JP4626526B2 - 有機ｅｌパネルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルおよびその製造方法に関し、更に詳しくは、耐久時に上下電極間の短絡による画素欠陥およびラインなどの表示不良を抑制した発光安定性に優れた有機ＥＬパネルに関する。
一般に有機ＥＬパネルは、ガラスなどの基板の上に、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）などの第１の電極としての下部電極を形成し、その上に、蒸着法などによって正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの有機膜を順次形成し、さらに、その上に第２の電極としての上部電極を形成してなるものである。
そして、このようにして対向して配置された第１および第２の電極の間に有機膜を介在させてなる画素を、複数個備えており、第１の電極を正極とし第２の電極を負極として両電極に対して電界を印加することで画素を発光させ、この発光時の電界とは極性を反転させた電界を印加することで画素を非発光とする。そのため、駆動状態においては、非発光となる電界の印加は少なくとも一回以上行われる。
このような有機ＥＬパネルは、有機材料を使用しているために、電界や熱によって変質や拡散が起こりやすく、その結果として、上下電極の短絡が発生することがある。特に、基板上に第１の電極を形成したときに、工程中に発生する導電性の異物が第１の電極の上に存在し、これが凹凸となり、第１および第２の電極間の短絡が発生しやすい。
これは、第１の電極上の異物の上に、発光層などの有機膜を蒸着して形成する場合に、シャドーイング現象が発生するためである。この現象は、直進性の良い蒸着粒子が異物の影には付着しないため、異物の上およびその周囲に成膜された有機膜において、膜厚が確保できない薄膜部が局部的に生じることである。
そして、このような異物周囲の薄膜部が生じると、この部分で上記両電極間にリーク電流が流れ、短絡に至る。有機ＥＬパネルにおいては、上述したように、発光層を発光させる発光時に印加する順バイアス方向の電界のほかに、非発光時においてクロストークを防止するために、当該両電極間に発光時とは、極性が逆方向の電界、いわゆる逆バイアス電圧を印加する。
リーク電流とは、この逆バイアス電圧の印加時において、当該両電極間に流れる電流のことである。そして、このリーク電流は過大な電流となって絶縁破壊を招くため、有機ＥＬパネルの破壊に至る恐れがある。
このような第１の電極の上に存在する異物による短絡を防止するものとして、従来では、有機材料を溶融し、異物を包埋する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、一方で、従来より、第１の電極としてのＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）の上にＺｎＯ（酸化亜鉛）などの酸化物半導体を積層することにより、発光効率の向上を目的とした有機ＥＬパネルが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２０００−９１０６７号公報
特開２００５−１０８６９６号公報
しかしながら、本発明者が、上記特許文献１に記載の方法について検討したところ、有機ＥＬパネルの駆動初期においてはリーク電流を防止できるものの、たとえば８０℃程度の高温で駆動させたり、あるいはこのような高温で保存した後に駆動させるときには、リーク電流が発生しやすくなることがわかった。
また、上記特許文献２に記載のものでは、第１の電極の上に酸化物半導体を積層した構成を提供しているが、このものには、逆バイアスを印加するという概念や、リーク電流の防止の効果について記載されていない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬパネルにおいて、高温での駆動や保存によるリーク電流の発生を極力抑制できるようにすることを目的とする。
本発明者は、高温での駆動や保存によるリーク電流の発生について鋭意検討を行った。その結果、次のようなメカニズムによりリーク電流が発生すると考えた。図１（ａ）、（ｂ）は、この本発明者が提案する推定メカニズムを模式的に示す図である。
図１においては、基板１０の上に、第１の電極２０、有機膜４０、第２の電極５０が積層されてなる画素６０が設けられている。図１では、１つの画素６０を示してある。一般的には、基板１０はガラス、第１の電極２０はＩＴＯ、有機膜４０は有機ＥＬ材料、第２の電極５０はＡｌなどである。
上述したように、基板１０上に第１の電極２０を形成したときに、導電性の異物９００が第１の電極２０の上に存在すると、異物９００の上およびその周囲に成膜された有機膜４０において、膜厚が確保できない薄膜部が局部的に生じ、両電極２０、５０間の短絡が発生しやすい。ここで、上述した特許文献１などの異物を包埋する方法により、初期的なリーク電流の防止はなされる。
しかし、本発明者の検討によれば、初期にリーク電流が評価限界以下（たとえば数ｎＡ）であって、リークが発生しないと評価されても、高温での駆動もしくは保存中に、素子構造によっては、リーク電流が増加して数μＡ以上のリーク部になり、両電極２０、５０の短絡に至る場合があることを見出した。
これは、図１（ａ）に示されるように、高温環境下での駆動や保存中に、有機膜４０の変形に伴い、両電極２０、５０間の距離が近接することによると考えられる。また、形状的にも異物９００などの凸部では、熱変形時に有機膜４０が薄膜化しやすい。これは、熱変形時に重力による平坦化効果が作用するためと考えられる。
それとともに、図１（ｂ）に示されるように、数μＡ以上となったリーク部では、第１の電極２０に使用しているＩＴＯが還元されて、有機膜４０中へＩｎやＳｎが析出し、このＩｎやＳｎよりなる析出物９０２が、第１および第２電極２０、５０間の導通経路になっていることを見出した。そして、この現象により、上記したリーク電流の増加が生じることがわかった。
