JP2014216083A - 有機ｅｌ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線に起因して無機パッシベーション層に発生した欠陥から有機平坦化層の端部を通過して有機ＥＬ層に至る水分の浸透を防止した有機ＥＬ装置を提供する。【解決手段】有機ＥＬ素子１７に接続される第２配線１４を有機平坦化層１６で覆い、第２配線１４を下層の第１無機絶縁層１３で覆われた第１配線１２に接続して有機平坦化層１６の端部よりも外側に引き出し、有機平坦化層１６の端部よりも外側の領域において、第１無機絶縁層１３上に形成した第３配線１５に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を備えた有機ＥＬ装置に関し、特に、水分によるダークスポットの発生を抑えた有機ＥＬ装置に関する。

近年、フラットパネルディスプレイとして、自発光型デバイスである有機ＥＬ素子が注目されている。有機ＥＬ素子は、自発光型のデバイスであることからバックライトを必要としない。また有機ＥＬ素子は、薄型化が可能であり、且つ視認性や色再現範囲も広いことから、製品化に向けて広く研究開発が進められている。現在、有機ＥＬ素子は、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既に実用化がなされている。また有機ＥＬ素子はディスプレイに限らず、プリンタの露光光源などの発光デバイスとして様々な用途が検討されている。

有機ＥＬ素子は、対向する陽極と陰極からなる一対の電極間に、発光層を含む有機ＥＬ層が設けられている発光素子である。また有機ＥＬ素子は、発光層の光を外部に取り出せるようにするために、光取り出し側の電極としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極が使用される。そして外部駆動回路により陽極と陰極との間に電圧を印加することにより有機ＥＬ素子は発光する。

ところで有機ＥＬ素子は、基板（例えば、ガラスやフィルム）上に設けられる素子であるが、一般に大気中に含まれる水分に極めて弱いことが知られている。例えば、有機ＥＬ素子に水分が浸入すると、有機ＥＬ素子が設けられている基板上には非発光領域（ダークスポット）が発生したり、非発光状態にまでは至らないものの発光特性が変化したりすることにより、発光輝度が低下するといった寿命の課題が生じている。

そのため、通常、その外表面には、封止層等の封止部材が設けられている。従来多く用いられてきた封止形態は、中空封止と呼ばれる形態である。これは有機ＥＬ素子を形成した有機ＥＬ基板と掘り込みキャップガラスを透湿性の低いシール樹脂で接着し、内部空間にデシカントと呼ばれる吸湿剤を配置することにより、内部空間の水分を極力低く保つという手法である。

しかしながら、この中空封止は、掘り込みキャップガラスと有機ＥＬ基板との貼り合わせ精度確保や、防湿性確保の為のシール樹脂幅を必要とするため、有機ＥＬ基板外周に比較的大きな領域を必要とする。そのためさらなる狭額縁を必要とされるパネルや、前記露光光源用等の小さなデバイスでは、中空封止に代わる封止形態として、固体封止が検討されている。

固体封止は有機ＥＬ基板上に直接無機パッシベーション層を成膜して防湿性を確保する手法である。無機パッシベーション層には防湿性の高いＳｉＮ_xやＳｉＯＮ等が主に使用され、これら無機パッシベーション層はＣＶＤ法やスパッタリング法によって成膜される。しかしながら、これらの成膜方法では、アスペクト比の高い構造物の上や、例えば積層構造配線等の庇構造を持っている構造物上に成膜した場合には、完全にこれらの構造物を覆えず、無機パッシベーション層に欠陥が発生してしまうという問題がある。そこでより強固な封止性能を確保するため、無機パッシベーション層を複数層成膜する構造や、無機パッシベーション層だけでなく、有機平坦化層との積層構造も知られている。

ところで発光を基板ガラスの対向側から取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子では、前記封止に用いる有機平坦化層だけでなく、反射電極下部の平坦性を担保するための有機平坦化層も用いられる事が多い。これらは平坦性を担保するが、有機層であるので、無機層に比べて透湿性が高く、外気に触れると有機ＥＬ層まで水分を伝搬してしまう。よってこれらの有機平坦化層は無機パッシベーション層によって外気と遮断されている必要がある。

前記有機平坦化層の防湿のため、有機ＥＬ素子外周部においては、封止構造を無機パッシベーション層のみで形成する必要がある。この外周部の無機パッシベーション層のみで形成される領域には有機平坦化層が形成されないため、基板の凹凸は平坦化されない。そのため無機パッシベーション層は配線による凹凸等によって前記のように欠陥が形成されている可能性があり、この欠陥を通って水分が有機ＥＬ素子内部に浸透する可能性がある。

