JP4828659B2

JP4828659B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4828659B2
Application number: JP2011065228A
Authority: JP
Inventors: 哲夫筒井; 和宏隅岡
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2011175975A

Description

本発明は表示装置および表示装置の製造方法に関し、特に、発生した光を効率良く外部へ放出可能な表示装置および表示装置の製造方法に関するものである。

従来、例えば発光素子として有機ＥＬ素子等を使用した表示装置は通常ガラス基板上に成膜されていた。図２は、従来の表示装置の構成および動作を示す説明図である。図２（ａ）は、従来の第１の素子構成例を示す説明図である。なお、図における各層の厚さは誇張して描いてあり、実際の比率とは異なっている。

従来の成膜の順序は、ガラス基板３０上に透明電極３１（例えばITO：酸化インジウムと酸化錫との合金）をスパッタリングした後、有機EL層３２を蒸着あるいはスピンコートで成膜し、陰極３３を蒸着する。その後、封止材３４を用いて対向基板３５を貼りつけ、有機EL層３２および陰極３３の大気中での劣化を防ぐ。

図２（ｂ）は、従来の第１素子例における光路を示す説明図である。上記したような従来の構造において、陰極３３の材料は金属なので、光はガラス基板３０側から取り出されるが（図２・光路Ａ）、各層の屈折率の相違により、臨界角より大きな角度をもって進む光は素子の前面に出ることができない（図２・光路Ｂ・光路Ｃ）。従って、光の取り出し効率＝1／（2n²）但し、nは発光層３２の屈折率（約1．6）となり、生じた光の約80％はガラス基板３０内を導波して横に逃げてしまうという問題点があった。

この問題点を避けるために、ガラス基板上に陰極から逆の順序で成膜する方法が提案されている。図２（ｃ）は、従来の第２の素子構成例を示す説明図である。成膜の順序は、ガラス基板３０上にまず陰極３６を蒸着する。そして、有機EL層３７を蒸着あるいはスピンコートで成膜した後、例えばITOなどの透明電極３１をスパッタリングにて成膜する。この場合、有機EL膜３７上にITO等の透明導電膜３８をスパッタリングする必要があるが、スパッタ時のダメージや温度上昇によって有機EL層３７が変成するという問題点があった。本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、有機EL層にダメージを与えることなく、発生した光を効率良く外部へ放出可能な表示装置および表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、従来の第１素子例（図２（ａ））と同様の順序で発光素子を製造し、封止を行った後に、透明電極を形成するための保持基板をエッチング等によって取り除く点に特徴がある。本発明によれば、透明電極を形成するための保持基板を除去することにより、ＥＬ層において発生した光の取り出し効率が向上し、表示装置の輝度やコントラストが向上する。

本発明においては、上記した構成によって、第一保持基板が取り除かれ、透明電極が充分に薄ければ、導波光がなくなり、EL層から出た光の取り出し効率が向上するという効果がある。そして、取り出し効率を上げることで、通常の素子と同じ輝度を低電圧で得ることができ、素子の長寿命化・省電力化につながるという効果がある。また、従来例で述べた陰極から成膜する方法で問題となっていた、有機EL層上へ透明導電膜をスパッタ等で成膜する際のダメージを、本発明の方法では考慮しなくて良いという効果もある。更に、プラスチック基板を使用して表示装置を製造する場合、透明電極成膜時の温度を低くしなければいけない問題があったが、本発明ではこれを考慮せずに第二保持基板をポリマー基板にすることで実現できる。

本発明の表示装置の第１実施例の構成を示す説明図である。従来の表示装置の構成および動作を示す説明図である。単純マトリクス構成の場合の問題点を示す説明図である。本発明の表示装置の第２実施例の構成を示す説明図である。本発明の表示装置の第３実施例の構成を示す説明図である。本発明の表示装置の第４実施例の構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の表示装置の第１実施例の製造方法および構成を示す説明図である。本発明の第１実施例の有機ＥＬ表示装置の成膜の順序は、まず、例えばガラスからなる第一保持基板１０上に透明電極保護材料１１を成膜し、その上に透明電極１２をスパッタリングした後、有機EL層１３を蒸着あるいはスピンコートで成膜し、陰極１４を蒸着する。その後、封止材１５を用いて第２保持基板１６を貼りつける。そして、第１保持基板１０および透明電極保護材料を順にエッチングして除去する。

＜第一保持基板＞第一保持基板１０は、表面平滑度が高ければ（通常の透明電極付きガラス基板程度）ガラス以外に、金属や無機物、ポリマーの基板でも良い。ただし、例えば第二保持基板１６による封止後に、部分的あるいは全体的に除去できる必要がある。第一保持基板１０は最終的に取り除くものであるから、封止まで発光素子（１２〜１４）を保持できるだけの強度さえあれば、厚みは薄いほど良い。第一保持基板１０のエッチングにおいては、パターニング無しですべて取り除いても良いし、例えば発光部分のみを部分的に取り除いてもよい。第一保持基板１０として使用可能な材料例を表１に示す。

