JP2003249380A - エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウムの陰極はピンホールやダストに
よる欠陥が発生しやすく、欠陥部から有機層に水分が進
入することで画面が表示できなくなる問題があるため、
陰極欠陥の装置はすべて不良扱いとなっていた。 【解決手段】 陰極の膜厚を２０００Å〜１００００Å
にする。膜厚を厚くすることでその蒸着工程においてダ
ストやホール輸送層の傷が埋まるので、陰極の欠陥が減
少する。Ａｌ層の膜厚を厚くするだけでよいので、特別
な材料や工程を増やさずに欠陥を低減できる利点を有す
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、エレクトロルミネ
ッセンス（Electro Luminescence：以下、「ＥＬ」と
称する。）表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置
が、ＣＲＴやＬＣＤに代わる表示装置として注目されて
いる。

【０００３】また、そのＥＬ素子を駆動させるスイッチ
ング素子としてＴＦＴを備えたアクティブマトリクス型
ＥＬ表示装置も研究開発されている。

【０００４】図３に有機ＥＬ表示装置の１表示画素を示
す平面図を示し、図４に有機ＥＬ表示装置の１表示画素
の等価回路図を示し、図５（ａ）に図３中のＡ−Ａ線に
沿った断面図を示し、図５（ｂ）に図３中のＢ−Ｂ線に
沿った断面図を示す。

【０００５】図３及び図４に示すように、ゲート信号線
５１とドレイン信号線５２とに囲まれた領域に表示画素
が形成されている。両信号線の交点付近にはスイッチン
グ素子である第１のＴＦＴ３０が備えられており、その
ＴＦＴ３０のソース１３ｓは後述の保持容量電極５４と
の間で容量をなす容量電極５５を兼ねるとともに、有機
ＥＬ素子を駆動する第２のＴＦＴ４０のゲート４１に接
続されている。第２のＴＦＴ４０のソース４３ｓは有機
ＥＬ素子の陽極６１に接続され、他方のドレイン４３ｄ
は有機ＥＬ素子を駆動する駆動電源線５３に接続されて
いる。

【０００６】また、ＴＦＴの付近には、ゲート信号線５
１と並行に保持容量電極５４が配置されている。この保
持容量電極５４はクロム等から成っており、ゲート絶縁
膜１２を介して第１のＴＦＴ３０のソース１３ｓと接続
された容量電極５５との間で電荷を蓄積して容量を成し
ている。この保持容量７０は、第２のＴＦＴ４０のゲー
ト４１に印加される電圧を保持するために設けられてい
る。

【０００７】まず、スイッチング用のＴＦＴである第１
のＴＦＴ３０について説明する。

【０００８】図５（ａ）に示すように、石英ガラス、無
アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、クロム
（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からな
るゲート電極１１を兼ねたゲート信号線５１及び保持容
量電極線５４を形成する。

【０００９】続いて、ゲート絶縁膜１２、及び多結晶シ
リコン（Poly-Silicon、以下、「ｐ−Ｓｉ」と称す
る。）膜からなる能動層１３を順に形成し、その能動層
１３には、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構
造が設けられている。即ち、ゲート１１の両側に低濃度
領域１３ＬＤとその外側に高濃度領域のソース１３ｓ及
びドレイン１３ｄが設けられている。

【００１０】そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層１３
上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順
に積層された層間絶縁膜１５を設け、ドレイン１３ｄに
対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填
してドレイン信号線５２を兼ねたドレイン電極１６を設
ける。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦に
する平坦化絶縁膜１７を設ける。その上には、有機ＥＬ
素子６０の各有機材料６２，６４及び陰極６６が積層さ
れている。

