JP5904471B2 - 発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法 - Google Patents

発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法に関し、特にフラットディスプレイ等に用いられる有機ＥＬ素子に関する。
従来から、有機ＥＬ素子の製造プロセスにおいて、インクジェット法によるパターニングで発光層を形成することが行われている。インクジェット法は、微小領域に均一な薄膜パターンを形成するのに適した方法であって、バンクで規定された各ピクセル領域に有機ＥＬ材料を含む組成物インク（以下、単に「インク」と称する。）を滴下し乾燥させることで、それらピクセル領域に均一な薄膜パターンを形成する。
上記方法を採用する場合、例えば、バンク表面にはフッ素プラズマによる撥液処理が施される。これにより、バンク表面はインクに対する濡れ性が悪くなり、滴下されたインクがバンクを超えて隣のピクセル領域に流れ出にくくなるため、高精細なパターニングが可能になる。
さらに、特許文献１には、バンクを、撥水性の材料からなる上層部と親液性の材料からなる下層部との二層構造にすることで、バンク上層部ではインクに対する濡れ性を悪くしインクが流れ出にくいようにし、バンク下層部ではインクに対する濡れ性を良くしピクセル領域にインクが留まりやすくして、より高精細に発光層をパターニングする技術が開示されている。
特開２００３−２４９３７５号公報
しかしながら、バンクを二層構造にすると、一層構造の場合と比べて工程数が増えるぶんだけ有機ＥＬ素子の製造コストが高くなる。
本発明は、上記の課題に鑑み、発光層が高精細にパターニングされており、かつ安価に製造可能な発光素子を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る発光素子は、第１電極、電荷注入輸送層、中間層、発光層、第２電極がこの順に積層され、少なくとも前記発光層がバンクにより規定されてなる発光素子であって、前記電荷注入輸送層は、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物のうちの少なくとも１つを含み、前記中間層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹入部を有し、前記凹入部の内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの前記中間層側の下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状であり、前記中間層の側面の少なくとも一部に接触し、前記中間層は親液性を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る発光素子は、電荷注入輸送層が、発光層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹入部を有するため、製造プロセスにおいてバンクで規定された領域に滴下されたインクの下部をその凹入部内に溜めることができる。しかも、凹入部の内面は、電荷注入輸送層がバンクの表面と比較して親液性のある金属化合物からなりインクに対する濡れ性が良いため、凹入部内のインクを安定に留めておくことができる。したがって、インクがバンクを超えて隣のピクセル領域に流れ出にくく、発光層の高精細なパターニングが可能である。しかも、凹入部は、例えば純水で電荷注入輸送層の一部を溶かす等して簡単に形成することができ、特許文献１の発光素子のようにバンクを二層構造にするための煩雑な工程が不要であるため、安価に実施可能である。
第１の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図である。 図１における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 凹入部の形状を説明するための模式図である。 変形例に係る発光素子の図１における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 凹入部の形状を説明するための模式図である。 発光層の最適膜厚を説明するための模式図である。 変形例に係る発光素子の図１における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図８に続く第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 第２の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図である。 第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 第３の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図である。 第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 第４の実施形態に係る表示装置等を示す斜視図である。
［本発明の一態様の概要］
本発明の一態様に係る発光素子は、第１電極、電荷注入輸送層、中間層、発光層、第２電極がこの順に積層され、少なくとも前記発光層がバンクにより規定されてなる発光素子であって、前記電荷注入輸送層は、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物のうちの少なくとも１つを含み、前記中間層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹入部を有し、前記凹入部の内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの前記中間層側の下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状であり、前記中間層の側面の少なくとも一部に接触し、前記中間層は親液性を有することを特徴とする。