このＩｎなどの析出についてのメカニズムは、次のように考えられる。高温での駆動や保存中において、リーク部の発熱により、第１の電極２０であるＩＴＯを触媒として、有機膜４０から水素が発生する。そして、この水素などが原因となって、図１（ａ）に示されるように、有機膜４０中にボイド９０１が発生する。
このとき発光時とは逆の高い逆バイアス電界が、印加されていると、水素は水素ラジカルまたはプロトンの状態で、ＩＴＯを還元する。還元されたＩｎやＳｎは、１８０℃〜２３０℃と低融点であるため、リーク部の発熱で有機膜４０中へ析出し、図１（ｂ）に示されるように、上記析出物９０２となる。
ここで、本発明者は、上記メカニズムに基づいて、上記図１における第１の電極２０を構成する金属酸化物中の金属の融点（℃）と、当該金属の有機膜４０中への析出率（％）との関係を調査した。その結果を図２に示す。
この調査は、第１の電極２０を構成する金属酸化物中の金属を、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖと代えて行った。図２中の５個のプロットにおいて、左側からＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ（１６６８℃）、Ｖ（１９００℃）の結果が示されている。析出率（％）はＸＰＳにより測定した。
また、駆動テストとしては、８０℃の高温環境での駆動を行った。駆動条件としては、１／６４デューティにて順方向は定電流駆動で、初期輝度が２００ｃｄ／ｍ2となるように調整し、そのときの順方向パルス電圧は、１０Ｖ程度とし、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
その結果、図２に示されるように、融点が４１９℃よりも低い低融点金属元素を含む酸化物の場合に、高温駆動中に、第１の電極２０中の当該低融点金属が有機膜４０中へ析出することが確認された。つまり、このような低融点金属の析出物９０２が、第１および第２電極２０、５０間の導通経路になり、上記したリーク電流の増加が生じることがわかった。
このような融点が４１９℃よりも低い低融点金属としては、その化学的性質から以下の元素を用いた場合、同様の現象を示すことを確認した。具体的にはＩｎ、Ｇａ、Ｔｌ（IIIＡ族）、Ｓｎ、Ｐｂ（IVＡ族）、Ｃｄ（IIＢ族）、Ｂｉ（ＶＡ族）であり、これら元素の酸化物などを、第１の電極２０に用いた場合、上記したリーク電流の増加が生じる。なお、ここで、（）内のIII、IV、II、Ｖはそれぞれローマ数字である。
また、４１９℃まで高温になると、一般的な有機ＥＬパネルに用いられる低分子系有機材料のほとんどのものが気化してしまう。
つまり、リーク時の発熱によって、有機膜４０を構成する有機材料が気化した時に、上記メカニズムによって析出した低融点金属が溶融状態（つまり、融点以上）となっていると、有機膜４０は、気化時に低融点金属すなわち析出物９０２を巻き込みながら、変形していく。
そのため、析出物９０２が有機膜４０中に拡散しやすくなり、結果として、両電極２０、５０間に低融点金属による導電経路が形成され、リークの増加を誘発し、最終的に、両電極２０、５０の短絡に至ると考えられる。
このように、リーク電流による発熱と逆バイアス電圧印加という条件がそろった場合において、第１の電極の還元によってＩｎやＳｎなどの金属の析出が発生するという現象を、本発明者は明らかにした。
そこで、上記したメカニズムに基づけば、上記目的を解決するための手段としては、リーク電流が発生しても、（ａ）水素の発生を防止するか、（ｂ）第１の電極の還元を防止するか、（ｃ）還元されても金属元素の析出を防止するか、といったところがポイントとなる。
本発明者は、鋭意研究した結果、有機ＥＬパネルにおいては、第１の電極２０は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉのうち一種類以上の融点が４１９℃よりも低い金属元素を含むものが用いられることから、上記（ｃ）の手段に着目することにした。
そして、このような低融点金属を含む第１の電極２０の上に、４１９℃以上の融点を持つ金属を含む化合物の膜（以下、本欄において高融点金属化合物の膜という）を積層してやれば、この高融点金属化合物の膜がバリア膜として作用し、第１の電極２０からの金属元素の析出を防止する効果があると考えた。
つまり、この高融点金属化合物の膜自体は、上記メカニズムのように還元されたとしても、当該膜中の金属は４１９℃以上の融点を持つため溶融状態とならず、上記図２に示されるように、有機膜４０が気化状態にあるとしても有機膜４０中へは析出しない。
ここで、第１の電極２０の上に、上記した高融点金属化合物の膜を積層する場合、当該高融点金属そのものを単独で成膜した場合、透明性に劣り、パネルとしての表示性能に不具合が生じる。
そのため、本発明者は、高融点金属化合物の膜として、そのような金属の酸化物、硫化物またはセレン化物を採用することで、膜の透明性を確保することとした。さらに、言うならば、当該膜を構成する金属の酸化物、硫化物、セレン化物の金属成分のうちの最も多く含まれる金属が、４１９℃以上の融点を持つようにする。
また、高融点金属化合物の膜としては、その膜厚が薄いと、第１の電極２０の表面の被覆性が悪く、高融点金属化合物の膜中の酸化物、硫化物またはセレン化物の還元だけでなく、その下地の第１の電極２０までが還元されてしまう。
そこで、さらに検討を進め、高融点金属化合物の膜の膜厚（ｎｍ）と第１の電極２０の還元抑制率（％）との関係を調査した。なお、ここでは、第１の電極２０はＩＴＯよりなるものである。還元抑制率は、ＸＰＳ分析により測定し、駆動条件は、上記図２と同様の８０℃高温駆動により行った。その結果を、図３に示す。
図３は、ＺｎＯ、ＶＯｘ（代表例はＶ2Ｏ5）、ＴｉＯ2といった４１９℃以上の融点を持つ金属の酸化物について調査したものである。なお、上記した４１９℃以上の融点を持つ金属を含む化合物において、酸化物以外の硫化物、セレン化物についても、この図３に示される結果と同様の傾向が確認できている。
還元抑制率は、５０％以上であれば、実用上、リーク電流の防止効果があるものであり、図３に示される結果から、上記高融点金属化合物の膜の膜厚は１０ｎｍ以上であればよいが、本発明者は、余裕度を見積もって、当該膜の膜厚を１０ｎｍよりも大きくすることにした。
