JP2005174726A - 有機ｅｌ素子及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ素子を封止するバリア膜の成膜時間の短縮化を図り、バリア膜の膜厚を厚くしてバスバリア性を高め、バリア膜材料の有効利用を可能にする。
【解決手段】 有機ＥＬ素子層１０を封止するバリア膜２０を塗布法によるガラス膜によって形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子及びその形成方法に関するものである。

有機ＥＬ（Electroluminescence）素子は、基板上に下部電極を形成し、その上に発光層を含む有機材料層を単層又は多層に形成し、更にその上に上部電極を形成することで、一対の電極で有機材料層を挟持した積層体構造を有しており、上部電極，下部電極のうち、一方を陽極とすると共に他方を陰極として、両電極間に電圧を印加することによって、陰極側から有機材料層内に注入・輸送された電子が陽極側から注入・輸送された正孔と再結合することで発光する自発光素子ある。この有機ＥＬ素子は、面発光が得られる薄型の発光素子であり、各種用途の光源や自発光の薄型表示パネルを構成するものとして、近年注目されている。

しかしながら、この有機ＥＬ素子は、前述の有機材料層及び電極からなる積層体（有機ＥＬ素子層）が外気に曝されると発光特性が劣化することが知られており、発光の安定性及び耐久性を高めるためには、有機ＥＬ素子層を外気から遮断する封止手段が不可欠となっている。この封止手段としては、有機ＥＬ素子層が形成された基板上に、これを覆うように封止部材を貼り合わせて、基板と封止部材間に形成される封止空間内に有機ＥＬ素子層を配置させることが一般になされている。

これに対して、更なる薄型化或いは可撓性基板の採用等といった表示パネル形態の多様化に対応するために、有機ＥＬ素子層を直接薄膜で覆う封止技術が各種提案されている（下記特許文献１，２参照）。

特開平１０−３１２８８３号公報 特開平１１−９７１６９号公報

上記の特許文献１には、有機ＥＬ素子層を覆う封止層を、欠陥部を被覆するバッファ膜とその上に積層された薄膜からなるバリア膜の二層によって構成したものが開示されており、また、上記の特許文献２には、有機ＥＬ素子層を覆う保護層として、Ｓｉ，Ｚｎなどの酸化物または硫化物からなるガラス形成材料（ホスト）に、Ｓｃ，Ｃｅなどの単体，酸化物又は硫化物からなるガラス修飾材料をドープしたものなどを用い、これを低温でのスパッタリング又はイオンビーム，イオンプレーティング等の蒸着法によって形成することが開示されている。

これらの従来技術によると、バリア膜又は保護層をスパッタリングや蒸着によって成膜しているので、一般的に数ｎｍ／秒程度のスピードでしか成膜することができない。したがって、成膜に時間が掛り、また時間の短縮を考えると充分なガスバリア性を有する膜を形成することができなくなる。加えて、前述の従来技術では、バリア膜に加わる残留応力が大きく、ひび割れ（クラック）が生じやすくなるので、膜厚をあまり厚くすることができない。これを防ぐ方法の一つとしてバッファ膜を介在させて応力の緩和を行っているが、バッファ膜のみでは残留応力を緩和するのに充分な成膜を行うことができない。

また、従来技術の成膜方法は、チャンバー（成膜室）内に成膜材料を飛ばして成膜する方法であるから、材料の利用効率が低く、また、成膜厚さを充分に確保しようとすればする程、材料を無駄に使ってしまうという欠点がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、有機ＥＬ素子を封止するバリア膜の成膜時間の短縮化を図ること、バリア膜の残留応力の低減が可能であり且つバリア膜の膜厚を厚くしてバスバリア性を高めること、バリア膜材料の有効利用を可能にすること等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による有機ＥＬ素子又はその形成方法は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。

