(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順に、第一の電極、少なくとも一層以上の有機層及び第二の電極を備えた有機ＥＬ表示装置において、
前記第二の電極は基板温度が室温で蒸着されて形成された層であり、前記第二の電極上に前記基板が冷却されて形成された金属層または金属酸化物層から成る低抵抗化金属層を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記基板冷却時の前記基板温度を０℃から−４０℃の範囲とする請求項１記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項３】
有機ＥＬ表示装置は、
（１）第一の電極／発光層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（２）第一の電極／正孔輸送層／発光層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（３）第一の電極／正孔注入層／発光層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（４）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（５）第一の電極／発光層／電子輸送層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（６）第一の電極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
（７）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／第二の電極／前記金属層または前記金属酸化物層から成る低抵抗化金属層、
のうち、いずれか一つの構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記金属層もしくは金属酸化物層からなる低抵抗化金属層を形成する際、前記有機ＥＬ素子をシャドウマスクで覆い、前記低抵抗化金属層を真空蒸着し、前記基板に冷媒ガスを噴出して冷却することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項５】
基板上に順に、第一の電極、少なくとも一層以上の有機層及び第二の電極を備えた有機ＥＬ表示装置の製造方法において、室温で前記有機層を有する有機ＥＬ素子を製造する工程と、前記有機ＥＬ素子の前記第二の電極上に金属層もしくは金属酸化物層から成る低抵抗化金属層を形成する際に前記基板を冷却して成膜する工程とを含むことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板冷却時の前記温度を０℃から−４０℃の範囲とする請求項５記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属層もしくは金属酸化物層からなる低抵抗化金属層を形成する際、前記有機ＥＬ素子を前記低抵抗化金属層を真空蒸着し、前記有機ＥＬ素子の基板側に冷媒ガスを噴出して冷却することを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬ表示装置及びその製造方法に関し、主に前記有機ＥＬ素子に低抵抗化金属を低温度で形成する有機ＥＬ表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子が蛍光能を有する発光層内で再結合し、励起状態から失括する際に、光を放射する現象を利用するものである。これらの研究は、発光層を有する複数層構造とすることにより、発光効率を向上しつつあって、有機化合物の高い蛍光量子収率と、多種多様に設計可能な分子構造に着目したところに端を発したものであったが、その発光輝度、発光効率は低く、実用レベルとは言えなかった。
【０００３】
しかし、その後、タング（Ｔａｎｇ）らは従来発光層のみを電極で挟み込んだ構造から、正孔を輸送する能力に優れた材料（以下、正孔輸送層という）とを組み合わせた積層構造をとることで、格段にその性能が向上することを見出した（アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ）、５１巻、９１３ページ、１９８７年）。
【０００４】
これを機に、研究は正孔を注入する役割を持った層（正孔注入層）、電子を輸送する役割を持った層（電子輸送層）など、完全に機能分離するという手法を基本としたものに集中され、各有機材料の高性能化もあいまって、表示装置として実用化に拍車がかかっている。最近では、フルカラー表示装置に必要な三原色の発光、すなわち青、緑、赤色が高輝度、高効率で得られ、各材料ごとに適切なキャリア輸送材料が選択されつつある。
【０００５】
また、各種産業機器の表示装置のユニットや画素に用いられうる有機ＥＬの駆動方法としては、液晶駆動方式を踏襲することが可能である。すなわち、素子のマルチプレックス性能に依存したパッシブ（マトリックス）駆動や、スイッチング素子を画素毎に配置・付加して駆動するアクティブマトリックス駆動等を挙げることができる。
【０００６】
しかし、有機ＥＬ素子は素子内部にキャリア、すなわち電流を流すことで発光に至る性格上、液晶表示装置と比較しても、電気特性は特に重要である。その理由を以下に示す。
【０００７】
