JP4759719B2

JP4759719B2 - 光放出装置および製造方法

Info

Publication number: JP4759719B2
Application number: JP2000024211A
Authority: JP
Inventors: ジ−ハイ・ツァウ; フランキー・ソ; シン−チャン・リー
Original assignee: Motorola Solutions Inc; Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2001217076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネッセンス装置に関し、さらに詳しくは薄膜トランジスタ有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラット・パネル表示（ＦＰＤ）技術における進歩は、高品質、広画面、フルカラー高解像度表示を可能にした。現在のところ、液晶表示（ＬＣＤ）は、優れた表示である。ＬＣＤの欠点は、低周囲光下での低い特性である。例えば、反射型ＬＣＤは、周囲光からの光を誘導する、すなわち周囲光はＬＣＤによって反射されるので、高周囲光条件においてのみ使用できる。いくつかの透反射ＬＣＤは、透過モードで動作するよう設計されるとともに、周囲光が不十分である場合の使用のため、バック・ライト装置を備える。さらに、透反射表示は、いくつかの視覚的特徴を有し、明るい放射型表示を好むユーザが存在する。しかしながら、これらの表示は、一般に、携帯電子装置のような小さい装置に実際に使用するには大きすぎ、また携帯表示に応用するには致命的ともいえる影響を与える大きな電力を消費する。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス装置（ＯＥＤ：Organic Electroluminescent Device）アレイは、小型の製品、特にページャ，セルラ携帯電話，二方向無線機，データ・バンクなどの小型電子装置への使用に際し、潜在的に強力な設計上の選択として出現してきている。ＯＥＤアレイは、多様な周囲光条件（わずかの光あるいは光の無いところから明るい周囲光）のもとでの表示の使用に際し十分な光を発生させることが可能である。さらに、ＯＥＤは、比較的安くまた非常に小さい（１０分の１ミリメータより小さな直径）ものから比較的大きい（１インチより大きい）ものまで製造できるので、ＯＥＤアレイは様々なサイズに製造できる。また発光動作は非常に広い視野角を提供するというさらなる利点を有する。
【０００４】
【解決しようとする課題】
ＯＥＤ装置が有する欠点は、メモリ不足のため単純な２端子法を用いて駆動することが困難なことである。ＯＥＤの立ち上がりおよび減衰時間は極めて速く、それは本質的に記憶を有しない。この課題を克服するために、４端子薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子がＯＥＤ装置を駆動するために開発された。これらの装置は、２つのＴＦＴ，記憶キャパシタ，および基板上に配置されたＯＥＤパッドを含む。記憶キャパシタは、アドレスされたＥＬ素子への電力が一度選択されると維持し続けることを可能にする。
【０００５】
上記課題をうまく克服する一方、記憶キャパシタのための処理と生成は非常に複雑で、製造過程で達成するのは困難である。これらの装置では、キャパシタはゲート電極によって形成され、キャパシタの下部電極として動作し、ゲート酸化分離層によって上部被覆電極から分離される。上部電極はソース領域に結合される。この構造の例は、1996年6月19日に公開された欧州特許庁公報番号EP O 717,445 A2に開示されている。いくつかの問題がこのタイプの装置には明らかで、すなわち、処理は複雑でキャパシタ・プロセスによって形成されたＯＥＤの陽極での鋭いエッジによる漏洩（リーケッジ）が起こり得る。
