TW589594B

TW589594B - Electroluminescence display device and method for making same

Info

Publication number: TW589594B
Application number: TW092103856A
Authority: TW
Inventors: Ryuji Nishikawa
Original assignee: Sanyo Electric Co
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-06-01
Also published as: TW200304103A; JP2003257662A; KR20030072247A; US20040017153A1; CN1271891C; US7223146B2; CN1444426A; KR100564197B1

Description

五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於電場發光顯示 L先前技術] 裝置及其製造方法者。近幾年來，係以使用電場發光（Electr()

Upinenscence: EL)tg件的EL顯示裝置代替CRT或LCD的顯不裝置為人所注目。例如；具備作為驅動該EL元件之開關兀件薄膜電晶體（Thin Film Transistor, TFT)之EL顯示裝置亦進行研發中。第1 5圖係表示習用EL顯示裝置之一像素平面圖。第16 圖即表示沿第1 3圖B-B線之剖面圖。具有閘極電極丨丨的信號線5 1與沒極信號線5 2之交叉點附近具備有機“元件驅動用的T F T ’並且將該T F T之汲極連接於汲極信號線5 2，且將閘極連接於閘極信號線5 1，而將源極連接在E [元件之陽極 6 1 ，故在實際EL顯示裝置，係將該像素以多個配置成矩陣狀，以構成其顯示區域。顯示像素11 0係於玻璃或合成樹脂等所成之基板，或具有導電性之基板，或半導體基板等之基板1 〇上，以T F T 及有機EL元件的順序堆積而形成。唯於使用具有導電性的基板或半導體基板時，係於該基板上，以S i 0咸S i N形成絕緣膜後，再形成TFT。首先，在絕緣性基板1 〇上，形成由鉻（C r )等高融點金屬所成之閘極電極11，然後’在該閘極電極11上面依序形成閘極絕緣膜1 2，及由P - S i膜所成之致動層1 3。該致動層1 3，設有於閘極電極1 1上方的通道1 3 c，及

314427.ptd 第6頁 589594 五、發明說明（2) ' 於該通道13c兩側，將通道13c上之阻止絕緣膜（st〇pper insulation film)l4作為遮罩後進行離子摻雜，再將閘極電極1 1兩側，以抗蝕膜覆蓋後，施行離子摻雜，在閘極電極11兩側設低濃度區域，而於其外側設置高極13C及沒極13d，作成所謂的LDD(Llghtly 構造。然後，在閘極絕緣膜1 2、致動層1 3及阻止絕緣膜丨4上的全面，以Si 0臈、Si N膜及Si0骐之順序堆積而成的層間絕緣膜15，再對應於汲極i3d而設的接觸孔，充填A1等金屬’形成汲極電極1 6。復於全面形成使由有機樹脂所成表面為平坦的平坦絕緣膜1 7。之後’於該平垣化絕緣膜1 7之對應於源極1 3 s位置，形成接觸孔，藉由該接觸孔，將與源極1 3 s接觸之 I TO (Indium Tin Oxide)兼做為源極電極18之陽極6卜形成在平坦化絕緣膜1 7上。陽極6 1係由I TO等透明電極所成。且在該陽極61上，形成EL元件60。有機EL元件60為一般構造，係依序為MTDATA4, 4-雙 (3-甲基苯基苯基胺基）聯苯（4, 4-bis (3-me thy lphenylphenyllamino)biphenyl)所成的第1電洞輸送層及 TPD4, 4, 4-三（3-曱基苯基苯基胺基）三苯基胺 (4，4，4-tris(3-methylphenylphenyl lamino)triphenylamine)所成之第2電洞輸送層形成電洞輸送層62、含有喹卩丫酮（Quiacridone)衍生物之Bebq2 1〇、苯弁[h ]嗤琳-皱錯合物

