JP5256831B2 - 表示素子、表示装置、表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機層を含む自発光型の表示素子およびその製造方法、ならびにそのような表示素子を備えた表示装置に関する。
近年、液晶ディスプレイに代わる表示装置として、有機層を含む自発光型の有機発光素子を用いた有機ＥＬディスプレイが実用化されている。有機ＥＬディスプレイは、自発光型であるので、液晶などに比較して視野角が広く、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するものである。
これまで有機発光素子については、共振器構造を導入し、発光色の色純度を向上させたり発光効率を高めたりするなど発光層で発生する光を制御することにより、表示性能を向上させる試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第０１／３９５５４号パンフレット
また、従来、有機発光素子の視野角特性を改善するため、透明基板に凹面構造や光拡散層、光屈折層を形成することにより、光の出射方向を拡散させ、光の指向性を平均化することで視野角の拡大を図ろうとした試みもなされている（例えば、特許文献２参照。）
特開平９−１９０８８３号公報
ところが、最近では、有機発光素子に対し、表示性能の向上と共に構造上のコンパクト化が求められつつある。しかしながら、現状ではそのような要求に十分に対応できているとは言い難い。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、良好な表示性能を確保しつつ、よりコンパクト化された構成の表示素子および表示装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、良好な表示性能を確保し、かつ、よりコンパクト化された構成の表示素子をより簡便に形成することのできる表示素子の製造方法を提供することにある。
本発明の表示素子は、以下の（Ａ１）〜（Ａ６）の全ての要件を有するものである。
（Ａ１）基体に設けられ、凹部と、その凹部を取り囲む凸部と、その凸部によって凹部と分離された溝部とを含んで一体形成された絶縁層。
（Ａ２）絶縁層の凹部の底面を覆う第１電極層。
（Ａ３）第１電極層と対向する第２電極層。
（Ａ４）第１電極層と第２電極層との間に位置する第１有機層。
（Ａ５）第１電極層と第２電極層との間に位置し、かつ発光層を含む第２有機層。
（Ａ６）絶縁層の溝部に収容され、かつ、第２電極層と電気的に接続された補助電極層。
ここで第１有機層、第２有機層および第１電極層は、絶縁層の凹部に収容されている。
（Ａ１）基体に設けられ、凹部と、その凹部を取り囲む凸部と、その凸部によって凹部と分離された溝部とを含んで一体形成された絶縁層。
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（Ａ６）絶縁層の溝部に収容され、かつ、第２電極層と電気的に接続された補助電極層。
ここで第１有機層、第２有機層および第１電極層は、絶縁層の凹部に収容されている。
本発明の表示装置は、上記本発明の表示素子と、この表示素子を駆動させて画像表示を行う制御部とを備えるようにしたものである。
本発明の表示素子の製造方法は、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ６）の全ての工程を含むものである。
（Ｂ１）基体上に、凹部と、その凹部を取り囲む凸部と、その凸部によって凹部と分離された溝部とを含む一体の絶縁層を形成する工程。
（Ｂ２）絶縁層の凹部の底面を覆うように第１電極層を形成する工程と、
（Ｂ３）第１電極層と対向するように第２電極層を形成する工程。
（Ｂ４）第１電極層と第２電極層との間に、第１有機層を形成する工程。
（Ｂ５）第１電極層と第２電極層との間に、発光層を含む第２有機層を形成する工程。
（Ｂ６）絶縁層の溝部に収容するように補助電極層を形成する工程。
ここで、第１電極層、第２有機層および第１有機層を、絶縁層の凹部に収容するように形成する。また、第２電極層を、補助電極層を覆うように形成する。
（Ｂ１）基体上に、凹部と、その凹部を取り囲む凸部と、その凸部によって凹部と分離された溝部とを含む一体の絶縁層を形成する工程。
（Ｂ２）絶縁層の凹部の底面を覆うように第１電極層を形成する工程と、
（Ｂ３）第１電極層と対向するように第２電極層を形成する工程。
（Ｂ４）第１電極層と第２電極層との間に、第１有機層を形成する工程。
（Ｂ５）第１電極層と第２電極層との間に、発光層を含む第２有機層を形成する工程。
（Ｂ６）絶縁層の溝部に収容するように補助電極層を形成する工程。
ここで、第１電極層、第２有機層および第１有機層を、絶縁層の凹部に収容するように形成する。また、第２電極層を、補助電極層を覆うように形成する。
本発明の表示素子およびその製造方法、ならびに表示装置では、第１絶縁層の凹部に第１電極層を設けるようにしたので、凹凸がなく平坦化された上面を有する絶縁層の上に電極層が設けられた従来の構造と比べ、薄型化される。さらに、従来構造における開口部規定絶縁層のような他の絶縁層を設けることなく、発光領域を規定することができる。
