JP2006093124A - フルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 吸湿剤を含む色変換層またはカラーフィルターを封止基板に形成することにより、封止時にアラインメントを容易にして、素子の高精細化を有利にするフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 発光領域に単一色の発光層を含む有機膜が具備される有機エレクトロルミネッセンス表示素子が備えられる基板と、前記発光領域に対応して吸湿剤を含むカラーフィルターまたは色変換層が備えられる封止基板とを使って有機エレクトロルミネッセンス表示素子を形成することで、封止時に別途の吸湿剤処理が不要であり、カラーフィルターまたは色変換層をシャドーマスクを用いて形成しなくてもよいので、有機エレクトロルミネッセンス表示素子の高精細化を有利にできる技術である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法に関するもので、特に封止基板に吸湿剤を含むカラーフィルター層または色変換層を備えるフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法に関するものである。
一般的に、有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板と、前記基板上に位置したアノード(Anode)と、前記アノード上に位置した発光層(Emission Layerと; EML)と、前記発光層上に位置したカソード(Cathode)と、封止基板と、からなる。このような有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記アノードとカソードとの間に電圧を印加すれば、正孔と電子とが前記発光層内に注入され、前記発光層内に注入された正孔と電子とは、前記発光層で再結合してエキシトン(Exciton)を生成し、このようなエキシトンが励起状態から基底状態に遷移しながら光を放出するようになる。
このような有機エレクトロルミネッセンス素子のフルカラー化を具現するためには、R、G及びBのそれぞれに該当する発光層を形成する方法がある。しかし、この場合、前記R、G及びBのそれぞれに該当する発光層は、相互に異なる寿命特性を有しており、長時間駆動する場合、ホワイトバランスを維持しにくく、それぞれの画素別のパターニングにおいて限界を見せて、表示素子の高精細化を不利にするという短所がある。
これを解決するために、前記単一色の光を放出する発光層を形成し、前記発光層から放出される光から所定の色に該当する光を抽出するためのカラーフィルター層または前記発光層から放出される光を所定の色の光に変換する色変換層を形成する方法がある。これに対する例示として、特許文献１は、白色光を放出する発光層とフォトリソグラフィを使って形成されたカラーフィルター層とを適用した能動マトリックス有機エレクトロルミネッセンス素子を開示している。また、特許文献２は、青色光を放出する発光層とフォトリソグラフィを使って形成された色変換層とを適用した能動マトリックス有機エレクトロルミネッセンス素子を開示している。
一方、前記基板上に形成されるアノード、発光層及びカソードを保護するために、前記基板に封止基板を取り付ける。前記発光層は、水気及び酸素に弱いため、前記封止基板の内部に吸湿剤を実装するための別途の領域を形成した後、吸湿剤を取り付けなければならないという短所がある。
米国特許第６，５１５，４１８号明細書 米国特許第６，５２２，０６６号明細書
本発明が達成しようとする技術的課題は、吸湿剤を含む色変換層またはカラーフィルターを封止基板に形成することにより、封止時にアラインメントを容易にして、素子の高精細化を有利にするフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子及びその製造方法を提供することにその目的がある。
前記の目的を達成するために、本発明に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子は、
画素電極、少なくとも発光層を備える有機膜及び対向電極が備えられる基板と、前記基板に対応して取り付けられる封止基板と、からなるフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子において、
前記有機膜は、単一色を放出する発光層を含み、前記封止基板に発光領域を定義するブラックマトリックスが備えられ、前記ブラックマトリックス間に前記発光層に対応して吸湿剤を含むカラーフィルター層または色変換層が備えられることを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法は、
所定の下部構造物が備えられる基板上部に画素電極を形成する工程と、
前記画素電極上部に少なくとも発光層を含む有機膜を形成する工程と、
前記有機膜上部に対向電極を形成する工程と、
前記基板に対応する封止基板に発光領域を定義するブラックマトリックスを形成する工程と、
前記封止基板のブラックマトリックス間にカラーフィルター層または色変換層を形成する工程と、
前記カラーフィルター層または色変換層上部に吸湿剤を形成する工程と、を含み、前記カラーフィルター層または色変換層は、前記吸湿剤を混合して形成されることを特徴とする。
上述したように、本発明によれば、封止基板にカラーフィルター層または色変換層を形成し、前記カラーフィルター層または色変換層上部に透明物質となった吸湿剤を形成することで、光学的特性に影響を及ぼさないで工程を単純にすることができ、素子の高精細化を有利にするといった利点がある。
