JP4167651B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、表示装置及び表示装置の製造方法に係り、特に、複数の自発光性素子によって構成された表示装置の製造方法に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光性素子であることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、アレイ基板として陽極と陰極との間に発光機能を有する有機化合物を含む有機活性層を保持した有機ＥＬ素子をマトリックス状に配置することにより構成される。

ところで、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置において、各有機ＥＬ素子に共通に設けられる上部電極（例えば陰極）に補助配線を備えた構造が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００２−３１８５５３号公報 特開２００２−３１８５５６号公報

上部電極は、通常、表示エリアにおいて、有機活性層及び隔壁の全体を覆うように配置されている。つまり、上部電極より先の工程で形成した各部は、上部電極によって覆われている。このような構成において、上部電極の一部が損傷を受けると、損傷箇所から各部に含まれる水分やガス成分が発散しやすくなる。このため、損傷箇所付近と他の箇所とで有機ＥＬ素子の特性が異なり、発光輝度にムラが生ずることがある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、表示性能を向上することができる表示装置及び表示装置の製造方法を提供することにある。

この発明の第１の様態による表示装置は、
マトリクス状の画素によって構成された表示エリアにおいて、
各画素を分離する隔壁と、
画素毎に配置された画素回路と、
画素回路によって駆動制御される表示素子と、を備え、
前記表示素子は、
画素毎に独立島状に配置された第１電極と、
前記第１電極上に配置された光活性層と、
各画素の前記光活性層を覆うとともに各画素周辺の前記隔壁の一部を露出するように配置された全画素に共通の第２電極と、
を備えたことを特徴とする。

この発明の第２の様態による表示装置の製造方法は、
マトリクス状の画素によって構成された表示エリアを備えた表示装置の製造方法であって、
画素毎に独立島状の第１電極を形成する工程と、
各画素を分離する隔壁を形成する工程と、
前記第１電極上に光活性層を形成する工程と、
表示エリアにおいて各画素の前記光活性層を覆うとともに各画素周辺の前記隔壁の一部を露出するように全画素に共通の第２電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、表示性能を向上することができる表示装置及び表示装置の製造方法を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置及び表示装置の製造方法について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

有機ＥＬ表示装置１は、図１及び図２に示すように、画像を表示する表示エリア１０２を有するアレイ基板１００を備えている。アレイ基板１００の表示エリア１０２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。

また、アレイ基板１００は、画素ＰＸの行方向（すなわち図１のＹ方向）に沿って配置された複数の走査線Ｙｍ（ｍ＝１、２、…）と、走査線Ｙｍと略直交する方向（すなわち図１のＸ方向）に沿って配置された複数の信号線Ｘｎ（ｎ＝１、２、…）と、有機ＥＬ素子４０の第１電極６０側に電源を供給するための電源供給線Ｐと、を備えている。

さらに、アレイ基板１００は、表示エリア１０２の外周に沿った周辺エリア１０４に、走査線Ｙｍのそれぞれに走査信号を供給する走査線駆動回路１０７と、信号線Ｘｎのそれぞれに映像信号を供給する信号線駆動回路１０８と、を備えている。すべての走査線Ｙｍは、走査線駆動回路１０７に接続されている。また、すべての信号線Ｘｎは、信号線駆動回路１０８に接続されている。

各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、画素回路及び画素回路によって駆動制御される表示素子を備えている。画素回路は、オン画素とオフ画素とを電気的に分離しかつオン画素への映像信号を保持する機能を有する画素スイッチ１０と、画素スイッチ１０を介して供給される映像信号に基づき表示素子へ所望の駆動電流を供給する駆動トランジスタ２０と、駆動トランジスタ２０のゲート−ソース間電位を所定期間保持する蓄積容量素子３０とを有している。これら画素スイッチ１０及び駆動トランジスタ２０は、例えば薄膜トランジスタにより構成され、ここでは、半導体層にポリシリコンを用いている。

表示素子は、自発光素子である有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、基本的に同一構成であり、画素毎ＰＸに独立島状に形成された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され全画素ＰＸに共通に形成された第２電極６６と、これら第１電極６０と第２電極６６との間に保持された光活性層、ここでは有機活性層６４と、によって構成されている。

