JP2007317459A - 有機ｅｌ素子及び同有機ｅｌ素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の第１電極の直下に配されている高分子材料からなる平坦化層に残留する水分を速やかに除去して、長寿命な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】第１電極に開口部が設けられている。この開口部から平坦化層が含有する水分を排出した後に、有機積層体、第２電極を堆積させる。水分排出の方法としては、有機ＥＬ素子基板を減圧下で加熱する方法、該基板に赤外線やマイクロ波を照射する方法が挙げられる。なお、水分排出後、開口部を導電材料で被覆すると発光領域を拡大出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子及び同有機ＥＬ素子の作製方法に関する。

有機ＥＬ素子は、少なくとも蛍光性有機化合物等の有機発光材料からなる有機発光層を含む有機積層体を、陰極と陽極とで挟んだ構成とされている。有機発光層に電子および正孔を注入して再結合させることにより励起子を生成させて、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光させる。

この有機ＥＬ素子の特徴は、１０Ｖ以下の低電圧で１００〜１０００００ｃｄ／ｍ²程度の高輝度の面発光が可能であり、また蛍光物質の種類を選択することにより青色から赤色までの発光が可能なことである。

有機ＥＬ素子の発光特性は、有機発光層を含む有機積層体への電子及び正孔の注入性や再結合の頻度により影響される。有機発光層を含む有機積層体への電子及び正孔の注入やそれらの再結合を阻害する要因は、例えば有機積層体への水分や酸素の浸入及び拡散、有機積層体を挟持する電極間の塵芥による短絡が挙げられる。また、電極と有機積層体との間、及び有機積層体内の層間の界面荒れによる電子・正孔の注入障害が挙げられる。

なかでも、有機積層体への水分の浸入による発光特性の影響は大きい。例えば有機積層体に隣接する部材に含まれる水分が拡散して、有機積層体に浸入すると、有機発光層の電界発光能力を失う現象が知られている。

このような問題に対する対策として、有機積層体に隣接する構成部材を基板上へ所望の形状で積層後、加熱脱水処理を行い、さらに低露点雰囲気中で基板温度を降温させ、部材への水分再吸着を抑制する方法が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００４−２３５０４８号公報

有機ＥＬ素子の構成例として、図１（ａ）に断面図、図１（ｂ）に俯瞰図を示す。

図示した有機ＥＬ素子は基板１０１上にＴＦＴ、該ＴＦＴ直上の凹凸を平坦化する高分子材料からなる平坦化層１１０、第１電極１１１を積層する。更に、画素周辺を囲む樹脂層１１２、有機発光層を含む有機積層体１１３、第２電極である透明電極１１４、防湿層１１５等を積層して製作される。なお、１０２は半導体層、１０３は絶縁層、１０４はｎ⁺層、１０５はゲート線、１０６は信号線、１０７はソース、１０８はドレイン、１０９は絶縁保護層を示している。

平坦化層１１０は、同平坦化層１１０上に積層された第１電極１１１、有機積層体１１３、透明電極１１４の各層及び層界面の平坦性を確保するため挿入されている。この平坦化層１１０は前記の特性を充足するため、一般にアクリル、メタクリル樹脂等の高分子が用いられるが、これらの材料は微量の水分が残留しやすい性質を有する。残留水分が有機積層体１１３に浸入した場合、有機発光層の電界発光能力を失う現象が認められる。

平坦化層１１０に残留する水分による有機発光層の電界発光能力の消失現象を回避するため、基板１０１は高温真空雰囲気で長時間保管して、平坦化層１１０の残留水分を抜く処置を施している。

しかしながら前記の処置を施した場合でも、第１電極１１１で被覆された平坦化層１１０の周辺領域には微量な水分が残留しやすい。この残留水分が、一般的に高分子材料が使用される画素周辺を囲む樹脂層１１２を経由して、有機積層体１１３に再拡散し、発光寿命の短縮や非常に半減期の長い発光輝度劣化がもたらされる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、有機ＥＬ素子の第１電極の直下に配されている平坦化層に残留する水分を速やかに除去して、長寿命な有機ＥＬ素子及び同有機ＥＬ素子の作製方法を提供することを目的とする。

上記した背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る有機ＥＬ素子は、
基板上に、平坦化層、第１電極、有機発光層を含む有機積層体、第２電極が順次積層されて成る有機ＥＬ素子において、
第１電極に開口部が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る有機ＥＬ素子及び同有機ＥＬ素子の作製方法は、第１電極直下に配置されている平坦化層に残留する水分を、前記第１電極に設けられた開口部を通じて速やかに除去することが可能なので、長寿命な有機ＥＬ素子の製造が可能となる。

本発明に係る有機ＥＬ素子及び同有機ＥＬ素子の作製方法の実施形態を図２に基いて説明する。図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は俯瞰図を示す。

