JP2015049949A - 有機ｅｌ表示装置及び有機ｅｌ表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面積を減少させることなく、上部電極の電位を均一化した有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ表示装置は、マトリクス状に配置された表示領域内の画素毎に配置され、導電材料からなり、画素毎に電位が制御される下部電極（３０４）と、表示領域の全体を覆うように配置され、導電材料からなる上部電極（３０７）と、下部電極及び上部電極の間に配置され、発光する有機材料からなる発光層を含む複数の層からなる第１有機層（３０６）と、表示領域内の画素間に延びる金属配線（２８４）と、第１有機層と同じ複数の層からなり、金属配線の一部に接触し、第１有機層とは非接触である第２有機層（２８５）と、を備え、上部電極は、第２有機層の周囲で金属配線と接触している。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置及び有機ＥＬ表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、各画素に配置された自発光体である発光素子に発光させて表示を行う有機ＥＬ表示装置及びその製造方法に関する。

近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる自発光体を用いた画像表示装置（以下、「有機ＥＬ（Electro-luminescent）表示装置」という。）が実用化されている。この有機ＥＬ表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

絶縁基板の発光素子が形成された側に光が出射される、いわゆるトップエミッション方式の表示装置においては、発光層を少なくとも１つの層とする有機層を挟む２つの電極である上部電極及び下部電極のうち、上部電極は、有機層が形成された表示領域全面を覆う電極であり、透明の導電性材料により形成される。この上部電極は、光の透過率を向上させるために、より薄く形成されることが望ましいが、薄くなるほど抵抗値が上昇し電圧降下が生じるため、表示領域の端部と中央で輝度ムラが生じやすくなる。

特許文献１は、表示領域内の下部電極と同一層の補助電極に、上部電極を接続孔を介して接触させ、上部電極を低抵抗化させることについて開示している。特許文献２は、表示領域内で接続孔を介して導電性基板に、上部電極を電気的に接続することについて開示している。

特開２００４−２０７２１７号公報 特開２０１１−２２１２０３号公報

上述の特許文献１及び２に記載された表示領域内で上部電極を導電性の高い金属の電極に接触させることは、上部電極の低抵抗化及び電位の均一化に有効である。しかしながら、いずれの場合も有機層に接続孔を要するため、蒸着マスクを用いて形成される有機層の蒸着精度を考慮すると、高精細な孔を開けることは難しく、各画素に開けられる接続孔はある程度の大きさを有することとなる。しかしながら、これは発光する部分の面積を減少させ、表示のコントラスト低下に繋がってしまう。特に、蒸着マスクを使用せず、表示領域の全面を覆う有機層を有する有機ＥＬ表示装置においては、表示領域内に接続孔を設けることは困難であった。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、発光面積を減少させることなく、上部電極の電位を均一化した有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、マトリクス状に配置された表示領域内の画素毎に配置され、導電材料からなり、前記画素毎に電位が制御される下部電極と、前記表示領域の全体を覆うように配置され、導電材料からなる上部電極と、前記下部電極及び前記上部電極の間に配置され、発光する有機材料からなる発光層を含む複数の層からなる第１有機層と、前記表示領域内の前記画素間に延びる金属配線と、前記第１有機層と同じ複数の層からなり、前記金属配線の一部に接触し、前記第１有機層とは非接触である第２有機層と、を備え、前記上部電極は、前記第２有機層の周囲で前記金属配線と接触している、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置である。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板上に形成された、前記金属配線及び薄膜トランジスタを含む回路を覆う有機材料からなる平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成された、前記下部電極、前記第１有機層及び前記上部電極のうち、前記下部電極の端部を覆い、前記画素の間を電気的に絶縁する絶縁バンクと、を更に備え、前記上部電極は、前記平坦化膜及び前記絶縁バンクに開けられたコンタクトホールを介して前記金属配線と接触していてもよい。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記上部電極は、前記金属配線に沿って前記表示領域内で連続的に接していてもよく、また、前記金属配線は、前記表示領域内の前記画素の各々を囲うように縦横に延びていてもよい。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記第１有機層は、前記表示領域内の全ての前記画素において同一の発光層を有していてもよい。

