JP2001202035A

JP2001202035A - 有機エレクトロルミネッセンス表示装置

Info

Publication number: JP2001202035A
Application number: JP2000009327A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kono; 昭彦河野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大型で、高精彩で、画像欠陥の発
生を防ぎ、高品質な画像を表示することができる有機Ｅ
Ｌ表示装置を提供することを課題とする。【解決手段】基板の表面上に、複数のトランジスタを
含むアクティブマトリクス駆動回路と、このアクティブ
マトリクス駆動回路によって駆動され、かつトランジス
タに対応して配置された有機エレクトロルミネッセンス
素子とからなる単位画素を、複数の行及び列をなすよう
にマトリクス状に配列して構成され、基板の表面側から
発光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス表示装置
であって、複数のトランジスタの内、少なくとも１つ
が、９０〜２７５ｃｍ²／Ｖ・ｓのキャリア移動度のＰ
チャネル型トランジスタ又は１８０〜５５０ｃｍ²／Ｖ
・ｓのキャリア移動度のＮチャネル型トランジスタであ
ることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示
装置により上記の課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機エレクトロル
ミネッセンス（以下、ＥＬと略す）表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
有機ＥＬ表示装置の駆動方式として、単純マトリクス駆
動方式が知られている。しかし、単純マトリクス駆動方
式は、線順次駆動を行うので、例えば、走査線が数百本
と多い場合、要求される瞬間輝度が観察される輝度の数
百倍となる。そのため、瞬間的に流れる電流量も数百倍
になり、有機ＥＬ素子の劣化が早いという問題がある。
また、駆動電圧が大きくなるため、消費電力も大きくな
るという問題がある。更に、電極配線の電圧降下も問題
になる。このような駆動方式では、有機ＥＬ表示装置の
高精細化と大型化が、共に困難である。これらの問題を
解決する手法として有機ＥＬ表示装置をアクティブマト
リクス駆動する方式が多数提案されている。

【０００３】トランジスタが、非晶質シリコン膜又は多
結晶シリコン膜を有し、有機ＥＬ表示装置の発光を、そ
の表示装置の基板を透過して取り出す場合（例えば、特
開平６−３２５８６９号公報、特開平７−１１１３４１
号公報、特開平７−１２２３６０号公報、特開平７−１
２２３６１号公報、特開平７−１２２３６２号公報、特
開平７−１５３５７６号公報、特開平８−５４８３６号
公報、特開平８−２４１０４７号公報）、各画素におい
て発光を起こす領域が、トランジスタを含む各画素の駆
動回路の領域を除いた領域に限定される。また、非晶質
シリコン膜又は多結晶シリコン膜のキャリア移動度が小
さいためトランジスタの領域が大きくなり、画素領域に
占める発光領域の割合が非常に小さくなるという問題が
ある。

【０００４】また、トランジスタが非晶質シリコン膜又
は多結晶シリコン膜を有し、有機ＥＬ表示装置の発光
を、その表示装置の基板の表面から取り出す表示装置が
提案されている（例えば、特開平１０−１６１５６４号
公報、特開平１０−１８９２５２号公報）。この表示装
置では、非晶質シリコン膜又は多結晶シリコン膜がキャ
リア移動度が小さいため、画素領域に占めるトランジス
タの領域が非常に大きくなる。従って、基板上に、トラ
ンジスタを含むアクティブマトリクス駆動回路、層間絶
縁層、有機ＥＬ素子をこの順で積層し、基板の表面から
発光を取り出している。

【０００５】しかしながら、上記構成では、トランジス
タを覆う層間絶縁膜が十分に平坦化されない。そのた
め、有機ＥＬ素子の有機層は１０〜２０００ｎｍと薄い
ので、トランジスタの凹凸により、その上部に形成され
る有機ＥＬ素子に欠陥が多発するという問題を生じる。
また、基板の表面から発光を取り出すために、有機層の
上部に透明電極膜を形成する必要があるが、この電極を
形成するには高エネルギーを必要とするため、形成の際
に有機層に欠陥が多発するという問題も生じる。

