JP5620495B2 - 発光素子、発光素子を備えた発光装置および発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、発光素子を備えた発光装置および発光素子の製造方法に関する。

近年、研究・開発が進んでいる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と記載する。）は、有機材料の電界発光現象を利用した発光素子である。有機ＥＬ素子は、第１電極（陽極）と第２電極（陰極）との間に発光層が介挿された構造を有する。発光層の側方には、絶縁材料からなるバンクが形成されていて、このバンクにより発光層の形状が規定されている。第１電極と発光層との間には、例えば、必要に応じてホール注入層、ホール輸送層またはホール注入兼輸送層が介挿され、第２電極と発光層との間には、必要に応じて電子注入層、電子輸送層または電子注入兼輸送層が介挿される（以下、ホール注入層、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層、電子注入層、電子輸送層、および電子注入兼輸送層を総称して「電荷注入輸送層」と記載する）。

従来の有機ＥＬ素子では、ＰＥＤＯＴ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料を用い電荷注入輸送層が形成されていたが、遷移金属酸化物などの金属化合物を用い電荷注入輸送層を形成することが提案されている（例えば、特許文献１などを参照）。金属化合物はＰＥＤＯＴに比べて電圧−電流密度特性に優れ、また、大電流を流して発光強度を高める場合にも劣化し難いと考えられている。そのため、金属化合物の電荷注入輸送層への利用が期待されている。

特開２００５−２０３３３９号公報 特開平１０−１６２９５９号公報

ところで、上記のように、電荷注入輸送層として金属化合物を適用した構成においても、発光特性について更なる改善を図る必要がある。

そこで、本発明は、良好な発光特性を有する発光素子、発光素子を備えた発光装置および発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様である発光素子は、第１電極と第２電極との間に、少なくとも電荷注入輸送層と、発光層を含む機能層との積層体が介挿され、かつ、絶縁性のバンクで規定された領域に前記発光層が存在し、前記第１電極側と前記第２電極側の双方から光を取り出す両面発光型の発光素子であって、前記第１電極と前記第２電極とは透明電極からなり、前記電荷注入輸送層は、前記バンクで規定された領域においては表面が沈下した凹入構造に形成され、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の縁は、前記バンクの一部で被覆されており、前記第２電極と前記凹部の縁との間には前記発光層の一部が存在し、前記第２電極は前記発光層の一部を介在して前記凹部の縁と対向し、前記発光層の一部は、前記凹部の縁と対向する第２電極と前記凹部の縁を被覆しているバンクの一部との間に介在し前記第２電極からの電荷注入を受け、前記凹部の縁を被覆している前記バンクの一部は、前記凹部の縁と前記発光層の一部との間に存在する構成とする。

上記構成によれば、電荷注入輸送層に形成された凹部の縁がバンクの一部で被覆されているので、発光時に凹部の縁に電界が集中するのを抑制することができ、その結果、発光層に局部的に電流が流れるのを抑制することができる。したがって、発光面内の輝度ムラを抑制することができ、発光特性を更に改善することができる。

本発明の一態様を得るに至った経緯を説明するための端面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの一部を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示す端面図である。 図３における一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大端面図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する工程図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する工程図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する工程図である。 本発明の変形例に係る有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示す端面図である。 本発明の変形例に係る有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する工程図である。 本発明の変形例に係る有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示す端面図である。 本発明の変形例に係る有機ＥＬディスプレイの一部を示す平面図である。 透明電極の発光波長と透過率の関係を示すグラフである。 本発明の変形例に係る有機ＥＬディスプレイの一部を示す端面図である。

＜本発明に係る一形態を得るに至った経緯＞
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、金属化合物を適用した有機ＥＬ素子に関し、鋭意研究により、発光面内における輝度ムラの発生や局所的な劣化による寿命の低下の可能性があることを新たに見出した。

そして、この点に関し、本発明者は検討を重ねた末、以下の知見を得た。

図１は、有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す端面図である。図１（ａ）は、ＴＦＴ基板１上に、第１電極２、ＩＴＯ層３、ホール注入層４およびバンク５が形成された状態を示している。また、図１（ｂ）は、さらに、発光層６、電子注入層７、第２電極８および封止層９が形成された状態を示している。

電荷注入輸送層（この例ではホール注入層４）に金属化合物を適用した構成によれば、バンク５の形成過程においてホール注入層４の上面に凹部４ａが形成されてしまう（図１（ａ）参照）。その状態で発光層６を形成した場合（図１（ｂ）参照）、発光時に凹部の縁４ｃ付近に電界が集中してしまう。この結果、発光層６に局部的に電流が流れてしまう場合があり、この局部的な電流の発生により、発光面内の輝度ムラや局部的な劣化による短寿命化という問題が発生するおそれがある。

上記の課題および知見は、金属化合物を適用した有機ＥＬ素子における特有であり、且つ、これまでは明らかにされていなかったと考えられる点で、技術的な意義を有するものである。

以上の通り、一連の研究および検討を通じ、本発明者は、電荷注入輸送層に形成された凹部の縁をバンクの一部によって被覆することにより、発光時における凹部の縁付近の電荷の集中を抑制し、その結果、発光層における局部的な電流の流れを抑制する、という技術的特徴に想到することができたのである。

