CN1271891C - 电致发光显示装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电致发光显示装置，是为了增大EL元件的有效发光面积，以实现高亮度。而且在维持EL元件的发光亮度的同时，延长该EL元件的寿命。在平面化绝缘膜(20)表面形成凹凸。阳极(22)的表面反映平面化绝缘膜(20)的凹凸状而形成凹凸部。将空穴输送层(23)、发光层(24)、电子输送层(25)及阴极(26)，以真空蒸镀法形成在阳极(22)上。因在空穴输送层(23)、发光层(24)、电子输送层(25)及阴极(26)的表面反映阳极(22)的凹凸形状，结果可分别形成凹凸部。由此，发光层(24)的有效发光面积(S1)与现有例的(S0)相比而可以增大。
Description
技术领域
本发明涉及电致发光显示装置及其制造方法。
背景技术
近几年来，使用电致发光(Electro Luminescence：以下简称“EL”)元件的EL显示装置作为取代CRT或LCD的显示装置而受人注目。例如；具有作为驱动该EL元件的开关元件的薄膜晶体管(Thin FilmTransistor：以下简称为“TFT”)的EL显示装置也在进行研发。
图15是表示现有的EL显示装置的一像素的平面图。图16是表示沿图15中的B-B线的剖视图。在具有栅极电极11的栅极信号线51与漏极信号线52的交叉点附近具备有机EL元件驱动用的TFT，并且将该TFT的漏极连接于漏极信号线52，且将栅极连接于栅极信号线51，而将源极连接于EL元件的阳极61。故在实际的EL显示装置中，该像素构成以多个、矩阵状配置的显示区域。
显示像素110是在由玻璃或合成树脂等形成的基板，或具有导电性的基板，或半导体基板等的基板10上，以TFT及有机EL元件的顺序层积而形成。但是，在使用具有导电性的基板或半导体基板作为基板10时，在这些基板10上，在形成SiO2或SiN的绝缘膜后，再在其上形成TFT。
首先，在绝缘性基板10上，形成由铬(Cr)等高融点金属形成的栅极电极11，然后，在其上依序形成栅极绝缘膜12，及由p-Si膜形成的有源层13。
在该有源层13上，设置有在栅极电极11上方的沟道13c、及在该沟道13c两侧，以沟道13c上的定位绝缘膜(stopper insulation film)14作为掩膜后进行离子掺杂，再将栅极电极11两侧，以抗蚀膜覆盖后，进行离子掺杂，在栅极电极11两侧设低浓度区域，而在其外侧设置高浓度区域的源极13s及漏极13d。即所谓的LDD(Lightly Doped Drain)结构。
然后，在栅极绝缘膜12、有源层13及定位绝缘膜14上的全面，形成以SiO2膜、SiN膜及SiO2膜的顺序层积的层间绝缘膜15，在对应于漏极13d而设置的接触孔内，充填Al等金属，形成漏极电极16。进一步在整个面上形成使例如由有机树脂形成的表面为平面的平面化绝缘膜17。
之后，在该平面化绝缘膜17的对应于源极13s的位置，形成接触孔，在平面化绝缘膜17上，形成阳极61，该阳极61同时作为由借助于该接触孔而与源极13s接触的ITO(Indium Tin Oxide)形成的源极电极18。阳极61是由ITO等透明电极形成。且在该阳极61上，形成EL元件60。
作为一般的结构，有机EL元件60的结构是依照如下顺序形成的结构：阳极61、由MTDATA(4，4-bis(3-methylphenylphenylamino)biphenyl)形成的第1空穴输送层与由TPD(4，4，4-tris(3-methylphenyl phenylamino)triphenylanine)形成的第2空穴输送层形成空穴输送层62、含有喹吖啶酮(Quinacridone)衍生物的Bebq2(10-benzo[h]quinolinol-beryllium complex)形成的发光层69、由Bebq2形成的电子输送层64、以及镁铟合金或由铝、或铝合金等形成的阴极65。
有机EL元件60，是通过借助于上述驱动用TFT而供给的电流发光。也就是说：是从阳极61注入的空穴，及从阴极65注入的电子在发光层内部进行再结合，以将形成发光层的有机分子予以激励而产生激发子，且在该激发子辐射钝化过程中，由发光层63放射光线，由该透明阳极61借助于透明绝缘性基板向外部放光。
