JP2004111201A

JP2004111201A - 発光素子用基板、発光素子用透明導電膜付き基板および発光素子

Info

Publication number: JP2004111201A
Application number: JP2002271650A
Authority: JP
Inventors: Megumi Kunimine; 國峯　めぐみ; Akio Fujiwara; 藤原　晃男; Yasuhiko Akao; 赤尾　安彦
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】ショートやダークスポットの発生を抑制し、リーク電流の増大を防止できる、発光素子用として好適な基板および透明導電膜付き基板の提供。
【解決手段】基板の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子用基板、および前記基板の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子用基板。前記基板上に透明導電膜が形成された有機ＥＬ素子用透明導電膜付き基板であって、前記透明導電膜の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子用透明導電膜付き基板。前記透明導電膜の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする前記発光素子用透明導電膜付き基板。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子などの発光素子の電極として用いられる基板、透明導電膜付き基板および該透明導電膜付き基板を用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパネルディスプレイは、近年の高度情報化に伴って、ますます需要が高まっている。最近特に、自己発光型で低電圧駆動が可能な有機ＥＬディスプレイが、次世代のフラットパネルディスプレイの発光素子として注目されている。また、無機ＥＬディスプレイも、同様に次世代のフラットパネルディスプレイの発光素子として注目されている。有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子は、基本的には、透明導電膜付き基板からなる電極（陽極）、電子輸送層、発光層、正孔輸送層などの有機物層、金属電極（陰極）などが積層された構造を有している。また、無機ＥＬディスプレイに用いられる無機ＥＬ素子は、基本的には、基板上に透明導電膜付き基板からなる電極、絶縁層、発光層、絶縁層、背面電極などが積層された構造を有している。
【０００３】
有機ＥＬ素子には、駆動方法の異なるアクティブ型有機ＥＬ素子とパッシブ型有機ＥＬ素子とがある。アクティブ型有機ＥＬ素子では主に無アルカリガラス基板が使用されており、一方パッシブ型有機ＥＬ素子では主にソーダライムガラス基板が使用されている。
【０００４】
特に、パッシブ型有機ＥＬ素子には、フロート法で作製されたＳＴＮ−ＬＣＤ用途のソーダライムガラス基板が、安価であるという理由により使用されている場合が多い。ＳＴＮ−ＬＣＤ用途のソーダライムガラス基板はセルギャップムラの抑制を目的として、ガラス基板のうねりを低減させる必要がある。そのため、ガラス表面の研磨を実施しているが、パッシブ型有機ＥＬ素子の用途に使用するためには、さらに微細なガラス基板の凹凸の制御を行う必要がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ガラス基板上に微細な凹凸が存在すると、その上に透明導電膜を形成しても透明導電膜上の微細な凹凸を低減することは難しく、透明導電膜上の凹凸も大きくなる。
【０００６】
有機ＥＬ素子の場合、高精細化や大型化に伴い、輝度を確保するため更に高電流を有機ＥＬ素子に印加する必要が生じる。ガラス基板上や透明導電膜上の凹凸が大きい透明導電膜付き基板を使用すると、それらの凹凸により、ショートやダークスポットが発生し、またはリーク電流が増大するなどの不具合が発生するという問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１９１４８７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ショートやダークスポットの発生を抑制し、リーク電流の増大を防止できる、発光素子用として好適な基板および透明導電膜付き基板の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子用基板を提供する。本発明においては、前記基板の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、前記発光素子用基板上に透明導電膜が形成された発光素子用透明導電膜付き基板であって、前記透明導電膜の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子用透明導電膜付き基板を提供する。本発明においては、前記透明導電膜の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、有機ＥＬ素子のショートやダークスポットの発生を抑制し、リーク電流の増大を防止するために、鋭意研究を重ねた結果、以下の点に着目するに至った。