＜発明の一態様の概要＞
本発明の一態様である発光素子は、第１電極と第２電極との間に、少なくとも電荷注入輸送層と、発光層を含む機能層との積層体が介挿され、かつ、絶縁性のバンクで規定された領域に前記発光層が存在し、前記第１電極側と前記第２電極側の双方から光を取り出す両面発光型の発光素子であって、前記第１電極と前記第２電極とは透明電極からなり、前記電荷注入輸送層は、前記バンクで規定された領域においては表面が沈下した凹入構造に形成され、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の縁は、前記バンクの一部で被覆されており、前記第２電極と前記凹部の縁との間には前記発光層の一部が存在し、前記第２電極は前記発光層の一部を介在して前記凹部の縁と対向し、前記発光層の一部は、前記凹部の縁と対向する第２電極と前記凹部の縁を被覆しているバンクの一部との間に介在し前記第２電極からの電荷注入を受け、前記凹部の縁を被覆している前記バンクの一部は、前記凹部の縁と前記発光層の一部との間に存在する構成とする。

上記構成によれば、電荷注入輸送層に形成された凹部の縁がバンクの一部で被覆されているので、発光時に凹部の縁に電界が集中するのを抑制することができ、その結果、発光層に局部的に電流が流れるのを抑制することができる。したがって、発光面内の輝度ムラを抑制することができ、発光特性を更に改善することができる。

また、本発明の別の態様として、前記電荷注入輸送層を構成する材料は、金属の酸化物、窒化物または酸窒化物であることとしてもよい。これらの材料は一般的に親水性である。したがって、バンクを形成する工程中の純水での洗浄工程において凹部を形成することができる。

また、本発明の別の態様として、前記機能層は、前記正孔注入層から前記発光層に正孔を輸送する正孔輸送層を含み、前記正孔輸送層は、前記正孔注入層と前記発光層との間に介在する構成とすることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記透明電極は、ＩＴＯまたはＩＺＯとすることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記第１電極または前記第２電極の少なくともいずれか一方に、半透明もしくは透明な金属薄膜を積層することもできる。

この場合、本発明の別の態様として、前記半透明もしくは透明な金属薄膜は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより選択されるいずれかを含む金属膜であって、その膜厚が３ｎｍから３０ｎｍである構成とすることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記電荷注入輸送層を構成する材料は、前記バンクを形成するときに用いられる液体により浸食される材料であることとしてもよい。

この場合、本発明の別の態様として、前記液体は水またはＴＭＡＨ溶液とすることもできる。これにより、バンクを形成する工程において、特別に工程を追加することなく、凹部を形成することができる。

また、本発明の別の態様として、前記バンクの一部は、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の底面まで達し、前記バンクの側面は、前記凹部底面への到達点から頂点にかけて上り斜面になっていることとしてもよい。これにより、発光層をインクジェット法などの印刷技術で形成する場合に、バンクに規定される領域内の隅々にインクを入り込ませやすくでき、ボイド等の発生を抑えることができる。

また、本発明の別の態様として、前記バンクの一部は、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の底面まで達していないこととしてもよい。凹部の縁をバンクの一部で覆われるようにするには、例えば、バンク材料に熱処理を施すことによりバンク材料を流動化させて、バンク材料の一部で凹部の縁を覆わせることが考えられる。上記構成によれば、バンク材料を凹部底面まで流さなくてもよいので、熱処理の温度および時間を低温かつ短時間にすることができる。

また、本発明の別の態様として、前記バンクは、絶縁性を有する材料を含むこととしてもよい。これにより、隣接する発光層どうしを絶縁することができる。

また、本発明の別の態様として、前記発光層は、有機ＥＬ層であることとしてもよい。

また、本発明の別の態様として、前記電荷注入輸送層は、前記バンクの底面に沿って前記バンクの側方に延出していることとしてもよい。

また、本発明の別の態様として、前記電荷注入輸送層の凹部の縁は、前記電荷注入輸送層の上面において凹入されていない領域と前記凹部の側面とで形成された凸角部分であることとしてもよい。

また、本発明の別の態様として、本発明の一態様である発光装置は、上記の発光素子を複数備えた構成とすることもできる。

また、本発明の別の態様として、本発明の一態様である発光素子の製造方法は、第１電極と第２電極との間に、少なくとも電荷注入輸送層と、発光層を含む機能層との積層体が介挿され、かつ、バンクで規定された領域に前記発光層が存在し、前記第１電極側と前記第２電極側の双方から光を取り出す両面発光型の発光素子の製造方法であって、透明電極からなる前記第１電極を形成する工程と、電荷注入輸送層を形成する工程と、前記電荷注入輸送層上にバンクを構成する材料からなるバンク材料層を形成する工程と、前記バンク材料層の一部を除去して前記電荷注入輸送層の一部を露出させる工程と、前記電荷注入輸送層上の前記バンク材料層の残留部に熱処理を施す工程と、前記熱処理工程後、前記露出した電荷注入輸送層上に前記機能層を形成する工程と、透明電極からなる前記第２電極を形成する工程と、を含み、前記電荷注入輸送層は、前記電荷注入輸送層の一部が露出した状態で用いられる液体で用いられる液体により浸食される材料からなり、前記電荷注入輸送層の露出面は、前記液体の浸食により前記バンク材料層の残留部底面のレベルから沈下した凹入構造に形成され、前記熱処理工程では、前記バンク材料層の残留部に流動性を与えることにより、前記残留部から前記バンクを構成する材料を前記凹入構造の凹部の縁まで延出させるものとする。

