WO2019130401A1 - 有機el表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an organic EL display device and a method of manufacturing the same.
- Organic EL (Electro Luminescence) display devices have begun to be put to practical use.
- One of the features of the organic EL display device is that a flexible display device can be obtained.
- the organic EL display device has at least one organic light emitting diode (OLED) per pixel and at least one thin film transistor (TFT) that controls the current supplied to each OLED.
- OLED organic light emitting diode
- TFT thin film transistor
- the organic EL display device will be referred to as an OLED display device.
- an OLED display device having switching elements such as TFTs for each OLED is called an active matrix OLED display device.
- the substrate on which the TFT and the OLED are formed is referred to as an element substrate.
- OLEDs in particular, organic light emitting layer and cathode electrode materials
- TFE Thin Film Encapsulation
- the thin film sealing technology is to obtain sufficient water vapor barrier property with a thin film by alternately laminating an inorganic barrier layer and an organic barrier layer. From the viewpoint of the moisture resistance reliability of the OLED display device, typically, 1 ⁇ 10 ⁇ 4 g / m 2 / day or less is required as a WVTR (Water Vapor Transmission Rate: WVTR) of a thin film sealing structure.
- WVTR Water Vapor Transmission Rate: WVTR
- the thin film encapsulation structure used in OLED displays currently on the market has an organic barrier layer (polymer barrier layer) having a thickness of about 5 ⁇ m to about 20 ⁇ m.
- organic barrier layer polymer barrier layer
- the relatively thick organic barrier layer also plays a role of planarizing the surface of the element substrate.
- the organic barrier layer is thick, there is a problem that the flexibility of the OLED display is limited.
- Patent Document 1 when the first inorganic material layer, the first resin material, and the second inorganic material layer are formed in this order from the element substrate side, the first resin material is used as the first inorganic material.
- a thin film sealing structure is disclosed which is unevenly distributed around the convex portion of the layer (the first inorganic material layer covering the convex portion).
- the first resin material when the first resin material is unevenly distributed around the convex portion that may not be sufficiently covered by the first inorganic material layer, the penetration of water or oxygen from the portion is suppressed.
- the first resin material functions as a base layer of the second inorganic material layer, whereby the second inorganic material layer is properly formed, and the desired thickness of the side surface of the first inorganic material layer is obtained.
- the first resin material is formed as follows.
- the heated and vaporized mist-like organic material is supplied onto the element substrate maintained at a temperature below room temperature, and the organic material condenses on the substrate and drops.
- the dropletized organic material moves on the substrate by capillary action or surface tension, and is localized at the boundary between the side surface of the convex portion of the first inorganic material layer and the substrate surface. Thereafter, the first resin material is formed at the boundary portion by curing the organic material.
- Patent Document 2 also discloses an OLED display device having a similar thin film sealing structure.
- the flexibility of the OLED display is improved because the thin film encapsulation structure having an organic barrier layer composed of uneven distribution resin described in Patent Document 1 or 2 does not have a thick organic barrier layer. .
- Patent Document 3 most of the sides of the bank layer formed at the boundaries of the pixels are the cliffs with an inclination angle of 90 ° or more, and some of them are loose with an inclination angle of less than 90 °.
- An OLED display device is disclosed in which peeling of the planarization layer (corresponding to the organic barrier layer in the present specification) contained in the thin film sealing structure formed thereon is suppressed by forming the inclined portion.
- the inclination angle of the flattening layer of the gently inclined portion described in FIG. 5 of Patent Document 3 is about 12 °. Further, the inclination angle of the planarization layer in the conventional thin film sealing structure described in FIG. 12 of Patent Document 3 is about 10 °.
- An object of the present invention is to provide an organic EL display device in which front luminance and directivity are improved and a method of manufacturing the same.
- An organic EL display device is an organic EL display device having a plurality of pixels, and a substrate and a plurality of organic EL elements supported by the substrate, each of the plurality of pixels
- An element substrate having a plurality of organic EL elements disposed in each of the plurality of organic EL elements, and a bank layer defining each of the plurality of pixels, and a thin film sealing structure covering the plurality of pixels;
- the thin film sealing structure may include a first inorganic barrier layer, and a plurality of discretely in contact with the upper surface of the first inorganic barrier layer.
- An organic barrier layer having a real part; and a second inorganic barrier layer in contact with the upper surface of the first inorganic barrier layer and the upper surfaces of the solid parts of the organic barrier layer; Is the first inorganic barrier A solid portion around the pixel from the portion on the slope to the periphery in the pixel over the entire circumference, and the refractive index n0 of the organic barrier layer is smaller than the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer,
- the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion is 20 ° or more.
- the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion is preferably 30 ° or more.
- the inclination angle ⁇ a is substantially the same over the entire circumference of the pixel.
- the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion is 40 ° or less.
- an inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer is 20 ° or more and 60 ° or less.
- the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer is 1.75 to 1.90.
- the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer is preferably 1.80 or more.
- the refractive index of the first inorganic barrier layer is the same as the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer.
- Each of the first inorganic barrier layer and the second inorganic barrier layer is preferably a silicon nitride film (SiN film).
- the pixel peripheral solid portion has a concave surface.
- the solid portion around the pixel having such a structure is formed by using a resin having excellent adhesion (wettability) to the bank layer.
- the organic barrier layer is preferably formed of a colorless and transparent photocurable resin (for example, an acrylic resin).
- the method of manufacturing an organic EL display device is a method of manufacturing the organic EL display device described in any of the above, wherein the step of forming the thin film sealing structure is the first method.
- Preparing the element substrate on which the inorganic barrier layer is formed in a chamber, supplying a photocurable resin in a vapor or mist form in the chamber, and the photocurable on the first inorganic barrier layer A step of forming a liquid film by condensing a resin, a step of forming a photocurable resin layer by irradiating the liquid film of the photocurable resin with light, and partially forming the photocurable resin layer Forming the organic barrier layer by ashing.
- the viscosity of the photocurable resin and / or the wettability with respect to the slope are controlled so that the liquid film is formed on the slope of the bank layer.
- the surface of the slope may be modified.
- a method of manufacturing an organic EL display device is a method of manufacturing the organic EL display device described in any of the above, wherein the step of forming the organic barrier layer is a spray method, It is carried out by a spin coating method, a slit coating method, a screen printing method or an inkjet method. It may further include an ashing step.
- the organic barrier layer may be formed using a photosensitive resin and mask exposure may be performed.
- a solid portion around the pixel may be formed by mask exposure, and an inorganic barrier layer bonding portion in which the first inorganic barrier layer and the second inorganic barrier layer are in direct contact with each other may be formed.
- an organic EL display device with improved front luminance and directivity and a method of manufacturing the same are provided.
- FIG. 1 is a plan view schematically showing a structure of an OLED display device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- (A) to (c) are schematic cross-sectional views of the OLED display device 100, (a) is a cross-sectional view along line 3A-3A 'in FIG. 2, (b) is a cross-sectional view FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line 3B-3B ′, and FIG.
- FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line 3C-3C ′ in FIG. (A) is an enlarged view of a portion including the particle P in FIG. 3 (a), and (b) shows the size of the particle P, the first inorganic barrier layer (SiN layer) covering the particle P, and the organic barrier layer
- FIG. 6C is a schematic cross-sectional view of the first inorganic barrier layer covering the particle P.
- FIG. FIG. 4 is a plan view schematically showing a bank layer 48 of the OLED display device 100.
- FIG. 6A is a cross-sectional view along line 6A-6A ′ in FIG. 5
- FIG. 7B is a cross-sectional view schematically illustrating the pixel and the bank layer 48 included in the OLED display device 100.
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6B-6B ′. It is a typical sectional view for explaining an operation and an effect of pixel circumference solid part 14a of TFE structure 10 which OLED
- the organic EL display device according to the embodiment of the present invention may have, for example, a glass substrate instead of the flexible substrate.
- FIG. 1 (a) is a schematic partial cross-sectional view of the active area of an OLED display 100 according to an embodiment of the present invention
- FIG. 1 (b) is a partial cross-sectional view of TFE structure 10 formed on OLED 3. It is.
- the OLED display device 100 has a plurality of pixels, and at least one organic EL element (OLED) per pixel.
- OLED organic EL element
- the OLED display device 100 includes a flexible substrate (hereinafter sometimes simply referred to as a “substrate”) 1 and a circuit (backplane) 2 including a TFT formed on the substrate 1. And an OLED 3 formed on the circuit 2 and a TFE structure 10 formed on the OLED 3.
- the OLED 3 is, for example, a top emission type.
- the top of the OLED 3 is, for example, a top electrode or a cap layer (refractive index adjustment layer).
- An optional polarizer 4 is disposed on the TFE structure 10.
- the substrate 1 is, for example, a polyimide film having a thickness of 15 ⁇ m.
- the thickness of the circuit 2 including the TFT is, for example, 4 ⁇ m
- the thickness of the OLED 3 is, for example, 1 ⁇ m
- the thickness of the TFE structure 10 is, for example, 1.5 ⁇ m or less.
