JP2008159445A - 有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタルマスクを使用せずに、発光材料蒸着補助物体を利用することにより、安価で、高性能で、かつ高い歩留まりで多色カラー表示を実現することができる有機電界発光表示装置及びその製造方法を得る。
【解決手段】ゲート線と信号線の交差地点に形成された有機電界発光ダイオードを設けた有機電界発光表示装置であって、基板１０上に形成され、前記有機電界発光ダイオードの有機発光層を蒸着して形成するための、複数の三角形の開口部２０ａ、及び前記開口部２０ａに連なる複数の多角錐状の穴を有する発光材料蒸着補助物体２０と、前記基板１０かつ前記発光材料蒸着補助物体２０の多角錐状の穴内に形成された前記有機電界発光ダイオードの有機発光層とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、有機電界発光表示装置（ＯＥＬＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）に関し、特に、発光材料蒸着補助物体を利用して有機電界発光ダイオードＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）の有機発光層を形成した有機電界発光表示装置及びその製造方法に関するものである。

新しいフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）の一つである有機電界発光表示装置は、自発光型であるため、液晶表示装置に比べて、視野角、コントラストなどが優れている。また、バックライトが必要でないため、軽量薄形化が可能であり、消費電力でも有利である。さらに、直流低電圧駆動が可能で、応答速度が速く、全部固体であるため外部衝撃に強くて使用温度範囲も広く、特に製造費用が安価であるという長所を有している。

アクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の基本的な構造及び動作特性について図面を参照しながら説明する。図７は、一般的なアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の基本的な画素領域の構成を示す回路図である。

図７に示すように、横方向にゲート線ＧＬが形成され、このゲート線ＧＬと直交する縦方向に、信号線ＳＬが形成されるとともに、この信号線ＳＬに一定間隔離れた電源線ＰＳＬ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｌｉｎｅ）が形成されている。ここで、相互に直交するゲート線ＧＬと信号線ＳＬにより画素領域Ｐが定義されている。

また、ゲート線ＧＬと信号線ＳＬの交差地点には、スイッチング素子であるスイッチング薄膜トランジスタＳＴｒが形成されている。このスイッチング薄膜トランジスタＳＴｒと電源線ＰＳＬの間に、両者に接続されたストレージキャパシタＣ_ＳＴが形成されている。また、このストレージキャパシタＣ_ＳＴと電源線ＰＳＬに接続された駆動薄膜トランジスタＤＴｒが形成され、この駆動薄膜トランジスタＤＴｒに接続された有機電界発光ダイオードＥＬＤが形成されている。

この有機電界発光ダイオードＥＬＤは、有機発光物質に順方向に電流を供給すると、正孔提供層である陽極（ａｎｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と電子提供層である陰極（ｃａｔｈｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）間のＰ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）―Ｎ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）接合（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）部分を介して電子と正孔が移動しながら相互に再結合して、電子と正孔が離れている時より小さいエネルギーを有するようになるので、この時発生するエネルギー差によって光を放出する原理を利用するものである。

上述したような有機電界発光表示装置は、通常、スイッチング薄膜トランジスタＳＴｒ及び駆動薄膜トランジスタＤＴｒを含むアレイ素子と、有機電界発光ダイオードＥＬＤが同一基板上に積層された構造で形成されている。

基板上には、有機電界発光ダイオードＥＬＤの第１の電極（陽極あるはい陰極）が形成され、さらに、画素領域Ｐ毎に独立した形態で有機発光層及び第２の電極（陰極あるはい陽極が第１の電極の上部に順次形成され、このとき、第１の電極、第２の電極及び有機発光層は有機電界発光ダイオードＥＬＤを形成している。

従来の有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層の形成工程について図面を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。図８は、従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。図９は、図８のメタルマスクの平面を示す図である。図１０は、従来の有機電界発光表示装置の画素の平面を示す図である。なお、図８では、有機電界発光ダイオードＥＬＤを構成する第１及び第２の電極の図示を省略している。

図８に示すように、蒸着源１から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を蒸発させ、メタルマスク２を介して有機発光層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をガラス基板１０に蒸着させる。

この蒸着は、図８に示すように、離れた蒸着源１から低分子の有機電界発光材料を蒸発させて基板１０面に付着させる。このメタルマスク２とガラス基板１０の距離が離れたり、メタルマスク２が厚かったりすると所謂蒸着ボケが生ずる。

従って、図９に示すように、大きくて、薄い、また、歪まずにガラス基板１０に接近できる高精細度の穴２ａがあいたメタルマスク２が要求される。穴２ａ同士の距離Ｌは、３画素である。図９のように、薄いメタルマスク２に１色の画素に対応した穴２ａをもつ。画素はテレビ応用だと数百μｍの穴２ａでよいが、ＯＡ用途や携帯電話などでは数十μｍの穴２ａを作らなければならない。また、その大きさは、ＯＡ用には１０型以上、携帯などの小型には画面寸法は小さいがマザーガラスに多面付けをしなければコスト的に困難があるので、結局、どの応用においても大型のメタルマスク２を使わなければならない。さらに、蒸着パターンの精度は開口率に影響するので、厳しい。

