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JP2008098148A - 有機発光装置 - Google Patents

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秀樹 吉永
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Abstract

【課題】水分が面内方向に伝播することによる特性劣化の広がりを最小限に留めることで、歩留まり低下を抑えることができる有機発光装置を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板の上に形成されている複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層とを有し、各有機発光素子は、前記基板の上に、前記有機発光素子毎にパターニングされている第1電極と、前記有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、第2電極とを順に有し、前記素子分離層は、複数の前記第1電極の間を跨いで形成されていて、前記第1電極の端部を覆っており、前記有機発光素子の部分に開口を有する、有機発光装置において、前記素子分離層の少なくとも前記有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明はフラットパネルディスプレイ等に用いられる有機発光装置に関する。
近年、フラットパネルディスプレイとして、自発光型の表示素子である有機発光素子(有機EL素子)を複数備えた有機発光装置が注目されている。
有機発光素子の構成は、発光層(有機化合物層)が二つの電極間に挟持された構造であり、前記有機発光層の光をパネル外部に取り出せる様にする為、電極の片方にはITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極が用いられている。この有機発光素子は通常、ガラス等の基板上に形成される。
更に前記有機発光素子の外周面は封止部材により封止処理され、外部駆動回路により電圧を印加することにより発光する。
有機発光素子は自発光型の表示素子であることから、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、かつ、視認性や色再現範囲も広いことから、製品化に向けて複数の企業が研究開発を進めている。
現在では、車載用コンポや携帯電話等のディスプレイの表示素子としてすでに実用化がなされている。
ところで、これらの特性を有する有機発光素子ではあるが、一方で有機発光素子は一般に水分に極めて弱いことが知られている。
一例としては、有機発光素子へ水分の浸入が生じた場合、ダークスポットと称する非発光領域が発生し、発光状態が維持できないといった寿命の課題が生じている。
この寿命に関する課題を解決する為の方策として従来、次のような提案がなされている。
有機発光素子を搭載した有機発光素子基板の封止部材に平板ガラスを用いて、有機発光素子基板と平板ガラスの間に不活性ガスを充填する。その後、有機発光素子基板と平板ガラスをカチオン硬化型の紫外線硬化樹脂を用いて接着することで封止する(特許文献1を参照)。
また、有機発光素子をバリア性積層体構造を用いて封止する手法も知られている(特許文献2を参照)。
特許第3288242号公報 特開2002−134271号公報
しかしながら、特許文献1に示されるように、有機発光素子基板と封止部材である平板ガラスをカチオン硬化型の紫外線硬化型接着剤を用いて封止しても、接着剤である樹脂部からの水分の浸入や、封止界面からの水分の浸入を防ぐことはできない。その結果、実使用時間を想定した場合、ダークスポットが徐々に生じたり、ダークスポット領域が徐々に拡大して非点灯になるという課題が存在する。
また、上記封止構造において有機発光装置内に浸入する水分を吸着すべく、特許文献1に示される水分吸着部材を挟持させる手法もある。しかし、シート状の水分吸着部材を用いた場合、例えば250μm程度の厚さがあり、封止部材に平板ガラスを選択することは難しい。
一方、吸湿部材を挟持できるように接着領域以外を彫り下げた所謂キャップ型のガラスや、有機発光素子基板と平板ガラスとの間にスペーサを設けた構造を採ることが可能であるが、コストアップや有機発光装置の厚さの増大に繋がる。
