JP2012023028A - 有機発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents

有機発光表示装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】画素定義膜や平坦化膜におけるガス排出を防止できる有機発光表示装置及びこれを製造する方法を提供する。
【解決手段】基板と、基板上に配される素子回路部と、素子回路部と電気的に連結される画素電極と、画素電極を露出させる画素定義膜と、画素電極上に配されて光を放出する中間層と、画素定義膜上に形成される第1イオン注入層と、を備える有機発光表示装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、有機発光表示装置及びその製造方法に係り、より詳細には、中間層への透湿を防止できる有機発光表示装置及びその製造方法に関する。
通例的に、平板表示装置は発光型と受光型とに大別できる。発光型には、平板陰極線管、プラズマディスプレイパネル、電界発光素子及び発光ダイオードなどがある。受光型には、液晶ディスプレイを挙げることができる。このうち、電界発光素子は視野角が広くコントラストが優秀なだけではなく、応答速度が速いという長所を持っており次世代表示素子として注目されている。これらの電界発光素子は、発光層を形成する物質によって無機電界発光素子と有機電界発光素子とに区分される。
このうち、有機電界発光素子は、蛍光性有機化合物を電気的に励起させて発光させる自発光型ディスプレイであって、低い電圧で駆動でき、かつ薄膜化が容易であり、広視野角、速い応答速度など、液晶ディスプレイにおける問題点を解決できる次世代ディスプレイとして注目されている。
有機電界発光素子は、アノード電極とカソード電極との間に有機物からなる発光層を備えている。有機電界発光素子は、これら電極に正極及び負極電圧がそれぞれ印加されることによって、アノード電極から注入された正孔が正孔輸送層を経由して発光層に移動し、電子は、カソード電極から電子輸送層を経由して発光層に移動して、発光層で電子と正孔とが再結合して励起子を生成する。
この励起子が励起状態から基底状態に変化することで、発光層の蛍光性分子が発光することによって画像を形成する。フルカラー型有機電界発光素子の場合には、赤(R)、緑(G)、青(B)の三色を発光する画素を備えるようにしてフルカラーを具現する。
このような有機電界発光素子で、アノード電極の両端部には画素定義膜が形成される。そして、この画素定義膜に所定の開口を形成した後、開口が形成されて外部に露出されたアノード電極の上部に発光層及びカソード電極が順に形成される。
本発明の主な目的は、外部または有機膜からの有機発光層へのガス排出を防止できる有機発光表示装置及びその製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態による有機発光表示装置は、基板と、前記基板上に配される素子回路部と、前記素子回路部と電気的に連結される画素電極と、前記画素電極を露出させる画素定義膜と、前記画素電極上に配されて光を放出する中間層と、前記画素定義膜上に形成される第1イオン注入層と、を備える。
本発明において、前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜にイオンを注入して形成される。
本発明において、前記イオンは、BHx+またはPH+である。
本発明において、前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜を200℃に硬化させ、前記イオンを前記画素定義膜に注入する。
本発明において、前記第1イオン注入層は、その厚さが2000ないし3000Åである。
本発明において、前記画素定義膜は有機物からなり、前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜からのガス排出を防止する。
本発明において、前記画素電極と前記画素回路部との間に配され、前記画素回路部を覆う平坦化防止膜をさらに備える。
本発明において、前記平坦化防止膜は、前記画素電極と前記画素回路部とが連結されるようにコンタクトホールを備える。
本発明において、前記平坦化膜上には第2イオン注入層が配される。
本発明において、前記第2イオン注入層は、前記平坦化膜上にイオンを注入して形成される。
本発明において、前記イオンは、BHx+またはPH+である。
本発明において、前記第2イオン注入層は前記画素定義膜を200℃に硬化させ、前記イオンを前記平坦化膜に注入する。
本発明において、前記第2イオン注入層は、その厚さが2000ないし3000Åである。
本発明において、前記第2イオン注入層は、前記平坦化膜からのガス排出を防止する。
本発明において、前記素子回路部は薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)である。
本発明の他の実施形態による有機発光表示装置の製造方法は、基板上に素子回路部を形成する段階と、前記素子回路部上にパッシベーション膜を形成する段階と、前記パッシベーション膜上に平坦化膜を形成する段階と、前記平坦化膜上に画素電極を形成する段階と、前記画素電極を露出させるように前記平坦化膜上に画素定義膜を形成する段階と、前記画素定義膜上に第1イオン注入層を形成する段階と、を含む。
本発明において、前記第1イオン注入層を形成する段階は、前記画素定義膜を加熱する段階と、前記画素定義膜にイオンを注入する段階と、からなる。