- FIG. 1 (b) is a partial cross-sectional view of TFE structure 10 formed on OLED 3.
- the TFE structure 10 has a first inorganic barrier layer (for example, a SiN layer) 12, an organic barrier layer (for example, an acrylic resin layer) 14, and a second inorganic barrier layer (for example, SiN layer) 16.
- the first inorganic barrier layer 12 is formed directly on the OLED 3.
- the organic barrier layer 14 is in contact with the top surface of the first inorganic barrier layer 12 and has a plurality of solid portions distributed discretely.
- the second inorganic barrier layer 16 is in contact with the upper surface of the first inorganic barrier layer 12 and the upper surfaces of a plurality of solid portions of the organic barrier layer 14.
- the organic barrier layer 14 is transparent (when the thickness is 1 ⁇ m, the visible light transmittance is 95% or more).
- the first inorganic barrier layer 12 and the second inorganic barrier layer 16 are, for example, a SiN layer (for example, Si 3 N 4 layer) having a thickness of 400 nm, and the first inorganic barrier layer 12 and the second inorganic barrier layer 16 are The thicknesses are each independently 200 nm or more and 1000 nm or less.
- the thickness of the TFE structure 10 is preferably 400 nm or more and less than 2 ⁇ m, and more preferably 400 nm or more and less than 1.5 ⁇ m.
- the thickness of the organic barrier layer 14 may be about 1 ⁇ m at most, although it depends on the size of the convex portions and particles on the surface of the first inorganic barrier layer 12.
- the thickness of the organic barrier layer 14 is typically 200 nm or more and 500 nm or less.
- the TFE structure 10 is formed to protect the active area (see the active area R1 in FIG. 2) of the OLED display device 100, and at least in the active area, in order from the side closer to the OLED 3, as described above.
- a first inorganic barrier layer 12, an organic barrier layer 14, and a second inorganic barrier layer 16 are provided.
- the organic barrier layer 14 does not exist as a film covering the entire surface of the active region, but has an opening. In the organic barrier layer 14, the portion where the organic film actually exists except for the opening is referred to as a “solid portion”.
- the “opening” (sometimes referred to as “non-solid portion”) does not have to be surrounded by a solid part, and includes a notch and the like, and the first inorganic barrier layer 12 is not included in the opening. And the second inorganic barrier layer 16 are in direct contact with each other.
- the opening of the organic barrier layer 14 includes at least an opening formed to surround the active region, and the active region is in direct contact with the first inorganic barrier layer 12 and the second inorganic barrier layer 16. Completely surrounded by the portion (hereinafter referred to as "inorganic barrier layer junction").
- FIG. 2 shows a schematic plan view of an OLED display device 100 according to an embodiment of the present invention.
- the OLED display device 100 includes a flexible substrate 1, a circuit (backplane) 2 formed on the flexible substrate 1, a plurality of OLEDs 3 formed on the circuit 2, and a TFE structure 10 formed on the OLED 3. Have.
- the layer in which the plurality of OLEDs 3 are arranged may be referred to as an OLED layer 3.
- the circuit 2 and the OLED layer 3 may share some components.
- An optional polarizer (see reference numeral 4 in FIG. 1) may be further disposed on the TFE structure 10.
- a layer having a touch panel function may be disposed between the TFE structure 10 and the polarizing plate. That is, the OLED display device 100 can be modified into a display device with an on-cell touch panel.
- the circuit 2 includes a plurality of TFTs (not shown), a plurality of gate bus lines (not shown) and a plurality of source bus lines (not shown) each connected to any of the plurality of TFTs (not shown).
- the circuit 2 may be a known circuit for driving a plurality of OLEDs 3.
- the plurality of OLEDs 3 are connected to any of the plurality of TFTs included in the circuit 2.
- the OLED 3 may also be a known OLED.
- the OLED display device 100 further includes a plurality of terminals 38 disposed in the peripheral region R2 outside the active region (region surrounded by a broken line in FIG. 2) R1 in which the plurality of OLEDs 3 are disposed, and a plurality of terminals
- the TFE structure 10 has an active region R1 on the plurality of OLEDs 3 and on the plurality of lead wirings 30 and the plurality of lead wirings 30 connecting the plurality of gate bus lines 38 to any of the plurality of gate bus lines or the plurality of source bus lines. It is formed on the side part.
- the TFE structure 10 covers the entire active region R1 and is selectively formed on the portion on the active region R1 side of the plurality of lead interconnections 30, and the terminal 38 side of the lead interconnection 30 and the terminal 38 are , TFE structure 10 is not covered.
- the lead-out wiring 30 and the terminal 38 are integrally formed using the same conductive layer will be described below, they may be formed using different conductive layers (including a stacked structure).
- FIGS. 3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views taken along the line 3A-3A 'in FIG. 2
- FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along the line 3B-3B' in FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line 3C-3C 'in FIG.
- the TFE structure 10 includes a first inorganic barrier layer 12 formed on the OLED 3, an organic barrier layer 14, a first inorganic barrier layer 12 and an organic barrier. And a second inorganic barrier layer 16 in contact with the layer 14.
- the first inorganic barrier layer 12 and the second inorganic barrier layer 16 are, for example, SiN layers, and selectively formed only in predetermined regions so as to cover the active regions R1 by plasma CVD using a mask.
- the surface of a layer formed by thin film deposition for example, CVD, sputtering, vacuum evaporation
- the organic barrier layer (solid portion) 14 is formed only around the convex portion on the surface of the first inorganic barrier layer 12.
- FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line 3A-3A 'in FIG. 2, and shows a portion including the particle P.
- the particles P are fine dust generated during the manufacturing process of the OLED display device, for example, fine fragments of glass, particles of metal, particles of organic matter. In the case of using the mask vapor deposition method, particles P are particularly likely to be generated.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 includes a portion 14 b formed around the particle P. This is because the acrylic monomer applied after the formation of the first inorganic barrier layer 12 is condensed around the surface of the first inorganic barrier layer 12 a on the particle P (the taper angle is more than 90 °) and is localized. is there.
- the flat portion of the first inorganic barrier layer 12 is an opening (non-solid portion) of the organic barrier layer 14.
- FIG. 4 (a) is an enlarged view of a portion including the particle P of FIG. 3 (a)
- FIG. 4 (b) is the particle P
- a first inorganic barrier layer (SiN layer) 12 covering the particle P
- an organic FIG. 4C is a schematic cross-sectional view of the first inorganic barrier layer 12 covering the particles P.
- cracks (defects) 12 c may be formed in the first inorganic barrier layer 12. This is considered to be caused by the collision (impingement) of the SiN layer 12a grown from the surface of the particle P and the SiN layer 12b grown from the flat portion of the surface of the OLED 3 as described later. The presence of such cracks 12 c reduces the barrier properties of the TFE structure 10.
- the organic barrier layer 14 is formed to fill the cracks 12c of the first inorganic barrier layer 12, and the organic barrier layer 14 is formed.
- the surface continuously and smoothly connects the surface of the first inorganic barrier layer 12 a on the particle P and the surface of the first inorganic barrier layer 12 b on the flat portion of the OLED 3.
- the organic barrier layer 14 is formed by curing a liquid photocurable resin as described later, and thus forms a concave surface by surface tension. At this time, the photocurable resin exhibits good wettability to the first inorganic barrier layer 12. If the wettability of the photocurable resin to the first inorganic barrier layer 12 is poor, it may be convex.
- the organic barrier layer 14 may be formed thin also on the surface of the first inorganic barrier layer 12 a on the particle P.
- the surface of the first inorganic barrier layer 12a on the particle P and the surface of the first inorganic barrier layer 12b on the flat portion are continuously and smoothly connected by the organic barrier layer (solid portion) 14 having a concave surface
- the organic barrier layer (solid portion) 14 having a concave surface
- the second inorganic barrier layer 16 can be formed with a dense film free from defects.
- the organic barrier layer 14 can maintain the barrier properties of the TFE structure 10 even if the particles P are present.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 is formed in a ring shape around the particle P as shown in FIG. 4 (b).
- the diameter (area equivalent circle diameter) is, for example, 1 ⁇ m about particles P when viewed from the normal direction, for example, the diameter (area equivalent circle diameter) D o of the ring-shaped solid portion is 2 ⁇ m or more.
- the organic barrier layer 14 is formed only at the discontinuous portion of the first inorganic barrier layer 12 formed on the particle P, before the particle P forms the first inorganic barrier layer 12 on the OLED 3
- the particle P may be present on the first inorganic barrier layer 12.
- the organic barrier layer 14 is formed only at the discontinuous portion of the boundary between the particle P present on the first inorganic barrier layer 12 and the first inorganic barrier layer 12, and in the same manner as described above, the TFE structure 10 Maintain the barrier property of The organic barrier layer 14 may be thinly formed also on the surface of the first inorganic barrier layer 12 a on the particle P or the surface of the particle P.
- the organic barrier layer 14 is said to be present around the particle P for the purpose of including all these aspects.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 is not limited to the example shown in FIG. 3A, and is formed only around the convex portion on the surface of the first inorganic barrier layer 12 for the same reason as described above. Another example of the portion where the organic barrier layer (solid portion) 14 is formed is shown below.
- FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3B-3B 'in FIG. 2, and is a cross-sectional view of a portion 32 on the active region R1 side of the lead-out wiring 30.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 is formed around the convex portion on the surface of the first inorganic barrier layer 12 reflecting the cross-sectional shape of the portion 32 of the lead-out wiring 30. It includes a portion 14c.
- the lead interconnection 30 is patterned in the same process as, for example, the gate bus line or the source bus line, here, the gate bus line and the source bus line formed in the active region R1 are also shown in FIG. It has the same cross-sectional structure as the portion 32 on the active region R1 side of the lead-out wiring 30. However, typically, a planarization layer is formed on the gate bus lines and the source bus lines formed in the active region R1, and the surface of the first inorganic barrier layer 12 on the gate bus lines and the source bus lines. There is no level difference on the
- the portion 32 of the lead wire 30 may have, for example, a forward tapered side portion (inclined side portion) in which the side taper angle is less than 90 °.
- a forward tapered side portion (inclined side portion) in which the side taper angle is less than 90 °.
- the taper angle of the forward tapered side portion is preferably 70 ° or less.
- an inorganic barrier layer junction where the first inorganic barrier layer 12 and the second inorganic barrier layer 16 are in direct contact, except for the portion where the organic barrier layer 14 is selectively formed. Substantially covered by Therefore, the organic barrier layer 14 serves as a moisture penetration path, and moisture does not reach the active region R1 of the OLED display device.
- the OLED display device 100 is suitably used, for example, for high-resolution, medium- and small-sized smartphones and tablet terminals.
- the shape of the cross section parallel to the line width direction of the wiring in the active region R1 is close to a rectangle (the taper angle of the side surface is about 90 °). Therefore, in order to form a low resistance wire, the taper angle of the forward tapered side surface portion TSF may be more than 70 ° and less than 90 °, and the forward tapered side surface portion TSF is not provided. It may be 90 degrees.
- FIG. 3 (c) is sectional drawing of the area
- the terminal portion 38 also has the same cross-sectional structure as the portion 36 of the lead-out wiring 30 shown in FIG.
- the portion 36 of the lead-out wire 30 shown in FIG. 3C may have, for example, a taper angle of about 90 °.
- FIG. 5 is a plan view schematically showing a plurality of pixels and the bank layer 48 which the OLED display device 100 has.
- 6A shows a cross-sectional view taken along line 6A-6A 'in FIG. 5
- FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along line 6B-6B' in FIG.
- the OLED display device 100 further includes a bank structure BS that defines each of the plurality of pixels.
- the bank structure BS has slopes surrounding the periphery of each of the plurality of pixels.
- the plurality of solid portions of the organic barrier layer 14 have pixel peripheral solid portions 14a extending from the portion on the slope S12 of the first inorganic barrier layer 12 to the periphery in the pixel.
- the bank structure BS includes a bank layer (sometimes called "PDL (pixel defining layer)") 48 formed of an insulating material.
- the bank layer 48 is formed between the lower electrode 42 of the OLED 3 and the organic layer 44.
- the OLED 3 includes a lower electrode 42, an organic layer 44 formed on the lower electrode 42, and an upper electrode 46 formed on the organic layer 44.
- the lower electrode 42 and the upper electrode 46 constitute an anode and a cathode of the OLED 3 respectively.
- the upper electrode 46 is a common electrode formed over the pixels in the active area.
- the lower electrode (pixel electrode) 42 is formed for each pixel.
- the bank layer 48 exists between the lower electrode 42 and the organic layer 44, holes are not injected from the lower electrode 42 into the organic layer 44. Therefore, the region in which the bank layer 48 exists does not function as the pixel Pix, so the bank layer 48 defines the outer edge of the pixel Pix.
- each pixel Pix is defined by the opening of the bank layer 48.
- the bank layer 48 is formed, for example, in a lattice shape.
- the side of the opening of the bank layer 48 has a bevel with a forward tapered side portion TSF.
- the slope of the bank layer 48 surrounds the periphery of each pixel.
- the bank layer 48 is formed using, for example, a photosensitive resin (for example, a polyimide or an acrylic resin).
- the thickness of the bank layer 48 is, for example, 1 ⁇ m to 2 ⁇ m.
- the inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer 48 is 60 ° or less.
- a layer located on the bank layer 48 (for example, including the organic layer 44, the upper electrode 46, the first inorganic barrier layer 12, and the second inorganic barrier layer 16) can also constitute the bank structure BS.
- the layers constituting the bank structure BS may each have a slope surrounding the periphery of each of the plurality of pixels.
- the first inorganic barrier layer 12 constitutes a bank structure BS and has a slope S12 surrounding the periphery of each of the plurality of pixels.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 includes a pixel peripheral solid portion 14 a extending from the portion on the slope S 12 of the first inorganic barrier layer 12 to the periphery in the pixel.
- the organic barrier layer 14 is formed only at the discontinuous portion of the first inorganic barrier layer 12 formed by the particles P in the central portion in the pixel. That is, as shown in FIG. 6B, the organic barrier layer 14 does not exist in the central portion in the pixel where the particle P does not exist.
- An OLED display device free of particles P does not have an organic barrier layer at the center of the pixel.
- the size (sphere equivalent diameter) of the particle P is typically 0.3 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. For example, on a G4.5 (730 mm ⁇ 920 mm) substrate, tens to hundreds of particles may be present, and for one OLED display device (active area), a few particles may be present.
- the organic barrier layer 14 is formed of, for example, a photocurable resin formed by curing a photocurable resin, and a portion where the photocurable resin actually exists is referred to as a “solid portion”. As described above, the organic barrier layer 14 (solid portion) is selectively formed only around the convex portion on the surface of the first inorganic barrier layer 12.
- the organic barrier layer 14 is formed at the discontinuous portion formed by the particle P.
- the organic barrier layer (solid portion) 14 is formed in a ring shape around the particle P.
- the diameter (area equivalent circle diameter) is, for example, 1 ⁇ m about particles P when viewed from the normal direction, for example, the diameter (area equivalent circle diameter) D o of the ring-shaped solid portion is 2 ⁇ m or more.
- the pixel pitch is 49 ⁇ m. Since the size of the particles P and the organic barrier layer (solid portion) 14 formed around the particles P is sufficiently smaller than the pixel pitch, the organic barrier layer 14 formed around the particles P (solid The change in transmittance due to (1) has little effect on the display.
- the OLED display device 100 includes an element substrate having a plurality of organic EL elements arranged in each of a plurality of pixels, and a bank layer 48 defining each of a plurality of pixels, and a plurality of pixels And TFE structure 10 covering the
- the bank layer 48 has a slope surrounding the periphery of each of the plurality of pixels, and the TFE structure 10 is in contact with the first inorganic barrier layer 12 and the upper surface of the first inorganic barrier layer 12 and a plurality of discretely distributed And the second inorganic barrier layer 16 in contact with the upper surface of the first inorganic barrier layer 12 and the upper surfaces of the plurality of solid portions of the organic barrier layer 14;
- the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion 14a is smaller
- the TFE structure 10 of the OLED display device 100 has such a pixel peripheral solid portion 14a, it has front luminance and directivity higher than before. The reason will be described below.
- the light beam L is a portion of the pixel peripheral solid portion 14a formed in the flat region Rpa in the pixel among the light beams emitted from the organic layer 44, passing through the TFE structure 10, and emitted from the OLED display device 100.
- the refractive index n0 of the organic barrier layer 14 is smaller than the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer 16 (n0 ⁇ n1).
- the organic barrier layer 14 is made of, for example, a photocurable acrylic resin having a refractive index of 1.54, and the second inorganic barrier layer 16 is made of, for example, silicon nitride having a refractive index of 1.80 to 1.90. It is formed of Si 3 N 4 ). Since the refractive index n0 of the organic barrier layer 14 ⁇ the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer 16, ⁇ 3> ⁇ 4 from Snell's law.
- the first inorganic barrier layer 12 is also preferably formed of silicon nitride (Si 3 N 4 ) having a refractive index of 1.80 to 1.90.
- the refractive index can be controlled by the film forming conditions of the silicon nitride film.
- the light beam L is incident on the interface between the second inorganic barrier layer 16 and the air at ⁇ 5, and is emitted from the second inorganic barrier layer 16 at ⁇ 6.
- the refractive index of air is smaller than the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer 16. Therefore, according to Snell's law, ⁇ 6> ⁇ 5.
- This ⁇ 6 is represented by an angle from the normal to the display surface as ⁇ 6 * . That is, ⁇ 6 * represents a polar angle from the normal of the display surface of the light beam L emitted from the OLED display device 100.
- the organic insulating layer and / or the inorganic insulating layer may be formed on the upper surface of the second inorganic barrier layer 16. The same tendency is obtained even when in contact with the refractive index n1 of the inorganic barrier layer 16).
- Table 1 below shows the result of finding the influence on ⁇ 6 * by the presence or absence of the organic barrier layer, that is, the solid portion 14a around the pixel.
