JP3175712B2 - Dlc保護膜と該保護膜を用いた有機el素子及びそれらの製造方法 - Google Patents
Dlc保護膜と該保護膜を用いた有機el素子及びそれらの製造方法Info
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Landscapes
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
保護膜を用いた有機EL(エレクトロ・ルミネッセン
ス)素子及びそれらの製造方法に関し、特に、所定の水
素分圧下で成膜されたDLC膜を具備するDLC保護膜
と該保護膜を有する有機EL素子及びそれらの製造方法
に関する。
るために、陰極材料としてアルカリ金属類などの電子注
入に優れている材料を使用しているが、その反面、酸
素、水分等との間で反応性が高いという問題がある。ま
た同様に、有機EL材料においても発光効率の高い材料
を使用しているが、大気中の酸素や水分により化学劣化
が生じ、輝度、色度等の発光特性が低下する恐れがあ
る。
を参照しながら説明する。図5は従来の有機EL素子の
断面図である。図5に示すように、従来の有機EL素子
は、ガラス基板1上にITO(インジウム-スズ酸化物)
からなる陽極(透明電極)2を形成し、この上に正孔注入
輸送層、発光層、電子注入輸送層などの有機EL層3及
び陰極4等を形成することにより構成されている。更
に、ここで陰極部及び有機EL層の腐食防止の為に、保
護膜9を被覆させている。
86号公報では、SiO2、Si3N 4等の保護膜を被覆
させているが、長期間素子の寿命を保持させるためには
保護膜厚は100nm以上必要としている。また、特開
平5−101885号公報では、有機EL層表面に、ビ
ッカース硬度3000〜8000kg/mm2以上を有す
るイオン化蒸着法によるダイヤモンド様薄膜を形成させ
ており、このときの膜厚は0.5μm以上である。更
に、特開昭63−259994号公報においては、EL
素子を炭素原子及び水素原子からなるアモルファス状炭
素膜で密閉させており、このときの膜厚は数10nm〜
数μmくらいが適当としている。
何れの従来例においても、有機EL素子の保護膜とし
て、SiO2、Si3N4等あるいはDLC膜を使用して
いるが、これらの保護膜において膜特性の異なる二層以
上のDLC膜を連続的に積層する構成に関しては記述さ
れていない。また、DLC膜を被覆させている従来例に
おいても、DLC膜特有の高密着性及び高硬度(高密
度)を効果的に作用させているものはない。従って、こ
れらの保護膜の下地膜厚も含めたトータル膜厚は数10
nm以上を必要としている。
の保護膜ではステップカバレージが不十分であり、緻密
さにも欠ける。また、DLC膜を被覆させたとしても、
これが単層膜である限り、膜密着性を重視すると最適な
膜硬度は得られず、反対に膜硬度を重視すると最適な膜
密着性は得られない。従って、単層膜である限り膜密着
性、膜硬度の双方を満足する保護膜は得られないからで
ある。
のであって、その主たる目的は、十分な膜の密着性と緻
密性を併せ持ち、かつ膜厚の薄いDLC保護膜と該保護
膜が形成された有機EL素子及びそれらの製造方法を提
供することにある。
に、本発明は、第1の視点において、基板上に形成した
DLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)膜以外の絶
縁性の下地膜と前記下地膜の上に積層した少なくとも2
層以上のDLC膜からなるDLC保護膜であって、前記
基板に形成した前記下地膜に密着する第1のDLC膜
が、内部応力が小さくなるような20%以上25%以下
の水素分圧下で成膜され、前記DLC保護膜のうち、前
記下地膜に密着する前記第1のDLC膜以外の少なくと
も一層の第2のDLC膜が、密度が大きくなるように水
素を実質的に含まない条件下で成膜されているものであ
る。
LC膜以外の絶縁性の下地膜と少なくとも2層以上のD
LC膜とを基板上に積層するDLC保護膜の製造方法で
あって、(a)前記基板に形成した前記下地膜に密着す
る第1のDLC膜を内部応力の小さくなる水素分圧20
%以上25%以下の条件下で成膜する工程と、(b)前
記第1のDLC膜の上に、第2のDLC膜を密度が大き
くなるように水素を実質的に含まない条件下で成膜する
