JP5414390B2

JP5414390B2 - 有機ｅｌ表示装置

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Publication number: JP5414390B2
Application number: JP2009156593A
Authority: JP
Inventors: 母理美橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP2011014338A

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関するものである。

有機ＥＬ表示装置の構成部材である有機ＥＬ素子は、ＥＬ発光性能を持つ有機低分子化合物あるいは有機高分子化合物を含む発光層を有する電子素子である。また有機ＥＬ素子は自ら発光する素子であるため、広い視野角性能を有し、耐衝撃性に優れる等、ディスプレイ用電子素子として理想的な特長を有している。このため有機ＥＬ素子は、各種の分野において研究開発が精力的に進められている。

ところで有機ＥＬ素子を製造する方法としては、現在実用化されている真空蒸着法の他に、印刷法、インクジェット法、ディスペンス法等の湿式法による製造方法が広く研究開発されている。ここで湿式法とは、有機溶剤に有機ＥＬ素子の構成材料を溶解して塗布する製造方法であるが、画素間の塗り分けを可能にする目的で、通常はバンク（隔壁）が設けられている。さらに、画素間の混色を防ぐ目的で、通常はバンク等に撥液処理が施されている（特許文献１）。

ここで湿式法を用いて有機ＥＬ材料をバンク間に塗布した場合、溶媒が乾燥する過程で、バンクの側壁部には必ずメニスカスと呼ばれるそり上がり部分が形成される。このメニスカスが形成された部分の膜厚は、他の部分に対して大きいため、非発光部となる。従って、このメニスカスの発生により、発光素子の開口率が大きく低下する。

そこで、このメニスカスを低減する試みがこれまでになされてきた。具体的には、特許文献２に示されるバンクの撥液性を変化させた積層バンクを形成する方法、特許文献３に示される溝の端部に溝を形成する方法等が提案されている。しかしこれらの方法では、実用的に許容なレベルにまでメニスカスが低減されたとはいえない。

特許３６４６５１０号公報特開２００７−０９５６０６号公報特開２００６−１７１０８６号公報

本発明は、上記課題に鑑みて鋭意検討した結果得られたものであり、その目的は、バンク側壁に発生し得るメニスカスが極めて小さい有機ＥＬ表示装置を提供することである。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、
該基板上に設けられる有機ＥＬ素子部と、
該基板上に設けられ、該有機ＥＬ素子部を区画するバンクと、から構成され、
該バンクが、該バンク下部に設けられる第一の側壁と、該バンク上部に設けられる第二の側壁と、を有し、
該バンクが、撥液性を有しており、
該第一の側壁のテーパ角が鈍角であり、
該第二の側壁のテーパ角がほぼ垂直であり、
該第一の側壁の高さが５０ｎｍ乃至５００ｎｍであり、
該第一の側壁の該基板面への投影長さが５０ｎｍ乃至５００ｎｍであることを特徴とする。

本発明によれば、バンク側壁に発生し得るメニスカスが極めて小さい有機ＥＬ表示装置を提供することができる。このため、ＶＧＡレベルの様な画素サイズが極めて小さい有機ＥＬ表示装置の場合でも、開口率が５０％以上確保することができる。

本発明の有機ＥＬ表示装置における実施形態の一例を示す断面模式図である。図１の有機ＥＬ表示装置に設けられているバンクの配置領域の一例を示す平面概略図である。本発明の有機ＥＬ表示装置を構成する下部電極の態様の他の例を示す断面模式図である。（ａ）は、図１中の点線で囲まれた領域の部分拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）中に示されるバンク及びその周辺を拡大した断面模式図である。従来の有機ＥＬ表示装置を示す断面模式図である。有機化合物層までを形成した基板の断面を示すＳＥＭ写真である。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、該基板上に設けられる有機ＥＬ素子部と、該基板上に設けられ、該有機ＥＬ素子部を区画するバンクと、から構成される。本発明の有機ＥＬ表示装置において、バンクは、二種類の側壁、即ち、バンク下部に設けられる第一の側壁と、バンク上部に設けられる第二の側壁と、を有する。ここで第一の側壁のテーパ角は鈍角である。一方、第二の側壁のテーパ角はほぼ垂直である。以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。尚、各層や各部材を図面で認識可能な大きさに拡大しているため、各部材の寸法比は実際のものとは異なることがある。

