JP5207670B2

JP5207670B2 - 表示装置

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Publication number: JP5207670B2
Application number: JP2007165844A
Authority: JP
Inventors: 健司高田; 敏彦三村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: WO2008010582A1; US20090309489A1; JP2008047515A; US8044582B2

Description

本発明は、有機ＥＬ素子（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅの略で、以下ＥＬと略記する。）、すなわち有機発光素子を用いた表示装置に関する。

近年、発光性材料からなる薄膜を用いたＥＬ素子の開発が進められている。特に有機ＥＬ素子は、高速応答性や高効率の発光素子として、研究開発が精力的に進められている。一般に、有機ＥＬ素子、すなわち有機発光素子は基板上に、一対の電極として陽極および陰極が形成され、一対の電極間に蒸着法などを利用して発光層を含む複数の有機化合物層が積層された構造になっている。

有機化合物層として、発光層を挟んで、陽極側に正孔輸送層、正孔注入層、陰極側に電子輸送層、電子注入層が適宜設けられる。

また、陽極と陰極のうち少なくとも一方の電極を発光層で発光する光を取り出すために光透過電極（透明電極）にする必要があるが、透明電極としてＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などが用いられる。

有機発光素子を多数配置したディスプレイをアクティブマトリクス回路を用いて駆動する場合、各有機発光素子（画素）には画素に対して電流を制御するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が１組づつ接続されねばならない。

また、有機発光素子は水分によって劣化するため、有機発光素子を外部の水分や酸素から守る封止膜で覆うか封止ガラスを樹脂で貼り付け密閉し窒素等の不活性ガスを封入するなどの工夫が必要である。

ここで、従来のアクティブマトリクス型の表示装置について図９および図１０を用いて説明する。

表示画素は、ガラス基板５００上に、ＴＦＴ及び有機発光素子を積層形成して成り立っている。具体的には、基板５００上に有機発光素子を駆動するためのＴＦＴ５０１が形成されている。ＴＦＴ５０１は無機絶縁層５１７で覆われ、更に基板の表面を平坦化するために平坦化層５１８で覆われている。その上に反射電極５２０が形成されている。

反射電極５２０は画素ごとにパターニングされており、反射電極５２０とＴＦＴ５０１のドレイン電極は無機絶縁層５１７および前記平坦化層５１８に形成されたコンタクトホールを通して電気的に接続されている。

素子分離膜５３０は隣接する画素間に設けられた絶縁層であり反射電極５２０の端部を覆うように配置されている。

陽極となる反射電極（第１電極）５２０の上に発光層を含む有機化合物層として、正孔輸送層５２３、発光層５２２、電子輸送層５２４が形成され、陰極となる透明電極（第２電極）５２１が形成され、有機発光素子とされている（図１０参照）。

前記構成の有機発光素子を水分から守るために封止基板５４０が接着部材５４１を用いて基板５００に貼り付けられている。

有機発光素子は外部から浸入する水分ばかりではなく、ＴＦＴや電極の形成時に取り込まれ、基板と封止膜や封止ガラスで覆われた領域内に内在する水分が有機発光素子に浸入することによっても劣化する。内在する水分としては、基板を平坦化するために設けられている、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂等の絶縁性の樹脂からなる平坦化層が挙げられる。

平坦化層は水分を放出するだけでなく、外部から浸入した水分を伝搬して有機発光素子へ浸入させる経路にもなっている。そこで、平坦化層を画素領域外に設けられた平坦化層の分断部によって分断し、この分断部を電極材料で覆い平坦化層内の水分を閉じ込め有機発光素子への浸入を防ぐ試みがなされている（特許文献１乃至特許文献３を参照）。

また、有機発光素子を構成する層である有機化合物層が有機発光素子間を跨いで連続して形成されている場合には、平坦化層だけでなく、有機化合物層自体も外部から浸入した水分を伝搬する経路になる。

特開２００４−３３５２６７号公報特開２００５−１６４８１８号公報特開２００６−５８７５１号公報

複数の画素を有する表示装置では、画素形成工程において必要な繰り返しパターンの精度を確保するために非発光素子（ダミー画素）が形成される。

非発光素子は表示領域内の画素と同様に形成され、表示領域内の画素と同一の間隔で配列されているが、表示領域外に形成され、実際に駆動されることもない。

特許文献１乃至特許文献３では、表示領域内と表示領域外の境界部、もしくは表示領域外に平坦化層の分断部があり、表示に使用しない周縁部を増やしている。また、非発光素子も同様に周縁部を増やしている。