工程と、を少なくとも含むものである。
ラス基板上に陽極と有機EL層と陰極とがこの順に積層
され、これらを覆うように前記ガラス基板上にDLC保
護膜が形成されている有機EL素子において、前記DL
C保護膜が、アモルファスシリコンからなる下地膜と前
記下地膜の上に積層した少なくとも2層以上のDLC膜
からなり、前記少なくとも2層以上のDLC膜は、前記
下地膜に密着する第1のDLC膜と、前記第1のDLC
膜以外の少なくとも一層の第2のDLC膜がこの順に積
層して構成され、前記第1のDLC膜が、水素分圧20
%以上25%以下の条件下で成膜されているものであ
る。また、本発明は、第4の視点において、ガラス基板
上に陽極と有機EL層と陰極とがこの順に積層され、こ
れらを覆うように前記ガラス基板上にDLC保護膜が形
成されている有機EL素子において、前記DLC保護膜
が、アモルファスシリコンからなる下地膜と前記下地膜
に積層した少なくとも2層以上のDLC膜とからなる積
層構造をなし、前記積層構造のDLC保護膜のうち、前
記ガラス基板に形成した前記下地膜に密着する第1のD
LC膜が内部応力の小さいDLC膜により構成され、前
記2層以上のDLC膜のうちの前記第1のDLC膜以外
の少なくとも一層の第2のDLC膜が、密度の大きいD
LC膜により構成され、前記第1のDLC膜が、水素分
圧20%以上25%以下の条件下で成膜されているもの
である。
さが10nm以下であることが好ましく、また、前記D
LC保護膜の少なくとも一層以上のDLC膜が、内部応
力が小さくなるような所定の水素分圧下で成膜されたD
LC膜により形成されている構成とすることもできる。
C膜が、水素分圧20%以上25%以下の条件下で成膜
され、前記第2のDLC膜が、水素を実質的に含まない
条件下で成膜され、前記第1のDLC膜又は第2のDL
C膜がCVD法又はスパッタ法により形成された膜であ
ることが好ましい。
(a)陽極と有機EL層と陰極とがこの順に積層された
ガラス基板上に、アモルファスシリコンからなる下地膜
形成後、第1のDLC膜を内部応力(ストレス)が小さ
くなるような水素分圧20%以上25%以下の条件下で
前記下地膜に密着して成膜する工程と、(b)前記第1
のDLC膜の上に、第2のDLC膜を密度が大きくなる
ように水素を実質的に含まない条件下で成膜する工程
と、を少なくとも含むものである。
の好ましい一実施の形態において、ガラス基板(図1の
1)上に陽極(図1の2)と有機EL層(図1の3)と
陰極(図1の4)とがこの順に積層され、これらを覆う
ようにガラス基板上にDLC保護膜(図1の5)が形成
されている有機EL素子であって、DLC保護膜が、ア
モルファスシリコンからなる下地膜(図2の6)と少な
くとも2層以上のDLC膜とを積層した構造をなし、そ
の積層のうち、ガラス基板に形成した下地膜に密着する
第1のDLC膜(図2の7)が内部応力が小さくなるよ
うな水素分圧20%以上25%以下の条件下でCVD法
又はスパッタ法によって成膜され、その上に積層される
第2のDLC膜(図2の8)が密度が大きくなるように
水素を実質的に含まない条件下でCVD法又はスパッタ
法によって成膜されている。
構造にすることによって、DLC保護膜は、内部応力の
小さい第1のDLC膜によって陰極やガラス基板との密
着性を高めながら、緻密性の高い第2のDLC膜によっ
て酸素や水分から有機EL素子を保護することができ
る。また、各DLC膜の成膜条件を最適化することによ
って、トータルの膜厚を10nm以下の薄膜にすること
ができる。
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図1乃至図
4を参照して以下に説明する。図1は、本発明の一実施
例に係るDLC保護膜を用いた有機EL素子の構造を模
式的に説明するための断面図であり、図2は、DLC保
護膜の構造を示す断面図である。また、図3は、DLC
保護膜のストレスと水素分圧(前記DLC保護膜におけ
る第1のDLC膜を成膜する際の水素分圧)の関係を示
す図であり、図4は、DLC保護膜の硬度と水素分圧
(前記DLC保護膜における第2のDLC膜を成膜する
際の水素分圧)の関係を示す図である。
子は、従来例と同様に、ガラス基板1上にITO(イン
ジウム-スズ酸化物)からなる陽極(透明電極)2を形成
