JP2007095379A - 有機ｅｌ表示装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ材料をインクジェット滴下で塗布する際の混色の発生とバンク膜剥がれのない有機ＥＬ表示装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板上の電極ＥＬＤの上に１画素領域を区画するバンクＢＮＫが該１画素領域ＰＡを囲んで形成されている。バンクＢＮＫの原料としてポリメチルシラザンを用い、このポリメチルシラザンを電極ＥＬＤ上に塗布後、ホトリソプロセスでバンク形状にパターン化し、最終的にポリメチルシロキサンとする。ポリメチルシロキサンの表面にあるメチル基が撥液性を示し、かつ下地と密着して高い接着性を持つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に係り、特に基板に設けた電極上にインクジェット塗布方式で使用するバンクと基板の密着性を向上させた有機ＥＬ表示装置とその製造方法に関する。

大型のパネルディスプレイ（所謂、平板型表示装置、以下、パネルディスプレイを単にパネルとも称する）への適用が期待される高分子系エレクトロルミネッセンスパネル（有機ＥＬ表示装置、以下単に有機ＥＬパネル、あるいはＯＬＥＤとも称する）、あるいは薄膜トランジスタ等の半導体素子を含む各種の電子装置の活性領域等の構成層の形成にインクジェット塗布方式（以下、単にインクジェット法、あるいはＩＪ法と称する）の応用が考えられている。

インクジェット法は、微小領域に均一な薄膜を形成するために適した塗布方法である。例えば、フルカラーの有機ＥＬパネルでは、一般に、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の各副画素（サブピクセル）で一つのカラー画素（ピクセル）を構成する。なお、有機ＥＬパネルは有機ＥＬ素子と称する場合もあるが、ここでは、有機ＥＬパネルと表記する。

従来、有機ＥＬパネルの製造方法として、（１）真空蒸着法による低分子材料の成膜、（２）インクジェット法やスクリーン印刷法など湿式法による高分子材料の成膜、の2種類が知られている。しかし、真空蒸着法を大型画面サイズの有機ＥＬパネルの製造に適用することは、蒸着マスクの大型化を伴うことから困難であること、またマスクを用いることから材料利用効率が低いという欠点がある。一方、高分子材料は精製が困難であり、寿命が短い（特に青色）という問題がある。

インクジェット法を用いる有機ＥＬパネルの画素形成には、基板に設けた仕切（バンクと称する）で単位となる領域（カラーのサブピクセル領域、以下画素領域）を形成し、このバンク内に露呈した電極の上にインクジェット法で有機ＥＬ材料を滴下する。高分子有機ＥＬ材料をインクジェット法で塗布する従来技術を開示したものとしては、例えば特許文献１、特許文献２等を挙げることができる。インクジェットにより滴下された有機ＥＬ材料が不要な部分に付着しないように、特許文献１は、フッ素プラズマによる撥水処理を開示する。特許文献２は、フッ素を含む材料で形成したバンクを開示する
特開２０００−３５３５９４号公報 特開平９−２０３８０３号公報

図７は、従来のフッ素プラズマによるバンクの撥液処理の説明図である。図示しない基板には有機ＥＬ素子を構成する一方の電極ＥＬＤが成膜されている。この一方の電極ＥＬＤは基板の主面に形成された薄膜トランジスタなどの構成層の上層に有する保護層ＰＳＶの上に配置された陽極あるいは陰極である。

一方の電極ＥＬＤの上に画素領域を区画するバンクＢＮＫが形成されており、このバンクの表面にフッ素プラズマで撥液処理を施す。このフッ素プラズマ処理でバンクＢＮＫの表面にフッ素Ｆがコーティングされて撥液性の層ＲＰＬが形成される。しかし、このとき、電極ＥＬＤの表面にもフッ素が付着する。この電極ＥＬＤの表面に付着したフッ素はインクジェットで滴下された有機ＥＬ材料の一部を排除しようとし、その結果、均一な成膜ができず、あるいは膜欠陥をもたらす。

図８は、従来のフッ素を含む材料で形成したバンクの撥液処理の説明図である。図７と同様に、一方の電極ＥＬＤの上に単位サブピクセル領域を区画するバンクＢＮＫが形成されている。このバンクＢＮＫは、その表面の全体が撥液性の表面ＲＰＬＳとなっている。しかし、このバンクＢＮＫはフッ素を含む材料であるため、一方の電極ＥＬＤや保護層ＰＳＶとの接着性が良くない。

図９は、バンクの表面のみを撥液処理した従来技術の説明図である。図７および図８と同様に、一方の電極ＥＬＤの上に画素領域を区画するバンクＢＮＫが形成されている。このンクＢＮＫは、その表面のみに撥液性の層ＲＰＬを形成し、有機ＥＬ材料が滴下されバる領域の側面は親液性ＡＰＬとされている。

