説明

有機EL素子、表示装置、有機EL素子の製造方法

【課題】 電圧降下の抑制と画質の維持ないし向上が図られた有機EL素子を提供する。
【解決手段】 上部電極となる第2電極5上に、保護膜6及び7が形成され、この保護膜上に、第2電極5に電気的に連結される第3電極8すなわち補助電極が形成された構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL(Electro Luminescence;電界発光)素子と、この有機EL素子を用いた表示装置、ならびに有機EL素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、色再現性や応答速度の観点から優れたフラットパネルとして注目され、大画面化に向けて開発が進んでいる。有機EL素子は、二つの電極(上部電極と下部電極)とそれらの二つの電極に挟まれた有機膜から構成され、二つの電極間に電圧を掛けると有機膜が発光する。
【0003】
一般的な有機EL素子の製造においては、まず、第1電極を、赤・緑・青(RGB)の各色に対応して、画素ごとに分離してガラスなどの支持基板上に作製する。
次に、少なくとも有機発光材料からなる有機膜を蒸着法などによって作製する。通常、RGBの各色に対応する有機膜の蒸着は、それぞれの色に対応する部分だけ開口しているメタルマスクを用いて行う。
次に、有機膜の上に、蒸着法などによって第2電極を作製する。
【0004】
第2電極の作製後、保護膜、接着層などを介して封止基板を備え付けることにより、目的とする有機EL素子を得る。
【0005】
ここで、支持基板側から光を取り出す素子(ボトムエミッション型)の場合、支持基板側の第1電極は光透過材料で構成し、支持基板と反対側の第2電極は光反射材料(例えば金属膜)で構成する。
また、支持基板とは反対側から光を取り出す素子(トップエミッション型)の場合には、第1電極を光反射材料で構成し、第2電極を光透過材料で構成する。
【0006】
有機EL素子の駆動方式には、パッシブマトリクス方式とアクティブマトリクス方式があるが、アクティブマトリックス方式は、応答時間も短く、解像度も高いなどの優れた特徴を有する。
このアクティブマトリクス方式による場合、第1電極と基板との間にTFT素子が形成されることから、素子構造としてはトップエミッション型であるほうが開口率を大きくでき、より大画面化に適している。
【0007】
一方、表示画面が大きくなり、画素サイズが小さくなるにつれて、有機膜作成時に使用されるメタルマスクの作製が困難となり、加工精度の限界も指摘されている。そのため、有機膜の蒸着がマスクレスで行われる、いわゆるベタ膜で有機膜が形成される傾向がある。
さらに、トップエミッション型の場合には、上述したように、第2電極を、透明もしくは半透明の光透過性材料で構成する必要があるが、通常用いられる光透過性電極であるITO(Indium Tin Oxide)などの酸化膜や金属薄膜は、スパッタによる作製時に有機膜が損傷を受け有機EL素子の表示品質の低下が起きることや、抵抗値が高くなるために大画面化したときに電圧降下が起き、画面の中央部と周辺部で発光強度が異なり画質低下が生じることが問題となる。
【0008】
したがって、有機膜に損傷を与えることなく上部電極を形成し、かつこの上部電極の実質的な抵抗を低減することが要求されている。
これに対し、下部電極すなわち第1電極と同一平面上に、最終的に上部電極が形成される位置と同程度の高さを有するように補助電極となる第3電極を形成し、この第3電極の側面で上部電極すなわち第2電極とのコンタクトをとる方法(例えば特許文献1参照)や、上部電極上に補助配線を直接積層させる方法(例えば特許文献2参照)などが提案されている。
【特許文献1】特開2001-230086号公報
【特許文献2】特開2004-281402号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、下部電極と同一平面上に作製された補助電極の側面でコンタクトを取る方法は、上述したマスクレス法により有機膜が蒸着された場合、有機膜を構成する材料が補助電極の表面に付着もしくは被覆してしまうので、上部電極と補助電極とのコンタクトが不可能もしくは不安定になる。
また、この方法において、例えば補助電極をオーバーハング状に形成した場合にも、補助電極の形成後に有機膜の蒸着を行う限り、補助電極に対する有機膜の付着を抑制することは難しく、上部電極とのコンタクトすなわち電気的連結に支障をきたすおそれがあり、オーバーハング形状を極端に幅広に形成することも、電極の付着が困難になるほか、素子の高精細化を図る上で問題となる。
