JP4640690B2 - アクティブマトリクス有機ｅｌ表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ:Electro Luminescence）表示装置及びその製造方法に関し、特に、能動素子としてポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）を用いるアクティブマトリクス有機エレクトロルミネッセンス表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄型、軽量の平面型表示装置として液晶表示装置が一般に用いられてきたが、液晶表示装置は液晶の配向方向によって透過光を制御するため、視野角が狭く応答特性が悪いといった問題がある。これに対し、近年、視野角が広く、応答特性の良いアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置が注目されている。有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光するという原理を利用した自発光素子であるため、視認性に優れ、また、バックライト光源を使用しないために消費電力を低減することができ、携帯電話等の携帯端末機器の表示装置として期待されている。
【０００３】
このアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子自体の発光効率を高めるために、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層等の積層構造体における発光層への正孔の注入効率や再結合により生成する励起子の生成効率等を改善することが重要であるが、表示装置としての表示品位を向上させるためには、能動素子として設けるＴＦＴの特性や回路の応答性等を向上させることが求められる。
【０００４】
上記ＴＦＴとしては、従来はアモルファスシリコン膜を用いたアモルファスシリコンＴＦＴが主流であったが、最近では、ＴＦＴの特性向上を図るためにアモルファスシリコン膜よりも電界移動度の高いポリシリコン膜を用いたＴＦＴ（以下、ポリシリコンＴＦＴと略す。）の開発が進められている。ポリシリコンＴＦＴでは、アモルファスシリコン膜を結晶化する処理が必要であり、そのプロセスとしては、電熱炉を用いて６００℃程度の高温で結晶化を行う高温プロセスと、レーザ光や赤外光等を用いて３００℃程度以下の低温で結晶化を行う低温プロセスとがある。
【０００５】
高温プロセスでは、ＬＳＩ技術を踏襲して熱酸化ゲート絶縁膜を形成することができ、熱酸化ゲート絶縁膜とポリシリコンとの界面特性が安定しているため、ＴＦＴの特性のばらつきを抑えることができるという利点があるが、結晶化処理の温度が高いために、ガラスやプラスチック等の基板を用いる表示装置に適用することはできない。従って、アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、通常、レーザアニール法やランプアニール法で結晶化処理を行う低温プロセスが用いられる。
【０００６】
ここで、上記低温プロセスにより形成されたポリシリコンＴＦＴ（以下、低温ポリシリコンＴＦＴと略す。）を備えるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置について、図５乃至図９を参照して説明する。図５は、特開２００１−３１８６２８号公報に記載されている従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′断面図である。また、図６乃至８はアクティブマトリクス基板の製造方法を示す工程断面図であり、図９は、アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の等価回路図である。
【０００７】
図６乃至８を用いて上記公報記載のアクティブマトリクス基板の製造工程について概説する。まず、ガラス基板１００上に下地膜１０１を形成した後、アモルファスシリコンを成膜し、レーザアニール法、ランプアニール法等を用いてポリシリコン膜１０２を形成する（図６（ａ））。次に、ポリシリコン膜１０２上にシリコン酸化膜からなる保護膜１０３を形成し、その上に設けたレジストマスク１０４を介してリン又は砒素等のｎ型不純物を添加し、ｎ型不純物領域１０５を形成した後、レーザアニール法等により、添加した不純物を活性化する（図６（ｂ）、（ｃ））。次に、ポリシリコン膜１０２を部分的に除去して島状の活性層１０６〜１０９を形成し、ゲート絶縁膜１１０を介して、ゲート電極１１１〜１１４と、ソース配線１１５、電流供給線１１６を形成する（図６（ｄ）、（ｅ））。
【０００８】
次に、ゲート電極１１１〜１１４をマスクとして、自己整合的にリン等のｎ型不純物を添加し、不純物領域１１７〜１２４を形成した後、レジストマスク１２５を用いて部分的にリン等のｎ型不純物を添加して高濃度にリンを含む不純物領域１２６〜１３０を形成し、次に、レジストマスク１３１を用いて部分的にボロン等のｐ型不純物を添加して高濃度にボロンを含む不純物領域１３２〜１３５を形成する。そして、レジストマスク１３１を除去してポリシリコンＴＦＴ等の回路子素子が形成される（図７（ａ）乃至（ｄ））。
【０００９】
次に、ポリシリコンＴＦＴを含む回路素子上に第１層間絶縁膜１３６を形成し、レーザアニール法やランプアニール法を用いて不純物元素を活性化した後、第２層間絶縁膜１３７を形成し、第１層間絶縁膜１３６、第２層間絶縁膜１３７、ゲート絶縁膜１１０を貫通し、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。そして、各コンタクトホール内を金属で埋設し、パターニングして配線１３８〜１４５を形成する。その後、接続電極１４１に接する画素電極１４６を形成する（図８（ａ）、（ｂ））。
【００１０】
なお、図６（ａ）から図８（ｂ）までの工程は、アクティブマトリクス液晶表示装置などで用いられる低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術と変わるところはなく、アモルファスシリコン層を形成しアニールによりポリシリコンを形成するポリシリコン形成技術、ｎ型ＴＦＴ及びｐ型ＴＦＴを形成するための不純物注入技術、Ａｌなどの導電膜並びに酸化シリコン及び窒化シリコンからなる絶縁膜形成技術、これらの膜形成領域や注入領域を限定するためのレジスト膜形成技術、並びに形成膜不要領域を除去するエッチング技術などの応用により実現することができる。
【００１１】
その後、図８（ｃ）に示すように第３層間絶縁膜１４７を形成するが、有機ＥＬ素子を構成する積層構造は、陽極及び陰極を除いた厚みは８０ｎｍから２００ｎｍ、陰極の厚みは３０ｎｍから３００ｎｍ程度と薄く、形成膜の段差切れを防止するため、有機ＥＬ素子形成前に急峻な形状をカバーし、段切れ防止のためにエッジをテーパ状に加工している。このテーパ形状の第３層間絶縁膜１４７の形成後、各々の画素の所望領域に有機ＥＬ層１４８を蒸着技術により形成し、続けて陰極１４９、保護電極１５０を形成し、最後に有機ＥＬ層１４８を保護するパッシベーション膜１５１を形成することによりアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置が形成される。
【００１２】
上記方法で形成されたアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、図９の等価回路に示すように、行方向に配置されたゲート配線１４５と、列方向に配置されたソース配線１１５及び電流供給線１１６とで囲まれる画素内に、ゲート配線１４５及びソース配線１１５に接続されるスイッチング用ＴＦＴ２０２と、有機ＥＬ層１４８を画素電極（陽極）１４６と陰極１４９とで挟み込んで形成した発光素子２０４と、ソース／ドレインの一方が保持容量２０７を介してスイッチング用ＴＦＴ２０２のドレインに、他方が発光素子２０４の陽極に接続される制御用ＴＦＴ２０３とが形成され、発光素子２０４の陰極１４９は全ての画素で共通となっている。このように陰極電極が表示領域全面の単一電極構造で良いのは、各画素へのアドレスがロウドライバ及びカラムドライバからの配線により選択でき、陰極１４９は単なる電源供給電極でしかないからである。
【００１３】
