JP5178006B2 - 有機発光ダイオードを有するピクセル、及びそのピクセルを作成する方法 - Google Patents

有機発光ダイオードを有するピクセル、及びそのピクセルを作成する方法 Download PDF

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Description

本発明は、ピクセルに関し、特に、有機発光ダイオードを有するピクセルに関する。
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）とは、発光する電界発光（ＥＬ）素子である。ＯＬＥＤは、有機化合物中を流れる電流によって光を生成する。ＯＬＥＤを含むピクセルには様々な利点がある。即ち、単純な構造、迅速な応答、そして広範囲の視野角である。ＯＬＥＤを備えるマトリックスディスプレイには、パッシブタイプ(passive type)とアクティブタイプ(active
type)の２つのタイプがある。アクティブマトリックスディスプレイでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ)が各ピクセルに備えられており、ディスプレイのＯＬＥＤを駆動するようになっている。アクティブマトリックスは、高いピーク駆動電流を削減し、それによって高解像度及び高情報密度を可能とし、パッシブマトリックスに比して電力消費と寿命を改善している。
ＴＦＴやＯＬＥＤ素子が垂直に積み重ねられた垂直ピクセル構造が開発されてきている。このような構造によれば、より高い開口比を達成することができる。このことは、より高モビリティを有するがより高コストのポリシリコンＴＦＴ技術と比較して、より低モビリティのアモルファスシリコンＴＦＴバックプレーンを用いることに都合が良い。
垂直スタック（積み重ねられた）ピクセルを作成する上で困難な部分は、連続ＯＬＥＤの製造に適するＴＦＴバックプレーンを生成することであり、複数のＯＬＥＤピクセルの高い歩留まりと良好な性能を提供することである。ＯＬＥＤデバイスは、典型的に、非常に薄い層で生成されている。ＯＬＥＤにおける有機層の全体の厚さは、１００ｎｍのオーダーである。このため、良好な性能と良好な歩留まりを達成するためには滑らかな基板が必要とされる。基板表面がごつごつしていたりざらざらしていた場合には、電極間のショットにより発光特性の劣化やＯＬＥＤデバイスの欠陥の原因になりうるのである。
よって、高い開口比および同時により高い歩留まり率を達成できる新しいピクセル構造を提供することが望ましい。
そこで、本発明は、現行のピクセルの数々の欠点のうち少なくとも１つを取り除き、或いは低減する新しいピクセル構造を提供するものである。
本発明の一態様によれば、ＴＦＴベースのバックプレーンとＯＬＥＤ層との間に平坦化処理絶縁体(planarization dielectric)層が配置される垂直ピクセル構造が提供される。その平坦化処理絶縁体層は、ＯＬＥＤの連続作成に適する程度までＴＦＴ基板のプロファイルを滑らかにするのに充分な厚さである。好ましくは、その平滑化処理絶縁体及びその次の電極層は、ＯＬＥＤ製造を成功させるために１ｎｍオーダの表面粗さ(ラフネス：roughness)を有している。
ＴＦＴ回路とＯＬＥＤとの間の電気的接続は、平坦化処理絶縁体内に生成されるスルービア(through via)によって提供される。
本発明の他の態様によれば、平坦化処理絶縁体において提供されるスルービア(through via)プロファイルにおけるピクセル電極材料によって連続的な側面部カバー (sidewall coverage)を備える垂直ピクセル構造が提供される。これは、スルービアの傾斜した側面部(sidewall)の形状によって達成される。好ましくは、前記ビアとＴＦＴ基板との間の角度が４５度未満である。
本発明のさらに他の態様によれば、垂直ピクセル構造におけるＴＦＴの最後の金属とＯＬＥＤボトム（底部）電極との間の相互接続は、導電性材料製の滑らかな接触面（コンタクトプレート）を介して提供されるものである。
本発明のさらに他の態様によれば、誘電層が、ピクセルビア及びピクセル電極縁をカバーするように、ピクセル電極の上部に堆積され、パターン化される垂直ピクセル構造が提供される。
本発明の他の態様及び特徴は、添付図面に関連した、以下の好適実施形態についての詳細な記載から当業者であれば容易に明らかになるものである。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明による、垂直方向に集積されたピクセルについて説明する。図１は、本発明の一実施形態による垂直集積ピクセル１０を示している。ピクセル１０は、ＯＬＥＤデバイス層１２と、ＴＦＴベースのバックプレーン１４（以下、「ＴＦＴバックプレーン」という）とを有する。
ＯＬＥＤデバイス１２は、１以上の有機層と、カソード及びアノードとを有している。本明細書では、カソードとアノードとの間の層をＯＬＥＤ層１８と称する。ＯＬＥＤ層１８は、電子トランスポート層と、有機発光層と、ホールトランスポート層と、ホール注入層とを一体化してもよい。図１では、ＯＬＥＤトップ（上部）電極１６及びＯＬＥＤボトム（底部）電極２０は、それぞれカソード及びアノードとして示されている。
