JP2000252550A - スイッチング素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置 - Google Patents
スイッチング素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置Info
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Abstract
並びに有機薄膜スイッチング素子を共通の基板上に形成
した有機EL素子表示装置を提供する。 【解決手段】 複数の発光部からなる表示配列を有して
いる有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であっ
て、発光部に対応する複数の第1表示電極が表面上に形
成された基板と、第1表示電極の各々上に形成され、少
くとも1層の電子及び又は正孔の注入によって発光する
有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有機材料層
と、有機材料層上に共通に形成された第2表示電極と、
基板上に形成されかつ第1及び2表示電極の少なくとも
一方に接続された有機薄膜スイッチング素子と、からな
る。有機薄膜スイッチング素子は、互いに積層された絶
縁膜及び有機物からなる薄膜を挟む一対の対向するゲー
ト電極、並びに、ゲート電極間の薄膜及び絶縁膜間の界
面に配置された中間電極からなる。
Description
機薄膜を利用したスイッチング素子に関し、また、電子
及び正孔の注入によって発光する有機化合物材料のエレ
クトロルミネッセンス(以下、ELともいう)を利用し
たかかる有機EL材料の薄膜からなる発光層を備えた有
機EL素子、並びに、該スイッチング素子、の複数をマ
トリクス状に配置した有機EL素子表示装置に関する。
が可能なディスプレイとして、有機EL素子の複数をマ
トリクス状に配列して構成される有機EL素子ディスプ
レイが注目されている。図1に示すように、各々の有機
EL素子200は、例えばインジウム錫酸化物いわゆる
ITOからなる透明電201が形成されたガラス板など
の透明基板1上に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層な
どからなる少なくとも1層の有機材料層202、及び金
属電極203が積層されたものである。透明電201の
陽極にプラス、金属電極203の陰極にマイナスの電圧
を加え、すなわち、透明電極及び金属電極間に直流を印
加することにより、有機材料層202の中の発光層が発
光する。
された電子と透明陽極から発光層へ注入された正孔との
再結合によって励起子が生じ、この励起子が放射失活す
る過程で光を放つ。よって、有機EL素子200は、電
気的には、図2のような等価回路にて表すことができ
る。図から分かるように、素子は、容量成分Cと、該容
量成分に並列に結合する非対称導電性の発光ダイオード
成分Eとによる構成に置き換えることができる。よっ
て、有機EL素子は、容量性の発光素子であると考えら
れる。有機EL素子は、直流の発光駆動電圧が電極間に
印加されると、電荷が容量成分Cに蓄積され、続いて当
該素子固有の障壁電圧または発光閾値電圧を越えると、
透明電極(ダイオード成分Eの陽極側)から発光層を担
う有機材料層に電流が流れ初め、この電流に比例した強
度で発光する。かかる素子の電圧V−電流I−輝度Lの
特性は、ダイオードの特性に類似しており、発光閾値V
th以下の電圧では電流Iはきわめて小さく、発光閾値V
th以上の電圧になると電流Iは急激に増加する特性であ
る。また、電流Iと輝度Lはほぼ比例する。このような
有機EL素子は、発光閾値Vthを超える駆動電圧を素子
に印加すれば当該駆動電圧に応じた電流に比例した発光
輝度を呈し、印加される駆動電圧が発光閾値Vth以下で
あれば駆動電流が流れず発光輝度もゼロのままである。
と列において配置されたいわゆるマトリクス状に配置さ
れた複数の発光画素すなわち有機EL素子からなる画像
表示配列を有している発光装置である。この有機EL素
子表示装置の駆動方法の一例には、単純マトリクス駆動
方式と呼ばれるものがある。単純マトリクス駆動方式の
表示装置は、複数の陽極線と陰極線とをマトリクス(格
子)状に配置し、このマトリクス状に配置した陽極線と
陰極線の各交点位置毎に有機EL素子を接続し、この陽
極線と陰極線のいずれか一方を一定の時間間隔で順次選
択して走査すると共に、この走査に同期して他方の線を
駆動源で駆動することにより、任意の交点位置の有機E
L素子を発光させるようにしたものである。この方式で
はアクセス時間だけ各有機EL素子が点灯するので、大
型画面にするには、大電流及び高電圧が必要となる。
には、単純マトリクス駆動方式有機EL素子表示装置の
他に、アクティブマトリクス駆動方式のものが考えられ
る。これは、上記の陽極線及び陰極線を走査信号ライン
