JP2009300474A - 有機ｅｌ表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリソグラフィ工程を減らすことによって、作製工程の煩雑さやコストが上昇することを抑制しつつ、電気特性を向上させることが可能な有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板２０１と、ガラス基板２０１上に設けられたＴＦＴ回路２０３と、ＴＦＴ回路２０３の上を平坦化する平坦化膜２０６と、平坦化膜２０６の上に形成された第１電極２０８とを有する。平坦化膜２０６に設けられたコンタクトホール部２０７を介してＴＦＴ回路２０３のドレイン配線２０４と第１電極２０８とが接続されている。コンタクトホール部２０７において、複数の導電性の凸構造が平坦化膜２０６の中に設けられており、この凸構造によって、ＴＦＴ回路２０３のドレイン配線２０４と第１電極２０８とが接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、薄膜トランジスタを有する有機ＥＬ表示装置に関するものである。

近年、フラットパネル表示装置として、自発光型表示装置である有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）表示装置が注目されている。有機ＥＬ表示装置は、駆動方式により、パッシブ（単純マトリックス）方式と、アクティブ（アクティブマトリックス）方式の２種類がある。この中でも、アクティブ方式の方が、大画面で高精細な表示が可能であることから、アクティブ方式の開発が盛んに行われている。

アクティブ方式の有機ＥＬ表示装置では、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）回路を使用するのが一般的である。ＴＦＴ回路を使用した有機ＥＬ表示装置では、光取り出し方向の違いによりトップエミッション型とボトムエミッション型とに分かれるが、画素開口率の大きさから、トップエミッション型が優れている。

図４を参照して、一般的なトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置を説明する。図４は、一般的なトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の模式図である。なお、図４において、４０１はガラス基板、４０２はＴＦＴ回路用の平坦化膜、４０３はＴＦＴ回路、４０４はドレイン配線、４０５はＴＦＴ回路用のパッシベーション層、４０６は平坦化膜をそれぞれ示す。また、図４において、４０７はコンタクトホール、４０８は第１電極、４０９は素子分離膜、４１０は有機ＥＬ層、４１１は第２電極、４１２はカバーガラスをそれぞれ示す。

一般的なトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置は、各画素を分離する目的で、各画素の周囲に配置される絶縁層（以下、素子分離膜と称する）と、基板上に形成されるＴＦＴ回路による凹凸を平坦化するための絶縁層（以下、平坦化膜と称する）を有している。ここで、上記の二種類の絶縁層は、具体的には、図４で示されるＴＦＴ回路用の平坦化膜４０２及び画素分離膜４０９である。また、素子分離膜４０９は有機ＥＬ層４１０に直接、接しており、平坦化膜４０６は、ＴＦＴ回路４０３上以外にも有機ＥＬ素子の基板４０１をすべて覆っている構成である。そして、ＴＦＴ回路４０３から第１電極４０８へ電力を供給するために、絶縁層である平坦化膜４０６にコンタクトホール４０７が形成される。

しかし、このような素子構成では、以下の問題がある。

すなわち、このコンタクトホール４０７に対して、平坦化膜４０６の深さ方向に平坦化膜４０６の厚さ分の凹凸が発生する問題である。これは、その後の有機ＥＬ材料を積層する際に、均一な膜厚で成膜することができないばかりか、第１電極４０８に第２電極４１１が接触し、電気的に短絡してしまう。この電気的な短絡により、その短絡部分に集中して電流が流れてしまい、有機ＥＬ層４１０に電流が流れなくなる結果、発光しなくなり表示特性を悪くするという問題が生じる。

そこで、第１電極４０８の形成後に、コンタクトホール４０７に絶縁体からなる保護層を形成することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−３１２２２３号公報

上述した特許文献１に記載された技術では、コンタクトホール４０７における凹凸を低減することは可能である。しかし、平坦化層のフォトリソグラフィー工程に加えて、保護層のフォトリソグラフィー工程が必要であるため、作製工程が煩雑となると共に、コストが高くなるという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、フォトリソグラフィー工程を減らすことによって、作製工程の煩雑さやコストが上昇することを抑制しつつ、電気特性を向上させることが可能な有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供することである。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、上述した課題を解決するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板と、前記基板上に設けられた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上を平坦化する平坦化絶縁層と、前記平坦化絶縁層の上に形成された導電層とを有している。また、前記平坦化絶縁層に設けられた開口部を介して前記薄膜トランジスタの主電極と前記導電層とが接続されている。そして、前記開口部において、複数の導電性の凸構造が前記平坦化絶縁層の中に設けられており、前記凸構造によって、前記薄膜トランジスタの主電極と前記導電層とが接続されている。