画素スイッチ１０は、ここでは走査線Ｙｍと信号線Ｘｎとの交差部近傍に配置されている。画素スイッチ１０のゲート電極は走査線Ｙｍに接続され、ソース電極は信号線Ｘｎに接続され、ドレイン電極は蓄積容量素子３０を構成する一方の電極及び駆動トランジスタ２０のゲート電極に接続されている。駆動トランジスタ２０のソース電極は蓄積容量素子３０を構成する他方の電極及び電源供給線Ｐに接続され、ドレイン電極は有機ＥＬ素子４０の第１電極６０に接続されている。

図２及び図３に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０上に配置された複数の有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性支持基板上に、画素スイッチ１０、駆動トランジスタ２０、蓄積容量素子３０、走査線駆動回路１０７、信号線駆動回路１０８、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０を構成する第１電極６０は、配線基板１２０表面の絶縁膜（例えば平坦化層）上に配置され、陽極として機能する。

有機活性層６２は、少なくとも発光層を含んでいる。この有機活性層６２は、発光層以外の層として、例えば、各色共通に形成される正孔輸送層を備え、各色画素に形成される発光層と積層した２層構造で構成されても良いし、正孔注入層、ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、バッファ層などを含んでも良いし、またこれらを機能的に複合した層を含んでもよい。有機活性層６２においては、発光層が有機系材料であればよく、発光層以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。発光層は、赤、緑、または青に発光する発光機能を有する有機化合物によって形成される。

第２電極６６は、有機活性層６４上に各有機ＥＬ素子４０に共通に配置される。この第２電極６６は、光透過性を有する導電材料によって形成されている。ここでは、第２電極６６は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム・ティン・オキサイド）やＩＺＯ（インジウム・ジンク・オキサイド）などの電子注入機能を有する導電酸化物によって形成され、陰極として機能している。

また、アレイ基板１００は、表示エリア１０２において、少なくとも隣接する色毎に画素ＲＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を区画する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、各色画素を分離するよう形成することが望ましく、ここでは、隔壁７０は、各第１電極６０の周縁に沿って格子状に配置され、第１電極６０を露出する隔壁の開口形状が矩形となるよう形成されている。この隔壁７０は、樹脂材料によって形成される。

このように構成された有機ＥＬ素子４０では、第１電極６０と第２電極６６との間に挟持された有機活性層６４にホール及び電子を注入し、これらを再結合させることにより励起子を生成し、この励起子の失活時に生じる所定波長の光放出により発光する。ここでは、このＥＬ発光は、アレイ基板１００の上面側すなわち第２電極６６側から出射され、表示画面を構成する。

ところで、有機ＥＬ素子４０は、水分に対して弱い一面を有しているが、その水分を十分に排除することは困難である。このため、有機ＥＬ素子内の水分の分布を制御し、偏りをなくす必要があり、一般的には、有機ＥＬ素子４０を気密に封止するとともに内部に吸湿剤を封入している。

一方、隔壁７０によって分離された各画素の有機ＥＬ素子４０は、画素毎に配置された第１電極６０及び有機活性層６４、及び、全画素に共通の第２電極６６を備えている。この第２電極６６は、通常、表示エリア１０２内の全域にわたって形成されたベタ膜であり、ある程度の気密性をもって画素間に配置された隔壁７０の全体を覆う。

しかしながら、第２電極６６の一部が損傷すると、損傷箇所付近の気密性が低下し、隔壁７０に残存していた水分が発散しやすくなる。このため、損傷箇所付近では、隔壁７０の残存水分が低減し、付近の有機ＥＬ素子４０の劣化を抑制できる。これに対して、第２電極６６によって覆われた付近では、隔壁７０に残存する水分が発散しにくく、付近の有機ＥＬ素子４０を劣化させる原因となる。したがって、第２電極６６の損傷箇所付近と他の箇所とでは、有機ＥＬ素子４０の特性に差が生じてしまい、同一の駆動電流を供給した際に発光輝度に差が生じてしまうことになる。

そこで、この実施の形態では、各有機ＥＬ素子４０の第２電極６６は、各画素の有機活性層６４を覆うとともに各画素周辺の隔壁７０の一部を露出するように配置されている。このように、積極的に隔壁７０の露出部分を形成したことにより、各画素を囲む隔壁７０に残存していた水分が発散しやすくなる。

このような発散現象は、表示エリア内の全画素で発生し得るため、局部的に有機ＥＬ素子の特性が変異することを抑制できる。発散した水分は、有機ＥＬ素子４０とともに封入された吸湿剤により吸収される。つまり、全画素について、常に同程度の発散現象を発生し得る構造を備えたことにより、全画素での有機ＥＬ素子の特性差を低減することができ（発光輝度の差を低減することができ）、表示性能を向上することが可能となる。