図１は、本発明の有機ＥＬ表示装置における実施形態の一例を示す断面模式図である。また図２は、図１の有機ＥＬ表示装置に設けられているバンクの配置領域の一例を示す平面概略図である。

図１の有機ＥＬ表示装置１は、基板１０上の所定の領域にバンク１２が設けられている。より具体的には、図１及び図２に示されるように、バンク１２は、一定の間隔を設けたストライプ形状に加工されている。

バンク１２とバンク１２との間には、下部電極１３と、有機化合物層１１と、上部電極１４とがこの順に設けられている有機ＥＬ素子部１５が設けられている。また図１の有機ＥＬ表示装置１には、有機ＥＬ素子部１５を大気中の酸素や水分から保護するための封止部材１６が設けられている。

本発明の有機ＥＬ表示装置において、下部電極１３又は上部電極１４は反射電極として機能し、もう一方は光透過性電極として機能する。ただしどちらが反射電極（光透過性電極）にすべきかについては特に限定されるものではない。例えば、図１（ａ）のように、下部電極１３を光透過性電極とし、上部電極１４を反射電極とすれば、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置となる。また図１（ｂ）のように、下部電極１３を反射電極とし、上部電極１４を光透過性電極とすれば、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置となる。尚、下部電極１３は、図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、基板１０の平面に内蔵されている態様に限定されるものではない。例えば、図３に示されるように、ＴＦＴ１７を含む駆動回路を有する基板１０とは別個に、当該基板（１０）上に下部電極１３が形成される態様であってもよい。図３の態様の場合、下部電極１３の端部はバンク１２に覆われる構成となる。また図３に示されるように、下部電極１３の表面より上側（基板１０と反対側）にあるバンク（１２）部分に第一の側壁１２ａと第二の側壁１２ｂとを設けるとよい。

本発明の有機ＥＬ表示装置において、反射電極は、反射率が高い金属材料からなる電極又は当該金属材料の薄膜に後述する光の透過率が高い材料を積層した積層型電極である。ここで反射率が高い金属材料として、例えば、Ａｌ等の金属材料が挙げられる。

本発明の有機ＥＬ表示装置において、光透過電極とは、光の透過率が高い材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＷＺＯ、ＩＧＯ、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ等からなる電極である。

有機化合物層１１は、発光層又は発光機能を有する層を有していれば、その層構成は、一層構成であってもよいし、複数層構成であってもよい。また有機化合物層１１の構成材料は、塗布法に適用できる材料であれば特に限定されるものではない。例えば、汎用の正孔注入層材料、中間層材料、発光層材料等が適用できる。

上述した有機化合物層１１の構成材料を塗布する際に使用する塗布装置としては、インクジェット方式、ディスペンス方式、各種印刷方式等を採用する塗布装置が適用可能である。

尚、有機ＥＬ素子部に含まれる有機化合物層１１、特に、発光層１１ｂを形成する際に、発光層１１ｂのバンク近傍の断面形状は順テーパ形状であることが好ましい。こうすることで、有機化合物層上に積層される上部電極の断線を防止することができる。

封止部材１６は、有機ＥＬ素子部１５を封止するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、図１（ａ）に示されるガラス材（カバーガラス）１６ａで封止してもよいし、図１（ｂ）に示されるように有機ＥＬ素子部全体をＳｉＮ膜や、ＳｉＮ膜と樹脂膜との積層膜等のいずれからなる保護材１６ｂで覆うようにしてもよい。

次に、有機ＥＬ表示装置を構成するバンクについて詳細に説明する。

図４（ａ）は、図１中の点線で囲まれた領域の部分拡大図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中に示されるバンク及びその周辺を拡大した断面模式図である。ただし、図４において、説明の都合上バンク１２と、バンク１２間に設けられる有機化合物層１１以外の部材は一部図示を省略している。

本発明の有機ＥＬ表示装置において、バンク１２は２種類の側壁、即ち、バンク下部に設けられる第一の側壁１２ａと、バンク上部に設けられる第二の側壁１２ｂと、を有する。

本発明において、第一の側壁１２ａのテーパ角θ₁₂は鈍角である。即ち、バンク１２は、第一の側壁１２ａが設けられている領域においては逆テーパ形状となっている。一方、本発明において、第二の側壁１２ｂのテーパ角θ₁₁はほぼ９０°である。これにより、有機発光材料等の溶液が第二の側壁１２ｂ部分に残るのを防止することができるため、メニスカス量を低減することができる。ここでいうほぼ９０°とは、θ₁₁が８０°以上１００°以下であることをいう。

