説明

有機EL素子およびその製造方法

【課題】 透明電極の補助電極を備えた有機EL素子において、その製造歩留まりが高くなる構造の有機EL素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 透明ガラス基板11上において、透明電極12および該透明電極12表面に配設された所定パターンの補助電極13が形成され、該補助電極13を被覆する第1の絶縁層16および第2の絶縁層17が積層構造に形成され、透明電極12上に有機EL層18が形成される。そして、上記有機EL層18および第2の絶縁層17を被覆して対向電極19が設けられる。ここで、上記透明電極12と対向電極19とは、それぞれに第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15に電気接続される。更に、封止缶20により全体が気密封止される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機EL素子およびその製造方法に係り、詳しくは、透明電極とその対向電極の間に有機発光材料を含有する有機EL層が狭持され、上記透明電極の抵抗を低減させる補助電極が備えられた有機EL素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、一対の電極間に有機発光層を含有する有機EL層を挟み、その電極間に電圧を印加し有機EL層に電流を流して発光させる有機EL素子は、その実用化に向けた検討が種々に進められている。この有機EL素子は、フラットパネルディスプレイ(FPD)のような表示装置、非自発光素子で成る液晶表示装置の面光源バックライトあるいは照明灯のような照明装置に好適な自発光素子である。以下、上記有機EL素子を用いた表示装置および照明装置を総称して有機EL発光装置という。
【0003】
このような発光装置では、インジウム錫酸化物(ITO)や酸化亜鉛(ZnO)等の透光性材料から成る透明電極が必須になる。しかし、一般的に透明電極は導電率が充分に大きくない。このため発光装置の電源から近い部分と遠い部分で電流パスの抵抗値差が大きくなり、有機EL層における電流値に差が生じる。そして、有機EL層の発光輝度は上記電流値に強く依存することから、有機EL発光装置においてその発光の輝度ムラが生じ易くなる。そこで、上記輝度ムラを低減させる方法として、有機EL素子の透明電極上に低抵抗の補助電極を電気接続させ配設させる方法が種々に提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
【0004】
従来の補助電極を備えた有機EL素子を用いた有機EL発光装置について、図4,5を参照して説明する。図4は従来の有機EL発光装置の断面図であり、図5はその製造方法を示す工程別断面図である。
【0005】
図4に示すように、有機EL発光装置100では、例えば透明ガラス基板101上に透明電極102が形成されている。そして、所定パターンの補助電極103が、透明電極102よりも抵抗率の小さい金属材料によって、透明電極102上に電気接続して配設されている。更に、上記補助電極103を被覆するように層間絶縁層104が設けられ、透明電極102上に有機発光材料を含む有機EL層105が積層されている。そして、有機EL層105上に透明電極102に対向して対向電極106が設けられ、透明電極102は第1の電極取り出し配線107を通して電源に接続するようになっている。同様に、対向電極106は第2の電極取り出し配線108を通して別の電源につながっている。そして、封止缶109により全体が気密封止されている。
【0006】
上記有機EL発光装置100において、補助電極103の配設された透明電極102、有機EL層105および対向電極106により有機EL素子が構成される。ここで、対向電極106と補助電極103との間の絶縁性を確保するために、補助電極103を被覆するように層間絶縁層104が設けられた構造になっている。
また、有機EL発光装置100の上記有機EL素子は、特に酸素あるいは水分によって劣化し易い。そこで、上記封止缶109による気密封止がなされている。また、図示しないが、封止缶109内には、例えば酸化バリウム粉末等の乾燥剤が封入され、酸素ガスあるいは水分等を吸着するようになっている。
【0007】
そして、上記有機EL発光装置100の製造方法では、透明ガラス基板101を洗浄した後、透明ガラス基板101の表面に例えばITO膜のような仕事関数の大きい(例えば4eV以上)透明電極膜を真空蒸着法あるいはスパッタリング法等で成膜する。そして、所定の形状にパターニング加工して透明電極102を形成する(図5(a))。
【0008】
次に、例えばアルミニウム(Al)のような抵抗率の小さな低抵抗金属膜をスパッタリング法で成膜し、公知のフォトリソグラフィとウェットエッチングにより上記低抵抗金属膜を加工する。このようにして、透明電極102上の所定の領域に補助電極103を配設させると共に、第1の電極取り出し配線107と第2の電極取り出し配線108を形成する。ここで、第1の電極取り出し配線107は透明電極102の縁端部に電気接続する(図5(b))。