トップ電極１６は、光がＯＬＥＤによって基板と反対の方向に発せられうるように透明である（つまり、上面発光ＯＬＥＤである）。しかしながら、ボトム電極２０がカソードでトップ電極１６が（透明な）アノードである逆上面発光ＯＬＥＤ構造も可能である。
ＴＦＴバックプレーン１４の各ピクセルは、基板３０上に形成されたＴＦＴピクセル回路を有している。図１では、２つのＴＦＴ（Ｔ１及びＴ２）が１つのピクセル回路を形成している。トランジスタＴ１及びＴ２のそれぞれは、ソース、ドレイン及びゲート６のための金属部（メタライゼーション）を備えている。図１において、”２”はソースノード或いはドレインノードのいずれかを表している。しかしながら、ピクセル１０は２より多いトランジスタを有するようにしてもよい。
ＯＬＥＤボトム電極２０は、ＴＦＴバックプレーン１４の上部に形成され、絶縁体層２２によってバックプレーン１４から分離される。絶縁体層２２は、ＴＦＴピクセル回路の特定のノードとＯＬＥＤボトム電極２０との間の電気的接続を提供するスルービア(through via)８の部分を除き、ＴＦＴピクセル回路の上部の全ての部分に連続的に設けられる。この特定のノードは、ＴＦＴのソースノード又はドレインノードであればよく、それは、ピクセル回路設計及びＯＬＥＤ電極及び層のためのデポジション（堆積）のオーダに依存するものである。回路設計やＯＬＥＤ製造の詳細については、本発明の適用を妨げるものではない。
好ましくは、平坦化処理絶縁体及びその次の電極層は、ＯＬＥＤの作成がうまくいくように１ｎｍオーダの表面粗さを有している。遮蔽電極２４は、任意に、ＴＦＴの上部に設けられる。
図２は、図１のピクセルの一例を示している。図２において、スルービア８の側面部は傾斜している。ＯＬＥＤボトム電極を構成する材料は、絶縁体層２２の最上面上で、かつ傾斜したスルービア８の側面部に沿って、配置される。
図３は、図１のピクセルの他の一例を示している。図３において、遮蔽電極２４をＴＦＴ層上に設け、その遮蔽電極２４の電位を、ピクセル電極の電位に関わらず所定の設計レベルでＴＦＴピクセル回路の上部で正しく維持できるようにしている。遮蔽電極２４は薄膜導体、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ合金、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、或いはそれらに類似したものでよい。そして、層間絶縁体２１がソース／ドレインと遮蔽層との間に設けられている。所望のピクセル回路ノードとＯＬＥＤボトム電極２０との間の接続は、層間絶縁体２１内のビア、遮蔽金属層内に形成させる相互接続プレート２６及び絶縁体層２２内に形成されるスルービア８によって生成される。
図１乃至図３のトランジスタの構造は、ボトムゲート型アモルファスシリコンＴＦＴでは典型的なものであり、ここでは単なる可能性のある一例を示しているにすぎない。しかしながら、ここで説明されているピクセル集積化方法は、一般に、再結晶化或いは堆積されたポリシリコン、ミクロ及びナノクリスタルシリコン、ＣｄＳｅ（カドミウムセレン）等を含む、適切な公知のＴＦＴバックプレーンであれば何にでも適用可能である。
アクティブマトリックスＴＦＴバックプレーンは、金属層、絶縁体層、半導体層の連続的堆積及びパターン形成によって作成され、構造の全体的プロファイルの高さは、数１００ｎｍから１ミクロンの範囲の高さとなり、その構造の側面部はほぼ垂直または鋭角的である。一方、高性能小分子・ポリマー有機発光デバイスでは、アクティブ有機層は、１０から１００ｎｍの範囲の全体の厚さを有している。これが意味するところは、ＯＬＥＤ層間或いはトップ及びボトム電極間の電気的短絡を防止するため、１ｎｍ範囲の表面粗さを有するＯＬＥＤ基板を用いるのが望ましいということである。また、基板は、平面であるか、必要な場合には垂直なプロファイルがＯＬＥＤ層での信頼度の高い階段状のカバー及び連続性を妨げない充分滑らかな特徴を有していることが望ましい。
本発明の実施形態では、平滑化処理絶縁体およびその次の電極層は、１ｎｍオーダの表面粗さを有するように形成される。絶縁体層２２は、作成されたＴＦＴ１４を有する基板上の構造の垂直プロファイルを滑らかにするか平坦化するものである。また、絶縁体層２２内のスルービアプロファイルによって、ＯＬＥＤボトム電極材による連続的な側面部のカバーを可能とすると共に、ピクセル電極の厚さを薄くすることができる。
ピクセル１０の絶縁体層２２を詳細に説明する。ＴＦＴバックプレーン１４とＯＬＥＤボトム電極２０とを分離するために用いられる絶縁体層２２は、作成されたＴＦＴバックプレーン１４を有する基板３０上の構造の垂直プロファイルを滑らかにしたり、平坦化する。これにより、ＯＬＥＤデバイス１２における電極１６、２０及び有機層１８の連続性が保証される。この滑らかにする処理／平坦化処理は、基板を等角的にコーティングするよりも平坦化絶縁体を用いることにより達成される。平坦化絶縁体は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、ポリアミド、アクリル等の有機ポリマーであってもよい。要求される平坦化処理層の最小厚さは、絶縁体の平坦化特性及びＴＦＴバックプレーンのプロファイル高さに依存している。平坦化処理絶縁体の厚さは、０．５から５μｍの間とすることができる。本発明の実施形態では、感光性ＢＣＢ材から生成される約３ミクロン厚のＢＣＢ層が平坦化層として用いられる。