【０００６】
ＯＥＤを表示に使用する際の別の課題は、フルカラー表示を達成するに必要な色の生成である。赤、緑および青用のＯＥＤを製造することはできるが、異なる有機材料を必要とし、その結果各色は別々に製造しなければならない。さらに、実現された色は純粋な原色ではなく、比較的広いスペクトラムを有する。赤色光の生成はＯＥＤでは非常に難しく、例えば青色のような他の色を赤色光に変換することが知られている。このような技術の一つが「赤色蛍光変換膜及びそれを用いた赤色発光素子」と題する1996年11月1日付け公開特許、特開平8−286033に開示されている。青色光を赤色光に変換する間、その変換効率は極めて低く、かつその赤色光には許容できない程の青緑色光の成分を含む。
【０００７】
したがって、新規で改良された発光装置および製造方法を提供することが非常に望まれている。
【０００８】
本願発明は、また改善された特性を有する新規で改良された発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本願発明は、さらに簡略化されたプロセスで発光装置を製造する新規で改良された方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本願発明は、さらにまたキャパシタを有する発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記および他の課題は少なくとも部分的には解決され、上記および他の目的は、薄膜トランジスタ，微小空洞および色変換媒体を含む発光装置で実現される。薄膜トランジスタは、電流伝搬端子を含む。有機エレクトロルミネッセンス素子は、広スペクトラム光を発し、電流伝搬端子に結合された第１端子を含む。色変換媒体はそれに与えられた光を吸収し、吸収された光に応答して光を放出する。微小空洞は有機エレクトロルミネッセンス素子からの光を色変換媒体へ向ける。
【００１２】
また、薄膜トランジスタ，微小空洞および色変換媒体を含む発光装置を製造する方法を提供する。
【００１３】
【実施例】
図面を参照して、同じ数字は図面を通して対応する要素を示しす。まず図１を参照して、アドレス指定可能な画素からなる複数の発光装置を形成する４端子アクティブ・マトリックス表示の模式図を示す。発光装置１０は、破線で示されているが、電力ＴＦＴ１２、アドレス指定可能なＴＦＴ１３、記憶キャパシタ１４、およびＯＥＤ素子１５を含む。４端子法の主要な利点は、アドレス信号をＯＥＤ励起信号から切り離す能力である。ＯＥＤ素子はアドレス指定可能なＴＦＴを介して選択され、ＯＥＤ素子への励起電力は電力ＴＦＴにより制御される。記憶キャパシタはアドレス指定可能なＴＦＴへの励起電力が一度ＯＥＤ素子を選択すると維持し続けることを可能にする。このように、ＯＥＤ素子は、アドレスのために割り当てられた時間にかかわらず、１００％に近いデューティ・サイクルで動作できるメモリを提供する。
【００１４】
図２に移り、簡略化された発光装置１０の断面図が示される。発光装置１０は、電力ＴＦＴ１２、アドレス指定可能なＴＦＴ１３、記憶キャパシタ１４、およびＯＥＤ素子１５を含む。電力ＴＦＴ１２は、ガラスあるいはそれと同等の透明絶縁基板１９上に位置する半導体層２０を含む。離間した第１および第２ドープ領域２１，２２は、注入、拡散あるいはそれらと同じ簡便な方法により半導体層２０中に形成される。Ｎ＋型ドーピングは、標準半導体回路での簡便な集積を行うために用いられる。ドープ領域２１，２２は、第１および第２電流伝達端子（例えば、ソースおよびドレイン）を定め、それらの間にチャネル２３を具備する。第１および第２電流伝達端子はここではソースおよびドレインと呼ばれる。
【００１５】