【００１１】次に、図５（ｂ）を用いて、有機ＥＬ素子
に電流を供給する駆動用のＴＦＴである第２のＴＦＴ４
０について説明する。

【００１２】第２のＴＦＴ４０は、石英ガラス、無アル
カリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、Ｃｒ、Ｍｏ
などの高融点金属からなるゲート電極４１を設け、ゲー
ト絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動層４３を順
に形成し、その能動層４３には、ゲート電極４１上方に
真性又は実質的に真性であるチャネル４１ｃと、このチ
ャネル４１ｃの両側に、その両側にイオンドーピングを
施してソース４３ｓ及びドレイン４３ｄが設けられてい
る。

【００１３】そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３
上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順
に積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン４３ｄ
に対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充
填して駆動電源に接続された駆動電源線５３を配置す
る。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にす
る平坦化絶縁膜１７を形成して、その平坦化絶縁膜１７
及び層間絶縁膜１５のソース４３ｓに対応した位置にコ
ンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介し
てソース４３ｓとコンタクトしたＩＴＯ（Indium Tin O
xide）から成る第1の電極、即ち有機ＥＬ素子の陽極６
１を平坦化絶縁膜１７上に設ける。

【００１４】有機ＥＬ素子６０は、ＩＴＯ等の透明電極
から成る陽極６１、ＭＴＤＡＴＡ（4,4 ‘,4 “-tris(3
-methylphenylphenylamino)triphenylamineから成る第
１ホール輸送層とＴＰＤ（N,N ’-diphenyl-N,N‘-di(3
-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4‘-diamine）から
なる第２ホール輸送層とから成るホール輸送層６２、キ
ナクリドン（Quinacridone）誘導体を含むＢｅｂｑ2（b
is(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium）から成
る発光層６３及びＢｅｂｑ2から成る電子輸送層６４か
らなる発光素子層６５、マグネシウム・インジウム合金
から成る第２の電極すなわち陰極６６がこの順番で積層
形成された構造である。この陰極６６は、図３に示した
有機ＥＬ表示装置を形成する基板１０の全面、即ち紙面
の全面に設けられ、１０００Åの膜厚を有している。

【００１５】また有機ＥＬ素子は、陽極から注入された
ホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で
再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子
が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から
光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介
して外部へ放出されて発光する。

【００１６】ここで、有機ＥＬ素子の発光層６３の形成
について説明する。

【００１７】発光層６３は各色を発光するが、その各色
ごとに材料が異なっている。その各材料を蒸着法を用い
て第２ホール輸送層上に形成する。その際、各色、例え
ば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光材料を順に対応
する陽極６１上に島状に設ける。

【００１８】各表示画素の発光層６３は、陽極６１に対
応して順にＲ，Ｇ，Ｂの各色が繰り返し形成され、マト
リクス状に配列されている。各色の発光層の材料を蒸着
する際には、マトリクス状に開口された金属マスクを用
いて第１色を蒸着し、このマスクを横または縦に移動さ
せ、各色を順次蒸着する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来構造においては、
陰極６６のＡｌ層の膜厚は、導伝性、電発光素子層６５
の厚みによって生じる段切れ防止、遮光性等を考慮し
て、１０００Åで十分であると考えられていた。

【００２０】ところが、図６（ａ）の如く、陰極６６材
料であるアルミニウム層は蒸着で形成するため、成膜さ
れたＡｌ層の密度が薄く、欠陥が発生しやすい。例え
ば、上述の発光層６３を蒸着する工程では金属マスクを
各色毎にマトリクス状に移動させるが、これにより、ホ
ール輸送層６２に傷が付く場合があり、その状態で、ア
ルミニウムを蒸着すると、ホール輸送層６２の欠陥（段
差）により、アルミニウム層にも欠陥が生じる。また、
成膜中のダストによってもアルミニウムにピンホールや
段差ができる欠陥が多く発生していた。