【０００６】更に、トランジスタが、透明でない単結晶
シリコン基板を用いたＭＯＳトランジスタにより形成さ
れ、基板を透過して発光を取り出す場合（例えば、特開
平９−１１４３９８号公報）、透明でない単結晶基板側
から発光を取り出すために、有機ＥＬ素子の発光部分を
エッチングして光が透過する領域を形成している。この
ため、エッチング工程が新たに増えるという問題や、基
板が薄くなることで機械的強度が下がるという問題があ
る。また、トランジスタが、単結晶シリコン基板を用い
たＭＯＳトランジスタにより形成され、基板の表面から
発光を取り出す場合（例えば、特開平１１−５４２６８
号公報）、上記トランジスタが非晶質シリコン膜又は多
結晶シリコン膜を有し、有機ＥＬ表示装置の発光を、そ
の表示装置の基板の表面から取り出す場合と同様の問題
が生じる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、大型で、高精
彩で、画像欠陥の発生を防ぎ、高品質な画像を表示する
ことができる有機ＥＬ表示装置を提供することを課題と
する。かくして本発明によれば、基板の表面上に、複数
のトランジスタを含むアクティブマトリクス駆動回路
と、このアクティブマトリクス駆動回路によって駆動さ
れ、かつトランジスタに対応して配置された有機エレク
トロルミネッセンス素子とからなる単位画素を、複数の
行及び列をなすようにマトリクス状に配列して構成さ
れ、基板の表面側から発光を取り出す有機エレクトロル
ミネッセンス表示装置であって、複数のトランジスタの
内、少なくとも１つが、９０〜２７５ｃｍ²／Ｖ・ｓの
キャリア移動度のＰチャネル型トランジスタ又は１８０
〜５５０ｃｍ ²／Ｖ・ｓのキャリア移動度のＮチャネル
型トランジスタであることを特徴とする有機エレクトロ
ルミネッセンス表示装置が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明では、基板の表面側から発
光を取り出す形式の有機ＥＬ表示装置を構成する複数の
トランジスタの内、少なくとも１つが、９０〜２７５ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓのキャリア移動度のＰチャネル型トランジ
スタ又は１８０〜５５０ｃｍ²／Ｖ・ｓのキャリア移動
度のＮチャネル型トランジスタであることを特徴の１つ
としている。

【０００９】なお、非晶質シリコントランジスタのキャ
リア移動度は、Ｐチャネル型で０．５ｃｍ²／Ｖ・ｓ程
度、Ｎチャネル型で１．０ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度であり、
多結晶シリコントランジスタのキャリア移動度は、Ｐチ
ャネル型で３０〜７５ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度、Ｎチャネル
型で６０〜１５０ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度である。従って、
本発明の有機ＥＬ表示装置を構成するトランジスタのキ
ャリア移動度は極めて高い値である。

【００１０】このようなキャリア移動度が高いトランジ
スタを用いる場合、非晶質シリコントランジスタや多結
晶シリコントランジスタを用いる場合に比べて、有機Ｅ
Ｌ素子を発光させる所望の電流量に対して、トランジス
タのチャネル幅を短くすることができる。すなわち、ト
ランジスタの面積をより小さくすることができる。その
ため従来のようにトランジスタ上に層間絶縁膜を介して
有機ＥＬ素子を形成しなくても、基板上に有機ＥＬ素子
を形成することが可能となる。従って、トランジスタ上
の凹凸に起因する有機ＥＬ素子の有機膜の欠陥を防ぐこ
とができる。キャリア移動度が高いトランジスタは、例
えば、単結晶シリコンＭＯＳＦＥＴや活性領域に連続粒
界結晶シリコン膜を使用した薄膜トランジスタ（以下、
ＴＦＴと称する）により実現することができる。

【００１１】単結晶シリコンＭＯＳＦＥＴのキャリア移
動度は、Ｐチャネル型で２２５〜２７５ｃｍ²／Ｖ・
ｓ、Ｎチャネル型で４５０〜５５０ｃｍ²／Ｖ・ｓであ
り、活性領域に連続粒界結晶シリコン膜を使用したＴＦ
Ｔのキャリア移動度は、Ｐチャネル型で９０〜２２５ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓ、Ｎチャネル型で１８０〜４５０ｃｍ²／Ｖ
・ｓである。単結晶シリコンＭＯＳＦＥＴの構成は、特
に限定されず、公知の構成をいずれも採用することがで
きる。また、その形成方法も特に限定されず公知の方法
をいずれも適用することができる。

【００１２】上記ＴＦＴ中の連続粒界結晶シリコン膜
は、固相結晶化（solid phase crystallization :SPC）
により形成することができ、一片の長さが０．６μｍ程
度のグレイン（粒塊）が平面状にいくつも並んだ構造に
なっている。グレインの粒界の界面部分でもシリコン原
子の配列はほぼ連続しており、全てのグレインで結晶軸
がほとんど同じ方向を向いているため、キャリア移動度
が高くなると考えられる。

【００１３】連続粒界結晶シリコン膜の形成方法として
は、例えば以下のような触媒元素を使用した固相成長方
法が挙げられる。この方法は、非晶質シリコン膜への触
媒元素の接触工程、熱処理による結晶成長工程及び熱処
理による触媒元素のゲッタリング工程からなる。

【００１４】まず、接触工程に使用することができる触
媒元素としては、シリコンの結晶性を改善しうるものを
いずれも使用することができる。具体的には、鉄、コバ
ルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、
オスミウム、イリジウム、白金、銅、金等が挙げられ
る。

【００１５】非晶質シリコン膜に触媒元素を接触させる
方法としては、触媒元素を含んだ溶液を塗布する方法、
ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理法、ガス
吸着法等が挙げられる。ここで、溶液を塗布する方法
は、導入量の調節や再現性の点で優れている。この方法
に使用することができる触媒元素を含んだ溶液として
は、例えば、溶媒に触媒元素の化合物を溶解させた溶液
が挙げられる。また、塗布後に、スピンドライ法のよう
な手段で溶媒を除去することが好ましい。

【００１６】触媒元素を接触させた後、熱処理に付すこ
とにより、触媒元素が非晶質シリコン膜中に拡散し、シ
リコン結晶を成長させるための核となる。この核を中心
としてシリコン結晶の固相成長工程が、非晶質シリコン
膜の所望の方向（例えば、非晶質シリコン膜の表面に触
媒元素を接触させた場合には膜の垂直方向、側面に接触
させた場合には膜の水平方向）に進むこととなる。

