JP5094032B2 - 底面発光型の有機発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ)を用いた有機発光素子の製造方法に係り、さらに詳細には、ピクセルごとに有機薄膜トランジスタを用いて、前記有機発光ダイオードを駆動するピクセル回路を備えるアクティブマトリックス駆動方式の底面発光型の有機発光素子の製造方法に関する。

一般に、有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)とは、低分子または高分子の有機物薄膜で負極と正極とを通じて注入された電子と正孔とが再結合して励起子を形成し、形成された励起子のエネルギーにより特定波長の光が発生する、いわゆる有機電界発光現象を用いた発光素子を言う。

このような有機発光ダイオードを用いた表示装置は、その駆動方式によってパッシブマトリックス型とアクティブマトリックス型とに分けられる。この中、アクティブマトリックス型の有機発光素子は、マトリックス形態に配列されたピクセルごとにそれを駆動するピクセル回路を備える。前記ピクセル回路は、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ)によりスイッチングされ、ピクセル関連情報を保存する。このようなアクティブマトリックス型は、パッシブマトリックス型に比べて有機発光ダイオードをさらに速い速度で駆動できるため、対比特性が優秀であり、画面の明滅も少なく、反応時間特性も優れるという長所を有する。

図１は、従来のアクティブマトリックス型の有機発光素子の例を概略的に示した断面図である。構造を理解しやすくするために、スイッチングＴＦＴとＯＬＥＤとを備える単位ピクセルの断面を示した。前記の例によると、基板１０の上面の一側にはＴＦＴ２０構造が備えられ、他側には、ＯＬＥＤ３０構造が備えられている。特許文献１に開示された有機発光素子などがこれに属するものであって、前記ＴＦＴ２０構造は、ゲート電極２１、ゲート絶縁層２２、ソース電極２４、ドレイン電極２３、及び半導体部２５を有し、前記ＯＬＥＤ３０構造は、前記ドレイン電極２３と連結されたピクセル電極３１、発光領域を区画するバンク部３２、前記発光領域内に順次に積層された有機発光層３３、及び透明電極３４を有する。

前記の例による有機発光素子は、構造が単純で、かつ製造が容易な反面、単位ピクセル面積に対する前記発光領域が占める面積の比、すなわち開口率が低いという短所がある。

図２は、従来の上面発光型の有機発光素子の例を概略的に示した断面図である。前記図１と同様に、構造を理解しやすくするために、スイッチングＴＦＴとＯＬＥＤとを備える単位ピクセルの断面を示した。第２例によると、基板１０上に薄膜トランジスタ２０構造が備えられ、その上の重畳される領域に有機発光ダイオード３０構造が備えられている。特許文献２に開示された有機発光素子などがこれに属するものであって、前記ＴＦＴ２０構造と前記ＯＬＥＤ３０との間には平坦化膜４１が備えられ、前記ＴＦＴ２０のドレイン電極２３は、層間接続部２９を通じて前記ＯＬＥＤ３０のピクセル電極３１と連結される。

前記例による有機発光素子は、構造的にピクセルの大部分を発光領域として使用できて開口率が高い反面、ＯＬＥＤ３０が外気と近く配置されるので、水、水蒸気及び酸素との接触に脆弱であるという短所がある。

また、前記上面発光型の有機発光表示装置において、ＴＦＴ２０構造として有機薄膜トランジスタ(ＯＴＦＴ)を使用する場合、通常的にＯＬＥＤ３０の工程温度がＯＴＦＴ工程温度より高いため、ＯＬＥＤ３０の工程時に既に形成されたＯＴＦＴの劣化をもたらすおそれがあるという問題がある。
米国特許第６，７８４，０３２号明細書 米国特許第６，５３８，３９０号明細書

本発明は、基板の上面に有機発光ダイオードを備え、その上に少なくとも一部が重畳されて配置された有機薄膜トランジスタを備えるピクセル回路を備えることによって、高い開口率を有すると同時に外気による有機発光ダイオードの劣化を減少させる構造を有する底面発光型の有機発光素子の製造方法を提供するところにその目的がある。

また、本発明は、相対的に高い工程温度を伴う有機発光ダイオードを基板上に先に形成し、その上に相対的に低い工程温度を伴う有機薄膜トランジスタを形成することによって、製造工程において発生するディバイスの劣化を防止できる構造の底面発光型の有機発光素子の製造方法を提供するところにその目的がある。

