JP4682651B2 - エレクトロルミネッセンス装置、電子機器 - Google Patents
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Description
このようなEL装置では、酸素や水分等に対する耐久性向上が課題となっている。例えば、有機EL装置を構成する発光素子は、無機陽極/(有機正孔注入層)/有機発光層/(電子注入層)/無機陰極からなるものであるが、特に電子を放出し易い材料特性を持つ電子注入層は、大気中に存在する水分と反応しやすく、水と反応することによって電子注入効果がなくなり、ダークスポットと呼ばれる非発光領域を形成してしまう。このような課題を解決する技術として、従来では、例えば基板上にEL素子を形成し、この基板上のEL素子を覆うように他の基板を樹脂等を介して貼り合わせ、EL素子を封止する構造が知られている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、封止基板を樹脂でベタで接着するタイプの封止構造を持つEL装置において、素子基板と封止基板との間のギャップが容易に制御でき、かつ基板の撓み、応力等が発生しにくいEL装置及びこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
この構成によれば、スペーサと凹部とが嵌合した状態で封止基板の接着が行なわれるため、接着剤硬化時のずれが防止され、アライメント精度の向上を図ることができる。
この構成によれば、スペーサにかかる応力によって発光素子がダメージを受けることはない。また、トップエミッション型の構造(前記発光素子からの発光光は、前記封止基板側から取り出される構造)に適用した場合には、開口率の低下など、表示への影響も避けられる。
この構成によれば、画素間の混色や外光反射による視認性の低下を防ぐことができる。本発明においては、封止基板と基板とのアライメントを高精度に行なうことができるため、このような構成を採用しても、遮光層と発光素子との位置ずれによる開口率の低下は殆ど生じない。
この構成によれば、色純度の高い表示が得られる。本発明においては、封止基板と基板とのアライメントを高精度に行なうことができるため、このような構成を採用しても、カラーフィルタと発光素子との位置ずれによる光のロスは殆ど生じない。
この構成によれば、各発光素子(すなわち画素)に対して蛍光変換膜を適切に選択することにより多色化が可能になる。本発明においては、封止基板と基板とのアライメントを高精度に行なうことができるため、このような構成を採用しても、蛍光変換膜と発光素子との位置ずれによるコントラストの低下は殆ど生じない。また、この構成においては、各発光素子の構成を同一とすることで、それぞれの発光素子の寿命が異なることによる色再現性の劣化等を防止することができる。
このように液相プロセスを用いることで、蒸着等の気相プロセスを用いる場合に比べて、製造コストを下げることができる。液相プロセスとしては、特に液滴吐出法を用いたプロセスが好ましい。液滴吐出法を用いることにより、スピンコート法などの他の塗布技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、基板上に配置する機能液の量や位置の制御を行ないやすいという利点がある。
この構成によれば、強度の強いスペーサを形成することができる。
この構成によれば、スペーサを形成するための別個の工程が必要なく、又、発光素子の位置に対して高い精度で形成することも可能である。
この構成によれば、強度の強い凹部を形成することができる。
この構成によれば、表示品質の高い電子機器を提供することができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る有機EL装置(有機エレクトロルミネッセンス装置)について説明する。本実施形態の有機EL装置は、発光素子を画素として基板上に配列してなる有機EL表示装置であって、接着剤を用いて封止基板をベタで接着するタイプの構造を有するものである。この有機EL装置は、トップエミッション型、ボトムエミッション型のいずれの構造でもよいが、本実施形態では例えばトップエミッション型の構造とした場合について説明する。
図1は本実施形態の有機EL装置の配線構造を示す説明図、図2は有機EL装置の平面模式図及び断面模式図、図3は有機EL装置の表示領域の断面模式図である。
図1に示すように、本実施形態の有機EL装置は、複数の走査線101と、走査線101に対して交差する方向に延びる複数の信号線102と、信号線102に対して並列する方向に延びる複数の電源線103とがそれぞれ配線された構成を有し、走査線101及び信号線102の各交点付近には画素領域Pが設けられている。
