KR20020000875A

KR20020000875A - 액티브 구동형 유기 전기발광장치 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20020000875A
Application number: KR1020017013205A
Authority: KR
Inventors: 호소카와치시오
Original assignee: 도미나가 가즈토; 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2002-01-05
Also published as: JP2001230086A; US20020011783A1; US20030151355A1; KR100782670B1; US20070247064A1; US20110260167A1; JP4434411B2; US6538374B2; KR100849314B1; US20050248266A1; KR20080043410A; EP2262349A1; CN1363200A; EP1191820A4; KR20070087082A; WO2001062051A1; US6933672B2; US7250718B2; CN1185909C; US7994705B2

Abstract

본 발명은 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 유기 발광 매체를 함유하여 이루어진 유기 EL 소자와, 이 유기 EL 소자를 구동하기 위한 박막 트랜지스터를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치에 있어서, 유기 EL 소자가 발광한 빛을, 상기 상부 전극측에서 취하여 방출시키고, 상부 전극이, 투명한 도전성 재료로 이루어지는 주전극과, 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극으로 구성된다. 이와 같이 구성하면, 개구율을 크게 할 수 있음과 동시에, 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시킨 경우라도 상부 전극의 면저항을 저하시킬 수 있어서, 고휘도, 균질 휘도의 화상 표시가 가능한 유기 액티브 전기발광장치 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

액티브 구동형 유기 전기발광장치 및 이의 제조방법{ACTIVE ORGANIC EL DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}

종래, 유기 전기발광장치(디스플레이)에 있어서는, XY 매트릭스 전극에 의해 단순 구동시켜서 화상 표시를 실시하는 방식의 소위 단순 구동형 유기 전기발광장치가 알려져 있다(일본국 특허공개공보 제90-37385호, 일본국 특허공개공보 제91-233891호 등).

그렇지만, 이러한 단순 구동형 유기 전기발광장치는 소위 선 순차 구동을 하므로, 주사선 수가 수 백개 있는 경우에 요구되는 순간 휘도가 관측 휘도의 수 백배가 되고, 결과적으로 하기와 같은 문제점을 안고 있다.

(1) 구동 전압이 직류 정상 전압인 경우에 비해 2 내지 3배 이상 높아지므로, 발광 효율이 저하되거나, 소비전력이 커진다.

(2) 순간적으로 흐르는 전류량이 수 백배가 되므로, 유기 발광층이 쉽게 열화된다.

(3) (2)와 같이, 전류량이 매우 크게 되므로, 전극 배선에 있어서의 전압 강하가 커진다.

상기 단순 구동형 유기 전기발광장치가 갖는 문제점을 해결하기 위해서, TFT(thin film transistor)에 의해 유기 EL소자를 구동시키는 각종의 액티브 구동형 유기 전기발광장치가 제안되었다(일본국 특허공개공보 제95-122360호, 일본국 특허공개공보 제95-122361호, 일본국 특허공개공보 제95-153576호, 일본국 특허공개공보 제96-54836호, 일본국 특허공개공보 제95-111341호, 일본국 특허공개공보 제95-312290호, 일본국 특허공개공보 제96-109370호, 일본국 특허공개공보 제96-129359호, 일본국 특허공개공보 제96-241047호, 일본국 특허공개공보 제96-227276호 및 일본 특허공개공보 제99-339968호 등).

이러한 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 구조예를 도 18 또는 도 19에 도시했지만, 이러한 액티브 구동형 유기 전기발광장치에 의하면, 단순 구동형 유기 전기발광장치와 비교해서, 구동 전압이 대폭 저전압화되고, 발광 효율이 향상되며, 또한 소비전력을 저감할 수 있는 등의 효과를 수득할 수 있다.

그렇지만, 이러한 효과가 있는 액티브 구동형 유기 전기발광장치라 해도, 하기와 같은 (1) 내지(3)의 문제점을 안고 있다.

(1) 화소의 개구율이 작아진다.

액티브 구동형 유기 전기발광장치에서는, 투광성 기판상에, TFT가 화소 하나에 대하여 적어도 하나 마련되고, 또한 TFT를 선택하여 구동하기 위해서 주사 전극선 또는 신호 전극선이 기판상에 다수 마련되고 있었다. 따라서, 투광성 기판측에서 빛을 취하여 방출시키는 경우, 이들 TFT나 각종 전극선이 빛을 차단하므로, 화소의 개구율(실제로 발광하는 부분이 화소 중에 차지하는 비율)이 작아진다는 문제가 생겼다. 예를 들어 최근 개발된 액티브 구동형 유기 전기발광장치에서는, 유기 EL 소자를 정전류로 구동화하기 위한 TFT가 상기 두 개의 TFT에 부가되어 복수로 마련되고 있으므로, 개구율이 점점 작아진 상태다(약30% 이하). 그 결과, 개구율에 따라, 유기 발광 매체를 흐르는 전류 밀도가 커져, 유기 EL 소자의 수명이 짧아진다는 문제가 발생했다.

이러한 점을, 도 10, 도 11 및 도 18을 참조해서 보다 상세하게 설명하겠다. 도 10은, 도 18에 도시한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(100)를 스위치 구동시키기 위한 회로도를 도시하고 있는데, 기판상에 게이트 라인(주사 전극선)(50){도 18에서는(108)}과, 소스 라인(신호 전극선)(51)으로 각각 형성되어 있고, XY 매트릭스상을 이루고 있음을 나타내고 있다. 또한, 소스 라인(신호 전극선)(51)과 평행하게, 공통 전극선(52)이 마련되어 있다. 그리고, 이들의 게이트 라인(50) 및 소스 라인(51)에는, 한 화소당 제 1 TFT(55) 및 제 2 TFT(56)가 마련되어 있다. 또한, 제 2 TFT(56)의 게이트측과 공통 전극선(52) 사이에는, 상기 게이트 전압을 일정하게 홀드하기 위한 콘덴서(57)가 연결되어 있다.

따라서, 도 10에 도시한 회로도에 도시한 제 2 TFT(56)의 게이트에 콘덴서(57)에 의해 유지된 전압을 인가하여 스위칭함으로써, 결과적으로, 유기 EL 소자(26)를 효과적으로 구동할 수 있다.

또한, 도 11에 도시한 평면도는, 도 10에 도시한 회로도에 준거한 스위치부 등의 평면 방향의 투시도이다.

따라서, 도 18에 도시한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(100)에 있어서는, 하부 전극(ITO, 인듐틴옥사이드)(102)측, 즉 기판(104)측에서 전기발광을 취하여 방출시키는 경우 TFT(l06), 게이트 라인(108), 소스 라인(도시하지 않음) 등이 전기발광을 방해하므로, 화소에 있어서의 개구율이 작아진다는 문제가 있었다.

또한, 도 19에 도시한 것과 같은 TFT(200)와, 유기 EL 소자(202)를, 동일 평면상에 배치한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(204)에서는, TFT(200) 등이 전기발광을 가로막는 경우는 없지만, 도 18에 도시한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(100)와 비교해서, 더욱 화소에 있어서의 개구율이 저하되게 된다.

(2) 상부 전극의 면저항이 크다.

한편, 기판의 반대측, 즉 상부 전극측에서 빛을 취하여 방출시키는 경우에는, TFT 등에 의해 차폐되지 않고, 개구율이 큰 상태로, 고휘도의 화상이 수득될 가능성이 있다. 그렇지만, 상부 전극측에서 전기발광을 취하여 방출시키는 경우, 효율적으로 외부에 전기발광을 취하여 방출시키기 위해서, 상부 전극을 투명한 도전성 재료로 형성할 필요가 있었다. 상기 상부 전극의 면저항은 예를 들어 20Ω/□를 초과하므로, 대면적 표시를 할 때에 큰 문제가 생기게 되었다.

예를 들어 대각 사이즈가 20인치(종횡비 3:4)의 전기발광장치를 전면, 휘도 300nit로 발광하려고 하면, 유기 발광 매체에, 10cd/A(단위전류당 광량을 나타낸다)가 높은 발광 효율을 갖는 유기 발광 재료를 사용했다고 해도 3600mA의 대전류를 상부 전극에 흘릴 필요가 생겼다.

보다 구체적으로는, 상부 전극의 저항에 의한 전압 강하의 값은, Σnir로 표시되고, 아래 식에 근거해서 계산된다.

N: 횡방향의 전체 화소수×1/2

r: 1화소에 있어서의 상부 전극의 저항치(Ω)

i: 1화소에 흐르는 정전류값(A)

따라서, 예를 들어 발광 효율을 10cd/A, 발광 휘도를 300nit, 화소형상을 200×600㎛각, 상전극의 면저항을 20Ω/□라고 하면, 화소 전류값은 3.6×10^-6A가 되고, 또한 횡방향의 전체 화소수를 2000이라 하면, 횡방향의 전압 강하는 12V(1/2×1000×1000×3.6×10^-6×20×1/3)이고, 정전류 구동시의 구동 회로의 전압 허용 범위(10V)를 초과하게 된다. 따라서, 상기 조건으로 발광시키기는 것은 실질적으로 곤란했다.

즉, 상부 전극의 면저항이 크면, 그것에 대응해서 특히 화면 중앙부의 전압 강하가 커져, 결과적으로, 발광 휘도가 현저히 저하되는 문제가 나타났다. 또한,화소마다 정전류(일정휘도)가 되도록 회로를 사용해서 보정하는 것도 시도되고 있지만, 그것으로는 불충분했다.

(3) 제조상, 상부 전극에 있어서의 저항치의 제어가 곤란하다.

