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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00Properties of the organic materials covered by group H10K85/00

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に有機化合物を含む膜(以下、「有機化合物層」と記す)を設けた素子に電界を加えることで、蛍光又は燐光が得られる発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源を指す。また、発光素子にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
本発明でいう発光素子とは、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中で再結合して、励起状態の分子(以下、「分子励起子」と記す)を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。
【0003】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であると考えられるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
【0004】
このような発光素子において、通常、有機化合物層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、発光素子は、有機化合物層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【0005】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【0006】
さらに、発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造(二層構造)を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された(文献1:C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987))。
【0007】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【0008】
また、このような発光素子をマトリクス状に配置して形成された発光装置には、パッシブマトリクス駆動(単純マトリクス型)とアクティブマトリクス駆動(アクティブマトリクス型)といった駆動方法を用いることが可能である。しかし、画素密度が増えた場合には、画素(又は1ドット)毎にスイッチが設けられているアクティブマトリクス型の方が低電圧駆動できるので有利であると考えられている。
【0009】
ところで、このような発光素子において、陰極としては、電子注入性を容易にするために低仕事関数の金属材料が使用される。これまでに実用特性を満たす材料としてMg:Agなどのマグネシウム合金やAl:Liなどのアルミニウム合金が検討されてきた。いずれの材料系も大気中の水分により容易に酸化され、素子の発光欠陥であるダークスポットの発生や電圧上昇を引き起こす。従って、最終的な素子の形態としては何らかの保護膜及び封止構造が必要とされている。
【0010】
上記の合金電極を背景として、より安定な陰極の開発が望まれていたが、最近になって極薄膜の絶縁層(0.5nm)としてフッ化リチウム(LiF)等の陰極バッファー層を介在させることにより、アルミニウム陰極でもMg:Ag等の合金を用いて形成された陰極と同等以上の発光特性が得られることが報告された(文献2:L.S.Hung,C.W.Tang and M.G.Mason:Appl.Phys.Lett.,70(2),13January(1997).)。
【0011】
この陰極バッファー層を設けることによる特性向上の機構は、陰極バッファー層を形成するLiFが有機化合物層の電子輸送層を形成するAlq3と接して形成されたときにAlq3のエネルギーバンドを曲げ、電子注入障壁が低下するためであると考えられている。
【0012】
以上のようにして、陽極、陰極及び有機化合物層からなる発光素子において、発光素子の素子特性の向上に起因する電極からのキャリアの注入性を向上させるための工夫がなされている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、仕事関数の小さい材料として特に元素周期律の1族又は、2族に属する元素の単体もしくはこれを含む化合物を用いて、陰極と有機化合物層との界面に陰極バッファー層が形成されていた。
【0014】
しかし、陰極バッファー層として元素周期律の1族又は、2族に属するアルカリ金属、アルカリ土類金属を単体で用いた場合には拡散して発光素子と接続されるTFTの特性に悪影響を与えるという問題が生じる。
【0015】
一方、陰極バッファー層として元素周期律の1族又は、2族に属する元素を含む化合物を用いる場合には、一般に仕事関数をより小さくさせるために電気陰性度の大きい元素周期律第16族、または17族に属する酸素やフッ素などとの化合物が用いられている。しかし、これらの化合物は絶縁性であるために電子の注入性を向上させる一方、素子特性が低下しないようにするために陰極バッファー層の膜厚は1nm以下と非常に薄く形成する必要があることから、画素ごとに膜厚にバラツキが生じやすく、膜厚制御の面において困難を生じていた。
【0016】
そこで、本発明では発光素子の作製において、これまでのように陰極バッファー層を形成した場合に生じる問題を解決すべく、その代わりとなる新たな層を形成し、陰極からの電子の注入性を向上させると共に作製上の問題を解決するための手段を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明では、陰極と有機化合物層との界面にこれまでの陰極バッファー層の代わりに金属元素と非金属元素との組み合わせからなり、かつ導電性を有する無機化合物を用いて無機導電層を形成し、さらに前記無機化合物は、陰極材料よりも仕事関数が小さいことを特徴としている。
【0018】
なお、本発明において形成される無機導電層は、陰極材料よりも仕事関数が小さい元素周期律の2族に属する元素を含む導電性の無機化合物を用いて形成される。これにより陰極と有機化合物層との界面におけるエネルギー障壁を緩和することができるので、陰極からの電子の注入性を向上させることができる。
【0019】
また、導電性を有する無機化合物からなる無機導電層を形成することにより、元素周期律の1族又は、2族に属する元素単体からなる陰極バッファー層を形成する場合に比べて主に共有結合からなる安定な化合物を用いるため、元素単体を用いた際に生じる拡散の問題を防ぐことができる。さらに絶縁性の無機化合物からなる陰極バッファー層を形成する場合に比べて、その膜厚を厚くしても発光素子からの発光を充分に得ることができるので、膜厚制御が容易になり、製造コストの低減および歩留まりの向上を実現することができる。
【0020】
本発明において開示する発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0021】
なお、通常陰極と有機化合物層との界面に形成される陰極バッファー層として用いられる無機化合物は、その導電率が低いためにその膜厚を1nm以下で形成しなければ発光素子からの発光を充分に得ることができないが、本発明では、導電膜として1×10-10S/m以上の導電率を有する無機化合物を用いることにより、膜厚の制御が可能な膜厚で形成することができ、これにより形成される発光素子からは、充分な発光を得ることができる。
【0022】
また、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0023】
なお、有機化合物層を形成する有機化合物は、金属などに比べて電子親和力が小さいために電子注入性を向上させるための電極材料としては、仕事関数の小さな電極が必要となる。たとえば、これまでに実用特性を満たす陰極材料として検討されてきたMg:Ag合金は、その仕事関数が3.7eVである(文献3:M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E. Burrows, M. E. Thompson, S .R. Forrest;Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence;, Applied Physics Letters, vol. 75, No.1, 4-6 (1999))。
【0024】
なお、本発明において、陰極と有機化合物層との間にその仕事関数が3.5eV以下である無機導電膜を形成することにより、陰極自体の仕事関数がさほど小さくない場合にも陰極と有機化合物層の間におけるエネルギー障壁を緩和することができるので陰極からの電子の注入性を高めることができる。
【0025】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極、及び導電膜は、いずれも20nm以下の膜厚を有し、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0026】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極及び導電膜は透過率が、70%以上であり、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料を用いて1〜20nmの膜厚で形成されることを特徴とする発光装置である。なお、透過率とは、可視光の透過率が70〜100%であるもののことをいう。
【0027】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極、及び導電膜は、いずれも20nm以下の膜厚を有し、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料で形成されることを特徴とする発光装置である。
【0028】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極及び導電膜は透過率が、70%以上であり、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料を用いて1〜20nmの膜厚で形成されることを特徴とする発光装置である。
【0029】
なお、上記構成において、導電膜は元素周期律の第2族に属する元素から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0030】
また、上記構成において、導電膜は、元素周期律の第2族に属する元素を含む窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0031】
さらに、上記構成において、導電膜は、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化マグネシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、ホウ化マグネシウム、珪化マグネシウム、珪化カルシウム、珪化ストロンチウム、珪化バリウムから選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0032】
また、上記構成において、導電膜は希土類元素を含むホウ化物から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0033】
さらに、上記構成において、ホウ化イットリウム、ホウ化ランタン、ホウ化セリウムから選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0034】
さらに、上記構成において、無機導電層は、主に蒸着法を用いて形成されるが、希土類ホウ化物のように融点の高い物質の場合は、スパッタリング法を用いても良い。スパッタリング法を用いて有機化合物層を形成した後で無機導電層を形成する場合には、スパッタリング時に有機化合物層に与えるダメージを防ぐためのバリア層を設けることが望ましい。なお、バリア層を形成する材料としては、具体的には銅フタロシアニン(以下、Cu−Pcと示す)などを用いることができる。
【0035】
従来、絶縁性の材料からなる陰極バッファー層を形成した場合には、その膜厚を厚くすることができなかったが、上記本発明の構成とすることによって、無機導電層の膜厚を陰極バッファー層に比べて厚く形成することができるので、画素間における膜厚制御を容易にすることができるため、製造プロセス上の問題を改善することができる。
【0036】
なお、本発明の発光装置は、TFTと電気的に接続された発光素子とを有するアクティブマトリクス型の発光装置及びパッシブマトリクス型の発光装置のいずれも含むものとする。
【0037】
尚、本発明の発光装置から得られる発光は、一重項励起状態又は三重項励起状態のいずれか一方、またはその両者による発光を含むものとする。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1、図2を用いて説明する。本発明の発光装置は、図1(A)に示す素子構造の発光素子を有する。
【0039】
図1(A)に示すように基板101上に陰極102が形成されており、陰極102と接して無機導電層103が形成されている。
【0040】
なお、無機導電層103は、陰極材料よりも仕事関数が小さい材料であり、好ましくは、仕事関数が3.5eV以下の材料により形成される。また、無機導電層103は、その導電率が1×10-10S/m以上の材料により形成される。なお、本発明における無機導電層103は、導電性を有することから膜厚を厚くすることができるが、光の取り出し効率の向上を考慮すると、その膜厚を1〜30nm程度とすることが望ましい。
【0041】
さらに、無機導電層103と接して有機化合物層104が形成される。なお、有機化合物層104は、発光層のみの単層構造で形成されていても良いが、発光層以外の正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層及び電子注入層といったキャリアに対する機能の異なる層を複数組み合わせて形成することができる。
【0042】
次に、有機化合物層104と接して陽極105が形成される。
【0043】
また、図1(B)に図1(A)で示した素子構造を有する発光素子におけるエネルギーバンド図を示す。ここでは、陰極102と陽極105との間に形成される有機化合物層104は、電子輸送層106、発光層107、正孔輸送層108、正孔注入層109を有しており、図1(B)に示すような仕事関数の大小関係を有している。
【0044】
なお、本発明の無機導電層103は、有機化合物層104の一部を形成する電子輸送層106と陰極102の間のエネルギー準位を有する材料を用いて形成することにより、陰極102から電子が注入される際のエネルギー障壁110を緩和することができる。これにより、発光素子における電子の注入性を向上させることができる。
【0045】
なお、図1(A)においては、基板101と接して陰極102が形成される場合の素子構造について示したが、本発明はこれに限られることはなく、基板101と接して陽極が形成される構成も可能である。この場合には、基板101と接して陽極が形成され、陽極と接して有機化合物層が形成され、有機化合物層と陰極との間に無機導電層が形成される素子構造となる。
【0046】
次に上記素子構造を有するアクティブマトリクス型の発光装置における実施形態1〜3について、図2を用いて以下に説明する。
【0047】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として、発光装置の画素部の断面構造について図2(A)を用いて説明する。
【0048】
図2(A)において、基板201上に半導体素子を形成する。なお、基板201としては、透光性を有する基板としてガラス基板を用いるが、石英基板を用いても良い。また、半導体素子としてはTFTを用い、各TFTの活性層は、少なくともチャネル形成領域202、ソース領域203、ドレイン領域204を備えている。
【0049】
また、各TFTの活性層は、ゲート絶縁膜205で覆われ、ゲート絶縁膜205を介してチャネル形成領域202と重なるゲート電極206が形成されている。また、ゲート電極206を覆う層間絶縁膜207が設けられ、その層間絶縁膜207上に各TFTのソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する電極が設けられている。また、nチャネル型TFTである電流制御用TFT222のドレイン領域204に達する電極は、発光素子の陰極208となる。また、陰極208の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層209が設けられている。また、陰極208上に無機導電層210が形成され、その上に有機化合物層211が設けられ、有機化合物層211上に陽極212が設けられて発光素子を形成している。なお、空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0050】
本実施の形態において、TFTと電気的に接続された陰極208と接して無機導電層210が形成され、これと接して有機化合物層211が形成される構成となっている。
【0051】
さらに、無機導電層210は導電性を有することから、1〜30nmの膜厚で形成することができ、膜厚制御が容易になる。
【0052】
本実施の形態1においては、陽極212に透明導電膜を用いることにより有機化合物層211におけるキャリアの再結合により生じた光を陽極212側から出射させることができる。
【0053】
本実施の形態1において、無機導電層210は、元素周期律の第2族に属する元素を含み、または、これらの窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物を含むものである。あるいは、希土類元素のホウ化物を含むものでもよい。
【0054】
さらに、具体的には、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化マグネシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、ホウ化マグネシウム、珪化マグネシウム、珪化カルシウム、珪化ストロンチウム、珪化バリウムといった材料を用いて形成することができる。その他にも希土類元素(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)を含むホウ化物、特に好ましくはホウ化ランタン、ホウ化イットリウム、ホウ化セリウムといった材料を用いて形成することができる。なお、このように主に共有結合からなる安定な化合物を用いることにより、アルカリ金属やアルカリ土類金属といった元素単体を用いた場合に問題となる不純物イオン(代表的にはアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン)の拡散を防ぎ、陰極208からの電子の注入性を向上させることができる。
【0055】
また、有機化合物層211を形成する材料としては、高分子系の公知の有機化合物を用いることもできるし、低分子系の公知の有機化合物を用いることもできる。
【0056】
また、本実施の形態1においては、有機化合物層211を形成した後で透明導電膜からなる陽極212をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層211へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けるのが好ましい。なお、有機化合物層211を構成する正孔注入層を設けることによりバリア層の機能を持たせることができるので、正孔注入層を設けても良い。正孔注入層としては、Cu−Pcを用いることができる。
【0057】
なお、ここではトップゲート型のTFTを例として説明したが、特に限定されず、トップゲート型のTFTに代えて、ボトムゲート型TFTや順スタガ型TFTやその他のTFT構造に適用することも可能である。
【0058】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、発光装置の画素部の断面構造について図2(B)を用いて説明する。なお、層間絶縁膜207が形成されるまでの構成は、電流制御用TFTがpチャネル型で形成される以外は、実施の形態1と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【0059】
層間絶縁膜207上に各TFTのソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する電極が設けられている。また、pチャネル型TFTである電流制御用TFT222のドレイン領域204に達する電極は、発光素子の陽極231と電気的に接続されている。また、陽極231の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層232が設けられている。
【0060】
また、陽極231上に有機化合物層233が形成され、その上に無機導電層234が設けられ、無機導電層234上に陰極235が設けられて発光素子を形成している。なお、実施の形態1で示したのと同様に空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0061】
本実施の形態において、TFTと電気的に接続された陽極231と接して有機化合物層233が形成され、有機化合物層233と陰極235との間にそれぞれと接して無機導電層234が形成される構成となっている。
【0062】
本実施の形態2においては、陽極231に透明導電膜を用いることにより有機化合物層233におけるキャリアの再結合により生じた光を陽極231側から出射させることができる。なお、本実施の形態2においては、陽極231側から透過した光は基板201をも透過して外部に出射される。そのため、基板201に用いる材料としては、透光性の材料を用いる必要があり、具体的には、ガラス、石英、プラスチックといった材料を用いる。
【0063】
また、本実施の形態2においては、有機化合物層233を形成した後で無機導電層234をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層233へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けてもよい。なお、バリア層としては、Cu−Pc等を用いることができる。
【0064】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3として、発光装置の画素部の断面構造について図2(C)を用いて説明する。なお、層間絶縁膜207が形成されるまでの構成は、電流制御用TFTがpチャネル型で形成される以外は、実施の形態1と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【0065】
本実施の形態3において、実施の形態1で示したようにTFTと電気的に接続された第1の電極241を形成する。なお、第1の電極241を形成する材料としては、遮光性を有し、かつ反射率の高い導電性材料、例えば、アルミニウム、チタン、タングステンなどを一種若しくは複数種積層させたものを用いるのが好ましい。
【0066】
さらに、第1の電極241上に仕事関数の大きい材料からなる第2の電極242を形成する。なお、第2の電極242を形成する材料としては、ITOなどの仕事関数の小さい材料を用いることが望ましい。また、第2の電極242の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層243が設けられている。なお、本実施の形態3においては、遮光性または反射性を有する第1の電極と仕事関数の小さい第2の電極とを積層させて一つの発光素子の陽極244として機能する。
【0067】
また、陽極244上に有機化合物層245が形成され、その上に無機導電層246が設けられ、無機導電層246上に陰極247が設けられて発光素子を形成している。なお、実施の形態1及び実施の形態2で示したのと同様に空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0068】
本実施の形態3において、TFTと電気的に接続された第1の電極241と第2の電極242を積層することにより陽極244が形成され、陽極244と接して有機化合物層245が形成され、有機化合物層245と陰極247との間にそれぞれと接して無機導電層246が形成される構造となっている。
【0069】
このような構造とすることによって、有機化合物層245において、キャリアの再結合により生じた発光を陽極242側から出射させることなく陰極247側から効率良く出射させることができる。
【0070】
また、本実施の形態3においては、有機化合物層245を形成した後で無機導電層246をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層245へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けてもよい。なお、バリア層としては、Cu−Pc等の材料を用いることができる。
【0071】
さらに、本実施の形態3においては、陰極247側から有機化合物層245で生じた発光を出射させるため、無機導電層246の膜厚は、1〜20nmとするのが好ましい。また、陰極247もまた、光を透過させるため1〜20nmの膜厚で形成するのが好ましい。
【0072】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0073】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【0074】
(実施例1)
本実施例では、実施の形態1、実施の形態2、及び実施の形態3で説明した素子構造を有する発光装置について詳細に説明する。
【0075】
図3(A)は、実施の形態1に示す発光素子の構造を示すものである。すなわち、陰極301上に無機導電層302が形成され、無機導電層302上に有機化合物層303が形成され、有機化合物層303上に陽極307が形成される構造であり、有機化合物層303において生じた光は、陽極307を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。また、この素子構造の場合には、有機化合物層303上に透明導電膜であるITOがスパッタリング法により形成されるため、スパッタリング時における有機化合物層303へのダメージを防止するために蒸着法により形成されるバリア層306を設けるのが望ましい。
【0076】
陰極301は、図2(A)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された電極であり、本実施例においては、Alにより120nmの膜厚で形成される。
【0077】
陰極301上に形成される無機導電層302は、CaNを用いて蒸着法により30nmの膜厚で形成される。
【0078】
また、本実施例において無機導電層302上に形成される有機化合物層303は、発光層304と正孔輸送層305との積層構造からなる。なお、本実施例における有機化合物層303には、高分子系の有機化合物を用いて形成する場合について説明するが、低分子系の有機化合物を単層もしくは積層させて形成することも可能である。
【0079】
発光層304には、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、もしくはポリフルオレン系の材料を用いることができる。
【0080】
ポリパラフェニレンビニレン系の材料としては、オレンジ色の発光が得られるポリパラフェニレンビニレン(poly(p-phenylene vinylene))(以下、PPVと示す)、ポリ(2−(2'−エチル−ヘキソキシ)−5−メトキシ−1,4−フェニレンビニレン)(poly[2-(2'-ethylhexoxy)-5-methoxy-1,4-phenylene vinylene])(以下、MEH−PPVと示す)、緑色の発光が得られるポリ(2−(ジアルコキシフェニル)−1,4−フェニレンビニレン)(poly[2-(dialkoxyphenyl)-1,4-phenylene vinylene])(以下、ROPh−PPVと示す)等を用いることができる。
【0081】
ポリパラフェニレン系の材料としては、青色発光が得られるポリ(2,5−ジアルコキシ−1,4−フェニレン)(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene))(以下、RO−PPPと示す)、ポリ(2,5−ジヘキソキシ−1,4−フェニレン)(poly(2,5-dihexoxy-1,4-phenylene))等を用いることができる。
【0082】
また、ポリチオフェン系の材料としては、赤色発光が得られるポリ(3−アルキルチオフェン)(poly(3-alkylthiophene))(以下、PATと示す)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(poly(3-hexylthiophene))(以下、PHTと示す)、ポリ(3−シクロヘキシルチオフェン)(poly(3-cyclohexylthiophene))(以下、PCHTと示す)、ポリ(3−シクロヘキシル−4−メチルチオフェン)(poly(3-cyclohexyl-4-methylthiophene))(以下、PCHMTと示す)、ポリ(3,4−ジシクロヘキシルチオフェン)(poly(3,4-dicyclohexylthiophene))(以下、PDCHTと示す)、ポリ[3−(4−オクチルフェニル)−チオフェン](poly[3-(4octylphenyl)-thiophene])(以下、POPTと示す)、ポリ[3−(4−オクチルフェニル)−2,2ビチオフェン](poly[3-(4-octylphenyl)-2,2-bithiophene])(以下、PTOPTと示す)等を用いることができる。
【0083】
さらに、ポリフルオレン系の材料としては、青色発光が得られるポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(poly(9,9-dialkylfluorene)(以下、PDAFと示す)、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(poly(9,9-dioctylfluorene)(以下、PDOFと示す)等を用いることができる。
【0084】
なお、これらの発光層を形成する材料は、有機溶媒に溶解させた溶液を塗布法により塗布して形成する。なお、ここで用いる有機溶媒としては、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、テトラリン、キシレン、ジクロロメタン、シクロヘキサン、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、ジオキサン、THF(テトラヒドロフラン)等である。
【0085】
また、正孔輸送層305には、PEDOT(poly(3,4‐ethylene dioxythiophene))とアクセプター材料であるポリスチレンスルホン酸(以下、PSSと示す)とを両方用いて形成する他、ポリアニリン(以下、PANIと示す)とアクセプター材料であるショウノウスルホン酸(以下、CSAと示す)とを両方用いて形成することができる。なお、これらの材料は、水溶性であることから水溶液としたものを塗布法により塗布して成膜する。
【0086】
なお、本実施例では、発光層304としてPPVからなる膜を80nmの膜厚で形成し、正孔輸送層305としてPEDOT及びPSSからなる膜を30nmの膜厚で形成する。
【0087】
また、有機化合物層303上には、バリア層306が形成される。なお、バリア層306を形成する材料としては、金、銀、といった仕事関数の大きい材料の他、Cu−Pc等を用いることができる。本実施例では、Auを用い、蒸着法により20nmの膜厚で形成する。
【0088】
次に陽極307を形成する。なお、陽極307を形成する材料としては、ITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)等の透光性の材料を用いて形成する。本実施例では、ITOを用い、スパッタリング法により110nmの膜厚で形成する。
【0089】
以上により、実施の形態1で示した上方出射型の発光素子を得ることができる。
【0090】