もう一つの封止手法である特許文献2に示されるように、バリア性積層構造体を用いることも考えられる。この手法においては水分のバリア膜が直接有機発光素子上に形成される為、コンタミ(不純物や異物)やピンホールの影響等により、バリア膜に欠陥が生じることがある。その場合、水分が欠陥を介して有機発光素子内に浸入していき、有機発光素子の発光を妨げ、非発光素子となる。さらに、非発光素子から非発光素子と隣り合う有機発光素子に水分が伝播していき、非発光素子が次々と広がっていく。結果として有機発光装置の広い範囲に劣化が生じ、歩留まりを著しく低下させてしまう。このときに、主に水分を伝播するのは、有機発光素子間に形成されている素子分離層、有機発光素子を構成する有機化合物層、あるいはTFT(薄膜トランジスタ)上を覆い表面を平坦化する平坦化層であることを本発明者は発見した。
そこで本発明は、水分が面内方向に伝播することによる特性劣化の広がりを最小限に留めることで、歩留まり低下を抑えることができる有機発光装置を提供することを目的とする。
上記背景技術の課題を解決するための手段として、本発明は、有機発光素子を構成する有機化合物層を素子毎に独立して形成し、その周辺に形成されている平坦化層や、素子分離層などの有機層に接触させない構成をとる。
具体的には、請求項1に記載した発明に係る有機発光装置は、
基板と、前記基板の上に形成されている複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層と、を有し、
各有機発光素子は、前記基板の上に、前記有機発光素子毎にパターニングされている第1電極と、前記有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、第2電極と、を順に有し、
前記素子分離層は、複数の前記第1電極の間を跨いで形成されていて、前記第1電極の端部を覆っており、前記有機発光素子の部分に開口を有する、有機発光装置であって、
前記素子分離層の少なくとも前記有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されていることを特徴とする。
また、請求項8に記載した発明に係る有機発光装置は、
基板と、前記基板の上に形成されており発光面を形成している複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層と、を有し、
各有機発光素子は、複数の前記有機発光素子の間を跨いで前記発光面内の一方向に延びており、前記一方向に配置された複数の前記有機発光素子に共通して設けられている第1電極と、前記有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、複数の前記有機発光素子の間を跨いで前記一方向に交差する方向に配置された複数の前記有機発光素子に共通して設けられている第2電極と、を順に有し、
前記素子分離層は、隣り合う前記第1電極の間を跨いで形成されていて、前記第1電極の端部を覆っている、有機発光装置であって、
前記素子分離層の少なくとも前記有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、無機封止層の欠陥部から浸入する水分は、有機発光素子を構成する有機化合物層を介して隣接する有機発光素子に伝播することがない。また、平坦化層中に含まれる水分が素子分離層を介して有機化合物層(有機EL層)に伝播することもない。そのため、有機発光装置の歩留まりを向上させることが可能になる。
<実施形態1>
本発明に係る有機発光装置の第1の実施形態を説明する。
本実施形態の有機発光装置は、基板上に各有機発光素子を駆動するためのTFTが形成されたアクティブマトリクス型の有機発光装置である。
本実施形態の有機発光装置は、基板と、基板の上に形成されている複数の有機発光素子と、複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層と、を有している。各有機発光素子は、基板の上に、有機発光素子毎にパターニングされている第1電極と、有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、第2電極と、を順に有している。素子分離層は、複数の第1電極の間を跨いで形成されていて、第1電極の端部を覆っており、有機発光素子の部分に開口を有している。また、アクティブマトリクス型の有機発光装置であるため、複数の有機発光素子の発光を制御する複数の薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタの上に形成されている平坦化層とを基板の上に有している。そして、素子分離層の少なくとも有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されていることを特徴とする。
