JP3674848B2 - 有機薄膜発光ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイとして用いられる有機発光素子に関し、特に高精細で信頼性が高く、製造費用がかからず、効率のよいパッシブマトリクス型有機発光素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機化合物材料のエレクトロルミネセンスを利用した有機薄膜発光ディスプレイパネルの1つに、パッシブマトリクス型(単純マトリクス型)ディスプレイがある。
【0003】
パッシブマトリクス型ディスプレイは、透明基板上の複数の第一電極と、該第一電極に直交する複数の第二電極、これら電極に挟持された有機発光層から構成される。第一電極と第二電極の交差領域の発光部を1単位として1画素を形成している。この画素が複数個配列することにより画像表示部分が形成される。第一電極および第二電極(すなわち陽極および陰極)を画像表示部より基板周囲へ延長して形成した接続部を介して、外部駆動回路と画面表示部を接続することにより画像表示装置が構成される。
【0004】
近年では、有機発光素子の発光応答速度の速さを活かした高精細なパッシブマトリクス型カラーディスプレイの研究がなされ、フルカラー表示や動画表示といった情報機器用途での低コストでの高品位ディスプレイ実現への期待が高まってきている。
【0005】
高精細なディスプレイ作製のためには、第一電極および第二電極のストライプ幅を数百μm以下、隣り合うストライプ間のギャップを数十μm以下にする必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、有機発光層は、第二電極の微細パターニング方法として、特開平5−275172号公報、特開平5−258859号公報、特開平5−258860号公報、および特開平8−315981号公報などに開示の技術が知られている。これらの公報には、基板上に平行にストライプ状の隔壁を形成し、該隔壁を利用して有機発光層および第二電極を形成する方法が記載されている。
【0007】
近年、有機発光素子のフルカラー化開発が行われ、前述の公報に開示された技術を用い、3原色の有機発光層や第二電極の材料を精密に塗り分ける方法がとられている。この方法は、成膜装置内で基板と成膜マスクを精密に位置合わせする必要があり、装置費用が大きくなり、作製歩留りが小さくなる可能性がある。
【0008】
一方で、フルカラー表示を行う方法として、基板にカラーフィルターや色変換層を形成した後に、白色あるいは青色の発光層を一括して形成する技術も知られている。この技術は、有機発光層を塗り分ける必要がなく、装置費用、作製歩留りにおいて有利性をもっている。
【0009】
この方法は、基板に有機発光層用の蒸着マスクおよび、第二電極用の蒸着マスクを位置合わせして形成しており、有機発光層の塗り分けの必要がなく、高精度の位置合わせは必要としない。しかし今日、狭額縁化、マザーガラスからの製造枚数の向上が求められており、蒸着マスクをより容易に位置合わせでき、かつ、作製歩留りを向上させる方法が求められている。
【0010】
また、上述の特開平8−315981号公報に記載の方法では、基板面に平行な方向に突出するオーバーハング部を上部に有する電気絶縁性の隔壁を、第一電極の一部分を露出するように形成した電気絶縁性の膜上に形成している。しかし、この構造は、異種材料が積層される場合には機械的強度が低く、さらにヒートサイクル試験など、熱膨張、熱収縮が激しく繰り返される試験では、隔壁の剥離が観察され、機械的強度を向上させる方法が求められている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するための本発明の有機薄膜発光ディスプレイは、透明基板上に形成された複数の第一電極の列と、複数の第二電極の列との交点より構成される画素からなる画像表示配列領域を有し、該電極間には少なくとも有機発光層が形成されており、所望の画素を構成する両電極間に電圧を印加し電流を注入することで得るエレクトロルミネセンスを取り出すことで情報を表示しており、前述の画像表示配列領域の周辺に、第一電極から延長された第一電極用の端子パッドおよび第二電極用の端子パッドが形成されており、該第一電極の一部、透明基板、および第二電極用の端子パッドの一部上に電気絶縁膜が形成されており、前記電気絶縁膜は、第二電極用の端子パッド上および前記複数の第一電極と前記複数の第二電極との交点に開口部を有し、第二電極は、第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部において、第二電極用の端子パッドと接続されており、前述の電気絶縁膜上に突出した第二電極に平行な複数の電気絶縁体からなる隔壁が形成されており、該隔壁は第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜上において、隣接する隔壁が互いに連結されている。
【0012】
また、本発明における有機薄膜発光ディスプレイの製造方法は、
