JP6692900B2 - 有機el表示パネル及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、有機材料の電界発光現象を利用した有機EL(Electro Luminescence)素子を用いた、及びそれを用いた有機EL表示パネルとその製造方法に関する。
近年、デジタルテレビ等の表示装置に用いられる表示パネルとして、基板上に有機EL素子をマトリックス状に複数配列した有機EL表示パネルが実用化されている。この有機EL表示パネルは、各有機EL素子が自発光を行うので視認性が高い。有機EL表示パネルにおいて、各有機EL素子は、陽極と陰極の一対の電極の間に有機発光材料を含む発光層が配設された基本構造を有し、駆動時には、一対の電極対間に電圧を印加し、陽極から発光層に注入されるホールと、陰極から発光層に注入される電子との再結合に伴って発光する。
このような有機EL表示パネルでは、有機EL素子からの光取り出し効率を向上させることが、消費電力低減や長寿命化に向けた課題となっていた。
これに対し、例えば、特許文献1、2には、凹形状の第1部材と第1部材間に充填された第2部材からなるリフレクタ(反射構造)と両部材間に存在する有機発光層とを備え、第1部材の屈折率と第2部材の屈折率とを所定の範囲とすることで光取り出し効率を向上した表示装置が提案されている。
特開2013−191533号公報 特開2015−144107号公報
しかしながら、特許文献1、2記載の技術では、リフレクタ構造において製造コストが安いインクジェット法といった塗布法を用いて有機発光層を形成する場合には、発光層の材料を含むインクを塗布すべき画素電極上の塗布面に凹形状の第1部材が複数存在するため、インクを画素内で均一に塗布することが困難となる。そのため、成膜されたときに画素内で発光層の膜厚が不均一となり輝度ムラが生じるという課題があった。
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リフレクタ構造において製造コストが安い塗布法を用い、かつ、画素内で発光層の膜厚の均一化を図り輝度ムラを抑制する有機EL表示パネル及びその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルは、複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルであって、基板と、前記基板上に行列状に配され光反射材料からなる複数の画素電極層と、前記画素電極層上方において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の開口が複数開設され、前記基板の平面視において前記開口の少なくとも1つと連通する上方が開口した有底の溝部を備えた状態で、前記基板及び前記画素電極層上に配されてなる絶縁層と、前記複数の画素電極層のそれぞれの上方に配され、前記複数の開口内において有機電界発光を生ずる発光層を含む有機機能層と、前記複数の発光層上方に配された透光性の対向電極層とを備え、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは列方向において同一であることを特徴とする。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネル及びその製造方法によれば、塗布型の機能層を有するリフレクタ構造の表示パネルにおいて、画素内で発光層の膜厚の均一化を図り輝度ムラを抑制することができる。
実施の形態に係る有機EL表示装置1の回路構成を示す模式ブロック図である。 有機EL表示装置1に用いる有機EL表示パネル10の各サブ画素100seにおける回路構成を示す模式回路図である。 有機EL表示パネル10の一部を示す模式平面図である。 (a)は、図3におけるX1部の拡大平面図であり、(b)絶縁層122の上方から視したX1部の拡大平面図である。 図4(b)におけるA1−A1で切断した模式断面図である。 図4(b)におけるA2−A2で切断した模式断面図である。 図4(b)におけるB1−B1で切断した模式断面図である。 図4(b)におけるB2−B2で切断した模式断面図である。 図4(b)におけるB3−B3で切断した模式断面図である。 (a)は、有機EL素子100において、全反射を得るための開口122z壁面の傾斜角をαの算出方法を示した模式図、(b)は、発光した光が開口122z壁面で反射して有効な視野角γ’に届く有効発光範囲Lの算出方法を示した模式図である。 (a)〜(e)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(c)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図、(d)は基板100x上の背景を投影した模式断面図である。 (a)〜(c)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(b)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131と背面パネルとの貼り合わせ工程での状態を示す図4(b)におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(d)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA2−A2と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(c)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるA2−A2と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(b)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131と背面パネルとの貼り合わせ工程での状態を示す図4(b)におけるA2−A2と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(d)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるB1−B1と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(d)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図4(b)におけるB1−B1と同じ位置で切断した模式断面図である。 (a)〜(b)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131と背面パネルとの貼り合わせ工程での状態を示す図4(b)におけるB1−B1と同じ位置で切断した模式断面図である。 有機EL表示パネル10の製造方法において、基板に対して発光層形成用のインクを塗布する工程を示す図であって、(a)は列バンク522Y間の間隙522zに一様に塗布する場合、(b)は絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する場合の模式図である。 (a)〜(f)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131製造の各工程での状態を示す模式断面図である。 (a)は、有機EL表示パネル10の一部を示す模式平面図、(b)は、(a)における1個のサブ画素を示す拡大平面図である。 (a)〜(c)は、変形例に係るサブ画素を示す拡大平面図である。 (a)(b)は、変形例に係るサブ画素を示す拡大平面図である。 (a)(b)は、変形例に係るサブ画素を示す拡大平面図である。 (a)(b)は、変形例に係るサブ画素を示す拡大平面図である。 (a)〜(h)は、変形例に係るサブ画素を示す拡大平面図である。 発明者らが想起した表示パネルにおける画素の平面図である。 (a)は、発明者らが想起した表示パネルの基板におけるサブ画素内における発光層の膜厚を測定した結果、(b)は、表示パネルにおけるサブ画素内における輝度分布を示した画像、(c)は、(a)におけるB4−B4で切断した断面、(d)は、B5−B5で切断した断面の模式図である。
≪本開示の一態様に到った経緯≫
発明者らが検討した有機EL表示パネル(以下、「表示パネル」とする)製造時の課題について図面を用いて説明する。
上述のとおり、特許文献1、2に記載された有機EL表示装置では、製造コストが安いインクジェット法といった塗布法を用いて有機発光層を形成する場合、発光層を含むインクを塗布すべき画素電極上方に凹形状の第1部材が複数存在するため、インクを画素内で均一に拡げて塗布することが困難となり、画素内で発光層の未濡れ領域が生じ、結果として膜厚が不均一となり輝度ムラが生じるという課題があった。
これに対し、発明者らは、発明者の想起した実験用表示パネルを用いて、製造工程において画素内での発光層の膜厚変動を改善するために実験を行った。
図29は、発明者らの想起した表示パネルにおける画素の平面図である。図29に示すように基板900x上には、行列状に配されたサブ画素900aR、G、B(R、G、Bを区別しないときは「900a」とする)に画素電極層919がそれぞれ配され、それらを覆うように絶縁層922が積層されている。絶縁層922は、画素電極層919上において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の複数の開口922z1、z2、z3と、これらに連通する行方向に沿ったスリット状の複数の開口922z0とが開設されている。さらに、列方向に隣接するサブ画素900a内の開口922z0同士を連通する開口922vが設けられている。各開口を長尺方向に垂直に切断した断面は、上面側に拡幅した台形形状である。開口922z1、z2、z3及び922z0の下方には画素電極層919が存在するので、これらの開口からは画素電極層919が露出している。他方、開口922vの下部には画素電極層919は存在しないので、開口922vから画素電極層919は露出していない。また、隣接するサブ画素900a間の行方向の間隙には、列方向に沿った長尺状のバンク922Yが行方向に並設されている。
係る表示パネルの基板900xのサブ画素900aに対し、発光層の材料を含むインクをインクジェット法により塗布した後、乾燥させて、開口922z1、z2、z3及び922z0内に形成した発光層の膜厚を測定した。
図30(a)は、発明者らが想起した表示パネルの基板におけるサブ画素内における発光層の膜厚を測定した結果であり、開口922z1、z2、z3及び922z0内に示した黒塗りの部分は膜厚が所定の基準値より薄いことを示す。図30(a)に示すように、列方向に沿った開口922z1、z2、z3内では、膜厚は基準値以上であるのに対し、開口922z0内では膜厚が基準値より薄いことがわかる。特に、開口922z0と開口922z2とが交差する部分では、開口922z0内よりも、膜厚が基準値より薄い範囲が大きいことがわかる。
発光層923を形成した基板から表示パネルを作成して点灯実験を行った。図30(b)は、表示パネルにおけるサブ画素内における輝度分布を示した画像である。これより、開口922z0内において他の部分よりも輝度が高く、特に開口922z0と開口922z2とが交差する部分において輝度が最も高いことがわかる。また、図30(a)に示した開口922z1、z2、z3及び922z0内における膜厚分布と比較すると、開口内における発光層923の膜厚が薄い部分において輝度が高いことがわかる。これは、発光層膜厚が薄いことによる発光層内の電流密度の増加によるものと考えられる。
次に、開口内の発光層923の断面のプロファイルを測定した。図30(c)は、(a)におけるB4−B4で切断した断面、(d)は、(a)におけるB5−B5で切断した断面の模式図である。なお、断面図は模式拡大図であって、XZ方向及びYZ方向の倍率の比率はZ方向において大きく、断面図の縦横比は実際とは異なるものである。
図30(c)に示すように、開口922z1、z2、z3内における発光層923の膜厚は、開口922z0内における発光層923の膜厚よりも大きく、開口922z0内では中央部分において発光層923の膜厚が最も小さいことがわかる。
発明者らの検討によると、開口底部両端における絶縁層922と画素電極層919と境界部(図中の丸部)においてインクの表面張力が最大となることが判明している。これによると、開口922z1、z2、z3内の発光層923は、インクの表面張力が最大となる点からの距離が小さいために絶縁層922の保液力が高く維持されインクの膜厚が高く保たれると推定される。これに対し、開口922z0内の発光層923は、インクの表面張力が最大となる点からの距離が相対的に大きいために、絶縁層922の保液力が低下してインクの膜厚が減少するものと推定される。特に、開口922z0中央付近では上記距離が最大となるために絶縁層922の保液力が最少となりインクの膜厚が最も減少すると考えられる。
