説明

有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法

【課題】隔壁により区画された画素領域に対して有機発光媒体材料を溶かしたインクを印刷形成し、画素領域内に有機発光媒体層を平坦に形成することで、発光効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子10は、基板11と、基板11上に設けられた格子状隔壁13、13’と、格子状隔壁13、13’により区画された領域内に形成された第一電極12と、第一電極12上に形成された、有機発光材料を含む有機発光媒体層15と、有機発光媒体層15上に形成された第二電極16とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、格子状隔壁13、13’により区画された領域内の中央部で、かつ第一電極12上に平坦化隔壁14を形成したものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、印刷法により形成された有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、情報表示端末のディスプレイ用途として、大小の光学式表示装置が使用されるようになってきている。中でも、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」とも表記する。)を用いた表示装置は、自発光型であるため応答速度が速く、消費電力が低いことから次世代のディスプレイとして注目されている。有機EL素子は有機発光材料を含む発光媒体層を、第一電極と第二電極で挟んだ単純な基本構造をしている。この電極間に電圧を印加し、一方の電極から注入されるホールと、他方の電極から注入される電子とが発光層内で再結合する際に生じる光を画像表示や光源として用いるというものである。
【0003】
有機EL素子は、低分子発光媒体材料を蒸着法で形成する方式が一般的に用いられているが、低分子発光媒体層の積層数分だけ高価な蒸着装置を必要とするといった課題や、高精細化に伴い、基板大型化が困難であるといった課題がある。これらの課題を解決する手段として、低分子発光媒体材料や高分子発光媒体材料を有機溶媒に溶かしてインク化して、インクジェット法や凸版印刷法、ノズルコーティング法などの印刷法を用いて有機発光媒体層を形成する方式がある(特許文献1を参照)。
【0004】
印刷法を用いた有機EL素子は、大型基板でも高精細画素に対し、インクを均一量印刷形成することができるが、画素領域を区画する隔壁にインクが濡れあがる現象が生じるために、画素領域内の有機発光媒体層を平坦化することが困難であり、発光形状が円(あるいは楕円)状となりやすく、発光効率が低下したり色度が低下するといった課題がある。この課題を解決するために、隔壁を撥水化する手法が報告されている(特許文献2を参照)が、有機発光媒体層を複数層積層する場合には効果が得られないといった課題や、第二電極の密着性低下による膜剥がれが生じるといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−313561号公報
【特許文献2】特開2011−96375号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、隔壁により区画された画素領域に対して有機発光媒体材料を溶かしたインクを印刷形成し、画素領域内に有機発光媒体層を平坦に形成することで、発光効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法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】
【0007】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、基板と、前記基板上に設けられた格子状隔壁と、前記格子状隔壁により区画された領域内に形成された第一電極と、前記第一電極上に形成された、有機発光材料を含む有機発光媒体層と、前記有機発光媒体層上に形成された第二電極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記格子状隔壁により区画された領域内の中央部で、かつ前記第一電極上に平坦化隔壁を形成したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【0008】
また、本発明の別の態様は、前記平坦化隔壁の高さは、前記格子状隔壁の高さの60%以上、80%以下の範囲内であることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記平坦化隔壁は、透明であることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記平坦化隔壁の幅は、10μm以下であることとしても良い。
【0009】
