(57)【要約】【課題】電極に覆われて抜け難い有機平坦化層からの水分の除去が容易で、水分による画素の特性劣化、ダークスポットや画素周辺の輝度の劣化が少ない有機ＥＬ素子アレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板と、前記基板上に形成されている有機平坦化層と、前記有機平坦化層上に形成されている複数の第１電極と、前記第１電極上に形成されている有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成されている第２電極と、前記複数の第１電極の間に形成されている画素分離層とを有する有機ＥＬ素子アレイにおいて、有機平坦化層は、第１平坦化層と第２平坦化層とを有し、前記第２平坦化層は、前記第１平坦化層に比べて水分透過率が高く、前記画素分離層及び前記第１平坦化層に接するように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成されている有機平坦化層と、前記有機平坦化層上に形成されている複数の第１電極と、前記第１電極上に形成されている有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成されている第２電極と、前記複数の第１電極の間に形成されている画素分離層とを有する有機ＥＬ素子アレイにおいて、
有機平坦化層は、第１平坦化層と第２平坦化層とを有し、
第２平坦化層は、第１平坦化層に比べて水分透過率が高く、画素分離層及び第１平坦化層に接するように形成さ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アレイ。
【請求項２】
第２平坦化層は第１平坦化層上に形成されてい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アレイ。
【請求項３】
第２平坦化層は有機樹脂材料からなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子アレイ。
【請求項４】
第１平坦化層はアクリル樹脂からなり、第２平坦化層はポリイミド樹脂からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子アレイ。
【請求項５】
基板と、前記基板上に形成されている有機平坦化層と、前記有機平坦化層上に形成されている複数の第１電極と、前記第１電極上に形成されている有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成されている第２電極と、前記複数の第１電極の間に形成されている画素分離層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子アレイの製造方法において、
基板上に、第１平坦化層と第２平坦化層とを有する有機平坦化層を形成し、第１平坦化層に比べて水分透過率の高い第２平坦化層を、第１平坦化層及び後に形成される画素分離層に接するように配置する工程と、
画素領域に第１電極を形成する工程と、
画素領域を区画するように画素分離層を形成する工程と、
上記工程で得た基板を脱水処理する工程と、
第１電極上に有機エレクトロルミネッセンス層を形成し、更に前記有機エレクトロルミネッセンス層上に第２電極を形成する工程と、
を有す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アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ等に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子アレイ及びその製造方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイとして、自発光型素子である有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと省略する。）素子が注目されている。さらに、このような有機ＥＬ素子を表示素子として用いた有機ＥＬ素子アレイのうち、各画素に配置された有機ＥＬ素子を駆動するための薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴと省略する。）を有するアクティブマトリックス型の有機ＥＬ素子アレイが特に注目されている。
【０００３】
このＴＦＴ基板の構成は、基板上のＴＦＴ及び配線を覆い、これらによる凹凸を低減させるために平坦化絶縁層（以下、平坦化層と省略する。）が形成され、この平坦化層上に有機ＥＬ層が形成されている。また、有機ＥＬ素子と配線とは、平坦化層に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。