一般的な有機ＥＬの発光過程を図６に示した。図６において、陽極、正孔注入層６０２，正孔輸送層６０３、発光層６０４、電子輸送層６０５とが順次積層されており、陽極、陰極から強電界によって注入された正孔、電子が発光層６０４内で再結合するまでにいくつかのポテンシャルを持った有機機能層をホッピングしなければならない。各有機層が、図６のような理想的なポテンシャルで仕切られたバンド構造をもつことが望ましいが、実際には各有機層の成膜状態には、結晶化しやすいものや、温度変化で構造を乱すものなどを含む為に、別の電流リークパスを生じてしまい、素子に異常電流として外部に取り出されてしまう。また、同様の理由により、素子の逆バイアス駆動時にも異常電流は発生する。これはすなわち、素子に電界が印加されている状態であれば、電流リークは、素子の発光、非発光時に関わらず発生することを意味し、表示装置としての品質を著しく低下させる要因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような異常電流を抑制する方法として、特開平９−１０２３９５号公報では、陰極材料にアルミニウムを用いる方法が開示されている。しかし、この方法での異常電流抑制効果は、不十分であった。また、特開平９−２４５９６５号公報では、表面荒さが最大５０Å以下としたことを特徴とした陽極に関するものであるが、陽極表面の研磨にコストがかかってしまう点、また、再現性の問題が露呈していた。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑み、鋭意検討を行った結果、電圧印加の際、有機ＥＬ素子に異常電流やショートを発生させることのない有機ＥＬ表示装置ならびにその製造方法を見出し、これを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、基板上に少なくとも一層以上からなる有機層を前記基板側に設けられた第一の電極と反対側に設けられた第二の電極によって狭持してなる有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬ表示装置において、前記第二の電極上の少なくとも前記有機ＥＬ素子の前記第二の電極を含む領域に、前記基板が冷却されて成膜された金属層もしくは金属酸化物層を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記有機ＥＬ表示装置において、前記第一の電極と、前記第二の電極と、前記金属層もしくは金属酸化物層からなる低抵抗化金属とからなる有機ＥＬ素子の構成は、
（１）第一の電極／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（２）第一の電極／正孔輸送層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（３）第一の電極／正孔注入層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（４）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（５）第一の電極／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
（６）第一の電極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
（７）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
のいずれか一つの構造であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、基板上に少なくとも一層以上からなる有機層を前記基板側に設けられた第一の電極と反対側に設けられた第二の電極によって狭持してなる有機ＥＬ表示装置の製造方法において、室温で前記有機層を有する有機ＥＬ素子を製造する工程と、前記有機ＥＬ素子の前記第二の電極を含む領域に金属層もしくは金属酸化物層を形成する際に前記基板を冷却して成膜する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
上述した本発明の第一の特徴は、有機ＥＬ素子上でかつ、この有機ＥＬ素子の第二の電極を含む領域面に基板冷却されて成膜された低抵抗化金属層を有する有機ＥＬ表示装置である。また、第二の特徴として、有機ＥＬ表示装置を製造する工程において、有機ＥＬ素子を室温あるいは室温以下で成膜する工程とさらに有機ＥＬ素子の第二の電極を含む面内で基板を冷却して低抵抗化金属を成膜する工程とを含むことにある。さらに第三の特徴として、基板冷却時には０℃〜−４０℃に冷却することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
（１）構成の説明
本発明の有機ＥＬ表示素子の構成を図１を参照して説明する。本発明に係る有機ＥＬ素子の構造は、以下の各層の構成を考えることができる。
（１）第一の電極／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（２）第一の電極／正孔輸送層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（３）第一の電極／正孔注入層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（４）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／第二の電極／低抵抗化金属
（５）第一の電極／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
（６）第一の電極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
（７）第一の電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／第二の電極／低抵抗化金属
