JP2013084618A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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【解決手段】基体200上に第1の電極23、少なくとも一層の機能層(発光層)60を含む素子層、第2の電極50がこの順に形成されてなる電気光学装置1である。第2の電極50を覆って保護部204が設けられている。保護部204は、硬度が異なる少なくとも二つの保護層205、206を備えている。
【選択図】図3
Description
このような課題を解決する技術として、従来では、例えば発光層や陰極を覆って保護膜を形成する有機EL素子の製法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、発光層が多数ある場合についての開示がなく、したがってこの技術を、多数の有機EL素子からなる表示部を備えた電気光学装置に適用するのが困難であり、よって電気光学装置における発光素子(有機EL素子)の長寿命化が難しいのが現状である。
この電気光学装置によれば、保護部が、硬度が異なる少なくとも二つの保護層を備えているので、例えば機械的衝撃がこの保護部側に加わった場合、加わった衝撃に対し特に高い硬度の保護層でこれに耐する応力を発揮、また低い高度の保護層で機械的衝撃を吸収緩和する機能を発揮するようになり、したがって保護部が機械的衝撃に対し十分に保護機能を発揮することから、素子性能が損なわれるのを防止することができる。
キャリアが素子層を通過する場合、少なくとも一部に電子と正孔の存在確率が異なる部分が生成し、その部分の電荷バランスが崩れることがある。このような部分は概して反応性が高く、例えば、酸素や水などと反応して構造欠陥となってしまう。構造欠陥はキャリアの捕捉サイトとなり、素子層の機能の低下の原因となる。このため、酸素や水などの劣化因子から素子層を十分保護する必要があるが、前記保護部により、酸素や水から素子層を保護することが可能になる。
また、キャリアの注入効率は電極の状態に大きな影響を受けるので、適切な注入効率を維持するためには、電極の劣化因子となる酸素や水などから十分に保護する必要があるが、前述したように前記保護部により、酸素や水から電極を保護することも可能になる。
このようにすれば、ガスバリア層によって酸素や水分の浸入が防止され、これにより酸素や水分による機能層、例えば発光層や電極の劣化等が抑えられ、発光素子の長寿命化が可能になる。
このようにすれば、特に素子層の外側部側が少なくとも囲み部材と第2の電極とによって封止されることにより、酸素や水分の浸入がより良好に防止され、これにより酸素や水分による機能層(例えば発光層)や電極の劣化等が抑えられ、発光素子の長寿命化が可能になる。
このようにすれば、例えば機械的衝撃が保護部側に加わった場合、加わった衝撃に対し外側に位置する高い硬度の保護層がこれに耐する応力を発揮し、さらにこの高い硬度の保護層を伝わった衝撃を内側に位置する低い高度の保護層で吸収緩和するようになり、したがって保護部が機械的衝撃に対しより確実に保護機能を発揮し、素子性能が損なわれるのを防止することができる。
このようにすれば、機械的衝撃が保護部側に加わった場合、低い硬度の保護層がこの機械的衝撃に対し緩衝機能を発揮することにより、保護部が機械的衝撃に対し確実に保護機能を発揮するようになり、したがって素子性能が損なわれるのを防止することができる。
このようにすれば、第2の電極上にガスバリア層が設けられている場合に、前記低い硬度の保護層のガスバリア層への密着性がより良好になり、したがって機械的衝撃に対する緩衝機能が高くなる。
このようにすれば、特に多孔質層が多くの空孔を有することによって光取出し効率が高いことから、これを機能層、例えば発光層の直上に配置することにより、発光層からの発光光の出射率を高めて表示特性を向上することができる。
このようにすれば、第2の電極を発光素子毎に形成する必要がないことから、微細なパターン形成が不要となり、したがって単純な成膜法で第2の電極を形成することができ、生産性の向上を図ることができる。
このようにすれば、例えば表面保護層として耐圧性や耐摩耗性、光反射防止性、ガスバリア性、紫外線遮断性などの機能を有する層が備えられることにより、機能層(例えば発光層)や電極、さらには低い高度の保護層もこの表面保護層によって保護され、したがって発光素子の素子性能が損なわれるのが防止され、その長寿命化が図られる。
この電子機器によれば、素子性能が損なわれるのが防止された電気光学装置を備えているので、電子機器自体も信頼性の高いものとなる。
まず、本実施形態のEL表示装置の配線構造を、図1を参照して説明する。
