JP2004071554A - 有機ｅｌパネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの位置決め時の削りかすやダストの悪影響を減じる。
【解決手段】画素電極３０の周辺を覆って、枠状の絶縁膜である第２平坦化膜（内側）３２ａおよび柱状で背の高い第２平坦化膜（外側）３２ｂを形成する。その後、有機発光層３６をマスク蒸着する際には、第２平坦化膜（外側）３２ｂが存在する部分のみがマスクと接触する。従って、マスクからの削りかすやダスト発生を低減することができ、削りかすやダストが発生しても、第２平坦化膜（外側）３２ｂと第２平坦化膜（内側）３２ａの間にトラップすることができる。
【選択図】図１

Description

　本発明は、１画素の表示領域に対応する大きさの画素電極とこれに対向する対向電極間に、少なくとも有機発光層を有する有機ＥＬ素子をマトリクス配置した有機ＥＬパネルおよびその製造方法に関する。

　従来より、フラットディスプレイパネルの１つとして、有機ＥＬディスプレイパネル（有機ＥＬパネル）が知られている。この有機ＥＬパネルは、液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤ）とは異なり、自発光であり、明るく見やすいフラットディスプレイパネルとしてその普及が期待されている。

　この有機ＥＬパネルは、有機ＥＬ素子を画素として、これを多数マトリクス状に配置して構成される。有機ＥＬ素子は、ＩＴＯなどで構成された陽極上に正孔輸送層、有機発光層、アルミなどの陰極を積層した構造を有している。なお、有機発光層と陰極との間に電子輸送層を配置する場合も多い。

　ここで、陽極は画素毎の発光領域にのみ（若干は大きい）に存在するようにパターニングする。陽極（画素電極）をパターニングすると、その周辺の角部が必然的に生じ、ここに電界が集中して、陽極と陰極とが短絡して表示不良が発生する可能性がある。そこで、通常は、この陽極の周辺部を覆う絶縁性の絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、画素電極の発光領域のみを露出してその他は全面を覆う構成にしている。この絶縁膜を形成することで、画素電極の端部における電界の集中を避けるとともに陽極とそれに対向した陰極との短絡を防止するため、有機ＥＬ素子の好適な発光を確保することができる。

　ここで、有機発光層は、各色の表示をするため、あるいは不要な発光を抑制するために、画素毎のパターニングをする必要がある。そして、この有機発光層の形成には、マスク蒸着が用いられ、画素パターンを正確に位置決めするためには、マスクの位置決めを正確に行う必要がある。

　そこで、マスクを正孔輸送層の表面に接触させた後、微調整のための移動を繰り返し、正確な位置決めを行っている。

　しかし、マスクは、比較的薄く変形しやすいため、この移動が難しいという問題があった。また、このマスクの移動によって正孔輸送層が傷ついて削りかすが落ちたり、マスクに付着していたダストが剥がれ落ち、これが有機発光層に混入し、有機発光層などの膜が分断されるなどの問題もあった。

　本発明は、有機発光層の蒸着を効果的に行える有機ＥＬパネルに関する。

　本発明では、画素電極の周辺端部を覆う絶縁膜を枠状とし、その外側に厚みの大きな凸部を設けた。このため、有機発光層などの有機膜の蒸着時におけるマスクは、画素電極の外側の凸部に支持される。従って、マスク位置決め時に削りかすやダストが発生しても、これが有機発光層などの混入するおそれが少ない。また、マスクは凸部において支持されるため、接触面積が少なくその移動による位置決めが容易になる。

