JP2005203215A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】上部電極と下部電極との間に発生する電気的リークを抑制して、有機ＥＬ素子の信頼性を向上させる。
【解決手段】有機ＥＬ素子１００は、絶縁性表面を有する基板４１と、基板４１の絶縁性表面の上に形成された第１電極４２および第２電極５０と、第１電極４２および第２電極５０の間に形成された有機ＥＬ層４４とを備える。有機ＥＬ素子１００は、第１電極４２を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンク４３をさらに備え、有機ＥＬ層４４は、少なくとも１つのバンク４３によって実質的に包囲された領域に形成された、第１電極４２を覆う有機層４４を含み、有機層４４は、第１電極４２の外縁の少なくとも一部の上に、中央部４８よりも厚さが大きい隆起部４７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関する。

近年、携帯電話や携帯情報端末などの電子機器では、表示部の画面サイズが拡大し、高精細化が進んでいる。現在、これらの表示部には液晶表示装置が広く用いられている。一方、モニターやＴＶ用の表示装置の分野でも、薄型表示装置に対する需要が急速に高まっている。こうした状況のもと、電子機器をさらに薄型化し、かつ表示部の画質を高めるため、液晶表示装置に代わる次世代の表示装置の開発が活発に進められている。

次世代表示装置の候補の中でも、有機ＥＬ表示装置は、自発光型デバイスであるため、高画質、低消費電力であり、また薄型・軽量化しやすいという利点を有している。このため、有機ＥＬ表示装置は次世代の薄型表示装置として有望視されている。

有機ＥＬ表示装置は、ガラス、プラスチック（フィルムを含む）、シリコンウェハ等からなる基板上に形成された有機ＥＬ素子を備えている。有機ＥＬ素子は、一般的に、下部電極、上部電極、および、これらの電極の間に配置された有機層を含む積層構造を有している。有機層は、有機発光材料からなる発光層と、必要に応じて、正孔輸送層および／または電子輸送層などを有している。有機ＥＬ素子の上部電極と下部電極との間に電圧を印加して電流を流すと、両電極から注入されたキャリア(電子及び正孔)が発光層で再結合する結果、発光層が発光する。有機ＥＬ表示装置は、この発光原理を利用して表示を行う。

有機ＥＬ表示装置を製造する場合、発光層や正孔輸送層などの有機層を画素毎に形成する必要がある。従来から、有機層を形成するために、種々の方法が検討されている。例えば、低分子有機材料からなる有機層は、真空蒸着法等により形成できる。一方、高分子有機材料からなる有機層は、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ドクターブレード法、または各種印刷法により形成できる。近年、高分子有機材料からなる有機層を画素毎に効率的に形成できる方法として、インクジェット法が注目されている(例えば特許文献１など)。インクジェット法を用いると、ＲＧＢを容易に塗り分けることできる。

インクジェット法を用いて画素毎に有機層を形成する場合、インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインク（有機材料を含む液状物質）が隣接する画素に流出するという問題が生じることがある。この問題の主な要因を以下に説明する。

インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインクを球状化させてから有機層を形成しようとする基板に着弾させるために、インクジェットヘッドと基板との間には、通常、所定のギャップが設けられる。しかし、ノズル尖端部が汚れていたり、ノズル孔の加工精度が悪かったりすると、インクの吐出される方向（角度）が変化してしまう。その結果、インクの液滴は、目標位置に対してずれた位置に着弾する。また、空気の流れによるインクの液滴の飛行曲がりや、可動式ＸＹテーブルを用いて基板の位置を機械的に制御する場合の位置合わせ誤差などによっても、インクの液滴の着弾位置がずれることがある。

従って、インクジェットヘッドの吐出精度やテーブルの位置精度等によって決まる総合的な着弾位置精度は、一般に±１５〜３０μｍ程度である。このため、インクジェット法を単独で用いると、所定の位置に精度良く有機層をパターニングすることが困難である。

上記問題を解決するために、例えば特許文献２には、撥水性および／または撥油性（以下、単に「撥液性」と呼ぶ）を有するバンクで各画素を囲む方法が提案されている。この方法では、まず、透明基板上に形成された導電層をパターニングして複数の下部電極を形成した後、各下部電極を囲むバンク（厚さ：１〜３μm）を形成する。次に、バンクの各開口部に、電荷注入輸送層および／または発光層を液相にて形成し、その上に上部電極を形成する。ここで、バンク表面に撥液性を付与するためには、予めフッ素を含む官能基やシリコンを含む添加剤を付加することにより、撥液性を有する樹脂をバンク材料として用いることができる。あるいは、バンク材料を塗布・パターニングしてバンクを形成した後に、四フッ化炭素に代表されるフッ素系ガスを用いてバンクの表面をプラズマ処理（撥液化処理）してもよい。

