数でも複数形成しても構わない。
【0016】
有機EL素子1は、下部電極11、下部電極11の表面上に第1層目の成膜層12が成膜されている。第1層目の成膜層12は成膜後に下記に説明するメルト法により、加熱工程を施している。その第1層目の成膜層12上に順次第2層目の成膜層13、第3層目の成膜層14、上部電極15が積層形成されている。図での説明を省くが、下部電極11間に絶縁膜を形成して発光画素部を形成してもよい。加えて、図での説明を省くが、上部電極15を積層した後、有機EL素子2に封止を行ってもよい。絶縁膜や封止については公知技術であり、詳細な説明を省くが、絶縁膜の材料や形状、封止工程の種類を気密封止、膜封止、固体封止など特に限定するものではない。
【0017】
基板2としては、平板状、フィルム状、球面状等、形状は特にこだわらず、材質としてはガラス、プラスチック、石英、金属等、特に透明性を有するか否かは問わない。また、透明性を有するものとしては、ガラス、透明プラスチックが好ましい。
【0018】
下部電極11、上部電極15については、一方が陰極、他方が陽極に設定されることになる。この場合、陽極は仕事関数の高い材料で構成するのがよく、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等の金属膜やITO、IZO等の酸化金属膜等の透明導電膜が用いられる。また陰極は仕事関数の低い材料で構成するのがよいが、特に、アルカリ金属(Li,Na,K,Rb,Cs)、アルカリ土類金属(Be,Mg,Ca,Sr,Ba)、希土類金属等、仕事関数の低い金属、その化合物、又はそれらを含む合金を用いることができる。また、下部電極11、上部電極15ともに透過性を有する材料により構成した場合には、光の放出側と反対の電極側に反射膜を設けた構成とすることもできる。また、下部電極11、上部電極15ともに透過性を有する材料により構成し、基板2と下部電極11との間に反射膜を設け上面発光素子の構成としても構わない。
【0019】
基板2上に下部電極11を蒸着、スパッタリング等の方法で薄膜として形成し、フォトリソグラフィ等によって所望の形状にパターニングする。複数の成膜層は下部電極11と上部電極15の一対の電極で挟んだ構成となっており、数本ストライプ状に形成した下部電極に直交するように上部電極を数本形成し、下部電極14と上部電極15とでマトリックスを形成するようにする。上部電極15は蒸着やスパッタリング等の方法で薄膜を形成する。
【0020】
有機EL素子1は、第1層目の成膜層12を正孔輸送層、第2層目の成膜層13を発光層、第3層目の成膜層14を電子輸送層とした組み合わせで形成しても良い。このとき、下部電極1は正極、上部電極15は負極とする。また、下部電極11または上部電極15の正負の状態で逆に積層し、第1層目の成膜層12を電子輸送層、第2層目の成膜層13を発光層、第3層目の成膜層14を正孔輸送層とした有機EL素子1構成でも構わない。更に、発光層、正孔輸送層、電子輸送層はそれぞれ1層だけでなく複数層積層して設けても良く、正孔輸送層、電子輸送層についてはどちらかの層を省略しても、両方の層を省略しても構わない。また、正孔注入、電子注入、正孔ブロック、電子ブロック等の機能を有する成膜層を用途に応じて挿入することも可能である。
【0021】
正孔輸送層は、正孔移動度が高い機能を有していれば良く、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。具体例としては、銅フタロシアニン等のポリフィリン化合物、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]−ビフェニル(NPB)等の芳香族第三アミン、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベンゼン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体、スチリルアミン化合物等の有機材料が用いられる。また、ポリカーボネート等の高分子中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材料、高分子材料であるPEDOT等のポリアニリン誘導体も使用できる。
【0022】
