JP2010182582A - 有機エレクトロルミネッセンス装置、電子機器 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス装置、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】平坦化層から発生するガスによる表示品質の低下を防止することができる有機EL装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板上に、光透過性を有する画素電極13と光透過性を有する陰極18との間に発光層17を挟持する複数の有機EL素子30と、画素電極13を挟んで発光層17の反対側に配置された光反射層11と、を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置1Aであって、基板と光反射層11との間に設けられた有機物からなる平坦化層10と、光反射層11および平坦化層10を覆い、画素電極13と光反射層11との間に設けられる層間絶縁膜12と、を備え、層間絶縁膜12には、画素電極13と平面視で重ならない位置に、層間絶縁膜12を貫通して平坦化層10に到達する貫通孔12bが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置、電子機器に関するものである。
従来、基板上に多数の有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子を備えた有機EL装置が知られている。有機EL素子は、基板上に形成されたTFT(薄膜トランジスタ)や配線等を覆う平坦化層と、その平坦化層上に形成された電極(陽極)と、その電極を区画する開口部を有する隔壁と、その隔壁の開口部内に形成された機能層と、その機能層を覆って形成された電極(陰極)とを備えている。
有機EL装置は、消費電力が少なく軽量化された平面表示装置のニーズが高まっていることから研究開発が活発に行われており、様々な製造方法や表示特性が改良された様々な装置構成が提案されている(特許文献1,2参照)。
例えば、従来の有機EL装置は、発光層から取り出される光のスペクトルのピーク幅が広く、発光輝度も小さいため、表示装置に適用した場合に、十分な色再現性が得られないという問題があった。そこで、基板と陽極との間に形成された光反射層と、発光層の射出側に形成された半透過反射性を有する陰極と、を備え、光反射層と陰極との間で、発光層から射出された光を共振させる光共振構造を設ける構造が提案されている(特許文献3参照)。光反射層は金属材料で形成することが多いため、陽極と光反射層との短絡を防止するために絶縁層を挟んで形成される。
このような構成を有する有機EL装置では、共振波長の光が選択的に増幅されたうえで観察側に射出されるため、スペクトルのピーク幅が狭く強度も高い光を表示に利用することができ、表示装置の色再現性を向上させることが可能になる。
特許第3328297号明細書 特開2003−123988号公報 特開2008−282602号公報
ところで、有機EL素子が有する平坦化層は、通常、樹脂材料や樹脂材料の前駆体を溶媒に溶解して塗布した後に、フォトリソグラフィ法を用いて形成される。そのため、平坦化層には形成時の溶媒が残存していることがある。また、平坦化層は、平坦化層以外の層の形成において用いられるレジスト剥離液等の処理液に曝される。そのため、これらの処理液が平坦化層に含浸することがある。
このように平坦化層内に残存する溶媒や処理液は、有機EL装置の駆動熱や、使用環境の環境温度の変化によって気化する。このような気化は、平坦化層上に気密性の高い層、例えば、無機材料等により形成された陽極や絶縁膜等を形成した後においても起こりうる。このような気密性の高い層で覆われた平坦化層内で気化すると、発生したガスの逃げ場がないため、体積膨張に伴い陽極や絶縁膜等の破損を引き起こす原因となる。
陽極が破損すると、破損箇所では電流が流れないためにダークスポットとなり、表示品質が低下する原因となる。また、生じたガスが破損箇所から排出され、発光層等の機能層を劣化させると、ダークスポットが発生するのみならず、破損部分を中心としてダークスポットが成長し、非発光部分を周囲に広げてしまうため、製品寿命が著しく短くなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、平坦化層から発生するガスによる表示品質の低下を防止することができる有機EL装置を提供することを目的とする。