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JP2003168571A - 有機el素子 - Google Patents

有機el素子

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JP2003168571A
JP2003168571A JP2001364851A JP2001364851A JP2003168571A JP 2003168571 A JP2003168571 A JP 2003168571A JP 2001364851 A JP2001364851 A JP 2001364851A JP 2001364851 A JP2001364851 A JP 2001364851A JP 2003168571 A JP2003168571 A JP 2003168571A
Authority
JP
Japan
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film
organic
transparent conductive
ito
conductive film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001364851A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiyuki Ukishima
禎之 浮島
Junya Kiyota
淳也 清田
Akira Ishibashi
暁 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ITO膜が酸に対する耐性がないためにSnO
膜を表面層に用いて上記のような問題を解決した有機
LED素子を提供する。 【解決手段】有機EL素子用の室温成膜した積層型透明
導電膜(ITO膜/金属膜/ITO膜又は金属膜/IT
O膜)や非加熱下で形成したITO膜上に酸化錫膜が表
面層として設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は有機EL素子に関す
るものであり、一層特に本発明は有機EL素子のアノー
ド電極膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、有機EL素子の透明導電膜として
多結晶インジウム錫酸化物(In−Sn−O:以下単に
ITO膜と記載する)が用いられているが、表面平坦性
が悪いためにこれを研磨して用いている。これを解決す
るために、本出願人は先に低抵抗で表面平坦性に優れた
積層型透明導電膜(特開2001−76884公報)
や、非加熱下でITO膜を形成後、アニールする方法
(特開2001−76887公報)を提案した。積層型
透明導電膜や非加熱下で形成後、アニールする透明導電
膜は表面平滑性に優れ、低抵抗であるために有機EL素
子のアノード電極として有望視されている。
【0003】これらの透明導電膜を低分子系有機EL素
子に用いる場合、低分子系の有機材料を真空蒸着により
形成するために、透明導電膜の耐薬品性の問題を気にす
る必要性はなかった。しかし、ポリマー系有機EL素子
においては、一般的に用いられているホール輸送材料
(例えばチオフェン系材料)をスピンコート法により形
成する際には、PH=3程度の酸性水溶液を用いるため
に、透明導電膜の酸に対する耐性が要求されるようにな
る。本発明者らは積層型透明導電膜や非加熱下で形成後
アニール処理したITO膜上にホール輸送材料のPED
OT/PSS(olythylene xy
hiophene/olytylene ul
phonate)を成膜し、元素分析(オージェ分析)
を行ったところ、PEDOT/PSS膜中へのInの溶
出が認められ、このInの溶出がポリマー系有機ELデ
バイスの寿命を極端に短くしていることが判明した。一
般的にITO膜は塩酸と塩化第二鉄系の溶液や塩硝酸系
でエッチングされる。従ってポリマー系の有機EL用の
透明導電膜として上記膜を用いる場合は酸に対する耐性
がないことが問題となっている。
【0004】また、インクジェットプリンティング法を
用いたフルカラーデバイスの作製において基板に使用さ
れるポリイミド隔壁の作製温度(ポリイミドのキュア温
度)が350〜400℃と高温なため、キュア時にIT
O膜中に酸素が入り込み、酸素欠損がつぶされ抵抗値が
上昇してしまうという問題点がある。
【0005】このように現状の透明導電膜ではポリマー
用有機EL素子に応用した場合、酸に対する耐性と耐熱
