JP5303818B2

JP5303818B2 - 有機エレクトロルミネセンスディスプレイパネルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP5303818B2
Application number: JP2001283280A
Authority: JP
Inventors: 信逸竹橋; 博司筒; 成浩諸沢
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003091246A

Description

本発明は、電流の注入によって発光する有機化合物材料のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）を利用して、有機ＥＬ材料の薄膜からなる発光層を備えた有機ＥＬ素子をマトリクス状に配置した有機ＥＬディスプレイパネルに関するものである。

近年、携帯端末、モバイルPC、携帯電話等の表示デバイスとして有機ＥＬディスプレイが有望視されている。有機ＥＬディスプレイは画素自身が自己発光方式のためバックライトが不要でかつ、カラーフィルタを用いずにフルカラー表示が可能なため、広視野角、高コントラスト、優れた色再現性といった特長を持ち、加えて高輝度、薄型、応答特性に優れるなどの特性を備えていることから、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）向けに各社で開発が盛んに行われている。

有機ＥＬディスプレイは例えば特開平９−１１５６７２号公報や特開平８−２２７２７６号公報に記載されているように、マトリクス状に配置された個々の画素電極上に有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）を形成し、画素電極に加えた電圧により陰極から電子を注入しかつ陽極からホールを注入し、電子とホールの再結合により発光をさせ、表示を行うものであり、この発光は、有機電界発光材料層を挟んで陰極と陽極とが重なり合う部分で生じるものである。

図４に従来における有機ＥＬディスプレイパネルの構成を示す。

透明基板であるガラス基板３０上にはマトリクス状に並置配列されたインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成るの複数の島状の透明電極３１と、この透明電極３１に接続された非線形素子３２、たとえば互いに接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がフォトリソグラフィや真空蒸着技術などによって形成されている。非線形素子上には平坦化のため感光性樹脂による平坦化膜３９が数ミクロン形成され、平坦化膜３９をフォトリソグラフィーによって開口した開口部から非線形素子３２と透明電極３１が電気的に接続されている。平坦化膜３９と透明電極３１上には感光性樹脂から成る突起３８が形成されている。陽極となる透明電極３１上にはホール輸送層３３、発光層３４及び電子輸送層３５の有機媒体が薄膜で形成され、最上層には陰極３６である金属薄膜が形成されている。これらの薄膜は例えば真空蒸着法で順次成膜されたもので、陽極である透明電極３１と陰極３６との間に直流電圧を選択的に印加することによって、透明電極３１から注入されたホールがホール輸送層３３を経て、また陰極３６から注入された電子が電子輸送層３５を経て、それぞれ発光層３４に到達して電子とホールの再結合が生じ、ここから所定波長の発光３７が生じ、透明基板３０の側から発光表示ができるものである。また、このとき、赤（３７-Ｒ）、緑（３７-Ｇ）、青（３７-Ｂ）の各色に発光物質が異なる発光層３４をそれぞれ個々に透明電極３１上に並置配置形成することによりフルカラー表示を行うことが可能となる。

次に図５、図６にＥＬディスプレイパネルの製造方法を示す。

図５（ａ）においてガラス基板３０上にはマトリクス状に配置した非線形素子３２が形成される。非線形素子３２はフォトリソグラフィーや真空蒸着法により形成する。

非線形素子３２上には非線形素子形成による凹凸を緩和するための平坦化膜３９を形成し、平坦化膜３９上には非線形素子３２と電気的に接続するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る透明電極３１を形成する。そのために平坦化膜３９の一部には開口部が設けられている。

図５（ｂ）において平坦化膜３９および透明電極３１上に感光性樹脂による突起４０をフォトリソグラフィー法により形成する。この突起４０は後のマスク蒸着工程で有機ＥＬ層を形成する際に成膜用マスクが透明電極３１および、形成した有機ＥＬ層と接触することによる損傷を防止するために形成される。突起４０の厚みは０．５〜１０ミクロンである。