次に、実施の形態2に示した発光素子の構造を図3(B)に示す。すなわち、陽極311上に有機化合物層312が形成され、有機化合物層312上に無機導電層316が形成され、その上に陰極317が形成される構造であり、有機化合物層312において生じた光は、陽極311を透過して外部に出射される下方出射型の素子構造である。
【0091】
陽極311は、図2(B)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された透光性の電極であり、本実施例においては、ITOにより110nmの膜厚で形成される。
【0092】
陽極311上に形成される有機化合物層312は、図3(A)で示したのと同様に正孔輸送層313と発光層314との積層で形成される。なお、正孔輸送層313及び発光層314を形成する材料は、先に述べたものを用いることができるが、ここでも図3(A)で示したのと同様にPEDOT及びPSSからなる膜厚が30nmの正孔輸送層313とPPVからなる膜厚が80nmの発光層314を形成する。
【0093】
有機化合物層312上に形成される無機導電層316は、図3(A)と同様にCaNを用いて真空蒸着法により30nmの膜厚で形成する。
【0094】
そして、無機導電層316上には、陰極317が形成される。なお、ここでは、陰極材料としてAlを用い、120nmの膜厚で形成する。
【0095】
以上により、実施の形態2で示した下方出射型の発光素子を得ることができる。
【0096】
次に、実施の形態3に示した発光素子の構造を図4に示す。すなわち、陽極401上に有機化合物層402が形成され、有機化合物層402上に無機導電層406が形成され、その上に陰極407が形成される構造であり、有機化合物層402において生じた光は、無機導電層406及び陰極407を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。
【0097】
陽極401は、図2(C)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された第1の電極241と第2の電極242との積層により形成される。なお、本実施例においては、陽極401は、第1の電極241を形成する100nmの膜厚を有するAlと第2の電極242を形成する50nmの膜厚を有するITOとの積層により形成される。
【0098】
陽極401上に形成される有機化合物層402は、図3(A)で示したのと同様に正孔輸送層403と発光層404との積層で形成される。なお、正孔輸送層403及び発光層404を形成する材料は、先に示したものから選択して用いることができるが、ここでも図3(A)で示したのと同様にPEDOT及びPSSからなる膜厚が30nmの正孔輸送層403とPPVからなる膜厚が80nmの発光層404を形成する。
【0099】
有機化合物層402上に形成される無機導電層406は、図3(A)と同様にCaNを用いて真空蒸着法により形成する。しかし、ここでは、有機化合物層402で生じた光が無機導電層406を透過することができるように10nmの膜厚で形成する。
【0100】
そして、無機導電層406上には、陰極407が形成される。なお、ここでは、陰極材料としてAlを用い、光の透過性を考慮して20nmの膜厚で形成する。
【0101】
以上により、実施の形態3で示した上方出射型の発光素子を得ることができる。
【0102】
(実施例2)
本実施例では、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製し、さらに、画素部にはTFTと電気的に接続された発光素子を形成して、素子基板を作製する方法について図5〜図8を用いて説明する。なお、本実施例では、実施の形態1で示した素子構造を有する発光素子を形成する。
【0103】
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板600を用いる。なお、基板600としては、透光性を有する基板であれば限定されず、石英基板を用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0104】
次いで、基板600上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜601を形成する。本実施例では下地膜601として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜601の1層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜601aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化珪素膜601a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成した。
【0105】
次いで、下地膜601の2層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜601bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜601b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成する。
【0106】
次いで、下地膜601上に半導体層602〜605を形成する。半導体層602〜605は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層602〜605の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素(シリコン)またはシリコンゲルマニウム(Si1-XGeX(X=0.0001〜0.02))などで形成すると良い。
【0107】
本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させる。この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行い、さらに結晶化を改善するためのレーザーアニ―ル処理を行って結晶質珪素膜を形成する。そして、この結晶質珪素膜をフォトリソグラフィ−法によるパターニング処理によって、半導体層602〜605を形成する。
【0108】
また、半導体層602〜605を形成する前、もしくは、形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0109】
また、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとしては、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザーなどがあり、固体レーザーとしては、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザーなどを用いることができる。
【0110】
なお、これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数30〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜90%として行えばよい。
【0111】
次いで、半導体層602〜605を覆うゲート絶縁膜607を形成する。ゲート絶縁膜607はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。勿論、ゲート絶縁膜607は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0112】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho silicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0113】
次いで、図5(A)に示すように、ゲート絶縁膜607上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜608と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜609とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜608と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜609を積層形成する。TaN膜は、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタ法により形成する。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。
【0114】
いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。
【0115】
なお、本実施例では、第1の導電膜608をTaN、第2の導電膜609をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、Ag、Pd、Cuからなる合金を用いてもよい。
【0116】
また、第1の導電膜608をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をCu膜とする組み合わせ、第1の導電膜608をW、Mo、もしくはWとMoからなる膜で形成し、第2の導電膜609をAlとSi、AlとTi、AlとSc、もしくはAlとNdとからなる膜で形成し、さらに第3の導電膜(図示せず)をTi、TiN、もしくはTiとTiNからなる膜で形成する組み合わせとしてもよい。
【0117】
次に、図5(B)に示すようにフォトリソグラフィ−法を用いてレジストからなるマスク610〜613を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いる。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0118】
この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。第1のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。
【0119】
この後、図5(B)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約15秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0120】
第2のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0121】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°とすればよい。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層615〜618(第1の導電層615a〜618aと第2の導電層615b〜618b)を形成する。620はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層615〜618で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0122】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する(図5(B))。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を80keVとして行う。
【0123】
n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層615〜618がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域621〜624が形成される。高濃度不純物領域621〜624には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0124】
次いで、図5(C)に示すようにレジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。第2のエッチング処理では第3及び第4のエッチング条件で行う。ここでは、第3のエッチング条件として、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約60秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第3のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0125】
第3のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0126】
この後、図5(C)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第4のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/20/20(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して、約20秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0127】
第4のエッチング処理でのTaNに対するエッチング速度は14.83nm/minである。従って、W膜が選択的にエッチングされる。この第4のエッチング処理により第2の導電層626〜629(第1の導電層626a〜629aと第2の導電層626b〜629b)を形成する。
【0128】
次いで、図6(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。ドーピングは、第1の導電層626a〜629a、第2の導電層626b〜629bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層におけるテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。本実施例では、不純物元素としてP(リン)を用い、ドーズ量1.5×1014、電流密度0.5μA、加速電圧90keVにてプラズマドーピングを行う。
【0129】
こうして、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域631a〜634a、第1の導電層と重ならない低濃度不純物領域631b〜634bを自己整合的に形成する。なお、この低濃度不純物領域631〜634へ添加されるリン(P)の濃度は、1×1017〜5×1018atoms/cm3である。また、高濃度不純物領域621〜624にも不純物元素が添加され、高濃度不純物領域635〜638を形成する。
【0130】
次いで、図6(B)に示すようにレジスト(639、640)からなるマスクを形成して第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型(n型)とは逆の導電型(p型)を付与する不純物元素が添加された不純物領域641、642を形成する。第1の導電層627a、および第2の導電層627bを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。
【0131】
本実施例では、不純物領域641、642はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域641、642にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0132】
次いで、レジストからなるマスク639、640を除去して図6(C)に示すように第1の層間絶縁膜643を形成する。本実施例では、第1の層間絶縁膜643として、珪素及び窒素を含む第1の絶縁膜643aと珪素及び酸素を含む第2の絶縁膜643bとの積層膜を形成する。
【0133】
まず、珪素を含む第1の絶縁膜643aとしては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、第1の絶縁膜643aは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0134】
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0135】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域(635、636、637、638)にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0136】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するために層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0137】
その他、活性化処理を行った後でドーピング処理を行い、第1の層間絶縁膜を形成させても良い。
【0138】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約100%含む雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は第1の層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0139】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやYAGレーザー等のレーザー光を照射することが望ましい。
【0140】
次いで、第1の絶縁膜643a上に第2の絶縁膜643bとして、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを1〜2μmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚1.2μmの酸化珪素膜を形成する。勿論、第2の絶縁膜643bは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0141】
以上により、第1の絶縁膜643aと第2の絶縁膜643bからなる第1の層間絶縁膜643を形成することができる。
【0142】
次いで、各不純物領域635、636、637、638に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【0143】
なお、第1の絶縁膜643a及び第2の絶縁膜643bはいずれもプラズマCVD法により形成された珪素を含む絶縁膜であることから、コンタクトホールの形成には、ドライエッチング法、またはウエットエッチング法を用いることができるが、本実施例では、第1の絶縁膜にウエットエッチング法を用い、第2の絶縁膜にドライエッチング法を用いることによりエッチングを行う。
【0144】
はじめに、第2の絶縁膜643bのエッチングを行う。ここでは、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)をエッチャントとし、20℃においてウエットエッチングを行う。
【0145】
次に第1の絶縁膜643aのエッチングを行う。この時、エッチングガス用にCHF3を用い、ガスの流量比を35(sccm)とし、7.3Paの圧力で電極に800WのRF電力を投入することによりドライエッチングを行う。
【0146】
そして、各高濃度不純物領域635、636、637、638とそれぞれ電気的に接続する配線645〜651と陰極652を形成する。本実施例では、Alを用い、500nmの膜厚に成膜した後、これをパターニングして形成するが、Ti、TiN、Al:Si等からなる単層膜の他、Ti、TiN、Al:Si、及びTiを順次積層して形成される積層膜を用いることもできる。
【0147】
なお、本実施例では、陰極652は配線形成と同時に形成され、高濃度不純物領域638との配線を兼ねて形成される。
【0148】
次に絶縁膜を1μmの厚さに成膜する。なお、本実施例においては、絶縁膜を形成する材料として酸化珪素からなる膜を用いているが、場合によっては、窒化珪素および酸化窒化珪素といった珪素を含む絶縁膜の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル(感光性アクリルを含む)、BCB(ベンゾシクロブテン)といった有機樹脂膜を用いることもできる。
【0149】
この絶縁膜の陰極652に対応する位置に開口部を形成して、絶縁層653を形成する(図7(B))。
【0150】
具体的には、感光性アクリルを用いて1μmの絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィ−法によりパターニングを行った後で、エッチング処理を行うことにより絶縁層653を形成する。
【0151】
次に、絶縁層653の開口部において露出している陰極652上に無機導電層654を蒸着法により形成する。本実施例では、無機導電層654を形成する材料として、元素周期律の第2族に属する元素からなる導電性の窒化物、酸化物、炭化物、ホウ化物、珪化物を用いることができるが、ここでは、窒化カルシウム(CaN)を用いて無機導電層654を形成する。
【0152】
本実施例では、無機導電層654の形成には真空蒸着法を用い、その膜厚が1〜50nm、好ましくは10〜20nmの厚さとなるように形成する。なお、本実施例では、無機導電層654を30nmの膜厚に形成する。
【0153】
次に、図8(B)に示すように無機導電層654上に有機化合物層655を蒸着法により形成する。ここでは、本実施例において赤、緑、青の3種類の発光を示す有機化合物により形成される有機化合物層のうちの一種類が形成される様子を示すが、3種類の有機化合物層を形成する有機化合物の組み合わせについて、図9により説明する。
【0154】
なお、図9(A)に示す発光素子は、陰極901、無機導電層902、有機化合物層903、バリア層908、及び陽極909からなり、有機化合物層903は、電子輸送層904、ブロッキング層905、発光層906、正孔輸送層907の積層構造を有している。なお、赤色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(B)に示し、緑色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(C)に示し、青色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(D)にそれぞれ示す。
【0155】
はじめに、赤色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(以下、Alq3と示す)を40nmの膜厚に成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物である、バソキュプロイン(以下、BCPと示す)を10nmの膜厚に成膜し、発光層906は、発光性の有機化合物である、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H、23H−ポルフィリン−白金(以下、PtOEPと示す)がホストとなる有機化合物(以下、ホスト材料という)である4,4’−ジカルバゾール−ビフェニル(以下、CBPと示す)と共に共蒸着させて30nmの膜厚に成膜し、正孔輸送層907は、正孔輸送性の有機化合物である、4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、α−NPDと示す)を40nmの膜厚に成膜することにより赤色発光の有機化合物層を形成する。
【0156】
なお、ここでは赤色発光の有機化合物層として、5種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明は、これに限られることはなく、赤色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0157】
次に、緑色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、Alq3を40nmの膜厚で成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物であるBCPを10nmの膜厚で成膜し、発光層906は、正孔輸送性のホスト材料としてCBPを用い、発光性の有機化合物であるトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)と共に共蒸着することにより30nmの膜厚で成膜し、正孔輸送層907は、正孔輸送性の有機化合物である、α−NPDを40nmの膜厚で成膜することにより緑色発光の有機化合物を形成することができる。
【0158】
なお、ここでは緑色発光の有機化合物層として、4種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、緑色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0159】
次に、青色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、Alq3を40nmの膜厚で成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物である、BCPを10nmの膜厚に成膜し、発光層906は、発光性および正孔輸送性の有機化合物である、α−NPDを40nmの膜厚で成膜することにより青色発光の有機化合物層を形成することができる。
【0160】
なお、ここでは青色発光の有機化合物層として、3種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、青色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0161】
以上に示した有機化合物を陰極上に形成することにより画素部において、赤色発光、緑色発光及び青色発光を示す有機化合物層を形成することができる。
【0162】
なお、本実施例における発光素子の構造では、有機化合物層903を形成した後で、透明導電膜からなる陽極909がスパッタリング法により形成される。そのため、陽極909形成時に有機化合物層903の表面に何らかのダメージが与えられる。そこで、本実施例では、有機化合物層903上にバリア層908を設けることにより有機化合物層903に与えられるダメージを防止する。
【0163】
なお、バリア層908を形成する材料としては、金、銀といった仕事関数の大きい材料や正孔注入性を有するCu−Pc等を用いることができる。本実施例では、金を10nmの膜厚に形成することによりバリア膜908を形成する(図9(A))。
【0164】
次に、図8(B)に示すように有機化合物層655及び絶縁層653を覆って、透明導電膜からなる陽極656を形成する。本実施例では、陽極656を形成する材料として、酸化インジウム・スズ(ITO)膜や酸化インジウムに2〜20[%]の酸化亜鉛(ZnO)を混合した透明導電膜を80〜120nmの膜厚に成膜して用いる。なお、仕事関数の大きい透明性の導電膜であれば、公知の他の材料を用いて陽極656を形成することもできる。
【0165】
こうして図8(B)に示すように、電流制御用TFT704に電気的に接続された陰極652と、陰極652と隣の画素が有する第1の電極(図示せず)との隙間に形成された絶縁層653と、陰極652上に形成された無機導電層654と、無機導電層654上に形成された有機化合物層655と、有機化合物層655及び絶縁層653上に形成された陽極656からなる発光素子657を有する素子基板を形成することができる。
【0166】
なお、本実施例における発光装置の作製工程においては、回路の構成および工程の関係上、ゲート電極を形成している材料を用いてソース信号線を形成し、ソース、ドレイン電極を形成している配線材料を用いてゲート信号線を形成しているが、それぞれ異なる材料を用いることは可能である。
【0167】
また、nチャネル型TFT701及びpチャネル型TFT702を有する駆動回路705と、スイッチング用TFT703、電流制御用TFT704とを有する画素部706を同一基板上に形成することができる。
【0168】
駆動回路705のnチャネル型TFT701はチャネル形成領域501、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層626aと重なる低濃度不純物領域631(GOLD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域635を有している。pチャネル型TFT702にはチャネル形成領域502、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域641および642を有している。
【0169】
画素部706のスイッチング用TFT703にはチャネル形成領域503、ゲート電極を形成する第1の導電層628aと重なる低濃度不純物領域633a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域633b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域637を有している。
【0170】
画素部706の電流制御用TFT704にはチャネル形成領域504、ゲート電極を形成する第1の導電層629aと重なる低濃度不純物領域634a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域634b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域638を有している。
【0171】
なお、本実施例において、TFTの駆動電圧は、1.2〜10Vであり、好ましくは、2.5〜5.5Vである。
【0172】
また、画素部の表示が動作しているとき(動画表示の場合)には、発光素子が発光している画素により背景の表示を行い、発光素子が非発光となる画素により文字表示を行えばよいが、画素部の動画表示がある一定期間以上静止している場合(本明細書中では、スタンバイ時と呼ぶ)には、電力を節約するために表示方法が切り替わる(反転する)ようにしておくと良い。具体的には、発光素子が発光している画素により文字を表示し(文字表示ともいう)、発光素子が非発光となる画素により背景を表示(背景表示ともいう)するようにする。
【0173】
ここで、本実施例において説明した発光装置の画素部の詳細な上面構造を図10(A)に示し、回路図を図10(B)に示す。図10(A)及び図10(B)は共通の符号を用いるので互いに参照すればよい。
【0174】
図10において、基板上に設けられたスイッチング用TFT1000は図8のスイッチング用(nチャネル型)TFT703を用いて形成される。従って、構造の説明はスイッチング用(nチャネル型)TFT703の説明を参照すれば良い。また、1002で示される配線は、スイッチング用TFT1000のゲート電極1001(1001a、1001b)を電気的に接続するゲート配線である。
【0175】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0176】
また、スイッチング用TFT1000のソースはソース配線1003に接続され、ドレインはドレイン配線1004に接続される。また、ドレイン配線1004は電流制御用TFT1005のゲート電極1006に電気的に接続される。なお、電流制御用TFT1005は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704を用いて形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0177】
また、電流制御用TFT1005のソースは電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1008に電気的に接続される。また、ドレイン配線1008は点線で示される陰極1009に電気的に接続される。
【0178】
また、1010で示される配線は、消去用TFT1011のゲート電極1012と電気的に接続するゲート配線である。なお、消去用TFT1011のソースは、電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1004に電気的に接続される。
【0179】
なお、消去用TFT1011は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704と同様にして形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0180】