　また、前記凸部を、前記絶縁膜と同一の材料で形成すれば、絶縁膜と凸部を順次形成でき、その形成が容易になる。

　また、前記凸部を、前記絶縁膜の周囲を離散的に囲むように並べられた複数の柱状材から構成すれば、マスクの接触面積を小さくすることができる。

　また、前記絶縁膜と、凸部との間に、前記絶縁膜が除去された枠状の凹溝を形成すれば、マスクと凸部との接触で生じた削りかすやダストを凹部にトラップすることができる。

　また、本発明に係る方法では、前記凸部によって、マスクを支持して、有機発光層を形成する。

　また、前記絶縁膜の厚みを形成する部分と、絶縁膜を除去する部分とを、照射光の強度を異ならせた２段階の露光によって形成することが好適である。

　以上説明したように、本実施形態によれば、画素電極の周辺端部を覆う絶縁膜を枠状とし、その外側に厚みの大きなマスク支持用の凸部を設けた。このため、有機発光層などの有機膜の蒸着時におけるマスクは、画素電極の外側の凸部に支持される。従って、マスク位置決め時に削りかすやダストが発生しても、これが有機発光層などに混入するおそれが少ない。また、マスクは凸部において支持されるため、接触面積が少なくその移動による位置決めが容易になる。

　また、前記凸部と、前記絶縁膜とを同一の材料で形成することで、絶縁膜と凸部を順次形成でき、その形成が容易になる。

　また、前記凸部は、前記絶縁膜の周囲を離散的に形成することで、マスクの接触面積を小さくすることができる。

　また、前記絶縁膜と、凸部との間には、枠状の凹溝が形成されていることで、マスクと凸部との接触で生じた削りかすやダストを凹溝にトラップすることができ、有機発光層などへの悪影響の発生を減少することができる。

　以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

　図１は、一実施形態の要部を示す断面図である。ガラス基板１０上には、ガラス基板１０からの不純物の進入を防ぐためにＳｉＮｘ、ＳｉＯ₂の順に積層された２層の絶縁層１２が全面に形成されている。この絶縁膜１２上には、多数の薄膜トランジスタが形成される。この図においては、電源ラインから有機ＥＬ素子への電流を制御する薄膜トランジスタである第２ＴＦＴが示してある。なお、各画素には、データラインからの電圧を容量へ蓄積するのを制御する第１ＴＦＴも設けられており、第２ＴＦＴは、容量に蓄積された電圧に応じてオンされ電源ラインから有機ＥＬ素子へ流れる電流を制御する。

　絶縁膜１２上には、ポリシリコンからなり活性層を形成する半導体層１４が形成され、これを覆ってＳｉＯ₂、ＳｉＮｘの順に積層された２層膜からなるゲート絶縁膜１６が形成されている。半導体層１４の中間部分の上方には、ゲート絶縁膜１６を介しＭｏ等からなるゲート電極１８が形成されており、これらを覆ってＳｉＮｘ、ＳｉＯ₂の順に積層された２層の絶縁膜からなる層間絶縁膜２０が形成されている。また、半導体層１４の両端側には、層間絶縁膜２０およびゲート絶縁膜１６にコンタクトホールを形成して例えばアルミのドレイン電極２２とソース電極２４が形成されている。

　そして、層間絶縁膜２０およびドレイン電極２２、ソース電極２４を覆って、ＳｉＮｘまたはＴＥＯＳ膜からなる水分ブロッキング層２６が全面に形成されている。

　また、この水分ブロッキング層２６の上には、アクリル樹脂などの有機材料からなる第１平坦化膜２８が形成され、その上に画素毎の有機ＥＬ素子の陽極としてＩＴＯなどの画素電極３０が形成されている。

　この画素電極３０は、その一部がソース電極２４上に至り、ここに設けられたソース電極の上端を露出するコンタクトホールの内面にも形成され、これによって、ソース電極２４と画素電極３０が直接接続されている。

　画素電極３０の発光領域以外の画素領域の周辺部は第１平坦化膜２８と同様の有機物質からなる第２平坦化膜３２でカバーされる。従って、第２平坦化膜３２は、画素電極の周囲を取り囲む枠状である。本実施形態では、画素電極はほぼ四角形状であり、第２平坦化膜３２は、四角枠状である。ただし、枠状に限定されるものではなく、画素電極の形状に対応した形状であればよい。

