JP2004095251A

JP2004095251A - Ｅｌ装置、及びその製造方法

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Publication number: JP2004095251A
Application number: JP2002252575A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Senbonmatsu; 千本松　茂; Masahiko Tomikawa; 富川　昌彦; Teruo Ebihara; 海老原　照夫; Mitsuru Suginoya; 杉野谷　充
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】低消費電力、長寿命のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ装置を高生産性及び高良品率で形成できる技術を提供する。
【解決手段】基板の片面に基板側電極、有機ＥＬ層、対向電極を順次積層してなる有機ＥＬ素子を形成した有機ＥＬ素子基板と基板の片面に薄膜回路素子を形成した薄膜回路素子基板とを対向させて、有機ＥＬ素子と薄膜回路素子とを電気的に接合する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を印加することにより発光するエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子及び同製造方法にする。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は比較的低電圧で発光し、また製造が簡単なことから、将来性が期待されている発光素子である。実用上問題があるとされてきた素子寿命に関しても実用レベルに達してきている。
【０００３】
従来の有機ＥＬ素子の構成を図５に示す。図示するように、ガラス等の基板４０上に、順次透明電極であるインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）等からなる電極４１、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、発光層４４、アルミニウム等からなる電極４５が積層されている。ここで、正孔注入層４２、正孔輸送層４３及び発光層４４が有機ＥＬ層５０を構成している。このような有機ＥＬ素子では、電極４１を陽極、電極４５を陰極として用い、陽極と陰極からそれぞれ注入した正孔と電子とが発光層４４内で再結合し、有機分子を励起し、ＥＬ光１１を放射する。そのＥＬ光１１が基板４０を透過して有機ＥＬ素子の外に放射するようになっている。このように有機ＥＬ素子を形成した基板側からＥＬ光を取り出す方式をボトムエミッション構造と称する。
【０００４】
有機ＥＬ素子には、このような構成以外にも、例えば（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、（３）陽極／発光層／電子輸送層／陰極、（４）陽極／正孔輸送層／発光層／陰極、等の構造が知られている。
【０００５】
また、その他の構成の有機ＥＬ素子を図６に示す。この有機ＥＬ素子は、基板４０上に反射層４６、ＩＴＯ等からなる電極５１、正孔注入層５２、正孔輸送層５３、発光層５４、アルミニウム等からなる電極５５を積層してなる。このような有機ＥＬ素子においては、電極５１を陽極、電極５５を陰極として用い、陽極と陰極からそれぞれ注入した正孔と電子とが発光層５４内で再結合し、有機分子を励起し、ＥＬ光１１を放射する。この際電極５５の膜厚を充分薄くすることにより（例えば２０ｎｍ以下）、ＥＬ光１１が電極５５を透過して有機ＥＬ素子外部に放射するようになっている。また、基板４０に向かって放射されるＥＬ光は反射層４６で反射され、効率良く電極５５を透過して有機ＥＬ素子外部に放射するようになっている。このように、有機ＥＬ素子を形成した基板と反対側からＥＬ光を取り出す方式をトップエミッション構造と称する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の有機ＥＬ素子をアクティブマトリクス駆動する場合には、従来から図３と図４に示すような構成のアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ素子が知られている。ここでは、図面の簡略化のため薄膜回路素子（アクティブマトリクス駆動用ＴＦＴ素子回路）の詳細な説明は省略する。図３に、ボトムエミッション型のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ素子の概略側面断面を示す。この有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ−ＴＦＴ回路素子基板３０上にＴＦＴ素子回路８を形成し、ＩＴＯからなる電極２、有機ＥＬ層３、電極５を順次積層し、封止基板３１と対向させ、封止剤９を介して窒素ガス等の不活性ガスを封入したセル構造により、ボトムエミッション型のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ素子を形成している。尚、有機ＥＬ層の発光エリアを決定するための絶縁層や陰極をセルフパターニングするための隔壁を形成しても良い。このような構成の有機ＥＬ素子の場合、基板の同一平面上にＴＦＴ回路素子８と有機ＥＬ素子３２を形成するために、開口率が低下する問題を有している。そのため、有機ＥＬ素子の駆動電流を多く供給しなければ、表示部全体の輝度が低下する。一方、駆動電流を増加すると、発光効率の低下、消費電力の増加、有機ＥＬ素子の寿命の低下を引き起こすことになる。