以下、本発明をより具体的に説明するために、本発明に係る望ましい実施例を添付の図面を参照してより詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されることなく、他の形態に具体化され得る。
図１は、本発明に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の断面図であり、ゲート電極１３２及びソース/ドレイン電極１５０、１５２を含む薄膜トランジスタ、前記ソース/ドレイン電極１５０、１５２のいずれか一つに接続される画素電極１８０、前記画素電極１８０上部に備えられる有機発光層１９０及び対向電極２００が備えられる基板１００と、前記有機発光層１９０に対応して吸湿剤５００を含むカラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０が備えられる封止基板３００と、を示す。ここで、前記有機発光層１９０は、青色または白色の単一色の光を放出し、前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０は、前記有機発光層１９０から放出される光を赤色、緑色及び青色光に変換する。そして、前記吸湿剤５００は、前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０上部または前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０を含む封止基板３００の全面に形成され得る。一方、図２に示されるように、前記封止基板３００上部に吸湿剤を含むカラーフィルター層または色変換層６１０、６２０、６３０が形成されてもよい。また、前記封止基板３００の一面に発光領域を定義するブラックマトリックス３１０が備えられ、前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０、６１０、６２０、６３０は、前記ブラックマトリックス３１０間の発光領域に備えられる。また、前記ブラックマトリックス３１０は、カラーフィルターが相互に干渉して混色されることを防止して、外部圧力により発光部が損傷されることを防止する。
前記カラーフィルター層４１０、４２０、４３０は、顔料と高分子バインダーとを含むことができ、前記顔料の種類に応じて、赤色のカラーフィルター層４１０と、緑色のカラーフィルター層４２０と、青色のカラーフィルター層４３０と、に区分できる。前記赤色のカラーフィルター層４１０、前記緑色のカラーフィルター層４２０及び前記青色のカラーフィルター層４３０は、それぞれ前記発光層からの入射光を赤色領域の波長、緑色領域の波長及び青色領域の波長で透過させる特性を有する。
前記カラーフィルター層４１０、４２０、４３０をレーザー熱転写法を使って形成する。前記レーザー熱転写法を使って前記カラーフィルター層４１０、４２０、４３０を形成することを詳しく説明すれば、次の通りである。まず、前記カラーフィルター層４１０、４２０、４３０を形成するためのドナーフィルムを用意するが、前記ドナーフィルムの用意は、基材フィルム上に光−熱変換層を形成し、前記光−熱変換層上にカラーフィルター層用の転写層を形成することで施す。続いて、前記ドナーフィルムを基板上に、前記カラーフィルター層用の転写層が封止基板に向かうように位置させ、前記ドナーフィルムの基材フィルム上にレーザーを照射することにより、前記カラーフィルター層用の転写層は前記封止基板上に転写されて前記カラーフィルター層を形成する。このような方法で、前記基板上に赤色のカラーフィルター層４１０、緑色のカラーフィルター層４２０及び青色のカラーフィルター層４３０をそれぞれ形成する。なお、前記カラーフィルター層４１０、４２０、４３０は、露光と現像とを繰り返して行うフォトリソグラフィ法により形成するか、又はインクジェット法を用いて形成することもできる。
前記色変換層４１０、４２０、４３０は、蛍光物質と高分子バインダーとを含むことができる。前記蛍光物質は、前記発光層から入射された光によって励起され、基底状態に遷移しながら前記入射光よりも長い波長の光を放出するようになり、前記蛍光物質の種類によって、前記入射光を赤色に変換する赤色の色変換層４１０と、前記入射光を緑色に変換する緑色の色変換層４２０と、前記入射光を青色に変換する青色の色変換層４３０と、に区分される。
前記色変換層４１０、４２０、４３０も前記カラーフィルター層のようにレーザー熱転写法、フォトリソグラフィ法またはインクジェット法を用いて形成できる。この時、前記色変換層４１０、４２０、４３０をレーザー熱転写法により形成する場合、色変換層用の転写層を基材フィルム上に形成することを除いては、前記カラーフィルター層を形成することと同様である。
前記単一色の光を放出する有機発光層１９０は、２層以上の有機薄膜でも形成でき、前記２層以上の有機薄膜は、それぞれ相互に異なる波長の光を発して、前記単一色の光を放出できる。また、前記発光層は、高分子物質及び/または低分子物質で形成でき、スピンコートまたは真空蒸着を使って基板全面に渡って形成できる。
前記有機発光層１９０は、白色光または青色光を放出するように形成するのが望ましく、前記カラーフィルター層を形成する場合は、前記有機発光層１９０は、白色光を放出するように形成するのが望ましく、前記色変換層を形成する場合は、前記有機発光層１９０は、青色光を放出するように形成するのが望ましい。
以下、図１及び図２を参照して、本発明に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法について説明する。
まず、赤色(a)、緑色(b)及び青色(c)の画素領域を有する基板１００上部に、所定厚さの緩衝膜１１０を形成する。前記緩衝膜１１０は、前記基板１００から流出される不純物が後続工程で形成される薄膜トランジスタに流れ込むことを防止するために形成される。
