表示素子
【課題】 ガラス基板の上に微小共振層を形成し、その上に発光素子を形成してなる表示素子において、微小共振層の平坦性を適切に確保する。
【解決手段】 ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、微小共振層３０の上に少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を形成してなる表示素子１００において、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、微小共振層３０の高屈折材料がＴｉＯ2からなり、微小共振層３０を形成する前に、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去するプラズマ処理などの工程を行い、その上にＳｉＯ2などのパッシベーション膜２０を形成し、その上に微小共振層３０を形成してなる。
【解決手段】 ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、微小共振層３０の上に少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を形成してなる表示素子１００において、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、微小共振層３０の高屈折材料がＴｉＯ2からなり、微小共振層３０を形成する前に、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去するプラズマ処理などの工程を行い、その上にＳｉＯ2などのパッシベーション膜２０を形成し、その上に微小共振層３０を形成してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、その上に発光素子を形成してなる表示素子に関し、たとえば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示素子などに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示素子、特に有機ＥＬ素子などの自発光素子において、光取り出し効率を向上するために、ガラス基板と素子の間に微小共振層を挿入するようにした構造がある。
【０００３】
微小共振構造とは、ガラス基板と素子との間に屈折率差の大きな膜を複数層挿入し、素子内で多重反射を起こし共振させるものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
一般的には、ガラス（屈折率１．５）と透明電極ＩＴＯ（屈折率１．９）の間に、微小共振層としてＴｉＯ2（屈折率２．２）とＳｉＯ2（屈折率１．５）を複数層積層した構造をとる。
【０００５】
このような複数層からなる微小共振層において、各膜厚は共振したい波長の光学長にあわせたものとなっている。特に、ＴｉＯ2等からなる高屈折材料の膜厚ｔは、ｔ＝（２Ｍ−１）λ／４ｎ（ここで、Ｍ：自然数、λ：共振波長、ｎ：屈折率）で求められる。
【０００６】
ここで、Ｍすなわち膜厚ｔが大きくなりすぎると共振の効果が減少するため、一般的には、Ｍは１または２になり、１００ｎｍ前後の膜厚になる。
【０００７】
また、有機ＥＬ素子における微小共振構造には、ガラス基板／微小共振層／発光素子層の順に積層されたボトムエミッション構造と、ガラス基板／発光素子層／微小共振層の順に積層されたトップエミッション構造があるが、微小共振層はスパッタにより形成されることが多く、発光素子層中の発光層へのダメージなどが懸念されるため、一般的にはボトムエミッション構造が多い。
【０００８】
ボトムエミッション構造による微小共振の検討については、特許文献２に記載されているように、無アルカリガラスによる検討が多いが、コスト低減のためには、比較的安価なソーダガラスを採用することが望ましい。
【０００９】
また、一般的に、微小共振層を構成するＴｉＯ2自身は、ＳｉＯ2と同様にソーダガラスのアルカリ成分析出を防止するパッシベーション膜として使用されている（たとえば、特許文献３参照）。
【００１０】
また、酸化チタン（ＴｉＯ2）膜を均一に形成する方法としては、フルオロ金属錯体化合物を水溶液中にて析出させる方法がある（たとえば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７７８９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３９８７号公報
【特許文献３】特開平６−１８９０８号公報
【特許文献４】特開２００３−１９１３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ボトムエミッション構造による微小共振構造において、コスト低減のためにソーダガラスをガラス基板に採用した場合、上述したように、微小共振層を構成するＴｉＯ2自身をパッシベーション膜として使用することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、この場合、本発明者の検討によれば、ソーダガラスの上に、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2を形成した構造においては、図３に示されるように、ソーダガラスにＴｉＯ2膜をスパッタ法により形成すると、ソーダガラスのアルカリ成分（たとえば、Ｎａなど）の影響によりＴｉＯ2膜自体の成長が阻害され均一な膜にならず凹凸ができてしまうことがわかった。
【００１３】
凹凸が大きくなると散乱等の影響により所望の共振を得られにくくなり、特に有機ＥＬ素子のように非常に膜厚の薄い素子においては、リーク電流の発生および素子破壊の原因になりうるため、微小共振層のＴｉＯ2は極力平坦に形成する必要がある。
【００１４】
また、上述したように、酸化チタン膜を均一に形成する方法として、フルオロ金属錯体化合物を水溶液中にて析出させる方法を採用することも考えられるが、微小共振層で用いられる酸化チタンは低屈折材料とともに、交互に幾層も積層するものであるので上記方法で膜を形成するのは大変手間のかかる作業となる。また、膜厚もナノメートルオーダーでの制御が必要であるため、上記方法は微小共振層の作製には適さない。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、その上に発光素子を形成してなる表示素子において、微小共振層の平坦性を適切に確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、微小共振層（３０）の上に少なくとも１以上の発光層（４４）およびそれを発光させる電極（４１、４６）を形成してなる表示素子において、ガラス基板（１０）はソーダガラスからなり、微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板（１０）の上に、パッシベーション膜（２０）を形成し、その上に微小共振層（３０）を形成してなることを特徴としている。
