KR19990087667A - 유기 전압 발광 소자 및 유기 전압 발광 표시 장치 - Google Patents

유기 전압 발광 소자 및 유기 전압 발광 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지지 기판상에 하부 전극(2), 유기 층(3) 및 대향 전극(4)을 이 순서대로 적층한 유기 전압 발광 소자에 관한 것이다. 하부 전극은 0.5X10-4Ω·cm이상의 저항률을 갖는다. 배선층(5)이 하부 전극(2)과 접속되어있고 지지기판(1)과 하부 전극(2)사이의 평탄화층(6) 또는 지지 기판(1)에 매설되어있다. 하부 전극의 저항치를 감소시킬 수있고 배선층에 의한 단차가 없어져 대향 전극의 단선이 방지되고, 또한 누화를 방지할 수 있는 유기 전압 발광 소자 및 유기 EL 디스플레이가 제공된다.

Description

유기 전압 발광 소자 및 유기 전압 발광 표시 장치
유기 EL 소자는 기본적으로 하부 전극, 유기 발광층, 대향 전극으로 구성되다. 그리고 하부 전극과 대향 전극을 매트릭스에 구성하면, 그 교점에 화소가 형성되고, 이 화소를 복수배열하여 디스플레이를 형성할 수 있다.
그런데 최근 유기 EL 소자를 이용한 표시 장치(디스플레이)는, 고선명화 및 대형화되는 경향이 있다. 그리고 고선명화 때문에, 화소를 수백μm각 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 디스플레이를 구성하는 주사 전극선이나 신호 전극선은 보다 가늘어지게 되고, 이에 따라 저항이 높아져서, 경우에 따라서는 수 kΩ 이상이 된다. 또한, 고선명 디스플레이에서는 주사 전극선의 수 및 신호 전극선의 수는 각각 100개를 초과하지만, 이 경우 듀치(duty)는 주사 전극선수의 역수의 펄스로 구동해야 하기 때문에, 주-사 전극선상에 고 전류 펄스가 흐르게 된다. 이 때, 주사 전극선 또는 신호 전극선의 저항이 높거나, 배선에 의한 전압 강하 또는 전극 저항에 의해 구동 때의 응답의 늦어진다는 문제가 있었다. 즉, 전압 강하는 디스플레이에 휘도 얼룩을 발생시키고, 또한 구동때의 응답이 늦어지면 고선명 디스플레이를 제작할 때, 움직임이 빠른 화면을 표시하는 것이 곤란해지기 때문에 표시에 제약을 받는다는 문제가 있었다.
이러한 문제에 대응하기 위해서, 예를 들면, 하기와 같은 유기 EL 소자가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 평성 제4-82197호 공보에는 투명 전극에 접속된 금속선을 배치하여, 투명 전극의 저항을 감소시킨 유기 EL 소자가 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 평성 제55-307997호 공보에는 동일하게 투명 전극 위에 일 함수의 작은 금속을 배치하여, 투명 전극의 저항을 감소시킨 유기 EL 소자가 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공고 평성 제5-76155호 공보에는, EL 소자에 보조 금속막을 이용하고 있는 예가 개시되어 있다. 보조 금속막상에 특별히 절연막을 배치하여, 절연파괴를 방지하고 있다.
그러나, 일본 특허 공개 평성 제4-82197호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제5-307997호 공보에 개시된 유기 EL 소자에서는, 보조로서 이용하는 금속선이 형성하는 단차에 의해서 대향 전극이 단선되어, 표시 결함이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다. 또한 금속 배선으로부터 유기 EL 소자의 유기층, 예를 들면 정공주입층에 미소한 전하의 주입이 행하여지기 때문에, 소위 누화(cross talk)의 원인이 되기쉽다는 문제가 있었다.
또한, 일본 특허 공고 평성 제5-76155호 공보에 개시된 무기 EL 소자에 있어서도, 보조 금속막 및 절연막의 막두께로부터 단차를 발생하여, 대향 전극이 단선되기쉽다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제에 비추어 행해진 것으로서, 투명 전극(하부 전극)의 저항치를 감소시켜, 배선층에 의한 단차를 없앰으로써 대향 전극의 단선을 방지하고, 누화를 또한 방지할 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 개시한 특성을 갖는 유기 EL 소자를 사용한 매우 선명하고 또한 대형화된 디스플레이 장치에 있어서, 주사 전극선의 저항치를 지극히 낮게 함으로써, 균일한 발광을 가능하게한 유기 EL 표시 장치의 제공을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구 끝에 유기 EL 소자에 특정한 구성을 도입함으로써 상기 개시한 과제가 해결됨을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견에 근거하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 지지 기판상에, 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서, 하부 전극이 0.5× 10-4Ω· cm 이상의 저항율을 갖고, 또한 이 하부 전극에 그 저항치를 감소시키기 위한 배선층이 접속되고, 또한 이 배선층이 지지 기판과 하부 전극 사이에 마련된 평탄화층의 내부 또는 지지 기판내에 매설된 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
[2] 배선층이 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련된 평탄화층의 내부 또는 지지 기판내에 매설되고, 동시에 하부 전극에 의해서 피복되는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[3] 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극을 이 순서대로 적층된 유기 전압 발광 소자에 있어서, 하부 전극이, 0.5×10-4Ω·cm 이상의 저항율을 가지며, 또한 이 하부 전극에 그 저항치를 감소시키기 위한 배선층이 접속되고, 또한 이 배선층이 유기 발광층을 포함하는 유기층과의 사이에 마련된 평탄화된 층간 절연막에 의해서 피복되는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
[4] 하부 전극이 투명 전극인 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼[3] 중 어느 하나에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[5] 평탄화층 또는 층간 절연막이 배선층을 형성하는 금속막의 표면을 산화시켜 형성된 산화막인 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼[3] 중 어느 하나에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[6] 층간 절연막의 단면 형상이 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 상기 [3]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[7] 하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼[3]중 어느 하나에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[8] 배선층에 의해 저항이 낮아진 전극선의 저항치가, 5kΩ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] ∼[3]중 어느 하나에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[9] 하부 전극과 대향 전극이 형성하는 XY 매트릭스가 2중, 3중 또는 4중의 매트릭스인 것을 특징으로 하는 상기 [7]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[10] 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극을 이 순서대로 적층하여 제조되는 유기 전압 발광 소자에 있어서, 하부 전극에 배선층이 접속되어 있고, 배선층의 폭(짧은 변의 길이)이 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 약 20 내지 150%이고, 배선층이 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련된 평탄화층내에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
[11] 하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하는 상기 [10]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[12] 단위길이 1cm 당의 배선층의 저항치가 100Ω보다 작은 상기 [10] 또는[11]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[13] 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 발광 화소가 설치되고, 동시에 상기 발광 화소가 복수 배열되어 있는 유기 전압 발광 표시 장치에 있어서, 발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자이고, 주사 전극선은 하부 전극과 이것에 접속되어 있는 배선층으로 이루어지고, 배선층은 지지 기판과 하부 전극 사이에 마련된 평탄화층내에 매설되어 있고, 신호 전극선은 대향 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 표시 장치.
[14] 배선층의 폭(짧은 변의 길이)이 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 20 내지 150%인 상기 [13]에 기재된 유기 전압 발광 표시 장치.
[15] 단위길이 1cm 당의 배선층의 저항치가 100Ω보다 작은 상기 [13] 또는 [14]에 기재된 유기 전압 발광 표시 장치.
[16] 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서, 하부 전극의 하부에 배선층이 접속되어 있고, 동시에 배선층의 측면을 피복하는 측면층과 배선층으로 형성되는 층이 단면 사다리꼴 형상이고, 배선층이 하부 전극 및 측면층에 의해서 유기층과 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
[17] 하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 [l6]에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[18] 측면층이 하부 전극층과 같은 재료, 절연 재료, 또는 유기층에 전하를 주입하는 양이 하부 전극과 비교하여 1/50 이하인 재료로부터 선택되는 상기 [16] 또는 [17] 에 기재된 유기 전압 발광 소자.
[19] 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 발광 화소가 설치되고, 동시에 상기 발광 화소가 복수 배열되어 있는 유기 전압 발광발광 장치에 있어서, 발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자이고, 주사 전극선은 하부 전극과 그 하부에 접속되어 있는 배선층으로 이루어지고, 배선층의 측면을 피복하는 측면층과 배선층으로부터 형성되는 층은 단면 사다리꼴 형상이고, 배선층은 하부 전극 및 배선층의 측면을 피복하는 측면층에 의해서 유기층과 격리되어 있고, 신호 전극선은 대향 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 표시 장치.
[20] 측면층이 하부 전극층과 같은 재료, 절연 재료, 또는 유기층에 전하를 주입하는 양이 하부 전극과 비교하여 1/50 이하인 재료로부터 선택되는 상기 [19]에 기재된 유기 전압 발광 표시 장치.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의해서, 하부 전극의 저항을 낮출 수 있고, 동시에 대향 전극의 단선을 방지하고, 또한, 소위 누화를 방지할 수 있는 유기 전압 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서 매우 세밀하고 또한 대형화된 표시 장치에 있어서, 주사 전극선의 저항치를 지극히 낮게 함으로써 균일한 발광을 가능하게 하는 유기 EL 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 유기 전압 발광 소자(이하, 유기 EL 소자로 약기하는 경우가 있다) 및 유기 EL 표시 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 주로 정보 산업 기기용의 각종 디스플레이 등에 적합하게 이용된다. 배선에 의한 전압 강하나 전극 저항에 의한 구동때의 응답의 늦음을 일으키지않는 유기 EL 소자 및 유기 EL 표시 장치에 관한 것이다.
도 1은 제 1 발명의 유기 전압 발광 소자의 한 실시 양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 제 1 발명의 유기 전압 발광 소자의 다른 실시 양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 제 1 발명의 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 제 1 발명의 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 제 1 발명의 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6은 제 1 발명의 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 제 1 발명의 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8a와 8b는 제 2 발명의 유기 전압 발광 소자의 한 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9는 제 2 발명의 층간 절연막의 사다리꼴 각도를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 10는 제 2 발명의 배선층 및 층간 절연막의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 11은 제 2 발명의 배선층 및 층간 절연막의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 12는 제 2 발명의 배선층 및 층간 절연막의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 13a, 13b 및 13c는 본 발명의 배선층 및 하부 전극의 패턴의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 배선층 및 하부 전극의 패턴의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 배선층 및 하부 전극의 패턴의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 16은 제 3 발명의 유기 전압 발광 소자의 한 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 17은 제 3 발명의 유기 전압 발광 소자의 다른 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 18은 제 3 발명의 유기 전압 발광 소자의 다른 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 19는 제 3 발명의 유기 전압 발광 소자의 다른 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 20은 제 3 발명의 유기 전압 발광 소자의 다른 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 21은 제 3 발명의 하부 전극, 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 22는 제 3 발명의 하부 전극, 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 23은 제 3 발명의 하부 전극, 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 24는 제 3 발명의 하부 전극, 배선층 및 평탄화층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 25는 제 5 발명의 유기 전압 발광 소자의 한 실시양태를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 26은 제 5 발명의 하부 전극, 배선층 및 측면층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 27은 제 5 발명의 하부 전극, 배선층 및 측면층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 28은 제 5 발명의 하부 전극, 배선층 및 측면층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 29는 제 5 발명의 하부 전극, 배선층 및 측면층의 형성 방법의 일례를 도식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.
발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 본 발명은 그 양태로부터 제 1 발명 내지 제 6 발명으로 크게 구별된다.
I. 제 1 발명
1. 기본 형태 (평탄화층을 갖는 유기 EL 소자: 1)
제 1 발명은 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 투명 전극(하부 전극)(2), 유기 발광층을 포함하는 유기층(이하, 유기층으로 약기하는 경우가 있다)(3) 및 대향 전극(4)을 이 순서대로 적층하여 갖는 유기 전압 발광 소자로서, 하부 전극(2)이 0.5× 10-4Ω·cm 이상의 저항율을 갖고, 그 하부 전극(2)의 저항치를 감소시키기 위한 배선층(5)이 지지 기판(1)과 하부 전극(2)의 사이에 마련된 평탄화층(6) 또는 지지 기판(1)내에 매설되어 있다.
따라서, 배선층(5)은 하부 전극(2) 위로 돌출된 것이 없기 때문에 배선층(5)에 기인한 단차의 발생이 없고, 대향 전선(4)의 단선이 효율적으로 방지된다.
또한, 배선층(5)은 하부 전극(2)과 전기적으로 접속되고, 본 발명에 있어서는 배선층(5)의 위에 그것을 피복하도록 하부 전극(2)이 설치되어 있기 때문에 이 배선층(5)으로부터 유기층(3)에의 전하의 침입에 의한 누출 전류의 발생이 없어 누화를 효율적으로 방지할 수 있다.
제 1 발명의 다른 실시양태로서, 예를 들면 도 2에 나타난 것을 들 수 있다.
이 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 배선층(5)을 평탄화막(6)으로 피복하여 이 배선층(5)과 하부 전극(2)을 평탄화막(6)에 형성된 콘택트 홀(7)을 거쳐서 전기적으로 접속시키고 있다. 이 실시예에서도 배선층(5)이 하부 전극(2) 위로 돌출된 것이 없고, 대향 전극(4)의 단선 및 누화를 효율적으로 방지할 수 있다.
