JP4365364B2 - 有機電界発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光素子(Organic Electro Luminescence Device)に関し、特に、光効率および開口率を向上させることができる有機電界発光素子およびその製造方法に関する。
有機電界発光素子は、脚光を浴びている新たなフラットパネル(ＦＰＤ：Flat Panel Display)の一つである。前記有機電界発光素子は、自発光するため、液晶表示装置に比べて視野角、コントラストなどが優れている。なお、バックライトを必要としないので、軽量薄型が可能であって、消費電力の側面でも有利である。
さらに、直流低電圧駆動が可能で、応答速度が速い。そして、全部固体で形成されるため、外部衝撃にも強い。なお、使用温度範囲も広く、特に、製造費用においても低コストが可能という長所を有している。
特に、前記有機電界発光素子の製造工程は、液晶表示装置やＰＤＰ(Plasma Display Panel)とは違って、蒸着(deposition)装備およびカプセル化(encapsulation)装備だけが使用されると言える、非常に単純な工程である。
従来、このような有機電界発光素子の駆動方式として、別途のスイッチング素子を備えない単純マトリックス(passive matrix)型が主に使われている。前記単純マトリックス方式では、走査線(scan line)と信号線(signal line)との交差により、マトリックス状のピクセルが定義される。このような場合、それぞれのピクセルを駆動するために、走査線を時間によって順次駆動するので、要求される平均輝度を示すためには、平均輝度にライン数を掛けた分の瞬間輝度を提供する必要がある。
しかし、アクティブマトリックス(active matrix)方式では、ピクセルをオン/オフするスイッチング素子である薄膜トランジスタ(ＴＦＴ：Thin Film Transistor)がサブピクセル(sub pixel)別に位置する。そして、この薄膜トランジスタと連結された第１電極はサブピクセル単位にオン/オフされ、第１電極と対向する第２電極は共通電極になる。前記アクティブマトリックス方式では、ピクセルに印加された電圧が貯蔵キャパシタ(ＣＳＴ：storage capacitance)に充電されており、その次のフレーム信号が印加されるまで電圧を印加することによって、走査線の数にかかわらず現在フレーム期間の間駆動を続ける。したがって、アクティブマトリックス方式によれば、低い電流を印加しても同一な輝度を示すので、低消費電力、高精細、大型化が可能な長所を有する。
以下、アクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本構造および動作特性について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、一般のアクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本ピクセル構造を示した図面である。
図１を参照すると、第１方向に走査線２が形成されており、前記第１方向と交差する第２方向に、互いに所定間隔離隔した信号線３および電力供給線４が形成されて、一つのサブピクセル領域を定義する。
図１は、一般のアクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本ピクセル構造を示した図面である。
図１を参照すると、第１方向に走査線２が形成されており、前記第１方向と交差する第２方向に、互いに所定間隔離隔した信号線３および電力供給線４が形成されて、一つのサブピクセル領域を定義する。
前記走査線２と信号線３との交差点には、アドレッシングエレメント(addressing element)であるスイッチング薄型トランジスタ(ＴＦＴ)５が形成されている。このスイッチング薄型トランジスタ５および電力供給線４と連結され貯蔵キャパシタ(ＣＳＴ)６が形成されている。この貯蔵キャパシタ(ＣＳＴ)６および電力供給線４と連結され、電流源エレメント(current source element)である駆動薄膜トランジスタ７が形成されている。この駆動薄膜トランジスタ７と連結され有機電界発光ダイオード(Electro luminescent Diode)８が構成されている。
有機電界発光ダイオード８は、有機発光物質に順方向に電流を供給すると、正孔提供層である陽極(anode electrode)と電子提供層である陰極(cathode electrode)とのＰ(positive)−Ｎ(negative)接合により、電子と正孔が移動し、互いに再結合する。このとき、発生するエネルギー差によって光が放出される。
前記有機電界発光素子は、有機電界発光ダイオードで発光された光の進行方向によって、上部発光方式(top emission type)と下部発光方式(bottom emission type)に分けられる。
図２は、従来の下部発光方式有機電界発光素子の概略的な断面図であって、赤、緑、青のサブピクセルで構成される一つのピクセル領域を中心に図示した。
図２を参照すると、第１、２基板１０、３０が互いに対向するように配置され、第１、２基板１０、３０のエッジ部はシールパターン４０により封じられている。第１基板１０の透明基板１の上部には、サブピクセル別に薄膜トランジスタＴが形成されており、その薄膜トランジスタＴに第１電極１２が連結されている。薄膜トランジスタＴおよび第１電極１２の上部には赤、緑、青のカラーを有する発光物質を含む有機電界発光層１４が形成され、有機電界発光層１４の上部には第２電極１６が形成されている。
図２を参照すると、第１、２基板１０、３０が互いに対向するように配置され、第１、２基板１０、３０のエッジ部はシールパターン４０により封じられている。第１基板１０の透明基板１の上部には、サブピクセル別に薄膜トランジスタＴが形成されており、その薄膜トランジスタＴに第１電極１２が連結されている。薄膜トランジスタＴおよび第１電極１２の上部には赤、緑、青のカラーを有する発光物質を含む有機電界発光層１４が形成され、有機電界発光層１４の上部には第２電極１６が形成されている。
前記第１、２電極１２、１６は、有機電界発光層１４に電界を印加する。
前記シールパターン４０により、第２電極１６と第２基板３０とは所定間隔離隔している。
第２基板３０の内部面には、外部からの水分を吸収する吸湿剤(図示せず)および吸湿剤と第２基板３０との接着のための半透性テープ(図示せず)が含まれる。