そのための対策として、例えば特許文献１に、周辺封止領域において配線を二回屈曲させることにより、無機パッシベーション層に発生した欠陥が該周辺封止領域を貫通して水分が浸透するのを防止した装置が開示されている。

特開２０１１−１８６８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、有機平坦化層に配線が交差する部分において、無機パッシベーション層の欠陥から有機平坦化層に水分が浸透する恐れがあり、防湿性の効果は不十分である。

本発明の課題はより高度な防湿性を備えた有機ＥＬ装置を提供することにあり、特に、配線に起因して無機パッシベーション層に発生した欠陥から有機平坦化層の端部を通過して有機ＥＬ層に至る水分の浸透を防止した有機ＥＬ装置を提供することにある。

本発明は、基板と、前記基板上に形成された有機ＥＬ素子とを有する有機ＥＬ装置であって、
前記基板上に第１配線と、前記基板及び第１配線を覆う第１無機絶縁層と、前記第１無機絶縁層上に形成され、前記有機ＥＬ素子に接続された第２配線と、前記第２配線を覆う有機平坦化層と、前記有機平坦化層の上に形成された有機ＥＬ素子と、少なくとも前記有機ＥＬ素子と前記有機平坦化層を覆う第２無機絶縁層とを有し、
前記第２配線がコンタクトホールを介して前記第１配線に接続され、
前記有機平坦化層の端部よりも外側において、前記第１無機絶縁層上に第３配線が形成されており、前記第３配線がコンタクトホールを介して前記第１配線に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、有機平坦化層の端部が第２配線に接していないため、第２配線に起因する無機絶縁層の欠陥が有機平坦化層の端部には至らず、有機平坦化層の端部から有機ＥＬ層への水分浸透が防止される。また、第２配線を外部に引き出すために接続された第１配線を庇構造のない構成とすることにより、第１配線を覆う無機絶縁層における欠陥の発生が抑制され、係る欠陥に起因する水分浸透が防止される。よって、本発明によれば、表示不良の少ない良質な発光が可能な有機ＥＬ装置が提供される。

本発明の一実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 庇構造を有する配線に起因して無機絶縁層に発生する欠陥を示す模式断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１（ａ）は本発明の有機ＥＬ装置の一実施形態の構成を模式的に示す平面図であり、図中のＡ−Ａ’断面図が図１（ｂ）である。尚、図１においては、本発明の構成上の特徴の説明に必要な部材のみ図示し、便宜上、一部の部材の図示を省略している。

図１に示すように、本発明では、絶縁性の基板１１上に第１配線１２が形成され、該第１配線１２を覆って基板１１全体に第１無機絶縁層１３が形成されている。そして、第１無機絶縁層上に第２配線１４及び第３配線１５が形成され、それぞれ、コンタクトホールを介して第１配線１２に接続されている。第２配線１４は、有機ＥＬ素子１７に接続され、第３配線１５は信号や電力を有機ＥＬ素子１７に送るための端子部１８に接続される。

第２配線１４は有機平坦化層１６で覆われており、有機ＥＬ素子１７は該有機平坦化層１６上に形成される。さらに、有機ＥＬ素子１７を覆って第２無機絶縁層１９が積層され、有機ＥＬ素子１７が封止されている。

有機ＥＬ素子１７は一対の電極間に発光層等の有機化合物からなる有機ＥＬ層を挟持してなり、上記第２配線１４は有機ＥＬ素子１７の一方の電極に接続される。また、必要に応じて、第２配線１４と有機ＥＬ素子１７の一方の電極との間には、ＴＦＴ等のスイッチング素子等が接続されることもある。

よって、有機平坦化層１６の上には、有機ＥＬ素子１７の一方の電極が形成されるが、有機ＥＬ層やその一部が電極を覆って有機平坦化層１６に直接積層される場合もある。いずれの場合も、有機平坦化層１６に水分が浸透した場合には、係る水分が有機ＥＬ層に到達して劣化させてしまう恐れがある。

本発明では、第２配線１４と第３配線１５とを、第１配線１２を介して電気的に接続することによって、有機平坦化層１６の端部からの水分の浸透を防止している。即ち、本発明においては、第２配線１４及び第３配線１５が有機平坦化層１６の端部と直接交差していないため、第２配線１４或いは第３配線１５に起因して有機平坦化層１６の端部からの水分の浸透を防止することができる。その作用について図２を用いて説明する。