この等価回路で示す画素をマトリクス状に配列して図５（ａ）に示す画素部４００２を形成し、行方向及び列方向の端部にゲート側駆動回路４００４とソース側駆動回路４００３とを配置し、第１シール材４１０１及び第２シール材４１０４でシールして有機ＥＬ表示装置が形成される。そして、図５（ａ）のＢ−Ｂ´線における断面図（外部との接続部分、ソース側駆動回路４００３の一部、画素部４００２の一画素の断面図）を表す図５（ｂ）及び前記した図８（ｃ）に示すように、陰極電極（図８（ｃ）の陰極１４９及び保護電極１５０、図５（ｂ）の陰極４３０５に該当する。）は、画素がマトリクス状に配列された表示領域全面、つまりポリシリコンＴＦＴを含む画素回路や、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路とを接続する配線上にも形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子を構成する陰極電極が表示領域全面に単一電極として形成される従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造では、以下に示す２つの問題点がある。
【００１５】
まず、第１の問題は、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路を接続する配線上にも形成されるため、この配線と陰極電極との間に容量が生じ、この容量により信号が遅延するということである。この信号の遅延によりフレーム周波数に制限が生じ、高速動画対応可能なアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置を実現することができなくなってしまう。また、上記容量を持った配線に信号を送ることは電力消費の面で不利であり、低消費電力化の妨げとなってしまう。
【００１６】
また、第２の問題点は、陰極電極を形成するための蒸着工程において、蒸着源に電子ビーム蒸着源を用いることができないということである。この蒸着製膜工程は、被膜材料を真空中で加熱蒸発させ、基板上にその被膜材料を被覆させる技術であり、被膜材料の加熱方法は多く存在するが、電子ビーム蒸着源が一般の量産設備において多く用いられる。これは、他の蒸着源に比べ、被膜材料飛散角度が安定し良質な蒸着膜が実現できること、スプラッツが発生しにくく膜の均一性が優れていること、及び被膜材料の充填が容易でありメンテナンスを多く必要とせず設備の稼働率が高いことなどの理由によるものである。
【００１７】
ところが、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の陰極電極の形成を電子ビーム蒸着源を具備する蒸着装置を用いて行うと、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ポリシリコンＴＦＴ上にも形成されるため、電子ビーム蒸着源から特性Ｘ線が発生し、このＸ線によりポシシリコンＴＦＴの閾値電圧Ｖｔが変化したりリーク電流が増加したりオン電流が減少する等の特性劣化が生じるということが明らかになった。
【００１８】
図１０に、ポリシリコンＴＦＴにＸ線を照射した場合の特性変化の実験結果例を示す。図の横軸はゲート電圧、縦軸はドレイン電流を示しており、図から分かるように、Ｘ線被爆によりポリシリコンＴＦＴの特性はｐｃｈ−ＴＦＴ、ｎｃｈ−ＴＦＴともマイナス側（図の左側）にシフトしている。このゲート電圧のシフトにより正常にＴＦＴを動作させることができず、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができなくなってしまう。
【００１９】
このポリシリコンＴＦＴのゲート電圧の変動は、ポリシリコンＴＦＴのゲート絶縁層内にトラップ準位が生じることが原因と考えられる。ここで、従来のポリシリコンＴＦＴ、特に低温プロセスを用いて製作したポリシリコンＴＦＴでは、マトリクス状に形成した各々のＴＦＴの特性やその均一性が十分でなかったため、特性Ｘ線の影響を明確にすることができなかったが、本願発明者は低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術に改良を加え、特性及び均一性に優れたポリシリコンＴＦＴの製造を可能としたことにより、上記問題を明確にすることができた。この電子ビーム蒸着の特性Ｘ線と低温ポリシリコンＴＦＴのゲート電圧の変動との詳細な関係は、本願発明者が見出した新規な事実である。
【００２０】
このように、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路を接続する配線やポリシリコンＴＦＴ上にも形成されるため、配線と陰極電極との間に生じる容量や、電子ビーム蒸着の特性Ｘ線によるポリシリコンＴＦＴ特性の劣化を引き起こしてしまい、高速応答性、高品位の表示装置を実現することができなくなってしまうという問題があり、これら２つの問題を解決できるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造及び製造方法の提案が求められている。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、製造工程を複雑化することなく、配線−陰極電極間の容量による信号の遅延やポリシリコンＴＦＴの誤動作による表示品位の低下を防止することができるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域に形成するものである。
【００３０】
また、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成するものである。
【００３１】
また、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上及び前記ロウドライバ又は前記カラムドライバのいずれか一方に接続される前記配線上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成するものである。
【００３２】
このように、本発明では、蒸着工程により形成される陰極電極は、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路とを接続する配線上には形成されないため、配線と陰極電極間に発生する容量を少なくすることが可能となり、ドライバを低電力で高速に動作させることができる。その結果、フレーム周波数を高く設定できフリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができる。
【００３３】
また、本発明では、陰極電極は、画素回路を構成するポリシリコンＴＦＴ形成領域上には形成されず、つまり蒸着工程において蒸着マスクにより保護されているため、Ｘ線の影響によるポリシリコンＴＦＴ特性の劣化を防止することができる。その結果、量産性に優れた電子ビーム蒸着装置を用いることができ、また、特性バラツキの少ない設計要求性能を有するポリシリコンＴＦＴにより構成される制御回路を具備するため、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、その好ましい一実施の形態において、ガラス基板上に、マトリクス状に配列された有機ＥＬ発光素子と、各々の有機ＥＬ発光素子を制御するポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、画素回路を制御するロウドライバ及びカラムドライバとを備え、陰極電極を、金属板に開口を形成した蒸着マスクと電子ビーム蒸着源とを用いて、ポリシリコンＴＦＴ上又はポリシリコンＴＦＴ上とロウ側配線上とを除く領域に、ロウ側配線方向に連続する２以上の画素の発光部を囲むように形成するものであり、ロウドライバ又はカラムドライバと画素回路とを接続する配線やロウ側配線上に陰極電極を形成しないことにより、該配線と陰極電極との間の容量を低減すると共に、ポリシリコンＴＦＴを蒸着マスクを覆って陰極電極を形成することにより、電子ビーム蒸着源からのＸ線によるＴＦＴ特性の劣化を防止することができる。
