JP6349739B2 - 発光装置及びその製造方法並びに露光ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、例えばレーザープリンタ、デジタル複写機などの光源として使用される発光装置及びその製造方法並びに露光ヘッドに関する。

例えばレーザープリンタ、デジタル複写機などの画像形成装置では、光源から出射されたレーザー光が、回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）によりスキャンされ、走査レンズを介して被走査媒体である感光体上を露光して静電潜像を形成する。また、光源の露光ヘッドは、例えば電力で発光する有機エレクトロルミネッセント素子（以下、有機ＥＬ素子という。）などの発光素子と、当該発光素子を駆動する駆動回路とを備えて構成される。

ここで、有機ＥＬ素子は、水分や酸素の影響を受けやすく、有機ＥＬ素子内に水分や酸素等が侵入すると、例えば輝度などの有機ＥＬ素子の特性が劣化される。有機ＥＬ素子の水分や酸素に対する耐久性を向上させる技術として、高密度集積回路上の発光素子の上部に例えば透過性を有する薄膜もしくは板ガラスなどの保護膜を形成するなどの種々の技術が提案されている。

しかしながら、従来の技術を使用する場合でも、水分や酸素の侵入により有機ＥＬ素子の特性が劣化するという問題があった。さらに、発光素子の上部に保護膜を形成するために、製造工程数が増加し、コストが増加するという問題があった。

本発明の目的は上記の問題点を解決し、水分や酸素の侵入による有機ＥＬ素子の特性の劣化を防止する発光装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る発光装置は、
基板と、上記基板上に形成される発光素子と、当該発光素子を制御するための駆動トランジスタとを備えた発光装置であって、
上記発光素子は、第１の電極及び第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に形成される発光層とを備え、
上記駆動トランジスタは、上記基板上に形成され、上記駆動トランジスタのソースまたはドレインは上記第１の電極に電気的に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、同一基板上に駆動トランジスタ及び発光素子を形成し、駆動トランジスタと発光素子との間を接続する配線を駆動トランジスタ及び発光素子の製造工程において形成することができる。従って、製造工程数及びコストを減少させ、信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態１に係る露光ヘッド３０の上面図である。 図１のＡ−Ａ’線で露光ヘッド３０を切断したときの発光装置１の縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第１の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第２の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第３の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第４の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第５の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第６の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第７の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第８の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第９の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第１０の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第１１の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第１２の工程を図示する縦断面図である。 図２の発光装置１の製造方法の第１３の工程を図示する縦断面図である。 本発明の実施形態２に係る露光ヘッド３０Ａの上面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る露光ヘッド３０の上面図である。図１において、露光ヘッド３０は、支持台２０と、当該支持台２０上に縦一列の一次元方向に等間隔で配置された複数の発光装置１とを備えて構成される。ここで、露光ヘッド３０から出射された光ビームＬは、所定の回転速度で回転する感光体上に照射して、当該感光体上に画像を形成する。

図２は、図１のＡ−Ａ’線で露光ヘッド３０を切断したときの発光装置１の縦断面図である。図２において、発光装置１は、発光素子４０と、当該発光素子４０に流れる電流を制御するための駆動トランジスタ５０とを備えて構成される。また、発光素子４０は、第１の電極である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）から形成される透明電極層１０と、有機化合物層である発光層１２と、第２の電極である上部電極層１３とを備えて構成される。さらに、駆動トランジスタ５０は、ソース３ａと、ドレイン３ｂと、ゲート電極４とを備えて構成される。ここで、ソース３ａ及びドレイン３ｂは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２の最上層であるシリコン層２ｃにおいて形成される。また、後述するＳＯＩ基板２は、支持層２ａと、１０ミクロン〜２０ミクロンの厚さを有する絶縁層（ＳｉＯ_２）２ｂと、２ミクロンの厚さを有するシリコン（Ｓｉ）層２ｃとを積層して構成される。

