JP2010093068A - 有機ｅｌ表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ表示装置において、高度な光学系を用いることなく、画素部に転写によって有機ＥＬ層を形成する。
【解決手段】ドナー基板５０にはパターン化された光反射層５１が形成され、その上に光吸収層５２が形成され、その上に有機EL材料層５３が形成されている。ドナー基板５０と対向して、バンク２０、下部電極２１等が形成された素子基板１０が配置される。ドナー基板５０に対して、フラッシュランプ等から光を照射すると、光反射層５１が形成されていない部分の光吸収層５２のみが加熱され、その部分の有機EL材料層５３が蒸発し、素子基板１０の下部電極２１上に被着する。これによって高度な光学系を用いることなく転写による有機ＥＬ層の形成を行うことが出来る。
【選択図】図５

Description

本発明は表示装置に係り、特に有機ＥＬ層を転写方式によって形成する方式の有機ＥＬ表示装置およびその製造方法に関する。

有機ＥＬ表示装置では下部電極と上部電極との間に有機ＥＬ層を挟持し、上部電極に一定電圧を印加し、下部電極にデータ信号電圧を印加して有機ＥＬ層の発光を制御することによって画像を形成する。下部電極へのデータ信号電圧の供給は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介して行われる。

有機ＥＬ表示装置には、有機ＥＬ層から発光した光を、有機ＥＬ層等が形成されたガラス基板方向に取り出すボトムエミッション型と、有機ＥＬ層等が形成されたガラス基板と逆の方向に取り出すトップエミッション型とがある。トップエミッションタイプはＴＦＴ等の上にも発光領域を形成できるので、輝度を大きくとれるという利点がある。

有機ＥＬ層は複数の層から形成されており、各層の厚さは非常に薄い。また、有機ＥＬ層は水分によって特性が劣化するので、ウェットエッチングを使用することが出来ない。したがって、従来は有機ＥＬ層の形成には真空蒸着が用いられてきた。また、カラー化するためにはマスク蒸着で発光層の材料を色分けして形成していたが、マスク自体の精度、マスクと基板の合わせ精度、マスクと基板の熱膨張差などにより、蒸着位置精度が不十分で精細度の高いディスプレイの製造は困難であった。

生産効率向上のためには基板の大型化が極めて有効であるが、大型基板に対応した高精細マスクはマスクが垂れないように張力を与える枠により重量も増し、ハンドリングが困難であった。マスクの単価も高いにもかかわらず、１枚のマスクで連続着工した場合、膜が堆積してマスク精度が失われるため数μｍの累積膜厚に達するたびに洗浄する必要があり、実際に量産する場合には相当数のマスクを用意する必要があった。真空蒸着装置も１０^−４Ｐａの高真空装置であり、量産設備としては高価なものである。加えて、蒸着では蒸発させた材料の数％しか基板面につかず高価なＯＬＥＤ材料を無駄にしていた。

これらの問題を回避する方法として、レーザー転写法があるが、レーザーを転写基板の裏から照射し、その対面に膜パターンを形成するため、大型基板に対しては全てのパターンをレーザー光で描画することとなり、施工時間が長くなる問題があった。また要求精度がかなり高いので、精度の高いステージが必要となり、真空蒸着を止めても装置価格はあまり下がらなかった。転写方式を記載している文献として「特許文献１」および「特許文献２」を挙げることが出来る。

特開平９−１６７６８４号公報 特開２００６−３０９９９４号公報

「特許文献１」に記載の技術は次のようなものである。すなわち、ドナー基板は予めパターン化された光吸収層を有している。次に所望の有機EL材料層はこのパターン化されたドナー基板上に均一に塗布される。ドナー基板とＥＬ基板は非常に近接して保持され、適切な手段により相互に関して正確に整列される。パターン毎の転写はドナー基板を好ましくはドナー基板上のパターン化された吸収層により吸収される強いブランケット光源に曝すことにより達成される。

しかしながら、「特許文献１」に記載の技術は、光吸収層をパターン化しただけでは有機EL材料層にも光が当たり、光エネルギーによる変質を起こし、再利用できないという問題点を生ずる。また、有機EL材料層の温度も上昇し、微量昇華して混色を起こし、発光色の異常、発光効率の低下、短寿命化などの弊害を生じる。

「特許文献２」には次のような技術が記載されている。すなわち、ドナー基板はパターン化されない光吸収層を有している。所望の有機EL材料層はこのドナー基板上に均一に塗布される。ドナー基板及びＥＬ基板は非常に近接して保持され、適切な手段により相互に正確に整列される。昇華によるドナーからＥＬ基板へのＥＬ媒体のパターン毎の転写はレーザー又は局所化された熱要素のような強く合焦したビームでドナー吸収層上に書かれる。斯くして近接離間した堆積法によりパターン化された多色有機EL材料層は適切に着色された有機EL材料層の異なるドナー基板を数回用いる転写プロセスを繰り返すことにより簡単に発生可能である。

しかしながら、「特許文献２に記載の技術は、光をパターン化して照射するための高精度な光学系、もしくはレーザー光でパターンを描画するための高精度なステージを必要とし、高価であるという問題点を有している。

また、ＯＬＥＤの製造においては素子基板上にＯＬＥＤ材料をマスク蒸着し、上部電極形成後封止しているが、素子基板上に異物があると蒸着膜に欠陥ができて上下電極が短絡して、非点灯画素となりやすいという問題があるが、いずれの文献にもこのような問題点の記載も示唆もなく、また、その対策の手段も記載されていない。

