JP2010010670A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
【解決手段】発光装置は、基板上で画素を区画する隔壁と、前記基板上で前記隔壁間に、第1電極、電荷注入層、発光層、第2電極を基板側から順に積層され、画素を構成する、発光部と、を備え、前記電荷注入層は、一つの画素から隣接する少なくとも一つの前記隔壁の上にわたって設けられている。
【選択図】図1
Description
a)まず、ガラスまたはプラスチック基板上に陽極としてのITO(インジウム錫酸化物)を成膜したガラス基板を用意する。
b)次に、ガラス基板上のITOの上に電荷注入層としてのPEDOT:PSS(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物:以下PEDOTと記載する)薄膜をスピンコート、インクジェット、ノズルコート法、ディスペンス法、印刷法などによって成膜する。PEDOTは、電荷注入層として事実上の標準となっている材料であり、陽極側に配置されることでホール注入層として機能する。
c)さらに、PEDOT層の上に電子ブロック層としての機能を有するインターレイヤおよび発光層としてポリフェニレンビニレン(以下PPVと表す)およびその誘導体、またはポリフルオレンおよびそれらの誘導体、デンドリマーおよびその誘導体、特に中心にイリジウム等の燐光発光中心を有するデンドリマーをスピンコート法等の上記塗布方法によって成膜する。
d)次いで、発光層上に、真空蒸着法、電子ビーム蒸着、スパッタ法等によって、陰極としての金属層を成膜する。
以上によって、有機エレクトロルミネッセンス素子が完成する。
前記基板上の前記隔壁間に第1電極、電荷注入層、発光層、第2電極を前記基板側から順に積層し画素を構成する、発光部と、
を備え、
前記電荷注入層は、一つの画素から隣接する少なくとも一つの前記隔壁の上にわたって設けられている。
前記基板上の前記隔壁間に区画された画素ごとに、第1電極を形成するステップと、
前記各画素の前記第1電極の上から、隣接する少なくとも一つの前記隔壁の上にわたって電荷注入層を形成するステップと、
前記画素ごとに、前記電荷注入層の上に発光層を形成するステップと、
前記基板の全面を覆って第2電極を設けるステップと、
を含む。
この構成によれば、隔壁による発光層材料を溶解させた溶液の保持力が高められ、隣接の隔壁への溶液溢れを抑え、安定した塗りわけが可能となる。
図1(a)は、本発明の実施の形態1に係る有機エレクトロルミネッセンス(EL)装置の1ラインの一部を示す上面図である。図1(b)は、図1(a)の一つの画素について、A−A線による断面図である。本実施の形態1の有機エレクトロルミネッセンス装置は、図1に示すように、表面に積層された半導体薄膜内にTFT等の素子(図示せず)の形成された基板11上に、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子がマトリックス状に配列されたものである。この有機EL装置は、基板11上に、複数の発光色毎に画素領域を区画する隔壁16と、各画素領域ごとに、正孔を注入する陽極12と、電荷注入層17と、複数の異なる色に発光する発光層14と、電子を注入する陰極15と、を基板側から順に積層された発光部とを備える。電荷注入層17は、一つの画素の陽極12の上から隣接する隔壁16に跨って連続的に形成されている。この電荷注入層17は、ドライプロセスで形成した酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物層からなり、陽極12と発光層14との間に挟まれ、ホール注入層として機能する。
基板11としては、トップエミッション型の場合には、例えば、ベース基板と、ベース基板上に設けられたTFTを含むTFT部と、さらに、TFT部の上に設けられた平坦化層とからなるものを用いてもよい。あるいはボトムエミッション型の場合には、基板11として、透明なガラス基板等を用いることが好ましい。なお、この場合には、発光部の上に平坦化層が設けられ、さらにその上にTFT部が設けられる。
トップエミッション型の場合には、ベース基板としては、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラスなどのガラス板、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコン系樹脂などのプラスチック板およびプラスチックフィルム、アルミナなどの金属板および金属ホイル等を用いることができる。