本発明による底面発光型の有機発光素子の製造方法は、透明基板の上面に透明電極、有機発光層、及びピクセル電極を順次に積層して有機発光ダイオードを形成する段階と、前記有機発光ダイオードを覆う平坦化膜を形成する段階と、前記平坦化膜の上面にゲート電極を形成し、その上にゲート絶縁層を覆った後、前記有機発光ダイオードのピクセル電極に至るまで一側をエッチングしてビアホールを形成する段階と、ソース電極及びドレイン電極を形成するが、前記ドレイン電極が前記ビアホールを通じて前記ピクセル電極と連結されるようにする段階と、前記ソース電極とドレイン電極との間に、前記有機発光ダイオードを形成する段階の工程温度よりも低い工程温度で有機半導体部を形成する段階と、を含み、前記有機発光ダイオードを形成する段階は、前記基板の上面全体に透明電極層を形成する段階と、前記透明電極層の上面に発光領域を区画するバンク部を形成する段階と、前記バンク部の内部の前記透明電極層の上面に有機発光層を形成する段階と、前記有機発光層の上面にピクセル電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明による底面発光型の有機発光素子の製造方法は、高い開口率を有すると同時に、水、水蒸気及び酸素に対して相対的に強いＯＴＦＴがＯＬＥＤを保護する障壁の役割を果たす底面発光型の有機発光素子が形成でき、また、工程温度の側面で工程の安定性を向上させることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を通じて本発明の特徴及び長所を詳細に説明する。同じ図面符号は、同じ部材または部分を意味する。

図３は、本発明による底面発光型の有機発光素子の実施形態を概略的に示した断面図である。構造を理解しやすくするために、スイッチングＯＴＦＴとＯＬＥＤとを備える単位ピクセルの断面を示した。

本実施形態による有機発光素子は、透明基板１００と、前記透明基板１００の上面に備えられたＯＬＥＤ３００構造及びこれを覆う平坦化面上に備えられたＯＴＦＴ２００構造を有し、前記透明基板１００側に発光されることを特徴とする。前記透明基板１００は、透明なガラス基板またはプラスチック基板でありうる。

前記透明基板１００の上側には、下向発光のＯＬＥＤ３００構造が備えられる。すなわち、前記基板１００の上面に透明電極３４０が備えられ、その上に隔膜形態で設置されてピクセルの発光領域を区画するバンク部３２０が備えられる。前記バンク部３２０内側の発光領域には、有機発光層３３０及びピクセル電極３１０が積層された形態で備えられる。ここで、前記透明電極３４０は、透光性と導電性とを同時に有するものであって、例えば、ＩＴＯ(Ｉｎｄｕｍｅ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)により形成されることが望ましい。また、前記透明電極３４０は、前記基板１００の上面全体にわたって形成された共通電極でありうる。前記ピクセル電極３１０は、前記有機発光層３３０から発光する光に対して反射率の高い金属電極であることが望ましい。

前記有機発光層３３０は、少なくとも一つの発光層(ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ)を備えるものであって、単層構造に限定されずに、相互対向する両電極間に電子輸送層(ＥＴＬ)、正孔輸送層(ＨＴＬ)、正孔注入層(ＨＩＬ)などを選択的にさらに備えて有機発光効率を増大させた多層構造を含む概念である。例えば、前記有機発光層３３０がＥＴＬ、ＥＭＬ及びＨＴＬの積層構造からなる場合(図示せず)、負極である前記透明電極３４０とＥＭＬとの間にＥＴＬを備え、正極である前記ピクセル電極３１０と前記ＥＭＬとの間にＨＴＬを備えることができる。ここで、ＥＭＬをはじめとして他の層は、既知の材料のうちどれでも形成可能であり、したがって、材料の選択によって本発明の技術的範囲が限定されない。

前記ＯＬＥＤ３００構造は、絶縁性の平坦化膜４１０で覆われており、前記平坦化膜４１０上には、ＯＴＦＴ２００構造が備えられる。前記ＯＴＦＴ２００構造は、ゲート電極２１０、ゲート絶縁層２２０、ソース電極２４０、ドレイン電極２３０、及び有機半導体部２５０を有し、従来の一般的なＯＴＦＴ構造でありうる。ただし、前記平坦化膜４１０及びゲート絶縁層２２０の一側には、これらを貫通して前記ＯＴＦＴ２００のドレイン電極２３０と前記ＯＬＥＤ３００のピクセル電極３１０とを電気的に連結する層間接続部２９０が備えられる。

前記ＯＴＦＴ２００構造は、その全部または一部が前記ＯＬＥＤ３００構造の発光領域に平面的に重畳されて備えられる。したがって、本実施形態による有機発光素子は、前記バンク部３２０を除外した全体面が発光領域として非常に高い開口率を有することができる。

また、本実施形態による有機発光素子は、その上面、すなわち前記ＯＴＦＴ２００構造の上面に保護膜４００を備えることができる。これは、外気に含まれた水分及び酸素から有機材料を保護する役割を果たす。

