JPH11339958A

JPH11339958A - 電界発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH11339958A
Application number: JP10156831A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Sadabetto; 裕康定別当
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】微細な電極が形成でき、基板の大型化も図る
ことができ、電極間のショートの発生を防止できる電界
発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】積層構造のＩＴＯ膜１２と金属層１３と
をアノード電極パターンにパターニングし、アノード電
極上の発光部となる領域以外に層間絶縁膜１５を形成す
る。層間絶縁膜１５上にレジストマスク１６をカソード
電極の形成領域を挟むようにパターニングし、有機ＥＬ
層１８と、カソード金属層１９を蒸着により形成する。
この結果、レジストマスク１６で挟まれた領域に有機Ｅ
Ｌ層１８とカソード電極１９Ａが形成される。次に、ラ
イトエッチを行って、レジストマスク１６の側壁に付着
したカソード金属層１９を除去することにより、レジス
トマスク１６上のカソード金属層１９とカソード電極１
９Ａとを電気的に分離することができる。このため、電
極間のショートの発生を防止することができる。また、
ハードマスクを用いずにカソード電極をパターニングで
きるため、電極をファインピッチ化でき、基板を大型化
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電界発光素子の製
造方法に関し、さらに詳しくは、カソード電極の欠陥を
防止できる電界発光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセ
ンス）材料を発光層に用いた電界発光素子が、その寿命
の向上とともに注目され始めている。このような電界発
光素子は、発光層をカソード電極とアノード電極とで挟
む構造を有している。従来の電界発光素子の製造工程に
おいては、カソード電極の形成に際してハードマスクを
用いた蒸着法が行われていた。その理由は、有機ＥＬ材
料を含む発光層及びカソード電極材料が水分や溶剤に弱
いため、フォトリソグラフィー工程で行われるレジスト
のパターニング（現像工程、洗浄工程などを含む）やエ
ッチング工程で用いられるエッチャントなどの影響によ
り、カソード電極のエッジ部が発光層から剥離し易くな
ったり、発光層が変質するなどの弊害が発生するからで
ある。このようなハードマスクを用いたカソード電極の
形成方法では、表示の高精細化に伴う電極の微細化や表
示画面の大型化は困難であった。因に、電極の微細化で
は、０．１ｍｍ程度のライン・アンド・スペースが限界
であった。また、微細パターンの開口部が形成された大
型ハードマスクでは、マスク自体の撓みによる変形が発
生するため、形成される電極パターンに誤差が発生し易
いなどの問題点があった。

【０００３】そこで、ファインピッチのカソード電極の
パターニング技術として、図１０や図１１に示すような
方法が提案されている。図１０に示す方法は、透明基板
１の上にアノード電極としてのＩＴＯ（indium tin oxi
de）膜２をパターニングした後、カソード電極どうしの
隔壁として逆テーパ状の側壁をもつレジスト３を形成し
て、有機ＥＬ層４とカソード金属層５を順次蒸着するも
のである。このようにして有機ＥＬ層４がＩＴＯ膜２と
カソード金属層５で挟まれた発光部が形成でき、レジス
ト３を介して隣接する発光部のカソード金属層５どうし
が分離されるようになっている。また、図１１に示す方
法は、断面矩形状のレジスト３を形成して、図中矢印で
示す斜め方向からの蒸着を行うことでカソード金属層５
どうしを分離するというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した逆テーパ状のレジスト３を用いる方法では、同
図に示すようにレジスト３の側壁の下で有機ＥＬ層４の
膜厚が薄くなり、ＩＴＯ膜２とカソード金属層５とのシ
ョートが発生し易くなるという問題点がある。また、図
１１に示した斜め蒸着を行う方法でも、レジスト３の一
方の側壁の下で有機ＥＬ層４の膜厚が薄くなるため同様
の問題がある。このような問題は、基板が大型化した場
合には、カソード金属材料の蒸着成分が側壁の下に回り
込む可能性が高くなり、カソードとアノードとの間のシ
ョートや、カソード間のショートが起こり易くなるとい
う問題がある。仮に、有機ＥＬ層４の膜厚が薄くなる部
分の上に形成されるカソード金属層５がＩＴＯ膜２とシ
ョートを起こさないように、発光部を構成する有機ＥＬ
層４の上のカソード金属層５の幅が短くなるように形成
すると、今度はカソード金属層５が覆っていない部分の
有機ＥＬ層４から酸素や水分などのダークスポットの原
因になる物質の侵入や封止材料の溶剤の侵入などの問題
が発生する。特に、逆テーパ状のレジスト３を用いる方
法では、保護膜や封止材料を成膜した場合にレジスト３
の側壁下部への成膜が不良となり保護機能が低くなると
いう問題が発生する。