本発明において、前記イオンは、BHx+またはPH+である。
本発明において、前記イオン注入段階は、前記イオンを前記画素定義膜の表面に注入して前記第1イオン注入層を形成する。
本発明において、前記第1イオン注入層の厚さは、2000ないし3000Åである。
本発明において、前記画素定義膜を加熱する段階は、前記画素定義膜を約200℃に硬化させる。
本発明において、前記平坦化膜形成後に、前記平坦化膜上に第2イオン注入層を形成する段階をさらに含む。
本発明において、前記第2イオン注入層を形成する段階は、前記平坦化膜を加熱する段階と、前記平坦化膜にイオンを注入する段階と、からなる。
本発明において、前記イオンは、BHx+またはPH+である。
本発明において、前記イオン注入段階は、前記イオンを前記平坦化膜の表面に注入して前記第2イオン注入層を形成する。
本発明において、前記第2イオン注入層の厚さは2000ないし3000Åである。
本発明において、前記平坦化膜を加熱する段階は、前記画素定義膜を約200℃に硬化させる。
本発明の一実施形態によれば、外部から有機発光層へのガスの流れ込み、または画素定義膜などの有機膜の内部からのガス排出を遮断できる。
本発明の一実施形態に関する画素回路部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に関する有機発光表示装置の平面図である。 図2の有機発光表示装置中の一つの副画素を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に関する有機発光表示装置を示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態についてさらに詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に関する画素回路部を示す断面図である。
図1を参照すれば、本発明の一実施形態による画素回路部は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)でありうる。薄膜トランジスタは、基板20上に備えられうる。基板20は、ガラス材の基板またはプラスチック材の基板が使われうる。
基板20上にはバッファ層21が形成され、バッファ層21上には半導体素材で形成された活性層22が備えられ、この活性層22を覆うようにゲート絶縁膜23が形成される。ゲート絶縁膜23の上部にはゲート電極24が形成され、ゲート電極24を覆うように層間絶縁膜25が形成され、層間絶縁膜25の上部にソース/ドレイン電極26、27が形成される。ソース/ドレイン電極26、27は、ゲート絶縁膜23及び層間絶縁膜25に形成されたコンタクトホールにより、活性層22のソース/ドレイン領域22b、22cにそれぞれ接触される。
基板20上に備えられる活性層22は、無機半導体または有機半導体から選択されて形成うるものであって、ソース/ドレイン領域22b、22cにn型またはp型不純物がドーピングされており、これらソース領域とドレイン領域とを連結するチャンネル領域22aを備える。
活性層22を形成する無機半導体は、CdS、GaS、ZnS、CdSe、CaSe、ZnSe、CdTe、SiC、及びSiを含むものでありうる。
そして、活性層22を形成する有機半導体には、高分子として、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体を含むことができ、低分子として、ペンタセン、テトラセン、ナフタレンのオリゴアセン及びこれらの誘導体、α−6−チオフェン、α−5−チオフェンのオリゴチオフェン及びこれらの誘導体、金属を含有または含有しないフタロシアニン及びこれらの誘導体、ピロメリット酸無水物またはピロメリット酸ジイミド及びこれらの誘導体、ペリレンテトラカルボン酸無水物またはペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びこれらの誘導体を含むことができる。
活性層22はゲート絶縁膜23で覆われ、ゲート絶縁膜23の上部にゲート電極24が形成される。ゲート電極24は、MoW、Al、Cr、Al/Cuなどの導電性金属膜で形成できるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、導電性ポリマーなどの多様な導電性物質がゲート電極24として使われうる。ゲート電極24は、活性層22のチャンネル領域に対応する領域をカバーするように形成される。
図2は、本発明の一実施形態に関する有機発光表示装置の平面図である。
図2を参照すれば、画素領域30と、画素領域30のエッジにある回路領域40とで構成される。画素領域30は複数の画素を備え、各画素は、所定の画像を具現できるように発光する発光部を備える。
本発明の一実施形態によれば、発光部は、有機電界発光素子をそれぞれ備える複数の副画素で形成されている。フルカラー有機発光表示装置の場合には、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の副画素がライン状、モザイク状、格子状など多様なパターンで配列されて画素を構成し、フルカラー平板表示装置ではないモノカラー平板表示装置でもよい。
そして、回路領域40は、画素領域30に入力される画像信号などを制御する。
かかる有機発光表示装置において、画素領域30と回路領域40とには、それぞれ少なくとも一つ以上のTFTが設けられうる。