性が大きな問題となっている。
【0006】そこで、本発明は、ITO膜が酸に対する
耐性がないために酸化錫膜を表面層に用いて上記のよう
な問題を解決した有機EL素子を提供することを目的と
している。
【0007】
【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ために、本発明による有機EL素子は、透明基板上に形
成される有機EL用透明導電膜が酸化錫膜から成ること
を特徴としている。
【0008】また、本発明の別の特徴によれば、透明基
板上に形成される有機EL用透明導電膜は、表面層とし
ての酸化錫膜とITO膜の積層構造を有している。この
場合、酸化錫膜の厚さは好ましくは5〜50nmの範囲
で設定され得る。
【0009】本発明のさらに別の特徴によれば、透明基
板上に形成される有機EL用透明導電膜は、表面層とし
ての酸化錫膜と銀または銀を主成分とする合金(以下銀
合金と称す)の積層膜から成る。
【0010】本発明においては表面層としての酸化錫は
酸化第1錫(SnO)又は酸化第2錫(SnO)であ
り得る。SnO膜は、ITO膜より物理的強度及び化
学的安定性に優れているが、比抵抗がITO膜に比べて
1〜2桁ほど高く、フォトリソグラフ法による加工が難
しいことから、単膜での使用は難しいと考えられる。ま
た、表面平坦性を保持したまま耐薬品性や耐熱性が要求
されることから、積層型透明導電膜や水添加のITO膜
上へSnO膜を薄く成膜した構造がよいと考えられ
る。SnO膜の膜厚と各特性の関係を調べた結果、下
記のようになった。 ・表面平坦性:SnO膜の膜厚が50nm以下ではR
max<5nmである。 ・比 抵 抗:SnO膜の膜厚が5nm以上では40
0℃アニール後も抵抗上昇なし。 ・エッチング:SnO膜厚が20nm以下でエッチン
グ加工可能である。 ・耐薬品性(PH=3):SnO膜厚が5nm以上で
有機EL膜のホール輸送材料中へのIn溶出なし。
【0011】本発明では、上述のように、室温成膜した
積層型透明導電膜(ITO膜/金属膜/ITO膜又は金
属膜/ITO膜)や非加熱下で形成したITO膜上にS
nO 膜を表面層として成膜することにより、表面平坦
性、比抵抗、加工性を落とさず、耐薬品性、耐熱性に優
れたポリマー系のEL用の透明導電膜を提供することが
可能となる。
【0012】透明導電膜の加工は、フォトリソグラフ法
によるエッチングの他、透明導電膜の不要部分にレジス
トパターニング上へ透明導電膜を成膜した後レジスト上
の膜を除去するリフトオフ法によって行っても良い。こ
の場合には、SnO膜の膜厚は20nm以上でも加工
が可能である。総合的にみてSnO膜の厚さは5nm
以上50nm以下でポリマー系EL用の透明導電膜とし
て適している。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。 (実施例1)以下の例ではSnO/銀合金/ITOの
積層構造を有した透明導電膜の形成について説明する。
図1に積層型透明導電膜の作製に使用するスパッタ装置
を示す。図示スパッタ装置はインライン式の成膜装置に
なっており、ITOを成膜するスパッタ室1と、銀合金
を成膜するスパッタ室2と、SnOを成膜するスパッ
タ室3とを有している。これらのスパッタ室間はバルブ
4及びバルブ5で仕切られている。図示してしないがそ
れぞれのスパッタ室1〜3には真空排気するためのポン
プとバルブが取り付けられている。
【0014】スパッタ室1〜3の底面にはそれぞれカソ
ード電極組立体6、7、8がそれぞれ設けられている。
スパッタ室1の底面に設けられたカソード電極組立体6
は、酸化物透明導電体の材料であるITOターゲット
(In−10wt%SnO)6a及びターゲッ
ト6aの裏面に配置された磁石6bを備えている。また
スパッタ室2の底面に設けられたカソード電極組立体7
は、銀に金2wt%、銅2wt%を含んだ銀合金ターゲ
ット7a及びターゲット7aの裏面に配置された磁石7
bを備えている。さらにスパッタ室3の底面に設けられ
たカソード電極組立体8は、SnOターゲット(Sn
−5wt%Sb)8a及びターゲット8aの
裏面に配置された磁石8bを備えている。そして各カソ
ード電極組立体は直流電源9、10、11にそれぞれ接
続され、マグネトロンスパッタ成膜ができるように構成
されている。
【0015】すべてのスパッタ室1〜3にはArガスを
導入するための配管12、13、14がそれぞれ設けら
れ、これら配管のスパッタ室側の端部にはノズル15、
16、17がそれぞれ取り付けられている。またスパッ
タ室1、3には酸素と水(または水素)を導入するため
