JP2005174832A - 表示素子、その製造方法及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 １０Ｖ以下の低駆動電圧で高輝度を有する表示素子、特に、有機ＥＬ素子を提供することである。
【解決手段】 ＩＺＯ膜にドープ材として、Ｈｆ、Ｚｒ、及び、Ｖの少なくとも一つをドープすることにより、低比抵抗で高透過率を備えたＩＺＯ膜を表面層として成膜することにより、低駆動電圧で高輝度の有機ＥＬ素子が得られる。この場合、ドープ材はＩＺＯ膜の表面層内に、離散的に、即ち、段階的にドープされても良いし、連続的に変化するようにドープされても良い。このような表面層を含むＩＺＯ膜を用いることにより、発光層との間に配置される中間層の構成を簡略化でき、大画面の有機ＥＬ素子を容易に製造することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＩＺＯ膜にドープ材として、Ｈｆ、Ｚｒ、及び、Ｖの少なくとも一つをドープすることにより、低比抵抗で高透過率を備えたＩＺＯ膜を表面層として成膜することにより、低駆動電圧で高輝度の有機ＥＬ素子が得られる。この場合、ドープ材はＩＺＯ膜の表面層内に、離散的に、即ち、段階的にドープされても良いし、連続的に変化するようにドープされても良い。このような表面層を含むＩＺＯ膜を用いることにより、発光層との間に配置される中間層の構成を簡略化でき、大画面の有機ＥＬ素子を容易に製造することができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、表示素子とくに有機ＥＬ表示素子を含む発光素子に関し、特にこれら発光素子の構造ならびに製造方法に関する。
近年、薄型でありながら、高輝度が得られるディスプレイとして、自発光型の有機ＥＬ表示装置の研究が盛んに行われている。有機ＥＬ素子では発光層となる有機層を対向する電極で挟持した構造をなしており、電極への電流のｏｎ／ｏｆｆにより発光を制御して表示装置を構成する。表示装置にはパッシブマトリクス方式とアクティブマトリクス方式があり、前者はバックライトや比較的精細度の低い表示装置に用いられており、後者はテレビやモニタなど比較的精細度の高い表示装置に用いられる。
このような有機ＥＬ表示装置を構成する有機ＥＬ素子において、大きな課題となっているのが、発光層である有機層の寿命が短いことである。近年種々の研究により、発光時間は長くなってきているが、例えばテレビやモニタとして用いる場合、現状の素子寿命はまだ短く、連続点灯時には２０００〜３０００時間で輝度が半減してしまう。素子寿命が短い理由として、発光層である有機層への水分の浸入や、有機層形成後の加熱や素子の発熱による熱的破壊が顕著であり、種々の改良が提案されている。
従来、有機ＥＬ素子は透明導電性電極と対向電極とを備え、これら透明導電性電極と対向電極との間に、バッファ層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、及び、電子輸送層からなる有機多層膜を設けた構成を備えている。この場合、透明導電性電極及び対向電極はそれぞれ陽極及び陰極として動作し、陽極には、透明性が高く、電気抵抗が低い酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide（以下、ＩＺＯ））膜が広く使用され、他方、陰極には、アルミニウム等の金属材料が使用されている。
有機ＥＬ素子の特性としては、駆動電圧が低く、陽極から正孔輸送層に対する正孔注入効率が高いことが要求されている。しかしながら、陽極として使用される通常のＩＺＯは、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルに比較して遥かに低い仕事関数を有しているため、陽極と正孔輸送層との間のエネルギー障壁が大きく、駆動電圧が高くなり、しかも、正孔注入効率も悪い。この結果、素子の発熱が生じ、寿命を短くしてしまう。また、ＩＺＯ膜は結晶化させる必要があり、高温での熱処理を要する。これも素子寿命を短くする要因である。
本発明者等は特願２００３−１４８３５３号明細書（特許文献１）でＩＴＯの仕事関数の改良を提案したが、ＩＴＯ膜の上記欠点は本質的なものであり改善できていない。
特願２００３−１４８３５３号明細書
透明導電性膜として使用されるＩＴＯ膜上記欠点を回避しつつ、仕事関数の高い材料を使用する必要がある。
本発明の目的は、仕事関数、導電性、及び、透明性の全てにおいて優れた特性を備えた透明電極膜を有する表示素子、特に、有機ＥＬ素子を提供することである。
本発明の他の目的は素子寿命の長い有機ＥＬ素子を提供することである。
本発明の更に他の目的は低駆動電圧で高い輝度を実現できる有機ＥＬ素子を提供することである。
本発明の一態様によれば、透明導電性電極と当該透明導電性電極と対向する対向電極とを有する表示素子において、前記透明導電性電極はＨｆ、Ｚｒ、及びＶの少なくとも１つを含むＩＺＯ膜（酸化インジウムと酸化亜鉛からなる膜）によって形成されていることを特徴とする表示素子、特に、有機ＥＬ素子が得られる。この場合、ＩＺＯ膜が、前記Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖの少なくとも１つを含む表面層を含んでいることを特徴とする表示素子、特に、有機ＥＬ素子が得られる。また、前記表面層は前記対向電極側に位置付けられ、これによって、前記透明導電性電極の仕事関数は前記対向電極の方向に、不連続的又は連続的に前記対向電極方向に高くすることが好ましい。ＩＺＯ膜の表面層の仕事関数を発光層の仕事関数に近づけることにより、透明導電性電極と発光層との間に、バッファ層及び正孔（ホール）注入層等の中間層を省くことができ、これによって、有機多層膜の構造を簡略化できる。また、ＩＺＯはアモルファスであるから高温処理が不要で素子寿命を長くできる。
ここで、前記透明導電性電極の表面層の仕事関数は、４.５ｅＶから５.８ｅＶまで変化することが好ましい。更に、前記表面層は１０〜２００オングストローム、好ましくは５０〜１５０オングストロームの厚さを有していることが望ましい。ＩＺＯの仕事関数は洗浄や処理方法によって変るが、４.５から５．２ｅＶである。これにＨｆ、Ｚｒ、Ｖの少なくとも一つをドープすることによって４.５から５.８ｅＶまでの値に高くすることができる。
本発明の他の態様によれば、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた絶縁保護層と、該絶縁保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ発光素子において、
前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有し、かつ前記絶縁保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つから成ることが好ましく、とくに窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることが好ましい。窒化膜は酸化膜よりも緻密であるので、水分阻止効果も放熱効果も酸化膜に比べて優れている。その厚さは薄いほど放熱効率が高くなるので、保護膜としての機能の許す限り薄くすることが必要であり、その観点から１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ乃至５０ｎｍとする。絶縁保護層は前記対向電極を介して前記有機ＥＬ発光層を覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなるようにしてもよく、とくに保護層が導電性の場合はこの構成が必要である。
前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有し、かつ前記絶縁保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つから成ることが好ましく、とくに窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることが好ましい。窒化膜は酸化膜よりも緻密であるので、水分阻止効果も放熱効果も酸化膜に比べて優れている。その厚さは薄いほど放熱効率が高くなるので、保護膜としての機能の許す限り薄くすることが必要であり、その観点から１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ乃至５０ｎｍとする。絶縁保護層は前記対向電極を介して前記有機ＥＬ発光層を覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなるようにしてもよく、とくに保護層が導電性の場合はこの構成が必要である。
かかる構成は有機ＥＬ素子以外の一般の表示素子にも適用可能であり、ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を直接または間接に覆うように設けられた絶縁保護層とを有する表示素子において、
前記絶縁保護層はマイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長により形成された窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであり、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にHf、Zr、およびVの少なくとも１つを含む酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）膜を有するのが好ましい。前記絶縁保護層はAr, Kr, Xeからなる群から選ばれる元素を少なくとも含むことも本発明の特徴である。
前記絶縁保護層はマイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長により形成された窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであり、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にHf、Zr、およびVの少なくとも１つを含む酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）膜を有するのが好ましい。前記絶縁保護層はAr, Kr, Xeからなる群から選ばれる元素を少なくとも含むことも本発明の特徴である。
また、本発明の表示素子の製造方法によれば、ＩＺＯを含む透明導電性電極と、当該透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆うように設けられた保護層とを有する発光素子の製造方法であって、該保護層をAr、Kr、Xeからなる群から選ばれるガスを主成分とするプラズマを用いて成膜することを特徴とする。該プラズマは高周波励起プラズマ、特にマイクロ波励起プラズマであることが好ましい。該成膜は低温気相成長によって行われ、低温気相成長は１００℃以下、好ましくは室温で行われる。該低温気相成長はプラズマによる加熱を除き加熱せずに行われることが好ましい。
また本発明によれば、マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に該ＴＦＴを覆う絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続された画素電極と、を有し、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置がえられる。
あるいは、基板上にマトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性ＩＺＯ電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に接続された画素電極と、を有し、前記ゲート線および前記ゲート電極は、前記基板または前記基板に接する様に形成された絶縁膜に埋め込まれていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が得られる。
これらの有機ＥＬ表示装置において、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有し、前記保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことが好ましい。
