JP3693042B2 - Organic multicolor light emitting display element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精細で、耐環境性および生産性に優れた多色表示を可能とする有機多色発光表示素子に関する。詳しくは、イメージセンサー、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、テレビ、ファクシミリ、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電機卓上計算機、電話機、携帯端末機ならびに産業用の計器類等の表示部に用いて好適な有機多色発光表示素子、特に色変換方式を用いた有機多色発光表示素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報の多様化の進行に伴って、固体撮像素子をはじめとする、情報分野における表示デバイスには「美・軽・薄・優」が求められ、さらに低消費電力・高速応答へ向けて活発な開発が進められている。特に、高精細なフルカラー表示デバイスの研究、開発が広くなされている。
【0003】
周知のように、1980年の後半に、Tangらによって、有機分子の薄膜積層構造を有した素子が印加電圧10Vにおいて1000cd/m2以上の高輝度が得られる(有機エレクトロルミネセンス(以下有機ELという))ことが報告(Appl. Phys. Lett., 51,913 (1987)) されてから、有機EL素子に関して、その実用化に向けての研究が活発に行われている。また、有機高分子材料を用いた同様の素子も活発に開発が進められている。
【0004】
有機EL素子は、液晶表示素子に比べて、視野角依存性、高速応答性などの特性において優れている。また、低電圧で高い電流密度が実現できるため、無機EL素子やLEDに比べて高い発光輝度と発光効率が期待できる。
【0005】
有機EL素子の表示素子としての特徴は、(i)高輝度と高コントラストを持つこと、(ii)低電圧駆動と高い発光効率を持つこと、(iii)高解像度を実現でき、(iv)高い視野性を有し、(v)応答速度が速く、(vi)微細化とカラー化が可能であること、(ii)軽さと薄さに優れていること、等の特徴を持っている。以上の点から、有機EL素子は、「美・軽・薄・優」なフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。
【0006】
すでにパイオニア株式会社によって車搭載用の緑色モノクロ有機ELディスプレイが1997年の11月より製品化されており、今後は、多様化する社会のニーズに答えるべく、長期安定性、高速応答性、多色表示、高精細なフルカラー表示が可能な有機EL多色表示素子の実用化が急がれている。
【0007】
有機EL多色表示素子のマルチカラーまたはフルカラー化の方法としては、赤、青、の三原色の発光体をマトリクス状に分離配置し、それぞれ発光させる方法(特開昭57−157487号公報、特開昭58−147989号公報、特開平3−214593号公報など)がある。有機発光素子を用いてカラー化する場合、RGB用の3種の発光材料をマトリクス状に高精細で配置しなくてはならないため、技術的に困難で、安価に製造することができない。また、3種の発光材料の寿命が異なるために、時間とともに色度がずれてしまうなどの欠点を有している。
【0008】
また、白色で発光するバックライトとカラーフィルターとを用い、三原色を透過させる方法(特開平1−315988号公報、特開平2−273496号公報、特開平3−194895号公報等)が知られているが、高輝度のRGBを得るために必要な、長寿命かつ高輝度の白色の有機発光素子が未だ得られていない。
【0009】
発光体の発光を、平面的に分離配置した蛍光体に吸収させ、それぞれの蛍光体から多色の蛍光を発光させる方法(特開平3−152897号公報等)も知られている。ここで開示されている、蛍光体を用いて、ある発光体から多色の蛍光を発光させる方法については、CRT、プラズマディスプレイらにも応用されている。
【0010】
また、近年では、有機発光素子の発光域の光を吸収し、可視光域の蛍光を発光する蛍光材料をフィルターに用いる色変換方式が開示されている(特開平3−152897号公報、特開平5−258860号公報等)。この方式では、有機発光素子の発光色は白色に限定されないため、より輝度の高い有機発光素子を光源に適用できる。青色発光の有機発光素子を用いた色変換方式(特開平3−152897号公報、特開平8−286033号公報、特開平9−208944号公報)では、発光青色光を、蛍光材料を用いて、緑色光や赤色光に波長変換している。このような蛍光色素を含む蛍光変換膜を高精細にパターニングすれば、発光体の近紫外光ないし可視光のような弱いエネルギー線を用いても、フルカラーの発光型ディスプレイが構築できることになる。
【0011】
色変換フィルターのパターニングの方法としては、(a)無機蛍光体の場合と同様に、蛍光色素を液状のレジスト(光反応性ポリマー)中に分散させ、これをスピンコート法などで成膜した後、フォトリソグラフ法でパターニングする方法(特開平5−198921号公報、特開平5−258860号公報)や、(b)塩基性のバインダーに蛍光色素または蛍光顔料を分散させ、これを酸性水溶液でエッチングする方法(特開平9−208944号公報)などがある。
【0012】
一般的に、カラーディスプレイとして実用化する上で重要であるものは、精細なカラー表示機能であるとともに、発光特性が長期的に安定であることである(機能材料、Vol.18、No. 2、96〜に記載)。しかし、有機EL素子は、一定期間駆動すると、電流−輝度特性等の発光特性が著しく低下するという欠点を有する。
【0013】
この発光特性の低下原因の代表的なものはダークスポットの成長である。このダークスポットとは発光欠陥点のことである。
【0014】
このダークスポットは、素子中の酸素や水分により、素子積層構成材料の酸化や凝集が生じることによるものと考えられており、その成長は、通電中はもちろん、保存中にも進行し、特に、(イ)素子の周囲に存在する酸素や水分により加速され、(ロ)有機積層膜中に吸着物として存在する酸素や水分に影響され、(ハ)素子作製時の部品に吸着している水分や製造時における水分の浸入にも影響されると考えられている。先に記載の長期安定な発光特性を得るためには、ダークスポットの成長を充分に抑えることが必要である。
【0015】
前述のように、色変換フィルターは、樹脂中に色変換用の色素を混合したものであり、また、混合する色素の熱安定性の問題から、200℃を超える温度での乾燥が行えない。したがって、塗液中に含有している水分や、パターン形成工程中に混入した水分が保持された状態で色変換フィルターが形成される可能性が高い。色変換フィルター内に保持された水分、あるいは、保存もしくは駆動中に保護層を通じて封止領域内に達する水分が、ダークスポットの成長を促進する要因となる。
【0016】
そこで、ダークスポットの成長を抑えるために、水分の除去が考えられるが、その乾燥手段として素子内部空間内に乾燥剤として五酸化リンを配設して中空封止する方法(特開平3−261091号公報)、さらに五酸化リンを含有する保護層および封止層を積層した構造(特開平7−169567号公報)が提案されている。しかし、これらの方法では、乾燥剤である五酸化リンが水分を吸収して、燐酸となり、有機積層体に悪影響を及ぼすことがある。この他に、乾燥剤を含有した不活性液体を積層体上と気密容器内に充填させる方法(特開平5−41281、9−35868号公報)、感圧接着剤を用いた方法(USP−5.304.419)が、提案されているが、十分な解決を得るに至っていない。
【0017】
このように、有機多色発光表示素子の長期安定な発光特性を得るためには、ダークスポットの成長を充分に抑えることが必要である。
【0018】
