(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップエミッション方式の有機電界発光素子の製造方法において、
(a)画素領域が形成された基板上に薄膜トランジスタを形成する段階と、
(b)前記薄膜トランジスタと前記基板の上に第１絶縁膜を形成する段階と、
(c)前記第１絶縁膜の上に第１電極及び第２電極を同時に形成する段階と、
(d)前記第１電極の上に発光層を形成する段階と、
(e)前記第２電極と電気的に接続される第３電極を前記発光層上に形成する段階と、
を含み、
前記第１電極は、前記画素領域に形成され、前記第１絶縁膜内のコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタに接続され、
前記第２電極は、前記第１電極と同一金属で、同一層に、同一高さで形成され、前記薄膜トランジスタと部分的に重畳され、前記薄膜トランジスタの上部で前記薄膜トランジスタのゲート電極と平行に形成され、かつ複数の前記画素領域を包含する水平ライン間にストライプ状に形成され、
前記発光層を形成する段階は、
第１シャドーマスクを用いて、前記第１電極上に正孔注入層、正孔伝達層を順次に蒸着する段階と、
第２シャドーマスクを用いて、前記正孔伝達層上に有機電界発光層を蒸着する段階と、
前記第１シャドーマスクを用いて、前記有機電界発光層上に電子伝達層及び電子注入層を順次に蒸着する段階と、
を含み、
前記第１シャドーマスクは、前記第２電極にアラインされるストライプを有し、
前記正孔注入層、正孔伝達層、電子伝達層、電子注入層は、前記第１シャドーマスクの前記ストライプ間のストライプ状の開口部を介して前記第２電極と重畳しないように前記第２電極間に互いに同一の形状で形成され、前記有機電界発光層は、前記第２シャドーマスクを介して前記正孔注入層、正孔伝達層、電子伝達層、電子注入層と異なって前記画素領域にのみ形成される
ことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１電極及び第２電極は、反射物質で形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素子の製造方法。
【請求項３】
前記第３電極は、メタル電極と透明電極を積層して形成することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記メタル電極は、５ｎｍ以下の厚さで形成することを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１電極及び第２電極の一定領域上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記第２絶縁膜に、前記第２電極の方向に沿って形成され、前記第２電極を露出させるトレンチを形成する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光素子（organic electroluminescence device）に関し、特にトップ−エミッション（top-emission）方式のアクティブ電界発光素子（active matrix electroluminescence device：ＡＭＯＥＬＤ）の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界発光素子（electroluminescence device；以下、ＥＬ素子ともいう。）は、広い視野角、高開口率、高色度などの特徴を有するため、次世代平板表示素子として注目を浴びている。特に、有機ＥＬ素子は、正孔注入電極と、電子注入電極との間に形成された有機発光層に電荷が注入されると、電子と正孔とが双をなした後、消滅しながら光が発生する原理によるものであるため、他の表示素子に比べて低い電圧でも駆動が可能である。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、その駆動方式に従ってパッシブマトリックス(passive matrix)ＥＬ素子と、アクティブマトリックス(active matrix）ＥＬ素子とに分けられる。パッシブマトリックスＥＬ素子は、透明基板上の透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層の上のカソード電極とで構成される。アクティブマトリックスＥＬ素子は、基板の上で画素領域を形成するスキャンライン及びデータラインと、スキャンライン及びデータラインと電気的に接続され、有機ＥＬ素子を制御するスイッチング素子と、スイッチング素子と電気的に接続され、基板の上の画素領域に形成された透明電極と、透明電極上の有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層の上のメタル電極とからなる。アクティブマトリックスＥＬ素子は、パッシブマトリックスＥＬ素子と異なり、スイッチング素子をさらに含み、このスイッチング素子は薄膜トランジスタである。
