(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極の間に、少なくとも正孔輸送層および発光層を含む有機層を蒸着により設けたアクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法であって、一方の電極上に付着した粒径３０００オングストロームの異物をN,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含む膜厚１７００オングストロームの正孔輸送層によって覆うことにより、一対の電極層の間にショートが発生することによる画素全体の滅点を抑制したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法。
【請求項２】
一対の電極の間に、少なくとも正孔輸送層および発光層を含む有機層を蒸着により設けたアクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、一方の電極上に付着した粒径３０００オングストロームの異物をN,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含む膜厚１７００オングストロームの正孔輸送層によって覆うことにより、一対の電極層の間にショートが発生することによる画素全体の滅点を抑制したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法に関し、とくに有機エレクトロルミネッセンス素子の発光不良を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス表示装置（以下、「有機ＥＬ表示装置」または「有機ＥＬパネル」ともいう）が、新たな平面型表示装置として注目されている。とくに、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」ともいう）をスイッチング素子として備えるアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置は、現在広く普及している液晶表示装置を席巻する日も近いと目されており、実用化に向けて熾烈な開発競争の最中にある。
【０００３】
図１は、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」ともいう）の断面構造を概略的に示す。有機ＥＬ素子１００は、基板１０上に、陽極層２０、有機発光素子層８０、および陰極層６０を順に積層形成した構造となっている。有機発光素子層８０は、正孔輸送層３０、発光層４０、および電子輸送層５０を含み、この順に陽極層２０上に積層形成される。陽極層２０と陰極層６０との間に電圧が印加されると、陽極層２０から注入された正孔が正孔輸送層３０により発光層４０へ輸送され、陰極層６０から注入された電子が電子輸送層５０により発光層４０へ輸送される。電子と正孔は、発光層４０の界面または内部で再結合し、そのエネルギーにより発光層４０の有機分子の電子が励起される。そして、励起された電子が緩和するときに蛍光が放射される。陽極層２０と陰極層６０のうち少なくとも一方は、可視光領域の光を透過する透明または半透明な材料により形成されており、発光層４０で放射された光はその電極層を透過して外部へ取り出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、有機ＥＬ表示装置は液晶表示装置と異なり、素子自身が発光するため、液晶表示装置では必須の構成であったバックライトが不要となり、装置のさらなる薄型化、軽量化が期待できる。しかしながら、何らかの要因により発光不良が発生すると、画面内に滅点が生じて画面が見辛くなってしまい、場合によっては表示装置としての機能に支障をきたすこともある。滅点の少ないまたは滅点のない有機ＥＬ表示装置を歩留まり良く製造するために、発光不良の原因を究明し、効果的に防止することが重要な課題となっている。
【０００５】
本発明は、そうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機ＥＬ素子において、発光不良の発生を軽減する技術の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。
この方法は、一対の電極の間に、少なくとも正孔輸送層および発光層を含む有機層を蒸着により設けたアクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法であって、一方の電極上に付着した粒径３０００オングストロームの異物をN,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含む膜厚１７００オングストロームの正孔輸送層によって覆うことにより、一対の電極層の間にショートが発生することによる画素全体の滅点を抑制したことを特徴とするものである。