【００１７】熱処理の条件としては、５００〜６００
℃、１〜６時間が好ましい。５００℃より低い又は１時
間未満の場合、固相成長が不十分となるので好ましくな
い。一方、６００℃より高い又は６時間より長い場合、
凝集現象が起こるため好ましくない。また、熱処理は、
窒素のような不活性ガス雰囲気下で行うことが好まし
い。なお、触媒元素は、結晶性が改善されたシリコン膜
中に１０^１８ｃｍ^−３のオーダーで残存するように調節
することが好ましい。

【００１８】次に、シリコン膜を熱処理に付すことによ
り、シリコン膜中の触媒元素がゲッタリングされる。熱
処理は、例えば、ハロゲン元素を含む酸化性雰囲気中で
行うか、又はリンをドーピングした後、非酸化性雰囲気
中で行われる。ここで、前者のハロゲン元素を含む雰囲
気とは、例えば、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ₂、Ｆ₂、
Ｂｒ₂、ＣＦ₄等を含む酸素雰囲気が挙げられる。更に、
この場合、熱処理の条件は、例えば、８００℃で２０ｎ
ｍの酸化膜を形成するような条件であることが好まし
い。また、後者の非酸化性雰囲気とは、窒素のような不
活性ガス雰囲気が挙げられる。更に、この場合、熱処理
の条件は、５００〜６５０℃程度の温度下が挙げられ
る。具体的には、５５０℃の場合、数時間行うことが好
ましい。

【００１９】ここで、前者の熱処理では、シリコン膜上
に形成される酸化膜中に触媒元素がゲッタリングされ
る。一方、後者の熱処理では、リンが注入された領域に
触媒元素がゲッタリングされる。その結果、連続粒界結
晶シリコン膜を得ることができる。なお、上記固相成長
方法は、特開平９−１０７１００号公報、特開平９−３
１２４０２号公報、特開平９−３１２４０４号公報等に
記載された技術を利用することができる。

【００２０】本発明では、複数のトランジスタのうち少
なくとも１つがキャリア移動度の高いトランジスタであ
ればよく、それ以外のトランジスタには従来の非晶質シ
リコントランジスタや多結晶シリコントランジスタを用
いることができる。これらトランジスタはＴＦＴでもＭ
ＯＳＦＥＴでもよい。ここで、ＴＦＴの活性領域となる
非晶質シリコン膜は、例えばＰＣＶＤ法のような公知の
方法で形成することができ、一方、多結晶シリコン膜
は、例えば非晶質シリコン膜を熱処理することにより形
成することができる。

【００２１】トランジスタは、通常ゲート電極と、活性
領域としてのチャネル領域、ソース・ドレイン領域とを
有している。ここで、活性領域は、シリコン膜又は基板
に形成される。更に、ソース領域とドレイン領域間のチ
ャネル領域上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が
形成されている。ゲート電極には、多結晶シリコン、シ
リサイド、ポリサイド等のシリコン系材料や、Ａｌ、Ｃ
ｕ等の金属材料からなる層を使用することができる。ソ
ース・ドレイン領域は、ゲート電極をマスクとしたイオ
ン注入法により形成することができる。注入されるイオ
ンとしては、リンイオンのようなＰ型イオン、ホウ素イ
オンのようなＮ型イオンが挙げられる。また、チャネル
領域の閾値を調節するためのイオン注入を行ってもよ
い。ソース・ドレイン領域はＬＤＤ構造を有していても
よい。更に、複数のトランジスタは、ＣＭＯＳ構造を有
していてもよい。

【００２２】次に、有機ＥＬ素子は、通常下部電極、有
機層及び上部電極から構成される。有機層は、少なくと
も１層の有機発光層を有している。具体的には、有機発
光層の単層構造、又は電荷輸送層と有機発光層の多層構
造が挙げられる。更に、電荷輸送層及び有機発光層はそ
れぞれ多層構造であってもよい。また、電荷とは、ホー
ルと電子の両方を意味する。

