JP5949361B2 - 有機ｅｌ表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子および有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴという）を備えた有機ＥＬ表示装置およびその製造方法に関するものである。

従来より、有機ＥＬ素子にて有機ＴＦＴを駆動する有機ＥＬ表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。

例えば、従来は、図６に示すように、樹脂基板１０１の表面に水分バリア膜１０２が成膜され、その上に有機ＥＬ素子１０３および有機ＴＦＴ１０４が形成され、これらが水分バリア膜１０２の上に形成された配線１０５を介して電気的に接続された構造とされている。そして、有機ＥＬ素子１０３や有機ＴＦＴ１０４および配線１０５の表面を更に水分バリア膜１０６を覆うことで、水分等のガスによる有機ＥＬ素子１０３および有機ＴＦＴ１０４の劣化の抑制、配線１０５の高抵抗化の抑制が図れるようにしている。

また、図７に示すように、樹脂基板１１１の表面に水分バリア膜１１２が成膜され、その上に有機ＴＦＴ１１３、平坦化層１１４および有機ＥＬ素子１１５が順に積層された構造とされる場合もある。この場合、スルーホール１１６に配線１１７を配置することで有機ＴＦＴ１１４と有機ＥＬ素子１１５を電気的に接続できる構造とし、更に有機ＥＬ素子１１５上を水分バリア膜１１８を覆うことで、水分等のガスによる有機ＥＬ素子１１５および有機ＴＦＴ１１３の劣化の抑制、配線１１７の高抵抗化の抑制が図れるようにしている。

なお、図６および図７では、有機ＥＬ素子１０３、１１５および有機ＴＦＴ１０４、１１３を簡略化して１つの層として図示してあるが、実際にはこれらを構成する複数の層で構成されている。

特許第４７３３７６８号公報

しかしながら、図６および図７のような構造の場合、樹脂基板１０１、１１１の一面側に有機ＥＬ素子１０３、１１５および有機ＴＦＴ１０４、１１３の両方が配置された構造となっている。このため、樹脂基板１０１、１１１の両面の応力が不均一になり、樹脂基板１０１、１１１に反りが発生するという問題がある。

また、図６の構造の場合、同一平面上に有機ＥＬ素子１０３および有機ＴＦＴ１０４を配置していることから、有機ＥＬ素子１０３の配置面積が有機ＴＦＴ１０４の配置面積の影響を受けることになる。このため、１画素中における開口率、つまり１つの有機ＥＬ素子１０３が発光する面積比率が有機ＴＦＴ１０４の配置スペースの犠牲になって小さくなる。

また、図７の構造のように、有機ＴＦＴ１１３の上に平坦化層１１４を介して有機ＥＬ素子１１５を配置する構造の場合、有機ＥＬ素子１１５を印刷形成のような焼成が必要な手法で形成すると、有機ＴＦＴ１１５の耐熱性が低いために、有機ＴＦＴ１１５が劣化してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、樹脂基板の反りを防止でき、開口率が高くできる有機ＥＬ表示装置およびその製造方法を提供することを第１の目的とする。また、樹脂基板の反りを防止でき、開口率が高くでき、かつ、焼成しても有機ＴＦＴの劣化が生じない構造の有機ＥＬ表示装置およびその製造方法を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし４に記載の発明では、樹脂基板（１）の表面側に有機ＥＬ素子（４）を形成すると共に裏面側に有機ＴＦＴ（５）を形成し、樹脂基板（１）に形成したスルーホール（１ａ）を通じて、配線（３）にて有機ＥＬ素子と有機ＴＦＴとを電気的に接続して結線することを特徴としている。

このように、樹脂基板の表面側に有機ＥＬ素子を配置すると共に裏面側に有機ＴＦＴを配置すると、樹脂基板の両面の応力が均一化され、樹脂基板に反りが発生することを抑制できる。また、有機ＥＬ素子と有機ＴＦＴの配置面が異なっており、同一平面上に配置していないため、有機ＥＬ素子の配置面積が有機ＴＦＴの配置面積の影響を受けない。このため、１画素中における開口率、つまり１つの有機ＥＬ素子が発光する面積比率が有機ＴＦＴの配置スペースの犠牲になって小さくなることを防止でき、開口率を高くすることが可能となる。