平坦化処理絶縁体層は、大抵の場合、熱硬化（キュア）、触媒あり又はなしのＵＶ硬化（キュア）の手段、或いは他の方法によって基板上に重合されうる、対応する初期材料（initial material)又はモノマーを用いることによって生成される。その初期材料又はモノマー材料は、フォト露光によってパターン形成できたりできなかったりする。この属性は、製造者による初期材料又はモノマーの調合、つまり感光性成分が加えられたか否かに依存している。前者の処理は、初期材用の適用、フォトマスクを介したフォト露光によるパターン定義、パターン現像及び最終硬化（キュア）のような工程を含むようにしても良い。結果として、パターン化されたポリマー層が得られる。後者の処理は、初期材料の適用、硬化（キュア）、マスクの適用及びパターン形成、マスクを用いたプラズマ又はウェットエッチングによる硬化（キュア）されたポリマーのパターン形成、そのマスク剥がしの工程を含むようにしても良い。いくつかの場合、ポリイミドやＢＣＢのように、略同一の、最終硬化（キュア）後のポリマー絶縁材の化学組成及び構造に通じうる初期材料の感光性及び非感光性にしたものの両方を用いることができる。
本発明の実施形態では、感光性初期材料でできたＢＣＢ層が平坦化処理絶縁体として用いられている。しかしながら、本発明は他のタイプの材料、例えば、しかしこれには限定されないが、感光性及び非感光性の初期調合の両方でできた平坦化材料にも適用可能である。
図４は、ＢＣＢ層の平坦化処理の効果を示している。この例では、ＴＦＴ基板がＢＣＢ適用前には略垂直な側面部及び０．５から０．９μｍのプロファイル高さを有するパターン５０の階段状プロファイルを有するものとして図示されている。ＢＣＢ膜の生成後、パターン５０は、ＢＣＢ絶縁体表面上に約１０度の側面角度αを有する０．３から０．５ミクロンのプロファイル５２に変形される。この例では、ＢＣＢポリマー膜は、感光性材料（感光性ＢＣＢ）をスピンコートし、続いてソフトベーク（soft bake）、露光、露光後ベーク、パターン現像、溶剤除去及び硬化（キュア）によって生成されたものである。処理条件は表１に示されている。
Figure 0005178006
 ピクセル１０の絶縁体２２におけるスルービアプロファイルについて説明する。ＯＬＥＤボトム電極２０は、スパッタや蒸着、或いは薄膜堆積についての他の方法によって作成された、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はその類似物、金属膜、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）又はその類似物、のような導電材である。他の金属又は薄積層金属コーティングも適用可能である。一般的に、フラットパネルディスプレイ基板における導電層は、階段状のカバー（step coverage）に関して限界を有するスパッタリングによって作成される。一方、例えば金属膜及びＩＴＯのような導電層の表面粗さは、層の厚さを増加させる。より薄い電極層の方がＯＬＥＤ作成に適したよりスムーズな表面を生成する。また、このことにより製造コストを削減できる。よって、ピクセル電極の厚さを削減するとともに基板プロファイルにおける連続性を維持することが望まれる。
スルービアが略垂直な側面部を有する場合、側面部を連続的にカバーする金属の厚さは、平坦化処理絶縁体層の厚さ（数ミクロンの範囲で）と等しいビアの深さと同じオーダとなる。図２及び図３のピクセル１０において、側面部は垂直というよりもむしろ傾斜するようになっている。そのことによって、ピクセルの厚さを、垂直に積み重ねられたピクセル構造においてかなり減少させることができる。
図５は、図２及び３のビア８内部の側面傾斜の例を示している。図５において、側面のＯＬＥＤ電極２０とＴＦＴ最終金属（final metal）５４との間の角度βは、９０度未満である。平坦化処理ポリマー絶縁体が感光性初期調合（photosensitive initial formulation）から形成される場合、傾斜した側面部は適切な露光条件によって達成される。
感光性初期材料から生成されるＢＣＢ層（即ち絶縁体２２）用スルービアにおける側面傾斜制御の例を表２に示す。
Figure 0005178006
 層の形成及び複数ビアのパターン形成は、感光性ＢＣＢ材をスピンコーティングし、次にソフトベーク、露光量、現像、現像溶剤除去及び硬化（キュア）によって実現される。表１において、平坦化処理層２２とＴＦＴ最終金属５４との間の側面角度βは、感光性ＢＣＢ露光時間の関数として示されている。
露光後、膜は３０秒間５５℃で露光後ベークを施され、現像溶剤内で３分間ほど現像され、続いて現像溶剤除去のために７５℃で６０秒間ベークされ、その後最終硬化されたものである。
スピンコーティング、ソフトベーク、露光、露光後ベーク及び最終キュアの条件は可変であり、ピクセル設計要件に依存するものである。フォトＢＣＢの処理についての望ましい条件は、例えば、ダウケミカル（登録商標）
（http://www.dow.com./cyclotene/prods/402235.htm.）の"CycloteneTM 4000 Series