대각 사이즈가 수 인치 내지 10 인치 급의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 상부 전극에 있어서, ITO 또는 ZnO의 일반적 재료를 사용하여 비저항을 저저항치, 예를 들어 1×10^-3Ω·cm 이하의 값으로 하기 위해서는, 가열 온도를 200℃ 이상의 값으로 할 필요가 있다고 알려져 있다. 그런데, 유기 발광 매체의 내열성은 보통 200℃ 이하이므로, 가열 온도를 그 이하의 저온으로 할 필요가 있다. 따라서, 상부 전극의 비저항의 값을 제어할 수 없으면서, 1×10^-3Ω·cm을 초과하는 경우가 있고, 결과적으로, 면저항이 20Ω/□를 초과하는 높은 값이 된다고 하는 문제가 나타났다. 또한, 유기 발광 매체상에 ITO나 IZO 등의 산화물을 사용하여 상부 전극을 형성할 때에, 스퍼터링에 플라즈마를 사용한 경우에는, 유기 발광 매체가 플라즈마로 손상을 입는 문제도 나타났다.

상기 문제에 비추어 본 발명은 유기 EL 소자를 구동하기 위한 TFT를 마련한 경우라도 각 화소에 있어서의 개구율을 크게 할 수 있고, 또한 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시킨 경우라도 상부 전극의 면저항을 저하시킬 수 있는 유기 액티브 전기발광장치에 관한 것으로, 고휘도이고 균일한 휘도의 화상 표시가 가능한 유기 액티브 전기발광장치, 및 그와 같은 유기 액티브 전기발광장치를 효율적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약

[1] 본 발명에 의하면, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 유기 발광 매체를 함유하여 이루어진 유기 EL 소자와, 이 유기 EL 소자를 구동하기 위한 TFT를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치에 있어서, 유기 EL 소자가 발광한 빛(전기발광)을, 상부 전극측에서 취하여 방출시키고, 상부 전극이, 투명한 도전성 재료(투명 반도체 재료를 함유한다)로 이루어진 주전극과, 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성하면, TFT를 마련한 경우라도 개구율을 크게 할 수 있음과 동시에, 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시킨 경우라도 상부 전극의 면저항을 저하시킬 수 있다.

또한, 휘도 향상을 도모할 수 있고, 또한 유기 발광 매체에 흐르는 전류 밀도를 저감할 수 있으므로, 유기 발광 매체의 수명을 현저히 늘릴 수 있다.

[2] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성하는데 있어서, 박막 트랜지스터 및 화소의 선택 수단용 트랜지스터로 구성된 전기 스위치와, 상기 전기 스위치를 구동하기 위한 주사 전극선 및 신호 전극선을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 예를 들어 XY 매트릭스상에 배설된 주사 전극선 및 신호 전극선 및, 이들의 전극선에 전기 접속된 TFT와, 화소의 선택 수단용 트랜지스터로 구성된 전기 스위치를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 임의의 화소를 선택함과 동시에, 주사 전극선 및 신호전극선을 통해, 주사 신호펄스 및 신호 펄스를 인가하고, TFT를 함유하는 전기 스위치의 스위치 동작을 실시함으로써, 유기 EL 소자를 효율적으로 구동시킬 수 있다.

[3] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성하는데 있어서, 투명한 도전성 재료가 도전성 산화물, 광투과성 금속막, 비축퇴(非縮退; non-degeneracy) 반도체, 유기 도전체 및 반도전성(半導電性) 탄소 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료인 것이 바람직하다.

즉, 상부 전극의 면저항을 저감할 수 있으므로, 주전극에 있어서는, 종래 사용되던 투명한 도전성 재료뿐 아니라, 그 밖의 투명한 도전성 재료에 대해서도 사용할 수 있게 되어, 상기 투명한 도전성 재료에 관해서도 사용할 수 있게 되었다.

예를 들어 비축퇴 반도체 등이고, 바람직하게는 200℃ 이하에, 또한 바람직하게는 100℃ 이하의 저온으로 성막이 가능한 재료를 사용할 수 있기 위해서는 성막시의 유기층의 열손상을 작게 할 수 있다. 또한, 유기 도전체, 및 반도전성 탄소화합물 등을 사용함으로써, 저온에서의 증착 또는 습식 코팅이 가능해진다.

[4] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성하는데 있어서, 보조 전극이 평면 내에 주기적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

예를 들어 보조 전극을 매트릭스상 또는 스트라이프상 등에 배치함으로써, 상부 전극을 균일히, 또한 효과적으로 저저항화할 수 있다.

[5] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극의 단면형상이 오버행(overhang) 형상인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 보조 전극상에 절연성의 유기층이 적층되어 있는 경우에도, 오버행(역 테이퍼 등도 함유한다)한 상방부의 하방으로 위치하는 부위를 이용하여, 상부 전극에 대하여 확실히 전기 접속할 수 있다.

[6] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성하는데 있어서, 보조 전극이 하부 보조 전극과 상부 보조 전극으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같이 보조 전극을 구성함으로써, 하부 보조 전극 또는 상부 보조 전극을 이용하여, 주전극에 대하여 용이하게 전기 접속할 수 있다. 또한, 이와 같이 하부 보조 전극과, 상부 보조 전극으로 분리되어 있으므로, 오버행 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

[7] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극에 있어서의 하부 보조 전극 및 상부 보조 전극이, 에칭속도가 다른 구성 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 에칭법에 의해, 오버행 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

[8] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극에 있어서의 하부 보조 전극 및 상부 보조 전극 또는 어느 한 편을, 주전극에 대하여 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 주전극에 대하여 보다 용이하고 또한 확실히 전기 접속할 수 있고, 결과적으로 상부 전극의 저저항화를 꾀할 수 있다.

[9] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극이, 유기 EL 소자를 형성하기 위한 층간 절연막상, 하부 전극을 전기 절연하기 위한 전기 절연막상, 또는 TFT를 전기 절연하기 위한 전기 절연막상에 각각 형성시킨 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 화소에 있어서의 개구율을 보다 넓게 할 수 있다.

[10] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, TFT의 활성층이, 폴리실리콘으로부터 형성시킨 것이 바람직하다.

폴리실리콘으로 이루어지는 활성층은 통전량에 대하여 바람직한 내성을 가지므로, 상기와 같이 활성층을 구성하는 경우 내구성이 높은 TFT를 갖는 액티브 구동형 유기 전기발광장치로 수득할 수 있다.

[11] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, TFT상에, 층간 절연막이 형성됨과 동시에, 상기 층간 절연막상에 유기 EL 소자의 하부 전극이 마련되고 있고, 또한 TFT과 하부 전극과가 층간 절연막에 마련한 비어홀을 통해 전기 접속되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, TFT와, 유기 EL 소자와의 사이에서, 우수한 전기 절연성을 수득할 수 있다.

[12] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 주전극에 대하여, 보조 전극으로부터 전하를 주입하고, 기판의 주표면에 대하여 평행하게 수송한 후, 유기 발광 매체에 대해 주입시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 주전극에 대해 비금속의 화합물을 채용할 수가 있고, 주전극의 투명성을 향상시킬 수 있다. 또한, 여기에서 비금속의 화합물이란, 예를 들어 후술한 비축퇴 반도체, 유기 도전체 또는 반도체의 탄소 화합물을 의미한다.

[13] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 주전극의 면저항을 1K 내지 10MΩ/□의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극의 면저항을 0.01 내지 10Ω/□의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 각각의 전극이 취함으로써, 높은 발광 휘도를 부여하는 전류를 통전할 수 있음과 동시에, 상부 전극의 면저항을 확실히 저하시킬 수 있다.

[14] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 상부 전극측에서 취하여 방출시킨 발광을 색변환하기 위한 컬러 필터 및 형광막 또는 어느 한 편의 부재가 마련됨이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 상부 전극으로부터 취하여 방출시킨 발광을 컬러 필터 또는 형광막으로 색변환하여, 풀컬러 표시를 할 수 있다.

[15] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 컬러 필터 또는 형광막의 일부에 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스와, 보조 전극이 수직방향에서 겹치는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로서, 블랙 매트릭스에 의해 보조 전극의 외광반사를 효율적으로 억제할 수 있음과 동시에, 개구율을 넓힐 수 있다.

[16] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서,보조 전극이 주전극상으로 형성됨과 동시에, 보조 전극의 면적을 주전극의 면적보다도 작게 해 둔 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 주전극을 형성시킨 후에, 보조 전극을 형성할 수 있으므로, 보조 전극의 형성이보다 용이하여 진다.

[17] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극이, 주위를 덮는 밀봉 부재에 매설하여 마련함이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 보조 전극의 두께에 의해 유기 전기발광장치의 두께가 여분으로 두껍게 되는 일이 없다. 또한, 보조 전극을 미리 밀봉 부재에 형성시킬 수 있으므로, 밀봉 부재에 의한 밀봉과, 보조 전극과 주전극의 전기 접속을 동시에 실시할 수 있다.

[18] 또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 보조 전극이, 주위를 덮는 밀봉 부재와 주전극과의 사이에 밀착 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 밀봉 부재에 의한 밀봉과, 보조 전극과 주전극과의 전기 접속을 동시에 실시할 수 있다.

[19] 또한, 본 발명의 별도의 형태는, 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 구성함에 있어서, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 유기 발광 매체를 함유하여 이루어진 유기 EL 소자와, 이 유기 EL 소자를 구동하기 위한 TFT를 기판상에 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 제조방법이고, 유기 EL 소자를 형성시키는 공정과, TFT를 형성시키는 공정을 함유함과 동시에, 상기 유기 EL 소자를 형성시키는 공정 내에서, 하부 전극 및 유기 발광 매체를 형성시킨 후, 투명한 도전성 재료(투명반도체 재료를 함유한다)로부터 주전극을 형성시키고, 또한 저저항 재료로부터 보조 전극을 형성시켜 상부 전극으로 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 실시하면, TFT를 마련한 경우라도 개구율이 크고, 또한 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시킨 경우라도 상부 전극의 면저항이 낮은 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 효과적으로 제공할 수 있다.

본 발명은 박막 트랜지스터("TFT"라 칭하는 경우가 있다)를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(이하, 간단히 "유기 EL 장치"라 칭하는 경우가 있다)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 민생용, 공업용 표시 기기, 컬러 디스플레이 등에 적합하게 사용되는 유기 EL 장치에 관한 것이다.

