JP6242121B2 - 発光素子表示装置及び発光素子表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子表示装置及び発光素子表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、各画素に配置された自発光体である発光素子に発光させて表示を行う発光素子表示装置及びその製造方法に関する。

近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる自発光体を用いた画像表示装置（以下、「有機ＥＬ（Electro-luminescent）表示装置」という。）が実用化されている。この有機ＥＬ表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

このような有機ＥＬ表示装置におけるカラー表示は、画素毎にＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色をそれぞれ発光させる発光素子を有する場合と、発光素子において白色を発光し、各画素のカラーフィルタでＲＧＢ３色のそれぞれの波長領域を透過させる場合との２種類が主流となっている。

有機ＥＬ表示装置の各画素の周囲には、発光領域を囲むように形成された絶縁材料からなる絶縁バンクが形成されている。この絶縁バンクはアノード電極の発光領域周囲を覆うように形成することによってカソード電極とアノード電極が接触するのを防ぐ役割がある。また、発光領域を取り囲むことにより、段差により隣接する画素間距離を増加させ、横方向の電流リークを低減させる役割もある。通常、絶縁バンクは有機または無機の絶縁材料を用いて形成され、多くは光を透過する膜であるため、絶縁バンクを介して、隣接する画素への光漏れすることにより混色の発生原因となる恐れがある。

特許文献１は、絶縁バンクの表面に絶縁バンクより屈折率の高い層を形成することにより光を反射させることについて開示している。特許文献２は、有機発光素子を区画するように設けられた絶縁バンクの内面にある、光を反射する機能を有する反射面について開示している。特許文献３は、発光素子が形成されるガラス基板に光の波長より大きい凹凸を形成することについて開示している。

特開２００４−２８８４４７号公報 特開２００７−１５７４０４号公報 特開２００４−１１１３５４号公報

しかしながら、上記特許文献に開示された隣接画素への光漏れの対策は十分とはいえない。本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、隣接画素への光漏れを抑制すると共に、光取出し効率を向上させた発光素子表示装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子表示装置は、画素がマトリクス状に配置された表示領域を有するＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板を備え、前記ＴＦＴ基板は、少なくとも前記画素において発光する発光層を有し、有機材料により形成された発光有機層と、前記発光有機層を挟んで配置される２つの電極のうちの一方であり、画素毎に独立して配置された第１電極と、前記２つの電極のうちの他方であり、前記表示領域全体を覆うように配置された第２電極と、前記第１電極の端部を覆い、各画素間で電極同士が導通しないように配置された絶縁バンクと、を有し、前記絶縁バンクは、表面に可視光波長と同じ又は可視光波長より大きく、前記絶縁バンクの膜厚より小さい周期の凹凸が形成されている、ことを特徴とする発光素子表示装置である。

また、本発明の発光素子表示装置において、前記絶縁バンク膜は、感光することによりエッチング液に溶ける第１感光性有機材料と、感光することにより低分子化する第２感光性有機材料とを有していてもよい。

また、本発明の発光素子表示装置において、前記凹凸は、３００ｎｍから２μｍの周期で形成されていてもよい。

本発明の発光素子表示装置の製造方法は、配置される２つの電極のうちの一方の電極であり、画素毎に独立して配置された電極である第１電極を形成する工程と、前記第１電極の端部を覆い、各画素間で電極同士が接触しないように配置された絶縁バンクを形成する工程と、少なくとも前記第１電極を覆い、少なくとも発光層を有し、有機材料により形成された発光有機層を形成する工程と、前記２つの電極のうちの他方の電極であり、表示領域全体を覆うように配置された第２電極を形成する工程と、を備え、前記絶縁バンクを形成する工程は、感光することによりエッチング液に溶ける第１感光性有機材料と、感光することにより低分子化する第２感光性有機材料との混合材料を塗布・焼成し、薄膜を形成する工程と、前記薄膜を露光・エッチングし、パターニングする工程と、前記パターニングされた前記薄膜を、更に露光・焼成し、可視光波長と同じ又は可視光波長より大きく、前記薄膜の膜厚よりも小さい周期で凹凸を形成する工程と、を備えることを特徴とする発光素子表示装置の製造方法である。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す図である。 図１の有機ＥＬパネルの構成を示す図である。 図２のIII−III線におけるＴＦＴ基板の断面について概略的に示す図である。 有機ＥＬ表示装置の製造の一工程であるＴＦＴ基板の製造工程について示すフローチャートである。 図４の絶縁バンク形成工程の詳細について示すフローチャートである。 絶縁バンク形成工程の第１の変形例について示すフローチャートである。 絶縁バンク形成工程の第２の変形例について示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１には、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された有機ＥＬパネル２００から構成されている。

