JP5201097B2 - 有機el装置、有機el装置の製造方法、電子機器 - Google Patents
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Description
したがって、基板上には、これらの電気的な構成要素が配置されていることから、隔壁により区画された領域の表面は、必ずしも平坦ではなく、段差が生じている。それゆえ、特に液滴吐出法(インクジェット法)を用いて有機機能層を形成すると、吐出された液状組成物が段差の最も低い部分に集まり易く、乾燥後に必ずしも均一な膜厚が得られないというおそれがあった。
この構成によれば、第1膜形成領域が第2膜形成領域に比べて下地層の凹凸のばらつきが大きくても、異なる成膜方法を用いて膜厚ムラが少ない第1発光層を設けることができる。
この構成によれば、第1発光層と第2発光層とをそれぞれ対応する膜形成領域に選択的に設ける場合に比べて、第1発光層形成時に第2膜形成領域のマスキングが不要となり効率よく各発光層を設けることができる。
この構成によれば、薄膜トランジスターおよび保持容量に起因する下地層の凹凸を第1膜形成領域に集中させ、第1膜形成領域に比べて第2膜形成領域における下地層の凹凸のばらつきを小さくすることができる。すなわち、第2膜形成領域に設けられる第2発光層の膜厚ムラをより低減できる。
この構成によれば、薄膜トランジスターと保持容量とを第1膜形成領域に配置する場合に比べて、保持容量が第2膜形成領域に配置されるので、保持容量の設計上の自由度を高められる。
この構成によれば、隔壁部により区画された第1膜形成領域は第1および第2データ線を跨ぎ、他の第2膜形成領域および第3膜形成領域は第1および第2データ線を跨ぐことなく区画されている。したがって、第1膜形成領域に対して第2膜形成領域および第3膜形成領域における下地層の凹凸のばらつきを小さくできる。したがって、第2および第3膜形成領域に膜厚ムラが低減された第2発光層、第3発光層を設けることができる。すなわち、膜厚ムラに起因する輝度ムラなどが低減された少なくとも3色の発光が得られる有機EL素子を備えた有機EL装置を提供できる。
この構成によれば、薄膜トランジスターおよび保持容量に起因する下地層の凹凸を第1膜形成領域に集中させ、第1膜形成領域に比べて第2および第3膜形成領域における下地層の凹凸のばらつきをより小さくすることができる。すなわち、第2および第3発光層の膜厚ムラをより低減できる。
この構成によれば、膜形成領域ごとに保持容量が配置されているので、第1膜形成領域に3つ分の保持容量を設ける場合に比べて、保持容量の設計上の自由度を上げることができる。
この構成によれば、第1膜形成領域における下地層の凹凸のばらつきが他の膜形成領域に比べて大きくても、高い被覆性を有する蒸着法またはスピンコート法で第1発光層が形成されているので、ほぼ均一な膜厚を有する第1発光層を設けることができる。また、第2膜形成領域における下地層の凹凸のばらつきを第1膜形成領域に比べて小さくできるので、液滴吐出法を用いて第2発光層を形成すれば、ほぼ均一な膜厚を有する第2発光層を設けることができる。
この方法によれば、第2膜形成領域に比べて下地層の凹凸のばらつきが大きい第1膜形成領域には、高い被覆性を有する蒸着法やスピンコート法を用いて第1発光層をほぼ均一に形成することができる。また、第1膜形成領域に比べて下地層の凹凸のばらつきが小さい第2膜形成領域には、液滴吐出法を用いて第2発光層をほぼ均一に且つ発光層形成材料の無駄を省いて効率よく形成することができる。
この構成によれば、輝度ムラなどが低減され、異なる発光色が得られる有機EL素子を有する有機EL装置を備えているので、高い表示品質を有する電子機器を提供することができる。
本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス(EL)装置とその製造方法について、実施例1〜実施例4を挙げて説明する。
<有機EL装置>
図1は実施例1の有機EL装置の電気的な構成を示す等価回路図、図2は実施例1の発光単位と発光制御単位の配置を示す概略平面図、図3は実施例1の発光制御単位における駆動回路部を示す概略平面図、図4は図3のA−A'線で切った発光単位と発光制御単位の概略断面図である。
発光単位としての有機EL素子20は、駆動用のTFT12を介して電源線42に電気的に接続したときに該電源線42から駆動電流が流れ込む画素電極23と、画素電極23と共通電極27との間に挟み込まれた機能層24とを有している。
これらのTFT11,12に接続する走査線31とデータ線41とを総称して信号線と呼ぶ。
また、このような3つの有機EL素子20B,20G,20Rを1つの表示単位として、複数の表示単位が基板上にマトリクス状に設けられている。
