JP2005322619A - 有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、透明電極物質と金属物質間の界面で発生するガルバニック現象を防止し、輝度が低下しない前面発光有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供する。また、輝度が均一な前面発光有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明は反射型画素電極のガルバニック反応を防止した有機電界発光表示装置及びその製造方法に係り、絶縁基板上に形成され、反射膜及び透明電極層で構成される画素電極と；画素電極の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜と；開口部上に形成された有機膜と；絶縁基板全面に形成された上部電極を含み、反射膜は反射度が優秀であり、透明電極層と酸化−還元ポテンシャル差が０．３以下である物質からなる有機電界発光表示装置を提供することを特徴とする。
【選択図】 図３Ｅ
【解決手段】 本発明は反射型画素電極のガルバニック反応を防止した有機電界発光表示装置及びその製造方法に係り、絶縁基板上に形成され、反射膜及び透明電極層で構成される画素電極と；画素電極の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜と；開口部上に形成された有機膜と；絶縁基板全面に形成された上部電極を含み、反射膜は反射度が優秀であり、透明電極層と酸化−還元ポテンシャル差が０．３以下である物質からなる有機電界発光表示装置を提供することを特徴とする。
【選択図】 図３Ｅ
Description
本発明は有機電界発光表示装置に係り、さらに詳細には反射型画素電極のガルバニック反応を防止した有機電界発光表示装置に関する。
一般に、有機電界発光表示装置は電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）注入電極カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）と正孔（ｈｏｌｅ）注入電極アノード（ａｎｏｄｅ）とからそれぞれ電子と正孔とを発光層内部に注入させて、注入された電子と正孔とが結合した励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）が励起状態から基底状態に落ちる時に発光する発光表示装置である。
このような原理によって従来の薄膜液晶表示素子とは違って別途の光源を必要としないので素子の体積及び重さを減らすことができる長所がある。
前記有機電界発光表示装置を駆動する方式はパッシブマトリックス型（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ ｔｙｐｅ）とアクティブマトリックス型（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ ｔｙｐｅ）とに分けることができる。
前記パッシブマトリックス型有機電界発光表示装置はその構成が単純であって製造方法も単純であるが高い消費電力と表示素子の大面積化とに難しさがあり、配線の数が増加すればするほど開口率が低下する短所がある。
したがって、小型の表示素子に適用する場合には前記パッシブマトリックス型有機電界発光表示装置を用いる反面、大面積の表示素子に適用する場合には前記アクティブマトリックス型有機電界発光表示装置を用いる。
一方、通常的な前面発光有機電界発光表示装置は一側に反射特性が優秀な反射電極を採用して構成されており、前記反射電極は反射特性だけでなく適切な仕事関数を有する導電物質が使われる。しかし、現在までこのような特性を同時に満足させる適切な単一物質がないので、反射膜を別途に形成してその上部に他の導電性を有する電極物質を形成する多層構造で製作することが一般的である。このように多層構造を採用する場合金属間界面でのガルバニック腐蝕現象を看過することができない。
ガルバニック（Ｇａｌｖａｎｉｃ）効果は他の種類の二つの金属が近くにある時その二つの金属の電位差で電圧が発生して電流が流れて電気が発生する現象を意味する。このように電気的に接触している相異なる金属は界面での仕事関数の差により活性が大きい（低い電位の）金属が陽極として作用して、相対的に活性が低い（高い電位の）金属が陰極として作用するようになる。この時、前記二つの金属が腐食性溶液に露出する時前記金属間の電位差によって両金属で腐蝕が発生するようになればこれをガルバニック腐蝕（Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）といっており、活性が大きい陽極は単独で存在する時よりも速い速度で腐蝕されて、活性が低い陰極は遅い速度で腐蝕が進められる。
以下添付した図面を参照して、従来技術に対して説明する。
図１Ａは従来の前面発光有機電界発光表示装置を説明するための断面図である。図１Ｂは図１ＡのＡ部分を拡大した拡大断面図で、反射膜と透明電極層との間の界面において酸化膜が形成されることを見せる断面図である。
図２は従来の有機電界発光表示装置の輝度不均一を説明するための図面である。
図１Ａを参照すると、前面発光有機電界発光素子は基板１００上に画素電極１１０として反射膜１１０ａと透明電極層１１０ｂとを順序通り積層して、その上部に有機膜１３０及び上部電極１４０が順序通り形成された構造を含む。
このような構造の前面発光有機電界発光素子は基板１００上に反射効率が優秀な金属物質をスパッタリングまたは真空蒸着などの方法により均一に反射膜１１０ａを形成する。従来反射膜としてはアルミニウムまたはこれの合金などのアクティブな金属が採用されている。
