JP2007273274A - 有機ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ層に水分等の劣化要因が侵入することを防ぎ、長期的に良好な発光特性を有する有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】 一対の電極間に有機ＥＬ層が挟持された発光部と、発光部を担持する素子基板とを有する有機ＥＬ素子において、発光部および素子基板上に第１の無機膜を設けた。そして、この第１の無機膜および素子基板上に第２の無機膜を設け、第２の無機膜で第１の無機膜の端部を覆った。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子及びその製造方法に関する。

有機ＥＬ素子は、視認性やフレキシブル性に優れていることから、車載用コンポや携帯電話のディスプレイ等に利用されている。

この有機ＥＬ素子は、水分に極めて弱いことが知られている。例えば、有機ＥＬ素子中に水分が侵入することによりダークスポットと呼ばれる非発光領域が発生し、発光が維持できないといった問題が生じる。

そこで、有機ＥＬ素子を水分等の劣化要因から保護するために、有機ＥＬ素子表面を複数の無機膜で覆う方法が提案されている（特許文献１）。

特許文献１には、順に低吸湿性、高吸湿性、低吸湿性を有する無機膜を有機ＥＬ素子上に形成する方法が提案されている。この構成によれば、外層の低吸湿層を透過した水分を内層の高吸湿層で捕捉し、高吸湿層に捕捉された水分の発光部への浸透をさらに内層の低吸湿層で防止することができる。
特開２００１−３５７９７３号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、従来例のように無機膜を単純に積層した保護層では、表示領域の面積を最大化するために、非表示領域の面積を小さくすると、素子の劣化が進みやすいという傾向が見出された。

本発明は、このような問題を解決するものであり、さらなる長寿命の有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、一対の電極間に有機ＥＬ層が挟持された発光部と、発光部を担持する素子基板とを有する有機ＥＬ素子において、発光部および素子基板上に形成された第１の無機膜と、第１の無機膜および素子基板上に形成された第２の無機膜とを有し、第１の無機膜の端部を露出しないように第２の無機膜が形成されていることを特徴とするものである。

本発明者は、非表示領域の面積を小さくすることにより素子が劣化するという現象について検討したところ、従来、無機膜では殆ど問題にならないと考えられていた無機膜の端部からの水分等の進入が有機ＥＬ素子の寿命に関与することを見出した。すなわち、非表示領域である額縁部の面積が小さくなり、有機ＥＬ素子と外部との距離が近くなるにつれて、無機膜の端部が露出している状態を無視することができなくなったのである。本発明は、このような知見を基にして、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ったものである。

本発明によれば、内層の無機膜である第１の無機膜の端部を外層の無機膜である第２の無機膜によって覆ったことから、有機ＥＬ層に水分等の劣化要因が侵入することを防ぐことができ、長期的に良好な発光特性を有する有機ＥＬ素子を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の断面図、図１（ｂ）は平面図を模式的に示したものである。

図１（ａ）において、基板１０１上には駆動回路１０７が形成され、この駆動回路１０７上には平坦化膜１０８が形成される。そして、平坦化膜１０８上には、少なくとも一方が透明電極である１対の電極１０２、１０３と、１対の電極に挟持された発光層を含む複数の有機層からなる有機ＥＬ層１０４が形成される。電極１０２は画素形状に分割されており、電極１０２間には、画素を分割する素子分離膜１０９が形成される。また、有機ＥＬ層１０４は図１（ｂ）に示した表示領域１２１内に画素数分配置されており、この表示領域１２１を覆う第１封止領域１２２には、図１（ａ）に示した無機膜からなる第１の無機膜１０５が形成される。また、図１（ｂ）に示した第１封止領域１２２を覆う第２封止領域１２３には、図１（ａ）に示した無機膜からなる第２の無機膜１０６が第１の無機膜１０５の端部を露出しないように形成される。

基板１０１としては、ガラス、高分子材料、金属等を用いることができる。また、駆動回路１０７としてはアクティブマトリクス駆動回路やパッシブマトリクス駆動回路を用いることができ、アクティブマトリクス駆動回路のＴＦＴとしては、ｐ−Ｓｉ ＴＦＴやａ−Ｓｉ ＴＦＴ等を用いることができる。

平坦化膜１０８には、駆動回路と電極との導通をとるためのコンタクトホールが形成される。平坦化膜１０８の材料としては、フォトリソグラフィー法等で加工が容易な有機材料が望ましい。また、素子分離膜１０９の材料としては、フォトリソグラフィー法等で加工が容易な有機膜、または無機膜が望ましい。

有機ＥＬ層１０４は、１対の電極からそれぞれ電子及びホールを注入することにより発光する。また、有機ＥＬ層は、カラー表示を行うために、発光層を含む１層以上の層を、レッド、グリーン、ブルー等の発光をそれぞれ行うように塗り分けることができる。

第１の無機膜１０５の材料としては、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯ_２膜等を用いることができる。また、第２の無機膜１０６の材料としては、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜等を用いることができる。

