JP2009087903A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光材料層より下層に配置した配線（補助配線）と共通電極との間の接続構造を備えた、高精細で長寿命な有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【解決手段】 有機ＥＬ表示装置は、基板と、前記基板上に形成された複数の第１電極と、前記複数の第１電極の中央を露出させるとともに、外縁を覆うバンクと、前記バンク上に形成された第２電極と、前記バンク、前記第１電極及び前記第２電極の上に配置された発光材料層と、前記発光材料層の上に形成された第３電極とを有し、前記発光材料層は、前記第２電極と重なる位置に周囲が盛り上がった開口を備え、前記第３電極は、前記開口の内面を覆っている。
【選択図】 図９

Description

本発明は、トップエミッション方式の有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置に関し、特に、補助配線との接続技術に関するものである。

トップエミッション方式の有機ＥＬ表示装置は、光取り出し面側の共通電極として、光透過性電極材料であるＩＺＯが用いられる。ＩＺＯの抵抗は高いため、共通電極の面内において、電圧低下が顕著に生じ、輝度ムラとなる場合があった。そこで、従来より、トップエミッション方式の有機ＥＬ表示装置の共通電極（透明電極）に対して抵抗補償用の補助配線を設ける試みがなされている。

そのような補助配線の製造方法を開示する文献として、下記特許文献１乃至３がある。
特許文献１（特開２００７−１０３０５８号公報）には、補助配線をバンクの上に形成し、共通電極の抵抗を下げる技術が開示されている。
特許文献２及び３は、補助配線をバンクの下に形成し、バンクの上の共通電極と導通をとることで共通電極の抵抗を下げる技術が開示されている。
特に、特許文献２（特開２００７-１０３０９８号公報）には、補助配線上のバンクにコンタクトホールを設け、その上から発光材料層を形成し、そのコンタクトホールの上からレーザを照射することでコンタクトホール上の発光材料層を部分的に飛散あるいは昇華させ、それによって共通電極と補助配線との導通を実現することが開示されている。
また、特に、特許文献３（特開２００７−１０８４６９号公報）には、補助配線上のバンクにコンタクトホール開口を設け、その上から発光材料層を形成し、そのコンタクトホール上の発光材料層の上から、ピンを打ち込むことで共通電極と補助配線との導通を実現するか、導電性の球体を多数含むペーストを塗布した後加圧してそれらを打ち込むことで共通電極と補助配線との導通を実現することが開示されている。
特開２００７−１０３０５８号公報 特開２００７−１０３０９８号公報 特開２００７−１０８４６９号公報

特許文献１のように、共通電極の上に補助配線を形成する場合、ホトリソによる補助配線のパターン化を行うことは困難である。ホトリソによるパターン化には、スパッタ成膜による高温プロセスや、レジスト剥離時のアルカリ溶液処理や、エッチング時の酸溶液処理を経る必要があるが、有機物である発光材料層はこれらの溶液によって大きなダメージを受けてしまうので、結果的に表示装置としての寿命を縮めてしまうからである。
そこで、共通電極の上に補助電極を形成する場合、マスク蒸着が有力な技術とされている。
しかし、マスク蒸着は、マスクの熱膨張を考慮する必要から、蒸着位置に大きなマージンが必要であり、高精細の表示装置を実現するためには、さらなるマスク設計の進歩が必要である。

特許文献２及び３のように、共通電極の下に補助配線を形成する場合、前述の発光材料層のダメージを考慮する必要がないので、ホトリソによる高い精度の補助配線のパターン化が可能である。従って、非表示領域であるバンクの幅を余分に取る必要がなくなり、高精度な有機ＥＬ表示装置を実現できるようになる。
しかし、補助配線を発光材料層の下に配置する場合、有機膜がその中間に存在し、補助配線と共通電極との接続の妨げになる。単色発光とカラーフィルタの組合せのカラー有機ＥＬ表示装置だけでなく、多色発光でも発光材料層を構成する少なくとも１層はプロセス簡略化のために、異なる色の画素にも共通に蒸着する、所謂「ベタ蒸着」が採用された有機ＥＬ表示装置でも同様の問題が生じる。
その問題に対して、特許文献２では、レーザでコンタクトホールにおける電気的な導通を確保しようとしていたが、発光材料層の飛散あるいは昇華によって、コンタクトホールの内面に凹凸が生じ、共通電極のスパッタ成膜では連続膜とならない可能性が生じる。 また、発光材料層やバンクに熱によるダメージを与えかねない。