図２には、図１の有機ＥＬパネル２００の構成が示されている。有機ＥＬパネル２００は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２２０と封止基板２３０の２枚の基板を有し、これらの基板の間には不図示の透明樹脂が充填されている。ＴＦＴ基板２２０は、表示領域２０２にマトリクス状に配置された画素２８０を有している。また、ＴＦＴ基板２２０は、画素のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線（不図示）に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタのデータ信号線に対して画素の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２６０を有している。

図３は、図２のIII−III線におけるＴＦＴ基板２２０の断面について概略的に示す図である。この図に示されるように、ＴＦＴ基板２２０は、絶縁基板であるガラス基板３０１と、ガラス基板３０１上に形成されたＴＦＴを用いた回路であるＴＦＴ回路層３０２と、ＴＦＴ回路層３０２上に絶縁材料により形成された平坦化膜３０３と、平坦化膜３０３に開けられたスルーホールを介してＴＦＴ回路層３０２の回路と接続されるアノード電極３０４と、アノード電極３０４の端部を覆い、画素間において電極間を絶縁する絶縁バンク３０５と、アノード電極３０４及び絶縁バンク３０５上に表示領域２０２全体を覆うように形成された発光層及び電子注入層、正孔輸送層等の共通層を含む有機層３０６と、有機層３０６上で表示領域２０２全体を覆うように形成されたカソード電極３０７と、有機層３０６の劣化を防ぐために空気や水を遮断する封止膜３０８と、を有している。

ここで、本実施形態においては、表示領域全面で同じ波長領域（例えばＷ（白））の光を発光させ、封止基板２３０に設けられたカラーフィルタによりＲＧＢに対応する波長領域の光を取り出す方式の有機ＥＬ表示装置１００を想定しているが、これに限られず、各画素においてＲＧＢのそれぞれの波長領域の光を発光させ、カラーフィルタを用いずに光を取り出す方式の表示装置であってもよい。この場合には、発光層を含む有機層は、画素毎にドット状又はストライプ状に塗り分けられて、蒸着等により形成される。

ここで、絶縁バンク３０５の表面には、可視光波長（約３００ｎｍ〜８００ｎｍ）と同じ又は可視光波長より大きく、絶縁バンク３０５の膜厚（約２μｍ）より小さい周期の凹凸３１１が形成されている。具体的には、３００ｎｍから２μｍ程度の周期の凹凸３１１が形成されている。このような凹凸を形成することにより発光層からの発光が絶縁バンク３０５の表面で拡散され、絶縁バンク３０５の透過を低減することができる。これにより、隣接する画素から光が漏れる等の混色が低減されると共に、正面の有効な光量が増加するため発光効率を高めることができる。また、凹凸３１１により、隣接画素間の距離が大きくなり、抵抗が増すことから電流リークも低減することができる。

絶縁バンク３０５に用いられる材料は感光性ポリイミド材料の他アクリル系、アゾ系の感光性高分子材料を用いることができ、公知の液晶表示装置の光配向膜で使用されるような紫外線照射により低分子化するポリイミドを含むものを使用していてもよい。

図４は、有機ＥＬ表示装置１００の製造の一工程であるＴＦＴ基板２２０の製造工程の例について示すフローチャートである。この図に示されるようにＴＦＴ基板製造工程では、まず、ＴＦＴ回路層形成工程Ｓ１１０において、ガラス基板３０１上に通常のフォトリソグラフィ工程を用いてＴＦＴ回路層３０２を形成する。次に、平坦化膜形成工程Ｓ１２０において平坦化膜３０３を形成する。平坦化膜形成工程Ｓ１２０では、後述するアノード電極３０４とＴＦＴ回路との電気的な接続を行うための孔であるスルーホールも形成される。ここで、平坦化膜に用いる材料は、トップエミッション用に形成する場合で、後に高温で焼成する場合には、加熱したときに変質するアクリル材料は適さないため、ポリイミド材料を用いることが望ましい。