또한, 본 명세서에 있어서, "EL"이란 표현은 "전기발광"을 지칭한다.

도 1은 제 1 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다.

도 2는 제 1 실시양태의 층간 절연막을 제거한 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 예를 도시한 단면도이다.

도 3은 제 1 실시양태의 보조 전극 배치의 변형예를 도시한 단면도이다(1).

도 4는 제 1 실시양태의 보조 전극이 주기적으로 배치된 예를 도시한 모식도이다.

도 5는 제 2 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다.

도 6은 제 1 실시양태의 보조 전극의 배치의 변형예를 도시한 단면도이다(2).

도 7은 제 3 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다(1).

도 8은 제 3 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다(2).

도 9는 TFT의 설명에 제공되는 도면이다.

도 10은 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 일례를 도시한 회로도이다.

도 11은 도 10에 도시한 회로도에 따르는 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 평면 방향의 투시도이다.

도 12는 TFT의 형성 공정의 일부를 도시한 것이다.

도 13은 보조 전극의 단면도이다(1).

도 14는 보조 전극의 단면도이다(2).

도 15는 보조 전극의 단면도이다(3).

도 16은 보조 전극의 단면도이다(4).

도 17은 제 1 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 변형예를 도시한 단면도이다.

도 18은 종래의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다(1).

도 19는 종래의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 단면도이다. 보조 전극의 단면도이다(2).

이하, 도면을 참조해서, 본 발명의 실시양태에 관해서 구체적으로 설명한다. 또한, 참조하는 도면은, 이 발명을 이해할 수 있을 정도로 각 구성 성분의 크기, 형상 및 배치관계를 개략적으로 도시한데 불과하다. 따라서, 이 발명은 도시예에만 한정되는 것이 아니다. 또한, 도면에서는, 단면을 나타내는 해칭을 생략하는 경우가 있다.

[제 1 실시양태]

제 1 실시양태인 액티브 구동형 유기 전기발광장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에, 전기 절연막(12)에 매설된 TFT(14)와, 이 TFT(14)의 상방에 마련된 층간 절연막(평탄화막)(13)과, 상부 전극(20) 및 하부 전극(22)의 사이에 유기 발광 매체(24)를 함유하여 구성된 유기 EL 소자(26)와, TFT(14) 및 유기 EL 소자(26)를 전기 접속하기 위한 전기 접속부(28)를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(61)이다.

그리고, 제 1 실시양태에서는, 유기 EL 소자(26)의 발광(EL 발광)을, 상부 전극(20)의 측에서 취하여 방출시키고, 상부 전극(20)을 저저항화하기 위해서, 상기 상부 전극(20)을 투명한 도전성 재료로 이루어지는 주전극(16)과, 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극(18)으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 제 1 실시양태에 있어서, 도 2를 적당하게 참조하면서, 그 구성요소 등에 관해서 설명한다.

또한, 도 2에는, 도 1에 도시한 층간 절연막(평탄화막)(13)을 제외한 구성의 액티브 구동형 유기 전기발광장치(62)를 도시했지만, 도 2에 있어서는, TFT(14)를 매설하기 위한 전기 절연막(12)이 층간 절연막의 역할을 완수하고 있다.

1. 기판

유기 EL 표시장치에 있어서의 기판(지지기판이라 칭하는 경우가 있다)는, 유기 EL 소자 또는 TFT 등을 지지하기 위한 부재이므로 기계적 강도 또는 치수 안정성이 우수한 것이 바람직하다.

이러한 기판으로서는, 구체적으로는, 유리판, 금속판, 세라믹스판, 또는 플라스틱판(폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 등) 등을 예로 들 수 있다.

또한, 이들의 재료로 이루어지는 기판은, 유기 EL 표시 장치 내로 수분의 침입을 피하기 위해서, 또한 무기막을 형성하거나, 불소수지를 도포하기도 하고, 방습 처리나 소수성 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

특히, 유기 발광 매체로의 수분의 침입을 피하기 위해서, 기판에 있어서의 함수율 및 가스 투과 계수를 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 지지기판의 함수율을 0.0001 중량% 이하의 값 및 가스투과계수를 1×10^-13cc·cm/㎠·sec.cmHg 이하의 값으로 하는 것이 각각 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 기판과 반대측, 즉, 상부 전극측에서 전기발광을 취하여 방출시키기 때문에, 기판은 반드시 투명성을 가질 필요는 없다.

2. 유기 EL 소자

(1) 유기 발광 매체

유기 발광 매체는, 전자와 정공이 재결합하여, 전기발광이 가능한 유기 발광층을 함유하는 매체라고 정의할 수 있다. 이러한 유기 발광 매체는, 예를 들어 양극상에, 이하의 각 층을 적층하여 구성할 수 있다.

① 유기 발광층

② 정공 주입층/유기 발광층

③ 유기 발광층/전자 주입층

④ 정공 주입층/유기 발광층/전자 주입층

⑤ 유기 반도체층/유기 발광층

⑥ 유기 반도체층/전자장벽층/유기 발광층

⑦ 정공 주입층/유기 발광층/부착개선층

이들 가운데, ④의 구성이, 보다 높은 발광 휘도를 수득할 수 있고, 내구성에도 우수하다는 점에서 통상 바람직하게 쓰인다.

① 구성재료

유기 발광 매체에 있어서의 발광재료로서는, 예를 들어 p-쿼터페닐 유도체, p-퀸크페닐 유도체, 벤조티아졸계 화합물, 벤조이미다졸계 화합물, 벤조옥사졸계 화합물, 금속킬레이트화 옥시노이드 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 스티릴 벤젠계 화합물, 디스티릴피라진 유도체, 부타디엔계 화합물, 나프탈이미드 화합물, 페릴렌 유도체, 알다진 유도체, 피라지린 유도체, 사이클로펜타디엔 유도체, 피롤로피롤 유도체, 스티르아민 유도체, 쿠마린계 화합물, 방향족 디메틸리딘계 화합물, 8-키놀리놀 유도체를 배위자로 하는 금속착체, 폴리페닐계 화합물 등의 1종 단독 또는 2종 이상의 조합을 예로 들 수 있다.

또한, 이들의 유기 발광 재료 중, 방향족 디메틸리딘계 화합물로서의, 4,4'-비스(2,2-디-t-부틸페닐비닐) 비페닐(DTBPBBi로 약칭한다) 또는 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐) 비페닐(DPVBi로 약칭한다) 및 이들의 유도체가 보다 바람직하다.

또한, 디스티릴아릴렌 골격 등을 갖는 유기 발광 재료를 호스트 재료로 하여, 상기 호스트 재료에, 도판트로서의 청색에서 적색까지의 강한 형광색소, 예를 들어 쿠마린계 재료, 또는 호스트와 같은 형광색소를 도프한 재료를 병용하는 것도 적합하다. 더 구체적으로는, 호스트 재료로서 상술한 DPVBi 등을 사용하고, 도판트로서 N,N-디페닐아미노벤젠(DPAVB로 약칭한다) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 유기 발광 매체에 있어서의 정공 주입층에는, 1×10⁴내지 1×10⁶V/cm의 범위의 전압을 인가한 경우에 측정되는 정공 이동도가, 1×10^-6㎠/V·초 이상이고, 이온화 에너지가 5.5eV 이하인 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 정공 주입층을 마련함으로써, 유기 발광층으로의 정공 주입이 양호하게 되어, 높은 발광 휘도를 수득할 수 있거나, 또는 저전압 구동이 가능해진다.

이러한 정공 주입층의 구성재료로서는, 구체적으로, 폴피린 화합물, 방향족제 3급 아민화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메티릴딘계 화합물, 축합 방향족 환화합물, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노] 비페닐(NPD로 약칭한다)나, 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노] 트리페닐아민(MTDATA로 약칭한다) 등의 유기 화합물을 예로 들 수 있다.

또한, 정공 주입층의 구성재료로서, p형-Si나 p형-SiC 등의 무기 화합물을 사용하는 것도 바람직하다.

또한, 상술한 정공 주입층과, 양극층과의 사이, 또는 상술한 정공 주입층과, 유기 발광층과의 사이에, 도전율이 1×10^-10S/cm 이상인 유기 반도체층을 마련하는것도 바람직하다. 이러한 유기 반도체층을 마련함으로써, 더욱 유기 발광층으로의 정공 주입이 보다 양호하여 진다.

또한, 유기 발광 매체에 있어서의 전자 주입층에는, 1×10⁴내지 1×10⁶V/cm의 범위의 전압을 인가한 경우에 측정되는 전자이동도가, 1×10^-6㎠/V·초 이상이고, 이온화 에너지가 5.5 eV를 초과하는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 전자 주입층을 마련함으로써, 유기발광층으로의 전자 주입이 양호해져, 높은 발광 휘도를 수득할 수 있다든지, 또는 저전압 구동이 가능해진다.

이러한 전자 주입층의 구성 재료로서는, 구체적으로, 8-하이드록시키놀린의 금속착체(Al킬레이트:Alq), 또는 그 유도체, 또는 옥사디아졸 유도체 등을 예로 들 수 있다.

또한, 유기 발광 매체에 있어서의 부착 개선층은, 이러한 전자 주입층의 1형태라고 간주할 수 있는데, 즉, 전자 주입층 중, 특히 음극과의 접착성이 양호한 재료로 이루어지는 층이고, 8-하이드록시키놀린의 금속착체 또는 그 유도체 등으로부터 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 전자 주입층에 접하고, 도전율이 1×10^-10S/cm 이상인 유기 반도체층을 마련하는 것도 바람직하다. 이러한 유기 반도체층을 마련함으로써, 더욱 유기 발광층에의 전자주입성이 양호해 진다.

(2) 두께

또한, 유기 발광 매체의 두께에 관해서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어두께를 5㎚ 내지 5㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 유기 발광 매체의 두께가 5㎚ 미만이 되면, 발광 휘도나 내구성이 저하되는 경우가 있고, 한편, 유기 발광 매체의 두께가 5㎛을 초과하면, 인가 전압의 값이 높아지는 경우가 있기 때문이다.

