JP4603775B2

JP4603775B2 - 有機ｅｌ発光素子の製造方法、有機ｅｌ素子を用いる表示装置の製造方法

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Publication number: JP4603775B2
Application number: JP2003172644A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 章伸寺本; 明大森本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP2005011601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子とくに有機ＥＬ表示素子を含む発光素子に関し、特にこれら発光素子の保護層の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄型でありながら、高輝度が得られるディスプレイとして、自発光型の有機EL表示装置の研究が盛んに行われている。有機EL素子では発光層となる有機層を対向する電極で挟持した構造をなしており、電極への電流のｏｎ／ｏｆｆにより発光を制御して表示装置を構成する。表示装置にはパッシブマトリクス方式とアクティブマトリクス方式があり、前者はバックライトや比較的精細度の低い表示装置に用いられており、後者はテレビやモニタなど比較的精細度の高い表示装置に用いられる。
【０００３】
このような有機ＥＬ表示装置を構成する有機ＥＬ素子において、大きな課題となっているのが、発光層である有機層の寿命が短いことである。近年種々の研究により、発光時間は長くなってきているが、例えばテレビやモニタとして用いる場合、現状の素子寿命はまだ短く、連続点灯時には２０００〜３０００時間で輝度が半減してしまう。素子寿命が短い理由として、発光層である有機層への水分の浸入や、有機層形成後の加熱や素子の発熱による熱的破壊が顕著であり、種々の改良が提案されている。
【０００４】
この種の有機ＥＬ発光素子として、特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。このうち、特許文献１は有機層と金属層の２層または無機層と金属層の２層を含む多層構造からなる保護膜を有することを特徴としている。
【０００５】
また特許文献２は有機ＥＬ素子を形成する一方の電極上に、接着層を介して金属製の放熱板を放熱部材として設けたことを特徴としている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２７５６８０
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−３４３５５９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１において、保護膜として有機層と金属層の２層を採用した場合、有機層の熱伝導率が低く、素子で発生した熱を十分に拡散、放出できない問題を生じてしまう。また無機層と金属層の２層の場合、該文献に例示される無機保護膜を形成する半導体化合物としてＳｉＯ２を採用した場合、ＳｉＯ２の熱伝導率が低く、素子で発生した熱を十分に拡散、放出できないだけでなく、保護膜としても水分の浸入を充分に阻止できないという問題がある。
【０００９】
特許文献２によれば、放熱の問題は回避できるが、パッシブマトリクス構成となっている発光素子間の分離部分に空間が生じており、この部分に接着剤から発生した有機溶媒や水分が残留したり、接着剤が混入したりすることで、最も重要な発光層の保護が確実に行えず、素子の寿命が低下する問題を生じてしまっていた。
【００１０】
さらに、前記保護膜の成膜方法は、一般的に有機層を分解しないような温度で行われるため、緻密な薄膜が形成できず、水分や有機物の透過を押さえるために数百ナノメートルから数ミクロンの厚さの保護膜を形成しなければならず、熱抵抗が上昇し、素子温度が上昇するため寿命が短くなる問題を生じてしまっていた。
【００１１】
このように、有機ＥＬ素子および有機ＥＬ表示装置の長寿命化のためには、発光層、電極層への水分、有機物の混入、素子での発熱の効率的な除去を行うことが必須であるにもかかわらず、有効な手段は未だ提案されていない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、寿命の長い有機EL素子ならびに有機EL表示装置、およびそれらの製造方法と製造装置を提供するものであり、具体的には以下に記述される。
【００１３】
すなわち、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた絶縁保護層と、該絶縁保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ発光素子において、
前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＴＯ膜を有し、かつ前記絶縁保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つから成ることが好ましく、とくに窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つから成ることが好ましい。窒化膜は酸化膜よりも緻密であるので、水分阻止効果も放熱効果も酸化膜に比べて優れている。その厚さは薄いほど放熱効率が高くなるので、保護膜としての機能の許す限り薄くすることが必要であり、その観点から１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ乃至５０ｎｍとする。絶縁保護層は前記対向電極を介して前記有機ＥＬ発光層を覆う絶縁層と該絶縁層を覆う保護層とからなるようにしてもよく、とくに保護層が導電性の場合はこの構成が必要である。
【００１４】
本発明は有機ＥＬ素子以外の一般の表示素子にも適用可能であり、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を直接または間接に覆うように設けられた絶縁保護層とを有する表示素子において、
