(57)【要約】【課題】  外部へ放射される光の量を増大させることで光効率が高められる、トップエミッション方式による有機電界発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板と、基板の上に形成される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを含む基板の全面に形成される平坦化膜８０と、平坦化膜８０の上に形成され、中央領域の表面よりエッジ領域の表面の高さが高く形成されてなる第１電極２０と、第１電極２０の上に形成される有機発光層と、有機発光層の上に形成される第２電極とから構成される。【選択図】  図５
2005317536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成される薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを含む基板の全面に形成される平坦化膜と、
前記平坦化膜の上に形成され、中央領域の表面よりエッジ領域の表面の高さが高く形成されてなる第１電極と、
前記第１電極の上に形成される有機発光層と、
前記有機発光層の上に形成される第２電極と、
を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記第１電極の表面は、凹状であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記第１電極の断面は、半円形、シリンダー形、三角形、菱形のいずれかの形態を有することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記第１電極は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇのうち、少なくともいずれか１種、またはそれらの合金からなる単一層であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記第１電極は、少なくとも２層からなり、各層が同種または他種の物質からなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記第１電極の厚さは、１０〜１０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
基板の上に薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記薄膜トランジスタを含む基板の全面に平坦化膜を形成するステップと、
前記平坦化膜の上に引張応力をもつ金属物質を形成してパターニングし、凹状の表面を有する第１電極を形成するステップと、
前記第１電極の上に有機発光層を形成するステップと、
前記有機発光層の上に第２電極を形成するステップと、
を含む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】
前記第１電極を形成するステップは、
前記平坦化膜の上に引張応力をもつ金属物質を形成するステップと、
前記金属物質の上にマスクフィルムを形成し、前記マスクフィルムをパターニングするステップと、
前記パターニングしたマスクフィルムをマスクとして前記金属物質を除去するステップと、
前記金属物質の上に残留するマスクフィルムを除去し、凹状の表面を有する第１電極を形成するステップと、
を含む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９】
前記引張応力をもつ金属物質は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇのうち、少なくともいずれか１種、またはそれらの合金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】
前記引張応力をもつ金属物質は、常温で形成されるか、または常温以上の温度で形成され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１１】
前記常温以上の温度は、５０〜４００℃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】
前記常温で形成される金属物質はＣｒであり、前記常温以上の温度で形成される金属物質は、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇのうち、少なくともいずれか１種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１３】
前記マスクフィルムは、フォトレジスト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１４】
前記第１電極はアノードであり、前記第２電極はカソード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１５】
前記金属物質の引張応力は、第１電極の形成時の圧力、パワー、ターゲットと基板との距離、温度、基板に加えるバイアス、基板の種類、蒸着物質のうち少なくとも一方を変化させて制御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。
【請求項１６】
前記第１電極は、電子ビーム工程、スパッタリング工程のうち少なくとも一方を用い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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光素子に係り、特に、トップエミッション方式の有機電界発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、共役高分子の一種であるポリ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）を用いた有機電界発光素子の開発以来、伝導性をもつ共役高分子のような有機物に関する研究が盛んに進められている。
【０００３】
