JP4655664B2 - 発光装置、発光装置の製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
有機EL装置は、陽極と陰極との間に有機発光層を備えた構成が一般的である。更に、正孔注入性や電子注入性を向上させるために、陽極と有機発光層の間に正孔注入層を配置した構成や、有機発光層と陰極の間に電子注入層を配置した構成が提案されている。
薄膜中の応力は、薄膜に歪をもたらし、一般に転移やクラック発生など、その膜質に影響を及ぼす。特に、有機発光層上の電極等の薄膜に歪みが発生すると、有機発光層の剥離が発生し、発光領域が小さくなってしまうという問題があった。
このような問題を解決するために、有機発光層上には、応力の殆どない或いはわずかに圧縮応力を有する薄膜を形成する技術が提案されている(特許文献1)。
逆に、有機発光層の上部に引張応力を存在する薄膜を形成した場合の方が、却って有機発光層の剥離が発生しづらくなり、発光領域の縮小が抑えられることを確認した。
第1の発明は、発光装置が、基板上に、複数の開口部と有する隔壁層と、前記開口部のそれぞれに配置される有機発光層と、前記隔壁層及び前記有機発光層を覆うと共に引張応力を有する無機材料層と、備えるようにした。
この発明によれば、引張応力を有する無機材料層を備えることにより、無機材料層が圧縮応力を有する場合或いは応力が殆どない場合に比べて、有機発光層の剥離を効果的に抑制することができる。これにより、長寿命の発光装置が得られる。
更に、前記無機材料層を覆う有機平坦化層と、前記有機平坦化層を覆うと共に引張応力を有するガスバリア層と、を備えるものでは、ガスバリア層の封止性能が向上するので、引張応力を有するガスバリア層を備えることにより、ガスバリア層が圧縮応力を有する場合或いは応力が殆どない場合に比べて、クラック等の発生が抑えられると共に封止能力の向上が図られる。これにより、長寿命の発光装置が得られる。
この発明によれば、有機発光層上に圧縮応力を有する無機材料層を形成することにより、圧縮応力を有する無機材料層或いは応力が殆どない無機材料層を形成する場合に比べて、有機発光層の剥離を効果的に抑制することができる。これにより、長寿命の発光装置が得られる。
また、前記無機材料層を形成する工程は、前記有機発光層に接続する電極を形成する工程と、前記電極を覆う電極保護層を形成する工程とを有し、少なくとも一方の工程において、前記無機材料層を形成するようにしてもよい。
更に、前記無機材料層を覆うと共に平坦な上面が形成された有機平坦化層を形成する工程と、前記有機平坦化層を覆うガスバリア層を形成する工程と、を有するものでは、有機平坦化層上に圧縮応力を有するガスバリア層を形成することにより、圧縮応力を有するガスバリア層或いは応力が殆どないガスバリア層を形成する場合に比べて、ガスバリア層の封止能力の向上やクラックの発生防止が図られる。これにより、長寿命の発光装置が得られる。
EL表示装置1は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス型のEL表示装置である。
なお、以下の説明では、EL表示装置1を構成する各部位や各層膜を認識可能とするために、各々の縮尺を異ならせている。
信号線102には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ線駆動回路100が接続される。また、走査線101には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査線駆動回路80が接続される。
EL表示装置1は、電気絶縁性を備えた基板20と、スイッチング用TFT(図示せず)に接続された画素電極が基板20上にマトリックス状に配置されてなる画素電極域(図示せず)と、画素電極域の周囲に配置されるとともに各画素電極に接続される電源線(図示せず)と、少なくとも画素電極域上に位置する平面視ほぼ矩形の画素部3(図2中一点鎖線枠内)とを具備して構成されたアクティブマトリクス型のものである。
なお、本発明においては、基板20と後述するようにこれの上に形成されるスイッチング用TFTや各種回路、及び層間絶縁膜などを含めて、基板200と称している。
実表示領域4には、それぞれ画素電極を有する表示領域R、G、BがA−B方向およびC−D方向にそれぞれ離間してマトリックス状に配置される。
また、実表示領域4の図2中両側には、走査線駆動回路80が配置される。これら走査線駆動回路80は、ダミー領域5の下側に配置されたものである。