【０００４】
アクティブ電界発光素子は、トップ−エミッション方式とボトム−エミッション方式とに分けられる。トップ−エミッション方式のアクティブ電界発光素子は、ボトム−エミッション(bottom emission) 方式とに分けられる。トップ−エミッション方式のアクティブ電界発光素子は、トップ−エミッション方式とは異なり、有機ＥＬ層でメタル共通電極(カソード) の方に光を発散するので、トップ−エミッション方式のアクティブ電界発光素子のメタル共通電極は、効率的な光透過のために薄く形成されなければならない。
【０００５】
しかし、上記メタル共通電極がとても薄い場合には、熱によってメタル共通電極が短絡したり、酸化したりする虞がある。これは、有機電界発光素子の特性上、持続的に多量の電流がメタル共通電極を通じて流れるからである。特に、メタル共通電極の材料として銀を用いた場合には、銀原子の移動(migration)によって、メタル共通電極が塊(lump)になる。従って、素子の信頼性が低下して寿命が短くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術の問題を解決するために、本発明は、発光効率を増大させると共に電気的な機能を向上させることができる有機電界発光素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の有機電界発光素子の製造方法は、トップエミッション方式の有機電界発光素子の製造方法において、(a)画素領域が形成された基板上に薄膜トランジスタを形成する段階と、(b)前記薄膜トランジスタと前記基板の上に第１絶縁膜を形成する段階と、(c)前記第１絶縁膜の上に第１電極及び第２電極を同時に形成する段階と、(d)前記第１電極の上に発光層を形成する段階と、(e)前記第２電極と電気的に接続される第３電極を前記発光層上に形成する段階とを含み、前記第１電極は、前記画素領域に形成され、前記第１絶縁膜内のコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタに接続され、前記第２電極は、前記第１電極と同一金属で、同一層に、同一高さで形成され、前記薄膜トランジスタと部分的に重畳され、前記薄膜トランジスタの上部で前記薄膜トランジスタのゲート電極と平行に形成され、かつ複数の前記画素領域を包含する水平ライン間にストライプ状に形成され、前記発光層を形成する段階は、第１シャドーマスクを用いて、前記第１電極上に正孔注入層、正孔伝達層を順次に蒸着する段階と、第２シャドーマスクを用いて、前記正孔伝達層上に有機電界発光層を蒸着する段階と、前記第１シャドーマスクを用いて、前記有機電界発光層上に電子伝達層及び電子注入層を順次に蒸着する段階とを含み、前記第１シャドーマスクは、前記第２電極にアラインされるストライプを有し、前記正孔注入層、正孔伝達層、電子伝達層、電子注入層は、前記第１シャドーマスクの前記ストライプ間のストライプ状の開口部を介して前記第２電極と重畳しないように前記第２電極間に互いに同一の形状で形成され、前記有機電界発光層は、前記第２シャドーマスクを介して前記正孔注入層、正孔伝達層、電子伝達層、電子注入層と異なって前記画素領域にのみ形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の有機電界発光素子及びその製造方法によれば、共通電極と電気的に接続される補助共通電極を形成するから、メタル共通電極の厚さが薄いとしても電流の流れが円滑になる。また、メタル共通電極を薄く形成することにより、光透過率を増大させることができる。このような理由によって、本発明は、寿命が長く信頼も高い素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による有機ＥＬ素子の平面図である。
【００１５】
