TWI241542B - Electroluminescent display device - Google Patents

Description

1241542 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關電場發光（E 1 e ctro Luminescence:以 下簡稱「EL」）顯示裝置。 【先前技術】 近年來，使用EL元件的EL顯示裝置成為取代CRT或LCD 的顯示裝置而受人矚目。 又，具有TFT開關元件以驅動該EL元件的主動矩陣型 E L顯示裝置也正在被研發當中。 第3圖係顯示有機EL顯示裝置之1顯示畫素的平面圖’ 第4圖係顯示有機EL顯示裝置之1顯示晝素的等效電路圖’ 第5 (a)圖係顯示沿第3圖中A-緣的剖視圖，第5(b)圖係顯 示沿第3圖中B-B線的剖視圖。 如第3及第4圖所示，閘極信號線5 1與汲極信號線5 2所 圍成的區域形成顯示晝素。在兩信號線的交又點附近備有 開關元件的第1TFT3〇，該TFT30的源極13s，係與後述的保 持電容電極5 4之間除了兼具形成電容器的電容電極5 5外’ 同時連接到驅動有機£!^元件的第2TFT40之問極41。第2的 TFT40源極43s係連接到有機EL元件的陽極61，而另一邊的 沒極43d係連接到驅動有機EL元件的驅動電源線53。 又，在TFT的附近配置有與閘極信號線5 1爭行的保持 電容電極5 4。該保持電容電極5 4係由鉻等構成，在隔著閘 極絕緣膜1 2與連接到第1 TFT3 0源極1 3 s的電容電極5 5之間 蓄積電荷形成電容器。該保持電容器7 〇，係為保持施加在 第2TFT4 0閘極41的電壓而設置的。

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五、發明說明（2) 又，針對開關用TFT的第1 TFT30進行說明。 如第5 ( a )圖所示，在由石英玻璃、無鹼玻璃等所構 的絕緣性基板10上，形成由鉻（Cr)、鉬（Mo)等高炫點金$ 所構成的兼作閘極電極1 1的閘極信號線5 1及保持電容電極 線5 4 〇 其次，依序形成由閘極絕緣膜1 2，以及多晶石夕 (Poly-Si 1 iC0n，以下稱「p-Si」）膜所構成的主動層 13，在δ亥主動層13’係设置有所謂LDD(Lightly Doped D r a i η )構造’亦即、在閘極1 1的兩側設置低濃度區 1 3 L D、在其外側没置向》辰度區的源極1 3 3及沒極1 3 d。 然後’在整個閘極絕緣膜1 2及主動層1 3上，設置依日召 S i 0媒、S i N膜及S i 0媒的順序層積的層間絕緣膜1 &，並在 對應汲極1 3 d所設的接觸孔填充A 1等金屬以設置兼作汲極 h號線5 2的汲極電極。再全面設置例如由有機樹脂構成， 表面並經平坦的平坦化絕緣膜1 7，在其上，層積有機el元 件6 0的各有機材料6 2、6 4及陰極6 6。 其次，利用第5 ( b )圖針對供應電流給有機EL元件的 驅動用T F T，即第2 T F T 4 0予以說明。 第2TFT40，係於由石英玻璃、無鹼玻璃等構成的絕緣 性基板1 0上，設置由Cr、Mo等高熔點金屬構成的閘極電極 41 ’並依序形成由閘極絕緣膜12，以及p_si膜構成的主動 層4 3 ’在該主動層4 3，係於閘極電極4 1上方設置真性或實 貝上真性的通道4 1 c ’和在該通道4 1 c的兩側，對其兩側施 以離子摻雜而設置源極4 3 s及汲極4 3 d。