　そして、第２平坦化膜３２及び画素電極３０の上には正孔輸送層３４が全面に形成される。ここで、第２平坦化膜３２は発光領域において開口されているため、正孔輸送層３４は発光領域において陽極である画素電極３０と直接接触する。また、この正孔輸送層３４の上には、発光領域より若干大きめで画素毎に分割された発光層３６、電子輸送層３８がこの順番で積層され、その上にアルミなどの陰極４０が全面に形成されている。すなわち、有機発光層３６および電子輸送層３８は、形成の際の位置ずれに対応するため画素電極３０より大きいが、画素領域内にのみ存在するように、第２平坦化膜３２上にまで延びるが、すぐに終端している。

　このような構成において、第２ＴＦＴがオンすると、ソース電極２４を介し電流が有機ＥＬ素子の画素電極３０に供給され、画素電極３０、陰極４０間に電流が流れ、有機ＥＬ素子が電流に応じて発光する。

　ここで、本実施形態によれば、画素電極３０の周辺エッジを覆う第２平坦化膜３２がパターニングされている。すなわち、本実施形態では、側方に長く延びず、画素電極３０の周辺で終端する比較的背の低い第２平坦化膜（内側）３２ａと、第２平坦化膜（内側）３２ａから若干の間隙をおいて、これを取り囲むように形成された第２平坦化膜（外側）３２ｂとから構成されている。

　ここで、第２平坦化膜（内側）３２ａは、画素電極３０の周辺の周辺エッジを覆うことが目的であり、画素電極３０の周辺を覆って連続した枠状に形成される。一方、第２平坦化膜（外側）３２ｂは、有機ＥＬの有機発光層３６、電子輸送層３８を形成する際の蒸着用マスクを支持するためのものであり、必ずしも連続している必要はない。そこで、この第２平坦化膜（外側）３２ｂは、連続した枠状ではなく柱状に形成され、これをを所定間隔をおいて枠状に並べて形成されている。また、この第２平坦化膜（外側）３２ｂの高さは、第２平坦化膜３２ａより高くなっている。また、第２平坦化膜（外側）３２ｂは、第２平坦化膜３２ａと同一の材料で構成されている。通常は、第２平坦化膜（外側）３２ｂは、第２平坦化膜３２ａは同一のプロセスで堆積され、パターニングの際に、その高さが異なるように形成される。

　さらに、第２平坦化膜（外側）３２ｂは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したように、直線上の凸部でもよい。すなわち、第２平坦化膜（外側）３２ｂは、図７（Ａ）ではカラム方向に伸びる凸部として形成されており、図７（Ｂ）ではロウ方向に伸びる凸部として形成されている。また、この例では、各第２平坦化膜（外側）３２ｂを連続した直線上のものとしたが、上述の例のように、柱状の凸部を整列して構成してもよい。なお、図においては、マトリクス状に配置された画素のうち、４つのみを示している。

　第２平坦化膜３２ａの外側には、第１平坦化膜２８が露出された枠状の部分が構成され、その外側に背の高い第２平坦化膜（外側）３２ｂが形成されることになる。

　このような画素構成を有する有機ＥＬパネルは、まずガラス基板３０上に第２ＴＦＴや第１ＴＦＴ、さらには周辺のドライバ回路のＴＦＴを、同一プロセスで形成する。そして、全面を第１平坦化膜２８で覆い、表面を平坦化する。

　次に、ソース電極２４にコンタクトホールを形成した後、ＩＴＯをスパッタによって堆積した後、エッチングによって画素電極３０を発光領域の形（四角形）にパターニング形成する。

　そして、その後に、全面に感光剤を含むアクリル系樹脂剤からなる第２平坦化膜３２を全面にスピンコートし、不要部分または必要部分のいずれかに光を照射して、フォトリソグラフィーによってパターニングする。