図5は、ダークスポットの発生を抑制することを考慮した従来の色変換方式の有機多色発光表示素子の積層構造の一例を示すものである。図に示すように、透明な支持基板51の上に、3原色のカラーフィルタ層(52R,52G,52B)および色変換層(53G,53B)が配列されている。青色に関して色変換層を設けることも可能であるが、一般的にはカラーフィルタ層を設けることで充分である。各色の色変換フィルタ層(カラーフィルタ層および色変換層の総称)の間にブラックマスク54が設けられ、色変換フィルタ層およびブラックマスクを覆って、色変換フィルタ層の保護および平坦化のために、平坦化層55が設けられている。この平坦化層55の上には、前記色変換フィルタ層からの水分や酸素の発光部側への侵入を抑制するために、パッシベーション層56が積層されている。このパッシベーション層56の上に、透明下部電極57、有機EL発光層58および上部電極59を含む有機EL発光素子が形成され、さらにその上に封止部材として支持基板60が形成されて、色変換方式の有機多色発光表示素子が得られている。透明下部電極57および上部電極59は、それぞれ所定の間隔で離隔されたラインパターンに形成され、これらのラインパターンは互いに直交する方向に延びるように形成される。なお、透明下部電極57の間隙にはポリイミド樹脂などを用いた平坦化層が形成される場合もある。また、前記支持基板60の代わりに薄膜を形成して封止目的を達成する構成もあり、必ずしも、封止部材として支持基板60を用いるとは限らない。
【0019】
図5に示したように、従来の色変換方式の有機多色発光表示素子では、有機EL発光層58および透明下部電極57の下側には、パッシベーション層56が形成され、その下にカラーフィルタ層52および色変換層53が配設されている。
前述のように、カラーフィルタ層52および色変換層53は、それぞれ樹脂中にフィルタ用色素または色変換用色素を混合したものであり、また、色変換層には200℃を超える温度での乾燥が実施できないことから、塗液中に含有している水分や、パターン形成工程中に混入した水分が保持された状態でカラーフィルタ層52および色変換層53が形成される可能性が高い。カラーフィルタ層52および色変換層53内に保持された水分は、素子の保存もしくは駆動中に有機EL発光層58に達し、発光層58におけるダークスポットの成長を促進する要因となる。このような水分の有機発光層58への侵入を前記パッシベーション層56によって遮断し、発光層58にダークスポットが発生するのを防止している。
【0020】
ところが、このような構造の表示素子においても、経時的にダークスポットが発生し、成長することが判明した。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、有機多色発光表示素子における特性低下の原因となる水分の発光部への侵入を防止し、長期にわたって安定した発光特性を維持する有機多色発光表示素子を実現し、提供することを課題とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、図5に示した従来の有機多色発光表示素子に経時的にダークスポットが発生してしまう原因を鋭意探求したところ、以下のような現象が生じていることを知るに至った。
【0023】
図5に示す構造の素子を多数作成し、それらをエージング試験にかけ、ダークスポットが発生した時点で、その発生状態を測定した。その結果、ダークスポットは、透明下部電極57と隣接する他の透明下部電極57との間の発光層領域に主に発生しており、透明電極57の上の発光層領域には、発生しにくいことが、判明した。
【0024】
このようなダークスポットの発生領域に選択性があることの原因をさらに追求したところ、透明下部電極57には、ITOやIZOなどの無機材料から構成されており、これらの材料は、水分を透過させにくい特性、すなわち、その下部に積層されているパッシベーション層56と同程度のパッシベーション特性を有しているため、この透明下部電極57の上部の発光層領域は、単純に述べると、他の領域に比べて約2倍の水分遮断特性により保護されていることが、判明した。
【0025】
また、透明下部電極間に平坦化層が形成されている場合でも、この平坦化層のの上部の発光領域には、経時的にダークスポットの発生が見られた。これは、平坦化層を構成するポリイミド樹脂などの材料にパッシベーション特性がないためであると、考えられた。
【0026】
そこで、透明下部電極間に、下部のパッシベーション層56と同程度のパッシベーション特性を有する絶縁性の材料を積層した素子試料を作成し、エージング試験にかけてみたところ、ダークスポットの発生および成長は、観察されなかった。
【0027】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、本発明に係る有機多色発表示素子は、透明な支持基板上に、少なくともパターン化された色変換フィルタ層が積層され、その上に平坦化層が形成され、前記平坦化層の上にパッシベーション層が形成され、このパッシベーション層の上にパターン化された透明下部電極が形成され、この透明下部電極を覆うように有機発光層が積層され、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とが形成されてなる有機多色発光表示素子において、前記透明下部電極同士の間に第2のパッシベーション層が形成されていることを特徴とする。
【0028】
また、本発明に係る有機多色発光表示素子の製造方法の第1の構成は、透明な支持基板上に、少なくとも色変換フィルタ層を積層するとともに該層をパターン化し、その上に平坦化層を形成し、前記平坦化層の上にパッシベーション層を形成し、このパッシベーション層の上に透明下部電極層を積層するとともに該層をパターン化して透明電極を形成し、この透明下部電極同士の間に第2のパッシベーション層を積層し、前記透明電極および第2のパッシベーション層を覆うように有機発光層を積層し、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とを形成することを特徴とする。
【0029】
また、本発明に係る有機多色発光表示素子の製造方法の第2の構成は、透明な支持基板上に、少なくとも色変換フィルタ層を積層するとともに該層をパターン化し、その上に平坦化層を形成し、前記平坦化層の上にパッシベーション層を形成し、このパッシベーション層にパターン化した溝を形成し、この溝を埋めるようにして透明下部電極層を積層し、前記透明下部電極および該電極間のパッシベーション層を覆うように有機発光層を積層し、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とを形成することを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
前記本発明に係る有機多色発光表示素子において、前記第2のパッシベーション層が前記第1のパッシベーション層と同一材料から構成されていてもよい。その場合の製造方法としては、第1のパッシベーション層を形成し、その上にパターン化した透明下部電極層を形成し、この透明下部電極同士の間に第1のパッシベーション層を構成する材料と同一の材料を積層する第1の方法と、色変換フィルター層の上の平坦化層の上に形成するパッシベーション層を従来技術における該層の厚みより厚く、ほぼ従来のパッシベーション層とその上に形成する透明下部電極層の合計厚み程度に、積層し、このパッシベーション層の上部にパターン化した溝をほぼ従来の透明下部電極層の厚み程度の深さを持って形成し、この溝を埋めるように電極材料を積層することによって、透明下部電極同士の間にパッシベーション層に連続した第2のパッシベーション層を得る第2の方法が、考えられる。
【0031】
本発明の素子では、前記第2のパッシベーション層は、絶縁性無機化合物から構成する場合と、絶縁性有機化合物からなる下層と絶縁性無機化合物からなる上層とから構成する場合とが考えられる。
【0032】
前記第2のパッシベーション層を構成する絶縁性無機化合物としては、酸化チタンまたは黒色ダイヤモンド様カーボンが好適であるが、他の慣用の絶縁性無機化合物を使用可能である。
【0033】
また、前記平坦化層の上に形成するパッシベーション層としては、絶縁性無機化合物を用いることができ、この絶縁性無機化合物としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、窒化シリコン、および黒色ダイヤモンド様カーボンからなる群から選択することが好ましい。
【0034】
なお、前記第2のパッシベーション層の光学的特性としては、有機発光層からの光を透過させないような特性を持っていることが好ましく、そのためには、屈折率が1.8以上であるか、黒色であることが、好ましい。
【0035】