また、1013で示される領域には保持容量(コンデンサ)が形成される。コンデンサ1013は、電流供給線1007と電気的に接続された半導体膜1014、ゲート絶縁膜と同一層の絶縁膜(図示せず)及びゲート電極1006との間で形成される。また、ゲート電極1006、第1層間絶縁膜と同一の層(図示せず)及び電流供給線1007で形成される容量も保持容量として用いることが可能である。
【0181】
なお、図10(B)の回路図で示す発光素子1015は、陰極1009と、陰極1009上に形成される有機化合物層(図示せず)と有機化合物層上に形成される陽極(図示せず)からなる。本発明において、陰極1009は、電流制御用TFT1005のソース領域またはドレイン領域と接続している。
【0182】
発光素子1015の陽極には対向電位が与えられている。また電流供給線1007には電源電位が与えられている。そして対向電位と電源電位の電位差は、電源電位が陰極に与えられたときに発光素子が発光する程度の電位差に常に保たれている。電源電位と対向電位は、本発明の発光装置に、外付けのIC等により設けられた電源によって与えられる。なお対向電位を与える電源を、本明細書では特に対向電源1016と呼ぶ。
【0183】
(実施例3)
本実施例では、本発明のアクティブマトリクス型発光装置の外観図について図11を用いて説明する。なお、図11(A)は、発光装置を示す上面図、図11(B)は図11(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1101はソース側駆動回路、1102は画素部、1103はゲート側駆動回路である。また、1104は封止基板、1105はシール剤であり、シール剤1105で囲まれた内側は、空間になっている。
【0184】
なお、1108はソース信号線駆動回路1101及びゲート信号線駆動回路1103に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1109からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0185】
次に、断面構造について図11(B)を用いて説明する。基板1110上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース側駆動回路1101と画素部1102が示されている。
【0186】
なお、ソース側駆動回路1101はnチャネル型TFT1113とpチャネル型TFT1114とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【0187】
また、画素部1102は電流制御用TFT1111とそのドレインに電気的に接続された陽極1112を含む複数の画素により形成される。
【0188】
また、陽極1112の両端には絶縁層1113が形成され、陽極1112上には有機化合物層1114が形成される。さらに、有機化合物層1114上には無機導電層1116が形成され、無機導電層1116上には陰極1117が形成される。これにより、陽極1112、有機化合物層1114、及び陰極1117からなる発光素子1118が形成される。
【0189】
陰極1117は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線1108を経由してFPC1109に電気的に接続されている。
【0190】
また、基板1110上に形成された発光素子1118を封止するためにシール剤1105により封止基板1104を貼り合わせる。なお、封止基板1104と発光素子1018との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、シール剤1105の内側の空間1107には窒素等の不活性気体が充填されている。なお、シール剤1105としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール剤1105はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、空間1107の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化を防止する効果をもつ物質を含有させても良い。
【0191】
また、本実施例では封止基板1104を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、シール剤1105を用いて封止基板1104を接着した後、さらに側面(露呈面)を覆うようにシール剤で封止することも可能である。
【0192】
以上のようにして発光素子を空間1107に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【0193】
なお、本実施例の構成は、実施例1または実施例2のいずれの構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0194】
(実施例4)
実施例1〜実施例3において、トップゲート型TFTを有するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、本発明はTFT構造に限定されるものではないので、図12に示すようにボトムゲート型TFT(代表的には逆スタガ型TFT)を用いて実施しても構わない。また、逆スタガ型TFTは、どのような方法で形成されたものでも良い。
【0195】
なお、図12(A)は、ボトムゲート型TFTを用いた発光装置の上面図である。ただし、封止基板による封止は、まだ行われていない。ソース側駆動回路1201、ゲート側駆動回路1202及び画素部1203が形成されている。また、図12(A)において、x−x’で発光装置を切ったときの画素部1203における領域a1204の断面図を図12(B)に示す。
【0196】
図12(B)では、画素部1203に形成されるTFTのうち電流制御用TFTについてのみ説明する。1211は基板であり、1212は下地となる絶縁膜(以下、下地膜という)である。基板1211としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【0197】
また、下地膜1212は特に可動イオンを含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有効であるが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜1212としては、珪素(シリコン)を含む絶縁膜を用いれば良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜(SiOxNy:x、yは任意の整数、で示される)など珪素に対して酸素若しくは窒素を所定の割合で含ませた絶縁膜を指す。
【0198】
1213は電流制御用TFTであり、nチャネル型TFTで形成されている。なお、本実施例において、発光素子1229の陰極1223は電流制御用TFT1213と接続されているためpチャネル型TFTで形成されるのが望ましいが、これに限られることはなくnチャネル型TFTで形成しても良い。
【0199】
電流制御用TFT1213は、ソース領域1214、ドレイン領域1215及びチャネル形成領域1216を含む活性層と、ゲート絶縁膜1217と、ゲート電極1218と、層間絶縁膜1219と、ソース配線1220並びにドレイン配線1221を有して形成される。本実施例において電流制御用TFT1213はpチャネル型TFTである。
【0200】
また、スイッチング用TFTのドレイン領域は電流制御用TFT1213のゲート電極1218に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御用TFT1213のゲート電極1218はスイッチング用TFTのドレイン領域(図示せず)とドレイン配線(図示せず)を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極1218はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御用TFT1213のソース配線1220は電流供給線(図示せず)に接続される。
【0201】
電流制御用TFT1213は発光素子に注入される電流量を制御するための素子であり、比較的多くの電流が流れる。そのため、チャネル幅(W)はスイッチング用TFTのチャネル幅よりも大きく設計することが好ましい。また、電流制御用TFT1213に過剰な電流が流れないように、チャネル長(L)は長めに設計することが好ましい。望ましくは一画素あたり0.5〜2μA(好ましくは1〜1.5μA)となるようにする。
【0202】
また、電流制御用TFT1213の活性層(特にチャネル形成領域)の膜厚を厚くする(好ましくは50〜100nm、さらに好ましくは60〜80nm)ことによって、TFTの劣化を抑えてもよい。
【0203】
そして、電流制御用TFT1213の形成後、層間絶縁膜1219が形成され、電流制御用TFT1213と電気的に接続された陰極1223が形成される。なお、本実施例においては、電流制御用TFT1213と陰極1223を電気的に接続する配線及び陰極1223は同じ材料で同時に形成される。また、陰極1223を形成する材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましい。なお、本実施例では、陰極1223にはAlを用いて形成する。
【0204】
陰極1223が形成された後に、絶縁層1224が形成される。なお、この絶縁層1224は、バンクともよばれる。
【0205】
つぎに無機導電層1225が形成される。なお、本実施例における発光素子は、実施の形態1で説明したのと同じ構造を有する。すなわち無機導電層1225上には、有機化合物層1226が形成され、その上にはバリア層1227が形成される。なお、無機導電層1225、有機化合物層1226、及びバリア層1227を形成する材料としては、実施例1に示したものを用いればよい。
【0206】
次にバリア層1227の上には、陽極1228が形成される。陽極1228の材料としては、透光性の導電膜を用いる。なお、本実施例では、ITOを110nmの膜厚で形成することにより陽極1228が形成される。
【0207】
以上により、逆スタガ型のTFTを有する発光装置を形成することができる。なお、本実施例により作製した発光装置は、図12(B)の矢印の方向(上面)に光を出射させることができる。
【0208】
逆スタガ型TFTは工程数がトップゲート型TFTよりも少なくし易い構造であるため、本発明の課題である製造コストの低減には非常に有利である。
【0209】
なお、本実施例の構成は、逆スタガ型TFTを有し、発光素子の陰極側から光を放出するという素子構造の発光装置について示したが、本実施例の逆スタガ型TFTに実施例1で示す様々な構造の発光素子を組み合わせることも可能である。さらに、実施例2に示した作製方法や材料の他、実施例3で示した封止構造を本実施例と自由に組み合わせて実施することも可能である。
【0210】
(実施例5)
本実施例では本発明の素子構造を有するパッシブ型(単純マトリクス型)の発光装置を作製した場合について説明する。説明には図13を用いる。図13において、1301はガラス基板、1302は透明導電膜からなる陽極である。本実施例では、透明導電膜として酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を蒸着法により形成する。なお、図13では図示されていないが、複数本の陽極1302が紙面と平行にストライプ状に配列されている。
【0211】
また、ストライプ状に配列された陽極1302と交差するように絶縁材料からなるバンク1303が形成される。バンク1303は陽極1302と接して紙面に垂直な方向に形成されている。
【0212】
次に、有機化合物層1304が形成される。有機化合物層1304を形成する材料としては、実施例1や実施例2で示した材料の他、発光が得られる公知の材料を用いて形成することができる。
【0213】
例えば、赤色発光を示す有機化合物層、緑色発光を示す有機化合物層及び青色発光を示す有機化合物層をそれぞれ形成することにより、3種類の発光を有する発光装置を形成することができる。なお、これらの有機化合物層1304はバンク1303で形成された溝に沿って形成されるため、紙面に垂直な方向にストライプ状に配列される。
【0214】
なお、本実施例における発光素子の構造では、有機化合物層1304を形成した後で、無機導電層1306が真空蒸着法により形成される。
【0215】
次に、陰極1307が形成される。なお陰極1307は、無機導電層1306上にメタルマスクを用いて蒸着法により形成する。
【0216】
なお、本実施例では下側の電極(陽極1302)が透光性の陽極で形成されているため、有機化合物層で発生した光は下側(基板1301側)に放射される。
【0217】
次に、封止基板1309としてセラミックス基板を用意する。本実施例の構造では遮光性で良いのでセラミックス基板を用いたが、プラスチックやガラスからなる基板を用いることもできる。
【0218】
こうして用意した封止基板1309は、紫外線硬化樹脂からなるシール剤1310により貼り合わされる。なお、シール剤1310の内側1308は密閉された空間になっており、窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充填されている。また、この密閉された空間1308の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を設けることも有効である。最後に異方導電性フィルム(FPC)1311を取り付けてパッシブ型の発光装置が完成する。なお、本実施例は、実施例1または実施例2に示した材料を自由に組み合わせて有機化合物層を形成したり、実施例3に示した封止構造を組み合わせて実施したりすることが可能である。
【0219】
(実施例6)
発光素子を用いた発光装置は自発光型であるため、液晶表示装置に比べ、明るい場所での視認性に優れ、視野角が広い。従って、様々な電気器具の表示部に用いることができる。
【0220】
本発明により作製した発光装置を用いた電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されるため、発光素子を有する発光装置を用いることが好ましい。それら電気器具の具体例を図14に示す。
【0221】
図14(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2003に用いることができる。発光素子を有する発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶表示装置よりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0222】
図14(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2102に用いることができる。
【0223】
図14(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2203に用いることができる。
【0224】
図14(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2302に用いることができる。
【0225】
図14(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示するが、本発明により作製した発光装置はこれら表示部A、B2403、2404に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【0226】
図14(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2502に用いることができる。
【0227】
図14(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609、接眼部2610等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2602に用いることができる。
【0228】
ここで図14(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2703に用いることができる。なお、表示部2703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【0229】
なお、将来的に有機材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【0230】
また、上記電気器具はインターネットやCATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。有機材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。
【0231】
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが好ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが好ましい。
【0232】
以上の様に、本発明の作製方法を用いて作製された発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例1〜実施例5を実施することにより作製された発光装置をその表示部に用いることができる。
【0233】
(実施例7)
本実施例では、従来の発光素子の構成として(1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いた場合、(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合、また本発明の発光素子の構成として(3)無機導電層を発光素子の一部に用いて素子を形成した場合、における素子特性についてそれぞれ測定した結果を示す。
【0234】
まず、(1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いた場合の発光素子の素子特性であるが、ここでは発光素子の陰極にアルミニウムとリチウムの合金(Al:Li)を用いて素子を作製した場合における電流、電圧特性を図15(A)、図15(B)にそれぞれ示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al:Li(100nm)(陰極)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0235】
電流特性としては、20(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性としては、7Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。
【0236】
次に、(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合の発光素子の素子特性であるが、ここでは発光素子の陰極と有機化合物層との間に陰極バッファー層(LiF)を設けて素子を作製した場合における電流、電圧特性を図16(A)、図16(B)にそれぞれ示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al(100nm)(陰極)/LiF(1nm)(陰極バッファー)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0237】
電流特性としては、Al:Li合金を陰極に用いた場合とほぼ同様であり、25(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性も同様に、7Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。
【0238】
次に、(3)無機導電層を発光素子の一部に用いて素子を形成した場合の発光素子の素子特性について、発光素子の陰極と有機化合物層との間に無機化合物からなる導電膜(Ca32、Mg23、MgB2)をそれぞれ設けた本発明の構造を有する発光素子の電流、電圧特性を図17〜図19に示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al(100nm)(陰極)/導電膜(Ca32、Mg23、またはMgB2)(100nm)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0239】
なお、上記構成の無機導電膜をその一部に用いた発光素子は、いずれの材料を用いた場合においても25(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性は、6.5Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。これは、従来の発光素子((1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いる場合(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合)と同様であり、本発明の無機導電層が従来の素子構成と比較して素子特性の面で影響を受けないことを示している。
【0240】
さらに、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、ホウ化マグネシウムの3種の材料について、抵抗率および仕事関数の測定を行った。抵抗率の測定に関しては、アルミニウム電極を1.9cmの間隔で形成し、その電極間に幅3cmとなるように上記3種類の材料を成膜し(膜厚は、Ca32:70nm、Mg32:30nm、MgB2:40nm)、テスターにて抵抗値を測定することにより抵抗率を得た。
また、仕事関数の測定に関しては、接触電位測定法(測定装置:フェルミ準位測定器FAC-1(理研計器製))を用いて測定した。結果を以下の表1に示す。
【0241】
【表1】

Figure 0003708916
【0242】
なお、本発明における無機導電層は、元素周期律の第2族に属する元素を含む窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物といった無機化合物からなる導電膜である。そのため陰極材料として仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いる場合に比べて、TFTの特性に影響を与えるといわれているアルカリ金属の拡散を防ぐことができる。さらに、本発明において、導電層は導電性を有する材料により形成されるため、従来の絶縁材料からなる陰極バッファー層を用いた場合に生じる薄膜化の問題を素子特性に影響を与えることなく解決することができる。すなわち、本発明において発光素子に無機導電層を用いることにより、従来の陰極材料および陰極バッファー層を用いた場合と同等の特性を維持しつつ、上述した効果を得ることができる。
【0243】
(実施例8)
実施例1〜実施例5において示した発光素子における有機化合物層は、低分子系もしくは高分子系の有機化合物を用いて形成される場合について示しているが、本発明は、そのような構成に限られることはなく、有機化合物層の一部に無機材料(具体的には、SiおよびGeの酸化物の他、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、およびランタノイド系元素のいずれかの酸化物とZn、Sn、V、Ru、Sm、およびIrのいずれかとの組み合わせた材料等)を用いることも可能である。また、これらの有機化合物層が積層構造を有する場合において、各積層界面に各層を形成する材料からなる混合層を共蒸着法等により形成することも可能である。
【0244】
【発明の効果】
本発明では、陰極と有機化合物層との界面に陰極材料よりも仕事関数が小さく、かつ導電性を有する無機化合物からなる無機導電層を形成する。これにより、膜厚を極端に薄くする必要が無くなるので、膜厚の制御が容易になり、素子間のバラツキの問題を解決することができる。
【0245】
さらに、本発明では、元素周期律の2族に属する元素を含む導電性の無機化合物を用いて無機導電層を形成するため、これまでのように元素周期律の2族に属する元素を単体で用いた場合に比べて素子内部への拡散の問題を低減させることができると共に、単体よりも酸素との反応性も低いことから酸素による劣化に強い発光素子の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図2】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図3】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図4】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図5】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図6】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図7】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図8】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図9】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図10】 発光装置の画素部の上面図。
【図11】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図12】 逆スタガ型TFTの構造を説明する図。
【図13】 パッシブマトリクス型の発光装置を説明する図。
【図14】 電気器具の一例を示す図。
【図15】 従来の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図16】 従来の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図17】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図18】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図19】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting device using a light-emitting element in which fluorescence or phosphorescence is obtained by applying an electric field to an element in which a film containing an organic compound (hereinafter referred to as an “organic compound layer”) is provided between a pair of electrodes. . Note that the light-emitting device in this specification refers to an image display device, a light-emitting device, or a light source. Also, modules with light-emitting elements such as connectors such as FPC (Flexible printed circuit) or TAB (Tape Automated Bonding) tape or TCP (Tape Carrier Package), modules with a printed wiring board at the end of TAB tape or TCP In addition, a module in which an IC (integrated circuit) is directly mounted on a light emitting element by a COG (Chip On Glass) method is also included in the light emitting device.
[0002]
[Prior art]
The light emitting element as used in the field of this invention is an element light-emitted by applying an electric field. The light emission mechanism is such that when a voltage is applied with an organic compound layer sandwiched between electrodes, electrons injected from the cathode and holes injected from the anode recombine in the organic compound layer, and excited molecules (Hereinafter referred to as “molecular excitons”), and when the molecular excitons return to the ground state, they are said to emit energy and emit light.
[0003]
In addition, as a kind of molecular exciton which an organic compound forms, it is thought that a singlet excited state and a triplet excited state are possible, However, In this specification, the case where either excited state contributes to light emission is also included. I will do it.
[0004]
In such a light emitting device, the organic compound layer is usually formed as a thin film having a thickness of less than 1 μm. Further, since the light emitting element is a self-luminous element in which the organic compound layer itself emits light, a backlight as used in a conventional liquid crystal display is not necessary. Therefore, it is a great advantage that the light-emitting element can be manufactured to be extremely thin and light.
[0005]
For example, in an organic compound layer of about 100 to 200 nm, the time from carrier injection to recombination is about several tens of nanoseconds considering the carrier mobility of the organic compound layer. Even if the process from light emission to light emission is included, light emission occurs in the order of microseconds or less. Therefore, one of the features is that the response speed is very fast.
[0006]
