JP4260440B2 - 発光装置及び電気器具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に有機化合物を含む膜(以下、「有機化合物層」と記す)を設けた素子に電界を加えることで、蛍光又は燐光が得られる発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源を指す。また、発光素子にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
本発明でいう発光素子とは、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中で再結合して、励起状態の分子(以下、「分子励起子」と記す)を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。
【0003】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であると考えられるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
【0004】
このような発光素子において、通常、有機化合物層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、発光素子は、有機化合物層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【0005】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【0006】
さらに、発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造(二層構造)を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された(文献1:C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987))。
【0007】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【0008】
また、このような発光素子をマトリクス状に配置して形成された発光装置には、パッシブマトリクス駆動(単純マトリクス型)とアクティブマトリクス駆動(アクティブマトリクス型)といった駆動方法を用いることが可能である。しかし、画素密度が増えた場合には、画素(又は1ドット)毎にスイッチが設けられているアクティブマトリクス型の方が低電圧駆動できるので有利であると考えられている。
【0009】
ところで、このような発光素子において、陰極としては、電子注入性を容易にするために低仕事関数の金属材料が使用される。これまでに実用特性を満たす材料としてMg:Agなどのマグネシウム合金やAl:Liなどのアルミニウム合金が検討されてきた。いずれの材料系も大気中の水分により容易に酸化され、素子の発光欠陥であるダークスポットの発生や電圧上昇を引き起こす。従って、最終的な素子の形態としては何らかの保護膜及び封止構造が必要とされている。
【0010】
上記の合金電極を背景として、より安定な陰極の開発が望まれていたが、最近になって極薄膜の絶縁層(0.5nm)としてフッ化リチウム(LiF)等の陰極バッファー層を介在させることにより、アルミニウム陰極でもMg:Ag等の合金を用いて形成された陰極と同等以上の発光特性が得られることが報告された(文献2:L.S.Hung,C.W.Tang and M.G.Mason:Appl.Phys.Lett.,70(2),13January(1997).)。
【0011】
この陰極バッファー層を設けることによる特性向上の機構は、陰極バッファー層を形成するLiFが有機化合物層の電子輸送層を形成するAlq3と接して形成されたときにAlq3のエネルギーバンドを曲げ、電子注入障壁が低下するためであると考えられている。
【0012】
以上のようにして、陽極、陰極及び有機化合物層からなる発光素子において、発光素子の素子特性の向上に起因する電極からのキャリアの注入性を向上させるための工夫がなされている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、仕事関数の小さい材料として特に元素周期律の1族又は、2族に属する元素の単体もしくはこれを含む化合物を用いて、陰極と有機化合物層との界面に陰極バッファー層が形成されていた。
【0014】
しかし、陰極バッファー層として元素周期律の1族又は、2族に属するアルカリ金属、アルカリ土類金属を単体で用いた場合には拡散して発光素子と接続されるTFTの特性に悪影響を与えるという問題が生じる。
【0015】
一方、陰極バッファー層として元素周期律の1族又は、2族に属する元素を含む化合物を用いる場合には、一般に仕事関数をより小さくさせるために電気陰性度の大きい元素周期律第16族、または17族に属する酸素やフッ素などとの化合物が用いられている。しかし、これらの化合物は絶縁性であるために電子の注入性を向上させる一方、素子特性が低下しないようにするために陰極バッファー層の膜厚は1nm以下と非常に薄く形成する必要があることから、画素ごとに膜厚にバラツキが生じやすく、膜厚制御の面において困難を生じていた。
【0016】
そこで、本発明では発光素子の作製において、これまでのように陰極バッファー層を形成した場合に生じる問題を解決すべく、その代わりとなる新たな層を形成し、陰極からの電子の注入性を向上させると共に作製上の問題を解決するための手段を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明では、陰極と有機化合物層との界面にこれまでの陰極バッファー層の代わりに金属元素と非金属元素との組み合わせからなり、かつ導電性を有する無機化合物を用いて無機導電層を形成し、さらに前記無機化合物は、陰極材料よりも仕事関数が小さいことを特徴としている。
【0018】
なお、本発明において形成される無機導電層は、陰極材料よりも仕事関数が小さい元素周期律の2族に属する元素を含む導電性の無機化合物を用いて形成される。これにより陰極と有機化合物層との界面におけるエネルギー障壁を緩和することができるので、陰極からの電子の注入性を向上させることができる。
【0019】
また、導電性を有する無機化合物からなる無機導電層を形成することにより、元素周期律の1族又は、2族に属する元素単体からなる陰極バッファー層を形成する場合に比べて主に共有結合からなる安定な化合物を用いるため、元素単体を用いた際に生じる拡散の問題を防ぐことができる。さらに絶縁性の無機化合物からなる陰極バッファー層を形成する場合に比べて、その膜厚を厚くしても発光素子からの発光を充分に得ることができるので、膜厚制御が容易になり、製造コストの低減および歩留まりの向上を実現することができる。
【0020】
本発明において開示する発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0021】
なお、通常陰極と有機化合物層との界面に形成される陰極バッファー層として用いられる無機化合物は、その導電率が低いためにその膜厚を1nm以下で形成しなければ発光素子からの発光を充分に得ることができないが、本発明では、導電膜として1×10-10S/m以上の導電率を有する無機化合物を用いることにより、膜厚の制御が可能な膜厚で形成することができ、これにより形成される発光素子からは、充分な発光を得ることができる。
【0022】
また、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0023】
なお、有機化合物層を形成する有機化合物は、金属などに比べて電子親和力が小さいために電子注入性を向上させるための電極材料としては、仕事関数の小さな電極が必要となる。たとえば、これまでに実用特性を満たす陰極材料として検討されてきたMg:Ag合金は、その仕事関数が3.7eVである(文献3:M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E. Burrows, M. E. Thompson, S .R. Forrest;Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence;, Applied Physics Letters, vol. 75, No.1, 4-6 (1999))。
【0024】
なお、本発明において、陰極と有機化合物層との間にその仕事関数が3.5eV以下である無機導電膜を形成することにより、陰極自体の仕事関数がさほど小さくない場合にも陰極と有機化合物層の間におけるエネルギー障壁を緩和することができるので陰極からの電子の注入性を高めることができる。
【0025】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極、及び導電膜は、いずれも20nm以下の膜厚を有し、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料からなることを特徴とする発光装置である。
【0026】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極及び導電膜は透過率が、70%以上であり、導電膜は陰極よりも仕事関数が小さく、その導電率が1×10-10S/m以上の材料を用いて1〜20nmの膜厚で形成されることを特徴とする発光装置である。なお、透過率とは、可視光の透過率が70〜100%であるもののことをいう。
【0027】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極、及び導電膜は、いずれも20nm以下の膜厚を有し、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料で形成されることを特徴とする発光装置である。
【0028】
さらに、他の発明の構成は、陽極、陰極、及び有機化合物層とからなる発光素子を有する発光装置において、陽極と接して形成された有機化合物層と、有機化合物層及び陰極との間に形成された無機化合物からなる導電膜とを有し、陰極及び導電膜は透過率が、70%以上であり、導電膜は仕事関数が3.5eV以下であり、その導電率が1×10-10S/m以上の材料を用いて1〜20nmの膜厚で形成されることを特徴とする発光装置である。
【0029】
なお、上記構成において、導電膜は元素周期律の第2族に属する元素から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0030】
また、上記構成において、導電膜は、元素周期律の第2族に属する元素を含む窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0031】
さらに、上記構成において、導電膜は、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化マグネシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、ホウ化マグネシウム、珪化マグネシウム、珪化カルシウム、珪化ストロンチウム、珪化バリウムから選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0032】
また、上記構成において、導電膜は希土類元素を含むホウ化物から選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0033】
さらに、上記構成において、ホウ化イットリウム、ホウ化ランタン、ホウ化セリウムから選ばれた一種もしくは複数種を含むことを特徴とする。
【0034】