［請求項１］一対の電極間に有機材料層を挟持してなる有機ＥＬ素子層が基板上に形成された有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ素子層を封止するバリア膜を備え、該バリア膜は、前記有機ＥＬ素子層を覆うように塗布によって形成されたガラス膜であることを特徴とする有機ＥＬ素子。

［請求項３］一対の電極間に有機材料層を挟持してなる有機ＥＬ素子層を基板上に積層し、該有機ＥＬ素子層を封止するバリア膜を形成する有機ＥＬ素子の形成方法であって、前記バリア膜の形成は、前記有機ＥＬ素子層を覆うようにガラス膜を塗布する塗布工程を少なくとも有することを特徴とする有機ＥＬ素子の形成方法。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す説明図であり、同図（ａ）は第１の実施形態、同図（ｂ）は第２の実施形態を示している。

図１（ａ）に示す実施形態に係る有機ＥＬ素子は、基板１上に有機ＥＬ素子層１０を形成して、この有機ＥＬ素子層１０を封止するバリア膜２０を形成したものである。また、同図（ｂ）に示す実施形態に係る有機ＥＬ素子は、基板１上に有機ＥＬ素子層１０を形成して、その有機ＥＬ素子層１０上にバッファ膜２１を形成し、それを覆うようにバリア膜２０を形成したものである。

ここで、有機ＥＬ素子層１０は、下部電極１１と発光層を含む有機材料層１２と上部電極１３とからなり、一対の電極間に有機材料層１２を挟持した積層構造をなすものである。

また、バリア膜２０は、有機ＥＬ素子層１０を覆うように塗布によって形成されたガラス膜であり、バッファ膜２１は、少なくとも断熱機能を有し、有機ＥＬ素子上の凹凸を軽減してその後に形成されるバリア膜２０の成膜状態を良好にすると共に、バリア膜２０の接着性を向上させるものである。

このような構成を有する有機ＥＬ素子によると、バリア膜２０をスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術によらないで、塗布法によって形成しているので、充分なガスバリア機能を有するバリア膜２０を即座に形成することができる。すなわち、膜形成の作業効率を低下させることなく、充分な厚さのバリア膜２０を形成することができる。また、バリア膜２０を単層にしても充分なガスバリア性を得ることができる。

そして、このバリア膜２０がガラス膜であるから、樹脂等と比較して高い気密性を長期間確保することができる。よって、周囲の酸素や水分から有機ＥＬ素子層１０を完全に遮断することが可能になり、発光特性の劣化、ダークスポットの発生を確実に抑制することができる。

また、有機ＥＬ素子層１０とバリア膜２０との間にバッファ膜２１を介在させた場合には、バッファ膜２１の断熱機能によって、バリア膜２０形成時の熱的な影響から有機ＥＬ素子層１０を保護することが可能になり、有機ＥＬ素子層１０の製造時の劣化又は損傷を防ぐことができる。

このような実施形態に係る有機ＥＬ素子の形成方法を図２のフローに基づいて説明する。先ず、前述した有機ＥＬ素子層１０を基板１上に形成し（Ｓ１）、必要に応じて、バッファ膜２１をその上に形成する。次に、基板１を４０〜１００℃で加熱しながら、有機ＥＬ素子層１０を覆うようにガラス膜の塗布がなされる（塗布工程：Ｓ３）。その後、低水分状態（１００ｐｐｍ以下）又は真空状態で塗布されたガラス膜の焼成を行う（焼成工程：Ｓ４）。これによって、所定厚さのガラス膜からなるバリア膜２０を形成することができる。

このような形成方法によると、バリア膜２０の形成に際して、塗布法により材料を塗布して低温加熱によってガラス膜を形成するので、特に有機ＥＬ素子層に熱的な悪影響を及ぼすことなく、ガスバリア性に必要な厚さのバリア膜を即座に形成することができる。したがって、バリア膜２０の成膜を多層の積層によって行う必要がないので、多層膜を形成するために多連の成膜室を用意する必要が無くなり、製造ラインの短縮化が可能になる。