特許文献３の図１１のように、導電性のピンを打ち込んで接続部材とする場合、発光面からの圧力（使用者が押す等）がピンに集中するため、バンク自体、補助配線又は補助配線の下地の絶縁膜に欠陥が生じやすい。また、バンクは熱膨張によって伸び縮みするにも関わらず、ピンのように、コンタクトホールと一体ではない充填材料であると、その熱膨張数の差から、ピンとバンクとの間に隙間ができやすい。そのため、それらの原因で寿命が縮まりやすくなる。また、所望の位置に位置決めし、ピンを配置するのは非常に作業効率が悪い。
また、特許文献３の図８のように、導電性の球体を多数含むペーストを塗布した後加圧することでコンタクトホール及び発光材料層中に当該ペーストを打ち込む場合、まず、所望の位置へ、微量のペーストを細い幅で供給する必要があり、作業性がかなり悪い。また、ＡＣＦフィルムでは、加熱加圧することによりバインダ（ペースト）を横方向に逃がして上下の端子間（共通電極と補助配線の間）に導電粒子同士の接触による微細配線を多数構成するが、コンタクトホールのような開口では、バインダが逃げるスペースがないため、押しただけでは荷電粒子同士の接触による微細配線が構成されない場合も起きうる。また、コンタクトホールを導電性の球体を多数含むペーストで充填すると、熱膨張数の差から、バンクとの間の境界に隙間ができやすく、寿命が縮まる可能性がある。
本発明の目的は、発光材料層より下層に配置した配線（補助配線）と共通電極との間の接続構造を備えた、高精細で長寿命な有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、前記基板上に形成された複数の第１電極と、前記複数の第１の電極の中央を露出させるとともに、外縁を覆うバンクと、前記バンク上に形成された第２電極と、前記バンク、前記第１電極及び前記第２電極の上に配置された発光材料層と、前記発光材料層の上に形成された第３電極とを有し、
前記発光材料層は、前記第２電極と重なる位置に周囲が盛り上がった開口を備え、
前記第３電極は、前記開口の内面を覆っている。
（２）上記（１）において、
前記開口は、前記発光材料層を物理的に変形させて形成したものである。
（３）上記（１）において、
前記第１の電極は、前記発光材料層で発光した光を反射する機能を有し、
前記第３の電極は、前記発光材料層で発光した光を透過する機能を有する。
（４）上記（１）において、
前記第２電極は、前記第３電極よりも抵抗値が低い材料からなる。
（５）上記（１）において、
前記第２電極の表面は、前記開口に沿った凹みを備えている。
（６）上記（１）において、
前記開口は、第１電極の数より多い。

（７）本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、
基板上に第１電極を形成する第１工程と、
前記基板上に、前記第１電極が露出している開口を備えたバンクを形成する第２工程と、
前記バンク上に第２電極を形成する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記発光材料層を形成する第４工程と、
前記発光材料層の上から、前記第２電極と重なる位置に、凸状部材を押し込み、引き抜く第５工程と、
前記第５工程の後に、第１の電極及び第２電極を覆う連続膜をスパッタリング法又は蒸着法により形成する第６工程と、を有する。
（８）上記（７）において、
前記第５工程中に、前記凸状部材を上下以外の向きに動かす。
（９）上記（８）において、
前記第５工程中に、前記凸状部材を振動させる。

本発明によれば、発光材料層より下層に配置した配線（補助配線）と共通電極との間の接続構造を備えた、高精細で長寿命な有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