請求項５ないし９に記載の発明では、表面および裏面を有する樹脂基板（１）を用意する工程と、樹脂基板に対して、表面から裏面に貫通するスルーホール（１ａ）を形成する工程と、樹脂基板に形成されたスルーホールの内壁面および該樹脂基板の表面側および裏面側に配線（３）を形成する工程と、樹脂基板の表面側に、配線に接続される有機ＥＬ素子（４）を形成する工程と、有機ＥＬ素子を形成した後で、樹脂基板の裏面側に、配線に接続され、有機ＥＬ素子の駆動を行う駆動トランジスタを含む有機薄膜トランジスタ（５）を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。

このように、樹脂基板にスルーホールを形成した後、更に配線の形成を行い、その後、有機ＥＬ素子を形成してから有機ＴＦＴを形成するようにしている。このため、有機ＥＬ素子の形成を印刷などで行うことで焼成が行われたとしても、有機ＴＦＴの劣化が生じないようにできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の断面図である。 図１に示す有機ＥＬ表示装置の領域Ｒ１の部分拡大図である。 図１に示す有機ＥＬ表示装置の回路図である。 図１に示す有機ＥＬ表示装置の製造工程を示した断面図である。 他の実施形態で説明する有機ＥＬ表示装置の断面図である。 従来の有機ＥＬ素子の一例を示した断面図である。 従来の有機ＥＬ素子の一例を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の構成について説明する。図１および図２に示すように、本実施形態の有機ＥＬ表示装置は、表面および裏面を有する樹脂基板１を用いて形成されている。樹脂基板１は、例えば ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）もしくはポリイミドなどの樹脂材料によって構成されている。

この樹脂基板１には、表面から裏面に貫通するスルーホール１ａが形成されており、このスルーホール１ａの側面（内壁面）および樹脂基板１の表面全面を覆うように、水分バリア膜（第１の水分バリア膜）２が形成されている。水分バリア膜２は、緻密性を有する水分を通過させない膜であり、この水分バリア膜２により樹脂基板１側からの水分などの通過を防止している。例えば、水分バリア膜２は、アルミナ（酸化アルミニウム）や酸化アルミ−チタン（Ａｌ−Ｔｉ−Ｏ）で構成される。また、水分バリア膜２を無機材料で構成される無機膜で構成することもできるが、無機膜のみでは硬く、柔軟性に乏しいことから、無機膜と柔軟性を有する有機材料で構成される有機膜の積層構造からなる膜などによって構成すると好ましい。例えば、無機材料としては酸化アルミ（Al₂O₃）など、有機材料としてはフェニル基を持つ化合物、炭化水素系材料、オキシビフェニル系および直鎖化合物などが挙げられる
この水分バリア膜２のうちスルーホール１ａ内に位置している部分からその外部に至る部分において、水分バリア膜２の表面には配線３が形成されている。配線３は、樹脂基板１の表裏両面においてパターニングされており、例えばＡｌなどの配線金属によって構成されている。

水分バリア膜２のうち、樹脂基板１の表面側（一面側）に配置された部分の表面には、有機ＥＬ素子４が形成されている。図１および図２中では有機ＥＬ素子４を簡略化して記載してあるが、実際には、下部電極、正孔輸送層（ＨＴＬ：Hole Transfer Layer）や発光層を含む有機層によって構成されている有機ＥＬ層、上部電極などを備えた構成とされている。そして、有機ＥＬ素子４のうちの下部電極もしくは上部電極に対して配線３が電気的接続された状態になっている。

また、水分バリア膜２のうち、樹脂基板１の裏面側（他面側）に配置された部分の表面には、有機ＴＦＴ５が形成されている。有機ＴＦＴ５は、有機ＥＬ素子４を駆動するための駆動トランジスタを構成するものである。図１および図２中では有機ＴＦＴ５を簡略化して記載してあるが、実際には、ソース電極もしくはドレイン電極を構成する底部電極層や頂部電極層と、有機半導体層と、ゲート絶縁膜およびゲート電極などを有した構成とされている。そして、有機ＴＦＴ５のうちの底部電極層もしくは頂部電極層に対して配線３が電気的に接続された状態になっている。

