JP4789341B2

JP4789341B2 - 半導体装置及び半導体装置製造用マスク

Info

Publication number: JP4789341B2
Application number: JP2001102390A
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: US6975065B2; JP2002299052A; CN1384696A; KR100462514B1; EP1246246A2; KR20020077241A; EP1246246A3; TWI286385B; US20020158576A1

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法マスクに関し、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６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画素を直線上（列上）に配置（ストライプ配列）することができる。
【０００５】
図７には、図６における画素１ａの詳細な平面図が示されており、図８（ａ）、（ｂ）には、それぞれ図７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９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のゲートはこの補助容量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、有機ＥＬ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】
しかしながら、図９に示されるように各画素に対応した開口部２ａを備えるマスク２で有機発光層６３を蒸着形成すると、開口部２ａの端部におけるシャドウイングにより有機発光層６３の厚さにむらができ、均一な発光特性が得られない問題があった。
【００１２】
図１０には、マスク２の一部拡大図が示されている。マスク２の開口部２ａは、上述したように各画素の陽極６１上に位置決めするために陽極６１の形状に合わせて形成されており、所定位置に固定した蒸着源から蒸発した有機発光材を通過させる。ところが、図中ｚ方向における有機発光層６３の膜厚は、図１１に示されるように中央１００ではほぼ均一であるものの、開口部２ａの端部１０２ではシャドウイングのため膜厚が中央より小さくなる。このような膜厚の不均一化は、発光むら、あるいは有効発光面積の減少を招く問題がある。
【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、画素毎に発光させつつ有効発光面積を増大させることができる半導体装置及び半導体装置製造用の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電極との間に発光層を有する画素を複数個マトリクス状に配置して構成される半導体装置であって、前記第１電極あるいは第２電極の少なくともいずれか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画素間で共通化されることを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記隣接する画素は同色とすることができ、同色とした場合、前記同色の画素は直線状に隣接配置され、前記発光層は、前記直線状に隣接配置された画素間で共通化されることが好適である。また、同色とした場合、前記同色の画素はジグザグ状に隣接配置され、前記発光層は、前記ジグザグ状に隣接配置された画素間で共通化されることも好適である。
【００１６】
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。
【００１７】
本装置において、前記発光層は、有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）材を含むことができ、これにより有機ＥＬディスプレイを構成することができる。
【００１８】
このように、本発明の半導体装置では、発光層を画素毎に有するのではなく、隣接する画素間で共通化あるいは一体化する。発光層を共通化することで、画素毎に形成する必要がなくなり、したがって各画素に対応したシャドウマスクを用いる必要もなく、マスク開口部の端部で生じるシャドウイングを除去して発光層の膜厚を均一化できる。発光層の膜厚を均一化することで、発光層に流れる電流強度を均一化して実効発光面積を増大させることができる。この際、第１電極あるいは第２電極のいずれかは画素毎に形成されているので、発光層を隣接画素間で共通化しても実際に電流が流れるのは第１電極と第２電極で挟まれた部分のみであり、画素毎に発光を制御できる。第１電極と第２電極の一つの態様は陽極と陰極であり、例えば陽極を画素毎に形成し、陰極を画素間で共通に形成することができる。
【００１９】
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、前記複数の画素のうち隣接する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。
【００２０】
本発明のマスクによれば、各画素に対応した開口部を有する場合に比べ、隣接画素間の開口部端部が除去され、これにより発光層材料が通過する際のシャドウイングを除去することができ、発光層の膜厚を均一化できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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の構成が示されている。従来においては、各画素に対応した離散的な開口部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、結局図示のようにストライプ状の開口部２ａが得られる。開口部２ａの幅は一つの画素幅に対応し、長さは共通化する画素数に応じて決定される。すなわち、隣接する２つの画素の有機発光層６３を共通化する場合には長さを画素長×２、隣接するｎ個（ｎ＝２、３、・・・）の画素の有機発光層６３を共通化する場合には長さを画素長×ｎとする。図では、列方向の全画素数をｋとして、列方向に配置した全ての画素の有機発光層６３を共通化すべく長さを画素長×ｋとしている。ストライプ状の開口部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である。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り、開口部２ａをストライプ状に形成することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
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おり、図３（ａ）、（ｂ）にはそれぞれ図２におけるＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面が示されている。なお、図においては説明の都合上、列方向に隣接する２つの同色画素が示されている。
【００２５】
各画素の構成は図７とほぼ同様であり、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。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。
【００２６】
ここで、本実施形態では陽極６１上に有機ＥＬ素子６５を形成する際、図１に示されるようなストライプ状の開口部２ａを有するマスク２を用いるため、有機発光層６３は一つの画素の陽極６１上のみならず、列方向に隣接する画素の全域、より詳しくはデータライン５２と電源ライン５３で挟まれた列領域に一体的に形成される。図２において、有機発光層６３の形成領域が便宜的に斜線で示されている。１つの画素の陽極６１上のみならず、薄膜トランジスタ１３、４２や補助容量７０、ゲートライン５１上にも形成される。したがって、図３（ａ）ではホール輸送層６２や電子輸送層６４、陰極６６と同様に有機発光層６３が形成され、図３（ｂ）では有機発光層６３が薄膜トランジスタ４２のソース電極４３ｓ近傍まで延在している。
【００２７】
参考のため、図４に従来の有機発光層６３の形成領域が斜線で示されている。従来においては、１つの画素の陽極６１上にのみ形成されており、本実施形態との相違は明らかであろう。
【００２８】
このように、本実施形態では、マスク２の開口部２ａをストライプ状とし、同色の隣接画素において有機発光層６３を共通化しているため、開口部２ａの端部が隣接画素の境界、あるいは陽極６１の境界において存在しなくなり、したがって有機発光層６３を蒸着形成した場合においても端部におけるシャドウイングがなくなり、列方向に対して有機発光層６３の膜厚を均一化することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、図２に示されるように薄膜トランジスタ１３、４２や補助容量７０上にも有機発光層６３が形成されるが、有機発光層６３は抵抗率が高いため、陽極６１と陰極６６で挟まれた部分のみに電流が流れるため、従来と同様に陽極６１上のみで発光し、すなわち各画素毎に発光することになる。
【００３０】
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。
【００３１】
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ている場合について説明したが、デルタ配列の場合など同色画素が列方向にジグザグ状に配置されている場合についても同様に適用できる。図５には、この場合のマスク２が示されている。同色画素の配置に対応して、開口部２ａも列方向にジグザグ状に形成されている。このマスク２を用いることで、ジグザグ状に隣接する同色画素間において有機発光層６３を共通化し、有機発光層６３の陽極６１上における膜厚を均一化することができる。
【００３２】
また、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。
【００３３】
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に示すマスク２を用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば発光層を共通化することで発光層の膜厚を均一化することができる。これにより、発光むらを抑え、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】実施形態の半導体装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。
【図４】従来の半導体装置の平面図である。
【図５】他の実施形態のマスク平面図である。
【図６】画素配列説明図である。
【図７】従来の半導体装置の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。
【図９】従来のマスク説明図である。
【図１０】従来のマスクの一部拡大図である。
【図１１】従来の有機発光層の膜厚分布説明図である。
【符号の説明】
２マスク、２ａ開口部、６１陽極、６３有機発光層、６６陰極。

