JP4094863B2

JP4094863B2 - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP4094863B2
Application number: JP2002034180A
Authority: JP
Inventors: 大輔伊賀
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: KR100501707B1; US6836069B2; KR20030068455A; US20030151358A1; US7301275B2; US20050099117A1; JP2003233332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明絶縁性基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）回路部および有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子部を有するアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーによって蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。この有機ＥＬ素子を用いた表示装置として、透明絶縁性基板上にＴＦＴ回路部および有機ＥＬ素子（画素）部を設け、ＴＦＴ回路部により有機ＥＬ素子部を駆動するようにしたアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置がある。
【０００３】
上述したアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置の一例を図１３に示す。本例の有機ＥＬ表示装置において、２はＴＦＴ回路部、４は有機ＥＬ素子部（光取り出し部）、６は透明絶縁性基板（ガラス基板、図示せず）上に形成された下地ＳｉＯ₂層、８はｐ−Ｓｉ層、１０はゲート絶縁膜、１２はゲート電極、１４はＡｌ電極、１６は第１層間膜、１８は第２層間膜、２０は有機平坦化膜、２２は透明電極、２４は有機ＥＬ層、２６はＡｌ陰極、２８はコンタクトホール、３０は樹脂（レジスト）からなるエッジカバー層、３２はエッジカバー層開口部を示す。
【０００４】
図１３の有機ＥＬ表示装置は、有機平坦化膜２０により第２層間膜表面の凹凸の平坦化処理が施されている。光取り出し部４の有機平坦化膜２０上には透明電極２２が形成され、この透明電極２２はコンタクトホール２８を介してＴＦＴ回路と接続されている。そのＴＦＴ回路上には透明電極２２の段差緩和のためのエッジカバー層３０が形成されているとともに、光取り出し部４の上でエッジカバー層３０に開口部３２が形成され、有機ＥＬ層２４と透明電極２２とが開口部３２で接合を形成している。有機ＥＬ表示装置の最上部には、全面にわたってＡｌ陰極２６が形成されている。エッジカバー層３０は開口部３２との境界部分における端部においてテーパー処理が施されており、開口部端３４において有機ＥＬ層２４にクラックが生じ、透明電極２２とＡｌ陰極１６との間でショートが発生することを防止している。
【０００５】
上記のように、図１３に示した従来のアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置では、ガラス基板上にＴＦＴを形成後、有機平坦化膜により平坦化処理を行っている。また、透明電極とＡｌ電極のコンタクトを形成後、エッジカバー層によりＴＦＴ回路部表面および透明電極の厚みに起因する段差の平坦化と開口部のテーパー化を行っている。これは、ＴＦＴ回路部分に生じる段差により、Ａｌ陰極が段切れを起こさないためと、蒸着により有機ＥＬ層を形成する際の開口部端での有機ＥＬ層薄膜化に起因する透明電極とＡｌ陰極とのショートを起こさないための処置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３に示した従来のアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置は、有機平坦化膜からの脱ガスによって有機ＥＬ層が劣化するという欠点を有するものであった。すなわち、上記有機ＥＬ表示装置の製造では、透明電極コンタクトホール形成以降の工程で湿式で処理を行う工程が含まれるため、有機平坦化膜が吸湿してしまい、有機ＥＬ表示装置の完成後に有機平坦化膜が水分を放出し、有機ＥＬ層の劣化を引き起こしてしまうものであった。
【０００７】
これに対し、上記欠点を解消するためには、図１４に示すように、単純に有機平坦化膜を削除することが考えられる。しかし、この手段ではＴＦＴ回路部表面を平坦化するためにエッジカバー層を厚く形成する必要があり、そのため段差の影響でエッジカバー層３０とエッジカバー層開口部３２との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θが大きくなり、開口部３２での透明電極−Ａｌ陰極間のショートが発生してしまう。なお、図１４において図１３と同一の部分には同一の参照符号を付してある。
