(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
基板を提供するステップと、
前記基板を固定する固定手段、および垂直方向に上下移動するとともに前記基板の下方に均一に分布される陽極成膜材料源と有機発光層成膜材料源と陰極成膜材料源とを含む複数個の成膜材料源を提供するステップと、
前記陽極成膜材料源を上昇させて前記基板に近づけ、前記基板上に陽極を形成するステップと、
前記陽極成膜材料源が陽極を完全に形成する前に、前記陽極成膜材料源を徐々に降下させるとともに、前記有機発光層成膜材料源を徐々に上昇させて有機発光層を形成することにより、前記陽極材料の成膜速度を徐々に低下させるとともに前記有機発光層の成膜速度を徐々に増加させるよう制御し、前記陽極および前記有機発光層間の第１のヘテロ接合をあいまい化するステップと、
前記有機発光層成膜材料源が有機発光層を完全に形成する前に、前記有機発光層成膜材料源を徐々に降下させるとともに、前記陰極成膜材料源を徐々に上昇させて陰極を形成することにより、前記有機発光層の成膜速度を徐々に低下させるとともに前記陰極材料の成膜速度を徐々に増加させるよう制御し、前記有機発光層および陰極間の第２のヘテロ接合をあいまい化するステップと
を具備する有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
上記基板に上記陽極と上記有機発光層と上記陰極とを形成することが、蒸着を含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記基板に上記陽極と上記有機発光層と上記陰極とを形成することが、スパッタリングを含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記陽極および陰極間に、さらに、正孔注入層と正孔伝導層と電子伝導層とを含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
上記電子伝導層が、1：1の比率でAlq3および金属インジウムを含むものである請求項４記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
上記した複数個の成膜材料源が、さらに、正孔注入層成膜材料源と、正孔伝導層成膜材料源と、電子伝導層成膜材料源とを含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
上記基板が、透明ガラス材料を含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
上記基板が、透明プラスチック材料を含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
上記陽極が、インジウムスズ酸化物を含むものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
上記有機発光層が、Alq3を含む請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
上記陰極が、アルミニウム、銀等の導電性の良好な金属から選ばれるものである請求項１記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１２】
少なくとも、
基板を提供するステップであって、前記基板の下方に均一に分布された少なくとも第１の成膜材料源および第２の成膜材料源が垂直方向に上下移動するのに対して前記基板が固定手段に固定されるように前記基板を提供するステップと、
少なくとも一つの陽極層と一つの有機発光層と一つの陰極層とを含む積層構造を、前記基板上に形成するステップとを備え、
前記積層構造形成ステップは、隣り合う二つの層間に少なくとも一つのヘテロ接合界面を形成し、かつ前記隣り合う二つの層の一方の層の前記第１の成膜材料源が該一方の層を完全に形成する前に前記第１の成膜材料源を徐々に降下させることで前記隣り合う二つの層の一方の層の成膜速度を徐々に低下させるとともに、前記隣り合う二つの層の他方の層の前記第２の成膜材料源を徐々に上昇させることで前記隣り合う二つの層の他方の層の成膜速度を徐々に増加させることにより、前記ヘテロ接合界面をあいまい化すること