また、このような有機EL装置を用いた電子機器を提供することをあわせて目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板上に、光透過性を有する第1電極と光透過性を有する第2電極との間に発光層を挟持する複数の発光素子と、前記第1電極を挟んで前記発光層の反対側に配置された光反射層と、を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記基板と前記光反射層との間に設けられた有機物からなる第1絶縁膜と、前記光反射層および前記第1絶縁膜を覆い、前記第1電極と前記光反射層との間に設けられる第2絶縁膜と、を備え、前記第2絶縁膜には、前記第1電極と平面視で重ならない位置に、前記第2絶縁膜を貫通して前記第1絶縁膜に到達する第1貫通孔が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、第2絶縁膜の形成時に第1絶縁膜においてガスが発生しても、発生するガスは、第1貫通孔を通して第1絶縁膜の外部に排出される。したがって、第1絶縁膜で発生したガスの蓄積に起因したダークスポットの発生を抑制することができ、表示品質の低下を防止する有機EL装置を提供することができる。
本発明においては、前記第2絶縁膜上に、前記複数の発光素子を互いに区画するように配置され、有機物からなる隔壁を有し、前記隔壁は、前記第1貫通孔と平面的に重なると共に、前記第1貫通孔を介して前記第1絶縁膜と接していることが望ましい。
この構成によれば、第1貫通孔から放出されるガスを、有機材料を形成材料とする隔壁を介して外部に放出させることができるため、第2絶縁膜を形成した後の製造工程においても、第1貫通孔からのガスの排出が可能となる。例えば、第2絶縁膜を形成した後の製造工程で基板が加熱される工程を有すると、第1絶縁膜の温度が上昇し気化が促進するが、隔壁を介してガスが放出されるために、第1絶縁膜内でのガスの蓄積を抑制することができる。
本発明においては、前記隔壁は、前記隔壁を貫通して前記第1貫通孔に接続される第2貫通孔が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、隔壁を浸透して放出するよりも効率的に、第1絶縁膜で発生するガスを隔壁の外部へ排出することができる。
本発明においては、前記第1貫通孔は、前記隔壁の少なくとも一部に沿って、帯状に延在して形成されていることが望ましい。
この構成によれば、第1貫通孔の開口面積を増加させ、より効果的に第1絶縁膜に生じるガスを排出することができる。
本発明においては、上述の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る有機EL装置を示す断面図である。 本発明の第1実施形態に係る貫通孔の開口の配置を示す模式平面図である。 本発明の第1実施形態に係る有機EL装置の製造工程を説明する断面図である。 本発明の第1実施形態に係る有機EL装置の製造工程を説明する断面図である。 本発明の第2実施形態に係る有機EL装置の概略構成を示す断面図である。 本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
[第1実施形態]
以下、図1〜図4を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る有機EL装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとして図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
(有機EL装置)
まず、図1,2を用いて、本実施形態の有機EL装置1Aについて説明する。図1は本実施形態の有機EL装置1Aの概略構成を示す断面図である。図に示すように、本実施形態の有機EL装置1Aは、基板2上に形成された多数の有機EL素子(発光素子)30の機能層15から射出された光を、有機EL素子30が形成された基板2とは反対側の封止基板20から取り出すトップエミッション方式の有機EL装置である。
基板2は、例えば、ガラス等により形成され、基板2上には、例えば、SiO(シリコン酸化物)等により絶縁膜3が形成されている。絶縁膜3上には、個々の有機EL素子30に対応して駆動用TFT(薄膜トランジスタ)4が設けられている。駆動用TFT4は、絶縁膜3上に形成された半導体層5と、半導体層5のチャネル領域にゲート絶縁膜(図示略)を介して対向配置されたゲート電極6と、を備えている。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極6を覆って、絶縁膜7が形成されている。絶縁膜7上にはソース電極8及びドレイン電極9が形成され、それぞれ、コンタクトホール7a,7bを介して半導体層5のソース領域及びドレイン領域に接続されている。ソース電極8は、絶縁膜7上に形成された電源線103に接続されている。
これら駆動用TFT4及び電源線103を覆って、これらの構成に由来した表面の凹凸を緩和する平坦化層(第1絶縁膜)10が形成されている。平坦化層10は、例えば、アクリル系やポリイミド系等の耐熱性及び絶縁性を有する樹脂材料(有機物)により形成されている。平坦化層10には、平坦化層10を貫通してドレイン電極9に到達するコンタクトホール10aが設けられている。
