(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成される基板側電極と、前記基板側電極の上面に形成される有機発光層と、前記有機発光層の上面に形成される上部電極と、前記基板側電極の上面に形成されて互いに間隔を開けた複数の隔壁と、少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して覆う第１の無機膜と、前記第１の無機膜を覆うポリマー膜と、前記ポリマー膜を覆う第２の無機膜とを備え、
前記有機発光層及び前記上部電極は、前記隔壁をマスクとし、隣接する前記隔壁の間に形成され、
前記第１の無機膜は、前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して完全に覆い、さらに前記有機発光層の側面から前記基板側電極表面につながり、前記基板側電極表面から前記隔壁の側面及び上面につながり、
前記ポリマー膜は前記第１の無機膜を覆い、さらに隣接する前記隔壁間の凹部を埋めるように前記隔壁間で厚くなっていて、
前記第１の無機膜が前記第２の無機膜より疎になっている有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して第１の無機膜で覆い、前記第１の無機膜をポリマー膜で覆い、前記ポリマー膜を第２の無機膜で覆い、かつ前記第１の無機膜及び前記第２の無機膜をいずれもスパッタにより形成し、前記第１の無機膜のスパッタ圧力を前記第２の無機膜のスパッタ圧力より高くする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して第１の無機膜で覆い、前記第１の無機膜をポリマー膜で覆い、前記ポリマー膜を第２の無機膜で覆い、かつ前記第１の無機膜を誘導結合プラズマＣＶＤにより形成する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分や酸素等による有機発光膜の劣化を防止した有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子 （有機ＥＬ素子）は、陽極と陰極からなる一対の電極間に有機発光層を配置し、陽極（ホール注入電極）から注入された正孔と、陰極（電子注入電極）から注入された電子とを発光層で再結合させて発光させる素子である。
この発光層は有機物からなり、大気中の酸素や水分により劣化し易いため、通常、封止缶や封止キャップと称される筐体で素子表面を密閉している（特許文献１）。さらに封止缶内に湿気や酸素を吸着するゲッター剤を予め塗布しておくことで、発光層の劣化を長期間抑制している。
又、無機膜（窒化シリコン膜）や高分子膜からなる保護膜で有機発光層を被覆する技術も開発されている（特許文献２，３）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４１８０３号公報
【特許文献２】特開平８−２２８９１号公報
【特許文献３】特開２００５−３３９８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、封止缶を用いる場合、封止缶と素子表面との間に内部空間があるため、その分だけ素子全体が厚くなり（1.5〜3mm）、有機ＥＬ素子の薄型化の点で問題がある。
一方、封止缶を用いずに保護膜のみで素子を封止する場合、発光層の劣化を長期間抑制することが困難である。この原因の１つとして、スパッタや蒸着により無機膜を素子表面に被覆する際、素子側面に被膜が充分に回り込まず、有機発光層の側面から酸素や水分が侵入することが考えられる。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、有機発光層の側面を完全に封止し、発光特性の劣化が少ないと共に、薄型化が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板上に形成される基板側電極と、前記基板側電極の上面に形成される有機発光層と、前記有機発光層の上面に形成される上部電極と、前記基板側電極の上面に形成されて互いに間隔を開けた複数の隔壁と、少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して覆う第１の無機膜と、前記第１の無機膜を覆うポリマー膜と、前記ポリマー膜を覆う第２の無機膜とを備え、前記有機発光層及び前記上部電極は、前記隔壁をマスクとし、隣接する前記隔壁の間に形成され、前記第１の無機膜は、前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して完全に覆い、さらに前記有機発光層の側面から前記基板側電極表面につながり、前記基板側電極表面から前記隔壁の側面及び上面につながり、前記ポリマー膜は前記第１の無機膜を覆い、さらに隣接する前記隔壁間の凹部を埋めるように前記隔壁間で厚くなっていて、前記第１の無機膜が前記第２の無機膜より疎になっている。