以上の検討により、絶縁層922に開設された開口幅が大きい場合、保液力が低下して発光層923の膜厚が減少することが判明した。また、開口幅以外にも、開口の深さ、開口壁面の傾斜角などインクの保液力に影響を与える可能性があり、画素内におけるこれらの変動を抑制し、画素内においてインクの保液力の均一化を図ることが膜厚変動を低減し輝度ムラ抑制に効果的であると考えた。
そこで、発明者らは、有機EL素子からの光取り出し効率を向上させるとともに、発光層の材料を含むインクを画素内で均一に塗布することが可能であって、画素内におけるインクの保液力の均一化が可能な発光素子のリフレクタ構造について鋭意検討を行い、本発明の実施の形態に記載の表示パネルに想到したものである。
≪本開示の態様≫
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルは、複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルであって、基板と、前記基板上に行列状に配され光反射材料からなる複数の画素電極層と、前記画素電極層上方において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の開口が複数開設され、前記基板の平面視において前記開口の少なくとも1つと連通する上方が開口した有底の溝部を備えた状態で、前記基板及び前記画素電極層上に配されてなる絶縁層と、前記複数の画素電極層のそれぞれの上方に配され、前記複数の開口内において有機電界発光を生ずる発光層を含む有機機能層と、前記複数の発光層上方に配された透光性の対向電極層とを備え、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは列方向において同一であることを特徴とする。また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記溝部は、前記基板の平面視において前記複数の開口と連通する構成であってもよい。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記開口の断面のプロファイルは、前記絶縁層上面における前記断面の行方向の長さ、及び前記断面の厚み方向の長さに基づき規定される構成であってもよい。また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記開口の断面のプロファイルは、さらに、前記断面の行方向の長さの厚み方向における変化率に基づき規定される構成であってもよい。
係る構成により、製造工程において発光層となる有機化合物の材料を含むインクを塗布する際に保液力に影響を与える要因の変動を抑制し、画素内の発光領域内においてインクの保液力の変動を抑制し均一化を図ることができる。あるいは、保液力に影響を与える要因の急激な変動を抑制し、画素内の発光領域内においてインクの保液力の急激な変動を抑制し急峻な輝度ムラの防止することができる。これにより、形成される発光層の膜厚変動を低減し画素内の輝度ムラを抑制することができる。これにより、塗布型の機能層を有する表示パネルにおいて、機能層の膜厚均一化による高効率化と長寿命化を実現することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記溝部は、前記基板の平面視において前記複数の開口とそれぞれ列方向に連通する複数の接続溝部と、前記複数の接続溝部と行方向に交わる連結溝部とを有する構成であってもよい。
係る構成により、連結溝部により、発光層材料を含んだインクの接続溝部間の流動性を高めサブ画素内のインク塗布量の不均一性を低減する。これより、発光層の膜厚変動を低減して画素内の輝度ムラを抑制することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記接続溝部の絶縁層上面における行方向の長さは、前記開口の絶縁層上面における行方向の長さと同一又は実質的に同一である構成であってもよい。また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記接続溝部の前記列方向の長さは1μm以上8μm以下である構成であってもよい。
係る構成により、インクの保液力に影響を与える連結溝部を開口の終端部から一定距離離間させることができるので、開口の終端部においてより一層インクの保液力の均一化を図ることができる。発光層の膜厚変動を低減し画素内の輝度ムラをより一層抑制することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記溝部は、前記基板の平面視において前記複数の開口と連通する連結溝部を有する構成であってもよい。
係る構成により、非発光領域における溝部の断面プロファイル変化部分は開口の終端部から離間しているので、開口の終端部においてインクの保液力の均一化を図ることができるとともに、非発光領域の列方向長さを減少でき高精細化に資することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記画素において、前記複数の開口が存在する領域は発光領域、前記溝部が存在する領域は非発光領域であり、前記発光領域、前記非発光領域は列方向に交互に配置されている構成であってもよい。
係る構成により、基板に積層された画素電極層と絶縁層に開設された開口により、発光領域と非発光領域とが、列方向に配置されたサブ画素が行列状に配置する構成を採る表示パネルを実現できる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記溝部は、列方向に隣接する2つの発光領域にそれぞれ存在する開口と連通している構成であってもよい。
係る構成により、係る構成により、接続溝部は、発光層材料を含んだインクの列方向への流動性を高めサブ画素間のインク塗布量の変動を抑制する。これより、発光層の膜厚変動を低減してサブ画素間の輝度ムラを抑制することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、前記開口内に存在する前記有機機能層は前記画素電極と接触し、前記溝部内に存在する有機機能層は前記画素電極から離間している構成である。
係る構成により、開口からは画素電極層が露出してホール注入層に接触しており、開口内において画素電極層からホール注入層への電荷の供給が可能となり発光領域を構成できる。連結溝部と接続溝部は、絶縁層上方が開口した有底の溝形状断面であるので画素電極層は露出することはない。そのため、溝部内において画素電極層からホール注入層への電荷の供給はされないため非発光領域を構成できる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、行方向に切断した前記接続溝部の断面のプロファイルは、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルに対し、(a)前記絶縁層上面における前記断面の行方向の長さが小さい、(b)前記断面の行方向の長さの厚み方向における変化率が小さい、の少なくとも何れか一方である構成であってもよい。
係る構成により、インクの保液力を強める特性を持つ接続溝部を開口の終端部に近接させることができるので、開口の終端部においてインクの保液力の減少を防止することができる。発光層の膜厚減少に起因する画素内の輝度ムラを抑制することができる。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、 前記対向電極上方には、さらに、前記開口に裏面を凸入された接続層が配されており、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは、上方に拡幅した台形形状であり、前記接続層の屈折率をn1、前記絶縁層の屈折率をn2としたとき、
1.1≦n1≦1.8 および、
|n1−n2|≧0.20
の関係を満たす構成であってもよい。
また、別の態様では、上記何れかの態様において、さらに、前記開口の深さD、前記絶縁層上面側の開口幅Wh、前記絶縁層下面側の開口幅Wlは、
0.5≦Wl/Wh≦0.8 および、
0.5≦D/Wl≦2.0
の関係を満たす構成であってもよい。
係る構成により、開口を行方向に切った開口の断面は上面側に拡幅した所定の台形形状となり、発光層からの光を効率よく上方に出射することができる。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルの製造方法は、複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルの製造方法であって、基板を準備し、前記基板上に行列状に配され光反射材料からなる複数の画素電極層を形成し、前記基板及び前記画素電極層上に絶縁層を形成し、感光性樹脂をマスクを介して露光して現像することにより前記絶縁層における前記画素電極層上方に列方向に沿って行方向に並んだ複数のスリット状の開口と、感光性樹脂をハーフトーンマスクを介して露光して現像することにより前記基板の平面視において前記開口の少なくとも1つと連通する有底の溝部とを形成し、前記複数の画素電極層のそれぞれの上方に、発光層の材料を含むインクを塗布して乾燥することにより、少なくとも前記複数の開口内に前記発光層を含む有機機能層を形成し、前記複数の発光層上方に透光性の対向電極層を形成し、前記開口の形成では、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは列方向において同一であることを特徴とする。
係る構成により、機能層の膜厚均一化による高効率化と長寿命化を実現することができる塗布型の機能層を有する表示パネルを製造できる。
本開示の一態様に係る有機EL表示パネルでは、上記何れかの態様において、前記溝部が連通する前記開口の終端部近傍の前記画素電極の一部は、当該一部を除く前記画素電極よりも前記対向電極から所定距離離間している構成としてもよい。
係る構成により、前記離間部分では、電界が弱まるので発光層において有機電界発光が生じず、離間部分を非発光領域100bに含めることができる。その結果、非発光領域の拡大により溝部の断面プロファイル変化部分は発光領域からさらに離間するので、発光領域を構成する開口内におけるインクの保液力の均一化を図ることができる。
≪実施の形態≫
1.表示装置1の回路構成
以下では、実施の形態に係る有機EL表示装置1(以後、「表示装置1」とする)の回路構成について、図1を用い説明する。
図1に示すように、表示装置1は、有機EL表示パネル10(以後、「表示パネル10」とする)と、これに接続された駆動制御回路部20とを有し構成されている。
表示パネル10は、有機材料の電界発光現象を利用した有機EL(Electro Luminescence)パネルであって、複数の有機EL素子が、例えば、マトリクス状に配列され構成されている。駆動制御回路部20は、4つの駆動回路21〜24と制御回路25とにより構成されている。
なお、表示装置1において、表示パネル10に対する駆動制御回路部20の各回路の配置形態については、図3に示した形態に限定されない。
2.表示パネル10の回路構成
表示パネル10における、複数の有機EL素子は、R(赤)、G(緑)、B(青)に発光する3色のサブ画素(不図示)からなる単位画素100eから構成される。各サブ画素100seの回路構成について、図2を用い説明する。
図2は、表示装置1に用いる有機EL表示パネル10の各サブ画素100seに対応する有機EL素子100における回路構成を示す模式回路図である。表示パネル10においては、単位画素100eを構成する有機EL素子100がマトリクス状に配されて表示領域を構成している。
図2に示すように、本実施の形態に係る表示パネル10では、各サブ画素100seが2つのトランジスタTr1、Tr2と一つの容量C、および発光部としての有機EL素子部ELとを有し構成されている。トランジスタTr1は、駆動トランジスタであり、トランジスタTr2は、スイッチングトランジスタである。
スイッチングトランジスタTr2のゲートG2は、走査ラインVscnに接続され、ソースS2は、データラインVdatに接続されている。スイッチングトランジスタTr2のドレインD2は、駆動トランジスタTr1のゲートG1に接続されている。
駆動トランジスタTr1のドレインD1は、電源ラインVaに接続されており、ソースS1は、EL素子部ELの画素電極層(アノード)に接続されている。EL素子部ELにおける対向電極層(カソード)は、接地ラインVcatに接続されている。
なお、容量Cは、スイッチングトランジスタTr2のドレインD2および駆動トランジスタTr1のゲートG1と、電源ラインVaとを結ぶように設けられている。