【００１７】
つまり、本発明は、ガラス基板（１０）がソーダガラス、微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる場合に、ガラス基板（１０）の表面のアルカリ成分を除去する工程を行い、その上にパッシベーション膜（２０）を形成し、その上に微小共振層（３０）を形成してなる表示素子を提供するものである。
【００１８】
本発明者の検討によれば、本発明のような表示素子の構成とすれば、微小共振層（３０）の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とでき、平坦性を向上させることができることを実験的に確認した。
【００１９】
これは、微小共振層（３０）の平坦性を阻害するガラス基板（１０）表面のアルカリ成分を除去するとともに、パッシベーション膜（２０）によって新たなアルカリ成分の析出を防止するためと考えられる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、その上に発光素子（４０）を形成してなる表示素子において、微小共振層（３０）の平坦性を適切に確保することができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の表示素子において、パッシベーション膜（２０）の屈折率が１．４〜１．６であることを特徴としている。
【００２２】
パッシベーション膜（２０）の屈折率を１．４〜１．６とすれば、パッシベーション膜（２０）の屈折率をガラスに近いものにできる。それにより、ガラス基板（１０）と微小共振層（３０）との間に新たな層であるパッシベーション膜（２０）を設けることによる光学的な影響を極力無くすことができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の表示素子においては、パッシベーション膜（２０）は、ＳｉＯ2からなる膜であることを特徴とするものにできる。
【００２４】
ＳｉＯ2膜は汎用的に使用されるパッシベーション膜であるので、コスト的に優位である。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の表示素子においては、アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であることを特徴とするものにできる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の表示素子において、パッシベーション膜（２０）および微小共振層（３０）は、スパッタにより成膜されたものであることを特徴としている。
【００２７】
それによれば、パッシベーション膜（２０）および微小共振層（３０）を、真空雰囲気中で連続して成膜することにより、大気や液中に浸すことによる汚染や、ガラス基板（１０）の裏面のアルカリ成分の影響を抑制することができる。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本発明の実施形態に係る表示素子は、微小共振構造を持つ有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子などであって、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、微小共振層の上に少なくとも１以上の発光層およびそれを発光させる電極を形成してなる表示素子である。
【００３０】
以下、限定するものではないが、有機ＥＬ素子に本発明を適用した例をとって説明をする。図１は、本発明の実施形態に係る表示素子としての有機ＥＬ素子１００の概略断面構成を示す図である。
【００３１】
この有機ＥＬ素子１００は、ガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０、微小共振層３０、発光素子４０が順次積層されたものである。ここで、微小共振層３０は高屈折材料層３１と低屈折材料層３２とが交互に積層されたものである。また、発光素子４０は有機ＥＬ素子における素子部であり、少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を含んで構成されるものである。
【００３２】
具体的には、図１に示されるように、発光素子４０は、微小共振層３０側から、陽極４１、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、発光層４４、電子輸送層４５、陰極４６が順次積層形成されてなる。これら発光素子４０を形成する各層４１〜４６は、一般的な有機ＥＬ素子に適用される材料などにより構成される。
【００３３】
なお、発光層４４は、複数の層からなるものであってもよい。また、発光層４４は、少なくとも陽極と陰極とに挟まれたものであればよく、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、電子輸送層４５、さらには電子注入層などは、必要に応じて適宜、省略、追加した構成とすることができる。
【００３４】
ここで、本実施形態の有機ＥＬ素子１００においては、独自の構成点として、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、また、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたものである。また、微小共振層３０の高屈折材料層３１が酸化チタン（ＴｉＯ2）膜からなり、微小共振層３０はガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を介して形成されている。
【００３５】
また、本実施形態では、パッシベーション膜２０の屈折率が１．４〜１．６であることが好ましく、たとえば、パッシベーション膜２０は、ＳｉＯ2からなる膜を採用することができる。
【００３６】
また、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去する工程としては、プラズマ処理を採用することができる。そして、パッシベーション膜２０および微小共振層３０は、スパッタにより成膜されたものであることが好ましい。
