JP2006156133A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上せしめ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】 電気絶縁性の平坦化膜１２を表面に有するＴＦＴ基板１１上に形成された第一の電極１４と、第一の電極上に形成された有機発光層１５と、有機発光層上に形成された第二の電極１６と、第二の電極１６および平坦化膜１２を覆うようにして形成されたパッシベーション膜１７を備える有機ＥＬ素子において、平坦化膜１２はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ディスプレイ、面発光光源などに用いられる有機ＥＬ素子に関するものである。

有機発光（有機ＥＬ）素子は、自発光であり視野角が広く、コントラストが高く、応答速度が速いといったＬＣＤにない特徴を有しているため、近年開発が盛んに行われている。

一般に有機ＥＬ素子は、基板と２層の電極層に挟まれた有機発光層からなる画素から構成されている。そして両電極間への通電によりそれぞれの電極から注入された正孔と電子とが有機ＥＬ発光層内で再結合し、このときのエネルギーにより発光現象を生じる。

この発光現象を利用する有機ＥＬ素子は、発光層の厚さを薄くする事により例えば１０Ｖ以下の低電圧での駆動が可能で応答速度も速い。また輝度が注入電流に比例するために高輝度のＥＬ素子を得る事も可能であり、有機発光材料の種類を変える事により青緑黄赤の可視光領域全ての色の発光が得られている。

有機ＥＬ素子の作製にあたっては、トップエミッション型であれば、ＴＦＴ駆動回路のパタン化された第一の電極上に、まず複数の機能別の薄膜層からなる有機発光層を主に真空蒸着法により形成し、次に透明導電膜（第二の電極）およびパッシベーション膜が真空薄膜形成法により作製される。また、ＴＦＴ駆動回路には陽極と陰極になるパタンが配設されておりこれらの絶縁とこれらにより生じる凹凸の平坦化のために平坦化膜が形成される。

上記の有機発光層に用いられる有機材料は、水分、酸素等に弱く、また有機ＥＬ素子に用いられる電極層は酸化による劣化が著しい。このため従来の有機ＥＬ素子を大気中で駆動させると発光特性が急激に劣化するので、実用化にあたっては有機ＥＬ素子の長寿命化を図る必要がある。

このため、従来、有機ＥＬ構造体中への水分や酸素等の浸入を防ぐために、素子の上部にガラスキャップを接着して封止したり、さらにはその中に吸湿材を充填したりする方法が試みられていた。

しかしながら、これらの方法だと素子が厚肉化して、発光エリアを狭めたりするので、素子の最大の特徴である小型化、薄型化のためには大きな障害となる。さらに屈折率の異なるいくつもの層をＥＬ光が通過してくる関係から光取出し効率が低下する。

一方、近年、有機ＥＬ素子中に水分や酸素等の浸入を阻止する効果のあるシリコンと窒素を主成分とするパッシベーション膜が開発されている。ただし、いまだいくつかの問題をはらんでいて実用化には至っていない。その最大の原因はパッシベーション膜の界面密着性である。たとえば特許文献１に提示されるようなパッシベーション膜の膜厚で封止性能を維持しようとする試みもあるものの、界面からの防湿性に難点がある。

特開平１０−４１０６７号公報

そこで本発明は、パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上せしめ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明は、電気絶縁性の平坦化膜を表面に有するＴＦＴ基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第二の電極と、前記第二の電極および前記平坦化膜を覆うようにして形成されたパッシベーション膜を備える有機ＥＬ素子において、前記平坦化膜はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする。
また、前記平坦化膜は、その外周部において前記ＴＦＴ基板面に対するテーパー角が６０°以下であることを特徴とする。
さらに、前記平坦化膜は、表面粗度Ｒａが４ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、平坦化膜の外周部をテーパー状に形成しておくことにより、パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上させることができ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機ＥＬ素子が実現される。

図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な部分断面図である。図１において、１１はＴＦＴ基板、１１ａはＴＦＴ、１２は平坦化膜、１３は画素分離膜、１４は第一の電極、１５は有機発光層、１６は透明導電膜（第二の電極）、１７はパッシベーション膜である。

ＴＦＴ基板１１は、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１１ａ）が画素ごとに備わった構成となっており、アクティブマトリックス駆動方式で画像表示を行うものである。複数の画素がマトリックス状に配列された有機ＥＬ素子が自己発光することで画像表示がなされる。ＴＦＴ１１ａは画素に対してのスイッチングとして機能し、画素に流れる電流をオンオフしたり、画素の発光期間中に電流値を保持したりすることで画素の発光輝度を制御する。また、ＴＦＴ基板１１の外周部分にドライバ回路（不図示）が備わった構成となっており、ドライバ回路が複数のＴＦＴ１１ａをアクティブマトリクス駆動方式で制御することで各画素に流れる電流値が決まり、各画素の階調輝度が決まる。これにより有機ＥＬ素子に画像が表示される。

図１に示したような有機ＥＬ素子は、先ず複数のＴＦＴ１１ａを設けたＴＦＴ基板１１の上に、例えばポジ型の感光性アクリル樹脂をスピナーで塗布した後、加熱して所定の厚さ（例えば厚さ１．６μｍ）の平坦化膜を形成する。このとき電極のコンタクトホールおよび外周部分に所望のパターンを形成するようフォトマスクを形成し、ＵＶ露光と現像処理さらに加熱ＵＶ処理を行い、平坦化膜１２を図２に示すように厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜したテーパー状に形成する。

テーパー角の形成については、樹脂材料の感光剤や硬化剤の濃度を調整すること、またはＵＶ露光の露光量を調整することによって角度の変更が可能となる。

一方表面粗度については、樹脂材料の感光剤や硬化剤の濃度を調整すること、加熱ＵＶ処理の加熱温度の調整や処理時間を調整すること、または現像剤の濃度を調整することにより調整が可能となる。