図２に示す有機ＥＬ素子は、先ず有機ＥＬ素子基板を作製する。具体的に云うと、基板２０１上には、半導体層２０２、ゲート線２０３、信号線２０４、平坦化層２０７および第１電極２０８が公知の薄膜プロセスによって順次形成される。

このとき、第１電極２０８に開口部２０９を設けることを特徴としている。

第１電極２０８の材料としては、導電性を有する材料なら特に限定されず、金属材料や導電性金属酸化物が適用できる。具体的には、金属材料として可視波長域で高反射率であるＣｒ、Ａｌ、Ａｇやそれらを少なくとも一種類含む合金、金属酸化物としてＩＴＯやＩＺＯが挙げられるが、本発明の構成として例示の材料に限定されるものではない。

この第１電極２０８に、例えばリフトオフ法やエッチング法により開口部２０９が形成される。ここで開口部２０９とは、平坦化層２０７が第１電極２０８によって全て被覆されず、同第１電極２０８の上に積層される層（有機積層体）と平坦化層２０７とが開口部２０９を介して接触することができる部分のことである。

この開口部２０９から平坦化層２０７の水分が排出される。その方法としては、例えば有機ＥＬ素子基板を減圧下で加熱する方法、有機ＥＬ素子基板に赤外線やマイクロ波を照射して平坦化層２０７中の水分の分子運動を活性化させる方法が挙げられる。作製時において、第１電極２０８の直下に配置された平坦化層２０７が含有する水分を、前記開口部２０９を通じて容易に排出することができる。そのため、常温環境において長時定数で出現する発光特性劣化を改善することができる。

なお、前記開口部２０９から平坦化層２０７の水分を排出した後に、同開口部２０９を導電性材料で被覆してもよい。導電性材料で開口部２０９を被覆することにより、発光領域が拡大する。開口部２０９を被覆する材料としては、第１電極２０８の材料と同じく、金属材料や導電性金属酸化物が適用でき、例えば金属材料やＩＴＯやＩＺＯなどの導電性金属酸化物を適用できる。より好適には第１電極２０８と同種の材料を用いる。

有機ＥＬ素子基板上への有機発光層を含む有機積層体（図示は省略）の成膜にあたり、第１電極２０８と有機積層体との界面に塵芥が挟持されることを避けるため、有機ＥＬ素子基板の洗浄が行われる。

この有機ＥＬ素子基板を洗浄する際に、平坦化層２０７に洗浄に用いた水分が残留しやすい。本発明では第１電極２０８に開口部２０９があるため、加熱や、真空中への保管等の適当な乾燥手段により、平坦化層２０７に残留する水分の除去を速やかに行える。

有機ＥＬ素子基板の洗浄方法は公知の洗浄技術が適用可能である。例えば、洗浄液は炭化水素、ハロゲン化炭化水素、水などの液体、該液体に界面活性剤やオゾンなどを添加、溶存したものを適用できるが、これらの液体に限定されるものではない。また洗浄方法として、有機ＥＬ素子基板を高速の液体噴流あるいは液体と気体の混合噴流にさらす方法、有機ＥＬ素子基板を高周波振動する液体に浸漬する方法、有機ＥＬ素子基板を液体に浸漬して揺動する方法等が挙げられる。しかし、これらの洗浄方法に限定されるものではない。

このように乾燥処置を施した有機ＥＬ素子基板に対して、公知の手段により、有機発光層（図示は省略）、透明電極層（図示は省略）、防湿層（図示は省略）を堆積して、有機ＥＬ素子が作製される。

有機発光層は、正孔注入、正孔輸送、電子注入、電子輸送の各単機能を持つ層であってもよいし、複合機能を持つ層であってもよい。更に、前記の機能を有する一群の層を積層構造とすることにより、有機発光層の発光効率の向上を図ることができる。

有機発光層の膜厚は０．０５〜０．３μｍ程度であることが必要であり、好ましくは０．０５〜０．１５μｍ程度である。

有機発光材料は、発光効率の向上の観点から分子量５０００以下のモノマー材料であることが好ましい。これには有機発光材料、正孔注入材料、電子注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。正孔注入材料又は正孔輸送材料に有機発光材料をドーピングする、又は電子注入材料又は電子輸送材料に有機発光材料をドーピングする等により発色の選択の幅を広げることができる。また、有機発光層は、発光効率の観点からアモルファス膜であることが好ましい。

各色の有機発光材料としては、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、ポリアリーレン、芳香族縮合多環化合物、芳香族複素環化合物、芳香族複素縮合環化合物、金属錯体化合物等及びこれらの単独オリゴ体あるいは複合オリゴ体が使用できる。しかし、本発明の構成として例示の材料に限定されるものではない。