次に、前記反射膜１１０ａ上部に外部から入射した光が前記反射膜１１０ａにより反射されるように透明電極物質を蒸着させて透明電極層１１０ｂを形成した次に、パターニングして画素電極１１０を形成する。この時、前記透明電極物質としてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）が使われる。
次に、画素領域を定義する画素定義膜１２０を前記画素電極１１０の両端に形成して、その上部に発光層及び前記電子と正孔などの電荷輸送能力を有する有機膜１３０及び上部電極１４０を形成して前面発光有機電界発光素子を完成する。
上述したような発光素子の製造工程中、前記画素電極１１０のパターニングは通常的にフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を連続的に遂行することによってなされる。具体的に、前記透明電極層１１０ｂ上にフォトレジストパターンを形成して、通常の露光及び現像工程を経た後これをマスクにして前記透明電極層１１０ｂと反射膜１１０ａとを順にエッチングする。
この時、エッチング工程は一般的に使われる湿式エッチングまたは乾式エッチング方法が可能である。湿式エッチングの場合エッチングしようとする領域をＨＦ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４などの強酸溶液を塗布または噴射して所望するパターンを得て、前記エッチング以後洗浄過程及びストリップ工程でも前記強酸及びＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２Ｏ２、及びＮＨ４ＯＨなどの強酸及び強塩基性化学物質が使われる。
前記エッチング、洗浄及びストリップ工程で使われる強酸及び強塩基性化学物質は画素電極１１０として用いられる透明電極層１１０ｂと反射膜１１０ａに直接的にコンタクトされて、図１Ｂに示したように前記透明電極層１１０ｂと反射膜１１０ａとの間の界面においてガルバニック腐蝕現象が発生する[非特許文献１]。特に、前記反射膜として用いられるアルミニウム及びこれの合金などは大気中に露出時にもＡｌ２Ｏ３などの金属酸化膜層１１０ｃを容易に形成する程に腐蝕作用が早く発生することを考慮するならば、このようなガルバニック腐蝕現象による金属酸化膜層１１０ｃの形成は非常に深刻になると見ることができる。特に、前記化学物質が透明電極層１１０ｂと反射膜１１０ｂとの界面において一部残留するようになれば、ガルバニック腐蝕原理により腐蝕が加速化されて局部的に腐蝕が進められるすき間腐蝕（Ｃｒｅｖｉｃｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）が発生する等の深刻な問題が発生する。
このようなガルバニック腐蝕現象は透明電極層１１０ｂと反射膜１１０ｂとの界面によって拡散して前記電極間のコンタクト抵抗が急激に上昇して非常に不安定な抵抗散布を見せる。その結果、前面発光有機電界発光表示装置駆動時ピクセル間の色の具現が一部は明るく、一部は暗く具現される等の輝度不均一現象が発生して具現される画面の品質が図２でのように、大幅に低下する問題点がある。
前記したようなガルバニック現象による問題点を解決するために特許文献１（三星電子株式会社）はアルミニウム合金とＩＴＯとの界面でのガルバニック反応を抑制するための方法を提示している。具体的に、アルミニウム−ネオジム（ＡｌＮｄ）膜層上部に約３０００Åの厚さを有するモリブデン−タングステン（ＭｏＷ）などの保護膜が積層されており、前記保護膜上部に透明電極層が積層された構造の画素電極を形成する方法を介在している。
しかし、前記特許の画素電極を前面発光有機電界発光表示装置に適用する場合、前記ＭｏＷが３０００Åに厚く形成されて有機膜で発光する光の反射率が低くなり、前面発光有機電界発光表示装置の輝度が低下する問題点がある。
Ｊ．Ｅ．Ａ．Ｍ．ｖａｎｄｅｎＭｅｅｒａｋｋｅｒ ａｎｄ Ｗ．Ｒ．ｔｅｒＶｅｅｎ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１３９，ｎｏ．２，３８５（１９９２） 日本公開特許第２００３−１４０１９１号
Ｊ．Ｅ．Ａ．Ｍ．ｖａｎｄｅｎＭｅｅｒａｋｋｅｒ ａｎｄ Ｗ．Ｒ．ｔｅｒＶｅｅｎ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１３９，ｎｏ．２，３８５（１９９２）
本発明の目的は前記従来技術の問題点を解決するためのことであって、本発明は透明電極物質と金属物質との間の界面で発生するガルバニック現象を防止し、輝度が低下しない前面発光有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供することにその目的がある。
また、本発明のまた他の目的は輝度が均一な前面発光有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供することにその目的がある。
前記した目的を達成するための本発明は絶縁基板上に形成され、反射膜及び透明電極層で構成される画素電極と；前記画素電極の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜と；前記開口部上に形成された有機膜と；前記絶縁基板全面に形成された上部電極と；を含み、前記反射膜は反射度が優秀であり、前記透明電極層と酸化−還元ポテンシャル差が０．３以下である物質からなる有機電界発光表示装置を提供することを特徴とする。