本発明の課題は、以上のような従来技術の問題点を克服し、有機ＥＬ層の転写を効率的に行うことが出来、かつ、有機ＥＬ層における異物による下部電極と上部電極間のショートも克服することが出来る有機ＥＬ表示装置およびその製造方法を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素を有する有機ＥＬ表示装置であって、前記下部電極上に堆積された前記有機ＥＬ層の厚さをａとし、前記バンクの側壁に堆積された有機ＥＬ層の厚さをｂとしたとき、０．９ａ≦ｂとなる領域がバンクの側壁に存在することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。

（２）前記０．９ａ≦ｂとなる領域は前記バンクの側壁において、バンクの高さの半分よりも下部電極に近い部分に存在することを特徴とする（１）に記載の有機ＥＬ表示装置。

（３）バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素を有する有機ＥＬ表示装置であって、前記下部電極上に堆積された前記有機ＥＬ層の厚さのうち最大の厚さをａとし、前記バンクの側壁に堆積された有機ＥＬ層の厚さのうち最大の厚さをｂとしたとき、０．９ａ≦ｂとなる領域がバンクの側壁に存在することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。

（４）前記０．９ａ≦ｂとなる領域は前記バンクの側壁において、バンクの高さの半分よりも下部電極に近い部分に存在することを特徴とする（３）に記載の有機ＥＬ表示装置。

（５）バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素がマトリクス状に形成された素子基板を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、基板上にパターニングした光反射層が形成され、前記光反射層上に光吸収層が形成され、前記光吸収層の上に有機EL材料層が形成されたドナー基板を前記素子基板に対向させ、前記ドナー基板に光を照射し、前記有機EL材料層を蒸発させることによって、前記素子基板に形成された前記画素に有機ＥＬ層を形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（６）前記有機ＥＬ層は複数の層によって形成され、前記有機ＥＬ層のうち、発光層、電子輸送層は、発光層を形成する有機EL材料層を蒸発させ、電子輸送層は、電子輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させて形成することを特徴とする（５）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（７）前記有機ＥＬ層のうち、ホール輸送層は、ホール輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させることによって形成することを特徴とする（６）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（８）前記光はフラッシュランプからの光であることを特徴とする（５）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（９）前記光吸収層の上に表面保護膜が形成されていることを特徴とする（５）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（１０）バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素がマトリクス状に形成された素子基板を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、基板上にパターニングした光吸収層が形成され、前記光吸収層上に光反射層が形成され、前記光反射層の上に有機EL材料層が形成されたドナー基板を前記素子基板に対向させ、前記ドナー基板に光を照射し、前記有機EL材料層を蒸発させることによって、前記素子基板に形成された前記画素に有機ＥＬ層を形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（１１）前記有機ＥＬ層は複数の層によって形成され、前記有機ＥＬ層のうち、発光層、電子輸送層は、発光層を形成する有機EL材料層を蒸発させ、電子輸送層は、電子輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させて形成することを特徴とする（１０）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（１２）前記有機ＥＬ層のうち、ホール輸送層は、ホール輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させることによって形成することを特徴とする（１１）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（１３）前記光はフラッシュランプからの光であることを特徴とする（１０）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

（１４）前記光反射層の上に表面保護膜が形成されていることを特徴とする（１０）に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

有機ＥＬ層をドナー基板からの転送によって形成する方法において、ドナー基板の光反射層をパターニングすることによって、必要な部分の有機EL材料層のみを蒸発させるので、鋭いフォーカスを有する光源を使用する必要が無いため、有機ＥＬ層の転写を高価な光学系を用いることなく実現することが出来る。

また、ドナー基板の有機EL材料層のうち、蒸発しない有機EL材料層は温度上昇が小さいために変質することが無いので、回収して再生使用することが出来る。したがって、有機ＥＬ層材料の材料費を節減することが出来る。

さらに、本発明におけるは、１０ｋＰａから大気圧の範囲において行うので、蒸発した粒子の平均自由工程が小さく、指向性が小さいために、下部電極に異物等が存在しても、その異物の側面等も有機ＥＬ層で覆うことが出来るので、下部電極と上部電極のショートを防止することが出来る。

以上のような効果は、光吸収層をパターニングして形成したドナー基板を用いることによっても同様に得ることが出来る。

本発明の具体的な実施例を説明する前に、本発明が適用される有機ＥＬ表示装置の構成について説明する。図１は本発明の有機ＥＬ表示装置を構成する有機ＥＬ表示パネル３００の断面図である。図１において、素子基板１０には画像を表示するための有機ＥＬ層や駆動のための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成された表示領域１０１が形成されている。

表示領域１０１を覆って、封止の役割を兼ねる接着材シート３０が設置されている。この接着材シートによってガラスで形成される封止基板が素子基板に接着している。接着材シート３０としては、熱硬化性のエポキシ樹脂が使用される。接着材の厚さは１０μｍ〜２０μｍである。なお、接着材シート３０としてはエポキシ樹脂に限らずアクリル樹脂あるいはシリコン樹脂でも良い。

接着材シート３０は非透湿のものが好ましいが、必ずしも、水分に対するバリアが強力なものでなくとも良い。水分に対するバリアは主としてガラスで形成された封止基板４０が担うからである。すなわち、図１のような構成であれば、上方からの水分の浸入はガラスである封止基板４０によってブロックされるが、側部からの水分が有機ＥＬ層に到達するには長い距離を通過する必要があるということである。

素子基板１０の端部には表示領域１０１に有機ＥＬ層への電力、映像信号等を供給するための端子部１０２が延在している。端子部１０２は接着材によって覆われていないが、配線は無機パッシベーション膜、あるいは、有機パッシベーション膜によって被覆されているので、端子部１０２の導電膜が腐食することは無い。また、導電膜は有機ＥＬ層ほど水分には影響を受けない。