【0009】
次に、例えばポジ型の感光性ポリイミド膜をスピンコート法により全面に塗布形成し、露光現像を施して配線状の補助電極103上にポリイミド膜から成る層間絶縁層104を被覆させる(図5(c))。
【0010】
次に、有機物成膜用金属マスクを用いた真空蒸着法により、透明電極102上に有機EL層105を形成する(図5(d))。ここで、有機EL層105は、例えば、正孔輸送層である4,4’−ビス[N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(以下、α−NPDと略記する)、有機発光層であるトリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(以下、Alq3と略記する)の積層する有機薄膜である。あるいは、有機EL層105は、有機発光層のみの単層であってもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と有機発光層との積層した多層になる構造であってもよい。
【0011】
次に、金属物成膜用金属マスクを用いたスパッタリング法により、有機EL層105、層間絶縁層104を被覆し、第2の電極取り出し配線108に電気接続する対向電極106を形成する(図5(e))。ここで、対向電極106は、例えばフッ化リチウム(LiF)、Alのような仕事関数の小さい(例えば4eV以下)金属から成る。
【0012】
このようにした後に、図4に示したように、ガラスあるいはステンレスの封止缶109により全体を気密封止する。図示しないが、この気密封止では、封止缶109の縁端部にUV硬化型の接着剤を塗布する。そして、透明ガラス基板101表面、あるいは第1の電極取り出し配線107と第2の電極取り出し配線108の表面に前記接着剤を介して封止缶109の縁端部を接合させる。なお、封止缶109内には、例えば酸化バリウム粉末等の乾燥剤を封入しておき、酸素ガスあるいは水分等が吸着されるようにしておく。
【特許文献1】特開2004−349138号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、上記有機EL発光装置に用いられる有機EL素子では、感光性ポリイミド膜のフォトリソグラフィにおける露光および現像を通して、補助電極103の配線上にポリイミド膜から成る層間絶縁層104が選択的に形成される。このために、図5(c)の工程において露出する第1の電極取り出し配線107および第2の電極取り出し配線108は、上記現像液である有機アルカリ溶液により、その表面エッチングあるいはサイドエッチングを受け、配線のピンホール形成あるいは剥離等が生じ配線不良になり易いという問題を有していた。
また、図示しないが有機EL発光装置の端部において露出する補助電極103と上記ポリイミド膜との密着性、あるいは透明電極102と補助電極103との密着性が不充分になり易い。そして、上記現像の工程において補助電極103のサイドエッチングによる剥離が生じ補助電極103の配線不良が起こり易いという問題もあった。これまで、これ等の問題が有機EL発光装置の製造歩留まりの向上を難しくする要因になっていた。
【0014】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、透明電極上に配設される補助電極を被覆する層間絶縁層の形成において、その製造歩留まりが高くなる構造の有機EL素子およ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】
【0015】
上記目的を達成するために、本発明の有機EL素子は、有機発光層を含む有機EL層が一対の電極間に挟持された有機EL素子において、前記一対の電極の一電極が透明電極であり、該透明電極に電気接続して補助電極が配設され、前記補助電極は、第1の絶縁層および第2の絶縁層の順に積層する層間絶縁層により被覆され、前記一対の電極の他電極が前記第2の絶縁層および前記有機EL層を被覆し前記透明電極に対向して配置されている、構成になっている。
【0016】
そして、本発明の有機EL素子の製造方法は、有機発光層を含む有機EL層が一対の電極間に挟持された有機EL素子の製造方法であって、透明基板上に前記一対の電極の一電極である透明電極を形成する工程と、前記透明電極の縁端部に電気接続する第1の電極取り出し配線、および第2の電極取り出し配線を前記透明基板上に配設すると共に、前記透明電極上に電気接続する補助電極を配設する工程と、第1の感光性絶縁膜を全面に成膜した後、前記第1の感光性絶縁膜に露光および現像を施し、前記補助電極、前記第1の電極取出し配線および第2の電極取出し配線を被覆する第1の絶縁層を形成する工程と、第2の感光性絶縁膜を全面に成膜した後、前記第2の感光性絶縁膜に露光および現像を施し、前記補助電極を被覆する前記第1の絶縁層を覆う第2の絶縁層を形成する工程と、前記第2の絶縁層をマスクに用いて、前記第1の電極取出し配線および第2の電極取出し配線を被覆する前記第1の絶縁層を除去する工程と、前記透明電極上に前記有機EL層を形成した後、前記補助電極上の前記第2の絶縁層および前記有機EL層を被覆し、前記第2の電極取出し配線に電気接続する前記一対の電極の他電極を形成する工程と、を有する構成になっている。
