(57)【要約】【課題】第１の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる構成の有機ＥＬ発光素子を提供する。【解決手段】基板の上に配置された第１の電極と第２の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機ＥＬ発光素子である。第１の電極は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に配置された第１の電極と第２の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機ＥＬ発光素子において、
第１の電極は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
高抵抗部は絶縁部分であり、低抵抗部の周辺部に隣接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項３】
低抵抗部の水素濃度は５×１０19／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ発光素子。
【請求項４】
基板の上に配置された第１の電極と第２の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機ＥＬ発光素子の製造方法において、
第１の電極を形成する際には、第１の電極としてＩｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物からなる透明薄膜を形成し、発光部分に対応する領域のみに水素添加処理又はエネルギー照射処理を施して低抵抗部を形成すると共に、前記低抵抗部の周辺部に隣接して高抵抗部を形成することを特徴とする有機ＥＬ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ＥＬ発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ発光素子は、発光層をＥＬ発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で形成した素子であり、自己発光のため視野角が広く、耐衝撃性に優れるなど、ディスプレイ素子として理想的な特徴を有している。そのため、各種の分野において研究、開発が進められている。
【０００３】
製造方法としては、真空蒸着法、インクジェット法、印刷法などが広く研究されている。有機ＥＬ発光素子は、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた各機能層が極めて薄く、第１の電極（透明電極）のエッジ部分の段差でステップカバレッジの不良でショートが発生することがある。
【０００４】
このような問題を解決するために絶縁性の材料で第１の電極のエッジ部分を覆って保護する方法が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
また、第１の電極と第２の電極との間にフォトリソ技術を使って同じ膜厚の絶縁膜を入れてエッジ部分を平坦化する技術が開示されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３００７８号公報
【特許文献２】特開２００１−１２３９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、同じ膜厚の絶縁膜を入れてエッジ部分を平坦化する方法は、工程が複雑でコストが嵩み、しかも平坦化することが難しい。また、ディスペンス法を適用して撥水性のバンクの間に配置された第１の電極のエッジ部分を絶縁性の材料で覆うと、前記絶縁性の材料の塗布膜厚にムラが発生する可能性がある。
【０００８】
本発明は、第１の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる構成の有機ＥＬ発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、
基板の上に配置された第１の電極と第２の電極との間に、少なくとも発光層を備えた有機ＥＬ発光素子において、
第１の電極は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物からなる透明薄膜であり、前記透明薄膜は水素添加処理又はエネルギー照射処理が施された低抵抗部と、高抵抗部とが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１の電極のエッジ部分のショート不良を低減できる。そのため、第１の電極のエッジ部分を他の絶縁膜で覆う工程を省略でき、コストの低減が可能になる。
【００１１】
さらに、塗布型の有機ＥＬ発光素子において、発光層の均一性を改善し発光強度を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者は、発明に至る過程で以下のような予備実験を行った。
【００１３】
Ｉｎ2Ｏ3：ＺｎＯ：Ｇａ2Ｏ3（８５：１０：５ｗｔ％）をターゲットにしてスパッターしたＩｎＧａＺｎＯｘ膜を用意した。Ｉｎ2Ｏ3：ＺｎＯ（９０：１０ｗｔ％）をターゲットにしてスパッターしたＩｎＺｎＯｘ膜を用意した。Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3（９５：５ｗｔ％）をターゲットにしてスパッターしたＩｎＧａＯｘ膜を用意した。それらに水素イオン打ち込み処理を行なった。図１４は、それぞれの膜中の水素濃度と抵抗率との関係を示したものである。水素を打ち込む前は、どの膜も１×１０10Ωｃｍ以上の高抵抗値であった。