また、図３に示されるように、膜厚が１２ｎｍ以上では還元抑制率は１００％で飽和している。これについては、脱ガス分析からも、有機膜４０から発生する水素には上限があり、一定量の還元しか進まないことを見出した。そこで、膜厚は、好ましくは１２ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上がよいことがわかる。
また、上限値としては、実用上、高融点金属化合物の膜の凹凸により、初期から上下電極間の近接が発生しないことが望ましい。少なくとも有機膜の厚さよりも薄いことが望ましい。
また、有機ＥＬパネルにおいては、複数個の画素を形成するために、第１の電極２０はパターニングされており、複数個の電気的に分離された状態のものとして構成されている。そこで、第１の電極２０の上に形成する高融点金属化合物の膜の抵抗により、分離されている第１の電極２０間を電気的に短絡させると、パネルとして機能しなくなる。
そこで、分離されて隣接する第１の電極２０間の抵抗（通常のＩＴＯ同士の場合）と表示不良の関係を評価したところ、この隣接電極間抵抗が１００ＭΩを境に電流の回りこみによる表示不良を引き起こすことがわかった。
具体的には、隣接電極間抵抗が１００ＭΩ以上だと、隣接する画素を点灯と非点灯にした場合、非点灯部に電流が回り込み、回り込んだ電流に応じて発光する。さらに点灯部では、回り込んだ電流に応じて発光輝度が低下する。この１００ＭΩの根拠としては、隣接画素間の輝度ムラが人間工学的に視認されるか否かを基準として、抵抗成分と容量成分の両方を加味した回り込み電流によって規定される。
そして、高融点金属化合物の膜を構成する金属化合物の抵抗率と電極の配線パターンとから算出される電極間抵抗により、第１の電極２０と同様に、高融点金属化合物の膜をパターニングするか、否かを選択する。ここで、上述したように、高融点化合物の膜については、１０ｎｍよりも厚く形成する必要があるため、上記した１００ＭΩよりも低抵抗になる。
そのため、複数個の画素６０の間にて電気的に分離された第１の電極２０同士の間においては、この高融点金属化合物の膜は除去されるようにパターニングし、複数個の画素６０の間の電気的な絶縁を確保する必要がある。
本発明は、以上述べてきたような検討結果に基づいて創出されたものであり、電圧印加手段（７０）によって、第１の電極（２０）を正極とし第２の電極（５０）を負極として両電極（２０、５０）に対して電界を印加することで画素（６０）を発光させ、この発光時の電界とは極性を反転させた電界を印加することで画素（６０）を非発光とするとともに、これら発光および非発光が各画素（６０）ごとに選択される駆動において、非発光画素に対して非発光となる電界の印加を少なくとも一回以上行う有機ＥＬパネルにおいて、発光時に正極となる第１の電極（２０）が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉのうち一種類以上の融点が４１９℃よりも低い金属元素を含むものである場合において、有機膜（４０）と第１の電極（２０）との間に、主成分の金属が４１９℃以上の融点を持つ金属の酸化物、硫化物またはセレン化物よりなる膜（３０）を介在させ、この膜（３０）を１０ｎｍよりも厚いものとし、複数個の画素（６０）の間にて電気的に分離された第１の電極（２０）同士の間において、当該膜（３０）を除去することで複数個の画素（６０）の間の電気的な絶縁を確保したことを、特徴とする。
それによれば、このような膜（３０）を、画素（６０）の間を短絡させないようにパターニングすることで表示不良を防止しつつ、１０ｎｍより厚くすることで、高温での第１の電極（２０）の還元を抑制できるため、高温での駆動や保存によるリーク電流の発生を極力抑制することができる。
ここで、この構成においては、膜（３０）における主成分の金属元素を、亜鉛、バナジウム、ルテニウム、モリブデンおよびチタンの少なくとも１種類の元素を含有するものにできる。それによれば、発光効率を向上させるうえで好ましい。
また、このような構成において、膜（３０）には、ＧａおよびはＡｌの少なくとも１種類の元素を添加してもよい。それによれば、当該膜（３０）の低抵抗化、仕事関数の調整が可能となるなどにより、発光効率の向上が図れ、好ましい。
また、このような構成において、第１の電極（２０）におけるエッジ部のテーパ角度（θ）を３０°以下にすれば、第１の電極（２０）のエッジ部を上記膜（３０）により適切に被覆することができる。
なお、この第１の電極（２０）におけるエッジ部のテーパ角度（θ）を３０°以下にすることは、第１の電極（２０）をパターニングして形成した後に、第１の電極（２０）の表面を研磨し、その上に、膜（３０）を形成することにより、適切に実現できる。
また、このような構成において、第１の電極（２０）が、基板（１０）上にパターニング形成されたものである場合に、この基板（１０）を無アルカリガラスよりなるものにすれば、研磨などによる基板（１０）からのアルカリ成分の溶出を回避できる。
さらに、このような構成において、第１の電極（２０）が、基板（１０）上にパターニング形成されたものであり、第１の電極（２０）と基板（１０）との間に、カラーフィルタ（８０）が介在している場合に、さらに、カラーフィルタ（８０）と第１の電極（２０）との間に、原子層成長法にて形成された膜（８１）を介在させることが好ましい。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬパネル１００における１つの画素６０の概略断面構成を示す図である。
図４は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬパネル１００における１つの画素６０の概略断面構成を示す図である。
また、図５（ａ）は、この有機ＥＬパネル１００の部分的な平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、これら図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、当該パネル１００における基板１０、下部電極２０、膜３０の平面形状、断面形状を示す図である。
