JP4702516B2 - 有機ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光素子に関し、特に、能動電界発光素子及びその製造方法に関する。
エレクトロルミネッセンス（電界発光）素子（以下、ＥＬＤという）は、広い視野角、高開口率、高色度などの特徴を有するため、次世代フラットディスプレイ素子として注目を浴びている。特に、有機ＥＬＤは、正孔注入電極と、電子注入電極の間に形成された有機発光層に電荷が注入されると、電子と正孔とが対をなした後、消滅しながら光が発生する原理によるものであるため、他の表示素子に比べて低い電圧でも駆動が可能である。
有機ＥＬＤは、その駆動方式によって受動電界発光素子と、能動電界発光素子とに分けられる。受動電界発光素子は、透明基板上の透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上のカソード電極とで構成される。能動電界発光素子は、基板上で画素領域を形成するスキャンライン、及びデータラインと、スキャンライン、及びデータラインと電気的に接続され、電界発光素子を制御するスイッチング素子と、スイッチング素子に電気的に接続され、基板上の画素領域に形成された透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上の金属電極とで構成される。能動電界発光素子は、受動電界発光素子と異なり、スイッチング素子をさらに含み、このスイッチング素子は薄膜トランジスタである。
しかしながら、従来の能動電界発光素子の場合、薄膜トランジスタが素子の開口率、及び発光率を落とす要因となる。開口率、及び発光率の増大のためには画素領域を広げなければならず、画素領域の拡張にも限界がある。画素領域が拡張されすぎる場合、薄膜トランジスタ、及び補助電極と金属電極などの機能が劣るという問題がある。
そこで、本発明の目的は、発光効率を増大させると共に、電気的な機能を向上させることのできる、有機電界発光素子、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、本発明による有機電界発光素子は、薄膜トランジスタを含み、画素領域が形成された基板と、前記薄膜トランジスタ及び前記基板上に形成され、凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜と、前記平坦化絶縁膜上に形成され、凸凹パターンを有する第１電極と、前記画素領域の境界領域で、前記第１電極の一定領域上に形成され、前記画素領域内に突出した部分を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、かつ前記画素領域に突出した部分を有する補助電極と、前記第１電極上に形成された電界発光層と、前記電界発光層及び前記補助電極の上に形成された第２電極とを含み、前記絶縁膜と前記補助電極の各突出した部分は、前記画素領域内の隅部分に配置されて、互いにオーバーラップすることを特徴とする。
ここで、前記平坦化絶縁膜は、画素領域で凸凹パターンを有し、前記薄膜トランジスタ上にコンタクトホールを有する。そして、前記電界発光層、及び前記第２電極は、画素領域で凸凹パターンを有する。
本発明による有機電界発光素子の製造方法は、(a)画素領域が形成された基板上に薄膜トランジスタを形成する段階と、(b)凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜を、前記薄膜トランジスタ及び基板の全面上に形成する段階と、(c)凸凹パターンを有する第１電極を前記平坦化絶縁膜上に形成する段階と、(d)前記画素領域の境界領域で、前記第１電極の一定領域上に設けられ、前記画素領域内に突出した部分を有する絶縁膜を形成する段階と、(e)前記絶縁膜上に形成され、かつ画素領域に突出した部分を有する補助電極を形成する段階と、(f)前記第１電極上に電界発光層を形成する段階と、(g)前記電界発光層及び前記補助電極の上に第２電極を形成する段階とを含み、前記絶縁膜と前記補助電極の各突出した部分は、前記画素領域内の隅部分に配置されて、互いにオーバーラップすることを特徴とする。