第２電極６６のより詳細な構造について説明する。すなわち、図２及び図３に示すように、第２電極６６は、隔壁７０上に配置されるとともに第２電極用の電位が供給された給電配線６６Ａと、給電配線６６Ａに接続されるとともに少なくとも有機活性層６４上に配置された電極部６６Ｂと、を含んでいる。

図２に示した例では、給電配線６６Ａは、各第１電極６０の周縁に沿った格子状の隔壁７０の上に格子状に配置されている。隔壁７０は、図３に示したように、略台形上の断面を有しており、給電配線６６Ａが配置される上面７０Ｔの幅Ｗ１は、例えば３０乃至４０μｍである。このとき、給電配線６６Ａの線幅Ｗ２は、上面７０Ｔの幅Ｗ１より小さく設定され、例えば５乃至６μｍである。

また、電極部６６Ｂは、隔壁７０によって囲まれた内側に配置されるとともに、その一部が隔壁７０の上面７０Ｔまで延在し、給電配線６６Ａと接続されている。これにより、電極部６６Ｂに第２電極用の電位が供給可能となる。図２に示した例では、電極部６６Ｂは、四方の給電配線６６Ａと接続されている。したがって、隔壁７０の一部（図３に示した例では上面７０Ｔの一部）は、給電配線６６Ａ及び電極部６６Ｂによって覆われることなく露出する。

給電配線６６Ａと電極部６６Ｂとは、異なる導電材料によって形成しても良い。すなわち、電極部６６Ｂとして利用可能な導電材料には制約があり、特に、上面発光方式では、光透過性を有する導電材料が選択される。一方、給電配線６６Ａは、隔壁７０上に配置されており、画素の開口率に影響を及ぼさないため、必ずしも光透過性を有する必要はなく、むしろ電圧降下が小さい低抵抗な導電材料であることが望まれる。このため、給電配線６６Ａ及び電極部６６Ｂをそれぞれ適当な導電材料を選択して形成すれば、所望の特性を有した有機ＥＬ素子を形成可能となる。

また、給電配線６６Ａと電極部６６Ｂとは、同一の導電材料によって形成しても良い。すなわち、給電配線６６Ａ及び電極部６６Ｂを形成する導電材料として、同一の導電材料を選択した場合、一体的な給電配線６６Ａ及び電極部６６Ｂを同一工程で形成することが可能となり、それぞれを別々の工程で形成する場合と比較して工程数が削減でき、製造コストを低減できるとともに製造歩留まりを改善することが可能となる。

次に、上述したような構成の表示装置の製造方法について説明する。

まず、金属膜及び絶縁膜の成膜、パターニングなどの処理を繰り返し、縦４８０画素、横６４０×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）画素の合計９２万画素からなる表示エリア１０２を有した配線基板１２０を用意する。そして、図４Ａに示すように、配線基板１２０上の表示エリア１０２において画素毎に第１電極６０を形成する。この第１電極６０の形成方法については、一般的はフォトリソグラフィプロセスで形成しても良いし、第１電極のパターンを有するマスクを介したマスクスパッタ法で形成しても良い。

続いて、図４Ｂに示すように、各画素を分離する隔壁７０を形成する。すなわち、感光性樹脂材料例えばアクリルタイプのポジティブトーンのレジスト用いて一般的なフォトリソグラフィプロセスなどでパターニングした後に、２２０℃で３０分間の焼成処理を行う。これにより、各画素を囲むような格子状の隔壁７０を形成する。

続いて、図４Ｃに示すように、隔壁７０上に給電配線６６Ａを形成する。すなわち、隔壁７０を形成した配線基板１２０の主面に金属膜としてアルミニウム（Ａｌ）を成膜した後に、フォトリソグラフィプロセスなどにより金属膜をパターン化し、隔壁７０の上面７０Ｔに格子状の給電配線６６Ａを形成する。

続いて、図４Ｄに示すように、各画素内において、第１電極６０上に発光層の他にホールバッファ層などを含む有機活性層６４を形成する。この有機活性層６４として、高分子系材料を選択する場合には、インクジェット方式で塗布することが可能である。また、有機活性層６４として、低分子系材料を選択する場合には、画素パターンを有するマスクを介した蒸着法で成膜することが可能である。