【００２３】有機発光層は、（１）ポリ（２−デシルオ
キシ−１，４−フェニレン）（ＤＯ−ＰＰＰ）、ポリ
[２，５−ビス[２−（Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリエチルアンモニ
ウム）エトキシ]−１，４−フェニレン−アルト−１，
４-フェニレン]ジブロマイド（ＰＰＰ−ＮＥｔ３＋）、
ポリ［２−（２’−エチルヘキシルオキシ）−５−メト
キシ−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰ
Ｖ）、ポリ［５−メトキシ−（２−プロパノキシサルフ
ォニド）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＰＳ−Ｐ
ＰＶ）、ポリ［２，５−ビス（ヘキシルオキシ）−１，
４−フェニレン−（１−シアノビニレン）］（ＣＮ−Ｐ
ＰＶ）、ポリ［２−（２’−エチルヘキシルオキシ）−
５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン−（１−シ
アノビニレン）］（ＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶ）、ポリ
（９，９−ジ−ｎ−オクチルフルオレン）（ＰＦ）、ポ
リ（ベンゾチアジアゾールフルオレン）（ＰＢＦ）、ポ
リ（ナフチルフルオレン）（ＰＮＦ）、ポリ（ビチオフ
ェニレンフルオレン）（ＰＴＦ）等の高分子発光材料
や、（２）テトラフェニルブタジエン（ＴＰＢ）、クマ
リン、ナイルレッド、オキサジアゾール誘導体、ビス
（２−メチル−８−キノリノラート）（ｐ−フェニルフ
ェノラート）アルミニウム（ＢＡｌｑ）等の低分子発光
材料を含有していてもよい。更に、Ｎ，Ｎ’−ビス−
（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニ
ル）−ベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−
メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）−ベ
ンジジン（ＮＰＤ）等のホール輸送材料や、３−（４−
ビフェニルイル）−４−フェニレン−５−ｔ−ブチルフ
ェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、トリス
（８−ヒドロキシナト）アルミニウム（Ａｌｑ₃）等の
電子輸送材料を含有していてもよい。

【００２４】電荷輸送層は、（１）ポリアニリン（ＰＡ
ＮＩ）、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（Ｐ
ＥＤＴ）、ポリスチレンサルフォネート（ＰＳＳ）、Ｐ
ＶＣｚ、ポリ−ＴＰＤ、ポリ（オキサジアゾール）誘導
体（ポリ−ＯＸＺ）等の高分子電荷輸送材料、（２）Ｔ
ＰＤ、ＮＰＤ、オキサジアゾール誘導体等の低分子電荷
輸送材料を含有していてもよい。有機層の形成方法とし
ては、上記材料又はその前駆体を含む塗液を塗布した
後、溶剤を除去する方法や、蒸着法等が挙げられる。

【００２５】上記有機層を挟持する電極の内、上部電極
は、透明電極からなる。よって、有機層からの発光を上
部電極側から放出させることができる。一方、下部電極
は、反射電極であること又は下部電極と基板との間又は
基板の裏面に反射膜を有することが好ましい。

【００２６】透明電極の材料としては、ＣｕＩ、インジ
ウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等を使用で
きる。反射電極及び反射膜としては、Ａｌ、Ｃａ等の金
属層、Ｍｇ−Ａｇ、Ｌｉ−Ａｌ等の合金層、Ｍｇ／Ａｇ
等の金属同士の積層膜、ＬｉＦ／Ａｌ等の絶縁体と金属
との積層膜等を使用することができる。但し、本発明は
これらに限定されるものではない。基板は、特に限定さ
れず公知の基板をいずれも使用することができる。具体
的には、反射する金属材料からなる基板や、半導体基板
のような熱伝導率の高い基板が挙げられる。このような
基板を使用することで、ヒートシンク性が改善され、有
機ＥＬ素子の熱劣化を防止することができる。

【００２７】更に、本発明の表示装置では、トランジス
タ上に有機ＥＬ素子の発光部を層間絶縁膜を介して形成
しなくてもよいため、トランジスタの表面の凹凸に起因
する有機ＥＬ素子の有機層の欠陥を防ぐことできると共
に、発光領域の面積を大きくすることができる。更に
は、有機ＥＬ素子を構成する各層の厚さを薄くすること
ができる。具体的には、有機層上の上部電極の表面粗さ
の最大高さ（Ｒｍａｘ）を１００Å以下にすることが可
能となる。１００Å以下にすることで、有機層の欠陥が
低減され、単位画素内の画像欠陥の発生を防ぐことがで
きる。その結果、高品質な画像表示が可能となる。な
お、表面粗さの最大高さはＪＩＳＢＯ６０１に準拠し
た値である。

【００２８】アクティブマトリクス駆動回路は、複数の
トランジスタを含むが、より具体的には、制御用トラン
ジスタ、駆動用トランジスタ及び蓄積コンデンサとから
なる構成が挙げられる。前者のトランジスタはスイッチ
ング信号に応じてＯＮ又はＯＦＦし、かつ発光信号に応
じて蓄積用コンデンサを充放電することで発光画素を選
択するために使用され、後者のトランジスタは蓄積コン
デンサからの充放電に応じてＯＮ又はＯＦＦすること
で、有機ＥＬ素子の発光又は非発光を制御するために使
用される。なお、上記キャリア移動度の高いトランジス
タは、駆動用トランジスタのみ、又は制御用トランジス
タ及び駆動用トランジスタの両方に採用することができ
る。

【００２９】本発明の有機ＥＬ表示装置は、アクティブ
マトリクス駆動回路と、このアクティブマトリクス駆動
回路によって駆動され、かつトランジスタに対応して配
置された有機ＥＬ素子とからなる単位画素が、複数の行
及び列をなすようにマトリクス状に配列して構成されて
いる。例えば、ＸＹマトリクス状に配設された複数の走
査ラインと信号ライン、走査ラインと信号ラインの近傍
に有機ＥＬ素子とアクティブマトリクス駆動回路の電気
スイッチとしての制御用トランジスタ及び駆動用トラン
ジスタを有し、有機ＥＬ素子の下部電極と駆動用トラン
ジスタとが、両者の間に形成された層間絶縁膜に設けら
れたコンタクトホールを介して電気的に接続された構成
を有している。