また本発明によれば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの少なくとも一つを主成分とするプラズマでスパッタ成膜することを特徴とする導電性透明膜ＩＺＯの製造方法が得られる。さらに本発明によれば、酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットを高周波励起プラズマによりスパッタしてＩＺＯ膜を形成する工程を含む導電性透明膜の製造方法であって、前記スパッタはＡｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも一つを主成分とするプラズマで行うことを特徴とする導電性透明膜の製造方法が得られる。
本発明のさらに他の態様によれば、透明導電性ＩＺＯ電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、前記有機ＥＬ発光層に接するようにその両面に設けられた電子輸送層とホール輸送層とを有する有機ＥＬ発光素子において、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記有機ＥＬ発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする有機ＥＬ発光素子が提供される。また、本発明によれば、透明導電性ＩＺＯ電極と、該透明導電性電極上に設けられた電子輸送層と、該電子輸送層上に設けられた有機ＥＬ発光層と、該有機ＥＬ発光層上に設けられたホール輸送層と、該ホール輸送層上に設けられ仕事関数が４ｅＶ乃至６ｅＶの導電材料から成る対向電極とを含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子が得られる。前記透明導電性電極はＩＺＯを含み、前記対向電極の導電材料はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕのうちの少なくとも一つを単体または合金として含むことが好ましい。ＩＺＯは仕事関数が４．５〜５．２ｅＶ程度であって、電子輸送層の仕事関数にマッチングし、一方Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ等は有機ＥＬ層の仕事関数に適合する６ｅＶ程度の仕事関数を有する。
このような発光素子において、前記透明導電性ＩＺＯ電極は透明基板上に設けられ、前記有機ＥＬ発光層からの発光は前記透明基板を経由して取り出されてもよいし、前記対向電極が基板上に設けられ、前記有機ＥＬ発光層からの発光は前記透明導電性電極を経由して取り出されてもよい。また、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように絶縁保護層が設けられ、さらに該絶縁保護層に接するように放熱層が設けられたことを特徴とする有機ＥＬ発光素子が得られる。前記絶縁保護層はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、AlおよびSiの少なくとも一つの元素と窒素との化合物のうちの少なくとも一つからなり厚さが１００ｎｍ以下の窒化物膜を含むのが好ましく、前記窒化物膜は窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることも好ましい。窒化膜は酸化膜よりも緻密であるので、水分阻止効果も放熱効果も酸化膜に比べて優れている。その厚さは薄いほど放熱効率が高くなるので、保護膜としての機能の許す限り薄くすることが必要であり、その観点から１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ乃至５０ｎｍとする。絶縁保護層は前記対向電極を介して前記有機ＥＬ発光層を覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなるようにしてもよく、とくに保護層が導電性の場合はこの構成が必要である。
また、本発明の表示素子の製造方法によれば、透明導電性ＩＺＯ電極と、当該透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆うように設けられた保護層とを有する発光素子の製造方法であって、該保護層をAr、Kr、Xeからなる群から選ばれるガスを主成分とするプラズマを用いて成膜することを特徴とする。該プラズマは高周波励起プラズマ、特にマイクロ波励起プラズマであることが好ましい。該成膜は低温気相成長によって行われ、低温気相成長は１００℃以下、好ましくは室温で行われる。該低温気相成長はプラズマによる加熱を除き加熱せずに行われることが好ましい。
また本発明によれば、マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性ＩＺＯ電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、前記有機ＥＬ発光層に接するように設けられた電子輸送層とホール輸送層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に該ＴＦＴを覆う絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続された画素電極と、を有し、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記有機ＥＬ発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置がえられる。
あるいは、基板上にマトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性ＩＺＯ電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に接続された画素電極と、を有し、前記ゲート線および前記ゲート電極は、前記基板または前記基板に接する様に形成された絶縁膜に埋め込まれていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、ＩＺＯ膜の表面層にドープ材としてＨｆ、Ｚｒ、Ｖを添加することにより、低駆動電圧で、透明性及び低比抵抗の表示素子、特に、有機ＥＬ素子が得られる。更に、本発明では、ＩＺＯ膜そのものの透過率と同等の透過率を得ることができるため、高輝度の有機ＥＬ素子を構成できると言う利点がある。また、ドープ材を添加された表面層の仕事関数は発光層の仕事関数に近いため、ＩＺＯ膜と発光層との間に配置される中間層の構成を簡略化することができ、この結果として、本発明は大画面の有機ＥＬ素子を実現できると言う利点もある。
また、本発明によれば、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖの少なくとも一つを含有したＩＺＯ膜により、ＩＺＯの仕事関数を５．８ｅＶ程度まで高くすることができるので、有機ＥＬ素子におけるホール注入効率を向上し、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層が不要となるため、発光効率が向上し、以って輝度を向上することができる。さらに、発光層へのエネルギー障壁が低減することにより、発熱量が低下し、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。さらに、本発明によれば、有機ＥＬ発光層の保護層として、窒化物を用いるため、熱伝導率が高く、薄膜でも水分や酸化性ガスの透過の無い、安定な保護層を得ることができ、発光層での発熱を効率よく外部へ放出することが可能であるため、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。本発明の表示素子によれば、窒化物保護膜を低温気相成長で形成するので、有機ＥＬ層のダメージを防ぐことができる。さらに、本発明の表示素子によれば、平坦構造の上に有機ＥＬ素子を形成することができるため成膜不良などが減り、素子の寿命を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、表示面積を拡大することができ、画面輝度を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、信号線と、有機ＥＬ素子の電極を別材料にできるため、信号線の電気抵抗を低減でき、大型の表示装置を構成することができる。さらに本発明の表示装置によれば、埋め込みゲート構造のＴＦＴが使用できるため、ＴＦＴ素子の半導体領域を略平坦な構造することができ、ＴＦＴ素子の電流バラツキを低減することがでるため、高品位な表示を実現しながら、有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。
さらに本発明の他の態様によれば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどの高仕事関数材料を透明電極に対向する陽極側対向電極として用いているため、有機ＥＬ素子におけるホール注入効率を向上し、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層が不要となるため、発光効率が向上し、以って輝度を向上することができる。さらに、発光層へのエネルギー障壁が低減することにより、発熱量が低下し、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。さらに、本発明によれば、有機ＥＬ発光層の保護層として、窒化物を用いるため、熱伝導率が高く、薄膜でも水分や酸化性ガスの透過の無い、安定な保護層を得ることができ、発光層での発熱を効率よく外部へ放出することが可能であるため、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。本発明の表示素子によれば、窒化物保護膜を低温気相成長で形成するので、有機ＥＬ層のダメージを防ぐことができる。さらに、本発明の表示素子によれば、平坦構造の上に有機ＥＬ素子を形成することができるため成膜不良などが減り、素子の寿命を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、表示面積を拡大することができ、画面輝度を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、信号線と、有機ＥＬ素子の電極を別材料にできるため、信号線の電気抵抗を低減でき、大型の表示装置を構成することができる。さらに本発明の表示装置によれば、埋め込みゲート構造のＴＦＴが使用できるため、ＴＦＴ素子の半導体領域を略平坦な構造することができ、ＴＦＴ素子の電流バラツキを低減することがでるため、高品位な表示を実現しながら、有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を例にとって説明する。図示された有機ＥＬ素子は、ソーダライム等のガラスによって形成されたガラス基板１０と、当該ガラス基板１１の一表面（図では上面）上に被着された本発明に係る透明導電膜１１とを備えている。当該透明導電膜１１については、後でより詳細に説明する。
図示された例では、透明導電膜１１上に、バッファ層１２、ホール注入層１３、ホール輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６が順次積層され、電子輸送層１６には、金属層１７が形成されている。ここで、透明導電膜１１及び金属層１７はそれぞれ陽極及び陰極として動作し、ホール輸送層１４、発光層１５、及び、電子輸送層１６は有機材料によって形成されているため、有機多層膜と呼ぶ。図示された有機ＥＬ素子は透明電極１１から金属層１７までの積層構造部分によって構成されている。
更に、陰極を構成する金属層１７上には、パッシベーション層１８が形成されており、当該パッシベーション層１８は前述した層全体の側面を覆っている。パッシベーション層１８には、キャップ１９が取り付けられ、キャップ１９とパッシベーション層１８との間のギャップには、窒素ガスが封入されている。
具体的に説明すると、透明導電膜１１は後述する酸化インジウムスズ（ＩＺＯ）膜によって形成されており、有機多層膜を構成するホール輸送層１４としては、例えばトリフェニルジアミン等を使用することができ、他方、発光層１５としてはドーパントを含有したキノリノールアルミニウム錯体、ＤＰＶｉビフェニル等を使用することができる。更に、電子輸送層１６としては、シロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体等を使用できる。また、陰極を形成する金属層１７は３.７ｅＶの仕事関数を有するアルミニウム等によって形成されている。
前述したホール輸送層１４は、５.５ｅＶの仕事関数を有しており、更に、発光層１５は当該ホール輸送層１４の仕事関数よりも高い５.８ｅＶの仕事関数を有している。
上記した構成の有機ＥＬ素子では、透明導電膜１１を陽極とし、金属層１７を陰極として両者間に電圧を印加すると、陽極からの正孔が正孔輸送層１４を介して発光層１５に注入され、他方、陰極である金属層１７から電子が電子輸送層１６を介して発光層１５に到達する。発光層１５では、正孔と電子とが再結合して、ガラス基板１０側に光を放出される。
