説明

薄膜形成方法及び有機電界発光素子の製造方法

【課題】 低い温度で成膜が可能なので、高温の熱源を必要とせず、形成される薄膜の機械的、電気的特性を向上させることができる薄膜形成方法及び有機電界発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明による薄膜形成方法は、蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質を蒸着させて薄膜を形成する段階を含み、前記添加物質は、前記蒸着物質と共融点を有する物質を使用する。これにより、従来、蒸着物質だけを使用して成膜する場合より、さらに低い温度で成膜が可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄膜形成方法及び有機電界発光素子の製造方法に関し、より詳細には、蒸着物質と共融点を有する添加物質を用いて蒸着することで、低温で薄膜形成が可能な薄膜形成方法及び有機電界発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板に薄膜を形成する一般的な方法には、真空蒸着法、イオンプレーティング(ion-plating)法及びスパッタリング(sputtering)法などのような物理気相蒸着法(PVD)と、ガス反応による化学気相蒸着法(CVD)などが挙げられる。それらのうち、有機電界発光素子の有機膜層や電極などのような薄膜を形成するに際しては、真空蒸着法が主に使われる。
【0003】
前記真空蒸着法は、真空蒸着チャンバーの下部に蒸発源を設け、その上部に成膜用基板を設けて、薄膜を形成する方法である。前記真空蒸着法には、抵抗熱蒸着、電子ビーム蒸着及び誘導加熱蒸着などが挙げられる。前記真空蒸着法に使われる蒸発源には、誘導加熱蒸着(または間接加熱蒸着)の蒸発源(effusion cell)が主に使われている。
【0004】
前述のような薄膜形成方法は、有機電界発光素子を構成する多様な薄膜を形成するのに使われる。前記有機電界発光素子は、有機物薄膜に陰極と陽極を介して注入された電子と正孔が再結合して励起子(exciton)を形成し、形成された励起子からのエネルギーにより特定波長の光が発生する現象を利用する自発光型ディスプレイ素子である。前記有機電界発光素子は、低電圧で駆動が可能であり、軽量及び薄形であり、視野角が広いだけでなく、応答速度が速いという長所を有する。
【0005】
かかる有機電界発光素子は、基板上に積層式で形成されるアノード電極、有機膜層及びカソード電極から構成される。前記有機膜層は、有機発光層を含み、電子輸送層、正孔輸送層、正孔注入層及び電子注入層をさらに含むことができる。
【0006】
前記カソード電極は、金属を用いて形成することができ、特に、仕事関数が低いAlを用いて形成することができる。前記Alを成膜するためには、高温の熱源が必要である。すなわち、前記Alのような薄膜を形成するためには、多くのエネルギーが要求されるだけでなく、高温工程による基板の劣化が生じ得るという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、低い温度で成膜が可能なので、高温の熱源を必要とせず、形成される薄膜の機械的、電気的特性を向上させることができる薄膜形成方法及び有機電界発光素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜形成方法は、蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質を蒸着させて、薄膜を形成する段階を含み、前記添加物質は、前記蒸着物質と共融点を有する物質を使用する。これにより、従来、蒸着物質だけを使用して成膜する場合より、さらに低い温度で成膜が可能である。
【0009】
前記形成される薄膜は、Al合金であってもよく、電極として使用することができる。
【0010】
前記薄膜は、真空蒸着法を用いて形成することが好ましい。
【0011】
また、本発明の他の態様に係る有機電界発光素子の製造方法は、基板上に第1電極を形成する段階と、前記第1電極上に少なくとも有機発光層を含む有機膜層パターンを形成する段階と、前記有機膜層パターン上に第2電極を形成する段階と、を含み、前記第1電極及び第2電極の少なくともいずれか1つは、蒸着物質と、前記蒸着物質と共融点を有する添加物質とを混合した成膜物質を蒸着させて形成する。
【0012】
前記第2電極を形成する蒸着物質は、Alを使用することが好ましい。
【0013】
前記第2電極は、カソード電極であってもよく、前記形成されるカソード電極は、Al合金よりなることができる。
【0014】
前記第1電極及び第2電極の少なくともいずれか1つは、真空蒸着法を用いて形成することが好ましい。
【0015】
前記蒸着物質は、金属又は無機物を使用することができ、前記金属の中でAlを使用することができる。
【0016】
前記添加物質は、金属又は非金属物質を使用することができる。前記添加物質は、前記Alと仕事関数(work function)が同じ物質、又は前記Alより仕事関数が低い物質を使用することが好ましく、特に、Si、Mg及びCaのいずれか1つの物質を使用することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、薄膜を形成する物質として、蒸着物質に加えて、前記蒸着物質と共融点を有する添加物質を混合して使用する。これにより、従来、蒸着物質だけを使用して成膜する場合より、さらに低い温度で成膜が可能である。すなわち、高温の熱源を必要としない。また、形成される薄膜、特に有機電界発光素子を構成するカソード電極の機械的、電気的特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0019】
