JP3825395B2 - Light emitting device and electric appliance - Google Patents

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    • HELECTRICITY
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    • H10K59/10OLED displays
    • H10K59/12Active-matrix OLED [AMOLED] displays

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言われている。
【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】
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。
【0007】
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。
【0008】
また、これまでアクティブマトリクス型の発光装置としては、図18に示すように基板1701上のTFT1705と陽極1702とが電気的に接続され、陽極1702上に有機化合物層1703が形成され、有機化合物層1703上に陰極1704が形成された発光素子1707を有する。なお、発光素子1707における陽極材料としては、正孔注入性を容易にするために仕事関数の大きい導電性材料が使用され、これまでに実用特性を満たす材料としてITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)などの透光性を有する導電性材料が用いられている。そして、発光素子1707の有機化合物層1703において生じた光は、透光性を有する陽極1702からTFT1705の方向へ取り出されるという構造(以下、下面出射型という)が主流である。
【0009】
しかし、下面出射型の構造においては、解像度を向上させようとしても画素部におけるTFT及び配線等の配置により、開口率が制限されるという問題が生じる。
【0010】
これに対して、近年、陰極側から光を取り出す構造(以下、上面出射型という)が考案されている。上面出射型の場合には、下面出射型に比べて開口率を大きくすることができるので、より高輝度が得られる発光素子を形成することができると考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−43980号公報
【0012】
なお、上記発明においては、陰極材料として透光性を有する材料が無いために陰極を形成した後、透明導電膜であるITOを積層し、陰極側から光を取り出すという構成を有している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記陰極側から光を取り出す素子構造の場合には、陰極としての機能を保持するために充分な成膜性が要求されるのに対し、光取り出し電極としての透光性を確保するために極薄膜で形成する必要があるため、両者の条件を満たすためには矛盾が生じてしまう。
【0014】
そこで、本発明では、これらの問題を解決するため、上面出射型の発光装置の作製において、光取り出し電極としては、既に実用化レベルの特性を有しているITOやIZOといった透明導電膜を電極材料として用い、従来の上面出射型の発光装置と素子構造の異なる発光素子を作製することを目的とする。
【0015】
また、光取り出し電極として透明電極を形成する場合には、有機化合物層を形成した後で透明導電膜を形成することになる。通常、透明導電膜の成膜はスパッタリング法により行われるため、成膜時に有機化合物表面がスパッタリングダメージを受けることにより、素子劣化の原因となるといった問題がある。
【0016】
そこで、本発明では上面出射型の発光素子の作製において、有機化合物層にダメージを与えることなく、これまで以上に発光素子の発光効率を向上させ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、上記課題を解決するために陰極と、有機化合物層と陽極とからなる発光素子の陽極と有機化合物層との界面に保護膜を形成することを特徴とする。
【0018】
なお、本発明において、陽極は透光性を有する導電膜で形成され、光取り出し電極としての機能を有する。また、陰極は画素電極上に形成されるため、陰極材料が必ずしも遮光性を有する必要はないが、画素電極と陰極を積層させたときの積層膜が遮光性を有している必要がある。これは、有機化合物層で生じた光を効率よく陽極側から取り出すためである。なお、ここでいう遮光性とは、その積層膜に対する可視光の透過率が10%未満であることをいう。また、陰極材料としては、仕事関数が3.8eV以下の材料を用いることを特徴とする。なお、このような陰極材料を用いることにより、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が高められる。
【0019】
また、陰極上に形成された有機化合物層の上に保護膜が形成される。本明細書中でいう保護膜とは、有機化合物層形成後に形成される陽極成膜時に有機化合物層に与えられるスパッタダメージを防ぐための機能を有するものである。なお、保護膜を形成する材料としては、陽極からの正孔(ホール)の注入性を向上させることができるような仕事関数が4.5〜5.5eVの材料を用いることを特徴とする。さらに、本発明において、有機化合物膜と保護膜との界面には混合領域が形成される。なお、本明細書中における混合領域とは、有機化合物層と保護膜との界面に形成され、有機化合物層を形成する材料と、保護膜を形成する材料とからなる領域のことをいう。
【0020】
このように界面に混合領域を形成することにより、有機化合物層を形成する材料の仕事関数と保護膜を形成する材料の仕事関数とにより生じるエネルギー障壁を緩和させることができるので、陽極から注入された正孔の輸送性を高めることができるとともに、有機化合物層上に形成される保護膜の密着性を高めることができるので、素子特性をも向上させることができる。
【0021】
また、保護膜を形成した後で発光素子の陽極が形成されるが、本発明においては、従来の陽極材料であるITOやIZOといった透明導電膜を用いることができるので、これまでの陽極と何ら変わりなく作製することができる。
【0022】
本発明において開示する発明の構成は、
絶縁表面上に設けられたTFTと、前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された画素電極と、前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、前記画素電極上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、保護膜と、陽極とを有する発光装置であって、前記TFTは、ソース領域およびドレイン領域を有し、前記画素電極は、前記層間絶縁膜に形成された開口部において、前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、前記有機化合物層と前記保護膜との間に混合領域を有し、前記混合領域は、前記有機化合物層を構成する有機化合物、および前記保護膜を構成する金属材料を含むことを特徴とする発光装置である。
【0023】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に設けられたTFTと、前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された画素電極と、前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、前記画素電極上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、保護膜と、陽極とを有する発光装置であって、前記TFTは、ソース領域およびドレイン領域を有し、前記画素電極は、前記層間絶縁膜に形成された開口部において、前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、前記有機化合物層と前記保護膜との間に混合領域を有し、前記混合領域は、前記有機化合物層を構成する有機化合物、および前記保護膜を構成する金属材料を含み、かつ、その平均膜厚が0.5〜10nm、好ましくは1〜5nmであることを特徴とする発光装置である。
【0024】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に設けられたTFTと、前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成されたバリア膜と、前記バリア膜上に形成された画素電極と、前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、前記画素電極上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、保護膜と、陽極とを有する発光装置であって、前記TFTは、ソース領域およびドレイン領域を有し、前記画素電極は、層間絶縁膜およびバリア膜に形成された開口部を介して前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、前記有機化合物層と前記保護膜との間に混合領域を有し、前記混合領域は、前記有機化合物層を構成する有機化合物、および前記保護膜を構成する金属材料を含むことを特徴とする発光装置である。
【0025】
さらに、他の発明の構成は、絶縁表面上に設けられたTFTと、前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成されたバリア膜と、前記バリア膜上に形成された画素電極と、前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、前記画素電極上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、保護膜と、陽極とを有する発光装置であって、前記TFTは、ソース領域およびドレイン領域を有し、前記画素電極は、前記層間絶縁膜および前記バリア膜に形成された開口部を介して前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、前記有機化合物層と前記保護膜との間に混合領域を有し、前記混合領域は、前記有機化合物層を構成する有機化合物、および前記保護膜を構成する金属材料を含み、かつ、その平均膜厚が0.5〜10nm、好ましくは1〜5nmであることを特徴とする発光装置である。
【0026】
なお、上記構成において、バリア膜は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化酸化アルミニウム(AlNO)、酸化窒化アルミニウム(AlNO)、窒化珪素(SiN)、窒化酸化珪素(SiNO)等のアルミニウム又は珪素を含む絶縁膜からなり、層間絶縁膜からの酸素等の脱ガスや水分等が発光素子の方へ侵入するのを防ぐことができると共に、陰極材料として含まれているアルカリ金属の層間絶縁膜側への侵入を防ぐことができる。
【0027】
さらに、他の発明の構成は、絶縁表面上に設けられたTFTと、前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された画素電極と、前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、前記画素電極上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、保護膜と、陽極とを有する発光装置であって、前記TFTはソース領域およびドレイン領域を有し、前記画素電極は、前記層間絶縁膜に形成された開口部において、前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、前記有機化合物層と前記保護膜との間には混合領域を有し、前記有機化合物層は、有機化合物からなる第一の層と、前記第一の層を構成する物質とは異なる有機化合物からなる第二の層とを有し、前記第一の層と前記第二の層との間に、前記第一の層を構成する有機化合物、および前記第二の層を構成する有機化合物を含む混合層を有することを特徴とする発光装置である。
【0028】
上記各構成において、層間絶縁膜および絶縁膜は酸化珪素、窒化珪素および窒化酸化珪素等の珪素を含む絶縁性の膜の他、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ができる。また、塗布法により形成される塗布シリコン酸化膜(SOG:Spin On Glass)を用いることもできる。
【0029】
また、上記各構成において、画素電極は基板上に形成されたTFTと電気的に接続される配線としての機能を有し、アルミニウム、チタンおよびタングステンなどの低抵抗な金属材料を単体若しくは積層して用いることにより形成される。
【0030】
上記各構成において、陰極は、仕事関数の小さい材料からなり、画素電極上に形成される。ここでは、元素周期律の1族または2族に属する元素、すなわちアルカリ金属及びアルカリ土類金属の他、希土類金属を含む遷移金属などが適しているが、本発明では、特にこれらを含む合金や化合物が適している。これは、仕事関数の小さい金属は大気中で不安定であり、酸化や剥離が問題となるためである。
【0031】
具体的には、上記金属を含むフッ化物としてフッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、フッ化バリウム(BaF)、フッ化リチウム(LiF)等を用いることができる。その他にもマグネシウムに銀を添加した合金(Mg:Ag)や、アルミニウムにリチウムを添加した合金(Al:Li)、アルミニウムにリチウム、カルシウム及びマグネシウムを含んだ合金などを用いることができる。なお、リチウムを添加したアルミニウム合金は、最もアルミニウムの仕事関数を小さくすることができる。
【0032】
なお、陰極は上述した材料を用いて、1〜50nmの厚さで形成されるが、上述したフッ化物を用いる場合には5nm以下の極薄膜で用いることが好ましい。また、その他にもリチウムアセチルアセトネート(Liacac)といった材料を用いることができる。
【0033】
また、上記各構成において、有機化合物層とは陰極及び陽極から注入されたキャリアが再結合する場である。有機化合物層は、発光層のみの単層で形成される場合もあるが、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、ブロッキング層、電子輸送層および電子注入層などの複数の層が積層されて形成される場合も本発明に含まれる。さらに、複数の層が積層されて形成される場合には、各積層界面において、隣り合う層を形成する材料を混合させて形成される層(これを本明細書中では混合層という)を形成することもできる。なお、混合層を形成することにより、積層界面に生じるエネルギーギャップを緩和させることができるので、有機化合物層内でのキャリアの移動度を高めることができ、駆動電圧を低下させることができる。
【0034】
また、上記各構成において、混合領域は、有機化合物層を形成する材料と保護膜を形成する金属材料とからなり、混合領域全体に含まれる金属材料の含有量は10〜50%であることが望ましい。
【0035】
さらに本発明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だけではなく、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、窒化炭素(CxNy)、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。
【0036】
また、上記各構成において、保護膜は有機化合物層の上に形成され、陽極形成時のスパッタダメージを防ぐ機能を有する。なお、保護膜は陽極と接して形成されるため、その材料としては、陽極材料となるITOなどの仕事関数と同じであるかそれ以上の仕事関数(4.5〜5.5eV)を有する金属材料を用いることにより形成される。なお、本発明においては、元素周期律において遷移金属に属する金属を用いることができる。また、遷移金属の中でも、特に長周期型の周期律表における元素周期律の第9族、第10族、または第11族に属する金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)といった金属材料が好ましい。
【0037】
なお、本発明の素子構造の場合には、有機化合物層で生じた光は、保護膜を透過して、陽極から外部に出射されるため可視光の透過率が70〜100%である必要がある。そのため陽極および保護膜の透過率はいずれも70〜100%である必要がある。また、本発明における保護膜は、陽極成膜時におけるスパッタダメージを防ぐことがその目的であることから、必ずしも均一な膜である必要はなく、透過率が確保できればよいため5〜50nmの膜厚で形成すればよい。
【0038】
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。
【0039】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1(A)(B)を用いて説明する。なお、図1(A)には、画素電極101上に形成された発光素子102の素子構造について示す。
【0040】
図1(A)に示すように画素電極101上に陰極103が形成され、陰極103と接して有機化合物層104が形成され、有機化合物層104と接して保護膜105が形成され、その上に陽極106が形成される。なお、陰極103から有機化合物層104に電子が注入され、陽極106からは有機化合物層104に正孔が注入される。そして、有機化合物層104において、正孔と電子が再結合することにより発光が得られる。
【0041】
また、画素電極101は、発光素子を駆動するための薄膜トランジスタ(以下、TFTと示す)のソース領域、またはドレイン領域のいずれか一方と陰極103とを電気的に接続する機能を有する。なお、図1(A)(B)に示すように陰極103とは別に画素電極101を設ける場合には、有機化合物層104と直接接することはなく、発光素子102の電極(陰極)として機能するわけでもないので、配線材料に要求される導電率の高い材料で形成すればよい。ただし、画素電極101自体を発光素子の陰極として用いる場合には、陰極として機能する程度に仕事関数の小さい金属材料(具体的には、仕事関数が3.8eV以下)を用いる必要がある。
【0042】
次に画素電極101上に陰極103が形成される。なお、陰極103に用いる仕事関数の小さい(具体的には、仕事関数が3.8eV以下)材料としては、元素周期律の1族または2族に属する元素、すなわちアルカリ金属及びアルカリ土類金属の他、希土類金属を含む遷移金属が適しているが、本発明では、特にこれらを含む合金や化合物が適している。これは、仕事関数の小さい金属は大気中で不安定であり、酸化や剥離が問題となるためである。
【0043】
また、有機化合物層104は、発光層を含み、正孔注入層、正孔輸送層、ブロッキング層、電子輸送層、およ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のいずれか一つ、もしくは複数を組み合わせて積層することにより形成される。なお、有機化合物層104を形成する材料としては、公知の材料を用いることができる。なお、本発明において、有機化合物層が2種類以上の積層構造を有する場合においては、その積層界面に隣り合う層を形成する材料からなる層(以下、混合層という)を形成することもできる。なお、積層界面に混合層を形成することにより、界面において仕事関数によりエネルギーギャップを緩和することができるので有機化合物層の内部におけるキャリア(正孔および電子)の輸送性を高めることができる。
【0044】
本発明において、有機化合物層104を形成したところで、有機化合物層104の上に混合領域107を形成する。なお、混合領域107は、有機化合物層104の形成に用いた有機化合物と、保護膜105の形成に用いる金属材料とを含み形成される。
【0045】
なお、保護膜105は、陽極106を形成する時のスパッタダメージを防ぐ機能を有する。その他にも、保護膜を形成することにより先に形成された有機化合物層への水分や酸素等の侵入を防ぐ効果も期待できる。また、保護膜105は陽極106と接して形成されるため、その材料としては、陽極からの正孔の注入性を妨げないために陽極106の材料となるITOなどと同じであるかそれ以上の仕事関数(4.5eV〜5.5eV)を有する金属材料を用いるとよい。
【0046】
また、図1(B)には、基板110上に形成されたTFT(電流制御用TFTともいう)111と図1(A)に示した発光素子102とが電気的に接続されたアクティブマトリクス型の発光装置を示す。
【0047】
図1(B)において、電流制御用TFT111はソース領域、ドレイン領域、チャネル領域、ゲート絶縁膜およびゲート電極を有しており、これらを覆って層間絶縁膜112が形成される。さらに、層間絶縁膜112からの脱ガスや水分の放出を防ぐためにバリア膜108が形成されており、バリア膜108上に配線113と同時に画素電極101が形成される。
【0048】
なお、本実施の形態においては、TFT105のソース領域またはドレイン領域のいずれか一方に電気的な信号を入力するのが配線113であり、また、他方から電気的な信号を出力するのが画素電極101である。
【0049】
なお、画素電極101の端部は絶縁層114で覆われており、表面に露出している画素電極101上に陰極103が形成される。また、陰極103上には、図1(A)で示したのと同様に有機化合物層104、保護膜105および陽極106が積層され、発光素子102が完成する。
【0050】
ここで、図2((A)〜(D))および図3((A)〜(D))を用いてアクティブマトリクス型の発光装置の作製方法について説明する。
【0051】
図2(A)において、基板201上にTFT202が形成されている。なお、本実施の形態では、基板201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、本発明において、光は発光素子から基板と反対側に出射されるため、基板が特に透光性である必要はなく、遮光性の公知の材料を用いることもできる。TFT202は公知の方法を用いて形成すれば良く、TFT202は、少なくともゲート電極203と、ゲート絶縁膜204を挟んでゲート電極203と反対側に形成されたソース領域205と、ドレイン領域206と、チャネル形成領域207、とを備えている。なお、チャネル領域207は、ソース領域205と、ドレイン領域206との間に形成されている。
【0052】
また、図2(B)に示すようにTFT202を覆って層間絶縁膜208が1〜2μmの膜厚で設けられ、層間絶縁膜208上にバリア膜209が形成される。
【0053】
なお、層間絶縁膜208を形成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素および窒化酸化珪素等の珪素を含む絶縁性の膜の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル(感光性または非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ができる。また、例えばアクリルと酸化珪素との積層膜のように上述した材料を積層させた膜を用いることもできる。なお、層間絶縁膜は、スパッタリング法や蒸着法により形成される。さらに、塗布法により形成されるシリコン酸化膜として、塗布シリコン酸化膜(SOG:Spin On Glass)を用いることもできる。
【0054】
また、バリア膜209を形成する材料としては、具体的には窒化アルミニウム(AlN)、窒化酸化アルミニウム(AlNO)、酸化窒化アルミニウム(AlON)、窒化珪素(SiN)、窒化酸化珪素(SiNO)等のアルミニウム又は珪素を含む絶縁膜を用いることができる。また、0.2〜1.0μmの膜厚で形成することが望ましい。なお、バリア膜209を設けることで、アルカリ金属、水、または有機気体などの拡散を防ぐことができる。
【0055】
そして、層間絶縁膜208およびバリア膜209に開口部を形成した後、バリア膜209の上に導電膜210をスパッタリング法により成膜する(図2(C))。
【0056】
導電膜210を形成する導電性材料としてはタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)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もしくは化合物材料を用いることができる。また、これらを複数組み合わせて積層構造としてもよい。なお、ここでは、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造を用いる。
【0057】
次に図2(D)に示すように上記導電膜210をパターニングすることによりTFT202と電気的に接続される配線211を形成する。なお、本発明においては、配線としての機能も兼ねた画素電極212が同時に形成される。また、パターニングの方法としては、ドライエッチング法又はウエットエッチング法のいずれを用いてもよい。
【0058】
また、図3(A)に示すように陽極の端部と陽極間の隙間を覆うようにして絶縁層213が形成される。なお、絶縁層213は絶縁膜を形成した後で、画素電極上に開口部を形成することにより得ることができる。絶縁層213を形成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素および窒化酸化珪素等の珪素を含む材料の他、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ができる。さらに、シリコン酸化膜として、塗布シリコン酸化膜(SOG:Spin On Glass)を用いることもできる。なお、膜厚は、0.1〜2μmで形成することができるが、特に酸化珪素、窒化珪素および窒化酸化珪素等の珪素を含む材料を用いる場合には0.1〜0.3μmの膜厚で形成することが望ましい。
【0059】
次に陰極214が形成される。なお、陰極214は、陰極材料をメタルマスクを用いてスパッタリング法や蒸着法によりパターニングして作製される。なお、陰極214を形成する材料としては陰極214からの電子の注入性を向上させるために仕事関数の小さい材料が好ましく、元素周期律の1族または2族に属する元素、すなわちアルカリ金属及びアルカリ土類金属の他、希土類金属を含む遷移金属などを用いることができる。
【0060】
具体的には、上記金属を含むフッ化物としてフッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、フッ化バリウム(BaF)、フッ化リチウム(LiF)等を用いることができる。その他にもマグネシウムに銀を添加した合金(Mg:Ag)や、アルミニウムにリチウムを添加した合金(Al:Li)、アルミニウムにリチウム、カルシウム及びマグネシウムを含んだ合金などを用いることができる。なお、リチウムを添加したアルミニウム合金は、最もアルミニウムの仕事関数を小さくすることができる。
【0061】
なお、陰極214は上述した材料を用いて、1〜50nmの厚さで形成されるが、上述したフッ化物を用いる場合には5nm以下の極薄膜で用いることが好ましい。また、その他にもリチウムアセチルアセトネート(Liacac)といった材料を用いることができる。
【0062】
次に、有機化合物層215が、陰極214上に形成される(図3(B))。なお、有機化合物層215を形成する材料としては、低分子系、高分子系、もしくは中分子系の公知の有機化合物を用いることができる。なお、ここでいう中分子系の有機化合物とは、昇華性や溶解性を有さない有機化合物の凝集体(好ましくは分子数10以下)、又は連鎖する分子の長さが5μm以下(好ましくは50nm以下)の有機化合物のことをいう。また、成膜方法としては、蒸着法(抵抗加熱法)、スピンコーティング法、インクジェット法、印刷法等を用いることができる。なお、有機化合物層はメタルマスクを用いて成膜することによりパターニングすることができる。
【0063】
なお、有機化合物層215が単層構造、積層構造のいずれの場合であってもその膜厚は10〜300nmであることが望ましい。
【0064】
次に、有機化合物層215の上には混合領域216が形成される。混合領域216の形成には、有機化合物層215の形成に用いた有機化合物(有機化合物層が積層構造を有していた場合には、最表面の層を形成している有機化合物)と、次に形成される保護膜217を形成する材料(金属材料)とが用いられる。
【0065】
例えば、有機化合物層215が蒸着法により形成されていた場合には、金属材料との共蒸着により形成され、有機化合物層215がスピンコート法などの塗布法により形成される場合には、塗布液に金属材料を混合した混合液を塗布することにより形成される。
【0066】
なお、蒸着法を用いて混合領域216を形成する場合には図17に示すような蒸着室において成膜を行う。図17に示すように基板301は、ホルダ302に固定されており、さらにその下方には、蒸発源303が設けられている。蒸発源303aには、有機化合物304aが備えられており、蒸発源303bには、金属材料304bがそれぞれ備えられている。また、蒸発源303(303a、303b)のそれぞれには、シャッター306(306a、306b)が形成されている。なお、成膜室において膜が均一に成膜されるように、蒸発源303(303a、303b)、または、蒸着される基板が移動(回転)するようにしておくと良い。なお、ここでは、蒸発源を2つしか示していないが、有機化合物層が積層構造を有する場合などには、複数の有機化合物が必要となるため、複数の蒸発源を設けることにより実施することができる。
【0067】
また、蒸発源303(303a、303b)は、導電性の材料からなり、ここに電圧が印加された際に生じる抵抗により内部の有機化合物304a、または金属材料304bが加熱されると、気化して基板301の表面へ蒸着される。なお、基板301の表面とは本明細書中では、基板とその上に形成された薄膜も含むこととし、ここでは、基板301上にTFT、TFTと接続された画素電極および陰極が形成されている。