平坦化層10の上には、複数(図では2つ)の光反射層11が設けられている。光反射層11は、光反射性を有する金属材料によって形成されたものである。光反射性を有する導電性材料としては、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、あるいはこれらを主成分とする合金等が用いられ、例えばAlとNd(ネオジム)との合金が好適に用いられる。
光反射層11の上には、光反射層11と平坦化層10とを覆って層間絶縁膜(第2絶縁膜)12が形成されている。層間絶縁膜12は、例えば、SiNやSiO等の絶縁性の無機材料により形成されている。層間絶縁膜12には、コンタクトホール10aと連通するコンタクトホール12aが設けられている。また、本実施形態の層間絶縁膜12には、層間絶縁膜12を貫通して平坦化層10に到達する貫通孔(第1貫通孔)12bが形成されている。貫通孔12bについて詳しくは後述する。
層間絶縁膜12上には、光反射層11と平面的に重なって、有機EL素子30の陽極である画素電極(第1電極)13が形成されている。画素電極13の形成材料としては、仕事関数が5eV以上の正孔注入効果の高い透明導電性材料が好適に用いられる。このような正孔注入効果の高い材料としては、例えばITO(Indium Thin Oxide:インジウム錫酸化物)等の金属酸化物を挙げることができる。画素電極13は、コンタクトホール10aおよびコンタクトホール12a介してドレイン電極9に接続されており、コンタクトホール10a,12a内に露出する平坦化層10の表面を覆っている。
また、層間絶縁膜12上であって、光反射層11と平面的に重なる領域には、画素電極13を構成の一部とする有機EL素子30が配置されており、隣接する有機EL素子30の間および有機EL素子30と基板2の端部との間には隔壁14が形成されている。隔壁14は平坦化層10と同様に絶縁性の樹脂材料で形成されており、形成方法はフォトリソグラフィを用いるため、材料には例えば感光性のアクリル樹脂や環状オレフィン樹脂などの有機物が用いられている。隔壁14は、貫通孔12bと重なって設けられており、貫通孔12bを介して平坦化層10と接している。
有機EL素子30は、画素電極13と陰極18に機能層15が挟持されて構成されている。画素電極13上に設けられる機能層15は、画素電極13側に形成された正孔注入・輸送層16と、その上に積層されて形成された発光層17と、を備えている。
正孔注入・輸送層16は、例えば、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT−PSS)の分散液等の液相材料を乾燥させることにより形成されている。これ以外にも、従来知られた正孔注入・輸送性材料を用いることができる。
発光層17は、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料により形成されている。特にフルカラー表示を行う場合には、赤色、緑色、青色の各波長域に対応する光を発光する材料が用いられる。
発光層17の形成材料としては、例えば、(ポリ)フルオレン誘導体(PF)、(ポリ)パラフェニレンビニレン誘導体(PPV)、ポリフェニレン誘導体(PP)、ポリパラフェニレン誘導体(PPP)、ポリビニルカルバゾール(PVK)、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン(PMPS)などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、9,10−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン6、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。さらに、Ir(ppy)などの燐光材料を用いることもできる。
機能層15上には、機能層15及び隔壁14の表面を覆って、有機EL素子30の陰極である陰極(第2電極)18が設けられている。陰極18は、表面に到達した光の一部を透過し、残りを反射する半透過反射層として機能するようになっている。具体的には、真空蒸着法で形成された厚さ5nm程度のLiF(フッ化リチウム)と、これの上に共蒸着法で形成された厚さ10nm程度のMgAgとからなる、積層膜によって形成されている。なお、陰極18の材料としては、前記材料以外にも、CaやBaなどの電子注入性を有する導電材料が使用可能である。
これらの導電材料は、十分に薄く形成されることで透明性を発揮するものの、実際にはある程度反射する半透過反射性を有している。したがって、形成された陰極18は半透過反射層として機能する。従って、半透過反射層である陰極18と、画素電極13の下面側に配設された光反射層11と間には、光共振器構造が形成される。
すなわち、機能層15の発光層17で発せられた光は、光反射層11と半透過反射性を有する陰極18との間で反射を繰り返し共振する。すると、この共振構造における共振波長の成分のみが選択的に増幅されたうえで、陰極18を透過し外側(観測者側)に出射する。したがって、このような構成により、スペクトルのピーク幅が狭く強度も高い光を出射できるようになっている。