また、本発明の別の態様は、前記格子状隔壁により区画された領域において、前記格子状隔壁の4辺から前記平坦化隔壁までの距離が均等になるように、一つ以上の前記平坦化隔壁が形成されていることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記格子状隔壁は、1段目の隔壁と前記1段目の隔壁上に形成された2段目の隔壁とを含む2段構成であることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁は、前記平坦化隔壁と同材料で形成されており、前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁と前記平坦化隔壁とは、同時に形成されることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記格子状隔壁の前記1段目の隔壁は、格子状であり、前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁は、ライン状隔壁であることとしても良い。
また、本発明の別の態様は、前記平坦化隔壁は、前記第二電極で被覆されていることとしても良い。
【0010】
また、本発明の別の態様は、基板上に第一電極を形成する工程と、前記第一電極の端部を覆うように格子状隔壁を形成する工程と、前記格子状隔壁により区画された領域内の中央部に平坦化隔壁を形成する工程と、凸部を備えるライン状凸版を用いた印刷法により、前記格子状隔壁により区画された領域内の前記第一電極上及び前記平坦化隔壁上に有機発光媒体層を形成する工程と、前記有機発光媒体層上に第二電極を形成する工程と、を含む有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、前記有機発光媒体層の形成に用いる前記ライン状凸版に備わる凸部の幅は、前記印刷方向に対して平行方向の前記格子状隔壁により区画された領域の幅と同じ幅であり、前記ライン状凸版は、前記平坦化隔壁に接触しないことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法である。
また、本発明の別の態様は、前記ライン状凸版を用いた印刷法により、前記有機発光媒体層を形成する工程の前に、前記格子状隔壁及び前記平坦化隔壁の表面を、プラズマ処理し、10nm以上、100nm以下の範囲内で削る工程を含むこととしても良い。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、印刷法を用いた有機EL素子において、高精細の画素領域内に対し、平坦に有機発光媒体層を形成することができるため、発光効率に優れ、表示品位に優れた有機ELディスプレイを、大基板に安価に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態における有機エレクトロルミネッセンス素子10の断面構造の一例である。
【図2】本発明の実施形態における隔壁13の斜視図の一例である。
【図3】凸版印刷を用いた平坦化隔壁14のない隔壁13へのインク20の転写図例である。
【図4】本発明の実施形態において、凸版印刷を用いた隔壁13へのインク20の転写図例である。
【図5】本発明の実施形態における平坦化隔壁14の形状の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図に従って説明する。なお、以下の説明で参照する図面は、本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さ、寸法等は実際のものとは異なる。
図1〜3に示すように、本発明の実施形態に係る有機EL素子10は、基板11と、基板11上に設けられた隔壁13(または13’)と、隔壁13に区画された画素領域内に形成された有機発光媒体層15を具備し、前記隔壁13は少なくとも1段からなる格子状隔壁である(図示は2段の隔壁13及び13’)。また、有機発光媒体層15と隔壁13との下方には第一電極12が、そしてこれらの上方には第二電極16がそれぞれ設けられ、有機発光媒体層15を挟む構造となっている。また、本発明の実施形態に係る有機EL素子10の特徴である平坦化隔壁14は、格子状隔壁13により区画された画素領域のほぼ中央部に位置し、かつ第一電極12上に形成された構造である。また、図示はしていないが、有機発光媒体層15と第二電極16とは、大気中の水分や酸素により劣化しやすいため、ガラス材やバリア膜、バリアフィルムなどを用いた既知の封止方法により密閉封止する。以下、各構成層の詳細を説明する。
【0014】
<基板>
基板11は本発明の実施形態に係る印刷体の支持体となるものである。基板11の材料としては絶縁性を有し寸法安定性に優れた基板であれば如何なる基板も使用することができる。例えば、ガラスや石英、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムやシート、または、これらプラスチックフィルムやシートに酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム等の金属弗化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸窒化珪素などの金属酸窒化物、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂膜を単層もしくは積層させた透光性基材や、アルミニウムやステンレスなどの金属箔、シート、板や、前記プラスチックフィルムやシートにアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属膜を積層させた非透光性基材などを用いることができる。光取出し面として、基板11側か封止側のどちらの面から行うかに応じて基材11の透光性を選択すれば良く、色も特に限定されるものではない。これらの材料からなる基板11は、有機EL素子10内への水分の侵入を避けるために、無機膜やフッ素樹脂層を形成して、防湿処理や疎水性処理を施してあることが好ましい。特に、有機発光媒体層15への水分の侵入を避けるために、基板11における含水率及びガス透過係数を小さくすることが好ましい。