本発明によるＯＬＥＤ構造は、基板１００側に有機発光層３３０が形成され、上部保護膜側に有機発光層３３０に比べて相対的に水分及び酸素に強い有機半導体部２５０が形成されることによって、従来の上面発光型ＯＬＥＤ構造に対して水分と酸素によるディバイス劣化問題を減少させうるという長所がある。

以上の前記ＯＬＥＤ３００構造の上部には、前記ＯＴＦＴ２００構造を含むピクセル回路が設置されて前記ＯＬＥＤ３００を駆動する。ピクセル回路は、一般的に前記ドライブＯＴＦＴだけでなく、スイッチングＯＴＦＴ及びストレージキャパシタ構造などの、他の要素とそれらを連結するラインパターンとを備えて構成される。

図４Ａないし図４Ｅは、本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。

まず、図４Ａに示したように、透明基板１００を設け、その上面に透明電極３４０を形成する。ＩＴＯを真空蒸着またはスパッタリングして形成することが一般的であるが、素材や積層方法に関する特別な制限はない。この時、前記透明基板１００の上面全体に対して一定の厚さに蒸着することが望ましい。透明電極３４０は、このようにＩＴＯ単層膜より形成できるだけでなく、仕事関数に合うように非常に薄い金属膜と共に多層膜で形成されることもある。

次に、図４Ｂに示したように、単位ピクセル領域の縁部に垂直隔膜形態でバンク部３２０を形成してＯＬＥＤの発光領域を区画した後、その内側に有機発光層３３０及びピクセル電極３１０を順次に形成する。有機発光層３３０は、前記のように、少なくとも一つの発光層(ＥＭＬ)を有する単層または多層構造により形成され、その形成方法は、既知の方法によることができる。例えば、前記透明電極３４０の表面をプラズマ表面処理した後、インクジェットプリント法を用いて有機発光層３３０材料を塗布し、炉内または熱板上でキュアリングして形成できる。ピクセル電極３１０は、一例として、金属インクをインクジェットプリント法により塗布し、キュアリングして形成できる。これにより、透明基板１００上に下向発光の有機発光ダイオード、すなわち、ＯＬＥＤ構造が完成する。

次に、前記ＯＬＥＤ構造上に平坦化膜４１０を形成する。平坦化膜は、有機絶縁材料をスピンコーティング法で形成されうる。平坦化膜４１０で上面を平坦にした後、その上に少なくとも一つのＯＴＦＴを備えるピクセル回路を形成する。一般的に、アクティブマトリックス型の有機発光素子のピクセル回路には、スイッチングＯＴＦＴ、ドライブＯＴＦＴ、ストレージキャパシタ、及びこれらを連結するラインパターンなどを備えるが、キャパシタやラインパターンなどを形成する過程は、ＯＴＦＴのゲート、ソース及びドレイン電極を形成する過程と同時に行うことができるので、ここでは、ＯＴＦＴ構造の形成過程を中心に説明する。

図４Ｃに示したように、前記平坦化膜４１０上にゲート電極２１０を形成し、ゲート絶縁層２２０を覆った後、前記ゲート絶縁層２２０と平坦化膜４１０の一側を貫通して前記ピクセル電極３１０まで至るビアホール２９０’を形成する。一例として、エッチング法によりビアホール２９０’を形成する場合、前記ゲート絶縁層２２０の上面にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ法でビアホールが形成される領域をパターニングした後、乾式エッチングあるいは湿式エッチングを用いてエッチングし、前記レジスト膜を除去する。また、レーザービームを用いて所望の位置のゲート絶縁膜を除去する方法でビアホールを形成することもできる。

次に、図４Ｄに示したように、ＯＴＦＴ構造のソース電極２４０とドレイン電極２３０とを形成する。この時、ドレイン電極２３０の形成と同時に、または先行して前記ビアホール２９０’を導電性材料で充填することによって、層間接続部２９０を形成する。ソース、ドレイン電極２４０、２３０のパターニング方法としては、金属インクを用いるインクジェットプリント法が望ましい。また、前記電極のパターニングに先立って前記ゲート絶縁層２２０上に表面制御層を形成し、表面エネルギーパターニングする過程をさらに含みうる。次に、前記ソース電極２４０とドレイン電極２３０との間には、有機半導体部２５０を形成する。この過程もやはりプラズマ表面処理後にインクジェットプリント法により行うことができる。インクジェットプリント法によるパターニング後には、キュアリング過程が伴われる。

