(57)【要約】【課題】  均一にアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が含まれているカソード電極を有する有機ＥＬ素子の製造方法を提供する。【解決手段】  カソード電極材用スパッタターゲット表面に、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属元素を含む材料を蒸着する工程１と、カソード電極をスパッタ成膜する工程２を有する有機ＥＬ素子の製造方法を提供する。【選択図】  図１
2005183202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ＥＬ素子用のカソード電極のスパッタ法による形成方法に関して、
該カソード電極材用スパッタターゲット表面に、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属元素を含む材料を蒸着する工程１と、該カソード電極をスパッタ成膜する工程２を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記蒸着された材料の膜厚は１０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程１と工程２を、真空雰囲気で連続して行うことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３の製造方法を用いて作製した有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電極からの電子注入性を改善する手段として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属等の電子供与性金属を電子輸送層（ＨＴＬ）に含有させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１）図６は、従来例を説明する図である。図中、１は透明基板、２はカソード透明電極、３はホール輸送層、４は発光層、５はアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む電子注入層、６はアノード電極である。蒸着やスパッタ法を用いて、電子注入層にアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドーピングしている。
【０００３】
また特許文献２では陰極としてアルカリ金属、アルカリ土類金属を含む電極を用いる有機電界発光素子が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１０２１７５号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料は水との反応性が高いため、ＨＴＬ材料である有機材料との共蒸着する際に、蒸着材料中に取り込まれていた水成分が放出されて、膜特性に影響を及ぼす問題あった。一方、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料は、その水との反応性の高さから、スパッタターゲットとしての取り扱いが難しく、一般に蒸着法が用いられていた。蒸着法においては、蒸着時に発生する突沸により不均一な濃度分布が発生しやすい問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一に、有機ＥＬ素子用のカソード電極のスパッタ法による形成方法に関して、該カソード電極材用スパッタターゲット表面に、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属元素を含む材料を蒸着する工程１と、該カソード電極をスパッタ成膜する工程２を有することを特徴とする。
【０００６】
第二に、前記蒸着された材料の膜厚は１０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする。
【０００７】
第三に、前記工程１と工程２を、真空雰囲気で連続して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
カソード電極作製用のスパッタターゲット上にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む材料を真空蒸着で形成した後、引き続きスパッタ法によりカソード電極を作製することにより、電子輸送層とカソード電極界面において高い注入性を有する高効率の有機ＥＬ素子を提供できる。また、蒸着によりスパッタターゲット上にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する層を形成することにより、予め含有していた水を取り除くことができ、有機ＥＬ素子中に取り込まれる水の量を低減できる。また、蒸着時の突沸による膜の不均一性の影響を受けにくく、素子不良の低減が可能となり歩留まりの向上が計られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、スパッタターゲット上に蒸着によりアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料を蒸着し、その後このスパッタターゲットを用いて、スパッタ法にて有機ＥＬ素子のカソード電極を形成する方法である。有機ＥＬ素子は、各種形態を用いることが可能であるが、通常、アノード電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、カソード電極より構成される。本発明は、アノード電極を形成する際に電子輸送層とカソード電極界面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する層を形成することにより、電子の注入性を改善して、素子効率の向上を計ることが可能である。
