JP2013125746A - 有機電界発光表示素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】視野角特性を向上させる光学補償層を形成する際における水素の浸透による薄膜トランジスタの劣化を防止することのできる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】有機電界発光表示素子は、複数の画素を含む第１基板１６及び第２基板５０と、第１基板１６の各画素に形成された薄膜トランジスタと、前記各画素に形成されたカラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂと、カラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に形成された絶縁層２６と、絶縁層２６上に形成され、水素非含有物質からなる光学補償層２７と、前記各画素の光学補償層２７上に形成された画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ上に形成されて発光する有機発光部２３と、有機発光部２３上に形成された共通電極２５とを含む。
【選択図】図２
【解決手段】有機電界発光表示素子は、複数の画素を含む第１基板１６及び第２基板５０と、第１基板１６の各画素に形成された薄膜トランジスタと、前記各画素に形成されたカラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂと、カラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に形成された絶縁層２６と、絶縁層２６上に形成され、水素非含有物質からなる光学補償層２７と、前記各画素の光学補償層２７上に形成された画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ上に形成されて発光する有機発光部２３と、有機発光部２３上に形成された共通電極２５とを含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、有機電界発光表示素子に関し、特に、色視野角を改善することのできる有機電界発光表示素子及びその製造方法に関する。
近年、共役高分子の１つであるポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）を用いた有機電界発光素子が開発されるにつれて、導電性を有する共役高分子などの有機物に関する研究が盛んに行われている。また、導電性を有する共役高分子などの有機物を薄膜トランジスタ、センサ、レーザ、光電素子などに応用するための研究も継続して行われており、とりわけ有機電界発光表示素子に関する研究が最も盛んに行われている。
燐光物質系無機物からなる電界発光素子の場合、交流２００Ｖ以上の作動電圧を必要とし、素子製造工程が真空蒸着により行われるため、大型化が難しく、特に青色発光が難しいだけでなく、製造コストが高いという欠点があった。それに対して、有機物からなる電界発光素子は、優れた発光効率、大面積化の容易性、及び工程の簡便性を有し、特に青色発光が容易に得られ、折り曲げ可能な電界発光素子を開発できるという利点などにより、次世代表示装置として脚光を浴びている。
現在は、液晶表示装置と同様に各画素に能動型駆動素子を備えたアクティブマトリクス有機電界発光表示素子が、フラットパネルディスプレイとして盛んに研究されている。特に、近年は、カラーを実現するためのカラーフィルタ層を薄膜トランジスタが形成される基板に形成し、発光部から発光した光がカラーフィルタ層を透過することによりカラーを表示するようにしている。
しかし、このようなＣＯＴ（Color Filter on TFT）構造の有機電界発光表示素子においては、視野方向によって色変換が生じて視野角が狭くなるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、光学補償層を形成して視野角特性を向上させることのできる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を目的とする。
本発明の他の目的は、光学補償層を水素非含有ガス雰囲気で形成して、光学補償層を形成する際における薄膜トランジスタのチャネル層への水素の浸透による薄膜トランジスタの劣化を防止することのできる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ある。
本発明のさらに他の目的は、光学補償層に異物排出用孔を形成して、真空キュア（vacuum cure）時に異物を円滑に排出することのできる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ある。
上記目的を達成するために、本発明による有機電界発光表示素子は、複数の画素を含む第１基板及び第２基板と、前記第１基板上に形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを含む前記第１基板上に形成された第１絶縁層と、画素領域における前記第１絶縁層上に形成されたカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層を含む前記第１基板上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成され、水素非含有物質からなる光学補償層であって、前記薄膜トランジスタのドレインのパッドに接した光学補償層と、前記各画素領域における前記光学補償層上に形成された画素電極と、前記画素電極上に形成されて発光する有機発光部と、前記有機発光部上に形成された共通電極とを含む。
前記光学補償層は、屈折率１．５〜２．７のＳｉＮｘ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、又はＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などで形成される。前記ＳｉＮｘは、１５００〜２０００Åの厚さで積層される。前記光学補償層には複数の孔が形成されており、真空キュア時に異物を排出する。
また、本発明による有機電界発光表示素子の製造方法は、複数の画素を含む第１基板及び第２基板を準備する段階と、前記第１基板の各画素に薄膜トランジスタを形成する段階と、前記薄膜トランジスタを含む前記第１基板上に第１絶縁層を形成する段階と、画素領域における前記第１絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と、前記カラーフィルタ層を含む前記第１基板上に第２絶縁層を形成する段階と、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガス雰囲気でＳｉＮｘからなるとともに水素非含有物質からなる光学補償層を前記第２絶縁層上に形成する段階であって、前記光学補償層は前記薄膜トランジスタのドレインのパッドに接する段階と、前記各画素領域における前記光学補償層上に画素電極を形成する段階と、前記光学補償層上に光を発光する有機発光部を形成する段階と、前記有機発光部上に共通電極を形成する段階と、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる段階とを含む。