ここで、「電荷注入輸送層」の語は、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、及び電子注入兼輸送層等の総称である。例えば、電荷注入輸送層は、ホール注入層で構成されていても良いし、ホール輸送層で構成されていても良いし、ホール注入層とホール輸送層の２層で構成されていても良いし、ホール注入兼輸送層で構成されていても良いし、電子注入層で構成されていても良いし、電子輸送層で構成されていても良いし、電子注入層と電子輸送層の２層で構成されていても良いし、電子注入輸送層で構成されていても良い。
また、「親液性」及び「撥液性」 の語は、相対的な意味で用いている。上記のように、バンクは少なくともその表面が撥液性となっており、一方、電荷注入輸送層は親液性のある金属化合物からなる場合、電荷注入輸送層の表面はバンクの表面よりも親液性であり、バンクの表面は電荷注入輸送層の表面よりも撥液性である。そして、親液性である電荷注入輸送層の表面はインクに対して相対的に濡れ性が良く、撥液性であるバンクの表面はインクに対して相対的に濡れ性が悪い。なお、親液性及び撥液性は、例えば、バンク又は電荷注入輸送層の表面に対するインクの接触角で定義することが可能であり、例えば、接触角が１０°以下の場合を親液性、接触角が３５°以上の場合を撥液性と定義することができる。
また、上記発光素子の特定の局面では、前記電荷注入輸送層は親液性を有し、前記バンクは溌液性を有することを特徴とする。
また、上記発光素子の特定の局面では、前記電荷注入輸送層は、前記バンクを形成の際にレジスト膜の一部を除去するための親液性の現像液、または／および、前記バンク形成後に残留するレジスト残渣を洗浄するための洗浄液に対して溶解可能である金属化合物を含み、前記凹入部は、前記現像液または／および前記洗浄液により溶解されて形成されていることを特徴とする。
また、上記発光素子の特定の局面では、前記電荷注入輸送層は、金属酸化物を含むホール注入層であることを特徴とする。
また、上記発光素子の特定の局面では、前記金属酸化物は、タングステンまたはモリブテンの酸化物であることを特徴とする。
本発明の一態様に係る表示装置は、上記いずれかに記載の発光素子を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係る発光素子の製造方法は、基板上に第１電極を形成する第１工程と、前記第１電極の上方に、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜を形成する第２工程と、前記薄膜上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成する第３工程と、前記バンクを形成後、前記薄膜表面に付着するレジスト残渣を洗浄液を用いて洗浄すると共に、前記洗浄液により前記薄膜の一部を溶解させ、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹入部を有し、前記内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの前記発光層側の下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状であり、前記発光層の側面の少なくとも一部に接触する電荷注入輸送層を形成する第４工程と、前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記電荷注入輸送層の前記内底面および前記内側面に沿って塗布させて乾燥させ、発光層を形成する第５工程と、前記発光層の上方に、第２電極を形成する第６工程と、を有することを特徴とする。
また、基板上に第１電極を形成する第１工程と、前記第１電極の上方に、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜を形成する第２工程と、前記薄膜上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成すると共に、前記現像液により薄膜表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、かつ、前記薄膜の一部を溶解させ、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹入部を有し、前記内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの前記発光層側の下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状であり、前記発光層の側面の少なくとも一部に接触する電荷注入輸送層を形成する第３工程と、前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記電荷注入輸送層の前記内底面および前記内側面に沿って塗布させて乾燥させ、発光層を形成する第４工程と、前記発光層の上方に、第２電極を形成する第５工程と、を有することを特徴とする。
以下、本実施の形態に係る発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。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。