さらに、上記構成において、無機導電層は、主に蒸着法を用いて形成されるが、希土類ホウ化物のように融点の高い物質の場合は、スパッタリング法を用いても良い。スパッタリング法を用いて有機化合物層を形成した後で無機導電層を形成する場合には、スパッタリング時に有機化合物層に与えるダメージを防ぐためのバリア層を設けることが望ましい。なお、バリア層を形成する材料としては、具体的には銅フタロシアニン(以下、Cu−Pcと示す)などを用いることができる。
【0035】
従来、絶縁性の材料からなる陰極バッファー層を形成した場合には、その膜厚を厚くすることができなかったが、上記本発明の構成とすることによって、無機導電層の膜厚を陰極バッファー層に比べて厚く形成することができるので、画素間における膜厚制御を容易にすることができるため、製造プロセス上の問題を改善することができる。
【0036】
なお、本発明の発光装置は、TFTと電気的に接続された発光素子とを有するアクティブマトリクス型の発光装置及びパッシブマトリクス型の発光装置のいずれも含むものとする。
【0037】
尚、本発明の発光装置から得られる発光は、一重項励起状態又は三重項励起状態のいずれか一方、またはその両者による発光を含むものとする。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1、図2を用いて説明する。本発明の発光装置は、図1(A)に示す素子構造の発光素子を有する。
【0039】
図1(A)に示すように基板101上に陰極102が形成されており、陰極102と接して無機導電層103が形成されている。
【0040】
なお、無機導電層103は、陰極材料よりも仕事関数が小さい材料であり、好ましくは、仕事関数が3.5eV以下の材料により形成される。また、無機導電層103は、その導電率が1×10-10S/m以上の材料により形成される。なお、本発明における無機導電層103は、導電性を有することから膜厚を厚くすることができるが、光の取り出し効率の向上を考慮すると、その膜厚を1〜30nm程度とすることが望ましい。
【0041】
さらに、無機導電層103と接して有機化合物層104が形成される。なお、有機化合物層104は、発光層のみの単層構造で形成されていても良いが、発光層以外の正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層及び電子注入層といったキャリアに対する機能の異なる層を複数組み合わせて形成することができる。
【0042】
次に、有機化合物層104と接して陽極105が形成される。
【0043】
また、図1(B)に図1(A)で示した素子構造を有する発光素子におけるエネルギーバンド図を示す。ここでは、陰極102と陽極105との間に形成される有機化合物層104は、電子輸送層106、発光層107、正孔輸送層108、正孔注入層109を有しており、図1(B)に示すような仕事関数の大小関係を有している。
【0044】
なお、本発明の無機導電層103は、有機化合物層104の一部を形成する電子輸送層106と陰極102の間のエネルギー準位を有する材料を用いて形成することにより、陰極102から電子が注入される際のエネルギー障壁110を緩和することができる。これにより、発光素子における電子の注入性を向上させることができる。
【0045】
なお、図1(A)においては、基板101と接して陰極102が形成される場合の素子構造について示したが、本発明はこれに限られることはなく、基板101と接して陽極が形成される構成も可能である。この場合には、基板101と接して陽極が形成され、陽極と接して有機化合物層が形成され、有機化合物層と陰極との間に無機導電層が形成される素子構造となる。
【0046】
次に上記素子構造を有するアクティブマトリクス型の発光装置における実施形態1〜3について、図2を用いて以下に説明する。
【0047】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として、発光装置の画素部の断面構造について図2(A)を用いて説明する。
【0048】
図2(A)において、基板201上に半導体素子を形成する。なお、基板201としては、透光性を有する基板としてガラス基板を用いるが、石英基板を用いても良い。また、半導体素子としてはTFTを用い、各TFTの活性層は、少なくともチャネル形成領域202、ソース領域203、ドレイン領域204を備えている。
【0049】
また、各TFTの活性層は、ゲート絶縁膜205で覆われ、ゲート絶縁膜205を介してチャネル形成領域202と重なるゲート電極206が形成されている。また、ゲート電極206を覆う層間絶縁膜207が設けられ、その層間絶縁膜207上に各TFTのソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する電極が設けられている。また、nチャネル型TFTである電流制御用TFT222のドレイン領域204に達する電極は、発光素子の陰極208となる。また、陰極208の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層209が設けられている。また、陰極208上に無機導電層210が形成され、その上に有機化合物層211が設けられ、有機化合物層211上に陽極212が設けられて発光素子を形成している。なお、空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0050】
本実施の形態において、TFTと電気的に接続された陰極208と接して無機導電層210が形成され、これと接して有機化合物層211が形成される構成となっている。
【0051】
さらに、無機導電層210は導電性を有することから、1〜30nmの膜厚で形成することができ、膜厚制御が容易になる。
【0052】
本実施の形態1においては、陽極212に透明導電膜を用いることにより有機化合物層211におけるキャリアの再結合により生じた光を陽極212側から出射させることができる。
【0053】
本実施の形態1において、無機導電層210は、元素周期律の第2族に属する元素を含み、または、これらの窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物を含むものである。あるいは、希土類元素のホウ化物を含むものでもよい。
【0054】
さらに、具体的には、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、硫化カルシウム、硫化マグネシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、ホウ化マグネシウム、珪化マグネシウム、珪化カルシウム、珪化ストロンチウム、珪化バリウムといった材料を用いて形成することができる。その他にも希土類元素(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)を含むホウ化物、特に好ましくはホウ化ランタン、ホウ化イットリウム、ホウ化セリウムといった材料を用いて形成することができる。なお、このように主に共有結合からなる安定な化合物を用いることにより、アルカリ金属やアルカリ土類金属といった元素単体を用いた場合に問題となる不純物イオン(代表的にはアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン)の拡散を防ぎ、陰極208からの電子の注入性を向上させることができる。
【0055】
また、有機化合物層211を形成する材料としては、高分子系の公知の有機化合物を用いることもできるし、低分子系の公知の有機化合物を用いることもできる。
【0056】
また、本実施の形態1においては、有機化合物層211を形成した後で透明導電膜からなる陽極212をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層211へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けるのが好ましい。なお、有機化合物層211を構成する正孔注入層を設けることによりバリア層の機能を持たせることができるので、正孔注入層を設けても良い。正孔注入層としては、Cu−Pcを用いることができる。
【0057】
なお、ここではトップゲート型のTFTを例として説明したが、特に限定されず、トップゲート型のTFTに代えて、ボトムゲート型TFTや順スタガ型TFTやその他のTFT構造に適用することも可能である。
【0058】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、発光装置の画素部の断面構造について図2(B)を用いて説明する。なお、層間絶縁膜207が形成されるまでの構成は、電流制御用TFTがpチャネル型で形成される以外は、実施の形態1と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【0059】
層間絶縁膜207上に各TFTのソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する電極が設けられている。また、pチャネル型TFTである電流制御用TFT222のドレイン領域204に達する電極は、発光素子の陽極231と電気的に接続されている。また、陽極231の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層232が設けられている。
【0060】
また、陽極231上に有機化合物層233が形成され、その上に無機導電層234が設けられ、無機導電層234上に陰極235が設けられて発光素子を形成している。なお、実施の形態1で示したのと同様に空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0061】
本実施の形態において、TFTと電気的に接続された陽極231と接して有機化合物層233が形成され、有機化合物層233と陰極235との間にそれぞれと接して無機導電層234が形成される構成となっている。
【0062】
本実施の形態2においては、陽極231に透明導電膜を用いることにより有機化合物層233におけるキャリアの再結合により生じた光を陽極231側から出射させることができる。なお、本実施の形態2においては、陽極231側から透過した光は基板201をも透過して外部に出射される。そのため、基板201に用いる材料としては、透光性の材料を用いる必要があり、具体的には、ガラス、石英、プラスチックといった材料を用いる。
【0063】
また、本実施の形態2においては、有機化合物層233を形成した後で無機導電層234をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層233へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けてもよい。なお、バリア層としては、Cu−Pc等を用いることができる。
【0064】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3として、発光装置の画素部の断面構造について図2(C)を用いて説明する。なお、層間絶縁膜207が形成されるまでの構成は、電流制御用TFTがpチャネル型で形成される以外は、実施の形態1と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【0065】
本実施の形態3において、実施の形態1で示したようにTFTと電気的に接続された第1の電極241を形成する。なお、第1の電極241を形成する材料としては、遮光性を有し、かつ反射率の高い導電性材料、例えば、アルミニウム、チタン、タングステンなどを一種若しくは複数種積層させたものを用いるのが好ましい。
【0066】