【0015】
また、有機EL素子10を形成する場合には、上記基板11として薄膜トランジスタ(以下、「TFT」とも表記する。)を形成したアクティブ駆動方式用基板を用いても良い。本発明の実施形態に係る印刷体をアクティブ駆動型有機EL素子とする場合には、TFT上に、平坦化層が形成してあるとともに、平坦化層上に有機EL素子10の下部電極(つまり、第一電極12)が設けられており、かつ、TFTと下部電極とが平坦化層に設けたコンタクトホールを介して電気接続してあることが好ましい。このように構成することにより、TFTと、有機EL素子10との間で、優れた電気絶縁性を得ることができる。TFTや、その上方に構成される有機EL素子10は支持体で支持される。支持体としては機械的強度や、寸法安定性に優れていることが好ましく、具体的には先に基板11として述べた材料を用いることができる。支持体上に設ける薄膜トランジスタは、公知の薄膜トランジスタを用いることができる。具体的には、主として、ソース/ドレイン領域及びチャネル領域が形成される活性層、ゲート絶縁膜及びゲート電極から構成される薄膜トランジスタが挙げられる。薄膜トランジスタの構造としては、特に限定されるものではなく、例えば、スタガ型、逆スタガ型、トップゲート型、ボトムゲート型、コプレーナ型等の公知の構造が挙げられる。
【0016】
活性層は、特に限定されるものではなく、例えば、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、セレン化カドミウム等の無機半導体材料又はチオフエンオリゴマー、ポリ(p−フェリレンビニレン)等の有機半導体材料により形成することができる。これらの活性層は、例えば、アモルファスシリコンをプラズマCVD法により積層し、イオンドーピングする方法;SiHガスを用いてLPCVD法によりアモルファスシリコンを形成し、固相成長法によりアモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法;Siガスを用いてLPCVD法により、また、SiHガスを用いてPECVD法によりアモルファスシリコンを形成し、エキシマレーザー等のレーザーによりアニールし、アモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオンドーピング法によりイオンドーピングする方法(低温プロセス);減圧CVD法又はLPCVD法によりポリシリコンを積層し、1000℃以上で熱酸化してゲート絶縁膜を形成し、その上にnポリシリコンのゲート電極を形成し、その後、イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法(高温プロセス)等が挙げられる。
【0017】
ゲート絶縁膜としては、ゲート絶縁膜として使用されている公知のものを用いることができ、例えば、PECVD法、LPCVD法等により形成されたSiO;ポリシリコン膜を熱酸化して得られるSiO等を用いることができる。ゲート電極としては、通常、ゲート電極として使用されているものを用いることができ、例えば、アルミ、銅等の金属;チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属;ポリシリコン;高融点金属のシリサイド;ポリサイド等が挙げられる。薄膜トランジスタは、シングルゲート構造、ダブルゲート構造、ゲート電極が3つ以上のマルチゲート構造であっても良い。また、LDD構造、オフセット構造を有していても良い。さらに、1つの画素中に2つ以上の薄膜トランジスタが配置されていても良い。
【0018】
本発明の実施形態に係る印刷体を有機EL素子10として形成する場合には、TFTが有機EL素子10のスイッチング素子として機能するように接続されている必要があり、トランジスタのドレイン電極と有機EL素子10の画素電極(つまり、第一電極12)とが電気的に接続されている。トップエミッション構造とする場合には画素電極は光を反射する金属を用いる必要があり、ボトムエミッション構造とする場合には画素電極は光を透過する材料を用いる必要がある。薄膜トランジスタとドレイン電極と有機EL素子10の画素電極との接続は、平坦化膜を貫通するコンタクトホール内に形成された接続配線を介して行われる。
【0019】
平坦化膜の材料についてはSiO、スピンオンガラス、SiN(例えば、Si)、TaO(例えば、Ta)等の無機材料、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フォトレジスト材料、ブラックマトリックス材料等の有機材料等を用いることができる。これらの材料に合わせてスピンコーティング法、CVD法、蒸着法等を選択できる。必要に応じて、平坦化層として感光性樹脂を用いフォトリソグラフィーの手法により、あるいは一旦全面に平坦化層を形成後、下層の薄膜トランジスタに対応した位置にドライエッチング、ウェットエッチング等でコンタクトホールを形成する。コンタクトホールはその後導電性材料で埋めて平坦化層上層に形成される画素電極との導通を図る。平坦化層の厚みは下層のTFT、コンデンサ、配線等を覆うことができれば良く、厚みは数μm、例えば3μm程度あれば良い。