Advanced Electronic Resins(Photo-BCB)" で与えられている。
表２に示されるように、側面角度βは、露光時間に関係している。露光時間が長くなれば側面角度βは小さくなる。例えば、４５度未満の側面角度β及び約３μｍの平坦化処理絶縁体の厚さに対して、ビア側面部の連続的カバーは、１００ｎｍオーダのピクセル電極の厚さで達成される。これはスルービアの深さよりも非常に小さく、このことにより、ＯＬＥＤボトム電極２０の電極表面を充分スムーズにすることができる。
非感光性初期調合でできたポリマー絶縁材に対して、傾斜した側面部が実現されうる。例えば、これは、マスキング工程とプラズマエッチング工程を最適化することによって実現できる。
傾斜したスルービア８の作成に関するパラメータ、材料及び／又は処理を調整して、ピクセル電極の材料による連続的な側面のカバーを保証し、ＯＬＥＤ電極の表面粗さを、ＯＬＥＤトップ電極１６とＯＬＥＤボトム電極２０との間の電気的短絡を防止するのに充分小さくする（１ｎｍオーダ）。
図２のピクセル１０の作成工程の一例が図６から図８に示されている。まず、ＴＦＴバックプレーン１４が、基板３０上に作成される（図６）。次に、ＴＦＴバックプレーン１４が平坦化処理層２２でコーティングされ、そこでは傾斜した側面を有するビア８がＴＦＴバックプレーン１４の選択されたノードに対して開放される（図７）。感光性調合でできたＢＣＢ平坦化処理層の場合、ＢＣＢ材料は、スピンコーティングによって適用され、ソフトベーク、フォトマスクによるＵＶ露光、露光後硬化（キュア）、現像、溶剤除去及び最終硬化（キュア）を含む工程で処理される。この一連の処理によって、（スルービア８を有する）パターン形成された材料であって、その層の厚さ及びビア側面の傾斜が上述のように露光時間のような処理条件によって左右される、材料が得られる。一般的に、硬化（キュア）されたＢＣＢ層の表面粗さは約１ｎｍである。そして、スルービア８の底部に薄く残った層は、プラズマエッチングによって除去される。エッチング条件は、エッチング時間を短くし、ＢＣＢ表面の粗さを最小にするために最適化される。例えば、ピクセル１０の作成工程は、ＣＦ４＋Ｏ２ガス混合物又はＣＦ６＋Ｏ２ガス混合物におけるプラズマエッチングと、高パワー高密度プラズマ（例えば、誘電的に結合されたプラズマ）と短いエッチング時間（数秒から２０秒）を達成するための低パワー反応イオンエッチングとの組み合わせとを含んでいるが、実質的にはプラズマエッチング後の表面粗さに変化がないものである。
次に、導電材が堆積され、パターン形成され、ＯＬＥＤボトム電極２０を形成する（図８）。最後に、ＯＬＥＤ層１８とＯＬＥＤの透明電極トップ電極１６とが連続的にピクセル上に生成される（図２）。
図３の遮蔽電極２４について詳細に説明する。図３に示されるように、任意的な遮蔽電極をピクセル構造に含めることができる。ＴＦＴバックプレーン１４を形成した後、層間絶縁体２１が堆積される。これは、ＣＶＤ、プラズマエンハンストＣＶＤプロセスや別の方法によってなすことができる。厚さ０．１から１μｍの窒化ケイ素（silicon nitride）、酸化ケイ素（silicon
oxide）或いは窒化酸化ケイ素（silicon
oxide nitiride）が層間絶縁体２１として用いることができる。層間絶縁体内に、ソースドレインと遮蔽金属化層との間の相互接続を提供する複数のビアを生成した後、遮蔽金属層が堆積され、パターン形成され遮蔽電極２４及び相互接続プレート２６を形成する。相互接続プレート２６は、ＴＦＴのソース又はドレインの一方になりうる、ＴＦＴピクセルの所定のノードからＯＬＥＤデバイス２０のボトム電極まで電位（potential）を与える働きをする。そして、平坦化処理層２２が上述のように生成されパターン形成され、続いてＯＬＥＤボトム電極２０の堆積及びパターン形成、ＯＬＥＤ層１８及びトップ透明電極１６の堆積が行われる。
図９は、図１のピクセルの他の一例を示している。図９において、ＴＦＴソース／ドレイン金属は、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）或いは別の金属のような薄く滑らかな導電材でできたコンタクトプレート２３に重なっている。コンタクトプレート２３は、ピクセル領域の平坦な部分に導電体膜を堆積され、パターン形成されることによって形成される。好ましくは、コンタクトプレート２３の厚さは５０から１５０ｎｍである。
ＴＦＴバックプレーン１４のソース／ドレイン金属化層内のＴＦＴ回路の所定ノードとＯＬＥＤボトム電極２０との間のコンタクトは、直接的ではなく、コンタクトプレート２３を介してなされる。