2. 구성 요소
이하, 제 1 발명을 그 구성 요소마다 더욱 구체적으로 설명한다.
(1) 하부 전극
본 발명에서 하부 전극은 배선층과 전기적으로 접속하고 있다. 그리고, 배선층에는 전도성이 높은 재료가 사용되기 때문에, 하부 전극층에 전도성이 높은 재료를 사용하는 것은 필수적이지 않다.
하부 전극층은 양극이더라도 좋고 음극이더라도 좋다. 양극의 경우는 정공주입성이 우수한 높은 일함수(일 함수 4.5eV 이상)의 금속 등의 전도성 물질을 이용할 수 있다. 또한, 양극에서는, 저항율은 문제되지 않기 때문에 반도체를 이용할 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 금(Au), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등의 금속, In-Zn-O, ZnO:Al(ZnO에 Al를 첨가한 혼합물), In-Zn-O, SnO2:Sb (SnO2에 Sb를 첨가한 혼합물) 등의 전도성 산화물, α-규소, 폴리 실리콘, α-탄화규소, α-탄소 등의 반도체를 적합하게 이용할 수 있다. 편리하게는, 유기 반도체인 모두 같은 계열의 중합체도 이용할 수 있다. 이러한 중합체로서 구체적으로는 폴리아닐린, 폴리아닐렌비닐렌, 폴리티에닐렌비닐렌, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등을 적합하게 이용하는 것이 좋다.
한편, 음극의 경우는 전자주입성이 우수한 낮은 일 함수(일 함수 3.9eV 이하)의 금속, 합금 등의 전도성 물질을 이용할 수 있다. 또한, 음극에 있어서도 저항율이 문제가 되지는 않기 때문에 반도체를 이용할 수도 있다. 합금으로서는 알칼리토류 금속, 알칼리 금속 또는 희토류 금속을 미량 함유하는 것, 예를 들면, Al-Li, Al-Mg, Al-Ba, Al-Ca, Al-Sc, Al-Yb 등을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, Ba0, Sr0, Mg0 등의 알칼리토류 금속 산화물을 초박막(20nm 정도 이하)으로 하여 음극으로서 이용할 수 있다. 또한 LaB6이나 TiN 등의 낮은 일 함수의 붕소화 금속, 티탄화 금속을 이용할 수 있다. 또한, 낮은 일 함수의 희토류 실리사이드도 이용할 수 있다.
본 발명에서 하부 전극층은 면 저항치가 높아도 좋기 때문에 막두께를 얇게 할 수 있다. 그 경우, 200nm 이하, 특히 2 내지 100nm인 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 막두께가 2 내지 1Onm의 범위에서는 연속층이 형성되지 않을 가능성이 있다. 그러나, 도 16에 도시된 바와 같이 하부 전극층과 배선층이 밀착하고 있는 경우에는 소자의 작동에 지장이 없다. 한편, 막두께가 200nm보다 두꺼운 경우에는, 하부 전극층의 단차 부분에서 유기층 및 대향 전극이 단선할 가능성이 있다.
또한, 본 발명에서 하부 전극을 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면 스퍼터링법에 의해 막을 형성한 후 포토리소그래피법에 의해 패턴화하여 하부 전극을 형성한다.
(2) 배선층
본 발명에서 배선층은 하부 전극의 저항치를 감소시키는 보조 전선으로서의 기능을 갖는다. 이 때문에, 낮은 저항치를 갖고 동시에 하부 전극과 전기적으로 접속될 필요가 있다. 여기서 전기적이란 배선층과 대향 전극에 전원이 접속되는 경우, 유기 EL 소자에 전압이 인가되도록 배선층과 하부 전극이 접속되는 것을 의미한다. 따라서, 배선층은 유기 EL 소자에 공급되는 전류가 흐르는 것이며, 낮은 저항치를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 배선층을 구비함으로써 하부 전극층의 저항치를 지극히 낮게 할 수 있다.
본 발명에 이용되는 배선층으로서는 저항치가 낮기만하면 특별히 제한되지않고, 예를 들면, 이 배선층에 의해 저항이 낮아지는 전극선(예를 들면, 신호 전극선)의 저항치를 5kΩ이하가 되게하는 금속선이 바람직하다. 5kΩ를 넘으면 화소의 발광휘도얼룩이 발생할 우려가 있다. 또, 텔레비젼 화상 표시의 경우는, 1kΩ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
신호 전극선의 길이가 1Ocm 정도인 경우, 단위 길이(1cm 당의 길이)당 100Ω 이하인 것이 바람직하다.
또한, 배선층의 저항율은, 5× 10-5Ω·cm이하인 것이 바람직하다. 5× 10-5Ω·cm을 넘으면, 배선층에 의한 저항치의 감소 효과를 기대할 수 없다.
이러한 배선층에 이용되는 금속으로서는, 예를들면 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 동(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 금(Au), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 네오듐(Nd), 및 이들의 합금을 들 수 있다. 이들의 합금의 구체적인 예로서는, Mo-W, Ta-W, Ta-Mo, Al-Ta, Al-Ti, Al-Nd, Al-Zr 등의 합금을 들 수 있다. 편리하게는, 금속과 규소의 화합물, TiSi2, ZrSi2, HfSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2, CrSi2, WSi2, CoSi2, NiSi2, PtSi, Pd2Si 등도 바람직하다. 또한, 이들의 금속이나 규소화합물을 적층한 구성이더라도 좋다.
또한, 본 발명에 이용되는 배선층에 바람직하게 이용되는 금속의 저항율을 표 1에 나타낸다.
금속 저항율(μΩ·㎝)
Al 3
Cr 25
Ta 180
Ta:Mo 40
Ti 84
Mo:W 15
Mo 53
Al:Ti 10 내지 30
Al:Ta 10 내지 30
Al:Nd 6 내지 14
배선층은, 후술하는 바와 같이, 금속막의 상태로 형성하는 것이 제작의 간이성의 면에서 바람직하다. 이 경우, 금속막을 2종 이상의 다층막으로 하는 것이 막의 안정성을 높이는 데에 있어서 보다 바람직한 경우가 있다. 이 다층막은 상기 금속 또는 그들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 3층의 경우, Ta 층과 Cu층과 Ta층, 및 Ta 층과 Al층과 Ta층, 2층의 경우, Al층과 Ta층, Cr층과 Au층, 및 Al층과 Mo층을 들 수 있다.
여기서 막의 안정성이란 낮은 저항율을 유지할 수 있고 동시에 에칭할 때, 그 처리에 이용되는 액 등에 의해 부식되기 어려운 성질을 말한다. 예를 들면, Cu나 Ag 단독으로는, 저항율은 낮지만 부식되기 쉽지만, 그의 상부 및 하부의 적어도 한쪽에 내식성이 우수한 금속, 예를 들면 Ta, Cr, Mo 등의 막을 적층함으로써 상기 막의 안정성을 높일 수 있다.
이러한 금속막의 막두께는 특히 제한되지는 않지만, 1OOnm 내지 수십μm이 바람직하고, 특히 바람직하게는 200nm 내지 5μm이다. 1OOnm 미만이면, 저항치가 커져 배선층으로서 바람직하지 못하고, 수십μm을 넘으면 평탄화하기 어렵게 되어, 그 상부에 제작되는 유기층의 성능이 저하될 우려가 있다. 금속막의 폭(짧은 변의 길이)도 특히 제한은 없지만, 2μm 내지 1000μm이 바람직하고, 50μm 내지 300μm이 특히 바람직하다. 2μm 미만이면 배선층의 저항이 커지고, 1OOμm을 넘으면 광내는 것을 방해한다.
(3) 평탄화층
평탄화층은 배선층의 패턴 줄무늬의 볼록부를 완화하기 위해서 마련되는 절연성 재료로 이루어지는 층이다. 그리고, 바람직한 평탄도는 O.2μm 이하이다. 또한, 표면거칠기는 발광 결함의 발생을 억제하기 위해서, 1Onm 이하인 것이 바람직하다. 상기 평탄도는 배선층 패턴 줄무늬의 요철의 양으로, 촉침, 후막계 혹은 주사형 원자간힘 현미경등으로 측정할 수 있다. 한편, 표면거칠기란 평탄화층자체의 표면거칠기로 500μm 각 내지 1mm 각으로 측정할 수 있는 표면요철의 제곱의 평균치이다.
본 발명에 이용되는 평탄화층의 재료로서는, 절연성을 갖는 것이면, 특히 제한되지는 않지만 2 MV/cm 이상의 절연내압을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 하부 전극 막형성 때의 온도에 견딜 수 있는 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면 투명성 중합체, 산화물, 유리 등을 들 수 있다. 배선층을 매설할 때나 배선층과 하부 전극을 전기적으로 접속하기 위한 콘택트 홀가공을 할 때는 개구부 형성 등이 미세한 가공을 필요로 하기 때문에 에칭가공을 할 수 있는 재료인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 투명성 중합체로서는 폴리이미드, 불소화 폴리이미드, 불소계 수지, 폴리아크릴레트, 폴리퀴놀린, 폴리옥사디아졸, 환상 구조를 갖는 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 사다리형 폴리실록산 등을 바람직한 예로 들 수 있다. 또한, 산화물로서는, SiO2, A12O3, Ta2O3, Si3N4, 불소첨가 SiO2, MgO, YbO3등을 상기 에칭가공이 가능한 재료의 바람직한 예로 들 수 있다. 또한, 상기 재료중, 감광성을 보유하여 포토 레지스트를 이용하지않고 에칭가공이 가능한 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 유리 등이 보다 바람직하다.
이 층의 두께는 배선층을 매설할 수 있으면 특히 제한되지않고 예를 들면 배선층의 막두께보다 두껍고, 또한 1Oμm 이하인 것이 바람직하다.
(4) 그 밖의 구성 요소
본 발명의 유기 EL 소자는 상기 하부 전극, 배선층 및 평탄화층 외에 유기 발광층을 포함하는 유기층, 대향 전극 및 지지 기판을 구성 요소로서 포함한다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 하부 전극과 대향 전극과의 사이에 개재하는 유기층은, 적어도 유기 발광층을 포함한다. 유기층은 유기 발광층만으로 이루어지는 층이더라도 좋고, 또한, 유기 발광층과 동시에, 정공수송층 등이 적층된 다층 구조라도 좋다. 유기 발광층에 이용되는 발광 재료의 종류에 대해서도 특히 제한은 없고, 종래의 유기 EL 소자에 있어서의 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층 재료로서는, 옥신 금속 착체, 스틸벤계 색소, 폴리페닐렌비닐렌유도체 등을 높은 수준의 유기 EL 소자를 부여하는 재료로서 들 수 있다.
대향 전극은 하부 전극과 쌍을 이루는 전극으로서, 하부 전극과는 반대의 전하를 갖는다. 그리고, 하부 전극측에서 주입된 전하(정공 또는 전자)와 대향 전극측에서 주입된 전하(전자 또는 정공)와 유기 발광층에서 충돌하여 발광을 발생한다. 발생한 발광은 하부 전극측 및/또는 대향 전극측에서 출력되고, 본 발명에 있어서 배선층의 폭이 100 내지 150%인 경우에는 대향 전극측에서 출력된다. 이 경우, 발광 파장에서의 광투과도가 30% 이상인 대향 전극을 사용해야 한다. 이러한 재료로서는 이러한 종류의 유기 전압 발광 소자로 상용되는 것을 그대로 이용할 수 있다. 예를 들면, 투명 전도성 산화물 막, 금속 또는 합금의 막두께 20nm 이하의 초박막, 혹은 투명 전도성 산화물 막과 상기 초박막의 적층막 등을 들 수 있다.
지지 기판은 기계적 강도가 우수하여 수분이나 산소의 투과성이 적은 것이면, 이러한 종류의 유기 전압 발광 소자로 상용되는 것을 그대로 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 유리 또는 세라믹 등을 들 수 있다.
3. 배선층 및 평탄화층의 형성 방법
배선층 및 평탄화층의 형성 방법으로서는 특히 제한은 없지만, 예를 들면 하기의 방법을 바람직한 예로 들 수 있다.
(l) 양극 산화법
이 방법은 배선층을 구성하는 재료를 이용하여 지지 기판상에 금속막을 형성하는 방법이다. 도 3a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 공지의 막 형성법에 의해서 배선층으로서 예정되는 막두께가 될 때까지 막형성하여 금속막(8)을 형성한다.
그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이 금속막(8) 위에 포토레지스트를 도포하여, 노광한 후, 배선층을 형성하는 패턴의 각 장소에 포토레지스트(9)를 위치시키도록 한다.
다음에 도 3c에 도시된 바와 같이 양극 산화에 의해서, 포토 레지스트(9)가 위치하지 않는 개구 부분의 금속막(8)을 완전히 산화시킨다. 산화된 금속막(8)은 평탄화층(6)이 된다.
마지막으로, 도 3d에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)를 박리함으로써 평탄화층(6)에 매설된 배선층(5)을 형성할 수 있다.