- Table 1 shows cases where the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion 14a is 10 °, 20 °, 30 ° and 40 °.
- the numerical value in the parenthesis of ⁇ 6 * in Table 1 indicates a value obtained by subtracting the value of ⁇ 6 * in the absence of the organic barrier layer from the value of ⁇ 6 * in the presence of the organic barrier layer.
- the refractive index n0 of the organic barrier layer is 1.54, and the refractive index n1 of the second inorganic barrier layer 16 is 1.85.
- the provision of the organic barrier layer 14 reduces the value of ⁇ 6 * .
- the tendency of the value of ⁇ 6 * becoming smaller becomes remarkable. That is, by setting the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion 14a to 20 ° or more, the front luminance and directivity of the organic EL display device can be effectively improved. This advantage is further enhanced by setting the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion 14a to 30 ° or more.
- ⁇ a is preferably 40 ° or less.
- ⁇ a is more than 40 °, the amount of light emitted from the organic EL display may be reduced.
- Table 1 the fact that no numerical value is written in the column where ⁇ a is 40 ° when there is no organic barrier layer means that the light beam L is not emitted from the second inorganic barrier layer 16.
- the upper limit of ⁇ a depends on the values of the refractive indexes of the organic barrier layer and the second inorganic barrier layer, and is determined by calculation according to Snell's law as described above.
- the inclination angle ⁇ a of the upper surface of the pixel peripheral solid portion 14a is controlled by the inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer 48, the viscosity of the resin material forming the organic barrier layer 14, and the like.
- the inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer 48 is preferably 20 ° or more and 60 ° or less.
- the inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer 48 is within this range, the inclination angle of the upper surface of the solid portion 14a around the pixel is made using a photocurable resin (for example, an ultraviolet curable acrylic resin) having a relatively low viscosity. It is possible to easily control ⁇ a to 20 ° or more and 40 ° or less. In addition, when the inclination angle ⁇ b of the slope of the bank layer 48 is 60 ° or less, there is no possibility that the layer (for example, the wiring or the electrode) formed on the bank layer 48 is cut due to the step.
- a photocurable resin for example, an ultraviolet curable acrylic resin
- the problem of peeling of the organic barrier layer 14 as described in Patent Document 3 can also be suppressed.
- a resin having excellent adhesion (wettability) to the bank layer is used, a pixel peripheral solid portion 14a having a concave surface is formed.
- the organic barrier layer 14 is preferably formed of a colorless and transparent photo-curable resin (for example, an ultraviolet-curable acrylic resin). When the organic barrier layer 14 absorbs visible light, the light utilization efficiency (brightness) is reduced.
- a colorless and transparent photo-curable resin for example, an ultraviolet-curable acrylic resin.
- the effect of improving the front luminance and the directivity by the pixel peripheral solid portion 14a be exhibited uniformly over the entire periphery of the pixel. Therefore, as described above, it is preferable that the plurality of pixels have the bank layer 48 and the pixel peripheral solid portion 14a having substantially the same structure over the entire circumference of each of the plurality of pixels. If the structure is different in part of the entire circumference of the pixel, the light distribution will be different, and for example, a phenomenon such as coloring may occur when viewed from a specific oblique viewing angle.
- the organic barrier layer 14 can be formed, for example, by the method described in Patent Document 1 or 2 above.
- a vapor or mist of organic material for example, an acrylic monomer
- a capillary of the organic material made liquid It is unevenly distributed at the boundary between the side surface of the convex portion of the first inorganic barrier layer 12 and the flat portion by phenomenon or surface tension.
- the organic material is irradiated with, for example, ultraviolet light to form a solid portion of the organic barrier layer (for example, an acrylic resin layer) 14 at the boundary portion around the convex portion.
- the organic barrier layer 14 formed by this method has substantially no solid portion on the flat portion.
- the disclosures of Patent Documents 1 and 2 are incorporated herein by reference for the method of forming the organic barrier layer.
- the viscosity of the photocurable resin, the wettability to the slope, and the like are controlled so that the liquid film is formed on the slope of the bank layer.
- the surface of the slope may be modified.
