JP2007193313A - 有機発光ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

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敬 培 朴
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Abstract

【課題】有機発光ディスプレイ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板に配列される画素ごとに設けられるOLEDと、ストレージキャパシタCst及び複数のトランジスタQ1,Q2を備える回路部と、複数の絶縁層を有するものであって、ストレージキャパシタCstの両電極の間に位置する第1領域およびトランジスタなどを覆う部分を有するILD層と、を備え、ILD層の少なくとも一つの絶縁層に下部の他の絶縁層が露出される開口部が形成されて、前記第1領域で前記ILD層の厚さが第2領域に比べて薄い有機発光ディスプレイである。これにより、少なくとも2層の絶縁層からなるILD層を使用し、かつストレージキャパシタの領域では一部層が除去されることによって、ストレージキャパシタの容量の増大によるストレージキャパシタのチャージ面積の縮小が可能であり、発光領域の面積を拡大できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、TFT有機発光ディスプレイ及びその製造方法に関する。
有機発光ダイオード(OLED:Organic Light−Emitting Diode)を利用する能動型カラー画像表示装置は、各画素がアナログ画像信号をサンプリングするスイッチング(サンプリング)トランジスタ、画像信号を維持する保存(ストレージ)キャパシタ、及び保存キャパシタに蓄積された画像信号電圧によってOLEDに供給される電流を制御する駆動トランジスタを備える。
このような構造の有機発光ディスプレイの各画素は、トランジスタが配置される領域、前記ストレージキャパシタが位置する領域、及び有機発光素子が形成される領域に分かれる。
かかる有機発光ディスプレイの多様な課題のうち一つは、単位画素での有機発光素子の面積を拡大してディスプレイの発光輝度を高めることである。320*240の解像度を有する2インチQVGA(Quarter Video Graphic Adapter)有機発光ディスプレイの場合、一つのサブピクセルの面積が51μm×153μmほどである。有機発光素子の面積を拡大して発光輝度を高めるためには、他の領域の縮小が必要である。前記ストレージキャパシタの場合は、電極間のギャップ縮小や高誘電率物質の使用などによって容量を拡大することが可能なため、物理的な構造の変更によってチャージ面積を縮小させうる。
しかし、有機発光ディスプレイにおけるストレージキャパシタは、前記トランジスタが製造される過程で共に得られるものであるため、トランジスタをなす構成要素の構造及び物質の制約を受ける。ストレージキャパシタの誘電物質層は、TFTのゲート上に形成されるILD(interlayer dielectric)と同一の物質層である。従来の有機発光ディスプレイは、単層構造のILD層を備え、該ILD層の厚さは、ゲートとその上に形成される金属層との電気的絶縁が維持されなければならないため、その厚さを縮小するには限界がある。一般的にQVGA有機発光ディスプレイのストレージキャパシタは、約1pFほどの容量を必要とし、したがって、いくらILD層を薄くしても、前記の容量は維持されなければならない。
本発明の目的は、制限されたサイズの画素領域内でストレージキャパシタのチャージ面積が効果的に縮小された有機発光ディスプレイ及びその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、発光面積の拡大した有機発光ディスプレイ及びその製造方法を提供することである。
本発明による有機発光ディスプレイは、画素ごとに設けられるOLEDと、複数のトランジスタ及びストレージキャパシタを備える回路部と、複数の絶縁層を有するものであって、前記ストレージキャパシタの両電極の間に位置する第1領域および前記TFTなどを覆う第2領域を有するILD層と、を備え、前記ILD層の少なくとも一つの絶縁層に下部の他の絶縁層が露出される開口部が形成されて、前記第1領域で前記ILD層の厚さが第2領域に比べて薄いことを特徴とする。