本発明において、表示光出射構造をトップエミッション構造とする場合、三原色に対応する色変換フィルタ層が積層される基板は、可視域において透明であることが必要であり、例えば、ガラス、またはポリエステルなどのポリマーから作製することができる。
【0036】
また、色変換フィルター層としては、カラーフィルター層単層で構成する場合と、色変換層単層で形成する場合と、カラーフィルター層と色変換層との積層体にて構成する場合があり、これらを総称して色変換フィルター層と呼称される。
この色変換フィルター層に関しては、通常、緑色および赤色については、それぞれカラーフィルタ層と色変換層との積層構造が用いられ、青色については、カラーフィルタ層のみが用いられる。
【0037】
また、平坦化層としては、色変換フィルター上に平滑に塗膜を形成でき、色変換フィルターの機能を低下させない材料であればよく、例えば、イミド変性シリコーン樹脂、紫外線硬化型樹脂としてエポキシ変性アクリレート樹脂、アクリレートモノマー/オリゴマー/ポリマーの反応性ビニル基を有した樹脂、レジスト樹脂、ゾル−ゲル法により形成する無機化合物膜、フッ素系樹脂等の光硬化型樹脂および/または熱硬化型樹脂を、挙げることができる。
【0038】
さらに、透明下部電極としては、一般に、IZOまたはITOが用いられる。
透明下部電極に用いられるIZOおよびITOは、高い仕事関数を有するため、通常は、陽極として用いるのに適当であるが、陰極として用いる場合もある。透明下部電極を陰極として用いる場合、透明下部電極と有機EL発光層との間に、仕事関数が小さい材料の層を設けて、電子注入効率を向上させてもよい。この場合の仕事関数が小さい材料としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物を用いることができる。電子注入効率を向上させるためには、10nm以下の厚さの仕事関数が小さい材料の層があれば充分であり、かつ必要とされる透明性を維持する観点からも好ましい。
【0039】
本発明の有機多色発光表示素子においては、有機EL発光層は、少なくとも有機発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、および/または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される(ただし、陽極は有機発光層または正孔注入層に接続され、陰極は有機発光層または電子注入層に接続される)。
(1)有機発光層
(2)正孔注入層/有機発光層
(3)有機発光層/電子注入層
(4)正孔注入層/有機発光層/電子注入層
(5)正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子注入層
(6)正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/電子注入層
【0040】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層中に、例えば、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。また、電子注入層としては、キノリン誘導体(たとえば、8−キノリノールを配位子とする有機金属錯体)、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。
【0041】
また、有機EL発光層の上に形成される上部電極は、パッシブマトリクス駆動を行うために、所定の間隔で離隔されたラインパターンに形成され、そのラインパターンは前記透明下部電極のラインパターンとは直交する方向に延びる。このように形成することにより、透明下部電極のラインパターンの1つと上部電極のラインパターンの1つとに電圧を印加した際に、それらの交差する部分の有機EL発光層を発光させることが可能となる。
【0042】
上部電極は、有機EL発光層に対するキャリア注入性が高いこと、かつ有機EL発光層における発光を基板側に反射することが求められる。上部電極を陽極として用いる場合、ホール注入性を向上させるために仕事関数の大きい材料により上部電極を形成する。適当な材料は、ITOまたはIZOのような透明導電性酸化物を含む。この場合には、上部電極の上に反射性金属層(例えば、Alなど)を設けて、有機EL発光層の発光を基板に向かって反射させることが好ましい。
上部電極を陰極として用いる場合、電子注入性を付与するために仕事関数が小さい材料により上部電極を形成する。適当な材料は、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金あるいは化合物を含む。必須ではないが、この場合も、上部電極の上に反射性金属層(例えば、Alなど)を設けることにより反射性を増大させてもよい。
【0043】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0044】
図1は、本発明に係る有機多色発光表示素子の概略断面構成図である。図中、図5に示した構成要素と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【0045】
本発明に係る有機多色発光表示素子の特徴は、パッシベーション層56の上に形成されているパターン化透明下部電極57同士の間に第2のパッシベーション層70が形成されている構成にある。
【0046】
その他の構成については、従来の構成と同等であり、形成する方法も同様であるので、それらの説明は省略する。なお、前述したように、封止部材として用いる支持基板60の代わりに薄膜を形成して封止目的を達成する構成もあるので、本発明においても、必ずしも、封止部材として支持基板60を用いるとは限らない。
【0047】
本発明の特徴である第2のパッシベーション層57の製造方法としては、以下の2つの方法が考えられる。
【0048】
第1の方法は、図2に示すように、従来の方法で第1のパッシベーション層56を形成した後、その上に透明下部電極層を形成し、その上にフォトレジストマスク80をパターンに形成し、フォトリソグラフィー法によりエッチングして透明下部電極57を形成する。その後、前記マスク80を利用して、パッシベーション材料をスパッタリング法により堆積させる。電極57間をスパッタリング材料にて埋めることができたら、前記マスク80とその上のパッシベーション堆積層を除去(リフトオフ)する。その結果、電極57間に第2のパッシベーション層70が形成される。その後、従来と同様に、有機発光層58、上部電極層59、および支持基板60を形成する。
【0049】
第2の方法は、まず、図3に示すように、従来の方法で仮のパッシベーション層として従来のパッシベーション層より厚く形成する。このパッシベーション層56aの厚みは、図5に示した従来のパッシベーション層56とその上に形成する透明下部電極層57の合計厚みと同じとする。このパッシベーション層56aの上部にフォトレジストマスク81をパターンに形成し、フォトリソグラフィー法によりエッチングして、図4に示すように、透明下部電極を積層するためのパターン溝82を形成する。その後、前記マスク81を利用して、ITOやIZOなどの電極材料をスパッタリング法により堆積させる。溝82内を電極材料にて埋めることができたら、前記マスク82とその上の電極材料堆積層を除去(リフトオフ)する。その結果、透明下部電極57が形成されるとともに、この透明下部電極57間に第2のパッシベーション層70aが形成される。この第2のパッシベーション層70aはその下部のパッシベーション層56aとの連続体であり、当然同一材料から構成されている。その後、従来と同様に、有機発光層58、上部電極層59、および支持基板60を形成する。
【0050】
前記方法では、第2のパッシベーション層57は単層として説明したが、絶縁性有機化合物からなる下層と絶縁性無機化合物からなる上層とから構成してもよい。この場合、下層の有機化合物層によって主に絶縁性が維持され、下層の無機化合物によってパッシベーション特性を確保することができる。そして、この構造を採用すれば、無機化合物膜がピンホールを生じやすいのを補償することが可能となる利点が得られる。
【0051】
前記第2のパッシベーション層70を構成する絶縁性無機化合物としては、酸化チタンまたは黒色ダイヤモンド様カーボンが好適であるが、他の慣用の絶縁性無機化合物を使用可能である。
【0052】
