JP2013077382A

JP2013077382A - 電界発光表示装置

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Publication number: JP2013077382A
Application number: JP2011215068A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iwakura; 靖岩倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-25

Abstract

【課題】電界発光素子を構成する各層間あるいは電界発光素子と封止層との間における層間剥離を抑制することを可能にする電界発光表示装置を提供する。
【解決手段】基板１１と、基板１１上に設けられる複数の画素１０と、から構成され、画素１０が、第一電極１２と、発光層を含む有機化合物層１３と、第二電極１４と、無機層１５と、からなり、第一電極１２が、各画素１０において個別に形成されている電界発光表示装置１において、基板上１１であって、かつ隣接する二つの第一電極１２間に挟まれた平面領域において、凸状構造物２０が設けられていることを特徴とする、電界発光表示装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界発光表示装置に関する。

現在、有機ＥＬ素子等の電界発光素子を有する表示装置、即ち、電界発光表示装置について盛んに研究開発が行われている。

ところで、電界発光表示装置に備えられている電界発光素子は、基板上に、第一電極（下部電極）、発光層を含む有機化合物層、第二電極（上部電極）をこの順に堆積してなる電子素子である。ここで電界発光素子の構成する各層にそれぞれ含まれる材料は、大気中の水分や酸素によって劣化しやすいものが多い。このため大気中の水分や酸素から電界発光素子を保護するための部材が必要となる。

特許文献１では、電界発光表示装置に備えられている電界発光素子を保護するために当該電界発光素子を無機化合物からなる封止層で覆って、この電界発光素子の発光を阻害する物資である水分・酸素等の侵入を防ぐ構成が提案されている。

一方、この電界発光表示装置に備えられている電界発光素子の積層面の法線方向へ外力が加わると、第一電極から封止層に至る積層体を構成する各層の界面、殊に有機化合物層と第二電極との界面において、層間の密着性が不足して、しばしば層間剥離を生じる。

このような層間剥離を防ぐ手段として、例えば、特許文献２では、発光層を含む有機化合物層に欠落部を設ける構成が提案されている。ところで、特許文献２にて提案された手法では、気相成膜法によって発光層を含む有機化合物層を形成する際に、当該欠落部に対応する領域はメタルマスク等で覆われる。このため、当該欠落部に対応する領域において発光層を含む有機化合物層は成膜されないことになる。

特許３１７０５４２号公報特許４３５９０９１号公報

しかしながら、寸法が小さくかつ精細度が高い電界発光表示装置において、特許文献２にて提案されている手法を利用する場合、マスクの連結部の線幅が狭くなるため、マスクの機械的剛性は低下する。従って、マスクに外力や温度変化が加わったときにマスクの形状維持、復元性や耐久性に乏しくなり、結果として表示装置の生産性が低下する。

また寸法が小さくかつ精細度が高い電界発光表示装置の場合、マスクの開口部の寸法は自ずと小さくなるため、マスクの開口部に成膜対象物が付着して目詰まりを起こしやすい。ここでマスクの目詰まりは表示装置の生産する上での妨げとなるばかりでなく、表示装置に発光欠陥を生じさせる原因となる。

このように寸法の小さな電界発光表示装置において、電界発光素子を構成する各層間の界面での密着性を高める手法として、特許文献２にて示されている方法は、表示装置の生産性や歩留まりの観点で採用しがたい問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電界発光素子を構成する各層間あるいは電界発光素子と封止層との間における層間剥離を抑制することを可能にする電界発光表示装置を提供することにある。

本発明の電界発光表示装置は、基板と、
前記基板上に設けられる複数の画素と、から構成され、
前記画素が、第一電極と、発光層を含む有機化合物層と、第二電極と、無機層と、からなり、
前記第一電極が、各画素において個別に形成されている電界発光表示装置において、
前記基板上であって、かつ隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域において、凸状構造物が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、電界発光素子を構成する各層間あるいは電界発光素子と封止層との間における層間剥離を抑制することを可能にする電界発光表示装置を提供することができる。

即ち、本発明に係る電界発光表示装置は、基板上であって、かつ隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域に凸状構造物が配置されている。この凸状構造物上に、有機化合物層や第二電極を形成すると、この凸状構造物が設けられている領域（隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域）において、有機化合物層や第二電極は当該構造物によって生じた凹凸に倣った立体形状が形成される。この立体形状は、電界発光素子を構成する第一電極から第二電極までの各層間や電界発光素子と封止層との間の界面において、隣接する層間の接触面積を増やす役割を果たす。これにより隣接する層間の界面での密着力を高めることになる。この結果、第一電極から封止層に至る各層において、隣接する層間における層間剥離を抑制することができる。