本発明によって、画素ごとに設けられるOLED、複数のトランジスタ及びストレージキャパシタを備える有機発光ディスプレイを製造する方法は、基板上にスイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタの活性層を形成する段階と、前記活性層が形成されている前記基板上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層上に金属層を形成した後、これをパターニングして前記各活性層に対応するゲートおよび前記ストレージキャパシタの下部電極を形成する段階と、前記ゲートに覆われていない前記活性層の両側部分に不純物を注入して、各活性層の両側にソースおよびドレインを形成する段階と、前記ゲートおよび下部電極上に複数の絶縁層によってILD層を形成する段階と、前記ソース、ドレイン、及びストレージキャパシタの下部電極上の前記ILD層で少なくとも最下部の絶縁層を除く残りの絶縁層をエッチングして開口部を形成する段階と、前記ストレージキャパシタの上部の絶縁層上に保護層を形成した後、前記ソースおよびドレインに対応するビアホールを形成する段階と、前記ゲート及び前記ILD層上に金属層を形成した後、これをパターニングして前記活性層の各ソースとドレインとに連結される電極、及び前記ストレージキャパシタの下部電極に対応する上部電極を形成する段階とを含む。
本発明によれば、少なくとも2層の絶縁層からなるILD層を使用し、かつストレージキャパシタの領域では一部層が除去されることによって、ストレージキャパシタの容量の増大によるストレージキャパシタのチャージ面積の縮小が可能である。また、ストレージキャパシタのチャージ面積の縮小に加えて、ストレージキャパシタ以外の他の領域では、ILD層が隣接した上下の積層間の電気的絶縁に必要な十分な厚さを有することができる。
また、本発明によれば、限定された画素領域でストレージキャパシタのチャージ面積を減らす一方、OLEDが占める面積を増大させうる。したがって、本発明によれば、従来に比べて画素別OLEDのチャージ面積が増大し、その結果、輝度が向上する。
このような本発明は、基板材料としてプラスチックが利用される有機発光ディスプレイに適用されるのに適する。
以下、添付された図面を参照して本発明による有機発光ディスプレイ及びその製造方法について説明する。
図1は、本発明によるディスプレイ装置の概略的な構造を示す等価回路図であり、図2は、各画素のレイアウトを示す。添付された図面と共に説明される有機発光ディスプレイの特定の構造は、本発明の実施の形態であって本発明の技術的範囲を制限せず、このような本発明は、発明の技術的思想内で多様に実施できる。
ディスプレイ素子1は、ガラスまたはプラスチック基板を基本基板として利用する。
ディスプレイ素子1は、複数の平行なXラインXsと複数の平行なYラインYsとが相互直交する方向に配置されてマトリックス構造を形成する。ZラインZdは、YラインYsに所定間隔をおいて、それに平行に配置される。XラインXs、YラインYs、及びZラインZdにより取り囲まれた領域に各画素が設けられる。
XラインXsは、垂直走査信号が印加される走査ラインであり、YラインYsは、映像信号である水平駆動信号が印加されるデータラインである。XラインXsは、垂直走査回路に連結され、YラインYsは、水平駆動回路に連結される。ZラインZdは、OLED作動のための電源回路に連結される。
各画素は、2個のトランジスタ(thin film transistor:TFT)Q1,Q2と一つのストレージキャパシタCstとを備える。各画素でXラインXsとYラインYsとにスイッチングトランジスタQ1のゲートとソースとが連結され、スイッチングトランジスタQ1のドレインは、駆動トランジスタQ2のゲートに接続される。スイッチングトランジスタQ1の作動により印加される電荷を蓄積して、各画素別情報を保存するストレージキャパシタCstは、駆動トランジスタQ2のゲートとソースとに並列接続される。駆動トランジスタQ2のドレインは、OLEDのアノードが連結される。そして、OLEDのカソードKは、各画素全体が共有する共通電極に対応する。
具体的には、図2を参照すると、図2の上下にデータラインであるYラインYsと電源ラインであるZラインZdとが平行に配置され、これらに直交する方向に走査ラインであるXラインXsが配置される。XラインXsとYラインYsとの交差部分にスイッチングトランジスタQ1が位置し、XラインXsとZラインZdとの交差部の付近には駆動トランジスタQ2が配置される。スイッチングトランジスタQ1と駆動トランジスタQ2との間には、ストレージキャパシタCstが配置される。ストレージキャパシタCstの一側の電極Cst−bは、ZラインZdから延びる部分であり、他の電極Cst−aは、スイッチングトランジスタQ1のドレインQ1d及び駆動トランジスタQ2のゲートQ2gに配線層S1によって連結される。スイッチングトランジスタQ1のゲートQ1gは、XラインXsから延びる部分である。