また、この有機ＥＬ素子の各種構造階層の（１）から（７）においても、それぞれの層は、２種類以上からなる混合層でもよく、各有機層界面に別の機能層が挿入されていてもよい。さらに、積層の順番を逆にしてもよく、有機ＥＬ素子にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの素子が付加されていても構わない。
【００１６】
上記有機ＥＬ素子に電圧を印加する事により、発光層から発光が得られる。また、マトリクス形状に画素及びスイッチング素子を構成することにより、文字や画像を形成し、たとえば有機ＥＬ素子をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｗの画素毎に分離してそれぞれ画像信号を印加することによってフルカラーの有機ＥＬ表示装置を形成できる。
【００１７】
本発明に係る有機ＥＬ素子に用いられる正孔輸送層（１０３）の材料は、特に限定されず、従来正孔輸送材料として使用される化合物、もしくは新規化合物においても使用可能である。
【００１８】
このような正孔輸送材料としては、例えば、１，１−ビス（４−ジ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン等の３級芳香族アミンユニットを連結した芳香族ジアミン化合物（特開昭５９−１９４３９３号公報）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルで代表される２個以上の３級アミンを含み２個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族アミン（特開平５−２３４６８１号公報）、トリフェニルベンゼンの誘導体でスタ−バースト構造を有する芳香族トリアミン（米国特許第４、９２３，７７４号）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）ビフェニル−４、４’−ジアミン等の芳香族ジアミン（米国特許４，７６４，６２５号）、α、α、α’、α’−テトラメチル−α、α’−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−ｐ−キシレン（特開平３−２６９０８４号公報）、分子全体として立体的に非対称なトリフェニルアミン誘導体（特開平４−１２９２７１）、ピレニル基に芳香族ジアミン基が複数個置換した化合物（特開平４−１７５３９５号公報）、エチレン基で３級芳香族アミンユニットを連結した芳香族ジアミン（特開平４−２６４１８９号公報）、チオフェン基で芳香族３級アミンユニットを連結したもの（特開平４−３０４４６６号公報）、スターバースト型芳香族トリアミン（特開平４−３０８６８８号公報）、ベンジルフェニル化合物（特開平４−３６４１５３号公報）、フルオレン基で３級アミンを連結したもの（特開平５−２５４７３号公報）、トリアミン化合物（特開平５−２３９４５５号公報）ビスジピリジルアミノビフェニル（特開平５−３２０６３４号公報）、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリフェニルアミン誘導体（特開平６−１９７２号公報）、フェノキサジン構造を有する芳香族ジアミン（特開平７−１３８５６２号公報）ジアミノフェニルフェナントリジン誘導体（特開平７−２５２４７４号公報）ヒドラゾン化合物（特開平２−３１１５９１号公報）、シラザン化合物（米国特許４，９５０，９５０号公報）、シラナミン誘導体（特開平６−４９０７９号公報）、ホスファミン誘導体（特開平６−２５６５９号公報）キナクリドン化合物等が挙げられる。
【００１９】
なお、上記正孔輸送層の材料名に続いて括弧（）内に記載した公開公報等は当該材料名を紹介している公報番号である。このことは以下も同じである。
【００２０】
また、これらの化合物は単独で用いてもよいし、必要ならば各々混合して用いてもよい。
【００２１】
さらに、上記以外にも正孔輸送層の材料としてポリビニルカルバゾールやポリシラン（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５９巻，２７６０頁，１９９１年）ポリファスファゼン（特開平５−３１０９４９号公報）、ポリアミド（特開平５−３１０９４９号公報）ポリビニルトリフェニルアミン（特開平７−５３９５３号公報）トリフェニルアミン骨格を有する高分子（特開平４−１３３０６５号公報）、トリフェニルアミン単位をメチレン基等で連結した高分子、芳香族アミンを含有するポリメタクリレートなどの高分子を挙げることができる。
【００２２】
また、発光層（１０４）に使用される材料は主に以前から発光体として知られていたアントラセンやピレン、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体及びその誘導体の他にもビススチリルアントラセン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、、ポリマー系ではポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体などを使用することができる。
【００２３】
また、発光層（１０４）には発光効率を向上させたり、発光寿命を延ばす目的で微量の不純物を意図的に混入させてもよく、具体的にはルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン６６０、ジシアノメチレンスチリルピラン誘導体、ペリノン、ペリレン、クマリン誘導体、ジメチルアミノピラジンカルボニトリル、ピラジンジカルボニトリル誘導体、Ｎｉｌｅ  Ｒｅｄ、ローダミン誘導体などから選択される。電子輸送層（１０５）に使用される材料に求められる性能として陰極から注入された電子を効率よく輸送する必要がある。そのためには電子移動度、電子親和力が大きく成膜性に優れたものが必要である。