【０００４】
平坦化層として用いられる材料としては、例えばアクリル系樹脂やレジスト材料等などが挙げられる（特許文献１を参照）。また、ポリイミドのような有機樹脂材料、酸化シリコン系や窒化シリコン系の無機材料などが挙げられている（特許文献２を参照）。
【０００５】
平坦化層に有機樹脂材料を用いた場合、平坦化層の形成方法として、これらの有機樹脂材料を主剤とした感光性樹脂をフォトリソグラフ法により形成する方法、これらの有機樹脂材料をコートしてコンタクトホール部のみエッチングする方法が挙げられる。
【０００６】
一方、平坦化層に無機材料を用いた場合、平坦化層の形成方法として、リソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクとして用いてエッチングする方法が挙げられる。しかし、材料コスト、プロセス工程の多さを考慮すると、有機樹脂材料が無機材料より優位である。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３８３０４７号公報
【特許文献２】特開平１０−１８９２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
有機ＥＬ素子は、水分や酸素により特性劣化を招き易く、発光部位へのわずかな水分浸入によりダークスポットと呼ばれる非発光点や、発光部位の周辺から輝度が低下することが発生し、パネル表示特性を低減させる原因となることが知られている。
【０００９】
しかし、有機樹脂材料を平坦化層（以下、有機平坦化層と省略する。）に用いた有機ＥＬ素子アレイは、有機樹脂材料が水分を含みやすい。
【００１０】
例えば、高精細なパターニングが形成可能で有機平坦化層に一般的に用いられるポジ型レジスト材料は、現像時における感光剤の溶解阻害性の有無によりパターニングされるため、レジスト材料の主剤である有機樹脂材料は水溶性のものが多い。この有機樹脂材料の水溶性を下げようとすると、高精細なパターニングが得られないなどの問題がある。
【００１１】
アクリル樹脂系のポジ型レジスト材料は、有機樹脂系レジストの中でも安価で大面積に均一な平坦性で塗布ができるなどの実績の高い材料であるが、前記ポジ型レジストの特徴により水分の含有量が高いといった問題がある。
【００１２】
ポリイミド樹脂系のポジ型レジスト材料は、平坦化層の形成工程初期では水溶性であるが、終期のポストベークでのイミド化反応により不溶性となり、アクリル樹脂系のポジ型レジスト材料より低い水分の含有量の有機平坦化層を形成することができる。しかし、濡れ性の問題から膜厚を均一化することが難しく、大面積の基板に用いた場合、基板の全面において均一な平坦性を得ることはかなり困難である。
【００１３】
そのため、有機平坦化層からの発光部位への水分の浸入を阻止するべく、有機ＥＬ素子の発光層を形成する前までにＴＦＴ基板に内在する水分を除去する必要がある。具体的な方法としては、発光層をＴＦＴ基板に形成前に加熱乾燥等をして所定の水分量まで下げる方法が挙げられる。しかし、平坦化層のほとんどがアノード電極に覆われているため、水分除去のための面積が小さく、脱水効率が悪いという問題がある。
【００１４】
本発明は、電極に覆われて抜け難い有機平坦化層からの水分の除去が容易で、水分による画素の特性劣化、ダークスポットや画素周辺の輝度の劣化が少ない有機ＥＬ素子アレイ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る有機ＥＬ素子アレイは、
基板と、前記基板上に形成されている有機平坦化層と、前記有機平坦化層上に形成されている複数の第１電極と、前記第１電極上に形成されている有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成されている第２電極と、前記複数の第１電極の間に形成されている画素分離層とを有する有機ＥＬ素子アレイにおいて、
有機平坦化層は、第１平坦化層と第２平坦化層とを有し、