　ここで、この第２平坦化膜３２および第２平坦化膜（外側）３２ｂのパターニングは、例えば２段露光によって行われる。この場合には、まず第２平坦化膜３２を全面に形成する。次に、図６（Ａ）に示すように第２平坦化膜（外側）３２ｂ以外の部分について、第１のマスク５０−１を用いて第１の露光を行う。その次に、図６（Ｂ）に示すように、第２のマスク５０−２を用いて第２平坦化膜３２および第２平坦化膜（外側）３２ｂの部分を除いて第２の露光を行う。これによって、第２平坦化膜（外側）３２ｂには、第１および第２の露光のいずれも行われず、第２平坦化膜（内側）３２ａには、第２の露光のみが行われる。

　そして、露光した部分をエッチングで除去する。これによって、２度の露光を受けた部分については有機材料がすべて除去され、第２平坦化膜（内側）３２ａの部分については、高さが減少される除去が行われる。

　また、２段露光に代えて１段の露光を用いることもできる。この場合には、グレートーンの露光を行う。すなわち、露光の際のマスクに、スリット状や、グリッド状の開口を有するグレートーンのマスクを使用する。すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、露光量を大きくしたい第２平坦化膜３２を除去してしまう部分に対応するマスク部分を通常の開口５２とし、第２平坦化膜（内側）３２ａに対応するマスク部分にグリッド状の開口５４とする。これよって、開口５４の開口率を所定のものにでき、第２平坦化膜について除去したい量に応じた露光を行うことができ、その後のエッチングによって２段階の深さの除去が行える。

　これによって、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、四角形状の画素電極３０を周辺エッジを覆う枠型の第２平坦化膜（内側）３２ａと、第２平坦化膜（内側）３２ａの外側を間隔をあけて取り囲む柱状の突起の並びからなる第２平坦化膜（外側）３２ｂが形成される。

　次に、正孔輸送層３４が真空蒸着によって全面に形成され、その上に有機発光層３６をマスク蒸着するためのマスクがセットされる。この状態を図３に示す。このように、第２平坦化膜（外側）３２ｂの頂部により、マスク５０が支持される。このマスクは、例えばニッケルで形成されており、画素電極３０よりやや大きめの領域が開口５２となっており、この開口５２が画素電極３０に一致するように位置決めする。そして、この位置決めが完了してから、有機発光層３６を真空蒸着される。

　次に、マスクを残したまま引き続き電子輸送層３８が真空蒸着され、その後、マスクが取り去られ、陰極４０が真空蒸着される。これによって、マスク交換の作業がなくなり、ダストが混入する可能性も減少できる。なお、電子輸送層３８の方の蒸着について異方性を高くすることで、同一のマスクを使用しても、電子輸送層３８の方を有機発光層３６より小さくすることで、電子輸送層３８を有機発光層３６上に確実に支持することができる。

　なお、画素電極３０は、例えば６０μｍ角で、第２平坦化膜３２は幅１０〜２０μｍ程度とし、数μｍ程度画素電極３０とオーバーラップするとよい。

　このようにして、第２平坦化膜３２のパターニングが終了した後に、有機ＥＬ素子の各層が蒸着される。このとき、マスクを正確に位置決めすることが重要であり、マスクを正孔輸送層３４に接触させた状態でマスクの位置決めを行う。

　本実施形態では、マスクはマスク支持部（凸部）として機能する第２平坦化膜（外側）３２ｂの部分の正孔輸送層３４にのみ接触する。従って、マスクが接触する面積が比較的小さく容易に位置決めができる。

　さらに、このマスク位置決めの際のマスクの移動によって、正孔輸送層３４が一部削り取られ削りかすが生じたり、マスクに付着していたダストが落下する可能性もある。ところが、本実施形態においては、第２平坦化膜（外側）３２ｂの内側には、第２平坦化膜（内側）３２ａを取り囲むように第２平坦化膜３２が存在しない領域（凹溝）が形成されている。また、第２平坦化膜（外側）３２ｂは柱状であり、その周囲が凹部になっている。従って、マスク位置決め時に発生した削りかすやダストは、その周囲の凹部にトラップされ、その他の領域に拡散することを防止できる。特に、内側に落ちた削りかすやダストが凹溝にトラップされるため、画素電極３０上に至ること有効に防止できる。そこで、削りかすやダストが画素電極３０上に位置し、比較的薄い有機ＥＬの有機膜に悪影響を及ぼすことを効果的に防止することができる。なお、各層の厚みは、正孔輸送層３４：１５０〜２００ｎｍ、有機発光層３６：３５ｎｍ、電子輸送層３８：３５ｎｍ、陰極４０：３００〜４００ｎｍ程度である。従って、削りかすやダストが１００ｎｍ程度の径を持つと大きな影響が及ぼされるが、本実施形態によれば、このような悪影響を効果的に防止することができる。