基板１０は光学的に透明なガラスなどからなるものであり、この基板１０の上には、第１の電極としての下部電極２０が、パターニング形成されている。ここでは、図５に示されるように、下部電極２０は、ストライプ状にパターニングされた複数本のものであり、各下部電極２０は電気的に分離されている。
そして、本実施形態では、図４に示されるように、基板１０の上に、下部電極２０、膜３０、有機膜４０、第２の電極としての上部電極５０を積層してなる画素６０が形成されている。
つまり、本有機ＥＬパネル１００は、この基板１０の上に、対向して配置された下部電極２０および上部電極５０の間に発光層４３を含む有機膜４０を介在させてなる複数個の画素６０を備えている。
ここで、図２では示さないが、上部電極５０は、下部電極２０のストライプの方向と直交する方向に延びる複数本のストライプ状に配置されたものであり、下部電極２０と上部電極５０とが重なり合う部位において、上下両電極２０、５０、膜３０および有機膜４０により画素６０が構成され、それにより、画素６０は、基板１０上においてマトリクス状に複数個配置された形となる。
このようなストライプ状の上下電極２０、５０によるマトリクス状配置の画素６０の構成は、有機ＥＬパネルにおいて周知のものである。
下部電極２０は、透明導電膜であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ（以上、IIIＡ族）、Ｓｎ、Ｐｂ（以上、IVＡ族）、Ｃｄ（IIＢ族）、Ｂｉ（ＶＡ族）のうち一種類以上の融点が４１９℃よりも低い金属元素を含む。具体的には、このような低融点金属の酸化物などからなり、たとえば、ＩＴＯが挙げられる。
この下部電極２０の上には、主成分の金属が４１９℃以上の融点を持つ金属の酸化物、硫化物またはセレン化物よりなる膜３０が介在している。ここで、主成分の金属とは、当該膜を構成する金属の酸化物、硫化物の金属成分のうちの最も多く含まれる金属のことである。
このように、膜３０は、４１９℃以上という下部電極２０を構成する金属に比べて高融点を持つ高融点金属を含むものであるが、そのような材質を選択した根拠については、上記図２に示したとおりである。なお、以下の実施形態において、この膜３０を高融点金属化合物の膜３０ということにする。
また、この高融点金属化合物の膜３０の膜厚は１０ｎｍよりも大きい。さらに、この膜厚は、好ましくは１２ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上がよい。この膜厚の根拠については、上記図３に示したとおりである。一方、高融点金属化合物の膜３０の膜厚が厚いと、透過率が低下するなど、有機ＥＬパネル１００の発光特性を悪化させるため、おおよそ５０ｎｍ以下であることが好ましい。
このような高融点金属化合物の膜３０の膜厚要求に対して、当該膜３０に対して酸化物半導体ではなく、絶縁物を用いると、正孔注入性を阻害するために、ＥＬの発光効率が悪化し、駆動電圧も高くなり使用が困難になる。
そこで、仕事関数にも着目し、ＥＬの発光特性を考慮すると、仕事関数が約４．８ｅＶ以上の金属酸化物が、高融点金属化合物の膜３０として適している。
具体的に、高融点金属化合物の膜３０においては、主成分の金属元素として、亜鉛、バナジウム、ルテニウム、モリブデンおよびチタンの少なくとも１種類の元素を含有する金属酸化物などが挙げられ、それにより、発光効率を向上させやすくできる。
また、この高融点金属化合物の膜３０には、ＧａおよびはＡｌの少なくとも１種類の元素が添加されていてもよい。それによれば、高融点金属化合物の膜３０の低抵抗化が図れ、また、高融点金属化合物の膜３０の仕事関数の調整が可能となるなどにより、発光効率の向上が図れる。
また、図２に示されるように、複数個の画素６０の間にて、下部電極２０同士は電気的に分離されているが、基板１０上において、この分離された下部電極２０同士の間の部位１１では、高融点金属化合物の膜３０は除去されている。
本例では、高融点金属化合物の膜３０は、その下地である下部電極２０と略同一の平面形状となるようにパターニングされている。それにより、分離された下部電極２０同士が高融点金属化合物の膜３０により導通することなく、複数個の画素６０の間の電気的な絶縁が確保されている。
このように、高融点金属化合物の膜３０をパターニングした根拠については、解決手段の欄に述べたとおりであり、高融点金属化合物の膜３０による下部電極２０間の短絡を防止し、電流の回りこみによる表示不良を回避するためである。
このような高融点金属化合物の膜３０は、スパッタや原子層成長法などの成膜法や、マスキングやフォトエッチングなどのパターニング方法を用いることにより、形成することができる。
たとえば、高融点金属化合物の膜３０としてＶＯｘ膜を成膜する場合、Ｖ2Ｏ5をターゲットとするスパッタにより成膜できる。また、高融点金属化合物の膜３０としてＴｉＯ2膜を成膜する場合、ＴｉＣｌ4とＨ2Ｏとを原料ガスとして、これらを交互に成膜チャンバ内に供給するという原子層成長法（ＡＬＥ法）により成膜が行える。
なお、ＶＯｘなどの遷移金属系の膜をスパッタで形成するには、酸素を数％、好ましくは１０％程度混入したＡｒガスでスパッタするとよい。それにより、屈折率を低下させ、透過率も向上した光学的に適した膜物性を示すものにできる。また、結晶性も向上することから、ホール注入性が高くなり、低電圧駆動に適するものになる。
また、図４に示されるように、高融点金属化合物の膜３０の上には、有機膜４０が形成されている。この有機膜４０は、一般的に有機ＥＬパネルに用いられる有機ＥＬ材料からなる。本実施形態では、有機膜４０は、高融点金属化合物の膜３０側から正孔注入層４１、正孔輸送層４２、発光層４３、電子輸送層４４が積層されてなる。
正孔注入層４１は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの正孔注入材料からなり、正孔輸送層４２は、α−ナフチルフェニルベンゼンなどの正孔輸送性材料からなる。発光層４３は、アルミキノリノールなどの電子輸送性材料をホスト材料とし、これにドーパントとしてクマリンなどの発光添加材料を混合してなる。また、電子輸送層４４はアルミキノリノールなどの電子輸送性材料からなる。これら各層４１〜４４は蒸着法などにより成膜される。
