JP5465009B2 - 画像表示装置の製造方法および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置の製造方法および画像表示装置に関する。

画像表示装置として、薄膜トランジスタなどを備える素子基板と、素子基板上に形成される平坦化膜と、平坦化膜上に画素ごとに形成される発光素子と、を備えて構成されたものが従来から知られている。

画素ごとに形成される発光素子は、例えば、下部電極、下部電極上に形成される発光層、および発光層上に形成される上部電極から構成される。発光層を画素ごとに形成する方法として、画素ごとに開口部を有する層間絶縁膜上にマスクのスペーサとして機能するリブを設け、このリブ上に所定の開口パターンを有する蒸着用のマスクを載置させた上、発光層となる材料を下部電極上に蒸着させるものが知られている（例えば、特開２００１−１９５００８号公報等）。

このように蒸着用のマスクを載置させるためのリブを設けることで、マスクが層間絶縁膜や発光層に接触するのを防止し、層間絶縁膜や発光層が損傷するのを防ぐことができる。

このようなリブは、例えば、層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜上に感光性材料を塗布し、これを露光および現像することにより所定の構造に形成される。

しかしながら上述したような従来の画像表示装置の製造方法では、層間絶縁膜の形成後、さらにリブを形成するための工程が別途必要となるため、製造工程が多く、生産性を向上させる上で問題があった。

また従来の画像表示装置では、リブの根元部分、すなわちリブと層間絶縁膜との接続部分において破損が生じやすく、破損した部分から水分が浸入するなどして、発光素子の長寿命化を図る上で問題となっていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リブの製造工程を簡略化し且つ損傷の少ないリブ構造とすることで、生産性が高く長寿命化に供することが可能な画像表示装置の製造方法および画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の製造方法は、素子基板上に、複数の画素領域を規定し、且つ上方に突出するリブを備える第１の絶縁膜を形成する工程と、前記各画素領域内に位置する開口部を有した第２の絶縁膜を前記第１の絶縁膜を被覆するように形成する工程とを有する。また、かかる画像表示装置の製造方法は、前記第１の絶縁膜上に位置する前記リブ上にマスクを配置し、該マスクを介して発光材料を前記開口部内に被着させる工程を更に有する。

また本発明の第２実施形態に係る画像表示装置は、素子基板と、前記素子基板上に形成され、複数の画素領域を規定し、且つ上方に突出する上部よりも下部が幅広なリブを備える第１の絶縁膜とを有する。また、かかる画像表示装置は、前記第１の絶縁膜上に形成され、前記各画素領域内に位置する開口部を有する第２の絶縁膜と、前記開口部より露出する前記第１絶縁膜上に形成される発光機能層と、前記各画素領域の前記各発光機能層を共通して被覆する保護膜とを更に有する。

本発明の実施形態にかかる画像表示装置の要部平面図である。 図１における線分Ａ−Ａ’の断面図である。 図１における線分Ｂ−Ｂ’の断面図である。 本発明の実施形態にかかるリブの形状および形成位置を説明するための要部平面図である。 本発明の一実施形態にかかる製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる製造方法の一工程を示す断面図である。

以下、本発明にかかる画像表示装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお本実施形態では、画像表示装置として、トップエミッション型の有機ＥＬディスプレイを例にとって説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置は、略長方形をなす複数の画素がマトリクス状に配列されている。各画素には、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）のいずれかを発光する発光素子が設けられており、画像表示装置をフルカラーのディスプレイパネルとして使用する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素を所定の規則に従って配列する。

図２、３に示す画像表示装置は、素子基板１と、素子基板１上に形成された第１の絶縁膜２と、第１の絶縁膜２上に形成された下部電極３と、下部電極３上に形成され、開口部を有する第２の絶縁膜４と、第２の絶縁膜４の開口部内に形成された発光機能層５を含んで構成されている。なお、発光機能層５はその上下に配される上部電極７および下部電極３とともに発光素子８を構成する。

素子基板１は、たとえばプラスチック又はガラスを用いることができるが、本実施形態にかかる有機ＥＬディスプレイはトップエミッション型であるため、透光性を有しない基板を採用することもできる。

素子基板１の上面には回路層６が形成されている。回路層６は発光素子８の駆動制御等を行うための各種回路素子を含み、トランジスタ及びコンデンサ等から構成されている。回路層６は、構成部材ごとの厚みが異なるためその表面に凹凸が形成されている。このように表面に凹凸を有する回路層６を覆うようにして第１の絶縁膜２が形成されている。この第１の絶縁膜２を設けることにより、第１の絶縁膜２上に発光素子８を設けた際、回路層６の凹凸の影響を少なくして所望の形状に発光素子８を形成することができる。

