JP2003257643A - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機ＥＬ素子を形成する際に、ホール輸送層
と発光層の間、および発光層と電子輸送層との間に生じ
た界面が有機ＥＬ素子の劣化を促す。 【解決手段】 ホール輸送層と発光層の材料を高温で蒸
発させる高温プロセスによる有機ＥＬ素子と、低温で蒸
発させる低温プロセスによる有機ＥＬ素子の輝度の経時
変化を示したものである。ここで、高温とは、ＮＰＢ、
Ａｌｑ３とも蒸発温度が３７５℃である。一方、低温と
は、ＮＰＢの蒸発温度が３３０℃であり、Ａｌｑ３の蒸
発温度は３１６℃である。初期輝度８００ｃｄ／ｍ^２か
ら４００ｃｄ／ｍ^２に低下するまでの時間は、低温プロ
セスでは高温プロセスと比べ１／２であった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の有機エレク
トロルミネッセンス素子を備える有機エレクトロルミネ
ッセンス表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機エレクトロルミネッセンス表示装置
（以下、単に「有機ＥＬ表示装置」とも言う）は、現在
広く普及している液晶表示装置に代わる表示装置として
期待されており、実用化開発が進んでいる。特に薄膜ト
ランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）をスイッ
チング素子として備えるアクティブマトリックス型有機
ＥＬ表示装置は次世代平面表示装置の主役として考えら
れている。

【０００３】図１は、一画素がそれぞれ赤、緑、および
青色を発光する有機エレクトロルミネッセンス素子（以
下、単に「有機ＥＬ素子」ともいう）を備える有機ＥＬ
表示装置の、上記３色の画素領域の平面図の概略を示し
ている。左から順に、赤色の発光層を備える赤色画素Ｒ
ｐｉｘ、緑色の発光層を備える緑色画素Ｇｐｉｘ、およ
び青色の発光層を備える青色画素Ｂｐｉｘが設けられて
いる。

【０００４】一画素はゲート信号線５１とドレイン信号
線５２とに囲まれた領域に形成されている。両信号線の
左上の交点付近にはスイッチング素子である第１ＴＦＴ
１３０が、また中央付近には有機ＥＬ素子を駆動する第
２ＴＦＴが形成される。また、ＩＴＯからなるホール注
入電極１２が形成される領域に有機ＥＬ素子が島状に形
成される。

【０００５】一般に、有機ＥＬ表示装置が備える有機Ｅ
Ｌ素子は、電子注入電極およびホール注入電極からそれ
ぞれ電子とホールとを発光層に注入し、それらが発光層
とホール輸送層との界面や、界面付近の発光層内部で再
結合し、有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起
状態から基底状態に戻るとき蛍光を発光する。

【０００６】ここで、発光層に用いる材料を選択するこ
とにより適当な色を発光する有機ＥＬ素子が得られる。
また、そのような有機ＥＬ素子を適当に選択することで
カラー表示装置が実現できる。図２は、図１に示した有
機ＥＬ表示装置の赤色画素Ｒｐｉｘ、緑色画素Ｇｐｉ
ｘ、および青色画素Ｂｐｉｘの３画素領域の一般的な断
面構造を示す。また、有機ＥＬ素子は、一般に水分子や
酸素分子に影響されやすいことから真空蒸着法により形
成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、有機ＥＬ素
子は一般に経時変化による劣化が液晶などの光学素子と
比べ顕著であり、製品の性能にバラツキが生じることが
ある。この性能のバラツキは、製品の製造プロセスに起
因することがある。特に有機ＥＬ表示装置は、まだ実用
化開発の草創期にあり、現在さまざまな製造プロセスが
提示されている。

【０００８】本発明は、こうした状況に鑑みなされたも
のであり、その目的は有機ＥＬ素子の劣化を抑えること
にある。また、別の目的は、劣化が少ない有機ＥＬ素子
の製造方法を提示することにある。また、別の目的は製
品の製造安定性がよい有機ＥＬ素子の製造方法を提示す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の通り、有機ＥＬ素
子は、真空蒸着法により形成されることが一般的であ
る。そのプロセスにおいて、生産効率の観点から有機Ｅ
Ｌ素子の材料の蒸着温度が高くすることで材料の基板へ
の蒸着速度を上げ、製造時間を短縮し、製造コストの低
減が図られることが多い。その蒸発温度を蒸着材料の熱
分解温度以下に設定していたが、それにもかかわらず有
機ＥＬ素子の性能にバラツキが発生することが見られ
た。

