(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の表面に少なくとも複数本の透明電極、透明電極の延伸方向と直交する方向に伸びる複数本の電気絶縁性の隔壁を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板において、前記隔壁の断面形状が透明基板側に突出するひさしを有する形状であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板。
【請求項２】
前記隔壁の断面形状が略Ｔ字型であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板。
【請求項３】
前記隔壁の断面形状が透明基板から離れる方向を向いた略矢印型であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板。
【請求項４】
前記請求項１〜３の何れかに記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板に、有機層、陰極層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表示素子。
【請求項５】
隔壁の側面が、有機層、陰極層のそれぞれの膜厚より高い位置まで有機層、陰極層により覆われていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用、民生用として情報表示を行う有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板および表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄型軽量、高視野角、高速応答、自発光型という特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬ）表示素子は、ＣＲＴ（Cathod Ray Tube ）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）に替わる表示素子として注目されている。有機ＥＬは、陽極層、有機層、陰極層の積層体であり、陽極、陰極からそれぞれ注入された正孔、電子が有機層で再結合して蛍光を発する。
【０００３】
有機層へ正孔、電子が注入されるよう、陽極には金属酸化物、陰極には金属が用いられる。この時、蛍光を外部へ取り出すために、陽極層には可視光を透過する材料が、一般にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられる。
【０００４】
有機層には、正孔と電子が再結合して蛍光を発する発光層を挟むように、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層が設けられることもある。ここで用いられる有機物は、一般に耐熱性、耐溶媒性、耐水性、耐酸アルカリ性に劣ることが多いため、また素子の電気的特性を保つために材料の高純度が必要なため、積層体形成にはスパッタ法や蒸着法を採用する。
【０００５】
有機ＥＬ表示素子は、まず基板上に陽極層であるＩＴＯを設け、その上に有機層、陰極層が順次積層される。有機ＥＬ表示素子が様々な情報を表示できるためには、複数本の陽極と複数本の陰極が直交して配設されたマトリックス電極構造となっていなければならない。そのために、陽極に直交する複数本の陰極を形成しなければならないが、前述の有機層の物質の各種耐性の問題から、溶剤や酸アルカリ水溶液を用いるフォトリソグラフィ工程を陰極の形成法に採用することができない。陰極の形成に金属マスクを用いたマスク蒸着法の適用も考えられる。
【０００６】
しかしながら、この方法で大型化、高精細化対応する場合、金属マスクのパターンは幅数１０μｍ程度の細線となり、しかも金属マスクがたるまないよう張力が与えられるので、次第に伸長変形を起こし、ついには陰極形成不良となる。微細で精度の高いパターンを有する金属マスクは高価であるため、伸長変形を起こす前に金属マスクを交換する工程とすると、製造コストの増大は避けられない。
【０００７】
この問題に対する従来技術を図４を用いて説明する。
特開平５−２５８８５９号公報には、有機層３０１、陰極層３０２を積層する前に、基板上に予め隔壁３０３を形成しておき、隔壁伸長方向に略直交かつ基板に対し斜めの方向３０５から有機層、陰極層の斜方蒸着を行うことにより、両層を蒸着時に分離する技術が記載されている（図４（ａ）参照）。しかしながら、この技術では、大面積の基板で斜方蒸着を行うと、蒸着源と基板の距離に基板面内で大きな差が出るため、この差が無視できるよう蒸着源と基板を相当離さないと均一な膜厚が得られない。当然ながら、そのためには非常に巨大な蒸着装置が必要となる。さらに、この技術において、分離幅３０７は（隔壁の幅）＋（隔壁の高さ）×ｔａｎ（蒸着角度θ）と表せる。これより、隔壁の幅を狭くするだけでは分離幅を狭めることにはならないことが分かる。さらに、高精細化のために隔壁を低く、蒸着角度θを小さくすると、蒸着分子の回り込みが無視できなくなって、分離が不完全になる可能性が高い。