本発明による有機電界発光表示素子の製造方法は、ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス雰囲気でＳｉＮｘ層を形成する段階をさらに含み、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガス雰囲気及びＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス雰囲気に交互に切り替えてＳｉＮｘ層を形成する。
本発明による有機電界発光表示素子の製造方法は、前記光学補償層をエッチングして複数の孔を形成する段階をさらに含む。
本発明による有機電界発光表示素子の製造方法は、前記画素電極を形成する段階の後に、形成された層を所定時間の間真空状態で真空キュアして、前記形成された層に含まれる異物を前記孔から排出する段階をさらに含む。
前記光学補償層は、屈折率１．５〜２．７の透明物質からなる。
本発明においては次のような効果が得られる。
第一に、本発明においては、１．５〜２．７の屈折率を有する透明な光学補償層を形成することにより、視野角特性を向上させることができる。
第二に、本発明においては、前記光学補償層を水素非含有ガス雰囲気で形成することにより、前記光学補償層を形成する際に薄膜トランジスタのチャネル層に水素が浸透することを防止することができ、水素の浸透による薄膜トランジスタの劣化を防止することができる。
第三に、本発明においては、前記光学補償層に異物排出用孔を形成して真空キュア時に異物を円滑に排出することにより、異物による不良を防止することができる。
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明による有機電界発光表示素子の等価回路図である。図１に示すように、本発明による有機電界発光表示素子１は、縦横に交差するゲートラインＧ及びデータラインＤにより定義される複数の画素からなり、各画素内にはパワーラインＰがデータラインＤと平行に配列されている。
各画素内には、スイッチング薄膜トランジスタＴｓ、駆動薄膜トランジスタＴｄ、キャパシタＣ、及び発光素子Ｅが備えられる。スイッチング薄膜トランジスタＴｓのゲート電極はゲートラインＧに接続され、スイッチング薄膜トランジスタＴｓのソース電極はデータラインＤに接続され、スイッチング薄膜トランジスタＴｓのドレイン電極は駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極に接続されている。また、駆動薄膜トランジスタＴｄのソース電極はパワーラインＰに接続され、駆動薄膜トランジスタＴｄのドレイン電極は発光素子Ｅに接続されている。
このような構成の有機電界発光表示素子１においては、走査信号がゲートラインＧに入力されることにより、スイッチング薄膜トランジスタＴｓのゲート電極に信号が供給されて、スイッチング薄膜トランジスタＴｓが駆動される。そして、スイッチング薄膜トランジスタＴｓが駆動されることにより、データラインＤに入力されるデータ信号がソース電極及びドレイン電極を介して駆動薄膜トランジスタＴｄのゲート電極に入力されて、駆動薄膜トランジスタＴｄが駆動される。
このとき、パワーラインＰには電流が流れ、駆動薄膜トランジスタＴｄが駆動されることにより、パワーラインＰの電流がソース電極及びドレイン電極を介して発光素子Ｅに供給される。ここで、駆動薄膜トランジスタＴｄを介して出力される電流の大きさは、ゲート電極とドレイン電極間の電圧によって変化する。
発光素子Ｅは、有機発光素子であって、駆動薄膜トランジスタＴｄを介して電流が入力されることにより発光して画像を表示する。ここで、発光する光の強さは供給される電流の強さによって変化するので、電流の強さを調節することにより光の強さを調節することができる。
図２は、本発明の第１の実施の形態による有機電界発光表示素子の構造を示す断面図である。同図を参照して本発明の第１の実施の形態による有機電界発光表示素子の構造を説明する。
図２に示すように、本発明の第１の実施の形態による有機電界発光表示素子は、赤色光を出力するＲ画素、緑色光を出力するＧ画素、及び青色光を出力するＢ画素からなる。図示していないが、本発明による有機電界発光表示素子は、白色光を出力するＷ画素を含んでもよい。この場合、Ｗ画素から白色光を出力することにより、有機電界発光表示素子の全体輝度を向上させることができる。
Ｒ、Ｇ、Ｂ画素にはそれぞれカラーフィルタ層が形成されており、有機発光部から出力される白色光を特定のカラーの光にして出力するが、Ｗ画素を含む場合、Ｗ画素は、カラーフィルタ層を必要とせず、発光した白色光をそのまま出力する。
図２に示すように、ガラスやプラスチックなどの透明物質からなる第１基板１６はＲ、Ｇ、Ｂ画素に分けられ、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素にはそれぞれ駆動薄膜トランジスタが形成されている。
前記駆動薄膜トランジスタは、第１基板１６上のＲ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれ形成されたゲート電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、ゲート電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ上に形成された半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと、半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ上に形成されたソース電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ及びドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂとからなる。図示していないが、半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの上面の一部にはエッチングストッパが形成されており、ソース電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ及びドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂのエッチング工程中に半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂがエッチングされることを防止するようにしてもよい。
