JP2004111166A - 有機ｅｌ素子用バンク付き基板 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット法による有機ＥＬ素子の製造において、インクジェット装置から吐出されたインクの画素外への漏れを抑制する方式として，フッ素プラズマによるバンクの撥液化が行われている。しかしこの撥液化処理は真空中で行われるため生産性が極めて低いという問題があった。本発明は，撥液化処理をしなくともインクを画素内に留める方式を提供し，工程簡略化による有機ＥＬ素子の製造コストの低減を課題とする。
【解決手段】有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において、バンクの上端面にインクの漏れを抑制する凸状または凹状補助パターンを形成したバンク付き基板を用いた。
【効果】画素を区画するバンクの形状を制御することにより，インクジェット装置から吐出されたインク液滴の画素からの漏れが防止でき、有機ＥＬ素子の製造コストを大幅に低減できた。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子製造に用いられるバンク付き基板並びにこの基板を用いた有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気励起により発光する薄膜を陽極と陰極との間に形成して，該薄膜に通電することにより該薄膜を発光させるＥＬ素子において，陽極からホールを注入する導電性薄膜として，例えば特開平１１−３２９７３８号公報記載のポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェンとポリスチレンスルホン酸から成る薄膜が知られている。また高分子発光材として特開２００１−１５１８６８号公報に記載のフルオレン系高分子や特開２００１−１２３１５６号公報に記載のポリフェニレンビニレン系高分子が知られている。これら導電性薄膜や発光層の形成には、特開２０００−１０６２７８号公報に記載のようにインクジェット薄膜形成装置を用いた方式が採用されている。
この方式においては，まず，ＥＬ素子駆動用薄膜トランジスタとＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）などの陽極となる透明電極薄膜が図形状にガラスまたは石英またはプラスチック基板上に形成される。次いで，　画素部となる図形状ＩＴＯ薄膜を区画するための高分子から成る格子状バンクを形成し、インクジェット薄膜形成装置により導電性高分子と酸性高分子を含む溶液を画素部に吐出することによりＩＴＯ薄膜上に選択的にホール注入層が形成される。
さらに，ホール注入層上にＥＬ発光膜をインクジェット装置で形成した後、陰極としてカルシウムやマグネシウムやアルミニウムを蒸着することにより、ＥＬ素子が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で用いられている画素を区画するバンクは，一定膜厚のホール注入層や発光層を形成するために，インクジェット装置から吐出されたインク液滴が乾くまでインクを画素内に留める役割を果たしている。このバンクは，通常インクジェットで吐出されたインク液滴を画素の外部に溢れさせないために，特開２０００−３５３５９４号公報に記載のフッ素系プラズマ処理によって撥液処理が施されている。また画素からのインク漏れを抑制する他の方法としてバンクの高さを大きくすることが考えられる。しかし，フッ素系プラズマ処理は，真空中で行われるため素子製作に適用した場合，素子の生産性を著しく低下させるという問題がある。一方，バンクの高さを大きくした場合には，蒸着法で形成される陰極の断線が誘発されやすくなるといった問題がある。有機ＥＬ素子製作において，上記のような問題を発生させることなくインク液滴を画素部に留める方式の開発が課題となっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは上記課題を克服する方式について鋭意検討した結果，バンク上端部に補助パターンを形成した基板を用いることによって上記課題は克服できることを見出した。
第１の発明の特徴は、（１）有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，幅Ｘ，高さＹの格子状バンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，高さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凸状補助パターンを形成した有機ＥＬ素子用バンク付き基板にある。
第２の発明の特徴は、（２）有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，幅Ｘ，高さＹの格子状バンクの上端面に幅αが０．５Ｘ≦α≦０．９５Ｘ，深さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凹状補助パターンを形成した有機ＥＬ素子用バンク付き基板にある。
第３の発明の特徴は、（３）　有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，ホール状画素を形成したバンク最短幅がＸ，高さＹであるバンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，高さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凸状補助パターンを形成した有機ＥＬ素子用バンク付き基板にある。
第４の発明の特徴は、（４）有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，ホール状画素を形成したバンク最短幅がＸ，高さＹであるバンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，深さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凹状補助パターンを形成した有機ＥＬ素子用バンク付き基板にある。
第５の発明の特徴は、上記（１）〜（４）までのいずれかに記載の基板を用いて製造された有機ＥＬ素子にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