前記反射膜はＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることが望ましく、さらに望ましくは前記反射膜はＮｉ含有量が１０％以下であるＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることが望ましい。
前記したように本発明によると、本発明は反射膜及び透明電極層界面で発生する可能性があるガルバニック反応を防止した有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明は各ピクセル間で均一な輝度を示す高品位の画像を具現した有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供することができる。
前記では本発明の望ましい実施形態を参照しながら説明したが、該技術分野の熟練された当業者は特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解することができることである。
以下添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図３Ａないし図３Ｄは本発明の望ましい実施形態による前面発光有機電界発光表示装置の製造方法を示した工程断面図である。
図３Ａを参照すると、絶縁基板２００上に反射効率が優秀な金属物質を用いて反射膜２１０ａを形成する。この時、前記反射膜２１０ａは反射効率が優秀であり、以後に形成される画素電極とのガルバニック反応を防止するために画素電極と酸化−還元ポテンシャル（Ｒｅｄｏｘ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）差が０．３以内である物質からなることが望ましく、さらに望ましくは前記反射膜２１０ａはＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることが望ましい。
この時、前記反射膜２１０ａとして用いられる前記Ａｌ−Ｎｉ合金はＮｉの含有量が１０％以下であるＡｌ合金であることが望ましい。
また、前記反射膜２１０ａはＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、イオンビームスパッタリングまたは真空蒸着などの通常的な方法で形成する。
また、前記絶縁基板２００としてはガラス基板またはプラスチック基板を用いており、望ましくはガラス基板を用いることが望ましい。
図３Ｂを参照すると、前記反射膜２１０ａを形成した後、前記反射膜２１０ａ上に透明電極層２１０ｂを形成する。この時、前記透明電極層２１０ｂはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を使うことができ、一般にＩＴＯを用いることが望ましい。この時、前記ＩＴＯの酸化−還元ポテンシャル（Ｒｅｄｏｘ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は−０．８２である。
また、前記透明電極層２１０ｂは通常のスパッタリングまたは真空蒸着法によって２０Åないし３００Åの厚さを有するように形成する。
図３Ｃを参照すると、有機電界発光表示装置の画素電極を形成するために前記透明電極層２１０ｂ上部にフォトレジストを塗布して、通常のベーキング、露光及び現像工程を遂行してフォトレジストパターンを形成する。
その次に、前記フォトレジストパターンをマスクにして前記反射膜２１０ａ及び透明電極層２１０ｂをエッチングして有機電界発光表示装置の画素電極２１０を形成する。
図３Ｄを参照すると、前記画素電極２１０上に前記画素電極２１０の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜２２０を形成して有機電界発光素子の発光領域を定義する。
前記画素定義膜２２０を形成した後、前記画素電極２１０上に前記絶縁基板２００全面にかけて有機膜２３０を形成する。この時、前記有機膜２３０はその機能によって多層で構成することができるが、一般に発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を含んで正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔伝達層ＨＴＬ、正孔阻止層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）のうち少なくとも一つ以上の層を含む多層構造で構成される。
前記発光層は有機電界発光素子のカソード及びアノードから注入された電子と正孔との再結合理論によって特定の波長の光をそれ自体で発光する層であって、高効率発光を得るためにそれぞれの電極と発光層との間に電荷輸送能力を有する正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、及び電子注入層などを選択的に追加挿入して用いている。
本発明の前面発光有機電界発光素子の前記画素電極２１０がアノード電極として作用する場合には以後に形成される上部電極がカソード電極として作用する。この時、追加される有機膜のうち正孔注入層及び正孔輸送層は画素電極２１０と発光層２３０との間に位置して、正孔阻止層、電子輸送層及び電子注入層は前記発光層２３０と上部電極との間に位置することが望ましい。このような前記発光層を含む有機膜２３０の形成は溶液状態で塗布するスピンコーティング、ディップコーティング、スプレー法、スクリーン印刷法及びインクジェットプリンティング法などの湿式コーティング方法またはスパッタリングまたは真空蒸着などの乾式コーティング方法で遂行する。
