JP5323667B2 - 有機電界発光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（Organic Electroluminescent Device）に関して、特に有機発光層形成のためのシャドーマスクとの接触による点状の傷不良を防止できる有機電界発光素子及びその製造方法に関する。
平板ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）のうち一つである有機電界発光素子は高い輝度と低い動作電圧特性を有する。また自ら光を放出する自体発光型であるためコントラスト比（contrast ratio）が大きくて、超薄型ディスプレイの具現が可能であり、応答時間が数マイクロ秒（μs）程度で動画像具現が容易で、視野角の制限がなく、低温でも安定的で、直流で５ないし１５Ｖの低い電圧で駆動するので駆動回路の製作及び設計が容易である。
また前記有機電界発光素子の製造工程は蒸着（deposition）及びカプセル化（encapsulation）装備が全部ということができるため製造工程が非常に単純である。
このような特性を有する有機電界発光素子は大別してパッシブマトリックスタイプとアクティブマトリックスタイプに分けられるが、パッシブマトリックス方式では走査線（scan line）と信号線（signal line）が交差しながらマトリックス状に素子を構成し、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に駆動するので、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瞬間輝度を出さなければならない。
しかし、アクティブマトリックス方式では、ピクセル（pixel）をオン／オフ（on／off）するスイッチング素子である薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）がサブピクセル（sub pixel）別に位置して、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でオン／オフされて、この第１電極と対向する第２電極は共通電極になる。
そして、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ストレージキャパシタＳｔｇＣに充電されて、その次のフレーム（frame）信号が印加される時まで電源を印加させることによって、走査線数に関係なく一画面の間続いて駆動する。したがって、低い電流を印加しても同じ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ので最近にはアクティブマトリックスタイプの有機電界発光素子が主に利用されている。
以下、このようなアクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本的な構造及び動作特性に対して図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一般的なアクティブマトリックス型有機電界発光素子の一画素に対する回路図である。
図示したようにアクティブマトリックス型有機電界発光素子の一つの画素はスイッチング（switching）薄膜トランジスタＳＴｒと駆動（driving）薄膜トランジスタＤＴｒ、ストレージキャパシタＳｔｇＣ、そして有機電界発光ダイオードＥで構成される。
すなわち、第１方向にゲート配線ＧＬが形成されていて、この第１方向と交差する第２方向に形成されて画素領域Ｐを定義してデータ配線ＤＬが形成されており、前記データ配線ＤＬと離隔して電源電圧を印加するための電源配線ＰＬが形成されている。
また、前記データ配線ＤＬとゲート配線ＧＬが交差する部分にはスイッチング薄膜トランジスタＳＴｒが形成されていて、前記スイッチング薄膜トランジスタＳＴｒと電気的に連結された駆動薄膜トランジスタＤＴｒが形成されている。
この時、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒは有機電界発光ダイオードＥと電気的に連結されている。すなわち、前記有機電界発光ダイオードＥの一側端子である第１電極は前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極と連結されて、他側端子である第２電極は電源配線ＰＬと連結している。この時、前記電源配線ＰＬは電源電圧を前記有機電界発光ダイオードＥに伝達するようになる。また、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのゲート電極とソース電極間にはストレージキャパシタＳｔｇＣが形成されている。
したがって、前記ゲート配線ＧＬを介して信号が印加されるとスイッチング薄膜トランジスタＳＴｒがオン（on）されて、前記データ配線ＤＬの信号が駆動薄膜トランジスタＤＴｒのゲート電極に伝達されて前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒがオン（on）されるので有機電界発光ダイオードＥを介して光が出力される。この時、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒがオン（on）状態になれば、電源配線ＰＬから有機電界発光ダイオードＥに流れる電流のレベルが定められて、これにより前記有機電界発光ダイオードＥはグレースケール（gray scale）を具現することができるようになって、前記ストレージキャパシタＳｔｇＣはスイッチング薄膜トランジスタＳＴｒがオフ（off）された時、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのゲート電圧を一定に維持させる役割をすることによって前記スイッチング薄膜トランジスタＳＴｒがオフ（off）状態になっても次のフレーム（frame）まで前記有機電界発光ダイオードＥに流れる電流のレベルを一定に維持することができるようになる。
このような駆動をする有機電界発光素子は有機電界発光ダイオードを介して発光した光の透過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。この時下部発光方式は開口率が低下される問題が生じるので最近には上部発光方式が主に利用されている。
図２は、従来の上部発光方式有機電界発光素子に対する概略的な平面図であり、図３は図２を切断線III−IIIに沿って切断した部分に対する断面図である。
