JP4789340B2

JP4789340B2 - 半導体装置及び半導体装置製造用マスク

Info

Publication number: JP4789340B2
Application number: JP2001102385A
Authority: JP
Inventors: 努山田; 龍司西川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002299051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及び半導体装置製造用マスクに関し、特に有効発光面積の増大に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フラットディスプレイパネルとして有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）素子を用いた表示パネルが知られている。有機ＥＬ素子は陽極と陰極との間に設けられた有機ＥＬ層に電流を供給することで有機ＥＬ層を発光させる自然光ディスプレイであり、ＬＣＤのようにバックライトが不要であることから、次のフラットディスプレイパネルの主流として期待されている。特に、各画素にスイッチング素子を形成したアクティブマトリクス型の有機ＥＬディスプレイでは、各画素毎に表示データを保持できるため大画面化、高精細化が可能であり有望視されている。
【０００３】
このような有機ＥＬディスプレイにおいて、発光層である有機ＥＬ層は一般に回路基板上にシャドウマスクを用いて蒸着法により形成されている。
【０００４】
図９には、従来のカラー有機ＥＬディスプレイ１の画素配列が模式的に示されている。有機ＥＬディスプレイ１は、複数の画素１ａがマトリクス状に配置されて構成される。各画素１ａは薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を有し、各画素のスイッチング素子を行に相当するゲートライン及び列に相当するデータラインで駆動し有機ＥＬ素子を発光させる。Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素の配列は任意であるが、例えば図に示されるようにＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を直線状（列状）に配置（ストライプ配列）することができる。
【０００５】
図１０には、図９における画素１ａの詳細な平面図が示されており、図１１（ａ）、（ｂ）には、それぞれ図１０におけるＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面が示されている。両図において、行方向に延びるゲートライン５１と列方向に延びるデータライン５２に囲まれた領域が１つの画素領域１ａであり、この領域内にｎチャネル薄膜トランジスタ１３、補助容量７０、ｐチャネル薄膜トランジスタ４２が形成され、さらに薄膜トランジスタ４２のドレインとドレイン電極４３ｄを介し接続された有機ＥＬ素子６５が設けられている。また、薄膜トランジスタ４２のソースはソ−ス電極４３ｓを介して電源ライン５３に接続されている。
【０００６】
薄膜トランジスタ１３の能動層９は、ゲートライン５１から突出したゲート電極１１を２回くぐるパターンとなっており、ダブルゲート構造となっている。薄膜トランジスタ１３のドレインはドレイン電極１６を介してデータライン５２に接続され、ソースは補助容量７０及びブリッジ構造を介して薄膜トランジスタ４２のゲート４１に接続される。補助容量７０は、電源Ｖｓｃに接続されたＳＣライン５４と能動層９と一体の電極５５から構成される。
【０００７】
上述したように、薄膜トランジスタ４２のドレインは有機ＥＬ素子６０に接続される。有機ＥＬ素子６０は、薄膜トランジスタ１３、４２上の平坦化絶縁膜１７に画素毎に形成された陽極（透明電極）６１と、最上層に各画素共通に形成された陰極（金属電極）６６と、陽極６１及び陰極６６との間に積層された有機層６５から構成される。陽極６１は、ＩＴＯなどから構成され、薄膜トランジスタ４２のドレインとドレイン電極４３ｄを介して接続される。また、有機層６５は、陽極６１側からホール輸送層６２、有機発光層６３、電子輸送層６４を順次積層して構成される。有機発光層６３は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素毎にその材料が異なるが、例えばキナクリドン誘導体を含むＢｅＢｑ２を含んで構成される。
【０００８】
なお、上述した各画素の構成要素は、全て基板３上に積層形成される。すなわち、基板３上に絶縁層４が形成され、その上に半導体層９がパターン形成される。そして、半導体層９上にゲート酸化膜１２を介してゲート１１、４１が形成される。ゲート１１、４１上には層間絶縁膜１５が形成され、この層間絶縁膜１５に形成されたコンタクトホールを介して陽極６１と多結晶シリコンなどからなる能動層９が接続される。
【０００９】