ここで、第２の無機膜１０６として第１の無機膜１０５よりも高密度の材料を選択すれば、第２の無機膜１０６は第１の無機膜１０５よりも低い透湿性を有することになるため、より長寿命の有機ＥＬ素子を提供できるという点から好ましい。

第１の無機膜１０５を設けることによって分離膜１０９及びコンタクトホール、または素子上の異物によって形成される段差を緩やかにすることができる。そして、第１の無機膜によって段差が緩やかになった表面に第２の無機膜を成膜するため、第２の無機膜を高密度化してもクラックの発生を抑制することができる。

また、第２の無機膜１０６上に封止材１１１を設ければ、さらに長寿命の有機ＥＬ素子を提供できるという点から好ましい。例えば、封止材１１１と第２の無機膜１０６及び基板１０１を有機膜１１０によって接着することができる。

第１の無機膜１０５及び第２の無機膜１０６は化学気相成長法（ＣＶＤ法）、スパッタ法等で形成することができる。例えば、開口マスク（Ａ）を用いて第１の無機膜１０５を形成し、次に開口マスク（Ａ）よりも開口面積の大きい開口マスク（Ｂ）を用いて第２の無機膜１０６を形成することができる。

また、ＣＶＤ法、スパッタ法を用いて、第１の無機膜１０５と第２の無機膜１０６の密度を変えることができる。ＣＶＤ法を用いる場合には、使用ガス種、使用ガスの混合比、成膜圧力、または投入電力を適宜調整することにより、異なる密度の無機膜を形成することができる。また、Ｓｉターゲットを用いたスパッタ法で形成する場合には、導入ガス種、導入ガス流量、成膜圧力、または投入電力を適宜調整することによって異なる密度の無機膜を形成することができる。

上記のように、第１の無機膜１０５及び第２の無機膜１０６は、２つの異なる開口面積を有するマスクを用いて形成することもできるが、さらに好適な方法は、同一の成膜手法および同一のマスクを用いる形成方法である。

以下、同一の成膜手法および同一のマスクを用いる形成方法について、図面を参照しつつ説明する。図２（ａ）は第１の無機膜１０５の成膜工程、図２（ｂ）は第２の無機膜１０６の成膜工程を模式的に示したものである。また、図２（ｃ）は第１の無機膜１０５の上に第２の無機膜１０６が積層されている状態を示したものである。説明を簡略化するために、図１（ａ）における駆動回路１０７から電極１０３までの構造物の形成過程は省略する。

まず、図２（ａ）に示したように、マスク−基板間距離２０２で第１の無機膜１０５を形成する。次に、図２（ｂ）に示したように、マスク−基板間距離２０２よりも大きい、マスク−基板間距離２０３で第２の無機膜１０６を形成する。これにより、第２の無機膜１０６は、第１の無機膜１０５の端部を覆うように、第２封止領域１２３に形成される。

このように、上記の製法は、第１の無機膜１０５と第２の無機膜１０６の形成に同一の成膜手法及び同一のマスク２０１を用いたことから、チャンバー間の搬送やマスク交換を行うことなく第１の無機膜１０５を第２の無機膜１０６の上に形成することができる。

次に、第３の無機膜３０１を設ける本発明の他の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図３は、本発明の他の実施形態における断面図を模式的に示したものである。

第３の無機膜３０１はカソード電極１０３上に形成され、第１の無機膜１０５は第３の無機膜３０１の上に形成されている。また、第２の無機膜１０６は第１の無機膜１０５の端部を露出しないように第１の無機膜１０５の上に形成されており、そして第２の無機膜１０６は第３の無機膜３０１と接している。第３の無機膜３０１の材料としては、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜等を用いることができる。

ここで、第３の無機膜３０１として、第１の無機膜１０５よりも高密度の材料を選択すれば、第３の無機膜３０１は第１の無機膜１０５よりも低い透湿性を有することになるため、より長寿命の有機ＥＬ素子を提供できるという点から好ましい。

また、第２の無機膜１０６と第３の無機膜３０１の材料を、構成元素、結晶性、組成比の観点から同種のものとすれば、第２の無機膜と第３の無機膜との界面の接合が強くなり、水分の浸入を防止する効果が向上するという点から好ましい。

さらに、第２の無機膜１０６上に封止材１１１を設ければ、より長寿命の有機ＥＬ素子を提供できるという点から好ましい。例えば、封止材１１１と第２の無機膜１０６及び基板１０１を有機膜１１０によって接着することができる。

以下に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す有機 ＥＬ 表示素子の実施例を説明する。

まず、基板１０１として、１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用意し、このガラス基板上に低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴを用いた駆動回路１０７を形成する。駆動回路１０７の上には、駆動回路を保護し、表面を平坦化するためのアクリルからなる平坦化膜１０８をスピンコート法を用いて塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。さらに平坦化膜１０８には駆動回路１０７とアノードメタルを接続するコンタクトホールを、フォトリソグラフィー法を用いて形成する。