バンク１２の高さｄ₁₁は、特に限定されるものではないが、例えば、０．１μｍ〜３．０μｍとする。バンク１２近傍に生じるメニスカス量を小さくしたい場合は、バンク１２の高さｄ₁₁は低い方が好ましい。バンク１２の高さｄ₁₁は、特に、１．５μｍ以下が好ましい。一方、バンク１２の幅ｄ₁₇やバンク１２間の距離ｄ₁₅も、バンク１２の高さｄ₁₁と同様に特に限定されるものではない。例えば、バンク１２の幅ｄ₁₇は２μｍ〜３０μｍとし、バンク１２間の距離ｄ₁₅は１０μｍ〜３００μｍとする。

他方、第一の側壁１２ａの高さｄ₁₂は、有機化合物層１１の総膜厚ｄ₁₄以上であればよく、好ましくは、総膜厚ｄ₁₄以上かつ総膜厚ｄ₁₄の４倍以下である。具体的には、第一の側壁１２ａの高さｄ₁₂は、好ましくは、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。ここでｄ₁₂が５０ｎｍ未満であるとメニスカス低減効果がなくなる場合がある。一方、ｄ₁₂が５００ｎｍを超えると有機化合物層１１を形成する際に順テーパ形状のメニスカスが生じなくなるため、上部電極１４の断線が発生するという問題が生じ得る。また、第一の側壁１２ａを設ける幅ｄ₁₃は、第一の側壁１２ａの高さｄ₁₂とほぼ同じであることが好ましい。具体的には、ｄ₁₃は、好ましくは、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。ここでｄ₁₃が５０ｎｍ未満であるとメニスカス低減効果がなくなる場合がある。一方、ｄ₁₃が５００ｎｍを超えるとバンク１２と下地となる基板１０との間の密着性が低下して、バンク１２が剥離する可能性がある。

バンク１２は、通常、フォトリソプロセスで形成される。ここで第二の側壁１２ｂと基板平面とでなす断面角θ₁₁をほぼ垂直（９０°）とする方法として、例えば、バンク１２の構成材料として、ポリイミド、アクリル、エポキシ、ポリカーボネート等の感光性樹脂が用いられ、この中でもネガ型の感光性樹脂を選ぶことで容易に達成できる。その中でも特に、エポキシ樹脂を用いることで、より容易に実現することができる。ただし、ポジ型の感光性樹脂を使用した場合でも、露光条件や現像条件を選ぶことで、テーパ角θ₁₁をほぼ垂直（９０°）とすることは可能である。尚、テーパ角θ₁₁は、断面ＳＥＭ観察で計測することができる。

またバンク１２の構成材料がエポキシ材料等のネガ型の感光性材料である場合、第一の側壁１２ａとバンク１２の底面とでなすテーパ角θ₁₂を鈍角にする方法として、例えば、現像時間を調整する方法がある。具体的には、現像時間を、第二の側壁１２ｂを形成するために要する現像時間よりもやや長めにする。こうすることで、第一の側壁１２ａが設けられている領域を逆テーパ形状とすることができる。一方、バンク１２の構成材料がポリイミド材料等のポジ型の感光性材料である場合は、逆に、露光時間を短くすれば、ネガ型の感光性材料と同様に第一の側壁１２ａが設けられている領域を逆テーパ形状とすることができる。

尚、バンク１２の表面には、隣接画素間の混色を防止する目的で、一般に撥液性を持たせる方が好ましい。バンク１２に撥液性を持たせる方法として、例えば、フッ素系のゾルゲル材料をバンク１２の構成材料であるエポキシ樹脂に混ぜる方法がある（特許文献３）。こうすると、バンク１２の構成材料を基板１０上に塗布して、露光／現像を行った後に、表面のみが撥液性を有するバンク１２を形成することができる。また他の手法として、バンク１２を形成した後に、このバンク１２をフッ素ラジカルに曝露して、バンク１２の表面をフッ化処理する方法も採用できる。

以上のように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、構造的特徴が異なる二種類の側壁（第一の側壁１２ａ、第二の側壁１２ｂ）を有するバンク１２を備えている。このため有機化合物層１１を塗布法で形成した場合に、図３に示されるように、メニスカスと呼ばれる溶液のそり上がりの幅ｄ₁₈を極力小さくすることができる。このためバンク間の距離ｄ₁₅のうち発光領域として利用できる領域（開口部）ｄ₁₆（＝ｄ₁₅−２×ｄ₁₈）を従来よりも広くすることができる。

