JP2004127609A

JP2004127609A - 有機ｅｌディスプレイおよび有機ｅｌディスプレイの製造方法

Info

Publication number: JP2004127609A
Application number: JP2002287542A
Authority: JP
Inventors: Saiichi Tsuzuki; 都築　斉一
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp; AGC Inc
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】有機ＥＬディスプレイの表示品位を低下させる可能性を排除しつつ、層間短絡の発生を防止する。
【解決手段】有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子は、ガラス基板１上に透明導電膜の陽極２が形成され、陽極２の上に発光層を含む有機薄膜３が積層され、さらに、有機薄膜３の上にアルミニウムが蒸着されて陰極４が形成され、陰極４の上にスパッタリングによってモリブデンの金属膜５が積層されることによって形成される。蒸着によって形成された陰極４の上にスパッタリングによって金属膜５が積層されると、スパッタリングによって形成された金属膜５の側に、陰極４に対して相対的に引っ張り応力が生じている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイの製造方法に関し、特に、陽極と陰極の短絡を防止するための有機ＥＬディスプレイの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス発光素子（以下、有機ＥＬ素子という。）を使用した有機ＥＬディスプレイは、液晶表示装置と比較して視野角が広く、また、応答速度も速く、有機物が有する発光性の多様性から、次世代の表示装置として期待されている。例えば、有機ＥＬ素子は、基板上に陽極が形成され、陽極の上に発光層を含む薄膜状の有機化合物（有機薄膜）が積層され、さらに、有機ＥＬ薄膜の上に、基板上に形成された陽極に対向するように陰極が形成された構造である。有機ＥＬ素子は、対向して設けられた陽極と陰極との間に配置された有機薄膜に電流が供給されると自発光する電流駆動型の表示素子である。
【０００３】
有機ＥＬ素子の陽極側を高電圧側にし、所定の電圧を両電極間に印加し有機薄膜に電流を供給すると発光する。供給される電流値に対する有機ＥＬ素子の発光輝度の変動は小さいので、有機ＥＬ素子を駆動する場合には、一般に定電流駆動法が用いられる。定電流駆動される有機ＥＬ素子では、陽極と陰極との短絡（層間短絡）により特定の画素が発光しなくなることがある。
【０００４】
層間短絡の発生の様子を、図４〜図６の模式図を参照して説明する。図４に示すように、有機ＥＬ素子は、一般に、ガラス基板１の上にＩＴＯ（インジウム・錫・酸化物）などの透明導電膜で陽極２が形成され、その上に薄膜状の有機化合物が複数層重ねられた有機ＥＬ薄膜３が形成され、さらに、その上にアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜による陰極４が蒸着された構造を有する。なお、ガラス基板１の上に形成された透明導電膜が陰極とされ、有機ＥＬ薄膜３の上に蒸着された金属膜が陽極とされる場合もある。
【０００５】
有機ＥＬ素子の作製時に、有機ＥＬ薄膜３にごみ等の異物９が混入したり、陽極２の透明導電膜に突起（図示せず）が生じ、その突起が有機ＥＬ薄膜３に侵入したりすることがある。異物９や透明導電膜の突起（以下、異物等という。）の大きさは、５００×５００ｎｍ〜１０ｎｍ×１０ｎｍ程度であると推定される。また、異物等の大きさが大きくても、有機ＥＬ素子が作製された直後では、異物等は有機ＥＬ薄膜３に覆われていて、異物等を介した陽極２と陰極４との短絡は生じていないと推定される。
【０００６】
しかし、有機ＥＬディスプレイの実稼働中に、異物等に電荷が集中し、局所的に熱が発生することがある。熱の発生によって、有機ＥＬ薄膜３における有機物の分解が進み、ついには有機物が陰極４とともに裂けてしまうことがある。以下、このような現象を爆裂と呼ぶことにする。
【０００７】
爆裂の発生によって、図５に示すように、陰極４の裂けた部分が上または下（有機ＥＬ薄膜の側）に向かって反ることがある。有機ＥＬ薄膜３に多数の異物等が混入している場合には、稼働開始からの時間の経過とともに、１画面の中で爆裂部は増えていくのであるが、爆裂部の数箇所につき１箇所程度の割合で、陰極４の下に向かって反った部分が陽極２と短絡してしまう。さらに、時間の経過とともに短絡の程度が大きくなる場合があり、その場合には、短絡箇所からさらに発熱して有機物が溶融し、その結果、図６に示すように陰極４が変形してしまう。すると、短絡の程度がさらに大きくなってしまう。
【０００８】