このような構成とすると、最外側の第２の無機膜と、比較的厚いポリマー膜とによって、外部の湿気や酸素が有機発光層に到達することを防止する。又、ポリマー膜には有機発光層を劣化させる有害成分が含まれていることが多いが、比較的疎な第１の無機膜が特性上、有機発光層の側面に回り込んで形成され、有機発光層を完全に覆うので、外部の湿気や酸素、並びに上記有害成分が有機発光層に到達することを防止する。その結果、発光特性の劣化が少なくなる。
【０００７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して第１の無機膜で覆い、前記第１の無機膜をポリマー膜で覆い、前記ポリマー膜を第２の無機膜で覆い、かつ前記第１の無機膜及び前記第２の無機膜をいずれもスパッタにより形成し、前記第１の無機膜のスパッタ圧力を前記第２の無機膜のスパッタ圧力より高くするものである。
又、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、少なくとも前記上部電極の上面及び側面並びに前記有機発光層の側面を連続して第１の無機膜で覆い、前記第１の無機膜をポリマー膜で覆い、前記ポリマー膜を第２の無機膜で覆い、かつ前記第１の無機膜を誘導結合プラズマＣＶＤにより形成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、有機発光層の側面を完全に封止し、発光特性の劣化が少なく、薄型化が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の断面構造の一例を示す。この図において、透明基板３０上に透明な基板側電極（透明導電膜；ＩＴＯ膜）２が形成されている。基板側電極２の上面に有機発光層４が形成され、有機発光層４の上面に上部電極６が形成されている。
有機発光層４は、陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子とを再結合させて発光させる層である。この実施形態では、有機発光層４からの光は透明基板３０の下面側に出射され、ボトムエミッションタイプの有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する。又、この実施形態では、基板側電極２は図１の左右方向に短冊状に延びる一方、有機発光層４及び上部電極６は基板側電極２と垂直な方向に短冊状に延び、基板側電極２と上部電極６との重なり部分が画素を構成するパッシブマトリックス方式となっている。
本発明においては、有機発光膜の劣化を防止するために、後述する３層の膜を有機発光膜の上に形成する点から、有機発光膜の上面へ出射するトップエミッションタイプより、ボトムエミッションタイプの方が好ましい。
【００１０】
なお、この実施形態では、基板側電極２を形成した後、基板側電極２と垂直な方向に短冊状に複数の隔壁４０をフォトリソグラフィ等により形成し、隔壁４０の上から有機発光層４及び上部電極６を形成している。これにより、隔壁４０自体がマスクとなって有機発光層４及び上部電極６を短冊状に形成させることができる。
【００１１】
透明基板３０としては、例えばガラス、石英ガラス、合成樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等）を用いることができるが、特にこれらに限定されない。又、半透明の基板であってもよい。
基板側電極２としては、例えば、金；ポリアニリン；ＩＴＯ（ＩｎＯ３−ＳｎＯ２）、ＳｎＯ：Ｓｂ等の酸化スズ、ＺｎＯ：Ａｌ等の酸化亜鉛からなる導電性透明膜を用いることができる。基板側電極２の極性は陽極（ホール注入電極）でも陰極でもよいが、ＩＴＯ膜の場合は陽極として機能する。
上部電極６としては、例えばアルミニウム、マグネシウム、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金等の金属や合金の膜を用いることができる。基板側電極２を陽極とする場合、対極は陰極となるので、上部電極６として仕事関数の小さい金属又は合金を用いることが好ましい。
【００１２】
有機発光層４は、単層構造でも多層構造でもよく、有機ＥＬ素子に用いる従来公知の有機発光層を用いることができる。多層構造として、例えば、発光層とホール輸送層の二層構造、発光層と電子輸送層の二層構造、電子輸送層と発光層とホール輸送層の三層構造のものが挙げられる。更には、電子注入層と電子輸送層と発光層とホール輸送層とホール注入層の五層構造のものも挙げられる。
有機発光層４の組成も有機ＥＬ素子に用いる従来公知の組成（例えば低分子蛍光色素、有機金属錯体、高分子材料等の有機化合物）を用いることができる。有機発光層４として具体的には、例えば８−ハイドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）が挙げられる。有機発光層４を多層とする場合、例えばホール輸送層としてはトリフェニルアミン誘導体を、発光層および電子輸送層としてＡｌｑ３を用いることができる。