基板の上に、複数の第一電極をパターニングして形成する工程と、
該第一電極の周辺に第二電極用の端子パッドを形成する工程と、
該第一電極の一部、基板、および第二電極用の端子パッドの一部上に電気絶縁膜を形成する工程と、
該電気絶縁膜上に電気絶縁体からなる隔壁を形成する工程と、
該電気絶縁膜上および第一電極上の電気絶縁膜の開口部に有機発光層を形成する工程と、
該有機発光層、電気絶縁膜、および第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部に第二電極となる薄膜を形成する工程と、
を備え、前記電気絶縁膜は、第二電極用の端子パッド上および前記複数の第一電極と前記複数の第二電極との交点に開口部を有し、該第二電極を、第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部を通して第二電極用の端子パッドと導通させ、電気絶縁体からなる隔壁により第二電極の形成領域を規定している。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明における有機薄膜発光ディスプレイの構成の一例を示す平面図を、図2に図1に示した有機薄膜ディスプレイの一例のII−II線における断面図を示す。
【0014】
本発明の有機薄膜発光ディスプレイは、図1および図2に示すように、基板1上に形成された複数の第一電極の列2と、複数の第二電極の列3との交点により構成される画素からなる画像表示配列領域を有し、電極間には少なくとも有機発光層4が形成されており、所望の画素を構成する両電極間に電圧を印加し電流を注入することで情報を表示するものである。この画像表示配列領域の周辺には、第一電極から延長された第一電極用端子パッド2aおよび第二電極用の端子パッド5が形成されており、第一電極2の一部、透明基板1、および第二電極用の端子パッド5の一部上に電気絶縁膜6が形成されている。第二電極3は、第二電極用の端子パッド5上の電気絶縁膜の開口部7において、第二電極用の端子パッド5と接続されており、電気絶縁膜上に突出した第二電極に平行な複数の電気絶縁体からなる隔壁8が形成されており、該隔壁は第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜上において隣接する隔壁が互いに連結されている。
【0015】
このような構造をとる有機薄膜発光ディスプレイの製造方法を、図2〜図4を参照しながら説明する。図3は、図1に示す本発明における有機薄膜発光ディスプレイの構成の一例を示す平面図の有機発光層および第二電極の形成前の図である。図4は、本発明における隔壁のパターンの一例を示す。
【0016】
本発明の有機薄膜発光ディスプレイの例として、パネルが蛍光色変換フィルターと、有機発光体とを備えたカラーディスプレイパネルを説明する。すなわち、有機発光体から発せられる近紫外から可視領域の光、好ましくは青色から青緑色領域の光を、上記蛍光色変換フィルターに入射し、該蛍光色変換フィルターからなる異なる波長の可視光として出力させるようにしたものである。
【0017】
まず、基板上に蛍光色変換フィルターを形成し、その上に保護層およびガスバリア層を形成する(図示なし)。このとき、保護層として平坦化機能と色変換層の保護機能を兼備するアクリル樹脂などからなる保護層を形成し、SiOxまたはSiOxNyなどからなるガスバリア層を形成する。また、保護層の機能を細分化し、機能ごとに層数を増やすこともできる。
【0018】
本発明で用いる基板としては、ガラス基板、ポリマーフィルムなどのフィルム状基板、ポリイミド基板、アクリル基板などを用いることができる。
【0019】
この発光色変換フィルター上のガスバリア層上に、有機発光体を形成する。有機発光体は、一対の電極の間に挟持され、必要に応じ、正孔注入層、正孔輸送層、または電子注入層を電極間に介在させた構造を有している。具体的には、下記のような層構造からなるものが採用される。
(1)陽極/有機発光層/陰極
(2)陽極/正孔注入層/有機発光層/陰極
(3)陽極/有機発光層/電子注入層/陰極
(4)陽極/正孔注入層/有機発光層/電子注入層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子注入層/陰極
【0020】
上記の層構成において、陽極(第一電極)および陰極(第二電極)の少なくとも一方は、該有機発光体の発する光の波長域において透明であることが望ましく、および透明である電極を通して光を発して、前述の蛍光色変換膜に光を入射させる。当該技術において、陽極を透明にすることが容易であることが知られており、本発明においても陽極を透明とすることが望ましい。
【0021】
有機発光体を形成するために、まず、ガスバリア層上に、図3に示すように第一電極(陽極)2および第一電極から延長した第一電極用の端子パッド2aをパターン形成する。第一電極としては、透明導電性膜材料のインジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、酸化錫、酸化亜鉛、またはアルミニウム錫酸化物などを用いることができる。