図７に、爆裂部を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察して得られたＳＥＭ像の例を示す。図７（Ａ）は、爆裂部を上から見た場合の平面像を示す図であり、図７（Ｂ）は、平面像におけるＢ箇所の断面部を眺めた場合の斜視像を示す図である。図７（Ｂ）において、Ｐで示される箇所は、陰極４の裂けた部分が上に向かって反った箇所であり、Ｑで示される箇所は、陰極４の裂けた部分が下に向かって反り、陽極２と接触している箇所である。
【０００９】
層間短絡の発生を抑制するために、有機ＥＬ素子を封止する封止部材によって形成される封止空間内に、支燃性ガスまたは支燃性ガス発生剤を封入する技術が開発されている（特許文献１、特許文献２参照。）。支燃性ガス発生剤は、支燃性ガスとしての酸素ガスを発生する。そして、有機ＥＬ薄膜３内の異物等に電荷が集中し、局所的に熱が発生した部位が生ずると、その部位が支燃性ガスにより酸化されて絶縁されることによって層間短絡の発生が防止される。また、層間短絡が発生して発熱した部位が生じても、その部位が支燃性ガスにより酸化されることによって層間短絡が修復される。
【００１０】
特開平１１−４０３４６号公報（段落０００７，０００８）
【００１１】
特開２００１−２１０４６６号公報（段落０００４〜０００７）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、封止空間に支燃性ガスまたは支燃性ガス発生剤を封入した場合には、上記特許文献２にも記載されているように、有機ＥＬ素子が支燃性ガスとしての酸素ガスにさらされる。すると、有機ＥＬ素子の端部などの電極の切れ目から両電極間に支燃性ガスとしての酸素ガスが侵入することがある。侵入した酸素ガスによって、ダークスポットやダークフレームが発生しやすくなる。また、それらの成長が促されることにもなる。ダークスポットやダークフレームは有機ＥＬディスプレイの表示品位を低下させる。従って、従来の層間短絡を防止するための対策には、有機ＥＬディスプレイの表示品位を低下させる可能性が残るという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記のような課題を解決するための発明であって、有機ＥＬディスプレイの表示品位を低下させる可能性を排除しつつ、層間短絡の発生を防止することができる有機ＥＬディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機ＥＬディスプレイは、基板上に設けられた下部電極と上部電極との間に発光層を含む有機ＥＬ薄膜が挟持された構造の有機ＥＬディスプレイであって、上部電極に、上部電極に対して引っ張り応力を有する金属膜が積層されていることを特徴とする。
【００１５】
積層される金属膜の熱膨張率は、上部電極の熱膨張率の１／２以下であることが好ましい。そのような熱膨張率の関係によれば、有機ＥＬディスプレイの動作環境が高温になっても、金属膜の引っ張り応力が維持される。
【００１６】
本発明の有機ＥＬディスプレイの製造方法は、基板上に下部電極を形成し、下部電極の上に発光層を含む有機ＥＬ薄膜を形成し、有機ＥＬ薄膜の上に上部電極を形成する有機ＥＬディスプレイの製造方法であって、上部電極の上に、上部電極に対して引っ張り応力を有する金属膜を積層することを特徴とする。
【００１７】
有機ＥＬ薄膜の上に金属を蒸着することによって上部電極を形成し、上部電極の上にスパッタリングによって金属膜を積層することが好ましい。そのような製造方法によれば、金属膜に、上部電極に対する引っ張り応力を与えることができる。
【００１８】
上部電極の材質としてアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金を用い、金属膜の材質としてモリブデンまたはモリブデンを含む合金を用いることが好ましい。
【００１９】
また、別の態様として、本発明の有機ＥＬディスプレイは、基板上に設けられた下部電極と上部電極との間に発光層を含む有機ＥＬ薄膜が挟持された構造の有機ＥＬディスプレイにおいて、前記上部電極の上面が、上部電極の下面に対し相対的に収縮するように形成されていることを特徴としている。また、前記上部電極が多層構造であることが好ましい。
【００２０】
さらに、前記上部電極の上面に、前記上部電極に対し相対的に収縮する収縮膜が積層され、前記収縮膜の形状が前記上部電極の形状と同じであることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の有機ＥＬディスプレイの一形態を示す断面図である。図１に示す有機ＥＬディスプレイを形成する場合、まず、表１に示すように、ガラス基板１上に透明導電膜である膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ（インジウム・錫・酸化物）を成膜し、ＩＴＯをエッチングして陽極２を形成する。次いで、陽極２の抵抗値を下げるための補助配線８を形成する。補助配線８として、例えば、膜厚５０ｎｍのクロム（Ｃｒ）、膜厚３５０ｎｍのＡｌおよび膜厚５０ｎｍのＣｒを順にスパッタリングによって成膜し、補助配線８以外の部分をエッチングによって除去する。また、絶縁膜として感光性のポリイミドを塗布し、露光現像して各画素の発光部となる開口部を形成する。