【0068】
なお、シャッター306(306a、306b)は、気化した有機化合物304a、または金属材料304bの蒸着を制御する。つまり、シャッターが開いているとき、加熱により気化した有機化合物304a、または金属材料304bを蒸着することができる。
【0069】
また、成膜室には、防着シールド307が設けられており、蒸着時に基板上に蒸着されなかった有機化合物を付着させることができる。そして、防着シールド307の周囲に設けられている電熱線308で防着シールド307全体を加熱することができるので、付着した有機化合物を気化させることができるため蒸着されなかった有機化合物を再び回収することができる。
【0070】
例えば、先に説明した有機化合物層215が第1の蒸発源303aに備えられている有機化合物を蒸着することにより形成され、第2の蒸発源303bに、保護膜217を形成する金属材料が備えられているとする。この場合、第1の蒸発源303aに備えられている有機化合物と、第2の蒸発源303bに備えられている金属材料とを同時に基板上へ蒸着(共蒸着)することにより混合領域216を形成することができる。なお、本実施の形態において形成される混合領域216の膜厚は、平均膜厚が0.5〜10nmであり、好ましくは1〜5nmとなるように形成する。
【0071】
なお、混合領域216を形成した後、第1の蒸発源303aのシャッター306aのみを閉じることにより、第2の蒸発源303bから金属材料のみで形成される保護膜217を混合領域216上に形成することができる(図3(b))。なお、ここでの成膜を連続的に行うことにより、界面における不純物汚染を防ぐことができる。
【0072】
なお、保護膜217を形成する金属材料としては、陽極217の材料となるITOなどの仕事関数と同じであるかそれ以上の仕事関数(具体的には4.5〜5.5eV)を有する金属材料を用いることにより形成される。例えば、金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)等の長周期型の元素周期律表における第9族、第10族または第11族に属する金属材料を用いることにより形成することができる。また、本発明における保護膜は、陽極217を成膜する際に有機化合物層に与えられるスパッタダメージを防ぐことがその目的であることから、必ずしも均一な膜である必要はなく、透過率が確保できればよいため、可視光の透過率が70〜100%である導電膜を用い、0.5〜5nmの膜厚で形成するとよい。
【0073】
さらに、保護膜217上に陽極218を形成することにより発光素子219が完成する。陽極218を形成する材料としては、ITOやIZOの他、IDIXO(In23−ZnO)といった透明導電膜を用い、スパッタリング法により形成する。
【0074】
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。
【0075】
このような構造とすることによって、有機化合物層215において、キャリアの再結合により生じた発光を陽極218側から効率良く出射させることができる。
【0076】
また、本発明の発光装置においては、図4(A)(B)に示す構造とすることも可能である。図4(A)に示す構造は、図1(A)と比べて画素電極401を形成する材料としてITOを用いて形成される点、および陰極材料に関して異なるが、それ以外については、図1(A)(B)における説明を参照すればよい。
【0077】
さらに、図4(B)には、基板410上に形成されたTFT(電流制御用TFTともいう)411と図4(A)に示した発光素子402とが電気的に接続されたアクティブマトリクス型の発光装置を示すが、配線413と画素電極401が別々に形成され、画素電極がITOで形成されている点で図1(B)で示したものとは異なる構造を有する。なお、この構造を形成する場合には、画素電極側からの無駄な光の出射を防ぐために陰極403が遮光性を有するように形成することが望ましい。なお、図1(A)(B)の場合と同様に、陰極材料としては、仕事関数の小さい(具体的には、仕事関数が3.8eV以下)材料であり、さらに膜厚等を厚く形成することにより遮光性を有することができる材料を用いることが望ましい。
【0078】
以上のような構造を有する本発明の発光装置について、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。
【0079】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【0080】
(実施例1)
本実施例では、本発明の発光装置が有する発光素子の素子構造について図5(A)(B)を用いて詳細に説明する。特に、有機化合物層に低分子系化合物を用いて形成される場合について説明する。
【0081】
実施の形態で説明したように、画素電極上に陰極501が形成される。本実施例において、陰極501は、CsFを用いて蒸着法により5nmの膜厚で形成される。
【0082】
そして、陰極501上に有機化合物層503が形成されるが、初めに電子輸送層504が形成される。電子輸送層504は、電子受容性を有する電子輸送性の材料により形成される。本実施例では、電子輸送層504としてトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(以下、Alq3と示す)を40nmの膜厚で蒸着法により成膜する。
【0083】
さらに、ブロッキング層505を形成する。ブロッキング層505は、正孔阻止層とも呼ばれ、発光層506に注入された正孔が電子輸送層504を通り抜けて陰極501に到達してしまった場合に再結合に関与しない無駄な電流が流れるのを防ぐための層である。本実施例ではブロッキング層505としてバソキュプロイン(以下、BCPと示す)を10nmの膜厚で蒸着法により成膜する。
【0084】
次に発光層506が形成される。本実施例では、発光層506において、正孔と電子が再結合し、発光を生じる。なお、発光層506は、正孔輸送性のホスト材料として4,4’−ジカルバゾール−ビフェニル(以下、CBPと示す)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の膜厚で成膜する。
【0085】
次に正孔輸送性に優れた材料により正孔輸送層507が形成される。ここでは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の膜厚で蒸着法により成膜する。
【0086】
最後に正孔注入層508を形成することにより積層構造を有する有機化合物層503が完成する。なお、正孔注入層508は、陽極からの正孔の注入性を向上させる機能を有する。本実施例においては、正孔注入層508として、銅フタロシアニン(Cu−Pc)を30nmの膜厚で成膜して形成する。なお、蒸着法を用いて形成する。
【0087】
次に、正孔注入層508の形成に用いた材料と、この後形成される保護膜の材料とを共蒸着することにより、混合領域511を形成する。本実施例ではCu−Pcと金とを共蒸着し、1〜2nmの膜厚で形成する。
【0088】
混合領域511を形成した後、保護膜509が形成される。なお、保護膜509を形成する金属材料としては、具体的には、可視光の透過率が70〜100%であり、なおかつ仕事関数が4.5〜5.5の導電膜を用いる。また、金属膜は、可視光に対して不透明であることが多いため0.5〜5nmの膜厚で形成する。なお、本実施例では、先に述べたように金を用い、4nmの膜厚で蒸着法により形成する。
【0089】
次に陽極510が形成される。本発明において、陽極510は有機化合物層503で生じた光を透過させる電極であるので透光性を有する材料で形成される。また、陽極510は、正孔を有機化合物層503に注入する電極であるため仕事関数の大きい材料で形成する必要がある。なお、本実施例では、陽極510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スパッタリング法により100nm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(IZO、IDIXO等)を用いて陽極510を形成することもできる。
【0090】
なお、本実施例において、図5(B)に示すように有機化合物層503を形成する電子輸送層504、ブロッキング層505、発光層506、正孔輸送層507、正孔注入層508の積層界面に隣り合う層を形成する材料からなる混合層を形成することもできる。
【0091】
具体的には、電子輸送層504とブロッキング層505との積層界面に混合層I(531)を形成し、ブロッキング層505と発光層506との積層界面に混合層II(532)を形成し、発光層506と正孔輸送層507との積層界面に混合層III(533)を形成し、正孔輸送層507と正孔注入層508との積層界面に混合層IV(534)を形成する。なお、本実施例の場合には、混合層I(531)をAlq3とBCPを共蒸着させることにより形成し、混合層II(532)をBCP、CBP、および(Ir(ppy)3)とを共蒸着させることにより形成し、混合層III(533)をCBP、(Ir(ppy)3)、およびα−NPDを共蒸着させることにより形成し、混合層IV(534)をα−NPDとCu−Pcとで共蒸着させることにより形成する。
【0092】
なお、図5(B)に示したのは、好ましい一例であることから、必ずしも有機化合物層の積層界面全てに混合層を形成する必要はなく、例えば、発光層506と接するブロッキング層505、および正孔輸送層507との界面にのみ混合層を形成しても良い。
【0093】
以上により、有機化合物層に低分子系の材料を用いて形成された発光素子を形成することができる。
【0094】
(実施例2)
本実施例では、本発明の発光装置が有する発光素子の素子構造について図6((A)〜(C))を用いて詳細に説明する。特に、有機化合物層に高分子系化合物を用いて形成され素子構造について説明する。
【0095】
実施の形態で説明したように、画素電極上に陰極701が形成される。本実施例において、陰極701は、CaFを用いて蒸着法により5nmの膜厚で形成される。
【0096】
また、本実施例において陰極701上に形成される有機化合物層702は、発光層703と正孔輸送層704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702には、高分子系の有機化合物を用いて形成する。
【0097】
また、発光層703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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
なお、これらの材料は、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。
【0103】
本実施例では、発光層703としてPPVからなる膜を80nmの膜厚で形成する。
【0104】
正孔輸送層704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。なお、本実施例では正孔輸送層704としてPEDOT及びPSSからなる膜を30nmの膜厚で形成する。以上により発光層703および正孔輸送層704とを積層した有機化合物層702を得ることができる。
【0105】
次に、正孔輸送層704の形成に用いた塗布液に、この後形成される保護膜の材料を混合させたものを塗布することにより混合領域707を形成する。なお、本実施例ではPEDOTとPSS材料とを含む水溶液に金を混合した塗布液を塗布して、1〜2nmの膜厚で形成する。
【0106】
混合領域707を形成した後、保護705が形成される。なお、保護膜705を形成する金属材料としては、具体的には、可視光の透過率が70〜100%であり、なおかつ仕事関数が4.5〜5.5の導電膜を用いる。また、金属膜は、可視光に対して不透明であることが多いため0.5〜5nmの膜厚で形成する。なお、本実施例では、金を用い、4nmの膜厚で蒸着法により形成する。
【0107】
次に陽極706が形成される。本発明において、陽極706は有機化合物層702で生じた光を透過させる電極であるので透光性を有する材料で形成される。また、陽極706は、正孔を有機化合物層702に注入する電極であるため仕事関数の大きい材料で形成する必要がある。なお、本実施例では、陽極706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スパッタリング法により100nm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(IZO、IDIXO等)を用いて陽極706を形成することもできる。
【0108】
なお、本実施例において、図6(B)に示すように有機化合物層702を形成する発光層703と正孔輸送層704との積層界面に隣り合う層を形成する材料からなる混合層731を形成することもできる。
【0109】
以上により、有機化合物層に高分子系の材料を用いて形成された発光素子を形成することができる。
【0110】
(実施例3)
本発明の実施例について図7〜図10を用いて説明する。ここでは、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)を同時に作製する方法について詳細に説明する。
【0111】
まず、基板600上に下地絶縁膜601を形成し、結晶構造を有する第1の半導体膜を得た後、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層602〜605を形成する。
【0112】
基板600としては、ガラス基板(#1737)を用い、下地絶縁膜601としては、プラズマCVD法で成膜温度400℃、原料ガスSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜601a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を50nm(好ましくは10〜200nm)形成する。次いで、表面をオゾン水で洗浄した後、表面の酸化膜を希フッ酸(1/100希釈)で除去する。次いでプラズマCVD法で成膜温度400℃、原料ガスSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜601b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を100nm(好ましくは50〜200nm)の厚さに積層形成し、さらに大気解放せずにプラズマCVD法で成膜温度300℃、成膜ガスSiH4で非晶質構造を有する半導体膜(ここではアモルファスシリコン膜)を54nmの厚さ(好ましくは25〜80nm)で形成する。
【0113】
本実施例では下地膜601を2層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造として形成しても良い。また、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(Si1-XGeX(X=0.0001〜0.02))合金などを用い、公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により形成すればよい。また、プラズマCVD装置は、枚葉式の装置でもよいし、バッチ式の装置でもよい。また、同一の成膜室で大気に触れることなく下地絶縁膜と半導体膜とを連続成膜してもよい。
【0114】
次いで、非晶質構造を有する半導体膜の表面を洗浄した後、オゾン水で表面に約2nmの極薄い酸化膜を形成する。次いで、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)のドーピングを行う。ここでは、ジボラン(B26)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用い、ドーピング条件を加速電圧15kV、ジボランを水素で1%に希釈したガス流量30sccm、ドーズ量2×1012/cm2で非晶質シリコン膜にボロンを添加した。
【0115】
次いで、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布する。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
【0116】
次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜を形成する。この加熱処理は、電気炉の熱処理または強光の照射を用いればよい。電気炉の熱処理で行う場合は、500℃〜650℃で4〜24時間で行えばよい。ここでは脱水素化のための熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行って結晶構造を有するシリコン膜を得る。なお、ここでは炉を用いた熱処理を用いて結晶化を行ったが、短時間での結晶化が可能なランプアニール装置で結晶化を行ってもよい。なお、ここではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた結晶化技術を用いたが、他の公知の結晶化技術、例えば固相成長法やレーザー結晶化法を用いてもよい。
【0117】
次いで、結晶構造を有するシリコン膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザー光(XeCl:波長308nm)の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。レーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YVO4レーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。ここでは、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度393mJ/cm2でレーザー光の照射を大気中で行う。なお、大気中、または酸素雰囲気中で行うため、レーザー光の照射により表面に酸化膜が形成される。
【0118】
また、レーザー光の照射により形成された酸化膜を希フッ酸で除去した後、第2のレーザー光の照射を窒素雰囲気、或いは真空中で行い、半導体膜表面を平坦化してもよい。その場合、このレーザー光(第2のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。第2のレーザー光のエネルギー密度は、第1のレーザー光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは30〜60mJ/cm2大きくする。
【0119】
なお、ここでのレーザー光の照射は、酸化膜を形成して後のスパッタ法による成膜の際、結晶構造を有するシリコン膜への希ガス元素の添加を防止する上でも、ゲッタリング効果を増大させる上でも非常に重要である。次いで、レーザー光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜からなるバリア層を形成する。
【0120】
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚150nmで形成する。本実施例のスパッタ法による成膜条件は、成膜圧力を0.3Paとし、ガス(Ar)流量を50(sccm)とし、成膜パワーを3kWとし、基板温度を150℃とする。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、3×1020/cm3〜6×1020/cm3、酸素の原子濃度は1×1019/cm3〜3×1019/cm3である。その後、ランプアニール装置を用いて650℃、3分の熱処理を行いゲッタリングする。
【0121】
次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【0122】
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜(ポリシリコン膜とも呼ばれる)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層を形成する。半導体層を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
【0123】
また、半導体層を形成した後、TFTのしきい値(Vth)を制御するためにp型あるいはn型を付与する不純物元素を添加してもよい。なお、半導体に対してp型を付与する不純物元素には、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)など周期律第13族元素が知られている。なお、半導体に対してn型を付与する不純物元素としては周期律15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)が知られている。
【0124】
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜(ポリシリコン膜とも呼ばれる)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層602〜605を形成する。半導体層を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
【0125】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜607となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。なお、ゲート絶縁膜607としては、Siをターゲットとしたスパッタリング法で形成された酸化珪素膜と窒化珪素膜とからなる積層膜や、プラズマCVD法により形成された酸化窒化珪素膜や、酸化珪素膜を用いることができる。本実施例では、プラズマCVD法により115nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。
【0126】
次いで、図7(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、ゲート絶縁膜607上に膜厚50nmの窒化タンタル膜、膜厚370nmのタングステン膜を順次積層する。
【0127】
第1の導電膜及び第2の導電膜を形成する導電性材料としてはTa、W、Ti、Mo、Al、Cu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もしくは化合物材料で形成する。また、第1の導電膜及び第2の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、Ag:Pd:Cu合金を用いてもよい。また、2層構造に限定されず、例えば、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。
【0128】
次に、図7(B)に示すように光露光工程によりレジストからなるマスク610〜613を形成し、ゲート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。エッチングにはICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いると良い。ICPエッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。
【0129】
本実施例では、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。なお、基板側の電極面積サイズは、12.5cm×12.5cmであり、コイル型の電極面積サイズ(ここではコイルの設けられた石英円板)は、直径25cmの円板である。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。この後、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30秒程度のエッチングを行った。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。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。
【0130】
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。
【0131】
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。ゲート絶縁膜となる絶縁膜607は、10〜20nm程度エッチングされ、第1の形状の導電層615〜618で覆われない領域が薄くなったゲート絶縁膜620となる。
【0132】
次いで、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。ここでは、エッチング用ガスにSF6とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を24/12/24(sccm)とし、1.3Paの圧力でコイル型の電極に700W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25秒行った。基板側(試料ステージ)にも10W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。第2のエッチング処理でのWに対するエッチング速度は227.3nm/min、TaNに対するエッチング速度は32.1nm/minであり、TaNに対するWの選択比は7.1であり、絶縁膜620であるSiONに対するエッチング速度は33.7nm/minであり、SiONに対するWの選択比は6.83である。このようにエッチングガス用ガスにSF6を用いた場合、絶縁膜620との選択比が高いので膜減りを抑えることができる。本実施例では絶縁膜620において約8nmしか膜減りが起きない。
【0133】
この第2のエッチング処理によりWのテーパー角は70°となった。この第2のエッチング処理により第2の導電層621b〜624bを形成する。一方、第1の導電層は、ほとんどエッチングされず、第1の導電層621a〜624aとなる。なお、第1の導電層621a〜624aは、第1の導電層615a〜618aとほぼ同一サイズである。実際には、第1の導電層の幅は、第2のエッチング処理前に比べて約0.3μm程度、即ち線幅全体で0.6μm程度後退する場合もあるがほとんどサイズに変化がない。
【0134】
また、2層構造に代えて、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造とした場合、第1のエッチング処理における第1のエッチング条件としては、BCl3とCl2とO2とを原料ガスに用い、それぞれのガス流量比を65/10/5(sccm)とし、基板側(試料ステージ)に300WのRF(13.56MHz)電力を投入し、1.2Paの圧力でコイル型の電極に450WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して117秒のエッチングを行えばよく、第1のエッチング処理における第2のエッチング条件としては、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、基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、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30秒程度のエッチングを行えばよく、第2のエッチング処理としてはBCl3とCl2を用い、それぞれのガス流量比を20/60(sccm)とし、基板側(試料ステージ)には100WのRF(13.56MHz)電力を投入し、1.2Paの圧力でコイル型の電極に600W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えばよい。
【0135】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、第1のドーピング処理を行って図8(A)の状態を得る。ドーピング処理はイオンドープ法、も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1.5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いる。この場合、第1の導電層及び第2の導電層621〜624がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域626〜629が形成される。第1の不純物領域626〜629には1×1016〜1×1017/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。ここでは、第1の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn--領域とも呼ぶ。
【0136】
なお、本実施例ではレジストからなるマスクを除去した後、第1のドーピング処理を行ったが、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ってもよい。
【0137】
次いで、図8(B)に示すようにレジストからなるマスク631、632を形成し第2のドーピング処理を行う。マスク631は駆動回路のpチャネル型TFTを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク632は画素部のTFT(スイッチング用TFT)を形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクである。
【0138】