【0020】
<第一電極>
基板11の上に第一電極12を成膜し、必要に応じてパターニングを行なう。第一電極12は格子状隔壁13(または13’)によって区画された領域130内にあり(図2を参照)、各画素に対応した画素電極となる。第一電極12の材料としては、ITO(インジウムスズ複合酸化物)や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や、金、白金などの金属材料や、これら金属酸化物や金属材料の微粒子をエポキシ樹脂やアクリル樹脂などに分散した微粒子分散膜を、単層もしくは積層したものをいずれも使用することができる。第一電極12を陽極とする場合にはITOなどの透明性と導電性を有しかつ仕事関数の高い材料を選択することが好ましい。下方から光を取り出す、いわゆるボトムエミッション構造の場合は透光性のある材料を選択する必要がある。必要に応じて、第一電極12の配線抵抗を低くするために、銅やアルミニウムなどの金属材料を補助電極として併設しても良い。
【0021】
第一電極12の形成方法としては、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、スパッタリング法などの乾式成膜法や、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの湿式成膜法などを用いることができる。第一電極12のパターニング方法としては、材料や成膜方法に応じて、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法などの既存のパターニング法を用いることができる。基板11としてTFTを形成した物を用いる場合は下層の画素に対応して導通を図ることができるように形成する。
【0022】
<格子状隔壁>
本発明の実施形態に係る格子状隔壁13は画素領域130に対応した発光領域132を区画するように形成する。基体が第一電極12を備えている場合は第一電極12の端部を覆うように形成するのが好ましい。隔壁13は少なくとも1段からなる格子状の隔壁で、第一電極12が格子状に区画されれば良く(図2(a)を参照)、図2(b)に示すように1段目に格子状の隔壁13’を設けた後に、2段目にライン状の隔壁13を形成しても良い。このとき、有機機能性薄膜の印刷に用いる凸版上の凸部は、ライン状隔壁13と平行な直線状に形成される。
【0023】
格子状の隔壁13の形成方法としては、従来と同様、基体上に無機膜を一様に形成し、レジストでマスキングした後、ドライエッチングを行う方法や、基体上に感光性樹脂を積層し、フォトリソ法により所定のパターンとする方法が挙げられる。必要に応じて撥水剤を添加したり、プラズマやUVを照射して形成後にインク20に対する撥液性を付与することもできる。
【0024】
隔壁13の好ましい高さは0.1μm〜10μmであるが、あまり高すぎると凸版印刷版19により画素領域130にインク20が転写されにくくなるため、5μm以下であることがこのましく、隣接画素で混色しないように1μm以上であることが好ましい。
隔壁13の好ましい幅は3μm〜50μm程度であるが、隔壁13の幅が大きくなりすぎると画素開口率が低下してしまい、また隔壁13の幅が小さすぎると、後述する平坦化隔壁14の形成領域が限定され、印刷版と接触し印刷不良の原因となるので、10μm以上であることが好ましい。
【0025】
<平坦化隔壁>
本発明の実施形態に係る平坦化隔壁14は、格子状隔壁13により区画された画素領域130のほぼ中央部に形成され、第一電極12上に形成する。平坦化隔壁14を形成しない場合(図3を参照)、凸版印刷法により画素領域130内にインク20が印刷形成されると(図3(a)を参照)、このインク20は隔壁13に濡れ上がり乾燥するために、有機発光媒体層15の膜形状としては凹形状となり、例えば有機発光媒体層15の中央部の膜厚に対して膜厚差が10%以内の平坦化領域131は、画素領域130に対して50%になってしまう(図3(b)を参照)。すると、発光領域132は楕円形のような形状となり50%程度になってしまう(図3(c)を参照)。
【0026】
これに対して、平坦化隔壁14を形成した格子状隔壁基板を用いた場合(図4を参照)、凸版印刷法により画素領域130内にインク20が印刷形成されると(図4(a) を参照)、このインク20は格子状隔壁13には濡れあがるが、平坦化隔壁14は格子状隔壁13に比べて高さが低いために濡れ上がりの程度が小さく、またこの平坦化隔壁14の存在により格子状隔壁13への濡れ上がりの程度を減少させる効果があるため、例えば有機発光媒体層15の膜厚差が10%以内の平坦化領域131は、画素領域130に対して角部を除くほぼ全面とすることができ(図4(b) を参照)、発光領域132は画素領域130のほぼ全域とすることができる(図4(c) を参照)。
【0027】
