(57)【要約】【課題】本発明は、駆動時に有機層破壊が発生せず、ライン欠陥等致命的な欠陥のない有機エレクトロルミネセンス素子を提供する。【解決手段】本発明の有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面に存在するＦｅ元素が１１５×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下である。このような陽極の少なくとも有機層と接合する面は、陽極パターニング後に陽極表面を研磨する工程を経た後に、陽極表面に有機層および陰極が形成されてなる。そして、陽極表面の研磨工程における研磨は、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上に研磨されてなる。【選択図】        図１
2004296211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面に存在するＦｅ元素が１１５×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
Ｆｅ元素が７２×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下である請求項１記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面は、陽極パターニング後に陽極表面を研磨する工程を経た後に、陽極表面に有機層および陰極が形成されたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項４】
陽極表面の研磨工程における研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上の切り込み深さで行われる請求項３記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項５】
陽極表面の研磨工程における研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の十点平均粗さＲｚ以上の切り込み深さで行われる請求項３記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項６】
基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子を製造する方法において、陽極パターニング後に、陽極表面の少なくとも有機層と接合する表面を研磨し、ついで陽極表面に有機層および陰極を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項７】
研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上の切り込み深さで行われる請求項６記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項８】
研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の十点平均粗さＲｚ以上の切り込み深さで行われる請求項６記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な有機エレクトロルミネセンス素子に関し、特に有機エレクトロルミネセンス素子の陽極構造に関する。本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子は、高純度で高視野角などの高視認性を有した薄膜型ディスプレイや照明器具に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子は、自己発光のため、視認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトとしての活用が期待されている。
【０００３】
図５に、従来の代表的な有機ＥＬ素子の主要部の概略断面図を示す。有機ＥＬ素子は透明なガラス基板１０１の表面に透明な陽極１０２が形成され、さらに陽極１０２上には有機正孔注入層や有機正孔輸送層からなる有機層１０３が形成されて、さらにその上には金属からなる陰極１０４が真空蒸着等によって形成されている。有機ＥＬ素子は、陰極１０４と陽極１０２間に接続した駆動源１０５から供給される電圧によって両極間に位置する有機層１０３に電流が流れ、陰極１０４及び１０２のパターン形状に応じて発光し、透明なガラス基板１０１を介して表示される。有機ＥＬ素子の陽極には、主にＩｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ（インジウム−スズ−酸化物）（ＩＴＯ）と呼ばれる透明電極が用いられる。ＩＴＯの製法は、透明なガラス基板上にスパッタリング蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ）等の種々の手法を用いて所定の厚さに形成される。
【０００４】
有機ＥＬ素子において、陽極上に積層される有機層は高々１０００〜２０００Åであり、陽極の表面状態が良好でないと、正方向（素子を発光させる方向）の電圧を印加した時にある部分に電流が集中したり、逆方向の電圧印加時の絶縁耐圧低下により、有機層が破壊され、上下電極が短絡するという破壊が発生する。ディスプレイにおいて、この破壊は致命的であり、少なくとも常温において１００００時間、または８５℃環境下において１０００時間以上でこの破壊を保証する必要がある。
【０００５】
