JP2019207836A - 有機el表示パネル、有機el表示装置、及び、有機el表示パネルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
光取り出し効率の向上の方法として、例えば、特許文献2に開示されているように、有機EL表示装置にリフレクタ(反射構造)を備える構成がある。
本開示は、リフレクタの機能を高く維持したままインクの濡れ拡がりを改善し、光取り出し効率と、発光効率やパネル寿命とを共に高く維持することのできる有機EL表示パネルを供給することを目的とする。
有機EL表示パネルの光取り出し効率を向上させる手法として、例えば、特許文献2に開示されているように、リフレクタ(反射構造)を有する構造をとる手法がある。特許文献2では、各画素を構成するサブ画素のそれぞれにリフレクタを備える構造であるが、よりリフレクタの効果を向上させるため、サブ画素内に複数のリフレクタを備える構造が検討されている。この場合、画素電極と機能層との間に画素内絶縁層を設け、サブ画素内にリフレクタを備えるマイクロ画素を複数形成する方法で、リフレクタ構造が形成できる。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルは、複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルであって、基板と、前記基板上方に行列状に配された複数の画素電極と、前記複数の画素電極のそれぞれの上方に配され、1つの画素電極に対して複数の開口が開設された絶縁層と、行方向に隣接する前記画素電極の間に配される、列方向に延伸する複数の隔壁と、前記複数の画素電極の上方に配され、前記開口のそれぞれの内部において電界発光を生ずる有機発光層を含む有機機能層と、前記複数の有機機能層の上方に配された透光性の対向電極とを備え、前記複数の開口は、列方向に一列に配されて開口列を形成する複数の第1の開口と、前記第1の開口に行方向に隣接する第2の開口とを含み、前記絶縁層において、列方向に隣接する前記第1の開口の間に位置する部分は、前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分より、前記画素電極を基準とした高さが低い部分を有することを特徴とする。
この別の態様により、傾斜面がリフレクタの反射面として機能するため、光取り出し効率をより向上させることができる。
この別の態様により、列方向に並ぶ複数の第1の開口の間でインクの流動が可能となるため、画素内におけるインクの濡れ拡がりが改善する。したがって、画素内における機能層の膜厚を均一化することができ、発光効率やパネル寿命を向上させることができる。
この別の態様により、リフレクタの反射面の面積を確保することができ、光取り出し効率を十分に向上させることができる。
また、別の態様では、前記第2の開口は、開口が列方向に一列に配され、前記開口列に行方向に隣接する第2の開口列に含まれ、前記絶縁層の底面において、列方向に隣接する前記第1の開口の列方向の距離は、前記第1の開口と前記第2の開口との行方向の距離より小さい、とすることができる。
また、別の態様では、前記絶縁層の底面において、列方向に隣接する前記第1の開口の列方向の距離は、前記列方向における前記第1の開口の幅の、0.65倍より小さい、とすることができる。
また、別の態様では、前記第1の開口は、前記画素電極側が狭い円錐台形状である、とすることができる。
この別の態様により、光取り出し効率を最大化することができる。
この別の態様により、第2の開口がインクの濡れ拡がりを補助するため、絶縁層において、列方向に隣接する第1の開口の間に位置する部分を過度に低くせずとも、インクの濡れ拡がりを向上させることができる。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルの製造方法は、複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルの製造方法であって、基板を準備する工程と、前記基板の上方に、複数の画素電極を行列状に形成する工程と、開口が複数開設された絶縁層を、前記画素電極のそれぞれの上方に形成する工程と、行方向に隣接する画素電極の間に、列方向に延伸する複数の隔壁を形成する工程と、前記基板と塗布装置の少なくとも一方を行方向に走査しながら材料を含むインクを塗布して前記複数の開口内に有機発光層を含む有機機能層を形成する工程と、前記複数の有機機能層の上方に透光性の対向電極を形成する工程とを含み、前記絶縁層を形成する工程において、1つの画素電極上に、複数の開口を列方向に一列に配置した開口列と、前記開口列に含まれるいずれかの開口に列方向に隣接する第2の開口とを形成し、かつ、列方向に隣接する前記第1の開口の間に位置する部分に、前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分より、前記画素電極を基準とした高さが低い部分を形成することを特徴とする。
≪実施の形態≫
1 回路構成
1.1 表示装置1の回路構成
以下では、実施の形態に係る有機EL表示装置1(以後、「表示装置1」とする)の回路構成について、図1を用い説明する。
表示パネル10は、有機材料の電界発光現象を利用した有機EL(Electro Luminescence)パネルであって、複数の有機EL素子が、例えば、マトリクス状に配列され構成されている。駆動制御回路部20は、4つの駆動回路21〜24と制御回路25とにより構成されている。
1.2 表示パネル10の回路構成
表示パネル10における、複数の有機EL素子は、R(赤)、G(緑)、B(青)に発光する3色のサブ画素(不図示)から構成される。各サブ画素100seの回路構成について、図2を用い説明する。
図2に示すように、本実施の形態に係る表示パネル10では、各サブ画素100seが2つのトランジスタTr1、Tr2と一つの容量C、および発光部としての有機EL素子部ELとを有し構成されている。トランジスタTr1は、駆動トランジスタであり、トランジスタTr2は、スイッチングトランジスタである。
駆動トランジスタTr1のドレインD1は、電源ラインVaに接続されており、ソースS1は、EL素子部ELの画素電極層(アノード)に接続されている。EL素子部ELにおける対向電極層(カソード)は、接地ラインVcatに接続されている。