図１において、透明導電膜１１としてＩＺＯ膜が使用された場合、通常ＩＺＯ膜の仕事関数は４.５〜５．２ｅＶであり、５.５ｅＶの仕事関数を持つ発光層１５に比較して相当に低いため、両者間には高いエネルギー障壁が存在する。このことは、有機ＥＬ素子の駆動電圧を高くする必要があることを意味しており、低駆動電圧の要求に応えられない。このことを考慮して、透明導電膜１１であるＩＺＯ膜と正孔輸送層１４との間のエネルギー障壁を０．７ｅＶ以下にするために、ＩＺＯ膜の仕事関数を高くすることが必要である。
図２をも参照して、本発明に係る有機ＥＬ素子に使用されるＩＺＯ膜についてより詳細に説明する。図２には、ガラス基板１０上の透明導電膜１１としてのＩＺＯ膜の構成が模式的に示されており、図示されたＩＺＯ膜はガラス基板１０側の母材層１１０と、破線で示されたバッファ層１２側の表面層１１１とを備えている。このうち、母材層１１０は通常のスパッタリングにより形成された４.８ｅＶの仕事関数を有している。一方、ＩＺＯ膜の表面層は、母材層１１０の仕事関数よりも高い仕事関数を有するＩＺＯ膜であり、当該仕事関数の高いＩＺＯ表面層１１１は後述するように、不純物をドープすることによって得られる。本発明では、この知見に基づいて、不純物をドープしたＩＺＯ膜を表面層１１１として使用している。
本発明者等は、ＩＺＯ膜に添加するドープ材として、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｂを実験したが、これらＮｂ、Ｍｏ、Ｓｂをドープ材として添加した場合、ＩＺＯ膜の導電性が低下してしまい、実用に適していないことが判明した。
そこで、Ｈｆ、Ｚｒ、及び、Ｖをそれぞれをドープ材として使用して、透明性（透過率）、導電性（比抵抗）、仕事関数、駆動電圧、輝度の全ての点で充分な特性を有するＩＺＯ膜が得られることを見出した。即ち、表面層１１１に添加される不純物を選択すると共に、表面層１１１の厚さを調整すれば、ＩＺＯ膜における透明性は実質上低下しないことが無いことが確認された。また、ドープ材を選択することにより、高い仕事関数及び導電性も長期間に亘って維持できることも確認された。これは、Ｈｆ、Ｚｒ、ＶがＩｎのイオン半径の１５％以内のイオン半径を有し、且つ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ原子価（＋４）とＩｎの原子価（＋３）の差が１であるためであると推測される。
図２に示された例では、ガラス基板１０から発光層１５（バッファ層１２）の方向に、ＩＺＯ膜表面層１１１におけるドープ材の添加量を不連続的（段階的）又は連続的に増加させ、これによって、ガラス基板１０から発光層１５の方向に段階的に又は連続的に増加する仕事関数を有するＩＺＯ膜が形成されている。尚、ＩＺＯ表面層１１１の仕事関数が発光層１５の仕事関数（５.８ｅＶ）に近い場合には、図１に示されたバッファ層１２及びホール注入層１３は後述するように必ずしも必要ではなくなる。
以下、Ｈｆをドープ材として添加したＩＺＯ膜の特性を仕事関数、透明性（透過率）、及び、比抵抗をＳＩＭＳ等により調べた。
図３を参照すると、スパッタリングによりＨｆを添加したＩＺＯ膜の仕事関数とＨｆの濃度との関係が示されている。図３では、Ｈｆターゲットに供給される電力がＨｆの濃度に比例することから、横軸にＨｆターゲットに与えられる電力（Ｗ）を取り、縦軸にＨｆをドープしたＩＺＯ膜の仕事関数（ｅＶ）を取っている。図３に示された曲線Ｃ１からも明らかな通り、Ｈｆターゲットに供給される電力が大きくなるにつれて、即ち、ドープされるＨｆの濃度が高くなるにしたがって、ＩＺＯ膜の仕事関数は５.１から５.８ｅＶまで変化している。したがって、目的とするＩＺＯ膜の仕事関数に応じて、Ｈｆターゲットの電力を制御することによって、４.５〜５.８ｅＶまでの仕事関数を有するＩＺＯ膜を得ることができる。
次に、ＩＺＯ膜にＨｆをドープした厚さ１００オングストロームのＩＺＯ膜の可視光に対する透過率（％）と比抵抗を測定したがＨｆをドープしないＩＺＯ膜に比べ透明性の低下が実質的に無いこと、ＩＺＯ膜の膜厚が１５０オングストローム程度まで、ドープしないＩＺＯ膜と実質的に同じ抵抗であることが確認された。Ｉｎのイオン半径および原子価から、ジルコニウム（Ｚｒ）およびパナジウム（Ｖ）についても同様な結果が得られる。
Ｈｆ、ＺｒまたはＶをドープしたＩＺＯ膜（即ち、ＩＺＯ膜表面層１１１）は、図２に示すように、ドープ材の濃度を不連続的に変化させる場合、２００オングストローム以下の膜厚、特に、１５０オングストローム以下が好ましく、且つ、Ｈｆ、ＺｒまたはＶのＺｎに置換するＩＺＯ中の濃度は１〜８原子％であることが望ましいことが判明した。
図６を参照すると、本発明の他の実施形態に係る有機ＥＬ素子の仕事関数が示されている。図示されているように、当該有機ＥＬ素子はガラス基板（図示せず）側に設けられたＩＺＯ膜１１、ホール輸送層１４、発光層１５、及び、金属層１７とによって構成されており、図１に示されたバッファ層１２及びホール注入層１３を備えていない。
図６からも明らかなように、ＩＺＯ膜１１はガラス基板１０側から発光層１５の方向へ連続的に変化する仕事関数を有するＩＺＯ膜表面層を備え、図示されたＩＺＯ膜はガラス基板１０側で４.９ｅＶの仕事関数を有し、発光層１５側で５.５ｅＶの仕事関数を有している。このようなＩＺＯ膜は図３からも明らかな通り、例えば、Ｈｆターゲットの電力を連続的に変化させることによって形成することができる。
図６に示されたＩＺＯ膜表面層は発光層１５側で５.５ｅＶの仕事関数を有している。このような仕事関数を備えたＩＺＯ膜表面層を形成した場合、当該ＩＺＯ膜表面層の仕事関数は発光層１５における５．８ｅＶの仕事関数に近づく。この結果、バッファ層１２、５.４ｅＶの仕事関数を有するホール注入層１３は不要となり、有機ＥＬ素子を構成する層の数を少なくできる。
図７を参照すると、図６に示された仕事関数を実現した本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造が示されている。図示された有機ＥＬ素子は、図１に示された有機ＥＬ素子からバッファ層１２及びホール注入層１３を取り除いた構成を有している。図示された有機ＥＬ素子は図６に示されたような仕事関数を有する表面層を持つＩＺＯ膜１１を透明導電膜１１として使用している。即ち、当該ＩＺＯ膜１１の表面層はガラス基板１０側から発光層１５の方向に、単調に連続的に増加するような仕事関数を有している。図７に示された例では、透明導電膜１１を形成するＩＺＯ膜には、図３に示された曲線Ｃ１にしたがってＨｆがドープされており、ＩＺＯ膜表面層は発光層１５側で５.５ｅＶの仕事関数を備えている。この結果、表面層の仕事関数はホール輸送層１４の仕事関数に近いため、バッファ層１２及びホール注入層１３を省略することができる。尚、Ｈｆの代わりに、ＩＺＯ膜には、Ｚｒ、或いは、Ｖがドープされても良い。
次に、図８は前述したように、Ｈｆを表面にドープしたＩＺＯ膜を備えた有機ＥＬ素子の印加電圧（Ｖ）と発光輝度（ｃｄ／ｍ２）との関係を示す図であり、曲線Ｃｃ１は５.５ｅＶの仕事関数を有するＩＺＯ膜を備えた場合の輝度を示し、他方、曲線Ｃｃ２は４.９ｅＶの仕事関数を有するＩＺＯ膜を備えた場合の輝度を示している。図８の曲線Ｃｃ１及びＣｃ２からも明らかな通り、ＨｆをドープしたＩＺＯ膜を有する有機ＥＬ素子では、１０ボルト以下の印加電圧で、５０００ｃｄ／ｍ２以上の輝度が得られている。周知のように、有機ＥＬ素子の寿命は熱によって著しく短縮するが、本発明によれば、印加電圧を減らすことができるので、熱も低減し寿命が延びると言う効果も得られる。
以下、図１及び図７に示されたＩＺＯ膜は、ＩＺＯ成膜にひきつづいてＩＺＯにドープ材を混合させたターゲットを用いてスパッタすることによって得られた。
また、上に述べた実施形態では、ＩＺＯ膜表面層の厚さは１００オングストロームの場合についてのみ説明したが、ＩＺＯ膜表面層の厚さは２００オングストローム以下、１０オングストローム以上において同様な効果が得られた。ＩＺＯ膜表面層にドープされるドープ材の濃度はＨｆの場合、重量で、３％〜１０％の範囲が好ましく、特に、約５％において顕著な効果が得られた。更に、ＩＺＯ膜表面層におけるＨｆの量はＺｎとの合量で重量で２０％を越えない範囲で好ましい結果が得られた。
以上では、ＩＺＯ膜にドープされるドープ材としてＨｆ、Ｚｒ、及びＶを個別にドープする場合についてのみ説明したが、これらのドープ材の複数組み合わてドープすることも可能である。この場合、これら複数のドープ材を含むターゲットを用意すれば良いことは言うまでもない。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施例１にかかる表示素子について、図７を用いて説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、透明基板と、透明基板上に形成された導電性透明電極と、該導電性透明電極上に積層された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に積層された対向電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。透明基板としては、発光層から放射された光を透過する材料であればよく、本実施例ではガラス基板を用いた。導電性透明電極は、有機層に接する面の仕事関数を高め、素子へのホール注入効率を向上するために、Ｈｆ（ＶまたはＺｒでもよい）がドープされたＩＺＯ膜を用いた。これにより、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層は不要となる。有機層は、ホール輸送層、発光層、電子輸送層からなり、特に限定はされず、公知の材料のいずれを使用しても、本発明の作用・効果が得られる。ホール輸送層は、発光層へのホールの移動を効率よく行うとともに、対向電極からの電子が発光層を超えて透明導電性電極側へ移動するのを抑制し、発光層における電子とホールとの再結合効率を高める役割を有するものである。ホール輸送層を構成する材料としては、特に限定されないが、たとえば１，１−ビス（４−ジ−ｐアミノフェニル）シクロヘキサン、ガルバゾールおよびその誘導体、トリフェニルアミンおよびその誘導体などを使用することができる。発光層は、特に限定されないが、ドーパントを含有したキノリノールアルミニウム錯体、ＤＰＶｉビフェニルなどを使用することができる。用途に応じて、赤、緑、青の発光体を積層して用いてもよく、また、表示装置などにおいては、赤、緑、青の発光体をマトリクス状に配置して用いても良い。電子輸送層としては、シロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体等を使用できる。対向電極を形成する材料は特に制限はないが、3.7eVの仕事関数を有するアルミニウム等を用いることができる。有機EL発光層への水分や、酸化性ガス等の浸入を防ぐ保護層としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Siからなる群から選ばれる元素の窒化物が好適である。熱抵抗を低減する点から薄いほうが好ましいが、水分や酸化性ガスなどの透過を抑えるために１０ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましく、３０ｎｍから５０ｎｍがより好ましい。保護層が上述の窒化物からなる場合、熱伝導率が高く、熱抵抗を低減できるため、保護層で放熱層を兼ねることもできるが、放熱をさらに効率よく行うために放熱層を設けてもよい。放熱層としては熱伝導率の高いアルミニウムや銅などが好ましい。
