JP3981838B2 - 有機el素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はフラットパネルディスプレイ(平面表示装置)に関し、特に電極の剥離現象を防止できるようにした有機EL素子の製造方法に関するものである。
最近、表示装置の大型化により、空間に占める割合が少ない平面表示装置に対する要求が増大している。このような平面表示装置のうちの1つとして、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode:OLED)を使用する有機電界発光素子(以下、有機EL素子と称する)の技術が急速に発展しており、既に様々な試作品が発表されている。
有機EL素子は、電子注入電極(Cathode)である第1電極と、正孔注入電極(Anode)である第2電極間に形成された有機発光層に各々電子と正孔を注入すると、電子と正孔が結合し、生成されたエキサイトン(Exciton:励起子)が、励起状態から基底状態に移りながら消滅して発光する素子である。
このような有機EL素子は、プラズマディスプレイパネル(PDP)や無機EL素子ディスプレイに比べて低い電圧(5〜10V)で駆動できるという長所があり、研究が活発にされている。
そして、有機EL素子は、広い視野角、高速応答性、高コントラストなどの優れた特徴を有しているため、グラフィックディスプレイのピクセル、テレビ映像ディスプレイや表面光源(Surface Light Source)のピクセルとして用いられる。
また、有機EL素子は、プラスチックのように柔軟(Flexible)な透明基板上にも素子を形成したり、非常に薄くて軽く作ったりすることができ、色特性が優れているために、次世代平面ディスプレイ(FPD)に適合した素子である。
更に、バックライトが不要で、液晶表示装置(LCD)に比べて電力消費が少ないという長所もある。
一般的に、有機EL素子は、その構造及び駆動方法において、パッシブタイプとアクティブタイプとで区分される。
前記アクティブマトリックスはパッシブマトリックスとは異なり、ガラス面に発光させる時(通常、ボトムエミッションという)、TFT(Thin Film Transistor)の大きさや数が多くなるほど開口率が幾何級数的に減り、ディスプレイ素子としての使用が難しくなる。
このような問題点を克服するために、開口率が前記TFTと相関性を持たないようにガラスの反対面へ発光させるトップエミッション方式が出現した。
トップエミッション方式の有機電界発光素子は、TFT及び貯蔵キャパシターを含む基板と、基板上に形成される反射層と、前記反射層上に順次に形成される有機発光層と透明電極層とを含むものである。前記有機発光層からの発光は、前記反射層によって反射され、基板と反対側の面の方向に放出される。このため、前記TFTによる開口率の低下が発生しない。
以下、図1A乃至図1Fを参照して、従来技術に係るトップエミッション方式のアクティブマトリックス有機EL素子の製造方法を説明する。
まず、透明基板11上にピクセル単位でTFT(Thin Film Transistor)12を形成する。
即ち、透明基板11上に非晶質シリコンを形成する。
そして、前記非晶質シリコンの表面にレーザーを照射することによって、非晶質シリコンを溶融し、再結晶化して、多結晶シリコン膜を形成する。
続いて、フォトリソグラフィリソグラフィ及びエッチングの工程により、前記多結晶シリコン膜を島状にパターニングして半導体膜12aを形成する。
そして、半導体膜12aを含む全面に、ゲート絶縁膜12bを形成する。
次に、ゲート絶縁膜12b上に、例えばクロム(Cr)からなる金属膜を形成する。
そして、フォトリソグラフィ及び食刻工程により、前記ゲート絶縁膜12b上の半導体膜12aの中央部分に対応し、重畳する領域に、ゲート電極12cを形成する。
続いて、前記ゲート電極12cをマスクとして、前記半導体膜12aに、p型またはn型の不純物を注入する。
そして、前記注入された不純物を活性化させるために加熱処理を実施して、半導体膜12aにソース領域12d及びドレイン領域12eを形成され、それによってTFT12を完成する。
続いて、前記TFT12を含む全面に第1絶縁膜13を形成する。
そして、ソース電極12d及びドレイン電極12eに接続するために、前記第1絶縁膜13とゲート絶縁膜12bを貫いてコンタクト14が、それぞれ第1絶縁膜13に形成され、それから、第2絶縁膜15がコンタクト14を含む全面に形成される。
続いて、図1Bのように、前記第2絶縁膜15上に平坦化絶縁膜16を形成する。
そして、フォトリソグラフィ及び食刻の工程により、前記ドレイン電極12eに連結されるコンタクト14の表面が露出するように、前記平坦化絶縁膜16及び第2絶縁膜15を選択的に除去して、ビアホール17を形成する。
続いて、図1Cのように、前記ビアホール17が塞がるように、前記ビアホール17を含む平坦化絶縁膜16上にアノード電極用物質18を蒸着する。
そして、図1Dに示すように、アノード電極がピクセル単位で分離されるように、フォトリソグラフィ及び食刻の工程により、前記アノード電極用物質18を選択的に除去してアノード電極18aを形成し、発光部を除いた部分に絶縁膜21を形成する。