【００３５】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００３６】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構成を模式的に示すブロック図であり、（ａ）は表示領域全体、（ｂ）は１つの画素（サブ画素）を示している。また、図２は、第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図であり、図３はその製造工程の一部を示すＡ−Ａ′断面図である。
【００３７】
以下の記載において、説明を容易とするため、有機ＥＬ素子の劣化を防ぐ封止構造及び封止に関する製造工程、ポリシリコンＴＦＴと有機ＥＬ素子等からなるガラス基板（以下、表示基板と呼ぶ。）と外部電源とのＦＰＣなどからなる電気的接続構造及びその工程並びに表示基板への電力供給及び信号入力回路等に関する記載を省略する。
【００３８】
図１に示すように、本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、１画素を構成するＲＧＢ３原色のサブ画素の各々に形成される有機ＥＬ素子は横に並んで配列され、図の上下方向に長尺であり、各サブ画素の有機ＥＬ素子を制御する画素回路３は各有機ＥＬ素子の上側に形成されている。そして、画素をマトリクス状に配列することにより表示領域を形成し、表示領域の左右両側に各行を選択するロウドライバ１ａが配置され、表示領域の下側に各列を選択し各サブ画素の輝度を制御するカラムドライバ２ａが配置されている。このロウドライバ１ａとカラムドライバ２ａにより、選択された画素は各々輝度が制御されて発光することにより表示機能を果たす。
【００３９】
また、各サブ画素に形成される有機ＥＬ素子の陰極電極７は、各行に独立して形成されている。この陰極電極７は、図２に示すように、ポリシリコン形成領域１０ａを含む画素回路３上には形成されず、ロウドライバ１ａの配線方向に連続する２以上の画素の有機ＥＬ素子発光領域５及び発光領域間に配置されるカラムドライバ２ａの配線上に形成される。また、この陰極電極７の電気的接続は、表示領域とロウドライバ形成領域間に形成される陰極電極配線４に設けるコンタクトホール６により実現する。ロウドライバ１ａから画素回路３への配線と陰極電極配線７とは多層配線構造により電気的独立を確保している。
【００４０】
なお、図１及び図２の構造は例示であり、各々の画素における有機ＥＬ素子発光領域５や画素回路３の配置、ＲＧＢ３原色のサブ画素の配列、ロウドライバ１ａ、カラムドライバ２ａ、陰極電極配線４の配置等は任意に設定することができる。また、陰極電極７と陰極電極配線４との接続は、各々の画素（すなわち、３つの隣接するサブ画素）の１辺で行っても対向する２辺で行ってもよい。
【００４１】
次に、上記構成のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造手順について、図２の平面図及び図３の工程断面図を用いて説明する。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の表示基板には、低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術を用いて形成されたポリシリコンＴＦＴ及びその他の素子からなる画素回路３やゲート線１１、データ線１２、電力供給線８、陰極電極配線４等の各種配線が形成されている。この画素回路３は、アモルファスシリコンをレーザアニール法やランプアニール法により結晶化するポリシリコン層形成技術、半導体製造技術から応用される製膜、パターニング、エッチング技術及びその他の技術を用いて実現することができる。
【００４３】
具体的には、例えば、ガラス等の透光性の基板上にＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成し、その上にアモルファスシリコンを堆積し、不純物ドーピング工程及びレーザアニール等のポリシリ化工程を行った後、レジスト塗布、露光、エッチング工程を経て、ＴＦＴ形成領域にポリシリコン１０を形成する。次に、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜とＷＳｉ（タングステンシリサイド）等を順次堆積し、同様にＰＲとエッチングを施してゲート電極、ゲート配線１１を形成し、不純物ドーピングを施すことによりポリシリコンＴＦＴを形成する。次に、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜を堆積した後、ＰＲ、エッチングによりコンタクトホールを形成し、その上にＡｌ等を堆積して、同様にＰＲとエッチングを施して、ソース／ドレイン電極、データ線１２、電力供給線８、陰極電極配線４等を形成する。
【００４４】
なお、基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する前に、ＴＦＴ形成領域下層にＷＳｉや金属等を堆積して遮光膜を形成してもよい。また、図では、ゲート線１１と、データ線１２や陰極電極配線４等とを層間絶縁膜を介して積層しているが、図５及び図６に示す従来技術のようにこれらの配線を同一層に形成し、交差部をブリッジにより接続する構造としてもよい。
【００４５】
上記方法によってポリシリコンＴＦＴや各種配線を形成した基板上に、各有機ＥＬ素子７の陽極１３となるＩＴＯ電極を形成した後、有機ＥＬ素子発光領域５が開口し、そのエッジがテーパ状になった絶縁層９ｂを、ＣＶＤ等による酸化膜層形成および当方性エッチング技術により、または光感光性レジストのキュアによるエッジ鈍化技術により形成する。その際、本実施例では、画素毎に陰極電極７を分離して形成するため、各々の陰極電極７を陰極電極配線４で接続するためのコンタクトホール６も同時に形成する。このコンタクトホール６も陰極電極７の段切れを防止するためにエッジをテーパ状に加工する。
【００４６】
その後、有機ＥＬ素子構造として公知である正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を順に蒸着技術等で形成し有機層１４を形成する。この有機層１４は、正孔輸送層／発光層／電子輸送層、正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層あるいは発光層単独のいずれの構造でもよく、マトリクスカラー表示の場合は、画素ごとに発光層の材質を変えて積層する。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば、Ｌｉ又はＬｉ化合物とＡｌとからなる陰極電極７を蒸着技術を用いて形成する。ここで、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、陰極電極７（図５の陰極４３０５、図８の陰極１４９及び保護電極１５０）を表示領域全面に形成するため、陰極電極７と、ロウドライバ１ａ及びカラムドライバ２ａと画素回路３とを接続する配線との間に形成される容量により、信号が遅延して応答特性が劣化するという問題や、電子ビーム蒸着におけるＸ線の影響でポリシリコンＴＦＴの特性が劣化するという問題があった。
【００４８】
そこで、本実施例では、これらの問題を同時に解決するために、陰極電極７を表示領域全面に形成するのではなく、図２に示すように、ポリシリコンＴＦＴや接続配線を含む画素回路３から所定の距離だけ離れた領域（具体的には、ポリシリコン形成領域１０ａからＬ１だけ離れた領域）に形成することを特徴としている。その際、画素回路３上に陰極電極７が形成されないようにするために画素回路３上を覆い隠す必要があるが、陰極電極７の下層には有機層１４が形成されているため、レジストパターンを用いて選択的に陰極電極７を形成することはできない。そこで、アンバーなどの金属板からウェットエッチング技術を用いて形成される蒸着マスクを用いる。
【００４９】
そして、基板上にこの蒸着マスクを位置合わせして設置し、その上から、例えば厚み５００ｎｍ程度の膜厚のＬｉ又はＬｉ化合物とＡｌとを堆積（例えば、リチウム０．１ｗｔ％アルミニウム共蒸着）する。この蒸着マスクにより陰極電極７はパターニングされるが、そのパターンは、図２の構成の場合は各行（ＲＧＢ３原色の各サブ画素）のＥＬ素子発光領域５及び陰極電極配線４上のコンタクトホール６を含むような短冊形状となる。また、コンタクトホール６上にも陰極電極７を堆積し、各々の陰極電極７と陰極電極配線４とを電気的に接続する。その後、必要に応じて、保護電極やパッシベーション膜を形成し、表示基板が完成する。
【００５０】