インクジェット法で有機ＥＬ材料を塗布する工程では、バンクを超えて流れ出た有機ＥＬ材料が隣接する画素領域に混入して色純度を低下させてしまう。このような有機ＥＬ材料の流出を防止するために、上記特許文献１に開示されたような従来のフッ素プラズマで撥水処理を行うと、有機ＥＬ材料を塗布する電極の表面にフッ素が汚染物質として付着し、これが有機ＥＬ素子の輝度低下や寿命短縮の原因となる。また、特許文献２に記載されたフッ素を含むバンク材料は下地への膜密着性が良くないので、膜剥がれが発生しやすく、信頼性の低下を招く。

本発明の目的は、フッ素プラズマ処理を行うことなく、またフッ素を含まない材料でバンクを形成して混色の発生とバンク膜剥がれが起きにくい有機ＥＬ表示装置とその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、フッ素プラズマ処理を要せず、またフッ素を使用しないバンク材料を用いた。バンクは、ポリメチルシラザンを原材料とし、前記一方の電極上にポリメチルシラザンを塗布後、ホトリソプロセスでバンク形状にパターン化し、最終的にポリメチルシロキサンとする。ポリメチルシロキサンの表面にあるメチル基が撥液性を示し、かつ下地と密着して高い接着性を持つバンクが得られる。なお、バンク原料としては、有機シロキサンやアルコキシド系の材料を使用できる。

すなわち、本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板を有し、この基板の主面には、一方の電極と、該一方の電極上で各画素領域を囲で区分けるバンクと、該バンク上に形成された有機ＥＬ層を有し、このバンクがポリメチルシロキサンで構成されていることが禿頭である。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置は、前記一方の電極の上に形成されたバンク内に有機ＥＬ層を有し、該有機ＥＬ層を覆って他方の電極を有することを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置は、前記基板の主面に薄膜トランジスタを有し、前記一方の電極が該薄膜トランジスタ上に形成された絶縁層上の陽極であることを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置は、前記基板の主面に前記一方の電極と接続された薄膜トランジスタを有し、前記一方の電極は前記薄膜トランジスタで駆動されることを特徴とする。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置は、前記基板の主面に薄膜トランジスタを有し、前記一方の電極が陰極で、前記薄膜トランジスタで駆動されることを特徴とする。

そして、本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、
（１）前記一方の電極上にポリメチルシラザンを塗布し、乾燥してポリメチルシラザン塗膜を形成する工程、
（２）ポリメチルシラザン塗膜をホトリソプロセスにより、バンク形成部分以外を露光し、添加している酸発生剤が発する酸によりポリメチルシラザン塗膜のＳｉ―Ｎ結合を切断する工程
（３）加湿して現像液に可溶のシラノールを生成する工程
（４）現像液によりシラノール化した部分のみを溶解させ、パターニングする工程
（５）残ったバンクとなるポリメチルシラザンを露光、加湿によりシラノールとする工程
（６）焼成による脱水縮合でメチルシロキサンを生成する工程、を順次経るプロセスで形成することを特徴とする。

なお、本発明は、上記の構成および後述する実施の形態に記載の構成に限るものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは、言うまでもない。

本発明により、撥液処理工程が不要となり、製造プロセスが簡略化される。バンクの下地となる電極のフッ素汚染がなく、また下地との接着性が良好で高い信頼性、長寿命の有機ＥＬ表示装置を得ることができる。

さらに、本発明は、有機ＥＬ層の形成に限るものではなく、有機薄膜トランジスタの構成層の形成に適用すること、他の同様な有機薄膜の成膜を要する種々の電子装置にも適用できることは言うまでもない。

以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る有機ＥＬ表示装置の１画素領域のバンクの構成例を説明する図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ‐Ａ’線に沿った断面図である。図示しない基板には有機ＥＬ素子を構成する一方の電極ＥＬＤが成膜されている。この一方の電極ＥＬＤは基板の主面に形成された薄膜トランジスタなどの構成層の上層に有する保護層ＰＳＶの上に配置された陽極あるいは陰極である。

この電極ＥＬＤの上に１画素領域を区画するバンクＢＮＫが形成されている。バンクＢＮＫは、１画素領域ＰＡを囲んで形成されている。この実施例ではバンクＢＮＫの形状は縦長矩形である。バンクＢＮＫの原料は、ポリメチルシラザンである。このポリメチルシラザンを電極ＥＬＤ上に塗布後、ホトリソプロセスでバンク形状にパターン化し、最終的にポリメチルシロキサンとする。ポリメチルシロキサンの表面にあるメチル基が撥液性を示し、かつ下地と密着して高い接着性を持つバンクが得られる。

図２と図３は、本発明に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を説明する図である。図２は中間プロセスまでを、図３は図２に続くプロセスの説明図である。先ず、電極の上にポリメチルシラザンを塗布する。メチルシラザンは現像液２．３８％ＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）に不溶である。