314427.ptd 第7頁 589594 五、發明說明（3) (10-benzo[h]quinolinol-beryllium complex)等所成之發光層6 9及由Bebq2所成之電子輸送層64、以及錳•銦合金或由鋁、或鋁合金等所成之陰極6 5等堆積而成。有機EL元件60，係藉由上述驅動用TFT供給的電流發光。也就是說：係由陽極6 1注入之電洞，及由陰極6 5注入的電子於發光層内部進行再結合，以將形成發光層的有機分子予以激勵為激發性電子（e X c i t ο η，激發子），且於該激發子放射失活過程中，由發光層6 3放射光線，由該透明陽極6 1藉由透明絕緣基板向外部放光。上述技術，記載於例如日本特開平1卜2 8 3 1 8 2號公報。發明所須解決的問題有機EL元件60之發光面積S係如第1 6圖所示，由形成於陽極61上的發光層6 3之平面面積予以界定。因發光面積 S0愈大，該有機EL元件60之亮度愈高。唯因發光面積s的增大，必招致像素面積的增大，而有妨礙高精細化問題。另一方面，該有機EL元件6 0的壽命，係於發光亮度衰減至預定亮度為止之時間，又如第1 7圖所示，流通於有機EL元件6 0的電流之電流欲度愈低’舞命愈長。然而’過於降低其電流密度，將產生使有機EL元件6 0之亮度下降的問題。因此，本發明係於不致使像素面積的增大之情形下，將有機E L元件6 0之實效發光面積予以增大，實現獲得高亮度之發光為目的。而於本發明的另一目的，即以一面維持有機EL元件6 0之發光亮度，一面延長該EL元件60之發光壽

314427.ptd 第8頁 589594 五、發明說明（4) 命。 [發明内容] 本發明係有鑑於上述習用技術的課題而作，於有機EL 元件之發光層表面設置凹凸部，以增大實效發光面積者。由此，本發明的EL顯示裝置雖具有如習用例之無凹凸部之有機EL元件同樣之平面面積，亦因表面的凹凸，可增大其實效發光面積，因而，得以提高有機EL元件之發光亮度。復因本發明的EL顯示裝置可較習用例減少為了產生預定發光亮度所需要之電流密度，因此，得以一面維持發光亮度一面延長發光元件之發光壽命。茲將在有機EL元件發光層形成凹凸部的方法概述如下：使覆蓋於驅動用TFT的平坦化絕緣膜表面粗糙，也就是說，在平坦化絕緣膜表面設置凹凸部，可使堆積於該平坦化絕緣膜上層的有機EL元件之陽極、發光層、陰極等反映於該形成凹凸狀的凸凹部。在平坦化絕緣膜表面形成凹凸部的方法有： ① 使用半曝光方法、 ② 以底層之圖案化（P a 11 e r n i n g )在絕緣膜形成凹凸部後，再形成平坦化絕緣膜的方法等。 [實施方式] 茲將本發明之實施形態，參照附圖詳述如下： mu 參照第1至5圖，說明本發明之第1實施形態於後：唯

314427.ptd 第9頁 589594 五、發明說明（5) 與第1 5、1 6圖相同之構成部分，即附註同一符號。如第1圖所示，於絕緣基板1 0上形成TFT。於絕緣基板 1 0上形成由鉻（c r )等高融點金屬所成之閘極電極1 1，然後，於該閘極電極1 1上面依序形成閘極絕緣膜1 2及由P — S 1 膜所成之致動層1 3。該致動層1 3，設有於閘極電極1 1上方的通道1 3 c，及於該通道1 3 c兩側’將通道1 3 c上之阻止絕緣膜1 4作為遮罩後，進行離子摻雜，再於閘極電極1 1兩側，以抗蝕膜覆蓋後，施行離子摻雜’在閘極電極1 1兩側設置低濃度區域’ 且於外側設置高濃度區域的源極1 3s及汲極1 3d，作成所謂的LDD構造。然後，在閘極絕緣膜1 2、致動層1 3及阻止絕緣膜1 4上全面，依序以S i 0媒、S i N膜及S i 0骐之順序堆積形成層間絕緣膜1 5，再於對應汲極1 3d而設的接觸孔，充填A1等金屬，以形成汲極電極1 6。復以感光性樹脂（如；日本合成橡膠公司之JSR-3 15)形成平坦化絕緣膜20。其次，如第2圖所示，在平坦化絕緣膜2 0表面施行半曝光現像處理，使平坦化絕緣膜2 0表面粗糙，在其表面上形成多個凹凸部2 0 A。此處所謂的半曝光，係對平坦化絕緣膜2 0進行後述之形成接觸孔製程時之正常曝光之約2 〇至 4 0 %之曝光量曝光者。再次，如第3圖所示，於TFT的源極1 3s上形成接觸孔 2卜本製程係為對應於TFT源極1 3s之區域，使用具有開口部的遮罩，進行正常之1 0 0 °/◦曝光，由現像處理去除該開口