ＴＦＴバックプレーン１４の構造及び作成方法によっては、ソース‐ドレイン金属は１ｎｍをかなり越えた表面粗さを有する場合もある。これは、比較的厚い金属層、特にアルミニウム或いはアルミ合金がソース／ドレイン金属化処理に用いられる場合である。そのようなソース‐ドレイン金属化は、特別のＴＦＴ作成工程又はディスプレイ設計に関連した理由のために要求されうるのである。例えば、高導電性ルーティング金属化処理は、電力消費の削減、又は基板領域におけるＯＬＥＤ輝度の均一化の向上に有益であり、特にディスプレイサイズが大きい場合には有益である。そのようなソース／ドレイン金属がＯＬＥＤ２０のボトム電極と直接接触する場合には、その表面粗さはビア領域内の電極２０の表面粗さに転換される。このことによって、この領域がＯＬＥＤ電極２０及び１６との間の短絡の原因となり、それゆえＯＬＥＤに欠陥を生じさせることになる。このように、図９のピクセルでは、ボトムＯＬＥＤ電極２０への接触は、別の層に形成された滑らかなコンタクトプレート２３を介して実現される。また、ＴＦＴ最終金属（ソース／ドレイン金属）２がアルミニウム、アルミ合金又はその類似物であり、ボトムＯＬＥＤ電極２０がＩＴＯのような導電性酸化物である場合、アルミニウム／アルミ合金の代わりにクロム（Cr）、モリブデン（Mo）又はその類似物でできた電極２０への接触を有することは、接触抵抗、接触における熱放散を減少させ、全体的な接触の信頼性を改善することになる。
コンタクトプレート２３は、ＴＦＴバックプレーン１４のソース／ドレインが金属化される前に形成される。次に形成されるＴＦＴソース‐ドレイン金属は、コンタクトプレート２３のある一部に重ならなければならないが、ビア８の形成のために充分な部分を空けておかなければならない。また、ソース／ドレイン金属は、コンタクトプレート金属上を選択的にエッチングすることができる。例えば、ソース／ドレイン金属がアルミニウム又はアルミ合金の場合、コンタクトプレートにクロム（Cr）を用いると選択的な優れたウェットエッチングを提供できると思われる。オーダ１ｎｍの表面粗さは、クロム、モリブデン、チタンのような金属で、スパッタリング、蒸着又は他の方法によって生成される薄層によって容易に達成される。適切な薄多層金属コーティングも、勿論、コンタクトプレート２３に用いることができる。
コンタクトプレート２３を有するＴＦＴバックプレーン１４が形成されると、更に、平坦化処理絶縁体層２２の生成とパターン化、ボトムＯＬＥＤ電極２０の堆積及びパターン化、ＯＬＥＤ層１８とＯＬＥＤトップ電極の堆積の工程が、前述の方法で実行される。
図１０は、図１のピクセルの他の例を示している。図１０において、ピクセルは遮蔽電極２４及びコンタクトプレート２３を有している。前述したように、遮蔽電極２４は、所望のレベルに、ＴＦＴの上部の電位を維持するように形成される。ＴＦＴバックプレーン１４が形成されると、層間絶縁体２１が堆積される。そして、コンタクトプレート２３が、ピクセル領域の平坦部分に置いて、クロム、モリブデン又はその類似物の薄く滑らかな層で形成される。好ましくは、コンタクトプレート２３の厚さは５０から１５０ｎｍである。絶縁体２１内のビアは、必要な場合にはソース／ドレインと遮蔽金属レベルとの間の相互接続を提供するようにパターン形成される。そして、遮蔽金属は、遮蔽電極２４及び相互接続プレート２６を形成するように堆積され、パターン形成される。相互接続プレート２６は、図１０に図示されるように、コンタクトプレート２３と重なるが、コンタクトプレート２３の充分な部分を空いたままにする。好ましくは、遮蔽金属は、コンタクトプレート金属上で選択的にエッチングされる。遮蔽電極２４及びコンタクトプレート２３を備えるＴＦＴバックプレーン１４が形成されると、平坦化処理絶縁体２２が生成され、スルービア８が遮蔽金属の無いコンタクトプレート２３の部分の上部に形成される（図１０）。更なる複数の工程（ボトムＯＬＥＤ電極２０の堆積及びパターン形成、ＯＬＥＤ層１８及びＯＬＥＤトップ電極の堆積）が、前述と同様の方法で実行されるようにしてもよい。
図１１は、本発明の他の実施形態による、垂直集積型ＴＦＴ‐ＯＬＥＤピクセルを示している。図１１の絶縁体層２２及びスルービアのプロファイルは、図２のそれらと同様である。
図１１のピクセル１０は、さらに、付加的絶縁体層、即ち、ＯＬＥＤボトム電極２０の上部に堆積される絶縁キャップ４０を有している。絶縁キャップ４０は、ビア領域及びＯＬＥＤボトム電極パターンの縁部をカバーし、ＯＬＥＤボトム電極２０の残部はカバーされないままにパターン形成される。ＯＬＥＤ層１８及びトップ電極１６は、前述と同様の方法で堆積される。
絶縁キャップ４０は、ピクセル縁部において連続的に堆積されたＯＬＥＤトップ電極層の破損を回避するために設けられ、それゆえに複数のＯＬＥＤデバイスの短絡を防止している。さらに、絶縁キャップ４０は、ＴＦＴバックプレーン１４の構造及び作成方法によっては、ＯＬＥＤボトム電極２０の残部よりも表面粗さが粗くなり得、それゆえＯＬＥＤデバイスの短絡の原因となり得る、ビア領域を絶縁している。
絶縁キャップ４０は、いずれかのポリマー絶縁体（例えば、ＢＣＢ、ポリイミド、他のポリマー絶縁体）又は無機絶縁体（例えば、酸化ケイ素（silicon oxide）、窒化ケイ素（silicon
nitride）、窒化酸化ケイ素（silicon
oxide-nitride））の材料でできている。
ポリマー絶縁体の厚さは、数１００ｎｍから数ミクロンであってもよい。ポリマー絶縁体を用いると、キャップパターンの側面プロファイルは、ＯＬＥＤ層１８及びＯＬＥＤトップ電極１６で連続的にカバーできる程充分に滑らかにできる。
無機絶縁体を用いると、絶縁キャップ４０の厚さは、ＯＬＥＤトップ電極１６によるキャップ層に関連したプロファイルステップを連続的にカバーできるように調整される。無機絶縁体の厚さは、５０から５００ｎｍ（最も好ましくは、５０から２００ｎｍ）とすることができる。また、例えば酸化ケイ素又はその類似物のような無機絶縁体のドライ又はウェットパターン形成の条件は、傾斜した側面部を形成するように調整される。