このような第１の絶縁膜２は、樹脂材料を回路層６を覆うようにして素子基板１上に塗布し、硬化することにより形成される。より具体的には、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、シリコン樹脂又はポリイミド樹脂などを主成分とする感光性樹脂材料を用いて、例えば、従来周知のスピンコート法、スリットコート法又はインクジェット法などにより回路層６を覆うようにして素子基板１上に塗布し、フォトマスクを用いて露光及び現像してパターンを形成し、その後加熱して硬化することにより第１の絶縁膜２が形成される。また、第１の絶縁膜２の材料として、非感光性樹脂材料を用いることもできる。この場合は、第１の絶縁膜２となる非感光性樹脂材料を塗布して形成される層にフォトレジストを用いてパターン形成し、ドライエッチングなどの手法により非感光性樹脂材料からなる層の所定箇所を除去することにより第１の絶縁膜２を形成することができる。

また第１の絶縁膜２には、回路層６と発光素子８とを電気的に接続するためのコンタクトホール１０が形成されている。このコンタクトホール１０は、露光・現像処理によって第１の絶縁膜２の所定箇所に形成された貫通孔であり、コンタクトホール１０に被着された下部電極３を介して発光素子８が回路層６と電気的に接続される。

さらに第１の絶縁膜２には、その一部を上方に突出させることにより形成されたリブ２ａが設けられている。このリブ２ａは、第１の絶縁膜２の隣接する画素間の境界部上に位置しており、その上端面の高さが発光機能層５の上端面の高さよりも高くなるように形成されている。これにより発光機能層５を蒸着する際、蒸着マスクのスペーサとしてリブ２ａを用いることができる。このように蒸着マスクのスペーサとして用いられるリブ２ａが第１の絶縁膜２と一体的に形成されることで、リブ２ａとその土台である第１の絶縁膜２との接続が強固なものとなり、従来のようにリブとその土台とを別個に形成した場合と比べて、リブ２ａと一体に接続されるリブ２ａの根元部分における剛性を強くすることができる。これよりリブ２ａとその土台に位置する第１の絶縁膜２との接着力を向上させ、リブ２ａにて囲まれる画素の耐久性を向上させることができ、画像表示装置の長寿命化に供することができる。

リブ２ａは、その断面形状が上底より下底が大きい台形となるように形成することが好ましい。これによって、リブ２ａの根元部分が安定し、リブ２ａの第１の絶縁膜２に対する接続をより強固にすることができる。また、リブ２ａの径が上方に向かうにつれ狭まることで、上部電極７を隣接する画素同士で共通電極となるようにベタパターンで形成する際に、上部電極７のステップカバレッジを良好にすることができるという利点もある。

かかるリブ２ａは、感光性材料からなる第１の絶縁膜２を露光・現像処理により形成する際に、露光量を調整することによって、第１の絶縁膜２と同時に形成することができる。例えば、第１の絶縁膜２をポジ型の感光性材料で形成する場合は、リブ２ａとなる部分には露光の光が照射されないようにし、コンタクトホール１０となる部分には、露光の光がダイレクトに照射されるようにし、それ以外の部分には露光光の２０〜８０％の量の光を照射することで、第１の絶縁膜２を形成するのと同時にリブ２ａを形成することができる。なお、露光量の調整は、露光に使用するフォトマスクの透過率を部分的に変えることにより行うこともできる。これにより、一枚のフォトマスクで、リブに該当する部分とそれ以外の露光量を選択的に変更してリブを形成することができる。

図４は、本実施形態における画像表示装置のリブ２ａの形状および形成位置を説明するための要部の平面図である。同図に示すように、リブ２ａは隣接する画素間の境界部に沿って縦方向（ｙ方向）に延びて列状に形成されている。なおリブ２ａの形状および形成位置はこれに限られず、例えば、隣接する画素間の境界部に沿って横方向（ｘ方向）に延びるように形成してもよいし、縦方向および横方向のいずれにも延びるようにして形成してもよい。

リブ２ａ上には画素ごとに区切られるようにパターニングされた下部電極３が形成されている。また下部電極３は、コンタクトホール１０を介して回路層６と接続されており、これにより発光素子８が回路層６と電気的に接続されることとなる。本実施形態のようにトップエミッション型の画像表示装置の場合、下部電極３は高反射性の材料を少なくともその一部に用いて形成するとよい。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）又はクロム（Ｃｒ）等とＩＴＯとの積層構造により下部電極３を形成することができる。また、ＭｇＡｇ合金などからなる半透過性の金属薄膜を用いて形成することもできる。

