JP5003808B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Description
このような課題を解決するために、表示装置の基板にガラスや金属の蓋を取り付けて水分等を封止する方法(缶封止)が採られてきた。そして、近年では、表示装置の大型化及び軽薄化に対応するために、発光素子上に透明でガスバリア性に優れた珪素窒化物、珪素酸化物、セラミックス等の無機化合物薄膜(封止膜)を高密度プラズマ成膜法(例えば、イオンプレーティング、ECRプラズマスパッタ、ECRプラズマCVD、表面波プラズマCVD、ICP−CVD等)により成膜させる薄膜封止と呼ばれる技術が用いられている。
しかしながら、ガラスや金属の蓋、或いは薄膜と接する基板、すなわち、発光素子を駆動する回路部が形成される基体には、有機樹脂材料により形成される層が存在するため、長期的には、酸素や水分等がこの層を透過してしまう。このため、発光素子が徐々に劣化し、鮮やかな発光を長時間維持することができないという問題がある。
第1の発明は、基体上に、複数の第1電極と、第1電極の形成位置に対応した複数の開口部を有するバンク構造体と、開口部のそれぞれに配置される電気光学層と、バンク構造体及び電気光学層を覆う第2電極と、第2電極を覆う封止層或いは封止部材とを有する電気光学装置において、バンク構造体は、無機絶縁層と、無機絶縁層上に配置される有機バンク層とから形成されるとともに、無機絶縁層が基体の外周部において封止層或いは封止部材と接触するように形成されるようにした。この発明によれば、基体の外周部において、封止層或いは封止部材と、第1電極及び電気光学層を区画する無機絶縁層とが接するので、第1電極及び無機絶縁層によって基体を透過した酸素や水分等が遮断される。これにより、発光素子の劣化を防止することができる。
第1の発明は、基板上に設けられた第1無機絶縁層と、前記第1無機絶縁層上に設けられた第2無機絶縁層と、前記第2無機絶縁層上に設けられた第1電極と、前記第1電極の形成位置に対応する開口部が設けられた有機バンク層と、前記開口部に設けられた電気光学層と、前記有機バンク層および前記電気光学層を覆うように設けられた第2電極と、前記第2電極を覆う封止層と、を有し、前記封止層は、無機材料により形成されており、前記封止層は、前記第1無機絶縁層と接触しているように形成した。
第1の発明は、基板上に設けられた第1無機絶縁層と、前記第1無機絶縁層上に設けられた第2無機絶縁層と、前記第2無機絶縁層上に設けられた第1電極と、前記第1電極の形成位置に対応する開口部が設けられた有機バンク層と、前記開口部に設けられた電気光学層と、前記有機バンク層および前記電気光学層を覆うように設けられた第2電極と、前記有機バンク層の外側に設けられ、前記第2電極と電気的に接続された電極用配線と、前記第2電極を覆う封止層と、を有し、前記電極用配線は、前記第1無機絶縁層上に設けられており、
前記封止層は、無機材料により形成されており、前記電極用配線の外側のうち、前記有機バンク層が設けられていない側において、前記封止層は、前記第1無機絶縁層および前記第2無機絶縁層と接触しているようにした。
また、第1層間絶縁層または第2層間絶縁層上に、基体に形成される回路形成面上を平坦化させる有機平坦化層が形成されるものでは、有機平坦層により、第1電極と、第1電極を区画する無機絶縁層が平坦化されるので、第1電極と無機絶縁層とによる封止性を向上させ、さらに電気光学層の形成精度を向上させることができる。
また、電気光学層からなる表示領域の外側の領域にて、無機絶縁層が、下地保護層、ゲート絶縁層、第1層間絶縁層、第2層間絶縁層のうちのいずれか一つと接触するように形成されるものでは、無機絶縁層及び下地保護層、ゲート絶縁層、第1層間絶縁層、第2層間絶縁層のいずれかとによって基体を透過した酸素や水分等が遮断される。これにより、発光素子の劣化を防止することができる。
また、第1電極と回路部とを接続させるコンタクトホール上に形成される凹部を平坦化させる有機平坦層を備えるものでは、バンク構造体及びバンク構造体を覆う第2電極や封止層にかかる応力が緩和できるため、封止性を向上させることができる。
また、前記封止層は、前記基板の外周部において、前記第1無機絶縁層および前記第2無機絶縁層と接触していることを特徴とする。
また、前記第2無機絶縁層上および前記第1電極上の少なくとも一部には、第3無機絶縁層が設けられており、前記第3無機絶縁層は、前記第1電極の形成位置に対応した開口部を有することを特徴とする。
また、前記第3無機絶縁層上には、前記有機バンク層が設けられており、前記第3無機絶縁層と前記有機バンク層との間には、遮光層が形成されていることを特徴とする。
また、前記基板上には、半導体層と、前記半導体層上に設けられた第4無機絶縁層と、前記第4無機絶縁層上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられた前記第1無機絶縁層と、前記第1無機絶縁層上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記第1無機絶縁層上に設けられた前記第2無機絶縁層と、を備えており、前記電極用配線は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同層に設けられており、前記第2無機絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して前記第2電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、第1電極と前記回路部とを接続させるコンタクトホール上に第1電極を形成する工程と、第1電極上の凹部に、有機絶縁材料を液滴吐出法により塗布して、凹部を平坦化させる有機平坦層を形成する工程と、を有するものでは、バンク構造体及びバンク構造体を覆う第2電極や封止層にかかる応力が緩和されるので、封止性を向上させることができる。
