JP5183716B2

JP5183716B2 - 発光装置

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Publication number: JP5183716B2
Application number: JP2010248980A
Authority: JP
Inventors: 順也玉木; 拓郎山▲崎▼; 陽次郎松田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: JP2011150999A; US20110148831A1; US8866704B2

Description

本発明は、発光装置、特に有機ＥＬ素子を備える発光装置の製造方法に関する。

近年、有機ＥＬ素子を複数用いた発光装置、あるいは表示装置が盛んに研究開発されている。そして、有機ＥＬ素子を駆動するための薄膜トランジスタ等を設けたアクティブマトリクス型の発光装置は、高精細かつ高品質の表示を実現できることから広く研究されている。アクティブマトリクス型の発光装置は、一般的に、基板上の薄膜トランジスタ等の駆動回路を覆う状態で樹脂からなる平坦化層が設けられ、その平坦化層の上に、下部電極、発光層を含む有機化合物層、上部電極が積層された複数の有機ＥＬ素子が形成されている。複数の有機ＥＬ素子は、樹脂からなる隔壁によって区画され、各有機ＥＬ素子の下部電極は、それぞれ異なるコンタクト部を介して駆動回路と電気的に接続されている。また、有機化合物層の上部にある上部電極は、複数の有機ＥＬ素子に共通で設けられ、複数の有機ＥＬ素子が配列された発光領域より外側にある外部領域に設けられるコンタクト部を介して、外部領域にある駆動回路と電気的に接続されている。また、外部領域にある駆動回路の上には、平坦化層形成後の製造工程で発生するダメージを抑制するように樹脂層が形成されている。そして、外部領域に設けられるコンタクト部においては、樹脂層と平坦化層、樹脂層と隔壁とは、基板の面内方向で分離された構成となっている。

有機ＥＬ素子には、水分や酸素に弱いという課題がある。この水分や酸素から有機ＥＬ素子を保護するために、有機ＥＬ素子の形成後、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等の高エネルギー成膜手法を用いて保護層を形成する技術が知られている。しかし、このような高エネルギー成膜手法で保護層を形成すると、有機ＥＬ素子の有機化合物層がダメージを受ける場合がある。この課題に対し、特許文献１では、上部電極の上に銅フタロシアニン誘導体やアルミキノリノール錯体等の有機化合物層を含む第１保護層が形成され、その上にスパッタリング法等で形成される無機材料を主とする第２保護層が配置される構成が開示されている。

上述した一般的なアクティブマトリクス型の発光装置において、特許文献１の構成を採用すると、外部領域にある駆動回路の上にある樹脂層と有機化合物を有する第１保護層とが直接接する構成になる場合がある。というのも、上部電極は、その形成時の形成精度を考慮して、コンタクト部よりも大きく形成され、樹脂層の上にまで形成される。そして、第１保護層は樹脂層が直接接する構成となる場合がある。一方、樹脂は水分やガスを吸着しやすく、その内部に水分やガスが残存しやすく、また、有機化合物も水分やガスを吸着しやすい。このため、コンタクト部において分離された樹脂層から有機化合物を含む第１保護層を介して、水分やガスが発光領域にまで伝達する経路ができ、発光領域にある有機ＥＬ素子が劣化してしまうという問題が生じる。

一方、有機ＥＬ素子の他の課題として発光効率の向上が挙げられる。この課題に対して、特許文献２では、有機ＥＬ素子の上部に有機キャッピング層を蒸着法で形成し、その屈折率あるいは膜厚を制御することで、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させている。特許文献２の構成であっても、外部領域にある駆動回路の上にある樹脂層と有機キャッピング層とが直接接する構成となる場合には、上述した問題が生じてしまう。