（ａ）は、本発明の電界発光表示装置における実施形態の例を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’断面を示す断面模式図である。第一電極及び凸状構造物の基礎になる薄膜の形成プロセスを示す断面模式図である。第一電極及び凸状構造物の形成プロセスを示す断面模式図である。図３の形成プロセスによって形成される第一電極及び凸状構造物の例を示す斜視図である。有機化合物層の形成プロセスによって形成された有機化合物層を示す模式図であり、（ａ）は、断面模式図であり、（ｂ）は、斜視図である。

本発明の電界発光表示装置は、基板と、この基板上に設けられる複数の画素と、から構成される。本発明の電界発光表示装置において、画素は、第一電極と、発光層を含む有機化合物層と、第二電極と、無機層と、からなる。ここで第一電極は、各画素において個別に形成されている。このため本発明の電界発光表示装置において、複数の第一電極は、それぞれ一定の間隔をおいて設けられている。ここで本発明においては、基板上であって、かつ隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域において、凸状構造物が設けられている。本発明において、この凸状構造物は、第一電極を形成する際に同時に形成される部材であることが好ましい。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の電界発光表示装置における実施形態の例を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’断面を示す断面模式図である。

図１の電界発光表示装置１には、複数の画素１０がそれぞれ一定の間隔をもって配置されている。ここで複数の画素１０は、それぞれ基板１１上に設けられている。また各画素１０は、基板１１上に設けられる第一電極１２と、第一電極１２上に設けられる有機化合物層１３と、有機化合物層１３上に設けられる第二電極１４と、からなる電界発光素子を有している。さらに電界発光素子の構成部材である第二電極１４上には、無機層１５が設けられている。この無機層１５は、各画素に設けられている電界発光素子を大気中の水分や酸素から保護する役割を果たす。

ところで、図１の電界発光表示装置１において、第一電極１２は、一定の間隔を持って配置される各画素１０の配置領域に対応する領域に設けられる部材であるので、各画素１０において個別に形成される部材である。一方で、図１の電界発光表示装置１において、有機化合物層１３、第二電極１４及び無機層１５は、各画素に共通する層として連続的に形成されている。

そして図１の電界発光表示装置１において、基板１１上であって、かつ隣接する二つの第一電極１２間に挟まれた平面領域において、凸状構造物２０が設けられている。尚、凸状構造物２０を設けることによって生じる作用効果については、後述する。

次に、本発明の電界発光表示装置の構成部材について説明する。

基板１１は、電界発光表示装置１を構成する第一電極１２から無機層１５までの部材（積層部材）を支持するための部材である。基板１１として、具体的には、いわゆる無アルカリガラス、単結晶シリコンウェハが好ましい。また電界発光素子の発光を阻害する物質（水分、酸素等）の侵入を防ぐ目的で、プラスチックからなる基材上に金属あるいは金属酸化物からなる薄膜を積層してなる基板、該基材と該薄膜とを複数層重ね合わせて形成された基板も使用することができる。

また基板１１には、図示はしていないが、必要に応じて、トランジスタ（Ｔｒ）、接続配線、半導体保護層、Ｔｒや接続配線との通電のために半導体保護層に穿ったコンタクトホールを適宜形成することができる。

第一電極１２は、基板１１上であって、電界発光表示装置１の表示領域に対応する所望の箇所に設けられる。第一電極１１の構成材料としては、例えば、銀、アルミニウム、マグネシウム、珪素、クロム、チタン等の金属単体あるいはこれら金属単体を複数組み合わせた合金が挙げられる。第一電極１２の形状はフォトリソグラフィー等の手段により所望の加工ができる。また第一電極１２は一定の間隔を持って規則的に配列されている。ここで第一電極１２の配列形式として、具体的には、図１（ａ）に示されるストライプ配列が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。

第一電極１２の膜厚は、好ましくは、１００ｎｍ程度である。また第二電極１５との短絡を防ぐ観点から、有機化合物層１３よりの膜厚を薄くして形成するのが好ましい。

有機化合物層１３は、少なくとも発光層を有する単層あるいは複数層からなる積層体であり、この積層体の層構成は電界発光素子の発光機能を考慮して適宜選択することができる。ここで発光層の他に有機化合物層１３を構成する層として、具体的には、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、有機化合物層１３を構成する各層の構成材料として、公知の化合物を使用することができる。