平坦化隔壁14の形状は図5に例示するが、画素領域130内にあって、格子状隔壁13の4辺から平坦化隔壁14までの距離が均等であると、画素領域130全面にわたり有機発光媒体層15を平坦化することができるため好ましい。また、この平坦化隔壁14が形成された部分は発光できないため、画素領域130に対して平坦化隔壁14が占める割合を少なくしないと、有機発光媒体層15を平坦化した意味が無い。そのため、平坦化隔壁14の画素占有率は少なくとも30%以下、好ましくは15%以下であることが好ましい。さらには、平坦化隔壁14の材料として透明な材料を用いて、平坦化隔壁14の線幅を15μm以下、好ましくは10μm以下にすると、平坦化隔壁14の周辺部で発光した光が拡散し平坦化隔壁14が黒点として見えない。また、平坦化隔壁14の線幅は3μm以上とすることが好ましい。これは、平坦化隔壁14の線幅が3μmより細い場合には、フォトリソにより形成することができないためである。
【0028】
平坦化隔壁14の高さは画素開口幅により最適値があるが、格子状隔壁13の高さに対しておおむね60%〜80%程度にすると、平坦化領域131を広くすることができ好適である。平坦化隔壁14を格子状隔壁13よりも低くする方法としては、例えば格子状隔壁13と平坦化隔壁14の材料として感光性樹脂を用い、同時形成した後に、平坦化隔壁14を露光もしくは遮光する部分に半透過膜を用いることにより、格子状隔壁13との露光(遮光)量を変えても良い。また、格子状隔壁13を2段隔壁として、1段目の格子状隔壁13’として例えば窒化珪素などの無機膜を形成した後に、2段目の格子状隔壁13を形成すると同時に平坦化隔壁14を形成すれば、1段目の格子状隔壁13’の分高さを低くすることが容易にできる。
なお、この平坦化隔壁14の一部は、図1に示すように、後述する第二電極16で被覆されていても良い。平坦化隔壁14を被覆しないと、水分の浸入経路となり、有機発光層が劣化してしまう。
【0029】
<有機発光媒体層>
次に、有機機能性薄膜として有機発光媒体層15を形成する。本発明の実施形態に係る有機発光媒体層15としては、有機発光材料を含む単層膜、あるいは多層膜で形成することができる。多層膜で形成する場合の構成例としては、正孔輸送層、電子輸送性発光層または正孔輸送性発光層、電子輸送層からなる2層構成や正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層からなる3層構成、さらには、必要に応じて正孔又は電子注入機能と正孔又は電子輸送機能を分けたり、正孔又は電子の輸送をプロックする層などを挿入することにより、さらに多層形成することがより好ましい。なお、有機発光媒体層15は、全ての層が有機材料であることを意味するものではなく、少なくとも有機発光層を有し、その他機能層を無機材料に置き換えても良い。また、本発明中の有機発光層とは有機発光材料を含む層を指し、電荷輸送層とは正孔輸送層等それ以外の発光効率を上げるために形成されている層を指す。
【0030】
正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料としては、銅フタロシアニンやその誘導体、1,1−ビス(4−ジーp−トリアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニルーN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニルー4,4’−ジアミンなどの芳香族アミンなどの低分子材料、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(以下、「PEDOT」とも表記する。)や、PEDOTとポリスチレンスルホン酸(以下、「PSS」とも表記する。)との混合物(以下、「PEDOT/PSS」とも表記する。)などの高分子材料、ポリチオフェンオリゴマー材料、CuO、Mn、NiO、AgO、MoO、ZnO、TiO、Ta、MoO、WO、MoOなどの無機材料化合物などが挙げられる。
【0031】
有機発光層に用いられ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−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノリノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−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−5−シアノ−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−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、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−2,5−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、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、ポルフィリン系蛍光体、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体等、Ir錯体等の燐光性発光体などの低分子系発光材料や、ポリフルオレン、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材料や、これら高分子材料に前記低分子材料の分散または共重合した材料や、その他既存の高分子・低分子発光材料を用いることができる。