【０００７】
図４に、トップエミッション型のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ素子の概略側面断面を示す。この有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ−ＴＦＴ回路素子基板２０上にＴＦＴ素子回路８と図６で説明したトップエミッション型の有機ＥＬ素子を層間絶縁膜２３のスルーホールを介して接続形成している。また、絶縁層２１は有機ＥＬ素子の発光面積を決定するために所定のパターンに形成されている。この方式は、ＴＦＴ素子回路８による開口率低下を防止できるが、アクティブマトリクス駆動用ＴＦＴ素子回路基板８と有機ＥＬ素子３２全てを１枚の基板に形成するため、生産性の低下及び歩留りの低下を生じる。
【０００８】
上述のように、従来のアクティブマトリクス駆動のＥＬ素子の構成では、低消費電力、長寿命のアクティブマトリクス駆動のＥＬ装置を生産性良く、高歩留りで生産することができなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、ＥＬ素子とＴＦＴ回路素子をそれぞれ別々の基板に形成した後、素子間を電気的に接合することとした。これにより、低消費電力、長寿命のアクティブマトリクス駆動型のＥＬ装置を高生産性及び高良品率で形成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のＥＬ装置は、ＥＬ素子が形成された基板と、薄膜回路素子が形成された薄膜回路素子基板とを備えるとともに、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極が電気的に接合されている。この電気的な接続は、基板と薄膜回路素子基板を対向させてなる間隙に設けられた接合材料により実現されている。接合材料としては、導電ペーストや導電粒子を用いることができる。ここで、導電粒子は樹脂中に分散されている。樹脂にはＵＶ硬化型樹脂を用いることができる。
【００１１】
また、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極が直接接続された構成でもかまわない。あるいは、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極との間に接続パッドを設けて接合することが可能である。ここで、接続パッドは、例えば、金属薄膜により形成することができる。
【００１２】
本発明によるＥＬ装置の製造方法は、基板側電極、ＥＬ層、対向電極を含むＥＬ素子を素子基板上に形成する工程と、基板上に薄膜回路素子が設けられた薄膜回路素子基板を形成する工程と、素子基板と薄膜回路素子基板を対向させて、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極とを電気的に接合する接続工程と、を備えている。
【００１３】
さらに、この接続工程が、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極との少なくとも一方に接続パッドを形成する工程と、素子基板と薄膜回路素子基板とを対向させて、各電極を位置合わせして電気的に接合する工程と、を含んでいる。
【００１４】
また、ＥＬ素子の電極と薄膜回路素子の電極と接合する際に、超音波接合を用いて接合することとした。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明のＥＬ装置を実施例により具体的に説明する。
【００１６】
（実施例１）
本実施例の有機ＥＬ装置の概略断面を図１に示す。図示するように、有機ＥＬ基板１０の表面には電極２が形成されている。ここで、有機ＥＬ基板１０には、耐熱性、耐薬品性、透明性等から、ガラス製平板が好ましい。本実施例では厚さ０．７ｍｍの無アルカリ研磨ガラスを用いた。次ぎに、絶縁層４を積層する。この絶縁層４は、例えば酸化シリコンや酸化シリコンにリンを含有してなるＰＳＧ（Ｐｈｏｓ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）等の酸化シリコン系の材料を用いて形成される。次いで絶縁層４をパターニングし、有機ＥＬ層３の発光面積を決定する孔を形成する。次ぎに、有機ＥＬ層をマスク蒸着により絶縁層４の孔を覆うように形成する。さらに、電極５をマスク蒸着により所定のパターンに形成する。
【００１７】
一方、ＴＦＴ素子回路基板１２上には有機ＥＬ素子を駆動するためのＴＦＴ素子回路８を形成した。尚、ＴＦＴ素子の詳細構造や有機ＥＬ素子の輝度を制御するための定電流回路構成、及び周辺回路の説明は本発明と直接関係無いので省略した。
【００１８】