撥液性を有するバンクを形成し、その開口部にインクジェット法で有機層を形成する場合、下部電極の表面に、撥液性とは相反する特性である親液性（親水性および／または親油性）を付与する必要があることが知られている。ここでは、透明電極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用い、ＩＴＯの表面にＵＶ／Ｏ₃処理や酸素プラズマ処理等の親液化処理を施して有機（炭化水素）系の不純物を除去することにより、親液性を高めた下部電極を形成する。このような親液化処理を行うことにより、ＩＴＯの表面におけるイオン化ポテンシャル（仕事関数）が上昇し、発光層への正孔注入効率を向上させるという効果も期待できる。

ここで、バンクなどの表面が「撥液性を有する」とは、バンクなどの表面における液状材料（ここではインク）に対する濡れ性が低いことをいう。具体的には、親水性（水分散系）のインクをバンク内部に付与する場合、バンク表面は少なくとも撥水性を有し、疎水性（有機溶媒系）のインクを付与する場合、バンク表面は少なくとも撥油性を有することを意味する。また、インクジェット法で積層構造を有する有機層を形成する場合、例えば、バンク内部に親水性のインクを付与して正孔輸送層を形成した後、疎水性のインクを付与して発光層を形成する場合には、バンク表面は撥水性および撥油性を併せ持つことを意味する。

一方、バンクの開口部などにおける表面が「親液性を有する」とは、その表面が液状材料に対する濡れ性が高いことをいう。具体的には、バンク内部に親水性のインクを付与する場合、バンクの開口部における表面は少なくとも親水性を有し、疎水性のインクを付与する場合、バンクの開口部における表面は少なくとも親油性を有することを意味する。また、インクジェット法で積層構造を有する有機層を形成する場合、バンクの開口部における表面は、有機層の最下層を形成する際に用いるインクの種類に応じて、親水性または親油性のうち少なくともいずれかを有することを意味する。

また、濡れ性が低いとは、バンクなどの表面の液状材料に対する接触角が、例えば４０°以上であり、濡れ性が高いとは、バンクなどの表面の液状材料に対する接触角が、例えば１０°以下であることをいう。接触角は、一般に液適法を用いて測定される。

なお、バンク表面に対してプラズマ処理等の撥液化処理を行うときには、撥液化処理によってバンク表面付近のみに撥液性が付与されるので、この後に下部電極の親液化処理を行うと、バンク表面まで親液化されてしまう可能性が高い。従って、下部電極の親液化処理とバンクの撥液化処理とを両方行う場合には、下部電極に対する親液化処理を行った後に、バンク表面の撥液化処理を行うことが望ましい。

このように、バンクおよび下部電極の表面に適切な処理を施せば、バンク表面の撥液性および下部電極表面の親液性を両立させることができる。従って、たとえ発光層などの材料であるインクがバンクの一部に掛かったとしても、インクは親液性を有する下部電極に引き込まれるので、画素内にインクを均一にパターニングすることができるため、着弾位置のずれを補償することができる。すなわち、撥液性のバンクを形成し、下部電極の表面に親液化処理を施すことにより、隣接する下部電極にインクが着弾しない限りは、隣接する画素を汚染することがないので、混色を抑制することが可能となる。

しかしながら、上記方法には、以下のような問題がある。

バンクを下部電極上に直接形成すると、有機層（インク）のパターニング精度を高めることができる半面、インク液滴がバンク側面部ではじかれることに起因して、バンクと下部電極との境界部において有機層の厚さが小さくなるという現象が生じる。図８を参照しながらこの現象を説明する。

図８に示す有機ＥＬ素子１０では、ガラス基板１１の上に、複数の下部電極１２が形成され、隣接する下部電極１２の間には、撥液性を有するバンク１３が設けられている。バンク１３は、隣接する下部電極１２のそれぞれの周縁部の上に形成されている。バンク１３の開口部には、有機層１４がインクジェット法で形成されている。この図からわかるように、バンク１３と下部電極１２との境界部１５では、有機層１４の厚さが極端に小さくなっている。この結果、下部電極１２と上部電極（図示せず）との間の絶縁耐圧が低下するので、これらの間で電気的リークが発生してしまう。

上記問題を回避するため、例えば非特許文献１には、下部電極とバンクとの間に、下部電極の周縁部を覆う酸化シリコン等の無機絶縁膜を挿入する構成が提案されている。この構成を図９に示す。図９に示す構成は、無機絶縁膜１６が形成されている点以外は、図８に示す構成と同様である。図９に示すように、無機絶縁膜１６はバンク１３と下部電極１２との境界部を覆って形成されていることから、バンク１３と下部電極１２との境界部における絶縁耐圧を向上させることができるので、電気的リークの抑制を図ることが可能になる。

しかしながら、非特許文献１の方法では、一般に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）やスパッタリング法等の真空装置を用いたプロセスによって、無機絶縁膜１６を形成しなければならない。そのため、高額な設備投資を必要とし、表示装置のコストアップに繋がってしまうことは必至である。
特開平１０−１２３７７号公報 特開平１１−８７０６２号公報 ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ １９９９、ｐ．３７６）

