JP4368167B2

JP4368167B2 - 有機ｅｌ用カラー化基板及び有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP4368167B2
Application number: JP2003305744A
Authority: JP
Inventors: 雅朗浅野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005078869A

Description

本発明は、有機ＥＬ用カラー化基板及び有機ＥＬ表示装置に関する。

有機ＥＬ素子は、自己発色により視認性が高いこと、液晶ディスプレーと異なり全固体ディスプレーであること、温度変化の影響をあまり受けないこと、視野角が大きいこと等の利点をもっており、近年、画像表示装置の画素等としての実用化が進んでいる。

有機ＥＬ素子を用いた画像表示装置としては、（１）三原色の有機ＥＬ素子層を各発光色毎に所定のパターンで形成したもの、（２）白色発光の有機ＥＬ素子層を使用し、三原色のカラーフィルタを介して表示するもの、（３）青色発光の有機ＥＬ素子層を使用し、蛍光色素を利用した色変換蛍光体層を設置して、青色光を緑色蛍光や赤色蛍光に変換して三原色表示をするもの等が提案されている。
しかし、上記の（１）の有機ＥＬ表示装置では、異なる色の光を発光させて多色化させるには、各色の発光材料を開発する必要があり、材料自体が有機化合物であるため、フォトリソグラフィー法による多色化パターニングにおける耐性が乏しいという問題がある。また、フォトリソグラフィー法以外のドライプロセスでの多色化パターニングは工程が複雑であり、量産化の点で問題がある。

そこで、上記（１）以外の（２）及び（３）の有機ＥＬ表示装置として、透明基板上に順次少なくとも、カラーフィルター層、透明保護層、透明バリア層及び透明電極層を設けた有機ＥＬ用カラー化基板並びに該有機ＥＬ用カラー化基板の透明電極層側にさらに有機ＥＬ素子層及び背面電極層を設けた有機ＥＬ表示装置の活用が考えられる。

近年、有機ＥＬ素子が盛んに研究されている。

これは、ホール注入電極上にＴＰＤ等のホール輸送材料を薄膜状に蒸着し、さらにＭｇ等の仕事関数の小さい金属電極（電子注入電極）を形成した基本構成を有する素子で、１０Ｖ前後の電圧で数百から数万ｃｄ／ｍ²と極めて高い輝度が得られることで注目されている。

ところで、有機ＥＬ素子のカラー化方式であるカラーフィルター方式や色変換方式による有機ＥＬ表示装置において、使用される材料系から脱離するガス成分により有機ＥＬ素子が劣化するのを防止するためにバリア膜を設けることが行われている（例えば、特許文献１〜５参照。）。

特開２００２−１００４６９号公報特開２００２−１１７９７６号公報特開２００２−１３４２６８号公報特開２００２−１７５８８０号公報特開２００２−１８４５７８号公報

しかし、ピンホールレスのバリア膜を得ることは技術的に困難であるところ、ピンホールがあるとそこに脱離ガス成分が集中し、その部分に該当する有機ＥＬ素子が劣化し、発光しなくなる。

本発明の課題は、バリア膜のピンホールに脱離ガス成分が集中し、その部分に該当する有機ＥＬ素子が劣化し、発光しなくなる問題点を解決することである。

本発明者等は、前記の課題を解決するために種々検討を重ねた結果、透明バリア層の表示画面部の非表示領域にピンホールを存在させることにより、所望の有機ＥＬ表示装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、透明基板上に順次少なくとも、カラーフィルター層、透明保護層、透明バリア層及び透明電極層を設けた有機ＥＬ用カラー化基板において、前記透明バリア層にピンホールを存在させたことを特徴とする有機ＥＬ用カラー化基板、並びに、該有機ＥＬ用カラー化基板の透明電極層側にさらに有機ＥＬ素子層及び背面電極層を設けた有機ＥＬ表示装置において、前記透明バリア層の特定した領域にピンホールを存在させたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置からなるものである。