図示したように、従来の上部発光方式有機電界発光素子１は第１、２基板１０、７０が互いに対向するように配置されていて、第１、２基板１０、７０の縁部はシールパターン（図示せず）により封止している。前記第１基板１０の上部には各画素領域Ｐ別に駆動薄膜トランジスタＤＴｒが形成されていて、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒ上にはドレインコンタクトホール４３を含む保護層４０が形成されており、前記ドレインコンタクトホール４３を介して前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒと連結されて第１電極４７が前記保護層４０上部に形成されている。また、前記第１電極４７上部には赤（Red）、緑（Green）、青（Blue）色に対応する発光物質パターン５５ａ、５５ｂ、５５ｃを含む有機発光層５５が形成されていて、有機発光層５５上部には全面に第２電極５８が形成されている。この時、前記第１、２電極４７、５８は前記有機発光層５５に電子と正孔を提供する役割をする。
そして、前述したシールパターン（図示せず）によって前記第１基板１０上に形成された第２電極５８と第２基板７０は一定間隔離隔している。
一方、前述したような構成を有する従来の上部発光方式有機電界発光素子１の各画素領域Ｐの境界には前記第１電極４７の終端と重なってバッファーパターン５０が具備されている。また、前記バッファーパターン５０上部にはゲート配線（図示せず）が延長する方向すなわち、赤、緑、青の発光物質パターン５５ａ、５５ｂ、５５ｃが順次交代する方向に沿ってダム状のスペーサー５１が形成されている。このようなスペーサー５１は前記有機発光層５５形成時利用されるシャドーマスク（図示せず）を支持する役割をする。
図４Ａと図４Ｂは、従来の上部発光方式有機電界発光素子製造段階の内、シャドーマスクを利用した有機発光層形成段階を示した製造平面図であり、図５Ａと図５Ｂはそれぞれ図４Ａの切断線ＶＡ−ＶＡと図４Ｂの切断線ＶＢ−ＶＢに沿って切断した部分に対する断面図であり、図６は図４Ｂの切断線VI-VIに沿って切断した部分に対する断面図である。
第１基板１０上に有機発光層５５の形成は各画素領域Ｐに対応してオープン部ＯＡを有して、それ以外の領域は遮断部ＢＡを有するシャドーマスク９０を利用して行なわれる。
このようなシャドーマスク９０を有機発光層５５を形成する基板１０上に位置させた後、アラインを実施して前記基板１０上の各画素領域Ｐ内の有機発光層５５が形成されなければならない位置に対応して前記シャドーマスク９０のオープン部ＯＡが位置する。このような過程で前記シャドーマスク９０と前記基板１０が非常に近接するように位置されるが、前記シャドーマスク９０は金属材質で形成されるのでその表面に製造時発生した突起（図示せず）がありまたは異物が付着されることある。この場合、前記突起（図示せず）または異物は１μｍないし６μｍ程度の大きさになっていることがある。
したがってこのように突起（図示せず）をその表面に有しまたは異物が付着されたシャドーマスク９０を有機発光層５５形成のための基板１０上に近接してアラインをさせる過程で、前記突起（図示せず）または異物が画素領域Ｐ内の第１電極４７と接触するようになることによって点状の傷不良が発生している実情がある。
前記シャドーマスク９０は金属材質で形成されるので、大面積の有機電界発光素子製造に利用されることは垂れ下がりが発生する。特に前記基板１０上のスペーサー５１と接触して支持されたとしても、ダム状のスペーサー５１とスペーサー５１間の画素領域Ｐで垂れ下がりが発生している。従来のスペーサー５１はその製造特性上高さが２．５μｍないし３μｍ程度になり、バッファーパターン５０の厚さと合わせると有機発光層５５が形成される第１電極４７の表面を基準にして６μｍ程度になって前記シャドーマスク９０の垂れ下がりが１μｍないし２μｍ発生するようになるので、アラインをする前にシャドーマスク９０を前記基板１０上に位置させた後近接してアラインさせる過程で前記異物または表面の突起（図示せず）により点状の傷が発生している実情がある。
シャドーマスク９０の汚染防止のために前記第１基板１０と接触させない場合、前記シャドーマスク９０と第１基板１０とのアライン正確度を高めるためには前記シャドーマスク９０を最大限基板１０と近接させなければならない。この場合、前記スペーサー５１と接触しない範囲で通常１μｍないし２μｍ程度になり、この場合、前記シャドーマスク９０は支持される部分がないのでスペーサー５１により支持される場合よりさらに垂れ下がりが発生することで、異物または表面突起（図示せず）により有機発光層５５が形成される画素領域Ｐ内の第１電極４７表面に点状の傷不良が発生している実情がある。このような点状の傷不良は暗点で表示されて表示品質を低下させる要因になっている。
このような問題を解決するために、前記ダム状のスペーサー５１の高さを高くすることが制限されている。スペーサー５１は透明な有機絶縁物質をスピンコーティングなどを介して基板全面に有機絶縁物質層を形成して、これをパターニングして形成されるので、スピンコーティング時全面に均等な厚さを有するようにするためには粘度条件が非常に重要である。さらに厚い厚さを有するように粘度を高めれば拡散特性が低下されて基板の中央部と縁部で厚さの差が広がるので、基板全面に均等な厚さを有するためには現技術水準ではダム状のスペーサー５１の高さは３μｍ程度が限界値になっている。
また、ダム状のスペーサー５１の高さを現３μｍ程度からさらに高くすることはこのようなダム状のスペーサー５１特性上シャドー現象が発生して段差または他の色の不良が発生する可能性が大きい実情がある。
本発明は前記問題点を解決するために案出したものであって、本発明は有機発光層形成時シャドーマスクに付着された異物または表面凹凸による点状の傷不良を基本的に防止できる上部発光方式の有機電界発光素子及びこれの製造方法を提供することを目的とする。
シャドーマスクによる点状の傷不良を防止することによって収率を向上させて、表示品質を向上させることをもう一つの目的とする。
前記目的を達成するための本発明による有機電界発光素子は、画素領域が定義された第１基板と；前記第１基板上の前記画素領域に形成されたスイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタと；前記スイッチング及び駆動薄膜トランジスタを覆って前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極を露出させて形成された保護層と；前記保護層上に前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極と接触して形成された第１電極と；前記第１電極の縁と重なって前記画素領域の境界に形成されたバッファーパターンと；前記バッファーパターンの上部に第１高さを有して第１方向にダム状を有して形成された第１スペーサーと；前記バッファーパターンの上部に前記第１高さを有して前記第１方向と交差する第２方向にダム状を有して形成された第２スペーサーと；前記バッファーパターン上部に前記第１高さより大きい第２高さを有して、前記第１及び第２スペーサーが交差する部分に柱状を有して形成された第３スペーサーと；前記バッファーパターン内側で前記第１電極上部に形成された有機発光層と；前記有機発光層と前記第１、２及び３スペーサー上部に全面に形成された第２電極と；前記第１基板と向き合う第２基板と；前記第１及び第２基板の縁に介在されたシールパターンを含む。