このような構成にすることにより、有機発光素子を構成する有機化合物層や素子分離層を介して隣り合う有機発光素子に水分が伝播することを防ぐことができる。
以下図面に基づいてより具体的に説明する。
図1(a)は本発明の実施形態1に係る有機発光装置の第2電極と同第2電極の接続電極との接続部の断面模式図である。図1(b)は本発明の実施形態1に係る有機発光装置の第2電極と同第2電極の接続電極との接続部以外の領域における断面模式図である。そして、図2は、本発明の実施形態1に係る有機発光装置の上面の模式図である。図1(a)及び(b)は、図2の(a)及び(b)の線分における断面模式図であることを示している。
本実施形態の有機発光装置は、ガラス基板1上に、TFT(薄膜トランジスタ)2、絶縁層3、平坦化層4、第1電極(陽極)5、有機化合物層(有機EL層)6、第2電極(陰極)7が形成されている。更に、素子分離層8、無機封止層9、第2電極の接続電極10が形成されている(図1を参照)。この有機発光装置は、素子分離層8の少なくともガラス基板1と反対側の面(本実施形態では上面)が無機材料から成ることを特徴とする。更に、有機化合物層6は隣接する有機発光素子の間で離間していることを特徴とする(図2を参照)。そのため、平坦化層4中に含まれる水分が素子分離層8を介して有機化合物層6に伝播することがない。また、無機封止層9の欠陥部から浸入する水分は、有機化合物層6を介して隣接する有機発光素子に伝播することがない。そのため、有機発光装置の歩留まりを向上させることが可能になる。
以下、上記有機発光装置の構成を、更に具体的に製造方法に沿って説明する。
本発明の本質ではないため詳細な説明は省くが、ガラス基板1上に、TFT2を作製し、更に、前記TFT2を保護すべく絶縁層3を形成する。
上記工程で得たTFTバックプレーンの凹凸を平坦化すべく、有機材料(アクリル、ポリイミド等の樹脂)からなる平坦化層4を形成する。
前記TFTバックプレーン内に形成された各ドレイン端子と電気的コンタクトを取るべく、絶縁層3及び平坦化層4にコンタクトホールを形成した後、Cr膜を100nmの厚さに成膜する。その後、ウエットプロセスを用いて第1電極5を形成する。
第1電極5を形成した後、プラズマCVDを用いて、SiN膜を500nmの厚さに成膜し、ドライエッチング処理により素子分離層8を形成する。素子分離層8はSiN膜を用いて全て無機封止材料で形成したが、例えばアクリル等の有機封止材料で予め分離膜形状を形成した後、100nm程度の厚さでSiN膜を形成することも可能である。この場合、SiN膜のドライエッチング時間を短くすることができる。
上記工程まで済んだ基板は、UV/オゾン洗浄をした後、真空度1×10-2Pa、温度50℃の条件下で、真空ベークを7時間行う。そして、この基板を有機EL蒸着装置へ移して真空排気し、前処理室に設けたリング状電極に50WのRF電力を投入し酸素プラズマ洗浄処理を行う。酸素圧力は0.6Paで処理時間は40秒である。
前記の基板を前処理室より成膜室へ搬送し、成膜室の真空度を1×10-4Paまで排気した後、正孔輸送性を有するαNPDを抵抗加熱蒸着法により35nmの厚さで成膜し、正孔輸送層を形成する。成膜速度は0.2nm/secである。なお、正孔輸送層は全ての有機発光素子(画素)にそれぞれ蒸着されるよう、格子状のメタルマスクを用いて蒸着する。
前記正孔輸送層の上にアルキレート錯体であるAlq3を抵抗加熱蒸着法により、前記正孔輸送層と同様の成膜条件で15nmの厚さで成膜し、発光層を形成する。なお、今回は発光層を各R・G・Bに塗り分ける必要がないため、前記発光層は、正孔輸送層と同様に全ての有機発光素子に蒸着すべく、格子状のメタルマスクを用いて蒸着する。各R・G・Bに塗り分ける際には、各R・G・Bの配列に対応したメタルマスクを用いてそれぞれの発光層を形成すれば良い。
前記発光層の上に抵抗加熱共蒸着法によりAlq3と炭酸セシウム(Cs2CO3)を膜厚比9:1の割合で混合し、かつ、蒸着速度が0.3nm/secになるよう、夫々の蒸着速度を調整して、膜厚が35nmになるよう電子注入層を形成する。
