JP2007095413A - トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】端部から侵入する水分の影響を長期にわたり抑制し、長寿命な薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】トップエミッション型有機ＥＬ素子１００は、図２（ｂ）に示す基板１１上に第１電極２１と、発光層含む機能層３１と、透明な第２電極４１とからなる発光部と、隔壁６１とが形成された有機ＥＬ素子基材１０と、図２（ａ）に示す基板１２の凹部に酸素又は水分を吸着または除去するゲッター層６１と、パターン状の接着層７１ａとが形成された透明かつ平面性を有する封止基材６０とを貼り合わせて一体構造としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報表示端末などのディスプレイや面発光光源として幅広い用途が期待されるトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、トップエミッション型有機ＥＬ素子と称す）に関する。

従来より、携帯電話やＰＤＡ等の携帯機器やパーソナルコンピュータ等の表示部に、エレクトロルミネッセンス（以下、単にＥＬともいう）表示装置を用いたものが開発されている。
ＥＬ表示装置は、ＥＬ層（発光層）を有する発光部を基板面内に複数備えて構成され、各発光部を独立に駆動することで所望の表示を行っている。このＥＬ表示装置は、発光層からの光の取り出し方向の違いにより、例えば素子基板側から光を取り出すボトムエミッション型と、封止部材側から光を取り出すトップエミッション型のものとに分類できるが、材料選択の自由度等の理由から、これまで主にボトムエミッション型の構造について研究されてきた。

一方、表示装置の分野では、大型化、高精細化、高輝度化に対するニーズが高く、ＥＬ表示装置についても大型化を目指した研究開発が盛んに行われている。
しかし、上述のボトムエミッション型のＥＬ表示装置を大型化した場合、電極に信号を供給する配線電極を制御するかトランジスタを太くする必要があり、これにより画素の開口率が低下するという問題があった。
また、このように開口率が低下した場合、画素の輝度を確保するために発光層に大きな電流を流す結果、製品寿命が短くなるという問題も生じる。
このため、近年、画素の開口率が配線等の構造に影響されないトップエミッション型の構造が注目され、盛んに研究されている。

有機ＥＬ素子は、どちらか一方が透光性を有する２枚の電極（陽極と陰極）の間に、有機発光媒体層を挟持した構造であり、両電極間に電流を流すことにより有機発光媒体層で発光が生じる自発光型の表示素子である。
有機発光媒体層は、通常機能分離された複数の層から構成され、その典型的な例としては、正孔注入層に銅フタロシアニン、正孔輸送層にＮ，Ｎ‘-ジ（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニル-１，１‘-ビフェニル-４，４’-ジアミン、蛍光体層にトリス（８-キノリノール）アルミニウムをそれぞれ積層した低分子型ＥＬ素子や、正孔輸送層にポリチオフェン誘導体、発光層にポリアルキルフルオレン誘導体を積層した高分子型ＥＬ素子がある
有機ＥＬ素子は、発光媒体層や陰極層を大気暴露させた状態で放置すると、大気中の水分や酸素により劣化することが知られている。具体的な代表例として、ダークスポットと呼ばれる非発光領域が発生し、時間の経過と共に拡大するといった現象がある。

この問題を解決する方法として、乾燥剤を内包したガラス製もしくは金属製の封止キャップにより、乾燥窒素雰囲気下で有機ＥＬ素子を被覆封止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では、乾燥剤を内包する空間を設けるために封止キャップを加工するコストが高いといった問題や、有機ＥＬ素子を薄型・軽量化する際に障害となる等の問題を有している。
特開平５−３６４７５号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、端部から侵入する水分の影響を長期にわたり抑制し、長寿命な薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するために、基板上に第１電極と発光層を含む機能層と透明な第２電極とからなる発光領域と、隔壁とが複数形成された有機ＥＬ素子基材と、基板上に酸素または水分を吸着又は除去するゲッター層と、接着層とが形成された封止基材とを貼り合わせてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記封止基材のゲッター層が前記基板の凹部に形成されていることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子としたものである。

本発明のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子は、ゲッター層を封止基材の基板の凹部に設けているので、ゲッター層と隔壁とのスペースを確保でき、酸素や水分を効率よく吸着、除去でき、有機発光媒体層の劣化を防止することができる薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。
また、ゲッター層が有機発光媒体層の上面（光取り出し面）に存在しないので、発光効率の良いトップエミッション型有機ＥＬ素子を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子の一実施例を示す部分模式構成断面図である。
本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子１００は、図２（ｂ）に示す基板１１上に第１電極２１と、発光層含む機能層３１と、透明な第２電極４１とからなる発光部と、隔壁５１とが形成された有機ＥＬ素子基材１０と、図２（ａ）に示す基板１２の凹部１２ａに酸素又は水分を吸着または除去するゲッター層６１と、パターン状の接着層７１ａとが形成された透明かつ平面性を有する封止基材６０とを貼り合わせ、接着封止して一体構造としたものである。