次に本実施例における表示素子の製造方法について説明する。洗浄されたガラス基板上にＨｆを５重量％含むＩＺＯをスパッタリング法により成膜した。成膜はＩＺＯターゲット（好ましくは酸化インジウムと酸化亜鉛との焼結体にＨｆを含むもの）を用いてスパッタによって行った。スパッタに際してはプラズマ励起ガスとして、衝突断面積の大きいＸｅを用い、電子温度の十分低いプラズマを生成した。基板温度は１００℃とし、２００オングストロームの膜厚とした。Ｈｆドープ部分は表面層のみとし途中からは非ドープＩＺＯとした。Ｘｅプラズマを用いてスパッタを行ったため、電子温度が十分に低く、膜質向上のために、成膜中のＩＺＯ表面にＸｅイオン照射をしながら成膜しても、ＩＺＯ膜へのプラズマダメージは抑制されるため、１００℃以下の低温でも高品質の成膜が行えた。このようにして形成したＨｆ含有ＩＺＯ膜を所定の形状にパターニングした。パターニングはフォトリソグラフィ法により行った。フォトレジストとしてノボラック系のレジストを用い、マスクアライナにより露光、所定の現像液により現像を行った後、紫外光照射による表面有機物除去洗浄を１０分間行った。次に有機膜蒸着装置により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜した。次に基板を大気に曝すことなく、有機膜蒸着装置に隣接したアルミニウム蒸着装置によって、アルミニウムを堆積し対向電極とした。次に基板を大気に曝すことなく、絶縁性保護膜形成装置に搬送し、窒化ケイ素膜を体積し絶縁性保護膜とした。窒化ケイ素膜形成においては、マイクロ波励起プラズマを用いたプラズマCVD法を用い、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５の体積比のガスを用いた。プロセス圧力は０．１〜１Ｔｏｒｒが好ましく、本実施例においては０．５Ｔｏｒｒとした。基板裏面より１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、基板表面にバイアス電位として、−５Ｖ程度の電位を発生させ、プラズマ中のイオンを照射した。窒化ケイ素成膜時の基板温度は室温として、プラズマにより不可避的に加熱される以外に加熱手段による加熱は行わなかった。膜厚を５０ｎｍ成膜した。
図２１は成膜に使用した２段シャワープレート式マイクロ波励起高密度プラズマ成膜装置である。マイクロ波励起プラズマを用いており、プロセス領域をプラズマ励起領域から離れた位置に配置できるため、プロセス領域の電子温度がＡｒを用いても1.0eV以下であり、プラズマ密度が1011/cm2以上である。２段シャワープレート構造であるため、シランなどの原料ガスをプラズマ励起領域から離れたプロセス領域に導入できるため、シランの過剰解離を抑制でき、室温であっても、発光素子や成膜された保護膜に欠陥を与えることなく、緻密な膜を形成できた。基板から高周波を印加することにより基板表面にバイアス電位を発生させ、マイクロ波励起プラズマからイオンを基板表面に照射することで、窒化膜を緻密に形成することができ、膜質をさらに改善することができた。なお、上記のようにプラズマにより基板は加熱されるが、それ以外の加熱は行わないことも大切である。プラズマによる加熱を押さえるため基板を冷却しながら気相成長を行ってもよい。
その後、さらにアルミニウムをアルミニウム蒸着装置により１ミクロンの厚さで成膜し、放熱層とした。
アルミニウム蒸着に換えてアルミニウムスパッタ成膜を行っても良い。その際には、電子温度の低いＸｅプラズマを用いたスパッタ成膜が有効である。
以上の工程により、本実施例１の発光素子を得た。本実施例の発光素子の素子寿命を、計測した結果、従来２０００時間だった輝度半減寿命が約６０００時間になり、保護層の効果が確認された。
本発明の実施例２にかかる表示素子について、図８を用いて説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、基板と、基板上に形成され導電性透明電極に対向する対向電極と、対向電極上に積層された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に積層された導電性透明電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。トップエミッション型であるため、基板材料は特に限定されないが、放熱の観点から、金属、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましい。金属基板を用いる場合は、基板を対向電極と兼用しても良い。実施例１に記載の方法と同様の方法で電子輸送層、発光層、ホール輸送層を積層した。各層の材料としては公知のものを使用できるが、実施例１に示した材料が例示される。発光層は用途に応じて、赤、緑、青の発光体を単層または積層して用いてもよい。次に、実施例１に示す方法により、Ｈｆを５重量％含むＩＺＯ膜を成膜し、対向電極とした。ＩＺＯ膜は、電子温度の低いＸｅプラズマによりスパッタ成膜されるため、下層の有機層や成膜されたＩＺＯ膜にプラズマに起因するダメージは観測されず、低温で、高品質な成膜ができた。このようにして得られたトップエミッション型の有機ＥＬ素子を覆うように窒化ケイ素を、実施例１に示す方法で成膜し、放熱層を兼ねる絶縁性保護膜とした。該絶縁性保護膜の厚さは50ｎｍとした。窒化ケイ素は熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、マイクロ波励起プラズマにより、緻密な薄膜が形成できたため、熱抵抗を十分に低減することでき、素子の温度上昇を抑制することができるため、保護層でありながら放熱層として十分に機能する。基板として金属を用いて、絶縁性保護層として窒化ケイ素を用いれば十分な放熱が得られるが、さらに、効率的に放熱を行うために、別途放熱層を用いても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明な材料であれば特に限定されないがＩＺＯなどが例示される。このようにして完成した有機ＥＬ素子の輝度半減寿命を計測したところ、従来３０００時間であったものが９０００時間となり、保護層の効果が確認された。
本発明の実施例３における表示装置について、図９を用いて説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図と平面図であり、透明基板と、導電性透明ＩＺＯ電極と、導電性透明電極上に形成される有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に形成される対向電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなる。実施例１に示すボトムエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。保護膜としては、異なる対向電極同士の絶縁性の点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましく、本実施例では実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。実施例１に示す素子をマトリクス上に並べているため、簡便に表示装置を構成しながら、実施例１と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来２０００時間であった輝度半減寿命は６０００時間となった。
本発明の実施例４における表示装置について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と、導電性透明電極に対向する対向電極と、対向電極上に形成される有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に形成される導電性透明ＩＺＯ電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなり、実施例２に示すトップエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。基板上に配置された対向電極と導電性透明電極とで発光する素子を選択するため、基板は絶縁性であり、ガラスや石英基板、窒化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などが好ましく、放熱の観点から熱伝導率の高い窒化ケイ素基板や窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などがより好ましく、本実施例においては実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。
導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。実施例２と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来３０００時間であった輝度半減寿命は９０００時間となった。
本発明の実施例５における表示装置について、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明ＩＺＯ画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例５のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＩＺＯ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
図１２（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例６のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例５に記載の方法により、ゲート線、ＴＦＴ素子、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを形成し対向電極とした。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりヒロックのないＡｌを堆積して放熱層とした。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
本発明の実施例７における表示装置について、図１３を用いて説明する。図13（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された対向電極と、該対向電極上に形成された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該対向電極と対向する様に該有機膜上に形成された導電性透明ＩＺＯ電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例７のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｘｅプラズマを用いて、素子にダメージを与えることなく、ヒロックのないＡｌを成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＡｌ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、電子輸送層、発光層、ホール輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなく実施例１に記載の方法によって、Ｈｆを５重量％含むＩＺＯ膜を１５０ｎｍ成膜し、導電性透明電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明である材料であるＩＺＯを用いた。
このようにして得られたトップエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
図１４（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例８のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例７に記載の方法により、ゲート線、ＴＦＴ素子、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりヒロックのないＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｘｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを成膜しフォトリソグラフィ法でパターニングして対向電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、電子輸送層、発光層、ホール輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示す方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、放熱層を別途設けても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明である材料であれば特に限定されないがＩＺＯなどが例示される。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来３０００時間だった寿命が９０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