次いで、ＴＦＴ素子回路８の接続電極部１３に導電材料６を形成し、ＴＦＴ素子回路基板１２と有機ＥＬ基板１０を対向させて、接続電極部１３と電極５の接続電極部１４を位置合わせした後、両基板の外周部に封止剤９を介してセル外部の雰囲気を遮断するように接合した。尚、通常基板間にはＮ_２やＡｒ等の不活性ガス及び水分吸着剤を封入するが、図面上は省略した。また、電極接続部１３は電極５の一部または別材料の電極を用い、電極接続部１４も電極２の一部または別材料の電極を用いることができる。さらに、導電材料の種類により、接続電極部１４の下部の電極２を予めパターニングにより除去すると電極２と電極５間の短絡防止策として有効である。ここで、導電材料６としては、導電ペーストや導電粒子あるいは導電粒子等を樹脂に分散した接続材料をスクリーン印刷等の手法を用いて容易に所定のパターンに形成することができる。また、樹脂としてはＵＶ硬化性樹脂が好ましい。導電粒子としては、半田ボールの他、アクリル樹脂にＮｉまたはＮｉ−Ａｕ等をコーティングした直径３μｍ〜１０μｍ程度の粒子を用いることができる。
【００１９】
有機ＥＬ層３としては、低分子系有機ＥＬ層や高分子系有機ＥＬ層等が使用できる。これらの中で、製造の容易さ、動作電圧の低さ等の点で、低分子系有機ＥＬ層がより好ましい。
【００２０】
本実施例では、有機ＥＬ素子１８の構成として、陽極（電極２）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極（電極５）の構造を用いた。陽極（電極２）は、インジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）等の導電性透明材料で構成できる。電極２の厚みは５０〜６００ｎｍが好ましい。本実施例では、電極２の透明電極材料としてインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）を用い、厚みを１５０ｎｍで形成した。正孔注入層の構成材料には、ポルフィリン化合物（特開昭６３−２９５６９６５号公報などに開示の化合物）、芳香族第三級アミン化合物を用いることができる。正孔注入層の厚みは２０ｎｍ以上にする必要がある。正孔注入層の厚みの上限は特に制限がないが、製造上の観点から、２０〜１０００ｎｍが好ましく、特に３０〜１００ｎｍが望ましい。本実施例では銅フタロシアニンを５０ｎｍ厚で形成した。正孔輸送層は、α−ＮＰＤ（α−ナフチルフェニルジアミン）等で構成することができる。正孔輸送層の厚みは５〜４５ｎｍが好ましく、１０〜４０ｎｍがより好ましい。本実施例では正孔輸送材料として、α−ＮＰＤを４０ｎｍ厚で形成した。発光層は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等で構成することができる。発光層の厚みは５〜４５ｎｍが好ましく、１０〜４０ｎｍがより好ましい。本実施例では発光層として、４０ｎｍ厚のトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）を用いた。
【００２１】
陰極（電極５）を第一陰極層と第二陰極層との二層構造で構成することができる。第一陰極層にはフッ化リチウム（ＬｉＦ）が、第二陰極層にはアルミニウムを用いることが好ましい。第一陰極層の厚みは０．１〜２ｎｍが、第二陰極層の厚みは１５〜２００ｎｍが好ましい。本実施例では、第一陰極層を０．５ｎｍ厚のフッ化リチウム（ＬｉＦ）で構成し、第二陰極層を１５０ｎｍのアルミニウムで構成した。
【００２２】
上述した各層自体は当業者に公知のもので、マスクスパッタ、マスク真空蒸着法等の当業者に周知の方法により形成できる。
【００２３】
この有機ＥＬ素子１８の電極２と電極５間にＴＦＴ素子回路８を用いて電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１８は発光し、有機ＥＬ基板１０を通して外部に緑色のＥＬ光１１を取り出すことができた。また、発光層としては、本実施例ではＡｌｑ３を用いたが、カラー表示を行う場合には、例えば発光層に適当な色素をドーピングして用いられる。
【００２４】
（実施例２）
図２は、本実施例の有機ＥＬ素子を示す概略側面断面図である。尚、有機ＥＬ基板１０及び、ＴＦＴ素子回路基板１２の説明については、実施例１と重複する部分は省略した。
【００２５】
有機ＥＬ基板１０上に、実施例１と同様の有機ＥＬ素子を形成した。次いで電極５の一部に接続パッド１６としてＡｌを１０μｍ形成した。本実施例では、マスク蒸着法を用いて形成した。ここで、面積は４５０μｍ^２（１５μｍ×３０μｍ）とした。尚、Ａｌの膜厚は０．５μｍ〜５０μｍ程度の範囲で任意に設定できる。
【００２６】
一方、ＴＦＴ素子回路基板１２上のＴＦＴ素子回路に、接続パッド１５としてＮｉ−Ａｕをメッキ法により０．３μｍ形成した。ここで、面積は４５０μｍ^２（１５μｍ×３０μｍ）とした。尚、Ａｕメッキの膜厚は０．０５μｍ〜１．０μｍ程度の範囲で任意に設定できる。
【００２７】
次いで、有機ＥＬ基板１０とＴＦＴ素子回路基板１２とを対向させて、接続パッド１５と接続バッド１６を位置合わせした後、図８で示すように有機ＥＬ基板１０を下側にして上定盤１０１と下定盤１０２間で加圧しながら、超音波供給部１０３から超音波振動をＴＦＴ基板１２のエッジに加えて超音波接合した。尚、超音波圧着時の圧力と時間は、それぞれ１２００ｇ／ｃｍ^２、２秒であった。また、有機ＥＬ層のガラス転移点を超えない温度範囲で、上下定盤を加熱しても良い。
【００２８】