特開２００６−２２８５７０号公報特開２００６−１５６３９０号公報

本発明は、有機ＥＬ素子上にキャップ層を有する発光装置において、外部領域にある樹脂層から発光領域への水分やガスの伝達が抑制される発光装置を提供する。

本発明は、複数の画素が配列される発光領域と前記発光領域の外側にある外部領域とを有する基板と、前記基板の上にある駆動回路と、前記駆動回路の上部を平坦化するための平坦化層と、前記平坦化層の上にある第１電極と、前記第１電極を前記画素ごとに区画するための隔壁と、前記第１電極の上にある有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記隔壁の上に前記発光領域に渡って配置される第２電極と、前記第２電極の上に配置させるキャップ層と、前記外部領域にあり、前記平坦化層と前記隔壁から離間領域を介して離間されている樹脂層と、を有し、前記キャップ層の形成端は、前記第２電極の形成端よりも発光領域側にあることを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子上にキャップ層を有する発光装置において、外部領域にある樹脂層から発光領域への水分やガスの伝達が抑制される。

本発明の発光装置の概略図本発明の発光装置の製造方法を説明する概略図

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、図面上、各部材を認識可能な大きさとしたため、図面の縮尺は実際とは異なる。

図１は本発明の発光装置の概略図である。図１（ａ）は、本発明の発光装置の概略斜視図である。本発明の発光装置は、複数の画素１６が配列される発光領域１７とその外側にある外部領域１８を有している。そして、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂに沿った概略断面図である。本発明の発光装置は、発光領域１７と外部領域１８を有する基板１０と、基板１０の上にある駆動回路１１０とを有している。そして、発光領域１７の駆動回路１１０の上には、駆動回路１１０の上部を平坦化するための平坦化層１２があり、平坦化層１２の上には第１電極２１が配置されている。また、平坦化層１２の上に、第１電極２１を画素１６ごとに区画するための隔壁１３が配置されている。第１電極２１の上には少なくとも発光層を有する有機化合物層２２が配置され、有機化合物層２２及び隔壁１３の上に発光領域１７全域に渡って第２電極２３が配置されている。第１電極２１と有機化合物層２２と第２電極２３によって有機ＥＬ素子が構成されている。そして、第２電極２３（有機ＥＬ素子）の上にキャップ層２４が配置されている。キャップ層２４は、キャップ層２４の形成端２４１が発光領域１７の外側に配置されるよう形成されている。

さらに、第２電極２３は、外部領域１８にある駆動回路１１０とコンタクト部１５（離間領域２０）を介して（詳しくは、コンタクト部１５内の金属層２６を介して）電気的に接続されるように、発光領域１７からコンタクト部１５にかけて配置されている。図１（ｂ）では、平坦化層１２と隔壁１３の開口部が基板面内方向において重なる位置に設けられている構成を示したが、異なる位置に設けられていてもよい。この場合、金属層２６は、図１（ｂ）と同様に平坦化層１２の開口部を被覆し、更に金属層２６の少なくとも一部が、隔壁１３の開口部と基板面内方向において重なる位置になるよう設けられる。これにより、第２電極２３は金属層２６を介して駆動回路１１０と電気的に接続される。

なお、発光領域１７は、区画された画素が複数配列された領域で、複数の画素と画素に挟まれている領域とからなる。また画素とは、基板に垂直な方向で、有機化合物層が第１電極と第２電極とに直接接して挟まれる領域である。

また、第１電極２１はコンタクト部１４を介して発光領域１７にある駆動回路１１０の一部と電気的に接続されている。外部領域１８の駆動回路１１０の上には、それを保護するために樹脂層１９が形成されている。樹脂層１９は、基板１０の面内方向において、平坦化層１２と隔壁１３とから、コンタクト部１５（離間領域２０）を介して離間されている。

