有機エレクトロルミネッセンス表示装置及びその製造方法
【課題】 いわゆる逆構造のトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス表示装置において、高い発光効率を得る。
【解決手段】 各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス表示装置であり、陰極が、第１陰極層４ａ、第２陰極層４ｂ、及び第３陰極層６から形成されており、第１陰極層４ａが金属膜からなる反射性の電極であり、第２陰極層４ｂが透明導電性金属酸化物からなる電極であり、第３陰極層６が金属膜からなる電極であり、第３陰極層６が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層６の膜厚と、第３陰極層６を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層６の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴としている。
【解決手段】 各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス表示装置であり、陰極が、第１陰極層４ａ、第２陰極層４ｂ、及び第３陰極層６から形成されており、第１陰極層４ａが金属膜からなる反射性の電極であり、第２陰極層４ｂが透明導電性金属酸化物からなる電極であり、第３陰極層６が金属膜からなる電極であり、第３陰極層６が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層６の膜厚と、第３陰極層６を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層６の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置及びその製造方法に関するものであり、詳細には、いわゆる逆構造のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型の発光素子として有機ＥＬ素子が注目され、この有機ＥＬ素子を用いたディスプレイの開発が進められている。有機ＥＬ素子は、動画表示に適した速い応答速度、低電圧、低消費電力駆動などの特徴を有しているため、次世代の携帯電話や携帯端末（ＰＤＡ）をはじめ、次世代のディスプレイとして期待されている。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイは、画像表示のため複数の画素を有する有機ＥＬパネルを備えている。有機ＥＬパネルにおける有機ＥＬ素子の構造は、パネル基板上で有機ＥＬ膜を２つの電極で挟んだ構造になっている。有機ＥＬ膜は、主に電子輸送層、発光層、正孔輸送層によって構成され、２つの電極の一方が陽極、他方が陰極になっている。
【０００４】
このような有機ＥＬパネルを備えた有機ＥＬディスプレイにおいては、陽極に正の電圧、陰極に負の電圧を印加することにより、陽極から有機ＥＬ膜中に注入された正孔が正孔輸送層を経て発光層に到達し、一方陰極から有機ＥＬ膜に注入された電子が電子輸送層を経て発光層に到達し、発光層内で電子と正孔が再結合することにより発光を得る仕組みになっている。
【０００５】
また、近年では、表示画像の高輝度化や高精細化を実現するものとして、従来パネル基板側から光を取り出していたものを、その反対側、すなわち発光層が形成されているパネル基板の上面側から光を取り出す上面発光（トップエミッション）方式を採用した有機ＥＬディスプレイが提案されている。
【０００６】
図１３は、アクティブマトリックス回路基板上に形成したトップエミッション方式を採用した有機ＥＬディスプレイのパネルの断面図である。基板側から光を取り出す構造では、基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などにより、実際に光を取り出すことのできる部分の割合（開口率）が制限されるという問題があったが、トップエミッション構造の有機ＥＬディスプレイは、この問題点を解決することができ、発光部分の上方にＴＦＴなどが存在しないので、開口率をほぼ１００％にすることが可能になる。
【０００７】
図１３は、上述のように従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図１３を参照して、従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、基板１上にＴＦＴ回路２がマトリックス状に形成されている。基板１及びＴＦＴ回路２の上には、平坦化膜３が形成されている。平坦化膜３上には、陽極８が形成されている。また、平坦化膜３及び陽極８の上には、開口部を有する絶縁膜からなる画素分離膜５が形成されている。画素分離膜５は、各画素領域の間の画素間に設けられている。この画素分離膜５の開口部内で、陽極８と接するように発光層を含む有機層７が形成されている。また、有機層７及び画素分離膜５の上の全面を覆うように、Ｌｉ、ＬｉＦまたはＬｉＯ2などからなる電子注入層及びＡｌやＡｇなどからなる陰極４が形成されている。
【０００８】
しかしながら、図１３に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、ボトムエミッション構造の表示装置と陰極の構造が異なるため、トップエミッション用に陰極及び陽極を含む有機ＥＬの素子構造を最適化する必要があった。また、発光層を含む有機層７の上の全面を覆うように、金属膜からなる陰極４が形成されているので、光の透過率を大きくするのが困難であり、発光効率が低下するという問題があった。その結果、図１３に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、開口率を大きくすることができるものの、上述の素子構造を最適化しなければならないという問題並びに光の透過率は最大でも７０％程度にとどまってしまうという問題があった。そこで、図１３に示した従来のトップエミッション構造と異なり、基板１側に陰極４を形成することによって、透過率の低い陰極４を基板１側に形成した逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリックス型表示装置が考えられる。この構造では、ボトムエミッション構造と同様の陰極を用いることができるので、ボトムエミッションの素子構造を上下逆にすればよく、トップエミッション用に素子の構造を最適化する必要がなくなる。
【０００９】
図１２は、陰極４を基板側に形成した逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリックス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図１２に示す逆構造のトップエミッション型の表示装置は、電極とその間の有機層の構成が上下において逆になっていること以外は、図１３に示した従来のトップエミッション構造の表示装置と同様の構成である。すなわち、図１２に示すように、基板１上に、ＴＦＴ回路２、平坦化膜３、及び陰極４がこの順序で形成されている。平坦化膜３及び陰極４の上には、画素分離膜５が形成されている。なお、陰極４には、上述のように、電子注入層がその一部として形成されている。陰極４の上には、発光層を含む有機層７が形成されている。画素分離膜５及び有機層７の上の全面を覆うように、ＩＴＯなどからなる陽極（透明電極）８が形成されている。
【００１０】
図１２に示す逆構造のトップエミッション型表示装置においては、陰極４を各画素領域にのみパターニングして限定的に形成している。このようなパターニングは、一般にフォトリソグラフィー法によりなされる（特許文献１など）。
【００１１】
しかしながら、フォトリソグラフィー法により陰極４をパターニングする場合、陰極である金属膜の表面が酸化され、陰極の表面に酸化膜が形成されるという問題があった。陰極の表面に酸化膜が形成されると、電子注入が阻害され、有機ＥＬ素子の駆動電圧が高くなり、発光効率が低下するという問題を生じる。
【００１２】
また、陰極をパターニングする代わりに、画素間にリブを設ける方法も提案されている（特許文献２など）。しかしながら、画素間にリブを設ける場合、陰極４と共に陽極８も分離されてしまうので、アクティブマトリックス型表示装置においては使用することができない。
【特許文献１】特開平１１−１８５９７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、いわゆる逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置において、発光効率が高い有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であり、各画素に表示信号を与えるため基板上に設けられる駆動回路と、駆動回路に接続され、かつ各画素領域毎に分離して設けられる、金属膜からなる反射性の第１陰極層と、各画素領域毎に分離して第１陰極層の上に設けられる、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層と、各画素領域毎に設けられている第１陰極層及び第２陰極層の間の画素間の領域において、各画素領域を分離するため設けられる、絶縁材料からなる画素分離膜と、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる、金属膜からなる第３陰極層と、第３陰極層の上に設けられる、発光層を含む有機層と、有機層の上に設けられる、透明性電極からなる陽極とを備え、第３陰極層が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層の膜厚と、第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴としている。
【００１５】