この種の有機物を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、センサ、レーザ、光電素子などに応用するための研究も進められつつあり、そのうちでも有機電界発光素子に関する研究が最も盛んに進められている。
【０００４】
燐光物質系の無機物からなる無機電界発光素子は、作動電圧として交流２００Ｖ以上を必要とし、素子の作製工程が真空蒸着で行われることから大型化が困難であり、特に青色発光が困難であるのみならず、製造コストが高いという短所がある。
【０００５】
しかし、有機物からなる有機電界発光素子は、優れた発光効率、大面積化の容易化、工程の簡便性、特に青色発光が容易に得られるという長所とともに、曲がり得る電界発光素子の開発などが可能である点から次世代表示装置として脚光を浴びている。
【０００６】
特に、現在は、液晶表示装置と同様に、各画素に能動型駆動素子を備えたアクティブマトリックス電界発光素子がフラットパネル表示装置として盛んに研究されている。
【０００７】
図１は、従来技術に係るアクティブマトリックス有機電界発光素子を示す図であって、光が基板に向けて発光するボトムエミッション方式を示している。
【０００８】
図１に示すように、透明ガラスからなる基板１０の上にＴＦＴ６０を形成し、前記ＴＦＴ６０のソース／ドレイン電極に重なり合って接触するようにアノード２０を形成する。
【０００９】
次いで、前記ＴＦＴ６０の上に絶縁膜３０を形成し、全面に有機発光層４０およびカソード５０を順次形成する。
【００１０】
このように構成されるボトムエミッション方式を有するアクティブマトリックス有機電界発光素子は、有機発光層４０から発光する光が基板１０を透過して放射されるとき、前記基板１０と有機発光層４０で挟み込まれているＴＦＴ６０により発光部分が遮られるようになる。
【００１１】
これにより、前記ＴＦＴ６０の大きさやその数が多くなるほど、アクティブマトリックス有機電界発光素子の開口率は幾何級数的に下がるようになり、ディスプレイ素子としての使用が困難になる。
【００１２】
従って、ＴＦＴ６０による開口率の低下を抑えるために、光を基板１０の反対面に向けて発光させるトップエミッション方式が提案された。
【００１３】
図２は、従来技術に係るトップエミッション方式を有するアクティブマトリックス有機電界発光素子を示す図である。
【００１４】
図２に示すように、まず基板１０の上にＴＦＴ６０を形成し、前記ＴＦＴ６０のソース／ドレイン電極を露出させるビアホールを形成した後、平坦化膜８０を全面に形成する。
【００１５】
そして、ビアホールによりＴＦＴのソース／ドレイン電極と接触するように平坦化膜８０の上にアノード２０を形成する。
【００１６】
次いで、電気的絶縁のためにＴＦＴ６０のソース／ドレイン電極とアノード２０とが接触した領域に絶縁膜３０を形成し、全面に有機発光層４０およびカソード５０を順次形成する。
【００１７】
このように構成されるトップエミッション方式を有するアクティブマトリックス有機電界発光素子は、アノード２０が反射面になって光をカソード５０側へ反射し、反射されてきた光は透明電極のカソード５０を通って外部へと放射される。
【００１８】
しかし、トップエミッション方式の有機電界発光素子は、アノードが平坦に形成されるため、アノードの表面から反射された光は四方に散乱する。
【００１９】
図３は、図２のＡ部分を詳細に示す拡大図であって、図３に示すように、平坦化膜３０の上に形成されたアノード２０の表面が平坦であるため、アノード２０の表面から反射された光は四方に散乱する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図２に示す従来技術に係る有機電界発行素子では、カソードに向かう光の量が小さいため、光効率が低下するという問題があった。
【００２１】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、外部へと放射される光の量を増大させることで光効率が高められる有機電界発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明に係る有機電界発光素子は、基板と、基板の上に形成される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを含む基板の全面に形成される平坦化膜と、平坦化膜の上に形成され、中央領域の表面よりエッジ領域の表面の高さが高く形成されてなる第１電極と、第１電極の上に形成される有機発光層と、有機発光層の上に形成される第２電極と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
ここで、第１電極の表面は、凹状を有し、第１電極の断面は、半円形、シリンダー形、三角形、菱形のいずれかの形態を有すればよい。
【００２４】
そして、第１電極は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇのうち少なくともいずれか１種、またはそれらの合金からなる単一層であればよく、または、第１電極は、少なくとも２層からなり、各層が同種または他種の物質からなってもよい。
【００２５】
また、第１電極の厚さは、１０〜１０００Åであればよい。
【００２６】
本発明に係る有機電界発光素子の製造方法は、基板の上に薄膜トランジスタを形成するステップと、薄膜トランジスタを含む基板の全面に平坦化膜を形成するステップと、平坦化膜の上に引張応力をもつ金属物質を形成してパターニングし、凹状の表面を有する第１電極を形成するステップと、第１電極の上に有機発光層を形成するステップと、有機発光層の上に第２電極を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２７】
ここで、第１電極を形成するステップは、平坦化膜の上に引張応力をもつ金属物質を形成するステップと、金属物質の上にマスクフィルムを形成し、マスクフィルムをパターニングするステップと、パターニングしたマスクフィルムをマスクとして金属物質を除去するステップと、金属物質の上に残留するマスクフィルムを除去し、凹状の表面を有する第１電極を形成するステップと、を含んでなる。