この時、前記第１高さは２．５μｍないし３μｍであり、前記第２高さは５μｍないし６μｍであることが特徴である。
また、前記スイッチング薄膜トランジスタと連結されて互いに交差するゲート及びデータ配線と；前記データ配線と平行で前記駆動薄膜トランジスタと連結された電源配線を含む。
前記有機発光層は多重層構造で正孔注入層／正孔輸送層／発光物質層／電子輸送層／電子注入層で構成されたことが特徴であり、前記第１、第２及び第３スペーサーは有機絶縁物質で構成されたことが特徴である。
本発明による有機電界発光素子の製造方法は、画素領域が定義された第１基板上の前記画素領域にスイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタを形成する段階と；前記スイッチング及び駆動薄膜トランジスタを覆って前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極を露出させるドレインコンタクトホールを有する保護層を形成する段階と；前記保護層上に前記画素領域に前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極と前記ドレインコンタクトホールを介して接触する第１電極を形成する段階と；前記第１電極の縁と重なって前記画素領域の境界にバッファーパターンを形成する段階と；前記バッファーパターンの上に第１高さのダム状を有して第１方向に延長する第１スペーサーを形成する段階と；前記バッファーパターンの上に前記第１高さのダム状を有して前記第１方向と交差する第２方向に延長する第２スペーサーを形成し、同時に前記バッファーパターン上部に前記第１高さより大きい第２高さを有して、前記第１及び第２スペーサーが交差する部分に柱状を有する第３スペーサーを形成する段階と；画素領域に対応して開口部を有するシャドーマスクを利用して有機発光物質を蒸着することによって前記バッファーパターン内側で前記第１電極上部に有機発光層を形成する段階と；前記有機発光層と前記第１、２及び３スペーサー上に全面に第２電極を形成する段階と；前記第１基板に対応して透明な絶縁材質の第２基板を向き合うようにした後、前記第１及び第２基板の縁にシールパターンを形成して合着する段階を含む。
この時、前記第１、２及び第３スペーサーを形成する段階は、前記バッファーパターン上の全面に感光性の第１有機絶縁物質をスピンコーティングを介して塗布することによって第１スペーサー層を形成する段階と；前記第１スペーサー層をパターニングして前記第１スペーサーを形成する段階と；前記第１スペーサー上に感光性の第２有機絶縁物質をスピンコーティングを介して塗布することによって第２スペーサー層を形成する段階と；前記第２スペーサー層をパターニングして前記第２スペーサーを形成して、同時に前記第１スペーサーと重なる部分に前記第３スペーサーを形成する段階を含む。
この時、前記感光性の第１及び第２有機絶縁物質はポリイミド（poly imide）、フォトアクリル（photo acryl）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の中一つであることが特徴である。
前記第１スペーサーと前記第２スペーサーは相異なる有機絶縁物質で構成されたり、または同じ有機絶縁物質で構成される場合は同じ感光特性を有する有機絶縁物質で構成されることが特徴である。
本発明による上部発光方式有機電界発光素子はシャドーマスクを利用して有機発光層を形成時シャドーマスクに突出形成された微細突起または付着した異物による点状傷不良を防止できるので、製品の製造収率を向上させて、ひいては製品の表示品質を向上させる効果がある。
以下、本発明による好ましい実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図７は、本発明による上部発光方式有機電界発光素子の表示領域一部を示した平面図で第１電極と有機発光層１５５と第２電極で構成された有機電界発光ダイオードとバッファーパターン及びスペーサーを中心に示し、図８と図９はそれぞれ図７を切断線VIII−VIII、IX−IXに沿って切断した部分に対する断面図でカプセル化のための第２基板は省略して駆動薄膜トランジスタと有機発光ダイオードを具備した第１基板だけを示した。この時、説明の便宜のために駆動薄膜トランジスタＤＴｒが形成される領域を駆動領域、そして図面には示さなかったがスイッチング薄膜トランジスタが形成される領域をスイッチング領域と定義する。
図示したように、本発明による上部発光方式有機電界発光素子１０１は駆動及びスイッチング薄膜トランジスタ（ＤＴｒ、図示せず）と有機電界発光ダイオードＥが形成された第１基板１１０と、これと対応してその縁にシールパターン（図示せず）を具備して前記有機発光ダイオードＥをカプセル化するための第２基板（図示せず）で構成されている。
まず、平面構造を見ると、図面に現われなかったが互いに交差してゲート及びデータ配線（図示せず）が形成されており、前記ゲート及びデータ配線（図示せず）と交差する付近にはスイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）が具備されていて、前記各画素領域Ｐには前記スイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）と前記データ配線（図示せず）と平行に具備された電源配線（図示せず）と連結して駆動薄膜トランジスタＤＴｒが形成されている。
また、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６と接触して各画素領域Ｐ別に第１電極が形成されており、各画素領域Ｐの境界には前記第１電極１４７の縁と接触してバッファーパターン１５０が形成されている。また各画素領域Ｐの前記バッファーパターン１５０で囲まれた領域に対してはそれぞれ順次反復する形態で赤、緑、青色を発光する有機発光層１５５が形成されている。