따라서, 유기 발광 매체의 두께를 10㎚ 내지 3㎛의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하고, 20㎚ 내지 1㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(2) 상부 전극

① 구성 1

제 1 실시양태에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)을, 투명한 도전성 재료로 이루어지는 주전극(16)과, 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극(18)으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 주전극(16) 뿐 아니라, 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극(18)을 마련함으로써, 상부 전극(20)의 면저항을 현저히 저감할 수 있다. 따라서, 유기 EL 소자(26)를, 저전압으로 구동할 수 있어, 소비전력을 저감할 수 있다.

또한, 도 1에 도시한 주전극(16)은, 투명한 도전성 재료, 예를 들어 투과율이 10% 이상의 재료이고, 바람직하게는 투과율이 60% 이상인 재료로부터 구성되므로, 상기 주전극(16)을 통해서 전기발광을 외부에 효과적으로 취하여 방출시킬 수 있다. 따라서, TFT(14) 등을 마련한 경우라도, 화소(31)에 있어서의 개구율을 크게 할 수 있다.

② 구성 2

또한, 도 13 내지 도 15에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)의 구성으로서, 상기 보조 전극(18)을, 상부 보조 전극(17)과, 하부 보조 전극(19)으로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 상부 보조 전극(17)이 전기 절연되었어도, 하부 보조 전극(19)에 있어서, 주전극(16)과 전기 접속할 수가 있고, 반대로 하부 보조 전극(19)이 전기 절연되었어도, 상부 보조 전극(17)에 있어서, 주전극(16)과 전기 접속할 수 있다.

또한, 이와 같이 구성함으로써, 다른 구성재료를 사용하여 각각 형성할 수 있으므로, 보조 전극(18)과 주전극(16)의 전기 접속이 더욱 확실해진다. 예를 들어 투명 산화물 도전성 재료로 이루어지는 주전극(16)과, 금속 재료로 이루어지는 보조 전극(18)을 직접 전기 접속하는 것보다도, 금속에 대해서도, 투명 산화물 도전성 재료에 대해서도 비교적 전기 접속성이 양호한 반도체 재료, 예를 들어 비결정성 무기 산화물인 인듐 아연 산화물(IZO)로 이루어진 하부 보조 전극(19)을 통해, 금속재료로 이루어지는 상부 보조 전극(17)과 전기 접속하는 편이, 주전극(16)과의 전기 접속이 보다 확실해지기 때문이다.

또한, 이와 같이 구성함으로써, 에칭 특성이 다른 구성재료를 사용하여 각각 형성할 수 있으므로, 후술한 바와 같이 보조 전극(18)의 단면형상을 용이하게 오버행 형상으로 할 수 있다.

③ 구성 3

또한, 도 13 내지도 16에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)의 구성으로서, 상기 보조 전극(18)의 단면형상을 오버행 형상으로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 보조 전극(18)상에 절연막이 적층되어 있어도, 오버행 형상 하부에서, 주전극(16)에 대해 전기 접속할 수가 있기 때문이다.

즉, 보조 전극(18)을 형성시킨 후에, 절연막 또는 유기 발광 매체를 증착법 등에 의해 형성시키고, 또한 주전극(16)을 형성하면, 보조 전극(18)상에 절연막이 피복되어 버려, 보조 전극(18)과 주전극(16)을 전기 접속하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

그에 대하여, 보조 전극(18)의 단면형상이 오버행 형상이면, 절연막을 증착 등을 실시한 경우라도, 보조 전극(18)의 측면에는 절연막의 부착이 곤란하므로 이와 같이 노출된 보조 전극(18)의 측면을 이용하여, 주전극(16)에 대한 확실한 전기 접속을 보장할 수 있다.

예를 들어 도 14에 있어서, 상부 보조 전극(17)이, 유기 발광 매체(24)등에 의해 전기 절연되어 있지만, 하부 보조 전극(19)에 있어서, 주전극(16)과 전기 접속되어 있는 것은, 보조 전극(18)의 이 구성에 유래된 접속 용이성을 나타내고 있다.

또한, 보조 전극(18)의 단면형상을 오버행 형상으로 하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 보조 전극(18)을 하부 보조 전극(19)과 상부 보조 전극(17)으로 구성하고, 하부 보조 전극(19) 및 상부 보조 전극(17)에, 각각 에칭속도가 다른 구성재료로 형성시킴으로써, 용이하게 형성할 수 있다. 구체적으로, 하부 보조 전극(17)을 Al나 Al 합금 등의 금속재료로 형성시키고, 상부 보조 전극(17)을 실리카, 알루미나, 질화 Si, 질화 Cr, 질화 Ta, 질화 W 등의 비금속 재료로 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 예를 들어 하부 보조 전극(19)을 Al, 상부 보조 전극(17)을 Cr로 부터 각각 형성시키고, 이어서 포토리소그라피법에 의해 Cr을 질산세륨암모늄 용액으로 에칭한 후, 또한 Al를 인산, 질산, 아세트산의 혼합 용액으로 에칭함으로써, 하부 보조 전극(19)의 Al만이 오버에칭되기 때문에, 오버행을 용이하게 수득할 수 있다.

이러한 오버행의 예를 도 13 내지 도 16에 도시한다. 각종 형상이 가능하고, 하부 보조 전극(19)과 상부 보조 전극(17)에서 이루어지는 2층 구성의 오버행 형상의 보조 전극(18) 외에, 도 16(e)에 도시한 바와 같이 3층 구성의 오버행 형상의 보조 전극(18)도 가능하다.

또한, 도 13 내지 도 16 중의 화살표는, 오버행의 돌출 방향을 도시한다.

④ 구성 4

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)의 구성으로서, 상기 보조 전극(18)을 평면시한 경우에, 평면 내에서 주기적으로 배치된 것이 바람직하다.

이에 의해 대폭적이고 균일하게 상부 전극의 저저항화가 실현되고, 또한 보조 전극(18)을 주기적으로 배치함으로써, 형성하는 것도 용이해 진다.

⑤ 구성 5

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)의 구성으로서, 상기 보조 전극(18)을, 평면시한 경우에, 인접하는 하부 전극(22)의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 2에 있어서, 점선으로 나타낸 인접하는 화소(31)와 화소(31)와의 사이에 보조 전극(18)이 마련함은, 이것을 나타낸다.

즉, 이와 같이 보조 전극(18)을 배치하면, 화소(31)에 있어서의 개구율을 좁히는 일이 없이 보다 높은 발광 휘도를 수득할 수 있다.

또한, 보조 전극(18)의 다른 배치예로서, 도 5에 도시한 컬러 필터 또는 형광막(60)과 함께, 하부 전극(22) 사이에 상응하는 수직방향 위치에 블랙 매트릭스(차광부)가 마련되어진 경우에는, 상기 블랙 매트릭스의 차광부와 보조 전극이 수직방향에서 겹쳐지도록, 보조 전극(18)을 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 블랙 매트릭스를 배치한 경우라도, 화소에 있어서의 개구율을 좁히는 일이 없고, 또한 보조 전극에 있어서의 반사광을 효과적으로 방지할 수 있다.

⑥ 구성 6

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)의 구성으로서, TFT(14)를 전기 절연하기 위한 전기 절연막(12) 및 층간 절연막(평탄화막)(13), 또는 어느 한 편의 절연막(12,13)상에, 보조 전극(18)을 마련하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 보조 전극과 TFT에 관계한 배선과의 사이에서 형성되는 전기용량을 저감할 수 있으므로, 유기 EL 소자의 스위칭 동작을 빠르게 할 수 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 보조 전극(18)의 별도의 배치 구성으로서, 인접하는 하부 전극(22)의 사이에, 층간 절연막(13)과는 다른 전기 절연막(25)을 배치하고, 그 절연막(25)상에 보조 전극(18)을 마련하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 하부 전극(22)의 단차로 발생하는 상부 전극(20)과의 단락 또는 릭이 감소하여, 화소 결함을 줄일 수 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 보조 전극(18)의 배치 구성으로서, 보조 전극(18)이 주전극(16)상으로 형성됨과 동시에, 보조 전극(18)의 면적을 주전극(16)의 면적보다도 작게 해 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 화소에 있어서의 개구율을 좁히는 일이 없고, 보조 전극의 형성 또는 보조 전극의 면저항의 조정이 보다 용이해진다.

또한, 언급할 필요도 없이, 상술한 층간 절연막 등에 대한 배치에 관련된 구성 6은, 보조 전극(18)이 인접하는 하부 전극(22)의 사이에 배치되어 있다는 점에서, 구성 5의 배치 구성도 만족하는 것이다.

⑦ 구성재료 1

도 1 등에 있어서의 상부 전극(20){주전극(16) 및 보조 전극(18)}은, 유기 EL 소자의 구성에 따라 양극층 또는 음극층에 해당되지만, 양극층의 경우에는, 정공의 주입이 용이하기 때문에 일함수가 큰 구성재료, 예를 들어 4.0eV 이상인 구성재료를 사용하는 것이 바람직하고, 음극층의 경우에는, 전자의 주입이 용이하기 때문에 일함수가 작은 구성재료, 예를 들어 4.0eV 미만의 구성재료를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 제 1 실시양태에 있어서, 외부에 발광을 취하여 방출시키기 위해서, 상부 전극(20) 중, 주전극(16)의 구성재료는 소정의 투명성을 갖고 있지 않으면 안된다.

따라서, 상부 전극(20)이, 양극층에 상기하는 경우, 구체적으로, 주전극(16)의 구성재료로서, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐동 (CuIn), 산화 주석(SnO₂), 산화아연(ZnO), 산화안티몬(Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅), 산화 알루미늄(Al₂O₃) 등의 1종 단독, 또는 2종 이상의 조합물을 예로 들 수 있다.