ゲート電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＡｌ合金などの金属で形成してもよい。また、ゲート絶縁層２２は、ＳｉＯ２やＳｉＮｘなどの無機絶縁物質からなる単一層でもよく、ＳｉＯ２及びＳｉＮｘからなる二重層でもよい。半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、結晶質半導体、ＩＧＺＯ（Indium Gallium Zinc Oxide）などの透明酸化物半導体、又は有機物半導体で形成してもよい。また、ソース電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ及びドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＡｌ合金などの金属で形成してもよい。
前記駆動薄膜トランジスタが形成された第１基板１６には第１絶縁層２４が形成される。第１絶縁層２４は、ＳｉＯ２などの無機絶縁物質を用いて約４５００Åの厚さで形成してもよい。第１絶縁層２４上のＲ、Ｇ、Ｂ画素には、それぞれＲカラーフィルタ層１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｂが形成される。
Ｒカラーフィルタ層１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｂ上には第２絶縁層２６が形成される。第２絶縁層２６は、第１基板１１６平坦化するためのオーバーコート層であり、フォトアクリルなどの有機絶縁物質を用いて約３μｍの厚さで形成してもよい。
第２絶縁層２６上には光学補償層２７が形成される。光学補償層２７は、カラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂに入力される光を屈折させて光の視野角特性を向上させるためのものであり、屈折率１．５〜２．７のＳｉＮｘ層を１５００〜２０００Åの厚さで積層することにより形成してもよい。光学補償層２７は、ＳｉＮｘ層に限定されるものではなく、屈折率１．５〜２．７の透明物質であればいかなる物質でも使用可能である。例えば、透明なＩＴＯやＩＺＯを使用して光学補償層２７を形成してもよい。ここで、光学補償層２７は、第１基板１６全体にわたって形成されるので、ＩＴＯやＩＺＯの組成比を調節して電気伝導度を最小限に抑えることで導電性を除去することが好ましい。
ここで、光学補償層２７は、水素を含有しない層であり、例えば光学補償層２７としてＳｉＮｘ層を形成する際に、水素を含まない雰囲気で形成することにより、薄膜トランジスタのチャネル層に水素が浸透して薄膜トランジスタが劣化することを防止することができる。
光学補償層２７上のＲ、Ｇ、Ｂ画素にはそれぞれ画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが形成される。このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれ形成された駆動薄膜トランジスタのドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの上部の第１絶縁層２４及び第２絶縁層２６にはコンタクトホール２９（図３Ｄ参照）が形成されており、光学補償層２７及び画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂがコンタクトホール２９に形成され、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ露出した駆動薄膜トランジスタのドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと電気的に接続される。
また、第２絶縁層２６上の各画素境界領域にはバンク層（bank layer）２８が形成される。バンク層２８は、一種の隔壁であり、各画素を区画して隣接する画素から出力される特定のカラーの光が混合されて出力されることを防止するためのものである。また、バンク層２８は、コンタクトホール２９の一部を埋めて段差を減少させ、その結果、有機発光部２３を形成する際に、過度な段差により有機発光部２３に不良が発生することを防止する。
画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明な酸化金属物質からなるが、本発明においては、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢをそれぞれのＲ、Ｇ、Ｂ画素に約５００Åの厚さで形成してもよい。
画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは光学補償層２７に直接接触する。従って、光学補償層２７をＩＴＯやＩＺＯで形成した場合、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに供給される信号が第１基板１６全体にわたって供給されるので、光学補償層２７のＩＴＯやＩＺＯは、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢのＩＴＯやＩＺＯに比べて電気伝導度をはるかに低くする。
有機発光部２３は、白色光を発光する白色有機発光層を含む。前記白色有機発光層は、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光をそれぞれ発光する複数の有機物質を混合して形成してもよく、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光をそれぞれ発光する複数の発光層を積層して形成してもよい。図示していないが、有機発光部２３には、有機発光層に加えて、有機発光層にそれぞれ電子及び正孔を注入する電子注入層及び正孔注入層、並びに有機発光層にそれぞれ電子及び正孔を輸送する電子輸送層及び正孔輸送層が形成されてもよい。
有機発光部２３上には、第１基板１６全体にわたって共通電極２５が形成される。共通電極２５は、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇなどからなる。