【００３０】より具体的には、図１及び２に示すような
構成が挙げられる。これら図の有機ＥＬ表示装置では、
走査ラインを介して伝達されるパルスと信号ラインを介
して伝達されるパルスによって、制御用トランジスタが
選択され、共通電極ラインと制御用トランジスタとの間
に形成された蓄積コンデンサに電荷が充電される。これ
により、駆動用トランジスタはＯＮ状態になる。このＯ
Ｎ状態は、次に駆動用トランジスタのゲート電極にパル
スが伝達されるまでホールドされ、駆動用トランジスタ
に接続されている有機ＥＬ素子の下部電極に電流を供給
しつづけることになる。

【００３１】なお、有機ＥＬ素子は電流駆動型素子であ
るため、液晶等に比較すると大きな駆動電流が必要であ
ることが知られている。ここで、駆動電流量は、駆動用
トランジスタのチャネル幅が短いほどその量が多くな
る。キャリア移動度が大きなトランジスタを駆動用トラ
ンジスタに使用することでチャネル幅を短くすることが
できるので、より大きな駆動電流を供給することが可能
となる。また、チャネル幅が短くなる結果、駆動用トラ
ンジスタの面積を小さくすることができるので、単位画
素に占める駆動用トランジスタの面積を小さくすること
ができる。更に、本発明では周辺駆動回路を単位画素と
同一の基板に形成することができる。この周辺駆動回路
に含まれるトランジスタの活性領域に上記連続粒界結晶
シリコン膜を使用すれば、この回路の面積を小さくする
ことができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１アクティブマトリクス駆動する有機ＥＬ表示装置の実施
例として、以下の表示装置を試作した。図３が有機ＥＬ
表示装置の単位画素の平面図である。図４が、図３の駆
動用トランジスタと有機ＥＬ素子部分の接続部分（Ａ−
Ａ′線）の概略断面図である。図５が、図３の制御用ト
ランジスタ部分のＢ−Ｂ′線の概略断面図である。基本
設計値は、大きさ６０×６０ｍｍ、厚み１．１ｍｍのガ
ラス基板上に画面サイズおよそ４０ｍｍ×３０ｍｍ、表
示ドット数１６０×１２０、画素ピッチ２５０μｍ×２
５０μｍとした。

【００３３】まず、ガラス基板をポリシングマシンで研
磨した。このガラス基板４１上へジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）
ガスを用いたＬＰＣＶＤ法により非晶質シリコン膜を膜
厚２００ｎｍで成膜し、アニール処理して非晶質シリコ
ンを連続粒界結晶化した。次に、連続粒界結晶シリコン
薄膜をＣＦ₄＋Ｏ₂ガスによりドライエッチングして、シ
リコンアイランドを作成した。このシリコンアイランド
は、図４及び５中、４２及び５２の駆動用トランジスタ
及び制御用トランジスタの連続粒界結晶シリコン層を形
成するために使用される。

【００３４】次に、これを熱酸化してゲート絶縁膜（５
３、４３：前者は制御用トランジスタ、後者は駆動用ト
ランジスタのゲート絶縁膜）のＳｉＯ₂を形成した。次
に、ゲート電極になるＡｌをスパッタリングにより膜厚
２００ｎｍで成膜し、Ｃｌ₂＋ＢＣｌ₃ガスを用いたドラ
イエッチングによりゲート電極１２（５４）、１５（４
４）を形成した。前者は制御用トランジスタ、後者は駆
動用トランジスタのゲート電極である。同時に走査ライ
ン１、蓄積コンデンサ１７の下部電極、制御用トランジ
スタのゲート電極と走査ラインの接続２１をパターニン
グした。

【００３５】次に、上記ゲート電極をマスクにして、Ｎ
型の不純物であるリンイオンを注入し、トランジスタの
ソース・ドレイン領域を自己整合的に形成した。次に、
ＥＣＲＣＶＤ法を用いて第１の層間絶縁膜（ＳｉＯ₂）
４５を膜厚２００ｎｍで成膜し、パターニングして、必
要なコンタクト・ホールを全て開口した。次に、Ａｌを
スパッタリングにより膜厚２００ｎｍ成膜し、ドライエ
ッチングによりトランジスタのソース電極１１（５
５）、１４（４６）、ドレイン電極１３（５６）、１６
（４７）を形成した。それぞれ、前者は制御用トランジ
スタ、後者は駆動用トランジスタのソース電極及びドレ
イン電極である。同時に信号ライン２、電源ライン３、
蓄積コンデンサ１７の上部電極、駆動用トランジスタの
ソース領域と電源ラインの接続２２、制御用トランジス
タのドレイン領域と駆動用トランジスタのゲートと蓄積
コンデンサの下部電極との接続２３もパターニングし
た。

【００３６】次に、ＥＣＲＣＶＤ法を用いて第２の層間
絶縁膜（ＳｉＯ₂）４８を膜厚３００ｎｍで成膜し、必
要なコンタクト・ホールをパターニングして開口した。
次に、Ａｌをスパッタリングにより膜厚２００ｎｍで成
膜し、ドライエッチングにより共通電極ライン４を形成
した。同時に共通電極ラインと蓄積コンデンサの上部電
極の接続２４、制御用トランジスタのソース領域と信号
ラインの接続２５をパターニングした。