図１はいわゆる固体封止であり、封止基板４０と素子基板１０の間に空間が形成されていない。したがって、中空封止の場合のように、封止基板４０が押された場合に素子基板１０に接触して黒点が生ずるというような問題は生じない。また、封止のときの、封止ガスの内部圧力による種々の問題点も生じない。

図２はトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の画素部の断面図である。以下の断面構造はトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を例にとって説明するが、本発明はボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置にも適用することが出来る。トップエミッション型有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ層２２の上にアノードが存在するトップアノード型と、有機ＥＬ層２２の上にカソードが存在するトップカソード型とが存在する。図１はトップカソード型の場合であるが、トップアノード型の場合も本発明は同様に適用することが出来る。

図１において、素子基板１０の上にはＳｉＮからなる第１下地膜１１と、ＳｉＯ_２からなる第２下地膜１２が形成されている。ガラス基板からの不純物が半導体層１３を汚染することを防止するためである。第２下地膜１２の上には半導体層１３が形成される。半導体層１３はＣＶＤによってａ−Ｓｉ膜が形成されたあと、レーザー照射によってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に変換する。

半導体層１３を覆って、ＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜１４が形成される。ゲート絶縁膜１４を挟んで、半導体層１３と対向する部分にゲート電極１５が形成される。ゲート電極１５をマスクにして、半導体層１３にリンあるいはボロン等の不純物をイオンインプランテーションによって打ち込み、導電性を付与して、半導体層１３にソース部あるいはドレイン部を形成する。

ゲート電極１５を覆って層間絶縁膜１６がＳｉＯ_２によって形成される。ゲート配線とドレイン電極１７を絶縁するためである。層間絶縁膜１６の上にはドレイン電極１７が形成される。ドレイン電極１７は層間絶縁膜１６およびゲート絶縁膜１４のスルーホール６５を介して半導体層１３のドレイン部と接続する。

その後、ＴＦＴを保護するために、ＳｉＮからなる無機パッシベーション膜１８が被着される。無機パッシベーション膜１８の上には、有機パッシベーション膜１９が形成される。有機パッシベーション膜１９は無機パッシベーション膜１８とともに、ＴＦＴをより完全に保護する役割を有するとともに、有機ＥＬ層２２が形成される面を平坦にする役割を有する。したがって、有機パッシベーション膜１９は１〜４μｍと、厚く形成される。以後、有機パッシベーション膜１９は平坦化膜１９と呼ぶこともある。

有機パッシベーション膜１９の上には反射電極２４がＡｌまたはＡｌ合金によって形成される。ＡｌまたはＡｌ合金は反射率が高いので、反射電極２４として好適である。反射電極２４は有機パッシベーション膜１９および無機パッシベーション膜１８に形成されたスルーホール６５を介してドレイン電極１７と接続する。

図１はトップカソード型の有機ＥＬ表示装置なので、有機ＥＬ層２２の下部電極２１はアノードとなる。反射電極２４を構成するＡｌあるいはＡｌ合金は、仕事関数が小さく、アノードとしては不適なので、反射電極２４の上にアノードとなる下部電極２１をＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって形成する。ＩＴＯはスパッタリングによって形成した後、アニールすると導電率を上昇させることが出来る。

下部電極２１の上には有機ＥＬ層２２が形成される。有機ＥＬ層２２は複数の層によって形成される。本実施例では、下層からホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が形成されている。有機ＥＬ層２２の上にはアノードとなる上部電極２３が形成される。本発明において、上部電極２３は薄いＡｇＭｇ合金によって形成されている。ＡｇＭｇ合金は透明性を維持するために、１０ｎｍ程度と薄く形成される。一般には、上部電極２３としてはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）が用いられる。ＩＺＯはマスクを用いず、表示領域１００全体に蒸着される。ＩＺＯの場合、厚さは光の透過率を維持するために、３０ｎｍ程度に形成される。

有機ＥＬ層２２は複数の層から成っているが、構成は次のとおりである。電子輸送層としては電子輸送性を示し、アルカリ金属と共蒸着することにより電荷移動錯体化しやすいものであれば特に限定は無く、例えばトリス（８−キノリノラート）アルミニウム、トリス（４-メチル-８-キノリノラート）アルミニウム、ビス（２-メチル−８−キノリノラート）−４−フェニルフェノラート−アルミニウム、ビス[２-[２-ヒドロキシフェニル]ベンゾオキサゾラート]亜鉛などの金属錯体や２−（４−ビフェニリル）−５−（４−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、１，３−ビス[５−(ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル)−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル]ベンゼン等を用いることができる。

電子注入層は電子輸送層に用いた物質に対して電子供与性を示す材料を共蒸着して形成した、例えば、リチウム、セシウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、さらには希土類金属等の金属類、あるいはそれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物等から選択して電子供与性を示す物質として用いてもかまわない。

ホール輸送層は、例えば、テトラアリールベンジシン化合物（トリフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体、銅フタロシアニン誘導体等を用いることができる。

発光層材料としては電子、ホールの輸送能力を有するホスト材料に、それらの再結合により蛍光もしくはりん光を発するドーパントを添加したもので共蒸着により発光層として形成できるものであれば特に限定は無く、例えば、ホストとしてはトリス（８−キノリノラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メタン］のような錯体、アントラセン誘導体、カルバゾール誘導体、等であっても良い。

また、ドーパントとしてはホスト中で電子とホールを捉えて再結合させ発光するものであって、例えば赤ではピラン誘導体、緑ではクマリン誘導体、青ではアントラセン誘導体などの蛍光を発光する物質やもしくはイリジウム錯体、ピリジナート誘導体などりん光を発する物質であっても良い。