本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、画素がマトリクス状の配置される表示領域において、前記画素間に金属配線を形成する金属配線形成工程と、前記金属配線上で前記表示領域を覆うように、絶縁材料により絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜に対して、前記金属配線の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、前記絶縁膜上に配置され、発光する有機材料からなる発光層を含む複数の層からなる第１有機層、及び前記コンタクトホールの底部に配置され、前記第１有機層と不連続な第２有機層を同時に形成する有機層形成工程と、前記有機層形成工程の後、導電材料からなり、前記金属配線と接触し、前記表示領域全体を覆う上部電極を形成する上部電極形成工程と、を備える有機ＥＬ表示装置の製造方法である。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、前記金属配線形成工程の後、前記金属配線上に有機材料により平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、前記平坦化膜に対して、前記金属配線を露出させるコンタクトホールを形成する平坦化膜コンタクトホール形成工程と、前記平坦化膜上に前記画素毎に下部電極を形成する下部電極形成工程と、を更に備え、前記絶縁膜形成工程において形成される絶縁膜は、前記画素の間を電気的に絶縁する絶縁バンクであり、前記コンタクトホール形成工程は、前記絶縁バンクに対して行う絶縁バンクコンタクトホール形成工程であってもよい。

本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記有機層形成工程は、蒸着法により有機層を形成する工程であり、前記上部電極形成工程は、スパッタリング法により上部電極を形成する工程であってもよい。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す図である。 図１の有機ＥＬパネルの構成を示す図である。 図２の４つの画素について概略的に示す拡大図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 上部電極コンタクトホールに形成される上部電極の形成工程について説明するための図である。 本実施形態の変形例である有機ＥＬ表示装置の４つの画素について概略的に示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１には、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された有機ＥＬパネル２００から構成されている。

図２には、図１の有機ＥＬパネル２００の構成が示されている。有機ＥＬパネル２００は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２２０と封止基板２３０の２枚の基板を有し、これらの基板の間には不図示の透明樹脂が充填されている。ＴＦＴ基板２２０は、表示領域２０２にマトリクス状に配置された画素２８０を有している。また、ＴＦＴ基板２２０には、画素のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線（不図示）に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタのデータ信号線に対して画素の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２６０が載置されている。

図３は、図２の４つの画素２８０について概略的に示す拡大図である。なお、図３では、本実施形態の説明のために、平面視により、一部の電極についてのみ積層関係に関わらず実線で示している。この図に示されるように各画素２８０は、画素２８０ごとに独立した下部電極３０４と、下部電極３０４を後述するソース・ドレイン電極３０９に接続する下部電極コンタクトホール２８２と、を有している。後述するが、下部電極３０４の上には、表示領域２０２の全面に配置された発光層を含む第１有機層３０６と、その上に表示領域の全面に配置された上部電極３０７とが順に配置される。画素２８０の間には、金属配線２８４が配置され、金属配線２８４上には、第１有機層３０６と同じ層構造の第２有機層２８５が載置され、上部電極３０７と金属配線２８４とが接続されるように上部電極コンタクトホール２８７が形成されている。

図４は、図３のIV−IV線における断面図である。この図に示されるように、ＴＦＴ基板２２０は、絶縁基板であるガラス基板３０１と、ガラス基板３０１上に導電材料により形成されたソース・ドレイン電極３０９及び金属配線２８４と、ソース・ドレイン電極３０９及び金属配線２８４上に絶縁材料により形成された平坦化膜３０３と、平坦化膜３０３に開けられたコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極３０９と接続される下部電極３０４と、下部電極３０４の端部を覆い、画素間において電極間を絶縁する絶縁バンク３０５と、下部電極３０４及び絶縁バンク３０５上で略表示領域２０２全体を覆うように形成された発光層及び電子注入層、正孔輸送層等の共通層を含む第１有機層３０６と、第１有機層３０６上で表示領域２０２全体を覆うように形成された上部電極３０７と、第１有機層３０６の劣化を防ぐために空気や水を遮断する封止膜３０８と、金属配線２８４上に形成された第２有機層２８５と、を有している。なお、図示されていないが、ソース・ドレイン電極３０９は、ガラス基板３０１と平坦化膜３０３との間で、各画素２８０に形成されたＴＦＴと接続されている。第１有機層の発光層は、下部電極３０４から注入される正孔又は電子と、上部電極３０７から注入される電子又は正孔とが再結合し、励起状態が形成され、基底状態に移行する際に発光する。

この図に示されるように、上部電極３０７は、画素２８０の間に配置された金属配線２８４に、上部電極コンタクトホール２８７を介して接している。そのため、表示領域２０２内で薄く形成されることにより抵抗値が高くなった上部電極３０７は、表示領域２０２内で導電性の高い金属配線２８４に接触できるため、上部電極３０７の電位は表示領域２０２内で均一に保たれる。なお、上部電極コンタクトホール２８７が形成された領域の金属配線２８４上には、第２有機層２８５が配置される。

ここで、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００は、表示領域全面で一様な波長領域（例えばＷ（白））の光を発光させ、封止基板２３０に設けられたカラーフィルタによりＲＧＢに対応する波長領域の光を取り出す方式の有機ＥＬ表示装置であるが、これに限られず、各画素においてＲＧＢのそれぞれの波長領域の光を発光させ、カラーフィルタを用いずに光を取り出す方式の有機ＥＬ表示装置であってもよい。この場合には、発光層を含む第１有機層及び第２有機層は、蒸着等により、画素毎にドット状又はストライプ状に塗り分けられて形成される。

