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Abstract
【課題】表示領域に複数の画素が形成された表示装置において、高精細のカラーフィルタを備える。【解決手段】有機EL表示装置1は、表示領域Dを覆う平坦化層40と、互いに隣接する画素Pの境界における平坦化層40の表面に形成され、間隔を設けて配列された複数の凸部50からなる凸部列を有する。平坦化層40の表面にはカラーフィルタCFが形成され、当該カラーフィルタCFは複数色の着色膜R,G,Bからなり、凸部列の両側で色が異なる。【選択図】図2
Description
本発明は表示装置、特に有機エレクトロルミネッセンス(electroluminescence:EL)表示装置に関する。
薄型で軽量な発光源として有機EL素子が注目を集めており、表示領域に二次元配列される複数の画素それぞれに、有機EL素子である有機発光ダイオード(organic light-emitting diode:OLED)を配置した有機EL表示装置が開発されている。
従来、このような有機EL表示装置では、ガラスなどからなる基板上に画素ごとに分離した画素電極が形成され、当該画素電極の縁に沿って画素を区画するバンクを形成した後、画素電極及びバンクに積層して、発光層を含む有機材料層、及び対向電極が形成され、画素電極、有機材料層及び対向電極からなるOLEDが作られる。
また、カラーディスプレイ用の有機EL表示装置として、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)といった色ごとに発光色が異なる発光層を塗布等により作り分ける、いわゆる塗り分け方式で形成する構造のものと、白色発光とみなせる光を出射する有機EL素子とカラーフィルタとを組み合わせた構造(カラーフィルタ方式と呼ぶことにする。)のものが開発されている。
これらのうち、塗り分け方式の有機EL表示装置において画像の高精細化を図る場合、画素が微細化し画素ピッチが縮小することにより、画素ごとに発光層を作り分けることが難しくなる。そのため塗り分け方式では、画素の高精細化が難しいことが指摘されている。
これに対し、カラーフィルタ方式の有機EL表示装置は、画素ごとに発光層を作り分ける必要がないため高精細化に対して有利であると考えられている。すなわち、この場合、表示領域の全体に同じ層構造で発光層を含む有機材料層を形成すればよく、各画素から出射される光の色はカラーフィルタで調整すればよいので、製造上、画素の微細化が容易なものとなる。
カラーフィルタ方式の有機EL表示装置は、白色発光OLEDを形成される基板とは別にカラーフィルタが形成された基板を作り、それらを貼り合わせるといった方法で製造される。また、白色発光OLEDが形成された基板の上にさらにカラーフィルタを形成する方法で製造することも提案されている。下記特許文献1にはインクジェット方式によるカラーフィルタの製造方法が示されている。また、下記特許文献2には、バンクにより生じる画素ごとの凹領域にカラーフィルタを構成する着色膜を埋め込む構成が示されている。
上述のカラーフィルタを備えた表示装置では、高精細化に伴ってブラックマトリックスの領域確保及びカラーフィルタのパターニングが困難になってきている。また、OLED上にインクジェット方式でカラーフィルタを形成する場合も、その形成に高精細パターニング技術が必要となるという問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、カラーフィルタを備えた高精細の表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る表示装置は、複数の画素が形成された表示装置であって、前記複数の画素のうち互いに隣接する画素の境界に形成され、間隔を設けて配列された複数の凸部からなる凸部列を有し、前記凸部列の両側で色が異なるカラーフィルタが形成されている。
本発明によれば、カラーフィルタを備えた高精細の有機EL表示装置が得られる。
以下、本実施形態に係る有機EL表示装置について、有機EL表示装置1を例として図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、各構成要素はそれらと異なっていてもよく、その要旨を変更しない範囲で変更して実施することが可能である。
図1は本発明の一実施形態に係る有機EL表示装置1の概略平面図であり、図2は図1に示す有機EL表示装置1のII−II切断線における概略断面図である。なお、本実施形態においては説明の便宜上、各構成の位置関係をY軸(Y1方向、Y2方向)、Z軸(Z1方向、Z2方向)の座標を用いて説明する。