【００１３】
次に、有機発光層を覆う被膜構造について説明する。この被膜構造は、第１の無機膜１２、ポリマー膜１４及び第２の無機膜１６の３層の膜から構成されている。
第１の無機膜１２は、上部電極６の上面及び側面並びに有機発光層４の側面を連続して完全に覆い、さらに有機発光層４の側面から基板側電極２表面につながり、基板側電極２表面から隔壁４０の表面（側面及び上面）につながっている。ポリマー膜１４は第１の無機膜１２を覆い、特に隣接する隔壁４０、４０間の凹部を埋めるように隔壁４０、４０間で厚くなっている。第２の無機膜１６はポリマー膜１４を覆っている。
【００１４】
そして、第１の無機膜１２は第２の無機膜１６より疎（ポーラス）になっている。疎の度合として例えば屈折率が上げられ、第１の無機膜１２の屈折率を1.5〜1.55程度とし、第２の無機膜１６の屈折率を1.6〜1.65程度とすることができる。
第１の無機膜１２を比較的ポーラスとすることにより、成膜材料の回り込みがよくなり、ステップカバレッジに優れる。そのため、上部電極６の上面及び側面並びに有機発光層４の側面に連続して第１の無機膜１２が形成され、有機発光層４の側面を完全に封止することができる。
又、第１の無機膜１２の外側にポリマー膜１４を比較的厚く覆うことにより、有機発光膜４を水分や酸素等から遮断する。さらに、ポリマー膜１４の外側に第２の無機膜１６を覆うことにより、バリア性能を向上させることができる。これは、ポリマー膜により平坦化された表面の上に無機膜を成膜することにより、無機膜のバリア性能が向上するためである。
【００１５】
第１の無機膜１２及び第２の無機膜１６としては、例えば無機酸化物又は無機窒化物の層を用いることができ、具体的には、例えばＢ、Ａｌ，Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｔａ、及びＣｅの群から選ばれる一種以上の酸化物若しくは窒化物、又はそれらの複数層を挙げることができる。第１の無機膜及び第２の無機膜、これらの無機酸化物又は無機窒化物を、ＰＶＤ（物理的蒸着）法またはＣＶＤ（化学的蒸着）法で成膜することによって得られる。ＰＶＤ法としてはスパッタ法が挙げられる。
第１の無機膜１２及び第２の無機膜１６の例として、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ等（ｘ、ｙは所定の組成比である）が挙げられる。
【００１６】
特に、第１の無機膜１２が、スパッタ圧力を第２の無機膜のスパッタ圧力より高く設定したスパッタ法、又は誘導結合プラズマＣＶＤにより形成されていることが好ましい。この理由は以下の通りである。
スパッタ法において、スパッタ圧力（スパッタ雰囲気の圧力）を高くすると、スパッタ材料（成膜材料）の平均自由行程が圧力に反比例して小さくなる。そのため、粒子の回り込みがよくなり、有機発光層４の側面を完全に覆うことができる。この際、被膜はポーラスとなる。
又、誘導結合 (Inductive-Coupling Plasma：ICP) プラズマＣＶＤの場合、反応圧力が数Pa〜数100Paであり、通常の蒸着法やスパッタ法のようなPVDに比べて２桁以上高いため、平均自由行程がさらに小さくなり、粒子の回り込みが一層よくなる。
【００１７】
ポリマー膜１４としては、公知の樹脂を用いることができ、モノマーをスピンコート等で塗布後、硬化させてポリマー膜１４を形成すればよい。公知の樹脂としては、例えばアクリレート系、メタクリレート系の官能基を有する光硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂を使用することができる。ポリマー膜１４は透明であってもよく、透明樹脂として、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
上記樹脂の硬化方法は、光硬化型樹脂の場合は紫外線照射を、熱硬化型樹脂の場合は熱硬化を採用することができる。
【００１８】
又、ポリマー膜１４として、例えば所定のモノマー又はオリゴマーを蒸発させて蒸着した後、重合硬化させて成膜することができる（真空蒸着法）。重合方法としては、モノマーの熱分解温度に応じて熱重合、紫外線重合を適宜用いることができる。この方法に用いるモノマーとしては、例えば米国特許４４９９５２０号明細書に記載のモノマーを用いることができる。
【００１９】
ポリマー膜１４の塗布厚は、例えば0.5〜5μｍとすることができるが、膜厚が1μｍ以上の場合は、複数回の塗布により所望の厚さを確保することができる。
【００２０】
なお、有機EL素子を構成する基板側電極２、有機発光層４、上部電極６は、側面に比べて上面の面積の方が大きいが、第１の無機膜１２によって上面から有害成分が侵入することを防止できる。
【００２１】
