JP2008226685A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び有機トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜性及び素子特性を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び有機トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上に陽極層２０を形成する工程と、陽極層２０上に機能層を形成する工程と、機能層上に陰極層を形成する工程とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、機能層を形成する工程は、機能層の形成材料を少なくとも１種類が２００℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解または分散させたインク組成物３０ａとして陽極層２０に塗布する工程と、陽極層２０上のインク組成物３０ａを真空常温下で乾燥し有機溶媒を除去する工程と、有機溶媒を除去した後大気圧下で焼成する工程とを有し、乾燥工程において、インク組成物３０ａをクライオポンプを用いて乾燥させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び有機トランジスタの製造方法に関するものである。

有機ＥＬ素子は、薄型、全固体型、面状自発光及び高速応答であるといった特徴を有する発光素子として、例えばフラットパネルディスプレイやバックライトなどへの応用が期待されている。このような有機ＥＬ素子は、一般に表面に陽極層が形成された基板の上に、正孔注入輸送層や発光層などの機能層を形成し、この上に陰極層を形成することで作成される。

ところで、正孔注入輸送層や発光層などの機能層を形成する際、従来のフォトリソグラフィ法による形成方法に代わり、例えばインクジェット法などの液相法を用いて、機能層材料を有機溶媒に溶解又は分散させた液状体を塗布し、これを乾燥させることによって正孔注入輸送層や発光層などの機能層を形成することが知られている。具体的には、液状体塗布後、乾燥工程において真空下で高沸点溶媒（例えば、沸点が２００℃以上）を、低温で除去する方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。このように、機能層を液相法で形成することは、フォトリソグラフィ法に比べ、製造プロセス及び製造コスト等の面で有利である。
特開平１１−５４２７２号公報 特開平１１−３３９９５７号公報

ところで、上述のようなインクジェット法等の液相法を用いた場合、微小な液滴を吐出して基板上に形成するため、液状体の乾燥制御が重要となる。つまり、上述した有機ＥＬ素子を製造する際に使用される有機溶媒は、機能層材料の溶解性や、塗布後の膜厚均一性、デバイス特性などを加味した上で決定されるもので、乾燥が速過ぎても遅過ぎても溶媒としては不適となる。

例えば、溶解性に優れた溶媒であっても、沸点が高い溶媒を用いた場合には、乾燥性が悪くなり、乾燥工程に時間を要することになったり、乾燥工程において有機溶媒及び水分を完全に除去することが難しいため、乾燥後に所望の膜厚が得られなくなったりするなどの問題が発生してしまう。
また、真空乾燥中に加熱を行うことで、液状体中に含まれる溶媒及び水分を効率良く除去できるが、真空乾燥中に加熱を行うことで、有機ＥＬ素子の成膜性及び素子特性が悪化してしまうという問題がある。

一方、塗布された機能層を乾燥させる際には、沸点が低い溶媒ほど乾燥時間を短縮することができ、生産性の向上に繋がるため有利である。しかしながら、沸点の低い溶媒は、乾燥性に優れるものの、機能層の膜厚均一性が低下しやすいため、単一の溶媒だけでこれらの要求を満たすことは困難である。
また、有機半導体層を有する有機トランジスタを液相法で形成する場合にも同様の問題点がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、成膜性及び素子特性を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び有機トランジスタの製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極上に機能層を形成する工程と、前記機能層上に第２の電極を形成する工程とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記機能層を形成する工程は、前記機能層の形成材料を少なくとも１種類が２００℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解または分散させた液状体として前記第１の電極上に塗布する工程と、前記第１の電極上の前記液状体を真空常温下で乾燥し前記有機溶媒を除去する乾燥工程と、前記有機溶媒を除去した後大気圧下で焼成する焼成工程とを有し、前記乾燥工程において、前記液状体をクライオポンプを用いて乾燥させることを特徴とする。
この構成によれば、機能層の形成材料が溶解された液状体を、クライオポンプを用いて乾燥させることで、液状体中の気体分子が極低温面に凝縮、吸着させて捕捉されるため、液状体中の有機溶媒及び水分を、真空乾燥中の加熱を必要とせず効率良く揮発させることができる。その後、焼成処理を行うことで、有機溶媒等が除去された機能層の成膜性を向上させることができるため、素子特性を向上させることできる。

また、前記乾燥工程は、真空度を１０^−２Ｐａ台以下に設定し、前記機能層が溶解された前記液状体を固体膜として形成する第１真空乾燥工程と、前記クライオポンプを用いて真空度を１０^−５Ｐａ台以下に設定し、前記固体膜中に残留している有機溶媒を除去する前記第２真空乾燥工程とを有することを特徴とする。
この構成によれば、第１真空乾燥工程において液状体の溶媒及び水分を除去して機能層の液状体を固体膜化し、さらに第２真空乾燥工程において固体膜中に残留している溶媒及び水分を、クライオポンプを用いて除去することで、固体膜中の溶媒及び水分を効率良く除去することができる。

また、前記機能層は正孔注入輸送層と発光層とを備え、前記正孔注入輸送層の液状体と前記発光層の液状体との各々に対して前記第１真空乾燥処理を施した後、前記正孔注入輸送層の固体膜と前記発光層の固体膜とに一括して前記第２真空乾燥処理を施すことを特徴とする。
この構成によれば、正孔注入輸送層と発光層とを第１真空乾燥工程において固体膜に形成した後、一括して第２乾燥処理を施すことができるため、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造時間を短縮した上で、成膜性及び素子特性を向上させることができる。