の配管18、19がそれぞれ設けられている。なお、図
1において20はガラス基板21の装着されるキャリア
で、それぞれのスパッタ室1〜3を移動できるように構
成されている。
【0016】このように構成した図示装置の動作につい
て以下説明する。スパッタ室1を高真空排気した後に、
ノズル15よりマスフロコントローラーで流量制御され
たアルゴン(Ar)、酸素(O)、HOガスを所定
量導入して、スパッタ室1内の圧力は0.67Paにさ
れる。圧力が安定したところで直流電源9にパワーを投
入することによってターゲット6a上でマグネトロンス
パッタが開始される。ここで、ガラス基板21が取り付
けられたキャリア20を動かして等速度でターゲット6
a上を通過させることにより図2の(A)に示すように
ガラス基板21上にITO膜22が所定膜厚成膜され得
る。この場合、形成されるITO膜22の膜厚は直流電
源9の投入パワーとキャリア20の通過速度で決定され
る。
【0017】こうしてキャリア20はターゲット6aを
通過したら、バルブ4が開けられ、てスパッタ室2へ搬
送される。搬送終了後、バルブ4を閉じられ、ノズル1
6からマスフロコントローラーで流量制御されたArを
所定量導入してスパッタ室2内の圧力は0.27Paに
される。圧力が安定した所で直流電源10にパワーを投
入することにより、マグネトロンスパッタが開始され
る。スパッタ室1の場合と同様にキャリア20はスパッ
タ室2を等速度で通過させられ、それにより図2の
(B)に示すようにITO膜22上にAg合金膜23が
所定膜厚成膜することができる。極薄膜(10nm以
下)の膜厚が必要な場合には、ターゲット7a上へ膜厚
補正板(開口を狭くした板)を取り付けて成膜するよう
にすることができる。
【0018】次に、キャリア20はバルブ5を開けてス
パッタ室3へ搬送される。搬送終了後、バルブ5は閉じ
られてノズル17からArとO2を導入してスパッタ室
3内の圧力は0.67Paにされ、そして直流電源11
によりSnOターゲット8aへパワーが投入され、こ
うしてターゲット8a上でマグネトロンスパッタが開始
される。上述の場合と同様にキャリア20は等速度でタ
ーゲット8a上を通過させられ、それにより図2の
(C)に示すようにAg合金膜23上に所定のSnO
膜24が成膜される。こうしてガラス基板21上にSn
/銀合金/ITOの積層型の透明導電膜を得ること
ができる。
【0019】上記方法によりガラス基板21上に作製し
たSnO(10nm)/Ag合金(10nm)/IT
O(80nm)の積層型透明導電膜の表面平坦性、シー
ト抵抗、フォトレジスト法によるパターニング(0.5
mmのL&S)後のエッチングによる加工性を調べた。
【0020】AFMによる表面平坦性はRmax<5n
mであり、シート抵抗は10Ω/□であった。
【0021】エッチングによる加工においては、SnO
膜及びITO膜は40℃の塩鉄系エッチャント(塩化
第二鉄:塩酸:水=1:2:1)で、銀合金膜は40℃
の燐酸と硝酸のエッチャント(燐酸:硝酸:水=4:
1:5)で行った。その結果エッチングによる加工は可
能であり、良好なパターン形成ができることを確認し
た。
【0022】レジストパターニング(0.5mmのL&
S)を行ったガラス基板上にITO、Ag合金、SnO
膜を順次成膜後、レジスト上の積層膜をアセトン等の
剥離液で除去した場合(リフトオフ法)でも良好なパタ
ーン形成ができた。
【0023】SnO(10nm)/Ag合金(10n
m)/ITO(80nm)の積層型透明導電膜上へPE
DOT/PSS溶液をスピンコート法により100nm
の膜を成膜し、200℃で20分アニールした膜のオー
ジェ分析を行った。その結果PEDOT/PSS中への
Inの溶出(拡散)は認められなかった。
【0024】上記膜の耐熱性を調べたところ、400℃
で、1時間加熱した後も抵抗上昇及び膜厚減少はなかっ
た。
【0025】(実施例2)図1に示すスパッタ装置を用
いてガラス基板21上にSnO(10nm)/ITO
(40nm)/Ag合金(10nm)/ITO(40n
m)の積層型透明導電膜を同様にして作製した。この例
では銀合金膜23の成膜後、キャリア20はITOスパ
ッタ室1に戻される以外は実施例1の場合と同様であ
る。すなわち図3に示すようにガラス基板21上に第1
のITO膜25、Ag合金膜26、第2のITO膜27
及びSnO膜28が順次形成される。
【0026】この場合の積層型透明導電膜の表面平坦
性、シート抵抗及びエッチング特性を調べたところ、A
FMによる表面平坦性はRmax<5nmであり、シー