TFT12は、3端子(ゲート、ソース、ドレイン)のうちの1つ(ソース)が電源線42に接続し、有機EL素子20に電源線42から流れ込む電流を制御するものであり、有機EL素子20のスイッチングを行うTFT11に比べて耐電流、耐電圧等の関係からより大きな平面積を有する。
図4に示すように、発光制御単位Luと、各発光色の有機EL素子20(個々には有機EL素子20B、有機EL素子20G、有機EL素子20Rと呼ぶ)とは、基板としての素子基板1上に積層形成されている。発光制御単位Luが発光単位としての有機EL素子20の下地層に含まれる構成となっている。言い換えれば、発光制御単位Luが設けられた下地層上に各有機EL素子20B,20G,20Rが設けられている。
また、本実施例では、下地層には素子基板1、発光制御単位Lu、反射層21、絶縁膜17が含まれている。
ここでいう凹凸のばらつきは、平坦化層16表面の算術平均粗さ(Ra)や平坦化層16表面の基準面からの高さの標準偏差で定義することができる。また、発光時における画素内の輝度分布における標準偏差で定義することもできる。
ちなみに、第1膜形成領域7aにおける表面の段差は、およそ数十nm〜数百nmである。これに対して第2膜形成領域7b、第3膜形成領域7cにおける表面の段差は、図4の断面図上ではほとんど発生していない。あえて取り上げるとすれば、図3に示すように、隣り合う発光制御単位Luにおけるデータ線41を跨ぐように第2膜形成領域7b、第3膜形成領域7cが区分されているため、データ線41を跨いだ部分でわずかに段差が生じている程度である。
機能層24bの第1発光層としての発光層26bは、第1膜形成領域7aに機能性材料を蒸発させて成膜する蒸着法を用いて形成されている。また、隣り合う第2膜形成領域7b(発光層26g)と第3膜形成領域7c(発光層26r)と隔壁部19とを覆うように形成されている。
また、機能層24b,24g,24rは、画素電極23b,23g,23rと発光層26b,26g,26rとの間にそれぞれ正孔注入層25を有している。正孔注入層25は、塗布法を用いて形成されている。詳細については、後述する有機EL装置10の製造方法において述べる。
次に、有機EL装置10の製造方法について、図5〜図8を参照して説明する。図5は実施例1の有機EL装置の製造方法を示すフローチャート、図6(a)〜(c)は実施例1の有機EL装置の製造方法を示す概略平面図、図7(d)〜(f)および図8(g)〜(i)は実施例1の有機EL装置の製造方法を示す概略断面図である。
そして、TFT11,12に対応する半導体層11a,12aでは、ソースおよびドレイン側をマスクし、半導体層13aでは、電気的な接続部をマスクした状態で、素子基板1を覆うようにゲート絶縁膜1aを形成する。ゲート絶縁膜1aの形成方法としては、例えば、SiNやSiOをターゲットとして、膜厚がおよそ50nm〜100nmとなるように真空中で成膜するスパッタ法などが挙げられる。
なお、PEDOT/PSS以外の正孔注入層形成材料としては、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレンやその誘導体が挙げられる。
液状体70G,70Rは、例えば溶媒としてシクロヘキシルベンゼンを含み、発光層形成材料として緑色、赤色の発光が得られるポリフルオレン誘導体(PF)を重量比で0.7%含んだものを用いた。粘度はおよそ14mPa・sである。なお、PF以外の発光層形成材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体(PPV)、ポリフェニレン誘導体(PP)、ポリパラフェニレン誘導体(PPP)、ポリビニルカルバゾール(PVK)、PEDOT等のポリチオフェニレン誘導体、ポリメチルフェニレンシラン(PMPS)等を用いることができる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素、ルブレン、ナイルレッド、クマリン6、キナクドリン等低分子材料をドープしたものを用いてもよい。
発光層形成材料としては、例えばCBPなどのホスト材料にFIrpicなどのドーパント材料を混合したものが挙げられる。膜厚はおよそ50nmである。
蒸着法を用いて発光層26bを成膜するので、下地層の表面が数十nm〜数百nmほどの段差を有する第1膜形成領域7aであっても、正孔注入層25上に膜厚バラツキが少ない状態で発光層26bが形成される。
これにより、正孔注入層25と発光層26bとを含む機能層24b、正孔注入層25と発光層26gおよび発光層26bを含む機能層24g、正孔注入層25と発光層26rおよび発光層26bを含む機能層24rがそれぞれできあがる。
中間層は、発光層26b,26g,26rに対する正孔の輸送性(注入性)を向上させると共に、発光層26b,26g,26rから正孔注入層25に電子が浸入することを抑制する機能を有する。