또한, 주전극(16)의 투명성을 손상하지 않는 범위에서 저저항화를 도모하기 위해서, Pt, Au, Ni, Mo, W, Cr, Ta, Al 등의 금속을 1종 단독, 또는 2종 이상 조합시켜 첨가하는 것도 바람직하다.

또한, 제 1 실시양태에서는, 상술한 투명성 재료 뿐 아니라, 보조 전극(18)에 의해 상부 전극(20)의 면저항을 저감할 수 있으므로, 주전극(16)에 관해서는, 광투과성 금속막, 비축퇴 반도체, 유기 도전체, 반도전성 탄소 화합물 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 구성재료로 선택할 수 있다.

예를 들어 유기 도전체로서는, 도전성 공액 중합체, 산화제 첨가 중합체, 환원제 첨가 중합체, 산화제 첨가 저분자 또는 환원제 첨가 저분자인 것이 바람직하다.

또한, 유기 도전체에 첨가하는 산화제로서는, 루이스산, 예를 들어 염화철, 염화안티몬, 염화알루미늄 등을 예로 들 수 있다. 또한, 마찬가지로, 유기 도전체에 첨가하는 환원제로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리화합물, 알칼리 토금속 화합물, 또는 희토류 화합물 등을 예로 들 수 있다. 또한, 도전성 공액 중합체로서는, 폴리아닐린 및 그 유도체, 폴리 티오펜 및 그 유도체, 루이스산 첨가 아민화합물층 등을 예로 들 수 있다.

또한, 비축퇴 반도체로서는, 구체적으로, 산화물, 질화물, 또는 칼코게나이드 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 탄소 화합물로서는, 구체적으로, 비정질C, 그래파이트, 또는 다이아몬드라이크C인 것이 바람직하다.

또한, 무기 반도체로서는, 구체적으로, ZnS, ZnSe, ZnSSe, MgS, MgSSe, CdS, CdSe, CdTe, CdSSe 등인 것이 바람직하다.

⑧ 구성재료 2

도 1 등에 도시한 보조 전극(18)은, 저저항 재료로부터 구성할 필요는 있지만, 예를 들어 비저항이 1×10^-5내지 l×10^-3Ω·cm의 범위 내의 값인 저저항 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 이러한 비저항이 1×10^-5Ω·cm 미만인 재료는, 실현이 곤란하기 때문이고, 한편, 비저항이 1×10^-3Ω·cm을 초과하면, 상부 전극의 저저항화가 곤란해지는 경우가 있기 때문이다.

따라서, 보조 전극을 구성하는 저저항 재료의 비저항을 2×10^-5내지 5×10^-4Ω·cm의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하고, 2×10^-5내지 1×10^-4Ω·cm의 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 보조 전극(18)의 면저항(시이트 저항)을 0.01 내지 10Ω/□의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 이러한 면저항이 0.01Ω/□미만이 되면, 후막화할 필요가 있거나, 사용 재료가 과도하게 제한되는 경우가 있기 때문이고, 한편, 면저항이 10Ω/□를 초과하면, 상부 전극의 저저항화가 곤란해지거나, 과도하게 희미해져 형성이 곤란해지는 경우가 있기 때문이다. 따라서, 보조 전극의 면저항을 0.01 내지 10Ω/□의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하고, 0.01 내지 5Ω/□의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 보조 전극(18)을 구성하는 바람직한 저저항 재료로서는, 배선전극에 사용되는 각종 금속이 적합하게 사용된다. 구체적으로, Al, Al과 전이 금속(Sc, Nb, Zr, Hf, Nd, Ta, Cu, Si, Cr, Mo, Mn, Ni, Pd, Pt 및 W 등)과의 합금, Ti 또는 질화 티탄(TiN) 등의 1종 단독 또는 2종 이상을 조합시켜 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 저저항 재료로서는, Al, 또는 Al과 전이금속과의 합금이 더 바람직하지만, Al과 전이 금속과의 합금을 사용하는 경우에는, 전이금속의 함유량을 10 원자%(at.% 또는 atm%로 칭하는 경우가 있다) 이하의 값, 더 바람직하게는 5원자% 이하의 값, 더욱 바람직하게는 2원자% 이하의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 그 이유는, 전이금속의 함유량이 적을수록, 보조 전극의 면저항을 저하시킬 수 있기 때문이다.

또한, 상술한 금속을 주성분으로 사용하는 경우, Al이면 90 내지 100원자%, Ti이면 90 내지 100원자%, TiN이면 90 내지 100원자%의 범위 내가 되도록 각각 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이들의 금속을 2종 이상 사용하는 경우의 혼합비는 임의이지만, 예를 들어 Al와 Ti를 혼합사용하는 경우에는, Ti의 함유량을 10원자% 이하의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 금속으로 이루어지는 함유층을 복수적층하고, 보조 전극(18)으로 해도 좋다.

⑨ 두께

또한, 도 1 등에 도시한 주전극(16) 또는 보조 전극(18)의 두께는, 면저항 등을 고려해서 정하는 것이 바람직하지만, 구체적으로, 주전극(16) 또는 보조 전극(18)의 두께를, 각각 50㎚ 이상의 값으로 하는 것이 바람직하고, 100㎚ 이상의 값으로 하는 것이 보다 바람직하고, 100 내지 5,000㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

그 이유는, 주전극(16) 또는 보조 전극(18)의 두께를 이러한 범위 내의 값으로 함으로써, 균일한 두께 분포 또는 발광(전기발광)에 있어서 60% 이상의 투과율이 얻어지는 한편, 주전극(16) 또는 보조 전극(18)으로 이루어지는 상부 전극(20)의 면저항을 15Ω/□ 이하의 값, 더 바람직하게는, 10Ω/□ 이하의 값으로 할 수 있기 때문이다.

(3) 하부 전극

① 구성재료

도 1 등에 도시한 하부 전극(22)에 관해서도, 유기 EL 표시장치의 구성에 따라 양극층 또는 음극층에 해당되지만, 예를 들어 음극층에 해당되는 경우, 일함수가 작은 (예를 들어 4.0eV 미만)금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 이들의 혼합물 또는 함유물을 사용하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 세슘, 마그네슘, 리튬, 마그네슘-은 합금, 알루미늄, 산화알루미늄, 알루미늄-리튬 합금, 인듐, 희토류 금속, 이들의 금속과 유기 발광 매체 재료와의 혼합물, 및 이들의 금속과 전자 주입층 재료와의 혼합물 등으로 이루어지는 전극 재료를 단독으로 사용하든지, 또는 이들의 전극재료를 2종 이상 조합해서 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상부 전극(20)의 측에서 발광을 취하여 방출시키기 때문에, 하부 전극(22)의 구성재료에 관해서는, 반드시 투명성을 가질 필요는 없다. 오히려 하나의 바람직한 형태로서는, 광흡수성의 도전성 재료로부터 형성하는 것이다. 이와 같이 구성하면 유기 EL 표시장치의 콘트라스트를 더 향상시킬 수 있다. 또한, 이 경우의 바람직한 광흡수성의 도전성 재료로서는, 반도전성의 탄소 재료, 유색성의 유기 화합물, 또는 전술한 환원제 및 산화제의 조합 외에, 유색성의 도전성 산화물(V0_x, Mo0_x, W0_x등의 전이 금속 산화물)을 적합하게 예로 들 수 있다.

② 두께

또한, 하부 전극(22)의 두께에 관해서도, 상부 전극(20)과 같이, 특별히 제한되는 것이 아니지만, 구체적으로 10 내지 1000㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 200㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하다.

(4) 층간 절연막

도 1에 도시한 유기 EL 표시장치(61)에 있어서의 층간 절연막(전기 절연막)(13)은, 유기 EL 소자(26)의 근방 또는 주변에 존재하고, 유기 EL 표시장치(61)전체로서의 고세밀화, 유기 EL 소자(26)의 하부 전극(22)과 상부 전극(20)과의 단락방지, 또는 TFT(14)에서 유기 EL 소자(26)를 구동하는 경우에 있어서, TFT(14)를 보호하거나, 유기 EL 소자(26)의 하부 전극(22)을 평탄하게 성막하기 위한 하지 등에 사용된다.

따라서, 층간 절연막(13)은, 필요에 따라, 격벽, 스페이서, 평탄화막 등의 명칭으로 부르는 경우가 있고, 본 발명에서는 그것들을 포함하는 것이다.

(1) 구성재료

도 1에 도시한 층간 절연막(13)에 사용되는 구성재료로서는, 보통, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지, 불소화 폴리이미드 수지, 벤조구아나민 수지, 멜라민 수지, 환상 폴리올레핀, 노볼락 수지, 폴리시남산 비닐, 환화 고무, 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌, 페놀 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 말레인산 수지, 폴리아미드 수지 등을 예로 들 수 있다.

또한, 층간 절연막을 무기 산화물로부터 구성하는 경우, 바람직한 무기 산화물로서, 산화규소(SiO₂또는 SiOx), 산화알루미늄(Al₂O₃또는 AlO_x), 산화티탄(TiO₂또는 TiO_x), 산화 이트륨(Y₂O₃또는 YO_x), 산화게르마늄(GeO₂또는 GeOx), 산화 아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 붕산(B₂O₃), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화납(PbO), 지르코니아(ZrO₂), 산화나트륨(Na₂O), 산화리튬(Li₂O), 산화칼륨(K₂O) 등을 들 수 있다. 또한, 무기 화합물 중의 x는 1≤x≤3의 범위 내의 값이다.

특히 내열성이 요구되는 경우에는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 불소화 폴리이미드, 환상 폴리올레핀, 에폭시 수지, 무기 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 층간 절연막은, 유기질의 경우, 감광성기를 도입해서 포토리소그라피법으로 원하는 패턴으로 가공하든지, 인쇄 수법으로 사용하여 원하는 패턴으로 형성할 수 있다.

② 층간 절연막의 두께 등

또한, 층간 절연막의 두께는, 표시의 세밀도, 유기 EL 소자와 조합되는 형광 매체 또는 컬러 필터의 요철에도 의하지만, 바람직하게는 10㎚ 내지 1㎜의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는 상기와 같이 구성하는 경우 TFT 등의 요철을 충분히 평탄화할 수 있기 때문이다.