続いて、図1Eに示すように、前記絶縁膜21の全面に、有機EL層22を形成する。
そして、図1Fに示すように、前記有機EL層22上にカソード電極23を形成して、従来技術に係るトップ−エミッション方式のアクティブマトリックス有機EL素子が完成する。
しかしながら、上述した従来の技術に係るトップ−エミッション方式のアクティブマトリックス有機EL素子は、フォトレジストを除去する時、アノード電極18aが平坦化絶縁膜16から剥離し、落ちるという問題がある。
ここで、上述した従来技術の問題を図2a乃至図2dに基づいて、より詳細に説明する。
図1Cに示すように、アノード電極用物質18の蒸着を完了した後、アノード電極がピクセル単位で分離することができるように、フォトリソグラフィ及び食刻の工程を進めなければならない。
即ち、図2Aに示すように、前記アノード電極用物質18上にフォトレジスト19を塗布し、ピクセルの周縁部が露出するようにパターニングされたマスク20を透明基板11上に配置する。
続いて、前記マスク20を介して透明基板11に向けて光を照射し、前記フォトレジスト19を露光させる。
そして、前記マスク20を除去し、前記フォトレジスト19を現像すると、図2bに示すように、フォトレジスト19の露光した部位が除去される。
続いて、図2Cに示すように、前記フォトレジスト19をマスクとしてアノード電極用物質18を除去し、ピクセル単位でアノード電極18aを形成する。基板をストリッパーに入れ、所定の化学処理の過程を経てフォトレジスト19を除去する。
この時、フォトレジスト19を除去する過程で、ストリッパー内の処理過程の影響と、アノード電極18aと平坦化絶縁膜16間の弱い接着力の問題のため、前記アノード電極18aが図2Dに示すように、平坦化絶縁膜16から剥がれる。
本発明は上記のような問題点を解決するために考えられたもので、電極の剥離現象を防止することができる有機EL素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る有機EL素子の製造方法は、基板上にピクセル単位でTFTを形成する段階と、前記TFTを含む基板の全面に第1絶縁膜を形成する段階と、前記第1絶縁膜を貫いて各TFTに接続されるビアホールを形成する段階と、前記第1絶縁膜領域のうち、アノード電極を分離させる位置に隔壁を形成する段階と、前記ビアホールと隔壁を含む第1絶縁膜の全面にアノード電極用物質を成膜して、前記隔壁によって分離されるアノード電極を形成する段階と、前記各ピクセルの発光領域を除いた全面に第2絶縁膜を形成する段階と、前記第2絶縁膜を含むアノード電極の全面に有機EL層とカソード電極を順に形成する段階とを含むことを特徴とする。
又、上記目的を達成するために本発明に係る有機EL素子は基板上にピクセル単位で形成されたTFTと、前記TFTを含む基板の全面に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜の所定の位置に形成されたビアホールと、前記第1絶縁膜領域のうち、アノード電極を分離させる位置に形成された隔壁と、前記隔壁によって分離され、隔壁間に形成され、前記ビアホールを通して前記TFTに接続されたアノード電極と、前記各ピクセルの発光領域を除いた全面に形成された第2絶縁膜と、前記各ピクセルの発光領域の前記アノード上に形成された有機EL層と、前記有機EL層上に形成されたカソード電極とを含むことを特徴とする。
また、前記隔壁は、上部の幅を下部の幅に比べて広く形成することを特徴とする。
また、前記隔壁は、オーバーハング構造を有することを特徴とする。
また、前記隔壁は、逆台形状であることを特徴とする。
また、前記隔壁は、少なくとも二つの層からなることを特徴とする。
また、前記隔壁は、有機物、無機物、メタル又はこれらの混合物のうち、少なくとも一つを用いて形成されることを特徴とする。
また、前記隔壁を形成する段階は、ネガティブフォトレジスト又は食刻の工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする。
また、前記隔壁は、前記TFTに対応する第1絶縁膜上に形成されていることを特徴とする。
本発明に係る有機EL素子の製造方法は、次のような效果を奏する。
第一に、隔壁を用いてアノード電極がピクセル単位で自動分離されるので、別のフォトリソグラフィ工程を行わなくともよい。したがって、アノード電極の剥離を防止することができ、更に製品の信頼性を向上させることができる。
第二に、アノード電極分離のための複雑なフォトリソグラフィ工程(フォトリソグラフィレジスト塗布工程、マスクアライン工程、露光及び現象工程、アノード電極分離、フォトレジスト除去工程)が不要になり、工程を簡素化することができ、結局、工程効率を向上させることができる。
以下、本発明の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図3A乃至図3Eは、本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。図4A乃至図4Eは、それぞれ図3A乃至図3Eの工程におけるA−A方向の断面図である。