또, 이 방법은 Al, Cr, Ta 등과 같이 양극 산화가 가능한 재질이 아니면 이용할 수 없다.
(2) 리프트오프법
이 방법은, 지지 기판상에 평탄화층을 막형성한 후 금속막을 형성하는 방법이다. 평탄화층으로서 투명성 중합체를 이용하는 경우, 그 막 형성 방법으로서는, 스핀코트, 도포법, 침적도포법 등을 들 수 있다. 또한, 산화물, 유리 등을 이용하는 경우, 그 막 형성 방법으로서는, 증착, 스퍼터링, CVD, 양극 산화 등의 방법을 들 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이 우선 지지 기판(1)상에 평탄화층(6)을 형성한다.
그런 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이 평탄화층(6) 위에 포토 레지스트를 도포한 후, 이것을 노광하여, 배선층을 형성하지않은 패턴의 각 장소에 포토 레지스트(9)를 위치시키도록 한다.
그런 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)를 마스크 평탄화층(6)을 에칭하여 제거한다.
그런 다음, 도 4d에 도시된 바와 같이 금속막(8)을 형성한다.
또한, 도 4e에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)를 그 위의 금속막(8)마다 박리함에 의해, 평탄화층(6)에 매설된 배선층(5)을 형성할 수 있다.
또, 배선층(5)의 소요막두께가 1μm 내지 수십μm인 경우는, 증착, 스퍼터링, CVD 방법으로는 막을 형성하는 데 시간이 걸리기 때문에 도금 방법을 이용하는 것이 좋다.
예를 들면, 도 5a에 도시된 바와 같이 이 리프트오프법을 이용하여, 지지 기판(1)상에 얇은 금속막(8)을 형성한 다음 도 5b에 도시된 바와 같이 금속막(8)상에 무전해 또는 전해도금 방법에 의해 도금막(10)을 형성하여 후막화함으로써 도금막(10)과 금속막(8)으로 이루어지는 배선층(5)을 형성할 수 있다.
(3) 중합체 평탄화법
이 방법은 배선층 패턴에 평탄화층을 피복하여 콘택트 홀을 마련하는 방법이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 포토 에칭 또는 리프트오프법 등을 이용하여 배선층 패턴(5)을 형성한다.
그런 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이 배선층 패턴(5)을 피복하여 평탄화층(6)을 형성한다. 형성 방법은, 스핀코트, 도포, 증착, CVD, 스퍼터링 등을 이용할 수 있다.
여기서 사용하는 중합체가 감광성을 갖는 경우에는, 콘택트 홀 부분의 개구도 동시에 실행할 수 있다.
그런 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트를 이용하여 에칭에 의해 평탄화층(6)에 콘택트 홀(7)을 마련한다. 그 상부에 마련되는 층이 단선되는 것을 방지하기 위해서, 콘택트 홀(7)의 형상은 상부쪽이 넓어진 사다리꼴 형상인 것이 좋다. 이 콘택트 홀(7)을 거쳐서 하부 전극을 보조 전극(5)에 접속함으로써 도 2에 나타난 유기 전압 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한 평탄화층(6)에 도 6d에 도시된 바와 같은 다소의 물결이 있더라도 좋다. 단지, 상부의 EL 소자용의 유기층이나 대향 전극층이 이 물결에 의해 단선하지않은 정도인 것이 필요하다.
(4) 기판매설법
이 방법은 지지 기판의 일부를 평탄화층으로서 이용하는 방법이다.
도 7a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 배선층을 마련하는 위치가 개구된 포토 레지스트(9)의 패턴을 제작한다.
그런 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)의 포토 레지스트(9)로 피복되어 있지 않은 부분을 에칭한다.
그런 다음, 도 7c에 도시된 바와 같이 에칭부를 포함한 전역에 걸쳐 금속막(8)을 형성한다.
최후에, 도 7d에 도시된 바와 같이 포토 레지스트를 금속막(8)마다 박리시킨다.
이 경우, 지지 기판(1)의 일부가 평탄화층으로서 가공된다.
따라서, 제 1 발명의 실시양태는 배선층이 평탄화막 또는 지지 기판내에 매설된 2종의 것이 된다.
II. 제 2 발명(층간 절연막을 갖는 유기 EL 소자)
1. 기본적 형태
제 2 발명은 도 8a에 도시된 바와 같이 보조 전극(5)이 유기층(3)과의 사이에 마련된 평탄화된 층간 절연막(11)에 의해서 피복되어 있다.
따라서, 배선층(5)은 제 1 발명의 경우와 같이 층간 절연막(11)에 의해서 평탄화되기 때문에, 배선층(5)에 기인하는 단차의 발생이 완화되어 대향 전극(4)의 단선이 효율적으로 방지된다.
또한, 배선층(5)은 하부 전극(2)과 전기적으로 접속되지만, 본 발명에서 배선층(5)을 피복하도록 층간 절연막(11)이 형성되어 있기 때문에, 이 배선층(5)으로부터 유기층(3)으로의 전하의 침입에 의한 누출 전류의 발생이 없고, 누화를 효율적으로 방지할 수 있다.
제 2 발명의 다른 변형예로서 예를들면, 도 8b에 나타난 형태를 들 수 있다. 이 경우, 층간 절연막(11)에 콘택트 홀(7)을 거쳐서 하부 전극(2)과 배선층(5)이 접속되고 있다.
도 8에 나타내는 실시양태의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 층간 절연막(11)에는 사다리꼴 각도(θ)(사다리꼴 형상인 단면의 위아래와 측변과의 각도)가 45°이하인 사다리꼴을 형성하는 것이 바람직하고, 25°이하인 것이 보다 바람직하다.
이 사다리꼴 각도(θ)가 45°를 넘으면, 층간 절연막(11)상에 마련되는 유기층이 100nm 내지 200nm로 지극히 얇고, 또한 대향 전극도 200nm 정도로 얇기 때문에 단선 가능성이 높아져서, 표시결함의 원인이 되기 쉽다.
2. 구성 요소
이하, 제 2 발명을 그 구성 요소마다 더욱 구체적으로 설명한다.
(1) 배선층
배선층으로 제 1 발명에서 이용한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다. 단지, 도 8에 나타나는 실시예에서는, 보조 전극에 의한 단차를 완전히 제거하는 것은 불가능하기 때문에 배선층의 단부를 사다리꼴 가공하는 것이 바람직하다. 사다리꼴 가공하지않더라도 후술하는 층간 절연막의 단차 부분이 사다리꼴 형상이더라도 좋다. 이 사다리꼴 각도(사다리꼴형상인 단면의 위아래와 측변과의 각도)는 바람직하게는 45°이하이고, 더욱 바람직하게는 20°이하이다.
(2) 층간 절연막
층간 절연막으로 제 1 발명의 평탄화층으로 이용한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
단지 평탄화층과 다른 것이 필요하고 반드시 투명한 필요는 없다. 막두께는 절연성을 갖고 단차가 매끄럽게되도록 1OOnm 내지 수μm인 것이 바람직하다. 이 경우, 층간 절연막은 핀홀이 없고, 또한 절연파괴강도가 큰 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이것은 배선층에서 유기층으로 전하가 침입하는 것을 방지하기 위해서이다. 구체적으로는, 2 MV/cm 이상의 절연파괴강도를 보존하는 산화물, 질화물이 바람직하고, 예를 들면 SiO2, Al2O3, Ta2O3, Si3N4, Yb2O3등을 들 수 있다. 또한 층간 절연막의 단차 부분은 사다리꼴가공이 가능한 것이, 대향 전극의 단선을 방지하기 위해서 필요하다. 또한, 양극 산화 방법으로 제작한 Al2O3, Ta2O3등의 산화물이 핀홀이 없고 또한 절연파괴강도가 우수하기 때문에 특히 바람직하다. 제작 방법으로서는 예를 들면 구연산, 인산, 붕산암모늄, 주석산암모늄 등의 희석용액속에서 상기 금속을 양극으로 백금의 귀금속을 음극으로 하여 10V 내지 300V의 전압을 가하여 전기를 통하여 산화시키는 것을 들 수 있다.
(3) 그 밖의 구성 요소
본 발명에 이용되는 그 밖의 구성 요소로서 제 1 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
3. 배선층 및 층간 절연막의 형성 방법
(1) 양극 산화법(1)
이 방법은, 배선층의 표면을 양극 산화하여, 거기서 형성된 산화막을 층간 절연막으로 하는 방법이다.
도 10a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 패턴화된 하부 전극(2)을 형성한다.
그런 다음, 도 10b에 도시된 바와 같이 금속막(8)을 제작한 후, 배선층의 패턴으로 에칭가공한다.
그런 다음, 도 10c에 도시된 바와 같이 금속막(8)의 표면을 양극 산화하여, 이렇게 형성한 산화막을 층간 절연막(11)으로 하고, 산화되어 있지 않은 부분의 금속막(8)을 배선층(5)으로 한다.
(2)양극 산화법(2)
이 방법은 먼저 배선층을 형성한 후, 이어서 하부 전극을 형성하고, 하부 전극으로 피복되어 있지 않은 배선층을 양극 산화하여 층간 절연막으로 하는 방법이다.
도 11a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 패턴화된 배선층(5)을 마련한다.
그런 다음, 도 11b에 도시된 바와 같이 배선층(5)과 접속하도록 하부 전극(2)을 패턴화하여 형성한다.
그런 다음, 도 11c에 도시된 바와 같이, 하부 전극(2)으로 피복되어 있지 않은 부분의 배선층을 양극 산화에 의해 그 표면을 산화시켜, 산화된 각각의 위치를 층간 절연막(11)으로 한다.
(3) 평탄화법
이 방법은 하부 전극으로 피복되어 있지 않은 배선층을 평탄화를 위한 층간 절연막으로 피복하는 방법이다.
도 12a에 도시된 바와 같이 상기 (2)의 경우와 같이, 지지 기판(1)상에 패턴화된 배선층(5)과 하부 전극(2)을 형성한다.
다음에 도 12b에 도시된 바와 같이 층간 절연막(11)을 형성한다. 층간 절연막(11)으로 절연성 중합체를 이용하는 경우는 스핀코트로 형성한 후, 포토 에칭 방법 등으로 하부 전극(2) 등의 외부와의 배선의 접속 부분을 제외하고 배선층(5)을 피복하도록 형성한다.
배선층의 면 저항치 및 폭
제 1 및 제 2 발명에 이용되는 배선층은 하부 전극에 전기적으로 접속된다. 여기서 전기적이란 배선층과 대향 전극에 전원이 접속된 경우, 유기 EL 소자에 전압이 인가되도록 배선층과 하부 전극이 접속되는 것을 의미한다. 따라서, 배선층은 유기 EL 소자에 공급되는 전류가 흐르고, 낮은 면 저항치를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 1Ω/□이하인 것이 바람직하다. 이 값은 하부 전극으로서 O.5× 1O-4Ω·cm 이상의 저항율을 갖는 종래의 재료의 박막을 이용한 경우, 막두께가 100nm 내지 500nm의 범위에서는 달성할 수가 없는 값이다. 면 저항치를 감소시키기 위해서, 더 이상 하부 전극의 막두께를 크게하면 하부 전극의 끝에서 단차가 발생하여 대향 전극이 단선하는 등의 불합리가 발생한다. 또한, 하부 전극이 투명 전극인 경우는, 현 상태로서는, 저항율은 1×1O-4Ω·cm 이상으로 크고, 또한 막두께가 두껍게 되면 빛의 투과율이 80% 이하이고, 광을 내는 효율이 작아진다는 불합리가 발생한다.
따라서, 제 1 및 제 2 발명에 있어서, 면 저항치가 1Ω/□ 이하의 배선층을 이용하여 하부 전극만으로서는 도달할 수가 없는 낮은 저항의 전극선(배선)을 얻을 수 있다. 또한 0.3Ω/□ 이하의 배선층을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이것은 10 내지 30μΩ·cm 이하의 저 저항율의 재료, 예를 들면 Al, Al:Ta, Nd, Al:Nd, Al:Ti 등을 이용하여 달성된다. 배선층의 배선은 통상, 화소부터의 빛을 출력하는 것을 방해하기 때문에 그 폭은 화소 크기보다 작은 것이 바람직하다. 바람직하게는 50μm 이하, 특히 바람직하게는 20μm 이하이다. 한쪽으로 좁은 폭의 배선층의 배선은 배선층의 배선의 저항을 증대시킨다. 그러나 1Oμm의 좁은 폭의 경우라도 0.3Ω/□이하의 배선층을 이용하면 1cm 당의 저항치는 300Ω이하이면 허용할 수 있는 값을 얻을 수 있다. 따라서 0.3Ω/□이하의 것을 이용하면 10cm의 길이로 5kΩ 이하의 배선을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
이러한 낮은 저항의 배선을 얻기 위해서는, 배선층을 상기 10 내지 3 OμΩ·cm 이하의 낮은 저항율의 재료로 형성하고 동시에, 배선층의 배선의 막두께를 200nm 이상으로 해야 한다. 이것은 용이하게 달성되지만, 비교적 배선층의 단차를 평탄화하는 것이 필수적이다.