このように、異物を有機層で実質的に覆うことにより、陽極と陰極との間のショートを防ぎ、発光不良の発生を抑えることができる。付着した全ての異物を有機層で覆うことが好ましいが、付着した異物の全てが電極間のショートを引き起こすわけではないし、たとえば有機ＥＬ素子を複数備えた有機ＥＬパネルにおいて製品が満たすべきパネル内滅点数の上限が定められている場合は、その上限を超えない程度に異物が覆われていればよい。要は、電極間ショートによる発光不良の発生数を、許容される範囲内に抑えるために十分であると期待される膜厚に、有機層を堆積させればよい。
【０００７】
補正後の請求項１の本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極層の間に、少なくとも正孔輸送層および発光層を含む有機層を蒸着により設けた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記正孔輸送層は、N,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含み、前記正孔輸送層の膜厚が１７００オングストローム以上である。
補正後の請求項２の本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、板上に有機層を蒸着法により堆積させて有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法であって、前記有機層は、前記基板上に設けられた陽極層と発光層との間に設けられた正孔輸送層を含み、前記正孔輸送層は、N,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含み、前記陽極層上に付着した粒径３０００オングストローム以下の異物を実質的に覆うように前記正孔輸送層を膜厚１７００オングストローム以上蒸着し、その上層に前記発光層を堆積させるものである。
なお、有機層を堆積させる装置内に存在する異物の粒径の分布を取得することにより決定された膜厚に有機層を堆積させてもよい。異物の種類や、その粒径の分布は、装置ごとに異なる可能性があるので、たとえば、新たに装置を使用開始する際に、装置内に残留している異物の粒径を測定し、それらの異物を覆うに十分と期待される有機層の膜厚を判断してもよい。装置を使用する度に異物の粒径を測定して、有機層の膜厚を決定してもよい。装置内に異物の数または粒径を測定するためのセンサを設けておき、有機層の膜厚をリアルタイムに制御してもよい。製造した有機ＥＬパネルの滅点数を測定することにより、有機層の膜厚を決定してもよい。有機層を堆積させた後の基板表面を観察して、異物が十分に覆われているか否かを調査し、異物が十分に覆われていないときは有機層の膜厚をさらに厚くするなどして、有機層の膜厚を決定してもよい。
【０００８】
有機層は、基板上に設けられた陽極層と発光層との間に設けられた正孔輸送層を含み、陽極層上に付着した異物を実質的に覆うように正孔輸送層を堆積させ、その上層に発光層を堆積させてもよい。発光層よりも下に位置する層により異物を覆っておくことで、電極間のショートを防ぐことができる。正孔輸送層の膜厚は、１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上であってもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
この素子は、一対の電極の間に、少なくとも正孔輸送層および発光層を含む有機層を蒸着により設けたアクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、一方の電極上に付着した粒径３０００オングストロームの異物をN,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含む膜厚１７００オングストロームの正孔輸送層によって覆うことにより、一対の電極層の間にショートが発生することによる画素全体の滅点を抑制したことを特徴とするものである。
この素子によれば、付着した異物を有機層で実質的に覆い、電極間のショートを防ぐことができる。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態に係る有機ＥＬ素子を製造する方法においては、発光層などの有機層を堆積させるときに、基板表面に異物が付着してしまった場合であっても、有機層を厚めに堆積させて異物を実質的に覆い、電極間の電気的接触を防ぐ。
【００１２】
図２は、有機ＥＬ素子の製造過程で表面に異物が付着したときの断面構造を模式的に示す。なお、同図は、異物が付着した様子を分かりやすく模式的に示したものであって、基板、各電極層、および各有機層の実際の厚みと異物の粒径との関係を示す趣旨ではない。基板１０上に陽極層２０を積層形成したのち、その基板を、有機層を蒸着するための装置内に導入したとき、装置内に残留していた異物７０が陽極層２０の表面に付着することがある。異物７０が付着したまま陽極層２０の上に有機発光素子層８０を蒸着すると、異物７０の影になる部分とその周辺には有機物が蒸着されにくくなるため、有機発光素子層８０により異物７０を覆いきれず、異物７０の周辺に隙間が空いてしまう可能性がある。有機発光素子層８０の上に陰極層６０を積層形成するときに、陰極の構成材料がその隙間に入り込むと、その部分で陽極層２０と陰極層６０が接触し、ショートを引き起こしてしまう。
【００１３】