本発明の有機ＥＬ表示装置によれば、作製工程の煩雑さをなくすと共に、コストの上昇を抑制しつつ、電気特性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の有機ＥＬ表示装置及びその製造方法の実施形態を説明する。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板（ガラス基板）と、基板上に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ回路）と、薄膜トランジスタの上を平坦化する平坦化絶縁層（平坦化膜）と、平坦化絶縁層の上に形成された導電層（第１電極）とを有している。本発明において、有機ＥＬ表示装置とは、例えば、有機ＥＬ表示装置である。また、平坦化絶縁層に設けられた開口部（コンタクトホール）を介して薄膜トランジスタの主電極（ドレイン配線）と導電層とが接続されている。そして、開口部において、複数の導電性の凸構造（凹凸パターン）が平坦化絶縁層の中に設けられており、凸構造によって、薄膜トランジスタの主電極と導電層とが接続されている。

このような有機ＥＬ表示装置では、開口部において、凸構造または平坦化絶縁層に設けられた傾斜部の角度の最大値は、５°以上２０°以下であることが好ましい。また、平坦化絶縁層は、窒化珪素または酸化珪素を主成分とする層とすることが可能である。また、薄膜トランジスタと、導電層とを含むユニットが基板面内に複数形成されており、各ユニットは表示装置の画素（画素領域）を構成することが可能である。各ユニットは、導電層（第１電極）と、導電層の上に形成された有機発光層（有機ＥＬ層）と、有機発光層の上に形成された導電層（第２電極）と、を有する有機発光素子を含んで構成することが可能である。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法は、以下の４つの工程を含んでいる。第１の工程は、薄膜トランジスタの主電極の上に複数の導電性の凸構造を形成する工程である。第２の工程は、基板の上に、薄膜トランジスタ及び凸構造を覆って平坦化絶縁層を形成する工程である。第３の工程は、基板上の面を一様にエッチングし、凸構造の上に設けられている平坦化絶縁層を取り除く工程である。第４の工程は、平坦化絶縁層が取り除かれた凸構造の上に導電層を形成する工程である。ここで、第２の工程において、真空紫外光気相成長法を採用することが可能である。

以下、本発明の有機ＥＬ表示装置について、図面を参照しながら説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の作製方法を示す模式図、図２は本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の模式的断面図である。なお、特に明示しない限り、本文中での方向は、図面での方向と一致する。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置は、図２に示すように、ガラス基板２０１上にＴＦＴ回路２０３が、さらにＴＦＴ回路用の平坦化膜２０２が積層されている。そして平坦化膜２０２上に、ＴＦＴ回路用のパッシベーション層２０５を積層してドレイン回路部上を開口し、その開口部にドレイン配線２０４が形成されている。そして、平坦化膜２０６が積層され、ドレイン配線２０４と第１電極２０８とをコンタクトホール２０７で接続する。第１電極２０８の端部を覆いかつ第１電極２０８の周囲に素子分離膜（またはバンクとも称する）２０９を形成する。有機ＥＬ層２１０は、第１電極２０８上に接し、かつ素子分離膜２０９に跨って連続して形成されており、さらに、有機ＥＬ層２１０上に第２電極２１１が形成されている。そして、カバーガラス２１２を上面に形成する。第１電極２０８が存在する領域で、かつ発光する領域を画素領域とする。

本発明の第１の特徴は、コンタクトホール２０７上に導電性を有する材料（導電性材料）による微細な凸凹パターンを設けることである。また、第２の特徴は、この微細な凹凸パターンを形成した後に平坦化膜２０２を形成し、その際に、凸部上面の平坦化膜２０２の厚さを、凹部の平坦化膜２０２の厚さよりも薄くすることができる作製方法である。

まず、図３を参照して、第１の特徴である微細な凹凸パターンについて説明する。

図３（ａ）は、有機ＥＬ表示装置においてコンタクトホール部を拡大した断面模式図で、図３（ｂ）は、有機ＥＬ表示装置を上面から見た状態で、コンタクトホール部を拡大した模式である。