前記シールパターン４０により、第２電極１６と第２基板３０とは所定間隔離隔している。
第２基板３０の内部面には、外部からの水分を吸収する吸湿剤(図示せず)および吸湿剤と第２基板３０との接着のための半透性テープ(図示せず)が含まれる。
一例として、下部発光方式構造で、前記第１電極１２を陽極として、第２電極１６を陰極として構成する場合、第１電極１２は透明導電性物質から選択され、第２電極１６は仕事関数の低い金属物質から選択できる。このような条件下で前記有機電界発光層１４は、第１電極１２から正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂ、発光層１４ｃ、電子輸送層１４ｄの順番に積層された構造を有する。前記発光層１４ｃは赤、緑、青のカラーを有する発光物質がサブピクセル別に配置された構造を有する。
図３は、図２に示された下部発光方式有機電界発光素子の一つのサブピクセル領域の拡大断面図である。
図３を参照すると、透明基板１上には、半導体想６２、ゲート電極６８、ソースおよびドレイン電極８０、８２が順番に形成され薄膜トランジスタ領域を定義し、ソースおよびドレイン電極８０、８２には、電源供給ライン(図示せず)で形成されたパワー電極７２および有機電界発光ダイオードＥがそれぞれ連結されている。
図３を参照すると、透明基板１上には、半導体想６２、ゲート電極６８、ソースおよびドレイン電極８０、８２が順番に形成され薄膜トランジスタ領域を定義し、ソースおよびドレイン電極８０、８２には、電源供給ライン(図示せず)で形成されたパワー電極７２および有機電界発光ダイオードＥがそれぞれ連結されている。
前記パワー電極７２と対応する下部には、絶縁体を介してキャパシタ電極６４が位置する。これらに対応する領域は貯蔵キャパシタ領域をなす。
前記有機電界発光ダイオードＥ以外の薄膜トランジスタ領域および貯蔵キャパシタ領域に形成された素子らは、アレイ素子Ａをなす。
前記有機電界発光ダイオードＥ以外の薄膜トランジスタ領域および貯蔵キャパシタ領域に形成された素子らは、アレイ素子Ａをなす。
前記有機電界発光ダイオードＥは、有機電界発光層１４を介して互いに対向する第１電極１２および第２電極１６で構成される。前記有機電界発光ダイオードＥは、自発光した光を外部に放出する発光領域に位置する。
このように、従来の有機電界発光素子は、アレイ素子Ａと有機電界発光ダイオードＥとが同一基板上に積層された構造からなることを特徴とした。
このように、従来の有機電界発光素子は、アレイ素子Ａと有機電界発光ダイオードＥとが同一基板上に積層された構造からなることを特徴とした。
図４は、従来の有機電界発光素子の製造工程のフローチャートである。
図４を参照すると、第１基板上にアレイ素子が形成される(ｓｔ１)。前記第１基板は透明基板である。前記アレイ素子は、走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔した信号線と、電力供給線と、走査線と信号線との交差点に形成されたスイッチング薄膜トランジスタと、前記スイッチング薄膜トランジスタに連結された駆動薄膜トランジスタとを含む。
図４を参照すると、第１基板上にアレイ素子が形成される(ｓｔ１)。前記第１基板は透明基板である。前記アレイ素子は、走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔した信号線と、電力供給線と、走査線と信号線との交差点に形成されたスイッチング薄膜トランジスタと、前記スイッチング薄膜トランジスタに連結された駆動薄膜トランジスタとを含む。
有機電界発光ダイオードの第１構成要素である第１電極が前記駆動薄膜トランジスタと連結される(ｓｔ２)。前記第１電極はサブピクセル別にパターン化される。
前記第１電極の上部に、有機電界発光ダイオードの第２構成要素である有機電界発光層が形成される(ｓｔ３)。前記第１電極を陽極として構成する場合、前記有機電界発光層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順番で積層構成されることができる。
前記有機電界発光層の上部に、有機電界発光ダイオードの第３構成要素である第２電極が形成される(ｓｔ４)。前記第２電極は共通電極として基板の全面に形成される。
第２基板を用いて第１基板がカプセル化される(ｓｔ５)。前記第２基板は、第１基板を外部の衝撃から保護し、外気の流入による有機電界発光層の損傷を防ぐために、第１基板の外郭をカプセル化する。前記第２基板の内部面には吸湿剤が含まれることができる。
このように、既存の下部発光方式有機電界発光素子は、アレイ素子および有機電界発光ダイオードが形成された第１基板とカプセル化のための第２基板との合着によって製作される。このような場合、アレイ素子の収率と有機電界発光ダイオードの収率との掛算により、有機電界発光素子の収率が決定される。
従来の有機電界発光素子の構造においては、後半工程に相当する有機電界発光ダイオード工程によって、全体工程の収率が大いに制限される問題点があった。例えば、アレイ素子が良好に形成されたとしても、１０００Å程度の薄膜を使用する有機電界発光層の形成時に、異物やその他の要素によって不良が発生すれば、有機電界発光素子は不良等級と判定される。
これによって、良品のアレイ素子の製造に所要される諸般の経費および材料費の損失を呼び、生産収率が低下する問題点があった。
また、下部発光方式は、カプセル化による安定性および工程における自由度が高い反面、開口率の制限があって、高解像度製品に適用しがたい問題点があった。
さらに、上部発光方式は、薄膜トランジスタの設計が容易で、開口率が向上できるので、製品の寿命の側面では有利であるが、従来の上部発光方式構造では有機電界発光層の上部に通常的に陰極が位置することによって、材料の選択幅が狭いので、透過度が制限され発光効率が低下する。そして、光透過度の低下を最小化するために薄膜型保護膜を構成する場合、外気を十分に遮断できない問題点があった。
また、下部発光方式は、カプセル化による安定性および工程における自由度が高い反面、開口率の制限があって、高解像度製品に適用しがたい問題点があった。
さらに、上部発光方式は、薄膜トランジスタの設計が容易で、開口率が向上できるので、製品の寿命の側面では有利であるが、従来の上部発光方式構造では有機電界発光層の上部に通常的に陰極が位置することによって、材料の選択幅が狭いので、透過度が制限され発光効率が低下する。そして、光透過度の低下を最小化するために薄膜型保護膜を構成する場合、外気を十分に遮断できない問題点があった。