なお、本発明において、キャップ層２４としては、公知の有機化合物材料を用いることができ、特に、有機化合物層２２に用いるものと同一の材料を用いることができ、真空加熱蒸着法で形成することができる。また、キャップ層２４としては、真空蒸着法で形成可能な、フッ化リチウム等を用いることができる。キャップ層２４には、膜厚或いは材料の屈折率を調整することによって、光干渉層としての機能を付加することができ、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させることができる。また、図１（ｂ）に示すように、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などの高エネルギー成膜手法を用いて保護層２５を形成する場合のダメージ緩和層の機能を付加してもよい。また、光干渉層とダメージ緩和層の両方の機能を持たせてもよい。キャップ層２４を光干渉層として用いる場合には、低屈折率材料を用いることが望ましい。低屈折率材料としてはフッ化リチウムを用いることができる。キャップ層２４の膜厚は、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。また、キャップ層２４は複数の異なる材料からなる層を積層した層であってもよい。一般的に、ダメージ緩和層や光干渉層に適する有機化合物材料やフッ化リチウムは、水分を吸収しやすい材料である。

このため、本発明の発光装置では、キャップ層２４の形成端２４１が樹脂層１９に接しないように第２電極２３の形成端２３１よりも発光領域側に配置されるようにキャップ層２４が形成されている。この構成により、樹脂層１９に内在する水分やガスが、キャップ層２４を介して外部領域１８から発光領域１７まで伝達し、有機ＥＬ素子の第２電極２３の異物等による欠陥部から有機ＥＬ素子内に浸入するのが抑制され、有機ＥＬ素子の劣化が抑制される。

以下に、本実施形態の発光装置の製造方法を図２を用いて説明する。図２に示す断面図は、図１（ｂ）に示す断面図と等しい領域を表す断面図である。まず、図２（ａ）に示すように、基板１０上に駆動回路１１０が形成される。駆動回路１１０は、Ａｌなどの金属配線、ポリシリコン或いはアモルファスシリコンなどを用いたＴＦＴ等で構成されている。ＴＦＴ等は、公知のプロセスを用いて形成することができる。

次に、駆動回路１１０上に平坦化層１２が形成される。平坦化層１２は、ＳｉＮ、ＳｉＯなどの無機膜、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂膜を材料として用いることができ、スパッタリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法などで形成される。特に、トップエミッション型でかつ、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ素子を用いる場合には、平坦化層は樹脂膜を用いることが望ましく、その膜厚は１μｍ以上とすることが望ましい。また、外部領域１８にある駆動回路１１０を覆うように、平坦化層と同じ工程、同じ材料で、樹脂層１９の一部または全部が形成されていてもよい。この構成により、駆動回路１１０への発光装置の形成時ダメージを低減することができる。

次に、平坦化層１２にコンタクト部１４、コンタクト部１５（離間領域２０）が形成される。コンタクト部は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成される。

次に、平坦化層１２上に第１電極２１が形成される。第１電極２１は、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属或いはそれらの合金からなる金属膜をスパッタリング法などで成膜し、フォトリソグラフィー法などでパターニングすることで形成される。金属膜の膜厚は、その表面での反射率が、可視光領域（波長４００ｎｍ乃至７８０ｎｍ）において４０％以上となるように、５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、第１電極２１は、上記の金属膜の上に、酸化インジウム錫や酸化インジウム亜鉛等の透明酸化物導電膜を積層する構成であってもよい。なお、透明とは、可視光領域において、光透過率が４０％以上であることをいう。第１電極２１は、発光領域１７内にあるコンタクト部１４を介して駆動回路１１０の一部と電気的に接続される。このとき、外部領域１８にあるコンタクト部１５に第１電極２１と同じ工程、同じ材料で金属層２６が形成されている。この金属層２６は、第１電極２１のパターニング時に、駆動回路１１０が損傷することを低減している。