本発明の目的は、上部電極と下部電極との間に発生する電気的リークが抑制された、信頼性の高い有機ＥＬ素子を提供することにある。

本発明の有機ＥＬ素子は、絶縁性表面を有する基板と、前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層とを備えた有機ＥＬ素子であって、前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、前記有機層は、前記第１電極の外縁の少なくとも一部の上に、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有する。

本発明の他の有機ＥＬ素子は、絶縁性表面を有する基板と、前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層とを備えた有機ＥＬ素子であって、前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、前記有機層は、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有しており、前記基板の絶縁性表面に対して法線方向からみて前記第１電極の外縁に直交する直線を含み、かつ前記基板の絶縁性基板と垂直な断面において、前記第１電極の端部と、前記有機層の前記隆起部における最も厚さの大きい点との、前記基板の絶縁性表面の面内における距離が１０μｍ以下である。

本発明のさらに他の有機ＥＬ素子は、絶縁性表面を有する基板と、前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層とを備えた有機ＥＬ素子であって、前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、前記有機層は、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有しており、前記基板の絶縁性表面に対して法線方向からみて、前記第１電極と前記少なくとも１つのバンクとの前記間隔が１μｍ以上２０μｍ以下である。

ある好ましい実施形態において、前記基板の絶縁性表面、または前記基板の上に形成された無機層は、無機材料を含んでおり、前記第１電極と前記バンクとの前記間隔において、前記有機層と前記基板の絶縁性表面または前記無機層とが接する。

前記無機材料は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含むことが好ましい。

前記有機層は、インクジェット方式によって形成されたものであってもよい。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、上記有機ＥＬ素子を備える。

本発明の有機ＥＬ表示素子の製造方法は、絶縁性表面を有する基板の前記絶縁性表面の上に第１電極を形成する工程と、間隔を空けて前記第１電極を実質的に包囲する少なくとも１つの撥液性バンクを、前記基板の前記絶縁性表面の上に形成する工程と、前記バンクによって実質的に包囲された領域に有機ＥＬ層を形成する工程と、前記有機ＥＬ層と電気的に接続された第２電極を形成する工程とを包含し、前記有機ＥＬ層を形成する工程は、前記バンクによって実質的に包囲された領域に液状有機材料を供給する工程と、前記液状有機材料を固化させることにより、前記第１電極を覆う有機層を形成する工程とを含む。

本発明によれば、有機ＥＬ素子において、バンクと下部電極との間に無機絶縁膜を設けることなく、上部電極と下部電極との間に発生する電気的リークを抑制でき、信頼性を向上できる。

本発明では、従来は有機ＥＬ素子の性能に悪影響を及ぼすとされていた「コーヒーのシミ現象」を利用して、下部電極および上部電極の間の電気的リークを抑制する。

まず、「コーヒーのシミ現象」について説明する。

インクジェット法を用いて、バンクで囲まれた領域内に有機材料を含有したインク液滴を付与すると、液滴の周辺部から液滴の乾燥が始まり、それに伴って溶質を含んだ溶液が周辺部へと流動する。その結果、周辺部の厚さが中央部の厚さよりも大きい有機層が形成される。この現象は「コーヒーのシミ現象（ｃｏｆｆｅｅ ｓｔａｉｎ）」と呼ばれている。従来から、コーヒーのシミ現象によって有機層の厚さにムラが生じると、画素内で輝度ムラを発生させるなどの悪影響を及ぼすことが知られていた。なお、インクの物性（沸点・蒸気圧・粘度など）によってはコーヒーのシミ現象が顕著に起こらない場合もある。

一方、図８や図９に示す有機ＥＬ素子では、下部電極の端部はバンクの下に位置しているが、下部電極の端部とバンクとが重ならないように両者を配置すると、図１０に示すような構成の有機ＥＬ素子が得られる。図１０に示す有機ＥＬ素子では、以下に説明するように、絶縁耐圧を低下させたり、電気的リークを発生させる可能性が特に高い。

基板３１の上に下部電極３２を形成し、次いで、下部電極３２の間に、下部電極３２と重ならないようにバンク３３を設けると、図１０に示すように、バンク３３の開口部には下部電極３２の端部（エッジ）が露出する。バンク３３の開口部にインクジェット法によって有機層３４を形成すると、有機層３４のうち下部電極３２のエッジ近傍の領域３５の厚さは、他の領域の厚さと比べて小さくなる傾向を示す。その結果、領域３５で、電極間の絶縁耐圧が低下し、電気的リークが発生するおそれがある。