図1に示す通り、有機EL表示装置1は、矩形の表示領域Dを有するTFT基板10と、対向基板60とを有している。TFT基板10の平面視形状は対向基板60の平面視形状よりも小さく、その一部(Y2方向側の部分)の上面10aは、対向基板60に覆われずに露出している。上面10aには、フレキシブル配線基板2やドライバIC(Integrated Circuit)3が接続される。
次に、有機EL表示装置1の表示領域Dの構成について、その詳細を説明する。図2に示すように、表示領域DのTFT基板10は、複数の画素Pがマトリクス状に配置されている。
TFT基板10は、絶縁基板8と、薄膜トランジスタ11及び図示しない電気配線が形成された回路層12と、平坦化膜13と、を有している。このTFT基板10上に、有機EL発光素子30及びカラーフィルタCFを含む構造が設けられる。当該構造は、有機EL発光素子30、平坦化層40、凸部50及びカラーフィルタCFを有している。
回路層12は、絶縁基板8上に形成された、有機EL発光素子30を駆動するための層である。回路層12は、薄膜トランジスタ11、パッシベーション膜11f及び図示しない電気配線が形成されている。
薄膜トランジスタ11は基板10上に画素Pごとに設けられている。薄膜トランジスタ11は、具体的には例えば、ポリシリコン半導体層11a、ゲート絶縁層11b、ゲート電極11c、ソース・ドレイン電極11d、第1の絶縁膜11eから構成されている。薄膜トランジスタ11上は、薄膜トランジスタ11を保護する絶縁膜であるパッシベーション膜11fによって覆われている。
平坦化膜13は回路層12上を覆うように形成されている。平坦化膜13は絶縁材料からなる層であり、回路層12と有機EL発光素子30の間に形成されることにより、隣接する薄膜トランジスタ11間や、薄膜トランジスタ11と有機EL発光素子30の間が、電気的に絶縁される。平坦化膜13は、例えばSiO2やSiN、アクリル、ポリイミド等の材料からなる。
平坦化膜13上の各画素Pに対応する領域には、金属膜からなる図示しない反射膜が形成されていてもよい。反射膜が設けられることにより、有機EL発光素子30から出射した光は対向基板60側へ向けて反射される。
平坦化膜13上(TFT基板10上)には、複数の有機EL発光素子30が画素P毎に形成されている。有機EL発光素子30は画素電極(陽極)32と、少なくとも発光層を有する有機材料層33と、有機材料層33上を覆うように形成された対向電極(陰極)34とを有している。これら画素電極32と有機材料層33と対向電極34とが重なる領域は、発光領域Lとして機能する。
画素電極32は、有機材料層33に駆動電流を注入する電極である。画素電極32はコンタクトホール32aに接続していることにより、薄膜トランジスタ11に電気的に接続されて駆動電流を供給される。
画素電極32は導電性を有する材料からなる。画素電極32の材料は、具体的には例えば、ITO(Indium Tin Oxide)であることが好ましいが、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム複合酸化物等の透光性及び導電性を有する材料でもよい。なお、反射膜が銀等の金属からなり、かつ、画素電極32に接触するものであれば、画素電極32は透光性を有していてもよい。このような構成の場合、反射膜は画素電極32の一部となる。
各画素電極32同士の間には、隣接する画素P同士の間を区分するように、画素P同士の境界に沿って画素分離膜14が形成されている。画素分離膜14はいわゆるバンクである。画素分離膜14は、隣接する画素電極32同士の接触と、画素電極32と対向電極34の間の漏れ電流を防止する機能を有する。
本実施形態における画素分離膜14は画素電極32の外端32bを覆い、上向き(図中のZ1方向側)に突出している。これにより、画素分離膜14の上面(Z1方向側の面)と、画素電極32の上面とで、凹凸形状の面が構成されている。
画素分離膜14は、画素電極32の外端32bを覆い、画素電極32の発光領域Lに対応する領域を露出している。画素分離膜14は絶縁材料からなり、具体的には例えば、感光性の樹脂組成物からなる。
なお、本実施形態においては、露出した画素電極32に対応する領域を凹領域Cとし、画素分離膜14上の領域を凸領域Sとする。なお、凹領域Cは発光領域Lに対応する。
有機材料層33は有機材料により形成された積層構造であり、発光層を含んでいる。有機材料層33は、例えば、画素電極32側から順に、図示しないホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が積層されてなる。なお、有機材料層33の積層構造はここに挙げたものに限られず、少なくとも発光層を含むものであれば、その積層構造は特定されない。