発光装置１は、ＳＯＩ基板２のシリコン層２ｃ上に堆積する第１の層間絶縁膜５と、第１の層間絶縁膜５上に堆積され、当該第１の層間絶縁膜５の第１のコンタクトホールを介して駆動トランジスタ５０のドレイン３ｂと電気的に接続される第１の配線である中間層配線６とを備えて構成される。また、発光装置１は、中間層配線６上に堆積する第２の層間絶縁膜７と、当該第２の層間絶縁膜７の第２のコンタクトホールを介して中間配線層６に電気的に接続される第２の配線である最上層配線８とを備えて構成される。すなわち、発光素子４０と駆動トランジスタ５０とは同一基板であるＳＯＩ基板２上に形成され、駆動トランジスタ５０のドレイン３ｂと発光素子４０の透明電極層１０とが電気的に接続される。さらに、最上層配線８は、上部電極層１３と電気的に接続されるように形成され、発光装置１の外側からの電気信号を入出力するかまたは電源もしくはグランドに接続されるように形成される。

発光装置１は、最上層配線８上に堆積する保護層９と、発光素子４０の上部電極層１３及び後述するバンプを形成するためのバンク１１と、上部全体を覆うように堆積する保護層１５と、電極となるバンプ１６とを備えて構成される。バンプ１６は、上述した発光装置１の外側からの電気信号を入出力するかまたは電源もしくはグランドに接続するための最上層配線８上に形成される。

図３Ａ〜図３Ｍは、図２の発光装置１の製造方法の工程を図示する縦断面図である。図３Ａでは、ＳＯＩ基板２は、支持層２ａ、絶縁層２ｂ及びシリコン層２ｃを積層して構成される。図３Ａではスペースの関係上支持層２ａが薄く図示されているが、支持層２ａ、絶縁層２ｂ及びシリコン層２ｃの中では支持層２ａが最も層が厚い。

図３Ｂでは、ＳＯＩ基板２のシリコン層２ｃにＭＯＳ型の駆動トランジスタ５０を形成する。次に、駆動トランジスタ５０上に第１の層間絶縁膜５を堆積し、当該堆積された第１の層間絶縁膜５の第１のコンタクトホールを介してソース３ａ及びドレイン３ｂに電気的に接続する中間配線層６を形成する。ここで、駆動トランジスタ５０のソース３ａ、ドレイン３ｂ及びゲート電極４と、中間層配線６と、第１の層間絶縁膜５とが簡素化されて図示されているが、これらは、ＳＯＩ基板２を用いて製造される一般的なトランジスタの製造方法と同様の方法で製造される。

図３Ｃでは、中間配線層６上に第２の層間絶縁膜７を堆積し、当該堆積された第２の層間絶縁膜７の第２のコンタクトホールを介して中間配線層６に電気的に接続される最上層配線８を形成する。ここで、最上層配線８は、アルミニウムやチタンなどの導電性の材料から形成される薄膜をパターニングすることにより一括的に形成される。また、発光素子４０の上部電極層１３または透明電極層１０と電気的に接続される最上層配線８もこの段階で形成される。

図３Ｄでは、最上層配線８上に保護層９を堆積する。ここで、保護層９は、最上層配線８を保護すると同時に表面の凹凸を緩和する。次に、発光装置１の外側からの電気信号を入出力するかまたは電源もしくはグランドに接続するためのバンプ１６を形成するためのパッド領域１７及び発光素子４０を形成するための発光素子領域１８に開口部を形成する。

図３Ｅでは、発光素子領域１８の第１の層間絶縁膜５及び第２の層間絶縁膜７を例えばスパッタリングなど方法でエッチングして第１の層間絶縁膜５及び第２の層間絶縁膜７を除去し、ＳＯＩ基板２のシリコン層２ｃを露出させる。このシリコン層２ｃが露出された領域に後工程で発光素子４０を形成するので、露出したシリコン層２ｃの領域が発光素子４０の形状及び大きさとなる。