本発明者らは、図１０に示すような下部電極３２の端部を露出させる構造（以下、「エッジ露出構造」と略すことがある）を採用するとともに、上記コーヒーのシミ現象を逆手に利用することによって、電極間の電気的リークを抑制できることを見出した。すなわち、コーヒーのシミ現象によって生じた有機層の周辺部における隆起部分と、下部電極の端部とをオーバーラップさせることによって、下部電極の端部を、有機層の隆起部分でカバーする。これにより、下部電極とバンクとの間に無機絶縁膜を設けることなく、電極間の電気的リークを抑制することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明による有機ＥＬ素子の構成を説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、有機ＥＬ素子１００の断面図および拡大断面図である。有機ＥＬ素子１００は、基板４１の上に形成された複数の下部電極４２、バンク４３、有機層４４、および上部電極５０を有している。下部電極４２、バンク４３および有機層４４の平面図を図２に示す。図２からわかるように、バンク４３は、図１（ｂ）に示すように、それぞれの下部電極４２を包囲するように連続した壁を構成している。なお、バンク４３は、図１１（ａ）および（ｂ）の平面図に例示するように、下部電極４２を実質的に包囲する複数個の不連続な壁であってもよい。ただし、それぞれの壁の間の隙間は、インクの表面張力によって、インクがバンク内部４３に納まる程度に十分に小さいことが必要である。

バンク４３と下部電極４２とは重なり合っていないため、エッジ露出構造を構成している。有機層４４は、コーヒーのシミ現象により、中央部４８よりも厚さの大きい隆起部４７を有している。有機層４４は、第１電極の端部（外縁）４２ｅの少なくとも一部の上に隆起部４７が位置するように、下部電極４２を覆っている。上部電極５０は、有機層４４およびバンク４３の上に形成されている。下部電極４２および上部電極５０の間に電圧を印加すると、下部電極４２からは正孔、上部電極５０からは電子が有機ＥＬ層７６に送り込まれ、有機ＥＬ層７６で正孔と電子とが再結合することにより発光が行われる。

有機層４４の形状についてより詳しく説明する。図１（ｂ）に示すように、有機層４４は、ほぼ一定の厚さを有する中央部４８と、中央部４８よりも厚い隆起部４７とを有している。ここで、下部電極４２のエッジ４２ｅから、有機層４４の最も厚い部分（最厚部）４７ｔまでの距離４５を、第１距離Ｄｅｏとする。また、下部電極４２のエッジ４２ｅからバンク４３の端部までの距離４６を、第２距離Ｄｅｂとする。

第1距離Ｄｅｏおよび第２距離Ｄｅｂは、以下のように定義される。

第１距離Ｄｅｏは、基板４１の絶縁性表面に対して法線方向からみて第１電極４２の外縁に直交する直線を含み、かつ基板４１の絶縁性表面と垂直な断面において、第１電極４２の端部４２ｅと、有機層４４の隆起部４７における最も厚さの大きい点（最厚部４７ｔ）との、基板４１の絶縁性表面の面内における距離を意味する。

上記定義において、「基板４１の絶縁性表面に対して法線方向からみて第１電極４２の外縁に直交する直線」を、図３および図４に例示する。図３および図４は、基板４１の非絶縁性表面に対して法線方向からみた、下部電極４２およびバンク４３の上面図である。図３は下部電極４２およびバンク４３の外縁が略円形の場合、図４は下部電極４２およびバンク４３が、曲線および直線を含む場合をそれぞれ示している。図３では、下部電極４２の中心８５を通る直線（例えば直線Ａ）が、上記の「第１電極４２の外縁に直交する直線」となる。また、図４では、第１電極４２の外縁のうち直線部分では、第１電極４２の外縁と垂直な直線（例えば直線Ｂ）、第１電極４２の外縁のうち曲線部分では、第１電極４２の外縁のある点８７における接線８６と直交し、かつ点８７を通る直線（例えば直線Ｃ）が、それぞれ上記の「第１電極４２の外縁に直交する直線」となる。なお、図１（ｂ）に示す断面図は、このような直線（直線Ａ、Ｂ、Ｃなど）を含み、かつ基板４１の絶縁性表面と垂直な断面図である。

一方、第２距離Ｄｅｂは、基板４１の絶縁性表面に対して法線方向からみた、第１電極４２とバンク４３との間隔（幅）を意味する。前述の図３および図４に、第２距離Ｄｅｂを例示している。

以下、図を参照しながら、本発明による有機ＥＬ素子の実施形態を説明する。

（実施形態１）
本実施形態では、ボトムエミッション型有機ＥＬ表示素子を例示して説明するが、本発明の有機ＥＬ素子は、トップエミッション型であってもよい。

図５（ｄ）に示す有機ＥＬ素子１００は、基板７１の上に間隔を空けて形成された複数の下部電極７２と、下部電極７２の間に形成されたバンク７４と、下部電極７２を覆う有機ＥＬ層７６と、有機ＥＬ層７６の上に形成された上部電極７７とを有している。下部電極７２の端部とバンク７４の端部とは接しておらず、それらの端部の間には所定のスペース（間隙部）７５がある。有機ＥＬ層７６は、下部電極７２の表面および側面と接するように下部電極７２および間隙部７５の上に形成されており、バンク７４に実質的に包囲されている。有機ＥＬ層７６は、コーヒーのシミ現象により、周縁部が中央部よりも隆起した形状（隆起部７９）を有している。有機ＥＬ層７６の周縁にある隆起部７９は、下部電極７２の端部と重なっている。