【００１４】
第１の電極（画素電極）や絶縁膜としてどのくらいの抵抗が適切であるか判断するために、図１５のような構造の有機ＥＬ発光素子を作製した。ガラス基板１上に、上記の方法で水素濃度を変えて抵抗率を変化させたＩｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物で構成された透明薄膜２を１００ｎｍの膜厚で配置した。透明薄膜２の平面サイズは１×１ｍｍとした。ポリイミドバンク６の間にホール注入層３［ＣｕＰｃ］を４０ｎｍ、発光層４［Ａｌｑ３］を１００ｎｍ、電子注入層［ＬｉＦ］を３０ｎｍの膜厚で、さらにＡｌ電極５を蒸着法で３０００Å堆積した。最後に封止ガラス（図示は省略）を付けて電気的な取り出しを行った。
【００１５】
膜抵抗値が０．０１Ωｃｍ以下では、第１の電極として作用して発光現象が観察された。１×１０6Ωｃｍ以上では電流が殆ど流れず絶縁膜として機能していた。
【００１６】
つまり、第１の電極に用いるには、０．０１Ωｃｍ以下の抵抗値であることが必要なので、図１４から水素濃度は５×１０19／ｃｍ3以上にすることが好ましく、１×１０20／ｃｍ3以上が好適である。
【００１７】
ＩｎＧａＺｎＯｘ膜、ＩｎＺｎＯｘ膜、ＩｎＧａＯｘ膜では、スパッター時の酸素分圧のコントロールによって、いずれも１×１０6Ωｃｍ以上の抵抗値の膜が得られた。
【００１８】
＜実施形態１＞
本実施形態の有機ＥＬ発光素子の構成を、製造方法に沿って具体的に説明する。
【００１９】
基板１０１上に画素駆動用の回路（以下、単に駆動回路と省略する場合がある。）を形成した（図示は省略）。基板１０１としてはガラス、石英などのセラミック、透明樹脂などが用いられる。
【００２０】
前記駆動回路の凹凸を平坦化するために、絶縁性の無機物や樹脂からなる平坦化膜１０２を形成した（図１を参照）。前記平坦化膜１０２上の各画素部分及びその近傍部分に、第１の電極としてＩｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物からなる透明薄膜１０６（図３）を形成した。このとき、発光部分に対応する領域のみに水素添加処理（水素イオン打ち込み又は水素プラズマ処理）を施して水素濃度の高い低抵抗部１０７を形成した。それと共に、前記低抵抗部１０７の周辺部に隣接して水素濃度の低い高抵抗部１０８を形成した（図４を参照）。低抵抗部１０７の抵抗値は１×１０-2Ωｃｍ以下とされ、高抵抗部１０８の抵抗値は１×１０6Ωｃｍ以上とされる。
【００２１】
本実施形態では、ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ非晶質酸化物膜１０３を堆積しパターニングした（図１を参照）。前記非晶質酸化物膜１０３上の発光部分（画素部分）以外の領域をフォトレジスト１０４で覆い、画素部分に露出した前記非晶質酸化物膜１０３にイオンインプランテーション法（例えば、住友イートンノバ製  ＭＣ−３ＩＩを用いる。）で水素１０５を打ち込んだ（図２を参照）。その結果、水素濃度の高い低抵抗部１０７と、前記低抵抗部１０７の周辺部に隣接して絶縁部分として水素濃度の低い高抵抗部１０８とが形成される（図３を参照）。
【００２２】
絶縁性を確実にするために、高抵抗部１０８をフォトリソ技術でエッチングして分離した（図４を参照）。
【００２３】
その後は、通例の有機ＥＬ発光素子の製造方法と同様に、前記透明薄膜１０６上に有機ＥＬ層１０９を形成した（図５を参照）。透明薄膜１０６のエッジ部分１１０は、有機ＥＬ層１０９が薄いために、前記エッジ部分１１０が露出して後に形成される第２の電極１１１（図６）と接触する場合がある。しかし、前記エッジ部分１１０は高抵抗部１０８であるため、エッジ部分１１０のショート不良を低減できる。そのため、第１の電極のエッジ部分を他の絶縁膜で覆う工程を省略でき、コストの低減が可能になる。
【００２４】
最後に、有機ＥＬ層１０９上に第２の電極１１１を形成し、水分や酸素の浸入を防ぐために封止部材で覆って、有機ＥＬ発光素子を得た（図６を参照）。
【００２５】
＜実施形態２＞
なお、透明薄膜１０６上にパッシベーション膜１１２が形成された構成でも同様に実施できる。ちなみに、図示例では透明薄膜１０６と駆動回路とが金属配線１１３で接続されている（図７を参照）。
【００２６】
＜実施形態３＞
上記実施形態１、２は、透明薄膜１０６に水素添加処理を施しているが、この限りでない。すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを少なくとも１つ以上含む酸化物を部分的に導電率を向上させる他の方法としては、半導体素子部をマスキングした後に、Ｘ線や電子線などのエネルギー照射処理を適用することができる。
【実施例】
【００２７】
＜実施例１＞
本発明に係る有機ＥＬ発光素子の実施例１を説明する。
【００２８】
本実施例の有機ＥＬ発光素子は、上記実施形態１の有機ＥＬ発光素子の構成に対応している。ちなみに、本実施例の有機ＥＬ発光素子は、通例の有機ＥＬ発光素子と略同様の構成であるため、本発明の特徴部分である透明薄膜付き基板のみを説明する（図４を参照）。
【００２９】