最上層は光を取り出すために透明導電膜１４であればよい。本実施例ではＡｇＭｇの合金薄膜を用いたが、が光の透過率と電気抵抗との兼ね合いで他の透明導電膜、例えば、ＩＺＯ等を用いても良い。

なお、有機ＥＬ層２２が端部において段切れによって破壊することを防止するために、画素と画素の間にバンク２０が形成される。バンク２０は有機材料で形成する場合もあるし、ＳｉＮのような無機材料で形成する場合もある。有機材料を使用する場合は、一般にはアクリル樹脂もしくはポリイミド樹脂によって形成される。

上部電極２３は、有機ＥＬ層２２の上およびバンク２０の上等、有機ＥＬ表示装置の表示領域１００全体に蒸着あるいはスパッタリング等によって形成される。上部電極２３の上には接着材シート３０を挟んでガラスによって形成された封止基板４０が設置されている。有機ＥＬ層２２は水分が存在すると発光効率が低下するので、水分から保護するために封止基板４０が配置される。接着材シートはそれ自体が防湿効果を有している。

以下に、実施例を用いて、本発明の内容を詳細に説明する。

図３は本発明による画素部、特に有機ＥＬ層２２付近の断面図である。図３に示す断面図では、ＴＦＴ等の詳細構造は省略している。図３において、バンク２０の両側に有機ＥＬ層２２を含む画素が形成されている。素子基板１０の上にはＴＦＴ領域２５が形成されており、その上に有機パッシベーション膜１９を兼ねる平坦化膜１９が形成されている。平坦化膜１９の上には反射電極２４が形成され、その上に下部電極２１がＩＴＯによって形成されている。ＩＴＯの上には、有機ＥＬ層２２が形成されている。

有機ＥＬ層２２はホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の４層が形成されている。ホール輸送層、発光層、電子輸送層は後で説明する本発明による転写方式で形成され、電子注入層は蒸着によって形成されている。図３において、電子注入層を除く有機ＥＬ層２２は本発明による転写で形成されており、バンク２０の側壁にも被着している。

有機ＥＬ層２２を覆って上部電極２３が蒸着によって形成されている。上部電極２３は、画素毎にマスク蒸着するのではなく、前面ベタで蒸着される。また、電子注入層も、上部電極２３と同様に、全面ベタで蒸着されるが、電子注入層は、０．７ｎｍと非常に薄いので、図３では電子注入層の厚さは無視して記載されている。

図３において、各層の膜厚は、例えば、次の通りである。Ａｌで形成される反射電極２４は２００ｎｍ、ＩＴＯで形成される下部電極２１の厚さは７７ｎｍ、ホール輸送層は７７ｎｍ、発光層は６０ｎｍ、電子輸送層は１０ｎｍ、電子注入層は０．７ｎｍ、ＡｇＭｇ合金で形成される上部電極２３は１０ｎｍである。

次に図３に示すような有機ＥＬ層２２を本発明による転写によって形成する方法について説明する。図４は本発明に使用されるドナー基板５０の断面図である。ドナー基板５０は素子基板１０と同様な熱膨張係数を有するものが良い。本実施例では、ドナー基板５０として素子基板１０と同じ材質のガラス板を使用している。

図４において、ドナー基板５０の上にパターン化した光反射層５１を形成する。光反射層５１は反射率の高いものである必要があり、Ａｌまたは、Ａｌ合金、銀、または、銀合金が使用される。反射膜は、スパッタリング、蒸着、メッキ等によって形成することが出来る。パターニングは通常のフォトリソグラフィを使用すればよい。

光反射層５１を覆って、光吸収層５２がスパッタリングによって形成される。光吸収層５２の材料としては、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点で、反射率の低いものが望ましく、これらの金属とＦｅ、Ｎｉ等との合金でも良い。また、これらの金属の酸化物でも良い。さらに、Ｃｒの酸化物とＣｒとの積層でもよい。この場合は、Ｃｒの酸化物をドナー基板５０側に先ず形成し、その上にＣｒを積層する。図４における光吸収層５２はパターニングする必要は無い。

光吸収層５２の上に、転写すべき有機ＥＬ層２２となる有機EL材料層５３を形成する。図４において、有機EL材料層５３として、例えば、ホール輸送層材料が形成される。この状態において、ドナー基板５０の背面から矢印で示すように光を照射する。光反射層５１が形成された部分においては、光は反射するので、その上に積層された光吸収層５２は加熱されない。したがって、この部分に積層された有機EL材料層５３は加熱されず、蒸発もしない。

一方、光反射層５１が存在しない部分において、光吸収層５２に光が照射されるので、光吸収層５２が発熱する。そうすると、有機EL材料層５３も同時に加熱され、蒸発する。有機EL材料層５３が蒸発する様子を点線の矢印で示す。有機EL材料層５３が蒸発する方向に素子基板１０を配置しておけば、有機EL材料層５３が素子基板１０に転写されることになる。

ホール輸送層を転写する場合は、図４に示す有機EL材料層５３にはホール輸送層用材料を形成しておき、発光層を転写する場合は、図４に示す有機EL材料層５３には発光層用材料を形成しておき、電子輸送層を転写する場合は、図４に示す有機EL材料層５３には電子輸送層となる材料を形成しておく。なお、発光層は３色あるので、３色別々に転写をする必要がある。

図５は有機ＥＬ層２２が素子基板１０に転写された状態を示す断面図である。図５において、ドナー基板５０上に、光反射層５１が形成され、その上に光吸収層５２が形成され、その上に有機ＥＬ層５３が形成されていることは図４で説明した通りである。図５において、ドナー基板５０に対向して素子基板１０が配置されている。図５における素子基板１０は簡略化して記載されている。素子基板１０上の平坦化膜１９の上に下部電極２１が形成されている。