及びデータ信号ラインに置き換え各交点位置毎にスイッ
チング素子に薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transi
stor)を用いてスイッチングによって画素毎に電流を供
給して有機EL素子を発光させるようにしたものであ
る。TFTにはp−Si、a−Siからなる素子が採用
され得、また代わりにMOS−FET(Metal Oxide Sem
iconductor Field Effect Transistor)を用い構成する
こともできる。
は、半導体例えばSi基板上に2つの反転伝導領域を形
成し、該反転伝導領域間の基板表面上に酸化物SiO2
薄膜、金属ゲート電極を順に設け、金属ゲートから印加
される電界により、基板表面の伝導性を制御するもので
ある。したがって、ディスプレイ基板にSiウエハ、ポ
リシリコン基板になど半導体基板が必要であり、その上
に無機材料の成膜が必要であるので、高温プロセスがそ
の製造に用いられる。
のに対する需要が多いが、高温プロセスを製造に必要と
する無機材料スイッチング素子をアクティブマトリクス
駆動方式の有機EL素子表示装置の大型ディスプレイに
用いると、表示装置の高価格化は避けられない。そこ
で、本発明の目的は、比較的低温で作成できる有機薄膜
スイッチング素子を提供すること、並びに有機薄膜スイ
ッチング素子を共通の基板上に形成した有機EL素子表
示装置を提供することにある。
チング素子は、互いに積層された絶縁膜と有機物からな
る有機薄膜とからなる積層体を挟む一対の対向するゲー
ト電極と、前記有機薄膜と前記絶縁膜との間に配置され
た中間電極と、からなることを特徴とする。本発明の有
機薄膜スイッチング素子においては、前記有機物は絶縁
性有機化合物であることを特徴とする。
ては、前記有機物は少なくとも電子輸送性及び正孔輸送
性の一方の材料であることを特徴とする。本発明の有機
薄膜スイッチング素子においては、前記中間電極は前記
ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に
配置された互いに離間する一対の対向電極からなること
を特徴とする。
子表示装置は、複数の発光部からなる表示配列を有して
いる有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であっ
て、前記発光部に対応する複数の第1表示電極が表面上
に形成された基板と、前記第1表示電極の各々上に形成
され、少くとも1層の電子及び又は正孔の注入によって
発光する有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有
機材料層と、前記有機材料層上に共通に形成された第2
表示電極と、前記基板上に形成されかつ前記第1及び2
表示電極の少なくとも一方に接続されかつ、互いに積層
された絶縁膜及び有機物からなる有機薄膜を挟む一対の
対向するゲート電極、並びに、前記ゲート電極間の前記
有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された中間電極
からなる有機薄膜スイッチング素子と、からなることを
特徴とする。
子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子
の前記有機物からなる有機薄膜は前記有機材料層の一部
からなることを特徴とする。本発明の有機エレクトロル
ミネッセンス素子表示装置においては、前記発光部はマ
トリクス状に配置されたことを特徴とする。
子表示装置においては、前記基板上に形成されかつ前記
第1及び2表示電極並びに前記有機薄膜スイッチング素
子の少なくとも一方に接続されたコンデンサを有するこ
とを特徴とする。本発明の有機エレクトロルミネッセン
ス素子表示装置においては、前記基板及び前記第1表示
電極が透明であることを特徴とする。
子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子
の前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び
前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の
対向電極からなることを特徴とする。本発明の有機エレ
クトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記有
機薄膜スイッチング素子の前記中間電極及びキャリア注
入用の前記ゲート電極は、キャリアが正孔の場合は高仕
事関数を有する材料からなり、キャリアが電子の場合は
低仕事関数を有する材料からなることを特徴とする。
子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子
の前記中間電極は、前記有機薄膜と略等しい仕事関数を