　このように、本実施形態では、第２平坦化膜３２を全面に形成するのではなく、画素電極３０の周囲に限定し、かつ高さを２段階として、その間に凹溝を設けた。そこで、有機発光層３６を形成する際に使用するマスクは、この第２平坦化膜（外側）３２ｂが形成された部分のみで、支持される。そこで、マスクの接触面積が少なくなり、移動が容易でかつ位置合わせが容易になる。そして、マスク位置決め時に削りかすやダストが落ちても、削りかすやダストは凹溝にトラップされ、画素領域における有機層に問題が生じる可能性が低い。

　さらに、第２平坦化膜３２を形成する際に、表示と関係がない領域に第２平坦化膜（外側）３２ｂと同様のマスク支持用の支持部材を適宜形成しておくことも好適である。これによって、マスクの支持が適切に行え、かつマスクの位置決めも容易となる。なお、支持部材は、表示領域の周辺のドライバ回路上の全体を覆うようにしてもよいし、その一部のみを覆うようにしてもよい。

　なお、画素電極が四角形以外の場合にも支持部材である第２平坦化膜を画素電極の周辺部に配置すればよい。すなわち「枠型」はその場合も含んでいる。

　さらに、上述の例では、有機ＥＬの有機膜をマスクを利用する真空蒸着で行った。しかし、有機膜の形成方法としては、ドナーシートを利用する方法もある。例えば、発光層を形成する場合には、画素電極３０上に正孔輸送層を形成した後、図５（Ａ）に示すように、プラスチック製の基材６０ａ上に形成したい発光層についての有機材料層６０ｂが蒸着によって形成されたドナーシート６０を有機材料層６０ｂが画素電極（正孔輸送層）に向くようにして設置する。このとき、ドナーシート６０は、前記マスクと同様に、第２平坦化膜（外側）３２ｂの頂部に支持する。この状態で、画素に対応した部分についてレーザ（矢印で示す）を照射する。これによって、図５（Ｂ）に示すように、レーザが照射された部分の有機材料層６０ｂがレーザの熱によって、飛散して、画素電極上（正孔輸送層上）に堆積する。例えば、赤のドナーシートを配置した後、赤の画素上のドナーシートにレーザ照射し、赤の発光層を形成する。緑、青についても同様にして画素電極上に有機膜を形成することができる。また、電子輸送層などについても同様に形成できる。

　この場合には、第２平坦化膜（外側）３２ｂにおいて、ドナーシート６０を支持できるため、不要な部分に有機材料が付着してしまうような不具合の発生を効果的に防止することができる。また、ドナーシート６０を利用することで、蒸着マスクを利用する必要がなくなり、大きな基板についての有機膜の形成についても容易に行うことができる。なお、ドナーシートの基材６０ａとしては、プラスチックだけでなく、ガラスも利用できる。

画素部分の断面構成を示す図である。 画素電極および絶縁膜である第２平坦化膜（内側）と、マスク支持部材である第２平坦化膜（外側）の形状を説明する図である マスクをセットした状態を示す図である。 グレートーンの開口を有する露光用マスクの平面および断面を示す図である。 ドナーシートをセットした状態およびドナーシート上の所定部分の有機材料層が、電極上に堆積された状態を示す図である。 ２段階露光を示す図である。 第２平坦化膜（外側）の他の形状を示す図である。