314307.ptd 第6頁 1241542 五、發明說明（3) 然後，在整個閘極絕緣膜1 2及主動層4 3上，形成依照 S i 0臈、S i N膜及S i 0臈的順序層積的層間絕緣獏1 5，並在 對應汲極4 3 d設置的接觸孔填充A 1等金屬且配置連接到驅 動電源的驅動電源線5 3。再全面形成例如由有機樹脂構 成，表面並經平坦的平坦化絕緣膜1 7，並在對應該平坦化 絕緣膜1 7及層間絕緣膜1 5的源極4 3 s處形成接觸孔，介該 接觸孔在平坦化絕緣膜1 7上設置和源極4 3 s接觸的由 ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫）構成的第1電極，即 有機EL元件的陽極6卜 有機EL元件6 0的構造，係依照：由I TO等透明電極構 成的陽極6卜肘丁0八丁八（4,4，，4”-三（3-甲基苯基苯基胺基三 苯基胺）構成的第1電洞輸送層與TPD(n，η，-二苯基—n，n，一 二（3 -甲基苯基）-1，1 ’ 一聯苯—4，4 ’-二胺）構成的第2電洞 輸送層所構成的電洞輸送層6 2、由含喹吖啶_ (Quinacridone)衍生物的BebQ2(雙（10-羥基笨并[h]喹 啉）鈹）構成的發光層63及由Bebq2構成的電子輸送層64所 構成的發光元件層6 5、鎂銦合金構成的第2電極即陰極6 6 的順序層積而成。該陰極6 6，係設置在整個製造第3圖所 不有機E L顯示裝置的基板1 〇上，也就是說設置在整個紙張 上，具有100 0A的膜厚。 又有機EL元件，係從陽極注入的電洞與從陰極注入的 電子在發光層的内部重結合，並激發形成發光層的有機分 子產生激子’邊激子在輕射鈍化（d e a c t i v a t丨0 n )的過程 從發光層放射出光，該光從透明陽極介透明絕緣基板向外

314307.ptd 第7頁 1241542 五、發明說明（4) 部發出光。 在此，針對有機EL元件發光層6 3的製法予以_曰 發光層6 3雖發出各種顏色的光，作i夂接令，明。 不同’係利用蒸著法將其各種材料形成在第2電洞 上。製造時，各種顏色例如以紅（R)、綠（G)、藍（^ ^ 光材料順序成島狀的设置在對應的陽極6 1上。 ' 各顯示畫素的發光層63 ’係對應陽極61依序反覆护成 R、G、B各種顏色，配列成矩陣狀。蒸著各種顏色的發光 層材料時，使用開孔成矩陣狀的金屬遮罩蒸著第1種^ 色，再向旁或向下移動該遮罩依序蒸著各種顏色。^ 【發明内容】 在習知的構造’陰極6 6的A 1層膜厚，考慮到導電性、 防止因發光元件層6 5的厚度會產生段差、遮光性等包而認 為1 0 0 0A就足夠。 ^ 但是，如第6 ( a )圖所示，陰極6 6材料的鋁層係由蒸著 ，成，故製成膜的A1層密度薄，容易產生缺陷。例如了在 条著上述發光層6 3的製程，係依各種顏色矩陣狀的移動金 屬遮罩，因此會有碰傷電洞輸送層62的情況，在那種狀態 下’蒸著I呂則會因電洞輸送層6 2的缺陷（段差），而在紹層 也產生缺陷。又，在製膜中也常會因灰塵而在鋁上產生針 孔或段差造成的缺陷。 第6(b)圖，係顯示因A1缺陷造成暗點（dark spot)的 標示圖。在此係舉一例在素玻璃（m〇ther glass)101上配 置4片顯示面板1 〇 2，各面板的黑點是暗點1 〇 3。如第6 ( a )