第１の特徴である微細な凹凸パターンの形状は、四角柱や六角柱などの多面体、四角錐や円錐などの錐体、円柱などからなる。図３（ｂ）に示すように、形状の幅３１、形状のギャップ３２、形状の高さ３３に関して、第２の特徴である凸部上面の平坦化膜の厚さが凹部の平坦化膜の厚さより薄くなるように最適化する必要がある。ここで、作製方法等により最適な値が変わるが、形状の幅が短くなる程、形状の高さが小さくなる程、形状のギャップが狭くなる程、実現可能性が高まる。

また、微細凹凸パターンの深さとしては、１０ｎｍ〜１ｕｍであることが好ましい。図３（ａ）に示す例では、微細凹凸パターンがコンタクトホール１０７のドレイン配線２０４から第１電極２０８（図２参照）まで形成されているが（平坦化膜の厚さ＝符号３３）、途中から凹凸パターンが形成されていてもよい（平坦化膜の厚さ＞符号３３）。

また、凸部上面の高さ（符号３３）と平坦化膜の高さが一致していることが好ましいが、必ずしも一致しなくてもよい。ただし、一致していない場合は、図３（ａ）に示すように、平坦化膜が凹凸パターンに対しテーパー形状で接していることが好ましい。そして、このテーパーの角度（図３（ａ）中のθ）は、最大で５〜２０°であることが好ましい。これ以上の角度であると、有機ＥＬ層を蒸着法により形成する際に、テーパー上部の膜厚が薄くなって画素全体の発光強度に分布が生じたり、図２中の第１電極２０８と第２電極２１１が短絡して発光しなくなったりする恐れがあるためである。したがって、少なくとも画素領域の直下にある凹凸パターンに対するテーパー形状の角度は、最大で５〜２０°であることが好ましい。

また、図３（ｂ）における方向においても、図３（ａ）中に対応（ｘ方向）する形状の幅３１、形状のギャップ３２以外に、ｙ方向の形状の幅３４、形状のギャップ３５が存在する。これらに関しても、第２の特徴である凸部上面の平坦化膜の厚さが凹部の平坦化膜の厚さより薄くなるように最適化する必要があり、各値は作製方法等により最適な値が変わる。また、ｙ方向のギャップ３５が「０」、すなわちｙ方向に凸部が１つのみ存在する形態であってもよい。

次に、図１を参照して、第２の特徴を説明する。上述したように、第２の特徴は、微細な凹凸パターンを形成した後に平坦化膜を形成し、凸部上面の平坦化膜の厚さを、凹部の平坦化膜の厚さより薄くする作製方法である。

図１（ａ）は、ＴＦＴ回路の作製工程を示す断面模式図である。

図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０１上にＴＦＴ回路１０３が、さらにＴＦＴ回路用の平坦化膜１０２が積層されている。そして、平坦化膜１０２上にＴＦＴ回路用のパッシベーション層１０５を積層してドレイン回路部上を開口し、その開口部にドレイン配線１０４が形成されている。これらの作製方法は公知の作製方法でよく、特に限定するものではない。

図２（ｂ）は、コンタクトホールの作製工程を示す断面模式図である。

コンタクトホール１０７の作製方法としては、印刷法、フォトリソグラフィー法などを挙げることができる。印刷法としては、凸版印刷法、孔版印刷法、平板印刷法、凹版印刷法、電子写真印刷法、イオノグラフィ印刷法、インクジェット印刷法、感熱転写印刷法などを挙げることができる。

また、微細な凹凸パターンは、導電性を有する材料からなる。導電性を有する材料としては、アルミ、チタン、銀、亜鉛、クロム等の金属、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。さらに、導電性を有する材料としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンなど導電性高分子を挙げることができる。

なお、コンタクトホール１０７の全体の幅は、５００ｎｍ〜１０ｕｍであることが好ましい。形状としては、四角形、台形、三角形などの多角形や円、楕円等を挙げることができる。