ここで、前記凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜を形成する段階は、前記薄膜トランジスタと、基板の全面上に絶縁物質層を蒸着する段階と、前記絶縁物質層に柱状のパターンを形成する段階と、前記絶縁物質層を熱処理する段階とを含む。前記柱状のパターンが一定の間隔、及び一定の幅で形成される。
本発明の有機電界発光素子、及びその製造方法によれば、画素電極の第１電極と、共通電極の第２電極とを凸凹状に形成することでその面積を広げられる。従って、発光効率、及び光反射効率を極大化させることができる。また、補助電極と第２電極との接触面積を広げることで、両電極間の抵抗を減らすことができる。
以下、本発明による有機ＥＬ素子、及びその製造方法の好ましい実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１Ａ乃至図１Ｉは、本発明の有機電界発光素子（ＥＬＤ）の製造方法を示す断面図である。
図１Ａに示すように、ガラス基板１０上に薄膜トランジスタ２００の活性層として使用するために、多結晶シリコンを用いて半導体層が蒸着される。そして、薄膜トランジスタ２００が形成される領域にのみ残るように、半導体層はパターニングされる。そして、基板１０と、パターニングされた半導体層１１、１１ａ、１１ｂの全面を覆うようにゲート絶縁膜１２が蒸着され、次いで、ゲート電極を形成するための導電物質層を蒸着する。導電物質層は、パターニングされた半導体層１１、１１ａ、１１ｂ上の一定の領域にのみ残るようにパターニングされ、ゲート電極１３を形成する。
図１Ａに示すように、ガラス基板１０上に薄膜トランジスタ２００の活性層として使用するために、多結晶シリコンを用いて半導体層が蒸着される。そして、薄膜トランジスタ２００が形成される領域にのみ残るように、半導体層はパターニングされる。そして、基板１０と、パターニングされた半導体層１１、１１ａ、１１ｂの全面を覆うようにゲート絶縁膜１２が蒸着され、次いで、ゲート電極を形成するための導電物質層を蒸着する。導電物質層は、パターニングされた半導体層１１、１１ａ、１１ｂ上の一定の領域にのみ残るようにパターニングされ、ゲート電極１３を形成する。
その後、ゲート電極１３をマスクに用いて、半導体層１１ａ、１１ｂにボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物を注入した後に熱処理を行い、薄膜トランジスタ２００のソース／ドレイン領域１１ａ、１１ｂが形成される。そして、不純物が注入されていない半導体層領域はチャンネル領域１１となる。ここで、ゲート電極１３をマスクに用いて不純物を注入したので、ソース／ドレイン領域１１ａ、１１ｂと、チャンネル領域１１との境界は、ゲート電極１３の両エッジと整列している。
ゲート絶縁膜１２と、ゲート電極１３上には、第１層間絶縁膜１４が形成される。そして、ソース／ドレイン領域１１ａ、１１ｂの上面の一定部分が露出するように、第１層間絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１２を選択的にエッチングしてコンタクトホールが形成され、コンタクトホールに金属物質を埋め込み、ソース／ドレイン領域１１ａ、１１ｂに各々電気的に接続される電極ライン１５が形成される。
次いで、第１層間絶縁膜１４と電極ライン１５上に、第２層間絶縁膜１６が蒸着される。ここで、第２層間絶縁膜１６の形成は省略することができる。
次いで、第１層間絶縁膜１４と電極ライン１５上に、第２層間絶縁膜１６が蒸着される。ここで、第２層間絶縁膜１６の形成は省略することができる。
図１ｂに示すように、第２層間絶縁膜１６上に平坦化絶縁膜１７を形成するために、スピンコーティング方法で絶縁物質を形成し、その形成された絶縁物質をプリベーク（pre-bake）工程によって硬化させる。
次いで、図１ｃに示すように、一定の間隔のパターンを有するマスク１８を用いて、平坦化絶縁膜１７を紫外線(UV)に露出させ、現像液を用いて平坦化絶縁膜１７を現像して、図１ｄに示すように、平坦化絶縁膜１７に一定の間隔のパターン１７ａを形成する。パターン１７ａが存在しない領域では、第２層間絶縁膜１６の表面が露出される。
図２は、パターン１７ａの一実施形態を示す平面図である。