また、前記第２真空乾燥工程において、前記クライオポンプを１時間以上作動させることを特徴とする。
この構成によれば、機能層の溶媒及び水分を、より一層除去することができるため、素子特性を向上させることができる。

また、前記焼成工程の焼成温度は、前記主溶媒の沸点以下の温度であることを特徴とする。
この構成によれば、機能層の形成材料の耐熱性を考慮した上で焼成を行うことができる。

また、前記焼成工程は、不活性ガス雰囲気内で行われることを特徴とする。
この構成によれば、焼成時における機能層の形成材料の酸化を防ぐことができる。

また、前記液相法は、インクジェット法であることを特徴とする。
この構成によれば、機能層の形成材料が溶解された液状体を所定領域に所定量を確実に配することができる。

一方、本発明に係る有機トランジスタの製造方法は、前記半導体層を形成する工程では、前記半導体層の形成材料を少なくとも１種類が２００℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解または分散させた液状体として前記基板上に塗布する工程と、前記液状体を真空常温下で乾燥し前記有機溶媒を除去する工程と、前記有機溶媒を除去した後大気圧下で焼成する工程とを有し、前記乾燥工程において、前記液状体をクライオポンプを用いて乾燥させることを特徴とする。
この構成によれば、半導体層の形成材料が溶解された液状体を、クライオポンプを用いて乾燥させることで、液状体中の気体分子が極低温面に凝縮、吸着させて捕捉されるため、液状体中の有機溶媒及び水分を、真空乾燥中の加熱を必要とせず効率良く揮発させることができる。その後、焼成処理を行うことで、有機溶媒等が除去された半導体層の成膜性を向上させることができるため、素子特性を向上させることできる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。

（有機ＥＬ素子）
まず、本実施形態の有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）１００の具体的な態様を説明する。図１は本実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す断面図である。
図１に示すように、この有機ＥＬ素子１００は、基板１上に、陽極層（第１の電極）２０と、陰極層（第２の電極）６０と、これら陽極層２０と陰極層６０とに挟持された機能層５０とを備えている。

また、機能層５０は、正孔注入輸送層３０と発光層４０とを備えている。したがって、この有機ＥＬ素子１００は、基板１側から順に、陽極層２０と、正孔注入輸送層３０と、発光層４０と、陰極層６０とが積層された構造を有している。また、この有機ＥＬ素子１００は、機能層５０（発光層４０）で発光した光を基板１側から射出するボトムエミッション構造となっている。

本実施形態の有機ＥＬ素子１００は、ボトムエミッション構造であるため、基板１は、透明あるいは半透明のものが採用される。例えば、ガラス、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等が挙げられ、本実施形態では、ガラス基板が用いられるものとする。基板１の表面には、例えば薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴと称する）などからなる駆動素子（図示略）や、信号線、走査線等が形成されている。

また、機能層５０（発光層４０）で射出した光を陰極層６０側から取り出す、いわゆるトップエミッション型である場合には、この基板１の対向側である封止基板側から発光光を取り出す構成となるので、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板としては、例えば、アルミナ等のセラミックス、ステンレススチール等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したものの他に、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。

陽極層２０は、印加された電圧によって正孔を正孔注入輸送層３０に注入するものであり、ボトムエミッション構造である本実施形態では、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）などの透明導電膜により形成されている。陽極層２０は、前述した駆動素子や信号線及び走査線などと接続するように基板１上にパターニング形成されている。

また、基板１及び陽極層２０上には、バンク７０が形成されている。このバンク７０は、陽極層２０上に開口部７０ａを有し、複数の有機ＥＬ素子１００を独立させて区分するものである。バンク７０を形成する材料として、例えばポリイミド、アクリル等の絶縁性を有する有機物を用いることができる。なお、バンク７０を形成する材料として、無機物と有機物とを組み合わせたものであってもよい。

機能層５０のうち、正孔注入輸送層３０は、陽極層２０から注入した正孔を発光層４０に輸送するためのものであり、陽極層２０が形成された基板１上であって、バンク７０の開口部７０ａ内に形成されている。この正孔注入輸送層３０を構成する材料としては、特に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を水とＮ−メチルピロリドン，１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（沸点２０２℃）で分散させたものが好適に用いられる。
なお、正孔注入輸送層３０の形成材料としては、前記のものに限定されることなく種々のものが使用可能である。例えば、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体などを、適宜な分散媒、例えば前記のポリスチレンスルフォン酸に分散させたものなどが使用可能である。また、トリフェニルアミン系ポリマー等を有機溶媒中に溶解させたものも用いられる。

一方、発光層４０は、陰極層６０から注入される電子と正孔注入輸送層３０から注入される正孔とが結合して所定波長の光を発光する部分であり、正孔注入輸送層３０上に形成されている。この発光層４０を構成する材料としては、例えばポリフルオレン誘導体（ＰＦ）やポリパラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などの高分子有機材料を用いることができる。また、発光層４０としては、上記高分子有機材料に、例えばペリレン系色素や、クマリン系色素、ローダミン系色素、ルブレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、キナクリドンなどの低分子有機材料をドープしたものを用いてもよい。