更に、画素領域Pの各々には、走査線101を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用の薄膜トランジスタ122と、このスイッチング用の薄膜トランジスタ122を介して信号線102から供給される画素信号を保持する保持容量capと、該保持容量capによって保持された画素信号がゲート電極に供給される駆動用の薄膜トランジスタ123と、この駆動用薄膜トランジスタ123を介して電源線103に電気的に接続したときに当該電源線103から駆動電流が流れ込む画素電極(電極)111と、この画素電極111と陰極(対向電極)12との間に挟み込まれた有機EL層110とが設けられている。電極111と対向電極12と有機EL層110により、発光素子が構成されている。
基板2は、基板2の中央に位置する表示領域2aと、基板2の周縁に位置して表示領域2aの外側に配置された非表示領域2bとに区画されている。表示領域2aは、マトリックス状に配置された発光素子によって形成される領域であり、有効表示領域とも言う。また、表示領域の外側に非表示領域2bが形成されている。そして、非表示領域2bには、表示領域2aに隣接するダミー表示領域2dが形成されている。
また、図2(b)に示すように、発光素子及びバンク部112からなる発光素子部11と基板2との間には回路素子部14が備えられ、この回路素子部14に前述の走査線、信号線、保持容量、スイッチング用の薄膜トランジスタ、駆動用の薄膜トランジスタ123等が備えられている。
また、陰極12は、その一端が基板2上に形成された陰極用配線12aに接続しており、この配線の一端部12bがフレキシブル基板5上の配線5aに接続されている。また、配線5aは、フレキシブル基板5上に備えられた駆動IC6(駆動回路)に接続されている。
また、表示領域2aの図2(a)中両側には、前述の走査側駆動回路105、105が配置されている。この走査側駆動回路105、105はダミー領域2dの下側の回路素子部14内に設けられている。更に回路素子部14内には、走査側駆動回路105、105に接続される駆動回路用制御信号配線105aと駆動回路用電源配線105bとが設けられている。
更に表示領域2aの図2(a)中上側には検査回路106が配置されている。この検査回路106により、製造途中や出荷時の表示装置の品質、欠陥の検査を行うことができる。
この封止部3は、少なくとも発光素子部11上にある陰極12をほぼ覆うように形成されており、陰極12及び発光層を含む機能層に対する水又は酸素の侵入を防いで、陰極12または発光層の酸化を防止する。
尚、封止基板3bは、封止樹脂3aに接合されて封止樹脂3aを保護するものであり、ガラス板、金属板若しくは樹脂板のいずれかであることが好ましい。トップエミッション型の構造においては、発光光を封止基板3b側から取り出すため、封止基板3bはガラス等の透光性の基板を用いることが必須である。
正孔注入/輸送層110aは、発光層110bに正孔を注入する機能を有するとともに、正孔注入/輸送層110a内部において正孔を輸送する機能を有する。このような正孔注入/輸送層110aを画素電極111と発光層110bの間に設けることにより、発光層110bの発光効率、寿命等の素子特性が向上する。また、発光層110bでは、正孔注入/輸送層110aから注入された正孔と、陰極12から注入される電子が発光層で再結合し、発光が行われる。
これにより、画素電極111からの電流が平坦部112a1のみに流れ、正孔を平坦部112a1から発光層110bに均一に輸送させることができ、発光層110bの中央部分のみを発光させることができるとともに、発光層110bにおける発光量を一定にすることができる。
また、無機物バンク層112aが有機物バンク層112bよりも画素電極111の中央側に更に延出されているので、この無機物バンク層112aによって画素電極111と平坦部110a1との接合部分の形状をトリミングすることができ、各発光層110b間の発光強度のばらつきを抑えることができる。
また、発光層110bの材料としては、例えば、(ポリ)パラフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、またはこれらの高分子材料にルブレン、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、キナクリドン等をドープして用いることができる。
図4に示すように、スペーサ31と凹部12Aは、バンク112の上面112f、すなわち画素Pと画素Pとの間の非画素領域部分に配置されている。この図の例では、ドット状の凹部12Aが画素間の中央部において画素Pの長辺方向に一定のピッチで規則的に配列されているが、凹部12Aは必ずしもこの配列で形成されている必要はない。例えば、凹部12Aを画素間の中央部において画素Pの短辺方向に規則的に配列させてもよい。また、凹部12Aは必ずしもドット状に形成する必要はなく、ストライプ状の溝又は画素Pの周囲を囲む格子状の溝として形成してもよい。この場合、封止基板3bのスペーサ31は、凹部12Aの形状に合わせた形状とする必要がある。
次に、上記有機EL装置1を製造する方法について図面を参照して説明する。