表示パネル10においては、隣接する複数のサブ画素100se(例えば、赤色(R)と緑色(G)と青色(B)の発光色の3つのサブ画素100se)を組合せて1つの単位画素100eを構成し、各単位画素100eが分布するように配されて画素領域を構成している。そして、各サブ画素100seのゲートG2からゲートラインGLが各々引き出され、表示パネル10の外部から接続される走査ラインVscnに接続されている。同様に、各サブ画素100seのソースS2からソースラインSLが各々引き出され表示パネル10の外部から接続されるデータラインVdatに接続されている。
また、各サブ画素saの電源ラインVa及び各サブ画素100seの接地ラインVcatは集約され電源ラインVa及び接地ラインVcatに接続されている。
3.有機EL表示パネル10の全体構成
本実施の形態に係る表示パネル10について、図面を用いて説明する。なお、図面は模式図であって、その縮尺は実際とは異なる場合がある。
図3は、実施の形態に係る表示パネル10の一部を示す模式平面図である。図4は、表示パネル10の1画素100を示す図3におけるX1部の拡大平面図である。
表示パネル10は、有機化合物の電界発光現象を利用した有機EL表示パネルであり、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が形成された基板100x(TFT基板)に、各々が画素を構成する複数の有機EL素子100が行列状に配され、上面より光を発するトップエミッション型の構成を有する。図3に示すように、表示パネル10は、各画素を構成する有機EL素子100が行列状に配されている。ここで、本明細書では、図3におけるX方向、Y方向、Z方向を、それぞれ表示パネル10における、行方向、Y方向、厚み方向とする。
図3に示すように、表示パネル10には、複数の画素電極層119が基板100x上に行列状に配され、それらを覆うように絶縁層122が積層されている。
絶縁層122の上限膜厚は、10μm以下の場合は、膜厚ばらつき、ボトム線幅の制御の観点から製造上形状コントロールが可能となり、7μm以下の場合には、露光工程での露光量時間増大によるタクト増加を抑え、量産工程での生産性低下を抑制することができる。また、下限膜厚は、膜厚が薄くなるとともにボトム線幅を膜厚とほぼ同程度に細くする必要があり、露光機及び材料の解像限界により決定される。絶縁層122の下限膜厚は、1μm以上の場合には半導体用のステッパーにより製造可能であり、2μm以上の場合にはフラットパネル用ステッパー及びスキャナーにより製造可能である。したがって、絶縁層122の厚みは、例えば、1μm以上10μm以下、より好ましくは2μm以上7μ以下であることが好ましい。本実施の形態では、約5.0μmとした。画素電極層119は、平面視において矩形形状であり、光反射材料からなる。行列状に配された画素電極層119は、行方向に順に並んだ3つのサブ画素100aR、G、B(R、G、Bを区別しないときは「100a」とする)に対応する。
行列状に配されている画素電極層119の上方には、それぞれの画素電極層119の上方に3本のスリット状の開口122z1、122z2、122z3が開設された絶縁層122が積層されている。各開口を長尺方向に垂直に切断した断面は、図4に示すように、断面が絶縁層122の上面側に拡幅した所定の台形形状とした開口を備えたリフレクタ構造とすることで、発光層123からの光取り出し効率を良化することができる。効果的なリフレクタ構造の形状、屈折率条件については後述する。
開口122z1、122z2、122z3の行列方向の外縁間の矩形領域が有機化合物により光を発する領域である発光領域100aとなる。ここで、絶縁層122における発光領域100aの間隙のうち、列方向に並設した発光領域100a間の行方向間隙を絶縁層122Y、行方向に並設した発光領域100a間の行方向間隙を絶縁層122Xとする。そうすると、発光領域100aの列方向における外縁は絶縁層122Xの列方向外縁により規定され、発光領域100aの行方向における外縁は絶縁層122Yの列行方向外縁により規定される。
列方向に隣接する2つの画素電極層119の列方向外縁及び外縁に隣接する領域の上方には、各条が行方向(図3のX方向)に延伸する絶縁層122Xが複数列方向に並設されている。絶縁層122Xが形成される領域が非発光領域100bとなる。図3に示すように、表示パネル10では、複数の発光領域100aと非発光領域100bとが、列方向に交互に並んで配されている。非発光領域100bには、接続電極層117を介して画素電極層119とTFTのソースS1とを接続する接続凹部119c(コンタクトホール)があり、画素電極層119に対して電気接続するための画素電極層119上のコンタクト領域119b(コンタクトウインドウ)が設けられている。
表示パネル10では、ライン状のバンクを採用しており、絶縁層122Y上であって、行方向に隣接する2つの画素電極層119の行方向外縁及び外縁に隣接する領域の上方には、各条が列方向(図3のY方向)に延伸する列バンク522Yが複数行方向に並設されている。
隣り合う列バンク522Y間を間隙522zと定義したとき、表示パネル10は、列バンク522Yと間隙522zとが交互に多数並んだ構成を採る。
表示パネル10は、赤色に発光する100aR、緑色に発光する100aG、青色に発光する100aB(以後、100aR、100aG、100aBを区別しない場合は、「100a」と略称する)の3種類の発光領域100aを有する。これに対応して、間隙522zには、発光領域100aRに対応する赤色間隙522zR、発光領域100aGに対応する緑色間隙522zG、発光領域100aBに対応する青色間隙522zB(以後、間隙522zR、間隙522zG、間隙522zBを区別しない場合は、「間隙522z」とする)が存在する。そして、行方向に並んだ3つのサブ画素100seのそれぞれに対応する発光領域100aR、100aG、100aBが1組となりカラー表示における1つの単位画素100eを構成している。
画素電極層119上方には、画素電極層119の列行向外縁部と重なる複数の列遮光層129Yが、画素電極層119の列方向外縁部と重なりコンタクト領域119b内の一部領域とは重ならない行遮光層129Xが配されている。
4.表示パネル10の各部構成
表示パネル10における有機EL素子100の構成を図5〜9の模式断面図を用いて説明する。図5は図4におけるA1−A1で、図6はA2−A2で、図7はB1−B1で、図8はB2−B2で、図9はB3−B3においてそれぞれ切断した模式断面図である。
本実施の形態に係る表示パネル10は、トップエミッション型の有機EL表示パネルであって、Z軸方向下方に薄膜トランジスタが形成された基板100x(TFT基板)が構成され、その上に有機EL素子部が構成されている。
4.1 基板100x(TFT基板)
図5に示すように、下部基板100p上には、ゲート電極101、102が互いに間隔をあけて形成され、ゲート電極101、102および基板100xの表面を被覆するように、ゲート絶縁層103が形成されている。ゲート絶縁層103上には、ゲート電極101、102のそれぞれに対応してチャネル層104、105が形成されている。そして、チャネル層104、105およびゲート絶縁層103の表面を被覆するように、チャネル保護層106が形成されている。
チャネル保護層106上には、ゲート電極101およびチャネル層104に対応して、ソース電極107およびドレイン電極108が互いに間隔をあけて形成され、同様に、ゲート電極102およびチャネル層105に対応して、ソース電極110およびドレイン電極109が互いに間隔をあけて形成されている。
各ソース電極107、110および各ドレイン電極108、109の下部には、チャネル保護層106を挿通してソース下部電極111、115およびドレイン下部電極112、114が設けられている。ソース下部電極111およびドレイン下部電極112は、Z軸方向下部において、チャネル層104に接触し、ドレイン下部電極114およびソース下部電極115は、Z軸方向下部において、チャネル層105に接触している。
また、ドレイン電極108とゲート電極102とは、ゲート絶縁層103およびチャネル保護層106を挿通して設けられたコンタクトプラグ113により接続されている。
なお、ゲート電極101が図2のゲートG2に対応し、ソース電極107が図2のソースS2に対応し、ドレイン電極108が図2のドレインD2に対応している。同様に、ゲート電極102が図2のゲートG1に対応し、ソース電極110が図2のソースS1に対応し、ドレイン電極109が図2のドレインD1に対応している。よって、図5におけるY軸方向左側にスイッチングトランジスタTr2が形成され、それよりもY軸方向右側に駆動トランジスタTr1が形成されている。
ただし、上記した構成は一例であり、各トランジスタTr1、Tr2の配置形態については、トップゲート式、ボトムゲート式、チャネルエッチ式、エッチストップ式など何れの構成を用いてもよく、図5に示す構成に限定されるものではない。
ソース電極107、110およびドレイン電極108、109およびチャネル保護層106の上を被覆するように、パッシベーション層116が形成されている。パッシベーション層116には、ソース電極110の上方の一部にコンタクト孔116aが開設され、コンタクト孔116aの側壁に沿うように接続電極層117がこの順に積層されて設けられている。
接続電極層117は、Z軸方向下部において、ソース電極110に接続され、上部の一部がパッシベーション層116の上に乗り上げた状態となっている。接続電極層117およびパッシベーション層116の上を被覆するように、層間絶縁層118が堆積されている。
4.2 有機EL素子部
(1)画素電極層119
層間絶縁層118上には、サブ画素単位で画素電極層119が設けられている。画素電極層119は、発光層123へキャリアを供給するためのものであり、例えば陽極として機能した場合は、発光層123へホールを供給する。また、パネル10がトップエミッション型であるため、画素電極層119は、光反射性を有し、画素電極層119の形状は、矩形形状をした平板状であり、行方向に間隔δXをあけて、間隙522zのそれぞれにおいて列方向に間隔δYをあけて基板100x上に配されている。また、層間絶縁層118における接続電極層117の上方に開設されたコンタクトホール118aを通して、画素電極層119の接続凹部119cと接続電極層117とが接続されている。これにより、接続電極層117を介して画素電極層119とTFTのソースS1とが接続される。接続凹部119cは、画素電極層119の一部を基板100x方向に凹入された構造である。
画素電極層119の列方向外縁部119a1、a2のうち、接続凹部119cが存在する側の外縁部119a2を起点とし接続凹部119cを含む領域までの範囲をコンタクト領域119bとする。
(2)絶縁層122
行列状に配されている画素電極層119の少なくとも端縁を被覆するように絶縁物からなる絶縁層122が形成されている。
絶縁層122には、それぞれの画素電極層119について、コンタクト領域119bを除いた画素電極層119の上方にスリット状の開口122zが開設されている。図7に示すように、開口122z1、2、3内では画素電極層119の上面に絶縁層122が存在せず、これらの開口からは画素電極層119が露出し後述するホール注入層120に接触している。そのため、これらの開口内において画素電極層119からホール注入層120への電荷の供給が可能となる。そのため、開口122z1、122z2、122z3を含む最小の矩形領域が各色の有機化合物により光を発する領域である発光領域100a、列方向に並んだ発光領域100a間の間隙部分が非発光領域100bとなる。絶縁層122における、開口122z1、122z2間の部分を桟122w1とし、開口122z2、122z3間の部分を桟122w2とする。
また、列方向に延伸して行方向に並設される発光領域100a間の間隙部分を絶縁層122Yとする。そのため、絶縁層122Yは行方向における各サブ画素100seの発光領域100aの外縁を規定している。絶縁層122Y、桟122w1、w2を行方向に平行に切った断面は上方に縮幅する台形形状である。これにより、発光層123からの光を効率よく上方に出射することができる。
また、絶縁層122における、行方向に延伸して列方向に並設される発光領域100a間の間隙部分を絶縁層122X(非発光領域100bに相当)とする。図4(a)に示すように、絶縁層122Xは、画素電極層119におけるコンタクト領域119bと、画素電極層119の列方向外縁部119a1及び列方向に隣接する画素電極層119の列方向外縁部a2の上方に配されている。絶縁層122Xは、画素電極層119の外縁部119a1、a2を被覆することにより対向電極層125との間の電気的リークを防止するとともに、列方向における各サブ画素100seの発光領域100aの外縁を規定する。