本発明の表示素子および表示装置、ならびに表示素子の製造方法によれば、絶縁層の凹部に第１電極層を設けるようにしたので、従来のように凹凸がなく平坦化された上面を有する絶縁層の上に電極層を設けるようにした場合と比べ、より薄型化することができる。その際、良好な表示性能を損なうことはない。絶縁層における凹部以外の部分（すなわち凸部）が開口部規定絶縁層として機能するので、構造上の簡素化、あるいは製造工程の簡素化を実現することができる。さらに、絶縁層に、凸部によって凹部と分離された溝部をさらに設け、その溝部に、第２電極層と電気的に接続された補助電極層を設けるようにしたので、第２電極層の電位のばらつきに伴う輝度むらの発生を抑制することができる。さらに、絶縁層は、凸部、凹部および溝部を含んで一体形成されたものである。このため、より簡易に製造可能である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明における一実施の形態に係る有機発光素子を用いた表示装置の構成を表すものである。この表示装置は、極薄型の有機発光カラーディスプレイ装置などとして用いられる。この表示装置は、基体１１の上に表示領域１１０が形成されたものである。基体１１上の表示領域１１０の周辺には、例えば映像表示用のドライバである信号線駆動回路１２０、走査線駆動回路１３０および電源供給線駆動回路１４０が形成されている。
表示領域１１０には、マトリクス状に二次元配置された複数の有機発光素子１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）と、それらを駆動するための画素駆動回路１５０とが形成されている。画素駆動回路１５０において、列方向には複数の信号線１２０Ａ（１２０Ａ１〜１２０Ａｍ）が配置され、行方向には複数の走査線１３０Ａ（１３０Ａ１〜１３０Ａｎ）および複数の電源供給線１４０Ａ（１４０Ａ１〜１４０Ａｎ）が配置されている。各信号線１２０Ａと各走査線１３０Ａとの各交差点に、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂのいずれか一つが対応して設けられている。各信号線１２０Ａは信号線駆動回路１２０に接続され、各走査線１３０Ａは走査線駆動回路１３０に接続され、各電源供給線１４０Ａは電源供給線駆動回路１４０に接続されている。
信号線駆動回路１２０は、信号供給源（図示せず）から供給される輝度情報に応じた映像信号の信号電圧を、信号線１２０Ａを介して選択された有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに供給するものである。
走査線駆動回路１３０は、入力されるクロックパルスに同期してスタートパルスを順にシフト（転送）するシフトレジスタなどによって構成されている。走査線駆動回路１３０は、各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂへの映像信号の書き込みに際し行単位でそれらを走査し、各走査線１３０Ａに走査信号を順次供給するものである。
電源供給線駆動回路１４０は、入力されるクロックパルスに同期してスタートパルスを順にシフト（転送）するシフトレジスタなどによって構成されている。電源供給線駆動回路１４０は、走査線駆動回路１３０による行単位の走査と同期して、各電源供給線１４０Ａに対し互いに異なる第１電位および第２電位のいずれかを適宜供給する。これにより、後述する駆動トランジスタＴｒ１の導通状態または非道通状態の選択が行われる。
図２は、画素駆動回路１５０の一例を表したものである。この画素駆動回路１５０は、後述する第１電極層１３の下層に形成され、駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２と、その間のキャパシタ（保持容量）Ｃｓと、電源供給線１４０Ａおよび共通電源供給線（ＧＮＤ）の間において駆動トランジスタＴｒ１と直列に接続された有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）とを有するアクティブ型の駆動回路である。駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２は、一般的な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistor））により構成され、その構成は例えば逆スタガー構造（いわゆるボトムゲート型）でもよいしスタガー構造（トップゲート型）でもよく特に限定されない。
書き込みトランジスタＴｒ２は、例えばドレイン電極が信号線１２０Ａと接続されており、信号線駆動回路１２０からの映像信号が供給されるようになっている。また、書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極は走査線１３０Ａと接続されており、走査線駆動回路１３０からの走査信号が供給されるようになっている。さらに、書き込みトランジスタＴｒ２のソース電極は、駆動トランジスタＴｒ１のゲート電極と接続されている。
駆動トランジスタＴｒ１は、例えばドレイン電極が電源供給線１４０Ａと接続されており、電源供給線駆動回路１４０による第１電位または第２電位のいずれかに設定される。駆動トランジスタＴｒ１のソース電極は、有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）と接続されている。
保持容量Ｃｓは、駆動トランジスタＴｒ１のゲート電極（書き込みトランジスタＴｒ２のソース電極）と、駆動トランジスタＴｒ１のソース電極との間に形成されるものである。