その一方で、表示装置が搭載される可能性のある携帯電話やデジタルカメラなどの最終製品では、高密度実装化が進んでおり、表示装置においては、表示装置の大きさに対し画像が表示されない周縁部（額縁）を減少させることが求められている。しかし、特許文献１乃至特許文献３の表示装置は、周縁部を増やしているので、額縁面積が大きくなってしまう。

本発明は、有機発光素子に平坦化層から発生する、あるいは平坦化層や有機発光素子を構成する有機化合物層を介して浸入する水分から有機発光素子を守る構造を有しながらも狭額縁な表示装置を提供することを目的とする。

上記した背景技術の課題を解決する手段として、本発明に係る表示装置は、基板と、前記基板の上に形成されている複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタを覆っている平坦化層と、前記平坦化層の上に形成されており表示領域を形成している複数の有機発光素子と、前記表示領域の外側に前記複数の有機発光素子と同一の間隔で形成された表示に寄与しない複数の非発光素子と、を有し、
前記有機発光素子は、前記基板の上に順に第１電極と、有機化合物層と、第２電極と、を有する表示装置において、
前記複数の非発光素子において、前記平坦化層の不連続部が形成されていることを特徴とする。

本発明は、水分の発生源および水分を有機発光素子へ浸入させる経路となる平坦化層の不連続部を、表示領域の最外周画素の外側に設けられた非発光素子に形成している。あるいは、水分を有機発光素子へ浸入させる経路となる有機化合物層の成膜端が非発光素子よりも表示領域側にあり、非発光素子では一対の電極が接している。そのため、平坦化層あるいは有機化合物層を介して有機発光素子へ浸入する水分の流れを遮断することができる。さらに、非発光素子に平坦化層の不連続部を形成したことで非表示領域（額縁）を狭くすることができ、狭額縁で水分による劣化を抑えた表示装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施の形態に限るものではない。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る表示装置を示す断面模式図である。図１において、１０１は基板、１０２はソース領域、１０３はドレイン領域、１０４は能動層、１０５はゲート電極、１０６はゲート絶縁膜、１０７は層間絶縁膜、１０８はドレイン電極、１０９は無機絶縁膜、１１０は平坦化層である。また、２００および２１０はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、３００は第１電極、３１０は有機化合物層、３２０は第２電極、３３０は素子分離膜、３４０は有機発光素子、３５０は第３電極、３６０は非発光素子である。４０１は封止基板、４０２は接着部材、４０３は空隙である。

本実施の形態に係る表示装置は、基板１０１と、基板の上に形成されている複数のＴＦＴ２００および２１０と、複数のＴＦＴを覆っている平坦化層１１０と、平坦化層の上に形成されており表示領域を形成している複数の有機発光素子３４０を有する。表示領域の外側には平坦化層１１０の上に形成されている複数の非発光素子（ダミー画素）３６０を有する。

有機発光素子は、表示に寄与する素子のことである。有機発光素子は、第１電極３００、有機化合物層３１０、第２電極３２０で構成されているものである。非発光素子は、表示に寄与しない素子のことである。非発光素子は有機発光素子と同様の層構成であってもよいし、別の層構成であってもよい。本実施形態においては、非発光素子３６０は、第３電極３５０と、有機化合物層３１０、第２電極３２０で構成されているように有機発光素子と同様の層構成である。別の層構成とは、例えば第１電極３００と同層に形成された第３電極がない構成、あるいは第２電極がない構成、あるいは有機化合物層３１０がない構成である。また、非発光素子は発光させてもよいし、発光させなくてもよい。発光させる場合には、表示画素として用いないように、遮光部材を光取り出し側に設けることが好ましい。

表示装置は、ガラスからなる基板１０１上に、ＴＦＴ２００および２１０、有機発光素子３４０、非発光素子３６０を積層形成して成り立っている。基板１０１は透明であっても不透明であっても良く、合成樹脂などからなる絶縁性基板、又は表面に酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁膜を形成した導電性基板あるいは半導体基板でもよい。

基板１０１上に各々の有機発光素子３４０を駆動するためのＴＦＴ２００が形成されている。前記ＴＦＴ２００をなすポリシリコンからなる能動層１０４は、ポリシリコンに限定されるものではなく非晶質シリコン、微結晶シリコンなどを用いてもよい。ＴＦＴ２００は、窒化シリコンからなる無機絶縁膜１０９に覆われ、さらに基板の表面を平坦化するためにアクリル系樹脂からなる平坦化層１１０で覆われている。無機絶縁膜１０９は、酸化窒化シリコンや酸化シリコン等からなる無機絶縁膜でもよい。平坦化層１１０は、ポリイミド系樹脂やノルボルネン系樹脂・フッ素系樹脂等でもよい。