【0010】
一方、補助電極を上部電極上に直接積層させる方法は、大画面・高精細化が進むにつれ、上述した有機膜と同様に蒸着マスクの精度が限界になり、補助電極のパターニングが不可能となる。
さらに、リソグラフィーなどの手法によって上部電極や有機膜をパターニングすることは、溶剤・水分などにより、有機層がダメージを受けるため、好ましくない。
【0011】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、表示品質の良好な、有機膜に損傷を与えることなく上部電極を形成し、かつこの上部電極の実質的な抵抗の低減が図られた有機EL素子ならびに表示装置と、その上部電極の実質的な抵抗を有機膜の損傷を回避して行う有機EL素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る有機EL素子は、第1電極と、第2電極と、前記第1及び第2の電極間に設けられ、少なくとも有機発光材料からなる有機膜とを有する有機EL素子であって、前記第2電極上に、保護膜が形成され、この保護膜上に、前記第2電極に電気的に連結される第3電極が形成された構成を有することを特徴とする。
【0013】
本発明に係る表示装置は、有機EL素子を有する表示装置であって、前記有機EL素子が、第1電極と、第2電極と、前記第1及び第2の電極間に設けられ、少なくとも有機発光材料からなる有機膜とを有し、前記第2電極上に、保護膜が形成され、この保護膜上に、前記第2電極に電気的に連結される第3電極が形成された構成を有することを特徴とする。
【0014】
本発明に係る有機EL素子の製造方法は、基板上に、第1電極と、少なくとも有機発光材料からなる有機膜と、第2電極とを積層形成する工程と、前記第2電極上に、保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に、前記第2電極に連結される第3電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係る有機EL素子によれば、上部電極となる第2電極上に、保護膜が形成され、この保護膜上に、第2電極に電気的に連結される第3電極すなわち補助電極が形成された構成を有することから、第2電極と第3電極の良好なコンタクトが可能とされ、電圧降下の抑制と画質の維持ないし向上が図られた有機EL素子を提供することができる。
【0016】
また、本発明に係る有機EL素子においては、第3電極の少なくとも一部が画素の周縁に対応して形成される構成や、画素全面に形成されるも光透過材料よりなる構成とすることにより、外部に取り出される光の輝度やコントラスト等の特性を確保することができ、より優れた表示品質・表示品位を有する表示装置を構成することができる。
【0017】
本発明に係る有機EL素子の製造方法によれば、基板上に、第1電極と、有機膜と、第2電極とを積層形成する工程と、第2電極上に保護膜を形成する工程と、保護膜上に第2電極に連結される第3電極を形成する工程とを有することから、有機膜に損傷を与えることなく、第2電極の実質抵抗の低減が図られた有機EL素子を製造することができる。
【0018】
本発明に係る有機EL素子の製造方法においては、保護膜を、例えば互いにエッチング耐性が異なる2つ以上の層による多層膜として形成し、この保護膜の一部を、第3電極の形成に先立って選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成することにより、有機膜の損傷を回避しながらも第2電極と第3電極に良好なコンタクトを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0020】
まず、本発明に係る有機EL素子及び表示装置の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る有機EL素子1は、図1A及び図1Bに示すように、例えばガラスよりなる基板2上に、少なくとも、第1電極3と、少なくとも有機発光材料からなる有機膜4と、第2電極5とを有し、第2電極5上に、第1及び第2の保護膜6及び7が積層膜として形成され、その上に、第2電極5に電気的に連結される第3電極8が形成された構成を有する。
なお、図示しないが、第3電極8とその開口に露出する第2保護膜7の上に、これらと有機EL素子1の側面とを覆うように、接着樹脂と封止基板が形成されることが好ましい。
