(57)【要約】【課題】本発明の課題は、蒸着精度を向上し、設計自由度を向上可能な有機EL表示装置を提供することにある。【解決手段】アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に挟まれる有機層を備えた複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、前記複数の有機ＥＬ素子は、行方向で異なる色を発する有機ＥＬ素子を含み、該有機層の少なくとも一つの層は、その列方向の端部において、その蒸着の行方向の幅が最短部に向かって徐々に狭くなった円錐曲線の外縁を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に挟まれる有機層を備えた複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、
前記複数の有機ＥＬ素子は、行方向で異なる色を発する有機ＥＬ素子を含み、
前記有機層の少なくとも一つの層は、その列方向の端部において、その蒸着の行方向の幅が最短部に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に挟まれる有機層を備えた複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、
前記複数の有機ＥＬ素子は、行方向で異なる色を発する有機ＥＬ素子を含み、
前記有機層の少なくとも一つの層は、その列方向の端部において、可微分な曲線によってその外縁が構成されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項３】
アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に挟まれる有機層を備えた複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、
前記複数の有機ＥＬ素子は、行方向で異なる色を発する有機ＥＬ素子を含み、
前記有機層の少なくとも一つの層は、その列方向の端部において、外側に膨らんだ曲線によってその外縁が構成されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記曲線は、円錐曲線又は２次曲線に近似し得る曲線であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記曲線は、楕円、放物線、双曲線の一部に近似し得る曲線であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ表示装置における有機層の蒸着領域に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置の有機層の製膜方法には、印刷法や、蒸着法がある。低分子有機材料を用いた有機ＥＬ表示装置で実用化されているのは、主に蒸着法である。また、上部電極も同様に蒸着で成膜されているものが主流となっている。
【０００３】
従来の有機膜の積層構造は、下部電極であるアノード電極、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、ＬｉＦ/Ａｌの上部電極兼電子注入層としてのカソード電極によって構成されている。
【０００４】
また、有機層の形成方法として、画素によって異なる発光層を備えさせる塗り分け法を適用する場合、アノード電極、ホール注入層、ホール輸送層、カソード電極を全画素共通の連続膜として成膜し、電子輸送層、発光層を発光させる画素毎に塗り分けることも知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、ボトムエミッション型のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の構造を研究している。この研究しているボトムエミッション型のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の構造は、上部電極となるカソードの金属を、有機膜の直上に成膜するとともに、このカソードに電圧を供給するため、回路基板の配線に設けられた電極（カソードコンタクト）とバンクのコンタクトホールを介して接続する構造である。
【０００６】
従来は、蒸着マスクによる蒸着精度が悪いために、画素近傍にカソードコンタクト用のコンタクトホールを配置していなかった。本来、カソードコンタクトの配置はカソード電圧の低下を防ぐ意味では、極力多く、また、画素に近いほうがよい。また、設計自由度を考えると、設置可能な領域は多いほどよい。
【０００７】
従来の蒸着マスクはその開口端部で特に蒸着精度がわるく、表示画素で均一な成膜を実現しようとした場合、表示画素領域やダミー画素領域を大きく越えた領域にまで有機層を蒸着しなければならなかった。
【０００８】