【００１２】
ショートとは、有機ＥＬ素子作成時、または駆動中に、その部分に集中的に電流が流れ、局所的な破壊が生じることをいう。その原因は、主として、基板、透明導電膜、有機層や金属電極用の金属膜などに異物やピンホールなどを含む凹凸が存在することが原因の一つであると言われている。
【００１３】
また、ダークスポットとは、有機ＥＬ素子形成時に既に存在している、有機ＥＬ素子上に存在する非発光部を意味し、有機ＥＬ素子の駆動している時や大気中に保存している時に成長するものであり、最悪の場合、有機ＥＬ素子全面が発光しなくなることがある。その原因の一つは、有機層が結晶化することや、基板、透明導電膜、有機層や金属電極用の金属膜などの異物やピンホールなどを含む凹凸が存在することにより、凹凸部から水分や酸素などが浸入し、有機層または金属電極用の金属膜が剥離することであると言われている。
【００１４】
また、リーク電流とは、逆バイアス印加時に流れる電流を意味し、局所的に大きな電圧がかかることによって増大すると言われている。基板、透明導電膜や有機層などに微細な凹凸が存在すると、その凹凸部付近の膜厚が他の部分の膜厚と比較して薄くなり、その凹凸部付近に局所的な大きい電圧がかかることが原因の一つであると言われている。
【００１５】
すなわち、ガラス基板や透明導電膜の凹凸を無くせば、ショートやダークスポットの発生がなく、かつリーク電流の少ない有機ＥＬ素子を作製できる。以下、本発明の詳細について説明する。
【００１６】
本発明に用いる基板は、発光素子用の基板として用いられる場合、ガラス基板またはフィルム基板が好ましく用いられる。また、前記ガラス基板の厚さは、強度および透過率の観点から、０．２〜１．５ｍｍであることが好ましい。また、必ずしも平面で板状である必要はなく、曲面でも異型状でもよい。
【００１７】
前記ガラス基板としては、ソーダライムガラス基板、石英ガラス基板、無アルカリガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板などが例示される。特に、パッシブ型有機ＥＬ素子の場合、安価であるソーダライムガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板を用いることが好ましい。
【００１８】
前記基板の最大表面粗さは、ショートやダークスポットの発生が少なく、かつリーク電流の少ない有機ＥＬ素子を作製するため、２０ｎｍ以下であることが必要であり、好ましくは１０ｎｍ以下である。また、前記基板の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることが、同様の理由により好ましい。
【００１９】
基板の最大表面粗さおよび平均表面粗さを上記範囲とするためには、適当な条件でガラス基板を研磨することが好ましい。具体的には、研磨剤を用いた湿式研磨や乾式研磨といった研磨方法を挙げることができる。基板の最大表面粗さおよび平均表面粗さを上記範囲とすることにより、実用上問題となるダークスポットの発生および成長が抑制でき、またショートの発生を抑制でき、更にはリーク電流を低減することができるため、安定した有機ＥＬ素子を作製できる。
【００２０】
基板としてソーダライムガラスのようなアルカリ成分を含むガラスを使用する場合、ガラス基板からのアルカリ成分の溶出を抑えるために、基板上にシリカからなるバリア層を設けてもよい。実用上問題となるレベルのダークスポット、ショートもしくはリーク電流を抑制するためには、シリカ膜についても、異物やピンホールなどの凹凸を抑制することが好ましい。シリカからなるバリア層は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、コーティング法、イオンプレーティング法などにより作製されるが、異物が少なく、最大表面粗さおよび平均表面粗さが小さい平坦な膜が得られれば製法の制限はない。シリカ膜の厚さは、１０ｎｍ以上であることが、基板からのアルカリ成分の溶出の抑制という観点から好ましい。
【００２１】