絶縁層122Xには、図8に示すように、基板100xの開口122z1、z2、z3とそれぞれ連通する絶縁層122上方が開口した有底の接続溝部122v1、v2、v3が配され、接続溝部122v1、v2、v3は、列方向に隣接するサブ画素内の開口122z1、z2、z3と連通している。係る構成により、接続溝部122v1、v2、v3は、発光層123の材料となる有機化合物を含んだインクの列方向への流動性を高めサブ画素間のインク塗布量の変動を抑制する。
また、図9に示すように、接続溝部122v1、v2、v3に連通する行方向に沿った有底の連結溝部122v0と配されている。連結溝部122v0により、絶縁層122Xは、発光層123の材料となる有機化合物を含んだインクの接続溝部122v1、v2、v3間の流動性を高めサブ画素内のインク塗布量の不均一性を低減する。連結溝部122v0と接続溝部v1、v2、v3は、絶縁層122上方が開口した有底の溝形状断面であるので画素電極層119は露出することはなく、発光には寄与しない。
各溝部を長尺方向に垂直に切断した断面は、図8に示すように、絶縁層122Xの上面122Xb側に拡幅した台形形状であり、接続溝部v1、v2、v3絶縁層122の厚みt1及び溝部v0の底における絶縁層122の厚みt2の上限膜厚は、インクの濡れ広がりの観点から2μm以下が好ましく、1.2μm以下の場合には、インクの濡れ広がりが更に良化する。また、下限膜厚は、画素電極層119端部が絶縁層122で被覆され画素電極層119と対向電極層125がショートする事なく一定の歩留りで製造可能とする為には0.1μm以上が好ましく、0.2μm以上であれば、膜厚ばらつきに伴う上記のショート不良が軽減され安定的に製造可能になる為、更に良い。
したがって、続溝部v1、v2、v3における絶縁層122の厚みt1及び溝部v0の底における絶縁層122の厚みt2は、ともに、例えば、例えば、0.1μm以上2μm以下、より好ましくは0.2μm以上1.2μm以下であることが好ましい。本実施の形態では、約1.0μmとした。
ここで、開口122z1、z2、z3の断面のプロファイルとは、絶縁層122上面における開口122z1、z2、z3の断面の行方向の長さ、及び開口122z1、z2、z3の断面の厚み方向の長さから規定される。さらに、開口122z1、z2、z3の断面の行方向の長さの厚み方向における変化率から規定されてもよい。このようなパラメータで規定される開口の断面のプロファイルにおいて、開口断面の行方向の長さが小さいほど、開口断面の厚み方向の長さが大きいほど、又は、開口断面の行方向の長さの厚み方向における変化率が小さいほど、インクの表面張力が増加し絶縁層122のインクに対する保液力も増加する。その結果形成される発光層123の膜厚は厚くなる。
発光パネル10では、行方向に切断した開口122z1、z2、z3それぞれの断面のプロファイルは列方向において同一である構成を採る。
これにより、開口の断面プロファイルを列方向において同一にすることにより、製造工程において発光層123となる有機化合物の材料を含むインクを塗布する際に保液力に影響を与える要因の変動を抑制し、画素内の発光領域100a内においてインクの保液力の均一化を図り、形成される発光層123の膜厚変動を低減して輝度ムラの防止することができる。
あるいは、開口122z1、z2、z3の断面のプロファイルは列方向に沿って連続的に変化している構成を採ることもできる。ここで「行方向に切断した開口の断面のプロファイルは列方向において同一又は列方向に沿って連続的に変化している」とは、上述のとおり、少なくとも、絶縁層上面における開口の断面の行方向の長さ、及び開口の断面の厚み方向の長さが、列方向において不連続に変化している部分が1つの開口内に存在しないことを指す。
開口の断面プロファイルが列方向に不連続に変化することを防止する構成とした場合には、保液力に影響を与える要因の急激な変動を抑制し、画素内の発光領域内においてインクの保液力の急激な変動を抑制し、形成される発光層123の膜厚の急激な変動を防止して、急峻な輝度ムラの防止できる。
(3)列バンク522Y
列バンク522Yは、絶縁層122Y上方に列方向に延伸して行方向に複数並設されている。列バンク522Yは、発光層123の材料となる有機化合物を含んだインクの行方向への流動を堰き止めて形成される発光層123の行方向外縁を規定するものである。列バンク522Yは、画素電極層119の行方向における外縁部119a3、a4上方に存在し、画素電極層119の一部と重なった状態で形成されている。列バンク522Yの形状は、行方向に延伸する線状であり、列方向に平行に切った断面は上方を縮幅する台形形状である。列バンク522Yは絶縁層122Xと直交する行方向に沿った状態で設けられており、列バンク522Yは絶縁層122Xの上面よりも高い位置に上面を有する。
(4)ホール注入層120、ホール輸送層121
絶縁層122、列バンク522Y、及び開口122z内における画素電極層119上には、ホール注入層120、ホール輸送層121が順に積層され、ホール輸送層121はホール注入層120に接触している。ホール注入層120、ホール輸送層121は、画素電極層119から注入されたホールを発光層123へ輸送する機能を有する。
(5)発光層123
表示パネル10は、列バンク522Yとその間隙522zとが交互に多数並んだ構成を有する。列バンク522Yにより規定された間隙522zには、ホール輸送層121の上面に発光層123が列方向に延伸して形成されている。発光領域100aRに対応する赤色間隙522zR、発光領域100aGに対応する緑色間隙522zG、発光領域100aBに対応する青色間隙522zBには、それぞれ各色に発光する発光層123が形成されている。
発光層123は、有機化合物からなる層であり、内部でホールと電子が再結合することで光を発する機能を有する。間隙522z内では、発光層123は列方向に延伸するように線状に設けられている。
発光層123は、画素電極層119からキャリアが供給される部分のみが発光するので、層間に絶縁物である絶縁層122が存在する範囲では、有機化合物の電界発光現象が生じない。そのため、発光層123は、絶縁層122が介在しない開口122z内に位置する部分のみが発光して、開口122z1、z2、z3を含む最小の矩形領域が発光領域100aとなる。
発光層123のうち絶縁層122X上にある部分は発光せず、この部分は非発光領域100bとなる。すなわち、非発光領域100bとは、絶縁層122Xを平面視方向に投影した領域となる。
(6)電子輸送層124
列バンク522Y上及び列バンク522Yにより規定された間隙522z内には、発光層123の上に電子輸送層124が形成されている。また、本例では、発光層123から露出する各列バンク522Y上にも配されていている。電子輸送層124は、対向電極層125から注入された電子を発光層123へ輸送する機能を有する。
(7)対向電極層125
電子輸送層124を被覆するように、対向電極層125が積層形成されている。対向電極層125については、表示パネル10全体に連続した状態で形成され、ピクセル単位あるいは数ピクセル単位でバスバー配線に接続されていてもよい(図示を省略)。対向電極層125は、画素電極層119と対になって発光層123を挟むことで通電経路を作り、発光層123へキャリアを供給するものであり、例えば陰極として機能した場合は、発光層123へ電子を供給する。対向電極層125は、電子輸送層124の表面に沿って形成され、各発光層123に共通の電極となっている。
対向電極層125は、表示パネル10がトップエミッション型であるため、光透過性を有する導電材料が用いられる。例えば、酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛(IZO)などを用いることができる。また、銀(Ag)又はアルミニウム(Al)などを薄膜化した電極を用いてもよい。
(8)封止層126
対向電極層125を被覆するように、封止層126が積層形成されている。封止層126は、発光層123が水分や空気などに触れて劣化することを抑制するためのものである。封止層126は、対向電極層125の上面を覆うように表示パネル10全面に渡って設けられている。封止層126の材料としては、表示パネル10がトップエミッション型であるため、例えば窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの光透過性材料が用いられる。
(9)接合層127
封止層126のZ軸方向上方には、上部基板130のZ軸方向下側の主面にカラーフィルタ層128および遮光層129が形成されたCF基板131が配されており、接合層127により接合されている。接合層127は、基板100xから封止層126までの各層からなる背面パネルとCF基板131とを貼り合わせるとともに、各層が水分や空気に晒されることを防止する機能を有する。
(10)上部基板130
接合層127の上に、上部基板130にカラーフィルタ層128、遮光層129が形成されたCF基板131が設置・接合されている。上部基板130には、表示パネル10がトップエミッション型であるため、例えば、カバーガラス、透明樹脂フィルムなどの光透過性材料が用いられる。また、上部基板130により、表示パネル10、剛性向上、水分や空気などの侵入防止などを図ることができる。
(11)カラーフィルタ層128
上部基板130には画素の各色発光領域100aに対応する位置にカラーフィルタ層128が形成されている。カラーフィルタ層128は、R、G、Bに対応する波長の可視光を透過させるために設けられる透明層であり、各色画素から出射された光を透過させて、その色度を矯正する機能を有する。例えば、本例では、赤色間隙522zR内の発光領域100aR、緑色間隙522zG内の発光領域100aG、青色間隙522zB内の発光領域100aBの上方に、赤色、緑色、青色のフィルタ層128R、G、Bが各々形成されている。カラーフィルタ層128は、具体的には、例えば、複数の開口部を画素単位に行列状に形成されたカラーフィルタ形成用のカバーガラスからなる上部基板130に対し、カラーフィルタ材料および溶媒を含有したインクを塗布する工程により形成される。
(12)遮光層129
上部基板130には、各画素の発光領域100a間の境界に対応する位置に遮光層129が形成されている。
遮光層129は、R、G、Bに対応する波長の可視光を透過させないために設けられる黒色樹脂層であって、例えば光吸収性および遮光性に優れる黒色顔料を含む樹脂材料からなる。表示パネル10内部への外光の入射を防止したり、上部基板130越しに内部部品が透けて見えるのを防止したり、外光の照り返しを抑えて表示パネル10のコントラストを向上させたりする目的で形成されている。外光の照り返しは、上部基板130の上方から表示パネル10に進入し画素電極層119で反射して再び上部基板130から出射されることにより生じる現象である。
また、遮光層129は、各色画素から出射される光のうち隣接画素に漏れ出る光を遮断することにより、画素境界が不明瞭となることを防止するとともに、画素から出射される光の色純度を高める機能を有する。
遮光層129には、列方向に延伸して行方向に複数並設されている列遮光層129Yと、行方向に延伸して列方向に複数並設されている行遮光層129Xとがあり、列遮光層129Yと行遮光層129Xとは格子状をなしている。有機EL素子100では、列遮光層129Yは、図4に示すように、絶縁層122Yと重なる位置に配され、行遮光層129Xは、図5に示すように、絶縁層122Xと重なる位置に配されている。
4.3 各部の構成材料
図5、6、7に示す各部の構成材料について、一例を示す。
(1)基板100x(TFT基板)
基板100x0は、公知のTFT基板の材料を用いることができる
下部基板100pとしては、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属基板、ガリウム砒素基などの半導体基板、プラスチック基板等を採用することができる。
プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド(PI)ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち1種、または2種以上を積層した積層体を用いることができる。
ゲート電極101、102としては、例えば、銅(Cu)とモリブデン(Mo)との積層体を採用している。ただし、他の金属材料を採用することも可能である。
ゲート絶縁層103としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiNx)など、電気絶縁性を有する材料であれば、公知の有機材料や無機材料のいずれも用いることができる。
チャネル層104、105としては、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)から選択される少なくとも一種を含む酸化物半導体を採用することができる。
チャネル保護層106としては、例えば、酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)、あるいは酸化アルミニウム(AlOx)を用いることができる。