画素領域30に設けられるTFTとしては、ゲートラインの信号によって発光素子にデータ信号を伝達し、その動作を制御するスイッチング用TFTと、データ信号によって有機電界発光素子に所定の電流が流れるように駆動させる駆動用TFTなどの画素部TFTとがある。そして、回路領域40に設けられるTFTとしては、所定の回路を具現するように備えられた回路部TFTがある。
もちろん、これらのTFTの数と配置は、ディスプレイの特性及び駆動方法などによって多様な数が存在でき、その配置方法も多様に存在できるということはいうまでもない。
図3は、本発明の一実施形態による有機発光表示装置100を概略的に示す断面図である。
図3を参照すれば、ガラス材またはプラスチック材の基板50上にバッファ層51が形成されており、この上に素子回路部であるTFTと、有機電界発光素子(OLED)とが形成されうる。
基板50のバッファ層51上に所定パターンの活性層52が備えられる。活性層52の上部にはゲート絶縁膜53が備えられ、ゲート絶縁膜53の上部の所定領域にはゲート電極54が形成される。ゲート電極54は、TFTのオン/オフ信号を印加するゲートライン(図示せず)と連結されている。ゲート電極54の上部には層間絶縁膜55が形成され、コンタクトホールを通じてソース/ドレイン電極56、57が、それぞれ活性層52のソース/ドレイン領域52b、52cに接するように形成される。ソース/ドレイン電極56、57の上部には、SiO、SiNxなどからなるパッシベーション膜58が形成され、パッシベーション膜58の上部にはアクリル、ポリイミド、BCB(Benzocyclobutene)などの有機物質で平坦化膜59が形成されうる。
そして、平坦化膜59の上部に有機電界発光素子(OLED)のアノード電極になる画素電極161が形成され、これを覆うように有機物で画素定義膜160が形成される。画素定義膜160は有機物からなりうる。
画素定義膜160に所定の開口を形成した後、画素定義膜160の上部及び開口が形成されて外部に露出された画素電極161の上部に中間層162を形成する。ここで、中間層162は発光層を含む。本発明は必ずしもこのような構造で限定されるものではなく、多様な有機発光表示装置の構造がそのまま適用できるということはいうまでもない。
画素定義膜160上には第1イオン注入層171が形成される。第1イオン注入層171は、有機物である画素定義膜160の表面にイオンを注入することで形成される。画素定義膜160の表面に注入されるイオンは、BHx+またはPH+でありうる。第1イオン注入層171は、前記イオンが画素定義膜160の表面から2000ないし3000Å深さに注入されて形成される。したがって、第1イオン注入層171の厚さは、2000ないし3000Åでありうる。
第1イオン注入層171は、有機物である画素定義膜160を約200℃に加熱して硬化させた後、イオン注入装置を用いて画素定義膜160の表面にBHx+またはPH+を注入して形成する。第1イオン注入層171は、画素定義膜160上でDLC(Diamond like carbon)構造を持つことができる。
第1イオン注入層171は、画素定義膜160からのガス排出を防止できる。すなわち、画素定義膜160は有機物からなり、画素定義膜160内に存在するガスや水分などが有機発光表示装置の製造工程中や製造後に画素定義膜160から放出され、画素定義膜160から放出されたガスや水分は、発光層を含む中間層162と反応して有機発光表示装置の寿命を短縮させる。第1イオン注入層171は、画素定義膜160上に形成されて画素定義膜160内のガスやイオンの外部への放出を防止することができる。これにより、第1イオン注入層171は、画素定義膜160におけるガス排出による有機発光表示装置の寿命短縮を防止できる。
有機電界発光素子(OLED)は、電流のフローによって赤色、緑色、青色の光を発光して所定の画像情報を表示するものであって、TFTのドレイン電極56に連結されて、これよりプラス電源を供給される画素電極161と、全体画素を覆うように備えられてマイナス電源を供給する対向電極163、及びこれら画素電極161と対向電極163との間に配されて発光する中間層162で構成される。
画素電極161と対向電極163とは、中間層162により互いに絶縁されており、中間層162に相異なる極性の電圧を加えて中間層162で発光がなされるようにする。
ここで、中間層162としては、低分子または高分子有機層が使われうるが、低分子有機層を使用する場合、ホール注入層(HIL:Hole Injection Layer)、ホール輸送層(HTL:Hole Transport Layer)、発光層(EML:Emission Layer)、電子輸送層(ETL:Electron Transport Layer)、電子注入層(EIL:Electron Injection Layer)などが単一あるいは複合の構造で積層されて形成でき、使用可能な有機材料も銅フタロシアニン(CuPc:copper phthalocyanine)、N,N−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(NPB)、トリス−8−ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq3)などをはじめとして多様に適用できる。これら低分子有機層は真空蒸着の方法で形成される。