また、本発明において最も特徴的な構成として前記画素領域Ｐの短軸を連結した方向すなわち、ゲート配線（図示せず）が延長する方向にダム状を有する第１スペーサー１５１が第１高さを有して形成されており、前記画素領域Ｐの長軸を連結した方向すなわち、データ配線（図示せず）が延長する方向にダム状を有する第２スペーサー１５２が前記第１高さを有して形成されている。したがって、本発明においてはダム状を有する第１及び第２スペーサー１５１、１５２が各画素領域Ｐを囲む形態で表示領域全体においてその下部に位置したバッファーパターン１５０の形態と同様に格子形態を成して形成されていることが特徴である。この時、前記ダム状の第１スペーサー１５１と第２スペーサー１５２が交差する部分においては柱状で前記第１高さより２倍程度さらに高いさらに正確には前記第１スペーサー１５１と第２スペーサー１５２の高さを合せた第２高さを有するスペーサーが形成されていることが特徴である。以後、説明の便宜のために前記第１スペーサー１５１と第２スペーサー１５２が交差して前記第１及び第２スペーサー１５１、１５２の第１高さよりさらに大きい第２高さを有する部分を’第３スペーサー’１５３と称する。
したがって、前述したように、表示領域内で画素領域Ｐの境界に沿って互いに交差するように第１高さを有する第１及び第２スペーサー１５１、１５２を形成して、これら第１及び第２スペーサー１５１、１５２が互いに交差して重なる部分に柱状で第２高さを有する第３スペーサー１５３を形成することによって以後工程により有機発光層１５５を形成時利用されるシャドーマスク（図示せず）のアライン時発生する異物または突起による点状傷現象を最小化することができることが特徴である。
この場合前記第１及び第２スペーサー１５１、１５２それぞれの第１高さは２．５μｍないし３μｍ程度になるのでこれらダム状を有する第１及び第２スペーサー１５１、１５２が高くなるに伴うシャドー発生による問題点は発生しない。さらに、前記第１高さより高い５μｍないし６μｍ程度の第２高さを有する第３スペーサー１５３が柱状で形成されることによって、シャドーマスク（図示せず）がアライン時前記第３スペーサー１５３により支持されるので有機発光層１５５が形成される第１電極１４７から前記シャドーマスク（図示せず）までの高さは７．５μｍないし９μｍ程度になって、１μｍないし２μｍ程度の垂れ下がりが発生することを勘案しても最小５．５μｍないし８μｍ程度の離隔間隔が維持されるので、主に１μｍないし６μｍ程度の大きさを有する突起及び異物による点状の傷は大部分防止できる。
以後、前述した平面構造を有する本発明による上部発光方式有機電界発光素子の断面構造に対して説明する。
図８を参照すると、第１基板１１０において、これのベースを形成する透明な絶縁基板１１０上に前記駆動領域ＤＡ及びスイッチング領域に対応して純粋ポリシリコンで構成されてその中央部はチャネルを形成する第１領域１１３ａ、そして前記第１領域１１３ａの両側面に高農度の不純物がドーピングされた第２領域１１３ｂで構成された半導体層１１３が形成されている。この時前記半導体層１１３と前記絶縁基板１１０間には全面に無機絶縁物質例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）で構成されたバッファー層（図示せず）がさらに形成されることもできる。前記バッファー層（図示せず）は前記半導体層１１３の結晶化時前記絶縁基板１１０内部から出るアルカリイオンの放出による前記半導体層１１３の特性低下を防止するためである。
また、前記半導体層１１３を覆ってゲート絶縁膜１１６が全面に形成されている。前記ゲート絶縁膜１１６上には前記駆動領域ＤＡ及びスイッチング領域（図示せず）において前記半導体層１１３の第１領域１１３ａに対応してゲート電極１２０が形成されている。また前記ゲート絶縁膜１１６上には前記スイッチング領域（図示せず）に形成されたゲート電極（図示せず）と連結して一方向（各画素領域Ｐの短軸を連結した方向）に延長してゲート配線（図示せず）が形成されている。
また、前記ゲート電極１２０とゲート配線（図示せず）上に層間絶縁膜１２３が形成されている。この時、前記層間絶縁膜１２３とその下部のゲート絶縁膜１１６には前記第１領域１１３ａの両側面に位置した前記第２領域１１３ｂそれぞれを露出させる半導体層コンタクトホール１２５が具備されている。
次に、前記半導体層コンタクトホール１２５を含む層間絶縁膜１２３上部には前記ゲート配線（図示せず）と交差して前記画素領域Ｐの長軸を連結した方向に延長してデータ配線（図示せず）と、これと離隔して電源配線（図示せず）が形成されている。
また、前記層間絶縁膜１２３上に各駆動領域ＤＡ及びスイッチング領域（図示せず）には、互いに離隔して前記半導体層コンタクトホール１２５を介して露出された第２領域１１３ｂとそれぞれ接触してソース及びドレイン電極１３３、１３６が形成されている。この時、前記ソース及びドレイン電極１３３、１３６と、これら電極１３３、１３６とそれぞれ接触する第２領域１１３ｂを含む半導体層１１３と、前記半導体層１１３上部に形成されたゲート絶縁膜１１６及びゲート電極１２０は駆動薄膜トランジスタＤＴｒを形成する。この時図示しなかったが、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒと同一構造を有するスイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）も前記スイッチング領域（図示せず）に形成されている。この時、前記スイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）は前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒとゲート配線（図示せず）及びデータ配線（図示せず）と電気的に連結されて形成されている。すなわち、前記ゲート配線（図示せず）は前記スイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）のゲート電極（図示せず）と、前記データ配線（図示せず）は前記スイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）のソース電極（図示せず）と連結されている。