図1に示すEL表示装置(電気光学装置)1は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下ではTFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス型のEL表示装置である。
信号線102には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ線駆動回路100が接続されている。また、走査線101には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査線駆動回路80が接続されている。
本実施形態のEL表示装置1は、図2に示すように電気絶縁性を備えた基板20と、スイッチング用TFT(図示せず)に接続された画素電極が基板20上にマトリックス状に配置されてなる画素電極域(図示せず)と、画素電極域の周囲に配置されるとともに各画素電極に接続される電源線(図示せず)と、少なくとも画素電極域上に位置する平面視ほぼ矩形の画素部3(図2中一点鎖線枠内)とを具備して構成されたアクティブマトリクス型のものである。なお、本発明においては、基板20と後述するようにこれの上に形成されるスイッチング用TFTや各種回路、及び層間絶縁膜などを含めて、基体と称している。(図3、4中では符号200で示している。)
実表示領域4には、それぞれ画素電極を有する表示領域R、G、BがA−B方向およびC−D方向にそれぞれ離間してマトリックス状に配置されている。
また、実表示領域4の図2中両側には、走査線駆動回路80、80が配置されている。
これら走査線駆動回路80、80は、ダミー領域5の下側に配置されたものである。
なお、本例では機能層を発光層60としてが、本発明における機能層とは、代表的には発光層(エレクトロルミネッセンス層)であるものの、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層などのキャリア注入層またはキャリア輸送層としてもよい。さらには、正孔阻止層(ホールブロッキング層)、電子阻止層(エレクトロン阻止層)であってもよい。
このような構成のもとに、発光素子はその発光層60において、正孔輸送層70から注入された正孔と陰極50からの電子とが結合することにより、発光光を生じるようになっている。
正孔輸送層70の形成材料としては、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体など、またはそれらのドーピング体などが用いられる。具体的には、3,4−ポリエチレンジオシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)[商品名;バイトロン−p(Bytron-p):バイエル社製]の分散液、すなわち、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に3,4−ポリエチレンジオシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させた分散液などが用いられる。
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。
なお、前記の高分子材料に代えて、従来公知の低分子材料を用いることもできる。
また、必要に応じて、このような発光層60の上に電子注入層を形成してもよい。
なお、格子状に形成された親液性制御層25および有機バンク層221にあって、特に最外周を形成する部分、すなわち発光層60の最外周位置のものの外側部を覆った状態でこれを囲む部分が、本発明における囲み部材201となっている。
ここで、囲み部材201については、特にその上部を形成する有機バンク層221における、外側部を形成する面201aの基体200表面に対する角度θが、110度以上となっている。このような角度としたのは、この上に形成する陰極50、さらにはガスバリア層30のステップカバレージ性を良好にし、外側部上での陰極やガスバリア層30の連続性を確保するためである。
このようにすれば、陰極50側がその反対側より酸素濃度が低くなることから、ガスバリア層30中の酸素が陰極50を通ってその内側の発光層60に到り、発光層60を劣化させてしまうといったことを防止することができ、これにより発光層60の長寿命化を図ることができる。
また、このようなガスバリア層30の厚さとしては、10nm以上、300nm以下であるのが好ましい。10nm未満であると、膜の欠陥や膜厚のバラツキなどによって部分的に貫通孔が形成されてしまい、ガスバリア性が損なわれてしまうおそれがあるからであり、300nmを越えると、応力による割れが生じてしまうおそれがあるからである。