上述技术，记载在例如日本特开平11-283182号公报。
有机EL元件60的发光面积S如图16所示，根据在阳极61上形成的发光层63的平面面积而定。因发光面积S0愈大，该有机EL元件60的亮度愈高。但因发光面积S的增大，必招致像素面积的增大，而有妨碍高精细化的所谓问题。
另一方面，该有机EL元件60的寿命，即为在发光亮度衰减至规定亮度为止的时间，如图17所示，在有机EL元件60上流通的电流的电流密度愈低，寿命愈长。然而，降低其电流密度，会产生有机EL元件60的亮度下降的所谓问题。
发明内容
因此，本发明的目的是在不增大像素面积的情形下，将有机EL元件60的有效发光面积予以增大，实现高亮度。而本发明的另一目的是在维持有机EL元件60的发光亮度的同时，延长其寿命。
本发明是有鉴于上述现有技术的课题而作，其特点是，在有机EL元件的发光层表面设置凹凸部，以增大其有效发光面积。
由此，本发明的EL显示装置即使具有与现有例的无凹凸部的有机EL元件同样的平面面积，但因表面的凹凸而可增大其有效发光面积，因而，得以提高有机EL元件的发光亮度。而且，由于本发明的EL显示装置与现有例相比可减少用于得到规定发光亮度的电流密度，因此，可以在维持发光亮度的同时延长发光元件的发光寿命。
现将在有机EL元件发光层形成凹凸部的方法概述如下：
使覆盖在驱动用TFT的平面化绝缘膜的表面粗糙，也就是说，在平面化绝缘膜表面设置凹凸部，可使层积在该平面化绝缘膜的上层的有机EL元件的阳极、发光层、阴极等反映其凹凸而形成凹凸部。作为在平面化绝缘膜表面形成凹凸部的方法，例如有：
(1)使用半曝光方法，
(2)利用底层的图案化在形成绝缘膜的凹凸部后，再形成平面化绝缘膜的方法等。
附图说明
图1是表示本发明第1实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图2是表示本发明第1实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图3是表示本发明第1实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图4是表示本发明第1实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图5是表示本发明第1实施方式的电致发光显示装置及其制造方法的剖视图。
图6是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图7是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图8是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图9是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图10是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图11是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置的制造方法的剖视图。
图12是表示本发明第2实施方式的电致发光显示装置及其制造方法的剖视图。
图13是表示本发明第3实施方式的电致发光显示装置及其制造方法的剖视图。
图14是表示本发明第3实施方式的电致发光显示装置及其制造方法的剖视图。
图15现有EL显示装置的一像素的平面图。
图16沿图13中B-B线的剖视图。
图17是表示有机EL元件的寿命与电流密度的关系的图。
符号说明：10绝缘性基板；11栅极电极；13有源层；14定位绝缘膜；15层间绝缘膜；16漏极电极；20平面化绝缘膜；20A凹凸部；21接触孔；22阳极；23空穴输送层；24发光层；25电子输送层；26阴极；30第1TFT；40第2TFT；130绝缘膜；131光致抗蚀摸；132凸部；133平面化绝缘膜；134接触孔；135阳极；136空穴输送层；137发光层；138电子输送层；139阴极。
