JPH11265792A - 電界発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非発光時のコントラストを低くし、非発光不
良部分の発生、ショート、絶縁破壊などの不良が生じる
のを抑制した電界発光素子を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１１上にアノード電極１２が
形成され、アノード電極１２を覆うようにブラックマス
ク膜１３が形成されている。このブラックマスク膜１３
の開口部１３Ｃに有機ＥＬ層１５が形成され、この有機
ＥＬ層１５を完全に覆うようにカソード電極１６が形成
されている。このような構成により、有機ＥＬ層１５が
露出することがなく、アノード電極１２／有機ＥＬ層１
５の界面やカソード電極１６／有機ＥＬ層１５の界面か
ら水分や酸素が侵入するのを抑制することができる。こ
のため、有機ＥＬ層１５の劣化を抑制して、非発光不良
が発生したり、ショート、絶縁破壊などの不良が生じる
のを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機発光材料を
用いた電界発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電界発光素子である有機エレクト
ロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）
が、自己発光による視認性が高く、固体素子であるため
耐衝撃性に優れ、直流低電圧駆動素子を実現するものと
して注目を集めている。

【０００３】以下、図７〜図１０を用いて従来の有機Ｅ
Ｌ素子の代表的な製造プロセスを説明する。まず、ガラ
ス基板１上に略全面に亙って、例えばＩＴＯ（indium t
in oxide）などでなる透明導電膜を膜厚が約２００ｎｍ
になるように成膜する。そして、フォトリソグラフィー
技術を用いて図７に示すように透明導電膜をパターニン
グしてアノード電極２を形成する。

【０００４】次に、図８に示すように、アノード電極２
の所定箇所（発光領域とする部分）を幅方向に完全に覆
うように矩形状の有機ＥＬ層３を形成する。この有機Ｅ
Ｌ層３を形成するには、矩形状に窓開けされたハードマ
スクを用いて、有機正孔輸送層、有機発光層、有機電子
輸送層の順で、真空蒸着装置を用いて連続成膜してい
る。

【０００５】その後、図９に示すように、有機ＥＬ層３
の幅寸法より幅の短い、例えばＭｇ−Ｉｎなどの金属で
なるカソード電極４を、ハードマスクを用いて真空蒸着
装置によりパターン形成する。

【０００６】このようして製造された有機ＥＬ素子５
は、アノード電極２とカソード電極４とが有機ＥＬ層３
を介して直接接触しない構造となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電界発光素子５の構造では有機ＥＬ層３が露出した部
分が存在するため、水分や酸素の影響により、この露出
部分から、アノード電極２と有機ＥＬ層３との界面や、
カソード電極４と有機ＥＬ層３との界面で、酸化や剥離
さらには結晶化が進行し、局部的に非発光不良部分（ダ
ークエリア、ダークスポットなど）が発生し易くなると
いう問題があった。

【０００８】また、アノード電極２とカソード電極４と
交差する部分では、図１０に示すように、アノード電極
２の側壁の段差に対して有機ＥＬ層３のステップカバレ
ージが悪いため、有機ＥＬ層３の膜厚がアノード電極２
のエッジ部（肩部）で局所的に薄く、アノード電極２と
カソード電極４との間でショートや過電流による絶縁破
壊が起こり易いという問題があった。

【０００９】さらに、セグメント方式によるキャラクタ
表示を行う場合には、アノード電極２とカソード電極４
との電極双方に構造的な工夫を加えなくてはならず、設
計の自由度が制限され、微細化しにくいという問題があ
った。

【００１０】これらの問題が存在するため、上記した構
造の従来の有機ＥＬ素子５においては、無機発光素子
（有機絶縁膜分散型無機ＥＬ素子）に比較して、長期保
存信頼性（寿命）が低く（短く）実用化の障害となって
いる。そして、従来の有機ＥＬ素子５のアノード電極
２、有機ＥＬ層３、カソード電極４は、暗色ではないの
で、非発光時のコントラストが高いという問題があっ
た。