絶縁層２５はチャネル２３を覆う半導体層２０上に設けられ、好ましくはＳｉＯ₂あるいは他の酸化物、窒化物あるいはそれと同等のものから成る。半導体層２６は、良好な伝導を得るために強くドープされるが（好ましくはｎ＋）、絶縁層２５上に設けられる。チャネル２３を覆う半導体層２６の一部は制御端子（例えば、ゲート）を形成し、図２で見られるように、半導体層２６の最も左部分はドープ領域２１の一部を覆う。キャパシタ１４は、半導体層２６およびドープ領域２１の被覆部によって画定される。チャネル２３を図２に関して現れるように層２０内で中央から右へずらすことにより、オーバラップが実現される。一般に、ドープ領域２１は、ドープ領域２２より大きく形成され、これがずれを与える。キャパシタ１４のこの類のない配置によって、プロセス工程および空間限界要求を緩和するとともに、制御端子（例えばゲート）とソースとの間にキャパシタを接続する。キャパシタの容量はドープ領域２１、すなわちソース端子、の面積を変更することによりたやすく制御することができる。処理工程は、追加の層が追加されないので、削減される。既存の層を再配分することによりキャパシタ１４が得られる。
【００１６】
接合金属３０がドープ領域２１上に設けられ、ドープ領域２１によって形成されたソース端子の外部への電気的接合として動作する。図１に関連する追加の説明として、接合金属３０は同一の行の電力ＴＦＴの近傍へ延び、ドープ領域２１によって形成された全てのソース端子をグランドに接続する。
【００１７】
ＳｉＯ₂である層３１は、電力ＴＦＴ１２近傍の基板１９の表面上に形成され、ＯＥＤ素子１５の形成に寄与する。層３１は基板１９の形成に依存し選択的であるとともに、この明細書の目的から基板１９の一部と考えられる。これにより、ＳｉＯ₂のような絶縁材料のパッシベーション層３６はＴＦＴ１２の表面上に堆積される。
【００１８】
色変換媒体(Color Converting Medium：ＣＣＭ)４０はパッシベーション層３６の表面上およびＳｉＯ₂である層３１の表面上に堆積され平坦化される。微小空洞４１はその後ＣＣＭ４０の表面上に処理形成される。微小空洞４１はスペーサ４２および誘電体積層４３を含む。誘電体積層４３は、異なる屈折率を有する複数の材料層から成る。複数の層は対を成す層に分けられ、各対の一方の層は第１屈折率を有するとともに他方の層は第１屈折率より小さい第２屈折率をもち、各対の層は協働して部分鏡を形成し光を反射する。複数の層は、様々な半透明金属および様々な誘電体を含む様々な材料から構成し得る。典型的な例として、例えば、誘電体積層４３は、好ましくは、ＴｉＯ₂およびＳｉＯ₂の交互層によって形成される。。一般に、２ないし４対の層がほぼ０．７４の反射係数を与え、これは本目的に最適と考えられる。当業者に理解されるように、誘電体積層４３の各対の層は発光周波数の１／２の整数倍の動作層厚を持つ部分ミラーを画定し、それにより全ての反射光が同相になる。
【００１９】
その後、経路あるいは穴５０がスペーサ４２、誘電体積層４３、ＣＣＭ４０、パッシベーション層３６および層３１を介して金属接点５１の設けられたドレイン端子２２へ貫通される。ＯＥＤ１５は、その後スペーサ４２の表面上で処理形成される。ＯＥＤ１５は金属接点５１を介してドレイン端子２２に結合された第１端子６５を含む。第１端子６５は、ドープ領域２２と電気的結合をもって微小空洞４１上にＩＴＯあるいは他の透明導体である透明導電層を堆積することにより形成され、ＯＥＤ光出力を装置１０の残余と通信する。少なくとも、１つの有機エレクトロルミネッセンス層５６が第１端子５５上に堆積される。第２端子を画定する導電層５７は有機エレクトロルミネッセンス層５６を覆って堆積される。導電層５７はＯＥＤ１５への電力供給のための外部電気接点を提供する。導電層５７は、また構造全体に対してパッシベーッション（保護）を与える。微小空洞４１はＯＥＤ１５からの光出力と一列に配置され、光スペクトラムを高める。もちろん、図１に関連するＯＥＤ１５は、使用される材料に依存して、１つの有機層からいくつかの有機層を含む。
【００２０】
アドレス指定可能なＴＦＴは図２に示されていないが、本発明に重要ではない様々な技術によって、またどのような位置にも集積できることは理解できよう。