ここで、本発明の別の態様として、前記電荷注入輸送層は、金属の酸化物、窒化物、または酸窒化物からなる正孔注入層とすることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記機能層は、前記正孔注入層から前記発光層に正孔を輸送する正孔輸送層を含み、前記正孔輸送層を、前記正孔注入層と前記発光層との間に介在させることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記透明電極として、ＩＴＯまたはＩＺＯを設けることもできる。

また、本発明の別の態様として、前記第１電極または前記第２電極の少なくともいずれか一方に、半透明もしくは透明な金属薄膜を積層する工程を含むこともできる。

この場合、本発明の別の態様として、前記半透明もしくは透明な金属薄膜は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより選択されるいずれかを含む金属膜であって、その膜厚を３ｎｍから３０ｎｍとすることもできる。

またこの場合、本発明の別の態様として、前記金属膜を真空プロセスで成膜することもできる。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、発光素子としては発光層に有機ＥＬ材料を用いた有機ＥＬ素子、発光素子を複数備えた発光装置としては有機ＥＬディスプレイを例に挙げて説明する。なお、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。

＜概略構成＞
図２は、本発明の実施形態に係る、両面発光型の有機ＥＬディスプレイの一部を示す平面図である。

有機ＥＬディスプレイ１００は、ＲＧＢの何れかの発光層を具備する有機ＥＬ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃをマトリックス状に配置してなる、両面発光型の有機ＥＬディスプレイである。各有機ＥＬ素子がサブピクセルとして機能し、ＲＧＢの３色の有機ＥＬ素子が一組でピクセルとして機能する。

図２の例では、井桁状のピクセルバンク５５が採用されており、Ｙ軸方向に延伸するバンク要素５５ａにより、Ｘ軸方向に隣接する発光層５６ａ１、５６ｂ１、５６ｃ１が区分けされると共に、発光層５６ａ２、５６ｂ２、５６ｃ２が区分けされる。

一方、Ｘ軸方向に延伸するバンク要素５５ｂにより、Ｙ軸方向に隣接する発光層５６ａ１、５６ａ２が区分けされ、発光層５６ｂ１、５６ｂ２が区分けされ、さらに、発光層５６ｃ１、５６ｃ２が区分けされる。

図３は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの一部断面を模式的に示す端面図であり、図２のＡ−Ａの断面を示している。図４は、図３における一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大端面図である。

ＴＦＴ基板１（以下、単に「基板１」）上には、陽極である第１電極２がマトリックス状に形成されており、第１電極２上に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層３及び、ホール注入層４がその順で積層されている。なお、ＩＴＯ層３が第１電極２上にのみ積層されているのに対し、ホール注入層４は第１電極２上だけでなく基板１の上面全体に亘って形成されている。

第１電極２の周辺上部にはホール注入層４を介してバンク５が形成されており、バンク５で規定された領域内に発光層６が積層されている。さらに、発光層６の上には、電子注入層７、陰極である第２電極８、及び封止層９が、それぞれバンク５で規定された領域を超えて隣接する有機ＥＬ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのものと連続するように形成されている。駆動時において、発光は第１電極２側及び第２電極８側の双方より取り出すことができる。

＜各部構成＞
各構成要素について具体的に説明する。なお、いずれの構成要素も有機ＥＬディスプレイを両面発光型にするため、透明性を有するように構成すべき点に留意する。

基板１は、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料で形成されている。

第１電極２は、透明電極であり、ＩＴＯやＩＺＯ等の金属酸化物の他、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）等で形成される。或いは、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより選択されるいずれかを含む金属膜であってもよい。いずれの場合も、十分な透明性を持たせるため、適度な厚み（例えば３ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚）で構成する。なお、第１電極２と、後述する第２電極８は、いずれも透明電極ではあるが、一定の光透過率を有する構成であるため、これを言い換えると、「半透明もしくは透明」な薄膜と言うことができる。一般的に不透明として知られる金属材料であっても、上記のように膜厚を十分に薄くすれば、光透過性を発揮できる半透明もしくは透明な膜となる。

ここで図１２は、厚み１２ｎｍ及び１５ｎｍの酸化タングステン（Ｗｏｘ）について、透過率（Ｔ％）及び波長の関係を示すグラフである。当図に示すように、酸化タングステンを用いる場合、少なくとも厚みを１２ｎｍ〜１５ｎｍの範囲に設定すれば、３５０ｎｍ〜６５０ｎｍにわたる広い波長範囲の光について、８５％以上の透過率が得られることが分かる。一方、学術論文（Ｖ．Ｂｕｌｏｖｉｃ，Ｇ．Ｇｕ，Ｐ．Ｅ．Ｂｕｒｒｏｗｓ，Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｎａｔｕｒｅ ｖｏｌ３８０，２９（１９９６））には、膜厚を５〜４０ｎｍに設定したＭｇ−Ａｇ合金電極を利用した、両面発光型ＯＥＬＤが記載されている。また特許文献２には、陰極を厚み１０〜８００ｎｍに設定することで、良好な透明性が得られることが示されている。これらの知見を参酌すると、上記した第１電極２と第２電極８の各金属材料についても、厚みを３ｎｍ〜３０ｎｍ程度に設定すれば、十分な透明性が得られるものと考えられる。