【0017】
上記発明の好適な一態様では、前記第1の絶縁層はポリイソプレンを主成分とする環化ゴムを含有する感光性高分子膜から成り、前記第2の絶縁層は感光性ポリイミド膜から成る。
【発明の効果】
【0018】
本発明の構成によれば、透明電極の補助電極を備えた有機EL素子の形成において、上記補助電極等の配線不良が低減し、また有機EL層の均一な成膜が容易になり、有機EL発光装置の製造歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の好適な実施形態について図1、図2および図3を参照して説明する。図1は本実施形態の好適な有機EL素子が用いられた有機EL発光装置の一例を示す断面図である。そして、図2および図3はその製造方法を示す工程別断面図である。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。
【0020】
図1に示すように、上記有機EL発光装置10では、例えば透明ガラス基板11上に所定パターンの透明電極12が形成されている。そして、透明電極12上の所要の領域に補助電極13が電気接続し配設されている。同様に、例えばAl金属から成る第1の電極取り出し配線14と第2の電極取り出し配線15が形成されている。ここで、所定パターンの補助電極13は、例えばITO膜からなる透明電極12よりも抵抗率の小さいAlのような金属材料によって成る。
【0021】
そして、補助電極13を被覆するように第1の絶縁層16と第2の絶縁層17が形成されている。また、透明電極12上に有機発光材料を含む有機EL層18が積層され、有機EL層18上に透明電極12に対向して例えばAl金属からなる対向電極19が設けられ、透明電極12は第1の電極取り出し配線14を通して電源に接続するようになっている。同様に、対向電極19は第2の電極取り出し配線15を通して別の電源につながっている。そして、ガラス製あるいはステンレス製の封止缶20により全体が気密封止されている。
【0022】
上記有機EL発光装置10において、補助電極13の配設された透明電極12、有機EL層18および対向電極19により有機EL素子が構成される。そして、補助電極13と対向電極19の層間絶縁層として、補助電極13を被覆し順に積層される第1の絶縁層16および第2の絶縁層が形成される。
ここで、第1の絶縁層16には、例えばAl金属からなる補助電極13および透明電極12との密着性が極めて高い環化ゴムのような高分子膜が用いられる。その中で、ポリイソプレン、特にcis−1,4−ポリイソプレンを主成分とする高分子膜が好適である。そして、第2の絶縁層17には、絶縁性および信頼性に優れたポリイミド膜が用いられる。なお、このポリイミド膜は上記環化ゴムのような高分子膜との密着性に優れる。
【0023】
上記有機EL素子は、特に酸素あるいは水分によって劣化し易い。そこで、従来の技術の場合と同様にして上記封止缶20による気密封止がなされている。また、図示しないが、封止缶20内には、例えば酸化バリウム粉末等の乾燥剤が封入され、酸素ガスあるいは水分等を吸着するようになっている。
【0024】
次に、上記有機EL素子が用いられた有機EL発光装置10の製造方法について説明する。図2(a)に示すように、透明ガラス基板11を洗浄した後、透明ガラス基板11の表面に例えばITO膜のような透明電極膜を真空蒸着法あるいはスパッタリング法等で成膜する。あるいは、透明ガラス基板11表面に予め透明電極膜が形成された基板を用意する。そして、所定の形状にパターニング加工して透明電極12を形成する。
【0025】
続いて、図2(b)に示すように、例えばAlのような抵抗率の小さな低抵抗金属膜をスパッタリング法で成膜し、公知のフォトリソグラフィとウェットエッチングにより上記低抵抗金属膜を加工する。このようにして、透明電極12上の所定の領域に配線状の補助電極13を配設させると共に、前記透明電極12の縁端部に電気接続する第1の電極取り出し配線14、および第2の電極取り出し配線15を透明ガラス基板11上に形成する。
【0026】
次に、図2(c)に示すように、第1の感光性絶縁膜として、例えば架橋剤を有しネガ型の感光性高分子膜をスピンコート法により全面に成膜し、その後に露光および現像を行い適度な熱処理を施す。このようにして、補助電極13の配線上を被覆する第1の絶縁層16を選択的に形成する。同時に、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15を被覆する第1の絶縁層16aを選択的に形成する。
ここで、上記感光性高分子膜としては、金属材料との密着性が高い環化ゴムのような高分子膜が用いられる。その中で、cis−1,4−ポリイソプレンを主成分とする感光性高分子膜が好適である。なお、このような環化ゴムからなる感光性高分子膜としてはポジ型にしたものを用いるようにしてもよい。