本発明によれば、最外側の第２の無機膜１６と、比較的厚いポリマー膜１４とによって、外部の湿気や酸素が有機発光層４に到達することを防止する。又、ポリマー膜１４には有機発光層４を劣化させる有害成分が含まれていることが多いが、有機発光層４の表面（側面を含む）が第１の無機膜１２によって完全に覆われているので、外部の湿気や酸素、上記有害成分が有機発光層４に到達することを防止する。その結果、発光特性の劣化が少なくなる。
又、本発明によれば、上記したように封止缶を用いなくとも有機発光層４への湿気や酸素の到達を確実に防止することができるので、素子の薄型化が可能となる。
【実施例１】
【００２２】
透明基板３０上にＩＴＯ膜からなる基板側電極２が形成され、基板側電極２の上面に有機発光層４が形成され、有機発光層４の上面に上部電極６が形成され、さらに隔壁４０を有する図１に示した構造の有機ＥＬ素子を用いた。なお、有機発光層４としてAlｑ3を、上部電極６としてAlを用いた。
この有機ＥＬ素子をスパッタ装置に設置し、Ａｌターゲットにメッシュ（開孔率30〜70％）を介して対向させた。キャリアガスとしてArガスを用いると共に、有機ＥＬ素子の表面に向かって流量10〜20sccmで酸素を流した。スパッタ装置内のArガスと酸素の合計圧力を1〜2Paとし、有機ＥＬ素子表面にAl2O3を厚み100nmでスパッタ成膜して第１の無機膜１２を形成した。
【００２３】
次に、ポリマー膜１４を上記真空蒸着法で厚み4μm成膜(隔壁高さが4μmのため)し紫外線硬化法させて、第１の無機膜１２の表面にポリマー膜１４を形成した。
さらに、ポリマー膜１４成膜後の有機ＥＬ素子を上記スパッタ装置に設置した。キャリアガスの流量を絞って合計圧力を0.2〜0.5Paに低減したこと以外は第１の無機膜１２の成膜と同様にして、ポリマー膜１４表面にAl2O3を厚み100nmスパッタ成膜して第２の無機膜１６を形成した。
分光エリプソメトリーにより、第１の無機膜１２及び第２の無機膜１６の屈折率を測定したところ、それぞれ1.5〜1.55、1.6〜1.65であり、第１の無機膜１２の方が疎（ポーラス）であることがわかった。
なお、有機ＥＬ素子（有機発光層４、上部電極６）の側面に第１の無機膜１２が回り込んで形成されていることを、SEM(走査型電顕)像で確認した。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同一の有機ＥＬ素子を用いた。この有機ＥＬ素子を誘導結合プラズマＣＶＤ（トッキ社製  ELVESS-PE-CVD装置）に設置し、SiH4,NH3,N2のガスをそれぞれモル比で1：１：10の割合で装置に導入した。装置内の圧力を20Paとし、RF(Radio Frequency)パワー0.5W/cm2、RF周波数13.56MHzとしてプラズマＣＶＤ成膜を行った。成膜速度は100nm／分とし、成膜厚み0.5μmとして第１の無機膜１２を形成した。
第１の無機膜１２の組成は蛍光X線分析によりSi3N4であることがわかった。
ポリマー膜１４及び第２の無機膜１６は実施例１とまったく同様にして成膜した。
第１の無機膜１２の屈折率を測定したところ、1.9〜1.95であった。
又、実施例２においても有機ＥＬ素子（有機発光層４、上部電極６）の側面に第１の無機膜１２が回り込んで形成されていることを、SEM(走査型電顕)像で確認した。
【実施例３】
【００２５】
実施例１と同一の有機ＥＬ素子を用い、実施例２とまったく同様にして第１の無機膜１２及びポリマー膜１４を成膜した。
次に、誘導結合プラズマＣＶＤ（トッキ社製  ELVESS-PE-CVD装置）を用い、SiH4,NH3,N2のガスをそれぞれモル比で1：１：10の割合として導入し、装置内の圧力を100Paとし、RF(Radio Frequency)パワー0.5W/cm2、RF周波数13.56MHzとし、成膜厚み1.0μmとしてプラズマＣＶＤ成膜を行って、ポリマー膜１４表面に第２の無機膜１６を成膜した。
第２の無機膜１６の屈折率は、1.8〜1.85であった。
【００２６】
本発明は、パッシブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、アクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネッセンス素子や他の方式の有機エレクトロルミネッセンス素子に制限なく本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の断面構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２                        基板側電極
４                        有機発光層
６                        上部電極
１２                      第１の無機膜
１４                      ポリマー膜
１６                      第２の無機膜
３０                      基板
【図１】
0004974368.tif 000002