有機ＥＬ素子１００は、上記構成を有しているので、下部電極７２の端部で有機層の厚さが小さくなることを防止できるので、下部電極７２の端部におけるリークを抑制できる。また、バンク７４と有機ＥＬ層７６とが接する部分の下には下部電極７２が存在しないので、バンク７４と有機ＥＬ層７６とが接する部分ではリークが生じない。

有機ＥＬ素子１００は、例えば以下に示すような方法で製造される。

まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板などの絶縁性表面を有する基板７１の上に複数の下部電極７２を形成する。本実施形態では、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子を構成するため、下部電極７２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；酸化インジウム錫）電極などの透明電極である。また、本実施形態では、下部電極７２は有機ＥＬ層に正孔を注入する陽極として機能する。

ＩＴＯ電極の形成は、次のようにして行うことができる。まず、ＩＴＯをターゲットとし、スパッタガスとしてアルゴンおよび酸素を用いたスパッタリング法により、ＩＴＯ膜（図示せず、厚さ：例えば１５０ｎｍ）を基板７１の全表面に形成する。次いで、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、エッチング、フォトレジスト剥離という一連のフォトリソグラフィ工程により、ＩＴＯ膜をパターニングする。これにより、下部電極（サイズ：例えば解像度１３０ｐｐｉの場合１８０×６０μｍ程度）７２が得られる。なお、ＩＴＯ膜の厚さは、１５０ｎｍに限らないが、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが望ましい。また、ここでは、エッチングを行う際に、塩化鉄(III)および塩酸の混合溶液をエッチング液として用いる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、下部電極７２の端部と所定の間隙部７５を空けて、例えば感光性ポリイミドを用いてバンク７４を形成する。バンク７４は、下部電極７２を実質的に包囲するように形成される。なお、所定の間隙部７５の幅は、上述した第２距離Ｄｅｂに相当する。バンクの材料としては、加熱による変化が少ない、即ち耐熱性に優れた有機材料を用いるのが望ましく、ポリイミドの他に、アクリル系（メタクリル系）やノボラック系の樹脂材料を用いてもよい。これらの樹脂材料には、パターニングを容易にするため、感光性が付加されていることが望ましい。感光性を有する有機材料を用いると、材料の塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベークという一連のプロセスで、バンクを形成できる。この場合、エッチング及び剥離プロセスを省くことができるので有利である。

前述したように、下部電極７２の表面には親液性、バンク７４の表面には撥液性を付与する必要がある。本実施形態では、ＵＶ／Ｏ₃によって下部電極７２の親液化処理を行った後、ＣＦ₄プラズマによるバンク７４の撥液化処理を行う。親液化処理により下部電極７２とバンク７４との間にある間隙部７５の表面（ここでは基板７１の絶縁性表面）が親液化されるが、後に続く撥液化処理により、間隙部７５の表面が撥液化されてしまう可能性がある。間隙部７５の表面が撥液化されると、後に続くインクジェット法による有機ＥＬ層の形成工程において、インクの液滴がバンク７４の端部まで行き渡らず、下部電極７２の端部を有機ＥＬ層で被覆することが困難になる。そのため、間隙部７５に露出している材料は無機材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム等であることが望ましい。これらの無機材料はＣＦ₄プラズマによっては撥液化されにくいからである。これらの無機材料について本発明者らが検討した結果、特に酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる表面は、親液性を確保しやすく、また親液性を維持しやすいことを確認した。従って、間隙部７５に露出している材料は、より好ましくは酸化シリコンまたは窒化シリコンである。本実施形態では、間隙部７５に露出している材料は基板７１の材料であるガラスである。なお、基板７１の上に、上記無機材料からなる膜が全面または部分的に形成されていてもよい。また、基板７１として、有機層を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けたアクティブマトリクス基板を用いる場合は、一般的に、ＴＦＴを保護するためのパッシベーション膜として上記無機材料からなる膜が既に形成されている。従って、上記無機材料からなる新たな膜を基板７１の上に形成する必要は無い。

バンク７４の端部と下部電極７２の端部との間隙部７５の幅（距離Ｄｅｂ）は、後から形成される有機ＥＬ層の最厚部が形成される位置によって最適化されることが好ましい。最厚部の位置は、インクの物性（沸点、蒸気圧、粘度等）や乾燥条件（温度、圧力等）によって異なるが、バンク７４の端部から大凡１〜２０μｍ以内となることから、間隙部７５の幅は１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。距離Ｄｅｂの好適な範囲については、詳細な検討を行ったので後述する。