Claims

画素を複数個マトリクス状に配置して構成される半導体装置であって、
前記画素は、第１電極及び第２電極に挟まれた発光層を有し、
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画素間で共通化され、行方向に隣接する画素間で離間され、前記第１電極の全ての端部を超えて延在していることを特徴とする半導体装置。
画素を複数個マトリクス状に配置して構成される半導体装置であって、
前記画素は、第１電極及び第２電極に挟まれた発光層と、補助容量と、を有し、
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るとともに、行方向において対面する複数の第１の端部を有し、
前記発光層は複数の前記画素のうち列方向に隣接する画素間で共通化され、行方向に隣接する画素間で離間され、前記複数の第１の端部及び前記補助容量の端部を超えて延在していることを特徴とする半導体装置。
請求項２に記載の装置において、
前記発光層は、前記第１電極の全ての端部を超えて延在していることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、
前記同じ色を示す発光層を有する前記画素は、直線状に配置されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、
前記同じ色を示す発光層を有する前記画素は、ジグザグ状に配置されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、
前記装置は、行方向に延びるゲートライン、列方向に延びるデータライン及び電源ラインを有し
前記画素は、第１電極、第２電極及び有機エレクトロルミネセンス材を含む発光層を有する有機エレクトロルミネセンス素子と、前記ゲートライン及び前記データラインに接続される第１の薄膜トランジスタと、前記電源ライン及び前記有機エレクトロルミネセンス素子に接続される第２の薄膜トランジスタと、を有し、
前記有機エレクトロルミネセンス素子は、前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタを覆う絶縁層の上に形成され、
前記発光層は、前記電源ラインの一部を覆っていることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜６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、
前記複数の画素のうち隣接する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。