図３に、表示領域１１０の平面構成の一例を表す。表示領域１１０には、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが順に、全体としてマトリックス状に形成されている。ここで、図３に示した破線によって囲まれた領域が有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを表す。具体的には、補助電極層１７が格子状に設けられており、それによって区画された領域に各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの発光部２０が順に配置されている。有機発光素子１０Ｒの発光部２０は赤色光を発生し、有機発光素子１０Ｇの発光部２０は緑色光を発生し、有機発光素子１０Ｂの発光部２０は青色光を発生する。なお、隣り合う有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの組み合わせが一つの画素（ピクセル）を構成している。
次に、図４〜図７を参照して、基体１１およびその上に形成される有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの詳細な構成について説明する。なお、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、互いに下部有機層１４および上部有機層１５（いずれも後出）の構成が一部異なることを除き、他は共通の構成である。したがって、以下では、共通の部分については有機発光素子１０Ｒを代表して説明する。
図４および図５は、いずれも、図３に示した有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）の断面構成を表すものである。より詳細には、図４は図３に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、図５は図３に示したＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４は、２つの有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにまたがった領域に相当する断面図である。また、図６は、図３に示した有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）のうちの、第１電極層１３（後出）を含む階層における拡大平面図である。なお、図６では、下部有機層１４、上部有機層１５、第２電極層１６、保護膜１８、および封止基板１９（いずれも後出）の図示を省略している。
有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）は、基体１１の上に設けられた発光部２０を有している。発光部２０は発光が生じる部分であり、平坦化絶縁層１２、アノード電極としての第１電極層１３、下部有機層１４、後述する発光層１５Ａを含む上部有機層１５、およびカソード電極としての第２電極層１６がこの順に積層された構成である。発光部２０の上には、保護膜１８と封止基板１９とが順に設けられている。この有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）では、第１電極層１３は反射層としての機能を発揮する一方、第２電極層１６が半透過性反射層としての機能を発揮する。これら第１電極層１３および第２電極層１６により、発光層１５Ａにおいて発生した光を多重反射させるようになっている。
すなわち、有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）は、第１電極層１３の発光層１５Ａ側の端面を第１端部Ｐ１とし、第２電極層１６の発光層１５Ａ側の端面を第２端部Ｐ２とし、上部有機層１５および下部有機層１４を共振部として、発光層１５Ａで発生した光を共振させて第２端部Ｐ２の側から取り出す共振器構造を有している。このような共振器構造を有することで、発光層１５Ａで発生した光が多重反射を起こし、一種の狭帯域フィルタとして作用することによって、取り出される光のスペクトルの半値幅が減少し色純度を高めることができる。また、封止基板１９の側から入射した外光についても多重反射により減衰させることができ、さらに位相差板や偏光板（図示せず）との組み合わせにより有機発光素子１０Ｒ（または１０Ｇ，１０Ｂ）における外光の反射率を極めて小さくすることができる。
平坦化絶縁層１２は、例えば平面形状がほぼ矩形をなす凹部１２１と、この凹部１２１を取り囲むように設けられた溝部１２２と、これらを分離する凸部１２３とを有している。凹部１２１は、平坦な底面１２１Ｌを有しており、その底面１２１Ｌ上に第１電極層１３、下部有機層１４、上部有機層１５が順に設けられている。ここで、上部有機層１５の上面は、凸部１２３の上面１２３Ｓと同じ高さ位置、あるいはより低い高さ位置となっていることが望ましい。すなわち、第１電極層１３および上部有機層１５が凹部１２１の内部に完全に収容されていることが望ましい。有機発光素子１０全体の厚みをより低減できるからである。一方、溝部１２２は平坦な底面１２２Ｌを有しており、その底面１２２Ｌ上に補助電極層１７が設けられている。溝部１２２は、図３に示した補助電極層１７と同様に、平面形状が格子状となっている。凸部１２３の上面１２３Ｓは、少なくとも第１電極層１３の上面および補助電極層１７の上面よりも高い位置（基体１１から遠い位置）にある。これにより、凸部１２３は第１電極層１３と補助電極層１７とを物理的に分離し、両者を電気的に絶縁するように構成されている。さらに、平坦化絶縁層１２には、凹部１２１の底面１２１Ｌの一部に微細な接続孔１２４が設けられている。
平坦化絶縁層１２を設ける目的の１つとして、画素駆動回路１５０が形成された基体１１の表面を平坦化することが挙げられる。また、微細な接続孔１２４が形成されるためパターン精度が良い材料により構成されていることが好ましい。平坦化絶縁層１２の構成材料としては、例えば、ポリイミド等の有機材料が好適である。