【００２１】図６（ｂ）には、Ａｌ欠陥によるダークス
ポットをマッピングした図を示す。ここでは一例として
マザーガラス１０１上に表示パネル１０２を４枚配置し
ており、各パネルの黒点がダークスポット１０３であ
る。図６（ａ）の如く陰極のＡｌ層に欠陥部分がある
と、その下の発光素子層６５が外気にふれ、水分が進入
してしまう。１つの画素に水分が入ると、その画素が不
良となる滅点欠陥となるだけでなく、画素に進入した水
分が隣接する画素に次々と影響して非発光領域となるダ
ークスポット１０３が増え、最終的に1つのパネルすべ
てが表示できなくなるため、発光素子層６５と外気の遮
断は必至である。

【００２２】また、このＡｌ層の欠陥は、例えば０．３
μｍ前後の大きさのものでも、発光素子層にとっては上
述のごとき問題となるため、ＬＣＤ等の表示装置と比較
すると１０〜２０倍の精度での管理が必要となる。

【００２３】Ａｌ層自体を考えれば、Ａｌリフロー等で
溶融して孔をふさいでリペアする方法が考えられる。し
かし、陰極Ａｌ層の前に形成される発光素子層６５は熱
に弱いため、Ａｌ層全体を加熱することはできない。つ
まり、従来では修正方法がなく、発光素子層６５までが
正常であっても、陰極形成後に不良扱いとなり、歩留ま
りが低下する問題があった。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題に鑑
みてなされ、基板上方に設けられた第1の電極と、該第1
の電極上に設けられ発光層を有するＥＬ素子と、該ＥＬ
素子を駆動する薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子上に
設けられた第２の電極とを有するエレクトロルミネッセ
ンス表示装置において、前記第２の電極の膜厚を２００
０Å以上に設けることにより解決するものである。

【００２５】また、前記第２の電極の膜厚を１００００
Å以下に設けることを特徴とするものである。

【００２６】また、前記第２の電極はアルミニウム層で
あることを特徴とするものである。

【００２７】更に、前記ＥＬ素子を駆動し、前記第２の
電極側から前記第1の電極側に向かって発光させること
を特徴とするものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明のＥＬ表示装置について、
図１および図２を用いて詳細に説明する。

【００２９】図１には、本発明の有機ＥＬ素子の断面図
を示す。なお、ＥＬ表示装置の各表示画素、等価回路図
の構造については既に示した図３および図４の構造と実
質同じであるので説明は省略する。

【００３０】まず、スイッチング用のＴＦＴである第１
のＴＦＴ３０について説明する。

【００３１】図１（ａ）に示すように、石英ガラス、無
アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、クロム
（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からな
るゲート電極１１を兼ねたゲート信号線５１及び保持容
量電極線５４を形成する。

【００３２】続いて、ゲート絶縁膜１２、及び多結晶シ
リコン（Poly-Silicon、以下、「ｐ−Ｓｉ」と称す
る。）膜からなる能動層１３を順に形成し、その能動層
１３には、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構
造が設けられている。即ち、ゲート１１の両側に低濃度
領域１３ＬＤとその外側に高濃度領域のソース１３ｓ及
びドレイン１３ｄが設けられている。

【００３３】そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層１３
上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順
に積層された層間絶縁膜１５を設け、ドレイン１３ｄに
対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填
してドレイン信号線５２を兼ねたドレイン電極１６を設
ける。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦に
する平坦化絶縁膜１７を設ける。その上には、有機ＥＬ
素子６０の各有機材料６２，６４が形成され、後述する
が４０００Å程度の厚い陰極８０が積層されている。

【００３４】次に、本発明の有機ＥＬ素子の駆動用ＴＦ
Ｔの断面図を示す。図１（ｂ）に示すように、石英ガラ
ス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、
Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極４１を
設け、ゲート絶縁膜１２、及びｐ−Ｓｉ膜からなる能動
層４３を順に形成し、その能動層４３には、ゲート電極
４３上方に真性又は実質的に真性であるチャネル４３ｃ
と、このチャネル４３ｃの両側に、その両側にイオンド
ーピングを施してソース４３ｓ及びドレイン４３ｄが設
けられている。