第2電極7を形成するために電極形成用のスパッタ室に基板を搬送し、電子注入層の上にITOターゲットを用いてDCマグネトロンスパッタリング法により膜厚が130nmになるようメタルマスク成膜を用いて光透過部材である第2電極7を形成する。その結果、メタルマスクにより、第2電極7は有機発光素子毎に分割して形成される。第2電極7が光透過部材であることにより、発光層で発した光は第2電極7を透過して外部に取り出される。
成膜条件としては、基板加熱無しの室温成膜で、成膜圧力を1.0Pa、Ar、H20及び、O2ガスを用いそれぞれの流量は500、1.5、5.0sccmとし、ターゲットに印加する投入パワーはITO:500Wで成膜する。透過率は85%(at.450nm)、比抵抗値は8×10-4Ω・cmである。
なお、上記構成は第2電極7が隣接する有機発光素子の間で離間している構成であるが、本発明は、必ずしも第2電極7が隣接する有機発光素子の間で離間していなくても良く、有機発光素子の間に跨って共通して形成された構成であっても良い。第2電極7は有機化合物層6に比べて極端に水分の浸透速度が遅いため、水分が第2電極7を伝わって隣り合う有機発光素子に伝播することは大きな問題にはならないためである。ただし、第2電極7が隣接する有機発光素子の間で離間している構成の場合には、第2電極7を介して隣接する有機発光素子にわずかに水分等が伝播することも防ぐことができるのでより好ましい構成となる。
上記したように、ガラス基板1の上にTFTバックプレーンを形成した後、第1電極5、有機化合物層6として正孔輸送層と発光層と電子注入層、第2電極7を形成し、有機発光素子基板を作製する。
有機発光装置に空気中の水分が多量に浸入しないように、SiターゲットをリアクティブDCスパッタし無機封止層9を200nmの厚さに成膜する。本実施形態では、第2電極側から光を取り出すため、無機封止層9は第2電極7と同様に光透過部材であるが、基板側から光を取り出す場合は、光透過部材ではなく、金属等の部材であってもよい。第2電極7は隣接する有機発光素子の間で離間するように形成されているため、無機封止層9と素子分離層8とは同素子分離層8上で接するように形成される(図1を参照)。なお、上記の成膜工程は、Ar、N2ガスを用いて流量比Ar:N2=2:1、0.2Paの圧力、6.5W/cm2の投入Pw条件で行う。
有機発光素子毎に分割された第2電極7を電気的に共通電位に制御する為に、無機封止層9にドライエッチング法にてコンタクトホールを形成する(図1(a)を参照)。
続いて、各第2電極7と電気的コンタクトを取るべく、無機封止層9に形成されたコンタクトホールを介して、Cr膜を500nmの厚さに成膜する。その後、ウエットプロセスを用いて第2電極の接続電極10を格子状に形成する(図2を参照)。このとき、接続電極10は、表示領域を避けるように素子分離層8の上に形成される。
なお、Crを電極材料として用いたが、これに限るものではない。また、接続電極10を格子(マトリクス)状に形成したが、例えば簾(ストライプ)状にすることも可能である。つまり、各第2電極を電気的に接続することができれば良く、電極材料の電気抵抗及び接続電極10の厚さによって、前記接続電極10の形状は選択できる。
<素子評価1>
長期信頼性を確認すべく、有機発光装置の作製直後の発光状態を確認した後、60℃/90%RHの雰囲気条件で1000時間の耐久試験を行った。その結果、コンタミの影響によって無機封止層9であるSiN膜に亀裂が入っている部分が見られたが、水分の浸入により画素欠陥となっている領域は、SiN膜に亀裂が生じた画素の領域よりも拡大しないことが確認できた。一方、従来の作製方法で作製した有機発光装置においては、封止層であるSiN膜に亀裂が入っている部分を中心として、直径20mm程の欠陥領域に拡大していることが確認できた。
<実施形態2>
本発明に係る有機発光装置の第2の実施形態を説明する。
本実施形態の有機発光装置も、上記第1の実施形態の有機発光装置と略同様の構成とされているが、第2電極の接続電極10は複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている光透過部材で構成されている(図3を参照)。この場合、接続電極10の材料は、ITO、IZO等の金属酸化物導電材料であることが好ましい。
<素子評価2>