図1aは、本発明による薄膜形成方法を説明する模式図であり、図1bは、本発明による薄膜形成方法に使われる蒸発源を説明する断面図である。
【0020】
図1a及び図1bを参照すれば、本発明による薄膜形成方法は、真空蒸着法を利用することを例示している。前記真空蒸着法に使われる真空蒸着装置100は、真空蒸着チャンバー110、蒸発源120及び基板130などから構成される。前記蒸発源120は、基板130上に蒸着しようとする物質を蒸発させる蒸発源部120aと、前記蒸発源部120aで蒸発した気体が噴射されるノズル部120bとから構成されることができる。
【0021】
前記真空蒸着チャンバー110は、真空排気系(図示せず)に連結されており、これを用いて真空蒸着チャンバーの内部を一定の真空に維持させる。その後、前記真空蒸着チャンバー110の下部に配置された蒸発源120の炉121を、熱線124を用いて加熱させる。前記炉121に熱が供給されれば、成膜物質140にも熱が供給され蒸発する。
【0022】
前記蒸発した成膜物質140は、前記ノズル部120bの孔125を通過して、前記蒸発源120の上部から一定の距離をもって離隔配置された基板130に到達するようになる。したがって、前記蒸発源120の炉121から蒸発した成膜物質140は、前記基板130に到達し、吸着、蒸着、再蒸発などの連続的過程を経て前記基板130上に固体化し、薄膜150を形成する。
【0023】
前記炉121の内部には、成膜物質140である蒸着物質122及び添加物質123が収容される。
【0024】
前記蒸着物質122として、無機物または金属を使用することができる。特に、金属の中でもAlは、仕事関数が低くて、電極を形成するのに使われることができる。
【0025】
前記添加物質123は、金属または非金属物質を使用することができる。前記蒸着物質122だけを蒸発させて成膜する場合は、高温の熱源を必要としないので、本発明では、前記蒸着物質122と添加物質123とを混合した成膜物質140を使用して薄膜を形成する。
【0026】
この際、前記添加物質123は、前記蒸着物質122と共融点(Eutectic Melting Point)を有する物質を使用する。前記共融点とは、2成分系の固体相−液体相曲線において2成分が固溶体を形成せずに、液体状態で完全に溶けて混ぜる点を言う。
【0027】
前記蒸着物質122としてAlを使用する場合には、前記添加物質123として、Si、Mg及びCaのいずれか1つの物質を使用することが好ましい。前記Alの融点は、約660℃程度であり、一般的に前記Alを1200乃至1400℃程度の温度で溶解して蒸着を行う。したがって、前記Alと共融点を有する添加物質123を混合して蒸着させることによって、さらに低い温度での成膜を可能にする。その他にも、前記蒸着物質122と共融点を有する多様な物質を前記添加物質123として使用することができる。
【0028】
前記蒸着物質122としてAlを使用し、前記添加物質123としてSi、MgまたはCaを使用し、これらを混合した成膜物質140を蒸着することによって形成される薄膜は、Al合金である。すなわち、各々Al−Si合金、Al−Mg合金、Al−Ca合金を形成することができる。前記形成されたAl合金は、機械的、電気的特性に優れていて、電極として使われることができる。特に、陰極として使われることが好ましい。
【0029】
図2a乃至図2cは、本発明による蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質の相平衡図(phase diagram)である。それぞれの相平衡図において、X軸は、各成分の重量パーセント(wt%)を示し、Y軸は、摂氏温度を示す。
【0030】
図2aを参照すれば、蒸着物質122としてAlを使用し、添加物質123としてSiを使用する場合、混合物質、すなわち成膜物質140の相平衡図を示している。
【0031】
前記相平衡図から明らかなように、Al−Si系では、1つの共融点があることが分かる。Al−Si系の共融点は、580℃であり、Al及びSiの組成比は、約13/97wt%であることが分かる。
【0032】
すなわち、前記Alに添加物質123としてSiを添加させれば、混合物質であるAl−Si系の共融点は、580℃となるので、前記Alを固有の融点である660℃よりさらに低い温度で溶融させることができる。したがって、従来、Alを1200乃至1400℃程度の温度で蒸着させたが、本発明では、それより低い温度で前記Alを含む成膜物質を蒸着することができる。
【0033】
この際、形成される薄膜は、Al−Si合金からなる。前記Al−Si合金は、膨脹係数が少なく、耐摩滅性が優れており、高温強度及び機械加工性が良い。前記Al−Si合金は、電極として使われることができ、陰極として使われることが好ましい。
【0034】
図2bを参照すれば、蒸着物質122としてAlを使用し、添加物質123としてMgを使用する場合、成膜物質140の相平衡図を示している。
【0035】
前記相平衡図から明らかなように、Al−Mg系では、5つの共融点があることが分かる。Al−Mg系の共融点は、Al及び Mgの組成比によって450℃、448℃、449℃、452℃及び437℃を示している。したがって、前記Alを固有の融点である660℃よりさらに低い温度で溶融させることができるので、前記Alを含む成膜物質を低温で蒸着することができる。