ＩＴＯ層３は、第１電極２及びホール注入層４の間に介在し、各層間の接合性を良好にする機能を有する。

ホール注入層４は、ＷＯｘ（酸化タングステン）又はＭｏｘＷｙＯｚ（モリブデン−タングステン酸化物）で形成されている。なお、ホール注入層４は、ホール注入機能を果たす金属化合物で形成されていれば良く、そのような金属化合物としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物が挙げられる。

ホール注入層４が特定の金属化合物で形成されている場合は、ホールを容易に注入することができ、発光層６内で電子が有効に発光に寄与するため、良好な発光特性を得ることができる。前記の特定の金属化合物としては、遷移金属が好ましい。遷移金属は、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果ホール注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。

図４に示すように、ホール注入層４は、バンク５の底面５ａ、５ｂに沿って側方に延出していると共に、上面の一部が凹入して凹部４ａが形成されている。凹部４ａの内底面部としての底面４ｂは、バンク底面５ａのレベル５ｃよりも沈下している。凹部４ａは、底面４ｂと、これに連続する内側面部としての側面４ｄとで構成されており、凹部４ａの深さは、概ね５ｎｍ〜３０ｎｍ程度である。従って、ホール注入層４は第１電極２と同様に十分な薄さを持つ金属酸化物薄膜で構成されているため、図１２を用いて上記したように、良好な透明性を有している。凹部の縁４ｃは、ホール注入層４の上面において凹入されていない領域４ｅと凹部の側面４ｄとで形成された凸角部分であり、バンク５の一部である被覆部５ｄにより被覆されている。

凹部の縁４ｃは、凹部の底面４ｂに対して突出しているので、仮に、凹部の縁４ｃが絶縁性の被覆部５ｄで覆われていなければ、ここに電界集中が生じて発光層６に局部的に電流が流れ、その結果、発光面内での輝度ムラや発光層６の局部的劣化による製品の短寿命化という問題が生じる。しかしながら、本実施形態では、凹部の縁４ｃが絶縁性の被覆部５ｄにより被覆されているので、そのような問題が生じるのを抑制することができる。なお、電界集中を効果的に抑制するには、被覆部５ｄの厚み（凹部の縁４ｃから発光層６までの最短距離）を２ｎｍ〜５ｎｍとするのが望ましい。

また、凹部の縁４ｃの形状は、一例として示した図４のようなエッヂ形状よりも、多角形、あるいは丸みを帯びた形状とすることで、電界集中をより抑制できる。

また、本実施形態では、被覆部５ｄは凹部４ａの底面４ｂまで達し、バンク５の側面は、凹部底面４ｂへの到達点から頂点にかけて上り斜面になっている。これにより、発光層６をインクジェット法などの印刷技術で形成する場合に、バンクに規定される領域内の隅々にインクを入り込ませやすくでき、ボイド等の発生を抑えることができる。

バンク５は、サブピクセルごとに発光層６を区画するためのものであり、樹脂等の有機材料で形成されており絶縁性を有する。有機材料の例には、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられる。バンク５は、有機溶剤耐性を有することが好ましい。さらに、バンク５はエッチング処理、ベーク処理等がされることがあるので、それらの処理に対して過度に変形、変質などをしないような耐性の高い材料で形成されることが好ましい。

発光層６は、機能層を構成し、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質で形成されることが好ましい。

電子注入層７は、第２電極８から注入された電子を発光層６へ輸送する機能を有し、例えば、バリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム、あるいはこれらの組み合わせで形成されることが好ましい。

第２電極８は、第１電極２と同様の透明電極材料で構成され、第１電極２と同様の方法で、良好な光透過性を発揮できるように適切な膜厚（３ｎｍ〜３０ｎｍ）で構成される。

封止層９は、発光層６等が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の材料で形成される。

（両面発光型素子の課題について）
両面発光型の発光素子を構成する場合、基板の上面方向及び下面方向のいずれに対しても、発光を有効に取り出すことが、素子の発光特性の面において重要である。一方、本願発明者らは、有機ＥＬ素子の電荷注入輸送層として金属化合物を適用し、発光特性の向上を図るべく検討を進めている。

しかしながら、金属化合物は一般に、ある一定の割合で可視光を吸収する性質があるため、発光層からの発光を電荷注入輸送層を通じて外部に取り出す際に光が吸収され、発光効率の損失を招く課題がある。

また別の課題として、電荷注入輸送層の表面に形成された凹部の縁が絶縁性の被覆部で覆われていなければ、凹部の縁に電界集中が生じて発光層に局部的に電流が流れうる。その結果、発光面内での輝度ムラや発光層の局部的劣化を招き、製品の短寿命化に至るという課題がある。