なお、発光層60としては、代表的には発光層(エレクトロルミネッセンス層)であり、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層などのキャリア注入層またはキャリア輸送層を備えるもの。さらには、正孔阻止層(ホールブロッキング層)、電子阻止層(エレクトロン阻止層)を備えるものであってもよい。
このような構成のもとに、発光素子はその発光層60において、正孔輸送層70から注入された正孔と陰極50からの電子とが結合することにより発光する。
なお、有機隔壁層221の開口部221aの各壁面の基板200表面に対する角度θが、110度以上から170度以下となっている。このような角度としたのは、発光層60をウエットプロセスにより形成する際に、開口部221a内に配置されやすくするためである。
また、陰極50は、成膜後の内部応力が引張応力となるように形成される。陰極50が引張応力を有することにより、下層に配置された発光層60の剥離を抑えるものである。
この陰極保護層55は、有機平坦化層210の形成時の有機溶剤や残留水分等に起因する、製造プロセス時における陰極50の腐食やダメージを防止するために設けられるものである。
陰極保護層55を形成する材料としては、珪素窒化物や珪素窒酸化物などの珪素化合物や、酸化チタン等の無機化合物により形成されたものが好ましい。
また、陰極保護層55は、成膜後の内部応力が引張応力となるように形成される。
有機平坦化層210は、有機隔壁層221の形状の影響により、凸凹状に形成された陰極50の凸凹部分を埋めるように配置され、更に、その上面は略平坦に形成される。
また、有機平坦化層210をスクリーン印刷法等で形成することにより、有機平坦化層210の端部を、緩やかな傾斜を持ったテーパー形状とすることができる。
ガスバリア層30は、有機平坦化層210上に形成されて、酸素や水分が浸入するのを防止するためのもので、これにより陰極50や発光層60への酸素や水分の浸入を防止し、酸素や水分による陰極50や発光層60の劣化等を抑えるようにしたものである。
また、ガスバリア層30は、成膜後の内部応力が引張応力となるように形成される。
接着層205は、ガスバリア層30上に表面保護基板206を固定させ、かつ外部からの機械的衝撃に対して緩衝機能を有し、発光層60やガスバリア層30の保護をするものである。当該接着層205に表面保護基板206が貼り合わされることで、保護層204が形成されている。
接着層205は、例えばウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリオレフィン系などの樹脂で、表面保護基板206より柔軟でガラス転移点の低い材料からなる接着剤によって形成されたものである。また、透明樹脂材料が好ましい。また、低温で硬化させるため硬化剤を添加する2液混合型の材料によって形成されたものでもよい。
表面保護基板206の材質は、ガラス、DLC(ダイアモンドライクカーボン)層、透明プラスチック、透明プラスチックフィルムが採用される。ここで、プラスチック材料としては、例えば、PET、アクリル、ポリカーボネート、ポリオレフィン等が採用される。更に、当該表面保護基板206には、紫外線遮断/吸収層や光反射防止層、放熱層、レンズやミラー、光波長変換層等の光学構造が設けられていてもよい。
なお、この例のEL表示装置においては、トップエミッション型にする場合に表面保護基板206、接着層205を共に透光性のものにする必要があるが、ボトムエミッション型とする場合にはその必要はない。
一般的には、陰極保護層55等の薄膜におけるクラック発生等を防止するためには、薄膜の内部応力が応力の殆どない或いはわずかに圧縮応力を有する状態に成膜することが有効であり、これにより薄膜の耐久性向上が図られることが知られている。
しかしながら、陰極50や陰極保護層55を内部応力の殆どない或いはわずかに圧縮応力を有する状態に成膜したとしても、発光層60の端部(有機隔壁層221との接触部)の剥離を完全に防止することは困難である。
逆に、陰極50や陰極保護層55を内部応力が引張応力を有する状態に成膜した場合の方が、内部応力の殆どない或いはわずかに圧縮応力を有する場合に比べて、発光層60の剥離が発生しづらくなるということが、本発明者らによって確認された。
