JP2019102279A - トップエミッション型有機ｅｌ素子およびその製造方法 - Google Patents

トップエミッション型有機ｅｌ素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】トップエミッション型有機ＥＬ素子を作成する際に、下部電極を塗布技術で作成すると電極中央部の膜厚や材料密度が小さくなり、電極中央部の反射率が低下してしまう。その結果、光取り出し効率が低下するという問題があった。【解決手段】基体上に絶縁層を設け、その上に中央部を囲むバンクを形成する。そして、基体上のバンクで囲まれた領域に、下部電極の材料を含む液を付与する。予め絶縁層の中央部に周辺部よりも液に対する接触角が小さくなる領域を形成しておく。このような領域を設けた結果、液に含まれる材料が周辺部に誘引されにくくなり、下部電極中央部の厚さと材料密度を大きくすることができ、下部電極の反射率を向上させることができる。その結果、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、トップエミッション型有機ＥＬ素子およびその製造方法に関する。特に、光取出し効率を高め得る下部電極を備えたトップエミッション型有機ＥＬ素子およびその製造方法に関する。
有機ＥＬ素子は、ＥＬ発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で発光層を形成した素子であり、自発光のため視野角が広く、耐衝撃性に優れるなど、ディスプレイ素子として優れた特徴を有しているため、盛んに研究、開発が進められている。
その製造方法として、真空蒸着法、インクジェット法、印刷法、ディスペンス法などが広く研究されている。中でも、インクジェット法やディスペンス法などの塗布技術は、真空蒸着法に比べて装置が小型化でき、材料利用効率も優れるため、量産に適した技術であると期待されている。一般に、有機ＥＬ素子を製造するには、電極、発光層、中間層などの多数の層を積層する必要があるが、量産性を高めるには、なるべく多くの層を液相塗布技術により製造するのが望ましいといえる。例えば、特許文献１には、発光層の他に、電極や正孔輸送層などを塗布で形成する方法が提案されている。
有機ＥＬ素子には、積層膜の上方に光を取り出すトップエミッション型と、基板を通して光を取り出すボトムエミッション型があるが、トップエミッション型では、光の取り出し効率を高めるため、基板側の下部電極には高い光反射率が求められる。
基板側の下部電極を液相塗布技術で製造する場合は、まず基板上にバンクで囲まれた領域を形成する。そして、例えばインクジェットを用いて、銅や銀のナノ粒子が分散された液をバンクで囲まれた領域に塗布し、その後高温に焼成することが行われる。
特開平１１−３２９７４１号公報
バンクで囲まれた領域に銅や銀のナノ粒子が分散された液を塗布した直後には、液面は平坦もしくは中央部が盛り上がった形状をしているが、乾燥が進む過程で中央部から端部に向かう流れが発生する。この流れに乗って液中のナノ粒子も端部に向けて移動する結果、電極膜の端部はナノ粒子の密度が高く盛り上がった形状になるが、逆に中央部はナノ粒子の充填密度の低くて薄い膜になる。また、乾燥過程での流れの影響に加え、ナノ粒子が分散されたインクのバンク表面に対する接触角の影響により、形成される膜形状や粒子の充填密度は影響を受ける。バンクの表面がインクと親和性が高い場合には、液はバンクに引き寄せられやすくなるため、端部に向かう流れがさらに強められる。このため、膜の中央部は、ナノ粒子の充填密度が低く、厚みが小さくなりやすい。その後、焼成しても、下部電極の膜質は、乾燥時の状態を反映したものとなり、周辺部に比べて中央部は密度が低くて薄くなる。
トップエミッション型の素子では、基板側の下部電極の中央部の密度が低くて薄いと、この部分の光の反射効率が低くなり、発光素子としての光の取り出し効率が低下してしまう。
そこで、バンクで囲まれた領域の中央部付近でも下部電極の密度や厚さが十分に確保され、光の取り出し効率が高いトップエミッション型有機ＥＬ素子を、簡易に製造できる技術が求められていた。
本発明は、基体上に、絶縁層を設ける工程と、前記絶縁層を設けた領域内の周辺部よりも中央部の方が、下部電極を形成する際に付与する液に対する接触角が小さくなるように、前記領域内の中央部を加工する加工工程と、前記絶縁層の上に、前記中央部を囲むバンクを形成する工程と、前記基体上の前記バンクで囲まれた領域に、下部電極の材料を含む液を付与する下部電極材料付与工程と、前記下部電極材料付与工程より後に、前記基体上の前記バンクで囲まれた領域に、発光層の材料を含む液を付与する発光材料付与工程と、前記発光材料付与工程より後に、上部透明電極を形成する上部透明電極形成工程と、を有する、ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法である。