発光層は、公知の発光材料が使用可能であり、具体例としては、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)等の芳香族ジメチリディン化合物、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−t−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、アントラキノン誘導体、フルオノレン誘導体等の蛍光性有機材料、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム錯体(Alq)等の蛍光性有機金属化合物、ポリパラフィニレンビニレン(PPV)系、ポリアニリン系、ポリフルオレン系、ポリビニルカルバゾール(PVK)系等の高分子材料、白金錯体やイリジウム錯体等の三重項励起子からのりん光を発光に利用できる有機材料を使用できる。上述したような発光材料のみから構成されても良いし、正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)または発光性ドーパント等が含有されても良いし、これらが高分子材料又は無機材料中に分散されても良い。
【0023】
電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していれば良く、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。具体例としては、ニトロ置換フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体等の有機材料、8−キノリノール誘導体の金属錯体、メタルフタロシアニン等が使用できる。
【0024】
正孔輸送層、前記発光層、前記電子輸送層は、上述の材料に限ったものではなく、適宜選択可能であり、スピンコーティング法、ディッピング法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法等の印刷法等のウェットプロセス、又は、蒸着法、レーザ転写法(LITI)等のドライプロセスで形成することができる。
【0025】
図2には、前述した有機EL素子の製造方法を実現するクラスタ型(枚葉型)の製造装置の一例を示す。有機EL素子の製造方法および製造装置についての工程および構成を説明する。この製造装置は2連の成膜装置20,30と封止装置40を備えるように構成されており、搬入側の成膜装置20には基板搬送室51が連接され、成膜装置20,30および封止装置40間にはそれぞれ受渡室52、53が連接され、封止装置40の搬送室側には排出室54が連接されている。図2以外の符号は図1で使用した符号を利用する。
【0026】
成膜装置20には、中央に真空搬送室21が設置されており、真空搬送室21内に搬送用ロボット22が配備され、その周囲に複数の成膜室23,24,25と基板に加熱工程を行う加熱室26が配備されている。成膜装置30には、成膜装置20と同様に、中央に真空搬送室31が配置されており、真空搬送室31内に搬送用ロボット32が配備され、その周囲に複数の成膜室33,34,35,36が配備されている。また、封止装置40にも中央に搬送室41が設備されており、搬送室41内に搬送用ロボット42が配備され、その周囲に封止基板搬送室43,封止基板ストック室44,貼合室45,検査室46が配備されている。そして、各成膜室23,24,25,33,34,35,36や加熱室26、封止基板搬送室43、封止基板ストック室44、貼合室45の入り口、基板搬送室51、受渡室52,53、封止基板搬送室43、排出室54の出入り口には真空ゲートGが配備されている。
【0027】
このような製造装置によれば、前処理工程および洗浄工程済み基板2(下部電極11付き基板2)が基板搬送室51内に搬入されて、成膜装置20の真空搬送室21内の搬送用ロボット22の動作によって、基板2が成膜室23(第1の成膜層12を成膜する第1の成膜室)に移される。また、本発明の第1の基板搬送工程は、搬送用ロボット22を用いることに限定するわけではなく、搬送用ロボット22を利用せずにベルトコンベア等で移動させるインライン方式の製造方法であっても構わない。成膜室23内は10−2〜10−6Paまで減圧または真空状態に設定されており、基板2の下部電極11上に第1の成膜層12を抵抗加熱蒸着にて成膜する(第1層目成膜工程)。
【0028】
次いで、搬送用ロボット22の動作により、基板2が成膜室23から加熱室26に基板搬送室21を介して搬送される(第1の基板搬送工程)。このとき、基板搬送室21、加熱室26および成膜室23内は10−2〜10−6Paまで減圧または真空状態に設定されている。
【0029】
加熱室26内では、第1の成膜層12を形成する有機材料のガラス転移点以上融点以下の温度で加熱する(加熱工程)。加熱工程は真空雰囲気化の加熱室26内で、基板2を基板ホルダ等に固定し、基板2に対し加熱温度を加える。加熱温度としては、第1層目を構成する有機材料のガラス転移点以上融点以下の加熱温度で、一定時間加熱手段を施す。例えば、ガラス転移点が95℃の有機材料の場合、125℃程度の温度で、20分程度の加熱時間で加熱手段を加える。加熱手段は、基板をヒータで加熱する方法、ハライドランプなどで加熱する方法等で行う。