【００３７】
次に、本実施形態において、高屈折材料層３１が酸化チタン（ＴｉＯ2）膜からなる微小共振層３０を、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を介して形成するという独自の構成を採用したのは、次に述べるような検討の結果を根拠とするものである。その検討の一例を述べる。
【００３８】
［検討例］
ガラス基板１０としてのソーダガラスについて、その上の各膜の成膜前にＵＶオゾン処理、中性洗剤によるブラシ洗浄、スピン乾燥、１２０℃オーブンによる乾燥を行った。
【００３９】
この検討例では、このガラス基板１０を用いて、以下の実施例および比較例を行い、表面のアルカリ成分を除去する工程としてのプラズマ処理およびパッシベーション膜の有無による変化を調べた。
【００４０】
実施例として、成膜前にＡｒ：Ｏ2＝７：３、真空度３．３×１０-3Ｔｏｒｒ、２．０Ｗ／ｃｍ2、３分の条件でプラズマ処理を行い、パッシベーション膜２０としてＳｉＯ2を厚さ３０ｎｍ成膜した。
【００４１】
この上に微小共振層３０の高屈折材料層３１であるＴｉＯ2を成膜した。ＴｉＯ2の膜厚は、共振したい波長により制御が必要であるが、今回は１００ｎｍとした。成膜はＲＦスパッタ法で基板温度は３００℃である。
【００４２】
この実施例としてのＴｉＯ2を作製した基板１０において、ＴｉＯ2の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて評価した。図２は、本実施例および後述する比較例におけるＴｉＯ2の表面の様子を、当該表面のＡＦＭ像に基づいて作成した模式的に表した図である。
【００４３】
図２において、（ａ）はプラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜３０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した実施例のもの、（ｂ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜５０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した比較例２のもの、（ｃ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜なし、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した比較例５のものである。
【００４４】
本実施例の基板１０においては、図２（ａ）に示されるように、ＴｉＯ2膜の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とできている。具体的には、このＡＦＭ評価において、十点平均粗さ（Ｒｚ）が３０ｎｍであり、ＴｉＯ2の異常成長もみられなかった。なお、このＲｚ３０ｎｍという値は、液晶や有機ＥＬ等の表示素子で一般的に用いられる透明電極とほぼ同等のあらさであり、表示素子として使用できる程度のあらさである。
【００４５】
また、比較例として、上記ガラス基板１０に対して、上記実施例と比べて、比較例１：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚３０ｎｍ、比較例２：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚５０ｎｍ、比較例３：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚１００ｎｍ、比較例４：プラズマ処理あり、ＳｉＯ2無、比較例５：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2無、という条件のものを作成した。
【００４６】
これら比較例では、ＴｉＯ2膜厚は全て１００ｎｍで行った。また、各比較例のＲｚは、比較例１：８５ｎｍ、比較例２：８８ｎｍ、比較例３：７０ｎｍ、比較例４：１２５ｎｍ、比較例５：１１８ｎｍであった。
【００４７】
プラズマ処理なしでもパッシベーション膜２０であるＳｉＯ2を成膜すると、若干Ｒｚが低減する方向に向かうが、ＳｉＯ2膜厚１００ｎｍまで厚くしても大きく改善はされなかった。これはガラス表面のアルカリ成分がＳｉＯ2成膜時にＳｉＯ2中、または表層に析出するためと考えられる。
【００４８】
プラズマ処理だけの場合（上記比較例４の場合）は、何もしない場合（上記比較例５の場合）とほとんど変化がなかった。これは、ガラス基板１０であるソーダガラスの表面のアルカリ成分を除去しても、新たに析出したアルカリ成分がＴｉＯ2に影響を及ぼしたものと考えられる。
【００４９】
以上から、プラズマ処理とパッシベーション膜を組み合わせたものは、プラズマ処理がガラス表面のアルカリ成分を除去し、パッシベーション膜が新たに析出するアルカリ成分を閉じ込めるため、ＴｉＯ2成膜においてアルカリ成分による影響を受けず良好な膜を形成すると考えられる。
【００５０】
具体的には、図２に示されるように、ＴｉＯ2の異常成長もＳｉＯ2を形成することである程度減らすことはできるが（図２（ｂ）、（ｃ）参照）、プラズマ処理を行い且つＳｉＯ2膜厚３０ｎｍとした上記実施例（図２（ａ）参照）と比較すると、その効果は不十分である。
【００５１】
以上の結果をもとに、上記図１に示される構成において、上記実施例の条件および上記比較例５の条件にて有機ＥＬ素子を作製した。
【００５２】
まず、上記実施例および比較例５と同様に、ソーダガラスからなるガラス基板１０に対し、実施例では上記プラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜厚３０ｎｍの工程を行い、上記比較例５では上記プラズマ処理およびＳｉＯ2の形成をともに行わない。このように用意されたガラス基板１０上に微小共振層３０を形成する。
【００５３】
ここで、微小共振層３０は高屈折材料層３１であるＴｉＯ2と低屈折材料層３２であるＳｉＯ2とが交互に積層されたもので、その微小共振層３０の膜厚は、ガラス基板１０側よりＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2＝６０ｎｍ／３６０ｎｍ／６０ｎｍ／１６０ｎｍとした。
【００５４】
次に、陽極４１として透明電極であるＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）を２１０ｎｍ成膜した。また、ここでは破壊抑制のため、成膜後のＩＴＯ表面をラップ研磨した。
【００５５】