本発明の目的は、アレイ素子と有機電界発光ダイオードとを互いに異なる基板に形成することによって、生産収率を向上させることができる有機電界発光素子およびその製造方法を提供することにある。
本発明のほかの目的は、有機電界発光ダイオードを構成する第１および第２電極を同一平面上に形成することによって、光透過率および開口率を向上させることができる有機電界発光素子およびその製造方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明による有機電界発光素子は、所定間隔離隔して配置された第１、２基板と、前記第１基板上にサブピクセルに対応するスイッチング薄膜トランジスタを有するアレイ素子と、前記第２基板上に前記サブピクセルに対応して形成された第１電極と、前記第１電極上で前記サブピクセルを第１領域と第２領域とに分離した隔壁と、前記第１領域の第１電極上に形成された有機電界発光層および第２電極と、前記第２領域の第１電極と前記スイッチング薄膜トランジスタのドレイン電極との間を電気的に連結する導電性スペーサとを含み、前記ドレイン電極と前記導電性スペーサとの間には連結電極が形成されている。
さらに、本発明による有機電界発光素子の製造方法は、所定間隔離隔した第１、２基板を備える段階と、前記第１基板上に第１および第２領域に分離されたサブピクセルに対応するスイッチング薄膜トランジスタを有するアレイ素子を形成する段階と、前記第２基板上に前記サブピクセル対応するように第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に前記第１および第２領域を分離するための隔壁を形成する段階と、前記第１または第２領域のうちいずれか一つの領域の前記第１電極上に有機電界発光層を形成する段階と、前記有機電界発光層上に第２電極を形成する段階と、前記第１基板のアレイ素子の薄膜トランジスタのドレイン電極上に形成された連結電極パターンと前記第２基板の第１電極とを導電性スペーサを用いて電気的に連結する段階と、前記第１、２基板を合着する段階とを含む。
本発明によると、デュアルパネルタイプの有機電界発光素子で、アレイ素子と有機電界発光ダイオードとを互いに異なる基板上に構成するため、アレイ素子の収率から有機電界発光ダイオードが影響を受けないので、各素子の生産管理の側面でも良好な特性を有する効果がある。
また、本発明によると、上部発光方式で画面を具現するので、開口率を念頭に置くことなく薄膜トランジスタを設計でき、アレイの工程効率を高めることができるだけでなく、設計が容易である。さらに、高開口率/高解像度の製品を提供できるので、製品の品質を向上させ、それによって寿命特性が良くなる効果がある。
さらに、本発明によると、デュアルパネルタイプの有機電界発光素子において、前記アレイ素子で電荷移動度の高い多結晶シリコンを用いてＬＴＰＳ薄膜トランジスタを形成するため、下板の信頼性が確保され、大面積の基板に適用可能であるという効果がある。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子の一サブピクセルを示す断面図である。説明の便宜上、一つのサブピクセルを中心に図示して説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子の一サブピクセルを示す断面図である。説明の便宜上、一つのサブピクセルを中心に図示して説明する。
図５を参照すると、第１、２基板１１０、１３０が互いに所定間隔離隔して配置されている。アレイ素子１２０が前記第１基板１１０の透明基板１００の内部面に形成されており、有機電界発光ダイオードＥが前記第２基板１３０の透明基板１０１の内部面に形成されている。前記第１および第２基板１１０、１３０のエッジ部は、シールパターン１４０によって封じられる。
前記第２基板１３０は、カソード領域とアノード領域に分離されており、前記アノード領域において、第１基板１１０のアレイ素子１２０と導電性スペーサとは、電気的に連結されている。
前記有機電界発光ダイオードＥは前記カソード領域に形成されている。前記有機電界発光ダイオードＥは、第１、第２電極１３２、１３８ａの間に有機電界発光層１３６を位置させて形成される。したがって、前記第１、第２電極１３２、１３８ａに印加された電圧により、前記第１、第２電極１３２、１３８ａの間に電界が形成され、このような電界により、有機電界発光層１３６で所定の光が発光される。
従来では、単一基板上にアレイ素子と有機電界発光ダイオードとを一緒に形成することで、開口率および発光効率が低下し、複雑な工程によって製品の収率が下がることがあった。
前述したように、本発明のデュアルパネル方式の有機電界発光素子は、アレイ素子１２０と有機電界発光ダイオードＥとを互いに異なる基板１１０、１３０上に形成することによって、工程上の不良率が下がり製品収率が向上し、アレイ素子に関係なく有機電界発光素子を形成でき、有機電界発光素子のマージン率を増加させ、開口率および発光効率が向上できる。
前記第１電極１３２は、導電性スペーサ１１４を通じて、前記第１基板１１０のアレイ素子１２０の駆動スイッチング薄膜トランジスタＴのドレイン電極１１２または前記駆動スイッチング薄膜トランジスタＴと連結される連結電極１２８と接触して、電気的に連結される。
前記有機電界発光ダイオードＥには、共通電極として用いられる第１電極１３２と、第１電極１３２の上部でサブピクセル別境界部に位置する隔壁１３４と、隔壁１３４内の領域で有機電界発光層１３６、第２電極１３８ａが順次サブピクセル単位に分離されたパターンに形成されている。
前記第１電極１３２はカソード領域だけでなくアノード領域にわたって形成される。それに反して、有機電界発光層１３６と第２電極１３８ａはカソード領域に形成される。
有機電界発光層１３６は、第１キャリア伝達層１３６ａ、発光層１３６ｂ、第２キャリア伝達層１３６ｃが順次積層された構造からなり、前記第１、２キャリア伝達層１３６ａ、１３６ｃは発光層１３６ｂに電子または正孔を注入および輸送する。
前記第１、２キャリア伝達層１３６ａ、１３６ｃは、陽極および陰極の配置構造によって決まる。例えば、前記発光層１３６ｂが高分子物質で構成され、第１電極１３２をアノード電極、第２電極１３８ａをカソード電極として構成する場合には、第１電極１３２と連接する第１キャリア伝達層１３６ａは、正孔注入層、正孔輸送層が順次積層された構造を有し、第２電極１３８ａと連接する第２キャリア伝達層１３６ｃは、電子注入層、電子輸送層が順次積層された構造を有する。