このポリメチルシラザン膜を乾燥し、ホトプロセスによりパターニングしてサブピクセル領域を露出させ、加湿する。この加湿で酸が発生することで、メチルシラザンのＳｉ―Ｎ結合が切断され、その後の加熱により現像液に可溶のシラノールとなる。これを現像し、レジストを剥離して全面露光を施し、加湿を施す。最後に、焼成してポリメチルシロキサンが得られる。このポリメチルシロキサンの表面にあるメチル基が撥液性を示し、かつ下地と密着して高い接着性を持つ。

図４は、本発明を適用したボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の１つの有機ＥＬ素子すなわち１画素付近の構成例を説明する断面図である。図４に示した有機ＥＬ表示装置はアクティブ・マトリクス型であり、ガラス基板ＳＵＢ１の主面に薄膜トランジスタＴＦＴを有する。この薄膜トランジスタＴＦＴで駆動される一方の電極である陽極ＡＮＤと、他方の電極である陰極ＣＴＤの間に有機発光層ＯＬＥＤを挟んで発光部を構成している。なお、薄膜トランジスタＴＦＴは、ポリシリコン半導体層ＰＳＩ、ゲート絶縁層ＩＳ１、ゲート線（ゲート電極）ＧＬ、ソース・ドレイン電極ＳＤ、層間絶縁層ＩＳ２、ＩＳ３で構成される。

有機発光層ＯＬＥＤは、バンクＢＮＫで囲まれた画素領域内に、例えば、陽極側から、少なくとも、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を含む積層体で構成される。なお、ホール輸送層の下層にホール注入層を設けるものもある。バンクＢＮＫは前記した方法で形成されたものである。また、電子輸送層、電子注入層を除いた構成も可能である。

画素電極である陽極ＡＮＤは、保護膜（パッシベーション層）ＰＳＶの上層に成膜された透明導電層（ＩＴＯ等）で構成され、パッシベーション層ＰＳＶと層間絶縁層ＩＳ３に開けたコンタクトホールで薄膜トランジスタＴＦＴのソース・ドレイン電極ＳＤに電気的に接続されている。また、有機発光層ＯＬＥＤは陽極ＡＮＤ上に塗布した絶縁層で構成されたバンクＢＮＫで囲まれた凹部に蒸着されるが、インクジェット等の塗布手段で形成してもよい。そして、この有機発光層ＯＬＥＤとバンクＢＮＫを覆って陰極ＣＴＤがベタ膜で形成されている。

ボトムエミッション型と称するこの有機ＥＬ表示装置は、発光層からの発光光Ｌがガラス基板ＳＵＢ１の表面から外部に矢印で示したように出射される。したがって、陰極ＣＴＤは光反射能を有するものとされる。ガラス基板ＳＵＢ１の主面側には、封止缶ＳＵＢ２（封止ガラス基板）が貼り合わされ、図示しない周辺部を周回するシール内部を真空状態に封止される。

図５は、本発明を適用したトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の１つの有機ＥＬ素子すなわち１画素付近の構成例を説明する断面図である。図５に示した有機ＥＬ表示装置もアクティブ・マトリクス型であるが、アクティブ素子である薄膜トランジスタは図示を省略した。この例では、有機ＥＬ素子を構成する容量構造が示されている。

図５において、ガラス基板ＳＵＢ１の主面に下部容量電極ＢＥ、ゲート絶縁膜である第１の絶縁膜ＩＳ１、上部容量電極ＵＥ、第２の絶縁膜ＩＳ２、電源線ＣＬ、信号線ＤＬ、第３の絶縁膜ＩＳ３、およびパス膜（平坦化膜）ＰＳＶが形成されている。上部容量電極ＵＥは電源線ＣＬに接続されている。そして、平坦化膜ＰＳＶの上に第１の電極としての陰極ＣＴＤが成膜されている。

陰極ＣＴＤは略１画素の領域ＰＡの広がりで成膜されており、端部に絶縁材のバンクＢＮＫが形成されている。このバンクＢＮＫ内に電子注入層ＥＩＮ、電子輸送層ＥＴＲ、発光層ＬＵＭ、ホール輸送層ＨＴＲからなる有機ＥＬ層ＯＬＥが積層されている。この有機ＥＬ層ＯＬＥを覆って複数画素に共通の陽極ＡＮＤが成膜されている。なお、ホール輸送層ＨＴＲの上にホール注入層が設けられるものもある。

陰極ＣＴＤは反射性金属からなり、陽極ＡＮＤはＩＴＯ等の透明導電膜で形成される。最上層には保護膜ＯＣが成膜されている。なお、図示しないが、保護膜ＯＣの上部にはガラスを好適とする封止基板が設けられ、有機ＥＬ素子を外部雰囲気から密封遮断している。