さらに、第1の電極241上に仕事関数の大きい材料からなる第2の電極242を形成する。なお、第2の電極242を形成する材料としては、ITOなどの仕事関数の小さい材料を用いることが望ましい。また、第2の電極242の端部を覆いテーパー状の縁を有するように開口部を有する絶縁層243が設けられている。なお、本実施の形態3においては、遮光性または反射性を有する第1の電極と仕事関数の小さい第2の電極とを積層させて一つの発光素子の陽極244として機能する。
【0067】
また、陽極244上に有機化合物層245が形成され、その上に無機導電層246が設けられ、無機導電層246上に陰極247が設けられて発光素子を形成している。なお、実施の形態1及び実施の形態2で示したのと同様に空間213を有したまま、発光素子を封止基板214で封止している。
【0068】
本実施の形態3において、TFTと電気的に接続された第1の電極241と第2の電極242を積層することにより陽極244が形成され、陽極244と接して有機化合物層245が形成され、有機化合物層245と陰極247との間にそれぞれと接して無機導電層246が形成される構造となっている。
【0069】
このような構造とすることによって、有機化合物層245において、キャリアの再結合により生じた発光を陽極242側から出射させることなく陰極247側から効率良く出射させることができる。
【0070】
また、本実施の形態3においては、有機化合物層245を形成した後で無機導電層246をスパッタリング法により形成するため、成膜時の有機化合物層245へのダメージを防止するためのバリア層(図示せず)を設けてもよい。なお、バリア層としては、Cu−Pc等の材料を用いることができる。
【0071】
さらに、本実施の形態3においては、陰極247側から有機化合物層245で生じた発光を出射させるため、無機導電層246の膜厚は、1〜20nmとするのが好ましい。また、陰極247もまた、光を透過させるため1〜20nmの膜厚で形成するのが好ましい。
【0072】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0073】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【0074】
(実施例1)
本実施例では、実施の形態1、実施の形態2、及び実施の形態3で説明した素子構造を有する発光装置について詳細に説明する。
【0075】
図3(A)は、実施の形態1に示す発光素子の構造を示すものである。すなわち、陰極301上に無機導電層302が形成され、無機導電層302上に有機化合物層303が形成され、有機化合物層303上に陽極307が形成される構造であり、有機化合物層303において生じた光は、陽極307を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。また、この素子構造の場合には、有機化合物層303上に透明導電膜であるITOがスパッタリング法により形成されるため、スパッタリング時における有機化合物層303へのダメージを防止するために蒸着法により形成されるバリア層306を設けるのが望ましい。
【0076】
陰極301は、図2(A)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された電極であり、本実施例においては、Alにより120nmの膜厚で形成される。
【0077】
陰極301上に形成される無機導電層302は、CaNを用いて蒸着法により30nmの膜厚で形成される。
【0078】
また、本実施例において無機導電層302上に形成される有機化合物層303は、発光層304と正孔輸送層305との積層構造からなる。なお、本実施例における有機化合物層303には、高分子系の有機化合物を用いて形成する場合について説明するが、低分子系の有機化合物を単層もしくは積層させて形成することも可能である。
【0079】
発光層304には、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、もしくはポリフルオレン系の材料を用いることができる。
【0080】
ポリパラフェニレンビニレン系の材料としては、オレンジ色の発光が得られるポリパラフェニレンビニレン(poly(p-phenylene vinylene))(以下、PPVと示す)、ポリ(2−(2'−エチル−ヘキソキシ)−5−メトキシ−1,4−フェニレンビニレン)(poly[2-(2'-ethylhexoxy)-5-methoxy-1,4-phenylene vinylene])(以下、MEH−PPVと示す)、緑色の発光が得られるポリ(2−(ジアルコキシフェニル)−1,4−フェニレンビニレン)(poly[2-(dialkoxyphenyl)-1,4-phenylene vinylene])(以下、ROPh−PPVと示す)等を用いることができる。
【0081】
ポリパラフェニレン系の材料としては、青色発光が得られるポリ(2,5−ジアルコキシ−1,4−フェニレン)(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene))(以下、RO−PPPと示す)、ポリ(2,5−ジヘキソキシ−1,4−フェニレン)(poly(2,5-dihexoxy-1,4-phenylene))等を用いることができる。
【0082】
また、ポリチオフェン系の材料としては、赤色発光が得られるポリ(3−アルキルチオフェン)(poly(3-alkylthiophene))(以下、PATと示す)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(poly(3-hexylthiophene))(以下、PHTと示す)、ポリ(3−シクロヘキシルチオフェン)(poly(3-cyclohexylthiophene))(以下、PCHTと示す)、ポリ(3−シクロヘキシル−4−メチルチオフェン)(poly(3-cyclohexyl-4-methylthiophene))(以下、PCHMTと示す)、ポリ(3,4−ジシクロヘキシルチオフェン)(poly(3,4-dicyclohexylthiophene))(以下、PDCHTと示す)、ポリ[3−(4−オクチルフェニル)−チオフェン](poly[3-(4octylphenyl)-thiophene])(以下、POPTと示す)、ポリ[3−(4−オクチルフェニル)−2,2ビチオフェン](poly[3-(4-octylphenyl)-2,2-bithiophene])(以下、PTOPTと示す)等を用いることができる。
【0083】
さらに、ポリフルオレン系の材料としては、青色発光が得られるポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(poly(9,9-dialkylfluorene)(以下、PDAFと示す)、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(poly(9,9-dioctylfluorene)(以下、PDOFと示す)等を用いることができる。
【0084】
なお、これらの発光層を形成する材料は、有機溶媒に溶解させた溶液を塗布法により塗布して形成する。なお、ここで用いる有機溶媒としては、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、テトラリン、キシレン、ジクロロメタン、シクロヘキサン、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、ジオキサン、THF(テトラヒドロフラン)等である。
【0085】
また、正孔輸送層305には、PEDOT(poly(3,4‐ethylene dioxythiophene))とアクセプター材料であるポリスチレンスルホン酸(以下、PSSと示す)とを両方用いて形成する他、ポリアニリン(以下、PANIと示す)とアクセプター材料であるショウノウスルホン酸(以下、CSAと示す)とを両方用いて形成することができる。なお、これらの材料は、水溶性であることから水溶液としたものを塗布法により塗布して成膜する。
【0086】
なお、本実施例では、発光層304としてPPVからなる膜を80nmの膜厚で形成し、正孔輸送層305としてPEDOT及びPSSからなる膜を30nmの膜厚で形成する。
【0087】
また、有機化合物層303上には、バリア層306が形成される。なお、バリア層306を形成する材料としては、金、銀、といった仕事関数の大きい材料の他、Cu−Pc等を用いることができる。本実施例では、Auを用い、蒸着法により20nmの膜厚で形成する。
【0088】
次に陽極307を形成する。なお、陽極307を形成する材料としては、ITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)等の透光性の材料を用いて形成する。本実施例では、ITOを用い、スパッタリング法により110nmの膜厚で形成する。
【0089】
以上により、実施の形態1で示した上方出射型の発光素子を得ることができる。
【0090】
次に、実施の形態2に示した発光素子の構造を図3(B)に示す。すなわち、陽極311上に有機化合物層312が形成され、有機化合物層312上に無機導電層316が形成され、その上に陰極317が形成される構造であり、有機化合物層312において生じた光は、陽極311を透過して外部に出射される下方出射型の素子構造である。
【0091】
陽極311は、図2(B)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された透光性の電極であり、本実施例においては、ITOにより110nmの膜厚で形成される。
【0092】
陽極311上に形成される有機化合物層312は、図3(A)で示したのと同様に正孔輸送層313と発光層314との積層で形成される。なお、正孔輸送層313及び発光層314を形成する材料は、先に述べたものを用いることができるが、ここでも図3(A)で示したのと同様にPEDOT及びPSSからなる膜厚が30nmの正孔輸送層313とPPVからなる膜厚が80nmの発光層314を形成する。
【0093】
有機化合物層312上に形成される無機導電層316は、図3(A)と同様にCaNを用いて真空蒸着法により30nmの膜厚で形成する。
【0094】
そして、無機導電層316上には、陰極317が形成される。なお、ここでは、陰極材料としてAlを用い、120nmの膜厚で形成する。
【0095】
以上により、実施の形態2で示した下方出射型の発光素子を得ることができる。
【0096】
次に、実施の形態3に示した発光素子の構造を図4に示す。すなわち、陽極401上に有機化合物層402が形成され、有機化合物層402上に無機導電層406が形成され、その上に陰極407が形成される構造であり、有機化合物層402において生じた光は、無機導電層406及び陰極407を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。
【0097】
陽極401は、図2(C)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された第1の電極241と第2の電極242との積層により形成される。なお、本実施例においては、陽極401は、第1の電極241を形成する100nmの膜厚を有するAlと第2の電極242を形成する50nmの膜厚を有するITOとの積層により形成される。
【0098】
陽極401上に形成される有機化合物層402は、図3(A)で示したのと同様に正孔輸送層403と発光層404との積層で形成される。なお、正孔輸送層403及び発光層404を形成する材料は、先に示したものから選択して用いることができるが、ここでも図3(A)で示したのと同様にPEDOT及びPSSからなる膜厚が30nmの正孔輸送層403とPPVからなる膜厚が80nmの発光層404を形成する。
【0099】