また、塗布法によると、必要な箇所にのみ材料が塗布されるので、成膜室に材料が飛散することが無く、材料の利用効率を高めることができる。よって、従来の方法に比べて製造コストを低減化することが可能になる。

以下に、有機ＥＬ素子を構成する各構成要素とその形成工程を更に具体的に説明する。

ａ．基板；
基板１の形態は、平板状、可撓性のフィルム状、球面状等、如何なる形態であっても採用可能である。基板１の材質は、ガラス、プラスチック、石英、金属等を採用できる。基板側から光を取り出す場合（ボトムエミッション）には、基板１に透明又は半透明の材料を採用する。

ｂ．電極；
下部電極１１、上部電極１３については、どちらを陰極、陽極に設定しても構わない。陽極は陰極より仕事関数の高い材料で構成され、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の金属膜やＩＴＯ、ＩＺＯ等の酸化金属膜等の透明導電膜が用いられる。逆に陰極は陽極より仕事関数の低い材料で構成され、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の金属膜、ドープされたポリアニリンやドープされたポリフェニレンビニレン等の非晶質半導体、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｍｎ_２Ｏ_５等の酸化物を使用できる。また、下部電極１１、上部電極１３ともに透明な材料により構成した場合には、光の放出側と反対の電極側に反射膜を設けた構成とする。

パッシブマトリクスの電極構造の一例を示すと、基板上に、ＩＴＯ等を蒸着，スパッタリング等の方法で成膜し、フォトリソグラフィ等のパターン形成方法によって複数本のストライプ状にパターニングされた下部電極１１が形成される。上部電極１３は、後述する有機材料層を挟んで下部電極１１と直交する方向に複数本のストライプ状に形成される。これによって、上部電極１１と下部電極１３との交差部にドットマトリクス状に配列された有機ＥＬ素子が形成されることになる。

ｃ．絶縁層、隔壁；
図１においては、図省略しているが、下部電極１１の発光エリアを区画するように、ポリイミド，ＳｉＮ，ＳｉＯ_２等の絶縁物材料からなる絶縁膜が形成される。具体的には、下部電極１１上にスピンコート法により所定の塗布厚となるように絶縁膜を形成し、露光マスクを用いて露光処理、現像処理により所定のパターンの絶縁膜が層形成される。前述したストライプ状の下部電極１１に対しては、絶縁膜は、ストライプ状の下部電極１１間の基板上及び下部電極１１のストライプラインに沿った両端を一部覆うように積層形成されるとともに、下部電極１１に直交して所定間隔おきにストライプ状に形成される。これにより、絶縁膜の開口部分が有機ＥＬ素子の発光エリアを区画することになる。

次に、隣り合う上部電極１３のライン同士を電気的に絶縁すること、シャドーマスクとして使用すること等の目的で、絶縁膜上に隔壁を形成する。隔壁の形状は好ましくは逆テーパであるが、前述の目的を達成できるものであれば、形状は特に拘らない。また、上部電極１３をシャドーマスク等でパターニングし、蒸着形成する場合は、特に隔壁を設けなくとも良い。

隔壁の形成方法を説明すると、絶縁膜上に光感光性樹脂等の絶縁材料を、有機材料層１２と上部電極１３の膜厚の和より厚い膜厚となるようにスピンコート法等で塗布し、この光感光性樹脂膜上に所定パターン開口部を有するフォトマスクを介して紫外線等を照射し、層の厚さ方向の露光量の違いから生じる現像速度の差を利用して逆テーパ型の隔壁を形成する。

ｄ．有機材料層；
有機材料層１２は、発光層を含む単層又は多層の有機化合物からなる層であって、スピンコーティング法、ディッピング法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法等の印刷法等のウェットプロセス、又は、蒸着法、レーザ転写法等のドライプロセスにて形成される。

