JP2008311169A - 有機elディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機ELディスプレイにおいて画素を区画する絶縁性媒体あるいは有機層の急峻な端部形状による遮蔽効果によって有機層上部に形成される対向電極の断線や局部的な高抵抗箇所の発生を防ぐことによって表示不良の無い有機ELディスプレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】透光性基板と、透光性基板上に形成された複数の画素電極と、複数の画素電極を区画する100nm以上の厚さを有する複数の絶縁性媒体層と、複数の画素電極上に形成された複数の正孔輸送層と、複数の正孔輸送層上に形成された複数の有機発光層と、複数の有機発光層上に形成された対向電極と、を備え、絶縁性媒体層の側面と正孔輸送層又は有機発光層との接触角が30°以下である特徴とする有機ELディスプレイ。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機ELディスプレイ及びその製造方法に関し、特に湿式成膜法を用いて作製される有機ELディスプレイ及びその製造方法に関する。
有機EL素子は、二つの対向する電極の間に有機発光材料からなる有機発光層が形成され、有機発光層に電流を流すことで発光させるものであるが、効率よくかつ信頼性のある素子を作製するには有機発光層の膜厚が重要である。これを用いてカラーディスプレイ化するには高精細にパターニングする必要がある。
有機発光層を形成する有機発光材料には、低分子材料と高分子材料とがある。一般に低分子材料は真空蒸着法などにより薄膜形成し、このときに微細パターンのマスクを用いてパターニングするが、この方法では基板が大型化すればするほどパターニング精度が出にくいという問題がある。また真空中で成膜するためにスループットが悪いという問題がある。
そこで、最近では高分子材料を溶剤に溶かして塗工液にし、これをウェットコーティング法(湿式成膜法)で薄膜形成する方法が試みられるようになってきている。高分子材料の塗液を用いてウェットコーティング法で有機発光層を含む有機発光媒体層を形成する場合の層構成は、陽極側から正孔輸送層、有機発光層を積層する2層構成が一般的である。このとき、有機発光層はカラーパネル化するために赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの発光色をもつ有機発光材料を溶剤中に溶解または安定して分散してなる有機発光インキを用いて塗り分ける必要がある。
図5は従来の有機ELディスプレイパネルの断面説明図である。画素電極3上に正孔輸送層2、有機発光層1が形成されている。従来はこの2層の膜厚を均一にすることにより表示品質の向上が図られていた。しかしこの場合絶縁性媒体層5の断面形状により対向電極6を形成すると、絶縁性媒体層5と成膜中の対向電極6自身の遮蔽効果により有機発光層1と絶縁性媒体層5の境界部分の対向電極6の膜厚が薄くなってしまう。このことにより断線あるいは、局部的に高抵抗化を生じてしまう。したがってこのような現象をふせぐために対向電極6を厚膜にする方法が検討されている。しかし、厚膜を形成するために成膜時間がかかりタクト時間が増加し問題となっていた。
湿式法を用いた成膜法としては、弾性を有するゴムブランケットを用いるオフセット印刷法(特許文献1参照。)や、同じく弾性を有するゴム版や樹脂版を用いる凸版印刷法(特許文献2参照。)、さらにインクジェット法(特許文献3参照。)などが提案されている。また例えば、少なくとも1層の有機層の隔壁近傍の表面が、凹状の断面形状からなるという特徴をもつ有機ELディスプレイの構造が開示されている。電極成膜前の形状としては必ずしも凹状となっている必要はなく、凸状となった場合はこの上に電極を成膜した場合断線あるいは局所的に膜が薄くなることにより抵抗が高くなり、断線の原因になるという問題があった。(特許文献4参照。)
特開2001−93668号公報 特開2001−155858号公報 特開2002−305077号公報 特開2001−76881号広報
