JP2019175854A - Organic el display device and method for manufacturing organic el display device - Google Patents
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Abstract
【課題】輝度ムラ、色ムラ、表示ムラの少ない有機EL表示装置を提供する。【解決手段】有機EL表示装置1は、薄膜トランジスタ20を含む駆動回路2が形成された表面を有する基板10と、駆動回路2を覆うことによって基板の表面を平坦化する平坦化膜30と、平坦化膜30の表面上に形成され、駆動回路2と電気的に接続された有機発光素子40と、を備え、平坦化膜30は、駆動回路2の上に積層された第1無機絶縁膜31、第1無機絶縁膜31の上に積層された有機絶縁膜32、及び、有機絶縁膜32の上に積層された第2無機絶縁膜33を含んでおり、第2無機絶縁膜33における有機絶縁膜32と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有している。【選択図】図2Provided is an organic EL display device having less luminance unevenness, color unevenness, and display unevenness. An organic EL display device includes a substrate having a surface on which a driving circuit including a thin film transistor is formed, a planarizing film for covering the driving circuit and planarizing the surface of the substrate, and a flattening film. An organic light-emitting element 40 formed on the surface of the passivation film 30 and electrically connected to the drive circuit 2. , An organic insulating film 32 laminated on the first inorganic insulating film 31, and a second inorganic insulating film 33 laminated on the organic insulating film 32. The surface facing away from the film 32 has an arithmetic average roughness of 50 nm or less. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、有機EL表示装置及び有機EL表示装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an organic EL display device and a method for manufacturing the organic EL display device.
近年、テレビ受信機などへの応用が進む有機EL表示装置は、画素毎に形成された有機発光素子、及び、所望の電流で有機発光素子を発光させる駆動回路を備えている。アクティブマトリクス型の有機EL表示装置では、駆動回路を構成する薄膜トランジスタが、マトリクス状に設けられる画素毎に、ガラス基板などの表面上に形成され、その薄膜トランジスタを覆う絶縁膜の上に有機発光素子が形成される。特許文献1には、このようなアクティブマトリクス型のディスプレイにおいて画素に対する薄膜トランジスタの占有面積を低減すべく、多層構造の薄膜トランジスタを形成することが開示されている。
2. Description of the Related Art In recent years, organic EL display devices that have been applied to television receivers and the like include an organic light emitting element formed for each pixel and a drive circuit that causes the organic light emitting element to emit light with a desired current. In an active matrix organic EL display device, a thin film transistor constituting a driving circuit is formed on the surface of a glass substrate or the like for each pixel provided in a matrix, and an organic light emitting element is formed on an insulating film covering the thin film transistor. It is formed.
有機EL表示装置では、例えば画素毎に、又は、表示画面における任意の領域毎に輝度ムラ又は色ムラ(以下「輝度ムラ及び/又は色ムラ」を纏めて「表示ムラ」ともいう)などが生じると表示品位が低下し、その製品価値が低下してしまう。そのため、有機EL表示装置では、表示ムラに対する補償回路が駆動回路に追加されたり、初期の表示状態を観察したうえで画素毎又は一定の領域毎に有機発光素子の駆動電流を補正する補正手段が設けられたりすることがある。しかし、例えば画素毎に設けられる補償回路を構成する回路素子がばらつきを有していたり、表示ムラへの対策を講ずることによってサイズ又はコストの増大を招いたりすることがある。 In an organic EL display device, for example, luminance unevenness or color unevenness (hereinafter, “brightness unevenness and / or color unevenness” is collectively referred to as “display unevenness”) or the like occurs for each pixel or for any region on the display screen. The display quality is lowered and the product value is lowered. Therefore, in the organic EL display device, a compensation circuit for display unevenness is added to the drive circuit, or a correction unit that corrects the drive current of the organic light emitting element for each pixel or for every certain region after observing the initial display state. It may be provided. However, for example, the circuit elements constituting the compensation circuit provided for each pixel may vary, or a measure for display unevenness may be taken, resulting in an increase in size or cost.
そこで本発明は、たとえ補償回路などを備えていなくても表示ムラの少ない有機EL表示装置、及び、そのように表示ムラの少ない有機EL表示装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an organic EL display device with little display unevenness even without a compensation circuit, and a method for manufacturing such an organic EL display device with little display unevenness.
本発明の第1実施形態の有機EL表示装置は、薄膜トランジスタを含む駆動回路が形成された表面を有する基板と、前記駆動回路を覆うことによって前記基板の前記表面を平坦化する平坦化膜と、前記平坦化膜の表面上に形成され、前記駆動回路と電気的に接続された有機発光素子と、を備え、前記平坦化膜は、前記駆動回路の上に積層された第1無機絶縁膜、前記第1無機絶縁膜の上に積層された有機絶縁膜、及び、前記有機絶縁膜の上に積層された第2無機絶縁膜を含んでおり、前記第2無機絶縁膜における前記有機絶縁膜と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有している。 The organic EL display device according to the first embodiment of the present invention includes a substrate having a surface on which a driving circuit including a thin film transistor is formed, a planarization film that planarizes the surface of the substrate by covering the driving circuit, An organic light emitting element formed on a surface of the planarization film and electrically connected to the drive circuit, the planarization film is a first inorganic insulating film stacked on the drive circuit, An organic insulating film stacked on the first inorganic insulating film; and a second inorganic insulating film stacked on the organic insulating film; and the organic insulating film in the second inorganic insulating film; The surface facing in the opposite direction has an arithmetic average roughness of 50 nm or less.
本発明の第2実施形態の有機EL表示装置の製造方法は、基板の上に、薄膜トランジスタを含む駆動回路を形成する工程と、前記駆動回路の表面に第1無機絶縁膜、有機絶縁膜及び第2無機絶縁膜を形成する工程と、前記第2無機絶縁膜の表面を研磨する工程と、前記第2無機絶縁膜、前記有機絶縁膜及び前記第1無機絶縁膜に、前記駆動回路に達するコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタクト孔の内部に金属を埋め込むと共に、所定の領域に第1電極を形成する工程と、前記第1電極の上に有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層の上に第2電極を形成する工程と、を含んでいる。 The method for manufacturing an organic EL display device according to the second embodiment of the present invention includes a step of forming a driving circuit including a thin film transistor on a substrate, a first inorganic insulating film, an organic insulating film, and a first layer on the surface of the driving circuit. (2) a step of forming an inorganic insulating film; a step of polishing a surface of the second inorganic insulating film; and a contact reaching the drive circuit to the second inorganic insulating film, the organic insulating film, and the first inorganic insulating film. Forming a hole; embedding a metal in the contact hole; forming a first electrode in a predetermined region; forming an organic light emitting layer on the first electrode; and Forming a second electrode on the layer.
本発明の第1及び第2の実施形態によれば、有機EL表示装置において輝度ムラ又は色ムラなどを少なくすることができ、そのように表示ムラの少ない有機EL表示装置を適切に製造することができる。 According to the first and second embodiments of the present invention, it is possible to reduce luminance unevenness or color unevenness in an organic EL display device, and appropriately manufacture an organic EL display device with such display unevenness. Can do.
本発明者は、有機EL表示装置において表示ムラを生じさせる原因の追究のために鋭意検討を重ねた。そして、本発明者は、基板の表面に形成されている薄膜トランジスタなどを含む駆動回路の表面の凹凸が有機発光素子内の有機膜における膜厚のばらつきなどを生じさせ、その結果、輝度ムラや色ムラなどが生じ得ることを見出した。詳述すると、駆動回路と有機発光素子との間には前述したように絶縁膜が設けられており、この絶縁膜によって、両者の電気的分離及び水分などの遮断と共に有機発光素子の下地の平坦化が図られている。しかしこの平坦化が、優れた表示品位を得るという観点からは必ずしも十分ではないことを本発明者は見出したのである。 The inventor has intensively studied to investigate the cause of display unevenness in an organic EL display device. Then, the present inventor has found that unevenness on the surface of the drive circuit including a thin film transistor formed on the surface of the substrate causes variations in film thickness in the organic film in the organic light emitting element, resulting in luminance unevenness and color. It has been found that unevenness can occur. More specifically, an insulating film is provided between the drive circuit and the organic light emitting element as described above. By this insulating film, electrical insulation between the two and blocking of moisture and the like, a flat surface of the organic light emitting element is flattened. It is planned. However, the present inventors have found that this flattening is not always sufficient from the viewpoint of obtaining an excellent display quality.