前記有機半導体部２５０のキュアリング工程の温度は、先行工程であるＯＬＥＤ構造の形成過程中、有機発光層３３０のキュアリング工程の温度より低いことが望ましい。キュアリング工程の温度は、塗布された有機物質の種類によって可変的であるが、一般的に有機半導体物質が相対的に低温でキュアリングできるので、先行工程を通じてあらかじめ完成したＯＬＥＤ構造が変形または変質することを防止できる。

前述した製造方法において、電極などのパターニング過程は、インクジェットプリント法を用いると説明したが、これは、相対的に精度の低い大面積表示装置の製造に有利な方法であり、高い精密度が要求される小型、高解像度の表示装置の製造時には、フォトリソグラフィ法を含むエッチング工程によるのが有利であり得る。

完成したＯＴＦＴ構造上には、保護膜４００を形成して外気に含まれた水分、酸素などから表示装置の内部構造を保護することができる。ただし、ＯＴＦＴ構造は、ＯＬＥＤに比べて水分及び酸素に強いので、前記保護膜４００は、ＯＬＥＤ構造が上部に配置された従来の表示装置(図２参照）の保護膜４０に比べてさらに薄く形成できる。

以上で使われた有機発光素子という用語は、有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ)と有機薄膜トランジスタ(ＯＴＦＴ)とを備えて前記ＯＬＥＤを駆動する駆動回路を備えるあらゆる装置を指すものである。

以上、本発明による望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。

本発明は、有機発光ダイオードを用いた有機発光素子の関連技術分野に好適に用いられる。

従来のアクティブマトリックス型の有機発光素子の例を概略的に示した断面図である。 従来の上面発光型の有機発光素子の例を概略的に示した断面図である。 本発明による底面発光型の有機発光素子の実施形態を概略的に示した断面図である。 本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。 本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。 本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。 本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。 本発明による有機発光素子を製造する各工程を示した工程図である。

符号の説明

１００ 透明基板、
２００ 有機薄膜トランジスタ、
２１０ ゲート電極、
２２０ ゲート絶縁層、
２３０ ドレイン電極、
２４０ ソース電極、
２５０ 有機半導体部、
２９０ 層間接続部、
３００ 有機発光ダイオード、
３１０ ピクセル電極、
３２０ バンク部、
３３０ 有機発光層、
３４０ 透明電極、
４１０ 平坦化膜。

Claims (2)

1. 透明基板の上面に透明電極、有機発光層、及びピクセル電極を順次に積層して有機発光ダイオードを形成する段階と、
   前記有機発光ダイオードを覆う平坦化膜を形成する段階と、
   前記平坦化膜の上面にゲート電極を形成し、その上にゲート絶縁層を覆った後、前記有機発光ダイオードのピクセル電極に至るまで一側をエッチングしてビアホールを形成する段階と、
   ソース電極及びドレイン電極を形成するが、前記ドレイン電極が前記ビアホールを通じて前記ピクセル電極と連結されるようにする段階と、
   前記ソース電極とドレイン電極との間に、前記有機発光ダイオードを形成する段階の工程温度よりも低い工程温度で有機半導体部を形成する段階と、を含み、
   前記有機発光ダイオードを形成する段階は、
   前記基板の上面全体に透明電極層を形成する段階と、
   前記透明電極層の上面に発光領域を区画するバンク部を形成する段階と、
   前記バンク部の内部の前記透明電極層の上面に有機発光層を形成する段階と、
   前記有機発光層の上面にピクセル電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする底面発光型の有機発光素子の製造方法。
2. 透明基板の上面に透明電極、有機発光層、及びピクセル電極を順次に積層して有機発光ダイオードを形成する段階と、
   前記有機発光ダイオードを覆う平坦化膜を形成する段階と、
   前記有機発光ダイオードのピクセル電極に至るまで平坦化膜の一側をエッチングしてビアホールを形成する段階と、
   前記平坦化膜の上面にソース電極及びドレイン電極を形成するが、前記ドレイン電極が前記ビアホールを通じて前記ピクセル電極と連結されるようにする段階と、
   前記ソース電極とドレイン電極との間に、前記有機発光ダイオードを形成する段階の工程温度よりも低い工程温度で有機半導体部を形成する段階と、
   前記ソース電極、ドレイン電極、及び有機半導体部の上部にゲート絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成する段階と、を含み、
   前記有機発光ダイオードを形成する段階は、
   前記基板の上面全体に透明電極層を形成する段階と、
   前記透明電極層の上面に発光領域を区画するバンク部を形成する段階と、
   前記バンク部の内部の前記透明電極層の上面に有機発光層を形成する段階と、
   前記有機発光層の上面にピクセル電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする底面発光型の有機発光素子の製造方法。

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