有する材料からなる第1層とこれより高い仕事関数を有
する材料からなる第2層とからなる積層体、或いはこれ
より低い仕事関数を有する材料からなる第2層とからな
る積層体からなることを特徴とする。
構を詳細に検討する過程において、対向する陰極及び陽
極から有機薄膜すなわち有機材料層に20KHzのパル
ス電圧を加えると、電圧に応じて電荷を有機薄膜の一定
の深さまで注入できることを知見し、本発明に到った。
有機薄膜の厚さ方向に電圧を加えると有機薄膜に電荷が
存在できるので、有機薄膜内に別のソースやドレインな
どの中間電極を配置し、その電極に電流を流すことが可
能になる。すなわち、有機EL素子に用いられ得る材料
の導電機構を用いて、有機薄膜の厚さ方向に電圧を印加
し、膜厚又は面方向の電流をスイッチングできることに
なる。
しつつ説明する。図3に示すように、第1の実施例の有
機薄膜スイッチング素子10は、ガラスなどの基板1上
に形成された電界印加用のゲート電極2上にポリイミド
などの有機化合物からなる絶縁層3を形成して、その上
に形成されている。有機薄膜スイッチング素子10は、
ゲート電極2が埋め込まれた絶縁層3の上に形成された
有機化合物からなる有機薄膜4と、有機薄膜4中に離間
して配置されるように形成された中間電極すなわち一対
の対向する金属電極5及び6と、金属電極5及び6並び
にそれらの間隙上の有機薄膜4に接触するように形成さ
れたゲート電極7と、からなる。ゲート電極7は対向す
るゲート電極2と協働して金属電極5及び6並びにそれ
らの間隙の有機薄膜4に電界を印加する。ゲート電極7
は、金属電極5及び6間を結ぶ直線に対して交差する電
気力線の電界を印加するように配置されている。有機薄
膜4は、電子輸送性及び又は正孔輸送性の絶縁性有機化
合物である。有機薄膜4は、例えば、ポリチオフェンな
どがある。
電極7に正又は負の電圧を印加したとき、有機薄膜に直
接電荷が注入できることに着目して、素子のチャネルと
なる正孔輸送性又は電子輸送性の有機薄膜を挟むように
ゲート電極に設けてあり、ゲート電極7直下の有機薄膜
のチャネルに正孔又は電子を注入する。有機薄膜スイッ
チング素子10においては、正孔輸送性の有機薄膜4
に、正の電圧を印加し、電界を生ぜしめると、正孔が有
機薄膜4に注入され、金属電極5及び6の間にて正孔輸
送性の有機薄膜がチャネルとなる。または、電子輸送性
の有機薄膜4に、負の電圧を印加し、電界を生ぜしめる
と、電子が有機薄膜4に注入され、金属電極5及び6の
間の電子輸送性の有機薄膜がチャネルとなる。この状態
で金属電極5及び6すなわちソース電極とドレイン電極
に電位差を与えて、有機薄膜に注入された正孔又は電子
をキャリアとし電流を流すことにより、ゲート電圧をOn
/Offすることでソース電極5からドレイン電極6への
電流をスイッチングできる。
素子において、有機薄膜チャネルに直接接合したゲート
電極7にON電圧をかけて有機薄膜チャネルに電荷を注
入すると、注入された電荷により対向金属電極5及び6
間に電流が流れる。また、ゲート電極7の電圧をOFF
すると注入電荷がなくなり電流が流れなくなる。アクテ
ィブマトリクス駆動における有機EL素子の制御は、ゲ
ート電圧による電流の細かい制御は必要ないので、電流
のON/OFFができる有機薄膜スイッチング素子が2
個あれば実現できる。
薄膜の上下に酸化珪素などの無機電気絶縁性の薄膜を設
けておらず、有機薄膜にゲート電極を直接つける構造に
なっている。本発明により、スイッチング素子のゲート
電圧は、絶縁膜を介さずに直接印加できるので、ゲート
電圧を大幅に低下できる、また素子が容量性でなくなる
ためにスイッチングの応答が速くなる。さらに、本発明
のスイッチング素子は、一般に高温プロセスを必要とす
る無機質絶縁材料を用いないために、比較的低温で素子
を作成でき、有機EL素子の電流制御などの有機機能素
子の制御に最適である。
ッチング素子において、図3に示す対向金属電極の一方
の電極5を省略することもできる。すなわち、本発明の
第2の実施例では少なくとも1つの中間電極があればよ
い。この有機薄膜スイッチング素子11は、電界を印加
するゲート電極の一方7から電荷を有機薄膜4へ注入
し、さらにドレイン電極6へ流す構成である。
よる第3の実施例の有機EL素子表示装置における表示
パネルの一部を示す。この表示パネル109は、マトリ
クス状に配置されかつ各々が赤色R、緑色G及び青色B
の3つの発光部(有機EL素子)からなる発光画素11
1の複数からなる画像表示配列を有している。画素1つ
の発光部当たり、2個の有機薄膜スイッチング素子1
0、11及びコンデンサ300からなる有機薄膜スイッ
チング回路と、有機EL素子200とから構成される。
このような発光部組合せユニットが各画素ごとに全画素
数の数だけ集積され、マトリクス状に配置された複数の
発光画素からなる画像表示配列の有機EL素子表示装置
の基板が形成されている。
には、有機EL素子200及びコンデンサ300を挟ん