【００１１】本発明は、このような事情に着目して創案
されたものであり、その目的とするところは、非発光時
のコントラストを低く抑え、非発光不良部分の発生、シ
ョート、絶縁破壊などの不良が生じるのを抑制すると共
に、さらにキャラクタ表示をする場合に設計の自由度を
向上させた電界発光素子を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
絶縁基板の上に所定パターンの第１電極が形成され、該
第１電極の上にＥＬ層が形成され、該ＥＬ層の上に第２
電極が形成され、前記第１電極と前記第２電極とが前記
ＥＬ層を介して重なる領域が発光する電界発光素子であ
って、前記第１電極が、当該第１電極の上面の領域内に
位置する開口部が形成されたブラック絶縁膜で、覆われ
ると共に、前記開口部の内壁に沿って前記ＥＬ層が形成
され、前記ＥＬ層の露出部分を覆うように前記第２電極
が形成されていることを特徴としている。

【００１３】請求項１記載の発明では、ブラック絶縁膜
に形成された開口部が第１電極上面の領域範囲内に位置
するため、ＥＬ層と第１電極とが接触する領域が規定さ
れ、この領域が発光領域となる。また、開口部以外のブ
ラック絶縁膜が第１電極を覆っているため、ＥＬ層の発
光領域に第１電極側から水分や酸素が侵入するのを抑制
する作用がある。また、ＥＬ層は、第２電極で覆われて
いるため、第２電極とＥＬ層との界面に水分や酸素が侵
入するのを抑制する作用がある。このため、ＥＬ層の劣
化を抑制でき、非発光不良部分の発生を抑制することが
できる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子であって、前記ブラック絶縁膜は感光性を有
する合成樹脂で形成され、且つ前記開口部は露光・現像
により形成されたことを特徴としている。

【００１５】請求項２記載の発明では、ブラック絶縁膜
を合成樹脂で形成することにより、形成に際してスピン
コーティングや他のウェットコーティング法を用いるこ
とが可能となり、平坦な絶縁膜を形成することができ
る。このため、第１電極のエッジ部と第２電極との絶縁
距離を確保でき、ショート、絶縁破壊などの不良が生じ
るのを抑制することができる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の電
界発光素子であって、前記ブラック絶縁膜は印刷法によ
り形成されたことを特徴としている。

【００１７】請求項３記載の発明では、印刷法によりブ
ラック絶縁膜を平坦に形成できるため、ショート、絶縁
破壊などの不良が生じるのを抑制することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子の詳細を図１〜図６に示す実施形態に基づいて説明す
る。なお、電界発光素子の構造の説明に先駆けて、電界
発光素子の製造プロセスを説明する。

【００１９】まず、図１に示すように、ガラス基板１１
の上に膜厚約２００ｎｍのＩＴＯでなる透明導電膜を成
膜し、フォトリソグラフィー技術を用いて、第１電極と
してのアノード電極１２を所望のパターンに形成する。
なお、本実施形態においては、説明の便宜上、２本のア
ノード電極２を有する例を用いて説明する。

【００２０】その後、図２に示すように、アノード電極
１２が形成されたガラス基板１１上の略全面に、カーボ
ンブラック等の顔料系又は染料系の感光性を有する樹脂
材料でなる絶縁膜としてのブラックマスク膜１３を、ス
ピンコーティング法や印刷法により、膜厚が０．５〜
１．５μｍになるように形成する。ブラックマスク膜１
３は黒色であり、後述する有機ＥＬ層１５の発光する波
長域に対して不透明である。

【００２１】次に、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４を用い
て有機ＥＬ層１５を形成するための工程を説明する。な
お、図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のＡ−Ａ断面に相当す
る部分を示している。

【００２２】まず、図３（ａ）に示すように、上記した
工程で形成されたブラックマスク膜１３の上方に所定パ
ターンのフォトマスク１４を配置して、露光を行う。同
図中符号１３Ａ、１３Ｂはブラックマスク膜１３におけ
る露光部分を示している。その後、図３（ｂ）に示すよ
うに、現像を行って露光部分１３Ａ、１３Ｂを除去す
る。このようにして、同図に示すように、後記する有機
ＥＬ層１５を埋め込むための、アノード電極１２が露出
する凹部１３Ｃと、端子部１２Ａとを形成する。そし
て、図３（ｃ）に示すように、上記した凹部１３Ｃの内
壁に沿って有機ＥＬ層１５を形成する。この有機ＥＬ層
１５は、凹部１３Ｃの開口周辺まで覆うように形成す
る。なお、有機ＥＬ層１５の形成方法は、凹部１３Ｃの
平面的な輪郭よりやや大きい開口部を有するメタルハー
ドマスク（図示省略する）を用いて、順次、有機正孔輸
送層、有機発光層、有機電子輸送層（いずれの層も図示
省略する）が真空蒸着装置により連続成膜されて形成さ
れている。