を特徴とする有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
上記ヘテロ接合界面が、少なくとも上記陽極層と上記有機発光層との間に形成される請求項１２記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
上記ヘテロ接合界面が、少なくとも上記有機発光層と上記陰極層との間に形成される請求項１２記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１５】
上記積層構造が、正孔注入層と正孔伝導層と電子注入層とを含むものである請求項１２記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
上記積層構造において上記ヘテロ接合界面が形成される上記隣り合う二つの層が、上記陽極層と上記正孔注入層、上記正孔注入層と上記正孔伝導層、上記正孔伝導層と上記有機発光層、上記有機発光層と上記電子注入層、または上記電子注入層と上記陰極層のいずれかを含むものである請求項１５記載の有機発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode = OLED）の製造方法に関し、特に、ヘテロ接合（Hetero junction）をあいまい化（非急峻化）する有機発光ダイオードの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに変換することができるとともに、高い変換効率を有する半導体素子であり、よく見られる用途としては、表示ランプ、表示パネル、光学読書きヘッドの発光デバイス等がある。有機発光ダイオードデバイスは、例えば無視角であり、製造工程が容易で、低コストであり、高い応答速度を有し、使用温度の範囲が広く、フルカラー化されている等、いくつかの特性を備えているため、マルチメディア時代におけるディスプレイ特性ニーズに適合するものとして、現在、盛んに研究開発が行われている。
【０００３】
有機発光ダイオードの基本構造は、ガラス基板と、金属電極と、インジウムスズ酸化物電極と、有機発光層(Emitting Layer)とを備えるものであって、有機発光ダイオードの基本発光原理は、金属電極を陰極とし、インジウムスズ酸化物電極を陽極として、順方向バイアスを両極間に印加すると、電子と正孔とがそれぞれ金属電極とインジウムスズ酸化物電極との界面から発光層へと注入されて、２種類のキャリアが発光層中で出会い、発光再結合（Radiative Recombination）により光子（Photon）を発生することで、発光現象を達成するものである。また、電子の伝導速度が正孔の伝導速度より速いことから、電子と正孔との伝導平衡パラメーターを約１という条件にするために、インジウムスズ酸化物電極と発光層との間に正孔注入層（Hole Injection Layer = HIL）と正孔伝導層（Hole Transport Layer = HTL）とを形成するとともに、発光層と金属電極との間に電子注入層（Electron Injection Layer = EIL）と 電子伝導層（ Electron Transport Layer = ETL）とを形成させることで、キャリアが材料の差異に応じて、電子と正孔との注入／伝導平衡を達成できるようにしている。
【０００４】
図１（ａ）（ｂ）において、従来技術にかかる有機発光ダイオードの製造プロセスの断面図を示す。図１（ａ）において、例えばガラス材料の基板１００上にインジウムスズ酸化物の陽極１０１を形成させてから、陽極１０１上に有機発光層１０６を形成した後、有機発光層１０６上に金属材料の陰極１１０を形成するものである。両電極間に順方向バイアスが印加される時に、電子および正孔が、陽極１０１と陰極１１０とからそれぞれ有機発光層１０６へと注入され、２種類のキャリアが発光層１０６中で出会った時に、発光再結合により光子が発生される。図１（b）において、電子の伝導速度は正孔の伝導速度より速いことから、多くの有機発光ダイオードの製造方法では、電子注入層１０８・正孔注入層１０２・電子伝導層１０４等を加えて、そのヘテロ接合を利用することで、電子と正孔との伝導が平衡を保つようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術により形成される有機発光ダイオードの３層あるいは３層以上の構造は、各層間の界面がヘテロ接合であるので、デバイスの物理的性質および電気的特性が劣ったものとなり、電子と正孔との発光再結合効率が低下していた。