インクジェット装置から吐出されたインクが有機ＥＬ用基板の画素部から漏れないバンク構造を見出すために，基板へのインクの濡れ性について検討した。図１に，インクジェット装置で画素部に吐出されたインクがバンク上端面よりも高く盛り上がった状態を示す。バンクに対するインクの接触角をθとすると，θ以上になるとインクはバンク上に濡れ広がり画素部から溢れてしまうことになる。一方，図２に示すようにバンクの上端面に突起を形成した場合には，インク液滴は接触角θ＜π／２では漏れないことを見出した。この理由は，突起が形成されている場合，接触角θ＜π／２では突起端部において水平方向にインクを広げる力が全くないためであると考えられる。
この突起によるインクの濡れ広がり抑制効果を利用したバンク構造の一例を図３、図４に示す。
【０００６】
図３はバンク上端部に凸状補助パターンを２個形成したバンクの鳥瞰図とそのＡ−Ａ’断面形状を示す。図３から分かるように，凸状補助パターンは画素部を囲むように形成する方が好ましいが，格子状バンクの一部に形成しても良い。凸状補助パターン１個ではインクを画素内に留める効果がほとんどなく，少なくとも２個の凸補助パターンをできるだけ離してバンクの両端部近くに形成する必要がある。凸状補助パターンの幅αについて検討した結果，バンクの幅をＸとすると凸状補助パターンの幅αは０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘの範囲にあることが望ましいことが分かった。α＞０．２５Ｘの場合には，インクがバンク上に濡れ広がり画素部から漏れてしまい，α＜０．０５Ｘの場合には凹状補助パターン形成が困難であるためである。一方，凸状補助パターンの深さβについて検討した結果，バンクの厚さをＹとすると凹状補助パターンの深さβは０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙの範囲に有ることが望ましいことが分かった。β＜０．０５Ｙの場合には，インクがバンク上に濡れ広がり画素部から漏れてしまい，β＞０．５Ｙの場合には補助パターンと補助パターンの間にもインクが留まるようになるためである。
【０００７】
図４はバンク上端部に凹状補助パターンを形成したバンクの鳥瞰図とそのＢ−Ｂ’断面形状を示す。図４から分かるように，凹状補助パターンは画素部を囲むように形成する方が好ましいが，バンクの一部に形成しても良い。補助パターンの幅αについて検討した結果，バンクの幅をＸとすると補助パターンの幅αは０．５Ｘ≦α≦０．９５Ｘの範囲にあることが望ましいことが分かった。α＜０．５Ｘの場合にはインクがバンク上に濡れ広がり画素部から漏れてしまい，α＞０．９５Ｘの場合には凹状補助パターン形成が困難であるためである。一方，補助パターンの深さβについて検討した結果，バンクの厚さをＹとすると凹状補助パターンの深さβは０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙの範囲にあることが望ましいことが分かった。β＜０．０５Ｙの場合には，インクがバンク上に塗れ広がり画素部から溢れてしまい，β＞０．５Ｙの場合には補助パターンの中にもインクが留まるようになるためである。
【０００８】
図５もまたバンク上端部に凹状補助パターンを形成したバンクの鳥瞰図とそのＣ−Ｃ’断面形状を示す。図５から分かるように，凹状補助パターンは画素部を囲むように形成する方が好ましいが，バンクの一部に形成しても良い。補助パターンの幅αについて検討した結果，バンクの幅をＸとすると補助パターンの幅αは０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘの範囲にあることが望ましいことが分かった。α＜０．２５Ｘの場合にはインクがバンク上に濡れ広がり画素部から漏れてしまい，０．０５Ｘ＜αの場合には凹状補助パターン形成が困難であるためである。一方，補助パターンの深さβについて検討した結果，バンクの厚さをＹとすると凹状補助パターンの深さβは０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙの範囲にあることが望ましいことが分かった。β＜０．０５Ｙの場合には，インクがバンク上に塗れ広がり画素部から溢れてしまい，β＞０．５Ｙの場合には補助パターンの中にもインクが留まるようになるためである。　図６−図８に円形状画素に吐出されたインクの漏れを抑制するのに有効な補助パターンの断面形状を示す。円状パターンの場合，図６，７，８の鳥瞰図から分かるように補助パターンは画素を囲むように，且つ画素にできるだけ隣接するように形成することが望ましい。また補助パターンは図６に示すような凸状であっても，図７，８に示すように凹状であっても良い。
図６−図８の画素形状は円形であるが、もちろん画素形状は正方形，多角形であっても良く、画素形状に合せて補助パターンを形成すれば同様の効果を得ることができる。また，凹状又は凸状補助パターンの形状は必ずしも矩形状である必要はなく三角形，半楕円，半円，台形であっても良い。また，本発明の基板を用いれば画素部からのインクの漏れを抑制できるのでプラズマによるバンクのフッ素処理は特に必要はないが，フッ素処理して用いても，もちろん構わない。
【０００９】
本発明のバンク形成材料としては，ナフトキノンジアジド系感光剤とポリイミド樹脂，ノボラック樹脂，アクリル酸系樹脂，またはグルタルイミド樹脂から成る感光性組成物を用いることができる。
本発明を比較例と実施例を用いて，以下に詳細に説明する。
＜比較例１＞
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成したガラス基板上に画素部となるパターン状（４０μｍ×１６０μｍの長方形）のＩＴＯ電極を設け、画素を区画するためにフォトリソグラフィ法によって厚さ２．３μｍの格子状ポリイミドバンクを形成した。インクジェット装置を用いて、１ｗｔ％ポリフルオレン系高分子発光材と９９ｗｔ％テトラリンから成るインクを２０ｐｌ吐出した場合でもインクが画素部から漏れ，隣接画素にも濡れ広がるという問題が発生した。
＜実施例１＞