【０００５】そこで、本発明は、ファインピッチな電極
が形成できると共に、基板の大型化も可能にでき、しか
も、カソード電極とアノード電極との間やカソード電極
どうしのショートの発生を防止できる電界発光素子の製
造方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
有機発光層をカソード電極とアノード電極とで挟んでな
る発光部を複数備える電界発光素子の製造方法であっ
て、透明基板の上にアノード電極をパターン形成した
後、前記透明基板及び前記アノード電極上に前記発光部
を避けて比較的膜厚の厚いフォトレジストを配置し、発
光表示領域全体に有機発光層とカソード金属層を順次堆
積させた後、前記フォトレジストの側壁に付着したカソ
ード金属層を絶縁させることを特徴としている。

【０００７】従って、請求項１記載の発明では、フォト
レジストの上から有機発光層とカソード金属層を堆積さ
せることにより、膜厚の厚いフォトレジストの段差によ
り、発光部領域に堆積するものと、フォトレジスト上に
堆積するものとが、段切れまたは段切れしないまでも極
薄い膜となる。このフォトレジスト側壁に形成されたカ
ソード金属層を絶縁させることにより、発光部を覆うカ
ソード電極どうしを電気的に分離することが可能にな
る。また、フォトレジストを形成した後は、フォトリソ
グラフィー工程がないため、カソードへの悪影響を回避
することができる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子の製造方法であって、前記フォトレジストの
側壁に付着したカソード金属層は、ライトエッチングに
より除去されることを特徴としている。

【０００９】従って、請求項２記載の発明では、請求項
１の発明の作用において、ライトエッチングによりカソ
ード電極を除去することなく、フォトレジストの側壁に
付着した薄いカソード金属層を除去できる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子の製造方法であって、前記フォトレジストの
側壁に付着したカソード金属層の厚み分を酸化処理によ
り電気絶縁性をもつ酸化物に変化させることを特徴とす
る。

【００１１】従って、請求項３記載の発明では、請求項
１の発明の作用において、フォトレジストの側壁に付着
したカソード金属層の厚み分だけ酸化物となるが、薄い
膜厚であるためカソード電極自体が表面酸化される膜厚
も薄く、カソード電極への悪影響は実質的に小さい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子の製造方法の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説
明する。（実施形態１）図１〜図８は、アノード電極とカソード
電極とがＸ−Ｙマトリクス状に形成されるドット表示を
行う電界発光素子に本発明を適用した実施形態１を示し
ている。まず、図１（ａ）に示すように、例えばガラス
でなる透明基板１１の上に、ＩＴＯまたは、Ｉｎ₂Ｏ
₃（ＺｎＯ）ｘ（ただしｘ＞０）からなる透明電極材料
膜１２を成膜する。次に、透明電極材料膜１２の上に、
透明電極材料膜より導電性の高いアルミニウムやクロム
などでなるの単体または合金で構成された金属膜１３を
成膜する。なお、透明電極材料膜１２及び金属膜１３
は、マルチチャンバ成膜装置を用いて連続的に成膜する
ことができる。金属膜１３表面を水洗後、金属膜１３の
上にフォトレジストを塗布し、露光・現像及びベーキン
グを行ってレジストマスク１４をパターニングする。こ
のレジストマスク１４は、図１（ｂ）の平面図に示すよ
うに、所定方向（図中横方向）に沿って複数が平行をな
すように形成されている。