陰極18上には、光透過性を有する接着層19を介して、例えば、ガラスや石英等の透明な材料により形成された封止基板20が貼着されている。本実施形態では、陰極18として半透過反射性を用いて、光反射層11と間で、光共振器構造を形成するようにしたが、陰極18として光透過性を有する電極を用いて、光共振構造を形成しないようにしても良い。
(層間絶縁膜の貫通孔)
有機EL装置1Aが備える平坦化層10は、通常、有機材料を用いてウェットプロセスで形成されるため、平坦化層10を形成する工程で用いる溶媒や現像液が少量含浸している。また、平坦化層10よりも上層の形成工程で用いられるレジスト液や現像液等の溶媒に接触することも多く、これらの溶媒が膨潤しやすい。
平坦化層10に含まれるこのような溶媒は、装置の使用により発生する駆動熱や、使用環境の温度によって平坦化層10内で気化し体積が増加する。このように発生するガスは、画素電極の破損や機能層の劣化の原因と成り得るが、本実施形態の有機EL装置1Aでは、層間絶縁膜12に設けられた貫通孔12bを介してガスを放出することで、このような破損を抑制している。
図2は、層間絶縁膜12に設けられた貫通孔12bの概略平面図である。貫通孔12bは、層間絶縁膜に1つだけ設けるようにしても良いし、図2(a)に示すように、平面視でその開口が画素電極13の周囲に点在しているか、または、図2(b)に示すように、画素電極13の周囲に溝状に連続して形成しても良い。また、図2(c)に示すように、画素電極13の周囲に隔壁の一部に沿って溝状の貫通孔12bを連続して格子状に形成しても良い。
貫通孔12bは、画素電極13の近傍に設けられることで、画素電極13近傍の平坦化層10内で発生するガスを積極的に放出し、画素電極の破損を防ぐ構成となっている。また、貫通孔12bは、開口面積が広いほうが効率的にガスを放出することができるため好ましい。
本実施形態の有機EL装置1Aは、以上のような構成となっている。
(有機EL装置の製造方法)
次に、有機EL装置1Aの製造方法を説明し、本実施形態の作用について説明する。図3,4は、本実施形態の有機EL装置1Aの製造工程を示す工程図である。
まず、図3(a)に示すように、駆動用TFT4、ゲート電極6、ソース電極8、ドレイン電極9、電源線103などの各構成が形成された基板2上に、平坦化層10を形成する。ここでは、例えばスピンコート法を用いて光硬化性樹脂の前駆体溶液を塗布し乾燥させ、得られる前駆体の膜に露光および現像処理を行う(フォトリソグラフィ法)ことで、コンタクトホール10aを設けた平坦化層10を形成する。
次に、図3(b)に示すように、平坦化層10の上にマスク蒸着法などの形成法を用いて光反射層11を形成し、更に、光反射層11を覆って層間絶縁膜12を形成する。層間絶縁膜12は、例えば、SiN膜をベタ成膜した後に、ウェットエッチングによりコンタクトホール12a、貫通孔12bを形成することで得られる。
次に、図3(c)に示すように、層間絶縁膜12上に画素電極13を形成し、コンタクトホール10a,12aを介してドレイン電極9に接続する。
次いで、図4(a)に示すように、平坦化層10、画素電極13、及び層間絶縁膜12を覆って有機材料層を形成し、フォトリソグラフィ法により有機材料層に開口部14aを形成して隔壁14を形成する。隔壁14の形成後には、全体を、例えば200℃程度の温度に加熱してアニール処理を行う。
次いで、図4(b)に示すように、通常知られた方法を用いて機能層15,陰極18を設けて有機EL素子30を形成し、更に接着層19を介して封止基板20を貼着することで、本実施形態の有機EL装置1Aを製造することができる。
有機EL装置1Aは、上記の製造工程における蒸着やプラズマ処理やアニール処理等により平坦化層10が各処理温度にまで加熱され、平坦化層10内に含浸する溶媒が気化する。発生するガスは、隔壁14を形成するまでは層間絶縁膜12に設けられた貫通孔12bを介して直接平坦化層10の外部へ排出される。また、樹脂材料で形成される隔壁14は、ガスバリア性が低い。そのため、隔壁14を形成した後は、隔壁14内を浸透して(隔壁14を介して)平坦化層10の外部へ排出される。そのため、発生するガスに起因する画素電極の破損が抑制され、ダークスポットの発生が抑制される。
本実施形態の有機EL装置1Aは、以上のように製造される。
以上のような構成の有機EL装置1Aによれば、層間絶縁膜12の形成時に平坦化層10においてガスが発生しても、発生するガスは、貫通孔12bを通して平坦化層10の外部に排出されるため、ダークスポットの発生を抑制することができ、表示品質の低下を防止する有機EL装置1Aを提供することができる。