高分子有機層の場合には、通常ホール輸送層(HTL)及び発光層(EML)で備えられた構造を持つことができ、この時、ホール輸送層としてPEDOTを使用し、発光層としてポリフェニレンビニレン(PPV)系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法などで形成できる。
このような中間層は必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な実施形態が適用できるということはいうまでもない。
中間層162は、スピンコーティング方法で形成できる。さらに詳細には、画素電極161と画素定義膜160とを覆うように有機物質を塗布する。次いで、基板50を回転させる。基板50の回転量によって画素定義膜160上に塗布された有機物質は除去され、画素電極161上に塗布された有機物質のみ残る。次いで、画素電極161上に塗布された有機物質を焼成させて中間層162を形成できる。
画素電極161はアノード電極の機能を行い、対向電極163はカソード電極の機能を行うが、もちろん、これら画素電極161と対向電極163との極性は逆になってもよい。
画素電極161は、透明電極または反射型電極で備えられうるが、透明電極として使われる時には、ITO、IZO、ZnO、またはInで備えられ、反射型電極として使われる時には、Ag、Mg、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、及びこれらの化合物などで反射膜を形成した後、その上にITO、IZO、ZnO、またはInを形成できる。
一方、対向電極163も透明電極または反射型電極で備えられうるが、透明電極として使われる時には、対向電極63がカソード電極として使われるので、仕事関数の小さな金属、すなわち、Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Ag、Mg、及びこれらの化合物が中間層162の方に向かうように蒸着した後、その上にITO、IZO、ZnO、またはInなどの透明電極形成用物質で補助電極層やバス電極ラインを形成できる。そして、反射型電極として使われる時には、前記のLi、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Al、Ag、Mg、及びこれらの化合物を全面蒸着して形成する。
図4は、本発明の他の実施形態による有機発光表示装置200を概略的に示す断面図である。
図4に図示された有機発光表示装置200は、平坦化膜59上に第2イオン注入層172が形成されるという点で、図3に図示された有機発光表示装置100と差がある。
さらに詳細には、平坦化膜59上には第2イオン注入層172が形成されうる。第2イオン注入層172は、有機物である平坦化膜59の表面にイオンを注入することで形成される。平坦化膜59の表面に注入されるイオンは、BHx+またはPH+でありうる。第2イオン注入層172は、前記イオンが平坦化膜59の表面から2000ないし3000Å深さに注入されて形成される。したがって、第2イオン注入層172の厚さは、2000ないし3000Åでありうる。
第2イオン注入層172は、有機物である平坦化膜59を約200℃に加熱して硬化させた後、イオン注入装置を用いて平坦化膜59の表面にBHx+またはPH+を注入して形成する。第2イオン注入層172は、平坦化膜59上でDLC構造を持つことができる。
第2イオン注入層172は、平坦化膜59からのガス排出を防止することができる。すなわち、平坦化膜59は有機物からなり、平坦化膜59内に存在するガスや水分などが、有機発光表示装置の製造工程中や製造後に平坦化膜59から放出され、平坦化膜59から放出されたガスや水分は発光層を含む中間層162と反応して、有機発光表示装置の寿命を短縮させる。第2イオン注入層172は、平坦化膜59上に形成されて平坦化膜59内のガスやイオンの外部への放出を防止することができる。これにより、第2イオン注入層172は、平坦化膜59におけるガス排出による有機発光表示装置の寿命短縮を防止できる。
本発明は図面に図示された実施形態を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより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を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。
本発明は、有機発光表示装置関連の技術分野に好適に用いられる。
100 有機発光表示装置
20、50 基板
21、51 バッファ層
22、52 活性層
23、53 ゲート絶縁膜
24、54 ゲート電極
25、55 層間絶縁膜
26、56 ソース電極
27、57 ドレイン電極
58 パッシベーション膜
59 平坦化膜
60、160 画素定義膜
61、161 画素電極
62、162 中間層
63、163 対向電極

Claims (27)

  1. 基板と、
    前記基板上に配される素子回路部と、
    前記素子回路部と電気的に連結される画素電極と、
    前記画素電極を露出させる画素定義膜と、
    前記画素電極上に配されて光を放出する中間層と、
    前記画素定義膜上に形成される第1イオン注入層と、を備えることを特徴とする有機発光表示装置。
  2. 前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜にイオンを注入して形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機発光表示装置。