陽極層２０と陰極層６０がショートした場合、陽極層２０と陰極層６０の間に電圧を印加しても、ショートした部分に集中的に電流が流れるため、発光層４０に電流が流れなくなってしまい、画素全体にわたって発光が起こらず非発光画素となる。このような欠陥を持つ有機ＥＬ素子１５０が有機ＥＬパネル中に多数存在すると、もはや製品として出荷することができなくなるため、歩留まりが低下してしまう。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す。本実施の形態では、正孔輸送層３０の膜厚を厚くすることで、異物７０を正孔輸送層３０により実質的に覆う。
【００１５】
基板１０は、ガラスなどの絶縁性物質により形成される。基板１０は、たとえばアクティブマトリクス型の有機ＥＬパネルなどの場合、絶縁性基板上にＴＦＴなどのスイッチング素子を含む駆動用回路が形成され、その上に平坦化膜などが形成された構造となっているが、本明細書中では駆動用回路などの構成も含めて基板１０と呼ぶ。
【００１６】
基板１０の上層に、陽極層２０が形成される。陽極層２０に用いる材料としては、酸化インジウム・スズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、または酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ3）等が例示される。一般的には、ホール注入効率や表面抵抗の低さからＩＴＯが用いられる。ＩＴＯは可視光の透過性が高いので、発光層４０で放射された光はＩＴＯにより形成された陽極層２０を透過して基板外へ取り出される。必要に応じて、陽極層２０の上にさらに平坦化膜を堆積させてもよい。
【００１７】
陽極層２０の上層に、正孔輸送層３０、発光層４０、および電子輸送層５０を含む有機発光素子層８０が形成される。一般に、これらの有機層は、複数の形成室を備えるマルチチャンバー型製造装置にて真空蒸着法を用いて形成される。基板を装置内に導入する前に、基板表面の清浄化が行われるが、それでも除去しきれなかった異物が表面に残ることがある。また、装置の形成室内に、たとえば前回製造した有機ＥＬ素子から剥離した無機物または有機物や、基板に蒸着されなかった有機物などが残留していて、新たに導入した基板表面に付着することがある。付着した異物に起因する電極間の電気的接触を効果的に防止するには、異物を実質的に覆う程度の厚さの有機層を堆積させればよい。
【００１８】
正孔輸送層３０の材料としては、N,N’-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N’-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(naphthalene-１-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine：ＮＰＢ)、発光層４０の材料としては、アルミキノリン錯体（Ａｌｑ３）、またはキナクリドン誘導体を含むビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（bis (10-hydroxybenzo[h]quinolinato) beryllium：Ｂｅｂｑ２）等が例示される。電子輸送層５０の材料としては、Ａｌｑ３またはＢｅｂｑ２等が例示される。
【００１９】
電子輸送層５０の上層に、陰極層６０が形成される。陰極層６０の材料としては、例えば、リチウムを微量に含むアルミニウム合金、マグネシウムインジウム合金、またはマグネシウム銀合金等が例示される。陰極層６０は、電子輸送層５０側から順に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）層およびアルミニウム（Ａｌ）層を備えた２層構造であってもよい。
【００２０】
本実施の形態では、図３に示すように、正孔輸送層３０により異物７０を覆っている。こうすることで、陽極層２０と陰極層６０との電気的接触を防ぎ、ショートに起因する画素全体にわたる発光不良を効果的に防止することができる。さらに、陽極層２０と発光層４０との間に位置する正孔輸送層３０により異物７０を覆うことで、発光層４０の材料となる有機物の蒸着不良を防止し、発光層４０を隙間なく均一に蒸着することができるので、異物７０周辺の発光不良を効果的に防止することができる。
【００２１】
図４は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程で、正孔輸送層の上面に異物が付着したときの断面構造を模式的に示す。図４に示すように、正孔輸送層３０の上に異物７０が付着し、発光層４０および電子輸送層５０が異物７０の周辺に蒸着されず、陰極層６０がその隙間に入り込んだとき、正孔輸送層３０の膜厚が薄いと、陽極層２０と陰極層６０とがショートして、発光層４０に電流が流れなくなり、画素全体が滅点となる。本実施の形態の有機ＥＬ素子２００では、正孔輸送層３０の膜厚を厚くしてあるので、陽極層２０と陰極層６０との間のショートを防ぐことができる。
【００２２】