本実施例では、トップエミッション方式のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置に本発明を適用した例について説明する。
以下、文字やグラフィックを表示する最小単位のものをドットと呼ぶが、この最小単位のドットを本実施例では画素（ピクセル）と呼ぶ。また、カラー表示においては、一般的に、画素を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に分割するためにＲＧＢ３色を一まとめにして画素（ピクセル）と呼び、ＲＧＢで分割した３分の１（１／３）ドットをサブ画素（サブピクセル）と呼ぶが、本実施例ではＲＧＢで分割した３分の１（１／３）ドットも画素と呼ぶ。

図１は、サブ画素にある回路（画素回路）の等価回路である。
上下に映像信号線ＤＡＴＡ及び電源線ＰＯＷＥＲ、左右に補助配線ＳＵＰと走査線ＳＣＡＮが配置され、画素回路はこれらの配線と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとの間に接続されている。
画素回路は、第１トランジスタＴＦＴ１、第２トランジスタＴＦＴ２、データ保持容量ＣＡＰで構成されている。
第１トランジスタＴＦＴ１のソースドレイン領域の一端に、映像信号線ＤＡＴＡが接続され、他端に、データ保持容量ＣＡＰの一端が接続され、制御端であるゲートは、走査線ＳＣＡＮに接続されている。
データ保持容量ＣＡＰの他端は、第２トランジスタＴＦＴ２の制御端及び電源線ＰＯＷＥＲに接続されている。
電源線ＰＯＷＥＲには、データ保持容量ＣＡＰだけでなく、第２トンランジスタＴＦＴ２のソースドレイン領域の一端が接続されている。
第２トンランジスタＴＦＴ２の他端は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのアノードに接続されている。
有機ＥＬ素子のカソードは、補助配線ＳＵＰに接続されている。
第１トランジスタＴＦＴ１のソースドレイン領域の一端と映像信号線ＤＡＴＡとは、第１コンタクトホールＣＨ１を介して接続されている。
データ保持容量ＣＡＰの他端と電源線ＰＯＷＥＲとは、第２コンタクトホールＣＨ２を介して接続されている。
第２トランジスタＴＦＴ２のソースドレイン領域の一端と電源線ＰＯＷＥＲとは、第３コンタクトホールＣＨ３を介して接続されている。
第２トランジスタＴＦＴ２のソースドレイン領域の他端と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤのアノードとは、第４コンタクトホールＣＨ４を介して接続されている。

この等価回路を実現する平面レイアウトを図２乃至図５に、また、図２乃至図５のＡ−Ａ‘における断面構造図を図８に示す。
図８に示すように、基板ＳＵＢ上に、下地膜ＵＣ、半導体層ＦＧ、ゲート絶縁膜ＧＩ、金属ゲート電極層ＳＧ、第１層間絶縁層ＩＮＳ１、金属ソースドレイン電極層ＳＤ、第２層間絶縁層ＩＮＳ２、画素電極ＡＤ、バンクＢＮＫ、補助配線ＳＵＰ、発光材料層ＯＬＥ、共通電極ＣＤが形成されている。
基板ＳＵＢは、０．５ｍｍの厚さの無アルカリガラスである。
下地膜ＵＣは、基板ＳＵＢに含まれるイオン性不純物が薄膜トランジスタＴＦＴに影響を及ぼすのを回避するために設けられており、厚さ５０〜２００ｎｍの窒化シリコン膜と厚さ５０〜２００ｎｍの酸化シリコン膜との積層膜からなる。
半導体層ＦＧは、薄膜トランジスタＴＦＴのソース領域、ドレイン領域、チャネル領域だけでなく、高濃度ドーピングによる配線やデータ保持容量ＣＡＰの下層電極を構成する層である。この半導体層ＦＧは、厚さ５０〜１５０ｎｍのポリシリコンで構成される。
ゲート絶縁膜ＧＩは、厚さ１００〜２００ｎｍのＴＥＯＳによる酸化シリコン膜で構成され、コンタクトホール以外の基板全面を覆っている。ゲート絶縁膜だけでなく、データ保持容量ＣＡＰの誘電体層としても機能する。