第二電極１４は、有機化合物層１３を被覆するように設けられる。第二電極１４の構成材料として、可視波長域の光を透過する性質を持ち、かつ電気抵抗の低い電極材料が用いられる。具体的には、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物等の金属酸化物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また第二電極１４は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等の公知の気相成長法で形成することができる。

無機層１５は、本発明の電界発光表示装置において、水分あるいは酸素等の電界発光素子の発光を阻害する物質の侵入を防ぐ層として機能する。無機層１５の構成材料としては、可視波長域の透過性を持ち、膜欠陥がなく緻密性の高い無機材料が用いられる。具体的には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等が挙げられる。また無機層１５は、ＣＶＤ、スパッタ法、真空蒸着法等の公知の気相成長法による成膜を採ることができる。

凸状構造物２０は、第一電極１２の形成工程において形成される第一電極１２と同時に形成することができる。また凸状構造物２０の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、角柱状、円柱状、角錐状、円錐状、角錐台状、円錐台状等が挙げられる。一方、単位面積当たりに設けられる凸状構造物２０の大きさ、数は特に限定されないが、凸状構造物２０の数が多い場合、凸状構造物２０と凸状構造物２０上に形成される有機化合物層１３との接触面積をより多くすることができるので、好ましい。

ここで凸状構造物２０を設ける意義について説明する。所定の領域（基板上であって、かつ隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域）に凸状構造物２０を設けた後、この凸状構造物２０上に、有機化合物層１３、第二電極１４を順次堆積させる。そうすると、凸状構造物２０が設けられる領域、言い換えれば隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域については、凸状構造物２０の形状及び配置パターンに倣った凹凸面が形成されることになる。

ここで凸状構造物２０が形成されている領域（隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域）において、表示面の法線方向から観察される投影面積をＳ［ｍ²］としたときに、下記式（１）に示される関係が成り立つ。
Ｓ_uneven＞Ｓ_even＝Ｓ式（１）
（Ｓ_uneven：凸状構造物２０あるいは凸状構造物２０に倣って形成された凹凸面の実面積［ｍ²］、Ｓ_even：凹凸面がない場合の面積［ｍ²］）

ここで、材料が異なる隣接層間の界面における単位面積当たりの密着力をａ［Ｎ／ｍ²］（＝一定）とするならば、下記式（２）の関係が成り立つ。
Ｆ_uneven（＝ａ×Ｓ_uneven）＞Ｆ_even（＝ａ×Ｓ_even）式（２）
（Ｆ_uneven：凹凸面を設けた場合の層間の密着力［Ｎ］、Ｓ_even：凹凸面を設けていない場合の層間の密着力［Ｎ］）

この式（２）の関係が成り立つことから、凹凸面を設けることによって層間の密着力の向上が期待できる。尚、層間の密着力が向上する因子としては、隣接層間の界面における摩擦力等が考えられる。

凸状構造物２０の配置位置は、凹凸面の実面積Ｓ_unevenを大きく得るという観点から、少なくとも二つの周期を重畳した合成波形を元に決定するのが望ましい。このとき、合成波形の最長周期Ｌは、第一電極１２間の最短距離Ｌ_int-1stPと同値である。一方、合成波形の最短周期Ｌ’は、有機化合層１３の膜厚ｄ_lumの２倍に相当する。

以下、実施例により、本発明に係る電界発光表示装置について具体的に説明する。ただし本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
以下に説明するプロセスに従って、図１に示される電界発光表示装置を作製した。

（工程１）基板の形成工程
基材である単結晶シリコンウェア上に、トランジスタ（Ｔｒ）、接続配線、半導体保護層（以上の構成要素は不図示）を順次形成して基板１１を作製した。尚、Ｔｒ、接続配線及び半導体保護層の形成方法としては公知の方法を採用した。

次に、Ｔｒと電界発光素子との通電を得るため、Ｔｒの直上に設けられている半導体保護層にコンタクトホールを形成した。具体的には、まずスピンコート法により、半導体保護層上に、フォトレジストを成膜してフォトレジスト層を形成した。このときフォトレジスト層の膜厚は１μｍであった。次に、このフォトレジスト層に対して、コンタクトホールを配置する部位が開口部となるマスクを使用し、露光及び現像処理を行った。