このように、陰極50や陰極保護層55が引張応力を有するように成膜した方が、発光層60の剥離に対する耐久性が向上する理由としては、発光層60を取り囲む有機隔壁層221の存在が影響しているものと考えられる。すなわち、引張応力を有する陰極50が弾力性を有する有機隔壁層221上に成膜されることにより、有機隔壁層221と発光層60とを引き付け、これにより有機隔壁層221と発光層60との密着性が高まり、したがって、発光層60の端部(有機隔壁層221との接触部)が有機隔壁層221から剥がれづらくなる等の現象が発生しているものと推測される。
なお、陰極50と陰極保護層55の両方を内部応力が引張応力の状態に成膜する必要はなく、いずれかの層を引張応力の状態に成膜し、他の層は応力が殆どない状態に成膜してもよい。或いは、陰極50と陰極保護層55の両方を僅かに引張応力を有する状態に成膜し、陰極50と陰極保護層55の両方の引張応力により、発光層60の剥離に対する耐久性を向上させるようにしてもよい。
ガスバリア層30についても同様であって、引張応力を有するように成膜した方が、圧縮応力を有する場合よりも、クラックが発生しづらくなり、ガスバリア性も向上した。
このように、陰極50、陰極保護層55及びガスバリア層30を内部応力が引張応力の状態に成膜した方が、クラック発生を防止して、ガスバリア性を向上することができる。また、発光層60の剥離に対する耐久性も向上させることができる。
その理由としては、陰極50、陰極保護層55及びガスバリア層30が成膜される下層(有機隔壁層221、有機平坦層210)が弾力性を有することが影響していると推測される。
なお、本実施形態においては、発光装置としてのEL表示装置1がトップエミッション型である場合である。また、基板200上に発光層60を形成するまでの工程については、従来技術と変わらないので説明を省略する。
この陰極層形成工程では、例えばイオンプレーティング法、対向ターゲットスパッタ法によりITOを成膜して、陰極50とする。このとき、この陰極50については、発光層60と有機隔壁層221の上面を覆うのはもちろん、有機隔壁層221の外側部についても、これを覆った状態となるように形成する。
陰極保護層55が引張応力を有するように成膜するためには、イオンプレーティング法等の成膜条件を調整することにより行われる。すなわち、所定の減圧雰囲気下で成膜することにより、確実に引張応力を有する陰極保護層55を成膜することができる。特に、成膜時の圧力を7mmTorr以上、さらには7mmTorrから10mmTorrとすることで、所望の引張り応力を有する陰極保護層55を形成することができる。また、200MPa〜300MPaの引っ張り応力を有する場合に、クラックや発光層の剥離に対する耐久性が特に高い陰極保護層55が得られている。
なお、成膜された陰極保護層55の内部応力は、測定が困難であるため、予め実験により内部応力と成膜条件(成膜圧力)の関係を求め、この関係(条件)に基づいて、成膜を行うことにより、所望の引張応力を有する陰極保護層55が得られる。
有機平坦化層210を形成する方法としては、インクジェット法、スリットコート法、カーテンコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法等の方法を採用することができる。また、これらの塗布雰囲気は、気泡を原因とする膜欠陥を発生させないよう100〜10000Pa範囲の減圧雰囲気下で塗布することが好ましい。
また、有機平坦化層210が平坦性とパターニング性を両立させるために、塗布時の粘度は、100〜10000mPa・sが好ましい。希釈溶媒は適時使用しても良いが、減圧雰囲気下でも揮発しにくく、硬化後には主成分と共に架橋して高分子化するものが好ましい。
有機平坦化層210の膜厚は、上面の平坦化を目的にしているため、隔壁層や画素隔壁の高さよりも厚くする必要があり、例えば、2〜10μm程度が好ましい。膜密度は、極力応力を少なくするために弾性率が低く比較的多孔質な膜であることが好ましく、0.8〜1.8g/cm3が好適である。
なお、その後の吸湿を防ぐため、大気圧に戻すことなく、次のガスバリア層30の形成プロセスへ移ることが好ましい。
ガスバリア層30は、イオンプレーティング法等により形成される、主に珪素窒化物又は珪素酸窒化物からなる透明な薄膜が好ましい。また、小さな分子の水蒸気を完全に遮断するため緻密性を持たせることが好ましい。
好ましい膜密度は、2.3/cm3以上、膜厚は1000nm以下にすることが好ましく、50〜500nmが好適である。特には400nm程度とすると、クラックに対する耐久力が高くガスバリア性の良好なガスバリア層30が得られている。