第2のドーピング処理におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとしてリン(P)をドーピングする。ここでは、第2の導電層621bをマスクとして各半導体層に不純物領域が自己整合的に形成される。勿論、マスク631、632で覆われた領域には添加されない。こうして、第2の不純物領域634、635、636と、第3の不純物領域637、639が形成される。第2の不純物領域634、635、636には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加されている。ここでは、第2の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn+領域とも呼ぶ。
【0139】
また、第3の不純物領域は第1の導電層により第2の不純物領域よりも低濃度に形成され、1×1018〜1×1019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加されることになる。なお、第3の不純物領域は、テーパー形状である第1の導電層の部分を通過させてドーピングを行うため、テーパ−部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有している。ここでは、第3の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn-領域とも呼ぶ。また、マスク632で覆われた領域は、第2のドーピング処理で不純物元素が添加されず、第1の不純物領域638となる。
【0140】
次いで、レジストからなるマスク631、632を除去した後、新たにレジストからなるマスク630、640、633を形成して図8(C)に示すように第3のドーピング処理を行う。
【0141】
駆動回路において、上記第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTを形成する半導体層および保持容量を形成する半導体層にp型の導電型を付与する不純物元素が添加された第4の不純物領域641及び第5の不純物領域643を形成する。
【0142】
また、第4の不純物領域641には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。尚、第4の不純物領域641には先の工程でリン(P)が添加された領域(n--領域)であるが、p型を付与する不純物元素の濃度がその1.5〜3倍添加されていて導電型はp型となっている。ここでは、第4の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をp+領域とも呼ぶ。
【0143】
また、第5の不純物領域643は第2の導電層125aのテーパー部と重なる領域に形成されるものであり、1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。ここでは、第5の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をp-領域とも呼ぶ。
【0144】
以上までの工程でそれぞれの半導体層にn型またはp型の導電型を有する不純物領域が形成される。導電層621〜624はTFTのゲート電極となる。
【0145】
次いで、ほぼ全面を覆う絶縁膜(図示しない)を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚50nmの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。
【0146】
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、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
【0147】
また、本実施例では、上記活性化の前に絶縁膜を形成した例を示したが、上記活性化を行った後、絶縁膜を形成する工程としてもよい。
【0148】
次いで、窒化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜645を形成して熱処理(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(図9(A))。なお、第1の層間絶縁膜645は、プラズマCVD法により形成された窒化酸化珪素膜と窒化珪素膜からなる積層構造としても良い。この工程は第1の層間絶縁膜645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。酸化シリコン膜からなる絶縁膜(図示しない)の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。ただし、本実施例では、第2の導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、水素化する工程において第2の導電層が耐え得る熱処理条件とすることが重要である。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。
【0149】
次いで、第1の層間絶縁膜645上に有機樹脂膜から成る第2の層間絶縁膜646を形成する。本実施例では膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成する。
【0150】
さらに、第2の層間絶縁膜646上に層間絶縁膜の内部から発生する酸素などの脱ガスや水分等が放出されるのを防ぐためにバリア膜647が形成される。バリア膜647を形成する材料としては、具体的には窒化アルミニウム(AlN)、窒化酸化アルミニウム(AlNO)、酸化窒化アルミニウム(AlNO)、窒化珪素(SiN)、窒化酸化珪素(SiNO)等のアルミニウム又は珪素を含む絶縁膜を用いて、0.2〜1μmの膜厚で形成することができるが、本実施例では、窒化珪素からなるバリア膜をスパッタリング法により0.3μmの膜厚で形成する。なお、ここで用いるスパッタリング法としては、2極スパッタ法、イオンビームスパッタ法、または対向ターゲットスパッタ法等がある。
【0151】
次いで、各不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。本実施例では複数のエッチング処理を順次行う。本実施例では第1の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして第2の層間絶縁膜をエッチングした後、絶縁膜(図示しない)をエッチングストッパーとして第1の層間絶縁膜をエッチングしてから絶縁膜(図示しない)をエッチングした。
【0152】
その後、Al、Ti、Mo、Wなどを用いて配線を形成する。また、場合によっては、配線と接して形成される発光素子の画素電極を同時に形成することもできる。これらの電極及び画素電極の材料は、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。こうして、配線650〜657が形成される。
【0153】
以上の様にして、nチャネル型TFT701、pチャネル型TFT702を有する駆動回路705と、nチャネル型TFTからなるスイッチング用TFT703、nチャネル型TFTからなる電流制御用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(図9(C))。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0154】
画素部706において、スイッチング用TFT703(nチャネル型TFT)にはチャネル形成領域503、ゲート電極を形成する導電層623の外側に形成される第1の不純物領域(n--領域)638とソース領域、またはドレイン領域として機能する第2の不純物領域(n+領域)635を有している。
【0155】
また、画素部706において、電流制御用TFT704(nチャネル型TFT)にはチャネル形成領域504、ゲート電極を形成する導電層624の一部と絶縁膜を介して重なる第3の不純物領域(n-領域)639とソース領域、またはドレイン領域として機能する第2の不純物領域(n+領域)636を有している。
【0156】
また、駆動回路705において、nチャネル型TFT701はチャネル形成領域501、ゲート電極を形成する導電層621の一部と絶縁膜を介して重なる第3の不純物領域(n-領域)637とソース領域、またはドレイン領域として機能する第2の不純物領域(n+領域)634を有している。
【0157】
また、駆動回路705において、pチャネル型TFT702にはチャネル形成領域502、ゲート電極を形成する導電層622の一部と絶縁膜を介して重なる第5の不純物領域(p-領域)643と、ソース領域またはドレイン領域として機能する第4の不純物領域(p+領域)641を有している。
【0158】
これらのTFT701、702を適宜組み合わせてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成し、駆動回路705を形成すればよい。例えば、CMOS回路を形成する場合には、nチャネル型TFT701とpチャネル型TFT702を相補的に接続して形成すればよい。
【0159】
なお、信頼性が最優先とされる回路には、ゲート絶縁膜を介してLDD(LDD:Lightly Doped Drain)領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造であるnチャネル型TFT701の構造が適している。
【0160】
なお、駆動回路705におけるTFT(nチャネル型TFT、pチャネル型TFT)は、高い駆動能力(オン電流:Ion)およびホットキャリア効果による劣化を防ぎ信頼性を向上させることが要求されていることから本実施例では、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐのに有効である構造として、ゲート電極がゲート絶縁膜を介して低濃度不純物領域と重なる領域(GOLD領域)を有するTFTを用いている。
【0161】
これに対して、画素部706におけるスイッチング用TFT703は、低いオフ電流(Ioff)が要求されていることから、本実施例ではオフ電流を低減するためのTFT構造として、ゲート電極がゲート絶縁膜を介して低濃度不純物領域と重ならない領域(LDD領域)を有するTFTを用いている。
【0162】
次に絶縁膜を成膜する。なお、本実施例において絶縁膜を形成する材料としては、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(感光性ポリイミドを含む)、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。
【0163】
また、この絶縁膜の画素電極657に対応する位置に開口部を形成して、絶縁層658を形成する(図10(A))。なお、本実施例では感光性ポリイミドを用いて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658を形成する。
【0164】
次に、絶縁層658の開口部において露出している画素電極657上に陰極659をメタルマスクを用いた蒸着法によりパターン形成する。具体的な陰極材料としては、電子の注入性を向上させるために仕事関数の小さい材料で形成されることが望ましく、アルカリ金属やアルカリ土類金属に属する材料や希土類金属を含む遷移金属を単体で用いたり、その他の材料と積層したり、その他の材料とで形成される化合物(例えば、CsF、BaF、CaF等)、その他の材料とで形成される合金(例えばAl:Mg合金やAl:Mg合金やMg:In合金等)を用いることができる。なお、本実施例では、CsFを用いて5nmの膜厚で形成する。さらに、陰極659上に有機化合物層660をメタルマスクを用いた蒸着法により形成する(図10(A))。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、以下に詳細に説明する。
【0165】
はじめに、赤色発光を示す有機化合物層について説明する。具体的には、電子輸送層は、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)を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ことができる。
【0166】
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。
【0167】
次に、緑色発光を示す有機化合物層について説明する。具体的には、電子輸送層は、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。
【0168】
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。
【0169】
次に、青色発光を示す有機化合物層について説明する。具体的には、電子輸送層は、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。
【0170】
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。
【0171】
以上に示したような組み合わせの有機化合物層を陽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。
【0172】
なお、本実施例では、上記各有機化合物層の上に有機化合物層660を形成する材料と、保護膜661を形成する材料とを共蒸着して混合領域を形成する。図10(B)において、有機化合物層と保護膜との界面で、破線で示しているところが混合領域である。なお、混合領域は、有機化合物層660及び絶縁層658を覆って1〜2nmの膜厚で形成される。例えば、有機化合物層660が赤色発光を示す有機化合物層で形成され、保護膜661を形成する金属材料として金が用いられていた場合には、正孔輸送層を形成するα−NPDと金とを共蒸着することにより混合領域が形成される。
【0173】
混合領域の上には保護膜661が形成される。なお、保護膜661を形成する金属材料としては、具体的には、可視光の透過率が70〜100%であり、なおかつ仕事関数が4.5〜5.5の導電膜を用いる。また、金属膜は、可視光に対して不透明であることが多いため0.5〜5nmの膜厚で形成する。なお、本実施例では、先に述べたように金を用い、4nmの膜厚で蒸着法により形成する。
【0174】
次に陽極662が形成される。本発明において、陽極662は有機化合物層660で生じた光を透過させる電極であるので透光性を有する材料で形成される。また、陽極662は、正孔を有機化合物層660に注入する電極であるため仕事関数の大きい材料で形成する必要がある。なお、本実施例では、陽極662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スパッタリング法により100nm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(IZO、IDIXO等)を用いて陽極662を形成することもできる。また、陽極662形成時においては、基板の裏面側から基板を冷却、または、基板温度が80℃程度に維持されるようにすることで、スパッタリング時に有機化合物層に与えられる熱のダメージを緩和させてもよい。
【0175】
こうして図10(B)に示すように、電流制御用TFT704に電気的に接続された画素電極657と、前記画素電極657と隣り合う画素電極(図示せず)との隙間に形成された絶縁層658と、画素電極657上に形成された陰極659と、陰極659上に形成された有機化合物層660と、有機化合物層660及び絶縁層658上に形成された混合領域と、混合領域上に形成された保護膜661と、保護膜661上に形成された陽極662とからなる発光素子663を有する素子基板を形成することができる。
【0176】
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線を形成し、ソース領域、ドレイン領域と電気的に接続された配線を形成する材料を用いて走査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。
【0177】
また、本発明の発光装置は、ソース線から入力されるビデオ信号に基づいた所定の電圧が電流制御用TFT704のゲートに入力される方式(以下、定電圧駆動方式という)の場合や、ソース信号線から入力されるビデオ信号に基づいた所定の電流が電流制御用TFT704から入力される方式(以下、定電流駆動方式という)のいずれの場合においても実施することが可能である。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。
【0178】
さらに、本実施例の図10(B)において説明した発光装置の構造の一部が異なる場合について図15に示す。
【0179】
図15において、図10(B)と同様にして画素電極1501が形成される。そして、その端部を覆うように絶縁層1502が形成されるが、ここでは、絶縁層1502を形成する材料として窒化珪素、酸化珪素、または酸化窒化珪素といった珪素を含む無機絶縁材料を用いて0.1〜0.3μmの膜厚で形成する。
【0180】
具体的には、窒化珪素膜をスパッタリング法により0.2μmの膜厚で形成する。
【0181】
以上のように絶縁層1502を無機絶縁材料により形成することで、有機樹脂膜を用いて形成した場合に比べて、材料から放出される水分や有機気体等を低減させることができる。
【0182】
また、図15(B)には、図15(A)の構造を有する場合における画素部1511の一部の上面図を示す。画素部1511には、複数の画素1512が形成されている。また、ここで示す上面図は、図15(A)の絶縁層1502まで形成された状態を示している。つまり、絶縁層1502は、ソース線1513、走査線1514および電流供給線1515を覆うように形成されている。また、下方に画素電極とTFTとの接続部分が形成されている領域a(1503)の部分も絶縁層1502で覆われている。
【0183】
さらに、図15(B)に示す画素部1511の点線AA’における断面図であって、画素電極1501上に陰極1504、有機化合物層1505、混合領域((図示せず)、および保護膜1506まで形成された状態を図15(C)に示す。なお、ここでは、紙面に対して縦方向に同一の材料からなる有機化合物層が形成されており、横方向にそれぞれ異なる材料からなる有機化合物層が形成されている。
【0184】
例えば、図15(B)の画素(R)1512aには赤色発光を示す有機化合物層(R)1505aが形成され、画素(G)1512bには緑色発光を示す有機化合物層(G)1505bが形成され、画素(B)1512cには青色発光を示す有機化合物層(B)1505cが形成される。また、これらの有機化合物層上には、混合領域を介して保護膜がそれぞれ形成されている。なお、絶縁層1502は、有機化合物層形成時のマージンとなり、有機化合物層の成膜位置が多少ずれて、図15(C)に示すように絶縁層1502上で異なる材料からなる有機化合物層が重なってしまったとしても、それが絶縁層1502上であれば何ら問題はない。
【0185】
さらに、図15(B)に示す画素部1511の点線BB’における断面図であって、図15(C)と同様に画素電極1501上に陰極1504および有機化合物層1505まで形成された状態を図15(D)に示す。
【0186】
なお、点線BB’で切断される画素には、画素(R)1512aと同様の赤色発光を示す有機化合物層(R)1505aが形成されるため、図15(D)で示す構造を有する。
【0187】
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。
【0188】
(実施例4)
本実施例では、実施例3で示したのと一部構造の異なる発光装置について図11を用いて説明する。
【0189】
図11(A)において、図9(C)で形成される画素電極の代わりに配線670が形成される。その後、配線670を覆って第3の層間絶縁膜671が形成される。なお、ここで形成される第3の層間絶縁膜671の材料としては、第1および第2の層間絶縁膜を形成する際に用いた材料を用いて形成することができる。
【0190】
次に第3層間絶縁膜671の配線670と重なる位置に開口部を形成した後で画素電極672を形成する。なお、画素電極672を形成する材料としては、配線670形成に用いた材料を用いて形成することができる。
【0191】
さらに、画素電極672の端部を覆うように絶縁層673が形成され、画素電極672上には、陰極674、有機化合物層675が形成される。なお、絶縁層673を形成する材料としては実施例3と同様にして感光性ポリイミドを用いて1μmの膜厚で形成する。
【0192】
以上により、図11(B)に示すように有機化合物層675上に保護膜676、および陽極677が形成され、発光素子678が完成する。なお、画素電極672を形成した後の作製工程は実施例3と同様の方法で形成することができるので省略する。
【0193】
なお、本実施例で示したような構造とすることで、画素電極の面積を大きくすることができるので、本発明のような上方出射型の発光装置においては、より開口率を向上させることができる。
【0194】
さらに、本実施例の図11(B)において説明した発光装置の構造の一部が異なる場合について図16に示す。
【0195】
図16において、図11(B)と同様にして画素電極1601が形成される。そして、その端部を覆うように絶縁層1602が形成されるが、ここでは、図11(B)で示したのとは異なり、窒化珪素、酸化珪素、または酸化窒化珪素といった珪素を含む無機絶縁材料により0.1〜0.3μmの膜厚で形成する。
【0196】
具体的には、窒化珪素膜をスパッタリング法により0.2μmの膜厚で形成する。
【0197】
以上のように絶縁層1602を無機絶縁材料により形成することで、有機樹脂膜を用いて形成した場合に比べて、材料から放出される水分や有機気体等を低減させることができる。なお、絶縁層1602の後に形成される陰極1604、有機化合物層1605、保護膜1606、および陽極1607は、図11(B)で示したのと同様にして形成することができる。
【0198】
(実施例5)
本実施例では、定電流駆動方式により駆動する発光装置の画素部の画素構成について説明する。図13に示す画素1310は、信号線Si(S1〜Sxのうちの1つ)、第1走査線Gj(G1〜Gyのうちの1つ)、第2走査線Pj(P1〜Pyのうちの1つ)及び電源線Vi(V1〜Vxのうちの1つ)を有している。また画素1310は、Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、発光素子1311及び保持容量1312を有している。
【0199】
Tr3とTr4のゲートは、共に第1走査線Gjに接続されている。Tr3のソースとドレインは、一方は信号線Siに、もう一方はTr2のソースに接続されている。またTr4のソースとドレインは、一方はTr2のソースに、もう一方はTr1のゲートに接続されている。つまり、Tr3のソースとドレインのいずれか一方と、Tr4のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている。
【0200】
Tr1のソースは電源線Viに、ドレインはTr2のソースに接続されている。Tr2のゲートは第2走査線Pjに接続されている。そしてTr2のドレインは画素電極を介して画素電極上に形成される発光素子1311に接続されている。発光素子1311は、陰極と、陽極と、陰極と陽極の間に設けられた有機化合物層とを有している。発光素子1311の陽極は外部に設けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【0201】
なお、Tr3とTr4は、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良い。ただし、Tr3とTr4の極性は同じである。また、Tr1はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良い。Tr2は、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらでも良いが、本発明において、Tr2と接続される電極は陰極であるため、Tr2はnチャネル型TFTで形成するのが望ましい。
【0202】
保持容量1312はTr1のゲートとソースとの間に形成されている。保持容量1312はTr1のゲートとソースの間の電圧(VGS)をより確実に維持するために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【0203】
図13に示した画素では、ソース線に供給される電流は、信号線駆動回路が有する電流源において制御している。
【0204】
なお、本発明の構成は実施例1〜実施例4のいずれの構成と自由に組み合わせて実施することができる。
【0205】
(実施例6)
本実施例では、本発明の発光装置の外観図について図12を用いて説明する。なお、図12(A)は、発光装置を示す上面図、図12(B)は図12(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1201はソース信号側駆動回路、1202は画素部、1203はゲート信号側駆動回路である。また、1204は封止基板、1205はシール剤であり、シール剤1205で囲まれた内側は、空間になっている。
【0206】
なお、1208はソース信号側駆動回路1201及びゲート信号側駆動回路1203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)1209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。
【0207】
次に、断面構造について図12(B)を用いて説明する。基板1210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信号側駆動回路1201と画素部1202が示されている。
【0208】
なお、ソース信号側駆動回路1201はnチャネル型TFT1213とpチャネル型TFT1214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。
【0209】
また、画素部1202は電流制御用TFT1211とそのドレインに電気的に接続された画素電極1212を含む複数の画素により形成される。
【0210】
また、画素電極1212の両端には絶縁層1213が形成され、画素電極1212上には陰極1214が形成され、さらに陰極1214上には有機化合物層1215が形成される。さらに、有機化合物層1215と保護膜1216との界面に混合領域(図示せず)を形成し、保護膜1216上には陽極1217が形成される。これにより、陰極1214、有機化合物層1215、保護膜1216、及び陽極1217からなる発光素子1218が形成される。
【0211】
陽極1217は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線1208を経由してFPC1209に電気的に接続されている。
【0212】
また、基板1210上に形成された発光素子1218を封止するためにシール剤1205により封止基板1204を貼り合わせる。なお、封止基板1204と発光素子1218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1205の内側の空間1207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1205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1205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1207の内部に酸素や水を吸収する効果をもつ物質を含有させても良い。
【0213】
また、本実施例では封止基板1204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1205を用いて封止基板1204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。
【0214】
以上のようにして発光素子を空間1207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。
【0215】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜実施例5に示した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。
【0216】
(実施例7)
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、本発明の発光装置を用いて様々な電気器具を完成させることができる。
【0217】
本発明により作製した発光装置を用いて作製された電気器具として、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。
【0218】
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をその表示部2003に用いることにより作製される。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。
【0219】
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をその表示部2102に用いることにより作製される。
【0220】
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をその表示部2203に用いることにより作製される。
【0221】
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をその表示部2302に用いることにより作製される。
【0222】
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をこれら表示部A、B2403、2404に用いることにより作製される。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。
【0223】