【００３５】そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３
上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順
に積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン４３ｄ
に対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充
填して駆動電源５０に接続された駆動電源線５３を配置
する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦に
する平坦化絶縁膜１７を形成して、その平坦化絶縁膜１
７のソース４３ｓに対応した位置にコンタクトホールを
形成し、このコンタクトホールを介してソース４３ｓと
コンタクトしたＩＴＯ（Indium Thin Oxide）から成る
第1の電極、即ち有機ＥＬ素子の陽極６１を平坦化絶縁
膜１７上に設ける。

【００３６】有機ＥＬ素子６０は、ＩＴＯ等の透明電極
から成る陽極６１、ＭＴＤＡＴＡ（4,4 ‘,4 “-tris(3
-methylphenylphenylamino)triphenylamineから成る第
１ホール輸送層とＴＰＤ（N,N ’-diphenyl-N,N ‘-di
(3-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4‘-diamine）か
らなる第２ホール輸送層とから成るホール輸送層６２、
キナクリドン（Quinacridone）誘導体を含むＢｅｂｑ2
（bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium）か
ら成る発光層６３及びＢｅｂｑ2から成る電子輸送層６
４からなる発光素子層６５、マグネシウム・インジウム
合金から成る第２の電極すなわち陰極８０がこの順番で
積層形成された構造である。この陰極８０は、図３に示
した有機ＥＬ表示装置を形成する基板１０の全面、即ち
紙面の全面に設けられ、４０００Åの膜厚を有してい
る。

【００３７】有機ＥＬ素子は、陽極から注入されたホー
ルと、陰極８０から注入された電子とが発光層の内部で
再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子
が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から
光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介
して外部へ放出されて発光する。

【００３８】本発明の特徴は、陰極であるＡｌ層の膜厚
を４０００Åとしたことにある。従来の構造においては
図６の如くＡｌ層に欠陥が多発していた。この原因とし
て、Ａｌ層は蒸着のため、膜の密度が薄いことや、Ａｌ
層の成膜中のダストなどが要因であり、特にダストにお
いては、ＬＣＤの１０〜２０倍の精度で管理する必要が
あった。

【００３９】また、有機ＥＬ素子の形成工程において
は、発光素子層６５上に、タングステン（Ｗ）あるいは
シリコン（Ｓｉ）等から成り、各表示画素に対応した箇
所に開口部を備えた金属マスクを陽極６１上に載置す
る。そして、各発光層材料を蒸着させるが、その際に金
属マスクを一方向に移動させて各色の発光層材料を堆積
させる。この金属マスクの移動により、有機ＥＬ素子の
最上層であるホール輸送層に傷がつきやすく、その段差
が上層に形成する陰極Ａｌ層に影響し、欠陥が多発する
原因にもなっていた。

【００４０】本発明によれば、陰極８０材料であるＡｌ
層の膜厚を２０００Å〜１００００Åにすることによ
り、成膜中の超微細なダストや、ホール輸送層の欠陥に
よって発生する陰極のピンホールを大幅に抑制できる。

【００４１】ここで、図２を用いて本発明の効果を説明
する。図２（ａ）は、陰極の厚みを４０００Åにした場
合のダークスポットのマッピングであり、図２（ｂ）に
は、1基板内（基板サイズ：３００ｍｍ×４００ｍｍ）
のダークスポット数と陰極膜厚の相関図を示す。

【００４２】図２（ａ）では一例としてマザーガラス２
０１上に表示パネル２０２を４枚配置しており、各パネ
ルの黒点がダークスポット２０３である。従来の陰極の
膜厚が１０００Åである場合（図６（ｂ））と比較して
ダークスポット２０３が激減しており、具体的には、図
２（ｂ）の如く、１０００Åから４０００Åにすること
で、基板あたりのダークスポット数が約１／４程度まで
低減できる。

【００４３】これは、膜厚を厚くすることによって、Ａ
ｌ層の蒸着初期段階で発生していたピンホールが、蒸着
完了までに埋められるためである。もちろん厚ければ厚
いほどピンホールの発生確率は減少するが、厚膜化する
ためには蒸着期間を長くする必要があり、スループット
が下がってしまう。