で平行に伸長するアノードライン12及びデータ信号ラ
イン13が設けられ、さらにこれらラインから電気的に
離間して直交する位置に配列され伸長するカソードライ
ン15及び走査信号ライン16が設けられている。デー
タ信号ライン13へのRGB信号に応じて走査信号ライ
ン16を順次走査して、交点画素の有機EL素子200
を選択発光させる。
素に対応する1つの発光部の回路構成を示す。有機薄膜
スイッチング素子11のゲートG1は、走査回路からの
行を走査する走査信号が供給される走査信号ライン16
に接続され、一方、有機薄膜スイッチング素子11のソ
ースSは、フレームメモリのデータに対応した書込み回
路からの信号が供給されるデータ信号ライン13にゲー
トG2とともに接続されている。
Dは有機薄膜スイッチング素子10のゲートG2及びコ
ンデンサ300に接続され、コンデンサ300を通じて
カソードライン15に接続されている。有機薄膜スイッ
チング素子10のソースSはアノードライン12に接続
され、有機薄膜スイッチング素子11のドレインDは有
機EL素子200のITO陽極すなわち第1表示電極に
接続され、一方、有機EL素子200の金属陰極を通じ
てカソードライン15に接続されている。有機薄膜スイ
ッチング素子10のゲートG1もカソードライン15に
接続されている。アノードライン12及びカソードライ
ン15は電源回路に接続されそれぞれ制御される。
た表示パネル109の単位画素の発光制御動作は、つぎ
の通りである。有機薄膜スイッチング素子11のゲート
電極間にオン電位差が供給されると、有機薄膜スイッチ
ング素子11はソースSに供給されるデータの電圧に対
応した電流をソースSからドレインDへ流す。有機薄膜
スイッチング素子11のゲート電極間がオフ電位差であ
ると有機薄膜スイッチング素子11はいわゆるカットオ
フとなり、有機薄膜スイッチング素子11のドレインD
は開状態となる。従って、有機薄膜スイッチング素子1
1のゲート電極間がオン電位差の期間に、ソースSの電
圧に基づいた電流でコンデンサ300が充電され、その
電圧が有機薄膜スイッチング素子10のゲートG2に供
給される。有機薄膜スイッチング素子10はそのゲート
電圧に基づき閉状態となり、電流がアノードライン12
を通じてソースSからドレインD、有機EL素子200
のITO陽極へ流れ、有機EL素子200を発光せしめ
る。
極間がオフ電位差になると、有機薄膜スイッチング素子
11は開状態となり、有機薄膜スイッチング素子10は
コンデンサ300に蓄積された電荷によりゲートG2の
電圧が保持され、次の走査まで電流を維持し、有機EL
素子200の発光も維持される。次に、有機EL素子表
示装置の表示パネル109の製造工程を説明する。
からなるアノードライン12、データ信号ライン13、
コンデンサの一方の電極301及び第1表示電極の透明
電極(陽極)201をガラス基板1上に形成する。デー
タ信号ライン13の電極301に対向する部分に有機薄
膜スイッチング素子11のソースS及びゲートG2とな
る領域7aが存在し、コンデンサ用電極301のアノー
ドライン12に対向する部分に有機薄膜スイッチング素
子10のゲートG2となる領域2aが存在する。ITO
からなるラインを示しているが、ラインの上にAlなど
の低い抵抗率の金属を更に積層してもよい。
えている基板1の上に、発光する有機エレクトロルミネ
ッセンス材料層を含む有機材料層を積層させるために第
1表示電極の透明電極201を露出させる開口を有した
感光性ポリイミド等の絶縁層3を成膜する。ここで、有
機薄膜スイッチング素子11のコンデンサに接続するた
めのドレイン用のコンタクトホール11a及び有機薄膜
スイッチング素子10のアノードライン12に接続する
ためのソース用のコンタクトホール12aを形成してお
く。
チング素子11のドレイン電極6及びこれをコンデンサ
にコンタクトホール11aを介して接続する導電部6a
のAlの帯状体と、有機薄膜スイッチング素子10のゲ
ートG2となる領域2a上にソース電極5となる端部を
有するAlの帯状体5aと、同じ領域2a上にソース電
極6となる端部を有するAlの帯状体6aと、を絶縁層
3上に真空蒸着などで成膜する。Alの帯状体5a及び
6aは、有機薄膜スイッチング素子10電極となる側の
反対の他端部はアノードライン12及び第1表示電極の
透明電極201にそれぞれ接続されるように、成膜す
る。
aを基板全面に成膜する。次に、図11に示すように、
正孔輸送層4a上の第1表示電極の透明電極201に対
応する上に、所定のEL媒体成膜用マスクを用い、R、
G及びBの発光有機EL媒体4を所定膜厚に成膜する。
マスク開口が1つの第1表示電極201上からその隣接
する第1表示電極上へ配置されるようにマスクを順次移
動せしめ、成膜する。なお、基板表面の平坦化をなすた
めや、コンデンサの容量調整のために、2つの有機薄膜
スイッチング素子、有機EL媒体以外に、他の誘電体を