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をその表示部2502に用いることにより作製される。
【0224】
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をその表示部2602に用いることにより作製される。
【0225】
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をその表示部2703に用いることにより作製される。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。
【0226】
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。
【0227】
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。
【0228】
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。
【0229】
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、本発明の発光装置を用いてあらゆる分野の電気器具を作製す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6を実施することにより作製された発光装置を用いることにより完成させることができる。
【0230】
(実施例8)
さらに、本発明の発光装置は、図19で示す構造とすることも可能である。
【0231】
陰極1803の端部(および配線1813)を覆う絶縁層1814(バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)としては、無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、感光性または非感光性の有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン)、またはこれらの積層などを用いることができるが、例えば、有機樹脂の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合には、図19に示すように絶縁物の端部における曲率半径が0.2〜2μmとなるようにし、接触面における角度が35度以上となる曲面を持たせることが好ましい。
【0232】
また、発光素子1802の有機化合物層1804に用いる材料として、白色発光を示す材料を用いることができる。この場合には、蒸着法を用いて形成し、例えば陰極1803側からTPD(芳香族ジアミン)、p−EtTAZ、Alq3、部分的に赤色発光色素であるナイルレッドをドープしたAlq3、Alq3を順次積層形成すればよい。
【0233】
さらに、発光素子1802の陽極1807上に絶縁性の材料を用いてパッシベーション膜1815を形成することもできる。なお、この際パッシベーション膜1815に用いる材料としては、スパッタリング法において、Siをターゲットとして形成された窒化珪素膜の他、吸湿性の材料を窒化珪素膜により挟んで形成された積層膜を用いることができる。さらに、DLC膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)や、窒化炭素(CxNy)等を用いることも可能である。
【0234】
【発明の効果】
本発明では、上面出射型の発光装置を作製することにより、下面出射型の発光装置に比べてより開口率の高い素子を形成することが可能となった。また、上面出射型の発光装置の作製において、TFTと接続された電極(下部電極)を陰極とし、陰極上に形成された有機化合物層上に光取り出し電極(上部電極)となる陽極を形成することから、既に実用化レベルの特性を有しているITOやIZOといった透明導電膜を陽極材料として用い、従来の上面出射型の発光装置と素子構造の異なる発光素子を作製することができる。
【0235】
これにより、上部電極である陰極側から光を取り出す素子構造の場合には、陰極としての機能を保持するために充分な成膜性が要求されるのに対し、光取り出し電極としての透光性を確保するために極薄膜で形成する必要があるため、両者の条件を満たすために生じる矛盾を解決することができる。
【0236】
さらに、有機化合物層と陽極との界面に保護膜を設けることにより陽極形成時に問題となる有機化合物層へのダメージを防ぐことができる。
【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作製工程を説明する図。
【図3】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図4】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図5】 本発明の低分子型発光装置の素子構造を説明する図。
【図6】 本発明の高分子型発光装置の素子構造を説明する図。
【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作製工程を説明する図。
【図10】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図11】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図12】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図13】 本発明に用いることのできる回路構成を説明する図。
【図14】 電気器具の一例を示す図。
【図15】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図16】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図17】 成膜室を示す図。
【図18】 従来例を示す図。
【図19】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
[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]
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.
[0007]
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.
[0008]
As an active matrix light-emitting device, a TFT 1705 and an anode 1702 on a substrate 1701 are electrically connected as shown in FIG. 18, and an organic compound layer 1703 is formed on the anode 1702 to form an organic compound layer. A light emitting element 1707 in which a cathode 1704 is formed over 1703 is provided. Note that as the anode material in the light-emitting element 1707, a conductive material having a large work function is used in order to facilitate hole injection, and ITO (indium tin oxide) or IZO (IZO) is a material that satisfies practical characteristics so far. A conductive material having translucency such as indium zinc oxide) is used. A structure in which light generated in the organic compound layer 1703 of the light-emitting element 1707 is extracted from the light-transmitting anode 1702 toward the TFT 1705 (hereinafter referred to as a bottom emission type) is mainly used.
[0009]
However, in the bottom emission type structure, there is a problem that the aperture ratio is limited due to the arrangement of TFTs, wirings, and the like in the pixel portion even if the resolution is improved.
[0010]
On the other hand, recently, a structure for extracting light from the cathode side (hereinafter referred to as a top emission type) has been devised. In the case of the top emission type, the aperture ratio can be increased as compared with the bottom emission type, and thus it is considered that a light emitting element capable of obtaining higher luminance can be formed (for example, see Patent Document 1). .)
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-43980 A
[0012]
In the above invention, since there is no light-transmitting material as the cathode material, after forming the cathode, ITO which is a transparent conductive film is laminated, and light is extracted from the cathode side.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the element structure for extracting light from the cathode side, sufficient film formability is required to maintain the function as the cathode, whereas in order to ensure translucency as the light extraction electrode. In order to satisfy both conditions, a contradiction arises.
[0014]
Therefore, in the present invention, in order to solve these problems, a transparent conductive film such as ITO or IZO, which has already been put into practical use, is used as a light extraction electrode in the production of a top emission type light emitting device. An object of the present invention is to manufacture a light emitting element having a different element structure from that of a conventional top emission type light emitting device.
[0015]
When a transparent electrode is formed as the light extraction electrode, the transparent conductive film is formed after the organic compound layer is formed. Usually, since the transparent conductive film is formed by sputtering, there is a problem that the surface of the organic compound is damaged by sputtering during the film formation, thereby causing element deterioration.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to improve the light emission efficiency of the light emitting element more than before without damaging the organic compound layer in the manufacture of the top emission type light emitting element.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized in that a protective film is formed at the interface between the anode and the organic compound layer of the light-emitting element including the cathode and the organic compound layer and the anode.
[0018]
Note that in the present invention, the anode is formed of a light-transmitting conductive film and functions as a light extraction electrode. Further, since the cathode is formed on the pixel electrode, the cathode material does not necessarily have light shielding properties, but the laminated film when the pixel electrode and the cathode are laminated needs to have light shielding properties. This is because the light generated in the organic compound layer is efficiently extracted from the anode side. Here, the light shielding property means that the transmittance of visible light to the laminated film is less than 10%. Further, as the cathode material, a material having a work function of 3.8 eV or less is used. By using such a cathode material, the energy barrier between the cathode and the organic compound layer can be relaxed, so that the electron injectability from the cathode is enhanced.
[0019]
A protective film is formed on the organic compound layer formed on the cathode. The protective film referred to in the present specification has a function for preventing sputter damage given to the organic compound layer when forming an anode formed after the organic compound layer is formed. Note that as a material for forming the protective film, a material having a work function of 4.5 to 5.5 eV that can improve the injectability of holes from the anode is used. Furthermore, in the present invention, a mixed region is formed at the interface between the organic compound film and the protective film. Note that a mixed region in this specification refers to a region formed at an interface between an organic compound layer and a protective film and made of a material that forms the organic compound layer and a material that forms the protective film.
[0020]
By forming the mixed region at the interface in this manner, the energy barrier generated by the work function of the material forming the organic compound layer and the work function of the material forming the protective film can be relaxed. The hole transportability can be improved, and the adhesion of the protective film formed on the organic compound layer can be improved, so that the device characteristics can also be improved.
[0021]
Further, after forming the protective film, the anode of the light emitting element is formed. In the present invention, a transparent conductive film such as ITO or IZO, which is a conventional anode material, can be used. It can be produced without change.
[0022]
The configuration of the invention disclosed in the present invention is as follows.
A TFT provided on an insulating surface; an interlayer insulating film formed on the TFT;
A pixel electrode formed on the interlayer insulating film, an insulating film formed to cover an end of the pixel electrode, a cathode formed on the pixel electrode, and an organic compound layer formed on the cathode And a protective film and an anode, wherein the TFT has a source region and a drain region, and the pixel electrode has an opening formed in the interlayer insulating film in the source region or the drain region. Electrically connected to any one of the drain regions, and having a mixed region between the organic compound layer and the protective film, the mixed region comprising the organic compound constituting the organic compound layer, and the protection A light-emitting device including a metal material constituting a film.
[0023]
According to another aspect of the invention, there is provided a TFT provided on an insulating surface, an interlayer insulating film formed on the TFT, a pixel electrode formed on the interlayer insulating film, and an end portion of the pixel electrode A light emitting device comprising: an insulating film formed over the substrate; a cathode formed on the pixel electrode; an organic compound layer formed on the cathode; a protective film; and an anode. A source region and a drain region, and the pixel electrode is electrically connected to either the source region or the drain region at an opening formed in the interlayer insulating film, and the organic compound layer There is a mixed region between the protective film, and the mixed region includes an organic compound that forms the organic compound layer and a metal material that forms the protective film, and an average film thickness thereof is 0.5. -10 nm, preferably A light emitting device which is a 1 to 5 nm.
[0024]
According to another aspect of the present invention, there is provided a TFT provided on an insulating surface, an interlayer insulating film formed on the TFT, a barrier film formed on the interlayer insulating film, and formed on the barrier film. Pixel electrode, an insulating film formed to cover an end of the pixel electrode, a cathode formed on the pixel electrode, an organic compound layer formed on the cathode, a protective film, and an anode The TFT includes a source region and a drain region, and the pixel electrode is connected to the source region or the drain region through an opening formed in an interlayer insulating film and a barrier film. Electrically connected to any one of them, and having a mixed region between the organic compound layer and the protective film, and the mixed region forms the organic compound constituting the organic compound layer and the protective film Including metal materials A light emitting device according to claim.
[0025]
Furthermore, another aspect of the invention includes a TFT provided on an insulating surface, an interlayer insulating film formed on the TFT, a barrier film formed on the interlayer insulating film, and formed on the barrier film. Pixel electrode, an insulating film formed to cover an end of the pixel electrode, a cathode formed on the pixel electrode, an organic compound layer formed on the cathode, a protective film, and an anode The TFT includes a source region and a drain region, and the pixel electrode is connected to the source region or the drain through an opening formed in the interlayer insulating film and the barrier film. Electrically connected to any one of the regions, and having a mixed region between the organic compound layer and the protective film, the mixed region comprising the organic compound constituting the organic compound layer, and the protective film Consists of metal materials It includes and an average thickness thereof is 0.5 to 10 nm, a light-emitting device preferably being a 1 to 5 nm.
[0026]
Note that in the above structure, the barrier film is an insulating material containing aluminum or silicon such as aluminum nitride (AlN), aluminum nitride oxide (AlNO), aluminum oxynitride (AlNO), silicon nitride (SiN), or silicon nitride oxide (SiNO). It consists of a film, and it can prevent degassing such as oxygen from the interlayer insulating film and moisture from entering the light emitting element, and the alkali metal contained as the cathode material can enter the interlayer insulating film side. Can be prevented.