ここで、共通電極２５は有機発光部２３のカソードであり、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは有機発光部２３のアノードであり、共通電極２５と画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに電圧が印加されると、共通電極２５からは有機発光部２３に電子が注入され、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからは有機発光部２３に正孔が注入されることにより、有機発光層内に励起子が生成され、その励起子が消滅すると、有機発光層のＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）とＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）のエネルギー差に相当する光が発生し、外部（図２の第１基板１６側）に発散する。このとき、有機発光層に含まれるＲ、Ｇ、Ｂ発光層からそれぞれ赤色光、緑色光、青色光が発光し、これらの光が混合されて白色光が発散する。そして、発散した白色光は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを透過し、該当画素に対応するカラーの光のみが出力される。
共通電極２５上に接着剤が塗布されて接着層４２が形成され、接着層４２上に第２基板５０が配置され、接着層４２により第２基板５０が第１基板１６に貼り付けられる。
前記接着剤としては、接着力、耐熱性、及び耐水性に優れた物質であればいかなる物質でも使用可能であるが、本発明においては、主にエポキシ系化合物、アクリレート系化合物、又はアクリル系ゴムなどの熱硬化性樹脂を使用する。ここで、接着層４２は、約５〜１００μｍの厚さで塗布され、約８０〜１７０度の温度で硬化する。接着層４２は、第１基板１６と第２基板５０とを貼り合わせる役割を果たすだけでなく、前記有機電界発光表示素子の内部に水分が浸透することを防止するための封止剤の役割も果たす。つまり、本発明の詳細な説明においては符号４２を接着層という用語で表現するが、これは説明の便宜のためであり、当該接着層を封止層と表現してもよい。
第２基板５０は、接着層４２を封止するための封止キャップ（encapsulation cap）であって、ＰＳ（Polystyrene）フィルム、ＰＥ（Polyethylene）フィルム、ＰＥＮ（Polyethylene Naphthalate）フィルム、又はＰＩ（Polyimide）フィルムなどの保護フィルムからなるようにしてもよい。また、第２基板５０としては、ガラスやプラスチックを使用してもよく、第１基板１６に形成された構成物を保護できればいかなる物質でも使用可能である。
図示していないが、前記有機電界発光表示素子の外郭領域における第１基板１６と第２基板５０との間には、共通電極２５に共通電圧を供給する補助電極が形成されてもよい。
前述したように、本発明においては、有機発光部２３の下部に光学補償層２７を形成することにより、有機発光部２３からＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂに入射する白色光を補償し、視野角特性を向上させる。
ここで、光学補償層２７は、水素非含有層からなるため、光学補償層２７を形成する際に薄膜トランジスタのチャネル層に水素が浸透して薄膜トランジスタが劣化することを防止することができる。
以下、このような構造の本発明の第１の実施の形態による有機電界発光表示素子の製造方法を説明する。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の第１の実施の形態による有機電界発光表示素子の製造方法を示す図である。
まず、図３Ａに示すように、ガラスやプラスチックなどの透明物質からなる第１基板１６を準備し、その上にＣｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＡｌ合金のように導電性に優れた不透明金属をスパッタリング法により積層し、フォトリソグラフィ法によりエッチングして、ゲート電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを形成する。
その後、ゲート電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが形成された第１基板１６全体にわたってＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により無機絶縁物質を積層して、ゲート絶縁層２２を形成する。ここで、ゲート絶縁層２２は、ＳｉＮｘを用いて約２０００Åの厚さで形成してもよい。
その後、第１基板１６全体にわたって非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などの半導体物質、ＩＧＺＯなどの透明酸化物半導体、又は有機物半導体をＣＶＤ法により積層した後にエッチングして、半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを形成する。そして、図示していないが、半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの一部に不純物をドーピングするか、又は不純物が添加された非晶質シリコンを積層して、オーミックコンタクト層を形成してもよい。
その後、第１基板１６上にＣｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、又はＡｌ合金のように導電性に優れた不透明金属をスパッタリング法により積層した後にエッチングして、半導体層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ上、厳密にはオーミックコンタクト層上にソース電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ及びドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを形成する。
次に、図３Ｂに示すように、ソース電極１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ及びドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが形成された第１基板１６全体にわたって無機絶縁物質を積層して、第１絶縁層２４を形成する。ここで、第１絶縁層２４は、ＳｉＯ２を用いて約４５００Åの厚さで形成してもよい。その後、第１絶縁層２４上のＲ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれＲカラーフィルタ層１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｂを形成する。
