JP2007286111A - 有機el表示装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機EL表示装置の光利用効率を向上させる。
【解決手段】保護膜PASの上に画素電極PXEが形成され、第1絶縁層で第1バンクBNKAが凸状に形成されている。一対の第1バンクBNKA(A1領域、A2領域)のB1領域とB2領域における画素電極PXEの上に第2絶縁層で若干盛り上がった第2−1バンクBNKB−1が形成され、さらにこの第2−1バンクBNKB−1の上に第2絶縁層で第2−2バンクBNKB−2が形成される。第2−2バンクBNKB−2の断面は逆台形の形状となっており、第1バンクBNKAと対向する側の面が基板側に逆のテーパを持つ。一対の第1バンクBNKAの間で、C1領域、C2領域、C3領域の画素電極PXEの上に有機EL発光素子を構成する機能層OLE1、OLE3、OLE5が、B1領域とB2領域では第2−2バンクBNKB−2の上にそれぞれOLE2、OLE4が形成されている。これらの機能層を全て覆って、かつ複数の画素に対して共通に対向電極COUNTが形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】保護膜PASの上に画素電極PXEが形成され、第1絶縁層で第1バンクBNKAが凸状に形成されている。一対の第1バンクBNKA(A1領域、A2領域)のB1領域とB2領域における画素電極PXEの上に第2絶縁層で若干盛り上がった第2−1バンクBNKB−1が形成され、さらにこの第2−1バンクBNKB−1の上に第2絶縁層で第2−2バンクBNKB−2が形成される。第2−2バンクBNKB−2の断面は逆台形の形状となっており、第1バンクBNKAと対向する側の面が基板側に逆のテーパを持つ。一対の第1バンクBNKAの間で、C1領域、C2領域、C3領域の画素電極PXEの上に有機EL発光素子を構成する機能層OLE1、OLE3、OLE5が、B1領域とB2領域では第2−2バンクBNKB−2の上にそれぞれOLE2、OLE4が形成されている。これらの機能層を全て覆って、かつ複数の画素に対して共通に対向電極COUNTが形成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、有機EL表示装置とその製造方法に係り、特に有機EL発光層の発光光の利用効率を向上させた画素構造に特徴を有する。
フラットパネル型の表示装置として液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)、電界放出型表示装置(FED)、有機EL表示装置(OLED)などが実用化ないしは実用化研究段階にある。中でも、有機EL表示装置は薄型・軽量の自発光型表示装置の典型としてこれからの表示装置として極めて有望な表示装置である。有機EL表示装置には、所謂ボトム・エミッション型とトップ・エミッション型とがある。なお、ここでは、本発明をアクティブ・マトリクス方式の有機EL表示装置について説明するが、発光層構造に関しては単純マトリクス方式などの有機EL表示装置にも同様に適用できる。
本発明は、特に、トップ・エミッション型のアクティブ・マトリクス有機EL表示装置に好適なものである。従来のトップ・エミッション型のアクティブ・マトリクス有機EL表示装置として、各画素に、ガラスを好適とする基板上に形成されたアクティブ素子と、該アクティブ素子上に形成された第1絶縁膜と、その第1絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して該アクティブ素子と接続される第1電極(通常、反射性の金属電極、不透明電極)と、第1電極上に形成された有機発光層を含む機能層と、該機能層上の面全体を被う第2電極(通常、ITO等の透明導電膜からなる電極)と、第1電極の周縁上及び隣接する第1電極の間上に形成されたバンクと称される絶縁膜とを有する構造を持つものがある。特許文献1には、走査線の延伸方向のバンクの上面に機能層を形成していない領域を設けるものが記載されている。
特開2004‐192977号公報
有機EL表示装置の発光構造を構成する機能層は、屈折率が異なる層に挟まれているため、発光領域で発生した光は機能層内に閉じ込められ、非発光領域へ伝播する。特許文献1に開示された内容では、機能層の非形成領域(画素分離部)をバンクの上面に設けているため、伝播光はその非形成領域で出射するまでの経路で熱エネルギーに変換されたり、基板方向に出射する等、表示に寄与しない伝播光が多い。この伝播光を画素の中央領域で表示光として取り出すことができれば、発光層で発光した光量の光利用効率が向上する。