また、画素毎に形成された透明陽極６１の上に有機ＥＬ素子６０を形成するためには、図１２に示されるように各画素に対応した開口部２ａを有するシャドウマスク２をＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素毎に用いて有機発光層６３を蒸着すればよい。そして、陽極６１と陰極６６で挟まれた領域に電流が主として供給されるため、有機発光層６３は陽極６１に位置決めされて形成される。
【００１０】
このような構成において、ゲートライン５１に選択信号が出力されると薄膜トランジスタ１３がオンし、そのときにデータライン５２に印加されているデータ信号の電圧値に応じて補助容量７０が充電される。薄膜トランジスタ４２のゲートは、この容量７０に充電された電荷に応じた電圧を受け、電源ライン５３から有機ＥＬ素子に供給される電流が制御され、素子は供給された電流に応じた輝度で発光する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来においては各画素毎に有機発光層６３を形成するために図１２に示されるような各画素に対応した開口部２ａを有するマスク２を用いており、開口部２ａと開口部２ａとの間の距離、すなわち非開口部距離ｄが小さくマスク２の強度が小さい問題があった。
【００１２】
また、開口部２ａの端部で生じるシャドウイングにより、形成される有機発光層６３の膜厚が開口部２ａの端部で小さくなり、膜厚が不均一化して発光むらや膜の劣化、有効発光面積の減少などを招く問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、発光層を形成するためのマスク強度を増大させること、また、発光むらをなくし有効発光面積を増大させることができる装置及びマスクを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、第１電極及び第２電極との間に設けられた発光層とを有する画素を複数個配置して構成される半導体装置であって、前記第１電極は、前記画素毎に設けられ、前記発光層は、複数の前記画素のうち隣接する２つの画素で共通化され、前記隣接する２つの画素の前記第１電極は、前記画素内において互いに隣接する他の画素の側に配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、第１電極及び第２電極と、第１電極に接続されたスイッチング素子と、前記第１電極と第２電極との間に設けられた発光層とを有する画素を複数個配置して構成される半導体装置であって、前記発光層は、複数の前記画素のうち隣接する２つの画素で共通化され、前記隣接する２つの画素の前記第１電極は、平面位置において前記スイッチング素子を介在させずに互いに対向配置されることを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記隣接する２つの画素の前記スイッチング素子は、平面位置において前記対向配置された前記第１電極を挟むように前記第１電極の両端部にそれぞれ配置されることが好適である。
【００１７】
また、前記隣接する２つの画素の前記第１電極及びスイッチング素子は、前記対向配置の軸を中心として線対称に配置することができる。
【００１８】
また、前記第１電極は、前記対向配置の中心軸を中心として点対称に配置することができる。
【００１９】
本装置において、前記隣接する２つの画素は、同色とすることが好適である。この場合、前記同色の画素を列状に隣接配置し、前記発光層を前記列状の隣接する２つの画素間で共通化することができる。また、前記同色の画素をジグザグ状に配置し、前記発光層を前記ジグザグ状の隣接する２つの画素間で共通化することもできる。前記同色の画素は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の少なくともいずれかとすることができる。
【００２０】
本装置において、前記発光層は、有機ＥＬ材を含むことができ、これにより有機ＥＬディスプレイを得ることができる。
【００２１】
このように、本発明では隣接する２つの画素において発光層を共通化する。この際、隣接する２つの画素の陽極同士を近接して対向配置するため、発光層を形成するためのマスクの開口部の間隔を増大させることができ、これによりマスク強度を上げることができる。また、隣接する２つの画素間で発光層を共通化することで、開口部の端数を削減し、開口部端で生じるシャドウイングによる発光層の膜厚減少を抑制して膜厚を均一化することができる。
【００２２】
また、本発明は、上記の半導体装置を製造するための前記発光層形成用マスクを提供する。このマスクは、前記隣接する２つの画素間で共通する開口部を有し、前記開口部により前記発光層の材料を通過させて前記発光層を形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明のマスクにより、開口部の端数を減少させ、シャドウイングを抑制して発光層を従来以上に均一に形成することができる。また、隣接する２つの画素間で開口部を共通化させることで、開口部間の長さも確保でき、マスク強度を上げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、有機ＥＬディスプレイを例にとり説明する。