一方、前記駆動及びスイッチング薄膜トランジスタ（ＤＴｒ、図示せず）は前記半導体層１１３の内、前記第２領域１１３ｂにドーピングされる不純物によってｐタイプまたはｎタイプ薄膜トランジスタを形成する。ｐタイプ薄膜トランジスタの場合は第２領域１１３ｂに３族の元素、例えばホウ素（Ｂ）をドーピングすることによって形成され、ｎタイプ薄膜トランジスタの場合は前記第２領域１１３ｂに５族の元素、例えば燐（Ｐ）をドーピングすることによって形成される。ｐタイプの薄膜トランジスタはキャリアとして正孔が利用され、ｎタイプの薄膜トランジスタはキャリアとして電子が利用される。したがって、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６と連結される第１電極１４７は、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのタイプによってアノードまたはカソード電極の役割をする。前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒがｐタイプの場合、前記第１電極１４７はアノード電極の役割をしており、ｎタイプの場合、前記第１電極１４７はカソード電極の役割をするようになる。本発明においては前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒはｐタイプを形成することによって前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６と連結した第１電極１４７がアノード電極の役割をすることを一例で説明している。しかし、本発明において前記駆動薄膜トランジスタをｎタイプを形成することもでき、この場合前記第１電極１４７がカソード電極の役割をするように形成することもできる。
次に、前記駆動及びスイッチング薄膜トランジスタ（ＤＴｒ、図示せず）上には、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６を露出させるドレインコンタクトホール１４３を有する保護層１４０が形成されている。また、前記保護層１４０上には、前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６と前記ドレインコンタクトホール１４３を介して接触して、各画素領域Ｐ別に仕事関数値が比較的大きい透明導電性物質、例えばインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）またはインジウム−ジンク−オキサイド（ＩＺＯ）で構成された第１電極１４７が形成されている。図示しなかったが、このような仕事関数値が大きい透明導電性物質からなった第１電極１４７下部には、上部発光方式特性上発光効率を極大化するために反射率が高い物質で反射板（図示せず）が形成されることもでき、または前記第１電極１４７は、前記透明導電性物質を上部層反射効率が高い金属物質を下部層にして二重層構造を形成することができる。一方、このような場合前記第１電極１４７はアノード電極の役割をすることであり、既に言及したようにカソード電極の役割をするようにする場合仕事関数値が比較的低い金属物質例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等で構成されるようになる。
次に、前述したように単一層または二重層構造を有する前記第１電極１４７上に、各画素領域Ｐの境界にはバッファーパターン１５０が形成されている。この時、前記バッファーパターン１５０は各画素領域Ｐを囲む形態で前記第１電極１４７の縁と重なるように形成されており、表示領域全体的には多数の開口部を有する格子形態を成している。また、このような表示領域内で各画素領域Ｐを囲む格子形態を有する前記バッファーパターン１５０上には、前記バッファーパターン１５０と完全に重なって前記バッファーパターン１５０の幅よりは小さな幅を有して前記ゲート配線（図示せず）が延長した方向に第１高さを有するダム状の第１スペーサー１５１が形成されていて、前記データ配線（図示せず）が延長する方向に前記第１スペーサー１５１と同じ第１高さを有してダム状の第２スペーサー１５２が形成されている。
また、前記第１スペーサー１５１と第２スペーサー１５２が交差する部分には、これら第１及び第２スペーサー１５１、１５２が重なって形成されることによって第１高さよりもっと高い第２高さを有する第３スペーサー１５３が柱状で形成されている。この時、前記第１高さは２．５μｍないし３μｍ程度になり、前記第２高さは５μｍないし６μｍになっていることが特徴である。
一方、前記バッファーパターン１５０で囲まれた各画素領域Ｐには前記第１電極１４７上に有機発光層１５５が形成されている。前記有機発光層１５５は図示されたように有機発光物質で構成された単一層で構成されることができ、または図示しなかったが、発光効率を上げるために正孔注入層（hole injection layer）、正孔輸送層（hole transporting layer）、発光物質層（emitting material layer）、電子輸送層（electron transporting layer）及び電子注入層（electron injection layer）の多重層で構成されることができる。この時、前記正孔注入層と電子注入層、前記正孔輸送層と電子輸送層はそれぞれ互いにその位置を変えて形成されることができる。これは第１電極１４７と第２電極１５８がそれぞれアノード電極の役割をするかまたはカソード電極の役割をするかに左右されている。本発明の場合、前記第１電極１４７がアノード電極の役割をすることを一例で見せているので、この場合は前記第１電極１４７上部に多重層構造の有機発光層１５５が形成されるならば正孔注入層／正孔輸送層／発光物質層／電子輸送層／電子注入層の順序で順次積層されるようになる。
また、前記有機発光層１５５と前記バッファーパターン１５０及び第１、２及び３スペーサー１５１、１５２、１５３の上部には全面に第２電極１５８が形成されている。この時、前記第２電極１５８はカソード電極の役割をするように仕事関数値が低い金属物質例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）のうち一つで形成される。
一方、もしも前記第２電極１５８がアノード電極の役割をする場合は仕事関数値が高い透明導電性物質であるインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）またはインジウム−ジンク−オキサイド（ＩＺＯ）で構成されることができる。
一方、前記第１、２電極１４７、１５８とその間に形成された有機発光層１５５は有機電界発光ダイオードＥを形成する。
前述した構造を有する第１基板１１０に対応して透明な材質で第２基板（図示せず）が向き合って位置して、これら第１基板１１０と第２基板（図示せず）の縁に沿ってこれら両基板（１１０、図示せず）が合着された状態を維持することができるようにシールパターン（図示せず）が具備されている。この時、前記第１基板１１０と第２基板（図示せず）は前記第３スペーサー１５３により支持されることで一定な間隔を維持することができる。また、前記シールパターン（図示せず）の内側には前記第１基板１１０と第２基板（図示せず）間の空いた空間に浸透する水分を除去するために吸湿剤が具備されることによって本発明による上部発光方式有機電界発光素子が完成されている。
以後には前述した構成を有する上部発光方式有機電界発光素子の製造方法に対して説明する。