上述した従来のウェットコーティング法(湿式成膜法)においては、有機発光層の膜厚が画素内で変化することによる輝度の不均一や電界集中による画素欠陥を防ぐため、インキの粘度やインキと非転写基板と画素間に区画形成している絶縁性媒体の表面張力をコントロールして画素内の膜厚を均一にすることが必要である。さらに、隣接する画素へのインキの流れ込みを防ぐために、画素を区画する絶縁性媒体の表面張力を増大させるようにCF4プラズマ処理を行うことによって撥液性を生じさせ接触角を30度以上にすることが望ましいことがわかった。
さらに、検討の結果、画素を区画している絶縁性媒体層の形状によっては画素内の有機発光層の膜厚を均一にすることにより、区画している絶縁性媒体の急峻な断面、遮蔽効果により、その上部に形成される電極が断線あるいは局部的に膜厚が薄くなることで高抵抗化し、ディスプレイが正常に動作しない場合が生じることがわかった。そのため電極膜厚を厚くすることによって断線を防ぐ方法が取られる。しかし電極膜厚を必要以上に厚く形成する必要があり、成膜タクトが増大することによって量産性が悪化するという問題があった。また、画素内均一性に関してはディスプレイとしてみた場合、一画素内の局部的な不均一な発光状態はマクロ的に見た場合悪影響を及ぼさないことがわかった。
そこで、本発明の目的は、有機層上部に形成される対向電極の断線や局部的な高抵抗箇所の発生を防ぐ有機ELディスプレイを提供することにある。すなわち、有機ELディスプレイにおいて画素電極表面から対向電極を除く層の最表面までの距離が、絶縁性媒体層側面と画素電極表面との境界部分の直上から絶縁性媒体層にかけて増加するように形成することにより、絶縁性媒体層あるいは有機発光層の端部形状による遮蔽効果によって有機層上部に形成される対向電極の断線や局部的な高抵抗箇所の発生を防いだ有機ELディスプレイを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態においては、透光性基板と、透光性基板上に形成された複数の画素電極と、複数の画素電極を区画する100nm以上の厚さを有する複数の絶縁性媒体層と、複数の画素電極上に形成された複数の正孔輸送層と、複数の正孔輸送層上に形成された複数の有機発光層と、複数の有機発光層上に形成された対向電極と、を備え、絶縁性媒体層の側面と正孔輸送層又は有機発光層との接触角が30°以下である特徴とする有機ELディスプレイが提供される。
なお、絶縁性媒体層は無機窒化膜、無機酸化膜、無機フッ化物のいずれかであることが望ましく、また、画素電極表面から有機発光層の表面までの距離が、画素電極表面の中央から絶縁性媒体層に向かうにつれて増加していることが望ましい。
さらに、絶縁性媒体層の側面は傾斜していることが望ましい。
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態においては、画素電極と、対向電極と、正孔輸送層と、有機発光層と、を含む有機発光媒体層を有する有機ELディスプレイの製造方法において、透光性基板上に複数の画素電極を形成し、画素電極を区画するために複数の画素電極表面よりも100nm以上厚く複数の絶縁性媒体層を形成し、薄膜材料液を用いた湿式成膜法により正孔輸送層又は有機発光層を複数の画素電極上に形成し、絶縁性媒体層の側面と薄膜材料液との接触角が30°以下となるようにしたこと特徴とする有機ELディスプレイの製造方法が提供される。
なお、有機発光層は凸版印刷法を用いて形成されることが望ましい。
さらに、絶縁性媒体層は無機窒化膜、無機酸化膜、無機フッ化物のいずれかであることが望ましい。
本発明によれば、有機発光層上部に形成される対向電極の断線や局部的な高抵抗箇所の発生を防いだ有機ELディスプレイを提供することができる。
画素を区画するために画素電極表面より100nm以上厚く形成された絶縁性媒体層を有し、画素電極表面から有機発光層の表面までの距離が絶縁性媒体層の側面部分と画素電極の境界部分の直上から絶縁性媒体層にかけて増加するように形成し、あえて膜厚が不均一な膜を画素内に形成している。絶縁性媒体層の切り立った端部が有機発光層でテーパ化されることによりその上部に形成される対向電極がほぼ均一な膜厚で形成されるため、局部的に薄くなることによる断線や高抵抗化を防ぐことができ、表示不良のない有機ELディスプレイを得ることができる。
通常、配線抵抗を考慮して電極は100nm程度以上の導電性の膜が形成される。