本発明の目的は、表示画素やダミー画素から外にある蒸着面積が小さくても蒸着精度が高く、設計自由度を向上させることが可能な有機ＥＬ表示装置の構造を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、蒸着精度の低下が蒸着マスクに起因することに着目した。有機ＥＬ表示装置の有機発光層を蒸着する為には、張力を印荷してマスクを平面に保つテンションマスクが用いられることが一般的である。テンションマスクの精度を確保する為には、マスクに印荷した張力を最適に保つことが重要である。ここで、蒸着マスクは外形形状が５００ｍｍ×４００ｍｍで幅が５０ｍｍ、厚さが２５ｍｍの金属製のマスクフレームに対して、厚さが５０〜２００μｍの精密加工が施された金属マスクシートを所定の張力を印荷して平面を保持し、接着することによって製作されるものである。
【００１０】
蒸着マスクは薄板に加工された緻密な開孔により有機ＥＬ表示装置の基板上の所定の位置に対して精度良く蒸着出来るように設計されているものである。この蒸着マスクに、蒸着プロセスにおける熱応力が加わることによって、微少の変形が生じて、蒸着ずれを生じる。
【００１１】
従来の蒸着マスクの列方向の端部を図１に示す。図１に示したように従来の蒸着マスクＭ-ＭＥＴ１は開口Ｍ-ＡＰＲ1の端部Ｍ-ＥＤＧＲ1の形状が矩形をしていた。矩形の開口は、その開口の２つの頂点Ｍ-ＥＤＧ1に応力が集中する。かかる構造では、端部で生じるマスクの歪みが大きい上に、歪みを考慮したマスク設計は非常に難しい。マスク組立工程あるいは蒸着プロセス中において様々な応力がマスクに生じた際に、マスクの開口には応力が集中する。このとき、マスクに発生した応力が集中する部位が、マスク端部であり、その端部の角部である。ここで、マスク端部が四角形状であった場合には応力集中個所は２箇所であり、マスク精度劣化の要因となる。
【００１２】
そこで、本発明者は、アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に挟まれる有機層を備えた複数の有機ＥＬ素子がマトリクス状に配置された有機ＥＬ表示装置において、前記複数の有機ＥＬ素子が、異なる色を発する有機ＥＬ素子を含む場合、該有機層の少なくとも一つの層を、その列方向の端部において、その蒸着の行方向の幅が最端部に向かって徐々に狭くなるように構成した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸着精度を向上させることができ、設計自由度が向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図２に本発明を用いた蒸着マスクの形状を示す。本発明を用いた蒸着マスクは、マスク部分Ｍ-ＭＥＴ2の開口Ｍ-ＡＰＲ2の端部Ｍ-ＥＤＧＲ２の幅を外側へ凸となるように曲線状に徐々に狭くなり、さらに、その頂点Ｍ-ＥＤＧ２を丸くする（Ｒをとる）ことで応力を分散するようにした。
【００１６】
なお、この形状は先端を丸くした概略三角形とも呼べる形状であるが、必ずしも曲線や丸くなっていなければならないわけではなく、直線が連続的に接続されている構造でもよい。ただし、望ましいくは可微分な曲線であることが好ましい。また、この曲線の種類は、円錐曲線又は２次曲線に近似し得る曲線が好ましく、楕円、放物線、双曲線の一部に近似し得る曲線であることがさらに好ましい。矩形の場合と比べて最も効果があるのは、この形状は先端を丸くした概略三角形とも呼べる形状である。
【００１７】
従来の蒸着マスクの端部形状が直角等の角を持っているため応力集中するが、本実施例のように、蒸着マスク開孔端部形状を概略三角形状として、側辺を湾曲し、その先端にＲ形状を持たせた場合、蒸着マスクに生じる応力の最も集中する個所を１箇所に規定でき、さらに曲線状で分散できる為、有機発光層の蒸着精度を従来の±１０μｍから±５μｍまで精度向上を図ることができた。
【００１８】
この蒸着マスクを用いて、有機ＥＬ表示装置の有機層を蒸着した平面パターンを図３に示す。表示画素の領域ＰＸＬとダミー画素領域ＤＰＸＬを覆うように、蒸着領域ＥＶＡＲがあり、その列方向の端部には、有機膜の蒸着端部Ｏ-ＥＤＧが存在する。また、ダミー画素領域の行方向の３画素分には、予備蒸着領域Ｐ-ＥＶＡＲが蒸着され、この予備蒸着領域Ｐ-ＥＶＡＲの列方向にも、有機膜の蒸着端部Ｏ-ＥＤＧが存在する。この蒸着端部Ｏ-ＥＤＧの形状は、図２で説明した形状が転写されることになる。ただし、概略蒸着マスクの端部で説明した形状となっていれば、蒸着マスクと基板とのギャップによってぼやけが生じる。当然、このぼやけが生じていても、本発明の範疇である。つまり、先端部が丸くなったり、端部が概ね三角形に蒸着されていれば本発明の範疇である。
【００１９】
具体的には、ホール注入層ＨＩＬとホール輸送層ＨＴＬの蒸着に画素領域全体に蒸着を行うベタ蒸着マスクを用い、発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬに本発明のマスクを用いることが好ましい。つまり、発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬに上述した蒸着膜を備えた有機EL表示装置とする。
【実施例２】
【００２０】