図５（ａ）（ｂ）は、有機ＥＬパネル中の滅点の分布を示す図である。滅点の分布は、有機ＥＬパネルを顕微鏡などを用いて目視することにより測定した。図５（ａ）は、図２に示した、有機層の膜厚の薄い有機ＥＬ素子により構成された有機ＥＬパネルの滅点の分布を示す。この有機パネル中には、もはや表示装置としての機能を十分に果たすことができないほどの多数の滅点が発生している。図５（ｂ）は、図３に示した、有機層の膜厚の厚い有機ＥＬ素子により構成された有機ＥＬパネルの滅点の分布を示す。この有機パネル中の滅点の数は、図５（ａ）に示した有機ＥＬパネル中の滅点の数に比べて激減しており、有機層の膜厚を厚くすることで滅点の発生を大幅に抑えられることが分かる。
【００２３】
図６は、正孔輸送層３０の膜厚の異なる複数の有機ＥＬパネルについて、滅点数を測定した結果を示す。ＮＰＢを正孔輸送層とした複数の有機ＥＬパネルを製造し、滅点数を測定した。
【００２４】
図７は、図６に示した測定結果について、ＮＰＢ膜厚と滅点数との間の関係をグラフにしたものである。ＮＰＢ膜厚が１１００オングストロームの有機ＥＬパネルでは、滅点数が１８個以上と、製品としてふさわしくないものが含まれているが、ＮＰＢ膜厚を１３００オングストロームにすると、滅点数が減少し、歩留まりが向上することが分かる。ＮＰＢ膜厚をさらに厚くすると、滅点数もそれに伴って減少し、ＮＰＢ膜厚が１７００オングストロームの有機ＥＬパネルでは、ＮＰＢ膜厚が２４００オングストロームのものとほぼ同じレベルまで滅点数が減少している。滅点の発生要因は、電極間のショート以外にもあると考えられるため、ＮＰＢ膜厚を１７００オングストローム以上にすることで、電極間のショートに起因する滅点の発生は十分に抑えられていると考えられる。以上の結果から、正孔輸送層３０の膜厚は、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。正孔輸送層３０の膜厚の上限値は、有機ＥＬ素子の特性に大きな影響を与えない程度に設計されればよく、たとえば、５０００オングストローム以下、より好ましくは４０００オングストローム以下であってもよい。
【００２５】
有機層を堆積させるための装置に残留している異物の粒径の分布は、装置ごとに異なる可能性がある。図６および図７に示した例では、装置内の異物の粒径は３０００オングストローム程度のものが多いことが分かっているので、正孔輸送層３０の膜厚は、少なくとも異物の粒径の半分程度にすればよいといえる。このような指針のもと、有機層を堆積させる装置内に存在する異物の粒径の分布を予め取得しておき、それに基づいて有機層の膜厚を決定してもよい。たとえば、新たに装置を使用開始する際に、装置内に残留している異物の粒径を測定し、それらの異物を覆うに十分と期待される有機層の膜厚を判断してもよいし、装置を使用する度に異物の粒径を測定して、有機層の膜厚を決定してもよい。これにより、装置ごとに適切な膜厚を決定することができるので、より確実に有機層で異物を覆い、電極間ショートを防ぐことができる。装置内に異物の数または粒径を測定するためのセンサを設けておき、有機層の膜厚をリアルタイムに制御してもよい。製造した有機ＥＬパネルの滅点数を測定することにより、有機層の膜厚を決定してもよい。有機層を堆積させた後の基板表面を観察して、異物が十分に覆われているか否かを調査し、異物が十分に覆われていないときは有機層の膜厚をさらに厚くするなどして、有機層の膜厚を決定してもよい。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す。本実施の形態では、電子輸送層５０の膜厚を厚くすることで、異物７０を電子輸送層５０により実質的に覆う。
【００２７】
図８に示すように、陽極層２０上に付着した異物７０を、正孔輸送層３０および発光層４０により覆えなかったとしても、電子輸送層５０を厚く堆積させることで、異物７０を実質的に覆い、陽極と陰極との電気的接触を防ぐことができる。このときの電子輸送層５０の膜厚は、第１の実施の形態における正孔輸送層３０の膜厚と同様、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。電子輸送層５０の膜厚の上限値は、有機ＥＬ素子の特性に大きな影響を与えない程度に設計されればよく、たとえば、５０００オングストローム以下、より好ましくは４０００オングストローム以下であってもよい。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す。本実施の形態の有機ＥＬ素子は、第１および第２の実施の形態の有機ＥＬ素子とは電極層の位置が逆になっており、基板１０上に陰極層６０が形成され、その上に、電子輸送層５０、発光層４０、正孔輸送層３０、および陽極層２０がこの順に積層形成されている。図９に示すように、陰極層６０上に付着した異物７０を、陰極層６０の直上に位置する電子輸送層５０で実質的に覆うことにより、電極間のショートを防ぐとともに、発光層４０の蒸着不良を防ぐことができる。
【００２９】
このときの電子輸送層５０の膜厚は、第１の実施の形態における正孔輸送層３０の膜厚と同様、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。電子輸送層５０の膜厚の上限値は、有機ＥＬ素子の特性に大きな影響を与えない程度に設計されればよく、たとえば、５０００オングストローム以下、より好ましくは４０００オングストローム以下であってもよい。