図３Ｆでは、発光素子領域１８に対する開口部を覆うように透明電極層１０を形成する。ここで、透明電極層１０には一般的に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いる。ここで形成された透明電極層１０は、発光素子領域１８を覆って、駆動トランジスタ５０と電気的に接続される。駆動トランジスタ５０は、駆動トランジスタ５０のドレイン３ｂを介して当該透明電極層１０に接続されて発光素子４０に流れる電流量を制御する。

図３Ｇでは、バンク１１を形成する。先の工程で形成した透明電極層１０のうち、発光素子領域１８を除いた部分はバンク１１で覆われる。これにより、後に形成する上部電極層１３と透明電極層１０とを分離することが可能となる。なお、上部電極層１３と透明電極層１０との分離は、図示するように垂直方向に分離してもよいが、例えば水平方向に重ならないようにそれぞれを配置することにより分離してもよく、このようにすることによりバンク１１を形成する工程を削除することが可能となる。

図３Ｈでは、発光素子領域１８の開口部を覆うように発光物質を塗布して発光層１２を形成する。ここで、発光層１２を塗布する領域は発光素子領域１８の開口部であるが、当該発光素子領域１８の開口部よりも大きなサイズで発光物質を塗布してもよい。なお、発光素子４０の形状及び大きさは、図３Ｅ及び図３Ｆの工程において決定される。

図３Ｉでは、発光層１２を覆うように上部電極層１３を形成する。また、上部電極層１３は、発光層１２で生成された光ビームＬを透過する材料により形成される。

図３Ｊでは、上部電極層１３及び発光層１２を覆うように反射層１４を形成する。また、反射層１４は、発光層１２へ酸素及び水分の侵入を防止することができるので、封止を主な目的とする保護層１５への助力、あるいは役割分担となる。さらに、反射層１４は、透明電極層１０と同じ材料で形成されてもよい。

図３Ｋでは、発光装置１の全域を覆うように保護層１５を形成する。ここで、保護層１５の目的は、発光層１２へ酸素及び水分の侵入を防止することにある。

図３Ｌでは、ＳＯＩ基板２の最下層である支持層２ａをエッチング技術により除去する。

図３Ｍでは、バンプ１６を形成するためのパッド領域１７の部分の保護層１５を除去し、除去された領域にバンプ１６を形成する。ここで、バンプ１６は、実装先（パッケージまたはプリント基板）の電極と接続する部分、すなわち発光装置１を形成するチップの端子となる。

以上のように構成された実施形態１に係る発光装置１の動作について以下に説明する。

先ず、駆動トランジスタ５０は、発光素子４０に流れる電流を制御する。すなわち、駆動トランジスタ５０は、発光素子４０を電気的に制御する。次に、発光素子４０は、発光素子４０に流れる電流量に応じた発光量の光ビームＬを発光層１２において発生する。当該発生された光ビームＬは、透明電極層１０、シリコン層２ｃ及び絶縁層２ｂを透過し、ＳＯＩ基板２の下方向に出射する。ここで、シリコン層２ｃを形成するシリコン単結晶は限定された波長を有する光のみを透過させるが、ＳＯＩ基板２の表面のシリコン層２ｃは極めて薄いので、透過する光の波長は限定されない。従って、透明電極層１０及び絶縁層２ｂは、光透過性に関して何ら問題はない。

次に、発光層１２で発生した光は、透明電極層１０と反対側の上部電極層１３側の方向にも出射されるが、上部電極層１３もしくは反射層１４によって反射され、透明電極層１０側に出射される。ここで、上部電極層１３を透過した光は反射層１４により反射され、当該反射された光は光ビームＬとしてＳＯＩ基板２の下側から出射される。また、発光装置１をパッケージまたはプリント基板に実装する場合は、バンプ１６形成面を実装先に向ける実装方法、いわゆるフェースダウン（Face Down）型実装法を用いて発光装置１をパッケージまたはプリント基板に実装する。従って、光ビームＬは、バンプ１６の形成面に対して反対方向に出射するので、実装後における光透過性には問題は生じない。