Further, since the light-emitting element is a carrier injection type light-emitting element, it can be driven with a DC voltage, and noise is hardly generated. Regarding the driving voltage, the thickness of the organic compound layer is first made to be a uniform ultrathin film of about 100 nm, and electrode materials are selected so as to reduce the carrier injection barrier with respect to the organic compound layer. Furthermore, the heterostructure (two-layer structure) is selected. 100 cd / m at 5.5V 2 (Reference 1: CW Tang and SA Van Slyke, “Organic electroluminescent diodes”, Applied Physics Letters, vol. 51, No. 12, 913-915 (1987)).
[0007]
Due to these characteristics such as thin and light weight, high-speed response, and direct current low voltage drive, the light emitting element is attracting attention as a next-generation flat panel display element. Further, since it is a self-luminous type and has a wide viewing angle, the visibility is relatively good, and it is considered effective as an element used for a display screen of a portable device.
[0008]
In addition, a driving method such as passive matrix driving (simple matrix type) and active matrix driving (active matrix type) can be used for a light-emitting device formed by arranging such light-emitting elements in a matrix. However, when the pixel density increases, the active matrix type in which a switch is provided for each pixel (or one dot) is considered to be advantageous because it can be driven at a lower voltage.
[0009]
By the way, in such a light emitting device, a metal material having a low work function is used as the cathode in order to facilitate electron injection. So far, magnesium alloys such as Mg: Ag and aluminum alloys such as Al: Li have been studied as materials satisfying practical characteristics. Any material system is easily oxidized by moisture in the atmosphere, causing dark spots, which are light-emitting defects of the device, and increasing the voltage. Therefore, some form of protective film and sealing structure are required as the final element form.
[0010]
Development of a more stable cathode was desired against the background of the above alloy electrode. Recently, a cathode buffer layer such as lithium fluoride (LiF) is interposed as an insulating layer (0.5 nm) of an ultrathin film. As a result, it has been reported that even an aluminum cathode can obtain emission characteristics equivalent to or better than those of a cathode formed using an alloy such as Mg: Ag (Reference 2: LSHung, CWTang and MGMason: Appl. Phys. Lett., 70 (2), 13 January (1997).
[0011]
The characteristic improvement mechanism by providing the cathode buffer layer is that AlF in which the LiF forming the cathode buffer layer forms the electron transport layer of the organic compound layer. Three Alq when formed in contact with Three This is considered to be because the electron injection barrier is lowered by bending the energy band.
[0012]
As described above, in a light-emitting element composed of an anode, a cathode, and an organic compound layer, a device for improving the carrier injectability from the electrode due to the improvement of the element characteristics of the light-emitting element has been devised.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, a cathode buffer layer is formed at the interface between the cathode and the organic compound layer by using, as a material having a small work function, a single element belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule or a compound containing the element. It was.
[0014]
However, when an alkali metal or alkaline earth metal belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule is used alone as the cathode buffer layer, it diffuses and adversely affects the characteristics of the TFT connected to the light emitting element. Problems arise.
[0015]
On the other hand, when a compound containing an element belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic table is used as the cathode buffer layer, generally, the element periodic group 16 having a large electronegativity in order to make the work function smaller, or Compounds with oxygen and fluorine belonging to Group 17 are used. However, since these compounds are insulative, the electron injection property is improved, while the cathode buffer layer needs to be formed as thin as 1 nm or less in order not to deteriorate the device characteristics. Therefore, the film thickness is likely to vary from pixel to pixel, resulting in difficulty in controlling the film thickness.
[0016]
Therefore, in the present invention, in order to solve the problem that occurs when the cathode buffer layer is formed as in the past in the production of the light-emitting element, a new alternative layer is formed, and the electron injectability from the cathode is increased. It is an object of the present invention to provide means for improving and solving manufacturing problems.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, an inorganic conductive layer is formed at the interface between the cathode and the organic compound layer using an inorganic compound that is composed of a combination of a metal element and a non-metal element instead of the conventional cathode buffer layer and has conductivity. Furthermore, the inorganic compound is characterized by having a work function smaller than that of the cathode material.
[0018]
Note that the inorganic conductive layer formed in the present invention is formed using a conductive inorganic compound containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule having a work function smaller than that of the cathode material. Thereby, the energy barrier at the interface between the cathode and the organic compound layer can be relaxed, so that the electron injectability from the cathode can be improved.
[0019]
Further, by forming an inorganic conductive layer made of an inorganic compound having conductivity, it is mainly formed from a covalent bond as compared with the case of forming a cathode buffer layer made of a single element belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule. Therefore, the problem of diffusion that occurs when a single element is used can be prevented. Furthermore, compared with the case where a cathode buffer layer made of an insulating inorganic compound is formed, light emission from the light-emitting element can be sufficiently obtained even if the film thickness is increased, so that the film thickness can be easily controlled and manufactured. Cost reduction and yield improvement can be realized.
[0020]
The structure of the invention disclosed in the present invention is a light-emitting device having a light-emitting element including an anode, a cathode, and an organic compound layer, and the organic compound layer formed in contact with the anode, and between the organic compound layer and the cathode. And a conductive film that has a work function smaller than that of the cathode and has a conductivity of 1 × 10 -Ten A light-emitting device comprising a material of S / m or more.
[0021]
Note that an inorganic compound used as a cathode buffer layer that is usually formed at the interface between the cathode and the organic compound layer has a low electrical conductivity, so that if it is not formed with a film thickness of 1 nm or less, light emission from the light emitting element is sufficient. In the present invention, the conductive film is 1 × 10 -Ten By using an inorganic compound having a conductivity of S / m or higher, the film thickness can be controlled, and sufficient light emission can be obtained from the light-emitting element formed thereby. .
[0022]
In another light emitting device having a light emitting element comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer, the organic compound layer formed in contact with the anode is formed between the organic compound layer and the cathode. And a conductive film having a work function of 3.5 eV or less and a conductivity of 1 × 10 6. -Ten A light-emitting device comprising a material of S / m or more.
[0023]
Note that an organic compound forming an organic compound layer has an electron affinity smaller than that of a metal or the like, and therefore, an electrode having a small work function is required as an electrode material for improving electron injectability. For example, an Mg: Ag alloy that has been studied as a cathode material that satisfies practical properties so far has a work function of 3.7 eV (Reference 3: MA Baldo, S. Lamansky, PE Burrows, ME Thompson, S. R. Forrest; Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence ;, Applied Physics Letters, vol. 75, No. 1, 4-6 (1999)).
[0024]
In the present invention, by forming an inorganic conductive film having a work function of 3.5 eV or less between the cathode and the organic compound layer, the cathode and the organic compound can be used even when the work function of the cathode itself is not so small. Since the energy barrier between the layers can be relaxed, the electron injectability from the cathode can be improved.
[0025]
Furthermore, in another light emitting device having a light emitting device comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer, the structure is formed between the organic compound layer formed in contact with the anode, and the organic compound layer and the cathode. The cathode and the conductive film both have a film thickness of 20 nm or less, the conductive film has a work function smaller than that of the cathode, and the conductivity is 1 × 10 6. -Ten A light-emitting device comprising a material of S / m or more.
[0026]
Furthermore, in another light emitting device having a light emitting device comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer, the structure is formed between the organic compound layer formed in contact with the anode, and the organic compound layer and the cathode. The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more, the conductive film has a work function smaller than that of the cathode, and the conductivity is 1 × 10 6. -Ten The light-emitting device is formed with a thickness of 1 to 20 nm using a material of S / m or more. The transmittance refers to that having a visible light transmittance of 70 to 100%.
[0027]
Furthermore, in another light emitting device having a light emitting device comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer, the structure is formed between the organic compound layer formed in contact with the anode, and the organic compound layer and the cathode. The cathode and the conductive film both have a film thickness of 20 nm or less, the conductive film has a work function of 3.5 eV or less, and the conductivity is 1 ×. 10 -Ten The light emitting device is formed of a material having S / m or more.
[0028]
Furthermore, in another light emitting device having a light emitting device comprising an anode, a cathode, and an organic compound layer, the structure is formed between the organic compound layer formed in contact with the anode, and the organic compound layer and the cathode. The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more, the conductive film has a work function of 3.5 eV or less, and the conductivity is 1 × 10 6. -Ten The light-emitting device is formed with a thickness of 1 to 20 nm using a material of S / m or more.
[0029]
Note that in the above structure, the conductive film includes one or a plurality of elements selected from elements belonging to Group 2 of the element periodic rule.
[0030]
In the above structure, the conductive film includes one or more selected from nitrides, sulfides, borides, and silicides containing an element belonging to Group 2 of the periodic table.
[0031]
Further, in the above structure, the conductive film is one or more selected from calcium nitride, magnesium nitride, calcium sulfide, magnesium sulfide, strontium sulfide, barium sulfide, magnesium boride, magnesium silicide, calcium silicide, strontium silicide, and barium silicide. Including seeds.
[0032]
In the above structure, the conductive film includes one or more selected from borides containing rare earth elements.
[0033]
Further, in the above structure, one or more kinds selected from yttrium boride, lanthanum boride, and cerium boride are included.
[0034]
Further, in the above structure, the inorganic conductive layer is mainly formed by a vapor deposition method, but in the case of a substance having a high melting point such as a rare earth boride, a sputtering method may be used. In the case where the inorganic conductive layer is formed after the organic compound layer is formed using the sputtering method, it is desirable to provide a barrier layer for preventing damage to the organic compound layer during sputtering. As a material for forming the barrier layer, specifically, copper phthalocyanine (hereinafter referred to as Cu-Pc) or the like can be used.
[0035]
Conventionally, when a cathode buffer layer made of an insulating material was formed, the film thickness could not be increased. However, by adopting the configuration of the present invention, the thickness of the inorganic conductive layer can be reduced. Since it can be formed thicker than the layer, it is possible to easily control the film thickness between the pixels, so that problems in the manufacturing process can be improved.
[0036]
Note that the light-emitting device of the present invention includes both an active matrix light-emitting device and a passive matrix light-emitting device each having a light-emitting element electrically connected to a TFT.
[0037]
Note that light emission obtained from the light-emitting device of the present invention includes light emission in one or both of the singlet excited state and the triplet excited state.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element having an element structure illustrated in FIG.
[0039]
As shown in FIG. 1A, a cathode 102 is formed over a substrate 101, and an inorganic conductive layer 103 is formed in contact with the cathode 102.
[0040]
Note that the inorganic conductive layer 103 is a material having a work function smaller than that of the cathode material, and is preferably formed of a material having a work function of 3.5 eV or less. The inorganic conductive layer 103 has a conductivity of 1 × 10. -Ten It is formed of a material of S / m or higher. Note that the inorganic conductive layer 103 in the present invention can be increased in thickness because it has conductivity. However, in consideration of improvement in light extraction efficiency, the thickness is preferably set to about 1 to 30 nm. .