有機材料層33(発光層)は、露出した画素電極32上(画素電極32のうち発光領域Lに対応する領域)及び画素分離膜14上を覆うように形成されている。なお、本実施形態における発光層の発光色は白色であるが、その他の色であってもよい。
発光層は、例えば、正孔と電子とが結合することによって発光する有機EL物質から構成されている。このような有機EL物質としては例えば、一般に有機発光材料として用いられているものであってもよい。
対向電極34は、有機材料層33上(発光層上)と画素分離膜14上を覆うように形成されている。本実施形態における対向電極34は、画素P毎に独立しておらず、表示領域Dの画素Pの配置されている領域全面を覆うように形成される。このような構成を有することにより、対向電極34は複数の有機EL発光素子30の有機材料層33に共通に接触する。
対向電極34は透光性及び導電性を有する材料からなる。対向電極34の材料は、具体的には例えば、ITOであることが好ましいが、ITOやInZnO等の導電性金属酸化物に銀やマグネシウム等の金属を混入したもの、あるいは銀やマグネシウム等の金属薄膜と導電性金属酸化物を積層したものであってもよい。
対向電極34の上面は、複数の画素Pにわたって平坦化層40により覆われている。平坦化層40は、有機材料層33をはじめとする各層への酸素や水分の侵入を防ぐ封止膜としての機能に加え、その表面を平坦化する平坦化膜としての機能を有する。具体的には、上述のように、画素分離膜14の形成に伴いTFT基板10の上の構造の表面には基本的に凹凸が生じて対向電極34の上面も凹凸形状となり、平坦化膜45は当該凹凸を平坦化する。平坦化層40は単層であってもよいし複数の層から構成されてもよい。平坦化層40は基本的に透明な材料からなり、さらに上述の機能を果たす材料で構成される。なお、平坦化層40の材料は無機材料、有機材料のいずれであってもよいし、多層構造とする場合には、それら両方の層を有していてもよい。
平坦化層40の表面には凸部50が形成される。凸部50は平坦化層40の表面において、互いに隣接する画素間の境界に形成される。凸部50の形状は例えば、円柱や錐台であり、当該境界に沿った方向に複数の凸部50が間隔を設けて配置され凸部列をなす。本実施形態では画素間の境界に沿って画素分離膜14が形成されており、凸部50(凸部列)は平面視にて画素分離膜14が配置された領域内に形成されている。ちなみに、図2では、凸部50は紙面に垂直な方向に並び凸部列をなしている。
また、平坦化層40の表面にはカラーフィルタCFが積層される。本実施形態におけるカラーフィルタCFは、例えば赤、緑、青などの複数の色に着色された着色膜R,G,Bを有している。着色膜R,G,Bは、有機EL発光素子30からの光を通す膜であり、例えば、顔料によって着色された樹脂からなる。具体的には、当該樹脂として、レジスト用の材料を用いることができ、特にカラーフィルタ用としてカラーレジストが提供されている。
ここで、凸部50又は凸部列は、カラーフィルタCFを区分する境界としての機能を有する。カラーフィルタCFは例えば、数ミクロンメートルの厚みとされ、凸部50の高さは当該厚みのカラーフィルタCFを区切るのに必要な高さを有し、基本的に、当該高さはカラーフィルタCFの厚みを超える値に設定される。また、基本的に、凸部列の両側には色が異なるカラーフィルタCFが配置される。
凸部50は例えば、平坦化層40の表面に積層した樹脂などの膜をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして作ることができる。カラーフィルタCFを構成する着色膜R,G,Bはインクジェット方式により、樹脂などの液状の材料を平坦化層40の上に滴下し、熱や紫外線などで当該材料を硬化させて形成される。本実施形態では、カラーフィルタCF用の液状材料としてカラーレジストを用いる。或る画素Pに滴下されたカラーレジストは、当該画素Pの縁に配置された凸部列によって、隣接する他の画素Pへの流出を阻止される。
なお、カラーフィルタCFの上には保護膜、対向基板60などが形成され得るが図2では図示を省略している。