有機ＥＬ素子１７に信号や電圧を印加するための配線としては、ＡｌやＣｕなどの導電性の高い金属を用いることが好ましい。しかしながら、上下層との密着性が悪い材料や、熱により上下層に拡散し易い場合には、上層及び下層の少なくとも一方に、他の膜厚の薄い金属膜を配置した積層体とする場合が有る。図２に、基板側から下地層２２ａと配線層２２ｂとキャップ層２２ｃとからなる３層構成の配線２２を基板２１上に形成し、該配線２２を無機絶縁層２３で覆った状態を示す。このように、多種類の金属の積層体をパターニングをすると、エッチングレートの違いや界面の密着性から図２のようにキャップ層２２ｃが配線層２２ｂよりも外側に突出する庇構造を持つことがある。配線２２が幅方向において上面が側面よりも突出する庇構造を持った場合、該配線２２を覆って成膜された無機絶縁層２３において、欠陥２４が生じて水分が無機絶縁層２３内に浸透する場合ある。

図２に示したよう配線が庇構造を持った場合や、配線のアスペクト比が高い場合などに、無機絶縁層に発生する欠陥は配線に沿って発生するため、該配線が有機平坦化層の端部に交差する場合には、該欠陥から有機平坦化層に水分が浸透する恐れがある。本発明では、有機ＥＬ素子１７に接続された第２配線１４をそのまま有機平坦化層１６を成膜していない領域にまで引き出さず、第１無機絶縁層１３で覆われた第１配線１２に接続して有機平坦化層１６を成膜していない領域にまで引き出している。そして、有機平坦化層１６を成膜していない領域で、端子部１８に接続された第３配線１５と第１配線１２とを接続している。そのため、第３配線１５に起因して第２無機絶縁層１９に欠陥が発生した場合でも、係る欠陥が有機平坦化層１６にまで到達しない。

また、配線に起因して無機絶縁層に欠陥が発生した場合、係る無機絶縁層上にさらに無機絶縁層を積層すると、下層の無機絶縁層で発生した欠陥が上層の無機絶縁層に連続してしまう場合もある。従って、本発明においては、第１配線１２を、上記した庇構造を持たない配線とすることが望ましい。例えば、第１配線１２にはキャップ層２２ｃを設けない２層構成とすれば、庇構造が生じるのを防ぐことができる。第１配線１２を庇構造を持たない配線とすることで、上下層との密着性などが積層体構成に比較して劣る場合もあるが、本発明では、第１配線１２は有機平坦化層１６の端部を回避するに足る長さでよいため、影響は小さい。一方、第２配線１４及び第３配線１５については庇構造に起因する有機ＥＬ素子１７への水分の浸透が抑制されているため、上下層との密着性や上下層への拡散防止を重視して庇構造となる構成、例えば複数種の金属層の積層構造体とすることができる。

以下に各部材について説明する。

基板１１は、ガラス、石英、セラミック等の絶縁性基板が用いられる。

第１配線１２は、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ或いはそれらの合金や積層構造体からなる。望ましくは、前記したように、庇構造を持たない構成である。尚、第２配線１４と第３配線１５とを接続する第１配線１２としては、有機ＥＬ素子１７の駆動に係るＴＦＴ（不図示）のゲート電極やその配線と同時に形成することもできる。第１配線１２の厚さとしては、電気抵抗や設計によって変動するが、好ましくは５０ｎｍ乃至３００ｎｍである。

第１無機絶縁層１３は、第１配線１２と、第２配線１４及び第３配線１５とを絶縁するための層であり、ＳｉＯ_xやＳｉＮ_xまたはそれらの積層膜からなり、特に誘電率の低いＳｉＯ_xが好ましい。第１無機絶縁層１３の厚さは、第１配線１２と、第２配線１４及び第３配線１５との間の容量等により設計されるが、好ましくは、１００ｎｍ乃至５００ｎｍである。

第２配線１４及び第３配線１５は、同一の層で形成することができ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ或いはそれらの合金や積層構造体からなる。第２配線１４及び第３配線１５はそれぞれ、第１無機絶縁層１３に設けたコンタクトホールを通じて第１配線１２と電気的に接続される。第２配線１４及び第３配線１５の厚さは、電気抵抗や設計によって変わるが、好適には３００ｎｍ乃至１０００ｎｍである。

有機平坦化層１６は、第２配線１４等の下地の凹凸をレベリングする層であって、レベリング性の高いポリイミド等の有機層からなる。有機平坦化層１６の厚さは下地の凹凸や材質のレベリング性によるが、好適には０．５μｍ乃至３μｍである。また第２配線１４と有機平坦化層１６との間にさらに無機パッシベーション層としてＳｉＯ_x層やＳｉＮ_x層を設けても良い。