이것 때문에 제 1 발명의 구성을 이용하여, 평탄화층내 또는 지지 기판내에 배선층을 매설하거나, 또는 층간 절연막을 형성하여, 필요에 따라, 배선층의 단차부의 형상을 사다리꼴 형상으로 한 제 2 발명의 구성을 이용하는 것이 필요하다.
배선층 및 하부 전극의 패턴예
제 1 및 제 2 발명에 이용되는 배선층은 하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하는 디스플레이에 이용하면 특히 유효하다. 이러한 XY 매트릭스는 선순차 구동하는 디스플레이를 표시한다. 이 때, (주사선수) × (프레임 주파수)의 역수의 시간만 선택된 화소에 전류 펄스를 보내주기 때문에, 펄스 전류 피크값은 커진다. 이 때문에, 배선층을 이용하여, 전극선(배선) 저항을 저하시킬 필요가 생긴다.
이러한 배선 저항을 저하시키는 패턴의 예로는 도 13에 나타내는 것을 들 수 있다.
도 13a에 있어서, 돗트 표시되어 있는 곳은 하부 전극(2)과 배선층(5)이 접속하고 있는 각각의 장소에서 하부 전극(2)이 위의 경우에는 접속하지 않는 곳의 배선층(5)이 평탄화층이나 층간 절연막으로 피복되어 있다. 하부 전극(2)이 아래의 경우는 배선층(5) 전체가 층간 절연막으로 피복되어 있다.
도 13b에 있어서 돗트 표시되어 있는 곳은 배선층(5)과 하부 전극(2)의 접속 장소이다. 역시 배선층(5)은 층간 절연막이나 평탄화층으로 피복되어 있다.
제 1 및 제 2 발명은 2중 및 3중 이상의 매트릭스 형성에도 이용할 수 있다. 도 13c에 도시된 바와 같이 예를 들면 2중 매트릭스의 경우에는, 하부 전극(2)의 기수번째와 우수번째가 각각 별도의 배선층(5)에 접속되어 있다.
상기 패턴예는 전형적인 예이고 본 발명은 이것에 의해서 한정되는 것이 아니다.
도 14 및 도 15는 각각 2중 매트릭스 및 4중 매트릭스를 이용한 디스플레이의 배선 패턴을 나타낸다.
도 14에 나타내는 예는 신호 전극을 하부 전극(2)으로 하여, 도 13 (c)의 패턴을 이용하여 XY 매트릭스를 구성하고 있다. 또한, 도 14에서는 대향 전극인 X 스트라이프(주사 전극)를 점선으로 나타내고 있다. 이러한 2중 매트릭스의 예로서는 구동 듀티가 절반으로 될 수 있기 때문에, 디스플레이 구동때의 소자에 이러한 스트레스를 감소시킬 수 있거나, 인가 전압을 작게 할 수 있어서 소비 전력이 작아지는 등의 장점이 있다.
제 1 및 제 2 발명에 있어서 2중 매트릭스를 이용한 경우 종래의 기술에서 발생하는 대향 전극의 단선이나 누화를 해소할 수 있다.
또한, 도 15에 나타난 것과 같은 3중 이상의 매트릭스를 이용한 경우에도 그 형성에 본 발명을 이용할 수 있다. 또한, 도 15는 4중 매트릭스의 예를 개시한다.
X1, X2, X3은 대향(주사) 전극을 나타내고, Y12, Y13, Y14… Y121, Y122, Y123, Y124는 하부(신호) 전극을 각각 나타낸다.
예를 들면, 1/480의 듀티 구동도 이 경우에는 1/12O일 수 있다. 이때문에 고선명 TV 등의 디스플레이도 본 발명의 기술을 이용하여 가능해진다. 이것은 본 발명의 전극선(배선) 저항이 작고, 전압 강하가 발생하지않고, 또한, 배선 저항이 큰 경우에 발생하는 응답 시간의 증대를 억제할 수 있기 때문이다.
또한 제 1 및 제 2 발명은 액티브 매트릭스를 이용한 유기 EL 소자에도 응용될 수 있다. 단지 액티브 매트릭스로 이용되는 XY 매트릭스중 신호 전극, 주사 전극은 본 발명의 배선층의 배선과는 다르다. 본 발명에 있어서는 유기 EL 소자의 하부 전극에 통전하기 위한 배선이지만, 액티브 매트릭스의 신호 또는 주사 전극은 능동 소자(트랜지스터)를 온, 오프 제어하기 위한 배선이다.
또한, 액티브 매트릭스의 신호 또는 주사 전극은 전압 효과 트랜지스터의 구동 제어에 이용되기 때문에, 흐르는 전류량이 적고, 비교적 저항치가 높은 배선이라도 허용할 수 있다.
따라서, 제 1 및 제 2 발명에 있어서 요구되는 저항이 낮은 전극선(배선)은 반드시 필요하지는 않다. 액티브 매트릭스에 본 발명의 배선층의 배선이 이용되는 것은 유기 EL 소자의 하부 전극에 전류를 공급하는 배선인 공통 전극선이다.
제 1 및 제 2 발명에서 배선층으로 공통 전극선을 마련함으로써, 이 공통 전극선은 대향 전극의 단선을 막고, 디스플레이의 누화를 억제하고, 또한 배선에 의한 전압강하를 억제하는 효과를 실현할 수 있다.
III. 제 3 발명 (평탄화층을 갖는 유기 EL 소자: 2)
1. 기본적 형태
제 3 발명은 도 16 또는 17에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 하부 전극(2), 유기 발광층을 포함하는 유기층(3), 및 대향 전극(4)을 이 순서대로 적층하여 갖는 유기 EL 소자으로서, 하부 전극(2)의 저항치를 감소시키기 위한 배선층(5)이 지지 기판(1)과 하부 전극(2) 사이에 마련된 평탄화층(6)내에 매설되어 있다.
따라서, 배선층(5)이 하부 전극(2) 위로 돌출된 것이 없기 때문에 배선층(5)에 기인한 단차의 발생이 없고, 대향 전선(4)의 단선이 효율적으로 방지되는 것이 제 1 및 제 2 발명와 같은 양태인 제 3 발명의 특징이다.
또한, 배선층(5)은 하부 전극(2)과 전기적으로 접속되지만, 제 3 발명에서는 배선층(5)의 위에 이를 피복하도록 하부 전극(2)을 설치하고 있기 때문에, 이 배선층(5)으로부터 유기층(3)에의 전하의 진입에 의한 누출 전류의 발생이 없고, 누화를 효율적으로 방지할 수 있는 것도 제 1 및 제 2 발명과 같다. 또한, 배선층의 폭이 하부 전극층의 폭의 20 내지 150%의 범위내에 있기 때문에, 하부 전극의 저항치를 충분히 낮출수 있는 것이, 제 3 발명의 특징이다.
또한, 예를 들면 배선층에 5×10-6Ω·cm의 저항율을 가지는 배선폭 200μm, 막두께 250nm의 금속을 이용한 경우 배선층과 같은 폭의 하부 전극층의 저항이 단위길이 1cm당 (본원명세서에 있어서, 단위길이 당의 저항치란 길이 1cm 당의 저항치를 의미한다. 이하, 단위길이 당의 저항치로 약기할 수 있다), 10Ω(5×10-6Ω·cm/(200μm×250nm)) 이하일 수 있다. 그 결과, XY 매트릭스 구성의 유기 EL 표시 장치의 주사 전극선에 하부 전극층과 배선층으로 구성되는 부품을 적용할 수 있을 정도로 저항치를 작게 할 수 있다.
제 3 발명의 다른 실시 양태로서, 예를 들면 도 17에 나타난 것을 들 수 있다.
이 실시예에서는 도 17에 도시된 바와 같이 배선층(5)을 평탄화층(6)으로 피복하여, 평탄화층(6)에 형성된 콘택트 홀(7)을 거쳐서 배선층(5)과 하부 전극(2)을 전기적으로 접속시킨다. 이 실시예에서도 제 1 및 제 2 발명과 같이 배선층(5)은 하부 전극(2) 위로 돌출된 것이 없고, 대향 전극(4)의 단선 및 누화를 효율적으로 방지할 수 있다. 또한, 충분한 배선폭을 보유하고 있기 때문에, 저항을 작게 할 수 있다.
또한, 상기 유기 EL 소자에 있어서, 하부 전극과 대향 전극에 XY 매트릭스를 형성시켜 이 교차 영역에 발광 화소를 형성시킬 수 있다.
또한, 도 16 및 도 17과 다른 실시양태로서, 도 18에 나타내는 것 같은 배선층(5)과 하부 전극(2)의 위치 관계를 평행 이동시킨 형태, 도 19에 나타내는 것 같은 평탄화층(6)의 막두께가 배선층(5)보다 얇은 형태, 배선층의 끝이 단면사다리꼴 형상으로 되어있기 때문에 단선이 발생하지 않은 형태, 그리고 도 20에 나타내는 것 같고, 도 19와 마찬가지의 형태로서 콘택트 홀을 이용하지 않은 형태를 나타낼 수 있다.
2. 구성 요소
이하, 제 3 발명을 그 구성 요소마다 더욱 구체적으로 설명한다.
(1) 하부 전극
제 3 발명의 하부 전극으로서는 제 1 및 제 2 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
(2) 배선층
본 발명에 이용되는 배선층은 그 폭이 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 15 내지 150%이면 특히 제한은 없고 제 1 및 제 2 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
제 3 발명에서 배선층의 폭은 하부 전극의 폭의 20 내지 150%의 범위내일 필요가 있고, 100 내지 150%인 것이 보다 바람직하다. 20% 미만인 경우는 하부 전극의 저항치를 충분히 낮게 할 수 없고, 150%를 넘으면 발광 화소의 충전 인자가 감소하여 휘도를 올리기 어렵다. 또한, 100 내지 150%의 범위에서는 발광을 대향 전극측에서 출력한다.
배선층과 하부 전극의 접속 방법으로서는, 예를 들면 배선층의 상부전면에 하부 전극을 마련하는 방법, 배선층과 하부 전극의 콘택트를 평탄화층에 개구된 콘택트 홀을 통하여 실행하는 방법, 화소를 구성하는 하부 전극을 화소마다 배선층상에 분리하여 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
(3) 평탄화층
본 발명에 이용되는 평탄화층으로서는, 제 1 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
이 층의 막 형성법에서 무기 재료에 대해서는, 예를 들면, 열 CVD법, LPCVD 법(감압 CVD 법), PECVD 법(플라즈마보조 CVD 법), DC 스퍼터링법, AC 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법 등을 들 수 있다. 막 형성 온도는 지지 기판 및 배선층의 내열온도를 고려하여 선정하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 지지 기판 온도가 80 내지 400℃인 조건으로 막 형성하는 것이 바람직하다. 지지 기판 온도가 400℃를 넘는 조건에서는 배선층에 화소결함이 생성될 수 있는 결함이 발생할 가능성이 있다.
이 방법은, 제 1 발명에 이용하는 것으로도 가능하다.
무기 재료의 다른 막 형성법으로서 전술된 양극 산화법을 이용하는 것도 가능하다. 이 방법에서는 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), Al합금 등의 양극 산화가 가능한 금속을 붕산, 구연산 등의 약산성 수용액에 약염기 성분을 첨가하여 얻어지는 중성 수용액중에 침적하고, 백금 등의 귀금속을 대향 전극(음극)으로 하여 상기 금속을 양극으로서 150 내지 300V의 전압을 인가하여 산화함으로써, 산화물로 이루어지는 평탄화층을 형성시킨다. Al, Ta, Al합금 등은 핀홀이 없는 매우 밀접한 막을 생성시킬 수 있다.
이 층의 막 형성법으로서 유기 재료, 예를 들면 상기 중합체 또는 이들의 전구체에 대해서는, 그들의 용액을 스핀코트 혹은 도포하여 열경화하는 방법이 바람직하게 이용된다.
또한, 평탄화층은 지지 기판과 같은 재질의 유리를 이용하여 형성시키더라도 좋고, 이 경우 지지 기판으로서 이용한 유리를 가공하여 평탄화층을 겸비시키는 것도 가능하다.
이 방법은, 제 1 발명에 이용되는 것으로도 가능하다.
평탄화층의 두께는 배선층을 매설할 수 있는 정도이면 좋고, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 배선층의 형상에 따라서 배선층보다 얇을 수 있다.
(4) 그 밖의 구성 요소
그 밖의 구성 요소는 제 1 및 제 2 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
3. 하부 전극, 배선층 및 평탄화층의 형성 방법
형성 방법은 특히 제한되지는 않고 예를 들면 하기의 방법을 바람직한 예로 들 수 있다.
(1) 에칭백법
이 방법은, 배선층상에 무기 절연막, 계속해서 유기 중합체를 코팅한 후, 플라즈마 에칭 또는 반응성 이온 에칭에 의해 표면을 평탄화하는 방법이다. 도 21a에 도시된 바와 같이 지지 기판상(1)에, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 공지의 막 형성법에 의해서 배선층이 되는 재료를 예정하는 막두께가 될 때까지 막 형성하여, 그 후, 포토리소그래피에 의해 패턴화하여 배선층(5)을 형성한다.
그런 다음, 도 2lb에 도시된 바와 같이 배선층(5) 위에 무기 절연막인 SiO2, SiOx(1≤x≤2), Si3N4등을 상기 각종 CVD 법이나 스퍼터링등에 의해 막 형성한다.