前記隔壁１３４は、逆先細の構造であって、上部にゆくほどパターンが大きくなる形状をしている。このような逆先細の隔壁１３４により、前記第２電極１３８の形成時にサブピクセル別に分離され、前記カソード領域に第２電極１３８ａが形成されることができる。前記隔壁１３４上に第２電極１３８パターンが残ることもありうる。
前記アレイ素子１２０は、駆動スイッチング薄膜トランジスタＴを含む素子である。前記有機電界発光ダイオードＥに電流を供給するために、サブピクセル単位に第２電極１３８ａと薄膜トランジスタＴとを連結する位置に、柱形状の導電性スペーサ１１４が位置する。前記導電性スペーサ１１４は、一般の液晶表示装置用スペーサと異なって、セルギャップ維持機能より、両基板１１０、１３０の駆動スイッチング薄膜トランジスタＴと第１電極１３２との間を電気的に連結することを主目的とするものであって、両基板の間で、柱形状で所定の高さを有するので、説明の便宜上スペーサと称する。
前記導電性スペーサ１１４と薄膜トランジスタＴとの連結部位をより詳しく説明する。薄膜トランジスタＴ領域にドレイン電極１１２を一部露出させるドレインコンタクトホール１１５ｄを有する第１保護層１２４が形成されている。前記第１保護層１２４の上部にはドレインコンタクトホール１１５ｄを通じてドレイン電極１１２が形成されている。前記ドレイン電極１１２が露出される連結コンタクトホール１２７が形成されている第２保護層１２６上には、前記連結コンタクトホール１２７を通じて連結電極１２８がドレイン電極１１２と連結されている。
前記連結電極１２８上には導電性スペーサ１１４が位置する。前記導電性スペーサ１１４は、実質的に薄膜トランジスタＴのソース電極１１１、またはドレイン電極１１２に連結されることができる。なお、図示されたように、前記導電性スペーサ１１４は無機または有機物質でパターニングされたスペーサ上に、伝導性物質１３８ｂを蒸着することによって形成され、前記第１電極１３２と連結電極１２８とを電気的に連結する。しかし、本発明はこれに限定されず、導電性物質からなるスペーサを用いて連結することができる。前記導電性スペーサ１１４は導電性物質から選択され、好ましくは延性を有し、比抵抗値の低い金属物質から選択される。
前記導電性スペーサ１１４は、第２基板１３０に有機電界発光層１３６を形成してから、アノード領域の第１電極１３２上に形成できる。なお、前記第１基板１１０のアレイ素子１２０製造工程で、連結電極１２８上に形成することもできる。前記薄膜トランジスタＴは、前記第１電極１３２と連結される駆動スイッチング用薄膜トランジスタＴに相当する。
本発明の実施の形態によると、前記有機電界発光素子は、前記第１電極１３２と第２電極１３８ａとの作用によって、前記有機電界発光層１３６から第２基板１３０の方へ光を発光させる上部発光方式である。したがって、前記第１電極１３２と第２電極１３８ａは、透過性または半透過性を有する導電性物質から選択されることが好ましい。
アレイ素子１２０が形成された前記第１基板１１０において、透明基板１００上に、前記透明基板１００と半導体１０８との間の緩衝作用をするバッファ層１０６が形成されている。前記バッファ層１０６上には、多結晶シリコン(poly silicon)からなる半導体層１０８が形成され、前記半導体層１０８上にゲート絶縁膜１２２が形成される。
前記半導体１０８の両側には不純物イオンが注入され、ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄが形成され、前記ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄの間にアクティブ層１０８ａが形成されている。前記ゲート絶縁膜１２２上で、前記半導体層１０８の中央部にゲート電極１１３を形成し、前記ゲート電極１１３上には第１保護層１２４を形成する。前記第１保護層１２４、ゲート絶縁膜１２２にはソース、ドレインコンタクトホール１１５ｓ、１１５ｄが形成されており、前記ソース、ドレインコンタクトホール１１５ｓ、１１５ｄを通じて前記ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄと接触するソースおよびドレイン電極１１１、１１２が形成される。前記ソースおよびドレイン電極１１１、１１２上には、絶縁物質である第２保護層１２６が形成され、前記第２保護層１２６には、前記ドレイン電極１１２を所定露出させる連結コンタクトホール１２７が形成されている。前記第２保護層１２６上には、前記連結コンタクトホール１２７を通じて前記ドレイン電極１１２と電気的に連結される連結電極１２８が形成されている。前記連結電極１２８は導電性スペーサ１１４と接触して、前記第２基板１３０のアノード電極である第１電極１３２と電気的に接続される。
一方、前記第１、２基板１１０、１３０間の空間は、不活性気体または絶縁性液体で埋めることができる。
図示してはいないが、前記アレイ素子１２０は走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔する信号線および電力供給線と、走査線と信号線との交差点に位置するスイッチング薄膜トランジスタと、貯蔵キャパシタとをさらに含む。
図示してはいないが、前記アレイ素子１２０は走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔する信号線および電力供給線と、走査線と信号線との交差点に位置するスイッチング薄膜トランジスタと、貯蔵キャパシタとをさらに含む。
図６Ａ乃至図６Ｅは、本発明に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子において、有機電界発光ダイオードが形成される基板の製造工程を示す断面図である。
図６Ａに図示されたように、本発明に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子において、有機電界発光ダイオードＥが形成される第２基板１３０は、透明基板１０１上にサブピクセル別に第１電極１３２が形成されている。
前記第１電極１３２は透明な導電性電極からなり、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)、ＩＴＺＯ(Indium Tin Zinc Oxide)の中でいずれか一つからなる。