次に、図３Ｃに示すように、Ｒカラーフィルタ層１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｂが形成された第１基板１６全体にわたってフォトアクリルなどの有機絶縁物質を塗布して、第２絶縁層２６を積層し、第１絶縁層２４及び第２絶縁層２６をエッチングして、薄膜トランジスタのドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを露出するコンタクトホール２９（図３Ｄ参照）を形成する。ここで、第２絶縁層２６は、約３μｍの厚さで形成してもよい。なお、同図においては、第１絶縁層２４と第２絶縁層２６を同時にエッチングしてコンタクトホール２９を形成しているが、第１絶縁層２４をエッチングした後にその内部に形成された第２絶縁層２６をエッチングしてコンタクトホール２９を形成してもよい。
その後、第２絶縁層２６上にＳｉＮｘなどの物質を積層した後にエッチングして、光学補償層２７を形成する。ここで、光学補償層２７は、コンタクトホール２９の内部にも形成されるが、パターニングされてドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは外部に露出する。
光学補償層２７はＣＶＤ法により形成される。例えば、真空チャンバ内にＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを供給してＣＶＤ法を行うことにより、ＳｉＮｘ層を形成してもよい。
もちろん、前記ＳｉＮｘ層は、ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガスを用いて形成してもよいが、この場合は、ＮＨ３に含まれる水素が工程中に薄膜トランジスタのチャネル層に浸透する。このような水素の浸透は、薄膜トランジスタのチャネル層に衝撃を加えて薄膜トランジスタの劣化を起こす主な原因となる。
しかし、本発明においては、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを用いてＳｉＮｘ層を形成するため、水素が工程中に薄膜トランジスタのチャネル層に浸透せず、その結果、水素の浸透による薄膜トランジスタの劣化を防止することができる。
一方、本発明においては、ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス及びＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを交互に供給してＣＶＤ法を行うことにより、ＳｉＮｘ層を形成してもよい。ＳｉＮｘ層を形成する際にＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス及びＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを交互に供給してＣＶＤ法を行うほうが、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを供給してＣＶＤ法を行うより、成膜速度が速い。つまり、本発明においては、成膜速度を向上させて工程が円滑に行われるようにすると共に、光学補償層２７の水素含有量を最小限に抑えることにより、薄膜トランジスタの劣化を防止することができる。
次に、図３Ｄに示すように、光学補償層２７上にＩＴＯやＩＺＯなどの透明な導電物質をスパッタリング法により積層した後にエッチングして、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを形成する。ここで、画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、コンタクトホール２９の内部に延びて駆動薄膜トランジスタのドレイン電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと電気的に接続される。また、該当画素の画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、隣接する画素の画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとは電気的に絶縁される。
次に、図３Ｅに示すように、画素と画素との間にバンク層２８を形成する。バンク層２８は、各画素を区画して隣接する画素から出力される特定のカラーの光が混合されて出力されることを防止し、コンタクトホール２９の一部を埋めて段差を減少させる。バンク層２８は、無機絶縁物質をＣＶＤ法により積層した後にエッチングして形成してもよく、有機絶縁物質を積層した後にエッチングして形成してもよい。
その後、バンク層２８及び画素電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが形成された第１基板１６全体にわたって有機発光部２３を形成する。有機発光部２３は、電子注入層、電子輸送層、白色有機発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層からなり、前記白色有機発光層は、Ｒ有機発光物質、Ｇ有機発光物質、Ｂ有機発光物質が混合された層でもよく、Ｒ有機発光層、Ｇ有機発光層、Ｂ有機発光層が積層された構造でもよい。前記電子注入層、電子輸送層、有機発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層は、現在使用されている様々な物質を積層して形成してもよい。
その後、有機発光部２３上にＣａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇなどの金属を積層して、共通電極２５を形成する。
次に、図３Ｆに示すように、第２基板５０全体にわたってエポキシ系化合物、アクリレート系化合物、又はアクリル系ゴムなどの熱硬化性樹脂からなる接着層４２を約５〜１００μｍの厚さで形成し、その後、第２基板５０を第１基板１６上に配置した状態で第１基板１６及び第２基板５０に圧力を加えることにより、第１基板１６と第２基板５０とを貼り合わせる。
ここで、前記接着剤又は接着フィルムを第１基板１６上に塗布又は貼付し、その上に第２基板５０を配置して貼り合わせてもよい。
第２基板５０としては、ガラスやプラスチックを使用してもよく、ＰＳフィルム、ＰＥフィルム、ＰＥＮフィルム、又はＰＩフィルムなどの保護フィルムを使用してもよい。
前記のように第１基板１６と第２基板５０とを貼り合わせた後、接着層４２を約８０〜１７０度の温度に加熱して接着層４２を硬化する。このような接着層４２の硬化により有機電界発光表示素子がシールされ、外部から水分などが浸透することが防止される。また、第２基板５０は、有機電界発光表示素子を封止するための封止キャップとして作用し、有機電界発光表示素子を保護する。