上記第2の実施形態の有機発光装置においても長期信頼性を確認すべく、有機発光装置の作製直後の発光状態を確認した後、60℃/90%RHの雰囲気条件で1000時間の耐久試験を行った。その結果、コンタミの影響によって無機封止層9であるSiN膜に亀裂が入っている部分が見られたが、水分の浸入により画素欠陥となっている領域は、SiN膜に亀裂が生じた画素の領域よりも拡大していないことが確認できた。
<実施形態3>
本発明に係る有機発光装置の第3の実施形態を説明する。
本実施形態の有機発光装置は、アクティブマトリクス型の有機発光装置である上記第1の実施形態、第2の実施形態とは異なり、いわゆるパッシブマトリクス型の有機発光装置である。
より具体的には、ストライプ状の電極が交差する部分において、電極間に有機化合物層が形成されていて、その部分が有機発光素子となっている構成である。
つまり、有機発光素子を構成する第1電極は、基板の上に形成されており、複数の有機発光素子の間を跨いで発光面内の一方向に延びた電極である。そして、第1電極は、一方向に配置された複数の有機発光素子に共通して設けられている。また第2電極は第1電極の上に形成されており、複数の有機発光素子の間を跨いで第1電極が延びている方向と交差する方向に延びた電極である。そして第2電極は延びている方向に配置された複数の有機発光素子に共通して設けられている。有機化合物層は、第1電極と第2電極との間に形成されていて、有機発光素子毎にパターニングされている。素子分離層は、隣り合う第1電極の間を跨いで形成されていて、第1電極の端部を覆っている。そして、素子分離層の少なくとも有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されている。
このような構成にすることにより、上述のアクティブマトリクス型の有機発光装置と同様に、有機発光素子を構成する有機化合物層や素子分離層を介して隣り合う有機発光素子に水分が伝播することを防ぐことができる。
図4(a)は本発明の実施形態3に係る有機発光装置の第2電極と同第2電極の接続電極との接続部の断面模式図である。図4(b)は本発明の実施形態3に係る有機発光装置の第2電極と同第2電極の接続電極との接続部以外の領域における断面模式図である。そして、図5は、本発明の実施形態3に係る有機発光装置の上面の模式図である。図4(a)及び(b)は、図5の(a)及び(b)の線分における断面模式図であることを示している。
本実施形態の有機発光装置は、基板11上に、第1電極15、有機化合物層(有機EL層)16、第2電極17、第1素子分離層18、第2素子分離層19、無機封止層20が形成されている(図4を参照)。この有機発光装置は、第1素子分離層18の少なくとも有機化合物層16と接する部分が無機材料から成る。そのため、第1素子分離層18を介して有機化合物層16に水分が浸入することを防ぐことができる。また、第2素子分離層19についても少なくとも有機化合物層16と接する部分が無機材料から成ることが好ましい。このようにすることによって第2素子分離層19を介して有機化合物層16に水分が浸入することを防ぐこともできる。更に、有機化合物層16は隣接する有機発光素子の間で離間していることを特徴とする(図4を参照)。そのため、無機封止層20の欠陥部から浸入する水分は、有機化合物層16を介して隣接する有機発光素子に伝播することがない。そのため、有機発光装置の歩留まりを向上させることが可能になる。
以上本発明の構成について説明したが、本発明は、上述のような第2電極側から光を取り出すいわゆるトップエミッション型の有機発光装置に限られず、基板側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型の有機発光装置も含まれる。また、上述の実施形態では第1電極が陽極であり、第2電極が陰極であるが、本発明は第1電極が陰極であり、第2電極が陽極である構成も含まれる。
また、本発明の有機発光装置は、表示装置に用いることができる。表示装置としては、単一色の発光色の有機発光素子が複数配置された構成であり、モノカラーの表示装置であっても良い。また、赤色、緑色、青色の3色の有機発光素子を有する有機発光素子群を1つの単位として、複数配置された構成であり、フルカラーの表示装置であっても良い。
表示装置としては、テレビ受像機、PCの表示部、携帯電話の表示部、携帯端末機器(PDA)の表示部、携帯音楽プレーヤーの表示部、カーナビゲーションシステムの表示部等に好ましく用いることができる。