特に、発光面内において局所的な発光を生じる場合、発光面内には発光領域と非発光領域が併存する。ここで、素子が両面発光型の発光素子であれば、非発光領域は発光に寄与しない領域となり、単なる透明基板となってしまう。このため発光素子の背景が透過して見えてしまい、発光素子あるいは発光素子を用いた表示パネルの表示性能を低下させるという課題がある。

この課題に対し、本実施の形態では、バンク５で規定された領域において、上面が沈下してなる電荷注入輸送層（ホール注入層４）の凹部４ａに発光層６を形成する。このようにホール注入層４のうち、膜厚の比較的薄い凹部４ａを利用することで、駆動時において発生した発光層６からの発光の吸収割合を低減できる。

この効果を具体的に説明する。例えば、電荷注入輸送層として酸化タングステン層を用いた場合、波長４００ｎｍの光透過率は、酸化タングステン膜厚が１２ｎｍでは９５％、１５ｎｍでは９３％である。また、波長４５０ｎｍの光透過率は、酸化タングステン膜厚が１２ｎｍでは９７％、１５ｎｍでは９５％である。また、波長５３０ｎｍの光透過率は、酸化タングステン膜厚が１２ｎｍでは９８％、１５ｎｍでは９７％である。このようにいずれの波長の光に対し、酸化タングステンの膜厚差がわずか３ｎｍ程度であっても光透過率に相当の差異が生じる。膜厚差が大きくなれば、光透過率の差も比例して大きくなる。

複数の膜が積層された構成を持つ有機ＥＬディスプレイ等のデバイスの光透過率は、各層の光透過率の積で表される。従って、光透過率を１００％に近づけるように、各層の光透過率を改善することが重要である。特に、材料開発が困難な青色発光を行う場合には、発光効率の向上を図る上で、本実施の形態を適用すると、光透過率の効果的な改善を期待でき、デバイスとしてのトータルの特性改善対策として有効である。このように、バンクで規定された電荷注入輸送層の領域内を凹入構造にすれば、発光領域の光透過率を向上させ、両面発光型の発光素子を良好に実現できる。なお、凹部４a（凹入構造）の深さとしては、概ね５ｎｍ〜３０ｎｍ程度が好ましい。

さらに、本実施の形態では、ホール注入層４の凹部４ａの縁がバンク５の一部で被覆されていることによって、発光面内における局所的な発光を防止し、所望する発光領域全体にわたる均一な発光を期待できる。このように発光面内に発光に寄与しない領域が形成されることがないため、発光層で生じた光は上面及び下面の双方にわたって優れた発光効率で外部に取り出される（図３の矢印参照）。その結果、両面発光素子の背景を透過させることなく、所望する発光あるいは表示を実現できるようになっている。

＜製造方法＞
図５乃至図７は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬディスプレイの製造方法を説明する工程図である。

まず、図５（ａ）に示すように、基板１上に、真空プロセスを用いて第１電極２を形成する。真空プロセスとしては、真空蒸着法、スパッタリング、電子ビーム法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング等、公知のプロセスを利用できる。このうちスパッタリングによりＡｇ薄膜を形成する場合は、例えば公知のＤＣマグネトロンスパッタリング方式を利用したスパッタリング装置を用いる。チャンバーにアルゴンガス等の不活性ガスを所定圧力（例えば３×１０^-1Ｐａ）で満たし、基板１の表面に一様に成膜する。その後、Ａｇ薄膜をフォトリソグラフィでパターニングすることによりマトリックス状に第１電極２を形成する。

或いは真空蒸着法による場合は、抵抗加熱式が好適である。具体的には所定の透明電極材料を入れた蒸着ペレット、または粒子を真空蒸着装置の抵抗加熱ボートまたは抵抗加熱フィラメントに入れる。そして、所定の基板ホルダーに基板１を取り付け、チャンバー内を５×１０^-4Ｐａまで減圧し、基板温度を１０〜１００℃程度に加熱し、蒸着速度を２０ｎｍ／ｓｅｃ以下に設定して成膜実施する。その後は上記のように、成膜された蒸着膜についてパターニングを行う。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１電極２と同様の真空プロセス（例えばスパッタリング）によりＩＴＯ薄膜を形成し、当該ＩＴＯ薄膜を例えばフォトリソグラフィによりパターニングすることによりＩＴＯ層３を形成する。

続いて、ＷＯｘ又はＭｏｘＷｙＯｚを含む組成物を用いて、第１電極２と同様の手法で、真空蒸着、スパッタリングなどの技術によりＷＯｘ又はＭｏｘＷｙＯｚの薄膜１１を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、薄膜１１上に有機材料からなるバンク材料を用いてバンク材料層１２を形成し、バンク材料層１２の一部を除去して薄膜１１の一部を露出させる。バンク材料層１２の形成は、例えば塗布等により行うことができる。バンク材料層１２の除去は、所定の現像液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液等）を用いてパターニングをすることにより行うことができる。

