説明

有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法

【課題】
基板と、この基板上に設けられた画素電極と、該画素電極上に異なる発光色を有する有機発光層を含む有機発光媒体層が設けられ、、該有機発光媒体層を挟んで画素電極に対向する対向電極を具備する有機エレクトロルミネッセンス素子において、画素電極間に画素電極を覆うようにして隔壁を設けた場合、画素電極において隔壁が設けられた部分は非発光領域となり、発光領域が小さくなってしまう。発光領域はディスプレイの輝度につながるため、できるだけ発光領域は大きくしたいという要求がある。そこで、本発明では、画素電極全面が発光領域となり、高輝度な有機ELディスプレイを提供することを目的とする。
【解決手段】
前記有機発光層が前記画素電極全面に設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、情報表示端末などのディスプレイとして幅広い用途が期待される有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子とする)とその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、発光物質を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。
【0003】
この有機EL素子の特徴は、10V以下の低電圧で100〜100000 cd/m2 程度の高輝度の面発光が可能であり、また発光物質の種類を選択することにより青色から赤色までの発光が可能なことである。
【0004】
有機EL素子は、安価な大面積フルカラー表示素子を実現するものとして注目を集めている(非特許文献1)。報告によると、強い蛍光を発する有機色素を発光層に使用し、青、緑、赤色の明るい発光を得ている。これは、薄膜状で強い蛍光を発し、ピンホール欠陥の少ない有機色素を用いたことで、高輝度なフルカラー表示を実現できたと考えられている。
【0005】
さらに特許文献1には、有機発光層の成分が有機電荷材料と有機発光材料の混合物からなる薄膜層を設け、濃度消光を防止して発光材料の選択幅を広げ、高輝度なフルカラー素子とする旨が提案されている。
【0006】
有機EL材料は大きく分けて、低分子系材料と高分子材料の2種類に分けわれ、低分子系材料は一般的に蒸着法によって積層されるが、大型基板に対応した蒸着装置やアライメント精度の点から、大型化は困難である。
【0007】
そこで、最近では有機発光材料に高分子材料を用い、有機発光材料を溶剤に溶かしてインクとし、これをウェットコーティング法で薄膜形成する方法が試みられるようになってきている。薄膜形成するためのウェットコーティング法としては、スピンコート法、バーコート法、突出コート法、ディップコート法等があるが、高精細にパターニングしたりRGB3色に塗り分けしたりするためには、これらのウェットコーティング法では難しく、塗り分けパターニングを得意とする印刷法による薄膜形成が最も有効であると考えられる。実際にこれらの印刷法の試みとして、インクジェット印刷による方法(特許文献2)、凸版印刷による方法(特許文献3)などが提唱されている。
【特許文献1】特開平5−78655号公報
【特許文献2】特開平10−012377号公報
【特許文献3】特開2001−155858号公報
【非特許文献1】電子情報通信学会技術報告、第89巻、NO.106、49ページ、1989年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このように有機発光材料をインキ化し、各画素ごとに異なる色の有機発光層を形成する場合、異なる色のインキ同士が混ざらないようにすることを目的として画素電極間に隔壁を設ける必要がある。また、画素電極はITO等の電極材料を真空成膜法により基板全面に形成され、成膜された電極膜に対しフォトレジストを塗布して露光・現像し、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、パターン状に加工されるが、パターン化された画素電極の端面にはバリ等が発生し、その後、有機発光媒体層、対向電極を形成し、有機EL素子とした際に、対向電極との間でショートしてしまうという問題があった。したがって、画素電極端部を覆うように隔壁を形成する必要がある。
【0009】
以上のように、画素電極間に画素電極を覆うようにして隔壁を設けた場合、画素電極において隔壁が設けられた部分は非発光領域となり、発光領域が小さくなってしまう。発光領域はディスプレイの輝度につながるため、できるだけ発光領域は大きくしたいという要求がある。そこで、本発明では、画素電極全面が発光領域となり、高輝度な有機ELディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために請求項1に係る発明は、基板と、この基板上に設けられた画素電極と、該画素電極上に異なる発光色を有する有機発光層を含む有機発光媒体層が設けられ、該有機発光媒体層を挟んで画素電極に対向する対向電極を具備する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機発光層が前記画素電極全面に設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
【0011】
また、請求項2に係る発明は、前記有機発光層が画素電極端部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子とした。
【0012】