さらに、電子輸送層４４すなわち有機膜４０の上には、ＬｉＦなどからなる電子注入層４５が、蒸着法などにより形成され、その上には、Ａｌ等の金属等からなる上部電極５０が形成されている。
こうして、基板１０の上において、一対の電極２０、５０の間には、高融点金属化合物の膜３０、有機膜４０が積層されて挟まれており、有機ＥＬパネル１００における画素６０が形成されている。
また、この有機ＥＬパネル１００においては、上下両電極２０、５０の間に交流電界を印加するための電圧印加手段７０が設けられている。これは、画素６０を発光させる時に両電極２０、５０間に順方向の電界を印加し、画素６０を非発光とする時には発光時の電界とは極性を反転させた電界を印加するもので、たとえば電源回路などからなり、基板１０の周辺部に引き出された下部電極２０および上部電極５０の部分と結線されたものである。
この電圧印加手段７０によって、下部電極２０を正極、上部電極５０を負極とした順バイアス電圧が印加されると、発光層４３が発光し、非発光時には、下部電極２０を負極、上部電極５０を正極とした逆バイアス電圧が印加される。ここで、発光層４３の発光は、たとえば基板１０側から取り出され視認されるようになっている。
また、この有機ＥＬパネル１００は、次のようにして製造される。基板１０の上にスパッタ法などにより下部電極２０を形成した後、必要に応じて、ＵＶオゾンと酸素を含有するガスによるプラズマ処理などによって下部電極２０の表面処理を行う。
その後、下部電極２０の上に、上述したスパッタ法や原子層成長法などにより高融点金属化合物の膜３０を形成する。続いて、蒸着法などにより、有機膜４０、電子注入層４５、上部電極５０を形成する。そして、電圧印加手段７０の取り付けを行う。こうして、上記図１に示される本実施形態の有機ＥＬパネル１００ができあがる。
なお、この後、有機ＥＬパネル１００は、基板１０上における画素６０の部分を湿気などから保護するために、通常、この画素６０を、吸湿剤を入れ乾燥窒素などが封入されたカバーによって封止する。このカバーは、図示しないが、上記図５に示される基板１０の周辺部に接着剤などにより取り付けられる。
以上述べてきた本実施形態の有機ＥＬパネル１００によれば、高融点金属化合物の膜３０を、画素６０の間を短絡させないようにパターニングすることで表示不良を防止しつつ、１０ｎｍより厚くすることで、上記図２および図３に示されるように、高温での下部電極２０の還元を抑制できる。
具体的に言うならば、高融点金属化合物の膜３０がＺｎＯ膜よりなる場合、Ｚｎの融点は４１９℃であり、上記図１に示されるメカニズムのようにＺｎＯ膜が還元されてＺｎとなったとしても、このＺｎは溶融状態とならない。
そうすると、高温環境下において、有機膜４０が気化状態にあるとしても、Ｚｎは有機膜４０中へは析出しない。また、高融点金属化合物の膜３０の下地の下部電極２０は、１０ｎｍ以上と十分な膜厚を有するＺｎＯ膜により被覆され、還元されない。そのため、有機膜４０中には、上記図１に示したような導電性経路が形成されず、リーク電流の増加も極力抑制される。
したがって、本実施形態によれば、有機ＥＬパネル１００において、高温での駆動や保存によるリーク電流の発生を極力抑制することができる。
また、本発明者の検討によれば、逆バイアス電圧に対するリーク電流の関係を評価したところ、有機膜４０の膜厚を薄くするとリーク電流が流れやすくなることを見出した。厳密には、導電性の電気特性を示すＣｕＰｃなどのポルフィリン材料を除く材料の膜厚が、１３０ｎｍよりも薄い膜厚でリーク電流が流れやすくなることを見出した。
したがって、初期的なリーク電流を防止するという点では、有機膜４０の膜厚を１３０ｎｍ以上に確保することが好ましい、
（第２実施形態）
ところで、上記図４に示される有機ＥＬパネル１００においては、ＩＴＯなどからなる下部電極２０の表面を、いかに高融点金属化合物の膜３０で覆うかも、下部電極２０の還元を防止するためには必要である。
（第２実施形態）
ところで、上記図４に示される有機ＥＬパネル１００においては、ＩＴＯなどからなる下部電極２０の表面を、いかに高融点金属化合物の膜３０で覆うかも、下部電極２０の還元を防止するためには必要である。
画素６０以外を絶縁膜などで覆うことで、逆バイアスの電界が弱ければ、下部電極２０の還元は抑制できるが、上述のリーク点は点欠陥であり、画素６０においては下部電極２０におけるピンホール部などの点欠陥で発生しやすい。
本第２実施形態は、この点を解決する方法を提供する。図６は、本発明の第２実施形態における有機ＥＬパネルの要部を示す概略断面図であり、この図６に示されている部位以外の部分は、上記図１のものと同様である。
図６では、本実施形態の有機ＥＬパネルのうち基板１０、下部電極２０、高融点金属化合物の膜３０を示しており、上述した有機膜４０、上部電極５０、電圧印加手段７０は省略してある。
この図６に示されるように、本実施形態では、第１の電極としての下部電極２０におけるエッジ部のテーパ角度θを３０°以下としている。なお、テーパ角度θは、下部電極２０のエッジ部の面と基板１０とのなす角度である。
ここで、下部電極２０におけるエッジ部としては、図６に示されるように、隣り合う下部電極２０に対向するエッジ部以外にも、下部電極２０にピンホール２１が存在する場合、このピンホール２１の開口縁部もエッジ部として含まれる。
このような構成は、下部電極２０をパターニングして形成した後に、下部電極２０の表面を研磨し、その上に、高融点金属化合物の膜３０を形成することにより作製することができる。研磨としては、半導体プロセスなどに通常用いられている各種の研磨方法を採用できる。
下部電極２０の表面を研磨することで、ピンホール２１の部分も含む下部電極２０のエッジ部を低いテーパ角度θにすることができ、高融点金属化合物の膜３０で覆いやすくできる。
具体的には、エッチング後において、ピンホール２１も含む下部電極２０のエッジ部のテーパ角度θは、４０〜５０°程度であるが、これを研磨することにより、３０°以下にまで小さくできる。
