JP2007265841A

JP2007265841A - Ｅｌ装置

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Publication number: JP2007265841A
Application number: JP2006090459A
Authority: JP
Inventors: Eri Fukumoto; 絵理福本; Akiko Takagi; 朗子高木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4722746B2

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子部などの封止を良好に行えるＥＬ装置を提供する。
【解決手段】基板を有するＥＬ装置であって、前記基板上に、発光層を含む有機層を有する有機ＥＬ素子部と、前記有機ＥＬ素子部を封止する封止部とを備え、前記封止部は、封止性を有する第１封止層および第２封止層と、前記第１封止層と前記第２封止層との間に介挿された中間層とからなる３層構造を有しており、前記中間層は、等方性の多結晶構造を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子部を備えたＥＬ装置に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイは、消費電力、応答性及び視野角等の点で液晶ディスプレイより優れているため、次世代のフラットパネルディスプレイの本命として期待されている。

しかし、有機ＥＬディスプレイには、ダークスポットと呼ばれる非発光点が時間の経過とともに拡大してゆくという問題を有している。このようなダークスポットの拡大は、有機ＥＬ素子部の電極が外部からの酸素や水蒸気の侵入により劣化することに起因している。

このため、有機ＥＬディスプレイ(ＥＬ装置)では、有機ＥＬ素子部を封止し、有機ＥＬ素子部への酸素や水蒸気の侵入を防止する必要がある。同様に、ＴＦＴ等の素子部が形成された基板に関しても封止を行って酸素や水蒸気の侵入を防止するのが好ましい。

有機ＥＬ素子部の封止には、素子部の上にアモルファス構造の封止膜を形成する封止技術(例えば特許文献１参照)が従来より採用されている。

特開２００４−２２２８１号公報

しかしながら、上記の封止技術では、封止膜がアモルファス構造を有しているため、高い封止性が得られるものの、封止膜にクラックが発生するとそれが成長してしまい、封止機能が損なわれるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬ素子部などの封止を良好に行えるＥＬ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、基板を有するＥＬ装置であって、前記基板上に、発光層を含む有機層を有する有機ＥＬ素子部と、前記有機ＥＬ素子部を封止する封止部とを備え、前記封止部は、封止性を有する第１封止層および第２封止層と、前記第１封止層と前記第２封止層との間に介挿された中間層とからなる３層構造を有しており、前記中間層は、等方性の多結晶構造を有している。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るＥＬ装置において、前記中間層は、金属フッ化物を主成分として形成されている。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るＥＬ装置において、前記第１封止層と前記第２封止層とは、アモルファス構造を有している。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係るＥＬ装置において、前記第１封止層と前記第２封止層とは、窒化ケイ素を主成分として形成されている。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係るＥＬ装置において、前記中間層の屈折率は、１.６以上２.０以下である。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係るＥＬ装置において、前記中間層は、前記第１封止層および前記第２封止層と略等しい屈折率を有する。

請求項１ないし請求項６の発明によれば、有機ＥＬ素子部を封止する封止部は、封止性を有する第１封止層および第２封止層と、第１封止層と前記第２封止層との間に介挿された、等方性の多結晶構造を持つ中間層とからなる３層構造を有している。その結果、第１封止層または第２封止層にクラックが発生しても中間層により他方の封止層にクラックが伝播するのをブロックできるため、有機ＥＬ素子部などの封止を良好に行える。

また、請求項２の発明においては、中間層が金属フッ化物を主成分としているため、中間層に係る等方性の多結晶構造を簡易に形成できる。

また、請求項３の発明においては、第１封止層と第２封止層とがアモルファス構造を有しているため、高い封止性が得られる。

また、請求項４の発明においては、第１封止層と第２封止層とは窒化ケイ素を主成分としているため、封止層に係るアモルファス構造を適切に形成できる。

また、請求項５の発明においては、中間層の屈折率が１.６以上２.０以下であるため、第１封止層および第２封止層と中間層との境界で生じる光の反射や屈折を適切に抑えられる。

また、請求項６の発明においては、中間層が第１封止層および第２封止層と略等しい屈折率を有しているため、第１封止層および第２封止層と中間層との境界で生じる光の反射や屈折を適切に抑えられる。

以下では、本発明の実施形態に係るＥＬ装置(例えば有機ＥＬディスプレイ)およびその製造方法を図面に基づいて説明する。なお、図面においては、理解容易のため各部材間の縮尺が実際と異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係るＥＬ装置１の要部構成を示す断面図である。