表示パネル10においては、隣接する複数のサブ画素100se(例えば、赤色(R)と緑色(G)と青色(B)の発光色の3つのサブ画素100se)を組合せて1の単位画素100eを構成し、各サブ画素100seが分布するように配されて画素領域を構成している。そして、各サブ画素100seのゲートG2からゲートラインGLが各々引き出され、表示パネル10の外部から接続される走査ラインVscnに接続されている。同様に、各サブ画素100seのソースS2からソースラインSLが各々引き出され表示パネル10の外部から接続されるデータラインVdatに接続されている。
3.有機EL表示パネル10の全体構成
本実施の形態に係る表示パネル10について、図面を用いて説明する。なお、図面は模式図であって、その縮尺は実際とは異なる場合がある。
表示パネル10は、有機化合物の電界発光現象を利用した有機EL表示パネルであり、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が形成された基板100x(TFT基板)に、各々が画素を構成する複数の有機EL素子100が行列状に配され、上面より光を発するトップエミッション型の構成を有する。図3に示すように、表示パネル10は、各画素を構成する有機EL素子100が行列状に配されている。ここで、本明細書では、図3におけるX方向、Y方向、Z方向を、それぞれ表示パネル10における、行方向、列方向、厚み方向とする。
絶縁層122の上限膜厚は、10μm以下の場合は、膜厚ばらつき、ボトム線幅の制御の観点から製造上形状コントロールが可能となり、7μm以下の場合には、量産工程での露光量時間増大によるタクト増加を抑え、量産工程での生産性低下を抑制することができる。また、下限膜厚は、膜厚が薄くなるとともにボトム線幅を膜厚とほぼ同程度に細くする必要があり、露光機及び材料の解像限界により決定される。絶縁層122の下限膜厚は、1μm以上の場合には半導体用のステッパーにより製造可能であり、2μm以上の場合にはフラットパネル用ステッパー及びスキャナーにより製造可能である。したがって、絶縁層122の厚みは、例えば、1μm以上10μm以下、より好ましくは2μm以上7μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、列方向に隣接する開口間の部分が4.5μm以上、それ以外の部分で6μmとした。画素電極層119は、平面視において矩形形状であり、光反射材料からなる。行列状に配された画素電極層119は、行方向に順に並んだ3つのサブ画素100aR、G、B(R、G、Bを区別しないときは「100a」とする)に対応する。
0.5≦D/Wl≦2.0
また、壁面の傾斜角Rは、(Wh−Wl)/2Dにより定義される。
なお、各開口列122zxにおいて、列方向に隣接する開口122zxyは、絶縁層122の下面(画素電極119側の面)が各々独立している一方で、上面側は一部が重複し繋がった構造となっている。絶縁層122の下面における各開口122zxyの内側の円形領域が有機化合物により光を発する領域である発光領域100aとなる。
隣り合う列バンク522Y間を間隙522zと定義したとき、表示パネル10は、列バンク522Yと間隙522zとが交互に多数並んだ構成を採る。
4.表示パネル10の各部構成
表示パネル10における有機EL素子100の構成を図5、6の模式断面図を用いて説明する。図5は図4(b)におけるA−Aで、図6はB−Bにおいてそれぞれ切断した模式断面図である。
4.1 基板100x(TFT基板)
図5に示すように、下部基板100p上には、ゲート電極101、102が互いに間隔をあけて形成され、ゲート電極101、102および基板100xの表面を被覆するように、ゲート絶縁層103が形成されている。ゲート絶縁層103上には、ゲート電極101、102のそれぞれに対応してチャネル層104、105が形成されている。そして、チャネル層104、105およびゲート絶縁層103の表面を被覆するように、チャネル保護層106が形成されている。
各ソース電極107、110および各ドレイン電極108、109の下部には、チャネル保護層106を挿通してソース下部電極111、115およびドレイン下部電極112、114が設けられている。ソース下部電極111およびドレイン下部電極112は、Z軸方向下部において、チャネル層104に接触し、ドレイン下部電極114およびソース下部電極115は、Z軸方向下部において、チャネル層105に接触している。
なお、ゲート電極101が図2のゲートG2に対応し、ソース電極107が図2のソースS2に対応し、ドレイン電極108が図2のドレインD2に対応している。同様に、ゲート電極102が図2のゲートG1に対応し、ソース電極110が図2のソースS1に対応し、ドレイン電極109が図2のドレインD1に対応している。よって、図5におけるY軸方向左側にスイッチングトランジスタTr2が形成され、それよりもY軸方向右側に駆動トランジスタTr1が形成されている。
ソース電極107、110およびドレイン電極108、109およびチャネル保護層106の上を被覆するように、パッシベーション層116が形成されている。パッシベーション層116には、ソース電極110の上方の一部にコンタクト孔116aが開設され、コンタクト孔116aの側壁に沿うように接続電極層117がこの順に積層されて設けられている。
4.2 有機EL素子部
(1)画素電極層119
層間絶縁層118上には、サブ画素単位で画素電極層119が設けられている。画素電極層119は、発光層123へキャリアを供給するためのものであり、例えば、陽極として機能した場合には、発光層123へホールを供給する。また、パネル10はトップエミッション型であるため、画素電極層119は、光反射性を有する。画素電極層119の形状は、矩形形状をした平板上であり、行方向に間隔δXをあけて、間隙522zのそれぞれにおいて列方向にδYをあけて基板100x上に配されている。また、層間絶縁層118における接続電極層117の上方に開設されたコンタクトホール118aを通して、画素電極層119の接続凹部119cと接続電極層117とが接続されている。これにより、接続電極層117を介して画素電極層119とTFTのソースS1とが接続される。接続凹部119cは、画素電極層119の一部を基板100x方向に凹入された構造である。
(2)絶縁層122