ソース電極107、110、ドレイン電極108、109としては、例えば、銅マンガン(CuMn)と銅(Cu)とモリブデン(Mo)の積層体を採用することができる。
また、ソース下部電極111、115およびドレイン下部電極112、114についても、同様の材料を用い構成することができる。
パッシベーション層116は、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)や酸窒化シリコン(SiON)、酸化シリコン(SiO)や酸窒化シリコン(SiON)を用いることもできる。
接続電極層117としては、例えば、モリブデン(Mo)と銅(Cu)と銅マンガン(CuMn)との積層体を採用することができる。ただし、導電性を有する材料から適宜選択することが可能である。
層間絶縁層118は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル系樹脂材料などの有機化合物を用い形成されており、層厚は、例えば、2000[nm]〜8000[nm]の範囲とすることができる。
(2)画素電極層119
画素電極層119は、金属材料から構成されている。トップエミッション型の本実施の形態に係る表示パネル10の場合には、その表面部が高い反射性を有することが好ましい。本実施の形態に係る表示パネル10では、画素電極層119は、金属層、合金層、透明導電膜の中から選択される複数の膜を積層させた構造であってもよい。金属層としては、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)を含む金属材料から構成することができる。合金層としては、例えば、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)等を用いることができる。透明導電層の構成材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛(IZO)などを用いることができる。
(3)絶縁層122
絶縁層122は、絶縁性材料から構成された層であり、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等の有機系の感光性樹脂材料を用いることができる。より好ましくは、アクリル系樹脂を用いることが望ましい。屈折率が低くリフレクタとして好適であるからである。無機材料を用いる場合には、屈折率の観点から、例えば、酸化シリコン(SiO)を用いることが好ましい。絶縁層122は、約5[μm]の層である。ただし、層厚は、これに限定されるものではなく、例えば、1[μm]〜10[μm]の範囲とすることができる。上記材料の他、酸化シリコン(SiO)を用いることもできる。
(4)列バンク522Y
列バンク522Yは、樹脂等の有機材料を用い形成されており絶縁性を有する。列バンク522Yの形成に用いる有機材料の例としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等があげられる。列バンク522は、有機溶剤耐性を有することが好ましい。さらに、列バンク522Yは、製造工程中において、エッチング処理、ベーク処理など施されることがあるので、それらの処理に対して過度に変形、変質などをしないような耐性の高い材料で形成されることが好ましい。また、表面に撥水性をもたせるために、表面をフッ素処理することもできる。また、列バンク522Yの形成にフッ素を含有した材料を用いてもよい。
(5)ホール注入層120
ホール注入層120は、例えば、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、イリジウム(Ir)などの酸化物、あるいは、PEDOT(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物)などの導電性ポリマー材料からなる層である。
ホール注入層120を遷移金属の酸化物から構成する場合には、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果、ホール注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。
(6)ホール輸送層121
ホール輸送層121は、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物などを用いることができる。
(7)発光層123
発光層123は、上述のように、ホールと電子とが注入され再結合されることにより励起状態が生成され発光する機能を有する。発光層123の形成に用いる材料は、湿式印刷法を用い製膜できる発光性の有機材料を用いることが必要である。
具体的には、例えば、特許公開公報(日本国・特開平5−163488号公報)に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体などの蛍光物質で形成されることが好ましい。
(8)電子輸送層124
電子輸送層124は、例えば、オキサジアゾール誘導体(OXD)、トリアゾール誘導体(TAZ)、フェナンスロリン誘導体(BCP、Bphen)などを用い形成されている。
(9)対向電極層125
対向電極層125は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)若しくは酸化インジウム亜鉛(IZO)などを用い形成される。また、銀(Ag)又はアルミニウム(Al)などを薄膜化した電極を用いてもよい。
(10)封止層126
封止層126は、発光層123などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
封止層126は、トップエミッション型である本実施の形態に係る表示パネル10の場合においては、光透過性の材料で形成されることが必要となる。
(11)接合層127
接合層127の材料は、例えば、樹脂接着剤等からなる。接合層127は、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの透光性材料樹脂材料を採用することができる。
(12)上部基板130
上部基板130としては、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等透光性材料を採用することができる。
(13)カラーフィルタ層128
カラーフィルタ層128としては、公知の樹脂材料(例えば市販製品として、JSR株式会社製カラーレジスト)等を採用することができる。
(14)遮光層129
遮光層129としては、紫外線硬化樹脂(例えば紫外線硬化アクリル樹脂)材料を主成分とし、これに黒色顔料を添加してなる樹脂材料からなる。黒色顔料としては、例えば、カーボンブラック顔料、チタンブラック顔料、金属酸化顔料、有機顔料など遮光性材料を採用することができる。
4.4 リフレクタ構造による光取り出し効率を向上
表示パネル10では、開口122zが開設された絶縁層122と絶縁層122の開口122zに裏面を凸入された接合層127からなるリフレクタ(反射構造)と両部材間に存在する発光層123とを備え、行方向に切断した開口122zの断面のプロファイルは、上方に拡幅した台形形状であり、接合層127の屈折率をn1、絶縁層122の屈折率をn2としたとき、
1.1≦n1≦1.8 (式1)
|n1−n2|≧0.20 (式2)
を満たすことを特徴とする。n2は、1.4以上1.6以下であることが好ましい。
また、さらに、開口122zの断面における深さD、絶縁層122の上面側の開口幅Wh、絶縁層122の上面側の開口幅Wlは、
0.5≦Wl/Wh≦0.8 (式3)
0.5≦D/Wl≦2.0 (式4)
関係を満たすことが好ましい。
係る形状、屈折率条件とすることにより、絶縁層122の開口122zによるリフレクタ構造により発光層123からの光取り出し効率を向上することができる。その結果、発明者らの検討によると、リフレクタ構造が無い場合に対しサブ画素当りの輝度を1.2〜1.5倍に増加することができる。
図10(a)は、リフレクタ構造を用いた有機EL素子100において、全反射を得るための開口122z壁面の傾斜角をαの算出方法を示した模式図、(b)は、発光した光が開口122z壁面で反射して有効な視野角γ’に届く有効発光範囲Lの算出方法を示した模式図である。
図10(a)において、開口122z壁面への入射角をφとすると、
φ=2(90−α)=180−2α (式7)
α=90−φ/2 (式8)
全反射を得るための傾斜角αzは、
αz=asin(n2/n1) (式9)
より算出される。
図10(b)において、発光した光が開口122z壁面で反射して有効な視野角γ’に届く有効発光範囲Lは、
γ=sin−1(sinγ’/n1)) (式10)
β=90−φ−γ (式11)
L=h(1/tanβ−1/tanα) (式12)
より算出される。
例えば、n1=1.8、α=70°、γ’=20°、h=5μmの場合、φ=40°、γ=11°、β=39°、L=4.4μmとなる。
5.表示パネル10の製造方法
表示パネル10の製造方法について、図面を用い説明する。図11(a)〜(e)、図12(a)〜(d)、図13(a)〜(c)は、有機EL表示パネル10の製造における各工程での状態を示す図3におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図、図15(a)〜(d)、図16(a)〜(c)は、図3におけるA2−A2と同じ位置で切断した模式断面図、図18(a)〜(d)、図19(a)〜(d)は、図3におけるB−Bと同じ位置で切断した模式断面図である。
(1)基板100x(TFT基板)の形成
先ず、ソース電極107、110およびドレイン電極108、109までが形成された基板100x0を準備する。基板100x0は、公知のTFTの製造方法により製造することができる(図11(a))。
次に、ソース電極107、108およびドレイン電極108、109およびチャネル保護層106を被覆するように、例えば、プラズマCVD法あるいはスパッタリング法を用いて、パッシベーション層116を積層形成する(図11(b))。
次に、パッシベーション層116におけるソース電極110上の箇所に、ドライエッチング法を用い、コンタクト孔116aを開設する(図11(c))。コンタクト孔116aは、その底部にソース電極110の表面が露出するように形成される。
次に、パッシベーション層116に開設されたコンタクト孔116aの内壁に沿って接続電極層117を形成する(図11(d))。接続電極層117の上部は、その一部がパッシベーション層116上に配される。接続電極層117の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。さらに、接続電極層117およびパッシベーション層116を被覆するように、上記有機材料を塗布し、表面を平坦化することにより層間絶縁層118を積層形成する(図11(d))。
(2)画素電極層119の形成
層間絶縁層118における接続電極層117上にコンタクト孔を開設し、画素電極層119を形成する(図11(e))。画素電極層119の形成は、スパッタリング法あるいは真空蒸着法などを用い金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いパターニングすることでなされる。なお、画素電極層119は、接続電極層117と電気的に接続された状態となる。
(3)絶縁層122の形成
有機系の感光性樹脂材料、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等からなる感光性樹脂膜122Rを形成した後(図12(a)、図15(a)、図18(a))、乾燥し、溶媒をある程度揮発させてから、所定の開口部が施されたフォトマスクPMを重ね、その上から紫外線照射を行い感光性樹脂等からなるフォトレジストを露光し、そのフォトレジストにフォトマスクPMが有するパターンを転写する(図12(b)、図15(b))。
本実施の形態では、フォトマスクPMは、例えば、開口122z(図中の縦しま部分)に対応する部分は光を透過させる透過部、溝部122vに対応する部分(図中の格子部分)は透過部の光透過率と遮光部の透過率との間にある半透過部を備えたポジ型のハーフトーンマスクを利用する。これにより、開口122zに対応する透過部の形状に対応した開口のパターンが感光性樹脂に形成されるとともに、溝部122vに対応する半透過部の形状に対応した露光量が中間レベルの溝のパターンが感光性樹脂に形成される。ハーフトーンマスクを利用することにより、露光量が異なる複数のパターンを1回の露光で感光性樹脂に形成できる。