この後、図５（ｃ）に示すように、インクジェット法を用いて有機ＥＬ層７６を形成する。本実施形態では、有機材料を溶解若しくは分散した液体をインクとして用いる。まず、バンク７４で包囲された領域を着弾目標としてインクジェットノズルからインクを吐出する。バンク７４で包囲された各領域にインクを吐出した後は、ホットプレート上でインクを乾燥させる（乾燥温度：例えば１５０℃）。有機ＥＬ層７６は、単層（発光層のみ）でもよいし、発光層と他の有機層との積層構造を有していてもよい。

本実施形態では、発光効率及び寿命向上を図るため、有機ＥＬ層７６を、正孔輸送層７６ａおよび発光層７６ｂの積層構造とする。そのような有機ＥＬ層７６は次のようにして形成できる。まず、正孔輸送材料を含むインクを吐出し、乾燥させて正孔輸送層７６ａを形成する。この後、正孔輸送層７６ａの上に発光材料を含むインクを吐出し、乾燥させて発光層７６ｂを形成する。

ここでは、正孔輸送材料を含むインクとしてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸）の水分散液、発光材料を含むインクとしてポリフルオレン誘導体の芳香族炭化水素溶液を用いる。なお、インクに含有する正孔輸送材料および発光材料は上記材料に限らず、正孔輸送層材料としてポリアニリン等、発光材料としてポリ−パラ−フェニレンビニレン、ポリビニルカルバゾール、ポリアリーレン、ポリスピロ及びそれらの誘導体等を適用できる。

上記の有機ＥＬ層の形成方法によると、下部電極７１の表面及び間隙部７５の表面には親液性、バンク７４の表面には撥液性がそれぞれ付与されていることから、たとえ着弾位置が逸れても、バンク７４を越えて隣接する画素（下部電極）に掛からない限り、バンク７４の形状に沿って有機ＥＬ層を形成できる。形成された有機ＥＬ層は、中央部に平坦な部分を有し、周縁部にコーヒーのシミ現象による盛り上がり（隆起部）を有する。有機ＥＬ層の中央部（平坦な部分）における厚さは、５０〜１００ｎｍに設定することが好ましい。これにより、有機ＥＬ層の隆起部における最大厚さ、すなわち最も厚い部分の厚さを１００ｎｍ以上にできる。隆起部の最大厚さが１００ｎｍ以上であれば、下部電極７２の端部におけるリークをより確実に防止できる。

ただし、隆起部の最も厚い部分と下部電極７２の端部との、基板７１の面内における位置が大幅にずれていると、下部電極７２の端部で有機ＥＬ層７６の厚さが薄くなりやすく、下部電極７２の端部に電界集中が発生する。その結果、上部電極と下部電極７２の端部との間で電気的リークが生じやすくなる。従って、下部電極７２の端部を十分な厚さの有機ＥＬ層７６で覆うためには、有機ＥＬ層７６における隆起部の最も厚い部分と下部電極７２の端部との、基板７１の面内における距離Ｄｅｏは、１０μｍ以内であることが好ましい。なお、距離Ｄｅｏの好適な範囲については、詳細な検討を行ったので後述する。

続いて、図５（ｄ）に示すように、バンク７４および有機ＥＬ層７６の上に上部電極７７を形成する。上部電極７７の形成は、例えば真空蒸着法（抵抗加熱、電子ビーム）により行うことができる。上部電極７７は、低仕事関数材料と低抵抗金属との積層構造を有することが好ましい。低仕事関数材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらのフッ化物、酸化物、ホウ化物を用いることができる。低抵抗金属としてはアルミニウムや銀等を用いることができる。ここでは、低仕事関数材料としてカルシウム、低抵抗金属としてアルミニウムを用い、低仕事関数材料の層（厚さ：５ｎｍ）と低抵抗金属の層（厚さ：２００ｎｍ）とを順次堆積させる。

最後に、基板７１の表面を覆うようにキャップガラスを配置し、シール樹脂にてキャップガラスを固定することにより、有機ＥＬ素子１００を封止すると、ボトムエミッション型有機ＥＬ表示素子が完成する。

本実施形態の有機ＥＬ素子における第１距離Ｄｅｏおよび第２距離Ｄｅｂについて、それぞれ好適な範囲の検討を行ったので、その結果を以下に説明する。

（下部電極の端部−有機ＥＬ層の最厚部間の第１距離Ｄｅｏの検討）
第１距離Ｄｅｏとリーク画素発生確率との関係を調べ、第１距離Ｄｅｏの好ましい範囲を検討したので、その結果を説明する。

まず、図５を参照して説明した方法により、複数の第１サンプル素子を作製する。これらの第１サンプル素子は、図５（ｄ）に示す有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有しているが、これらの第１サンプル素子における第１距離Ｄｅｏは０〜２０μｍの範囲でそれぞれ異なっている。これらの有機ＥＬ素子サンプルに対し、電圧を印加して一定時間発光させた後、リークが発生した画素の数を調べる。結果を図６に示す。