＜透明電極保護材料＞第一保持基板１０に例えばスピンコートにより成膜する透明電極保護材料１１は、第一保持基板１０のエッチャント（エッチング剤）に耐性があり、透明電極１２の成膜時の熱や光（スパッタの際のプラスマ光など）に耐えられるものがよい。

透明電極保護材料１１の役割は、第一保持基板１０をエッチングする際のエッチングストッパーであるので、第一保持基板１０のエッチング時に透明電極１２を溶かさないエッチャントが使える場合や、エッチングの完全な時間制御が可能な場合には無くても良い。

透明電極保護材料１１は、第一保持基板１０のエッチング後に、取り除けるものが良い。透明電極保護材料１１は、完全に取り除く場合には不透明でも良い。また、厚み方向に部分的に取り除く場合には、透明である必要はないが、可視光域に吸収が無い方が良い。透明電極保護材料１１として使用可能な材料を表２に示す。

＜透明電極＞例えばITOからなる透明電極１２の膜厚は例えば80nm〜150nm程度であり、膜内の導波光をおさえるために、透明電極１２自体の膜厚は薄い方がよい。なお、透明電極１２、有機ＥＬ層１３、例えば金属からなる陰極１５については従来公知の有機ＥＬ発光素子と同一の材料および成膜方法を採用可能である。＜封止材＞封止材は第一保持基板と透明電極保護材料のエッチャントに耐性があるものを用いることが望ましい。耐性のないものを用いる場合は、基板の側面の封止材がむき出しの部分を保護してから、第一保持基板と透明電極保護材料のエッチングを行う。封止材の材質としては、例えばエポキシ樹脂、光硬化型エポキシ樹脂、光硬化型アクリル樹脂等を使用可能である。

＜第二保持基板＞第二保持基板１６は、第一保持基板１０とエッチャントが異なるものが望ましい。第二保持基板１６が第一保持基板１０のエッチャントに耐性があれば、第一保持基板１０のエッチング時に、第二保持基板１６の保護を考慮せずに済むので、処理が簡便になる。第一保持基板１０と透明電極保護材料１１のエッチング後に封止材１５のみで強度を保つことができる場合には、第二保持基板１６は無くても良い。第２保持基板１６の材質としては、例えばガラス板、アルミニウム等の金属板、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミドなどのポリマー板を使用可能である。なお、封止材および第２保持基板にプラスティックを使用することによってフレキシブル（変形可能）な表示装置を製造することができる。第１実施例の表示装置は図１に示すような構成によって、透明電極１２が露出しているので、従来の表示装置においてガラス基板３０内を導波していた光（図２（ｂ）の光路Ｂ）はほとんどが透明電極を通って外部へ放出され、従来と比べて光取り出し効率が向上する。

次に、第２実施例について説明する。図３は、単純マトリクス構成の場合の問題点を示す説明図である。単純マトリックスのように、複数の画素を独立にアドレスする場合には、透明電極１２のパターニングが必要になる。この場合、透明電極保護材料１１のエッチング時に有機EL層１３がエッチャントに直接触れることになる上に、光の取り出し側に有機EL層１３がむき出しの部分ができてしまうという問題点がある。

図４は、単純マトリクス構成の場合の本発明の表示装置の第２実施例の構成を示す説明図である。有機EL層１３を透明電極保護材料１１のエッチャントから保護し、有機EL層１３の大気暴露を防ぎたい場合は、透明電極１２のパターニング後に透明電極１２を形成しなかった部分に有機EL保護材料１７の成膜を行う。有機EL保護材料１７の膜厚は、有機EL層１３、陰極１４の膜切れを防ぐため、例えば150nmなど、透明電極１２と有機EL層１３を合わせた膜厚より薄いものが望ましい。保護材料１７の材質としては、例えばシリカガラス、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などを使用可能である。

次に、第３実施例について説明する。図５は、単純マトリクス構成の場合の本発明の表示装置の第３実施例の構成を示す説明図である。有機EL保護材料１７を用いない場合は、有機EL層１３が露出しないように、第一保持基板１０、透明電極保護材料１１のエッチングを部分的に行い、透明電極１２のある部分だけ第一保持基板１０および透明電極保護材料１１を取り除く。

図５は透明電極１２上の第一保持基板１０および透明電極保護材料１１をライン状に取り除いて、孔２０を形成した例であり、上図はＢ−Ｂ断面図、下図は表示装置を第一保持基板１０側から見た図である。下図においては省略して描かれているが、数十〜数百本の陰極１４および透明電極１２を格子状に配置することにより、単純マトリクスが構成される。孔２０はライン状ではなく、陰極１４と透明電極１２の重なる領域の部分にのみ長方形（正方形）に設けてもよい。