本発明においては、図２中に示すテーパー角θが６０°以下であることが好ましい。このテーパー角θは、ＴＦＴ基板１１に対する平坦化膜の最大斜度をいうものである。また、本発明においては、平坦化膜の表面粗度Ｒａを４ｎｍ以下に調整しておくのが好ましい。

次に、画素を形成する部分には例えばポジ型のポリイミド樹脂からなる画素分離膜１３を上記と同様にして所定の厚さ（例えば厚さ０．８μｍ）に形成する。

次に、第一の電極１４となる導電膜をＴＦＴ基板の画素のパタンに形成する。導電膜の材質は仕事関数の大きいＣｒまたはＺｎＯ等が用いられ、厚さは０．１〜１μｍとすることが望ましい。

次に、第一の電極１４上に有機発光層１５が形成される。この有機発光層は複数の機能別の薄膜層からなり、たとえば第一の電極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に構成される。これらは、真空蒸着法、インクジェット法などにより形成される。

さらにこの上に電子輸送層と接するように透明導電膜（第二の電極）１６が形成される。透明導電膜（第二の電極）１６には通常ＩＴＯが用いられ、真空蒸着法、スパッタリング法などで形成される。

そしてＴＦＴ基板上の平坦化膜１２および第二の電極１６を覆うようにシリコンと窒素を主成分とするパッシベーション膜１７が真空蒸着法、スパッタリング法、ＰＥ−ＣＶＤ法などで形成される。

以上のようにして作製される本実施形態例に係る有機ＥＬ素子では、平坦化膜１２の外周部をテーパー状に形成したことにより、パッシベーション膜の下地条件が良好になり、この外周部においてパッシベーション膜１７と平坦化膜１２の密着性を高めることができ、素子外周部からの水分や酸素等の浸入を効果的に阻止することができる。

以下に本発明の有機ＥＬ素子の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて表面粗度Ｒａを４ｎｍに調整して、外周部テーパー角がそれぞれ４０°、５０°、６０°、７０°、となるように露光量を調整して平坦化膜をパターニングした５種類のＴＦＴ基板を作製した。

この上に次の公知の材料を用いて有機ＥＬ素子を作製した。すなわち第一の電極としてＣｒを配設したＴＦＴ基板にＵＶ／オゾン洗浄処理を施した上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる有機発光層をそれぞれ以下の材料によって真空蒸着法で形成した。

正孔輸送層には、下記化学式１で表されるα−ＮＰＤを５００ｎｍの膜厚で成膜した。

発光層には下記化学式２で表されるアルミキレート錯体（Ａｌｑ３）と化学式３で表されるクマリン６を１００：６の重量比率で共蒸着し５０ｎｍの膜厚で形成した。

電子輸送層には化学式４で表されるフェナントロリン化合物を１０ｎｍの膜厚で形成した。

この上にスパッタ法によるＩＴＯ薄膜である第二の電極を２２０ｎｍの膜厚で成膜し画素を形成した。

さらにこの上にＰＥ−ＣＶＤ法によるパッシベーション膜を７００ｎｍの膜厚で形成した。パッシベーション膜は基板温度を６０℃以下に保ち、ＳｉＨ₄ガス４ｓｃｃｍ、Ｎ₂ガス２００ｓｃｃｍ、高周波電力４０Ｗ、圧力７０Ｐａの条件の下で成膜した。

このようにして作製した５種類の素子サンプルに対し５００時間の６０℃９０％の高温高湿耐久試験を行った後のダークスポットの数を計測したところ表１の値を得た。

（比較例）
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて表面粗度Ｒａを４ｎｍに調整して、外周部テーパーを設けない平坦化膜をパターニングしたＴＦＴ基板を作製した。

これを用いて実施例１と同様にして、素子サンプルを作製してダークスポットの評価を行ったところ、ダークスポットの数は１０個以上計測された。

以上の結果から、平坦化膜の外周部にテーパーを設けることによりパッシベーション膜の防湿性能が保たれ、特にテーパー角を６０°以下にすることによりその効果が大きいことが実証された。

（実施例２）
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて、露光量の調整で外周部テーパー角を６０°に形成した平坦化膜において、現像剤と加熱ＵＶ時間を調整して表面粗度Ｒａがそれぞれ３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍとなるように平坦化膜をパターニングした４種類のＴＦＴ基板を作製した。この上に実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。

このようにして作製した４種類の素子サンプルに対し５００時間の６０℃９０％の高温高湿耐久試験を行った後のダークスポットの数を計測したところ表２の値を得た。

以上の結果から、平坦化膜の表面粗度Ｒａを４ｎｍ以下とすることにより、パッシベーション膜の防湿性能を高める効果があることが実証された。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な部分断面図である。 平坦化膜外周部におけるＴＦＴ基板面に対するテーパー角を説明するための図である。

符号の説明

１１ ＴＦＴ基板
１１ａ ＴＦＴ
１２ 平坦化膜
１３ 画素分離膜
１４ 第一の電極
１５ 有機発光層
１６ 透明導電膜（第二の電極）
１７ パッシベーション膜

Claims (3)

1. 電気絶縁性の平坦化膜を表面に有するＴＦＴ基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第二の電極と、前記第二の電極および前記平坦化膜を覆うようにして形成されたパッシベーション膜を備える有機ＥＬ素子において、前記平坦化膜はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記平坦化膜は、その外周部において前記ＴＦＴ基板面に対するテーパー角が６０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記平坦化膜は、表面粗度Ｒａが４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。

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