ＥＬ装置１には、スイッチング用のＴＦＴ等の駆動素子や配線等が形成された基板２の上に有機ＥＬ素子部１０が設けられるとともに、有機ＥＬ素子部１０および基板２上にはこれらの封止を行う封止部３が設けられている。このＥＬ装置１は、有機ＥＬ素子部１０の上面側から光を取り出すトップエミッション型の構造となっている。

有機ＥＬ素子部１０は、第１電極層(アノード電極)１１上に形成された有機層１２と、有機層１２上に形成された第２電極層(カソード電極)１３とを備えている。

第１電極層１１は、基板２の配線と電気的に接続しており、例えば光反射率の高い材料であるアルミニウム(Ａｌ)で形成されている。なお、第１電極層１１は、アルミニウム(Ａｌ)とネオジム(Ｎｄ)との合金、アルミニウム(Ａｌ)とイットリウム(Ｙ)との合金や、銀(Ａｇ)またはその合金等の光反射率の高い材料で形成されても良い。このように第１電極層１１を光反射率の高い材料により構成することにより、トップエミッション型のＥＬ装置においては、光の取り出し効率を高めることが可能となり、有機層１２において生じた光を有効活用できる。

有機層１２は、有機系材料を発光体として用いた発光層を含んで構成されている。この有機層１２は、単層構造または機能別に積層した多層構造のいずれも採用することができる。例えば、有機層１２が発光層のみの単層からなる単層構造では、発光層が正孔輸送特性と電子輸送特性とを兼ね備えた材料からなり、その材料中に発光材料をドープする方法や、発光材料自体に電荷輸送特性が付与された材料を用いる方法などを採用することができる。このような単層構造は、素子形成プロセスを簡略化できるだけでなく、膜厚化が可能となることから、歩留まりを向上させることができ、低コストのＥＬ装置を製造できるという利点がある。

一方、有機層１２の構造として多層構造を採用する場合、例えば発光層に加え、正孔輸送層、正孔注入層、正孔阻止層、電子輸送層および電子阻止層のうち、単数または複数を選択して有機層１２を形成する。例えば、有機層１２が発光層と正孔阻止層とからなる多層構造である場合には、両電極からの電荷の注入量を制御し、再結合部位における正孔と電子の密度を等しくするため、正孔注入電極として働く第１電極層１１と電子輸送層との間に正孔阻止層を設けた構造としても良い。このような構造を採用することで、再結合部位における正孔と電子の密度とを等しくすることができ、発光効率を向上させることができるという利点がある。また、同様に電子注入電極として機能する第２電極層１３と正孔輸送層との間に電子素子層を設けることも可能である。

第２電極層１３は、有機ＥＬ素子部１０の上面側から光を取り出すために光透過性を有する薄い金属膜で構成されおり、基板２の配線に電気的に接続している。

封止部３は、有機ＥＬ素子部１０上および基板２上を覆うように形成された第１封止層３１と、第１封止層３１上に形成された中間層３２と、中間層３２上に形成された第２封止層３３とからなる３層構造を有している。

第１封止層３１および第２封止層３３は、無機物質である窒化ケイ素(ＳｉＮｘ)を主成分としたアモルファス構造の膜として形成されており、封止性を有している。

また、第１封止層３１および第２封止層３３は、有機ＥＬ素子部１０の上面側から光を取り出すために光透過性を有しており、その屈折率は１．８程度である。

中間層３２は、第１封止層３１と第２封止層３３との間に介挿されており、例えばフッ化ランタン(ＬａＦ３)を主成分とした等方性の多結晶構造を有している。このように中間層３２が金属フッ化物で形成されるのは、中間層３２を金属酸化物で形成する場合には有機ＥＬ素子部１０の電極などを酸化させる酸素が中間層３２から脱離し易いのに比べて、中間層を金属フッ化物で形成する場合にはフッ素が中間層３２から脱離しにくいためであり、また真空蒸着等によって比較的大きな結晶粒を生成しやすいためである。このような構成の中間層３２では、第１封止層３１および第２封止層３３のような高い封止性を得ることは困難であるものの、第１封止層３１または第２封止層３３で生じたクラックの伝播が中間層３２が多く含む結晶粒界によってさえぎられ、他方の封止層にクラックが伝播するのを防止できる。