図５は、上述の上部電極コンタクトホール２８７に形成される上部電極３０７の形成工程について説明するための図である。この工程では、まず、金属配線形成工程Ｓ１１において、金属配線２８４を形成する。ここで、金属配線２８４は、図示されていないが、各画素に形成されるＴＦＴのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極、並びにＴＦＴ以外の配線のいずれかと同一の工程で同時に形成することができる。なおこの場合に金属配線２８４は、ガラス基板３０１に直接形成されるものだけでなく、ガラス基板３０１上に形成された絶縁膜上に形成されるものであってもよい。

次に、平坦化膜形成工程Ｓ１２において、感光性有機材料等の有機材料からなる平坦化膜３０３を形成し、平坦化膜コンタクトホール形成工程Ｓ１３において、公知のフォトリソグラフィ工程により平坦化膜３０３に上部電極コンタクトホール２８７を形成し、金属配線２８４を露出させる。この後、図示していないが、下部電極形成工程において、画素２８０内において下部電極３０４を形成し、絶縁バンク形成工程Ｓ１４において、下部電極３０４の端部を覆い、画素間を絶縁する、有機材料又は無機材料からなる絶縁バンク３０５を形成する。引き続き、絶縁バンクコンタクトホール形成工程Ｓ１５において、公知のフォトリソグラフィ工程を用いて絶縁バンク３０５に上部電極コンタクトホール２８７を形成し、金属配線２８４を露出させる。

なお、平坦化膜３０３は、ガラス基板３０１上に形成されたＴＦＴ回路全体を覆って形成され、平坦化膜３０３の上部電極コンタクトホール２８７は、図４の下部電極コンタクトホール２８２を形成する工程と同じ工程で同時に形成することができる。また、絶縁バンク３０５の上部電極コンタクトホール２８７は、下部電極３０４を絶縁バンク３０５から露出させる工程と同時に形成することができる。

有機層形成工程Ｓ１６において、蒸着により同時に第１有機層３０６及び第２有機層２８５が形成される。ここで、第１有機層３０６及び第２有機層２８５は、蒸着により同時に成膜されるが、真空中で加熱された有機材料は、指向性をもって付着するため、上部電極コンタクトホール２８７における非常に大きい段差により、絶縁バンク３０５上に形成される第１有機層３０６と、金属配線２８４上に形成される第２有機層２８４とは不連続な層（段切れ構造）として形成される。なお、本実施形態において第１有機層３０６及び第２有機層２８５は、蒸着により形成されることとしたが、オフセット印刷等の段差があることにより不連続な層となる形成方法により形成することができる。

最後に、上部電極形成工程Ｓ１７において、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）及びＩｎＺｎＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明電極により、スパッタリング法を用いて上部電極３０７が形成される。スパッタリング法により形成される透明電極は、有機材料の蒸着と比較して付周りがよいため、第１有機層３０６と第２有機層２８５との間の不連続な部分にも付着され、金属配線２８４に接触する連続的な上部電極３０７として形成される。

その後の工程においては、ＳｉＮやガラスキャップによる封止膜が形成されるが、公知の工程であるため詳細な記載を省略する。本実施形態においては、平坦化膜３０３及び絶縁バンク３０５の両方に上部電極コンタクトホール２８７を形成することとしたが、例えば平坦化膜３０３上に金属配線を形成し、絶縁バンク３０５のみに上部電極コンタクトホール２８７を形成することとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態においては、上部電極３０７を、表示領域２０２において、ガラス基板３０１上の抵抗値の低い金属配線２８４と接触させることができるため、上部電極３０７のシート抵抗を低減でき、消費電力を低減することができる。また、表示領域２０２において部分的な電圧低下がなくなるため、表示の均一性を保つことができる。更に、第１有機層及び第２有機層はパターニングすることなく、上部電極３０７を金属配線２８４と接触させることができるため、工程を増加させることがないと共に、画素の発光領域の面積を大きく保ち、高精細な画素とすることができる。特に表示領域２０２の全面に形成される発光層や共通層を含む有機層を有する有機ＥＬ表示装置に効果的に適用することができるが、互いに発光する光の波長領域が異なる発光層を形成する有機ＥＬ表示装置であっても適用することができる。