画素と画素の間はバンク２０によって区画されている。バンク２０とドナー基板５０とで囲まれた領域にキャビティーが形成され、キャビティー内を転写される有機EL材料層５３が蒸発する。図５において、ドナー基板５０における有機EL材料層５３は光吸収層５２によって加熱され、キャビティー内を移動して、素子基板１０の下部電極２１の上に形成される。

図５に示すように、本発明においては、光反射層５１が形成されていない部分においてのみ、有機EL材料層５３が加熱されて蒸発する。光反射層５１が形成された部分に形成された有機EL材料層５３は加熱されない為に、有機EL材料が変質することが無い。図５のように、有機EL材料層５３が素子基板１０に転写されるのは一部であり、大部分はドナー基板５０に残る。有機EL材料層５３は高価なので、転写後、有機EL材料層５３を回収して使用することによって、有機ＥＬ表示装置の製造コストを引き下げることが出来る。

また、本発明では、光反射層５１を使用しているので、有機EL材料層５３が加熱される部分と加熱されない部分を判然と分けることが出来、転写によるパターン形成のコントラストを上げることが出来る。

このように、本発明においては、真空にしなくとも高いパターン精度を得ることが出来るが、パターン精度をさらに上げるためには、素子基板１０に形成されたバンク２０とドナー基板５０とが密着するように減圧し、ドナー基板５０側から抑えられるようにする。こうすることで、昇華した材料が上下の基板とバンク２０で囲まれた領域に閉じ込められ極めて高いパターン精度を得ることが出来る。

減圧する場合であっても高い真空度にしないほうが良い。減圧後の圧力を１０ｋＰａ以上にすると、平均自由工程が１μｍ以下となり、膜の付きまわりが極めて良好と成る。膜の付きまわりはドナー基板５０から分子が飛び出してくる速度も要因のひとつであり、速いほど悪くなる。

一般的なレーザー転写などでは、高いエネルギー密度で昇華させるために、分子の速度が大きく、指向性も高いので、膜の付きまわりはよくない。付きまわりがよくない場合、バンクと下部電極のなす角、いわゆるテーパ角を４５°以下にしてバンク側壁の膜厚が薄くならないようにするが、こうするとバンク側面のテーパ部の分だけバンクの幅を広くする必要が生じ、発光部の面積が減少することになる。したがって、高精細の表示素子の場合、バンクのテーパ角を６０°以上として、バンクの面積を小さくするがその場合に膜の付きまわりが悪いとバンクと下部電極の境界部分で上部電極と下部電極がショートする危険性が増す。
又、その他のケースとして膜の付きまわりが問題となるのは、下部電極２１の上に異物６０が存在したような場合である。下部電極２１の上に異物６０が存在したような場合において、一般のレーザー転写等で有機ＥＬ層２２を転写した場合の膜の付き方を図７に示す。

図７においては、有機EL材料層５３は上方から高い指向性をもって飛来するために、異物６０の下方には有機ＥＬ層２２は形成されない。この状態で、上部電極２３を蒸着すると、有機ＥＬ層２２が被着していない部分において、下部電極２１と上部電極２３が接触することになり、その画素は不良と成る。

一方、本発明の転写によれば、蒸発した分子の平均自由工程が短く、かつ、蒸発する分子のエネルギーもレーザ転写の場合ほど高くないので、有機ＥＬ層２２の付きまわりは非常によくなる。図６は、下部電極２１の上に異物６０が存在したような場合において、本発明よる転写を行った場合の、有機ＥＬ層２２の付きまわりを示す模式図である。図６において、有機ＥＬ層２２は異物６０の側面にも、異物６０の下方にも形成されている。

このような状態において、上部電極２３を形成したとしても、異物６０の周りは有機ＥＬ層２２で囲まれているので、上部電極２３と下部電極２１のショートをきたすことは無い。したがって、本発明によれば、上部電極２３と下部電極２１のショートによる画素不良を低減することが出来る。

本発明の転写方法によれば、膜の付きまわりが良いので、下部電極２１およびバンク２０の側壁への有機ＥＬ層２２の付き方も従来の真空蒸着法等と比べて異なってくる。従来例では、真空蒸着法にせよ、レーザーによる転写にせよ、指向性が高いために、下部電極２１の上には、有機ＥＬ層２２は必要量堆積するが、バンクのテーパ角をθとするとバンク２０の側壁には下部電極の膜厚にｃｏｓθを乗じた膜厚しかつかない。これに対して、本発明の転写方法によれば、有機ＥＬ層２２の付きまわりが良いために、バンク２０の側壁、特に、下部電極２１に近い部分にもバンクのテーパ角に関わらず下部電極２１上とほぼ同等量有機ＥＬ層２２を堆積させることが出来る。

本発明の転写方法によれば、例えば、図３における有機ＥＬ層２２の下部電極２１上の厚さをａとし、バンク２０の側壁、特に下部電極２１に近い部分における有機ＥＬ層２２の厚さをｂとした場合、０．９ａ≦ｂとすることが出来る。また、下部電極２１上における膜厚が分布を持っている場合は、ａの値としては、下部電極２１で最も膜厚が大きい部分をとり、ｂとしては、バンク２０の側壁において、最も膜厚が大きい部分の値をとれば良い。

本発明のさらに他の特徴は、光反射層５１の下に形成されている有機EL材料層５３は温度が上昇しないために、変質をおこさないということである。したがって、素子基板１０の必要な画素部分に有機EL材料層５３を転写したあと、ドナー基板５０に残った有機EL材料層５３を回収して再利用出来る。有機EL材料層５３は高価なので、回収して再利用できれば有機ＥＬ表示装置の製造コスト低減に大きな効果がある。