前記絶縁保護層はマイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長により形成された窒化膜を含むことを特徴とする。前記窒化膜はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Si、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つであり、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にHf、Zr、およびVの少なくとも１つを含む酸化インジウムスズ（ITO）膜を有するのが好ましい。前記絶縁保護層はAr, Kr, Xeからなる群から選ばれる元素を少なくとも含むことも本発明の特徴である。
【００１５】
また、本発明の表示素子の製造方法によれば、透明導電性電極と、当該透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆うように設けられた保護層とを有する発光素子の製造方法であって、該保護層をAr、Kr、Xeからなる群から選ばれるガスを主成分とするプラズマを用いて成膜することを特徴とする。該プラズマは高周波励起プラズマ、特にマイクロ波励起プラズマであることが好ましい。該成膜は低温気相成長によって行われ、低温気相成長は１００℃以下、好ましくは室温で行われる。該低温気相成長はプラズマによる加熱を除き加熱せずに行われることが好ましい。
【００１６】
また本発明によれば、マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に該ＴＦＴを覆う絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続された画素電極と、を有し、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＴＯ膜を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置がえられる。
【００１７】
あるいは、基板上にマトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、該ゲート線と該信号線の交差部付近に設けられたスイッチング素子と、透明導電性電極と、該透明導電性電極に対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた有機ＥＬ発光層と、少なくとも前記有機ＥＬ発光層を覆うように設けられた保護層と、該保護層に接するように設けられた放熱層とを有する有機ＥＬ表示装置において、該スイッチング素子はＴＦＴであり、ゲート線に接続されたゲート電極と、信号線に接続された信号線電極と、前記透明導電性電極または前記対向電極に接続された画素電極と、を有し、前記ゲート線および前記ゲート電極は、前記基板または前記基板に接する様に形成された絶縁膜に埋め込まれていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置が得られる。
【００１８】
これらの有機ＥＬ表示装置において、前記透明導電性電極は少なくとも前記有機ＥＬ発光層側の表面部分にＨｆ、Ｖ及びＺｒの少なくとも一つを含むＩＴＯ膜を有し、前記保護層は厚さが１００ｎｍ以下の窒化膜を含むことが好ましい。
【００１９】
また本発明によれば、Ｋｒ、Ｘｅを主成分とするプラズマでスパッタ成膜することを特徴とする導電性透明膜の製造方法が得られる。さらに本発明によれば、酸化インジウムおよび酸化錫を含むターゲットを高周波励起プラズマによりスパッタしてＩＴＯ膜を形成する工程を含む導電性透明膜の製造方法であって、前記スパッタはＫｒおよびＸｅの少なくとも一つを主成分とするプラズマで行うことを特徴とする導電性透明膜の製造方法が得られる。
【００２０】
さらに本発明は、マイクロ波励起プラズマにより窒化膜を気相成長する窒化膜形成方法であって、前記気相成長はＡｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも一つを主成分とするプラズマで行いかつ前記プラズマによる加熱を除き加熱せずに低温で行うことを特徴とする窒化膜の形成方法をも提供する。前記マイクロ波励起プラズマ気相成長は、２段シャワープレートを有するプラズマ処理装置で行い、上段のシャワープレートからはＡｒ、ＫｒおよびＸｅの少なくとも一つを含むガスを装置内に導入して前記プラズマを発生させ、下段シャワープレートからは前記窒化膜の材料ガスを前記プラズマ内に導入することが好ましく、また前記窒化膜の気相成長時に、被成膜部材に高周波を印加して前記被成膜部材の表面にバイアス電位を与えることも好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
(実施例１)
本発明の実施例１にかかる表示素子について、図１を用いて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、透明基板と、透明基板上に形成された導電性透明電極と、該導電性透明電極上に積層された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に積層された対向電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。透明基板としては、発光層から放射された光を透過する材料であればよく、本実施例ではガラス基板を用いた。導電性透明電極は、有機層に接する面の仕事関数を高め、素子へのホール注入効率を向上するために、Ｈｆ（ＶまたはＺｒでもよい）がドープされたITO膜を用いた。これにより、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層は不要となる。有機層は、ホール輸送層、発光層、電子輸送層からなり、特に限定はされず、公知の材料のいずれを使用しても、本発明の作用・効果が得られる。ホール輸送層は、発光層へのホールの移動を効率よく行うとともに、対向電極からの電子が発光層を超えて透明導電性電極側へ移動するのを抑制し、発光層における電子とホールとの再結合効率を高める役割を有するものである。ホール輸送層を構成する材料としては、特に限定されないが、たとえば１，１−ビス（４−ジ−ｐアミノフェニル）シクロヘキサン、ガルバゾールおよびその誘導体、トリフェニルアミンおよびその誘導体などを使用することができる。発光層は、特に限定されないが、ドーパントを含有したキノリノールアルミニウム錯体、ＤＰＶｉビフェニルなどを使用することができる。