上記のマスク蒸着によって、図１０に示すように、ガラス基板１０に３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の有機発光層を形成している。これらＲ、Ｇ、Ｂの有機発光層は、それぞれサブピクセルと呼び、３つのサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から１つの画素が構成されている。

従来の有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層の別の形成工程について図面を参照しながら説明する。図１１は、従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の別の形成工程を平面で示す図である。また、図１２は、従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の別の形成工程を側面で示す図である。なお、図１２では、有機電界発光ダイオードＥＬＤを構成する第１及び第２の電極の図示を省略している。

図１１及び図１２に示すように、高分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をスピンコートなどでガラス基板１０の全面に塗布する。その後、理想的な方法としてはフォトレジスト１１を塗布して、これを感光によってパターニングしてそこを取り去り、むき出しになった高分子の有機電界発光材料を溶剤で溶かすか、ドライエッチングなどで除去する。

あるいは、フォトレジストを使わずに有機電界発光材料そのものに感光性を持たせて、不要な部分を専用の溶剤で除去する方法も提案されている。

現状の問題点の一つは、低分子が積層構造による機能分離によって高性能化してきたのに対して、塗布、剥離を繰り返すプロセスでは界面に不純物が混入することが避けられず積層が難しい。そのような問題から、このような試作発表があるものの性能的には低分子に対して劣っている。

特開２０００−１８２７６７号公報

上述したような従来の有機発光層の形成工程では、マスク蒸着で使用するメタルマスクの歪のために歩留まりが悪いという問題点があった。

また、上述したような従来の有機発光層の別の形成工程では、高分子材料を塗布してフォトレジスト等でパターニングを繰り返すことが多く、溶剤を使うことや、大気中でプロセスを進めることなどで水分の混入がさけられないこと、また、高分子材料の性能が蒸着で使用される低分子材料に比べて著しく性能が劣るという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、メタルマスクを使用せずに、発光材料蒸着補助物体を利用することにより、安価で、高性能で、かつ高い歩留まりで多色カラー表示を実現することができる有機電界発光表示装置及びその製造方法を得るものである。

この発明に係る有機電界発光表示装置は、ゲート線と信号線の交差地点に形成された有機電界発光ダイオードを設けた有機電界発光表示装置であって、基板上に形成され、前記有機電界発光ダイオードの有機発光層を蒸着して形成するための、複数の多角形の開口部、及び前記開口部に連なる複数の多角錐状の穴を有する発光材料蒸着補助物体と、前記基板かつ前記発光材料蒸着補助物体の多角錐状の穴内に形成された前記有機電界発光ダイオードの有機発光層とを設けたものである。

この発明に係る有機電界発光表示装置は、安価で、高性能で、かつ高い歩留まりで多色カラー表示を実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置について図１から図４までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の断面を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。また、図１〜図４では、有機電界発光ダイオードＥＬＤを構成する第１及び第２の電極の図示を省略している。

図１において、この実施の形態１に係る有機電界発光表示装置は、有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層を蒸着して形成するための発光材料蒸着補助物体２０を、予めガラス基板１０に設けておく。この発光材料蒸着補助物体２０は、三角形の開口部２０ａと、三角錐状の穴の三角形の底面部２０ｂを持つ。

有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層の形成は、ガラス基板１０上に形成された発光材料蒸着補助物体２０に対して斜め方向の蒸着源１（図示せず）から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を蒸着することによって、有機発光層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を選択的に成膜する。

つぎに、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の製造方法について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の製造工程を示す断面図である。

この発光材料蒸着補助物体２０は、有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層を成膜する以前に形成しておく必要がある。

まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１０上の全面に、透明な有機材料１２を塗布する。

次に、図２（ｂ）に示すように、マスク１３を利用して、最終的に光材料蒸着補助物体２０として残す部分（有機材料１２）に光（紫外線）を当ててその部分を固める。このマスク１３は、光を遮断する複数の遮光部１３ａと、この遮光部１３ａ以外の領域で光を透過する透過部（点線部）１３ｂとで構成されている。遮光部１３ａは、上から見た（平面上の）形状が三角形で縦横に格子状に配列されている。つまり、透過部（点線部）１３ｂに対応する有機材料１２は、光（紫外線）によりテーパー状に固まる。一方、遮光部１３ａに対応する有機材料１２は、光（紫外線）が遮られて生のままの状態である。その後、遮光部１３ａに対応する有機材料１２を、溶剤で溶かして三角錐状の穴を形成する。