(a)は第2電極と同第2電極の接続電極との接続部の断面模式図である。(b)は第2電極と同第2電極の接続電極との接続部以外の領域における断面模式図である。 本発明の実施形態1に係る有機発光装置の上面の模式図である。 本発明の実施形態2に係る有機発光装置の断面の模式図である。 (a)は第2電極と同第2電極の接続電極との接続部の断面模式図である。(b)は第2電極と同第2電極の接続電極との接続部以外の領域における断面模式図である。 本発明の実施形態3に係る有機発光装置の上面の模式図である。
符号の説明
1 ガラス基板
2 TFT(薄膜トランジスタ)
3 絶縁膜
4 平坦化層
5 第1電極(陽極)
6 有機化合物層(有機EL層)
7 第2電極(陰極)
8 素子分離層
9 無機封止層
10 第2電極の接続電極
11 基板
15 第1電極
16 有機化合物層(有機EL層)
17 第2電極
18 素子分離層
19 素子分離層
20 無機封止層

Claims (8)

  1. 基板と、前記基板の上に形成されている複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層と、を有し、
    各有機発光素子は、前記基板の上に、前記有機発光素子毎にパターニングされている第1電極と、前記有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、第2電極と、を順に有し、
    前記素子分離層は、複数の前記第1電極の間を跨いで形成されていて、前記第1電極の端部を覆っており、前記有機発光素子の部分に開口を有する、有機発光装置において、
    前記素子分離層の少なくとも前記有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されていることを特徴とする有機発光装置。
  2. 前記第2電極は、前記有機発光素子毎にパターニングされていることを特徴とする請求項1に記載の有機発光装置。
  3. 前記第2電極、及び前記素子分離層の上に無機封止層が形成されており、前記素子分離層と前記無機封止層とが前記素子分離層の上で接していることを特徴とする請求項2に記載の有機発光装置。
  4. 接続電極が、前記無機封止層の上に形成されており、前記無機封止層に設けられたコンタクトホールを介して前記第2電極と電気的に接続していることを特徴とする請求項3に記載の有機発光装置。
  5. 前記接続電極は、前記素子分離層の上に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の有機発光装置。
  6. 前記第2電極及び前記無機封止層は光透過部材であり、かつ前記接続電極は前記複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている光透過部材であることを特徴とする請求項5に記載の有機発光装置。
  7. 前記基板の上に形成されており、前記複数の有機発光素子の発光を制御する複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上に形成されている平坦化層とを有し、
    前記平坦化層に設けられたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと前記第1電極とが電気的に接続していることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の有機発光装置。
  8. 基板と、前記基板の上に形成されており発光面を形成している複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子の間に形成されている素子分離層と、を有し、
    各有機発光素子は、複数の前記有機発光素子の間を跨いで前記発光面内の一方向に延びており、前記一方向に配置された複数の前記有機発光素子に共通して設けられている第1電極と、前記有機発光素子毎にパターニングされている有機化合物層と、複数の前記有機発光素子の間を跨いで前記一方向に交差する方向に配置された複数の前記有機発光素子に共通して設けられている第2電極と、を順に有し、
    前記素子分離層は、隣り合う前記第1電極の間を跨いで形成されていて、前記第1電極の端部を覆っている、有機発光装置において、
    前記素子分離層の少なくとも前記有機化合物層と接する部分は無機材料で構成されていることを特徴とする有機発光装置。
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