図６Ａに図示されたように、本発明に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子において、有機電界発光ダイオードＥが形成される第２基板１３０は、透明基板１０１上にサブピクセル別に第１電極１３２が形成されている。
前記第１電極１３２は透明な導電性電極からなり、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)、ＩＴＺＯ(Indium Tin Zinc Oxide)の中でいずれか一つからなる。
そして、図６Ｂに図示されたように、前記第１電極１３２上に、カソード領域と、孤立するアノード領域とを区分する絶縁物質からなるバンク１３３と、前記バンク１３３上に逆先細のパターンで隔壁１３４が形成される。
このような逆先細の隔壁１３４により、前記第２電極１３８ａの形成時にサブピクセル別に分離され、前記カソード領域に第２電極１３８ａが形成される。
前記隔壁１３４は、サブピクセルの境界部およびカソード領域とアノード領域との境界部に形成され、サブピクセルを分離させ、前記カソード領域と前記アノード領域とを分離させる。
このような逆先細の隔壁１３４により、前記第２電極１３８ａの形成時にサブピクセル別に分離され、前記カソード領域に第２電極１３８ａが形成される。
前記隔壁１３４は、サブピクセルの境界部およびカソード領域とアノード領域との境界部に形成され、サブピクセルを分離させ、前記カソード領域と前記アノード領域とを分離させる。
図６Ｃに図示されたように、前記第２基板１３０上に透過部１６０ａと遮断部１６０ｂとが繰り返されるパターンを有するシャドーマスク１６０を覆って、有機電界発光層１３６物質を形成する。
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明で有機電界発光層１３６の形成時に使用されるシャドーマスク１６０の実施の形態を示す図面である。
図７Ａを参照すると、前記シャドーマスク１６０では、透過部１６０ａと遮断部１６０ｂとが一つのサブピクセルを形成する。前記透過部１６０ａは一つのサブピクセルごとに形成される。
したがって、前記シャドーマスク１６０を用いて、サブピクセルのカソード領域に有機電界発光層１３６を形成するときには、前記シャドーマスク１６０を一方向にシフトしながら形成する必要がある。
図７Ａを参照すると、前記シャドーマスク１６０では、透過部１６０ａと遮断部１６０ｂとが一つのサブピクセルを形成する。前記透過部１６０ａは一つのサブピクセルごとに形成される。
したがって、前記シャドーマスク１６０を用いて、サブピクセルのカソード領域に有機電界発光層１３６を形成するときには、前記シャドーマスク１６０を一方向にシフトしながら形成する必要がある。
図７Ｂに図示されたシャドーマスク１６０では、ピクセルのカソード領域が全てオープンされ、透過部１６０ａを形成する。
前記シャドーマスク１６０において、前記透過部１６０ａは前記サブピクセルでカソード領域に対応し、前記遮断部１６０ｂはアノード領域に対応する。
具体的に、前記有機電界発光層１３６は、第１キャリア伝達層１３６ａ、発光層１３６ｂ、第２キャリア伝達層１３６ｃが順次積層された構造からなる。前記第１、２キャリア伝達層１３６ａ、１３６ｃは、発光層１３６ｂに電子または正孔を注入および輸送する。
前記シャドーマスク１６０において、前記透過部１６０ａは前記サブピクセルでカソード領域に対応し、前記遮断部１６０ｂはアノード領域に対応する。
具体的に、前記有機電界発光層１３６は、第１キャリア伝達層１３６ａ、発光層１３６ｂ、第２キャリア伝達層１３６ｃが順次積層された構造からなる。前記第１、２キャリア伝達層１３６ａ、１３６ｃは、発光層１３６ｂに電子または正孔を注入および輸送する。
前記第１、２キャリア伝達層１３６ａ、１３６ｃは陽極および陰極の配置構造によって決まる。例えば、前記発光層１３６ｂが高分子物質から選択され、第１電極１３２をアノード電極、第２電極１３８ａをカソード電極として構成する場合には、第１電極１３２と連接する第１キャリア伝達層１３６ａは正孔注入層、正孔輸送層が順次積層された構造を有し、第２電極１３８ａと連接する第２キャリア伝達層１３６ｃは、電子注入層、電子輸送層が順次積層された構造を有する。
前記有機電界発光層１３６は、前記透過部１６０ａと遮断部１６０ｂを有するシャドーマスク１６０により、前記カソード領域にだけ形成される。
前記有機電界発光層１３６は、前記透過部１６０ａと遮断部１６０ｂを有するシャドーマスク１６０により、前記カソード領域にだけ形成される。
一方、図６Ｄに図示されたように、前記アノード領域の露出されている第１電極１３２上に、有機物質または無機物質からなるスペーサ１１４を形成する。または、前記スペーサ１１４は前記有機電界発光層１３６を形成する以前に形成することができる。例えば、前記スペーサ１１４は図６Ｂに図示された前記隔壁１３４を形成した後に形成することができる。
図６Ｅに図示されたように、前記第２基板１３０の全面に伝導性物質を塗布した後パターン化する。前記伝導性物質は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)、ＩＴＺＯ(Indium Tin zinc Oxide)のような透明な導電性物質である。
前記第２電極１３８ａは、前記逆先細の隔壁１３４上に蒸着され、前記隔壁１３４により分離され前記カソード領域の前記有機電界発光層１３６上に形成される。
前記パターン化された伝導性物質１３８ｂはアノード領域のスペーサ１１４上に蒸着され、前記第１電極１３２と電気的に連結される導電性スペーサ１１４を形成する。
前記第２電極１３８ａは、前記逆先細の隔壁１３４上に蒸着され、前記隔壁１３４により分離され前記カソード領域の前記有機電界発光層１３６上に形成される。
前記パターン化された伝導性物質１３８ｂはアノード領域のスペーサ１１４上に蒸着され、前記第１電極１３２と電気的に連結される導電性スペーサ１１４を形成する。
前記のように、本発明に係るデュアルパネル方式の有機電界発光素子は、第２基板１３０にカソード電極、アノード電極として第１、２電極１３２、１３８ａを水平構造で形成している。
このように、前記第２基板１３０はカソード領域とアノード領域に分離されており、前記アノード領域は前記導電性スペーサ１１４により、第１基板１１０のアレイ素子１２０と電気的に連結されている。