【0032】
電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、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。形成には真空蒸着等を用いることができる。
【0033】
有機発光媒体層15の膜厚は、単層または積層により形成する場合においても1000nm以下であり、好ましくは50nm〜150nmである。特に、有機EL素子10の正孔輸送材料は、基体や第一電極12の表面突起を覆う効果が大きく、50nm〜100nm程度厚い膜を成膜することがより好ましい。
有機発光媒体層15の形成方法としては、正孔輸送層及び電子輸送層はその材料に応じて、真空蒸着法や、スピンコート法、スプレーコート法、フレキソ法、グラビア法、マイクログラビア法、凸版印刷法、凹版オフセット法やインクジェット法、ノズルコート法などを用いることができるが、有機発光材料層の形成方法は凸版印刷法が特に好ましく、本発明の実施形態では有機発光媒体層15を構成する層のうち少なくとも1層を凸版印刷法によって形成する。凸版印刷法によって形成される層はカラー化に対応して色分けの必要があることから有機発光層が好ましい。この方法によれば各色発光材料の特性に対応して電荷輸送材料を変更する場合にも好ましく適応できる。有機発光媒体層15を構成する層全てを本発明の実施形態に係る印刷法で形成すれば製造工程を簡略化できる。
【0034】
有機発光媒体層15を構成する材料を溶液化する際には、形成方法に応じて、溶剤の蒸気圧、固形分比、粘度などを制御することが好ましい。溶剤としては、水、キシレン、アニソール、シクロヘキサノン、メシチレン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、トルエン、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの単独溶媒でも、混合溶媒でも良い。また、塗工性向上のために、必要に応じて界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤などの添加剤を適量混合することがより好ましい。塗布液の乾燥方法としては、発光特性に支障のない程度に溶剤を取り除ければ良く、加熱や減圧をしても良い。
【0035】
<凸版印刷法>
本発明の実施形態で好ましく用いることができる印刷法である凸版印刷法について詳細に説明する。有機機能性薄膜の形成に用いることのできる凸版としては水現像タイプの樹脂凸版を用いることが好ましい。このような樹脂版を構成する水現像タイプの感光性樹脂としては、例えば親水性のポリマーと不飽和結合を含むモノマーいわゆる架橋性モノマー及び光重合開始剤を構成要素とするタイプが挙げられる。このタイプでは、親水性ポリマーとしてポリアミド、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体等が用いられる。また、架橋性モノマーとしては、例えばビニル結合を有するメタクリレート類が挙げられ、光重合開始剤としては例えば芳香族カルボニル化合物が挙げられる。中でも、印刷適性の面からポリアミド系の水現像タイプの感光性樹脂が好適である。
【0036】
有機機能性薄膜の形成に用いる印刷機は、被印刷基板として平板に印刷する方式の凸版印刷機であれば使用可能であるが、例えば、インクタンクとインクチャンバーとアニロックスロールと、樹脂凸版を取り付けした版胴を有している。インクタンクには、溶剤で希釈された有機機能性インクが収容されており、インクチャンバーにはインクタンクより有機機能性インクが送り込まれるようになっている。アニロックスロールは、インクチャンバーのインク供給部及び版胴に接して回転するようになっている。
【0037】
アニロックスロールの回転にともない、インクチャンバーから供給された有機機能性インクはアニロックスロール表面に均一に保持されたあと、版胴に取り付けされた樹脂凸版の凸部に均一な膜厚で転移する。さらに、被印刷基板は摺動可能な基板固定台(ステージ)上に固定され、版のパターンと基板のパターンの位置調整機構により、位置調整しながら印刷開始位置まで移動して、版胴の回転に合わせて樹脂凸版の凸部が基板に接しながらさらに移動し、基板の所定位置にパターニングしてインクを転移する。
【0038】
<第二電極>
次に、第二電極16を形成する。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や酸化Li、LiF、NaF、Ba、BaO等の化合物を1nm程度挟んで、安定性・導電性の高いAlやCu、Agなどを積層して用いても良い。または電子注入効率と安定性を両立させるため、仕事関数が低い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等の金属元素との合金系を用いても良い。具体的にはMgAg、AlLi、CuLi等の合金が使用できる。また、トップエミッションにする場合には、上記金属層と、ITOやIZO、AZOなどの透明導電膜との積層膜を用いることが好ましい。
【0039】