このような蒸着マスクを用いて、ポリシリコンＴＦＴや接続配線を含む画素回路３を保護することにより、陰極電極７と接続配線間の容量の発生を防止することができると共に、Ｘ線によるポリシリコンＴＦＴの特性劣化の恐れが無いため、陰極電極７を形成するための蒸着工程に、良質な蒸着膜が得られる電子ビーム蒸着源を用いることができ、有機ＥＬ素子の特性の均一性向上、量産性向上を図ることができる。なお、蒸着マスクとしては、強度を維持するために通常、５０μｍ程度の膜厚を有しており、この程度の膜厚の金属であれば電子ビーム蒸着源から発生するＸ線を十分に吸収することができる。
【００５１】
このようにして形成されたアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、ロウ側配線およびカラム側配線により選択された任意の一画素は、電力供給線８から陽極１３を通じて、また、陰極電極配線４を通じて陰極電極７から有機ＥＬ層に電圧が印加される。これにより、所望の輝度で任意の有機ＥＬ素子を発光させることができ、表示装置としての機能を実現することができる。
【００５２】
なお、図２では設計通りの位置に陰極電極７が形成された場合を図示しており、ポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７との間の距離（Ｌ１及びＬ２）は同距離として図示している。実際に表示装置を製作した場合、陰極電極形成領域はガラス基板上に形成したポリシリコン形成領域１０ａと目ズレが生じる可能性がある。そこで、目ズレが生じても陰極電極７がポリシリコン形成領域１０ａと平面上重ならないようにポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７間の間隔を確保する必要がある。この間隔としては、現状の蒸着技術では上述の目ズレは２０μｍ程度発生することを考慮すると、本願発明の表示装置を実現するにはＬ１及びＬ２は２０μｍ以上に設定することが好ましいと言える。
【００５３】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【００５４】
前記した第１の実施例では、陰極電極７を画素回路３と重ならないように形成したが、配線と陰極電極７間の容量を更に低減するためには、陰極電極が極力、配線と重ならないように形成することが好ましい。そこで、第２の実施例では、陰極電極７をポリシリコン形成領域１０ａおよびロウ側配線（ゲート配線１１）の双方と重ならない領域に形成している。
【００５５】
本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法は第１の実施例と同様であり、陰極電極７を形成する際に、各行のＥＬ素子発光領域５及び陰極電極配線４上のコンタクトホール６を含む短冊形状の蒸着マスクを用いて、電子ビーム蒸着によりＬｉ又はＬｉ化合物とＡｌとからなる陰極電極７を形成する。なお、ポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７との距離（Ｌ１）及びロウ側配線（ゲート配線１１）と陰極電極７との距離（Ｌ３）も目ズレを考慮して２０μｍ以上となるように蒸着マスクを形成することが好ましい。
【００５６】
このように、蒸着マスクによりポリシリコンＴＦＴを保護して電子ビーム蒸着を行うことにより、ポリシリコンＴＦＴの特性劣化を防止することができ、良質な蒸着膜が得られる電子ビーム蒸着源を用いることにより、有機ＥＬ素子の特性の均一性向上、量産性向上を図ることができる。また、陰極電極７がロウ側配線（ゲート配線１１）よりも画素側に形成されるため、有機ＥＬ発光領域５は第１の実施例に比べて小さくなるが、陰極電極７とロウ側配線間の容量を少なくすることができ、更なる高速動作を実現することができる。
【００５７】
なお、上記各実施例では、有機ＥＬ発光領域５及び画素回路３が各画素内で同様に配置されているため、陰極電極７は単純な短冊形状としたが、本発明は、陰極電極７をポリシリコンＴＦＴを含む画素回路３やゲート線１１等のロウ側配線と相重ならないように形成する構成であればよく、陰極電極７を画素回路３やロウ側配線を避けるような複雑な形状で形成することも可能である。但し、蒸着マスクはフォトマスクと異なり正確な寸法で形成することが困難であり、また、位置合わせも難しいことから、極力単純な形状とすることが好ましく、蒸着マスクの形状を単純化できるように、画素回路３の配置や画素の配列方向等を考慮してレイアウトすることが好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００５９】
本発明の第１の効果は、特性ばらつきの少ない、設計要求性能を有するポリシリコンＴＦＴにより構成される制御回路を具備するため、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができるということである。
【００６０】
その理由は、蒸着工程により形成される陰極電極は、ポリシリコンＴＦＴ形成領域上には形成されず、つまり蒸着工程において蒸着マスクによりポリシリコンＴＦＴは保護されているため、蒸着工程において電子ビーム蒸着源を用いたことにより基板がＸ線被爆したとしても、本願発明の表示装置が具備するポリシリコンＴＦＴの諸特性には影響せず、設計通りの特性から得られる表示画質を得ることができるからである。
【００６１】
また、本発明の第２の効果は、フレーム周波数を高く設定することができ、フリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができるということである。
【００６２】
その理由は、陰極電極をロウドライバ及びカラムドライバからの配線上やロウ側配線上に形成しないことにより、これらの配線と陰極電極間に発生する容量を少なくすることができるからである。その結果、フレーム周波数を高く設定することが可能となり、フリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができる。また、容量の低減によりドライバを低電力で動作させることが可能となり、表示装置の低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【図５】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′線における断面図である。
【図６】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の等価回路図である。
【図１０】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の問題点を示す図であり、Ｘ線被爆によるＴＦＴのゲート電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ ロウ側配線
１ａ ロウドライバ
２ カラム側配線
２ａ カラムドライバ
３ 画素回路
４ 陰極電極配線
５ 発光領域
６ コンタクトホール
７ 有機ＥＬ素子
８ 電力供給線
９ａ、９ｂ 絶縁層
１０ ポリシリコン
１０ａ ポリシリコン形成領域
１１ ゲート線
１２ データ線
１３ 陽極
１３ａ ソース／ドレインコンタクト
１４ 有機層
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ:Electro Luminescence）表示装置及びその製造方法に関し、特に、能動素子としてポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）を用いるアクティブマトリクス有機エレクトロルミネッセンス表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄型、軽量の平面型表示装置として液晶表示装置が一般に用いられてきたが、液晶表示装置は液晶の配向方向によって透過光を制御するため、視野角が狭く応答特性が悪いといった問題がある。これに対し、近年、視野角が広く、応答特性の良いアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置が注目されている。有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光するという原理を利用した自発光素子であるため、視認性に優れ、また、バックライト光源を使用しないために消費電力を低減することができ、携帯電話等の携帯端末機器の表示装置として期待されている。