また、本発明は、基体上に、下部電極、発光層、前記下部電極と前記発光層を囲むバンク、および上部透明電極が設けられたトップエミッション型有機ＥＬ素子において、前記下部電極の下地は、前記下部電極を形成する際に付与する塗布液に対する接触角が、中央部よりも周辺部が高い下地である、ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ素子である。
本発明によれば、バンクで囲まれた領域の中央部付近でも下部電極の密度や厚さが十分に確保され、光の取り出し効率が高いトップエミッション型有機ＥＬ素子を、簡易に製造することができる。
（ａ）第一の実施形態の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的な断面図。（ｂ）第一の実施形態の下部電極を示す模式的な断面図。 （ａ）〜（ｅ）第一の実施形態の有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための模式図。 （ａ）〜（ｄ）第一の実施形態の有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための模式図。 （ａ）第二の実施形態の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的な断面図。（ｂ）第二の実施形態の下部電極を示す模式的な断面図。 比較例の下部電極を示す模式的な断面図。
［第一の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態であるトップエミッション型有機ＥＬ素子とその製造方法について説明する。
（有機ＥＬ素子の構造）
図１（ａ）は、ディスプレイパネルの画素部、あるいは照明光源の発光部として機能し得る本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の構造を示した模式的な断面図である。
図１（ａ）において、１００は有機ＥＬ素子、１は基体、２は絶縁層、３は低接触角材料よりなるプラグ、４はバンク、５は下部電極、６は接続電極、７は駆動用トランジスタであるＴＦＴ、８は発光層、９は正孔注入層、１０は上部透明電極である。
尚、本実施形態の有機ＥＬ素子１００を、ディスプレイパネルの画素や面光源のエレメント（以下の説明では、これらをまとめて画素と呼ぶ）として用いる場合には、複数の有機ＥＬ素子１００を１次元あるいは２次元に配列して用いる。その場合には、配列に応じてバンク４をストライプ状や格子状のパターンにすることで、画素どうしを隔てる壁として機能させることができる。また、画素を複数有する場合に、各画素の上部透明電極１０を連結させて一体の膜にして電気的に接続すれば、共通電極として用いることができる。
有機ＥＬ素子１００には、水分や衝撃等の外部要因から保護するために、不図示の封止構造が設けられる。ガラス等の透湿性の低い材料を、ＵＶ硬化性樹脂やガラスフリット等の接着剤で接着した封止構造を用いることができる。また、ＳｉＮやＳｉＯ等の透湿性の低い無機膜や、樹脂膜と透湿性の低い無機膜との積層膜等で有機ＥＬ素子１００を覆う封止構造を用いることもできる。本実施形態はトップエミッション構造なので、ガラスやＳｉＮ等の光透過率の高い材料が好適に用いられる。
基体１は、有機ＥＬ素子１００の基体であり、ガラス等の無機材料や、樹脂等の有機材料が用いられる。典型的には板状の部材であるが、基体として機能し得るものであれば形態が限られるわけではなく、たとえば変形可能なフィルムであってもよい。
絶縁層２は、基体１上に設けられた絶縁層で、典型的にはＳｉＯ２などの無機絶縁材料が用いられる。図１（ａ）では、図示の便宜のため単層として示しているが、複数の層を積層してもよく、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を用いても良い。
絶縁層２は、ＴＦＴ７と接続電極６の一部を覆い、上面が平坦化された絶縁層である。配線層や薄膜トランジスタ等は、図１（ａ）のように基体１と絶縁層の間に設けるほか、複数の絶縁層どうしの間や、絶縁層の上に設けても良い。絶縁層は、配線層や薄膜トランジスタを電気的に絶縁する、あるいは上層のために平坦な下地を提供する、あるいは基体１の成分や水分が上層に侵入するのをブロックする、等の種々の目的で設けることができる。絶縁層２を設けた領域内の中央部には低接触角材料よりなるプラグ３が形成されており、プラグ３を囲むように絶縁層２上にはバンク４が形成されている。
低接触角材料よりなる金属層であるプラグ３は、絶縁層２の中央部に設けられた導電層で、典型的にはＷ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａまたはこれらの合金材料が用いられる。プラグ３は、接続電極６と下部電極５とを電気的に接続するとともに、下部電極５を形成する際には低接触角材料の下地として作用する。ここで、低接触角材料とは、下部電極５を形成する際に塗布するナノ粒子分散インクに対する接触角が、絶縁層２の上面に対して小さい材料をいう。低接触角材料の下地としての作用については、後述する。