【００４４】図２（ｂ）によると、ダークスポットの発
生確率は膜厚を１０００Åから２０００Åまで厚くする
と急激に低下し、その後は緩やかに低下する。従って、
Ａｌ層は２０００Åよりも厚くすると良い。

【００４５】ところで、金属であるＡｌ層と、下層の有
機層では剛性が異なる。そのため、Ａｌ層を厚くしすぎ
るとＡｌ層と有機層との間で膜応力が発生し、膜の剥が
れが生じるおそれが増大する。従ってＡｌ層は１０００
０Å以下とすると良い。本実施形態では膜厚の最適値と
して４０００Åを採用した。

【００４６】以上に述べたように本実施形態では、陰極
を単なる導体膜としてとらえるのではなく、有機膜の保
護層としても用いる点が特徴的である。Ａｌ層が充分な
保護能力を有することによって、例えば更に上層に別途
保護層を設ける必要が無くなり、成膜に少々時間がかか
ってもトータルとしてスループットがあがる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、陰極材料であるアルミ
ニウム層の欠陥を大幅に低減できる。

【００４８】陰極の欠陥は、成膜中の超微細なダスト
や、ＥＬ素子層形成時の金属マスクを移動することでホ
ール輸送層に傷ができることが原因で、それらがＡｌ層
に影響してピンホール等の欠陥ができるものである。そ
の欠陥から水分が進入することで、１画素の滅点欠陥か
ら画面全体が表示できなくなるという大きな問題とな
る。つまり、ＥＬ素子やＴＦＴに異常がない製品でも、
最終工程にて不良となることで、コストもかかり歩留ま
りも低下してしまう。

【００４９】本発明によれば、アルミニウムの膜厚を厚
くすることで、ダストやホール輸送層の傷の影響をほと
んど受けない陰極を実現できる。

【００５０】具体的には、陰極の厚みを２０００Åにす
ることで、ダークスポットが大幅に低減でき、厚さに対
する効果が高くなる。４０００Åであれば、更にダーク
スポットの低減に寄与できる。

【００５１】また、陰極の膜厚は１００００Å以下であ
るので、剛性の差による膜の剥がれも抑えることができ
る。

【００５２】Ａｌは蒸着が容易であり、コストも安価で
あるので、電極材料として一般的に採用されているが、
その反面、蒸着の密度が薄く欠陥が生じやすい材質でも
ある。しかし、本発明によれば、陰極のＡｌ層の膜厚を
厚くするだけでよいので、特別な材料や工程を増やすこ
となく、陰極の欠陥を低減できるものである。

【００５３】更に、陰極側から陽極側へ発光するボトム
エミッション型構造であるので、陰極が厚くても発光輝
度、発光率への影響は無く、遮光性が落ちることはない
ので、最適な実施態様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】本発明を説明するための特性図である。

【図３】従来技術を説明するための平面図である。

【図４】従来技術を説明するための等価回路図である。

【図５】従来技術を説明するための断面図である。

【図６】従来技術を説明するための特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 寛 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB08 AB13 AB18 CC01 DB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上方に設けられた第1の電極と、該
   第1の電極上に設けられ発光層を有するＥＬ素子と、該
   ＥＬ素子を駆動する薄膜トランジスタと、前記ＥＬ素子
   上に設けられた第２の電極とを有するエレクトロルミネ
   ッセンス表示装置において、 前記第２の電極の膜厚を２０００Å以上に設けることを
   特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
2. 【請求項２】 前記第２の電極の膜厚を１００００Å以
   下に設けることを特徴とする請求項１に記載のエレクト
   ロルミネッセンス表示装置。
3. 【請求項３】 前記第２の電極はアルミニウム層である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッ
   センス表示装置。
4. 【請求項４】 前記ＥＬ素子を駆動し、前記第２の電極
   側から前記第1の電極側に向かって発光させることを特
   徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス表
   示装置。