下部電極３上には、第２の絶縁膜４が形成されている。第２の絶縁膜４は、画素ごとに開口部４ａを有するように形成され、開口部４ａからは下部電極３が露出している。この開口部４ａは１画素の発光領域と対応している。すなわち第２の絶縁膜４は、下部電極３の発光領域のみを露出してそれ以外の部分を全面的に覆うようにして形成されている。このようにして第２の絶縁膜４を形成し、開口部４ａを発光機能層５で覆うことにより、下部電極３と上部電極７とが短絡するのを防止することができる。

かかる第２の絶縁膜４としては、例えば、窒化珪素又は酸化珪素などを用いてＣＶＤ法により形成することができる。またポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂又はフェノール樹脂などの感光性有機材料を用いて露光および現像処理を行うことにより形成することも可能であるが、有機材料に比べ吸湿性の低い無機材料を用いることができるＣＶＤ法により形成する方が画像表示装置の長寿命化の観点から好ましい。

第２の絶縁膜４の開口部４ａから露出する下部電極３上には発光機能層５が形成されている。より具体的には、開口部４ａから露出する下部電極３の全面を覆い、且つその周縁部が第２の絶縁膜４に乗り上げるようにして、画素ごとに発光機能層５が形成されている。この発光機能層５は、リブ２ａをスペーサとして第２の絶縁膜４上に所定の開口パターンを有するマスクを配置させ、発光機能層５となる発光材料を開口部４ａから露出する下部電極３に蒸着することによって形成される。発光機能層５は少なくとも発光する機能を有する発光層を含んで構成されるものであり、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電荷輸送層及び電荷注入層の順に積層された構造を有する。

発光機能層５の上面には上部電極７が形成されている。この上部電極７は各画素に共通電極となるようにベタパターンで形成されている。本実施形態はトップエミッション型の画像表示装置であり、上部電極側に光を取り出す必要があることから、上部電極７は光を透過する電極材料を用いるか、透明でない金属材料を極めて薄く被着させることにより光を透過させるようにして形成する。また、上部電極７を発光素子８のカソード電極として用いる場合には、例えば、仕事関数の小さいマグネシウム又は銀などの合金材料により形成され、アノード電極として用いる場合には、例えば、仕事関数の大きいＩＴＯなどにより形成される。

上部電極７の上面には保護膜９が形成されている。保護膜９は、発光素子８を水分又は外気から保護するものであって、シリコン酸化膜（ＳｉＮ，ＳｉＯ_２，ＳｉＯＮ等）、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＮｘ等）等の無機材料からなり、従来周知の蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法等により形成される。なお、保護膜９の厚みは、例えば５００ｎｍ〜５μｍに設定されている。また、保護膜９は、ステップカバレッジが良好な上部電極７上に形成されるため、発光素子８を十分に封止して被覆することができ、発光素子８の寿命を長くするこができる。

本実施形態の画像表示装置は、構成部材としてさらに素子基板１に対向して配置される封止基板１２と、封止基板１２と素子基板１とを接着するシール材１１とを有している。シール材１１は、封止基板１２を素子基板１へ接着するためのものであり、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂又はシリコン樹脂などの光硬化性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を用いて形成される。

封止基板１２は、例えば、プラスチック又はガラス等の透光性の基板により形成される。

次に本発明の実施形態にかかる画像表示装置の製造方法について、図５〜図８を参照しつつ説明する。

図５に示すように複数の画素領域Ｐを有する素子基板１上に、隣接する画素領域Ｐを跨ぐようにして第１の絶縁膜２を形成する。

第１の絶縁膜２を形成するにはまず図５Ａに示すように、回路層６が形成された素子基板１上に第１の絶縁膜２となる感光性樹脂ペースト２’を塗布する。

素子基板１は、例えばプラスチック又はガラスなどからなり、マトリクス状に配置された複数の画素領域Ｐを有している。なお画素領域Ｐ上に１画素分の各種構成部材（発光素子など）が作り込まれる。かかる素子基板１上には薄膜トランジスタ及びコンデンサなどの各種回路素子、および回路素子同士を接続する配線導体などから構成される回路層６が形成されている。この回路層６は、従来周知のフォトエッチングプロセスを経て形成されるものである。すなわち、金属材料、感光性樹脂材料又は半導体材料などを用いて、成膜、露光、現像及びエッチングなどを繰り返し行うことで所定の回路を構成する回路層６が形成される。