図６の「有機ＥＬ層の最厚部の位置」は、基板面内における下部電極の端部の位置をゼロとし、下部電極の端部から画素の外側に向かう方向を正とした場合の最厚部の位置を意味し、この最厚部の位置の絶対値が第１距離Ｄｅｏに相当する。一方、図６の「リーク画素発生確率」は、各第１サンプル素子において、全画素数に対する、上記発光実験によりリークが発生した画素数の割合を示す。

図６からわかるように、有機ＥＬ層の最厚部の位置が１０μｍを超えるとリーク画素発生確率は急激に増大している。これは、図１０に示すように下部電極の端部の上で有機ＥＬ層の厚さが小さくなってしまうためと考えられる。また、有機ＥＬ層の最厚部の位置が−１０μｍを下回っても、リーク画素発生確率は急激に増大する。これは、インクがバンクではじかれることにより、下部電極の端部上で有機ＥＬ層の厚さが小さくなり、場合によって下部電極の一部が露出してしまうためと考えられる。従って、上部電極と下部電極とのリークを抑制するためには、最厚部の位置の絶対値、すなわち第１距離Ｄｅｏは１０μｍ以下であることが好ましい。なお、この範囲は、有機ＥＬ層を形成する際のインクの物性やインクを乾燥させる条件などによって若干変化する可能性がある。

（下部電極の端部−バンクの端部間の第２距離Ｄｅｂの検討）
次に、第２距離Ｄｅｂとリーク画素の発生確率との関係を調べ、第２距離Ｄｅｂの好ましい範囲を検討したので、その結果を説明する。

まず、図５を参照して説明した方法により、複数の第２サンプル素子を作製する。これらの第２サンプル素子は、図５（ｄ）に示す有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有しているが、これらの第２サンプル素子における第２距離Ｄｅｂは３０μｍ以内でそれぞれ異なっている。これらの有機ＥＬ素子サンプルに対し、電圧を印加して一定時間発光させた後、リークが発生した画素の数を調べる。結果を図７に示す。

図７の「バンクの端部の位置」は、下部電極の端部の位置をゼロとし、下部電極の端部から画素の外側に向かう方向を正とした場合のバンクの端部の位置を意味し、このバンクの端部の位置の絶対値が第２距離Ｄｅｂに相当する。従って、バンクの端部の位置が負であれば、その第２サンプル素子は、図８に示すように、バンクと下部電極の周縁部とが重なって形成された構成を有することになる。一方、図７のリーク画素発生確率は、各第１サンプル素子において、全画素数に対する、上記発光実験によりリークが発生した画素数の割合を示す。

図７からわかるように、バンクの端部の位置が２０μｍを越えると、リーク画素発生確率が急激に増大する。これは、バンクと下部電極との間の間隙部が大きくなりすぎて、図１０に示すように、下部電極の端部上で有機ＥＬ層の厚さが小さくなるためと考えられる。また、バンクの端部の位置が１μｍを下回っても、リーク画素発生確率が急激に増大する。これは、有機ＥＬ層を形成する際にインクがバンクではじかれて有機ＥＬ層の厚さが小さく領域が発生するが、この厚さが小さくなる領域の下に下部電極が存在するためと考えられる（例えば図８）。従って、上部電極と下部電極とのリークを抑制するためには、バンクと下部電極とが重なっていないこと、およびバンクの端部と下部電極の端部との間の第２距離Ｄｅｂは１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。なお、この範囲は、有機ＥＬ層を形成する際のインクの物性やインクを乾燥させる条件などによって若干変化する可能性がある。

本実施形態の有機ＥＬ素子は、発光層および正孔輸送層からなる有機ＥＬ層７６を有するが、有機ＥＬ層７６の構成はこの構成に限定されない。有機ＥＬ層７６は、少なくとも発光層を含んでいれば良く、単層構造を有していても多層構造を有していても良い。例えば、有機ＥＬ層の構成は、以下の何れかであってもよい。
（１）有機発光層
（２）正孔輸送層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層

さらに、有機ＥＬ層７６に含まれる発光層は、一層でもよいし多層構造を有していてもよい。発光層に含まれる発光材料として、有機ＥＬ素子用の公知の発光材料を用いることができる。

正孔輸送層および電子輸送層（合わせて「電荷輸送層」と呼ぶ）は、それぞれ単層構造を有していても良いし、多層構造を有していても良い。電荷輸送層に含まれる電荷輸送材料として、公知の材料を用いることができる。

本発明によると、有機ＥＬ素子において、下部電極７２の端部の上に、コーヒーのシミ現象により生じた有機ＥＬ層７６の隆起部を配置させることにより、下部電極７２とバンク７７４との間に無機絶縁膜を設けることなく、上部電極７７と下部電極７２との電気的リークを抑制することができる。

具体的には、下部電極７２の端部と有機ＥＬ層７６の最も厚い部分との第１距離Ｄｅｏを１０μｍ以内とすると、下部電極７２の端部におけるリークをより確実に抑制できる。または、下部電極７２の端部とバンク７４の端部との第２距離Ｄｅｂを１μｍ以上２０μｍ以下とすると、下部電極７２の端部におけるリークをより確実に抑制できる。