薄膜トランジスタが形成される基板の表面には、薄膜トランジスタ及び各種の配線が形成されることによって段差が生じ、さらに、個々の薄膜トランジスタの表面においても、ゲート電極などが形成される領域であるか否かなどによって段差が生じる。例えば300nmを超える高低差を有する段差も生じ得る。このような基板の表面に従来通り単に平坦化膜を形成するだけでは、有機EL表示装置において表示ムラを生じさせない程度の平坦性が得られていないことを本発明者は突き止めた。この点に関して平面型ディスプレイの分野では、液晶表示装置においても薄膜トランジスタの上に画素電極が形成されるが、画素電極の表面の僅かな凹凸が液晶分子の配向などに影響を及ぼすことは殆ど無く、その下地に厳密な平坦性は求められていなかった。しかし、有機発光素子では、平坦化膜の表面が十分に平坦でない場合、その上に電極を介して形成される有機膜の膜厚がばらつくことによって輝度ムラが生じたり、電極表面の僅かな傾きによって出射光のピーク強度を示す方向がばらつく若しくは表示面の法線方向からずれたりする。その結果、表示ムラが生じることを本発明者は見出したのである。 On the surface of the substrate on which the thin film transistor is formed, a step is generated by forming the thin film transistor and various wirings. Further, whether or not the surface of each thin film transistor is a region where a gate electrode or the like is formed, etc. Causes a step. For example, a step having a height difference exceeding 300 nm may occur. The present inventor has found that flatness that does not cause display unevenness in an organic EL display device cannot be obtained by simply forming a flattening film on the surface of such a substrate as in the past. In this regard, in the field of flat display, a pixel electrode is formed on a thin film transistor even in a liquid crystal display device, but slight unevenness on the surface of the pixel electrode hardly affects the orientation of liquid crystal molecules. Strict flatness was not required for the base. However, in the organic light emitting device, when the surface of the planarization film is not sufficiently flat, luminance unevenness occurs due to variations in the thickness of the organic film formed on the electrode, and a slight inclination of the electrode surface. As a result, the direction indicating the peak intensity of the emitted light varies or deviates from the normal direction of the display surface. As a result, the present inventors have found that display unevenness occurs.
薄膜トランジスタは、有機発光素子の光が基板と反対方向に向けて放射されるトップエミッション型(TE型)の有機EL表示装置では、基板の表面において平面視で画素の中央部分にも重なり得る任意の領域に、例えば発光領域全体にさえ、形成され得る。一方、ボトムエミッション型(BE型)の有機EL表示装置では、有機発光素子の光がなるべく遮られないように、通常、画素の縁部付近に薄膜トランジスタが形成される。しかし、TE型はもとよりBE型においても、薄膜トランジスタなどによる基板の表面の凹凸が、画素の発光領域と重なる領域において平坦化膜の表面にまで起伏となって現れ、その微小な起伏が表示ムラを引き起こしていることが分かった。そして本発明者は、有機発光素子の下地となる平坦化膜の表面のさらなる平坦化を図ることによって、輝度ムラ及び色ムラの発生を抑制することができることを見出したのである。 A thin film transistor is a top emission type (TE type) organic EL display device in which light from an organic light emitting element is emitted in a direction opposite to the substrate. It can be formed in a region, for example even in the entire light emitting region. On the other hand, in a bottom emission type (BE type) organic EL display device, a thin film transistor is usually formed in the vicinity of the edge of a pixel so that light from the organic light emitting element is not blocked as much as possible. However, in the TE type as well as the BE type, unevenness on the surface of the substrate due to thin film transistors or the like appears as undulations on the surface of the planarization film in the region overlapping the light emitting region of the pixel, and the minute undulations cause display unevenness. It turns out that it is causing. The present inventor has found that the occurrence of uneven brightness and uneven color can be suppressed by further flattening the surface of the flattening film serving as the base of the organic light emitting device.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態の有機EL表示装置及び有機EL表示装置の製造方法を説明する。なお、以下に説明される実施形態における各構成要素の材質、形状、及び、それらの相対的な位置関係などはあくまで例示に過ぎない。本発明の有機EL表示装置及び有機EL表示装置の製造方法はこれらによって限定的に解釈されるものではない。 Hereinafter, an organic EL display device and an organic EL display device manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the material of each component in embodiment described below, a shape, those relative positional relationship, etc. are only an illustration to the last. The organic EL display device and the manufacturing method of the organic EL display device of the present invention are not limitedly interpreted by these.
〔有機EL表示装置〕
図1には、第1実施形態の有機EL表示装置1における駆動回路2の構成の一例が、それぞれ模式的に示されている有機EL表示パネル3、データ線ドライバ1d及び走査線ドライバ1gと共に示されている。有機EL表示パネル3は、マトリクス状に配置された複数の画素3aを有し、各画素3aに有機発光素子40及び駆動回路2が設けられている。図1の例では、各駆動回路2は、有機発光素子40の通電状態を切り換える駆動TFT20、駆動TFT20のオン/オフを切り換えるスイッチングTFT2a、及び駆動TFT20のゲート−ソース間電圧を保持する保持容量2bを含んでいる。駆動TFT20のドレインが電源線2pに、ソースが有機発光素子40のアノードに、そして、ゲートがスイッチングTFT2aのソースにそれぞれ接続されており、有機発光素子40のカソードは陰極配線27を介してグランドに接続されている。
[Organic EL display device]
FIG. 1 shows an example of the configuration of the
走査線ドライバ1gから各スイッチングTFT2aにゲート信号が送られると共に、データ線ドライバ1dから各スイッチングTFT2aを介して各駆動TFT20のゲートに表示画像のデータ信号が印加される。そのデータ信号の電圧に基づく電流が有機発光素子40に流れ、保持容量2bの作用によって1フレーム期間中所定の輝度で有機発光素子40が発光する。以下、一つの画素3aを含む有機EL表示パネル3の断面を示す図2を参照しながら、本実施形態の有機EL表示装置1の構造が説明される。なお、以下の説明では、駆動TFT20は単に「薄膜トランジスタ20(TFT20)」と称される。また、上記及び以下の説明及び各図面において参照される「画素」は、表示画面の最小構成要素(単位要素)であり正確には「サブ画素」であるが、説明の簡潔化のため「画素」と称される。また、以下の説明において「表面」は、特にその区別が記載されていない場合、有機EL表示装置1を構成する基板10以外の各構成要素における基板10(図2参照)と反対方向を向く表面を意味している。また、基板10に関して「表面」は、特にその区別が記載されていない場合、有機発光素子40を向く表面を意味している。
A gate signal is sent from the scanning line driver 1g to each switching
図2には、有機EL表示パネル3の断面が拡大して示されており、特に、TFT20及び有機発光素子40の断面の一例が、有機発光素子40の陰極コンタクト(第1コンタクト28及び第2コンタクト45)と共に示されている。図2に示されるように、本実施形態の有機EL表示装置1は、薄膜トランジスタ20を含む駆動回路2が形成された表面を有する基板10と、駆動回路2を覆うことによって基板10の表面を平坦化する平坦化膜30と、平坦化膜30の表面上に形成され、駆動回路2と電気的に接続された有機発光素子40と、を備えている。TFT20は、図2の例ではNch電界効果型トランジスタであり、チャネル21cを含む半導体層21と、ゲート絶縁膜22を介してチャネル21cの上に形成されたゲート電極23と、半導体層21のソース21s及びドレイン21dにそれぞれ接続されているソース電極25及びドレイン電極26とを含んでいる。ソース電極25及びドレイン電極26は層間絶縁膜24によってゲート電極23との間を絶縁されている。有機発光素子40は、図2の例ではトップエミッション型(TE型)の有機発光ダイオード(OLED)であり、平坦化膜30上に形成された第1電極(例えば陽極)41、第1電極41を囲む絶縁バンク42、絶縁バンク42内に形成された有機発光層43、有機発光層43上を含めて基板10全体に形成された第2電極(例えば陰極)44を有している。平坦化膜30は、駆動回路2の上に積層された第1無機絶縁膜31、第1無機絶縁膜31の上に積層された有機絶縁膜32、及び、有機絶縁膜32の上に積層された第2無機絶縁膜33を含んでいる。そして、第2無機絶縁膜33における有機絶縁膜32と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有している。また、図2の例では、絶縁バンク42で規定される有機発光層43は、ソース電極25と第1電極41を電気的に接続するためのコンタクト孔30aと平面視で重ならない領域に形成されている。
FIG. 2 shows an enlarged cross section of the organic
すなわち、本実施形態の有機EL表示装置1では、駆動回路2の形成によって凹凸を有する基板10の表面が、第1無機絶縁膜31、有機絶縁膜32及び第2無機絶縁膜33の積層構造を有する平坦化膜30で覆われ、その表面が算術平均粗さ(Ra)で50nm以下にされている。例えば平坦化膜30は、各絶縁膜の積層後に研磨されることによってその表面を50nm以下の算術平均粗さにされてもよい。また、図2の例では、コンタクト孔30aと平面視で重ならない領域に有機発光層43が形成されている。
That is, in the organic
前述したように、本発明者は、有機EL表示装置において表示ムラが生じる原因について鋭意検討を重ねて調べた結果、有機発光素子における有機発光層の表面が完全な平坦面ではなく細かな凹凸を含み、微視的には傾いている部分があることを見出した。有機発光層の表面が傾いていると、その法線方向が、有機EL表示装置における表示面の法線方向に対して傾くことになり、そのような有機発光層から斜め方向に出射する光は表示面の正面からは認識し難くなる。そのため、輝度の低下、又は、R、G、B各色の光の強度で定まる色度の変化が生じていたのである。 As described above, the present inventor conducted extensive studies on the cause of display unevenness in the organic EL display device, and as a result, the surface of the organic light emitting layer in the organic light emitting element is not a perfect flat surface but has fine irregularities. It has been found that there is a part that is tilted microscopically. When the surface of the organic light emitting layer is inclined, the normal direction is inclined with respect to the normal direction of the display surface in the organic EL display device, and light emitted from such an organic light emitting layer in an oblique direction is It becomes difficult to recognize from the front of the display surface. Therefore, a decrease in luminance or a change in chromaticity determined by the intensity of light of each color of R, G, and B has occurred.