感光性樹脂ペースト２’は、例えば、アクリル樹脂、ノボラック樹脂又はシリコン樹脂、ポリイミド樹脂などを主成分とするポジ型の感光性樹脂材料からなり、これを従来周知のスピンコート法、スリットコート法又はインクジェット法などにより所定厚みに塗布する。

次に感光性樹脂ペースト２’を露光および現像することによりリブ２ａおよびコンタクトホール１０を有する第１の絶縁膜２を形成する。本実施形態では、感光性樹脂ペースト２’の露光時における露光量を調整することにより第１の絶縁膜２にリブ２ａを形成する。ここでは、露光量の調整が可能なマスクを用いてリブ２ａを形成する例について説明する。

露光量の調整が可能なマスクとして、例えば、ハーフトーンマスク又はスリットマスクを用いることができる。ハーフトーンマスクとは、所定の透過率を有する材料を用いて形成されたマスク又は所定のある領域が所定の透過率となるように露光装置の解像力以下の微細パターンが形成されたマスクであり、露光強度が調整できるようになっている。具体的には、露光光の波長に対する透過率が判明している材料を用いて厚みを調整することによって、露光光に対し任意の透過率を有するようにしている。またスリットマスクとは、回折パターンを用いて露光量を調整可能としたマスクであり、露光装置の解像限界値よりも微細な間隔を有するストライプ状のパターンをマスク上に多数配置したものが使用できる。露光装置の解像限界値よりも微細なパターンとすることで感光性樹脂ペースト２’はストライプ状には露光されず、スリット部分を通過した露光光は、通過前の露光強度よりも弱い強度で露光される。

本実施形態では図５Ｂに示すようにハーフトーンマスク２０を使用している。本実施形態のように感光性樹脂ペースト２’をポジ型の材料により形成した場合は、リブ２ａが形成される部分には、露光光が当たらないようにし、コンタクトホール１０が形成される部分には、露光光がほぼそのまま当たるようにしたハーフトーンマスク２０を用いる。また、リブ２ａおよびコンタクトホール１０以外の部分、すなわち第１の絶縁膜２となる部分には、例えば、露光光が２０〜８０％の割合で透過した光が当たるようにする。このように露光を行うことによって、続いて行う現像処理において、露光光が照射されなかった部分はそのまま残ってリブ２ａとなる。そして、露光光がほぼそのまま照射された部分では、感光性樹脂ペースト２’が厚み方向を貫くようにして除去されコンタクトホール１０が形成される。また、リブ２ａおよびコンタクトホール１０以外の部分は、感光性樹脂ペースト２’が所定厚みだけ除去され、図５Ｃに示すような第１の絶縁膜２が形成される。このように露光量を調整できるマスクを用いることにより、第１の絶縁膜２の形成工程において、発光機能層５を蒸着する際のマスクのスペーサを形成するための工程を別途設ける必要がなくなるため、画像表示装置の生産性を向上させることができる。

リブ２ａを有する第１の絶縁膜２を形成した後、図６に示すように下部電極３を形成する。下部電極３は高反射性の材料を少なくともその一部に用いて形成するとよい。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）又はクロム（Ｃｒ）等とＩＴＯとの積層構造により下部電極３を形成することができる。また、ＭｇＡｇ合金などからなる半透過性の金属薄膜を用いて形成することもできる。このような材料を用いて、スパッタにより全面的に成膜した後、画素ごとに区切られるようにフォトリソグラフィ法によりパターニングすることによって下部電極３が形成される。

次に図７に示すように、１画素の発光領域に対応する開口部４ａを有する第２の絶縁膜４を第１の絶縁膜２上に形成する。

第２の絶縁膜４は、例えば、酸化ケイ素又は酸化シリコンなどを用いてＣＶＤ法により全面的に成膜した後、開口部４ａを有するようにフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成することができる。なお、第２の絶縁膜４の成膜は、ＣＶＤ法以外にもスパッタ法又は蒸着法などにより行うことも可能である。

このように酸化ケイ素などの無機材料を用いてＣＶＤ法により第２の絶縁膜４を形成することで、樹脂材料により第２の絶縁膜４を形成した場合に比べ、第２の絶縁膜４が吸収し得る水分などの量を少なくすることができ、画像表示装置の長寿命化に供することができる。また第２の絶縁膜４の下層に位置する第１の絶縁膜２にリブ２ａが予め設けられているので、第２の絶縁膜４の上に別体のリブを形成する工程が必要なく生産効率もよい。