実用上問題となるショートやダークスポットの発生がなく、かつリーク電流の少ない有機ＥＬ素子を作製するためには、基板の最大表面粗さおよび平均表面粗さを好ましい範囲とすることだけでは不十分であり、透明導電膜の凹凸を抑制する必要がある。具体的には、透明導電膜の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることが必要であり、好ましくは１０ｎｍ以下である。また、透明導電膜の平均表面粗さは１．０ｎｍ以下であることが好ましい。透明導電膜の材料としては、スズを含有する酸化インジウム（以下、ＩＴＯという。）、ガリウムを含有する酸化亜鉛、インジウムと亜鉛とを含有する酸化物などが好ましく用いられる。
【００２２】
透明導電膜の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、コーティング法などが挙げられるが、最大表面粗さおよび平均表面粗さが小さい平坦な膜が得られれば製法の制限はない。
【００２３】
また、透明導電膜の表面状態は、その成膜条件や成膜方法により大きく変わるため、透明導電膜上の凹凸を抑制するためには、適切な成膜条件や成膜方法を選択することが重要である。
【００２４】
前記成膜条件として、スパッタ法で成膜する場合、チャンバ内の酸素分圧の低い条件で成膜すると、異常突起が形成し易くなり、透明導電膜上に凸状欠点が発生し易くなる。一方、酸素分圧の高い条件で成膜すると、透明導電膜の表面粗さが大きくなる。チャンバ内におけるスパッタガス中の酸素分圧は０．１〜５体積％であることが好ましい。
【００２５】
また、透明導電膜の凹凸を低減させるために、透明導電膜の表面を処理してもよい。表面処理の方法として、物理的研磨、化学的研磨、エッチングなどが例示される。
【００２６】
また、本発明における発光素子としては、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子などが挙げられる。
【００２７】
本発明における有機ＥＬ素子は、基本的には、透明導電膜付き基板からなる電極（陽極）、電子輸送層、発光層、正孔輸送層などの有機物層、金属電極（陰極）などが積層された構造を有している。前記陽極として本発明の透明導電膜付き基板を用いることにより、リーク電流が少なく、ダークスポットおよびショートの発生数が少ない有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００２８】
電子輸送層の材料としては、例えば、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などのフタロシアニン類、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミンや、４，４’，４”−トリス（Ｎ、Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミンなどのスターバーストアミン類が使用できる。特に素子の信頼性やＩＴＯ膜との密着性の点で、銅フタロシアニンを正孔注入層の材料として用いることが好ましい。
【００２９】
前記発光層の材料としては、発光能を示す材料であれば特に限定されないが、例えば、トリス（８−キリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）などが挙げられる。前記発光層としてＡｌｑを用いる場合、前記発光層は電子輸送層としても働く。発光効率の向上、素子寿命の改善を目的として、前記発光層に各種色素などのドーピングを行ってもよい。
【００３０】
前記正孔輸送層の材料としては、正孔の注入または電子の障壁性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（フェナントレン−９−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＰＰＤ）およびトリフェニルジアミンからなる群から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００３１】
前記陰極の材料としては、仕事関数の小さい金属や合金が好ましく用いられ、Ａｌ、ＡｌＬｉ、ＭｇＡｇなどが例示され、蒸着法などで成膜される。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例（例１〜３）および比較例（例４、５）を用いて、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
（例１）
最大表面粗さが８．９ｎｍ、平均表面粗さが０．６ｎｍのソーダライムガラス基板（旭硝子株式会社製ＡＳ、板厚：０．７ｍｍ）を用意した。
【００３４】
ここで、最大表面粗さとは、ガラス基板を純水により洗浄した後、原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメンツ社製：ＮａｎｏＳｃｏｐｅ３マルチモードＡＦＭ）を用いて、ガラス基板の表面粗さを測定し、測定領域中の最も大きい凹凸の差とした。その測定領域は５μｍ×５μｍとした。また、平均表面粗さとは、ガラス基板を純水により洗浄した後、原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメンツ社製・ＮａｎｏＳｃｏｐｅ３マルチモードＡＦＭ）を用いて、ガラス基板の表面粗さを測定し、測定領域中の平均の表面粗さとした。その測定領域は５μｍ×５μｍとした。