次に、実施例１の蒸着マスクを用いることで、ダミー画素領域の外側近傍まで蒸着可能になったことにより実現できた有機ＥＬ表示装置の他の構造について説明する。従来、カソード金属を蒸着法で成膜する場合、非常に高温での蒸着となるため、金属粒子が持つ熱エネルギーも大きかった。基板に付着する際、回路基板との温度差により膜応力が生じ、カソードコンタクト部でのコンタクト抵抗が増大してしまっていると考えられる。この、コンタクト抵抗増大が有機ＥＬ表示素子の内部抵抗として働き、有機ＥＬ表示装置素子駆動電圧の上昇を引き起こすため、有機ＥＬ表示装置の消費電力増加の要因の一つとなってしまっていた。
【００２１】
本発明者の検討の結果、実施例１の蒸着マスクを用いて、以下説明する構造を用いた場合に、消費電力を低減できることがわかった。図４に、従来の有機ＥＬ表示装置のアクティブマトリクス基板のカソードコンタクト部の断面図を示す。ガラス基板ＳＵＢの上に、下地層ＵＣ、ゲート酸化膜層ＧＯ、第１層間絶縁層ＩＮＳ１、ソース・ドレイン金属層ＳＤ、第２層間絶縁層ＩＮＳ２、下部電極層ＡＤ、バンクＢＮＫ、ホール注入層ＨＩＬ、ホール輸送層ＨＴＬ、発光層ＥＭＬ、電子輸送層ＥＴＬ、上部電極層ＣＤの順に積層された構造を備えている。また、基板の一部にはカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１が形成されている。このカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１は、ソース・ドレイン電極層上に下部電極層ＣＤが形成された積層構造を画素領域に隣接した領域に接続パッドとして形成されている。画素領域の有機層の上とカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１の上から、上部電極であるカソード電極が形成され、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１と接続され、電圧が供給されている。
【００２２】
基板ＳＵＢは、厚さ0.7ｍｍの無アルカリガラスである。下地層ＵＣは、プラズマＣＶＤによって形成された厚さ1５０ｎｍの窒化シリコン層と、厚み１００ｎｍの酸化シリコン層で構成されている。ゲート酸化膜層ＧＯは、一般にＴＥＯＳ膜として称される厚さ１１０ｎｍの酸化シリコン層で構成されている。第１層間絶縁膜ＩＮＳ１は、ゲート酸化膜層ＧＩのＴＥＯＳ膜の上にプラズマＣＶＤによって形成された厚さ５００ｎｍのＳｉＯで構成されている。ソース・ドレイン金属層ＳＤは、厚さ３８ｎｍ、５００ｎｍ、７５ｎｍのＭｏＷ/ＡｌＮ/ＭｏＷの積層構造で構成されている。このソース・ドレイン電極層は画素の回路として用いられているほか、画素領域に隣接したカソードコンタクトの一部としても用いられている。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２は、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１上にプラズマＣＶＤで形成された厚さ５００ｎｍのＳｉＮ膜で構成されている。なお、この第２層間絶縁膜ＩＮＳ２上、画素領域の外側に、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１として機能するソース・ドレイン電極層ＳＤと接続するコンタクトホールを備えている。
【００２３】
また、この第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の上に下部電極層ＡＤが下部電極として画素毎分割形成されている。また、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１として形成されたソース・ドレイン金属電極層ＳＤの上にも、下部電極と同時にパッド電極が形成されている。この下部電極とカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１上のパッドとして形成されたパッドＩＴＯ電極は、厚さ７７ｎｍのＩＴＯで構成されている。
【００２４】
バンクＢＮＫは、プラズマＣＶＤで形成されたＳｉＮで構成され、下部電極ＡＤの周囲を覆うとともに、画素間の第２層間絶縁膜上を被って画素間の絶縁性を確保する構成されている。また、バンクＢＮＫは、カソードコンタクトとして形成されたソース・ドレイン電極層ＳＤの一部の上に開口を備え、その周囲を覆うようにも形成されている。有機層となるホール注入層ＨＩＬ、ホール輸送層ＨＴＬ、発光層ＥＭＬ、電子輸送層ＥＴＬの順に真空蒸着法により成膜された積層体は、開口から露出している下部電極とバンクの上に形成されている。従来、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１との間には大きな距離（形成しない領域）があった。上部電極は複数の画素に共通の電極で、表示全面からカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１の上までＡｌが真空蒸着法により形成されている。
【００２５】