【０００８】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、有機平坦化膜からの脱ガスによって有機ＥＬ層が劣化するという問題を生じさせることなく、エッジカバー層開口部端での透明電極−陰極間ショートの発生を防止することができるアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、透明絶縁性基板上にＴＦＴ回路部および有機ＥＬ素子部を備え、前記ＴＦＴ回路部の表層部にはエッジカバー層、前記有機ＥＬ素子部の表層部にはエッジカバー層開口部を有する有機ＥＬ表示装置であって、前記エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θが３０度以下であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置を提供する。
【００１０】
本発明では、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θを３０度以下としたことにより、エッジカバー層開口部端での透明電極−陰極間ショートを効果的に防止することができる。この場合、上記角度θは２０度以下であることがより好ましい。
【００１１】
また、上記角度θを３０度以下とする手段に特に限定はないが、ポストベーク処理によるエッジカバー層端部のテーパー化処理によって角度θを３０度以下とする手段を好適に使用することができる。
【００１２】
さらに、有機ＥＬ素子部の積層構造の低層部に、ＴＦＴ回路部と有機ＥＬ素子部との段差を緩和する段差緩和層を設けた場合には、有機平坦化膜からの脱ガスによって有機ＥＬ層が劣化するという問題を生じさせることなく、上記角度θを容易に３０度以下とすることができる。すなわち、単純に有機平坦化膜を削除して、エッジカバー層により代替した場合では、エッジカバー層開口部とＴＦＴ回路部分の段差により角度θは大きくなってしまうが、有機ＥＬ素子部の低層部に段差緩和層を設けた場合には、角度θは図１３に示した有機平坦化膜を用いた場合と同等となる。
【００１３】
この場合、上記段差緩和層は、有機ＥＬ素子部の積層構造の低層部（後述の実施形態では透明電極より下層であり、下地ＳｉＯ₂層より上層のいずれかの層）において設ければよいが、製造工程上は上記積層構造の最下層（後述の実施形態では下地ＳｉＯ₂層の直上）に設けることが好ましい。
【００１４】
また、段差緩和層は無機化合物層であることが好ましい。ただし、段差緩和層を有機ＥＬ層と離れた層、例えば下地ＳｉＯ₂層の直上等に形成し、段差緩和層を層間絶縁膜等で完全に被覆するなど、その後のプロセスで脱ガスを発生しないような条件を満足すれば、段差緩和層として有機化合物層を使用することも可能である。
【００１５】
なお、本発明における有機ＥＬ素子部の素子構造は、電極間に有機層を１層あるいは２層以上積層した構造であり、その例として、陽極／発光層／陰極からなる構造、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極からなる構造、陽極／正孔輸送層／発光層／陰極からなる構造、陽極／発光層／電子輸送層／陰極からなる構造等の構造が挙げられる。上記各電極および有機層には、公知の材料を使用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面図、図２は同表示装置の平面図である。本例の有機ＥＬ表示装置において、２はＴＦＴ回路部、４は有機ＥＬ素子部（光取り出し部）、６は透明絶縁性基板（ガラス基板、図示せず）上に形成された下地ＳｉＯ₂層を示す。下地ＳｉＯ₂層６は、高温プロセス中でのガラス基板からの汚染物質（アルカリ金属、重金属、カーボン等）の拡散を防止するために設けられている。また、図中５０はＳｉＯ₂またはＳｉＮ等の無機化合物からなる段差緩和層、８はｐ−Ｓｉ層、１０はゲート絶縁膜、１２はゲート電極、１４はＡｌ電極、１６は第１層間膜、１８は第２層間膜、２２は透明電極、２４は有機ＥＬ層、２６はＡｌ陰極、２８はコンタクトホール、３０は樹脂（レジスト）からなるエッジカバー層、３２はエッジカバー層開口部を示す。なお、段差緩和層５０は有機ＥＬ素子部４よりも平面面積が大きい。
【００１７】
図３〜図６は本例の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。図１〜図６を参照すると、本例の有機ＥＬ表示装置は次のようにして製造される。
【００１８】
（１）ガラス基板上に下地ＳｉＯ₂拡散防止層６を成長させる。ＳｉＯ₂またはＳｉＮを成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングにより段差緩和層５０を形成させる（図３）。