そして、発光層４０は、高分子有機材料又はこの高分子有機材料に低分子有機材料をドープしたものを有機溶媒中に溶解させた溶液を正孔注入輸送層３０上に塗布して乾燥させることによって形成されている。

陰極層６０は、バンク７０及び発光層４０を覆って一面に形成されている。発光層４０の上面から順にＬｉＦ（フッ化リチウム）層、Ｃａ（カルシウム）層及びＡｌ（アルミニウム）層を積層した構成となっている。そして、陰極層６０上には、シール層（図示略）を介して封止基板（図示略）が形成されている。

（有機ＥＬ素子の製造方法）
次に、図２を参照して本実施形態における有機ＥＬ素子の製造方法を説明する。ここで、図２は、有機ＥＬ素子の工程図である。なお、以下の説明においては、陽極層２０を形成する工程までは従来と同様であるため説明を省略する。

まず、図２（ａ）に示すように、陽極層２０が形成された基板１上にバンク７０を形成する。具体的には、スピンコート法やインクジェット法、ジェットディスペンサー法、ニードルディスペンサー法等によりバンク７０の形成材料を塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を利用して、露光、現像処理を施すことで、陽極層２０に臨む開口部７０ａを有するバンク７０を形成する。

次に、基板１の表面をプラズマに曝すプラズマ処理を行う。これは、陽極層２０の表面を活性化し、さらにバンク７０の表面を改質処理することで、基板１上に液体材料に対する親和性の異なる複数の領域（親液領域及び撥液領域）を形成することを目的として行う。本実施形態では、まず、基板１を加熱する予備加熱工程を行った後、プラズマとして酸素ガスを用いたプラズマによる第１のプラズマ処理を行い、その後、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）ガス等のフルオロカーボンガスを用いたプラズマによる第２のプラズマ処理を行う。その結果、第１のプラズマ処理により、陽極層２０の表面に親液性が付与され、第２のプラズマ処理によりバンク７０の表面に撥液性が付与される。
なお、第２プラズマ処理の処理ガスは、テトラフルオロメタン（四フッ化炭素）に限らず、他のフルオロカーボン系のガスを用いることができ、大気圧プラズマ処理装置を用いる場合には、ヘリウムガスとの混合ガスを用いるとプラズマの発生を容易にし、安定性を高めることができる。一方、減圧環境下でプラズマ処理を行う場合にはフルオロカーボンガスを単体で処理ガスとして用いることができる。

また、バンク７０の形成材料は酸素ガスプラズマにより前処理した方がフッ素化されやすい、という特徴を有しており、本実施形態には特に有効である。陽極層２０の表面もこのＣＦ_４ガスを用いたプラズマ処理の影響を多少受けるが、濡れ性に影響を与える事は少なく、第１のプラズマ処理による親液性を保持した状態となる。
また、上記第２のプラズマ処理工程が終了したならば、基板１を所定温度まで冷却しておくことが好ましい。続いて行われる機能層５０を形成する工程中に基板１の温度が変動するのは工程の安定性を得る上で好ましくないためである。

次に、図２（ｂ）に示すように、陽極層２０上に機能層５０のうち、例えば厚さ５０ｎｍの正孔注入輸送層３０を形成する。具体的には、正孔輸送注入性を有する３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を水とＮ−メチルピロリドン，１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（沸点２０２℃）等の有機溶媒で溶解させた正孔注入輸送層３０のインク組成物（液状体）３０ａとしてインクジェット法等によりバンク７０内の陽極層２０上に吐出していく。

次に、図２（ｃ）に示すように、正孔注入輸送層３０のインク組成物３０ａに対して第１真空乾燥処理を施す。この第１真空乾燥工程は、バンク７０内に充填されたインク組成物３０ａ中に含まれる有機溶媒及び水分を揮発させるものである。具体的には、常温（室温）下のチャンバー（又は処理室）内でスクロールポンプ（ドライ真空ポンプ）を作動（例えば、５分）させ、チャンバー内の気体を排出していき、チャンバー内の真空度を１×１０^−２Ｐａ台にする。これにより、バンク７０内に充填されたインク組成物３０ａ中の有機溶媒及び水分が揮発していき、正孔注入輸送層３０の固体膜３０ｂを得ることができる。

ここで、さらにスクロールポンプによりチャンバー内の真空度を１×１０^−２Ｐａ台まで調整した後、ターボ分子ポンプを作動（例えば、５分）させ、１×１０^−２Ｐａ台より低い、所定の真空度に調整しておく。

続いて、正孔注入輸送層３０の固体膜３０ｂに対して第２真空乾燥処理を施す。この第２乾燥工程は、上記第１真空乾燥工程後に固体膜３０ｂ中に残留する有機溶媒及び水分を揮発させるものである。具体的には、ターボ分子ポンプによりチャンバー内の真空度を所定の真空度にまで調整した後、クライオポンプを作動（例えば、１時間）させて、チャンバー内の真空度を例えば１．９×１０^−５Ｐａまで調整する。すると、固体膜３０ｂ中に残留している有機溶媒及び水分の気体分子が極低温面に凝縮、吸着され捕捉されるため、固体膜３０ｂ中の有機溶媒及び水分が除去される。