本発明によれば、バリア膜にピンホールを設けることで、バリア膜のピンホールに脱離ガス成分が集中し、その部分に該当する有機ＥＬ素子が劣化し、発光しなくなるようなことがなくなり、高品質の有機ＥＬ用カラー化基板及び高品質の画像表示が可能な有機ＥＬ表示装置が得られる。

本発明においては、透明バリア層の表示画面部において表示領域以外の部分に故意にピンホールを存在させる。そうすると、表示領域に技術的に不可避の微小ピンホールがあっても、故意に存在させたピンホールに脱離ガス成分が優先的に流れ、表示領域において透明バリア層の微小ピンホールから流出する脱離ガス成分の量が減り、ＥＬ素子の劣化防止、有機ＥＬ表示装置の表示性能向上に結びつく。

図１は、カラーフィルター層を設けた有機ＥＬ表示装置の正面断面図を示す。
透明バリア層に故意に存在させるピンホールの形状は、ライン状、□型や○型の破線状（パーフォレーション状）等、形状を問わない。
図２〜４は、バリア膜の平面図で、存在させるピンホールの形状を例示したものである。図２は、○型の破線状ピンホールを存在させたものを示し、図３は、ライン状ピンホールを存在させたものを示し、図４は、○型の破線状ピンホールとライン状ピンホールとを組み合わせて存在させたものを示す。

ピンホールのサイズは、脱離ガスを通過可能で、画面表示に影響がない限り大きさを問わない。

ピンホールの面積は、表示画面部全体の０．００１〜１０％であり、表示画面部非表示領域の１〜９０％である。表示画面部全体のピンホールの面積が０．００１％未満では効果が十分でなく、１０％を越えると点灯しない領域が多くなり、情報、画像の伝達に支障を来たす。表示画面部非表示領域のピンホールの面積が１％未満では効果が十分でなく、９０％を越えると非表示領域にたまった水分が表示領域に拡散して非点灯を招く。

そして、透明バリア層の表示画面部において表示領域以外の部分（非表示領域）に故意にピンホールを存在させることが効果的である。
すなわち、透明バリア層に故意に存在させるピンホールの位置は、表示領域以外のブラックマトリクス（以下、「ＢＭ」ということがある。）部や表示画面部の外周部であるのが好ましいが、それらを組み合わせてもよい。さらに、透明バリア層の特定した領域にピンホールを存在させてもよい。

ピンホール形成手段としては、バリア膜形成後、レジストパターニング、ドライエッチングを順次施すとよい。また、レジストパターニングしたものの上にバリア膜を形成して、該レジストをリフトオフ法で除去してもよい。

さらには、透明バリア層に故意に存在させるピンホールの形状や位置にとらわれることなく、基板上にパーティクルが付着する環境でバリア膜を形成し、次いで該パーティクルを部分的に洗浄、除去してもよい。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって限定して解釈されるべきではない。

ブラックマトリクスの形成
透明基材として、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み０．７ｍｍのソーダガラス（セントラル硝子社製Ｓｎ面研磨品）を準備した。この透明基材を定法にしたがって洗浄した後、透明基材の片側全面にスパッタリング法により酸化窒化複合クロムの薄膜（厚み０．２μｍ）を形成し、この複合クロム薄膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、複合クロム薄膜のエッチングを行って、８４μｍ×２８４μｍの長方形状の開口部を１００μｍピッチでマトリクス状に備えたブラックマトリクスを形成した。

カラーフィルター層の形成
赤色、緑色、青色の３種の着色層用感光性塗料を調製した。すなわち、赤色着色層用感光性塗料は、ペリレン系顔料、レーキ顔料、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、アントラキノン系顔料、アントラセン系顔料、イソインドリン系顔料等の単品、あるいは、２種以上の混合物からなる着色材をバインダー樹脂に分散させたものとした。バインダー樹脂としては、透明（可視光透過率５０％以上）な樹脂が好ましく、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の透明樹脂が挙げられる。また、着色材の含有量は、形成された着色層中に５〜５０重量％含有されるように設定した。