【0030】
加熱工程後には、搬送用ロボット22の動作により、基板2が加熱室26から成膜室24(第2の成膜層13を成膜する第2の成膜室)に基板搬送室21を介して搬送される(第2の基板搬送工程)。このとき、加熱室26,基板搬送室21および成膜室24内は10−2〜10−6Paまで減圧または真空状態に設定されている。また、本発明の第2の基板搬送工程は、搬送用ロボット22を用いることに限定するわけではなく、搬送用ロボット22を利用せずにベルトコンベア等で移動させるインライン方式の製造方法であっても構わない。さらに、図では、第1の基板搬送工程と第2の基板搬送工程を同じ基板搬送室21を使って説明したが、これに限らず異なる基板搬送室を用いてもかまわない。
【0031】
次いで、10−2〜10−6Paまで真空状態に設定した成膜室24内にて第1の成膜層12上に第2の成膜層13を抵抗加熱蒸着にて成膜する(第2層目成膜工程)。更に、基板2を受渡室52で、成膜装置20側の搬送用ロボット22から成膜装置30側の搬送用ロボット32への受渡がなされ、成膜装置30側の成膜室33,34,35,36にて第3の成膜層14やそれ以上積層する際の成膜層、上部電極15を順次成膜する。
【0032】
上部電極15の成膜が行われた後、基板2が受渡室53を介して封止装置40に搬送される。封止装置40では、まず、基板2が検査室46に搬送されて、基板2上に形成された有機EL素子1の発光特性の測定が行われ、色度ずれ等の不良がないかを確認される。また、基板2が封止基板搬送室43から搬送され、封止基板ストック室44に保管してある封止基板と検査室46にて検査工程を終了した基板2とを搬送室40内の搬送用ロボット42により、貼合室45に搬送され、接着剤を介して両者の貼り合わせが行われる。貼り合わせが完了した有機ELパネルが排出室54を介して装置外へ搬出される。
【0033】
本発明の実施の形態および以下に説明する実施例において、真空状態とは、成膜室23,24,25,33,34,35および36、加熱室26、真空搬送室21,31内の圧力を10−2〜10−6Paの範囲にした状態をいう。さらに、成膜とは、成膜室23,24,25,33,34,35および36にて、抵抗加熱法を利用した真空蒸着を行った例を示したが、これに限定するわけではなく、EB蒸着やスパッタ蒸着といった物理蒸着法、スピンコートや塗布、印刷法、さらにはCVD法といった化学蒸法着も採用することが可能である。
【0034】
そして、本発明の実施の形態は、クラスタ型の製造装置の説明を行ったが、インライン型の製造装置を用いても良く、有機EL素子の形態についても特に限定するものではない。例えば、基板側から光を取り出すボトムエミッション方式であっても、基板と逆側から取り出すトップエミッション方式であってもよく、駆動方式もアクティブ駆動方式でも、パッシブ駆動方式であっても良い。
【実施例1】
【0035】
<実施例1>ガラス製の基板上に下部電極としてITOをスパッタリングで膜厚110nmに成膜する。次いで、フォトレジストAZ6112(東京応化工業製)を、ITO上に2mmの幅でパターン形成した。レジストをパターン形成した基板を、塩化第2鉄水溶液と塩酸の混合液中に浸漬させた。これにより、レジストに覆われていない部分のITO膜がエッチングされた。エッチングされたガラス基板を、アセトン中に浸漬させた。これにより、レジストが除去され、2mmの幅に設けられたITO電極のストライプパターンが形成された。
【0036】
ITO電極のストライプパターンが形成されたガラス基板を、界面活性剤にて洗浄する。その後、UVオゾン洗浄を10分間行った。UVオゾン洗浄を行った基板を、製造装置内の成膜室に投入した。10−4Paに減圧してある成膜室にて抵抗加熱蒸着を用いて、第1の成膜層としてN−フェニル−p−フェニレンジアミン(PPD)を毎秒0.16nmの成膜速度にて20nmの厚さに成膜した。
【0037】
次に、10−4Paの真空状態を維持しながらPPD成膜後の基板を基板搬送室を介して加熱室に搬送した。加熱室に基板を固定し、ヒータを利用してPPDのガラス転移点(Tg=150℃)以上の180℃で20分基板を加熱し、加熱工程を行った。次いで、10−4Paの真空状態を維持しながら基板を搬送室を介して第2の成膜室に搬送し、PPD上に第2の成膜層としてNPBを毎秒2.0nmの成膜速度にて10nmの厚さに成膜した。
【0038】