図１（ｃ）は、平坦化膜の作製工程を示す断面模式図である。

ここでは、平坦化膜１０６の形成時に、先に形成した微細な凹凸パターンの凸部における平坦化膜１０６の膜厚が、凸部以外の部分と比べて薄くなることが必須となる。この作製方法として、真空紫外光気相成長法などの化学気相成長法、真空蒸着法、インクジェット方式等の塗布法、スピンコーティング法のコーティング法などを挙げることができる。なお、真空紫外光気相成長法とは、ＶＵＶ−ＣＶＤ：Ｖａｃｕｕｍ−Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎのことである。平坦化膜１０６として使用できる材料としては、窒化ケイ素、酸化ケイ素等の無機酸化物、ポリイミドやアクリル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエステルなどの有機樹脂などを挙げることができる。これらは、上記作製方法により作製された平坦化膜１０６の材料であり、作製時は平坦化膜１０６として使用できる材料の原料を使用してもよい。具体的な一例を示すと、平坦化膜１０６の材料として酸化ケイ素を選択し、ＶＵＶ−ＣＶＤ法により作製する場合、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素を含むガスが用いられる。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）で形成された平坦化膜をエッチングして、微細な凹凸パターンの凸部上面を露出する工程を示す断面模式図である。

エッチング方法としては、湿式と乾式を挙げることができる。エッチング領域は、平坦化膜１０６が存在する領域全面であることが生産プロセスの容易性から好ましいが、マスク等により微細な凹凸パターンの凸部以外を遮蔽し、凸部のみをエッチングしてもよい。

図１（ｅ）は、第１電極や素子分離膜を形成する工程を示す断面模式図である。

第１電極１０８の材料としては、アルミ、チタン、銀、亜鉛、クロム等の金属、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等の金属酸化物を挙げることができる。さらに、第１電極１０８の材料としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンなど導電性高分子等を挙げることができる。これらは、蒸着法等により成膜された後にフォトリソグラフィー法を用いてパターニングする方法、印刷法などにより直接描画する方法等により作製される。素子分離膜１０９については、平坦化膜１０６と同じ材料群と作製方法から適宜選択される。

以上説明したように、本発明では、平坦化膜１０６に用いる材料が感光性材料である必要がないため、汎用な材料を用いることができる。これにより、材料コストの低減が可能となる。さらに、作製方法においてもフォトリソ工程が必要でなくなり、製造コストの低減が可能となる。

以下、本発明の有機ＥＬ表示装置を製造するためのより具体的な方法について、実施例として説明する。

［実施例１］
実施例１として、図２に示す構造を有する有機ＥＬ表示装置を作製した。

実施例１では、ガラス基板上にＴＦＴ回路を形成し、ＴＦＴ回路のパッシベーション層として窒化ケイ素の薄膜をＣＶＤ法により形成する。さらに、レジストをパッシベーション層上に塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてコンタクトホールのみ除去した保護層を形成する。ドライエッチング法によりコンタクトホールのパッシベーション層を除去してドレイン配線を露出する。

次に、アルミニウムをスパッタ法により蒸着し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングし、エッチングした後、保護層を除去することにより、微細な凸部のコンタクトホールが形成される。

その後、窒化ケイ素の薄膜をＶＵＶ−ＣＶＤ法により蒸着した後、微細な凸部が表面に現れるまで、この蒸着膜を乾式エッチングすることにより、凹凸パターンに対しテーパー形状（テーパー角度が最大２０°である）を有する平坦化膜が形成される。

次に、アルミニウムを厚さ２００ｎｍになるようにスパッタ法により蒸着し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングし、エッチングした後、保護層を除去することにより、反射層が形成される。さらに、アルミニウムを覆うようにして、ＩＴＯを厚さ１００ｎｍとなるようにスパッタ法により蒸着し、第１電極とする。その後、ポリイミドレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングし、エッチングすることで素子分離膜を形成して、ＴＦＴ基板を作製する。

次に、真空度１０^-5Ｐａ下で、第１電極上にホール輸送層、発光層（緑色）、電子輸送層、電子注入層の順で積層形成する。そして、その上層に、ＩＺＯからなる厚さ２００ｎｍの第２電極層をスパッタ法により成膜する。その後、周囲にＵＶ硬化型シール剤を配設すると共に、その内周に水分を吸収するための乾燥剤を塗布したカバーガラスを、ＴＦＴ基板に貼り合せ、紫外線を６分照射して紫外線硬化させて、有機ＥＬ表示装置を作製する。