従来、表示ムラの原因として、駆動回路を構成するTFT及び有機発光素子(OLED)の特性ばらつきが問題視され、これらのばらつきに対する対策が講じられていた。例えば、画素毎に設けられる駆動回路それぞれに、TFT及び/又はOLEDの特性ばらつきを補償する回路が付加されていた。しかし、このような対策では、駆動回路の構成要素が増えるためコスト及びサイズが増大したり、補償回路自体のばらつきの抑制のためにさらに追加回路が必要となったりすることがあった。そもそもこのような対策は、本発明者に見出された表示ムラの対策として有効に機能するものではなく、むしろ駆動回路の構成要素の増加によって基板の表面の凹凸を増大させる虞すらあった。また、有機EL表示装置の検査工程などで画面の輝度分布が把握され、その均一化のための補正データに基づいて個々の有機発光素子に流す電流が制御されることもあった。しかし、このような対策も、有機EL表示装置の製造工程の煩雑化、及び、複雑な制御を必要とした。 Conventionally, variations in characteristics of TFTs and organic light emitting devices (OLEDs) constituting a driving circuit have been regarded as problems as causes of display unevenness, and measures against these variations have been taken. For example, a circuit that compensates for characteristic variations of TFTs and / or OLEDs is added to each drive circuit provided for each pixel. However, such measures may increase cost and size due to an increase in the number of components of the drive circuit, and may require an additional circuit to suppress variations in the compensation circuit itself. In the first place, such a measure does not function effectively as a measure against display unevenness found by the present inventor, but rather, there is a possibility that unevenness on the surface of the substrate is increased due to an increase in the number of components of the drive circuit. In addition, the luminance distribution of the screen is grasped in the inspection process of the organic EL display device, and the current flowing to each organic light emitting element is sometimes controlled based on the correction data for uniformization. However, such countermeasures also require complicated manufacturing processes and complicated control of the organic EL display device.
これに対し本実施形態では、前述したように、新たに見出された表示ムラの原因を排除するため、すなわち、有機発光層43の表面の平坦度を向上させるため、その下地となる平坦化膜30の表面が、50nm以下の算術平均粗さにされている。そうすることで、輝度ムラ及び色ムラの極めて少ない表示画像を得ることができる。また、有機発光層43の厚さが安定するため、出射光の強度及びR、G、B各色の純度の向上に有効なマイクロキャビティ構造の採用による効果を安定して得ることができる。従って、本実施形態の有機EL表示装置1の各画素(サブ画素)には、マイクロキャビティ構造を採用することが好ましい。さらに、図2の例では、コンタクト孔30aの直上を避けて、コンタクト孔30aと平面視で重ならない領域に有機発光層43が形成されている。そのため、後述するようにコンタクト孔30aに起因する表示ムラも生じ難い。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, in order to eliminate the cause of newly found display unevenness, that is, to improve the flatness of the surface of the organic
平坦化膜30の表面粗さは小さいほど好ましいが、半導体装置の製造プロセスにおける層間絶縁膜の研磨工程で目標とされるような、例えば20nmを下回るほどの算術平均粗さは必ずしも求められない。このような半導体装置の研磨工程における厳密な平坦性は、その後のフォトリソグラフィ工程における露光に用いられる光源の浅い焦点深度への対応のために求められるもので、有機EL表示装置の表示ムラの抑制とは全く異なる目的に対して求められているものである。すなわち、有機EL表示装置1の表示ムラを抑制するという観点では、平坦化膜30の表面が算術平均粗さで50nm以下であればよく、その場合、人に感知されるような表示ムラが殆ど生じないことを本発明者は見出したのである。また、画面サイズ及び解像度のバリエーション、有機発光素子40の製造ばらつきなどを勘案しても、20nmを下回る表面粗さは必要無く、むしろ、実現の容易性の面では20nm以上の算術平均粗さが好ましいことが見出された。すなわち、平坦化膜30の表面粗さ、具体的には、第2無機絶縁膜33における有機絶縁膜32と反対方向を向く表面が、20nm以上、50nm以下の算術平均粗さを有していることが、表示品位に影響し得る表示ムラの効果的な抑制と簡便な製造との両立の面で好ましい。
Although the surface roughness of the
有機EL表示装置1の各構成要素について、図2を参照して、さらに説明する。基板10には、主に、ガラス基板又はポリイミドフィルムなどが用いられる。有機EL表示装置1が図2の例と異なりボトムエミッション型(BE型)である場合には、透光性の材料、すなわちガラス基板、さらに透明ポリイミドフィルムなどが用いられる。樹脂フィルムが用いられることによって、有機EL表示装置1を容易に可撓性にすることができ、曲面などに貼り付けることも可能になる。
Each component of the organic
TFT20が形成される基板10の表面には、バリア膜として、ベースコート層11が形成されている。例えばプラズマCVD法によって、主に500nm程度の厚さのSiO2膜及び50nm程度の厚さのSiNX膜からなる下層と、主に250nm程度の厚さのSiO2膜からなる上層とを有するベースコート層11が形成される。
A
ベースコート層11の上にTFT20を含む駆動回路2が形成されている。陰極配線27もベースコート層11の上に形成されている。図2では省略されているが、走査線及びデータ線用の配線なども陰極配線27と同様に形成されている。また、図2では、発光素子40を駆動するTFT20のみが示されているが、前述したスイッチングTFT2aもベースコート層11上に形成されており、さらに他のTFTが形成されていてもよい。駆動回路2は、有機EL表示装置1が、図2の例のようにTE型の場合は、有機発光素子40の発光領域の下方の全面に亘って形成され得る。一方、BE型では、有機発光素子40の発光領域の下方にTFT20などを形成することはできないため、TFT20などは発光領域と平面的に重なる部分の周縁部に形成される。しかしこの場合でも、周縁部のTFT20又は各配線などが形成される部分と発光領域の下のTFTなどが形成されない部分との境界部に傾斜面ができる。そのため、発光領域の周縁部に凹凸が生じ、前述したように表示品位を低下させる。従って、TE型はもとより、BE型においても、そのような凹凸を埋没させ、表示ムラを生じさせない程度の平坦性をその表面に有する平坦化膜30が求められる。
A
TFT20は、ソース21s、チャネル21c及びドレイン21dを有する半導体層21と、ゲート絶縁膜22とゲート電極23と層間絶縁膜24とソース電極25とドレイン電極26とで形成されている。ゲート絶縁膜22は、主に50nm厚程度のSiO2などからなり、ゲート電極23は、250nm厚程度のMoなどの膜の成膜後のパターニングなどによって形成されている。ゲート電極23の上には300nm厚程度のSiO2膜と300nm厚程度のSiNX膜からなる層間絶縁膜24が形成され、ソース21s及びドレイン21dとそれぞれ接続するソース電極25及びドレイン電極26が形成されている。なお、層間絶縁膜24が形成される前に、ソース21s及びドレイン21d、並びに陰極配線27は、例えばボロンイオンのドーピングによって不純物濃度を高められ、アニーリングによる活性化によって低抵抗化されている。さらに具体的な構造は、後述される有機EL表示装置の製造方法の説明において詳述される。なお、図2は、ゲート電極23と基板10との間に半導体層21が設けられるトップゲート構造の例を示しているが、本実施形態の有機EL表示装置1が備えるTFT20はボトムゲート構造を有していてもよい。
The
TFT20を含む駆動回路2の表面にバリア層としての200nm厚程度のSiNXなどからなる第1無機絶縁膜31が形成されており、第1無機絶縁膜31の上に有機絶縁膜32が形成され、さらに、第2無機絶縁膜33が形成されている。すなわち、無機膜+有機膜+無機膜の3層の積層構造を有する平坦化膜30が形成されている。平坦化膜30には、第1無機絶縁膜31、有機絶縁膜32、及び、第2無機絶縁膜33を一括して貫くコンタクト孔30aが形成されている。コンタクト孔30aには、後述するように、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、及び銀(Ag)又はAPC(銀+パラジウム+銅)などの金属が埋め込まれ、この金属を介して、駆動回路2と有機発光素子40とが接続されている。
A first inorganic insulating
