JP2014110132A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なった膜厚の有機ＥＬ層を、低コストで成膜することを可能とする有機ＥＬ表示装置の製造方法及びそのように製造された有機ＥＬ表示装置を提供すること。
【解決手段】
基板１０上に、画素領域毎に膜厚の異なる膜厚調整層２０を形成し、膜厚調整層２０上に画素領域毎に電極５１、５２、５３をそれぞれ形成し、膜厚調整層２０上に画素領域を分離する画素分離膜４０を形成して電極５１、５２、５３をそれぞれ露出し、これら電極上に有機ＥＬ層５１、５２、５３、６１、６２、６３を形成し、この有機ＥＬ層上に電極７０を形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electroluminescence）表示素子を用いた表示装置の製造方法及びその製造方法によって製造された表示装置に関する。

近年、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置が開発されている。かかる有機ＥＬ素子は、画素毎に発光する発光層が備えられ、当該発光層に供給する電流量自体を調整することによって発光光量を調整することができるので、エネルギー効率に優れているという特徴を有している。

このような有機ＥＬ素子を用いた表示装置において、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）といった、複数色の発光を可能とするためには、画素ごとに異なった有機ＥＬ層構造を実現する必要があり、その有機ＥＬ層構造は複数の膜から形成されるところ、その膜の厚さを異ならせている。有機ＥＬ素子は、発光色毎に異なる材料を使用し、かつ薄膜であることから光学干渉の影響を強く受けるため、所望の特性を得るためには、発光色毎に形成する膜厚を変える必要があるからである。

従来の有機ＥＬ素子においては、画素ごとに有機ＥＬ層の膜厚を異ならせるために、真空蒸着法とシャドウマスクを用いて成膜することで発光色毎に形成する膜厚を変えていた。

図５及び図６は、従来技術における有機ＥＬ層の成膜工程を示した図である。

図５に示すとおり、基板１０上に、平坦化膜２１を形成し、画素ごとに陽極を形成する。青色画素領域には陽極３１を、緑色画素領域には陽極３２を、赤色画素領域には陽極３３を形成する。そして、各画素領域を区画するように、画素分離膜４０を形成する。その上で、まず、青色領域（図中左側）のみに、シャドウマスクを開口し、その開口部分を通して青色発光のための有機ＥＬ層（ここでは、ホール輸送層（ＨＴＬ）を含む層）を成膜する。

続いて、図６に示すとおり、緑色領域（図中中側）のみに、シャドウマスクを開口し、その開口部分を通して緑色発光のための有機ＥＬ層を成膜する。緑色領域の有機ＥＬ層は、青色領域の有機ＥＬ層よりも膜厚が厚くなるように成膜する。

続いて、図７に示すとおり、赤色領域（図中右側）のみに、シャドウマスクを開口し、その開口部分を通して赤色発光のための有機ＥＬ層を成膜する。赤色領域の有機ＥＬ層は、青色領域の有機ＥＬ層や緑色領域の有機ＥＬ層の膜厚よりもいちだんと膜厚が厚くなるように成膜する。

さらに、図８に示すとおり、シャドウマスクを用いた蒸着を複数回繰り返すことによって、各画素領域に他の有機ＥＬ層（発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ））６１、６２、６３を成膜し、陰極７０を成膜する。

特開２００８−２０４９６１号公報 特開２０００−３２３２７７号公報

このような従来技術では、膜厚の調整を目的として、シャドウマスク用いた真空蒸着法を多数回繰り返すため、高価な真空成膜チャンバーが複数必要となるなど、製造コストが増大する原因となっていた。

有機ＥＬ層を形成する際に、シャドウマスクを用いた真空蒸着法を繰り返す方法以外には、液下量を色ごとに変えて画素毎に成膜を行うインク・ジェット法、画素配置をストライプ状にして、滴下量を色ごとに変えて成膜を行うノズルプリント法なども知られていたが、これらの方法においても、成膜工程が複雑になるため、製造コストが増大する原因となっていた。

本発明は、異なった膜厚の有機ＥＬ層を、低コストで成膜することを可能とする有機ＥＬ表示装置の製造方法及びそのように製造された有機ＥＬ表示装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置の製造方法は、基板上に、複数の画素領域毎に膜厚の異なる膜厚調整層を形成し、膜厚調整層上に複数の画素領域毎に複数の第１の電極をそれぞれ形成し、膜厚調整層上に複数の画素領域を分離する画素分離膜を形成して複数の第１の電極をそれぞれ露出し、複数の第１の電極上に有機ＥＬ層を形成し、有機ＥＬ層上に第２の電極を形成することを特徴とする。

有機ＥＬ層を構成する複数の膜の少なくとも一部の層は複数の画素領域について一括して形成することが望ましい。また、有機ＥＬ層を構成する複数の膜の少なくとも一部の層は、ホール輸送層であることが望ましい。また、膜厚調整層は、感光性ポリイミド層に、ハーフトーンマスクを用いて複数の画素領域毎に露光量を変えて露光することにより形成することが望ましい。