有機化合物層402上に形成される無機導電層406は、図3(A)と同様にCaNを用いて真空蒸着法により形成する。しかし、ここでは、有機化合物層402で生じた光が無機導電層406を透過することができるように10nmの膜厚で形成する。
【0100】
そして、無機導電層406上には、陰極407が形成される。なお、ここでは、陰極材料としてAlを用い、光の透過性を考慮して20nmの膜厚で形成する。
【0101】
以上により、実施の形態3で示した上方出射型の発光素子を得ることができる。
【0102】
(実施例2)
本実施例では、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製し、さらに、画素部にはTFTと電気的に接続された発光素子を形成して、素子基板を作製する方法について図5〜図8を用いて説明する。なお、本実施例では、実施の形態1で示した素子構造を有する発光素子を形成する。
【0103】
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板600を用いる。なお、基板600としては、透光性を有する基板であれば限定されず、石英基板を用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0104】
次いで、基板600上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜601を形成する。本実施例では下地膜601として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜601の1層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜601aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化珪素膜601a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成した。
【0105】
次いで、下地膜601の2層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜601bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜601b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成する。
【0106】
次いで、下地膜601上に半導体層602〜605を形成する。半導体層602〜605は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層602〜605の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素(シリコン)またはシリコンゲルマニウム(Si1-XGeX(X=0.0001〜0.02))などで形成すると良い。
【0107】
本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させる。この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行い、さらに結晶化を改善するためのレーザーアニ―ル処理を行って結晶質珪素膜を形成する。そして、この結晶質珪素膜をフォトリソグラフィ−法によるパターニング処理によって、半導体層602〜605を形成する。
【0108】
また、半導体層602〜605を形成する前、もしくは、形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0109】
また、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとしては、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザーなどがあり、固体レーザーとしては、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザーなどを用いることができる。
【0110】
なお、これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数30〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜90%として行えばよい。
【0111】
次いで、半導体層602〜605を覆うゲート絶縁膜607を形成する。ゲート絶縁膜607はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。勿論、ゲート絶縁膜607は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0112】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho silicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0113】
次いで、図5(A)に示すように、ゲート絶縁膜607上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜608と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜609とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜608と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜609を積層形成する。TaN膜は、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタ法により形成する。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。
【0114】
いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。
【0115】
なお、本実施例では、第1の導電膜608をTaN、第2の導電膜609をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、Ag、Pd、Cuからなる合金を用いてもよい。
【0116】
また、第1の導電膜608をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をCu膜とする組み合わせ、第1の導電膜608をW、Mo、もしくはWとMoからなる膜で形成し、第2の導電膜609をAlとSi、AlとTi、AlとSc、もしくはAlとNdとからなる膜で形成し、さらに第3の導電膜(図示せず)をTi、TiN、もしくはTiとTiNからなる膜で形成する組み合わせとしてもよい。
【0117】
次に、図5(B)に示すようにフォトリソグラフィ−法を用いてレジストからなるマスク610〜613を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いる。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0118】
この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。第1のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。
【0119】
この後、図5(B)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約15秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0120】
第2のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0121】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°とすればよい。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層615〜618(第1の導電層615a〜618aと第2の導電層615b〜618b)を形成する。620はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層615〜618で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0122】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する(図5(B))。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を80keVとして行う。
【0123】
n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層615〜618がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域621〜624が形成される。高濃度不純物領域621〜624には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0124】
次いで、図5(C)に示すようにレジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。第2のエッチング処理では第3及び第4のエッチング条件で行う。ここでは、第3のエッチング条件として、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約60秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第3のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0125】
第3のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0126】
この後、図5(C)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第4のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/20/20(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して、約20秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0127】
第4のエッチング処理でのTaNに対するエッチング速度は14.83nm/minである。従って、W膜が選択的にエッチングされる。この第4のエッチング処理により第2の導電層626〜629(第1の導電層626a〜629aと第2の導電層626b〜629b)を形成する。
【0128】
次いで、図6(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。ドーピングは、第1の導電層626a〜629a、第2の導電層626b〜629bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層におけるテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。本実施例では、不純物元素としてP(リン)を用い、ドーズ量1.5×1014、電流密度0.5μA、加速電圧90keVにてプラズマドーピングを行う。
【0129】