【００２４】
このような条件を満たす材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体などのオキシン錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタレン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などを挙げることができる。
【００２５】
以上説明したこれらの有機材料の薄膜形成は、主に真空蒸着法によって行われるが、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、溶媒からのコーティングも可能である。このコーティングの場合はポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ（Ｎービニルカルバゾール）、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ノルボルネン誘導体の開環重合体、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などとともに、溶媒に溶解または分散させてコーティングすることも可能である。
【００２６】
また、本発明において、図１に示すように、第一の電極（１０２）は光を支持基板（１０１）側から光を取り出す場合には、透明である必要がある。たとえば酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＸＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、アルミニウムなどの金属、そしてこれらの金属とＩＴＯとの積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリエチレンまたはドーピング処理を施したこれらの導電性ポリマ、そしてこれら導電性ポリマとＩＴＯとの積層物など特に限定されるものではないが、ＩＴＯガラスやネサガラス、ＩＸＯガラスを用いることが特に望ましい。
【００２７】
陽極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できれば良いので、特別に限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であるあることが望ましい。次に第二の電極（１０６）は、効率よく電子を発光層に伝達できる物質に供給させなくてはならないので、電極と隣接する物質との密着性、イオン化ポテンシャルの調整などが必要になってくる。また、長期間の使用に対して安定な性能を維持するために、大気中でも比較的安定な材料を使用することが望ましいが、保護膜や適切な封止も可能であることからこれに限定されるものではない。具体的にはインジウム、金、銀、アルミニウム、鉛、マグネシウムなどの金属や希土類単体、アルカリ金属、あるいはこれらの合金などを使用することができる。また、アルカリ金属の弗化物や酸化物などの金属酸化物であっても仕事関数が注入に適する場合には用いることができる。
【００２８】
低抵抗化金属層（１０７）に求められる性能としては、第二電極（１０６）では不十分な抵抗値をさらに下げる目的と、大気中の水分が有機層中へ入り込むのを防ぐ目的がある。これらの条件に適した材料としてはアルミニウム、銅、銀、などを挙げることができる。この場合、第二電極（１０６）の材料と同一な材料を用いてもよい。しかしながら、第二電極（１０６）成膜時には基板が室温であることが望ましく、かつ低抵抗化金属層（１０７）成膜時は基板は冷却された状態であることが望ましい。
【００２９】
以下にその理由を述べる。有機層と第二の電極（１０６）が接する界面（この場合、電子輸送層（１０５）と第二電極（１０６）の界面）の仕事関数で、有機ＥＬ素子の電子注入障壁の高さが決定され、素子の性能は支配されている。換言すると、第二の電極（１０６）薄膜が持つ仕事関数が変化すると、電子注入障壁は容易に変化してしまうことになる。金属の仕事関数はその金属がいかに基板に堆積するかで決定することが知られており（Ｈ．Ｉｓｈｉｄａら，Ｐｈｉｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３６，４５１０（１９８７））、基板温度によって金属薄膜はその構造を変えてしまう。従って本発明の第二電極（１０６）は、基板を室温状態で成膜することによって従来の仕事関数を得ることができる。
【００３０】
一方、低抵抗化金属（１０７）は、電子輸送層（１０５）とは接しておらず、また低抵抗化つまり金属の厚膜化が必要な条件であるので基板は冷却しても有機ＥＬ素子自体の性能を損ねることはない。
【００３１】
次に本発明である低抵抗化金属（１０７）を成膜する際に基板を冷却する理由について説明する（図２参照）。
【００３２】
支持基板（２０１）上に室温で有機薄膜（２０２）を成膜した場合（図２（ａ））、有機薄膜（２０２）は表面に凹凸があるものの貫通するほどのピンホールは生成されていない。しかし、この薄膜上に新たに導電性粒子（２０３）などの高エネルギー粒子が飛来し、有機薄膜（２０２）上に堆積する場合（図２（ｂ））、金属の凝集エネルギー（通常は、熱エネルギー（２０４））の一部を下地となる有機薄膜（２０２）に与える。このエネルギーが有機薄膜（２０２）の結晶化（２０５）に転化され、薄膜の構造に乱れをきたすことになり、有機膜（２０２）に貫通穴が生成するに至る場合がある。ここで、支持基板（２０１）が導電性を持つ基板（例えば、ＩＴＯ基板など）であると、これと金属薄膜との間でショートしてしまうことになる。このような現象は金属粒子の数、具体的には成膜レートや膜厚が大きくなるに従って顕著に発生する。