- the organic barrier layer 14 can also be formed by adjusting the thickness of the resin layer to be formed first (for example, to less than 100 nm) and / or adjusting the ashing conditions (including time).
- the organic barrier layer 14 may be formed by using, for example, a spray method, a spin coating method, a slit coating method, a screen printing method, or an inkjet method. It may further include an ashing step.
- the organic barrier layer may be formed using a photosensitive resin and mask exposure may be performed. By mask exposure, a solid portion around the pixel may be formed, and an inorganic barrier layer bonding portion in which the first inorganic barrier layer and the second inorganic barrier layer are in direct contact with each other may be formed.
- silicon nitride (Si 3 N 4 ) having a refractive index of 1.80 or more and 1.90 or less can be suitably used as the first inorganic barrier layer and the second inorganic barrier layer.
- a SiON layer, a SiNO layer, an Al 2 O 3 layer or the like having a refractive index n1 of 1.75 or more can also be used.
- Embodiments of the present invention can be applied to an organic EL display device, in particular, a flexible organic EL display device and a method of manufacturing the same.
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Abstract
有機EL表示装置(100)は、基板と、基板に支持され、それぞれが各画素に配置された複数の有機EL素子と、各画素を規定するバンク層(48)とを有する素子基板と、複数の画素を覆う薄膜封止構造(10)とを有し、バンク層は、各画素の周囲を包囲する斜面を有し、薄膜封止構造は、第1無機バリア層(12)と、第1無機バリア層の上面に接しかつ離散的に分布する複数の中実部を有する有機バリア層(14)と、第1無機バリア層の上面および有機バリア層の複数の中実部の上面に接する第2無機バリア層(16)とを有し、複数の中実部は、第1無機バリア層の斜面上の部分から画素内の周辺に至る画素周辺中実部(14a)を全周にわたって有し、有機バリア層の屈折率n0は第2無機バリア層の屈折率n1よりも小さく、画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、20°以上である。
Description
本発明は、有機EL表示装置およびその製造方法に関する。
有機EL(Electro Luminescence)表示装置が実用化され始めた。有機EL表示装置の特徴の1つにフレキシブルな表示装置が得られる点が挙げられる。有機EL表示装置は、画素ごとに少なくとも1つの有機EL素子(Organic Light Emitting Diode:OLED)と、各OLEDに供給される電流を制御する少なくとも1つのTFT(Thin Film Transistor)とを有する。以下、有機EL表示装置をOLED表示装置と呼ぶことにする。このようにOLEDごとにTFTなどのスイッチング素子を有するOLED表示装置は、アクティブマトリクス型OLED表示装置と呼ばれる。また、TFTおよびOLEDが形成された基板を素子基板ということにする。
OLED(特に有機発光層および陰極電極材料)は、水分の影響を受けて劣化しやすく、表示むらを生じやすい。OLEDを水分から保護するとともに、柔軟性を損なわない封止構造を提供する技術として、薄膜封止(Thin Film Encapsulation:TFE)技術が開発されている。薄膜封止技術は、無機バリア層と有機バリア層とを交互に積層することによって、薄膜で十分な水蒸気バリア性を得ようとするものである。OLED表示装置の耐湿信頼性の観点から、薄膜封止構造のWVTR(Water Vapor Transmission Rate:WVTR)としては、典型的には1×10-4g/m2/day以下が求められている。
現在市販されているOLED表示装置に使われている薄膜封止構造は、厚さが約5μm~約20μmの有機バリア層(高分子バリア層)を有している。このように比較的厚い有機バリア層は、素子基板の表面を平坦化する役割も担っている。しかしながら、有機バリア層が厚いと、OLED表示装置の屈曲性が制限されるという問題がある。
特許文献1には、第1の無機材料層、第1の樹脂材、および第2の無機材料層を素子基板側からこの順で形成する際に、第1の樹脂材を第1の無機材料層の凸部(凸部を被覆した第1の無機材料層)の周囲に偏在させた薄膜封止構造が開示されている。特許文献1によると、第1の無機材料層によって十分に被覆されないおそれのある凸部の周囲に第1の樹脂材を偏在させることによって、その部分からの水分や酸素の侵入が抑制される。また、第1の樹脂材が第2の無機材料層の下地層として機能することで、第2の無機材料層が適正に成膜され、第1の無機材料層の側面を所期の膜厚で適切に被覆することが可能になる。第1の樹脂材は次の様にして形成される。加熱気化させたミスト状の有機材料を、室温以下の温度に維持された素子基板上に供給し、基板上で有機材料が凝縮し、滴状化する。滴状化した有機材料が、毛細管現象または表面張力によって、基板上を移動し、第1の無機材料層の凸部の側面と基板表面との境界部に偏在する。その後、有機材料を硬化させることによって、境界部に第1の樹脂材が形成される。特許文献2にも同様の薄膜封止構造を有するOLED表示装置が開示されている。
特許文献1または2に記載されている偏在した樹脂で構成された有機バリア層を有する薄膜封止構造は、厚い有機バリア層を有しないので、OLED表示装置の屈曲性は改善されると考えられる。
特許文献3には、画素の境界に形成されるバンク層の側面を各画素の周囲のうちの大部分を傾斜角が90°以上の断崖部とし、一部を傾斜角が90°未満の緩傾斜部とすることによって、その上に形成される薄膜封止構造に含まれる平坦化層(本明細書の有機バリア層に対応する。)の剥がれを抑制したOLED表示装置が開示されている。特許文献3の図5に記載されている緩傾斜部の平坦化層の傾斜角は12°程度である。また、特許文献3の図12に記載されている従来の薄膜封止構造における平坦化層の傾斜角は、10°程度である。
本発明者の検討によると、有機バリア層(特許文献3における平坦化層)の存在によって、有機EL表示装置の正面輝度および指向性が影響を受けることがわかった。
本発明は、正面輝度および指向性が向上させられた有機EL表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のある実施形態による有機EL表示装置は、複数の画素を有する有機EL表示装置であって、基板と、前記基板に支持された複数の有機EL素子であって、それぞれが前記複数の画素のそれぞれに配置された複数の有機EL素子と、前記複数の画素のそれぞれを規定するバンク層とを有する素子基板と、前記複数の画素を覆う薄膜封止構造とを有し、前記バンク層は、前記複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面を有し、前記薄膜封止構造は、第1無機バリア層と、前記第1無機バリア層の上面に接しかつ離散的に分布する複数の中実部を有する有機バリア層と、前記第1無機バリア層の前記上面および前記有機バリア層の前記複数の中実部の上面に接する第2無機バリア層とを有し、前記複数の中実部は、前記第1無機バリア層の、前記斜面上の部分から前記画素内の周辺に至る画素周辺中実部を全周にわたって有し、前記有機バリア層の屈折率n0は前記第2無機バリア層の屈折率n1よりも小さく、前記画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、20°以上である。前記画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、30°以上であることが好ましい。傾斜角θaは、前記画素の全周にわたって実質的に同じである。
ある実施形態において、前記画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、40°以下である。
ある実施形態において、前記バンク層の前記斜面の傾斜角θbは20°以上60°以下である。
ある実施形態において、前記第2無機バリア層の屈折率n1と、前記有機バリア層の屈折率n0との差(Δn1=n1-n0)は、0.25以上である。
ある実施形態において、前記第2無機バリア層の屈折率n1は1.75以上1.90以下である。前記第2無機バリア層の屈折率n1は1.80以上が好ましい。
ある実施形態において、前記第1無機バリア層の屈折率は、前記第2無機バリア層の屈折率n1と同じである。前記第1無機バリア層および前記第2無機バリア層は、いずれもシリコン窒化膜(SiN膜)であることが好ましい。
ある実施形態において、前記画素周辺中実部は凹状の表面を有している。このような構造を有する前記画素周辺中実部は、バンク層に対する密着性(濡れ性)に優れた樹脂を用いることによって形成される。
前記有機バリア層は、無色透明の光硬化性樹脂(例えば、アクリル樹脂)で形成されることが好ましい。
本発明のある実施形態による、有機EL表示装置の製造方法は、上記のいずれかに記載の有機EL表示装置を製造する方法であって、前記薄膜封止構造を形成する工程は、前記第1無機バリア層が形成された前記素子基板をチャンバー内に用意する工程と、前記チャンバー内に蒸気または霧状の光硬化性樹脂を供給する工程と、前記第1無機バリア層上で前記光硬化性樹脂を凝縮させて、液膜を形成する工程と、前記光硬化性樹脂の前記液膜に光を照射することによって、光硬化樹脂層を形成する工程と、前記光硬化樹脂層を部分的にアッシングすることによって、前記有機バリア層を形成する工程とを包含する。前記バンク層の前記斜面に前記液膜が形成されるように、前記光硬化性樹脂の粘度および/または前記斜面に対する濡れ性等が制御される。前記光硬化性樹脂の濡れ性等を調整するために、前記斜面の表面を改質してもよい。