中間層３２は、有機ＥＬ素子部１０の上面側から光を取り出すために光透過性を有している。そして、中間層３２は、第１封止層３１および第２封止層３３との界面で光の反射や屈折が生じてＥＬ装置１の光学設計がずれないように、第１封止層３１および第２封止層３３の屈折率に略等しい屈折率を有している。具体的には、中間層３２の屈折率は、窒化ケイ素を主成分とした第１封止層３１および第２封止層３３の屈折率１．８に対して前後１０％程度以内、つまり１.６以上２.０以下であるのが好ましい。

以上のような封止部３では、封止性を有する第１封止層３１および第２封止層３３の間に等方性の多結晶構造を有する中間層３２が介挿されるため、第１封止層３１または第２封止層３３で生じたクラックが伝播するのを中間層３２で封じ込めることができる。例えば、ＥＬ装置１の製造プロセスで基板２の表面に付着した異物によって第１封止層３１にクラックが生じても、その伝播が結晶粒界を多く含む中間層３２でブロックされるため、第２封止層３３の封止性を維持できる。また、封止部３を形成した後にＥＬ装置１の外部からの衝撃によって第２封止層３３にクラックが生じても、その伝播を中間層３２でブロックできるため、第１封止層３３の封止性を維持できることとなる。

以上のような封止機構を有するＥＬ装置１の製造方法について、その手順を図２〜図４および図１を参照して以下で説明する。

(１)基板２上に有機ＥＬ素子部１０を形成する(図２参照)。ここでは、例えばエッチングによって第１電極層１１、有機層１２および第２電極層１３を順に形成する。

(２)窒化ケイ素を主成分とした第１封止層３１を、例えば１μｍ〜２μｍ程度の膜厚で有機ＥＬ素子部１０および基板２上に形成する(図３参照)。ここでは、有機ＥＬ素子部１０にダメージを与えない程度の温度でプラズマ化学気相成長法(ＣＶＤ)法による成膜を行う。これにより、封止性を有するアモルファス構造の第１封止層３１が形成される。

(３)フッ化ランタンを主成分とした中間層３２を、例えば１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚で第１封止層３１上に形成する(図４参照)。ここでは、抵抗加熱式の真空蒸着法による成膜を行なった。成膜中は基板を直接的に加熱することは行なわず、蒸着源からの輻射熱によって基板を加熱することにより、基板温度を５０℃〜８０℃に設定した。また、蒸着レートを１０ｎｍ〜３０ｎｍ／ｓｅｃにコントロールし、チャンバーの真空度を２×１０^-4〜３×１０^-4Ｐａとした。基板と蒸着源との距離は８０ｃｍ〜１ｍに設定した。これによって、粒状構造の結晶粒からなる中間層３２を形成することができ、等方性の多結晶構造が得られた。

このように中間層３２を等方性の多結晶構造とすれば、結晶粒界が第１封止層３１および第２封止層３３との界面に平行な成分を持つこととなるため、第１封止層３１や第２封止層３３にクラックが生じても中間層３２で適切にブロックできる。

なお、中間層３２を比較的低温で成膜するのは、温度(高温)によるダメージを有機ＥＬ素子部１０に与えないようにするため、またフッ化物であるフッ化ランタンを高温で成膜すると中間層３２の主面に対して垂直方向に結晶が成長する柱状の多結晶構造になる可能性があるためである。このような柱状多結晶構造では、第１封止膜３１や第２封止膜３３で生じたクラックの伝播を中間層３２でブロックできないこととなる。

(４)窒化ケイ素を主成分とした第２封止層３３を、例えば１μｍ〜２μｍ程度の膜厚で中間層３２上に形成する(図１参照)。ここでは、第１封止層３１と同様にプラズマＣＶＤ法による成膜を行うことで、封止性を有するアモルファス構造の第２封止層３３が形成される。

以上の手順で製造されたＥＬ装置１は、第１封止層３１および第２封止層３３の間に応力緩和作用のある中間層３２が形成されるため、第１封止層３１または第２封止層３３でクラックが生じても、その他方の封止層への伝播を中間層３２でブロックでき、有機ＥＬ素子部１０や基板２(特に基板２に形成されたＴＦＴなどの素子部)の封止を良好に行えることとなる。また、封止部３はドライ成膜で形成されるため、樹脂を用いた封止に比べてコスト低減が図れる。

＜変形例＞
・上記の実施形態においては、第１電極層１１をアノード電極として第２電極層１３をカソード電極として利用するのは必須でなく、これらを入れ替えても良い。

・上記の実施形態における中間層の材料については、上述したフッ化ランタンに限らず、第１封止層や第２封止層と屈折率の近いフッ化物を採用するようにしても良い。例えばフッ化ガドリニウム(ＧｄＦ３)、フッ化セリシウム(ＣｅＦ３)やフッ化ネオジウム(ＮｄＦ３)などのランタノイドのフッ化物や、３Ａ族のフッ化物を主成分としたものが採用できる。