【００２５】
図１には、本実施形態に係る有機発光層６３形成用のシャドウマスク２が示されている。従来においては、各画素に対応して離散的な開口部２ａを有しているが、本実施形態では隣接する２つの画素間で共通する開口部２ａを有している。具体的には、ある色、例えばＲ画素に着目すると、Ｒ画素群は列方向に直線上に配置されており、Ｒ画素を形成するための開口部２ａも列方向に直線上に配置されているから、隣接する２つの画素間で開口部２ａを共通化させることで、結局図示のような細長い開口部２ａが得られる。開口部２ａの幅は従来と同様であり、長さは従来の略２倍である。開口部２ａの間隔Ｄ、すなわち非開口部の長さＤは、従来の開口部間の長さｄよりも増大している。これについてはさらに後述する。開口部２ａのピッチは、行方向の同色画素ピッチに等しい。マスク２の厚さは、従来と同様に５０μｍ程度とすることができる。Ｇ画素用のマスクあるいはＢ画素用のマスクについても同様である。
【００２６】
このようなマスク２を用いて有機ＥＬ材を蒸着することで、Ｒ画素用の有機発光層６３、Ｇ画素用の有機発光層６３、Ｂ画素用の有機発光層６３をそれぞれ形成する。
【００２７】
図２には、図１に示されたマスク２を用いて有機発光層６３を形成した場合の有機ＥＬディスプレイの平面図が示されている。なお、図においては説明の都合上、列方向に隣接する２つの同色画素１ａ、１ｂが示されている。
【００２８】
各画素の構成要素は図１０と同様であり、一つの画素には薄膜トランジスタ１３、４２及び補助容量７０が形成される。これら薄膜トランジスタ１３、４２及び補助容量７０をスイッチング素子と総称する。薄膜トランジスタ１３のドレインはデータライン５２に接続され、薄膜トランジスタ１３のソースは補助容量７０の一方の電極に接続されるとともに薄膜トランジスタ４２のゲートに接続され、薄膜トランジスタ１３のゲートはゲートライン５１に接続される。また、薄膜トランジスタ４２のソースは電源ライン５３に接続され、ドレインは透明な陽極６１に接続される。
【００２９】
しかしながら、本実施形態では、隣接する２つの画素１ａ、１ｂにおいて陽極６１の形成位置が互いに異なっている。すなわち、画素１ａにおける陽極６１の配置は図１０と同一であるが、画素１ａに隣接する画素１ｂにおいては、陽極６１は画素１ｂ内において画素１ａ側に近接して形成される。そして、画素１ｂのスイッチング素子、すなわち薄膜トランジスタ１３と補助容量７０と薄膜トランジスタ４２は、画素１ｂ内において画素１ａから離れた側に形成されて陽極６１に接続される。したがって、画素１ａの陽極６１と画素１ｂの陽極６１は対向配置され、画素１ａのスイッチング素子と画素１ｂのスイッチング素子で画素１ａの陽極６１と画素１ｂの陽極６１を挟むような配置となる。より詳しくは、画素１ａにおけるスイッチング素子と陽極６１の配置と、画素１ｂにおけるスイッチング素子と陽極６１の配置は、図中一点鎖線（画素の境界）を中心として線対称の関係にある。２つの陽極６１間にはスイッチング素子は介在していない。
【００３０】
図３には、従来の隣接する２つの画素１ａ、１ｂの配置が示されている。従来の画素１ａ、１ｂはともにスイッチング素子と陽極６１が同一の配置であり、画素１ｂに着目するとスイッチング素子が画素１ｂ内において画素１ａ側に存在し、陽極６１が画素１ａから離れた側にある。そして、画素１ａの陽極６１と画素１ｂの陽極６１との間には画素１ｂの陽極６１に接続されるスイッチング素子が介在している。本実施形態と従来における陽極６１及びスイッチング素子の相違は明らかであろう。
【００３１】
このように、本実施形態では、隣接する２つの画素１ａ、１ｂにおいて陽極６１同士が近接して配置され、陽極６１に電圧を印加するそれぞれのスイッチング素子が陽極６１の両端に配置されている。したがって、本実施形態においては、隣接する２つの陽極６１同士を従来以上に近接して配置することができ、近接配置した２つの陽極６１上に共通に有機発光層６３を形成することができる。なお、近接配置された２つの陽極６１間には陽極は存在していないため、有機発光層６３が形成されても発光せず、画素毎に発光する点に変わりはない。
【００３２】