図１１のピクセル１０の作成工程の一例が、図６から図８、図１１及び図１２に示されている。ＴＦＴバックプレーン１４が基板３０上に形成されると（図６）、平坦化処理絶縁体２２が生成され、そこでは傾斜した側面部を有する複数のビア８がソース‐ドレイン金属２に向けて開けられている（図７）。導電性材が堆積されパターン形成され、ＯＬＥＤボトム電極２０を形成する（図８）。そして、絶縁キャップ４０が前述のように堆積される（図１２）。その後、ＯＬＥＤ層１８及び電極が配置され、それによって、図１１で示されるピクセル構造の形成が完了する。
図１３は、本発明の他の実施形態による垂直集積型ピクセルを示している。図１３におけるピクセル１０は、遮蔽電極２６及び絶縁キャップ４０を有している。まず、ＴＦＴバックプレーン１４が作成され、それに続いて層間絶縁体２１及び遮蔽電極２４の堆積及びパターン形成が行われる。層間絶縁体におけるビアが形成され、必要な場合には、遮断金属層内に形成されるソース／ドレインと相互接続プレート２６との間に相互接続を提供する。次に、遮蔽金属が堆積されパターン形成され、遮蔽電極２４及び相互接続プレート２６を形成する。続いて、平坦化処理絶縁体２２及びＯＬＥＤボトム電極２０が、前述と同様の方法で堆積されパターン形成される。そして、キャップ絶縁体層４０が前の実施形態で説明したように、配置されパターン形成される。最後に、ＯＬＥＤ層１８及びＯＬＥＤトップ電極が形成される。
本発明の複数の実施形態によれば、垂直ピクセル集積は、より高い開口比を提供する。開口比をより高くすれば：ピクセルから余分な発光領域を取ることなく、ディスプレイの性能を改良するための、より進化した複数トランジスタピクセル駆動回路を用いることができるようになる；ポリシリコンに対比してより低モビリティを有する、アモルファスシリコンのようなＴＦＴバックプレーンを用いることができ、それによって製造工程を簡単化し、コストを削減できるようになる；また、ディスプレイデバイスのより高い動作的安定性及び寿命の改善を提供するＯＬＥＤによって電流密度を低減することができるようになる。
さらに、前述の作成工程シーケンス及び臨界的な（critical）処理の詳細によって、次のような垂直集積に関連した様々な問題を解決することができる：ＴＦＴ基板１４上の構造のうち絶縁体層２２内の垂直プロファイルを滑らかにし／平坦化処理してＯＬＥＤデバイス層１２の連続性を実現できるようになる；絶縁体２２内のスルービアプロファイルにおけるピクセル電極材料によって連続的に側面部をカバーできる；絶縁体２２及びその次の電極層上の表面粗さを１ｎｍオーダとすることによって、ＯＬＥＤの作成を成功させ、より高い歩留り率を実現できる；また、絶縁体層による段の高さ、側面角度及び表面粗さに関するＯＬＥＤ作成工程に合わない構造の特徴を覆うことができる。ビア及び電極の縁部は絶縁キャップ４０でカバーされている。
本発明を特定の実施形態について説明したが、特許請求の範囲で規定される発明の本質的範囲を逸脱せずに、実施形態を変更及び変形をすることができる。
本発明の一実施形態による垂直集積ピクセルを示す略断面図である。 図１のピクセルの一例を示す略断面図である。 遮蔽電極を備える、図１のピクセルの一例を示す略断面図である。 ＢＣＢで表面を平坦化する一例を示す略図である。 図２及び図３のピクセルの側面部の傾斜βを示す略断面図である。 図２のピクセルの作成工程を示す略図である。 図２のピクセルの作成工程を示す略図である。 図２のピクセルの作成工程を示す略図である。 コンタクトプレートを備える、図１のピクセルの一例を示す略断面図である。 遮蔽電極とコンタクトプレートとを備える、図１のピクセルの一例を示す略断面図である。 本発明の他の実施形態による垂直集積ピクセルを示す略断面図である。 図１１のピクセルの作成工程を示す略図である。 本発明の他の実施形態による垂直集積ピクセルの略図である。

Claims (30)

  1. 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ベースのバックプレーンと有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）とが同一の基板上に形成された垂直構造を有するピクセルであって、
    実質的に平らな上側表面を有する基板と、
    ＯＬＥＤを電気的に駆動するために前記基板の前記実質的に平らな上側表面上に形成されると共に、前記基板の前記上側表面から遠い側に垂直プロファイルを有するＴＦＴベースのバックプレーンと、
    前記ＴＦＴベースのバックプレーン上に形成されると共に、該ＴＦＴベースのバックプレーン上の前記垂直プロファイルを平坦化するための滑らかで平坦化された上側表面を持つ平坦化処理絶縁体層と、
    前記平坦化処理絶縁体層の前記平坦化された上側表面上に形成されると共に、ボトム電極、トップ電極及び前記ボトム電極と前記トップ電極との間の有機発光層を有するＯＬＥＤであって、前記ボトム電極は前記平坦化された上側表面上に形成され、前記トップ電極は前記ＯＬＥＤにより放出されるべき光が前記基板とは反対の方向に進行して上面発光ＯＬＥＤを形成するように透明であり、前記ＯＬＥＤは前記平坦化処理絶縁体層を介して前記ＴＦＴベースのバックプレーンと垂直に集積され、前記有機発光層における前記ＯＬＥＤの前記ボトム電極と前記トップ電極との間の部分が前記ＴＦＴベースのバックプレーンにおけるトランジスタのゲート、ソース又はドレインノードと少なくとも部分的に重なり合うようなＯＬＥＤと、