し、この上に正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層
などの有機EL層3及び陰極4等を形成することにより
構成されている。本実施例では、陰極部及び有機EL層
の腐食防止のために、DLC保護膜5を被覆させてい
る。
は、絶縁性の下地膜であるアモルファスSi膜6と前記
アモルファスSi膜に積層した第1のDLC膜7と前記
第1のDLC膜に積層した第2のDLC膜8により構成
された絶縁膜であり、CVD法あるいはスパッタ法によ
り低温で成膜される。成膜方法は、まず陰極4に絶縁性
の下地膜としてアモルファスSi膜6を成膜する。この
とき、アモルファスSi膜を成膜する前に前処理として
逆スパッタを施し、陰極4表面を清浄化しても良い。
の第1のDLC膜7は、水素分圧が20%以上25%以
下となる条件下で成膜することが特徴である。その理由
は、第1のDLC膜の成膜時の水素分圧とDLC保護膜
5のストレス(内部応力)の関係を表す図3に示すよう
に、水素分圧が20%以上25%以下の条件下で第1の
DLC膜7を成膜した場合、DLC保護膜5のストレス
を最も小さくすることができるからである。すなわち、
DLC保護膜のストレスが小さければDLC保護膜5の
剥離を抑制し、ガラス基板1や陰極4との密着性を高め
ることができるからである。
して二層のDLC膜を形成させる。この第2のDLC膜
8は、水素を実質的に含まない(例えば、水素分圧0
%)条件下で成膜することが特徴である。その理由は、
第2のDLC膜の成膜時の水素分圧とDLC保護膜5の
硬度(膜密度)の関係を表す図4に示すように、水素分
圧が少ない条件で成膜した方が、DLC保護膜5の硬度
(膜密度)を最も高くすることができるからである。す
なわち、第2のDLC膜の密度が高ければ、酸素や水分
が第2のDLC膜を浸透するのを抑制することができ、
DLC保護膜として必要な膜厚を薄くすることが可能と
なるからである。
程度、第1のDLC膜7と第2のDLC膜8は、併せて
3〜8nm程度あればよく、従って、DLC保護膜の膜
厚としてはトータルとして10nm以下であり、従来に
比べて超薄膜で構成されている。
が小さくステップカバレージの良好な第1のDLC膜に
よりDLC保護膜と陰極との密着性を向上させ、硬度
(膜密度)の高い第2のDLC膜により大気中の酸素や
水分が陰極部及び有機EL層へ透過するのを極力抑制す
ることができる。従って、従来に比べて薄い膜厚であり
ながら、DLC保護膜として十分に機能することができ
る。
として、DLC膜が2層構造の例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
3層以上のDLC膜(第1のDLC膜7と同様のもの)
をアモルファスSi膜6と第2のDLC膜8の間に積層
しても同様の効果を奏する。なお、この第1のDLC膜
はCVD法或いはスパッタ法により低温で成膜される。
高温高湿環境においても大気中の酸素や水分による陰極
部及び有機EL層の腐食を抑制することができ、従っ
て、有機EL素子の寿命特性が向上し、長期的信頼性を
得ることができるという効果を奏する。
LC膜以外の絶縁性の下地膜と、前記下地膜の上に積層
した少なくとも2層以上のDLC膜からなるDLC保護
膜であって、前記少なくとも2層以上のDLC膜が、前
記下地膜に密着しストレスが小さくステップカバレージ
の良好な第1のDLC膜と、前記第1のDLC膜以外の
少なくとも一層の緻密な第2のDLC膜により構成され
ているため、基板との密着性に優れ、かつ、大気中の酸
素や水分から陰極部及び有機EL層を保護することがで
きるからである。
膜を10nm以下の超薄膜で被覆させることができるた
め、更に薄型の有機ELディスプレイを提供することが
できるという効果も有する。
有機EL素子の構造を説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
ストレスと水素分圧(前記DLC保護膜における第1の
DLC膜を成膜する際の水素分圧)の関係を説明するた
めの図である。
硬度と水素分圧(前記DLC保護膜における第2のDL
C膜を成膜する際の水素分圧)の関係を説明するための
図である。
ある。
Claims (12)
- 【請求項1】基板上に形成したDLC(ダイヤモンド・
ライク・カーボン)膜以外の絶縁性の下地膜と前記下地
膜の上に積層した少なくとも2層以上のDLC膜からな