【００１３】次に、上記したレジストマスク１４を用い
て下地の金属膜１３及び透明電極材料膜１２をウェット
エッチングし、その後レジストマスク１４を剥離して図
２に示すようなパターンに加工する。その後、図３
（ａ）、（ｂ）に示すように、パターニングを施した透
明電極１２Ａ及び金属電極膜１３Ａを覆うように、略基
板全面に、ネガ型光感光性樹脂を成膜した後、露光及び
現像を行い発光領域となる部分に開口部１５Ａを有する
層間絶縁膜１５を形成する。層間絶縁膜１５にはカーボ
ンブラックを混入してもよい。この層間絶縁膜１５の平
面形状は、図３（ｂ）に示すように、後述するアノード
電極とカソード電極とが交差するそれぞれの領域の輪郭
より内側の領域で開口する開口部１５Ａが形成されたも
のであり、平面が略格子状に形成されている。

【００１４】続いて、図４（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、ネガ型感光性樹脂を塗布し、露光・現像及びベーキ
ングを行って２０μｍ程度の絶縁性のレジストマスク１
６を形成する。レジストマスク１６は、図４（ｂ）の面
横方向に隣接する発光部となる領域どうしの間の層間絶
縁膜１５の中央を通るようにアノード電極（ＩＴＯ膜１
２及び金属膜１３）と交差する方向に沿って形成され、
層間絶縁膜１５より幅が狭く設定されている。なお、ア
ノード電極の長手方向の両端部に形成された層間絶縁膜
１５上のレジストマスク１６は、側壁が層間絶縁膜１５
の開口端縁より後退した位置にくるように設定されてい
る。この後、レジストマスク１６を用いて金属膜１３の
ウェットエッチング（又はドライエッチング）を行って
図５に示すようなパターンに形成する。なお、このエッ
チングに際しては、金属膜１３の材料とＩＴＯ膜１２の
材料とのエッチング選択比が充分とれるエッチャントを
用いる。エッチングされた後の金属膜１３とＩＴＯ膜１
２との平面形状は、金属膜１３を窓明けしてＩＴＯ膜１
２が露呈するような形状となる。このようにして、ＩＴ
Ｏ膜１２と金属膜１３とでなるアノード電極が形成でき
る。

【００１５】その後、図６に示すように、蒸着によりレ
ジストマスク１６より薄い膜厚の有機ＥＬ層１８を形成
する。このとき、有機ＥＬ層１８は、レジストマスク１
６の上に形成される部分と、レジストマスク１６で挟ま
れた部分の底部に形成される部分とがレジストマスク１
６の段差により、段ぎれを起こして分離した状態で成膜
される。ここで、レジストマスク１６で挟まれた部分の
底部に形成された有機ＥＬ層１８は露出していた層間絶
縁膜１５を完全に覆うように形成される。なお、本実施
形態では、図示しないが、有機ＥＬ層１８が下層から上
層に向けて、順次、有機正孔輸送層、有機発光層、有機
電子輸送層の３層が積層された構造を有している。有機
正孔輸送層としては、例えばN,N'-ジ（α-ナフチル）-
N,N'-ジフェニル-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン（α
−ＮＰＤという）でなる。また、有機発光層としては、
4,4'-ビス（2,2'-ジフェニルビニレン）ビフェニル（Ｄ
ＰＶＢｉという）が９６ｗｔ％と、4,4'-ビス（2-カル
バゾールビニレン）ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉという）
が４ｗｔ％とを共蒸着してなる。さらに、有機電子輸送
層としては、トリス（8-ヒドロキシキノリン）アルミニ
ウム（Ａｌｑ３という）でなる。