따라서, 층간 절연막의 두께를 100㎚ 내지 100㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하고, 100㎚ 내지 10㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

③ 형성방법

또한, 층간 절연막의 형성방법에 관해서도 특별히 제한되는 것이 아니지만, 예를 들어 스핀 코팅법, 캐스트법, 스크린 인쇄법 등의 방법을 사용하여 성막하거나, 또는 스퍼터링법, 증착법, 화학 증착법(CVD법), 이온 도금법 등의 방법으로 성막하는 것이 바람직하다.

3. 박막 트랜지스터(TFT)

① 구성

본 발명의 유기액티브 전기발광장치(68)의 일례는 도 9에 도시한 바와 같이 기판(10)상에 TFT(14)와 이 TFT(14)에 의해서 구동되는 유기 EL 소자(26)를 갖고 있다.

또한, 이 TFT(14)와, 유기 EL 소자(26)의 하부 전극(22)과의 사이에, 표면(상면)이 평탄화된 층간 절연막(13)이 배설되어 있고, 또한 TFT(14)의 드레인(47)과, 유기 EL 소자(26)의 하부 전극(22)이, 이 층간 절연막(13)에 마련된 콘택트홀(54)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, TFT(14)에는, XY 매트릭스상에 배설된 복수의 주사 전극선(Yj 내지 Yj+n)(50) 및 신호 전극선(Xi 내지 Xi+n)(51)이 전기 접속되어 있고, 또한 TFT(14)에 대하여 공통 전극선(Ci 내지 Ci+n)(52)가 평행하게 전기 접속되어 있다.

그리고, 이들의 전극선(50,51,52)이 TFT(14)에 전기 접속되고, 콘덴서(57)와 동시에, 유기 EL 소자(26)를 구동시키기 위한 전기 스위치를 구성하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 이러한 전기 스위치는, 주사 전극선 및 신호 전극선 등에 전기 접속되어 있음과 동시에, 예를 들어 1개 이상의 제 1 트랜지스터(이하, Tr1로 칭하는 경우가 있다)(55)와, 제 2 트랜지스터(이하, Tr2로 칭하는 경우가 있다.)(56)와, 콘덴서(57)로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 제 1 트랜지스터(55)는, 발광 화소를 선택하는 기능을 가지고, 제 2 트랜지스터(56)는, 유기 EL 소자를 구동하는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 제 1 트랜지스터(Tr1)(55) 및 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 활성층(44)은, 각각 n+/i/n+로 도시된 부분이며, 양측의 n+는, n형에 도핑된 반도체 영역(45,47) 및, 그 사이의 i는, 도핑되지 않은 반도체 영역(46)으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, n형에 도핑된 반도체 영역이, 각각 소스(45) 및 드레인(47)이 되고, 도핑되어 있지 않은 반도체 영역의 상방에 게이트산화막을 통해 마련된 게이트(46)와 함께, 제 1 및 제 2 트랜지스터(55,56)를 구성하게 된다.

또한, 활성층(44)에 있어서, n형에 도핑된 반도체 영역(45,47)을, n형 대신에 p형에 도핑하여, p+/i/p+로 한 구성이라도 좋다.

또한, 제 1 트랜지스터(Tr1)(55) 및 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 활성층(44)은, 폴리실리콘 등의 무기 반도체 또는 티오펜 올리고머, 폴리(P-페닐렌비닐렌) 등의 유기 반도체로부터 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 폴리 실리콘은, 비정질(amorphus) Si(α-Si)에 비해, 통전에 대하여 충분한 안정성을 나타내기 때문에, 바람직한 재료이다.

기타, 도 1 또는 도 9에 도시한 예에서는, 기판(10) 표면에 형성된 TFT(14)상에, 층간 절연막(평탄화막)(13)을 통해 유기 EL 소자(26)가 마련되어 있지만, 도 17에 도시한 바와 같이, 기판의 이면에 TFT를 형성시키고, 기판의 표면에 유기 EL 소자를 형성시켜, 기판(10) 및 층간 절연막(평탄화막)(13)에 마련한 비어홀(28)을 통해, TFT(14)와, 유기 EL 소자(26)의 하부 전극을 전기 접속하는 것도 바람직하다.

이와 같이 구성하면, TFT(14)와 유기 EL 소자(26)와의 사이에서, 보다 우수한 전기 절연성을 확보할 수 있다. 또한, 이 예에서는, 기판(10)상에, 층간 절연막(평탄화막)(13)을 마련하고 있지만, 기판(10)은 양면 모두 평탄성이 우수하기 때문에, 층간 절연막(평탄화막)(13)을 생략하는 것도 가능하다.

(2) 구동 방법

다음에, TFT(14)에 의한 유기 EL 소자의 구동 방법에 대해 설명한다. TFT(14)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 제 1 트랜지스터(Tr1)(55) 및 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)를 함유하고 있음과 동시에, 콘덴서(57)와 함께, 전기 스위치의 일부를 구성하고 있다.

따라서, 이 전기 스위치에 대하여, XY 매트릭스를 통해 주사 펄스 및 신호 펄스를 입력하여, 스위치동작을 하게 함으로써, 이 전기 스위치에 결합된 유기 EL 소자(26)를 구동시킬 수 있다. 이에 따라, TFT(14) 및 콘덴서(57)를 함유하는 전기 스위치에 의해, 유기 EL 소자(26)를 발광시키거나, 또는 발광을 정지시키는 것에 의해, 화상 표시를 실시하는 것이 가능하다.

즉, 주사 전극선(게이트선이라 칭하는 경우가 있다)(Yj 내지 Yj+n)(50)을 통해 전달되는 주사 펄스와, 신호 전극선(Xi 내지 Xi+n)(51)를 사이에 세우고 전달되는 신호 펄스에 의해서, 소망의 제 1 트랜지스터(Tr1)(55)가 선택되고, 공통전극선(Ci 내지 Ci+n)(52)와 제 1 트랜지스터(Tr1)(55)의 소스(45)와의 사이에 형성된 콘덴서(57)에 소정의 전하가 충전되게 된다.

이에 따라, 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 게이트 전압이 일정치가 되어, 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)는 ON 상태가 된다. 이 ON 상태에 있어서, 다음에 게이트 펄스가 전달될 때까지 게이트 전압이 소정치로 홀드되기 때문에, 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 드레인(47)에 접속되어 있는 하부 전극(22)에 대하여 계속해서 전류를 공급하게 된다.

그리고, 유기 EL 소자(26)에서는, 하부 전극(22)을 통해 공급된 전류에 의해, 효율적으로 직류 구동되게 된다. 따라서, 직류로 구동되는 효과에 의해, 유기 EL 소자(26)의 구동 전압이 대폭 저하됨과 동시에, 발광 효율이 향상되고, 또한 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.

[제 2 실시양태]

제 2 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에, 전기 절연막(12)에 매설된 TFT(14)와, 상부 전극(20) 및 하부 전극(22)의 사이에 유기 발광 매체(24)를 함유하여 이루어진 유기 EL 소자(26)와, 이들의 TFT(14)와 유기 EL 소자(26)를 전기 접속하기 위한 전기 접속부(비어홀)(28)를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(64)이다.

그리고, 제 2 실시양태에서는, 상부 전극(20)을, 주전극(16) 및 보조 전극(18)으로부터 구성한 것과 동시에, 상기 상부 전극(20)의 측에서 취하여 방출시킨 전기발광(도 5에서 화살표 방향을 나타낸다)를, 색변환하기 위한 컬러 필터 또는 형광막(60)을, 상부 전극(20)의 상방에 마련한 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 제 2 실시양태에 있어서, 도 5를 적당하게 참조하면서, 그 특징 부분 등에 관해서 설명한다.

(1) 컬러 필터

① 구성

컬러 필터는, 빛을 분해 또는 컷하여 색조정 또는 콘트라스트를 향상하기 위해서 구비되고, 색소만으로 이루어지는 색소층, 또는 색소를 바인더 수지 중에 용해 또는 분산시켜 구성된 층상물로서 구성된다. 또한, 여기에서 말하는 색소에는 안료도 포함된다.

또한, 컬러 필터의 구성으로서, 청색, 녹색, 적색의 색소를 함유하는 것이 적합하다. 이러한 컬러 필터와, 백색 발광의 유기 EL 소자를 조합시킴으로써, 청색, 녹색, 적색의 빛의 삼원색이 얻어지고, 풀컬러 표시가 가능하기 때문이다.

또한, 컬러 필터는, 형광매체와 같이, 인쇄법 또는 포토리소그라피법을 사용하여 패터닝하는 것이 바람직하다.

② 두께

또한, 컬러 필터의 두께는, 유기 EL 소자의 발광을 충분히 수광(흡수)함과 동시에, 색변환 기능을 방해하는 것이 아니면, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 10㎚ 내지 1㎜의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 0.5㎛ 내지 1㎜의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하고, 1㎛ 내지 100㎛의 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(2) 형광매체

① 구성

유기 EL 표시장치에 있어서의 형광매체는 유기 EL 소자의 발광을 흡수하여, 보다 장파장의 형광을 발광하는 기능을 갖고 있고, 평면적으로 분리 배치된 층상물로 구성되어 있다. 각 형광매체는 유기 EL 소자의 발광영역, 예를 들어 하부 전극과 상부 전극과의 교차부분의 위치에 대응하여 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 하부 전극과 상부 전극과의 교차 부분에 있어서의 유기 발광층이 발광한 경우에, 그 빛을 각 형광매체가 수광하여, 다른 색(파장)의 발광을 외부로 취하여 방출시킬 수 있게 된다. 특히 유기 EL 소자가 청색 발광함과 동시에, 형광 매체에 의해서, 녹색, 적색 발광에 변환가능한 구성으로 하면, 하나의 유기 EL 소자에서도, 청색, 녹색, 적색의 빛의 삼원색을 수득할 수 있고, 풀컬러 표시가가능하다는 점에서 적합하다.