［実施例２］
実施例２は、パッシベーション層として窒化ケイ素の薄膜を形成するまでは、実施例１と同じ作製法にて作製した。続いて、スパッタ法を用いて、銅やシリコンを添加したアルミ合金膜を形成し、さらに常圧ＣＶＤ法でＰＳＧ膜を形成する。次に、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、ＰＳＧ膜及びアルミ合金膜を、微細な凹凸パターンに形成する。しかる後、基板温度３５０℃〜４００℃，ＴＥＯＳ流量２０ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの条件で、常圧化学気相成長装置を用いて酸化珪素の平坦化膜を形成する。この作製方法により、微細な凹凸パターン以外の部分を厚く、微細な凹凸パターン上は薄い酸化珪素からなる平坦化膜を形成することができる。その後、アルミ合金膜が露出するまで乾式エッチングを行うことにより、凹凸パターンに対しテーパー形状（テーパー角度が最大２０°である）を有する平坦化膜が形成される。

その後は、実施例１と同じ工程を行い、有機ＥＬ表示装置を作製する。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、アクティブマトリクス等で駆動する有機ＥＬ表示装置に適用することができる。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の作製方法を示す模式図。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の模式的断面図。 本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置のコンタクトホール部を拡大した模式図で、（ａ）は断面模式図、（ｂ）は上から見た状態の模式図。 一般的なトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の模式図。

符号の説明

１０１ ガラス基板
１０２ ＴＦＴ回路用の平坦化膜
１０３ ＴＦＴ回路
１０４ ドレイン配線
１０５ ＴＦＴ回路用のパッシベーション層
１０６ 平坦化膜
１０７ コンタクトホール
１０８ 第１電極
１０９ 素子分離膜
２０１ ガラス基板
２０２ ＴＦＴ回路用の平坦化膜
２０３ ＴＦＴ回路
２０４ ドレイン配線
２０５ ＴＦＴ回路用のパッシベーション層
２０６ 平坦化膜
２０７ コンタクトホール
２０８ 第１電極
２０９ 素子分離膜
２１０ 有機ＥＬ層
２１１ 第２電極
２１２ カバーガラス
３１ 形状の幅
３２ 形状のギャップ
３３ 形状の高さ
３４ ｘ方向の形状の幅
３５ ｙ方向の形状のギャップ
４０１ ガラス基板
４０２ ＴＦＴ回路用の平坦化膜
４０３ ＴＦＴ回路
４０４ ドレイン配線
４０５ ＴＦＴ回路用のパッシベーション層
４０６ 平坦化膜
４０７ コンタクトホール
４０８ 第１電極
４０９ 素子分離膜
４１０ 有機ＥＬ層
４１１ 第２電極
４１２ カバーガラス

Claims (7)

1. 基板と、前記基板上に設けられた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上を平坦化する平坦化絶縁層と、前記平坦化絶縁層の上に形成された導電層とを有し、
   前記平坦化絶縁層に設けられた開口部を介して前記薄膜トランジスタの主電極と前記導電層とが接続されている有機ＥＬ表示装置において、
   前記開口部において、複数の導電性の凸構造が前記平坦化絶縁層の中に設けられており、
   前記凸構造によって、前記薄膜トランジスタの主電極と前記導電層とが接続されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記開口部において、前記凸構造または前記平坦化絶縁層に設けられた傾斜部の角度の最大値は、５°以上２０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記平坦化絶縁層は、窒化珪素または酸化珪素を主成分とする層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記薄膜トランジスタと、前記導電層とを含むユニットが前記基板面内に複数形成されており、各ユニットは表示装置の画素を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 前記ユニットは、前記導電層と、前記導電層の上に形成された有機発光層と、前記有機発光層の上に形成された導電層と、を有する有機発光素子を含むことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置。
6. 基板と、前記基板上に設けられた薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上を平坦化する平坦化絶縁層と、前記平坦化絶縁層の上に形成された導電層とを有し、
   前記平坦化絶縁層に設けられた開口部を介して前記薄膜トランジスタの主電極と前記導電層とが接続されている有機ＥＬ表示装置の製造方法において、
   前記薄膜トランジスタの前記主電極の上に複数の導電性の凸構造を形成する工程と、
   前記基板の上に、前記薄膜トランジスタ及び前記凸構造を覆って平坦化絶縁層を形成する工程と、
   前記基板上の面を一様にエッチングし、前記凸構造の上に設けられている前記平坦化絶縁層を取り除く工程と、
   前記平坦化絶縁層が取り除かれた前記凸構造の上に導電層を形成する工程と、を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
7. 前記平坦化絶縁層を形成する工程は、真空紫外光気相成長法であることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ表示装置の製造方法。

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