JP2006147561A - フルカラー有機電界発光表示素子及びその製造方法 - Google Patents

フルカラー有機電界発光表示素子及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】封止時アラインを容易にし、素子の高精細化を有利にするフルカラー有機電界発光表示素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】一面にカラーフィルター層または色変換層を具備し、その裏面に単一色相の発光層を含む有機膜が具備される有機電界発光表示素子が具備される素子基板と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具備される封止基板を用いて有機電界発光表示素子を形成することによって、封止時に別途の吸湿剤処理の必要がなく、カラーフィルターまたは色変換層はシャドーマスクを利用して形成しなくてもよいので有機電界発光表示素子の高精細化を有利にすることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、フルカラー(full color)有機電界発光表示素子及びその製造方法に係り、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有する両面発光フルカラー有機電界発光表示素子及びその製造方法に関する。
一般的に有機電界発光素子は、基板、前記基板上に位置するアノード(anode)、前記アノード上に位置する発光層(emission layer;EML)、前記発光層上に位置するカソード(cathode)及び封止基板で構成される。このような有機電界発光素子において、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は再結合して励起子(exiton)を生成し、このような励起子が励起状態から基底状態に転移しながら光を放出する。
このような有機電界発光素子のフルカラー化を具現するために、赤(R)、緑(G)及び青(B)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それぞれに該当する発光層は異なる寿命特性を有していて、長時間駆動する場合にホワイトバランスを維持しにくく、それぞれの画素別パターニングに限界があって表示素子の高精細化を不利にさせる短所がある。
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。これに対する例示で、たとえば特許文献1では白色光を放出する発光層とフォトリソグラフィを用いて形成されたカラーフィルター層を適用したアクティブマトリックス有機電界発光素子を開示している。また、たとえば特許文献2では青色光を放出する発光層とフォトリソグラフィを用いて形成された色変換層を適用したアクティブマトリックス有機電界発光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付着する。前記発光層は水分及び酸素に弱いため、前記封止基板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に吸湿剤を付着しなければならないという短所がある。
米国特許第6515418号明細書 米国特許第6522066号明細書
本発明が解決しようとする技術的課題は、有機電界発光表示素子が具備する素子基板の一面にカラーフィルター層または色変換層を形成し、吸湿剤を含む色変換層またはカラーフィルター層を封止基板に形成して両面発光フルカラー有機電界発光表示素子を形成することによって、封止時アラインを容易にし、素子の高精細化を有利にするフルカラー有機電界発光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。
前記した目的を達成するために本発明によるフルカラー有機電界発光表示素子は、
画素電極、少なくとも発光層を具備する有機膜と対向電極が具備される素子基板と、前記素子基板に対応して付着する封止基板で構成されるフルカラー有機電界発光表示素子において、
前記素子基板の一面に第1カラーフィルター層または色変換層を具備し、前記有機膜は単一色相を放出する発光層を含み、前記封止基板に前記発光層に対応して吸湿剤を含む第2カラーフィルター層または色変換層を具備することを特徴とする。
前記した目的を達成するために本発明によるフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法は、
素子基板の一面に第1カラーフィルター層または色変換層を形成する工程と、
前記素子基板の裏面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、
前記素子基板に対応する封止基板に第2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を含むことを特徴とする。
上述したように本発明のフルカラー有機電界発光表示素子によると、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て、前記カラーフィルター層または色変換層の上部に透明物質からなる吸湿剤を形成したり、吸湿剤を含めてカラーフィルター層または色変換層を形成したりすることによって、素子の高精細化を有利にする利点がある。
また、本発明のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法によると、光学的特性に影響を及ぼすことなく工程を単純にすることができるという利点がある。
以下、本発明を本発明による望ましい実施形態を添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されるものではなくて他の形態に具体化されることができる。
図1は本発明によるフルカラー有機電界発光(有機EL)表示素子の断面図で、一面に第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730が具備され、その裏面にゲート電極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のうちいずれか一つに接続される画素電極180と前記画素電極180上部に具備される有機発光層190及び対向電極200が具備される素子基板100と、前記有機発光層190に対応して吸湿剤500を含む第2カラーフィルター層または色変換層410、420、430が具備される封止基板300を示す。
ここで、前記素子基板100の一面に具備される第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730は、前記有機発光層190に対応して具備される。前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730は、前記素子基板100と有機発光層190との間のどこにでも形成することができる。前記素子基板100上に第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730が具備される場合に、前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730が物理的に損傷することを防止するために、その上部に別途の保護膜をさらに具備することができる。
前記有機発光層190は青色または白色の単一色相の光を放出し、前記第2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、緑色及び青色の光に変換する。
そして、前記吸湿剤500は前記第2カラーフィルター層または色変換層410、420、430の上部または前記第2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全面に形成されることができる。一方、図2に示すように、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を形成することもできる。