図１に示したように、本発明によるトップ−エミッション方式の有機ＥＬ素子は、Ｒ、Ｇ、Ｂ有機発光層（３４、３４′、３４″）が形成される画素領域以外の領域にストライプ形態の補助共通電極２９を備える。 通常、有機ＥＬ素子では、 Ｒ、Ｇ、Ｂ有機発光層（３４、３４′、３４″）を形成する時、必ずシャドーマスクを使っており、このシャドーマスクのブリッジ(bridge)部分は、約４０〜５０μｍ程度で非常に広く、補助共通電極２９の形成空間として十分である。 図１のＤ領域がシャドーマスクのブリッジ部分に対応する部分であって、本発明は、Ｄ領域に補助共通電極２９を形成することが特徴である。
【００１６】
補助共通電極２９（第２電極）は、絶縁膜３０の開口部を介してカソードである共通電極３７、３８と、電気的に接続されて、共通電極３７、３８に流れる大部分の電流が抵抗の低い補助共通電極２９を介して外部に流れるようになるので、共通電極の抵抗問題を解決することができるようになる。
【００１７】
図２はＢ−Ｂ`線に沿って切開された図１の断面図である。
図２を参照して本発明によるトップ−エミッション方式の有機ＥＬ素子の構造をより詳しく説明すれば、次の通りである。
【００１８】
図２に示したように、ガラス基板２１上に画素電極（第１電極）２８と、画素電極２８と交差する共通電極(第３電極）３７、３８が形成される。共通電極３７、３８は、メタル共通電極３７と、その上に積層された透明共通電極３８とからなる。そして、画素電極２８と共通電極３７との間には、有機発光層３４が形成される。有機発光層３４は、画素領域に形成される。
【００１９】
また、ガラス基板２１上には、画素電極２８と、電気的に接続される薄膜トランジスタＢとが形成される。 薄膜トランジスタＢは、ガラス基板２１の一領域上に形成されてソース/ドレイン領域２２ａ、２２ｂ 及びチャンネル領域２２ｃで構成される半導体層２２と、半導体層２２とガラス基板２１の全面に形成されるゲート絶縁膜２３と、チャンネル領域２２ｃ上部のゲート絶縁膜２３上に形成されるゲート電極２４とで構成される。 ソース/ドレイン領域２２ａ、２２ｂとチャンネル領域２２ｃとの境界は、ゲート電極２４の両エッジと整合（アライン）される。
【００２０】
そして、薄膜トランジスタＢ上には層間絶縁膜２５が形成される。 この層間絶縁膜２５は、ソース/ドレイン領域２２ａ、２２ｂの表面一部を露出させるコンタクトホールを有する。このコンタクトホールには、ソース/ドレイン領域２２ａ、２２ｂに電気的に接続される電極ライン２６が形成されている。
【００２１】
層間絶縁膜２５及び電極ライン２６を含む全面には、平坦化絶縁膜２７が形成されている。この平坦化絶縁膜２７は、ドレイン領域２２ｂと接続された電極ライン２６の表面一部を露出させるビアホールを有する。 平坦化絶縁膜２７上の画素領域には、画素電極２８が形成され、画素電極２８は、平坦化絶縁膜２７のビアホールを介して薄膜トランジスタＢのドレイン領域２２ｂに電気的に接続されるようになる。
【００２２】
平坦化絶縁膜２７上の画素領域の外には、薄膜トランジスタＢのゲート電極２４の長さに平行な方向に一直線のストライプ形態の補助共通電極２９が形成されている。
そして、画素電極２８と補助共通電極２９との間には、画素電極２８の一部分と、補助共通電極２９の一部分を覆う絶縁膜３０とが位置する。
【００２３】
絶縁膜３０は、画素電極２８と補助共通電極２９とを互いに電気的に絶縁させるためのものであり、画素領域を除いた領域に存在する。画素電極２８と絶縁膜３０の上には、正孔注入層３２、正孔伝達層３３が順に積層され、正孔伝達層３３上の画素領域には有機電界発光層３４が形成される。
【００２４】
有機電界発光層３４には、発光色によってＲ、Ｇ、Ｂ有機電界発光層（３４、３４′、３４″）がある。これらＲ、Ｇ、Ｂ有機電界発光層（３４、３４′、３４″）は、各画素領域に順に形成されている。そして、有機電界発光層３４及び正孔伝達層３３上には、電子伝達層３５、電子注入層３６が積層される。
【００２５】
補助共通電極２９、絶縁膜３０の一部、そして電子注入層３６の上にメタル共通電極３７、透明共通電極３８が形成され、透明共通電極３８の全面に保護層３９が形成される。ここで、絶縁膜３０、正孔注入層３２、正孔伝達層３３、有機電界発光層３４、電子伝達層３５、電子注入層３６が、補助共通電極２９上部に形成されないので、共通電極３７、３８が、補助共通電極２９に接触する。本発明では、メタル共通電極３７を省略することができるので、透明共通電極３８を補助共通電極２９に直接接触させるように構成することが可能である。
【００２６】
次に、発明によるトップ−エミッション方式の有機ＥＬ素子の製造方法に関して説明する。
図３Ａないし３Ｇは、本発明の有機電界発光素子(ＥＬＤ)の製造方法を示した図である。
【００２７】