【００２３】なお、有機正孔輸送層は、下記の構造式

【化１】 で表されるN,N'-ジ（α-ナフチル）-N,N'-ジフェニル-
1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン（以下、α−ＮＰＤと
いう）で形成されている。

【００２４】また、有機発光層は、下記の構造式

【化２】 で表される4,4'-ビス（2,2'-ジフェニルビニレン）ビフ
ェニル（以下、ＤＰＶＢｉという）を９６ｗｔ％と、下
記の構造式

【化３】 で表される4,4'-ビス（2-カルバゾールビニレン）ビフ
ェニル（以下、ＢＣｚＶＢｉという）を４ｗｔ％と、共
蒸着してなる。

【００２５】さらに、有機電子輸送層は、下記の構造式

【化４】 で表されるトリス（8-ヒドロキシキノリン）アルミニウ
ム（以下、Ａｌｑ３という）からなる。因に、この有機
ＥＬ層１５の総膜厚は、約１００ｎｍに設定している。
なお、図４は有機ＥＬ層１５が形成された状態を示す平
面図である。

【００２６】上記のように有機ＥＬ層１５を形成した
後、図５に示すように、有機ＥＬ層１５の幅より長い幅
を有するカソード電極１５をアノード電極１２と交差す
るように形成して、有機ＥＬ層１５を完全に覆うように
する。なお、このカソード電極１５の形成方法として
は、有機ＥＬ層１５の幅より長い幅を有する開口パター
ンが形成されたメタルハードマスク（図示省略する）を
用いて、例えばＭｇ−Ｉｎなどの金属を真空蒸着装置に
より成膜して形成する。このようにして、電界発光素子
１７の製造が終了する。なお、必要に応じて素子表面を
覆うように保護膜を適宜形成してもよい。

【００２７】次に、このようにして製造された本実施形
態の電界発光素子１７の構成を、図５及び図６を用いて
説明する。なお、図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。本
実施形態の電界発光素子１７は、図５及び図６に示すよ
うに、ガラス基板１１上にパターン形成されたアノード
電極１２の、発光領域に対応する部分及び端子部１２Ａ
以外の部分が、完全にブラックマスク膜１３で覆われて
いる。また、ブラックマスク膜１３に形成された凹部１
３Ｃを覆うように形成された有機ＥＬ層１５をカソード
電極１６で完全に覆われた構成となっている。そして、
アノード電極１２とカソード電極１６とで挟まれた部分
の有機ＥＬ層１５が発光領域となる。

【００２８】このような構成としたことにより、本実施
形態の電界発光素子１７では、有機ＥＬ層１５がアノー
ド電極１２とブラックマスク膜１３とカソード電極１６
とに囲まれているため、有機ＥＬ層１５が直接外気に晒
されることがない。このため、有機ＥＬ層１５が水分や
酸素の影響を受けにくく、局部的に非発光不良（ダーク
エリア、ダークスポットなど）が発生するのを抑制する
ことができる。

【００２９】また、本実施形態の電界発光素子１７にお
いては、アノード電極１２のエッジ部をブラックマスク
膜１３で覆う構造であるため、アノード電極１２／カソ
ード電極１６間のショートや過電流による絶縁破壊が起
こりにくいという効果がある。

【００３０】さらに、ブラックマスク膜１３のパターニ
ング工程において、有機ＥＬ層１５の発光領域とアノー
ド電極１２の端子部１２Ａ以外の領域にブラックマスク
膜１３を配置することによって、発光領域以外の反射光
や透過光が抑えられるため、視認性（コントラスト）の
良い電界発光素子となる。

【００３１】またさらに、セグメント方式によるキャラ
クタ表示を行う場合は、ブラックマスク膜１３のパター
ニング工程でキャラクタ形状のパターン化ができ、アノ
ード電極１２とカソード電極１５の設計の自由度を大き
くできるという利点がある。