こうして、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域631a〜634a、第1の導電層と重ならない低濃度不純物領域631b〜634bを自己整合的に形成する。なお、この低濃度不純物領域631〜634へ添加されるリン(P)の濃度は、1×1017〜5×1018atoms/cm3である。また、高濃度不純物領域621〜624にも不純物元素が添加され、高濃度不純物領域635〜638を形成する。
【0130】
次いで、図6(B)に示すようにレジスト(639、640)からなるマスクを形成して第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型(n型)とは逆の導電型(p型)を付与する不純物元素が添加された不純物領域641、642を形成する。第1の導電層627a、および第2の導電層627bを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。
【0131】
本実施例では、不純物領域641、642はジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成する。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域641、642にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0132】
次いで、レジストからなるマスク639、640を除去して図6(C)に示すように第1の層間絶縁膜643を形成する。本実施例では、第1の層間絶縁膜643として、珪素及び窒素を含む第1の絶縁膜643aと珪素及び酸素を含む第2の絶縁膜643bとの積層膜を形成する。
【0133】
まず、珪素を含む第1の絶縁膜643aとしては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、第1の絶縁膜643aは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0134】
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0135】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域(635、636、637、638)にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0136】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するために層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0137】
その他、活性化処理を行った後でドーピング処理を行い、第1の層間絶縁膜を形成させても良い。
【0138】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約100%含む雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は第1の層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0139】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやYAGレーザー等のレーザー光を照射することが望ましい。
【0140】
次いで、第1の絶縁膜643a上に第2の絶縁膜643bとして、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを1〜2μmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚1.2μmの酸化珪素膜を形成する。勿論、第2の絶縁膜643bは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0141】
以上により、第1の絶縁膜643aと第2の絶縁膜643bからなる第1の層間絶縁膜643を形成することができる。
【0142】
次いで、各不純物領域635、636、637、638に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【0143】
なお、第1の絶縁膜643a及び第2の絶縁膜643bはいずれもプラズマCVD法により形成された珪素を含む絶縁膜であることから、コンタクトホールの形成には、ドライエッチング法、またはウエットエッチング法を用いることができるが、本実施例では、第1の絶縁膜にウエットエッチング法を用い、第2の絶縁膜にドライエッチング法を用いることによりエッチングを行う。
【0144】
はじめに、第2の絶縁膜643bのエッチングを行う。ここでは、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)をエッチャントとし、20℃においてウエットエッチングを行う。
【0145】
次に第1の絶縁膜643aのエッチングを行う。この時、エッチングガス用にCHF3を用い、ガスの流量比を35(sccm)とし、7.3Paの圧力で電極に800WのRF電力を投入することによりドライエッチングを行う。
【0146】
そして、各高濃度不純物領域635、636、637、638とそれぞれ電気的に接続する配線645〜651と陰極652を形成する。本実施例では、Alを用い、500nmの膜厚に成膜した後、これをパターニングして形成するが、Ti、TiN、Al:Si等からなる単層膜の他、Ti、TiN、Al:Si、及びTiを順次積層して形成される積層膜を用いることもできる。
【0147】
なお、本実施例では、陰極652は配線形成と同時に形成され、高濃度不純物領域638との配線を兼ねて形成される。
【0148】
次に絶縁膜を1μmの厚さに成膜する。なお、本実施例においては、絶縁膜を形成する材料として酸化珪素からなる膜を用いているが、場合によっては、窒化珪素および酸化窒化珪素といった珪素を含む絶縁膜の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル(感光性アクリルを含む)、BCB(ベンゾシクロブテン)といった有機樹脂膜を用いることもできる。
【0149】
この絶縁膜の陰極652に対応する位置に開口部を形成して、絶縁層653を形成する(図7(B))。
【0150】
具体的には、感光性アクリルを用いて1μmの絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィ−法によりパターニングを行った後で、エッチング処理を行うことにより絶縁層653を形成する。
【0151】
次に、絶縁層653の開口部において露出している陰極652上に無機導電層654を蒸着法により形成する。本実施例では、無機導電層654を形成する材料として、元素周期律の第2族に属する元素からなる導電性の窒化物、酸化物、炭化物、ホウ化物、珪化物を用いることができるが、ここでは、窒化カルシウム(CaN)を用いて無機導電層654を形成する。
【0152】
本実施例では、無機導電層654の形成には真空蒸着法を用い、その膜厚が1〜50nm、好ましくは10〜20nmの厚さとなるように形成する。なお、本実施例では、無機導電層654を30nmの膜厚に形成する。
【0153】
次に、図8(B)に示すように無機導電層654上に有機化合物層655を蒸着法により形成する。ここでは、本実施例において赤、緑、青の3種類の発光を示す有機化合物により形成される有機化合物層のうちの一種類が形成される様子を示すが、3種類の有機化合物層を形成する有機化合物の組み合わせについて、図9により説明する。
【0154】
なお、図9(A)に示す発光素子は、陰極901、無機導電層902、有機化合物層903、バリア層908、及び陽極909からなり、有機化合物層903は、電子輸送層904、ブロッキング層905、発光層906、正孔輸送層907の積層構造を有している。なお、赤色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(B)に示し、緑色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(C)に示し、青色発光を示す発光素子を構成する材料及び膜厚について図9(D)にそれぞれ示す。
【0155】
はじめに、赤色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(以下、Alq3と示す)を40nmの膜厚に成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物である、バソキュプロイン(以下、BCPと示す)を10nmの膜厚に成膜し、発光層906は、発光性の有機化合物である、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H、23H−ポルフィリン−白金(以下、PtOEPと示す)がホストとなる有機化合物(以下、ホスト材料という)である4,4’−ジカルバゾール−ビフェニル(以下、CBPと示す)と共に共蒸着させて30nmの膜厚に成膜し、正孔輸送層907は、正孔輸送性の有機化合物である、4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、α−NPDと示す)を40nmの膜厚に成膜することにより赤色発光の有機化合物層を形成する。
【0156】
なお、ここでは赤色発光の有機化合物層として、5種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明は、これに限られることはなく、赤色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0157】
次に、緑色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、Alq3を40nmの膜厚で成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物であるBCPを10nmの膜厚で成膜し、発光層906は、正孔輸送性のホスト材料としてCBPを用い、発光性の有機化合物であるトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)と共に共蒸着することにより30nmの膜厚で成膜し、正孔輸送層907は、正孔輸送性の有機化合物である、α−NPDを40nmの膜厚で成膜することにより緑色発光の有機化合物を形成することができる。
【0158】
なお、ここでは緑色発光の有機化合物層として、4種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、緑色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0159】
次に、青色発光を示す有機化合物層を形成する。具体的には、電子輸送層904は、電子輸送性の有機化合物である、Alq3を40nmの膜厚で成膜し、ブロッキング層905は、ブロッキング性の有機化合物である、BCPを10nmの膜厚に成膜し、発光層906は、発光性および正孔輸送性の有機化合物である、α−NPDを40nmの膜厚で成膜することにより青色発光の有機化合物層を形成することができる。
【0160】
なお、ここでは青色発光の有機化合物層として、3種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、青色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【0161】
以上に示した有機化合物を陰極上に形成することにより画素部において、赤色発光、緑色発光及び青色発光を示す有機化合物層を形成することができる。