非発光素子３６０の下にもＴＦＴ２１０が形成されているが、ＴＦＴ２１０は形成されていなくてもよい。ＴＦＴ２１０が形成されている場合には、表示領域に形成されているＴＦＴ２００のパターン形成の連続性を保つことができるため、より好ましい構成である。連続性を保つためには、ＴＦＴが有機発光素子の下から非発光素子の下にかけて周期的に形成されていることが好ましい。この場合、非発光素子３６０の下に形成されたＴＦＴ２１０は、有機発光素子３４０の下に形成されたＴＦＴ２００と同様の層構成であり、各層の形状および組成も同じであることが好ましい。

図１では、第３電極３５０とＴＦＴ２１０とは平坦化層１１０に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続されているがコンタクトホールは設けられていなくてもよく、電気的に接続されていなくてもよい。両者が電気的に接続されていても非発光素子を発光させない場合には同ダミー画素部のＴＦＴ２１０に表示信号が供給されないことが好ましい。

この平坦化層１１０は、表示領域の外周に形成された、表示に寄与しない複数の非発光素子３６０（図２参照）に不連続部を有する。つまり、本来、ＴＦＴやその上に形成する電極、有機化合物層の形成の際に必要な繰り返しパターンの連続性が保たれない。そのため、外周部の素子を表示に用いることなく非発光素子とされるが、その非発光素子において平坦化層１１０の不連続部が形成されているのである。不連続部において、平坦化層１１０に内在する水分、あるいは平坦化層を伝搬して外部から浸入する水分が表示領域に伝搬するのを妨げることができる。さらに、不連続部が非発光素子に形成されていることにより、表示領域の周辺の領域（額縁領域）の幅を狭くすることができる。不連続部は、水分の伝搬を妨げる構造であればよく、平坦化層が形成されていない部分（図１）、あるいは不連続部の平坦化層の膜厚が他の部分より薄い部分（図３）であってもよい。平坦化層が形成されていない場合の方が、より水分の伝搬を防ぐ効果は大きい。

また、不連続部は、図４のように非発光素子に形成されているものであってもよいが、図２のように非発光素子に形成されているだけでなく、複数の非発光素子の間を跨いで連続して形成されていることが好ましい。一般に非表示領域のうち非発光素子が多くの部分を占めているため、非発光素子に平坦化層の不連続部が形成されていることによって水分の伝搬を防ぐ効果を得られるが、複数の非発光素子の間にも不連続部を形成することにより、さらなる効果を得られる。

さらには、平坦化層の不連続部は、表示領域の外周を囲っていることが好ましい。平坦化層の不連続部は、表示領域の少なくとも１辺に設けられていればその辺における水分の伝播を防ぐ効果を得られるが、全ての辺に設けられていることにより周囲全ての辺に対して効果を得ることができ、より長時間に渡って高品質な表示を行うことができる。

表示領域においては平坦化層１１０上に、非表示領域においては無機絶縁膜１０９上に第１電極（第３電極３５０）３００が形成されている。第１電極３００（反射電極）は有機発光素子毎にパターニングされており、第１電極３００とＴＦＴ２００のドレイン電極１０８は前記無機絶縁膜１０９および前記平坦化層１１０に形成されたコンタクトホールを通して電気的に接続されている。

第１電極３００にはクロムを用いているが、銀膜もしくは添加物を含む銀膜やアルミ膜もしくは添加物を含むアルミ膜やアルミ合金膜でもよい。また、第１電極３００の上には、有機化合物層へのキャリア注入性を向上させるために、高仕事関数の電極、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの酸化物透明導電膜がさらに形成されていてもよい。また、第１電極を透明電極として、第２電極と平坦化層との間に反射部材を設けてもよい。

素子分離膜３３０は隣り合う有機発光素子の間および有機発光素子の周囲に設けられた絶縁膜であり第１電極３００の端部（エッジ部）を覆うように配置されている。素子分離膜３３０は、窒化シリコン、酸化窒化シリコンや酸化シリコン等からなる無機絶縁膜やアクリル系樹脂・ポリイミド系樹脂・ノボラック系樹脂等を用いればよい。

陽極となる第１電極３００上に発光層を含む有機化合物層３１０、陰極となる第２電極（透明電極）３２０が順に形成されている。第２電極は有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている電極である。陽極、陰極は逆の構成であってもよく、第１電極が陰極、第２電極が陽極であってもよい。