一方、ボトムエミッション型の場合には、基板11は、発光層14からの発光に対して透明又は半透明であることが好ましい。この基板11としては、例えば透明または半透明のソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の遷移金属酸化物ガラス、無機フッ化物ガラス等の無機ガラスを用いることができる。
TFT部は、少なくともTFTを含む。TFTとしては、一般的に液晶ディスプレイを駆動するために使用される、アモルファスシリコンTFT、低温ポリシリコンTFT、あるいは有機EL用に現在開発されているマイクロクリスタルシリコンTFT、無機酸化物TFT、有機TFT等のどのようなTFTであってもよい。
(平坦化層)
トップエミッション型の場合には、平坦化層は、TFT部の上に設けられ、TFT部の上部の凹凸を平坦化すると共に、TFT部と発光部とを電気的に絶縁する。平坦化層には、TFT部のソース電極と発光部の陽極とを接続する接続孔が設けられている。平坦化層の材料としては、特に限定されないが、ポリイミド、BCB(ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン)等の有機材料、あるいは酸化シリコン(SiO2)などの無機材料を用いることができる。
隔壁16は、基板11上で画素を区画するように設けられる。隔壁16は、線状に形成し、RGBの各色の画素ごとにライン形状に区画してもよい。あるいは、隔壁16を格子状に形成し、各画素(ピクセル)を区画してもよい。隔壁16は、基板11の表面に垂直方向の断面形状において順テーパ形状(図1、図2)を有してもよく、あるいは、基板表面に垂直方向の断面形状において逆テーパ形状(図3)を有してもよい。
撥液化部18は、隔壁16の頂部のホール注入層17の上に設けられている。この撥液化部18は、発光層の形成に用いる塗布液の溶媒に対する接触角が40°以上であることが好ましい。
発光部は、隔壁16で区画された画素領域において、陽極12、ホール注入層17、発光層14、陰極15が基板側から順に積層されて構成されている。
陽極12は、基板11上の各画素ごと、ライン状、あるいは基板11の全面にわたって一体的に形成される。陽極12を構成する材料としては、トップエミッション型の場合には、電気伝導性を有すると共に、反射性を有する金属を良好に用いることができる。例えば、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリブデン、銅、鉄、白金、タングステン、鉛、錫、アンチモン、ストロンチウム、チタン、マンガン、インジウム、亜鉛、バナジウム、タンタル、ニオブ、ランタン、セリウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、パラジウム、銅、ニッケル、コバルト、モリブデン、白金、のうちのいずれかの金属およびこれらの合金およびそれらを積層したものを用いることができる。また、トップエミッション型の場合には、陽極12としては仕事関数が高い方が望ましく、これらの金属単体の仕事関数が低い場合はプラズマオゾン処理等により仕事関数を高めることが可能である。また、上記反射性を有する金属と、例えば仕事関数の高いインジウムスズ酸化物やインジウム亜鉛酸化物などの透明電極とを積層して複数層からなる陽極12として構成してもよい。
ホール注入層17は、各画素ごとに形成してもよく、あるいは、図1(b)に示すように各画素の陽極12上から隣接する隔壁16をまたがって複数の画素にわたって一体的に形成してもよい。なお、ホール注入層17を複数の画素にわたって一体的に形成する場合には、基板11の面内方向の導電率がおよそ1×10−6Ω/cm以下である材料で構成することが好ましい。これによって、画素間のクロストークを抑制することができる。
発光層14は、ホール注入層17の上に設けられる。この発光層14は、単層でも複数層でもよい。例えば、単層の発光層14としては、有機半導体材料を塗布した発光材料層14bの単層であってもよい。また、発光層14を複数層で構成する場合には、図1(b)に示すように、発光材料層14bと上層の陰極15との間には電子注入層14cを設けてもよい。さらに、発光材料層14bと下層のホール注入層17の間に電子ブロッキング層として、インターレイヤ層14aを設けると発光効率の点で好ましい。