ＴＦＴ７は、画素を駆動するために下部電極５に電圧を印加するための薄膜トランジスタであり、接続電極６とプラグ３を介して、下部電極５と電気的に接続している。
バンク４は、プラグ３を間隔を隔てて囲むように絶縁層２上に設けられた壁で、バンクの材料には絶縁材料が好適に用いられ、特にフッ素樹脂を含有する感光性エポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂材料が好適に用いられる。バンク４は、発光領域すなわち画素を電気的に分離する構造体であると同時に、後述するように液相材料を塗布する際に画素間で材料が混合するのを防止する隔壁として機能する。尚、バンクの表面には、フッ素プラズマ処理を行う等により、撥液性を付与してもよい。
下部電極５は、有機ＥＬ素子の片極で、銀や銅のナノ粒子が分散された液をバンクで囲まれた領域に塗布し、その後高温に焼成することで形成されている。下部電極５は、典型的には電子注入層として機能するとともに、発光層８で発する光のうち基体１側に向かう光を反射して光取り出し効率を向上させるためのミラーとして機能する。
発光層８は、ＥＬ発光能を有する材料であれば何でも良く、所望の発光色に応じた蛍光性有機化合物若しくは燐光性有機化合物材料を含む。また発光層８には、ゲスト材料、ホスト材料などの複数の材料が含まれていてもよい。発光材料としては、高分子材料、中分子材料または低分子材料などが挙げられ、塗布型として用いられ得る発光材料であれば特に限定されない。例えば、ポリフルオレン、ポリフルオレンの共重合体、ポリフェニレンビニレンなどの高分子材料、オリゴフルオレンなどの中分子材料が挙げられる。また、フルオレン系、ピレン系、フルオランテン系、アントラセン系などの縮合多環化合物、イリジウムを含む金属錯体などの低分子材料も挙げられる。
正孔注入層９は、発光層８に正孔を注入するための層で、正孔注入性を有する材料であれば何でも良く、塗布型の有機ＥＬ素子に広く用いられるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが利用できるが、特にこれに限定されるものではない。
上部透明電極１０は、有機ＥＬ素子の片極で、たとえば金属酸化物等の光透過性を備えた導電材料が用いられる。典型的には、上部透明電極１０は、は正孔を供給するとともに光取り出し窓として機能する。上部透明電極１０は、図示外の領域で、駆動回路と接続されている。上部透明電極は、例えばスパッタのような真空成膜か、あるいは塗布により形成する。
尚、本実施形態では、上部透明電極１０と下部電極５との間に、機能層として発光層８と正孔注入層９を設けたが、機能層の層構成はこの例に限られるものではない。例えば、正孔注入層を設けずに発光層のみの単層としてもよいし、正孔注入層／正孔輸送層／発光層の３層構造や、正孔注入層／発光層／電子輸送層の３層構造や、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層の４層構造でもよい。また、機能層は、上部透明電極から下部電極に向けて積層順序が逆であってもよい。尚、機能層のうち発光層以外の層を単に中間層と呼び、これらを形成する工程を中間層材料付与工程と呼ぶ場合もある。かかる機能層に上部透明電極と下部電極から電圧を印加すると、陽極から正孔が、陰極から電子が機能層に注入され、注入された正孔と電子が発光層において再結合する際に光を放射する。
次に、図１（ｂ）を参照して、本実施形態の下部電極の特徴を説明する。図１（ｂ）は、便宜的に有機ＥＬ素子１００のうち基体上に設けられた一部分のみを抽出して示した模式的な断面図である。下部電極５は、プラグ３と、バンク４が配置されていない絶縁層２の上面を覆っている。
下部電極５の厚みは、中央部においてＬ１、中央部とバンク４の間においてＬ２、バンク４との境界部においてＬ３とすると、図１（ｂ）に示すようにＬ３＞Ｌ２＞Ｌ１ではあるが、各々の差は小さく、膜厚の均一性が高い。
また、他の好ましい形態としては、Ｌ１＞Ｌ２かつＬ３＞Ｌ２を満足するものがあり、言い換えれば下部電極５の厚みがバンク４との境界部から中央部に向けて一旦減少してから増加する形態である。
いずれにせよ、下部電極５は、バンク４との境界部の厚みＬ３に対して中央部Ｌ１の厚みが、Ｌ１／Ｌ３が０．７５以上であり、望ましくは１．０以上であり、さらに望ましくは１．２以上である。
本実施形態の典型例では、Ｌ１が１５０ｎｍ、Ｌ２が１７０ｎｍ、Ｌ３が２００ｎｍであり、下部電極の中央部と周辺部で金属材料の充填密度にはほとんど差がない。