【００３３】
そこで、本発明の手法により、低抵抗化金属層（１０７）の成膜時に、基板を冷却することで、有機薄膜（２０２）の結晶化を抑制し、ピンホールの発生を抑制することが有効である。さらに別の理由として、有機ＥＬ素子をＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）上に形成する場合などは、薄膜トランジスタのドレイン電極やソース電極に不純物が混入すると、ＴＦＴ素子が誤動作やショートしてしまうことがある。ドレイン電極やソース電極の上部に金属や金属酸化物等を成膜する場合、成膜時の温度上昇によりその金属や金属酸化物中のイオンは熱拡散してしまい、前述のような不具合が発生してしまうことがある。これを抑制するためには基板を冷却することが有効である。また、逆に有機層成膜時に基板を冷却する方法（特開平４−１２９１９号公報）もあるが、この場合、有機層のキャリア移動度が著しく低下し、ＥＬ素子の発光特性を劣化してしまう弊害を伴うので好ましくはない。
【００３４】
次に、基板を冷却する方法について、図３をもとに説明する。図３において、真空チャンバー（３０１）内に、基板（３０２）に近接してシャドウマスク（３０３）で覆い、下部の低抵抗材料の蒸発源（３０９）から低抵抗材料を蒸発させる。基板（３０２）は冷媒だめ（３０４）で冷却され、冷媒だめ（３０４）を、温度コントローラ（３０７）を備えた循環機（３０８）から冷媒の流れ（３０９）に示すように冷媒用管を通して冷媒を循環している。また、マスフローコントローラ（３０５）からガスの流れ（３０６）に示すように、所定のガスを基板（３０２）と冷媒だめ（３０４）の間に流して基板（３０２）を冷却している。
【００３５】
この基板冷却方法は、少なくとも１つ以上の蒸発源（３０９）が設けられた真空チャンバー（３０１）内に、冷媒を溜めておく冷媒だめ（３０４）を設置する。なお、蒸発源（３０９）は抵抗加熱型のものでも良いが、スパッタ用、イオンプレーティング用、ＣＶＤ用など各種の成膜用の形状に合わせたものでも良い。この、冷媒だめ（３０４）には冷媒を循環させるための循環機（３０８）ならびに冷媒温度を一定温度に保つための温度コントローラ（３０７）が接続されている。この冷媒だめ（３０４）に接触するように、基板（３０２）を設置し、冷媒だめ（３０４）の温度が所定の温度になるまで、温度コントローラ（３０７）を用いて冷却する。
【００３６】
この時、基板（３０１）がＳｉウェハーのような熱伝導性がよい場合は、基板（３０１）と冷媒だめ（３０４）の接触を向上させるために、熱伝導性の良いシートなど（例えば、インジウムシート、銅製シート、アルミニウムシートなど）を、その間に挿入すると、基板冷却がさらに効果的である。また、基板（３０１）が、ガラスのような熱伝導性が悪いものに対しては、基板（３０１）と冷媒だめ（３０４）の間に、数ミクロン〜数百ミクロン程度のギャップを空け、冷媒だめ（３０４）と基板（３０１）の間に、ガス（不活性ガスや窒素など）を流すことで冷却効果を上げることができる。これは、外部にマスフローコントローラ（３０５）などのガス流量を制御できる装置を介して、真空チャンバー（３０１）内に導入することが望ましい。ガスの流量としては成膜時の蒸着粒子の平均自由行程を加味し、真空チャンバー（３０１）内を２×１０−２Ｐａ以下の圧力に設定しておくと良い。
【００３７】
このような手法により、基板（３０２）が冷却された段階で、蒸発源（３０９）を加熱していき、基板（３０２）に蒸着すればよいが、蒸発源（３０９）と基板（３０２）の距離が近すぎると、蒸発源（３０９）からの輻射熱によって、基板（３０２）が昇温しやすくなるので、少なくとも１００ｍｍ以上間隔をおくほうが望ましい。また、基板（３０２）は搬送機構（図示せず）などによって、他の真空チャンバーなどに移動できる機構など有していてもよい。
【００３８】
以上説明した方法により、基板（３０２）を冷却する工程が実現できるが、他にもペルチュエ効果などを利用した冷却方法も有効である。
【００３９】
また、本発明において、有機ＥＬ素子を逆の順番で積層する場合は、ＩＴＯ、ＩＸＯなどの金属酸化物を有機層上に堆積する必要がある。この場合、輻射熱が大きなＩＴＯには、メッシュ電極などの対策を講じることが好ましいが、室温成膜で所定の抵抗値、透過率を有する手法や材料を用いるほうが好適である。
【００４０】
【実施例】
［第１の実施例］
以下、本発明による実施例について、説明する。本実施例では、透明ガラス基板（１０１）上にＩＴＯを１０００Åとなるようにスパッタ法により成膜した。この時のシート抵抗は１０Ω／□であった。次に、所定のパターンとなるようにＩＴＯをエッチングし、ＩＴＯパターン付きガラスを用意した。この基板を純水、ＩＰＡで洗浄したあと、ＵＶオゾン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。
【００４１】
次に、正孔輸送材料として、α−ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン）をモリブデン製のボートに１００ｍｇ、また、発光材料としてＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体）を、モリブデン製のボートに１００ｍｇそれぞれ別々に用意し、別の蒸発源となるように、真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基板を同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を２×１０−４Ｐａの真空度となるまで排気し、到達した時点で、α−ＮＰＤが入ったボートを加熱していった。α−ＮＰＤが蒸発速度３Å／ｓｅｃの一定速度になるまで温度をコントロールした後、上部に設けられたシャッターを開放し、成膜を開始し、５００Å成膜した時点でシャッターを閉じ蒸着を終了した。