この破壊を発生させる原因として、ＩＴＯ表面上の異物が考えられる。導電性異物や逆テ−パ形状の異物が基板表面に付着していれば、そこを起点に有機層が破壊されることが容易に考えられるが、そのような異物は有機溶剤やブラシ、超音波洗浄によってほとんど除去することができる。またその他の原因として、ＩＴＯの突起が考えられている。したがって、この問題を回避するために，ＩＴＯ表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）を５ｎｍ以下で平坦に形成することが提案されている（特許文献１）。そして、これを実現するために、ＩＴＯ表面の研磨、イオンプレーティング法のようなＩＴＯ成膜方法、または成膜条件の最適化等の方法がある。
【０００６】
ところが、このような表面粗さを平坦にしたＩＴＯ上に有機層を積層しているにもかかわらず、有機層破壊が発生することが多い。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９‐２４５９６５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、駆動時に上記のような有機層破壊が発生せず、ライン欠陥等致命的な欠陥のない有機ＥＬ素子を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、有機ＥＬ素子の各設計パラメータ、工程条件について種々検討し、上記の駆動時の有機層破壊の原因がＩＴＯ表面におけるＦｅ元素による汚染であること見出し、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機ＥＬ素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面に存在するＦｅ元素が１１５×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子；ならびに基板上に陽極、有機層、および陰極を備えた有機ＥＬ素子を製造する方法において、陽極パターニング後に、陽極表面の少なくとも有機層と接合する表面を研磨し、ついで陽極表面に有機層および陰極を形成することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法、にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
基板上に陽極、有機層、および陰極を備えた、本発明に係る有機ＥＬ素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面に存在するＦｅ元素は１１５×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下、好適には７２×１０１０ａｔｍｓ／ｃｍ２以下である。
【００１２】
基板としては、ガラス系を用いるガラス基板、プラスチックフィルムもしくはシートを用いるプラスチック基板、Ａｌ、Ｍｏ等の金属を用いる金属基板、シリコン基板等、一般的に有機ＥＬ構造体を形成するために用いられるものが挙げられる。ガラス基板としては、ソーダガラスが最も一般的であるが、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等も好適に使用され得る。プラスチック基板としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン等が一般的である。この基板上に形成される陽極は、正孔を有機層に注入する役割を有する。このような陽極としては、たとえばＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛−酸化物）等の透明電極が好適に用いられる。これらは、スパッタリング、電子ビーム蒸着（ＥＢ）もしくはイオンプレーティング等により成膜されるのが通常である。その膜厚は１００〜１０００ｎｍ程度が好適である。ついで、形成された陽極はパターニング処理され、陽極パターン電極を形成される。たとえば、感光性レジストをこの陽極上に塗布し、パターンマスクを用いて露光、現像し、レジストパターンマスクを形成した後に、エッチングにより電極パターンを形成する。
【００１３】
ついで、有機層を蒸着等により形成する前にパターン状の陰極隔壁を予め形成する。そして、この隔壁をシャドウマスクとして、有機層上に陰極を蒸着させて電極パターンが形成される。この陰極隔壁は陽極パターン電極上に感光性レジストを塗布し、ついでフォトマスクを用いてレジストの露光、現像を行い、パターン隔壁を形成する。この隔壁の高さは通常１０μｍ以下である。
【００１４】
有機層の形成は、たとえば低分子化合物の場合には、シャドウマスクを上記の隔壁に密着させて真空蒸着させて行うのが好適である。そして、高分子化合物の場合には、溶媒に溶解させて塗布するのが好適である。
【００１５】
有機層としては、単層型、積層型（２層型および多層型）のいずれの層構成も採用しうる。２層型としては、正孔輸送層／発光層（発光層が電子輸送性を有する）、発光層／電子輸送層（発光層が正孔輸送性を有する）等が挙げられる。さらに多層型としては正孔輸送層／発光層／電子輸送層、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層等が挙げられるが、電荷の閉じ込めのための電荷障壁層等を設けたり、発光層を複数にすることもできる。さらに、発光層をはじめとする各層に常法によりドーピングして、発光色変換、発光効率向上、さらには電荷注入、輸送の向上、等を図ることができる。
【００１６】
有機層を構成する各種材料は特に制限されず、層構成、目的等により選択しうる。たとえば、正孔注入層としては、通常、フタロシアニン、オリゴアミン、デンドリマーアミン、ポリチオフェン等が使用される。正孔を発光層まで輸送する正孔輸送層としては、通常、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、スピロアミン等が使用される。発光層としては、スチリル系、アゾール系、アントラセン系、ポリフルオレン系、ポリフェニル系、金属錯体系等の従来知られている低分子もしくは高分子化合物が挙げられる。電子輸送層としては、たとえばオキサジアゾ−ル、イミダゾール構造を有する低分子もしくは高分子化合物が好適である。さらに電子注入層を設ける場合には、金属錯体系、アゾール系、パーフルオロ系等が使用され得る。有機層の膜厚は、常法により選択することができ、通常１００〜５００ｎｍ程度である。