【0162】
なお、本実施例における発光素子の構造では、有機化合物層903を形成した後で、透明導電膜からなる陽極909がスパッタリング法により形成される。そのため、陽極909形成時に有機化合物層903の表面に何らかのダメージが与えられる。そこで、本実施例では、有機化合物層903上にバリア層908を設けることにより有機化合物層903に与えられるダメージを防止する。
【0163】
なお、バリア層908を形成する材料としては、金、銀といった仕事関数の大きい材料や正孔注入性を有するCu−Pc等を用いることができる。本実施例では、金を10nmの膜厚に形成することによりバリア膜908を形成する(図9(A))。
【0164】
次に、図8(B)に示すように有機化合物層655及び絶縁層653を覆って、透明導電膜からなる陽極656を形成する。本実施例では、陽極656を形成する材料として、酸化インジウム・スズ(ITO)膜や酸化インジウムに2〜20[%]の酸化亜鉛(ZnO)を混合した透明導電膜を80〜120nmの膜厚に成膜して用いる。なお、仕事関数の大きい透明性の導電膜であれば、公知の他の材料を用いて陽極656を形成することもできる。
【0165】
こうして図8(B)に示すように、電流制御用TFT704に電気的に接続された陰極652と、陰極652と隣の画素が有する第1の電極(図示せず)との隙間に形成された絶縁層653と、陰極652上に形成された無機導電層654と、無機導電層654上に形成された有機化合物層655と、有機化合物層655及び絶縁層653上に形成された陽極656からなる発光素子657を有する素子基板を形成することができる。
【0166】
なお、本実施例における発光装置の作製工程においては、回路の構成および工程の関係上、ゲート電極を形成している材料を用いてソース信号線を形成し、ソース、ドレイン電極を形成している配線材料を用いてゲート信号線を形成しているが、それぞれ異なる材料を用いることは可能である。
【0167】
また、nチャネル型TFT701及びpチャネル型TFT702を有する駆動回路705と、スイッチング用TFT703、電流制御用TFT704とを有する画素部706を同一基板上に形成することができる。
【0168】
駆動回路705のnチャネル型TFT701はチャネル形成領域501、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層626aと重なる低濃度不純物領域631(GOLD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域635を有している。pチャネル型TFT702にはチャネル形成領域502、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域641および642を有している。
【0169】
画素部706のスイッチング用TFT703にはチャネル形成領域503、ゲート電極を形成する第1の導電層628aと重なる低濃度不純物領域633a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域633b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域637を有している。
【0170】
画素部706の電流制御用TFT704にはチャネル形成領域504、ゲート電極を形成する第1の導電層629aと重なる低濃度不純物領域634a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域634b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域638を有している。
【0171】
なお、本実施例において、TFTの駆動電圧は、1.2〜10Vであり、好ましくは、2.5〜5.5Vである。
【0172】
また、画素部の表示が動作しているとき(動画表示の場合)には、発光素子が発光している画素により背景の表示を行い、発光素子が非発光となる画素により文字表示を行えばよいが、画素部の動画表示がある一定期間以上静止している場合(本明細書中では、スタンバイ時と呼ぶ)には、電力を節約するために表示方法が切り替わる(反転する)ようにしておくと良い。具体的には、発光素子が発光している画素により文字を表示し(文字表示ともいう)、発光素子が非発光となる画素により背景を表示(背景表示ともいう)するようにする。
【0173】
ここで、本実施例において説明した発光装置の画素部の詳細な上面構造を図10(A)に示し、回路図を図10(B)に示す。図10(A)及び図10(B)は共通の符号を用いるので互いに参照すればよい。
【0174】
図10において、基板上に設けられたスイッチング用TFT1000は図8のスイッチング用(nチャネル型)TFT703を用いて形成される。従って、構造の説明はスイッチング用(nチャネル型)TFT703の説明を参照すれば良い。また、1002で示される配線は、スイッチング用TFT1000のゲート電極1001(1001a、1001b)を電気的に接続するゲート配線である。
【0175】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0176】
また、スイッチング用TFT1000のソースはソース配線1003に接続され、ドレインはドレイン配線1004に接続される。また、ドレイン配線1004は電流制御用TFT1005のゲート電極1006に電気的に接続される。なお、電流制御用TFT1005は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704を用いて形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0177】
また、電流制御用TFT1005のソースは電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1008に電気的に接続される。また、ドレイン配線1008は点線で示される陰極1009に電気的に接続される。
【0178】
また、1010で示される配線は、消去用TFT1011のゲート電極1012と電気的に接続するゲート配線である。なお、消去用TFT1011のソースは、電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1004に電気的に接続される。
【0179】
なお、消去用TFT1011は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704と同様にして形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0180】
また、1013で示される領域には保持容量(コンデンサ)が形成される。コンデンサ1013は、電流供給線1007と電気的に接続された半導体膜1014、ゲート絶縁膜と同一層の絶縁膜(図示せず)及びゲート電極1006との間で形成される。また、ゲート電極1006、第1層間絶縁膜と同一の層(図示せず)及び電流供給線1007で形成される容量も保持容量として用いることが可能である。
【0181】
なお、図10(B)の回路図で示す発光素子1015は、陰極1009と、陰極1009上に形成される有機化合物層(図示せず)と有機化合物層上に形成される陽極(図示せず)からなる。本発明において、陰極1009は、電流制御用TFT1005のソース領域またはドレイン領域と接続している。
【0182】
発光素子1015の陽極には対向電位が与えられている。また電流供給線1007には電源電位が与えられている。そして対向電位と電源電位の電位差は、電源電位が陰極に与えられたときに発光素子が発光する程度の電位差に常に保たれている。電源電位と対向電位は、本発明の発光装置に、外付けのIC等により設けられた電源によって与えられる。なお対向電位を与える電源を、本明細書では特に対向電源1016と呼ぶ。
【0183】
(実施例3)
本実施例では、本発明のアクティブマトリクス型発光装置の外観図について図11を用いて説明する。なお、図11(A)は、発光装置を示す上面図、図11(B)は図11(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1101はソース側駆動回路、1102は画素部、1103はゲート側駆動回路である。また、1104は封止基板、1105はシール剤であり、シール剤1105で囲まれた内側は、空間になっている。
【0184】
なお、1108はソース信号線駆動回路1101及びゲート信号線駆動回路1103に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1109からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0185】
次に、断面構造について図11(B)を用いて説明する。基板1110上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース側駆動回路1101と画素部1102が示されている。
【0186】
なお、ソース側駆動回路1101はnチャネル型TFT1113とpチャネル型TFT1114とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【0187】
また、画素部1102は電流制御用TFT1111とそのドレインに電気的に接続された陽極1112を含む複数の画素により形成される。
【0188】
また、陽極1112の両端には絶縁層1113が形成され、陽極1112上には有機化合物層1114が形成される。さらに、有機化合物層1114上には無機導電層1116が形成され、無機導電層1116上には陰極1117が形成される。これにより、陽極1112、有機化合物層1114、及び陰極1117からなる発光素子1118が形成される。
【0189】
陰極1117は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線1108を経由してFPC1109に電気的に接続されている。
【0190】
また、基板1110上に形成された発光素子1118を封止するためにシール剤1105により封止基板1104を貼り合わせる。なお、封止基板1104と発光素子1018との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、シール剤1105の内側の空間1107には窒素等の不活性気体が充填されている。なお、シール剤1105としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール剤1105はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、空間1107の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化を防止する効果をもつ物質を含有させても良い。
【0191】
また、本実施例では封止基板1104を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、シール剤1105を用いて封止基板1104を接着した後、さらに側面(露呈面)を覆うようにシール剤で封止することも可能である。
【0192】
以上のようにして発光素子を空間1107に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【0193】
なお、本実施例の構成は、実施例1または実施例2のいずれの構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0194】
(実施例4)