次に、前記緩衝膜１１０上部に 多結晶シリコン層パターン１２０を形成し、前記多結晶シリコン層パターン１２０の両端に不純物を注入して、前記画素領域(a、b、c)別にソース領域１２２及びドレイン領域１２４を形成する。この時、前記ソース領域１２２とドレイン領域１２４との間には、チャンネル領域１２６が備えられる。
その次に、全表面上部にゲート絶縁膜１３０を形成し、前記多結晶シリコン層パターン１２０のチャンネル領域１２６に対応するようにゲート電極１３２を形成する。
次に、全表面上部に層間絶縁膜１４０を形成し、前記層間絶縁膜１４０をエッチングして前記ソース/ドレイン領域１２２、１２４を露出させるコンタクトホール１４２を形成する。続いて、前記コンタクトホール１４２を介して前記ソース/ドレイン領域１２２、１２４に接続するソース/ドレイン電極１５０、１５２を形成する。
その次に、全表面上部に保護膜１６０及び平坦化膜１７０を形成する。
その後、前記保護膜１６０及び平坦化膜１７０をエッチングして前記ドレイン電極１５２を露出させるビアホール１７２を形成する。
続いて、各画素領域(a、b、c)別に前記ビアホール１７２を介して前記ドレイン電極１５２に接続される画素電極１８０らを形成する。この時、前記画素電極１８０は、反射電極であることが望ましい。
次に、全表面上部に前記画素電極１８０の一部を露出させて、発光領域を定義する画素定義膜パターン１８２を形成する。
その次に、全表面上部に少なくとも発光層を含む有機膜１９０及び対向電極２００を形成する。この時、前記有機膜１９０は、青色または白色光を放出する発光層を含む。
その後、前記対向電極２００上部に透明保護膜(図示せず)を形成する。
続いて、前記基板１００に対応する封止基板３００を用意する。ここで、前記封止基板３００は、透明基板であることが望ましい。
前記封止基板３００の一面に前記基板１００の発光領域に対応する発光領域を定義するブラックマトリックス３１０を形成する。この時、前記ブラックマトリックス３１０は、Cr/CrOxなどの物質で形成され、フォトリソグラフィ工程によってパターニングされ得る。次に、前記基板１００の発光領域に対応する部分、すなわち前記ブラックマトリックス３１０間にカラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０を形成する。前記発光層が白色光を放出すれば、前記封止基板３００にカラーフィルター層を形成し、前記発光層が青色光を放出すれば、前記封止基板３００に色変換層を形成する。この時、前記発光層が青色光を放出する場合、前記封止基板３００の青色画素領域(c)に色変換層を形成しなくてもよい。前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０は、レーザー熱転写法、フォトリソグラフィ法またはインクジェット法により形成できる。
次に、前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０上部または前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０を含む全面に吸湿剤５００を形成する。
前記吸湿剤５００は、水気と酸素とを吸収できる成分を含有し、透明物質からなる。前記吸湿剤５００は、水気と酸素とを吸収できる成分を含有し、透明物質である。また、前記吸湿剤５００は、SiO２を主成分とするナノ粒子吸湿剤、CaO分散剤を主成分とする化学反応式吸湿剤、SiO２及びCaCl２を主成分とするナノ粒子吸湿剤及び化学反応式吸湿剤、または有機-無機複合吸湿剤を主成分とする有機-無機吸湿剤がある。
ここで、前記吸湿剤は透明な物質であるので、図２に示されるように、吸湿剤をカラーフィルター層または色変換層６１０、６２０、６３０に混合して形成することもできる。
前記吸湿剤５００の主成分、テストセル加速保管寿命及び形成方法に関連して、下記の表１に記載した。
Figure 2006093124
上記したように、吸湿剤５００を封止基板３００上のカラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０の表面に形成することで、前記吸湿剤５００を実装する空間を別途に形成する必要がなくて、前記カラーフィルター層または色変換層４１０、４２０、４３０の物理的な損傷を防止することができる。
本発明に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の断面図である。 本発明の他の実施例に係るフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の断面図である。
符号の説明
１００ 基板
１１０ 緩衝膜
１２０ 多結晶シリコン層パターン
１２２ ソース領域
１２４ ドレイン領域
１２６ チャンネル領域
１３０ ゲート絶縁膜
１３２ ゲート電極
１４０ 層間絶縁膜
１４２ コンタクトホール
１５０ ソース電極
１５２ ドレイン電極
１６０ 保護膜
１７０ 平坦化膜
１７２ ビアホール
１８０ アノード
１８２ 画素定義膜パターン
１９０ 有機発光層
２００ カソード
３００ 封止基板
３１０ ブラックマトリックス
４１０、４２０、４３０ カラーフィルター層または色変換層
５００ 吸湿剤
６１０、６２０、６３０ 吸湿剤が含まれたカラーフィルター層または色変換層

Claims (21)

  1. 画素電極、少なくとも発光層を備える有機膜、及び対向電極、が備えられる基板と、前記基板に対応して取り付けられる封止基板と、からなるフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子において、