第１電極層１３は、反射層としての機能も兼ねており、できるだけ高い反射率を有するようにすることが発光効率を高める上で望ましい。第１電極層１３は、例えば厚みが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），白金（Ｐｔ），ネオジウム（Ｎｄ）あるいは金（Ａｕ）などの金属元素の単体またはそれらの合金により構成されている。また、第１電極層１３の周縁部の端面１３Ｔは傾斜面となっており、平坦化絶縁層１２の表面に対し例えば４５°以下の角度をなしている。第１電極層１３は、凹部１２１の底面１２１Ｌを覆うと共に接続孔１２４を充填するように形成されている。これにより、第１電極層１３は、接続孔１２４を介して駆動トランジスタＴｒ１（金属層２１６Ｓ）と導通された状態となる。
下部有機層１４は、第１電極層１３の上面および端面を隙間無く覆うように設けられている。例えば図７に示したように、第１電極層１３の側から正孔注入層１４Ａと正孔輸送層１４Ｂとが順に積層された構成を有する。この下部有機層１４により、上部有機層１５が存在しない領域において第１電極層１３と第２電極層１６とが直接接することがなくなり、両者の絶縁性が確保される。また、上部有機層１５は、第１電極層１３の側から順に、発光層１５Ａと電子輸送層１５Ｂとが積層された構成を有する。なお、図７は、図４および図５に示した下部有機層１４および上部有機層１５の一部を拡大して表す断面図である。
正孔注入層１４Ａは、正孔注入効率を高めるためのものであると共に、リークを防止するためのバッファ層である。正孔輸送層１４Ｂは、発光層１５Ａへの正孔輸送効率を高めるためのものである。発光層１５Ａは、電界をかけることにより電子と正孔との再結合が起こり、光を発生するものである。電子輸送層１５Ｂは、発光層１５Ａへの電子輸送効率を高めるためのものである。なお、電子輸送層１５Ｂと第２電極層１６との間には、ＬｉＦ，Ｌｉ2 Ｏなどよりなる電子注入層（図示せず）を設けてもよい。
また、下部有機層１４および上部有機層１５は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの発光色によってそれぞれ構成が異なっている。有機発光素子１０Ｒの正孔注入層１４Ａは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）あるいは４，４’，４”−トリス（２−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）により構成されている。有機発光素子１０Ｒの正孔輸送層１４Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、ビス［（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニル］ベンジジン（α−ＮＰＤ）により構成されている。有機発光素子１０Ｒの発光層１５Ａ、例えば、厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、８−キノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ3 ）に２，６−ビス［４−［Ｎ−（４−メトキシフェニル）−Ｎ−フェニル］アミノスチリル］ナフタレン−１，５−ジカルボニトリル（ＢＳＮ−ＢＣＮ）を４０体積％混合したものにより構成されている。有機発光素子１０Ｒの電子輸送層１５Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
有機発光素子１０Ｇの正孔注入層１４Ａは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、ｍ−ＭＴＤＡＴＡあるいは２−ＴＮＡＴＡにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの正孔輸送層１４Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、α−ＮＰＤにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの発光層１５Ａは、例えば、厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 にクマリン６（Ｃｏｕｍａｒｉｎ６）を３体積％混合したものにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの電子輸送層１５Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
有機発光素子１０Ｂの正孔注入層１４Ａは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、ｍ−ＭＴＤＡＴＡあるいは２−ＴＮＡＴＡにより構成されている。有機発光素子１０Ｂの正孔輸送層１４Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、α−ＮＰＤにより構成されている。有機発光素子１０Ｂの発光層１５Ａは、例えば、厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、スピロ６Φ（ｓｐｉｒｏ６Φ）により構成されている。有機発光素子１０Ｂの電子輸送層１５Ｂは、例えば、厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、Ａｌｑ3 により構成されている。