本発明においては、各画素毎に分離して設けられる金属膜からなる反射性の第１陰極層の上に、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層が設けられている。従って、第１陰極層を形成し、その上に第２陰極層を形成した後、フォトリソグラフィー法により、第１陰極層と第２陰極層をパターニングする際、第１陰極層の上には第２陰極層が存在しているので、金属膜からなる第１陰極層の表面が酸化されることなくフォトリソグラフィー法によりパターニングすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、第３陰極層が、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられている。従って、第３陰極層をパターニングする必要がなく、第３陰極層形成後、引き続きその上に有機層等を形成することができる。従って、第３陰極層を形成した後、第３陰極層を大気に暴露することなく、次の有機層等をその上に形成することができる。第３陰極層の表面が酸化されることなく、次の層を形成することができるので、有機層に電荷を注入する際の障害が生じず、駆動電圧を低減することができ、発光効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明における第３陰極層は、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層の膜厚と、第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜である。従って、第３陰極層による膜面方向への電気的な導通が生じないため、第３陰極層を複数の画素領域にまたがって設けても、第３陰極層を介しての隣接する画素への電気的導通が生じず、点灯している画素の周辺において同時に点灯するのを防止することができる。
【００１８】
第３陰極層を、膜面方向に不連続な電極膜として形成する方法としては、膜厚を５ｎｍ未満とし、島状に分離された不連続な膜として形成する方法が挙げられる。このような電極膜は、島状に分離した不連続な膜であるので、膜面方向の導通が生じることはない。
【００１９】
図１１は、第３陰極層６における電子の平均自由行程λと、第３陰極層６の導電率との関係を説明するための図である。膜厚ｄが薄くなって、膜内の自由電子の平均自由行程λと同程度になると、膜面上で自由電子が衝突散乱することにより実質的に電子の自由行程λが短縮されるので、導電率の低下を生じる。自由電子の平均自由行程λより膜厚ｄが小さい場合の導電率σｆは、以下の式で表される。なお、以下の式においてσはバルクの導電率を示している。
σｆ＝ｄ／λ（３／４＋１／２ｌｎ（λ／ｄ）σ
【００２０】
従って、第３陰極層の電極材料の電子の平均自由行程λと、第３陰極層の膜厚ｄと、第３陰極層の電極材料のバルクの導電率σから、第３陰極層のシート抵抗を算出することができる。
【００２１】
本発明においては、このようにして算出されるシート抵抗が、少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜を第３陰極層として用いてもよい。
【００２２】
本発明においては、画素分離膜の傾斜した側面上の第３陰極層の部分の膜厚が、第３陰極層の他の部分の膜厚よりも薄くなっており、この部分において上記のシート抵抗が３０Ω／□以上になっていてもよい。
【００２３】
図８は、画素分離膜の傾斜した側面上において、第３陰極層の膜厚が薄くなっている状態を示す断面図である。平坦化膜３の上には画素分離膜５が設けられており、画素分離膜５の側面５ｂは傾斜した側面になっている。第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６が形成されており、第３陰極層６の膜厚はｄで示されている。図８に示すように、画素分離膜５の傾斜した側面５ｂ上の第３陰極層６の膜厚Ｄは、ｄ×ｃｏｓθで表され、膜厚ｄよりも小さくなっている。
【００２４】
従って、図８に示すように、画素分離膜５の傾斜した側面５ｂにおいて膜厚Ｄが、他の部分における膜厚ｄよりも薄くなっており、この部分において、シート抵抗を３０Ω／□以上にすることができる。
【００２５】
また、本発明においては、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角が９０°以上であり、画素分離膜の側方端部で第３陰極層が分断され、不連続な膜となっていてもよい。図９は、このような状態を示す断面図である。図９に示すように、平坦化膜３の上に形成されている画素分離膜５の側面５ｂは、テーパー状に形成されており、側面５ｂが膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上になっている。このような場合、第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６を形成すると、画素分離膜５の上面５ａ上に形成された第３陰極層６と、第２陰極層４ｂ上に形成された第３陰極層６とが画素分離膜５の側方端部で分断された状態となり、不連続になる。図９に示す状態においては、このような分断された第３陰極層６の上に有機層７を形成しているが、有機層７は連続して形成されているため、その上に形成される陽極８も連続した電極膜として形成されている。
【００２６】
図１０は、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角が９０°以上の場合において、画素分離膜５の膜厚ｈが、有機層７の膜厚ｄよりも厚い場合を示している。このような場合、図１０に示すように、有機層７が画素分離膜５の側方端部で分断されてしまうので、その上に形成される陽極８も画素分離膜５の側方端部で分断され、連続した陽極８を形成することができなくなる。このため、ＴＦＴ回路によるアクティブマトリックス駆動の場合には適用できない構造となる。
【００２７】
従って、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上である場合、画素分離膜の膜厚を、有機層の膜厚よりも薄くなるように画素分離膜を形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明においては、金属膜からなる反射性の第１電極層の上に、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層を設けている。第２陰極層の上には、さらに第３陰極層を設けているが、第３陰極層は薄膜であるので、有機層で発光した光は、反射性の第１電極層が設けられていない場合、有機ＥＬ素子基板側にも出射されてしまう。本発明では、第１電極層を設けることにより、有機層で発光した光を一方向に反射させ封止基板側から出射させることができるので、発光効率を向上させることができる。また、本発明においては、第２陰極層の膜厚を調整することにより、有機ＥＬ素子のマイクロキャビティの調整をすることができるので、発光効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
図１は、本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置の１画素分の領域を示した断面図である。図２は、図１に示す実施例の有機ＥＬ表示装置の複数の画素領域の部分を示した断面図である。図１に示すように、ガラス基板などの基板１の上には、ＴＦＴ回路２が設けられており、ＴＦＴ回路２の上には、平坦化膜３が設けられている。平坦化膜３の上の各画素領域の部分には、第１陰極層４ａが形成されており、第１陰極層４ａの上に第２陰極層４ｂが形成されている。第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂは、フォトリソグラフィー法などによりパターニングされ、画素領域の上にのみ設けられている。第１陰極層４ａは、平坦化膜３に形成されたスルーホールを介してＴＦＴ回路２の電極に接続されている。
【００３０】
第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂの間の画素間の領域には、各画素領域を分離するため画素分離膜５が設けられている。画素分離膜５及び第２陰極層４ｂの上には、各画素領域をまたがりほぼ全面に第３陰極層６が形成されている。
【００３１】
第３陰極層６の上には、複数の画素領域をまたがるように発光層を含む有機層７が形成されている。有機層７の上には、複数の画素領域をまたがるように陽極８が形成されている。陽極８の上には、複数の画素領域をまたがるように保護膜９が形成されている。保護膜９の上には、接着剤層１０を介してガラス基板などからなる封止基板１１が取り付けられている。カラーフィルタ層を設ける場合には、封止基板１１にカラーフィルタ層を設けることができる。
【００３２】
本発明においては、第３陰極層６が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層６の膜厚と、第３陰極層６を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出される上述のシート抵抗が、第３陰極層６の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜である。
【００３３】
本発明において、第１陰極層は、金属膜からなる反射性の電極であり、例えば、反射率の高いアルミニウム、銀、モリブデン、タングステン、クロム、ニッケル、銅、金、またはこれらの合金などからなる金属膜から形成することができる。
【００３４】
本発明において、第２陰極層は、透明導電性金属酸化物からなる電極膜であり、透明で仕事関数が高いインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などから形成することができる。
【００３５】