そして、図２（ｃ）に示すように、遮光部１３ａに対応する有機材料１２の部分を取り去った後の構造物体が、発光材料蒸着補助物体２０となる。この発光材料蒸着補助物体２０には、遮光部１３ａに対応して、複数の三角錐状の穴２０ｃが形成されている。

つづいて、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層の形成工程について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。また、図４は、この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層を形成するための蒸着装置を示す図である。

図３に示すように、ガラス基板１０（図示せず）上に、発光材料蒸着補助物体２０を利用して、斜め方向の蒸着源１（図示せず）から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を蒸着することによって、それぞれがサブピクセルに相当するＲ、Ｇ、Ｂの３つの有機発光層を選択的に形成する。３つのサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から１つの画素が構成されている。また、発光材料蒸着補助物体２０は、三角形の開口部２０ａと、三角錐状の穴の三角形の底面部２０ｂを持つ。

図４に示すように、蒸着装置３０は、回転軸Ａの周りと回転軸Ｂの周りに回転するステージ３１を持つ。回転軸Ｂは、回転軸Ａに対して６０度傾いている。発光材料蒸着補助物体２０が形成されたガラス基板１０を、このステージ３１に蒸着方向が回転軸Ａと平行になるように斜めに設置する。有機発光層を形成するときには、回転軸Ａの周りにステージ３１を回転させ、金属電極を形成するときには、回転軸Ｂの周りにステージ３１を回転させる。有機発光層の色を変更するときは、回転軸Ａの周りを色毎に１２０度ずつ回転させる。

以上説明した通り、この実施の形態１では、メタルマスク２、高分子の有機電界発光材料を使用しないので、高性能、かつ高歩留まりで３色の有機電界発光表示装置を生産することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置について図５及び図６を参照しながら説明する。図５及び図６は、この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。なお、図５及び図６は、上記の実施の形態１の図３に相当する。

図５に示すように、ガラス基板１０（図示せず）上に、発光材料蒸着補助物体２０を利用して、蒸着方向の蒸着源１（図示せず）から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（白色））を蒸着することによって、それぞれがサブピクセルに相当するＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの有機発光層を選択的に形成する。４つのサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）から１つの画素が構成されている。また、発光材料蒸着補助物体２０は、四角形（正方形）の開口部２０ａと、四角錐状の穴の四角形（正方形）の底面部２０ｂを持つ。

図６に示すように、ガラス基板１０（図示せず）上に、発光材料蒸着補助物体２０を利用して、蒸着方向の蒸着源１（図示せず）から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ（黄色））を蒸着することによって、それぞれがサブピクセルに相当するＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの有機発光層を選択的に形成する。４つのサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ）から１つの画素が構成されている。また、発光材料蒸着補助物体２０は、四角形（正方形）の開口部２０ａと、四角錐状の穴の四角形（正方形）の底面部２０ｂを持つ。

つぎに、この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の製造方法について図面を参照しながら説明する。基本的には、上記の実施の形態１と同様である。

発光材料蒸着補助物体２０は、有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層を成膜する以前に形成しておく必要がある。

まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１０上の全面に、透明な有機材料１２を塗布する。

次に、図２（ｂ）に示すように、マスク１３を利用して、最終的に光材料蒸着補助物体２０として残す部分（有機材料１２）に光（紫外線）を当ててその部分を固める。このマスク１３は、光を遮断する複数の遮光部１３ａと、この遮光部１３ａ以外の領域で光を透過する透過部（点線部）１３ｂとで構成されている。遮光部１３ａは、上から見た（平面上の）形状が四角形で縦横に格子状に配列されている。つまり、透過部（点線部）１３ｂに対応する有機材料１２は、光（紫外線）によりテーパー状に固まる。一方、遮光部１３ａに対応する有機材料１２は、光（紫外線）が遮られて生のままの状態である。その後、遮光部１３ａに対応する有機材料１２を、溶剤で溶かして四角錐状の穴を形成する。

そして、図２（ｃ）に示すように、遮光部１３ａに対応する有機材料１２の部分を取り去った後の構造物体が、発光材料蒸着補助物体２０となる。この発光材料蒸着補助物体２０には、遮光部１３ａに対応して、複数の四角錐状の穴が形成されている。

つづいて、この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードＥＬＤの有機発光層の形成工程について図面を参照しながら説明する。基本的には、上記の実施の形態１と同様である。

図５及び図６に示すように、ガラス基板１０（図示せず）上に、発光材料蒸着補助物体２０を利用して、蒸着方向の蒸着源１（図示せず）から低分子の有機電界発光材料（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）あるいは（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ）を蒸着することによって、それぞれがサブピクセルに相当するＲ、Ｇ、Ｂ、ＷあるいはＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの４つの有機発光層を選択的に形成する。４つのサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）あるいは（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ）から１つの画素が構成されている。また、発光材料蒸着補助物体２０は、四角形の開口部２０ａと、四角錐状の穴の四角形の底面部２０ｂを持つ。