次いで、基板の外周部に設けられた封止剤９を硬化させて、アクティブマトリクス型有機ＥＬ素子を形成する。封止剤を基板に設ける方法には、印刷法またはインクジェット法を用いる。本実施例では、封止剤にＵＶ硬化型樹脂を用い、印刷法で基板外周部に樹脂を設け、ＵＶ照射により硬化させた。通常、基板間にはＮ_２やＡｒ等の不活性ガス及び水分吸着剤を封入するが、図面上は省略した。
【００２９】
本実施例ではＡｕとＡｌの金属接合の組み合わせを用いたが、公知のＡｕ−Ｃｕ接合、Ａｕ−Ｎｉ接合、Ｃｕ−Ｎｉ接合等の組み合わせを用いても構わない。
【００３０】
（実施例３）
本実施例の有機ＥＬ装置の概略断面を図７に示す。実施例２ではＴＦＴ素子回路基板１２と有機ＥＬ基板１０の両方の電極に接続バットを形成したが、本実施例のように片側のみに接続バット１９を形成しても良い。詳細な製造方法は、多くの部分が実施例２と重複するので説明は省略した。
【００３１】
上述した各実施例では、有機ＥＬ素子１８の構成として、陽極（電極２）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極（電極５）の構造を用いたが、有機ＥＬ素子の構成として知られている、例えば（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、（３）陽極／発光層／電子輸送層／陰極、（４）陽極／正孔輸送層／発光層／陰極、等の各種構成をそのまま採用することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ素子とＴＦＴ回路素子をそれぞれ別々の基板に形成した後、電気的に接合することにより、工業的に高生産性、高良品率を達成できる。また、低電流駆動が可能なため、低消費電力、長寿命化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機ＥＬ装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明による有機ＥＬ装置の他例を示す概略断面図である。
【図３】従来のボトムエミッション型のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ装置の概略断面図である。
【図４】従来のトップエミッション型のアクティブマトリクス駆動有機ＥＬ装置の概略断面図である。
【図５】従来の有機ＥＬ素子の構成の一例を示す説明図である。
【図６】従来の有機ＥＬ素子の構成のその他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略側面断面図である。
【図８】本発明の接合装置の概略側面断面図である。
【符号の説明】
２　　電極
３　　有機ＥＬ層
４　　絶縁層
５　　電極
６　　導電材料
８　　ＴＦＴ素子回路
９　　封止剤
１０　有機ＥＬ基板
１１　ＥＬ光
１２　ＴＦＴ素子回路基板
１３　電極接続部
１４　電極接続部
１５　接続パッド
１６　接続パッド
１８　有機ＥＬ素子
１００　シリンダー
１０１　上定盤
１０２　下定盤
１０３　超音波供給部

Claims

基板側電極、ＥＬ層、対向電極を含むＥＬ素子が形成された基板と、片面に薄膜回路素子が形成された薄膜回路素子基板と、を備えるとともに、前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極が電気的に接合されたことを特徴とするＥＬ装置。
前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極が、前記基板と前記薄膜回路素子基板を対向させてなる間隙に設けられた接合材料により電気的に接合されたことを特徴とするＥＬ装置。
前記接合材料に導電ペーストを用いることを特徴とする請求項２に記載のＥＬ装置。
前記接合材料に導電粒子を用いることを特徴とする請求項２に記載のＥＬ装置。
前記導電粒子が樹脂に分散されていることを特徴とする請求項４に記載のＥＬ装置。
前記樹脂がＵＶ硬化型樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のＥＬ装置。
前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極が直接接続されたことを特徴とする請求項１に記載のＥＬ装置。
前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極との間に金属薄膜からなる接続パッドが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のＥＬ装置。
基板側電極、ＥＬ層、対向電極を含むＥＬ素子を素子基板上に形成する工程と、基板上に薄膜回路素子が設けられた薄膜回路素子基板を形成する工程と、前記素子基板と前記薄膜回路素子基板を対向させて、前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極とを電気的に接合する接続工程と、を備えることを特徴とするＥＬ装置の製造方法。
前記接続工程が、前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極との少なくとも一方に接続パッドを形成する工程と、前記素子基板と前記薄膜回路素子基板とを対向させて、前記各電極を位置合わせして電気的に接合する工程と、を含むことを特徴とする請求項９に記載のＥＬ装置の製造方法。
前記ＥＬ素子の電極と前記薄膜回路素子の電極とを超音波接合を用いて接合することを特徴とする請求項９または１０に記載のＥＬ装置の製造方法。