行列上に配されている画素電極層119の少なくとも端縁を被覆するように絶縁物からなる絶縁層122が形成されている。
また、絶縁層122における、行方向に延伸して列方向に並設される発光領域100a間の間隙部分を絶縁層122X(非発光領域100bに相当)とする。図4(a)に示すように、絶縁層122Xは、画素電極層119におけるコンタクト領域119bと、画素電極層119の列方向外縁部119a1及び列方向に隣接する画素電極層119の列方向外縁部a2の上方に配されている。絶縁層122Xは、画素電極層119の外縁部119a1、a2を被覆することにより対向電極層125との間の電気的リークを防止するとともに、列方向における各サブ画素100seの発光領域100aの外縁を規定する。
列バンク522Yは、絶縁層122Y上方に列方向に延伸して行方向に複数並設されている。列バンク522Yは、発光層123の材料となる有機化合物を含んだインクの行方向への流動を堰き止めて形成される発光層123の行方向外縁を規定するものである。列バンク522Yは、画素電極層119の行方向における外縁部119a3、a4上方に存在し、画素電極層119の一部と重なった状態で形成されている。列バンク522Yの形状は、行方向に延伸する線状であり、列方向に平行に切った断面は上方を先細りとする順テーパー台形状である。列バンク522Yは絶縁層122Xと直交する行方向に沿った状態で設けられており、列バンク522Yは絶縁層122Xの上面よりも高い位置に上面を有する。
絶縁層122、列バンク522Y、及び各開口122zxy内における画素電極層119上には、ホール注入層120、ホール輸送層121が順に積層され、ホール輸送層121はホール注入層120に接触している。ホール注入層120、ホール輸送層121は、画素電極層119から注入されたホールを発光層123へ輸送する機能を有する。
表示パネル10は、列バンク122Yとその間隙522zとが交互に多数並んだ構成を有する。列バンク122Yにより規定された間隙522zには、ホール輸送層121の上面に発光層123が列方向に延伸して形成されている。発光領域100aRに対応する赤色間隙522zR、発光領域100aGに対応する緑色間隙522zG、発光領域100aBに対応する青色間隙522zBには、それぞれ各色に発光する発光層123が形成されている。
発光層123は、画素電極層119からキャリアが供給される部分のみが発光するので、絶縁物である絶縁層122が層間に存在する範囲では、有機化合物の電界発光現象が生じない。そのため、発光層123は、絶縁層122が介在しない各開口122zxy内に位置する部分のみが発光して、各開口122zxyを含む最小の矩形領域が発光領域100aとなる。
(6)電子輸送層124
列バンク522Y上および列バンク522Yにより規定された間隙522z内には、発光層123の上に電子輸送層124が形成されている。また、本例では、発光層123から露出する各列バンク522Y上にも配されている。電子輸送層124は、対向電極層125から注入された電子を発光層123へ輸送する機能を有する。
電子輸送層124を被覆するように対向電極層125が積層形成されている。対向電極層125については、表示パネル10全体に連続した状態で形成され、ピクセル単位あるいは数ピクセル単位でバスバー配線に接続されていてもよい(図示を省略)。対向電極層125は、画素電極層119と対になって発光層123を挟むことで通電経路を作り、発光層123へキャリアを供給するものであり、例えば、陰極として機能した場合は、発光層123へ電子を供給する。対向電極層125は、電子輸送層124の表面に沿って形成され、各発光層123に共通の電極となっている。
(8)封止層126
対向電極層125を被覆するように、封止層126が積層生成されている。封止層126は、発光層123が水分や空気などに触れて劣化することを抑制するためのものである。封止層126は、対向電極層125の上面を覆うように、表示パネル10全面にわたって設けられている。封止層126の材料としては、表示パネル10がトップエミッション型であるため、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの光透過性材料が用いられる。
封止層126のZ軸方向上方には、上部基板130のZ軸方向下側の主面にカラーフィルタ層128および遮光層129が形成されたCF基板131が配されており、接合層127により接合されている。接合層127は、基板100xから封止層126までの各層からなる背面パネルとCF基板131とを貼り合わせるとともに、各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。
(10)上部基板130
接合層127の上に、上部基板130にカラーフィルタ層128、遮光層129が形成されたCF基板131が設置・接合されている。上部基板130には、表示パネル10がトップエミッション型であるため、例えば、カバーガラス、透明樹脂フィルムなどの光透過性材料が用いられる。また、上部基板130により、表示パネル10の剛性向上、水分や空気などの侵入防止などを図ることができる。
上部基板130には画素の各色発光領域100aに対応する位置にカラーフィルタ層128が形成されている。カラーフィルタ層128は、R、G、Bに対応する波長の可視光を透過させるために設けられる透明層であり、各色画素から出射された光を透過させて、その色度を矯正する機能を有する。例えば、本例では、赤色間隙522zR内の発光領域100aR、緑色間隙522zG内の発光領域100aG、青色間隙522zB内の発光領域100aBの上方に、赤色、緑色、青色のフィルタ層128R、128G、128Bが各々形成されている。カラーフィルタ層128は、具体的には、例えば、複数の開口部を画素単位で行列上に形成したカラーフィルタ形成用のカバーガラスからなる上部基板130に対し、カラーフィルタ材料および溶媒を含有したインクを塗布する工程により形成される。
上部基板130には、各画素の発光領域100a間の境界に対応する位置に遮光層129が形成されている。