図3及び図4はそれぞれ、凸部列を境界として形成されるカラーフィルタCFの構造を説明するための模式図であり、図1のII−II切断線の近傍領域における垂直断面図と、当該断面図に対応する位置での平面図とを示している。図3、図4ではカラーフィルタCFの着色膜R,G,Bのうちの1つだけが形成された状態が示されている。具体的には、図3の断面図70a及び図4の断面図71aは図2の平坦化膜13から上の構造を簡略化して示しており、当該断面図には平坦化膜13、画素電極32、画素分離膜14、有機材料層33、対向電極34、平坦化層40、凸部50、カラーレジスト72(72α,72β)が示されている。また、図3の平面図70b及び図4の平面図71bには画素の開口部73と凸部50とが示されている。矩形である開口部73は画素分離膜14の開口に相当し、その内側は画素分離膜14の開口内に露出した画素電極32である。つまり、開口部73の外側が画素分離膜14上の領域、すなわち上述した凸領域Sであり、内側が上述した凹領域Cである。凸部50は画素分離膜14上に形成され、図3、図4では開口部73を囲んで矩形に配列する例を示している。横方向に3つ並ぶ開口部73は異なる色の画素に対応しており、例えば、左側から着色膜R,G,Bに対応する画素であり、図示するカラーレジスト72は着色膜Rに当たる。
図3と図4とは液状のカラーレジスト72に対する凸部50の濡れ性が違う場合を示している。具体的には、図3は当該濡れ性が高い場合であり、図4は当該濡れ性が低い場合である。
平坦化層40上に滴下されたカラーレジスト72は平坦化層40の表面に沿って拡がり、凸部50に達する。図3に示すように、凸部50の濡れ性を高くした場合のカラーレジスト72αは、凸部50との接触面積を大きくしようとする結果、凸部列の間隙に入り込み、また凸部50の上方へ這い上がる挙動を示す。これにより、カラーレジスト72αの滴下量が多くなっても、カラーレジスト72αは隣の画素へ流出しにくくなる。
一方、図4に示すように、凸部50の濡れ性を低くした場合のカラーレジスト72βは、凸部列の間隙にくい込みつつも、凸部列で弾かれ、その結果、カラーレジスト72βは隣の画素へ流出しにくい。
このように着色膜の形成領域の境界に凸部列を設けることで、凸部列の間隙がカラーレジスト72の吐出超過に対するバッファとして機能しつつ、隣接画素へのカラーレジスト72の流出を阻止する。よって、この凸部50又は凸部列の機能により、カラーレジスト72の吐出量の変動による着色膜の厚みのばらつきが抑制され、またカラーフィルタCFの高精細のパターニングが可能となる。また、ブラックマトリクスのような壁が不要となるため、カラーフィルタCFの開口率向上が可能となる。
上述の凸部50の機能は、凸部50の濡れ性のほかに、凸部50の形状やサイズ、及び凸部列における配置間隔により調節が可能である。さらに、凸部列の間隙からのカラーレジスト72の流出阻止に関しては、平坦化層40の表面の濡れ性も影響し得る。よって、好適には平坦化層40の濡れ性も含めて当該調節を行うことができる。ちなみに、濡れ性は例えば、凸部50や平坦化層40の材料の選択や、カラーレジスト72の溶剤の選択により制御することが可能である。例えば、凸部50、平坦化層40とカラーレジスト72とが共に親水性、又は共に疎水性の場合、濡れ性は高くなり得、反対に、一方が親水性で他方が疎水性の場合、濡れ性は低くなり得る。なお、凸部50は透明材料にするなど、黒色以外の材料を適用可能であり、材料選択の幅が広がる。
図3及び図4の平面図70b,71bでは、開口部73の矩形の4つの辺全てに沿って凸部列を設けたが、基本的に凸部列は、互いに異なる色の着色膜を配置する隣接画素間に設ければ足りる。よって、同じ色の画素を例えば、縦方向に並べるストライプ配列においては、縦方向に隣接する画素間の凸部列は省略することができる。
[変形例]
図5〜図7はそれぞれ、凸部列における凸部50の配置パターンの変形例を示す模式的な平面図である。なお、図5〜図7は、着色膜R,G,Bを設けるR,G,B画素が縦方向にストライプ配列される例を示しており、凸部50は横方向に隣り合う画素間にのみ設けられ、よって凸部列は縦方向に延在している。
図5〜図7はそれぞれ、凸部列における凸部50の配置パターンの変形例を示す模式的な平面図である。なお、図5〜図7は、着色膜R,G,Bを設けるR,G,B画素が縦方向にストライプ配列される例を示しており、凸部50は横方向に隣り合う画素間にのみ設けられ、よって凸部列は縦方向に延在している。
図5に示す第1の変形例では、異なる色の画素間の境界に凸部列が二列配置されている。例えば、R画素の開口部73rとG画素の開口部73gとの間の画素分離膜上に、横方向に並ぶ2つの凸部50からなる凸部対を、縦方向に複数配置することで、凸部列の二重配置が構成される。G画素の開口部73gとB画素の開口部73bとの間にも同様に凸部列の二重配置が設けられる。また、図には示していないが、B画素の開口部73bとR画素の開口部73rとは横方向に隣接し、それらの間にも同様に凸部列の二重配置が設けられる。