発光層を含む有機化合物層３１０は、例えば、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の３層から構成されるが、発光層のみでもよい。あるいは２層、４層など複数の層から形成されていてもよい。有機化合物層３１０のいずれかの層が複数の有機発光素子に共通して用いる層である場合には、その層を複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成することが、製造を簡単にできる。ただし、この場合には、図５のように有機化合物層も水分を伝搬する層となるため、有機化合物層の成膜端を非発光素子よりも表示領域側にすることが好ましい。このようにすることにより、非発光素子から有機発光素子への水分の伝搬経路の１つを遮断することができる。さらに、このとき非発光素子が第３電極３５０と、第２電極３２０を有する場合には、第３電極と第２電極とが接している構成となる。第３電極と第２電極はともに無機材料であり密着性が高いため、水分が層の界面を伝播するのを効果的に防ぐこともできる。

また、有機化合物層が表示領域から非発光素子に延在している場合には、成膜の際のアライメント精度の許容範囲が広がるため好ましい。有機化合物層が表示領域から非発光素子に延在している場合であっても、平坦化層の不連続部の段差が１μｍ以上あれば、有機化合物層を伝搬する水分を防ぐことができる。有機化合物層の膜厚は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍと非常に薄く、段差部分では更に膜厚が薄くなるあるいは分断される（図６）。そのため、水分の伝搬が困難になり、表示領域への浸入を防ぐことができる。有機化合物層を蒸着法などの直線成膜性の高い成膜方法で成膜する場合には、段差部分への成膜が困難になるため、水分の伝搬を防止する効果がより高まる。

正孔輸送層には、例えば電子供与性のＦＬ０３を用いているが、それ以外の材料であってもよい。

有機化合物層３１０を構成する発光層は、メタルマスクにより塗り分けられ、発光色毎に設けられている。発光層には、赤色発光層として例えばＣＢＰにＩｒ（ｐｉｑ）₃をドープしたもの、緑色発光層として例えばＡｌｑ₃にクマリンをドープしたもの、青色発光層としてＢ−Ａｌｑ₃にＰｅｒｙｌｅｎｅをドープしたものを用いているがそれ以外の材料であってもよい。ちなみに、＜化１＞は有機化合物層３１０を形成する材料の分子構造を示している。

電子輸送層には、例えば電子受容性のＢａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｒｏｌｉｎｅを用いているが、それ以外の材料であってもよい。

有機化合物層３１０上に陰極となる第２電極（透明電極）３２０が形成され、表示領域に各々の有機発光素子が形成されている。透明電極３２０は、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）を用いているが、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの酸化物透明導電膜や、銀・アルミ・金などの金属半透過膜でもよい。

上記のように、非発光素子においても第１電極３００、有機化合物層３１０、第２電極３２０が積層されるが、このような積層構造とすると、パターニングの連続性を確保することができる。なお、第２電極においては、上記積層構造に限られず、第１電極３００が形成されていない積層構造、あるいは有機化合物層３１０が形成されていない積層構造でもよい。非発光素子に有機化合物層３１０が形成されていない積層構造とすると、前記有機化合物層３１０を介して表示領域外から水分が浸入することがないため、好都合である。

前記第２電極３２０まで形成された基板には、外部からの水分による劣化を防ぐために、ガラス基板４０１が接着部材４０２であるＵＶ硬化エポキシ樹脂を用いて貼り付けられている。ガラス基板４０１内の空間、すなわち空隙４０３にドライ窒素は充填されている。この封止作業は、露点−６０℃以下の窒素雰囲気において実施される。ちなみに、ガラス基板４０１の有機発光素子側には、酸化ストロンチウムや酸化カルシウムのような吸湿膜が成膜されていることが更に好ましい。

また、本実施形態ではガラス基板４０１によって封止しているが、窒化シリコン、酸化窒化シリコンや酸化シリコン等からなる無機絶縁膜で封止されていてもよい。

本発明に係る表示装置は、水分の発生源および水分を有機発光素子へ浸入させる経路となる平坦化層１１０の不連続部を、表示領域の最外周画素の外側に設けられた非発光素子に形成している。そのため、平坦化層１１０を介して有機発光素子へ浸入する水分の流れを遮断することができ、かつ非発光素子を利用したことで非表示領域（額縁）を狭くすることができ、狭額縁で水分による劣化を抑えた表示装置を提供できる。

本発明に係る表示装置は、様々な電気器具の表示部に適用させることができる。例えば、デジタルカメラの電子ファインダー部や照明器具に適用させることができる。

図２に示した表示装置は、表示領域の外周に１画素分の非発光素子が設けられているが、複数画素分の非発光素子を設けてもよい。例えば、ＲＧＢ画素からなる表示装置の場合、ＲＧＢ各色に非発光素子を設ける場合もある。この場合、３つのダミー画素が設けられることになる（図７）。そして、このように複数画素分のダミー画素が設けられる場合、水分遮断構造（平坦化層の不連続部）はいずれかの画素の領域に設けられても良く、また全ての画素の領域に複数設けられてもよい。