また、平坦化膜１０８の上に、アノード電極１０２としてのＡｌ膜及びＩＺＯ膜を、スパッタ法を用いて順次成膜し、フォトリソグラフィー法を用いて画素形状にパターニングする。Ａｌ膜の膜厚は４０ｎｍ、ＩＺＯ膜の膜厚は２０ｎｍとする。パターニングされたアノードメタル間には画素を分離するためのポリイミドからなる分離膜１０９をスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。さらに、分離膜１０９を形成した後に真空中での加熱による脱水処理を行う。

そして、アノードメタル上に、ホール注入層、発光層、電子輸送層、電子注入層を順次積層して、有機ＥＬ層１０４を形成する。発光層は、カラー表示を可能にするためにレッド、グリーン、ブルーの３色の発光層に塗り分ける。有機ＥＬ層の膜厚は、各色で９０ｎｍから１３０ｎｍの間で変更する。ホール注入層、発光層、電子輸送層、電子注入層の形成領域は、蒸着時にそれぞれ用いるメタルマスクによって規定する。

さらに、有機ＥＬ層１０４の上にカソード電極１０３としてＩＺＯ膜を、スパッタ法を用いて成膜する。カソード電極１０３の形成領域は、スパッタ時に用いるメタルマスクによって規定する。ＩＺＯ膜の膜厚は６０ｎｍとする。

以上のような工程により、アノード、有機ＥＬ層、カソードを４５ｍｍ×３５ｍｍの表示領域１２１に形成した後に、表示領域を被覆する４７ｍｍ×３７ｍｍの第１封止領域１２２に第１の無機膜１０５としてＳｉＯＮ膜を形成する。第１の無機膜はプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。材料ガスとしてはＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｈ_２を用いる。第１の無機膜の膜厚は２μｍとする。また、第１の無機膜が成膜される第１封止領域はメタルマスクによって規定する。

次に、第１封止領域１２２を被覆する４７．２ｍｍ×３７．２ｍｍの第２封止領域１２３に第２の無機膜１０６としてＳｉＮ膜を形成する。第２の無機膜は、第１の無機膜成膜と同一のチャンバーでプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。材料ガスとしてはＳｉＨ_４、Ｎ_２、Ｈ_２を用いる。第２の無機膜の膜厚は１μｍとする。また、第２の無機膜の成膜には第１の無機膜成膜時と同一のメタルマスクを用い、第２の無機膜成膜時には、基板とメタルマスクとの距離を、第１の無機膜成膜時よりも１０μｍ離すことで、第１の無機膜を第２の無機膜で被覆する。

そして、第２の無機膜１０６の上に、有機膜１１０としての熱硬化性樹脂を塗布し、この熱硬化性樹脂上に封止材１１１としての封止ガラスを配置した後に、加熱硬化させることにより封止ガラスを固定し、第２封止領域を被覆する。

本発明の実施形態を示す模式図。 本発明の実施形態における無機膜の成膜過程を示す模式図。 本発明の他の実施形態を示す模式図。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ アノード電極
１０３ カソード電極
１０４ 有機ＥＬ層
１０５ 第１の無機膜
１０６ 第２の無機膜
１０７ 駆動回路
１０８ 平坦化膜
１０９ 分離膜
１１０ 有機膜
１１１ 封止材
１２１ 表示領域
１２２ 第１封止領域
１２３ 第２封止領域
２０１ マスク
２０２、２０３ マスク−基板間距離
３０１ 第３の無機膜

Claims (6)

1. 一対の電極間に有機ＥＬ層が挟持された発光部と、該発光部を担持する素子基板とを有する有機ＥＬ素子において、
   前記発光部および前記素子基板上に形成された第１の無機膜と、該第１の無機膜および該素子基板上に形成された第２の無機膜とを有し、
   前記第１の無機膜の端部を露出しないように前記第２の無機膜が形成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 密度について、前記第２の無機膜は前記第１の無機膜よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載された有機ＥＬ素子。
3. 一対の電極間に有機ＥＬ層が挟持された発光部と、該発光部を担持する素子基板とを有する有機ＥＬ素子において、
   前記発光部および前記素子基板上に形成された第３の無機膜と、該第３の無機膜上に形成された第１の無機膜と、該第１の無機膜および該第３の無機膜上に形成された第２の無機膜とを有し、
   前記第１の無機膜の端部を露出しないように前記第２の無機膜と前記第３の無機膜が形成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
4. 密度について、前記第２の無機膜および前記第３の無機膜は、前記第１の無機膜よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載された有機ＥＬ素子。
5. 前記第２の無機膜の上に封止材が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載された有機ＥＬ素子。
6. 一対の電極間に有機ＥＬ層が挟持された発光部と、該発光部を担持する素子基板とを有する有機ＥＬ素子の製造方法において、
   前記素子基板上に発光部を形成する工程と、
   前記発光部および前記素子基板を覆う第１の無機膜を形成する工程と、前記第１の無機膜の端部を封止して該素子基板を覆う第２の無機膜を形成する工程とを有し、
   無機膜の形成領域を規定するマスクと前記素子基板との距離について、前記第２の無機膜を形成するときの距離は、前記第１の無機膜を形成するときの距離よりも大きいことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
   

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