本発明の他の実施形態による、有機EL表示装置の製造方法は、上記のいずれかに記載の有機EL表示装置を製造する方法であって、前記有機バリア層を形成する工程は、スプレイ法、スピンコート法、スリットコート法、スクリーン印刷またはインクジェット法で行われる。アッシング工程をさらに含んでもよい。有機バリア層を、感光性樹脂を用いて形成し、マスク露光を行ってもよい。マスク露光によって、前記画素周辺中実部を形成するとともに、第1無機バリア層と第2無機バリア層とが直接接触する無機バリア層接合部を形成してもよい。
本発明の実施形態によると、正面輝度および指向性が向上させられた有機EL表示装置およびその製造方法が提供される。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるOLED表示装置およびその製造方法を説明する。なお、本発明の実施形態は、以下に例示する実施形態に限定されない。例えば、本発明の実施形態による有機EL表示装置は、フレキシブル基板に代えて、例えばガラス基板を有してもよい。
まず、図1(a)および(b)を参照して、本発明の実施形態によるOLED表示装置100の基本的な構成を説明する。図1(a)は、本発明の実施形態によるOLED表示装置100のアクティブ領域の模式的な部分断面図であり、図1(b)は、OLED3上に形成されたTFE構造10の部分断面図である。
OLED表示装置100は、複数の画素を有し、画素ごとに少なくとも1つの有機EL素子(OLED)を有している。ここでは、簡単のために、1つのOLEDに対応する構造について説明する。
図1(a)に示すように、OLED表示装置100は、フレキシブル基板(以下、単に「基板」ということがある。)1と、基板1上に形成されたTFTを含む回路(バックプレーン)2と、回路2上に形成されたOLED3と、OLED3上に形成されたTFE構造10とを有している。OLED3は例えばトップエミッションタイプである。OLED3の最上部は、例えば、上部電極またはキャップ層(屈折率調整層)である。TFE構造10の上にはオプショナルな偏光板4が配置されている。
基板1は、例えば厚さが15μmのポリイミドフィルムである。TFTを含む回路2の厚さは例えば4μmであり、OLED3の厚さは例えば1μmであり、TFE構造10の厚さは例えば1.5μm以下である。
図1(b)は、OLED3上に形成されたTFE構造10の部分断面図である。TFE構造10は、第1無機バリア層(例えばSiN層)12と、有機バリア層(例えばアクリル樹脂層)14と、第2無機バリア層(例えばSiN層)16とを有する。第1無機バリア層12は、OLED3の直上に形成されている。有機バリア層14は、第1無機バリア層12の上面に接し、かつ、離散的に分布する複数の中実部を有する。第2無機バリア層16は、第1無機バリア層12の上面および有機バリア層14の複数の中実部の上面に接する。有機バリア層14は、透明(厚さが1μmのとき、可視光の透過率が95%以上)である。
例えば、第1無機バリア層12および第2無機バリア層16は、例えば厚さが400nmのSiN層(例えばSi3N4層)であり、第1無機バリア層12および第2無機バリア層16の厚さはそれぞれ独立に、200nm以上1000nm以下である。TFE構造10の厚さは400nm以上2μm未満であることが好ましく、400nm以上1.5μm未満であることがさらに好ましい。有機バリア層14の厚さは、第1無機バリア層12の表面の凸部やパーティクルの大きさにもよるが、大きくても1μm程度であればよい。有機バリア層14の厚さは、典型的には200nm以上500nm以下である。
TFE構造10は、OLED表示装置100のアクティブ領域(図2中のアクティブ領域R1参照)を保護するように形成されており、少なくともアクティブ領域には、上述したように、OLED3に近い側から順に、第1無機バリア層12、有機バリア層14、および第2無機バリア層16を有している。なお、有機バリア層14は、アクティブ領域の全面を覆う膜として存在しているのではなく、開口部を有している。有機バリア層14の内、開口部を除く、実際に有機膜が存在する部分を「中実部」ということにする。また、「開口部」(「非中実部」ということもある。)は、中実部で包囲されている必要はなく、切欠きなどを含み、開口部においては、第1無機バリア層12と第2無機バリア層16とが直接接触している。有機バリア層14が有する開口部は、少なくとも、アクティブ領域を包囲するように形成された開口部を含み、アクティブ領域は、第1無機バリア層12と第2無機バリア層16とが直接接触している部分(以下、「無機バリア層接合部」という。)で完全に包囲されている。
図2から図7を参照して、本発明の実施形態によるOLED表示装置の構造および製造方法を説明する。
図2に本発明の実施形態によるOLED表示装置100の模式的な平面図を示す。
OLED表示装置100は、フレキシブル基板1と、フレキシブル基板1上に形成された回路(バックプレーン)2と、回路2上に形成された複数のOLED3と、OLED3上に形成されたTFE構造10とを有している。複数のOLED3が配列されている層をOLED層3ということがある。なお、回路2とOLED層3とが一部の構成要素を共有してもよい。TFE構造10の上にはオプショナルな偏光板(図1中の参照符号4を参照)がさらに配置されてもよい。また、例えば、TFE構造10と偏光板との間にタッチパネル機能を担う層が配置されてもよい。すなわち、OLED表示装置100は、オンセル型のタッチパネル付き表示装置に改変され得る。
回路2は、複数のTFT(不図示)と、それぞれが複数のTFT(不図示)のいずれかに接続された複数のゲートバスライン(不図示)および複数のソースバスライン(不図示)とを有している。回路2は、複数のOLED3を駆動するための公知の回路であってよい。複数のOLED3は、回路2が有する複数のTFTのいずれかに接続されている。OLED3も公知のOLEDであってよい。
OLED表示装置100は、さらに、複数のOLED3が配置されているアクティブ領域(図2中の破線で囲まれた領域)R1の外側の周辺領域R2に配置された複数の端子38と、複数の端子38と複数のゲートバスラインまたは複数のソースバスラインのいずれかとを接続する複数の引出し配線30を有しており、TFE構造10は、複数のOLED3の上および複数の引出し配線30のアクティブ領域R1側の部分の上に形成されている。すなわち、TFE構造10はアクティブ領域R1の全体を覆い、かつ、複数の引出し配線30のアクティブ領域R1側の部分の上に選択的に形成されており、引出し配線30の端子38側および端子38は、TFE構造10では覆われていない。
以下では、引出し配線30と端子38とが同じ導電層を用いて一体に形成された例を説明するが、互いに異なる導電層(積層構造を含む)を用いて形成されてもよい。
次に、図3(a)~(c)を参照して、OLED表示装置100のTFE構造10を説明する。図3(a)に図2中の3A-3A’線に沿った断面図を示し、図3(b)に図2中の3B-3B’線に沿った断面図を示し、図3(c)に図2中の3C-3C’線に沿った断面図を示す。
図3(a)および図3(b)に示すように、TFE構造10は、OLED3上に形成された第1無機バリア層12と、有機バリア層14と、第1無機バリア層12および有機バリア層14に接する第2無機バリア層16とを有している。第1無機バリア層12および第2無機バリア層16は、例えば、SiN層であり、マスクを用いたプラズマCVD法で、アクティブ領域R1を覆うように所定の領域だけに選択的に形成される。一般に、薄膜堆積法(例えばCVD法、スパッタ法、真空蒸着法)によって形成される層の表面は、下地の段差を反映する。有機バリア層(中実部)14は、第1無機バリア層12の表面の凸部の周辺にのみ形成される。
図3(a)は、図2中の3A-3A’線に沿った断面図であり、パーティクルPを含む部分を示している。パーティクルPは、OLED表示装置の製造プロセス中に発生する微細なゴミで、例えば、ガラスの微細な破片、金属の粒子、有機物の粒子である。マスク蒸着法を用いると、特にパーティクルPが発生しやすい。
図3(a)に示すように、有機バリア層(中実部)14は、パーティクルPの周辺に形成された部分14bを含む。これは、第1無機バリア層12を形成した後に付与されたアクリルモノマーが、パーティクルP上の第1無機バリア層12aの表面(テーパー角が90°超)の周辺に凝縮され、偏在するからである。第1無機バリア層12の平坦部上は、有機バリア層14の開口部(非中実部)となっている。
ここで、図4(a)~(c)を参照して、パーティクルPを含む部分の構造を説明する。図4(a)は図3(a)のパーティクルPを含む部分の拡大図であり、図4(b)はパーティクルPと、パーティクルPを覆う第1無機バリア層(SiN層)12と、有機バリア層14との大きさの関係を示す模式的な平面図であり、図4(c)はパーティクルPを覆う第1無機バリア層12の模式的な断面図である。
図4(c)に示すように、パーティクル(例えば直径が約1μm以上)Pが存在すると、第1無機バリア層12にクラック(欠陥)12cが形成されることがある。これは、後に説明するように、パーティクルPの表面から成長するSiN層12aと、OLED3の表面の平坦部分から成長するSiN層12bとが衝突(インピンジ)するために生じたと考えられる。このようなクラック12cが存在すると、TFE構造10のバリア性が低下する。
OLED表示装置100のTFE構造10では、図4(a)に示すように、有機バリア層14が、第1無機バリア層12のクラック12cを充填するように形成し、かつ、有機バリア層14の表面は、パーティクルP上の第1無機バリア層12aの表面と、OLED3の平坦部上の第1無機バリア層12bとの表面を連続的に滑らかに連結する。有機バリア層14は、後述するように、液状の光硬化性樹脂を硬化することによって形成されるので、表面張力によって凹状の表面を形成する。このとき、光硬化性樹脂は、第1無機バリア層12に対して良好な濡れ性を示している。光硬化性樹脂の第1無機バリア層12に対する濡れ性が悪いと、逆に凸状になることがある。なお、有機バリア層14がパーティクルP上の第1無機バリア層12aの表面にも薄く形成されることがある。
凹状の表面を有する有機バリア層(中実部)14によって、パーティクルP上の第1無機バリア層12aの表面と、平坦部上の第1無機バリア層12bとの表面が連続的に滑らかに連結されるので、この上に、欠陥の無い、緻密な膜で第2無機バリア層16を形成することができる。このように、有機バリア層14によって、パーティクルPが存在しても、TFE構造10のバリア性を維持することができる。
有機バリア層(中実部)14は、図4(b)に示す様に、パーティクルPの周りにリング状に形成される。法線方向から見たときの直径(面積円相当径)が例えば1μm程度のパーティクルPに対して、例えば、リング状の中実部の直径(面積円相当径)Doは2μm以上である。
ここでは、有機バリア層14が、パーティクルP上に形成された第1無機バリア層12の不連続部分にのみ形成された例について、パーティクルPがOLED3上に第1無機バリア層12を形成する前に存在していた例を説明したが、パーティクルPは、第1無機バリア層12上に存在することもある。この場合には、有機バリア層14は、第1無機バリア層12上に存在するパーティクルPと第1無機バリア層12との境界の不連続部分にのみ形成され、上記と同様に、TFE構造10のバリア性を維持することができる。有機バリア層14はパーティクルP上の第1無機バリア層12aの表面、または、パーティクルPの表面にも薄く形成されることがある。本明細書では、これらすべての態様を含む意図で、有機バリア層14がパーティクルPの周辺に存在するという。