具体实施方式
下面参照附图针对本发明的实施方式进行详细说明。
第1实施方式
参照图1～图5，说明本发明的第1实施方式。与图15、图16相同的结构部分，标注同一符号。
如图1所示，在绝缘性基板10上形成TFT。即，在绝缘性基板10上形成由铬(Cr)等高融点金属形成的栅极电极11，然后，在其上依序形成栅极绝缘膜12以及由p-Si膜形成的有源层13。
在该有源层13上，设置有在栅极电极11上方的沟道13c，及在该沟道13c两侧，将沟道13c上的定位绝缘膜14作为掩膜后，进行离子掺杂，再在栅极电极11两侧，以抗蚀膜覆盖后，进行离子掺杂，在栅极电极11两侧设置低浓度区域，且在外侧设置高浓度区域的源极13s及漏极13d。即所谓的LDD(Lightly Doped Drain)结构。
然后，在栅极绝缘膜12、有源层13及定位绝缘膜14上的整个面上，形成以SiO2膜、SiN膜及SiO2膜的顺序层积的层间绝缘膜15，再在对应漏极13d而设置的接触孔内，充填Al等金属，而形成漏极电极16。然后，形成由感光性树脂形成的平面化绝缘膜20(如；日本合成橡胶公司的JSR-315)(以上参照图1)。
其次，如图2所示，在平面化绝缘膜20表面进行半曝光显影处理，使平面化绝缘膜20表面粗糙，在其表面上形成多个凹凸部20A。此处，半曝光就是相比于在平面化绝缘膜20上形成后述的接触孔时的正常曝光，曝光约20％至40％的曝光量。
再次，如图3所示，在TFT的源极13s上形成接触孔21。本工序是在对应于TFT源极s的区域，使用具有开口部的掩膜，进行正常的100％曝光，利用显影处理去除该开口部的平面化绝缘膜20后，由蚀刻法将层间绝缘膜15予以选择性的去除，以使TFT的源极13s的表面露出。
再次，如图4所示，将以ITO形成的阳极22形成在平面化绝缘膜17上，作图案使阳极22经由接触孔21，连接于TFT的源极13s。如此，阳极22的表面反映平面化绝缘膜17的凹凸状，形成凹凸部。
再次，如图5所示，在形成凹凸部的阳极22上，顺序积层形成如下部位：以由MTDATA(4，4-bis(3-methy lphenylphenylamino)biphenyl)形成的第1空穴输送层及由TPD(4，4，4-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylanine)形成的第2空穴输送层形成的空穴输送层23、由含有喹吖啶酮(Quinacridone)衍生体的Bebq2(10-benzo[h]quinolinol-beryllium complex)等形成的发光层24、由Bebq2形成的电子输送层25、以及镁·铟合金或由铝、或铝合金等形成的阴极26。而这些空穴输送层23、发光层24、电子输送层25及阴极26，是通过使用了遮光板(shadowmask)的真空蒸镀法形成。又在图5中，发光层24是以每一像素形成在阳极22上，而其它的空穴输送层23、电子输送层25及阴极26形成于EL显示装置的整个显示区域。
由此，在空穴输送层23、发光层24、电子输送层25及阴极26表面将反映阳极22的凹凸形状，结果，可分别形成该凹凸部。因此，得以将发光层24的有效发光面积S1较现有例的S0增大。于是，若单位面积的电流密度相同，该部分的亮度K就能依照(S1/S0)的比例增加。又若发光亮度K为相同时，该电流密度将以(S0/S1)的比例减少。因此，有机EL元件的寿命得以延长(参照图17)。
理想上，发光层24的凹凸部为半球面时，发光面积为最大。与无凹凸时相比可增加2倍的发光面积。其理由如下：因球半径为r，即因1个凸部(或凹部)表面积为2πr2，又因圆面积为πr2，故可增加为2倍表面积。此时，该有机EL元件的寿命得为4倍。
第2实施方式
以图6至图12说明本发明的第2实施方式。对于与图15、图16相同的结构部分，标注同一符号。
图6中，在绝缘性基板10上形成TFT、层间绝缘膜15，及漏极电极16。至此的工序与第1实施方式相同。
其次，如图7所示，将绝缘膜130(如SiO2膜)以CVD法等形成，在该绝缘膜130上形成多个图案化成岛状的光致抗蚀膜131。