図５のような構成とした場合には、第一保持基板１０および透明電極保護材料１１は発光領域の周囲を覆うことになるので、少なくともどちらか一方を例えば黒色とすることによって、表示装置のコントラストが向上する。

図６は、本発明の表示装置の第４実施例
の構成を示す説明図である。第４の実施例は、透明電極のパターニングなしで、発光部位を制御する方法である。第４の実施例においては、全面に形成した透明電極１２上の光らせたくない部分にSiO₂、レジストなどの絶縁膜２１を挟む方法である。この場合、有機EL層１３成膜時の膜切れを起こさないために、絶縁層２１の膜厚は100nm以下が望ましい。この方式では、透明電極１２は電位印可が全面にわたって行われるので、発光領域の部分的な制御は行えず、固定静止画あるいは面発光の用のパターニング方法となる。

次に、各層の材質の具体的な組み合わせ例およびその製造工程について説明する。材質例１は、第１実施例の表示装置について、第一保持基板１０としてガラス、透明電極保護材料１１としてポリスチレン、第二保持基板１６としてアルミニウムを使用した例である。

＜材質例１＞１．第一保持基板（ガラス）上に透明電極保護材料（ポリスチレン）をスピンコートする。２．１の基板上に透明電極（lTO）をスパッタリングする。３．２の基板上に有機EL層を作製する。４．３の基板上の有機EL層を封止した後、第二保持基板（アルミニウム）で基板を保持する。５．４の基板の第一保持基板をフッ化水素酸で溶かす。６．５の基板のポリスチレンをトルエンで溶かす。材質例２は、第２実施例の表示装置について、第一保持基板１０としてアルミニウム、透明電極保護材料１１としてポリカーボネート、第二保持基板１６としてガラスを使用した例である。

＜材質例２＞１．第一保持基板（アルミ）上に透明電極保護材料（ポリカーボネート）をスピンコートする。２．１の基板上に透明電極（ITO）をスパッタリングする。３．２の基板上の透明電極をパターニングする。４．３の基板上に有機EL保護材料（SiO₂）をスパッタリングし、透明電極保護材料がむき出しの部分を被覆する。成膜後、透明電極郡を覆ったSiO₂を逆スパッタし、透明電極の表面を出す。５．４の基板上に、有機EL層を作製する。６．５の基板上の有機EL層を封止した後、第二保持基板（ガラス）で基板を保持する。７．６の基板の第一保持基板（アルミ）を塩酸で溶かす。８．７の基板のポリカーボネートをトルエンで溶かす。材質例３は、第３実施例の表示装置について、第一保持基板１０としてガラス、透明電極保護材料１１としてアクリル、第二保持基板１６として酸化チタンを使用した例である。

＜実施例３＞１．第一保持基板（ガラス）上に透明電極保護材料（アクリル）をスピンコートする。２．１の基板上に透明電極（ITO）をスパッタリングする。３．２の基板上の透明電極をパターニングする。４．３の基板上に、有械EL層を作製する。５．４の基板上の有機EL層を封止した後、第二保持基板（酸化チタン）で基板を保持する。６．５の基板の第一保持基板（ガラス）をレジストでパターニングし、透明電極がある部分だけエッチングを行った後、レジストを取り除く。７．６の基板のアクリルを、第一保持基板が取り除かれた部分だけ０2プラズマで取り除く。

１０…第一保持基板、１１…透明電極保護材料、１２…透明電極、１３…有機ＥＬ層、１４…陰極、１５…封止材、１６…第２保持基板、２０…孔

Claims

複数の透明電極と、前記複数の透明電極間に設けられた有機ＥＬ保護材料と、前記複数の透明電極及び前記有機ＥＬ保護材料上の有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層上の陰極と、前記有機ＥＬ層及び前記陰極を覆う前記陰極上の封止材と、前記封止材上の保持基板とを有し、前記複数の透明電極の前記有機ＥＬ層が設けられた側とは反対側の表面は露出していることを特徴とする表示装置。
請求項１において、前記有機ＥＬ保護材料の膜厚は、前記透明電極と前記有機ＥＬ層を合わせた膜厚より小さいことを特徴とする表示装置。
請求項１または２において、前記有機ＥＬ保護材料は、シリカガラス、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂であることを特徴とする表示装置。
透明電極と、前記透明電極上の光らせたくない部分に形成された絶縁膜と、前記透明電極及び前記絶縁膜上の有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層上の陰極と、前記有機ＥＬ層及び陰極を覆う前記陰極上の封止材と、前記封止材上の保持基板とを有し、前記透明電極の前記有機ＥＬ層が設けられた側とは反対側の表面は露出していることを特徴とする表示装置。
請求項４において、前記絶縁膜の膜厚は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置。
請求項４または５において、前記絶縁膜は、ＳｉＯ_２またはレジストであることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至６のいずれか一において、前記保持基板は、ガラス基板、金属基板又はポリマー基板のいずれかであることを特徴とする表示装置。