本発明の実施例９における表示装置について、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続されたＩＺＯの導電性透明画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例９のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波励起プラズマ成膜装置により、基板から１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、イオン照射を行いながら、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でポリシリコンを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングしてＴＦＴの素子領域を得た。次に、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。これに引き続き、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜した。形成した窒化ケイ素に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホールを形成し、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
図１６（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例１０のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例９に記載の方法により、ＴＦＴ素子、ゲート線、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを形成し対向電極とした。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを堆積して放熱層とした。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。
実施例９に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例７に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性ＩＺＯ透明電極、電子輸送層とホール輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
図１７（ａ）及び（ｂ）はこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例１０で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
実施例１０に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例８に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性透明ＩＺＯ電極、電子輸送層とホール輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
図１８（ａ）及び（ｂ）はこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例１１で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。さらに、有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
実施例１３におけるＴＦＴおよびそれを用いた表示素子の構造について図１９を用いて説明する。図１９（ａ）及び（ｂ）は、本実施例におけるボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置の断面図および平面図であり、基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明ＩＺＯ画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
本実施例のＴＦＴ素子および表示装置は次のように形成される。まず、洗浄した基板上に感光性透明樹脂を３５０ｎｍ塗布し、露光、現像することで、ゲート線およびゲート電極領域に開口を設ける。次に、該開口部にスクリーン印刷法や、インクジェット印刷法、めっき法などにより、金属膜を前記感光性透明樹脂と同等の厚さで形成し、ゲート配線およびゲート電極とする。金属膜の材料は、製法により適宜選ぶことができるが、抵抗率の低い、Ａｕ，Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどが好ましい。本実施例においてはＡｇを配線材料として選択した。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＺＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＩＺＯ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＺＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。さらにゲート電極が埋め込まれた構造となるため、ＴＦＴを構成する半導体層が平滑面上に形成でき、ＴＦＴの電流バラツキを抑えることができるため、表示品位が向上するばかりでなく、電流バラツキによる有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。
実施例９に示す方法により、アモルファスシリコン層の換わりにポリシリコン層を用いてもよく、この場合にはＴＦＴの電流駆動能力が向上するため、有機ＥＬ素子の発光の制御性が向上し、表示品位を向上することができる。
さらに、実施例７、実施例１１に示すように、対向電極と導電性透明電極、電子輸送層とホール輸送層をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型の構成としてもよく、この場合には、有機ＥＬ素子からの光の取り出し効率を向上することができる。
さらに、実施例６、実施例８、実施例１０、実施例１２に示すように、ＴＦＴ上に平坦化膜を構成してその上に有機ＥＬ素子を構成してもよく、この場合には有機ＥＬ層が平坦な上に形成されるため、成膜不良などが抑制されるため、素子寿命が向上し、さらに輝度のばらつきや寿命のバラツキを抑制することが可能になる。
実施例１４における表示素子について、図２０を用いて説明する。図２０は本実施例の放熱層の一例を示す断面図であり、実施例１における表示素子の放熱層の例を示している。本実施例の放熱層は、表面にくし型のパターンを配置してなり、これにより、外部の層、例えば空気層と接触する面積を向上し放熱効率の向上を図るものである。このようにくし型の電極としたことにより、放熱効率が向上し、素子の輝度半減寿命が２０％向上した。本実施例においてはくし型の構造としたが、外部の層との接触面積を増やせる構造であればよく、エンボス上の凹凸などでもよい。さらに、放熱層は、保護層と兼用しない場合、素子全面を覆う必要はなく、少なくとも発光領域を覆えばよい。隣り合う放熱層を接続して、ヒートシンクやペルチェ素子などの別の放熱手段を素子外部に設けても良い。
さらに、トップエミッション型の場合は、光の波長に比べ十分短い、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の凹凸を設けても、よく、また、ブラックマトリクスにの形状に合わせて数ミクロンの高さのマトリクス状の格子形状を設けてもよく、これにより放熱効果を数％程度、向上することができる。
本発明の実施例１５にかかる表示素子について、図２２a及び図２２ｂを用いて説明する。図２２ａ及び図２２ｂはボトムエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、透明基板と、透明基板上に形成された導電性透明ＩＺＯ電極と、該導電性透明電極上に積層された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に積層された対向電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。透明基板としては、発光層から放射された光を透過する材料であればよく、本実施例ではガラス基板を用いた。対向電極は、有機層に接する面の仕事関数を高め、素子へのホール注入効率を向上するために、高仕事関数材料であるPt膜を用いた。これにより、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層は不要となる。有機層は、電子輸送層、発光層、ホール輸送層からなり、特に限定はされず、公知の材料のいずれを使用しても、本発明の作用・効果が得られる。ホール輸送層は、発光層へのホールの移動を効率よく行うとともに、対向電極からの電子が発光層を超えて透明導電性電極側へ移動するのを抑制し、発光層における電子とホールとの再結合効率を高める役割を有するものである。ホール輸送層を構成する材料としては、特に限定されないが、たとえば１，１−ビス（４−ジ−ｐアミノフェニル）シクロヘキサン、ガルバゾールおよびその誘導体、トリフェニルアミンおよびその誘導体などを使用することができる。発光層は、特に限定されないが、ドーパントを含有したキノリノールアルミニウム錯体、ＤＰＶｉビフェニルなどを使用することができる。用途に応じて、赤、緑、青の発光体を積層して用いてもよく、また、表示装置などにおいては、赤、緑、青の発光体をマトリクス状に配置して用いても良い。電子輸送層としては、シロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体等を使用できる。対向電極を形成する材料は特に制限はないが、透明でありながら電子注入効率の高い低仕事関数材料が好ましく、４．５乃至５.２ｅVの仕事関数を有するＩＺＯを用いることができる。有機ＥＬ発光層への水分や、酸化性ガス等の浸入を防ぐ保護層としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Siからなる群から選ばれる元素の窒化物が好適である。熱抵抗を低減する点から薄いほうが好ましいが、水分や酸化性ガスなどの透過を抑えるために１０ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましく、３０ｎｍから５０ｎｍがより好ましい。保護層が上述の窒化物からなる場合、熱伝導率が高く、熱抵抗を低減できるため、保護層で放熱層を兼ねることもできるが、放熱をさらに効率よく行うために放熱層を設けてもよい。放熱層としては熱伝導率の高いアルミニウムや銅などが好ましい。
次に本実施例における表示素子の製造方法について説明する。洗浄されたガラス基板上にＩＺＯをスパッタリング法により成膜した。成膜はＩＺＯターゲット（好ましくは酸化インジウムと酸化亜鉛との焼結体）を用いたスパッタ法を用いた。スパッタに際してはプラズマ励起ガスとして、衝突断面積の大きいＸｅを用い、電子温度の十分低いプラズマを生成した。基板温度は１００℃とし、２００オングストロームの膜厚とした。Ｘｅプラズマを用いてスパッタを行ったため、電子温度が十分に低く、膜質向上のために、成膜中のＩＺＯ表面にＸｅイオン照射をしながら成膜しても、ＩＺＯ膜へのプラズマダメージは抑制されるため、１００℃以下の低温でも高品質の成膜が行えた。このようにして形成したＩＺＯ膜を所定の形状にパターニングした。パターニングはフォトリソグラフィ法により行った。フォトレジストとしてノボラック系のレジストを用い、マスクアライナにより露光、所定の現像液により現像を行った後、紫外光照射による表面有機物除去洗浄を１０分間行った。次に有機膜蒸着装置により、電子輸送層、発光層、ホール輸送層を連続的に成膜した。次に基板を大気に曝すことなく、有機膜蒸着装置に隣接したＰｔスパッタ装置によって、Ｐｔを堆積し対向電極とした。Ｐｔの代わりに、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕなどの仕事関数の高い材料を用いても良い。スパッタに際しては、Ｘｅプラズマを用いてスパッタを行い、有機層へのプラズマダメージ混入を抑止した。次に基板を大気に曝すことなく、絶縁性保護膜形成装置に搬送し、窒化ケイ素膜を体積し絶縁性保護膜とした。窒化ケイ素膜形成においては、マイクロ波励起プラズマを用いたプラズマCVD法を用い、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５の体積比のガスを用いた。プロセス圧力は０．１〜１Ｔｏｒｒが好ましく、本実施例においては０．５Ｔｏｒｒとした。基板裏面より１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、基板表面にバイアス電位として、−５Ｖ程度の電位を発生させ、プラズマ中のイオンを照射した。窒化ケイ素成膜時の基板温度は室温として、プラズマにより不可避的に加熱される以外に加熱手段による加熱は行わなかった。膜厚を５０ｎｍ成膜した。図２１は成膜に使用した2段シャワープレート式マイクロ波励起高密度プラズマ成膜装置である。マイクロ波励起プラズマを用いており、プロセス領域をプラズマ励起領域から離れた位置に配置できるため、プロセス領域の電子温度がＡｒを用いても1.0eV以下であり、プラズマ密度が1011/cm2以上である。２段シャワープレート構造であるため、シランなどの原料ガスをプラズマ励起領域から離れたプロセス領域に導入できるため、シランの過剰解離を抑制でき、室温であっても、発光素子や成膜された保護膜に欠陥を与えることなく、緻密な膜を形成できた。基板から高周波を印加することにより基板表面にバイアス電位を発生させ、マイクロ波励起プラズマからイオンを基板表面に照射することで、窒化膜を緻密に形成することができ、膜質をさらに改善することができた。なお、上記のようにプラズマにより基板は加熱されるが、それ以外の加熱は行わないことも大切である。プラズマによる加熱を押さえるため基板を冷却しながら気相成長を行ってもよい。