正孔注入及び輸送材料としては、フタロシアニン化合物、トリアリールアミン化合物、導電性高分子、ペリレン系化合物、Ｅｕ錯体等が使用できる。しかし、本発明の構成として例示の材料に限定されるものではない。

電子注入及び輸送材料の例としては、Ａｌに８−ヒドロキシキノリンの３量体が配位したＡｌｑ₃、アゾメチン亜鉛錯体、ジスチリルビフェニル誘導体系等が使用できる。しかし、本発明の構成として例示の材料に限定されるものではない。

なお、有機発光層のいずれの層においても適当な結着樹脂中に各機能物質を分散して使用することも可能である。

防湿層としては水分及び酸素の吸収、透過がなく、可視波長域の透過率が高い材料が望ましい。例えばＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ等の無機膜を適用できるが、本発明の構成として例示の材料に限定されるものではない。

図２の構成例では第１電極２０８の中央付近に開口部２０９が設けられているが、必ずしも中央付近にある必要はなく、第１電極２０８の端部にあってもよい。また、開口部２０９の大きさは、第１電極２０８の断線が生じない限り制約されないが、好適には画素域に占める前記第１電極２０８の表面積の１／３相当以下である。更に、開口部２０９の数は、第１電極２０８の断線が生じない限り制約されない。

以下、実施例に沿って本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
工程１及び２は本発明の本質ではないため詳細な説明は省くが、下記の工程を行う。

［工程１］
図３に示すように、ガラス基板３０１上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製する。

［工程２］
図４に示すように、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を保護するため、絶縁保護層４０１を形成する。

以降、前記のＴＦＴバックプレーン上に、有機ＥＬ素子を形成して、封止を行うまでを詳細に説明する。

［工程３］
図５に示すように、前記ＴＦＴバックプレーン形成により生じる凹凸を平坦化するため、アクリレート系オリゴマーをスピンコート法にてＴＦＴバックプレーン上に塗布後、２００℃、２時間の焼成処理を行い、平坦化層５０１を形成する。

［工程４］
前記ＴＦＴバックプレーン内に形成済みのドレイン端子と電気的接続を取るため、絶縁保護層４０１及び平坦化層５０１にコンタクトホールを形成する。

［工程５］
図６に示すように、前記ＴＦＴバックプレーン上にＣｒ電極を１００ｎｍの厚さに成膜する。次に基板上にフォトレジストを塗布後、第１電極６０１の領域に相当する部位のフォトレジストを残して現像する。その後ウエットプロセスを用いて、フォトレジストで被覆されていない部位の金属Ｃｒ層を除去して、第１電極６０１と開口部６０２を形成する。最後に第１電極６０１の領域を被覆しているフォトレジストを除去する。

［工程６］
図７に示すように、第１電極６０１の外周部を樹脂層７０１で被覆して、所望の基板を得る。

［工程７］
工程６で得られた基板を１Ｐａ以下、２００℃環境に４時間投入後、基板の加熱を止め６０℃まで徐冷する。本工程の実施により、平坦化層５０１に残留する水分が除去される。

［工程８］
図８に示すように、有機発光層、透明電極、防湿層を積層する。

工程７の基板乾燥処理済みの基板に対して、第１電極６０１上にＦＬ０３（正孔輸送層）、ＤｐｙＦＬ＋ｓＤＴＡＢ２（発光層）、ＤＦＰＨ１（電子輸送層）、ＤＦＰＨ１＋
Ｃｓ₂ＣＯ₃（電子注入層）からなる有機発光層８０１を積層形成する。その上に、ＩＴＯからなる透明電極８０２をスパッタにより６０ｎｍの厚さに成膜して画素を形成後、一連の堆積層を覆うように防湿層８０３をＶＨＦプラズマＣＶＤで下記の通りに形成する。

防湿層８０３は膜形成装置の放電炉の基板ホルダーに透明電極８０２まで堆積し終えた有機ＥＬ素子を置き、放電炉の圧力を１×１０^-3Ｐａまで真空引きする。その後、シランガスを２０ｓｃｃｍ、窒素ガスを１０００ｓｃｃｍ、水素ガスを１０００ｓｃｃｍ流入し、反応空間圧力を１００Ｐａに制御する。そして、６０ＭＨｚ高周波電力４００Ｗを高周波電極に供給し、有機ＥＬ素子上に窒化シリコン膜を３００ｎｍの厚さに堆積形成する。その後、シランガスを５０ｓｃｃｍ、アンモニアガスを２００ｓｃｃｍ、水素ガスを１０００ｓｃｃｍ流入し、反応空間圧力を１００Ｐａに制御する。そして６０ＭＨｚ高周波電力を８００Ｗに設定して高周波電極に供給し、有機ＥＬ素子上に窒化シリコン膜を３００ｎｍの厚さに堆積形成し、防湿層８０３の膜厚を６００ｎｍにする。