314427.ptd 第10頁 589594 五、發明說明（6) 部的平坦化絕緣膜2 0後，由蝕刻法將層間絕緣膜丨5予以選擇性的去除，以使TFT的源極13s表面露出。再次，如第4圖所示，將以I T 0所成之陽極2 2形成在平坦化絕緣膜1 7上，作圖案使陽極2 2經由接觸孔2 1，連接於 T F T的源極1 3 s。於是於陽極2 2的表面反映平坦化絕緣膜1 7 之凹凸狀而形成凹凸部。再之，如第5圖所示，係於形成凹凸部的陽極2 2上，以MTDATA4, 4-雙（3-甲基苯基苯基胺基）聯苯（4, 4-bis (3-methy lphenylphenyllamino) biphenyl)所成的第 1 電洞輸送層及TPD4, 4, 4-三（3-甲基苯基苯基胺基）三苯基胺 (4,4,4-tris(3-methylphenylphenyl lamino)triphenylamine)所成之第2電洞輸送層形成電洞輸送層23、由含有喹吖酮（Qunacridone)衍生體之Bebcj2 10-苯并[h]喹啉-鈹錯合物 (10-benzo[h]quinolinol-beryl1ium complex)等所成之發光層2 4及由Bebq2所成之電子輸送層25、以及猛•銦合金或由鋁、或鋁合金等所成之陰極2 6等堆積而成。而該電洞輸送層23、發光層24、電子輸送層2 5及陰極2 6，係使用陰影遮罩（shadow mask)，以真空沈積法形成。又於第5 圖中，發光層2 4係以每一像素形成於陽極2 2上，其他的電洞輸送層2 3、電子輸送層2 5及陰極2 6，即形成於E L顯示裝置全面顯示區域。由此，在電洞輸送層23、發光層24、電子輸送層2 5及陰極2 6表面將反映陽極2 2之凹凸形狀，結果，可分別形成

314427.ptd 第11頁 589594 五、發明說明（7) 該凹凸部。因此，得以將發光層2 4之實效發光面積S 1較習用例的S 0增大。於是，若單位面積之電流密度相同，該部分的亮度K得能以照（S 0 / S 1 )之比例增加。又若發光亮度K 為相同時，該電流密度將以（SI/SO)的比例減少。因此，有機EL元件之壽命得以延長（參照第1 7圖）。理想上，發光層2 4之凹凸部為半球面時，該發光面積為最大。較與無凹凸時可增加為2倍的發光面積。因球半徑為r，即因1個凸部（或凹部）表面積為2;r r2，又因圓面積為7Γ r 2，故可增加為2倍表面積。此時，該有機EL元件之壽命得為4倍。第2實施形態以第6至1 2圖說明本發明之第2實施形態於後：其與第 1 5、1 6圖相同之構成部分，即附註同一符號。第6圖中，於絕緣基板1 0上形成TFT、層間絕緣膜1 5，及汲極電極1 6。至此之製程係與第1實施形態相同。其次，係如第7圖所示，將絕緣膜1 3 0 (如S i 0媒）以CVD 法等形成，在該絕緣膜1 3 0上作成圖案多數個島而形成光敏抗蝕膜1 3 1 (光阻膜）。然後，以該光阻膜1 3 1為遮罩蝕刻絕緣膜1 3 0，而去除光阻膜1 3 1後，即如第8圖所示，可於層間絕緣膜1 5形成由絕緣膜作成的多個凸部1 3 2。其次，如第9圖所示，以有機樹脂形成平坦化絕緣膜 1 3 3。由該平坦化絕緣膜1 3 3表面反映底層之多個凸部 1 32，形成多個凹凸部。