前述したように、本発明においては、有機発光部２３の下部に光学補償層２７を形成して有機発光部２３から発光する光を屈折させることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを透過する光の色視野角を向上させることができる。また、本発明においては、光学補償層２７としてＳｉＮｘを使用し、かつ当該ＳｉＮｘ層を、ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス雰囲気ではなく、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガス雰囲気で形成することにより、光学補償層２７を形成する際に薄膜トランジスタに水素が浸透して薄膜トランジスタが劣化することを効果的に防止することができる。
図４は、本発明の第２の実施の形態による有機電界発光表示素子の構造を示す断面図である。なお、第２の実施の形態の構造は図２に示す第１の実施の形態の構造と類似しているので、同じ構造については簡単に説明し、異なる構造については詳細に説明する。
図４に示すように、第１基板１１６のＲ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれ形成された駆動薄膜トランジスタは、第１基板１１６上のＲ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれ形成されたゲート電極１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂと、ゲート電極１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ上に形成された半導体層１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂと、半導体層１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ上に形成されたソース電極１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂ及びドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂとからなる。
前記駆動薄膜トランジスタが形成された第１基板１１６には第１絶縁層１２４が形成される。第１絶縁層１２４は、ＳｉＯ２などの無機絶縁物質を用いて約４５００Åの厚さで形成してもよい。第１絶縁層１２４上のＲ、Ｇ、Ｂ画素には、それぞれＲカラーフィルタ層１１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１１７Ｂが形成される。Ｒカラーフィルタ層１１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１１７Ｂ上には第２絶縁層１２６が形成される。
第２絶縁層１２６上には光学補償層１２７が形成される。光学補償層１２７は、１．５〜２．７の屈折率を有する物質であり、ＳｉＮｘ、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明物質を使用してもよい。ここで、光学補償層１２７は、水素を含有しない層であり、光学補償層１２７としてＳｉＮｘ層などを形成する際に、水素を含まない雰囲気で形成することにより、薄膜トランジスタのチャネル層に水素が浸透して薄膜トランジスタが劣化することを防止することができる。本実施の形態においては、光学補償層１２７に水素を含有することもある。
光学補償層１２７には複数の孔１２７ａが形成される。複数の孔１２７ａは各画素領域の外周壁に形成されている。孔１２７ａは、第２絶縁層１２６又は他の層で発生する異物を排出する。後述するが、光学補償層１２７の上部には有機発光層が形成されるが、当該有機発光層を形成する前に、有機発光層の下部に形成された層の異物などを除去するために、真空状態で下部層を所定時間露出する真空キュア工程を行う。このような真空キュア工程で、第２絶縁層１２６などで発生する異物をガスの形で外部に排出しなければならないが、光学補償層１２７が形成されている場合は、異物が排出されなくなり、不良が発生する。
本発明においては、光学補償層１２７に複数の孔１２７ａを形成することにより、真空キュア時に孔１２７ａから異物が排出されるようにする。ここで、孔１２７ａは、光学補償層１２７全体にわたって形成してもよく、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素に対応する光学補償層１２７の領域にのみ形成してもよく、規則的に形成してもよく、不規則的に形成してもよい。
光学補償層１２７上のＲ、Ｇ、Ｂ画素にはそれぞれ画素電極１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂが形成される。このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素にそれぞれ形成された駆動薄膜トランジスタのドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂの上部の第１絶縁層１２４及び第２絶縁層１２６にはコンタクトホール１２９が形成されており、光学補償層１２７及び画素電極１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂがコンタクトホール１２９（図５Ｄ参照）に形成され、画素電極１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、それぞれ露出した駆動薄膜トランジスタのドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂと電気的に接続される。
また、第２絶縁層１２６上の各画素境界領域にはバンク層１２８が形成される。光学補償層１２７及びバンク層１２８上には、白色光を発光する有機発光部１２３が形成され、有機発光部１２３上には、第１基板１１６全体にわたって共通電極１２５が形成される。
共通電極１２５上に接着剤が塗布されて接着層１４２が形成され、接着層１４２上に第２基板１５０が配置され、接着層１４２により第２基板１５０が第１基板１１６に貼り付けられることにより、有機電界発光表示素子が完成する。
以下、このような構造の本発明の第２の実施の形態による有機電界発光表示素子の製造方法を説明する。
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第２の実施の形態による有機電界発光表示素子の製造方法を示す図である。
まず、図５Ａに示すように、第１基板１１６を準備し、その上に導電性に優れた不透明金属をスパッタリング法により積層し、フォトリソグラフィ法によりエッチングして、ゲート電極１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂを形成する。