第２電極層１６は、例えば、厚みが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、アルミニウム（Ａｌ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ナトリウム（Ｎａ）などの金属元素の単体または合金により構成されている。中でも、マグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ合金）、またはアルミニウム（Ａｌ）とリチウム（Ｌｉ）との合金（ＡｌＬｉ合金）が好ましい。第２電極層１６は、例えば全ての有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに共通に設けられており、各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの第１電極層１３と対向配置されている。さらに第２電極層１６は、平坦化絶縁層１２の凹部１２１のみならず、溝部１２２および凸部１２３をも覆うように形成されている。したがって、第２電極層１６は補助電極層１７と電気的に接続された状態となっている。
補助電極層１７は、主たる電極としての第２電極層１６を補う補助電極として機能するものである。この補助電極層１７が無い場合、電源（図示せず）から個々の有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離に応じた電圧降下により、共通電源供給線ＧＮＤ（図２参照）と接続された第２電極層１６の電位が各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ間で一定とならず、ばらつきを生じる。このような第２電極層１６の電位のばらつきは、表示領域１１０における輝度むらの原因となる。補助電極層１７は、このような輝度むらの発生を抑制するため、電源から第２電極層に至るまでの電圧降下を最小限度に抑えるように機能する。補助電極層１７を構成する材料としては、例えば第１電極層１３と同種の高導電性の金属材料が好ましい。
有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、図４および図５に示したように、さらに、第２電極層１６を覆うように設けられた窒化ケイ素（ＳｉＮx ）などの保護膜１８と、その保護膜１８上に設けられた封止基板１９とを有している。封止基板１９は、保護膜１８や接着層（図示せず）などと共に発光部２０を封止するものであり、発光部２０で発生した光を透過する透明なガラスなどの材料により構成されている。
次に、図４および図５に加え図８および図９を参照して、基体１１の詳細な構成を説明する。基体１１は、ガラス，シリコン（Ｓｉ）ウェハあるいは樹脂などよりなる基板１１１に画素駆動回路１５０を含む画素駆動回路形成層１１２が設けられたものである。図４および図５では、画素駆動回路形成層１１２の断面に関し、簡略化のため、駆動トランジスタＴｒ１の一部を構成する金属層２１１Ｇ，２１６Ｓ、書き込みトランジスタＴｒ２の一部を構成する金属層２２１Ｇ，２２６Ｓ、ならびにそれらを覆うゲート絶縁膜２１２およびパッシベーション膜２１７のみを図示する。なお、図８は、画素駆動回路形成層１１２に設けられた画素駆動回路１５０の平面構成を表す概略図であり、図９は、図８に示したＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視方向の断面図であり、有機発光素子１０Ｒ（１０Ｇ，１０Ｂ）の要部断面構成を表している。基板１１１の表面には、第１階層の金属層として、駆動トランジスタＴｒ１のゲート電極としての金属層２１１Ｇと、書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極としての金属層２２１Ｇと、信号線１２０Ａ（図９では図示せず）とがそれぞれ設けられている。これら金属層２１１Ｇ，２２１Ｇおよび信号線１２０Ａは、窒化ケイ素や酸化ケイ素などからなるゲート絶縁膜２１２によって覆われている。ゲート絶縁膜２１２上の、金属層２１１Ｇ，２２１Ｇに対応する領域には、アモルファスシリコンなどの半導体薄膜からなるチャンネル層２１３，２２３が設けられている。チャネル層２１３，２２３上には、その中心領域を占めるように絶縁性のチャネル保護膜２１４，２２４が設けられており、その両側の領域には、ｎ型アモルファスシリコンなどのｎ型半導体薄膜からなるドレイン電極２１５Ｄ，２２５Ｄおよびソース電極２１５Ｓ，２２５Ｓが設けられている。これらドレイン電極２１５Ｄ，２２５Ｄおよびソース電極２１５Ｓ，２２５Ｓは、チャネル保護膜２１４，２２４によって互いに分離されている。さらに、ドレイン電極２１５Ｄ，２２５Ｄおよびソース電極２１５Ｓ，２２５Ｓをそれぞれ覆うように、第２階層の金属層として、ドレイン配線としての金属層２１６Ｄ，２２６Ｄおよびソース配線としての金属層２１６Ｓ，２２６Ｓが設けられている。金属層２１６Ｄ，２２６Ｄおよび金属層２１６Ｓ，２２６Ｓは、例えばチタン（Ｔｉ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、およびチタン層を順に積層した構造を有するものである。第２階層の金属層としては、上記の金属層２１６Ｄ，２２６Ｄおよび金属層２１６Ｓ，２２６Ｓのほか、走査線１３０Ａおよび電源供給線１４０Ａ（図９では図示せず）が設けられている。さらに、全体が窒化ケイ素などからなるパッシベーション膜２１７によって覆われている。なお、ここでは、逆スタガー構造（いわゆるボトムゲート型）の駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２について説明したが、スタガー構造（いわゆるトップゲート型）のものであってもよい。