【0027】
上記感光性高分子膜の現像に使用される現像液はAlのような金属をエッチングすることが全くない。このために、第1の絶縁層16,16aを形成するための上記現像の工程において、感光性ポリイミド膜の現像液の場合のように、補助電極13、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15のエッチングあるいは剥離のような損傷が生じることはない。
【0028】
次に、図2(d)に示すように、第2の感光性絶縁膜として、例えばポジ型の感光性ポリイミド膜をスピンコート法により全面に成膜し、その露光および現像を行い適度な熱処理を施して、補助電極13の配線上の第1の絶縁層16を被覆するように第2の絶縁層17をポリイミド膜で選択的に形成する。
【0029】
上記感光性ポリイミド膜の現像において、補助電極13、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15は、それぞれ第1の絶縁層16および16aにより被覆されている。そして、この第1の絶縁層16,16aを構成する高分子膜は金属材料との密着性が極めて高い。このために、補助電極13、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15は、上記感光性ポリイミド膜の現像液によるエッチングあるいは剥離等の損傷から完全に保護される。
【0030】
次に、図3(a)に示すように、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15を被覆する第1の絶縁層16aを例えば有機溶剤からなる剥離液により除去する。この剥離液は、感光性高分子膜として用いたcis−1,4−ポリイソプレンを主成分とする環化ゴムからなる高分子膜を選択的に除去するが、上述した感光性ポリイミド膜の現像液である有機アルカリ現像液の場合と異なり、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15を構成するAl金属をエッチングすることがない。
【0031】
また、上記剥離液は、ポリイミド膜から成る第2の絶縁層17にエッチング、ピンホール形成等の損傷を与えることがない。そして、この第2の絶縁層17が、それで被覆された補助電極13上の第1の絶縁層16をエッチングから完全に保護する。ここで、透明電極12の表面も上記剥離液によりエッチング等の損傷を受けることはない。このようにして、補助電極13は、第1の絶縁層16および第2の絶縁層17から成る層間絶縁層により完全に被覆される。
【0032】
次に、有機物成膜用金属マスクを用いた真空蒸着法により、図3(b)に示すように、透明電極12上に有機EL層18を形成する。ここで、従来の技術で説明したように、有機EL層18は、例えば、α−NPDとAlq3の積層する有機薄膜である。あるいは、有機EL層18は、有機発光層のみの単層であってもよい。また、有機EL層は、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と有機発光層との積層した多層になる構造であってもよい。
【0033】
上記補助電極13は、第1の絶縁層16および第2の絶縁層17の積層構造の層間絶縁層により被覆されことから、そのステップカバレッジが従来の技術の場合に比べて大幅に向上する。このために、有機EL層18の真空蒸着法による成膜において、有機EL層18の構成物質が第2の絶縁層17により遮蔽されるいわゆるシャドー効果が大幅に低減するようになる。そして、有機EL層18が薄膜化し例えば100nm以下になっても、透明電極12表面における膜厚均一性に優れた成膜が容易になる。
【0034】
次に、図3(c)に示すように、金属物成膜用金属マスクを用いたスパッタリング法により、有機EL層18、第2の絶縁層17を被覆し、第2の電極取り出し配線15に電気接続する対向電極19を形成する。ここで、対向電極19としては、有機EL層18への電子注入を容易にするように、その仕事関数の小さい金属材料が使用される。更には、有機発光層から出射する可視光を透明ガラス基板11側に反射する金属材料であれば好適である。このような金属材料として上述したLiF、Alがある。
【0035】
このようにした後に、従来の技術で説明したように、非透湿性のガラス製あるいはステンレス製の封止缶20により、図1に示したように全体を気密封止する。この気密封止の工程では、封止缶20の縁端部にUV硬化型の接着剤を塗布し、透明ガラス基板11表面、第1の電極取り出し配線14および第2の電極取り出し配線15の表面と張り合わせる。そして、UV光が有機EL層17を照射しないようにして上記接着剤をUVキュアーする。このようにして、前記接着剤を介して封止缶20を透明ガラス基板11に接合させる。図示しないが、封止缶20内には、例えば酸化バリウム粉末等の乾燥剤を封入しておき、酸素ガスあるいは水分等が吸着されるようにしておく。
【0036】