【００３７】次に、有機ＥＬ素子１８の形成プロセスに
移り、まず、下部電極４９の透明電極膜としてのＩＴＯ
を膜厚１５０ｎｍになるようにスパッタリングし、パタ
ーニングした。同時にＩＴＯと駆動用トランジスタのド
レイン領域を接続２６（５７）した。

【００３８】次に、上記駆動回路付き基板をイソプロピ
ルアルコールで超音波洗浄した後、抵抗加熱真空蒸着装
置のチャンバー内に、基板をセットした。同時に、昇華
材料用Ｍｏボートに有機層５０を形成する３つの材料の
Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフチレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ビ
ジフェニル−ベンジジン（以下、ＮＰＤと略す）と、ビ
ス（２−メチル−８−キノリノラート）（ｐ−フェニル
フェノラート）アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと略す）
と、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム
（以下、Ａｌｑ₃と略す）と、上部電極５１の１層目の
材料のＬｉＦを別々に載せ、Ｍｏ平ボートに上部電極５
１の２層目の材料Ａｌを載せた後、真空引きした。真空
蒸着は、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度状態で行った。画
素部分の全面に、有機層のホール注入材料ＮＰＤを加熱
して膜厚５０ｎｍ程度蒸着し、発光層材料ＢＡｌｑを加
熱して膜厚２０ｎｍ程度蒸着し、更に、電子輸送材料Ａ
ｌｑ₃を加熱して膜厚３０ｎｍ程度蒸着した。

【００３９】次に、上部電極の１層目の材料ＬｉＦを加
熱して膜厚１０ｎｍ程度蒸着した。次に、上部電極の２
層目の材料Ａｌを加熱して膜厚６０ｎｍ程度蒸着した。
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面分析の結果、上部
電極上面の表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）は９３Åで
あった。この有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子の有機層
は、低分子材料で構成され、その発光波長は、４５８ｎ
ｍであった。最後にガラス基板の下面に反射膜としての
Ａｌ基板５９をアクリル接着剤５８で貼り合わせた。

【００４０】この有機ＥＬ表示装置のトランジスタ（Ｔ
ＦＴ）は、連続粒界結晶シリコントランジスタのＮチャ
ネル型で作成し、そのキャリア移動度は、２８５ｃｍ²
／Ｖ・ｓの値であった。制御用トランジスタの設計値
が、チャネル幅６μｍ、チャネル長６μｍ、駆動用トラ
ンジスタの設計値が、チャネル幅１４μｍ、チャネル長
４μｍであった。蓄積コンデンサ容量の設計値は、０．
０８ｐＦであった。有機ＥＬ表示装置の輝度は、６０ｃ
ｄ／ｍ²程度であった。

【００４１】実施例２アクティブマトリクス駆動する有機ＥＬ表示装置の実施
例として、以下の表示装置を試作した。有機ＥＬ表示装
置の構造は、実施例１と同様である。図６は、図３の駆
動用トランジスタと有機ＥＬ素子部分の接続部分（Ａ−
Ａ′線）の実施例２に対応する概略断面図である。図７
が、図３の制御用トランジスタ部分のＢ−Ｂ′線の実施
例２に対応する概略断面図である。基本設計値は、画面
サイズおよそ４０ｍｍ×３０ｍｍ、表示ドット数１６０
×１２０、画素ピッチ２５０μｍ×２５０μｍとした。

【００４２】まず、大きさ４インチの単結晶シリコンウ
ェハを化学機械研磨（ＣＭＰ）し、ウェハ上に通常のＬ
ＳＩプロセスで、実施例１の駆動回路構成と同様の有機
ＥＬ表示装置のアクティブマトリクス駆動回路としての
トランジスタアレイを図６及び７に示すように作成し
た。図中、６１はシリコン基板、６２は駆動用トランジ
スタのゲート電極、６３は第１の層間絶縁層、６４は駆
動用トランジスタのソース電極、６５は駆動用トランジ
スタのドレイン電極、６６は第２の層間絶縁層、６７は
Ａｌ遮光層、６８は第３の層間絶縁層、７２は制御用ト
ランジスタのゲート電極、７３は制御用トランジスタの
ソース電極、７４は制御用トランジスタのドレイン電極
を意味する。

【００４３】次に、有機ＥＬ素子の形成プロセスに移
り、まず、下部電極６９のＩＴＯを膜厚１５０ｎｍにな
るようにスパッタリングし、パターニングした。同時に
ＩＴＯと駆動用トランジスタのドレインを接続した。次
に、上記駆動回路付き基板をイソプロピルアルコールで
超音波洗浄した後、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）
前駆体を膜厚５０ｎｍにスピンコートし、窒素雰囲気中
において、１５０℃で硬化させ有機層７０を得た。次
に、抵抗加熱真空蒸着装置のチャンバー内に、上記基板
をセットした。同時に、昇華材料用Ｍｏボートに上部電
極７１の１層目の材料であるＬｉＦを載せ、Ｍｏ平ボー
トに上部電極７１の２層目の材料であるＡｌを載せた
後、真空引きした。真空蒸着は、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の
真空度状態で行った。上部電極の１層目の材料ＬｉＦを
加熱して膜厚１０ｎｍ程度蒸着した。次に、上部電極の
２層目の材料Ａｌを加熱して膜厚６０ｎｍ程度蒸着し
た。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面分析の結果、
上部電極上面の表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）は６７
Åであった。