・上記の実施形態における第１封止層および第２封止層については、双方とも窒化ケイ素を主成分とするのは必須でなく、異なる材料（例えば一方が窒化ケイ素、他方が異なる物質）の組合せにしても良い。このような異なる材料の組合せで相互の屈折率が食い違ってしまう場合には、中間層は、第１封止層と第２封止層との中間的な屈折率を有する材料で形成されるのが好ましい。

・上記の実施形態における第１封止層および第２封止層については、異なる条件（温度など）で成膜するようにしても良い。例えば、有機層に近い側の第１封止層は、有機層にダメージを与えない程度の温度等で成膜しなければならないが、有機層から遠い側の第２封止層については、その緻密性が高くなる条件(例えば第１封止層より高温)で成膜するようにする。これにより、第２封止層は、第１封止層よりも緻密性が高く（密度が高く）なり、有機層から遠い第２封止層の封止性を向上できるとともに、有機層に近い第１封止層の緻密性を低くすることで第１封止層の内部応力を小さく抑え、封止部３が有機ＥＬ素子部１０に与えるダメージを低減できる。

・上記の実施形態における第１封止層および第２封止層については、異なる膜厚で成膜するようにしても良い。封止層の膜厚が大きくなると、内部応力が大きくなることから、例えば、第２封止層の膜厚を、有機層に近い第１封止層の膜厚よりも大きく設定することにより、第１封止層の内部応力によって封止部３が有機ＥＬ素子部１０に与えるダメージを小さく抑えつつ、第２封止層の封止性を高める、ひいては封止部３の封止性を高めることができる。

・上記の実施形態においては、３層構造の封止部３を有機ＥＬ素子部１０および基板２上に形成させるのは必須でなく、有機ＥＬ素子１０上のみ、または基板２上のみに形成させるようにしても良い。

・上記の実施形態において、図５に示すように、封止部３の端部において、第１封止層よりも中間層が、中間層よりも第２封止層がそれぞれ外側に位置するように封止部３を構成することが好ましい。かかる構成によって封止部３の端部においても高い封止性を担保することができる。なお、封止部３を上記構成とするためには、開口の大きさの異なるシャドウマスクを用いる、あるいは、フォトリソグラフィーやエッチング技術を用いる等の方法により、封止部３を構成する各層の被着領域の面積を、第１封止層＜中間層＜第２封止層となるように調整すればよい。

・上記の実施形態において、トップエミッション型のＥＬ装置を例に本発明を説明したが、本発明をボトムエミッション型のＥＬ装置に対して適用可能なことは勿論である。

本発明の実施形態に係るＥＬ装置１の要部構成を示す断面図である。ＥＬ装置１の製造方法を説明するための図である。ＥＬ装置１の製造方法を説明するための図である。ＥＬ装置１の製造方法を説明するための図である。本発明の他の実施形態に係るＥＬ装置１の要部構成を示す断面図である。

符号の説明

１ＥＬ装置
２基板
３封止部
１０有機ＥＬ素子部
１１第１電極層
１２有機層
１３第２電極層
３１第１封止層
３２中間層
３３第２封止層

Claims

基板を有するＥＬ装置であって、
前記基板上に、
発光層を含む有機層を有する有機ＥＬ素子部と、
前記有機ＥＬ素子部を封止する封止部と、
を備え、
前記封止部は、封止性を有する第１封止層および第２封止層と、前記第１封止層と前記第２封止層との間に介挿された中間層とからなる３層構造を有しており、
前記中間層は、等方性の多結晶構造を有していることを特徴とするＥＬ装置。
請求項１に記載のＥＬ装置において、
前記中間層は、金属フッ化物を主成分として形成されていることを特徴とするＥＬ装置。
請求項１または請求項２に記載のＥＬ装置において、
前記第１封止層と前記第２封止層とは、アモルファス構造を有していることを特徴とするＥＬ装置。
請求項３に記載のＥＬ装置において、
前記第１封止層と前記第２封止層とは、窒化ケイ素を主成分として形成されていることを特徴とするＥＬ装置。
請求項４に記載のＥＬ装置において、
前記中間層の屈折率は、１.６以上２.０以下であることを特徴とするＥＬ装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＥＬ装置において、
前記中間層は、前記第１封止層および前記第２封止層と略等しい屈折率を有することを特徴とするＥＬ装置。