［第１の実施形態］
＜発光素子の概略構成＞
図１は、第１の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図であり、図２は、図１における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る発光素子は、ＲＧＢの各ピクセルがマトリックス状又はライン状に配置されてなるトップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、各ピクセルは基板１上に各層を積層した積層構造となっている。
ＴＦＴ基板１（以下、単に「基板１」）上には、陽極である第１電極２がマトリックス状又はライン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、電荷注入輸送層としてのホール注入層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の上方だけでなく基板１の上面側全体に亘って形成されている。
ホール注入層４上には、ピクセルを規定するバンク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のピクセルのものと連続するように形成されている。
バンク５で規定された領域は、ＩＴＯ層３、ホール注入層４、発光層６、及び電子注入層７がその順で積層された多層積層構造となっており、それらの積層構造で機能層が構成されている。なお、機能層にはホール輸送層や電子輸送層等の他の層が含まれていても良い。
＜発光素子の各部構成＞
基板１は、例えば、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、Ａｇ（銀）で形成されている。なお、第１電極２は、例えば、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）等で形成されていても良い。トップエミッション型の発光素子の場合は、光反射性の材料で形成されていることが好ましい。
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、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含み、具体的には、ＷＯｘ（酸化タングステン）又はＭｏＷＯｘ（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、バンク５の表面と比較して親液性を有する金属化合物で形成されていれば良く、親液性を有する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が金属酸化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。金属酸化物としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｔｈ（トリウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）、及び、Ｌａ（ランタン）からＬｕ（ルテチウム）までのいわゆる希土類元素等の酸化物が挙げられる。なかでも、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ＣｕＯ（酸化銅）、及び、ＳｉＯ（酸化シリコン）は、特に長寿命化に有効である。
金属化合物を構成する金属は、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電位レベルをとることができ、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２に示すように、ホール注入層４は、バンク５の底面に沿って隣のピクセル方向に拡がっていると共に、バンク５で規定された領域においてはバンク５底面のレベルよりも沈下した凹入構造に形成されており、所定の溶剤により溶解されて形成された凹入部４ａ（図２において網目のハッチングで示す部分）を備える。そして、ホール注入層４は、バンク５で規定された領域だけが他の領域と比べて膜厚が薄くなっており、前記他の領域の膜厚は全体に亘って略均一である。ホール注入層４が親液性を有する金属化合物からなるため、凹入部４ａの内面４ｂはインクに対して濡れ性が良い。したがって、バンク５で規定された領域に滴下されたインクが凹入部４ａの内面４ｂに密着しやすく、インクがバンク５で規定された領域に留まりやすい。
なお、ホール注入層４は、少なくともバンク５の底面における端縁部５ａのレベルよりも沈下した凹入構造であれば良く、底面全体のレベルよりも沈下した凹入構造である必要はない。本実施の形態では、底面における端縁部５ａのレベルより沈下しているが、底面における中央部５ｂのレベルより沈下していない凹入構造となっているが、例えば、図２に二点鎖線５ｃで示すように中央部５ｂのレベルを端縁部５ａに揃えバンク５の底面を平坦にする等して、バンク５の底面全体のレベルより沈下した凹入構造としても良い。
ホール注入層４は、バンクの下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造であって、具体的には、ホール注入層４の上面におけるバンク５に規定された領域が下端縁５ｄ相当部位から基板１の上面に対して略垂直下方に沈下している。このように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造である場合は、発光層６の膜厚を広範囲に亘って均一にすることができ、発光層６に輝度むらが生じにくい。