また、本実施形態ではトップエミッション型としていることから、ガスバリア層30は透光性を有する必要があり、したがってその材質や膜厚を適宜に調整することにより、本実施形態では可視光領域における光線透過率を例えば80%以上にしている。
緩衝層205は、前記ガスバリア層30に密着し、かつ外部からの機械的衝撃に対して緩衝機能を有するもので、例えばウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリオレフィン系などの、柔軟でガラス転移点が低い樹脂材料からなる接着剤によって形成されたものである。また、この緩衝層205は、表面保護層206より硬度が低く形成されたものである。
なお、緩衝層205を形成するための接着剤には、シランカップリング剤またはアルコキシシランを添加しておくのが好ましく、このようにすれば、形成される緩衝層205とガスバリア層30との密着性がより良好になり、したがって機械的衝撃に対する緩衝機能が高くなる。また、特にガスバリア層30が珪素化合物で形成されている場合などでは、シランカップリング剤やアルコキシシランによってこのガスバリア層30の欠陥を修復することができ、したがってガスバリア層30のガスバリア性を高めることができる。
また、この例のEL表示装置においては、トップエミッション型にする場合に前記表面保護層206、緩衝層205を共に透光性のものにする必要があるが、バックエミッション型とする場合にはその必要はない。
以上に説明した基板20上の第2層間絶縁層284までの層が、回路部11を構成するものとなっている。
まず、図6(a)に示すように、基板20の表面に、下地保護層281を形成する。次に、下地保護層281上に、ICVD法、プラズマCVD法などを用いてアモルファスシリコン層501を形成した後、レーザアニール法又は急速加熱法により結晶粒を成長させてポリシリコン層とする。
その結果、シリコン層241、251および261は、不純物濃度(活性化アニール後の不純物にて算出)が約1×1017/cm3 の低濃度P型のシリコン層となる。
その後、基板20の全面を覆うように画素電極23となる導電膜を形成する。
そして、この透明導電膜をパターニングすることにより、図9(k)に示すように、第2層間絶縁層284のコンタクトホール23aを介してドレイン電極244と導通する画素電極23を形成すると同時に、ダミー領域のダミーパターン26も形成する、なお、図3、4では、これら画素電極23、ダミーパターン26を総称して画素電極23としている。
なお、この場合、有機バンク層221は、少なくとも前記駆動制御信号導通部320の上方に位置するものを含むものとする。
次に、吐出後の液滴を乾燥処理し、正孔輸送層材料に含まれる分散媒や溶媒を蒸発させることにより、正孔輸送層70を形成する。
なお、この正孔輸送層形成工程以降は、正孔輸送層70および発光層60の酸化を防止すべく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。
なお、この発光層形成工程では、前記のインクジェット法によって例えば青色(B)の発光層形成材料を青色の表示領域に選択的に塗布し、乾燥処理した後、同様にして緑色(G)、赤色(R)についてもそれぞれその表示領域に選択的に塗布し、乾燥処理する。
また、必要に応じて、前述したようにこのような発光層60の上に電子注入層を形成してもよい。
この陰極層形成工程では、例えば蒸着法等の物理的気相蒸着法によりITOを成膜し、陰極50とする。このとき、この陰極50については、前記発光層60と有機バンク層221及び囲み部材201の上面を覆うのはもちろん、囲み部材201の外側部を形成する面201aについてもこれを覆った状態となるように形成する。
成膜装置としてマグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲット原料としてInSnOを用いる。真空度を0.4Pa、導入ガスをAr、O2 として成膜を行い、厚さ100nmのITO膜を作製し、陰極50とする。
一方、化学的気相蒸着法では、欠陥が少なく緻密で良好な膜質のものが得られるものの、一般に成膜速度が遅いといった欠点がある。そこで、初期の成膜については物理的気相蒸着法を採用して例えば必要な膜厚の半分あるいはそれ以上を形成し、後期の成膜において化学的気相蒸着法を用いることにより、先に形成した膜の欠陥を補うようにすれば、全体としてガスバリア性(酸素や水分に対するバリア性)に優れたガスバリア層30を比較的短時間で形成することができる。