また、前記平坦化層の上に形成するパッシベーション層56,56aとしては、絶縁性無機化合物を用いることができ、この絶縁性無機化合物としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、窒化シリコン、および黒色ダイヤモンド様カーボンを用いることができる。
【0053】
また、第2のパッシベーション層70を、有機化合物からなる下層と無機化合物からなる上層とから構成する場合、有機化合物としては、ポリイミド樹脂などの慣用の絶縁性ポリマーを用いることができる。
【0054】
なお、前記第2のパッシベーション層70の光学的特性としては、有機発光層からの光を透過させないような特性を持っていることが好ましく、そのためには、屈折率が1.8以上であるか、黒色であることが、好ましい。
【0055】
また、前記実施例では、表示光の出射側が発光層が設けられている基板側であるトップエミッション構造の素子を対象に説明したが、出射側が逆に色変換フィルタ部が形成されている基板側であるボトムエミッション構造の素子についても、本発明は、同様に適用可能である。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る有機多色発光表示素子は、透明な支持基板上に、少なくともパターン化された色変換フィルタ層が積層され、その上に平坦化層が形成され、前記平坦化層の上にパッシベーション層が形成され、このパッシベーション層の上にパターン化された透明下部電極が形成され、この透明下部電極を覆うように有機発光層が積層され、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とが形成されてなる有機多色発光表示素子において、前記透明下部電極同士の間に第2のパッシベーション層が形成されていることを特徴とする。
【0057】
また、本発明に係る有機多色発光表示素子の製造方法の第1の構成は、透明な支持基板上に、少なくとも色変換フィルタ層を積層するとともに該層をパターン化し、その上に平坦化層を形成し、前記平坦化層の上にパッシベーション層を形成し、このパッシベーション層の上に透明下部電極層を積層するとともに該層をパターン化して透明電極を形成し、この透明下部電極同士の間に第2のパッシベーション層を積層し、前記透明電極および第2のパッシベーション層を覆うように有機発光層を積層し、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とを形成することを特徴とする。
【0058】
また、本発明に係る有機多色発光表示素子の製造方法の第2の構成は、透明な支持基板上に、少なくとも色変換フィルタ層を積層するとともに該層をパターン化し、その上に平坦化層を形成し、前記平坦化層の上にパッシベーション層を形成し、このパッシベーション層にパターン化した溝を形成し、この溝を埋めるようにして透明下部電極層を積層し、前記透明下部電極および該電極間のパッシベーション層を覆うように有機発光層を積層し、この有機発光層の上に上部電極と封止部材とを形成することを特徴とする。
【0059】
したがって、本発明によれば、透明下部電極同士の間にも透明下部電極が持つパッシベーション特性と同等もしくはそれ以上のパッシベーション層が形成されているので、色変換フィルター層からの水分などのダークスポット発生および成長原因物質が有機発光層に侵入するのを大幅に抑制することができ、その結果、長期にわたって安定した発光特性を維持する有機多色発光表示素子を実現し、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機多色発光表示素子の一例を示す概略断面構成図である。
【図2】本発明の有機多色発光表示素子の製造方法の一例を説明するための製造工程を示す素子の概略断面構成図である。
【図3】本発明の有機多色発光表示素子の製造方法の他の一例を説明するための製造工程を示す素子の概略断面構成図である。
【図4】図3の続きの工程を示す素子概略断面構成図である。
【図5】従来の有機多色発光表示素子の概略断面構成図である。
【符号の説明】
51 透明な支持基板
52(R,G,B) 色変換フィルター層
53(R,G) 色変換層
54 ブラックマスク
55 平坦化層
56、56a 第1のパッシベーション層
57 透明下部電極
58 有機EL発光層
59 上部電極
60 支持基板(封止部材)
70,70a 第2のパッシベーション層
80,81 フォトレジストマスク
82 パターン溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic multicolor light-emitting display element that enables multicolor display with high definition and excellent environmental resistance and productivity. Specifically, organic multicolor light emission suitable for use in display units of image sensors, personal computers, word processors, televisions, facsimiles, audio, video, car navigation, electric desk calculators, telephones, portable terminals and industrial instruments. The present invention relates to a display element, particularly an organic multicolor light emitting display element using a color conversion method, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of information diversification, display devices in the information field, such as solid-state image sensors, are required to be "beauty, light, thin, excellent", and further toward low power consumption and high-speed response. Active development is underway. In particular, research and development of high-definition full-color display devices are widely performed.
[0003]
As is well known, in the latter half of 1980, Tang et al. Reported that an element having a thin film laminated structure of organic molecules was 1000 cd / m at an applied voltage of 10V. 2 Since it was reported that the above high luminance (organic electroluminescence (hereinafter referred to as “organic EL”)) was reported (Appl. Phys. Lett., 51,913 (1987)), organic EL devices were put to practical use. Research is actively conducted. In addition, similar devices using organic polymer materials are being actively developed.
[0004]
Organic EL elements are superior to liquid crystal display elements in characteristics such as viewing angle dependency and high-speed response. In addition, since a high current density can be realized at a low voltage, higher light emission luminance and light emission efficiency can be expected as compared with inorganic EL elements and LEDs.