従来の下部電極は、周辺部すなわちバンク近傍に比べ中央部の厚みが小さく、また金属材料の充填密度が低下する傾向があった。これに対して、本実施形態の下部電極５は、周辺部に対する中央部の厚みが十分に確保され、また中央部の金属材料の充填密度も周辺部と変わらないか、またはそれ以上が確保されている。このため、光反射率の均一性が画素内で向上し、有機ＥＬ素子の光取り出し効率の実効値を大きくすることができる。尚、上述した金属材料の充填密度は、例えば下部電極の断面をＳＥＭ画像やＳＴＭ画像で観察し、金属と空隙の面積比率を計測することにより求めることができる。また、下部電極の光反射率は、機能層や上部透明電極を取り除いた状態で、発光層の発光波長と同じ光を電極面に垂直に入射させ、反射光を計測することにより求めることができる。
本実施形態は、バンクに囲まれた素子の中央部分に下部電極の下地として、塗布するナノ粒子分散インクに対する接触角が絶縁層２よりも小さな金属材料のプラグ３を配置する構造としたものである。そして、このバンクに囲まれた領域にインクジェット法に代表される塗布法で、金属材料のナノ粒子を分散したインクを滴下させ、下部電極を形成するものである。
本実施形態では、中央部のインクに対する接触角をその周囲より小さくすることで、初期に滴下したドットは中央部に集まりやすくなり、その結果、乾燥後インク中の微粒子は中央部に残りやすくなる。その状態で、さらにインクを滴下していくと、中央部は残存する微粒子の影響で親インク性となっているため、後から滴下した塗料も中央部に集まりやすくなる。その結果、中央部でも十分に膜厚が厚く微粒子密度の高い膜を得ることができる。この効果は、中央部とその周囲で３０°以上の接触角差があれば、明確である。一方、７０°を越える差があると、素子内でインクが十分に濡れ広がらなくなり、周辺部の膜質が低下してしまうため、接触角差は７０°以下がよい。
素子中央部分における接触角を局所的に小さくするには、中央部分にＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ等のメタルを配置し、周囲の平坦化層とは別材料とする方法により形成できる。本実施形態のように、素子中央部分にコンタクトプラグを設けて金属を配置した後に平坦化することでこうした表面が形成できる。また、このように中央部分を金属表面とした場合、使用する導電性ナノ粒子分散インクは油系、例えばテルピネオールを溶媒としたインクを用いると中央部分での接触角を下げることが可能となり好適である。
（製造方法）
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子１００の製造方法について、図２（ａ）〜図２（ｅ）、および図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基体１を準備する。
次に、図２（ｂ）に示す構造を形成する。すなわち、基体１上に接続電極６とＴＦＴ７を設け、その上に絶縁層２を形成する。そして、絶縁層２の中央部にスルーホールをあけて金属材料を充填し、プラグ３を形成する。さらに、ＣＭＰ等を行い上面を平坦化させる。
次に、図２（ｃ）に示すように、感光性樹脂材料でパターニングされていない絶縁層２４を形成する。
次に、図２（ｄ）に示すように、露光マスク２５を介してＵＶ光２６を照射し、絶縁層２４にパターン露光を行う。
その後、現像液で現像することにより、図２（ｅ）に示すように、バンク４が形成される。この際、絶縁層、プラグおよびバンクの材料と、現像液を適宜選択することにより、絶縁層やプラグを侵食することなくバンクをパターニングすることができる。パターニング後、材料の残渣を除去するためにＵＶオゾン処理やＯ２プラズマ処理を行っても良い。また、バンク表面に撥液性を付与するために、フッ素プラズマ処理を行っても良い。
次に、図３（ａ）に示すように、塗布装置３０を用いて、バンク４で囲まれた領域に下部電極の材料を含んだ液３１を塗布する（下部電極材料付与工程）。塗布装置３０としては、インクジェット装置が好適に用いられるが、ディスペンサ等の他の液相塗布装置を用いても良い。また、液３１は、例えば銀や銅のナノ粒子が分散された液を用いることが出来る。下部電極の材料を含む液３１は、プラグ３と、絶縁層２のバンク４が配置されていない領域の上面を覆うように付与される。必要に応じた数の液滴を付与した後、乾燥させ、１００℃〜２００℃の適宜の温度で焼成し、図３（ｂ）に示すように下部電極５を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、塗布装置３２を用いて、バンク４で囲まれた領域に機能層３４の材料を含んだ液３３を塗布する。機能層として、発光層や正孔注入層等を順次積層してゆく場合には、各層の材料を含んだ液を順に付与してゆく。