第２平坦化層は、第１平坦化層に比べて水分透過率が高く、画素分離層及び第１平坦化層に接するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板上に形成された有機平坦化層が水分透過率の高い第２平坦化層と水分透過率の低い第１平坦化層とを有し、第２平坦化層が画素分離層及び第１平坦化層と接している。これにより有機平坦化膜に含まれる水分を脱水処理で容易に除去することができ、この水分による有機ＥＬ素子アレイの特性の劣化、ダークスポットや画素周辺の輝度の劣化をなくす上で絶大な効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明における必須事項は、水分透過率の高い第２平坦化層が画素分離層及び前記第２平坦化層より水分透過率の低い第１平坦化層と接していることである。これにより、加熱乾燥等で水分透過率の低い第１平坦化層から出てきた水分は、水分透過率の高い第２平坦化層へ容易に伝播し、ＴＦＴ基板から除去することができる。したがって、この効果を最大限発揮させるためには、これら２つの平坦化層の接触面積が大きくなるようにすること、ＴＦＴ基板の上面から見て、水分透過率の高い第２平坦化層の開口部が大きいことが好ましい。
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限るものではない。なお、以下で示す上下方向の記述は、図面における上下方向と同一とする。
【００１９】
図１は、本発明における有機ＥＬ素子アレイの断面の一部を表す一例の概念図である。
【００２０】
この有機ＥＬ素子アレイは、先ずガラス基板１上にＴＦＴ２、絶縁膜３、有機平坦化層４を順次形成する。本発明の有機平坦化層４は、第１平坦化層４ｂに比べて水分透過率の高い第２平坦化層４ａを、前記第１平坦化層４ｂ及び後に形成される画素分離層６に接するように形成している。具体的に云うと、本実施形態では、第２平坦化層４ａを画素分離層６の直下位置に配置されるように形成し、他の部分に第１平坦化層４ｂを形成している。
【００２１】
第１平坦化層４ｂ及び第２平坦化層４ａは有機樹脂材料からなり、水分透過率の相対的関係が上記のとおりであればよく、水分透過率の絶対値は特に限定しない。具体的な材料としては、感光性有機樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられるが、有機平坦化層４中にＴＦＴ２から後記第１電極５へ電力供給のためのスルーホールが形成される場合が多いため、レジスト材料が好ましい。例えば、アクリル系レジスト、ポリイミド系レジスト、ノボラック系レジスト、エポキシ系レジスト等が挙げられる。なお、本実施形態の第１平坦化層４ｂはアクリル樹脂からなり、第２平坦化層４ａはポリイミド樹脂からなる。アクリル樹脂とポリイミド樹脂との双方の欠点を補いつつ、双方の長所を生かしながら有機平坦化層４を形成できる。つまり、発明が解決しようとする課題の項で述べたように、アクリル樹脂は有機樹脂材料の中でも安価に形成でき、ポリイミド樹脂はアクリル樹脂より低い水分の含有量で形成できる双方の長所を生かしている。
【００２２】
次に、その上部に画素単位で不透明電極（第１電極）５を形成し、さらに各画素領域を区画する目的で、第２平坦化層４ａの直上位置に画素分離層６を形成する。この画素分離層６は、後で脱水処理を施した際に、第１電極５下の有機平坦化層４に残存する水分を除去しやすいように、第２平坦化層４ａの水分透過率以上の水分透過率を有する有機樹脂材料で形成することが好ましく、例えばポリイミド樹脂で形成される。
【００２３】
上記工程で得た基板を脱水処理する。その結果、第１平坦化層４ｂ内に残存する水分は、水分透過率の高い第２平坦化層４ａに伝播し、同第２平坦化層４ａに接する画素分離層６を介して、有機平坦化層４の水分が外部に除去される。よって、第１電極５に覆われて抜け難い有機平坦化層４からの水分の除去が容易で、水分による画素の特性劣化、ダークスポットや画素周辺の輝度の劣化が少ない有機ＥＬ素子アレイを製造することができる。
【００２４】
上記の脱水処理としては、常圧中での加熱乾燥、減圧中での加熱乾燥、マイクロ波を照射することによる乾燥などが挙げられる。なお、この工程での有機平坦化層４内に残存する水分量は、有機ＥＬ素子アレイの製造後にダークスポットが形成されない程度の量であればよい。これは有機ＥＬの材料（電子注入材料、電子輸送材料、発光材料、ホール輸送材料、ホール注入材料など）の特性及びこれらの組み合わせにより変化するので限定できない。
【００２５】
脱水処理は、有機発光層７を形成する直前に行うのか、有機平坦化層４を形成後脱水処理を行い有機発光層７を形成するまで水分が浸入しない環境に保持することが好ましい。
【００２６】
脱水処理で加熱をする場合、又は基板が発熱する場合は、有機平坦化層４が分解しない温度範囲で行うのが好ましい。
【００２７】
なお、平坦化層４ａと４ｂの水分透過率の高低を比較する方法としては、ＪＩＳ  Ｋ７１２９に示されるカップ法、モコン法等の一般に用いられる透湿度測定方法を用いて比較する方法でよい。
【００２８】
