JP2007265659A

JP2007265659A - 有機ｅｌ素子の製造方法

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Publication number: JP2007265659A
Application number: JP2006085774A
Authority: JP
Inventors: Yusho Shida; 有章志田; Tokuo Shinpo; 徳夫新保
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】光の取り出し効率を向上させることが可能な反射性電極の反射角を乱す構造を高精度、かつ生産性よく形成することができる製造方法を提供すること。
【解決手段】透光性基板上１に、発光層４を含む複数の層からなる機能性有機層８を透光性導電性材料からなる透光性電極１と反射角を乱す構造を有する反射性電極７との間に挟持してなる有機ＥＬ素子９を配設してなる製造方法に関し、機能性有機層８の少なくも1層、例えば正孔輸送層３に凹凸を形成する工程を含み、前記工程は、レーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて、機能性有機層８の正孔輸送層３を部分的に気化させ凸部３ａを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透光性基板上に、少なくとも発光層を有する機能性有機層を透光性導電性材料からなる透光性電極と反射角を乱す構造を有する反射性電極との間に挟持してなる有機ＥＬ素子を配設してなる有機ＥＬパネルの製造方法に関し、特に発光効率を向上させる有機ＥＬパネルの製造方法に関するものである。

有機ＥＬ素子のような自己発光型表示装置では、発光層より発光した光を外部へ取り出す場合、素子を構成する基板、透光性電極や発光層など複数層からなる有機膜の屈折率で一意的に決まる全反射臨界角以上の光が全反射してしまい、導波光として損失し外部へ取り出すことができないことが知られている。また、第２電極側となる背面電極を反射性電極（例えばアルミ電極）を用いる有機ＥＬ素子の場合においても、発光層で発光し第１電極側となる透光性電極から直接外部に取り出される光、ならびに前記反射性電極での反射を経由し外部に取り出される光においても、同様に全反射臨界角を超える光は導波光として損失し、全体の２０％程度しか外部へ取り出すことができないことが知られている。（例えば、リアライズ理工センター発行の「有機ＥＬハンドブック」参照）。

上記の２０％程度しかない外部へ取り出すことができる発光の比率（以下、光の取出し効率と言う）を向上させることができれば、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイ、計器表示、照明装置などの明るさを飛躍的に高めることが期待されており、各所で様々な研究開発が行われている。このように光の取り出し効率の向上は、例えば、効率を現状の２倍（すなわち約４０％）にできれば、駆動用ＩＣの出力電流容量を半分に減らすことができたり、また配線に用いる電極の配線幅を小さくすることが可能となり、ディスプレイモジュールの小型化や、同一面積のガラス基板で形成できる素子の数量増大、使用する駆動ＩＣの低コスト化などの有機ＥＬパネルのアプリケーション面、製造コスト面からの期待も大きい。

光の取出し効率を向上させるものとしては、反射性電極（背面電極）の反射角を乱す構造とすることが特許文献１や特許文献２にて提案されている。すなわち、特許文献１は、前記反射性電極をテーパー形状にすることで導波光を外部へ取り出すため光として集光させたり、特許文献２は、前記反射性電極に微小突起を用いることにより反射光の一部を散乱により集光させたりして、光の取り出し効率を向上させる構造が開示されている。また、他の方法により光の取出し効率を向上させるものとしては、溶剤を用いて有機層の第１層目（正孔輸送層）に凹凸を形成し、その後第２層目以降の有機層及び反射性電極を順次形成することで凹凸を形成するものが特許文献２に開示されている。また、他の方法により光の取出し効率を向上させるものとしては、特許文献３に開示されるものがある。特許文献３には、所定の位置に孔を有した蒸着マスクを用いて有機層の第１層目（正孔輸送層）を凹凸に形成した後に、その後第２層目以降の有機層及び反射性電極を順次形成することで凹凸を形成するものや、溶剤を用いて有機層の第１層目（正孔輸送層）に凹凸を形成形成するものが開示されている。
特開平１０−１８９２４３号公報特開平１１−２１４１６２号公報特開平１７−２２８５０１号公報