金属ゲート電極層ＳＧは、第１トランジスタＴＦＴ１のゲート電極と第２トランジスタＴＦＴ２のゲート電極となる他、走査配線ＳＣＡＮ、データ保持容量ＣＡＰの上層電極を構成する層である。厚さ１００〜３００ｎｍの金属膜で、モリブデン（Ｍｏ）とタングステン（Ｗ）との合金膜（ＭｏＷ）で構成されている。
第１層間絶縁膜ＩＮＳ１は、厚さ２００〜５００ｎｍの酸化シリコン膜で構成され、コンタクトホール以外の基板全面を覆っている。
金属ソースドレイン電極層ＳＤは、映像信号線ＤＡＴＡ、電源線ＰＯＷＥＲを構成するだけでなく、半導体層ＦＧと金属ゲート電極層ＳＧとを接続する際の配線や、抵抗を下げる冗長配線を構成する。厚さ２０〜１２０ｎｍ程度の厚さのＭｏＷ膜と５０〜１５０ｎｍ程度の厚さのＭｏＷ膜との間に２００〜４００ｎｍ程度の厚さのＡｌＳｉ膜を挟み込んだ積層構造の金属膜からなる。
第２層間絶縁膜ＩＮＳ２は、厚さ３００〜５００ｎｍのシリコン窒化膜の上に、厚さ１μｍ〜２μｍのポリイミド、アクリル、エポキシの何れから選択された有機絶縁膜が形成された積層構造で構成され、コンタクトホール以外の基板全面を覆っている。

第２層間絶縁膜ＩＮＳ２迄を形成した画素回路の平面レイアウトを図２に示す。
図２中上下方向に延伸する映像信号線ＤＡＴＡは、ゲート絶縁膜ＧＩと第１層間絶縁膜ＩＮＳ１を貫通するコンタクトホールＣＨ１で、半導体層ＦＧまで引き出され、第１トランジスタＴＦＴ１のソースドレイン領域の一端に接続される。
図２中左右方向に延伸する走査線ＳＣＡＮは、図２中上方向に突起を備え、その突起が第１トランジスタＴＦＴ１のゲート電極となっている。
第１トランジスタＴＦＴ１のソースドレイン領域（半導体層ＦＧ）の他端は、走査線ＳＣＡＮの延伸方向に引き伸ばされて、データ保持容量ＣＡＰの下部電極となる。
データ保持容量ＣＡＰの下部電極の上にゲート絶縁膜ＧＩを介して金属ゲート電極層ＳＧの電極が配置される。これがデータ保持容量ＣＡＰの上部電極を構成する。
このデータ保持容量ＣＡＰの上部電極は、電源線ＰＯＷＥＲまで引き伸ばされ、第２コンタクトホールＣＨ２を介して図中上下方向に延伸する電源線ＰＯＷＥＲに、物理的、電気的に接続される。
図２中上下方向に延伸する電源線ＰＯＷＥＲは、さらに第３コンタクトホールＣＨ３を介して、半導体層ＦＧに接続される。
この半導体層ＦＧは、データ保持容量ＣＡＰの上部電極の一部の突起部の下を通過し、第２トランジスタＴＦＴ２を構成する。なお、この第２トランジスタＴＦＴ２の半導体層は、第１トランジスタＴＦＴ１の半導体層とは分離されている。