発光層を形成するには、所望の発光色に応じた蛍光性有機化合物若しくは燐光性有機化合物を含む液を付与する（発光材料付与工程）。また、ゲスト材料、ホスト材料などの複数の材料が含まれていてもよい。液に含まれる発光材料としては、高分子材料、中分子材料または低分子材料などが挙げられ、塗布型に用いられ得る発光材料であれば特に限定されない。例えば、ポリフルオレン、ポリフルオレンの共重合体、ポリフェニレンビニレンなどの高分子材料、オリゴフルオレンなどの中分子材料が挙げられる。また、フルオレン系、ピレン系、フルオランテン系、アントラセン系などの縮合多環化合物、イリジウムを含む金属錯体などの低分子材料も挙げられる。
例えば、赤色の発光層を形成するには、ゲスト材料として赤色燐光発光イリジウム金属錯体とホスト材料としてポリフルオレンを含有する赤色発光層塗布液を用いる。また、緑色の発光層を形成するには、例えばゲスト材料としてのフルオランテン系の縮合多環化合物と、ホスト材料としてのポリフルオレンを含有する緑色発光層塗布液を用いる。また、青色の発光層を形成するには、例えばピレン系の縮合多環化合物とホスト材料としてのオリゴフルオレンを含有する青色発光層塗布液を用いる。
正孔注入層を形成するには、例えば、正孔注入材料のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ液を付与する（正孔注入層形成工程）。
こうして機能層の形成が完了したら、例えばスパッタ成膜により機能層３４およびバンク４を覆うように透明導電膜３５で被覆し、上部透明電極を形成する（上部透明電極形成工程）。
以上により、図１（ａ）に示した有機ＥＬ素子１００が製造される。
本実施形態によれば、絶縁層を設けた領域内の中央部を加工して低接触角材料の部材を設けた結果、製造時には中央部付近の電極材料微粒子が周辺部に誘引されにくくなる。このため、下部電極の中央部でも密度や厚さが十分に確保され、光の取り出し効率が高いトップエミッション型有機ＥＬ素子を、簡易に製造することができる。
［第二の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第二の実施形態であるトップエミッション型有機ＥＬ素子とその製造方法について説明する。
（有機ＥＬ素子の構造）
図４（ａ）は、ディスプレイパネルの画素部、あるいは照明光源の発光部として機能し得る本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の構造を示す模式的な断面図である。
図４（ａ）において、４００は有機ＥＬ素子、４１は基体、４２は絶縁層、４３は絶縁層４２の中央部に形成された粗面領域、４４はバンク、４５は下部電極、４８は発光層、４９は正孔注入層、５０は上部透明電極である。
尚、本実施形態の有機ＥＬ素子４００を、ディスプレイパネルの画素や面光源のエレメントとして用いる場合には、複数の有機ＥＬ素子４００を１次元あるいは２次元に配列して用いる。その場合には、配列に応じてバンク４４をストライプ状や格子状のパターンにすることで、画素どうしを隔てる壁として機能させることができる。また、例えば各画素の上部透明電極５０を連結した一体の膜にして電気的に接続し、各画素の共通電極として用いることができる。
有機ＥＬ素子４００に設けられる不図示の封止構造、基体４１、絶縁層４２、バンク４４、発光層４８、正孔注入層４９、上部透明電極５０に用いられる材料は、第一の実施形態と概ね同様であるため、説明を省略する。また、下部電極と上部透明電極の間の機能層のバリエーションについての説明も、第一の実施形態と同様であるので、省略する。
下部電極４５は、有機ＥＬ素子の片極で、銀や銅のナノ粒子が分散された液をバンクで囲まれた領域に塗布し、その後高温に焼成することで形成されている。下部電極４５は、典型的には電子注入層として機能するとともに、発光層４８で発する光のうち基体４１側に向かう光を反射して光取り出し効率を向上させるためのミラーとして機能する。下部電極４５は、図示外の領域で、駆動回路と接続されている。下部電極４５の詳細については、後述する。下部電極４５の詳細については、後述する。
次に、図４（ｂ）を参照して、本実施形態の下部電極の特徴を説明する。図４（ｂ）は、便宜的に有機ＥＬ素子４００のうち基体上に設けられた一部分のみを抽出して示した模式的な断面図である。本実施形態の下部電極４５は、バンク４４が配置されていない領域の絶縁層４２の上面を覆っている。
下部電極４５の厚みは、中央部においてＬ４、中央部とバンク４４の間においてＬ５、バンク４４との境界部においてＬ６とすると、図４（ｂ）に示すようにＬ６＞Ｌ５＞Ｌ４ではあるが、各々の差は小さく、膜厚の均一性が高い。
また、他の好ましい形態としては、Ｌ４＞Ｌ５かつＬ６＞Ｌ５を満足するものがあり、言い換えれば下部電極４５の厚みがバンク４４との境界部から中央部に向けて一旦減少してから増加する形態である。
いずれにせよ、下部電極４５は、バンク４４との境界部の厚みＬ３に対して中央部Ｌ１の厚みが、Ｌ１／Ｌ３が０．７５以上であり、望ましくは１．０以上であり、さらに望ましくは１．２以上である。