異なる材料で複数の層に積層して形成する場合、例えば、前述したように物理的気相蒸着法で形成する内側の層(陰極50側の層)を珪素窒化物あるいは珪素酸窒化物などとし、化学的気相蒸着法で形成する外側の層を珪素酸窒化物あるいは珪素酸化物などとするのが好ましい。
なお、ガスバリア層30の形成については単一の成膜法で行ってもよいのはもちろんであり、その場合にも、前述したように酸素濃度を陰極50側(内側)で低くなるように形成するのが好ましい。
成膜装置としてECR(電子サイクロン共鳴)プラズマスパッタ装置を用い、ターゲット原料としてSiを用いる。真空度を0.2Pa、導入ガスをAr、O2 、N2 として成膜を行い、厚さ10〜150nmの珪素酸窒化物膜を作製し、ガスバリア層30とする。
その後、この表面保護層206の緩衝層形成材料側を、別にガスバリア層30までを形成した前記のもののガスバリア層30側に圧着し、必要に応じて加熱を行うことなどにより該材料を硬化させ、緩衝層205とする。これにより、図3、図4に示した、保護部204を有してなるEL表示装置1を得る。
なお、複数個取りの基板上に複数のEL表示装置1を形成したものを用いた場合には、これに対応して複数個の保護部204となる基板(表面保護層206)を用意し、これらを圧着した後、スクライブを行って個々のEL表示装置1を得るようにする。
また、特に表面保護層206が耐圧性や耐摩耗性、光反射防止性、ガスバリア性、紫外線遮断性などの機能を有していることにより、発光層60や陰極50、さらにはガスバリア層もこの表面保護層206によって保護することができ、したがって発光素子の長寿命化を図ることができる。
また、特に発光層60の外側部側を囲み部材201、陰極50、ガスバリア層30によって三重に封止していることにより、酸素や水分の浸入をより確実に防止することができ、したがって酸素や水分による発光層60や陰極50の劣化等を確実に抑え、発光素子の長寿命化を可能にすることができる。
また、アクティブマトリクス型であることから陰極50やガスバリア層30を発光素子毎に形成する必要がなく、したがってこれら陰極50やガスバリア層30に関して微細なパターン形成が不要となる。よって、これらを単純な成膜法で形成することができることから、生産性の向上を図ることができる。
このようにすれば、陰極50のガスバリア層30と接する面側が無機酸化物からなっているので、無機化合物あるいは珪素化合物などからなるガスバリア層30との密着性がよくなり、したがってガスバリア層30が欠陥のない緻密な層となって酸素や水分に対するバリア性がより良好になる。
また、前記EL表示装置1では本発明における第1の電極を陽極として機能させ、第2の電極を陰極として機能させたが、これらを逆にして第1の電極を陰極、第2の電極を陽極としてそれぞれ機能させるよう構成してもよい。ただし、その場合には、発光層60と正孔輸送層70との形成位置を入れ替えるようにする必要がある。
また、前記EL表示装置1では、保護部204を表面保護層206と緩衝層205との二層によって構成したが、本発明はこれに限定されることなく、三層以上で保護部204を構成するようにしてもよい。
その後、この表面保護層206の緩衝層形成材料側を、前述した場合と同様にしてガスバリア層30までを形成したもののガスバリア層30側に圧着し、必要に応じて加熱を行うことなどにより該材料を硬化させ、緩衝層205とする。これにより、図11に示したEL表示装置を得る。
図12(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図12(a)において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は前記のEL表示装置を用いた表示部を示している。
図12(b)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図12(b)において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は前記のEL表示装置を用いた表示部を示している。
図12(c)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図12(c)において、符号1200は情報処理装置、符号1201はキーボードなどの入力部、符号1202は前記のEL表示装置を用いた表示部、符号1203は情報処理装置本体を示している。
図12(a)〜(c)に示すそれぞれの電子機器は、素子性能が損なわれるのが防止された前記EL表示装置(電気光学装置)を有した表示部を備えているので、この電子機器自体も信頼性の高いものとなる。