本発明の目的は、光利用効率を向上させための画素構造を備えた有機EL表示装置とその製造方法を提供することにある。
本発明の有機EL表示装置は、基板の一方の面に複数の画素を有し、前記画素の各々は、第1電極と第2電極の間に有機発光層を備えた有機EL素子と、前記有機EL素子に流れる電流を制御するアクティブ素子と、前記有機EL素子と前記アクティブ素子との間に形成された第1絶縁層とを備えている。
そして、上記目的を達成するため、本発明は、前記第1電極を画素毎に分離して形成し、前記第2電極を複数の画素に共通に形成し、前記第1絶縁層により前記第1電極の周縁を覆っている。前記第1電極の周縁を除いた該第1の電極の上に、前記第1絶縁層と同層の第2絶縁層を形成し、前記第2絶縁膜に前記基板面に対して形成した段差を設け、前記段差によって前記第2電極及び前記有機発光層を各画素内で分離した。
また、本発明は、前記段差を形成する前記第2絶縁層の前記基板から遠い側の角を鋭角とし、前記段差を前記基板の面に対して順テーパを持つ面と逆テーパを持つ面とで形成することができる。
また、本発明は、前記第2絶縁層は前記第1絶縁層に挟まれた領域に、前記基板の面に対して順テーパを持つ面を形成し、前記第2電極及び前記有機発光層の縁を前記順テーパを持つ面の上に配置することができる。
また、本発明は、前記順テーパを持つ面の下層に逆テーパを持つ面を設け、前記第1電極の周縁を除いた領域上に該第1電極の面に対して逆テーパを持つ面を有する第2絶縁層を形成し、前記逆テーパを持つ面に、前記第2電極及び前記有機発光層の縁を設けることができる。
また、本発明は、前記第2絶縁層に前記第1絶縁層に挟まれた領域に逆テーパを持つ面を設け、前記第2電極及び前記有機発光層の縁を前記逆テーパを持つ面の上に配置することができる。
本発明の有機EL表示装置の製造方法は、画素毎に分離された第1電極を形成する工程と、前記第1電極の形成後に、隣接する第1電極との間上と、前記第1電極の周縁上及びその中央の一部上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の形成後に、該絶縁層の上に有機発光材料と第2電極とをこの順で形成する工程とを含むものとする。
画素内で発光領域を分離したことにより、基板面に平行な方向で非発光部に伝播する光を表示光として利用でき、光の利用効率が向上し、高輝度の表示を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。先ず、始めに有機EL表示装置の回路構成例とトップ・エミッション型の有機EL表示装置の構造について説明する
図1は、有機EL表示装置の回路構成の1例を説明する図である。基板上に複数の画素回路PXCがマトリクス状に配置されて、表示エリアARを構成している。画素回路PXCは、有機EL素子ELE、スイッチング用薄膜トランジスタTFT1(例えば、p-MOS)、データ保持容量Cadd、有機EL素子ELEを駆動する駆動用薄膜トランジスタTFT2(例えば、n-MOS)とで構成される。
薄膜トランジスタTFT1のゲートは走査線GLで走査線駆動回路(ゲート・ドライバ)に接続して、水平走査のタイミングで選択され、信号線DLからのデータ信号をデータ保持容量Caddに蓄積する。薄膜トランジスタTFT2は表示タイミングで導通し、データ保持容量Caddに蓄積されたデータ信号の大きさに応じた電流を電源線PLから有機EL素子ELEのカソードを介してアノードに流す。電源線PLには、電源PSから所要の電流が供給される。なお、信号線DLはアナログ加算回路AACを介して信号線駆動回路(データドライバ)DDに接続している。有機EL素子ELEのアノードはアノードバスラインABLに接続されている。
図2は、トップ・エミッション型有機EL表示装置の1画素付近の断面構成を説明する図である。基板SUBは、石英ガラスあるいは無アルカリガラスが好適である。この基板SUBの一方の面(主面)には下地膜UCを有している。下地膜UCはプラズマCVDで成膜されたSiN/SiOの積層膜である。下地膜UCの上には、プラズマCVDで成膜したアモルファスシリコンa-Si膜をエキシマレーザで結晶化してポリシリコンp-Si膜とし、ウエットプロセスで島状に加工したLLD構造のポリシリコンp-Si膜p-Siが形成されている。このポリシリコンp-Si膜p-Siで構成される薄膜トランジスタは、図1の駆動用薄膜トランジスタTFT2に対応する。