次に、図２（ｄ）に示すように、固体膜３０ｂ中に含まれる有機溶媒及び水分が除去された後、固体膜３０ｂに焼成処理を施す。具体的には、大気圧下の窒素雰囲気中でホットプレートやランプヒータを用いて、焼成（例えば、２００℃×３０分）する。そして、正孔注入輸送層３０の形成材料が不溶化され、スピンコータ等を用いて基板１上にリンス処理を行う。これにより、不溶化されていない部分が洗浄除去されるため、不溶化された部分のみを選択的に基板１上に残存させて例えば、厚さ５０ｎｍの正孔注入輸送層３０を得ることができる。

次に、図３（ａ）に示すように、正孔注入輸送層３０上に、機能層５０のうち発光層４０を形成する。具体的には、正孔注入輸送層３０と同様に、赤色に発光するポリフルオレン系材料を例えば、主溶媒としてシクロヘキシルベンゼン（沸点２３７．５℃）と副溶媒としてキシレン（沸点１４０℃）等の有機溶媒で溶解させたインク組成物（液状体）４０ａをインクジェット法等により正孔注入輸送層３０上に吐出する。

なお、発光層４０の形成材料を溶解する有機溶媒としては、前述したシクロヘキシルベンゼン（沸点２３７．５℃）、キシレン（沸点１４０℃）の他に、１，２，３，４−テトラメチルベンゼン（沸点２０３℃）、トルエン（沸点１１０．６℃）などの有機溶媒を用いることができる。これらの有機溶媒は、発光層４０の形成材料の溶解性、乾燥性、溶液安定性、塗布性に優ており、残留溶媒としてデバイス特性に対する悪影響の度合いが小さい。また、これらの有機溶媒は、特にフルオレンとアリールアミンとを分子内に有したポリマーに対する溶解性及び溶液安定性に優れている。したがって、これらの有機溶媒を用いることによって、特性に優れた有機ＥＬ素子１００を安定して製造することができる。なお、以上のことは、正孔注入輸送層３０の形成材料にトリフェニルアミン系ポリマー等を用いた場合についても同様である。

そして、図３（ｂ）に示すように、バンク７０内の正孔注入輸送層３０上に充填されたインク組成物４０ａを上記正孔注入輸送層３０の形成方法と同様の第１真空乾燥工程及び第２真空乾燥工程において、インク組成物４０ａから有機溶媒及び水分が除去された発光層４０の固体膜４０ｂを得る。

次に、図３（ｃ）に示すように、上記正孔注入輸送層３０の形成方法と同様に、大気圧下の窒素雰囲気中でホットプレートやランプヒータを用いて、焼成（例えば、９０℃×３０分）することで、例えば厚さ８０ｎｍの発光層４０が形成される。

ここで、機能層５０（正孔注入輸送層３０及び発光層４０）の焼成工程において、溶解している有機溶媒の沸点よりも低い温度で焼成を行うことにより、機能層５０の形成材料の耐熱性を考慮した上で焼成を行うことができる。なお、焼成工程は、窒素雰囲気の他に、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気で行うことができる。このように、不活性ガス雰囲気中で焼成を行うことにより、機能層５０の形成材料の酸化を防ぐことができる。
なお、機能層５０（正孔注入輸送層３０及び発光層４０）のインク組成物３０ａ，４０ａの塗布方法は、前述したインクジェット法の他に、ディスペンサー法やスプレー法により塗布することもできる。さらに、フレキソ印刷法や、スクリーン印刷法、凸版印刷法、平板印刷法、グラビア印刷法等により形成することもできる。

続いて、発光層４０上に陰極層６０を形成する。具体的には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等で形成することができる。特に真空加熱蒸着法で、発光層４０の表面から順にＬｉＦ、Ｃａ、Ａｌを、例えば、厚さが２ｎｍ、２０ｎｍ、２００ｎｍで積層させる。

そして、陰極層６０までが形成された基板１上に、シール層を介して封止部材で封止する。この封止工程については、公知の工程を適用することができるので、詳細は省略することとする。なお、封止工程は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。大気中で行うと、陰極層６０にピンホール等の欠陥が生じていた場合にこの欠陥部分から水や酸素等が陰極層６０に侵入して陰極層６０が酸化される畏れがあるので好ましくない。

ここで、上記有機溶媒に発光層の形成材料を溶解させインク組成物を以下の条件で真空乾燥した場合の、各実施例におけるチャンバー内の真空度及び発光層を形成した際に発光層中に残留している有機溶媒、水分量、及び素子寿命(素子化した際のデバイス特性)を測定する実験を行った。結果を表１に示す。
なお、残留している有機溶媒量は、ＧＣ−ＭＳにて測定し、また水分量はカールフィッシャー水分濃度計にて測定を行った。
なお、比較例１〜４は、本実施形態における第１真空乾燥工程のみを行った場合を示すもので、そのうち比較例３，４についてはチャンバー内の圧力を下げるためにターボ分子も用いている。

表１に示すように、比較例１，２においては、スクロールポンプのみしか用いていないため、チャンバー内の圧力が高く、発光層中に多量の有機溶媒及び水分が残留していることがわかる。
比較例４と実施例１〜３とを比較すると、実施例１〜３においては真空乾燥時間及び真空度については若干劣るものの、発光層中に残留する有機溶媒及び水分を大幅に除去することができ、その結果、素子寿命も大幅に向上させることができた。実施例１〜３では、前述したように第２真空乾燥工程として、クライオポンプを用い、発光層中に含まれる気体分子を極低温面に凝縮、吸着させて捕捉しているため、発光層の固体膜中の有機溶媒及び水分が効率良く除去され、良好な結果が得られたのではないかと考えられる。