電気光学装置として、電気光学物質の一例である電界発光型物質、中でも有機エレクトロルミネッセンス(EL)材料を用いたEL表示装置について説明する。
図1は、EL表示装置1の配線構造を示す図である。EL表示装置1は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス型のEL表示装置である。
信号線102には、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチを備えるデータ線駆動回路100が接続される。また、走査線101には、シフトレジスタ及びレベルシフタを備える走査線駆動回路80が接続される。
EL表示装置1は、図2に示すように電気絶縁性を備えた基板20と、スイッチング用TFT(図示せず)に接続された画素電極が基板20上にマトリックス状に配置されてなる画素電極域(図示せず)と、画素電極域の周囲に配置されるとともに各画素電極に接続される電源線(図示せず)と、少なくとも画素電極域上に位置する平面視ほぼ矩形の画素部3(図2中一点鎖線枠内)とを具備して構成されたアクティブマトリクス型のものである。
なお、本発明においては、基板20と後述するようにこれの上に形成されるスイッチング用TFTや各種回路、及び層間絶縁膜などを含めて、基体と称している。(図3、4中では符号200で示している。)
実表示領域4には、それぞれ画素電極を有する表示領域R、G、BがA−B方向およびC−D方向にそれぞれ離間してマトリックス状に配置される。
また、実表示領域4の図2中両側には、走査線駆動回路80、80が配置される。これら走査線駆動回路80、80は、ダミー領域5の下側に配置されたものである。
なお、電気光学層110の、主要な層としては有機発光層60(エレクトロルミネッセンス層)であるが、挟まれる2つの電極との間に正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層(ホールブロック層)、電子阻止層(エレクトロンブロック層)を備えるものであってもよい。
このような構成のもとに、発光素子はその有機発光層60において、正孔輸送層70から注入された正孔と陰極50からの電子とが結合することにより発光する。
正孔輸送層70の形成材料としては、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体など、またはそれらのドーピング体などが用いられる。具体的には、3,4−ポリエチレンジオシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)の分散液などが用いられる。
また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、9,10−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン6、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
なお、上述した高分子材料に代えて、従来公知の低分子材料を用いることもできる。
また、必要に応じて、このような有機発光層60の上にカルシウムやマグネシウム、リチウム、ナトリウム、ストロンチウム、バリウム、セシウムを主成分とした金属又は金属化合物からなる電子注入層を形成してもよい。
なお、無機絶縁層25は、図3、図4に示すように、実表示領域4およびダミー領域5の総面積より広い面積を備え、基体200の外周部まで覆うように形成される。
ガスバリア層30は、その内側に酸素や水分が浸入するのを防止するためのもので、これにより陰極50や有機発光層60への酸素や水分の浸入を防止し、酸素や水分による陰極50や有機発光層60の劣化等を抑えるようにしたものである。
また、ガスバリア層30は、例えば無機化合物からなるもので、好ましくは珪素化合物、すなわち珪素窒化物や珪素酸窒化物、珪素酸化物などを高密度プラズマ成膜法によって形成される。ただし、珪素化合物以外でも、例えばアルミナや酸化タンタル、酸化チタン、さらには他のセラミックスなどからなっていてもよい。
さらに、ガスバリア層の下地層として、有機材料からなる有機中間層を形成してもよい。これは、有機バンク層の凹凸と工程中に付着したパーティクル等の突起から発生する集中した応力を緩和するもので、主に有機溶剤などで希釈してスリットコート法などのWETプロセスにより塗布及び乾燥させて1〜10μmの膜厚で形成する。
また、本実施形態ではトップエミッション型としていることから、ガスバリア層30は透光性を有する必要があり、したがってその材質や膜厚を適宜に調整することにより、本実施形態では可視光領域における光線透過率を例えば80%以上にしている。