有機絶縁膜32は、例えば1μm以上、2μm以下程度の厚さを有している。有機絶縁膜32によって、駆動回路2の形成による基板10の表面の凹凸が大幅に軽減される。有機絶縁膜32は、例えばポリイミド樹脂又はアクリル樹脂を用いて形成される。また、有機絶縁膜32は、有機絶縁膜32の表面の平坦性を向上させる添加剤(レベリング向上剤)を含んでいることが好ましい。有機絶縁膜32は、コンタクト孔30aがマスク露光及び現像で形成され得るように、感光性の樹脂を用いて形成されていてもよい。しかし、例えばミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントンなどのような光重合開始剤が、前述したレベリング向上剤などの効果を弱めたり、レベリング向上剤が光重合を阻害したりすることがある。従って、有機絶縁膜32には、光重合開始剤のような感光体を含まない材料を用いることが好ましい。その場合でも、コンタクト孔30aは、後述するようにドライエッチングなどによって形成され得る。そして、そのようにコンタクト孔30aの形成に関して感光性を利用しない方法を選択することによって、アクリル樹脂のように純度の高い有機材料を有機絶縁膜32の材料として用いることも可能になる。また、光重合への影響に懸念することなく、有機絶縁膜32に必要十分な量のレベリング向上剤を添加することができたり、光重合開始剤の影響が無くなるためレベリング向上剤の必要量を少なくできたりする。従って、レベリング向上剤の添加量の選択幅が広がる。例えば、有機絶縁膜32は、有機絶縁膜32における第2無機絶縁膜33を向く表面の平坦性を向上させる添加剤を0.5質量%以上、5質量%以下の含有率で含んでいることが好ましい。この程度の量のレベリング向上剤を有機絶縁膜32が含んでいると、50nm以下の算術平均粗さの表面を有する平坦化膜30の形成が容易になり、しかも、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂などに求められている特性への影響も少ない。このようなレベリング向上剤としては、シリコーン系、炭化水素系、又はフッ素系の界面活性剤などが例示される。
The organic insulating
アクリル樹脂は、純度だけではなく有機絶縁膜32の表面の平坦性の観点からも、界面活性剤などと良好に馴染み、かつ、高い平坦性を有するため有機絶縁膜32の材料として好ましい。一方、有機EL表示装置1の製造工程が200℃以上の高温プロセスなどを含む場合は、高い耐熱性を有するポリイミド樹脂が好ましい。従って、有機絶縁膜32は、光重合開始剤などのような感光体を含まないアクリル樹脂、又は、感光体を含まないポリイミド樹脂であることが好ましい。そして、有機絶縁膜32における第2無機絶縁膜33を向く表面は、100nm以上、300nm以下の算術平均粗さを有していることが好ましい。その場合、前述したように表面において50nm以下の算術平均粗さを有する平坦化膜30の形成が容易になることがあり、しかも、有機絶縁膜32におけるレベリング向上剤の含有量を過剰とならない程度に留めることができる。
Acrylic resin is preferable as a material of the organic insulating
第2無機絶縁膜33は、前述したように、有機絶縁膜32と反対方向を向く表面において50nm以下の算術平均粗さを有しており、そのため有機EL表示装置1の表示ムラが抑制される。第2無機絶縁膜33は、例えばSiNX又はSiO2などで形成されるが、水分遮断性の点でSiNXが好ましい。すなわち、第2無機絶縁層33によって、平坦化膜30における水分に対するバリア性能が高められる。
As described above, the second inorganic insulating
第2無機絶縁膜33は、有機EL表示装置1の使用時だけでなく製造時の水分の遮断作用も有し得る。すなわち、後述するように、平坦化膜30の表面は、50nm以下の表面粗さを有するべく製造工程において研磨されることがあり、研磨後には研磨剤などの除去のために洗浄が行われ得る。第2無機絶縁膜33が形成されない場合は、有機絶縁膜32の表面が研磨され、さらに洗浄剤に晒される。その場合、この洗浄剤が有機絶縁膜32内に浸透し、そのまま残存してTFT20の劣化などを引き起こすことがある。しかし、第2無機絶縁膜33が形成されることによって、このような有機絶縁膜32への洗浄剤の浸透及びTFT20の劣化が防がれる。
The second inorganic insulating
第2無機絶縁膜33は、例えば100nm以上、600nm以下程度の厚さに形成される。しかし、第2無機絶縁膜33の厚さは、有機絶縁膜32の表面に現れる凹凸の大きさと関係する。すなわち、第2無機絶縁膜33は有機絶縁膜32における凹凸を有する表面上に形成され、かつ、第2無機絶縁膜33の表面は算術平均粗さで50nm以下という平坦性を有するため、第2無機絶縁膜33の厚さは、有機絶縁膜32における第2無機絶縁膜33を向く表面の凹凸に基づいて変動する。
The second inorganic insulating
第2無機絶縁層33は、有機絶縁膜32の表面の凹凸を第2無機絶縁層33内に十分に埋没させ得るように、例えば、有機絶縁膜32の表面の凹凸における最大高低差DTの3倍以上の厚さに形成されることが好ましい。そして、必要に応じて、第2無機絶縁膜33の表面を、最大高低差DT以上であって最大高低差DTの2倍未満の長さ(厚さ)ぶん研磨することが好ましい。そうすることによって、有機絶縁膜32を露出させることなく有機絶縁膜32の表面の凸部に基づく第2無機絶縁膜33の表面の凸部を削り取ることができ、平坦化膜30の表面を略確実に50nm以下の算術平均粗さにすることができる。その場合、第2無機絶縁膜33は、有機絶縁膜32の表面の全面において、その表面の凹凸の最大高低差DTの1倍以上、3倍以下の厚さを有し得る。例えば、図2において、第2無機絶縁膜33の最大の厚さTLは、有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTの2倍以上、3倍以下であり、第2無機絶縁膜33の最小の厚さTMは、有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTの1倍以上、2倍以下である。特に図2の例では、第2無機絶縁膜33の最大の厚さTLは、有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTの略2倍であり、その最小の厚さTMは、有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTと略同じである。
For example, the second inorganic insulating
コンタクト孔30aは、前述したように平坦化膜30を構成する各絶縁膜を一括して貫通している。そのため、コンタクト孔30aの内壁に顕著な段差などが無く、従って、コンタクト孔30a内への金属の埋め込みが容易になる。また、その金属においてクラックなども生じ難い。平坦化膜30には、陰極コンタクトのうちの第2コンタクト45を形成するためのコンタクト孔30bも形成されており、コンタクト孔30bも平坦化膜30を構成する各絶縁膜を一括して貫通している。
As described above, the
有機発光素子40の第1電極41は、コンタクト孔30a内に埋め込まれた金属と一体的に形成されている。すなわち、例えばスパッタリングなどによってコンタクト孔30a内にITOとAg又はAPCなどの金属とITOとが埋め込まれると共に、平坦化膜30の表面にも同じITO膜、Ag又はAPCなどの金属膜、及びITO膜がそれぞれ形成される。それらが所定の形状にパターニングされることによって、上層及び下層がITO膜で、その間にAg又はAPCなどの金属膜が介在する第1電極41が形成される。第1電極41は、有機発光層43との関係で、仕事関数が5eV程度のものが好ましく、トップエミッション型の場合、前述したようなITO、及びAg又はAPCが用いられる。ITO膜は10nm程度の厚さに形成され、Ag又はAPC膜は100nm程度の厚さに形成される。ボトムエミッション型の場合には、例えば300nm〜1μm程度の厚さのITO膜だけが形成される。
The
第1電極41の表面におけるコンタクト孔30aの真上の部分には、コンタクト孔30aがITOなどによって完全に埋められない場合に、図2に示されるような窪みが生じ得る。しかし図2の例では、第1電極41は、コンタクト孔30aと平面視で重ならない領域を有機発光層43の形成に十分な大きさで有しており、このコンタクト孔30aと重ならない領域上に有機発光層43が形成されている。そのため、有機発光層43における厚さのムラ、及び、その表面における窪みが生じ難く、コンタクト孔30aに起因する表示ムラが生じ難い。
A recess as shown in FIG. 2 may occur in the portion of the surface of the
第1電極41の周縁部には、各画素を区画すると共に、第1電極41と第2電極44との間を絶縁する絶縁バンク42が形成されている。図2の例では絶縁バンク42によって第1電極41の表面の窪みが覆われている。そして絶縁バンク42によって囲まれる第1電極41の上に有機発光層43が積層されている。有機発光素子40の発光領域となる有機発光層43は、好ましくは図2の例のように、コンタクト孔30aと平面視で重ならない領域に形成される。その場合、前述したようにコンタクト孔30aに起因する表示ムラが生じ難い。有機発光層43は、図1などでは一層で示されているが、種々の材料が積層されることによって複数の有機層で形成される。有機発光層43は、蒸発又は昇華させた有機材料をマスクによって選択的に必要な部分のみに付着させる蒸着、又は印刷などによって形成される。
An insulating
具体的には、例えば第1電極41に接する層として、正孔の注入性を向上させるイオン化エネルギーの整合性の良い材料からなる正孔注入層が設けられる。この正孔注入層上に、正孔の安定な輸送を向上させると共に、発光層への電子の閉じ込め(エネルギー障壁)が可能な正孔輸送層が、例えばアミン系材料により形成される。さらに、その上に発光波長に応じて選択される発光層が形成される。例えば赤色、緑色に対してはAlq3に赤色又は緑色の有機物蛍光材料がドーピングされる。また、青色系の材料としては、DSA系の有機材料が用いられる。さらに発光層の上には、電子の注入性を向上させると共に電子を安定に輸送する電子輸送層がAlq3などによって形成され得る。これらの各層がそれぞれ数十nm程度ずつ積層されることによって有機発光層43の積層膜が形成される。この有機発光層43と第2電極44との間にLiFやLiqなどの電子の注入性を向上させる電子注入層が設けられてもよい。
Specifically, for example, as a layer in contact with the