次に、アノード電極形成工程Ｓ１３０においてアノード電極３０４を形成する。この際、平坦化膜３０３に形成されたスルーホール内にもアノード電極３０４が形成される。トップエミッション構造の場合は、アノード電極３０４を反射電極とするために、Ａｇ等を用いる。引き続き、絶縁バンク形成工程Ｓ１４０において、アノード電極３０４の端部と２つの画素２８０の発光領域の間を覆うように絶縁バンク３０５を形成する。絶縁バンク形成工程の詳細については後述する。

次に、有機層形成工程Ｓ１５０において、発光層及び電子注入層、正孔輸送層等の共通層を含む有機層３０６を形成する。有機層３０６は、蒸着法・印刷法のいずれで形成してもよく、例えばＲＧＢの数色を画素毎に塗分けて形成しても、白色の発光層を表示領域の全面に形成してもよい。続いて、カソード電極形成工程Ｓ１６０において、有機層３０６の上に、共通となるカソード電極３０７を形成する。トップエミッションの場合は、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）及びＡｇ等を組合せた透明または半透明の電極材料を用いる。最後に、封止膜形成工程Ｓ１７０において、カソード電極３０７上に、有機層３０６の劣化を防ぐために空気や水を遮断する封止膜３０８を形成する。ガラスキャップによる封止でも、ＳｉＮなどの固体封止でもよい。

図５は、図４の絶縁バンク形成工程Ｓ１４０の詳細について示すフローチャートである。ここで、本実施形態において絶縁バンク３０５を形成する材料は、感光することによりエッチング液に溶ける第１感光性有機材料と、感光することにより低分子化する第２感光性有機材料とを混合して用いることとしている。

このフローチャートに示されるように、絶縁バンク形成工程Ｓ１４０では、まず、混合材料塗布焼成工程Ｓ１４１において、第１感光性有機材料と第２感光性有機材料とが混合され、ポリアミド酸の状態で溶剤に溶けている混合材料を用意し、この混合材料を印刷などによって基板に塗布・焼成し、ポリイミドの薄膜を形成する。次に、露光エッチング工程Ｓ１４２において、エッチングする部分を所望の波長の光で感光させ、エッチング液に浸してバンク形状をパターニングする。ここでは、混合された２つの感光性材料のうち、第１感光性有機材料の感光した部分がエッチング液に溶解する。

引き続き、露光焼成工程Ｓ１４３において、形成されたバンク形状に、例えば、光学的なマスクを介して光を照射し、光を吸収した部分の第２感光性有機材料であるポリイミド材料を低分子化させ、所望の周期で低分子化部分を形成する。ここで、所望の周期は、表面に可視光波長（約３００ｎｍ〜８００ｎｍ）と同じ又は可視光波長より大きく、絶縁バンクの膜厚（約２μｍ）より小さい周期が望ましい。照射光の波長域は任意に指定できるが、１５０〜４２０ｎｍ程度の紫外域の波長が望ましく、光照射量の調整は、照度または照射時間を調節して表面から深さ方向に、５０ｎｍ〜５００ｎｍの領域まで反応させるのが望ましい。その後、摂氏２００度以上で加熱し、低分子化したポリイミドを蒸発させる。これにより、蒸発した部分が凹部となり、凹凸構造が形成される。

図６は、絶縁バンク形成工程Ｓ１５０の第１変形例について示すフローチャートである。絶縁バンク形成工程Ｓ１４０では、第１感光性有機材料と第２感光性有機材料とが混合された混合材料を塗布することとしたが、特に混合材料とすることなく、露光エッチング工程Ｓ１５１及び露光焼成工程Ｓ１５２において、凹凸構造が形成される材料を使用することとしてもよい。

図７は、絶縁バンク形成工程Ｓ１６０の第２変形例について示すフローチャートである。絶縁バンク形成工程Ｓ１４０においては、有機材料を使用することとしたが、無機材料を用いることもできる。この場合には、絶縁バンク形成工程Ｓ１４０の露光エッチング工程Ｓ１４１及び露光焼成工程Ｓ１４２に代えてアッシングによる第１アッシング工程Ｓ１６２及び第２アッシング工程Ｓ１６３とすることができる。