実施例1〜実施例3において、トップゲート型TFTを有するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、本発明はTFT構造に限定されるものではないので、図12に示すようにボトムゲート型TFT(代表的には逆スタガ型TFT)を用いて実施しても構わない。また、逆スタガ型TFTは、どのような方法で形成されたものでも良い。
【0195】
なお、図12(A)は、ボトムゲート型TFTを用いた発光装置の上面図である。ただし、封止基板による封止は、まだ行われていない。ソース側駆動回路1201、ゲート側駆動回路1202及び画素部1203が形成されている。また、図12(A)において、x−x’で発光装置を切ったときの画素部1203における領域a1204の断面図を図12(B)に示す。
【0196】
図12(B)では、画素部1203に形成されるTFTのうち電流制御用TFTについてのみ説明する。1211は基板であり、1212は下地となる絶縁膜(以下、下地膜という)である。基板1211としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【0197】
また、下地膜1212は特に可動イオンを含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有効であるが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜1212としては、珪素(シリコン)を含む絶縁膜を用いれば良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜(SiOxNy:x、yは任意の整数、で示される)など珪素に対して酸素若しくは窒素を所定の割合で含ませた絶縁膜を指す。
【0198】
1213は電流制御用TFTであり、nチャネル型TFTで形成されている。なお、本実施例において、発光素子1229の陰極1223は電流制御用TFT1213と接続されているためpチャネル型TFTで形成されるのが望ましいが、これに限られることはなくnチャネル型TFTで形成しても良い。
【0199】
電流制御用TFT1213は、ソース領域1214、ドレイン領域1215及びチャネル形成領域1216を含む活性層と、ゲート絶縁膜1217と、ゲート電極1218と、層間絶縁膜1219と、ソース配線1220並びにドレイン配線1221を有して形成される。本実施例において電流制御用TFT1213はpチャネル型TFTである。
【0200】
また、スイッチング用TFTのドレイン領域は電流制御用TFT1213のゲート電極1218に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御用TFT1213のゲート電極1218はスイッチング用TFTのドレイン領域(図示せず)とドレイン配線(図示せず)を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極1218はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御用TFT1213のソース配線1220は電流供給線(図示せず)に接続される。
【0201】
電流制御用TFT1213は発光素子に注入される電流量を制御するための素子であり、比較的多くの電流が流れる。そのため、チャネル幅(W)はスイッチング用TFTのチャネル幅よりも大きく設計することが好ましい。また、電流制御用TFT1213に過剰な電流が流れないように、チャネル長(L)は長めに設計することが好ましい。望ましくは一画素あたり0.5〜2μA(好ましくは1〜1.5μA)となるようにする。
【0202】
また、電流制御用TFT1213の活性層(特にチャネル形成領域)の膜厚を厚くする(好ましくは50〜100nm、さらに好ましくは60〜80nm)ことによって、TFTの劣化を抑えてもよい。
【0203】
そして、電流制御用TFT1213の形成後、層間絶縁膜1219が形成され、電流制御用TFT1213と電気的に接続された陰極1223が形成される。なお、本実施例においては、電流制御用TFT1213と陰極1223を電気的に接続する配線及び陰極1223は同じ材料で同時に形成される。また、陰極1223を形成する材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましい。なお、本実施例では、陰極1223にはAlを用いて形成する。
【0204】
陰極1223が形成された後に、絶縁層1224が形成される。なお、この絶縁層1224は、バンクともよばれる。
【0205】
つぎに無機導電層1225が形成される。なお、本実施例における発光素子は、実施の形態1で説明したのと同じ構造を有する。すなわち無機導電層1225上には、有機化合物層1226が形成され、その上にはバリア層1227が形成される。なお、無機導電層1225、有機化合物層1226、及びバリア層1227を形成する材料としては、実施例1に示したものを用いればよい。
【0206】
次にバリア層1227の上には、陽極1228が形成される。陽極1228の材料としては、透光性の導電膜を用いる。なお、本実施例では、ITOを110nmの膜厚で形成することにより陽極1228が形成される。
【0207】
以上により、逆スタガ型のTFTを有する発光装置を形成することができる。なお、本実施例により作製した発光装置は、図12(B)の矢印の方向(上面)に光を出射させることができる。
【0208】
逆スタガ型TFTは工程数がトップゲート型TFTよりも少なくし易い構造であるため、本発明の課題である製造コストの低減には非常に有利である。
【0209】
なお、本実施例の構成は、逆スタガ型TFTを有し、発光素子の陰極側から光を放出するという素子構造の発光装置について示したが、本実施例の逆スタガ型TFTに実施例1で示す様々な構造の発光素子を組み合わせることも可能である。さらに、実施例2に示した作製方法や材料の他、実施例3で示した封止構造を本実施例と自由に組み合わせて実施することも可能である。
【0210】
(実施例5)
本実施例では本発明の素子構造を有するパッシブ型(単純マトリクス型)の発光装置を作製した場合について説明する。説明には図13を用いる。図13において、1301はガラス基板、1302は透明導電膜からなる陽極である。本実施例では、透明導電膜として酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を蒸着法により形成する。なお、図13では図示されていないが、複数本の陽極1302が紙面と平行にストライプ状に配列されている。
【0211】
また、ストライプ状に配列された陽極1302と交差するように絶縁材料からなるバンク1303が形成される。バンク1303は陽極1302と接して紙面に垂直な方向に形成されている。
【0212】
次に、有機化合物層1304が形成される。有機化合物層1304を形成する材料としては、実施例1や実施例2で示した材料の他、発光が得られる公知の材料を用いて形成することができる。
【0213】
例えば、赤色発光を示す有機化合物層、緑色発光を示す有機化合物層及び青色発光を示す有機化合物層をそれぞれ形成することにより、3種類の発光を有する発光装置を形成することができる。なお、これらの有機化合物層1304はバンク1303で形成された溝に沿って形成されるため、紙面に垂直な方向にストライプ状に配列される。
【0214】
なお、本実施例における発光素子の構造では、有機化合物層1304を形成した後で、無機導電層1306が真空蒸着法により形成される。
【0215】
次に、陰極1307が形成される。なお陰極1307は、無機導電層1306上にメタルマスクを用いて蒸着法により形成する。
【0216】
なお、本実施例では下側の電極(陽極1302)が透光性の陽極で形成されているため、有機化合物層で発生した光は下側(基板1301側)に放射される。
【0217】
次に、封止基板1309としてセラミックス基板を用意する。本実施例の構造では遮光性で良いのでセラミックス基板を用いたが、プラスチックやガラスからなる基板を用いることもできる。
【0218】
こうして用意した封止基板1309は、紫外線硬化樹脂からなるシール剤1310により貼り合わされる。なお、シール剤1310の内側1308は密閉された空間になっており、窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充填されている。また、この密閉された空間1308の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を設けることも有効である。最後に異方導電性フィルム(FPC)1311を取り付けてパッシブ型の発光装置が完成する。なお、本実施例は、実施例1または実施例2に示した材料を自由に組み合わせて有機化合物層を形成したり、実施例3に示した封止構造を組み合わせて実施したりすることが可能である。
【0219】
(実施例6)
発光素子を用いた発光装置は自発光型であるため、液晶表示装置に比べ、明るい場所での視認性に優れ、視野角が広い。従って、様々な電気器具の表示部に用いることができる。
【0220】
本発明により作製した発光装置を用いた電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されるため、発光素子を有する発光装置を用いることが好ましい。それら電気器具の具体例を図14に示す。
【0221】
図14(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2003に用いることができる。発光素子を有する発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶表示装置よりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0222】
図14(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2102に用いることができる。
【0223】
図14(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2203に用いることができる。
【0224】
図14(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2302に用いることができる。
【0225】
図14(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示するが、本発明により作製した発光装置はこれら表示部A、B2403、2404に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【0226】
図14(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2502に用いることができる。
【0227】
図14(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609、接眼部2610等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2602に用いることができる。
【0228】
ここで図14(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2703に用いることができる。なお、表示部2703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【0229】
なお、将来的に有機材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【0230】