さらに、有機ＥＬ素子４や有機ＴＦＴ５およびスルーホール１ａ内やその周辺において露出している配線３の表面を覆うように、水分バリア膜（第２の水分バリア膜）６が形成されている。この水分バリア膜６により、外部から有機ＥＬ素子子４や有機ＴＦＴ５および配線３側への水分などの通過を防止している。水分バリア膜６は、水分バリア膜２と同様の材料で構成されている。

なお、図１および図２中には示していないが、有機ＴＦＴ５が形成される側に、キャパシタなどを形成することもできる。

このような構造により、本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置が構成されている。このように構成される有機ＥＬ表示装置の１画素分の回路は、例えば図３に示す回路構成とされる。具体的には、ダイオード素子として表される有機ＥＬ素子４に接続された第１トランジスタ１１と、データ線に接続される第２トランジスタ１２およびキャパシタ１３とを備えた構成とされる。そして、例えば第１トランジスタ１１のドレインに対して有機ＥＬ素子４が接続されると共に、第１トランジスタ１１のゲート電極に対して第２トランジスタ１２のソースが接続され、第１トランジスタ１１のゲート−ソース間にキャパシタ１３が接続される。第１、第２トランジスタ１１、１２が有機ＴＦＴ５にて構成されるものであり、キャパシタ１３についても有機ＴＦＴ５と共に樹脂基板１の裏面側に形成されるようにすることもできる。そして、このような回路構成とされる有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子４と有機ＴＦＴ５とがスルーホール１ａを通じて配線３にて結線されている。

このような構成とされた有機ＥＬ表示装置では、第２トランジスタ１２のゲート電極に選択パルスが入力されると、第２トランジスタ１２を通じてデータ線よりデータ信号が第１トランジスタ１１のゲート電極に入力される。これにより、選択された有機ＥＬ素子４については電源ラインを通じて駆動電圧が印加されて発光するという動作を行う。

以上説明した有機ＥＬ表示装置によれば、樹脂基板１の表面側に有機ＥＬ素子４を配置していると共に裏面側に有機ＴＦＴ５を配置していることから、樹脂基板１の両面の応力が均一化され、樹脂基板１に反りが発生することを抑制できる。また、有機ＥＬ素子４と有機ＴＦＴ５の配置面が異なっており、同一平面上に配置していないため、有機ＥＬ素子４の配置面積が有機ＴＦＴ５の配置面積の影響を受けない。このため、１画素中における開口率、つまり１つの有機ＥＬ素子４が発光する面積比率が有機ＴＦＴ５の配置スペースの犠牲になって小さくなることを防止でき、開口率を高くすることが可能となる。

さらに、本実施形態の有機ＥＬ表示装置では、スルーホール１ａが形成されているため、このスルーホール１ａを通じて有機ＥＬ表示装置の一面側からその反対側を透視することができる。このため、スルーホール１ａの部分が透明となる半透明の有機ＥＬ表示装置にできる。特に、有機ＥＬ表示装置の表示器の各画素中において、各画素面積に対するスルーホール１ａの面積の比率が５０％以上となるようにすれば、透明な領域を増やすことができ、より有機ＥＬ表示装置を通じて一面側から反対側への透視が行い易くなるようにできる。

続いて、上記のように構成された本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の製造方法について、図４に示す有機ＥＬ表示装置の製造工程を示した断面図を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、ＰＥＮやＰＥＴもしくはポリイミドなどの樹脂材料によって構成された樹脂基板１を用意する。そして、図４（ｂ）に示すように、樹脂基板１の所望位置にスルーホール１ａを形成する。例えば、レーザー照射やドライエッチング、ウェットエッチング等によってスルーホール１ａを形成することができる。レーザー照射やドライエッチングの場合、スルーホール１ａの形成時に水分が発生しないため、後工程で形成する配線３や有機ＥＬ素子４および有機ＴＦＴ５などへの水分の影響を抑制する上で有効である。一方、ウェットエッチングの場合、スルーホール１ａの形成時に水分が発生するため、後工程で形成する配線３や有機ＥＬ素子４および有機ＴＦＴ５などへの水分の影響を考慮すると好ましくない。しかし、ウェットエッチング後に乾燥工程、例えば真空中において高温乾燥を行うようにすると、発生した水分を除去できるため、ウェットエッチングの場合には、その後に乾燥工程を組み合わせると好ましい。