【０００８】
また、特開平８−３１５９８１号公報には、有機層３０１、陰極層３０２を積層する前に、基板上に予め隔壁３０４を形成しておき、この隔壁の側面をオーバーハング状にすることで、両層を蒸着時に分離する技術が記載されている（図４（ｂ）参照）。この技術において分離幅３０８は隔壁３０４の上部の幅であるが、これとは別に蒸着分子の回り込みを考慮してオーバーハング形状や角度が定まる。そのために高精細化が進むほど、隔壁は相似的に小さくなりパターニングが困難になってくる。また、先の両技術においては、隔壁のみの分離では陰極端部３０９において、有機層の膜厚が減少するために陽極陰極間の短絡の可能性が高い。これを避けるために隔壁下に絶縁層を設けることが考えられるが、それにより工程数が増加する。
【０００９】
これらの問題が引き起こされる根本的な原因は、従来技術においては基板表面で有機層、陰極層を分離するところにある。そこで本発明は、蒸着時の分離を担う部分を基板表面から離すことにより課題を解決することとした。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高精細化が進んでも対応が可能であり、かつ陰極陽極間の短絡を防止する形状の隔壁を有する有機ＥＬ表示素子用基板および有機ＥＬ表示素子を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、透明基板の表面に少なくとも複数本の透明電極、透明電極の延伸方向と直交する方向に伸びる複数本の電気絶縁性の隔壁を順次積層した有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板において、前記隔壁の断面形状が透明基板側に突出するひさしを有する形状であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板である。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明を前提とし、前記隔壁の断面形状が略Ｔ字型であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板である。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明を前提とし、前記隔壁の断面形状が透明基板から離れる方向を向いた略矢印型であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示素子用基板に、有機層、陰極層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表示素子である。
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明を前提とし、隔壁の側面が、有機層、陰極層のそれぞれの膜厚より高い位置まで有機層、陰極層により覆わ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表示素子である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明について、図面を参照しながら詳説する。
図１（ａ）において、透明基板１０１とは有機ＥＬの支持部材となる基板である。よって、透明基板には、機械強度があり絶縁性のある石英、ガラス又はプラスチック材を用いることができる。
【００１３】
また、透明基板の表面には、複数本の透明電極１０２を設ける。透明電極の形成方法としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）などの透明導電性材料を複数本の電極パターンの形成されたマスクを介して蒸着をして行うか、透明導電性材料を透明基板の表面にベタで蒸着した後、レジストを用いるフォトリソグラフィ法によることができる。
【００１４】
そして、透明基板及び透明電極上に、透明電極の延伸方向と直交する方向に伸びる複数本の電気絶縁性の隔壁を設ける。この隔壁は後記する有機層のパターニングに用いる。
【００１５】