また、発光層26b,26g,26r形成後、正孔ブロック層、電子輸送層を蒸着法により積層してもよい。正孔ブロック層としては、BAlq、BCPがなどが挙げられ、電子輸送層としてはAlq3などが挙げられる。正孔ブロック層は、発光層26b,26g,26rから正孔が漏れ出ることを抑制する機能を有する。電子輸送層は、発光層26b,26g,26rに対する電子の輸送性(注入性)を向上させる機能を有する。
すなわち、これらの中間層、正孔ブロック層、電子輸送層は、発光層26b,26g,26rにおける正孔と電子との結合による発光の効率を改善するものである。
共通電極27の材料としては、ITOとCa、Ba、Al等の金属やLiF等のフッ化物とを組み合わせて用いるのが好ましい。特に機能層24b,24g,24rに近い側に仕事関数が小さいCa、Ba、LiFの膜を形成し、遠い側に仕事関数が大きいITOを形成するのが好ましい。また、共通電極27の上にSiO2、SiN等の保護層を積層してもよい。このようにすれば、共通電極27の酸化を防止することができる。共通電極27の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、CVD法等が挙げられる。特に機能層24b,24g,24rの熱による損傷を防止できるという点では、蒸着法が好ましい。
主に高分子の発光層形成材料を用いる塗布法は、低分子の発光層形成材料を用いる蒸着法に比べて、現状では形成された発光層の発光寿命が短い傾向にある。また、発光層の発光ピーク波長が長い方が、発光寿命が長い傾向にある。
一方で、発光寿命は発光層を流れる電流量に依存し、輝度は電流量と発光面積に依存する。ゆえに、各発光色を安定した輝度で得ながら発光色間の発光寿命のバランス(均衡)を図る観点では、下地層の凹凸のばらつきが最も大きい部分を含む第1膜形成領域7aには、凹凸の影響を受け難くい高い被覆性を有する蒸着法で所望の膜厚を有する発光層を形成する。これにより、膜厚ムラに起因して部分的に電流が集中して流れ、輝度ムラや発光寿命が短くなってしまうことを防ぐことができる。合わせて、蒸着法を用いて形成する発光層は、赤(R)、緑(G)、青(B)、3色の発光色のうち最も発光ピーク波長が短い青色の発光層26bが好ましい。
さらには、塗布法を用いて形成される発光層26r(赤)と発光層26g(緑)とを比較すると、発光層26g(緑)の方が発光寿命が短くなるおそれがある。したがって、発光層26rが形成される第3膜形成領域7cは、発光層26gが形成される第2膜形成領域7bよりも、その平面積を小さくすることが好ましい。言い換えれば、平面積が大きい方の膜形成領域に発光寿命が短い方の発光層を形成することが好ましい。発光寿命が短い方の発光層を流れる電流量を抑制することにより、発光色間の発光寿命の差を縮小することができる。
1)下地層の凹凸のばらつきが大きくなる領域を第1膜形成領域7aとして蒸着法を用いて発光ピーク波長が最も短い青色の発光層26bを形成する。
2)他の第2膜形成領域7bおよび第3膜形成領域7cは、第1膜形成領域7aに比べて高い平坦性を有するように隔壁部19により区画して、発光層26bに比べて発光ピーク波長が長い発光層26g,26rを塗布法(液滴吐出法)により形成する。
3)第1膜形成領域7a、第2膜形成領域7b、第3膜形成領域7cの平面積すなわち有機EL素子20B,20G,20Rの発光面積は、発光層26b,26g,26rの輝度と発光寿命とを考慮して発光色間でバランスが取れるように設定する。
以降の実施例2〜実施例4においても同じ技術的な思想で塗布法と蒸着法の使い分けがなされている。
次に、実施例2の有機EL装置とその製造方法について、図9および図10を参照して説明する。図9は実施例2の有機EL装置における発光制御単位と発光単位との配置を示す概略平面図、図10は図9のB−B'線で切った概略断面図である。なお、実施例1の有機EL装置10と同じ構成は、同じ符号を付すことにより、詳細の説明は省略する。
次に、実施例3の有機EL装置およびその製造方法について、図11および図12を参照して説明する。図11は実施例3の有機EL装置における発光制御単位と発光単位との配置を示す概略平面図、図12は実施例3の発光制御単位における駆動回路部の構成と膜形成領域との配置を示す概略平面図である。なお、実施例1の有機EL装置10と同じ構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図12では駆動回路部の構成のうち主なTFT11,12や保持容量13、電源線42の配置を示し、これらを繋ぐ配線を省略した。
すなわち、実施例3は、実施例1に対して隣り合った発光制御単位Luを含む下地層の表面を合計5つの膜形成領域7a,7d,7e,7f,7gに区分すると共に、有機EL素子20Rと有機EL素子20Gの相対的な配置を変えたものである。