【００１６】続いて、図７（ａ）に示すように、Ａｌ−
Ｌｉ、Ｃｒ−ＡｌやＭｇ-Ｉｎなどを略表示領域全面に
蒸着して膜厚３０００Å程度のカソード金属層１９を形
成する。このとき同図（ａ）に示すように、カソード金
属層１９がレジストマスク１６で段ぎれを起こさずにレ
ジストマスク１６の側壁に付着したとしても次に行うラ
イトエッチングで側壁に付着したカソード金属層１９を
確実に除去することができる。このライトエッチングの
条件としては、カソード金属をＣｒ−Ａｌで形成した場
合、Ｃｒのエッチングガスとして塩素ガスと四塩化ホウ
素ガスとを用い、Ａｌのエッチングガスとして塩素ガス
と酸素ガスを用いる。このようなライトエッチングを行
った結果、図７（ｂ）に示すように側壁のカソード金属
層１９が除かれ、アノード電極に直交する方向に互いに
離間して延在するカソード電極１９Ａが形成できる。こ
のカソード電極１９Ａは、レジストマスク１６上に成膜
された発光に寄与しないカソード金属層１９と分離され
ている。このようにして本実施形態の電界発光素子１０
の製造が完了する。

【００１７】次に、本実施形態の電界発光素子１０の作
用について説明する。本実施形態では、アノード電極
は、ＩＴＯ膜１２と金属膜１３とで形成される構成とし
たことにより、導電性の高い金属膜１３が信号電流の伝
搬速度を速くすることができ、仕事関数の小さいＩＴＯ
膜１２が有機ＥＬ層１８への正孔の注入性を高めてい
る。このため、信号発生源からの距離によらず各画素が
均一で高輝度に発光することができる。また、有機ＥＬ
層１８に接合したＩＴＯ膜１２と対向するカソード電極
１９Ａは仕事関数が高いため、有機ＥＬ層１８への電子
注入性が高い。アノード電極から注入された正孔とカソ
ード電極１９Ａから注入された電子とは、有機ＥＬ層１
８内で再結合して発光を起こす。また、層間絶縁膜１５
の上に形成された有機ＥＬ層７は、これらの電極で挟ま
れていないため発光を起こすことはない。

【００１８】特に、本実施形態では、カソード電極１９
Ａの形成に際してレジスト剥離工程がないため、層間絶
縁膜１５とカソード電極１９Ａとの密着性が高いため、
カソード電極１９Ａの剥がれが発光を起こす有機ＥＬ層
１８まで進行しにくくなっている。このため、従来のよ
うにハードマスクを用いる必要がなく、微細化や表示部
分の大型化を図ることが可能となり、しかもカソード電
極とアノード電極との間やカソード電極どうしのショー
トの発生を防止できる。そして、アノード電極（ＩＴＯ
膜１２と金属膜１３）とカソード電極１９Ａとの間に
は、有機ＥＬ層１８及びレジストマスク１６より幅広な
層間絶縁膜１５が介在しているため、レジストマスク１
６で囲まれた領域を有機ＥＬ層１８が完全に覆えなくて
も層間絶縁膜１５がアノード電極及びカソード電極１９
Ａとの電気的に絶縁しているので高い歩留まりで製造す
ることができる。

【００１９】（実施形態２）図８は、本発明に係る電界
発光素子の製造方法の実施形態２を示す断面図である。
本実施形態２おいては、上記した実施形態１におけるカ
ソード金属層１９を蒸着するまでの工程は同様である。
その後、実施形態１のライトエッチング工程に代えて酸
化処理工程を行う。本実施形態では、図８に示すよう
に、側壁のカソード金属層１９をＯ₂プラズマ処理、オ
ゾンプラズマ処理、又はレジスト剥離工程で用いるＯ₂
アッシング処理などを施すことにより側壁のカソード金
属層１９を酸化膜２０に変えることにより、レジストマ
スク１６上に形成されたカソード金属層１９とカソード
電極１９Ａとを電気的に分離することができる。例え
ば、Ｏ₂アッシング処理を行う場合には、５分間以上の
処理時間でレジストマスク１６の側壁に付着したカソー
ド金属層１９を酸化膜２０に変えることができる。な
お、このような酸化処理を行うことにより、カソード電
極１９Ａの表面にも酸化膜２０は形成されるが極薄い膜
であるため、カソード電極１９Ａに影響を及ぼすことは
ない。また、本実施形態では、レジストマスク１６の側
壁に付着したカソード金属層１９はレジストマスク１６
の上のカソード金属層１９と連続するものであるため、
カソード電極１９Ａが剥離しにくい構造となると共に、
酸化膜２０に変えたことによりカソード電極１９Ａの剥
がれの進行を抑制する作用を付加することができる。さ
らに、本実施形態では、カソード電極１９Ａの分離化を
図る際に有機ＥＬ層１８は雰囲気に晒されることがない
ため、ダークスポットなどの不都合が発生しにくいとい
う利点がある。本実施形態２における他の作用は、上記
した実施形態１と同様であるので説明を省略する。