このとき、薄膜１１を構成する材料であるＷＯｘ又はＭｏｘＷｙＯｚは純水やＴＭＡＨ溶液に溶けやすい性質をもつので、前記現像液により薄膜１１の表面に付着するバンク残渣を洗浄し、かつ、図６（ａ）に示すように、薄膜１１の露出部分が浸食されて凹入構造に形成される。この結果、凹部４ａを具備するホール注入層４が形成される。

次に、図６（ｂ）に示すように、熱処理を施してバンク材料層１２の残留部にある程度の流動性を与え、残留部からバンク材料を凹部の縁４ｃまで延出させる。これにより、凹部の縁４ｃは被覆部５ｄに覆われることになる。熱処理は、例えば、熱キュアを採用することができる。熱キュアの温度および時間は、バンク材料の種類や必要とする被覆部５ｄの厚み等を勘案して適宜決定すればよい。その後、必要に応じて、バンク材料層１２の残留部表面に例えばフッ素プラズマ等による撥液処理を施して、バンク５を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、バンク５で規定された領域内に例えばインクジェット法により有機ＥＬ材料を含む組成物インク（以下、単に「インク」と称する）を滴下し、そのインクを乾燥させて発光層６を形成する。なお、ディスペンサー法、ノズルコート法、スピンコート法、凹版印刷、凸版印刷等によりインクを滴下しても良い。

次に、図７（ａ）に示すように、例えば真空蒸着により電子注入層７となるバリウム薄膜を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、例えば第１電極２と同様の真空プロセスにより、第２電極８となるＩＴＯ薄膜を形成する。なお、この時点では発光層６が形成されているため、熱的影響や簡便性を考慮すると、基板１の加熱温度が比較的低いスパッタリングや真空蒸着法で第２電極８を成膜することが好適である。但し、スパッタリングに伴って発生するプラズマによって、発光層６が損傷しないように成膜強度に留意する。

そして、図７（ｃ）に示すように、さらに封止層９を形成する。

上記製造方法によれば、製造過程においてホール注入層４の露出部分に凹部４ａが形成されたとしても、凹部の縁４ｃが被覆部５ｄで被覆され、その後、発光層６が形成されるため、凹部の縁４ｃに電界が集中するのを抑制することができる。

また、上記製造方法によれば、一旦、一様な厚みの金属酸化物層（薄膜１１）を形成した後、現像液を用いたバンク残渣の洗浄時において、表面部分を一部溶解させ、凹入構造を持つように形成することで、発光領域における厚み部分を薄くし、ホール注入層４を形成する。このように、実際の成膜プロセスにおいては、最初から薄い膜を形成するよりも、一旦厚い膜を形成し、その後、厚みを調節する方が、安定した生産性を発揮できる。

すなわち一般に、成膜プロセスにおいて非常に薄い膜を成膜する場合には、成膜開始から終了までを比較的短い時間で実施する必要があるが、このような薄い膜は、膜厚、膜質等が安定せず、バラツキが生じやすい。これは、成膜条件が安定するまでの時間（例えばスパッタ法では、放電によってチャンバー内にプラズマを生成し、プラズマ状態が安定するまでの時間）においても成膜がなされるため、この時間内に成膜された不安定な特性を持つ膜の厚みの全膜厚に占める割合が大きくなるからである。これに対し上記製造方法によれば、最初に一定の厚みの薄膜１１を形成した後、部分的に表面を溶解させて凹入構造を形成することにより、電荷注入輸送性能に優れ、かつ発光領域では膜厚の薄いホール注入層４を効率よく作製できるので有利である。

以上、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ホール注入層４を構成する材料としてＷＯｘ又はＭｏｘＷｙＯｚを用いて説明しているが、一般に、金属の酸化物、窒化物、酸窒化物は純水に浸食されやすいので、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）以外の金属を用いた場合でも本実施形態を適用することにより同様の効果を奏することができる。
（２）上記実施形態では、ホール注入層は洗浄の際に純水に浸食されて凹部が形成されているが、本発明を採用すれば、それ以外の理由により凹部が形成されたとしても、凹部の縁に電界が集中するのを抑制するという効果を得ることができる。それ以外の理由とは、例えば、ホール注入層がエッチングの際にエッチング液に浸食される場合や、レジスト剥離の際に剥離剤に浸食される場合などが挙げられる。このように、ホール注入層がバンクを形成する際に用いられる液体に浸食される材料からなる場合、より詳細には、ホール注入層の一部が露出した状態で用いられる液体に浸食される材料からなる場合に、本発明は有効である。
（３）上記実施形態では、バンクから延出した被覆部は凹部の縁４ｃを越えて凹部の底面４ｂまで到達しているが、本発明は、凹部の縁４ｃを被覆することさえできれば、これに限られない。例えば、図８に示すように、被覆部５ｄが凹部の底面４ｂまで到達しない場合でも構わない。図８の構成を採用した場合には、バンク材料を凹部底面まで流さなくてもよいので、熱処理の温度および時間を低温かつ短時間にすることができる。