図４には、本実施形態及び従来における画素の陽極配列と開口部２ａとの関係が示されている。図４（ａ）は従来の関係であり、図４（ｂ）は本実施形態の関係である。従来においては、図３に示されるように隣接する２つの画素１ａ、１ｂにおける陽極６１は互いに離間してその間にスイッチング素子が介在しているため、各陽極６１上に有機発光層６３を形成すべく開口部２ａの間隔（非開口部長）をｄとしているが、本実施形態では隣接する２つの画素１ａ、１ｂにおいて陽極６１同士が対向配置（あるいは近接配置）されているため、一つの開口部２ａで２つの陽極６１上に同時に有機発光層６３を形成することができる。そして、隣接する２つの画素１ａ、１ｂを１組とし、隣接する組同士の距離は従来以上に増大することになるから（図中矢印を参照）、結局、本実施形態における開口部２ａ間の長さＤは、従来の開口部２ａ間の長さｄよりも増大することになる。これにより、本実施形態のマスク２は従来のマスク２よりも強度が大きくなる。また、隣接する２つの画素１ａ、１ｂの２つの陽極６１に対して同一開口部２ａで有機発光層６３を共通形成するため、マスク２の開口部端の数が半減し、シャドウイングによる膜厚減少を防いで有機発光層６３の膜厚を均一化できる。したがって、陽極６１と陰極６６に挟まれた領域において電流強度も均一化されるため発光層の劣化も防止でき、また発光面積を確保できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００３４】
例えば、本実施形態では同色画素が列方向に直線的に配置される場合について説明したが、同色画素がジグザグ状に配置される例えばデルタ配列の場合についても同様に適用することができる。以下、ジグザグ配置の場合について説明する。
【００３５】
図５には、ジグザグ配置において有機発光層６３を形成するための本実施形態のマスク２が示されている。なお、図６には比較のためジグザグ配置における従来のマスク２が示されている。図６に示されるように、従来においてはジグザグ状の同色画素配置に対応して開口部も列方向にジグザグ状に形成されている。各開口部を通過した有機ＥＬ材がジグザグ配置された同色画素の陽極６１上に形成される。このマスク２の開口部間の長さｄは図１２と同様に小さく、マスク２の強度も小さい。
【００３６】
一方、図５に示される本実施形態のマスク２では、ジグザグ方向に隣接する２つの画素間で有機発光層６３が共通化されるため、隣接する２つの画素に対応する開口部も共通化され、細長い一つの開口部となる。これにより、図４と同様の原理で、開口部間の距離Ｄを従来の長さｄ以上に確保することができ、マスク２の強度を増大させることができる。なお、図５においては、マスク２の開口部はジグザグ上ではなく一方向に斜めに形成されているが、これは隣接する２つの画素の陽極同士を互いに対向配置させたことによるものであり、その詳細については後述する。
【００３７】
図７には、本実施形態におけるジグザグ状に配置された隣接する２つの画素１ａ、１ｂの平面図が示されている。画素１ａはスイッチング素子（薄膜トランジスタ１３、４２及び補助容量７０）及び陽極６１を有し、画素１ｂについても同様である。薄膜トランジスタ１３とデータライン５２及びゲートライン５１との接続関係、薄膜トランジスタ４２と電源ライン５３及び陽極６１との接続関係は上述した実施形態と同様であるため、図では薄膜トランジスタ１３及び４２を簡易的にＦＥＴ記号で示している。画素１ａの陽極６１及び画素１ｂの陽極６１はともに斜めに形成されており、画素１ｂに着目すると、画素１ｂの陽極６１は画素１ｂ内において画素１ａの側に配置されて画素１ａの陽極６１と対向配置される。また、画素１ａと１ｂの各陽極６１は画素１ａと１ｂの境界部であって各陽極６１の対向部の中心を中心軸として点対称になっている。さらに、両陽極６１の間に画素１ａあるいは画素１ｂのスイッチング素子は介在していない。このように、隣接する２つの画素１ａと１ｂの陽極６１同士が対向して近接配置されているため、斜め方向の開口部を有するマスク２を用いて有機発光層６３を一体的に形成することができる。そして、隣接する２つの画素を組とし、隣接する組についても図７と同様に２つの陽極６１が対向配置されて斜めに存在するため、図５に示されるようなマスク２で有機発光層６３を形成することができる。
【００３８】
一方、図８には、従来におけるジグザグ状に配置された隣接する２つの画素１ａ、１ｂの平面図が示されている。画素１ａ及び１ｂはともにスイッチング素子及び陽極６１を有し、画素１ｂに着目すると陽極６１は画素１ｂ内において画素１ａから離れた側にある。そして、画素１ａの陽極６１と画素１ｂの陽極６１間には画素１ｂのスイッチング素子が介在している。陽極６１が離間して配置されており、その間にスイッチング素子も介在しているため、陽極６１上に有機発光層６３を形成するために図６に示されるようなマスク２が必要となる。
【００３９】
図７と図８とを対比することで、本実施形態では陽極６１同士が近接して対向配置されているため、隣接する２つの画素を１組として隣接する組同士の距離を従来よりも大きくとれ、したがって図５におけるマスク２の開口部間の長さＤが従来のｄより増大することが理解されよう。これにより、図５におけるマスク強度が図６におけるマスク強度よりも増大する。従って、マスクの厚みを５０μｍ程度に薄くすることができる。また、本実施形態においても、隣接する２つの画素１ａ、１ｂで有機発光層６３が共通化されるため、マスク２の開口部端の数が半減し、シャドウイングが抑制されて有機発光層の膜厚が均一化される。
【００４０】