符号の説明

　１０　ガラス基板、１２　絶縁層、１４　半導体層、１６　ゲート絶縁膜、１８　ゲート電極、２０　層間絶縁膜、２２　ドレイン電極、２４　ソース電極、２６　水分ブロッキング層、２８　第１平坦化膜、３０　透明電極、３２　第２平坦化膜、３２ａ　第２平坦化膜（内側）、３２ｂ　第２平坦化膜（外側）、３４　正孔輸送層、３６　有機発光層、３８　電子輸送層、４０　陰極。

Claims (12)

1. 　１画素の発光領域に対応する大きさの画素電極とこれに対向する対向電極間に、少なくとも有機発光層を有する有機ＥＬ素子をマトリクス配置した有機ＥＬパネルであって、
   　前記画素電極の周辺端部を覆う枠型の絶縁膜と、
   　この絶縁膜の外側に設けられ、前記絶縁膜より厚みの大きな凸部と、
   　を有することを特徴とする有機ＥＬパネル。
2. 　請求項１に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
   　前記凸部は、前記絶縁膜と同一の材料で形成されていることを特徴とする有機ＥＬパネル。
3. 　請求項１または２に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
   　前記凸部は、前記絶縁膜の周囲を離散的に囲むように並べられた複数の柱状材から構成されることを特徴とする有機ＥＬパネル。
4. 　請求項１に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
   　前記絶縁膜と、凸部との間には、前記絶縁膜が除去された枠状の凹部が形成されていることを特徴とする有機ＥＬパネル。
5. 　請求項１に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
   　前記凸部は、蒸着用マスクを支持するマスク支持部として機能する。
6. 　請求項１に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
   　前記凸部は、レーザの照射により有機材料を放出するドナーシートを支持する支持部として機能する。
7. 　１画素の発光領域に対応する大きさの画素電極とこれに対向する対向電極間に、少なくとも有機発光層を有する有機ＥＬ素子をマトリクス配置した有機ＥＬパネルの製造方法であって、
   　画素電極を形成する工程と、
   　この画素電極上に画素電極の周辺端部を覆う枠型の絶縁膜およびこの絶縁膜の外側に設けられ、前記絶縁膜より厚みの大きな凸部を形成する工程と、
   　前記凸部によって、マスクを支持して、有機発光層を形成する工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
8. 　請求項７に記載の有機ＥＬパネルの製造方法において、
   　前記絶縁膜と、凸部は、前記絶縁膜の厚みを形成するための第１の露光と、絶縁膜を除去するための第２の露光からなる２段階の露光によって形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
9. 　請求項７に記載の有機ＥＬパネルの製造方法において、
   　前記絶縁膜を形成する部分にグレートーン露光を行うことで、前記絶縁膜を除去する部分と、前記絶縁膜の部分と、凸部との露光量を異ならせ、前記絶縁膜と、前記凸部を形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
10. 　１画素の発光領域に対応する大きさの画素電極とこれに対向する対向電極間に、少なくとも有機発光層を有する有機ＥＬ素子をマトリクス配置した有機ＥＬパネルの製造方法であって、
    　画素電極を形成する工程と、
    　この画素電極上に画素電極の周辺端部を覆う枠型の絶縁膜およびこの絶縁膜の外側に設けられ、前記絶縁膜より厚みの大きな凸部を形成する工程と、
    　前記凸部によって、有機発光材料層が形成されたドナーシートを支持して、この状態でレーザを照射して前記ドナーシートから有機発光材料を放出させて、画素電極上に堆積して有機発光層を形成する工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
11. 　請求項１０に記載の有機ＥＬパネルの製造方法において、
    　前記絶縁膜と、凸部は、前記絶縁膜の厚みを形成するための第１の露光と、絶縁膜を除去するための第２の露光からなる２段階の露光によって形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。
12. 　請求項１０に記載の有機ＥＬパネルの製造方法において、
    　前記絶縁膜を形成する部分にグレートーン露光を行うことで、前記絶縁膜を除去する部分と、前記絶縁膜の部分と、凸部との露光量を異ならせ、前記絶縁膜と、前記凸部を形成することを特徴とする有機ＥＬパネルの製造方法。

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