本実施形態の典型例では、Ｌ１が１５０ｎｍ、Ｌ２が１７０ｎｍ、Ｌ３が２００ｎｍであり、下部電極の中央部と周辺部で金属材料の充填密度にはほとんど差がない。
従来の下部電極は、周辺部すなわちバンク近傍に比べ中央部の厚みが小さく、また金属材料の充填密度が低下する傾向があった。これに対して、本実施形態の下部電極５は、周辺部に対する中央部の厚みが十分に確保され、また中央部の金属材料の充填密度も周辺部と変わらないか、またはそれ以上が確保されている。このため、光反射率の均一性が画素内で向上し、有機ＥＬ素子の光取り出し効率の実効値を大きくすることができる。尚、上述した金属材料の充填密度は、例えば下部電極の断面をＳＥＭ画像やＳＴＭ画像で観察し、金属と空隙の面積比率を計測することにより求めることができる。また、下部電極の光反射率は、第一実施形態と同様に計測して求めることができる。
本実施形態は、バンクに囲まれた素子の中央部分に下部電極の下地として、塗布するナノ粒子分散インクに対する接触角が絶縁層２の平坦面よりも小さな粗面領域４３を設ける構造としたものである。そして、このバンクに囲まれた領域にインクジェット法に代表される塗布法で、金属材料のナノ粒子を分散したインクを滴下させ、下部電極を形成するものである。
本実施形態では、中央部を加工することによりインクに対する接触角をその周囲より小さくすることで、初期に滴下したドットは中央部に集まりやすくなり、その結果、乾燥後インク中の微粒子は中央部に残りやすくなる。その状態で、さらにインクを滴下していくと、中央部は残存する微粒子の影響で親インク性となっているため、後から滴下した塗料も中央部に集まりやすくなる。その結果、中央部でも十分に膜厚が厚く微粒子密度の高い膜を得ることができる。この効果は、中央部とその周囲で３０°以上の接触角差があれば、明確である。一方、７０°以上の差があると、素子内でインクが十分に濡れ広がらなくなり、周辺部の膜質が低下してしまう。
素子中央部分における接触角を局所的に小さくするには、絶縁層４２の中央部分に選択的にブラスト処理や各種のエッチング処理を施して、周囲の平坦面に比べて平坦性が低い粗面を形成すればよい。表面を粗面化することで、もともとインクに対して親和性のある面をより親和性を高めることが可能である。粗面化する場合には、Ｒａが３０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲が、インクに対して親和性を発現するのに適した値である。また、このように中央部分を粗面とした場合、使用する導電性ナノ粒子分散インクは油系、例えばテルピネオールを溶媒としたインクに限らず、水系等の多様なインクを用いることができる。
（製造方法）
本実施形態の有機ＥＬ素子４００の製造方法は、絶縁層を形成した後に中央部に金属部材を設けるのではなく、絶縁層の中央部表面を選択的に粗面化する処理を行う点が第一の実施形態と異なる。本実施形態の絶縁層４２の製法は、第一の実施形態の絶縁層２の製造方法と概ね同様であるが、絶縁層形成後に中央部を開口としたマスクを形成し、中央部に対してドライエッチング、あるいはウエットエッチング、あるいはブラスト処理を行う。バンク４４、機能層、上部透明電極の製造方法は、第一の実施形態のそれらと概ね同様であるので、説明を省略する。
本実施形態によれば、絶縁層４２の中央部を粗面化して低接触角の領域を設けた結果、製造時に中央部付近の電極材料微粒子が周辺部に誘引されにくくなる。このため、下部電極の中央部の密度や厚さが十分に確保され、光の取り出し効率が高いトップエミッション型有機ＥＬ素子を、簡易に製造することができる。
［実施例１］
第一の実施形態の下部電極の具体的な実施例を述べる。初めに、素子を形成するガラス基板上に駆動用ＴＦＴ形成した。次に、絶縁層を形成した後に、バンクに囲まれる領域の中央部に相当する位置に、フォトリソグラフィエッチングでコンタクトホールを形成した。次に、メッキでコンタクトホール内をＡｌで充填したのち、ＣＭＰにより上面を平坦化させた。平面視で、プラグの面積はバンクに囲まれた領域の面積のおおよそ１／１０である。
また、バンクの側面には、銀ナノ粒子分散インク（大研化学製 ＮＡＧシリーズ）に対して、６０〜７０°の接触角を持つように撥インク処理を行った。
中央部すなわちプラグの上面は上記インクに対する接触角が１５°で、周辺部すなわち絶縁層の上面は上記インクに対する接触角が７０°である。
この状態で、バンクで囲まれた流域内に、インクジェット法で主溶媒がテルピネオール、平均粒径１０ｎｍ、固形分率５０ｗｔ％の銀ナノ粒子分散インク（大研化学製 ＮＡＧシリーズ）を１ｐｌの液滴で５発、計５ｐｌ塗布した。溶媒乾燥後、焼成して下部電極を形成した。
下部電極の各部の厚さは、Ｌ１が１６０ｎｍ、Ｌ２が１７０ｎｍ、Ｌ３が２００ｎｍであった。また、下部電極の中央部と周辺部の電極材料の充填密度は、共にバルク材料の８０％で、同等であった。