本発明に係る有機EL素子の製造方法は、まず、図3A及び図4Aに示すように、透明基板31上にピクセル単位で、TFT(Thin Film Transistor)32を形成する。
即ち、透明基板31上に非晶質シリコンを形成する。
そして、非晶質シリコンの表面にレーザーを照射することにより、非晶質シリコンを溶融し再結晶化して多結晶シリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ及び食刻の工程で、前記多結晶シリコン膜を島形状にパターニングし、半導体膜32aを形成する。
続いて、前記半導体膜32aを含む全面にゲート絶縁膜32bを形成し、ゲート絶縁膜32b上に、例えばクロム(Cr)からなる金属膜を形成する。
そして、フォトリソグラフィ及び食刻の工程により前記金属膜をパターニングし、ゲート絶縁膜32b上の半導体膜32aの中央部分に対応し重畳する領域に、ゲート電極32cを形成する。
続いて、前記ゲート電極32cをマスクとして、前記半導体膜32aにp型又はn型の不純物を注入する。
そして、前記注入された不純物を活性化させるために加熱処理を実施し、半導体膜32aにソース領域32d及びドレイン領域32eを形成し、TFT32を完成する。
続いて、前記TFT32を含む全面に第1絶縁膜33を形成する。
そして、ソース電極32d及びドレイン電極32eに接続するために、前記第1絶縁膜33とゲート絶縁膜32bを貫いてコンタクト34が、それぞれ第1絶縁膜33に形成され、それから、第2絶縁膜15がコンタクト34を含む全面に形成される。
続いて、図3B及び図4Bに示すように、第2絶縁膜35上に平坦化絶縁膜36を形成する。
そして前記ドレイン電極32eに接続されるコンタクト34の表面が露出するように、前記平坦化絶縁膜36と第2絶縁膜35を選択的に除去し、ビアホール37を形成する。
続いて、図3C及び図4Dに示すように、アノード電極を分離させる部分(ピクセルの境界部分)に隔壁38を形成する。この時、平坦化絶縁膜36を形成しないことも可能である。平坦化絶縁膜36を形成しない場合、隔壁38は前記第2絶縁膜35上に形成される。この時、隔壁38は様々な方式によって形成することができ、例えば、ネガティブPR(Negative photoresist)又は食刻の工程のいずれかでもよい。
又、隔壁38は、下部より上部で広い幅を持つように形成するのが最も好ましく、オーバーハング構造を有するように形成することも可能である。
又、隔壁38の実施例をよく見ると、図5Aのような逆台形状、或いは図5B及び図5Cのような形態で形成することができ、図5D及び図5Eのように、二つ以上の多層で形成することもできる。
そして、隔壁38の材料として、有機物、無機物、メタル又はこれらの混合物のうち、少なくとも一つを使用することができる。
その後、図3D及び4Dに示すように、前記ビアホール37が塞がるように、前記隔壁38を含む平坦化絶縁膜36の全面に、アノード電極用物質を蒸着する。
前記アノード電極用物質としては、反射率に優れた導電性物質、特にCr、Cu、 W、 Au、 Ni、 Al、 AlNd、 Ag、 Ti、 Taなどのメタルや、これらの合金又はこれらを用いた多層膜を使用する。
この時、図4Dに示すように、隔壁38がアノード電極を分離させる部分に形成されており、その隔壁38は、その上部に比べて下部の幅が狭い形状を有する。したがって、アノード電極用物質を蒸着する時、前記隔壁38を基準にアノード電極用物質が分離され、平坦化絶縁膜36上にアノード電極39が形成される。
もちろん、前記アノード電極用物質は平坦化絶縁膜36上ばかりでなく、隔壁38上にも形成されるが、上述した形状の隔壁38によって前記隔壁38上部のアノード電極用物質と、平坦化絶縁膜36上部のアノード電極用物質は自動的に分離される。
続いて、図3E及び図4Eに示すように、全体のピクセル領域のうち、実際の表示領域を除いた残りの部分に絶縁膜40を形成する。
前記絶縁膜40としては、無機絶縁体又は有機絶縁体を用いることができる。この時、絶縁膜40として無機絶縁体を用いる場合には、例えばSiNx、 SiOxを使用するが好ましく、有機絶縁体を使用する場合には、例えばポリイミド(polyimide)、ポリアクリル(polyacryl)、ノボラック(novolac)系列の物質を使用することが好ましい。
そして、図示してはいないが、前記絶縁膜40を含む全面に有機EL層を形成し、有機EL層上にカソード電極を積層して本発明による有機EL素子を完成する。
以上、説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を離脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。
よって、本発明の技術的範囲は実施例に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求範囲によって定められなければならない。