このテーパ角度を３０°以下にする根拠は、本発明者の行った実験調査の結果によるものである。本発明者は、このテーパ角度θと、高融点金属化合物の膜３０による下部電極２０のエッジ部の被覆率について調査を行った。
図７は、この調査結果の一例であり、高融点金属化合物の膜３０として厚さ１２ｎｍのＺｎＯ膜を用いて、テーパ角度θを代えていったときの、テーパ角度θ（°）とＺｎＯ被覆率（％）との関係を示すグラフである。なお、被覆率は、ＺｎＯ膜で被覆されている部位の面積比率であり、電子顕微鏡で求めた。
図７に示されるように、１０ｎｍ以上の厚さの高融点金属化合物の膜３０によって、下部電極２０のエッジ部を適切に覆うためには、３０°以下のテーパ角度θが必要であることがわかる。このように、下部電極２０のピンホール２１などのエッジ部も、高融点金属化合物の膜３０で適切に覆うことで、下部電極２０の還元防止を、より高レベルにて実現できる、
さらに、本実施形態においては、下部電極２０をパターニング後に研磨する場合、分離された下部電極２０の間においては、基板１０であるガラスも研磨することになる。つまり、上記図２に示されるように、基板１０上において、分離された下部電極２０同士の間の部位１１も研磨される。
さらに、本実施形態においては、下部電極２０をパターニング後に研磨する場合、分離された下部電極２０の間においては、基板１０であるガラスも研磨することになる。つまり、上記図２に示されるように、基板１０上において、分離された下部電極２０同士の間の部位１１も研磨される。
この場合、Ｎａなどのアルカリを含有するソーダガラスを基板１０に用いると、ソーダガラスとＩＴＯなどよりなる下部電極２０との間に、アルカリ溶出防止膜としてＳｉＯ2膜を２０ｎｍ程度形成する。
しかし、上記した下部電極２０のパターニング後の研磨により、アルカリ溶出防止膜であるＳｉＯ2膜が除去されてしまい、その結果、ソーダガラスからアルカリ成分の溶出が起こる。
上述したように、基板１０上において分離された下部電極２０同士の間の部位１１は、画素６０を封止するカバーが接着される部位であり、この部位１１にてアルカリ成分の溶出が発生すると、当該カバーの接着強度の低下を引き起こすことになる。そこで、本実施形態では、この対策として、基板１０としてソーダガラスに代えて、無アルカリガラスを用いることが必要である。
つまり、本実施形態においては、下部電極２０が、基板１０上にパターニング形成されたものである構成の場合、この基板１０は、ＮａやＫなどのアルカリ成分を含まない無アルカリガラスよりなることが好ましい。それによれば、研磨による基板１０からのアルカリ成分の溶出を回避できる。
（第３実施形態）
フルカラー有機ＥＬパネルの実現方法として、カラーフィルタと白色有機ＥＬルの組み合わせがある。本実施形態は、このようなカラーフィルタを有する有機ＥＬパネルを提供するものである。
フルカラー有機ＥＬパネルの実現方法として、カラーフィルタと白色有機ＥＬルの組み合わせがある。本実施形態は、このようなカラーフィルタを有する有機ＥＬパネルを提供するものである。
図８は、本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬパネルの要部を示す概略断面図であり、図８に示される部位以外の部分は、上記実施形態と同様である。
図８では、本実施形態の有機ＥＬパネルのうち基板１０、下部電極２０、高融点金属化合物の膜３０および基板１０と下部電極２０との間に設けられたカラーフィルタ８０およびその周辺部分の構成を示しており、有機膜４０、上部電極５０、電圧印加手段７０は省略してある。
図８に示されるように、下部電極２０は、基板１０上にパターニング形成されたものであり、下部電極２０と基板１０との間には、カラーフィルタ８０が介在している。ここで、カラーフィルタ８０は周知のように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色構成となっており、このカラーフィルタ８０の段差を埋めるためのオーバーコート層８０ａが、カラーフィルタ８０の表面を覆っている。
そして、さらに、カラーフィルタ８０と下部電極２０との間、すなわち、オーバーコート層８０ａと下部電極２０との間には、原子層成長法にて形成された膜８１が介在して設けられている。なお、この膜８１は、以下、保護膜８１ということにする。
この保護膜８１は、カラーフィルタ８０からの水分放出による非発光部の発生を防止するために設けられたもので、ＳｉＯ2膜などの低水分透過機能を有した無機膜よりなる。
ここで、この保護膜８１を、一般的なスパッタ法やＣＶＤ法によって形成した場合、水分透過能力を低くするためには、有機膜４０よりも厚いミクロンオーダーの厚さが必要となる。その結果、保護膜８１の表面の凹凸が大きくなり、その上に形成する下部電極２０の表面の凹凸も大きくなる。
そうなると、下部電極２０の上に高融点金属化合物の膜３０を形成する場合に、この高融点金属化合物の膜３０による下部電極２０の被覆性が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、この対策として、カラーフィルタ８０上の保護膜８１の表面の凹凸を小さくすべく、原子層成長法により保護膜８１を形成する。
原子層成長法を用いれば、その原理上、膜質が緻密になり、低水分透過機能が高くなるため、スパッタやＣＶＤよりも１桁以上薄い膜厚で十分である。そして、このように原子層成長法により形成された保護膜８１によれば、下地のカラーフィルタ８０と同等の表面凹凸レベルに抑制が可能である。
次に、限定するものではないが、本発明について、次に示される実施例を参照して、より具体的に述べることとする。
本例では、基板１０としてガラス基板１０を用意し、この基板１０の上に、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯからなる下部電極２０をパターニングして形成した。
その上に、高融点金属化合物の膜３０として、ＶＯｘ膜をスパッタ法により１５ｎｍ成膜し、ＩＴＯと同様にパターニング加工した。このＶＯｘ膜は、Ｖ2Ｏ5をターゲットして、基板温度２００℃程度で形成した。
その後、基板温度２００℃で、５分、ＵＶオゾン処理による前処理を行う。または、基板１０を真空チャンバーに入れ、パワーが０．４Ｗ／ｃｍ2のプラズマによって５０秒、前処理を行う。