接着層205は、ガスバリア層30上に表面保護層206を固定させ、かつ外部からの機械的衝撃に対して緩衝機能を有するもので、例えばウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリオレフィン系などの樹脂からなり、後述する表面保護層206より柔軟でガラス転移点の低い材料からなる接着剤によって形成されたものである。なお、このような接着剤には、シランカップリング剤またはアルコキシシランを添加しておくのが好ましく、このようにすれば、形成される接着層205とガスバリア層30との密着性がより良好になり、したがって機械的衝撃に対する緩衝機能が高くなる。
また、特にガスバリア層30が珪素化合物で形成されている場合などでは、シランカップリング剤やアルコキシシランによってこのガスバリア層30との密着性を向上させることができ、したがってガスバリア層30のガスバリア性を高めることができる。
なお、この例のEL表示装置においては、トップエミッション型にする場合に表面保護層206、接着層205を共に透光性のものにする必要があるが、ボトムエミッション型とする場合にはその必要はない。
この回路部11は、基板20上に形成されて基体200を構成するものである。すなわち、基板20の表面には下地としてSiO2を主体とする下地保護層281が形成され、その上にはシリコン層241が形成される。このシリコン層241の表面には、SiO2および/またはSiNを主体とするゲート絶縁層282が形成される。
以上に説明した基板20上の第2層間絶縁層284までの層が、回路部11を構成する。
なお、本実施形態においては、電気光学装置としてのEL表示装置1がトップエミッション型である場合である。
そして、この透明導電膜をパターニングすることにより、図9(k)に示すように、第2層間絶縁層284のコンタクトホール23aを介してドレイン電極244と導通する画素電極23を形成すると同時に、ダミー領域のダミーパターン26も形成する。
なお、図3、4では、これら画素電極23、ダミーパターン26を総称して画素電極23としている。ダミーパターン26は、第2層間絶縁層284を介して下層のメタル配線へ接続しない構成とされる。すなわち、ダミーパターン26は、島状に配置され、実表示領域に形成されている画素電極23の形状とほぼ同一の形状を有する。もちろん、表示領域に形成されている画素電極23の形状と異なる構造であってもよい。なお、この場合、ダミーパターン26は少なくとも駆動電圧導通部310(340)の上方に位置するものも含むものとする。
続いて、無機絶縁層25において、異なる2つの画素電極23の間に位置して形成された凹状部に不図示のBM(ブラックマトリックス)を形成する。具体的には、無機絶縁層25の凹状部に対して、金属クロムを用いスパッタリング法にて成膜する。
また、コンタクトホール23aの形状に起因した凹部295(図5参照)には、有機平坦層296を形成する。有機平坦層296は、多価アルコール(ポリビニルアルコール)、アクリル樹脂(ポリ酢酸ビニル)、ポリアクリル酸ビニル)、有機珪素化合物(テトラエトキシシラン(TEOS)やアニノプロピルトリメトキシシラン等)を水或いはアルコールで溶解し、インクジェット法等の液滴吐出法により塗布して、形成する。
なお、この場合、有機バンク層221は、少なくとも駆動制御信号導通部320の上方に位置するものを含むものとする。
なお、この正孔輸送層形成工程以降は、正孔輸送層70および有機発光層60の酸化を防止すべく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。
なお、この発光層形成工程では、インクジェット法によって例えば青色(B)の発光層形成材料を青色の表示領域に選択的に塗布し、乾燥処理した後、同様にして緑色(G)、赤色(R)についてもそれぞれその表示領域に選択的に塗布し、乾燥処理する。
また、必要に応じて、上述したようにこのような有機発光層60の上にカルシウムやマグネシウム、リチウム、ナトリウム、ストロンチウム、バリウム、セシウムを主成分とした金属又は金属化合物からなる電子注入層を蒸着法等で形成してもよい。
なお、陰極50上に陰極保護層を形成させる場合には、高密度プラズマ成長法などの気相成長法により酸化チタンや珪素酸窒化物等を陰極50上に成膜させる。
ここで、このガスバリア層30の形成方法としては、高密度プラズマ成長法により珪素酸窒化物などの珪素化合物を形成する。
このようにガスバリア層30上に保護層204を設ければ、表面保護層206が耐圧性や耐摩耗性、光反射防止性、ガスバリア性、紫外線遮断性などの機能を有していることにより、有機発光層60や陰極50、さらにはガスバリア層もこの表面保護層206によって保護することができ、したがって発光素子の長寿命化を図ることができる。
また、接着層205が機械的衝撃に対して緩衝機能を発揮するので、外部から機械的衝撃が加わった場合に、ガスバリア層30やこの内側の発光素子への機械的衝撃を緩和し、この機械的衝撃による発光素子の機能劣化を防止することができる。
このようなEL表示装置1にあっては、基体200の外周部において、画素電極23を区画する無機絶縁層25と、ガスバリア層30とが接するので、画素電極23或いは無機絶縁層25によって基体200を透過した酸素や水分等が遮断される。これにより、有機発光層60子の劣化を防止することができる。
ボトムエミッション型、あるいは両側に発光光を出射するタイプのものとした場合には、基体200に形成するスイッチング用TFT112や駆動用TFT123については、発光素子の直下ではなく、無機絶縁層25および有機バンク層221の直下に形成するようにし、開口率を高めるのが好ましい。
また、EL表示装置1では本発明における第1の電極を陽極として機能させ、第2の電極を陰極として機能させたが、これらを逆にして第1の電極を陰極、第2の電極を陽極としてそれぞれ機能させるよう構成してもよい。ただし、その場合には、有機発光層60と正孔輸送層70との形成位置を入れ替えるようにする必要がある。