【００３２】以上、実施形態について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の変更が可能である。例えば、上記した実施形
態では、アノード電極１２をガラス基板１１上に形成し
カソード電極１６を有機ＥＬ層１５上に形成したが、ア
ノード電極１２とカソード電極１６とを入れ替えた構成
としてもよい。この場合、基板は、ガラス基板１１のよ
うに透明な基板でなくともよい。

【００３３】また、上記した実施形態では、ブラックマ
スク膜１３を感光性を有する材料を用いて露光・現像を
行うことにより、ブラックマスク膜１３のパターニング
を行ったが、感光性を有しない材料でブラックマスク膜
１３を印刷法により、凹部１３Ｃやアノード電極１２の
端子部を露出させるパターンに形成しても勿論よい。

【００３４】さらに、上記した実施形態では、有機ＥＬ
層１５を、有機正孔輸送層、有機発光層、有機電子輸送
層の３層を積層する構成、即ち有機正孔輸送層をα−Ｎ
ＰＤで形成し、有機発光層をＤＰＶＢｉ（９６ｗｔ％）
とＢＣｚＶＢｉを（４ｗｔ％）とを共蒸着して形成し、
有機電子輸送層をＡｌｑ３で形成したが、実質的にキャ
リア注入に伴い正孔・電子の再結合により発光を行う有
機膜であれば、これに限定されるものではない。例え
ば、アノード電極１２上に、α−ＮＰＤでなる有機正孔
輸送層を成膜し、この有機正孔輸送層の上に、下記の構
造式

【化５】 で表されるビス（10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリン）化
ベリリウム（Ｂｅｂｑ２という）でなる、発光層と電子
輸送層との機能を兼ね備えた有機層を積層した２層構造
の有機ＥＬ層１５としてもよい。また上記した実施形態
では単純マトリックス構造であったが、各画素毎にアノ
ード電極１２を分割し、アノード電極１２間においてＸ
−Ｙ方向に延在するゲートライン及びドレインラインに
接続された選択薄膜トランジスタと、選択トランジスタ
のソース電極にそのゲート電極が接続され、そのソース
・ドレイン電極の一方をアノード電極１２に接続された
駆動トランジスタと、からなるアクティブ駆動回路を、
ブラックマスク膜１３の下方に設けても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、非発光時のコントラストを低く抑え、非発
光不良部分の発生、ショート、絶縁破壊などの不良が生
じるのを抑制した電界発光素子を実現するという効果が
ある。また、本発明によれば、キャラクタ表示をする場
合に設計の自由度を向上させるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電界発光素子の実施形態の製造工
程を示す工程平面図。

【図２】実施形態の製造工程を示す工程平面図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２のＡ−Ａ断面における製
造工程を示す工程断面図。

【図４】実施形態の製造工程を示す工程平面図。

【図５】実施形態の製造工程を示す工程平面図。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。

【図７】従来の電界発光素子の製造工程を示す工程平面
図。

【図８】従来の電界発光素子の製造工程を示す工程平面
図。

【図９】従来の電界発光素子の製造工程を示す工程平面
図。

【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図。

【符号の説明】

１１ ガラス基板 １２ アノード電極 １３ ブラックマスク膜 １３Ｃ 凹部 １５ 有機ＥＬ層 １６ カソード電極 １７ 電界発光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板の上に所定パターンの第１電極
   が形成され、該第１電極の上に有機エレクトロルミネッ
   センス層が形成され、エレクトロルミネッセンス層の上
   に第２電極が形成され、前記第１電極と前記第２電極と
   が前記エレクトロルミネッセンス層を介して重なる領域
   が発光する電界発光素子であって、 前記第１電極が、当該第１電極の上面の領域内に位置す
   る開口部が形成されたブラックマスク絶縁膜で、覆われ
   ると共に、前記開口部の内壁に沿って前記エレクトロル
   ミネッセンス層が形成され、前記エレクトロルミネッセ
   ンス層の露出部分を覆うように前記第２電極が形成され
   ていることを特徴とする電界発光素子。
2. 【請求項２】 前記ブラックマスク絶縁膜は感光性を有
   する合成樹脂で形成され、且つ前記開口部は露光・現像
   により形成されたことを特徴とする請求項１記載の電界
   発光素子。
3. 【請求項３】 前記ブラックマスク絶縁膜は、印刷法に
   より形成されたことを特徴とする請求項１記載の電界発
   光素子。