次に、正孔注入層４２として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１５ｎｍ、正孔輸送層４３としてα−ＮＰＤ（α−ナフチル・フェニル・ベンゼン）を４０ｎｍ、発光層４４として電子輸送性のＡｌｑ（トリス（８−キノリール）アルミニウム）に蛍光色素としてのクマリンを１％添加した層を４０ｎｍ、電子輸送層４５としてＡｌｑを２０ｎｍ、それぞれ真空蒸着法により形成した。
【００５６】
次に、陰極４６としては、電子注入性を高めるために電子輸送層４５側にＬｉＦ（フッ化リチウム）を０．５ｎｍ形成し、このＬｉＦの上にアルミニウムを１００ｎｍ形成したものを作成した。
【００５７】
上記方法により形成した実施例としての有機ＥＬ素子１００は、ダークスポットもなく良好な発光状態を示した。一方、比較例５の条件で作成した有機ＥＬ素子はダークスポットが多発した。
【００５８】
これは、比較例５の素子では、ＴｉＯ2は膜の異常成長部があり、凹凸も大きいため、その部分がＩＴＯ研磨の際にＩＴＯと共に欠落したためダークスポットになったと考えられる。
【００５９】
以上のような検討例から、本実施形態では、上記した独自の構成を採用しているものである。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、微小共振層３０の上に少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を形成してなる表示素子において、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、微小共振層３０の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を形成し、その上に微小共振層３０を形成してなることを特徴とする表示素子１００が提供される。
【００６１】
つまり、本実施形態では、ガラス基板１０がソーダガラス、微小共振層３０の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる場合に、微小共振層３０を形成する前に、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去する工程を行い、その上にパッシベーション膜２０を形成し、そのパッシベーション層２０の上に微小共振層３０を形成してなる表示素子１００を提供するものである。
【００６２】
上述したように、本発明者の検討によれば、本実施形態のような表示素子１００の構成とすれば、微小共振層３０の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とでき、平坦性を向上させることができることを実験的に確認した（上記図２参照）。
【００６３】
したがって、本実施形態によれば、ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、その上に発光素子４０を形成してなる表示素子において、微小共振層３０の平坦性を適切に確保することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、表示素子１００において、パッシベーション膜２０の屈折率が１．４〜１．６であることが好ましいとしている。
【００６５】
パッシベーション膜２０の屈折率を１．４〜１．６とすれば、パッシベーション膜２０の屈折率をガラスに近いものにできる。それにより、ガラス基板１０と微小共振層３０との間に新たな層であるパッシベーション膜２０を設けることによる光学的な影響を極力無くすことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、表示素子１００においては、パッシベーション膜２０としては、ＳｉＯ2からなる膜を採用している。ＳｉＯ2膜は汎用的に使用されるパッシベーション膜であるので、コスト的に優位である。
【００６７】
また、本実施形態では、アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であるが、それ以外の方法を採用してもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、表示素子１００において、パッシベーション膜２０および微小共振層３０は、スパッタにより成膜されたものであることが好ましい。
【００６９】
パッシベーション膜２０および微小共振層３０を、真空雰囲気中で連続して成膜することにより、大気や液中に浸すことによる汚染や、ガラス基板１０の裏面のアルカリ成分の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る表示素子としての有機ＥＬ素子の概略的な断面構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例および比較例におけるＴｉＯ2の表面の様子を、当該表面のＡＦＭ像に基づいて作成した模式的に表した図であり、（ａ）はプラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜３０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したもの、（ｂ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜５０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したもの、（ｃ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜なし、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したものである。
【図３】ソーダガラスの上に表面処理をしないでＴｉＯ2、ＳｉＯ2を成膜した素子の断面を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…ガラス基板、２０…パッシベーション膜、３０…微小共振層、
４０…発光素子、４１…陽極、４２…正孔注入層、４３…正孔輸送層、
４４…発光層、４５…電子輸送層、４６…陰極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、その上に発光素子を形成してなる表示素子に関し、たとえば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示素子などに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示素子、特に有機ＥＬ素子などの自発光素子において、光取り出し効率を向上するために、ガラス基板と素子の間に微小共振層を挿入するようにした構造がある。