【００２１】
最近、効率的なＲＧＢ光放出が有機ＯＥＤ素子をＣＣＭ４０のようなＣＣＭ素子と結合することにより達成されることが発表された（上記日本の公報を参照）。青色有機光放出として提供されるＯＥＤ１５の場合、ＣＣＭ４０は青色フィルタおよび緑および赤ＣＣＭのような有機蛍光媒体から成り、それは青からの放出光の色を変え、ＲＧＢフルカラー表示を形成する。ＴＦＴ駆動は、低電流密度(１ma/cm²）で動作するので、エレクトロルミネッセンスの信頼性を高める。微小空洞４１は、ＯＥＤ１５からの青色光を強調し純化する効果を有する。微小空洞４１からのこのような強調されかつ純化された青色光は青色フィルタであるＣＣＭ４０を通過し、青色出力を高める。緑色出力を得るために、ＣＣＭ４０の緑ＣＣＭは青色を吸収し、緑色光を放出する。赤色出力を得るために、赤ＣＣＭ画素が必要とされる。ＣＣＭ４０の赤ＣＣＭは青色を吸収し、緑色光を放出する。その後、緑色光は、再吸収され、赤色光出力の形式で再放出する。
【００２２】
青−緑有機光放出として提供されるＯＥＤ１５の場合には、ＣＣＭ４０は青色および緑色フィルタおよび赤ＣＣＭのような有機蛍光媒体から成り、それは青−緑からの放出光の色を変え、ＲＧＢフルカラー表示を形成する。上記したように、ＴＦＴ駆動は、低電流密度(１ma/cm²）で動作するので、エレクトロルミネッセンスの信頼性を高める。微小空洞４１は、ＯＥＤ１５からの青色光を強調し純化する効果を有する。微小空洞４１からのこのような強調されかつ純化された青−緑光出力は青および緑色フィルタであるＣＣＭ４０を通過し、青−緑色出力をそれぞれ高める。赤色光出力を得るために、ＣＣＭ４０の赤ＣＣＭは青および緑色を吸収し、赤色光を放出する。赤色出力を得るために、赤ＣＣＭ画素が必要とされる。
【００２３】
図示した目的のために、ここに選択された実施例への変更および修正は当業者にとっては容易に行われるであろう。このような変更および修正をする範囲は、本発明の思想を逸脱するものではなく、本発明の範囲内に含められるものであり、請求項の公正な解釈によってのみ評価される。
【００２４】
明瞭かつ簡潔な用語をもって本発明を十分に記述したことにより、当業者であれば本発明と同等のものを理解し実施することが可能となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】４端子のアクティブ・マトリックス発光装置の模式図である。
【図２】本願発明に係る発光装置の簡略化された断面図である。
【符号の説明】
１０：発光装置
１２：電力ＴＦＴ
１３：アドレス指定可能なＴＦＴ
１４：記憶キャパシタ
１５：ＯＥＤ素子
１９：透明絶縁基板
２０：半導体層
２１．２２：第１および第２離間したドープ領域
２５：絶縁層
２６：半導体層
３０：接合金属
３６：パッシベーション層
４０：色変換媒体(Color Converting Medium：ＣＣＭ)
４１：微小空洞
４２：スペーサ
４３：誘電体積層
５０：経路
５１：金属接点
５５：第１端子
５６：有機エレクトロルミネッセンス層
５７：導電層

Claims

光放出装置であって、
薄膜トランジスタ（１２）であって、
第１及び第２電流伝搬端子（２１、２２）と、該第１及び第２電流伝搬端子間に形成されたチャネル（２３）とを含む第１半導体層（２０）と、
前記第１半導体層上に設けられた絶縁層（２５）と、
前記絶縁層上に設けられ、前記チャネルを覆う制御端子を含む第２半導体層（２６）とを含み、前記第２半導体層の一部が前記第１電流伝搬端子（２１）の第１の部分を覆うように前記チャネルが前記第１半導体層の中央から前記第２電流伝搬端子側にシフトしている、前記薄膜トランジスタと、
前記第２半導体層の前記一部、前記絶縁層の一部、及び前記第１電流伝搬端子（２１）の前記第１の部分によって形成されるキャパシタ（１４）と、
前記電流伝搬端子に接続された第１端子を有し、広スペクトラムをもつ光を放出する有機エレクトロルミネッセンス素子（１５）と、