基板１０１として厚さ０．７ｍｍのガラスを用いた。その上に駆動回路を形成し、平坦化膜１０２としてポリイミド膜を２μｍの膜厚で堆積した。透明薄膜１０６の低抵抗部１０７には、イオン打ち込みによって水素濃度が２×１０20／ｃｍ3になったＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を１０００Å用いた。抵抗値は８×１０-4Ωｃｍだった。透明薄膜１０６の高抵抗部１０８には、水素添加処理無しで抵抗値が１×１０7Ωｃｍの高抵抗なＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を配置した。
【００３０】
＜実施例２＞
本発明に係る有機ＥＬ発光素子の実施例２を説明する。
【００３１】
本実施例の有機ＥＬ発光素子は、上記実施形態２の有機ＥＬ発光素子の構成に対応している。ちなみに、本実施例の有機ＥＬ発光素子も、通例の有機ＥＬ発光素子と略同様の構成であるため、本発明の特徴部分である透明薄膜付き基板のみを説明する（図７を参照）。
【００３２】
基板１０１として厚さ０．７ｍｍのガラスを用いた。その上に駆動回路を形成し、パッシベーション膜１１２としてＳｉＮｘ膜を３００ｎｍの膜厚で堆積した。透明薄膜１０６は駆動回路と並列に配置して基板１０１上に直接堆積しパターニングした。透明薄膜１０６と駆動回路は金属配線１１３で接続した。透明薄膜１０６の低抵抗部１０７には、イオン打ち込みによって水素濃度が３×１０20／ｃｍ3になったＩｎ−Ｇａ−Ｏ膜を１０００Å用いた。抵抗値は４×１０-4Ωｃｍだった。透明薄膜１０６の高抵抗部１０８には、水素添加処理無しで抵抗値が１×１０8Ωｃｍの高抵抗なＩｎ−Ｇａ−Ｏ膜を配置した。
【００３３】
＜実施例３＞
本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造方法の実施例を説明する。
【００３４】
本実施例の製造方法は、上記実施形態１の製造方法に対応している。
【００３５】
厚さ０．７ｍｍのガラス基板１０１上に駆動回路を形成し、前記駆動回路の凹凸を平坦化するためにポリイミド製の平坦化膜１０２を２μｍの膜厚で形成した。
【００３６】
前記平坦化膜１０２上の画素部分及びその近傍部分に、ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、膜厚１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ非晶質酸化物膜１０３を堆積してパターニングした（図１を参照）。この膜の抵抗値は１×１０5Ωｃｍであった。
【００３７】
前記非晶質酸化物膜１０３上の画素部分以外の領域をフォトレジスト１０４で覆い、画素部分に露出した前記非晶質酸化物膜１０３にイオンインプランテーション法で、水素１０５を３×１０20／ｃｍ3打ち込んだ（図２、図３を参照）。画素サイズは４００×４００μｍ、画素数は５０×５０個、画素部分に対応する低抵抗部１０７の抵抗値は７×１０-4Ωｃｍであった。
【００３８】
絶縁性を確実にするために、高抵抗部１０８をフォトリソ技術でエッチングして分離した（図４を参照）。
【００３９】
有機ＥＬ層１０９（ホール注入層［ＣｕＰｃ］膜厚４０ｎｍ／発光層［Ａｌｑ３］膜厚１００ｎｍ／電子注入層［ＬｉＦ］膜厚３０ｎｍ）を蒸着法で連続堆積した（図５を参照）。陰極としてＡｌ電極（第２の電極）１１１を蒸着法で３０００Å堆積した（図６を参照）。最後に封止ガラスを付けて電気的取り出しを行い、アクティブマトリックスの有機ＥＬ発光素子を得た（図示は省略）。２５０個の発光部に非発光部は見られなかった。
【００４０】
＜比較例１＞
比較例１の有機ＥＬ発光素子の製造方法を説明する。
【００４１】
上記実施例３と同様にガラス基板１０１上に駆動回路を形成し、平坦化膜１０２を２μｍの膜厚で形成した（図８を参照）。
【００４２】
前記平坦化膜１０２上に、透明薄膜としてＩＴＯ１１４をスパッター法で１００ｎｍの膜厚に堆積して画素電極（第１の電極）１１５とした（図９を参照）。この時の膜抵抗値は５×１０-5Ωｃｍであった。
【００４３】
実施例３と同様に、有機ＥＬ層１０９（ホール注入層［ＣｕＰｃ］膜厚４０ｎｍ／発光層［Ａｌｑ３］膜厚１００ｎｍ／電子注入層［ＬｉＦ］膜厚３０ｎｍ）を蒸着法で連続堆積した。陰極としてＡｌ電極（第２の電極）１１１を蒸着法で３０００Å堆積した（図１０を参照）。最後に封止ガラスを付けて電気的取り出しを行い、アクティブマトリックスの有機ＥＬ発光素子を得た（図示は省略）。２５０個の発光部で５カ所に非発光部があり、いずれもＩＴＯ電極端部の短絡が原因であった。
【００４４】
＜実施例４＞
本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造方法の実施例４を説明する。
【００４５】
先ず、ガラス基板１０１上に駆動回路を形成し、膜厚２μｍのポリイミド製の平坦化膜で表面を平坦化した（図１１を参照）。
【００４６】
次に、膜厚１００ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｏ非晶質酸化物膜をスパッター法で堆積し、レジストでパターニングした。その後、真空チャンバーの中で、１Ｐａの水素雰囲気中で１３．５６ＭＨｚのＲＦを掛けて水素プラズマを発生させ水素添付処理を行い（この時の膜中の水素濃度は、１×１０20／ｃｍ3であった。）、透明薄膜の低抵抗部１０７と高抵抗部１０８とを形成した。画素サイズは１２０μｍ×３８０μｍとした。画素数は３００×１００個とした。
【００４７】