[0041]
Further, an organic compound layer 104 is formed in contact with the inorganic conductive layer 103. Note that the organic compound layer 104 may be formed of a single layer structure including only a light emitting layer, but a hole injection layer, a hole transport layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer other than the light emitting layer. A plurality of layers having different functions with respect to the carrier can be formed.
[0042]
Next, the anode 105 is formed in contact with the organic compound layer 104.
[0043]
FIG. 1B shows an energy band diagram of the light-emitting element having the element structure shown in FIG. Here, the organic compound layer 104 formed between the cathode 102 and the anode 105 includes an electron transport layer 106, a light-emitting layer 107, a hole transport layer 108, and a hole injection layer 109. FIG. It has a work function magnitude relationship as shown in B).
[0044]
Note that the inorganic conductive layer 103 of the present invention is formed using a material having an energy level between the electron transport layer 106 and the cathode 102 which form part of the organic compound layer 104, so that electrons can be emitted from the cathode 102. The energy barrier 110 when implanted can be relaxed. Thereby, the electron injectability in the light emitting element can be improved.
[0045]
Note that although FIG. 1A illustrates an element structure in which the cathode 102 is formed in contact with the substrate 101, the present invention is not limited to this, and the anode is formed in contact with the substrate 101. A configuration is also possible. In this case, an element structure is formed in which an anode is formed in contact with the substrate 101, an organic compound layer is formed in contact with the anode, and an inorganic conductive layer is formed between the organic compound layer and the cathode.
[0046]
Next, Embodiments 1 to 3 in the active matrix light-emitting device having the above element structure will be described below with reference to FIGS.
[0047]
(Embodiment 1)
As Embodiment Mode 1 of the present invention, a cross-sectional structure of a pixel portion of a light-emitting device will be described with reference to FIG.
[0048]
In FIG. 2A, a semiconductor element is formed over a substrate 201. Note that as the substrate 201, a glass substrate is used as a light-transmitting substrate, but a quartz substrate may be used. A TFT is used as a semiconductor element, and an active layer of each TFT includes at least a channel formation region 202, a source region 203, and a drain region 204.
[0049]
The active layer of each TFT is covered with a gate insulating film 205, and a gate electrode 206 is formed so as to overlap the channel formation region 202 with the gate insulating film 205 interposed therebetween. An interlayer insulating film 207 that covers the gate electrode 206 is provided, and an electrode that is electrically connected to the source region or drain region of each TFT is provided on the interlayer insulating film 207. The electrode reaching the drain region 204 of the current control TFT 222 which is an n-channel TFT is a cathode 208 of the light emitting element. In addition, an insulating layer 209 having an opening is provided so as to cover an end portion of the cathode 208 and have a tapered edge. In addition, an inorganic conductive layer 210 is formed over the cathode 208, an organic compound layer 211 is provided thereon, and an anode 212 is provided over the organic compound layer 211 to form a light-emitting element. Note that the light-emitting element is sealed with the sealing substrate 214 while the space 213 remains.
[0050]
In this embodiment mode, the inorganic conductive layer 210 is formed in contact with the cathode 208 electrically connected to the TFT, and the organic compound layer 211 is formed in contact therewith.
[0051]
Furthermore, since the inorganic conductive layer 210 has conductivity, it can be formed with a film thickness of 1 to 30 nm, and the film thickness can be easily controlled.
[0052]
In Embodiment 1, by using a transparent conductive film for the anode 212, light generated by carrier recombination in the organic compound layer 211 can be emitted from the anode 212 side.
[0053]
In the first embodiment, the inorganic conductive layer 210 includes an element belonging to Group 2 of the element periodic rule, or includes these nitrides, sulfides, borides, or silicides. Alternatively, a rare earth element boride may be included.
[0054]
More specifically, it can be formed using materials such as calcium nitride, magnesium nitride, calcium sulfide, magnesium sulfide, strontium sulfide, barium sulfide, magnesium boride, magnesium silicide, calcium silicide, strontium silicide, and barium silicide. . Other borides including rare earth elements (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), particularly preferably boride It can be formed using materials such as lanthanum, yttrium boride, and cerium boride. In addition, by using a stable compound mainly composed of a covalent bond in this way, impurity ions (typically alkali metal ions and alkaline earths) that become a problem when using elemental elements such as alkali metals and alkaline earth metals are used. The diffusion of the metal ions) can be prevented, and the electron injectability from the cathode 208 can be improved.
[0055]
As a material for forming the organic compound layer 211, a known high molecular organic compound can be used, and a low molecular known organic compound can also be used.
[0056]
In Embodiment 1, since the anode 212 made of a transparent conductive film is formed by a sputtering method after the organic compound layer 211 is formed, it is possible to prevent damage to the organic compound layer 211 during film formation. A barrier layer (not shown) is preferably provided. Note that by providing a hole injection layer that forms the organic compound layer 211, the function of a barrier layer can be provided, and thus a hole injection layer may be provided. Cu-Pc can be used as the hole injection layer.
[0057]
Although the top gate type TFT has been described as an example here, the present invention is not particularly limited, and can be applied to a bottom gate type TFT, a forward stagger type TFT, and other TFT structures instead of the top gate type TFT. It is.
[0058]
(Embodiment 2)
As Embodiment Mode 2 of the present invention, a cross-sectional structure of a pixel portion of a light-emitting device will be described with reference to FIG. Note that the configuration until the interlayer insulating film 207 is formed is the same as that in Embodiment 1 except that the current control TFT is formed in a p-channel type, and thus detailed description thereof is omitted.
[0059]
An electrode that is electrically connected to the source region or drain region of each TFT is provided on the interlayer insulating film 207. An electrode reaching the drain region 204 of the current control TFT 222 which is a p-channel TFT is electrically connected to the anode 231 of the light emitting element. In addition, an insulating layer 232 having an opening is provided so as to cover an end portion of the anode 231 and have a tapered edge.
[0060]
An organic compound layer 233 is formed over the anode 231, an inorganic conductive layer 234 is provided over the organic compound layer 233, and a cathode 235 is provided over the inorganic conductive layer 234 to form a light-emitting element. Note that the light-emitting element is sealed with the sealing substrate 214 while the space 213 is left in the same manner as described in Embodiment Mode 1.
[0061]
In this embodiment mode, the organic compound layer 233 is formed in contact with the anode 231 electrically connected to the TFT, and the inorganic conductive layer 234 is formed in contact with the organic compound layer 233 and the cathode 235, respectively. It has a configuration.
[0062]
In Embodiment 2, by using a transparent conductive film for the anode 231, light generated by carrier recombination in the organic compound layer 233 can be emitted from the anode 231 side. In the second embodiment, the light transmitted from the anode 231 side is also transmitted through the substrate 201 and emitted to the outside. Therefore, it is necessary to use a light-transmitting material as the material used for the substrate 201. Specifically, a material such as glass, quartz, or plastic is used.
[0063]
In Embodiment 2, since the inorganic conductive layer 234 is formed by a sputtering method after the organic compound layer 233 is formed, a barrier layer (for preventing damage to the organic compound layer 233 during film formation) (Not shown) may be provided. Note that Cu—Pc or the like can be used as the barrier layer.
[0064]
(Embodiment 3)
As Embodiment Mode 3 of the present invention, a cross-sectional structure of a pixel portion of a light-emitting device will be described with reference to FIG. Note that the configuration until the interlayer insulating film 207 is formed is the same as that in Embodiment 1 except that the current control TFT is formed in a p-channel type, and thus detailed description thereof is omitted.
[0065]
In Embodiment Mode 3, the first electrode 241 electrically connected to the TFT is formed as described in Embodiment Mode 1. Note that as a material for forming the first electrode 241, a light-shielding and highly reflective conductive material, for example, one or a plurality of stacked layers of aluminum, titanium, tungsten, or the like is used. preferable.
[0066]
Further, a second electrode 242 made of a material having a high work function is formed over the first electrode 241. Note that as a material for forming the second electrode 242, a material having a low work function such as ITO is preferably used. In addition, an insulating layer 243 having an opening is provided so as to cover an end portion of the second electrode 242 and have a tapered edge. Note that in Embodiment Mode 3, the first electrode having a light-blocking property or reflectivity and the second electrode having a small work function are stacked to function as the anode 244 of one light-emitting element.
[0067]
In addition, an organic compound layer 245 is formed over the anode 244, an inorganic conductive layer 246 is provided over the organic compound layer 245, and a cathode 247 is provided over the inorganic conductive layer 246 to form a light-emitting element. Note that the light-emitting element is sealed with the sealing substrate 214 while having the space 213 as in Embodiment Modes 1 and 2.
[0068]
In Embodiment 3, the anode 244 is formed by stacking the first electrode 241 and the second electrode 242 electrically connected to the TFT, and the organic compound layer 245 is formed in contact with the anode 244. An inorganic conductive layer 246 is formed between and in contact with the organic compound layer 245 and the cathode 247.
[0069]
With such a structure, the organic compound layer 245 can emit light emitted from the recombination of carriers efficiently from the cathode 247 side without being emitted from the anode 242 side.
[0070]
In Embodiment 3, since the inorganic conductive layer 246 is formed by a sputtering method after the organic compound layer 245 is formed, a barrier layer (for preventing damage to the organic compound layer 245 during film formation) (Not shown) may be provided. Note that a material such as Cu—Pc can be used for the barrier layer.
[0071]
Furthermore, in Embodiment 3, in order to emit light emitted from the organic compound layer 245 from the cathode 247 side, the thickness of the inorganic conductive layer 246 is preferably 1 to 20 nm. The cathode 247 is also preferably formed with a thickness of 1 to 20 nm in order to transmit light.
[0072]
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
[0073]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0074]
(Example 1)
In this example, a light-emitting device having the element structure described in Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, and Embodiment Mode 3 will be described in detail.
[0075]
FIG. 3A illustrates the structure of the light-emitting element described in Embodiment 1. That is, the inorganic conductive layer 302 is formed over the cathode 301, the organic compound layer 303 is formed over the inorganic conductive layer 302, and the anode 307 is formed over the organic compound layer 303. The light having the upward emission type element structure is transmitted through the anode 307 and emitted to the outside. In addition, in the case of this element structure, ITO, which is a transparent conductive film, is formed on the organic compound layer 303 by a sputtering method, so that it is formed by a vapor deposition method to prevent damage to the organic compound layer 303 during sputtering. It is desirable to provide a barrier layer 306 to be formed.
[0076]
The cathode 301 is an electrode electrically connected to the current control TFT 222 as shown in FIG. 2A. In this embodiment, the cathode 301 is formed of Al with a thickness of 120 nm.
[0077]
The inorganic conductive layer 302 formed on the cathode 301 is formed with a film thickness of 30 nm by vapor deposition using CaN.
[0078]
In this embodiment, the organic compound layer 303 formed on the inorganic conductive layer 302 has a stacked structure of a light emitting layer 304 and a hole transport layer 305. Note that the case where the organic compound layer 303 in this embodiment is formed using a high molecular weight organic compound is described; however, a low molecular weight organic compound may be formed as a single layer or a stacked layer. .
[0079]
For the light-emitting layer 304, a polyparaphenylene vinylene-based, polyparaphenylene-based, polythiophene-based, or polyfluorene-based material can be used.
[0080]
Examples of the polyparaphenylene vinylene-based material include poly (p-phenylene vinylene) (hereinafter referred to as PPV) and poly (2- (2′-ethyl-hexoxy)) that can emit orange light. -5-methoxy-1,4-phenylene vinylene) (poly [2- (2'-ethylhexoxy) -5-methoxy-1,4-phenylene vinylene]) (hereinafter referred to as MEH-PPV), green light emission The resulting poly (2- (dialkoxyphenyl) -1,4-phenylene vinylene) (poly [2- (dialkoxyphenyl) -1,4-phenylene vinylene]) (hereinafter referred to as ROPh-PPV) or the like can be used. it can.
[0081]
As a polyparaphenylene-based material, poly (2,5-dialkoxy-1,4-phenylene) (hereinafter referred to as RO— Poly (2,5-dihexoxy-1,4-phenylene)) or the like can be used.
[0082]
Examples of polythiophene-based materials include poly (3-alkylthiophene) (hereinafter referred to as PAT), poly (3-hexylthiophene) (poly (3-hexylthiophene) (poly (3-hexylthiophene)). )) (Hereinafter referred to as PHT), poly (3-cyclohexylthiophene) (hereinafter referred to as PCHT), poly (3-cyclohexyl-4-methylthiophene) (poly (3-cyclohexyl) -4-methylthiophene)) (hereinafter referred to as PCHMT), poly (3,4-dicyclohexylthiophene) (hereinafter referred to as PDCHT), poly [3- (4-octylphenyl) ) -Thiophene] (poly [3- (4octylphenyl) -thiophene]) (hereinafter referred to as POPT), poly [3- (4-octylphenyl) -2,2-bithiophene] (poly [3- (4-octylphenyl)) -2,2-bithiophene]) (hereinafter PTOP) And the like can be used.
[0083]
Furthermore, poly (9,9-dialkylfluorene) (hereinafter referred to as PDAF), poly (9,9-dioctylfluorene), which can obtain blue light emission, is a polyfluorene-based material. (poly (9,9-dioctylfluorene) (hereinafter referred to as PDOF) or the like can be used.
[0084]
Note that these materials for forming the light emitting layer are formed by applying a solution dissolved in an organic solvent by a coating method. In addition, as an organic solvent used here, toluene, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, chloroform, tetralin, xylene, dichloromethane, cyclohexane, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), dimethyl sulfoxide, cyclohexanone, dioxane, THF (tetrahydrofuran) ) Etc.
[0085]
In addition, the hole transport layer 305 is formed using both PEDOT (poly (3,4-ethylene dioxythiophene)) and polystyrene sulfonic acid (hereinafter referred to as PSS) which is an acceptor material. (Shown as PANI) and acceptor material camphor sulfonic acid (hereinafter referred to as CSA). Since these materials are water-soluble, an aqueous solution is applied by a coating method to form a film.
[0086]
In this embodiment, a film made of PPV is formed as the light emitting layer 304 with a thickness of 80 nm, and a film made of PEDOT and PSS is formed as the hole transport layer 305 with a thickness of 30 nm.
[0087]
A barrier layer 306 is formed on the organic compound layer 303. Note that as a material for forming the barrier layer 306, in addition to a material having a high work function such as gold or silver, Cu-Pc or the like can be used. In this embodiment, Au is used to form a film with a thickness of 20 nm by vapor deposition.
[0088]
Next, an anode 307 is formed. Note that the anode 307 is formed using a light-transmitting material such as ITO (indium tin oxide) or IZO (indium zinc oxide). In this embodiment, ITO is used and formed with a film thickness of 110 nm by a sputtering method.
[0089]
Through the above steps, the upward emission light-emitting element described in Embodiment Mode 1 can be obtained.
[0090]
Next, the structure of the light-emitting element described in Embodiment 2 is illustrated in FIG. That is, the organic compound layer 312 is formed on the anode 311, the inorganic conductive layer 316 is formed on the organic compound layer 312, and the cathode 317 is formed thereon, and the light generated in the organic compound layer 312 is This is a downward emission type element structure that passes through the anode 311 and is emitted to the outside.
[0091]
The anode 311 is a light-transmitting electrode electrically connected to the current control TFT 222 as shown in FIG. 2B, and is formed of ITO with a film thickness of 110 nm in this embodiment.
[0092]
The organic compound layer 312 formed over the anode 311 is formed by stacking a hole transport layer 313 and a light emitting layer 314 in the same manner as shown in FIG. Note that the above-described materials can be used for forming the hole-transporting layer 313 and the light-emitting layer 314, but the film thickness of PEDOT and PSS is also used here as in FIG. 3A. A hole transport layer 313 having a thickness of 30 nm and a light-emitting layer 314 having a thickness of 80 nm made of PPV are formed.
[0093]
The inorganic conductive layer 316 formed over the organic compound layer 312 is formed with a film thickness of 30 nm by vacuum evaporation using CaN as in FIG.
[0094]
A cathode 317 is formed on the inorganic conductive layer 316. Here, Al is used as the cathode material and is formed with a thickness of 120 nm.
[0095]
Thus, the bottom emission type light-emitting element described in Embodiment Mode 2 can be obtained.
[0096]
Next, FIG. 4 illustrates the structure of the light-emitting element described in Embodiment 3. That is, the organic compound layer 402 is formed on the anode 401, the inorganic conductive layer 406 is formed on the organic compound layer 402, and the cathode 407 is formed thereon. The light generated in the organic compound layer 402 is This is an upward emission type element structure that passes through the inorganic conductive layer 406 and the cathode 407 and is emitted to the outside.
[0097]
The anode 401 is formed by stacking a first electrode 241 and a second electrode 242 electrically connected to the current control TFT 222 as shown in FIG. In this embodiment, the anode 401 is formed by stacking Al having a thickness of 100 nm for forming the first electrode 241 and ITO having a thickness of 50 nm for forming the second electrode 242. .