図５（ｃ）において個々の透明電極３１にホール輸送層３３となる有機媒体を形成し、さらにその上に発光層３４、電子輸送層３５を順次形成する（図５（ｄ）、図６（ａ））。なお、発光層３４は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に発光物質が異なる個々の発光層３４−Ｒ、３４−Ｇ、３４−Ｂを並置配置するよう形成される。

次に図６（ｂ）において、ホール輸送層３３、発光層３５、電子輸送層を覆うようにＡｌからなる陰極３６を形成する。最後に、これら有機ＥＬ層を、湿度の影響による特性劣化を防ぐため、封止するというものであった。

発明が解決しようとする課題

上記のように発光物質が異なる有機発光層をマトリクス状に並置配置された非線形素子の透明電極上に配置形成することにより自己発光のフルカラー有機ＥＬディスプレイを実現することが可能であるが、その際下記の課題が生じる。

透明電極は蒸着法によって形成され、膜厚数ミクロンの厚さの平坦化膜の開口部を介して非線形素子と接続されている。このため、透明電極表面は平坦化膜の開口部に沿った凹部を有しているため、透明電極上に形成される有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）が平坦化膜開口部のショルダー部のエッジ部での段切れが生じ、これによって陽極である透明電極と陰極層間にショートが生じ、画素単位での非点灯画素不良が発生することがある。また、同様に平坦化膜ショルダー部のエッジ部領域で有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）の膜厚が極端に薄くなることにより、陽極と陰極間に低抵抗化によるリークパスが発生し、これにより有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）を形成した領域全体の発光が困難となり、発光面積が著しく減少することによる発光面積当りの電流密度が上昇する。これにより有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）の劣化による輝度低下や、時間経過に伴う非点灯領域が増大するなど表示信頼性が著しく低下するという問題点がある。

本発明の目的は、かかる問題点を解消するべく簡素な構成で非点灯画素による画素欠陥を低減し、経時的な輝度低下、画素欠陥の発生を皆無にし、歩留まりが高く、信頼性に優れた有機ＥＬディスプレイパネルを提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明はマトリクス状に配置された透明電極と非線形素子とのコンタクト部分、すなわち平坦化膜の開口部を絶縁体層あるいは導電体層で覆い、平坦化膜の開口部をなだらかな構成にすることにより、有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）の段切れによる陽極と陰極間のショートおよび、有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）の膜厚が薄くなることによる陽極と陰極間の電流リークを防止するものである。これにより、非点灯画素による画素欠陥、経時的な輝度低下、表示領域の輝度バラツキを低減させ、製造歩留まりが高く、信頼性に優れた有機ＥＬディスプレイパネルを実現、提供できる。

以下に本発明における実施例について図面を用いて説明する。

（第一の実施例）
図１は本発明における第一の実施例の有機ＥＬディスプレイの断面構成を示したものである。

透明基板であるガラス基板１上にはマトリクス状に並置配列された非線形素子である薄膜トランジスタ３がフォトリソグラフィや真空蒸着技術などによって形成されている。非線形素子には、必要に応じてコンデンサや配線が接続されており、これらを含めて非線形素子回路と呼ぶ。そして薄膜トランジスタ３を含む非線形素子回路上には薄膜トランジスタ３自身の膜厚による凹凸を緩和するため平坦化膜４が形成塗布されている。平坦化膜４は感光性樹脂でフォトリソグラフィーによって形成され、形成膜厚は数ミクロンである。そして平坦化膜４にはフォトリソグラフィーによって開口された開口部７をを設け、この開口部７を介して薄膜トランジスタ３のドレイン電極５と電気的に接続された透明電極２が形成されている。この透明電極２は薄膜トランジスタ３と一対で形成され、薄膜トランジスタ３と同様にガラス基板１上にマトリクス状に並置配列される。また、この透明電極２はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の仕事関数が小さい材料を用いて形成され、後の工程で形成される有機ＥＬ層の陽極（アノード電極）となる。