しかしながら、特許文献３は、蒸着マスクを用いるものであるが、蒸着装置の性能に起因する凹凸形状の変形やばらつきを光学波長レベルで精度よく調整することは非常に困難であり、有機層内に凹凸を光学波長レベルに精度よく、生産性よく形成することは非常に困難であることが現状である。また、特許文献３に開示される製造方法では、凹凸形状の制御が透光性電極と有機材料（溶質）、溶液の凝集エネルギーで決定される、いわゆる「濡れ性」により決まってしまうことから、凹凸段差や凹凸ピッチなど意図した形状を正確に形成できず、さらには、水分や溶剤を嫌う真空蒸着工程の中途で溶剤を用いる工程を実施することは製造上困難であり、残留した溶剤による有機層の性能低下が懸念される。以上述べたように、精度と生産性を兼ね備えた実用的な、反射性電極の反射角を乱す構造を形成する方法は未だ存在しないというのが現実であった。

本発明は、前述した問題に鑑みなされ、光の取り出し効率を向上させることが可能な反射性電極の反射角を乱す構造を高精度、かつ生産性よく形成することができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するため、請求項１に記載した有機ＥＬパネルの製造方法のように、透光性基板上に、発光層を含む複数の層からなる機能性有機層を透光性導電性材料からなる透光性電極と反射角を乱す構造を有する反射性電極との間に挟持してなる有機ＥＬ素子を配設してなる有機ＥＬパネルの製造方法であって、前記機能性有機層の少なくも1層に凹凸面を形成する工程を含み、前記工程は、レーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて、前記機能性有機層の少なくとも１層を部分的に気化させ凸部もしくは凹部を形成してなるものである。

本発明は、透光性基板上に、少なくとも発光層を有する機能性有機層を透光性導電性材料からなる透光性電極と反射角を乱す構造を有する反射性電極との間に挟持してなる有機ＥＬ素子を配設してなる有機ＥＬパネルの製造方法に関し、有機ＥＬ素子の光の取り出し効率を向上させることが可能な反射性電極の反射角を乱す構造を高精度、かつ生産性よく形成することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１において、有機ＥＬパネルＡは、透光性のガラス材料からなる透光性基板１上に、第１電極である透光性電極（陽極）２と、正孔輸送層３と、発光層４と、電子輸送層５と、電子注入層６と、第２電極である反射性電極（陰極）７とを順次形成してなるものであり、正孔輸送層３，発光層４，電子輸送層５及び電子注入層６によって機能性有機層８を構成し、透光性電極２と、機能性有機層８と、反射性電極７とで有機ＥＬ素子９を構成する。

透光性電極２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。

有機層８は、正孔輸送層３，発光層４，電子輸送層５及び電子注入層６を蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚８０〜２８０ｎｍ程度の層状となるものである。

正孔輸送層３は、透光性電極２から正孔を取り込み発光層４へ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

発光層４は、ホスト材料にゲスト材料として少なくとも蛍光材料を蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。前記ホスト材料は、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体等からなる。前記蛍光材料は、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青緑色発光を示す出光興産株式会社製のＢＤ１０２からなる。

電子輸送層５は、発光層４へ電子を伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子移動度の高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

電子注入層６は、反射性電極７から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の層状に形成してなる。

反射性電極７は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものである。

次に、図１乃至図３を用いて有機ＥＬパネルＡの製造方法について詳述する。

真空蒸着装置（図示しない）に連結された真空レーザー加工室に配設されたレーザー１０を用いたアブレーション現象により、機能性有機層８の第１層となる正孔輸送層３を部分的に気化せしめる。なお、気化した不要な有機物は、ガス状態のまま前記真空蒸着装置に配設される真空ポンプにより排気することで、基板への再付着を防止することができる。

レーザー加工に用いるレーザー１０は、好ましくは、高励起エネルギーを有するエキシマレーザーやＹＡＧの高波長レーザー、ＨｅＣｄレーザーなどが適している。正孔輸送層３を微細な形状で精度よく気化させ、かつ残すべき正孔輸送層３への熱的な悪影響（熱による溶融、転移、結晶化など）を排除するためには、短パルスにてアブレーション現象を引き起こす必要があり、加工部外（気化させる箇所）の機能性有機層（有機ＥＬ素子）８への熱的寄与が少ない高励起エネルギーを有するレーザー種が好適である。

図２は、透光性電極１上に形成した透光性電極２上の正孔輸送層３に、凸部３ａを形成するべく凸部３ａ以外の不要な正孔輸送層３を除去した状態を示している。

エキシマレーザーを用いた加工法としては、パルス方式がアブレーション現象を発生させるに有効であり、パルス幅は短いほど熱的損傷を低減し、加工精度を向上させることができる。好ましくは、１００μ秒以下が望ましく、より好ましくは１００ナノ秒以下、さらに好ましくはピコ秒，フェムト秒である。例えば、フッ化アルゴンレーザー(ＡｒＦ)であれば、パルスエネルギ２１０ｍＪ〜２５０ｍＪ、ＰＰＳ(パルス数/秒)２０〜２００で望ましい加工が得られ、またフッ化クリプトンレーザー（ＫｒＦ）であれば、パルスエネルギ４３０ｍＪ〜５００ｍＪ、ＰＰＳ２５〜２００で望ましい加工が得られる。