[0098]
The organic compound layer 402 formed over the anode 401 is formed by stacking a hole transport layer 403 and a light emitting layer 404 in the same manner as shown in FIG. Note that the material for forming the hole-transporting layer 403 and the light-emitting layer 404 can be selected from the above-described materials, but again from PEDOT and PSS, as shown in FIG. A hole transport layer 403 having a thickness of 30 nm and a light emitting layer 404 having a thickness of 80 nm made of PPV are formed.
[0099]
The inorganic conductive layer 406 formed over the organic compound layer 402 is formed by vacuum evaporation using CaN as in FIG. However, here, the light-emitting layer is formed with a thickness of 10 nm so that light generated in the organic compound layer 402 can pass through the inorganic conductive layer 406.
[0100]
A cathode 407 is formed over the inorganic conductive layer 406. Here, Al is used as the cathode material and is formed with a thickness of 20 nm in consideration of light transmittance.
[0101]
Through the above steps, the upward emission light-emitting element described in Embodiment Mode 3 can be obtained.
[0102]
(Example 2)
In this embodiment, a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion are formed on the same substrate at the same time, and the TFT is electrically connected to the TFT in the pixel portion. A method for forming an element substrate by forming connected light-emitting elements will be described with reference to FIGS. Note that in this example, a light-emitting element having the element structure described in Embodiment Mode 1 is formed.
[0103]
First, in this embodiment, a substrate 600 made of glass such as barium borosilicate glass represented by Corning # 7059 glass or # 1737 glass or aluminoborosilicate glass is used. Note that the substrate 600 is not limited as long as it is a light-transmitting substrate, and a quartz substrate may be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used.
[0104]
Next, a base film 601 formed of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed over the substrate 600. Although a two-layer structure is used as the base film 601 in this embodiment, a single-layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked may be used. As the first layer of the base film 601, a plasma CVD method is used, and SiH Four , NH Three And N 2 A silicon oxynitride film 601a formed using O as a reactive gas is formed to a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 100 nm). In this embodiment, a silicon oxynitride film 601a (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%) having a thickness of 50 nm is formed.
[0105]
Next, as the second layer of the base film 601, a plasma CVD method is used, and SiH Four And N 2 A silicon oxynitride film 601b formed using O as a reaction gas is stacked to a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). In this embodiment, a silicon oxynitride film 601b (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) having a thickness of 100 nm is formed.
[0106]
Next, semiconductor layers 602 to 605 are formed over the base film 601. The semiconductor layers 602 to 605 are formed by forming a semiconductor film having an amorphous structure by a known means (a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like), and then a known crystallization treatment (laser crystallization method, heat A crystalline semiconductor film obtained by performing a crystallization method or a thermal crystallization method using a catalyst such as nickel) is formed by patterning into a desired shape. The semiconductor layers 602 to 605 are formed with a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm). The material of the crystalline semiconductor film is not limited, but is preferably silicon (silicon) or silicon germanium (Si 1-X Ge X (X = 0.0001 to 0.02)) or the like.
[0107]
In this embodiment, a plasma CVD method is used to form a 55 nm amorphous silicon film, and then a solution containing nickel is held on the amorphous silicon film. This amorphous silicon film is dehydrogenated (500 ° C., 1 hour), then thermally crystallized (550 ° C., 4 hours), and further laser annealed to improve crystallization. To form a crystalline silicon film. Then, semiconductor layers 602 to 605 are formed by patterning the crystalline silicon film by photolithography.
[0108]
Further, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped before or after the semiconductor layers 602 to 605 are formed in order to control the threshold value of the TFT.
[0109]
In the case of manufacturing a crystalline semiconductor film by a laser crystallization method, a pulse oscillation type or continuous emission type gas laser or solid laser can be used. Examples of gas lasers include excimer lasers, Ar lasers, Kr lasers, and solid lasers include YAG lasers and YVO lasers. Four Laser, YLF laser, YAlO Three A laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandride laser, a Ti: sapphire laser, or the like can be used.
[0110]
Note that in the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which laser light emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. Crystallization conditions are appropriately selected by the practitioner. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz and the laser energy density is 100 to 400 mJ / cm. 2 (Typically 200-300mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used and the pulse oscillation frequency is set to 30 to 300 Hz, and the laser energy density is set to 300 to 600 mJ / cm. 2 (Typically 350-500mJ / cm 2 ) Then, when the laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example, 400 μm is irradiated over the entire surface of the substrate, the superposition ratio (overlap ratio) of the linear laser light at this time is 50 to 90%. Good.
[0111]
Next, a gate insulating film 607 covering the semiconductor layers 602 to 605 is formed. The gate insulating film 607 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) is formed to a thickness of 110 nm by plasma CVD. Needless to say, the gate insulating film 607 is not limited to a silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0112]
When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 The reaction pressure is 40 Pa, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the high frequency (13.56 MHz) power density is 0.5 to 0.8 W / cm. 2 And can be formed by discharging. The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. thereafter.
[0113]
Next, as illustrated in FIG. 5A, a first conductive film 608 with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film 609 with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film 607. In this embodiment, a first conductive film 608 made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film 609 made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. The TaN film is formed by sputtering using a Ta target in an atmosphere containing nitrogen. The W film is formed by sputtering using a W target. In addition, tungsten hexafluoride (WF 6 It can also be formed by a thermal CVD method using
[0114]
In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by increasing the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in the W film, the crystallization is hindered and the resistance is increased. Therefore, in this embodiment, a sputtering method using a target of high purity W (purity 99.9999%) is used, and the W film is formed with sufficient consideration so that impurities are not mixed in from the gas phase during film formation. By forming, a resistivity of 9 to 20 μΩcm can be realized.
[0115]
In this embodiment, the first conductive film 608 is TaN and the second conductive film 609 is W. However, there is no particular limitation, and all of them are Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, Nd. You may form with the element selected from these, or the alloy material or compound material which has the said element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Moreover, you may use the alloy which consists of Ag, Pd, and Cu.
[0116]
In addition, the first conductive film 608 is formed using a tantalum (Ta) film, the second conductive film 609 is formed using a W film, the first conductive film 608 is formed using a titanium nitride (TiN) film, and the second The conductive film 609 is a combination of W films, the first conductive film 608 is a tantalum nitride (TaN) film, the second conductive film 609 is an Al film, and the first conductive film 608 is a tantalum nitride film. (TaN) film is formed, the second conductive film 609 is a combination of Cu films, the first conductive film 608 is formed of W, Mo, or a film made of W and Mo, and the second conductive film 609 is formed. A film made of Al and Si, Al and Ti, Al and Sc, or Al and Nd is formed, and a third conductive film (not shown) is formed of Ti, TiN, or a film made of Ti and TiN. It is good also as a combination.
[0117]
Next, as shown in FIG. 5B, resist masks 610 to 613 are formed by photolithography, and a first etching process for forming electrodes and wirings is performed. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. In this embodiment, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used as the first etching condition, and CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And O 2 Each gas flow rate ratio is 25/25/10 (sccm), and 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching. . Here, a dry etching apparatus (Model E645- □ ICP) using ICP manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. is used. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied.
[0118]
The W film is etched under this first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered. Under the first etching conditions, the etching rate with respect to W is 200.39 nm / min, the etching rate with respect to TaN is 80.32 nm / min, and the selection ratio of W with respect to TaN is about 2.5. Further, the taper angle of W is about 26 ° under this first etching condition.
[0119]
After that, as shown in FIG. 5B, the resist masks 610 to 613 are not removed and the second etching condition is changed, and the etching gas is changed to CF. Four And Cl 2 The gas flow ratio is 30/30 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma for about 15 seconds. Etching is performed. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the second etching condition in which is mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent.
[0120]
The etching rate for W under the second etching conditions is 58.97 nm / min, and the etching rate for TaN is 66.43 nm / min. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.
[0121]
In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of the tapered portion may be 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 615 to 618 (first conductive layers 615 a to 618 a and second conductive layers 615 b to 618 b) composed of the first conductive layer and the second conductive layer by the first etching treatment. Form. Reference numeral 620 denotes a gate insulating film, and a region that is not covered with the first shape conductive layers 615 to 618 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.
[0122]
Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer (FIG. 5B). The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 5x10 15 atoms / cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 100 keV. In this embodiment, the dose is 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 And the acceleration voltage is 80 keV.
[0123]
As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but phosphorus (P) is used. In this case, the conductive layers 615 to 618 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the high concentration impurity regions 621 to 624 are formed in a self-aligning manner. The high concentration impurity regions 621 to 624 have 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0124]
Next, as shown in FIG. 5C, a second etching process is performed without removing the resist mask. The second etching process is performed under the third and fourth etching conditions. Here, as the third etching condition, CF as an etching gas is used. Four And Cl 2 The gas flow ratio is 30/30 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma for about 60 seconds. Etching is performed. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the third etching condition in which is mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent.
[0125]
The etching rate for W under the third etching condition is 58.97 nm / min, and the etching rate for TaN is 66.43 nm / min. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.
[0126]
After that, as shown in FIG. 5C, the resist masks 610 to 613 are not removed and the fourth etching condition is changed, and the etching gas is changed to CF. Four And Cl 2 And O 2 The gas flow rate ratio is 20/20/20 (sccm), and 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma, and about 20 Etch for about 2 seconds. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied.
[0127]
The etching rate for TaN in the fourth etching process is 14.83 nm / min. Therefore, the W film is selectively etched. By this fourth etching process, second conductive layers 626 to 629 (first conductive layers 626a to 629a and second conductive layers 626b to 629b) are formed.
[0128]
Next, a second doping process is performed as shown in FIG. Doping is performed such that the first conductive layers 626a to 629a and the second conductive layers 626b to 629b are used as masks against the impurity element, and the impurity element is added to the semiconductor layer below the tapered portion of the first conductive layer. To do. In this embodiment, P (phosphorus) is used as the impurity element, and the dose amount is 1.5 × 10. 14 Plasma doping is performed at a current density of 0.5 μA and an acceleration voltage of 90 keV.
[0129]
In this manner, low concentration impurity regions 631a to 634a that overlap with the first conductive layer and low concentration impurity regions 631b to 634b that do not overlap with the first conductive layer are formed in a self-aligned manner. The concentration of phosphorus (P) added to the low concentration impurity regions 631 to 634 is 1 × 10 6. 17 ~ 5x10 18 atoms / cm Three It is. Further, an impurity element is also added to the high concentration impurity regions 621 to 624 to form high concentration impurity regions 635 to 638.
[0130]
Next, as shown in FIG. 6B, a mask made of resist (639, 640) is formed, and a third doping process is performed. By this third doping treatment, an impurity region 641 in which an impurity element imparting a conductivity type (p-type) opposite to the one conductivity type (n-type) is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT. , 642. The first conductive layer 627a and the second conductive layer 627b are used as masks for the impurity element, and an impurity element imparting p-type conductivity is added to form an impurity region in a self-aligning manner.
[0131]
In this embodiment, the impurity regions 641 and 642 are diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. By the first doping process and the second doping process, phosphorus is added to the impurity regions 641 and 642 at different concentrations, respectively, and the concentration of the impurity element imparting p-type in each region is 2 ×. 10 20 ~ 2x10 twenty one atoms / cm Three By performing the doping treatment so as to become, no problem arises because it functions as the source region and drain region of the p-channel TFT.
[0132]
Next, the resist masks 639 and 640 are removed, and a first interlayer insulating film 643 is formed as shown in FIG. 6C. In this embodiment, a stacked film of a first insulating film 643 a containing silicon and nitrogen and a second insulating film 643 b containing silicon and oxygen is formed as the first interlayer insulating film 643.
[0133]
First, the first insulating film 643a containing silicon is formed using an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film with a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method. Needless to say, the first insulating film 643a is not limited to the above-described film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0134]
Next, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation process is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. As the thermal annealing method, it may be performed at 400 to 700 ° C., typically 500 to 550 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. The activation treatment was performed by heat treatment. In addition to the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied.
[0135]
In this embodiment, at the same time as the activation treatment, nickel used as a catalyst during crystallization is gettered to impurity regions (635, 636, 637, 638) containing high-concentration phosphorus, and mainly the channel. The nickel concentration in the semiconductor layer that becomes the formation region is reduced. A TFT having a channel formation region manufactured in this manner has a low off-current value and good crystallinity, so that high field-effect mobility can be obtained and good characteristics can be achieved.
[0136]
In addition, an activation process may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, after forming an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to perform an activation treatment.
[0137]
In addition, the first interlayer insulating film may be formed by performing a doping process after the activation process.
[0138]
Furthermore, a heat treatment is performed at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the semiconductor layer. In this embodiment, heat treatment was performed at 410 ° C. for 1 hour in an atmosphere containing about 100% hydrogen. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0139]
In the case where a laser annealing method is used as the activation treatment, it is desirable to irradiate a laser beam such as an excimer laser or a YAG laser after performing the hydrogenation.
[0140]
Next, a second insulating film 643b is formed over the first insulating film 643a by an insulating film containing silicon with a thickness of 1 to 2 μm by a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 1.2 μm is formed by plasma CVD. Needless to say, the second insulating film 643b is not limited to the above-described film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0141]
As described above, the first interlayer insulating film 643 including the first insulating film 643a and the second insulating film 643b can be formed.
[0142]
Next, patterning is performed to form contact holes that reach the impurity regions 635, 636, 637, and 638.
[0143]
Note that each of the first insulating film 643a and the second insulating film 643b is an insulating film containing silicon formed by a plasma CVD method. Therefore, a dry etching method or a wet etching method is used for forming the contact hole. In this embodiment, etching is performed by using a wet etching method for the first insulating film and using a dry etching method for the second insulating film.
[0144]
First, the second insulating film 643b is etched. Here, ammonium hydrogen fluoride (NH Four HF 2 ) 7.13% and ammonium fluoride (NH Four Wet etching is performed at 20 ° C. using a mixed solution (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Co.) containing 15.4% of F) as an etchant.
[0145]
Next, the first insulating film 643a is etched. At this time, CHF for etching gas Three , The gas flow ratio is set to 35 (sccm), and 800 W RF power is applied to the electrode at a pressure of 7.3 Pa to perform dry etching.
[0146]
Then, wirings 645 to 651 and a cathode 652 that are electrically connected to the respective high concentration impurity regions 635, 636, 637, and 638 are formed. In this embodiment, Al is used to form a film having a thickness of 500 nm and then patterned, but in addition to a single layer film made of Ti, TiN, Al: Si, etc., Ti, TiN, Al: A laminated film formed by sequentially laminating Si and Ti can also be used.
[0147]
In this embodiment, the cathode 652 is formed at the same time as the formation of the wiring, and is also formed as a wiring with the high concentration impurity region 638.
[0148]
Next, an insulating film is formed to a thickness of 1 μm. In this embodiment, a film made of silicon oxide is used as a material for forming the insulating film. However, in some cases, in addition to an insulating film containing silicon such as silicon nitride and silicon oxynitride, polyimide, polyamide, acrylic Organic resin films such as (including photosensitive acrylic) and BCB (benzocyclobutene) can also be used.
[0149]
An opening is formed at a position corresponding to the cathode 652 of this insulating film to form an insulating layer 653 (FIG. 7B).
[0150]
Specifically, an insulating film having a thickness of 1 μm is formed using photosensitive acrylic, and after patterning by a photolithography method, an insulating layer 653 is formed by performing an etching process.
[0151]
Next, an inorganic conductive layer 654 is formed by evaporation on the cathode 652 exposed in the opening of the insulating layer 653. In this embodiment, as a material for forming the inorganic conductive layer 654, conductive nitrides, oxides, carbides, borides, and silicides composed of elements belonging to Group 2 of the periodic table can be used. Here, the inorganic conductive layer 654 is formed using calcium nitride (CaN).
[0152]
In this embodiment, the inorganic conductive layer 654 is formed using a vacuum evaporation method so that the film thickness is 1 to 50 nm, preferably 10 to 20 nm. Note that in this embodiment, the inorganic conductive layer 654 is formed to a thickness of 30 nm.
[0153]
Next, as illustrated in FIG. 8B, an organic compound layer 655 is formed over the inorganic conductive layer 654 by an evaporation method. Here, in this embodiment, one of the organic compound layers formed by the organic compounds exhibiting three types of light emission of red, green, and blue is shown, but three types of organic compound layers are formed. The combination of organic compounds to be described will be described with reference to FIG.
[0154]
Note that the light-emitting element illustrated in FIG. 9A includes a cathode 901, an inorganic conductive layer 902, an organic compound layer 903, a barrier layer 908, and an anode 909. The organic compound layer 903 includes an electron-transport layer 904 and a blocking layer 905. , A light emitting layer 906 and a hole transport layer 907. Note that the material and thickness of the light-emitting element that emits red light is shown in FIG. 9B, the material and thickness of the light-emitting element that emits green light is shown in FIG. 9C, and blue light is emitted. FIG. 9D illustrates materials and thicknesses included in the light-emitting element.
[0155]
First, an organic compound layer that emits red light is formed. Specifically, the electron-transport layer 904 includes tris (8-quinolinolato) aluminum (hereinafter referred to as Alq) which is an electron-transport organic compound. Three Is formed to a thickness of 40 nm, the blocking layer 905 is formed of a blocking organic compound, bathocuproine (hereinafter referred to as BCP), to a thickness of 10 nm, and the light-emitting layer 906 emits light. Organic compound (hereinafter referred to as host material) which is a host of 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-porphyrin-platinum (hereinafter referred to as PtOEP) And 4,4′-dicarbazole-biphenyl (hereinafter referred to as CBP) to form a film having a thickness of 30 nm, and the hole transport layer 907 is an organic compound having a hole transport property. 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (hereinafter referred to as α-NPD) having a thickness of 40 nm is formed into an organic compound that emits red light. A physical layer is formed.