ポリシリコンp-Si膜p-Siを覆ってゲート絶縁膜INS1が成膜されている。ゲート絶縁膜INS1はTEOS製で、プラズマCVDプロセスで成膜される。ポリシリコンp-Si膜p-Siの上層で、ゲート絶縁膜INS1上にゲート電極GTが形成されている。ゲート電極GTは金属電極(MoW製)で、プラズマCVDで成膜後、ウエットプロセスで加工される。その上に層間絶縁膜INS2が形成されている。層間絶縁膜INS2はSiO製で、プラズマCVDで成膜される。
ゲート絶縁膜INS1と層間絶縁膜INS2を通してコンタクトホールが開けられ、層間絶縁膜INS2の上にソース・ドレイン電極SDが成膜される。ソース・ドレイン電極SDはコンタクトホールを通してポリシリコンp-Si膜p-Siに接続している。ソース・ドレイン電極SDはMoW/Al‐Si/MoWの積層構造で、プラズマCVDで成膜後、ウエットプロセスで加工される。
ソース・ドレイン電極SDを覆って保護膜(パッシベーション膜)PASが成膜され、この保護膜PASの上に画素電極(下部電極、ここではカソード)PXEが成膜され、保護膜PASに開けられたコンタクトホールを通してソース・ドレイン電極SDに接続している。画素電極PXEは金属電極で構成され、ここではアルミニウムAl製としている。この画素電極PXEも、プラズマCVDで成膜後、ウエットプロセスで加工される。
薄膜トランジスタの情報にはSiNからなる堤状部(バンク)BNKAが形成されている。このバンクBNKAは隣接する画素を区画する如く形成される画素区画用バンクである。互いに隣接する画素区画用バンクBNKAの間に形成される凹部で、画素電極PXEの上に有機EL素子を構成する機能層OLEが蒸着等で形成されている。この機能層OLEは、画素電極PXE側から、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、五酸化バナジウム層の順で積層されている。
そして、機能層OLEを覆い、画素区画用バンクBNKAを覆って対向電極(上部電極)COUNTが形成されている。この対向電極COUNTは透明電極であり、ここではIZOを用いているが、ITOや他の透明導電膜でよい。対向電極COUNTはスパッタにより複数の画素を共通に覆って成膜され、ここではアノードとして機能する。
このように構成された基板SUBの主面は封止基板CAPで封止される。この構成例では、封止基板CAPは基板SUBと同様の材料からなり、周辺が凸形状で、中央部が凹形状となっている。そして、周辺の凸形状部分にシール剤を塗布し、不活性雰囲気中で紫外線を照射してシール剤を硬化させ、密封して固定する。この密封空間に防湿剤あるいは吸湿剤を収容することもできる。
図3は、本発明の有機EL表示装置の実施例1を説明する1画素付近の断面模式図である。図3は図2の基板SUBの主面に成膜された保護膜PASよりも上層に形成された構造を示し、薄膜トランジスタ等の回路構造は図示を省略した。図3において、保護膜PASの上に画素電極PXEが形成され、第1絶縁層で第1バンクBNKAが凸状に形成されている。一対の第1バンクBNKAの間に形成される凹部が1画素領域を区画している。実施例1では、この画素領域をC1領域、B1領域、C2領域、B2領域、C3領域に分けて示してある。なお、一対の第1バンクBNKAの領域はそれぞれA1領域、A2領域と表示してある。
B1領域とB2領域における画素電極PXEの上に第2絶縁層で若干盛り上がった第2−1バンクBNKB−1が形成され、さらにこの第2−1バンクBNKB−1の上に第2絶縁層で第2−2バンクBNKB−2が形成されている。第2絶縁層で第2−2バンクBNKB−2の上面は第1バンクBNKAの上面と略々同一の高さとなっている。そして、第2−2バンクBNKB−2は、その断面が逆台形の形状となっており、第1バンクBNKAと対向する側の面が基板側に逆のテーパを持つ。
一対の第1バンクBNKAの間で、C1領域、B1領域、C2領域、B2領域、C3領域で、C1領域、C2領域、C3領域の画素電極PXEの上に有機EL発光素子を構成する機能層OLE1、OLE3、OLE5が、B1領域とB2領域では第2−2バンクBNKB−2の上にそれぞれOLE2、OLE4が形成されている。なお、A1領域、B1領域、B2領域、A2領域では隣接する領域の機能層が若干越境して形成されている。そして、これらの機能層を全て覆って、かつ複数の画素に対して共通に対向電極COUNTが形成されている。図3では、対向電極COUNTが、A1領域とC1領域でCOUNT1に、B1領域でCOUNT2に、C2領域でCOUNT3に、B2領域でCOUNT4に、C3領域とA2領域でCOUNT5に分離して示されているが、これらの対向電極は図示しない部分で電気的に接続されていることは言うまでもない。