本発明において、第３陰極層は、金属膜から形成することができ、電極材料としては、第１陰極層の電極材料と同じもの、及びリチウム、ナトリウム、セシウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属、並びにそれらの合金（例えば、ＭｇＡｇ）などが挙げられる。
【００３６】
本発明における画素分離膜は、絶縁材料から形成されるものであり、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマー材料などから形成することができる。
【００３７】
本発明における有機層は、発光層を含む有機層であり、従来より有機ＥＬ素子において形成されている有機層を形成することができる。有機層は、第３陰極層のパターンよりも大きな領域をカバーするように形成されることが好ましい。発光層の材料としては、例えば、青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などを挙げることができる。
【００３８】
本発明における陽極は、透明性電極からなる電極膜であり、ＩＴＯやＩＺＯなどから形成することができる。必要に応じて、膜厚の薄い金属膜から形成してもよい。
【００３９】
図１に示す保護膜９としては、有機ＥＬ素子のパッシベーション層として機能するものを用いることができ、電気絶縁性を有し、水分や低分子成分に対するバリア性を有し、可視域における透明性が高い（４００〜８００ｎｍの波長範囲で透過率が５０％以上）の材料が好ましく用いられる。このような材料としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｎＯｘ等の無機酸化物、無機窒化物等を用いることができる。保護膜の形成方法としては、有機ＥＬ素子に悪影響を与えない方法であれば特に制約はなく、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等で形成することができ、ディッピング法などにより形成してもよい。
【００４０】
接着剤層１０としては、光硬化樹脂または熱硬化樹脂などを用い、封止基板１１を貼り合わせた状態で硬化させることにより封止基板１１を取り付ける。
【００４１】
本発明の有機ＥＬ表示装置における有機ＥＬ素子部分の構造としては、以下のような構造が挙げられる。
（１）陰極／有機ＥＬ発光層／陽極
（２）陰極／有機ＥＬ発光層／正孔注入層／陽極
（３）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／陽極
（４）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／正孔注入層／陽極
（５）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極
（６）陰極／電子注入層／電子輸送層／有機ＥＬ発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極
【００４２】
本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、第１陰極層の上に第２陰極層を形成する工程と、第１陰極層及び第２陰極層の間の画素間の領域に、画素分離膜をパターニングして形成する工程と、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる第３陰極層を形成する工程と、第３陰極層を形成した後、大気に暴露することなく、有機層を第３陰極層の上に形成する工程と、有機層の上に陰極を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００４３】
本発明の製造方法によれば、第３陰極層を形成した後、第３陰極層を大気に暴露することなく、その上に有機層を形成しているので、第３陰極層の表面を酸化させることなく有機ＥＬ表示装置を製造することができる。従って、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置とすることができる。
【００４４】
本発明の製造方法においては、第１の陰極層の上に第２の陰極層を形成しているが、第１の陰極層を形成した後、第１の陰極層を大気に暴露することなく、第２の陰極層をその上に形成することが好ましい。また、第２の陰極層を形成した後、フォトリソグラフィー法等により、第１の陰極層と第２の陰極層をパターニングして、画素領域にのみ第１陰極層及び第２陰極層を形成することが好ましい。第１陰極層の形成後、第１陰極層を大気に暴露することなく、その上に第２陰極層を形成することにより、第１陰極層の表面が酸化されることがなく、第１陰極層表面での酸化膜の形成を防止することができる。このため、駆動電圧の上昇を抑制することができ、高い発光効率を得ることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、いわゆる逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置において、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１及び２）
図１に示す構造のアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置を作製した。本実施例では、第３陰極層６の膜厚を５ｎｍ未満にして形成した。
【００４８】
図１を参照して、本実施例の表示装置の作製プロセスについて説明する。まず、基板１上に、ゲート電極を含むポリシリコン型ＴＦＴ回路２をマトリックス状に形成した。この基板１及びＴＦＴ回路２の上に、ＳｉＯ2からなる平坦化膜３を形成した。平坦化膜３の上に、Ａｌからなる膜厚１００ｎｍの第１陰極層４ａを形成した。本発明において、第１陰極層の厚みは、１０〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４９】
次に、第１陰極層４ａの上に、ＩＴＯからなる膜厚１００ｎｍの第２陰極層４ｂを形成した。本発明において、第２陰極層４ｂの膜厚は、１０〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５０】
第２陰極層４ｂを形成した後、フォトリソグラフィー法を用いて、第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂを画素領域上にのみ残すようにパターニングした。なお、第２陰極層４ｂは、第１陰極層４ａを形成した後、第１陰極層４ａが大気に暴露されることのないよう、続けて第２陰極層４ｂを形成した。
【００５１】
次に、平坦化膜３上の画素間の領域の上に、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなる画素分離膜５（膜厚１μｍ）を形成した。
【００５２】
次に、第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６を全面にわたって形成した。本実施例では、真空蒸着法を用いて、１３３×１０-7Ｐａ以下の真空度でＡｌからなる第３陰極層６を形成した。なお、第３陰極層６の膜厚は、１ｎｍと２．５ｎｍの２種類のものを形成した。
【００５３】
上記のように、第３陰極層６を非常に薄く形成することにより、第３陰極層６は、連続膜とはならず、島状に分離された膜が形成された。
【００５４】
図５は、膜厚１ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図６は、膜厚２．５ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。また、図７は、膜厚５ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図５〜図７から明らかなように、膜厚を５ｎｍ未満とすることにより、島状に分離された金属膜として第３陰極層を形成できることがわかる。このように、第３陰極層を、島状に分離した不連続な膜として形成することにより、隣接する画素間で第３陰極層を介して導通するのを防ぐことができる。
【００５５】
次に、第３陰極層６を形成した後、第３陰極層６が酸化するのを避けるため、１３３×１０-7Ｐａ以下の真空度を保持した状態で、メタルマスクを用いて、画素領域の上に、電子注入層及び有機層７を形成した。電子注入層としては、膜厚１ｎｍのＬｉ膜を形成し、有機層７としては、Ａｌｑ３（トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III））からなる電子輸送層（膜厚３０ｎｍ）と、緑色発光ドーパントとして３重量％のメチルキナクリドンを含有するＡｌｑ３（トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III））からなる発光層（膜厚３０ｎｍ）と、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジン）からなるホール輸送層（膜厚５０ｎｍ）と、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール注入層（膜厚１０ｎｍ）からなる有機層７を形成した。
【００５６】
次に、有機層７の上の全面を覆うように、ＩＴＯからなる陽極（透明電極）８、及びＳｉＮｘからなる保護膜９を形成した。次に、ガラス板からなる封止基板１１を、エポキシ樹脂からなる接着剤層１０で貼り合わせることにより、図１に示すアクティブマトリックス型の有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００５７】
（実施例３〜１２及び比較例１〜５）