【0036】
この際、形成される薄膜であるAl−Mg合金は、耐食性が良く、温度による変化が少ない。
【0037】
図2cを参照すれば、蒸着物質122としてAlを使用し、添加物質123としてCaを使用する場合、成膜物質140の相平衡図を示している。
【0038】
前記相平衡図から明らかなように、Al−Ca系では、3つの共融点があることが分かる。Al−Ca系の共融点は、Al及びCaの組成比によって640℃、699℃及び549℃を示している。前記Caの組成比を約92wt%または26wt%にした場合、共融点が各々640℃及び549℃を示す。したがって、前記Alを固有の融点である660℃よりさらに低い温度で溶融させることができるので、前記Alを含む成膜物質を低温で蒸着することができる。
【0039】
図3は、本発明による有機電界発光素子の製造方法を説明する模式図である。
【0040】
図3を参照すれば、まず、基板330上に第1電極を形成する。前記基板330上には、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタ上に形成されたパッシベーション膜及び平坦化膜などが設けられていてもよい。
【0041】
前記第1電極は、アノード電極であってもよく、仕事関数の高いITOまたはIZOのような透明電極を使用することができる。前記アノード電極は、仕事関数が5.0eV以上の物質を使用することが好ましい。前記仕事関数(work function)とは、金属内部の電子を外部に放出させるのに必要な最小限の仕事を意味する。
【0042】
次に、前記第1電極上に有機膜層パターンを形成する。前記有機膜層パターンは、少なくとも有機発光層を含む。また、前記有機膜層パターンは、有機発光層よりなる1種の単一層で構成されるか、又は、前記有機発光層と共に、正孔注入層、正孔伝達層、電子伝達層及び電子注入層よりなる群から選ばれた2種以上の多重層で構成されることができる。
【0043】
次に、前記有機膜層パターン上に第2電極を形成することによって、有機電界発光素子を完成する。前記第2電極は、カソード電極であってもよく、仕事関数の低い物質を使用することが好ましい。前記仕事関数の低い物質として、Mg、Ca、Al、Agなどのような金属物質を使用することができる。
【0044】
前記金属物質の仕事関数は、各々Al(4.06〜4.41eV)、Ca(2.87〜3.00eV)、Mg(3.46eV)、Ag(4.26〜4.74eV)を有する。
【0045】
この際、前記第1電極及び第2電極の少なくともいずれか1つは、真空蒸着法を用いて形成することができる。前記真空蒸着法に使われる真空蒸着装置300は、真空蒸着チャンバー310、蒸発源320及び基板330などから構成される。前記基板330上に成膜物質340を蒸着させて、前記第1電極または第2電極のような薄膜350を形成する工程は、図1a及び図1bで説明した通りである。
【0046】
図1bをさらに参照すれば、前記蒸着物質122として、無機物または金属を使用することができる。
【0047】
前記蒸着物質122に添加物質123を混合するが、前記添加物質123は、金属または非金属物質を使用することができる。この際、前記添加物質123は、前記蒸着物質122と共融点を有する物質を使用する。共融点についての詳細な説明は、前記図2a乃至図2cの説明を参照する。
【0048】
前記第2電極は、カソード電極であってよく、前記カソード電極を形成する前記蒸着物質122として、仕事関数の低いAl(4.06〜4.41eV)を使用することができる。
【0049】
この場合、前記添加物質123として、前記蒸着物質122と共融点を有するSi、Mg及びCaのいずれか1つの物質を使用することが好ましい。また、前記カソード電極は、仕事関数が低くなければならないので、前記 Al(4.06〜4.41eV)の仕事関数と類似する物質、又はそれより小さい物質を使用することが好ましい。
【0050】
前記Mg及びCaは、各々2.87〜3.00eV、3.46eVの仕事関数を有し、Siの場合にも、低い仕事関数を有するので、前記Alと共にカソード電極として使用することができる。その他にも、前記蒸着物質122と共融点を有し且つ仕事関数が類似する多様な物質を前記添加物質123として使用することができる。
【0051】
したがって、前記Alだけを蒸着させる場合より、さらに低い温度で前記カソード電極を形成することができる。
【0052】
また、蒸着により形成されたカソード電極は、Al合金からなり、添加物質123によってAl−Si合金、Al−Mg合金、Al−Ca合金などが形成されることができる。前記Al合金は、機械的、電気的特性に優れているので、前記カソード電極の機械的、電気的特性を向上させることができる。
【0053】
本発明の実施例では、アクティブマトリクス型有機電界発光素子のみについて説明したが、これに限らず、パッシブマトリクス型有機電界発光素子に適用することもできる。
【0054】
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1a】本発明による薄膜形成方法を説明する模式図である。
【図1b】本発明による薄膜形成方法に使われる蒸発源を説明する断面図である。
【図2a】本発明による蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質の相平衡図であって、蒸着物質としてAlを使用し、添加物質としてSiを使用したものである。