[0027]
Furthermore, another aspect of the invention includes a TFT provided on an insulating surface, an interlayer insulating film formed on the TFT, a pixel electrode formed on the interlayer insulating film, and an end portion of the pixel electrode A light emitting device comprising: an insulating film formed over the substrate; a cathode formed on the pixel electrode; an organic compound layer formed on the cathode; a protective film; and an anode. A source region and a drain region, wherein the pixel electrode is electrically connected to either the source region or the drain region in an opening formed in the interlayer insulating film; The organic compound layer includes a first layer made of an organic compound, and a second layer made of an organic compound different from the substance constituting the first layer. The first layer and the Between the second layer, the organic compound constituting the first layer, and a light-emitting device characterized by having a mixed layer containing an organic compound constituting the second layer.
[0028]
In each of the above structures, the interlayer insulating film and the insulating film are not only insulating films containing silicon such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide, but also polyimide, polyamide, acrylic (including photosensitive acrylic), BCB (benzocyclo An organic resin film such as butene can be used. A coated silicon oxide film (SOG: Spin On Glass) formed by a coating method can also be used.
[0029]
In each of the above structures, the pixel electrode functions as a wiring electrically connected to the TFT formed on the substrate, and a low-resistance metal material such as aluminum, titanium, or tungsten is used alone or laminated. It is formed by using.
[0030]
In each of the above configurations, the cathode is made of a material having a small work function and is formed on the pixel electrode. Here, elements belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule, that is, alkali metals and alkaline earth metals as well as transition metals containing rare earth metals are suitable. A compound is suitable. This is because a metal having a small work function is unstable in the atmosphere, and oxidation and delamination become a problem.
[0031]
Specifically, cesium fluoride (CsF), calcium fluoride (CaF), barium fluoride (BaF), lithium fluoride (LiF), or the like can be used as the fluoride containing the metal. In addition, an alloy in which silver is added to magnesium (Mg: Ag), an alloy in which lithium is added to aluminum (Al: Li), an alloy containing lithium, calcium, and magnesium in aluminum can be used. Note that an aluminum alloy to which lithium is added can most reduce the work function of aluminum.
[0032]
In addition, although a cathode is formed with the thickness of 1-50 nm using the material mentioned above, when using the fluoride mentioned above, it is preferable to use by 5 nm or less ultrathin film. In addition, materials such as lithium acetylacetonate (Liacac) can be used.
[0033]
In each of the above structures, the organic compound layer is a place where carriers injected from the cathode and the anode are recombined. The organic compound layer may be formed as a single layer consisting of only a light emitting layer, but a plurality of layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, a blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are stacked. The present invention is also included in the present invention. Furthermore, in the case where a plurality of layers are stacked, a layer (this is referred to as a mixed layer in this specification) formed by mixing materials that form adjacent layers is formed at each stack interface. You can also Note that by forming the mixed layer, an energy gap generated at the stack interface can be relaxed, so that carrier mobility in the organic compound layer can be increased and driving voltage can be lowered.
[0034]
In each of the above configurations, the mixed region is composed of a material forming the organic compound layer and a metal material forming the protective film, and the content of the metal material included in the entire mixed region is 10 to 50%. desirable.
[0035]
Furthermore, the organic compound layer in the present invention is not only formed by using a low molecular weight or high molecular weight organic compound, but also an inorganic material (specifically, oxidation of Si and Ge) on a part of the organic compound layer. In addition to the above materials, a material in which any of oxides of carbon nitride (CxNy), alkali metal elements, alkaline earth metal elements, and lanthanoid elements and any of Zn, Sn, V, Ru, Sm, and Ir is combined Etc.) can also be used.
[0036]
In each of the above structures, the protective film is formed on the organic compound layer and has a function of preventing spatter damage during anode formation. Since the protective film is formed in contact with the anode, the material thereof is a metal having a work function (4.5 to 5.5 eV) equal to or higher than that of ITO or the like serving as the anode material. It is formed by using a material. In the present invention, a metal belonging to a transition metal in the element periodic rule can be used. Further, among transition metals, metals such as gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt) belonging to Group 9, 10, or 11 of the periodic table in the long-period type periodic table. Material is preferred.
[0037]
In the case of the element structure of the present invention, since the light generated in the organic compound layer passes through the protective film and is emitted from the anode to the outside, the visible light transmittance needs to be 70 to 100%. is there. Therefore, the transmittance of the anode and the protective film needs to be 70 to 100%. In addition, since the purpose of the protective film in the present invention is to prevent sputter damage at the time of anodic film formation, it is not always necessary to be a uniform film, and it is sufficient if the transmittance can be secured, so that the film thickness is 5 to 50 nm. May be formed.
[0038]
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.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment Modes of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 1A illustrates an element structure of the light-emitting element 102 formed over the pixel electrode 101.
[0040]
As shown in FIG. 1A, a cathode 103 is formed over the pixel electrode 101, an organic compound layer 104 is formed in contact with the cathode 103, and a protective film 105 is formed in contact with the organic compound layer 104. An anode 106 is formed. Note that electrons are injected from the cathode 103 into the organic compound layer 104, and holes are injected from the anode 106 into the organic compound layer 104. In the organic compound layer 104, light is emitted by recombination of holes and electrons.
[0041]
The pixel electrode 101 has a function of electrically connecting either the source region or the drain region of a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) for driving the light emitting element and the cathode 103. Note that when the pixel electrode 101 is provided separately from the cathode 103 as shown in FIGS. 1A and 1B, the pixel electrode 101 does not directly contact the organic compound layer 104 and functions as an electrode (cathode) of the light-emitting element 102. Therefore, it is only necessary to use a material having high conductivity required for the wiring material. However, when the pixel electrode 101 itself is used as the cathode of the light emitting element, it is necessary to use a metal material having a work function small enough to function as a cathode (specifically, a work function of 3.8 eV or less).
[0042]
Next, a cathode 103 is formed on the pixel electrode 101. Note that a material having a small work function used for the cathode 103 (specifically, a work function of 3.8 eV or less) includes elements belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule, that is, alkali metals and alkaline earth metals. In addition, transition metals including rare earth metals are suitable. In the present invention, alloys and compounds containing these are particularly suitable. This is because a metal having a small work function is unstable in the atmosphere, and oxidation and delamination become a problem.
[0043]
The organic compound layer 104 includes a light emitting layer, and includes any one or more of layers having different functions for carriers, such as a hole injection layer, a hole transport layer, a blocking layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. It is formed by combining and laminating. Note that a known material can be used as a material for forming the organic compound layer 104. In the present invention, when the organic compound layer has two or more kinds of laminated structures, a layer (hereinafter referred to as a mixed layer) made of a material that forms a layer adjacent to the laminated interface can be formed. Note that by forming a mixed layer at the stack interface, the energy gap can be relaxed by a work function at the interface, so that the transportability of carriers (holes and electrons) inside the organic compound layer can be improved.
[0044]
In the present invention, when the organic compound layer 104 is formed, the mixed region 107 is formed on the organic compound layer 104. Note that the mixed region 107 is formed including the organic compound used to form the organic compound layer 104 and a metal material used to form the protective film 105.
[0045]
Note that the protective film 105 has a function of preventing sputtering damage when the anode 106 is formed. In addition, the formation of a protective film can be expected to prevent moisture, oxygen, and the like from entering the previously formed organic compound layer. Further, since the protective film 105 is formed in contact with the anode 106, the material thereof is the same as or more than that of ITO or the like used as the material of the anode 106 so as not to disturb the hole injection property from the anode. A metal material having a work function (4.5 eV to 5.5 eV) is preferably used.
[0046]
FIG. 1B shows an active matrix type in which a TFT (also referred to as a current control TFT) 111 formed over a substrate 110 and the light-emitting element 102 shown in FIG. The light emitting device is shown.
[0047]
In FIG. 1B, a current control TFT 111 has a source region, a drain region, a channel region, a gate insulating film, and a gate electrode, and an interlayer insulating film 112 is formed so as to cover them. Further, a barrier film 108 is formed to prevent degassing and moisture release from the interlayer insulating film 112, and the pixel electrode 101 is formed simultaneously with the wiring 113 on the barrier film 108.
[0048]
In this embodiment mode, the wiring 113 inputs an electric signal to either the source region or the drain region of the TFT 105, and the pixel electrode outputs an electric signal from the other. 101.
[0049]
Note that an end portion of the pixel electrode 101 is covered with an insulating layer 114, and the cathode 103 is formed on the pixel electrode 101 exposed on the surface. In addition, an organic compound layer 104, a protective film 105, and an anode 106 are stacked over the cathode 103 in a manner similar to that shown in FIG.
[0050]
Here, a method for manufacturing an active matrix light-emitting device will be described with reference to FIGS. 2A to 2D and FIGS. 3A to 3D.
[0051]
In FIG. 2A, a TFT 202 is formed over a substrate 201. Note that although a glass substrate is used as the substrate 201 in this embodiment, a quartz substrate may be used. In the present invention, since light is emitted from the light emitting element to the opposite side of the substrate, the substrate does not have to be particularly light-transmitting, and a known light-shielding material can be used. The TFT 202 may be formed using a known method. The TFT 202 includes at least a gate electrode 203, a source region 205 formed on the opposite side of the gate electrode 203 with the gate insulating film 204 interposed therebetween, a drain region 206, a channel A formation region 207. Note that the channel region 207 is formed between the source region 205 and the drain region 206.
[0052]
Further, as shown in FIG. 2B, an interlayer insulating film 208 is provided with a thickness of 1 to 2 μm so as to cover the TFT 202, and a barrier film 209 is formed over the interlayer insulating film 208.
[0053]
Note that materials for forming the interlayer insulating film 208 include polyimide, polyamide, acrylic (including photosensitive or non-photosensitive acrylic), as well as insulating films containing silicon such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide. An organic resin film such as BCB (benzocyclobutene) can be used. Alternatively, a film in which the above-described materials are stacked, such as a stacked film of acrylic and silicon oxide, can be used. Note that the interlayer insulating film is formed by a sputtering method or an evaporation method. Furthermore, a coated silicon oxide film (SOG: Spin On Glass) can also be used as a silicon oxide film formed by a coating method.
[0054]
As a material for forming the barrier film 209, specifically, aluminum nitride (AlN), aluminum nitride oxide (AlNO), aluminum oxynitride (AlON), silicon nitride (SiN), silicon nitride oxide (SiNO), or the like is used. An insulating film containing aluminum or silicon can be used. Moreover, it is desirable to form with the film thickness of 0.2-1.0 micrometer. Note that by providing the barrier film 209, diffusion of alkali metal, water, organic gas, or the like can be prevented.
[0055]
Then, after openings are formed in the interlayer insulating film 208 and the barrier film 209, a conductive film 210 is formed over the barrier film 209 by a sputtering method (FIG. 2C).
[0056]
As a conductive material for forming the conductive film 210, an element selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), and copper (Cu), or the above element is used. An alloy material or a compound material as a main component can be used. Moreover, it is good also as a laminated structure combining these two or more. Note that a three-layer structure in which a 50 nm-thickness tungsten film, a 500 nm-thickness aluminum-silicon alloy (Al—Si) film, and a 30 nm-thickness titanium nitride film are sequentially stacked is used here.
[0057]
Next, as shown in FIG. 2D, the conductive film 210 is patterned to form a wiring 211 electrically connected to the TFT 202. In the present invention, the pixel electrode 212 that also functions as a wiring is formed at the same time. As a patterning method, either a dry etching method or a wet etching method may be used.
[0058]
Further, as shown in FIG. 3A, an insulating layer 213 is formed so as to cover the gap between the end of the anode and the anode. Note that the insulating layer 213 can be obtained by forming an opening over the pixel electrode after forming the insulating film. As a material for forming the insulating layer 213, in addition to a material containing silicon such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide, an organic resin such as polyimide, polyamide, acrylic (including photosensitive acrylic), and BCB (benzocyclobutene) is used. A membrane can be used. Furthermore, a coated silicon oxide film (SOG: Spin On Glass) can also be used as the silicon oxide film. The film thickness can be 0.1 to 2 μm. In particular, when a material containing silicon such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide is used, the film thickness is 0.1 to 0.3 μm. It is desirable to form with.
[0059]
Next, the cathode 214 is formed. Note that the cathode 214 is manufactured by patterning a cathode material using a metal mask by a sputtering method or a vapor deposition method. Note that a material for forming the cathode 214 is preferably a material having a low work function in order to improve electron injectability from the cathode 214, and elements belonging to Group 1 or Group 2 of the element periodic rule, that is, alkali metals and alkaline earths. In addition to similar metals, transition metals including rare earth metals can be used.
[0060]
Specifically, cesium fluoride (CsF), calcium fluoride (CaF), barium fluoride (BaF), lithium fluoride (LiF), or the like can be used as the fluoride containing the metal. In addition, an alloy in which silver is added to magnesium (Mg: Ag), an alloy in which lithium is added to aluminum (Al: Li), an alloy containing lithium, calcium, and magnesium in aluminum can be used. Note that an aluminum alloy to which lithium is added can most reduce the work function of aluminum.
[0061]
In addition, although the cathode 214 is formed with the thickness of 1-50 nm using the material mentioned above, when using the fluoride mentioned above, it is preferable to use it with an ultra-thin film of 5 nm or less. In addition, materials such as lithium acetylacetonate (Liacac) can be used.
[0062]
Next, an organic compound layer 215 is formed over the cathode 214 (FIG. 3B). Note that as a material for forming the organic compound layer 215, a known organic compound of low molecular weight, high molecular weight, or medium molecular weight can be used. The term “medium molecular organic compound” as used herein refers to an aggregate (preferably having a molecule number of 10 or less) of organic compounds having no sublimation property or solubility, or a chain molecule length of 5 μm or less (preferably Organic compound of 50 nm or less). As a film formation method, an evaporation method (resistance heating method), a spin coating method, an ink jet method, a printing method, or the like can be used. Note that the organic compound layer can be patterned by forming a film using a metal mask.
[0063]
In addition, even if the organic compound layer 215 has either a single layer structure or a stacked structure, the film thickness is desirably 10 to 300 nm.
[0064]
Next, a mixed region 216 is formed on the organic compound layer 215. The mixed region 216 is formed by using the organic compound used for forming the organic compound layer 215 (the organic compound forming the outermost layer when the organic compound layer has a laminated structure), and the following: The material for forming the protective film 217 (metal material) is used.
[0065]
For example, when the organic compound layer 215 is formed by a vapor deposition method, it is formed by co-evaporation with a metal material, and when the organic compound layer 215 is formed by a coating method such as a spin coating method, It is formed by applying a mixed liquid in which a metal material is mixed.
[0066]
Note that in the case where the mixed region 216 is formed by vapor deposition, film formation is performed in a vapor deposition chamber as shown in FIG. As shown in FIG. 17, the substrate 301 is fixed to a holder 302, and an evaporation source 303 is provided below the substrate 301. The evaporation source 303a includes an organic compound 304a, and the evaporation source 303b includes a metal material 304b. Further, a shutter 306 (306a, 306b) is formed in each of the evaporation sources 303 (303a, 303b). Note that the evaporation source 303 (303a and 303b) or the substrate to be deposited is preferably moved (rotated) so that the film is uniformly formed in the film formation chamber. Note that only two evaporation sources are shown here, but when an organic compound layer has a laminated structure, a plurality of organic compounds are required. Can do.
[0067]
The evaporation source 303 (303a, 303b) is made of a conductive material. When the internal organic compound 304a or the metal material 304b is heated by a resistance generated when a voltage is applied thereto, the evaporation source 303 (303a, 303b) is vaporized. It is deposited on the surface of the substrate 301. In this specification, the surface of the substrate 301 includes a substrate and a thin film formed thereon. Here, a TFT, a pixel electrode connected to the TFT, and a cathode are formed on the substrate 301. Yes.
[0068]
Note that the shutter 306 (306a, 306b) controls vapor deposition of the vaporized organic compound 304a or the metal material 304b. That is, when the shutter is open, the organic compound 304a or the metal material 304b evaporated by heating can be deposited.
[0069]
Further, the deposition chamber is provided with an adhesion shield 307, and an organic compound that has not been deposited on the substrate during deposition can be attached. Since the entire deposition shield 307 can be heated by the heating wire 308 provided around the deposition shield 307, the deposited organic compound can be vaporized, so that the organic compound that has not been deposited is recovered again. can do.
[0070]
For example, the organic compound layer 215 described above is formed by vapor-depositing the organic compound provided in the first evaporation source 303a, and the second evaporation source 303b is provided with a metal material that forms the protective film 217. Suppose that In this case, the mixed region 216 is formed by simultaneously vapor-depositing (co-evaporating) the organic compound provided in the first evaporation source 303a and the metal material provided in the second evaporation source 303b on the substrate. can do. Note that the mixed region 216 formed in this embodiment is formed so that the average film thickness is 0.5 to 10 nm, and preferably 1 to 5 nm.
[0071]
Note that after forming the mixed region 216, only the shutter 306a of the first evaporation source 303a is closed, thereby forming a protective film 217 made of only a metal material from the second evaporation source 303b on the mixed region 216. (FIG. 3B). Note that the impurity contamination at the interface can be prevented by continuously performing the film formation here.
[0072]
Note that a metal material for forming the protective film 217 is a metal having a work function (specifically, 4.5 to 5.5 eV) equal to or higher than that of ITO or the like used as the material of the anode 217. It is formed by using a material. For example, using a metal material belonging to Group 9, Group 10 or Group 11 in the long-period element periodic table such as gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), etc. Can be formed. In addition, the protective film in the present invention is not necessarily a uniform film because the purpose is to prevent sputtering damage to the organic compound layer when the anode 217 is formed. Therefore, it is preferable to use a conductive film having a visible light transmittance of 70 to 100% and a thickness of 0.5 to 5 nm.
[0073]
Further, the anode 218 is formed over the protective film 217, whereby the light emitting element 219 is completed. As a material for forming the anode 218, in addition to ITO and IZO, IDIXO (In 2 O Three A transparent conductive film such as -ZnO) is used and formed by a sputtering method.
[0074]
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.