この表示装置は、例えば次のようにして製造することができる。以下、図８および図９と共に図１０〜図１４を参照して、本実施の形態の表示装置の製造方法について説明する。なお、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの製造方法についても併せて以下に説明する。図１０〜図１４は、この表示装置の製造方法を工程順に表すものであり、図５の断面図に対応している。
まず、上述した材料よりなる基板１１１の上に、駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２を含む画素駆動回路１５０を形成する。具体的には、まず、基板１１１の上に例えばスパッタリングにより金属膜を形成する。そののち、フォトリソグラフィ法やドライエッチング、あるいはウェットエッチングによりその金属膜をパターニングすることで、図８および図９に示したように基板１１１上に金属層２１１Ｇ，２２１Ｇおよび信号線１２０Ａを形成する。次いで、全面をゲート絶縁膜２１２によって覆う。さらに、ゲート絶縁膜２１２の上に、チャネル層２１３，２２３、チャネル保護膜２１４，２２４、ドレイン電極２１５Ｄ，２２５Ｄおよびソース電極２１５Ｓ，２２５Ｓ、ならびに、金属層２１６Ｄ，２２６Ｄおよび金属層２１６Ｓ，２２６Ｓを順に、所定形状に形成する。ここで、金属層２１６Ｄ，２２６Ｄおよび金属層２１６Ｓ，２２６Ｓの形成と併せて、走査線１３０Ａおよび電源供給線１４０Ａを形成する。その際、金属層２２１Ｇと走査線１３０Ａとを接続する接続部、金属層２２６Ｄと信号線１２０Ａとを接続する接続部、金属層２２６Ｓと金属層２１１Ｇとを接続する接続部を予め形成しておく。そののち、全体をパッシベーション膜２１７で覆うことにより、画素駆動回路１５０を完成させる。
そののち、図１０に示したように、有機材料として例えばポリイミドを主成分とする感光性樹脂を全面に亘って塗布して絶縁膜１２Ｚを形成する。次に、その絶縁膜１２Ｚに対しフォトリソグラフィ処理を施すことにより、図１１に示したように、凹部１２１、溝部１２２、および凸部１２３を有する平坦化絶縁層１２を形成する。具体的には、マスクＭ１を用いた選択的な露光および現像により、一部領域において絶縁膜１２Ｚを厚み方向に一部除去して掘り下げることで凹部１２１および溝部１２２を一括して形成すると共に、凹部１２１および溝部１２２の底面１２１Ｌ，１２２Ｌを平坦化する。ここで、凹部１２１、溝部１２２、および凸部１２３の形成、ならびに底面１２１Ｌ，１２２Ｌの平坦化を行う際には、露光時間および照射光の強度などを調整し、絶縁膜１２Ｚにおける表面から所望の深さまでの厚み範囲が感光するようにすればよい（すわなち、いわゆるハーフエッチング処理を行う）。
さらに図１２に示したように、他のマスクＭ２を用いて選択的な露光および現像を行うことにより、駆動トランジスタＴｒ１に対応した所定位置に接続孔１２４を形成する。そののち、平坦化絶縁層１２を必要に応じて焼成する。
平坦化絶縁層１２に接続孔１２４を形成したのち、図１３に示したように、接続孔１２４を充填すると共に平坦化絶縁層１２の凹部１２１の底面１２１Ｌを覆うように上述した材料よりなる第１電極層１３を形成する。具体的には、例えばスパッタリングによって上述の材料からなる金属膜を全面成膜したのち、その金属膜上にマスクＭ１を用いた選択的なレジストパターン（図示せず）の形成を行い、さらにそのレジストパターンをマスクとしてその金属膜の露出した領域をエッチング処理することにより第１電極層１３を得る。この際、凹部１２１の底面１２１Ｌが平坦化されているので、第１電極層１３の上面も平坦性に優れたものとなる。また、第１電極層１３の周縁部の端面１３Ｔが傾斜面（望ましくは４５°以下）となるようにすることが望ましい。こうすることで、後の工程で形成する下部有機層１４や第２電極層１６における意図しない破断の発生を確実に防ぐことができる。端面１３Ｔを傾斜面とするには、例えば第１電極層１３の構成材料としてＡｌＮｄなどのアルミニウム合金を採用した場合には、アルミニウム合金薄膜を形成したのち、塩素ガスおよび酸素ガスをエッチングガスとする反応性イオンエッチング処理により所定領域のアルミニウム合金薄膜を除去すればよい。さらに、平坦化絶縁層１２の溝部１２２の底面１２２Ｌを覆うように上述した材料よりなる補助電極層１７を形成する。補助電極層１７は、第１電極層１３と同種の材料によって同時に形成することが望ましい。
次いで、図１４に示したように、第１電極層１３を完全に覆うように上述した所定の材料および厚みの正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂを順に積層することで下部有機層１４を形成する。さらに、下部有機層１４上の、第１電極層１３と対応する領域に、例えば蒸着法によって上述した厚みおよび材料よりなる発光層１５Ａと電子輸送層１５Ｂとを順次積層することで上部有機層１５を形成する。さらに、上部有機層１５および下部有機層１４を挟んで第１電極層１３と対向し、かつ、補助電極層１７を覆うように全面に亘って第２電極層１６を形成することで発光部２０を完成させる。このように形成した発光部２０では、平坦化絶縁層１２の底面１２１Ｌが極めて高い平坦性を有していることから、第１電極層１３の発光層１５Ａ側の端面および第２電極層１６の発光層１５Ａ側の端面が平坦になるうえ、上部有機層１５の厚みのばらつきも極めて小さなものとなる。また、第１電極層１３が凹部１２１に収容されるので、隣り合う有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの第１電極層１３同士が、必然的に互いに分離されることとなる。よって、別途、開口規定絶縁膜のような他の部材を設ける必要がないので、構造および製造工程が簡略化される。特に、第１電極層１３および上部有機層１５を平坦化絶縁層１２の凹部１２１に収容するように形成すると、全体としてより薄型化された有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが実現される。