【０００３】
このアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子自体の発光効率を高めるために、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層等の積層構造体における発光層への正孔の注入効率や再結合により生成する励起子の生成効率等を改善することが重要であるが、表示装置としての表示品位を向上させるためには、能動素子として設けるＴＦＴの特性や回路の応答性等を向上させることが求められる。
【０００４】
上記ＴＦＴとしては、従来はアモルファスシリコン膜を用いたアモルファスシリコンＴＦＴが主流であったが、最近では、ＴＦＴの特性向上を図るためにアモルファスシリコン膜よりも電界移動度の高いポリシリコン膜を用いたＴＦＴ（以下、ポリシリコンＴＦＴと略す。）の開発が進められている。ポリシリコンＴＦＴでは、アモルファスシリコン膜を結晶化する処理が必要であり、そのプロセスとしては、電熱炉を用いて６００℃程度の高温で結晶化を行う高温プロセスと、レーザ光や赤外光等を用いて３００℃程度以下の低温で結晶化を行う低温プロセスとがある。
【０００５】
高温プロセスでは、ＬＳＩ技術を踏襲して熱酸化ゲート絶縁膜を形成することができ、熱酸化ゲート絶縁膜とポリシリコンとの界面特性が安定しているため、ＴＦＴの特性のばらつきを抑えることができるという利点があるが、結晶化処理の温度が高いために、ガラスやプラスチック等の基板を用いる表示装置に適用することはできない。従って、アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、通常、レーザアニール法やランプアニール法で結晶化処理を行う低温プロセスが用いられる。
【０００６】
ここで、上記低温プロセスにより形成されたポリシリコンＴＦＴ（以下、低温ポリシリコンＴＦＴと略す。）を備えるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置について、図５乃至図９を参照して説明する。図５は、特開２００１−３１８６２８号公報に記載されている従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′断面図である。また、図６乃至８はアクティブマトリクス基板の製造方法を示す工程断面図であり、図９は、アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の等価回路図である。
【０００７】
図６乃至８を用いて上記公報記載のアクティブマトリクス基板の製造工程について概説する。まず、ガラス基板１００上に下地膜１０１を形成した後、アモルファスシリコンを成膜し、レーザアニール法、ランプアニール法等を用いてポリシリコン膜１０２を形成する（図６（ａ））。次に、ポリシリコン膜１０２上にシリコン酸化膜からなる保護膜１０３を形成し、その上に設けたレジストマスク１０４を介してリン又は砒素等のｎ型不純物を添加し、ｎ型不純物領域１０５を形成した後、レーザアニール法等により、添加した不純物を活性化する（図６（ｂ）、（ｃ））。次に、ポリシリコン膜１０２を部分的に除去して島状の活性層１０６〜１０９を形成し、ゲート絶縁膜１１０を介して、ゲート電極１１１〜１１４と、ソース配線１１５、電流供給線１１６を形成する（図６（ｄ）、（ｅ））。
【０００８】
次に、ゲート電極１１１〜１１４をマスクとして、自己整合的にリン等のｎ型不純物を添加し、不純物領域１１７〜１２４を形成した後、レジストマスク１２５を用いて部分的にリン等のｎ型不純物を添加して高濃度にリンを含む不純物領域１２６〜１３０を形成し、次に、レジストマスク１３１を用いて部分的にボロン等のｐ型不純物を添加して高濃度にボロンを含む不純物領域１３２〜１３５を形成する。そして、レジストマスク１３１を除去してポリシリコンＴＦＴ等の回路子素子が形成される（図７（ａ）乃至（ｄ））。
【０００９】
次に、ポリシリコンＴＦＴを含む回路素子上に第１層間絶縁膜１３６を形成し、レーザアニール法やランプアニール法を用いて不純物元素を活性化した後、第２層間絶縁膜１３７を形成し、第１層間絶縁膜１３６、第２層間絶縁膜１３７、ゲート絶縁膜１１０を貫通し、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。そして、各コンタクトホール内を金属で埋設し、パターニングして配線１３８〜１４５を形成する。その後、接続電極１４１に接する画素電極１４６を形成する（図８（ａ）、（ｂ））。
【００１０】
なお、図６（ａ）から図８（ｂ）までの工程は、アクティブマトリクス液晶表示装置などで用いられる低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術と変わるところはなく、アモルファスシリコン層を形成しアニールによりポリシリコンを形成するポリシリコン形成技術、ｎ型ＴＦＴ及びｐ型ＴＦＴを形成するための不純物注入技術、Ａｌなどの導電膜並びに酸化シリコン及び窒化シリコンからなる絶縁膜形成技術、これらの膜形成領域や注入領域を限定するためのレジスト膜形成技術、並びに形成膜不要領域を除去するエッチング技術などの応用により実現することができる。
【００１１】
その後、図８（ｃ）に示すように第３層間絶縁膜１４７を形成するが、有機ＥＬ素子を構成する積層構造は、陽極及び陰極を除いた厚みは８０ｎｍから２００ｎｍ、陰極の厚みは３０ｎｍから３００ｎｍ程度と薄く、形成膜の段差切れを防止するため、有機ＥＬ素子形成前に急峻な形状をカバーし、段切れ防止のためにエッジをテーパ状に加工している。このテーパ形状の第３層間絶縁膜１４７の形成後、各々の画素の所望領域に有機ＥＬ層１４８を蒸着技術により形成し、続けて陰極１４９、保護電極１５０を形成し、最後に有機ＥＬ層１４８を保護するパッシベーション膜１５１を形成することによりアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置が形成される。
【００１２】
上記方法で形成されたアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、図９の等価回路に示すように、行方向に配置されたゲート配線１４５と、列方向に配置されたソース配線１１５及び電流供給線１１６とで囲まれる画素内に、ゲート配線１４５及びソース配線１１５に接続されるスイッチング用ＴＦＴ２０２と、有機ＥＬ層１４８を画素電極（陽極）１４６と陰極１４９とで挟み込んで形成した発光素子２０４と、ソース／ドレインの一方が保持容量２０７を介してスイッチング用ＴＦＴ２０２のドレインに、他方が発光素子２０４の陽極に接続される制御用ＴＦＴ２０３とが形成され、発光素子２０４の陰極１４９は全ての画素で共通となっている。このように陰極電極が表示領域全面の単一電極構造で良いのは、各画素へのアドレスがロウドライバ及びカラムドライバからの配線により選択でき、陰極１４９は単なる電源供給電極でしかないからである。
【００１３】
この等価回路で示す画素をマトリクス状に配列して図５（ａ）に示す画素部４００２を形成し、行方向及び列方向の端部にゲート側駆動回路４００４とソース側駆動回路４００３とを配置し、第１シール材４１０１及び第２シール材４１０４でシールして有機ＥＬ表示装置が形成される。そして、図５（ａ）のＢ−Ｂ´線における断面図（外部との接続部分、ソース側駆動回路４００３の一部、画素部４００２の一画素の断面図）を表す図５（ｂ）及び前記した図８（ｃ）に示すように、陰極電極（図８（ｃ）の陰極１４９及び保護電極１５０、図５（ｂ）の陰極４３０５に該当する。）は、画素がマトリクス状に配列された表示領域全面、つまりポリシリコンＴＦＴを含む画素回路や、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路とを接続する配線上にも形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子を構成する陰極電極が表示領域全面に単一電極として形成される従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造では、以下に示す２つの問題点がある。
【００１５】