上記実施形態では、ホール注入層４の凹部４ａを形成する方法の一例として、バンク形成工程での現像によるものを示したが、本発明は、その他の形成方法としてマクスパターニングなどを用いることもできる。
（４）図６（ａ）では、バンク材料１２の斜面の下端と凹部の縁４ｃとが一致しているが、必ずしもこのようになるとは限らない。バンク材料によっては、図９（ａ）に示すように、バンク材料１２の斜面が後退することにより、凹入されていない領域４ｅの一部が露出する場合もある。この場合でも、バンク材料１２に適切に熱処理を施すことにより、凹部の縁４ｃをバンク材料の一部で覆わせることとすればよい（図９（ｂ）参照）。
（５）上記実施形態では、電荷注入輸送層としてホール注入層４のみが第１電極と発光層との間に介挿されているが、本発明は、これに限られない。例えば、図１０に示すように、ホール注入層４上にホール輸送層１３が形成され、これらが電荷注入輸送層として介挿されることとしてもよい。この場合、ホール輸送層１３の上面に凹部が形成されることになり、ホール輸送層に形成された凹部の縁が被覆部で覆われることになる。

さらには、電荷注入輸送層がホール注入層のみから構成され、このホール注入層、および、機能層を構成するホール輸送層が、第１電極と発光層との間に介挿されていてもよい。具体的には、図１３の部分Ｂに示すように、ホール注入層４の凹部４ａの縁４ｃがバンク５の被覆部５ｄにより被覆された状態で、ホール注入層４の凹部４ａ上に、ホール輸送材料を含むインクを塗布してホール輸送層１３を形成し、このホール輸送層１３上に発光材料を含むインクを塗布して発光層６を形成してもよい。
（６）上記実施形態では、第１電極２をＡｇ薄膜で形成しているので、ＩＴＯ層３をその上に形成することとしている。第１電極２をＡｌ系にしたときは、ＩＴＯ層３を無くして陽極を単層構造にすることができる。
（７）上記実施形態では、発光素子を複数備えた発光装置として、有機ＥＬディスプレイを例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限らず、照明装置等にも適用可能である。
（８）上記実施形態では、所謂、ピクセルバンク（井桁状バンク）を採用しているが、本発明は、これに限らない。例えば、ラインバンク（ライン状のバンク）を採用することができる。図１１の例では、ラインバンク６５が採用されており、Ｘ軸方向に隣接する発光層６６ａ、６６ｂ、６６ｃが区分けされる。なお、図１１に示すように、ラインバンク６５を採用する場合には、Ｙ軸方向に隣接する発光層同士はバンク要素により規定されていないが、駆動方法および陽極のサイズおよび間隔などを適宜設定することにより、互いに影響せず発光させることができる。
（９）上記実施形態では、発光層と第２電極との間に電子注入層のみが介挿されているが、これに加えて電子輸送層が介挿されていることとしてもよい。
（１０）上記実施形態では、バンク材料として、有機材料が用いられていたが、無機材料も用いることができる。

この場合、バンク材料層の形成は、有機材料を用いる場合と同様、例えば塗布等により行うことができる。バンク材料層の除去は、バンク材料層上にレジストパターンを形成し、その後、所定のエッチング液（テトラメチルアンモニウムハイドロキシオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液等）を用いてエッチングをすることにより行うことができる。レジストパターンは、エッチング後に例えば水系もしくは非水系の剥離剤により除去される。次に、エッチング残渣を純水で洗浄する。このとき、薄膜を構成する材料であるＷＯｘ又はＭｏｘＷｙＯｚは純水やＴＭＡＨ溶液に溶けやすい性質をもつので、図６（ａ）に示す場合と同様、薄膜の露出部分が浸食されて凹入構造に形成される。この結果、凹部を具備するホール注入層が形成される。このため、バンク材料として無機材料を用いる場合も、有機材料を用いる場合と同様、本発明が適用できる。

本発明は、有機ＥＬディスプレイ等に利用可能である。

１ ＴＦＴ基板
２ 第１電極
３ ＩＴＯ層
４ ホール注入層
４ａ 凹部
４ｂ 凹部の底面
４ｃ 凹部の縁
４ｄ 凹部の側面
４ｅ ホール注入層の上面において凹入されていない領域
５ バンク
５ａ、５ｂ バンクの底面
５ｃ バンクの底面のレベル
５ｄ 被覆部
６ 発光層
７ 電子注入層
８ 第２電極
９ 封止層
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 有機ＥＬ素子
１１ 薄膜
１２ バンク材料層
１３ ホール輸送層
５５ ピクセルバンク
５５ａ バンク要素
５５ｂ バンク要素
５６ａ１、５６ａ２、５６ｂ１、５６ｂ２、５６ｃ１、５６ｃ２ 発光層
６５ ラインバンク
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ 発光層
１００ 有機ＥＬディスプレイ

Claims (22)