ガスバリア層30が引張応力を有するように成膜するためには、陰極保護層55の場合と同様に、イオンプレーティング法等の成膜条件を調整することにより行われる。
このようにガスバリア層30上に保護層204を設ければ、表面保護基板206が耐圧性や耐摩耗性、光反射防止性、ガスバリア性、紫外線遮断性などの機能を有していることにより、発光層60や陰極50、さらにはガスバリア層30もこの表面保護基板206によって保護することができ、したがって発光素子の長寿命化を図ることができる。
また、接着層205が機械的衝撃に対して緩衝機能を発揮するので、外部から機械的衝撃が加わった場合に、ガスバリア層30やこの内側の発光素子への機械的衝撃を緩和し、この機械的衝撃による発光素子の機能劣化を防止することができる。
電子機器は、上述したEL表示装置(発光装置)1を表示部として有したものであり、具体的には図5に示すものが挙げられる。
図5(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図5(a)において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上記EL表示装置1からなる表示部を示している。
図5(b)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図5(b)において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は上記EL表示装置1からなる表示部を示している。
図5(c)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図5(c)において、符号1200は情報処理装置、符号1202はキーボードなどの入力部、符号1204は情報処理装置本体、符号1206は上記EL表示装置1からなる表示部を示している。
図5(d)は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図5(d)において、薄型大画面テレビ1300は、薄型大画面テレビ本体(筐体)1302、スピーカーなどの音声出力部1304、上記EL表示装置1からなる表示部1306を備える。
Claims (5)
- 基板上に、
複数の開口部を有する有機隔壁層と、
前記開口部のそれぞれに配置される第1の電極と、
前記開口部で、前記第1の電極の上に配置される有機発光層と、
前記有機発光層及び前記有機隔壁層の上に連続して配置される第2の電極と、
引張応力を有し、前記開口部及び前記有機隔壁層の上で前記第2の電極を覆うように前記第2の電極の上に設けられ、前記開口部の中で前記基板からの高さが前記有機隔壁層よりも低く、前記電極の剥がれを防止する電極保護層と、
前記電極保護層の一部が露出するように前記電極保護層の上に設けられると共に平坦な上面が形成された有機平坦化層と、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 前記有機平坦化層を覆うと共に引張応力を有するガスバリア層と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の発光装置 - 基板上に、
複数の開口部を有する有機隔壁層を形成する工程と、
前記開口部のそれぞれに第1の電極を形成する工程と、
前記開口部で、前記第1の電極の上に有機発光層を形成する工程と、
前記有機発光層及び前記有機隔壁層の上に連続して第2の電極を形成する工程と、
引張応力を有し、前記開口部及び前記有機隔壁層の上で前記第2の電極を覆うように前記第2の電極の上に設けられ、前記開口部の中で前記基板からの高さが前記有機隔壁層よりも低く、前記電極の剥がれを防止する電極保護層を形成する工程と、
前記電極保護層の一部が露出するように前記電極保護層の上に設けられると共に平坦な上面が形成された有機平坦化層を形成する工程と、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記有機平坦化層の全部を覆うガスバリア層を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の発光装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の発光装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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