【００４２】
同様の要領で、Ａｌｑ３を成膜速度３Å／ｓｅｃ、膜厚５５０Å成膜し、有機層形成を終了した。この時の有機層形成はすべて室温条件下で行った。次にこの有機層が成膜された基板を再度真空槽内の冷媒だめに接触するようにセットし、先ほど成膜した有機成膜用ボートを取り除き、代わりにアルミニウムリチウム合金をタングステン製ボートに１ｇ、アルミニウムを別のタングステンボートに２ｇ入れ、再度真空槽内を排気した。４×１０−４Ｐａまで排気した時点で、基板温度は室温条件下、アルミニウムリチウム合金が入ったボートを加熱していき、蒸発速度４Å／ｓｅｃとなるように温度を調節した。安定したところで、上部に設置されているシャッターを開放し、６００Åの膜厚となったところで、成膜を完了し、ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／Ａｌｑ３／ＡｌＬｉの構造をもつ有機ＥＬ素子を作製した。
【００４３】
つぎに、図３に示す真空チャンバー（３０１）内に、低抵抗化金属を成膜するため、冷媒だめの温度を、表１（表１中の３番〜１０番に対応する。）に示した条件にセットし、所定の温度となったところで、基板と冷媒だめの間から、窒素ガスを流した。この時の窒素の流量は０．５ＳＣＣＭであった。基板の温度が十分に定常状態となったところでアルミニウムが入ったボートを加熱していき蒸発速度７Å／ｓｅｃとなるように温度を調節した。蒸発速度が安定したところで、上部に設置されたシャッターを開放し、５０００Åの膜厚となったところで成膜を完了した。
【００４４】
【表１】
0003614335.tif 000002
この素子を真空チャンバー（３０１）から取り出して、ＩＴＯを正極、アルミニウムを陰極に、電源に接続した。印加電圧を０Ｖから２０Ｖまで掃引し、ショートの有無を確認したが、ショートは発生せす、緑色発光を得た。次に、ＩＴＯを正極に、アルミニウムを陰極として、半導体パラメータアナライザーを用いて、有機ＥＬ素子のリーク電流を測定した。その結果、±１５Ｖ印加時の整流比は１×１０７以上であり、リーク電流は発生しなかった。さらに、低抵抗化電極（１０７）の比抵抗を測定した結果、低抵抗な値を示した。なお、結果を表１（表１中の３番〜１０番に対応する。）に示し、−４０℃で成膜したものに対しては、図５にグラフを示した。
【００４５】
図５をみると、印加電圧に対する電流の特性で、実施例と比較例とを示しており、逆バイアス印加時においても電流値は安定しており、リークの発生はないことが分かる。また、これらの素子の発光部位を光学式顕微鏡にて観察した結果、目立ったダークスポットは皆無であった。
【００４６】
（製造工程の説明）
本発明の実施例による製造工程を、図４をもとに説明する。工程（Ａ）は、ガラス基板（４０１）にＩＴＯ薄膜（４０２）を１０００Å成膜し、洗浄する工程を表している。有機ＥＬ素子に用いられる透明電極ＩＴＯ（４０２）に求められる性能として、透過率８０％以上、シート抵抗値５０Ω／□以下がある。これは、光の取り出し効率を可能な限り高くすることと、配線抵抗を低減することから、このような要求が上げられている。この場合、１０００Åの膜厚を持つＩＴＯであるので、これらの条件は満たしている。また、ＵＶオゾン洗浄工程は、ＩＴＯ基板上に残留している有機系異物を除去する目的で行っている。
【００４７】
次に、工程（Ｂ）、工程（Ｃ）は、それぞれ工程（Ａ）で用意した基板に、正孔輸送層（４０４）ならびに発光層（４０５）を成膜する工程を示している。蒸発速度とは、単位時間あたりに基板に堆積する膜厚をいい、有機物（ここでは、正孔輸送層（４０４）、発光層（４０５））の蒸発速度は、通常３Å／ｓｅｃ〜５０Å／ｓｅｃの範囲で成膜される。これは成膜速度が速すぎると、蒸発源温度が上昇し、材料の分解を招来してしまうからである。また、有機膜厚については数十〜数千Åが従来使用されている値である。これは有機膜厚が薄すぎるとピンホールが発生しやすくなり、また、厚すぎると材料に注入されたキャリアの移動が不純物により遅延されたり、駆動電圧の上昇が観測されるからである。
【００４８】
次に、工程（Ｄ）は、有機ＥＬ素子の陰極（４０６）を成膜する第二の電極形成工程を示している。陰極（４０６）の蒸発速度は、有機膜形成時と同様な理由から、３Å／ｓｅｃ〜５０Å／ｓｅｃ程度の範囲から選択できる。また、その膜厚に関しては、通電に十分耐えうる膜厚である必要があるが、厚すぎると前述のようなショートが発生するので４００Å〜１０００Å程度が好適である。
【００４９】
なお、ここまでの工程までは、従来の有機ＥＬ素子作製の工程である。
【００５０】
つぎに、工程（Ｅ）は、基板冷却を行いながら低抵抗化金属層を形成する工程である。基板の冷却法に関しては、図３に示したように、前述の通りである。膜厚に関しては任意であるが、成膜の途中で、蒸発源（３０９）からの輻射熱によって、基板温度が２０℃以上上昇する場合は、基板表面自体の温度は、これよりもさらに温度上昇しているため、一度成膜用のシャッターを閉じるか、電源を切り、基板温度が再度所定の温度範囲になるまで待つほうがより好適である。冷却温度については、０℃〜−１５０℃の範囲が好適であるが、−７０℃以下になると、低抵抗化金属層（４０７）の成膜時のマイグレーションが抑制され、膜構造が変わってしまい、金属光沢が失われる場合があるので、０℃〜−６０℃程度の範囲がより好適である。
【００５１】
［第２の実施例］
（逆積層型の有機ＥＬ素子）