次に、感光性樹脂を現像、焼成によって絶縁層122X、122Y、開口122z、溝部122vをパターニングした絶縁層122を形成する(図12(c)、図15(c)、図18(b))。露光量が最も多い開口のパターンの部分は現像によって絶縁層122が除去される。露光量が中間レベルの溝のパターンの部分は、現像、焼成により絶縁層122が約1μm程度の厚みとなる。このとき、開口122z、溝部122vを長尺方向に垂直に切断した断面は、上述のとおり絶縁層122の上面側に拡幅した台形形状となる。他方、露光されない部分は絶縁層122が残存する。その結果、絶縁層122は、絶縁層122X、122Yにより各画素を規定する領域を囲繞し、開口122zの底部に画素電極層119の表面が露出し、溝部122vの底部では約1μm程度の絶縁層122が残存するようにパターンニングされる。
(4)列バンク522Yの形成
列バンク522Yの形成は、先ず、絶縁層122上に、スピンコート法、スリット塗布法などを用い、列バンク522Yの構成材料(例えば、感光性樹脂材料)からなる膜522YRを積層形成する(図18(c))。そして、樹脂膜をパターニングして間隙522zを開設して列バンク522Yを形成する(図12(d)、図15(d)、図18(d))。間隙522zの形成は、樹脂膜の上方にマスクを配して露光し、その後で現像することによりなされる。列バンク522Yは、絶縁層122Yの上面に沿って列方向に延設され、行方向に間隙522zを介して並設される。
(5)ホール注入層120、ホール輸送層121の形成
画素電極層119、絶縁層122、列バンク522Y上に対して、ホール注入層120、ホール輸送層121を形成する(図13(a)、図16(a)、図19(a))。ホール注入層120、ホール輸送層121は、スパッタリング法を用い酸化金属(例えば、酸化タングステン)からなる膜を堆積して形成される。その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い各画素単位にパターニングしてもよい。
(6)発光層123の形成
列バンク522Yで規定された各間隙522z内に、ホール輸送層121側から順に、発光層123、および電子輸送層124を積層形成する。
発光層123の形成は、インクジェット法を用い、構成材料を含むインクを列バンク522Yにより規定される間隙522z内に塗布した後、焼成することによりなされる。
発光層123の形成では、先ず、液滴吐出装置を用いて発光層123の形成するための溶液の塗布を行う。すなわち、基板100x上には、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層が、図の紙面横方向に繰り返して並んで形成される。この工程では、サブ画素形成領域となる間隙522zに、インクジェット法によりR、G、Bいずれかの有機発光層の材料を含むインク123RI、123GI、123BIをそれぞれ充填し(図19(b))、充填したインクを減圧下で乾燥させ、ベーク処理することによって、発光層123R、123G、123Bを形成する((図13(b)、図16(b)、図19(c))。
(発光層形成用の溶液塗布方法)
インクジェット法を用いて、発光層123を形成する工程を量産的に行う方法について説明する。図21は、基板に対して発光層形成用のインクを塗布する工程を示す図であって、(a)は列バンク522Y間の間隙522zに一様に塗布する場合、(b)は絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する場合である。
発光層123の形成時には、発光層123を形成するための溶液である3色のインク123RI、123GI、123BI(赤色インク、緑色インク、青色インク)を用いて、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層を、複数のラインバンク間の各領域に形成する。
説明を簡略にするため、ここでは、基板に対してまず一色のインクを塗布し、次に、その基板に別の色のインクを塗布し、次にその基板に3色目のインクを塗布する方法で、3色のインクを順次塗布することとする。
そして、以下の説明では、複数の基板に対して、3色の中の一色のインク(赤色インク)を塗布する工程について代表的に説明する。
[列バンク522Y間の間隙522zに一様に塗布する場合]
発光層123は、発光領域100aだけでなく、隣接する非発光領域100bまで連続して延伸されている。このようにすると、発光層123の形成時に、発光領域100aに塗布されたインクが、非発光領域100bに塗布されたインクを通じて列方向に流動でき、列方向の画素間でその膜厚を平準化することができる。但し、非発光領域100bでは、絶縁層122Xによって、インクの流動が程良く抑制される。よって、列方向に大きな膜厚むらが発生しにくく画素毎の輝度むらが改善される。
本塗布方法では、図21(a)に示すように、基板100xは、列バンク522YがY方向に沿った状態で液滴吐出装置の作業テーブル上に載置され、Y方向に沿って複数の吐出口624d1がライン状に配置されたインクジェットヘッド622をX方向に走査しながら、各吐出口624d1から列バンク522Y同士の間隙522z内に設定された着弾目標を狙ってインクを着弾させることによって行う。
なお、赤色インクを塗布する領域は、x方向に隣接して並ぶ3つの領域の中の1つである。
基板100xに対してインクの塗布が終わると、次に、その基板に別の色のインクを塗布し、さらに、その基板に3色目のインクを塗布する工程が繰り返し行われ、3色のインクを順次塗布する。
[絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する場合]
絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域に塗布する構成であってもよい。
本塗布方法では、図21(b)に示すように、各サブ画素100seの長手方向がY方向、各サブ画素100seの幅方向がX方向となるように基板100xを載置して、インクジェットヘッド622をX方向に走査しながら、絶縁層122Xと122Yとで規定される格子状の領域内に設定された着弾目標に向けて各吐出口からインクを吐出する。図21(b)では、赤色のサブ画素100se領域に赤色のインクを塗布する目標位置が示されている。
ただし、インクジェットヘッド622が備える複数の吐出口624d1の中で、絶縁層122Xと絶縁層122Xとの間の領域上を通過する吐出口だけを使用し、絶縁層122Xの領域上を通る吐出口(図21(b)中に×をつけた吐出口)は、常に使用しない点が異なる。図21(b)に示す例では、1つのサブ画素の領域に対して7個の着弾目標が設定され、7個の吐出口624d1からインク滴が吐出される。
基板100xに対してインクの塗布が終わると、次に、その基板に別の色のインクを塗布し、次にその基板に3色目のインクを塗布する工程が繰り返し行われ、3色のインクを順次塗布する。
上記において、複数の基板100xに対してインクの塗布が終わると、次に、その複数の基板に別の色のインクを塗布し、次にその複数の基板に3色目のインクを塗布する工程が繰り返し行われ、3色のインクを順次塗布してもよい。
(7)電子輸送層124、対向電極層125および封止層126の形成
真空蒸着法などを用い電子輸送層124を形成する。その後、電子輸送層124を被覆するように、対向電極層125および封止層126を順に積層形成する((図13(c)、図16(c)、図19(d))。対向電極層125および封止層126は、CVD法、スパッタリング法などを用い形成できる。
(8)CF基板131の形成
次に、図面を用いてCF基板131の製造工程を例示する。図22(a)〜(f)は、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131製造の各工程での状態を示す模式断面図である。
紫外線硬化樹脂(例えば紫外線硬化アクリル樹脂)材料を主成分とし、これに黒色顔料を添加してなる遮光層129の材料を溶媒に分散させ、遮光層ペースト129Rを調整し、透明な上部基板130の一方の面に塗布する(図22(a))。
塗布した遮光層ペースト129Rを乾燥し、溶媒をある程度揮発させてから、所定の開口部が施されたパターンマスクPM1を重ね、その上から紫外線照射を行う(図22(b))。
その後、塗布・溶媒除去した遮光層ペースト129Rを焼成し、パターンマスクPM1及び未硬化の遮光層ペースト129Rを除去して現像し、キュアすると、矩形状の断面形状の遮光層129が完成する(図22(c))。
次に、遮光層129を形成した上部基板130表面に、紫外線硬化樹脂成分を主成分とするカラーフィルタ層128(例えば、G)の材料を溶媒に分散させ、ペースト128Rを塗布し、溶媒を一定除去した後、所定のパターンマスクPM2を載置し、紫外線照射を行う(図22(d))。
その後はキュアを行い、パターンマスクPM2及び未硬化のペースト128Rを除去して現像すると、カラーフィルタ層128(G)が形成される(図22(e))。
この図22(d)、(e)の工程を各色のカラーフィルタ材料について同様に繰り返すことで、カラーフィルタ層128(R)、128(B)を形成する。なお、ペースト128Rを用いる代わりに市販されているカラーフィルタ製品を利用してもよい。
以上でCF基板131が形成される。
(9)CF基板131と背面パネルとの貼り合わせ
次に、有機EL表示パネル10の製造におけるCF基板131と背面パネルとの貼り合わせ工程について説明する。図14(a)〜(b)は、図3におけるA1−A1と同じ位置で切断した模式断面図、図17(a)〜(b)は、A2−A2と同じ位置で切断した模式断面図、図20(a)〜(b)は、B−Bと同じ位置で切断した模式断面図である。
先ず、基板100xから封止層126までの各層からなる背面パネルに、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの透光性紫外線硬化型樹脂を主成分とする接合層127の材料を塗布する(図14(a)、図17(a)、図19(a))。
続いて、塗布した材料に紫外線照射を行い、背面パネルとCF基板131との相対的位置関係を合せた状態で両基板を貼り合わせる。このとき、両者の間にガスが入らないように注意する。その後、両基板を焼成して封止工程を完了する(図14(b)、図17(b)、図19(b))。
以上の工程により、表示パネル10を完成する。
6.表示パネル10の効果について
6.1 サブ画素100se内における開口122z内の輝度変動の抑制
(1)開口122zの断面のプロファイルを列方向において均等とした効果
表示パネル10の効果について、説明する。図23(a)は、有機EL表示パネル10の一部を示す模式平面図、(b)は、(a)における1個のサブ画素を示す拡大平面図である。
以上、説明したように、各サブ画素100seでは、絶縁層122には、画素電極層119上において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の複数の開口122z1、z2、z3が開設され、各開口122z内にはホール注入層120、発光層123等の有機機能層が形成されている。開口122z1、z2、z3からは画素電極層119が露出してホール注入層120に接触しており、開口内において画素電極層119からホール注入層120への電荷の供給が可能となる。
さらに、絶縁層122には、基板100xの平面視において開口122z1、z2、z3とそれぞれ連通する絶縁層上面が開口した有底の接続溝部122v1、v2、v3が配されている。各溝部122v内にもホール注入層120、発光層123等の有機機能層が形成されているが、連結溝部122v0と接続溝部v1、v2、v3は、絶縁層122上方が開口した有底の溝形状断面であるので画素電極層119は露出することはない。そのため、溝部内において画素電極層119からホール注入層120への電荷の供給はされない。
発光層123は、画素電極層119からキャリアが供給される部分のみが発光するので、層間に絶縁物である絶縁層122が存在する範囲では、有機化合物の電界発光現象が生じない。そのため、発光層123は、絶縁層122が介在しない開口122z内に位置する部分のみが発光して、開口122z1、z2、z3を含む最小の矩形領域が発光領域100aとなる。発光領域100aを除く領域は非発光領域100bを構成する。すなわち、表示パネル10では、基板100xに積層された画素電極層119と絶縁層122に開設された開口122zにより、発光領域100aと非発光領域100bとが、列方向に配置されたサブ画素100seが行列状に配置する構成を採ることができる。
また、開口122z1、z2、z3を行方向に切った開口の断面は上面側に拡幅した所定の台形形状である。これにより、発光層123からの光を効率よく上方に出射することができる。
さらに、行方向に切断した開口122z1、z2、z3それぞれの断面のプロファイルは列方向において同一である構成を採る。係る構成により、製造工程において発光層123となる有機化合物の材料を含むインクを塗布する際に保液力に影響を与える要因の変動を抑制し、画素内の発光領域100a内においてインクの保液力の均一化を図ることができる。これにより、形成される発光層123の膜厚変動を低減し画素内の輝度ムラを抑制することができる。