こののち、発光部２０を覆うように、上述した材料よりなる保護膜１８を形成する。最後に、最後に、保護膜１８の上に、接着層を形成し、この接着層を間にして封止基板１９を貼り合わせる。以上により、表示装置が完成する。
このようにして得られた表示装置では、各画素に対して走査線駆動回路１３０から書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極（金属層２２１Ｇ）を介して走査信号が供給されると共に、信号線駆動回路１２０から画像信号が書き込みトランジスタＴｒ２を介して保持容量Ｃｓに保持される。その一方で、電源供給線駆動回路１４０が、走査線駆動回路１３０による行単位の走査と同期して、各電源供給線１４０Ａに対し第２電位よりも高い第１電位を供給する。これにより駆動トランジスタＴｒ１の導通状態が選択され、各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに駆動電流Ｉｄが注入されることにより、正孔と電子とが再結合して発光が起こる。この光は、第１電極層１３と第２電極層１６との間で多重反射し、第２電極層１６、保護膜１８および封止基板１９を透過して取り出される。本実施の形態では、各有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおいて第１電極層１３の発光層１５Ａ側の端面および第２電極層１６の発光層１５Ａ側の端面が平坦であるうえ、下部有機層１４および上部有機層１５の厚みのばらつきも極めて小さなものであることから、効率的に、かつ安定して発光が生じ、発光領域２１における面内方向の輝度むらが低減される。
このように、本実施の形態では、平坦化絶縁層１２の一部領域を掘り下げて凹部１２１を形成し、その凹部１２１に第１電極層１３を設けるようにしたので、凹凸がなく平坦化された上面を有する絶縁層の上に電極層が設けられた従来の構造と比べ、より薄型化することができる。また、凹部１２１の底面１２１Ｌを平坦面としたので、良好な表示性能を確保することができる。平坦化絶縁層１２における凹部１２１を取り囲む凸部１２３が発光領域を規定する開口規定絶縁層として機能するので、構造上の簡素化、あるいは製造工程の簡素化を実現することができる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、平坦化絶縁層１２の構成材料として、感光性樹脂などの有機材料を例示し、それを用いた製造方法について説明するようにしたが、それに限定されるものではない。例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）や窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などの無機材料を用いて平坦化絶縁層１２の構成するようにしてもよい。その場合、例えばスパッタリングなどにより基体１１上に絶縁膜１２Ｚを形成したのち、絶縁膜１２Ｚ上にマスクＭ１を用いてレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとしてフッ素ガスエッチングやイオンビームエッチングなどを行うことによって凹部１２１、溝部１２２および接続孔１２４を形成すればよい。
また、本発明は、上記実施の形態において説明した各層の材料や積層順序、あるいは成膜方法などに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、基体１１の上に、第１電極層１３，上部有機層１５および第２電極層１６を基板１１の側から順で積層し、封止基板１９の側から光を取り出すようにした場合について説明したが、積層順序を逆にして、基体１１の上に、第２電極層１６，上部有機層１５および第１電極層１３を基体１１の側から順に積層し、基体１１の側から光を取り出すようにすることもできる。
加えてまた、例えば、上記実施の形態では、第１電極層１３をアノード電極、第２電極層１６をカソード電極とする場合について説明したが、第１電極層１３をカソード電極、第２電極層１６をアノード電極としてもよい。さらに、第１電極層１３をカソード電極、第２電極層１６をアノード電極とすると共に、基体１１の上に、第２電極層１６，上部有機層１５および第１電極層１３を基体１１の側から順に積層し、基体１１の側から光を取り出すようにすることもできる。
さらにまた、上記実施の形態では、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。例えば、第１電極層１３と下部有機層１４との間に、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ2 Ｏ3 ），ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide：インジウム（Ｉｎ）およびスズ（Ｓｎ）の酸化物混合膜）などからなる正孔注入用薄膜層を備えていてもよい。
加えてまた、上記各実施の形態では、アクティブマトリクス型の表示装置の場合について説明したが、本発明はパッシブマトリクス型の表示装置への適用も可能である。更にまた、アクティブマトリクス駆動のための画素駆動回路の構成は、上記各実施の形態で説明したものに限られず、必要に応じて容量素子やトランジスタを追加してもよい。その場合、画素駆動回路の変更に応じて、上述した信号線駆動回路１２０や走査線駆動回路１３０、あるいは電源供給線駆動回路１４０のほかに、必要な駆動回路を追加してもよい。