実施例１で説明したように、ドナー基板５０はパターニングされた光反射層５１、光吸収層５２を有し、その上に有機EL材料層５３が形成されている。有機EL材料層５３を素子基板１０に転写した後、有機EL材料層５３を回収して再利用する。有機EL材料層５３を回収した後、光反射層５１および光吸収層５２を有するドナー基板５０を再利用することが望ましい。しかし、光吸収層５２は実施例１で説明したように金属なので、有機EL材料層５３を回収した後の表面は汚染あるいはダメージを受けている可能性が大きい。

この問題を解決するために、本実施例は、図８に示すように、光吸収層５２の上に、表面保護膜５４を形成し、その上に有機EL材料層５３を形成する。本実施例では表面保護膜５４はＳｉＮで形成している。ＳｉＮは化学的に安定であるとともに、光吸収層５２で生じた熱を有機EL材料層５３に伝達するに十分な熱伝導率を有する。

このように、ＳｉＮによって表面保護膜５４を形成することによって、ＳｉＮ膜の下層に形成されている光吸収層５２および光反射層５１は保護されるので、有機EL材料層５３を転写、回収した後も繰り返し、ドナー基板５０を使用することが出来る。したがって、有機ＥＬ表示装置の製造コストを削減することが出来る。

表面保護膜５４としては、ＳｉＮの他に、ＩＴＯ、あるいは、ＩＺＯを使用することも出来る。ＩＴＯ、ＩＺＯ等は、金属酸化物であり、化学的に安定である。また、ＩＴＯ、ＩＺＯは導電性を有しているので、ドナー基板５０の表面が帯電することを防止することが出来るという利点を有する。さらに、ＩＴＯ、ＩＺＯ等は、有機ＥＬ表示装置の下部電極２１あるいは上部電極２３として使用されるので、使用材料の種類を増やさなくとも済むという利点も有する。

図９に示す本実施例は、実施例１に対して光反射層５１と光吸収層５２の形成順を入れ替えたものである。図９において、ドナー基板５０には、バターン化した光吸収層５２が形成されている。光吸収層５２は、実施例１と同様に、スパッタリング等によって被着し、その後、フォトリソグラフィ工程によってパターニングする。光吸収層５２の材料は、実施例１と同様に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点で、反射率の低いものが使用され、あるいは、これらの金属とＦｅ、Ｎｉ等との合金が使用される。また、これらの金属の酸化物でも良い。さらに、Ｃｒの酸化物とＣｒとの積層でもよい。この場合は、Ｃｒの酸化物をドナー基板５０側に先ず形成し、その上にＣｒを積層する。

パターニングされた光吸収層５２の上に光反射層５１が形成される。光反射層５１の材料は、実施例１と同様に反射率の高いものが使用され、ＡｌまたはＡｌ合金、銀または銀合金が使用される。光反射層５１は、スパッタリング、蒸着、メッキ等によって形成することが出来る。本実施例における光反射層５１はパターニングする必要は無い。光反射層５１の上に有機EL材料層５３が形成される。

このようにして形成されたドナー基板５０に対して図９に示すように、ドナー基板５０の背後から光を照射すると、図９の矢印で示すように、光吸収層５２おいて、光が吸収され、光反射層５１の部分では光が反射される。光吸収層５２は光を吸収して温度が上昇し、この熱が矢印で示すように、光反射層５１を伝わって、有機EL材料層５３を加熱する。そうすると、有機EL材料層５３は蒸発して図９には図示しない素子基板１０の画素部に付着する。有機EL材料層５３が素子基板１０の画素部に転写される様子は図５において説明したのと同様である。

一方、図９において、光吸収層５２が形成されていない部分では、光が光反射層５１によって反射されるので、この部分に積層されている有機EL材料層５３は加熱されず、蒸発もしない。また、この部分に形成されている有機EL材料層５３は加熱されないために、変質も生じないので、転写工程の後、再利用することが出来る。このように、本実施例においても、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることが出来る。

但し、転写されたパターンは光吸収層のパターンより２〜４μｍ広くなっており、転写精度は実施例１で示したものの方が高い。

実施例３の構成のドナー基板５０においても、有機EL材料層５３を素子基板１０に転写した後、有機EL材料層５３を回収して再利用することが出来る。有機EL材料層５３を回収した後、光反射層５１および光吸収層５２を有するドナー基板５０を再利用することが望ましい。しかし、光反射層５１はＡｌまたはＡｌ合金、銀または銀合金等の金属なので、有機EL材料層５３を回収した後の表面は汚染あるいはダメージを受けている可能性が大きい。

この問題を解決するために、本実施例は、図１０に示すように、光吸収層５２の上に、表面保護膜５４を形成し、その上に有機EL材料層５３を形成する。本実施例では表面保護膜５４はＳｉＮで形成している。ＳｉＮは化学的に安定であるとともに、光吸収層５２で生じた熱を有機EL材料層５３に伝達するに十分な熱伝導率を有する。表面保護膜５４としては、ＩＴＯあるいはＩＺＯ等でもよいことは実施例２と同様である。

このように、ＳｉＮ等によって表面保護膜５４を形成することによって、ＳｉＮ膜の下層に形成されている光反射層５１および光吸収層５２は保護されるので、有機EL材料層５３を転写、回収した後も繰り返し、ドナー基板５０を使用することが出来る。したがって、有機ＥＬ表示装置の製造コストを削減することが出来る。

次にこの方法で有機膜形成を行う装置について第１１図により説明する。この装置は、ドナー基板５０と素子基板１０を搬送し、装置に取り付ける機能と、ドナー基板５０を吸着保持する機能と、素子基板１０とドナー基板５０をアライメントする機能と、その後密着させ、基板間を減圧する機能と、強い光を照射する機能と、基板を冷却する機能から成り立っている。