ここで構造的特徴が異なる二種類の側壁を有する意義について説明する。図５は、従来の有機ＥＬ表示装置を示す断面模式図である。ただし、図５において、説明の都合上バンク２１と、バンク２１間に設けられる有機化合物層１１以外の部材は一部図示を省略している。

図５に示されるように、従来の有機ＥＬ表示装置１００に備わっているバンク１０１は、テーパ角θ₁₀₀が鋭角である断面台形形状（順テーパ形状）である。図５のように断面台形形状とするのは、隣接画素間の混色を防止すると同時に上部電極の断切れを防止するためである。しかし図５において、高さｄ₁₀₁（≒ｄ₁₁）幅ｄ₁₀₅（≒ｄ₁₇）のバンク１０１間に、層膜厚ｄ₁₀₂（≒ｄ₁₄）の有機化合物層１１（正孔注入層１１ａ、発光層１１ｂ）を塗布形成すると、バンク１０１の側壁部分には幅ｄ₁₀₆のメニスカスが生じる。ここでメニスカスの部分は、発光層１１ｂ等の有機化合物層１１の膜厚が厚く電気抵抗が大きいために発光しない。このため、バンク間の距離ｄ₁₀₃のうち発光領域として利用できる領域（開口部）ｄ₁₀₄（＝ｄ₁₀₃−２×ｄ₁₀₆）が制限される。これに対して、本発明の有機ＥＬ表示装置は、構造的特徴が異なる二種類の側壁（第一の側壁１２ａ、第二の側壁１２ｂ）を有するバンク１２を備えていることによりメニスカスを極力小さくすることができる。

全体構造が図１、部分構造が図４に示される有機ＥＬ表示装置を以下に示す方法により作製した。ＴＦＴ回路（図示せず）及びＡｌからなる下部電極１３等を備える基板１０上に、感光性のエポキシ樹脂を塗布した。次に、フォトリソ工程により、平面形状が図２に示される外枠付きストライプ形状となるように上記エポキシ樹脂を加工してバンク１２を形成した。具体的には、バンク用レジストである上記エポキシ樹脂の現像時間を、断面矩形状バンクを形成する条件の２倍（６０秒）とした。こうすることで、バンク下部に第一の側壁１２ａを形成した。このときバンク１２の高さｄ₁₁は１．５μｍであり、バンク１２の幅ｄ₁₇は５μｍであった。また、バンク１２の上部に形成される第二の側壁１２ｂのテーパ角θ₁₁は約９０°であり、バンク１２間の距離ｄ₁₅は２７μｍであった。一方、第一の側壁１２ａの幅ｄ₁₃は０．３μｍであり、第一の側壁１２ａの高さｄ₁₂は０．２μｍであった。次に、バンク１２の表面に、フッ素ラジカルを用いた撥液処理を行った。

次に、バンク１２とバンク１２との間に設けられている下部電極１３上に、有機ＥＬ材料を塗布して有機化合物層１１を形成した。具体的には、まずＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ溶液（ホール注入材料）を、ディスペンサーを用いて下部電極１３上に塗布しホール注入層１１ａを形成した。このときバンク１２間に設けられているホール注入層１１ａの膜厚は５０ｎｍであった。次に、ポリパラフェニレンビニレン誘導体（ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｖｉｎｙｌｅｎｅ］）を４−メチルアニソールで希釈した。尚、この溶液には、溶質が１．５重量％含まれている。次に、上記溶液をホール注入層１１ａ上に塗布して発光層１１ｂを形成した。このときバンク１２間に設けられている発光層１１ｂの膜厚は４０ｎｍであった。

図５は、有機化合物層までを形成した基板の断面を示すＳＥＭ写真である。このＳＥＭ写真によると、有機化合物層を形成するときに形成されるメニスカスの幅ｄ₁₈は、約０．６５μｍであり、極めて小さかった。これは、バンク１２の上部にある第二の側壁１２ｂのテーパ角θ₁₁が約９０°であること、及びバンク１２の下部にテーパ角θ₁₂が鈍角である第一の側壁１２ａを形成したことに起因する。また本実施例において、第一の側壁１２ａの高さｄ₁₂（０．２μｍ）は、塗布形成した有機化合物層１１の総膜厚（９０ｎｍ）より高いのでメニスカスを極めて小さくすることができた。