あるいは、行方向に切断した開口122z1、z2、z3の断面のプロファイルは列方向に沿って連続的に変化している構成を採ってもよい。係る構成により、保液力に影響を与える要因の急激な変動を抑制し、画素内の発光領域内においてインクの保液力の急激な変動を防止する。その結果、発光層123の急激な膜厚変動を防止して急峻な輝度ムラの防止できる。
(2)連結溝部122v0を開口122zの終端部から離間させた効果
表示パネル10では、溝部122vは、基板100xの平面視において複数の開口122z1、z2、z3とそれぞれ列方向に連通する複数の接続溝部122v1、v2、v3と、複数の接続溝部122v1、v2、v3と行方向に交わる連結溝部122v0とを有し、複数の接続溝部122v1、v2、v3の絶縁層122上面における行方向の長さは、開口122z1、z2、z3の絶縁層122上面における行方向の長さはと同一又は実質的に同一であり、複数の接続溝部122v1、v2、v3の列方向の長さは1μm以上8μm以下である構成とした。係る構成により、接続溝部122v1、v2、v3の断面プロファイルは開口122zの終端部のインクの保液力に影響を与えず、かつ、インクの保液力に影響を与える連結溝部122v0を開口122z1、z2、z3の終端部から一定距離離間させることができる。そのため、開口122zの終端部においてより一層インクの保液力の均一化を図ることができる。発光層123の膜厚変動を低減し画素内の輝度ムラをより一層抑制することができる。
6.2 サブ画素100se内における開口122z間の輝度変動の抑制
表示パネル10では、非発光領域100b内に、接続溝部122v1、v2、v3に連通する行方向に沿った有底の連結溝部122v0が配された構成を採る。係る構成により、連結溝部122v0により、発光層123材料を含んだインクの接続溝部122v1、v2、v3間の流動性を高めサブ画素内のインク塗布量の不均一性を低減する。これより、発光層123の膜厚変動を低減して画素内の輝度ムラを抑制することができる。
6.3 サブ画素100se間の輝度変動の抑制
表示パネル10では、それぞれの接続溝部122v1、v2、v3は、列方向に隣接する2つのサブ画素内にそれぞれ存在する開口122z1、z2、z3と連通している。係る構成により、接続溝部122v1、v2、v3は、発光層123材料を含んだインクの列方向への流動性を高めサブ画素間のインク塗布量の変動を抑制する。これより、発光層123の膜厚変動を低減してサブ画素間の輝度ムラを抑制することができる。
6.4 開口率の向上
本実施の形態に係る表示パネル10では、サブ画素内の開口率を増加することができる。
図29及び図30(a)に示した、着想段階で発明者らが想起したリフレクタ構造では、サブ画素内における1つの発光部内に、開口922zに連通する行方向に沿ったスリット状の開口922z0が2本開設されていた。これは、発光部内の発光層923の膜厚を均一化するため開口922z0を列方向の端部近傍にそれぞれ設ける必要があるからである。
これに対し、表示パネル10では、図23(b)に示すように、絶縁層122には、1つの発光領域100a内に画素電極層119上において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の複数の開口122zが開設してリフレクタ構造を形成し、1つの非発光領域100b内に、開口122zとそれぞれ列方向に連通する接続溝部122vと複数の接続溝部122vと行方向に交わる1本の連結溝部122v0とを備えた構成を採っている。このように、1サブ画素内に2本存在していた開口922z0を、1サブ画素内に1本ずつ存在する連結溝部122v0に置き換えることにより、表示パネル10では、図29及び図30(a)に示した、リフレクタ構造に比べて、開口922z01本分の面積に相当する非発光領域100bの面積を減少してサブ画素内の開口率を増加することができる。これにより、サブ画素において、同一輝度での電流密度を下げて発光寿命を延ばすことができる。あるいは、発光寿命等により電流密度に上限がある場合には、最大輝度を向上することができる。
以上、説明したように、表示パネル10では、塗布型の機能層を有する表示パネルにおいて、機能層の膜厚均一化による高効率化と長寿命化を実現することができる。
≪変形例≫
実施の形態では、表示パネル10を説明したが、本発明は、その本質的な特徴的構成要素を除き、以上の実施の形態に何ら限定を受けるものではない。以下では、そのような形態の一例として、表示パネル10の変形例を説明する。
(1)接続溝部122v1、2、3の開口122z近傍にて保液力を高めた構成
行方向に切断した接続溝部122v1、v2、v3の断面のプロファイルは、行方向に切断した開口122z1、z2、z3の断面のプロファイルに対し、(a)絶縁層122上面における前記断面の行方向の長さが小さい、(b)断面の行方向の長さの厚み方向における変化率が小さい、の少なくとも何れか一方である構成としてもよい。係る構成により、インクの保液力を強める特性を持つ接続溝部122v1、v2、v3を開口122z1、z2、z3の終端部に近接させることができるので、開口122zの終端部においてインクの保液力の減少を防止することができる。発光層123の膜厚減少に起因する画素内の輝度ムラを抑制することができる。
このとき、開口122z1、z2、z3のマスクパターンと開口幅が同一のハーフトーンマスクを用いることで、接続溝部122v1、v2、v3の絶縁層122上面における溝断面の行方向の長さを容易に減少することができる。
(2)開口部及び溝部の本数が異なる構成
実施の形態に係る表示パネル10では、絶縁層122には、画素電極層119上において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の3つの開口122z1、z2、z3が開設され、開口122z1、z2、z3とそれぞれ連通する絶縁層上面が開口した有底の接続溝部122v1、v2、v3が配され、接続溝部122v1、v2、v3に連通する行方向に沿った有底の連結溝部122v0が配された構成とした。
しかしながら、開口部及び溝部の本数が異なる構成としてもよい。具体的には、例えば、図24(a)に示すように、2個の開口122z1、z2とそれらに接続される接続溝部122v1、v2と連結溝部122v0とを備え、連結溝部122v0と開口122zとは列方向にδ離間している構成としてもよい。非発光領域100b内にそれぞれ1本の連結溝部122v0を備えた構成では、後述する、図24(b)(c)に示した非発光領域100b内にそれぞれ2本の連結溝部122v0を備えた構成に比べて、連結溝部122v01本分に相当する非発光領域100bの面積を減少してサブ画素内の開口率を増加することができる。これにより、上述のとおり、サブ画素において、同一輝度での電流密度を下げて発光寿命を延ばすことができる。あるいは、発光寿命等により電流密度に上限がある場合には、最大輝度を向上することができる。
(3)列方向に溝部が集約又は分岐される構成
非発光領域100b内で列方向に溝部が集約又は分岐される構成としてもよい。具体的には、例えば、図24(b)(c)に示すように、非発光領域100b内に列方向に分割された接続溝部122vと、分割された接続溝部122vとそれぞれが連通する2本の連結溝部122v0と、2本の連結溝部122v0を列方向に連通する接続溝部122v9をさらに備え、連結溝部122v0と開口122zとは列方向にδ離間している構成としてもよい。
(4)溝部が交差する構成
非発光領域100b内で溝部が交差する構成としてもよい。具体的には、例えば、図25(a)に示すように、非発光領域100b内で接続溝部122v9と2本の連結溝部122v0とが交差し、あるいは、図25(b)に示すように、非発光領域100b内で連結溝部122v0と接続溝部122v9の両方の機能を有する3本の溝部(斜め2本、縦1本)が交差し、かつ、連結溝部122v0と開口122zとが列方向にδ離間している構成としてもよい。
(5)溝部が拡幅又は縮幅する構成
図26(a)(b)に示すように、非発光領域100b内で接続溝部122vがそれぞれ拡幅又は縮幅するとともに、拡幅又は縮幅した位置と開口122zとが列方向にδ離間している構成としてもよい。さらに、複数の接続溝部122vと連通する連結溝部122v0をさらに備えた構成としてもよい。
(6)溝部の断面のプロファイルが変化する構成
図27(a)に示すように、非発光領域100b内で列方向に分割された接続溝部122v1、v2と、接続溝部122v1、v2それぞれと連通し接続溝部122v1、v2とは断面のプロファイルが異なる接続溝部122v9とを備え、接続溝部122v9と開口122zとが列方向にδ離間している構成としてもよい。さらに、図27(b)に示すように、複数の接続溝部122vを行方向に連通する連結溝部122v0をさらに備えた構成としてもよい。
以上、変形例(1)〜(5)に係る構成においても、溝部においてインクの保液力に影響を与える断面プロファイル変化部分は非発光領域100b内にあり、当該部分は開口122zの終端部から一定距離離間しているので、実施の形態と同様に、開口122zの終端部においてインクの保液力の均一化を図ることができる。発光層123の膜厚変動を低減し画素内の輝度ムラを抑制することができる。
(7)溝部の断面プロファイル変化部分と開口122zの終端部とを近接させた構成
図27(a)に示すように、非発光領域100b内にある溝部の断面プロファイルが変化している部分(以後、「断面プロファイル変化部分」とする)と開口122zの終端部とを一定距離離間させず近接させた構成としてもよい。図28(a)は図24(b)において、図28(b)は図23(b)において、図28(c)は図25(a)において、図28(d)は図25(b)において、図28(e)は図26(a)において、図28(f)は図26(b)において、図28(g)は図27(a)において、図28(h)は図27(b)において、それぞれ断面プロファイル変化部分と開口122zの終端部とを近接させた構成である。係る構成においても、非発光領域100bにおける溝部122vの断面プロファイル変化部分は開口122z内にはなく非発光領域100b内にあるので、開口122zの終端部においてインクの保液力の変動をある程度は抑制できる。断面プロファイル変化部分を開口122z終端部と近接させる場合は、例えば、図28(f)に示すように、例えば、溝部122vの溝幅を開口122z終端部よりも狭めた構成など、開口122z終端部でインクの保液力が高まる方向のプロファイル変化をする溝部とすることがより好ましい。開口122z終端部において均一化を図ることができるとともに、非発光領域100bの列方向長さを減少でき高精細化に資することができる。
(8)開口122zの終端近傍において電極間距離を増加させた構成
接続溝部122v1、2、3と連通した開口122zの終端近傍において、画素電極119を対向電極125から所定距離離間させる構成としてもよい。層間絶縁層118に凹入部を設けて画素電極119を凹入部に沿って形成することにより、画素電極119を対向電極125から所定距離離間させることができる。すなわち、溝部122v1、2、3が連通する開口122zの終端部近傍の画素電極119の一部は、当該一部を除く画素電極119よりも対向電極125から所定距離離間している構成としてもよい。
係る構成により、層間絶縁層118の凹入部上方では、電界が弱まるので発光層123において有機電界発光が生じず、層間絶縁層118に凹入部上方を非発光領域100bに含めることができる。係る構成においても、非発光領域100bの拡大により溝部122vの断面プロファイル変化部分は発光領域100aからさらに離間するので、発光領域100aを構成する開口122z内におけるインクの保液力の均一化を図ることができる。
≪その他の変形例≫
実施の形態では、表示パネル10を説明したが、例えば、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。以下では、そのような形態の一例として、パネル10の変形例を説明する。
(1)表示パネル10では、発光層123は、行バンク上を列方向に連続して延伸している構成としている。しかしながら、上記構成において、発光層123は、行バンク上において画素ごとに断続している構成としてもよい。係る構成によっても、光取り出し効率を向上することができる。
(2)表示パネル10では、行方向に隣接する列バンク522Y間の間隙522zに配されたサブ画素100seの発光層123が発する光の色は互いに異なる構成とし、列方向に隣接する絶縁層122X間に配されたサブ画素100seの発光層123が発する光の色は同じである。しかしながら、上記構成において、行方向に隣接するサブ画素100seの発光層123が発する光の色は同じであり、列方向に隣接するサブ画素100seの発光層123が発する光の色が互いに異なる構成としてもよい。また、行列方向の両方において隣接するサブ画素100seの発光層123が発する光の色が互いに異なる構成としてもよい。係る構成によっても、光取り出し効率を向上することができる。