陰極15は、基板11上の各画素ごと、ライン状、あるいは基板11の全面にわたって一体的に形成される。陰極15としては、トップエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス装置を構成する場合には、仕事関数の小さい金属もしくは合金が用いられる。この場合の陰極15としては、仕事関数の小さい金属を用いた光透過性の高いBa−Al等の超薄膜を形成し、その上部にITO、IZOなどの透光性材料からなる導電膜を積層して、多層構造の透明陰極15を形成してもよい。この仕事関数の低い材料からなる超薄膜としては、Ba−Alの2層構造に限定されることなく、Ca−Alの2層構造、あるいはLi、Ce、Ca、Ba、In、Mg、Ti等の金属やこれらの酸化物、フッ化物に代表されるハロゲン化物、Mg−Ag合金、Mg−In合金等のMg合金や、Al−Li合金、Al−Sr合金、Al−Ba合金等のAl合金等が用いられる。あるいはLiO2/AlやLiF/Al等の積層構造の超薄膜と、透光性導電膜との積層構造も陰極材料として好適である。さらに、TiOxや、MoOx、WOx、TiOx、ZnO等のように遷移金属酸化物で酸素欠損を有し、導電性を示すものは電子注入層として使用することが出来る。
層構成は、発光した光を基板11側から取り出すボトムエミッション型の他に、基板11の反対側から取り出すいわゆるトップエミッション型でもよい。トップエミッション型の場合は、下層の陽極12としては光を反射する陽極とするのが好ましく、上層の光取り出し側の陰極15としては実質的に透光性のある陰極が用いられる。また、陰極15および陽極12は多層構成としてもよい。さらに、基板11に近い側の電極を陽極ではなく陰極とするいわゆるリバース構造をとることも可能である。この構造においてもボトムエミッション型、又は、トップエミッション型のいずれの構造も採用できる。
(遷移金属酸化物層を電子注入層に用いた場合)
なお、本発明の変形例1として、さらに、電子注入層として遷移金属酸化物層を、発光層14よりも上層側にも配してもよい。また、電子注入層としての遷移金属酸化物層は、下地の発光層を保護し、スパッタリングダメージあるいはプラズマダメージなどを回避可能であるため、電極の形成には、大面積基板に適したスパッタリング法を用いることができる。このため、ITO等の透明電極15を発光層14の上面にスパッタして形成するトップエミッション型の場合にも発光層14を構成する有機発光材料等のダメージ無く作製することができる。
(隔壁の形状)
また、実施の形態1では隔壁16の形状は順テーパ形状となるように構成したが、図3に示すように、逆テーパ形状であってもよい。隔壁16の形状が逆テーパ形状である以外は上記実施の形態1と同様に構成されている。
この場合、蒸着、スパッタリング等で陰極材料を成膜した場合、逆テーパ部は隔壁16上部の陰になり、材料が付着せず、陰極15が分離したパターンとなる。それにより、隣接画素間での電気伝導がなくなるため、陰極15についてのパターニングは不要となる。
そこで、陰極15がそのままパターニングされ、陰極15が各画素ごとに分離されるので陰極を選択することによって各画素を選択できるため、パッシブマトリクス駆動に用いることができる。
また、有機エレクトロルミネッセンス装置を構成する機能層のうち、遷移金属酸化物層の成膜については上記方法に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱CVD法、プラズマCVD法、MOCVD法などのドライプロセスが望ましい。また、酸化物のナノ粒子等を適用することも出来る。この場合は、ゾルゲル法、ラングミュア・ブロジェット法(LB法)、レイヤーバイレイヤー法、スピンコート法、インクジェット法、ディップコーティング法、スプレー法などの湿式法などからも適宜選択可能であり、結果的に本発明の効果を奏効し得るように形成可能な方法であれば、いかなるものでもよいことはいうまでもない。
図7及び図8を参照しながら、本実施の形態2について説明する。図7(a)は本実施の形態2の平面図である。また、図7(b)は、図7(a)のC−Cの断面図である。C−Cの方向に異色の画素が並んでいる。
本実施の形態2において、発光装置は実施の形態1と同様の工程で製造される。但し、自己組織化膜を使って撥液化部を形成する工程は含まない。図7(a)及び(b)は、電荷注入層17を成膜する工程まで終了した本発明の発光装置である。本実施の形態2は、隔壁160の頂部に凸部161を有し、隔壁160が撥液性の物質を含んでいることを特徴とする。撥液性の物質としてフッ素を用いることができる。
しかも、異色画素間方向(C方向)において電荷注入層17が分断されるので、異色間クロストークを完全に抑制できる。加えて、撥液化部を別途形成せずとも混色を抑制できるので製造コストを低減できる。