前記目的を達成するため本発明の電気光学装置は、基体上に形成された画素電極と、前記画素電極の形成位置に対応するように設けられた開口部を有するバンクと、前記開口部に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた陰極と、前記陰極と接するように前記陰極を覆う無機化合物により形成されたガスバリア層と、前記陰極に電気的に接続された陰極用配線と、を備え、前記陰極は、前記バンクの最外周の外側から前記基体の外周をなす辺に向かって延在して前記基体と接する延在部を有しており、前記ガスバリア層は、前記陰極の延在部の外側まで延在されて、前記延在部の外側において前記基体と接しており、前記陰極の前記延在部は、前記陰極用配線と平面視において重なっていることを特徴としている。
前記目的を達成するため本発明の電気光学装置は、基体上に第1の電極、少なくとも一層の機能層を含む素子層、第2の電極がこの順に形成されてなる電気光学装置において、前記第2の電極を覆って保護部が設けられ、前記保護部が、硬度が異なる少なくとも二つの保護層を備えてなることを特徴としている。
この電気光学装置によれば、保護部が、硬度が異なる少なくとも二つの保護層を備えているので、例えば機械的衝撃がこの保護部側に加わった場合、加わった衝撃に対し特に高い硬度の保護層でこれに耐する応力を発揮、また低い高度の保護層で機械的衝撃を吸収緩和する機能を発揮するようになり、したがって保護部が機械的衝撃に対し十分に保護機能を発揮することから、素子性能が損なわれるのを防止することができる。
また、前記電気光学装置においては、前記バンクの最外周の外側に前記画素電極と電気的に接続された電源線をさらに備え、前記陰極の延在部は、前記電源線と平面視において重なっていることが好ましい。
また、前記電気光学装置においては、平面視において、前記電源線は、前記陰極用配線と前記バンクとの間に設けられていることが好ましい。
また、前記電気光学装置においては、前記第2の電極と前記保護部との間に、該第2の電極の基体上で露出する部位を覆った状態でガスバリア層が設けられてなるのが好ましい。
このようにすれば、ガスバリア層によって酸素や水分の浸入が防止され、これにより酸素や水分による機能層、例えば発光層や電極の劣化等が抑えられ、発光素子の長寿命化が可能になる。
Claims (11)
- 基体上に第1の電極、少なくとも一層の機能層を含む素子層、第2の電極がこの順に形成されてなる電気光学装置において、
前記第2の電極を覆って保護部が設けられ、
前記保護部が、硬度が異なる少なくとも二つの保護層を備えてなることを特徴とする電気光学装置。 - 前記素子層は、前記第1の電極または前記第2の電極から供給されるキャリアが前記素子層を通過することにより機能を発現するものであることを特徴とする請求項1記載の電気光学装置。
- 前記第2の電極と前記保護部との間に、該第2の電極の基体上で露出する部位を覆った状態でガスバリア層が設けられてなることを特徴とする請求項1又は2記載の電気光学装置。
- 前記基体上に、該基体上に形成された素子層の最外周位置のものの外側部を覆った状態でこれを囲む囲み部材が設けられ、
前記第2の電極が、前記囲み部材の外側部を覆った状態に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気光学装置。 - 前記の硬度が異なる二つの保護層のうちの低い硬度の保護層が第2の電極側に設けられ、高い硬度の保護層が外側に設けられてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電気光学装置。
- 前記の硬度が異なる二つの保護層のうちの低い硬度の保護層が、機械的衝撃に対して緩衝機能を有してなることを特徴とする請求項5記載の電気光学装置。
- 前記低い硬度の保護層は、シランカップリング剤またはアルコキシシランを含有してなることを特徴とする請求項5又は6記載の電気光学装置。
- 前記保護部には、前記の硬度が異なる二つの保護層の間に空孔を有してなる多孔質層が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の電気光学装置。
- アクティブマトリクス型である請求項1〜8のいずれかに記載の電気光学装置。
- 前記保護部は、その表面側に前記の硬度が異なる二つの保護層のうちの高い硬度の保護層を有し、この高い硬度の保護層は、表面保護機能を有してなることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の電気光学装置。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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