図３Ｅを参照すると、前記有機膜２３０上に上部電極２４０を形成して有機発光素子ＯＬＥＤを形成する。この時、前記上部電極２４０はＭｇ、Ｃａ、Ａｌ及びこれらの合金のような仕事関数が低い金属物質を光を透過させることができる程度の厚さで形成して、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電性物質を蒸着して形成する。
以後には図面上には図示していないが、上部基板を利用して前記有機発光素子（ＯＥＬＤ）を封止する。
一方、図４は前面発光有機電界発光表示装置の画素電極の構造による反射率を説明するための図面であって、前記画素電極としてＡｌＮｄ／ＩＴＯ及びＡｌ−Ｎｉ／ＩＴＯを用いた場合の反射率を説明するための図面である。
図４を参照すると、前面発光有機電界発光表示装置の前記画素電極としてＡｌＮｄ／ＩＴＯを適用した場合の反射率とＡｌ−Ｎｉ／ＩＴＯを適用した場合の反射率とが同様であることが分かる。
すなわち、前面発光有機電界発光表示装置の前記画素電極の反射膜としてＡｌ−Ｎｉを用いても画素電極の反射率には影響が無いことがわかる。
また、図５は本発明の望ましい実施形態による反射膜、ガルバニック防止保護膜及び透明電極層で構成された画素電極を具備する有機電界発光表示装置の輝度均一を説明するための図面である。
図５を参照すると、反射膜、ガルバニック防止保護膜及び透明電極層で構成された画素電極を含む有機電界発光表示装置は各ピクセル間で均一な輝度を示す高品位の画像を具現することができる。
前記したような工程を介して形成された有機電界発光表示装置は駆動時前記有機膜から放出された光が前記上部電極２４０を介して外部に放出されて、また、前記画素電極２１０の反射膜２１０ａで反射されて前記上部電極２４０を介して外部に放出される。この時、本発明で提示されたように前記反射膜２１０ａを反射効率が優秀であり、前記透明電極２１０ｂと酸化−還元ポテンシャル（Ｒｅｄｏｘ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）差が０．３以下である物質を利用して形成して、前記反射膜２１０ａと透明電極層２１０ｂとの界面で発生する可能性があるガルバニック反応を防止することによって、図５でのように、各ピクセル間で均一な輝度を示す高品位の画像を具現した有機電界発光表示装置を形成することができる。
２００ 絶縁基板
２１０ 画素電極
２１０ａ 反射膜
２１０ｂ 透明電極層
２２０ 画素定義膜
２３０ 有機膜
２４０ 上部電極
２１０ 画素電極
２１０ａ 反射膜
２１０ｂ 透明電極層
２２０ 画素定義膜
２３０ 有機膜
２４０ 上部電極
Claims (9)
- 絶縁基板上に形成され、反射膜及び透明電極層で構成される画素電極と；
前記画素電極の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜と；
前記開口部上に形成された有機膜と；
前記絶縁基板全面に形成された上部電極と；を含み、
前記反射膜は反射度が優秀であり、前記透明電極層と酸化−還元ポテンシャル差が０．３以下である物質からなることを特徴とする有機電界発光表示装置。 - 前記反射膜はＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記反射膜はＮｉ含有量が１０％以下であるＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることを特徴とする請求項２に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記透明電極層はＩＴＯまたはＩＺＯで構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記有機膜は発光層ＥＭＬを含み、
発光層、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔伝達層ＨＴＬ、正孔阻止層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）のうち少なくとも一つ以上の層を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示装置。 - 前記絶縁基板はガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示装置。
- 絶縁基板上に反射膜及び透明電極層を次々と積層する段階と；
前記反射膜及び透明電極層を同時にパターニングして画素電極を形成する段階と；
前記画素電極の一部分を露出させる開口部を具備する画素定義膜を形成する段階と；
前記開口部上に有機膜を形成する段階と；
前記絶縁基板全面に上部電極を形成する段階と；を含み、
前記反射膜は反射度が優秀であり、前記透明電極層と酸化−還元ポテンシャル差が０．３以下である物質からなることを特徴とする有機電界発光表示装置の製造方法。 - 前記反射膜はＡｌ−Ｎｉ合金で構成されることを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 前記反射膜はＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、イオンビームスパッタリングまたは真空蒸着のうちいずれか一つを利用して形成することを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
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