本実施形態では、有機EL素子の透明電極12上に配設された補助電極13を被覆する層間絶縁層の形成において、補助電極13の配線、透明電極12に電気接続する第1の電極取り出し配線、および対向電極19に電気接続する第2の電極取り出し配線は、上述したように、その表面エッチング、ピンホール形成あるいは剥離等の損傷を受けることが皆無になる。そして、従来の技術で生じていた配線不良の問題は完全に解消する。
また、有機EL素子の有機EL層18の成膜においてそのシャドー効果が大きく低減し、透明基板12表面に膜厚の均一性に優れた有機EL層18が形成できるようになる。
これ等より、本実施形態で説明した有機EL素子を用いる有機EL発光装置の製造歩留まりが容易に向上するようになる。
【0037】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、上記補助電極は、Al以外にアルミ銅合金、銅(Cu)で構成されてもよく、あるいは透明電極の抵抗を低減させるように厚く形成するようにしてもよい。
【0038】
また、層間絶縁層の形成において、第2の絶縁層は感光性ポリイミド膜以外の感光性絶縁膜を用いてもよい。ここで、感光性絶縁膜は、有機高分子膜中にシロキサン結合を有し感光基を含有する絶縁膜であってもよい。この場合においても、その露光と現像の工程において、金属材料との密着性に優れた環化ゴムのような高分子膜から成る第1の絶縁層により、透明電極上の補助電極、および電極取り出し配線はその周囲を被覆される。ここで、第2の絶縁層はネガ型の感光性絶縁膜からなっていても構わない。
【0039】
そして、本実施形態の有機EL素子は、図1で示したような有機EL発光装置以外にも種々の構造の有機ELディスプレイパネルに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の実施形態にかかる有機EL素子を用いた有機EL発光装置の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態にかかる有機EL素子を用いた有機EL発光装置の製造方法を示す工程別断面図である。
【図3】図2に示す工程の続きの工程別断面図である。
【図4】従来の技術の有機EL素子を用いた有機EL発光装置を示す断面図である。
【図5】従来の技術の有機EL素子を用いた有機EL発光装置の製造方法を示す工程別断面図である。
【符号の説明】
【0041】
10 有機EL発光装置
11 透明ガラス基板
12 透明電極
13 補助電極
14 第1の電極取り出し配線
15 第2の電極取り出し配線
16,16a 第1の絶縁層
17 第2の絶縁層
18 有機EL層
19 対向電極
20 封止缶

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機発光層を含む有機EL層が一対の電極間に挟持された有機EL素子において、
前記一対の電極の一電極が透明電極であり、該透明電極に電気接続して補助電極が配設され、
前記補助電極は、第1の絶縁層および第2の絶縁層の順に積層する層間絶縁層により被覆され、
前記一対の電極の他電極が前記第2の絶縁層および前記有機EL層を被覆し前記透明電極に対向して配置されていることを特徴とする有機EL素子。
【請求項2】
有機発光層を含む有機EL層が一対の電極間に挟持された有機EL素子の製造方法であって、
透明基板上に前記一対の電極の一電極である透明電極を形成する工程と、
前記透明電極の縁端部に電気接続する第1の電極取り出し配線、および第2の電極取り出し配線を前記透明基板上に配設すると共に、前記透明電極上に電気接続する補助電極を配設する工程と、
第1の感光性絶縁膜を全面に成膜した後、前記第1の感光性絶縁膜に露光および現像を施し、前記補助電極、前記第1の電極取出し配線および第2の電極取出し配線を被覆する第1の絶縁層を形成する工程と、
第2の感光性絶縁膜を全面に成膜した後、前記第2の感光性絶縁膜に露光および現像を施し、前記補助電極を被覆する前記第1の絶縁層を覆う第2の絶縁層を形成する工程と、
前記第2の絶縁層をマスクに用いて、前記第1の電極取出し配線および第2の電極取出し配線を被覆する前記第1の絶縁層を除去する工程と、
前記透明電極上に前記有機EL層を形成した後、前記補助電極上の前記第2の絶縁層および前記有機EL層を被覆し、前記第2の電極取出し配線に電気接続する前記一対の電極の他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。

【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2008−10243(P2008−10243A)
【公開日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−177783(P2006−177783)
【出願日】平成18年6月28日(2006.6.28)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】