【0021】
本実施形態に係る有機EL素子1は、第1電極3が陽極、第2電極5が陰極とされ、更に有機膜4における発光が第2電極5の側から外部に取り出される、上面発光すなわちトップエミッション型の構成を有する。
また、本実施形態に係る有機EL素子1は、基板2と第1電極3との間に、図示しないTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)が設けられ、このTFT素子によって第1電極が駆動されるアクティブマトリクス型とされる。
【0022】
第1電極3は、TFT配線11との間に絶縁膜12を介し、かつ隣り合う画素を構成する第1電極との間に絶縁膜13を介して、有機EL素子1を構成する複数の画素10ごとに対応して、有機膜4で生じる発光を反射する光反射材料、例えばアルミニウム(Al)により構成することができる。
【0023】
有機膜4は、少なくとも有機発光材料からなり、例えば図示しないが、有機発光材料による発光層を中心に、第1電極側に正孔輸送層、第2電極側に電子輸送層を有する構成とすることができる。また、正孔輸送層と電子輸送層の一方が発光層を兼ねる構成とすることもできる。
また、本実施形態においては、有機膜4は、隣り合う画素10について共通に所謂ベタ膜として形成されている。
【0024】
第2電極5は、有機膜4上に、隣り合う画素10について共通に形成されるが、有機膜4で生じる発光を透過する光透過性材料、例えば上述のMg−Ag混合膜によって構成される光透過性薄膜とされる。
【0025】
第1及び第2の保護膜6及び7は、後述するように、第1保護膜6に比して高い耐エッチング性を有する材料によって第2保護膜7を構成することが好ましく、また、有機膜4で生じる発光を透過する光透過性材料、例えば例えばそれぞれSiN及びSiOにより構成される。
【0026】
第3電極8は、例えばAlからなり、第1及び第2の保護膜に形成されたコンタクトホールにコンタクト部9を有し、このコンタクト部9で第2電極と電気的に連結される。
また、第3電極は主に複数の画素10の周縁に対応して形成されており、各画素10において有機膜4で生じる発光を阻害しない位置形状とされる。すなわち、第3電極8は、単位画素10ごと或いは複数の画素10を取り囲むように形成される。
【0027】
コンタクト部9は、第3電極8の全形成部に設けることもできるが、複数の画素10の周縁部すなわち画素間部内で、所望の位置形状を選定して形成することができる。
例えば、図2Aに示すように、格子状に設けられた複数の画素10の画素間部に形成される、水平方向に延在する第3電極8と垂直方向に延在する第3電極8の全ての交点に設けることもできるし、図2Bに示すように、コンタクトホールを間引いて1つおきの交点に設けることもできる。また、図2Cに示すように、画素10の1つの対角線上に位置する交点のみに、所謂千鳥格子状に設けることもできる。
【0028】
また、第3電極8についても、必ずしも全ての画素10を網羅して形成される必要はなく、第2電極5の実質抵抗を十分に低減して電圧降下を抑制できる程度の密度で、例えば図2Dに示すように1つおきの画素間部に形成された構成とすることもできる。
第2電極5の補助電極となる第3電極8は、第2電極に比して高い導電性を有することが好ましい。第2電極に比して導電性を高くするには、第2電極に比して小さな比抵抗を有する材料を用いても良いし、第2電極と同等または大きな比抵抗を有する材料を用いながらも第2電極よりも厚く形成するなどして実質抵抗の低減を図っても良い。
【0029】
本実施の形態に係る有機EL素子によれば、上部電極となる第2電極上に、保護膜が形成され、この保護膜上に、第2電極に電気的に連結される第3電極すなわち補助電極が形成された構成を有することから、第2電極と第3電極の良好なコンタクトが可能とされ、電圧降下の抑制が図られた有機EL素子を提供することができる。
【0030】
また、本実施の形態に係る有機EL素子においては、第3電極の少なくとも一部が画素の周縁に対応して形成される構成とすることにより、外部に取り出される光の輝度やコントラスト等の特性を確保することができ、より優れた表示品質・表示品位を有する表示装置を構成することができる。
【0031】
なお、本実施の形態において、上述の光反射材料は、少なくとも光透過材料に比して、有機膜で発生する光の波長に関する反射率が高い材料であれば良いし、光透過材料も、必ずしも透明でなくとも、例えば半透明であれば良い。