層構成はどのように形成されていても良い。一般には、陽極側から陰極側に向けて、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層させたものを用いることができるが、発光層、正孔輸送層、電子輸送層はそれぞれ１層だけでなく複数層積層して設けても良く、正孔輸送層、電子輸送層についてはどちらかの層を省略しても、両方の層を省略しても構わない。また、正孔注入層、電子注入層等の有機材料層を用途に応じて挿入することも可能である。前記正孔輸送層、前記発光層、前記電子輸送層は従来の使用されている材料（高分子材料、低分子材料を問わない）を発光色に応じて適宜選択して採用できる。

また、発光層を形成する発光材料においては、１重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と３重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（りん光）のどちらを採用しても良い。

ｅ．バッファ膜；
バッファ膜２１は、光硬化性樹脂、ガラス転移点を有する材料、熱可塑性樹脂等の高分子材料、或いは各種の低分子材料等の有機材料、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＧｅＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物、ＴｉＮ等の窒化物、Ａｕ、Ｐｔ等の金属等を、ＣＶＤ、スパッタリング、イオンプレーティング等の成膜方法で形成する。このバッファ膜２１を設けることにより、バリア膜２０形成時の加熱工程時のダメージを緩衝、ガス発生による有機ＥＬ素子層１０の損傷を防ぐことができる。膜厚は１００〜３００ｎｍを目安に行う。

ｆ．バリア膜；
バッファ膜２１上に、有機ＥＬ素子層１０を封止するために、バリア膜２０としてガラス膜を低温ガラスコーティング技術によって塗布する。具体的には、水と有機触媒からなる反応液中に、ホウ酸イオンの存在化にてハロゲンイオンを触媒として、有機金属化合物を加水分解、脱水縮合させる反応生成物を形成する。この反応生成物をバッファ層２１上又は有機ＥＬ素子層１０上に塗布し、その後７０〜１５０℃で加熱・焼成し、１０〜１００μｍの膜厚でバリア膜２０を形成する。ここでいう塗布とは、凸版、凹版、平版、孔版、インクジェット、バブルジェット（登録商標）等の印刷方法、スピンコーター、スピンレスコーター、ディスペンス、ディップコーティングなどの方法にて行う成膜方法をいう。

ｇ．各種方式等；
本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子は、前述したパッシブマトリクス型の表示パネルを形成することもできるし、或いは、アクティブマトリクス型の表示パネルを形成することもできる。また、この有機ＥＬパネルをカラー化するためには、発光機能層を色毎に塗り分ける塗り分け方式、白色や青色等の単色の発光機能層にカラーフィルタや蛍光材料による色変換層を組み合わせた方式（ＣＦ方式、ＣＣＭ方式）、単色の発光機能層の発光エリアに電磁波を照射する等して、複数色発光を実現する方式（フォトブリーチング方式）等により、フルカラー化又はマルチカラー化を実現できる。

また、基板１上に一対の電極１１，１３に挟まれた有機材料層１２を前述した１層だけでなく、複数層重ね合わせて多色発光するように構成することもできる。例えば、基板／下部電極／第１有機材料層／第１中間電極／第２有機材料層／第２中間電極／第３有機材料層／…／上部電極となるような構造にすることもできる。

また、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子としては、基板１側から光を取り出すボトムエミッション方式にすることもできるし、或いは、基板１とは逆側から光を取り出すトップエミッション方式にすることもできる。この際には、バッファ膜２１及びバリア膜２０は透明又は半透明の材料によって形成される。

有機ＥＬ素子層形成工程；
ガラス基板に下部電極（陽極）としてのＩＴＯをスパッタリングにより１５０ｎｍ成膜し、レジスト（東京応化製フォトレジストＡＺ６１１２）をＩＴＯ膜上にストライプ状にパターン形成する。次に、ガラス基板を塩化第二水溶液と塩酸の混合液に浸漬し、レジストに覆われていないＩＴＯをエッチングし、その後、アセトン中にガラス基板を含浸させてレジストを除去することで、所定のＩＴＯパターンを有する基板を作成する。