図３Ａに示すように、ガラス基板２１上に薄膜トランジスタＢの活性層として使うために多結晶シリコンを利用して半導体層２２が蒸着され、その後に、薄膜トランジスタＢが形成される領域にだけ残るように、半導体層２２がパターニングされる。そして基板２１とパターニングされた半導体層２２との全表面を覆うように、ゲート絶縁膜２３が蒸着され、引き続きゲート電極を形成するための導電物質層を蒸着する。導電物質層は、パターニングされた半導体層２２上の一定の領域にだけ残るようにパターニングして、ゲート電極２４を形成する。
【００２８】
以後、ゲート電極２４をマスクで利用して半導体層２２にボロン(B)やリン(P) などの不純物を注入した後に熱処理して、薄膜トランジスタＢのソース/ドレイン領域２２ａ、２２ｂが形成される。 そして、不純物が注入されない半導体層領域は、チャンネル領域２２ｃになる。ここで、ゲート電極２４をマスクで利用して不純物を注入したので、ソース/ドレイン領域（２２ａ、２２ｂ）とチャンネル領域２２ｃとの境界は、ゲート電極２４の両エッジと整合される。
【００２９】
ゲート絶縁膜２３とゲート電極２４上には、層間絶縁膜２５が形成される。 そして、ソース/ドレイン領域（２２ａ、２２ｂ）上面の一定部分が露出するように、層間絶縁膜２５とゲート絶縁膜２３を選択的にエッチングして、コンタクトホールが形成される。そして、コンタクトホールに金属物質を埋立して、ソース/ドレイン領域（２２ａ、２２ｂ）にそれぞれ電気的に接続される電極ライン２６が形成される。
【００３０】
次に、層間絶縁膜２５と電極ライン２６上に、スピンコーティング方法を用いて、絶縁物質を蒸着して平坦化絶縁膜２７を蒸着する。平坦化絶縁膜２７をプリベーク(pre-bake) 工程を介して硬化させる。 そして、薄膜トランジスタＢのドレイン領域(２２ｂ)に接続された電極ライン２６が露出するように、平坦化絶縁膜２７を選択的に取り除いてビアホールを形成する。
【００３１】
ビアホール及び平坦化絶縁膜２７の全面に金属物質を蒸着する。この時、下部発光(bottom-emission) 方式のＥＬ素子の場合には、金属物質層をＩＴＯのような透明な物質で形成し、反対に上部発光(top-emission) 方式のＥＬ素子の場合には、反射率と仕事関数が高い金属物質で金属物質層を形成する。 上部発光方式のＥＬ素子の場合に、金属物質層の材料としては、クロム(Cｒ)、アルミニウム(Ａｌ)、モリブデン(Ｍｏ)、Ａｇ、Ａｕなどの金属またはこれらの合金が使われ、金属を利用したマルチレイヤーに形成することができる。平坦化絶縁膜２７のビアホール内に蒸着された金属物質層は、ビアホール下部の電極ライン２６と接続される。
【００３２】
そして、金属物質層を選択的に取り除いて画素領域に画素電極２８を形成すると同時に画素領域の外には補助共通電極２９を形成する。 補助共通電極２９は、画素電極２８の間でかつ画素電極２８から離間して形成される。
【００３３】
即ち、補助共通電極２９は、画素領域の間の境界領域で平坦化絶縁膜２７上に形成される。そして、図１に示すように、補助共通電極２９は、薄膜トランジスタＢの上部で薄膜トランジスタＢのゲート電極２４に平行に一直線のストライプ形状で形成される。
【００３４】
図３Ｂに示すように、全面に絶縁物質を蒸着した後、絶縁物質層を選択的に取り除いて画素領域を除いた領域、即ち、画素領域の間の境界領域に絶縁膜３０を形成する。この時絶縁膜３０は、補助共通電極２９の表面の一部には形成されない。即ち、絶縁膜３０は、画素電極（第１電極）２８及び補助共通電極（第２電極）２９の間で、それら(２８,２９)の一部分のみを覆う。補助共通電極２９の表面一部を露出させるために、絶縁膜３０は、補助共通電極２９の長手方向に沿って補助共通電極２９上に形成されたトレンチを有する。
【００３５】
また、画素電極２８上に発光層を形成する。発光層は、正孔注入層３２、正孔伝達層３３、有機電界発光層３４、電子伝達層３５、そして電子注入層３６の積層された構造である。先に、図３Ｃに示したように、シャドーマスク３１を利用して画素電極２８及び絶縁膜３０上に、正孔注入層３２、正孔伝達層３３を順に蒸着する。 正孔注入層３２ 及び正孔伝達層３３は、補助共通電極２９上には蒸着しない。 図４は、シャドーマスク３１の平面一部を示した図面で、補助共通電極２９のパターンと、アラインされるストライプを有する。
【００３６】
図３Ｄに示すように、シャドーマスク（図示せず）を利用して、正孔伝達層３３ 上に有機電界発光層３４を蒸着する。 有機電界発光層３４は、発光色によって Ｒ、Ｇ、Ｂ 有機電界発光層（３４、３４′、３４″）に分けられ、これらＲ、Ｇ、Ｂ有機発光層 （３４、３４′、３４″）は、各画素領域に順に形成される。 有機電界発光層３４は、画素領域にだけ蒸着する。