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成したガラス基板上に画素部となるパターン状（４０μｍ×１６０μｍの長方形）のＩＴＯ電極を設け、画素を区画するためにフォトリソグラフィ法によって厚さ２μｍ，幅３０μｍの格子状ポリイミドバンクを形成した。このポリイミドバンク形成において，バンクの上端部に幅２５μｍ，高さ０．３μｍの凹状補助パターン（図３参照）をマスクの遮光部を一部半透明にした半透過型フォトマスクを用いることにより形成した。インクジェット装置を用いて、ポリフルオレン系高分子とテトラリンから成るインクを４０ｐｌ吐出してもインクは画素部に留まり，バンク上に濡れ広がらなかった。
＜実施例２＞
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成したガラス基板上に画素部となるパターン状（４０μｍ×１６０μｍの長方形）のＩＴＯ電極を設け、画素を区画するためにフォトリソグラフィ法によって厚さ２μｍ，幅３０μｍの格子状ポリイミドバンクを形成した。このポリイミドバンク形成において，バンクの上端部に幅２μｍ，高さ０．３μｍの凸状補助パターン（図４参照）を半透過型フォトマスクを用いることにより形成した。インクジェット装置を用いて、ポリフルオレン系高分子とテトラリンから成るインクを４０ｐｌ吐出してもインクは画素部に留まり，バンク上に濡れ広がらなかった。
＜実施例３＞
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成したガラス基板上に画素部となるパターン状（４０μｍ×１６０μｍの長方形）のＩＴＯ電極を設け、画素を区画するためにフォトリソグラフィ法によって幅３０μｍ，厚さ２μｍの格子状ポリイミドバンクを形成した。このポリイミドバンク形成において，バンクの上端部に幅２５μｍ，高さ０．３μｍの凹状補助パターン（図３参照）をマスクの遮光部を一部半透明にした半透過型フォトマスクを用いることにより形成した。インクジェット装置を用いて、ポリ（３，４エチレンジオキシ）チオフェンとポリスチレンスルホン酸と水とから成るホール注入層形成溶液４０ｐｌを画素内に吐出してもインクは画素部に留まり，バンク上に濡れ広がらなかった。
＜実施例４＞
実施例３に従って形成したホール注入層を自然乾燥後、窒素雰囲気中２００℃で１時間ベークを行って溶媒を完全に除去した。ホール注入層上にインクジェット装置を用いて赤色，緑色，青色の１ｗｔ％ポリフルオレン系高分子発光材と９９ｗｔ％テトラリンから成るインク４０ｐｌをそれぞれ所定の画素内に吐出してもインクは画素部に留まり，混色は生じなかった。これを自然乾燥後，窒素雰囲気中２００℃で１時間ベークを行って溶媒を完全に除去した。発光層上にカルシウムを２０ｎｍ，アルミニウムを２００ｎｍ蒸着法で形成して，エポキシ樹脂で封止してＥＬ素子とした。以上のようにして製作したＥＬ素子に１０Ｖのパルス電圧を印加し，赤，緑，青の発光を観測した。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によればバンクをフッ素プラズマ処理しなくともインクジェット形成装置で画素部に吐出したインクを画素外に漏れないようにできることから，大幅な素子製造コスト低減を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンク基板に吐出されたインク液滴の模式図。
【図２】本発明の突起付きバンク基板に吐出されたインク液滴の模式図。
【図３】凸状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＡ−Ａ’断面図。
【図４】凹状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＢ−Ｂ’断面図。
【図５】凹状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＣ−Ｃ’断面図。
【図６】凸状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＤ−Ｄ’断面図。
【図７】凹状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＥ−Ｅ’断面図。
【図８】凹状補助パターンをバンク上端部に形成した本発明の基板の鳥瞰図とそのＦ−Ｆ’断面図。
【符号の説明】
１…基板、２…バンク（隔壁）、Ｘ…バンクの最短幅、Ｙ…バンクの高さ、α…補助パターンの幅、β…補助パターンの高さ。

Claims (5)

1. 有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，幅Ｘ，高さＹの格子状バンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，高さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凸状補助パターンを形成したことを特徴とする有機ＥＬ素子用バンク付き基板。
2. 有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，幅Ｘ，高さＹの格子状バンクの上端面に幅αが０．５Ｘ≦α≦０．９５Ｘ，深さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凹状補助パターンを形成したことを特徴とする有機ＥＬ素子用バンク付き基板。
3. 有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，ホール状画素を形成したバンク最短幅がＸ，高さＹであるバンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，高さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凸状補助パターンを形成したことを特徴とする有機ＥＬ素子用バンク付き基板。
4. 有機ＥＬ素子を形成する膜の内、少なくともホール注入層，発光層及び電子注入層の薄膜をインクジェット装置で形成するための基板において，ホール状画素を形成したバンク最短幅がＸ，高さＹであるバンクの上端面に幅αが０．０５Ｘ≦α≦０．２５Ｘ，深さβが０．０５Ｙ≦β≦０．５Ｙである凹状補助パターンを形成したことを特徴とする有機ＥＬ素子用バンク付き基板。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の基板を用いて製造された有機ＥＬ素子。

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