図２に示すように、平坦化絶縁膜１７のパターン１７ａは四角形の柱状である。これらは、図３に示すように、３つ以上の頂点を有する多角形の柱、楕円、または円柱など、 他にも様々な形状が可能である。パターン１７ａは一定の間隔で形成され、パターン１７ａの幅と間隔は１ｃｍ未満である。即ち、０＜ａ＜１ｃｍ、０＜ｂ＜１ｃｍ、０＜ｃ＜１ｃｍ、０＜ｄ＜１ｃｍである。
図２に示すように、平坦化絶縁膜１７のパターン１７ａは四角形の柱状である。これらは、図３に示すように、３つ以上の頂点を有する多角形の柱、楕円、または円柱など、 他にも様々な形状が可能である。パターン１７ａは一定の間隔で形成され、パターン１７ａの幅と間隔は１ｃｍ未満である。即ち、０＜ａ＜１ｃｍ、０＜ｂ＜１ｃｍ、０＜ｃ＜１ｃｍ、０＜ｄ＜１ｃｍである。
図１Ｅに示すように、メルトベーキング工程によって平坦化絶縁膜１７の表面に凸凹状のパターンを形成する。この際、平坦化絶縁膜１７を、硬化しない程度の多少低い温度でベーキングすると、パターン１７ａが溶けて流れることで、凸凹状のパターンに変形する。次いで、薄膜トランジスタ２００のドレイン領域１１ｂに接続された電極ライン１５が露出するように、平坦化絶縁膜１７、及び第２層間絶縁膜１６を選択的に除去して、コンタクトホール１８を形成する。
図１ｆに示すように、コンタクトホール１８、及び平坦化絶縁膜１７の全面に第１電極１９を形成する。この際、下部発光方式のＥＬ素子の場合は、第１電極１９をＩＴＯのような透明な物質で形成し、逆に、上部発光方式のＥＬ素子の場合には、反射率や仕事関数の高い金属物質で第１電極１９を形成する。上部発光方式のＥＬ素子の場合に、第１電極１９の材料としては、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などの金属、またはこれらの合金が使用され、金属を多層に蒸着することで形成できる。コンタクトホール１８内に蒸着された第１電極１９は、コンタクトホール１８の下部の電極ライン１５に接続され、平坦化絶縁膜１７上に蒸着された第１電極１９は、平坦化絶縁膜１７のような凸凹状のパターンを有する。
このように、画素領域における第１電極１９は、凸凹な表面を有するので、光反射効率をさらに増大させることが可能となる。
このように、画素領域における第１電極１９は、凸凹な表面を有するので、光反射効率をさらに増大させることが可能となる。
そして、第１電極１９は、画素領域を電気的に分離するために選択的に除去され、第１電極１９は、電極ライン１５を介してドレイン領域１１ｂに電気的に接続される複数の画素電極１９、つまり、アノードとなる。
図１Ｇに示すように、画素領域を除いた残りの領域に、絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０は、画素領域の間の境界領域に位置した平坦化絶縁膜１７、及び画素電極１９を覆う。
上述したように、絶縁膜２０は、画素電極１９の所定の部分とオーバーラップするが、絶縁膜２０と、画素電極１９とのオーバーラップ領域が広がると、画素領域が小さくなる。したがって、素子の開口率を高めるために、製造工程時にオーバーラップ領域を最大限減らす必要がある。しかし、オーバーラップ領域が狭すぎる場合、補助電極２１と、第２電極２３との接触領域が狭くなるため、短絡のおそれが増加する。このような問題点を解決するために、本発明の絶縁膜２０は、図４及び図５に示すように、開口率を高めると同時に、補助電極２１と、第２電極２３との接触面積を広げるように、画素領域１００内に突出した部分２０ａを有する。
ここで、突出部分２０ａは、薄膜トランジスタ２００の上部、あるいは画素領域１００に形成することができる。
絶縁膜２０が画素領域１００の間の境界領域の上部ばかりでなく、画素領域１００の一部にまで延長されることで、補助電極２１と、第２電極２３との接触面が広げられる。
絶縁膜２０が画素領域１００の間の境界領域の上部ばかりでなく、画素領域１００の一部にまで延長されることで、補助電極２１と、第２電極２３との接触面が広げられる。
図６及び図７に示すように、絶縁膜２０上に補助電極２１を形成する。補助電極２１は、絶縁膜２０と同様に、画素領域１００の間の境界領域上に位置し、絶縁膜２０の突出部分２０ａ上にも形成される。したがって、素子の高い開口率を維持すると同時に、補助電極２１の面積も広がる。補助電極２１と、画素電極１９との接触を防止するために、補助電極２１は、絶縁膜２０の全表面に形成されるわけではなく、画素領域の周縁の絶縁膜２０が露出するように、絶縁膜２０の一定の領域上にのみ形成されることが好ましい。補助電極の材料としては、抵抗の小さい金属を使用する。例えば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、ネオジウム（Ｎｄ）のうち何れか一つ、またはこれらの合金を使用できる。特に、クロム（Ｃｒ）のように透明性の低い金属を補助電極２１の材料として使用する場合、光を遮断するブラックマトリックス効果が得られる。