図６は、有機ＥＬ表示装置の全体構成例を説明する等価回路図である。図６で説明した構成を有するＯＬＥＤ素子を構成する画素回路からなる画素ＰＸを表示領域ＡＲにマトリクス状に配置して２次元の表示装置を構成している。各画素ＰＸは第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１と第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２およびコンデンサＣｓ並びにＯＬＥＤ素子（ＯＬＥＤ）で構成される。ＯＬＥＤ素子（ＯＬＥＤ）は図１０に示した陽極ＡＮＤと有機発光層ＯＬＥＤおよび陰極ＣＴＤで構成される。表示領域ＡＲ内には、各画素に駆動信号を供給するためのドレイン線ＤＬとゲート線ＧＬとが交差配置されている。ガラス基板ＳＵＢ１の一部は封止缶ＳＵＢ２を構成するガラス基板よりサイズが大きく、封止缶ＳＵＢ２からはみ出している。このはみ出し部分にドレインドライバＤＤＲが搭載され、ドレイン線ＤＬに表示信号を供給する。

一方、ゲートドライバＧＤＲは封止缶ＳＵＢ２で覆われるガラス基板ＳＵＢ１上に、所謂システム・オン・グラスと称する形態で直接形成されている。このゲートドライバＧＤＲにゲート線ＧＬが接続されている。なお、表示領域ＡＲには電源線ＣＬが配置されている。この電源線ＣＬは電源線バス線ＣＢを介して図示しない端子で外部電源に接続している。

ゲート線ＧＬは画素ＰＸを構成する第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１のソース・ドレイン電極の一方（ここでは、ドレイン電極）に接続し、ドレイン線ＤＬはソース・ドレイン電極の一方（ここではソース電極）に接続している。この第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１は、画素ＰＸに表示信号を取り込むためのスイッチであり、ゲート線ＧＬで選択されてオンとなったときドレイン線ＤＬから供給される表示信号に応じた電荷を容量Ｃｓに蓄積する。第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２は、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１がオフした時点でオンとなり、容量Ｃｓに蓄積された表示信号の大きさに応じた電流を電源線ＣＬからＯＬＥＤ素子（ＯＬＥＤ）に供給する。ＯＬＥＤ素子は供給された電流量に応じて発光する。

本発明に係る有機ＥＬ表示装置の１画素領域のバンクの構成例を説明する図である。 本発明に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を説明する図である。 本発明に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を説明する図2に続く図である。 本発明を適用したボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の１つの有機ＥＬ素子すなわち１画素付近の構成例を説明する断面図である。 本発明を適用したトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の１つの有機ＥＬ素子すなわち１画素付近の構成例を説明する断面図である。 有機ＥＬ表示装置の全体構成例を説明する等価回路図である。 従来のフッ素プラズマによるバンクの撥液処理の説明図である。 従来のフッ素を含む材料で形成したバンクの撥液処理の説明図である。 バンクの表面のみを撥液処理した従来技術の説明図である。

符号の説明

ＳＵＢ１・・・基板、ＥＬＤ・・・電極、ＡＮＤ・・・陽極、ＣＴＤ・・・陰極、ＢＮＫ・・・バンク。

Claims (6)

1. 基板と、該基板の主面に成膜された一方の電極上にバンクで区画された画素領域に有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記バンクが、ポリメチルシロキサンで形成されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記一方の電極の上に形成されたバンク内に有機ＥＬ層を有し、該有機ＥＬ層を覆って他方の電極を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記基板の主面に薄膜トランジスタを有し、前記一方の電極が絶縁層を介して成膜された陽極であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
4. 請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記基板の主面に薄膜トランジスタを有し、前記陽極が前記薄膜トランジスタで駆動されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
5. 請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記基板の主面に薄膜トランジスタを有し、前記陰極が前記薄膜トランジスタで駆動されることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
6. 基板と、該基板の主面に成膜された一方の電極上にバンクで区画された画素領域に有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、
   前記バンクを下記（１）〜（６）の工程を順次経るプロセスで形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
   （１）前記一方の電極上にポリメチルシラザンを塗布し、乾燥してポリメチルシラザン塗膜を形成する工程
   （２）ポリメチルシラザン塗膜をホトリソプロセスにより、バンク形成部分以外を露光し、添加している酸発生剤が発する酸によりポリメチルシラザン塗膜のＳｉ―Ｎ結合を切断する工程
   （３）加湿して現像液に可溶のシラノールを生成する工程
   （４）現像液によりシラノール化した部分のみを溶解させ、パターニングする工程
   （５）残ったバンクとなるポリメチルシラザンを露光、加湿によりシラノールとする工程
   （６）焼成による脱水縮合でメチルシロキサンを生成する工程。
   
   
   

Images