図3は、図2のA−A’線の断面、すなわちストレージキャパシタCstと駆動トランジスタQ2の横断面を示す。図3を参照すれば、基板11にSiOまたはSiONなどの絶縁物質からなるバッファ層12が形成され、この上にストレージキャパシタCstと駆動トランジスタQ2とが形成される。駆動トランジスタQ2は、バッファ層12上に形成されるソースQ2s及びドレインQ2dを有する多結晶シリコン層p−Siと、その上のSiOによるゲート絶縁層13及びゲートQ2gを備える。駆動トランジスタQ2上には、SiO及びSiNxなどによる第1絶縁層14a及び第2絶縁層14bによるILD層14が形成されている。ILD層14には、多結晶シリコン層p−Siのソース及びドレインを露出するビアホール14’が形成されており、この上に金属性ソース電極Q2se及びドレイン電極Q2deが形成されている。
一方、ストレージキャパシタCstは、ゲートQ2gと同一物質から同時に形成される下部電極Cst−a、上部電極Cst−b、及びそれらの間のILD層14を備える。前記上下部電極の間でILD層14は、本発明の特徴によって駆動トランジスタQ2上のILD層14に比べて薄い。すなわち、本発明は、駆動トランジスタQ2では、ILD層14が電気的絶縁のための十分な厚さを有し、ストレージキャパシタCstでは、ILD層14の厚さを他の部位に比べて薄くすることによって、蓄積容量が増加する。本発明は、ストレージキャパシタCstにおける誘電層の厚さを薄くすることで、ストレージキャパシタCstの容量を増大させてストレージキャパシタのチャージ面積を縮小させ、これによって、一つの画素でのEL発光領域を拡大できる。そして、駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタの領域では、ILD層14の厚さを必要なだけ厚くすることで、電気的な絶縁性を確保する。このために、本発明は、駆動トランジスタ及びスイッチングトランジスタのシリコンp−Si上に2層またはそれ以上の積層を有するILD層14を形成し、ストレージキャパシタ領域では一部層、本実施の形態では第2絶縁層14bにコンタクトホール14’’を形成することによって、上下部の電極Cst−b、Cst−a間の間隔が狭くなる。したがって、このような構造のILD層14を形成するためには、第2絶縁層14b、第1絶縁層14aが互いに異なる物質から形成されて、特定のエッチング条件に対して選択性を有することが必要である。
一方、ストレージキャパシタCstと駆動トランジスタQ2との上には絶縁層16が形成され、ここに駆動トランジスタQ2のドレイン電極Q2deなど、電気的要素に対応するビアホール14’が形成されている。ビアホール14’の上側には、ITOなどの透明性導電物質からなるアノードが形成されており、その一側には絶縁物質からなるバンクが形成されている。前記アノードとバンクとの上には、公知の正孔輸送層、発光層、電子輸送層などを含むOLEDが形成され、その上に金属性カソードが形成されており、カソード上にはカソードを保護するパッシベーション層17が形成されている。上述の説明では、スイッチングトランジスタについては説明されていないが、スイッチングトランジスタは、駆動トランジスタと同時に製作され、シリコン、ゲート絶縁層、ゲート、ILD層、ソース電極、及びドレイン電極のそれぞれが同一物質によって同時に形成される。
前述した構造の電界発光ディスプレイのレイアウトは、実現可能な本発明の具体的な一例であって、このようなレイアウト及びその修正は、本発明の技術的範囲を制限しない。
図4A〜図4Fは、前記のような本発明による電界発光ディスプレイの製造方法を示す工程図であって、各上側の図面は、全単位画素のレイアウトを示し、下側の図面は、図4Aの上側図面のA−B線の断面図であって、ストレージキャパシタと駆動トランジスタとが形成される部分の断面図である。
図4Aに示すように、ガラスまたはプラスチック基板11に公知の方法により多結晶シリコンp−Siを形成した後、フォトレジストマスクPRを利用してソース及び駆動トランジスタの活性層のためのシリコンアイランドを形成する。多結晶シリコンは、非晶質シリコンの形成及びその結晶化過程を通じて得る。フォトレジストマスクPR、及び後述される他のフォトレジストマスクは、次の工程前にまずストリップ(strip)される。
図4Bに示すように、前記シリコンアイランドが形成される基板上にゲート絶縁層(SiO)及びゲート物質としてAlNd合金を順次に蒸着した後、マスクPRを利用しパターニングする。この過程で、スイッチングトランジスタのゲートQ1g及び駆動トランジスタのゲートQ2g及びストレージキャパシタの下部電極Cst−aが得られる。ここで、スイッチングトランジスタQ1のゲートQ1gは、スキャンラインXsと共に形成され、スキャンラインXの一部である。このように、ゲートがパターニングされた後、ゲートに覆われていないシリコンアイランドの露出部分に対して不純物を注入し、熱処理によってドーピング領域を活性化する。