그런 다음, 상기 무기 절연막층 위에 유기 중합체를 코팅하여 평탄화한(유기 중합체층은 도시하지 않음)후, CF4와 산소의 혼합 가스 등을 이용하여 반응성 에칭에 의해 균질하게 에칭하여, 도 21c에 도시된 바와 같이 평탄화층(6)을 형성시킨다.
그런 다음, 도 21d에 도시된 바와 같이 포토 리소그래피에 의해 콘택트 홀을 개구시킨다.
최후에, 하부 전극을 스퍼터링 등에 의해 막 형성하고, 이어서 포토 리소그래피에 의한 패턴화에 의해, 도 21e에 도시된 바와 같이 평탄화층(6)에 매설된 배선층(5)을 형성할 수 있다.
이 방법은 제 1 발명에 이용되는 것도 가능하다.
(2) 리프트오프법
이 방법은 지지 기판상에 평탄화층을 막형성한 후 금속막을 형성하는 방법이다. 평탄화층으로서 투명성 중합체를 이용하는 경우, 막 형성 방법으로서는 스핀코트, 도포법, 침적도포법 등을 사용할 수 있다. 또한, 산화물, 유리 등을 이용하는 경우, 증착, 스퍼터링, CVD, 양극 산화 등의 방법을 사용할 수 있다.
도 22a에 도시된 바와 같이 우선 지지 기판(1)상에 평탄화층(6)을 형성한다.
그런 다음, 도 22b에 도시된 바와 같이 평탄화층(6)의 위에 포토 레지스트를 도포한 후, 이를 노광하여 배선층을 형성하는 패턴의 개소를 개구한 포토 레지스트(9)를 위치시키도록 한다.
그런 다음, 도 22c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)에 의해 마스크되어 있지 않은 부분의 평탄화층을 에칭하여 제거한다.
그런 다음, 배선층(5)을 공지의 막 형성법에 의해 형성하고, 계속해서 도 22d에 도시된 바와 같이 하부 전극층을 막 형성한다.
또한, 도 22e에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)를 그 위의 하부 전극마다 박리함으로써 평탄화층(6)내에 배선층(5)을 형성하고 동시에 하부 전극(2)을 형성할 수 있다.
또한, 배선층(5)의 소요막 두께가 1μm 내지 수십μm으로 두꺼운 경우는 증착, 스퍼터링, CVD으로 초기 막형성하고, 그 후 플레이팅법을 이용하여도 좋다. 이 방법의 사용함으로써, 배선층(5)의 막형성 시간을 단축시킬 수 있다.
이 방법은 제 1 발명에 이용될 수 있다.
(3) 양극 산화법
이 방법은 평탄화층을 양극 산화법을 이용하여 형성하는 방법이다.
도 23a에 도시된 바와 같이 우선 지지 기판(1)상에 양극 산화될 수 있는 금속이나 합금을 각종 CVD 법이나 스퍼터링법, 증착법을 이용하여 막 형성한다.
그런 다음, 도 23b에 도시된 바와 같이 포토 레지스트를 도포한 후, 이것을 노광하여 경화시켜, 평탄화층이 마련되지 않은 부분이 남도록 한다.
그런 다음, 이들의 처리를 실시한 지지 기판을 양극 산화액에 침적하여, 통전하여 평탄화층이 될 부분(포토 레지스트가 마련되지 않은 부분)을 산화시킨다(도 23c).
그런 다음, 포토 레지스트(9)를 박리시키고(도 23d), 이어서 하부 전극층을 막 형성하고, 또한 도 23e에 도시된 바와 같이 포토 리소그래피로써 패턴화시켜 평탄화층(6)내에 하부 전극(2)이 접속된 배선층(5)을 형성할 수 있다.
이 방법은, 제 1 발명에도 이용될 수 있다.
(4) 중합체 평탄화법
이 방법은 전술의 것과 같이 배선층 패턴에 평탄화층을 피복하여 콘택트 홀을 마련하는 방법이다.
도 24a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 포토 에칭 또는 리프트오프법 등을 이용하여 배선층 패턴(5)을 형성한다.
그런 다음, 도 24b에 도시된 바와 같이 배선층 패턴(5)을 피복하도록 하여 중합체를 이용하여 평탄화층(6)을 형성한다. 형성 방법은, 스핀코트 도포, 증착, CVD, 스퍼터링 등을 이용할 수 있다. 여기서 사용하는 중합체가 감광성을 갖는 경우에는, 콘택트 홀 부분의 개구도 동시에 실행할 수 있다.
그런 다음, 도 24c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트를 이용하여 에칭에 의해 평탄화층(6)에 콘택트 홀(7)을 마련한다. 그 상부에 마련되는 층이 단선하는 것을 방지하기 위해서, 콘택트 홀(7)의 형상은 윗쪽이 넓어진 사다리꼴형인 것이 좋다. 이 콘택트 홀(7)을 거쳐서 하부 전극을 배선층(5)에 접속함으로써 도 21d에 나타내는 구조를 제작할 수 있다.
IV. 제 4 발명(평탄화층을 갖는 유기 EL 소자를 이용한 유기 EL 표시 장치)
제 4 발명은 제 1 및 제 3 발명의 유기 EL 소자와 거의 같은 구성의 유기 EL 소자를 이용한 유기 EL 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 유기 EL 표시 장치는 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 발광 화소가 형성되고 동시에 상기 발광 화소가 복수배열된다. 그리고, 각 발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 EL 소자로부터 형성된다.
여기서, 주사 전극선은 발광 장치를 단순 매트릭스 구동할 때에 주사 신호를 전달하는 기능을 갖고, 신호 전극선은 주사 신호로 선택된 주사 전극선에 대하여 발광시키는 발광 화소를 선택하는 신호 전류를 흘리는 기능을 갖는다.
또한, 제 4 발명의 신호 전극선은 대향 전극을 포함하는 전극선이지만, 여기서 대향 전극을 포함한다는 것은 대향 전극에 가하여 대향 전극에 접속되는 선택 신호를 전류를 흘리는 배선을 포함한다는 의미이다.
(1) 발광 화소
제 4 발명의 발광 화소는 상기 구성의 유기 EL 소자로부터 형성된다. 그리고, 하부 전극은 배선층과 접속되어 있고, 배선층은 지지 기판과 하부 전극 사이에 설치된 평탄화층내에 매설되어 있다. 또한, 배선층의 폭(짧은 변의 길이)은 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 20 내지 150%인 것이 바람직하다.
제 4 발명을 구성하는 유기 EL 소자는 제 1 및 제 3 발명에서 설명된 유기 EL 소자와 동일한 재료를 이용하여 동일한 방법으로 제조할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 3 발명으로 설명된 것과 같은 구성을 사용할 수 있다.
(2) 주사 전극선
제 4 발명의 주사 전극선은 하부 전극과 이것에 접속되어 있는 배선층으로 이루어진다.
화소 수가 240×360개이고, 1개의 화소가 200μm×300μm의 유기 EL 표시 장치를 듀티-1/120으로, 2분할 배싱(bathing) 구동하는 경우, 휘도 2OOcd/m2를 수득하기 위해서는 순간적으로 120×200 = 24,000cd/m2의 고휘도를 필요로 한다. 그리고, 이 경우에 있어서, 지극히 고수준의 발광효율인 1Ocd/A의 화소를 전부 점등시키면 주사 전극선에는 약 52mA 정도의 큰 전류가 순간적(1/120×1/프레임 주파수초)으로 흐르게 된다. 이 값은 디스플레이의 개구율을 100%로 한 경우의 값이고, 개구율이 50 내지 70%인 경우에는 보다 높은 휘도가 요구되어, 100mA 정도의 전류가 순간적에 흐르는 경우도 생각된다. 또한, 발광 효율이 10cd/A 이하인 경우에는 더욱 큰 전류치가 요구된다.
이 때, 배선층의 단위길이 당의 저항치(즉, 주사 전극선의 단위당의 저항치) 가 종래 기술 수준인 100Ω 정도로서 주사 전극선의 길이가 1Ocm인 경우 전부 점등시켰을 때의 전압 강하값은 평가하면 (52mA×1kΩ)/2= 26V가 되어 저 전압 구동이 가능하지 않고 소비 전력도 커서 전혀 디스플레이로서는 이용할 수 없다. 저소비 전력화의 관점에서 주사 전극선의 저항치는 단위길이(1cm)당 15Ω이하인 것이 바람직하다.
제 4 발명에서 하부 전극의 하부에 예를 들면 저항율이 5×10-6Ω·cm이고, 막두께가 250nm이고, 폭이 200μm인 배선층을 설치한 경우, 최저로서 단위길이 (1cm)당 1OΩ의 저항이 가능하다.
또한, 제 4 발명의 경우 평탄화층을 갖기 때문에, 저항치를 저하시키기 위해서 배선층을 두껍게 하더라도 하부 전극층의 위에 적층되는 층의 단선을 막을 수 있다. 이 때문에, 배선층을 1 내지 수십μm으로 할 수 있어 그 단위길이(1cm)당의 저항치를 수Ω 내지 1O분의 수Ω로 현저히 낮게 할 수 있다.
표 2에 화소수가 240×360개이고, l개의 화소가 200μm×300μm의 유기 EL 표시 장치를 듀티-1/12O에서, 2분할 배싱 구동한 경우의 전압 강하와 전력 손실을 주사 전극선에 있어서의 단위길이(1cm) 당의 저항과 대응시켜 나타낸다. 전압 강하를 구할 때, 발광효율을 10cd/A으로, 휘도를 200cd/m2로 하였다.
단위 길이당 저항(Ω) 10㎝길이당 저항(Ω) 전압강하(V) 저항에 의한 전압 손실(V)
100 1000 26 0.9
10 100 2.6 0.09
1 10 0.26 0.009
0.1 1 0.026 0.0009
표 2에서 단위길이 당의 저항치가 종래의 수준인 100Ω 이라면 전술된 것과 같이 구동 전압이 높고, 소비 전력이 커서 표시 장치로서는 불리하다. 저항치가 10Ω이라면 전압강하가 2.6V로 허용범위에 들고 함께 전력손실도 작아지기 때문에, 표시 장치로서 사용할 수 있지만, 전압강하에 의한 발광의 불균일성을 적게 하기 위해서 더욱 저항치를 낮추는 것이 바람직하다. 제 4 발명에서 전술한 것과 같이 단위길이 당의 저항치를 수Ω으로부터 10분의 수Ω으로 할 수 있기 때문에 전압 강하는 무시할 수 있을 정도로 작고, 이것 때문에 발광의 불균일 등의 전압강하에 기인한 성능저하가 발생하지 않는다.
(3) 신호 전극선
신호 전극선은 대향 전극 혹은 대향 전극과 이것에 접속하는 배선으로 구성된다. 여기서 이용되는 대향 전극은 양극이더라도 좋고 음극이더라도 좋지만, 대향 전극측에서 발광을 출력하는 경우에는 어느정도의 광 투과성이 필요하다. 광 투과성은 적합하게는 출력하는 발광 파장에서 30% 이상이다. 광 투과성의 양극으로서는 In-Sn-O, ZnO:Al(ZnO에 Al을 첨가한 혼합물), In-Zn-O, SnO2:Sb(SnO2에 Sb를 첨가한 혼합물) 등의 전도성의 투명산화물, 폴리아닐린 등의 고투명의 완전히 공액된 중합체, 흑연, α-탄소 등의 반도체를 이용할 수 있다. 광 투과성의 음극으로서는, 막두께가 20nm 이하인 낮은 일함수의 금속 또는 합금, 상기 금속 또는 합금에 투명전도성 산화물막을 적층한 것 등이 바람직하게 이용된다. 광 투과성이 필요없는 경우에는 상기 하부 전극과 동일한 재료를 이용할 수 있다.
신호 전극선에 흐르는 전극은 상기 발광 장치(화소수가 240× 360개이고, 1 개 화소가 20Oμm×300μm인 유기 EL 표시 장치)를 휘도 200cd/m2로 사용하는 경우, 0.14mA(52mA/360 = O.14mA)이고, 주사 전극선보다도 높은 저항치가 허용된다. 예를 들면, 저항치가 5kΩ일때의 전압강하는 0.7 V이고, 이 정도의 저항치까지는 허용가능하다.
(4) 표시 장치
표 2에서는 대각선이 5인치인 QVGA 규격상당의 EL 표시 장치를 고려하여 전압강하와 주사 전극선에 있어서의 단위길이 당의 저항을 대응시켜 나타내었다. 이 경우에는, 전술된 것 같이 저항이 10Ω라도 사용할 수 있다.
그러나, 14인치 이상의 큰 화면이면 또한 VGA 이상의 매우 세밀한 EL 표시 장치의 경우(예를 들면, 14인치 VGA, 14인치 SVGA, 14인치 XGA)에는, 듀티가 1/240 이하가 되거나, 주사 전극선이 20cm 이상이 되기도 하기 때문에, 단위길이 당의 저항치가 수Ω 내지 10분의 수Ω가 될 필요가 있다. 제 4 발명의 유기 EL 표시 장치로서는 폭넓은 배선층을 이용할 수 있기 때문에, 이러한 저 저항이 실현되어 큰 화면에서 또한 고선명화가 가능해진다.