然后，以该光致抗蚀膜131为掩膜蚀刻绝缘膜130，而去除光致抗蚀膜131后，即如图8所示，可在层间绝缘膜15形成由绝缘膜作成的多个凸部132。
其次，如图9所示，以有机树脂形成平面化绝缘膜133。由该平面化绝缘膜133表面反映底层的多个凸部132，形成多个凹凸部。
再次，如图10所示，将平面化绝缘膜133及层间绝缘膜15予以选择性蚀刻，在TFT的源极13s上形成接触孔134。然后，如图11所示，将由ITO形成的阳极135形成在平面化绝缘膜133上。阳极135被图案化，以便借助于接触孔134而连接于TFT的源极13s。于是，阳极135的表面反映平面化绝缘膜133的凹凸，从而形成凹凸部。
再次，如图12所示，在形成凹凸部的阳极135上，与第1实施方式一样，将有机EL元件的空穴输送层136、发光层137、电子输送层138及阴极139，通过使用了遮光板的真空蒸镀法予以形成。图中，发光层137是以每一像素形成在阳极135上，其它的空穴输送层136、电子输送层138及阴极139形成于EL显示装置的全体显示区域。
由此，在有机EL元件的空穴输送层136、发光层137、电子输送层138及阴极139表面将反映阳极135的凹凸形状，结果可分别形成为凹凸部。因此，与第1实施方式相同，将发光层137的有效发光面积S2与现有例的S0相比而增大。
第3实施方式
在上述第1、第2实施方式中，是以由含有一个TFT(有机EL元件驱动用TFT)的显示像素形成的显示装置说明适用的实例，但本发明并不限定于该方式，对由含有二个TFT(开关用TFT、驱动用TFT)的显示像素形成的显示装置，也同样可适用。因此，参照附图说明下述的第3实施方式。
图13是表示有机EL显示装置的显示像素附近的平面图。而在图14(a)表示沿图13中A-A线的剖视图。再以图14(b)表示沿图13中B-B线的剖视图。
如图13及图14所示，是在由栅极信号线51及漏极信号线52所围区域形成显示像素111，且配置为矩阵状。
在该显示像素111上配置有：作为自发光元件的有机EL元件60；控制向该有机EL元件60供给电流的时序的开关用TFT30；向有机EL元件60供给电流的驱动用TFT40；以及保持电容。此外，有机EL元件60是由作为第1电极的阳极61，由发光材料形成的发光元件层，以及作为第2电极的阴极63形成。
也就是说，在两信号线51、52交叉点附近具备作为开关用TFT的第1TFT30，该TFT30的源极33s兼作为在与保持电容电极线54之间形成电容的电容电极55，同时，连接于作为EL元件驱动用TFT的第2TFT40的栅极41，第2TFT的源极43s连接于有机EL元件60的阳极61。另一方的漏极43d连接于作为向有机EL元件60提供的电流源的驱动电源线53。
此外，保持电容电极线54与栅极信号线51并行配置。该保持电容电极线54由铬等形成，在与借助于栅极绝缘膜12而与TFT的源极33s连接的电容电极55之间积蓄电荷而形成电容。设置该保持电容56是为了保持施加于第2TFT的栅极电极41的电压。
又如图14所示，有机EL显示装置是在由玻璃或合成树脂等形成的基板、具有导电性的基板、或半导体基板等的基板100上，依序层积TFT及有机EL元件等而形成。但在使用具有导电性的基板及半导体基板作为基板100时，须在该基板100上，以SiO2或SiN形成绝缘膜后，在其上形成第1、第2TFT及有机EL元件。任一TFT即为栅极电极借助于栅极绝缘膜而形成于有源层的上方的所谓顶部栅极(topgate)的构造。
首先，就开关用TFT的第1TFT30，说明如下。
如图14(a)所示，在石英玻璃、无碱玻璃等形成的绝缘性基板100上，以CVD法将非晶硅(以下简称“a-Si”)予以成膜后，对该a-Si膜照射激光，使其溶融再结晶化而形成多晶硅膜(以下简称为“p-Si”)，以此作为有源层33。在其上形成SiO2膜、SiN膜的单层或层积体作为栅极绝缘膜32。而且，在其上面，具有以Cr、Mo等高融点金属形成的兼为栅极电极31的栅极信号线51及由Al形成的漏极信号线52，并且配置作为有机EL元件的驱动电源的由Al形成的驱动电源线53。