るDLC保護膜であって、 前記基板に形成した前記下地膜に密着する第1のDLC
膜が、内部応力が小さくなるような20%以上25%以
下の水素分圧下で成膜され、 前記DLC保護膜のうち、前記下地膜に密着する前記第
1のDLC膜以外の少なくとも一層の第2のDLC膜
が、密度が大きくなるように水素を実質的に含まない条
件下で成膜されている、ことを特徴とするDLC保護
膜。 - 【請求項2】DLC膜以外の絶縁性の下地膜と少なくと
も2層以上のDLC膜とを基板上に積層するDLC保護
膜の製造方法であって、 (a)前記基板に形成した前記下地膜に密着する第1の
DLC膜を内部応力の小さくなる水素分圧20%以上2
5%以下の条件下で成膜する工程と、 (b)前記第1のDLC膜の上に、第2のDLC膜を密
度が大きくなるように水素を実質的に含まない条件下で
成膜する工程と、を少なくとも含むことを特徴とするD
LC保護膜の製造方法。 - 【請求項3】ガラス基板上に陽極と有機EL(エレクト
ロ・ルミネッセンス)層と陰極とがこの順に積層され、
これらを覆うように前記ガラス基板上にDLC保護膜が
形成されている有機EL素子において、 前記DLC保護膜が、アモルファスシリコンからなる下
地膜と前記下地膜の上に積層した少なくとも2層以上の
DLC膜からなり、 前記少なくとも2層以上のDLC膜は、前記下地膜に密
着する第1のDLC膜と、前記第1のDLC膜以外の少
なくとも一層の第2のDLC膜がこの順に積層して構成
され、 前記第1のDLC膜が、水素分圧20%以上25%以下
の条件下で成膜されている、 ことを特徴とする有機EL
素子。 - 【請求項4】ガラス基板上に陽極と有機EL層と陰極と
がこの順に積層され、これらを覆うように前記ガラス基
板上にDLC保護膜が形成されている有機EL素子にお
いて、 前記DLC保護膜が、アモルファスシリコンからなる下
地膜と前記下地膜に積層した少なくとも2層以上のDL
C膜とからなる積層構造をなし、 前記積層構造のDLC保護膜のうち、前記ガラス基板に
形成した前記下地膜に密着する第1のDLC膜が内部応
力の小さいDLC膜により構成され、 前記2層以上のDLC膜のうちの前記第1のDLC膜以
外の少なくとも一層の第2のDLC膜が、密度の大きい
DLC膜により構成され、 前記第1のDLC膜が、水素分圧20%以上25%以下
の条件下で成膜されている、 ことを特徴とする有機EL
素子。 - 【請求項5】前記DLC保護膜の厚さが10nm以下で
ある、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の有機E
L素子。 - 【請求項6】前記DLC保護膜の少なくとも一層以上の
DLC膜が、内部応力が小さくなるような所定の水素分
圧下で成膜されたDLC膜により形成されている、こと
を特徴とする請求項3乃至5記載の有機EL素子。 - 【請求項7】前記第2のDLC膜が、水素を実質的に含
まない条件下で成膜されている、ことを特徴とする請求
項3乃至6のいずれか一に記載の有機EL素子。 - 【請求項8】前記第1のDLC膜又は第2のDLC膜が
CVD法により形成された膜である、ことを特徴とする
請求項3乃至7のいずれか一に記載の有機EL素子。 - 【請求項9】前記第1のDLC膜又は第2のDLC膜が
スパッタ法により形成された膜である、ことを特徴とす
る請求項3乃至7のいずれか一に記載の有機EL素子。 - 【請求項10】(a)陽極と有機EL層と陰極とがこの
順に積層されたガラス基板上に、アモルファスシリコン
からなる下地膜形成後、第1のDLC膜を内部応力が小
さくなるような水素分圧20%以上25%以下の条件下
で前記下地膜に密着して成膜する工程と、 (b)前記第1のDLC膜の上に、第2のDLC膜を密
度が大きくなるように水素を実質的に含まない条件下で
成膜する工程と、 を少なくとも含む、ことを特徴とする有機EL素子の製
造方法。 - 【請求項11】前記第1のDLC膜又は前記第2のDL
C膜をCVD法により形成する、ことを特徴とする請求
項10記載の有機EL素子の製造方法。 - 【請求項12】前記第1のDLC膜又は前記第2のDL
C膜をスパッタ法により形成する、ことを特徴とする請
求項10記載の有機EL素子の製造方法。
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