또한, 각 형광 매체 사이에 유기 EL 소자의 발광 및 각 형광 매체로부터의 빛을 차단하여, 콘트라스트를 향상시켜 시야각 의존성을 저감하기 위한 차광층(블랙 매트릭스)를 배치하는 것도 바람직하다.

또한, 형광매체는 외광에 의한 콘트라스트의 저하를 방지하므로 상기 컬러 필터와 조합하여 구성해도 좋다.

② 형성 방법

형광 매체가 주로 형광 색소로 이루어지는 경우 원하는 패턴의 형광매체를 수득할 수 있는 마스크를 통해 진공 증착 또는 스퍼터링법으로 성막하는 것이 바람직하다.

한편, 형광 매체가, 형광 색소와 수지로 이루어지는 경우는, 형광 색소와 수지와 적당한 용제를 혼합, 분산 또는 가용화시켜 액상물로 하고, 상기 액상물을, 스핀코트, 롤코트, 캐스트법 등의 방법으로 성막하여, 그 후, 포토리소그라피법으로 소망의 형광 매체의 패턴으로 패터닝하거나, 스크린 인쇄 등의 방법으로 소망의 패턴으로 패터닝하여, 형광 매체를 형성하는 것이 바람직하다.

③ 두께

형광 매체의 두께는, 유기 EL 소자의 발광을 충분히 수광(흡수)함과 함께, 형광의 발생 기능을 방해하는 것이 아니면, 특별히 제한되는 것이 아니지만, 예를 들어 10㎚ 내지 1㎜의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 0.5㎛ 내지 1㎜의 범위 내의 값으로 하는 것이 더 바람직하고, 1㎛ 내지 100㎛의 범위내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

[제 3 실시양태]

제 3 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에, 전기 절연막(12)에 매설된 TFT(14)와, 상부 전극(20) 및 하부 전극(22)의 사이에 유기 발광 매체(24)를 함유하여 이루어진 유기 EL 소자(26)와, 이들의 TFT(14)와 유기 EL 소자(26)를 전기 접속하기 위한 전기 접속부(28)와, 밀봉 부재(58)를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(66,67)이다.

그리고, 제 3 실시양태에서는, 상부 전극(20)을, 주전극(16) 및 보조 전극(18)으로부터 구성함과 동시에, 상기 상부 전극(20)에 있어서의 보조 전극(18)을, 도 7에 도시한 바와 같이 밀봉 부재(58)에 매설하여 밀봉 부재(58)를 관통시킨 상태로 마련하든지, 또는 도 8에 도시한 바와 같이 밀착 배치한 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 제 3 실시양태에 있어서, 도 7 및 도 8을 적당하게 참조하면서, 밀봉 부재 등에 관해서 설명한다.

(1) 밀봉용 부재

도 7 및 도 8에 도시한 밀봉용 부재(58)는 각각 내부로의 수분 침입을 방지하기 위해서 상기 유기 EL 표시 장치(66,67)의 주위에 마련하거나 이와 같이 마련한 밀봉용 부재(58)와, 유기 EL 표시장치(66,67)와의 사이에, 밀봉매체(21), 예를 들어 건조제, 드라이 가스, 불화 탄화 수소 등의 불활성 액체를 봉입하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 밀봉용 부재(58)는 형광 매체 또는 컬러 필터를 상부 전극의 외부에 마련하는 경우, 지지기판으로서도 사용할 수 있다.

이러한 밀봉용 부재로서는, 지지기판과 동종의 재료, 예를 들어 유리판 또는 플라스틱판을 사용할 수 있다. 또한, 방습성이 우수한 재료이면 무기 산화물층 또는 무기 질화물층도 사용할 수 있고, 예를 들어 실리카, 알루미나, AlON, SiAlON, SiNx(1≤x≤2)등을 예로 들 수 있다. 또한, 밀봉용 부재의 형태에 관해서도, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 판상 또는 캡상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 예를 들어 판상으로 한 경우, 그 두께를, 0.01 내지 5㎜의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 밀봉용 부재는 유기 EL 표시장치의 일부에 홈 등을 마련해두고, 거기에 압입하여 고정하는 것도 바람직하고, 또는 광경화형의 접착제 등을 사용하여, 유기 EL 표시 장치의 일부에 고정하는 것도 바람직하다.

(2) 밀봉용 부재와 보조 전극과의 관계

또한, 밀봉용 부재와 보조 전극과의 관계에 대해서 말하면, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 보조 전극(18)을, 밀봉 부재(58)에 매설하여 마련하거나 밀착 배치하는 것이 바람직하지만, 다양한 변형이 가능하다.

구체적으로, 밀봉용 부재(58)와, 유기 EL 소자(26)와의 사이에 형성된 내부공간에 보조 배선(18)을 배치한 부위를 마련해도 좋고, 밀봉용 부재(58) 내에 완전히 매설해 두고, 주전극(16)과의 전기 접속은, 비어홀(쓰루홀이라고 칭하는 경우가 있다)을 형성시켜 실시할 수도 있다.

[제 4 실시양태]

제 4 실시양태는, 도 1에 도시한 제 1 실시양태의 액티브 구동형 유기 전기발광장치(61)의 제조방법이고, 구체적으로, 기판(10)상에, 전기 절연막(12)에 매설된 TFT(14)와, 층간 절연막(13)과, 하부 전극(22)과, 유기 발광 매체(24)와, 주전극(16) 및 보조 전극(18)으로 이루어지는 상부 전극(20)과, TFT(14)와 유기 EL 소자(26)를 전기 접속하기 위한 전기 접속부(28)를 각각 형성시키는 것을 특징으로 한 액티브 구동형 유기 전기발광장치(61)의 제조방법이다.

즉, 제 4 실시양태에서는, 유기 EL 소자(26)를 형성시키는 공정과, 전기 절연막(12)에 매설된 TFT(14)를 형성시키는 공정과, 층간 절연막(13)을 형성시키는 공정과, 하부 전극(22)을 형성시키는 공정과, 유기 발광 매체(24)를 형성시키는 공정과, 주전극(16) 및 보조 전극(18)으로 이루어지는 상부 전극(20)을 형성시키는 공정과, TFT(14)와 유기 EL 소자(26)를 전기 접속하기 위한 전기 접속부(28)를 형성시키는 공정을 포함시키는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 제 4 실시양태에 있어서, 도 12를 적당하게 참조하면서, 그 특징 부분 등에 관해서 설명한다.

(1) 박막 트랜지스터(TFT)의 형성공정

TFT(14)의 형성 공정(액티브 매트릭스 기판의 제작 공정)과 관련하여서는 도 12(a) 내지 (i)를 참조로 하여 설명한다.

(1) 활성층의 형성

우선 도 12(a)은 기판(10)상에, 감압 CVD(LPCVD: Low pressure ChemicalVapor Deposition)등의 수법에 의해, α-실리콘(α-Si)층(70)을 적층하는 공정을 도시하고 있다.

이 때, α-Si층(70)의 두께를, 40 내지 200㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 사용되는 기판(10)은, 수정과 같은 결정재료도 바람직하지만, 보다 바람직하게는, 저온도 유리이다. 또한, 저온도 유리 기판을 사용하는 경우에는, 제조 공정 전체에 있어서, 용융하거나, 일그러짐이 발생하는 것을 회피하고, 또한 능동 영역 내에 도판트의 외측 확산(out-diffusion)을 회피하기 위해서, 저온프로세스 온도, 예를 들어 1000℃이하, 더 바람직하게는 600℃ 이하의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12(b)는, KrF(248㎚) 레이저 등의 엑시머-레이저를 α-Si층(70)에 대하여 조사하여, 어닐 결정화를 실시하고, α-Si를 폴리실리콘으로 하는 공정을 도시하고 있다(SID'96, Digest of technical papers p17 내지 28 참조).

여기에서, 엑시머 레이저를 사용한 어닐링 조건으로서는, 기판 온도를 100 내지 300℃의 범위 내의 값, 및 엑시머 레이저광의 에너지량을 100 내지 300mJ/㎠의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12(c)는, 어닐 처리하여 결정화된 폴리실리콘을, 포토리소그라피에 의해 아일랜드상으로 패턴화하는 공정을 도시하고 있다. 또한, 에칭 가스로서는, 우수한 해상도를 얻을 수 있다는 점에서 CF₄가스를 쓰는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12(d)는, 수득된 아일랜드화 폴리실리콘(71) 및 기판(10)의 표면에, 절연 게이트 재료(72)를 화학 증착(CVD) 등에 의해 적층하여, 게이트 산화물 절연층(72)으로 하는 공정을 도시하고 있다.

이 게이트 산화물 절연층(72)은, 바람직하게는 플라즈마 증강 CVD(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는 감압 CVD(LPCVD)와 같은 화학 증착(CVD)이 적용 가능하도록 이산화 실리콘으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 게이트 산화물 절연층(72)의 두께를, 100 내지 200㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 기판온도로서는 250 내지 400℃가 바람직하고, 또한 고품질의 절연 게이트재료를 수득하기 위해서는, 어닐을 300 내지 600℃에서, 1 내지 3 시간 정도 실시하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12(e)는, 게이트 전극(73)을, 증착 또는 스퍼터링으로 성막해서 형성시키는 공정을 도시하고 있다. 또한, 게이트 전극(73)의 바람직한 구성재료로서는, Al, AlN, TaN 등을 예로 들 수 있고, 또한 그 두께를 200 내지 500㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12(f) 내지 (h)는, 게이트 전극(73)을 패터닝함과 동시에, 양극산화를 실시하는 공정을 도시하고 있다. 또한, Al게이트를 사용할 때는, 도 12(f) 내지 (h)에 도시한 바와 같이, 절연하기 위해서 양극산화를 2회에 걸쳐 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 양극산화의 상세한 사항은, 특허공개공보 96-15120호 공보에 상세히 개시되어 있다.