第２トランジスタＴＦＴ２を通過した半導体層ＦＧは、第４コンタクトホールＣＨ４を介して画素電極ＡＤの上層であるＩＴＯに物理的、電気的に接続される。
画素電極ＡＤは、上下２層で構成される。下層は、厚さ５０〜２００ｎｍのＡｌＳｉ膜と２０〜１２０ｎｍ程度の厚さのＭｏＷ膜との積層膜（上Ａｌ膜／下ＭｏＷ膜）で構成され、画素毎に分離されている。上層は、厚さ３０〜２００ｎｍ程度のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜で構成され、画素毎に分離されている。上層のＩＴＯは、下層の金属を覆い、下層を介さずに第２トランジスタＴＦＴ２と電気的に直接接続されている。即ち、画素電極ＡＤの上層は、ホール注入する陽極として機能し、下層は発光材料層ＯＬＥで発光した光を反射する反射膜として機能する。
図３に画素電極ＡＤの上層の平面レイアウトを示す。
画素電極ＡＤの上層ＩＴＯは、そのエッジが電源線ＰＯＷＥＲと映像信号線ＤＡＴＡに重なり、走査線と重ならないように配置されている。
バンクＢＮＫは、画素電極ＡＤの外縁を覆い、画素電極ＡＤを露出する開口部ＢＮＫ−ＯＰＥＮを備えた画素電極ＡＤ間を絶縁する絶縁膜で、窒化シリコン膜ＳｉＮ、アクリル又はポリイミドで構成される。

補助配線ＳＵＰは、ＭｏＷ（厚さ２０〜１２０ｎｍ）／ＡｌＳｉ（５０〜２００ｎｍ）／ＭｏＷ（厚さ２０〜１２０ｎｍ）で構成されている。この補助配線の平面レイアウトを図４に示す。画素の上下左右に延びるバンクＢＮＫのうち、左右に延びるバンクＢＮＫ上のみに形成されている。本実施例の場合、走査線ＳＣＡＮと重なり、かつ、走査線ＳＣＡＮ全体を覆うように配置されている。この平面レイアウトはホトリソによって行うので、他の蒸着により共通電極ＣＤ上に形成する場合よりも、形成時の位置ズレが少ないので、バンクを細くでき、開口率（画素面積に占める発光面積の割合）が向上する。
発光材料層ＯＬＥは、ホール輸送層、発光層、電子輸送層の３層を少なくとも備えている。この発光材料層ＯＬＥの平面レイアウトを図５に示す。そのうちの少なくとも一層がバンクの上にも形成されるが、補助配線ＳＵＰの上に位置する発光材料層ＯＬＥは、第５コンタクトホールＣＨ５の部分が除去され、補助配線ＳＵＰが発光材料層ＯＬＥから露出している。
陰極となる共通電極ＣＤは、ＩＺＯなどの亜鉛系の酸化導電膜で構成され、発光材料層ＯＬＥの全面を覆っている。図５に示すように、画素左右方向に複数個並んで配置された第５コンタクトホールＣＨ５で補助配線ＳＵＰに接続されている。

第５コンタクトホールＣＨ５近傍の拡大断面図を図９に示す。第５コンタクトホールＣＨ５の製造プロセスを説明するために、画素断面図を図６〜図８に示す。
第５コンタクトホールＣＨ５の周囲の発光材料層ＯＬＥは盛り上がっている。そして、その発光材料層ＯＬＥの表面に共通電極ＣＤがスパッタリングで成膜されるので、第５コンタクトホールＣＨ５の周囲の共通電極ＣＤの表面も盛り上がった凸状になっている。スパッタリングは一定の膜厚だけ成膜されるので、発光材料層ＯＬＥの凸状の斜面に沿って形成されている。
この盛り上がった凸状斜面が形成される工程を、図６乃至図９で説明する。図６で示すように、発光材料層ＯＬＥ迄は従前と同様の方法で成膜する。その後、第５コンタクトホールＣＨ５（図７参照）を、先端は若干丸いが実質上鋭角に尖がっている釘や針のような円錐状の突起ＰＩＮＳ（図６参照）を押し込み、引き抜くことで形成する。円錐状突起ＰＩＮＳを力で押し込む際に、周囲の発光材料層ＯＬＥが周りに押し込まれるので、表面が盛り上がるのである。この実施例では、上下方向に押し込んだが、押し込む途中、押し込んだ状態、引き抜く途中のいずれかの工程で、円錐状突起ＰＩＮＳを平面方向に微妙に移動させてもよい。具体的には、超音波のような振動を加えることが考えられる。このように、動きを与えれば、補助配線ＳＵＰの表面は傷つき酸化膜除去的な働きが期待できるだけでなく、発光材料層ＯＬＥを十分外へ寄せられるので、第５コンタクトホールＣＨ５の開口を確保でき、電気的な導通が確かなものになる。
また、第５コンタクトホールＣＨ５は、本実施例では、１画素につき１つにしたが、１画素当たり複数設けてもよい。その場合、剣山のように多数の針を発光材料層に宛がうことになり、断線の可能性を低減できるだけでなく、位置決めの煩わしさを減らすことができる。但し、画素電極ＡＤを露出する開口部ＢＮＫ−ＯＰＥＮの発光材料層ＯＬＥを傷つけることが無いように、十分にバンクの高さを高くしておく。
なお、突起ＰＩＮＳは治具ＰＬＡＴＥに固定して用いるが、この治具ＰＬＡＴＥは、熱による膨張が小さく、更に硬い材料で形成することが望ましい。本実施例の治具ＰＬＡＴＥは、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）係の合金材料で構成した。
本実施例によれば、発光材料層より下層に配置した配線（補助配線）と共通電極との間の接続構造を備えた、高精細で長寿命な有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