本発明の第２の実施例について、詳細に説明する。透明ガラス基板（１０１）上に、第一の電極（１０２）としてアルミニウムリチウム合金を１０００Åとなるように、スパッタ法により成膜した。次に、アルミニウムリチウム合金を所定のパターンとなるように、エッチングし、アルミニウムリチウム薄膜付きガラスを用意した。この基板にＵＶオゾン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。
【００５２】
次に、発光材料として、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体）を、モリブデン製のボートに１００ｍｇ、正孔輸送材料として、α−ＮＰＤ（Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン）を、モリブデン製のボートに１００ｍｇ、さらに銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を、モリブデン製のボートに１００ｍｇ、それぞれ別の蒸発源となるように真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基板を同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を２×１０−４Ｐａの真空度となるまで排気し、到達した時点で、Ａｌｑ３が入ったボートを加熱していった。
【００５３】
Ａｌｑ３が蒸発速度３Å／ｓｅｃの一定速度になるまで、温度をコントロールした後、上部に設けられたシャッターを開放し、成膜を開始し、５５０Å成膜した時点で、シャッターを閉じ蒸着を終了した。同様の要領で、α−ＮＰＤを蒸発速度３Å／ｓｅｃ、膜厚５００Å成膜し、さらに、ＣｕＰｃを同様な方法により、蒸発速度３Å／ｓｅｃで３００Å成膜し、有機層形成を終了した。この時の有機層形成は、すべて室温条件下で行った。次にこの有機層が成膜された基板を再度マグネトロンスパッタ装置の冷媒だめに接触するようにセットし、ＩＸＯがセットされたバッキングプレートを所定の位置にセットし排気した。４×１０−４Ｐａまで排気した時点で、スパッタ装置内に酸素分圧が０．０２Ｐａとなるように酸素ガスを導入し、０．９０Ｗ／ｃｍ２の投入パワーでスパッタを開始した。
【００５４】
なお、この時の基板温度は室温であった。膜厚が４００Åとなったところで、成膜を終了し、ＡｌＬｉ／Ａｌｑ３／α−ＮＰＤ／／ＣｕＰｃ／ＡｌＬｉの逆積層型構造をもつ有機ＥＬ素子を作製した。
【００５５】
次に、図３に示した真空チャンバー（３０１）に装填し、低抵抗化金属を成膜するため、冷媒だめの温度を、−４０℃にセットし、所定の温度となったところで、基板と冷媒だめの間から窒素ガスを流した。この時の窒素の流量は０．５ＳＣＣＭであった。基板の温度が十分に定常状態となったところで、酸素分圧０．０１Ｐａとなるように、酸素ガスを導入し、先の条件と同様な手法により、スパッタを開始した。蒸発速度が安定したところで、上部に設置されたシャッターを開放し、５０００Åの膜厚となったところで成膜を完了した。
【００５６】
この素子を真空チャンバー（３０１）から取り出して、ＩＸＯを正極、アルミニウムリチウム合金層を陰極に、電源に接続した。印加電圧を０Ｖから２０Ｖまで掃引し、ショートの有無を確認したが、ショートは発生せす、緑色発光を得た。次に、ＩＸＯを正極に、アルミニウムを陰極として半導体パラメータアナライザーを用いて、有機ＥＬ素子のリーク電流を測定した。その結果、±１５Ｖ印加時の整流比は４×１０６以上であり、リーク電流は発生しなかった。また、ダークスポットの発生を光学式顕微鏡にて観察した結果、目立ったダークスポットは皆無であった。
【００５７】
［比較例１］（低抵抗化金属層室温成膜）
次に、上記実施例に対する比較例について説明する。図３で説明した真空チャンバー（３０１）で低抵抗化金属を形成したが、その際に冷媒を用いず、低抵抗化金属層を室温（３０℃）で成膜する以外は、実施例１と同様の方法で、有機ＥＬ素子を作製した。
【００５８】
この素子を、ＩＴＯを正極、アルミニウムを陰極に、電源に接続した。印加電圧を０Ｖから２０Ｖまで掃引し、ショートの有無を確認したが、ショートが一部発生し、発光しない素子があった。次に、ショートしていない素子のＩＴＯを正極に、アルミニウムを陰極として半導体パラメータアナライザーを用いて、有機ＥＬ素子のリーク電流を測定した。その結果、±１５Ｖ印加時の整流比は２．５×１０３であり、リーク電流が発生した（図５）。なお、結果を表１（表１中の２番目の比較例３に対応する。）に示した。また、これらの素子の発光部位を光学式顕微鏡にて観察した結果、目立ったダークスポットは皆無であった。
【００５９】
［比較例２］（低抵抗化金属層なし）
次に、比較例２について説明する。低抵抗化金属層を成膜しない以外は、実施例１と同様な方法により、有機ＥＬ素子を作製した。
【００６０】
この素子を、ＩＴＯを正極に、アルミニウムを陰極として半導体パラメータアナライザーを用いて有機ＥＬ素子のリーク電流を測定した。その結果、±１５Ｖ印加時の整流比は１×１０７以上であり、リーク電流は発生しなかった。
【００６１】
しかし、これらの素子の発光部位を光学式顕微鏡にて観察した結果、目立ったダークスポットは１７個／ｍｍ２であり、発光面が不均一であった。また、アルミニウム膜の比抵抗を測定すると、５．５×１０−９Ｓ・ｍとなり、実施例１と比較すると、１桁程度高抵抗であった。
【００６２】
［比較例３］（低抵抗化金属層６０℃成膜）
次に、比較例３について説明する。低抵抗化金属層を、基板温度６０℃で成膜する以外は、実施例１と同様の方法で有機ＥＬ素子を作製した。
【００６３】