이어서, 도 12(i)는, 이온 도핑(이온 주입)에 의해, n+ 또는 p+의 도핑영역을 형성시키고, 활성층을 형성시켜, 소스 및 드레인으로 하는 공정을 도시하고 있다. 또한, 이온도핑을 효과적으로 실시할 수 있도록, 이온 도핑 중에, 질소 가스의 도입, 및 300℃, 3시간 정도의 조건에서의 가열처리를 하는 것이 바람직하다.

한편, 게이트 전극(73)으로서, α-Si에서 형성된 폴리 실리콘을 사용하는 것도 바람직하다. 즉, 폴리실리콘-게이트전극(73)을 게이트 절연층상으로 형성시킨 후, 비소 등의 n형 도펀트를 이온 임플란트하고, 또한 그 후에, 소스 영역과 드레인 영역을, 각각 폴리 실리콘 영역내에 형성가능하도록, 폴리실리콘 아일랜드상에 포토리소그라피함으로써 패턴화하여 형성할 수 있다.

또한, 폴리 실리콘으로 이루어지는 게이트 전극(73)은 콘덴서의 저부 전극으로서 제공할 수 있다.

② 신호 전극선 및 주사 전극선의 형성

다음에, 도시하지는 않았지만, 수득된 활성층상에 전기 절연층, 예를 들어 SiOx(1≤x≤2)층을 ECRCVD 법(Electron Cyc1otron Resonance Chemical Vapor Deposition법)으로 마련한 후, 신호 전극선 및 주사 전극선(배선전극이라 칭하는 경우도 있다)를 형성시켜, 전기 접속을 한다. 구체적으로는, 포토리소그라피법 등에 의해, 신호 전극선 및 주사 전극선을 형성시킴과 동시에, 및 콘덴서의 상부 전극을 형성시켜, 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 소스와 주사 전극선과의 연결, 제 1 트랜지스터(Tr1)(55)의 소스와 신호 전극선과의 연결 등을 한다.

그 때, Al합금, Al, Cr, W, Mo 등의 금속선을, 포토리소그라피에 의해 형성시킴과 동시에, 제 1 트랜지스터(Tr1)(55) 및 제 2 트랜지스터(Tr2)(56)의 드레인, 소스 등의 콘택트는, 이들의 표면측에서 전면적으로 마련된 전기 절연층의 개구부를 통해 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 배선전극의 두께를, 50㎚이상, 또한 100㎚이상, 100 내지 500㎚의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

③ 층간 절연막의 형성

다음 단계에서는, 이산화실리콘(SiO₂), 질화실리콘, 폴리이미드 등으로 구성되는 층간 절연막을, 활성층 및 그 위의 전기 절연층 전체에 걸쳐 적용한다.

또한, 이산화실리콘으로 이루어지는 절연막은, PECVD에 의해, 예를 들어 TEOS(테트라에톡시실란)가스를 공급하고, 기판온도 250 내지 400℃의 조건으로 수득할 수 있다. 또한, ECRCVD에 의해, 기판온도를 100 내지 300℃로 해도 수득할 수 있다. 그렇지만, 이들의 무기 절연막에서는 평탄화하기 어렵기 때문에, 유기층간 절연막을 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 유기 EL 소자의 형성 공정

상술한 바와 같이, TFT 구조 또는 층간 절연막을 형성시킨 후, 그 위에, 양극(하부 전극), 유기 발광층, 정공 주입층, 전자 주입층 등을 순차로 형성하고, 또한 음극(상부 전극)을 형성시킴으로써, 유기 EL 소자를 제작할 수 있다.

예를 들어 하부 전극에 관해서는, 진공 증착법 또는 스퍼터링 법 등의 건조상태에서의 성막이 가능한 방법을 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다. 또한,유기 발광 매체에 관해서는, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 랑뮤어-블로제트법(LB법, Langumuir-Blodgett 법), 잉크젯법, 미셀 전해법 등이 일반적으로 공지의 방법을 채용할 수 있다.

또한, 보조 전극 또는 주전극에 관해서도, 진공 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다. 구체적으로, 진공 증착법등을 사용하여, 투명한 도전성 재료로부터 주전극을 형성시킴과 동시에, 저저항 재료로부터 보조 전극을 순차로 형성시켜 상부 전극을 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 보조 전극을 형성시킴과 동시에, TFT의 접속단자와 전기 접속하는 것이 바람직하다. 그 때, 보조 전극과, TFT의 접속 단자와의 사이에, 접속재료로서, 비정질 산화물인 인듐아연 산화물(IZO) 등을 개입시킨 것도 바람직하다.

또한, 음극(하부 전극)으로부터 양극측으로 역 순서이더라도 유기 EL 소자를 제작할 수 있다.

또한, 유기 EL 소자의 성막은, 증착장치 등을 사용하여 1회의 진공흡인으로 일관해서 제작하는 것이 바람직하다.

(3) 밀봉 공정 등

또한, 밀봉 공정에 관해서는, 유기 EL 소자를 형성시켜, TFT와 전기 접속후, 밀봉 부재로 이들의 주위를 덮도록 고정하는 것이 바람직하다.

또한, 유기 EL 소자에 직류전압을 인가하는 경우, 투명전극을 +, 전극을 -의 극성으로 하여, 5 내지 40V의 전압을 인가하면, 발광을 관측할 수 있으므로, 밀봉 공정전에 구동시켜, 유기 EL 소자의 성막의 양호 여부를 판단하는 것도 바람직하다.

본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치에 의하면, TFT를 갖춘 경우라도 화소에 있어서의 개구율을 크게 할 수 있고, 또한 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시킨 경우라도, 상부 전극의 면저항을 저하시킬 수 있어서, 고휘도, 균질 휘도의 화상 표시가 가능하게 되었다.

또한, 본 발명의 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 제조방법에 의하면, 개구율이 크고, 상부 전극의 면저항이 낮고, 상부 전극측에서 발광을 취하여 방출시키는 것이 가능한, 고휘도, 균질 휘도의 화상 표시가 가능한 액티브 구동형 유기 전기발광장치를 효율적으로 제조하는 것이 가능해졌다.

Claims

상부 전극과 하부 전극의 사이에 유기 발광 매체를 함유하여 이루어진 유기 전기발광(EL) 소자, 및 상기 유기 EL 소자를 구동하기 위한 박막 트랜지스터를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치에 있어서,

상기 유기 EL 소자가 발광한 빛을 상부 전극측에서 취하여 방출시키고,

상기 상부 전극이 투명한 도전성 재료로 이루어지는 주전극 및 저저항 재료로 이루어지는 보조 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항에 있어서,

박막 트랜지스터 및 화소의 선택 수단용 트랜지스터로부터 구성된 전기 스위치, 및 상기 전기 스위치를 구동하기 위한 주사 전극선 및 신호 전극선을 갖는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

투명한 도전성 재료가 도전성 산화물, 광투과성 금속막, 비축퇴(非縮退; non-degeneracy) 반도체, 유기 도전체, 및 반도전성(半導電性) 탄소화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 3 항에 있어서,

유기 도전체가 도전성 공액 중합체, 산화제 첨가 중합체, 환원제 첨가 중합체, 산화제 첨가 저분자 및 환원제 첨가 저분자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 3 항에 있어서,

비축퇴 반도체가 산화물, 질화물, 및 칼코게나이드 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 3 항에 있어서,

탄소화합물이 비정질 카본, 그래파이트, 및 다이아몬드라이크카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 평면 내에 주기적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극의 단면형상이 오버행(overhang) 형상인 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 하부 보조 전극과 상부 보조 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 9 항에 있어서,

하부 보조 전극 및 상기 상부 보조 전극이 상이한 에칭속도를 갖는 구성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

보조 전극의 하부 보조 전극 및 상부 보조 전극 또는 이들 중의 하나가, 주전극과 전기 접속된 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 유기 EL 소자를 형성하기 위한 층간 절연막상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 하부 전극을 전기적으로 절연시키는 전기 절연막상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이, 박막 트랜지스터를 전기적으로 절연시키는 전기 절연막상으로 형성된 것 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,

박막 트랜지스터의 활성층이, 폴리실리콘으로부터 형성된 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,

박막 트랜지스터상에 층간 절연막이 형성되며, 상기 층간 절연막상에 유기 EL 소자의 하부 전극이 구비되며, 박막 트랜지스터와 하부 전극과가, 층간 절연막에 구비된 비어홀을 통해 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서,

주전극에 대하여 보조 전극으로부터 전하를 주입하고, 이를 기판의 주표면에 대해평행하게 수송한 후, 유기 발광 매체에 대해 주입하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,

주전극의 면저항을 1K 내지 10MΩ/□의 범위의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극의 면저항을 0.01 내지 10Ω/□의 범위내의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상부 전극측에서 취하여 방출시킨 발광을 색변환시키기 위한 컬러 필터 및 형광막 또는 이중 어느 하나의 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,

컬러 필터 또는 형광막의 일부에 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 상기 블랙 매트릭스와, 상기 보조 전극과가 수직방향에서 겹치는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극을 주전극상에 형성시키고 보조 전극의 면적을 상기 주전극 보다 좁게 하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 주위를 덮는 밀봉 부재에 매설하여 구비되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,

보조 전극이 주위를 덮는 밀봉 부재와 주전극과의 사이에 밀착 배치되는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치.
상부 전극과 하부 전극의 사이에 유기 발광 매체를 함유하여 이루어진 유기 전기발광(EL) 소자, 및 상기 유기 EL 소자를 구동하기 위한 박막 트랜지스터를 구비한 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 제조방법에 있어서,

상기 유기 EL 소자를 형성시키는 단계 및 상기 박막 트랜지스터를 형성시키는 단계를 포함하고,

상기 유기 EL 소자의 형성단계에서, 하부 전극 및 유기 발광 매체를 형성시킨 후, 투명한 도전성 재료로부터 주전극을 형성시키고, 저저항 재료로부터 보조 전극을형성시켜 상부 전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 액티브 구동형 유기 전기발광장치의 제조방법.