【０００３】
微小共振構造とは、ガラス基板と素子との間に屈折率差の大きな膜を複数層挿入し、素子内で多重反射を起こし共振させるものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
一般的には、ガラス（屈折率１．５）と透明電極ＩＴＯ（屈折率１．９）の間に、微小共振層としてＴｉＯ2（屈折率２．２）とＳｉＯ2（屈折率１．５）を複数層積層した構造をとる。
【０００５】
このような複数層からなる微小共振層において、各膜厚は共振したい波長の光学長にあわせたものとなっている。特に、ＴｉＯ2等からなる高屈折材料の膜厚ｔは、ｔ＝（２Ｍ−１）λ／４ｎ（ここで、Ｍ：自然数、λ：共振波長、ｎ：屈折率）で求められる。
【０００６】
ここで、Ｍすなわち膜厚ｔが大きくなりすぎると共振の効果が減少するため、一般的には、Ｍは１または２になり、１００ｎｍ前後の膜厚になる。
【０００７】
また、有機ＥＬ素子における微小共振構造には、ガラス基板／微小共振層／発光素子層の順に積層されたボトムエミッション構造と、ガラス基板／発光素子層／微小共振層の順に積層されたトップエミッション構造があるが、微小共振層はスパッタにより形成されることが多く、発光素子層中の発光層へのダメージなどが懸念されるため、一般的にはボトムエミッション構造が多い。
【０００８】
ボトムエミッション構造による微小共振の検討については、特許文献２に記載されているように、無アルカリガラスによる検討が多いが、コスト低減のためには、比較的安価なソーダガラスを採用することが望ましい。
【０００９】
また、一般的に、微小共振層を構成するＴｉＯ2自身は、ＳｉＯ2と同様にソーダガラスのアルカリ成分析出を防止するパッシベーション膜として使用されている（たとえば、特許文献３参照）。
【００１０】
また、酸化チタン（ＴｉＯ2）膜を均一に形成する方法としては、フルオロ金属錯体化合物を水溶液中にて析出させる方法がある（たとえば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７７８９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３９８７号公報
【特許文献３】特開平６−１８９０８号公報
【特許文献４】特開２００３−１９１３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ボトムエミッション構造による微小共振構造において、コスト低減のためにソーダガラスをガラス基板に採用した場合、上述したように、微小共振層を構成するＴｉＯ2自身をパッシベーション膜として使用することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、この場合、本発明者の検討によれば、ソーダガラスの上に、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2を形成した構造においては、図３に示されるように、ソーダガラスにＴｉＯ2膜をスパッタ法により形成すると、ソーダガラスのアルカリ成分（たとえば、Ｎａなど）の影響によりＴｉＯ2膜自体の成長が阻害され均一な膜にならず凹凸ができてしまうことがわかった。
【００１３】
凹凸が大きくなると散乱等の影響により所望の共振を得られにくくなり、特に有機ＥＬ素子のように非常に膜厚の薄い素子においては、リーク電流の発生および素子破壊の原因になりうるため、微小共振層のＴｉＯ2は極力平坦に形成する必要がある。
【００１４】
また、上述したように、酸化チタン膜を均一に形成する方法として、フルオロ金属錯体化合物を水溶液中にて析出させる方法を採用することも考えられるが、微小共振層で用いられる酸化チタンは低屈折材料とともに、交互に幾層も積層するものであるので上記方法で膜を形成するのは大変手間のかかる作業となる。また、膜厚もナノメートルオーダーでの制御が必要であるため、上記方法は微小共振層の作製には適さない。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、その上に発光素子を形成してなる表示素子において、微小共振層の平坦性を適切に確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、微小共振層（３０）の上に少なくとも１以上の発光層（４４）およびそれを発光させる電極（４１、４６）を形成してなる表示素子において、ガラス基板（１０）はソーダガラスからなり、微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板（１０）の上に、パッシベーション膜（２０）を形成し、その上に微小共振層（３０）を形成してなることを特徴としている。
【００１７】
つまり、本発明は、ガラス基板（１０）がソーダガラス、微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる場合に、ガラス基板（１０）の表面のアルカリ成分を除去する工程を行い、その上にパッシベーション膜（２０）を形成し、その上に微小共振層（３０）を形成してなる表示素子を提供するものである。
【００１８】
本発明者の検討によれば、本発明のような表示素子の構成とすれば、微小共振層（３０）の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とでき、平坦性を向上させることができることを実験的に確認した。
【００１９】
これは、微小共振層（３０）の平坦性を阻害するガラス基板（１０）表面のアルカリ成分を除去するとともに、パッシベーション膜（２０）によって新たなアルカリ成分の析出を防止するためと考えられる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、その上に発光素子（４０）を形成してなる表示素子において、微小共振層（３０）の平坦性を適切に確保することができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の表示素子において、パッシベーション膜（２０）の屈折率が１．４〜１．６であることを特徴としている。
【００２２】
パッシベーション膜（２０）の屈折率を１．４〜１．６とすれば、パッシベーション膜（２０）の屈折率をガラスに近いものにできる。それにより、ガラス基板（１０）と微小共振層（３０）との間に新たな層であるパッシベーション膜（２０）を設けることによる光学的な影響を極力無くすことができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の表示素子においては、パッシベーション膜（２０）は、ＳｉＯ2からなる膜であることを特徴とするものにできる。