次に、必要に応じて脱水処理を行う。例えば、真空中において高温乾燥を行う。これにより、製造初期から製造装置内や樹脂基板１の表面などに存在している水分を除去する。スルーホール１ａをウェットエッチングにて形成する場合の乾燥工程をこの脱水処理として行っても良い。そして、図４（ｃ）に示すように、スルーホール１ａの側面（内壁面）を含め、樹脂基板１の表面全面に、アルミナなどからなる水分バリア膜２を形成する。例えば、ＡＬＤ（原子層成長）法などによって水分バリア膜２を形成することができる。このようなＡＬＤ法を用いた水分バリア膜２の形成方法だと、水分バリア膜２の原料ガスが樹脂基板１の周囲全域に回りこむようにして水分バリア膜２を形成できることから、１度の工程で水分バリア膜２を形成できる。また、水分バリア膜２の構成材料の膜を２枚用意し、樹脂基板１の表裏両面に配置することで樹脂基板１を挟み込んだ後、スルーホール１ａと対応する部分において水分バリア膜２の構成材料の膜を除去するという方法によっても水分バリア膜２を形成できる。

続いて、図４（ｄ）に示すように、スルーホール１ａ内を含む水分バリア膜２の表面全面にアルミなどの配線金属材料を成膜したのち、それをパターニングすることで配線３を形成する。これにより、水分バリア膜２のうちスルーホール１ａ内に位置している部分からその外部に至る部分において、水分バリア膜２の表面に配線３を形成できる。

その後、図４（ｅ）に示すように、樹脂基板１の表面側において、有機ＥＬ素子４を形成する。具体的には、下部電極の形成工程、正孔輸送層や発光層を含む有機層によって構成されている有機ＥＬ層の形成工程、上部電極の形成工程などを行うことで、有機ＥＬ素子４を形成する。このとき、有機ＥＬ素子４を形成するときの少なくとも一部の形成工程、例えば有機層を印刷のような塗布型の形成工程によって行う場合、焼成が必要になるため、樹脂基板１などが高温に曝されることになる。しかしながら、この段階ではまだ有機ＴＦＴ５を形成していないため、焼成による高温が有機ＴＦＴ５に影響を与えることはない。このため、有機ＴＦＴ５の劣化の問題が発生しないようにできる。

そして、図４（ｆ）に示すように、樹脂基板１の裏面側において、有機ＴＦＴ５を形成する。具体的には、ソース電極もしくはドレイン電極を構成する底部電極層や頂部電極層の形成工程、有機半導体層の形成工程、ゲート絶縁膜の形成工程およびゲート電極の形成工程などを行うことで、有機ＴＦＴ５を形成する。

この後の工程については図示していないが、有機ＥＬ素子４や有機ＴＦＴ５およびスルーホール１ａ内やその周辺において露出している配線３の表面を覆うように、再び水分バリア膜６を形成することで、図１に示した有機ＥＬ表示装置が完成する。

以上説明した有機ＥＬ表示装置の製造方法によれば、樹脂基板１にスルーホール１ａを形成した後、水分バリア膜２の成膜や配線３の形成を行い、その後、有機ＥＬ素子４を形成してから有機ＴＦＴ５を形成するようにしている。このため、有機ＥＬ素子４の形成を印刷などで行うことで焼成が行われたとしても、有機ＴＦＴ５の劣化が生じないようにできる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、有機ＥＬ素子４や有機ＴＦＴ５が備えられた有機ＥＬ表示装置の一例について説明したが、上記実施形態とは異なる構造や材料によって構成される有機ＥＬ素子４や有機ＴＦＴ５が備えられた有機ＥＬ装置に対しても、本発明を適用できる。