[0156]
Here, the case where the organic compound layer for red light emission is formed using five kinds of organic compounds having different functions has been described. However, the present invention is not limited to this, and the organic compound layer for emitting red light is used. Known materials can be used.
[0157]
Next, an organic compound layer that emits green light is formed. Specifically, the electron-transport layer 904 is an Alq which is an electron-transporting organic compound. Three The blocking layer 905 forms a blocking organic compound BCP with a thickness of 10 nm, and the light emitting layer 906 uses CBP as a hole transporting host material. Tris (2-phenylpyridine) iridium (Ir (ppy)), a luminescent organic compound Three ) And co-evaporated to form a film with a thickness of 30 nm, and the hole transport layer 907 emits green light by forming a film of α-NPD, which is a hole transporting organic compound, with a thickness of 40 nm. Organic compounds can be formed.
[0158]
Here, the case where the organic compound layer that emits green light is formed using four types of organic compounds having different functions has been described, but the present invention is not limited to this, and is known as an organic compound that emits green light. These materials can be used.
[0159]
Next, an organic compound layer that emits blue light is formed. Specifically, the electron-transport layer 904 is an Alq which is an electron-transporting organic compound. Three Is formed with a film thickness of 40 nm, the blocking layer 905 is a blocking organic compound, BCP is formed with a film thickness of 10 nm, and the light emitting layer 906 is a light emitting and hole transporting organic compound. A certain blue-emitting organic compound layer can be formed by forming α-NPD with a thickness of 40 nm.
[0160]
Here, the case where the organic compound layer for blue light emission is formed using three types of organic compounds having different functions has been described, but the present invention is not limited to this, and is known as an organic compound exhibiting blue light emission. These materials can be used.
[0161]
By forming the organic compound described above on the cathode, an organic compound layer that exhibits red light emission, green light emission, and blue light emission can be formed in the pixel portion.
[0162]
Note that in the structure of the light-emitting element in this embodiment, after the organic compound layer 903 is formed, an anode 909 made of a transparent conductive film is formed by a sputtering method. Therefore, some damage is given to the surface of the organic compound layer 903 when the anode 909 is formed. Therefore, in this embodiment, the barrier layer 908 is provided on the organic compound layer 903 to prevent damage to the organic compound layer 903.
[0163]
Note that as a material for forming the barrier layer 908, a material having a high work function such as gold or silver, Cu-Pc having hole injection property, or the like can be used. In this embodiment, the barrier film 908 is formed by forming gold with a thickness of 10 nm (FIG. 9A).
[0164]
Next, as shown in FIG. 8B, an anode 656 made of a transparent conductive film is formed so as to cover the organic compound layer 655 and the insulating layer 653. In this embodiment, as a material for forming the anode 656, an indium tin oxide (ITO) film or a transparent conductive film in which 2 to 20% zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide has a thickness of 80 to 120 nm. The film is used after forming. Note that the anode 656 can be formed using another known material as long as it is a transparent conductive film having a high work function.
[0165]
Thus, as shown in FIG. 8B, a cathode 652 electrically connected to the current control TFT 704 and a gap between the cathode 652 and the first electrode (not shown) of the adjacent pixel are formed. The insulating layer 653 includes an inorganic conductive layer 654 formed over the cathode 652, an organic compound layer 655 formed over the inorganic conductive layer 654, and an anode 656 formed over the organic compound layer 655 and the insulating layer 653. An element substrate including the light-emitting element 657 can be formed.
[0166]
Note that in the manufacturing process of the light-emitting device in this embodiment, the source signal line is formed using the material forming the gate electrode and the source and drain electrodes are formed because of the circuit configuration and the process. Although the gate signal line is formed using the wiring material, it is possible to use different materials.
[0167]
In addition, a driver circuit 705 including an n-channel TFT 701 and a p-channel TFT 702, a pixel portion 706 including a switching TFT 703 and a current control TFT 704 can be formed over the same substrate.
[0168]
The n-channel TFT 701 in the driver circuit 705 has a channel formation region 501, a low concentration impurity region 631 (GOLD region) overlapping with the first conductive layer 626a which forms part of the gate electrode, and a high concentration functioning as a source region or a drain region. An impurity region 635 is provided. The p-channel TFT 702 includes a channel formation region 502 and impurity regions 641 and 642 functioning as a source region or a drain region.
[0169]
The switching TFT 703 of the pixel portion 706 includes a channel formation region 503, a low concentration impurity region 633a (LDD region) overlapping with the first conductive layer 628a forming the gate electrode, and a low concentration impurity region not overlapping with the first conductive layer 628a. 633b (LDD region) and a high concentration impurity region 637 which functions as a source region or a drain region.
[0170]
The current control TFT 704 of the pixel portion 706 includes a channel formation region 504, a low concentration impurity region 634a (LDD region) overlapping with the first conductive layer 629a forming the gate electrode, and a low concentration impurity not overlapping with the first conductive layer 628a. A region 634b (LDD region) and a high concentration impurity region 638 functioning as a source region or a drain region are provided.
[0171]
In this embodiment, the driving voltage of the TFT is 1.2 to 10V, preferably 2.5 to 5.5V.
[0172]
Further, when the display of the pixel portion is in operation (in the case of moving image display), the background is displayed by the pixel emitting light, and the character display is performed by the pixel where the light emitting element does not emit light. However, when the video display of the pixel portion is stationary for a certain period or longer (referred to as standby in this specification), the display method is switched (reversed) to save power. It is good to leave. Specifically, a character is displayed by a pixel from which the light emitting element emits light (also referred to as character display), and a background is displayed by a pixel from which the light emitting element does not emit light (also referred to as background display).
[0173]
Here, FIG. 10A shows a detailed top structure of the pixel portion of the light-emitting device described in this embodiment, and FIG. 10B shows a circuit diagram. Since FIGS. 10A and 10B use common reference numerals, they may be referred to each other.
[0174]
In FIG. 10, the switching TFT 1000 provided on the substrate is formed using the switching (n-channel type) TFT 703 in FIG. Accordingly, the description of the switching (n-channel type) TFT 703 may be referred to for the description of the structure. A wiring denoted by 1002 is a gate wiring that electrically connects the gate electrodes 1001 (1001a and 1001b) of the switching TFT 1000.
[0175]
Note that although a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
[0176]
The source of the switching TFT 1000 is connected to the source wiring 1003 and the drain is connected to the drain wiring 1004. The drain wiring 1004 is electrically connected to the gate electrode 1006 of the current control TFT 1005. Note that the current control TFT 1005 is formed using the current control (n-channel type) TFT 704 in FIG. Therefore, the description of the structure may be referred to the description of the current control (n-channel type) TFT 704. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.
[0177]
The source of the current control TFT 1005 is electrically connected to the current supply line 1007 and the drain is electrically connected to the drain wiring 1008. Further, the drain wiring 1008 is electrically connected to a cathode 1009 indicated by a dotted line.
[0178]
A wiring indicated by 1010 is a gate wiring electrically connected to the gate electrode 1012 of the erasing TFT 1011. Note that the source of the erasing TFT 1011 is electrically connected to the current supply line 1007, and the drain is electrically connected to the drain wiring 1004.
[0179]
Note that the erasing TFT 1011 is formed in the same manner as the current control (n-channel type) TFT 704 in FIG. Therefore, the description of the structure may be referred to the description of the current control (n-channel type) TFT 704. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.
[0180]
In addition, a storage capacitor (capacitor) is formed in a region indicated by 1013. The capacitor 1013 is formed between the semiconductor film 1014 electrically connected to the current supply line 1007, an insulating film (not shown) in the same layer as the gate insulating film, and the gate electrode 1006. A capacitor formed by the gate electrode 1006, the same layer (not shown) as the first interlayer insulating film, and the current supply line 1007 can also be used as the storage capacitor.
[0181]
Note that a light-emitting element 1015 illustrated in the circuit diagram of FIG. 10B includes a cathode 1009, an organic compound layer (not illustrated) formed over the cathode 1009, and an anode (not illustrated) formed over the organic compound layer. ). In the present invention, the cathode 1009 is connected to the source region or drain region of the current control TFT 1005.
[0182]
A counter potential is applied to the anode of the light emitting element 1015. A power supply potential is applied to the current supply line 1007. The potential difference between the counter potential and the power supply potential is always kept at such a potential difference that the light emitting element emits light when the power supply potential is applied to the cathode. The power source potential and the counter potential are supplied to the light emitting device of the present invention by a power source provided by an external IC or the like. Note that a power source for applying a counter potential is particularly referred to as a counter power source 1016 in this specification.
[0183]
(Example 3)
In this embodiment, an external view of an active matrix light-emitting device of the present invention will be described with reference to FIG. 11A is a top view illustrating the light-emitting device, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 11A. Reference numeral 1101 indicated by a dotted line denotes a source side driver circuit, 1102 denotes a pixel portion, and 1103 denotes a gate side driver circuit. Reference numeral 1104 denotes a sealing substrate, 1105 denotes a sealant, and the inside surrounded by the sealant 1105 is a space.
[0184]
Reference numeral 1108 denotes a wiring for transmitting signals input to the source signal line driver circuit 1101 and the gate signal line driver circuit 1103. A video signal and a clock signal are received from an FPC (flexible printed circuit) 1109 serving as an external input terminal. receive. Although only the FPC is shown here, a printed wiring board (PWB) may be attached to the FPC. The light-emitting device in this specification includes not only a light-emitting device body but also a state in which an FPC or a PWB is attached thereto.
[0185]
Next, a cross-sectional structure is described with reference to FIG. A driver circuit and a pixel portion are formed over the substrate 1110. Here, a source side driver circuit 1101 and a pixel portion 1102 are shown as the driver circuits.
[0186]
Note that the source side driver circuit 1101 is formed with a CMOS circuit in which an n-channel TFT 1113 and a p-channel TFT 1114 are combined. The TFT forming the driving circuit may be formed by a known CMOS circuit, PMOS circuit or NMOS circuit. Further, in this embodiment, a driver integrated type in which a drive circuit is formed on a substrate is shown, but this is not always necessary, and it can be formed outside the substrate.
[0187]
The pixel portion 1102 is formed of a plurality of pixels including a current control TFT 1111 and an anode 1112 electrically connected to the drain thereof.
[0188]
An insulating layer 1113 is formed on both ends of the anode 1112, and an organic compound layer 1114 is formed on the anode 1112. Further, an inorganic conductive layer 1116 is formed over the organic compound layer 1114, and a cathode 1117 is formed over the inorganic conductive layer 1116. Thus, a light emitting element 1118 including the anode 1112, the organic compound layer 1114, and the cathode 1117 is formed.
[0189]
The cathode 1117 also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 1109 via the connection wiring 1108.
[0190]
In addition, the sealing substrate 1104 is attached to the light emitting element 1118 formed over the substrate 1110 with a sealant 1105. Note that a spacer made of a resin film may be provided in order to secure a space between the sealing substrate 1104 and the light-emitting element 1018. The space 1107 inside the sealing agent 1105 is filled with an inert gas such as nitrogen. Note that an epoxy resin is preferably used as the sealant 1105. The sealing agent 1105 is preferably a material that does not transmit moisture and oxygen as much as possible. Further, the space 1107 may contain a substance having a hygroscopic effect or a substance having an effect of preventing oxidation.
[0191]
Further, in this embodiment, a plastic substrate made of FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF (polyvinyl fluoride), Mylar, polyester, acrylic, or the like is used as a material constituting the sealing substrate 1104 in addition to a glass substrate or a quartz substrate. be able to. Further, after the sealing substrate 1104 is bonded using the sealing agent 1105, the sealing substrate 1104 can be further sealed with a sealing agent so as to cover the side surface (exposed surface).
[0192]
By enclosing the light emitting element in the space 1107 as described above, the light emitting element can be completely blocked from the outside, and a substance that promotes deterioration of the organic compound layer such as moisture and oxygen can be prevented from entering from the outside. Can do. Therefore, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
[0193]
The configuration of the present embodiment can be implemented by freely combining with the configuration of either Embodiment 1 or Embodiment 2.
[0194]
(Example 4)
In Embodiments 1 to 3, the active matrix light-emitting device having a top gate TFT has been described. However, the present invention is not limited to the TFT structure, and therefore, a bottom gate TFT as shown in FIG. (Typically, an inverted staggered TFT) may be used. The inverted stagger type TFT may be formed by any method.
[0195]
Note that FIG. 12A is a top view of a light-emitting device using a bottom-gate TFT. However, sealing with a sealing substrate has not been performed yet. A source side driver circuit 1201, a gate side driver circuit 1202, and a pixel portion 1203 are formed. FIG. 12B is a cross-sectional view of the region a1204 in the pixel portion 1203 when the light-emitting device is turned off at xx ′ in FIG.
[0196]
12B, only the current control TFT among TFTs formed in the pixel portion 1203 will be described. Reference numeral 1211 denotes a substrate, and reference numeral 1212 denotes an insulating film serving as a base (hereinafter referred to as base film). As the substrate 1211, a light-transmitting substrate, typically a glass substrate, a quartz substrate, a glass ceramic substrate, or a crystallized glass substrate can be used. However, it must withstand the maximum processing temperature during the fabrication process.
[0197]
In addition, the base film 1212 is particularly effective when a substrate containing mobile ions or a conductive substrate is used, but the base film 1212 may not be provided on the quartz substrate. As the base film 1212, an insulating film containing silicon may be used. Note that in this specification, an “insulating film containing silicon” specifically refers to silicon such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film (SiOxNy: x and y are each represented by an arbitrary integer). On the other hand, it refers to an insulating film containing oxygen or nitrogen at a predetermined ratio.
[0198]
Reference numeral 1213 denotes a current control TFT, which is formed of an n-channel TFT. In this embodiment, the cathode 1223 of the light emitting element 1229 is preferably formed of a p-channel TFT because it is connected to the current control TFT 1213. However, the present invention is not limited to this and is formed of an n-channel TFT. You may do it.
[0199]
The current control TFT 1213 includes an active layer including a source region 1214, a drain region 1215, and a channel formation region 1216, a gate insulating film 1217, a gate electrode 1218, an interlayer insulating film 1219, a source wiring 1220, and a drain wiring 1221. Formed. In this embodiment, the current control TFT 1213 is a p-channel TFT.
[0200]
The drain region of the switching TFT is connected to the gate electrode 1218 of the current control TFT 1213. Although not shown, specifically, the gate electrode 1218 of the current control TFT 1213 is electrically connected to the drain region (not shown) of the switching TFT via the drain wiring (not shown). Note that the gate electrode 1218 has a single gate structure, but may have a multi-gate structure. The source wiring 1220 of the current control TFT 1213 is connected to a current supply line (not shown).
[0201]
The current control TFT 1213 is an element for controlling the amount of current injected into the light emitting element, and a relatively large amount of current flows. Therefore, it is preferable to design the channel width (W) to be larger than the channel width of the switching TFT. Further, it is preferable that the channel length (L) is designed to be long so that excessive current does not flow through the current control TFT 1213. Desirably, it is set to 0.5 to 2 μA (preferably 1 to 1.5 μA) per pixel.
[0202]
Further, the deterioration of the TFT may be suppressed by increasing the thickness of the active layer (particularly the channel formation region) of the current control TFT 1213 (preferably 50 to 100 nm, more preferably 60 to 80 nm).
[0203]
After the current control TFT 1213 is formed, an interlayer insulating film 1219 is formed, and a cathode 1223 electrically connected to the current control TFT 1213 is formed. In this embodiment, the wiring for electrically connecting the current control TFT 1213 and the cathode 1223 and the cathode 1223 are simultaneously formed of the same material. As a material for forming the cathode 1223, a conductive material having a low work function is preferably used. In this embodiment, the cathode 1223 is formed using Al.
[0204]
After the cathode 1223 is formed, the insulating layer 1224 is formed. Note that the insulating layer 1224 is also referred to as a bank.
[0205]
Next, an inorganic conductive layer 1225 is formed. Note that the light-emitting element in this example has the same structure as that described in Embodiment 1. That is, an organic compound layer 1226 is formed over the inorganic conductive layer 1225, and a barrier layer 1227 is formed thereover. Note that as the material for forming the inorganic conductive layer 1225, the organic compound layer 1226, and the barrier layer 1227, the materials described in Embodiment 1 may be used.
[0206]
Next, an anode 1228 is formed on the barrier layer 1227. As a material for the anode 1228, a light-transmitting conductive film is used. In this embodiment, the anode 1228 is formed by forming ITO with a thickness of 110 nm.
[0207]
Through the above, a light-emitting device having an inverted staggered TFT can be formed. Note that the light-emitting device manufactured according to this example can emit light in the direction of the arrow (upper surface) in FIG.
[0208]
Since the inverted stagger type TFT has a structure in which the number of steps is easily reduced as compared with the top gate type TFT, it is very advantageous for reducing the manufacturing cost which is the subject of the present invention.