前記導電性スペーサ１１４を通じて印加された信号により、前記カソード領域には、前記有機電界発光層１３６を介して第１、２電極１３２、１３８ａの間に電界が形成される。
このように、前記第２基板１３０はカソード領域とアノード領域に分離されており、前記アノード領域は前記導電性スペーサ１１４により、第１基板１１０のアレイ素子１２０と電気的に連結されている。
前記導電性スペーサ１１４を通じて印加された信号により、前記カソード領域には、前記有機電界発光層１３６を介して第１、２電極１３２、１３８ａの間に電界が形成される。
図８Ａ乃至図８Ｅは、本発明に係る有機電界発光素子において、アレイ素子が形成される基板の製造工程を示す断面図である。
図８Ａを参照すると、前記第１基板１１０は、透明基板１００上に、前記透明基板１００と半導体層１０８との間の緩衝作用をするバッファ層１０６が形成されている。前記バッファ層１０６上には、多結晶シリコンからなる半導体層１０８が形成されている。
図８Ａを参照すると、前記第１基板１１０は、透明基板１００上に、前記透明基板１００と半導体層１０８との間の緩衝作用をするバッファ層１０６が形成されている。前記バッファ層１０６上には、多結晶シリコンからなる半導体層１０８が形成されている。
図８Ｂに図示されたように、前記半導体層１０８上にゲート絶縁膜１２２が形成され、前記ゲート絶縁膜１２２上で前記半導体層１０８の中央部にゲート電極１１３が形成される。
図８Ｃに図示されたように、前記ゲート電極１１３をマスクとして基板全面に不純物イオンを注入すると、前記半導体層１０８の両側には不純物イオンが注入されソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄが形成され、前記ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄの間にアクティブ層１０８ａが形成される。
図８Ｄに図示されたように、前記ゲート電極１１３上に第１保護層１２４を形成する。前記第１保護層１２４、ゲート絶縁膜１２２を貫通して前記ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄを露出させるソース、ドレインコンタクトホール１１５ｓ、１１５ｄが形成される。前記ソース、ドレインコンタクトホール１１５ｓ、１１５ｄを通じて前記ソース、ドレイン不純物領域１０８ｓ、１０８ｄと接触するソースおよびドレイン電極１１１、１１２が形成される。
最後に、図８Ｅに図示されたように、前記ソースおよびドレイン電極１１１、１１２上には第２保護層１２６が形成される。前記第２保護層１２６上には、前記ドレイン電極１１２を露出させる連結コンタクトホール１２７を形成し、前記連結コンタクトホール１２７を通じて前記ドレイン電極１２と接触する連結電極１２８を形成する。
このとき、前記第１基板１１０の連結電極１２８は、第２基板１３０の導電性スペーサ１１４と接触して、前記第２基板１３０のアノード電極である第１電極１３２と電気的に接続される。
このとき、前記第１基板１１０の連結電極１２８は、第２基板１３０の導電性スペーサ１１４と接触して、前記第２基板１３０のアノード電極である第１電極１３２と電気的に接続される。
前記のように形成される第１、２基板１１０、１３０は、互いに対向して前記第１および第２基板１１０、１３０のエッジ部のシールパターン１４０により封じられる。
一方、前記第１、２基板１１０、１３０間の空間は、不活性気体または絶縁性液体で埋めることができる。
一方、前記第１、２基板１１０、１３０間の空間は、不活性気体または絶縁性液体で埋めることができる。
このようなデュアルパネルタイプの有機電界発光素子は、アレイ素子と有機電界発光ダイオードとを互いに異なる基板上に構成するため、アレイ素子の収率に有機電界発光ダイオードが影響を受けないので、各素子の生産管理の側面においても良好な特性を示すことができる。
なお、前述した条件下で上部発光方式で画面を具現すると、開口率を気にせず薄膜トランジスタを設計できるので、アレイ工程効率を上げることができ、高開口率/高解像度の製品を提供できる。さらに、デュアルパネルタイプで有機電界発光ダイオードを形成するため、外気を効果的に遮断でき、製品の安定性を上げることができる。
また、前記アレイ素子において、電荷移動度の高い多結晶シリコンを用いて、ＬＴＰＳ薄膜トランジスタを形成するため、下板信頼性が確保され、大面積基板に適用することができる。
本発明に係る有機電界発光素子に適用される薄膜トランジスタは、図示されたようなトップゲート型トランジスタのほかにも、多様な構造の薄膜トランジスタを適用することができる。
図９は、本発明に係るデュアルパネルタイプの有機電界発光素子の第２基板を説明するための一サブピクセルを示す平面図である。
図９に図示されたように、第２基板１３０の一サブピクセルに、カソード領域Ｃとアノード領域Ａが水平構造で形成されている。前記アノード領域Ａにおいて、第１電極１３２が導電性スペーサ１１４と電気的に連結されている。
前記カソード領域Ｃには、第１電極１３２、有機電界発光層１３６、第２電極１３８ａが順次積層されている。前記カソード領域Ｃとアノード領域Ａとは、バンク１３３および隔壁１３４により分離される。
したがって、前記第１電極１３２は、前記隔壁１３４の下部を通じて前記カソード領域Ｃとアノード領域Ａとにわたって一体に形成されることができる。
図９に図示されたように、第２基板１３０の一サブピクセルに、カソード領域Ｃとアノード領域Ａが水平構造で形成されている。前記アノード領域Ａにおいて、第１電極１３２が導電性スペーサ１１４と電気的に連結されている。
前記カソード領域Ｃには、第１電極１３２、有機電界発光層１３６、第２電極１３８ａが順次積層されている。前記カソード領域Ｃとアノード領域Ａとは、バンク１３３および隔壁１３４により分離される。
したがって、前記第１電極１３２は、前記隔壁１３４の下部を通じて前記カソード領域Ｃとアノード領域Ａとにわたって一体に形成されることができる。
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子であって、説明の便宜上、デュアルパネルタイプの有機電界発光素子の一サブピクセルを示す断面図である。ただし、図５と同一な構成要素についての説明は省略し、同一な構成要素についての符号の説明も省略する。