ホール注入層４の凹入構造はカップ状であって、より具体的には、凹入部４ａの内面４ｂが、基板１の上面と略平行且つ平坦であって発光層６の底面６ａに接触する内底面４ｃと、当該内底面４ｃの端縁から基板１の上面と略垂直な方向に向けて延びており前記発光層６の側面６ｂに接触する内側面４ｄとで構成されている。このように、凹入構造がカップ状である場合は、内側面４ｄの存在によって凹入部４ａ内のインクが基板１の上面と平行な方向へ移動しにくくなるため、バンク５で規定された領域にインクをより安定にとどめておくことができる。しかも、凹入構造をカップ状にすると、凹入部４ａの内面４ｂの面積が大きくなり、インクとホール注入層４との密着する面積が大きくなるため、バンク５で規定された領域にインクをより安定にとどめておくことができる。したがって、発光層６の高精細なパターニングが可能である。
上記のように、本実施形態においては、バンク５とホール注入層４とは、略垂直方向に接続されていることにより、発光層６の底部側においてインクが濡れやすくなっており、良好な発光層６が形成できる。ここで、バンク５とホール注入層４が、水平方向に接続される場合には、バンク５とホール注入層４との接続部分付近において、インクが濡れづらくなると考えられる。このため、発光層６の底部側において、発光層６が十分には形成されない可能性があり、この結果、電気的リークが発生するおそれがある。すなわち、発光層６の良好な形成に関し、バンク５とホール注入層４とが、水平方向ではなく、略垂直方向に接続されている点に、技術的な意義が存在する。
なお、バンク５とホール注入層４とが略垂直に接続される形態としては、垂直方向に限らず、斜め方向であればよく、水平方向に対する縦方向であればよい。
ホール注入層４の凹入構造をさらに詳しく説明すると、図３（ａ）に示すように、凹入部４ａの内側面４ｄは、内底面４ｃと連続する下部側の端縁と、当該下部側の端縁と連続する上部側の端縁４ｅ（以下、「上端縁４ｅ」と称する。）とを備え、前記凹入部４ａの内側面４ｄは、前記上端縁４ｅにおいて前記バンク５の発光層６側の下端縁５ｄと一致した形状であり、かつ、前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状になっている。なお、内側面４ｄの上端縁４ｅがバンク５の下端縁５ｄと一致している場合において、凹入部４ａは、図３（ａ）に示すような前記内側面４ｄが内底面４ｃに対して略垂直な形状に限定されず、図３（ｂ）に示すように前記内側面４ｄがバンク５の側面５ｅと略同じ傾きでそれらが面一の形状でも良く、図３（ｃ）に示すように前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状でない形状でも良く、図３（ｄ）に示すように前記内側面４ｄが前記バンク５の下側に入り込むように前記バンク５の側面５ｅとは反対側に傾いた形状でも良い。
また、ホール注入層４は、バンク５の下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造に限らず、例えば、図４に示すように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位よりも隣のピクセル側に寄った部位から沈下した構造としても良い。その場合、図５（ａ）に示すように、凹入部４ａの内側面４ｄは、上端縁４ｅがバンク５の底面５ａに接触した形状となる。なお、内側面４ｄの上端縁４ｅがバンク５の底面５ａに接触した形状の場合において、凹入部４ａは、図５（ａ）に示すような前記内側面４ｄが内底面４ｃに対して略垂直な形状に限定されず、図５（ｂ）に示すように前記内側面４ｄがバンク５の側面５ｅと略同じ傾きの形状でも良く、図５（ｃ）に示すように前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状でない形状でも良く、図５（ｄ）に示すように前記内側面４ｄが前記バンク５の下側に入り込むように前記バンク５の側面５ｅとは反対側に傾いた形状でも良い。
内側面４ｄは、上端縁４ｅがバンク５の下端縁５ｄと一致した形状、または、前記上端縁４ｅが前記バンク５の底面５ａに接触した形状であるため、電極２，８間においてショートが発生しにくい。仮に、図４において二点鎖線１０で示すように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位よりもピクセル中央側に寄った部位から沈下した凹入構造とした場合は、ホール注入層４の上面におけるバンク５から露出した部分４ｆを介して電極２，８間でショートが発生するおそれがある。特に、後述するように、発光層６の平均膜厚ｈが凹入部４ａの平均深さｔよりも小さいか同じである場合は、ホール注入層４の上面におけるバンク５で覆われていない部分４ｆが電子注入層７や第２の電極８と接触する可能性があるため、電極２，８間でショートが発生するおそれが高い。
図２に戻って、凹入部４ａの平均深さｔは本願発明では特に特定されるものではないが、例えば5〜100ｎｍとすることができる。凹入部４ａの平均深さｔが5ｎｍ以上であれば、凹入部４ａ内に十分な量のインクを溜めることができ、バンク５で規定された領域にインクを安定に留めることができる。さらに、バンク５端部まで発光層６がはじかれることなく形成されるため、電極２，８間のショートを防ぐことができる。
なお、凹入部４ａの平均深さｔは、触針式段差計もしくはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にてホール注入層４の表面輪郭を測定し、当該表面輪郭から山となる部分の平均高さと谷となる部分の平均高さとの差を求めて、得ることができる。