【0022】
この第一電極の周辺に図3に示すように第二電極用の端子パッド5を形成し、図3に示すような範囲に電気絶縁膜を形成する。第二電極用の端子パッドの材料としては、例えば第一電極と同一の材料(ITOなど)、Al、Cr、Mo、Cu、およびWなどの金属材料、ならびにこれらの合金などが挙げられる。電気絶縁膜材料としては、例えばノボラック樹脂を用いたポジ型フォトレジスト、アクリレート等のネガ型フォトレジスト、ポリイミド材料、またはSiOx、SiOxNy、SiNx、およびTiOxなどの無機酸化膜を用いることができる。この電気絶縁膜は第二電極用の端子パッド5上および第一電極2の一部に開口部7を有することを特徴としている。また、電気絶縁膜は第一電極の端部を被覆するように形成してもよい。電気絶縁膜の形成領域は、図3に示す限りではないが、陰極の形成領域に、基板と蒸着マスクの位置ズレ量を加味した領域に形成することにより、第一電極(陽極)2材料と第二電極(陰極)3材料との短絡、端子パッド間の短絡を防ぐことができる。また、絶縁膜の膜厚は、パネル駆動時に印加される電圧から算出される絶縁耐圧を持つ必要がある。
【0023】
次に、該電気絶縁膜の上に、隔壁8を形成する。隔壁8は第二電極の伸張方向に複数本形成され、第一電極の周辺に形成された第二電極用の端子パッド部5まで延在する。隣接する隔壁は、第二電極用の端子パッド上において図3に示すように垂直に連結されてもよく、図4に示すように曲線により連結されていてもよい。隔壁を連結することにより隔壁の強度が向上する。この隔壁を形成する電気絶縁体材料としては、例えば、ノボラック樹脂を用いたネガ型フォトレジストおよびポジ型フォトレジスト、ならびにアクリレート等のネガ型フォトレジストなどが挙げられる。
【0024】
この隔壁8間の、電気絶縁膜6上、および第一電極上の電気絶縁膜の開口部7上に、図2に示したように、少なくとも有機発光層4を形成する。このとき、必要に応じて、上述した層構造を有するように正孔注入層、電子注入層、および/または正孔輸送層を形成してもよい。
【0025】
上記各層の材料としては、公知のものが使用される。例えば、有機発光層として青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。
【0026】
正孔注入層としては、Cuフタロシアニン、トリフェニルアミン誘導体などが用いられ、正孔輸送層としては、TPDおよびα−NPDなどのトリフェニルアミン誘導体などが用いられ、電子注入層としては、アルミキレート錯体などの金属錯体などが用いることができるが、これらに限定するわけではない。
【0027】
次いで、有機発光層(必要に応じて電子注入層)4上、電気絶縁膜5上、および第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部7上に、第二電極(陽極)3を形成する。第二電極の材料としては、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、銀またはこれらの合金などの仕事関数の小さな金属などを用いることができる。
【0028】
上述した実施態様によると、第一電極(陽極)および第二電極(陰極)のパターンはそれぞれ平行なストライプ状をなし、互いに交差するように形成されている。この場合には、本発明は有機発光素子はマトリクス駆動を行うことができ、すなわち、第一電極(陽極)の特定のストライプと、第二電極(陰極)の特定のストライプに電圧が印加された時に、有機発光層において、それらのストライプが交差する部分が発光する。したがって、第一電極(陽極)および第二電極(陰極)の選択されたストライプに電圧を印加することによって、特定の蛍光色変換膜および/またはフィルター層が位置する部分のみを発光させることができる。
【0030】
【実施例】
ここでは、画素数(320×RGB)×240ドット、画素ピッチ110×330μmのサブドット数230,400の有機薄膜発光ディスプレイパネルに本発明を適用した実施例を示す。パネルは、第一の電極の形成するデータラインをパネル上下方向に2分割した構造とした。
【0031】
まず、基板上に蛍光色変換フィルターを形成する。
【0032】
[青色フィルターの作製]
青色フィルター材料(富士ハントエレクトロニクステクノロジー製:カラーモザイクCB−7001)をスピンコート法にて、透明基板のコーニングガラス(50×50×1.1mm)上に塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、青色フィルターの線幅0.1mm、ピッチ0.33mm、膜厚10μmのラインパターンを得た。
【0033】
[緑色変換フィルターの作製]
蛍光色素としてクマリン6(0.7重量部)を溶剤のプロピレングリコールモノエチルアセテート(PGMEA)120重量部へ溶解させた。光重合性樹脂の「V259PA/P5」(商品名、新日鐵化成工業株式会社)100重量部を加えて溶解させ、塗布溶液を得た。この塗布溶液を、透明基板としてのコーニングガラス(50×50×1.1mm)上に、スピンコート法を用いて塗布し、フォトリソグラフ法により、パターニングを実施し、緑色変換フィルターの線幅0.1mm、ピッチ0.33mm、膜厚10μmのラインパターンを得た。