上述したように、上部電極ＣＤであるカソードは真空蒸着法により成膜されるものである。このカソードとして形成された金属は発光層に対して良好な蒸着状態を保つことが必要な他、有機ＥＬ表示装置の基板ＳＵＢ上に設置されているカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴとも良好な接続を行う必要がある。このカソードとの接続状態が良好な状態でないと、表示装置の発光動作時にカソードの接続抵抗として、素子の動作電圧の上昇等、消費電力の増大といった問題となる。
【００２６】
本発明者は、有機ＥＬ表示装置の動作検証並びに、分解調査を進めていく上でカソードとカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴの接続抵抗を減少させる為には、カソードとカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１の間に有機層ＥＭＬを媒介する手法が有効である結論を得た。
【００２７】
この理由は、カソード金属、例えばＡｌが一般的に用いられるが、このＡｌの蒸着温度は１０００℃以上が望ましい条件である。一方、カソードが成膜されるＯＬＥＤの基板温度は３０〜４０℃である。ここで、蒸着されたＡＬは１０００℃以上の蒸気の状態から、一気に９００℃以上冷却されてＯＬＥＤ基板に成膜されることに着目した。
【００２８】
このカソードが成膜される際に、急激に温度が減少する為、カソードは収縮して膜応力を生じる。この膜応力の為、発光層並びに、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１（基板上のカソード接続部）にカソードの接続抵抗が生じていると推定した。
【００２９】
しかし、有機ＥＬ表示装置の有機層上においてはカソードの接続抵抗が増大していないことが判った為、有機層がカソード金属の熱収縮を柔らかい有機発光層がクッションとして吸収していると仮定し検証実験を行ったところ、カソードコンタクト部の全体ではなく、一部カソードコンタクト部には領域に有機発光層を媒介することによってカソードの接続抵抗を低減する効果があることを見出した。但し、有機層の一部であるホール注入層ＨＩＬ並びにホール輸送層ＨＴＬを媒介するとカソードの接続抵抗が増大することも判った。
【００３０】
そこで、基板上のカソード接続部、所謂カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ１の一部領域にも、有機層を存在させることによって、カソード接続抵抗を減少して素子の駆動電圧の上昇を対策し低消費電力化を可能とした有機ＥＬ素子について説明する。実際には、蒸着マスクの開孔部の設計により実施することができる。
【００３１】
図５に、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置のアクティブマトリクス基板のカソードコンタクト周辺の断面図を示す。代表的な従来のボトムエミッション有機ＥＬ表示装置は、発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬはほぼ画素領域と同じ大きさで蒸着される(図４)のに対し、本実施例の構造は、画素領域を越えてカソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ２の２つ目のコンタクトホールまで成膜する(図５)。
【００３２】
好ましくは、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ２の６０％以下、もしくは、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ２近傍(１５０μｍ以内)に、発光層ＥＭＬまたは電子輸送層ＥＴＬを存在させる。逆に、ホール注入層ＨＩＬ、ホール輸送層ＨＴＬは形成しないようにする。また、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ２が複数のコンタクトホールで複数行、列に構成されている場合、すべてのコンタクトホールを覆うのでなく、少なくとも１行、１列は蒸着しないでおくほうが好ましい。つまり、画素に近いコンタクトホールはホール注入層ＨＩＬとホール輸送層ＨＴＬで覆い、画素に遠い側のコンタクトホールは覆わないようにする。
【実施例３】
【００３３】
第３実施例の有機ＥＬ表示装置の蒸着領域を図６に示す。第２実施例との相違点は、各辺において、ホール注入層ＨＩＬとホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域に対して、発光層EMLと電子輸送層ETLの蒸着領域の方が広い点である。
【００３４】
図７は、図６の丸を付けた領域、つまり、画素領域の左上端部の拡大図である。右下の２重の四角を描いた領域が表示画素領域ＰＸＬである。この表示画素領域ＰＸＬにはＲＧＢの３つの画素が１セットとして配置されている。この表示画素の上、左、斜め上に表示画素と同じように有機層ＥＭＬが形成されるが、バンクＢＮＫに開口が設けられていないＲＧＢのダミー画素が１セットずつ３セット配置されている。これらの表示画素領域ＰＸＬとダミー画素領域Ｄ−ＰＸＬの形成領域には、ベタ蒸着、つまり全面にホール輸送層ＨＩＬ、ホール輸送層ＨＴＬが蒸着されている。さらに、この画素領域ＲＧＢに発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬがＲＧＢ計３列が２セットが配置されている。