その後、真空蒸着により、有機膜４０の形成を行う。本例では、正孔注入層４１として、銅フタロシアニンを１５ｎｍ成膜し、その上に正孔輸送層４２に、α−ナフチルフェニルベンゼンを６０ｎｍ成膜する。
さらに、発光層４３として、クマリンを１％ドープしたアルミキノリノール（Ｔｇ：１６７℃）とトリフェニルアミンＢとを１：１の比で混合したものであって、厚さ６０ｎｍにて成膜されたものを形成した。
次に、厚さ３０ｎｍのアルミキノリノールからなる電子輸送層４４を形成し、続いて、厚さ０．５ｎｍのＬｉＦなどからなる電子注入層４５を形成し、厚さ３００ｎｍのＡｌ−０．２％Ｃｕからなる上部電極５０を形成した。
そして、この有機ＥＬパネルを露点−７０℃以下の乾燥窒素雰囲気に入れ、封止用の掘り込みガラスからなるカバーに吸湿剤をつけて封止するとともに、電圧印加手段７０を取り付けた。
そして、このものについて、８０℃の高温環境での駆動テストおよび１００℃の高温保存テストを行った。ここで、駆動テストとしては、１／６４デューティにて順方向は定電流駆動で、初期輝度が２００ｃｄ／ｍ2となるように調整した。そのときの順方向パルス電圧は、１２Ｖ程度であった。順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
これら８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価したところ、両方のテストにおいて、１０００時間以上、上下電極２０、５０の短絡に至る不具合は全く発生しなかった。さらに、パネルの画素６０を詳細に評価したところ、発生したリーク画素の平均リーク電流は、２１０ｎＡであり、リーク部にＩｎやＳｎの析出は無かった。また、このＶＯｘ膜と同様の効果をＭｏＯｘやＲｕＯｘでも確認した。
（比較例１）
高融点金属化合物の膜３０としてＶＯｘ膜を形成しないこと以外は、上記実施例１と同様にして、有機ＥＬパネルを形成した。
高融点金属化合物の膜３０としてＶＯｘ膜を形成しないこと以外は、上記実施例１と同様にして、有機ＥＬパネルを形成した。
そして、上記実施例１と同様に８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価した。なお、本例では、駆動テストにおける順方向パルスの電圧は、１０Ｖ程度であり、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
本例では、両方のテストにおいて、駆動中あるいは保存中に、上下電極２０、５０の短絡が発生した。また、それ以外の１０００時間後に発生したリーク画素の平均リーク電流は１．４μＡであり、リーク部にＩｎやＳｎの析出が見られた。
上記実施例１と同様に、基板１０の上に、ＩＴＯからなる下部電極２０をパターニングして形成した後、その上に、高融点金属化合物の膜３０として、Ｇａ2Ｏ3を６％添加したＺｎＯ膜をスパッタにより１５ｎｍ成膜した。
その後、酢酸水溶液を用いてエッチングすることにより、このＺｎＯ膜を、すでにパターニングされているＩＴＯと略同一の平面形状にパターニングした。その後は、上記実施例１と同様にして、ＣｕＰｃ以降の有機膜４０、電子注入層４５、上部電極５０を形成した後、乾燥窒素中にてカバーによる封止を行った、
そして、上記実施例１と同様に８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価した。なお、本例では、駆動テストにおける順方向パルスの電圧は、１１Ｖ程度であり、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
そして、上記実施例１と同様に８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価した。なお、本例では、駆動テストにおける順方向パルスの電圧は、１１Ｖ程度であり、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
これらテスト後におけるパネルを耐久評価したところ、８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストの両方において、１０００時間以上、上下電極２０、５０の短絡に至る不具合は全く発生しなかった。さらに、パネルの画素６０を詳細に評価したところ、発生したリーク画素の平均リーク電流は、３１０ｎＡであり、リーク部にＩｎやＳｎの析出は無かった。
上記実施例１と同様に、基板１０の上に、ＩＴＯからなる下部電極２０をパターニングして形成した。
その後、本例では、ＩＴＯをアルミナを主成分とする研磨液を用いて、２０ｎｍ程度研磨した。この研磨により、ＩＴＯからなる下部電極２０のエッジ部のテーパ角度θは、４０°から１０°まで小さくなった。
続いて、研磨された下部電極２０の上に、高融点金属化合物の膜３０として、Ｇａ2Ｏ3を６％添加したＺｎＯ膜をスパッタにより１５ｎｍ成膜した。
その後、酢酸水溶液を用いてエッチングすることにより、このＺｎＯ膜を、すでにパターニングされているＩＴＯと略同一の平面形状にパターニングした。その後は、上記実施例１と同様にして、ＣｕＰｃ以降の有機膜４０、電子注入層４５、上部電極５０を形成した後、乾燥窒素中にてカバーによる封止を行った、
そして、上記実施例１と同様に８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価した。なお、本例では、駆動テストにおける順方向パルスの電圧は、１１Ｖ程度であり、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
そして、上記実施例１と同様に８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストを行い、パネルを評価した。なお、本例では、駆動テストにおける順方向パルスの電圧は、１１Ｖ程度であり、順方向パルス以外の時は、１５Ｖの逆バイアスパルスを印加した。