その対応部分に成膜することもできる。
を取り除き、Al−Li等の低仕事関数の金属を、成膜
された3種類の有機EL媒体の上に蒸着、あるいはスパ
ッタ等の手段を用いて陰極の第2表示電極203として
成膜する。この金属膜の膜厚は支障のない限り厚く被着
させても構わない。この第2表示電極形成工程では、下
層のアノードライン12及びデータ信号ライン13に交
差するように、隣接する第2表示電極203を接続する
カソードライン15や、走査信号ライン16を同時に成
膜し、更に同時にカソードライン15に接続するコンデ
ンサの対向電極302や、有機薄膜スイッチング素子1
1のゲート電極G1も成膜する。
有機薄膜スイッチング素子11及び10の断面図をそれ
ぞれ図13及び14に示す。有機薄膜スイッチング素子
11、10及び有機EL素子200が略同一平面に形成
されている。このように、本発明によれば有機薄膜スイ
ッチング素子と有機EL素子アレイを同時に作製するこ
とが可能となり、高精彩なフルカラーディスプレイが実
現できる。
機EL表示装置を示し、有機薄膜スイッチング素子及び
有機EL素子アレイを搭載した表示パネルを用いた表示
装置のブロック図である。図において、101はA/D
変換回路、102は演算回路、103はフレームメモ
リ、104はコントローラ、105は走査回路、106
は書き込み回路、107は電源回路、108は電流値メ
モリ、109は表示パネルを示す。
号入力を受けてデジタル映像信号データに変換する。変
換されたデジタル映像信号はA/D変換回路101から
演算回路102へ供給され、電流値メモリ108からの
データを基にコントローラ104の制御により演算処理
をされてフレームメモリ103へ供給され、コントロー
ラ104の制御により書き込み蓄積される。この演算処
理については後述する。コントローラ104は、入力映
像信号の水平及び垂直同期信号に同期してフレームメモ
リ103ほか電源回路107までの各回路を制御する。
ル映像信号データは、コントローラ104によって読み
出され、書き込み回路106に送られる。また、表示パ
ネルの行及び列すなわち走査信号ライン16及びデータ
信号ライン13に接続された走査回路105及び書き込
み回路106をコントローラ104で順次制御すること
により、フレームメモリに蓄積されていた画像に対応し
た表示パネル109の有機EL素子の発光時間を例えば
サブフィールド法等により制御して所望の画像表示が得
られる。電源回路107は、表示パネル109の全有機
EL素子への電源をアノードライン12及びカソードラ
イン15を介し供給し、コントローラ104によって制
御される。また、電流値メモリ108は、表示パネル1
09の各有機EL素子である有機EL素子の駆動電流に
対応した値を記憶しておき、コントローラ104によっ
て制御される。
述したように電流値メモリ108には各有機EL素子の
駆動電流に対応した値がコントローラ104により指示
されたときに記憶される。例えば、表示装置の電源を断
とする前に表示パネル109の全有機EL素子に対しコ
ントローラ104から同一輝度データに対応する発光制
御を行う。
子を同一の定電圧で駆動することを意味する。各有機E
L素子はそれぞれ駆動電流に対する発光輝度特性が異な
れば同一電圧の駆動でも異なった発光電流を示す。通常
頻繁に高輝度で発光される有機EL素子は発光輝度特性
の劣化が他の有機EL素子よりも進行し、この定電圧駆
動の場合の発光電流が他の有機EL素子よりも少なくな
る。
EL素子の発光電流を基準に他の有機EL素子の駆動電
流を補正し、補正された発光階調データに基づいて有機
EL素子の発光時間を制御することにより表示パネル1
09の全有機EL素子の発光状態を入力映像信号に正確
に比例した画像表示を得ることが可能となる。上述した
ような方法でコントローラ104の制御に従って電流値
メモリ108には補正用の電流値が記憶されており、次
に演算回路102はコントローラ104の制御に従って
所定の記憶された電流値を読み込み、例えば前述した各
有機EL素子の発光電流が最小の値の基準値によって除
することで基準値に対するレシオを輝度データの補正値
として演算により求める。
基準値とすることにより1以上の値となる。この求めら
れた各画素に対する補正値で演算回路102への入力デ
ジタル映像信号データを除することによって補正された
デジタル映像信号データとしてフレームメモリ103へ
供給する。電流値メモリ108へ値を送るための電流検
出器は、有機EL素子200と直列に接続され、有機E
L素子200に流れる電流を検出する。A/D変換回路
によりデジタルデータとされた値は電流値メモリ108
に記憶される。電流検出器は、有機薄膜スイッチング素
子10のソースと接地の間に設けても良い。
置に用いられる表示パネル109の単位画素及びその1
つの発光部の対応する回路構成をそれぞれ図16及び図
17に示す。第4の実施例の表示パネルは、上記第3の