このように、発光領域を画素内で分離した画素構造において、例えば機能層OLE1の発光の一部が基板面に略沿って伝播したとき、図3の太い矢印で示したように、この光は対向電極と第2−1バンクBNKB−1、第2−2バンクBNKB−2と機能層などの界面あるいは斜面で反射し、最終的には表示光として出射する。
このように、実施例1によれば、画素内で発光領域を分離したことにより、基板面の方向でバンク等の非発光部に伝播する光を表示光として利用でき、光の利用効率が向上し、高輝度の表示を得ることができる。
図4は、本発明の有機EL表示装置の実施例2を説明する図3のA部分の断面模式図である。実施例2では、図3のC1領域とC2領域の間にあるB1領域を、B1−1領域、C1−2領域、B1−2領域に分割し、B1−1領域とB1−2領域とに図4に示したような断面が翼型配置でそれぞれが略台形の第2バンクBNKB−2を形成したものである。そして、これら第2バンクBNKB−2とC1−2領域にわたって機能層OLE2と対向電極COUNT2が形成されている。
実施例2によっても、画素内で発光領域を分離したことにより、基板面の方向でバンク等の非発光部に伝播する光を表示光として利用でき、光の利用効率が向上し、高輝度の表示を得ることができる。
次に、図5A乃至図5Jを用いて本発明の有機EL表示装置の製造方法を実施例3として説明する。なお、ここでは、図4で説明した有機EL表示装置の製造を例として説明する。先ず、薄膜トランジスタTFT、ソース・ドレインSD、保護膜PASおよび画素電極PXEまで形成した基板SUBの該画素電極PXEの上に、第2-1バンクBNKB−1を形成する(図5A)。この第2-1バンクBNKB−1は、PCVDでSiNを成膜した後にウエットプロセスでパターン形成される。
第2-1バンクBNKB−1を覆って窒化シリコンSiNを成膜し、第2−2バンクとなるバンク層BNKを形成する(図5B)。このバンク層BNKはPCVD(プラズマCVD)で成膜する。このとき、下層の酸素濃度を高くし、Si/N比一定の窒化シリコンSiNとなるようにする。
バンク層BNKの上に感光性レジストRを塗布し、ホトリソプロセスで第2-1バンクBNKB−1間に開口APを形成する(図5C)。この開口APを通してバンク層BNKにドライエッチングを施す(図5D)。このとき、オーバエッチングで開口APを中心とした略逆台形状の除去部分を形成する。その後、感光性レジストRを剥離除去する(図5E)。
次に、感光性レジストRを塗布し、ホトリソプロセスで略逆台形状の除去部分と第2−2バンクの形成領域に感光性レジストRを残す(図5F)。この感光性レジストRを介してウエットエッチングする。このとき、感光性レジストRの側部分をオーバエッチングする(図5G)。その後、感光性レジストRを剥離除去して翼状配置された略台形状の(図5G)第2-2バンクBNKB−2を得る(図5H)。
画素電極PXE、第2-1バンクBNKB−1、第2-2バンクBNKB−2の上に有機EL発光層を構成する機能膜OLEを蒸着する(図5I)。そして、さらに対向電極COUNTを成膜する(図5J)。機能膜OLEと対向電極COUNTの一部は翼状のオーバハングした第2-2バンクBNKB−2に隠される部分にも形成される。これにより、図4に示した画素構造が得られる。
図6は、本発明における光取り出し用バンクの第1形状を説明する1画素の平面模式図である。図6における外枠は第1バンクBNKA(図3のA領域(A-1領域、A-2領域))、縦の細線は第2バンクBNKB(第2-1バンクBNKB−1、第2-2バンクBNKB−2)、斜線を付した部分は発光エリア(発光領域、C領域)を示す。この例では第2バンクBNKBは4つで、その端部は第1バンクBNKAと離れている。
図7は、本発明における光取り出し用バンクの第2形状を説明する1画素の平面模式図である。図7における第1バンクBNKA、第2バンクBNKB、発光エリア、第2バンクBNKBの数は図6と同じで、図6との違いは第2バンクBNKBの端部が第1バンクBNKAと接している点である。