本実施形態の製造方法は、(1)バンク部形成工程、(2)正孔注入/輸送層形成工程、(3)発光層形成工程、(4)陰極形成工程及び(5)封止工程等を有する。なお、ここで説明する製造方法は一例であって、必要に応じてその他の工程が追加されたり、上記の工程の一部が除かれたりする。
なお、(2)正孔注入/輸送層形成工程、(3)発光層形成工程は、液滴吐出装置を用いた液体吐出法(インクジェット法)を用いて行われる。
バンク部形成工程では、基板2の所定位置にバンク部112を形成する。バンク部112は、第1のバンク層として無機物バンク層112aが形成され、第2のバンク層として有機物バンク層112bが形成された構造を有している。
まず、図5に示すように、基板上の所定位置に無機物バンク層112aを形成する。無機物バンク層112aが形成される位置は、第2層間絶縁膜144b及び画素電極111上である。なお、第2層間絶縁膜144bは薄膜トランジスタ、走査線、信号線、等が配置された回路素子部14上に形成されている。無機物バンク層112aは、例えば、SiO2、TiO2等の無機物材料にて構成することができる。これらの材料は、例えばCVD法、コート法、スパッタ法、蒸着法等によって形成される。更に、無機物バンク層112aの膜厚は50nm〜200nmの範囲が好ましく、特に150nmがよい。
次に、第2のバンク層としての有機物バンク層112bを形成する。
具体的には、図5に示すように、無機物バンク層112a上に有機物バンク層112bを形成する。有機物バンク層112bを構成する材料として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性、耐溶剤性を有する材料を用いる。これらの材料を用い、有機物バンク層112bをフォトリソグラフィ技術等によりパターニングして形成される。なお、パターニングする際、有機物バンク層112bに上部開口部112dを形成する。上部開口部112dは、電極面111a及び下部開口部112cに対応する位置に設けられ、全画素共通のパターンを有して形成するものとする。また、有機物バンク層112bをパターニングする際に、バンク上面112fに凹部150を形成する。この凹部150は画素間の中央部に対応する位置に設けられるものとする。凹部150の深さは、上部開口部112dと同じ深さ(すなわち無機物バンク層112aに達する深さ)でもよく、上部開口部112dよりも浅い深さ(すなわち無機物バンク層112aに達しない程度の深さ)でもよい。凹部150を浅く形成する場合には、例えば、上部開口部112dのパターニングにおいて露光条件を変更して2度露光すればよい。
これにより、無機物バンク層112aの下部開口部112cを囲む第1積層部112eが、有機物バンク層112bよりも画素電極111の中央側に突出された形になる。このようにして、有機物バンク層112bに形成された上部開口部112d、無機物バンク層112aに形成された下部開口部112cを連通させることにより、無機物バンク層112a及び有機物バンク層112bを貫通する開口部112gが形成される。
すなわち、厚さが0.1μm未満では、後述する正孔注入/輸送層及び発光層の合計厚より有機物バンク層112bが薄くなり、発光層110bが上部開口部112dから溢れてしまうおそれがあるので好ましくない。また、厚さが3.5μmを越えると、上部開口部112dによる段差が大きくなり、上部開口部112dにおける陰極12のステップカバレッジが確保できなくなるので好ましくない。また、有機物バンク層112bの厚さを2μm以上とすれば、陰極12と駆動用の薄膜トランジスタ123との絶縁を高めることができる点で好ましい。
まず、画素電極111の表面処理は、酸素ガスを用いたO2プラズマ処理により行うことができ、例えばプラズマパワー100kW〜800kW、酸素ガス流量50ml/min〜100ml/min、板搬送速度0.5mm/sec〜10mm/sec、基板温度70℃〜90℃の条件で処理することで、画素電極111表面を含む領域を親液化することができる。また、このO2プラズマ処理により画素電極111表面の洗浄、及び仕事関数の調整も同時に行われる。
次いで、バンク部112の表面処理は、テトラフルオロメタンを用いたCF4プラズマ処理により行うことができ、例えばプラズマパワー100kW〜800kW、テトラフルオロメタンガス流量50ml/min〜100ml/min、基板搬送速度0.5mm/sec〜10mm/sec、基板温度70℃〜90℃の条件で処理することで、バンク部112の上部開口部112d及び上面112fを撥液化することができる。
次に発光素子形成工程では、まず画素電極111上に正孔注入/輸送層を形成する。
正孔注入/輸送層形成工程では、液滴吐出装置として例えばインクジェット装置を用いることにより、正孔注入/輸送層形成材料を含む液状組成物を電極面111a上に吐出する。その後に乾燥処理及び熱処理を行い、画素電極111上及び無機物バンク層112a上に正孔注入/輸送層110aを形成する。なお、ここで、正孔注入/輸送層110aは第1積層部112e上に形成されないこともあり、つまり画素電極111上にのみ正孔注入/輸送層が形成される形態もある。