また、発光層の発光波長と同じ光を電極面に垂直に入射させ、反射率を計測したところ、バルク材料の平坦面の反射率を基準としたとき、実施例の中央部と周辺部は共に９０％であった。
［実施例２］
第二の実施形態の下部電極の具体的な実施例を述べる。ガラス基板上に絶縁層を形成したのちに、中央部に相当する領域が開口するようなレジストマスクを形成し、ブラストでこの開口領域をＲａ７０ｎｍ程度に粗面化させた。その後マスクを剥離し十分洗浄した後、粗面化された領域を囲むようにバンクを形成し、バンク側面に対して銀ナノ粒子分散インクに対して６０〜７０°の接触角を持つように撥インク処理を行った。中央部すなわち粗面は上記インクに対する接触角が２０°で、周辺部すなわち周辺部の上面は上記インクに対する接触角が７０°である。
この状態の基板にインクジェット法で主溶媒がウンデカン、平均粒径１０ｎｍ、固形分率５０ｗｔ％の銀ナノ粒子分散インク（大研化学製 ＮＡＧシリーズ）をトータルで５ｐｌ塗布し電極層を形成した。
下部電極の各部の厚さは、Ｌ１が１５０ｎｍ、Ｌ２が１７０ｎｍ、Ｌ３が２００ｎｍであった。また、下部電極の中央部と周辺部の電極材料の充填密度は、共にバルク材料の８０％で、同等であった。
また、発光層の発光波長と同じ光を電極面に垂直に入射させ、反射率を計測したところ、バルク材料の平坦面の反射率を基準としたとき、実施例の中央部と周辺部は共に９０％であった。
［比較例１］
図５に示すように、上面が均一で平坦な絶縁層に下部電極５５を形成した。ガラス基板上に、平坦化層５２及びバンク５４を設けた構成で、バンク５４の側面は銀ナノ粒子分散インクに対して６０〜７０°の接触角を持つように撥インク処理を行っている。この状態の基板に、インクジェット法で主溶媒がウンデカン、平均粒径１０ｎｍ、固形分率５０ｗｔ％の銀ナノ粒子分散インク（大研化学製 ＮＡＧシリーズ）１ｐｌの液滴を５発、計５ｐｌ塗布し、乾燥と焼成を行い下部電極５５を形成した。
下部電極の各部の厚さは、Ｌ７が５０ｎｍ、Ｌ８が１００ｎｍ、Ｌ９が４００ｎｍであった。また、下部電極の周辺部における電極材料の充填密度がバルク材料に対して８０％であるのに対して、中央部の充填密度はわずか３０％であった。
また、発光層の発光波長と同じ光を電極面に垂直に入射させ、反射率を計測したところ、バルク材料の平坦面の反射率を基準としたとき、比較例の周辺部は９０％であったが、中央部はわずか５０％であった。
［実施例と比較例の結果］
以上のように、実施例１および実施例２の下部電極は、比較例に比べて中央部と周辺部の膜厚の差が小さく、充填密度の差も小さいことがわかる。その結果、実施例１および実施例２の下部電極は、周辺部だけでなく中央部でも高い反射率を発揮した。実施例および比較例の下部電極の上に機能層や上部透明電極を形成して有機ＥＬ素子を作成したところ、２つの実施例の素子は比較例の素子に比べて、少ない投入電力で高い輝度を達成できることを確認した。
［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上述した第一〜第二の実施形態に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。
例えば、第一の実施形態では、下部電極の下地の中央部に金属製のプラグを設けたが、周辺部の絶縁層と接触角の差をつけられる部材であれば、必ずしも駆動信号を伝達するプラグでなくともよい。たとえば、中央部の絶縁層上面に金属薄膜を設けてもよい。
また、第二の実施形態では、絶縁層を形成した後、中央部を選択的に侵食させて粗面領域を形成したが、粗面化する方法は必ずしも侵食には限らず、微粒子を表面に付着させる方法でもよい。要は、絶縁層の周辺部よりも中央部の方が、下部電極の形成時に塗布する液に対して接触角が小さくなればよい。
１・・・基体／２・・・絶縁層／３・・・プラグ／４・・・バンク／５・・・下部電極／６・・・接続電極／７・・・ＴＦＴ／８・・・発光層／９・・・正孔注入層／１０・・・上部透明電極／２５・・・露光マスク／３０・・・塗布装置／３１・・・下部電極の材料を含む液／４１・・・基体／４２・・・絶縁層／４３・・・粗面領域／４４・・・バンク／４５・・・下部電極／４８・・・発光層／４９・・・正孔注入層／５０・・・上部透明電極／１００・・・有機ＥＬ素子／４００・・・有機ＥＬ素子／Ｌ１・・・下部電極中央部の厚み／Ｌ３・・・下部電極周辺部の厚み／Ｌ４・・・下部電極中央部の厚み／Ｌ６・・・下部電極周辺部の厚み

Claims (17)

  1. 基体上に、絶縁層を設ける工程と、
    前記絶縁層を設けた領域内の周辺部よりも中央部の方が、下部電極を形成する際に付与する液に対する接触角が小さくなるように、前記領域内の中央部を加工する加工工程と、
    前記絶縁層の上に、前記中央部を囲むバンクを形成する工程と、
    前記基体上の前記バンクで囲まれた領域に、下部電極の材料を含む液を付与する下部電極材料付与工程と、