また、実施例２，３では、クライオポンプの作動時間を変化させて測定を行った。その場合、作動時間を延ばしても真空度に変化は見られないが、残留している有機溶媒及び水分は減少しており、その結果素子寿命も向上していることがわかる。
しかしながら、実施例２と実施例３からわかるように、第２真空乾燥工程において、クライオポンプを２４時間以上作動させた場合、残留している有機溶媒及び水分、素子寿命に変化はなく２４時間以上（７２時間）作動させることでの効果は見られなかった。つまり、クライオポンプの作動時間を延ばすにつれ、残留している有機溶媒及び水分、素子寿命は良好になっていくが、クライオポンプの作動時間が２４時間程度の時点でその変化量は収束するのではないかと考えられる。

一方、前述した本実施形態においては、発光層のインク組成物を塗布後、常温下で第１、２真空乾燥処理を行い、その後ホットプレート上で焼成している。そこで、比較例として発光層の形成材料を本実施形態と同様の有機溶媒に溶解させ、第１，２真空乾燥工程における乾燥器内で９０℃×３０分の加熱を行った場合と比較した。その結果を表２に示す。

同様の真空乾燥処理を行った場合、比較例のようにチャンバー内で加熱を行うことで、真空度、残留している有機溶媒及び水分の量においては、実施例より高い値を得られるものの素子寿命が低下してしまうことがわかる。
これに対し、実施例のように常温下で真空乾燥処理を行った後にホットプレート等を用いて大気圧下で焼成を行うことで、比較例と比べて残留する有機溶媒及び水分の量では劣るものの、素子寿命では大幅に向上するという結果が得られた。
比較例では、有機溶媒が完全に乾燥される前に加熱を始めることで、発光層の形成材料が真空乾燥とともに酸化してしまうためではないかと考えられる。

このように、本実施形態では、機能層５０（正孔注入輸送層３０及び発光層４０）の形成材料が溶解されたインク組成物３０ａ，４０ａを、クライオポンプを用いて乾燥させることで、インク組成物３０ａ，４０ａ中の気体分子が極低温面に凝縮、吸着させて捕捉されるため、インク組成物３０ａ，４０ａ中の有機溶媒及び水分を、真空乾燥中の加熱を必要とせず効率良く揮発させることができる。

また、第１真空乾燥工程において機能層５０のインク組成物３０ａ，４０ａの有機溶媒及び水分を揮発させ、機能層５０のインク組成物３０ａ，４０ａを固体膜３０ｂ，４０ｂ化し、さらに第２真空乾燥工程において固体膜３０ｂ，４０ｂ中に残留している有機溶媒及び水分を、クライオポンプを用いて除去することで、固体膜３０ｂ、４０ｂ中の有機溶媒及び水分を効率良く、確実に除去することができる。したがって、このような真空乾燥工程後に焼成処理を行うことで、機能層５０の成膜性を向上させることができるため、素子特性を向上させることできる。

（第２実施形態）
次に、図４に基づいて本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、主として図１〜３を援用するとともに、第１実施形態と同様となる部分については、その詳細な説明を省略する。図５は、第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の工程図である。
本実施形態では、正孔注入輸送層と発光層との第２真空乾燥工程を一括で行う点で第１実施形態と相違している。

図４（ａ）に示すように、正孔注入輸送層３０の形成工程において、第１真空乾燥工程を経て固体膜３０ｂとした状態で、バンク７０内の固体膜３０ｂ上に発光層４０のインク組成物４０ａを吐出する。なお、この時正孔注入輸送層３０の固体膜３０ｂは、発光層４０のインク組成物４０ａと組成も異なり、第１真空乾燥工程を経て既に固体膜３０ｂとして形成されているため、発光層４０のインク組成物４０ａと混ざることはない。

続いて、図４（ｂ）に示すように、インク組成物４０ａに含まれる有機溶媒及び水分を除去するために、インク組成物４０ａに対して第１真空乾燥処理を施す。具体的には、第１実施形態と同様の方法で、正孔注入輸送層３０の固体膜３０ｂ上に発光層４０の固体膜４０ｂを形成する。この時、バンク７０内の陽極層２０上には、正孔注入輸送層３０と発光層４０とが、固体膜３０ｂ、４０ｂの状態で積層されることとなる。

ここで、図４（ｃ）に示すように、固体膜３０ｂ、４０ｂに対して、一括して第２真空乾燥処理を施す。具体的には、第１実施形態と同様の方法で、ターボ分子ポンプによりチャンバー内の真空度を所定の真空度にまで調整した後、クライオポンプを作動（例えば、１時間）させて、チャンバー内の真空度を例えば１．９×１０^−５Ｐａまで調整する。すると、固体膜３０ｂ，４０ｂ中に残留している有機溶媒及び水分の気体分子が極低温面に凝縮、吸着され捕捉されるため、固体膜３０ｂ、４０ｂ中の有機溶媒及び水分が揮発していく。その結果、正孔注入輸送層３０と発光層４０を得ることができる。