一方、発光層６の膜厚は特に特定されるものではないが、例えば発光層６の乾燥後の平均膜厚ｈが100ｎｍ以上の場合において凹入部４ａの平均深さｔが100ｎｍ以下であれば、バンク５で規定された領域における発光層６の膜厚を均一にすることができる。
さらに、発光層６の平均膜厚ｈと凹入部４ａの平均深さｔとの差は20ｎｍ以下であることが好ましい。発光層６の平均膜厚ｈが凹入部４ａの平均深さｔよりも小さ過ぎる場合は（例えば、ｔ−ｈ＞20ｎｍの場合は）、図６（ａ）に示すように、凹入部４ａの内側面４ｄに発光層６と接触していない部分（発光層６が未塗布の部分）が生じ、その部分において電極２，８間のショートが発生するおそれがある。また、発光層６の平均膜厚ｈが凹入部４ａの平均深さｔよりも大き過ぎる場合は（例えば、ｈ−ｔ＞20ｎｍの場合は）、図６（ｂ）に示すように、バンク５の撥液性により発光層６のバンク近傍部分６ｃの膜厚が他の部分よりも薄くなり、当該発光層６の断面形状が略凸形となって、膜厚の違いに起因する発光むらが生じるおそれがある。
なお、凹入部４ａの内側面４ｄは発光層６の側面６ｂの少なくとも一部に接触していれば良い。例えば、図２や図６（ｂ）に示すように発光層６の平均膜厚ｈが凹入部４ａの平均深さｔよりも大きい、若しくは、それらが同じ大きさである場合は、前記発光層６の側面６ｂの少なくとも一部である下方側にだけ前記凹入部４ａの内側面４ｄが接触する。一方、図６（ａ）に示すように発光層６の平均膜厚ｈが凹入部４ａの平均深さｔよりも小さい場合は、前記発光層６の側面６ｂの全体に前記凹入部４ａの内側面４ｄが接触する。
図７に示すように、ホール注入層４の凹入部４ａ内には、例えばＩＬ層（中間層）などの親液性層１２が、発光層６の下側に形成されていても良い。この場合は、凹入部４ａの内底面４ｃではなく親液性層１２の上面１２ａにインクが滴下されることになるが、それでも前記上面１２ａが親液性であるため、バンク５で規定された領域にインクを安定にとどめることができる。但し、親液性層１２によって凹入部４ａが完全に埋まってしまうと前記凹入部４ａの内側面４ｄがインクと接触しなくなってしまうため、前記親液性層１２の平均膜厚ｇは凹入部４ａの平均深さｔよりも薄いことが好ましい。
バンク５は、樹脂等の有機材料又はガラス等の無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、無機材料の例には、ＳｉＯ2（シリコンオキサイド）、Ｓｉ3Ｎ4（シリコンナイトライド）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く、また可視光をある適度透過させることが好ましい。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、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されることが好ましい。
バンク５は、少なくとも表面が撥液性である。したがって、バンク５を親液性の材料で形成する場合は、撥水処理を施す等して表面を撥液性にする必要がある。
また、バンク５は、ピクセルバンクであっても、ラインバンクであっても良い。ピクセルバンクの場合、ピクセルごと発光層６の全周を囲繞するようにバンク５が形成される。一方、ラインバンクの場合、複数のピクセルを列ごと又は行ごとに区切るようにバンク５が形成され、バンク５は発光層６の行方向両側又は列方向両側だけに存在し、発光層６は同列又は同行のものが連続した構成となる。
発光層６は、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、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。発光層６が高分子材料からなる層を含む場合は、その層を、例えばインクジェット法、ノズルコート法などの印刷技術によって発光層６を形成することができるため、低分子材料を用いた蒸着法に比べ大判化に対して容易に低コスト化に対応できる効果がある。
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、これらの組み合わせ等で形成されることが好ましい。
第２電極８は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等で形成される。トップエミッション型の発光素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
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。トップエミッション型の発光素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
＜発光素子の製造方法＞
図８は、第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図であり、図９は、図８に続く第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。
第１の実施形態に係る発光素子の製造工程では、まず、図８（ａ）に示すように、ガラス製の基板１上に例えばスパッタリングによりＡｇ薄膜を形成し、当該Ａｇ薄膜を例えば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又はライン状に第１電極２を形成する。なお、Ａｇ薄膜は真空蒸着等で形成しても良い。