ト抵抗は10Ω/□であり、塩鉄系のエッチャントによ
るSnOのエッチングは可能であった。また、実施例
1と同様にPEDOT/PSS中へのInの溶出(拡
散)、400℃の耐熱性を調べたが問題ないことが確認
された。
【0027】(実施例3)図1に示すスパッタ装置を用
いて図4に示すようにガラス基板21上にITO膜29
及びSnO膜30を備えるSnO(10nm)/I
TO(100nm)の積層構造を有した透明導電膜を同
様に作製した。作成後、大気オーブンにて200℃で、
1時間のアニール処理を行った。
【0028】この場合の積層型透明導電膜の表面平坦
性、シート抵抗及びエッチング特性を調べた結果、AF
Mによる表面平坦性はRmax<5nmであり、シート
抵抗は30Ω/□であり、塩鉄系のエッチャントによる
SnOのエッチングは可能であった。また実施例1と
同様にPEDOT/PSS中へのInの溶出(拡散)、
400℃の耐熱性を調べたが問題ないことが確認され
た。さらに、SnO(10nm)/ITO(100n
m)積層膜を5%HF溶液中(PH=約3)へ180秒
侵漬して、AFMで観察したところ、欠陥等の不具合は
なかった(図5参照)。
【0029】(比較例1)比較例として表面層としてS
nO膜を設けない構造では、室温形成したITO膜を
大気オーブンにより200℃で、1時間のアニールを行
ない、そしてPEDOT/PSS膜をスピンコート法に
より100nm成膜して200℃で20分アニールした
膜のオージェ分析を行ったところ、この膜ではPEDO
T/PSS膜中へのInの拡散が認められた。室温形成
したITO(100nm)膜を200℃で1時間アニー
ルした後、5%HF溶液中(PH=約3)へ180秒侵
漬して、AFMで観察したところ、100〜1000n
mの穴状の欠陥が観察された(図6参照)。また、IT
O膜単膜を大気中、400℃で、1時間のアニールした
ものは比抵抗が約10%上昇した。比較例からもSnO
膜の耐薬品性、耐熱性の有効性が証明された。
【0030】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては有機EL素子用の室温成膜した積層型透明導電膜
(ITO膜/金属膜/ITO膜又は金属膜/ITO膜)
や非加熱下で形成したITO膜上に酸化錫膜を表面層と
して設けたことにより、表面平坦性、比抵抗及び加工性
を落とさず、耐熱性及び耐薬品性に優れたポリマーEL
用の透明導電膜を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機EL素子の作製に使用されるスパ
ッタ装置の一実施の形態を示す概略線図。
【図2】本発明の一つの実施例による有機EL素子にお
ける透明導電膜構造を示す概略断面図。
【図3】本発明の別の実施例による有機EL素子におけ
る透明導電膜構造を示す概略断面図。
【図4】本発明の更に別の実施例による有機EL素子に
おける透明導電膜構造を示す概略断面図。
【図5】本発明による有機EL素子におけるSnO
ITO積層膜のHF浸漬後のAFM写真。
【図6】従来の有機EL素子におけるITO膜のHF浸
漬後のAFM写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 暁 千葉県山武郡山武町横田523 株式会社ア ルバック千葉超材料研究所内 Fターム(参考) 3K007 AB12 AB14 CB01 DB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板と、透明基板上に形成される有機
    EL用透明導電膜とを有する有機EL素子において、有
    機EL用透明導電膜が酸化錫膜から成ることを特徴とす
    る有機EL素子。
  2. 【請求項2】透明基板と、透明基板上に形成される有機
    EL用透明導電膜とを有する有機EL素子において、透
    明基板上に形成される有機EL用透明導電膜が、表面層
    としての酸化錫膜とITO膜の積層構造を有することを
    特徴とする有機EL素子。
  3. 【請求項3】酸化錫膜の厚さが5〜50nmであること
    を特徴とする請求項2に記載の有機EL素子。
  4. 【請求項4】透明基板と、透明基板上に形成される有機
    EL用透明導電膜とを有する有機EL素子において、有
    機EL用透明導電膜が、酸化錫膜と銀または銀を主成分
    とする合金の積層膜から成ることを特徴とする有機EL
    素子。
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