その後、さらにアルミニウムをアルミニウム蒸着装置により１ミクロンの厚さで成膜し、放熱層とした。
アルミニウム蒸着に換えてアルミニウムスパッタ成膜を行っても良い。その際には、電子温度の低いＸｅプラズマを用いたスパッタ成膜が有効である。
以上の工程により、本実施例１５の発光素子を得た。本実施例の発光素子の素子寿命を、計測した結果、従来2000時間だった輝度半減寿命が6000時間になり、保護層の効果かが確認された。
本発明の実施例１６にかかる表示素子について、図２３ａ及び図２３ｂを用いて説明する。図２３ａ及び図２３bはトップエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、基板と、基板上に形成され導電性透明ＩＺＯ電極に対向する対向電極と、対向電極上に積層された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に積層された導電性透明電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。トップエミッション型であるため、基板材料は特に限定されないが、放熱の観点から、金属、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましい。金属基板を用いる場合は、基板を対向電極と兼用しても良い。金属基板を兼ねる対向電極としてＰｔを用いた。実施例１に記載の方法と同様の方法でホール輸送層、発光層、電子輸送層を積層した。各層の材料としては公知のものを使用できるが、実施例１に示した材料が例示される。発光層は用途に応じて、赤、緑、青の発光体を単層または積層して用いてもよい。次に、実施例１に示す方法により、ＩＺＯ膜を成膜し、導電性透明電極とした。ＩＺＯ膜は、電子温度の低いＸｅプラズマによりスパッタ成膜されるため、下層の有機層や成膜されたＩＺＯ膜にプラズマに起因するダメージは観測されず、低温で、高品質な成膜ができた。このようにして得られたトップエミッション型の有機ＥＬ素子を覆うように窒化ケイ素を、実施例1に示す方法で成膜し、放熱層を兼ねる絶縁性保護膜とした。該絶縁性保護膜の厚さは50ｎｍとした。窒化ケイ素は熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、マイクロ波励起プラズマにより、緻密な薄膜が形成できたため、熱抵抗を十分に低減することでき、素子の温度上昇を抑制することができるため、保護層でありながら放熱層として十分に機能する。基板として金属を用いて、絶縁性保護層として窒化ケイ素を用いれば十分な放熱が得られるが、さらに、効率的に放熱を行うために、別途放熱層を用いても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明な材料であれば特に限定されないがＩＺＯやＩＴＯなどが例示される。このようにして完成した有機ＥＬ素子の輝度半減寿命を計測したところ、従来３０００時間であったものが９０００時間となり、保護層の効果が確認された。
本発明の実施例１７における表示装置について、図２４ａ及び図２４ｂを用いて説明する。図２４a及び図２４bはボトムエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図と平面図であり、透明基板と、導電性透明ＩＺＯ電極と、導電性透明ＩＺＯ電極上に形成される有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に形成される対向電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなる。実施例１に示すボトムエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。保護膜としては、異なる対向電極同士の絶縁性の点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましく、本実施例では実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。実施例１に示す素子をマトリクス上に並べているため、簡便に表示装置を構成しながら、実施例1と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来２０００時間であった輝度半減寿命は６０００時間となった。
本発明の実施例１８における表示装置について、図２５ａ及び図２５ｂを用いて説明する。図２５a及び図２５bはトップエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と、導電性透明ＩＺＯ電極に対向する対向電極と、対向電極上に形成される有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に形成される導電性透明電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなり、実施例１６に示すトップエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。基板上に配置された対向電極と導電性透明電極とで発光する素子を選択するため、基板は絶縁性であり、ガラスや石英基板、窒化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などが好ましく、放熱の観点から熱伝導率の高い窒化ケイ素基板や窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などがより好ましく、本実施例においては実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。
導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。実施例１６と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来３０００時間であった輝度半減寿命は９０００時間となった。
本発明の実施例１９における表示装置について、図２６ａ及び図２６ｂを用いて説明する。図２６a及び図２６bはボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明ＩＺＯ画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様により異なるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例１９のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法は、ＴＦＴマトリクス部分については図１１に示した実施例５を同様であり、有機ＥＬ素子部については図２２に示した実施例１５と同様とした。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔのもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
図２７a及び図２７bに示す本発明の実施例２０はＴＦＴ上に平坦化膜を形成した構成を備え、その後に有機ＥＬ素子が形成されている。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例２０のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、まず実施例６に記載の方法により、ＴＦＴマトリクスを形成し、次に、実施例１に示す方法により、有機ＥＬ素子及び保護層を形成した。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
本発明の実施例２１における表示装置について、図２８ａ及び図２８ｂを用いて説明する。図２８a及び図２８bは本実施例のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された対向電極と、該対向電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該対向電極と対向する様に該有機膜上に形成された導電性透明ＩＺＯ電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例２１のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法は実施例７および実施例１６と同様である。
このようにして得られたトップエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
図２９a及び図２９bに示された実施例２２は、ＴＦＴ上に平坦化膜を形成した構成を備え、その後に有機ＥＬ素子が形成されている。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例２２のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、実施例８に記載の方法および実施例１６の方法で製造できる。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来３０００時間だった寿命が９０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
本発明の実施例２３における表示装置について、図３０ａ及び図３０ｂを用いて説明する。図３０a及び図３０bは本実施例のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明ＩＺＯ画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層が形成される。
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
本実施例２３のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置は実施例９および実施例１５の製造方法で形成できる。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔのもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
図３１a及び図３１bに示された実施例２４はＴＦＴ上に平坦化膜を形成した構成を備え、その後に有機ＥＬ素子が形成されている。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例２４のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、実施例９および実施例１５に記載の方法により形成できる。
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。
実施例２５に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例２３に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性透明ＩＺＯ電極、ホール輸送層と電子輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