また、透明電極の上には絶縁樹脂による突起６が設けられる。この突起６は以降のマスク蒸着工程で有機ＥＬ層を蒸着形成する際に成膜用マスクが透明電極２および、形成された有機ＥＬ層と接触し、これらが損傷するのを防止するために形成されるものである。なお、この突起６は感光性を有した絶縁樹脂であり、平坦化膜４と同材料を用いて形成できるものである。

さらには、透明電極２と薄膜トランジスタ３のドレイン電極５と接続コンタクトする平坦化膜４の開口部７は開口部全体を覆うように絶縁樹脂による開口部の穴埋め８がなされている。穴埋め８は平坦化膜４や突起６と同様に同材料を用いて形成できる。有機ＥＬ層の陽極となる透明電極２上にはホール輸送層９、発光層１０及び電子輸送層１１の有機媒体が薄膜で順次形成されている。そしてこれら有機ＥＬ層９、１０、１１を覆うように陰極１２となる金属薄膜が最上層に形成されている。この陰極１２はＡｌ等の金属材料を蒸着法等によって形成する。また、この陰極１２は発光層１０で発光した光をガラス基板１側に反射させ、発光効率を増大する目的もある。また、反射をより確実にするために、さらに別の反射膜を形成することもできる。これらの薄膜は例えば真空蒸着法で順次成膜されるもので、陽極である透明電極２と陰極１２との間に直流電圧を選択的に印加することによって、透明電極２から注入されたホールがホール輸送層９を経て、また陰極１２から注入された電子が電子輸送層１１を経て、それぞれ発光層１０に到達して電子とホールの再結合が生じ、ここから所定波長の発光が生じ、ガラス基板１の側から発光表示ができるものである。

また、発光した光を上方すなわち陰極１２側へ取り出す構成も可能で、この場合は陰極１２を透明電極とする。そして、陽極側へ出る光を反射させるために、陽極の外側（発光層と反対側）に反射膜を設ける。

なお、上記実施例での非線形素子は透明電極２上に形成された有機ＥＬ層９、１０、１１に加わる電流を制御し、発光層１０を発光させるものでこれに用いられる非線形素子としてはｐ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉ、ＣｄＳｅ、Ｔｅ等の薄膜トランジスタを用いることができ、またＭＯＳ−ＦＥＴを用いた回路も用いることが可能である。さらに、３端子タイプではなく、２端子タイプのＭＩＭなどを用いた回路構成にすることも可能である。

次に、本発明における第１の実施例の有機ＥＬディスプレイパネルの製造方法を図面を用いてに説明する。

図２（ａ）において、ガラス基板１上に非線形素子である薄膜トランジス３とゲートライン、ゲート絶縁膜、チャネル層、コンタクト層、ソース、ドレインライン、信号線等（図示せず）をマトリクス状に配置形成し、薄膜トランジスタ３上に平坦化膜４を形成し、平坦化膜４上には平坦化膜４の開口部７を介して薄膜トランジスタ３のドレイン電極５と電気的に接続したＩＴＯから成る透明電極２を５００〜１５００オングストロームの膜厚で形成する。この透明電極２は後の有機ＥＬ層の陽極（アノード）となるものでインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の仕事関数が小さい材料が用いられる。