図1に示すように、本発明の本実施形態に係る有機EL素子100は、第1の方向に延在する(図示せず)画素電極3と第2の方向に延在する(図示せず)対向電極6との交差部に配設されている。有機EL素子100は、透光性基板4、画素電極3、絶縁性媒体層5、正孔輸送層2、有機発光層1、対向電極6を備えている。絶縁性媒体層5は、画素電極3に隣接し区画形成している。本発明の本実施形態においては、パッシブマトリックス型のディスプレイを作製する場合を説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
有機ELディスプレイにおける有機EL素子100は透光性基板4上に形成される。透光性基板4としては、ガラス基板やプラスチック製のフィルムまたはシートを用いることができるがこれらに限定されるわけではない。プラスチック製のフィルムを用いれば、巻取りにより高分子有機EL素子の製造が可能となり、安価にディスプレイパネルを提供できる。そのプラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル及びポリカーボネートなどを用いることができるがこれらに限定されるわけではない。また、これらのフィルムは水蒸気バリア性、酸素バリア性を示す酸化ケイ素といった金属酸化物、窒化ケイ素といった酸化窒化物や、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル及びエチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物からなるバリア層が必要に応じて設けられる。
透光性基板4の上には陽極としてパターニングされた画素電極3が設けられる。画素電極3の材料としては、ITO(インジウムスズ複合酸化物)、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム及び亜鉛アルミニウム複合酸化物などの透明電極材料が使用できるがこれらに限定されるわけではない。なお、低抵抗であること、耐溶剤性があること、透明性があることなどからITOが好ましい。ITOはスパッタリング法により透光性基板4上に形成され、フォトリソグラフィ法によりパターニングされライン状の画素電極3となる。
ライン状の画素電極3を形成後、隣接する画素電極3の間に絶縁性媒体層5が形成される。絶縁性媒体層5の材料としては、無機窒化膜、無機酸化膜、無機フッ化物のいずれかを使用できるがこれらに限定されるわけではない。絶縁性媒体層5として通常用いられるレジストに比べて表面張力の大きい酸化物、窒化物及びフッ化物を用いることにより、インキの濡れ性が改善されるため、絶縁性媒体層5のエッジ部に滑らかなテーパが形成され、その上に形成される電極の不良を防ぐことができる。絶縁性媒体層5を形成する場合には、酸化シリコンを用いることができる。酸化シリコンは反応性スパッタリング法で成膜した後、フォトレジストによりパターンを露光形成し、リアクティブエッチングによりパターン形成される。
絶縁性媒体層5形成後、正孔輸送層2を形成する。正孔輸送層2を形成する正孔輸送材料としてはポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール(PVK)誘導体及びポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)などが挙げられる。これらの材料は溶媒に溶解または分散させ、スピンコーター等を用いた各種塗布方法や凸版印刷方法を用いて形成される。
正孔輸送層2形成後、有機発光層1を形成する。有機発光層1は電流を通すことにより発光する層であり、有機発光層1を形成する有機発光材料は、例えばクマリン系、ペリレン系、ピラン系、アンスロン系、ポルフィレン系、キナクリドン系、N,N‘−ジアルキル置換キナクリドン系、ナフタルイミド系、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系及びイリジウム錯体系などの発光性色素をポリスチレン、ポリメチルメタクリレート及びポリビニルカルバゾール等の高分子中に分散させたものや、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系やポリフルオレン系の高分子材料が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