또한 제 4 발명은 액티브 매트릭스를 이용한 유기 EL 표시 장치로서도 사용할 수 있다.
V. 제 5 발명(측면층과 배선층으로 형성되는 층이 사다리꼴 형상인 유기 EL 소자)
1. 기본적 형태
제 5 발명은 예를 들면 도 25에 도시된 바와 같이 단면사다리꼴 형상으로 형성된 배선층(5)이 유기층(3)과의 사이에 설치된 하부 전극(2) 및 측면층(8)에 의해서 피복되어 있다. 그리고, 측면층(8)을 형성함으로써 이 부분에서의 화소결함이 억제된다.
배선층(5)은 그 형상에 의해 제 1 및 제 3 발명의 경우와 같이 하부 전극(2) 및 측면층(8)에 의해서 대략 평탄화되기 때문에, 배선층(5)에 기인한 단차의 발생이 완화되어 대향 전극(4)의 단선이 효율적으로 방지된다.
또한, 배선층(5)은 하부 전극(2)과 전기적으로 접속되지만, 제 5 발명에서는 배선층(5)이 피복되도록 하부 전극(2) 및 측면층(8)이 형성되어 있기 때문에, 이 배선층(5)으로부터 유기층(3)에의 전하의 침입에 의한 이상 누출 전류의 발생이 없고 누화를 효율적으로 방지할 수 있다.
배선층 단면(혹은, 측면층과 배선층으로 형성되는 층의 단면)의 사다리꼴 각도(θ) (사다리꼴 형상인 단면의 밑바닥과 측변과의 각도. 도 25를 참조할 수 있다)는 45°이하의 사다리꼴을 형성하는 것이 바람직하고, 25°이하인 것이 보다 바람직하다.
이 사다리꼴 각도(θ)가 45°를 넘으면, 하부 전극(2)상에 마련된 유기층이 100nm 내지 200nm으로 지극히 얇고, 또한 대향 전극도 200nm 정도로 얇기 때문에 단선 가능성이 높아져서 표시 결함의 원인이 되기 쉽다.
2. 구성 요소
이하, 제 5 발명을 그 구성 요소마다 더욱 구체적으로 설명한다.
(1) 배선층
배선층의 역할은 제 1 내지 제 3 발명과 동일하다. 이 때문에, 제 1 내지 제 3 발명에서 이용한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다. 단지, 도 25로 나타나는 실시예에서는 배선층에 의한 단차를 완전히는 제거할 수 없기 때문에 배선층의 단부를 사다리꼴 가공하는 것이 바람직하다. 사다리꼴 가공하지않더라도 후술하는 측면층의 단차 부분을 사다리꼴 형상이 되게하여도 좋다. 이 사다리꼴 각도(사다리꼴형상인 단면의 밑바닥과 측변과의 각도)는 전술된 것과 같고, 바람직하게는 45° 이하이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 25°이다. 사다리꼴 가공함에 의해, 패턴단에서 유기층이나 대향 전극층이 박층화 또는 단선되는 것이 없어져, 단락이나 누출 전류를 막을 수 있다.
또한, 배선층은 하부 전극의 하부에서 접속해야 한다. 그것은, 상기와 같이 배선층으로부터 유기층에의 이상 전하의 주입을 막는 데 유리하기 때문이다. 배층이 하부 전극의 상부 혹은 측면부에 위치하는 경우에는, 측면층의 그 외에 층간 절연막이 필요하게 되어 유기 EL 소자의 구성이나 제조공정이 복잡하게 된다. 단지, 하부 전극과 측면층에 의해 배선층과 유기층이 격리되는 구성이면, 배선층이 완전히 하부 전극의 하부에 위치할 필요는 없다.
또한, 제 3 발명과 같은 이유로 배선층의 폭은 하부 전극의 폭의 20 내지150%인 것이 바람직하고, 100 내지 150%인 것이 특히 바람직하다.
(2) 측면층
제 5 발명의 유기 EL 소자는 배선층의 측면에 측면층을 갖는다. 이 측면층은 유기 EL 소자의 전류-전압 곡선의 경계치를 명확히 하여 누화를 막는 기능을 갖는다.
측면층의 재료는 하기의 기능을 갖는 것이면 특히 한정되지 않고, 이하에 나타내는 재료를 사용할 수 있다.
(i) 절연 재료
구체적으로는 본원 제 1 및 제 3 발명의 평탄화층과 같은 재료를 이용할 수 있다. 또한, 배선층에 이용되는 금속이나 합금의 산화물, 예를 들면, Al2O3, Ta2O3, TiO2를 이용할 수 있다. 이 경우, 양극 산화법에 의해 상기 금속이나 합금의 산화물막을 제조할 수 있다.
(ii) 하부 전극과 같은 재료
이러한 재료로서, 예를 들면 In-Sn-O, ZnO:Al, In-Zn-O, SnO2:Sb 등을 들 수 있다. 이 경우, 하부 전극층이 배선층을 피복하는 구성을 사용하더라도 좋다.
(iii) 하부 전극이 양극의 경우, 일 함수가 4.2eV 이하의 금속, 예를 들면 알루미늄이나 알루미늄합금 등을 이용할 수 있다.
(iv) 하부 전극이 양극의 경우, 일 함수가 5eV 이상의 금속, 예를 들면, Au, Pt, Ni 및 그들의 합금인 Au-A1합금, Pt-Al합금, Ni-A1합금을 이용할 수 있다.
상기의 재료를 이용하여, 측면의 사다리꼴부로부터의 전하의 주입량을 하부 전극부터의 전하주입량의 1/50 이하로 억제할 수 있어 누출 전류를 현저히 낮출 수 있다. 측면층을 마련하는 다른 이유는, 배선층의 사다리꼴부가, 에칭 여분 또는 결함에 의해 이상 전류 주입을 일으켜 단락이나 누출 전류를 발생하기 쉽기 때문이다. 배선층의 사다리꼴부에 에칭 여분이나 결함이 있는 경우에는, 상기 재료로 이루어지는 측면층을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 측면층으로서 하부 전극층과 같은 재료를 사용하는 경우에는, 배선층 전체를 피복함으로써 정상적인 전하주입를 얻을 수 있다는 효과를 나타낸다.
또한, 측면의 사다리꼴부로부터의 전하의 주입량을 하부 전극으로부터 전하주입량의 1/50 이하로 억제할 수 있는 경우에는, 배선층과 측면층에 같은 재료를 이용하여 일체적으로 형성하더라도 좋다. 이러한 재료로서 구체적으로는, Al, Al합금, Mo, Mo 합금 등을 이용할 수 있다.
(3) 그 밖의 구성 요소
본 발명에 이용되는 다른 구성 요소, 구체적으로는, 지지 기판, 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극에 제 1 내지 제 3 발명과 동일한 것을 이용할 수 있다.
3. 배선층, 하부 전극 및 측면층의 형성 방법
(1) 리프트오프법(1)
이 방법은, 지지 기판상에 배선층을 막 형성한 후 포토 레지스트를 이용하여 패턴화한 후 하부 전극을 적층하는 방법이다.
도 26a에 도시된 바와 같이 우선 지지 기판(1)상에 배선층을 막 형성한다. 배선층의 형성 방법으로서는, 증착법, 스퍼터링법, CVD 법 등을 이용할 수 있다.
그런 다음, 도 26b에 도시된 바와 같이 배선층이 마련되는 부분에 포토 레지스트를 도포하여 패턴화한다.
그런 다음, 도 26c에 도시된 바와 같이 반응성 이온 에칭으로 포토 레지스트와 배선층에 불필요한 부분을 제거하면서 에칭한다. 배선층의 사다리꼴 가공은 CF4와 산소의 혼합 가스에 의해 실행할 수 있다. CF4와 산소의 혼합비(CF4/O2)는 O.6 내지 1이 바람직하다.
그런 다음, 도 26d에 도시된 바와 같이 하부 전극 및 측면층을 형성하지않은 부분에 포토 레지스트를 배치한다. 그 때, 지지 기판의 이면으로부터의 노광을 이용하여, 포토마스크를 사용하지않고서 포토 레지스트 패턴을 할 수 있다.
그런 다음, 도 26e에 도시된 바와 같이 하부 전극 및 측면층을 증착법이나 스퍼터링법등으로 형성하여, 포토 레지스트(9)를 그 위의 하부 전극층마다 박리함에 의해 제 5 발명의 유기 EL 소자의 하부 부분이 형성된다.
또한, 도 26의 경우, 하부 전극과 측면층은 같은 재료로써 동시에 형성된다.
(2) 리프트오프법(2)
상기 리프트오프법(1)의 방법을 이용하여, 도 27a에 도시된 바와 같이 우선 지지 기판(1)상에 배선층 및 하부 전극을 막 형성하여, 배선층 및 하부 전극을 마련하는 부분에 포토 레지스트(9)를 도포하여 패턴화한다.
이어서, 도 27b에 도시된 바와 같이 에칭으로 포토 레지스트와 배선층에 불필요한 부분을 제거하면서 에칭한다. 그 때, 포토 레지스트를 남기도록 한다.
이어서, 도 27c에 도시된 바와 같이 이면 노광에 의해 배선층이 마련되지 않은 각각의 장소에 포토 레지스트(9)를 마련한다.
이어서, 도 27d에 도시된 바와 같이 측면층을 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성한다.
이어서, 도 27e에 도시된 바와 같이 리프트오프로 측면에 상기 증착 또는 스퍼터링으로 형성된 부분이 남도록 가공하여 제 5 발명의 유기 EL 소자의 하부 부분을 형성시킨다.
(3) 양극 산화법(1)
이 방법은 배선층의 측면을 양극 산화하여, 거기서 형성된 산화막을 측면층으로 하는 방법이다.
도 28a에 도시된 바와 같이 지지 기판(1)상에 패턴화된 배선층(5)을 형성한다. 배선층(5)의 형성 수단으로서, 상기 리프트오프법(1)의 방법을 사용할 수 있다(도 26a, 26b, 26c를 참조할 수 있다).
그런 다음, 도 28b에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(9)를 제공한다. 이 때, 배선층(5)의 측면부까지 포토 레지스트를 제공하는 점이, 상기 리프트오프법 (l)의 방법과 다르다.
그런 다음, 도 28c에 도시된 바와 같이 상기 리프트오프법(1)으로 동일한 방법에 의해, 하부 전극을 만든다.
그런 다음, 도 28d에 도시된 바와 같이 양극 산화법에 의해, 배선층 측면부를 산화시켜 측면층을 형성시킨다.
(4) 양극 산화법(2)
상기 리프트오프법(1)과 동일한 방법에 의해, 도 29a에 나타나는 구조를 형성한다.
그런 다음, 도 29b에 도시된 바와 같이 상기 리프트오프법(1)으로 동일한 방법에 의해 패턴화된 단면 사다리꼴형의 배선층을 형성한다. 단, 포토 레지스트층(9)은 잔존시킨다.
그런 다음, 도 29c에 도시된 바와 같이 양극 산화법에 의해 배선층의 측면부를 산화시켜 측면층을 형성시킨다.
그런 다음, 배선층의 상면이외의 부분을 포토 레지스트로 피복하고, 하부 전극을 스퍼터링이나 증착에 의해 적층하고 포토 레지스트를 박리하여 도 29d에 도시된 바와 같이 제 5 발명의 유기 EL 소자의 하부 부분을 형성한다.
(5) 양극 산화법(3)
이 방법은 먼저 배선층을 적층하고 이어서 하부 전극을 적층하고 패턴화후 하부 전극으로 피복되어 있지 않은 배선층을 양극 산화하여 측면층을 형성시키는 법이다. 패턴화된 단면 사다리꼴(1)형상의 배선층, 하부 전극의 적층체는 상기 리프트오프법(2)으로 나타낸 방법(도 27a, 27b를 참조할 수 있다)에 의해 형성할 수 있다. 단지, 이 경우는 도 27b와 달리 포토 레지스트층을 완전히 제거한다. 그런 다음, 양극 산화법에 의해 측면층을 형성시킨다. 이 방법의 경우, 하부 전극에는 산화되지 않는 금속, 예를 들면 Au나 Pt를 이용할 필요가 있다. 이 방법은, 제 5 발명의 유기 EL 소자의 하부 부분을 형성하는데 필요한 단계 수가 적기 때문에 특히 바람직하다.
VI. 제 6 발명(사다리꼴형 배선층을 갖는 유기 EL 소자를 이용한 유기 EL 표시 장치)
제 6 발명은 기본적으로 제 5 발명의 유기 EL 소자를 이용한 유기 EL 표시 장치에 관한 것이다.
제 6 발명의 유기 EL 표시 장치는 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 발광 화소가 형성되고 동시에 상기 발광 화소가 복수배열되어 제조된다. 그리고 각 발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극을 이 순서대로 적층하여 형성된 유기 EL 소자로부터 형성된다.