また、周縁とは、例えば複数並んだ画素間の少なくとも一部を指称し、必ずしも画素の周囲を完全に囲む形状でなくとも良い。
【0032】
次に、本発明に係る有機EL素子の製造方法の実施の形態を説明する。
【0033】
まず、図3Aに示すように、ガラスよりなる基板2を用意し、その上にTFTのゲート電極となる配線11と、ゲート絶縁膜21と、半導体薄膜20とからなるTFT素子15を形成し、その上部に例えばポリイミド(PI)による絶縁膜12を介して例えばPIによる平坦化絶縁膜を形成し、リソグラフィ法によって形成したレジストパターンをマスクに用いて平坦化絶縁膜の所定部にTFT素子15に通じるコンタクトホールを含む凹部を形成した後、最終的に第1電極(画素電極、いわゆる下部電極)3を構成する電極材料例えばAlを、スパッタにより例えば100nmの厚さで形成し、この電極材料をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、混酸(硝酸、酢酸及び燐酸)や塩素ガスなどによるエッチングによって各画素を構成する第1電極3を形成した後、隣り合う画素を構成する第1電極3の短絡防止のために、第1電極3の端部と絶縁膜12の露出部とに渡って例えばPIによる絶縁膜を形成して、層間絶縁膜13を形成する。
【0034】
続いて、図3Bに示すように、例えば蒸着法によって、第1電極3と層間絶縁膜13の露出部とに渡って、複数の画素について共通すなわちベタ膜として、例えば50nm〜100nmの厚さで有機膜4を形成する。なお、図示しないが、有機膜4は少なくとも有機発光材料による発光層を有し、必要に応じて、第1電極3側に正孔輸送層が、後に形成する第2電極5側に電子輸送層が設けられるなど、適宜変更が可能である。材料は、目的とする発光波長などに応じて種々のものを用いることができる。
【0035】
続いて、図3Cに示すように、蒸着法によって、有機膜4の上面に全面的に例えばMg−Ag混合膜による第2電極(対向電極、いわゆる上部電極)5を、例えば10nmの厚さで形成することにより、第1電極3と、有機膜4と、第2電極5とを積層形成する工程を行う。
【0036】
続いて、図4Aに示すように、例えばSiNによる第1保護膜6と、例えばSiOによる第2保護膜7とを、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相蒸着)法によって、例えばそれぞれ3μmと1μmの厚さで積層形成した後、素子間部の所定の位置、すなわち最終的にコンタクト部9の形成位置となる箇所に、リソグラフィー法によって開口を有するレジスト14を形成する。
【0037】
続いて、図4Bに示すように、レジスト14の開口部に露出した第2保護膜7のエッチングを行う。ここでのエッチングは、例えばドライエッチング法及びウエットエッチング法を適用することができ、例えばHF(フッ化水素もしくはフッ酸)とNHFの混合液や、CFガスとHガスの混合ガスを用いて行うことができる。
【0038】
続いて、図4Cに示すように、第2保護膜7をマスクとして第1保護膜6のエッチングを行う。エッチング方法は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法のいずれも適用可能であるが、第2電極5が薄膜状に形成されていることから、有機膜4の損傷をより確実に回避するために、水分などを使わないドライエッチング法によることが好ましい。ここでのエッチングは、例えばHF(フッ化水素もしくはフッ酸)やCFガスを用いて行うことができる。
なおここで、第2保護膜7は、この第1保護膜6に対するエッチングにおけるマスクとなることから、第1保護膜6に比して高い耐エッチング性を有する材料で構成することが好ましい。
【0039】
続いて、図5Aに示すように、第2電極5の補助電極となる、例えばAlによる第3電極8を、第2電極5とのコンタクト部9を含めて全面的に形成した後、この第3電極8の、各画素の周縁部上すなわち画素間部上に、リソグラフィー法によりレジスト17を形成する。
【0040】
続いて、図5Bに示すように、第3電極8のレジスト17の開口に露出する部分を、各画素の周縁部すなわち画素間部を残して、エッチングにより除去した後、レジスト17を剥離除去することにより、図1A及び図1Bに示すような有機EL素子1を得る。
第3電極8のエッチング方法は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法のいずれも適用可能であるが、水分などを使わないドライエッチング法によることが好ましい。