まず、第１の問題は、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路を接続する配線上にも形成されるため、この配線と陰極電極との間に容量が生じ、この容量により信号が遅延するということである。この信号の遅延によりフレーム周波数に制限が生じ、高速動画対応可能なアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置を実現することができなくなってしまう。また、上記容量を持った配線に信号を送ることは電力消費の面で不利であり、低消費電力化の妨げとなってしまう。
【００１６】
また、第２の問題点は、陰極電極を形成するための蒸着工程において、蒸着源に電子ビーム蒸着源を用いることができないということである。この蒸着製膜工程は、被膜材料を真空中で加熱蒸発させ、基板上にその被膜材料を被覆させる技術であり、被膜材料の加熱方法は多く存在するが、電子ビーム蒸着源が一般の量産設備において多く用いられる。これは、他の蒸着源に比べ、被膜材料飛散角度が安定し良質な蒸着膜が実現できること、スプラッツが発生しにくく膜の均一性が優れていること、及び被膜材料の充填が容易でありメンテナンスを多く必要とせず設備の稼働率が高いことなどの理由によるものである。
【００１７】
ところが、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の陰極電極の形成を電子ビーム蒸着源を具備する蒸着装置を用いて行うと、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ポリシリコンＴＦＴ上にも形成されるため、電子ビーム蒸着源から特性Ｘ線が発生し、このＸ線によりポシシリコンＴＦＴの閾値電圧Ｖｔが変化したりリーク電流が増加したりオン電流が減少する等の特性劣化が生じるということが明らかになった。
【００１８】
図１０に、ポリシリコンＴＦＴにＸ線を照射した場合の特性変化の実験結果例を示す。図の横軸はゲート電圧、縦軸はドレイン電流を示しており、図から分かるように、Ｘ線被爆によりポリシリコンＴＦＴの特性はｐｃｈ−ＴＦＴ、ｎｃｈ−ＴＦＴともマイナス側（図の左側）にシフトしている。このゲート電圧のシフトにより正常にＴＦＴを動作させることができず、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができなくなってしまう。
【００１９】
このポリシリコンＴＦＴのゲート電圧の変動は、ポリシリコンＴＦＴのゲート絶縁層内にトラップ準位が生じることが原因と考えられる。ここで、従来のポリシリコンＴＦＴ、特に低温プロセスを用いて製作したポリシリコンＴＦＴでは、マトリクス状に形成した各々のＴＦＴの特性やその均一性が十分でなかったため、特性Ｘ線の影響を明確にすることができなかったが、本願発明者は低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術に改良を加え、特性及び均一性に優れたポリシリコンＴＦＴの製造を可能としたことにより、上記問題を明確にすることができた。この電子ビーム蒸着の特性Ｘ線と低温ポリシリコンＴＦＴのゲート電圧の変動との詳細な関係は、本願発明者が見出した新規な事実である。
【００２０】
このように、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、陰極電極が表示領域全面、すなわち、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路を接続する配線やポリシリコンＴＦＴ上にも形成されるため、配線と陰極電極との間に生じる容量や、電子ビーム蒸着の特性Ｘ線によるポリシリコンＴＦＴ特性の劣化を引き起こしてしまい、高速応答性、高品位の表示装置を実現することができなくなってしまうという問題があり、これら２つの問題を解決できるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造及び製造方法の提案が求められている。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、製造工程を複雑化することなく、配線−陰極電極間の容量による信号の遅延やポリシリコンＴＦＴの誤動作による表示品位の低下を防止することができるアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域に形成するものである。
【００３０】
また、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成するものである。
【００３１】
また、本発明の製造方法は、ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上及び前記ロウドライバ又は前記カラムドライバのいずれか一方に接続される前記配線上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成するものである。
【００３２】
このように、本発明では、蒸着工程により形成される陰極電極は、ロウドライバ及びカラムドライバと画素回路とを接続する配線上には形成されないため、配線と陰極電極間に発生する容量を少なくすることが可能となり、ドライバを低電力で高速に動作させることができる。その結果、フレーム周波数を高く設定できフリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができる。
【００３３】
また、本発明では、陰極電極は、画素回路を構成するポリシリコンＴＦＴ形成領域上には形成されず、つまり蒸着工程において蒸着マスクにより保護されているため、Ｘ線の影響によるポリシリコンＴＦＴ特性の劣化を防止することができる。その結果、量産性に優れた電子ビーム蒸着装置を用いることができ、また、特性バラツキの少ない設計要求性能を有するポリシリコンＴＦＴにより構成される制御回路を具備するため、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、その好ましい一実施の形態において、ガラス基板上に、マトリクス状に配列された有機ＥＬ発光素子と、各々の有機ＥＬ発光素子を制御するポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、画素回路を制御するロウドライバ及びカラムドライバとを備え、陰極電極を、金属板に開口を形成した蒸着マスクと電子ビーム蒸着源とを用いて、ポリシリコンＴＦＴ上又はポリシリコンＴＦＴ上とロウ側配線上とを除く領域に、ロウ側配線方向に連続する２以上の画素の発光部を囲むように形成するものであり、ロウドライバ又はカラムドライバと画素回路とを接続する配線やロウ側配線上に陰極電極を形成しないことにより、該配線と陰極電極との間の容量を低減すると共に、ポリシリコンＴＦＴを蒸着マスクを覆って陰極電極を形成することにより、電子ビーム蒸着源からのＸ線によるＴＦＴ特性の劣化を防止することができる。
【００３５】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００３６】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構成を模式的に示すブロック図であり、（ａ）は表示領域全体、（ｂ）は１つの画素（サブ画素）を示している。また、図２は、第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図であり、図３はその製造工程の一部を示すＡ−Ａ′断面図である。
【００３７】
以下の記載において、説明を容易とするため、有機ＥＬ素子の劣化を防ぐ封止構造及び封止に関する製造工程、ポリシリコンＴＦＴと有機ＥＬ素子等からなるガラス基板（以下、表示基板と呼ぶ。）と外部電源とのＦＰＣなどからなる電気的接続構造及びその工程並びに表示基板への電力供給及び信号入力回路等に関する記載を省略する。
【００３８】
図１に示すように、本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、１画素を構成するＲＧＢ３原色のサブ画素の各々に形成される有機ＥＬ素子は横に並んで配列され、図の上下方向に長尺であり、各サブ画素の有機ＥＬ素子を制御する画素回路３は各有機ＥＬ素子の上側に形成されている。そして、画素をマトリクス状に配列することにより表示領域を形成し、表示領域の左右両側に各行を選択するロウドライバ１ａが配置され、表示領域の下側に各列を選択し各サブ画素の輝度を制御するカラムドライバ２ａが配置されている。このロウドライバ１ａとカラムドライバ２ａにより、選択された画素は各々輝度が制御されて発光することにより表示機能を果たす。