図１Ｈと図１１に示すように、シャドーマスク３０を用いて画素電極１９上に、有機電界発光層２２が蒸着される。有機電界発光層２２は、画素領域１００にのみ蒸着される。有機ＥＬ層２２は、正孔輸送層（図示せず）、発光層（図示せず）、及び、電子輸送層（図示せず）の積層構造を有する。有機ＥＬ層２２が補助電極２１の突出部位（突出領域）２１ａ上に形成されないようにするために、図８に示すように、シャドーマスク３０のパターンは、絶縁膜２０の突出した部分２０ａと同一の突出部３０ａを有する。
図９及び図１０は、シャドーマスク３０の他の実施形態を示す。図９に示すように、有機ＥＬ層２２の蒸着時において、シャドーマスク３０のパターンは、画素領域１００と互いにアラインし、パターンの突出部３０ａは、絶縁膜２０の突出部分２０ａとアラインする。有機ＥＬ層２２は、赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂに従って順次に形成される。シャドーマスク３０を用いて赤色有機発光物質、緑色有機発光物質、青色有機発光物質を順次に蒸着させる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの有機ＥＬ層２２に共通に入る物質の蒸着時にも、シャドーマスク３０を使用する。
図１Ｈに示すように、絶縁膜２０が漏出された領域と、補助電極２１と、有機ＥＬ層２２上に第２電極２３が形成される。ここで、上部発光方式のＥＬ素子の場合に、第２電極２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、またはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明な伝導性物質で形成される。一方、下部発光方式のＥＬ素子の場合、第２電極２３は、反射率の高い金属物質で形成される。下部発光方式のＥＬ素子の場合、第２電極２３を形成するために、全面にアルミニウムを数ｎｍの厚さで蒸着した後、銀を数ｎｍ−数十ｎｍで蒸着するか、またはＭｇxＡｇ1-x系の金属を数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さで蒸着する。
図１Ｉに示すように、以後に有機ＥＬ層２２を酸素や水分から保護するために、保護膜２５を形成する。そして、図示してはいないが、シーラントと透明基板を用いて保護キャップを装着して、アクティブマトリックス有機ＥＬ素子を完成する。
上述した実施形態の外にも本発明がその趣旨及び範疇から外れることなく、他のさまざまな形態で具体化され得ることは、当該技術に通常の知識を持ちあわせるものには明らかであろう。
したがって、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及びその同等範囲内にある全ての実施形態が本発明の範疇内に属するものである。
したがって、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及びその同等範囲内にある全ての実施形態が本発明の範疇内に属するものである。
１０：基板
１１：チャンネル領域
１１ａ、１１ｂ：ソース／ドレイン電極
１２：ゲート絶縁膜
１３：ゲート電極
１４：第１層間絶縁膜
１５：電極ライン
１６：第２層間絶縁膜
１７：平坦化絶縁膜
１８：コンタクトホール
１９：第１電極
２０：絶縁膜
２１：補助電極
２２：有機電界発光層
２３：第２電極
２５：保護膜
３０：シャドーマスク
１００画素領域
２００：薄膜トランジスタ
１１：チャンネル領域
１１ａ、１１ｂ：ソース／ドレイン電極
１２：ゲート絶縁膜
１３：ゲート電極
１４：第１層間絶縁膜
１５：電極ライン
１６：第２層間絶縁膜
１７：平坦化絶縁膜
１８：コンタクトホール
１９：第１電極
２０：絶縁膜
２１：補助電極
２２：有機電界発光層
２３：第２電極
２５：保護膜