有機平坦層291は、駆動用TFT123の上面を平坦化させるために設けられる層であって、例えばアクリル系の樹脂材料から形成される。そして、有機平坦層291により、駆動用TFT123の上面を平坦化させることにより、有機平坦層291上に形成される画素電極23及び無機絶縁層25が平坦化され、これらの層による封止性能の向上と、インクジェット法による有機発光層などの形成精度を向上させることができる。
このように、無機材料からなる第1層間絶縁層283、第2層間絶縁層284、下地保護層281、ゲート絶縁層282のいずれかと、ガスバリア層30とが接触することにより、有機発光層60から封止され、酸素や水分等による劣化が長期的に防止できる。
封止部材40を用いる場合には、基板20側から発光光を取り出す、いわゆるボトムエミッション型のEL表示装置となるので、例えば、基板20としては、透明あるいは半透明のものが採用する必要がある。具体的には、ガラス、石英、樹脂(プラスチック、プラスチックフィルム)等が挙げられ、特にガラス基板が好適に用いられる。
図14(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図14(a)において、携帯電話1000は、上述したEL表示装置1を用いた表示部1001を備える。
図14(b)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図14(b)において、時計(電子機器)1100は、上述したEL表示装置1を用いた表示部1101を備える。
図14(c)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図14(c)において、情報処理装置(電子機器)1200は、キーボードなどの入力部1202、上述したEL表示装置1を用いた表示部1206、情報処理装置本体(筐体)1204を備える。
図14(d)は、薄型大画面テレビの一例を示した斜視図である。図14(d)において、薄型大画面テレビ(電子機器)1300は、薄型大画面テレビ本体(筐体)1302、スピーカーなどの音声出力部1304、上述したEL表示装置1を用いた表示部1306を備える。
図14(a)〜(c)に示すそれぞれの電子機器は、上述したEL表示装置1を有した表示部(電気光学装置)1001,1101,1206を備えているので、表示部を構成するEL表示装置の発光素子の長寿命化が図られたものとなる。
また、図14(d)に示す電子機器は、表示部(電気光学装置)1306の面積に関係なくEL表示装置1が封止することができる本発明を適用したので、従来と比較して大面積(例えば対角20インチ以上)の表示部を備えるものとなる。
Claims (5)
- 基板上に設けられた第1無機絶縁層と、
前記第1無機絶縁層上に設けられた第2無機絶縁層と、
前記第2無機絶縁層上に設けられた第1電極と、
前記第1電極の形成位置に対応する開口部が設けられた有機バンク層と、
前記開口部に設けられた電気光学層と、
前記有機バンク層および前記電気光学層を覆うように設けられた第2電極と、
前記有機バンク層の外側に設けられ、前記第2電極と電気的に接続された電極用配線と、
前記第2電極を覆う封止層と、を有し、
前記電極用配線は、前記第1無機絶縁層上に設けられており、
前記封止層は、無機材料により形成されており、
前記電極用配線の外側のうち、前記有機バンク層が設けられていない側において、前記封止層は、前記第1無機絶縁層および前記第2無機絶縁層と接触していることを特徴とする電気光学装置。 - 前記第2無機絶縁層上および前記第1電極上の少なくとも一部には、第3無機絶縁層が設けられており、
前記第3無機絶縁層は、前記第1電極の形成位置に対応した開口部を有することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記第3無機絶縁層上には、前記有機バンク層が設けられており、
前記第3無機絶縁層と前記有機バンク層との間には、遮光層が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。 - 前記基板上には、半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第4無機絶縁層と、
前記第4無機絶縁層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられた前記第1無機絶縁層と、
前記第1無機絶縁層上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記第1無機絶縁層上に設けられた前記第2無機絶縁層と、を備えており、
前記電極用配線は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同層に設けられており、前記第2無機絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して前記第2電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気光学装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
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