【００３９】
また、各サブ画素に形成される有機ＥＬ素子の陰極電極７は、各行に独立して形成されている。この陰極電極７は、図２に示すように、ポリシリコン形成領域１０ａを含む画素回路３上には形成されず、ロウドライバ１ａの配線方向に連続する２以上の画素の有機ＥＬ素子発光領域５及び発光領域間に配置されるカラムドライバ２ａの配線上に形成される。また、この陰極電極７の電気的接続は、表示領域とロウドライバ形成領域間に形成される陰極電極配線４に設けるコンタクトホール６により実現する。ロウドライバ１ａから画素回路３への配線と陰極電極配線７とは多層配線構造により電気的独立を確保している。
【００４０】
なお、図１及び図２の構造は例示であり、各々の画素における有機ＥＬ素子発光領域５や画素回路３の配置、ＲＧＢ３原色のサブ画素の配列、ロウドライバ１ａ、カラムドライバ２ａ、陰極電極配線４の配置等は任意に設定することができる。また、陰極電極７と陰極電極配線４との接続は、各々の画素（すなわち、３つの隣接するサブ画素）の１辺で行っても対向する２辺で行ってもよい。
【００４１】
次に、上記構成のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造手順について、図２の平面図及び図３の工程断面図を用いて説明する。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の表示基板には、低温ポリシリコンＴＦＴ製造技術を用いて形成されたポリシリコンＴＦＴ及びその他の素子からなる画素回路３やゲート線１１、データ線１２、電力供給線８、陰極電極配線４等の各種配線が形成されている。この画素回路３は、アモルファスシリコンをレーザアニール法やランプアニール法により結晶化するポリシリコン層形成技術、半導体製造技術から応用される製膜、パターニング、エッチング技術及びその他の技術を用いて実現することができる。
【００４３】
具体的には、例えば、ガラス等の透光性の基板上にＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成し、その上にアモルファスシリコンを堆積し、不純物ドーピング工程及びレーザアニール等のポリシリ化工程を行った後、レジスト塗布、露光、エッチング工程を経て、ＴＦＴ形成領域にポリシリコン１０を形成する。次に、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜とＷＳｉ（タングステンシリサイド）等を順次堆積し、同様にＰＲとエッチングを施してゲート電極、ゲート配線１１を形成し、不純物ドーピングを施すことによりポリシリコンＴＦＴを形成する。次に、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜を堆積した後、ＰＲ、エッチングによりコンタクトホールを形成し、その上にＡｌ等を堆積して、同様にＰＲとエッチングを施して、ソース／ドレイン電極、データ線１２、電力供給線８、陰極電極配線４等を形成する。
【００４４】
なお、基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する前に、ＴＦＴ形成領域下層にＷＳｉや金属等を堆積して遮光膜を形成してもよい。また、図では、ゲート線１１と、データ線１２や陰極電極配線４等とを層間絶縁膜を介して積層しているが、図５及び図６に示す従来技術のようにこれらの配線を同一層に形成し、交差部をブリッジにより接続する構造としてもよい。
【００４５】
上記方法によってポリシリコンＴＦＴや各種配線を形成した基板上に、各有機ＥＬ素子７の陽極１３となるＩＴＯ電極を形成した後、有機ＥＬ素子発光領域５が開口し、そのエッジがテーパ状になった絶縁層９ｂを、ＣＶＤ等による酸化膜層形成および当方性エッチング技術により、または光感光性レジストのキュアによるエッジ鈍化技術により形成する。その際、本実施例では、画素毎に陰極電極７を分離して形成するため、各々の陰極電極７を陰極電極配線４で接続するためのコンタクトホール６も同時に形成する。このコンタクトホール６も陰極電極７の段切れを防止するためにエッジをテーパ状に加工する。
【００４６】
その後、有機ＥＬ素子構造として公知である正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を順に蒸着技術等で形成し有機層１４を形成する。この有機層１４は、正孔輸送層／発光層／電子輸送層、正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層あるいは発光層単独のいずれの構造でもよく、マトリクスカラー表示の場合は、画素ごとに発光層の材質を変えて積層する。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば、Ｌｉ又はＬｉ化合物とＡｌとからなる陰極電極７を蒸着技術を用いて形成する。ここで、従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、陰極電極７（図５の陰極４３０５、図８の陰極１４９及び保護電極１５０）を表示領域全面に形成するため、陰極電極７と、ロウドライバ１ａ及びカラムドライバ２ａと画素回路３とを接続する配線との間に形成される容量により、信号が遅延して応答特性が劣化するという問題や、電子ビーム蒸着におけるＸ線の影響でポリシリコンＴＦＴの特性が劣化するという問題があった。
【００４８】
そこで、本実施例では、これらの問題を同時に解決するために、陰極電極７を表示領域全面に形成するのではなく、図２に示すように、ポリシリコンＴＦＴや接続配線を含む画素回路３から所定の距離だけ離れた領域（具体的には、ポリシリコン形成領域１０ａからＬ１だけ離れた領域）に形成することを特徴としている。その際、画素回路３上に陰極電極７が形成されないようにするために画素回路３上を覆い隠す必要があるが、陰極電極７の下層には有機層１４が形成されているため、レジストパターンを用いて選択的に陰極電極７を形成することはできない。そこで、アンバーなどの金属板からウェットエッチング技術を用いて形成される蒸着マスクを用いる。
【００４９】
そして、基板上にこの蒸着マスクを位置合わせして設置し、その上から、例えば厚み５００ｎｍ程度の膜厚のＬｉ又はＬｉ化合物とＡｌとを堆積（例えば、リチウム０．１ｗｔ％アルミニウム共蒸着）する。この蒸着マスクにより陰極電極７はパターニングされるが、そのパターンは、図２の構成の場合は各行（ＲＧＢ３原色の各サブ画素）のＥＬ素子発光領域５及び陰極電極配線４上のコンタクトホール６を含むような短冊形状となる。また、コンタクトホール６上にも陰極電極７を堆積し、各々の陰極電極７と陰極電極配線４とを電気的に接続する。その後、必要に応じて、保護電極やパッシベーション膜を形成し、表示基板が完成する。
【００５０】
このような蒸着マスクを用いて、ポリシリコンＴＦＴや接続配線を含む画素回路３を保護することにより、陰極電極７と接続配線間の容量の発生を防止することができると共に、Ｘ線によるポリシリコンＴＦＴの特性劣化の恐れが無いため、陰極電極７を形成するための蒸着工程に、良質な蒸着膜が得られる電子ビーム蒸着源を用いることができ、有機ＥＬ素子の特性の均一性向上、量産性向上を図ることができる。なお、蒸着マスクとしては、強度を維持するために通常、５０μｍ程度の膜厚を有しており、この程度の膜厚の金属であれば電子ビーム蒸着源から発生するＸ線を十分に吸収することができる。
【００５１】
このようにして形成されたアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置では、ロウ側配線およびカラム側配線により選択された任意の一画素は、電力供給線８から陽極１３を通じて、また、陰極電極配線４を通じて陰極電極７から有機ＥＬ層に電圧が印加される。これにより、所望の輝度で任意の有機ＥＬ素子を発光させることができ、表示装置としての機能を実現することができる。
【００５２】