第2電極44は有機発光層43の上に形成されている。図2の例では、第2電極44は、全画素に亘って共通となるように連続的に形成され、平坦化膜30に形成された第2コンタクト45、及びゲート絶縁膜22及び層間絶縁膜24に形成された第1コンタクト28を介して陰極配線27に接続されている。第2電極44は透光性の材料、例えば、薄膜のMg-Ag膜により形成されている。第2電極44には仕事関数の小さい材料が好ましく、アルカリ金属又はアルカリ土類金属などが用いられ得る。Mgは仕事関数が3.6eVと小さいので好ましく、さらに安定性の付与のために、4.25eV程度の小さい仕事関数を有するAgが10質量%程度の割合で共蒸着されている。BE型では、第2電極44は反射板となるため、第2電極44としてAlが厚く形成される。
The
第2電極44の上には、第2電極44への水分の到達を阻止する被覆層(TFE)46が形成されている。被覆層46は、例えばSiNX、SiO2などの無機絶縁膜からなり、単層膜、又は二層以上の積層膜を成膜することによって形成される。例えば一層の厚さが0.1μmから0.5μm程度の二層程度の積層膜が被覆層46として形成される。被覆層46は、一つの層にピンホールなどができても水分などに対する十分なバリア性が得られるように、異なる材料で多層に形成されるのが好ましい。被覆層46は有機発光層43及び第2電極44を完全に被覆するように形成されている。なお、被覆層46は、二層の無機絶縁膜の間に有機絶縁膜を備えていてもよい。
A coating layer (TFE) 46 that prevents moisture from reaching the
〔有機EL表示装置の製造方法〕
次に、図2に示される有機EL表示装置1を例に、一実施形態の有機EL表示装置の製造方法が、図3のフローチャート及び図4A〜図4Gに示される断面図を参照しながら説明される。
[Method for Manufacturing Organic EL Display Device]
Next, taking the organic
図4Aに示されるように、基板10の上に、薄膜トランジスタ20を含む駆動回路2が形成される(図3のS1)。具体的には、例えばベースコート層11が、プラズマCVD法を用いて基板10の表面上に形成される。ベースコート層11は、図4Aでは単層構造で示されているが、例えば500nm程度の厚さのSiO2層、その上に50nm程度の厚さのSiNX層、さらにその上に250nm程度の厚さのSiO2層を積層することによって形成される。
As shown in FIG. 4A, the
その後、例えばプラズマCVD法を用いてアモルファスシリコン(a−Si)層からなる半導体膜がベースコート層11の表面に全面に亘って形成される。この半導体膜には、例えば350℃程度の温度下での45分間程度のアニール処理によって脱水素化の処理が行われる。そして、この半導体膜が数十nsec程度のエキシマレーザの照射によってアニールされ、a−Siがポリシリコンに変換される。ポリシリコン化された半導体膜は、例えばフォトリソグラフィによるマスク形成及びドライエッチングによってパターニングされる。その結果、所定の幅及び長さを有する半導体層21、並びに所定の形状を有する陰極配線27が形成される。この際、陰極配線27以外の走査線及びデータ線などの各配線(図示せず)も適宜形成され得る。その後、半導体層21などを覆うゲート絶縁膜22が成膜される。ゲート絶縁膜22は、例えばプラズマCVD法を用いて50nm程度の厚さのSiO2膜を成膜することによって形成される。
Thereafter, a semiconductor film made of an amorphous silicon (a-Si) layer is formed over the entire surface of the
ゲート絶縁膜22上に、例えばスパッタリングなどによってMo膜を250nm程度の厚さに成膜し、ドライエッチングでパターニングすることによってゲート電極23が形成される。そして、ゲート電極23をマスクとして不純物イオン(例えばボロン)がゲート絶縁膜22を通して半導体層21に高濃度でドーピングされ、さらに、注入された不純物イオンがアニールによって活性化される。その結果、半導体層21において不純物イオンがドーピングされた領域が低抵抗化され、半導体層21に、低抵抗化された領域からなるソース21s及びドレイン21d、並びにゲート23直下の領域からなるチャネル21cが設けられる。アニールは例えば350℃程度の温度で45分間程度行われる。この際、陰極配線27及び陰極配線27以外に適宜形成された各配線もイオンドーピング及びアニールによって低抵抗化される。
On the
その後、ゲート絶縁膜22及びゲート電極23の全面に層間絶縁膜24が形成され、ソース21s及びドレイン21dの一部を露出させるコンタクト孔24aが形成される。層間絶縁膜24は、例えばプラズマCVD法を用いて、主にSiO2からなる300nm程度の厚さの下層と、主にSiNXからなる300nm程度の厚さの上層との積層膜を成膜することによって形成される。コンタクト孔24aは、レジスト膜の形成と選択露光及び現像とによってマスクを形成し、ドライエッチングなどを行うことによって形成される。
Thereafter, an
その後、金属を成膜することで、コンタクト孔24a内に金属が埋め込まれると共に、層間絶縁膜24の表面にソース電極25及びドレイン電極26の金属膜が形成される。ソース電極25及びドレイン電極26の金属膜は、例えばスパッタリングなどを用いて、300nm程度のTi膜と300nm程度のAl膜とを積層し、さらにその上に100nm程度のTi膜を積層することによって形成される。この金属膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてパターニングすることによって、半導体層21のソース21s及びドレイン21dにそれぞれ接続されたソース電極25及びドレイン電極26が形成される。なお、ソース電極25及びドレイン電極26の形成と同様の方法で、陰極配線27に接続される第1コンタクト28が形成される。以上の工程によって、TFT20を含む駆動回路2、すなわちバックプレーンと呼ばれる部分が形成される。なお、この駆動回路2の形成方法は、図2に例示されるトップゲート型ポリシリコンTFTに関する一例に過ぎず、ボトムゲート型のTFTが形成されてもよく、ポリシリコンTFTではなくアモルファスシリコンTFTが、他の任意の方法で形成されてもよい。
Thereafter, by depositing a metal, the metal is buried in the
その後、図4Bに示されるように、第1無機絶縁膜31、有機絶縁膜32及び第2無機絶縁膜33が駆動回路2(図4A参照)の表面に形成される(図3のS2)。第1無機絶縁膜31は、例えばプラズマCVD法によって200nm程度の厚さのSiNX又はSiO2などの膜を成膜することによって形成される。第1無機絶縁膜31は、有機絶縁膜32の成分がTFT20に接触するのを防止するバリア層として機能する。また、有機絶縁膜32は、TFT20などの形成による凹凸を埋め込むもので、液状又は低粘度のペースト状の樹脂を塗布することによって形成される。液状の樹脂が用いられると、有機絶縁膜32の表面が平坦になり易い。塗布法としては、スリットコートやスピンコートなどの方法が例示されるが、その両方を組み合わせたスリット&スピンコート法であってもよい。有機絶縁膜32は1μm以上、2μm以下程度の厚さに形成される。有機絶縁膜32の材料としては、例えばポリイミド樹脂又はアクリル樹脂などが用いられ得る。これらの樹脂にミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、又はイソプロピルチオキサントンなどの光重合開始剤(感光体)が添加された感光性樹脂が用いられてもよい。しかし、感光体を含まない非感光性樹脂は、純度が高く、しかも有機絶縁膜32の表面平滑性が高いので好ましい。特にアクリル樹脂が好ましい。
4B, the first inorganic insulating
第2無機絶縁膜33は、第1無機絶縁膜31と同様に、例えばプラズマCVDなどを用いてSiNX又はSiO2などからなる膜を成膜することによって形成される。第2無機絶縁膜33を形成することによって、後工程で用いられ得る洗浄剤などの各種溶剤の有機絶縁膜32への浸透、及び、その結果生じ得るTFT20の劣化などが防がれる。
Similar to the first inorganic insulating
第2無機絶縁膜33は、基板10の表面の凹凸などによって生じ得る有機絶縁膜32の表面の凹凸が平坦化膜30の表面(第2無機絶縁膜33の表面)において現れないようにするためのものである。従って、第2無機絶縁膜33は、有機絶縁膜32の表面の凹凸の最大高低差DTに基づいて選択された厚さに形成されることが好ましい。例えば第2無機絶縁膜33は、有機絶縁膜32における第2無機絶縁膜33を向く表面の凹凸における最大高低差DTの2倍以上の厚さに形成される。そうすることで、有機絶縁膜32の表面の凹みを第2無機絶縁膜33の一部で確実に埋め込むことができる。また、第2無機絶縁層33は、有機絶縁膜32の表面における凹凸の最大高低差DTの2倍以上、3倍以下の厚さに形成されることが、さらに好ましい。そうすることで、前述したように有機絶縁膜32の凹みを確実に埋めることができる。さらに、第2無機絶縁膜33を必要以上に厚くすることなく、第2無機絶縁膜33の成膜後にその表面に現れ得る有機絶縁膜32の表面の凹凸に基づく凹凸を後述する研磨工程で確実に均すことができ、しかも、研磨後における有機絶縁膜32の露出を略確実に防ぐことができる。
The second inorganic insulating
次に、図4Cに示されるように、第2無機絶縁膜33の表面が研磨される(図3のS3)。前述したように、有機発光素子40(図2参照)の下地となる平坦化膜30の表面が十分に平坦でない場合、有機EL表示装置に表示ムラが生じ得ることが本発明者によって見出された。そのため、平坦化膜30の表面を構成する第2無機絶縁膜33の表面が研磨される。例えば第2無機絶縁膜33の表面は、50nm以下の算術平均粗さを有するように研磨される。その程度の表面粗さに研磨することによって、前述したように、人に感知されるような表示ムラを殆ど生じないようにすることができる。また、平坦化膜30の表面の平坦化においては、半導体装置の製造プロセスにおいて目標とされるような20nmを下回るほどの算術平均粗さは必ずしも求められない。むしろ、表面粗さの検査を含めて煩雑で時間のかかる研磨工程の回避のためには、第2無機絶縁膜33の表面は、20nm以上、50nm以下の算術平均粗さに研磨されることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4C, the surface of the second inorganic insulating