図4Cに示すように、前記基板の全面上に第1絶縁層14a及び第2絶縁層14bを形成してILD層14を得る。第1絶縁層14a及び第2絶縁層14bは、所定のエッチング条件に対して選択性を有する異なる物質から形成される。
第1絶縁層14a及び第2絶縁層14bの物質は、SiO、SiNx、PA(photoacryl)、BCB(Benzocyclobutene)などのうちから選択される。ILD層14は、二つ以上の異なる絶縁層から形成されうる。
図4Dに示すように、第2絶縁層14bで前記シリコンアイランドのソース、ドレイン、及び位置の異なるトランジスタとキャパシタとの電気的連結のためのビアホール14’を形成する。このとき、乾式エッチング法を利用することが望ましい。ILD層14が3層以上の絶縁層からなる場合、開口部(ウィンドウ)は、上から2層またはそれ以上の絶縁層に貫通形成され、いかなる場合でも、ストレージキャパシタの下部電極に直接接触する第1絶縁層14aは、エッチングされずに元の状態を維持する。
図4Eに示すように、前記ストレージキャパシタ領域のコンタクトホール(ウィンドウ)14’’を覆う保護層15を形成した後、ビアホール14’下部の第1絶縁層14aをエッチングしてシリコンアイランドのソースとドレインとの表面を一部露出させる。
図4Fに示すように、保護層15を除去した後、コンタクトホール14’’上にストレージキャパシタCstの上部電極Cst−bと、トランジスタのソース電極Q1s、Q2s及びドレイン電極Q1d、Q2dを形成する。この工程は、一般的に知られたAlNdなどの金属層の形成及び金属層のパターニングによって行われる。
図4Gに示すように、基板11の全面上に絶縁層16を形成した後、駆動トランジスタQ2のドレイン電極Q2deを露出するビアホール16’を形成する。
図4Hに示すように、絶縁層16のビアホール16’上にITOなどの透明導電性物質でアノードを形成する。ここでもアノード物質の蒸着及びそのパターニング過程が実施される。
図4Iに示すように、前記アノードが形成されていない絶縁層16の一側に絶縁物質、例えばPAでバンクを形成した後、一般的な工程を通じて図1〜図3に示された形態の本発明による有機発光ディスプレイが完成する。
前述した製造方法は、本発明によって製造された単結晶シリコンフィルムを利用してTFTを製造する一例であって、多様な変更が可能である。特に、本発明の有機発光ディスプレイ素子及びその製造方法に利用される物質は、有機発光ディスプレイの製造に使われる一般的な物質が使われ、したがって、このような物質の種類によって本発明の技術的範囲が制限されることはない。
このような本願発明の理解を助けるために、いくつかのの模範的の実施の形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施の形態は、単に広い発明を例示し、これを制限しないという点が理解されなければならない。そして、本発明は、図示されて説明された制限された工程および説明に限定されないという点が理解されなければならない。これは、多様な他の修正が当業者に可能であるためである。
本発明は、有機発光ディスプレイ関連の技術分野に好適に用いられる。
本発明の一実施の形態による有機発光ディスプレイの等価回路図である。 図1に示された本発明によるディスプレイの一画素のレイアウトを示す。 本発明によるディスプレイを示す図2のA−A’線の断面図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。 本発明による有機発光ディスプレイの半導体回路部の製造工程図である。
符号の説明
1 ディスプレイ素子、
11 基板、
12 バッファ層、
13 ゲート絶縁層、
14 ILD層、
14’、16’ ビアホール、
14’’ コンタクトホール(ウィンドウ)、
14a 第1絶縁層、
14b 第2絶縁層、
15 保護層、
16 絶縁層、
17 パッシベーション層、
st ストレージキャパシタ、
st−b、Cst−b 電極、
K カソード、
p−Si 多結晶シリコン層、
Q1 スイッチングトランジスタ、
Q1d、Q2d ドレイン、
Q1g、Q2g ゲート、
Q1s、Q2s ソース電極、
Q2 駆動トランジスタ、
Q2se ソース電極、
Q2de ドレイン電極、
S1 配線層、
Xs Xライン、
Ys Yライン、
Zd Zライン。

Claims (12)

  1. 基板に配列される画素ごとに設けられるOLEDと、
    複数のトランジスタ及びストレージキャパシタを備える回路部と、