用途に応じて、赤、緑、青の発光体を積層して用いてもよく、また、表示装置などにおいては、赤、緑、青の発光体をマトリクス状に配置して用いても良い。電子輸送層としては、シロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体等を使用できる。対向電極を形成する材料は特に制限はないが、3.7eVの仕事関数を有するアルミニウム等を用いることができる。有機EL発光層への水分や、酸化性ガス等の浸入を防ぐ保護層としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、B、Al、Siからなる群から選ばれる元素の窒化物が好適である。熱抵抗を低減する点から薄いほうが好ましいが、水分や酸化性ガスなどの透過を抑えるために１０ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましく、３０ｎｍから５０ｎｍがより好ましい。保護層が上述の窒化物からなる場合、熱伝導率が高く、熱抵抗を低減できるため、保護層で放熱層を兼ねることもできるが、放熱をさらに効率よく行うために放熱層を設けてもよい。放熱層としては熱伝導率の高いアルミニウムや銅などが好ましい。
【００２３】
次に本実施例における表示素子の製造方法について説明する。洗浄されたガラス基板上にＨｆを５重量％含むＩＴＯをスパッタリング法により成膜した。成膜はＩＴＯターゲット（好ましくは酸化インジュウムと酸化錫との焼結体）とＨｆターゲットを用いた共スパッタ法を用いた。スパッタに際してはプラズマ励起ガスとして、衝突断面積の大きいＸｅを用い、電子温度の十分低いプラズマを生成した。基板温度は１００℃とし、２００オングストロームの膜厚とした。Ｈｆドープ部分は表面層のみとし途中からは非ドープＩＴＯとした。Ｘｅプラズマを用いてスパッタを行ったため、電子温度が十分に低く、膜質向上のために、成膜中のＩＴＯ表面にＸｅイオン照射をしながら成膜しても、ＩＴＯ膜へのプラズマダメージは抑制されるため、１００℃以下の低温でも高品質の成膜が行えた。このようにして形成したＨｆ含有ＩＴＯ膜を所定の形状にパターニングした。パターニングはフォトリソグラフィ法により行った。フォトレジストとしてノボラック系のレジストを用い、マスクアライナにより露光、所定の現像液により現像を行った後、紫外光照射による表面有機物除去洗浄を１０分間行った。次に有機膜蒸着装置により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜した。次に基板を大気に曝すことなく、有機膜蒸着装置に隣接したアルミニウム蒸着装置によって、アルミニウムを堆積し対向電極とした。次に基板を大気に曝すことなく、絶縁性保護膜形成装置に搬送し、窒化ケイ素膜を体積し絶縁性保護膜とした。窒化ケイ素膜形成においては、マイクロ波励起プラズマを用いたプラズマCVD法を用い、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５の体積比のガスを用いた。プロセス圧力は０．１〜１Ｔｏｒｒが好ましく、本実施例においては０．５Ｔｏｒｒとした。基板裏面より１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、基板表面にバイアス電位として、−５Ｖ程度の電位を発生させ、プラズマ中のイオンを照射した。窒化ケイ素成膜時の基板温度は室温として、プラズマにより不可避的に加熱される以外に加熱手段による加熱は行わなかった。膜厚を５０ｎｍ成膜した。
【００２４】
図１５は成膜に使用した２段シャワープレート式マイクロ波励起高密度プラズマ成膜装置である。マイクロ波励起プラズマを用いており、プロセス領域をプラズマ励起領域から離れた位置に配置できるため、プロセス領域の電子温度がＡｒを用いても1.0eV以下であり、プラズマ密度が10¹¹/cm²以上である。２段シャワープレート構造であるため、シランなどの原料ガスをプラズマ励起領域から離れたプロセス領域に導入できるため、シランの過剰解離を抑制でき、室温であっても、発光素子や成膜された保護膜に欠陥を与えることなく、緻密な膜を形成できた。基板から高周波を印加することにより基板表面にバイアス電位を発生させ、マイクロ波励起プラズマからイオンを基板表面に照射することで、窒化膜を緻密に形成することができ、膜質をさらに改善することができた。なお、上記のようにプラズマにより基板は加熱されるが、それ以外の加熱は行わないことも大切である。プラズマによる加熱を押さえるため基板を冷却しながら気相成長を行ってもよい。
【００２５】
その後、さらにアルミニウムをアルミニウム蒸着装置により１ミクロンの厚さで成膜し、放熱層とした。
【００２６】
アルミニウム蒸着に換えてアルミニウムスパッタ成膜を行っても良い。その際には、電子温度の低いＸｅプラズマを用いたスパッタ成膜が有効である。
【００２７】
以上の工程により、本実施例１の発光素子を得た。本実施例の発光素子の素子寿命を、計測した結果、従来２０００時間だった輝度半減寿命が６０００時間になり、保護層の効果かが確認された。
【００２８】
(実施例２)
本発明の実施例２にかかる表示素子について、図２を用いて説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図であり、基板と、基板上に形成され導電性透明電極に対向する対向電極と、対向電極上に積層された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に積層された導電性透明電極と、これらを覆うように形成された保護層と、該保護層に接するように形成された放熱層とからなる。トップエミッション型であるため、基板材料は特に限定されないが、放熱の観点から、金属、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましい。金属基板を用いる場合は、基板を対向電極と兼用しても良い。実施例１に記載の方法と同様の方法で電子輸送層、発光層、ホール輸送層を積層した。各層の材料としては公知のものを使用できるが、実施例１に示した材料が例示される。発光層は用途に応じて、赤、緑、青の発光体を単層または積層して用いてもよい。次に、実施例１に示す方法により、Ｈｆを５重量％含むＩＴＯ膜を成膜し、対向電極とした。