314307.ptd 第8頁 1241542 五、發明說明（5) -- 圖所^不丄若在陰極A 1層出現缺陷部分，則jl下的於 層6 5就會接觸外卸_ 、 J r^先兀件 N立圭夸X信奋二氣跑進水7刀。1個畫素若跑進水分， 則，、旦素不僅g變成不良的閃爍缺陷， 分會陸續影響相鄰查本你*辦Λ非欢1 及素的水 ㈣晝素，增加、交成非發光區的暗羝1 n q 最後整片面板會形点 >、么日g + ，姘 〜迅 1^103， 65與外部的接觸成然… 疋要隔絕發光元件層 而且、，該A1層的缺陷，例如即使是〇 · 3// m左右的大 小，對發光元件層而言也會出現類似上述的問題， LCD等顯不裝置比需要1〇至2 〇倍的精度管理。 μ:ί t1層Ϊ身’也可設法利用A1回焊等來熔融填補孔 的侈里方法。然而，由於形成在陰極 層65抗熱性差，所以.、土 士舳敕加λ，曰 < 刖的七先π件 女攸$ 士、+ 無法加熱整個A 1層，亦即，在過去、、5 = >補方法，即使做到發光元件層6 成 陰極^…良品，而出現良品率下降：：：。仁到形成 詈，且2 J ί 2對上述課題而加以研發的電場發光顯示裝 、必：^ 土板上方的第1電極、設在該第1電極上具有 lit二元件,驅動該EL元件的薄膜電晶體，以及設在 _二^上的第2電極，其中藉由將上述第2電極的膜厚 叹疋在2 0 0 0A以上而解決問題。 又’其特徵疋將上述第2電極的膜厚設定在1 〇 〇 〇 〇 a以 下。 且’上述第2電極係為鋁層。 並’驅動上述EL元件，從上述第2電極側向上述第1電 極側發光。

314307.ptd 第9頁 1241542 五、發明說明（6) 【實施方式】 針對本發明的EL顯示元件，利用圖1及圖2予以詳細說 明。 第1圖，係顯示本發明有機EL元件的剖視圖，又，對 於EL顯示裝置的各顯示晝素、等效電路圖的構造和已揭示 的第3圖及第4圖的構造實質上相同，故省略說明。 首先，就開關用TFT的第1TFT30加以說明。 如第1 ( a )圖所示，在由石英玻璃、無鹼玻璃等構成的 絕緣性基板1 〇上，形成由鉻（Cr )、鉬（M〇 )等高熔點金屬構 成的兼作閘極電極1 1之閘極信號線5 1及保持電容電極線 54 ° 其次，依閘極絕緣膜12，以及多晶矽（Poly-Si 1 icon 以下稱「p — s i」）膜的順序形成主動層1 3，並在該主動層 13〇又置所明的LDD(Lightly Doped Drain)構造。亦即， 在問極1 1的兩側設置低濃度區1 3LD及在其外側設置高濃度 區的源極1 3 s及汲極1 3 d。 • “彳後’在整個閘極絕緣膜1 2及主動層1 3上，設置依照 ^媒、S i N膜及s丨〇联的順序層積的層間絕緣膜 對應汲極1 ] Ha m , 丄仕 信號線52的妾觸孔充填A1等金屬以設置兼作沒極 並平坦表面的1 ^極1 6。再全面設置例如由有機樹脂構成 6〇的各有機化絕緣膜1?，纟其上，形成有機EL元件 極8 〇。 料6 2、6 4，並層積後述的4 0 0 0 A左右之厚陰 其次，揭；丄 ^不本發明有機EL元件的驅動用TFT剖視圖，

第10頁 1241542 五、發明說明（7) 如第丄⑴圖所示，在由石英破場、無鹼 緣性基板10上，設置由鉻（Cr、 ^ ,U Λ - ^ 再战的矣巴 又A VLr)、鉬（Mo)等高熔點金屬据 成的問極電極41’並依序形成構成主動層絕= 咖p-_，在該主動層43，於問極電極43上方設 或貫質上真性的通道43c，及在該通道43c的兩側，對其 側施予離子摻雜設置源極43s及汲極43d。 … 然後，在整個閘極絕緣膜丨2及主動層4 3上，依S丨〇 2 膜、Si N膜及SiO蹒的順序層積形成層間絕緣膜15，並^對 應汲極43d設置的接觸孔填充A1等金屬以配置連接到驅動 電源5 0的驅動電源線5 3。再全面設置例如由有機樹脂構成 並平坦表面的平坦化絕緣膜丨7，並在對應該平坦化絕緣膜 1 7源極4 3 s之處形成接觸孔’介該接觸孔於平坦化絕緣膜 1 7上設置與源極43s接觸的由I το構成的第1電極，即有機 E L元件的陽極6 1。 有機EL元件6 0的構造，係依照：由IT0等透明電極構 成的陽極6卜MTDAT A (4, 4’，4” -三（3-甲基苯基苯基胺基） 二苯基胺）構成的第1電洞輸送層與TPD(n，η’ -二苯基 -n，η -«—（3-甲基本基）-1，1 -聯苯-4，4 ’ -二胺）構成的第 2電洞輸送層所構成的電洞輸送層6 2、由含喹吖啶酮 (Quinacridone)衍生物的Bebq2(雙（10-羥基笨并[h]嗤 啉）鈹）構成的發光層63及由Bebd2構成的電子輸送層64所 構成的發光元件層6 5、鎂銦合金構成的第2電極即陰極8 〇 的順序層積而成。該陰極8 0，係設置在整個製造第3圖所 示有機E L顯示裝置的基板1 0上，也就是說設置在整個紙張