一方、有機化合物層１１を塗布形成した後に現れる小さなメニスカスは、下部電極１３と有機化合物層１１との後に形成する上部電極（共通電極）１４とのショートを防止すると共に、上部電極（共通電極）１４の断線を防止する役割を果たす。

次に、スパッタ法により、有機化合物層１１上にＩＺＯを成膜し上部電極１４を形成した。このとき上部電極１４の膜厚を１００ｎｍとした。最後に、ＣＶＤ法により、上部電極１４上に、ＳｉＮを成膜し保護膜１６ｂを形成した。このとき保護膜１６ｂの膜厚を５μｍとした。尚、この保護膜１６ｂは封止部材１６として機能する。以上のようにして有機ＥＬ表示装置を得た。

得られた有機ＥＬ表示装置について発光特性を調べた。その結果、発光領域は、メニスカスの無い部分の全面（溝幅で２５．７μｍ）であることが確認された。この時の開口率は、ストライプ方向の同色間の画素分離部分（配線幅）による低減も加味すると、６８％であった。

［比較例１］
実施例１において、第一の側壁を設けず、第二の側壁のテーパ角（θ₂₁）を鋭角としたこと以外は、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ表示装置を得た。得られた有機ＥＬ表示装置は、図５に示した断面構造を有している。具体的には、図５において、バンク高さｄ₁₀₁が１．５μｍ、バンク幅ｄ₁₀₅が５μｍ、テーパ角θ₁₀₀が６０°であるバンクを形成した。

本比較例において、有機化合物層１１を塗布形成した後、実施例１と同様にＳＥＭ測定を行った。その結果、メニスカスが非常に大きくその幅ｄ₁₀₆は約６μｍであった。また、実施例１と同様に、装置の発光特性を調べたところ、発光している領域は、面積（開口率）は溝幅で１５μｍ（全溝幅の５５％）であった。また、その開口率は、ストライプ方向の同色間の画素分離（配線幅）による低減も加味すると、４０％であった。

以上より、図５で示したような台形型のバンク間に、有機化合物層を塗布形成すると、そのメニスカスが非常に大きいために、開口率が大きく低下し、実用的ではなかった。

［比較例２］
実施例１において、第一の側壁を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ表示装置を得た。

本比較例において、有機化合物層１１を塗布形成した後、実施例１と同様にＳＥＭ測定を行った。その結果、メニスカスが非常に大きくその幅は４．２μｍであった。

続いて、実施例１と同様に、上部透明電極と封止用の保護膜を形成し、トップエミッション構造の発光素子を形成し、その発光特性を調べたところ、面積（開口率）は溝幅で２１μｍであり、本来の溝幅の７８％であった。また、その開口率は、ストライプ方向の同色間の画素分離（配線幅）による低減も加味すると、４９％であった。

以上より、第一の側壁を設けなかった場合、メニスカスを十分に回避することができないことがわかった。

本発明は、有機化合物層を塗布法で形成して有機ＥＬ表示装置を製造する際に生じるメニスカスを低減することができる。即ち、本発明によれば、有機化合物層の膜厚が均一である有機ＥＬ表示装置を提供することができる。また本発明によって得られる有機ＥＬ表示装置は、デジタルカメラ、携帯端末、テレビ等の表示装置、電子機器に利用することができる。

１：有機ＥＬ表示装置、１０：基板、１２：バンク、１２ａ：第一の側壁、１２ｂ：第二の側壁、１５：有機ＥＬ素子部

Claims

基板と、
該基板上に設けられる有機ＥＬ素子部と、
該基板上に設けられ、該有機ＥＬ素子部を区画するバンクと、から構成され、
該バンクが、該バンク下部に設けられる第一の側壁と、該バンク上部に設けられる第二の側壁と、を有し、
該バンクが、撥液性を有しており、
該第一の側壁のテーパ角が鈍角であり、
該第二の側壁のテーパ角がほぼ垂直であり、
該第一の側壁の高さが５０ｎｍ乃至５００ｎｍであり、
該第一の側壁の該基板面への投影長さが５０ｎｍ乃至５００ｎｍであることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。
前記有機ＥＬ素子部に含まれる発光層のバンク近傍の断面形状が、順テーパ形状であることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記バンクがネガ型の感光性樹脂からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記バンクの高さが１．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第一の側壁の高さが前記有機ＥＬ素子部に含まれる有機化合物層の総膜厚の４倍以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。