＜製造方法>
＜製造方法>
図１０Ａないし図１０Ｇは、本発明による上部発光方式有機電界発光素子の製造段階別工程断面図で図７を切断線VIII−VIIIを切断した部分に対する製造段階別工程断面図であって、図１１Ａと図１１Ｂは、本発明による上部発光方式有機電界発光素子の製造工程段階の中シャドーマスクを利用して有機発光層を形成する段階を示した製造段階別平面図である。
まず、全ての構成要素が具備される第１基板１１０の製造方法に対して説明する。
図１０Ａに示したように、絶縁基板１１０上に純粋非晶質シリコンを蒸着して純粋非晶質シリコン層（図示せず）を形成して、これに対してレーザビームを照射したりまたは熱処理を実施して前記非晶質シリコン層をポリシリコン層（図示せず）で結晶化させる。
以後、フォトレジストの塗布、露光マスクを利用した露光、露光されたフォトレジストの現像、エッチング及びストリップなど一連の単位工程を含むマスク工程を実施して前記ポリシリコン層（図示せず）をパターニングすることによって、スイッチング及び駆動領域（図示せず、ＤＡ）に純粋ポリシリコン状の半導体層１１３を形成する。この時、前記純粋非晶質シリコン層（図示せず）を形成する前に無機絶縁物質例えば酸化シリコーン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を前記絶縁基板１１０全面に蒸着することによって、第１バッファー層（図示せず）を形成することもできる。
次に、前記純粋ポリシリコンの半導体層１１３上に無機絶縁物質、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を蒸着してゲート絶縁膜１１６を形成する。以後、前記ゲート絶縁膜１１６上に金属物質例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、銅（Ｃｕ）、銅合金及びクロム（Ｃｒ）の中一つを蒸着して第１金属層（図示せず）を形成して、これをマスク工程を行なって前記半導体層１１３の中央部に対応してゲート電極１２０を形成する。この時、前記ゲート電極１２０の内、スイッチング領域（図示せず）に形成されたゲート電極（図示せず）と連結して一方向に延長するゲート配線（図示せず）も形成する。
次に、前記ゲート電極１２０をブロッキングマスクとして利用して前記基板１１０全面に不純物、すなわち３価元素または５価元素をドーピングすることによって、前記半導体層１１３の内、前記ゲート電極１２０外側に位置した部分に前記不純物がドーピングされた第２領域１１３ｂを形成するようにして、不純物のドーピングが防止されたゲート電極１２０に対応する部分は純粋ポリシリコンの第１領域１１３ａを形成する。
次に、第１及び第２領域１１３ａ、１１３ｂに分けられた半導体層１１３が形成された基板１１０全面に無機絶縁物質、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）を蒸着して全面に層間絶縁膜１２３を形成して、マスク工程を行なって前記層間絶縁膜１２３と下部のゲート絶縁膜１１６を同時または一括パターニングすることによって、前記半導体層１１３の第２領域１１３ｂをそれぞれ露出させる半導体層コンタクトホール１２５を形成する。
以後、前記層間絶縁膜１２３上に金属物質例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）、銅（Ｃｕ）、銅合金、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）の中一つを蒸着して第２金属層（図示せず）を形成して、マスク工程を行なってパターニングすることによって、前記半導体層コンタクトホール１２５を介して前記第２領域１１３ｂと接触するソース及びドレイン電極１３３、１３６を形成する。
同時に、前記層間絶縁膜１２３上に前記スイッチング領域（図示せず）に形成されたソース電極（図示せず）と連結して前記ゲート配線（図示せず）と交差するデータ配線（図示せず）と、前記データ配線（図示せず）と離隔して並んで配置される電源配線（図示せず）を形成する。この時、前記半導体層１１３とゲート絶縁膜１１６とゲート電極１２０と層間絶縁膜１２３と互いに離隔するソース及びドレイン電極１３３、１３６は駆動薄膜トランジスタＤＴｒを形成する。この時前記スイッチング領域（図示せず）には前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒと同一構造のスイッチング薄膜トランジスタ（図示せず）が形成される。
次に前記ソース及びドレイン電極１３３、１３６上に無機絶縁物質、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を蒸着するまたは有機絶縁物質、例えばフォトアクリル（photo acryl）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を塗布して保護層１４０を形成して、これをマスク工程を行なってパターニングすることによって前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６を露出させるドレインコンタクトホール１４３を形成する。
次に、図１０Ｂに示したように、前記保護層１４０上に仕事関数値が比較的高い透明導電性物質であるインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）またはインジウム−ジンク−オキサイド（ＩＺＯ）を蒸着してパターニングすることによって、前記ドレインコンタクトホール１４３を介して前記駆動薄膜トランジスタＤＴｒのドレイン電極１３６と接触する単一層構造の第１電極１４７を形成する。
一方、前記第１電極１４７を二重層で構成する場合、前記保護層１４０上に反射性が優秀なアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を蒸着した後、前記仕事関数値が比較的高い透明導電性物質であるインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）またはインジウム−ジンク−オキサイド（ＩＺＯ）を蒸着することによって二重金属層（図示せず）を形成する。以後前記二重金属層（図示せず）をマスク工程を行なってパターニングすることによって二重層構造の第１電極１４７を形成することもできる。
一方、前記第１電極１４７をカソード電極の役割をするようにする場合は、単一層構造で仕事関数値が比較的低い金属物質であるアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）のうち一つを蒸着してこれをパターニングすることによって前記第１電極１４７を形成することもできる。