遮光層129は、R、G、Bに対応する波長の可視光を透過させないために設けられる黒色樹脂層であって、例えば、光吸収性および遮光性に優れる黒色顔料を含む樹脂材料からなる。遮光層129は、表示パネル10内部への外光の入射を防止する、上部基板130越しに内部部品が透けて見えることを防止する、外光の照り返しを抑えて表示パネル10のコントラストを向上させる、などの目的で形成される。外光の照り返しとは、上部基板130の上方から表示パネル10に進入した外光が画素電極層119で反射することで上部基板130から再び出射される現象である。
遮光層129には、列方向に延伸して行方向に複数並設されている列遮光層129Yと、行方向に延伸して列方向に複数並設されている行遮光層129Xとがあり、列遮光層129Yと行遮光層129Xとは格子状をなしている。有機EL素子100では、列遮光層129Yは、図6に示すように、絶縁層122Yと重なる位置に配され、行遮光層129Xは、図5に示すように、絶縁層122Xと重なる位置に配されている。
図5、6に示す各部の構成材料について、一例を示す。
(1)基板100x(TFT基板)
基板100x0は、公知のTFT基板の材料を用いることができる
下部基板100pとしては、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属基板、ガリウム砒素基などの半導体基板、プラスチック基板等を採用することができる。
ゲート絶縁層103としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiNx)など、電気絶縁性を有する材料であれば、公知の有機材料や無機材料のいずれも用いることができる。
チャネル保護層106としては、例えば、酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)、あるいは酸化アルミニウム(AlOx)を用いることができる。
ソース電極107、110、ドレイン電極108、109としては、例えば、銅マンガン(CuMn)と銅(Cu)とモリブデン(Mo)の積層体を採用することができる。
パッシベーション層116は、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、またはこれらの積層体等を用いることもできる。
接続電極層117としては、例えば、モリブデン(Mo)と銅(Cu)と銅マンガン(CuMn)との積層体を採用することができる。ただし、導電性を有する材料から適宜選択することが可能である。
(2)画素電極層119
画素電極層119は、金属材料から構成されている。トップエミッション型の本実施の形態に係る表示パネル10の場合には、その表面部が高い反射性を有することが好ましい。本実施の形態に係る表示パネル10では、画素電極層119は、金属層、合金層、透明導電膜の中から選択される複数の膜を積層させた構造であってもよい。金属層としては、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)を含む金属材料から構成することができる。合金層としては、例えば、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)等を用いることができる。透明導電層の構成材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛(IZO)などを用いることができる。
絶縁層122は、樹脂等の有機材料を用い形成されており絶縁性を有する。絶縁層122の形成に用いる有機材料の例としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂等が挙げられる。または、絶縁層122は、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの無機材料を用い形成されてもよい。
列バンク522Yは、樹脂等の有機材料を用い形成されており絶縁性を有する。列バンク522Yの形成に用いる有機材料の例としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等があげられる。列バンク522Yは、有機溶剤耐性を有することが好ましい。さらに、列バンク522Yは、製造工程中において、エッチング処理、ベーク処理など施されることがあるので、それらの処理に対して過度に変形、変質などをしないような耐性の高い材料で形成されることが好ましい。また、表面に撥水性をもたせるために、表面をフッ素処理してもよい。また、列バンク522Yの形成にフッ素を含有した材料を用いてもよい。
ホール注入層120は、例えば、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、イリジウム(Ir)などの酸化物、あるいは、PEDOT(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物)などの導電性ポリマー材料からなる層である。
(6)ホール輸送層121
ホール輸送層121は、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物などを用いることができる。
発光層123は、上述のように、ホールと電子とが注入され再結合されることにより励起状態が生成され発光する機能を有する。発光層123の形成に用いる材料は、湿式印刷法を用い製膜できる発光性の有機材料を用いることが必要である。
具体的には、例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体などの蛍光物質で形成されることが好ましい。
電子輸送層124は、例えば、オキサジアゾール誘導体(OXD)、トリアゾール誘導体(TAZ)、フェナンスロリン誘導体(BCP、Bphen)などを用い形成されている。また、電子注入性を向上させるため、これらの有機材料にアルカリ金属、または、アルカリ土類金属を共蒸着することで金属材料をドープしてもよい。また、フッ化ナトリウム(NaF)などのアルカリ金属のフッ化物を用いてもよいし、アルカリ金属のフッ化物と有機層との積層構造であってもよい。
対向電極層125は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)若しくは酸化インジウム亜鉛(IZO)などを用い形成される。また、銀(Ag)又はアルミニウム(Al)などを薄膜化した電極を用いてもよい。
(10)封止層126
封止層126は、発光層123などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