図２（ｂ）において、レジストあるいは感光性ポリイミド樹脂等で透明電極２上に絶縁性の突起６をフォトリソグラフィーによって形成する。この突起６の高さは透明電極２の表面や、後の有機ＥＬ層を成膜する際の成膜用マスク（図示せず）が突起６に突き合わされた際に成膜用マスクで既に成膜された有機ＥＬ媒体を傷つけない程度の高さ（０．５μm以上）を有しておれば良い。一方、突起６が高すぎても壊れやすくなるので１０μｍ以下程度、できれば１〜２μｍ程度が望ましい。更に、その後の工程で成摸する陰極が突起６のテーパー角度によって断線しないように、突起６の断面が略台形の形状になることが望ましい。このときのテーパー角度は６０度以下が望ましい。このようにマトリクス状に並置された突起６は、ガラスペーストの光吸収性物質を塗布するスクリーン印刷法によっても形成することもできる。また突起６の平面形状は、長方形底面の壁となるように形成しているが、正方形、円形などその形状は如何なるものでも良い。なお、この突起６は平坦化膜４と同材料で形成することもできる。

次に図２（ｃ）において、透明電極２と薄膜トランジスタ３のドレイン電極５とを電気的に接続している平坦化膜４の開口部７を覆うように絶縁性を有する材料で開口部の穴埋め８を行う。この開口部の穴埋め８は平坦化膜４や突起６と同材料で形成できる。また、フォトリソグラフィのマスクを共通化することにより突起６と同時に形成できるものである。さらにはＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の無機材料を用いることも可能である。

次に図２（ｄ）において有機ＥＬ層の陽極となる透明電極２上にはホール輸送層９を、次に図３（ａ）に示すようにホール輸送層９上に発光層１０を、次に図３（ｂ）に示すように発光層１０上に電子輸送層１１を、画素毎に開口部を有する成膜用マスクを介して薄膜で順次形成する。

そして図３（ｃ）において、これら有機ＥＬ層９、１０、１１を覆うように陰極（カソード）１２となる金属薄膜を形成する。この陰極１２はＡｌ等の金属材料を蒸着法等によって形成するものである。その後、透明電極２上に形成した有機ＥＬ層９、１０、１１の湿度による特性劣化および物質的劣化による発光特性低下や非点灯画素の欠陥の発生を防止するため、ガラス板等を樹脂接着して封止が行われ（図示せず）、有機ＥＬディスプレイパネルが実現できるものである。なお、平坦化膜の開口部の穴埋めには前記したように感光性を有する絶縁樹脂の他にＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の無機材料を用いることも可能である。また、ペースト状のスクリーン印刷印刷法によっても形成が可能である。

なお、赤、緑、青など発光色の異なる発光層１０を形成する際には、同一の開口マスクを色ごとに１画素ずつずらして成膜することにより、マスクの種類を増やさずに成膜できる。

（第２の実施例）
また、第２の実施例として、第１実施例では平坦化膜４の開口部７の穴埋め８は突起６と個別の工程で形成されるが、突起６と平坦化膜４の開口部７の穴埋め８は同じ材料を用いることができるため、突起６を形成する工程で平坦化膜４の開口部７の穴埋め８を同時に行うことも可能である。

（第３の実施例）
また、第３の実施例として平坦化膜４の開口部７の穴埋め８をインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やアルミ等の導電体の材料を用いることも可能である。

（第４の実施例）
さらには第４の実施例として透明電極２上の突起６を形成せず、平坦化膜４の開口部７の穴埋め８のみを形成して、穴埋め８に突起６の作用を受け持たせることによって、有機ＥＬ層（ホール輸送層９、発光層１０、電子輸送層１１）を成膜時、成膜用マスクが透明電極２および、形成された有機ＥＬ層と接触し、損傷を防止ことも可能である。そのときの平坦化膜４の開口部７の穴埋め８は導電体層あるいは絶縁体層いずれを用いても良い。なお、その際の平坦化膜４の開口部７の穴埋め８の高さ、膜厚は有機ＥＬ成膜用マスクで透明電極２および、既に成膜された有機ＥＬ媒体を傷つけない程度の高さ（０．５μm以上）を有しておれば良い。