また、上記実施形態では、スルーホール１ａ内に配線３や水分バリア膜２、６が配置されてもスルーホール１ａ内に空間が残り、スルーホール１ａを通じて有機ＥＬ表示装置の一面側からその反対側を透視することができる半透明の状態となるようにした。しかしながら、これは単なる一例を示したのであり、例えば、図５に示すように、スルーホール１ａ内が配線３および水分バリア膜２によって埋め込まれるような構造としても良い。この場合には、スルーホール１ａ内に空間が残らないため、有機ＥＬ表示装置は不透明な状態となる。

１ 樹脂基板
１ａ スルーホール
２、６ 水分バリア膜
３ 配線
４ 有機ＥＬ素子
５ 有機ＴＦＴ
１１、１２ 第１、第２トランジスタ
１３ キャパシタ

Claims (9)

1. 表面および裏面を有し、前記表面から前記裏面に貫通するスルーホール（１ａ）が形成された樹脂基板（１）と、
   前記樹脂基板に形成されたスルーホールの内壁面および該樹脂基板の表面側および裏面側に形成された配線（３）と、
   前記樹脂基板の表面側に配置された有機ＥＬ素子（４）と、
   前記樹脂基板の裏面側に配置され、前記有機ＥＬ素子の駆動を行う駆動トランジスタを含む有機薄膜トランジスタ（５）と、を備え、
   前記スルーホールを介して、前記配線にて前記有機ＥＬ素子と前記有機薄膜トランジスタとが電気的に接続されて結線されており、
   前記スルーホールの内壁面を含めて前記樹脂基板の表面および裏面を覆う第１の水分バリア膜（２）を有し、
   前記第１の水分バリア膜の上に、前記配線と前記有機ＥＬ素子および前記有機薄膜トランジスタが備えられていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記スルーホール内において、前記有機ＥＬ素子と前記有機薄膜トランジスタとを結線している前記配線の表面が第２の水分バリア膜（６）にて覆われていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 表示器の各画素面積に対する前記スルーホールの面積の比率が５０％以上とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記第１の水分バリア膜と前記第２の水分バリア膜のうちの少なくとも一方が無機材料で構成された無機膜と有機材料で構成された有機膜の積層構造にて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 表面および裏面を有する樹脂基板（１）を用意する工程と、
   前記樹脂基板に対して、前記表面から前記裏面に貫通するスルーホール（１ａ）を形成する工程と、
   前記樹脂基板に形成されたスルーホールの内壁面および該樹脂基板の表面側および裏面側に配線（３）を形成する工程と、
   前記樹脂基板の表面側に、前記配線に接続される有機ＥＬ素子（４）を形成する工程と、
   前記有機ＥＬ素子を形成した後で、前記樹脂基板の裏面側に、前記配線に接続され、前記有機ＥＬ素子の駆動を行う駆動トランジスタを含む有機薄膜トランジスタ（５）を形成する工程と、
   を含んでいることを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
6. 前記スルーホールを形成する工程では、前記樹脂基板に対してレーザー照射を行うことにより、前記スルーホールを形成することを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
7. 前記スルーホールの内壁面を含めて前記樹脂基板の表面および裏面を覆う第１の水分バリア膜（２）を形成する工程と、
   前記スルーホール内において、前記有機ＥＬ素子と前記有機薄膜トランジスタとを結線している前記配線の表面と前記有機ＥＬ素子および前記有機薄膜トランジスタの表面を覆う第２の水分バリア膜（６）を形成する工程と、を有し、
   前記第１の水分バリア膜を形成する工程と前記第２の水分バリア膜を形成する工程の少なくとも一方について、原子層成長法にて行うことを特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
8. 前記第１の水分バリア膜を形成する工程の前に、脱水処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
9. 前記有機ＥＬ素子を形成する工程は、該有機ＥＬ素子を形成するときの少なくとも一部を印刷形成することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１つに記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

Images