以後、図１０Ｃに示したように、前記第１電極１４７上に有機絶縁物質、例えばフォトアクリル（photo acryl）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を塗布するまたは無機絶縁物質例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を蒸着することによって有機または無機物質層を形成して、これをパターニングすることによって各画素領域Ｐを囲むバッファーパターン１５０を形成する。
次に、図１０Ｄに示したように、前記バッファーパターン１５０が形成された基板１１０に対して感光性有機絶縁物質例えばポリイミド（poly imide）、フォトアクリル（photo acryl）ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコーティング装備を利用して全面に塗布することによって、２．５μｍないし３μｍ程度の第１厚さを有する第１スペーサー層（図示せず）を形成する。以後、前記第１スペーサー層（図示せず）をマスク工程を行なってパターニングすることによって、前記バッファーパターン１５０上に前記ゲート配線（図示せず）が延長する方向に各画素領域Ｐの境界にダム状を有する第１スペーサー１５１を形成する。
次に、図１０Ｅに示したように、前記第１スペーサー１５１が形成された基板１１０上に感光性の有機絶縁物質例えばポリイミド（poly imide）、フォトアクリル（photo acryl）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の中塗布して２．５μｍないし３μｍ程度の前記第１厚さを有する第２スペーサー層（図示せず）を形成する。この場合、前記第２スペーサー層（図示せず）は前記第１スペーサー１５１と他の物質または同じ物質から形成することは問題ではない。ただし同じ物質からなる場合、感光性特性も同じ有機物質で構成されることが好ましい。
一例で前記第１スペーサー１５１がネガティブタイプポリイミド（poly imide）で構成される場合、前記第２スペーサー層（図示せず）はフォトアクリル（photo acryl）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）で形成すればパターニング時ポリイミド（poly imide）と現像液を違うようにするので全く問題ではない。一方、前記第２スペーサー層（図示せず）を前記第１スペーサー１５１のような物質であるポリイミド（poly imide）で形成する場合、必ずネガティブタイプポリイミド（poly imide）を利用することが好ましい。
ネガティブタイプとは露光工程進行時光を受けた部分が現像液に露出時分解出来なくて残るようになる特性を有する。前記第１スペーサー１５１がこのようなネガティブタイプのポリイミド（poly imide）で構成される場合、光を受けた部分が残されたことであるのでネガティブタイプポリイミド（poly imide）で前記第２スペーサー層（図示せず）を形成して、前記第２スペーサー１５２が形成される部分に露光を実施した後、現像液に露出させれば、光に露出しない部分だけが分解されて除去されるので、第２スペーサー１５２が形成される部分を除いては前記第２スペーサー層（図示せず）が除去される。このような過程で前記第２スペーサー１５２または前記第２スペーサー１５２の形成のための現像液に露出されるが、前記第２スペーサー１５２も以前の露光段階で光を受けて前記第１スペーサー１５１のパターニングのための現像液により分解出来なくて残るようになった部分であるので、前記第２スペーサー１５２のパターニングのための現像液に相変らず反応しなくなる。したがって、第１スペーサー１５１形成時除去されたりする等の問題は発生しない。前記第１及び第２スペーサー１５１、１５２が相異なる物質からなる場合現像液自体が違ってくるので全く問題にならない。
一方、前述した過程により前記ゲート配線（図示せず）が延長した方向にダム状を有する第１スペーサー１５１と前記データ配線（図示せず）が延長した方向にダム状を有する第２スペーサー１５２が形成されると、これら第１及び第２スペーサー１５１、１５２が交差する部分には自然的にこれら第１及び第２スペーサー１５１、１５２が重なることによって、前記第１高さよりさらに大きい５μｍないし６μｍ程度の第２高さを有する第３スペーサー１５３が柱状で形成される。
次に、図１０Ｆ及び図１１Ａと図１１Ｂに示したように、前記第２及び第３スペーサー１５２、１５３が形成された基板１１０に対応して各画素領域Ｐの中央部に対応してオープン部ＯＡを有して、それ以外領域は遮断部ＢＡで構成されたシャドーマスク１９０を向き合うように位置させた後、前記シャドーマスク１９０が前記基板１１０と隣接するようにする。
以後、前記シャドーマスク１９０のオープン部ＯＡが前記基板１１０上の各画素領域Ｐの中央部に位置するようにアラインを実施する。
一方、前記シャドーマスク１９０のアラインを実施する過程で、前記シャドーマスク１９０の遮断部ＢＡの表面に付着された異物または突起（図示せず）が前記画素領域Ｐ内の第１電極１４７上に位置するとしても前記シャドーマスク１９０は前記５μｍないし６μｍの第２高さを有する第３スペーサー１５３により支持されるので、１μｍないし６μｍ程度の大きさを有する異物または突起（図示せず）は前記第１電極１４７と接触しなくなる。したがって第１電極１４７上に点状の傷が発生しないので、以後有機発光層１５５を前記第１電極１４７上に形成するとしても点状の傷不良による暗点化は発生しない。
次に、前記アラインされたシャドーマスク１９０を介して有機発光物質を熱蒸着を実施することによって、前記シャドーマスク１９０の開口部ＯＡに対応する各画素領域Ｐの中央部に有機発光層１５５を形成する。この時、前記有機発光層１５５は示したように単一層構造を有することもでき、または図面に示さなかったが正孔注入層／正孔輸送層／発光物質層／電子輸送層／電子注入層を順次に蒸着することによって多重層構造を有することができる。
次に、図１０Ｇに示したように、前記有機発光層１５５上に仕事関数値が比較的低い金属物質であるアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）のうち一つを熱蒸着を実施することによって有機発光層１５５から発光した光が透過することができるように全面に５Åないし５０Å程度の比較的薄い厚さを有するように単一層構造の第２電極１５８を形成することによって本発明による第１基板１１０を完成する。