本発明における隔壁の断面形状は、隔壁上部の横に広がった部分をひさしを有しおり、そのひさしは透明基板側に突出している。その断面形状には、例えば、略Ｔ字型（Ｔの横棒及び端部の下方への突出がひさし）、略矢印型（矢印の先端の広がり部がひさし）が含まれる。前記形状のひさしの形成には、次のような手段を採ることができる。
【００１６】
手段Ａは、隔壁を２つ以上の材料で構成するものとし、それぞれの材料でフォトリソグラフィや蒸着、スパッタなどを行うものである。手段Ｂは、ネガ型レジスト１０３に露光光を吸収／遮蔽する材料を混ぜ込んでおき、レジストの膜厚方向で露光量を変化させて、レジスト膜表面を硬化させるものである。手段Ｃは、化学増幅型レジストにおいて見られる表面難溶化層を利用するものである。表面難溶化層とは、露光により生じた酸が、雰囲気中の塩基性ガスにより失活して発生するものであり、ポジ型レジストでは塩基性ガスの雰囲気に晒すことで、ネガ型レジストではレジスト表面を保護することでその形成が促進される。
【００１７】
本発明では、３種いずれの手段も採ることができるが、工程数の少ない手段Ｂ、手段Ｃが好ましい。以下、図１（ｂ）、（ｃ）を用いて、手段Ｂ、手段Ｃによる方法を説明する。
【００１８】
複数本の透明電極１０２が予めパターニングされた透明基板１０１にレジスト１０３を塗布する。ここでレジストは有色無色を問わない。手段Ｂの場合、ネガ型レジストに露光光を吸収／遮蔽する材料を混ぜ込む。このような材料としては、露光波長に合わせた光吸収剤、有機物顔料／染料、無機物顔料／染料が使用できる。手段Ｃの場合、ポジ型ネガ型いずれでもよい。レジストの塗布方法は、スピンコート、ロールコート、印刷法等を使用できる。塗布されたレジスト１０３は、適切な条件で乾燥される。手段Ｃでネガ型レジストである場合は、レジスト１０３上に、表面保護膜１０４を塗布する。表面保護膜としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などの水溶性の物質を用いることができる。
【００１９】
透明電極に直交する適切なパターンを有するフォトマスク１０５を用いて、レジスト１０３を露光する。手段Ｂの場合、露光光は基板まで達せず、レジスト膜表面のみを硬化させる。手段Ｃでポジ型レジストの場合、露光後、雰囲気に所定時間放置するか、塩基性ガス１０７の存在する雰囲気に適切な時間晒すことで、露光により発生した酸１０８が失活し表面難溶化層１０６を形成する。手段Ｃでネガ型レジストの場合は、表面保護膜１０４により塩基性ガス１０７の拡散が抑止され、また表面保護膜１０４中の水分により酸１０８の拡散が増長されるため、表面の硬化が促進し表面難溶化層１０６が形成される。露光後、レジスト材料に依存するが、ＰＥＢ（Post-Exposure Bake）を行う。ＰＥＢが不要な場合もある。
【００２０】
その後、レジスト１０３を現像する。手段Ｃでネガ型レジストの場合、現像前に表面保護膜１０４を水洗で除去しておくと、均一な現像を得ることができる。現像液は、レジスト材料に適合したものを選択する。手段Ｂの場合、レジスト１０３の表面が硬化している。手段Ｃの場合、表面難溶化層１０６が形成されている。したがって、図１（ｄ）のように、現像により得られる隔壁パターンはひさし１０９を有し、その幅はフォトマスク１０５のパターン幅より広いものとなる。現像後、十分な水洗を施し、乾燥する。
【００２１】
その後、レジストに応じた適切な温度で焼成する。この時、加熱条件により若干軟化することでひさし１０９は透明基板側に突出して、略Ｔ字型（図２（ａ）参照）、略矢印型（図２（ｂ）参照）のような形状で硬化し、本発明の有機ＥＬ表示素子用基板を得る。
【００２２】
この有機ＥＬ表示素子用基板を用いて、有機ＥＬ表示素子を作成する場合、さらに有機層、陰極層を設ける。
【００２３】
ここで有機層は、発光層の他正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層などから構成される場合もある。一層で、例えば発光と正孔輸送と複数の働きを有する物質もある。有機層の形成には、以下のような物質を使用することができる。
【００２４】
発光層としては、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、１２−フタロペリノン、１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン、１，１，４，４−テトラフェニル−１，３−ブタジエン、ナフタルイミド誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン系化合物、9,10- ジアリールアントラセン誘導体、サリチル酸塩、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、9,10- ビス（フェニルエチニル）アントラセン、8-キノリノラートリチウム、トリス（8-キノリノラート）アルミニウム錯体（以下Alq