図３２a及び図３２bはこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子の断面図及び平面図であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例２４で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
実施例２６に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例２２に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性透明ＩＺＯ電極、ホール輸送層と電子輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
図３３a及び図３３bはこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子の断面図及び平面図であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例１１で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。さらに、有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
実施例２７におけるＴＦＴおよびそれを用いた表示素子の構造について図３４を用いて説明する。図３４a及び図３４bは、本実施例におけるボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置の断面図および平面図であり、基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明ＩＺＯ画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層が形成される。
本実施例のＴＦＴ素子および表示装置は実施例１３および実施例１５に記載の方法により形成される。
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｐｔ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。さらにゲート電極が埋め込まれた構造となるため、ＴＦＴを構成する半導体層が平滑面上に形成でき、ＴＦＴの電流バラツキを抑えることができるため、表示品位が向上するばかりでなく、電流バラツキによる有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。アモルファスシリコン層の代わりにポリシリコン層を用いてもよく、この場合にはＴＦＴの電流駆動能力が向上するため、有機ＥＬ素子の発光の制御性が向上し、表示品位を向上することができる。
さらに、対向電極と導電性透明電極、ホール輸送層と電子輸送層をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型の構成としてもよく、この場合には、有機ＥＬ素子からの光の取り出し効率を向上することができる。さらに、ＴＦＴ上に平坦化膜を構成してその上に有機ＥＬ素子を構成してもよく、この場合には有機ＥＬ層が平坦な上に形成されるため、成膜不良などが抑制されるため、素子寿命が向上し、さらに輝度のばらつきや寿命のバラツキを抑制することが可能になる。
実施例２８における表示素子について、図３５を用いて説明する。図３５は本実施例の放熱層の一例を示す断面図であり、実施例１５における表示素子の放熱層の例を示している。本実施例の放熱層は、表面にくし型のパターンを配置してなり、これにより、外部の層、例えば空気層と接触する面積を向上し放熱効率の向上を図るものである。このようにくし型の電極としたことにより、放熱効率が向上し、素子の輝度半減寿命が２０％向上した。本実施例においてはくし型の構造としたが、外部の層との接触面積を増やせる構造であればよく、エンボス上の凹凸などでもよい。さらに、放熱層は、保護層と兼用しない場合、素子全面を覆う必要はなく、少なくとも発光領域を覆えばよい。隣り合う放熱層を接続して、ヒートシンクやペルチェ素子などの別の放熱手段を素子外部に設けても良い。
さらに、トップエミッション型の場合は、光の波長に比べ十分短い、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の凹凸を設けても、よく、また、ブラックマトリクスの形状に合わせて数ミクロンの高さのマトリクス状の格子形状を設けてもよく、これにより放熱効果を数％程度、向上することができる。
なお、上記の実施例では対向電極としてＰｔを用いたが、これに限らずＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕなどの高仕事関数材料をもちいればよく、これらの少なくとも一つを単体または合金で使用することができる。
１０ ガラス基板
１１ 透明導電膜
１１０ ＩＺＯ膜の母材層
１１１ ＩＺＯ膜の表面層
１２ バッファ層
１３ ホール注入層
１４ ホール輸送層
１５ 発光層
１６ 電子輸送層
１７ 金属層
１８ パッシベーション層
１９ キャップ
１１ 透明導電膜
１１０ ＩＺＯ膜の母材層
１１１ ＩＺＯ膜の表面層
１２ バッファ層
１３ ホール注入層
１４ ホール輸送層
１５ 発光層
１６ 電子輸送層
１７ 金属層
１８ パッシベーション層
１９ キャップ
Claims (73)
- 透明導電性電極と当該透明導電性電極と対向する対向電極とを有する表示素子において、前記透明導電性電極は少なくとも表面層にＨｆ、Ｚｒ、及びＶの少なくとも１つを含む酸化亜鉛スズ（ＩＺＯ）膜を含んでいることを特徴とする表示素子。
- 請求項１において、前記表面層は前記対向電極側に位置付けられ、これによって、前記透明導電性電極の仕事関数は前記対向電極の方向に高くなることを特徴とする表示素子。
- 請求項２において、前記透明導電性電極の仕事関数は、前記ＩＺＯ膜内で連続的又は不連続的に前記対向電極方向に高くなることを特徴とする表示素子。
- 透明導電性電極、当該透明導電性電極と対向する対向電極、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機化合物からなる発光層とを有し、前記透明導電性電極は表面層としてＨｆ、Ｚｒ、及びＶの少なくとも１つを含むＩＺＯ膜を含んでいることを特徴とする有機表示素子。
- 請求項４において、前記表面層は前記対向電極側に位置付けられ、これによって、前記透明導電性電極の表面層の仕事関数は前記対向電極方向に高くなることを特徴とする有機表示素子。
- 請求項５において、前記透明導電性電極の表面層の仕事関数は、４.５ｅＶから５.８ｅＶまで変化することを特徴とする有機表示素子。
- 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記表面層は１０〜２００オングストロームの厚さを有していることを特徴とする有機表示素子。
- 請求項７において、前記表面層は５０〜１５０オングストロームの厚さであることを特徴とする有機表示素子。
- 請求項７〜８のいずれかにおいて、前記ＩＺＯ膜によって構成される表面層はＨｆをＳｎとの合量で、重量で２０％以下含んでいることを特徴とする有機表示素子。
- 請求項５〜９のいずれかにおいて、前記透明導電性電極と前記発光層との間には、バッファ層及びホール注入層の少なくとも一方が介在していないことを特徴とする有機表示素子。
- 請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記透明導電性電極はＨｆ、Ｚｒ、およびＶの少なくとも一つを含む酸化亜鉛スズ（ＩＺＯ）膜を表面層として備え、１０Ｖ以下の駆動電圧で５０００ｃｄ／ｍ２以上の輝度を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
- ＩＺＯドープ材を含むターゲット材を用意し、該ターゲット材をスパッタリングすることによって、ドープ材を含むＩＺＯ膜を形成することを特徴とする表示素子の製造方法。
- 請求項１３又は１４において、前記ドープ材としてＨｆ、Ｚｒ、及び、Ｖの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする表示素子の製造方法。
- 透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた絶縁保護層と、該絶縁保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ発光素子において、
前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有することを特徴とする有機ＥＬ発光素子。 - 請求項１４記載の有機ＥＬ発光素子において、前記絶縁保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１５記載の有機ＥＬ発光素子において、前記窒化膜は窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１５記載の有機ＥＬ発光素子において、前記窒化膜は３０ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さを有することを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１４または１５記載の有機ＥＬ発光素子において、前記絶縁保護層は前記対向電極を介して前記有機ＥＬ発光層を覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を直接または間接に覆うように設けられた絶縁保護層と、該絶縁保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ発光素子において、
前記絶縁保護層はマイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長により形成された窒化膜を含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。 - 請求項１５に記載の発光素子において、前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１９または２０記載の発光素子において、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にHf、Zr、およびVの少なくとも１つを含む酸化亜鉛スズ（ＩＺＯ）膜を有することを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１４から２１のいずれかに記載の発光素子において、前記絶縁保護層はAr, Kr, Xeからなる群から選ばれる元素を少なくとも含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆う保護層と、該保護層に接する放熱層とを有する表示素子において、前記透明導電性電極は少なくとも表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有し、かつ前記保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴とする表示素子。
- 請求項２３記載の表示素子において、前記保護層と前記放熱層は同一材料からなる共通層であることを特徴とする表示素子。
- 請求項２３に記載の表示素子において、前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素の化合物を含むことを特徴とする表示素子。
- 請求項２３において、前記表面部分は前記対向電極側に位置づけられ、これによって、前記透明導電性電極の仕事関数は前記対向電極方向に高くなることを特徴とする表示素子。
- 請求項２３から２６のいずれかに記載の表示素子において、前記発光層は有機化合物からなる発光層であることを特徴とする表示素子。
- 請求項２３から２７のいずれかに記載の表示素子において、前記保護層はAr, Kr, Xeからなる群から選ばれる元素を少なくとも含むことを特徴とする表示素子。