前記カラーフィルター層410、420、430、710、720、730は顔料と高分子バインダーを含むことができるが、前記顔料の種類によって赤色カラーフィルター層410、710、緑色カラーフィルター層420、720及び青色カラーフィルター層430、730に区分することができる。前記赤色カラーフィルター層410、710、前記緑色カラーフィルター層420、720及び前記青色カラーフィルター層430、730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、710、720、730はレーザー熱転写法で形成することができる。前記カラーフィルター層410、420、430、710、720、730をレーザー熱転写法で形成する方法は次のようである。先に、前記カラーフィルター層410、420、430、710、720、730を形成するためのドナーフィルムを準備する。前記ドナーフィルムを準備すること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転写層を形成することによって実施する。続いて、前記ドナーフィルムを封止基板上に前記カラーフィルター層用転写層が封止基板に向けるように位置させ、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って、前記カラーフィルター層用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410、420、430、710、720、730が形成される。このような方法で前記封止基板上に赤色カラーフィルター層410、710、緑色カラーフィルター層420、720及び青色カラーフィルター層430、730をそれぞれ形成する。また、前記カラーフィルター層410、420、430、710、720、730は露光と現像を反復して行うフォトリソグラフィ法で形成したりインクジェット法を利用して形成したりすることもできる。前記カラーフィルター層410、420、430、710、720、730をインクジェット法で形成する場合、前記カラーフィルター層の間に隔壁を形成して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する。また、前記隔壁は外部圧力により発光部が損傷することを防止する。
前記色変換層410、420、430、710、720、730は蛍光物質と高分子バインダー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した光により励起されて基底状態に転移しながら前記入射光より長波長の光を放出するようになるが、前記蛍光物質の種類によって前記入射光を赤色に変換させる赤色色変換層410、710、前記入射光を緑色に変換させる緑色色変換層420、720及び前記入射光を青色に変換させる青色色変換層430、730に区分される。
前記色変換層410、420、430、710、720、730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利用して形成することができる。このとき、前記色変換層410、420、430、710、720、730をレーザー熱転写法で形成する場合、色変換層用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等しい。また、前記色変換層410、420、430、710、720、730をインクジェット法で形成する場合、色変換層の間に隔壁を具備する。
また、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も前記の方法で形成することができる。
前記単一色光を放出する有機発光層190は2層以上の有機薄膜で形成することができるが、前記2層以上の有機薄膜はそれぞれ相異なる波長の光を発して前記単一色光を放出することができる。また前記発光層は高分子物質及び/又は低分子物質で形成することができ、スピンコーティングまたは真空蒸着法で基板全面に形成することができる。
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ことが望ましい。前記カラーフィルター層を形成する場合には前記有機発光層190は白色光を放出するように形成することが望ましく、前記色変換層を形成する場合には前記有機発光層190は青色光を放出するように形成することが望ましい。
以下、図1及び図2を参照して本発明によるフルカラー有機電界発光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素子基板100の一面に第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730を形成する。このとき、前記カラーフィルターまたは色変換層710、720、730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で形成することができ、前記インクジェット法で形成する場合カラーフィルター層または色変換層710、720、730の間に隔壁を形成する。一方、前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730は前記素子基板100と有機発光層190との間のどこにでも形成することができる。例えば、有機発光層190と画素電極180または画素電極180と平坦化層170との間に形成することができる。前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730を前記素子基板100の一面に形成する場合、前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730を保護するために前記第1カラーフィルター層または色変換層710、720、730を含む素子基板100の表面に保護膜(図示せず)をさらに形成することもできる。
次に、前記素子基板100の裏面に所定厚さの緩衝膜110を形成する。前記緩衝膜110は、前記素子基板100から流出す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入することを防止するために形成する。
次に、前記緩衝膜110上部に多結晶シリコン(silicon)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の両側縁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。このとき、前記ソース領域122とドレイン領域124との間にはチャネル領域126を具備する。
その次に、得られた構造物の全表面の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、得られた構造物の全表面の上部に層間絶縁膜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、得られた構造物の全表面の上部に保護膜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に接続する画素電極180を形成する。このとき、前記画素電極180は透明電極であることが望ましい。
次に、得られた構造物の全表面の上部に前記画素電極180の一部を露出させて発光領域を規定または定義する画素定義膜パターン182を形成する。
その次に、得られた構造物の全表面の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。このとき、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み、前記対向電極200は透明電極または半透明電極で形成される。
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、前記素子基板100に対応する封止基板300を準備する。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の内部、すなわち、前記素子基板100の発光領域に対応する部分に第2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て、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。このとき、前記発光層が青色光を放出する場合に前記封止基板300の青色画素領域Cに色変換層を形成しないこともある。前記第2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で形成することができ、前記インクジェット法で形成する場合には第2カラーフィルター層または色変換層410、420、430の間に隔壁を形成する。
次に、前記第2カラーフィルター層または色変換層410、420、430の上部または前記第2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の全面に吸湿剤500を形成する。
前記吸湿剤500は、水分と酸素を吸収することができる成分を含有する透明物質で構成される。前記吸湿剤500は、水分と酸素を吸収することができる成分を含有する透明物質である。また、前記吸湿剤500には、SiOを主成分にするナノ粒子吸湿剤、CaO分散体を主成分にする化学反応式吸湿剤、SiO及びCaClを主成分にするナノ粒子吸湿剤と化学反応式吸湿剤または有機−無機複合吸湿剤を主成分にする有機−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ため、図2に示すように、吸湿剤をカラーフィルター層または色変換層610、620、630に混合して一体化させ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表1に記載する。