１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）…有機発光素子、１１…基体、１１１…基板、１１２…画素駆動回路形成層、１２…平坦化絶縁層、１２１…凹部、１２２…溝部、１２３…凸部、１２４…接続孔、１３…第１電極層、１４…下部有機層、１４Ａ…正孔注入層、１４Ｂ…正孔輸送層、１５…上部有機層、１５Ａ…発光層、１５Ｂ…電子輸送層、１６…第２電極層、１７…補助電極層、１８…保護膜、１９…封止基板、２０…発光部、１１０…表示領域、１２０…信号線駆動回路、１２０Ａ…信号線、１３０…走査線駆動回路、１３０Ａ…走査線、１４０…電源供給線駆動回路、１４０Ａ…電源供給線、１５０…画素駆動回路、Ｃｓ…キャパシタ（保持容量）、Ｔｒ１…駆動トランジスタ、Ｔｒ２…書込トランジスタ。
Claims (15)
- 基体に設けられ、凹部と、前記凹部を取り囲む凸部と、前記凸部によって前記凹部と分離された溝部とを含んで一体形成された絶縁層と、
前記絶縁層の凹部の底面を覆う第１電極層と、
前記第１電極層と対向する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に位置する第１有機層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に位置し、かつ発光層を含む第２有機層と、
前記絶縁層の溝部に収容され、かつ、前記第２電極層と電気的に接続された補助電極層と
を有し、
前記第１有機層、第２有機層、および第１電極層は、前記絶縁層の凹部に収容されている
表示素子。 - 前記第１電極層の周縁部端面は、傾斜面である
請求項１記載の表示素子。 - 前記絶縁層は、前記凹部の一部に開口を有しており、前記開口は、前記第１電極層によって充填されている
請求項１記載の表示素子。 - 前記基体は、前記第１電極層と第２電極層との間に印加される電圧を制御するための駆動素子を有し、前記開口において前記駆動素子と前記第１電極層とが導通している
請求項１記載の表示素子。 - 前記溝部は、前記凹部を取り囲むように設けられている
請求項１記載の表示素子。 - 前記補助電極層は、前記第１電極層と同じ材料によって構成されている
請求項１記載の表示素子。 - 表示素子と、前記表示素子を駆動させて画像表示を行う制御部とを備え、
前記表示素子は、
基体に設けられ、凹部と、前記凹部を取り囲む凸部と、前記凸部によって前記凹部と分離された溝部とを含んで一体形成された絶縁層と、
前記絶縁層の凹部の底面を覆う第１電極層と、
前記第１電極層と対向する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に位置する第１有機層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に位置し、かつ発光層を含む第２有機層と、
前記絶縁層の溝部に収容され、かつ、前記第２電極層と電気的に接続された補助電極層と
を有し、
前記第１有機層、第２有機層および第１電極層は、前記絶縁層の凹部に収容されている
表示装置。 - 基体上に、凹部と、前記凹部を取り囲む凸部と、前記凸部によって前記凹部と分離された溝部とを含む一体の絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の凹部の底面を覆うように第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層と対向するように第２電極層を形成する工程と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に、第１有機層を形成する工程と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に、発光層を含む第２有機層を形成する工程と、
前記絶縁層の溝部に収容するように補助電極層を形成する工程と、
を含み、
前記第１電極層、第２有機層および第１有機層を、前記絶縁層の凹部に収容するように形成し、
前記第２電極層を、前記補助電極層を覆うように形成する
表示素子の製造方法。 - 有機材料により前記絶縁層を形成すると共に、その一部領域において、フォトリソグラフィ処理により厚み方向に前記絶縁層の一部を除去することで前記凹部を形成する
請求項８記載の表示素子の製造方法。 - ケイ素酸化物またはケイ素窒化物により前記絶縁層を形成し、その一部領域において、フッ素ガスを照射することにより厚み方向に前記絶縁層の一部を除去することで前記凹部を形成する
請求項８記載の表示素子の製造方法。 - 前記第１電極層の周縁部端面を傾斜面とする
請求項８記載の表示素子の製造方法。 - 前記絶縁層の凹部の一部に開口を形成すると共に、前記開口を充填するように前記第１電極層を形成する
請求項８記載の表示素子の製造方法。 - 前記基体に、前記第１電極層と第２電極層との間に印加される電圧を制御するための駆動素子を設け、前記開口において前記駆動素子と前記第１電極層とを導通させる
請求項１２記載の表示素子の製造方法。 - 前記絶縁層における凹部および溝部を一括して形成する
請求項８記載の表示素子の製造方法。 - 前記第１電極層と前記補助電極層とを同じ材料を用いて一括して形成する
請求項８記載の表示素子の製造方法。
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