これらの有機発光材料は溶媒に溶解または安定に分散させ有機発光インキとなる。有機発光材料を溶解または分散する溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン及びシクロヘキサノンなどの単独またはこれらの混合溶媒が上げられる。中でもトルエン、キシレン及びアニソールといった芳香族有機溶媒が有機発光材料の溶解性の面から好適である。また、有機発光インキには必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤及び紫外線吸収剤等が添加されてもよい。
有機発光層1形成後、対向電極層6を画素電極3のラインパターンと直交するラインパターンで形成される。対向電極層6の材料としては、有機発光層1の発光特性に応じたものを使用でき、例えばリチウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム及びアルミニウムなどの金属単体やこれらと金、銀、などの安定な金属との合金などが挙げられるがこれらに限定されるわけではない。また、インジウム、亜鉛、錫などの導電性酸化物を用いることも出来る。対向電極6(陰極層)の形成方法としてはマスクを用いた真空蒸着法やスパッタリング法による形成方法が挙げられる。また、対向電極6を設ける前に、バリア層等を必要に応じて設けることもできる。
なお、正孔輸送層2や正孔注入層と電子ブロック層とは、正孔輸送性及び/若しくは、電子ブロック性を有する材料を有する層であり、それぞれ陽極層から有機発光層への正孔注入の障壁を下げる。陽極層から注入された正孔を陰極層の方向へ進め、正孔を通しながらも電子が陽極層の方向へ進化するのを妨げる役割を担う層である。正孔ブロック層、電子輸送層とは電子輸送性及び/若しくは正孔ブロック性を有する材料を有する層であり、それぞれ陰極層から注入された電子を陽極層の方向へ進める。これは、電子を通しながらも正孔が陰極層の方向へ進行するのを妨げる役割を担う層である。
最後にこれらの有機EL素子構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ7と接着剤8を用いて密閉封止し、有機ELディスプレイパネルを得ることができる。また、透光性基板4が可撓性を有する場合は封止材と可撓性フィルム(フレキシブルフィルム)を用いて封止をおこなう。
図3に示すように、有機発光材料からなる有機発光インキを、画素電極3、絶縁性媒体層5、正孔輸送層2が形成された被印刷基板上にパターン印刷する際の凸版印刷装置の概略図である。本製造装置はインクタンク10とインキチャンバー11とアニロックスロール12と凸版が設けられた版13がマウントされた版銅14を有している。インクタンク10には、溶剤で希釈された有機発光インキが収容されており、インキチャンバー11にはインクタンク10より有機発光インキが送り込まれるようになっている。アニロックスロール12はインキチャンバー11のインキ供給部に接して回転可能に指示されている。
アニロックスロール12の回転に伴い、アニロックスロール表面に供給された有機発光インキのインキ層12aは均一な膜厚に形成される。このインキ層のインキはアニロックスロールに近接して回転駆動される版胴14にマウントされた版13の凸部に転移する。平台16には、画素電極3、絶縁性媒体層5、正孔輸送層2が形成された被印刷基板15が版13の凸部にあるインキは被印刷基板15に対して印刷され、必要に応じて乾燥工程を経て被印刷基板上に有機発光層1が形成される。
凸版印刷法を用いることにより、凸版の凸部が下地層上に押し付けられた時に生じるマージナルゾーンと呼ばれる両脇へのインキはみ出しにより更に絶縁性媒体層5のエッジ部に滑らかなテーパが形成され、その上に形成される電極の不良を防ぐことができる。
(実施例1)
本発明の実施例1について述べる。対角1.8インチサイズのガラス基板4の上にスパッタリング法を用いてITO(インジウムスズ複合酸化物)薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法と酸溶液によるエッチングでITO膜をパターニングして、画素電極3を形成した。画素電極3のラインパターンは、線幅136μm、スペース30μmでラインが約32mm角の中に192ライン形成されるパターンとした。