一方、前記第２電極１５８がアノード電極の役割をするようにする場合は仕事関数値が比較的高い透明導電性物質例えばインジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）またはインジウム−ジンク−オキサイド（ＩＺＯ）を蒸着することによって前記第２電極１５８を形成することもできる。
以後前述したように完成した第１基板１１０と透明な第２基板（図示せず）を向き合うように位置させて、これら両基板（１１０、図示せず）の縁に沿ってシールパターン（図示せず）を形成する。この時、前記シールパターン（図示せず）内側に酸化バリウムまたは酸化カルシウムなどの吸湿特性が強い物質で吸湿パターン（図示せず）をさらに形成することもできる。
以後、前記第１及び第２基板（１１０、図示せず）を不活性ガス雰囲気または真空の雰囲気で合着することによって本発明による上部発光方式有機電界発光素子を完成することができる。
１１０：第１基板
１５０：バッファーパターン
１５１：第１スペーサー
１５２：第２スペーサー
１５３：第３スペーサー
Ｐ：画素領域
１５０：バッファーパターン
１５１：第１スペーサー
１５２：第２スペーサー
１５３：第３スペーサー
Ｐ：画素領域
Claims (6)
- 画素領域が定義された第１基板と；
前記第１基板上の前記画素領域に形成されたスイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタと；
前記スイッチング及び駆動薄膜トランジスタを覆って前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極を露出させて形成された保護層と；
前記保護層上に前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極と接触して形成された第１電極と；
前記第１電極の縁と重なって前記画素領域の境界に形成されたバッファーパターンと；
前記バッファーパターンの上部に前記バッファーパターンと完全に重なって前記バッファーパターンの幅より小さな幅を有し、有機絶縁物質で構成され、第１高さを有して第１方向にダム状を有して形成された第１スペーサーと；
前記バッファーパターンの上部に有機絶縁物質で構成され、前記第１高さを有して前記第１方向と交差する第２方向にダム状を有して形成された第２スペーサーと；
前記バッファーパターン上部に前記第１スペーサーと前記第２スペーサーの高さを合せた第２高さを有して、前記第１及び第２スペーサーが交差する部分のみに前記第１及び第２スペーサーが重なって柱状を有して形成された第３スペーサーと；
前記バッファーパターン内側で前記第１電極上部に形成された有機発光層と；
前記有機発光層と前記第１、２及び３スペーサー上部に全面に形成された第２電極と；
前記第１基板と向き合う第２基板と；
前記第１及び第２基板の縁に介在されたシールパターン
を含み、
前記第１高さは２．５μｍないし３μｍであり、前記第２高さは５μｍないし６μｍであることを特徴とする有機電界発光素子。 - 前記スイッチング薄膜トランジスタと連結されて互いに交差するゲート及びデータ配線と；
前記データ配線と平行で前記駆動薄膜トランジスタと連結された電源配線
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。 - 前記有機発光層は多重層構造で正孔注入層／正孔輸送層／発光物質層／電子輸送層／電子注入層で構成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。
- 画素領域が定義された第１基板上の前記画素領域にスイッチング薄膜トランジスタ及び駆動薄膜トランジスタを形成する段階と；
前記スイッチング及び駆動薄膜トランジスタを覆って前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極を露出させるドレインコンタクトホールを有する保護層を形成する段階と；
前記保護層上に前記画素領域に前記駆動薄膜トランジスタのドレイン電極と前記ドレインコンタクトホールを介して接触する第１電極を形成する段階と；
前記第１電極の縁と重なって前記画素領域の境界にバッファーパターンを形成する段階と；
前記バッファーパターンの上に前記バッファーパターンと完全に重なって、前記バッファーパターンの幅より小さい幅を有し、第１高さのダム状を有して第１方向に延長する第１スペーサーを形成する段階と；
前記バッファーパターンの上に前記第１高さのダム状を有して前記第１方向と交差する第２方向に延長する第２スペーサーを形成し、同時に前記バッファーパターン上部に前記第１スペーサーと前記第２スペーサーの高さを合せた第２高さを有して、前記第１及び第２スペーサーが交差する部分のみに前記第１及び第２スペーサーが重なって柱状を有する第３スペーサーを形成する段階と；
画素領域に対応して開口部を有するシャドーマスクを利用して有機発光物質を蒸着することによって前記バッファーパターン内側で前記第１電極上部に有機発光層を形成する段階と；
前記有機発光層と前記第１、２及び３スペーサー上に全面に第２電極を形成する段階と；
前記第１基板に対応して透明な絶縁材質の第２基板を向き合うようにした後、前記第１及び第２基板の縁にシールパターンを形成して合着する段階
を含み、
前記第１、２及び第３スペーサーを形成する段階は、
前記バッファーパターン上の全面に感光性の第１有機絶縁物質をスピンコーティングを介して塗布することによって第１スペーサー層を形成する段階と；
前記第１スペーサー層をパターニングして前記第１スペーサーを形成する段階と；
前記第１スペーサー上に感光性の第２有機絶縁物質をスピンコーティングを介して塗布することによって第２スペーサー層を形成する段階と；
前記第２スペーサー層をパターニングして前記第２スペーサーを形成して、同時に前記第１スペーサーと重なる部分のみに前記第３スペーサーを形成する段階
を含み、
前記第１高さは２．５μｍないし３μｍであり、前記第２高さは５μｍないし６μｍであることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。 - 前記感光性の第１及び第２有機絶縁物質はポリイミド（ｐｏｌｙ ｉｍｉｄｅ）、フォトアクリル（ｐｈｏｔｏ ａｃｒｙｌ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の中一つであることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光素子の製造方法。
- 前記第１スペーサーと前記第２スペーサーは相異なる有機絶縁物質で構成されたり、または
同じ有機絶縁物質で構成される場合は同じ感光特性を有する有機絶縁物質で構成されることを特徴とする請求項５に記載の有機電界発光素子の製造方法。
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