実施例と基本的に同様であるので、図において既述の同
一符号にて示す部材の説明及び発光制御動作は省略す
る。第4の実施例の表示パネルにおいて、カソードライ
ン15a及び15bは、アノードライン12及びデータ
信号ライン13と平行になるように設けられている。ま
たカソードライン15a及び15bは、画素アレイの外
部で接続されている。カソードライン15aは走査信号
ライン16と交差するので、走査信号ライン16の交差
部分を埋め込む構成としてある。カソードライン15b
は、有機EL素子200とアノードライン12との間に
設けられている。
が追加されており、有機薄膜スイッチング素子10のゲ
ートG2に接続されている有機薄膜スイッチング素子1
1のドレインDが、コンデンサ300及び300bを通
じてカソードライン15a及び15bにそれぞれ接続さ
れている。コンデンサ300及び300bを積層して構
成することにより、容量素子をコンパクトにでき、有機
EL素子200の表示電極の面積を増やすことができ
る。
緑色G及び青色Bの3つの発光部の有機EL素子200
が別々の走査時に信号が送れるようになる。さらに、
R、G及びBの3つの有機EL素子の特性の差を補正し
やすくなる。アノードライン12並びにカソードライン
15a及び15bを介して、別々に順方向電圧及びバイ
アス電圧を供給できるからである。
び11のキャリア注入用のゲート電極及び中間電極に
は、移動電荷が正孔の場合は電極と有機薄膜の間を正孔
が移動しやすい高仕事関数の良電導性の材料を用い、移
動電荷が電子の場合は電極と有機薄膜の間を電子が移動
しやすい低仕事関数の良電導性の材料を用いる。さら
に、中間電極についてはキャリア注入用の電極と相対す
る側に電荷の逆流を阻止する目的で、移動電荷が正孔の
場合は低仕事関数の材料を、また、移動電荷が電子の場
合は高仕事関数の材料を配置した2層構造の電極とする
こともできる。この構造による有機薄膜と電極との仕事
関数の差により、有機薄膜スイッチング素子のゲート及
びドレインの電位が逆電位になったとしても、コンデン
サからの電荷の漏洩が防止できる。
例の表示パネル109の製造工程を説明する。図18に
示すように、まず、それぞれITOからなるアノードラ
イン12と、カソードライン15aと、カソードライン
15aに接続されるコンデンサ300bの一方の電極3
02bと、走査信号ライン16と、走査信号ライン16
に接続される有機薄膜スイッチング素子11のゲート電
極7と、データ信号ライン13と、第1表示電極の透明
電極(陽極)201とを、ガラス基板1上に形成する。
電極302b上には有機薄膜スイッチング素子10のソ
ース電極及びゲート電極が形成されるべき領域55a及
び66aが存在する。各ライン上には必要に応じてAl
などの低い抵抗率の金属を更に積層してもよい。
電部を備えている基板1の上に、発光する有機エレクト
ロルミネッセンス材料層を含む有機材料層を積層させる
ために第1表示電極の透明電極201を露出させる開口
を有した感光性ポリイミド等の絶縁層3を成膜する。こ
こで、有機薄膜スイッチング素子11をデータ信号ライ
ン13へ接続するためのゲート及びソース用のコンタク
トホール13bと、有機薄膜スイッチング素子10のア
ノードライン12に接続するためのソース用のコンタク
トホール12bと、走査信号ライン16をアノードライ
ン12、カソードライン15a及びデータ信号ライン1
3を絶縁層3を介して跨いで交差させるための接続用コ
ンタクトホール16a及び16bとを絶縁層3に形成し
ておく。
ッチング素子11のドレイン電極6と、これをコンデン
サ300bに接続するための導電部6aとからなるAl
などの積層帯状体66を、電極302b及びゲート電極
7上にフォトエッチングなどにより成膜する。同時に、
有機薄膜スイッチング素子10のための領域55a及び
66a上に、それぞれソース電極5となる端部を有する
Alなどの帯状体5aと、同じくソース電極6となる端
部を有するAlなどの帯状体6aと、を絶縁層3上に真
空蒸着などで成膜する。Alなどの帯状体5aにおける
有機薄膜スイッチング素子10の電極となる側の反対の
他端部はコンタクトホール12aを介してアノードライ
ン12に接続され、帯状体6aの有機薄膜スイッチング
素子10の電極となる側の反対の他端部は第1表示電極
の透明電極201にそれぞれ接続される。これら電極の
成膜工程において、接続用のコンタクトホール13b
と、コンタクトホール16a及び16bとをAlなどの
蒸着により埋め込み、それぞれ接続部133b、166
a及び166bを同時に形成しておく。
び又は正孔輸送性の有機物いわゆる有機半導体41を、
有機薄膜スイッチング素子10及び11の電極5及び6
上に薄膜として、成膜する。同時に、同じ材料の有機半
導体41aを第2の絶縁膜として、所望の部位に成膜す
る。有機半導体41の一部はコンデンサ300bの誘電
体層の機能をも果たす。
00及び300bの共通の陽極側となるAlなどの電極