(3)その他
実施の形態に係る表示パネル10では、サブ画素100seには、赤色画素、緑色画素、青色画素の3種類があったが、本発明はこれに限られない。例えば、発光層が1種類であってもよいし、発光層が赤、緑、青、黄色に発光する4種類であってもよい。
また、上記実施の形態では、画素100eが、マトリクス状に並んだ構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば、画素領域の間隔を1ピッチとするとき、隣り合う間隙同士で画素領域が列方向に半ピッチずれている構成に対しても効果を有する。高精細化が進む表示パネルにおいて、多少の列方向のずれは視認上判別が難しく、ある程度の幅を持った直線上(あるいは千鳥状)に膜厚むらが並んでも、視認上は帯状となる。したがって、このような場合も輝度むらが上記千鳥状に並ぶことを抑制することで、表示パネルの表示品質を向上できる。
また、表示パネル10では、すべての間隙522zに画素電極層119が配されていたが、本発明はこの構成に限られない。例えば、バスバーなどを形成するために、画素電極層119が形成されない間隙522zが存在してもよい。
また、表示パネル10では、各色サブ画素100seである間隙522zの上方に、カラーフィルタ層128が形成されている構成とした。しかしながら、例示した表示パネル10において、間隙522zの上方にはカラーフィルタ層128を設けない構成としてもよい。
また、上記実施の形態では、画素電極層119と対向電極層125の間に、ホール注入層120、ホール輸送層121、発光層123及び電子輸送層124が存在する構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば、ホール注入層120、ホール輸送層121及び電子輸送層124を用いずに、画素電極層119と対向電極層125との間に発光層123のみが存在する構成としてもよい。また、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などを備える構成や、これらの複数又は全部を同時に備える構成であってもよい。また、これらの層はすべて有機化合物からなる必要はなく、無機物などで構成されていてもよい。また、ホール注入層120、ホール輸送層121、電子輸送層124の形成方法は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、気相成長法等の乾式成膜プロセスであってもよい。さらに、ホール注入層120、ホール輸送層121が乾式成膜プロセスで形成される場合、画素電極層119、ホール注入層120、ホール輸送層121、絶縁層122、発光層123の順に積層されてもよい。
また、上記実施の形態では、発光層123の形成方法としては、印刷法、スピンコート法、インクジェット法などの湿式成膜プロセスを用いる構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、気相成長法等の乾式成膜プロセスを用いることもできる。さらに、各構成部位の材料には、公知の材料を適宜採用することができる。
上記の形態では、EL素子部の下部にアノードである画素電極層119が配され、TFTのソース電極110に画素電極層119を接続する構成を採用したが、EL素子部の下部に対向電極層、上部にアノードが配された構成を採用することもできる。この場合には、TFTにおけるドレインに対して、下部に配されたカソードを接続することになる。
また、上記実施の形態では、一つのサブ画素100seに対して2つのトランジスタTr1、Tr2が設けられてなる構成を採用したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、一つのサブピクセルに対して一つのトランジスタを備える構成でもよいし、三つ以上のトランジスタを備える構成でもよい。
さらに、上記実施の形態では、トップエミッション型のEL表示パネルを一例としたが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、ボトムエミッション型の表示パネルなどに適用することもできる。その場合には、各構成について、適宜の変更が可能である。
また、上記実施の形態では、表示パネル10がアクティブマトリクス型の構成であったが、本発明はこれに限られず、例えば、パッシブマトリクス型の構成であってもよい。具体的には、列方向と平行な線状の電極と、行方向と平行な線状の電極とを発光層123を挟むようにそれぞれ複数並設すればよい。その場合には、各構成について、適宜の変更が可能である。なお、上記実施の形態では、基板100xがTFT層を有する構成であったが、上記パッシブマトリクス型の例などから分かるように、基板100xはTFT層を有する構成に限られない。
≪補足≫
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
また、上記の工程が実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記工程の一部が、他の工程と同時(並列)に実行されてもよい。
また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって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適宜変更可能である。
また、各実施の形態及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
本発明に係る有機EL表示パネル、及び有機EL表示装置は、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの装置、又はその他表示パネルを有する様々な電子機器に広く利用することができる。
1 有機EL表示装置
10 有機EL表示パネル
100 有機EL素子
100e 単位画素
100se サブ画素
100a 発光領域
100b 非発光領域
100x 基板(TFT基板)
100p 下部基板
101 ゲート電極
102 ゲート絶縁層
104、105 チャネル層
106 チャネル保護層
107、110 ソース電極
108、109 ドレイン電極
111 ソース下部電極
112 ドレイン下部電極
113 コンタクトプラグ
116 パッシベーション層
117 接続電極層
118 層間絶縁層
119 画素電極層
119a1、a2、a3、a4 外縁部
119b コンタクト領域(コンタクトウインドウ)
119c 接続凹部
120 ホール注入層
121 ホール輸送層
122、122X、122Y 絶縁層
122z 間隙
122w 桟
123 発光層
124 電子輸送層
125 対向電極層
126 封止層
127 接合層
128 カラーフィルタ層
129 遮光層
129X 行遮光層
129Y 列遮光層
130 上部基板
131 CF基板
522Y 列バンク
522z 間隙
622 インクジェットヘッド
624 吐出口
EL.EL素子部
Tr1.駆動トランジスタ
Tr2.スイッチングトランジスタ
C.容量

Claims (15)

  1. 複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルであって、
    基板と、
    前記基板上に行列状に配され光反射材料からなる複数の画素電極層と、
    前記画素電極層上方において列方向に沿って行方向に並んだスリット状の開口が複数開設され、前記基板の平面視において前記開口の少なくとも1つと連通する上方が開口した有底の溝部を備えた状態で、前記基板及び前記画素電極層上に配されてなる絶縁層と、
    前記複数の画素電極層のそれぞれの上方に配され、前記複数の開口内において有機電界発光を生ずる発光層を含む有機機能層と、
    前記複数の発光層上方に配された透光性の対向電極層とを備え、
    行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは列方向において同一であり、
    前記溝部は、前記溝部を行方向に切断した断面プロファイルが列方向に変化する部分を有し、
    前記基板の平面視において、前記複数の開口が存在する領域は前記画素内における発光領域、前記溝部が存在する領域は前記画素内における非発光領域である
    有機EL表示パネル。
  2. 前記溝部は、前記基板の平面視において前記複数の開口と連通する
    請求項1に記載の有機EL表示パネル。
  3. 前記溝部は、前記基板の平面視において行方向に並んだ前記複数の開口とそれぞれ列方向に連通する複数の接続溝部と、前記複数の接続溝部と行方向に交わる連結溝部とを有する
    請求項2に記載の有機EL表示パネル。
  4. 前記接続溝部の絶縁層上面における行方向の長さは、前記開口の絶縁層上面における行方向の長さと同一又は実質的に同一である
    請求項3に記載の有機EL表示パネル。
  5. 前記接続溝部の前記列方向の長さは1μm以上8μm以下である
    請求項4に記載の有機EL表示パネル。
  6. 前記溝部は、前記基板の平面視において前記複数の開口と連通する連結溝部を有する
    請求項2に記載の有機EL表示パネル。
  7. 記発光領域、前記非発光領域は列方向に交互に配置されている
    請求項1から6の何れか1項に記載の有機EL表示パネル。
  8. 前記溝部は、列方向に隣接する2つの発光領域にそれぞれ存在する開口と連通している
    請求項7に記載の有機EL表示パネル。
  9. 前記開口内に存在する前記有機機能層は前記画素電極と接触し、前記溝部内に存在する有機機能層は前記画素電極から離間している
    請求項1から8の何れか1項に記載の有機EL表示パネル。
  10. 前記開口の断面のプロファイルは、前記絶縁層上面における前記断面の行方向の長さ、及び前記断面の厚み方向の長さに基づき規定される
    請求項1から9の何れか1項に記載の有機EL表示パネル。
  11. 前記開口の断面のプロファイルは、さらに、前記断面の行方向の長さの厚み方向における変化率に基づき規定される
    請求項10に記載の有機EL表示パネル。
  12. 行方向に切断した前記接続溝部の断面のプロファイルは、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルに対し、(a)前記絶縁層上面における前記断面の行方向の長さが小さい、(b)前記断面の行方向の長さの厚み方向における変化率が小さい、の少なくとも何れか一方である
    請求項3又は5に記載の有機EL表示パネル。
  13. 前記対向電極層の上方には、さらに、前記開口に裏面を凸入された接層が配されており、
    行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは、上方に拡幅した台形形状であり、
    前記接層の屈折率をn1、前記絶縁層の屈折率をn2としたとき、
    1.1≦n1≦1.8、および、
    |n1−n2|≧0.20
    の関係を満たす
    請求項1から12の何れか1項に記載の有機EL表示パネル。
  14. さらに、前記開口の深さD、前記絶縁層上面側の開口幅Wh、前記絶縁層下面側の開口幅Wlは、
    0.5≦Wl/Wh≦0.8、および、
    0.5≦D/Wl≦2.0
    の関係を満たす
    請求項13に記載の有機EL表示パネル。
  15. 複数の画素が行列状に配された有機EL表示パネルの製造方法であって、
    基板を準備し、
    前記基板上に行列状に配され光反射材料からなる複数の画素電極層を形成し、
    前記基板及び前記画素電極層上に絶縁層を形成し、
    感光性樹脂をマスクを介して露光して現像することにより前記絶縁層における前記画素電極層上方に列方向に沿って行方向に並んだ複数のスリット状の開口と、感光性樹脂をハーフトーンマスクを介して露光して現像することにより前記基板の平面視において前記開口の少なくとも1つと連通する有底の溝部とを形成し、
    前記複数の画素電極層のそれぞれの上方に、発光層の材料を含むインクを塗布して乾燥することにより、少なくとも前記複数の開口内に前記発光層を含む有機機能層を形成し、
    前記複数の発光層上方に透光性の対向電極層を形成し、
    前記開口の形成では、行方向に切断した前記開口の断面のプロファイルは列方向において同一であり、
    前記溝部は、前記溝部を行方向に切断した断面プロファイルが列方向に変化する部分を有し、
    前記基板の平面視において、前記複数の開口が存在する領域は前記画素内における発光領域、前記溝部が存在する領域は前記画素内における非発光領域となる
    有機EL表示パネルの製造方法。
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