【００２４】
ＳｉＯ2膜は汎用的に使用されるパッシベーション膜であるので、コスト的に優位である。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の表示素子においては、アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であることを特徴とするものにできる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の表示素子において、パッシベーション膜（２０）および微小共振層（３０）は、スパッタにより成膜されたものであることを特徴としている。
【００２７】
それによれば、パッシベーション膜（２０）および微小共振層（３０）を、真空雰囲気中で連続して成膜することにより、大気や液中に浸すことによる汚染や、ガラス基板（１０）の裏面のアルカリ成分の影響を抑制することができる。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本発明の実施形態に係る表示素子は、微小共振構造を持つ有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子などであって、ガラス基板の上に微小共振層を形成し、微小共振層の上に少なくとも１以上の発光層およびそれを発光させる電極を形成してなる表示素子である。
【００３０】
以下、限定するものではないが、有機ＥＬ素子に本発明を適用した例をとって説明をする。図１は、本発明の実施形態に係る表示素子としての有機ＥＬ素子１００の概略断面構成を示す図である。
【００３１】
この有機ＥＬ素子１００は、ガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０、微小共振層３０、発光素子４０が順次積層されたものである。ここで、微小共振層３０は高屈折材料層３１と低屈折材料層３２とが交互に積層されたものである。また、発光素子４０は有機ＥＬ素子における素子部であり、少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を含んで構成されるものである。
【００３２】
具体的には、図１に示されるように、発光素子４０は、微小共振層３０側から、陽極４１、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、発光層４４、電子輸送層４５、陰極４６が順次積層形成されてなる。これら発光素子４０を形成する各層４１〜４６は、一般的な有機ＥＬ素子に適用される材料などにより構成される。
【００３３】
なお、発光層４４は、複数の層からなるものであってもよい。また、発光層４４は、少なくとも陽極と陰極とに挟まれたものであればよく、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、電子輸送層４５、さらには電子注入層などは、必要に応じて適宜、省略、追加した構成とすることができる。
【００３４】
ここで、本実施形態の有機ＥＬ素子１００においては、独自の構成点として、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、また、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたものである。また、微小共振層３０の高屈折材料層３１が酸化チタン（ＴｉＯ2）膜からなり、微小共振層３０はガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を介して形成されている。
【００３５】
また、本実施形態では、パッシベーション膜２０の屈折率が１．４〜１．６であることが好ましく、たとえば、パッシベーション膜２０は、ＳｉＯ2からなる膜を採用することができる。
【００３６】
また、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去する工程としては、プラズマ処理を採用することができる。そして、パッシベーション膜２０および微小共振層３０は、スパッタにより成膜されたものであることが好ましい。
【００３７】
次に、本実施形態において、高屈折材料層３１が酸化チタン（ＴｉＯ2）膜からなる微小共振層３０を、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を介して形成するという独自の構成を採用したのは、次に述べるような検討の結果を根拠とするものである。その検討の一例を述べる。
【００３８】
［検討例］
ガラス基板１０としてのソーダガラスについて、その上の各膜の成膜前にＵＶオゾン処理、中性洗剤によるブラシ洗浄、スピン乾燥、１２０℃オーブンによる乾燥を行った。
【００３９】
この検討例では、このガラス基板１０を用いて、以下の実施例および比較例を行い、表面のアルカリ成分を除去する工程としてのプラズマ処理およびパッシベーション膜の有無による変化を調べた。
【００４０】
実施例として、成膜前にＡｒ：Ｏ2＝７：３、真空度３．３×１０-3Ｔｏｒｒ、２．０Ｗ／ｃｍ2、３分の条件でプラズマ処理を行い、パッシベーション膜２０としてＳｉＯ2を厚さ３０ｎｍ成膜した。
【００４１】
この上に微小共振層３０の高屈折材料層３１であるＴｉＯ2を成膜した。ＴｉＯ2の膜厚は、共振したい波長により制御が必要であるが、今回は１００ｎｍとした。成膜はＲＦスパッタ法で基板温度は３００℃である。
【００４２】
この実施例としてのＴｉＯ2を作製した基板１０において、ＴｉＯ2の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて評価した。図２は、本実施例および後述する比較例におけるＴｉＯ2の表面の様子を、当該表面のＡＦＭ像に基づいて作成した模式的に表した図である。
【００４３】
図２において、（ａ）はプラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜３０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した実施例のもの、（ｂ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜５０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した比較例２のもの、（ｃ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜なし、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜した比較例５のものである。