【００２２】
【表１】

【００２３】
次に、有機薄膜３を真空蒸着法により積層する。その際、表１に示すように、第１正孔輸送層（正孔注入層）としての膜厚１０ｎｍの銅フタロシアニンと、第２正孔輸送層としての膜厚１００ｎｍのα−ＮＰＤとを形成し、次いで、有機発光材料による発光層および電子輸送層としてのＡｌｑを、膜厚３０ｎｍとなるように蒸着する。さらに、電子注入層としてのフッ化リチウム（ＬｉＦ）を０．５ｎｍ蒸着する。
【００２４】
続いて、膜厚８０ｎｍのＡｌを蒸着によって成膜し陰極４を形成する。さらに、陰極４の上に、金属膜５として、膜厚１０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）をスパッタリングによって積層する。
【００２５】
さらに、ガラス基板１上に形成された有機ＥＬ素子を水分等から守るために、他のガラス基板６１を対向配置し、周辺シール材６２によってガラス基板１，６１を接合し、ガラス基板１とガラス基板６１および周辺シール材６２による封止部６とで封止された封止空間７に乾燥窒素ガスを封入する。
【００２６】
なお、上記の製造方法および使用する材料は一例であって、他の製造方法および材料を用いてもよい。ただし、陰極４を形成するための金属膜は蒸着によって形成され、その上に積層される金属膜５はスパッタリングによって形成されることが好ましい。
【００２７】
また、ガラス基板１の上に形成されたＩＴＯによる下部電極が陰極とされ、有機ＥＬ薄膜３の上に蒸着されたＡｌによる上部電極が陽極とされる場合もある。
【００２８】
次に、陰極４の上に積層された金属膜５の作用効果を図２および図３の断面図を参照して説明する。図２は、図１に示す有機ＥＬ素子の補助配線８の部分以外の部分を模式的に示す断面図である。
【００２９】
一般に、スパッタリングによって金属膜が形成される場合には、蒸着によって形成される場合に比べて、成膜される金属原子の運動エネルギーが大きく緻密な膜が形成される。従って、蒸着によって形成された金属膜の上にスパッタリングによって金属膜５が積層されると、スパッタリングによって形成された金属膜５の側に相対的に引っ張り応力が生じている。例えば、蒸着によって形成されたＡｌ膜には１０^６Ｎ／ｍ^２程度の引っ張り応力が内部において生じ、スパッタリングによって形成されたＭｏ膜には１０^７〜１０^８Ｎ／ｍ^２程度の引っ張り応力が内部において生じている。
【００３０】
よって、Ｍｏを用いた金属膜５の側に、陰極４に対して相対的に引っ張り応力が生じている。また、金属膜５の材料として用いられているＭｏの熱膨張率は陰極４の材料として用いられているＡｌの１／４以下である。従って、高温になっても、金属膜５の側の引っ張り応力が維持される。
【００３１】
図２に示す有機ＥＬ素子において爆裂が生じ、図７（Ａ）に示したような穴があくと、金属膜５の引っ張り応力が解除され、金属膜５には、陰極４に対して、収縮するような力が働く。この様子を図３の断面図に示す。金属膜５が収縮する方向に作用するので、図３に示すように、陰極４および金属膜５の裂けた部分は上に向かって反る。すなわち、金属膜５は、爆裂が生じた場合に爆裂部の裂け目の部分を上に反らせる反り強調層の役割を果たす。よって、従来例として図５に示したような下に向かって反る部分が発生しづらくなっている。その結果、陰極４と陽極２との短絡を生じづらくすることができる。
【００３２】
このように、陰極４の上に、陰極４に対して引っ張り応力が生じている金属膜５を積層することによって、層間短絡の発生を効果的に防止することができる。さらに、本実施の形態では、陰極４に金属膜５を積層することによって、実質的に陰極として作用する部分の抵抗値を下げることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、陰極４としてＡｌを蒸着によって形成し、陰極４の上に積層される金属膜５としてＭｏをスパッタリングによって形成したが、陰極４および金属膜５の材料はＡｌおよびＭｏに限られず、また、形成方法も蒸着およびスパッタリングに限られない。陰極４に対して引っ張り応力が生じている金属膜５を形成できるのであれば、他の材料や他の形成方法を用いてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、熱膨張率が陰極４の材料として用いられているＡｌの１／４以下であるＭｏを金属膜５の材料として用いたが、高温になっても金属膜５の側の引っ張り応力が十分維持される程度、例えば金属膜５の熱膨張率が陰極４の熱膨張率の１／２以下の程度であれば、陰極４および金属膜５の材料の組み合わせとして、他の組み合わせを用いてもよい。
【００３５】