図１０を参照すると、第１、２基板２１０、２２０が互いに所定間隔離隔して配置されている。アレイ素子２２０が前記第１基板２１０の透明基板２００の内部面に形成されており、有機電界発光ダイオードＥが前記第２基板２３０の透明基板２０１の内部面に形成されている。前記第１および第２基板２１０、２３０のエッジ部はシールパターン２４０により封じられる。
前記第２基板２３０は、カソード領域とアノード領域とに分離されている。前記アノード領域は、前記導電性スペーサ２１４により、前記第１基板２１０のアレイ素子２２０と電気的に連結されている。
前記有機電界発光ダイオードＥは、前記カソード領域に形成されている。前記有機電界発光ダイオードＥは、第１、第２電極２３２、２３８ａの間に有機電界発光層２３６を位置させて形成される。したがって、前記第１、第２電極２３２、２３８ａに印加された電圧により、前記第１、第２電極２３２、２３８ａの間に電界が形成され、このような電界により、有機電界発光層２３６で所定の光が発光される。
前述したように、本発明に係るデュアルパネル方式の有機電界発光素子においては、一つの基板にカソード電極、アノード電極として第１、２電極２３２、２３８ａを水平構造で形成している。
前記アノード電極である第１電極２３２は、導電性スペーサ２１４を通じて前記第１基板２１０のアレイ素子２２０の駆動スイッチング薄膜トランジスタＴのドレイン電極２１２または前記駆動スイッチング薄膜トランジスタＴと連結される連結電極２２８パターンと接触して電気的に連結される。
前記アレイ素子２２０は薄膜トランジスタＴを含む素子であって、前記有機電界発光ダイオードＥに電流を供給するために、サブピクセル単位に第２電極２３８ａと薄膜トランジスタＴとを連結する位置に、柱形状の導電性スペーサ２１４が位置する。
前記薄膜トランジスタＴは、前記第１電極２３２と連結される駆動スイッチング用薄膜トランジスタＴである。
前記薄膜トランジスタにおいて、透明基板２００上にゲート電極２１３が形成され、前記ゲート電極２１３上にはゲート絶縁膜２２２が形成される。前記ゲート電極２１３が位置する前記ゲート絶縁膜２２２上には、非晶質シリコン(ａ−ｓｉ)からなるアクティブ層２０８が形成され、前記アクティブ層２０８上の両側には、不純物が注入された非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層２０７が形成される。前記オーミックコンタクト層２０７と接触して、互いに所定間隔離隔するソースおよびドレイン電極２１１、２１２が形成される。前記ソースおよびドレイン電極２１１、２２上には、ドレイン電極２１２の一部を露出させるドレインコンタクトホール２２７を含む保護層２２４が形成されている。前記保護層２２４上には、前記ドレインコンタクトホール２２７を通じて前記ドレイン電極２１２と接触する連結電極２２８が形成されている。前記連結電極２２８は、導電性スペーサ２１４と接触して、前記第２基板２３０のアノード電極である第１電極２３２と電気的に接続される。
前記薄膜トランジスタにおいて、透明基板２００上にゲート電極２１３が形成され、前記ゲート電極２１３上にはゲート絶縁膜２２２が形成される。前記ゲート電極２１３が位置する前記ゲート絶縁膜２２２上には、非晶質シリコン(ａ−ｓｉ)からなるアクティブ層２０８が形成され、前記アクティブ層２０８上の両側には、不純物が注入された非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層２０７が形成される。前記オーミックコンタクト層２０７と接触して、互いに所定間隔離隔するソースおよびドレイン電極２１１、２１２が形成される。前記ソースおよびドレイン電極２１１、２２上には、ドレイン電極２１２の一部を露出させるドレインコンタクトホール２２７を含む保護層２２４が形成されている。前記保護層２２４上には、前記ドレインコンタクトホール２２７を通じて前記ドレイン電極２１２と接触する連結電極２２８が形成されている。前記連結電極２２８は、導電性スペーサ２１４と接触して、前記第２基板２３０のアノード電極である第１電極２３２と電気的に接続される。
一方、前記第１、２基板２１０、２３０間の離隔空間Ｉは、不活性気体または絶縁性液体で埋められる。
そして、図示してはいないが、前記アレイ素子２２０は、走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔する信号線および電力供給線と、走査線と信号線との交差点に位置するスイッチング薄膜トランジスタと、貯蔵キャパシタとをさらに含む。
そして、図示してはいないが、前記アレイ素子２２０は、走査線と、走査線と交差して互いに所定間隔離隔する信号線および電力供給線と、走査線と信号線との交差点に位置するスイッチング薄膜トランジスタと、貯蔵キャパシタとをさらに含む。
１００、１０１：透明基板
１１０：第１基板 １３０：第２基板
１１４：スペーサ １３２：第１電極
１３８：第２電極 １３６：有機電界発光層
Ｅ：有機電界発光ダイオード Ｔ：薄膜トランジスタ
１１０：第１基板 １３０：第２基板
１１４：スペーサ １３２：第１電極
１３８：第２電極 １３６：有機電界発光層
Ｅ：有機電界発光ダイオード Ｔ：薄膜トランジスタ
Claims (22)
- 所定間隔離隔して配置された第１、２基板と、
前記第１基板上にサブピクセルに対応するスイッチング薄膜トランジスタを有するアレイ素子と、
前記第２基板上に前記サブピクセルに対応して形成された第１電極と、
前記第１電極上で前記サブピクセルを第１領域と第２領域とに分離した隔壁と、
前記第１領域の第１電極上に形成された有機電界発光層および第２電極と、
前記第２領域の第１電極と前記スイッチング薄膜トランジスタのドレイン電極との間を電気的に連結する導電性スペーサと
を含み、
前記ドレイン電極と前記導電性スペーサとの間には連結電極が形成されている
ことを特徴とする有機電界発光素子。 - 前記第１基板および第２基板のエッジ部を封じるシールパターンをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記スイッチング薄膜トランジスタは、
前記第１基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された多結晶シリコンからなる半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜およびゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された第１保護層と、