その後、ゲート電極１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂが形成された第１基板１１６全体にわたって無機絶縁物質を積層して、ゲート絶縁層１２２を形成し、第１基板１１６全体にわたって非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）などの半導体物質、ＩＧＺＯなどの透明酸化物半導体、又は有機物半導体をＣＶＤ法により積層した後にエッチングして、半導体層１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂを形成する。そして、図示していないが、半導体層１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂの一部に不純物をドーピングするか、又は不純物が添加された非晶質シリコンを積層して、オーミックコンタクト層を形成してもよい。
その後、第１基板１１６上に導電性に優れた不透明金属をスパッタリング法により積層した後にエッチングして、半導体層１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ上、厳密にはオーミックコンタクト層上にソース電極１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂ及びドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂを形成する。
次に、図５Ｂに示すように、ソース電極１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂ及びドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂが形成された第１基板１１６全体にわたって無機絶縁物質を積層して第１絶縁層１２４を形成し、第１絶縁層１２４上にそれぞれＲカラーフィルタ層１１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１１７Ｂを形成する。
次に、図５Ｃに示すように、Ｒカラーフィルタ層１１７Ｒ、Ｇカラーフィルタ層１１７Ｇ、Ｂカラーフィルタ層１１７Ｂが形成された第１基板１１６全体にわたって、第２絶縁層１２６を積層し、第１絶縁層１２４及び第２絶縁層１２６をエッチングして、薄膜トランジスタのドレイン電極１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂを露出するコンタクトホール１２９を形成する。なお、同図においては、第１絶縁層１２４と第２絶縁層１２６を同時にエッチングしてコンタクトホール１２９を形成しているが、第１絶縁層１２４を形成してから第１絶縁層１２４をエッチングしてコンタクトホールを形成し、その後、第２絶縁層１２６を形成してから第２絶縁層１２６をエッチングしてコンタクトホールを形成することにより、第１絶縁層１２４及び第２絶縁層１２６にコンタクトホール１２９を形成してもよい。
その後、第２絶縁層１２６上にＳｉＮｘなどの物質を積層した後にエッチングして光学補償層１２７を形成し、光学補償層１２７に複数の孔１２７ａを形成する。同図において、孔１２７ａは、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素に対応する光学補償層１２７の領域にのみ形成しているが、光学補償層１２７全体にわたって形成してもよい。
光学補償層１２７はＣＶＤ法により形成される。例えば、真空チャンバ内にＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガスを供給してＣＶＤ法を行うことにより、ＳｉＮｘ層を形成してもよく、真空チャンバ内にＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを供給してＣＶＤ法を行うことにより、ＳｉＮｘ層を形成してもよい。また、ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス及びＳｉＨ４とＮ２を混合したガスを交互に供給してＣＶＤ法を行うことにより、ＳｉＮｘ層を形成してもよい。
次に、図５Ｄに示すように、光学補償層１２７上にＩＴＯやＩＺＯなどの透明な導電物質を積層した後にエッチングして、画素電極１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂを形成する。
次に、図５Ｅに示すように、画素と画素との間にバンク層１２８を形成し、その後、バンク層１２８及び画素電極１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂが形成された第１基板１１６全体にわたって有機発光部１２３を形成する。有機発光部１２３は、電子注入層、電子輸送層、白色有機発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層からなり、前記白色有機発光層は、Ｒ有機発光物質、Ｇ有機発光物質、Ｂ有機発光物質が混合された層でもよく、Ｒ有機発光層、Ｇ有機発光層、Ｂ有機発光層が積層された構造でもよい。前記電子注入層、電子輸送層、有機発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層は、現在使用されている様々な物質を積層して形成してもよい。
図示していないが、バンク層１２８を形成してから有機発光部１２３を形成する前に、形成された層を所定時間真空にさらして真空キュアを行う。
その後、有機発光部１２３上にＣａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇなどの金属を積層して、共通電極１２５を形成する。
次に、図５Ｆに示すように、第２基板１５０全体にわたって接着層１４２を形成し、その後、第２基板１５０を第１基板１１６上に配置した状態で第１基板１１６及び第２基板１５０に圧力を加えることにより、第１基板１１６と第２基板１５０とを貼り合わせる。ここで、前記接着剤又は接着フィルムを第１基板１１６上に塗布又は貼付し、その上に第２基板１５０を配置して貼り合わせてもよい。
前記のように第１基板１１６と第２基板１５０とを貼り合わせた後、接着層１４２を約８０〜１７０度の温度に加熱して接着層１４２を硬化することにより、有機電界発光表示素子を完成する。
前述した詳細な説明においては、有機電界発光表示素子として特定の構造の有機電界発光表示素子が提示されているが、本発明がこのような特定の構造の有機電界発光表示素子に限定されるものではない。
例えば、前述した詳細な説明においては、有機発光部が電子注入層、電子輸送層、有機発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層からなるが、有機発光部は、有機発光層のみからなるようにしてもよく、電子注入層及び有機発光層のみからなるようにしてもよく、有機発光層及び正孔注入層のみからなるようにしてもよく、他にも様々な構成が可能である。