【００１９】
（２）ＣＶＤによりａ−Ｓｉを成長させ、ＥＬＡ（エキシマレーザーアニール）によりｐ−Ｓｉ化させて、ｐ−Ｓｉ層８を形成させる。ゲート絶縁膜（ＳｉＯ₂、１層目）１０ａを成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりＴＦＴ部分を分離する（図４）。
【００２０】
（３）ＣＶＤによりゲート絶縁膜（ＳｉＯ₂、２層目）１０ｂを成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりゲート電極１２を形成させ、ＣＶＤにより第１層間膜１６を成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりコンタクトホール２８を形成させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりＡｌ電極１４を形成させる（図５）。本例において、ゲート絶縁膜を２段階（１０ａおよび１０ｂ）で形成している理由は、ＣＭＯＳトランジスタを形成するためのソース・ドレイン領域への不純物イオン注入工程と関連がある。すなわち、本例は、ゲート絶縁膜を概ね１００ｎｍと厚く形成する設計の場合の一例であり、ｎ型不純物を厚い酸化膜越しに注入することが困難なためである。そこで、ゲート絶縁膜（１層目）を例えば概ね１０ｎｍ程度で薄く形成後ｎ型不純物を注入し、その後ゲート絶縁膜（２層目）を概ね９０ｎｍ程度形成後ｐ型不純物を注入している。したがって、ゲート絶縁膜を例えば５０ｎｍ程度と厚く形成する必要がない場合には、ゲート絶縁膜を１段階で形成することも可能である。
【００２１】
（４）ＣＶＤにより第２層間膜１８を成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりコンタクトホール２８を形成させ、スパッタによりＩＴＯ電極を形成させ、リソグラフィー／ドライエッチングにより透明電極２２を形成させる（図６）。
【００２２】
（５）スピンコーターによりエッジカバー層３０を塗布し、リソグラフィーによりエッジカバー層開口部３２を形成し、ポストベークによりテーパー４０を形成させ、蒸着により有機ＥＬ層２４、Ａｌ陰極層２６を形成させる（図１、図２）。
【００２３】
上述のように、本例の有機ＥＬ表示装置は、下地ＳｉＯ₂成長後、ＳｉＯ₂またはＳｉＮからなる段差緩和層を、ＴＦＴ回路部と光取り出し部の段差に相当する膜厚で成長させる。光取り出し部のみ段差緩和層を残して、ＴＦＴ回路部分の段差緩和層はエッチングにより除去した後、ＴＦＴ回路部分と透明電極を形成する。透明電極にはＩＴＯを用いる。
【００２４】
続いてエッジカバー層を塗布する。エッジカバー層塗布の効果により、ＴＦＴ回路部分の平坦化が行われる。その後、リソグラフィーを用いて光取り出し部の最上部のエッジカバー層を除去してエッジカバー層開口部を形成し、ポストベーク処理により、エッジカバー層端部のテーパー化処理を行う。
【００２５】
続いて有機ＥＬ層とＡｌ陰極を蒸着し、エッジカバー層開口部で接合を形成する。段差緩和層の効果により、光取り出し部の高さはＴＦＴ回路部分とほぼ同等の高さとなっているため、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θは３０度以下となっている。このため、開口部端における有機ＥＬ層のカバレジ不良発生防止の効果と、それに伴うＡｌ陰極−透明電極間ショート防止の効果が得られた。なお、角度θを３０度以下とすることにより顕著な効果があることは、後述の実施例に示した。
【００２６】
ＴＦＴ回路部２と有機ＥＬ素子部４との段差を緩和する別の構成として、図１２に示したように透明絶縁性基板６０のＴＦＴ回路部２形成部分に座繰りを設け、透明絶縁性基板６０内にＴＦＴ回路部２を埋め込むことが考えられる。しかしながら、このような構造とするためには、透明絶縁性基板６０内に座繰りを設ける工程が必要となる。これに対し、本例の有機ＥＬ表示装置では、図１１に示すように、表面が平滑な透明絶縁性基板６０上の有機ＥＬ素子部４形成部分に段差緩和層５０を積層するだけでよいので、製造工程が簡単である。また、図１１および図１２の構成において、例えば、スピンコーティングにより同一の条件、すなわちエッジカバー層をその厚さが同じとなる条件で形成する場合には、図１１の場合の方が図１２の場合に比べてＴＦＴ回路部２を被覆するエッジカバー層表面と有機ＥＬ素子部４表面との段差を小さくすることができる。そのため、図１１の構成の方が、角度θを小さくすることができ有利である。なお、図１１（ａ）および図１２（ａ）ではエッジカバー層の図示を省略してある。
【００２７】