그리고 주사 전극선은 하부 전극과 그 하부에 접속되어 있는 배선층으로 이루어져있고 배선층의 측면을 피복하는 측면층과 배선층으로부터 형성되는 층은 단면 사다리꼴형상이고, 배선층은 하부 전극 및 측면층에 의해서 유기층과 격리되어 있고, 신호 전극선은 대향 전극을 포함하고 있다.
제 6 발명에서 사용되는 발광 화소는 제 5 발명의 유기 EL 소자와 동일한 구성의 소자로부터 형성된다. 이 때문에 본 발명을 구성하는 유기 EL 소자는 제 5 발명에서 설명한 유기 EL 소자와 동일한 재료를 이용하여 동일한 방법으로 제조할 수 있다. 또한, 제 5 발명에서 설명된 것과 동일한 구성을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 주사 전극선, 신호 전극선 및 표시 장치에 대해서는 상기 제 4 발명에 있어서 설명한 내용을 그대로 사용할 수 있으므로, 제 4 발명에서와 같이 주사 전극선의 저항이 낮아질 수 있다. 단, 본 발명에서는 평탄층이 아니라 특정 형상의 배선층을 사용함에 의해 하부 전극층 위에 적층되는 층의 단선을 막고 있다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의해서 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1 (제 1 발명의 유기 EL 소자에 이용되는 기판의 제작)
1OOmm×1OOmm의 청판(소다 석회) 유리에 포토 레지스트를 스핀코트한후, 노광하여 폭1Oμm, 피치1OOμm의 포토 레지스트의 개구부가 패턴화되도록 하였다. 개구부 라인의 개수는 960개이었다. 그런 다음, 완충불산(HF:NH4F:H2O = 5:l:6)을 이용하여 홈의 깊이가 0.5μm이 될 때까지 에칭하였다. 그런 다음, Al막을 스퍼터링하여 0.5μm의 막두께로 형성하였다. 그런 다음, 이 기판을 아세톤중에 침적하여 홈에 막 형성된 Al이외는 포토 레지스트와 동시에 제거하였다. 그런 다음, 이 기판상에 ITO를 스퍼터링으로써 100mm 막을 형성하였다. 폭이 80μm이고 피치가 100μm인 lTO 라인을 기판에 매설된 배선층이 되는 Al라인상에 포토리소그래픽법에 의해 ITO를 에칭가공함에 의해 형성하였다. Al라인은 ITO라인의 가장자리에 겹치도록 위치를 배치하고, 또한 ITO 라인과 Al라인과는 양호한 전기적 접속이 이루어지고 있는 것이 확인되었다. 전극선의 하나의 저항치를 계측한 결과 길이가 10cm일 때 800Ω의 충분히 낮은 저항인 것이 증명되었다.
실시예 2 (제 1 발명의 유기 전압 발광 소자의 제작)
실시예1에서 제작된 기판상에 진공증착법으로써 아민올리고머(하기에 나타내는 TPD74)를 80nm 코팅하고, 또한 그 위에 하기에 나타내는 TPD를 20nm 코팅하였다. 여기서 TPD74는 정공주입층의 역할을 하고, TPD는 정공수송층의 역할을 한다. 그런 다음, 녹색의 발광 재료인 트리스(8-히드록시퀴놀리노)Al 착체(Alq)를 60nm 진공증착하였다. 그런 다음, Al:Li(Li 농도는 0.5원자%이다)합금 음극을 진공증착법으로써 200nm 형성하였다. 이들은 전부 진공조를 공기중에 개방하지않고서 연속으로 막 형성하였다. 또한 Al:Li 합금 음극의 형성이전에는, ITO 라인과 직교하도록 개구라인이 실시된 증착 마스크로 피복하였다. 마스크의 개구라인의 수는 240개이고 라인폭은 200μm이었다. 따라서 340×(320×3) 의 XY 매트릭스 디스플레이를 제작할 수 있다.
실시예 3 (제 1 발명의 하부 전극을 신호선으로서 이용한 소자의 평가)
실시예 2에서 제작된 디스플레이를 유리뚜껑으로써 봉하여 막았다. 하부의 기판과 유리뚜껑을 자외선 경화 수지로 접착하여, 유리뚜껑 내부에 불소화탄화수소액을 주입하였다. 그런 다음, 구동 회로를 접속하여 음극을 주사 전극으로하고 양극(ITO)을 신호 전극으로 하여, 디스플레이 표시를 하였을 때(듀티 1/120) 누화가 인식되지 않았다. 또한 음극의 단선에 의한 라인결함도 없었다. 또한 화상을 표시하였을 때, 저항에 의한 표시의 응답속도가 늦어지지않고 표시될 수 있었다.
비교예 1 (종래의 소자의 평가)
실시예 1과 동일한 피치, 폭을 갖는 ITO 라인(ITO의 면 저항치는 20Ω/□)을 100mm×100mm의 유리 기판상에 형성하였다. 실시예 1과 같이 하여 ITO 라인 1개의 저항치를 측정하였을 때 25kΩ 정도로 매우 저항이 높았다. 실시예 2와 동일하게 디스플레이를 제작하였다. 실시예 3과 같이 봉하고 막아서 구동 회로를 접속하였다.
ITO 라인의 저항이 높기 때문에, 중간의 ITO 라인에 대응하는 화소군을 점등하였지만, 휘도얼룩이 대단히 심하고, 균일한 발광을 얻을 수 없었다. 따라서 문자, 화상 표시가 휘도얼룩에 의해 양호하게 실행될 수 없었다.
실시예 4(제 1 발명의 유기 EL 소자)
100mm× 100mm의 유리 기판상에 Al:Ti 합금(Ti3원자%)막을 스퍼터링하여 막두께 0.3μm로 형성하였다. 이 막상에 포토 레지스트를 스핀코트후 노광하여, 폭이 20μm이고, 피치가 100μm인 라인 개구부가 960개 패턴화되도록 하였다. 그런 다음, 양극 산화법으로써 A1합금막에 통전하여 산화시켰다. 전해질로서 약 0.01중량%의 구연산 수용액을 이용하였다. 이 처리에 의해 평탄화층을 Al산화막으로서 서로 절연된 배선층라인이 다수 형성되었다. 그런 다음, 폭이 80μm이고, 피치가 100μm인 ITO 라인을 실시예 2와 같이 형성하였다. 라인중 1개를 계측하였을 때 길이 1cm에서 400Ω이었다. 그런 다음 실시예 2 및 3과 같이 하여 디스플레이를 제작하여 봉하여 막았다. 이 디스플레이를 실시예 3과 같이 구동하였더니, 라인결함도 없는 화상이 양호하게 표시할 수 있었다.
비교예 2 (종래의 소자의 예)
80μm, 피치 100μm의 ITO 라인 960개를 100mm× 100mm의 유리 기판상에 형성하였다. 그런 다음 lTO 라인에 Al 막을 스퍼터링으로 막두께가 0.5μm가 되도록 형성하였다. 이것을 에칭하여 ITO 라인상에 폭 10μm의 Al 배선층라인을 형성하였다. 이 Al 배선층라인상에는 층간 절연막을 실시하지 않았다.
비교예 3 (종래의 소자의 예)
Al 배선층의 단면을 주사전자현미경으로 관찰하였다. 단차에 제작된 사다리꼴 각도는 75°이고, 단차는 가파렀다. 그런 다음 이 Al을 양극 산화에 의해 막두께 0.2μm의 산화막으로 제조하였다. 이용된 전해질액은 O.l몰/1의 주석산암모늄과에틸렌 글리콜과의 1:9(용적비)의 혼합물이었다. 또한 이용된 전압은 240V이었다.
비교예 4 (종래의 소자의 평가)
비교예 2 및 3의 기판을 이용하여 실시예 2와 같이 하여 각각 디스플레이를 제작하였다. 비교예 2의 기판을 이용한 경우는, 음극과 양극의 단락이 다수 발생하고 표시의 누화가 많았다. 또한 음극의 단선이 다수 발생하고, 표시결함이 많아서 양호한 화상 표시를 할 수가 없었다. 이것은 Al 배선층의 단차에 의해 음극의 단선이 발생하였기 때문이다. 비교예 3의 기판을 이용한 경우는 양극과 양극의 단락은 층간 절연막의 효과에 의해 발생하지 않았다. 그러나 층간 절연막이 평탄화되어 있지 않기 때문에 음극의 단선이 발생하여 표시결함이 발생하였다.
실시예 5 (제 2 발명의 유기 EL 소자)
비교예 2와 같이 에칭가공하여, 폭 80μm의 ITO 상에 폭 l0μm의 Al이 제공된 라인을 960개 형성하였다. 에칭액으로서 HF:HNO3:CH3COOH:H2O의 5:15:20:3의 비율의 것을 이용하여, Al단차를 사다리꼴형으로 하였다. 사다리꼴 각도는 20°이고 지극히 원활하였다. 또 사다리꼴 가공은 드라이 에칭법에 의해 CCl4의 플라즈마 가스를 이용하여 행하여도 좋다. 그런 다음, 0.2몰/1의 붕산암모늄용액을 이용하여 A1라인을 양극으로서 양극 산화하여 0.2μm의 양극 산화막을 형성하였다. 이 때 전압은 250V이었다. 이에 따라 평탄화된 층간 절연막이 A1 배선층라인상에 형성되었다. 단차의 사다리꼴 각도는 21°이고, 대단히 매끄러운 모양으로서 평탄화되었다. 실시예 2와 같이 디스플레이를 제작하고, 또한 실시예 3과 같이 구동하여 화상 표시를 하였다. 음극의 단선도 없고 라인 표시결함도 없었다. 화소를 표시할 때, 전극 저항에 의한 표시의 응답속도가 늦지도 않고, 표시자체도 양호했다.
실시예 6 (제 2 발명의 소자(이중 XY 매트릭스))
도 14에 나타나는 패턴형상으로 100mm×l00mm의 유리 기판상에 lTO의 돗트 패턴을 다수형성하였다. 그런 다음, 도 14의 패턴을 갖는 배선층의 배선라인을 A1막으로 형성하였다. 막두께가 0.5μm이고 폭이 10μm인 것을 실시예 5와 같이 사다리꼴 가공한 후에, 그 위에 층간 절연막을 만들었다. 이 층간 절연막은 평탄화되어있었다. 그런 다음, 실시예 2와 같이 디스플레이를 제작하여 봉하여 막았다. 도 14에 나타나는 이중 XY 매트릭스로 되어있기 때문에, 240개의 주사 전극에 대한 구동 듀티는 1/240에서 1/12O으로 경감될 수 있고, 또한 누화도 없는 양호한 표시할 수 있었다. 듀티가 경감될 수 있었고 구동 전압이 22% 감소하였기 때문에 전력소비량도 22% 감소시킬 수 있었다.
실시예 7 (제 2 발명의 소자(4중 XY 매트릭스))
도 15에 나타내는 4중 매트릭스를 형성한 소자를 실시예 6과 같이 제작하였다. 듀티를 1/240에서 1/60으로 경감시킬 수 있었기 때문에 구동 전압이 35% 감소하고, 전력소비량도 35% 감소하였다.
실시예 8 (제 3 발명의 유기 EL 소자를 구성하고 하부 전극을 적층한 지지 기판의 양극 산화법에 의한 제조)
1OOmm×1OOmm의 유리 기판(지지 기판)상에 스퍼터링에 의해 막두께 400nm의 Al-Ti 합금(Ti 함량 = 3atm%)막을 형성시켰다.
그런 다음, 이 막상에 포토 레지스트를 스핀코트한 후 노광함으로써 폭 20μm, 피치 220μm의 라인 240개가 개구되도록 하였다.
그런 다음, 전해질로서 농도 0.01중량%의 구연산 수용액을 이용하여 양극 산화법에 의해 Al-Ti 합금막에 통전을 하였다. 이 처리에 의해, A1 산화막을 평탄화층으로 하여, 그 사이에 서로 절연된 Al-Ti 합금라인(폭이 200μm인 배선층)이 다수 형성되었다.
그런 다음, 포토 레지스트를 박리하여 제외하여 Al-Ti 합금라인(배선층)상에 In-Zn-O 산화물 전극(하부 전극)을 스퍼터링에 의해 형성하였다. 스퍼터링은 대기 가스를 아르곤:산소 = 1000:2.8(부피비)로 하고, 진공도를 0.2Pa로 하고 스퍼터링 출력을 2W/cm2으로하여 행하였다.
그런 다음, 상기 배선층상을 덮도록 소정 개수의 라인을 패턴화하여 하부 전극라인으로 하였다.
그 후, 제작된 적층판상에 형성된 하부 전극중 임의의 1O개를 선택하여 단위길이 당의 저항치를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 9 (제 5 발명의 유기 EL 소자를 구성하고, 하부 전극을 적층한 지지 기판의 양극 산화법에 의한 제조)
1OOmm×1OOmm의 유리 기판(지지 기판)상에, 스퍼터링에 의해 막두께가 40Onm인 A1-Ti 합금(Ti 함량= 3atm%)막을 형성시키고, 그 위에 1Onm의 백금 박막을 스퍼터링에 의해 형성시켰다.
그런 다음, 포토 레지스트를 스핀코트한 후 노광하여 폭이 20μm이고 피치가 220μm인 라인이 다수개구되도록 하였다.