以上説明したように、上述の実施形態においては、絶縁バンク３０５に凹凸が形成されるため、発光層からの発光が絶縁バンク３０５の表面で拡散され、絶縁バンク３０５の透過を低減することができる。また、これにより、隣接する画素から出射される等の混色が低減されると共に、正面の有効な光量が増加するため発光効率を高めることができる。また、凹凸３１１により、隣接画素間の距離が大きくなり、抵抗が増すことから電流リークも低減することができる。

なお、上述の実施形態では、トップエミッション方式による発光素子表示装置としたが、ボトムエミッション方式であってもよい。また、発光層は、いわゆる有機ＥＬに分類される発光素子を用いることとしたが、自ら発光するその他の自発光型の素子を用いることとしてもよい。また、図３の断面においては、同じ種類の有機層が形成される例について示したが、画素毎に異なる有機層が形成されていてもよい。また、上述の実施形態においては、絶縁バンクに有機材料を用いることとしたが、無機材料を用いて同様の凹凸を形成することとしてもよい。

１００ 表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、２００ 有機ＥＬパネル、２０２ 表示領域、２２０ ＴＦＴ基板、２３０ 封止基板、２８０ 画素、３０１ ガラス基板、３０２ ＴＦＴ回路層、３０３ 平坦化膜、３０４ アノード電極、３０５ 絶縁バンク、３０６ 有機層、３０７ カソード電極、３０８ 封止膜、３１１ 凹凸。

Claims (6)

1. 画素がマトリクス状に配置された表示領域を有するＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板を備え、
   前記ＴＦＴ基板は、
   少なくとも前記画素において発光する発光層を有し、有機材料により形成された発光有機層と、
   前記発光有機層を挟んで配置される２つの電極のうちの一方であり、画素毎に独立して配置された第１電極と、
   前記２つの電極のうちの他方であり、前記表示領域全体を覆うように配置された第２電極と、
   前記第１電極の端部を覆い、各画素間で電極同士が導通しないように配置された絶縁バンクと、を有し、
   前記絶縁バンクは、表面に可視光波長と同じ又は可視光波長より大きく、前記絶縁バンクの膜厚より小さい周期の凹凸が形成されおり、
   前記絶縁バンクは、感光することによりエッチング液に溶ける第１感光性有機材料と、感光することにより低分子化する第２感光性有機材料とを有している、
   ことを特徴とする発光素子表示装置。
2. 請求項１に記載の発光素子表示装置であって、
   前記凹凸は、３００ｎｍから２μｍの周期で形成されている、ことを特徴とする発光素子表示装置。
3. 配置される２つの電極のうちの一方の電極であり、画素毎に独立して配置された電極である第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極の端部を覆い、各画素間で電極同士が導通しないように配置された絶縁バンクを形成する工程と、
   少なくとも前記第１電極を覆い、少なくとも発光層を有し、有機材料により形成された発光有機層を形成する工程と、
   前記２つの電極のうちの他方の電極であり、表示領域全体を覆うように配置された第２電極を形成する工程と、を備え、
   前記絶縁バンクを形成する工程は、
   感光することによりエッチング液に溶ける第１感光性有機材料と、感光することにより低分子化する第２感光性有機材料との混合材料を塗布・焼成し、薄膜を形成する工程と、
   前記薄膜を露光・エッチングし、パターニングする工程と、
   前記パターニングされた前記薄膜を、更に露光・焼成し、可視光波長と同じ又は可視光波長より大きく、前記薄膜の膜厚よりも小さい周期で凹凸を形成する工程と、を備えることを特徴とする発光素子表示装置の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の発光素子表示装置であって、
   前記絶縁バンクは、前記第１電極の一部を露出し、
   前記絶縁バンクの前記表面は、前記第１電極の一つと交差する側面と、前記側面と交差する上面とを有し、
   前記凹凸は、前記側面と前記上面とに位置することを特徴とする発光素子表示装置。
5. 請求項４に記載の発光素子表示装置であって、
   前記発光有機層は、前記側面と前記上面とに対向する凹凸を有することを特徴とする発光素子表示装置。
6. 請求項５に記載の発光素子表示装置であって、
   前記第２電極は、前記発光有機層の前記凹凸に対向する凹凸を有することを特徴とする発光素子表示装置。

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