図8は、本発明における光取り出し用バンクの他の各種形状を説明する1画素の平面模式図である。図8(a)〜図8(h)における外枠、細線は図6、図7と同じ機能部分を示す。外枠内の白地部分は発光領域(発光エリア)である。図8(a)〜図8(h)に示された画素構造のうち、図8(h)に示した第2バンクBNKBはサークル状につながっており、電気的導通が断たれるため、サークル内が発光せず、円形の非発光パターンを矩形の発光パターンで囲む画素パターンである。
図9は、図6あるいは図7のZ1−Z2線に沿ったバンクの各種断面形状を示す模式図である。A1、A2は1画素を区画する第1バンクで、B1〜B4は第2バンク(光取り出し用バンク)、C1〜C5は発光領域を示す。ここでは、第2バンクを4つとしてあるが、これに限らない。
SUB・・・基板、PAS・・・保護膜、PXE・・・画素電極、BNKA・・・第1バンク、BNKB−1・・・第2−1バンク、BNKB−2・・・第2−2バンク。
Claims (8)
- 基板の一方の面に複数の画素を有し、
前記画素の各々は、第1電極と第2電極の間に有機発光層を備えた有機EL素子と、前記有機EL素子に流れる電流を制御するアクティブ素子と、前記有機EL素子と前記アクティブ素子との間に形成された第1絶縁層とを備えた有機EL表示装置において、
前記第1電極は画素毎に分離して形成され、
前記第2電極は複数の画素で共通に形成され、
前記第1絶縁層により前記第1電極の周縁が覆われており、
前記第1電極の周縁を除いた該第1の電極の上に、前記第1絶縁層と同層の第2絶縁層が形成されており、
前記第2絶縁膜は、前記基板面に対して段差を有し、
前記段差によって前記第2電極及び前記有機発光層が各画素内で分離されていることを特徴とする有機EL表示装置。 - 請求項1において、
前記段差を形成する前記第2絶縁層の前記基板から遠い側の角は鋭角であることを特徴とする有機EL表示装置。 - 請求項2において、
前記段差は、前記基板の面に対して順テーパを持つ面と逆テーパを持つ面とで形成されていることを特徴とする有機EL表示装置。 - 基板の一方の面に複数の画素を有し、
前記各画素は、第1電極と第2電極の間に有機発光層を備えた有機EL素子と、前記有機EL素子に流れる電流を制御するアクティブ素子と、前記有機EL素子と前記アクティブ素子との間に形成された第1絶縁層とを備えた有機EL表示装置において、
前記第1電極は画素単位に分離して形成され、
前記第2電極は複数の画素で共通に形成され、
前記第1絶縁層により該第1電極の周縁が覆われており、
前記第1電極の周縁を除いた該第1電極上に、前記第1絶縁膜と同層の第2絶縁層を有し、
前記第2絶縁層は前記第1絶縁層に挟まれた領域に、前記基板の面に対して順テーパを持つ面を有し、
前記第2電極及び前記有機発光層の縁が、前記順テーパを持つ面の上にあることを特徴とする有機EL表示装置。 - 請求項4において、
前記順テーパを持つ面の下層に逆テーパを持つ面があることを特徴とする有機EL表示装置。 - 請求項4において、
前記第1電極の周縁を除いた領域上に該第1電極の面に対して逆テーパを持つ面を有する第2絶縁層を有し、
前記逆テーパを持つ面に、前記第2電極及び前記有機発光層の縁があることを特徴とする有機EL表示装置。 - 基板の一方の面に複数の画素を有し、
前記各画素は、第1電極と第2電極の間に有機発光層を備えた有機EL素子と、前記有機EL素子に流れる電流を制御するアクティブ素子と、前記有機EL素子と前記アクティブ素子との間に形成された第1絶縁層とを備えた有機EL表示装置において、
前記第1電極は画素毎に分離して形成され、
前記第2電極は複数の画素で共通に形成され、
前記第1絶縁層により該第1電極の周縁が覆われており、
前記第1電極の周縁を除いた該第1の電極上に、前記第1絶縁層と同層の第2絶縁層を有し、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層に挟まれた領域に逆テーパを持つ面を有し、
前記第2電極及び前記有機発光層の縁が、前記逆テーパを持つ面の上にあることを特徴とする有機EL表示装置。 - 画素毎に分離された第1電極を形成する工程と、
前記第1電極の形成後に、隣接する第1電極との間上と、前記第1電極の周縁上及びその中央の一部上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の形成後に、該絶縁層の上に有機発光材料と第2電極とをこの順で形成する工程とを含む有機EL表示装置の製造方法。
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