第2無機絶縁膜33は、第2無機絶縁膜33の表面の研磨において、例えば研磨量(研磨による第2無機絶縁膜33の厚さの減少量)が少なくとも部分的に有機絶縁膜32の表面における凹凸の最大高低差DTの1倍以上、2倍未満となるように研磨される。そうすることによって、前述したように第2無機絶縁層33が有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTの2倍以上の厚さに形成された場合に、有機絶縁膜32の凹凸に基づいて成膜後の第2無機絶縁膜33の表面に現れ得る凹凸を確実に均すことができ、しかも、研磨による有機絶縁膜32の露出を略確実に防ぐことができる。例えば図4Cの例では、成膜後に第2無機絶縁膜33の表面において凸状部であった領域(例えばTFT20が形成されている領域)における研磨量P1は、有機絶縁膜32の表面における凹凸の最大高低差DTの略2倍である。また、図4Cの例では、成膜後に第2無機絶縁膜33の表面において凹状部であった領域(例えばTFT20が形成されていない領域)における研磨量P2は、有機絶縁膜32の凹凸の最大高低差DTと略同じであるものの僅かに下回る量である。
In the polishing of the surface of the second inorganic insulating
第2無機絶縁膜33の研磨の方法は、特に限定されない。しかし、50nm以下の算術平均粗さの達成のためには、セリウム、コロイダルシリカ、又はヒュームドシリカを含む中性のスラリーを研磨剤として用いるCMP研磨によって研磨することが好ましい。CMP研磨であれば、例えば研磨剤が有する表面化学作用によって機械的な研磨の効果を増大させ、平滑な研磨面を速やかに得ることができる。セリウムは、高い硬度を有し、その酸化物であるセリア(CeO2)がガラスと化学反応を起こすため、SiO2などで形成される第2無機絶縁膜33に対する有効な研磨剤となり得る。コロイダルシリカは、通常10nm〜300nmの粒子径を有するSiO2又はその水和物のコロイドであり、ヒュームドシリカ(乾式シリカ又は高分散シリカとも呼ばれる)は、10nm〜30nmの粒径を有する真球状のSiO2粒子が凝集(粒径100nm〜400nm)したものであり、いずれも研磨剤として有効に機能する。
The method for polishing the second inorganic insulating
また、第2無機絶縁膜33の研磨には、中性の水溶性アルコール又は水酸化カリウムの水溶液が、前述した研磨剤と共に用いられる。特に基板10がポリイミド樹脂で形成されている場合、基板10の腐食を防ぐ観点から、中性アルコール液を、前述した研磨剤と共に用いて第2無機絶縁膜33の表面を研磨することが好ましい。
For polishing the second inorganic insulating
図4Dに示されるように、第2無機絶縁膜33、有機絶縁膜32及び第1無機絶縁膜31に、駆動回路2(図4A参照)に達するコンタクト孔30aが形成される(図3のS4)。好ましくは、これら3つの絶縁膜を一括して貫くコンタクト孔30aが形成される。コンタクト孔30aは、好ましくは、後述する有機発光層43(図4F参照)の形成において有機発光層43が形成されるべき領域と、基板10の厚さ方向において重ならない領域に形成される。そうすることで、前述したように表示ムラの発生が防がれる。コンタクト孔30aの形成は、前述したコンタクト孔24aなどと同様に、例えばレジストマスクを形成したうえでドライエッチングによって行われる。平坦化膜30のように、無機膜と有機膜とが混在する膜に孔を形成する場合、ウェットエッチングを用いると両者のエッチングレートが異なるので孔の内壁に段差が生じることがある。その場合、後述する工程においてコンタクト孔30a内が金属によって完全に埋め込まれず、ソース電極25などとの接触抵抗が増大するという問題を発生しやすい。しかし、ドライエッチングを用いることによって、無機膜と有機膜とが混在する平坦化膜30に、段差の少ない内壁を有するコンタクト孔30aを形成することができる。なお、コンタクト孔30aの形成時に、平坦化膜30における第1コンタクト28の上方の部分にも、第1コンタクト45(図2参照)用のコンタクト孔30bがコンタクト孔30aと同様の方法で形成される。
As shown in FIG. 4D, a
図4Eに示されるように、コンタクト孔30aの内部に金属が埋め込まれると共に、所定の領域に有機発光素子40(図2参照)の第1電極41が形成される(図3のS5)。具体的には、例えばスパッタリングなどを用いて、10nm厚程度のITO膜、及び100nm厚程度のAg膜若しくはAPC膜が積層された下層と、主に10nm厚程度のITO膜からなる上層が成膜される。その結果、コンタクト孔30aの内部に金属が埋め込まれると共に、平坦化膜30の表面に、ITO膜、Ag膜若しくはAPC膜、及びITO膜の積層膜が形成される。その後、その積層膜をパターニングすることによって、第1電極41が形成される。この積層膜は、好ましくは図4Eに示されるように、コンタクト孔30aと平面視で重ならず且つ有機発光層43の形成に関して十分な大きさの領域を第1電極41が有するようにパターニングされる。なお、コンタクト孔30aへの金属の埋め込みの際に、コンタクト孔30bが少なくともITO膜、及び、Ag膜若しくはAPC膜で埋め込まれることによって第2コンタクト45が形成される。
As shown in FIG. 4E, metal is embedded in the
図4Fに示されるように、第1電極41の上に有機発光層43が形成される(図3のS6)。具体的には、第1電極41の周縁部に、各画素を区画すると共に第1電極41と第2電極44(図2参照)の接触を防止する絶縁バンク42が形成される。絶縁バンク42はSiO2などの無機絶縁膜でもよいし、ポリイミド又はアクリル樹脂などの有機絶縁膜でもよい。例えばこれらの絶縁膜が平坦化膜30及び第1電極41の全面に成膜され、そのパターニングによって第1電極41の所定の領域が露出される。好ましくは、コンタクト孔30aと基板10の厚さ方向において重ならない、第1電極41の領域が露出される。絶縁バンク42は1μm程度の高さに形成される。前述したように有機発光層43の形成において各種の有機材料が積層される。有機材料の積層は例えば真空蒸着によって行われ、その場合、R、G、Bなどの所望のサブ画素に対応する開口を有する蒸着マスクを介して有機材料が蒸着される。有機発光層43の表面には、電子の注入性を向上させるLiFなどの層が形成されてもよい。なお、蒸着ではなくインクジェット法などを用いた印刷によって有機発光層43が形成されてもよい。
As shown in FIG. 4F, the organic
図4Gに示されるように、有機発光層43の上に第2電極44が形成される(図3のS7)。第2電極44は、例えば共蒸着によって薄膜のMg-Ag共晶膜を成膜することによって形成される。第2電極44は第2コンタクト45上にも形成され、第2コンタクト45及び第1コンタクト28を介して陰極配線27に接続されている。Mg-Ag共晶膜は、融点が異なるため別々のるつぼから気化又は昇華されて成膜時に共晶化したMgとAgとの共晶膜であり、例えばMgが90質量%程度でAgが10質量%程度の割合で含まれている。第2電極44は、例えば10〜20nm程度の厚さに形成される。
As shown in FIG. 4G, the
第2電極44の上には、第2電極44及び有機発光層43を水分又は酸素などから護る被覆層46(図2参照)が形成される。被覆層46は、水分又は酸素に弱い第2電極44及び有機発光層43を保護するため、水分などを吸収し難いSiO2又はSiNXなどの無機絶縁膜をプラズマCVD法などを用いて成膜することによって形成される。被覆層46は、好ましくは、その端部が第2無機絶縁膜33などの無機膜と密着するように形成される。無機膜同士の接合のため両者が密着性良く接合されるからである。そうすることによって、水分などの浸入をより確実に防止することができる。以上の工程を経ることによって、図2に示される有機EL表示装置1が製造され得る。
A coating layer 46 (see FIG. 2) is formed on the
〔まとめ〕
(1)本発明の第1実施形態の有機EL表示装置は、薄膜トランジスタを含む駆動回路が形成された表面を有する基板と、前記駆動回路を覆うことによって前記基板の前記表面を平坦化する平坦化膜と、前記平坦化膜の表面上に形成され、前記駆動回路と電気的に接続された有機発光素子と、を備え、前記平坦化膜は、前記駆動回路の上に積層された第1無機絶縁膜、前記第1無機絶縁膜の上に積層された有機絶縁膜、及び、前記有機絶縁膜の上に積層された第2無機絶縁膜を含んでおり、前記第2無機絶縁膜における前記有機絶縁膜と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有している。
[Summary]
(1) The organic EL display device according to the first embodiment of the present invention includes a substrate having a surface on which a driving circuit including a thin film transistor is formed, and planarizing the surface of the substrate by covering the driving circuit. An organic light emitting element formed on a surface of the planarization film and electrically connected to the drive circuit, the planarization film being stacked on the drive circuit. An insulating film; an organic insulating film stacked on the first inorganic insulating film; and a second inorganic insulating film stacked on the organic insulating film, wherein the organic in the second inorganic insulating film The surface facing the direction opposite to the insulating film has an arithmetic average roughness of 50 nm or less.