図6に示す第2の変形例では、異なる色の画素間の境界に凸部がジグザグに配置されている。例えば、R画素の開口部73rとG画素の開口部73gとの間の画素分離膜上に、互いに同じ間隔で凸部50が縦方向に並ぶ2つの凸部列を、互いの縦方向の位置を当該間隔の半分だけずらして平行配置することで、凸部50が互い違いに並ぶ凸部列が構成される。G画素の開口部73gとB画素の開口部73bとの間にも同様にジグザグ配置の凸部列が設けられる。また、図には示していないが、B画素の開口部73bとR画素の開口部73rとの間にも同様にジグザグ配置の凸部列が設けられる。
図7に示す第3の変形例では、凸部列における凸部50の配置間隔が、当該凸部列の両側の着色膜の色の組み合わせに応じて異なる。当該配置間隔は例えば、凸部列に隣接する画素に設けられるカラーレジスト72の隣の画素への広がりやすさに応じて変えることができる。例えば、R,G,B画素のうちR画素に滴下するカラーレジスト72が最も広がりやすい場合、図7に示すように、R画素とB画素との間や、R画素とG画素との間の凸部列における配置間隔を、G画素とB画素との間の凸部列における配置間隔より狭めることができる。
また、当該配置間隔はさらに、凸部列の両側の画素にそれぞれ滴下されるカラーレジスト72の広がりやすさの差に応じて変えてもよい。例えば、B画素のカラーレジスト72のR画素への広がりやすさがG画素のカラーレジスト72のR画素への広がりやすさよりも小さく、B画素とR画素との間での広がりやすさの違いがG画素とR画素との間におけるより大きい場合には、R画素とB画素との間の凸部列における配置間隔を、G画素とR画素との間の凸部列における配置間隔より狭めることで、R画素からB画素へのカラーレジスト72の流出をより好適に阻止できる。
なお、これまでの実施形態、変形例では、発光素子として白色を呈する有機EL素子を用いた例を示してきたが、これに限定されるものではなく、量子ドットを用いた発光ダイオード(QLED)と組み合わせることもできる。さらに自発光型の素子のみならず、例えば電気泳動材料を用いた電子ペーパー等において、電気泳動素子を形成した層の上に前述の平坦化層40、凸部50、およびカラーレジスト72を用いてカラーフィルタを形成しても良い。
以上、本発明の実施形態、変形例を説明してきたが、本発明は、上述した実施形態及び変形例には限られない。例えば、上述した実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成、又は同一の目的を達成することができる構成により置き換えてもよい。
1 有機EL表示装置、2 フレキシブル回路基板、3 ドライバIC、10 TFT基板、10a 上面、11 薄膜トランジスタ、12 回路層、13 平坦化膜、14 画素分離膜、30 有機EL発光素子、32 画素電極、32a コンタクトホール、33 有機材料層、34 対向電極、40 平坦化層、60 対向基板、72 カラーレジスト、73 開口部、C 凹領域、CF カラーフィルタ、D 表示領域、L 発光領域、P 画素、S 凸領域、R,G,B 着色膜。
Claims (6)
- 複数の画素が形成された表示装置であって、
前記複数の画素のうち互いに隣接する画素の境界に形成され、間隔を設けて配列された複数の凸部からなる凸部列を有し、
前記凸部列の両側で色が異なるカラーフィルタが形成されていることを特徴とする表示装置。 - 前記複数の画素を覆う平坦化膜をさらに有し、
前記凸部列は、前記平坦化膜上に形成されていること、
を特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記画素ごとに形成された画素電極と、
前記画素電極上に、隣接する前記画素同士を区分するように設けられた、前記画素電極の一部を露出させる画素分離膜と、
を有し、
前記凸部列は、平面視にて前記画素分離膜が配置された領域内に形成されていること、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表示装置。 - 前記画素間の前記境界に前記凸部列が二列配置されていること、を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の表示装置。
- 前記凸部列にて前記凸部がジグザグに配置されていること、を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の表示装置。
- 前記凸部列における前記凸部の配置間隔が、前記凸部列の両側の前記カラーフィルタの色の組み合わせに応じて異なること、を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の表示装置。
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