と略す）、Ｎ, Ｎ’−ジフェニル- Ｎ, Ｎ’−ビス（3-メチルフェニル）- ベンジジン（以下TPD と略す）、トリス（5,7-ジクロロ、8-キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（5-クロロ-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（5-フルオロ-8- キノリノラート）アルミニウム錯体、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〔8-（パラートシル）アミノキノリン〕亜鉛錯体およびカドミウム錯体、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-P- フェニレンビニレン、あるいは特開平４―３１４８８号公報、米国特許５１４１６７１号、同４７６９２９２号で言及されている蛍光物質やＮ, Ｎ’−ジアリール置換ピロロピロール化合物等が使用できる。
【００２５】
なお、本発明に使用できる物質は、上記例に特に限定されるものではなく、さらなる発光性能を持つ物質を選択できる。
【００２６】
正孔注入層としては、例えばトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、ポリシラン、アニリン系共重合体、導電性高分子オリゴマー、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物が使用できる。
【００２７】
電子注入層としては、例えばニトロ置換フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体が使用できる。
【００２８】
また、陰極層の形成は、アルミニウムの他、MgAg、AlLi、CuLiなどが使用できる。
【００２９】
そして、有機層２０１、陰極層２０２の蒸着は、基板に対し多方向２０３から施すようにする。具体的には、蒸着中に基板を回転させる、蒸着中に基板を傾ける、基板と蒸着源の距離をあまり離さない、蒸着源を多数用意することが考えられる。多方向２０３から蒸着することにより、有機層２０１、陰極層２０２は、図５のように積層される。ひさしが透明基板に突出しているため、パターニングが可能であるとともに、不要な蒸着分子の回り込みを完全に防止できる。蒸着物は、隔壁の側面を有機層、陰極層の膜厚より高い位置まで覆っていれば、陰極陽極間の短絡は完全に起こらない。そして、各画素は隔壁の幅のみで仕切られるので、発光２０４を取り出す領域を最大限採ることができる、本発明の有機ＥＬ表示素子を得る。
【００３０】
【実施例】
＜実施例１＞
ネガ型レジストＯＭＲ−８５（東京応化工業製）にカーボンブラックを、重量比１００：３で加え良く攪拌し、ネガ型レジストを得た。
【００３１】
幅１００μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンのＩＴＯ透明電極を有するガラス基板上にスピンコート法により、ネガ型レジストを膜厚約１０μｍ塗布し、７０℃で３０分乾燥した。透明電極に直交する幅１０μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンを有するフォトマスクを用いてレジストを１００ｍＪ／ｃｍ2 で露光した。その後、ＯＭＲ現像液（東京応化工業製）で現像、ＯＭＲリンス液（東京応化工業製）でリンスし乾燥した。その後、２００℃で１時間焼成した。走査型電子顕微鏡でレジスト断面を観察したところ、ひさしの幅７μｍ、基板と接する隔壁の幅５μｍ、ピッチ１０５μｍの矢印型の隔壁が形成できた。
【００３２】
＜実施例２＞
エポキシ樹脂（東都化成（株）製：「ＹＤＰＮ−６０１」）３９０ｇおよびアクリル酸１０８ｇを１，６−ヘキサンジオールアクリレート７５０ｇ中に溶解させてハイドロキノン０．５ｇおよびメチルエチルアンモニウムアイオダイド３ｇの存在下に１００〜１５０℃で２時間反応させた。ついで、無水ヘッド酸２７９ｇを添加し、１００〜１５０℃で２時間反応させて、水溶性光重合性オリゴマーを得た。
【００３３】
得られた水溶性光重合性オリゴマー１００重量部、非水溶性光重合性オリゴマーとしてフェノールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成（株）製：「ＹＤＣＮ−６０２」）４０重量部、光重合性モノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート（共栄社油脂（株）製：「ＴＭＰ−Ａ」）２０重量部、光重合開始剤として（チバガイギー社製：「イルガキュア−６５１」）５重量部、光硬化用触媒前駆体としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート０．５重量部および重合禁止剤としてハイドロキノン０．１重量部を酢酸ブチルセロソルブ１０００重量部中で混合して、化学増幅型ネガ型レジストを得た。