図14中、符号H7は前記のインクジェットヘッドH1を支持する支持基板であり、この支持基板H7上に複数のインクジェットヘッドH1が備えられている。
インクジェットヘッドH1のインク吐出面(基板との対向面)には、ヘッドの長さ方向に沿って列状に、且つヘッドの幅方向に間隔をあけて2列で吐出ノズルが複数(例えば、1列180ノズル、合計360ノズル)設けられている。また、このインクジェットヘッドH1は、吐出ノズルを基板側に向けるとともに、X軸(またはY軸)に対して所定角度傾いた状態で略X軸方向に沿って列状に、且つY方向に所定間隔をあけて2列に配列された状態で平面視略矩形状の支持板20に複数(図14では1列6個、合計12個)位置決めされて支持されている。
発光層形成工程は、発光層形成材料吐出工程及び乾燥工程とからなる。
前述の正孔注入/輸送層形成工程と同様、インクジェット法により発光層形成用の液状組成物を正孔注入/輸送層110a上に吐出する。その後、吐出した液状組成物を乾燥処理(及び熱処理)して、正孔注入/輸送層110a上に発光層110bを形成する。
図示の通り、インクジェットヘッドH5と基板2とを相対的に移動し、インクジェットヘッドに形成された吐出ノズルH6から各色(例えばここでは青色(B))発光層形成材料を含有する液状組成物が吐出される。
吐出の際には、下部、上部開口部112c、112d内に位置する正孔注入/輸送層110aに吐出ノズルを対向させ、インクジェットヘッドH5と基板2とを相対移動させながら液状組成物が吐出される。吐出ノズルH6から吐出される液量は1滴当たりの液量が制御されている。このように液量が制御された液(液状組成物滴110e)が吐出ノズルから吐出され、この液状組成物滴110eを正孔注入/輸送層110a上に吐出する。
このようにして、画素電極111上に正孔注入/輸送層110a及び発光層110bが形成される。
発光層形成工程では、正孔注入/輸送層110aの再溶解を防止するために、発光層形成の際に用いる液状組成物の溶媒として、正孔注入/輸送層110aに対して不溶な溶媒を用いるものとするのが好ましい。しかし、その一方で正孔注入/輸送層110aは、溶媒に対する親和性が低いため、溶媒を含む液状組成物を正孔注入/輸送層110a上に吐出しても、正孔注入/輸送層110aと発光層110bとを密着させることができなくなるか、あるいは発光層110bを均一に塗布できないおそれがある。そこで、溶媒ならびに発光層形成材料に対する正孔注入/輸送層110aの表面の親和性を高めるために、発光層形成の前に表面改質工程を行うことが好ましい。
次に、図11に示すように、画素電極(陽極)111と対をなす陰極12を形成する。即ち、各色発光層110b及び有機物バンク層112bを含む基板2上の領域全面に、例えばITO等からなる透明な陰極12を形成する。これにより、各色発光層110bの形成領域全体に、陰極12が積層され、赤色、緑色、青色の各色に対応する発光素子がそれぞれ形成される。
陰極12は、例えば蒸着法、スパッタ法、CVD法等で形成することが好ましく、特に蒸着法で形成することが、熱による発光層110bの損傷を防止できる点で好ましい。
最後に、基板2において発光素子部11が設けられた側の面に封止樹脂3aを介して封止基板3bを接合し、発光素子部11を封止する。
ここではまず、図12に示すように、ガラス等からなる封止基板3bの表面に凸状のスペーサ31を形成する。このスペーサ31は、封止基板3bの表面にレジストを塗布し、これをパターニングすることにより形成してもよいし、封止基板3bの表面を直接エッチングすることにより形成しても良い。基板表面をエッチングした場合には、スペーサ31が封止基板3bと一体に形成されることから、強度の強いスペーサ31が形成される。なお、スペーサ31は、表示への影響を避けるために、基板2の非画素領域に配置されるようにする。
以下、本発明の第2実施形態に係る有機EL装置について説明する。
本実施形態の有機EL装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、異なるのは封止基板3bにカラーフィルタを設けた点のみである。よって、以下では、有機EL装置自体の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図16に示すように、本実施形態の有機EL装置には、封止基板3bの表面にカラーフィルタ35が設けられている。このカラーフィルタ35には、赤色用、緑色用、青色用の各画素Pに対してそれぞれ赤色着色層35R、緑色着色層35G、青色着色層35Bが設けられており、各着色層35R,35G,35Bの間にはブラックマトリクス(遮光層)BMが設けられている。ブラックマトリクスBMは、基板2の非画素領域に対応してストライプ状に設けられており、このブラックマトリクスBMの上に凸状のスペーサ31が設けられている。そして、このスペーサ31と基板2に設けられた凹部12Aとを嵌合させることで封止基板3bの位置決めが行なわれている。なお、ブラックマトリクスBMは、非画素領域に対応して格子状に設けてもよい。