314307.ptd 第11頁 1241542 五、發明說明（8) 上’具有400 〇A的膜厚。 電子：ί Γ二内：ϊ! Ϊ注，洞與從陰極·入的 子產生激子，錢子在:’亚激發形成發光層的有機分 從發光層放射出光，兮（/eactlvatlon)的過程 部發出光。 忒先攸透明陽極介透明絕緣基板向外 羽次^之特k ’係將陰極的A 1層膜厚訂為4 0 0 0 A。在 於Ai層係為1著，故膜^在^層吊發生缺陷。其原因在 .^ # : ώ故膜的岔度薄或製A1層膜時的灰塵為其 要口尤，、疋灰塵需要LCD的1〇至20倍的精度管理。 ^在有機EL元件的形成製程，於發光元件層^上， 1由f (W)或矽（Si)等構成，並於對應各顯示畫素處備有 孔:屬遮罩載置在陽極6 1上。然後，將各發光層材 料予以瘵著，製程中將金屬遮罩朝一方向移動以堆積各種 顏色^發光層材料。由於移動該金屬遮罩容易碰傷有機虬 兀件取上層的電洞輪送層，且其段差會影響到形成在上層 的陰極A 1層’成為常發生缺陷的原因。 。根據本發明’透過將陰極8 0材料的A 1層膜厚製成2 〇 〇 〇 A至1 0 0 0 0A ’可以大幅抑制因成膜中超微細灰塵或電洞 輸送層的缺陷所產生的陰極針孔。 在此’利用第2圖說明本發明的效果。第2 ( a)圖，係 將陰極的厚度製成4 0 0 0A時的暗點標示圖，第2(b)圖，係 顯示1基板内（基板尺寸：3 〇 〇 m nix 4 0 0 m m)的暗點數與陰極 膜厚的相關關係圖。 ' =

314307.ptd 第12頁 1241542 五、發明說明（9) 第2 ( a )圖係舉一例在素玻璃2 0 1上配置4片顯示面板 2 0 2，各面板的黑點為暗點2 0 3。和習知的陰極膜厚1 0 0 0 A 時（第6 ( b ))比暗點銳減，具體上，如第2 ( b )圖所示，將 1 Ο Ο Ο A製成4 0 0 0 A，平均每片基板的暗點數約可降低到 1 / 4程度。 這是因為透過增加膜厚，在蒸著A 1層的初期階段所產 生的針孔會在蒸著完成時被填補的關係。當然厚度越厚針 孔的發生或然率會減少，不過要增加厚度蒸著的時間就要 加長，也就會降低產能。 根據第2 ( b )圖，暗點發生的或然率在將膜厚從1 Ο Ο 0A 增加到2 Ο Ο Ο A時就會急劇下降，之後緩慢的下降，因此， A 1層製成比2 0 0 0A厚即可。 然而，金屬的A 1層與下層的有機層剛性不同。因此， 若將A 1層製成太厚則A 1層與有機層之間會產生膜應力，將 增加發生膜剝落的可能性。所以，A 1層製成1 0 0 0 0 A以下 即可，在本實施形態採用的最佳膜厚值為4 0 0 0 A。 如上所述在本寶施形態中，並不是僅將陰極當作導體 膜，而是還具有作為有機膜保護層用的特徵。藉由A 1層具 有足夠的保護能力，例如在更上層就沒有另行再設保護層 的必要，成膜雖然稍微多花點時間，但整體而言產能提 昇。 依據本發明，可大幅降低陰極材料鋁層的缺陷。 陰極出現缺陷，係因成膜中的超微細灰塵，或製造EL 元件層時移動金屬遮罩傷及電洞輸送層所致，它們將影響