有機ＥＬ素子１７は、一対の電極間に有機ＥＬ層を挟持してなり、有機ＥＬ層としては、電子注入層や発光層、ホール注入層などの有機化合物層やそれらの積層構造からなる。有機ＥＬ層の厚さは有機ＥＬ素子１７の構成によるが、好適には５０ｎｍ乃至５００ｎｍである。また、有機ＥＬ素子１７の電極は、少なくとも光取り出し側がＩＴＯ等の透明電極からなり、他方はＭｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ等の反射電極を含む合金や積層構造体からなる。

第２無機絶縁層１９は有機ＥＬ素子１７とこれに接する有機平坦化層１６を防湿するために、これらを覆って形成される。具体的にはＳｉＯ_xやＳｉＮ_x、ＡｌＯ_x又はそれらの積層膜からなり、その厚さは好適には０．０５μｍ乃至１０μｍである。

尚、上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１７に信号或いは電圧を印加する配線として、第２配線１４及び第３配線１５のみを示したが、通常、有機ＥＬ素子１７にはさらに１以上の配線が接続される。本発明においては、実施形態に示した配線以外の配線についても、有機平坦化層と交差するような構成の場合には、図１に示した第１配線１２を介在する構成が好ましく適用される。

また、本発明は、有機平坦化層を用いることが多いトップエミッション型に好ましく適用されるが、有機平坦化層を用いたボトムエミッション型にも好ましく適用される。

また、本発明の有機ＥＬ装置は、表示装置やプリンタの露光光源などに好ましく適用される。

（実施例１）
実施例１として、トップエミッション型３インチＱＶＧＡの表示装置を作製した。

ガラス基板上に多結晶Ｓｉを活性層としたＴＦＴを形成した。ここで、ＴＦＴのゲート電極及びゲート配線として厚さ２００ｎｍのＭｏＷ膜を成膜し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングし、庇構造のないゲート電極及び配線を形成した。同時に、基板の周辺部の第２配線の取り出し領域に庇構造のない第１配線を形成した。

次に第１無機絶縁層としてＳｉＯ膜を５００ｎｍの厚さに成膜し、一部にコンタクトホールを開けた。その上にスパッタリング法により第２配線及び第３配線として厚さ１００ｎｍのＴｉ膜と厚さ５００ｎｍのＡｌＳｉ膜と厚さ１００ｎｍのＴｉ膜を成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチングによりパターニングを行った。このパターニングにおいて、後述の有機平坦化層の端部が第１無機絶縁層を介して第１配線と交差し、第２配線及び第３配線とは交差しないように、第２配線及び第３配線が前記コンタクトホールを通じて前記第１配線に電気的に接続されるようにした。

次にパッシベーション層としてＳｉＮ膜を３００ｎｍ成膜し、端子部や後述の第１電極との接続部を露出させるために、フォトリソグラフィーとドライエッチによりパターニングを行った。

次に上記のプロセスによる凹凸をレベリングするために有機平坦化層としてポリイミドを１．５μｍの厚さで塗布し、露光・現像によりパターニングを行った。

次に有機ＥＬ素子の第１電極として厚さ５ｎｍのＭｏＯ膜と厚さ１５０ｎｍのＡｌ膜を蒸着し、フォトリソグラフィーとウェットエッチを用いてパターニングをした。

次にバンクとしてポリイミドを厚さ１．０μｍで塗布し、前記第１電極の端部を覆うようにパターニングを行ってバンクを形成した。

続いて、有機ＥＬ層を成膜した。ここでの有機ＥＬ層は積層構造でありホール輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層からなる。またフルカラーパネルにするため、発光層はシャドウマスクでパターニングし、それぞれ赤発光層、緑発光層、青発光層を成膜した。ホール輸送層の材料としてはＮ，Ｎ’−α−ジナフチルベンジジン（α−ＮＰＤ）を使用した。赤発光層の材料としてはＩｒ錯体（１８容量％）と４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）とした。緑発光層の材料としてはクマリン色素（１．０容量％）とトリス［８−ヒドロキシキノリナート］アルミニウム（Ａｌｑ３）とした。青発光層の材料としてはペリレン色素（１．０容量％）とトリス［８−ヒドロキシキノリナート］アルミニウム（Ａｌｑ３）とした。電子輸送層の材料はバソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）とした。また電子注入層は電子輸送層の材料をホストとし、Ｃｓ₂ＣＯ₃をドーパントとした混合層とした。