次に図８に示すように、第２の絶縁膜４上に蒸着用マスク２１を配置し、発光領域に各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応した発光機能層５を蒸着法により形成する。

発光機能層５を形成するには、図８に示すように、蒸着用マスク２１を第２の絶縁膜上に配置する。このときリブ２ａが蒸着用マスク２１のスペーサとして機能し、蒸着用マスク２１が発光機能層５に接触するのを防止することができる。この状態で開口部４ａから露出する下部電極３の上面に発光材料としての正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層となる材料を順に蒸着させることにより発光機能層５が形成される。

次に、発光機能層５上にマグネシウム又は銀などの合金材料を、ＣＶＤ法又はスパッタにより全面的に被着させ各画素共通の上部電極７を形成する。続いて上部電極７上に、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの無機材料を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ法により被着させることにより保護膜９を形成する。最後にシール材１１が内面に被着された封止基板１２を素子基板１に張り合わせることにより画像表示装置が完成する。

（他の実施形態）
図９は、本発明の他の実施形態にかかる画像表示装置の製造方法の一工程を示す断面図である。上述の実施形態では、リブ２ａを有する第１の絶縁膜２を形成する方法として、露光量の調整が可能なマスクを用いたが、ここでは２段階の露光を行うことで、リブ２ａを有する第１の絶縁膜２を形成している。具体的には、まず図９Ａに示すように、素子基板１上に感光性の樹脂ペースト２’を塗布した後、コンタクトホール１０が形成される部分のみ露光が露光されるように第１のシャドウマスク２２を用いて最初の露光を行う。続いて図９Ｂに示すようにリブ２ａが形成される部分以外が露光されるように第２のシャドウマスク２３を用いて露光を行う。このようにして露光を行った後、現像処理を行うことにより図９Ｃに示すように、リブ２ａおよびコンタクトホール１０が形成された第１の絶縁膜２を形成することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上述した実施形態においては、下部電極３を各画素で独立した電極とし、上部電極７を各画素に共通の電極としたが、下部電極３を各画素に共通の電極とし、上部電極７を各画素で独立した電極としても構わない。

Claims (4)

1. 素子基板上に、複数の画素領域を規定するリブを備える第１の絶縁膜を、複数の画素領域を跨ぐようにして形成する工程であって、前記リブは前記第１の絶縁膜の水平面に対して垂直な方向に突出する、工程であって、前記第１の絶縁膜は、感光性材料により形成されており、前記第１の絶縁膜を形成する工程において、前記感光性材料に露光される露光量を調整することにより前記リブが形成される工程と、
   上記第１の絶縁膜上に下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極の上に、前記各画素領域内に位置する開口部を有した第２の絶縁膜を、少なくともその一部が前記リブを覆うように、形成する工程と、
   前記第１の絶縁膜上に位置する前記リブ上にマスクを配置し、該マスクを介して発光材料を前記開口部内に被着させる工程と、
   前記各画素領域の前記各発光材料を含む発光機能層を共通して被覆する上部電極を形成する工程と、
   を含む画像表示装置の製造方法。
2. 前記リブは上部よりも下部が幅広に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
3. 素子基板と、
   前記素子基板上に感光性材料により形成され、複数の画素領域を規定し、且つ前記感光性材料に露光される露光量を調整することにより形成された、その水平面に対して垂直な方向に突出する上部よりも下部が幅広なリブを備える、複数の画素領域を跨ぐようにして形成された第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成された下部電極と、
   前記下部電極上に、少なくともその一部が前記リブを覆うように形成された、前記各画素領域内に位置する開口部を有する第２の絶縁膜と、
   前記開口部より露出する前記下部電極に、前記基板からその上端までの幅が前記基板から前記リブの上端までの幅よりも短くなるように形成される発光機能層と、
   前記各画素領域の前記各発光材料を含む発光機能層を共通して被覆する上部電極と、
   前記上部電極の上に設けられた、前記各画素領域の前記各発光機能層を共通して被覆する保護膜と、
   を備えた画像表示装置。
4. 前記複数の画素領域は、第１方向及び前記第１方向と異なる第２方向に沿ってマトリックス状に配列されており、
   前記リブは、前記第１方向又は前記第２方向のいずれかの方向に沿って連続して形成されることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。

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