また、請求項3に係る発明は、基板上に、画素電極と、画素電極上に有機発光層を含む有機発光媒体層と、該有機発光媒体層を挟んで画素電極に対向する対向電極が形成される有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、有機発光材料を溶媒に溶解または安定して分散させインキ化し、該インキを用いてオフセット印刷方式により前記有機発光層が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法とした。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、画素電極全面に有機発光層を形成し、画素電極全面を発光領域とすることによって、高輝度な有機EL素子を得ることができた。また、有機発光層が画素電極端部を覆うことにより、画素電極と対向電極間のショートを防止することができた。さらに、隔壁形成工程を省けるため、安価に有機EL素子を製造することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の有機EL素子について説明する。図1に本発明の有機EL素子の説明断面図を示した。本発明の有機EL素子は、基板1上に画素電極2を有し、その上に有機発光層を含む有機発光媒体層が形成されている。本発明は隔壁を有さないという特長をも持つ。そして、有機発光媒体層の上に対向電極5が形成されている。有機発光媒体層は有機発光層単独でも構わないが、有機発光層の他に有機発光層での発光を補助する目的で、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層が適宜設けられる。図1では正孔輸送層3と有機発光層(41、42、43)の2層構成とした。そして、各画素ごとにRGBといった異なる色をもつ有機発光材料が配置される。図1では、赤色有機発光層(41)、緑色有機発光層(42)、青色有機発光層(43)の三色がストライプ状に形成される。
【0015】
有機発光層は画素電極と同じサイズまたは画素電極よりも大きいサイズで形成される。図1(a)は画素電極と同じサイズで有機発光層を形成している。(b)は画素電極より大きいサイズで有機発光層を形成している。画素電極端部を覆うように有機発光層を形成することにより、画素電極端部に存在するバリによるショートを効果的に防止することができる。
【0016】
なお、本発明において異なる色の有機発光層を設ける画素電極間の距離は少なくとも20μm以上有していることが好ましい。20μmに満たない場合、有機発光インキの粘度が低い場合に混色する場合がある。
【0017】
次に、本発明の有機EL素子の製造方法について説明する。
【0018】
本発明における基板としては、絶縁性を有する基板であればいかなる基板を使用することもできる。この基板側から光を取り出すボトムエミッション方式の場合には、基板として透明なものを使用する必要がある。例えば、ガラス基板やプラスチック製のフィルムまたはシートを用いることができる。プラスチック製のフィルムを用いれば、巻き取りにより高分子EL素子の製造が可能となり、安価に素子を提供できる。プラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等を用いることができる。また、光を基板と反対側から取り出すトップエミッション方式の場合には不透明な基板を用いることもできる。
【0019】
また、これらの基板は、あらかじめ加熱処理をおこなうことにより、基板内部や表面に吸着した水分を極力低減することが好ましい。また、基板上に積層される材料に応じて、密着性を向上させるために、超音波洗浄処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、UVオゾン処理などの表面処理を施してから使用することが好ましい。
【0020】
また、これらの基板には薄膜トランジスタ(TFT)を形成して、アクティブマトリックス方式の駆動用基板としても良い。TFTの材料としては、ポリチオフェンやポリアニリン、銅フタロシアニンやペリレン誘導体等の有機TFTでもよく、また、アモルファスシリコンやポリシリコンTFTでもよい。
【0021】
本発明はパッシブマトリックス方式の有機EL表示素子、アクティブマトリックス方式どちらの有機EL表示素子にも適用可能である。パッシブマトリックス方式とはストライプ状の電極を直交させるように対向させ、その交点を発光させる方式であるのに対し、アクティブマトリックス方式は画素毎にトランジスタを形成した、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)基板を用いることにより、画素毎に独立して発光する方式である。
【0022】
次に、この基板上に、画素電極として陽極を形成する。陽極の材料として、ITO(インジウムスズ複合酸化物)、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)、亜鉛アルミニウム複合酸化物などの金属複合酸化物が利用できる。形成方法としてはドライコーティング方式が利用できる。例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等である。
【0023】
そして、真空製膜された金属酸化物被膜にフォトレジストを塗布して露光・現像し、ウェットエッチング又はドライエッチングして、パターン状に加工することができる。なお、抵抗を下げるために透明電極には銅、クロム、アルミニウム、チタン等の金属もしくはこれらの積層物を補助電極として部分的に併設することができる。なお、パッシブマトリックス方式の有機EL素子を製造する場合、画素電極はストライプ状に形成され、アクティブマトリックス方式の有機EL素子を製造する場合、画素電極は各画素ごとに形成される。
【0024】
次に、有機発光媒体層を形成する。有機発光媒体層は、有機発光層単独から構成されたものでもよいし、有機発光層と正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層といった発光を補助するための層との積層構造としてもよい。なお、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層は適宜選択される。
【0025】
有機発光層は電流を流すことにより発光する層である。有機発光層の形成する有機発光材料としては、9,10−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、1,1,4,4−テトラフェニルブタジエン、トリス(8−キノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチルー5−トリフルオロメチルー8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、ビス(2−メチルー5−シアノー8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、ビス[8−(パラートシル)アミノキノリン]亜鉛錯体及びカドミウム錯体、1,2,3,4−テトラフェニルシクロペンタジエン、ポリー2,5−ジヘプチルオキシーパラーフェニレンビニレンなどの低分子系発光材料が使用できる。