然后，在栅极绝缘膜112及有源层33上的全面形成由SiO2膜、SiN膜，及SiO2膜依序层积而成的层间绝缘膜115，且在对应于漏极33d而设的接触孔内，充填Al等金属而形成漏极电极36，而且形成对由有机树脂在整个面上形成的表面进行平坦处理后的平面化绝缘膜117。
其次，就有机EL元件的驱动用TFT的第2TFT40说明如下：如图14(b)所示，在石英玻璃、无碱玻璃等形成的绝缘性基板100上，依序形成：向a-Si膜照射激光形成多结晶化的有源层43、栅极绝缘膜112、以及由Cr、Mo等高融点金属形成的栅极电极41。在该有源层43设置沟道43c，在该沟道43c两侧设置源极43s及漏极43d。然后，在栅极绝缘膜112及有源层43上的整个面上，形成依序层积SiO2膜、SiN膜，及SiO2膜而成的层间绝缘膜115，且在对应漏极43d而设置的接触孔内充填Al等金属，以形成连接于驱动电源的驱动电源线53。再在全面形成由例如有机树脂所形成、用于使表面平坦的平面化绝缘膜117。然后，在该平面化绝缘膜117的表面形成凹凸。
之后，在该平面化绝缘膜117的源极43s所对应的位置形成接触孔，在平面化绝缘膜117上，设置借助于该接触孔而与源极43s接触的由ITO形成的透明电极、即有机EL元件160的阳极161。该阳极161在每一像素中形成分离的岛状。由此，得以在阳极161表面反映平面化绝缘膜117的凹凸形状，形成为凹凸部。
再次，如图14所示，在形成凹凸部的阳极161上，以使用了遮光板的真空蒸镀法形成空穴输送层162、发光层163、电子输送层164及阴极165。
由此，在空穴输送层162、发光层163、电子输送层164及阴极165的表面反映阳极161的凹凸状，结果可分别形成凹凸部，因此，得以增大发光层163的有效发光面积。
发明效果
根据本发明的显示装置及显示装置的制造方法，由于在EL元件的发光层的表面设置凹凸部，增大其有效表面积，所以可在不导致像素面积增大的情形下增大有机EL元件60的有效发光面积，实现高亮度，而且，也能在维持EL元件的发光亮度的同时延长其寿命。
Claims (4)
1.一种电致发光显示装置，具备：
形成于基板上的薄膜晶体管；
覆盖所述薄膜晶体管的绝缘膜；和
在所述绝缘膜上形成的、借助于在该绝缘膜处形成的接触孔与所述薄膜晶体管的源极或漏极连接的阳极；
形成于所述阳极上的发光层；以及
形成于所述发光层上的阴极；其特征为，
至少在所述发光层的表面形成凹凸部。
2.一种电致发光显示装置的制造方法，包括：
在基板上形成薄膜晶体管的工序；
第1工序，在所述薄膜晶体管上形成由感光性材料形成的平面化绝缘膜；
第2工序，通过在所述平面化绝缘膜的整个面上实施半曝光及显影处理，在所述平面化绝缘膜的表面形成凹凸部；
第3工序，在所述平面化绝缘膜上对应于所述薄膜晶体管的漏极的位置形成具有开口部的光致抗蚀膜；
第4工序，通过实施一般曝光及显影处理，在所述平面化绝缘膜处形成接触孔；
第5工序，形成借助于所述接触孔而与所述薄膜晶体管的源极或漏极连接的阳极；
第6工序，在所述阳极上形成发光层；以及
第7工序，在所述发光层上形成阴极，其特征在于，
在所述阳极、所述发光层、及所述阴极的表面处形成凹凸部。
3.一种电致发光显示装置的制造方法，包括：
第1工序，在基板上形成薄膜晶体管；
第2工序，在所述薄膜晶体管上形成层间绝缘膜；
第3工序，在所述层间绝缘膜上形成由绝缘膜作成的多个凸部；
第4工序，在所述层间绝缘膜及多个凸部上形成平面化绝缘膜；
第5工序，在所述平面化绝缘膜处形成接触孔；
第6工序，形成借助于所述接触孔而与所述薄膜晶体管的源极或漏极连接的阳极；
第7工序，在所述阳极上形成发光层；以及
第8工序，在所述发光层上形成阴极，其特征在于，
在所述阳极、所述发光层、及所述阴极的表面上形成凹凸部。
4.如权利要求3所述的电致发光显示装置的制造方法，其特征在于，所述第3工序是通过在所述层间绝缘膜上形成绝缘膜的工序及在所述绝缘膜实施光刻工序，以形成由所述绝缘膜作成的多个凸部的工序。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060823 Termination date: 20100304 |