以下、本発明の第3実施形態に係る有機EL装置について説明する。
本実施形態の有機EL装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、異なるのは、各画素Pの発光層110bを同じ材料(例えば青色発光材料)によって形成した点と、封止基板3bに発光層110bからの光を所定の色光に変換する蛍光変換膜を設けた点のみである。よって、以下では、有機EL装置自体の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図17に示すように、本実施形態の有機EL装置には、封止基板3bの表面に蛍光変換膜36(36R,36G,36B)が設けられている。この蛍光変換膜36は、赤色用、緑色用、青色用の各画素Pに対してそれぞれ赤色蛍光変換膜36R、緑色蛍光変換膜36G、青色蛍光変換膜36Bが設けられている。この蛍光変換膜としては、特開平11−251059号公報や特開平11−54273号公報等に開示されているような公知の材料を用いることができる。また、各蛍光変換膜36R,36G,36Bの間には、ブラックマトリクス(遮光層)BMが設けられている。ブラックマトリクスBMは、基板2の非画素領域に対応してストライプ状に設けられており、このブラックマトリクスBMの上に凸状のスペーサ31が設けられている。そして、このスペーサ31と基板2に設けられた凹部12Aとを嵌合させることで封止基板3bの位置決めが行なわれている。なお、ブラックマトリクスBMは、非画素領域に対応して格子状に設けてもよい。
以下、本発明の第4実施形態に係る有機EL装置について説明する。
本実施形態の有機EL装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、異なるのはスペーサを形成する基板と凹部を形成する基板とを相互に入れ換えた点のみである。よって、以下では、有機EL装置自体の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図18に示すように、本実施形態の有機EL装置においては、基板2に凸状のスペーサ112Aが設けられており、封止基板3aにおいてスペーサ112Aの先端部が突き当たる突き当て部分に嵌合用の凹部3Aが設けられている。スペーサ112Aと凹部3Aは、バンク部112の上面112f、すなわち画素Pと画素Pとの間の非画素領域部分に配置されている。この図の例では、ドット状の凹部3Aが画素間の中央部において画素Pの長辺方向に一定のピッチで規則的に配列されているが、凹部3Aは必ずしもこの配列で形成されている必要はない。例えば、凹部3Aを画素間の中央部において画素Pの短辺方向に規則的に配列させてもよい。また、凹部3Aは必ずしもドット状に形成する必要はなく、ストライプ状の溝又は画素Pの周囲を囲む格子状の溝として形成してもよい。この場合、基板2のスペーサ112Aは、凹部3Aの形状に合わせた形状とする必要がある。
図19は、本発明に係る電子機器の一実施形態を示している。本実施形態の電子機器は、上述した有機EL装置を表示手段として備えている。ここでは、携帯電話の一例を斜視図で示しており、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上記の有機EL装置1を用いた表示部を示している。このように本実施形態に係る有機EL装置を表示手段として備える電子機器では、良好な発光特性を得ることができる。
例えば、上記実施形態では、トップエミッション型の有機EL装置について説明したが、本発明はこれに限らず、ボトムエミッション型の有機EL装置或いは無機EL装置に本発明を適用することも可能である。
Claims (2)
- 画素領域部分に形成された複数の発光素子及び非画素領域部分に形成され前記発光素子を区画する隔壁を備えた基板と、
前記基板の前記発光素子が設けられた側の面に接着層を介して設けられ、前記発光素子からの発光光を取り出す封止基板とを備え、
前記封止基板には、遮光層、カラーフィルタ及び蛍光変換膜が設けられ、
前記発光素子は、前記隔壁によって区画された領域に機能液を配置することにより形成され、
前記隔壁は、前記基板側に位置し親液性に表面処理された無機物バンク層と、該無機物バンク層上に積層され上面が撥液性に表面処理された有機物バンク層とを備え、
前記封止基板の表面の前記隔壁に対応する位置に前記封止基板をエッチングすることにより凸状のスペーサを形成し、
前記有機物バンク層の前記上面に前記スペーサの先端部を突き当てた状態で嵌合する嵌合用の凹部を形成したことを特徴とする、エレクトロルミネッセンス装置。 - 請求項1に記載のエレクトロルミネッセンス装置を備えることを特徴とする、電子機器。
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