(11)接合層127
接合層127の材料は、例えば、樹脂接着剤等からなる。接合層127は、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの透光性材料樹脂材料を採用することができる。
上部基板130としては、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等の透光性材料を採用することができる。
(13)カラーフィルタ層128
カラーフィルタ層128としては、公知の樹脂材料(例えば市販製品として、JSR株式会社製カラーレジスト)等を採用することができる。
遮光層129としては、紫外線硬化樹脂(例えば紫外線硬化アクリル樹脂)材料を主成分とし、これに黒色顔料を添加してなる樹脂材料からなる。黒色顔料としては、例えば、カーボンブラック顔料、チタンブラック顔料、金属酸化顔料、有機顔料などの遮光性材料を採用することができる。
表示パネル10では、開口122zxyが開設された絶縁層122と絶縁層122の開口122zxyに裏面を凸入された接合層127からなるリフレクタ(反射構造)と両部材間に存在する発光層123とを備え、厚み方向に切断した開口122zxyの断面のプロファイルは、上方に拡幅した台形形状であり、接合層127の屈折率をn1、絶縁層122の屈折率をn2としたとき、
1.1≦n1≦1.8 (式1)
|n1−n2|≧0.20 (式2)
を満たすことを特徴とする。n2は、1.4以上1.6以下であることが好ましい。
0.5≦Wl/Wh≦0.8 (式3)
0.5≦D/Wl≦2.0 (式4)
関係を満たすことが好ましい。
図7(a)は、リフレクタ構造を用いた有機EL素子100において、全反射を得るための開口122zxy壁面の傾斜角をαの算出方法を示した模式図、(b)は、発光した光が開口122zxy壁面で反射して有効な視野角γ’に届く有効発光範囲Lの算出方法を示した模式図である。
φ=2(90−α)=180−2α (式5)
α=90−φ/2 (式6)
全反射を得るための傾斜角αzは、
αz=sin-1(n2/n1) (式7)
より算出される。
γ=sin-1(sinγ`/n1)) (式8)
β=90−φ−γ (式9)
L=h(1/tanβ−1/tanα) (式10)
より算出される。
5.表示パネル10の製造方法
表示パネル10の製造方法について、図面を用い説明する。図8(a)〜(e)、図9(a)〜(d)、図10(a)〜(c)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA−Aと同じ位置で切断した模式断面図であり、図12(a)〜(d)、図13(a)〜(d)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるB−Bと同じ位置で切断した模式断面図である。
先ず、ソース電極107、110およびドレイン電極108、109までが形成された基板100x0を準備する(図8(a))。基板100x0は、公知のTFTの製造方法により製造することができる。
次に、ソース電極107、108およびドレイン電極108、109およびチャネル保護層106を被覆するように、例えば、プラズマCVD法あるいはスパッタリング法を用いて、パッシベーション層116を積層形成する(図8(b))。
次に、パッシベーション層116に開設されたコンタクトコンタクト孔116aの内壁に沿って接続電極層117を形成する。接続電極層117の上部は、その一部がパッシベーション層116上に配される。接続電極層117の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。さらに、接続電極層117およびパッシベーション層116を被覆するように、上記有機材料を塗布し、表面を平坦化することにより層間絶縁層118を積層形成する(図8(d))。
層間絶縁層118における接続電極層117上にコンタクト孔を開設し、画素電極層119を形成する(図8(e))。画素電極層119の形成は、スパッタリング法あるいは真空蒸着法などを用い金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いパターニングすることでなされる。なお、画素電極層119は、接続電極層117と電気的に接続された状態となる。
スピンコート法などの塗布法を用いて、例えば、アクリル系樹脂からなるフォトレジスト膜122Rを形成した後(図9(a)、図12(a))、乾燥し、溶媒をある程度揮発させてから、所定の開口部が施されたフォトマスクPMを重ね、その上から紫外線照射を行い感光性樹脂等からなるフォトレジストにフォトマスクPMが有するパターンを転写する(図9(b)、図12(b))。
次に、フォトレジストの現像により、絶縁層122X、122Y、開口122zxyをパターニングした絶縁層122を形成し、キュア、焼成を行う(図10(c)、図13(c))。これにより、透過部に対応する開口122zxyは絶縁層122が除去される。このとき、開口部122zxyを厚み方向に切断した断面は、上述のとおり絶縁層122の上面122Xb側に拡幅した台形形状となる。他方、露光されない部分は絶縁層122が残存する。その結果、絶縁層122は、絶縁層122X、122Yにより各画素を規定する領域を囲繞し、各開口122zxyの底部に画素電極層119の表面が露出するようにパターニングされる。また、列方向に隣接する開口122zxyの距離は、行方向に隣接する開口122zxyの距離よりも小さい。したがって、列方向に隣接する開口122zxyを区画する絶縁層の部分は、絶縁層122Yよりも低くなる。具体的には、サブ画素を区画する絶縁層122YをY方向と直交する面で切断した断面形状と、行方向に隣接する開口122zxyを区画する絶縁層122の部分をX方向で切断した断面形状は台形形状となる一方列方向に隣接する開口122zxyを区画する絶縁層122の部分をY方向と直交する面で切断した断面形状は、Z方向の厚みが小さい三角形状となる。
列バンク522Yの形成は、先ず、絶縁層122上に、スピンコート法などを用い、列バンク522Yの構成材料(例えば、感光性樹脂材料)からなる膜522YRを積層形成する(図9(c)、図12(c))。そして、樹脂膜をパターニングして間隙522zを開設して列バンク522Yを形成する(図12(d))。間隙522zの形成は、樹脂膜の上方にマスクを配して露光し、その後で現像することによりなされる。列バンク522Yは、絶縁層122Yの上面に沿って列方向に延設され、行方向に間隙522zを介して並設される。