次に、図８（ｂ）に示すように、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、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜１１を形成する。例えば、ＷＯｘ又はＭｏＷＯｘを含む組成物を用いて、真空蒸着法、スパッタ法などによって、基板１の上面側全体に亘って均一な膜厚となるように、ＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１を形成する。
次に、図８（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法によって各ピクセル領域（第１電極２が配置された領域）を取り囲むようにバンク５を形成する。その場合、例えば、薄膜１１上に塗布等によりレジスト材料を含むレジスト膜（例えば樹脂膜）を形成し、さらに当該レジスト膜上にレジストパターンを形成し、その後現像液によりエッチング処理してレジスト膜の所望の部位を除去しバンク５のパターンを形成する。なお、バンク５を無機物材料で形成する場合は、例えばＣＶＤ法等を用いる。エッチング後に残った薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣は、例えばフッ酸等で除去する。さらに、必要に応じてバンク５の表面に撥液処理を施す。
次に、図８（ｄ）に示すように、薄膜１１の一部を溶かして凹入部４ａを形成しホール注入層４とする。これにより、ホール注入層４は、バンク５で規定された領域だけが他の領域よりも膜厚が薄い構成となる。凹入部４ａの形成は、例えば、レジスト残渣除去後のバンク５表面に残留するフッ酸等の不純物を純水で洗浄する純水洗浄の際に、その純水で薄膜１１上面におけるバンク５で規定された領域を溶かすことによって行う。その場合、所定の溶剤とは純水であり、凹入部４ａの深さ及び形状は純水洗浄の条件を変えることにより適宜調整可能である。
具体的な方法としては、例えば、スピンコーターで基板１を回転させておき、回転中の基板１上に純水（例えば室温）を垂らして洗浄する。その後、基板１を回転させ続けながら純水を垂らすのを止めて水を切る。この場合、純水を垂らす時間により凹入部４ａの深さ及び形状を調節可能である。また、薄膜１１の溶解速度は純水の温度によっても変わるため、純水の温度によって凹入部４ａの深さ及び形状を調節することも可能である。
凹入部４ａの形成方法は上記に限定されない。例えば、バンク５を形成後、薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣を純水等の洗浄液を用いて洗浄すると共に、前記洗浄液により前記薄膜１１の一部を溶解させて凹入部４ａを形成しても良い。その場合、所定の溶剤とは洗浄液である。また、現像液によりレジスト膜をエッチング処理しバンク５を形成すると共に、前記現像液により薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、かつ、前記薄膜１１の一部を溶解させて凹入部４ａを形成しても良い。その場合、現像液が所定の溶剤である。
バンク形成処理の際に用いられる洗浄液や現像液などの溶剤を用いて薄膜１１を溶解させホール注入層４を形成する場合は、凹入部４ａを形成するために別途に所定の溶剤を用いる必要がなく、また、前記凹入部４ａを形成するための追加の工程を実施する必要もないため、生産効率が良い。
なお、凹入部４ａの形成は上記所定の溶剤を用いる場合に限定されず、例えば、まず、スパッタとフォトリソを用いて第１電極２が配置された領域を除いた全ての領域にＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜を形成し、その上から全ての領域にＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜を形成することによって、第１電極２が配置された領域に凹型のホール注入層４を形成する等他の方法で行っても良い。
次に、図９（ｅ）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インクを滴下し、そのインクをホール注入層４の内底面４ｃおよび内側面４ｄに沿って塗布して乾燥させて発光層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９（ｆ）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し、図９（ｇ）に示すように、例えばスパッタリングにより第２電極８となるＩＴＯ薄膜を形成し、図９（ｈ）に示すように、さらに封止層９を形成する。
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る発光素子は、ホール注入層の下にＩＴＯ層が形成されていない点、及び、ホール注入層の上に保護膜が形成される点が、第１の実施形態に係る発光素子とは大きく異なる。以下では、第１の実施形態と異なる点について重点的に説明し、第１の実施形態と同様の点ついては重複を避けるため説明を簡略若しくは省略する。
＜発光素子の構成＞
図１０は、第２の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図である。図１０に示すように、第２の実施形態に係る発光素子は、基板１０１上に陽極である第１電極１０２が形成されており、その上に電荷注入輸送層としてのホール注入層１０４及び保護層１１０がその順で積層されている。なお、ホール注入層１０４が基板１０１の上面側全体に亘って形成されているのに対し、保護層１１０は第１電極１０２の上方には形成されていない。また、第１電極１０２とホール注入層１０４との間にＩＴＯ層は介在していない。