【0034】
[赤色変換フィルター層の作製]
蛍光色素としてクマリン6(0.6重量部)、ローダミン6G(0.3重量部)、ベーシックバイオレット11(0.3重量部)を溶剤のプロピレングリコールモノエチルアセテート(PGMEA)120重量部へ溶解させた。光重合性樹脂の「V259PA/P5」(商品名、新日鐵化成工業株式会社)100重量部を加えて溶解させ、塗布溶液を得た。この塗布溶液を、透明基板としてのコーニングガラス(50×50×1.1mm)上に、スピンコート法を用いて塗布し、フォトリソグラフ法により、パターニングを実施し、赤色変換フィルターの線幅0.1mm、ピッチ0.33mm、膜厚10μmのラインパターンを得た。
【0035】
[保護層およびガスバリア層の製造]
この蛍光変換フィルターの上に、保護層としてUV硬化型樹脂(エポキシ変性アクリレート)をスピンコート法にて塗布し、高圧水銀灯にて照射し、膜厚5μm形成した。この時、蛍光変換フィルターのパターンは変形がなく、且つ、保護層上面は平坦化され保護されていた。
【0036】
保護層上に、ガスバリア層として、スパッタ法にてSiOxNy膜を300nm堆積させた。このとき、JIS5400記載の基盤目試験にて保護層とガスバリア層の密着性を評価したところ、8点以上の良好な密着性を示した。
【0037】
このようにして、透明基板上に3原色からなる蛍光変換フィルターを形成した。
【0038】
[有機発光素子の作製]
得られた基板上の蛍光変換フィルター上に有機発光素子を形成する。
【0039】
まず、フィルター部の最外層をなすガスバリア層の上面に、第二電極(陰極)用の端子パッド部5および陽極の補助電極部として抵抗率1.5×10−5[Ω・cm]のMoを膜厚300nm、幅20μm形成した。Moの成膜にはDCマグネトロンスパッタ法を用い、Mo上にレジスト剤「OFRP−800」(商品名、東京応化製)を塗布した後、フォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、第二電極用の端子パッド5および陽極の補助電極部を形成した。この後にスパッタ法にて透明電極材料(ITO)を全面成膜した。ITO上にレジスト剤「OFRP−800」(商品名、東京応化製)を塗布した後、フォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、それぞれの色の発光部(赤色、緑色、および青色)に位置する、幅0.094mm、間隔0.016mm、膜厚100nmのストライプパターンからなる陽極1を得た。
【0040】
次に電気絶縁膜としてポジ型フォトレジスト[WIX−2A](商品名、日本ゼオン製)をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフによりパターニングを実施した。電気絶縁膜は膜厚1μmであり、各第一電極上2に幅80μm、長さ290μm(第一電極の伸張方向)の開口部を複数有し、かつ各第二電極用の端子パッド5上に幅(端子パッドの伸張方向)1mm、長さ290μmの開口部を有している。電気絶縁膜の端部の基板に対する角度は鋭角となっている。このようにして、図3に示すように、絶縁膜は表示領域の外側において陰極形成領域よりも広く形成し、陽極上と陰極の端子パッド上に開口部7を設けた。
【0041】
本実施例に用いたポジ型フォトレジストではおよそ800nm以上の膜厚で形成することにより十分な絶縁耐圧を持つことができた。
【0042】
次にネガ型フォトレジスト[ZPN1100](商品名、日本ゼオン製)をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフにより厚さ4μmの隔壁8を図3に示すように形成した。陰極伸張方向の隔壁幅は30μmであり、ピッチは330μmである。また、隔壁の端部は陰極伸張方向に垂直に形成された隔壁により連結されている。
【0043】
隔壁を連結することにより隔壁の強度が向上し、−40℃から95℃のヒートショック試験において400サイクル以上の形状および密着の安定性を確認した。
【0044】
次いで、前述の基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子注入層を、真空を破らずに順次成膜した。成膜に際して真空槽内圧は1×10−4Paまで減圧した。正孔注入層は銅フタロシアニン(CuPc)
【0045】
【化1】
【0046】
を100nm積層した。正孔輸送層は、4,4′−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(α−NPD)
【0047】
【化2】
【0048】
を20nm積層した。有機発光層は4,4′−ビス(2,2′−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)
【0049】
【化3】
【0050】