    複数の絶縁層を有するものであって、前記ストレージキャパシタの両電極の間に位置する第1領域および前記トランジスタなどを覆う第2領域を有するILD層と、を備え、
    前記ILD層の少なくとも一つの絶縁層に下部の他の絶縁層が露出される開口部が形成されて、前記第1領域で前記ILD層の厚さが前記第2領域に比べて薄いことを特徴とする有機発光ディスプレイ。
  2. 前記基板は、ガラス基板とプラスチック基板とのうちいずれか一つの基板であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光ディスプレイ。
  3. 前記複数の絶縁層は、互いに異なる物質から形成されたことを特徴とする請求項1に記載の有機発光ディスプレイ。
  4. 前記ILD層は、第1絶縁層と第2絶縁層とを備えることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の有機発光ディスプレイ。
  5. 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とは、それぞれSiO、SiNx、PA(photo acryl)、BCB(Benzocyclobutene)からなる群から選択された互いに異なるいずれか一つの物質から形成されることを特徴とする請求項4に記載の有機発光ディスプレイ。
  6. 前記複数の絶縁層は、SiO、SiNx、PA、BCBからなる群から選択された互いに異なるいずれか一つの物質から形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機発光ディスプレイ。
  7. 画素ごとに設けられるOLED、複数のトランジスタ、及びストレージキャパシタを備える有機発光ディスプレイを製造する方法において、
    基板上にスイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタの活性層を形成する段階と、
    前記活性層が形成されている前記基板上に絶縁層を形成する段階と、
    前記絶縁層上に金属層を形成した後、これをパターニングして前記各活性層に対応するゲートおよび前記ストレージキャパシタの下部電極を形成する段階と、
    前記ゲートに覆われていない前記活性層の両側部分に不純物を注入して各活性層の両側にソースおよびドレインを形成する段階と、
    前記ゲートおよび下部電極上に複数の絶縁層によってILD層を形成する段階と、
    前記ソース、ドレイン、及びストレージキャパシタの下部電極上の前記ILD層で少なくとも最下部の絶縁層を除く残りの絶縁層をエッチングして開口部を形成する段階と、
    前記ストレージキャパシタの上部の絶縁層上に保護層を形成した後、前記ソースおよびドレインに対応するビアホールを形成する段階と、
    前記ゲート及び前記ILD層上に金属層を形成した後、これをパターニングして前記活性層の各ソースとドレインとに連結される電極、および前記ストレージキャパシタの下部電極に対応する上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする有機発光ディスプレイの製造方法。
  8. 前記基板は、ガラス基板とプラスチック基板とのうちいずれか一つの基板であることを特徴とする請求項7に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
  9. 前記複数の絶縁層は、互いに異なる物質から形成されたことを特徴とする請求項7に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
  10. 前記ILD層は、第1絶縁層と第2絶縁層とを備えることを特徴とする請求項7〜請求項9のうちいずれか一項に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
  11. 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とは、それぞれSiO、SiNx、PA、BCBからなる群から選択された互いに異なるいずれか一つの物質から形成されることを特徴とする請求項10に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
  12. 前記絶縁層は、SiO、SiNx、PA、BCBからなる群から選択された互いに異なるいずれか一つの物質から形成されることを特徴とする請求項7に記載の有機発光ディスプレイの製造方法。
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