正孔輸送層３を部分的に除去するための他の加工法としては、電子線描画法又はイオンビーム加工が用いられる。

電子線照射を用いた加工法（電子線描画法）では、電子線加速電圧は２ｋＶ以上で通常５０ｋＶ以下が望ましい。

イオンビームを用いた加工法では、アルゴンや酸素、ガリウムなどイオンビーム照射においては、数百ｅＶ〜５０ｋｅＶでの照射で加工可能であるが、低エネルギーではビームの広がりにより加工精度がでにくいため、１０ｋｅＶ〜３０ｋｅＶ程度での照射が好ましい。

上記何れかの加工法を用いることによって、正孔輸送層３の材料にて凸部３ａを形成することができる。その後、凸部３ａ上に従来の蒸着法により正孔輸送層３を蒸着し凸部３ａを有する正孔輸送層３を形成して正孔輸送層３に凸３ａ及び凹部３ｂを形成した後、機能性有機層８の２層目，３層目及び４層目となる発光層４，電子輸送層５及び電子注入層６を順次蒸着により積層形成し機能性有機層８を得て、機能性有機層８上に反射性電極７を蒸着により形成することで、反射角を乱す凸部７ａ及び凹部７ｂを備えた構造を有する反射性電極７を得ることができる。

かかる有機ＥＬパネルＡの製造方法は、透光性基板上１に、発光層４を含む複数の層からなる機能性有機層８を透光性導電性材料からなる透光性電極１と反射角を乱す構造を有する反射性電極７との間に挟持してなる有機ＥＬ素子９を配設してなる製造方法に関し、機能性有機層８の少なくも1層、例えば正孔輸送層３に凹凸を形成する工程を含み、前記工程は、レーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて、機能性有機層８の正孔輸送層３を部分的に気化させ凸部３ａを形成するものである。

従って、正孔輸送層３をレーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて、正確な位置を部分的に除去して再び正孔輸送層３を蒸着することで、正孔輸送層３に凹凸を形成し、その後に順次発光層４，電子輸送層５，電子注入層６及び反射性電極７を形成することによって反射角を乱す構造を有する反射性電極７を得ることができることから、有機ＥＬ素子９の光の取り出し効率を向上させることが可能な反射性電極の反射角を乱す構造を高精度、かつ生産性よく形成することができる。

なお、本発明の実施形態では、正孔輸送層３に凹凸部をレーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて形成するものであったが、本発明にあっては、機能性有機層８の何れかの層にレーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて形成するものであってもよい。

また、本発明の実施形態では、正孔輸送層３に凸部３ａを形成するべく凸部３ａ以外の正孔輸送層３をレーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて除去しているが、レーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて凹部を形成することで反射角を乱す凹凸構造を有する反射性電極７を形成することができる。

また、本発明の実施形態では、正孔輸送層３に凸部３ａを形成した後に再び正孔輸送層３に形成したが、凸部３ａ上に正孔輸送層３を形成することなく、次なる層（有機層４）を形成するようにしてもよい。

本発明の実施形態の有機ＥＬパネルを示す要部断面図である。同上実施形態の有機ＥＬパネルの製造方法を説明する図である。同上実施形態の製造工程における有機ＥＬパネルを説明する図である

符号の説明

Ａ有機ＥＬパネル
１透光性基板
２透光性電極
３正孔輸送層
４発光層
５電子輸送層
６電子注入層
７反射性電極
８機能性有機層
９有機ＥＬ素子
１０レーザー
３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ凸部

Claims

透光性基板上に、発光層を含む複数の層からなる機能性有機層を透光性導電性材料からなる透光性電極と反射角を乱す構造を有する反射性電極との間に挟持してなる有機ＥＬ素子を配設してなる有機ＥＬパネルの製造方法であって、
前記機能性有機層の少なくも1層に凹凸面を形成する工程を含み、前記工程は、レーザー加工又は電子線描画法又はイオンビーム加工を用いて、前記機能性有機層の少なくとも１層を部分的に気化させ凸部もしくは凹部を形成してなることを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。