を30nm積層した。電子注入層はトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム錯体(Alq)
【0051】
【化4】
【0052】
を20nm積層した。正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、および電子注入層の成膜には開口部107.6×81.2mmの蒸着マスクを用いて形成した。
【0053】
この後、厚さ200nmのMg/Ag(10:1の重量比率)層からなる陰極(第二電極)3を、真空を破らずに形成した。陰極の成膜には開口部111.6×81.2mmの蒸着マスクを用いた。蒸着マスクと、基板との位置合わせ精度は±1mmであり、陰極は陰極用の端子パッド5と1mmの接触領域を持つ構造とした。
【0054】
隔壁の端部が連結されていることにより、それぞれの陰極の形成領域を完全に規定することができ、また絶縁膜を陰極領域より広く形成することにより、陽極間および陰極間の短絡を防ぐことができた。
【0055】
このようにして得られた有機発光素子をグローブボックス内乾燥窒素雰囲気(酸素および水分濃度ともに10ppm以下)下において、封止ガラス(図示せず)とUV硬化接着剤を用いて封止した。
【0056】
封止を完了した基板は、大気中に取り出され、異方導電性接着剤(ACF)を用いて端子パッドを介して駆動回路端子と接続した。
【0057】
以上の方法により、画素数(320×RGB)×240ドット、画素ピッチ110×330μmのサブドット数230,400の有機薄膜発光ディスプレイパネルを作製した。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いると、高精細で信頼性の高い有機薄膜発光ディスプレイパネルの製造において、第二電極の分離を確実に行うことができ、蒸着マスクを容易に位置合わせでき、また、費用をかけずに作製歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における有機薄膜発光ディスプレイの基板構成の一例を示す平面図である。
【図2】図1のII−II線における断面図である。
【図3】本発明における有機薄膜発光ディスプレイの基板構成の一例を示す平面図である。
【図4】本発明における有機薄膜発光ディスプレイの隔壁の配置例を示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2 第一電極(陽極)
2a 第一電極用の端子パッド
3 第二電極(陰極)
4 有機発光層
5 第二電極用の端子パッド
6 電気絶縁膜
7 電気絶縁膜の開口部
8 隔壁
Claims (2)
- 透明基板上に形成された複数の第一電極の列と、複数の第二電極の列との交点より構成される画素からなる画像表示配列領域を有し、前記電極間には少なくとも有機発光層が形成されており、所望の画素を構成する両電極間に電圧を印加し電流を注入することで得るエレクトロルミネセンスを取り出すことで情報を表示する有機薄膜発光ディスプレイであって、
前記画像表示配列領域の周辺に、第一電極から延長された第一電極用の端子パッドおよび第二電極用の端子パッドが形成されており、前記第一電極の一部、透明基板、および第二電極用の端子パッドの一部上に電気絶縁膜が形成されており、前記電気絶縁膜は、第二電極用の端子パッド上および前記複数の第一電極と前記複数の第二電極との交点に開口部を有し、第二電極は、第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部において、第二電極用の端子パッドと接続されており、前記電気絶縁膜上に突出した第二電極に平行な複数の電気絶縁体からなる隔壁が形成されており、該隔壁は第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜上において、隣接する隔壁が互いに連結されていることを特徴とする有機薄膜発光ディスプレイ。 - 有機薄膜発光ディスプレイの製造方法であって、
基板の上に、複数の第一電極をパターニングして形成する工程と、
前記第一電極の周辺に第二電極用の端子パッドを形成する工程と、
前記第一電極の一部、基板、および第二電極用の端子パッドの一部上に電気絶縁膜を形成する工程と、
前記電気絶縁膜上に電気絶縁体からなる隔壁を形成する工程と、
前記電気絶縁膜上および第一電極上の電気絶縁膜の開口部に有機発光層を形成する工程と、
前記有機発光層、電気絶縁膜、および第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部に第二電極となる薄膜を形成する工程と、
を備え、前記電気絶縁膜は、第二電極用の端子パッド上および前記複数の第一電極と前記複数の第二電極との交点に開口部を有し、前記第二電極を、第二電極用の端子パッド上の電気絶縁膜の開口部を通して第二電極用の端子パッドと導通させ、電気絶縁体からなる隔壁により第二電極の形成領域を規定していること、
を特徴とする有機薄膜発光ディスプレイの製造方法。
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