次に、コンタクト部１４を覆い、第１電極２１上に開口部を設けるように、隔壁１３が形成される。隔壁１３は、上述した平坦化層１２と同様の材料、製法を用いることができ、樹脂膜を用いることが望ましい。また、この隔壁１３が第１電極２１のエッジ部分を覆うことにより、第１電極２１と発光領域１７全域に形成される第２電極とがショートされるのを防ぐことができる。また、外部領域１８にある駆動回路１１０を覆うように、隔壁１３と同じ工程、同じ材料で、樹脂層１９の一部または全部が形成されていてもよい。この構成により、駆動回路１１０への発光装置の形成時ダメージを低減することができる。

隔壁１３には、外部領域１８にある樹脂層１９と発光領域１７にある隔壁１３とを離間するコンタクト部１５（離間領域２０）が形成される。隔壁１３の第１電極２１上の開口部、及びコンタクト部１５は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成される。

次に、第１電極２１上に、少なくとも発光層を含む有機化合物層２２を形成する。有機化合物層２２は、公知の材料を用いてマスク蒸着法、インクジェット法などで形成することができる。有機化合物層２２は、発光層の他に、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、その他の有機機能層を含んでいてもよい。なお、図１（ｂ）、図２において、有機化合物層２２は隣の画素と連続しているが、隣の画素どうしが異なる発光色の場合には、少なくとも発光層は連続しないように形成する必要がある。例えば、発光層の成膜をマスク蒸着法で行う場合には、発光層の成膜領域を、画素に対応した領域に開口部を設けたシャドーマスクを用いて規定することができる。

ここで、有機化合物層２２は外部領域１８にあるコンタクト部１５にまで至らないように、その形成端２２１がコンタクト部１５よりも発光領域側の位置に形成されている。この構成により、後に形成される第２電極２３とコンタクト部１５内の金属層２６とが接続し、第２電極２３と駆動回路１１０とがコンタクト部１５を介して電気的に接続されている。

次に、図２（ｂ）に示すように、有機化合物層２２及び隔壁１３の上に第２電極２３が形成される。第２電極２３は、酸化インジウム錫や酸化インジウム亜鉛等の透明酸化物導電膜、或いはＡｌ、Ａｇなどの金属或いは合金からなる金属材料を膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成される金属膜を用いることができる。そして、また、第２電極２３は、スパッタリング法、真空蒸着法などで形成される。そして、第２電極２３は、発光領域１７の外の外部領域１８で、コンタクト部１５を介して駆動回路１１０と電気的に接続されるように形成される。このため、第２電極２３の成膜領域は、発光領域１７全域からコンタクト部１５を覆うまでの領域である。図２（ｂ）においては、第２電極２３の形成端２３１は樹脂層１９の上にまで形成されているが、必ずしも樹脂層１９の上にまで設ける必要はなく、第２電極２３は少なくともコンタクト部１５で金属層２６と直接接することにより、駆動回路１１０と導通していればよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、第２電極２３の上にキャップ層２４が、シャドーマスクを用いたマスク蒸着法で、第２電極２３の形成端２３１よりも発光領域１７側に形成される。このとき、図２（ｃ）に示すように、マスク３は、コンタクト部１５（離間領域２０）の発光領域側にある隔壁１３の側面の上部端１５１（２０１）よりも発光領域１７側にある第２電極２３から、基板１０の面内方向において発光領域１７側とは反対側に離間して配置される。そしてその状態で、キャップ層２４が形成される。このため、第２電極２３の、駆動回路１１０からコンタクト部１５を介して発光領域１７までにある第２電極２３とマスク３とが接触することがない。よって、第２電極２３の損傷を低減することができ、駆動回路１１０と発光領域１７にある第２電極２３との電気的な接続を良好に行うことができる。これは、キャップ層２４の形成端２４１と第２電極２３の形成端２３１がコンタクト部１５（離間領域２０）の発光領域側にある隔壁１３の側面の上部端１５１（２０１）よりも外側にある構成となることから検証可能である。