【００４４】
本実施例の基板１０においては、図２（ａ）に示されるように、ＴｉＯ2膜の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とできている。具体的には、このＡＦＭ評価において、十点平均粗さ（Ｒｚ）が３０ｎｍであり、ＴｉＯ2の異常成長もみられなかった。なお、このＲｚ３０ｎｍという値は、液晶や有機ＥＬ等の表示素子で一般的に用いられる透明電極とほぼ同等のあらさであり、表示素子として使用できる程度のあらさである。
【００４５】
また、比較例として、上記ガラス基板１０に対して、上記実施例と比べて、比較例１：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚３０ｎｍ、比較例２：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚５０ｎｍ、比較例３：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜厚１００ｎｍ、比較例４：プラズマ処理あり、ＳｉＯ2無、比較例５：プラズマ処理なし、ＳｉＯ2無、という条件のものを作成した。
【００４６】
これら比較例では、ＴｉＯ2膜厚は全て１００ｎｍで行った。また、各比較例のＲｚは、比較例１：８５ｎｍ、比較例２：８８ｎｍ、比較例３：７０ｎｍ、比較例４：１２５ｎｍ、比較例５：１１８ｎｍであった。
【００４７】
プラズマ処理なしでもパッシベーション膜２０であるＳｉＯ2を成膜すると、若干Ｒｚが低減する方向に向かうが、ＳｉＯ2膜厚１００ｎｍまで厚くしても大きく改善はされなかった。これはガラス表面のアルカリ成分がＳｉＯ2成膜時にＳｉＯ2中、または表層に析出するためと考えられる。
【００４８】
プラズマ処理だけの場合（上記比較例４の場合）は、何もしない場合（上記比較例５の場合）とほとんど変化がなかった。これは、ガラス基板１０であるソーダガラスの表面のアルカリ成分を除去しても、新たに析出したアルカリ成分がＴｉＯ2に影響を及ぼしたものと考えられる。
【００４９】
以上から、プラズマ処理とパッシベーション膜を組み合わせたものは、プラズマ処理がガラス表面のアルカリ成分を除去し、パッシベーション膜が新たに析出するアルカリ成分を閉じ込めるため、ＴｉＯ2成膜においてアルカリ成分による影響を受けず良好な膜を形成すると考えられる。
【００５０】
具体的には、図２に示されるように、ＴｉＯ2の異常成長もＳｉＯ2を形成することである程度減らすことはできるが（図２（ｂ）、（ｃ）参照）、プラズマ処理を行い且つＳｉＯ2膜厚３０ｎｍとした上記実施例（図２（ａ）参照）と比較すると、その効果は不十分である。
【００５１】
以上の結果をもとに、上記図１に示される構成において、上記実施例の条件および上記比較例５の条件にて有機ＥＬ素子を作製した。
【００５２】
まず、上記実施例および比較例５と同様に、ソーダガラスからなるガラス基板１０に対し、実施例では上記プラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜厚３０ｎｍの工程を行い、上記比較例５では上記プラズマ処理およびＳｉＯ2の形成をともに行わない。このように用意されたガラス基板１０上に微小共振層３０を形成する。
【００５３】
ここで、微小共振層３０は高屈折材料層３１であるＴｉＯ2と低屈折材料層３２であるＳｉＯ2とが交互に積層されたもので、その微小共振層３０の膜厚は、ガラス基板１０側よりＴｉＯ2／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2＝６０ｎｍ／３６０ｎｍ／６０ｎｍ／１６０ｎｍとした。
【００５４】
次に、陽極４１として透明電極であるＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）を２１０ｎｍ成膜した。また、ここでは破壊抑制のため、成膜後のＩＴＯ表面をラップ研磨した。
【００５５】
次に、正孔注入層４２として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１５ｎｍ、正孔輸送層４３としてα−ＮＰＤ（α−ナフチル・フェニル・ベンゼン）を４０ｎｍ、発光層４４として電子輸送性のＡｌｑ（トリス（８−キノリール）アルミニウム）に蛍光色素としてのクマリンを１％添加した層を４０ｎｍ、電子輸送層４５としてＡｌｑを２０ｎｍ、それぞれ真空蒸着法により形成した。
【００５６】
次に、陰極４６としては、電子注入性を高めるために電子輸送層４５側にＬｉＦ（フッ化リチウム）を０．５ｎｍ形成し、このＬｉＦの上にアルミニウムを１００ｎｍ形成したものを作成した。
【００５７】
上記方法により形成した実施例としての有機ＥＬ素子１００は、ダークスポットもなく良好な発光状態を示した。一方、比較例５の条件で作成した有機ＥＬ素子はダークスポットが多発した。
【００５８】
これは、比較例５の素子では、ＴｉＯ2は膜の異常成長部があり、凹凸も大きいため、その部分がＩＴＯ研磨の際にＩＴＯと共に欠落したためダークスポットになったと考えられる。
【００５９】
以上のような検討例から、本実施形態では、上記した独自の構成を採用しているものである。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、微小共振層３０の上に少なくとも１以上の発光層４４およびそれを発光させる電極４１、４６を形成してなる表示素子において、ガラス基板１０はソーダガラスからなり、微小共振層３０の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、表面のアルカリ成分を除去する工程に施されたガラス基板１０の上に、パッシベーション膜２０を形成し、その上に微小共振層３０を形成してなることを特徴とする表示素子１００が提供される。
【００６１】
つまり、本実施形態では、ガラス基板１０がソーダガラス、微小共振層３０の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる場合に、微小共振層３０を形成する前に、ガラス基板１０の表面のアルカリ成分を除去する工程を行い、その上にパッシベーション膜２０を形成し、そのパッシベーション層２０の上に微小共振層３０を形成してなる表示素子１００を提供するものである。
【００６２】
上述したように、本発明者の検討によれば、本実施形態のような表示素子１００の構成とすれば、微小共振層３０の膜表面における凹凸を抑制して均一な膜とでき、平坦性を向上させることができることを実験的に確認した（上記図２参照）。