なお、図２では設計通りの位置に陰極電極７が形成された場合を図示しており、ポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７との間の距離（Ｌ１及びＬ２）は同距離として図示している。実際に表示装置を製作した場合、陰極電極形成領域はガラス基板上に形成したポリシリコン形成領域１０ａと目ズレが生じる可能性がある。そこで、目ズレが生じても陰極電極７がポリシリコン形成領域１０ａと平面上重ならないようにポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７間の間隔を確保する必要がある。この間隔としては、現状の蒸着技術では上述の目ズレは２０μｍ程度発生することを考慮すると、本願発明の表示装置を実現するにはＬ１及びＬ２は２０μｍ以上に設定することが好ましいと言える。
【００５３】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【００５４】
前記した第１の実施例では、陰極電極７を画素回路３と重ならないように形成したが、配線と陰極電極７間の容量を更に低減するためには、陰極電極が極力、配線と重ならないように形成することが好ましい。そこで、第２の実施例では、陰極電極７をポリシリコン形成領域１０ａおよびロウ側配線（ゲート配線１１）の双方と重ならない領域に形成している。
【００５５】
本実施例のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法は第１の実施例と同様であり、陰極電極７を形成する際に、各行のＥＬ素子発光領域５及び陰極電極配線４上のコンタクトホール６を含む短冊形状の蒸着マスクを用いて、電子ビーム蒸着によりＬｉ又はＬｉ化合物とＡｌとからなる陰極電極７を形成する。なお、ポリシリコン形成領域１０ａと陰極電極７との距離（Ｌ１）及びロウ側配線（ゲート配線１１）と陰極電極７との距離（Ｌ３）も目ズレを考慮して２０μｍ以上となるように蒸着マスクを形成することが好ましい。
【００５６】
このように、蒸着マスクによりポリシリコンＴＦＴを保護して電子ビーム蒸着を行うことにより、ポリシリコンＴＦＴの特性劣化を防止することができ、良質な蒸着膜が得られる電子ビーム蒸着源を用いることにより、有機ＥＬ素子の特性の均一性向上、量産性向上を図ることができる。また、陰極電極７がロウ側配線（ゲート配線１１）よりも画素側に形成されるため、有機ＥＬ発光領域５は第１の実施例に比べて小さくなるが、陰極電極７とロウ側配線間の容量を少なくすることができ、更なる高速動作を実現することができる。
【００５７】
なお、上記各実施例では、有機ＥＬ発光領域５及び画素回路３が各画素内で同様に配置されているため、陰極電極７は単純な短冊形状としたが、本発明は、陰極電極７をポリシリコンＴＦＴを含む画素回路３やゲート線１１等のロウ側配線と相重ならないように形成する構成であればよく、陰極電極７を画素回路３やロウ側配線を避けるような複雑な形状で形成することも可能である。但し、蒸着マスクはフォトマスクと異なり正確な寸法で形成することが困難であり、また、位置合わせも難しいことから、極力単純な形状とすることが好ましく、蒸着マスクの形状を単純化できるように、画素回路３の配置や画素の配列方向等を考慮してレイアウトすることが好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００５９】
本発明の第１の効果は、特性ばらつきの少ない、設計要求性能を有するポリシリコンＴＦＴにより構成される制御回路を具備するため、スジやムラのない画質の優れた表示装置を実現することができるということである。
【００６０】
その理由は、蒸着工程により形成される陰極電極は、ポリシリコンＴＦＴ形成領域上には形成されず、つまり蒸着工程において蒸着マスクによりポリシリコンＴＦＴは保護されているため、蒸着工程において電子ビーム蒸着源を用いたことにより基板がＸ線被爆したとしても、本願発明の表示装置が具備するポリシリコンＴＦＴの諸特性には影響せず、設計通りの特性から得られる表示画質を得ることができるからである。
【００６１】
また、本発明の第２の効果は、フレーム周波数を高く設定することができ、フリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができるということである。
【００６２】
その理由は、陰極電極をロウドライバ及びカラムドライバからの配線上やロウ側配線上に形成しないことにより、これらの配線と陰極電極間に発生する容量を少なくすることができるからである。その結果、フレーム周波数を高く設定することが可能となり、フリッカが少なく高速動画対応可能な表示装置を実現することができる。また、容量の低減によりドライバを低電力で動作させることが可能となり、表示装置の低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す平面図である。
【図５】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′線における断面図である。
【図６】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の等価回路図である。
【図１０】従来のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の問題点を示す図であり、Ｘ線被爆によるＴＦＴのゲート電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ ロウ側配線
１ａ ロウドライバ
２ カラム側配線
２ａ カラムドライバ
３ 画素回路
４ 陰極電極配線
５ 発光領域
６ コンタクトホール
７ 有機ＥＬ素子
８ 電力供給線
９ａ、９ｂ 絶縁層
１０ ポリシリコン
１０ａ ポリシリコン形成領域
１１ ゲート線
１２ データ線
１３ 陽極
１３ａ ソース／ドレインコンタクト
１４ 有機層
Claims (5)
- ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、
前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域に形成することを特徴とするアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法。 - ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、
前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成することを特徴とするアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法。 - ロウドライバ又はカラムドライバに接続される複数の配線で区画される各々の画素に、ポリシリコンＴＦＴを含む画素回路と、前記ポリシリコンＴＦＴに接続された陽極電極と有機層と陰極電極とからなる有機ＥＬ素子と、を隣接して形成するアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法において、
前記ポリシリコンＴＦＴを形成した後、前記陰極電極を、開口を設けた金属板をマスクとして電子ビーム蒸着法により、前記ポリシリコンＴＦＴ上及び前記ロウドライバ又は前記カラムドライバのいずれか一方に接続される前記配線上を除く領域であって、連続する２以上の前記画素の発光部を覆うように形成することを特徴とするアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法。 - 前記陰極電極を、行方向又は列方向に連続する画素の前記発光領域を覆うように行毎又は列毎の短冊状に形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法。
- 前記ロウドライバ又は前記カラムドライバに接続される前記配線を形成する際に、前記短冊状の陰極電極の短辺方向に延在するように陰極電極配線を形成し、各々の前記陰極電極と前記陰極電極配線とを、前記短冊状の陰極電極の長辺方向の一端又は両端に設けたコンタクトホールにより接続することを特徴とする請求項４に記載のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置の製造方法。
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