なお、本実施形態では蒸着により有機発光層６３を形成する場合について説明したが、インクジェット法により形成する場合でも同様に図１に示されたマスク２（この場合にはインクを限定領域に滴下するための枠として機能する）を用いて有機発光層６３を共通化することができる。
【００４１】
また、一枚の大型基板に同時に複数のパネルを形成する多面取りの場合、各パネル毎に図１あるいは図５に示すマスク２を用いることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光層形成用のマスク強度を増大させることができる。
【００４３】
また、本発明によれば、発光層の膜厚を均一化でき、これにより有効発光面積を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のマスク平面図である。
【図２】実施形態の画素平面図である。
【図３】従来の画素平面図である。
【図４】実施形態の画素配置と開口部との関係を示す説明図である。
【図５】他の実施形態のマスク平面図である。
【図６】従来のマスク平面図である。
【図７】他の実施形態の画素平面図である。
【図８】従来の画素平面図である。
【図９】画素配置説明図である。
【図１０】従来の画素平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。
【図１２】従来のマスク平面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ画素、２マスク、６１陽極、６３有機発光層。

Claims

第１電極及び第２電極との間に設けられた発光層と
を有する画素を複数個配置して構成される半導体装置であって、
列方向に隣接配置される前記画素は、同じ色を示す前記発光層を有し、
行方向に隣接配置される前記画素は、互いに異なる色を示す前記発光層を有し、
前記第１電極は、前記画素毎に設けられ、
前記発光層は、複数の前記画素のうち列方向に隣接する２つずつの画素を組として共通化され、
前記列方向において、前記発光層が共通化されている隣接画素の第１電極同士は、前記発光層が共通化されていない隣接画素の第１電極同士に比べて近くに配置され、
任意の画素における前記第１電極と、該画素と発光層が共通化されていない隣接画素との間には、前記第１電極に接続されたスイッチング素子が介在していることを特徴とする半導体装置。
第１電極及び第２電極と、
第１電極に接続されたスイッチング素子と、
前記第１電極と第２電極との間に設けられた発光層と、
を有する画素を複数個配置して構成される半導体装置であって、
列方向に隣接配置される前記画素は、同じ色を示す前記発光層を有し、
行方向に隣接配置される前記画素は、互いに異なる色を示す前記発光層を有し、
前記発光層は、複数の前記画素のうち列方向に隣接する２つずつの画素を組として共通化され、
前記隣接する２つの画素の前記第１電極は、平面位置において前記スイッチング素子を介在させずに配置されることを特徴とする半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置において、
前記隣接し、前記第１電極が共通化された２つの画素の前記スイッチング素子は、平面位置において前記スイッチング素子を介在させずに配置された前記２つの第１電極を挟むように前記第１電極の端部にそれぞれ配置されることを特徴とする半導体装置。
請求項３に記載の半導体装置において、
前記隣接し、前記第１電極が共通化された２つの画素の前記第１電極及びスイッチング素子は、前記２つの画素の第１電極の中間を通る線を軸として線対称に配置されることを特徴とする半導体装置。
請求項４に記載の半導体装置において、
前記同色の画素は、直線状に隣接配置され、
前記発光層は、前記直線状の隣接する２つの画素間で共通化されることを特徴とする半導体装置。
請求項４に記載の半導体装置において、
前記第１電極は、前記２つの画素の第１電極の中間に位置する点を中心として点対称に配置されることを特徴とする半導体装置。
請求項４に記載の半導体装置において、
前記同色の画素は、ジグザグ状に配置され、
前記発光層は、前記ジグザグ状の隣接する２つの画素間で共通化されることを特徴とする半導体装置。
請求項４〜７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記同色の画素は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の少なくともいずれかであることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置において、
前記発光層は、有機エレクトロルミネセンス材を含むことを特徴とする半導体装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体装置を製造するための前記発光層形成用マスクであって、
前記隣接する２つの画素間で共通する開口部を有し、
前記開口部により前記発光層の材料を通過させて前記発光層を形成することを特徴とするマスク。