[0075]
With such a structure, in the organic compound layer 215, light emission generated by carrier recombination can be efficiently emitted from the anode 218 side.
[0076]
In the light emitting device of the present invention, the structure shown in FIGS. 4A and 4B can be used. The structure shown in FIG. 4A is different from the structure shown in FIG. 1A in that ITO is used as a material for forming the pixel electrode 401, and the cathode material. The description in A) and (B) may be referred to.
[0077]
Further, FIG. 4B illustrates an active matrix type in which a TFT (also referred to as a current control TFT) 411 formed over the substrate 410 and the light-emitting element 402 illustrated in FIG. 4A are electrically connected. 1 has a structure different from that shown in FIG. 1B in that the wiring 413 and the pixel electrode 401 are formed separately and the pixel electrode is formed of ITO. In the case of forming this structure, it is desirable to form the cathode 403 so as to have a light shielding property in order to prevent useless light emission from the pixel electrode side. As in FIGS. 1A and 1B, the cathode material is a material having a small work function (specifically, the work function is 3.8 eV or less), and the film thickness is increased. Therefore, it is desirable to use a material that can have light shielding properties.
[0078]
The light emitting device of the present invention having the above structure will be described in more detail with reference to the following examples.
[0079]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0080]
Example 1
In this example, an element structure of a light-emitting element included in the light-emitting device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In particular, the case where the organic compound layer is formed using a low molecular weight compound will be described.
[0081]
As described in the embodiment, the cathode 501 is formed over the pixel electrode. In this embodiment, the cathode 501 is formed with a film thickness of 5 nm by vapor deposition using CsF.
[0082]
Then, an organic compound layer 503 is formed on the cathode 501, but first, an electron transport layer 504 is formed. The electron transport layer 504 is formed using an electron transport material having electron acceptability. In this embodiment, tris (8-quinolinolato) aluminum (hereinafter referred to as Alq) is used as the electron transport layer 504. Three Is formed by a vapor deposition method with a film thickness of 40 nm.
[0083]
Further, a blocking layer 505 is formed. The blocking layer 505 is also referred to as a hole blocking layer. When holes injected into the light emitting layer 506 pass through the electron transport layer 504 and reach the cathode 501, a wasteful current that does not participate in recombination flows. It is a layer to prevent In this embodiment, bathocuproine (hereinafter referred to as BCP) is formed as the blocking layer 505 by a vapor deposition method with a thickness of 10 nm.
[0084]
Next, the light emitting layer 506 is formed. In this embodiment, holes and electrons are recombined in the light emitting layer 506 to emit light. Note that the light-emitting layer 506 uses 4,4′-dicarbazole-biphenyl (hereinafter, referred to as CBP) as a hole-transporting host material, and tris (2-phenylpyridine) iridium (a light-emitting organic compound). Ir (ppy) Three ) To form a film with a thickness of 30 nm.
[0085]
Next, the hole transport layer 507 is formed of a material having excellent hole transportability. Here, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (hereinafter referred to as α-NPD) is formed to a thickness of 40 nm by an evaporation method.
[0086]
Finally, the hole injection layer 508 is formed, whereby the organic compound layer 503 having a stacked structure is completed. Note that the hole-injection layer 508 has a function of improving the hole-injection property from the anode. In this embodiment, as the hole injection layer 508, copper phthalocyanine (Cu—Pc) is formed to a thickness of 30 nm. Note that a vapor deposition method is used.
[0087]
Next, the mixed region 511 is formed by co-evaporating the material used for forming the hole injection layer 508 and the material of the protective film to be formed later. In this embodiment, Cu—Pc and gold are co-evaporated to form a film with a thickness of 1 to 2 nm.
[0088]
After forming the mixed region 511, a protective film 509 is formed. Note that as the metal material for forming the protective film 509, specifically, a conductive film having a visible light transmittance of 70 to 100% and a work function of 4.5 to 5.5 is used. Further, since the metal film is often opaque to visible light, it is formed with a thickness of 0.5 to 5 nm. In this embodiment, as described above, gold is used and a film thickness of 4 nm is formed by vapor deposition.
[0089]
Next, the anode 510 is formed. In the present invention, since the anode 510 is an electrode that transmits light generated in the organic compound layer 503, the anode 510 is formed using a light-transmitting material. In addition, since the anode 510 is an electrode for injecting holes into the organic compound layer 503, the anode 510 needs to be formed of a material having a high work function. In this embodiment, as a material for forming the anode 510, an indium tin oxide (ITO) film or a transparent conductive film in which 2 to 20% zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide is formed by sputtering to 100 nm. The film is used to have a film thickness of Note that the anode 510 can be formed using another known material (IZO, IDIXO, or the like) as long as it is a transparent conductive film having a high work function.
[0090]
In this embodiment, as shown in FIG. 5B, the stacked interface of the electron transport layer 504, the blocking layer 505, the light emitting layer 506, the hole transport layer 507, and the hole injection layer 508 forming the organic compound layer 503 is formed. It is also possible to form a mixed layer made of a material that forms a layer adjacent to each other.
[0091]
Specifically, the mixed layer I (531) is formed at the stacked interface between the electron transport layer 504 and the blocking layer 505, and the mixed layer II (532) is formed at the stacked interface between the blocking layer 505 and the light emitting layer 506. A mixed layer III (533) is formed at the stacked interface between the light emitting layer 506 and the hole transport layer 507, and a mixed layer IV (534) is formed at the stacked interface between the hole transport layer 507 and the hole injection layer 508. In this embodiment, the mixed layer I (531) is made of Alq. Three And BCP are co-evaporated to form mixed layer II (532) with BCP, CBP, and (Ir (ppy) Three ) Are co-evaporated, and the mixed layer III (533) is converted into CBP, (Ir (ppy) Three ), And α-NPD are co-evaporated, and the mixed layer IV (534) is co-evaporated with α-NPD and Cu—Pc.
[0092]
Note that FIG. 5B is a preferable example, and thus it is not always necessary to form a mixed layer at the entire stack interface of the organic compound layer. For example, the blocking layer 505 in contact with the light-emitting layer 506, and A mixed layer may be formed only at the interface with the hole transport layer 507.
[0093]
Through the above steps, a light-emitting element formed using a low molecular material for the organic compound layer can be formed.
[0094]
(Example 2)
In this example, an element structure of a light-emitting element included in the light-emitting device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 (A) to (C). In particular, an element structure formed using a polymer compound in the organic compound layer will be described.
[0095]
As described in the embodiment, the cathode 701 is formed over the pixel electrode. In this embodiment, the cathode 701 is formed with a film thickness of 5 nm by vapor deposition using CaF.
[0096]
In this embodiment, the organic compound layer 702 formed on the cathode 701 has a stacked structure of a light emitting layer 703 and a hole transport layer 704. Note that the organic compound layer 702 in this embodiment is formed using a high molecular organic compound.
[0097]
The light-emitting layer 703 can be formed using a polyparaphenylene vinylene-based material, a polyparaphenylene-based material, a polythiophene-based material, or a polyfluorene-based material.
[0098]
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.
[0099]
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.
[0100]
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.
[0101]
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.
[0102]
These materials 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.
[0103]
In this embodiment, a film made of PPV is formed as the light emitting layer 703 with a thickness of 80 nm.
[0104]
The hole transport layer 704 is formed by using both PEDOT (poly (3,4-ethylene dioxythiophene)) and polystyrene sulfonic acid (hereinafter referred to as PSS) which is an acceptor material, as well as polyaniline (hereinafter referred to as PANI). ) And camphor sulfonic acid (hereinafter referred to as CSA) which is an acceptor material. Since these materials are water-soluble, an aqueous solution is applied by a coating method to form a film. In this embodiment, a film made of PEDOT and PSS is formed with a thickness of 30 nm as the hole transport layer 704. Through the above, an organic compound layer 702 in which the light-emitting layer 703 and the hole transport layer 704 are stacked can be obtained.
[0105]
Next, a mixed region 707 is formed by applying a mixture of a protective film material to be formed later to the coating liquid used to form the hole transport layer 704. In this embodiment, a coating solution in which gold is mixed with an aqueous solution containing PEDOT and a PSS material is applied to form a film with a thickness of 1 to 2 nm.
[0106]
After forming the mixed region 707, a protection 705 is formed. Note that as the metal material for forming the protective film 705, specifically, a conductive film having a visible light transmittance of 70 to 100% and a work function of 4.5 to 5.5 is used. Further, since the metal film is often opaque to visible light, it is formed with a thickness of 0.5 to 5 nm. Note that in this embodiment, gold is used and a film thickness of 4 nm is formed by an evaporation method.
[0107]
Next, an anode 706 is formed. In the present invention, since the anode 706 is an electrode that transmits light generated in the organic compound layer 702, the anode 706 is formed using a light-transmitting material. Further, since the anode 706 is an electrode for injecting holes into the organic compound layer 702, it needs to be formed of a material having a high work function. In this embodiment, as a material for forming the anode 706, an indium tin oxide (ITO) film or a transparent conductive film in which 2 to 20% zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide is formed by sputtering to 100 nm. The film is used to have a film thickness of Note that the anode 706 can also be formed using another known material (IZO, IDIXO, or the like) as long as it is a transparent conductive film having a high work function.
[0108]
In this embodiment, as shown in FIG. 6B, a mixed layer 731 made of a material that forms a layer adjacent to the stacked interface between the light-emitting layer 703 and the hole-transport layer 704 that form the organic compound layer 702 is formed. It can also be formed.
[0109]
Through the above, a light-emitting element formed using a polymer material for the organic compound layer can be formed.
[0110]
Example 3
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a method for simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion on the same substrate will be described in detail.
[0111]
First, a base insulating film 601 is formed over a substrate 600, a first semiconductor film having a crystal structure is obtained, and then a semiconductor layer 602 to 605 separated into island shapes is formed by etching treatment into a desired shape. .
[0112]
As the substrate 600, a glass substrate (# 1737) is used, and as the base insulating film 601, a film forming temperature of 400 ° C. by a plasma CVD method and a source gas SiH Four , NH Three , N 2 A silicon oxynitride film 601a (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%) formed from O is formed to a thickness of 50 nm (preferably 10 to 200 nm). Next, after cleaning the surface with ozone water, the oxide film on the surface is removed with dilute hydrofluoric acid (1/100 dilution). Next, the film formation temperature is 400 ° C. by the plasma CVD method, and the source gas SiH. Four , N 2 A silicon oxynitride film 601b (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) formed from O is stacked to a thickness of 100 nm (preferably 50 to 200 nm), Furthermore, the film deposition temperature is 300 ° C. and the film deposition gas SiH is formed by plasma CVD without opening to the atmosphere. Four A semiconductor film having an amorphous structure (here, an amorphous silicon film) is formed with a thickness of 54 nm (preferably 25 to 80 nm).
[0113]
Although the base film 601 is shown as a two-layer structure in this embodiment, it may be formed as a single-layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked. The material of the semiconductor film is not limited, but preferably silicon or silicon germanium (Si 1-X Ge X (X = 0.0001 to 0.02)) An alloy or the like may be used and may be formed by a known means (such as sputtering, LPCVD, or plasma CVD). The plasma CVD apparatus may be a single wafer type apparatus or a batch type apparatus. Alternatively, the base insulating film and the semiconductor film may be successively formed without being exposed to the air in the same film formation chamber.
[0114]
Next, after cleaning the surface of the semiconductor film having an amorphous structure, an extremely thin oxide film of about 2 nm is formed on the surface with ozone water. Next, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) is doped in order to control the threshold value of the TFT. Here, diborane (B 2 H 6 ) Using a plasma-excited ion doping method without mass separation, a doping condition of an acceleration voltage of 15 kV, diborane diluted to 1% with hydrogen, a gas flow rate of 30 sccm, a dose of 2 × 10 12 / Cm 2 Then, boron was added to the amorphous silicon film.
[0115]
Next, a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight is applied with a spinner. Instead of coating, a method of spreading nickel element over the entire surface by sputtering may be used.
[0116]
Next, heat treatment is performed for crystallization, so that a semiconductor film having a crystal structure is formed. For this heat treatment, heat treatment in an electric furnace or irradiation with strong light may be used. When the heat treatment is performed in an electric furnace, the heat treatment may be performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 24 hours. Here, after heat treatment for dehydrogenation (500 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed to obtain a silicon film having a crystal structure. Although crystallization is performed here using heat treatment using a furnace, crystallization may be performed using a lamp annealing apparatus capable of crystallization in a short time. Although a crystallization technique using nickel as a metal element for promoting crystallization of silicon is used here, other known crystallization techniques such as a solid phase growth method and a laser crystallization method may be used.
[0117]
Next, after removing the oxide film on the surface of the silicon film having a crystal structure with dilute hydrofluoric acid or the like, irradiation with laser light (XeCl: wavelength 308 nm) for increasing the crystallization rate and repairing defects left in the crystal grains In the air or in an oxygen atmosphere. For laser light, excimer laser light with a wavelength of 400 nm or less, YVO Four The second and third harmonics of the laser are used. In any case, pulse laser light having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, and the laser light is 100 to 500 mJ / cm in the optical system. 2 And the surface of the silicon film may be scanned by irradiating with a 90 to 95% overlap rate. Here, a repetition frequency of 30 Hz and an energy density of 393 mJ / cm 2 Irradiate laser light in the atmosphere. Note that since the reaction is performed in the air or in an oxygen atmosphere, an oxide film is formed on the surface by laser light irradiation.
[0118]
Alternatively, after removing the oxide film formed by laser light irradiation with dilute hydrofluoric acid, the surface of the semiconductor film may be planarized by performing second laser light irradiation in a nitrogen atmosphere or in a vacuum. In this case, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, second harmonic and third harmonic of a YAG laser are used as this laser light (second laser light). The energy density of the second laser light is larger than the energy density of the first laser light, preferably 30 to 60 mJ / cm. 2 Enlarge.
[0119]
Note that the laser light irradiation here has a gettering effect also in preventing the addition of a rare gas element to the silicon film having a crystal structure when an oxide film is formed and then formed by sputtering. It is very important to increase. Next, in addition to the oxide film formed by laser light irradiation, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form a barrier layer made of an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm.
[0120]
Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed with a thickness of 150 nm on the barrier layer by a sputtering method. The film formation conditions by the sputtering method of this embodiment are as follows: the film formation pressure is 0.3 Pa, the gas (Ar) flow rate is 50 (sccm), the film formation power is 3 kW, and the substrate temperature is 150 ° C. Note that the atomic concentration of the argon element contained in the amorphous silicon film under the above conditions is 3 × 10 20 / Cm Three ~ 6 × 10 20 / Cm Three The atomic concentration of oxygen is 1 × 10 19 / Cm Three ~ 3x10 19 / Cm Three It is. Thereafter, heat treatment is performed at 650 ° C. for 3 minutes using a lamp annealing apparatus to perform gettering.
[0121]
Next, the amorphous silicon film containing an argon element as a gettering site is selectively removed using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid. Note that during gettering, nickel tends to move to a region with a high oxygen concentration, and thus it is desirable to remove the barrier layer made of an oxide film after gettering.
[0122]
Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained silicon film having a crystal structure (also called a polysilicon film), a mask made of resist is formed and etched into a desired shape to form an island shape. A separated semiconductor layer is formed. After the semiconductor layer is formed, the resist mask is removed.
[0123]
Further, after forming the semiconductor layer, an impurity element imparting p-type or n-type conductivity may be added in order to control the threshold value (Vth) of the TFT. As impurity elements imparting p-type to a semiconductor, periodic group 13 elements such as boron (B), aluminum (Al), and gallium (Ga) are known. Note that as an impurity element imparting n-type conductivity to a semiconductor, an element belonging to Group 15 of the periodic table, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is known.
[0124]
Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained silicon film having a crystal structure (also called a polysilicon film), a mask made of resist is formed and etched into a desired shape to form islands. The separated semiconductor layers 602 to 605 are formed. After the semiconductor layer is formed, the resist mask is removed.
[0125]
Next, the oxide film is removed with an etchant containing hydrofluoric acid, and at the same time, the surface of the silicon film is washed, and then an insulating film containing silicon as a main component to be the gate insulating film 607 is formed. Note that as the gate insulating film 607, a laminated film formed of a silicon oxide film and a silicon nitride film formed by a sputtering method using Si as a target, a silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method, or a silicon oxide film Can be used. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio: Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) is formed to a thickness of 115 nm by plasma CVD.
[0126]
Next, as illustrated in FIG. 7A, 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 tantalum nitride film having a thickness of 50 nm and a tungsten film having a thickness of 370 nm are sequentially stacked over the gate insulating film 607.
[0127]
The conductive material for forming the first conductive film and the second conductive film is an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Form. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or an Ag: Pd: Cu alloy may be used as the first conductive film and the second conductive film. Further, the present invention is not limited to the two-layer structure. For example, a three-layer structure in which a 50 nm-thickness tungsten film, a 500 nm-thickness aluminum and silicon alloy (Al-Si) film, and a 30 nm-thickness titanium nitride film are sequentially stacked. Also good. In the case of a three-layer structure, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or aluminum instead of the aluminum and silicon alloy (Al-Si) film of the second conductive film. A titanium alloy film (Al—Ti) may be used, or a titanium film may be used in place of the titanium nitride film of the third conductive film. Moreover, a single layer structure may be sufficient.
[0128]
Next, as shown in FIG. 7B, resist masks 610 to 613 are formed by a light exposure process, and a first etching process is performed to form gate electrodes and wirings. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. For etching, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method may be used. Using the ICP etching method, the film is formed into a desired taper shape by appropriately adjusting the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) Can be etched. As an etching gas, Cl 2 , BCl Three , SiCl Four , CCl Four Chlorine gas or CF represented by Four , SF 6 , NF Three Fluorine gas such as O 2 Can be used as appropriate.
[0129]
In this embodiment, 150 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The electrode area size on the substrate side is 12.5 cm × 12.5 cm, and the coil-type electrode area size (here, the quartz disk provided with the coil) is a disk having a diameter of 25 cm. 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. Thereafter, 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 30 seconds. Etching was 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. 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%.
[0130]
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 °.
[0131]
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. The insulating film 607 to be a gate insulating film is etched by about 10 to 20 nm to be a gate insulating film 620 in which a region not covered with the first shape conductive layers 615 to 618 is thinned.