【００６３】
したがって、本実施形態によれば、ガラス基板１０の上に微小共振層３０を形成し、その上に発光素子４０を形成してなる表示素子において、微小共振層３０の平坦性を適切に確保することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、表示素子１００において、パッシベーション膜２０の屈折率が１．４〜１．６であることが好ましいとしている。
【００６５】
パッシベーション膜２０の屈折率を１．４〜１．６とすれば、パッシベーション膜２０の屈折率をガラスに近いものにできる。それにより、ガラス基板１０と微小共振層３０との間に新たな層であるパッシベーション膜２０を設けることによる光学的な影響を極力無くすことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、表示素子１００においては、パッシベーション膜２０としては、ＳｉＯ2からなる膜を採用している。ＳｉＯ2膜は汎用的に使用されるパッシベーション膜であるので、コスト的に優位である。
【００６７】
また、本実施形態では、アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であるが、それ以外の方法を採用してもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、表示素子１００において、パッシベーション膜２０および微小共振層３０は、スパッタにより成膜されたものであることが好ましい。
【００６９】
パッシベーション膜２０および微小共振層３０を、真空雰囲気中で連続して成膜することにより、大気や液中に浸すことによる汚染や、ガラス基板１０の裏面のアルカリ成分の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る表示素子としての有機ＥＬ素子の概略的な断面構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例および比較例におけるＴｉＯ2の表面の様子を、当該表面のＡＦＭ像に基づいて作成した模式的に表した図であり、（ａ）はプラズマ処理あり、ＳｉＯ2膜３０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したもの、（ｂ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜５０ｎｍ、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したもの、（ｃ）はプラズマ処理なし、ＳｉＯ2膜なし、ＴｉＯ2膜１００ｎｍ成膜したものである。
【図３】ソーダガラスの上に表面処理をしないでＴｉＯ2、ＳｉＯ2を成膜した素子の断面を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…ガラス基板、２０…パッシベーション膜、３０…微小共振層、
４０…発光素子、４１…陽極、４２…正孔注入層、４３…正孔輸送層、
４４…発光層、４５…電子輸送層、４６…陰極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、前記微小共振層（３０）の上に少なくとも１以上の発光層（４４）およびそれを発光させる電極（４１、４６）を形成してなる表示素子において、
前記ガラス基板（１０）はソーダガラスからなり、
前記微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、
表面のアルカリ成分を除去する工程に施された前記ガラス基板（１０）の上に、パッシベーション膜（２０）を形成し、その上に前記微小共振層（３０）を形成してなることを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記パッシベーション膜（２０）の屈折率が１．４〜１．６であることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
前記パッシベーション膜（２０）は、ＳｉＯ2からなる膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の表示素子。
【請求項５】
前記パッシベーション膜（２０）および前記微小共振層（３０）は、スパッタにより成膜されたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の表示素子。
【請求項１】
ガラス基板（１０）の上に微小共振層（３０）を形成し、前記微小共振層（３０）の上に少なくとも１以上の発光層（４４）およびそれを発光させる電極（４１、４６）を形成してなる表示素子において、
前記ガラス基板（１０）はソーダガラスからなり、
前記微小共振層（３０）の高屈折材料が酸化チタン（ＴｉＯ2）からなり、
表面のアルカリ成分を除去する工程に施された前記ガラス基板（１０）の上に、パッシベーション膜（２０）を形成し、その上に前記微小共振層（３０）を形成してなることを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記パッシベーション膜（２０）の屈折率が１．４〜１．６であることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
前記パッシベーション膜（２０）は、ＳｉＯ2からなる膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記アルカリ成分を除去する工程は、プラズマ処理であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の表示素子。
【請求項５】
前記パッシベーション膜（２０）および前記微小共振層（３０）は、スパッタにより成膜されたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の表示素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−９２８９９（Ｐ２００６−９２８９９Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７６７２２（Ｐ２００４−２７６７２２）
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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