その後、第１実施形態と同様の方法で、陰極層６０（図１参照）を形成し、シール層を介して封止部材で封止する。これにより、有機ＥＬ素子１００（図１参照）形成することができる。

したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することに加えて、正孔注入輸送層３０と発光層４０の形成工程において、互いに第１真空乾燥を経た後、工程第２真空乾燥工程を一括して行うことで、有機ＥＬ素子１００の製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造時間を短縮しつつ、成膜性及び素子特性に優れた有機ＥＬ素子１００を形成することができる。

なお、上述の各実施形態の有機ＥＬ素子の発光層（機能層）を、例えば白色発光材料で構成し、各画素領域のそれぞれから射出される光（白色光）を、カラーフィルタを用いて、赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれに変換することによって、フルカラーのディスプレイを形成することも可能である。

（有機ＥＬ装置）
その一例として上記有機ＥＬ素子１００は、図５に示すような有機ＥＬ装置（発光装置）１５０に好適に用いることができる。
図５は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１００を備えた有機ＥＬ装置１５０の構成を示す平面図である。

図５に示すように、有機ＥＬ装置１５０は、基板１に表示領域（図中一点鎖線の内側の領域）２と非表示領域（図中一点鎖線の外側の領域）３とを有する構成になっている。
表示領域２には、実表示領域４（図中二点鎖線の内側の領域）とダミー領域（図中二点鎖線の外側の領域）５とが設けられている。

実表示領域４内には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光が射出されるサブ画素がマトリクス状に配列されている。赤色のサブ画素、緑色のサブ画素、青色のサブ画素は１列ずつストライプ状に設けられており、このストライプが行方向に繰り返し形成されている。隣接する赤色サブ画素、緑色サブ画素、青色サブ画素が１組になって画素が形成されており、１つの画素内で赤色、緑色、青色の光を混色させることでフルカラー表示が可能になっている。

ダミー領域５には、主として各サブ画素を発光させるための回路が設けられている。例えば、実表示領域４の図中左辺及び右辺に沿うように走査線駆動回路８０が配置されており、実表示領域４の図中上辺に沿うように検査回路９０が配置されている。検査回路９０は、有機ＥＬ装置１５０の作動状況を検査するための回路である。例えば検査結果を外部ドライバなどに出力し、製造途中や出荷時における有機ＥＬ装置１５０の品質、欠陥の検査を行うことができるように構成されている。

図６は、有機ＥＬ装置１５０の等価回路図である。
有機ＥＬ装置１５０は、複数の走査線１０１…と、各走査線１０１に対して直角に交差する方向に延びる複数の信号線１０２…と、各信号線１０２に並列に延びる複数の電源線１０３…とからなる配線構成になっている。走査線１０１…と信号線１０２…との各交点付近に画素領域（サブ画素）Ｘ…を形成したものである。

信号線１０２には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ線駆動回路１００が接続されている。走査線１０１には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査線駆動回路８０が接続されている。

画素領域Ｘの各々には、走査線１０１を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用ＴＦＴ（スイッチング素子）１１２と、このスイッチング用ＴＦＴ１１２を介して信号線１０２から共有される画素信号を保持する保持容量１１３と、該保持容量１１３によって保持された画素信号がゲート電極に供給される駆動用ＴＦＴ１３０と、この駆動用ＴＦＴ１３０を介して電源線１０３に電気的に接続したときに該電源線１０３から駆動電流が流れ込む陽極層２０と、該陽極層２０と陰極層６０との間に挟み込まれた正孔注入輸送層３０及び発光層４０とが設けられている。

この有機ＥＬ装置１５０は、走査線１０１が駆動されてスイッチング用ＴＦＴ１１２がオン状態になると、そのときの信号線１０２の電位が保持容量１１３に保持され、該保持容量１１３の状態に応じて駆動用ＴＦＴ１３０のオン・オフ状態が決まる。駆動用ＴＦＴ１３０がオン状態のとき、チャネルを介して電源線１０３から陽極層２０に電流が流れ、正孔注入輸送層３０を介して発光層４０に正孔が注入される。一方、陰極層６０からは電子が発光層４０に注入される。発光層４０において注入された正孔と電子とが結合して発光する。

（有機トランジスタ）
次に、図７に基づいて本発明の第３実施形態である、有機トランジスタについて説明する。
図７（ａ）は、有機トランジスタの平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。図７中、符号１０は有機トランジスタであり、この有機トランジスタ１０は、いわゆるボトムゲート・トップコンタクト構造のものである。ただし、本発明の有機トランジスタは、ボトムゲート・トップコンタクト構造に限定されることなく、いわゆるボトムゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・トップコンタクト構造等にも適用可能ある。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の有機トランジスタ１０は、基板１１上にゲート電極１２を配設し、さらにこのゲート電極１２上にゲート絶縁膜１３を介して有機半導体層１４を配設したもので、この有機半導体層１４上に、ソース電極１５及びドレイン電極１６を配設したものである。このような薄膜トランジスタ１０では、ソース電極１５及びドレイン電極１６の間に電圧を印加した状態で、ゲート電極１２にゲート電圧を印加すると、有機半導体層１４のゲート絶縁膜１３との界面付近にチャネルが形成され、このチャネル領域をキャリア（正孔）が移動することで、ソース電極１５およびドレイン電極１６の間に電流が流れる。