緑色着色層用感光性塗料は、ハロゲン多置換フタロシアニン系顔料、ハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等の単品、あるいは、２種以上の混合物からなる着色材をバインダー樹脂に分散させたものとした。バインダー樹脂としては、上記の透明樹脂が挙げられ、着色材の含有量は、形成された着色層中に５〜５０重量％含有されるように設定した。
青色着色層用感光性塗料は、銅フタロシアニン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等の単品、あるいは、２種以上の混合物からなる着色材をバインダー樹脂に分散させたものとした。バインダー樹脂としては、上記の透明樹脂が挙げられ、着色材の含有量は、形成された着色層中に５〜５０重量％含有されるように設定した。

次に、上記の３種の着色層用感光性塗料を用いて各色の着色層を形成した。すなわち、ブラックマトリクスが形成された上記の透明基材全面に、緑色着色層用の感光性塗料をスピンコート法により塗布し、プリベーク（８０℃、３０分間）を行った。その後、所定の着色層用フォトマスクを用いて露光した。次いで、現像液（０．０５％ＫＯＨ水溶液）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（１００℃、３０分間）を行って、ブラックマトリクスパターンに対して所定の位置に帯状（幅９０μｍ）の緑色着色層（厚み１．５μｍ）を形成した。
同様に、赤色着色層の感光性塗料を用いて、ブラックマトリクスパターンに対して所定の位置に帯状（幅９０μｍ）の赤色着色層（厚み１．５μｍ）を形成した。さらに、青色着色層の感光性塗料を用いて、ブラックマトリクスパターンに対して所定の位置に帯状（幅９０μｍ）の青色着色層（厚み１．５μｍ）を形成した。

透明保護層の形成
平均分子量が約１０００００であるノルボルネン系樹脂（ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ）をトルエンで希釈した透明保護層用塗布液を使用し、スピンコート法により透明基材上に塗布した後、ベーク（１００℃、３０分間）を行った。これにより、上記の色変換蛍光体層を覆うように透明保護層（厚み７μｍ）を形成した。形成した透明保護層は、透明かつ均一な膜であった。

透明保護層の表面平坦化処理
上述のように形成した透明保護層に対し、＃８００程度の研磨テープを用いて純水を噴霧しながらラッピング研磨を行った。次いで、透明保護層に対し、回転研磨機（ＳｐｅｅｄＦａｍ社製）を使用してアルミナの微粒子研磨剤を噴霧しながら鏡面研磨（ポリッシング）を行った。

透明バリア層の形成
次に、上記の透明保護層上にスパッタリング法により下記の条件で酸化窒化珪素膜（厚み０．３μｍ）を成膜して透明バリア層（ＳｉＯＮ膜；Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）＝０．６））を形成した。
（酸化珪素膜の成膜条件）
・Ｓｉ₃Ｎ₄ターゲット：３Ｎ（密度１．８０ｇ／ｃｍ³）
・酸素ガス導入量：３ｓｃｃｍ
・アルゴンガス導入量：４０ｓｃｃｍ
・ＲＦパワー：５００Ｗ
・基板温度：１００℃

この透明バリア層の表面の尖度をデジタルインストロメント社製ＳＰＭ：Ｄ−３０００により測定した結果、３（観察範囲５μｍ平方）であった。また、透明バリア層の最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）をデジタルインストロメント社製ＳＰＭ：Ｄ−３０００により測定した結果、７μｍ（観察範囲５μｍ平方）であった。

次いで、上記の透明バリア層上に、感光レジストを塗布し、所望のパターンを有するフォトマスクを使用して露光、現像した後に、ＣＦ₄ガスあるいはＳＦ₆ガス及び酸素の混合ガスによる反応性エッチングにより、該レジスト形成されていない部分の透明バリア膜を反応性エッチングする。後に該レジストパターンを除去することで、所望のピンホールを有するバリア膜を形成した。

透明電極層の形成
次いで、上記の透明バリア層上にイオンプレーティング法により膜厚１５０ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極膜を形成し、このＩＴＯ電極膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、ＩＴＯ電極膜のエッチングを行って、透明電極層を形成した。