図７は本発明に係る有機ＥＬ表示装置の第２の実施の形態を示す断面図である。段差緩和層を有する第１の実施の形態において、角度θを３０度以下とすることにより、エッジカバー層開口部端でのＡｌ陰極−透明電極間のショートを効果的に防止することができることを示したが、段差緩和層を設けなくても同様に角度θを３０度以下とすることができれば、同様の効果が得られるであろうことを期待して検討した段差緩和層を設けない例である。本例の有機ＥＬ表示装置において、２はＴＦＴ回路部、４は有機ＥＬ素子部（光取り出し部）、６は透明絶縁性基板（ガラス基板、図示せず）上に形成された下地ＳｉＯ₂層、８はｐ−Ｓｉ層、１０はゲート絶縁膜、１２はゲート電極、１４はＡｌ電極、１６は第１層間膜、１８は第２層間膜、２２は透明電極、２４は有機ＥＬ層、２６はＡｌ陰極、２８はコンタクトホール、３０は樹脂（レジスト）からなるエッジカバー層、３２はエッジカバー層開口部を示す。なお、図７において角度θは３０度より大きく描かれているが、図７はあくまでも模式図であり、実際の寸法に対応するものではない。
【００２８】
図８〜図１０は本例の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。図７〜図１０を参照すると、本例の有機ＥＬ表示装置は次のようにして製造される。
【００２９】
（１）ガラス基板上に下地ＳｉＯ₂拡散防止層６を成長させる。ＣＶＤによりａ−Ｓｉを成長させ、ＥＬＡによりｐ−Ｓｉ化させて、ｐ−Ｓｉ層８を形成させる。ゲート絶縁膜（ＳｉＯ₂、１層目）１０ａを成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりＴＦＴ部分を分離する（図８）。
【００３０】
（２）ＣＶＤによりゲート絶縁膜（ＳｉＯ₂、２層目）１０ｂを成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりゲート電極１２を形成させ、ＣＶＤにより第１層間膜１６を成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりコンタクトホール２８を形成させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりＡｌ電極１４を形成させる（図９）。本例において、ゲート絶縁膜を２段階（１０ａおよび１０ｂ）で形成しているのは、前述したのと同じ理由からである。
【００３１】
（３）ＣＶＤにより第２層間膜１８を成長させ、リソグラフィー／ドライエッチングによりコンタクトホール２８を形成させ、スパッタによりＩＴＯ電極を形成させ、リソグラフィー／ドライエッチングにより透明電極２２を形成させる（図１０）。
【００３２】
（４）スピンコーターによりエッジカバー層３０を塗布し、リソグラフィーによりエッジカバー層開口部３２を形成し、ポストベークによりテーパー４０を形成させ、蒸着により有機ＥＬ層２４、Ａｌ陰極層２６を形成させる（図７）。
【００３３】
上述のように、本例の有機ＥＬ表示装置は、下地ＳｉＯ₂成長後、エッジカバー層を塗布した後、リソグラフィーを用いて光取り出し部の最上部のエッジカバー層を除去してエッジカバー層開口部を形成し、ポストベーク処理により、エッジカバー層端部のテーパー化処理を行う。これにより、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θは３０度以下とすることができた。このため、開口部端における有機ＥＬ層のカバレジ不良発生防止の効果と、それに伴うＡｌ陰極−透明電極間のショート防止の効果が第１の実施の形態と同様に得られた。しかしながら、この第２の実施の形態ではエッジカバー層を厚く形成しなければならないため、小さな角度θを得るには不利であり、２０度以下とすることは困難であった。
【００３４】
【実施例】
次の実験を行った。図１に示した有機ＥＬ表示装置であって、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θを２０度、３０度、５０度、７０度、９０度とした有機ＥＬ表示装置のサンプル各２０個をそれぞれ作成し、透明電極とＡｌ陰極との間でショートが発生するか否かを調べた。この場合、透明電極とＡｌ陰極との間でショートが発生しなかったものを良品、発生したものを不良品とした。結果を表１に示す。なお、角度θが９０度の有機ＥＬ表示装置は、ポストベーク処理によるエッジカバー層端部のテーパー化処理を行わなかったものである。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１より、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θを３０度以下、より好ましくは２０度以下とすることにより、Ａｌ陰極−透明電極間ショートを効果的に防止できることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の有機ＥＬ表示装置は下記の効果を奏する。