第３陰極層６の膜厚を、表２に示すように、５ｎｍ、１０ｎｍ、及び１５ｎｍとし、画素分離膜の側面の傾斜角度θを、表２に示すように３０°、４５°、６０°、７５°、９０°以上（具体的には１２０°）となるように形成する以外は、上記実施例１及び実施例２と同様にしてアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置を作製した。なお、実施例１及び２における画素分離膜の側面の傾斜角度θは、４５°である。
【００５８】
本実施例においては、第３陰極層の膜厚を５ｎｍ以上にしているので、図７に示すような連続膜として第３陰極層であるＡｌ膜が形成される。
【００５９】
表１は、画素分離膜の側面の傾斜角度θを０°、１５°、３０°、４５°、６０°、及び７５°としたときの、画素分離膜の傾斜側面上の部分の第３陰極層（Ａｌ膜）のシート抵抗（Ω／□）の値を示しており、第３陰極層（Ａｌ膜）の膜厚１０ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、及び１５０ｎｍのそれぞれの場合における値を示している。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から明らかなように、画素分離膜の側面の傾斜角度θと、第３陰極層の膜厚から、画素分離膜の傾斜側面上における第３陰極層のシート抵抗を算出できることがわかる。例えば、画素分離膜の側面の傾斜角度θが４５°である場合、Ａｌ膜からなる第３陰極層の膜厚を５ｎｍ以下とすることにより画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗を３０Ω／□以上にできることがわかる。
【００６２】
（比較例６及び７）
上記各実施例では、Ａｌ膜からなる第１陰極層の上に、ＩＴＯからなる第２陰極層を設け、その上にＡｌ膜からなる第３陰極層を形成している。
【００６３】
比較例６においては、ＩＴＯ膜（膜厚１００ｎｍ）の上にＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）を形成した電極を陰極として用いる以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００６４】
比較例７においては、Ａｌ膜（膜厚１００ｎｍ）を形成した後、大気に暴露した状態でパターニングし、その後実施例１と同様にしてＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）を形成し、それ以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００６５】
（実施例１３及び１４）
本実施例では、第３陰極層における画素間の距離を長くすることにより、第３陰極層の横方向の抵抗を高くしている。
【００６６】
図３は、実施例１３の有機ＥＬ素子を示す断面図である。図３に示すように、本実施例では、画素分離膜５の上面に、さらに第２の画素分離膜１２を形成し、これにより第３陰極層６の画素間の距離を長くし、第３陰極層６の横方向の抵抗を高めている。本実施例において、第２の画素分離膜１２を設ける以外は、基本的に実施例３と同様の条件で有機ＥＬ素子を作製している。第２の画素分離膜１２は、画素分離膜５と同様に格子状に形成しており、その高さ（膜厚）は、５００ｎｍである。第２の画素分離膜１２を形成することにより、画素間の距離は８％長くなっている。
【００６７】
図４は、実施例１４の有機ＥＬ素子を示す断面図である。本実施例では、２つに分割した画素分離膜を画素間の領域に形成することにより、第３陰極層６の画素間の距離を長くしている。本実施例のように、画素分離膜５を２つに分割して形成することにより、実施例３に比べ、画素間の距離は１０％長くなっている。
【００６８】
〔輝度測定試験〕
上記各実施例及び各比較例で作製した表示装置の発光輝度を測定した。発光輝度は、それぞれの表示装置における単位面積あたりの発光輝度（ｃｄ／ｍ2）を測定した。測定した発光輝度の値を表２に示す。
【００６９】
〔パターニングの観察〕
上記発光輝度を測定する際、隣接する画素の発光状態を観察し、以下の基準で評価した。
【００７０】
〇：隣接する画素が発光しない状態
△：隣接する画素が一部発光する状態
×：隣接する画素が発光する状態
評価結果を表２に示す。
【００７１】
また、表２には、画素分離膜側面の傾斜角度θと、画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗の値をそれぞれ示している。
【００７２】
【表２】
【００７３】
表２に示すように、比較例１〜５においては、画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗が３０Ω／□未満となっているため、パターニングにおいて良好な結果が得られていない。すなわち、画素を発光させた際、隣接する画素においても発光が認められた。また、これらの比較例では、発光輝度も高い値が得られなかった。
【００７４】
また、ＩＴＯ膜の上にＡｌ膜を設けた比較例６、及びＡｌ膜形成後大気に暴露した後、Ａｌ膜を形成した比較例７においては、高い発光輝度が得られていない。これに対し、本発明に従う実施例１〜１４においては、高い発光輝度が得られており、発光効率の向上が認められた。また、実施例１３及び１４においては、第３陰極層の画素間の距離を実施例３よりも長くしているが、輝度は実施例３よりも高い値が得られており、発光効率の向上が認められる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図２】図１に示す有機ＥＬ表示装置の複数の画素領域部分を示す断面図。
【図３】本発明に従う他の実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図４】本発明に従うさらに他の実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図５】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図６】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚２．５ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図７】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚５ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図８】画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層の膜厚の計算方法を説明するための断面図。
【図９】画素分離膜の膜厚が有機層の膜厚よりも薄い状態を示す断面図。
【図１０】画素分離膜の膜厚が有機層の膜厚よりも厚い状態を示す断面図。
【図１１】薄膜の膜厚と自由電子の平均自由行程との関係を説明するための斜視図。
【図１２】従来の逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図１３】従来のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１…基板
２…ＴＦＴ回路
３…平坦化膜
４ａ…第１陰極層
４ｂ…第２陰極層
５…画素分離膜
６…第３陰極層
７…有機層
８…陽極
９…保護膜
１０…接着剤層
１１…封止基板
１２…第２の画素分離膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置及びその製造方法に関するものであり、詳細には、いわゆる逆構造のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型の発光素子として有機ＥＬ素子が注目され、この有機ＥＬ素子を用いたディスプレイの開発が進められている。有機ＥＬ素子は、動画表示に適した速い応答速度、低電圧、低消費電力駆動などの特徴を有しているため、次世代の携帯電話や携帯端末（ＰＤＡ）をはじめ、次世代のディスプレイとして期待されている。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイは、画像表示のため複数の画素を有する有機ＥＬパネルを備えている。有機ＥＬパネルにおける有機ＥＬ素子の構造は、パネル基板上で有機ＥＬ膜を２つの電極で挟んだ構造になっている。有機ＥＬ膜は、主に電子輸送層、発光層、正孔輸送層によって構成され、２つの電極の一方が陽極、他方が陰極になっている。
【０００４】
このような有機ＥＬパネルを備えた有機ＥＬディスプレイにおいては、陽極に正の電圧、陰極に負の電圧を印加することにより、陽極から有機ＥＬ膜中に注入された正孔が正孔輸送層を経て発光層に到達し、一方陰極から有機ＥＬ膜に注入された電子が電子輸送層を経て発光層に到達し、発光層内で電子と正孔が再結合することにより発光を得る仕組みになっている。
【０００５】
また、近年では、表示画像の高輝度化や高精細化を実現するものとして、従来パネル基板側から光を取り出していたものを、その反対側、すなわち発光層が形成されているパネル基板の上面側から光を取り出す上面発光（トップエミッション）方式を採用した有機ＥＬディスプレイが提案されている。
【０００６】
図１３は、アクティブマトリックス回路基板上に形成したトップエミッション方式を採用した有機ＥＬディスプレイのパネルの断面図である。基板側から光を取り出す構造では、基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などにより、実際に光を取り出すことのできる部分の割合（開口率）が制限されるという問題があったが、トップエミッション構造の有機ＥＬディスプレイは、この問題点を解決することができ、発光部分の上方にＴＦＴなどが存在しないので、開口率をほぼ１００％にすることが可能になる。
【０００７】