このように、先に説明した給電配線６６Ａの形成工程がフォトリソグラフィプロセスなどのウエット処理を含む場合には、有機活性層６４が水分の影響によりダメージを受けないように、給電配線６６Ａを有機活性層６４より先に形成することが望ましい。なお、給電配線６６Ａの形成工程がマスクスパッタ法などドライ処理のみの場合には、特に形成順序は問わない。

続いて、図４Ｅに示すように、表示エリア１０２において各画素の有機活性層６４を覆う電極部６６Ｂを形成する。すなわち、陰極として機能する金属膜としてバリウム（Ｂａ）を１０^−７Ｐａの真空度において電極部６６Ｂに対応したパターンを有するマスクＭを介して６００オングストロームの膜厚に蒸着し、続けて、同一のマスクＭを介してカバーメタルとして機能する金属膜としてアルミニウム（Ａｌ）を１５００乃至３０００オングストロームの膜厚で蒸着する。これら電極部６６Ｂ及びカバーメタルＣＭは、画素開口部（実質的に隔壁７０から露出した第１電極６０の露出部）より１０μｍほど大きなサイズに形成され、四方で給電配線６６Ａとコンタクト可能なパターンを有している。このように形成された電極部６６Ｂは、隔壁７０上で接続された給電配線６６Ａとともに、各画素周辺の隔壁７０の一部を露出する第２電極６６として機能する。

一方で、アレイ基板１００上の表示エリア１０２を封止するために、封止体の外周に沿って紫外線硬化型のシール材を塗布し、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中において、アレイ基板１００と封止体とを貼り合わせる。これにより、有機ＥＬ素子４０は、不活性ガス雰囲気の密閉空間内に封入される。その後、紫外線を照射して、シール材を硬化させる。

このようにして形成したカラー表示型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、同一駆動電流に対して均一な発光輝度が得られ、良好な表示性能が実現できた。しかも、従来方式と比較して輝度半減時間が延び、長期間にわたって製品として十分な性能を維持できることが確認できた。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、隔壁７０も隔壁７０上の給電配線６６Ａも格子状のパターンである必要はなく、また、給電配線６６Ａと電極部６６Ｂとの接続箇所も４箇所の例に限定されるものではない。

また、上述した実施の形態では、給電配線６６Ａ及び電極部６６Ｂを異なる導電材料を用いて形成したが、同一材料を用いて同時に形成しても良いことは言うまでもない。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置のアレイ基板上における表示エリアのレイアウト例を概略的に示す平面図である。 図３は、図２に示したアレイ基板をＡ−Ａ線で切断したときの構造を概略的に示す断面図である。 図４Ａは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、第１電極を形成する工程を示す図である。 図４Ｂは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、隔壁を形成する工程を示す図である。 図４Ｃは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、給電配線を形成する工程を示す図である。 図４Ｄは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、有機活性層を形成する工程を示す図である。 図４Ｅは、有機ＥＬ表示装置を形成するための製造工程を説明するための図であり、電極部及びカバーメタルを形成する工程を示す図である。

符号の説明

１…有機ＥＬ表示装置、１０…画素スイッチ、２０…駆動トランジスタ、３０…蓄積容量素子、４０…有機ＥＬ素子、６０…第１電極、６４…有機活性層、６６…第２電極、６６Ａ…給電配線、６６Ｂ…電極部、７０…隔壁、１００…アレイ基板、１０２…表示エリア、１２０…配線基板、ＰＸ…画素、ＣＭ…カバーメタル、Ｍ…マスク

Claims (3)

1. マトリクス状の画素によって構成された表示エリアにおいて、
   各画素を分離する隔壁と、
   画素毎に配置された画素回路と、
   画素回路によって駆動制御される表示素子と、を備え、
   前記表示素子は、
   画素毎に独立島状に配置された第１電極と、
   前記第１電極上に配置された光活性層と、
   各画素の前記光活性層を覆うように配置された全画素に共通の第２電極と、
   を備え、
   前記第２電極は、前記隔壁の上面に配置されるとともに前記第２電極用の電位が供給された給電配線と、前記隔壁によって囲まれた内側に配置された電極部と、を含み、互いに接続される前記給電配線と前記電極部との間で前記隔壁の一部を露出するように前記電極部の一部が前記隔壁の上面まで延在して前記給電配線に接続されたことを特徴とする表示装置。
2. 前記給電配線と前記電極部とは、異なる導電材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記給電配線と前記電極部とは、同一の導電材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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