また、有機ＥＬ素子は、ＴＦＴの配置の違いによりボトムエミッション方式とトップエミッション方式に分けられる。ボトムエミッション方式の場合は、有機平坦化層４が透明であることが好ましい。トップエミッション方式の場合はこの限りではない。
【００２９】
その後、第１電極５上に正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を有する有機発光層７を形成し、その上部に透明電極（第２電極）８を形成する。さらに、取り出し電極（不図示）を除き、第２電極８、有機発光層７、画素分離層６、有機平坦化層４を完全に覆うようにパッシベーション層９を形成する。最後に、カバーガラス１１で覆うと共に、このカバーガラス１１とパッシベーション層９との間に充填材１０を充填すると、有機ＥＬ素子アレイを得ることができる。
【００３０】
上記工程によって製造された有機ＥＬ素子アレイは、有機平坦化層４として画素分離層６の直下部分に形成された水分透過率が高い第２平坦化層４ａと、残りの部分を構成する前記第２平坦化膜４ａより水分透過率が低い第１平坦化層４ｂとを有する。そして、前記第２平坦化層４ａは画素分離層６及び第１平坦化層４ｂに接している構成となる。
【００３１】
なお、画素分離層６の直下部分の全域に水分透過率の高い第２平坦化層４ａが形成されているが、一部水分透過率の低い第１平坦化層４ｂで形成されていてもよい。
【００３２】
＜実施形態２＞
本実施形態の有機ＥＬ素子アレイは、図２に示すように、画素分離層６の直下部分以外の領域にも水分透過率の高い第２平坦化層４ａが形成されている。これにより、大きな領域を占めている第１平坦化層４ｂを細分化する形で第２平坦化層４ａが形成されるので、第１平坦化層４ｂからの脱水が更に容易になる。
【００３３】
＜実施形態３＞
本実施形態の有機ＥＬ素子アレイは、図３に示すように、水分透過率の低い第１平坦化層４ｂ上に水分透過率の高い第２平坦化層４ａが形成されている。これにより、第２平坦化層４ａと第１平坦化層４ｂとの接触面積が大きくなるため、脱水が容易になる特徴がある。また、この積層構造は、第２平坦化層４ａと第１平坦化層４ｂとの順で何層も積層した構成でもよい。この構成でも、第２平坦化層４ａと第１平坦化層４ｂとの接触面積が大きくなるので、第１平坦化層４ｂからの脱水が容易になる。この際、第１平坦化層４ｂと４ｂの間に挟まれた第２平坦化層４ａは、水分をＴＦＴ基板の外部に除去するための開口部を有していることが好ましい。例えば、第１平坦化層４ｂに第２平坦化層４ａからなるスルーホールを形成して第２平坦化層４ａ同士を接続することでも良い。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３５】
まず、水分透過率の高い第２平坦化層と、水分透過率の低い第１平坦化層の材料選定を行う。有機樹脂材料として、ポリイミド系ネガ型レジスト、アクリル系ネガ型レジストを用いる。これらをポリイミドシート（宇部興産（株）製、ユーピレックス）に膜厚がそれぞれ同じになるようにスピンコートし、ＴＦＴ基板に塗布して有機平坦化層を形成する時と同じ工程を行うことで、それぞれのレジスト材料の薄膜を形成したポリイミドシートを作製する。これらのシートと基準として何も塗布していないポリイミドシートを用意し、ＪＩＳ  Ｋ７１２９  Ｂ法に準じた方法で水蒸気透過率を測定する。結果を＜表１＞に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
この結果から、ポリイミド系ネガ型レジストの方がアクリル系ネガ型レジストより水分透過率が高いことがわかる。よって、第２平坦化層４ａとしてポリイミド系ネガ型レジスト、第１平坦化層４ｂとしてアクリル系ネガ型レジストを用いることにする。
【００３８】
＜実施例１＞
図１に示す有機平坦化層４の構造を有する有機ＥＬ素子アレイを製造する。
【００３９】
ガラス基板１上にＴＦＴ２を形成し、同ＴＦＴ２の絶縁層３として窒化ケイ素の薄膜をＣＶＤ法により形成する。
【００４０】
アクリル系ネガ型レジストをＴＦＴ基板上に塗布し、プレベークをした後に、画素領域のみ遮光して紫外線を照射する。（画素領域内に第１電極５への電力供給用のスルーホールを形成する時は、その領域は遮光しない）エッチング液に浸して現像し、ポストベークすることにより、水分透過率の低い第１平坦化層４ｂを形成する。
【００４１】
ポリイミド系ネガ型レジストをＴＦＴ基板に塗布し、プレベークをした後に、画素分離層６が形成される領域のみ遮光して紫外線を照射する。（画素分離層領域内に第１電極５への電力供給用のスルーホールを形成する時は、その領域は遮光しない）エッチング液に浸して現像し、ポストベークすることにより、水分透過率の高い第２平坦化層４ａを形成する。なお、第１平坦化層４ｂ及び第２平坦化層４ａの膜厚は３μｍになるように調整する。