- ＩＺＯを含む透明導電性電極と、当該透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆うように設けられた保護層とを有する発光素子の製造方法において、該保護層をAr、Kr、Xeからなる群から選ばれるガスを主成分とするプラズマを用いて成膜することを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項２９に記載の発光素子の製造方法において、該プラズマは高周波励起プラズマであることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項３０に記載の発光素子の製造方法において、該高周波はマイクロ波であることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項２９〜３１のいずれかに記載の発光素子の製造方法において、該成膜は低温気相成長によって行われることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項３２に記載の発光素子の製造方法において、該低温気相成長は１００℃以下で行われることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項３３に記載の発光素子の製造方法において、該低温気相成長は室温で行われることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項１９、２０、または２１に記載の有機ＥＬ発光素子おいて、該低温気相成長は１００℃以下で行われることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１４、1９、２０、または２１おいて、前記導電性透明膜は、Ｋｒ、Ｘｅを膜中に含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項３２に記載の発光素子の製造方法において、該低温気相成長はプラズマによる加熱を除き加熱せずに行われることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項１９、２０、または２１に記載の有機ＥＬ発光素子おいて、該低温気相成長はプラズマによる加熱を除き加熱せずに行われることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に該ＴＦＴを覆う絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続された画素電極と、を有し、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 基板上にマトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に接続された画素電極と、を有し、前記ゲート線および前記ゲート電極は、前記基板または前記基板に接する様に形成された絶縁膜に埋め込まれていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項４０記載の有機ＥＬ表示装置において、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＺＯ膜を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項３９、４０、または４１に記載の有機ＥＬ表示装置において、前記保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴する有機ＥＬ表示装置。
- 請求項４２に記載の表示装置において、前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項４２記載の有機ＥＬ表示装置において、前記窒化膜は窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- Ｋｒ、Ｘｅを主成分とするプラズマでスパッタ成膜することを特徴とする導電性透明膜の製造方法。
- 酸化インジウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットを高周波励起プラズマによりスパッタしてＩＺＯ膜を形成する工程を含む導電性透明膜の製造方法であって、前記スパッタはＫｒおよびＸｅの少なくとも一つを主成分とするプラズマで行うことを特徴とする導電性透明膜の製造方法。
- ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、前記有機ＥＬ発光層に接するようにその両面に設けられた電子輸送層とホール輸送層とを有する有機ＥＬ発光素子において、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記有機ＥＬ発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極上に設けられた電子輸送層と、該電子輸送層上に設けられた有機ＥＬ発光層と、該有機ＥＬ発光層上に設けられたホール輸送層と、該ホール輸送層上に設けられ仕事関数が４ｅＶ乃至６ｅＶの導電材料から成る対向電極とを含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項４７または４８に記載の有機ＥＬ発光素子において、前記透明導電性電極はＩＺＯを含み、前記対向電極の導電材料はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕのうちの少なくとも一つを単体または合金として含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項４７乃至４９のいずれか一つに記載の有機ＥＬ発光素子において、前記透明導電性電極は透明基板上に設けられ、前記有機ＥＬ発光層からの発光は前記透明基板を経由して取り出されることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項４７乃至４９のいずれか一つに記載の有機ＥＬ発光素子において、前記対向電極が基板上に設けられ、前記有機ＥＬ発光層からの発光は前記透明導電性電極を経由して取り出されることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項４７乃至５１のいずれか一つに記載の有機ＥＬ発光素子において、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように絶縁保護層が設けられ、さらに該絶縁保護層に接するように放熱層が設けられたことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項５２に記載の有機ＥＬ発光素子において、前記絶縁保護層はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、AlおよびSiの少なくとも一つの元素と窒素との化合物のうちの少なくとも一つからなり厚さが１００ｎｍ以下の窒化物膜を含むことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項５２または５３のいずれか一つに記載の有機ＥＬ発光素子において、前記絶縁保護層は前記透明導電性電極と前記有機ＥＬ発光層と前記対向電極とを覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなることを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
- 請求項１２、１４〜２２、４７〜５４のいずれか一つに記載の有機ＥＬ発光素子を表示素子に用いたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、前記発光層に接するように設けられた電子輸送層とホール輸送層と、少なくとも前記発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する発光素子において、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする発光素子。
- 請求項５６記載の発光素子において、前記保護層と前記放熱層は同一材料からなる共通層であることを特徴とする発光素子。
- 請求項５６または５７に記載の発光素子において、前記発光層は有機化合物からなる発光層であることを特徴とする発光素子。
- 透明基板上にＩＺＯを含む透明導電性電極を形成し、該透明導電性電極上に電子輸送層を設け、前記電子輸送層上に発光層を形成し、前記発光層上にホール輸送層を設け、前記ホール輸送層上に対向電極を設けることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 基板上に対向電極を形成し、該対向電極上にホール輸送層を設け、前記ホール輸送層上に発光層を形成し、前記発光層上に電子輸送層を設け、前記電子輸送層上にＩＺＯを含む透明導電性電極を設けることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項５９または６０に記載の発光素子の製造方法において、前記透明導電性電極はＩＺＯを含み、前記対向電極はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕのうちの少なくとも一つを単体または合金として含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項５９乃至６１のいずれか一つに記載の発光素子の製造方法において、少なくとも前記発光層を覆うようにAr、Kr、Xeからなる群から選ばれるガスを主成分とするプラズマを用いて保護層を成膜することを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項６２に記載の発光素子の製造方法において、該プラズマはマイクロ波励起プラズマであることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項６２または６３に記載の発光素子の製造方法において、該成膜は低温気相成長によって行われることを特徴とする発光素子の製造方法。
- 請求項２９〜３４及び請求項５９〜６４のいずれか一つに記載の製造方法により形成された発光素子を表示素子として用いたことを特徴とする表示装置。
- マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に該ＴＦＴを覆う絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続された画素電極と、を有し、前記有機ＥＬ発光層の両面に電子輸送層とホール輸送層とを有し、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記有機ＥＬ発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 基板上にマトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、ＩＺＯを含む透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有し、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に接続された画素電極とをさらに有し、前記ゲート線および前記ゲート電極は、前記基板または前記基板に接する様に形成された絶縁膜に埋め込まれている有機ＥＬ表示装置において、前記有機ＥＬ発光層の両面に電子輸送層とホール輸送層とを有し、前記透明導電性電極と前記電子輸送層と前記有機ＥＬ発光層と前記ホール輸送層と前記対向電極とは、この順に積層されてなることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項６６または６７に記載の有機ＥＬ表示装置において、前記保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴する有機ＥＬ表示装置。
- 請求項６８に記載の有機ＥＬ表示装置において、前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項６６又は６７に記載の有機ＥＬ表示装置において、前記導電材料は仕事関数が４．８ｅＶから６ｅＶの金属または合金であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項６６または６７に記載の有機ＥＬ表示装置において、前記対向電極はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕの少なくとも一つを単体または合金として含むことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
- 請求項７１に記載の発光素子において、前記対向電極はＣｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕの少なくとも一つを含むことを特徴とする発光素子。
- 請求項５９または６０に記載の発光素子の製造方法において、前記対向電極は仕事関数が４．８ｅＶから６．０ｅＶの導電材料からなることを特徴とする発光素子の製造方法。
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