【００４４】この有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子の有
機層は、高分子材料で構成され、その発光波長は、５５
５ｎｍであった。この有機ＥＬ表示装置のトランジスタ
（ＭＯＳＦＥＴ）は、単結晶シリコントランジスタのＮ
チャネル型で作成し、そのキャリア移動度は、５０４ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓの値であった。制御用トランジスタの設計
値が、チャネル幅６μｍ、チャネル長６μｍ、駆動用ト
ランジスタの設計値が、チャネル幅８μｍ、チャネル長
６μｍであった。蓄積コンデンサ容量の設計値は、０．
１ｐＦであった。有機ＥＬ表示装置の輝度は、４０ｃｄ
／ｍ²程度であった。

【００４５】実施例３、比較例１及び２表１に示す条件で実施例３、比較例１及び２の有機ＥＬ
表示装置を形成した。得られた有機ＥＬ表示装置の表面
輝度を測定した。得られた結果を、実施例１と２のデー
タと共に表１に示す。なお、表１中矢印は左と同じ内容
であることを意味する。

【００４６】

【表１】

【００４７】有機ＥＬ素子は電流駆動型の素子であるた
め、その発光には大電流が必要であるが、比較例１と２
のようにキャリア移動度が小さい場合には、必要な輝度
が得られなかった。それに対して、実施例の有機ＥＬ表
示装置では、極めて高い輝度を得ることができた。

【００４８】

【発明の効果】有機ＥＬ表示装置において、従来技術の
単純マトリクス駆動を行う場合、有機ＥＬ素子に要求さ
れる瞬間輝度は、観察される輝度×走査線数となり、有
機ＥＬ素子に瞬間的流れる電流量も走査線数倍になるた
め、この電流量の増加により、有機ＥＬ素子の劣化速度
は速くなる。従って、単純マトリクス駆動では走査線の
増加、すなわち有機ＥＬ表示装置の大型化や高精細化に
は、限界がある。

【００４９】これに対して、有機ＥＬ表示装置のアクテ
ィブマトリクス駆動では、有機ＥＬ素子に要求される瞬
間輝度は、観察される輝度に等しく、有機ＥＬ素子に瞬
間的に流れる電流量は小さくなる。このとき、キャリア
移動度が高いトランジスタを用いた場合その面積が、非
晶質シリコントランジスタや多結晶シリコントランジス
タを用いた場合の面積と比較して小さくなるので、有機
ＥＬ表示装置の発光部の面積を大きくできる。そして、
発光部の面積が大きくなることで、有機ＥＬ表示装置の
所望の輝度に対して、有機ＥＬ素子を駆動する電流量を
より減少させることができるので、有機ＥＬ素子の寿命
の向上も達成される。更に、有機ＥＬ素子に流れる電流
量の減少により、有機ＥＬ表示装置の低消費電力化が実
現される。

【００５０】更に、発光を基板の表面側から発光を取り
出すため、金属基板や半導体基板のような熱伝導率の高
い基板を使用することができる。従って、ヒートシンク
性が良好となり、有機ＥＬ素子の熱劣化を防止すること
ができる。このように、本発明では、大型、高精細、高
品質の画像表示が可能な有機ＥＬ表示装置を提供するこ
とができる。また、単結晶シリコン及び連続粒界結晶シ
リコントランジスタを用いる場合、ＣＭＯＳ構造の形成
が可能なので、有機ＥＬ素子及びそのアクティブマトリ
クス駆動回路を備えた画素部分と、周辺駆動回路とを同
一基板上に作成することができ、有機ＥＬ表示装置の製
造が容易になる。また、キャリア移動度が高い連続粒界
結晶シリコンは小面積化できるので、周辺駆動回路の小
面積化による有機ＥＬ表示装置の小型化を図ることがで
きる。更に、連続粒界結晶シリコントランジスタを用い
る場合、ＬＤＤ構造の形成が可能なので、高いオン電流
と低いオフ電流が両立でき、電流駆動型の有機ＥＬ素子
の場合、有機ＥＬ表示装置の高画質化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクティブマトリクス駆動する有機Ｅ
Ｌ表示装置の概略図である。