マスクの配置位置は、コンタクト部１５の発光領域１７側にある隔壁１３の側面の上部端１５１よりも発光領域１７側にある第２電極２３から、基板１０に垂直な方向に離間する位置でもよい。または、マスクの配置位置は、コンタクト部１５の発光領域１７側にある隔壁１３の側面の上部端１５１から基板１０の面内方向において発光領域１７側とは反対側に離間する位置であればよい。さらに、マスクの配置位置は、それらの両方を満たす位置であってもよい。図２（ｃ）においては、マスク３は、コンタクト部１５の発光領域１７側にある隔壁１３の側面の上部端１５１よりも発光領域１７側にある第２電極２３から基板１０の面内方向において発光領域１７側とは反対側に離間して配置されている。さらに、マスク３は、樹脂層１９上の第２電極２３と基板１０の面内方向にて重なる位置にて、基板１０の垂直方向に近接して配置されている。この構成により、キャップ層２４の形成端２４１を制御することが可能となる。図２（ｃ）において、マスク３が樹脂層１９上の第２電極２３から基板１０の垂直方向に離間して配置されている場合には、キャップ層２４の形成端２４１は、発光領域１７からより離れた位置まで形成されてしまう。このため、発光装置の額縁が大きくなり、発光装置を小型化する場合には望ましくない。

さらに、図２（ｃ）のようにマスク３を樹脂層１９上の第２電極２３と基板１０の面内方向にて重なる位置にて、基板１０の垂直方向に近接して配置することで、キャップ層２４の形成端２４１が第２電極２３の形成端２３１よりも発光領域側に配置されるように制御することが可能となる。このため、樹脂層１９とキャップ層２４が接触することがなく、樹脂層１９に内在する水分やガスが発光領域１７にまで伝達されることを抑制できる。

また、本発明の発光装置において、図１（ｂ）で示すようにキャップ層２４の上に、有機ＥＬ素子を水分や酸素から保護するための保護層２５が形成されていても形成されていなくてもよい。また、保護層２５としてはＳｉＮ等の無機材料からなる無機層が好ましい。保護層２５の構成として、無機層の単層構成であってもよいし、無機層と有機樹脂等からなる有機層とが積層された構成であってもよい。この積層構成としては、無機層の上層に有機層が形成され、さらにその上に無機層が形成される構成でもよい。この無機層は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等の手法により形成するのが、防湿性の面から好ましい。

また、図１（ｂ）で示すように、保護層２５を設ける発光装置においては、コンタクト部１５（離間領域２０）の発光領域１７側にある平坦化層１２の側面の下部端１５２（２０２）よりも外側に、キャップ層２４の形成端２４１と第２電極２３の形成端２３１があることが好ましい。この構成ではない場合には、平坦化層１２と隔壁１３の形成されている領域の第２電極２３上に保護層２５が接して形成されてしまう。通常、第２電極２３の表面は、第２電極２３上の異物や有機ＥＬ素子内の異物等によって、凹凸があり、この上に直接、保護層２５を上記の方法で形成すると、保護層２５内に欠陥ができやすい。そして、この欠陥を通して外部からの水分やガスが、平坦化層１２や隔壁１３を通して発光領域１７内の有機ＥＬ素子にまで侵入してしまう。この問題を低減するために、キャップ層２４は、なるべく広い領域を覆うことが望ましいが、少なくとも上記の構成の場合であれば低減できる。なぜなら、少なくとも平坦化層１２や隔壁１３の上の保護層２５に欠陥が生じにくくなり、平坦化層１２や隔壁１３に水分やガスが侵入することが抑制されるからである。さらに、キャップ層２４は、コンタクト部１５を超えて、樹脂層１９の上まで形成されていることが好ましい。ただし、その形成端２４１は、第２電極２３の形成端２３１よりも発光領域１７側にある。

また、外部領域１８にある樹脂層１９は、発光領域１７の周囲に配置されていてもよいし、発光領域の１辺にのみ設けられていてもよいが、外部領域１８にある駆動回路１１０上を覆う位置に配置されていればよい。発光装置に内在する水分量の絶対量を減らすために、外部領域１８にある駆動回路１１０上にのみ配置される構成が望ましい。