[0005]
The characteristics of the organic EL element as a display element are (i) high brightness and high contrast, (ii) low voltage driving and high light emission efficiency, (iii) high resolution, and (iv) high It has features such as (v) high response speed, (vi) miniaturization and colorization, and (ii) excellent lightness and thinness. From the above points, the organic EL element is expected to be applied to a “beautiful / light / thin / excellent” flat panel display.
[0006]
Pioneer Co., Ltd. has already commercialized a green monochrome organic EL display for use in vehicles since November 1997. In the future, long-term stability, high-speed responsiveness, multicolor, and so on in response to the diversifying needs of society. There is an urgent need for practical use of organic EL multicolor display elements capable of display and high-definition full-color display.
[0007]
As a method for making the organic EL multicolor display element multi-colored or full-colored, red, blue, and three primary color light emitters are separately arranged in a matrix and light emitted respectively (Japanese Patent Laid-Open No. 57-157487, Japanese Patent Laid-Open No. Japanese Patent Laid-Open No. 58-147989 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-214593). In the case of colorization using an organic light-emitting element, three types of light-emitting materials for RGB must be arranged with high definition in a matrix, which is technically difficult and cannot be manufactured at low cost. In addition, since the three types of light emitting materials have different lifetimes, they have drawbacks such as chromaticity shifting with time.
[0008]
Also known are methods of transmitting three primary colors using a backlight that emits white light and a color filter (JP-A-1-315988, JP-A-2-27396, JP-A-3-194895, etc.). However, a long-life and high-brightness white organic light-emitting element necessary for obtaining high-brightness RGB has not yet been obtained.
[0009]
There is also known a method (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-152897) in which light emitted from a luminescent material is absorbed by fluorescent materials separated and arranged in a plane, and multicolor fluorescent light is emitted from each fluorescent material. The method of emitting multicolor fluorescence from a certain light emitter using the phosphor disclosed here is also applied to CRT, plasma display, and the like.
[0010]
In recent years, a color conversion method has been disclosed in which a fluorescent material that absorbs light in the light emitting region of an organic light emitting element and emits fluorescence in the visible light region is used as a filter (Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-152897 and 3). No. 5-258860). In this method, since the light emission color of the organic light emitting element is not limited to white, an organic light emitting element with higher luminance can be applied to the light source. In a color conversion method using a blue light emitting organic light emitting element (Japanese Patent Laid-Open Nos. Hei 3-152897, Hei 8-286033, Hei 9-208944), a luminescent blue light is emitted using a fluorescent material, Wavelength conversion to green light or red light. If such a fluorescent conversion film containing a fluorescent dye is patterned with high definition, a full-color light-emitting display can be constructed even using weak energy rays such as near-ultraviolet light or visible light of a light emitter.