【００３７】
図３Ｅに示すように、シャドーマスク３１を利用して、正孔伝達層３３の一部と有機電界発光層３４上に、電子伝達層３５、電子注入層３６を順に蒸着する。
【００３８】
図３Ｆに示すように、共通電極３７、３８が、電子注入層３６と補助共通電極２９を含む全面に形成される。 共通電極は、補助共通電極２９と電気的に接続されるので、共通電極に流れる電流が抵抗の低い補助共通電極２９を介して流れるようになる。従って、共通電極の抵抗関連した問題点を解決することができる。 共通電極は、メタル共通電極３７と透明共通電極３８とで構成される。 メタル共通電極３７を形成するために、全面にアルミニウムを数ｎｍの厚さに蒸着した後、銀を５ｎｍ以下の厚さに蒸着するか、または全面にＭｇXＡｇX-1系の金属を５ｎｍ以下の厚さで蒸着する。
【００３９】
メタル共通電極３７を形成する他の方法では、ＬｉＦ、Ａｌをそれぞれ約０．５ｎｍ、１ｎｍの厚さ順に蒸着する。また透明共通電極３８は、ＩＴＯ(indium tin oxide) またはＩＺＯ(indium zinc oxide) などの透明な伝導性物質で形成される。
【００４０】
本発明の他の実施形態として、メタル共通電極３７を形成せずにメタル共通電極３７の代わりに、透明共通電極３８を補助共通電極２９に電気的に接続されるように構成することができる。
【００４１】
図３Ｇに示すように、その後、有機ＥＬ層３４、電子伝達層３５、及び電子注入層３６を酸素や水気から保護するために、保護膜３９を形成する。 そして、図面に示されていないが、シーラントと透明基板を利用して、保護層３９上に保護キャップを装着してアクティブマトリックス有機ＥＬ素子を完成する。
【００４２】
以上、本発明の好適な一実施態様について説明したが、実施態様に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の有機電界発光素子を示した平面図である。
【図２】本発明の有機電界発光素子を示した断面図である。
【図３Ａ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第１段階を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第２段階を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第３段階を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第４段階を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第５段階を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第６段階を示す図である。
【図３Ｇ】本発明の有機電界発光素子における製造方法の第７段階を示す図である。
【図４】本発明のシャドーマスクを示した図面である。
【符号の説明】
【００４４】
２１  基板                    ２２ａ、２２ｂ  ソース/ドレイン電極
２２ｃ  チャンネル            ２３  ゲート絶縁膜
２４ ゲート電極               ２５  層間絶縁膜
２６  電極ライン              ２７  平坦化絶縁膜
２８  画素電極（第１電極）    ２９  補助共通電極(第２電極）
３０  絶縁膜                  ３１  シャドーマスク
３２  正孔注入層              ３３  正孔伝達層
３４  有機電界発光層          ３５  電子伝達層
３６  電子注入層              ３７  メタル共通電極
３８  透明共通電極            ３９  保護膜
【図１】
0004684592.tif 000002
【図２】
0004684592.tif 000003
【図３Ａ】
0004684592.tif 000004
【図３Ｂ】
0004684592.tif 000005
【図３Ｃ】
0004684592.tif 000006
【図３Ｄ】
0004684592.tif 000007
【図３Ｅ】
0004684592.tif 000008
【図３Ｆ】
0004684592.tif 000009
【図３Ｇ】
0004684592.tif 000010
【図４】
0004684592.tif 000011