次に絶縁性媒体層5を以下のように形成した。画素電極3を形成したガラス基板4上に絶縁性媒体層5として酸化シリコン膜をRFマグネトロンスパッタリング法によって400nm形成した。製造条件として反応性スパッタリング法で以下の条件で成膜を行った。成膜真空度3.8×10−4Torr、導入アルゴンガス流量17sccM、導入酸素ガス流量5sccM、放電圧力0.2kWとした。その後、酸化シリコン膜のパターンニングはフォトレジストによりパターンを露光形成した後、リアクティブエッチングにより行った。ここで、エッチングガスにはCFガスを用いた。
次に、ガラス基板1、画素電極3及び絶縁性媒体層5を形成した基板を酸素ガス流量が500sccM、パワー1.0W/cm2、圧力1Torrという条件で酸素プラズマ処理を2分行う。このことにより絶縁媒体層5および画素電極3の接触角が共に20°程度に処理することができた。その上に正孔輸送層2としてPEDOTから成る高分子膜をスピンコート法で形成した。更に、有機発光材料であるポリフェニレンビニレン誘導体を濃度1%になるようにトルエンに溶解させた有機発光インキを用い、絶縁性媒体層5に挟まれた画素電極3の真上にそのラインパターンに合わせて有機発光層1を凸版印刷法で印刷を行った。このとき150線/インチのアニロックスロールおよび水現像タイプの感光性樹脂版を使用した。印刷、乾燥後の有機発光層1の膜厚は80nmとなった。また、乾燥後、断面形状の測定を行ったところ絶縁性媒体5と画素電極3の境界直上に対して絶縁性媒体層5に接する部分までの画素電極3表面から最表面までの膜厚は増加しており、その比率は1:5であった。
その上にAl及びCaからなる対向電極6を画素電極3のラインパターンと直交するようなラインパターンで抵抗加熱方式による真空蒸着法によりマスク蒸着して200nm形成した。最後にこれらの有機EL素子構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ7と接着剤8を用いて密閉封止し、有機ELディスプレイを得た。得られた有機ELディスプレイの表示部の周辺部には各画素電極3に接続されている陽極側の取り出し電極(図示せず)と、陰極側の取り出し電極(図示せず)とがあり、これらを電源に接続することにより得られた有機ELディスプレイの点灯表示確認をおこない、対向電極6(陰極)の断線の有無による表示不良のチェックを行ったところ断線や局部的な高抵抗化による表示不良もなく良好なディスプレイを得ることができた。また断面形状を観察したところもっとも電極の薄い箇所で約180nm程度あり良好な対向電極6(陰極)成膜ができた。
(実施例2)
本発明の実施例2について述べる。対角1.8インチサイズのガラス基板4の上にスパッタリング法を用いてITO(インジウムスズ複合酸化物)薄膜を形成し、フォトリソグラフィ法と酸溶液によるエッチングとでITO膜をパターニングして、画素電極3を形成した。画素電極3のラインパターンは、線幅136μm、スペース30μmでラインが約32mm角の中に192ライン形成されるパターンとした。
次に絶縁性媒体層5を以下のように形成した。画素電極3を形成したガラス基板4上に絶縁性媒体層5として東京応化社製の感光性レジスト、商品名「OFPR−800(粘度500cp)」を1200rpmでスピンコート、110℃でプレベーク後、フォトマスクを用いて露光、現像を行ない、240℃でポストベークして形成した。上記の条件で絶縁性媒体層5の高さ(膜厚)を5μmに形成した。
次に、ガラス基板4、画素電極3及び絶縁性媒体層5を形成した基板を酸素ガス流量が500sccM、パワー1.0W/cm2、圧力1Torrという条件で酸素プラズマ処理を1.5分行う。このことにより絶縁媒体層5および画素電極3の接触角が共に20°程度に処理することができた。その上に正孔輸送層2としてPEDOTから成る高分子膜をスピンコート法で形成した。更に、有機発光材料であるポリフェニレンビニレン誘導体を濃度1%になるようにトルエンに溶解させた有機発光インキを用い、絶縁性媒体層5に挟まれた画素電極3の真上にそのラインパターンに合わせて有機発光層1を凸版印刷法で印刷を行った。このとき150線/インチのアニロックスロールおよび水現像タイプの感光性樹脂版を使用した。印刷、乾燥後の有機発光層1の膜厚は80nmとなった。また、乾燥後、断面形状の測定を行ったところ絶縁性媒体層5と画素電極3との境界直上に対して絶縁性媒体層5に接する部分までの画素電極表面から最表面までの膜厚は増加しており、その比率は1:4であった。