本実施の形態2において、発光装置は実施の形態1と同様の工程で製造される。但し、自己組織化膜を使って撥液化部を形成する工程は含まない。
図9を参照しながら本実施の形態3について説明する。図9(a)は本実施の形態3の平面図である。また、図9(b)は、図9(a)のC−Cの断面図である。C−Cの方向に異色の画素が並んでいる。図9において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、図9(a)においては2行3列の画素を使って、本発明の実施の形態3を説明するが、実際のディスプレイは3000行6000列程度の画素数を有する。
図10及び図11を参照しながら本実施の形態4について説明する。図10(a)は本発明実施の形態4の平面図である。また、図10(b)は、図10(a)のC−Cの断面図である。C−Cの方向に同色の画素が並んでいる。
また、図10(a)においては2行3列の画素を使って、本実施の形態4を説明するが、実際のディスプレイは3000行6000列程度の画素数を有する。
図12を参照しながら本実施の形態5について説明する。図12(a)は、本実施の形態5の平面図である。また、図12(b)は、図12(a)のC−Cの断面図である。C−Cの方向に同色の画素が並んでいる。図12において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、図12(a)においては2行3列の画素を使って、本実施の形態5を説明するが、実際のディスプレイは3000行6000列程度の画素数を有する。
次に、実施例1に係る有機EL装置の製造方法について以下に説明する。
(a)図1(a)および(b)に示すように、ライン状にパターニングされたITOのパターンを陽極12として形成したガラス基板11を用意した、
(b)次に、ガラス基板11上に厚み1μmのネガ型感光性樹脂をコーティングし、フォトリソグラフィー法を用いて、セルサイズ100μm×300μmの画素を区画するように隔壁16を格子状にパターニングした。
(c)次いで、基板11上に電荷注入層17として、厚さ80nmの酸化タングステンをスパッタリング法によって形成した。この時、セル数は、90×90とした。
(d)その後、撥液化部として、基板11の全面に自己組織化膜を形成した。さらに、隔壁16のパターニングに用いたマスクと同様のマスクを用いて隔壁16の頂部の電荷注入層17の凸部を覆った。
(e)次いで、上記マスクを介して、中心波長254nmで比較的ブロードな波長域を持つ光を6mJ/cm2で照射露光することにより、隔壁16の頂部の電荷注入層17の凸部を除く部分を親液化した。これによって隔壁16の頂部の電荷注入層17の部分のみを撥液化部18とすることができた。この時の撥液化部、親液化部について、水、溶媒に対する接触角を表1に示す。
(g)また、インターレイヤ層を乾燥、ベーキングしたあとに、発光層として、同様にディスペンサを用いて、隔壁で分割されたそれぞれの列に赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料のインクを調合し、乾燥後の膜厚が平均で80nmになるように塗布を行った。
(h)その後、陰極としてバリウムを5nm、アルミニウムを100nm真空蒸着した。陰極は、全ての画素を一体的に覆うように形成した。
以上によって発光装置の試料が得られた。
また、有機エレクトロルミネッセンス装置は、有機発光材料の選定によってRed、Green、Blueの三原色を得ることができるので、例えば、RGBそれぞれの色にて露光する露光装置を用いれば、印画紙を直接露光するタイプの画像形成装置に適用することもできる。
12 陽極
14 発光層
14a 電子ブロッキング層(インターレイヤ層)
14b 発光材料層
14c 電子注入層
15 陰極
16 隔壁
17 電荷注入層(ホール注入層)
18 撥液化部
Claims (23)
- 基板上で画素を区画する隔壁と、
前記基板上の前記隔壁間に第1電極、電荷注入層、発光層、第2電極を前記基板側から順に積層し画素を構成する、発光部と、
を備え、
前記電荷注入層は、一つの画素から隣接する少なくとも一つの前記隔壁の上にわたって設けられている、発光装置。 - 前記電荷注入層は、前記画素から前記隔壁上をまたがって前記複数の画素について一体的に形成されている、請求項1に記載の発光装置。
- 前記隔壁の頂部の前記電荷注入層の上に設けられた撥液化部をさらに備える、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記撥液化部は、前記発光層の形成に用いる塗布液の溶媒に対する接触角が40°以上である、請求項3に記載の発光装置。