    前記有機膜は、単一色を放出する発光層を含み、前記封止基板に発光領域を定義するブラックマトリックスが備えられ、前記ブラックマトリックス間に前記発光層に対応して吸湿剤を含むカラーフィルター層または色変換層が備えられることを特徴とするフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  2. 前記基板と前記画素電極との間に位置し、前記画素電極と電気的に繋がれた薄膜トランジスタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記画素電極は反射電極であり、前記対向電極は透明電極であることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  4. 前記発光層が白色光を放出する場合、前記封止基板にカラーフィルター層が備えられることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  5. 前記発光層が青色光を放出する場合、前記封止基板に色変換層が備えられることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  6. 前記吸湿剤は、水気及び酸素を吸収する成分を有し、透明物質であることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  7. 前記吸湿剤は、ナノ粒子吸湿剤、化学反応式吸湿剤及び有機-無機吸湿剤からなる群より選択された１つ以上の吸湿剤からなることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  8. 前記吸湿剤は、前記カラーフィルター層または色変換層を含む全面に備えられることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  9. 前記吸湿剤は、前記カラーフィルター層または色変換層の内部に含まれることを特徴とする請求項１に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子。
  10. 所定の下部構造物が備えられる基板上部に画素電極を形成する工程と、
    前記画素電極上部に少なくとも発光層を含む有機膜を形成する工程と、
    前記有機膜上部に対向電極を形成する工程と、
    前記基板に対応する封止基板に発光領域を定義するブラックマトリックスを形成する工程と、
    前記封止基板のブラックマトリックス間にカラーフィルター層または色変換層を形成する工程と、
    前記カラーフィルター層または色変換層上部に吸湿剤を形成する工程と、を含み、
    前記カラーフィルター層または色変換層は、前記吸湿剤を混合して形成されることを特徴とするフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  11. 前記下部構造物は、１つ以上の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  12. 前記第１の電極は反射電極であり、前記第２の電極は透明電極であることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  13. 前記有機膜は、白色光または青色光を放出する発光層を含むように形成されることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  14. 前記発光層が白色光を放出する場合、前記封止基板にカラーフィルター層を形成することを特徴とする請求項１３に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  15. 前記発光層が青色光を放出する場合、前記封止基板に色変換層を形成することを特徴とする請求項１３に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  16. 前記カラーフィルター層または色変換層は、レーザー熱転写法、フォトリソグラフィ法またはインクジェット法により形成されることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  17. 前記吸湿剤は、水気及び酸素を吸収する成分を有する透明物質で形成することを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  18. 前記吸湿剤は、ナノ粒子吸湿剤、化学反応式吸湿剤及び有機-無機吸湿剤からなる群より選択された１つ以上の吸湿剤で形成することを特徴とする請求項１７に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  19. 前記吸湿剤は、スクリーン印刷またはスプレーコーティング法により形成されることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  20. 前記吸湿剤は、前記カラーフィルター層または色変換層を含む全面に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
  21. 前記カラーフィルター層または色変換層は、前記吸湿剤が混合して形成されることを特徴とする請求項１０に記載のフルカラー有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
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