    前記ＴＦＴベースのバックプレーンと前記ＯＬＥＤとの間の連続的なコミュニケーションパスを形成するための前記平坦化処理絶縁体層における第１のビアであって、側面部が前記ＴＦＴベースのバックプレーンに対して、前記平坦化処理絶縁体層の上部と前記ＴＦＴベースのバックプレーンのソース又はドレインノードの金属部との間で、連続的に傾斜されている第１のビアと、
    前記第１のビア及び前記ボトム電極の縁部を覆う一方、該ボトム電極の残部を露出されたままにするために前記ボトム電極上に堆積される付加的絶縁体層であって、該付加的絶縁体層上に前記有機発光層が設けられる付加的絶縁体層と、
    を有するピクセル。
  2. 前記ＯＬＥＤのボトム電極と該ＯＬＥＤの１以上の層との間に設けられる前記付加的絶縁体層は、該付加的絶縁体層がピクセルの縁部において前記ＯＬＥＤの１以上の層を該ＯＬＥＤのボトム電極から絶縁する一方、前記ＯＬＥＤのボトム電極の残部を前記ＯＬＥＤの１以上の層と直接接触したままにするようにパターン形成される請求項１に記載のピクセル。
  3. 前記ピクセルは、前記平坦化処理絶縁体層及びこれに続く電極層上に１ｎｍのオーダの表面粗さを有している請求項１に記載のピクセル。
  4. 前記平坦化処理絶縁体層における前記ビアのプロファイル内にピクセル電極材料による連続的な側面部の被覆を更に有する請求項１に記載のピクセル。
  5. 前記平坦化処理絶縁体層における前記ビアのプロファイル内にピクセル電極材料による連続的な側面部の被覆を更に有する請求項１に記載のピクセル。
  6. 前記ＴＦＴ上であって、且つ、少なくとも該ＴＦＴの前記ソース及びドレインノード間の領域上に形成された遮蔽電極を更に有する請求項１に記載のピクセル。
  7. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンは、
    基板と、
    ゲート、ソース及びドレインノードと、
    前記ソース及びドレインノード上の層間絶縁体層と、
    前記層間絶縁体層の第２のビア上にパターン形成されると共に、前記ソース又はドレインノードに接続される相互接続プレートと、
    を有する、
    請求項１に記載のピクセル。
  8. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンは、
    基板と、
    ゲート、ソース及びドレインノードと、
    前記ソース及びドレインノード上の層間絶縁体層と、
    前記層間絶縁体層の第２のビア上にパターン形成されると共に、前記ソース又はドレインノードに接触する相互接続プレートと、
    前記相互接続プレートに接触する、前記層間絶縁体層上のコンタクトプレートと、
    を有する、
    請求項１に記載のピクセル。
  9. 前記平坦化処理絶縁体層と前記層間絶縁体層との間であって、且つ、少なくとも前記ソースノードと前記ドレインノードとの間の領域上に配置された遮蔽電極を更に有する請求項７に記載のピクセル。
  10. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンは、
    基板と、
    ゲート、ソース及びドレインノードと、
    コンタクトプレートと、
    を含み、
    前記ソース又はドレインの材料は前記コンタクトプレートと部分的に重なる、請求項１に記載のピクセル。
  11. 前記ソースノードと前記ドレインノードとの間の領域上に形成された遮蔽電極を更に有する請求項１０に記載のピクセル。
  12. 前記平坦化処理絶縁体層は感光性ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を含み、前記第１のビアの前記傾斜は前記感光性ＢＣＢの露光時間に関係している請求項１に記載のピクセル。
  13. 前記付加的絶縁体層は、ポリマー絶縁体、無機絶縁体、ＢＣＢ、ポリイミド、窒化ケイ素、薄膜無機物、又はこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のピクセル。
  14. 前記付加的絶縁体層は、ポリマー絶縁体、無機絶縁体、ＢＣＢ、ポリイミド、窒化ケイ素、薄膜無機物、又はこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のピクセル。
  15. 複数のピクセルを含み、これらピクセルの各々が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ベースのバックプレーン及び有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）が同一の基板上に形成される垂直構造を有するようなディスプレイを製造する方法であって、
    実質的に平らな上側表面を持つ基板上にゲート、ソース及びドレインノードを含むと共に、前記基板の前記上側表面から遠い側に垂直プロファイルを有するＴＦＴベースのバックプレーンを形成する工程と、