また、上記電気器具はインターネットやCATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。有機材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。
【0231】
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが好ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが好ましい。
【0232】
以上の様に、本発明の作製方法を用いて作製された発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例1〜実施例5を実施することにより作製された発光装置をその表示部に用いることができる。
【0233】
(実施例7)
本実施例では、従来の発光素子の構成として(1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いた場合、(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合、また本発明の発光素子の構成として(3)無機導電層を発光素子の一部に用いて素子を形成した場合、における素子特性についてそれぞれ測定した結果を示す。
【0234】
まず、(1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いた場合の発光素子の素子特性であるが、ここでは発光素子の陰極にアルミニウムとリチウムの合金(Al:Li)を用いて素子を作製した場合における電流、電圧特性を図15(A)、図15(B)にそれぞれ示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al:Li(100nm)(陰極)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0235】
電流特性としては、20(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性としては、7Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。
【0236】
次に、(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合の発光素子の素子特性であるが、ここでは発光素子の陰極と有機化合物層との間に陰極バッファー層(LiF)を設けて素子を作製した場合における電流、電圧特性を図16(A)、図16(B)にそれぞれ示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al(100nm)(陰極)/LiF(1nm)(陰極バッファー)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0237】
電流特性としては、Al:Li合金を陰極に用いた場合とほぼ同様であり、25(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性も同様に、7Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。
【0238】
次に、(3)無機導電層を発光素子の一部に用いて素子を形成した場合の発光素子の素子特性について、発光素子の陰極と有機化合物層との間に無機化合物からなる導電膜(Ca3N2、Mg2N3、MgB2)をそれぞれ設けた本発明の構造を有する発光素子の電流、電圧特性を図17〜図19に示す。なお、作製した発光素子の構造は、Al(100nm)(陰極)/導電膜(Ca3N2、Mg2N3、またはMgB2)(100nm)/Alq3(50nm)/α−NPD(30nm)/Cu−Pc(20nm)/ITO(陽極)である。
【0239】
なお、上記構成の無機導電膜をその一部に用いた発光素子は、いずれの材料を用いた場合においても25(mA/cm2)で1000(cd/m2)の輝度が得られる。また、電圧特性は、6.5Vで1000(cd/m2)の輝度が得られている。これは、従来の発光素子((1)陰極に仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いる場合(2)陰極と有機化合物層との界面に従来の陰極バッファー層(絶縁体)を設けた場合)と同様であり、本発明の無機導電層が従来の素子構成と比較して素子特性の面で影響を受けないことを示している。
【0240】
さらに、窒化カルシウム、窒化マグネシウム、ホウ化マグネシウムの3種の材料について、抵抗率および仕事関数の測定を行った。抵抗率の測定に関しては、アルミニウム電極を1.9cmの間隔で形成し、その電極間に幅3cmとなるように上記3種類の材料を成膜し(膜厚は、Ca3N2:70nm、Mg3N2:30nm、MgB2:40nm)、テスターにて抵抗値を測定することにより抵抗率を得た。
また、仕事関数の測定に関しては、接触電位測定法(測定装置:フェルミ準位測定器FAC-1(理研計器製))を用いて測定した。結果を以下の表1に示す。
【0241】
【表1】
【0242】
なお、本発明における無機導電層は、元素周期律の第2族に属する元素を含む窒化物、硫化物、ホウ化物、または珪化物といった無機化合物からなる導電膜である。そのため陰極材料として仕事関数の小さいアルカリ金属を含む合金を用いる場合に比べて、TFTの特性に影響を与えるといわれているアルカリ金属の拡散を防ぐことができる。さらに、本発明において、導電層は導電性を有する材料により形成されるため、従来の絶縁材料からなる陰極バッファー層を用いた場合に生じる薄膜化の問題を素子特性に影響を与えることなく解決することができる。すなわち、本発明において発光素子に無機導電層を用いることにより、従来の陰極材料および陰極バッファー層を用いた場合と同等の特性を維持しつつ、上述した効果を得ることができる。
【0243】
(実施例8)
実施例1〜実施例5において示した発光素子における有機化合物層は、低分子系もしくは高分子系の有機化合物を用いて形成される場合について示しているが、本発明は、そのような構成に限られることはなく、有機化合物層の一部に無機材料(具体的には、SiおよびGeの酸化物の他、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、およびランタノイド系元素のいずれかの酸化物とZn、Sn、V、Ru、Sm、およびIrのいずれかとの組み合わせた材料等)を用いることも可能である。また、これらの有機化合物層が積層構造を有する場合において、各積層界面に各層を形成する材料からなる混合層を共蒸着法等により形成することも可能である。
【0244】
【発明の効果】
本発明では、陰極と有機化合物層との界面に陰極材料よりも仕事関数が小さく、かつ導電性を有する無機化合物からなる無機導電層を形成する。これにより、膜厚を極端に薄くする必要が無くなるので、膜厚の制御が容易になり、素子間のバラツキの問題を解決することができる。
【0245】
さらに、本発明では、元素周期律の2族に属する元素を含む導電性の無機化合物を用いて無機導電層を形成するため、これまでのように元素周期律の2族に属する元素を単体で用いた場合に比べて素子内部への拡散の問題を低減させることができると共に、単体よりも酸素との反応性も低いことから酸素による劣化に強い発光素子の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図2】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図3】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図4】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図5】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図6】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図7】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図8】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図9】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図10】 発光装置の画素部の上面図。
【図11】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図12】 逆スタガ型TFTの構造を説明する図。
【図13】 パッシブマトリクス型の発光装置を説明する図。
【図14】 電気器具の一例を示す図。
【図15】 従来の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図16】 従来の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図17】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図18】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。
【図19】 本発明の発光素子の素子特性について測定した結果。
Claims (8)
- 陰極と、陽極と、前記陰極上に接して設けられた導電層と、前記導電層と前記陽極との間に設けられた発光層とを有し、
前記陽極は、透光性を有し、
前記発光層は、有機化合物からなり、
前記導電層は、元素周期律の第2族に属する元素の珪化物を含み、前記陰極よりも仕事関数が小さく、1×10−10S/m以上の導電率であることを特徴とする発光装置。 - 陰極と、陽極と、前記陰極上に接して設けられた導電層と、前記導電層と前記陽極との間に設けられた発光層とを有し、
前記陽極は、透光性を有し、
前記発光層は、有機化合物からなり、
前記導電層は、元素周期律の第2族に属する元素のホウ化物を含み、前記陰極よりも仕事関数が小さく、1×10−10S/m以上の導電率であることを特徴とする発光装置。 - 陰極と、陽極と、前記陰極上に接して設けられた導電層と、前記導電層と前記陽極との間に設けられた発光層とを有し、
前記陽極は、透光性を有し、
前記発光層は、有機化合物からなり、
前記導電層は、元素周期律の第2族に属する元素の珪化物を含み、前記陰極よりも仕事関数が小さく、1×10−10S/m以上の導電率であり、
前記導電層の膜厚は1〜30nmであることを特徴とする発光装置。 - 陰極と、陽極と、前記陰極上に接して設けられた導電層と、前記導電層と前記陽極との間に設けられた発光層とを有し、
前記陽極は、透光性を有し、
前記発光層は、有機化合物からなり、
前記導電層は、元素周期律の第2族に属する元素のホウ化物を含み、前記陰極よりも仕事関数が小さく、1×10−10S/m以上の導電率であり、
前記導電層の膜厚は1〜30nmであることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記導電層の透過率は70%以上であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記陽極側から光を取り出すことを特徴とする発光装置。 - アクティブマトリクス型であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載された発光装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載された発光装置を表示部に有する電気器具。
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