【0026】
また、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポリフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光対等、Ir錯体等の燐光性発光体などの低分子系発光材料を、高分子中に分散させたものが使用できる。高分子としてはポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール等が使用できる。また、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリスピロなどの高分子発光材料であってもよい。また、これら高分子材料に前記低分子材料の分散又は共重合した材料や、その他既存の発光材料を用いることもできる。
【0027】
正孔輸送層の材料としては、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン化合物、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン等の芳香族アミン系低分子正孔注入輸送材料や、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、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の混合物などの高分子正孔輸送材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、その他既存の正孔輸送材料の中から選ぶことができる。
【0028】
また、電子輸送層の材料としては、2−(4−ビフィニルイル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、オキサジアゾール誘導体やビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリノラート)ベリリウム錯体、トリアゾール化合物等を用いることができる。
【0029】
これら各層の材料に、溶剤と必要な添加剤を添加することでインキとすることができる。溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジクロロメタンジクロロエタン、クロロホルム、エチルアセテート、エタノール、メタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−エチルエトキシアセテート、2−ブトキシエチルアセテート、2−メトキシエチルエーテル、2−エトキシエチルエーテル、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2’エトキシエトキシ)エチルアセテート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセテート、グリコール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、水等を用いることができる。これは単独で用いてもよいし、混合して使用してもよい。中でも、発光材料をインキとする場合、トルエン、キシレン、アニソールといった芳香族有機溶剤が発光材料の溶解性の面から好適である。
【0030】
有機発光層の形成方法としてはオフセット印刷法を好適に用いることができる。オフセット印刷法はブランケット上にインキパターンを形成し、そのインキパターンを被印刷基板に対して転写させるものであるが、ブランケット上にあるインキはブランケットに溶媒の一部が吸収されるために半乾燥状態となるため、インキのパターン形状及び膜厚が制御しやすいという利点がある。すなわち、隔壁を形成しなくとも、被印刷基板にインキが転写された際にインキが広がることがなく、隣接する画素との混色を防止できる。オフセット印刷法としては凹版オフセット印刷法、凸版反転オフセット印刷法がある。
【0031】
本発明の凹版オフセット印刷装置による印刷方法について図2を用いて詳細に説明する。
図2(a)から(d)は、本発明の凹版オフセット印刷装置および凹版オフセット印刷工程を示した模式図である。図2において本体フレーム11上にあるブラン胴12の周囲にはブランケット13が装着してある。また、14は印刷ステージであり、印刷時には原版である凹版15または画素電極等が形成された被印刷基板16を固定する。また、印刷ステージ14は一軸方向に移動可能になっている。また図中に示す17は有機発光インキ(以降、インキとする)であり、18はドクターブレードである。
【0032】
印刷ステージ14上には凹版15が固定されており、図示しないインキ供給手段により凹版15上にインキ17が供給され、印刷ステージ14の移動につれてドクターブレードにより余分なインキは除去され、凹版15のパターン部にインキ17が充填される(図2(a))。さらに印刷ステージ14が移動しブラン胴12を回転させることで、凹版15のインキをブランケット13上に受理し、ブランケット上にインキパターンを得る(図2(b))。ついで、印刷ステージ14が移動しブラン胴12を回転させることでと被印刷基板16上にブランケット上のインキパターンが転移し、印刷工程を終了する(図2(c)、(d))。
【0033】
次に、本発明の凸版反転方式によるオフセット印刷装置による印刷方法について図3を用いて詳細に説明する。図3(a)から(d)は、本発明の凸版反転オフセット印刷装置および凸版反転オフセット印刷工程を示した模式図である。図3において本体フレーム11上にあるブラン胴12の周囲にはブランケット13が装着してある。また、14は印刷ステージであり、印刷時には原版である凸版19または画素電極等が形成された被印刷基板16を固定する。また、印刷ステージ04は一軸方向に移動可能になっている。また、図中に示す17は有機発光インキである。
【0034】
印刷ステージ14上には凸版19が固定されており、ブランケット13には予めインキ17が図示しないインキ供給手段により、カーテンコート法、バーコート法、ワイヤーコート法、スリットコート法等のコーティングを用いて塗布されている。(図3(a))印刷ステージ14の移動しブラン胴を回転させることにより、ブランケット13上のインキ膜を所望のパターンのネガパターンである凸版19により除去され、ブランケット上のインキが所望のパターンにパターン化される(図3(b))。ついで、印刷ステージ14が移動しブラン胴を回転させることにより、被印刷基板06上にブランケット上のインキパターンが転移し、印刷工程を終了する(図3(c)、(d))。