与えられる光を吸収し、吸収された光に応答して光を放出する色変換媒体（４０）と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放出された光を前記色変換媒体に結合する微小空洞（４１）と、
から構成され、
前記第１電流伝搬端子（２１）は、前記第２半導体層（２６）の一部によって覆われていない前記第１電流伝搬端子（２１）の第２の部分上に形成された領域であって、前記絶縁層（２５）と隣接し、かつ前記薄膜トランジスタ（１２）及び前記キャパシタ（１４）によって共有される単一の接合金属（３０）を形成するための前記領域を有することを特徴とする光放出装置（１０）。
基板上に形成されたアドレス可能な複数の画素から構成されるアクティブ・マトリックスを含む光放出装置であって、
各画素は、
薄膜トランジスタ（１２）であって、
第１及び第２電流伝搬端子（２１、２２）と、該第１及び第２電流伝搬端子間に形成されたチャネル（２３）とを含む第１半導体層（２０）と、
前記第１半導体層上に設けられた絶縁層（２５）と、
前記絶縁層上に設けられ、前記チャネルを覆う制御端子を含む第２半導体層（２６）とを含み、前記第２半導体層の一部が前記第１電流伝搬端子（２１）の第１の部分を覆うように前記チャネルが前記第１半導体層の中央から前記第２電流伝搬端子側にシフトしている、前記薄膜トランジスタと、
前記第２半導体層の前記一部、前記絶縁層の一部、及び前記第１電流伝搬端子（２１）の前記第１の部分によって形成されるキャパシタ（１４）と、
前記電流伝搬端子に接続された第１端子を有し、広スペクトラムをもつ光を放出する有機エレクトロルミネッセンス素子（１５）と、
与えられる光を吸収し、吸収された光に応答して光を放出する色変換媒体（４０）と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子から放出された光を前記色変換媒体に結合する微小空洞（４１）と、を有し、
前記第１電流伝搬端子（２１）は、前記第２半導体層（２６）の一部によって覆われていない前記第１電流伝搬端子（２１）の第２の部分上に形成された領域であって、前記絶縁層（２５）と隣接し、かつ前記薄膜トランジスタ（１２）及び前記キャパシタ（１４）によって共有される単一の接合金属（３０）を形成するための前記領域を有することを特徴とする光放出装置。
光放出装置の製造方法であって、
基板（１９）を提供する段階と、
薄膜トランジスタ及びキャパシタを前記基板上に堆積する段階であって、
前記薄膜トランジスタは、
第１及び第２電流伝搬端子（２１、２２）と、該第１及び第２電流伝搬端子間に形成されたチャネル（２３）とを含む第１半導体層（２０）と、
前記第１半導体層上に設けられた絶縁層（２５）と、
前記絶縁層上に設けられ、前記チャネルを覆う制御端子を含む第２半導体層（２６）とを含み、前記第２半導体層の一部が前記第１電流伝搬端子（２１）の第１の部分を覆うように前記チャネルが前記第１半導体層の中央から前記第２電流伝搬端子側にシフトしており、
前記キャパシタは、前記第２半導体層の前記一部、前記絶縁層の一部、及び前記第１電流伝搬端子（２１）の前記第１の部分によって形成される、前記薄膜トランジスタ及び前記キャパシタを前記基板上に堆積する段階であって、前記第１電流伝搬端子（２１）は、前記第２半導体層（２６）の一部によって覆われていない前記第１電流伝搬端子（２１）の第２の部分上に形成された領域であって、前記絶縁層（２５）と隣接し、かつ前記薄膜トランジスタ（１２）及び前記キャパシタ（１４）によって共有される単一の接合金属（３０）を形成するための前記領域を有する、前記堆積する段階と、
前記薄膜トランジスタを覆う色変換媒体（４０）を形成する段階と、
微小空洞（４１）を前記色変換媒体上に堆積する段階と、
有機エレクトロルミネッセンス素子（１５）を前記微小空洞上に前記電流伝搬端子と電気的結合をもって形成される段階と、
から構成されることを特徴とする光放出装置の製造方法。