つまり、本発明の要旨といえる、水素含有量を最小限に抑えて光学補償層を形成することができ、光学補償層に複数の孔を形成することができるものであれば、既知の全ての構造の有機電界発光表示素子に適用できるであろう。
１６ 第１基板
５０ 第２基板
１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ カラーフィルタ層
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ 画素電極
２３ 有機発光部
２４ 第１絶縁層
２６ 第２絶縁層
２５ 共通電極
２７ 光学補償層
２８ バンク層
４２ 接着層
１１６ 第１基板
１５０ 第２基板
１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ カラーフィルタ層
１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ 画素電極
１２３ 有機発光部
１２４ 第１絶縁層
１２６ 第２絶縁層
１２５ 共通電極
１２７ 光学補償層
１２８ バンク層
１４２ 接着層
５０ 第２基板
１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ カラーフィルタ層
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ 画素電極
２３ 有機発光部
２４ 第１絶縁層
２６ 第２絶縁層
２５ 共通電極
２７ 光学補償層
２８ バンク層
４２ 接着層
１１６ 第１基板
１５０ 第２基板
１１７Ｒ，１１７Ｇ，１１７Ｂ カラーフィルタ層
１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ 画素電極
１２３ 有機発光部
１２４ 第１絶縁層
１２６ 第２絶縁層
１２５ 共通電極
１２７ 光学補償層
１２８ バンク層
１４２ 接着層
Claims (15)
- 複数の画素を含む第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを含む前記第１基板上に形成された第１絶縁層と、
画素領域における前記第１絶縁層上に形成されたカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層を含む前記第１基板上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成され、水素非含有物質からなる光学補償層であって、前記薄膜トランジスタのドレインのパッドに接した光学補償層と、
前記各画素領域における前記光学補償層上に形成された画素電極と、
前記画素電極上に形成されて発光する有機発光部と、
前記有機発光部上に形成された共通電極と
を含む、有機電界発光表示素子。 - 前記光学補償層に形成されて異物を排出する複数の孔をさらに含み、前記複数の穴は各画素領域における外周壁に形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示素子。
- 前記光学補償層は、透明物質からなることを特徴とする請求項２に記載の有機電界発光表示素子。
- 前記光学補償層は、ＳｉＮｘ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）からなる群から選択された物質で形成されることを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光表示素子。
- 前記ＳｉＮｘは、１５００〜２０００Åの厚さで積層されることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光表示素子。
- 前記複数の孔は、カラーフィルタに対応する領域に形成されることを特徴とする請求項５に記載の有機電界発光表示素子。
- 前記複数の孔は、カラーフィルタに対応する領域及びカラーフィルタ領域内に形成されることを特徴とする請求項５に記載の有機電界発光表示素子。
- 複数の画素を含む第１基板及び第２基板を準備する段階と、
前記第１基板の各画素に薄膜トランジスタを形成する段階と、
前記薄膜トランジスタを含む前記第１基板上に第１絶縁層を形成する段階と、
画素領域における前記第１絶縁層上にカラーフィルタ層を形成する段階と、
前記カラーフィルタ層を含む前記第１基板上に第２絶縁層を形成する段階と、
ＳｉＨ４とＮ２を混合したガス雰囲気でＳｉＮｘからなるとともに水素非含有物質からなる光学補償層を前記第２絶縁層上に形成する段階であって、前記光学補償層は前記薄膜トランジスタのドレインのパッドに接する段階と、
前記各画素領域における前記光学補償層上に画素電極を形成する段階と、
前記光学補償層上に光を発光する有機発光部を形成する段階と、
前記有機発光部上に共通電極を形成する段階と、
前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる段階と
を含む、有機電界発光表示素子の製造方法。 - 前記光学補償層をエッチングして複数の孔を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- 前記ＳｉＮｘは、透明性を有することを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- ＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス雰囲気でＳｉＮｘ層を形成する段階をさらに含み、ＳｉＨ４とＮ２を混合したガス雰囲気及びＳｉＨ４とＮＨ３を混合したガス雰囲気に交互に切り替えてＳｉＮｘ層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- 前記画素電極を形成する段階の後に、形成された層を所定時間の間真空状態で真空キュアして、前記形成された層に含まれる異物を前記孔から排出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- 前記光学補償層は透明物質からなることを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- 前記光学補償層は、ＳｉＮｘ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）からなる群から選択された物質で形成されることを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
- 前記画素電極を形成する段階の後に、形成された層を所定時間の間真空状態で真空キュアして、前記形成された層に含まれる異物を前記孔から排出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光表示素子の製造方法。
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