従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造工程断面図である。 従来技術に係る有機EL素子の製造時に発生し得る問題点を説明するための図面である。 従来技術に係る有機EL素子の製造時に発生し得る問題点を説明するための図面である。 従来技術に係る有機EL素子の製造時に発生し得る問題点を説明するための図面である。 従来技術に係る有機EL素子の製造時に発生し得る問題点を説明するための図面である。 本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。 本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。 本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。 本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。 本発明に係る有機EL素子の製造工程による平面図である。 図3AにおけるA−A方向断面図である。 図3BにおけるA−A方向断面図である。 図3CにおけるA−A方向断面図である。 図3DにおけるA−A方向断面図である。 図3EにおけるA−A方向断面図である。 本発明に係る隔壁形状を示した断面図である。 本発明に係る隔壁形状を示した断面図である。 本発明に係る隔壁形状を示した断面図である。 本発明に係る隔壁形状を示した断面図である。 本発明に係る隔壁形状を示した断面図である。
符号の説明
31 透明基板
32 TFT
33 第1絶縁膜
34 コンタクト
35 第2絶縁膜
36 平坦化絶縁膜
37 ビアホール
38 隔壁
39 アノード電極
40 絶縁膜

Claims (14)

  1. 基板上にピクセル単位でTFTを形成する段階と、
    前記TFTを含む基板の全面に第1絶縁膜を形成する段階と、
    前記第1絶縁膜を貫いて各TFTに接続されるビアホールを形成する段階と、
    前記第1絶縁膜領域のうち、アノード電極を分離させる位置に隔壁を形成する段階と、
    前記ビアホールと隔壁を含む第1絶縁膜の全面にアノード電極用物質を成膜して、前記隔壁によって分離されるアノード電極を形成する段階と、
    前記各ピクセルの発光領域を除いた全面に第2絶縁膜を形成する段階と、
    前記第2絶縁膜を含むアノード電極の全面に有機EL層とカソード電極を順に形成する段階とを含むことを特徴とする有機EL素子の製造方法。
  2. 前記隔壁は、上部の幅を下部の幅に比べて広く形成することを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。
  3. 前記隔壁は、有機物、無機物、メタル又はこれらの混合物のうち、少なくとも一つを用いて形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。
  4. 前記隔壁を形成する段階は、ネガティブフォトレジスト又は食刻の工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。
  5. 前記隔壁は、前記TFTに対応する第1絶縁膜上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。
  6. 前記隔壁は、オーバーハング構造を有することを特徴とする請求項に記載の有機EL素子の製造方法。
  7. 前記隔壁は、逆台形状であることを特徴とする請求項に記載の有機EL素子の製造方法。
  8. 前記隔壁は、少なくとも二つの層からなることを特徴とする請求項に記載の有機EL素子の製造方法。
  9. 基板上にピクセル単位で形成されたTFTと、
    前記TFTを含む基板の全面に形成された第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜の所定の位置に形成されたビアホールと、
    前記第1絶縁膜領域のうち、アノード電極を分離させる位置に形成された隔壁と、
    前記隔壁によって分離され、隔壁間に形成され、前記ビアホールを通して前記TFTに接続されたアノード電極と、
    前記各ピクセルの発光領域を除いた全面に形成された第2絶縁膜と、
    前記各ピクセルの発光領域の前記アノード上に形成された有機EL層と、
    前記有機EL層上に形成されたカソード電極とを含むことを特徴とする有機EL素子。
  10. 前記隔壁は、上部の幅下部の幅に比べて広く形成されていることを特徴とする請求項9に記載の有機EL素子。
  11. 前記隔壁は、有機物、無機物、メタル又はこれらの混合物のうち、少なくとも一つを用いて形成されていることを特徴とする請求項9に記載の有機EL素子。
  12. 前記隔壁は、オーバーハング構造を有することを特徴とする請求項9に記載の有機EL素子。
  13. 前記隔壁は、逆台形状であることを特徴とする請求項9に記載の有機EL素子。
  14. 前記隔壁は、少なくとも二つの層からなることを特徴とする請求項9に記載の有機EL素子。
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