図１３は、上述のように従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図１３を参照して、従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、基板１上にＴＦＴ回路２がマトリックス状に形成されている。基板１及びＴＦＴ回路２の上には、平坦化膜３が形成されている。平坦化膜３上には、陽極８が形成されている。また、平坦化膜３及び陽極８の上には、開口部を有する絶縁膜からなる画素分離膜５が形成されている。画素分離膜５は、各画素領域の間の画素間に設けられている。この画素分離膜５の開口部内で、陽極８と接するように発光層を含む有機層７が形成されている。また、有機層７及び画素分離膜５の上の全面を覆うように、Ｌｉ、ＬｉＦまたはＬｉＯ2などからなる電子注入層及びＡｌやＡｇなどからなる陰極４が形成されている。
【０００８】
しかしながら、図１３に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、ボトムエミッション構造の表示装置と陰極の構造が異なるため、トップエミッション用に陰極及び陽極を含む有機ＥＬの素子構造を最適化する必要があった。また、発光層を含む有機層７の上の全面を覆うように、金属膜からなる陰極４が形成されているので、光の透過率を大きくするのが困難であり、発光効率が低下するという問題があった。その結果、図１３に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリックス型表示装置では、開口率を大きくすることができるものの、上述の素子構造を最適化しなければならないという問題並びに光の透過率は最大でも７０％程度にとどまってしまうという問題があった。そこで、図１３に示した従来のトップエミッション構造と異なり、基板１側に陰極４を形成することによって、透過率の低い陰極４を基板１側に形成した逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリックス型表示装置が考えられる。この構造では、ボトムエミッション構造と同様の陰極を用いることができるので、ボトムエミッションの素子構造を上下逆にすればよく、トップエミッション用に素子の構造を最適化する必要がなくなる。
【０００９】
図１２は、陰極４を基板側に形成した逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリックス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図１２に示す逆構造のトップエミッション型の表示装置は、電極とその間の有機層の構成が上下において逆になっていること以外は、図１３に示した従来のトップエミッション構造の表示装置と同様の構成である。すなわち、図１２に示すように、基板１上に、ＴＦＴ回路２、平坦化膜３、及び陰極４がこの順序で形成されている。平坦化膜３及び陰極４の上には、画素分離膜５が形成されている。なお、陰極４には、上述のように、電子注入層がその一部として形成されている。陰極４の上には、発光層を含む有機層７が形成されている。画素分離膜５及び有機層７の上の全面を覆うように、ＩＴＯなどからなる陽極（透明電極）８が形成されている。
【００１０】
図１２に示す逆構造のトップエミッション型表示装置においては、陰極４を各画素領域にのみパターニングして限定的に形成している。このようなパターニングは、一般にフォトリソグラフィー法によりなされる（特許文献１など）。
【００１１】
しかしながら、フォトリソグラフィー法により陰極４をパターニングする場合、陰極である金属膜の表面が酸化され、陰極の表面に酸化膜が形成されるという問題があった。陰極の表面に酸化膜が形成されると、電子注入が阻害され、有機ＥＬ素子の駆動電圧が高くなり、発光効率が低下するという問題を生じる。
【００１２】
また、陰極をパターニングする代わりに、画素間にリブを設ける方法も提案されている（特許文献２など）。しかしながら、画素間にリブを設ける場合、陰極４と共に陽極８も分離されてしまうので、アクティブマトリックス型表示装置においては使用することができない。
【特許文献１】特開平１１−１８５９７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、いわゆる逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置において、発光効率が高い有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ表示装置は、各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であり、各画素に表示信号を与えるため基板上に設けられる駆動回路と、駆動回路に接続され、かつ各画素領域毎に分離して設けられる、金属膜からなる反射性の第１陰極層と、各画素領域毎に分離して第１陰極層の上に設けられる、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層と、各画素領域毎に設けられている第１陰極層及び第２陰極層の間の画素間の領域において、各画素領域を分離するため設けられる、絶縁材料からなる画素分離膜と、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる、金属膜からなる第３陰極層と、第３陰極層の上に設けられる、発光層を含む有機層と、有機層の上に設けられる、透明性電極からなる陽極とを備え、第３陰極層が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層の膜厚と、第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴としている。
【００１５】
本発明においては、各画素毎に分離して設けられる金属膜からなる反射性の第１陰極層の上に、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層が設けられている。従って、第１陰極層を形成し、その上に第２陰極層を形成した後、フォトリソグラフィー法により、第１陰極層と第２陰極層をパターニングする際、第１陰極層の上には第２陰極層が存在しているので、金属膜からなる第１陰極層の表面が酸化されることなくフォトリソグラフィー法によりパターニングすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、第３陰極層が、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられている。従って、第３陰極層をパターニングする必要がなく、第３陰極層形成後、引き続きその上に有機層等を形成することができる。従って、第３陰極層を形成した後、第３陰極層を大気に暴露することなく、次の有機層等をその上に形成することができる。第３陰極層の表面が酸化されることなく、次の層を形成することができるので、有機層に電荷を注入する際の障害が生じず、駆動電圧を低減することができ、発光効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明における第３陰極層は、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層の膜厚と、第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜である。従って、第３陰極層による膜面方向への電気的な導通が生じないため、第３陰極層を複数の画素領域にまたがって設けても、第３陰極層を介しての隣接する画素への電気的導通が生じず、点灯している画素の周辺において同時に点灯するのを防止することができる。
【００１８】
第３陰極層を、膜面方向に不連続な電極膜として形成する方法としては、膜厚を５ｎｍ未満とし、島状に分離された不連続な膜として形成する方法が挙げられる。このような電極膜は、島状に分離した不連続な膜であるので、膜面方向の導通が生じることはない。
【００１９】
図１１は、第３陰極層６における電子の平均自由行程λと、第３陰極層６の導電率との関係を説明するための図である。膜厚ｄが薄くなって、膜内の自由電子の平均自由行程λと同程度になると、膜面上で自由電子が衝突散乱することにより実質的に電子の自由行程λが短縮されるので、導電率の低下を生じる。自由電子の平均自由行程λより膜厚ｄが小さい場合の導電率σｆは、以下の式で表される。なお、以下の式においてσはバルクの導電率を示している。
σｆ＝ｄ／λ（３／４＋１／２ｌｎ（λ／ｄ）σ
【００２０】
従って、第３陰極層の電極材料の電子の平均自由行程λと、第３陰極層の膜厚ｄと、第３陰極層の電極材料のバルクの導電率σから、第３陰極層のシート抵抗を算出することができる。
【００２１】
本発明においては、このようにして算出されるシート抵抗が、少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜を第３陰極層として用いてもよい。
【００２２】
本発明においては、画素分離膜の傾斜した側面上の第３陰極層の部分の膜厚が、第３陰極層の他の部分の膜厚よりも薄くなっており、この部分において上記のシート抵抗が３０Ω／□以上になっていてもよい。
【００２３】
図８は、画素分離膜の傾斜した側面上において、第３陰極層の膜厚が薄くなっている状態を示す断面図である。平坦化膜３の上には画素分離膜５が設けられており、画素分離膜５の側面５ｂは傾斜した側面になっている。第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６が形成されており、第３陰極層６の膜厚はｄで示されている。図８に示すように、画素分離膜５の傾斜した側面５ｂ上の第３陰極層６の膜厚Ｄは、ｄ×ｃｏｓθで表され、膜厚ｄよりも小さくなっている。
【００２４】
従って、図８に示すように、画素分離膜５の傾斜した側面５ｂにおいて膜厚Ｄが、他の部分における膜厚ｄよりも薄くなっており、この部分において、シート抵抗を３０Ω／□以上にすることができる。
【００２５】
また、本発明においては、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角が９０°以上であり、画素分離膜の側方端部で第３陰極層が分断され、不連続な膜となっていてもよい。図９は、このような状態を示す断面図である。図９に示すように、平坦化膜３の上に形成されている画素分離膜５の側面５ｂは、テーパー状に形成されており、側面５ｂが膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上になっている。このような場合、第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６を形成すると、画素分離膜５の上面５ａ上に形成された第３陰極層６と、第２陰極層４ｂ上に形成された第３陰極層６とが画素分離膜５の側方端部で分断された状態となり、不連続になる。図９に示す状態においては、このような分断された第３陰極層６の上に有機層７を形成しているが、有機層７は連続して形成されているため、その上に形成される陽極８も連続した電極膜として形成されている。
【００２６】
図１０は、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角が９０°以上の場合において、画素分離膜５の膜厚ｈが、有機層７の膜厚ｄよりも厚い場合を示している。このような場合、図１０に示すように、有機層７が画素分離膜５の側方端部で分断されてしまうので、その上に形成される陽極８も画素分離膜５の側方端部で分断され、連続した陽極８を形成することができなくなる。このため、ＴＦＴ回路によるアクティブマトリックス駆動の場合には適用できない構造となる。
【００２７】
従って、画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上である場合、画素分離膜の膜厚を、有機層の膜厚よりも薄くなるように画素分離膜を形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明においては、金属膜からなる反射性の第１電極層の上に、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層を設けている。第２陰極層の上には、さらに第３陰極層を設けているが、第３陰極層は薄膜であるので、有機層で発光した光は、反射性の第１電極層が設けられていない場合、有機ＥＬ素子基板側にも出射されてしまう。本発明では、第１電極層を設けることにより、有機層で発光した光を一方向に反射させ封止基板側から出射させることができるので、発光効率を向上させることができる。また、本発明においては、第２陰極層の膜厚を調整することにより、有機ＥＬ素子のマイクロキャビティの調整をすることができるので、発光効率をさらに向上させることができる。
【００２９】
図１は、本発明に従う一実施例の有機ＥＬ表示装置の１画素分の領域を示した断面図である。図２は、図１に示す実施例の有機ＥＬ表示装置の複数の画素領域の部分を示した断面図である。図１に示すように、ガラス基板などの基板１の上には、ＴＦＴ回路２が設けられており、ＴＦＴ回路２の上には、平坦化膜３が設けられている。平坦化膜３の上の各画素領域の部分には、第１陰極層４ａが形成されており、第１陰極層４ａの上に第２陰極層４ｂが形成されている。第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂは、フォトリソグラフィー法などによりパターニングされ、画素領域の上にのみ設けられている。第１陰極層４ａは、平坦化膜３に形成されたスルーホールを介してＴＦＴ回路２の電極に接続されている。
【００３０】
第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂの間の画素間の領域には、各画素領域を分離するため画素分離膜５が設けられている。画素分離膜５及び第２陰極層４ｂの上には、各画素領域をまたがりほぼ全面に第３陰極層６が形成されている。
【００３１】
第３陰極層６の上には、複数の画素領域をまたがるように発光層を含む有機層７が形成されている。有機層７の上には、複数の画素領域をまたがるように陽極８が形成されている。陽極８の上には、複数の画素領域をまたがるように保護膜９が形成されている。保護膜９の上には、接着剤層１０を介してガラス基板などからなる封止基板１１が取り付けられている。カラーフィルタ層を設ける場合には、封止基板１１にカラーフィルタ層を設けることができる。
【００３２】
本発明においては、第３陰極層６が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、第３陰極層６の膜厚と、第３陰極層６を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出される上述のシート抵抗が、第３陰極層６の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜である。
【００３３】
本発明において、第１陰極層は、金属膜からなる反射性の電極であり、例えば、反射率の高いアルミニウム、銀、モリブデン、タングステン、クロム、ニッケル、銅、金、またはこれらの合金などからなる金属膜から形成することができる。
【００３４】
本発明において、第２陰極層は、透明導電性金属酸化物からなる電極膜であり、透明で仕事関数が高いインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などから形成することができる。
【００３５】
本発明において、第３陰極層は、金属膜から形成することができ、電極材料としては、第１陰極層の電極材料と同じもの、及びリチウム、ナトリウム、セシウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属、並びにそれらの合金（例えば、ＭｇＡｇ）などが挙げられる。
【００３６】
本発明における画素分離膜は、絶縁材料から形成されるものであり、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマー材料などから形成することができる。
【００３７】
本発明における有機層は、発光層を含む有機層であり、従来より有機ＥＬ素子において形成されている有機層を形成することができる。有機層は、第３陰極層のパターンよりも大きな領域をカバーするように形成されることが好ましい。発光層の材料としては、例えば、青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などを挙げることができる。
【００３８】
本発明における陽極は、透明性電極からなる電極膜であり、ＩＴＯやＩＺＯなどから形成することができる。必要に応じて、膜厚の薄い金属膜から形成してもよい。
【００３９】
図１に示す保護膜９としては、有機ＥＬ素子のパッシベーション層として機能するものを用いることができ、電気絶縁性を有し、水分や低分子成分に対するバリア性を有し、可視域における透明性が高い（４００〜８００ｎｍの波長範囲で透過率が５０％以上）の材料が好ましく用いられる。このような材料としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｎＯｘ等の無機酸化物、無機窒化物等を用いることができる。保護膜の形成方法としては、有機ＥＬ素子に悪影響を与えない方法であれば特に制約はなく、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等で形成することができ、ディッピング法などにより形成してもよい。
【００４０】
接着剤層１０としては、光硬化樹脂または熱硬化樹脂などを用い、封止基板１１を貼り合わせた状態で硬化させることにより封止基板１１を取り付ける。
【００４１】
本発明の有機ＥＬ表示装置における有機ＥＬ素子部分の構造としては、以下のような構造が挙げられる。
（１）陰極／有機ＥＬ発光層／陽極
（２）陰極／有機ＥＬ発光層／正孔注入層／陽極
（３）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／陽極
（４）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／正孔注入層／陽極
（５）陰極／電子注入層／有機ＥＬ発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極
（６）陰極／電子注入層／電子輸送層／有機ＥＬ発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極
【００４２】
本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、第１陰極層の上に第２陰極層を形成する工程と、第１陰極層及び第２陰極層の間の画素間の領域に、画素分離膜をパターニングして形成する工程と、画素分離膜及び第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる第３陰極層を形成する工程と、第３陰極層を形成した後、大気に暴露することなく、有機層を第３陰極層の上に形成する工程と、有機層の上に陰極を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００４３】
本発明の製造方法によれば、第３陰極層を形成した後、第３陰極層を大気に暴露することなく、その上に有機層を形成しているので、第３陰極層の表面を酸化させることなく有機ＥＬ表示装置を製造することができる。従って、発光効率の高い有機ＥＬ表示装置とすることができる。
【００４４】
本発明の製造方法においては、第１の陰極層の上に第２の陰極層を形成しているが、第１の陰極層を形成した後、第１の陰極層を大気に暴露することなく、第２の陰極層をその上に形成することが好ましい。また、第２の陰極層を形成した後、フォトリソグラフィー法等により、第１の陰極層と第２の陰極層をパターニングして、画素領域にのみ第１陰極層及び第２陰極層を形成することが好ましい。第１陰極層の形成後、第１陰極層を大気に暴露することなく、その上に第２陰極層を形成することにより、第１陰極層の表面が酸化されることがなく、第１陰極層表面での酸化膜の形成を防止することができる。このため、駆動電圧の上昇を抑制することができ、高い発光効率を得ることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、いわゆる逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置において、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１及び２）
図１に示す構造のアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置を作製した。本実施例では、第３陰極層６の膜厚を５ｎｍ未満にして形成した。
【００４８】
図１を参照して、本実施例の表示装置の作製プロセスについて説明する。まず、基板１上に、ゲート電極を含むポリシリコン型ＴＦＴ回路２をマトリックス状に形成した。この基板１及びＴＦＴ回路２の上に、ＳｉＯ2からなる平坦化膜３を形成した。平坦化膜３の上に、Ａｌからなる膜厚１００ｎｍの第１陰極層４ａを形成した。本発明において、第１陰極層の厚みは、１０〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００４９】
次に、第１陰極層４ａの上に、ＩＴＯからなる膜厚１００ｎｍの第２陰極層４ｂを形成した。本発明において、第２陰極層４ｂの膜厚は、１０〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５０】
第２陰極層４ｂを形成した後、フォトリソグラフィー法を用いて、第１陰極層４ａ及び第２陰極層４ｂを画素領域上にのみ残すようにパターニングした。なお、第２陰極層４ｂは、第１陰極層４ａを形成した後、第１陰極層４ａが大気に暴露されることのないよう、続けて第２陰極層４ｂを形成した。
【００５１】
次に、平坦化膜３上の画素間の領域の上に、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなる画素分離膜５（膜厚１μｍ）を形成した。
【００５２】
次に、第２陰極層４ｂ及び画素分離膜５の上に、第３陰極層６を全面にわたって形成した。本実施例では、真空蒸着法を用いて、１３３×１０-7Ｐａ以下の真空度でＡｌからなる第３陰極層６を形成した。なお、第３陰極層６の膜厚は、１ｎｍと２．５ｎｍの２種類のものを形成した。
【００５３】
上記のように、第３陰極層６を非常に薄く形成することにより、第３陰極層６は、連続膜とはならず、島状に分離された膜が形成された。
【００５４】
図５は、膜厚１ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図６は、膜厚２．５ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。また、図７は、膜厚５ｎｍの第３陰極層（Ａｌ膜）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真である。図５〜図７から明らかなように、膜厚を５ｎｍ未満とすることにより、島状に分離された金属膜として第３陰極層を形成できることがわかる。このように、第３陰極層を、島状に分離した不連続な膜として形成することにより、隣接する画素間で第３陰極層を介して導通するのを防ぐことができる。
【００５５】
次に、第３陰極層６を形成した後、第３陰極層６が酸化するのを避けるため、１３３×１０-7Ｐａ以下の真空度を保持した状態で、メタルマスクを用いて、画素領域の上に、電子注入層及び有機層７を形成した。電子注入層としては、膜厚１ｎｍのＬｉ膜を形成し、有機層７としては、Ａｌｑ３（トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III））からなる電子輸送層（膜厚３０ｎｍ）と、緑色発光ドーパントとして３重量％のメチルキナクリドンを含有するＡｌｑ３（トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III））からなる発光層（膜厚３０ｎｍ）と、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジン）からなるホール輸送層（膜厚５０ｎｍ）と、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール注入層（膜厚１０ｎｍ）からなる有機層７を形成した。
【００５６】
次に、有機層７の上の全面を覆うように、ＩＴＯからなる陽極（透明電極）８、及びＳｉＮｘからなる保護膜９を形成した。次に、ガラス板からなる封止基板１１を、エポキシ樹脂からなる接着剤層１０で貼り合わせることにより、図１に示すアクティブマトリックス型の有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００５７】
（実施例３〜１２及び比較例１〜５）
第３陰極層６の膜厚を、表２に示すように、５ｎｍ、１０ｎｍ、及び１５ｎｍとし、画素分離膜の側面の傾斜角度θを、表２に示すように３０°、４５°、６０°、７５°、９０°以上（具体的には１２０°）となるように形成する以外は、上記実施例１及び実施例２と同様にしてアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置を作製した。なお、実施例１及び２における画素分離膜の側面の傾斜角度θは、４５°である。
【００５８】
本実施例においては、第３陰極層の膜厚を５ｎｍ以上にしているので、図７に示すような連続膜として第３陰極層であるＡｌ膜が形成される。
【００５９】
表１は、画素分離膜の側面の傾斜角度θを０°、１５°、３０°、４５°、６０°、及び７５°としたときの、画素分離膜の傾斜側面上の部分の第３陰極層（Ａｌ膜）のシート抵抗（Ω／□）の値を示しており、第３陰極層（Ａｌ膜）の膜厚１０ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、及び１５０ｎｍのそれぞれの場合における値を示している。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から明らかなように、画素分離膜の側面の傾斜角度θと、第３陰極層の膜厚から、画素分離膜の傾斜側面上における第３陰極層のシート抵抗を算出できることがわかる。例えば、画素分離膜の側面の傾斜角度θが４５°である場合、Ａｌ膜からなる第３陰極層の膜厚を５ｎｍ以下とすることにより画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗を３０Ω／□以上にできることがわかる。
【００６２】
（比較例６及び７）
上記各実施例では、Ａｌ膜からなる第１陰極層の上に、ＩＴＯからなる第２陰極層を設け、その上にＡｌ膜からなる第３陰極層を形成している。
【００６３】
比較例６においては、ＩＴＯ膜（膜厚１００ｎｍ）の上にＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）を形成した電極を陰極として用いる以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００６４】
比較例７においては、Ａｌ膜（膜厚１００ｎｍ）を形成した後、大気に暴露した状態でパターニングし、その後実施例１と同様にしてＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）を形成し、それ以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００６５】
（実施例１３及び１４）
本実施例では、第３陰極層における画素間の距離を長くすることにより、第３陰極層の横方向の抵抗を高くしている。
【００６６】
図３は、実施例１３の有機ＥＬ素子を示す断面図である。図３に示すように、本実施例では、画素分離膜５の上面に、さらに第２の画素分離膜１２を形成し、これにより第３陰極層６の画素間の距離を長くし、第３陰極層６の横方向の抵抗を高めている。本実施例において、第２の画素分離膜１２を設ける以外は、基本的に実施例３と同様の条件で有機ＥＬ素子を作製している。第２の画素分離膜１２は、画素分離膜５と同様に格子状に形成しており、その高さ（膜厚）は、５００ｎｍである。第２の画素分離膜１２を形成することにより、画素間の距離は８％長くなっている。
【００６７】
図４は、実施例１４の有機ＥＬ素子を示す断面図である。本実施例では、２つに分割した画素分離膜を画素間の領域に形成することにより、第３陰極層６の画素間の距離を長くしている。本実施例のように、画素分離膜５を２つに分割して形成することにより、実施例３に比べ、画素間の距離は１０％長くなっている。
【００６８】
〔輝度測定試験〕
上記各実施例及び各比較例で作製した表示装置の発光輝度を測定した。発光輝度は、それぞれの表示装置における単位面積あたりの発光輝度（ｃｄ／ｍ2）を測定した。測定した発光輝度の値を表２に示す。
【００６９】
〔パターニングの観察〕
上記発光輝度を測定する際、隣接する画素の発光状態を観察し、以下の基準で評価した。
【００７０】
〇：隣接する画素が発光しない状態
△：隣接する画素が一部発光する状態
×：隣接する画素が発光する状態
評価結果を表２に示す。
【００７１】
また、表２には、画素分離膜側面の傾斜角度θと、画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗の値をそれぞれ示している。
【００７２】
【表２】
【００７３】
表２に示すように、比較例１〜５においては、画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層のシート抵抗が３０Ω／□未満となっているため、パターニングにおいて良好な結果が得られていない。すなわち、画素を発光させた際、隣接する画素においても発光が認められた。また、これらの比較例では、発光輝度も高い値が得られなかった。
【００７４】
また、ＩＴＯ膜の上にＡｌ膜を設けた比較例６、及びＡｌ膜形成後大気に暴露した後、Ａｌ膜を形成した比較例７においては、高い発光輝度が得られていない。これに対し、本発明に従う実施例１〜１４においては、高い発光輝度が得られており、発光効率の向上が認められた。また、実施例１３及び１４においては、第３陰極層の画素間の距離を実施例３よりも長くしているが、輝度は実施例３よりも高い値が得られており、発光効率の向上が認められる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に従う実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図２】図１に示す有機ＥＬ表示装置の複数の画素領域部分を示す断面図。
【図３】本発明に従う他の実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図４】本発明に従うさらに他の実施例の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図５】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚１ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図６】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚２．５ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図７】第３陰極層としてのＡｌ膜（膜厚５ｎｍ）の表面を示す走査型電子顕微鏡写真。
【図８】画素分離膜の傾斜側面上の第３陰極層の膜厚の計算方法を説明するための断面図。
【図９】画素分離膜の膜厚が有機層の膜厚よりも薄い状態を示す断面図。
【図１０】画素分離膜の膜厚が有機層の膜厚よりも厚い状態を示す断面図。
【図１１】薄膜の膜厚と自由電子の平均自由行程との関係を説明するための斜視図。
【図１２】従来の逆構造のトップエミッション型有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図１３】従来のトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１…基板
２…ＴＦＴ回路
３…平坦化膜
４ａ…第１陰極層
４ｂ…第２陰極層
５…画素分離膜
６…第３陰極層
７…有機層
８…陽極
９…保護膜
１０…接着剤層
１１…封止基板
１２…第２の画素分離膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、
各画素に表示信号を与えるため基板上に設けられる駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、かつ各画素領域毎に分離して設けられる、金属膜からなる反射性の第１陰極層と、
各画素領域毎に分離して前記第１陰極層の上に設けられる、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層と、
各画素領域毎に設けられている前記第１陰極層及び前記第２陰極層の間の画素間の領域において、各画素領域を分離するため設けられる、絶縁材料からなる画素分離膜と、
前記画素分離膜及び前記第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる、金属膜からなる第３陰極層と、
前記第３陰極層の上に設けられる、発光層を含む有機層と、
前記有機層の上に設けられる、透明性電極からなる陽極とを備え、
前記第３陰極層が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、前記第３陰極層の膜厚と、前記第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、前記第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項２】
前記画素分離膜の傾斜した側面上の前記第３陰極層の部分の膜厚が、他の部分の膜厚よりも薄くなっており、該部分において前記シート抵抗が３０Ω／□以上になってい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表示装置。
【請求項３】
前記第３陰極層が、膜厚５ｎｍ未満であり、島状に分離して形成された不連続な膜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表示装置。
【請求項４】
前記画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上であり、前記画素分離膜の側方端部で前記第３陰極層が分断され、不連続となってい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表示装置。
【請求項５】
前記画素分離膜の膜厚が前記有機層の膜厚より薄くなるように前記画素分離膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項６】
請求項１〜５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表示装置を製造する方法であって、
前記第１陰極層の上に前記第２陰極層を形成する工程と、
前記第１陰極層及び前記第２陰極層の間の画素間の領域に、前記画素分離膜をパターニングして形成する工程と、
前記画素分離膜及び前記第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる前記第３陰極層を形成する工程と、
前記第３陰極層を形成した後、大気に暴露することなく、前記有機層を前記第３陰極層の上に形成する工程と、
前記有機層の上に前記陰極を形成する工程とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法。
【請求項１】
各画素領域からの発光を基板側と反対側から取り出すトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、
各画素に表示信号を与えるため基板上に設けられる駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、かつ各画素領域毎に分離して設けられる、金属膜からなる反射性の第１陰極層と、
各画素領域毎に分離して前記第１陰極層の上に設けられる、透明導電性金属酸化物からなる第２陰極層と、
各画素領域毎に設けられている前記第１陰極層及び前記第２陰極層の間の画素間の領域において、各画素領域を分離するため設けられる、絶縁材料からなる画素分離膜と、
前記画素分離膜及び前記第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる、金属膜からなる第３陰極層と、
前記第３陰極層の上に設けられる、発光層を含む有機層と、
前記有機層の上に設けられる、透明性電極からなる陽極とを備え、
前記第３陰極層が、膜面方向に不連続な電極膜であるか、あるいは、前記第３陰極層の膜厚と、前記第３陰極層を構成する電極材料の電子の平均自由行程とから算出されるシート抵抗が、前記第３陰極層の少なくとも一部で３０Ω／□以上である電極膜であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項２】
前記画素分離膜の傾斜した側面上の前記第３陰極層の部分の膜厚が、他の部分の膜厚よりも薄くなっており、該部分において前記シート抵抗が３０Ω／□以上になってい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表示装置。
【請求項３】
前記第３陰極層が、膜厚５ｎｍ未満であり、島状に分離して形成された不連続な膜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表示装置。
【請求項４】
前記画素分離膜の側面が膜面方向に対してなす傾斜角度が９０°以上であり、前記画素分離膜の側方端部で前記第３陰極層が分断され、不連続となってい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表示装置。
【請求項５】
前記画素分離膜の膜厚が前記有機層の膜厚より薄くなるように前記画素分離膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項６】
請求項１〜５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表示装置を製造する方法であって、
前記第１陰極層の上に前記第２陰極層を形成する工程と、
前記第１陰極層及び前記第２陰極層の間の画素間の領域に、前記画素分離膜をパターニングして形成する工程と、
前記画素分離膜及び前記第２陰極層の上に、複数の画素領域に共通して設けられる前記第３陰極層を形成する工程と、
前記第３陰極層を形成した後、大気に暴露することなく、前記有機層を前記第３陰極層の上に形成する工程と、
前記有機層の上に前記陰極を形成する工程とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−６６７７４（Ｐ２００７−６６７７４Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２７５１（Ｐ２００５−２５２７５１）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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