  3. 前記イオンは、BHx+またはPH+であることを特徴とする請求項2に記載の有機発光表示装置。
  4. 前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜を200℃に硬化させ、前記イオンを前記画素定義膜に注入することを特徴とする請求項2に記載の有機発光表示装置。
  5. 前記第1イオン注入層は、その厚さが2000ないし3000Åであることを特徴とする請求項2に記載の有機発光表示装置。
  6. 前記画素定義膜は有機物からなり、
    前記第1イオン注入層は、前記画素定義膜からのガス排出を防止することを特徴とする請求項1に記載の有機発光表示装置。
  7. 前記画素電極と前記画素回路部との間に配され、前記画素回路部を覆う平坦化防止膜をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の有機発光表示装置。
  8. 前記平坦化防止膜は、前記画素電極と前記画素回路部とが連結されるようにコンタクトホールを備えることを特徴とする請求項7に記載の有機発光表示装置。
  9. 前記平坦化膜上には第2イオン注入層が配されることを特徴とする請求項7に記載の有機発光表示装置。
  10. 前記第2イオン注入層は、前記平坦化膜上にイオンを注入して形成されることを特徴とする請求項9に記載の有機発光表示装置。
  11. 前記イオンは、BHx+またはPH+であることを特徴とする請求項10に記載の有機発光表示装置。
  12. 前記第2イオン注入層は前記画素定義膜を200℃に硬化させ、前記イオンを前記平坦化膜に注入することを特徴とする請求項10に記載の有機発光表示装置。
  13. 前記第2イオン注入層は、その厚さが2000ないし3000Åであることを特徴とする請求項9に記載の有機発光表示装置。
  14. 前記第2イオン注入層は、前記平坦化膜からのガス排出を防止することを特徴とする請求項9に記載の有機発光表示装置。
  15. 前記素子回路部は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の有機発光表示装置。
  16. 基板上に素子回路部を形成する段階と、
    前記素子回路部上にパッシベーション膜を形成する段階と、
    前記パッシベーション膜上に平坦化膜を形成する段階と、
    前記平坦化膜上に画素電極を形成する段階と、
    前記画素電極を露出させるように前記平坦化膜上に画素定義膜を形成する段階と、
    前記画素定義膜上に第1イオン注入層を形成する段階と、を含むことを特徴とする有機発光表示装置の製造方法。
  17. 前記第1イオン注入層を形成する段階は、
    前記画素定義膜を加熱する段階と、
    前記画素定義膜にイオンを注入する段階と、からなることを特徴とする請求項16に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  18. 前記イオンは、BHx+またはPH+であることを特徴とする請求項17に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  19. 前記イオン注入段階は、前記イオンを前記画素定義膜の表面に注入して前記第1イオン注入層を形成することを特徴とする請求項18に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  20. 前記第1イオン注入層の厚さは、2000ないし3000Åであることを特徴とする請求項19に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  21. 前記画素定義膜を加熱する段階は、前記画素定義膜を約200℃に硬化させることを特徴とする請求項17に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  22. 前記平坦化膜形成後に、前記平坦化膜上に第2イオン注入層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  23. 前記第2イオン注入層を形成する段階は、
    前記平坦化膜を加熱する段階と、
    前記平坦化膜にイオンを注入する段階と、からなることを特徴とする請求項22に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  24. 前記イオンは、BHx+またはPH+であることを特徴とする請求項23に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  25. 前記イオン注入段階は、前記イオンを前記平坦化膜の表面に注入して前記第2イオン注入層を形成することを特徴とする請求項23に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  26. 前記第2イオン注入層の厚さは2000ないし3000Åであることを特徴とする請求項22に記載の有機発光表示装置の製造方法。
  27. 前記平坦化膜を加熱する段階は、前記画素定義膜を約200℃に硬化させることを特徴とする請求項23に記載の有機発光表示装置の製造方法。
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