その上にAl、Caからなる対向電極層6を画素電極3のラインパターンと直交するようなラインパターンで抵抗加熱方式による真空蒸着法によりマスク蒸着して200nm形成した。最後にこれらの有機EL素子構成体を、外部の酸素や水分から保護するために、ガラスキャップ7と接着剤8を用いて密閉封止し、有機ELディスプレイパネルを得た。得られた有機ELディスプレイパネルの表示部の周辺部には各画素電極に接続されている陽極側の取り出し電極(図示せず)と、陰極側の取り出し電極(図示せず)があり、これらを電源に接続することにより得られた有機ELディスプレイパネルの点灯表示確認をおこない、陰極の断線の有無による表示不良のチェックを行ったところ断線や局部的な高抵抗化による表示不良もなく良好なディスプレイを得ることができた。また断面形状を観察したところもっとも電極の薄い箇所で約180nm程度あり良好な陰極成膜ができた。
本発明の有機EL素子の説明断面図である。 本発明の有機EL素子の説明断面拡大図である。 本発明の有機EL素子の説明断面拡大図である。 凸版印刷装置の概略図である。 従来の有機EL素子の説明断面拡大図である。
符号の説明
1…有機発光層
2…正孔輸送層
3…画素電極
4…透光性基板
5…絶縁性媒体層
6…対向電極
7…ガラスキャップ
8…接着剤
10…インクタンク
11…インキチャンバー
12…アニロックスロール
12a…インキ層
13…版
14…版胴
15…被印刷基板
16…平台
100…有機EL素子

Claims (7)

  1. 透光性基板と、
    前記透光性基板上に形成された複数の画素電極と、
    前記複数の画素電極を区画する100nm以上の厚さを有する複数の絶縁性媒体層と、
    前記複数の画素電極上に形成された複数の正孔輸送層と、
    前記複数の正孔輸送層上に形成された複数の有機発光層と、
    前記複数の有機発光層上に形成された対向電極と、を備え、
    前記絶縁性媒体層の側面と前記正孔輸送層又は前記有機発光層との接触角が30°以下であることを特徴とする有機ELディスプレイ。
  2. 前記絶縁性媒体層は無機窒化膜、無機酸化膜、無機フッ化物のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の有機ELディスプレイ。
  3. 前記画素電極表面から前記有機発光層の表面までの距離が、前記画素電極表面の中央から前記絶縁性媒体層に向かうにつれて増加していることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機ELディスプレイ。
  4. 前記絶縁性媒体層の側面は傾斜していることを特徴とする請求項1乃至3に記載の有機ELディスプレイ。
  5. 画素電極と、対向電極と、正孔輸送層と、有機発光層と、を含む有機発光媒体層を有する有機ELディスプレイの製造方法において、
    透光性基板上に複数の画素電極を形成し、
    前記画素電極を区画するために前記複数の画素電極表面よりも100nm以上厚く複数の絶縁性媒体層を形成し、
    薄膜材料液を用いた湿式成膜法により前記正孔輸送層又は前記有機発光層を前記複数の画素電極上に形成し、
    前記絶縁性媒体層の側面と前記薄膜材料液との接触角が30°以下となるようにしたこと特徴とする有機ELディスプレイの製造方法。
  6. 前記有機発光層は凸版印刷法を用いて形成されたことを特徴とする請求項5に記載の有機ELディスプレイの製造方法。
  7. 前記絶縁性媒体層は無機窒化膜、無機酸化膜、無機フッ化物のいずれかであることを特徴とする請求項5又は6に記載の有機ELディスプレイの製造方法。
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