【００１７】
上述の陰極の有機層上への形成には、金属材料が真空蒸着、スパッタリング法等により用いられるのが通常である。金属材料としては、たとえばＭｇ−Ａｇ，Ｌｉ−Ａｌ等が用いられる。
【００１８】
さらに、水分から素子を保護するために、常法により外表面上に保護膜、封止膜もしくはパッシベーション膜が設けられうる。
【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子においては、陽極の少なくとも有機層と接合する面は、上記の陽極パターニング後に陽極表面を研磨する工程を経た後に、陽極表面に有機層および陰極が形成される。そして、この研磨は、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上の切り込み深さで行われるのが好適である。さらに、この研磨は、陽極パターニング後の陽極表面の十点平均粗さＲｚ以上の切り込み深さで行われるのがもっと好適である。
【００２０】
これらの中心線平均粗さＲａおよび十点平均粗さＲｚはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（表面粗さ）に規定される表示に基づく。すなわち、中心線平均粗さＲａは、被測定面の垂直断面に現われる微小凹凸の輪郭の断面曲線から、所定の方法によりピッチの大きい凹凸のうねりを除いた曲線である粗さ曲線について、その粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さｌの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をｘ軸、縦倍率方向をｙ軸とし、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、所定の式より算出される。この中心線は平均線と平行であり、その線と粗さ曲線で囲まれる面積が山側と谷側で等しくなる線に相当する。さらに、十点平均粗さＲｚは、上記の断面曲線の基準長さの範囲内で平均線から山頂の高さの大きいものから５番目までと、谷底の深さの大きいものから５番目までの距離の差の平均値として算出される。
【００２１】
上記の研磨工程においては、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上、好適には十点平均粗さＲｚ以上、の切り込み深さで行うのに適した研磨工具を適宜選定しうる。
【００２２】
図１にＩＴＯ成膜直後（ア）、ＩＴＯパターニング後（イ）、その後のＩＴＯ研摩後（ウ）でのＩＴＯ表面のＦｅ元素濃度を示す。Ｆｅ元素濃度の測定は全反射蛍光Ｘ線により実施した。この図１に示されるとおり、Ｆｅ元素は、ＩＴＯパターニング後増大し、ＩＴＯ研摩により低減している。（イ）で破壊が多発し、（ウ）で破壊しなくなった状況から、破壊はＩＴＯ表面のＦｅ元素濃度に依存するといえる。ＩＴＯパターニング工程は、ＩＴＯ成膜基板にポジ型感光性レジスト材料を塗布し、所望のパターンのフォトマスクにてＵＶ露光した後に、有機アルカリ溶剤で現像する。ついで、無機酸に塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）を溶解したエッチング液によりＩＴＯをエッチングした後、レジストを無機アルカリ溶剤で剥離する。このＦｅ汚染は、主としてエッチング液の成分に由来すると考えられ、ＵＶ，有機溶剤、アルカリ洗浄等を使用した洗浄を施しても除去できない。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
図２はこの実施例における有機ＥＬ素子の概略断面構成を示す図である。図２において、基板としてのガラス基板１の一面上には、陽極２、正孔（ホール）注入層３、正孔（ホール）輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７および陰極８といった各膜が順次積層されている。また、図３は本発明における有機ＥＬ素子製作のための工程フローを示す。まず、透明なガラス基板上に、陽極２としてＩＴＯをスパッタリングにより成膜した。この成膜におけるＩＴＯ表面粗さＲａは８ｎｍであったので、後の研摩量を１０ｎｍとし、狙いの膜厚２７０ｎｍに対して、２８０ｎｍの膜厚でＩＴＯを成膜した後、フォトリソエッチング加工により所定のパターンに加工した。この後、研摩量１０ｎｍとなる条件でＩＴＯ研摩を実施した（図４参照）。得られたＩＴＯを陽極２として用い、アルゴンと酸素混合のプラズマ等による表面処理を施した後、蒸着法等によって上記有機膜３〜６を順次パターニング形成、次いで電子注入層７、陰極８を順次パターニング形成した。ホール注入層はＣｕＰｃ（銅フタロシアニン錯体）からなる膜厚５０ｎｍの膜、ホール輸送層４はＴＰＴＥ（テトラトリフェニルアミン）からなる膜厚６０ｎｍの膜とした。
【００２５】
また、発光層５はジメチルキナクリドンが１％ドープされたＡｌｑ３（８‐ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体）からなる膜厚４０ｎｍの膜、電子輸送層６はＡｌｑ３からなる膜厚２０ｎｍの膜、電子注入層７はＬｉＦ（フッ化リチウム）からなる膜厚０．５ｎｍの膜、そして陰極８はＡｌからなる厚さ１００ｎｍの膜とした。
【００２６】
そして、本構成例では、陽極２と陰極８とは、互いに直交する方向に延びるストライプ状に形成し、両電極２、８の重なり合う部分が、一つの画素（発光部）として構成されたものにできる。つまり、表示パネルとしては、マトリクス状に配置された複数個の画素構成を持つ。例えば，２５６×６４の画素構成とすることができる。
【００２７】