図４に示すように、蒸着装置３０は、回転軸Ａの周りと回転軸Ｂの周りに回転するステージ３１を持つ。回転軸Ｂは、回転軸Ａに対して６０度傾いている。発光材料蒸着補助物体２０が形成されたガラス基板１０を、このステージ３１に蒸着方向が回転軸Ａと平行になるように斜めに設置する。有機発光層を形成するときには、回転軸Ａの周りにステージ３１を回転させ、金属電極を形成するときには、回転軸Ｂの周りにステージ３１を回転させる。有機発光層の色を変更するときは、回転軸Ａの周りを色毎に９０度ずつ回転させる。

以上説明した通り、この実施の形態２では、メタルマスク２、高分子の有機電界発光材料を使用しないので、高性能、かつ高歩留まりで４色の有機電界発光表示装置を生産することができる。

この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の断面を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の発光材料蒸着補助物体の製造工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層を形成するための蒸着装置を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。 一般的なアクティブマトリックス型有機電界発光表示装置の基本的な画素領域の構成を示す回路図である。 従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の形成工程を示す図である。 図８のメタルマスクの平面を示す図である。 従来の有機電界発光表示装置の画素の平面を示す図である。 従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の別の形成工程を平面で示す図である。 従来の有機電界発光表示装置の有機電界発光ダイオードの有機発光層の別の形成工程を側面で示す図である。

符号の説明

１ 蒸着源、１０ ガラス基板、１２ 有機材料、１３ マスク、１３ａ 遮光部、１３ｂ 透過部、２０ 発光材料蒸着補助物体、２０ａ 開口部、２０ｂ 底面部、２０ｃ 穴、３０ 蒸着装置、３１ ステージ。

Claims (12)

1. ゲート線と信号線の交差地点に形成された有機電界発光ダイオードを備えた有機電界発光表示装置であって、
   基板上に形成され、前記有機電界発光ダイオードの有機発光層を蒸着して形成するための、複数の多角形の開口部、及び前記開口部に連なる複数の多角錐状の穴を有する発光材料蒸着補助物体と、
   前記基板かつ前記発光材料蒸着補助物体の多角錐状の穴内に形成された前記有機電界発光ダイオードの有機発光層と
   を備えたことを特徴とする有機電界発光表示装置。
2. 前記発光材料蒸着補助物体は、透明の有機材料から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の有機電界発光表示装置。
3. 前記発光材料蒸着補助物体は、複数の三角形の開口部を有し、前記三角形の開口部を通じて３色の有機発光層を前記基板上に蒸着して形成する
   ことを特徴とする請求項２記載の有機電界発光表示装置。
4. 前記発光材料蒸着補助物体は、複数の四角形の開口部を有し、前記四角形の開口部を通じて４色の有機発光層を前記基板上に蒸着して形成する
   ことを特徴とする請求項２記載の有機電界発光表示装置。
5. 前記発光材料蒸着補助物体は、前記三角形の開口部に連なる三角錐状の穴を有する
   ことを特徴とする請求項３記載の有機電界発光表示装置。
6. 前記発光材料蒸着補助物体は、前記四角形の開口部に連なる四角錐状の穴を有する
   ことを特徴とする請求項４記載の有機電界発光表示装置。
7. ゲート線と信号線の交差地点に形成された有機電界発光ダイオードを備えた有機電界発光表示装置の製造方法であって、
   前記有機電界発光ダイオードの有機発光層を蒸着して形成するための、複数の多角形の開口部、及び前記開口部に連なる複数の多角錐状の穴を有する発光材料蒸着補助物体を基板上に形成する工程と、
   前記有機電界発光ダイオードの有機発光層を前記基板かつ前記発光材料蒸着補助物体の多角錐状の穴内に形成する工程と
   を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置の製造方法。
8. 前記発光材料蒸着補助物体は、透明の有機材料から構成される
   ことを特徴とする請求項７記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
9. 前記発光材料蒸着補助物体は、複数の三角形の開口部を有し、前記三角形の開口部を通じて３色の有機発光層を前記基板上に蒸着して形成する
   ことを特徴とする請求項８記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
10. 前記発光材料蒸着補助物体は、複数の四角形の開口部を有し、前記四角形の開口部を通じて４色の有機発光層を前記基板上に蒸着して形成する
    ことを特徴とする請求項８記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
11. 前記発光材料蒸着補助物体は、前記三角形の開口部に連なる三角錐状の穴を有する
    ことを特徴とする請求項９記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
12. 前記発光材料蒸着補助物体は、前記四角形の開口部に連なる四角錐状の穴を有する
    ことを特徴とする請求項１０記載の有機電界発光表示装置の製造方法。

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