【００２８】
そして、引張応力をもつ金属物質は、常温で形成されるか、または常温以上の温度、即ち、５０〜４００℃で形成されればよい。
【００２９】
また、金属物質の引張応力は、第１電極の形成時の圧力、パワー、ターゲットと基板との距離、温度、基板に加えるバイアス、基板の種類、蒸着物質のうち少なくとも一方を変化させて制御してもよい。
【００３０】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面に基づいて説明する実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００３１】
上述したような本発明に係る有機電界発光素子およびその製造方法によれば、トップエミッション方式の有機電界発光素子において、凹面鏡形態のアノードを適用することにより外部へ放出される光の量を増大させることで光効率が高められるという長所を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る有機電界発光素子およびその製造方法の好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図４Ａ乃至図４Ｆは、本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【００３４】
まず、図４Ａに示すように、基板１０の上にソース／ドレイン電極６０ａを有する薄膜トランジスタ６０を形成する。
【００３５】
次いで、図４Ｂに示すように、薄膜トランジスタ６０を含む基板１０の全面に平坦化膜８０を形成した後、ソース／ドレイン電極６０ａが露出するようにビアホール８０ａを形成する。
【００３６】
その後、図４Ｃに示すように、ビアホール８０ａを介してソース／ドレイン電極６０ａに電気的に接続されるように平坦化膜８０の上に引張応力をもつ金属物質を形成する。
【００３７】
そして、引張応力をもつ金属物質をパターニングし、凹状の表面を有する第１電極２０を形成する。
【００３８】
なお、凹状の表面を有する第１電極２０を形成する理由については後述することにする。
【００３９】
第１電極２０の断面は、半円形、シリンダー形、三角形、菱形のいずれかの形態を有するように形成すればよい。
【００４０】
このとき、第１電極２０は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇのうち少なくともいずれか１種、またはそれらの合金からなる単一層であればよい。
【００４１】
そして、第１電極２０は、少なくとも２層からなり、各層が同種または他種の物質からなってもよく、第１電極２０の厚さは、１０〜１０００Åであればよい。
【００４２】
次いで、図４Ｄに示すように、第１電極２０とソース／ドレイン電極６０ａの接触領域に絶縁膜３０を形成し、図４Ｅに示すように、絶縁膜３０を含む第１電極２０の上に有機発光層４０を形成する。
【００４３】
そして、図４Ｆに示すように、有機発光層４０の上に第２電極５０を形成して有機電界発光素子を作製する。
【００４４】
ここで、第１電極２０はアノードとし、第２電極５０はカソードとし、場合に応じては、その逆にしてもよい。
【００４５】
このようにして作製される本発明は、光の反射面として用いられるアノードの第１電極２０の構造に特徴を有する。
【００４６】
本発明は、一実施例としてアノードを反射面として用いるトップエミッション方式のアクティブマトリックス有機電界発光素子に適用可能である。
【００４７】
図５は、図４Ｆ中のＢ領域を拡大して示す拡大図であって、平坦化膜８０の上に形成された第１電極２０が凹状を有するため、光が上方に向けてのみ反射され、この結果、光効率が高められるという効果を奏する。
【００４８】
従来では、第１電極の表面が平坦であったため、光の損失が多かったのに対し、本発明の第１電極では、中央領域の表面よりエッジ領域の表面の高さが高く形成される凹状を有するため、光の損失を最小化し光効率が高められる。
【００４９】
また、第１電極の断面を半円形、シリンダー形、三角形、菱形などの形態を有するように作製しても同様な効果を奏することができる。
【００５０】
凹状の表面を有する本発明の第１電極の作製過程についてより詳述すれば、次の通りである。
【００５１】
図６Ａ乃至図６Ｃは、本発明の第１電極の製造工程を示す工程断面図である。
【００５２】
図６Ａに示すように、平坦化膜８０の上に引張応力をもつ金属物質２０ａを形成する。
【００５３】
次いで、図６Ｂに示すように、金属物質２０ａの上にマスクフィルム７０を形成し、マスクフィルム７０をパターニングした後、このパターニングしたマスクフィルム７０をマスクとして金属物質２０ａを除去する。
【００５４】
そして、図６Ｃに示すように、金属物質２０ａの上に残留するマスクフィルム７０を除去し、凹状の表面を有する第１電極２０を形成する。
【００５５】
ここで、マスクフィルム７０はフォトレジストであればよい。
【００５６】
なお、凹状の第１電極は、この第１電極にフォトリソグラフィ工程を施し、第１電極の引張応力により第１電極のエッジ部分を平坦化膜の表面から浮き上がらせることで作製することができる。
【００５７】
ここで、引張応力をもつ金属物質は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇなどから選ばれた少なくともいずれか１種、またはそれらの合金であればよい。
【００５８】
ここで、Ｃｒは常温で形成することができ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇなどは常温以上の温度で形成することができる。
【００５９】
即ち、アノードの第１電極が引張応力をもつためには、Ｃｒの場合、常温（約２０℃）で形成し、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇなどの金属またはそれらの合金は、約５０〜４００℃、好ましくは、２００℃程度で形成する。
【００６０】
このような薄膜の引張応力は、蒸着時の圧力、パワー、ターゲットと基板との距離、温度、基板に加えるバイアスなどを制御することにより変化させ得る。