【００３４】
幅１００μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンのＩＴＯ透明電極を有するガラス基板上にスピンコート法により、化学増幅型ネガ型レジストを膜厚約１０μｍ塗布し、７０℃で３０分乾燥した。その上に、ポリビニルアルコールを約１μｍ塗布し、室温で放置して乾燥した。透明電極に直交する幅１０μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンを有するフォトマスクを用いてレジストを１００ｍＪ／ｃｍ2 で露光した。水洗してポリビニルアルコールを除去した後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）２．５％溶液で現像した。その後、２００℃で１時間焼成した。走査型電子顕微鏡でレジスト断面を観察したところ、上辺の端部が垂れ下がった上辺の幅７μｍ、基板と接する隔壁の幅５μｍ、ピッチ１０５μｍのＴ字型の隔壁が形成できた。
【００３５】
＜実施例３＞
幅１００μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンのＩＴＯ透明電極を有するガラス基板上にスピンコート法により、化学増幅型ポジ型レジストＡＺ７２００（ヘキスト製）を膜厚約１０μｍ塗布し、９０℃で３０分乾燥した。これを濃度１０ｐｐｍのアンモニア雰囲気に１０分放置した後、透明電極に直交する幅１０μｍ、ピッチ１０５μｍのストライプパターンを有するフォトマスクを用いてレジストを１００ｍＪ／ｃｍ2 露光した。露光後、ＡＺ３００ＭＩＦで現像した。その後、１５０℃で３０分焼成した。走査型電子顕微鏡でレジスト断面を観察したところ、上辺の端部が垂れ下がった上辺の幅６μｍ、基板と接する隔壁の幅４μｍ、ピッチ１０５μｍのＴ字型の隔壁が形成できた。
【００３６】
＜実施例４＞
実施例２で得られた有機ＥＬ表示素子用基板を冶具に固定し、有機層としてＴＰＤ、ＡＬｑ、陰極層としてアルミニウムを順次蒸着した。蒸着源はそれぞれ７個づつ用意し、多方向から蒸着し有機ＥＬ表示素子を得た。蒸着後、金属缶により有機ＥＬ表示素子を封止した。得られた有機ＥＬ表示素子を発光させたところ、陽極陰極が短絡することなく、ピッチ１０５μｍで１００×１００μｍの画素が隔壁底辺端まで発光していた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る有機ＥＬ表示素子用基板に、有機層、陰極層を蒸着すれば、有機層、陰極層を確実に分離することが可能になる上、陽極陰極間の短絡を確実に防止することができ、さらに分離幅が隔壁が基板に接している幅のみで定まるため、分離幅を極限まで狭めることが可能になる。これにより、有機ＥＬ表示素子のさらなる高精細化に対応ができるようになる。加えて、それほど高精細でなくとも表示素子中の非表示部を狭めることで、発光面積を大きく採る、いわゆる開口率を上げることができるようになるため、同一材料系の表示素子でもより明るい表示素子を得ることができる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ基板の製造方法の説明図である。
【図２】本発明に係る隔壁の断面図である。
【図３】表面難溶化層の形成の説明図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【図５】本発明による有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１０１  絶縁性透明基板
１０２  透明電極（陽極層）
１０３  レジスト
１０４  表面保護膜
１０５  フォトマスク
１０６  表面難溶化層
１０７  塩基性ガス
１０８  酸
１０９  ひさし
２０１、３０１  有機層
２０２、３０２  陰極層
２０３、３０５  蒸着方向
２０４  発光
３０３、３０４  従来技術による隔壁
３０６  斜方蒸着の蒸着角度
３０７、３０８  従来技術による分離幅
３０９  陽極陰極間の短絡を起こしやすい陰極端部
【図１】
0004310866.tif 000002
【図２】
0004310866.tif 000003
【図３】
0004310866.tif 000004
【図４】
0004310866.tif 000005
【図５】
0004310866.tif 000006