【００３０】
（第４の実施の形態）
図１０は、第４の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す。本実施の形態の有機ＥＬ素子は、第３の実施の形態の有機ＥＬ素子と異なり、正孔輸送層３０の膜厚を厚くしている。図１０に示すように、陰極層６０の上に付着した異物７０を、電子輸送層５０および発光層４０により覆えなかったとしても、正孔輸送層３０を厚く堆積させることで異物７０を実質的に覆い、陽極と陰極との電気的接触を防ぐことができる。
【００３１】
このときの正孔輸送層３０の膜厚は、第１の実施の形態における正孔輸送層３０の膜厚と同様、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。正孔輸送層３０の膜厚の上限値は、有機ＥＬ素子の特性に大きな影響を与えない程度に設計されればよく、たとえば、５０００オングストローム以下、より好ましくは４０００オングストローム以下であってもよい。正孔輸送層３０は、他の有機層に比べて、膜厚を厚くしても有機ＥＬ素子の特性に影響を与えにくいという利点がある。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を述べる。
【００３３】
実施の形態では、有機発光素子層８０が、正孔輸送層３０、発光層４０、および電子輸送層５０を含んでいたが、正孔輸送層３０および電子輸送層５０は有機ＥＬ素子の特性に応じて設けられればよく、また、複数の正孔輸送層３０または電子輸送層５０が設けられてもよい。有機発光素子層８０の構成がどのようになっていたとしても、有機発光素子層８０に含まれるいずれかの有機層の膜厚を厚くして異物を実質的に覆えばよい。このとき、異物を実質的に覆うための有機層の膜厚は、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。
【００３４】
実施の形態では、正孔輸送層３０または電子輸送層５０の膜厚を厚くしたが、発光層４０の膜厚を厚くしてもよい。また、有機発光素子層８０に含まれるそれぞれの有機層を少しずつ厚くして全体として所望の膜厚を達成してもよい。この場合も、有機発光素子層８０全体の膜厚は、好ましくは１３００オングストローム以上、より好ましくは１７００オングストローム以上とする。これにより、基板表面に付着した異物を実質的に覆って、電極間ショートを防ぐことができる。有機発光素子層８０全体の膜厚の上限値は、有機発光素子層８０に含まれる有機材料の種類を考慮して、有機ＥＬ素子の特性に大きな影響を与えない程度に設計されればよく、たとえば、５０００オングストローム以下、より好ましくは４０００オングストローム以下であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の発光不良を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的な有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図２】  有機ＥＬ素子の製造過程で表面に異物が付着したときの断面構造を模式的に示す図である。
【図３】  第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図４】  第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程で、正孔輸送層の上面に異物が付着したときの断面構造を模式的に示す図である。
【図５】  図５（ａ）（ｂ）は、有機ＥＬパネル中の滅点の分布を示す図である。
【図６】  正孔輸送層の膜厚の異なる複数の有機ＥＬパネルの滅点数を測定した結果を示す図である。
【図７】  図６に示した測定結果について、正孔輸送層膜厚と滅点数との間の関係を示す図である。
【図８】  第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図９】  第３の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図１０】  第４の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  基板、  ２０  陽極層、  ３０  正孔輸送層、  ４０  発光層、  ５０電子輸送層、  ６０  陰極層、  ７０  異物、  ８０  有機発光素子層、  １００  有機ＥＬ素子、  １５０  有機ＥＬ素子、  ２００  有機ＥＬ素子。
【図１】
0003650073.tif 000002
【図２】
0003650073.tif 000003
【図３】
0003650073.tif 000004
【図４】
0003650073.tif 000005
【図５】
0003650073.tif 000006
【図６】
0003650073.tif 000007
【図７】
0003650073.tif 000008
【図８】
0003650073.tif 000009
【図９】
0003650073.tif 000010
【図１０】
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