JP2004207218A - 輝度が改善された有機電界発光ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 画素単位毎に発光層から放出される光をフォーカシングして画素単位で光効率を向上することができる有機電界発光ディスプレイを提供する。
【解決手段】 本発明のアクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイは、第１の絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極を具備したＴＦＴを含む基板上に成膜された第２の絶縁膜と；前記記第２の絶縁膜上に形成され、前記ソース／ドレイン電極のいずれかに接続される下部電極と；前記下部電極の一部分を露出させる開口部を具備した第３の絶縁膜と；前記開口部内の下部電極上に形成された発光層と；前記発光層を取り囲むように形成された溝；及び前記溝を含む基板の全面に形成され、前記発光層を取り囲むように形成された上部電極と；を含み、前記上部電極が、前記発光層から放出される光が基板を通じて取り出される間、全反射された光を反射する反射層の役割を果たす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アクティブマトリクス型フラットパネルディスプレイに関し、より詳しくは、カソード電極を有機発光層を完全に取り囲むように形成し、画素単位毎に光をフォーカシングして画素単位毎に輝度を向上することができる有機電界発光ディスプレイに関する。

一般に、有機電界発光ディスプレイの光効率は、内部量子効率と外部量子効率とに大別される。光効率のうちの内部量子効率は、有機発光層の光電変換効率に依存し、外部量子効率は、光取り出し率（ｌｉｇｈｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）ともいい、有機電界発光ディスプレイを構成する各層の屈折率に依存する。有機電界発光ディスプレイは、ＣＲＴまたはＰＤＰ、ＦＥＤのようなフラットパネルディスプレイに比べて外部量子効率が劣るため、輝度、寿命などの表示素子の特性面で改善すべき必要性が大である。

図１は、従来のアクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。

同図に示すように、絶縁基板１００上にバッファ層１０５を形成し、前記バッファ層１０５上に薄膜トランジスタとキャパシタを形成する。前記薄膜トランジスタは、ソース／ドレイン領域１１１、１１５を具備した半導体層１１０と、ゲート絶縁膜１２０上に形成されたゲート電極１２５と、層間絶縁膜１３０に形成され前記ソース／ドレイン領域１１１、１１５とコンタクトホール１３１、１３５を介して接続されたソース／ドレイン電極１４１、１４５を具備する。前記キャパシタは、前記ゲート電極１２５と同じ材料からなり、前記ゲート絶縁膜１２０上に形成された第１の電極１２７と、層間絶縁膜１３０上に形成され前記ソース／ドレイン電極１４１、１４５のいずれか、たとえば、ソース電極１４１に接続される第２の電極１４７を具備する。

基板の全面に保護膜１５０を形成した後にパターニングし、前記ソース／ドレイン電極のいずれか、たとえば、ドレイン電極１４５の一部分を露出させるビアホール１５５を形成する。ＩＴＯ膜のような透明導電膜を蒸着した後にパターニングし、前記ビアホール１５５を介して前記ドレイン電極１４５に接続される下部電極としてのアノード電極１６０を形成する。

基板の全面に平坦化膜１７０を成膜し、前記アノード電極１６０の一部分が露出するように平坦化膜１７０をエッチングして開口部１７１を形成する。前記開口部１７１内のアノード電極１６０上に有機発光層１８０を形成した後、基板の全面にかけて上部電極としてのカソード電極１９０を形成する。

前記のような構造を有する従来の有機電界発光ディスプレイでは、有機発光層１８０から放出される光の約１／４程度だけが基板を通じて外部に取り出されるが、これは、アノード電極１６０であるＩＴＯ材料のような屈折率の高い材料と保護膜またはガラス基板のような屈折率の低い材料の界面では、大きな屈折率の差により全反射された光が導波して側面から漏れるということが最も大きな理由である。