本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子１００は、ゲッター層６１が封止基材６０の基板１２の凹部１２ａに形成されているので、ゲッター層６１と隔壁５１とのスペースを確保でき、酸素や水分を効率よく吸着、除去でき、有機発光媒体層の劣化を防止することができる薄型・軽量化のトップエミッション型有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。

以下、トップエミッション型有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
まず、基板１１上にＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物や、金、白金などの金属材料等を抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの乾式成膜法で成膜してパターニング処理するか、金属酸化物や金属材料の微粒子をエポキシ樹脂やアクリル樹脂などに分散した微粒子分散溶液をグラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法などを用いてパターン印刷して第１電極２１を形成する。

基板１１は、ガラスや石英、プラスチックシート等の透光性基材の他に、アルミニウムやステンレスなどの金属箔やシート、シリコン基板、前記プラスチックフィルムやシートにアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属膜を積層させた非透光性基材など
を用いることができる。
また、基板１１上には必要に応じて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、駆動用基板として用いても良い。該ＴＦＴの材料としては、ポリチオフェンやポリアニリン、銅フタロシアニンやペリレン誘導体等の有機ＴＦＴを用いてもよく、アモルファスシリコンやポリシリコンＴＦＴを用いてもよい。

次に、第１電極２１が形成された基板１１上にアクリル樹脂あるいはポリイミド樹脂をベース樹脂とした感光性樹脂溶液をロールコート、スピンコート、スクリーン印刷、スプレーコート等のコーティング法を用いて所定厚の感光層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、第１電極２１間の所定位置に隔壁５１を形成する。
ここで、隔壁５１の高さは１μｍ前後である。

次に、発光物質を含む単層膜、あるいは多層膜を形成して機能層３１を形成する。
機能層３１を多層膜で形成する場合の構成例としては、正孔注入輸送層、電子輸送性発光層または正孔輸送性発光層、電子輸送層からなる２層構成や正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層からなる３層構成、さらには、注入層と輸送層を分けたり、電子ブロック層や正孔ブロック層などを挿入することにより、さらに多層で形成することも可能である。なお、発光層含む機能層３１は、例えば、発光層と、この発光層に電子や正孔を輸送／注入するための電子輸送／注入層や正孔輸送／注入層等との積層体として構成される。また、発光層単体で機能層を構成してもよい。

さらに、機能層３１上に第２電極４１を形成して、有機ＥＬ素子基材１０を得る。
第２電極４１の材料としては電子注入効率の高い物質を用いる。具体的にはＭｇ，Ａｌ，Ｙｂ等の金属単体を用いたり、機能層３１と接する界面にＬｉや酸化Ｌｉ，ＬｉＦ等の化合物を１ｎｍ程度挟んで、安定性・導電性の高いＡｌやＣｕを積層して用いる。
または、電子注入効率と安定性を両立させるため、仕事関数が低いＬｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｓｃ，Ｙ，Ｙｂ等の金属１種以上と、安定なＡｇ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属元素との合金系が用いられる。具体的にはＭｇ，Ａｇ，Ａｌ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｌｉ等の合金が使用できる。

第２電極４１の形成方法は、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法を用いることができる。
第２電極４１の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が望ましいが、透光性電極として用いる場合には、これら金属材料を１〜１０ｎｍ程度の薄膜として積層した後に、ＩＴＯ（インジウムスズ複合酸化物）やインジウム亜鉛複合酸化物、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物を１０〜１５０ｎｍ積層し、電子注入性と透光性の両立を図ることが好ましい。

図３（ａ）〜（ｅ）に封止基材６０の作製方法の一例を示す。
まず、基板１２上にスピンコート法等により耐酸性のレジストを塗布し、レジスト層８１を形成する（図３(ａ)参照）。

基板１２は、透明性かつ平面性を有する透光性基材を用いる必要があり、例えば、ガラスや石英、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムやシート、または、これらプラスチックフィルムやシートに酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸窒化珪素などの金属酸窒化物、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂膜を単層もしくは積層させた透光性基材を
用いることができる。

次に、レジスト層８１に所定のマスクを使ってパターン露光、現像等のパターニング処理を行って、基板１２の所定位置にレジストパターン８１ａを形成する（図３(ｂ)参照）。

次に、レジストパターン８１ａをマスクにして弗酸を主成分とするエッチング液にて透明基板１２をエッチングし、レジストパターン８１ａを専用の剥離液で除去して、透明基板１２の所定位置に所定深さの凹部１２ａを形成する（図３(ｃ)参照）。