以下手順に従って、動作を説明する。まず、基板搬送装置１００により、ドナー基板５０を装置内に入れ上部ホルダ１２０に接触させ真空吸着によりホルダーに固定する。素子基板１０を装置内に入れ、受取りピン１４０を上昇させ素子基板１０を受取り、ステージ１３０上に下ろし、ステージ１３０に真空吸着で固定する。ステージ１３０は、台１５０の上にスライダ１５５を介して載置されている。次にステージ１３０が上昇し、ドナー基板５０と素子基板１０を接近させ、アライメントカメラ１６０に合わせマークを映し、アライメントを行う。アライメントカメラ１６０は窓１８０を介してアライメントマークを検出する。

その後、ステージ１３０をさらに上昇させ、ドナー基板５０と素子基板１０を密着させ、ステージ１３０と上部ホルダ１２０の間の図示しないＯリングを接触させ、装置内を密封し、排気管１７０を介して内部を排気して減圧とし、ドナー基板５０の上から大気の圧力で押し付け、素子基板１０と完全に密着させる。このときの圧力は１００００〜９５０００Ｐａであれば密着性と膜の付きまわり性が両立できる。この状態で上方からキセノンフラッシュランプ１１１の光を照射するが、基板面積が広く一度に全体を照射することが困難なので光を照射しながらランプを掃印する。

キセノンフラッシュランプ１１１はパルス発光するが、一度に照射する幅の半分を次の発光までに移動するような速度で掃印し、同じ場所は２回づつ照射を受けるように設定した。したがって、ドナー基板５０の光吸収層５２の部分では、有機EL材料層５３は２回蒸発する機会を有する。キセノンフラッシュランプ１１１の替わりにパルス発振もしくは連続発振のレーザーを用いても良い。しかし、レーザーは出力の割合に価格が高く不利である。

このようにして転写を行った後、内部を常圧に戻し、ステージ１３０を下げ、真空吸着を外して基板をピンアップし、基板搬送装置１００にて素子基板１０を回収する。次にドナー基板５０を回収して一つの工程が終わる。以上のような動きをするのであるが、転写の工程についてさらに詳しく説明する。ランプは長さ４００ｍｍで、出力は１パルス当たり６００Ｊのものを用いる。パルス幅は約０．１ｍｓである。またパルスの周期は５ヘルツ程度であり、ランプの掃印速度は毎秒１０ｍｍである。

これを幅１０〜１５ｍｍに集光して照射したところ、パターンが形成された。照射強度は光学系の損失があり、約半分となっており、幅１０ｍｍの場合で中央５ｍｍ幅内で２J/cm2である。照射強度は幅に反比例する。従って、１パルスあたりのエネルギーとしては１．５〜３J／ｃｍ２とすることで付き回りのよい有機ＥＬ膜を形成することができる。有機材料により蒸発する温度が異なるが多くの蒸着用有機ＥＬ材料は２５０℃乃至３５０℃で蒸発するので、およそこのくらいのエネルギー密度で転写することができる。この条件領域でドナー基板５０の温度上昇は１０K以下であるが、熱膨張による影響をさらに少なくしパターン誤差を無くすためにランプハウス１１０とドナー基板５０の間に冷却エアノズル１１２から冷風を送り、冷却した。これにより、ドナー基板５０と素子基板１０の温度差は３Ｋ以内とすることができた。

以上のような転写工程を繰り返して、ホール輸送層、発光層、電子輸送層の各有機膜を形成したのち、電子注入層、カソードを真空蒸着法により形成して有機ＥＬを完成した。その後、乾燥窒素雰囲気で封止を行い点灯したところ、初期特性は全て真空蒸着で形成したものと遜色ない有機ＥＬ素子が得られた。

ところが、寿命に関しては、約３０％も短くなった。一般に有機ＥＬ素子は水分や酸素に弱いので、電子注入層を蒸着する前に素子基板１０を９０℃で１０分加熱し、脱水、脱酸素を行ったところ１０％程度の改善が見られた。ホール輸送層を真空蒸着法で形成するとさらに改善され全工程を真空蒸着で行ったものとの差は１０％以下とすることができた。この場合のホール輸送層の蒸着はマスク蒸着を用いて行われる。有機層の転写工程をすべて不活性ガス中で行っても寿命特性は改善され全工程真空蒸着で行ったものとほぼ同等の寿命となった。

ドナー基板５０の有機膜の内、素子基板１０に転写されるのは３０％以下であり、高価な有機ＥＬ材料がドナー基板５０に残されている。そこでこれを回収する工程について以下に説明する。有機ＥＬ材料はスピン塗布可能な溶媒系が存在する場合が少なくない。そのような場合はドナー基板５０にスピン塗布にて膜形成し、転写後もスピンナーの上に溶媒を盛ってパドルを作り、数分間溶かした後回転させスピンのカップ内に溶液を回収することができる。

回収した溶液は濾過により異物６０を除いた後、塗布時に回収した溶液と合わせ、濃度を調整して、再度スピン塗布に用いることができる。濃度の調製は蛍光スペクトル強度を測り、特定強度になるように濃度既知の液を足したり、溶媒を足したりすればよい。この場合の工程フローを図１２に示す。

スピン塗布が困難な材料は昇華により回収することができる。図１３にその概略図を示す。１０Ｐａ以下の真空を維持できるチャンバ２００内にドナー基板５０を誘導加熱するためのコイル２３０と有機ＥＬ材料を回収するための冷却パイプ２４０を設けて成る装置にドナー基板５０を入れる。ドナー基板５０は載置台２５０の上に載置され、載置台２５０は搬送ローラ２２０によって搬送される。