（ａ）有機平坦化膜からの脱ガスによる有機ＥＬ層の劣化が起こらない。これは、有機平坦化膜を廃止できるためである。有機平坦化膜を使用して平坦化処理を行った場合、平坦化処理工程よりも後の工程において有機平坦化膜が水分を吸収してしまい、有機ＥＬ表示装置の完成後に有機平坦化膜から脱ガスが発生して、有機ＥＬ層を劣化させてしまう。本発明では、有機平坦化膜を使用しないので、原理的にこの問題は発生しない。なお、本発明でも有機膜である樹脂（レジスト）からなるエッジカバー層を設けるが、エッジカバー層形成工程より後の工程で湿式工程がないため、水分の悪影響は受けない。
【００３８】
（ｂ）エッジカバー層開口部端での透明電極−陰極間ショートを効果的に防止することができ、その防止効果は有機平坦化膜を利用した場合と同等である。これは、エッジカバー層とエッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θを３０度以下としたからである。上記角度θが大きいと、開口部のエッジに沿って有機ＥＬ層にクラックが生じ、この部分で透明電極とＡｌ陰極とのショートが発生してしまうため、透明電極の開口部では角度θが小さいほうが好ましい。本発明の第１の実施の形態では、段差緩和層を設けることにより容易に角度θを３０度以下、好ましくは２０度以下とすることができる。したがって、信頼性が高く、かつ設計の自由度が大きい。一方、本発明の第２の実施の形態では、信頼性と設計の自由度は第１の実施の形態に比べて小さいが、段差緩和層を設ける工程が不要なので、低コストで製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１の有機ＥＬ表示装置の平面図である。
【図３】図１の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】図１の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】図１の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】図１の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明に係る有機ＥＬ表示装置の他の例を示す断面図である。
【図８】図７の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】図７の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図７の有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は表面が平滑な透明絶縁性基板上にＴＦＴ回路部および有機ＥＬ素子部を設けた本発明の有機ＥＬ表示装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ断面図である。
【図１２】（ａ）は透明絶縁性基板内にＴＦＴ回路部を埋め込んだ従来の有機ＥＬ表示装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ断面図である。
【図１３】従来のアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面図である。
【図１４】図１３の有機ＥＬ表示装置の有機平坦化膜を削除した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２ＴＦＴ回路部
４有機ＥＬ素子部
２２透明電極
２４有機ＥＬ層
２６Ａｌ陰極
３０エッジカバー層
３２エッジカバー層開口部
５０段差緩和層
θ エッジカバー層端部の角度

Claims

透明絶縁性基板上にＴＦＴ回路部および有機ＥＬ素子部を備え、前記ＴＦＴ回路部の表層部にはエッジカバー層、前記有機ＥＬ素子部の表層部にはエッジカバー層開口部を有する有機ＥＬ表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子部の積層構造の低層部のみに、前記ＴＦＴ回路部と前記有機ＥＬ素子部との段差を緩和する段差緩和層が形成されることによって、前記エッジカバー層と前記エッジカバー層開口部との境界部分におけるエッジカバー層端部の角度θが３０度以下になっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記有機ＥＬ素子部の積層構造の最下層に前記段差緩和層を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
段差緩和層は無機化合物層であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ表示装置。
表面が平滑な透明絶縁性基板上にＴＦＴ回路部および有機ＥＬ素子部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示装置。