また、下部電極７２とバンク７４との間隙部７５において有機ＥＬ層７６と接する材料を無機材料とすることにより、バンク７４の表面に対して撥液化処理を施す場合でも、間隙部７５の表面の親液性を維持することができる。そのため、有機ＥＬ層７６を形成する工程において、インクの液滴をバンク７４の端部まで行き渡らせることができるので、下部電極７２の端部の上に十分な厚さの有機ＥＬ層７６を形成でき、より効果的にリークを抑制できる。

本発明によれば、コーヒーのシミ現象を利用して、上部電極と下部電極との間に発生する電気的リークを抑制することにより、信頼性の高い有機ＥＬ素子を提供できる。

本発明によれば、上記有機ＥＬ素子を、製造工程数を増加させることなく、インクジェット法により製造できる。

本発明は、ボトムエミッション型およびトップエミッション型の有機ＥＬ素子に好適に適用できる。本発明の有機ＥＬ素子は、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置に好適に用いられる。

（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明による実施形態の有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図および拡大断面図である。 本発明による実施形態の有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す平面図である。 第１距離Ｄｅｏおよび第２距離Ｄｅｂを説明するための、バンクおよび下部電極の上面図である。 第１距離Ｄｅｏおよび第２距離Ｄｅｂを説明するための、バンクおよび下部電極の上面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明による実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。 有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層の最厚部の位置とリーク画素発生確率との関係を表すグラフである。 有機ＥＬ素子におけるバンクの端部の位置とリーク画素発生確率との関係を表すグラフである。 従来の有機ＥＬ素子の構成を説明するための断面図である。 従来の有機ＥＬ素子の構成を説明するための断面図である。 インクジェット法による有機ＥＬ層の形状の一例を説明するための断面図である。 （ａ）および（ｂ）はバンクの形状を例示するための平面図である。

符号の説明

４１ 基板
４２ 下部電極（陽極）
４２ｅ 下部電極の端部（エッジ）
４３ バンク
４４ 有機ＥＬ層
４５ 第１距離Ｄｅｏ
４６ 第２距離Ｄｅｂ
４７ 隆起部
４７ｔ 最厚部
４８ 中央部
５０ 上部電極（陰極）

Claims (8)

1. 絶縁性表面を有する基板と、
   前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層と
   を備えた有機ＥＬ素子であって、
   前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、
   前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、
   前記有機層は、前記第１電極の外縁の少なくとも一部の上に、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有する、有機ＥＬ素子。
2. 絶縁性表面を有する基板と、
   前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層と
   を備えた有機ＥＬ素子であって、
   前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、
   前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、
   前記有機層は、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有しており、
   前記基板の絶縁性表面に対して法線方向からみて前記第１電極の外縁に直交する直線を含み、かつ前記基板の絶縁性基板と垂直な断面において、前記第１電極の端部と、前記有機層の前記隆起部における最も厚さの大きい点との、前記基板の絶縁性表面の面内における距離が１０μｍ以下である、
   有機ＥＬ素子。
3. 絶縁性表面を有する基板と、
   前記基板の絶縁性表面の上に形成された第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極の間に形成された有機ＥＬ層と
   を備えた有機ＥＬ素子であって、
   前記第１電極を、間隔を空けて実質的に包囲する少なくとも１つのバンクをさらに備え、
   前記有機ＥＬ層は、前記少なくとも１つのバンクによって実質的に包囲された領域に形成された、前記第１電極を覆う有機層を含み、
   前記有機層は、中央部よりも厚さが大きい隆起部を有しており、
   前記基板の絶縁性表面に対して法線方向からみて、前記第１電極と前記少なくとも１つのバンクとの前記間隔が１μｍ以上２０μｍ以下である、有機ＥＬ素子。
4. 前記基板の絶縁性表面、または前記基板の上に形成された無機層は、無機材料を含んでおり、前記第１電極と前記バンクとの前記間隔において、前記有機層と前記基板の絶縁性表面または前記無機層とが接する、請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記無機材料は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む、請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記有機層は、インクジェット方式によって形成されたものである、請求項１から５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置。
8. 絶縁性表面を有する基板の前記絶縁性表面の上に第１電極を形成する工程と、
   間隔を空けて前記第１電極を実質的に包囲する少なくとも１つの撥液性バンクを、前記基板の前記絶縁性表面の上に形成する工程と、
   前記バンクによって実質的に包囲された領域に有機ＥＬ層を形成する工程と、
   前記有機ＥＬ層と電気的に接続された第２電極を形成する工程と
   を包含し、
   前記有機ＥＬ層を形成する工程は
   前記バンクによって実質的に包囲された領域に液状有機材料を供給する工程と、
   前記液状有機材料を固化させることにより、前記第１電極を覆う有機層を形成する工程とを含む、有機ＥＬ素子の製造方法。

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