    前記ＴＦＴベースのバックプレーン上の前記垂直プロファイルを平坦化するための滑らかで平坦化された上側表面を持つ平坦化処理絶縁体層を前記ＴＦＴベースのバックプレーン上に形成する工程と、
    前記平坦化処理絶縁体層に第１のビアを、該第１のビアの側面部が前記ＴＦＴベースのバックプレーンに対して、前記平坦化処理絶縁体層の上部と前記ＴＦＴベースのバックプレーンのソース又はドレインノードの金属部との間で、連続的に傾斜されるように形成する工程と、
    前記ＯＬＥＤを前記平坦化処理絶縁体層の前記平坦化された上側表面上に形成する工程であって、前記ＯＬＥＤはトップ電極と、ボトム電極と、前記トップ及びボトム電極間の有機発光層とを有し、前記ボトム電極は前記平坦化された上側表面上に形成され、前記ＯＬＥＤは前記平坦化処理絶縁体層を介して前記ＴＦＴベースのバックプレーンと垂直に集積され、前記有機発光層における前記トップ及びボトム電極間の部分は前記ＴＦＴベースのバックプレーンのゲート、ソース又はドレインノードと少なくとも部分的に重なり、前記第１のビアは前記ＴＦＴベースのバックプレーンと前記ＯＬＥＤとの間のコミュニケーションパスを形成し、前記トップ電極は、前記ＯＬＥＤにより放出されるべき光が前記基板とは反対の方向に進行して上面発光ＯＬＥＤを形成するように透明である工程と、
    前記第１のビア及び前記ボトム電極の縁部を覆う一方、該ボトム電極の残部を露出されたままにするための付加的絶縁体層を形成する工程と、
    を有する方法。
  16. 前記付加的絶縁体層は、前記ＯＬＥＤのボトム電極と前記ＯＬＥＤの１以上の層との間に、該付加的絶縁体がピクセルの縁部において前記ＯＬＥＤの１以上の層を前記ＯＬＥＤのボトム電極から絶縁する一方、前記ＯＬＥＤのボトム電極の残部を前記ＯＬＥＤの１以上の層と直接接触したままとするように形成される請求項１５に記載の方法。
  17. 前記付加的絶縁体層上に前記有機発光層を設ける工程を更に有し、前記付加的絶縁体層が絶縁体キャップである請求項１５に記載の方法。
  18. 前記平坦化処理絶縁体層は感光性ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を有し、前記第１のビアを形成する工程が、前記ＴＦＴベースのバックプレーンに対する該第１のビアの前記側面部の傾斜を調整するために前記感光性ＢＣＢの露光時間を調整する工程を有する請求項１５に記載の方法。
  19. 前記平坦化処理絶縁体層は非感光性ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を有する請求項１５に記載の方法。
  20. 前記ピクセルは、該ピクセルが前記平坦化処理絶縁体層及びこれに続く電極層上に１ｎｍのオーダの表面粗さを有するように形成される請求項１５に記載の方法。
  21. 前記平坦化処理絶縁体層における前記ビアのプロファイル内にピクセル電極材料により連続的な側面部の被覆を設ける工程を更に有する請求項１５に記載の方法。
  22. 少なくとも前記ＴＦＴの前記ソース及びドレインノード間の領域上に遮蔽電極を形成する工程を更に有する請求項１５に記載の方法。
  23. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンを形成する工程は、
    前記ＴＦＴ上に層間絶縁体層をパターン形成する工程と、
    前記層間絶縁体層の第２のビア上に、前記ソース又はドレインノードに接続される相互接続プレートをパターン形成する工程と、
    を有する、請求項１５に記載の方法。
  24. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンを形成する工程は、
    前記ＴＦＴ上に層間絶縁体層をパターン形成する工程と、
    前記層間絶縁体層の第２のビア上に、前記ソース又はドレインノードに接続される相互接続プレートを形成する工程と、
    前記層間絶縁体層上にコンタクトプレートを、該コンタクトプレートが前記相互接続プレートに接触するように形成する工程と、
    を有する、請求項１５に記載の方法。
  25. 前記ＴＦＴベースのバックプレーンを形成する工程は、
    コンタクトプレート及びソース又はドレインを、前記ソース又はドレインが前記コンタクトプレートと部分的に重なるように形成する工程、
    を有する、請求項１５に記載の方法。
  26. 前記平坦化処理絶縁体層は非感光性ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を有する請求項１に記載のピクセル。
  27. 前記ピクセルは上面発光ピクセルである請求項１に記載のピクセル。
  28. 前記ピクセルは上面発光ピクセルである請求項１５に記載の方法。
  29. 前記平坦化処理絶縁体層及び前記ボトム電極が１ｎｍのオーダの表面粗さを有する請求項３に記載のピクセル。
  30. 前記ＴＦＴベースのバックプレーン上の構造の垂直プロファイルが、４５度未満の側面部角度を有する請求項１に記載のピクセル。
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