Figure 2006147561
前記したように吸湿剤500を封止基板300上の第2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によって、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、前記第2カラーフィルター層または色変換層410、420、430の物理的損傷を防止することができる。
本発明によるフルカラー有機電界発光表示素子の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるフルカラー有機電界発光表示素子の断面図である。
符号の説明
100:素子基板
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
410、420、430:第1カラーフィルター層または色変換層
500:吸湿剤
610、620、630:吸湿剤を含むカラーフィルター層または色変換層
710、720、730:第2カラーフィルター層または色変換層。

Claims (27)

  1. 画素電極、少なくとも発光層を具備する有機膜と対向電極が具備される素子基板と、前記素子基板に対応して付着する封止基板で構成されるフルカラー有機電界発光表示素子において、
    前記素子基板の一面に形成された第1カラーフィルター層または色変換層を具備し、前記有機膜は単一色相を放出する発光層を含み、前記発光層に対応して前記封止基板に形成された、吸湿剤を含む第2カラーフィルター層または色変換層を具備することを特徴とするフルカラー有機電界発光表示素子。
  2. 前記素子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連結された薄膜トランジスタをさら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電界発光素子。
  3. 前記画素電極と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電界発光表示素子。
  4. 前記発光層が白色光を放出する場合に前記カラーフィルター層は前記素子基板と封止基板に形成されて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電界発光表示素子。
  5. 前記発光層が青色光を放出する場合に前記色変換層は前記素子基板と封止基板に形成されて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電界発光表示素子。
  6. 前記吸湿剤は透明物質を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電界発光表示素子。
  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−無機吸湿剤よりなる群から選択される一つ以上の吸湿剤で構成さ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電界発光表示素子。
  8. 前記吸湿剤は、前記第2カラーフィルター層または色変換層を含む封止基板全面に形成されて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電界発光表示素子。
  9. 前記吸湿剤は、前記封止基板上の第2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電界発光表示素子。
  10. 前記第1カラーフィルター層または色変換層及び第2カラーフィルター層または色変換層との間に隔壁がさら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電界発光表示素子。
  11. 前記素子基板の一面に形成されてなる、第1カラーフィルター層または色変換層を保護する保護膜をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載のフルカラー有機電界発光表示素子。
  12. 素子基板の一面に第1カラーフィルター層または色変換層を形成する工程と、
    前記素子基板の裏面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、
    前記素子基板に対応する封止基板に第2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の上部に吸湿剤を形成する工程を含むことを特徴とするフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  13. 前記素子基板と画素電極との間に一つ以上の薄膜トランジスタがさらに形成されることを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  14. 前記画素電極と対向電極は透明電極であることを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  15. 前記発光層が白色光を放出する場合に前記素子基板及び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12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  16. 前記発光層が青色光を放出する場合に前記素子基板及び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12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  17. 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ことを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  18. 前記発光層が白色光を放出する場合に前記素子基板及び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17に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  19. 前記発光層が青色光を放出する場合に前記素子基板及び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17に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  20. 前記第1カラーフィルター層または色変換層及び第2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で形成されることを特徴とする請求項17に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  21. 前記第1カラーフィルター層または色変換層及び第2カラーフィルター層または色変換層をインクジェット法で形成する場合に前記第1カラーフィルター層または色変換層及び第2カラーフィルター層または色変換層との間に隔壁をさらに形成することを特徴とする請求項20に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  22. 前記吸湿剤は、透明物質で形成することを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  23. 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−無機吸湿剤よりなる群から選択される一つ以上の吸湿剤で形成することを特徴とする請求項22に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  24. 前記吸湿剤は、スクリーンプリンティングまたはスプレーコーティング方法で形成されることを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  25. 前記吸湿剤は、前記第2カラーフィルター層または色変換層を含む封止基板全面に形成されることを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  26. 前記第2カラーフィルター層または色変換層は、前記吸湿剤と混合して一体化させて形成されることを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
  27. 前記第1カラーフィルター層または色変換層を含む素子基板上部に保護膜をさらに形成することを特徴とする請求項12に記載のフルカラー有機電界発光表示素子の製造方法。
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