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、ヘテロ接合をあいまい化（非急峻化）させて、電子ならびに正孔の発光再結合効率を向上させることができる有機発光ダイオードの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、所望の目的を達成するために、この発明にかかる有機発光ダイオードの製造方法は、例えばガラスあるいはプラスチック材料からなる基板上に陽極・有機発光層・陰極を例えば蒸着またはスパッタリングにより順番に形成するものであって、このうち、陽極を例えばインジウムスズ酸化物とし、有機発光層を例えばAlq3とし、陰極を例えばアルミニウム、銀等の導電性が良好な金属とするものである。陽極と有機発光層との界面を形成する時、先ず、陽極の基板への成膜速度を徐々に低下させると同時に、有機発光層の基板への成膜速度を徐々に高めるようにし、また、有機発光層と陰極の界面を形成する時には、有機発光層の基板への成膜速度を徐々に低下させてゆくとともに、陰極の基板に対する成膜速度を徐々に高めることにより、陽極・有機発光層・陰極各層間に傾斜濃度分布を出現させる、つまり各層間のヘテロ接合をあいまい化して、ヘテロ接合をあいまい化した有機発光ダイオードを形成するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
＜第１実施例＞
以下、この発明にかかる好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図２と図３とにおいて、この発明にかかる有機発光ダイオードの構造断面図を示す。図２において、各層の濃度を変化させることにより、有機発光ダイオードの３層構造接合を傾斜濃度分布とし、各層のヘテロ接合をあいまい化させるものである。先ず、基板２００上に陽極２０１を例えば蒸着またはスパッタリングによって形成し、陽極２０１が所望の厚さになる直前に、陽極２０１の成膜速度を徐々に低下させ、この時、有機発光層２０６の成膜速度を徐々に高めて、有機発光層２０６を形成するようにしてから、有機発光層２０６を最適な成膜速度に維持するものである。次に、有機発光層２０６が所望の厚さになる直前に、有機発光層２０６の成膜速度を徐々に低下させ、この時、陰極２１０の成膜速度を徐々に高めて陰極２１０を形成するようにした後で、陰極２１０が所望の厚さになるまで陰極２１０の成膜速度を最適に維持することにより、３層構造の有機発光ダイオードを形成するものである。
【０００９】
図３において、電子と正孔との伝導平衡を達成させるために、３層以上の構造の有機発光ダイオードを形成することができ、やはり各層の濃度を変化させることによって、基板上における３層以上の構造の接合を傾斜濃度分布とし、各層間のヘテロ接合をあいまい化するが、例えば、基板２００上に陽極２０１と正孔注入層２０２と正孔伝導層２０４と有機発光層２０６と電子注入層２０８と陰極２１０とを順番に形成して、各層の構造が所望の厚さに形成される直前に、その成膜速度を低下させると同時に、次に形成したい成膜材料の成膜速度を高めることにより、ヘテロ接合間に傾斜濃度分布を形成して、各層間のヘテロ接合をあいまい化し、有機発光ダイオード素子の物理的性質および電気特性を改善するものである。
【００１０】
図４から図５において、この発明の好適な実施例にかかる有機発光ダイオードの製造方法の装置説明図を示す。図４において、３個の成膜材料源を提供するが、この３個の成膜材料源は一直線に配列され、陽極成膜材料源３０１、有機発光層成膜材料源３０６、陰極成膜材料源３１０の順番となっているとともに、基板３００を提供するが、基板３００を例えば透明なガラスあるいはプラスチックとする。次に、基板３００を成膜材料源の上方に固定するが、この基板３００は、固定手段３２０によって水平方向の移動ならびに高速回転の持続が可能となるものである。そして、高速回転する基板３００を陽極成膜材料源３０１の上方に移動することで陽極を形成し、陽極が所望の厚さとなる直前に、基板３００を水平方向へゆっくりと有機発光層成膜材料源３０６の上方にまで移動する。