[0011]
As a patterning method for the color conversion filter, (a) as in the case of the inorganic phosphor, a fluorescent dye is dispersed in a liquid resist (photoreactive polymer), and this is formed by spin coating or the like. A patterning method using a photolithographic method (JP-A-5-198921 and JP-A-5-258860), or (b) a fluorescent dye or fluorescent pigment is dispersed in a basic binder, and this is etched with an acidic aqueous solution. (Japanese Patent Laid-Open No. 9-208944).
[0012]
In general, what is important for practical use as a color display is a fine color display function and stable emission characteristics over a long period of time (Functional Materials, Vol. 18, No. 2). 96-). However, the organic EL element has a drawback that light emission characteristics such as current-luminance characteristics are remarkably lowered when driven for a certain period.
[0013]
A typical cause of the deterioration of the light emission characteristics is the growth of dark spots. This dark spot is a light emitting defect point.
[0014]
This dark spot is thought to be due to the oxidation and aggregation of the element stack constituent material due to oxygen and moisture in the element, and the growth proceeds not only during energization but also during storage, (B) Moisture that is accelerated by oxygen and moisture present around the device, (b) affected by oxygen and moisture present as adsorbate in the organic multilayer film, and It is also considered to be affected by moisture ingress during manufacturing. In order to obtain the long-term stable emission characteristics described above, it is necessary to sufficiently suppress the growth of dark spots.
[0015]
As described above, the color conversion filter is obtained by mixing a dye for color conversion in a resin, and cannot be dried at a temperature exceeding 200 ° C. due to the problem of thermal stability of the dye to be mixed. Therefore, there is a high possibility that the color conversion filter is formed in a state in which the moisture contained in the coating liquid and the moisture mixed during the pattern formation process are retained. Moisture retained in the color conversion filter or moisture that reaches the sealed region through the protective layer during storage or driving is a factor that promotes the growth of dark spots.
[0016]
Therefore, in order to suppress the growth of dark spots, it is conceivable to remove moisture, but as a drying means, a method in which phosphorus pentoxide is disposed as a desiccant in the element internal space and is hollow-sealed (Japanese Patent Laid-Open No. 3-261091). And a structure in which a protective layer containing phosphorous pentoxide and a sealing layer are laminated (Japanese Patent Laid-Open No. 7-169567) have been proposed. However, in these methods, phosphorus pentoxide, which is a desiccant, absorbs moisture and becomes phosphoric acid, which may adversely affect the organic laminate. In addition to this, a method of filling an inert liquid containing a desiccant into a laminate and an airtight container (JP-A-5-41281, 9-35868), a method using a pressure-sensitive adhesive (USP-5) 304.419) has been proposed, but has not yet been fully resolved.
[0017]
Thus, in order to obtain long-term stable light emission characteristics of the organic multicolor light emitting display element, it is necessary to sufficiently suppress the growth of dark spots.
[0018]
FIG. 5 shows an example of a laminated structure of a conventional color conversion type organic multicolor light emitting display element in consideration of suppressing the occurrence of dark spots. As shown in the figure, a color filter layer (52R, 52G, 52B) of three primary colors and a color conversion layer (53G, 53B) are arranged on a
[0019]
As shown in FIG. 5, in a conventional color conversion type organic multicolor light emitting display element, a
As described above, each of the color filter layer 52 and the color conversion layer 53 is obtained by mixing a filter dye or a color conversion dye in a resin, and the color conversion layer is dried at a temperature exceeding 200 ° C. Therefore, there is a high possibility that the color filter layer 52 and the color conversion layer 53 are formed in a state where moisture contained in the coating liquid or moisture mixed in the pattern forming process is retained. Moisture retained in the color filter layer 52 and the color conversion layer 53 reaches the organic EL
[0020]
However, it has been found that even in a display element having such a structure, dark spots are generated and grow over time.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and is an organic material that prevents moisture from entering the light-emitting portion and causes stable emission characteristics over a long period of time. It is an object to realize and provide a multicolor light emitting display element.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have eagerly investigated the cause of dark spots occurring over time in the conventional organic multicolor light emitting display element shown in FIG. 5, and found that the following phenomenon has occurred. It came.
[0023]
A number of devices having the structure shown in FIG. 5 were prepared, subjected to an aging test, and when a dark spot was generated, the generation state was measured. As a result, dark spots are mainly generated in the light emitting layer region between the transparent
[0024]
Further pursuing the cause of the selectivity of the dark spot generation region, the transparent
[0025]
Further, even when a planarization layer was formed between the transparent lower electrodes, dark spots were observed over time in the light emitting region above the planarization layer. This was thought to be due to the lack of passivation properties in materials such as polyimide resin that make up the planarization layer.
[0026]
Therefore, when an element sample was formed by laminating an insulating material having a passivation characteristic comparable to that of the
[0027]
The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the organic multicolor display device according to the present invention has at least a patterned color conversion filter layer laminated on a transparent support substrate, and is flattened thereon. A passivation layer is formed on the planarization layer, a patterned transparent lower electrode is formed on the passivation layer, and an organic light emitting layer is laminated to cover the transparent lower electrode. In the organic multicolor light emitting display element in which the upper electrode and the sealing member are formed on the organic light emitting layer, a second passivation layer is formed between the transparent lower electrodes. To do.