[0209]
Note that the structure of this embodiment shows a light emitting device having an element structure in which an inversely staggered TFT is provided and light is emitted from the cathode side of the light emitting element. It is also possible to combine light-emitting elements having various structures shown in FIG. Further, in addition to the manufacturing method and materials shown in Embodiment 2, the sealing structure shown in Embodiment 3 can be freely combined with this embodiment.
[0210]
(Example 5)
In this embodiment, a case where a passive (simple matrix) light-emitting device having the element structure of the present invention is manufactured will be described. FIG. 13 is used for the description. In FIG. 13, 1301 is a glass substrate, 1302 is an anode made of a transparent conductive film. In this embodiment, a compound of indium oxide and zinc oxide is formed as a transparent conductive film by a vapor deposition method. Although not shown in FIG. 13, a plurality of anodes 1302 are arranged in stripes parallel to the paper surface.
[0211]
A bank 1303 made of an insulating material is formed so as to cross the anodes 1302 arranged in a stripe shape. The bank 1303 is in contact with the anode 1302 and formed in a direction perpendicular to the paper surface.
[0212]
Next, an organic compound layer 1304 is formed. As a material for forming the organic compound layer 1304, in addition to the materials shown in Embodiments 1 and 2, a known material that can emit light can be used.
[0213]
For example, by forming an organic compound layer that emits red light, an organic compound layer that emits green light, and an organic compound layer that emits blue light, a light-emitting device having three types of light emission can be formed. Since these organic compound layers 1304 are formed along the grooves formed by the banks 1303, they are arranged in stripes in a direction perpendicular to the paper surface.
[0214]
Note that in the structure of the light-emitting element in this embodiment, after the organic compound layer 1304 is formed, the inorganic conductive layer 1306 is formed by a vacuum evaporation method.
[0215]
Next, the cathode 1307 is formed. Note that the cathode 1307 is formed over the inorganic conductive layer 1306 by a vapor deposition method using a metal mask.
[0216]
In this embodiment, since the lower electrode (anode 1302) is formed of a light-transmitting anode, light generated in the organic compound layer is emitted to the lower side (substrate 1301 side).
[0217]
Next, a ceramic substrate is prepared as the sealing substrate 1309. In the structure of this embodiment, a ceramic substrate is used because light shielding is sufficient, but a substrate made of plastic or glass can also be used.
[0218]
The sealing substrate 1309 thus prepared is bonded with a sealing agent 1310 made of an ultraviolet curable resin. Note that an inner side 1308 of the sealing agent 1310 is a sealed space and is filled with an inert gas such as nitrogen or argon. It is also effective to provide a moisture absorbing material typified by barium oxide in the sealed space 1308. Finally, an anisotropic conductive film (FPC) 1311 is attached to complete a passive light emitting device. In this embodiment, the organic compound layer can be formed by freely combining the materials shown in Embodiment 1 or Embodiment 2, or the sealing structure shown in Embodiment 3 can be combined. It is.
[0219]
(Example 6)
Since a light-emitting device using a light-emitting element is a self-luminous type, it is superior in visibility in a bright place and has a wide viewing angle as compared with a liquid crystal display device. Therefore, it can be used for display portions of various electric appliances.
[0220]
As an electric appliance using a light emitting device manufactured according to the present invention, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a notebook personal computer, a game A device, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine, electronic book, etc.), an image playback device equipped with a recording medium (specifically, a recording medium such as a digital video disc (DVD)) And a device provided with a display device capable of displaying an image). In particular, a portable information terminal that frequently sees a screen from an oblique direction emphasizes the wide viewing angle, and thus a light emitting device having a light emitting element is preferably used. Specific examples of these electric appliances are shown in FIG.
[0221]
FIG. 14A illustrates a display device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2003. Since a light-emitting device having a light-emitting element is a self-luminous type, a backlight is not necessary and a display portion thinner than a liquid crystal display device can be obtained. The display devices include all information display devices for personal computers, for receiving TV broadcasts, for displaying advertisements, and the like.
[0222]
FIG. 14B shows a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2102.
[0223]
FIG. 14C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2203.
[0224]
FIG. 14D illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2302.
[0225]
FIG. 14E shows a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. Although the display portion A 2403 mainly displays image information and the display portion B 2404 mainly displays character information, the light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portions A, B 2403, and 2404. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like.
[0226]
FIG. 14F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 2501, a display portion 2502, and an arm portion 2503. The light emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2502.
[0227]
FIG. 14G illustrates a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control reception portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, operation keys 2609, and an eyepiece. Part 2610 and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2602.
[0228]
Here, FIG. 14H shows a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. The light-emitting device manufactured according to the present invention can be used for the display portion 2703. Note that the display portion 2703 can reduce power consumption of the mobile phone by displaying white characters on a black background.
[0229]
If the emission luminance of the organic material is increased in the future, the light including the output image information can be enlarged and projected by a lens or the like and used for a front type or rear type projector.
[0230]
In addition, the electric appliances often display information distributed through electronic communication lines such as the Internet or CATV (cable television), and in particular, opportunities to display moving image information are increasing. Since the response speed of the organic material is very high, the light-emitting device is preferable for displaying moving images.
[0231]
In addition, since the light emitting portion of the light emitting device consumes power, it is preferable to display information so that the light emitting portion is minimized. Therefore, when a light emitting device is used for a display unit mainly including character information, such as a portable information terminal, particularly a mobile phone or a sound reproduction device, it is driven so that character information is formed by the light emitting part with the non-light emitting part as the background. It is preferable to do.
[0232]
As described above, the applicable range of the light-emitting device manufactured using the manufacturing method of the present invention is so wide that the light-emitting device can be used for electric appliances in various fields. Moreover, the electric appliance of a present Example can use the light-emitting device produced by implementing Example 1- Example 5 for the display part.
[0233]
(Example 7)
In this example, as a configuration of a conventional light emitting device, (1) when an alloy containing an alkali metal having a low work function is used for the cathode, (2) a conventional cathode buffer layer (insulation) is formed at the interface between the cathode and the organic compound layer. The results of measurement of element characteristics in the case of forming the element using the inorganic conductive layer as a part of the light emitting element as the structure of the light emitting element of the present invention are shown.
[0234]
First, (1) element characteristics of a light-emitting element when an alloy containing an alkali metal having a small work function is used for the cathode. Here, an alloy of aluminum and lithium (Al: Li) is used for the cathode of the light-emitting element. FIG. 15A and FIG. 15B show current and voltage characteristics when the element is manufactured. Note that the structure of the manufactured light-emitting element was Al: Li (100 nm) (cathode) / Alq. Three (50 nm) / α-NPD (30 nm) / Cu—Pc (20 nm) / ITO (anode).
[0235]
As current characteristics, 20 (mA / cm 2 ) 1000 (cd / m) 2 ) Is obtained. The voltage characteristic is 1000 (cd / m at 7V). 2 ) Is obtained.
[0236]
Next, (2) element characteristics of the light emitting element when a conventional cathode buffer layer (insulator) is provided at the interface between the cathode and the organic compound layer. Here, the characteristics of the cathode of the light emitting element and the organic compound layer are shown. 16A and 16B show current and voltage characteristics in the case where an element is manufactured by providing a cathode buffer layer (LiF) between them, respectively. Note that the structure of the manufactured light-emitting element was Al (100 nm) (cathode) / LiF (1 nm) (cathode buffer) / Alq. Three (50 nm) / α-NPD (30 nm) / Cu—Pc (20 nm) / ITO (anode).
[0237]
The current characteristics are almost the same as when an Al: Li alloy is used for the cathode, and 25 (mA / cm 2 ) 1000 (cd / m) 2 ) Is obtained. Similarly, the voltage characteristic is 1000 (cd / m at 7V). 2 ) Is obtained.
[0238]
Next, (3) with respect to element characteristics of the light-emitting element when an element is formed using the inorganic conductive layer as a part of the light-emitting element, a conductive film made of an inorganic compound between the cathode of the light-emitting element and the organic compound layer ( Ca Three N 2 , Mg 2 N Three , MgB 2 17 to 19 show current and voltage characteristics of the light-emitting element having the structure of the present invention, each of which is provided. Note that the structure of the manufactured light-emitting element is Al (100 nm) (cathode) / conductive film (Ca Three N 2 , Mg 2 N Three Or MgB 2 ) (100 nm) / Alq Three (50 nm) / α-NPD (30 nm) / Cu—Pc (20 nm) / ITO (anode).
[0239]
Note that a light-emitting element using the inorganic conductive film having the above structure as a part thereof is 25 (mA / cm) regardless of which material is used. 2 ) 1000 (cd / m) 2 ) Is obtained. The voltage characteristic is 1000 (cd / m at 6.5 V). 2 ) Is obtained. This is because a conventional light emitting device ((1) when an alloy containing an alkali metal having a low work function is used for the cathode (2) when a conventional cathode buffer layer (insulator) is provided at the interface between the cathode and the organic compound layer This indicates that the inorganic conductive layer of the present invention is not affected in terms of device characteristics as compared with the conventional device structure.
[0240]
Further, resistivity and work function were measured for three types of materials: calcium nitride, magnesium nitride, and magnesium boride. Regarding the measurement of resistivity, aluminum electrodes are formed at intervals of 1.9 cm, and the above three kinds of materials are formed so as to have a width of 3 cm between the electrodes. Three N 2 : 70 nm, Mg Three N 2 : 30 nm, MgB 2 : 40 nm), and the resistivity was obtained by measuring the resistance value with a tester.
The work function was measured using a contact potential measurement method (measuring device: Fermi level measuring device FAC-1 (manufactured by Riken Keiki)). The results are shown in Table 1 below.
[0241]
[Table 1]
Figure 0003708916
[0242]
The inorganic conductive layer in the present invention is a conductive film made of an inorganic compound such as a nitride, sulfide, boride, or silicide containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. Therefore, compared with the case where an alloy containing an alkali metal having a small work function is used as the cathode material, diffusion of alkali metal, which is said to affect the TFT characteristics, can be prevented. Furthermore, in the present invention, since the conductive layer is formed of a conductive material, the problem of thinning that occurs when a cathode buffer layer made of a conventional insulating material is used is solved without affecting the device characteristics. be able to. That is, by using an inorganic conductive layer for the light emitting element in the present invention, the above-described effects can be obtained while maintaining the same characteristics as when using a conventional cathode material and cathode buffer layer.
[0243]
(Example 8)
Although the organic compound layer in the light-emitting elements shown in Examples 1 to 5 is formed using a low-molecular or high-molecular organic compound, the present invention has such a structure. There is no limitation, and an inorganic material (specifically, an oxide of any one of an alkali metal element, an alkaline earth metal element, and a lanthanoid element in addition to an oxide of Si and Ge) is included in a part of the organic compound layer And any combination of Zn, Sn, V, Ru, Sm, and Ir can be used. Moreover, when these organic compound layers have a laminated structure, it is also possible to form a mixed layer made of a material for forming each layer at each laminated interface by a co-evaporation method or the like.
[0244]
【The invention's effect】
In the present invention, an inorganic conductive layer made of an inorganic compound having a work function smaller than that of the cathode material and having conductivity is formed at the interface between the cathode and the organic compound layer. This eliminates the need to make the film thickness extremely thin, thereby facilitating control of the film thickness and solving the problem of variation between elements.
[0245]
Furthermore, in the present invention, an inorganic conductive layer is formed using a conductive inorganic compound containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. The problem of diffusion into the element can be reduced as compared with the case of using it, and the reactivity with oxygen is lower than that of a single element, so that it is possible to form a light emitting element that is resistant to deterioration by oxygen.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B illustrate an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 2 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 3 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
4A and 4B illustrate an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIGS. 5A and 5B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention. FIGS.
6A and 6B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
7A and 7B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
8A and 8B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
FIG 9 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 10 is a top view of a pixel portion of a light emitting device.
FIG. 11 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 12 illustrates a structure of an inverted staggered TFT.
FIG. 13 illustrates a passive matrix light-emitting device.
FIG. 14 illustrates an example of an electric appliance.
FIG. 15 shows measurement results of element characteristics of a conventional light emitting element.
FIG. 16 shows measurement results of element characteristics of a conventional light emitting element.
FIG. 17 shows measurement results of element characteristics of the light-emitting element of the present invention.
FIG. 18 shows measurement results of element characteristics of the light-emitting element of the present invention.
FIG. 19 shows measurement results of element characteristics of the light-emitting element of the present invention.

Claims (17)

陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含む珪化物からなることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of silicide containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. Light emitting device.
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含むホウ化物からなることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of a boride containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. Light emitting device.
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記導電膜は、珪化マグネシウム、珪化ストロンチウム、珪化カルシウム、珪化バリウム、ホウ化マグネシウムから選ばれた一種若しくは複数種の無機化合物からなることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or a plurality of inorganic compounds selected from magnesium silicide, strontium silicide, calcium silicide, barium silicide, and magnesium boride .
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記導電膜は、ホウ化イットリウムおよびホウ化セリウムから選ばれる一種または二種の無機化合物からなることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or two inorganic compounds selected from yttrium boride and cerium boride .
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含む珪化物でなり1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of a silicide containing an element belonging to the second group of the element periodic rule. A light-emitting device having a thickness .
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含むホウ化物でなり1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, is a boride containing an element belonging to the second group of the element periodic rule, and has a thickness of 1 to 20 nm. A light-emitting device having a thickness .
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、珪化マグネシウム、珪化ストロンチウム、珪化カルシウム、珪化バリウム、ホウ化マグネシウムから選ばれた一種若しくは複数種の無機化合物でなり、1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or a plurality of inorganic compounds selected from magnesium silicide, strontium silicide, calcium silicide, barium silicide, and magnesium boride and has a thickness of 1 to 20 nm.
陽極、陰極、及び有機化合物層を有する発光装置であって、
前記陽極と接して形成された前記有機化合物層と、前記有機化合物層及び前記陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、ホウ化イットリウムおよびホウ化セリウムから選ばれる一種または二種の無機化合物でなり、1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
A light emitting device having an anode, a cathode, and an organic compound layer,
The organic compound layer formed in contact with the anode, and a conductive film made of an inorganic compound formed between the organic compound layer and the cathode,
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or two inorganic compounds selected from yttrium boride and cerium boride and has a thickness of 1 to 20 nm.
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含む珪化物からなることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of silicide containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. Light emitting device.
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含むホウ化物からなることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of a boride containing an element belonging to Group 2 of the element periodic rule. Light emitting device.
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記導電膜は、珪化マグネシウム、珪化ストロンチウム、珪化カルシウム、珪化バリウム、ホウ化マグネシウムから選ばれた一種若しくは複数種の無機化合物からなることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or a plurality of inorganic compounds selected from magnesium silicide, strontium silicide, calcium silicide, barium silicide, and magnesium boride .
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記導電膜は、ホウ化イットリウムおよびホウ化セリウムから選ばれる一種または二種の無機化合物からなることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or two inorganic compounds selected from yttrium boride and cerium boride .
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含む珪化物でなり1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, and is made of a silicide containing an element belonging to the second group of the element periodic rule. A light-emitting device having a thickness .
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順 に積層してなり、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、陰極よりも仕事関数が小さく、1×10 -10 S/m以上の導電率を有し、元素周期律の第2族に属する元素を含むホウ化物でなり1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode .
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The conductive film has a work function smaller than that of the cathode, has a conductivity of 1 × 10 −10 S / m or more, is a boride containing an element belonging to the second group of the element periodic rule, and has a thickness of 1 to 20 nm. A light-emitting device having a thickness .
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、珪化マグネシウム、珪化ストロンチウム、珪化カルシウム、珪化バリウム、ホウ化マグネシウムから選ばれた一種若しくは複数種の無機化合物でなり、1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or a plurality of inorganic compounds selected from magnesium silicide, strontium silicide, calcium silicide, barium silicide, and magnesium boride and has a thickness of 1 to 20 nm.
基板の絶縁表面に設けられたTFT、および前記TFTと電気的に接続された発光素子を有する発光装置において、
前記発光素子は、陽極と、有機化合物層と、無機化合物からなる導電膜と、陰極とが順に積層してなり、
前記陰極及び前記導電膜は透過率が、70%以上であり、
前記導電膜は、ホウ化イットリウムおよびホウ化セリウムから選ばれる一種または二種の無機化合物でなり、1〜20nmの膜厚であることを特徴とする発光装置。
In a light emitting device having a TFT provided on an insulating surface of a substrate and a light emitting element electrically connected to the TFT,
The light-emitting element is formed by sequentially stacking an anode, an organic compound layer, a conductive film made of an inorganic compound, and a cathode.
The cathode and the conductive film have a transmittance of 70% or more,
The light-emitting device, wherein the conductive film is made of one or two inorganic compounds selected from yttrium boride and cerium boride and has a thickness of 1 to 20 nm.
請求項1乃至請求項16のいずれか一項に記載の発光装置を表示部に用いており、表示装置、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ、携帯電話の中から選ばれた一種であることを特徴とする電気器具。A light emitting device according to any one of claims 1 to 16 is used for a display unit, and a display device, a digital still camera, a personal computer, a mobile computer, a portable image reproducing device including a recording medium, An electric appliance characterized by being a kind selected from a goggle type display, a video camera, and a mobile phone.
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