そして、各画素においては、陽極２と陰極８との間に電解を印加することによって、有機膜３〜６中をホールや電子が発光層５に向かって移動し、発光層５にて再結合する結果、発光層５にて発光が行なわれるようになっている。
【００２８】
そして、図示しないが、ガラス基板１の上において、この有機ＥＬ素子Ｓｌを覆うようにステンレス缶やガラスケース等の封止部材を設け、これにより有機ＥＬ素子Ｓｌを乾燥窒素等の封入ガスにて封止した。以上の工程によって、有機ＥＬ素子から構成された表示パネルを複数個製造した。これら各表示パネルについて、室温および４％の酸素ガスを含む乾燥窒素ガス雰囲気にて駆動回路を用いて１分間のエージング処理を行なった。
【００２９】
本例では、印加波形としては１２５Ｈｚ，１／６４デューティの矩形パルスであった。１周期の詳細としては、順バイアス電圧１２Ｖを１回印加、続いて、逆バイアス電圧−２５Ｖを６３回印加するものとした。
【００３０】
ここで、−２５Ｖの逆バイアス電圧は、欠陥部の破壊電圧と有機ＥＬ素子の破壊電圧との間の電圧範囲に基づくエージング処理における印加電圧である。そして、この逆バイアス電圧により欠陥部がオープン破壊する。また順バイアス電圧を加えることにより、通常の有機ＥＬ素子の駆動回路を用いてエージングの印加電圧を発信することができる。
【００３１】
実施例２
図２において、陽極２として用いるスパッタリングにより成膜したＩＴＯの表面粗さＲｚは２９ｎｍであったので、後の研摩量を３０ｎｍとし、狙いの膜厚２７０ｎｍに対して、３００ｎｍの膜厚でＩＴＯを成膜した後、フォトリソエッチング加工により所定のパターンに加工した。この後、研摩量３０ｎｍとなる条件でＩＴＯ研摩を実施した。得られたＩＴＯを陽極２として用い、以下表面処理有機膜３〜６を順次パターニング形成、次いで電子注入層７、陰極８を順次パターニング形成等実施例１と同様にして、表示パネルを作成した。
【００３２】
比較例
図２において、陽極２として用いるスパッタリングにより成膜したＩＴＯを最大表面粗さＲｍａｘが５ｎｍ以下になる条件にて研摩した後、フォトリソエッチング加工により所定のパターンに加工した。以下表面処理有機膜３〜６を順次パターニング形成、次いで電子注入層７、陰極８を順次パターニング形成等実施例１と同様にして、表示パネルを作成した。
【００３３】
このようにしてエージング工程まで行ったパネルについて、８５℃恒温槽内での連続点灯試験を実施した。
【００３４】
その試験結果を、比較例、実施例１および２について表１に示す。ここで、各パネルについて、２５６×６４個の素子のうち少なくとも１素子にて、ライン欠陥すなわち電極２、８間の短絡が発生した時間をライン欠陥発生時間とする。
【００３５】
表１に示すように、比較例では、Ｒｍａｘが５ｎｍ以下にもかかわらず、５００時間以内にライン欠陥すなわち電極２、８間の短絡が発生した。これに対し、実施例１および２に関しては、ライン欠陥の発生時間が１０００時間以上となり、特に実施例２に関しては、３０００時間経過してもライン欠陥未発生であることを確認した。
【００３６】
［表１］
2004296211.tif 000003
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動時に有機層破壊が発生せず、ライン欠陥等致命的な欠陥のない有機ＥＬ素子を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＴＯ成膜後、ＩＴＯパターニング後、及びＩＴＯ研摩後におけるＩＴＯ表面のＦｅ元素濃度。
【図２】実施例１，２及び比較例における有機ＥＬ素子の構造。
【図３】本発明における有機ＥＬ素子製作の工程フローの一例。
【図４】本発明における研摩を説明する図。
【図５】従来の有機ＥＬ素子主要部の構造の一例。
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…陽極
３…正孔（ホール）注入層
４…正孔（ホール）輸送層
５…発光層
６…電子輸送層
７…電子注入層
８…陰極
１０１…ガラス基板
１０２…陽極
１０３…有機層
１０４…陰極
【図１】
2004296211.tif 000004
【図２】
2004296211.tif 000005
【図３】
2004296211.tif 000006
【図４】
2004296211.tif 000007
【図５】
2004296211.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月24日(2003.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子において、陽極の少なくとも有機層と接合する面に存在するＦｅ元素が１１５×１０10ａｔｍｓ／ｃｍ2以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
Ｆｅ元素が７２×１０10ａｔｍｓ／ｃｍ2以下である請求項１記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項３】
基板上に陽極、有機層および陰極を備えた有機エレクトロルミネセンス素子を製造する方法において、陽極パターニング後に、陽極表面の少なくとも有機層と接合する表面を研磨して該研磨後の該陽極表面に存在するＦｅ元素を１１５×１０10ａｔｍｓ／ｃｍ2以下とし、ついで陽極表面に有機層および陰極を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項４】
研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の中心線平均粗さＲａ以上の切り込み深さで行われる請求項３記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項５】
研磨が、陽極パターニング後の陽極表面の十点平均粗さＲｚ以上の切り込み深さで行われる請求項３記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。