さらに感光性ポリイミド材料からなるバンク１１６を形成した。バンク１１６に平行な取り出し電極は１００本であった。次にＣＦ4ガスによりフッ素プラズマ処理を行うことでバンク１１６とダミーバンクとを同時に撥液性にした。
【００４８】
画素部分及びその近接部分に、ディスペンス装置を用いてバンク１１６の間にホール注入層としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ溶液を図１１のように塗布し、２００℃、３０分間ベークして膜厚３０ｎｍのホール注入層を形成した。
【００４９】
次に、同様にトルエンにポリパラフェニレンビニレン誘導体ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ，５−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ］を２ｗｔ％溶かした溶液をバンク１１６の間に同様に塗布した。塗布後に１５０℃、１０分間ベークして膜厚１００ｎｍの有機ＥＬ層を形成した。なお、図１１の符号１１７は有機ＥＬ層を構成する材料の塗布軌跡を示している。
【００５０】
その後、真空蒸着装置を用いて電子注入層としてＣｓ2ＣＯ3を膜厚３ｎｍ、第２の電極としてＡｌを膜厚３００ｎｍで堆積した。
【００５１】
真空から不活性ガス中に移動して、画素部分に吸湿剤を備えたガラスキャップを接着した。
【００５２】
完成した有機ＥＬ発光素子を外部駆動回路に接続して動作させたところ、非発光部は発生しなかった。
【００５３】
＜比較例２＞
比較例２の有機ＥＬ発光素子の製造方法を説明する。
【００５４】
本比較例では、第１の電極だけを比較例１と同じように膜厚１００ｎｍのＩＴＯで形成した。その他の工程は実施例４と同様にして有機ＥＬ発光素子を得たところ、３００００個の発光部で３カ所に非発光部があり、いずれもＩＴＯ電極端部の短絡が原因であった。
【００５５】
＜比較例３＞
比較例３の有機発光素子の製造方法を説明する。
【００５６】
本比較例では、比較例２と同様に第１の電極１１５をＩＴＯで形成し、エッジ部分でのショートを防止するために、スパッター法でＳｉＮｘ膜１１８を１５０ｎｍの膜厚で堆積パターニングして第１の電極１１５の淵を覆うように配置した（図１２を参照）。その他の工程は実施例４と同様にして有機ＥＬ発光素子を得たところ、図１２のように塗布された有機ＥＬ層１０９の第１の電極１１５付近に膜厚が厚い領域１１９ができてしまった。図１３は、有機ＥＬ層１０９塗布後の実施例４の断面を表したものだが、第１の電極上では、有機ＥＬ層１０９の厚みムラは解消されていた。そのため、発光層の均一性を改善し発光強度を増加させることができる。
【００５７】
比較例３と実施例４を発光させると、比較例３の方が発光強度が弱かった。これは、厚みの厚い領域１１９において十分な電界が掛からないため、電荷の注入が阻害され極端に発光強度が弱い領域が発生した為だった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図３】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図４】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図５】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図６】本発明に係る有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図７】異なる透明薄膜付き基板を示す概略断面図である。
【図８】従来の有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図９】従来の有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図１０】従来の有機ＥＬ発光素子の製造工程を示す工程図である。
【図１１】本発明の異なる透明薄膜付き基板を示す概略平面図である。
【図１２】従来の有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【図１３】図１１の縦断面図である。
【図１４】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜中の水素濃度と抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１５】予備試験で作製した有機ＥＬ発光素子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  ガラス基板
２  透明薄膜
３  ホール注入層
４  発光層
５  Ａｌ電極
６  ポリイミドバンク
１０１  （ガラス）基板
１０２  平坦化膜
１０３  非晶質酸化物膜
１０４  フォトレジスト
１０５  水素
１０６  透明薄膜
１０７  低抵抗部
１０８  高抵抗部
１０９  有機ＥＬ層
１１０  エッジ部分
１１１  第２の電極
１１２  パッシベーション膜
１１３  金属配線
１１４  ＩＴＯ
１１５  第１の電極
１１６  バンク
１１７  有機ＥＬ層を構成する材料の塗布軌跡
１１８  ＳＩＮｘ膜
１１９  膜厚が厚い領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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