図3(a)に示す例に限られず、有機バリア層(中実部)14は、上記と同様の理由で、第1無機バリア層12の表面の凸部の周辺にのみ形成される。有機バリア層(中実部)14が形成される箇所の他の例を以下に示す。
次に、図3(b)を参照して、引出し配線30上のTFE構造10の構造を説明する。図3(b)は、図2中の3B-3B’線に沿った断面図であり、引出し配線30のアクティブ領域R1側の部分32の断面図である。
図3(b)に示すように、有機バリア層(中実部)14は、引出し配線30の部分32の断面形状を反映した第1無機バリア層12の表面の凸部の周辺に形成された部分14cを含む。
引出し配線30は、例えば、ゲートバスラインまたはソースバスラインと同じプロセスでパターニングされるので、ここでは、アクティブ領域R1内に形成されるゲートバスラインおよびソースバスラインも、図3(b)に示した引出し配線30のアクティブ領域R1側の部分32と同じ断面構造を有する。ただし、典型的には、アクティブ領域R1内に形成されるゲートバスラインおよびソースバスラインの上には平坦化層が形成され、ゲートバスラインおよびソースバスライン上の第1無機バリア層12の表面には段差が形成されない。
引出し配線30の部分32は、例えば、側面のテーパー角が90°未満である順テーパー側面部分(傾斜側面部分)を有してもよい。引出し配線30が順テーパー側面部分を有すると、その上に形成される第1無機バリア層12および第2無機バリア層16に欠陥が形成されることを防止することができる。すなわち、TFE構造10の耐湿信頼性を向上させることができる。順テーパー側面部分のテーパー角は、70°以下であることが好ましい。
OLED表示装置100のアクティブ領域R1は、有機バリア層14が選択的に形成されている部分を除いて、第1無機バリア層12と第2無機バリア層16とが直接接触する無機バリア層接合部によって実質的に覆われている。したがって、有機バリア層14が水分の侵入経路となって、OLED表示装置のアクティブ領域R1に水分が到達することがない。
本発明の実施形態によるOLED表示装置100は、例えば、高精細の中小型のスマートフォンおよびタブレット端末に好適に用いられる。高精細(例えば500ppi)の中小型(例えば5.7型)のOLED表示装置では、限られた線幅で、十分に低抵抗な配線(ゲートバスラインおよびソースバスラインを含む)を形成するために、アクティブ領域R1内における配線の線幅方向に平行な断面の形状は矩形(側面のテーパー角が約90°)に近いことが好ましい。したがって、低抵抗な配線を形成するためには、順テーパー側面部分TSFのテーパー角を70°超90°未満としてもよいし、順テーパー側面部分TSFを設けず、配線の全長にわたってテーパー角を約90°としてよい。
次に、図3(c)を参照する。図3(c)は、TFE構造10が形成されていない領域の断面図である。ここでは、端子部38も、図3(c)に示した引出し配線30の部分36と同じ断面構造を有する。図3(c)に示す引出し配線30の部分36は、例えば、テーパー角が約90°であってよい。
次に、図5および図6を参照して、バンク構造BS周辺に形成される有機バリア層14を説明する。有機バリア層(中実部)14は、バンク構造BSを構成する第1無機バリア層12の表面の凸部の周辺にも形成される。図5は、OLED表示装置100が有する複数の画素およびバンク層48を模式的に示す平面図である。図6(a)に図5中の6A-6A’線に沿った断面図を示し、図6(b)に図5中の6B-6B’線に沿った断面図を示す。
図6(a)に示すように、OLED表示装置100は、複数の画素のそれぞれを規定するバンク構造BSをさらに有する。バンク構造BSは、複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面を有する。有機バリア層14の複数の中実部は、第1無機バリア層12の斜面S12上の部分から画素内の周辺に至る画素周辺中実部14aを有する。
図6(a)に示すように、バンク構造BSは、絶縁材料から形成されたバンク層(「PDL(pixel defining layer)」と呼ばれることもある。)48を含む。バンク層48は、OLED3の下部電極42と有機層44との間に形成されている。図6(a)に示すように、OLED3は、下部電極42と、下部電極42上に形成された有機層44と、有機層44上に形成された上部電極46とを含む。ここでは、下部電極42および上部電極46は、それぞれ、OLED3の陽極および陰極を構成する。上部電極46は、アクティブ領域の画素全体にわたって形成されている共通の電極である。一方、下部電極(画素電極)42は画素ごとに形成されている。下部電極42と有機層44との間にバンク層48が存在すると、下部電極42から有機層44に正孔が注入されない。従って、バンク層48が存在する領域は画素Pixとして機能しないので、バンク層48が画素Pixの外縁を規定する。
図5に示すように、バンク層48の開口部によって各画素Pixが規定される。バンク層48は、例えば格子状に形成されている。バンク層48の開口部の側面は、順テーパー側面部分TSFを有する斜面を有する。バンク層48の斜面は、各画素の周囲を包囲している。バンク層48は、例えば感光性樹脂(例えばポリイミドまたはアクリル樹脂)を用いて形成される。バンク層48の厚さは、例えば1μm~2μmである。バンク層48の斜面の傾斜角θbは、60°以下である。バンク層48の斜面の傾斜角θbが60°超であると、バンク層48の上に位置する層に欠陥が生じることがある。バンク層48上に位置する層(例えば、有機層44、上部電極46、第1無機バリア層12、および第2無機バリア層16を含む)もバンク構造BSを構成し得る。バンク構造BSを構成する層は、それぞれ、複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面を有し得る。バンク層48上に形成された層の厚さが、いずれもバンク層48の厚さに比べて小さい場合、バンク構造BSの斜面の傾斜角は、バンク層48の斜面の傾斜角θbとほぼ同じであると考えられる。第1無機バリア層12は、バンク構造BSを構成し、複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面S12を有する。有機バリア層(中実部)14は、第1無機バリア層12の斜面S12上の部分から画素内の周辺に至る画素周辺中実部14aを含む。
画素内の中央部においては、有機バリア層14は、例えば図6(a)に示すように、パーティクルPによって形成される第1無機バリア層12の不連続部分にのみ形成されている。すなわち、図6(b)に示すように、画素内の中央部でパーティクルPが存在しない部分には有機バリア層14は存在しない。パーティクルPが存在しないOLED表示装置は、画素内の中央部に有機バリア層を有しない。ここで、パーティクルPの大きさ(球相当直径)は、典型的には0.3μm以上5μm以下である。G4.5(730mm×920mm)の基板には、例えば、数十個から100個程度のパーティクルが存在することがあり、1つのOLED表示装置(アクティブ領域)については、数個程度のパーティクルが存在することがある。もちろん、パーティクルPが存在しないOLED表示装置もある。有機バリア層14は、例えば光硬化性樹脂を硬化することによって形成された光硬化樹脂によって形成されており、実際に光硬化樹脂が存在する部分を「中実部」という。上述してきたように、有機バリア層14(中実部)は、第1無機バリア層12の表面の凸部の周辺にのみ選択的に形成されている。
例えば図6(a)に示すように、画素内の中央部にパーティクルPが存在すると、パーティクルPによって形成される不連続部分に有機バリア層14が形成される。図4(b)を参照して説明したように、有機バリア層(中実部)14は、パーティクルPの周りにリング状に形成される。法線方向から見たときの直径(面積円相当径)が例えば1μm程度のパーティクルPに対して、例えば、リング状の中実部の直径(面積円相当径)Doは2μm以上である。例えば、5.7型の2560×1440ピクセルの表示装置(およそ500ppi)の場合、画素ピッチは49μmである。画素ピッチに比べて、パーティクルPおよびパーティクルPの周辺に形成された有機バリア層(中実部)14の大きさは十分に小さいので、パーティクルPの周辺に形成された有機バリア層14(中実部)による透過率の変化が表示に与える影響は小さい。
図7を参照して、OLED表示装置100が有するTFE構造10の画素周辺中実部14a(有機バリア層14)の作用・効果を説明する。
OLED表示装置100は、上述した様に、それぞれが複数の画素のそれぞれに配置された複数の有機EL素子と、複数の画素のそれぞれを規定するバンク層48とを有する素子基板と、複数の画素を覆うTFE構造10とを有する。バンク層48は、複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面を有し、TFE構造10は、第1無機バリア層12と、第1無機バリア層12の上面に接しかつ離散的に分布する複数の中実部を有する有機バリア層14と、第1無機バリア層12の上面および有機バリア層14の複数の中実部の上面に接する第2無機バリア層16とを有し、複数の中実部は、第1無機バリア層12の斜面上の部分から画素内の周辺に至る画素周辺中実部14aを全周にわたって有し、有機バリア層14の屈折率n0は第1無機バリア層12の屈折率n1よりも小さく、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaは、20°以上であり、上面の傾斜角θaは、30°以上であることが好ましく、40°以下であることが好ましい。傾斜角θaは、画素の全周にわたって実質的に同じである。複数の画素は、実質的に同じ構造のバンク層を有している。本明細書において、「実質的に」とは、特に断らない限り、製造ばらつきの範囲内にあることをいう。
OLED表示装置100のTFE構造10は、このような画素周辺中実部14aを有するので、従来よりも高い正面輝度および指向性を有している。以下に、その理由を説明する。
図7に矢印Lで示す光線Lに注目する。光線Lは、有機層44で発せられ、TFE構造10を通過し、OLED表示装置100から出射される光線のうち、画素内の平坦な領域Rpaに形成された、画素周辺中実部14aの部分に垂直に入射した光線の軌跡を表している。すなわち、有機層44から表示面の法線方向に発せられた光線Lは、上部電極46および第1無機バリア層12を通過し、画素周辺中実部14aに入射する。光線Lの画素周辺中実部14aへの入射角θ1は0°であり、画素周辺中実部14a内に侵入した光線Lは、θ2=0°の方向に進行する。その後、光線Lは、画素周辺中実部14aの上面(傾斜角をθaとする。)にθ3で入射し、θ4で画素周辺中実部14aの上面から出射し、第2無機バリア層16に入射する。
ここで、有機バリア層14の屈折率n0は第2無機バリア層16の屈折率n1よりも小さい(n0<n1)。有機バリア層14は、例えば、屈折率1.54の光硬化性アクリル樹脂で形成されており、第2無機バリア層16は、例えば、屈折率が1.80以上1.90以下の窒化シリコン(Si3N4)で形成されている。有機バリア層14の屈折率n0<第2無機バリア層16の屈折率n1なので、スネルの法則から、θ3>θ4となる。なお、屈折率が1.80以上1.90以下の窒化シリコン(Si3N4)はバリア性に優れている。第1無機バリア層12も屈折率が1.80以上1.90以下の窒化シリコン(Si3N4)で形成されていることが好ましい。よく知られているように、窒化シリコン膜の成膜条件によって、屈折率を制御することができる。