（第２の実施の形態（参考形態））
図８は本発明の第２の実施の形態に係る表示装置を示す断面模式図である。以下、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省く。

本実施の形態に係る表示装置は、基板１０１と、基板１０１の上に形成されている複数のＴＦＴ２００および２１０と、複数のＴＦＴを覆っている平坦化層１１０と、平坦化層の上に形成されており表示領域を形成している複数の有機発光素子３４０を有する。表示領域の外側には平坦化層１１０の上に形成されている複数の非発光素子（ダミー画素）３６０を有する。

有機発光素子３４０は、基板１０１の上に順に、有機発光素子毎にパターニングされている第１電極３００と、有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている有機化合物層３１０および第２電極３２０とを有する。

非発光素子３６０は、基板１０１の上に順にパターニングされている第３電極３５０と、表示領域から延在している第２電極３２０とを有する。

有機化合物層３１０の成膜端は、非発光素子３６０よりも表示領域側にあり、非発光素子３６０において、第３電極３５０と第２電極３２０とが接している。このようにすることにより、非発光素子３６０を介して有機発光素子３４０への水分伝搬の経路を遮断することができる。さらに、第３電極と第２電極はともに無機材料であり密着性が高いため、水分が層の界面を伝播するのを効果的に防ぐこともできる。

本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の断面を表す断面模式図である。図１の表示装置の平面構造を示す平面模式図である。第１の実施の形態に係る他の断面構成を示す断面模式図である。第１の実施の形態に係る他の平面構成を示す平面模式図である。第１の実施の形態に係る他の断面構成を示す断面模式図である。第１の実施の形態に係る他の断面構成を示す断面模式図である。第１の実施の形態に係る他の平面構成を示す平面模式図である。本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の断面を表す断面模式図である。従来のアクティブマトリクス型の表示装置の断面を表す模式図である。有機化合物層の断面を表す模式図である。

符号の説明

１０１基板
１０２ソース領域
１０３ドレイン領域
１０４能動層
１０５ゲート電極
１０６ゲート絶縁膜
１０７層間絶縁膜
１０８ドレイン電極
１０９無機絶縁膜
１１０有機平坦化層
２００ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３００第１電極
３１０有機化合物層
３２０第２電極
３３０素子分離膜
４０１封止基板
４０２接着部材
４０３空隙
５００ガラス基板
５０１ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
５１０ソース領域
５１１能動層
５１２ドレイン領域
５１４ゲート電極
５１３ゲート絶縁膜
５１５層間絶縁膜
５１６ドレイン電極
５１７無機絶縁膜
５１８有機平坦化層
５２０第１電極
５２１第２電極
５２２発光層
５２３正孔輸送層
５２４電子輸送層
５２５有機化合物層
５３０素子分離膜
５４０封止基板
５４１接着部材
５４２空隙

Claims

基板と、前記基板の上に形成されている複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタを覆っている平坦化層と、前記平坦化層の上に形成されており表示領域を形成している複数の有機発光素子と、前記表示領域の外側に前記複数の有機発光素子と同一の間隔で形成された表示に寄与しない複数の非発光素子と、を有し、
前記有機発光素子は、前記基板の上に順に第１電極と、有機化合物層と、第２電極と、を有する表示装置において、
前記複数の非発光素子において、前記平坦化層の不連続部が形成されていることを特徴とする表示装置。
前記不連続部は、前記平坦化層が形成されていない部分であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記不連続部は、前記平坦化層の膜厚が他の部分より薄い部分であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記不連続部は、前記複数の非発光素子の間を跨いで連続して形成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項に記載の表示装置。
前記不連続部は、前記表示領域の外周を囲っていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記複数の非発光素子は、前記基板の上に形成されている第３電極と、前記表示領域から延在している前記第２電極と、を有し、
前記有機化合物層の成膜端は前記非発光素子よりも表示領域側にあり、前記非発光素子において前記第３電極と前記第２電極とが接してい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項に記載の表示装置。
前記複数の非発光素子は、前記基板の上に形成されている第３電極と、前記表示領域から延在している前記有機化合物層および前記第２電極、を有し、
前記平坦化層の不連続部は、１μｍ以上の段差を有す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項に記載の表示装置。
前記薄膜トランジスタは、前記有機発光素子の下から前記非発光素子の下にかけて周期的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。