このようにして、平坦化層５０１の水分含有率の低い有機ＥＬ素子が得られる。

＜実施例２＞
実施例１の工程７を実施後に、下記に説明する工程７’を行い、第１電極の開口部を隠蔽して、有機ＥＬ素子を得てもよい。

［工程７’］
図９に示すように、工程７の乾燥処理済みの基板に対して、第１電極の開口部を第１電極の形成時と同条件でマスク蒸着により被覆する。

その後、引き続いて実施例１の工程８を行い、図１０に示す、第１電極の開口部がＣｒ金属で被覆され、かつ平坦化層の水分含有率の低い有機ＥＬ素子を得る。

＜実施例３＞
実施例２における工程７’、図９に示す金属Ｃｒ蒸着による開口部の隠蔽処理を、ＩＴＯスパッタに置き換えることを除き、他の工程は同一条件で作製して、有機ＥＬ素子を得てもよい。

＜比較例＞
実施例１の工程５を、表示画素域に相当する部位全面にＣｒ金属電極被覆する処置に変更して、それ以外は実施例１と同一条件で作製を行う。

実施例１、２、３及び比較例に例示の作製方法による有機ＥＬ素子を各々８０℃の乾燥窒素雰囲気（水分含有量は−４０℃露点相当）環境下に１０００時間静置後、室温に取り出して有機ＥＬ素子の発光を行う。

評価結果を表１に示す。実施例１、２、３では８０℃、１０００時間経過後も表示画素の輝度分布にムラは認められない。一方、比較例は同条件の保管環境で輝度分布にムラが発生している。なお、輝度ムラの評価は、非発光画素が存在するものを輝度ムラあり、そして非発光画素が存在しないものを輝度ムラなしとした。

本発明の有機ＥＬ素子及び同有機ＥＬ素子の作製方法は、例えば単純マトリクス型若しくはアクティブマトリクス型などの配線構造を有する高機能な有機ＥＬフルカラー表示体に適用できる。また、複写機、レーザープリンタ等の電子写真方式による画像形成装置の感光ドラムを露光する場合の露光装置（光源）等に適用できる。

（ａ）は従来技術の有機ＥＬ素子の構造断面図である。（ｂ）は第１電極まで作製された素子の俯瞰図である。 （ａ）は本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、第１電極に開口部を設ける工程が終了した後の構造断面図である。（ｂ）は俯瞰図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、ＴＦＴを形成する工程が終了した後の構造断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、絶縁層を成膜する工程が終了した構造断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、平坦化層を成膜する工程が終了した構造断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、第１電極に開口部を設ける工程が終了した構造断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、第１電極の外周部に樹脂層を設ける工程が終了した構造断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の作製方法において、防湿層を成膜する工程が終了した構造断面図である。 本発明の異なる有機ＥＬ素子の作製方法において、第１電極の開口部を導電性材料で封止する工程が終了した構造断面図である。 本発明の異なる有機ＥＬ素子の作製方法において、防湿層を成膜する工程が終了した構造断面図である。

符号の説明

１０１、２０１、３０１ 基板
１０２、２０２、３０２ 半導体層
１０３、３０３ 絶縁層
１０４、３０４ ｎ⁺層
１０５、２０３、３０５ ゲート線
１０６、２０４、３０６ 信号線
１０７、２０５、３０７ ソース
１０８、２０６、３０８ ドレイン
１０９、４０１ 絶縁保護層
１１０、２０７、５０１ 平坦化層
１１１、２０８、６０１ 第１電極
２０９、６０２ 開口部
１１２、７０１ 樹脂層
１１３、８０１、１００１ 有機発光層
１１４、８０２、１００２ 透明電極
１１５、８０３、１００３ 防湿層
９０１ 開口部を閉鎖する導電性材料

Claims (4)

1. 基板上に、平坦化層、第１電極、有機発光層を含む有機積層体、第２電極が順次積層されて成る有機ＥＬ素子において、
   第１電極に開口部が設けられていることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
2. 開口部は導電性材料で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載した有機ＥＬ素子。
3. 基板上に、平坦化層、第１電極、有機発光層を含む有機積層体、第２電極が順次積層されて成る有機ＥＬ素子の作製方法において、
   第１電極に開口部を設け、同開口部から平坦化層が含有する水分を排出した後に、有機積層体、第２電極を堆積することを特徴とする、有機ＥＬ素子の作製方法。
4. 開口部を導電性材料で被覆した後に、有機積層体、第２電極を堆積することを特徴とする、請求項３に記載した有機ＥＬ素子の作製方法。

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