この素子を、ＩＴＯを正極、アルミニウムを陰極に、電源に接続した。印加電圧を０Ｖから２０Ｖまで掃引し、ショートの有無を確認したが、ショートが一部発生し、発光しない素子があった。次に、ショートしていない素子のＩＴＯを正極に、アルミニウムを陰極として、半導体パラメータアナライザーを用いて有機ＥＬ素子のリーク電流を測定した。その結果、±１５Ｖ印加時の整流比は１．１×１０３であり、リーク電流が発生した。なお、結果を表１（表１中の比較例１に示す１番に対応する。）に示した。また、これらの素子の発光部位を光学式顕微鏡にて観察した結果、目立ったダークスポットは皆無であった。
【００６４】
［第３の実施例］（ＴＦＴ基板上への有機ＥＬ作製）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。洗浄された無アルカリガラス（コーニング社製１７３７）基板上に、Ａｌを１５００Å抵抗加熱蒸着によって成膜したものに、Ａｕを１００Åを同様な手法によって堆積した。
【００６５】
これをフォトリソグラフィー、ならびにウェットエッチングにより、ゲート電極のパターニングを行った。このゲート電極の上部に、窒化シリコンよりなるゲート絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により、膜厚２０００Åの厚みとなるまで成膜した。さらにｐ−Ｓｉ膜を６００Åの厚みで形成した後、ＳｉＯ２膜を、所定の形状にパターニングした。このＳｉＯ２膜をマスクとして、Ｐをイオン注入し、ソース領域、ドレイン領域を形成した。そして再度ＳｉＯ２膜を堆積したあと、ＳｉＮを蒸着し、層間絶縁膜を形成した。
【００６６】
次に、ソース、ドレイン領域の上部が開口するように、層間絶縁膜をエッチングし、その開口部を含んだ全面に、アルミニウムを蒸着したあと、開口部と配線部付近以外のアルミニウムをエッチングにより除去した。次に、ポリイミド膜をスピンコート法により全面に塗布したあと、先の開口部付近にあるアルミニウム膜の上部を開口した。
【００６７】
続いて、アルミニウムを全面に蒸着したあと、配線部以外のアルミニウム膜を除去した。次にＴＦＴ素子が堆積された以外の領域の位置に開口部を設け、その領域にＩＴＯ膜をスパッタ法により１５００Å成膜した。さらにＴＦＴ素子のソース電極と、このＩＴＯ膜を蒸着法と、エッチング法により接続した。こうして作製されたＴＦＴ基板に、実施例と同様な方法により、基板温度は室温で、有機ＥＬ素子を堆積し、その上部に低抵抗化金属層として、アルミニウムを５０００Å、基板温度−４０℃で成膜した。このＴＦＴ付き有機ＥＬ素子を駆動したところ、ショートは発生せず、ＴＦＴが誤動作することはなかった。
【００６８】
［比較例４］（ＴＦＴ基板状への有機ＥＬ素子作製時、低抵抗化金属を室温成膜した場合）
次に、比較例４について説明する。有機ＥＬ素子形成後に低抵抗化金属を形成する際に低抵抗化金属を室温で成膜した以外は、第３の実施例と同様に、ＴＦＴ付き有機ＥＬ素子を作製した。このＴＦＴ付き有機ＥＬ素子を駆動したところ、ショートが発生し、ＴＦＴが誤動作していることが分かった。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の第一の効果は、有機ＥＬ素子のショートならびにリーク電流を抑制し、かつ配線部を含む抵抗を低減できる点にある。図５は、上述したように、本発明の第一の効果を示すグラフである。本発明の構造、ならびに製造方法を用いることによって、図５の実施例のように、逆バイアス時においても、リーク電流が抑制されていることが分かる。
【００７０】
また、第二の効果として、リーク電流を抑制すると同時に、ダークスポットの発生を抑制することができる。これは低抵抗化金属層が有機ＥＬ素子への水分混入を防ぐ効果（封止効果）があることと、ダークスポット発生要因である有機素子への加熱（有機膜の構造変化の要因）がないからである。
【００７１】
また、第三の効果として、ＴＦＴなどを利用した有機ＥＬ素子を同一基板上に形成する場合、有機ＥＬ電極材料であるアルカリ金属の拡散によるＴＦＴ動作の異常を低減できることにある。これは、アルカリ金属などは熱による拡散能が大きく、特に成膜中の熱によって、ノックオンしてしまう。これらの不具合は本発明の方法によって拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機ＥＬ素子の断面構成図である。
【図２】本発明の低抵抗化金属の形成状態図及び作用効果図である。
【図３】本発明に用いる低抵抗化金属の形成用装置の構成図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の形成工程図である。
【図５】本発明による実施例と比較例とのリーク電流の比較図である。
【図６】従来例による有機ＥＬ素子の構成図と説明図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，４０１  支持基板
１０２，４０２    第一の電極
１０３，４０４，６０３    正孔輸送層
１０４，４０５，６０４    発光層
１０５，６０５    電子輸送層
１０６，４０６    第二の電極
１０７，４０７    低抵抗化金属
２０２  有機薄膜
２０３    導電性粒子
２０４    熱エネルギー
２０５    有機膜の結晶化
３０１    真空チャンバー
３０２    基板
３０３    シャドーマスク
３０４    冷媒だめ
３０５    マスフローコントローラ
３０６    ガスの流れ
３０７    温度コントローラ
３０８    循環機
３０９    蒸発源
３１０    電源
４０８  基板冷却機
６０２  正孔注入層
【図１】
0003614335.tif 000003
【図２】
0003614335.tif 000004
【図３】
0003614335.tif 000005
【図４】
0003614335.tif 000006
【図５】
0003614335.tif 000007
【図６】
0003614335.tif 000008