【００１０】そのような状況において、本発明者は次の
認識をするに至った。つまり、従来は、蒸着材料を蒸発
させる際、実際に蒸着が行われている定常状態における
温度に着目していた。しかし、蒸着材料の加熱開始から
その温度が定常状態に落ち着くまでの温度プロファイル
に着目し、有機ＥＬ素子を形成するプロセス全般におい
て、熱分解温度以下に設定する必要があることを本発明
者は認識した。この課題を解決するために、本発明者は
以下の発明をするに至った。

【００１１】本発明のある態様は、有機ＥＬ表示の製造
方法に関する。この有機ＥＬ素子の製造方法は、有機Ｅ
Ｌ素子が備える有機層の蒸着材料をその熱分解温度以下
で蒸発させ、その材料を所定の基板に蒸着させ有機層を
形成する。

【００１２】本発明の別の態様も、有機ＥＬ素子の製造
方法に関する。この有機ＥＬ素子の製造方法は、有機Ｅ
Ｌ素子が備えるホール輸送層の材料であるアミン系誘導
体を真空中で蒸発させ所定の基板に蒸着させる工程を含
み、その工程においてアミン系誘導体の温度を３８０℃
以下に保つ。また、ホール輸送層の材料はN,N'-ジ（ナ
フタレン-１-イル）-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,
N'-Di（naphthalene-１-yl）-N,N'-diphenyl-benzidin
e：ＮＰＢ）であってもよい。

【００１３】

【化１】

【００１４】本発明のさらに別の態様も有機ＥＬ素子の
製造方法に関する。この製造方法は、有機エレクトロル
ミネッセンス素子が備える電子輸送層または発光層の材
料であるアルミキノリン錯体を真空中で蒸発させ所定の
基板に蒸着させる工程を含み、その工程においてアルミ
キノリン錯体の温度を３５０℃以下に保つ。

【００１５】

【発明の実施の形態】本実施の形態では、有機ＥＬ素子
を真空蒸着法により形成する。その際、蒸着源で材料を
蒸発させる際の温度に上限を設ける。蒸着源の温度を上
げると、材料の基板への蒸着速度が上昇し、製造時間の
短縮、それに伴う製造コストの低減が実現される。そこ
で、形成される有機ＥＬ素子の信頼性を落とさない適切
な蒸着速度、つまり材料の蒸発温度の上限を設定する。

【００１６】図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の
一画素の代表的な断面構造を模式的に示している。ガラ
ス基板１０上に、ホール注入電極１２、ホール輸送層１
６、発光層２２、電子輸送層２８、および電子注入電極
３２が積層されている。

【００１７】ホール注入電極１２の材料として、ホール
注入電極１２の材料として、インジウム酸化スズ（ＩＴ
Ｏ）や酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ_２
Ｏ_３）などを例示できる。

【００１８】また、ホール輸送層１６の材料として、Ｎ
ＰＢや4,4’,4’’-トリス(3-メチルフェニルフェニル
アミノ)トリフェニルアミン（4,4’,4’’-tris(3-meth
ylphenylphenylamino)triphenylamine：ＭＴＤＡＴＡ）
や、N,N'-ジフェニル-N,N'-ビス（3-メチルフェニル）-
1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン（N,N’-diphenyl-N,
N’-di（3-methylphenyl）-1,1’-biphenyl-4,4’-diam
ine：ＴＰＤ）や、N,N’-ジフェニル-N,N'-ジ（4-メチ
ルフェニル）-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン（N,
N’-diphenyl-N,N’-di（4-methylphenyl）-1,1’-biph
enyl-4,4’-diamine）や、4,4'-ビス（カルバゾール-9-
イル）ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-bipheny
l：ＣＢＰ）や、N,N,N',N'-テトラキス(ナフサ-2-イル)
-ベンジジン(N,N,N',N'-Tetrakis(naphtha-2-yl)-benzi
dine)や、N,N'-ビス（フェナントレン-9-イル）-N,N'-
ビス-フェニル-ベンジジン(N,N'-Bis(phenanthren-9-y
l)-N,N'-bis-phenyl-benzidine)などを例示できる。