(1)の構成によれば、有機EL表示装置において輝度ムラ又は色ムラなどを少なくすることができる。 According to the configuration of (1), luminance unevenness or color unevenness can be reduced in the organic EL display device.
(2)上記(1)の有機EL表示装置において、前記第2無機絶縁膜における前記表面が、20nm以上、50nm以下の算術平均粗さを有していてもよい。その場合、表示品位に影響し得る表示ムラの効果的な抑制と簡便な製造とが両立され易い。 (2) In the organic EL display device according to (1), the surface of the second inorganic insulating film may have an arithmetic average roughness of 20 nm or more and 50 nm or less. In that case, it is easy to achieve both effective suppression of display unevenness that may affect display quality and simple manufacturing.
(3)上記(1)又は(2)の有機EL表示装置において、前記有機絶縁膜は感光体を含まないアクリル樹脂、又は感光体を含まないポリイミド樹脂であってもよい。その場合、表面の平坦性の高い有機絶縁膜が得られ易く、50nm以下の算術平均粗さの表面を有する平坦化膜が得られ易い。 (3) In the organic EL display device according to (1) or (2), the organic insulating film may be an acrylic resin that does not include a photoconductor, or a polyimide resin that does not include a photoconductor. In that case, an organic insulating film with high surface flatness is easily obtained, and a flattened film having a surface with an arithmetic average roughness of 50 nm or less is easily obtained.
(4)上記(1)〜(3)のいずれかの有機EL表示装置において、前記有機絶縁膜における前記第2無機絶縁膜を向く表面が、100nm以上、300nm以下の算術平均粗さを有していてもよい。その場合、50nm以下の算術平均粗さの表面を有する平坦化膜の形成が容易になることがあり、しかも、有機絶縁膜におけるレベリング向上剤の含有量を過剰とならない程度に留めることができる。 (4) In the organic EL display device according to any one of (1) to (3), a surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film has an arithmetic average roughness of 100 nm or more and 300 nm or less. It may be. In that case, it may be easy to form a planarizing film having a surface with an arithmetic average roughness of 50 nm or less, and the content of the leveling improver in the organic insulating film can be kept to an excessive level.
(5)上記(4)の有機EL表示装置において、前記有機絶縁膜が、前記有機絶縁膜の前記表面における平坦性を向上させる添加剤を0.5質量%以上、5質量%以下の含有率で含んでいてもよい。その場合、50nm以下の算術平均粗さの表面を有する平坦化膜の形成が容易になり、しかも、有機絶縁膜を構成する樹脂材料に求められる特性が影響を受けること殆どない。 (5) In the organic EL display device according to the above (4), the organic insulating film contains 0.5 mass% or more and 5 mass% or less of an additive that improves flatness on the surface of the organic insulating film. May be included. In that case, it becomes easy to form a planarizing film having a surface with an arithmetic mean roughness of 50 nm or less, and the characteristics required for the resin material constituting the organic insulating film are hardly affected.
(6)上記(1)〜(5)のいずれかの有機EL表示装置において、前記駆動回路と前記有機発光素子とは、前記第1無機絶縁膜、前記有機絶縁膜、及び、前記第2無機絶縁膜を一括して貫くコンタクト孔に埋め込まれた金属を介して接続されていてもよい。その場合、駆動回路と有機発光素子とが、良好な導電性を有する経路で確実に接続される。 (6) In the organic EL display device according to any one of (1) to (5), the drive circuit and the organic light emitting element include the first inorganic insulating film, the organic insulating film, and the second inorganic film. You may connect via the metal embedded in the contact hole which penetrates an insulating film collectively. In that case, the drive circuit and the organic light emitting element are reliably connected through a path having good conductivity.
(7)上記(1)〜(6)のいずれかの有機EL表示装置において、前記第2無機絶縁膜の厚さは、前記有機絶縁膜おける前記第2無機絶縁膜を向く表面の凹凸に基づいて変動し、かつ、前記有機絶縁膜の前記表面の全面において前記凹凸の最大高低差の1倍以上、3倍以下であってもよい。その場合、有機絶縁膜が露出されることなく、有機絶縁膜の表面の凹凸が平坦化膜の表面において均され得る。 (7) In the organic EL display device according to any one of (1) to (6), the thickness of the second inorganic insulating film is based on unevenness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film. And may be 1 to 3 times the maximum height difference of the unevenness on the entire surface of the organic insulating film. In that case, the unevenness of the surface of the organic insulating film can be leveled on the surface of the planarizing film without exposing the organic insulating film.
(8)本発明の第2実施形態の有機EL表示装置の製造方法は、基板の上に、薄膜トランジスタを含む駆動回路を形成する工程と、前記駆動回路の表面に第1無機絶縁膜、有機絶縁膜及び第2無機絶縁膜を形成する工程と、前記第2無機絶縁膜の表面を研磨する工程と、前記第2無機絶縁膜、前記有機絶縁膜及び前記第1無機絶縁膜に、前記駆動回路に達するコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタクト孔の内部に金属を埋め込むと共に、所定の領域に第1電極を形成する工程と、前記第1電極の上に有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層の上に第2電極を形成する工程と、を含んでいる。 (8) A method of manufacturing an organic EL display device according to a second embodiment of the present invention includes a step of forming a drive circuit including a thin film transistor on a substrate, and a first inorganic insulating film and an organic insulation on the surface of the drive circuit. A step of forming a film and a second inorganic insulating film; a step of polishing a surface of the second inorganic insulating film; and the driving circuit on the second inorganic insulating film, the organic insulating film, and the first inorganic insulating film. A step of forming a contact hole reaching the surface, a step of embedding a metal in the contact hole and forming a first electrode in a predetermined region, a step of forming an organic light emitting layer on the first electrode, Forming a second electrode on the organic light emitting layer.
(8)の構成によれば、輝度ムラ又は色ムラなどの少ない有機EL表示装置を適切に製造することができる。 According to the configuration of (8), it is possible to appropriately manufacture an organic EL display device with little luminance unevenness or color unevenness.
(9)上記(8)の有機EL表示装置の製造方法では、前記第2無機絶縁膜の前記表面の研磨において、セリウム、コロイダルシリカ、又はヒュームドシリカを含む中性のスラリーを研磨剤として用いるCMP研磨によって、前記第2無機絶縁膜の前記表面を50nm以下の算術平均粗さに研磨してもよい。そうすることによって、表示ムラを略生じさせない程度の表面粗さに平坦化膜の表面を速やかに研磨することができる。 (9) In the method for manufacturing an organic EL display device according to (8), a neutral slurry containing cerium, colloidal silica, or fumed silica is used as an abrasive in polishing the surface of the second inorganic insulating film. The surface of the second inorganic insulating film may be polished to an arithmetic average roughness of 50 nm or less by CMP polishing. By doing so, the surface of the planarization film can be quickly polished to a surface roughness that does not substantially cause display unevenness.
(10)上記(9)の有機EL表示装置の製造方法では、前記第2無機絶縁膜の前記表面の研磨において、前記第2無機絶縁膜の前記表面を20nm以上、50nm以下の算術平均粗さに研磨してもよい。そうすることによって、平坦化膜において表示ムラを略生じさせない程度の表面粗さを得ることができ、しかも、長時間を要する煩雑な研磨工程を回避することができる。 (10) In the method for manufacturing an organic EL display device according to (9), in the polishing of the surface of the second inorganic insulating film, the surface of the second inorganic insulating film has an arithmetic average roughness of 20 nm or more and 50 nm or less. It may be polished. By doing so, it is possible to obtain a surface roughness that does not substantially cause display unevenness in the planarizing film, and it is possible to avoid a complicated polishing process that requires a long time.
(11)上記(9)又は(10)の有機EL表示装置の製造方法では、前記第2無機絶縁膜の前記表面の研磨において、中性アルコール液を前記研磨剤と共に用いて前記第2無機絶縁膜の前記表面を研磨してもよい。そうすることで、基板にポリイミドなどの樹脂を用いている場合でも、その腐食を防止することができる。 (11) In the method for manufacturing an organic EL display device according to (9) or (10), in the polishing of the surface of the second inorganic insulating film, a neutral alcohol liquid is used together with the polishing agent in the second inorganic insulating film. The surface of the film may be polished. By doing so, even when a resin such as polyimide is used for the substrate, the corrosion can be prevented.