補助電極の形成
次に、上記の透明電極層を覆うように透明バリア層上の全面にスパッタリング法によりクロム薄膜（厚み０．２μｍ）を形成し、このクロム薄膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、クロム薄膜のエッチングを行って、補助電極を形成した。この補助電極は、透明基材上から色変換蛍光体層上に乗り上げるように透明電極層上に形成されたストライプ状のパターンであった。

絶縁層と隔壁部の形成
平均分子量が約１０００００であるノルボルネン系樹脂（ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ）をトルエンで希釈した透明保護層用塗布液を使用し、スピンコート法により透明電極層を覆うように透明バリア層上に塗布した後、ベーク（１００℃、３０分間）を行って絶縁膜（厚み１μｍ）を形成した。次に、この絶縁膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、絶縁膜のエッチングを行って絶縁層を形成した。この絶縁層は、透明電極層と直角に交差するストライプ状（幅２０μｍ）のパターンであり、ブラックマトリクスの遮光部上に位置するものとした。

次に、隔壁部用塗料（日本ゼオン社製フォトレジストＺＰＮ１１００）をスピンコート法により絶縁層を覆うように全面に塗布し、プリベーク（７０℃、３０分間）を行った。その後、所定の隔壁部用フォトマスクを用いて露光し、現像液（日本ゼオン社製ＺＴＭＡ−１００）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（１００℃、３０分間）を行った。これにより、絶縁層上に隔壁部を形成した。この隔壁部は、高さ１０μｍ、下部（絶縁層側）の幅１５μｍ、上部の幅２６μｍである形状を有するものであった。

青色有機ＥＬ素子層の形成
次いで、上記の隔壁部をマスクとして、真空蒸着法により正孔注入層、発光層、電子注入層からなる青色有機ＥＬ素子層を形成した。すなわち、まず、４，４′，４″−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミンを、画像表示領域に相当する開口部を備えたフォトマスクを介して２００ｎｍ厚まで蒸着して成膜し、その後、４，４′−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルを２０ｎｍ厚まで蒸着して成膜することによって、隔壁部がマスクパターンとなり、各隔壁部間のみを正孔注入層材料が通過して透明電極層上に正孔注入層が形成された。同様にして、４，４′−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルを５０ｎｍまで蒸着して成膜することにより発光層とした。その後、トリス（８−キノリノール）アルミニウムを２０ｎｍ厚まで蒸着して成膜することにより電子注入層とした。このようにして形成された青色有機ＥＬ素子層は、幅２８０μｍの帯状パターンとして各隔壁部間に存在するものであり、隔壁部の上部表面にも同様の層構成でダミーの青色有機ＥＬ素子層が形成された。

背面電極層の形成
次に、画像表示領域よりも広い所定の開口部を備えたフォトマスクを介して上記の隔壁部が形成されている領域に真空蒸着法によりマグネシウムと銀を同時に蒸着（マグネシウムの蒸着速度＝１．３〜１．４ｎｍ／秒、銀の蒸着速度＝０．１ｎｍ／秒）して成膜した。
これにより、隔壁部がマスクとなって、マグネシウム／銀混合物からなる背面電極層（厚み２００ｎｍ）が青色有機ＥＬ素子層上に形成された。この背面電極層は、幅２８０μｍの帯状パターンとして青色有機ＥＬ素子層上に存在するものであり、隔壁部の上部表面にもダミーの背面電極層が形成された。

以上により、有機ＥＬ表示装置を得た。この有機ＥＬ表示装置の透明電極層と背面電極層に直流８．５Ｖの電圧を１０ｍＡ／ｃｍ²の一定電流密度で印加して連続駆動させることにより、透明電極層と背面電極層とが交差する所望の部位の青色有機ＥＬ素子層を発光させた。そして、カラーフィルター層で色補正された後、透明基材の反対面側で観測される各色の発光について、ダークエリアによる不良発生率を測定した結果、０．５％であり、高品質の三原色画像表示が可能なものであった。