[0028]
The first configuration of the method for producing an organic multicolor light emitting display element according to the present invention is to laminate at least a color conversion filter layer on a transparent support substrate, pattern the layer, and form a planarization layer thereon. Forming a passivation layer on the planarizing layer, laminating a transparent lower electrode layer on the passivation layer, and patterning the layer to form a transparent electrode, between the transparent lower electrodes A second passivation layer is laminated on the organic light-emitting layer so as to cover the transparent electrode and the second passivation layer, and an upper electrode and a sealing member are formed on the organic light-emitting layer. And
[0029]
The second configuration of the method for producing an organic multicolor light emitting display element according to the present invention is such that at least a color conversion filter layer is laminated on a transparent support substrate, the layer is patterned, and a planarization layer is formed thereon. Forming a passivation layer on the planarizing layer, forming a patterned groove in the passivation layer, laminating a transparent lower electrode layer so as to fill the groove, and forming the transparent lower electrode and the transparent electrode An organic light emitting layer is laminated so as to cover a passivation layer between the electrodes, and an upper electrode and a sealing member are formed on the organic light emitting layer.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the organic multicolor light emitting display device according to the present invention, the second passivation layer may be made of the same material as the first passivation layer. As a manufacturing method in that case, a first passivation layer is formed, a patterned transparent lower electrode layer is formed thereon, and the same material as that constituting the first passivation layer is formed between the transparent lower electrodes. And a passivation layer formed on the planarizing layer on the color conversion filter layer is thicker than the thickness of the layer in the prior art and is formed on the conventional passivation layer. Laminated to the total thickness of the transparent lower electrode layer, and a patterned groove is formed on the upper part of the passivation layer with a depth approximately equal to the thickness of the conventional transparent lower electrode layer. A second method for obtaining a second passivation layer continuous with the passivation layer between the transparent lower electrodes by laminating the materials is conceivable.
[0031]
In the element of the present invention, the second passivation layer may be composed of an insulating inorganic compound, or may be composed of a lower layer made of an insulating organic compound and an upper layer made of an insulating inorganic compound.
[0032]
The insulating inorganic compound constituting the second passivation layer is preferably titanium oxide or black diamond-like carbon, but other conventional insulating inorganic compounds can be used.
[0033]
As the passivation layer formed on the planarizing layer, an insulating inorganic compound can be used. Examples of the insulating inorganic compound include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide, silicon nitride, and It is preferably selected from the group consisting of black diamond-like carbon.
[0034]
As the optical characteristics of the second passivation layer, it is preferable to have a characteristic that does not transmit light from the organic light emitting layer, and for that purpose, the refractive index is 1.8 or more, It is preferable that it is black.
[0035]
In the present invention, when the display light emission structure is a top emission structure, the substrate on which the color conversion filter layers corresponding to the three primary colors are laminated must be transparent in the visible range, for example, glass or polyester. It can be made from the polymer.
[0036]
In addition, as the color conversion filter layer, there are cases where it is constituted by a color filter layer single layer, a case where it is formed by a color conversion layer single layer, and a laminate of a color filter layer and a color conversion layer, These are collectively referred to as a color conversion filter layer.
With regard to this color conversion filter layer, generally, for green and red, a laminated structure of a color filter layer and a color conversion layer is used, and for blue, only a color filter layer is used.
[0037]
The planarizing layer may be any material that can smoothly form a coating film on the color conversion filter and does not deteriorate the function of the color conversion filter. For example, an imide-modified silicone resin, an epoxy-modified acrylate as an ultraviolet curable resin, and the like. A resin, a resin having a reactive vinyl group of an acrylate monomer / oligomer / polymer, a resist resin, an inorganic compound film formed by a sol-gel method, a photocurable resin such as a fluorine-based resin and / or a thermosetting resin, Can be mentioned.
[0038]
Further, as the transparent lower electrode, IZO or ITO is generally used.
Since IZO and ITO used for the transparent lower electrode have a high work function, they are usually suitable for use as an anode, but may be used as a cathode. When the transparent lower electrode is used as a cathode, a layer made of a material having a low work function may be provided between the transparent lower electrode and the organic EL light emitting layer to improve the electron injection efficiency. Materials having a low work function in this case include alkali metals such as lithium and sodium, alkaline earth metals such as potassium, calcium, magnesium and strontium, or electron injecting metals such as fluorides thereof, and other metals. Alloys and compounds can be used. In order to improve the electron injection efficiency, a layer of a material having a thickness of 10 nm or less and a small work function is sufficient, and it is also preferable from the viewpoint of maintaining the required transparency.
[0039]
In the organic multicolor light emitting display element of the present invention, the organic EL light emitting layer includes at least an organic light emitting layer, and, if necessary, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and / or an electron injection layer. It has a structure with intervening. Specifically, those having the following layer structure are adopted (where the anode is connected to the organic light emitting layer or the hole injection layer, and the cathode is connected to the organic light emitting layer or the electron injection layer).
(1) Organic light emitting layer
(2) Hole injection layer / organic light emitting layer
(3) Organic light emitting layer / electron injection layer
(4) Hole injection layer / organic light emitting layer / electron injection layer
(5) Hole injection layer / hole transport layer / organic light emitting layer / electron injection layer
(6) Hole injection layer / hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer
[0040]
Known materials are used as the material for each of the above layers. In order to obtain blue to blue-green light emission, for example, fluorescent whitening agents such as benzothiazole, benzimidazole, and benzoxazole, metal chelated oxonium compounds, styrylbenzene compounds in the organic light emitting layer Aromatic dimethylidin compounds are preferably used. As the electron injection layer, quinoline derivatives (for example, organometallic complexes having 8-quinolinol as a ligand), oxadiazole derivatives, perylene derivatives, pyridine derivatives, pyrimidine derivatives, quinoxaline derivatives, diphenylquinone derivatives, nitro-substituted compounds A fluorene derivative or the like can be used.