그런 다음, RIE(반응성 이온 에칭)으로 CF4와 산소 가스의 유량비를 575:625sccm으로 하여, 압력이 40Pa이고 지지 기판의 온도가 90℃에서 에칭하였다. 이 조건으로 에칭하면, 사다리꼴 각도가 30도의 가공을 할 수 있는 것을 사전에 확인하였다. 이 처리에 의해, Al-Ti 합금의 패턴단면은 사다리꼴 형상이 되어 배선층이 된다. 한편, 백금은 하부 전극이 된다.
그런 다음, 이 배선층의 측면을 양극 산화법을 이용하여 Al2O3으로 이루어지는 측면층으로 하였다. 우선, 주석산암모늄용액과 에틸렌 글리콜의 1:9 (용적비) 의 혼합용액에 암모늄수용액을 첨가하여 pH를 7.0로 조정한 전해질용액을 제작하였다.
그런 다음, 배선층과 하부 전극을 적층한 상기 지지 기판을 이 전해질 용액에 침적하고 배선층을 양극으로 하여 전극액 용액조에 설치한 백금 메쉬 전극을 음극으로하여 인가 전압 240V에서 양극 산화하였다. 이에 따라, 하부 전극에서 피복되어 있지 않은 산화층 측면은 산화되어 두께 20Onm의 Al2O3층이 형성되었다.
그 후, 실시예 8과 같이 저항치를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 10 (제 3 발명의 유기 EL 소자를 구성하고, 하부 전극을 적층한 지지 기판의 중합체 평탄화법에 의한 제조)
1OOmm×1OOmm의 유리 기판(지지 기판)상에 스퍼터링에 의해 막두께 2μm의 AI-Ti 합금(Ti 함량= 3atm%)막을 형성시켜 그 위에 포토 레지스트를 스핀코트후 노광하여 폭이 20μm이고 피치가 220μm인 개구 240개가 병렬이 되게 하였다.
그런 다음, RIE(반응성 이온 에칭)으로 CF4와 가스종으로 에칭하여 상기 개구를 형성시켰다. 그리고, 포토 레지스트를 박리하여 제외한 후, 감광성 기능을 갖는 시판되는 폴리이미드 코팅액을 4μm 칠하여 평탄화하였다. 그 후, 노광함으로써 콘택트 홀이 개구하도록 경화시켰다.
그런 다음, Al-Ti 합금라인(배선층)상에 In-Zn-O 산화물 전극(하부 전극)을 스퍼터링에 의해 1OOnm의 막두께가 되도록 형성하였다. 스퍼터링은 대기 가스를 아르곤:산소 = 1000:2.8 (부피비)으로 하고, 진공도를 0.2Pa로 하여 스퍼터링 출력을 2 W/cm2하여 수행하였다. 이 때, 콘택트 홀에서 하부 전극과 배선층이 접촉하도록 하여 하부 전극을 형성시켰다. 그 후, 폭이 20μm이고 피치가 220μm으로 라인형상에 가공하였다.
그 후, 실시예 8과 같이 저항치를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
비교예 5(종래의 소자의 예)
1OOmm×1OOmm의 유리 기판(지지 기판)상에, 스퍼터링에 의해 막두께 200nm의 In-Zn-0막을 형성하였다. 스퍼터링은 대기 가스를 아르곤:산소 = 1000:2.8 (부피비)로 하고, 진공도를 0.2Pa로 하고, 스퍼터링 출력을 2W/cm2으로하여 수행하였다. 형성된 In-Zn-O 막의 면 저항치는 15Ω/□이었다. 이 박막을 포토 리소그래피로써, 폭이 200μm이고 피치가 220μm인 ln-Zn-O 막라인이 형성되도록 가공하였다.
그 후, 실시예 8과 같이 저항치를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
비교예 6(세선의 배선층에 지속된 하부 전극의 저항의 평가)
실시예 8과 동일한 방법으로 지지 기판, 배선층, 하부 전극으로 이루어진 적층판을 제조하였다. 이 때, 배선층의 폭이 20μm이고, 하부 전극의 폭이 1/10이 되도록 하였다.
그 후, 실시예 8과 같이 저항치를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
단위 길이당 저항(Ω) 9㎝ 길이의 저항(Ω)
실시예 8 6 54
실시예 9 5 45
실시예 10 1.5 13.5
비교예 5 600 7200
비교예 6 100 900
표 3에서 본 발명의 유기 EL 소자를 구성하는 적층판에 형성된 하부 전극은 저항치가 대단히 낮고, 큰 화면, 고선명한 유기 EL 표시 장치에 주사선으로서 사용 가능한 것이 확인되었다.
실시예 1l (제 3 발명의 유기 EL 소자의 제작)
실시예 8에서 제조된 적층판을 이소프로필알콜로 세정하고, 또한 자외선과 오존을 병용한 세정을 5분간 행하였다.
그런 다음, 진공증착법을 이용하여, 하기에 나타내는 구조를 갖는 TPD74를 정공주입층으로서 막두께 80nm가 되도록 코팅하였다.
그런 다음, 제 2 정공주입층으로서 하기에 나타난 구조를 갖는 NPD를 진공증착법에 의해 20nm 코팅하였다:
그런 다음, 녹색의 발광 재료인 트리스 (8-하이드록시퀴놀리노)알루미늄 착체를 60nm 진공증착하였다. 그 위에, Mg-Ag 합금을 10nm 진공증착하여 전자주입 전극층으로 하였다. Mg-Ag 합금을 진공증착 할때, Mg과 Ag를 14:1의 증착양으로 증착하여 증착면상에서 합금이 형성되도록 하였다.
그 후, 진공증착을 실시한 진공조를 개방하지않고서 스퍼터링조에 적층체를 이동시켜 DC 스퍼터링법에 의해, 막두께가 200nm인 In-Zn-O 막을 형성하여 비결정질의 투명 도전막을 형성하였다. 이 때의 조건은 대기 가스를 아르곤:산소 = 1000:2.8(부피비)로 하고, 진공도를 0.2Pa로 하고, 스퍼터링 출력을 0.5 W/cm2로하여 행하였다.
또한 전자주입 전극층과 비결정질 투명 도전막을 형성할 때, 폴리이미드 필름제의 증착 마스크(폭이 200μm이고 피치가 300μm인 라인이 240개인 개구)를 이용하여 형성시켰다.
그런 다음, 이상의 방법으로 제조된 유기 EL 소자를 유리뚜껑으로써 봉하여 막았다. 봉하여 막는 것은 질소 대기하에서 지지 기판과 유리뚜껑을 자외선경화 수지로 접착하여 행하였다.
그리고, 하부 전극에 접속하는 배선층을 주사선으로 하여 상기 전자주입 전극층과 비결정질 투명 도전막으로부터 형성되는 대향 전극을 신호선으로서 듀티-1/120으로 화소 표시를 하였을 때, 유기 EL 소자의 발광효율은 3.2cd/A이고, 누화는 없었다. 또한, 신호선의 단선에 의한 라인결함도 없고, 양호한 화소 표시를 얻을 수 있었다.
실시예 12(제 5 발명의 유기 EL 소자 또는 제 6 발명의 유기 EL 표시 장치의 제작)
실시예 9의 방법으로 제조된 적층판을 이용하여 실시예 l1과 같은 방법을 이용하여 제작된 유기 EL 표시 장치를 이용하여 화소 표시를 하였을 때 누화는 없고, 또한, 신호선의 단선에 의한 라인결함도 없고, 양호한 화소 표시를 얻을 수 있었다.
실시예 13(제 3 발명의 유기 EL 소자 또는 제 4 발명의 유기 EL 표시 장치의 제작)
실시예 10의 방법으로 작성된 적층판을 이용하고 실시예 11와 동일한 방법을 이용하여 제작된 유기 EL 표시 장치를 이용하여 화소 표시를 하였을 때 누화는 없고, 또한, 신호선의 단선에 의한 라인결함도 없고, 양호한 화소 표시를 얻을 수 있었다.
비교예 7
비교예 5의 방법으로 제조된 적층판을 이용하고 실시예 11과 동일한 방법을 이용하여 제작한 유기 EL 표시 장치를 이용하여 화소 표시를 하였을 때, 주사선의 저항치가 높고, 발광이 균일하지 않고, 표시를 할 수 없었다.
비교예 8
비교예 6의 방법으로 제조된 적층판을 이용하고 실시예 11과 동일한 방법을 이용하여 제작된 유기 EL 표시 장치를 이용하여 화소 표시를 하였을 때 구동 전압의 상승이 실시예 11의 경우와 비교하여, 휘도 10Ocd/m2로 전부 점등하였을 때 82V로 되어, 구동 때 전압이 높아지는 것이 명확하였다. 또한, 이때 정전류 구동에 의해 인가 전압을 고 전압화할 수 있었다. 또한, 비교예 8의 표시 장치는 기판의 아래쪽 및 윗쪽보다 발광을 출력할 수 있다. 이 때문에, 휘도는 이 점을 고려하여 보정하였다.
이상과 같이 본 발명의 유기 전압 발광 소자 및 유기 전압 발광 표시 장치는 주로 정보산업기기용의 각종 디스플레이에 적합하게 이용된다. 특히 고선명화나 대형화된 디스플레이에 있어서 배선에 의한 전압강하나 전압 저항에 의한 구동때의 응답의 늦음을 방지할 수 있으므로, 특히, 적합하게 이용된다.

Claims (20)

  1. 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서,
    하부 전극이 0.5×10-4Ω·cm 이상의 저항율을 갖고, 또한 이 하부 전극에 그 저항치를 감소시키기 위한 배선층이 접속되고, 또한 이 배선층이 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련된 평탄화층의 내부 또는 지지 기판내에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선층이 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련된 평탄화층의 내부 또는 지지 기판내에 매설되고 동시에 하부 전극에 의해서 피복된 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  3. 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서,
    하부 전극이 0.5×10-4Ω·cm 이상의 저항율을 갖고, 또한 이 하부 전극에 그 저항치를 감소시키기 위한 배선층이 접속되고, 또한 이 배선층이 유기 발광층을 포함하는 유기층과의 사이에 마련된 평탄화된 층간 절연막에 의해서 피복되는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    하부 전극이 투명 전극인 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    평탄화층 또는 층간 절연막이, 배선층을 형성하는 금속막의 표면을 산화시켜 형성된 산화막인 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  6. 제 3 항에 있어서,
    층간 절연막의 단면 형상이 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    배선층에 의해 저 저항화된 전극라인의 저항치가 5kΩ 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    하부 전극과 대향 전극이 형성하는 XY 매트릭스가 2중, 3중 또는 4중의 매트릭스인 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  10. 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서,
    하부 전극에 배선층이 접속되어 있고, 배선층의 폭(짧은 변의 길이)이 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 15 내지 150%이고, 배선층이 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련된 평탄화층내에 매설된 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하는 유기 전압 발광 소자.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    단위길이 (1cm) 당 배선층의 저항치가 100Ω보다 작은 유기 전압 발광 소자.
  13. 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 복수배열된 발광 화소가 형성되는 유기 전압 발광 표시 장치에 있어서,
    발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어 있는 유기 전압 발광 소자이고, 주사 전극선은 하부 전극과 이것에 접속되어 있는 배선층으로 이루어져있고, 배선층은 지지 기판과 하부 전극과의 사이에 마련한 평탄화층내에 매설되어 있고, 신호 전극선은 대향 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    배선층의 폭(짧은 변의 길이)이 하부 전극의 폭(짧은 변의 길이)의 15 내지 150%인 유기 전압 발광 표시 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    단위길이(1cm) 당 배선층의 저항치가 100Ω보다 작은 유기 전압 발광 표시 장치.
  16. 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자에 있어서,
    하부 전극의 하부에 배선층이 접속되어 있고 동시에 배선층의 측면을 피복하는 측면층과 배선층으로 형성되는 층이 단면 사다리꼴형상이고, 배선층이 하부 전극 및 측면층에 의해서 유기층과 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    하부 전극과 대향 전극이 XY 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 소자.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    측면층이 하부 전극층과 같은 재료, 절연 재료, 및 유기층에 전하를 주입하는 양이 하부 전극과 비교하여 1/50이하인 재료로부터 선택되는 유기 전압 발광 소자.
  19. 복수의 주사 전극선과 복수의 신호 전극선이 교차하고 이 교차 영역에 복수배열된 발광 화소가 형성된 유기 전압 발광 장치에 있어서, 발광 화소는 지지 기판상에 하부 전극, 유기 발광층을 포함하는 유기층 및 대향 전극이 이 순서대로 적층되어있는 유기 전압 발광 소자이고, 주사 전극선은 하부 전극과 그 하부에 접속되어 있는 배선층으로 이루어져 있고, 배선층의 측면을 피복하는 측면층과 배선층으로부터 형성되는 층은 단면이 사다리꼴 형상이고, 배선층은 하부 전극 및 배선층의 측면을 피복하는 측면층에 의해서 유기층과 격리되어 있고, 신호 전극선은 대향 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전압 발광 표시 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    측면층이 하부 전극층과 같은 재료, 절연 재료, 및 유기층에 전하를 주입하는 양이 하부 전극과 비교하여 1/50이하인 재료로부터 선택되는 유기 전압 발광 표시 장치.
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