314307.ptd 第13頁 1241542 五、發明說明（ίο) A 1層而造成針孔等缺陷。從該缺陷跑進水分，會從1畫素 的閃爍缺陷變成整個晝面無法顯示的大問題。亦即，即使 是EL元件或TFT沒有異常的製品，也會因最後製程的不 良，而使得成本增加良品率下降。 依據本發明，利用增加鋁膜厚度，可以實現幾乎完全 不受灰塵或電洞輸送層傷痕影響的陰極。 具體上，藉由將陰極厚度製成2 0 0 0 A，可大幅降低暗 點，提高厚度的效果；製成4 0 0 0 A，更有益於降低暗點。 又，由於陰極的膜厚在1 0 0 0 0 A以下，故可以抑制剛 性差異所造成的膜剝落。 由於A 1容易蒸著且價格便宜，所以一般上被用作電極 材料，然而相反的，它也是種蒸著密度薄且易產生缺陷的 材質。不過，依據本發明，因為只要將陰極的A1層膜厚加 大即可，所以並沒有增加特別的材料與製程，就能降低陰 極的缺陷。 加上，係由陰極側向陽極側發光的底發射型構造，所 以即使陰極厚也不會影響發光亮度、發光率，而且遮光性 不會變差，所以是種最佳的實施形態。

314307.ptd 第14頁 1241542 圖式簡早說明 【圖式簡單說明】 第1 ( a )及（b )圖係說明本發明用之剖視圖。 第2 ( a )及（b )圖係說明本發明用之特性圖。 第3圖係說明先前技術用之俯視圖。 第4圖係說明先前技術用之等效電路圖。 第5 ( a )及（b)圖係說明先前技術用之剖視圖。 第6 ( a )及（b )圖係說明先前技術用之特性圖。 10 絕緣性基板 1卜41 閘極電極 12 閘極絕緣膜 13> 43 主動層 13s、 43s 源極 13d、 43d 汲極 13c、 43c 通道 15 層間絕緣膜 16 汲極電極 17 平坦化絕緣膜 30 第 1TFT 40 第 2TFT 50 驅動電源 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）5 5 電容電極 60 有機E L元件 61 陽極（第1電極 ) 62 電洞輸送層 (有機材料） 63 發光層 64 電子輸送層 (有機材料） 65 發光元件層 66> 80 陰極（第2電極 ) 70 保持電容器 10卜 201 素玻璃 102^ 202 顯示面板 103' 203 暗點

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Claims (1)

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皇00004丨———_备年f月- 種電場發光顯示裝置，係具有：設於基板上方的第1 Μ - ’設於該第1電極上具有發光層的EL元件；驅動J 疋件的薄膜電晶體，以及設於上述EL元件上的第2電 極；其中， 上述第2電極的膜厚設定在比2 0 0 0A更厚至4 0 0 〇A U下範圍内。 ，請專利範圍第1項的電場發光顯示裝置，其中’上 〔弟2電極係為紹層。 =申請專利範圍第1項的電場發光顯示裝置，其中，驅 動上述EL元件，並從上述第2電極側向上述第1電極側 發光。 一種主動矩陣型電場發光顯示裝置，係具有：設於基 板上方的第1電極；設於該第1電極上具有發光層的EL 70件；驅動該EL元件的薄膜電晶體，以及設於上述EL 元件上的第2電極；其中， 上述發光層係依每一發光材料使用一個遮罩而形 成’而 上述第2電極的膜厚設定在比2〇〇 〇A更厚至10000 A以下範圍内。 如申請專利範圍第4項的主動矩陣型電場發光顯示裝 置’其中，上述第2電極係為鋁層。 如申請專利範圍第4項的主動矩陣型電場發光顯示裝 置，其中，驅動上述EL元件，並從上述第2電極側 向上述第1電極側發光。

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