314427.ptd 第12頁 589594 五、發明說明（8) 再次，如第1 0圖所示，將平坦化絕緣膜1 3 3及層間絕緣膜1 5予以選擇性蝕刻，在τ F T的源極1 3 s上形成接觸孔 1 3 4。然後，如第11圖所示，將由丨τ〇所成之陽極1 3 5形成於平坦化絕緣膜1 3 3上。而陽極i 3 5係作成圖案而經由接觸孔134,連接於TFT的源極13s。即可於陽極135的表面反映平坦化絕緣膜1 3 3之凹凸而形成凹凸部。、再次，如第1 2圖所示，於形成凹凸部的陽極1 3 5上，與第1貫施形態一樣，將有機EL元件之電洞輸送層1 3 6、發光層137、電子輸送層13 8及陰極139，以使用陰影遮罩之真空沈積法予以形成。圖中，發光層1 3 7係以每一像素形成在陽極135上，其他，如電洞輸送層136、電子輸送層/ 1 3 8及陰極1 3 9即形成於EL顯示裝置之全體顯示區域。由此，在有機EL元件之電洞輸送層136、發光層137、電子輸送層1 3 8及陰極1 3 9表面將反映陽極J 3 5之凹凸形狀，可分別形成為凹凸部。因此，得如第丨實施形態，將發光層1 3 7之實效發光面積$ 2較習用例的§ 〇增大。 [崖農曼1 於上述第1、第2實施形態中，係以含一個TFT (有機 EL元件驅動用TFT)顯示像素所成之顯示裝置說明適用之實例，唯本發明不限於該形態，對含二個TFT (開關用TFT、驅動用TFT)顯示像素所成之顯示裝置，亦同樣可適用。因此於下述之弟3貫施形態，參照附圖予以說明。第13圖係表示有機乩顯示裝置之顥示像素附近的平面圖。而於第14圖（a)表示沿第13圖中A — A線之剖面圖。再以

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589594 五、發明說明（9) 第14圖（b)表示沿第13圖中B — B線之剖面圖。如第1 3及1 4圖所示，係於由閘極信號線5丨及汲極信號線5 2所圍區域形成顯示像素n丨，且配置為一矩陣狀。該顯示像素1 1 1配置有：由自發光元件的有機EL元件 60，控制供給電流於該有機EL元件6〇的時序用TFT3〇 ;供給電流於該有機EL元件60的驅動用TFT40，及保持電容。而有機EL兀件6 0係由第1電極的陽極6 1，及由發光材料所成之發光元件層，以及第2電極的陰極6 3所成。也就疋說：於兩信號線5卜5 2交叉點附近具備開關用

TFT的第1 TFT30，且將TFT30之源極33s與保持電容電極線 54間兼作為電容電極55，同時，連接於EL元件驅動用TFT

的第2 TFT40閘極41，且將第2TFT之源極43s連接於有機EL 兀件6 0之陽極6卜將另一方的汲極43d連接於對有機“元件6 0供給電流之電流源的驅動電源5 3。

f如第1 4圖所示’有機e L顯示裝置係於由玻璃或合成樹脂等所成之基板，或半導體基板！〇〇上，依序堆積TFT及有機EL兀件等予以形成。唯於使用基板1 〇〇為具導電性基板及半導體基板時，須於該基板1〇〇上，以Si〇戎SiN形成絕緣膜後’再形成第卜第2 TFT及有機EL元件。而該TFT 即為將閘極電極藉由閘極絕緣膜形成於上方的所謂上閘極 (top gate)構造。首先’就開關用TFT之第1TFT30，說明如下：如第1 4圖（a )所示，在石英玻璃、無驗玻璃等所成的絕緣基板100上，以CVD法將非晶矽（a_Si)予以成膜後，對