【００４２】
その後、スルーホール部にアルミニウムを蒸着し、画素領域に合わせてクロムをスパッタ法により蒸着し、クロム電極（第１電極）５とする。そして、ポリイミド系ネガ型レジストを再度塗布し、プレベークをした後に、画素分離層６を形成する領域のみ遮光して紫外線を照射する。エッチング液に浸して現像し、ポストベークすることにより、画素分離層６を形成する。
【００４３】
このＴＦＴ基板を真空度１０-5Ｐａ下で２００℃  ４時間加熱することにより、脱水を行う。脱水工程終了後、真空度を維持したまま、第１電極５上にホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順で積層し、有機発光層７を形成する。そして、その上層には、ＩＴＯからなる厚さ２００ｎｍの透明電極（第２電極）８をスパッタ法により成膜し、さらにこれらの有機発光層７、第２電極８を覆うように保護層（パッシベーション層）９として厚さ１μｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で形成する。その後、周囲にＵＶ硬化型シール剤を塗布したカバーガラス１１を、ＴＦＴ基板に貼り合せ、紫外線を６分照射して紫外線硬化させ、有機ＥＬ素子アレイを製造する。
【００４４】
＜実施例２＞
図２に示す有機平坦化層４の構造を有する有機ＥＬ素子アレイを製造する。
【００４５】
上記実施例１と略同様に製造するが、有機平坦化層４を形成時にそれぞれ図示した配置となるように遮光部を変更して、第１平坦化層４ｂ及び第２平坦化層４ａを形成する。
【００４６】
＜実施例３＞
図３に示す有機平坦化層４の構造を有する有機ＥＬ素子アレイを製造する。
【００４７】
ガラス基板１上にＴＦＴ２を形成し、同ＴＦＴ２の絶縁層３として窒化ケイ素の薄膜をＣＶＤ法により形成する。
【００４８】
アクリル系ネガ型レジストをＴＦＴ基板上に塗布し、プレベークをした後に、第１電極５への電力供給用のスルーホール領域を遮光して紫外線を照射する。エッチング液に浸して現像し、ポストベークすることにより、水分透過率の低い第１平坦化層４ｂを形成する。
【００４９】
ポリイミド系ネガ型レジストをＴＦＴ基板に塗布し、プレベークをした後に、第１電極５への電力供給用のスルーホール領域を遮光して紫外線を照射する。エッチング液に浸して現像し、ポストベークすることにより、水分透過率の高い第２平坦化層４ａを形成する。なお、第１平坦化層４ｂの膜厚は１．５μｍ、第２平坦化層４ａの膜厚は０．５μｍである。
【００５０】
その以降の工程は実施例１と同じ操作により製造する。
【００５１】
＜比較例１＞
平坦化層の全てをアクリル系レジストで形成する以外は、実施例１と同じ操作により有機ＥＬ素子アレイを製造する。
【００５２】
実施例１〜３及び比較例１で製造した有機ＥＬ素子アレイを気温６０℃、相対湿度９０％の環境に放置し、２４０時間後のＶＩ特性、輝度特性、ダークスポットの有無及び画素周辺の輝度の劣化状況を観察した。
【００５３】
実施例１〜３の有機ＥＬ素子アレイは上記環境に放置する前と変わらないが、比較例１の有機ＥＬ素子アレイはＶＩ特性の悪化、輝度の低下、ダークスポットや画素周辺の輝度の劣化が多数観察される。以上のことから、本発明の有機平坦化層の構成及び製造方法により、部材からの水分の浸入がないことが判明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１及び実施例１の有機ＥＬ素子アレイを示した模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態２及び実施例２の有機ＥＬ素子アレイにおける第１平坦化層と第２平坦化層との配置関係を示した模式図である。
【図３】本発明の実施形態３及び実施例３の有機ＥＬ素子アレイを示した模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ガラス基板
２  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３  絶縁膜
４  有機平坦化層
４ａ  第２平坦化層
４ｂ  第１平坦化層
５  第１電極
６  画素分離層
７  有機発光層
８  第２電極
９  パッシベ−ション層（保護層）
１０  充填材
１１  カバーガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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