次に、フォトレジスト層をマスクとして、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）により、半導体保護層へのドライエッチング処理を行った後、フォトレジスト層を除去することにより、コンタクトホールを形成した。

（工程２）第一電極及び凸状構造物の形成工程
以下、図面を参照しながら本工程（第一電極及び凸状構造物の形成工程）について説明する。図２は、第一電極及び凸状構造物の基礎になる薄膜の形成プロセスを示す断面模式図であり、図３は、第一電極及び凸状構造物の形成プロセスを示す断面模式図であり、図４は、図３の形成プロセスによって形成される第一電極及び凸状構造物の例を示す斜視図である。尚、図３は、図２にて形成された薄膜の加工プロセスに相当する。

まずスパッタ法により、コンタクトホールが形成された基板１１上に、アルミニウムと珪素とからなる合金を成膜し、第一電極１２及び凸状構造物２０の基礎となる合金薄膜２１を形成した（図２）。このとき合金薄膜２１の膜厚は９０ｎｍであった。

次に、スピンコート法により、上記合金薄膜２１上に、フォトレジストを成膜してフォトレジスト層２２を形成した。このときフォトレジスト層２２の膜厚は１μｍであった（図３（ａ））。

次に、第一電極１２及び凸状構造物２０の配置領域以外の領域に開口部を有するマスクを使用して、先程形成したフォトレジスト層２２に対して露光並びに現像処理を行った（図３（ｂ））。

次に、合金薄膜２１に対して腐食性のある薬液中に基板１１を浸漬することで合金薄膜２１の部分的なエッチングを行うことによって、第一電極１２及び凸状構造物２０を形成した（図３（ｃ））。

次に、純水中に、基板１１を浸漬して、合金薄膜２１に対して腐食性のある薬液を洗い落とした後、フォトレジスト層２２を溶解する薬液（レジスト溶解薬液）中に基板１１を浸漬してフォトレジスト層２２を除去した。最後に、基板１１を純水中に浸漬してレジスト溶解薬液を洗い落とすことにより、基板１１上の所定の領域に、第一電極１２及び凸状構造物２０をそれぞれ形成した（図３（ｄ）、図４）。

尚、本実施例においては、隣接する第一電極１２間の最近接距離は１μｍ、凸状構造物２０は、一辺９０ｎｍの立方体がデルタ状に配置されている（図４）。ここで、凸状構造物２０とこの凸状構造物２０上に堆積される有機化合物層１３とが接触する領域（接触領域３０）の面積をＳ_20-13,unevenとし、当該接触領域３０を表示面の法線方向から観察される投影面３１の面積をＳとする。本実施例において、Ｓ_20-13,unevenとＳとの面積比は、Ｓ_20-13,uneven／Ｓ＝３．０となる。

（工程３）有機化合物層の形成
次に、有機化合物層１３を形成した。具体的な有機化合物層１３の形成方法を以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず第一電極１２上に、下記式（１）に示される化合物を成膜して、正孔輸送層を形成した。

次に、正孔輸送層上に、下記式（２）に示される化合物（ホスト）と、下記式（３）に示される化合物（ドーパント）と、を共蒸着して発光層を形成した。

次に、発光層上に、２，９−ビス［２−（９，９’−ジメチルフルオレニル）］−１，１０−フェナントロリンを成膜して電子輸送層を形成した。

次に、ＡｌとＬｉとを共蒸着して電子注入層を形成した。

以上のようにして正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層がこの順に積層してなる有機化合物層１３が形成された。尚、本実施例において、有機化合物層１３の総膜厚は１２０ｎｍであった。

ここで図面を参照しながら、形成された有機化合物層１３について説明する。図５は、有機化合物層の形成プロセスによって形成された有機化合物層１３を示す模式図であり、（ａ）は、断面模式図であり、（ｂ）は、斜視図である。

図５において、凸状構造物２０上に成膜・形成された有機化合物層１３ａは、凸状構造物２０の形状及び配置位置に倣って図５（ｂ）に示されるように三角錐状の立体形状が規則的に配置されることで凹凸形状４０が形成されている。この凹凸形状４０は、有機化合物層１３と、次の工程で形成される第二電極１４と、の密着性を高める効果をもたらす。