【図2b】本発明による蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質の相平衡図であって、蒸着物質としてAlを使用し、添加物質としてMgを使用したものである。
【図2c】本発明による蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質の相平衡図であって、蒸着物質としてAlを使用し、添加物質としてCaを使用したものである。
【図3】本発明による有機電界発光素子の製造方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【0056】
100 真空蒸着装置
110 真空蒸着チャンバー
120 蒸発源
120a 蒸発源部
120b ノズル部
121 炉
122 蒸着物質
123 添加物質
124 熱線
125 孔
130 基板
140 成膜物質
150 薄膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸着物質と添加物質とを混合した成膜物質を蒸着させて、薄膜を形成する段階を含み、
前記添加物質は、前記蒸着物質と共融点を有する物質であることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項2】
前記蒸着物質は、金属または無機物であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
【請求項3】
前記蒸着物質は、Alであることを特徴とする請求項2に記載の薄膜形成方法。
【請求項4】
前記添加物質は、金属または非金属物質であることを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成方法。
【請求項5】
前記添加物質は、Si、Mg及びCaのいずれか1つの物質であることを特徴とする請求項4に記載の薄膜形成方法。
【請求項6】
前記薄膜は、真空蒸着法を用いて形成することを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
【請求項7】
基板上に第1電極を形成する段階と、
前記第1電極上に少なくとも有機発光層を含む有機膜層パターンを形成する段階と、
前記有機膜層パターン上に第2電極を形成する段階と、を含み、
前記第1電極及び第2電極の少なくともいずれか1つは、蒸着物質と、前記蒸着物質と共融点を有する添加物質とを混合した成膜物質を蒸着させて形成することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
【請求項8】
前記蒸着物質は、金属または無機物であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項9】
前記第2電極を形成する蒸着物質は、Alであることを特徴とする請求項8に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項10】
前記第2電極は、カソード電極であることを特徴とする請求項9に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項11】
前記添加物質は、金属または非金属物質であることを特徴とする請求項10に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項12】
前記添加物質は、前記Alと仕事関数(work function)が同じ物質、又は前記Alより仕事関数が低い物質であることを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項13】
前記添加物質は、Si、Mg及びCaのいずれか1つの物質であることを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項14】
前記第1電極及び第2電極の少なくともいずれか1つは、真空蒸着法を用いて形成することを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子の製造方法。

【図1a】
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【図1b】
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【図2a】
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【図2b】
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【図2c】
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【図3】
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【公開番号】特開2006−207023(P2006−207023A)
【公開日】平成18年8月10日(2006.8.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−194305(P2005−194305)
【出願日】平成17年7月1日(2005.7.1)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】