【００２０】（実施形態３）図９は、本発明に係る電界
発光素子の製造方法の実施形態３を示す断面図である。
本実施形態では、上記した実施形態１においてＩＴＯ膜
１２の上に金属層１３を設けず、またレジストマスク１
６も形成しないものであり、他の製造工程は実施形態３
と同様である。なお、同図はライトエッチ工程を終了し
てカソード電極１９Ａがレジストマスク１６の上のカソ
ード金属層１９と電気的に分離された状態を示してい
る。なお、本実施形態３の他の作用も上記した実施形態
１と同様である。

【００２１】以上、実施形態１〜実施形態３について説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。例え
ば、上記した実施形態１及び実施形態２では、層間絶縁
膜１５の側壁をテーパ状に形成したが、異方性のエッチ
ングにより垂直に立ち上がる側壁としても勿論よい。ま
た、上記した実施形態では有機ＥＬ層１８を３層構造と
したが、単層構造、２層構造、４層以上の構造としても
よい。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、電界発光素子においてファインピッチな電
極が形成できると共に、基板の大型化も可能となり、し
かもカソード電極とアノード電極との間やカソード電極
どうしの間のショートの発生を防止できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る電界発光素子の製造方法
の実施形態１を示す工程断面図、（ｂ）は同平面図。

【図２】実施形態１を示す工程断面図。

【図３】（ａ）は実施形態１を示す工程断面図、（ｂ）
は同平面図。

【図４】（ａ）は実施形態１を示す工程断面図、（ｂ）
は同平面図。

【図５】実施形態１を示す工程断面図。

【図６】実施形態１を示す工程断面図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は実施形態１を示す工程断面
図。

【図８】本発明に係る電界発光素子の製造方法の実施形
態２を示す断面図。

【図９】本発明に係る電界発光素子の製造方法の実施形
態３を示す断面図。

【図１０】従来の電界発光素子の製造方法を示す断面
図。

【図１１】従来の電界発光素子の製造方法を示す断面
図。

【符号の説明】

１０電界発光素子１１透明基板１２ＩＴＯ膜１３金属層１５層間絶縁膜１６レジストマスク１８有機ＥＬ層１９カソード金属層１９Ａカソード電極２０酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機発光層をカソード電極とアノード電
極とで挟んでなる発光部を複数備える電界発光素子の製
造方法であって、透明基板の上にアノード電極をパターン形成した後、前
記透明基板及び前記アノード電極上に前記発光部を避け
て比較的膜厚の厚いフォトレジストを配置し、発光表示
領域全体に有機発光層とカソード金属層を順次堆積させ
た後、前記フォトレジストの側壁に付着したカソード金
属層を絶縁させることを特徴とする電界発光素子の製造
方法。
【請求項２】前記フォトレジストの側壁に付着したカ
ソード金属層は、ライトエッチングにより除去されるこ
とを特徴とする請求項１記載の電界発光素子の製造方
法。
【請求項３】前記フォトレジストの側壁に付着したカ
ソード金属層の厚み分を酸化処理により電気絶縁性をも
つ酸化物に変化させることを特徴とする請求項１記載の
電界発光素子の製造方法。