[0041]
In addition, the upper electrode formed on the organic EL light emitting layer is formed in a line pattern spaced at a predetermined interval in order to perform passive matrix driving, and the line pattern is different from the line pattern of the transparent lower electrode. It extends in the orthogonal direction. By forming in this way, when a voltage is applied to one of the line pattern of the transparent lower electrode and one of the line pattern of the upper electrode, it is possible to cause the organic EL light emitting layer at the intersecting portion to emit light. Become.
[0042]
The upper electrode is required to have a high carrier injection property with respect to the organic EL light emitting layer and to reflect light emitted from the organic EL light emitting layer toward the substrate. When the upper electrode is used as an anode, the upper electrode is formed of a material having a high work function in order to improve hole injection properties. Suitable materials include transparent conductive oxides such as ITO or IZO. In this case, it is preferable to provide a reflective metal layer (for example, Al) on the upper electrode to reflect light emitted from the organic EL light emitting layer toward the substrate.
When the upper electrode is used as a cathode, the upper electrode is formed of a material having a small work function in order to impart electron injection. Suitable materials include alkali metals such as lithium and sodium, alkaline earth metals such as potassium, calcium, magnesium and strontium, or electron injecting metals such as fluorides thereof, alloys or compounds with other metals. Including. In this case as well, the reflectivity may be increased by providing a reflective metal layer (eg, Al) on the upper electrode.
[0043]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an organic multicolor light emitting display device according to the present invention. In the figure, the same components as those shown in FIG.
[0045]
The organic multicolor light emitting display element according to the present invention is characterized in that a
[0046]
Other configurations are the same as the conventional configurations, and the formation method is also the same, and thus the description thereof is omitted. As described above, since there is a configuration in which a thin film is formed instead of the
[0047]
The following two methods are conceivable as a method of manufacturing the
[0048]
In the first method, as shown in FIG. 2, after forming a
[0049]
In the second method, first, as shown in FIG. 3, the provisional passivation layer is formed thicker than the conventional passivation layer by the conventional method. The thickness of the
[0050]
In the above method, the
[0051]
The insulating inorganic compound constituting the
[0052]
Further, as the passivation layers 56 and 56a formed on the planarizing layer, an insulating inorganic compound can be used. As the insulating inorganic compound, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide, nitride Silicon and black diamond-like carbon can be used.
[0053]
Moreover, when the
[0054]
The optical characteristics of the
[0055]
Further, in the above embodiment, the description has been made on the element of the top emission structure in which the emission side of the display light is the substrate side on which the light emitting layer is provided. The present invention can be similarly applied to a bottom emission structure element.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, in the organic multicolor light emitting display device according to the present invention, at least a patterned color conversion filter layer is laminated on a transparent support substrate, and a flattening layer is formed thereon. A passivation layer is formed on the passivation layer, a patterned transparent lower electrode is formed on the passivation layer, an organic light emitting layer is laminated so as to cover the transparent lower electrode, and the organic light emitting layer is formed on the organic light emitting layer. In the organic multicolor light emitting display element in which an upper electrode and a sealing member are formed, a second passivation layer is formed between the transparent lower electrodes.
[0057]
The first configuration of the method for producing an organic multicolor light emitting display element according to the present invention is to laminate at least a color conversion filter layer on a transparent support substrate, pattern the layer, and form a planarization layer thereon. Forming a passivation layer on the planarizing layer, laminating a transparent lower electrode layer on the passivation layer, and patterning the layer to form a transparent electrode, between the transparent lower electrodes A second passivation layer is laminated on the organic light-emitting layer so as to cover the transparent electrode and the second passivation layer, and an upper electrode and a sealing member are formed on the organic light-emitting layer. And
[0058]
The second configuration of the method for producing an organic multicolor light emitting display element according to the present invention is such that at least a color conversion filter layer is laminated on a transparent support substrate, the layer is patterned, and a planarization layer is formed thereon. Forming a passivation layer on the planarizing layer, forming a patterned groove in the passivation layer, laminating a transparent lower electrode layer so as to fill the groove, and forming the transparent lower electrode and the transparent electrode An organic light emitting layer is laminated so as to cover a passivation layer between the electrodes, and an upper electrode and a sealing member are formed on the organic light emitting layer.
[0059]
Therefore, according to the present invention, since a passivation layer equivalent to or more than the passivation characteristic of the transparent lower electrode is formed between the transparent lower electrodes, dark spots such as moisture from the color conversion filter layer are generated. In addition, it is possible to significantly suppress the growth-causing substance from entering the organic light emitting layer, and as a result, it is possible to realize and provide an organic multicolor light emitting display element that maintains stable light emission characteristics over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of an organic multicolor light emitting display element of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an element showing a manufacturing process for explaining an example of a method for manufacturing an organic multicolor light emitting display element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an element showing a manufacturing process for explaining another example of the method for manufacturing the organic multicolor light emitting display element of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an element showing a continuation step of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a conventional organic multicolor light emitting display element.
[Explanation of symbols]
51 Transparent support substrate
52 (R, G, B) Color conversion filter layer
53 (R, G) color conversion layer
54 Black Mask
55 Planarization layer
56, 56a First passivation layer
57 Transparent lower electrode
58 Organic EL light emitting layer
59 Upper electrode
60 Support substrate (sealing member)
70, 70a Second passivation layer
80, 81 photoresist mask
82 Pattern groove
Claims (15)
前記透明下部電極同士の間に第2のパッシベーション層が形成されていることを特徴とする有機多色発光表示素子。At least a patterned color conversion filter layer is laminated on a transparent support substrate, a planarization layer is formed thereon, a passivation layer is formed on the planarization layer, and a pattern is formed on the passivation layer. An organic multicolor light emitting display device in which a transparent lower electrode is formed, an organic light emitting layer is laminated so as to cover the transparent lower electrode, and an upper electrode and a sealing member are formed on the organic light emitting layer In
An organic multicolor light emitting display element, wherein a second passivation layer is formed between the transparent lower electrodes.
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