これらテスト後におけるパネルを耐久評価したところ、８０℃の駆動テストおよび１００℃の保存テストの両方において、１０００時間以上、上下電極２０、５０の短絡に至る不具合は全く発生しなかった。さらに、パネルの画素６０を詳細に評価したところ、発生したリーク画素の平均リーク電流は、１４０ｎＡであり、リーク部にＩｎやＳｎの析出は無かった。
以上の実施形態および実施例を参照して述べたように、本発明によれば、高温信頼性を要求される有機ＥＬパネルにおいても、欠陥の発生を無くすことができ、より具体的には、数μＡオーダのリーク電流が発生しても、リーク電流の更なる増加を防止できる。その結果、上下電極の短絡に至らず、ライン欠陥などの表示不良を防止できる。
なお、上記実施形態では、下部電極２０を正極となる第１の電極、上部電極５０を負極となる第２の電極としたが、これとは反対に、上記構成において下部電極２０を負極となる第２の電極とし、上部電極５０を正極となる第１の電極としてもよい。
その場合、たとえば、上部電極５０をＩＴＯ、下部電極２０をＡｌとして上部電極側から下部電極側へ正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層となるように構成し、第１の電極となる上部電極と有機膜との間に高融点金属化合物の膜を設ければよい。
また、上記図１に示される有機ＥＬパネル１００の構成は、あくまで一実施形態を示すものであり、たとえば、有機膜４０の積層構成は上記例に示されるようなものに限定されるものではない。
つまり、本発明は、対向して配置された一対の電極間に発光層を含む有機膜を介在させ、両電極のうち一方を正極とし他方を負極とした場合に発光し、極性を反転すると非発光となる特性を有し、駆動状態において非発光の電界を少なくとも一回以上印加する有機ＥＬパネルであるならば、適用可能である。
そして、本発明は、このような有機ＥＬパネルにおいて、発光時に正極となる第１の電極がＩｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉのうち一種類以上の融点が４１９℃よりも低い金属元素を含むものである場合に、当該第１の電極と有機膜との間に、上記した高融点金属化合物の膜を介在させるものである。
１０…基板、２０…第１の電極としての下部電極、３０…高融点金属化合物の膜、
４０…有機膜、４３…発光層、５０…第２の電極としての上部電極、６０…画素、
８０…カラーフィルタ、８１…保護膜、
θ…第１の電極におけるエッジ部のテーパ角度。
４０…有機膜、４３…発光層、５０…第２の電極としての上部電極、６０…画素、
８０…カラーフィルタ、８１…保護膜、
θ…第１の電極におけるエッジ部のテーパ角度。
Claims (8)
- 対向して配置された第１の電極（２０）および第２の電極（５０）の間に発光層（４３）を含む有機膜（４０）を介在させてなる複数個の画素（６０）と、
前記両電極（２０、５０）の間に交流電界を印加するための電圧印加手段（７０）とを備え、
前記電圧印加手段（７０）によって、前記第１の電極（２０）を正極とし前記第２の電極（５０）を負極として前記両電極（２０、５０）に対して電界を印加することで前記画素（６０）を発光させ、この発光時の電界とは極性を反転させた電界を印加することで前記画素（６０）を非発光とするとともに、これら発光および非発光が前記各画素（６０）ごとに選択される駆動において、非発光画素に対して前記非発光となる電界の印加を少なくとも一回以上行う有機ＥＬパネルにおいて、
前記第１の電極（２０）は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉのうち一種類以上の融点が４１９℃よりも低い金属元素を含むものであり、
前記有機膜（４０）と前記第１の電極（２０）との間には、主成分の金属が４１９℃以上の融点を持つ金属の酸化物、硫化物またはセレン化物よりなる膜（３０）が介在しており、
前記膜（３０）は１０ｎｍよりも厚いものであり、
前記複数個の画素（６０）の間にて電気的に分離された前記第１の電極（２０）同士の間においては、前記膜（３０）は除去されることで前記複数個の画素（６０）の間の電気的な絶縁が確保されていることを特徴とする有機ＥＬパネル。 - 前記膜（３０）における主成分の金属元素は、亜鉛、バナジウム、ルテニウム、モリブデンおよびチタンの少なくとも１種類の元素を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬパネル。
- 前記膜（３０）には、ＧａおよびはＡｌの少なくとも１種類の元素が添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬパネル。
- 前記第１の電極（２０）におけるエッジ部のテーパ角度（θ）が３０°以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の有機ＥＬパネル。
- 前記第１の電極（２０）は、基板（１０）上にパターニング形成されたものであり、この基板（１０）は無アルカリガラスよりなることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬパネル。
- 前記膜（３０）は、原子層成長法にて形成された膜であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機ＥＬパネル。
- 前記第１の電極（２０）は、基板（１０）上にパターニング形成されたものであり、
前記第１の電極（２０）と前記基板（１０）との間には、カラーフィルタ（８０）が介在しており、さらに、前記カラーフィルタ（８０）と前記第１の電極（２０）との間には、原子層成長法にて形成された膜（８１）が介在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の有機ＥＬパネル。 - 請求項４に記載の有機ＥＬパネルを製造する製造方法であって、
前記第１の電極（２０）をパターニングして形成した後に、前記第１の電極（２０）の表面を研磨し、その上に、前記膜（３０）を形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
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