画素電極層119、絶縁層122、列バンク522Y上に対して、ホール注入層120、ホール輸送層121を形成する(図10(a)、図13(a))。ホール注入層120、ホール輸送層121は、スパッタリング法を用い酸化金属(例えば、酸化タングステン)からなる膜を形成した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い各画素単位にパターニングしてもよい。
列バンク522Yで規定された各間隙522z内に、ホール輸送層121側から順に、発光層123、および電子輸送層124を積層形成する。
発光層123の形成は、インクジェット法を用い、構成材料を含むインクを列バンク522Yにより規定される間隙522z内に塗布した後、焼成することによりなされる。
インクジェット法を用いて、発光層123を形成する工程を量産的に行う方法について説明する。図15(a)、(b)は、基板に対して発光層形成用のインクを塗布する工程を示す図であり、(a)は列バンク522Y間の間隙522zに一様に塗布する場合、(b)は絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する場合である。
説明を簡略にするため、ここでは、複数の基板に対してまず一色のインクを塗布し、次に、その複数の基板に別の色のインクを塗布し、次にその複数の基板に3色目のインクを塗布する方法で、3色のインクを順次塗布することとする。
[絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する場合]
絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する。
本塗布方法では、図15(a)に示すように、各サブ画素100seの長手方向がY方向、各サブ画素100seの幅方向がX方向となるように基板100xを載置して、インクジェットヘッド622をX方向に走査しながら、絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域内に設定された着弾目標に向けて各吐出口からインクを吐出する。図15(a)では、赤色のサブ画素100se領域に赤色のインクを塗布する目標位置が示されている。
上記において、複数の基板100xに対してインクの塗布が終わると、次に、その複数の基板に別の色のインクを塗布し、次にその複数の基板に3色目のインクを塗布する工程が繰り返し行われ、3色のインクを順次塗布してもよい。
発光層123は、発光領域100aだけでなく、隣接する非発光領域100bまで連続して延伸されてもよい。このようにすると、発光層123の形成時に、発光領域100aに塗布されたインクが、非発光領域100bに塗布されたインクを通じて列方向に流動でき、列方向の画素間でその膜厚を平準化することができる。但し、非発光領域100bでは、絶縁層122Xによって、インクの流動が程良く抑制される。よって、列方向に大きな膜厚むらが発生しにくく画素毎の輝度むらが改善される。
なお、赤色インクを塗布する領域は、x方向に隣接して並ぶ3つの領域の中の1つである。
基板100xに対してインクの塗布が終わると、次に、その基板に別の色のインクを塗布し、さらに、その基板に3色目のインクを塗布する工程が繰り返し行われ、3色のインクを順次塗布する。
スパッタリング法などを用い電子輸送層124を形成する。その後、電子輸送層124を被覆するように、対向電極層125および封止層126を順に積層形成する(図10(c)、図13(d))。対向電極層125および封止層126は、CVD法、スパッタリング法などを用い形成できる。
次に、図面を用いてCF基板131の製造工程を例示する。図16(a)〜(f)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131製造の各工程での状態を示す模式断面図である。
紫外線硬化樹脂(例えば紫外線硬化アクリル樹脂)材料を主成分とし、これに黒色顔料を添加してなる遮光層129の材料を溶媒に分散させ、遮光層ペースト129Rを調整し、透明な上部基板130の一方の面に塗布する(図16(a))。
その後、塗布・溶媒除去した遮光層ペースト129Rを焼成し、パターンマスクPM1及び未硬化の遮光層ペースト129Rを除去して現像し、キュアすると、矩形状の断面形状の遮光層129が完成する(図16(c))。
その後はキュアを行い、パターンマスクPM2及び未硬化のペースト128Rを除去して現像すると、カラーフィルタ層128(G)が形成される(図16(e))。
以上でCF基板131が形成される。
(9)CF基板131と背面パネルとの貼り合わせ
次に、有機EL表示パネルの製造におけるCF基板131と背面パネルとの貼り合わせ工程について説明する。図11(a)〜(b)は、図4(b)におけるA−Aと同じ位置で切断した模式断面図、図14(a)〜(b)は、図4(b)におけるB−Bと同じ位置で切断した模式断面図である。
続いて、塗布した材料に紫外線照射を行い、背面パネルとCF基板131との相対的位置関係を合せた状態で両基板を貼り合わせる。このとき、両者の間にガスが入らないように注意する。その後、両基板を焼成して封止工程を完了すると、有機EL表示パネル10が完成する(図11(b)、図14(b))。
(1)リフレクタ形状とインクの濡れ拡がりとの関係
図17を用いて、実施の形態に係るリフレクタ構造と、機能層を形成するためのインクの濡れ拡がり具合との関係を説明する。
図17(a)は、サブ画素100seに係る絶縁層122をY軸と垂直な面で切断した断面図であり、図17(b)は、サブ画素100seに係る絶縁層122をX軸と垂直な面で切断した断面図である。また、図17(c)は、サブ画素100seに係る絶縁層122を、図17(a)および(b)のC−Cに沿ってZ軸と垂直な面で切断した断面図である。同様に、図17(d)は、サブ画素100seに係る絶縁層122を、図17(a)および(b)のD−Dに沿って、図17(e)は、サブ画素100seに係る絶縁層122を、図17(a)および(b)のE−Eに沿って、それぞれ、Z軸と垂直な面で切断した断面図である。