301を成膜する。電極301の有機薄膜スイッチング
素子10側はそのゲートG2の電極7となる。また、電
極301の反対側の端部は導電部6aに接続される。同
時に、有機薄膜スイッチング素子11となるべき部分に
はAlなどからなるソース電極2を、データ信号ライン
13の接続部133bに接続させて有機半導体41の膜
の上に成膜する。
ど有機EL素子に必要な有機材料の薄膜4の1層又はそ
れ以上を基板全面に成膜する。なお、ここで、埋められ
ている第1表示電極の透明電極201に対応する有機材
料薄膜4上に、所定のEL媒体成膜用マスクを用い、
R、G及びBの発光有機EL媒体4をそれぞれ所定膜厚
に成膜する。なお、基板表面の平坦化をなすためや、コ
ンデンサの容量調整のために、2つの有機薄膜スイッチ
ング素子、有機EL媒体以外に、他の誘電体をその対応
部分に成膜することもできる。
を取り除き、Al−Li等の低仕事関数の金属を、成膜
された3種類の有機EL媒体の上に蒸着、あるいはスパ
ッタ等の手段を用いて陰極の第2表示電極203として
成膜する。この金属膜の膜厚は支障のない限り厚く被着
させても構わない。この第2表示電極形成工程では、図
25に示すように、下層のアノードライン12及びデー
タ信号ライン13に交差するように、隣接する第2表示
電極203を接続するカソードライン15aを同時に成
膜し、更に同時にカソードライン15に接続するコンデ
ンサの対向電極302や、有機薄膜スイッチング素子1
1のゲート電極G1も成膜する。
有機薄膜スイッチング素子11及び10の断面図をそれ
ぞれ図26に示す。有機薄膜スイッチング素子11、1
0及び有機EL素子200が略同一平面に形成されてい
る。具体的に本実施例及び比較例の有機薄膜スイッチン
グ素子を作製した。まず、比較例として、有機薄膜FE
Tを作製した。ガラス基板上にAuのゲート電極を形成
し絶縁層Si3N4で埋め込み、絶縁層の上にAuのソー
ス電極とドレイン電極を蒸着し、有機薄膜として100
〜200Å膜厚のポリヘキシルチオフェン(P3HT)
をメピンコートで成膜する。チャネル長を5μmチャネ
ル巾を1000μmとした時にゲート電圧が−50V、
ドレインとソース間電圧が−40Vで280μAの電流
をスイッチングできた。この時、ポリヘキシルチオフェ
ンの導電率は10-8S/cm以下、移動度は0.05〜
0.1cm2/Vs、電流のOn/Off比は106以上
であった。
サブピクセルの寸法が0.1mm×0.3mmの時に、
10μA以上の電流が流せれば必要な輝度がとれること
から、比較例の有機FETはOn/Off比で106を
超えており、チャネル長が5μm、チャネル巾が100
μmの時に20μA以上の電流が制御できるので性能的
には充分といえるが、駆動電圧が高いのが難点であっ
た。
チング素子ではゲート電極下に無機絶縁膜を使わずに、
直接キャリアをチャネルに注入する構造になるので、ゲ
ート電圧を低く設定できた。また、チャネル長は有機薄
膜の膜厚方向にとれるので、0.1μm以下となり、チ
ャネル巾を28μmとし、キャリア注入時の有機薄膜の
キャリア移動度を0.1cm2/Vsとしたとき、ゲー
ト電圧が7Vで10μAの電流を流すのに必要なソース
とドレイン間の電圧は0.36Vと極めて低い電圧にな
った。なお、EL発光部の開口率は約54%、データ信
号保持用のコンデンサーの容量は0.58pFとなり、
ライン巾はフォトプロセスの部分が5μm以上、蒸着プ
ロセスの部分が10μm以上で構成できた。
EL素子表示装置製造方法より工程が少なく、低温プロ
セスを製造を可能とする有機薄膜スイッチング素子を得
ることができる。有機EL素子とこの有機薄膜スイッチ
ング素子を組み合わせ、さらにメモリー用の容量も有機
薄膜で形成することで、有機薄膜成膜プロセスだけでデ
ィスプレイパネルが作成できる。シリコン基板を使わず
に有機薄膜でスイッチング素子を作成できるので、有機
ELパネルの単純な製造プロセスで、アクティブマトリ
クス駆動方式の有機EL素子表示装置の大型フルカラー
ディスプレイが作成可能になる。
別に制御できるので、数Vの直流での高速スイッチン
グ、低電圧駆動が可能になり、高効率、高輝度、長寿命
のフルカラーディスプレイができる。デジタル駆動方式
なので、今後拡大するデジタルソースに容易に対応でき
るフルカラーディスプレイになる。有機EL素子は光電
変換機能を持っているので、デジタル駆動方式と合わせ
てインテリジェントなフルカラーディスプレイに展開で
きる可能性がある。
子の概略断面図。
グ素子の概略断面図。
動方式の有機EL素子表示装置における表示パネルの一
部を示す平面図。
表示パネル上に形成された有機薄膜スイッチング素子及
び有機EL素子を示す回路図。
表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面
図。
表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面