また、本実施形態では、隔壁14は、貫通孔12bと平面的に重なると共に、貫通孔12bを介して平坦化層10と接することとしている。そのため、貫通孔12bから放出されるガスを、隔壁14を介して外部に放出させることができるため、層間絶縁膜12を形成した後の製造工程においても、貫通孔12bからのガスの排出が可能となる。
なお、本実施形態においては、機能層15が高分子発光材料であることとしたが、通常知られた低分子発光材料を用いることもできる。
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係る有機EL装置1Bの説明図である。本実施形態の有機EL装置1Bは、第1実施形態の有機EL装置1Aと一部共通している。異なるのは、隔壁14に貫通孔14b(第2貫通孔)が形成されていることである。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5は、本実施形態の有機EL装置1Bを表した概略断面図であり、図4(a)に対応する断面図である。本実施形態の有機EL装置1Bは、隔壁14に、隔壁14を貫通し貫通孔12bを通って平坦化層10に到達する貫通孔14bが形成されている。貫通孔14bは、アニール工程の前に、例えば、フォトリソグラフィ法等により形成する。
本実施形態では、製造工程において隔壁14が形成された後も、平坦化層10中のガスを発生させる不純物を、貫通孔14bを通して隔壁14の外部へ排出することができる。すなわち、平坦化層10中の不純物や平坦化層10において発生したガスを、隔壁14を通すことなく、直接、平坦化層10の外部に排出することができる。
したがって、本実施形態の有機EL装置1Bは、製造工程において平坦化層10から発生したガスを外部により確実に排出することができ、ガスの蓄積に起因する表示品質の低下をより確実に防止することができる。
なお、本実施形態において、貫通孔12bと貫通孔14bとを略同じ径として、互いに連通するように形成してもよい。
[電子機器]
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図6は、本発明の有機EL装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。図6に示す携帯電話(電子機器)1300は、本発明の有機EL装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。これにより、本発明の有機EL装置により構成された、信頼性に優れた表示部を具備した携帯電話1300を提供することができる。
上記各実施の形態の有機EL装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた表示部を備えた電子機器を提供できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
1A,1B…有機EL装置(有機エレクトロルミネッセンス装置)、2…基板、10…平坦化層(第1絶縁膜)、11…光反射層、12…層間絶縁膜(第2絶縁膜)、12b…貫通孔(第1貫通孔)、13…画素電極(第1電極)、14…隔壁、14b…貫通孔(第2貫通孔)、17…発光層、18…陰極(第2電極)、30…有機EL素子(発光素子)、1300…携帯電話(電子機器)、

Claims (5)

  1. 基板上に、光透過性を有する第1電極と光透過性を有する第2電極との間に発光層を挟持する複数の発光素子と、前記第1電極を挟んで前記発光層の反対側に配置された光反射層と、を備えた有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
    前記基板と前記光反射層との間に設けられた有機物からなる第1絶縁膜と、
    前記光反射層および前記第1絶縁膜を覆い、前記第1電極と前記光反射層との間に設けられる第2絶縁膜と、を備え、
    前記第2絶縁膜には、前記第1電極と平面視で重ならない位置に、前記第2絶縁膜を貫通して前記第1絶縁膜に到達する第1貫通孔が形成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
  2. 前記第2絶縁膜上に、前記複数の発光素子を互いに区画するように配置され、有機物からなる隔壁を有し、
    前記隔壁は、前記第1貫通孔と平面的に重なると共に、前記第1貫通孔を介して前記第1絶縁膜と接していることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  3. 前記隔壁は、前記隔壁を貫通して前記第1貫通孔に接続される第2貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  4. 前記第1貫通孔は、前記隔壁の少なくとも一部に沿って、帯状に延在して形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする電子機器。
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