第二電極16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。第二電極16の厚さに特に制限はないが、10nm〜1000nm程度が望ましい。また、第二電極16を透光性電極層として利用する場合、CaやLiなどの金属材料を用いる場合の膜厚は0.1nm〜10nm程度が望ましい。
【0040】
<封止体>
有機EL素子10は大気中の水分や酸素によって、有機発光媒体層15や第二電極16が容易に劣化してしまうため、大気から遮断するための封止体を設ける必要がある。図示はしていないが、既知の封止法を用いることができる。たとえば、封止ガラスの周辺部に接着層でシールしても良く、アルミナ、窒化ケイ素などのバリア膜を形成しても良く、プラスチック基材の両面にSiOをCVD法で形成したバリアフィルムで被覆しても良い。
以上のように、本実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子10であれば、印刷法を用いて画素領域130に有機発光媒体層15を平坦に形成することができるので、発光素子の発光効率を向上させることができる。
以下、有機EL素子10の製造方法について簡単に説明する。
【0041】
<製造方法>
まず、基板11上に第一電極12を形成する。次に、第一電極12の端部を覆うように格子状隔壁13、13’を形成する。その後、格子状隔壁13、13’により区画された画素領域130内の中央部に平坦化隔壁14を形成する。
その後、凸部19を備えるライン状凸版を用いた印刷法により、格子状隔壁13、13’により区画された画素領域130内の第一電極12上及び平坦化隔壁14上に有機発光媒体層15を形成する。なお、有機発光媒体層15の形成の際に用いるライン状凸版に備わる凸部19の幅は、印刷の方向に対して平行方向の格子状隔壁13、13’により区画された画素領域130の幅と同じ幅である。また、印刷の際、ライン状凸版は、平坦化隔壁14に接触しない。
その後、有機発光媒体層15上に第二電極16を形成する。
以上の工程を経ることで、有機EL素子10を製造することができる。
また、有機発光媒体層15を形成する工程の前に、格子状隔壁13、13’及び平坦化隔壁14の表面を、プラズマ処理し、10nm以上100nm以下の範囲内で削る工程を含んでも良い。
【0042】
以上のように、本実施形態に係る有機EL素子10の製造方法であれば、格子状隔壁13、13’により区画された画素領域130に対して有機発光媒体材料を溶かしたインク20を印刷形成し、画素領域130に有機発光媒体層15を平坦に形成することができるので、発光素子の発光効率を向上させることができる。
次に、本発明の一実施例を具体的に説明するが、本発明はこれに限るものではない。
【実施例】
【0043】
(実施例1)
基板11としてはガラス基板を用い、この上に第一電極12としてITO電極を150nmスパッタ形成した後にフォトリソ・エッチング法にてパターニングした。
次に、格子状隔壁13として、窒化珪素膜をCVD形成した膜(膜厚は0.5μm)をドライエッチングでパターン形成し格子状隔壁13’とし、その上に感光性ポリイミド樹脂をスリットコート法により1.5μmコーティング形成し、露光・現像工程により格子状隔壁13を形成した。
【0044】
感光性ポリイミド樹脂で格子状隔壁13を形成すると同時に、画素領域130のほぼ中央部に10μm幅の線状に平坦化隔壁14を1.5μm形成した。このとき格子状隔壁13の高さ(2.0μm)に対して平坦化隔壁14の高さ比は75%であった。
次に、格子状隔壁13により区画された領域である画素領域130に対して、線状の印刷版19を用いて、インク20の印刷形成を複数回行い、膜厚100nmの有機発光媒体層15を形成した。有機発光材料としてはポリフルオレン誘導体を用いた。
【0045】
次に、有機発光媒体層15上に、第二電極16として蒸着法によりBaを5nm、Alを200nm、順次積層し、最後にキャップ封止した。
以上の工程を経て完成した有機エレクトロルミネッセンス素子10は、画素領域130に対して95%の領域で発光し、平坦化隔壁14も光の拡散により黒点として目視されず全面均一な画素として視認できた。これにより、格子状隔壁13を形成しなかった場合と同じ輝度半減寿命を達成することができた。また、60℃90%の環境下で1000hr保存したが、平坦化隔壁14を形成したことによるダークエリアは発生しなかった。
【0046】
(比較例1)
比較例1では、実施例1における格子状隔壁14を形成せずに有機EL素子を作製した。その結果、画素領域130に対して、50%の領域しか発光しなかった。これにより、比較例1に係る有機EL素子の輝度半減寿命は、格子状隔壁13を形成しなかった場合の輝度半減寿命に対し、3割程度の寿命になった。
(比較例2)
比較例2では、実施例1における窒化珪素からなる格子状隔壁13’を形成せずに、格子状隔壁13と同じ高さの平坦化隔壁14を形成した。その結果、格子状隔壁13と平坦化隔壁14との間の領域に対し、50%の領域しか発光しなかったので、平坦化隔壁14の部分も非発光領域となり、全体の画素領域130に対して40%程度の領域しか発光しなかった。これにより、比較例2に係る有機EL素子の輝度半減寿命は、格子状隔壁13を形成しなかった場合の輝度半減寿命に対して、1割程度の寿命となった。
【0047】
(比較例3)