(12)上記(8)〜(11)のいずれかの有機EL表示装置の製造方法では、前記第2無機絶縁膜の形成において、前記有機絶縁膜における前記第2無機絶縁膜を向く表面の凹凸における最大高低差の2倍以上の厚さに前記第2無機絶縁膜を形成し、前記第2無機絶縁膜の前記表面の研磨において、前記研磨による前記第2無機絶縁膜の厚さの減少量が少なくとも部分的に前記最大高低差の1倍以上、2倍未満となるように前記第2無機絶縁膜を研磨してもよい。そうすることで、有機絶縁膜の凹凸に基づいて成膜後の第2無機絶縁膜の表面に現れ得る凹凸を確実に均すことができ、しかも、研磨による有機絶縁膜の露出を略確実に防ぐことができる。 (12) In the method for manufacturing an organic EL display device according to any one of the above (8) to (11), in the formation of the second inorganic insulating film, the unevenness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film The second inorganic insulating film is formed to have a thickness that is twice or more the maximum height difference in the step, and in the polishing of the surface of the second inorganic insulating film, the amount of decrease in the thickness of the second inorganic insulating film due to the polishing However, the second inorganic insulating film may be polished so that at least partly becomes not less than 1 times and less than 2 times the maximum height difference. By doing so, the unevenness that may appear on the surface of the second inorganic insulating film after film formation can be surely leveled based on the unevenness of the organic insulating film, and the exposure of the organic insulating film by polishing can be almost reliably performed. Can be prevented.
(13)上記(12)の有機EL表示装置の製造方法では、前記第2無機絶縁膜の形成において、前記最大高低差の2倍以上、3倍以下の厚さに前記第2無機絶縁膜を形成してもよい。そうすることで、第2無機絶縁膜を必要以上に厚くすることなく有機絶縁膜の凹みを確実に埋めることができる。 (13) In the method of manufacturing an organic EL display device according to (12), in forming the second inorganic insulating film, the second inorganic insulating film is formed to have a thickness that is not less than twice and not more than three times the maximum height difference. It may be formed. By doing so, the recess of the organic insulating film can be reliably filled without making the second inorganic insulating film thicker than necessary.
(14)上記(8)〜(13)のいずれかの有機EL表示装置の製造方法において、前記コンタクト孔の形成をドライエッチングによって行ってもよい。そうすることで、コンタクト孔の内壁に段差が生じ難いため有機発光素子と駆動回路との接触抵抗の増大を防止することができる。 (14) In the method of manufacturing an organic EL display device according to any one of (8) to (13), the contact hole may be formed by dry etching. By doing so, it is difficult for a step to be formed on the inner wall of the contact hole, so that an increase in contact resistance between the organic light emitting element and the drive circuit can be prevented.
(15)上記(8)〜(14)のいずれかの有機EL表示装置の製造方法において、前記有機発光層を形成すべき領域と前記基板の厚さ方向において重ならない領域に前記コンタクト孔を形成してもよい。そうすることによって、有機発光層の表面に凹みが生じることを防ぐことができ、表示品位の低下を防ぐことができる。 (15) In the method for manufacturing an organic EL display device according to any one of (8) to (14), the contact hole is formed in a region where the organic light emitting layer is to be formed and a region that does not overlap in the thickness direction of the substrate. May be. By doing so, it can prevent that a dent arises on the surface of an organic light emitting layer, and can prevent a display quality fall.
1 有機EL表示装置
2 駆動回路
3 有機EL表示パネル
10 基板
20 薄膜トランジスタ(駆動TFT、TFT)
23 ゲート電極
25 ソース電極
26 ドレイン電極
30 平坦化膜
30a、30b コンタクト孔
31 第1無機絶縁膜
32 有機絶縁膜
33 第2無機絶縁膜
40 有機発光素子(OLED)
41 第1電極
43 有機発光層
44 第2電極
DESCRIPTION OF
23
41
Claims (12)
前記駆動回路を覆うことによって前記基板の前記表面を平坦化する平坦化膜と、
前記平坦化膜の表面上に形成され、前記駆動回路と電気的に接続された有機発光素子と、を備え、
前記平坦化膜は、前記駆動回路の上に積層された第1無機絶縁膜、前記第1無機絶縁膜の上に積層された有機絶縁膜、及び、前記有機絶縁膜の上に積層された第2無機絶縁膜を含んでおり、
前記第2無機絶縁膜における前記有機絶縁膜と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有し、
前記有機絶縁膜が、前記有機絶縁膜における前記第2無機絶縁膜を向く表面の平坦性を向上させる添加剤を0.5質量%以上、5質量%以下の含有率で含んでいる、有機EL表示装置。 A substrate having a surface on which a driving circuit including a thin film transistor is formed;
A planarization film that planarizes the surface of the substrate by covering the drive circuit;
An organic light emitting element formed on the surface of the planarization film and electrically connected to the drive circuit,
The planarizing film includes a first inorganic insulating film stacked on the driving circuit, an organic insulating film stacked on the first inorganic insulating film, and a first inorganic insulating film stacked on the organic insulating film. 2 It contains an inorganic insulating film,
The surface of the second inorganic insulating film facing the direction opposite to the organic insulating film has an arithmetic average roughness of 50 nm or less,
Organic EL, wherein the organic insulating film contains an additive that improves the flatness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film at a content of 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. Display device.
前記駆動回路を覆うことによって前記基板の前記表面を平坦化する平坦化膜と、
前記平坦化膜の表面上に形成され、前記駆動回路と電気的に接続された有機発光素子と、を備え、
前記平坦化膜は、前記駆動回路の上に積層された第1無機絶縁膜、前記第1無機絶縁膜の上に積層された有機絶縁膜、及び、前記有機絶縁膜の上に積層された第2無機絶縁膜を含んでおり、
前記第2無機絶縁膜における前記有機絶縁膜と反対方向を向く表面が、50nm以下の算術平均粗さを有し、
前記第2無機絶縁膜の厚さは、前記有機絶縁膜における前記第2無機絶縁膜を向く表面の凹凸に基づいて変動し、
前記第2無機絶縁膜の最大の厚さは、前記有機絶縁膜の凹凸の最大高低差の2倍以上、3倍以下であり、前記第2無機絶縁膜の最小の厚さは、前記有機絶縁膜の凹凸の最大高低差の1倍以上、2倍以下である、有機EL表示装置。 A substrate having a surface on which a driving circuit including a thin film transistor is formed;
A planarization film that planarizes the surface of the substrate by covering the drive circuit;
An organic light emitting element formed on the surface of the planarization film and electrically connected to the drive circuit,
The planarizing film includes a first inorganic insulating film stacked on the driving circuit, an organic insulating film stacked on the first inorganic insulating film, and a first inorganic insulating film stacked on the organic insulating film. 2 It contains an inorganic insulating film,
The surface of the second inorganic insulating film facing the direction opposite to the organic insulating film has an arithmetic average roughness of 50 nm or less,
The thickness of the second inorganic insulating film varies based on unevenness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film,
The maximum thickness of the second inorganic insulating film is not less than 2 times and not more than 3 times the maximum height difference of the unevenness of the organic insulating film, and the minimum thickness of the second inorganic insulating film is the organic insulating film An organic EL display device having a maximum height difference of 1 to 2 times the unevenness of the film.
前記駆動回路の表面に第1無機絶縁膜、有機絶縁膜及び第2無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第2無機絶縁膜の表面を研磨する工程と、
前記第2無機絶縁膜、前記有機絶縁膜及び前記第1無機絶縁膜に、前記駆動回路に達するコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔の内部に金属を埋め込むと共に、所定の領域に第1電極を形成する工程と、
前記第1電極の上に有機発光層を形成する工程と、
前記有機発光層の上に第2電極を形成する工程と、
を含み、
前記有機絶縁膜が、前記有機絶縁膜における前記第2無機絶縁膜を向く表面の平坦性を向上させる添加剤を0.5質量%以上、5質量%以下の含有率で含んでいる、有機EL表示装置の製造方法。 Forming a driving circuit including a thin film transistor on a substrate;
Forming a first inorganic insulating film, an organic insulating film and a second inorganic insulating film on the surface of the drive circuit;
Polishing the surface of the second inorganic insulating film;
Forming a contact hole reaching the drive circuit in the second inorganic insulating film, the organic insulating film, and the first inorganic insulating film;
Burying a metal in the contact hole and forming a first electrode in a predetermined region;
Forming an organic light emitting layer on the first electrode;
Forming a second electrode on the organic light emitting layer;
Including
Organic EL, wherein the organic insulating film contains an additive that improves the flatness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film at a content of 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. Manufacturing method of display device.
前記第2無機絶縁膜の前記表面の研磨において、前記研磨による前記第2無機絶縁膜の厚さの減少量が少なくとも部分的に前記最大高低差の1倍以上、2倍未満となるように前記第2無機絶縁膜を研磨する、請求項6〜8のいずれか1項に記載の有機EL表示装置の製造方法。 In the formation of the second inorganic insulating film, the second inorganic insulating film is formed to a thickness that is twice or more of the maximum height difference in the unevenness of the surface of the organic insulating film facing the second inorganic insulating film,
In the polishing of the surface of the second inorganic insulating film, the reduction amount of the thickness of the second inorganic insulating film due to the polishing is at least partially less than or equal to 1 and less than 2 times the maximum height difference. The method for manufacturing an organic EL display device according to any one of claims 6 to 8, wherein the second inorganic insulating film is polished.
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