【００１９】

【化２】

【００２０】

【化３】

【００２１】

【化４】

【００２２】さらに、ＮＰＢの構造式中央の二つのフェ
ニル基を３個、および４個に変更した以下の化学式で示
される二つの化合物も例示できる。

【００２３】

【化５】

【００２４】

【化６】

【００２５】発光層２２のホストとして、アルミキノリ
ン錯体（Ａｌｑ３）やビス（ベンゾキノリノラト）ベリ
リウム錯体（ＢｅＢｑ２）を例示できる。

【００２６】

【化７】

【００２７】

【化８】

【００２８】一般に、キレート金属錯体を発光層の材料
として形成される有機ＥＬ素子は、短い波長の色、つま
り青色の発光に課題があり、そのため青色の発光層に
は、特開２００２−２５７７０号公報に開示されている
tert-ブチル置換ジナフチルアントラセン（ＴＢＡＤ
Ｎ）のようなアセトンおよびその誘導体、またジスチル
ベンゼンおよびその誘導体などが用いられることが多
い。

【００２９】

【化９】

【００３０】また、発光層２２は、上述のキレート金属
錯体や縮合多環芳香族をホストとしてルブレン（Rubren
e）などのドーパントをドープさせることで所望の発光
特性が得られる。また、電子輸送層２８の材料として、
Ａｌｑ３やＢｅＢｑ２を例示できる。また、電子注入電
極３２の材料として、Ｌｉを微量に含むアルミニウム合
金（ＡｌＬｉ）やマグネシウムインジウム合金（ＭｇＩ
ｎ）、マグネシウム銀合金（ＭｇＡｇ）などが例示でき
る。さらに電子注入電極３２として有機層に接する側に
フッ化リチウムの層とその上にアルミニウムによる層が
形成される２層構造の電極も例示できる。

【００３１】

【化１０】

【００３２】真空蒸着法で有機ＥＬ素子を形成する場
合、まず各層の材料を蒸着源と呼ばれる石英などからな
る容器に保持する。この容器の上面には所定の大きさの
開口部が設けられている。真空中でその容器の上面が電
気ヒータで加熱され、放射熱により容器の中に保持され
ている材料が蒸発し開口部より放出される。放出された
材料は、基板上で凝集し膜を形成する。一般に材料を蒸
発する際のヒータの温度を制御することで、材料の蒸発
温度が制御され基板に膜を形成する蒸着レートが制御さ
れる。

【００３３】図３は、各層の材料を蒸着させる際の、基
板及び蒸着源の位置関係を模式的に表している。ガラス
基板１０の下方に離間して、蒸着源６０が配置される。
蒸着源６０は固定されてもよいが、これら蒸着源６０が
左右に移動することでガラス基板１０に材料が均等に蒸
着する。また、材料の蒸着の際にマスク５０を適切に配
することで、選択的に材料が蒸着される。さらに、蒸着
源６０の上面には温度センサが取り付けられている（不
図示）。従って、以下で述べる蒸発温度とは、蒸着源６
０の上面の温度を意味する。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例をもとに詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例
に限定されない。

【００３５】図４は、ホール輸送層と発光層の材料を高
温で蒸発させる高温プロセスによる有機ＥＬ素子と、低
温で蒸発させる低温プロセスによる有機ＥＬ素子の輝度
の経時変化を示したものである。ここで、高温とは、ホ
ール輸送層であるＮＰＢおよび発光層であるＡｌｑ３と
も蒸発温度が３７５℃である。一方、低温とは、ＮＰＢ
の蒸発温度が３３０℃であり、Ａｌｑ３の蒸発温度は３
１６℃である。