このように、外部量子効率が低下することにより素子の輝度が低下し、所望する輝度を発生するためには駆動電圧が上昇するため、寿命の低下をもたらすという不具合があった。

そこで、本発明は、前記のような従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、画素単位で輝度を改善することができるアクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイを提供することである。

本発明の他の目的は、カソード電極を発光層を取り囲むような形態で形成し、有機発光層から放出される光の損失を抑えることができる有機電界発光ディスプレイを提供することである。

前記のような目的を達成するために、本発明は、各々の単位画素領域毎に配列された下部電極と；前記下部電極上に各々形成された発光層；及び基板の全面に形成された上部電極と；を含み、前記上部電極が、各単位画素領域毎に前記発光層を取り囲むように形成され、前記発光層から放出される光が基板を通じて取り出される間、全反射された光を反射する反射層の役割を果たす有機電界発光ディスプレイを提供することを特徴とする。

また、本発明は、第１の絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極を具備したＴＦＴを含む基板上に成膜された第２の絶縁膜と；前記第２の絶縁膜上に形成され、前記ソース／ドレイン電極のいずれかに接続される下部電極と；前記下部電極の一部分を露出させる開口部を具備した第３の絶縁膜と；前記開口部内の下部電極上に形成された発光層と；前記発光層を取り囲むように形成された溝；及び前記溝を含む基板の全面に形成され、前記発光層を取り囲むように形成された上部電極と；を含む有機電界発光ディスプレイを提供することを特徴とする。

また、本発明は、第１の絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極を具備したＴＦＴを含む基板を提供するステップと；基板上に第２の絶縁膜を成膜するステップと；前記第２の絶縁膜上に前記ソース／ドレイン電極のいずれかに接続される下部電極を形成するステップと；基板の全面に第３の絶縁膜を成膜するステップと；前記第３の絶縁膜をエッチングして前記下部電極の一部分を露出させる開口部を形成すると共に、前記下部電極を取り囲む溝を形成するステップと；前記開口部内の下部電極上に発光層を形成するステップ；及び前記溝を含む基板の全面に前記発光層を取り囲むように上部電極を形成するステップと；を含む有機電界発光ディスプレイの製造方法を提供することを特徴とする。

前記溝の形成時に第３の絶縁膜のみならず、その下部の第２の絶縁膜をエッチングし、第２及び第３の絶縁膜にわたって溝を形成するか、または、第１及び第２の絶縁膜も一緒にエッチングし、第１乃至第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする。

第２の絶縁膜の成膜ステップの後に第２の絶縁膜をエッチングし、前記ソース／ドレイン電極のいずれかと下部電極とを接続するためのビアホールを形成するステップを更に含み、前記ビアホールの形成時に前記溝に対応する部分の第２の絶縁膜をエッチングし、第２及び第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする。

第２の絶縁膜の成膜ステップの前及び後にそれぞれ第１の絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、第２の絶縁膜をエッチングし、前記ソース／ドレイン電極のいずれかと下部電極とを接続するためのビアホールを形成するステップと、を更に含み、前記コンタクトホールの形成時に前記溝に対応する第１の絶縁膜をエッチングし、前記ビアホールの形成時に前記溝に対応する部分の第２の絶縁膜をエッチングし、第１乃至第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする。

第１の絶縁膜が層間絶縁膜であり、第２の絶縁膜が保護膜であり、前記第３の絶縁膜が画素分離膜であり、前記上部電極が下部電極を更に取り囲むように形成されることを特徴とする。

本発明の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイは、カソード電極が画素単位で有機発光層を完全に取り囲む構造で形成されるため、全反射された光が導波して消滅することを抑えることができ、また、画素単位で有機発光層から放出される光を限定して光取り出し率を増大し、輝度を向上することができる。したがって、同一の駆動条件で相対的に輝度を向上することができるため、素子の寿命を向上することができる。

また、更なるマスクプロセスを必要とすることなく溝が形成できるため、プロセスを単純化することができるという長所がある。

以上では、本発明の好適な実施の形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者であれば、添付した特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更可能であることが理解できるはずである。