このような構成の有機トランジスタ１０を形成するには、まず、基板１１を用意する。
この基板１１については、ガラス基板、シリコン基板、アルミニウムやステンレス等の金属基板、ＧａＡｓ等の半導体基板、プラスチック基板、及びこれらの基板を貼り合わせた積層基板など、いかなる基板を用いることもできる。これらのうち、価格が安く軽量で柔軟性が高い、プラスチック基板を用いるのが好ましい。

また、このような基板１１上に直接有機トランジスタ１０を形成するようにしてもよく、あるいは、このような基板１１上に絶縁層（図示せず）を介して有機トランジスタ１０を形成するようにしてもよい。この絶縁層としては、絶縁性を有する薄膜であれば既知のどのような膜を用いることもできる。なお、本発明では、このような絶縁層を形成した基板も含めて、基板１１としている。

次に、この基板１１上に、ゲート電極１２を形成する。このゲート電極１２の形成材料としては、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）等やそれらの金属を用いた合金、ＩｎＯ_２、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子、及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ_６、ＡｓＦ_５、ＦｅＣｌ_３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等、導電性を有する種々の材料を用いることができる。

また、このゲート電極１２の形成方法としては、従来公知の種々の方法が採用可能である。例えば、上記形成材料によって導電膜を形成し、この導電膜をフォトエッチングすることにより、ゲート電極１２を形成することができる。また、所定の形状（パターン形状）の開口部を形成したメタルスルーマスクを用い、これ通して基板１１上に金属膜の蒸着処理を行うことにより、エッチングを行うことなく、金属膜パターンからなるゲート電極１２を形成することもできる。さらに、金属微粒子やグラファイトのような導電性微粒子を含む液状のポリマー混合物を形成材料として用い、このような液状体を、インクジェット法等によって選択的に吐出しパターニングすることにより、簡易にしかも低コストでゲート電極１２を形成することもできる。

続いて、上記ゲート電極１２を覆うように、基板１１上にゲート絶縁膜１３を形成する。このゲート絶縁膜１３の形成材料としては、絶縁性を有する材料であれば、特に限定されることなく種々のものを用いることができ、有機材料、無機材料のいずれも使用可能である。

ここで、上記ゲート絶縁膜１３上の所望の領域に有機半導体層１４を形成する。この有機半導体層１４の形成材料としては、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）［Ｐ３ＨＴ］、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）［ＰＴＶ］、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）［ＰＰＶ］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）［ＰＦＯ］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）［ＰＦＭＯ］、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）［ＢＴ］、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ジチオフェン）［Ｆ８Ｔ２］のようなフルオレン−ビチオフェン共重合体等のポリマー有機半導体材料、またフラーレン（Ｃ６０）、あるいは、金属フタロシアニンあるいはそれらの置換誘導体、あるいはアントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、あるいは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクタチオフェンのような低分子系有機半導体のうちの１種を用い、あるいは２種以上を混合して用いることができる。

そして、上述の有機半導体層１４の形成材料に例えば、主溶媒としてシクロヘキシルベンゼン（沸点２３７．５℃）と副溶媒としてキシレン（沸点１４０℃）で溶解させた有機半導体層１４のインク組成物としてインクジェット法等により吐出していく。

次に、有機半導体層１４のインク組成物に対して第１真空乾燥処理を施す。この第１真空乾燥工程は、第１実施形態と同様の方法で行うことで、インク組成物中の有機溶媒及び水分が揮発していき、ゲート絶縁膜１３上に有機半導体層１４の固体膜を得られる。ここで、スクロールポンプによりチャンバー内の真空度を１×１０^−２Ｐａ台まで調整した後、ターボ分子ポンプを作動（例えば、５分）させ、１×１０^−２Ｐａ台より低い、所定の真空度に調整しておく。

続いて、有機半導体層１４の固体膜に対して第２真空乾燥処理を施す。この第２乾燥工程は、第１実施形態と同様の方法で行い、ターボ分子ポンプによりチャンバー内の真空度を所定の真空度にまで調整した後、クライオポンプを作動（例えば、１時間）させて、チャンバー内の真空度を例えば１．９×１０^−５Ｐａまで調整する。すると、固体膜中に残留している有機溶媒及び水分の気体分子が極低温面に凝縮、吸着され捕捉されるため、固体膜中の有機溶媒及び水分が除去される。
次に、有機溶媒及び水分が除去された有機半導体層１４の形成材料に、大気圧下の窒素雰囲気中でホットプレートやランプヒータを用いて焼成処理を施す。

なお、有機半導体層１４の形成方法としては、特にインクジェット法が用いられるが、他にも、キャスト法、引き上げ法、ラングミュアブロジェット法、スプレー法、シルクスクリーン法等が採用される。

また、有機半導体層１４の形成に先立ち、この有機半導体層１４を良好に形成するため、この有機半導体層１４の下地となる面、すなわち基板１上の上記ゲート絶縁膜１３の表面を改質処理してもよい。この表面改質処理としては、例えばヘキサメチレンジシラザン等の表面改質剤を用いた表面処理、アセトン等を用いた有機洗浄処理、塩酸等の酸や水酸化ナトリウム等のアルカリ処理、ＵＶオゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上の処理を用いることができる。