比較例3では、実施例1における窒化珪素からなる格子状隔壁13’の膜厚0.5μmに対し、2段目の格子状隔壁13と平坦化隔壁14の膜厚を0.5μmで形成し、格子状隔壁13(1.0μm)に対する平坦化隔壁14の膜厚比を50%とした。その結果、格子状隔壁13へのインク20の濡れ上がりを抑制する効果が薄く、平坦化隔壁14が黒点として目視されなかったが、画素領域130に対して、50%の領域しか発光せず、発光領域132の拡大に対して効果が得られなかった。これにより、比較例2に係る有機EL素子の輝度半減寿命は、格子状隔壁13を形成しなかった場合の輝度半減寿命に対し、3割程度の寿命になった。
【符号の説明】
【0048】
10・・・有機EL素子
11・・・基板
12・・・第一電極
13(13’)・・・(格子状)隔壁
130・・・画素領域
131・・・平坦化領域
132・・・発光領域
14・・・平坦化隔壁
15・・・有機発光媒体層
16・・・第二電極
19・・・凸版の凸部
20・・・インク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に設けられた格子状隔壁と、前記格子状隔壁により区画された領域内に形成された第一電極と、前記第一電極上に形成された、有機発光材料を含む有機発光媒体層と、前記有機発光媒体層上に形成された第二電極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記格子状隔壁により区画された領域内の中央部で、かつ前記第一電極上に平坦化隔壁を形成した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】
前記平坦化隔壁の高さは、前記格子状隔壁の高さの60%以上、80%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項3】
前記平坦化隔壁は、透明であ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。
【請求項4】
前記平坦化隔壁の幅は、10μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項5】
前記格子状隔壁により区画された領域において、前記格子状隔壁の4辺から前記平坦化隔壁までの距離が均等になるように、一つ以上の前記平坦化隔壁が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項6】
前記格子状隔壁は、1段目の隔壁と前記1段目の隔壁上に形成された2段目の隔壁とを含む2段構成であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項7】
前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁は、前記平坦化隔壁と同材料で形成されており、
前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁と前記平坦化隔壁とは、同時に形成されることを特徴とする請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項8】
前記格子状隔壁の前記1段目の隔壁は、格子状であり、
前記格子状隔壁の前記2段目の隔壁は、ライン状隔壁であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項9】
前記平坦化隔壁は、前記第二電極で被覆されていることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項10】
基板上に第一電極を形成する工程と、
前記第一電極の端部を覆うように格子状隔壁を形成する工程と、
前記格子状隔壁により区画された領域内の中央部に平坦化隔壁を形成する工程と、
凸部を備えるライン状凸版を用いた印刷法により、前記格子状隔壁により区画された領域内の前記第一電極上及び前記平坦化隔壁上に有機発光媒体層を形成する工程と、
前記有機発光媒体層上に第二電極を形成する工程と、を含む有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
前記有機発光媒体層の形成に用いる前記ライン状凸版に備わる凸部の幅は、前記印刷方向に対して平行方向の前記格子状隔壁により区画された領域の幅と同じ幅であり、
前記ライン状凸版は、前記平坦化隔壁に接触しないことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項11】
前記ライン状凸版を用いた印刷法により、前記有機発光媒体層を形成する工程の前に、前記格子状隔壁及び前記平坦化隔壁の表面を、プラズマ処理し、10nm以上、100nm以下の範囲内で削る工程を含むことを特徴とする請求項10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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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−77388(P2013−77388A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−215174(P2011−215174)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】