【0041】
なお、図6に示すように、レジスト17の除去後、第3電極8とその開口に露出する第2保護膜7に渡って、これらと有機EL素子1の側面とを覆うように、接着樹脂18と封止基板19を形成することもできる。
【0042】
本実施形態に係る有機EL素子の製造方法によれば、基板上に、第1電極と、有機膜と、第2電極とを積層形成する工程と、第2電極上に保護膜を形成する工程と、保護膜上に第2電極に連結される第3電極を形成する工程とを有することから、有機膜に損傷を与えることなく、第2電極の実質抵抗の低減が図られた有機EL素子を製造することができる。
【0043】
本実施形態に係る有機EL素子の製造方法においては、保護膜を、例えば互いにエッチング耐性が異なる2つ以上の層による多層膜として形成し、この保護膜の一部を、第3電極の形成に先立って選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成することにより、有機膜の損傷を回避しながらも第2電極と第3電極に良好なコンタクトを形成することができる。
【0044】
なお、本発明に係る有機EL素子、表示装置、有機EL素子の製造方法は、この実施形態に限られるものではない。
【0045】
例えば、第3電極8すなわち補助電極を構成する材料は、Alに限られず、銀(Ag)や銅(Cu)、タングステン(W)などの低抵抗材料であれば適用できる。
また、例えば、図7に示すように、第3電極が各画素10全面に形成されるも光透過材料よりなる構成とすることにより、有機EL素子の外部に取り出される光の輝度やコントラスト等の特性を確保することができ、より優れた表示品質・表示品位を有する表示装置を構成することができる。この場合の光透過材料としては、ITOなどを用いることができる。
【0046】
また、例えば、本実施形態では上面発光型すなわちトップエミッション型の有機EL素子の例を説明したが、本発明は、TFT側から光を取り出す所謂ボトムエミッション型の有機EL素子にも適用できるし、アクティブマトリクス方式による場合に限らず、パッシブマトリクス方式による構成とすることも可能である。
【0047】
また、第1電極すなわち下部電極を構成する材料は、Alに限られず、Agなどの高反射金属であれば適用可能である。
また、絶縁膜を構成する材料も、PIに限られず、他の有機材料やSiOなどの酸化膜でも適用可能である。
また、第2電極すなわち上部電極を構成する材料も、Mg−Ag混合膜に限られず、例えばごく薄いAlやITOによる光透過性材料が適用可能である。
また、第1及び第2の保護膜を構成する材料も、SiO、SiNに限られず、逆の組み合わせ、もしくはAlのような材料でも適用可能である。また、第1保護膜、第2保護膜が同一の材料であっても、例えば組成比を互いに異なる構成とすることによるなどして、エッチング耐性が異なる構成とすれば、同一材料による構成とすることも可能である。
【0048】
また、本実施形態では、第1電極を陽極、第2電極を陰極としたが、これらを逆とした構成も可能であるなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】A,B 本発明に係る有機EL素子の一例の構成を示す概略斜視図と、一部を断面とする概略斜視図である。
【図2】A〜D それぞれ、本発明に係る有機EL素子の、第3電極及びコンタクト部と画素との構成例を示す模式図である。
【図3】A〜C 本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図4】A〜C 本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図5】A,B 本発明に係る有機EL素子の製造方法の一例の説明に供する工程図である。
【図6】本発明に係る有機EL素子の他の例の構成を示す概略断面図である。
【図7】本発明に係る有機EL素子の他の例の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【0050】
1・・・有機EL素子、2・・・基板、3・・・第1電極(下部電極、画素電極)、4・・・有機膜、5・・・第2電極、6・・・第1保護膜、7・・・第2保護膜、8・・・第3電極、9・・・コンタクト部、10・・・画素、11・・・TFT配線、12・・・絶縁膜、13・・・層間絶縁膜、14・・・レジスト、15・・・TFT素子、16・・・コンタクトホール、17・・・レジスト、18・・・樹脂、19・・・封止基板、20・・・半導体薄膜、21・・・ゲート絶縁膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極と、第2電極と、前記第1及び第2の電極間に設けられ、少なくとも有機発光材料からなる有機膜とを有する有機EL素子であって、