図。
表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面
図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
を示すブロック図。
クス駆動方式の有機EL素子表示装置における表示パネ
ルの一部を示す平面図。
装置の表示パネル上に形成された有機薄膜スイッチング
素子及び有機EL素子を示す回路図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平
面図。
Claims (12)
- 【請求項1】 互いに積層された絶縁膜と有機物からな
る有機薄膜とからなる積層体を挟む一対の対向するゲー
ト電極と、前記有機薄膜と前記絶縁膜との間に配置され
た中間電極と、からなることを特徴とする有機薄膜スイ
ッチング素子。 - 【請求項2】 前記有機物は絶縁性有機化合物であるこ
とを特徴とする請求項1記載の有機薄膜スイッチング素
子。 - 【請求項3】 前記有機物は少なくとも電子輸送性及び
正孔輸送性の一方の材料であることを特徴とする請求項
2記載の有機薄膜スイッチング素子。 - 【請求項4】 前記中間電極は前記ゲート電極間の前記
有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離
間する一対の対向電極からなることを特徴とする請求項
1〜3のいずれか1記載の有機薄膜スイッチング素子。 - 【請求項5】 複数の発光部からなる表示配列を有して
いる有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であっ
て、 前記発光部に対応する複数の第1表示電極が表面上に形
成された基板と、 前記第1表示電極の各々上に形成され、少なくとも1層
の電子及び又は正孔の注入によって発光する有機エレク
トロルミネッセンス材料層を含む有機材料層と、 前記有機材料層上に共通に形成された第2表示電極と、 前記基板上に形成されかつ前記第1及び2表示電極の少
なくとも一方に接続されかつ、互いに積層された絶縁膜
及び有機物からなる有機薄膜を挟む一対の対向するゲー
ト電極、並びに、前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び
前記絶縁膜間の界面に配置された中間電極からなる有機
薄膜スイッチング素子と、からなることを特徴とする有
機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。 - 【請求項6】 前記有機薄膜スイッチング素子の前記有
機物からなる有機薄膜は前記有機材料層の一部からなる
ことを特徴とする請求項5記載の有機エレクトロルミネ
ッセンス素子表示装置。 - 【請求項7】 前記発光部はマトリクス状に配置された
ことを特徴とする請求項5又は6記載の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子表示装置。 - 【請求項8】 前記基板上に形成されかつ前記第1及び
2表示電極並びに前記有機薄膜スイッチング素子の少な
くとも一方に接続されたコンデンサを有することを特徴
とする請求項5記載の有機エレクトロルミネッセンス素
子表示装置。 - 【請求項9】 前記基板及び前記第1表示電極が透明で
あることを特徴とする請求項5記載の有機エレクトロル
ミネッセンス素子表示装置。 - 【請求項10】 前記有機薄膜スイッチング素子の前記
中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶
縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の対向電
極からなることを特徴とする請求項5〜9のいずれか1
記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。 - 【請求項11】 前記有機薄膜スイッチング素子の前記
中間電極及びキャリア注入用の前記ゲート電極は、キャ
リアが正孔の場合は高仕事関数を有する材料からなり、
キャリアが電子の場合は低仕事関数を有する材料からな
ることを特徴とする請求項5〜10のいずれか1記載の
有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。 - 【請求項12】 前記有機薄膜スイッチング素子の前記
中間電極は、前記有機薄膜と略等しい仕事関数を有する
材料からなる第1層とこれより高い仕事関数を有する材
料からなる第2層とからなる積層体、或いはこれより低
い仕事関数を有する材料からなる第2層とからなる積層
体からなることを特徴とする請求項11記載の有機エレ
クトロルミネッセンス素子表示装置。
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