[0132]
Next, a second etching process is performed without removing the resist mask. Here, SF is used as the etching gas. 6 And Cl 2 And O 2 Each gas flow rate ratio is 24/12/24 (sccm), 700 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil type electrode at a pressure of 1.3 Pa, plasma is generated, and etching is performed. For 25 seconds. 10 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In the second etching process, the etching rate with respect to W is 227.3 nm / min, the etching rate with respect to TaN is 32.1 nm / min, the selection ratio of W with respect to TaN is 7.1, and the SiON that is the insulating film 620 The etching rate with respect to is 33.7 nm / min, and the selective ratio of W to SiON is 6.83. Thus, SF is used as the etching gas. 6 Is used, it is possible to suppress a reduction in film thickness because the selection ratio with the insulating film 620 is high. In this embodiment, the insulating film 620 is reduced only by about 8 nm.
[0133]
By this second etching process, the taper angle of W became 70 °. Second conductive layers 621b to 624b are formed by the second etching process. On the other hand, the first conductive layer is hardly etched and becomes the first conductive layers 621a to 624a. Note that the first conductive layers 621a to 624a are approximately the same size as the first conductive layers 615a to 618a. Actually, the width of the first conductive layer may be about 0.3 μm, that is, the entire line width may be receded by about 0.6 μm as compared with that before the second etching process, but the size is hardly changed.
[0134]
In place of the two-layer structure, a three-layer structure in which a 50-nm-thick tungsten film, a 500-nm-thick aluminum and silicon alloy (Al-Si) film, and a 30-nm-thick titanium nitride film are sequentially stacked, As the first etching condition in the first etching process, BCl Three And Cl 2 And O 2 Are used as source gases, each gas flow rate ratio is 65/10/5 (sccm), 300 W RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage), and the coil is operated at a pressure of 1.2 Pa. 450 W RF (13.56 MHz) power is applied to the electrode of the mold to generate plasma and perform etching for 117 seconds. The second etching condition in the first etching process is CF Four And Cl 2 And O 2 Each gas flow rate ratio is 25/25/10 (sccm), 20 W RF (13.56 MHz) power is supplied to the substrate side (sample stage), and a coil type electrode is applied at a pressure of 1 Pa. An RF (13.56 MHz) power of 500 W is applied to generate plasma, and etching may be performed for about 30 seconds. As the second etching process, BCl is used. Three And Cl 2 Each gas flow rate ratio is 20/60 (sccm), 100 W RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage), and 600 W is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.2 Pa. RF (13.56 MHz) power may be input to generate plasma and perform etching.
[0135]
Next, after removing the resist mask, a first doping process is performed to obtain the state of FIG. The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The condition of the ion doping method is that the dose is 1.5 × 10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 100 keV. Typically, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting n-type conductivity. In this case, the first conductive layer and the second conductive layers 621 to 624 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the first impurity regions 626 to 629 are formed in a self-aligning manner. The first impurity regions 626 to 629 have 1 × 10 6 16 ~ 1x10 17 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of. Here, a region having the same concentration range as the first impurity region is n - Also called a region.
[0136]
In this embodiment, the first doping process is performed after removing the resist mask, but the first doping process may be performed without removing the resist mask.
[0137]
Next, as shown in FIG. 8B, masks 631 and 632 made of resist are formed, and a second doping process is performed. The mask 631 is a mask that protects the channel formation region of the semiconductor layer that forms the p-channel TFT of the driver circuit and the surrounding region, and the mask 632 is the channel of the semiconductor layer that forms the TFT (switching TFT) of the pixel portion. It is a mask that protects the formation region and the surrounding region.
[0138]
The condition of the ion doping method in the second doping process is that the dose is 1.5 × 10 5. 15 atoms / cm 2 Then, phosphorus (P) is doped with an acceleration voltage of 60 to 100 keV. Here, impurity regions are formed in a self-aligned manner in each semiconductor layer using the second conductive layer 621b as a mask. Of course, it is not added to the region covered with the masks 631 and 632. Thus, second impurity regions 634, 635, and 636 and third impurity regions 637 and 639 are formed. The second impurity regions 634, 635, and 636 have 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of. Here, a region having the same concentration range as the second impurity region is n + Also called a region.
[0139]
The third impurity region is formed at a lower concentration than the second impurity region by the first conductive layer, and is 1 × 10 6. 18 ~ 1x10 19 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of. Note that the third impurity region has a concentration gradient in which the impurity concentration increases toward the end portion of the tapered portion because doping is performed by passing the portion of the first conductive layer having a tapered shape. . Here, a region having the same concentration range as the third impurity region is n - Also called a region. Further, the region covered with the mask 632 becomes the first impurity region 638 without being doped with the impurity element in the second doping treatment.
[0140]
Next, after removing the resist masks 631 and 632, new resist masks 630, 640, and 633 are formed, and a third doping process is performed as shown in FIG. 8C.
[0141]
In the driver circuit, a fourth impurity region 641 in which an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer forming the p-channel TFT and the semiconductor layer forming the storage capacitor by the third doping treatment. Then, a fifth impurity region 643 is formed.
[0142]
The fourth impurity region 641 has 1 × 10 10. 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting p-type is added in a concentration range of. Note that the fourth impurity region 641 is a region to which phosphorus (P) is added in the previous step (n - The concentration of the impurity element imparting p-type is 1.5 to 3 times that of the impurity element, and the conductivity type is p-type. Here, a region having the same concentration range as the fourth impurity region is represented by p. + Also called a region.
[0143]
The fifth impurity region 643 is formed in a region overlapping with the tapered portion of the second conductive layer 125a. 18 ~ 1x10 20 /cm Three An impurity element imparting p-type is added in a concentration range of. Here, a region having the same concentration range as the fifth impurity region is represented by p. - Also called a region.
[0144]
Through the above steps, impurity regions having n-type or p-type conductivity are formed in each semiconductor layer. The conductive layers 621 to 624 serve as TFT gate electrodes.
[0145]
Next, an insulating film (not shown) that covers substantially the entire surface is formed. In this example, a 50 nm-thickness silicon oxide film was formed by plasma CVD. Of course, this insulating film is not limited to the silicon oxide film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.
[0146]
Next, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation step may be a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination thereof. By different methods.
[0147]
Further, in this embodiment, an example in which an insulating film is formed before the activation is shown, but an insulating film may be formed after the activation.
[0148]
Next, a first interlayer insulating film 645 made of a silicon nitride film is formed and subjected to heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) to hydrogenate the semiconductor layer (FIG. 9A). ). Note that the first interlayer insulating film 645 may have a stacked structure including a silicon nitride oxide film and a silicon nitride film formed by a plasma CVD method. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 645. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film. However, in this embodiment, since the material containing aluminum as a main component is used as the second conductive layer, it is important to set the heat treatment conditions that the second conductive layer can withstand in the hydrogenation step. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0149]
Next, a second interlayer insulating film 646 made of an organic resin film is formed on the first interlayer insulating film 645. In this embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed.
[0150]
Further, a barrier film 647 is formed over the second interlayer insulating film 646 in order to prevent degassing such as oxygen generated from the inside of the interlayer insulating film, moisture, and the like from being released. As a material for forming the barrier film 647, specifically, aluminum such as aluminum nitride (AlN), aluminum nitride oxide (AlNO), aluminum oxynitride (AlNO), silicon nitride (SiN), silicon nitride oxide (SiNO), or the like Although an insulating film containing silicon can be used to form a film with a thickness of 0.2 to 1 μm, in this embodiment, a barrier film made of silicon nitride is formed with a film thickness of 0.3 μm by a sputtering method. Note that the sputtering method used here includes a bipolar sputtering method, an ion beam sputtering method, a counter target sputtering method, and the like.
[0151]
Next, contact holes reaching the respective impurity regions are formed. In this embodiment, a plurality of etching processes are sequentially performed. In this embodiment, after etching the second interlayer insulating film using the first interlayer insulating film as an etching stopper, the first interlayer insulating film is etched using the insulating film (not shown) as an etching stopper, and then the insulating film (illustrated). Not etched).
[0152]
Thereafter, wiring is formed using Al, Ti, Mo, W, or the like. In some cases, the pixel electrode of the light-emitting element formed in contact with the wiring can be formed at the same time. As the material of these electrodes and pixel electrodes, it is desirable to use a material having excellent reflectivity such as a film mainly composed of Al or Ag, or a laminated film thereof. In this way, wirings 650 to 657 are formed.
[0153]
As described above, the pixel circuit 706 including the driving circuit 705 including the n-channel TFT 701 and the p-channel TFT 702, the switching TFT 703 including the n-channel TFT, and the current control TFT 704 including the n-channel TFT is the same. It can be formed over a substrate (FIG. 9C). In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0154]
In the pixel portion 706, the switching TFT 703 (n-channel TFT) has a channel formation region 503 and a first impurity region (n formed outside the conductive layer 623 forming the gate electrode). - Region) 638 and a second impurity region (n that functions as a source region or a drain region) + Region) 635.
[0155]
Further, in the pixel portion 706, the current control TFT 704 (n-channel TFT) includes a channel formation region 504 and a third impurity region (n that overlaps with a part of the conductive layer 624 forming the gate electrode through an insulating film). - Region) 639 and a second impurity region (n that functions as a source region or a drain region) + Region) 636.
[0156]
In the driver circuit 705, the n-channel TFT 701 includes a third impurity region (n that overlaps with the channel formation region 501 and part of the conductive layer 621 forming the gate electrode with an insulating film interposed therebetween. - Region) 637 and a second impurity region (n that functions as a source region or a drain region) + Region) 634.
[0157]
In the driver circuit 705, the p-channel TFT 702 includes a fifth impurity region (p) overlapping with a channel formation region 502 and part of the conductive layer 622 forming the gate electrode with an insulating film interposed therebetween. - Region) 643 and a fourth impurity region (p) functioning as a source region or a drain region + Region) 641.
[0158]
A driving circuit 705 may be formed by appropriately combining these TFTs 701 and 702 to form a shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, and the like. For example, in the case of forming a CMOS circuit, an n-channel TFT 701 and a p-channel TFT 702 may be complementarily connected.
[0159]
The circuit where reliability is given top priority is a so-called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure in which an LDD (LDD: Lightly Doped Drain) region is placed over a gate electrode via a gate insulating film. A certain n-channel TFT 701 structure is suitable.
[0160]
Note that TFTs (n-channel TFTs and p-channel TFTs) in the driver circuit 705 are required to have high driving ability (on current: Ion) and to prevent deterioration due to the hot carrier effect and to improve reliability. In this embodiment, a TFT having a region (GOLD region) in which a gate electrode overlaps with a low concentration impurity region through a gate insulating film is used as a structure effective for preventing deterioration of an on-current value due to hot carriers. .
[0161]
On the other hand, since the switching TFT 703 in the pixel portion 706 requires a low off-current (Ioff), in this embodiment, the gate electrode has a gate insulating film as a TFT structure for reducing the off-current. A TFT having a region (LDD region) that does not overlap with the low concentration impurity region is used.
[0162]
Next, an insulating film is formed. In addition, as a material for forming the insulating film in this embodiment, in addition to an insulating film containing silicon such as silicon nitride and silicon oxynitride, polyimide (including photosensitive polyimide), polyamide, acrylic (including photosensitive acrylic), An organic resin film such as BCB (benzocyclobutene) can also be used.
[0163]
Further, an opening is formed at a position corresponding to the pixel electrode 657 of this insulating film, and an insulating layer 658 is formed (FIG. 10A). Note that in this embodiment, a 1 μm insulating film is formed using photosensitive polyimide, patterning is performed by a photolithography method, and then an insulating layer 658 is formed by performing an etching process.
[0164]
Next, a cathode 659 is patterned on the pixel electrode 657 exposed in the opening of the insulating layer 658 by vapor deposition using a metal mask. As a specific cathode material, it is desirable to be formed of a material having a low work function in order to improve the electron injection property, and a material belonging to an alkali metal or alkaline earth metal or a transition metal containing a rare earth metal is used alone. Used, laminated with other materials, formed with other materials (for example, CsF, BaF, CaF, etc.), and alloys formed with other materials (for example, Al: Mg alloys or Al: Mg) Alloys, Mg: In alloys, etc.) can be used. In this embodiment, CsF is used to form a film with a thickness of 5 nm. Further, an organic compound layer 660 is formed over the cathode 659 by an evaporation method using a metal mask (FIG. 10A). 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 in detail below.
[0165]
First, an organic compound layer that emits red light will be described. Specifically, the electron transport layer is an organic compound having an electron transport property, tris (8-quinolinolato) aluminum (hereinafter referred to as Alq). Three Is formed to a thickness of 40 nm, the blocking layer is formed of a blocking organic compound, bathocuproin (hereinafter referred to as BCP), to a thickness of 10 nm, and the light-emitting layer is a light-emitting layer. 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-porphyrin-platinum (hereinafter referred to as PtOEP) which is an organic compound (hereinafter referred to as host material) And 4,4′-dicarbazole-biphenyl (hereinafter referred to as CBP) to form a film with a thickness of 30 nm, and the hole transport layer is an organic compound having a hole transport property, 4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (hereinafter referred to as α-NPD) is formed to a thickness of 40 nm to form a red light-emitting organic compound layer. thing Can do.
[0166]
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.
[0167]
Next, an organic compound layer that emits green light will be described. Specifically, the electron transport layer is an organic compound having an electron transport property, Alq. Three Is formed with a film thickness of 40 nm, the blocking layer is formed with BCP, which is a blocking organic compound, with a film thickness of 10 nm, and the light emitting layer uses CBP as a hole transporting host material to emit light. Tris (2-phenylpyridine) iridium (Ir (ppy)) Three ) And co-evaporated to form a film with a film thickness of 30 nm, and the hole transport layer is an organic compound that emits green light by forming a film with a thickness of 40 nm of α-NPD, which is a hole transporting organic compound. Compounds can be formed.
[0168]
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.
[0169]
Next, an organic compound layer that emits blue light will be described. Specifically, the electron transport layer is an organic compound having an electron transport property, Alq. Three Is formed with a film thickness of 40 nm, the blocking layer is a blocking organic compound, BCP is formed with a film thickness of 10 nm, and the light emitting layer is a light emitting and hole transporting organic compound. By forming α-NPD with a thickness of 40 nm, an organic compound layer emitting blue light can be formed.
[0170]
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.
[0171]
By forming an organic compound layer having a combination as described above on the anode, an organic compound layer exhibiting red light emission, green light emission, and blue light emission can be formed in the pixel portion.
[0172]
In this embodiment, the material for forming the organic compound layer 660 and the material for forming the protective film 661 are co-evaporated on each of the organic compound layers to form a mixed region. In FIG. 10B, a mixed region is indicated by a broken line at the interface between the organic compound layer and the protective film. Note that the mixed region is formed to a thickness of 1 to 2 nm so as to cover the organic compound layer 660 and the insulating layer 658. For example, when the organic compound layer 660 is formed of an organic compound layer that emits red light and gold is used as the metal material for forming the protective film 661, α-NPD and gold that form the hole transport layer are used. Are co-deposited to form a mixed region.
[0173]
A protective film 661 is formed on the mixed region. Note that as the metal material for forming the protective film 661, specifically, a conductive film having a visible light transmittance of 70 to 100% and a work function of 4.5 to 5.5 is used. Further, since the metal film is often opaque to visible light, it is formed with a thickness of 0.5 to 5 nm. In this embodiment, as described above, gold is used and a film thickness of 4 nm is formed by vapor deposition.
[0174]
Next, an anode 662 is formed. In the present invention, since the anode 662 is an electrode that transmits light generated in the organic compound layer 660, the anode 662 is formed using a light-transmitting material. The anode 662 is an electrode for injecting holes into the organic compound layer 660, and thus needs to be formed using a material having a high work function. In this embodiment, as a material for forming the anode 662, an indium tin oxide (ITO) film or a transparent conductive film in which 2 to 20% zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide is formed by sputtering to 100 nm. The film is used to have a film thickness of Note that the anode 662 can be formed using another known material (IZO, IDIXO, or the like) as long as it is a transparent conductive film having a high work function. Further, when forming the anode 662, the substrate is cooled from the back side of the substrate or the substrate temperature is maintained at about 80 ° C., so that the heat damage given to the organic compound layer at the time of sputtering is reduced. May be.
[0175]
Thus, as shown in FIG. 10B, an insulating layer formed in a gap between the pixel electrode 657 electrically connected to the current control TFT 704 and the pixel electrode (not shown) adjacent to the pixel electrode 657. 658, a cathode 659 formed over the pixel electrode 657, an organic compound layer 660 formed over the cathode 659, a mixed region formed over the organic compound layer 660 and the insulating layer 658, and formed over the mixed region An element substrate having a light-emitting element 663 including the protective film 661 and the anode 662 formed over the protective film 661 can be formed.
[0176]
Note that in the manufacturing process of the light-emitting device in this embodiment, a source line is formed using a material for forming a gate electrode and is electrically connected to a source region and a drain region because of a circuit configuration and a process. Although the scanning lines are formed using the material for forming the wiring, it is possible to use different materials.
[0177]
In the light-emitting device of the present invention, a method in which a predetermined voltage based on a video signal input from a source line is input to the gate of the current control TFT 704 (hereinafter referred to as a constant voltage driving method), or a source signal The present invention can be implemented in any case of a method in which a predetermined current based on a video signal input from a line is input from the current control TFT 704 (hereinafter referred to as a constant current driving method). In this embodiment, the driving voltage of the TFT is 1.2 to 10V, preferably 2.5 to 5.5V.
[0178]
Further, FIG. 15 illustrates a case where part of the structure of the light-emitting device described in FIG.
[0179]
In FIG. 15, a pixel electrode 1501 is formed in the same manner as in FIG. Then, an insulating layer 1502 is formed so as to cover the end portion. Here, an inorganic insulating material containing silicon such as silicon nitride, silicon oxide, or silicon oxynitride is used as a material for forming the insulating layer 1502. The film is formed with a thickness of 1 to 0.3 μm.