次いで、このＩＴＯ付きガラス基板を、真空蒸着装置に搬入し、先ず、ホール輸送層としてＣｕＰｃを３０ｎｍの厚さに成膜する。次に、ホール注入層としてα-ＮＰＤを５０ｎｍの厚さに成膜する。その上にシャドーマスクを利用して、青色発光層として、ｓｐｉｒｏ‐ＤＰＶＢｉを３０ｎｍの厚さ成膜し、緑色発光層として、ホスト材：ＣＰＢ，ドーパント：Ｉｒ（ｐｐｙ）_３からなる成膜材料を３０ｎｍの厚さ成膜し、赤色発光層として、ホスト材：ＣＰＢ，ドーパント：Ｂｔｐ₂Ｉｒ（ａｃａｃ）からなる成膜材料を３０ｎｍの厚さに成膜する。次に、電子輸送層として、Ａｌｑ_３を２０ｎｍの厚さに成膜し、電子注入層として、ＬｉＦを１ｎｍ成膜する。そして最後に、上部電極（陰極）としてＡｌを１００ｎｍの厚さに成膜する。

バッファ膜形成工程；
次いで、バッファ膜としてＳｉＯ_２をスパッタリングにより１００ｎｍ蒸着する。

バリア層形成工程；
そして、有機金属化合物としてオルガノポリシロキサン、ハロゲン触媒として酸化フッ素アンモニウム、混合溶媒として水、メタノール、エタノール、イソプロパノールを用い反応生成物を生成する。基板を５０℃〜７０℃で予備乾燥させ、その上に、前記の反応生成物を塗布し、これを１２０℃で３０分焼成して、バリア膜として１０μｍのガラス膜を形成した。

以上のような、実施形態又は実施例の有機ＥＬ素子又はその形成方法によると、一つには、有機ＥＬ素子を封止するバリア膜の成膜時間の短縮化を図ることができ、また一つには、バリア膜の膜厚を厚くしてバスバリア性を高めることができ、更には、バリア膜材料の有効利用を可能にすることで、製造コストを低減化することができる。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の形成方法を説明するフローである。

符号の説明

１ 基板
１０ 有機ＥＬ素子層
１１ 下部電極
１２ 有機材料層
１３ 上部電極
２０ バリア膜
２１ バッファ膜

Claims (6)

1. 一対の電極間に有機材料層を挟持してなる有機ＥＬ素子層が基板上に形成された有機ＥＬ素子であって、
   前記有機ＥＬ素子層を封止するバリア膜を備え、該バリア膜は、前記有機ＥＬ素子層を覆うように塗布によって形成されたガラス膜であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記有機ＥＬ素子層と前記バリア膜の間に少なくとも断熱機能を有するバッファ膜を介在させることを特徴とする請求項１に記載された有機ＥＬ素子。
3. 一対の電極間に有機材料層を挟持してなる有機ＥＬ素子層を基板上に形成し、該有機ＥＬ素子層を封止するバリア膜を形成する有機ＥＬ素子の形成方法であって、
   前記バリア膜の形成は、前記有機ＥＬ素子層を覆うようにガラス膜を塗布する塗布工程を少なくとも有することを特徴とする有機ＥＬ素子の形成方法。
4. 前記塗布工程は、前記基板を４０〜１００℃で加熱処理しながら行われることを特徴とする請求項３に記載された有機ＥＬ素子の形成方法。
5. 前記塗布工程の後、低水分状態又は真空状態で前記ガラス膜の焼成を行う焼成工程がなされることを特徴とする請求項３又は４に記載された有機ＥＬ素子の形成方法。
6. 前記バリア膜の形成に先立って、前記有機ＥＬ素子層上に少なくとも断熱機能を有するバッファ膜を形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載された有機ＥＬ素子の形成方法。

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