【００３５】
ガラス基板を洗浄した後、スパッタ装置にセットし、ＲＦスパッタ法により、厚さ約２０ｎｍのシリカ膜を該ガラス基板上に形成した。このとき、ターゲットはシリカターゲットを用いた。次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、シリカ膜の上に、厚さが１７０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、ＩＴＯ膜付き基板を得た。このとき、ターゲットは、ＳｎＯ_２がＩｎ_２Ｏ_３とＳｎＯ_２との総量に対して１０質量％添加されたＩＴＯターゲットを用いた。スパッタガスは、酸素ガス（スパッタガス中に１．０体積％）とアルゴンガスとの混合ガスを用いた。
【００３６】
作製されたＩＴＯ膜の最大表面粗さおよび平均表面粗さを測定した。その結果を表１に示す。なお、ＩＴＯ膜の最大表面粗さおよび平均表面粗さの測定方法は、ガラス基板の最大表面粗さと平均表面粗さの測定方法と同じである。
【００３７】
ＩＴＯ膜付き基板をスパッタリング装置から取り出し、フォトリソグラフ法を用いたウェットエッチングにより、所定の形状にＩＴＯ膜をパターニングした。
【００３８】
更に、陽極となるＩＴＯ層の上に、ＣｕＰｃを約２０ｎｍ、Ａｌｑを約５０ｎｍ、α−ＮＰＤを約１００ｎｍ、Ａｌ膜を約２００ｎｍ形成し、５ｍｍ×５ｍｍの正方形型の有機ＥＬ素子を作製した。ＣｕＰｃ、α−ＮＰＤ、およびＡｌｑは、いずれも真空蒸着法で形成した。
【００３９】
以上のように作製された有機ＥＬ素子のリーク電流、ダークスポット発生数およびショート発生数の結果を表２に記載する。また、リーク電流、ダークスポット発生数およびショート発生数の評価方法は、以下のとおりである。
【００４０】
１．リーク電流
電流・電圧特性を測定し、リーク電流を測定した。
◎とは×を１とした場合の１０^−４未満であることを意味し、○とは×を１とした場合の１０^−４以上１０^−３未満であることを意味し、△とは×を１とした場合の１０^−３以上１未満であることを意味する。◎、○であることが、実用上好ましい。
２．ダークスポット発生数
得られた有機ＥＬ素子を、１００ｃｄ／ｍ^２で２４時間定電流駆動させた後、目視で確認されたダークスポット発生数をカウントした。１０個以下であることが実用上好ましい。
３．ショート発生数
得られた有機ＥＬ素子を、１００ｃｄ／ｍ２で２４時間定電流駆動させた後、目視で確認されたショート発生数をカウントした。０個であることが実用上好ましい。
【００４１】
（例２〜例５）
ガラス基板の最大表面粗さと平均表面粗さを表１に記載された値とした以外は、例１と同様に処理して有機ＥＬ素子を得た。作製されたＩＴＯ膜の最大表面粗さおよび平均表面粗さの結果を表１に、有機ＥＬ素子の評価結果を表２に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
表１および２より、ガラス基板およびＩＴＯ膜の最大表面粗さを２０ｎｍ以下にすると、ダークスポットやショートの発生が少なくなり、リーク電流を抑制できることが確認された。また、ガラス基板およびＩＴＯ膜の最大平均粗さを２０ｎｍ以下とし、さらに、平均表面粗さを１．０ｎｍ以下ですると、さらにダークスポットやショートの発生が少なくなり、さらにリーク電流を抑制できることが確認された。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の最大表面粗さおよび平均表面粗さを低減した基板や透明導電膜付き基板を用いることにより、ショートやダークスポットの発生を抑制し、リーク電流の増大を防止できる。

Claims

基板の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子用基板。
基板の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子用基板。
前記基板がガラス基板である請求項１または２に記載の発光素子用基板。
請求項１、２または３に記載の発光素子用基板上に透明導電膜が形成されてなる発光素子用透明導電膜付き基板であって、前記透明導電膜の最大表面粗さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子用透明導電膜付き基板。
前記透明導電膜の平均表面粗さが１．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子用透明導電膜付き基板。
請求項４または５に記載の発光素子用透明導電膜付き基板を用いて形成された発光素子。