ＩＴＯ膜は、電子温度の低いＸｅプラズマによりスパッタ成膜されるため、下層の有機層や成膜されたＩＴＯ膜にプラズマに起因するダメージは観測されず、低温で、高品質な成膜ができた。このようにして得られたトップエミッション型の有機ＥＬ素子を覆うように窒化ケイ素を、実施例１に示す方法で成膜し、放熱層を兼ねる絶縁性保護膜とした。該絶縁性保護膜の厚さは50ｎｍとした。窒化ケイ素は熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、マイクロ波励起プラズマにより、緻密な薄膜が形成できたため、熱抵抗を十分に低減することでき、素子の温度上昇を抑制することができるため、保護層でありながら放熱層として十分に機能する。基板として金属を用いて、絶縁性保護層として窒化ケイ素を用いれば十分な放熱が得られるが、さらに、効率的に放熱を行うために、別途放熱層を用いても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明な材料であれば特に限定されないがＩＴＯなどが例示される。このようにして完成した有機ＥＬ素子の輝度半減寿命を計測したところ、従来３０００時間であったものが９０００時間となり、保護層の効果が確認された。
【００２９】
(実施例３)
本発明の実施例３における表示装置について、図３を用いて説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図と平面図であり、透明基板と、導電性透明電極と、導電性透明電極上に形成される有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該有機層上に形成される対向電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなる。実施例１に示すボトムエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。保護膜としては、異なる対向電極同士の絶縁性の点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが好ましく、本実施例では実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。実施例１に示す素子をマトリクス上に並べているため、簡便に表示装置を構成しながら、実施例１と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来２０００時間であった輝度半減寿命は６０００時間となった。
【００３０】
(実施例４)
本発明の実施例４における表示装置について、図４を用いて説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と、導電性透明電極に対向する対向電極と、対向電極上に形成される有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該有機層上に形成される導電性透明電極と、発光層を直接または間接に覆うように形成される保護層と、放熱層とからなり、実施例２に示すトップエミッション型有機ＥＬ表示素子をマトリクス状に配置した構成となっているため、導電性透明電極と対向電極とで選択された素子が発光する。基板上に配置された対向電極と導電性透明電極とで発光する素子を選択するため、基板は絶縁性であり、ガラスや石英基板、窒化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などが好ましく、放熱の観点から熱伝導率の高い窒化ケイ素基板や窒化アルミニウム基板、窒化ホウ素基板などがより好ましく、本実施例においては実施例１に記載の方法で形成した窒化ケイ素を用いた。
【００３１】
導電性透明電極と対向電極がマトリクス状にパターニングされ、素子が複数配置されている。実施例２と同様の効果が得られ、緻密で薄い保護層により素子の輝度半減寿命が向上する。測定の結果、従来３０００時間であった輝度半減寿命は９０００時間となった。
【００３２】
(実施例５)
本発明の実施例５における表示装置について、図５を用いて説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
【００３３】
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
【００３４】
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
【００３５】
本実施例５のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＩＴＯ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
【００３６】
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
【００３７】
(実施例６)
図６（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例６のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例５に記載の方法により、ゲート線、ＴＦＴ素子、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを形成し対向電極とした。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを堆積して放熱層とした。
【００３８】
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
【００３９】
(実施例７)
本発明の実施例７における表示装置について、図７を用いて説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は本実施例のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された対向電極と、該対向電極上に形成された有機層として、電子輸送層と発光層とホール輸送層と、該対向電極と対向する様に該有機膜上に形成された導電性透明電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側から電子輸送層、発光層、ホール輸送層が形成される。
【００４０】