上記課題を解決するために、上記した有機ＥＬ表示装置の製造方法によって製造された有機ＥＬ表示装置が提供される。

本発明によれば、異なった膜厚の有機ＥＬ層を、低コストで成膜することが可能となる。

本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の製造方法を示した断面図である。

以下、本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法を、図１乃至図４を参照しながら詳細に説明する。

はじめに、基板１０を準備する。この基板１０には、例えばガラス基板上に低温ポリシリコン・ＴＦＴや配線等が形成され、画素を構成する有機ＥＬ層に選択的に電流を供給するための回路が作りこまれている。

以下、基板１０の製造方法について一例を述べる。まず、ガラス基板上のＴＦＴが形成される島状の領域に、ポリシリコンからなる活性領域が形成される。このポリシリコン活性領域は、プラズマ化学気相成長（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法等を用いてアモルファス・シリコンを成膜し、これをＲＴＡ（急速熱アニール）、ＥＬＡ（エキシマレーザアニール）などの方法でポリシリコン化し、これをパターニングすることによって形成する。

ポリシリコン上には、一面に、ゲート絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜はＣＶＤ法により形成された酸化シリコンや窒化シリコンから形成される。

ゲート絶縁膜上の、ＴＦＴ領域の一部には、ゲート電極が形成される。このゲート電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、もしくはこれらを含む合金等の金属薄膜をパターニングすることによって形成される。

ゲート絶縁膜及びゲート電極上には、絶縁膜が形成される。絶縁膜は、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコンや窒化シリコンから形成され、前述のポリシリコンに通じるコンタクトホールが開口される。そして、このコンタクトホールを通じてソース・ドレイン配線を接続する。配線も、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、もしくはこれらを含む合金等の金属薄膜をパターニングすることによって形成される。

絶縁膜及び配線上には、これらを覆う絶縁膜がさらに形成される。絶縁膜は、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコンや窒化シリコンから形成される。ここまでの構造が、図１の基板１０に対応する。このような回路の形成された基板１０の表面には凹凸が存在する。

次に、基板１０上に、基板１０の表面の凹凸を平坦化するとともに、その上に形成される有機ＥＬ層（とりわけホール輸送層（ＨＴＬ）５１、５２、５３）の膜厚を調整するための膜厚調整層２０を形成する。基板１０には、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）といった、複数色の発光を可能とするため、予め異なった色の画素を形成する領域が定義されており、その複数の画素領域毎に、膜厚の異なる膜厚調整層２０を形成する。

この膜厚調整層２０は、まず、基板１０上に、感光性ポリイミドをスリットコーティングし、これに、画素領域に光の透過特性の異なったハーフトーンマスクを用いて、それぞれ画素領域毎に露光量を変えて、一括して露光することにより形成する。その結果、露光量の異なる画素領域毎に膜厚が異なり、画素領域の境界には段差が形成される。ハーフトーンマスクは、石英マスクブランクに厚さの異なるクローム薄膜を形成することによって作成される。ポジ型感光性ポリイミドを使用する場合は、例えば、露光量の多い部分は反応がより進み、その結果、露光量の多い領域が現像後に膜厚調整層２０が薄く形成される。感光性ポリイミドの代わりに、感光性のポリアミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン及びフェノール樹脂等からなる群から選択される１つ以上の有機絶縁膜を用いても構わない。またネガ型感光性の材料を使用しても良く、この場合は膜厚調整層２０を薄く形成する領域の露光量が少なくなるように露光マスクのクローム薄膜の膜厚を調整する。さらには樹脂材料に変えて酸化シリコンや窒化シリコン等からなる無機絶縁膜を使用しても良く、この場合は複数回のパターニング工程を行うか、もしくはフォトレジストのパターニングの際にハーフトーンマスクを使用して膜厚調整層２０となる上記絶縁膜の膜厚を画素領域毎に調整する。

ここで、膜厚調整層２０の膜厚は、赤色画素用＜緑色画素用＜青色画素用とする。なぜならば、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各領域で比較すると、ホール輸送層（ＨＴＬ）５１、５２、５３の膜厚を、赤色画素用＞緑色画素用＞青色画素用とする必要性があるからである。

続いて、画素領域毎に厚さが異なり、かつ、画素領域間に段差を有する膜厚調整層２０上に、上記ＴＦＴと電気的に接続された陽極（電極）３１、３２、３３を形成する。陽極３１、３２、３３は、ＴＦＴ上の絶縁膜及び膜厚調整層２０を貫通して形成されたコンタクトホールによって、基板１０に形成されたＴＦＴと電気的に接続される。陽極３１、３２、３３は、比較的仕事関数の大きい金属である、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ、ＭｏＯ_３等で形成する。その結果、膜厚調整層２０の膜厚が大きい青色画素領域には青色用陽極３１が、膜厚調整層２０の膜厚が中程度の緑色画素領域には緑色用陽極３２が、膜厚調整層２０の膜厚が小さい赤色画素領域には赤色用陽極３３がそれぞれ形成される。