【００６１】
さらには、その引張応力は、基板の種類を変えるか、または基板の上に蒸着される物質を変えることによっても変化させ得る。
【００６２】
そして、第１電極は、単一膜からなってもよいが、抵抗減少膜と第１電極または反射膜と第１電極からなる２層以上の多層膜からなってもよい。
【００６３】
また、本発明は、第１電極の形成時、スパッタ、電子ビーム、熱蒸着、ＣＶＤなどの一般に用いられる蒸着工程のうちいずれを用いてもよいが、蒸着された膜の質を考慮すれば、電子ビームやスパッタ蒸着工程を用いて第１電極を形成することが最も好ましい。
【実施例】
【００６４】
本発明の実施例では、アノードの第１電極の金属物質としてＣｒを使用し、ＤＣスパッタを用いて第１電極を常温で蒸着した。
【００６５】
そして、蒸着パワー、圧力、薄膜の厚さを変化させながら基板の応力を測定した。
【００６６】
次いで、基板の応力は、Ｔｅｎｃｏｒ社製のＦＬＸ−２３２０装備を用いて薄膜蒸着の前後の基板の曲率を測定することにより応力を求めた。
【００６７】
図７Ａに示すように、蒸着パワーが２００Ｗ、４００Ｗ、および６５０Ｗに増大することに伴い、基板の引張応力が１３００ＭＰａ、１１５０ＭＰａ、および９５０ＭＰａに減少していることが分かる。
【００６８】
また、図７Ｂに示すように、蒸着圧力が０．３ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒに増大するに伴い、立ち上がり時は高い基板の引張応力を示したが、次第に減少していることが分かる。
【００６９】
そして、図７Ｃに示すように、蒸着厚さが５００Åから２０００Åに増大するに伴い、引張応力が２２３０ＭＰａから１２２５ＭＰａまで下がり、その後、ほぼ一定の応力を保つような挙動を示した。
【００７０】
このような結果に基づき、約１０００Å以下の厚さで敏感な応力変化を示すＣｒ薄膜を、３００、６００、１０００Åの厚さで基板の上にそれぞれ形成し、フォトリソグラフィ工程を施した。
【００７１】
約２０００ＭＰａ以上の引張応力をもつ６００Å以下のＣｒ薄膜を蒸着した試片では、第１電極が凹状に形成されたことが確認できた。
【００７２】
しかし、１５００ＭＰａの引張応力をもつ１０００ÅのＣｒ薄膜を蒸着した試片の場合は、そのような現象が現れなかった。
【００７３】
このように、本発明は、薄膜の引張応力を制御することにより第１電極の形状を制御することができるようになる。
【００７４】
このとき、薄膜の引張応力を制御する方法としては、前述したように蒸着時の圧力、パワー、ターゲットと基板との距離、温度、基板に加えるバイアスなどを制御することにより変化させ得る。
【００７５】
さらには、基板の種類を変えるか、または基板の上に蒸着する物質を変えることによっても変化させ得る。
【００７６】
上述した説明に基づいて当業者であれば本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変更および修正が可能であることは自明である。従って、本発明の技術的範囲は、実施例に記載した内容に限定されるものでなく、特許請求の範囲により定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】従来技術に係るボトムエミッション方式のアクティブマトリックス有機電界発光素子を示す図である。
【図２】従来技術に係るトップエミッション方式のアクティブマトリックス有機電界発光素子を示す図である。
【図３】図２中のＡ部分を拡大して示す拡大図である。
【図４Ａ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｂ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｃ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｄ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｅ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｆ】本発明に係るトップエミッション方式の有機電界発光素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図５】図４Ｆ中のＢ領域を拡大して示す拡大図である。
【図６Ａ】本発明の第１電極の製造工程を示す工程断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第１電極の製造工程を示す工程断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第１電極の製造工程を示す工程断面図である。
【図７Ａ】蒸着パワーと引張応力との関係を示すグラフである。
【図７Ｂ】蒸着圧力と引張応力との関係を示すグラフである。
【図７Ｃ】蒸着厚さと引張応力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
１０  基板
２０  第１電極
３０  絶縁膜
４０  有機発光層
５０  第２電極
６０  ＴＦＴ
７０  マスク層
８０  平坦化膜
【図１】
2005317536.tif 000003
【図２】
2005317536.tif 000004
【図３】
2005317536.tif 000005
【図４Ａ】
2005317536.tif 000006
【図４Ｂ】
2005317536.tif 000007
【図４Ｃ】
2005317536.tif 000008
【図４Ｄ】
2005317536.tif 000009
【図４Ｅ】
2005317536.tif 000010
【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６Ａ】
2005317536.tif 000013
【図６Ｂ】
2005317536.tif 000014
【図６Ｃ】
2005317536.tif 000015
【図７Ａ】
2005317536.tif 000016
【図７Ｂ】
2005317536.tif 000017
【図７Ｃ】
2005317536.tif 000018