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
【００４１】
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
【００４２】
本実施例７のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｘｅプラズマを用いて、素子にダメージを与えることなく、Ａｌを成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＡｌ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、電子輸送層、発光層、ホール輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなく実施例１に記載の方法によって、Ｈｆを５重量％含むＩＴＯ膜を１５０ｎｍ成膜し、導電性透明電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明である材料であれば特に限定されないがＩＴＯなどが例示される。
【００４３】
このようにして得られたトップエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
【００４４】
(実施例８)
図８（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例８のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例７に記載の方法により、ゲート線、ＴＦＴ素子、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｘｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを成膜しフォトリソグラフィ法でパターニングして対向電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、電子輸送層、発光層、ホール輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示す方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、放熱層を別途設けても良い。トップエミッション型に使用される透明放熱層としては、熱伝導率が高く透明である材料であれば特に限定されないがＩＴＯなどが例示される。
【００４５】
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来３０００時間だった寿命が９０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
【００４６】
(実施例９)
本発明の実施例９における表示装置について、図９を用いて説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は本実施例のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
【００４７】
スイッチング素子は、ＴＦＴ素子やＭＩＭ素子など、電流のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものがよく、有機ＥＬ素子の輝度の制御性の点からＴＦＴ素子が好ましい。
【００４８】
ＴＦＴ素子は、表示装置の仕様によりことなるが、公知のアモルファスＴＦＴやポリシリコンＴＦＴを好適に使用できる。
【００４９】
本実施例９のアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の製造方法について、次に説明する。まず、洗浄されたガラス基板に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波励起プラズマ成膜装置により、基板から１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、イオン照射を行いながら、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でポリシリコンを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングしてＴＦＴの素子領域を得た。次に、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。これに引き続き、Ａｌを３００ｎｍスパッタ成膜した。スパッタに際しては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスが好適に使用できるが、Ｘｅを用いると、電子の衝突断面積が大きく、電子温度が低いため、成膜されたＡｌにプラズマによるダメージが抑制されより好適である。次に、フォトリソグラフィ法により、成膜されたＡｌをパターニングし、ゲート配線およびゲート電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜した。形成した窒化ケイ素に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホールを形成し、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
【００５０】
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。
【００５１】
(実施例１０)