さらに、膜厚調整層２０上に各画素領域を分離する画素分離膜４０を形成して陽極３１、３２、３３をそれぞれ露出する。画素分離膜４０は、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン及びフェノール樹脂からなる群から選択される１つ以上の有機絶縁膜であり、スリットコーティングなどの方法で形成される。また、有機絶縁膜の代わりに、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナ等からなる群から選択される１つ以上の向き絶縁膜で形成することも可能である。これら材料からなる絶縁膜を形成した後、表面にレジストをコーティングし、そのレジストを選択的に露光することによってパターン形成をし、このレジストをマスクにしてエッチングをすることによって各画素領域を分離する画素分離膜４０を形成する。

続いて、画素分離膜４０で区画された陽極３１、３２、３３上に有機ＥＬ層を形成する。有機ＥＬ層の構成は、陽極３１、３２、３３上に、ホール注入層（ＨＩＬ）、ホール輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）がそれぞれ順番に形成されたものであってもよい。

まず、陽極３１、３２、３３上に、ホール注入層（ＨＩＬ）を形成し、続いて、ホール輸送層（ＨＴＬ）を形成する。ホール輸送層（ＨＴＬ）は赤色画素用＞緑色画素用＞青色画素用とする必要性がある。図２に図示したように、溶媒に溶かしたインク状のホール輸送層材料５０をスリットコート法によって塗布する。すると、ホール輸送層材料５０は、いったんは画素分離膜４０を完全に覆うが、画素間における材料の流動によってほぼ同じ高さまで満たされる。塗布後に、基板を加熱することによって、溶媒の蒸散とホール輸送層材料の焼結を行い、図３のような状態となる。ここで、溶媒が蒸散することによって、画素分離膜４０の高さよりもやや低い高さまで、互いに分離された赤色画素用、緑色画素用及び青色画素用の各ホール輸送層５１、５２、５３がそれぞれ形成される。膜厚調整層２０の膜厚差によって、ホール輸送層材料５０の塗布量が必然的に異なることで、各画素において膜厚が異なるホール輸送層５１、５２、５３を同時に形成することが可能となる。ホール輸送層材料５０としては、ポリエチレンジヒドロキシチオフェンやポリアニリン等が用いられる。また、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）すべての画素に同一の材料が使用される場合は、上記ＨＩＬ等をＨＴＬに変えて使用しても良い。

続いて、図４に示すように、画素毎に他の有機ＥＬ層（発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ））６１、６２、６３が形成される。そして、電子注入層（ＥＩＬ）上には、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｇもしくはこれらを含む合金等からなる陰極７０が形成される。

上述した有機ＥＬ表示装置の構造は、基板側に陽極、有機ＥＬ層上に陰極を配置する構造であるが、基板側に陰極、有機ＥＬ層上に陽極を配置する構造としてもよい。この場合は、上記ＨＴＬに変えて、ＥＩＬ乃至はＥＴＬを塗布することで、同様の効果が得られる。

以上の製造方法によれば、異なる発光色の画素領域ごとに、基板１０上の表面の凹凸を平坦化するとともに、その上に形成される有機ＥＬ層の膜厚を異ならせるための膜厚調整層２０を、一工程で容易に形成することが可能となる。従って、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法によれば、異なった膜厚の有機ＥＬ層を、低コストで成膜することが可能となる。

１０ 基板
２０ 膜厚調整層
３１、３２、３３ 陽極
４０ 画素分離膜
５１、５２、５３ ホール輸送層（有機ＥＬ層の一部）
６１、６２、６３ 発光層等（有機ＥＬ層の一部）
７０ 陰極

Claims (5)

1. 基板上に、複数の画素領域毎に膜厚の異なる膜厚調整層を形成し、
   前記膜厚調整層上に前記複数の画素領域毎に複数の第１の電極をそれぞれ形成し、
   前記膜厚調整層上に前記複数の画素領域を分離する画素分離膜を形成して前記複数の第１の電極をそれぞれ露出し、
   前記複数の第１の電極上に有機ＥＬ層を形成し、
   前記有機ＥＬ層上に第２の電極を形成することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
2. 前記有機ＥＬ層を構成する複数の膜の少なくとも一部の層は、前記複数の画素領域について一括して形成することを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
3. 前記有機ＥＬ層を構成する複数の膜の少なくとも一部の層は、ホール輸送層であることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
4. 前記膜厚調整層は、感光性ポリイミド層に、ハーフトーンマスクを用いて前記複数の画素領域毎に露光量を変えて露光することにより形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法によって製造された有機ＥＬ表示装置。

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