凸状構造物２０上に成膜・形成される有機化合物層１３ａと、この有機化合物層１３ａ上に堆積される第二電極１４との界面における接触領域４１の面積をＳ_{13a-14,uneven}とする。そしてこの接触領域を表示面法線方向から観察される投影面４２の面積Ｓと、Ｓ_{13a-14,uneven}の面積比は、Ｓ_{13a-14,uneven}／Ｓ≒１．６となる。

（工程４）第二電極の成膜
次に、有機化合物層１３上に、透光性を有する電極材料を成膜して第二電極１４を形成した。尚、本実施例において、第二電極１４を形成するにあたり、使用される透光性を有する電極材料としては、インジウム亜鉛酸化物等が挙げられる。また第二電極１４の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法等の公知の方法を採用することができる。

（工程５）無機層の成膜
次に、先の工程（工程４）で形成された第二電極１４を覆うように、無機層１５をＶＨＦプラズマＣＶＤによって形成した。具体的には、まず膜形成装置の放電炉内に設けられている基板ホルダーに第二電極１４まで形成し終えた基板１１を設置した。次に、放電炉の圧力を１×１０^-3Ｐａ台に真空引きした後、シランガス２０ｓｃｃｍ、窒素ガス１０００ｓｃｃｍ、水素ガス１０００ｓｃｃｍを各々供給して、反応空間圧力を１００Ｐａに制御した。次に、６０ＭＨｚの高周波電力（電力：４００Ｗ）を高周波電極に供給してプラズマを発生させた。そして所定の時間プラズマを発生させることにより、第二電極１４上に窒化珪素膜（無機膜１５）を膜厚１０００ｎｍで堆積形成した。以上により電界発光表示装置を得た。

次に、得られた電界発光表示装置を第一の流体及び第二の流体を混合してなるエアロゾルの噴流にさらす、いわゆる二流体洗浄法における雰囲気に投じて表示装置の積層面法線方向への外力を加えた。ここで第一の流体及び第二の流体の媒質、供給流量、曝露時間を下記表１に示す。

本実施例においては、二流体洗浄法の雰囲気に電界発光表示装置に投入した後においても、表示装置の外観に異常はなく、正常な発光が認められた。このように、本発明の構成は電界発光表示装置を成す堆積層における層間剥離を抑制することを示している。

［比較例１］
実施例１において、第一電極１２の形成の際に、凸状構造物２０を形成しないことを除いては、実施例１と同様の方法により電界発光表示装置を作製した。尚、本比較例において、接触領域３０の面積Ｓ_20-13,evenと当該領域の投影面積Ｓとは同面積である。従って、Ｓ_20-13,even／Ｓ＝１．０となる。

また、この接触領域３０において、有機化合物層１３と第二電極１４とが接触する領域（領域４１）の面積Ｓ_13-14,evenと当該領域の投影面積Ｓは同面積である。従って、Ｓ_13-14,even／Ｓ＝１．０となる。

得られた電界発光表示装置を、実施例１と同様に、二流体洗浄法の雰囲気に曝露することで表示装置の積層面法線方向への外力を加えた。その結果、本比較例にて得られた電界発光表示装置は、有機化合物層と第二電極との間で層間剥離を生じて、この層間剥離が生じた領域では電界発光表示装置は発光しなかった。

本発明の電界発光表示装置は、殊に表示面寸法が小さくかつ精細度が高い電界発光表示装置に好ましく用いることができる。従って、携帯電話、デジタルカメラ、携帯音響機器等の小型電子機器用途、プロジェクタやヘッドマウントディスプレイの表示像エンジンとして好ましく利用できる。

１：電界発光表示装置、１０：画素、１１：基板、１２：第一電極、１３（１３ａ）：有機化合物層、１４：第二電極、１５：無機層、２０：凸状構造物、２１：合金薄膜、２２：フォトレジスト層、３０：（凸状構造物と有機化合物との）接触領域、３１：（接触領域３０の）投影面、４０：凹凸形状、４１：（有機化合物層（１３ａ）と第二電極との）接触領域、４２：（接触領域４１の）投影面

Claims

基板と、
前記基板上に設けられる複数の画素と、から構成され、
前記画素が、第一電極と、発光層を含む有機化合物層と、第二電極と、無機層と、からなり、
前記第一電極が、各画素において個別に形成されている電界発光表示装置において、
前記基板上であって、かつ隣接する二つの第一電極間に挟まれた平面領域において、凸状構造物が設けられていることを特徴とする、電界発光表示装置。