【００３５】
さらにこの画素領域の列方向に幅Ｖと行方向に幅Ｈに、発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬがＧＢ計２列が配置されている。つまり、この画素領域ＲＧＢとこの画素領域の列方向外部に幅Ｖだけホール注入層ＨＩＬとホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域から発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬがはみ出して蒸着され、行方向に幅Ｈ（発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬがＧＢ２列分）だけホール注入層ＨＩＬとホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域からはみだして蒸着されている。その結果、カソードコンタクトＣ−ＣＯＮＴ２が２つ配置された領域まで、発光層ＥＭＬと電子輸送層ＥＴＬが形成されたことになる。
【実施例４】
【００３６】
第４実施例の有機ＥＬ表示装置の蒸着領域を図８に示す。第２実施例との相違点は、ホール注入層ＨＩＬ及びホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域に対して発光層ＥＭＬ及び電子輸送層の蒸着領域が行方向にのみ広い点である。
【実施例５】
【００３７】
第５実施例の有機ＥＬ表示装置の蒸着領域を図９に示す。第２実施例との相違点は、ホール注入層ＨＩＬ及びホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域に対して発光層ＥＭＬ及び電子輸送層の蒸着領域が列方向にのみ広い点である。
【実施例６】
【００３８】
第６実施例の有機EL表示装置の蒸着領域を図１０に示す。第４実施例との相違点は、ホール注入層ＨＩＬ及びホール輸送層ＨＴＬの蒸着領域に対して発光層ＥＭＬ及び電子輸送層の蒸着領域が辺の一部のみ広い点である。
【００３９】
第２実施例から第６実施例に対して次の変形も本発明の態様の一つである。すなわち、
（１）ホール注入層HIL及びホール輸送層HTL領域と発光層EML及び電子輸送層ETLの成膜領域が同じ場合は、単独で発光層EMLまたは電子輸送層ETLが成膜されている領域を存在させてもよい。
【００４０】
（２）カソードコンタクトC-CONT2領域の60%以下、もしくは、カソードコンタクトＣ-ＣＯＮＴ２近傍(１５０μｍ以内)に、発光層ＥＭＬまたは電子輸送層ＥＴＬが成膜されている領域が存在することが好ましい。ただし、ホール注入層ＨＩＬ/ホール輸送層ＨＴＬの方が狭いパターンであれば、ホール注入層ＨＩＬ/ホール輸送層ＨＴＬは一部あってもかまわないが、カソードコンタクトＣ-ＣＯＮＴ２近傍には本来形成されていない方が好ましい。
【００４１】
第２実施例から第６実施例で次の効果があるといえる。つまり、カソードコンタクト部に生じる膜応力を、カソードコンタクト部に成膜されたＥＭＬまたはＥＴＬにより緩和することができ、膜応力が緩和されることにより、カソードコンタクトとの良好な導通を図ることができている。特に、ホール注入層ＨＩＬおよびホール輸送層ＨＴＬは絶縁性材料であるのに対し、発光層ＥＭＬは導電性材料であるため、発光層ＥＭＬをカソードコンタクト部に成膜した上で陰極金属を成膜を行っても、若干抵抗値は上がっても導通自体を妨げるような致命的な断線になることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の蒸着マスクの列方向の端部を示す図である。
【図２】本発明を用いた蒸着マスクの列方向の端部を示す図である。
【図３】図２の蒸着マスクを用いて蒸着した有機層の平面パターンである。
【図４】従来の有機ＥＬ表示装置のアクティブマトリクス基板のカソードコンタクト部の断面図を示す図である。
【図５】第２実施例の有機ＥＬ表示装置のアクティブマトリクス基板のカソードコンタクト部の断面図を示す図である。
【図６】第３実施例の有機EL表示装置の蒸着領域を示す図である。
【図７】図６の丸領域（画素領域の左上端部）の拡大図である。
【図８】第４実施例の有機EL表示装置の蒸着領域を示す図である。
【図９】図９は、第５実施例の有機EL表示装置の蒸着領域を示すである。
【図１０】図１０は、第６実施例の有機EL表示装置の蒸着領域を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｃ−ＣＯＮＴ１…カソードコンタクト、ＨＩＬ…ホール注入層、ＨＴＬ…ホール輸送層、ＥＭＬ…発光層、ＥＴＬ…電子輸送層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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