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態にかかるアクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。

同図に示すように、絶縁基板２００上にバッファ層２０５を形成し、前記バッファ層２０５上にソース／ドレイン領域２１１、２１５を具備した半導体層２１０が形成され、ゲート絶縁膜２２０上にゲート電極２２５と、キャパシタの下部電極２２７が形成され、層間絶縁膜２３０上にコンタクトホール２３１、２３５を介して前記ソース／ドレイン領域２１１、２１５にそれぞれ接続されるソース／ドレイン電極２４１、２４５、及びキャパシタ上部電極２４７が形成される。

基板の全面に保護膜２５０を形成した後に前記ソース／ドレイン電極のいずれか、たとえば、ドレイン電極２４５の一部分を露出させるビアホール２５５を形成する。ＩＴＯ膜のような透明導電膜を蒸着した後にパターニングし、ビアホール２５５を介して前記ドレイン電極２４５に接続される下部電極としてのアノード電極２６０を形成する。

基板の全面に画素分離膜２７０を蒸着した後、前記画素分離膜２７０をエッチングして開口部２７１を形成すると共に、前記アノード電極２６０を取り囲む溝２７５を形成する。前記開口部２７１内のアノード電極２６０上に有機発光層２８０を形成し、基板の全面にかけて上部電極としてのカソード電極２９０を形成する。

なお、前記カソード電極２９０は、前記溝２７５を含む基板の全面にかけて前記アノード電極２６０と前記有機発光層２８０を完全に取り囲むように形成されるため、前記アノード電極２６０と有機発光層２８０がカソード電極２９０で取り囲まれる構造をなす。したがって、前記カソード電極２９０は、素子の陰極としての役割のみならず、屈折率の差により全反射された光を反射して基板の外部に取り出す反射層の役割を果たす。本発明におけるカソード電極は、電極のみならず反射層としての役割を果たすため、Ａｌのような高反射率を有する材料を使用するのが好ましい。

したがって、本発明では、有機発光層２８０から放出される光が屈折率の大きいＩＴＯでなるアノード電極２６０からその下部の屈折率の低い材料の保護膜２５０、層間絶縁膜２３０またはガラス基板２００に伝わる途中で全反射される光がカソード電極２９０の側面から反射されるため、導波して側面から漏れるという光の損失を抑えるようになる。よって、有機発光層２８０から放出される光を各単位画素毎に限定して基板から取り出すことにより、単位画素毎に輝度を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態では、画素分離膜２７０に開口部２７１を形成する時、アノード電極２６０と有機発光層２８０を取り囲む溝２７５を同時に形成することにより、更なるマスクプロセスを必要としない。

図３は、本発明の第２の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。

第２の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイは、第１の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイと同じ構造を有し、ただ、有機発光層３６０とアノード電極３６０を取り囲むように形成される溝３７５が画素分離膜３７０と保護膜３５０にわたって形成されることだけが異なる。前記溝３７５は、画素分離膜３７０をエッチングして開口部３７１を形成する時、前記画素分離膜３７０とその下部の保護膜３５０を同時にエッチングして形成することもできる。

一方、前記溝３７５は、ビアホール３５５の形成時に保護膜３５０をエッチングして第一次で溝を形成した後、開口部の形成時に前記第一次で形成した溝が露出するように前記画素分離膜をエッチングして第二次で溝を形成することにより、最終的に画素単位で前記アノード電極３６０と有機発光層３８０を取り囲む構造を有する溝３７５を保護膜３５０と画素分離膜３７０にわたって形成することもできる。

第２の実施の形態においても前記溝３７５を、ビアホール３５５と開口部３７１の形成時に保護膜３５０と画素分離膜３７０をエッチングすることで形成することにより、溝を形成するための更なるマスクプロセスを必要としない。