従って、基板３００が陽極成膜材料源３０１から徐々に離れていく時、陽極の成膜速度は次第に低下するが、この時、この基板３００は有機発光層成膜材料源３０６へ徐々に接近しているので、基板３００上の有機発光層の成膜速度が次第に高まる。続いて、基板３００が有機発光層成膜材料源３０６の真上にまで移動した時に、最適な成膜速度で有機発光層の堆積を行う。次に、発光層が所望の厚さに形成される直前に、基板３００を陰極３１０の上方までゆっくりと移動する。従って、基板３００が有機発光層３００から次第に離れてゆく時、有機発光層の成膜速度が次第に低下するが、この時、基板３００は陰極成膜材料源３１０へ徐々に近付いているところなので、基板３００の陰極の成膜速度が次第に高まる。次に、基板３００が陰極成膜材料源３１０の真上にまで移動してきた時、最適な成膜速度により陰極を形成するが、陰極が所望の厚さになるまで続けて、３層構造の有機発光ダイオードを形成するとともに、そのヘテロ接合が、各層を傾斜濃度分布としているため、ヘテロ接合をあいまい化した有機発光ダイオードが形成されるものである。
【００１１】
図５において、このような基板３００を水平方向に移動させて有機発光ダイオードを形成する方法は、そのヘテロ接合をあいまい化することができるとともに、３個以上の成膜材料源に適用して、３層以上の有機発光ダイオード構造の形成を可能なものとするものであって、例えば、陽極成膜材料源３０１、正孔注入層成膜材料源３０２、正孔伝導層成膜材料源３０４、有機発光層成膜材料源３０６、電子注入層成膜材料源３０８、陰極成膜材料源３１０をこの順番で一直線に配列させ、基板３００を成膜材料源の上方に固定するとともに、高速回転を持続させてから、高速回転している基板３００を陽極成膜材料源３０１上方に移動して陽極を形成するが、堆積したい厚さとなる前に、正孔注入層成膜材料源３０２の上方へとゆっくり移動させるものである。同様にして、その他の各層も順番に形成してゆくと、最後に３層以上の有機発光ダイオード構造を形成することができ、かつヘテロ接合をあいまい化することができる。
【００１２】
上述した方法により、基板３００上に３層あるいは３層以上の有機発光ダイオード各層の界面が形成される時、完了しつつある成膜材料の成膜速度をゆっくりと低下させると同時に、形成したい成膜材料の成膜速度を高めて、各層の界面に傾斜濃度分布を実現させると、ヘテロ接合をあいまい化した３層あるいは３層以上の構造の有機発光ダイオードを形成することができる。
【００１３】
＜第２実施例＞
図６において、この発明にかかる好適な実施例に基づく有機発光ダイオードの製造方法の装置説明図を示す。図６において、３個の成膜材料源を提供し、これら３個の成膜材料源を成膜室中に均等に配分するものであって、それぞれ陽極成膜材料源４０１と有機発光層成膜材料源４０６と陰極成膜材料源４１０となっており、この３個の成膜材料源は、垂直方向の移動により成膜速度を変えることができるものである。また、基板４００を提供するが、この基板４００を例えばガラスまたはプラスチックとし、基板４００を３個の成膜材料源の上方に固定するとともに、基板４００が高速回転を続けるものである。先ず、垂直方向への移動により、陽極成膜材料源４０１を基板４００付近まで上昇させて陽極を形成し、所望の厚さに形成される直前に、陽極成膜材料源４０１を降下させて、陽極成膜材料源４０１を基板４００から徐々に遠ざけるので、基板４００上の陽極の成膜速度が次第に低下するが、この時、有機発光層成膜材料源４０６を上昇させることで、有機発光層を徐々に形成するが、有機発光層成膜材料源４０６が基板４００にゆっくりと近づくので、基板４００上の有機発光層の成膜速度が次第に高まるものである。有機発光層成膜材料源４０６が最高位置にまで上昇した時、最適な成膜速度により基板４００に有機発光層を形成する。そして、発光層が所望する厚さに形成される前に、有機発光層成膜材料源４０６を降下させるので、有機発光層成膜材料源４０６が基板４００から徐々に遠ざかり、基板４００上の有機発光層の成膜速度が次第に低下するが、この時、陰極成膜材料源４１０を高めることにより陰極を徐々に形成し、陰極成膜材料源４１０が基板４００へと次第に近づいているため、基板４００上における陰極の成膜速度が徐々に高まり、陰極成膜材料源４１０が最高位置にまで上昇した時、最適な成膜速度により形成したい陰極厚さとなるまで基板４００に陰極を形成すると、３層構造の有機発光ダイオードが完成するとともに、ヘテロ接合をあいまい化することができる。