これらの処理を行うことにより、有機半導体層１４が溶解されたインク組成物を液滴塗布し、さらに乾燥した後、得られる半導体層がより所望の膜厚に近くなるように調節することができる。

次に、ソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。ソース電極１５及びドレイン電極１６の形成材料としては、前述したゲート電極１２と同様に、導電性を有する種々の材料を用いることができる。
これらソース電極１５、ドレイン電極１６の形成方法としては、上記ゲート電極１２の場合と同様、従来公知の種々の方法が採用可能である。なお、ソース電極１５とドレイン電極１６とを、必要に応じて異なる材料で形成してもよい。

このようにしてボトムゲート・トップコンタクト構造の有機トランジスタ１０を形成したら、得られた有機トランジスタ１０を水分や酸素から保護するため、該有機トランジスタ１０を覆って保護膜（図示せず）を設けてもよい。
このような保護膜としては、例えば酸化ケイ素や酸化アルミニウム、酸化タンタルのような無機酸化物、窒化ケイ素のような無機窒化物、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、パリレン膜やＵＶ硬化樹脂などの絶縁性有機ポリマー、さらにはこれらの積層膜を用いることができる。

このように本実施形態では、第１実施形態と同様に有機半導体層１４の形成材料を溶解するインク組成物を、クライオポンプを用いて乾燥させることで、有機半導体層１４を溶解しているインク組成物中の気体分子が極低温面に凝縮、吸着させて捕捉されるため、インク組成物中の有機溶媒及び水分を、真空乾燥中の加熱を必要とせず効率良く揮発させることができる。

また、第１真空乾燥工程において有機半導体層１４のインク組成物の有機溶媒及び水分を揮発させ、有機半導体層１４のインク組成物を固体膜化し、さらに第２真空乾燥工程において固体膜中に残留している有機溶媒及び水分を、クライオポンプを用いて除去することで、固体膜中の有機溶媒及び水分を効率良く、確実に除去することができる。
したがって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
つまり、本発明の有機トランジスタ１０は、電子ペーパー等に用いられる有機トランジスタとして好適なものとなり、また、電子ペーパー等のフレキシブル性が求められる電子機器のアクティブマトリクス基板を構成する薄膜トランジスタとして、好適なものとなる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。前述した正孔注入輸送層あるいは発光層のインク組成物は、低分子、高分子、デンドリマー等の分子形態に関係なく、また発光層の形成材料は、例えば蛍光、燐光材料ともに有効である。

本発明の第１実施形態の有機ＥＬ素子を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態における有機ＥＬ素子の工程図である。 本発明の第１実施形態における有機ＥＬ素子の工程図である。 本発明の第２実施形態における有機ＥＬ素子の工程図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ装置の配線構造を示す模式図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態における有機トランジスタの平面図であり、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１，１１‥基板 １４…有機半導体層（半導体層） ２０…陽極層（第１の電極層） ３０…正孔注入輸送層(機能層) ４０…発光層（機能層） ３０ａ，４０ａ…インク組成物（液状体） ３０ｂ，４０ｂ…固体膜 ５０…機能層 ６０…陰極層（第２の電極層） ７０…バンク １００…有機ＥＬ素子

Claims (8)

1. 基板上に第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極上に機能層を形成する工程と、
   前記機能層上に第２の電極を形成する工程とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
   前記機能層を形成する工程は、前記機能層の形成材料を少なくとも１種類が２００℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解または分散させた液状体として前記第１の電極上に塗布する工程と、
   前記第１の電極上の前記液状体を真空常温下で乾燥し前記有機溶媒を除去する乾燥工程と、
   前記有機溶媒を除去した後大気圧下で焼成する焼成工程とを有し、
   前記乾燥工程において、前記液状体をクライオポンプを用いて乾燥させることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
2. 前記乾燥工程は、真空度を１０^−２Ｐａ台以下に設定し、前記機能層が溶解された前記液状体を固体膜として形成する第１真空乾燥工程と、
   前記クライオポンプを用いて真空度を１０^−５Ｐａ台以下に設定し、前記固体膜中に残留している有機溶媒を除去する前記第２真空乾燥工程とを有することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
3. 前記機能層は正孔注入輸送層と発光層とを備え、前記正孔注入輸送層の液状体と前記発光層の液状体との各々に対して前記第１真空乾燥処理を施した後、前記正孔注入輸送層の固体膜と前記発光層の固体膜とに一括して前記第２真空乾燥処理を施すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
4. 前記第２真空乾燥工程において、前記クライオポンプを１時間以上作動させることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
5. 前記焼成工程の焼成温度は、前記主溶媒の沸点以下の温度であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
6. 前記焼成工程は、不活性ガス雰囲気内で行われることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
7. 前記機能層を塗布する工程において、前記機能層の形成材料をインクジェット法により塗布することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
8. 基板上に有機金属化合物からなる半導体層を備えた有機トランジスタの製造方法であって、
   前記半導体層を形成する工程は、前記半導体層の形成材料を少なくとも１種類が２００℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解または分散させた液状体として前記基板上に塗布する工程と、
   前記液状体を真空常温下で乾燥し前記有機溶媒を除去する工程と、
   前記有機溶媒を除去した後大気圧下で焼成する工程とを有し、
   前記乾燥工程において、前記液状体をクライオポンプを用いて乾燥させることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。

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