ホール注入層１０４上にはピクセルを区画するバンク１０５が形成されており、バンク１０５で区画された領域内に発光層１０６が積層され、発光層１０６の上には、電子注入層１０７、陰極である第２電極１０８及び封止層１０９が、それぞれバンク１０５で区画された領域を超えて隣のピクセルのものと連続するように形成されている。
＜発光素子の製造方法＞
図１１は、第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。第２の実施形態に係る発光素子の製造工程では、まず、図１１（ａ）に示すように、ガラス製の基板１０１上にＡｌ（アルミニウム）系の材料で第１電極１０２を形成し、その上に、後にホール注入層１０４となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１１を形成し、さらにその上に、後に保護層１１０となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１２を形成する。当該薄膜１１２はバンク１０５形成時のエッチングの際にホール注入層１０４を保護する機能を有する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、薄膜１１２上にバンク１０５を形成する。具体的には、薄膜１１２上にレジスト材料を含むレジスト膜を形成し、さらに当該樹脂膜上にレジストパターンを形成し、その後現像液によりエッチング処理してレジスト膜の所望の部位を除去し、バンク１０５のパターンを形成する。なお、形成後のバンク１０５表面に残ったフッ酸等の不純物は純水等の洗浄液で洗浄し除去するが、その洗浄液によって薄膜１１２の上面におけるバンク１０５で規定された領域が溶けて沈下する。
さらに、図１１（ｃ）に示すように、洗浄液による処理を続けると、薄膜１１２のバンク１０５で規定された領域の全てが溶けて保護層１１０の状態になる。そして、薄膜１１２が溶けたことによって薄膜１１１が露出するため、当該薄膜１１１の上面におけるバンク１０５で規定された領域が溶けて沈下し、凹入部１０４ａが形成される。このようにしてホール注入層１０４が形成される。
次に、図１１（ｄ）に示すように、バンク１０５で規定された領域内に発光層１０６を形成する。その後の工程は第１の実施形態に係る工程と同じであるため省略する。
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る発光素子は、ホール注入層が形成されている領域が、第２の実施形態に係る発光素子とは大きく異なる。以下では、第２の実施形態と異なる点について重点的に説明し、第２の実施形態と同様の点ついては重複を避けるため説明を簡略若しくは省略する。
＜発光素子の構成＞
図１２は、第３の実施形態に係る発光素子の各層の積層状態を示す模式図である。図１２に示すように、第３の実施形態に係る発光素子は、基板２０１上に陽極である第１電極２０２が形成されており、その上に電荷注入輸送層としてのホール注入層２０４及び保護層２１０がその順で積層されている。ホール注入層２０４は、基板１の上面全体に亘って形成されておらず、第１電極２０２上及び当該第１電極２０２の周辺部のみに形成されている。一方、保護層２１０は第１電極２０２の上方には形成されていない。
ホール注入層２０４上にはピクセルを区画するバンク２０５が形成されており、バンク２０５で区画された領域内に発光層２０６が積層され、発光層２０６の上には、電子注入層２０７、陰極である第２電極２０８及び封止層２０９が、それぞれバンク２０５で区画された領域を超えて隣のピクセルのものと連続するように形成されている。
＜発光素子の製造方法＞
図１３は、第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。第３の実施形態に係る発光素子の製造工程では、まず、図１３（ａ）に示すように、ガラス製の基板１０１上にＡｌ系の材料で第１電極１０２を形成し、次に、第１電極１０２の露出面（上面及び側面）を酸化させることによってホール注入層２０４となる酸化膜２１１を形成し、さらにその上に、後に保護層２１０となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜２１２を形成する。
次に、図１３（ｂ）に示すように、薄膜２１２上にバンク２０５を形成する。バンク２０５表面に残ったフッ酸等の不純物は純水等の洗浄液で洗浄し除去するが、その洗浄液によって薄膜２１２上面のバンク２０５で規定された領域が溶けて沈下する。
さらに、図１３（ｃ）に示すように、洗浄液による処理を続けると、薄膜２１２はバンク２０５で規定された領域が全て溶けて最終形態である保護層２１０の状態になる。また、薄膜２１２が溶けたことによって酸化膜２１１のバンク２０５で規定された領域が露出するため、その領域の上面も溶けて沈下し、凹入部２０４ａが形成される。このようにしてホール注入層２０４が形成される。
次に、図１３（ｄ）に示すように、バンク２０５で規定された領域内に発光層２０６を形成する。その後の工程は第１の実施形態に係る工程と同じであるため省略する。
［第４の実施形態］
図１４は、第４の実施形態に係る表示装置等を示す斜視図である。図１４に示すように、本発明の一態様に係る表示装置３００は、Ｒ、Ｇ、又はＢの光を出射する各ピクセルが行方向及び列方向にマトリックス状に規則的に配置されてなる有機ＥＬディスプレイであって、各ピクセルが本発明の一態様に係る発光素子で構成されている。
［変形例］
以上、本実施の形態に係る発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法を実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の一態様に係る発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法は、上記の実施の形態に限定されない。