次に、凹部１２ａにゲッター層６１を形成する（図３(ｄ)参照）。
ゲッター層６１の形成方法としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、シリカゲル、ゼオライト系化合物等のゲッター材をマスクを用いた真空蒸着法あるいはスパッタリング法、ＣＶＤ法等、またはゲッター材を分散した溶液をインクジェット法、ディスペンサー法等、またはゲッター材を分散したペーストをスクリーン印刷等が適用できるが、ゲッター層６１の膜厚、パターン精度等により適宜選択することができる。、
次に、基板１２上の所定位置にパターン状の接着層７１ａを形成する（図３(ｅ)参照）。
パターン状の接着層７１ａの形成方法としては、材料に応じて、ロールコート、スピンコート、スクリーン印刷法、スプレーコートなどのコーティング法にて感光層を形成し、パターニング処理するか、スクリーン印刷法、転写法等にてパターン形成する等の方法を適用することができる。

また、パターン状の接着層７１ａ内部には、硬化時の残留応力を緩和し接着性を向上するために、プラスチック微粒子、アクリルゴム、ニトリルゴムなどのゴム微粒子を、単成分もしくは多成分のフィラーを混入しても良い。
接着層７１ａの厚みとしては、特に制限はないが、なるべく薄膜であることが好ましく、１〜１００μｍ程度、より好ましくは５〜２０μｍである。

最後に、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを貼り合わせて、熱圧着ロール、真空ラミネータ等を用いて加圧、加熱し、接着層７１ａにて接着封止してトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子１００を得る(図１参照)。

まず、ガラスからなる基板１１上にインジウム・錫合金酸化物をスパッタリングして１５０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を成膜し、パターニング処理して第１電極２１を形成した。
次に、第１電極２１が形成された基板１１上にポリイミド樹脂からなる感光性樹脂溶液をスピンコーターにて塗布して感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、１μｍ厚の隔壁５１を形成した。

次に、第１電極２１上にポリ（３，４エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物からなる２０ｎｍ厚の正孔輸送層と、ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）―１，４−フェニレンビュレン］（ＭＥＭＰＰＶ）からなる１００ｎｍ厚の蛍光体層とからなる２層構成の１２０ｎｍ厚の機能層３１を形成した。

次に、インジウム・錫合金化合物をスパッタリングして６０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を成膜し、パターニング処理して機能層３１上に第２電極４１を形成し、有機ＥＬ素子基材１０を作製した（図２（ｂ）参照）。

次に、ガラスからなる基板１２上にスピンコート法等により耐酸性のレジストを塗布し、レジスト層８１を形成した（図３(ａ)参照）。

次に、レジスト層８１に所定のマスクを使ってパターン露光、現像等のパターニング処理を行って、基板１２の所定位置にレジストパターン８１ａを形成した（図３(ｂ)参照）。

次に、レジストパターン８１ａをマスクにして弗酸を主成分とするエッチング液にて基板１２をエッチングし、レジストパターン８１ａを専用の剥離液で除去して、基板１２の所定位置に深さ μｍの凹部１２ａを形成した（図３(ｃ)参照）。

次に、カルシウムを真空蒸着にてマスク成膜し、凹部１２ａに０．１μｍ厚のゲッター層６１を形成した（図３（ｄ）参照）。

次に、 μｍ厚のポリエステルフィルム９１上にエポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷し、３０μｍ厚の接着材層７１を形成した（図４（ａ）参照）。

次に、加熱ロール１１１を有するラミネーターを用いてポリエステルフィルム９１の接着材層７１の一部をゲッター層６１間の凸部に転写し（図４（ｂ）参照）、基板１２上の所定位置にパターン状の接着層７１ａと凹部１２ａにゲッター層６１が形成された封止基材６０を作製した（図４（ｃ）参照）。

最後に、有機ＥＬ素子基材１０と封止基材６０とを真空ラミネーターにて、温度９０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間３分の条件で接着封止して、トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子１００を得た（図１参照）。

本発明のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子の一実施例を示す模式構成断面図である。 （ａ）は、封止基材の一実施例を示す模式構成断面図である。（ｂ）は、有機ＥＬ素子基材の一実施例を示す模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、封止基材の製造方法の一例を示す模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、パターン状の接着層の形成方法の一例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１０……有機ＥＬ素子基材
１１、１２……基板
１２ａ……凹部
２１……第１電極
３１……機能層
４１……第２電極
５１……隔壁
６０……封止基材
６１……ゲッター層
７１……接着剤層
７１ａ……パターン状の接着層
７１ｂ……残部接着層
８１……レジスト層
８１ａ……レジストパターン
９１……ポリエステルフィルム
１００……トップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子
１１１……加熱ロール

Claims (1)

1. 基板上に第１電極と発光層を含む機能層と透明な第２電極とからなる発光領域と、隔壁とが複数形成された有機ＥＬ素子基材と、基板上に酸素または水分を吸着又は除去するゲッター層と、接着層とが形成された封止基材とを貼り合わせてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記封止基材のゲッター層が前記基板の凹部に形成されていることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス素子。

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