ドナー基板５０を加熱用コイルと冷却パイプ２４０の間を通すことにより、ドナー基板５０が加熱され、有機EL材料層５３が昇華し、冷却パイプ２４０表面に回収することができる。回収を終了したドナー基板は真空チャンバ２００のゲート２１０から外部に取り出される。

本発明になるドナー基板５０は全面が金属膜で覆われており、誘導加熱により、効率よく均一に加熱できるので、このような回収が可能である。ここで、金属膜とは、光反射層あるいは光吸収層のことである。回収した材料を集めるつぼに入れて真空蒸着法で再びドナー基板５０上に膜形成すればよい。

本発明の有機ＥＬ表示装置の断面図である。 トップエミッション型有機ＥＬ表示装置の断面図である。 画素部の有機ＥＬ層付近の詳細断面図である。 実施例１のドナー基板の断面図である。 実施例１において、ドナー基板から素子基板に有機ＥＬ層が転写された状態を示す断面図である。 本発明の転写方法において、下部電極に異物が存在した例である。 従来例において、下部電極に異物が存在した例である。 実施例２のドナー基板の断面図である。 実施例３のドナー基板の断面図である。 実施例４のドナー基板の断面図である。 本発明における転写装置の概略図である。 有機EL材料層回収の例である。 有機EL材料層回収の他の例である。

符号の説明

１０…素子基板、 １１…第１下地膜、 １２…第２下地膜、 １３…半導体層、 １４…ゲート絶縁膜、 １５…ゲート電極、 １６…層間絶縁膜、 １７…ＳＤ電極、 １８…無機パッシベーション膜、 １９…有機パッシベーション膜、平坦化膜、 ２０…バンク、 ２１…下部電極、 ２２…有機ＥＬ層、 ２３…上部電極、 ２４…反射電極、 ２５…ＴＦＴ領域、 ３０…接着材シート、 ４０…封止基板、 ５０…ドナー基板、 ５１…光反射層、 ５２…光吸収層、 ５３…有機EL材料層、 ５４…表面保護膜、 １００…基板搬送装置、 １０１…表示領域、 １０２…端子部、 １１０…ランプハウス、 １１１…キセノンフラッシュランプ、 １１２…冷却エアノズル、 １２０…上部ホルダ、 １３０…ステージ、 １４０…受け取りピン、 １５０…台、 １５５…スライダ、 １６０…アライメント用カメラ、 １７０…排気管、 １８０…窓、 ２００…真空チャンバ、 ２１０…ゲート、 ２２０…搬送ローラ、 ２３０…誘導コイル、 ２４０…冷却パイプ、 ２５０…載置台。

Claims (15)

1. バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素を有する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記下部電極上に堆積された前記有機ＥＬ層の厚さをａとし、前記バンクの側壁に堆積された有機ＥＬ層の厚さをｂとしたとき、０．９ａ≦ｂとなる領域がバンクの側壁に存在することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記０．９ａ≦ｂとなる領域は前記バンクの側壁において、バンクの高さの半分よりも下部電極に近い部分に存在することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素を有する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記下部電極上に堆積された前記有機ＥＬ層の厚さのうち最大の厚さをａとし、前記バンクの側壁に堆積された有機ＥＬ層の厚さのうち最大の厚さをｂとしたとき、０．９ａ≦ｂとなる領域がバンクの側壁に存在することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
4. 前記０．９ａ≦ｂとなる領域は前記バンクの側壁において、バンクの高さの半分よりも下部電極に近い部分に存在することを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素を有する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記バンクと下部電極のなす角、いわゆるテーパ角が60°以上であって、前記下部電極上に堆積された前記有機ＥＬ層の厚さをａとし、前記バンクの側壁に堆積された有機ＥＬ層の厚さをｂとしたとき、０．９ａ≦ｂとなる領域がバンクの側壁に存在することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
6. 下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、
   基板上にパターニングした光反射層が形成され、前記光反射層上に光吸収層が形成され、前記光吸収層の上に有機EL材料層が形成されたドナー基板を前記ＴＦＴ基板に対向させ、
   前記ドナー基板に光を照射し、前記有機EL材料層を蒸発させることによって、前記ＴＦＴ基板に形成された前記画素に有機ＥＬ層を形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
7. 前記有機ＥＬ層は複数の層によって形成され、前記有機ＥＬ層のうち、発光層、電子輸送層は、発光層を形成する有機EL材料層を蒸発させ、電子輸送層は、電子輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させて形成することを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
8. 前記有機ＥＬ層のうち、ホール輸送層は、ホール輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させることによって形成することを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
9. 前記光はフラッシュランプからの光であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
10. 前記光吸収層の上に表面保護膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
11. バンクによって囲まれた領域に下部電極、有機ＥＬ層、上部電極がこの順で積層された画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、
    基板上にパターニングした光吸収層が形成され、前記光吸収層上に光反射層が形成され、前記光反射層の上に有機EL材料層が形成されたドナー基板を前記ＴＦＴ基板に対向させ、
    前記ドナー基板に光を照射し、前記有機EL材料層を蒸発させることによって、前記ＴＦＴ基板に形成された前記画素に有機ＥＬ層を形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
12. 前記有機ＥＬ層は複数の層によって形成され、前記有機ＥＬ層のうち、発光層、電子輸送層は、発光層を形成する有機EL材料層を蒸発させ、電子輸送層は、電子輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させて形成することを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
13. 前記有機ＥＬ層のうち、ホール輸送層は、ホール輸送層を形成する有機EL材料層を蒸発させることによって形成することを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
14. 前記光はフラッシュランプからの光であることを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
15. 前記光反射層の上に表面保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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