発明の効果

透明電極上に形成される平坦化膜の開口部が絶縁体層あるいは導電体層で埋込まれているので平坦化膜表面の凹凸が緩和され、有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）が平坦化膜開口部のエッジで段切れが生じなくなり、画素単位でのＥＬ発光が伴わない非点灯不良を防止できる。また、平坦化膜開口部のエッジ領域において有機ＥＬ層（ホール輸送層、発光層、電子輸送層）の膜厚が極端に薄くなることによるリークパスが生じないため、時間経過に伴う非点灯領域の拡大や消費電力の増加を防止でき、有機ＥＬパネルの製造歩留まりが高く、信頼性に優れた高画質で低消費電力な有機ＥＬディスプレイパネルを簡素な構成で実現することが可能となる。

本発明の一実施例である有機ＥＬディスプレイの構造断面図本発明の一実施例である有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す工程断面図本発明の一実施例である有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す工程断面図本発明の従来例である有機ＥＬディスプレイの断面構造図本発明の従来例である有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す工程断面図本発明の従来例である有機ＥＬディスプレイの製造工程を示す工程断面図

１ガラス基板
２透明電極
３薄膜トランジスタ
４平坦化膜
５ドレイン電極
６突起
７開口部
８開口部の穴埋め
９ホール輸送層
１０発光層
１１電子輸送層
１２陰極

Claims

マトリクス状に配置された複数の非線形素子回路と発光部からなる画像表示配列を有している有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルであって、前記非線形素子回路と電気的に接続された前記発光部に対応する第１の表示電極がマトリクス状に表面上に形成された透明基板において、前記非線形素子回路上に形成され、コンタクト領域を開口した絶縁膜と、前記第１の表示電極上に突出する電気絶縁性を有した突起と、前記非線形素子回路と前記第１の表示電極とのコンタクト領域を覆うようにして絶縁体が形成され、前記絶縁体の上面全体を覆うように形成されると共に、前記第１の表示電極上に形成された少なくとも１層の有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜と、前記有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜の上に共通に形成された第２の表示電極と、を有し、前記突起は隣り合う前記発光部にそれぞれ位置する前記薄膜を区画し、前記絶縁体の上面は前記突起の上面よりも低い位置に位置することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
マトリクス状に配置された複数の非線形素子回路と発光部からなる画像表示配列を有している有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルであって、前記非線形素子回路と電気的に接続された前記発光部に対応する第１の表示電極がマトリクス状に表面上に形成された透明基板において、前記非線形素子回路上に形成され、コンタクト領域を開口した絶縁膜と、前記第１の表示電極上に突出する電気絶縁性を有した突起と、前記非線形素子回路と前記第１の表示電極とのコンタクト領域を覆うようにして導電体が形成され、前記導電体の上面全体を覆うように形成されると共に、前記第１の表示電極上に形成された少なくとも１層の有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜と、前記有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜の上に共通に形成された第２の表示電極とからなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
マトリクス状に配置された複数の非線形素子回路と発光部からなる画像表示配列を有している有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルであって、前記非線形素子回路と電気的に接続された前記発光部に対応する第１の表示電極がマトリクス状に表面上に形成された透明基板において、前記非線形素子回路上に形成され、コンタクト領域を開口した絶縁膜と、前記非線形素子回路と前記第１の表示電極とのコンタクト領域を覆うようにして導電体が形成され、前記導電体の上面全体を覆うように形成されると共に、前記第１の表示電極上に形成された少なくとも１層の有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜と、前記有機エレクトロルミネッセンス媒体の薄膜の上に共通に形成された
第２の表示電極とからなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記非線形素子回路は互いに接続された薄膜トランジスタ及びコンデンサからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記基板及び前記第１表示電極が透明であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記第２表示電極上に形成された反射膜を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記第２表示電極が透明であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記第１表示電極の外側に形成された反射膜を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記突起が感光性樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記絶縁体が感光性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記導電体が透明であることを特徴とする請求項２または３記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。
前記導電体が前記第１の表示電極と同一材料で形成されていることを特徴とする請求項３記載の有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネル。