有機ＥＬ表示素子及び有機ＥＬ表示素子の製造方法
【課題】低抵抗化を実現する補助電極構造を有する有機ＥＬ表示素子を提供する。
【解決手段】第１基板１０１の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極１１０と、前記第１電極と対峙する第２電極２０３と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層１１２とを有している。前記第２電極の上に第２基板２０１が配置されている。前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極２０２が形成されている。前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【解決手段】第１基板１０１の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極１１０と、前記第１電極と対峙する第２電極２０３と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層１１２とを有している。前記第２電極の上に第２基板２０１が配置されている。前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極２０２が形成されている。前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示素子に関し、特にトップエミッション方式のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示素子は、発光層にＥＬ発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で形成した素子であり、自発光のため視野角がよく、耐衝撃性に優れるなど、表示素子として理想的な特徴を有している。このため、各種の分野において研究、開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ表示素子の構造は、有機物からなる発光層とそれを挟み込む第１電極及び第２電極という３層構成が基本である。一方から正孔、他方から電子を注入し再結合させることにより発生する光を利用する。
【０００４】
ちなみに、本明細書では第１電極及び第２電極をそれぞれ駆動回路が形成されている基板側からの積層順で数えるように定義している。第１電極及び第２電極に用いる材料の詳細や性能向上のために細分化される層構成については後述する。
【０００５】
有機ＥＬ表示素子は、その駆動方式に従ってパッシブマトリクスＥＬ素子と、アクティブマトリクスＥＬ素子とに分けられる。パッシブマトリクスＥＬ素子は列ごとの制御であるのに対し、アクティブマトリクスＥＬ素子は、各画素に対して独立したスイッチング素子を含むことが特徴である。
【０００６】
アクティブマトリクスＥＬ素子は、光の取り出し方向によりトップエミッション方式とボトムエミッション方式とに分けられる。トップエミッション方式のアクティブマトリクスＥＬ素子は、ボトムエミッション方式とは異なり、有機発光層から第２電極側に光を取り出すので基板側に位置するスイッチング素子が邪魔にならない。
【０００７】
従って、トップエミッション方式の方がボトムエミッション方式と比べ開口率が高いＥＬ素子を作成することができる。しかしながら、トップエミッション方式の第２電極は、効率的な光透過のために透明な材料で形成するか、若しくは光が十分に透過するように極薄く形成しなければならない。
【０００８】
ここで、第１電極をアノード、第２電極をカソードとする場合を考える。この第２電極を透明導電膜で形成した場合、有機物からなる発光層のＬＵＭＯ（最低空軌道：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）と、
第２電極の仕事関数とを合致させることができないため、電子を効率良く注入することができない。
【０００９】
一方、第２電極を極薄の金属膜で形成した場合、熱によって第２電極が短絡したり、酸化したりする可能性がある。これは、有機ＥＬ表示素子の特性上、持続的に多量の電流が第２電極を通じて流れるからである。
【００１０】
そこで、第２電極は極薄の金属膜と透明導電膜の積層構造とするケースが多い。しかしながら、有機物からなる発光層に密着する形で極薄の金属膜と透明導電膜を形成するためには有機物にダメージを与えない、低温かつ低加速エネルギー粒子による成膜が必須である。そのため、第２電極はＡｌなどの金属膜と比べて比抵抗で１００倍以上高抵抗となってしまう。
【００１１】
有機ＥＬ表示素子は通常基板端に第２電極の給電点がある。抵抗の大きい透明導電材料を第２電極に用いると、給電点から画素までの距離に応じて配線抵抗値が増加する。それにより、画素を構成する有機ＥＬ表示素子に印加される実効電圧が降下し、輝度低下が顕著となる。
【００１２】
こうした第２電極の高抵抗化を回避する手段として、補助電極を設ける試みが各種提案されている。特許文献１においては、補助共通電極を設けることで共通電極の厚さが薄くても共通電極の過負荷及び短絡が防止できるとしている。
【００１３】
また、導電性遮光パターンを上部電極（第２電極）と接続することで補助電極として用いる提案がある（特許文献２、特許文献３）。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−５６８４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８０６２号公報
【特許文献３】特開２００７−１４１８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の解決しようとする問題点は、従来のトップエミッション方式に適用する補助電極構造では低抵抗化が不十分な点である。
【００１６】
より具体的には４０インチを超える大面積の有機ＥＬ表示装置を実現しようとすると、依然として第２電極の高抵抗化が問題となる。遮光エリアとなるブラックマトリクスの部分のみで低抵抗化を図ろうとすると、導電材料の材質をより比抵抗が小さいアルミニウムや銅に切り替えたり、膜厚を厚くする必要がある。
【００１７】
特許文献１と特許文献３では遮光エリアに形成する補助電極の膜厚は実施例の中で例示されていないが、特許文献２を参考にすると比抵抗５．６μΩ・ｃｍのＭｏを使用し、３００ｎｍの膜厚で形成するとしている。さらには、アルミニウム等のさらに低抵抗な材料で補助電極を形成すれば大型の有機ＥＬ表示装置の実現が見込めるとしている。
【００１８】
しかしながら、アルミニウムの場合には酸化被覆形成によるエッチングプロセスの安定性に不安があり、銅に切り替える場合には材料及びプロセスのコスト増大を招く。膜厚を厚くするにも膜応力やタクトの観点から限界がある。
【００１９】
従って、遮光エリアに形成する補助電極の作成方法の変更のみでは対応できないため、新たな低抵抗化を実現する補助電極構造が必要であった。
【００２０】
本発明は、低抵抗化を実現する補助電極構造を有する有機ＥＬ表示素子及び有機ＥＬ表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、低抵抗化を実現する補助電極構造を有する有機ＥＬ表示素子及び有機ＥＬ表示素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜実施形態１＞
以下に、本発明に係る有機ＥＬ表示素子の実施形態１を図面に基づいて説明する。図１は有機ＥＬ表示素子の断面図である。この有機ＥＬ表示素子は、第１基板１０１上に設けた第１電極１１０と、前記第１電極１１０と対峙する第２電極（透明電極）２０３とを有する。さらに前記第１電極１１０と前記第２電極２０３との間に挟まれた注入層１１１と、有機発光層１１２とを有する。
【００２４】
前記第２電極２０３上に第２基板２０１が配置されている。前記第２基板２０１の前記第２電極側には、前記有機発光層１１２からの光が前記第２電極２０３を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極２０２が形成されている。ちなみに、本実施形態では３つ並んだ有機ＥＬ表示素子を覆うように補助電極２０２が形成されている。
【００２５】
この第２電極２０３と補助電極２０２とが電気的に接続されている。補助電極２０２と第２電極２０３との接続には、導電部材からなるブラックマトリクス２０５が使用されている。ブラックマトリクス２０５は各画素を分離遮光する役割も有し、図１は単色光からなる表示素子を表している。
【００２６】
上記構成の有機ＥＬ表示素子は、補助電極を画素全面に形成しているので、補助電極を低抵抗化することができる。さらには、第２電極と比べ、第２基板上に透明導電膜を形成する場合、第２基板２０１上に高温下で透明導電膜の成膜が可能である。そのため、第２電極２０３として形成する透明導電膜と比べ１桁以上低抵抗であり、かつ透過率が高い透明導電膜を形成することができる。
【００２７】
上記有機ＥＬ表示素子は、下記の２通りの積層構造が考えられる。
【００２８】
第１の構造は、第１電極が陽極、第２電極が陰極の場合である。第２の構造は、第１電極が陰極、第２電極が陽極の場合である。いずれの場合においても正孔注入層は有機発光層と陽極との間に、電子注入層は有機発光層と陰極との間に必要に応じて形成される。上記構成において注入層を有さない構造も考えられるし、発光層が輸送層を兼ねる場合も考えられる。
【００２９】
図１は第１電極が陽極で、第２電極が陰極の場合の実施形態を示す。図１において、ガラス製の第１基板１０１上には、マトリクス状に複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配置している。ＴＦＴを駆動するために、スキャンラインとデータラインとが一定間隔で配置されているが図面上は省略している。これらスキャンラインとデータラインとは格子状に配置され、直交する両者で囲まれた領域が１個ずつの画素となる。
【００３０】
ＴＦＴの構成要素は、半導体層１０２、ゲート絶縁層１０３、ゲート電極１０４、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６である。層間絶縁膜１０８にソース電極１０５及びドレイン電極１０６のための開口が設けられた後、電極材料を成膜して埋め込むことによってコンタクトをとる構造である。さらに、平坦化膜１０９にビアの開口１０７が設けられた後、第１電極１１０となる電極材料を成膜して埋め込んでいる。
【００３１】
ここで半導体層１０２とゲート絶縁層１０３とはそれぞれ、ポリシリコンと窒化珪素（ＳｉＮ）を用いている。ソース電極１０５及びドレイン電極１０６はどちらもアルミ銅合金を用いている。
【００３２】
半導体材料としてはアモルファスシリコンを用いても良い。また上記実施形態は、トップゲート構造のＴＦＴを用いているが、ボトムゲート構造でも良い。さらに、スイッチング特性の向上を目的として基板側に平坦化層などを設けることは当該業者には容易に類推できることである。
【００３３】
各スキャンライン、データライン、電源線は第１基板１０１上に形成されている（不図示）。画素ごとに各薄膜トランジスタに対応して第１電極（陽極）１１０を設ける。第１電極はトップエミッション構造の場合、第２電極側に光を取り出すための反射膜としての機能が必要である。また、第１電極となる陽極材料としては、正孔の注入効率を高めるため仕事関数がなるべく大きなものがよく、例えば、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体が使用できる。或いはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよく、複数併用することもできる。
【００３４】
本実施形態では、膜厚３５０ｎｍのアルミ銅合金上に膜厚２００ｎｍのＩＴＯを形成して第１電極１１０とした。充分に正孔が供給できるのであれば、この膜厚に限定されるものではない。薄膜トランジスタと第１電極１１０とはビア１０７を介して接続する。
【００３５】
第１電極１１０の周囲及び薄膜トランジスタの上部には、絶縁体よりなる隔壁１１４を形成する。隔壁１１４は、発光層材料を分離することが目的である。有機発光層の形成にディスペンス方式を利用する場合、有機発光層材料の溶剤による希釈率が高いことから隔壁の膜厚が十分に厚いことが望ましい。
【００３６】
本実施形態では隔壁１１４を３０００ｎｍの膜厚で形成した。また、隔壁１１４の端面形状は台形状としてカバレッジが良い形状が望ましい。
【００３７】
なお、隔壁１１４の下に無機絶縁膜からなる補助隔壁１１３を設け、絶縁性を高めている。補助隔壁１１３は窒化珪素（ＳｉＮ）で、厚さは１００ｎｍである。
【００３８】
第１電極１１０と補助隔壁１１３と隔壁１１４を形成後、有機発光層１１２を形成する。
【００３９】
有機発光層１１２は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる構造とすることができる。
【００４０】
正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成しても、高分子材料で構成しても、両者を用いて構成してもよく、特に限定されるものではない。
【００４１】
正孔輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にし、また注入された正孔を発光層に輸送するに優れたモビリティを有することが好ましい。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を挟持しても良い。正孔輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体；
ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）；
ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４２】
発光材料としては、発光効率の高い蛍光色素や燐光材料が用いられる。発光層とは注入された正孔と電子が再結合し、材料固有の波長で発光する層を意味する。発光層を形成するホスト材料自体が発光する場合とホストに微量添加したドーパント材料が発光する場合がある。具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体（２ＰＳＰ）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体（ＥＭ２）、フェナンスレン基を有するペリノン誘導体（Ｐ１）；
トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）、ペリレン誘導体（ｔＢｕ−ＰＴＣ）、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体；
ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４３】
ドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン６、ナイルレッド、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）；
ジカルバゾール誘導体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４４】
電子輸送性材料としては、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、正孔輸送性材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体；
キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４５】
また、電子注入材料としては、前述した電子輸送性材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、若しくはその化合物を０．１〜数十％含有させることにより、電子注入性を付与することができる。電子注入層は、必要不可欠な層ではないが、この後に透明な陰極を形成する際の成膜時に受けるダメージを考慮すると、良好な電子注入性を確保するために有機発光層と陰極との間に１ｎｍ〜１０ｎｍ程度挿入した方が好ましい。
【００４６】
電子注入層材料としては、炭酸セシウム、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４７】
上記各層に用いられる有機化合物の薄膜は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等により形成できる。また、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディスペンス、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により形成することもできる。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００４８】
結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択でき、例えば、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂；
アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂；
尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４９】
本実施形態では、注入層１１１と有機発光層１１２とを形成した。注入層１１１は本実施形態においては正孔注入層であり、ディスペンサー装置を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを連続的に塗布した。塗布条件は以下の通りである。隔壁１１４の幅１００μｍに対してテフロン（登録商標）加工した口径８０μｍの金属ニードルを使用し、大気中でニードルと塗布する面との間の距離を３０μｍ、ニードルと基板１０１との相対速度を４５０ｍｍ／ｓｅｃで連続的に塗布した。塗布後、ホットプレートを用いて２００℃、１０分間ベークして厚さ３０ｎｍの正孔注入層を形成した。
【００５０】
有機発光層１１２として、テトラリンにポリパラフェニレンビニレン誘導体ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ，５−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎ ｖｉｎｙｌｅｎｅ］を１ｗｔ％溶かした溶液を隔壁１１４間にディスペンサー装置を用いて塗布した。塗布条件は以下の通りである。テフロン（登録商標）加工した口径８０μｍの金属ニードルを使用し、窒素中でニードルと塗布する面との間の距離を３０μｍ、ニードルと基板１０１との相対速度を３００ｍｍ／ｓｅｃで連続的に塗布した。塗布後、ホットプレートを用いて窒素雰囲気中で１５０℃、３０分間ベークして厚さ１００ｎｍの有機発光層１１２を形成した。
【００５１】
有機発光層１１２を形成した後、第２電極２０３を蒸着法とスパッタ法で形成する。第２電極２０３の電極材として、仕事関数の小さなものがよく、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体或いは複数の合金として用いることができる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。また、陰極である第２電極２０３は一層構成でもよく、多層構成をとることもできる。
【００５２】
ちなみに、前述の電子注入層を設ければ、陰極の条件として、低仕事関数の材料を用いる必要がなくなり、一般的な金属材料を用いることが可能となる。具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコンが望ましい。
【００５３】
本実施形態では、炭酸セシウム（Ｃｓ2ＣＯ3）とＡｌとＩＴＯを用いる。膜厚は、Ｃｓ2ＣＯ3を３ｎｍ、Ａｌを４ｎｍ、ＩＴＯを１００ｎｍとした。表示素子の給電点（不図示）は直流電源（不図示）のマイナス電極に接続されている。この給電点上に第２電極２０３が成膜されることで第２電極２０３が電極の機能を持つ。
【００５４】
第２基板２０１上に補助電極２０２となる透明導電膜を形成する。透明導電膜としては、酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）等を用いることができる。
【００５５】
本発明で用いる「透明」とは、可視光に対して７０％以上１００％以下の透過率を有していることであり、より具体的には、多重反射による減衰を抑える観点より、消衰係数κが０．０５以下、好ましくは０．０１以下であることが望ましい。
【００５６】
本実施形態では、補助電極２０２としてＩＴＯをスパッタ法で形成した。基板温度２５０℃で成膜することにより比抵抗６０μΩ・ｃｍの膜が得られた。膜厚は３００ｎｍとした。透明導電膜の膜質は成膜条件で大きく変わることは知られており、特に透過率と比抵抗は、低温成膜の場合は吸収が多く比抵抗が高い膜になる。本発明においては第２基板２０１上に高温下で成膜が可能であることから第２電極２０３として形成する透明導電膜と比べ１桁以上比抵抗が小さい膜を得ることができる。
【００５７】
第１基板１０１の画素に対応した位置を開口した、つまり隔壁１１４上に配置されるようにブラックマトリクス２０５を補助電極２０２に形成する。このブラックマトリクス２０５はＡｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉなどの金属や合金を用いる。一般的な金属膜での遮光層は、１００ｎｍから１５０ｎｍの膜厚が一般的である。しかし、ブラックマトリクス２０５は遮光だけでなく、補助電極の一部としても機能させるため、第２電極２０３と同等の１００ｎｍから３００ｎｍの膜厚が望ましい。
【００５８】
本実施形態では、ブラックマトリクス２０５の材料としてＡｌ合金を用いた。Ａｌ合金の比抵抗は４μΩ・ｃｍである。ここではブラックマトリクス２０５の膜厚を３００ｎｍとした。
【００５９】
以上のように形成した第１基板１０１のブラックマトリクス側と第２基板２０１の補助電極側とを向き合わせて貼り合わせることで、第２電極２０３と補助電極２０２とを電気的に接続させる。
【００６０】
有機ＥＬ表示素子では、有機発光層１１２に使用する材料が酸素や水に弱く、劣化しやすいことから酸素濃度や水分濃度が高い環境下で使用すると寿命が短いという問題がある。素子の劣化が発生しない酸素及び水分濃度の上限は一般的に１０ｐｐｍ以下とされている。このため、素子周辺を不活性ガスで取り囲み上記の上限以下にする必要がある。そこで、以下のように表示素子を組み立てることでこの問題を回避する。
【００６１】
第１基板１０１或いは第２基板２０１のどちらか一方に対して、環状にＵＶ接着材を塗布し、接着層（不図示）を形成する。そして、酸素及び水分の含有率が１０ｐｐｍ以下の窒素ガス内の環境で第１基板１０１と第２基板２０１との膜面を対向させながら、減圧雰囲気下で重ね合わせる。その状態で第２電極２０３とブラックマトリクス２０５とが密着するように第１基板１０１と第２基板２０１とを加圧して接着層に紫外線光を照射し、硬化・封止する。
【００６２】
上記では不活性ガスである窒素ガスを封入したが、これに限定されるものではない。封止した内部に吸湿剤を配置したり、空間部分を他の液状、固体状物質で埋めても良い。
【００６３】
有機ＥＬ表示素子の駆動は第１基板に複数有する素子の駆動回路（薄膜トランジスタ）で行う。図２は、１画素４０９の駆動回路の一例を示す模式図である。表示素子外部のスキャンライン駆動回路（不図示）及びデータライン駆動回路（不図示）につながれたスキャンライン４０１とデータライン４０２とは、それぞれ第１トランジスタ４０３のゲート電極とソース電極とにつながれている。スキャンライン４０１とデータライン４０２とにそれぞれ電圧信号が入力されると、第１トランジスタ４０３のドレイン電極に電圧が加わる。第１トランジスタ４０３のドレインにつながれた第２トランジスタ４０４のゲートとキャパシタ４０８とに信号が入力される。すると、電源４０７が接続された電流供給線４０５につながれた第２トランジスタ４０４のソースからドレインに電流が流れ、更にドレインにつながれた第１電極を経て有機発光層４０６に正孔を供給する。同時に基板端部で電源線につながれた第２電極より電子を有機発光層４０６に注入し、有機発光層４０６の中の発光層で正孔と電子とが再結合することにより、素子が発光する。
【００６４】
このような有機ＥＬ表示素子が画素として同一面内に複数配置されている領域が、表示装置の表示領域である。図３に２次元状に複数配置した状態、即ちマトリックス状に配置したものを模式的に示す。図３に示す画素は、配線を介してゲートドライバ５０３、ソースドライバ５０４と接続され、駆動パルスが供給されることで、発光状態或いは非発光状態となる。
【００６５】
図３で示した表示装置をパネルモジュール化した構成を図４に示す。パネルモジュール５０８とは、図３で示した構成に加え、インターフェースドライバ５０５、接続端子５０６などの外部機器との接続に必要な部品を筐体５０７で一体化した構成を意味する。
【００６６】
表示装置は例えばテレビ（図５（ｂ）参照）やＰＣ用の表示装置、或いは画像を表示する部分を有する機器であれば如何なる形態も問わない。例えば携帯型の表示装置であってもよい。或いはデジタルカメラ等の電子撮像装置や携帯電話（図５（ａ）参照）の表示部に本実施形態に係る表示装置を用いても良い。しかしながら、本発明の効果を最も享受できるのは対角４０インチ以上の大画面とする場合であり、その理由を以下に説明する。
【００６７】
ここで、特開２００５−５６８４６号公報を参考に、第２電極の電圧降下の計算例を示す。前提条件として単位電流当りの発光光量が１０ｃｄ／Ａという高い発光効率を有する有機発光材料を用いたとし、発光輝度を３００ｃｄ／ｍ2と設定した。また、定電流駆動を行う電圧許容範囲を１０Ｖと設定する。表示装置としては、画面の縦横寸法比を９：１６とし、画素の縦横の数をそれぞれ、１２００ドット、２０００ドットとした。また、図６に示すように表示領域５０２の長辺に沿った２端部を給電点５０１とした。
【００６８】
まず、最も単純な系として第２電極のみの場合を計算する。この場合の表示領域の中央部での電圧降下ΔＶを式（１）に示す。
ΔＶ＝（中央までの総和×ｉ×ｒ）＝１／２×Ｍ（Ｎ＋１）×ｉ×ｒ （１）
Ｎ：縦方向の全画素数
Ｍ：横方向の全画素数
ｉ：１画素に流れる定電流値
ｒ：１画素当りの第２電極の抵抗値
【００６９】
ここで、第２電極の比抵抗をρ1、膜厚をｔ1、画素の幅を横ｗ、縦Ｌとする。
【００７０】
１画素当りの電流値は、
ｉ＝３００〔ｃｄ／ｍ2〕／１０〔ｃｄ／Ａ〕×ｗ×Ｌ＝３０ｗＬ〔Ａ〕 （２）
となる。また、１画素当りの抵抗値は、
ｒ＝ρ1×Ｌ／（ｗ×ｔ1）〔Ω〕 （３）
と表せる。縦方向と横方向の表示領域の幅をそれぞれＷ0、Ｌ0とすると、
ｗ＝Ｗ0／２０００〔ｍ／ドット〕 （４）
Ｌ＝Ｌ0／１２００〔ｍ／ドット〕 （５）
である。
【００７１】
次に、導電性ブラックマトリクスを設けた場合を示す。導電性ブラックマトリクスの膜厚ｔ2は、第２電極と同じ膜厚３００ｎｍで計算した。ここでの計算は導電性ブラックマトリクスの比抵抗をρ2とした。
【００７２】
開口率８０％を前提とすると、導電性ブラックマトリクスの縦方向と横方向の幅は画素の寸法に対して同じ比率の１０．５６％となる。
【００７３】
１画素当りに流れる電流は前述の（２）式と同じである。抵抗値ｒは第２電極側の抵抗ｒ1と導電性ブラックマトリクス側の抵抗ｒ2との合成抵抗になる。
【００７４】
導電性ブラックマトリクスの横方向の幅は、０．１０５６ｗと表せることから、導電性ブラックマトリクスの縦方向の抵抗値ｒ2は以下のようになる。
ｒ2＝ρ2×Ｌ／（０．１０５６ｗ×ｔ2）〔Ω〕 （６）
また、第２電極側の画素単位の抵抗値は、
ｒ1＝ρ1×Ｌ／（ｗ×ｔ）〔Ω〕 （７）
であるから、合成抵抗値は、
ｒ＝ｒ1×ｒ2／（ｒ1＋ｒ2）〔Ω〕 （８）
となる。
【００７５】
さらに同じ要領で、第２基板に設けた透明導電膜による補助電極の効果を計算する。
【００７６】
この場合、補助電極として使用できる領域は画素全面であることから、導電性ブラックマトリクスの場合のように配線幅による抵抗増大はない。さらには、第２電極と比べ、第２基板上に透明導電膜を形成する場合、低抵抗化する成膜条件にすることが可能であるため１桁以上低抵抗であり、かつ透過率が高い透明導電膜を形成することができる。
【００７７】
従って、第２基板に設けた透明導電膜による補助電極の抵抗をｒ3とし、透明導電膜の比抵抗をρ3とすると以下のようになる。
ｒ3＝ρ3×Ｌ／（ｗ×ｔ3）〔Ω〕 （９）
であるから、合成抵抗値は、
ｒ＝ｒ1×ｒ2×ｒ3／（ｒ1×ｒ2＋ｒ2×ｒ3＋ｒ3×ｒ1）〔Ω〕 （１０）
となる。
【００７８】
（１）〜（２）式、（４）〜（１０）式に基づき、電圧降下ΔＶを計算した結果を図７に示す。ΔＶ1、ΔＶ2、ΔＶ3は、それぞれ第２電極のみの場合、第２電極と導電性ブラックマトリクスの場合、第２電極と導電性ブラックマトリクスと第２基板に設けた補助電極を使用する場合（本発明）である。
【００７９】
用いたパラメータの値は以下の通りである。
ρ1・・・６００μΩ・ｃｍ
ｔ1・・・３００ｎｍ
ρ2・・・４μΩ・ｃｍ
ｔ2・・・３００ｎｍ
ρ3・・・６０μΩ・ｃｍ
ｔ3・・・３００ｎｍ
【００８０】
図７ではΔＶ2（第２電極と導電性ブラックマトリクス）の場合、対角寸法が５０インチよりも小さいもので、既に電圧降下が定電流駆動の電圧許容値１０Ｖを超えてしまう。従って、定電流駆動が困難になり、表示装置の大型化に制限が生じる。膜厚を厚くして電圧降下を抑制することが考えられるが、材料コスト・プロセス時間の増大が発生するだけでなく、基板自体が金属膜の影響で反りを生じてしまい、組立時に支障が生じる。
【００８１】
一方、本提案である、ΔＶ3（第２電極と導電性ブラックマトリクスと第２基板に設けた補助電極）の場合では、５０インチにおいても電圧許容値１０Ｖを超えることがない。従って、家庭用向け表示装置として十分な低抵抗化が得られている。
【００８２】
上記の計算例で本発明の効果を立証できたと考えられるが、計算結果は前提条件により変わる。従って、本発明が効果的な画面サイズを明確にすることは容易ではない。しかしながら、前出の計算をベースに設計マージンなどを考慮すると、本発明の効果的な画面サイズは４０インチ以上である。
【００８３】
図１において、図示した３画素いずれも同一の有機発光層１１２を使用していることから、得られる発光はモノカラーであり、画素ごとに薄膜トランジスタを制御することにより発光３０１、３０２、３０３が得られる。以上のような構成により低コストで生産でき、かつ第２電極２０３に起因する電圧降下による発光輝度低下のない大面積な有機ＥＬ表示装置が実現可能となる。
【００８４】
＜実施形態２＞
図８に異なるブラックマトリクス形態を持つ有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。
【００８５】
図８に示すように、絶縁部材からなるブラックマトリクス２１１と低抵抗な導電層２０４とが積層されており、ブラックマトリクス２１１内に導電ビア２０８を形成して第２電極２０３と補助電極２０２とを接続した構造となっている。
【００８６】
ブラックマトリクス２１１は黒色顔料を含んだ材料を用いることによって、金属のみの導電性ブラックマトリクスに比べて画像のコントラストを向上することが可能である。本実施形態においては、感光性ポリイミドにカーボンなどの黒色顔料を分散させた材料を用いて、フォトリソプロセスを用いてブラックマトリクス２１１を形成した。ブラックマトリクス２１１の厚さは３０００ｎｍである。
【００８７】
導電ビア２０８の形成手法としてはスクリーン印刷での導電性ペーストの埋め込みを使用した。導電性ペーストは銀ペーストの硬化物で、１５０℃の温度で１時間、オーブン乾燥して硬化させた。
【００８８】
導電層２０４はアルミニウムをスパッタ成膜して形成した。膜厚は３００ｎｍである。
【００８９】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【００９０】
＜実施形態３＞
図９は第２電極２０３を形成後に絶縁体よりなる保護膜１１５を成膜し、導電ビーズ２０９を用いて保護膜１１５を貫通させることで第２電極２０３と補助電極２０２との接続を取る例の断面構造である。
【００９１】
実施形態１と同様な方法で第１基板１０１、第２基板２０１を成膜した。第２基板２０１には導電性ポリマーに導電ビーズ２０９として金メッキしたシリカビーズや金属ボールを分散させて、スピンコートで塗布し、フォトリソプロセスを行った。これによりブラックマトリクス２０５上に導電ビーズ２０９を選択的に固着させた。ビーズの直径は５μｍ〜３０μｍ程度が適当である。
【００９２】
第１基板１０１と第２基板２０１とを重ね合わせる時に、導電ビーズ２０９を強く押し付けて保護膜１１５に孔を開け貫通させた。
【００９３】
保護膜１１５は樹脂系の場合、パリレンのような化学気相成長でダイマーからポリマーを低温形成するプロセスや、モノマーの材料を蒸着し、紫外線重合によりポリマー化する手法が実用的である。例えば、保護膜１１５としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜；
また、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられ、複数の組合せでも良い。
【００９４】
また、酸素透過性や水分透過性に対する抑制効果を向上させるために、酸化珪素や窒化珪素等の膜を更に積層してもよい。膜厚としては合計で０．５μｍ〜２μｍが適当である。本実施形態ではポリパラキシレンを１μｍの厚さに形成して用いている。
【００９５】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【００９６】
＜実施形態４＞
図１０は第２電極２０３を形成後に絶縁体よりなる保護膜１１５を成膜し、導電バンプ２１０を用いて保護膜１１５を貫通させることで、第２電極２０３と補助電極２０２との接続を取る例の断面構造である。
【００９７】
実施形態１と同様な方法で第１基板１０１、第２基板２０１を成膜した。第２基板２０１にはブラックマトリクス２０５を形成後、円柱状又は壁状の導電バンプ２１０をディスペンス法を用いて形成した。材質は銀ペーストの硬化物である。この導電バンプ２１０の高さは５μｍ〜３０μｍとする。銀ペーストは、１５０℃の温度で１時間、オーブン乾燥して硬化した。第１基板１０１と第２基板２０１とを重ね合わせた時に、導電バンプ２１０を強く押し付けて保護膜１１５に孔を開け貫通させた。
【００９８】
保護膜１１５は実施形態３と同じポリパラキシレンを１μｍの厚さに形成した。給電点と画素の間の距離と比べ、導電バンプ２１０の高さは無視できる。このため導電バンプ２１０には、第２電極２０３と同程度の比抵抗の材料を用いても構わない。
【００９９】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１００】
＜実施形態５＞
図１１にカラーフィルタを設けた有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。ブラックマトリクス２０５で囲まれた画素領域にフォトリソプロセスを使用しカラーフィルタ２１４、２１５、２１６を形成した。図１１は３つの画素（表示素子）を示しており、いずれも同じ材料であることから同じ色を発光する。そして、３つの画素に、それぞれ異なる分光特性を有するカラーフィルタ２１４、２１５、２１６を設けていることから、対応した発光３０４、３０５、３０６が得られる。
【０１０１】
表示素子が白色に発光する場合、ブラックマトリクス２０５の開口部に設けるカラーフィルタは、赤、緑、青の３色を形成する。表示素子が青色に発光する場合、赤、緑、青に発光色を変換する色変換フィルタを形成する。カラーフィルタ及び色変換フィルタには赤、緑、青色の光が得られるだけでなく、白色が得られるようにした領域を設けても構わない。また、複数のフィルタを重ねて目的とする発光が得られる構造としても良い。
【０１０２】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１０３】
フルカラーであれば画素の表示素子を薄膜トランジスタでそれぞれ制御する。また、フルカラーの場合の選択枝として、上記の３色の画素の他に白色の画素を加えた４色を１画素として表示の制御をする手法もある。
【０１０４】
上記では有機発光層が単色発光する場合を示した。しかし、インクジェット、ディスペンスなどの塗布プロセスを用いたり、高精度のメタルマスクを用いた蒸着を用いたりといったパターン分離の課題が解決されるのであれば、画素毎に赤色・緑色・青色に発光する有機発光層を持つようにしても良い。
【０１０５】
＜実施形態６＞
図１２に、第２電極と補助電極との間に充填材２０７を設けた有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。
【０１０６】
充填材２０７は、光学的に透明であることが望ましく、化学的には第２電極若しくはカラーフィルタ側への侵食が生じない安定な物質であることが望ましい。本発明においてはアクリル系樹脂を用いて凹凸段差を埋める構造としている。その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１０７】
この場合、図１２に示すように補助電極２０２と第２電極２０３との間に充填材２０７が閉じ込められた状態を作っても良い。補助電極２０２と充填材２０７との間にカラーフィルタがあっても良い（不図示）。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の有機ＥＬ表示素子は、テレビ、携帯電話、コンピュータ、ゲーム機、その他各種機器などに使用される表示装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施形態１を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ表示素子の駆動回路を示す模式図である。
【図３】図２の回路を１画素としてマトリックス状に配置し、表示装置を構成した状態を示す模式図である。
【図４】図３の表示装置をパネルモジュール化した構成を示す模式図である。
【図５】図４に示したパネルモジュールの応用製品例を示す模式図である。
【図６】本発明における表示装置と給電部の位置関係を示す模式図である。
【図７】本発明における表示領域中央部の電圧降下を計算した結果の一例を示す。
【図８】本発明の実施形態２を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図９】本発明の実施形態３を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態４を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態５を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態６を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０１ 第１基板
１０２ 半導体層
１０３ ゲート絶縁層
１０４ ゲート電極
１０５ ソース電極
１０６ ドレイン電極
１０７ ビアの開口
１０８ 層間絶縁膜
１０９ 平坦化膜
１１０ 第１電極
１１１ 注入層
１１２ 有機発光層
１１３ 補助隔壁
１１４ 隔壁
１１５ 保護膜
２０１ 第２基板
２０２ 補助電極
２０３ 第２電極
２０４ 導電層
２０５ 導電性のブラックマトリクス
２０７ 充填材
２０８ 導電ビア
２０９ 導電ビーズ
２１０ 導電バンプ
２１１ 絶縁性のブラックマトリクス
２１４、２１５、２１６ カラーフィルタ若しくは色変換フィルタ
３０１ １画素からの光の取り出し
３０２ １画素からの光の取り出し
３０３ １画素からの光の取り出し
３０４ １画素からの光の取り出し
３０５ １画素からの光の取り出し
３０６ １画素からの光の取り出し
４０１ スキャンライン
４０２ データライン
４０３ 第１トランジスタ
４０４ 第２トランジスタ
４０５ 電流供給線
４０６ 有機発光層
４０７ 電源
４０８ キャパシタ
４０９ １画素の駆動回路範囲
５０１ 給電点
５０２ 表示領域
５０３ ゲートドライバ
５０４ ソースドライバ
５０５ インターフェースドライバ
５０６ 接続端子
５０７ 筐体
５０８ パネルモジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示素子に関し、特にトップエミッション方式のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示素子は、発光層にＥＬ発光能をもつ有機低分子又は有機高分子で形成した素子であり、自発光のため視野角がよく、耐衝撃性に優れるなど、表示素子として理想的な特徴を有している。このため、各種の分野において研究、開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ表示素子の構造は、有機物からなる発光層とそれを挟み込む第１電極及び第２電極という３層構成が基本である。一方から正孔、他方から電子を注入し再結合させることにより発生する光を利用する。
【０００４】
ちなみに、本明細書では第１電極及び第２電極をそれぞれ駆動回路が形成されている基板側からの積層順で数えるように定義している。第１電極及び第２電極に用いる材料の詳細や性能向上のために細分化される層構成については後述する。
【０００５】
有機ＥＬ表示素子は、その駆動方式に従ってパッシブマトリクスＥＬ素子と、アクティブマトリクスＥＬ素子とに分けられる。パッシブマトリクスＥＬ素子は列ごとの制御であるのに対し、アクティブマトリクスＥＬ素子は、各画素に対して独立したスイッチング素子を含むことが特徴である。
【０００６】
アクティブマトリクスＥＬ素子は、光の取り出し方向によりトップエミッション方式とボトムエミッション方式とに分けられる。トップエミッション方式のアクティブマトリクスＥＬ素子は、ボトムエミッション方式とは異なり、有機発光層から第２電極側に光を取り出すので基板側に位置するスイッチング素子が邪魔にならない。
【０００７】
従って、トップエミッション方式の方がボトムエミッション方式と比べ開口率が高いＥＬ素子を作成することができる。しかしながら、トップエミッション方式の第２電極は、効率的な光透過のために透明な材料で形成するか、若しくは光が十分に透過するように極薄く形成しなければならない。
【０００８】
ここで、第１電極をアノード、第２電極をカソードとする場合を考える。この第２電極を透明導電膜で形成した場合、有機物からなる発光層のＬＵＭＯ（最低空軌道：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）と、
第２電極の仕事関数とを合致させることができないため、電子を効率良く注入することができない。
【０００９】
一方、第２電極を極薄の金属膜で形成した場合、熱によって第２電極が短絡したり、酸化したりする可能性がある。これは、有機ＥＬ表示素子の特性上、持続的に多量の電流が第２電極を通じて流れるからである。
【００１０】
そこで、第２電極は極薄の金属膜と透明導電膜の積層構造とするケースが多い。しかしながら、有機物からなる発光層に密着する形で極薄の金属膜と透明導電膜を形成するためには有機物にダメージを与えない、低温かつ低加速エネルギー粒子による成膜が必須である。そのため、第２電極はＡｌなどの金属膜と比べて比抵抗で１００倍以上高抵抗となってしまう。
【００１１】
有機ＥＬ表示素子は通常基板端に第２電極の給電点がある。抵抗の大きい透明導電材料を第２電極に用いると、給電点から画素までの距離に応じて配線抵抗値が増加する。それにより、画素を構成する有機ＥＬ表示素子に印加される実効電圧が降下し、輝度低下が顕著となる。
【００１２】
こうした第２電極の高抵抗化を回避する手段として、補助電極を設ける試みが各種提案されている。特許文献１においては、補助共通電極を設けることで共通電極の厚さが薄くても共通電極の過負荷及び短絡が防止できるとしている。
【００１３】
また、導電性遮光パターンを上部電極（第２電極）と接続することで補助電極として用いる提案がある（特許文献２、特許文献３）。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−５６８４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８０６２号公報
【特許文献３】特開２００７−１４１８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の解決しようとする問題点は、従来のトップエミッション方式に適用する補助電極構造では低抵抗化が不十分な点である。
【００１６】
より具体的には４０インチを超える大面積の有機ＥＬ表示装置を実現しようとすると、依然として第２電極の高抵抗化が問題となる。遮光エリアとなるブラックマトリクスの部分のみで低抵抗化を図ろうとすると、導電材料の材質をより比抵抗が小さいアルミニウムや銅に切り替えたり、膜厚を厚くする必要がある。
【００１７】
特許文献１と特許文献３では遮光エリアに形成する補助電極の膜厚は実施例の中で例示されていないが、特許文献２を参考にすると比抵抗５．６μΩ・ｃｍのＭｏを使用し、３００ｎｍの膜厚で形成するとしている。さらには、アルミニウム等のさらに低抵抗な材料で補助電極を形成すれば大型の有機ＥＬ表示装置の実現が見込めるとしている。
【００１８】
しかしながら、アルミニウムの場合には酸化被覆形成によるエッチングプロセスの安定性に不安があり、銅に切り替える場合には材料及びプロセスのコスト増大を招く。膜厚を厚くするにも膜応力やタクトの観点から限界がある。
【００１９】
従って、遮光エリアに形成する補助電極の作成方法の変更のみでは対応できないため、新たな低抵抗化を実現する補助電極構造が必要であった。
【００２０】
本発明は、低抵抗化を実現する補助電極構造を有する有機ＥＬ表示素子及び有機ＥＬ表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、低抵抗化を実現する補助電極構造を有する有機ＥＬ表示素子及び有機ＥＬ表示素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜実施形態１＞
以下に、本発明に係る有機ＥＬ表示素子の実施形態１を図面に基づいて説明する。図１は有機ＥＬ表示素子の断面図である。この有機ＥＬ表示素子は、第１基板１０１上に設けた第１電極１１０と、前記第１電極１１０と対峙する第２電極（透明電極）２０３とを有する。さらに前記第１電極１１０と前記第２電極２０３との間に挟まれた注入層１１１と、有機発光層１１２とを有する。
【００２４】
前記第２電極２０３上に第２基板２０１が配置されている。前記第２基板２０１の前記第２電極側には、前記有機発光層１１２からの光が前記第２電極２０３を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極２０２が形成されている。ちなみに、本実施形態では３つ並んだ有機ＥＬ表示素子を覆うように補助電極２０２が形成されている。
【００２５】
この第２電極２０３と補助電極２０２とが電気的に接続されている。補助電極２０２と第２電極２０３との接続には、導電部材からなるブラックマトリクス２０５が使用されている。ブラックマトリクス２０５は各画素を分離遮光する役割も有し、図１は単色光からなる表示素子を表している。
【００２６】
上記構成の有機ＥＬ表示素子は、補助電極を画素全面に形成しているので、補助電極を低抵抗化することができる。さらには、第２電極と比べ、第２基板上に透明導電膜を形成する場合、第２基板２０１上に高温下で透明導電膜の成膜が可能である。そのため、第２電極２０３として形成する透明導電膜と比べ１桁以上低抵抗であり、かつ透過率が高い透明導電膜を形成することができる。
【００２７】
上記有機ＥＬ表示素子は、下記の２通りの積層構造が考えられる。
【００２８】
第１の構造は、第１電極が陽極、第２電極が陰極の場合である。第２の構造は、第１電極が陰極、第２電極が陽極の場合である。いずれの場合においても正孔注入層は有機発光層と陽極との間に、電子注入層は有機発光層と陰極との間に必要に応じて形成される。上記構成において注入層を有さない構造も考えられるし、発光層が輸送層を兼ねる場合も考えられる。
【００２９】
図１は第１電極が陽極で、第２電極が陰極の場合の実施形態を示す。図１において、ガラス製の第１基板１０１上には、マトリクス状に複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配置している。ＴＦＴを駆動するために、スキャンラインとデータラインとが一定間隔で配置されているが図面上は省略している。これらスキャンラインとデータラインとは格子状に配置され、直交する両者で囲まれた領域が１個ずつの画素となる。
【００３０】
ＴＦＴの構成要素は、半導体層１０２、ゲート絶縁層１０３、ゲート電極１０４、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６である。層間絶縁膜１０８にソース電極１０５及びドレイン電極１０６のための開口が設けられた後、電極材料を成膜して埋め込むことによってコンタクトをとる構造である。さらに、平坦化膜１０９にビアの開口１０７が設けられた後、第１電極１１０となる電極材料を成膜して埋め込んでいる。
【００３１】
ここで半導体層１０２とゲート絶縁層１０３とはそれぞれ、ポリシリコンと窒化珪素（ＳｉＮ）を用いている。ソース電極１０５及びドレイン電極１０６はどちらもアルミ銅合金を用いている。
【００３２】
半導体材料としてはアモルファスシリコンを用いても良い。また上記実施形態は、トップゲート構造のＴＦＴを用いているが、ボトムゲート構造でも良い。さらに、スイッチング特性の向上を目的として基板側に平坦化層などを設けることは当該業者には容易に類推できることである。
【００３３】
各スキャンライン、データライン、電源線は第１基板１０１上に形成されている（不図示）。画素ごとに各薄膜トランジスタに対応して第１電極（陽極）１１０を設ける。第１電極はトップエミッション構造の場合、第２電極側に光を取り出すための反射膜としての機能が必要である。また、第１電極となる陽極材料としては、正孔の注入効率を高めるため仕事関数がなるべく大きなものがよく、例えば、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体が使用できる。或いはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよく、複数併用することもできる。
【００３４】
本実施形態では、膜厚３５０ｎｍのアルミ銅合金上に膜厚２００ｎｍのＩＴＯを形成して第１電極１１０とした。充分に正孔が供給できるのであれば、この膜厚に限定されるものではない。薄膜トランジスタと第１電極１１０とはビア１０７を介して接続する。
【００３５】
第１電極１１０の周囲及び薄膜トランジスタの上部には、絶縁体よりなる隔壁１１４を形成する。隔壁１１４は、発光層材料を分離することが目的である。有機発光層の形成にディスペンス方式を利用する場合、有機発光層材料の溶剤による希釈率が高いことから隔壁の膜厚が十分に厚いことが望ましい。
【００３６】
本実施形態では隔壁１１４を３０００ｎｍの膜厚で形成した。また、隔壁１１４の端面形状は台形状としてカバレッジが良い形状が望ましい。
【００３７】
なお、隔壁１１４の下に無機絶縁膜からなる補助隔壁１１３を設け、絶縁性を高めている。補助隔壁１１３は窒化珪素（ＳｉＮ）で、厚さは１００ｎｍである。
【００３８】
第１電極１１０と補助隔壁１１３と隔壁１１４を形成後、有機発光層１１２を形成する。
【００３９】
有機発光層１１２は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる構造とすることができる。
【００４０】
正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層に用いられる有機化合物としては、低分子材料で構成しても、高分子材料で構成しても、両者を用いて構成してもよく、特に限定されるものではない。
【００４１】
正孔輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にし、また注入された正孔を発光層に輸送するに優れたモビリティを有することが好ましい。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を挟持しても良い。正孔輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体；
ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）；
ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４２】
発光材料としては、発光効率の高い蛍光色素や燐光材料が用いられる。発光層とは注入された正孔と電子が再結合し、材料固有の波長で発光する層を意味する。発光層を形成するホスト材料自体が発光する場合とホストに微量添加したドーパント材料が発光する場合がある。具体的なホスト材料としては、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、骨格にベンゼン環を有するシロール誘導体（２ＰＳＰ）、トリフェニルアミン構造を両端に有するオキソジアゾール誘導体（ＥＭ２）、フェナンスレン基を有するペリノン誘導体（Ｐ１）；
トリフェニルアミン構造を両端に有するオリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）、ペリレン誘導体（ｔＢｕ−ＰＴＣ）、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体；
ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４３】
ドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン６、ナイルレッド、ルブレン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）；
ジカルバゾール誘導体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４４】
電子輸送性材料としては、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、正孔輸送性材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体；
キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４５】
また、電子注入材料としては、前述した電子輸送性材料に、アルカリ金属やアルカリ土類金属、若しくはその化合物を０．１〜数十％含有させることにより、電子注入性を付与することができる。電子注入層は、必要不可欠な層ではないが、この後に透明な陰極を形成する際の成膜時に受けるダメージを考慮すると、良好な電子注入性を確保するために有機発光層と陰極との間に１ｎｍ〜１０ｎｍ程度挿入した方が好ましい。
【００４６】
電子注入層材料としては、炭酸セシウム、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４７】
上記各層に用いられる有機化合物の薄膜は、一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等により形成できる。また、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディスペンス、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により形成することもできる。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００４８】
結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択でき、例えば、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂；
アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂；
尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４９】
本実施形態では、注入層１１１と有機発光層１１２とを形成した。注入層１１１は本実施形態においては正孔注入層であり、ディスペンサー装置を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを連続的に塗布した。塗布条件は以下の通りである。隔壁１１４の幅１００μｍに対してテフロン（登録商標）加工した口径８０μｍの金属ニードルを使用し、大気中でニードルと塗布する面との間の距離を３０μｍ、ニードルと基板１０１との相対速度を４５０ｍｍ／ｓｅｃで連続的に塗布した。塗布後、ホットプレートを用いて２００℃、１０分間ベークして厚さ３０ｎｍの正孔注入層を形成した。
【００５０】
有機発光層１１２として、テトラリンにポリパラフェニレンビニレン誘導体ｐｏｌｙ［２−ｍｅｔｈｏｘｙ，５−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎ ｖｉｎｙｌｅｎｅ］を１ｗｔ％溶かした溶液を隔壁１１４間にディスペンサー装置を用いて塗布した。塗布条件は以下の通りである。テフロン（登録商標）加工した口径８０μｍの金属ニードルを使用し、窒素中でニードルと塗布する面との間の距離を３０μｍ、ニードルと基板１０１との相対速度を３００ｍｍ／ｓｅｃで連続的に塗布した。塗布後、ホットプレートを用いて窒素雰囲気中で１５０℃、３０分間ベークして厚さ１００ｎｍの有機発光層１１２を形成した。
【００５１】
有機発光層１１２を形成した後、第２電極２０３を蒸着法とスパッタ法で形成する。第２電極２０３の電極材として、仕事関数の小さなものがよく、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体或いは複数の合金として用いることができる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。また、陰極である第２電極２０３は一層構成でもよく、多層構成をとることもできる。
【００５２】
ちなみに、前述の電子注入層を設ければ、陰極の条件として、低仕事関数の材料を用いる必要がなくなり、一般的な金属材料を用いることが可能となる。具体的には、アルミニウム、インジウム、モリブテン、ニッケル等の金属や、これら金属を用いた合金や、ポリシリコン、アモルファスシリコンが望ましい。
【００５３】
本実施形態では、炭酸セシウム（Ｃｓ2ＣＯ3）とＡｌとＩＴＯを用いる。膜厚は、Ｃｓ2ＣＯ3を３ｎｍ、Ａｌを４ｎｍ、ＩＴＯを１００ｎｍとした。表示素子の給電点（不図示）は直流電源（不図示）のマイナス電極に接続されている。この給電点上に第２電極２０３が成膜されることで第２電極２０３が電極の機能を持つ。
【００５４】
第２基板２０１上に補助電極２０２となる透明導電膜を形成する。透明導電膜としては、酸化物導電膜、具体的には、酸化インジウムと酸化錫の化合物膜（ＩＴＯ）や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物膜（ＩＺＯ）等を用いることができる。
【００５５】
本発明で用いる「透明」とは、可視光に対して７０％以上１００％以下の透過率を有していることであり、より具体的には、多重反射による減衰を抑える観点より、消衰係数κが０．０５以下、好ましくは０．０１以下であることが望ましい。
【００５６】
本実施形態では、補助電極２０２としてＩＴＯをスパッタ法で形成した。基板温度２５０℃で成膜することにより比抵抗６０μΩ・ｃｍの膜が得られた。膜厚は３００ｎｍとした。透明導電膜の膜質は成膜条件で大きく変わることは知られており、特に透過率と比抵抗は、低温成膜の場合は吸収が多く比抵抗が高い膜になる。本発明においては第２基板２０１上に高温下で成膜が可能であることから第２電極２０３として形成する透明導電膜と比べ１桁以上比抵抗が小さい膜を得ることができる。
【００５７】
第１基板１０１の画素に対応した位置を開口した、つまり隔壁１１４上に配置されるようにブラックマトリクス２０５を補助電極２０２に形成する。このブラックマトリクス２０５はＡｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉなどの金属や合金を用いる。一般的な金属膜での遮光層は、１００ｎｍから１５０ｎｍの膜厚が一般的である。しかし、ブラックマトリクス２０５は遮光だけでなく、補助電極の一部としても機能させるため、第２電極２０３と同等の１００ｎｍから３００ｎｍの膜厚が望ましい。
【００５８】
本実施形態では、ブラックマトリクス２０５の材料としてＡｌ合金を用いた。Ａｌ合金の比抵抗は４μΩ・ｃｍである。ここではブラックマトリクス２０５の膜厚を３００ｎｍとした。
【００５９】
以上のように形成した第１基板１０１のブラックマトリクス側と第２基板２０１の補助電極側とを向き合わせて貼り合わせることで、第２電極２０３と補助電極２０２とを電気的に接続させる。
【００６０】
有機ＥＬ表示素子では、有機発光層１１２に使用する材料が酸素や水に弱く、劣化しやすいことから酸素濃度や水分濃度が高い環境下で使用すると寿命が短いという問題がある。素子の劣化が発生しない酸素及び水分濃度の上限は一般的に１０ｐｐｍ以下とされている。このため、素子周辺を不活性ガスで取り囲み上記の上限以下にする必要がある。そこで、以下のように表示素子を組み立てることでこの問題を回避する。
【００６１】
第１基板１０１或いは第２基板２０１のどちらか一方に対して、環状にＵＶ接着材を塗布し、接着層（不図示）を形成する。そして、酸素及び水分の含有率が１０ｐｐｍ以下の窒素ガス内の環境で第１基板１０１と第２基板２０１との膜面を対向させながら、減圧雰囲気下で重ね合わせる。その状態で第２電極２０３とブラックマトリクス２０５とが密着するように第１基板１０１と第２基板２０１とを加圧して接着層に紫外線光を照射し、硬化・封止する。
【００６２】
上記では不活性ガスである窒素ガスを封入したが、これに限定されるものではない。封止した内部に吸湿剤を配置したり、空間部分を他の液状、固体状物質で埋めても良い。
【００６３】
有機ＥＬ表示素子の駆動は第１基板に複数有する素子の駆動回路（薄膜トランジスタ）で行う。図２は、１画素４０９の駆動回路の一例を示す模式図である。表示素子外部のスキャンライン駆動回路（不図示）及びデータライン駆動回路（不図示）につながれたスキャンライン４０１とデータライン４０２とは、それぞれ第１トランジスタ４０３のゲート電極とソース電極とにつながれている。スキャンライン４０１とデータライン４０２とにそれぞれ電圧信号が入力されると、第１トランジスタ４０３のドレイン電極に電圧が加わる。第１トランジスタ４０３のドレインにつながれた第２トランジスタ４０４のゲートとキャパシタ４０８とに信号が入力される。すると、電源４０７が接続された電流供給線４０５につながれた第２トランジスタ４０４のソースからドレインに電流が流れ、更にドレインにつながれた第１電極を経て有機発光層４０６に正孔を供給する。同時に基板端部で電源線につながれた第２電極より電子を有機発光層４０６に注入し、有機発光層４０６の中の発光層で正孔と電子とが再結合することにより、素子が発光する。
【００６４】
このような有機ＥＬ表示素子が画素として同一面内に複数配置されている領域が、表示装置の表示領域である。図３に２次元状に複数配置した状態、即ちマトリックス状に配置したものを模式的に示す。図３に示す画素は、配線を介してゲートドライバ５０３、ソースドライバ５０４と接続され、駆動パルスが供給されることで、発光状態或いは非発光状態となる。
【００６５】
図３で示した表示装置をパネルモジュール化した構成を図４に示す。パネルモジュール５０８とは、図３で示した構成に加え、インターフェースドライバ５０５、接続端子５０６などの外部機器との接続に必要な部品を筐体５０７で一体化した構成を意味する。
【００６６】
表示装置は例えばテレビ（図５（ｂ）参照）やＰＣ用の表示装置、或いは画像を表示する部分を有する機器であれば如何なる形態も問わない。例えば携帯型の表示装置であってもよい。或いはデジタルカメラ等の電子撮像装置や携帯電話（図５（ａ）参照）の表示部に本実施形態に係る表示装置を用いても良い。しかしながら、本発明の効果を最も享受できるのは対角４０インチ以上の大画面とする場合であり、その理由を以下に説明する。
【００６７】
ここで、特開２００５−５６８４６号公報を参考に、第２電極の電圧降下の計算例を示す。前提条件として単位電流当りの発光光量が１０ｃｄ／Ａという高い発光効率を有する有機発光材料を用いたとし、発光輝度を３００ｃｄ／ｍ2と設定した。また、定電流駆動を行う電圧許容範囲を１０Ｖと設定する。表示装置としては、画面の縦横寸法比を９：１６とし、画素の縦横の数をそれぞれ、１２００ドット、２０００ドットとした。また、図６に示すように表示領域５０２の長辺に沿った２端部を給電点５０１とした。
【００６８】
まず、最も単純な系として第２電極のみの場合を計算する。この場合の表示領域の中央部での電圧降下ΔＶを式（１）に示す。
ΔＶ＝（中央までの総和×ｉ×ｒ）＝１／２×Ｍ（Ｎ＋１）×ｉ×ｒ （１）
Ｎ：縦方向の全画素数
Ｍ：横方向の全画素数
ｉ：１画素に流れる定電流値
ｒ：１画素当りの第２電極の抵抗値
【００６９】
ここで、第２電極の比抵抗をρ1、膜厚をｔ1、画素の幅を横ｗ、縦Ｌとする。
【００７０】
１画素当りの電流値は、
ｉ＝３００〔ｃｄ／ｍ2〕／１０〔ｃｄ／Ａ〕×ｗ×Ｌ＝３０ｗＬ〔Ａ〕 （２）
となる。また、１画素当りの抵抗値は、
ｒ＝ρ1×Ｌ／（ｗ×ｔ1）〔Ω〕 （３）
と表せる。縦方向と横方向の表示領域の幅をそれぞれＷ0、Ｌ0とすると、
ｗ＝Ｗ0／２０００〔ｍ／ドット〕 （４）
Ｌ＝Ｌ0／１２００〔ｍ／ドット〕 （５）
である。
【００７１】
次に、導電性ブラックマトリクスを設けた場合を示す。導電性ブラックマトリクスの膜厚ｔ2は、第２電極と同じ膜厚３００ｎｍで計算した。ここでの計算は導電性ブラックマトリクスの比抵抗をρ2とした。
【００７２】
開口率８０％を前提とすると、導電性ブラックマトリクスの縦方向と横方向の幅は画素の寸法に対して同じ比率の１０．５６％となる。
【００７３】
１画素当りに流れる電流は前述の（２）式と同じである。抵抗値ｒは第２電極側の抵抗ｒ1と導電性ブラックマトリクス側の抵抗ｒ2との合成抵抗になる。
【００７４】
導電性ブラックマトリクスの横方向の幅は、０．１０５６ｗと表せることから、導電性ブラックマトリクスの縦方向の抵抗値ｒ2は以下のようになる。
ｒ2＝ρ2×Ｌ／（０．１０５６ｗ×ｔ2）〔Ω〕 （６）
また、第２電極側の画素単位の抵抗値は、
ｒ1＝ρ1×Ｌ／（ｗ×ｔ）〔Ω〕 （７）
であるから、合成抵抗値は、
ｒ＝ｒ1×ｒ2／（ｒ1＋ｒ2）〔Ω〕 （８）
となる。
【００７５】
さらに同じ要領で、第２基板に設けた透明導電膜による補助電極の効果を計算する。
【００７６】
この場合、補助電極として使用できる領域は画素全面であることから、導電性ブラックマトリクスの場合のように配線幅による抵抗増大はない。さらには、第２電極と比べ、第２基板上に透明導電膜を形成する場合、低抵抗化する成膜条件にすることが可能であるため１桁以上低抵抗であり、かつ透過率が高い透明導電膜を形成することができる。
【００７７】
従って、第２基板に設けた透明導電膜による補助電極の抵抗をｒ3とし、透明導電膜の比抵抗をρ3とすると以下のようになる。
ｒ3＝ρ3×Ｌ／（ｗ×ｔ3）〔Ω〕 （９）
であるから、合成抵抗値は、
ｒ＝ｒ1×ｒ2×ｒ3／（ｒ1×ｒ2＋ｒ2×ｒ3＋ｒ3×ｒ1）〔Ω〕 （１０）
となる。
【００７８】
（１）〜（２）式、（４）〜（１０）式に基づき、電圧降下ΔＶを計算した結果を図７に示す。ΔＶ1、ΔＶ2、ΔＶ3は、それぞれ第２電極のみの場合、第２電極と導電性ブラックマトリクスの場合、第２電極と導電性ブラックマトリクスと第２基板に設けた補助電極を使用する場合（本発明）である。
【００７９】
用いたパラメータの値は以下の通りである。
ρ1・・・６００μΩ・ｃｍ
ｔ1・・・３００ｎｍ
ρ2・・・４μΩ・ｃｍ
ｔ2・・・３００ｎｍ
ρ3・・・６０μΩ・ｃｍ
ｔ3・・・３００ｎｍ
【００８０】
図７ではΔＶ2（第２電極と導電性ブラックマトリクス）の場合、対角寸法が５０インチよりも小さいもので、既に電圧降下が定電流駆動の電圧許容値１０Ｖを超えてしまう。従って、定電流駆動が困難になり、表示装置の大型化に制限が生じる。膜厚を厚くして電圧降下を抑制することが考えられるが、材料コスト・プロセス時間の増大が発生するだけでなく、基板自体が金属膜の影響で反りを生じてしまい、組立時に支障が生じる。
【００８１】
一方、本提案である、ΔＶ3（第２電極と導電性ブラックマトリクスと第２基板に設けた補助電極）の場合では、５０インチにおいても電圧許容値１０Ｖを超えることがない。従って、家庭用向け表示装置として十分な低抵抗化が得られている。
【００８２】
上記の計算例で本発明の効果を立証できたと考えられるが、計算結果は前提条件により変わる。従って、本発明が効果的な画面サイズを明確にすることは容易ではない。しかしながら、前出の計算をベースに設計マージンなどを考慮すると、本発明の効果的な画面サイズは４０インチ以上である。
【００８３】
図１において、図示した３画素いずれも同一の有機発光層１１２を使用していることから、得られる発光はモノカラーであり、画素ごとに薄膜トランジスタを制御することにより発光３０１、３０２、３０３が得られる。以上のような構成により低コストで生産でき、かつ第２電極２０３に起因する電圧降下による発光輝度低下のない大面積な有機ＥＬ表示装置が実現可能となる。
【００８４】
＜実施形態２＞
図８に異なるブラックマトリクス形態を持つ有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。
【００８５】
図８に示すように、絶縁部材からなるブラックマトリクス２１１と低抵抗な導電層２０４とが積層されており、ブラックマトリクス２１１内に導電ビア２０８を形成して第２電極２０３と補助電極２０２とを接続した構造となっている。
【００８６】
ブラックマトリクス２１１は黒色顔料を含んだ材料を用いることによって、金属のみの導電性ブラックマトリクスに比べて画像のコントラストを向上することが可能である。本実施形態においては、感光性ポリイミドにカーボンなどの黒色顔料を分散させた材料を用いて、フォトリソプロセスを用いてブラックマトリクス２１１を形成した。ブラックマトリクス２１１の厚さは３０００ｎｍである。
【００８７】
導電ビア２０８の形成手法としてはスクリーン印刷での導電性ペーストの埋め込みを使用した。導電性ペーストは銀ペーストの硬化物で、１５０℃の温度で１時間、オーブン乾燥して硬化させた。
【００８８】
導電層２０４はアルミニウムをスパッタ成膜して形成した。膜厚は３００ｎｍである。
【００８９】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【００９０】
＜実施形態３＞
図９は第２電極２０３を形成後に絶縁体よりなる保護膜１１５を成膜し、導電ビーズ２０９を用いて保護膜１１５を貫通させることで第２電極２０３と補助電極２０２との接続を取る例の断面構造である。
【００９１】
実施形態１と同様な方法で第１基板１０１、第２基板２０１を成膜した。第２基板２０１には導電性ポリマーに導電ビーズ２０９として金メッキしたシリカビーズや金属ボールを分散させて、スピンコートで塗布し、フォトリソプロセスを行った。これによりブラックマトリクス２０５上に導電ビーズ２０９を選択的に固着させた。ビーズの直径は５μｍ〜３０μｍ程度が適当である。
【００９２】
第１基板１０１と第２基板２０１とを重ね合わせる時に、導電ビーズ２０９を強く押し付けて保護膜１１５に孔を開け貫通させた。
【００９３】
保護膜１１５は樹脂系の場合、パリレンのような化学気相成長でダイマーからポリマーを低温形成するプロセスや、モノマーの材料を蒸着し、紫外線重合によりポリマー化する手法が実用的である。例えば、保護膜１１５としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の金属窒化物膜や、酸化タンタル等の金属酸化物膜、ダイヤモンド薄膜；
また、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられ、複数の組合せでも良い。
【００９４】
また、酸素透過性や水分透過性に対する抑制効果を向上させるために、酸化珪素や窒化珪素等の膜を更に積層してもよい。膜厚としては合計で０．５μｍ〜２μｍが適当である。本実施形態ではポリパラキシレンを１μｍの厚さに形成して用いている。
【００９５】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【００９６】
＜実施形態４＞
図１０は第２電極２０３を形成後に絶縁体よりなる保護膜１１５を成膜し、導電バンプ２１０を用いて保護膜１１５を貫通させることで、第２電極２０３と補助電極２０２との接続を取る例の断面構造である。
【００９７】
実施形態１と同様な方法で第１基板１０１、第２基板２０１を成膜した。第２基板２０１にはブラックマトリクス２０５を形成後、円柱状又は壁状の導電バンプ２１０をディスペンス法を用いて形成した。材質は銀ペーストの硬化物である。この導電バンプ２１０の高さは５μｍ〜３０μｍとする。銀ペーストは、１５０℃の温度で１時間、オーブン乾燥して硬化した。第１基板１０１と第２基板２０１とを重ね合わせた時に、導電バンプ２１０を強く押し付けて保護膜１１５に孔を開け貫通させた。
【００９８】
保護膜１１５は実施形態３と同じポリパラキシレンを１μｍの厚さに形成した。給電点と画素の間の距離と比べ、導電バンプ２１０の高さは無視できる。このため導電バンプ２１０には、第２電極２０３と同程度の比抵抗の材料を用いても構わない。
【００９９】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１００】
＜実施形態５＞
図１１にカラーフィルタを設けた有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。ブラックマトリクス２０５で囲まれた画素領域にフォトリソプロセスを使用しカラーフィルタ２１４、２１５、２１６を形成した。図１１は３つの画素（表示素子）を示しており、いずれも同じ材料であることから同じ色を発光する。そして、３つの画素に、それぞれ異なる分光特性を有するカラーフィルタ２１４、２１５、２１６を設けていることから、対応した発光３０４、３０５、３０６が得られる。
【０１０１】
表示素子が白色に発光する場合、ブラックマトリクス２０５の開口部に設けるカラーフィルタは、赤、緑、青の３色を形成する。表示素子が青色に発光する場合、赤、緑、青に発光色を変換する色変換フィルタを形成する。カラーフィルタ及び色変換フィルタには赤、緑、青色の光が得られるだけでなく、白色が得られるようにした領域を設けても構わない。また、複数のフィルタを重ねて目的とする発光が得られる構造としても良い。
【０１０２】
その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１０３】
フルカラーであれば画素の表示素子を薄膜トランジスタでそれぞれ制御する。また、フルカラーの場合の選択枝として、上記の３色の画素の他に白色の画素を加えた４色を１画素として表示の制御をする手法もある。
【０１０４】
上記では有機発光層が単色発光する場合を示した。しかし、インクジェット、ディスペンスなどの塗布プロセスを用いたり、高精度のメタルマスクを用いた蒸着を用いたりといったパターン分離の課題が解決されるのであれば、画素毎に赤色・緑色・青色に発光する有機発光層を持つようにしても良い。
【０１０５】
＜実施形態６＞
図１２に、第２電極と補助電極との間に充填材２０７を設けた有機ＥＬ表示素子の断面図を示す。
【０１０６】
充填材２０７は、光学的に透明であることが望ましく、化学的には第２電極若しくはカラーフィルタ側への侵食が生じない安定な物質であることが望ましい。本発明においてはアクリル系樹脂を用いて凹凸段差を埋める構造としている。その他の構造は実施形態１と同様にして有機ＥＬ表示素子が得られる。
【０１０７】
この場合、図１２に示すように補助電極２０２と第２電極２０３との間に充填材２０７が閉じ込められた状態を作っても良い。補助電極２０２と充填材２０７との間にカラーフィルタがあっても良い（不図示）。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の有機ＥＬ表示素子は、テレビ、携帯電話、コンピュータ、ゲーム機、その他各種機器などに使用される表示装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施形態１を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ表示素子の駆動回路を示す模式図である。
【図３】図２の回路を１画素としてマトリックス状に配置し、表示装置を構成した状態を示す模式図である。
【図４】図３の表示装置をパネルモジュール化した構成を示す模式図である。
【図５】図４に示したパネルモジュールの応用製品例を示す模式図である。
【図６】本発明における表示装置と給電部の位置関係を示す模式図である。
【図７】本発明における表示領域中央部の電圧降下を計算した結果の一例を示す。
【図８】本発明の実施形態２を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図９】本発明の実施形態３を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態４を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態５を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態６を示す有機ＥＬ表示素子の断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０１ 第１基板
１０２ 半導体層
１０３ ゲート絶縁層
１０４ ゲート電極
１０５ ソース電極
１０６ ドレイン電極
１０７ ビアの開口
１０８ 層間絶縁膜
１０９ 平坦化膜
１１０ 第１電極
１１１ 注入層
１１２ 有機発光層
１１３ 補助隔壁
１１４ 隔壁
１１５ 保護膜
２０１ 第２基板
２０２ 補助電極
２０３ 第２電極
２０４ 導電層
２０５ 導電性のブラックマトリクス
２０７ 充填材
２０８ 導電ビア
２０９ 導電ビーズ
２１０ 導電バンプ
２１１ 絶縁性のブラックマトリクス
２１４、２１５、２１６ カラーフィルタ若しくは色変換フィルタ
３０１ １画素からの光の取り出し
３０２ １画素からの光の取り出し
３０３ １画素からの光の取り出し
３０４ １画素からの光の取り出し
３０５ １画素からの光の取り出し
３０６ １画素からの光の取り出し
４０１ スキャンライン
４０２ データライン
４０３ 第１トランジスタ
４０４ 第２トランジスタ
４０５ 電流供給線
４０６ 有機発光層
４０７ 電源
４０８ キャパシタ
４０９ １画素の駆動回路範囲
５０１ 給電点
５０２ 表示領域
５０３ ゲートドライバ
５０４ ソースドライバ
５０５ インターフェースドライバ
５０６ 接続端子
５０７ 筐体
５０８ パネルモジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする有機ＥＬ表示素子。
【請求項２】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、導電部材からなるブラックマトリクスを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項３】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、絶縁部材からなるブラックマトリクスの内に形成した導電ビアを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項４】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電ビーズにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項５】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電バンプにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項６】
前記第２電極と前記補助電極との間にカラーフィルタ若しくは色変換フィルタを挿入していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項７】
前記第２電極と前記補助電極との間に充填材を挿入していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された前記有機ＥＬ表示素子と該有機ＥＬ表示素子の駆動回路を複数有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項９】
画面サイズが対角４０インチ以上であることを特徴とする請求項８に記載した有機ＥＬ表示装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載された有機ＥＬ表示装置と外部機器とのインターフェースとを有することを特徴とするパネルモジュール。
【請求項１１】
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第１基板の上の第２電極と前記第２基板の上の補助電極とを重ねて貼り合せることで第２電極と補助電極とを電気的に接続することを特徴とする有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、導電部材からなるブラックマトリクスを用いることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、絶縁部材からなるブラックマトリクスの内に形成した導電ビアを用いることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１４】
前記導電ビアとしてスクリーン印刷による銀ペーストの硬化物を用いることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電ビーズにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１６】
前記導電ビーズとして金メッキしたシリカビーズを用いることを特徴とする請求項１５に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電バンプにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１８】
前記導電バンプとしてディスペンス法による銀ペーストの硬化物を用いることを特徴とする請求項１７に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２電極と前記補助電極との間にカラーフィルタ若しくは色変換フィルタを挿入していることを特徴とする請求項１１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２電極と前記補助電極との間に充填材を挿入していることを特徴とする請求項１１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項２１】
前記充填材としてアクリル系樹脂を用いることを特徴とする請求項２０に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１】
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第２電極と前記補助電極とが電気的に接続されていることを特徴とする有機ＥＬ表示素子。
【請求項２】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、導電部材からなるブラックマトリクスを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項３】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、絶縁部材からなるブラックマトリクスの内に形成した導電ビアを用いることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項４】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電ビーズにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項５】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電バンプにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項６】
前記第２電極と前記補助電極との間にカラーフィルタ若しくは色変換フィルタを挿入していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項７】
前記第２電極と前記補助電極との間に充填材を挿入していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された前記有機ＥＬ表示素子と該有機ＥＬ表示素子の駆動回路を複数有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項９】
画面サイズが対角４０インチ以上であることを特徴とする請求項８に記載した有機ＥＬ表示装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載された有機ＥＬ表示装置と外部機器とのインターフェースとを有することを特徴とするパネルモジュール。
【請求項１１】
第１基板の上に薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている第１電極と、前記第１電極と対峙する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた有機発光層とを有しており、
前記第２電極の上に第２基板が配置されており、
前記第２基板の前記第２電極側には、前記有機発光層からの光が前記第２電極を透過して前記第２基板側に放射される発光面を覆うように、透明導電膜からなる補助電極が形成されており、
前記第１基板の上の第２電極と前記第２基板の上の補助電極とを重ねて貼り合せることで第２電極と補助電極とを電気的に接続することを特徴とする有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、導電部材からなるブラックマトリクスを用いることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２電極と前記補助電極とを電気的に接続する手段として、絶縁部材からなるブラックマトリクスの内に形成した導電ビアを用いることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１４】
前記導電ビアとしてスクリーン印刷による銀ペーストの硬化物を用いることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電ビーズにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１６】
前記導電ビーズとして金メッキしたシリカビーズを用いることを特徴とする請求項１５に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第２電極の第２基板側に保護膜を有し、前記保護膜を貫通する導電バンプにより前記第２電極と前記補助電極とが接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１８】
前記導電バンプとしてディスペンス法による銀ペーストの硬化物を用いることを特徴とする請求項１７に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２電極と前記補助電極との間にカラーフィルタ若しくは色変換フィルタを挿入していることを特徴とする請求項１１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２電極と前記補助電極との間に充填材を挿入していることを特徴とする請求項１１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【請求項２１】
前記充填材としてアクリル系樹脂を用いることを特徴とする請求項２０に記載の有機ＥＬ表示素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１２８６７１（Ｐ２００９−１２８６７１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０４１１１（Ｐ２００７−３０４１１１）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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