前記ゲート絶縁膜と第１保護層とを貫通して前記半導体層上に形成されたソースおよびドレイン電極と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記ソースおよびドレイン電極上に形成された第２保護層と、
前記第２保護層を貫通して前記ドレイン電極と連結される連結電極と
をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光素子。 - 前記スイッチング薄膜トランジスタは、
前記第１基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された非晶質シリコンからなる半導体層と、
前記半導体層上に互いに離隔して形成されたソースおよびドレイン電極と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記導電性スペーサは、有機または無機物質と、その表面上に形成された導電性物質とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記第１、２電極は透明な導電性電極物質からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記第１、２電極のうち一つは透明な導電性電極物質からなり、ほかの電極は不透明導電性電極物質からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記導電性スペーサは、前記第１基板または第２基板のうちいずれか一つの基板上に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記隔壁は前記第１電極側から前記第２電極側に向かうほど大きくなる形状のパターンである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機電界発光層および前記第２電極は、予め設定された距離で前記隔壁から分離される
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機電界発光層のエッジと接触する絶縁バンクをさらに含み、前記隔壁は前記絶縁バンク上に配置された
ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 所定間隔離隔した第１、２基板を備える段階と、
前記第１基板上に第１および第２領域に分離されたサブピクセルに対応するスイッチング薄膜トランジスタを有するアレイ素子を形成する段階と、
前記第２基板上に前記サブピクセル対応するように第１電極を形成する段階と、
前記第１電極上に前記第１および第２領域を分離するための隔壁を形成する段階と、
前記第１または第２領域のうちいずれか一つの領域の前記第１電極上に有機電界発光層を形成する段階と、
前記有機電界発光層上に第２電極を形成する段階と、
前記第１基板のアレイ素子の薄膜トランジスタのドレイン電極上に形成された連結電極パターンと前記第２基板の第１電極とを導電性スペーサを用いて電気的に連結する段階と、
前記第１、２基板を合着する段階と
を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。 - 前記アレイ素子を形成する段階は、
前記第１基板上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層上に多結晶シリコンからなる半導体層を形成する段階と、
前記半導体層上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極上に第１保護層を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜と第１保護層を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜と第１保護層とを貫通して、前記半導体層上にソースおよびドレイン電極を形成する段階と
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記ドレイン電極上に第２保護層を形成する段階と、
前記第２保護層を貫通して前記ドレイン電極と前記導電性スペーサとの間に介在される連結電極パターンを形成する段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記アレイ素子を形成する段階は、
前記第１基板上にゲート電極およびゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコンからなる半導体層を形成する段階と、
前記半導体層上に互いに離隔したソースおよびドレイン電極を形成する段階と
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記ソースおよびドレイン電極上に保護層を形成する段階と、
前記保護層を貫通して前記ドレイン電極と連結される連結電極パターンを形成する段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記有機電界発光層を形成する段階は、
前記第２基板の第１電極上に、透過部と遮断部とを有するマスクを配置する段階と、
前記マスクの透過部を通じて、前記第２基板の前記第１領域上に有機電界発光物質を蒸着する段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記隔壁が前記有機電界発光物質と接触しないように、前記バンク上に前記隔壁を形成する段階をさらに含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記第１、２電極のうち一つの電極は透明な導電性電極物質からなり、前記第１、２電極のうちほかの電極は不透明導電性電極物質からなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 隣接するサブピクセルの前記第１電極を分離するように、前記隔壁または前記バンクのうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記有機電界発光層を形成する前に、前記隔壁を形成する段階をさらに含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
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