【００３６】図５（ａ）に、ＮＰＢを加熱した際の温度
変化を、図５（ｂ）にはＡｌｑ３を加熱した際の温度変
化を示している。ともに、加熱開始後２００時間経過
後、温度が安定した。従って、ＮＰＢおよびＡｌｑ３の
蒸着は２００時間以降に開始した。しかしながら、高温
プロセスでは、ＮＰＢおよびＡｌｑ３ともに４２０℃ま
で温度が上昇し、熱分解温度と想定される３８０〜４０
０℃の範囲を超えている。従って、ＮＰＢおよびＡｌｑ
３ともに蒸着源内で劣化が起きていると想定できる。

【００３７】図４によれば、初期輝度８００ｃｄ／ｍ^２
から４００ｃｄ／ｍ^２に低下するまでの時間は、低温プ
ロセスでは高温プロセスと比べ１／２であった。つま
り、高温プロセスにて形成された有機ＥＬ素子は劣化の
進行が２倍速いことが確認できた。

【００３８】以上、本実施例によれば、真空蒸着法で有
機ＥＬ素子を形成する際に、各層に使用される材料の蒸
発温度を適切に設定できる。一般に基板への材料の蒸着
レートを上げると、製造時間の短縮ができコスト低減を
実現できるが、一方蒸発温度を上げすぎた場合、有機Ｅ
Ｌ素子の劣化が起きた。そこで、有機ＥＬ素子を蒸着さ
せる全プロセスにおいて各材料の蒸発温度を材料の熱分
解温度以下とすることで、劣化が抑えられた有機ＥＬ素
子の製造が実現された。また、製造安定性のバラツキが
抑えられた有機ＥＬ素子の製造が実現された。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、有機ＥＬ素子の劣化を
抑えることができる。また、別の観点は、劣化の少ない
有機ＥＬ素子の製造方法を実現できる。また、別の観点
では、製造コストを考慮しつつ製造安定性のよい有機Ｅ
Ｌ表示装置の製造を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置
の平面図であり、特に赤、緑、および青色の３画素の領
域を示した図である。

【図２】 従来技術の、有機ＥＬ素子の構造を模式的に
示した断面図である。

【図３】 真空蒸着法により有機ＥＬ素子を形成する際
の、基板と蒸着源の配置を模式的に示した図である。

【図４】 低温プロセスで形成された有機ＥＬ素子と、
高温プロセスで形成された有機ＥＬ素子の輝度の経時変
化を示した図である。

【図５】 基板に蒸着する材料の蒸着源での蒸発温度を
示しており、（ａ）はＮＰＢ、（ｂ）はＡｌｑ３の蒸発
温度の経時変化を示した図である。

【符号の説明】

１０ ガラス基板、 １６ ホール輸送層、 ２２ 発
光層、 ２８ 電子輸送層、 ６０ 蒸着源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 33/22 Ｈ０５Ｂ 33/22 Ｄ (72)発明者 中野 真吾 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB11 AB12 AB18 DB03 FA01 FA03 4K029 AA09 AA24 BA62 BB02 BC07 CA01 DB06 DB17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機層が形成される有機エレクトロルミ
   ネッセンス素子において、前記有機層の蒸着材料をその
   熱分解温度以下で蒸発させ、前記蒸着材料を基板に蒸着
   させ前記有機層を形成す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. 【請求項２】 ホール輸送層を備える有機エレクトロル
   ミネッセンス素子において、前記ホール輸送層の材料で
   あるアミン系誘導体を真空中で蒸発させ所定の基板に蒸
   着させる工程を含み、その工程において前記アミン系誘
   導体の温度を３８０℃以下に保つ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。
3. 【請求項３】 前記ホール輸送層の材料がN,N’-ジ(ナ
   フタレン-１-イル)-N,N’-ジフェニル-ベンジジンであ
   ることを特徴とする請求項２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。
4. 【請求項４】 有機エレクトロルミネッセンス素子が備
   える電子輸送層または発光層の材料であるアルミキノリ
   ン錯体を真空中で蒸発させ所定の基板に蒸着させる工程
   を含み、その工程において前記アルミキリン錯体の温度
   を３５０℃以下に保つ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。