【００１４】
このような成膜材料源の垂直移動により形成される有機発光ダイオードは、ヘテロ接合のあいまい化を実現することができるとともに、３個以上の成膜材料源に適用して、３層以上の有機発光ダイオード構造の形成を形成することができるものであって、例えば、陽極成膜材料源と、正孔注入層成膜材料源と、正孔伝導層成膜材料源と、有機発光層成膜材料源と、電子注入層成膜材料源と、陰極成膜材料源とを成膜室中に均等に分配してから、基板を成膜材料源の上方で固定し、持続的に高速回転させて、形成したい構造の成膜材料源を上昇させると、高速回転し続けている基板に各層の構造が形成され始め、所望の厚さになる直前に、この成膜材料源をゆっくりと降下させると同時に、次に形成したい構造の成膜材料源を上昇させるものである。同様に、３個以上の成膜材料源のステップを順番に行うと、最後に３層以上の有機発光ダイオード構造が形成されて、有機発光ダイオードのヘテロ接合をあいまい化することができるので、デバイスの物理的性質ならびに電気特性を改善することができる。
【００１５】
成膜材料源を垂直に移動してその成膜速度を制御することにより、成膜材料源昇降の加速度と成膜速度との関係を利用して、基板に対する成膜速度を制御することがでる。仮に、成膜材料源から基板までの距離をＬとすれば、Ｌと成膜速度との関係は、数式１の通りとなる。
【００１６】
【数１】
0003775482.tif 000002
【００１７】
加速度により成膜源の基板に対する成膜率を補正することができ、成膜速度とＬとの関係式は、数式２の通りとなる。
【００１８】
【数２】
0003775482.tif 000003
【００１９】
従って、成膜材料源が昇降する加速度の大きさを制御することで、堆積させたいヘテロ接合のあいまい化の度合いを制御することができる。
【００２０】
以上のごとく、この発明を好適な実施例により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【００２１】
【発明の効果】
上記構成により、この発明にかかる有機発光ダイオードの製造方法は、２種類の特殊な手段により、有機発光ダイオードを形成し、そのヘテロ接合の界面をあいまい化し、無層構造の有機発光ダイオードを形成できるので、ヘテロ接合の界面が明確すぎて有機発光ダイオード素子の物理的特性および電気特性を劣化させていた従来技術を改善することができる。従って、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （a）（b）は、従来技術にかかる有機発光ダイオードの構造断面図である。
【図２】  この発明にかかる好適な実施例に基づく有機発光ダイオードの構造断面図である。
【図３】  この発明にかかる好適な実施例に基づく有機発光ダイオードの構造断面図である。
【図４】  この発明にかかる好適な実施例の有機発光ダイオード製造方法に基づく装置説明図である。
【図５】  この発明にかかる好適な実施例の有機発光ダイオード製造方法に基づく装置説明図である。
【図６】  この発明にかかる好適な実施例の有機発光ダイオード製造方法に基づく装置説明図である。
【符号の説明】
２００  基板
２０１  陽極
２０２  正孔注入層
２０４  正孔伝導層
２０６  有機発光層
２０８  電子注入層
２１０  陰極
３００  基板
３０１  陽極成膜材料源
３０２  正孔注入層成膜材料源
３０４  正孔伝導層成膜材料源
３０６  有機発光層成膜材料源
３０８  電子注入層成膜材料源
３１０  陰極成膜材料源
３２０  基板の固定手段
４００  基板
４０１  陽極成膜材料源
４０２  正孔注入層成膜材料源
４０４  正孔伝導層成膜材料源
４０６  有機発光層成膜材料源
【図１】
0003775482.tif 000004
【図２】
0003775482.tif 000005
【図３】
0003775482.tif 000006
【図４】
0003775482.tif 000007
【図５】
0003775482.tif 000008
【図６】
0003775482.tif 000009