次に、10−4Paの真空状態を維持しながらNPB成膜後の基板を搬送室を介して成膜室に搬送し、発光層兼電子輸送層のAlqを毎秒0.5nmの成膜速度で、60nmの厚さになるまで成膜した。次に、Alq成膜後の基板を搬送室を介して次の成膜室に搬送し、電子注入層のLiOを毎秒0.3nmの成膜速度で、0.7nmの厚さになるまで成膜した。さらに、LiO成膜後の基板を基板搬送室を介して上部電極の成膜室に搬送し、上部電極用のシャドウマスクを施し、アルミニウムを毎秒1nmの速度で100nmの厚さに真空成膜した。このとき、アルミニウムの膜は、ITO膜のストライプと直交するような方向で、2mm幅のストライプ状に成膜した。最後に、ガラス封止して実施例サンプルを形成した。
【0039】
<比較例1>比較例としての有機EL素子について説明する。比較例としての有機EL素子は、実施例1として上述した有機EL素子のPPDに行う加熱工程を大気圧窒素雰囲気下で行ったものを比較サンプルとして作成した。つまり、窒素雰囲気下の加熱室中のを大気圧にて加熱工程を行った。
【0040】
<評価>実施例サンプルと比較サンプルを次に示す耐候性試験と半減寿命試験により比較評価した。耐侯性試験は、63℃の条件で保存し、SUNTEST製の有機EL素子耐候性試験機により、サンプルの電圧上昇を検討した。実施例サンプルと比較サンプルの耐候性試験結果を図3に示す。図3より、同じ素子構成であるが、比較サンプルより実施例サンプルの方が電圧上昇を低く抑えており、有機EL素子の耐候性が優れている結果が得られた。
【0041】
半減寿命試験は、85℃におけるサンプルの点灯時間における残存輝度の割合を測定し検討した。実施例サンプルと比較サンプルの半減寿命測定結果を図4に示す。図4より、同じ素子構成であるが、比較サンプルより実施例サンプルの方が有機EL素子の寿命が長い結果が得られた。したがって、図3および図4の比較結果により、実施例サンプルの方が比較サンプルよりも耐候性および寿命特性の点で優れていることが分かった。
【0042】
以上のとおりであって、本発明の実施形態或いは実施例は、基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造方法あるいは製造装置において、仮に下部電極等の成膜不良や異物等の付着があった場合であっても、成膜欠陥部の形成を防止することができる。また、耐候性の向上や長寿命化を図ることのできる自発光素子の製造方法および製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】自発光素子の一つである有機EL素子の説明図
【図2】自発光素子の一つである有機EL素子の成膜装置の概略図
【図3】実施例1における実施例サンプルと比較サンプルの耐侯性試験結果
【図4】実施例1における実施例サンプルと比較サンプルの半減寿命試験結果
【符号の説明】
【0044】
1・・・有機EL素子
2・・・基板
3・・・有機ELパネル
20・・・成膜装置
26・・・加熱室
21,31・・・搬送室

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造方法において、
下部電極表面上に第1層目の成膜層を真空状態で成膜する第1層目成膜工程と、
第1層目の成膜層を成膜した基板を真空状態で加熱処理する加熱工程と、
加熱工程後に第1層目の成膜層表面上に第2層目の成膜層を真空状態で成膜する第2層目成膜工程と、を含むことを特徴とする自発光素子の製造方法。
【請求項2】
第1層目成膜工程と加熱工程との間に真空状態で基板を搬送する第1の基板搬送工程を有することを特徴とする請求項1に記載の自発光素子の製造方法。
【請求項3】
加熱工程と第2層目成膜工程との間に真空状態で基板を搬送する第2の基板搬送工程を有することを特徴とする請求項1に記載の自発光素子の製造方法。
【請求項4】
自発光素子は有機EL素子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の自発光素子の製造方法。
【請求項5】
基板上に下部電極を形成し、下部電極上に発光層を含む複数の成膜層を積層した上に上部電極を形成する自発光素子の製造装置において、
下部電極表面上に第1層目の成膜層を真空状態で成膜する第1の成膜室と、
第1層目の成膜層を成膜した基板を真空状態で加熱処理する加熱室と、
第1層目の成膜層表面上に第2層目の成膜層を真空状態で成膜する第2の成膜室と、を含むことを特徴とする自発光素子の製造装置。
【請求項6】
真空状態で基板を搬送する基板搬送室を有することを特徴とする請求項5に記載の自発光素子の製造装置。
【請求項7】
自発光素子は有機EL素子であることを特徴とする請求項5または6に記載の自発光素子の製造装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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