【００１０】
スパッタターゲットへのアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料の蒸着は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着等各種の真空蒸着方法を適用することが可能である。蒸着材料としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩等各種の蒸着材料の適用が可能である。例えば、Ｂａ、Ｃａ、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＣｓＣＯ３等の材料を用いることが可能である。スパッタターゲット材料としては、ＩＴＯやＩＺＯの透明導電膜やＡｌ、Ｃｒなどの金属ターゲットを用いることが可能である。
【００１１】
なお、鋭意検討した結果、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料を蒸着する膜厚は１０ｎｍから５００ｎｍであることが望ましいことが判明した。膜厚が１０ｎｍ未満では面内に分散したアルカリ金属またはアルカリ土類金属の量が不足するため、カソードと電子輸送層界面で十分な注入効率が得られない。また、膜厚が５００ｎｍより大きくなると、カソードと電子輸送界面での光吸収や散乱が顕著になる。蒸着材料およびスパッタ条件に関係するが、好適には５０ｎｍから３００ｎｍである。また、ターゲットへの蒸着とスパッタを真空一貫処理で行うことで、ターゲットに蒸着したアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料と水との反応を防ぎ、高効率な有機ＥＬ素子の提供が可能である。
【００１２】
（実施例）
以下に、図面を用いて、本発明の詳細について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１から図４は、本発明第一の実施例の説明図であり、図１は、カソード電極形成方法の説明図、図２は有機ＥＬ素子の断面図、図３は有機ＥＬ作製装置の説明図、図４は有機ＥＬ素子の特性改善の説明図である。
【００１４】
図１において、（ａ）はターゲットにアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する材料を蒸着する様子であり、（ｂ）はカソード電極をスパッタで形成する様子を示す図である。図中、１１はスパッタターゲット、１２は蒸着マスク、１３は蒸着壁、１４は真空チャンバー内のベース部、１５は蒸着セル、１６は真空チャンバー、１７は蒸着膜、１８は有機ＥＬ素子形成基板、１９は基板台、２０はプラズマを示す。本実施例においては、蒸着材料はＣｓＣＯ３を用いた。
【００１５】
ＣｓＣＯ３の蒸着は、真空チャンバーを１０の−５乗Ｐａ以下の真空度まで真空引きした後に行った。蒸着は、抵抗加熱により蒸着材料を蒸発させ、０．１ｎｍ／ｓｅｃの堆積速度で、ターゲット１１上に５０ｎｍの厚み堆積させ蒸着膜１７を形成した。ターゲット１１には、ＳｎＯ２を１０％含有したＩｎ２Ｏ３ターゲット（ＩＴＯ）を用いた。蒸着時に用いた蒸着壁１３及び蒸着マスク１２は、スパッタ時には基板台１９の位置まで退避させた。その後、有機ＥＬ素子形成基板１８を載せた基板台１９を導入して、スパッタを行った。スパッタ時のガス圧は０．６Ｐａとし、最初の９０ｓｅｃ間はＡｒを１００ＳＣＣＭ流してスパッタを行い、その後Ｏ２を１０ＳＣＣＭを加えて８分間スパッタを行い、１５０ｎｍの厚みでカソード電極を形成した。なお、プラズマ２０は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を４００Ｗの出力でターゲット１１と基板台１９との間に印加して発生させた。また、このときのターゲット１１と基板台との間隔は１１０ｍｍとした。
【００１６】
ここで、本実施例で作製した有機ＥＬ素子について図２を用いて説明する。図中、２１はガラス基板、２２はアノード電極、２３はホール輸送層、２４は発光層、２５は電子輸送層、２６はカソード電極である。アノード電極２２は、スパッタ法で形成した後フォトリソグラフィ法を用いてパターン化したＣｒ電極を用いた。また、ホール輸送層としては、トリフェニルジアミン（ＴＰＤ）を５０ｎｍの厚さに蒸着して作製した。２４の有機発光層としては、アルミニウムキノリノール錯体（Ａｌｑ３）を用い、蒸着法により３０ｎｍの厚さに形成した。カソード電極２６は上述の方法で作製した。また、図３を用いて、作製装置の構成を説明する。図中、３１は有機ＥＬ層の蒸着チャンバー、３２は有機ＥＬ素子基板の回転チャンバー、３３は上述のカソード形成チャンバーを示す。また、３４から３６は各チャンバーに接続した排気装置、３７から３９は有機ＥＬ素子基板の搬送経路の矢印を示す。まず、有機ＥＬ層の蒸着チャンバー３１で、上述のホール輸送層２３と発光層２４、電子輸送層２５を蒸着した後、有機ＥＬ基板を、矢印３７の経路により有機ＥＬ素子基板の回転チャンバー３２に搬送する。有機ＥＬ素子基板の回転チャンバー３２では、矢印３８の様に、有機ＥＬ基板を上下反転させる。次に、矢印３９の経路でカソード形成チャンバーに搬送した。