また、コンタクト部１５は、外部領域１８にある樹脂層１９と発光領域１７にある平坦化層１２と隔壁１３とを一部で離間するように形成されていてもよいし、完全に分離するように形成されていてもよい。後者の構成の場合には、樹脂層１９に内在する水分あるいは樹脂層１９に浸入する水分が平坦化層１２と隔壁１３に拡散するのを防ぐことができる。

上述した構成は、離間領域２０に第２電極２３と電気的に接続する駆動回路１１０が配置されている構成について説明したがこれに限られるものではない。図１（ｃ）に示すように、コンタクト部１５とは別に、コンタクト部１５よりも発光領域側に、外部領域１８にある樹脂層１９と発光領域１７にある平坦化層１２と隔壁１３とを離間する離間領域２０を設ける構成であってもよい。この構成の場合には、平坦化層１２と隔壁１３は、外部領域１８にある樹脂層１９から、離間領域２０によって離間される。

このため、樹脂層１９に内在する水分あるいは樹脂層１９に浸入する水分が平坦化層１２と隔壁１３に拡散するのを防ぐことができる。離間領域２０は、外部領域１８にある樹脂層１９と発光領域１７にある平坦化層１２と隔壁１３とを完全に分離するように形成するのが望ましい。

図１（ｃ）においても、キャップ層２４の形成端２４１は、第２電極２３の形成端２３１よりも発光領域側に配置されている。この構成においても、離間領域２０の発光領域１７側にある平坦化層１２の側面の下部端２０２よりも外側にキャップ層２４の形成端２４１があることが好ましい。さらに、キャップ層２４の形成端２４１は、コンタクト部１５の発光領域１７側にある樹脂層１９の側面の上部端１５１ａよりも外側に配置されるのが好ましい。なお、図１（ｃ）において、図１（ｂ）と同じ構成要素は同じ符号を付している。

１０基板
１１０駆動回路
１２平坦化層
１３隔壁
１５コンタクト部（離間領域）
１６画素
１７発光領域
１８外部領域
１９樹脂層
２０離間領域
２１第１電極
２２有機化合物層
２３第２電極
２３１第２電極の形成端
２４キャップ層
２４１キャップ層の形成端

Claims

複数の画素が配列される発光領域と前記発光領域の外側にある外部領域とを有する基板と、
前記基板の上に配置された駆動回路と、
前記発光領域内に配置された前記駆動回路の上部を平坦化する平坦化層を含む樹脂膜と、
前記平坦化層の上に配置された、第１電極と有機化合物層と第２電極とを前記基板側から順に有する複数の有機ＥＬ素子と、
前記複数の有機ＥＬ素子の上に配置され、有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させるための光干渉層と、を有し、
前記第２電極と前記光干渉層は、前記発光領域から前記発光領域の外側にまで配置され、
前記第２電極の形成端は、前記樹脂膜の上にあり、
前記光干渉層の形成端は、前記第２電極の形成端よりも前記発光領域側にあることを特徴とする発光装置。
前記光干渉層は、有機化合物材料またはフッ化リチウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記光干渉層の形成端と前記第２電極の形成端は、前記平坦化層の側面の下部端よりも外側にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記樹脂膜は、前記平坦化層と離間領域を介して前記基板の面内方向に離間された樹脂層を、前記発光領域の外側にさらに有し、
前記第２電極と前記駆動回路とが前記離間領域で電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記光干渉層の形成端は、前記樹脂層の上にあることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
前記樹脂膜は、前記第１電極を前記有機ＥＬ素子ごとに区画するための隔壁を、前記平坦化層の上にさらに有し、
前記光干渉層の形成端と前記第２電極の形成端は、前記隔壁の側面の上部端よりも外側にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記光干渉層に接して保護層を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。