図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。

第３の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイは、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同じ構造を有し、前記アノード電極４６０と有機発光層４８０を取り囲むように形成される溝４７５が画素分離膜４７０、保護膜４５０、及び層間絶縁膜４３０にわたって形成されることだけが異なる。

前記溝４７５は、前記画素分離膜４７０をエッチングして開口部４７１を形成する時、前記画素分離膜４７０、保護膜４５０、及び層間絶縁膜４３０をエッチングして形成することができる。一方、前記溝４７５を、コンタクトホール４３１、４３５の形成時に前記層間絶縁膜４３０をエッチングして第一次で溝を形成し、ビアホール４５５の形成時に第一次で形成した溝が露出するように前記保護膜４５０をエッチングして第二次で溝を形成した後、開口部４７１の形成時に前記第二次で形成した溝が露出するように画素分離膜４７０をエッチングして第三次で溝を形成することにより、最終的に画素単位毎に前記アノード電極４６０と有機発光層４８０を取り囲む構造を有する溝４７５を層間絶縁膜４３０、保護膜４５０、及び画素分離膜４７０にわたって形成することもできる。

第３の実施の形態においても前記溝４７５を、コンタクトホール４３１、４３５、及びビアホール４５５と開口部４７１の形成時に層間絶縁膜４３０、保護膜４５０、及び画素分離膜４７０をエッチングすることで形成することにより、溝を形成するための更なるマスクプロセスを必要としない。

本発明の第３の実施の形態のように、画素分離膜、保護膜、及び層間絶縁膜にわたってアノード電極と有機発光層を取り囲む溝を形成する場合は、溝に形成されたカソード電極と隣接する電極との間に発生する寄生キャパシタンスを考慮して適当な位置に溝を形成する必要がある。

図５は、本発明の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの平面構造を示す図である。

同図に示すように、本発明の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイは、複数の単位画素領域５０１を具備し、各単位画素領域５０１には、ビアホール５５５を介してソース／ドレイン電極のいずれか、たとえば、ドレイン電極に接続されるアノード電極５６０が形成され、前記アノード電極５６０を取り囲むように溝５７５が形成される。

図２乃至図４の第１乃至第３の実施の形態で説明したように、前記アノード電極５６０を取り囲むように形成された溝５７５を含む基板の全面にカソード電極を形成すると、各々の単位画素領域５０１毎にカソード電極がその上部に有機薄膜層が形成された前記アノード電極５６０を完全に取り囲む構造をなす。

したがって、本発明の有機電界発光ディスプレイでは、有機発光層から放出される光がガラス基板を通じて外部に取り出される時、屈折率の大きいＩＴＯでなるアノード電極から屈折率の低い保護膜またはガラス基板に伝わる途中で全反射される光は、アノード電極と有機発光層を完全に取り囲む構造で形成されたカソード電極により反射される。よって、カソード電極により有機発光層から放出される光を各単位画素毎に限定して全反射された光を反射することにより、画素単位毎に光取り出し率を増大し、輝度を向上することができる。

このように、光が屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質に移動する途中で全反射された光が導波して消滅することを抑えるためには、有機発光層に近いところで光子を集め直進性を与えなければ効率増大が見込めなく、効率増大に最も効果的な位置は、発光層から近く且つ屈折率の差が激しい界面が最適の位置である。このために、本発明では、アノード電極と有機発光層を取り囲む溝を形成し、前記溝を含む基板の全面に単位画素毎にアノード電極と有機発光層を取り囲むようにカソード電極を形成することにより、各画素単位で有機発光層から放出される光をフォーカシングすることができる。

従来のアクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの断面構造を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる有機電界発光ディスプレイの平面構造を示す図である。

符号の説明

２００ 絶縁基板
２０５ バッファ層
２１０ 半導体層
２１１ ソース領域
２１５ ドレイン領域
２２０ ゲート絶縁膜
２２５ ゲート電極
２２７ 下部電極
２３０ 層間絶縁膜

Claims (16)