1. 第１電極と第２電極との間に、少なくとも電荷注入輸送層と、発光層を含む機能層との積層体が介挿され、かつ、絶縁性のバンクで規定された領域に前記発光層が存在し、前記第１電極側と前記第２電極側の双方から光を取り出す両面発光型の発光素子であって、
   前記第１電極と前記第２電極とは透明電極からなり、
   前記電荷注入輸送層は、前記バンクで規定された領域においては表面が沈下した凹入構造に形成され、その厚みが部分的に薄く形成された凹部を有し、
   前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の縁は、前記バンクの一部で被覆されており、
   前記第２電極と前記凹部の縁との間には前記発光層の一部が存在し、前記第２電極は前記発光層の一部を介在して前記凹部の縁と対向し、
   前記発光層の一部は、前記凹部の縁と対向する第２電極と前記凹部の縁を被覆しているバンクの一部との間に介在し前記第２電極からの電荷注入を受け、
   前記凹部の縁を被覆している前記バンクの一部は、前記凹部の縁と前記発光層の一部との間に存在する
   発光素子。
2. 前記電荷注入輸送層は、金属の酸化物、窒化物、または酸窒化物からなる正孔注入層である請求項１に記載の発光素子。
3. 前記機能層は、前記正孔注入層から前記発光層に正孔を輸送する正孔輸送層を含み、
   前記正孔輸送層は、前記正孔注入層と前記発光層との間に介在する、
   請求項２に記載の発光素子。
4. 前記透明電極は、ＩＴＯまたはＩＺＯである請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
5. 前記第１電極または前記第２電極の少なくともいずれか一方に、半透明もしくは透明な金属薄膜を積層する、請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
6. 前記半透明もしくは透明な金属薄膜は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより選択されるいずれかを含む金属膜であって、
   その膜厚が３ｎｍから３０ｎｍである、請求項５記載の発光素子。
7. 前記電荷注入輸送層を構成する材料は、前記バンクを形成するときに用いられる液体により浸食される材料である、請求項１〜６のいずれかに記載の発光素子。
8. 前記液体は水またはＴＭＡＨ溶液である
   請求項７に記載の発光素子。
9. 前記バンクの一部は、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の底面まで達し、前記バンクの側面は、前記凹部底面への到達点から頂点にかけて上り斜面になっている、請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
10. 前記バンクの一部は、前記電荷注入輸送層の凹入構造における凹部の底面まで達していない、請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
11. 前記発光層が有機ＥＬ層である、請求項１〜１０のいずれかに記載の発光素子。
12. 前記電荷注入輸送層は、前記バンクの底面に沿って前記バンクの側方に延出している、請求項１〜１１のいずれかに記載の発光素子。
13. 前記電荷注入輸送層の凹部の縁は、前記電荷注入輸送層の上面において凹入されていない領域と前記凹部の側面とで形成された凸角部分である、請求項１〜１２のいずれかに記載の発光素子。
14. 前記第２電極は陰極であり、
    前記積層体は、前記発光層と前記第２電極との間に電子輸送層を含み、
    前記第２電極から注入された電子は、前記電子輸送層を介して前記発光層を含む機能層に輸送される、
    請求項１記載の発光素子。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の発光素子を複数備えた発光装置。
16. 第１電極と第２電極との間に、少なくとも電荷注入輸送層と、発光層を含む機能層との積層体が介挿され、かつ、バンクで規定された領域に前記発光層が存在し、前記第１電極側と前記第２電極側の双方から光を取り出す両面発光型の発光素子の製造方法であって、
    透明電極からなる前記第１電極を形成する工程と、
    電荷注入輸送層を形成する工程と、
    前記電荷注入輸送層上にバンクを構成する材料からなるバンク材料層を形成する工程と、
    前記バンク材料層の一部を除去して前記電荷注入輸送層の一部を露出させる工程と、
    前記電荷注入輸送層上の前記バンク材料層の残留部に熱処理を施す工程と、
    前記熱処理工程後、前記露出した電荷注入輸送層上に前記機能層を形成する工程と、
    透明電極からなる前記第２電極を形成する工程と、
    を含み、
    前記電荷注入輸送層は、前記電荷注入輸送層の一部が露出した状態で用いられる液体で用いられる液体により浸食される材料からなり、
    前記電荷注入輸送層の露出面は、前記液体の浸食により前記バンク材料層の残留部底面のレベルから沈下した凹入構造に形成され、
    前記熱処理工程では、前記バンク材料層の残留部に流動性を与えることにより、前記残留部から前記バンクを構成する材料を前記凹入構造の凹部の縁まで延出させる
    ことを特徴とする発光素子の製造方法。
17. 前記電荷注入輸送層は、金属の酸化物、窒化物、または酸窒化物からなる正孔注入層である
    請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
18. 前記機能層は、前記正孔注入層から前記発光層に正孔を輸送する正孔輸送層を含み、
    前記正孔輸送層を、前記正孔注入層と前記発光層との間に介在させる、
    請求項１７に記載の発光素子の製造方法。
19. 前記透明電極を、ＩＴＯまたはＩＺＯで構成する、
    請求項１６〜１８のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
20. 前記第１電極または前記第２電極の少なくともいずれか一方に、半透明もしくは透明な金属薄膜を積層する工程を含む、
    請求項１６〜１９のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
21. 前記半透明もしくは透明な金属薄膜を、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより選択されるいずれかを含む金属膜で構成し、
    その膜厚を３ｎｍから３０ｎｍとする
    請求項２０記載の発光素子の製造方法。
22. 前記金属膜を真空プロセスで成膜する
    ことを特徴とする、請求項２１に記載の発光素子の製造方法。

Images