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第14頁五、發明說明（10) - 該膜 a - S i膜照射雷射^^ 、一以作成致動層33 ，使其溶融再結晶化為多晶矽（P-Si) 膜的單層或堆積體為^於該致動層33上面形成Si〇骐、SiN r、Mo等高融點全=閘極絕緣膜32。而於其上面即具備以 51及由A1所成之沒1成之兼為閘極電極31的閘極信號線動電源之由A 1所成认^號線52，並且配置有機虬元件的驅然後，於間動電源線53。 S i 0蔣、S i N膜，及=:膜U 2及致動層3 3上之全面形成由 115,且在對應於洛骐依序堆積而成之層間絕緣膜形成汲極電極36，’A 33d而設之接觸孔，充填A1等金屬而坦化絕緣膜1 1 7。以有機樹脂於全面形成平坦表面的平其次，就有機Ρ τ 後·· 元件之驅動用TFT的第2 TFT40說明於序第14圖（b)所— —^ 絕緣基板1 0 0上，化:在石英玻璃、無鹼玻璃等所成的矽化的致動層43、成以雷射光照射a — Si膜形成多晶金屬所成之閘極電=緣膜112,及由Cr、Mo等高融點於該通道43c兩側之^該致動層43設置通道43C及設絕緣膜U2及致動芦=3:’及沒極⑽。然後’在問極 B Γ 全面，形成依序堆積Si0媒、 1 '而成的層間絕緣膜11 5，且在對應汲極4 3 d 設置的接觸孔充填A1等金屬，以形成連接於驅動電源的驅動電源線53。再於全面具備由有機樹脂所成的表面平坦用的平坦化絕緣膜丨丨7。然後，在該平坦化絕緣膜1 1 7之表面形成凹凸。

589594 五、發明說明（li) -— 之後，於該平坦化絕緣膜i丨7之源極43s所對應的位形成接觸孔，且藉由該接觸孔，設置與該源極4 3 s接觸之由ITO所成之透明電極；亦即將有機EL元件16〇的陽極設於平坦化絕緣膜1 1 7上。該陽極i 6丨係以每一像素形成分離之島體狀者。由此，得以在陽極丨6丨表面反映平坦化絕緣膜117之凹凸形狀，形成為凹凸部。一再次’如第1 4圖所示，於形成凹凸部的陽極1 6丨上，以真空沈積法形成電洞輸送層i 6 2、發光層i 6 3、電子層1 6 4及陰極1 6 5。 ' 由此’於電洞輸送層162、發光層163、電子輸送層 1 6 4及陰極1 6 5表面反映陽極丄6丨之凹凸狀結果，可分別形成該凹凸部，因此，得以在發光層丨6 3增大該實效發光面積。 [發明的效果] 若依本發明的顯示裝置及顯示裝置之製造方法，係於 EL元件之發光層表面設置凹凸部，而增大該實效表面積，、亦/在不導致像素面積的增大之情形下增大有機E L元件6 0 的貝效發光面積，故能實現高亮度，同時，亦能維持£[元件之發光亮度而延長其壽命。

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第16頁 589594 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第2圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第3圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第4圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第5圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置及其製造方法的剖面圖。第6圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第7圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第8圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第9圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第1 0圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第1 1圖係表示有關本發明第2實施形態之電場發光顯示裝置製造方法的剖面圖。第1 2圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯

314427.ptd 第17頁 589594 圖式簡單說明示裝置及其製造方法的剖面圖。第1 3圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置及其製造方法的剖面圖。第1 4圖係表示有關本發明第1實施形態之電場發光顯示裝置及其製造方法的剖面圖。第1 5圖習用EL顯示裝置之一像素平面圖。第1 6圖沿第1 3圖中B-B線之剖面圖。第1 7圖係表示有機E L元件之壽命與電流密度的關係圖。 10 絕緣基板 11 閘極電極 12 閘極絕緣膜 13 致動層 13d 汲極 13s 源極 14 制動絕緣膜 15 層間絕緣膜 16 汲極電極 17 平坦化絕緣膜 18 源極電極 20 平坦化絕緣膜 20A 凹凸部 21 接觸孔 22 陽極 23 電洞 m 送層 24 發光層 25 電子於送層 26 陰極 30 第 1 TFT 31 閘極電極 32 閘極絕緣膜 33 致動層 33d 汲極 33s 源極 36 汲極電極 40 第 2 TFT 41 閘極電極

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圖式簡單說明 43 致動層 43c 通道 43d 汲極 43s 源極 51 閘極信號線 52 汲極信號線 53 驅動電源線 54 保持電容電極線 55 電容電極 60 EL元件 61 極 62 電洞 m 送層 63 發光層 64 電子 m 送層 65 陰極 100 基板 111 顯示像素 112 閘極絕緣膜 115 層間絕緣膜 130 絕緣膜 131 抗光蝕膜 132 凸部 133 平坦化絕緣膜 134 接觸孔 135 陽極 136 電洞送層 137 發光層 138 電子 ¥m 送層 139 陰極 160 EL元件 161 陽極 162 電洞 m 送層 163 發光層 164 電子送層 165 陰極 314427.ptd 第19頁

Claims

589594 六、申請專利範圍 1. 一種電場發光顯示裝置，係具備：形成於基板上的薄膜電晶體；覆蓋上述薄膜電晶體的絕緣膜，及形成於上述絕緣膜上，藉由形成於該絕緣膜之接觸孔，連接於上述薄膜電晶體之源極或汲極之陽極；形成於上述陽極上的發光層；以及形成於上述發光層上之陰極；其特徵為至少於上述發光層表面形成凹凸部者。 2. —種電場發光顯示裝置的製造方法，包括：於基板上形成薄膜電晶體的製程；於上述薄膜電晶體上形成由感光性材料所成之平坦化絕緣膜之第1製程，於上述平坦化絕緣膜全面實施半曝光及現像處理以形成上述平坦化絕緣膜表面之凹凸部之第2製程；於上述平坦化絕緣膜上之對應於電晶體的汲極位置形成具有開口部的光敏抗蝕之第3製程；實施一般曝光及現像處理，以使於上述平坦化絕緣膜形成接觸孔的第4製程；藉由上述接.觸孔，形成與上述薄膜電晶體源極或汲極連接之陽極的第5製程；於上述陽極上形成發光層的第6製程，以及於上述發光層上形成陰極的第7製程，而於上述陽極、上述發光層、及上述陰極上形成凹凸部者。

314427.ptd 第20頁 589594 六、申請專利範圍 3. —種電場發光顯示裝置的製造方法，包括：於基板上形成薄膜電晶體的第1製程；於上述薄膜電晶體上形成層間絕緣膜的第2製程；於上述層間絕緣膜上形成由絕緣膜所成多個凸部的第3製程；在上述層間絕緣膜及多個凸部上形成平坦化絕緣膜的第4製程；於上述平坦化絕緣膜形成接觸孔的第5製程；藉由上述接觸孔，形成與上述薄膜電晶體源極或 >及極連接之陽極的第6製程’ 於上述陽極上形成發光層的第7製程，以及於上述發光層上形成陰極的第8製程，且係於上述陽極、上述發光層、及上述陰極上形成凹凸部者。 4. 如申請專利範圍第3項之電場發光顯示裝置的製造方法，其中，上述第3製程係於上述層間絕緣膜上形成絕緣膜的製程及於上述絕緣膜實施微影製程，以形成由上述絕緣膜作成之多個凸部的製程者。

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