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すようにＴＦＴ上に平坦化膜を形成し、その後に有機ＥＬ素子を形成しても良い。このようにすることで、平坦面に有機ＥＬ素子を形成できるため、製造歩留まりが向上する。さらに、信号線層と異なる層に有機ＥＬ層が形成されるため、画素電極を信号配線上に拡張し配置でき、発光素子の面積を増加することが可能である。さらに、信号線を、画素電極とは異なる材料で形成できるため、導電性透明材料を用いる必要が無く、表示装置を大型にした際の配線抵抗を削減でき、表示階調を増加することができる。本実施例１０のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は次のように形成される。まず実施例９に記載の方法により、ＴＦＴ素子、ゲート線、信号線を形成する。信号線は、実施例６に示すＸｅガスを用いたスパッタ法によりＡｌを３００ｎｍ成膜しフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで得た。次に、感光性透明樹脂をスピンコート法により塗布し、露光、現像をおこなったのち、150℃、30分の乾燥の乾燥を行い、平坦化膜とした。前記露光、現像工程により、平坦化膜にはＴＦＴの画素側電極と有機ＥＬ素子とを接続する接続孔が設けられる。感光性透明樹脂としては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂などがあるが、水分の含有、放出が少なく、透明性に優れた、脂環式オレフィン樹脂が好ましく、本実施例においては脂環式オレフィン樹脂を用いた。次に実施例１に記載の方法により、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、導電性透明画素電極を得た。引き続き実施例１に示す方法により、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、同じく実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを形成し対向電極とした。発光層は、赤、緑、青の発光をする材料を、任意に積層して用いても良く、それぞれを単層に形成してマトリクス上に配置しても良い。次に、実施例１に示す方法により、窒化ケイ素膜を５０ｎｍ堆積し保護膜とした。窒化ケイ素膜は熱伝導率が高く、また十分薄く形成されているため、この状態でも放熱層を兼ねた保護層となるが、さらに効率よく放熱を行うため、実施例１に示すＸｅプラズマを用いたスパッタ法によりＡｌを堆積して放熱層とした。
【００５２】
このようにして得られた表示装置の輝度半減寿命を計測した結果、従来２０００時間だった寿命が６０００時間となり、また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。
【００５３】
(実施例１１)
実施例９に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例７に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性透明電極、電子輸送層とホール輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
【００５４】
図１１（ａ）及び（ｂ）はこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例１０で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
【００５５】
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。
【００５６】
(実施例１２)
実施例１０に示すボトムエミッション型アクティブマトリクス表示装置において、実施例８に示す方法と同様の方法で、対向電極と導電性透明電極、電子輸送層とホール輸送層の形成順序をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型アクティブマトリクス表示装置を得ることができる。
【００５７】
図１２（ａ）及び（ｂ）はこれにより形成したトップエミッション型アクティブマトリクス表示素子であり、基板としては表面に絶縁性があればよく、限定されないが、表面に窒化ケイ素膜を形成した金属基板を用いた。ＴＦＴ素子としては実施例１１で示すポリシリコンＴＦＴを用いた。
【００５８】
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、ＴＦＴ素子としてポリシリコンを用いているため、電流駆動能力が向上し、有機ＥＬ素子の制御性がよく、高品質な表示が可能となった。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来３０００時間であったものが、９０００時間まで向上した。また、発光面積は、従来の素子面積比６０％だったものに対して８０％となり、表面輝度が２０％上昇した。さらに、有機層が平坦化膜の上に形成されるため、成膜不良などの発生がなく製造歩留まりが向上した。
【００５９】
(実施例１３)
実施例１３におけるＴＦＴおよびそれを用いた表示素子の構造について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は、本実施例におけるボトムエミッション型有機ＥＬ表示装置の断面図および平面図であり、基板と複数のゲート配線と、ゲート配線に交差する複数の信号線と、該ゲート配線と該信号線の交差部付近に設置されたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された導電性透明画素電極と、該透明画素電極上に形成された有機層として、ホール輸送層と発光層と電子輸送層と、該透明画素電極と対向する様に該有機膜上に形成された対向電極と、少なくとも有機層を直接または間接に覆うように形成された保護層と、保護層に接するように形成された放熱層とからなる。有機層は、透明画素電極に近い側からホール輸送層、発光層、電子輸送層が形成される。
【００６０】
本実施例のＴＦＴ素子および表示装置は次のように形成される。まず、洗浄した基板上に感光性透明樹脂を３５０ｎｍ塗布し、露光、現像することで、ゲート線およびゲート電極領域に開口を設ける。次に、該開口部にスクリーン印刷法や、インクジェット印刷法、めっき法などにより、金属膜を前記感光性透明樹脂と同等の厚さで形成し、ゲート配線およびゲート電極とする。金属膜の材料は、製法により適宜選ぶことができるが、抵抗率の低い、Ａｕ，Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどが好ましい。本実施例においてはＡｇを配線材料として選択した。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、基板温度２００℃、Ａｒ：Ｎ２：Ｈ２：ＳｉＨ４＝８０：１８：１．５：０．５で、窒化ケイ素を３００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜とした。基板温度を２００℃とすることで、ゲート絶縁膜として用いることのできる、絶縁耐圧が高く界面準位密度の小さい良質な窒化ケイ素を成膜できた。つぎに、同じ装置を用いて、基板温度２００℃、Ａｒ：ＳｉＨ４＝９５：５の体積比でアモルファスシリコンを５０ｎｍ成膜し、引き続きＡｒ：ＳｉＨ４：ＰＨ３＝９４：５：１でｎ＋アモルファスシリコンを３０ｎｍ成膜した。成膜されたアモルファスシリコンおよびｎ＋シリコンの積層膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、素子領域を形成した。次に、実施例１に示す方法と同様の方法で、Ｈｆを５重量％含有するＩＴＯ膜を３５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることで、信号線および信号線電極、導電性透明画素電極を得た。次にパターニングされたＩＴＯ膜をマスクとして、公知のイオンエッチング法でｎ＋アモルファスシリコン層をエッチングすることにより、ＴＦＴのチャネル部分離領域を形成した。実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、室温で窒化ケイ素を成膜し、フォトリソグラフィ法により有機ＥＬ素子領域のパターニングすることで、ＴＦＴチャネル分離部の保護膜および有機ＥＬ素子の導電性透明電極と対向電極との短絡を防止する絶縁層とした。次に、実施例１に記載の方法により、有機層として、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を連続的に成膜し、大気に曝すことなくゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し、対向電極とした。次に、実施例１で用いた２段シャワープレートマイクロ波プラズマ成膜装置により、窒化ケイ素を室温で５０ｎｍ成膜し、保護層とした。該保護層は、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高く、また、十分に薄いため、熱抵抗は小さく、単独でも十分放熱層を兼ねることができるがさらに効率よく放熱を行うために放熱層を別途設けても良い。本実施例においては、ゲート配線形成に用いたＡｌスパッタ装置によって、電子温度の低いＸｅプラズマを用いてＡｌを成膜し放熱層とした。
【００６１】
このようにして得られたボトムエミッション式アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜のもつ高い仕事関数により、バッファ層やホール注入層が不要となるため、高効率の発光が可能である。さらに、熱伝導率が高く、薄い保護層を用いているため、保護層の機能を十分果たしながら素子の温度上昇を抑制できるため、素子寿命が格段に向上できる。本実施例に示す表示装置の輝度半減寿命を測定した結果、従来２０００時間であったものが、６０００時間まで向上した。さらにゲート電極が埋め込まれた構造となるため、ＴＦＴを構成する半導体層が平滑面上に形成でき、ＴＦＴの電流バラツキを抑えることができるため、表示品位が向上するばかりでなく、電流バラツキによる有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。
【００６２】
実施例９に示す方法により、アモルファスシリコン層の換わりにポリシリコン層を用いてもよく、この場合にはＴＦＴの電流駆動能力が向上するため、有機ＥＬ素子の発光の制御性が向上し、表示品位を向上することができる。
【００６３】
さらに、実施例７、実施例１１に示すように、対向電極と導電性透明電極、電子輸送層とホール輸送層をそれぞれ入れ替えることで、トップエミッション型の構成としてもよく、この場合には、有機ＥＬ素子からの光の取り出し効率を向上することができる。
【００６４】
さらに、実施例６、実施例８、実施例１０、実施例１２に示すように、ＴＦＴ上に平坦化膜を構成してその上に有機ＥＬ素子を構成してもよく、この場合には有機ＥＬ層が平坦な上に形成されるため、成膜不良などが抑制されるため、素子寿命が向上し、さらに輝度のばらつきや寿命のバラツキを抑制することが可能になる。
【００６５】
(実施例１４)
実施例１４における表示素子について、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）（ｂ）は本実施例の放熱層の一例を示す断面図及び平面図であり、実施例１における表示素子の放熱層の例を示している。本実施例の放熱層は、表面にくし型のパターンを配置してなり、これにより、外部の層、例えば空気層と接触する面積を向上し放熱効率の向上を図るものである。このようにくし型の電極としたことにより、放熱効率が向上し、素子の輝度半減寿命が２０％向上した。本実施例においてはくし型の構造としたが、外部の層との接触面積を増やせる構造であればよく、エンボス上の凹凸などでもよい。さらに、放熱層は、保護層と兼用しない場合、素子全面を覆う必要はなく、少なくとも発光領域を覆えばよい。隣り合う放熱層を接続して、ヒートシンクやペルチェ素子などの別の放熱手段を素子外部に設けても良い。
【００６６】
さらに、トップエミッション型の場合は、光の波長に比べ十分短い、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の凹凸を設けても、よく、また、ブラックマトリクスにの形状に合わせて数ミクロンの高さのマトリクス状の格子形状を設けてもよく、これにより放熱効果を数％程度、向上することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｈｆを含有したＩＴＯ膜により、ＩＴＯの仕事関数を５．５ｅＶ程度まで高くすることができるので、有機ＥＬ素子におけるホール注入効率を向上し、一般的に必要とされるホール注入層やバッファ層が不要となるため、発光効率が向上し、以って輝度を向上することができる。さらに、発光層へのエネルギー障壁が低減することにより、発熱量が低下し、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。さらに、本発明によれば、有機ＥＬ発光層の保護層として、窒化物を用いるため、熱伝導率が高く、薄膜でも水分や酸化性ガスの透過の無い、安定な保護層を得ることができ、発光層での発熱を効率よく外部へ放出することが可能であるため、有機ＥＬ素子の寿命を向上することができる。