３０：シャドーマスク
１００画素領域
２００：薄膜トランジスタ
Claims (12)
- 薄膜トランジスタを含み、画素領域が形成された基板と、
前記薄膜トランジスタ及び前記基板上に形成され、凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜と、
前記平坦化絶縁膜上に形成され、凸凹パターンを有する第１電極と、
前記画素領域の境界領域で、前記第１電極の一定領域上に形成され、前記画素領域内に突出した部分を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、かつ前記画素領域に突出した部分を有する補助電極と、
前記第１電極上に形成された電界発光層と、
前記電界発光層及び前記補助電極の上に形成された第２電極とを含み、
前記絶縁膜と前記補助電極の各突出した部分は、前記画素領域内の隅部分に配置されて、互いにオーバーラップすることを特徴とする有機電界発光素子。 - 前記平坦化絶縁膜は、画素領域に凸凹パターンを有し、前記薄膜トランジスタ上にコンタクトホールを有することを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
- 前記電界発光層及び前記第２電極は、画素領域に凸凹パターンを有することを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
- 前記補助電極の突出領域は、前記薄膜トランジスタの上部に形成されることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
- (a)画素領域が形成された基板上に薄膜トランジスタを形成する段階と、
(b)凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜を、前記薄膜トランジスタ及び基板の全面上に形成する段階と、
(c)凸凹パターンを有する第１電極を前記平坦化絶縁膜上に形成する段階と、
(d)前記画素領域の境界領域で、前記第１電極の一定領域上に設けられ、前記画素領域内に突出した部分を有する絶縁膜を形成する段階と、
(e)前記絶縁膜上に形成され、かつ画素領域に突出した部分を有する補助電極を形成する段階と、
(f)前記第１電極上に電界発光層を形成する段階と、
(g)前記電界発光層及び前記補助電極の上に第２電極を形成する段階とを含み、
前記絶縁膜と前記補助電極の各突出した部分は、前記画素領域内の隅部分に配置されて、互いにオーバーラップすることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。 - 前記凸凹パターンを有する平坦化絶縁膜を形成する段階は、
前記薄膜トランジスタ及び基板の全面上に絶縁物質層を形成する段階と、
前記絶縁物質層に柱状のパターンを形成する段階と、
前記絶縁物質層を熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。 - 前記柱状のパターンが、一定の間隔及び一定の幅で形成されることを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記パターンの間隔及び幅は、１ｃｍ未満であることを特徴とする請求項７記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記電界発光層及び前記第２電極は、凸凹パターンを有することを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記絶縁膜の突出した部分は、前記薄膜トランジスタの上部の前記第１電極上に形成されることを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記電界発光層は、前記画素領域にのみ形成されることを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記薄膜トランジスタ上の前記平坦化絶縁膜に、コンタクトホールを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子の製造方法。
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