前記第2電極上に、保護膜が形成され、
該保護膜上に、前記第2電極に電気的に連結される第3電極が形成された構成を有する
ことを特徴とする有機EL素子。
【請求項2】
前記第3電極と前記第2電極との連結が、画素の周縁部で選択的になされる
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項3】
前記第3電極と前記第2電極との連結が、前記保護膜内に形成されたコンタクトホールにおいてなされる
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項4】
前記第3電極が、少なくとも一部、画素の周縁に対応して形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項5】
前記第3電極が、光透過材料よりなる
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項6】
前記第3電極が、前記第2電極に比して高い導電性を示す
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項7】
前記保護膜が、少なくとも2層以上の多層膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項8】
前記有機膜が、少なくとも一部、隣り合う画素間で共通に形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項9】
前記第1電極が、光反射材料よりなり、前記第2電極が、光透過材料よりなる
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項10】
有機EL素子を有する表示装置であって、
前記有機EL素子が、
第1電極と、第2電極と、前記第1及び第2の電極間に設けられ、少なくとも有機発光材料からなる有機膜とを有し、
前記第2電極上に、保護膜が形成され、
該保護膜上に、前記第2電極に電気的に連結される第3電極が形成された構成を有する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項11】
基板上に、第1電極と、少なくとも有機発光材料からなる有機膜と、第2電極とを積層形成する工程と、
前記第2電極上に、保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に、前記第2電極に連結される第3電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする有機EL素子の製造方法。
【請求項12】
前記第3電極の形成に先立って、前記保護膜の一部を選択的にエッチングする
ことを特徴とする請求項11に記載の有機EL素子の製造方法。
【請求項13】
前記第3電極を、少なくとも一部、画素の周縁に対応させて形成する
ことを特徴とする請求項11に記載の有機EL素子の製造方法。
【請求項14】
前記第3電極を、光透過材料により構成する
ことを特徴とする請求項11に記載の有機EL素子の製造方法。
【請求項15】
前記保護膜を、少なくとも2層以上の多層膜として形成する
ことを特徴とする請求項11に記載の有機EL素子の製造方法。
【請求項16】
前記有機膜を、少なくとも一部、隣り合う画素について共通に形成する
ことを特徴とする請求項11に記載の有機EL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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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2006−261058(P2006−261058A)
【公開日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−80131(P2005−80131)
【出願日】平成17年3月18日(2005.3.18)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】