[0180]
Specifically, a silicon nitride film is formed with a thickness of 0.2 μm by a sputtering method.
[0181]
As described above, when the insulating layer 1502 is formed using an inorganic insulating material, moisture, organic gas, and the like released from the material can be reduced as compared with the case where the insulating layer 1502 is formed using an organic resin film.
[0182]
FIG. 15B is a top view of part of the pixel portion 1511 in the case of having the structure of FIG. A plurality of pixels 1512 are formed in the pixel portion 1511. The top view shown here shows a state where the insulating layer 1502 in FIG. 15A is formed. That is, the insulating layer 1502 is formed so as to cover the source line 1513, the scanning line 1514, and the current supply line 1515. A region a (1503) where a connection portion between the pixel electrode and the TFT is formed below is also covered with an insulating layer 1502.
[0183]
15B is a cross-sectional view taken along a dotted line AA ′ of the pixel portion 1511 illustrated in FIG. 15B, and includes a cathode 1504, an organic compound layer 1505, a mixed region (not shown), and a protective film 1506 over the pixel electrode 1501. The formed state is shown in Fig. 15C, where organic compound layers made of the same material are formed in the vertical direction with respect to the paper surface, and organic compound layers made of different materials in the horizontal direction. Is formed.
[0184]
For example, an organic compound layer (R) 1505a that emits red light is formed in the pixel (R) 1512a in FIG. 15B, and an organic compound layer (G) 1505b that emits green light is formed in the pixel (G) 1512b. Thus, an organic compound layer (B) 1505c that emits blue light is formed in the pixel (B) 1512c. A protective film is formed on each of these organic compound layers via a mixed region. Note that the insulating layer 1502 serves as a margin for forming the organic compound layer, and the deposition position of the organic compound layer is slightly shifted, so that an organic compound layer made of a different material is formed over the insulating layer 1502 as illustrated in FIG. Even if they overlap, there is no problem if it is on the insulating layer 1502.
[0185]
Further, FIG. 15B is a cross-sectional view taken along a dotted line BB ′ of the pixel portion 1511 shown in FIG. 15B, and shows a state where the cathode 1504 and the organic compound layer 1505 are formed over the pixel electrode 1501 as in FIG. 15 (D).
[0186]
Note that the pixel cut along the dotted line BB ′ has the structure shown in FIG. 15D because an organic compound layer (R) 1505 a that emits red light similar to the pixel (R) 1512 a is formed.
[0187]
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).
[0188]
Example 4
In this embodiment, a light-emitting device having a part of the structure different from that shown in Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
[0189]
In FIG. 11A, a wiring 670 is formed instead of the pixel electrode formed in FIG. Thereafter, a third interlayer insulating film 671 is formed so as to cover the wiring 670. Note that the third interlayer insulating film 671 formed here can be formed using the material used when the first and second interlayer insulating films are formed.
[0190]
Next, an opening is formed at a position overlapping the wiring 670 of the third interlayer insulating film 671, and then a pixel electrode 672 is formed. Note that as a material for forming the pixel electrode 672, a material used for forming the wiring 670 can be used.
[0191]
Further, an insulating layer 673 is formed so as to cover an end portion of the pixel electrode 672, and a cathode 674 and an organic compound layer 675 are formed over the pixel electrode 672. Note that as a material for forming the insulating layer 673, a photosensitive polyimide is used to form a film having a thickness of 1 μm as in the third embodiment.
[0192]
Through the above steps, the protective film 676 and the anode 677 are formed over the organic compound layer 675 as illustrated in FIG. 11B, whereby the light-emitting element 678 is completed. Note that a manufacturing process after the pixel electrode 672 is formed can be formed by a method similar to that in Embodiment 3, and thus the description thereof is omitted.
[0193]
Note that with the structure as shown in this embodiment, the area of the pixel electrode can be increased, so that the aperture ratio can be further improved in the upward emission type light emitting device as in the present invention. it can.
[0194]
Further, FIG. 16 illustrates a case where part of the structure of the light-emitting device described in FIG.
[0195]
In FIG. 16, a pixel electrode 1601 is formed in the same manner as in FIG. Then, an insulating layer 1602 is formed so as to cover the end portion, but here, unlike that shown in FIG. 11B, inorganic insulation containing silicon such as silicon nitride, silicon oxide, or silicon oxynitride It forms with the film thickness of 0.1-0.3 micrometer with materials.
[0196]
Specifically, a silicon nitride film is formed with a thickness of 0.2 μm by a sputtering method.
[0197]
As described above, when the insulating layer 1602 is formed using an inorganic insulating material, moisture, organic gas, and the like released from the material can be reduced as compared with the case where the insulating layer 1602 is formed using an organic resin film. Note that the cathode 1604, the organic compound layer 1605, the protective film 1606, and the anode 1607 which are formed after the insulating layer 1602 can be formed in a manner similar to that illustrated in FIG.
[0198]
(Example 5)
In this embodiment, a pixel structure of a pixel portion of a light emitting device driven by a constant current driving method will be described. The pixel 1310 shown in FIG. 13 includes a signal line Si (one of S1 to Sx), a first scanning line Gj (one of G1 to Gy), and a second scanning line Pj (P1 to Py). 1) and a power supply line Vi (one of V1 to Vx). The pixel 1310 includes Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, a light emitting element 1311, and a storage capacitor 1312.
[0199]
The gates of Tr3 and Tr4 are both connected to the first scanning line Gj. One of the source and drain of Tr3 is connected to the signal line Si, and the other is connected to the source of Tr2. One of the source and drain of Tr4 is connected to the source of Tr2, and the other is connected to the gate of Tr1. That is, one of the source and drain of Tr3 and one of the source and drain of Tr4 are connected.
[0200]
The source of Tr1 is connected to the power supply line Vi, and the drain is connected to the source of Tr2. The gate of Tr2 is connected to the second scanning line Pj. The drain of Tr2 is connected to a light emitting element 1311 formed on the pixel electrode through the pixel electrode. The light-emitting element 1311 includes a cathode, an anode, and an organic compound layer provided between the cathode and the anode. A constant voltage is applied to the anode of the light emitting element 1311 by an external power source.
[0201]
Note that Tr3 and Tr4 may be either n-channel TFTs or p-channel TFTs. However, Tr3 and Tr4 have the same polarity. Tr1 may be either an n-channel TFT or a p-channel TFT. Tr2 may be either an n-channel TFT or a p-channel TFT. However, in the present invention, since the electrode connected to Tr2 is a cathode, Tr2 is preferably formed of an n-channel TFT.
[0202]
The storage capacitor 1312 is formed between the gate and source of Tr1. The storage capacitor 1312 is a voltage between the gate and the source of Tr1 (V GS ) Is more reliably maintained, but is not necessarily provided.
[0203]
In the pixel shown in FIG. 13, the current supplied to the source line is controlled by a current source included in the signal line driver circuit.
[0204]
In addition, the structure of this invention can be implemented in combination freely with any structure of Example 1-4.
[0205]
(Example 6)
In this example, an external view of a light-emitting device of the present invention will be described with reference to FIG. 12A is a top view illustrating the light-emitting device, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 12A. 1201 indicated by a dotted line is a source signal side driving circuit, 1202 is a pixel portion, and 1203 is a gate signal side driving circuit. 1204 is a sealing substrate, 1205 is a sealant, and the inside surrounded by the sealant 1205 is a space.
[0206]
Reference numeral 1208 denotes a wiring for transmitting signals input to the source signal side drive circuit 1201 and the gate signal side drive circuit 1203, and a video signal and a clock signal are received from an FPC (flexible printed circuit) 1209 which is 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.
[0207]
Next, a cross-sectional structure will be described with reference to FIG. A driver circuit and a pixel portion are formed over the substrate 1210. Here, a source signal side driver circuit 1201 and a pixel portion 1202 are shown as driver circuits.
[0208]
Note that the source signal side driver circuit 1201 is a CMOS circuit in which an n-channel TFT 1213 and a p-channel TFT 1214 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.
[0209]
The pixel portion 1202 is formed of a plurality of pixels including a current control TFT 1211 and a pixel electrode 1212 electrically connected to the drain thereof.
[0210]
An insulating layer 1213 is formed on both ends of the pixel electrode 1212, a cathode 1214 is formed on the pixel electrode 1212, and an organic compound layer 1215 is formed on the cathode 1214. Further, a mixed region (not shown) is formed at the interface between the organic compound layer 1215 and the protective film 1216, and an anode 1217 is formed on the protective film 1216. Thus, a light emitting element 1218 including the cathode 1214, the organic compound layer 1215, the protective film 1216, and the anode 1217 is formed.
[0211]
The anode 1217 also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 1209 via the connection wiring 1208.
[0212]
In addition, in order to seal the light emitting element 1218 formed over the substrate 1210, the sealing substrate 1204 is attached with a sealant 1205. Note that a spacer made of a resin film may be provided in order to secure a gap between the sealing substrate 1204 and the light emitting element 1218. A space 1207 inside the sealing agent 1205 is filled with an inert gas such as nitrogen. Note that an epoxy resin is preferably used as the sealant 1205. Further, the sealant 1205 is desirably a material that does not transmit moisture and oxygen as much as possible. Further, a substance having an effect of absorbing oxygen and water may be contained in the space 1207.
[0213]
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 1204 in addition to a glass substrate or a quartz substrate. be able to. In addition, after the sealing substrate 1204 is bonded using the sealing agent 1205, the sealing substrate 1204 can be further sealed with a sealing agent so as to cover the side surface (exposed surface).
[0214]
By enclosing the light-emitting element in the space 1207 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.
[0215]
In addition, the structure of a present Example can be implemented in combination freely with any structure shown in Examples 1-5.
[0216]
(Example 7)
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, various electric appliances can be completed using the light-emitting device of the present invention.
[0217]
As an electric appliance manufactured using the 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 type personal computer Computers, game machines, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.), image playback devices equipped with recording media (specifically, playback of recording media such as digital video discs (DVDs)) And a device provided with a display device capable of displaying the image). In particular, a portable information terminal that often has an opportunity to see a screen from an oblique direction emphasizes a wide viewing angle, and thus it is preferable to use a light emitting device having a light emitting element. Specific examples of these electric appliances are shown in FIG.
[0218]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention 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.
[0219]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention for the display portion 2102.
[0220]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention for the display portion 2203.
[0221]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention for the display portion 2302.
[0222]
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. 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 is 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.
[0223]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention for the display portion 2502.
[0224]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention for the display portion 2602.
[0225]
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. It is manufactured by using the light emitting device manufactured according to the present invention 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.
[0226]
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.
[0227]
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.
[0228]
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.
[0229]
As described above, the applicable range of a light-emitting device manufactured using the manufacturing method of the present invention is so wide that electric appliances in various fields can be manufactured using the light-emitting device of the present invention. In addition, the electric appliance of the present embodiment can be completed by using the light emitting device manufactured by performing the first to sixth embodiments.
[0230]
(Example 8)
Furthermore, the light-emitting device of the present invention can have the structure shown in FIG.
[0231]
As an insulating layer 1814 (referred to as a bank, a partition, a barrier, a bank, or the like) that covers an end portion of the cathode 1803 (and the wiring 1813), an inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like), photosensitive or non-photosensitive Organic materials (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist or benzocyclobutene), or a laminate of these can be used. For example, when positive photosensitive acrylic is used as the organic resin material As shown in FIG. 19, it is preferable that the radius of curvature at the end of the insulator is 0.2 to 2 μm and that the contact surface has a curved surface with an angle of 35 degrees or more.
[0232]
In addition, as a material used for the organic compound layer 1804 of the light-emitting element 1802, a material that emits white light can be used. In this case, it is formed by vapor deposition, for example, from the cathode 1803 side, TPD (aromatic diamine), p-EtTAZ, Alq Three , Alq partially doped with Nile Red, a red luminescent dye Three , Alq Three May be sequentially stacked.
[0233]
Further, a passivation film 1815 can be formed using an insulating material over the anode 1807 of the light-emitting element 1802. Note that as a material used for the passivation film 1815 at this time, in addition to a silicon nitride film formed using Si as a target, a stacked film formed by sandwiching a hygroscopic material between silicon nitride films is used in a sputtering method. it can. Further, a DLC film (diamond-like carbon film), carbon nitride (CxNy), or the like can be used.
[0234]
【The invention's effect】
In the present invention, an element having a higher aperture ratio can be formed by manufacturing a top emission type light emitting device as compared with a bottom emission type light emitting device. In manufacturing a top emission type light emitting device, an electrode (lower electrode) connected to a TFT is used as a cathode, and an anode serving as a light extraction electrode (upper electrode) is formed on an organic compound layer formed on the cathode. For this reason, a transparent conductive film such as ITO or IZO that has already been put into practical use can be used as an anode material, and a light emitting element having a different element structure from a conventional top emission type light emitting device can be manufactured.
[0235]
As a result, in the case of an element structure that extracts light from the cathode side, which is the upper electrode, sufficient film formability is required to maintain the function as a cathode, whereas translucency as a light extraction electrode is required. Therefore, it is necessary to form the film with a very thin film, so that it is possible to solve the contradiction that occurs to satisfy both conditions.
[0236]
Furthermore, by providing a protective film at the interface between the organic compound layer and the anode, it is possible to prevent damage to the organic compound layer, which is a problem when forming the anode.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B illustrate an element structure of a light-emitting device of the present invention.
2A and 2B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
3A and 3B illustrate a manufacturing process 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.
FIG. 5 illustrates an element structure of a low molecular light-emitting device of the present invention.
FIG. 6 illustrates an element structure of a polymer 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.
9A and 9B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
10A and 10B illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
11A to 11C illustrate a manufacturing process of a light-emitting device of the present invention.
12A and 12B illustrate an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 13 illustrates a circuit configuration that can be used in the present invention.
FIG. 14 illustrates an example of an electric appliance.
FIG. 15 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 16 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.
FIG. 17 shows a film formation chamber.
FIG. 18 is a diagram showing a conventional example.
FIG. 19 illustrates an element structure of a light-emitting device of the present invention.

Claims (8)

基板上に形成された陰極と、前記陰極上に形成された有機化合物層と、前記有機化合物層上に形成された金属材料からなる保護膜と、前記保護膜上に形成された透光性を有し、光を取り出すための陽極とを有する発光素子を有し、
前記有機化合物層と前記保護膜との間に、前記有機化合物層の前記保護膜に最も近い層を構成する有機化合物と前記保護膜を構成する金属材料とが混合した混合領域を有することを特徴とする発光装置。
A cathode formed on a substrate; an organic compound layer formed on the cathode; a protective film made of a metal material formed on the organic compound layer; and a translucency formed on the protective film. Yes, and a light-emitting element having an anode for extracting light,
Between the organic compound layer and the protective film, there is a mixed region in which an organic compound constituting the layer closest to the protective film of the organic compound layer and a metal material constituting the protective film are mixed. A light emitting device.
絶縁表面上に設けられたTFTと、
前記TFT上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたバリア膜と、
前記バリア膜上に前記バリア膜に接して形成された画素電極と、
前記画素電極の端部を覆って形成された絶縁膜と、
前記画素電極上に形成された陰極と、
前記陰極上に形成された有機化合物層と、前記有機化合物層上に形成された金属材料からなる保護膜と、前記保護膜上に形成された透光性を有し、光を取り出すための陽極とを有する発光装置であって、
前記バリア膜は、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化酸化珪素のいずれかの絶縁膜からなり、
前記TFTは、ソース領域およびドレイン領域を有し、
前記画素電極は、前記層間絶縁膜および前記バリア膜に形成された開口部を介して前記ソース領域または前記ドレイン領域のいずれか一方と電気的に接続され、
前記有機化合物層と前記保護膜との間に混合領域を有し、
前記混合領域は、前記有機化合物層の前記保護膜に最も近い層を構成する有機化合物、および前記保護膜を構成する金属材料を含むことを特徴とする発光装置。
A TFT provided on an insulating surface;
An interlayer insulating film formed on the TFT;
A barrier film formed on the interlayer insulating film;
A pixel electrode formed on and in contact with the barrier film;
An insulating film formed to cover an end of the pixel electrode;
A cathode formed on the pixel electrode;
Anode for extracting an organic compound layer formed on the cathode, a protective film made of a metal material formed on the organic compound layer, have a translucent formed on the protective film, the light A light emitting device comprising:
The barrier film is made of an insulating film of aluminum nitride, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, silicon nitride, or silicon nitride oxide,
The TFT has a source region and a drain region,
The pixel electrode is electrically connected to either the source region or the drain region through an opening formed in the interlayer insulating film and the barrier film,
Having a mixed region between the organic compound layer and the protective film;
The light-emitting device, wherein the mixed region includes an organic compound that forms a layer of the organic compound layer that is closest to the protective film, and a metal material that forms the protective film.
請求項1または請求項2において、
前記有機化合物層は、有機化合物からなる第1の層と、
前記第1の層を構成する物質とは異なる有機化合物からなる第2の層とを有し、
前記第1の層と前記第2の層との間に、前記第1の層を構成する有機化合物および前記第2の層を構成する有機化合物とを含む混合層を有することを特徴とする発光装置。
In claim 1 or claim 2,
The organic compound layer includes a first layer made of an organic compound,
A second layer made of an organic compound different from the substance constituting the first layer,
A light emission characterized by having a mixed layer containing an organic compound constituting the first layer and an organic compound constituting the second layer between the first layer and the second layer apparatus.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記混合領域は、平均膜厚が0.5〜10nmであることを特徴とする発光装置。
In any one of Claims 1 to 3,
The mixed region has a mean film thickness of 0.5 to 10 nm.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記保護膜を構成する金属材料は、金、銀、または白金であることを特徴とする発光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The light-emitting device, wherein the metal material forming the protective film is gold, silver, or platinum.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記陽極は、透明導電膜からなることを特徴とする発光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The light emitting device, wherein the anode is made of a transparent conductive film.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記保護膜および前記陽極は可視光に対して70〜100%の透過率を有することを特徴とする発光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The light-emitting device, wherein the protective film and the anode have a transmittance of 70 to 100% with respect to visible light.
請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の発光装置を有する電気器具。  An electric appliance comprising the light emitting device according to any one of claims 1 to 7.
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