【図２】図１の表示装置の単位画素の概略説明図であ
る。

【図３】実施例の有機ＥＬ表示装置の概略平面図であ
る。

【図４】実施例１に対応する図３の駆動用トランジスタ
と有機ＥＬ素子部分のＡ−Ａ′線の概略断面図である。

【図５】実施例１に対応する図３の制御用トランジスタ
部分のＢ−Ｂ′線の概略断面図である。

【図６】実施例２に対応する図３の駆動用トランジスタ
と有機ＥＬ素子部分のＡ−Ａ′線の概略断面図である。

【図７】実施例２に対応する図３の制御用トランジスタ
部分のＢ−Ｂ′線の概略断面図である。

【符号の説明】

１走査ライン２信号ライン３電源ライン４共通電極ライン１１、５５、７３制御用トランジスタのソース電極１２、５４、７２制御用トランジスタのゲート電極１３、５６、７４制御用トランジスタのドレイン電極１４、４６、６４駆動用トランジスタのソース電極１５、４４、６２駆動用トランジスタのゲート電極１６、４７、６５駆動用トランジスタのドレイン電極１７蓄積コンデンサ１８有機ＥＬ素子２１制御用トランジスタのゲート電極と走査ラインの
接続２２駆動用トランジスタのソース電極と電源ラインの
接続２３制御用トランジスタのドレイン電極と駆動用トラ
ンジスタのゲート電極と蓄積コンデンサの下部電極との
接続２４共通電極ラインと蓄積コンデンサの上部電極の接
続２５、５７制御用トランジスタのソース電極と信号ラ
インの接続２６ＩＴＯと駆動用トランジスタの下部電極の接続４１ガラス基板４２駆動用トランジスタの連続粒界結晶シリコン層４３駆動用トランジスタのゲート絶縁膜４５、６３第１の層間絶縁層４８、６６第２の層間絶縁層４９、６９有機ＥＬ素子の下部電極５０、７０有機ＥＬ素子の有機層５１、７１有機ＥＬ素子の上部電極５２制御用トランジスタの連続粒界結晶シリコン層５３制御用トランジスタのゲート絶縁膜５８アクリル接着剤５９Ａｌ基板６１シリコン基板６７Ａｌ遮光層６８第３の層間絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ // Ｇ０９Ｇ 3/30 Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB06 AB14 AB18 BA06 CA01 CA03 CB01 DA01 DB03 EA00 EB00 5C080 AA06 BB05 DD09 DD28 EE29 FF11 JJ03 JJ06 5C094 AA10 AA13 AA15 AA22 AA33 AA42 AA43 AA53 BA03 BA27 CA19 DA09 DA13 DB01 DB04 DB10 EA04 EA05 EA07 EB02 EB04 EB05 ED11 FA01 FA02 FB01 FB02 FB12 FB14 FB15 GB10 JA08 JA20 5F110 BB02 BB04 CC02 DD02 EE03 EE44 FF23 GG02 GG13 GG16 GG28 GG29 GG47 HJ13 HL03 HL23 NN03 NN23 NN35 NN73 NN74

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面上に、複数のトランジスタを
含むアクティブマトリクス駆動回路と、このアクティブ
マトリクス駆動回路によって駆動され、かつトランジス
タに対応して配置された有機エレクトロルミネッセンス
素子とからなる単位画素を、複数の行及び列をなすよう
にマトリクス状に配列して構成され、基板の表面側から
発光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス表示装置
であって、複数のトランジスタの内、少なくとも１つ
が、９０〜２７５ｃｍ²／Ｖ・ｓのキャリア移動度のＰ
チャネル型トランジスタ又は１８０〜５５０ｃｍ²／Ｖ
・ｓのキャリア移動度のＮチャネル型トランジスタであ
ることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示
装置。
【請求項２】アクティブマトリクス駆動回路が、制御
用トランジスタ、駆動用トランジスタ及び蓄積コンデン
サとからなり、駆動用トランジスタのみ、又は制御用トランジスタ及び
駆動用トランジスタの両方が、９０〜２７５ｃｍ²／Ｖ
・ｓのキャリア移動度のＰチャネル型トランジスタ又は
１８０〜５５０ｃｍ²／Ｖ・ｓのキャリア移動度のＮチ
ャネル型トランジスタであり、有機エレクトロルミネッセンス表示装置が、制御用トラ
ンジスタをスイッチング信号に応じてＯＮ又はＯＦＦ
し、かつ発光信号に応じて蓄積用コンデンサを充放電
し、駆動用薄膜トランジスタを蓄積コンデンサからの充
放電に応じてＯＮ又はＯＦＦすることで、有機エレクト
ロルミネッセンス素子の発光又は非発光を制御する請求
項１に記載の表示装置。
【請求項３】Ｐチャネル型トランジスタ又はＮチャネ
ル型トランジスタが、連続粒界結晶シリコン膜からなる
活性領域を有するトランジスタである請求項１又は２に
記載の表示装置。
【請求項４】有機エレクトロルミネッセンス素子が基
板側から下部電極、有機層及び上部電極とを備え、上部
電極がトランジスタとの接続部分を除く発光部において
１００Å以下の表面粗さの最大高さを有する請求項１〜
３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】基板が光を反射する材料からなるか、基
板と有機エレクトロルミネッセンス素子との間又は基板
の裏面に反射膜を備える請求項１〜４のいずれか１つに
記載の表示装置。
【請求項６】発光が基板又は反射膜からの反射光を含
む請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】単位画素の形成部分以外かつ単位画素と
同一基板上に周辺駆動回路が形成され、周辺駆動回路が
連続粒界結晶シリコン膜からなる活性領域を有するトラ
ンジスタを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の表
示装置。