実施の形態に係る絶縁層122では、各開口122zxyは、高さがh2より低い部分で分離している。すなわち、高さがh2より低い部分では、リフレクタ構造は開口の全周に渡って形成されている。また、高さがh2からh1の範囲において、各開口122zxyは、列方向には連通しているが、行方向には分離している。つまり、高さがh2からh1の範囲では、リフレクタ構造は主として開口の行方向側面に形成されている。したがって、実施の形態に係る有機EL表示パネル10では、図20(a)に示す構造と比べて、発光面積に対してリフレクタ構造の占める面積の比が大きく、光取り出し効率が高い。
(3)絶縁層122の製造方法
上述したように、絶縁層122は、CVD法を用いて酸化金属、窒化金属からなるフォトレジスト膜122Rを形成した後、乾燥し、溶媒をある程度揮発させてから、所定の開口部が施されたフォトマスクPMを重ね、その上から紫外線照射を行い感光性樹脂等からなるフォトレジストにフォトマスクPMが有するパターンを転写し、フォトレジストを現像した後、反応性イオンエッチング法によってパターニングすることで形成される。
以上説明したように、実施の形態に係るリフレクタ形状では、1つの画素内に存在する複数の開口について、列方向に隣接する開口を区画する絶縁層122の部分の一部が低く形成される。そのため、特に塗布法で形成される機能層について、未濡れを抑止し膜厚のバラつきを抑止することができる。したがって、発光しないマイクロ画素の発生を抑止し、マイクロ画素間で電気的特性が異なることを抑止することができる。すなわち、有機EL素子の高効率化、長寿命化を図ることができる。また、実施の形態に係るリフレクタ形状では、1つの開口を囲繞するリフレクタ構造が、列方向にも行方向にも形成されている。したがって、列方向に延伸するスリット状の開口と比較して、発光面積に対するリフレクタ構造の占める面積の比が大きく、光取り出し効率が高い。
7.その他の開口の形状
実施の形態に係るリフレクタ形状では、複数の開口122zxyが行列状に配された形状であるとしたが、例えば、以下のような形状であってもよい。
上記のように、列方向に隣接する開口の上部が連通するように配された円錐形上の開口からなる開口列と、列方向に延伸するスリット状の開口とが行方向に並ぶ配列とすることで、列方向における機能層の材料インクの流れが向上する。さらに、列方向に隣接する開口の上部が連通するように配された円錐形上の開口からなる開口列が存在することにより、図21(a)の構成と比べ、光取り出し効率を向上させることができる。
≪その他の変形例≫
実施の形態では、本実施の形態に係る表示パネル10を説明したが、本発明は、その本質的な特徴的構成要素を除き、以上の実施の形態に何ら限定を受けるものではない。例えば、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。以下では、そのような形態の一例として、パネル10の変形例を説明する。
(3)表示パネル10では、発光層123は、行バンク上を列方向に連続して延伸している構成としている。しかしながら、上記構成において、発光層123は、行バンク上において画素ごとに断続している構成としてもよい。
(6)実施の形態および変形例に係る各有機EL表示パネルでは、接合層127の屈折率をn1、絶縁層122の屈折率をn2としたとき、1.1≦n1≦1.8、および、|n1−n2|≧0.20を満たしており、かつ、リフレクタ傾斜面の傾きをθとしたとき、n2<n1、および、75.2−54(n1−n2)≦θ≦81.0−20(n1−n2)であるものとした。しかしながら、絶縁層122から接合層127までの複数の層のうち、2つの層において、カラーフィルタ層128側の層の屈折率をn3、画素電極層119側の層の屈折率をn4としたとき、1.1≦n3≦1.8、および、|n3−n4|≧0.20を満たしており、かつ、リフレクタ傾斜面の傾きをθとしたとき、n4<n3、および、75.2−54(n3−n4)≦θ≦81.0−20(n3−n4)であってもよい。
実施の形態に係る表示パネル10では、サブ画素100seには、赤色画素、緑色画素、青色画素の3種類があったが、本発明はこれに限られない。例えば、発光層が1種類でありサブ画素が1種類のみであってもよいし、発光層が赤、緑、青、黄色に発光する4種類であり、サブ画素が4種類であってもよい。また、1種類のサブ画素が2以上の発光層を有していてもよく、例えば、黄色に発光するサブ画素が赤色発光層と緑色発光層とを備えていてもよい。また、カラーフィルタとの組み合わせにより、発光層の種類数より多い種類のサブ画素を実現してもよく、例えば、白色の発光層と、赤色透過フィルタ、緑色透過フィルタ、青色透過フィルタのそれぞれとを組み合わせて、赤色画素、緑色画素、青色画素のそれぞれを実現してもよい。また、単位画素100eは必ずしも複数のサブ画素100seからなる必要はない。例えば、単位画素100eは1のサブ画素100seからなり、単位画素100eが実施の形態に係るサブ画素100seと同一の構造を有していてもよい。
また、表示パネル10では、すべての間隙522zに画素電極層119が配されていたが、本発明はこの構成に限られない。例えば、バスバーなどを形成するために、画素電極層119が形成されない間隙522zが存在してもよい。
また、上記実施の形態では、画素電極層119と対向電極層125の間に、ホール注入層120、ホール輸送層121、発光層123及び電子輸送層124が存在する構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば、ホール注入層120、ホール輸送層121及び電子輸送層124を用いずに、画素電極層119と対向電極層125との間に発光層123のみが存在する構成としてもよい。また、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などを備える構成や、これらの複数又は全部を同時に備える構成であってもよい。また、これらの層はすべて有機化合物からなる必要はなく、無機物などで構成されていてもよい。また、ホール注入層120、ホール輸送層121、電子輸送層124の形成方法は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、気相成長法等の乾式成膜プロセスであってもよい。さらに、ホール注入層120、ホール輸送層121が乾式成膜プロセスで形成される場合、画素電極層119、ホール注入層120、ホール輸送層121、絶縁層122、発光層123の順に積層されてもよい。