本発明の表示素子によれば、窒化物保護膜を低温気相成長で形成するので、有機ＥＬ層のダメージを防ぐことができる。さらに、本発明の表示素子によれば、平坦構造の上に有機ＥＬ素子を形成することができるため成膜不良などが減り、素子の寿命を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、表示面積を拡大することができ、画面輝度を向上することができる。さらに本発明の表示素子によれば、有機ＥＬの電極と信号線を別々の配線層に配置できるため、信号線と、有機ＥＬ素子の電極を別材料にできるため、信号線の電気抵抗を低減でき、大型の表示装置を構成することができる。さらに本発明の表示装置によれば、埋め込みゲート構造のＴＦＴが使用できるため、ＴＦＴ素子の半導体領域を略平坦な構造することができ、ＴＦＴ素子の電流バラツキを低減することがでるため、高品位な表示を実現しながら、有機ＥＬ素子の寿命バラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１のボトムエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例２にかかるトップエミッション型のパッシブ表示素子の構造を示す断面図および平面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例３のボトムエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図と平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例４のトップエミッション型パッシブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例５のボトムエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例６に係る有機ＥＬ素子の一部を示す断面図および平面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例７のトップエミッション型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の一部の画素を示す断面図および平面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例８に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例９に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例１０に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１１に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１２に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例１３に係る有機ＥＬ表示装置の一部を示す断面図および平面図である。
【図１４】本発明の実施例１４に係る放熱層の一例を示す断面図及び平面図である。
【図１５】上記した実施例で使用した２段シャワープレート式マイクロ波励起高密度プラズマ成膜装置の概略構成を示す図である。

Claims

基板の上に、透明導電性電極と、前記透明導電性電極と対向する対向電極と、前記透明導電性電極と前記対向電極との間に設けられた発光層と、少なくとも前記発光層を覆う保護層とを有する有機ＥＬ発光素子の製造方法において、
保護層を形成する工程を有し、前記保護層を形成する工程は、マイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長により、膜厚１００ｎｍ以下の窒化膜を形成する工程を有し、
前記マイクロ波励起プラズマを用いた低温気相成長は、２段シャワープレートを有するプラズマ処理装置内で行う低温気相成長であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子の製造方法。
前記窒化膜を形成する工程は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、からなる群から選ばれる元素と窒素との化合物の少なくとも一つを形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法。
前記窒化膜を形成する工程は、窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタルおよび窒化アルミニウムの少なくとも一つを形成する工程であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法。
前記窒化膜を形成する工程は、３０ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さを有する窒化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法。
前記窒化膜を形成する工程は、プラズマ励起ガスとしてＡｒ、Ｋｒ、及びＸｅの少なくとも一つの元素を用いて前記窒化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法であって、透明導電性電極と対向電極のうち一方の電極を形成する工程と、前記一方の電極の上に発光層を形成する工程と、前記発光層の上に前記一方の電極とは異なる他方の電極を形成する工程と、前記他方の電極の上に前記保護層を形成する工程を有し、前記他方の電極を形成する工程が、Ｘｅプラズマを用いるスパッタ法により前記他方の電極を形成する工程であることを特徴とする有機ＥＬ発光素子の製造方法。
基板上に、マトリクス状に配置された複数のゲート線と、複数の信号線と、前記ゲート線と前記信号線との交差部分付近に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に接続される有機ＥＬ発光素子とを有する表示装置の製造方法であって、有機ＥＬ発光素子を請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ発光素子の製造方法で製造することを特徴とする表示装置の製造方法。