図６は、本実施形態の変形例である有機ＥＬ表示装置の４つの画素４８０について概略的に示す拡大図であり、図３と同様に、説明のため、平面視により、一部の電極についてのみ積層関係に関わらず実線で示している。上述の実施形態と同様に、各画素４８０は、下部電極４８１と、下部電極コンタクトホール４８２と、を有している。上述の実施形態と異なる点は、画素４８０の間に、上部電極４０７と接続される金属配線４８４が縦横に配置され、上部電極コンタクトホール４８７及びそこに形成された第２有機層４８５も金属配線４８４に沿って縦横に配置されている点である。この場合であっても、開口率を確保するため、上部電極コンタクトホール４８７の面積は、下部電極４８１の面積の１０％以下にすることが望ましい。

このような構造とすることにより、上述の実施形態における効果に加えて、第１有機層は、画素４８０毎に独立な不連続な層（段切れ構造）となるため、隣接画素へ電流がリークすることにより隣接画素で発光する、いわゆる電気的混色を抑制することができる。また、有機バンクも画素４８０毎に不連続なものとなるため、横方向に出射されることにより有機バンクに入った漏れ光は、多くの層の界面を通過しなければ隣接画素から出光されることはないため、光学的混色も抑制することができる。

なお、本実施形態においては、同じ種類の有機層が表示領域全域に形成される有機ＥＬ表示装置について示したが、出射される光の波長領域が異なる画素毎に有機層が形成される有機ＥＬ表示装置であってもよい。

１００ 表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、２００ 有機ＥＬパネル、２０２ 表示領域、２２０ ＴＦＴ基板、２３０ 封止基板、２８０ 画素、２８２ 下部電極コンタクトホール、２８４ 金属配線、２８５ 第２有機層、２８７ 上部電極コンタクトホール、３０１ ガラス基板、３０３ 平坦化膜、３０４ 下部電極、３０５ 絶縁バンク、３０６ 第１有機層、３０７ 上部電極、３０８ 封止膜、３０９ ソース・ドレイン電極、４０７ 上部電極、４８０ 画素、４８１ 下部電極、４８２ 下部電極コンタクトホール、４８４ 金属配線、４８５ 第２有機層、４８７ 上部電極コンタクトホール。

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された表示領域内の画素毎に配置され、導電材料からなり、前記画素毎に電位が制御される下部電極と、
   前記表示領域の全体を覆うように配置され、導電材料からなる上部電極と、
   前記下部電極及び前記上部電極の間に配置され、発光する有機材料からなる発光層を含む複数の層からなる第１有機層と、
   前記表示領域内の前記画素間に延びる金属配線と、
   前記第１有機層と同じ複数の層からなり、前記金属配線の一部に接触し、前記第１有機層とは非接触である第２有機層と、を備え、
   前記上部電極は、前記第２有機層の周囲で前記金属配線と接触している、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、
   基板上に形成された、前記金属配線及び薄膜トランジスタを含む回路を覆う有機材料からなる平坦化膜と、
   前記平坦化膜上に形成された、前記下部電極、前記第１有機層及び前記上部電極のうち、前記下部電極の端部を覆い、前記画素の間を電気的に絶縁する絶縁バンクと、を更に備え、
   前記上部電極は、前記平坦化膜及び前記絶縁バンクに開けられたコンタクトホールを介して前記金属配線と接触している、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記上部電極は、前記金属配線に沿って前記表示領域内で連続的に接している、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記金属配線は、前記表示領域内の前記画素の各々を囲うように縦横に延びている、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
5. 請求項１乃至４に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記第１有機層は、前記表示領域内の全ての前記画素において同一の発光層を有している、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
6. 画素がマトリクス状の配置される表示領域において、前記画素間に金属配線を形成する金属配線形成工程と、
   前記金属配線上で前記表示領域を覆うように、絶縁材料により絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記絶縁膜に対して、前記金属配線の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
   前記絶縁膜上に配置され、発光する有機材料からなる発光層を含む複数の層からなる第１有機層、及び前記コンタクトホールの底部に配置され、前記第１有機層と不連続な第２有機層を同時に形成する有機層形成工程と、
   前記有機層形成工程の後、導電材料からなり、前記金属配線と接触し、前記表示領域全体を覆う上部電極を形成する上部電極形成工程と、を備える有機ＥＬ表示装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、
   前記金属配線形成工程の後、前記金属配線上に有機材料により平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
   前記平坦化膜に対して、前記金属配線を露出させるコンタクトホールを形成する平坦化膜コンタクトホール形成工程と、
   前記平坦化膜上に前記画素毎に下部電極を形成する下部電極形成工程と、を更に備え、
   前記絶縁膜形成工程において形成される絶縁膜は、前記画素の間を電気的に絶縁する絶縁バンクであり、
   前記コンタクトホール形成工程は、前記絶縁バンクに対して行う絶縁バンクコンタクトホール形成工程である、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
8. 請求項６又は７に記載された有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、
   前記有機層形成工程は、蒸着法により有機層を形成する工程であり、
   前記上部電極形成工程は、スパッタリング法により上部電極を形成する工程である、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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