次に、実施例4の有機EL装置およびその製造方法について、図13および図14を参照して説明する。図13は実施例4の有機EL装置における発光制御単位と発光単位との配置を示す概略平面図、図14は実施例4の発光制御単位における駆動回路部の構成と膜形成領域との配置を示す概略平面図である。なお、実施例1の有機EL装置10と同じ構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図14では駆動回路部の構成のうち主なTFT11,12や保持容量13、電源線42の配置を示し、これらを繋ぐ配線を省略した。
図17に示すように、変形例の有機EL装置500は、実施例4の有機EL装置300に対して電源線42と保持容量13の配置を変えたものである。
具体的には、第1膜形成領域7aと第8膜形成領域7h並びに第9膜形成領域7jに跨るように電源線42が設けられている。とりわけ第1膜形成領域7aでは、TFT11,12が設けられた領域を避け、互いに隣接した2つのデータ線41を跨いで電源線42に沿って保持容量13が設けられている。また、第8膜形成領域7hには、平面的にほぼ画素電極23rの大きさと同じ大きさで画素電極23rと重なる位置に保持容量13hが設けられている。同様に、第9膜形成領域7jには、平面的にほぼ画素電極23gの大きさと同じ大きさで画素電極23gと重なる位置に保持容量13jが設けられている。
このような電源線42および保持容量13,13h,13jの配置とすることにより、各有機EL素子20B,20G,20Rに対応した電気容量を有する保持容量13,13h,13jとすることができる。言い換えれば、保持容量の設計上の自由度を上げることができる。
次に、本実施形態の電子機器について携帯型電話機を例に説明する。図15は、電子機器としての携帯型電話機を示す斜視図である。
表示部1001には、上記第1実施形態の有機EL装置10,100,200,300のいずれかが搭載されている。
したがって、発光層26b,26g,26rの膜厚ムラに起因する輝度ムラが低減され見映えのよいフルカラー表示が可能な携帯型電話機1000を提供することができる。
第10膜形成領域7kと第11膜形成領域7Lとは、それぞれデータ線41を跨いで区分されているものの、実施例3のように発光層26g,26rが形成される領域が分割されておらず、平坦性がある程度確保されているので、膜厚ムラが少ない発光層26r,26gが形成される。
Claims (12)
- 基板を含む下地層と、
前記下地層上に形成され、隣り合う第1膜形成領域と第2膜形成領域とを互いに区画する隔壁部と、
前記下地層上であって、平面視で前記第1膜形成領域と重なる位置に形成されると共に、第1の色の光を発光可能な第1有機EL素子と、
前記下地層上であって、平面視で前記第2膜形成領域と重なる位置に形成されると共に、前記第1の色の光とは異なる第2の色を発光可能な第2有機EL素子と、
前記下地層に形成されており、前記第1有機EL素子の駆動を制御する第1駆動回路部と、
前記下地層に形成されており、前記第2有機EL素子の駆動を制御する第2駆動回路部と、を有し、
前記第1駆動回路部の少なくとも一部及び前記第2駆動回路部の少なくとも一部は、平面視において前記第1膜形成領域と重なるように配置されており、
前記第1有機EL素子が有する第1発光層と前記第2有機EL素子が有する第2発光層とは、異なる成膜方法によって形成されていることを特徴とする有機EL装置。 - 前記第1膜形成領域と平面視において重なる領域の前記下地層の表面における凹凸のばらつきは、前記第2膜形成領域と平面視において重なる領域の前記下地層の凹凸のばらつきよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
- 前記第2発光層上に、前記第1発光層を形成するのと同一プロセスで形成され、前記第1発光層と同一材料からなる層が形成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装置。
- 前記第1駆動回路部および前記第2駆動回路部は、それぞれ2つの薄膜トランジスターと、保持容量と、を有し、
前記第1駆動回路部および前記第2駆動回路部がそれぞれ有する、前記2つの薄膜トランジスター及び前記保持容量は、平面視において前記第1膜形成領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機EL装置。 - 前記第1駆動回路部および前記第2駆動回路部は、それぞれ2つの薄膜トランジスターと、保持容量と、を有し、
前記第1駆動回路部および前記第2駆動回路部がそれぞれ有する、前記2つの薄膜トランジスターは、平面視において前記第1膜形成領域と重なる位置に配置されており、
前記第1駆動回路部および前記第2駆動回路部がそれぞれ有する、前記保持容量は、平面視において前記第2膜形成領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機EL装置。 - 前記隔壁部は、前記第1膜形成領域及び前記第2膜形成領域と隣り合う第3膜形成領域を区画しており、