【0035】
なお、有機発光層は各色ごとのインクを用い、オフセット印刷法により繰り返し印刷おこなうことにより、順番に形成される。
【0036】
また、正孔輸送層、電子輸送層の形成方法としては、ウェットコート法が挙げられる。ウェットコート法としては、スピンコート法、ダイコート法、ディップコート法、吐出コート法、プレコート法、ロールコート法、バーコート法等の塗布方式がある。また、凸版印刷法、インクジェット印刷法の印刷法を利用しても良い。また、本発明のオフセット印刷法を用いてもよい。
【0037】
次に、対向電極として陰極を形成する。陰極の材料としては電子注入効率の高い物質を用いる。具体的にはMg、AL、Yb等の金属単体を用いたり、発光媒体と接する界面にLiや参加Li、LiF等の化合物を1nm程度挟んで、安定性・導電性の高いAlやCuを積層して用いる。または電子注入効率と安定性を両立させるため、低仕事関数なLi、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb等の金属1種以上と、安定なAg、Al、Cu等のの金属元素との合金系が用いられる。具体的にはMgAg、AlLi,CuLi等の合金が使用できる。なお、トップエミッション方式の場合は対向電極は透明性を有する必要がある。例えば、これら金属または金属合金材料による層とITO等の透明導電材料との組み合わせで透明電極を得ることができる。
【0038】
対向電極の形成方法は、材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法を用いることができる。厚さは10nm〜1μm程度が望ましい。なお、パッシブマトリックス方式の有機EL素子を製造する場合、対向電極はストライプ状に形成され、アクティブマトリックス方式の有機EL素子を製造する場合、対向電極は有効画素全面に形成される。また、本発明では画素電極を陽極、対向電極を陰極としたが、画素電極を陰極、対向電極を陽極としても構わない。
【0039】
そして、ガラスキャップ等により接着剤を介して封止をおこない、水分や酸素による陰極や発光媒体層の劣化を防止する。
【実施例】
【0040】
ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、ITOをスパッタリング法で0.1μmの厚さで形成し、フォトレジストを塗布し、露光・現像をおこない、続いて、ウェットエッチングをおこなうことにより、ストライプ状の画素電極を形成した。
【0041】
正孔注入材料としてポリマー前駆体であるポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンをスピンコート法で形成した。加熱により、前駆体はポリフェニレンビニレンとなり、厚さ0.05μmの正孔注入層が形成された。
【0042】
つぎに、赤色発光材料としてシアノポリフェニレンビニレン、緑色発光材料としてポリフェニレンビニレン、青色発光材料としてポリフェニレンビニレンおよびポリアルキルフェニレンを用い、これらの有機発光材料はトルエンに溶解し、各色のインキとした。続いて、凸版反転オフセット印刷法により赤、緑、青色のインキをそれぞれの画素電極を覆うように印刷し、厚さ0.05μmの有機発光層を形成した。
【0043】
最後に、対向電極としてMgAgを0.2μmの厚さで蒸着法により形成した。対向電極はマスクを用い、画素電極と直交するようにストライプ状に形成した。最後にガラスキャップを用い、接着剤により封止をおこない、パッシブマトリックス方式の有機EL素子を得た。得られた有機EL素子は画素電極全面が発光領域であるため高輝度であった。また、画素電極と対向電極のショートは確認されなかった
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の有機EL素子の断面説明図である。
【図2】本発明の凹版オフセット印刷装置および凹版オフセット印刷工程を示した模式図である。
【図3】本発明の凸版反転オフセット印刷装置および凸版反転オフセット印刷工程を示した模式図である。
【符号の説明】
【0045】
1 基板
2 画素電極
3 正孔輸送層
41 赤色有機発光層
42 緑色有機発光層
43 青色有機発光層
5 対向電極
11 本体フレーム
12 ブラン胴
13 ブランケット
14 印刷ステージ
15 凹版
16 被印刷基板
17 インキ
18 ドクターブレード
19 凸版

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、この基板上に設けられた画素電極と、該画素電極上に異なる発光色を有する有機発光層を含む有機発光媒体層が設けられ、該有機発光媒体層を挟んで画素電極に対向する対向電極を具備する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記有機発光層が前記画素電極全面に設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項2】
前記有機発光層が画素電極端部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子。
【請求項3】
基板上に、画素電極と、画素電極上に有機発光層を含む有機発光媒体層と、該有機発光媒体層を挟んで画素電極に対向する対向電極が形成される有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
有機発光材料を溶媒に溶解または安定して分散させインキ化し、該インキを用いてオフセット印刷方式により前記有機発光層が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−95410(P2007−95410A)
【公開日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−281290(P2005−281290)
【出願日】平成17年9月28日(2005.9.28)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】