【００１７】
図４は、発明により作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧と輝度との関係を示す図である。
【００１８】
４２は比較例であり、ターゲット上にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む材料を蒸着せずに作製した有機ＥＬ素子特性、４１は本実施例の方法を適用して作製した有機ＥＬ素子の特性を示す。本実施例の方法により、駆動電圧に対しての輝度が向上し、低電圧駆動の出来る高効率有機ＥＬ素子の提供が可能となった。
【実施例２】
【００１９】
図５は本発明第二の実施例を説明するための図であり、カソード電極形成装置の説明図を示す。本発明においては、Ｂａを蒸着をターゲット上に蒸着して有機ＥＬ素子のカソード電極を作製した。図５において、５１はグローブボックス、５２は乾燥窒素ガス導入ライン、５３は乾燥窒素ガス排出ライン、５４はロードロック室、５５はカソード形成チャンバー、５６は搬送用ホルダ移送用ロッド、５７はロッド収納室、５８は排気装置、５９、６０はゲートバルブ、６１は搬送ホルダ、６２、６３は排気ラインを示す。Ｂａは水に対して反応性が高いため、通常灯油等の液体中に保管される。本実施例では、グローブボックス５１の雰囲気を、乾燥させた窒素ガスを５２及び５３のガスラインを用いて循環させることにより水分濃度を１ｐｐｍ以下に保ち、Ｂａを保管液体から取り出し蒸着用の坩堝（図示せず）に入れた。５４のロードロック室を乾燥窒素で置換後にゲートバルブ５９を開けて、この坩堝を搬送ホルダ６１にセットした。次に、ゲートバルブ５９を閉じて、排気ライン６３、排気装置５８によりロードロック室を真空にする。このあと、ゲートバルブ６０と排気ライン６２と排気装置５８を用いて予め真空に排気しておいたカソード形成チャンバー５５、ロッド収納室５６と接続し、搬送用ホルダ移送用ロッド５６を用いて搬送ホルダ６１をカソードチャンバー５５の所定の位置に移送し、蒸着用坩堝をセットした。最後に、搬送ホルダ６１を元の位置に移送し、ゲートバルブ６０を閉じて蒸着準備を完了した。以下、実施例一と同様に有機ＥＬ素子の作製を行った。なお、本実施例においては、Ｂａをスパッタターゲットに蒸着する際は、０．５ｎｍ／ｓｅｃの堆積速度で、ターゲット１１上に２００ｎｍの厚み堆積させ蒸着膜１７を形成した。ターゲットは、ＳｎＯ２を５％含有したＩｎ２Ｏ３ターゲット（ＩＴＯ）を用いた。スパッタ時のガス圧は１Ｐａとし、最初の６０ｓｅｃ間はＡｒを１００ＳＣＣＭ流してスパッタを行い、その後Ｏ２を１０ＳＣＣＭを加えて１０分間スパッタを行い、１７０ｎｍの厚みでカソード電極を形成した。なお、高周波電力を５５０Ｗ投入してスパッタを行った。他の構成、作製条件は実施例一と同様である。また、本実施例において、有機ＥＬ層の蒸着チャンバーは図５で示した装置断面と直交方向に配置した。
【００２０】
本実施例で、作製した有機ＥＬ素子を駆動させたところ、実施例一同様、低電圧で高輝度がえられる効率の高い素子が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明第一実施例のカソード電極形成方法の説明図である。
【図２】本発明第一実施例の有機ＥＬ素子断面図である。
【図３】本発明第一実施例の有機ＥＬ作製装置の説明図である。
【図４】本発明第一実施例の有機ＥＬ素子の特性改善説明図である。
【図５】本発明第二実施例のカソード電極形成装置の説明図である。
【図６】従来の有機ＥＬ素子断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  スパッタターゲット
１２  蒸着マスク
１３  蒸着壁
１４  真空チャンバー内のベース部
１５  蒸着セル
１６  真空チャンバー
１７  蒸着膜
１８  有機ＥＬ素子形成基板
１９  基板台
２０  プラズマ
２１  ガラス基板
２２  アノード電極
２３  ホール輸送層
２４  発光層
２５  電子輸送層
２６  カソード電極
３１  有機ＥＬ層の蒸着チャンバー
３２  有機ＥＬ素子基板の回転チャンバー
３３  上述のカソード形成チャンバー
３４から３６  各チャンバーに接続した排気装置
３７から３９  有機ＥＬ素子基板の搬送経路の矢印
４１  本発明の有機ＥＬ素子特性
４２  有機ＥＬ素子特性の比較例
５１  グローブボックス
５２  乾燥窒素ガス導入ライン
５３  乾燥窒素ガス排出ライン
５４  ロードロック室
５５  カソード形成チャンバー
５６  搬送用ホルダ移送用ロッド
５７  ロッド収納室
５８  排気装置
５９、６０  ゲートバルブ
６１  搬送ホルダ
６２、６３  排気ライン
１  透明基板
２  カソード透明電極
３  ホール輸送層
４  発光層
５  アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む電子注入層
６  アノード電極
【図１】
2005183202.tif 000003
【図２】
2005183202.tif 000004
【図３】
2005183202.tif 000005
【図４】
2005183202.tif 000006
【図５】
2005183202.tif 000007
【図６】
2005183202.tif 000008