下記以外は、実施例１と同様に行った。
つまり、透明バリア層の形成の前に、透明保護層上に、感光レジストを塗布し、所望のパターンを有するフォトマスクを使用して露光、現像し所望のレジストパターンを形成する。次いで、実施例１と同様に透明バリア層の形成を行う。
そして、透明バリア層の形成の後に、所望の形状でパターニングされたレジストを除去することで、レジスト上のバリア層ごと除去し、所望のピンホールを有するバリア膜を形成した。以後はまた、実施例１と同様に行った。

カラーフィルター層中ＢＭ位置に相当する、透明バリア層の位置のみにピンホールを存在させるようにした以外は、実施例１と同様に行った。

カラーフィルター層の形成の後、透明保護層の形成の前に、色変換蛍光体層の形成を下記のように行った以外は、実施例１と同様に行った。
つまり、青色変換ダミー層用塗布液（富士ハントエレクトロニクステクノロジー社製カラーモザイクＣＢ−７００１）をスピンコート法により着色層上に塗布し、プリベーク（８０℃、３０分間）を行った。次いで、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、ポストベーク（１００℃、３０分間）を行った。これにより、青色着色層上に帯状（幅９０μｍ）の青色変換ダミー層（厚み１０μｍ）を形成した。

次いで、緑色変換蛍光体（アルドリッチ社製クマリン６）を分散させたアルカリ可溶性ネガ型レジストを緑色変換蛍光体層用塗布液とし、これをスピンコート法により着色層上に塗布し、プリベーク（８０℃、３０分間）を行った。次いで、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、ポストベーク（１００℃、３０分間）を行った。これにより、緑色着色層上に帯状（幅９０μｍ）の緑色変換蛍光体層（厚み１０μｍ）を形成した。

さらに、赤色変換蛍光体（アルドリッチ社製ローダミン６Ｇ）を分散させたアルカリ可溶性ネガ型レジストを赤色変換蛍光体層用塗布液とし、これをスピンコート法により着色層上に塗布し、プリベーク（８０℃、３０分間）を行った。次いで、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、ポストベーク（１００℃、３０分間）を行った。これにより、赤色着色層上に帯状（幅９０μｍ）の赤色変換蛍光体層（厚み１０μｍ）を形成した。

実施例２〜４によるといずれも、実施例１と同様に、有機ＥＬ素子の劣化が押さえられ、発光状態がよくて、得られた有機ＥＬ用カラー化基板は高品質で、有機ＥＬ表示装置は高品質の画像表示が可能であった。

カラーフィルター層を設けた有機ＥＬ表示装置の正面断面図を示す。バリア膜の平面図で、○型の破線状ピンホールを存在させたものを示す。バリア膜の平面図で、ライン状ピンホールを存在させたものを示す。バリア膜の平面図で、○型の破線状ピンホールとライン状ピンホールとを組み合わせて存在させたものを示す。

符号の説明

１透明基板
２透明保護層
３透明バリア層
４透明電極層
５有機ＥＬ層
６背面電極層
７ピンホール
８カラーフィルター層
９外周部
１０ブラックマトリクス

Claims

透明基板上に順次少なくとも、カラーフィルター層、透明保護層、透明バリア層及び透明電極層を設けた有機ＥＬ用カラー化基板において、前記透明バリア層の表示画面部の非表示領域にピンホールを存在させたことを特徴とする有機ＥＬ用カラー化基板。
透明基板上に順次少なくとも、カラーフィルター層、色変換蛍光体層、透明保護層、透明バリア層及び透明電極層を設けた有機ＥＬ用カラー化基板において、前記透明バリア層の表示画面部の非表示領域にピンホールを存在させたことを特徴とする有機ＥＬ用カラー化基板。
前記非表示領域がカラーフィルター層のブラックマトリクス部の位置に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ用カラー化基板。
前記ピンホールを前記表示画面部全体の０．００１％以上１０％未満の面積になるように存在させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ用カラー化基板。
前記ピンホールを前記表示画面部の非表示領域の１％以上９０％未満の面積になるように存在させたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ用カラー化基板。
前記有機ＥＬ用カラー化基板の透明電極層側にさらに有機ＥＬ素子層及び背面電極層を設けた請求項１から５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。