例えば、電荷注入輸送層は、ホール注入層に限定されず、ホール輸送層、ホール注入兼輸送層であっても良い。また、第１電極が陰極、第２電極が陽極であっても良く、その場合は、電荷注入輸送層が電子注入層、電子輸送層、又は電子注入兼輸送層であっても良い。
また、発光素子は、トップエミッション型に限定されず、ボトムエミッション型であっても良い。
本発明は、平面光源及びフラットディスプレイ等に用いられる有機ＥＬ表示装置に利用可能である。
２，１０２，１０２ 第１電極
４，１０４，２０４ 電荷注入輸送層
４ａ 凹入部
４ｃ 凹入部の内底面
４ｄ 凹入部の内側面
４ｅ 上部側の端縁
５，１０５，２０５ バンク
５ａ バンクの底面
５ｄ バンクの下端縁
６，１０６，２０６ 発光層
６ａ 発光層の底面
６ｂ 発光層の側面
８，１０８，２０８ 第２電極
３００ 表示装置

Claims (7)

  1. 第１電極、電荷注入輸送層、中間層、発光層、第２電極がこの順に積層され、
    少なくとも前記発光層がバンクにより規定されてなる発光素子であって、
    前記電荷注入輸送層は、
    金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物のうちの少なくとも１つを含み、
    前記中間層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹入部を有し、
    前記凹入部の内側面は、
    前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、
    前記凹入部の内側面は、
    前記上部側の端縁において前記バンクの前記中間層側の下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状であり、前記中間層の側面の少なくとも一部に接触し、
    前記中間層は親液性を有する
    ことを特徴とする発光素子。
  2. 前記電荷注入輸送層は親液性を有し、前記バンクは溌液性を有することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
  3. 前記電荷注入輸送層は、金属酸化物を含むホール注入層であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
  4. 前記金属酸化物は、タングステンまたはモリブテンの酸化物であることを特徴とする請求項３記載の発光素子。
  5. 請求項１〜４いずれかに記載の発光素子を含むことを特徴とする表示装置。
  6. 基板上に第１電極を形成する第１工程と、
    前記第１電極の上方に、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜を形成する第２工程と、
    前記薄膜上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成する第３工程と、
    前記バンクを形成後、前記薄膜表面に付着するレジスト残渣を洗浄液を用いて洗浄すると共に、前記洗浄液により前記薄膜の一部を溶解させ、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹入部を有し、前記内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、
    前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状である電荷注入輸送層を形成する第４工程と、
    前記バンクにより規定された領域内に、前記電荷注入輸送層の前記内底面および前記内側面に沿って中間層を形成する第５工程と、
    前記中間層の上方に、インクを滴下して乾燥させ、発光層を形成する第６工程と、
    前記発光層の上方に、第２電極を形成する第７工程と、
    を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
  7. 基板上に第１電極を形成する第１工程と、
    前記第１電極の上方に、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜を形成する第２工程と、
    前記薄膜上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成すると共に、前記現像液により薄膜表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、かつ、前記薄膜の一部を溶解させ、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹入部を有し、前記内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、
    前記凹入部の内側面は、前記上部側の端縁において前記バンクの下端縁と一致した形状または前記バンクの底面に接触した形状である電荷注入輸送層を形成する第３工程と、
    前記バンクにより規定された領域内に、前記電荷注入輸送層の前記内底面および前記内側面に沿って中間層を形成する第４工程と、
    前記中間層の上方に、インクを滴下して乾燥させ、発光層を形成する第５工程と、
    前記発光層の上方に、第２電極を形成する第６工程と、
    を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
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