次に、光線Lは、第2無機バリア層16と空気との界面にθ5で入射し、第2無機バリア層16からθ6で出射する。空気の屈折率は、第2無機バリア層16の屈折率n1よりも小さい。従って、スネルの法則から、θ6>θ5となる。このθ6を表示面の法線からの角度で表したものをθ6*とする。すなわち、θ6*は、OLED表示装置100から出射される光線Lの表示面の法線からの極角を表している。なお、ここでは、第2無機バリア層16の上面は空気と接触している場合を説明したが、第2無機バリア層16の上面に有機絶縁層および/または無機絶縁層(屈折率が第2無機バリア層16の屈折率n1よりも小さい。)と接していても同様の傾向になる。
下記の表1に、有機バリア層、すなわち画素周辺中実部14aの有無による、θ6*への影響を求めた結果を示す。表1には、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaが、10°、20°、30°および40°の場合を示している。表1のθ6*の括弧内の数値は、有機バリア層が有る場合のθ6*の値から有機バリア層が無い場合のθ6*の値を引いた値を示している。
ここで、有機バリア層の屈折率n0は、1.54とし、第2無機バリア層16の屈折率n1は1.85とした。なお、有機バリア層14が無い場合の構成は、有機バリア層14の屈折率n0を1.85(=n1)とすることによって求めた。
表1から分かるように、有機バリア層14を設けることによって、θ6*の値が小さくなっている。特に、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaが20°以上のとき、θ6*の値が小さくなる傾向が顕著になる。すなわち、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaを20°以上とすることによって、有機EL表示装置の正面輝度および指向性を効果的に向上させることができる。この利点は、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaを30°以上とすることによってより大きくなる。ただし、θaは40°以下が好ましい。θaが40°超の構成では、有機EL表示装置から出射される光線の量が減る恐れがある。表1において、有機バリア層が無い場合のθaが40°の欄に数値が記載されていないのは、光線Lが第2無機バリア層16から出射されないことを表している。有機バリア層14を設けることによって、θaが40°の構成であっても、光線Lは、第2無機バリア層16からθ6*=41.8°で出射され得るが、θaが40°を超えると、第2無機バリア層16から出射されないおそれがある。もちろん、θaの上限は、有機バリア層および第2無機バリア層の屈折率の値に依存し、上述のように、スネルの法則に従って計算することによって求められる。
第2無機バリア層16の屈折率n1と、有機バリア層14の屈折率n0との差(Δn1=n1-n0)は、0.25以上であることが好ましい。ここで例示(Δn=1.85-1.54=0.31)したように、Δnは、0.3以上であることがさらに好ましい。
画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaは、バンク層48の斜面の傾斜角θbと、有機バリア層14を形成する樹脂材料の粘度等とによって制御される。画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaを20°以上40°以下に制御するためには、バンク層48の斜面の傾斜角θbは20°以上60°以下であることが好ましい。バンク層48の斜面の傾斜角θbがこの範囲内にあれば、比較的低い粘度の光硬化性樹脂(例えば、紫外線硬化性アクリル樹脂)を用いて、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaを20°以上40°以下に制御することが容易にできる。また、バンク層48の斜面の傾斜角θbが60°以下であれば、バンク層48上に形成される層(例えば配線または電極)が段差によって切断されるおそれが無い。
なお、画素周辺中実部14aの上面の傾斜角θaが20°以上であれば、特許文献3に記載されているような、有機バリア層14の剥がれの問題を抑制することもできる。また、バンク層に対する密着性(濡れ性)に優れた樹脂を用いると、凹状の表面を有する画素周辺中実部14aが形成される。言い換えると、凹状の表面を有する画素周辺中実部14aが形成されるような、樹脂材料を用いて、有機バリア層14を形成することが好ましい。
有機バリア層14は、無色透明の光硬化性樹脂(例えば、紫外線硬化性アクリル樹脂)で形成されることが好ましい。有機バリア層14が可視光を吸収すると、光の利用効率(輝度)が低下するからである。
また、画素周辺中実部14aによって、正面輝度および指向性を向上させる効果は、画素の全周にわたって均一に発揮されることが好ましい。したがって、上述した様に、複数の画素は、それぞれの全周にわたって、実質的に同じ構造のバンク層48および画素周辺中実部14aを有することが好ましい。画素の全周の一部において構造が異なると、配光分布が異なることになり、例えば、特定の斜め視角から見たときに色づくなどの現象が現れるおそれがある。
有機バリア層14は、例えば、上記特許文献1または2に記載の方法で形成され得る。例えば、チャンバー内で、蒸気または霧状の有機材料(例えばアクリルモノマー)を、室温以下の温度に維持された素子基板上に供給し、素子基板上で凝縮させ、液状になった有機材料の毛細管現象または表面張力によって、第1無機バリア層12の凸部の側面と平坦部との境界部に偏在させる。その後、有機材料に例えば紫外線を照射することによって、凸部の周辺の境界部に有機バリア層(例えばアクリル樹脂層)14の中実部を形成する。この方法によって形成される有機バリア層14は、平坦部には中実部が実質的に存在しない。有機バリア層の形成方法に関して、特許文献1および2の開示内容を参考のために本明細書に援用する。このとき、バンク層の斜面に液膜が形成されるように、光硬化性樹脂の粘度、斜面に対する濡れ性等が制御される。斜面の表面を改質してもよい。最初に成膜する樹脂層の厚さを調整する(例えば、100nm未満とする)、および/または、アッシング条件(時間を含む)を調整することによって、有機バリア層14を形成することもできる。
有機バリア層14は、例えば、スプレイ法、スピンコート法、スリットコート法、スクリーン印刷またはインクジェット法を用いて形成してもよい。アッシング工程をさらに含んでもよい。有機バリア層を、感光性樹脂を用いて形成し、マスク露光を行ってもよい。マスク露光によって、画素周辺中実部を形成するとともに、第1無機バリア層と第2無機バリア層とが直接接触する無機バリア層接合部を形成してもよい。
なお、第1無機バリア層および第2無機バリア層として、上述した様に、屈折率が1.80以上1.90以下の窒化シリコン(Si3N4)を好適に用いることができるが、この他、屈折率n1が1.75以上のSiON層、SiNO層、Al2O3層などを用いることもできる。
本発明の実施形態は、有機EL表示装置、特にフレキシブルな有機EL表示装置およびその製造方法に適用され得る。
1 :基板(フレキシブル基板)
2 :回路
3 :OLED層
4 :偏光板
10 :TFE構造
12 :第1無機バリア層(SiN層)
14 :有機バリア層
14a :画素周辺中実部
16 :第2無機バリア層(SiN層)
30 :引出し配線
38 :端子部
38 :端子
42 :下部電極
44 :有機層
46 :上部電極
48 :バンク層
100 :OLED表示装置
BS :バンク構造
P :パーティクル
Pix :画素
R1 :アクティブ領域
R2 :周辺領域
2 :回路
3 :OLED層
4 :偏光板
10 :TFE構造
12 :第1無機バリア層(SiN層)
14 :有機バリア層
14a :画素周辺中実部
16 :第2無機バリア層(SiN層)
30 :引出し配線
38 :端子部
38 :端子
42 :下部電極
44 :有機層
46 :上部電極
48 :バンク層
100 :OLED表示装置
BS :バンク構造
P :パーティクル
Pix :画素
R1 :アクティブ領域
R2 :周辺領域
Claims (9)
- 複数の画素を有する有機EL表示装置であって、
基板と、前記基板に支持された複数の有機EL素子であって、それぞれが前記複数の画素のそれぞれに配置された複数の有機EL素子と、前記複数の画素のそれぞれを規定するバンク層とを有する素子基板と、前記複数の画素を覆う薄膜封止構造とを有し、
前記バンク層は、前記複数の画素のそれぞれの周囲を包囲する斜面を有し、
前記薄膜封止構造は、第1無機バリア層と、前記第1無機バリア層の上面に接しかつ離散的に分布する複数の中実部を有する有機バリア層と、前記第1無機バリア層の前記上面および前記有機バリア層の前記複数の中実部の上面に接する第2無機バリア層とを有し、
前記複数の中実部は、前記第1無機バリア層の、前記斜面上の部分から前記画素内の周辺に至る画素周辺中実部を全周にわたって有し、
前記有機バリア層の屈折率n0は前記第2無機バリア層の屈折率n1よりも小さく、前記画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、20°以上である、有機EL表示装置。 - 前記画素周辺中実部の上面の傾斜角θaは、40°以下である、請求項1に記載の有機EL表示装置。
- 前記バンク層の前記斜面の傾斜角θbは20°以上60°以下である、請求項1または2に記載の有機EL表示装置。
- 前記第2無機バリア層の屈折率n1と、前記有機バリア層の屈折率n0との差(Δn1=n1-n0)は、0.25以上である、請求項1から3のいずれかに記載の有機EL表示装置。
- 前記第2無機バリア層の屈折率n1は1.75以上1.90以下である、請求項1から4のいずれかに記載の有機EL表示装置。
- 前記第1無機バリア層の屈折率は、前記第2無機バリア層の屈折率n1と同じである、請求項1から5のいずれかに記載の有機EL表示装置。
- 前記画素周辺中実部は凹状の表面を有している、請求項1から6のいずれかに記載の有機EL表示装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の有機EL表示装置を製造する方法であって、
前記薄膜封止構造を形成する工程は、
前記第1無機バリア層が形成された前記素子基板をチャンバー内に用意する工程と、
前記チャンバー内に蒸気または霧状の光硬化性樹脂を供給する工程と、
前記第1無機バリア層上で前記光硬化性樹脂を凝縮させて、液膜を形成する工程と、
前記光硬化性樹脂の前記液膜に光を照射することによって、光硬化樹脂層を形成する工程と、
前記光硬化樹脂層を部分的にアッシングすることによって、前記有機バリア層を形成する工程とを包含する、製造方法。 - 請求項1から7のいずれかに記載の有機EL表示装置を製造する方法であって、
前記有機バリア層を形成する工程は、スプレイ法、スピンコート法、スリットコート法、スクリーン印刷またはインクジェット法で行われる、製造方法。
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