- 前記撥液化部は、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルカルボニル基、アルコシキシカルボニル基、アルキルアミノ基の群から選ばれる少なくとも一つの官能基を含む自己組織化膜である、請求項3に記載の発光装置。
- 前記隔壁は、基板表面に垂直方向の断面形状において順テーパ形状を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記隔壁は、基板表面に垂直方向の断面形状において逆テーパ形状を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記電荷注入層は、遷移金属酸化物からなる、請求項1から7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記電荷注入層は、基板面内方向の導電率が1×10−6Ω/cm以下である、請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記発光層と前記第2電極との間に、第2の電荷注入層をさらに備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第2の電荷注入層は、前記画素から前記隔壁上をまたがって前記複数の画素について一体的に形成されていると共に、
前記撥液化部は、前記隔壁の頂部の前記第2の電荷注入層の上に設けられている、請求項10に記載の発光装置。 - 前記発光層を構成する層のうち、少なくとも発光材料を含む発光材料層は、色成分を含む塗布膜で構成される、請求項1から11のいずれか一項に記載の発光装置。
- 基板上で画素を区画するように、複数の隔壁を離間させて形成するステップと、
前記基板上の前記隔壁間に区画された画素ごとに、第1電極を形成するステップと、
前記各画素の前記第1電極の上から、隣接する少なくとも一つの前記隔壁の上にわたって電荷注入層を形成するステップと、
前記画素ごとに、前記電荷注入層の上に発光層を形成するステップと、
少なくとも前記基板の全面を覆って第2電極を設けるステップと、
を含む、発光装置の製造方法。 - 前記電荷注入層を形成するステップでは、ドライプロセスによって遷移金属酸化物からなる電荷注入層を形成する、請求項13に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光層を形成するステップの前に、前記隔壁の頂部の前記電荷注入層の上に撥液化部を形成するステップをさらに含む、請求項13又は14に記載の発光装置の製造方法。
- 前記撥液化部は、前記発光層を形成する際に用いる塗布液の溶媒に対する接触角が40°以上である、請求項15に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光層を形成するステップは、少なくとも発光材料を含む発光材料層を形成するステップを含み、
前記発光材料層を形成するステップでは、前記隔壁で区画された画素ごとに、前記電荷注入層上に発光材料を含む所定粘度の塗布液を塗布する、請求項13に記載の発光装置の製造方法。 - 前記発光材料層を形成するステップは、前記隔壁で区画された画素ごとにインクジェット法によって塗布液を塗布する、請求項17に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光材料層を形成するステップは、前記隔壁で区画された画素ごとにノズルコート法またはディスペンス法によって塗布液を塗布する、請求項17に記載の発光装置の製造方法。
- 前記画素は複数の色を有しており、前記異色画素の間の隔壁の頂部に異色画素の間の隔壁に沿って凸部または凹部を備え、前記隔壁の材料は撥液性の物質を含んでいる、請求項1に記載の発光装置。
- 前記画素は複数の色を有しており、前記異色画素の間の隔壁の頂部に異色画素の間の隔壁に沿って電荷注入層は非成膜領域を有し、前記隔壁の材料は撥液性の物質を含んでいる、請求項1に記載の発光装置。
- 前記画素は複数の色を有しており、前記同色画素の間の隔壁の頂部に同色画素の間の隔壁に沿って凸部または凹部を備える、請求項1に記載の発光装置。
- 前記画素は複数の色を有しており、前記同色画素の間の隔壁の頂部に同色画素の間の隔壁に沿って電荷注入層は非成膜領域を有する、請求項1に記載の発光装置。
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