1. 各々の単位画素領域毎に配列された下部電極と；
   前記下部電極上に各々形成された発光層；及び
   基板の全面に形成された上部電極と；
   を含み、
   前記上部電極が、各単位画素領域毎に前記発光層を取り囲むように形成され、前記発光層から放出される光が基板を通じて取り出される間、全反射された光を反射する反射層の役割を果たすことを特徴とする有機電界発光ディスプレイ。
2. 前記上部電極が、高反射率を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光ディスプレイ。
3. 前記上部電極が、前記下部電極を更に取り囲むように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ディスプレイ。
4. 第１の絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極を具備したＴＦＴを含む基板上に成膜された第２の絶縁膜と；
   前記第２の絶縁膜上に形成され、前記ソース／ドレイン電極のいずれかに接続される下部電極と；
   前記下部電極の一部分を露出させる開口部を具備した第３の絶縁膜と；
   前記開口部内の下部電極上に形成された発光層と；
   前記発光層を取り囲むように形成された溝；及び
   前記溝を含む基板の全面に形成され、前記発光層を取り囲むように形成された上部電極と；
   を含むことを特徴とする有機電界発光ディスプレイ。
5. 前記溝が、前記第３の絶縁膜のみに形成されることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光ディスプレイ。
6. 前記溝が、前記第２の絶縁膜と第３の絶縁膜にわたって形成されることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光ディスプレイ。
7. 前記溝が、第１の絶縁膜乃至第３の絶縁膜にわたって形成されることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光ディスプレイ。
8. 前記第１の絶縁膜が層間絶縁膜であり、第２の絶縁膜が保護膜であり、第３の絶縁膜が画素分離膜であることを特徴とする請求項４に記載の有機電界発光ディスプレイ。
9. 第１の絶縁膜上に形成されたソース／ドレイン電極を具備したＴＦＴを含む基板を提供するステップと；
   基板上に第２の絶縁膜を成膜するステップと；
   前記第２の絶縁膜上に前記ソース／ドレイン電極のいずれかに接続される下部電極を形成するステップと；
   基板の全面に第３の絶縁膜を成膜するステップと；
   前記第３の絶縁膜をエッチングして前記下部電極の一部分を露出させる開口部を形成すると共に、前記下部電極を取り囲む溝を形成するステップと；
   前記開口部内の下部電極上に発光層を形成するステップ；及び
   前記溝を含む基板の全面に前記発光層を取り囲むように上部電極を形成するステップと；
   を含むことを特徴とする有機電界発光ディスプレイの製造方法。
10. 前記溝の形成時に第３の絶縁膜のみならず、その下部の第２の絶縁膜も一緒にエッチングし、第２及び第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
11. 第２の絶縁膜の成膜ステップの後に第２の絶縁膜をエッチングし、前記ソース／ドレイン電極のいずれかと下部電極とを接続するためのビアホールを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
12. 前記ビアホールの形成時に前記溝に対応する部分の第２の絶縁膜をエッチングし、第２及び第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする請求項１１に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
13. 前記溝の形成時に第３の絶縁膜のみならず、その下部の第１及び第２の絶縁膜も一緒にエッチングし、第１乃至第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
14. 第２の絶縁膜の成膜ステップの前及び後にそれぞれ第１の絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成するステップと、第２の絶縁膜をエッチングし、前記ソース／ドレイン電極のいずれかと下部電極とを接続するためのビアホールを形成するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
15. 前記コンタクトホールの形成時に前記溝に対応する第１の絶縁膜をエッチングし、前記ビアホールの形成時に前記溝に対応する部分の第２の絶縁膜をエッチングし、第１乃至第３の絶縁膜にわたって溝を形成することを特徴とする請求項１４に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
16. 第１の絶縁膜が層間絶縁膜であり、第２の絶縁膜が保護膜であり、前記第３の絶縁膜が画素分離膜であることを特徴とする請求項９に記載の有機電界発光ディスプレイの製造方法。
    
    

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