前記下地層上であって、平面視で前記第3膜形成領域と重なる位置に形成されると共に、前記第1の色の光及び前記第2の色の光とは異なる第3の色の光を発光可能な第3有機EL素子と、
前記下地層に形成されており、前記第3有機EL素子の駆動を制御する第3駆動回路部と、
平面視において、前記第2膜形成領域と前記第3膜形成領域の間に配置されると共に、前記第1膜形成領域を横切るように配置された第1データ線及び第2データ線と、
を有し、
前記第3有機EL素子が有する第3発光層は、前記第1有機EL素子が有する第1発光層とは異なる成膜方法によって形成されており、
前記第3駆動回路部の少なくとも一部は、平面視において前記第1膜形成領域と重なるように配置されており、
前記第1データ線は、前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部及び前記第3駆動回路部のうちのいずれか1つの駆動回路部と電気的に接続しており、
前記第2データ線は、前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部及び前記第3駆動回路部のうちのいずれか1つの駆動回路部であって、前記第1データ線と電気的に接続された駆動回路部以外の駆動回路部と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のいずれか一項に記載の有機EL装置。 - 前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部および前記第3駆動回路部は、それぞれ2つの薄膜トランジスターと、保持容量と、を有し、
前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部および前記第3駆動回路部がそれぞれ有する、前記2つの薄膜トランジスター及び前記保持容量は、平面視において前記第1膜形成領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の有機EL装置。 - 前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部および前記第3駆動回路部は、それぞれ2つの薄膜トランジスターと、保持容量と、を有し、
前記第1駆動回路部、前記第2駆動回路部および前記第3駆動回路部がそれぞれ有する、前記2つの薄膜トランジスターは、平面視において前記第1膜形成領域と重なる位置に配置されており、
前記第1駆動回路部が有する前記保持容量は、平面視において前記第1膜形成領域と重なる位置に配置されており、
前記第2駆動回路部が有する前記保持容量は、平面視において前記第2膜形成領域と重なる位置に配置されており、
前記第3駆動回路部が有する前記保持容量は、平面視において前記第3膜形成領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の有機EL装置。 - 前記第1発光層は、蒸着法またはスピンコート法によって形成されており、前記第2発光層は、液滴吐出法によって形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機EL装置。
- 基板を含む下地層上に、第1有機EL素子と、第2有機EL素子とを有する有機EL装置の製造方法であって、
前記下地層内であって、前記基板の上方に、前記第1有機EL素子の駆動を制御する第1駆動回路部と、前記第2有機EL素子の駆動を制御する第2駆動回路部とを形成する駆動回路形成工程と、
前記下地層上に形成され、隣り合う第1膜形成領域と第2膜形成領域とを互いに区画する隔壁部を形成する隔壁部形成工程と、
前記下地層上であって、平面視で前記第1膜形成領域と重なる位置に、第1の色の光を発光可能な前記第1有機EL素子を形成すると共に、前記下地層上であって、平面視で前記第2膜形成領域と重なる位置に、前記第1の色とは異なる第2の色の光を発光可能な前記第2有機EL素子を形成する有機EL素子形成工程とを有し、
前記駆動回路形成工程において、前記第1駆動回路部の少なくとも一部及び前記第2駆動回路部の少なくとも一部は、平面視において前記第1膜形成領域と重なるように形成し、
前記第1有機EL素子が有する第1発光層と前記第2有機EL素子が有する第2発光層とは、異なる成膜方法によって形成することを特徴とする有機EL装置の製造方法。 - 前記有機EL素子形成工程は、前記第2発光層を液滴吐出法によって形成する第1発光層形成工程と、前記第1発光層を蒸着法またはスピンコート法によって形成する第2発光層形成工程と、を有することを特徴とする請求項10に記載の有機EL装置の製造方法。
- 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の有機EL装置を備えることを特徴とする電子機器。
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