例えば、陰極４の材料として少なくともＡｌを８０％含む合金を用いたり、金属膜５の材料として少なくともＭｏを７０％含む合金（例えばＭｏ−ニオブ（Ｎｂ））を用いてもよい。さらに、例えば、陰極４としてＡｌを蒸着によって形成し、金属膜５としてＡｌやＡｌと他の金属との合金をスパッタリングによって形成してもよい。
【００３６】
また、陰極４に対して引っ張り応力が生じている金属膜５を形成できるのであれば、陰極４と金属膜５とを蒸着によって形成してもよい。
【００３７】
ただし、金属膜５の陰極４に対する引っ張り応力が大きすぎると、陰極４が有機ＥＬ薄膜３から剥離する原因ともなるので、陰極４の内部に生じている応力と金属膜５の内部に生じている応力との差が大きすぎることは好ましいことではない。
【００３８】
また、本発明の第２の態様として、上部電極であるＡｌを多層構造とし、陰極の反有機ＥＬ薄膜側の層と、陰極の有機ＥＬ薄膜側の層とを成膜条件を変え、陰極の反有機ＥＬ薄膜側の層が陰極の有機ＥＬ薄膜側の層に比して収縮するように形成する。このような構成によって、陰極は爆裂時に反有機ＥＬ薄膜側に反り、短絡を発生、拡大を抑制することができる。
【００３９】
さらに、本発明の第３の態様として、上部電極であるＡｌの上に、その電極と同一形状とされた前記上部電極に対し相対的に収縮する収縮膜を積層する。このように、上部電極に収縮膜を積層することで、上部電極の反りを反有機ＥＬ薄膜側に規制することができる。なお、この収縮膜としてＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の金属酸化物を例示することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、有機ＥＬディスプレイにおける上部電極の上に、上部電極に対して引っ張り応力を有する金属膜を積層するので、爆裂が生じた場合に爆裂によって裂けた部分を上に反らせることができ、層間短絡の発生を防止することができる。
【００４１】
また、有機ＥＬ薄膜の上に金属を蒸着することによって上部電極を形成し、上部電極の上にスパッタリングによって金属膜を積層することによって、上部電極に対して相対的に引っ張り応力を有する金属層を形成することができ、層間短絡の発生を確実に防止することができる。
【００４２】
さらに、上部電極の上面を、上部電極の下面に対し相対的に収縮するように形成することで、爆裂が生じた場合に爆裂によって裂けた部分を上に反らせることができ、層間短絡の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一形態を示す断面図。
【図２】図１に示す有機ＥＬ素子の補助配線の部分以外の部分を模式的に示す断面図。
【図３】爆裂が生じた場合の爆裂部の様子を示す断面図。
【図４】従来の有機ＥＬ素子を示す断面図。
【図５】爆裂が生じた場合の従来の爆裂部の様子を示す断面図。
【図６】爆裂発生後に発熱によって層間短絡が進行する様子を示す断面図。
【図７】爆裂部のＳＥＭ像の例を示す説明図。
【符号の説明】
１　　ガラス基板
２　　陽極
３　　有機ＥＬ薄膜
４　　陰極
５　　金属層
６　　封止部
７　　封止空間
８　　補助電極

Claims

基板上に設けられた下部電極と上部電極との間に発光層を含む有機ＥＬ薄膜が挟持された構造の有機ＥＬディスプレイにおいて、
前記上部電極に、前記上部電極に対して引っ張り応力を有する金属膜が積層されているを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
金属膜の熱膨張率は、上部電極の熱膨張率の１／２以下である請求項１記載の有機ＥＬディスプレイ。
基板上に下部電極を形成し、
前記下部電極の上に発光層を含む有機ＥＬ薄膜を形成し、
前記有機ＥＬ薄膜の上に上部電極を形成する有機ＥＬディスプレイの製造方法において、
前記上部電極の上に、前記上部電極に対して引っ張り応力を有する金属膜を積層する
ことを特徴とする有機ＥＬディスプレイの製造方法。
有機ＥＬ薄膜の上に金属を蒸着することによって上部電極を形成し、
前記上部電極の上にスパッタリングによって金属膜を積層する
請求項３記載の有機ＥＬディスプレイの製造方法。
上部電極の材質としてアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金を用い、
金属膜の材質としてモリブデンまたはモリブデンを含む合金を用いる
請求項４記載の有機ＥＬディスプレイの製造方法。
基板上に設けられた下部電極と上部電極との間に発光層を含む有機ＥＬ薄膜が挟持された構造の有機ＥＬディスプレイにおいて、
前記上部電極の上面が、上部電極の下面に対し相対的に収縮するように形成されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
前記上部電極が多層構造である請求項６記載の有機ＥＬディスプレイ。
前記上部電極の上面に、前記上部電極に対し相対的に収縮する収縮膜が積層され、前記収縮膜の形状が前記上部電極の形状と同じである請求項６記載の有機ＥＬディスプレイ。