続いて有機ＥＬ素子の第２電極として透明電極材料のＩＺＯ膜をスパッタリングにより１０ｎｍの厚さに成膜した。次にこれらの有機ＥＬ素子を水分から保護するために、パネル全体に厚さ３μｍのＳｉＮ_x膜を成膜した。その後、ドライエッチにより端子部として第３配線の端部を露出させ、トップエミッション型３インチＱＶＧＡの表示装置を完成させた。

また、比較例１として、第１配線を形成せず、第２配線と第３配線とを連続して形成した以外は同じ構成の表示装置を作製した。

実施例１，比較例１の各表示装置を６０℃で湿度９０％の環境下にて発光させた。その結果、実施例１の表示装置は５００ｈ経過しても黒点やダークスポットは発生しなかったが、比較例１の表示装置は端子部側から発光が暗くなっていく不良が観察された。

（実施例２）
実施例２として、赤色発光の有機ＥＬ素子を直線状に配列し、ボトムエミッション型のプリンタ露光光源を作製した。

実施例１と同様にして、ガラス基板上に多結晶Ｓｉを活性層としたＴＦＴ層と第１配線とを形成した。

次に第１無機絶縁層として厚さ３００ｎｍのＳｉＯ膜を成膜し、一部にコンタクトホールを開けた。その上にスパッタリング法により、実施例１と同様にして第２配線及び第３配線を形成し、さらに実施例１と同様のパッシベーション層を形成した。

次に有機ＥＬ素子の第１電極としてＩＴＯ膜を厚さ５０ｎｍで成膜し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングによりパターニングした。

次にバンクとしてＳｉＮ_x膜を３００ｎｍの厚さで成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチによりパターニングし、前記第１電極の端部を覆い、中心部を露出するようにした。

次に第２電極及び第３電極の凹凸を平坦化するためにポリイミドを２μｍの厚さで成膜し、露光・現像により前記第１電極を露出し、該第１電極の配線層を覆うようにパターニングした。

次に有機ＥＬ層を成膜した。ここでの有機ＥＬ層は積層構造でありホール輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層からなり、発光層として赤発光層のみを形成した以外は実施例１と同様である。

次に有機ＥＬ素子の第２電極としてＡｇ膜を厚さ２００ｎｍで成膜した。

最後に第２無機絶縁層としてＳｉＮ_x膜を厚さ３μｍで成膜し、端子部として第３配線の端部をフォトリソグラフィーとドライエッチングにより露出させた。

こうして作製されたボトムエミッション型のプリンタ露光光源は画素下に透過率の低いポリイミドがなく、良好な発光効率を示した。またこの有機ＥＬ素子を６０℃で湿度９０％の環境下にて発光させたところ５００ｈ経過しても黒点やダークスポットは発生しなかった

１１：基板、１２：第１配線、１３：第１無機絶縁層、１４：第２配線、１５：第３配線、１６：有機平坦化層、１７：有機ＥＬ素子、１９：第２無機絶縁層

Claims (6)

1. 基板と、前記基板上に形成された有機ＥＬ素子とを有する有機ＥＬ装置であって、
   前記基板上に第１配線と、前記基板及び第１配線を覆う第１無機絶縁層と、前記第１無機絶縁層上に形成され、前記有機ＥＬ素子に接続された第２配線と、前記第２配線を覆う有機平坦化層と、前記有機平坦化層の上に形成された有機ＥＬ素子と、少なくとも前記有機ＥＬ素子と前記有機平坦化層を覆う第２無機絶縁層とを有し、
   前記第２配線がコンタクトホールを介して前記第１配線に接続され、
   前記有機平坦化層の端部よりも外側において、前記第１無機絶縁層上に第３配線が形成されており、前記第３配線がコンタクトホールを介して前記第１配線に接続されていることを特徴とする有機ＥＬ装置。
2. 前記第１配線が、幅方向の断面において上面が側面よりも突出する庇構造を有していないことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
3. 前記第１配線が、基板側から下地層と配線層とからなる２層構成であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ装置。
4. 前記第２配線と前記第３配線の少なくとも一方が、基板側から下地層と配線層とキャップ層とからなる３層構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置。
5. 前記第２配線と前記第３配線とが同一の層で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置。
6. 前記第１無機絶縁層がＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x、またはそれらの積層膜であり、前記第２無機絶縁層がＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x、ＡｌＯ_xまたはそれらの積層膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ装置。

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