画素回路の等価回路図である。 画素の平面レイアウトである。 画素の平面レイアウトである。 画素の平面レイアウトである。 画素の平面レイアウトである。 画素断面図である。 画素断面図である。 画素断面図である。 第５コンタクトホール近傍の拡大断面図である。

符号の説明

ＳＵＢ…基板、ＵＣ…下地膜、ＦＧ…半導体層、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＳＧ…金属ゲート電極層、ＩＮＳ１…第１層間絶縁層、ＳＤ…金属ソースドレイン電極層、ＩＮＳ２…第２層間絶縁層、ＡＤ…画素電極、ＢＮＫ…バンク、ＳＵＰ…補助配線、ＯＬＥ…発光材料層、ＣＤ…共通電極、ＤＡＴＡ…映像信号線、ＰＯＷＥＲ…電源線、ＳＵＰ…補助配線、ＳＣＡＮ…走査線、ＯＬＥＤ…有機ＥＬ素子、ＴＦＴ１…第１トランジスタ、ＴＦＴ２…第２トランジスタＴＦＴ２、ＣＡＰ…データ保持容量。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された複数の第１電極と、
   前記複数の第１電極の中央を露出させるとともに、外縁を覆うバンクと、
   前記バンク上に形成された第２電極と、
   前記バンク、前記第１電極及び前記第２電極の上に配置された発光材料層と、
   前記発光材料層の上に形成された第３電極とを有し、
   前記発光材料層は、前記第２電極と重なる位置に周囲が盛り上がった開口を備え、
   前記第３電極は、前記開口の内面を覆っていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 請求項１において、
   前記開口は、前記発光材料層を物理的に変形させて形成したものであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項１において、
   前記第１電極は、前記発光材料層で発光した光を反射する機能を有し、
   前記第３電極は、前記発光材料層で発光した光を透過する機能を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
4. 請求項１において、
   前記第２電極は、前記第３電極よりも抵抗値が低い材料からなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
5. 請求項１において、
   前記第２電極の表面は、前記開口に沿った凹みを備えていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
6. 請求項１において、
   前記開口は、第１電極の数より多いことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
7. 基板上に第１電極を形成する第１工程と、
   前記基板上に、前記第１電極が露出している開口を備えたバンクを形成する第２工程と、
   前記バンク上に第２電極を形成する第３工程と、
   前記第３工程の後に、前記発光材料層を形成する第４工程と、
   前記発光材料層の上から、前記第２電極と重なる位置に、凸状部材を押し込み、引き抜く第５工程と、
   前記第５工程の後に、第１電極及び第２電極を覆う連続膜をスパッタリング法又は蒸着法により形成する第６工程と、
   を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
8. 請求項７において、
   前記第５工程中に、前記凸状部材を上下以外の向きに動かすことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
9. 請求項８において、
   前記第５工程中に、前記凸状部材を振動させることを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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