また、上記実施の形態では、一つのサブ画素100seに対して2つのトランジスタTr1、Tr2が設けられてなる構成を採用したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、一つのサブピクセルに対して一つのトランジスタを備える構成でもよいし、三つ以上のトランジスタを備える構成でもよい。
また、上記実施の形態では、表示パネル10がアクティブマトリクス型の構成であったが、本発明はこれに限られず、例えば、パッシブマトリクス型の構成であってもよい。具体的には、列方向と平行な線状の電極と、行方向と平行な線状の電極とを発光層123を挟むようにそれぞれ複数並設すればよい。その場合には、各構成について、適宜の変更が可能である。なお、上記実施の形態では、基板100xがTFT層を有する構成であったが、上記パッシブマトリクス型の例などから分かるように、基板100xはTFT層を有する構成に限られない。
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
10 有機EL表示パネル
20 駆動制御回路部
21 駆動回路
25 制御回路
100 有機EL素子
100se サブ画素
100x 基板
119 画素電極層
120 ホール注入層
121 ホール輸送層
122 絶縁層
122X 行バンク
122zxy 開口
123 発光層
124 電子輸送層
125 対向電極層
126 封止層
127 接合層
128 カラーフィルタ層
129 遮光層
130 上部基板
131 CF基板
522Y 列バンク
Claims (10)
- 複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルであって、
基板と、
前記基板上方に行列状に配された複数の画素電極と、
前記複数の画素電極のそれぞれの上方に配され、1つの画素電極に対して複数の開口が開設された絶縁層と、
行方向に隣接する前記画素電極の間に配される、列方向に延伸する複数の隔壁と、
前記複数の画素電極の上方に配され、前記開口のそれぞれの内部において電界発光を生ずる有機発光層を含む有機機能層と、
前記複数の有機機能層の上方に配された透光性の対向電極とを備え、
前記複数の開口は、列方向に一列に配されて開口列を形成する複数の第1の開口と、前記第1の開口に行方向に隣接する第2の開口とを含み、
前記絶縁層において、列方向に隣接する前記第1の開口の間に位置する部分は、前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分より、前記画素電極を基準とした高さが低い部分を有する
ことを特徴とする有機EL表示パネル。 - 前記絶縁層は、前記複数の開口それぞれの周囲において、前記対向電極方向に延びるとともに画素周縁方向に広がる傾斜面を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示パネル。 - 列方向に隣接する前記第1の開口の間に位置する部分は、前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分に対し、前記画素電極を基準とした高さが75%以下である部分を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の有機EL表示パネル。 - 前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分は、前記画素電極を基準とした高さが6μm以上である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL表示パネル。 - 前記第2の開口は、開口が列方向に一列に配され、前記開口列に行方向に隣接する第2の開口列に含まれ、
前記絶縁層の底面において、列方向に隣接する前記第1の開口の列方向の距離は、前記第1の開口と前記第2の開口との行方向の距離より小さい
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の有機EL表示パネル。 - 前記絶縁層の底面において、列方向に隣接する前記第1の開口の列方向の距離は、前記列方向における前記第1の開口の幅の、0.65倍より小さい
ことを特徴とする請求項5に記載の有機EL表示パネル。 - 前記第1の開口は、前記画素電極側が狭い円錐台形状である
ことを特徴とする請求項5または6に記載の有機EL表示パネル。 - 前記第2の開口は、列方向に延伸するスリット状の開口である
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の有機EL表示パネル。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の有機EL表示パネルを備えた有機EL表示装置。
- 複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルの製造方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板の上方に、複数の画素電極を行列状に形成する工程と、
開口が複数開設された絶縁層を、前記画素電極のそれぞれの上方に形成する工程と、
行方向に隣接する画素電極の間に、列方向に延伸する複数の隔壁を形成する工程と、
前記基板と塗布装置の少なくとも一方を行方向に走査しながら材料を含むインクを塗布して前記複数の開口内に有機発光層を含む有機機能層を形成する工程と、
前記複数の有機機能層の上方に透光性の対向電極を形成する工程と
を含み、
前記絶縁層を形成する工程において、1つの画素電極上に、複数の開口を列方向に一列に配置した開口列と、前記開口列に含まれるいずれかの開口に列方向に隣接する第2の開口とを形成し、かつ、列方向に隣接する前記第1の開口の間に位置する部分に、前記第1の開口と前記第2の開口との間に位置する部分より、前記画素電極を基準とした高さが低い部分を形成する
ことを特徴とする有機EL表示パネルの製造方法。
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