    前記下部電極材料付与工程より後に、前記基体上の前記バンクで囲まれた領域に、発光層の材料を含む液を付与する発光材料付与工程と、
    前記発光材料付与工程より後に、上部透明電極を形成する上部透明電極形成工程と、
    を有する、
    ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  2. 前記加工工程は、前記周辺部と前記中央部の前記液に対する接触角の差が、３０°以上で７０°以下になるように加工する工程である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  3. 前記絶縁層を設ける工程は、前記基体上に形成された駆動用トランジスタを覆う絶縁層を設ける工程である、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  4. 前記加工工程は、前記絶縁層の中央部に金属層を配置する工程である、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  5. 前記金属層は、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａまたはこれらの合金を含む、
    ことを特徴とする請求項４に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  6. 前記加工工程は、前記下部電極を駆動用トランジスタに電気的に接続するためのプラグを前記絶縁層の中央部に形成する工程である、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  7. 前記加工工程は、前記絶縁層の中央部を粗面化する工程である、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  8. 前記加工工程は、前記絶縁層の中央部をＲａが３０ｎｍ以上で１００ｎｍ以下になるよう加工する工程である、
    ことを特徴とする請求項７に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子の製造方法。
  9. 基体上に、下部電極、発光層、前記下部電極と前記発光層を囲むバンク、および上部透明電極が設けられたトップエミッション型有機ＥＬ素子において、
    前記下部電極の下地は、前記下部電極を形成する際に付与する塗布液に対する接触角が、中央部よりも周辺部が高い下地である、
    ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  10. 前記下地は絶縁層であり、前記中央部は前記周辺部よりも平坦性が低い粗面である、
    ことを特徴とする請求項９に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  11. 前記下地は、前記中央部が金属層で、前記周辺部が絶縁層である、
    ことを特徴とする請求項９に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  12. 前記下部電極は、駆動用トランジスタと電気的に接続されている、
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  13. 前記下地は、駆動用トランジスタを覆っている絶縁層を含む、
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  14. 前記下部電極と前記上部透明電極との間には、前記発光層の他に中間層を有する、
    ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  15. 前記中間層は、前記発光層と前記上部透明電極の間に配された正孔注入層を含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子。
  16. 請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子を共通の基体上に複数有し、各素子の前記上部透明電極どうしが電気的に接続されている、
    ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ装置。
  17. 請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のトップエミッション型有機ＥＬ素子を共通の基体上に複数有し、その中には異なる発光色のトップエミッション型有機ＥＬ素子が含まれる、
    ことを特徴とするトップエミッション型有機ＥＬ装置。

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