以上の実施形態に係る発光装置１によれば、同一基板上に駆動トランジスタ及び発光素子を形成した後に発光素子の上部に保護膜を形成するので、発光素子の発光層に水素や酸素の侵入を防止することができる。さらに、駆動トランジスタと発光素子との間を接続する配線を駆動トランジスタ及び発光素子の製造工程において形成することができるので、発光装置１の製造工程数、コストを減少させ、発光装置１の信頼性を向上させることが可能となる。

また、以上の実施形態に係る発光装置１によれば、発光素子をボトムエミッション構造で形成するので、発光素子を実装する際の封止手段の光透過性を考慮する必要がない。従って、封止の材料及び手段の選択自由度が向上する。

さらに、以上の実施形態に係る発光装置１によれば、駆動トランジスタを形成するシリコン層の下に熱酸化膜を形成するので、薄いシリコン層でも基板としての強度を十分に保持することができかつ発光素子が出射した光ビームを十分に透過させることができる。

またさらに、以上の実施形態に係る発光装置１によれば、広く流通していて入手しやすいＳＯＩ基板を用いて形成するので、特別な基板を作成する必要がない。

なお、上述した本実施形態１の発光装置１では、発光素子４０の透明電極層１０と駆動トランジスタ５０のドレイン３ｂとを電気的に接続する構成としたが、本発明はこれに限らない。例えば、発光素子４０の透明電極層１０と駆動トランジスタ５０のソース３ａとを電気的に接続する構成としてもよい。この場合においても、本実施形態１と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本実施形態１の発光装置１では、上部電極層１３は発光層１２により生成された光ビームを全て透過するとしたが、本発明はこれに限らず、上部電極層１３は発光層１２により生成された光ビームを全て反射するように構成してもよい。この場合には、本実施形態１に比較すると、反射層１４を形成する必要がないので、発光装置１の製造工程数及びコストをさらに減少させることが可能となる。さらに、上部電極層１３は、発光層１２により生成された光ビームを一部反射するように形成されてもよく、その場合には、反射層１４は、透過された光ビームが全反射されるような材料を選択する必要がある。

実施形態２．
図４は、本発明の実施形態２に係る露光ヘッド３０Ａの上面図である。図４において、露光ヘッド３０Ａは、支持台２０Ａと、当該支持台２０Ａ上にマトリックス状に等間隔で配置される複数の発光装置１とを備えて構成される。ここで、露光ヘッド３０Ａから出射された光ビームＬは、所定の回転速度で回転する感光体上に照射して、当該感光体上に画像を形成する。なお、発光装置１の製造方法、動作、及び効果については、実施形態１と同様である。

上述した実施形態では、発光装置１の外側からの電気信号を入出力するかまたは電源もしくはグランドに接続するための最上層配線８にバンプ１６を介して接続したが、本発明はこれに限らない。例えば、最上層配線８に金属製のワイヤを介して接続してもよい。この場合においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

実施形態のまとめ
第１の態様に係る発光装置は、基板と、上記基板上に形成される発光素子と、当該発光素子を制御するための駆動トランジスタとを備えた発光装置であって、
上記発光素子は、第１の電極及び第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に形成される発光層とを備え、
上記駆動トランジスタは、上記基板上に形成され、上記駆動トランジスタのソースまたはドレインは上記第１の電極に電気的に接続されることを特徴とする。

第２の態様に係る発光装置は、第１の態様に係る発光装置において、上記基板上に形成する第１の層間絶縁膜と、
上記第１の層間絶縁膜上に堆積され、上記第１の層間絶縁膜の第１のコンタクトホールを介して上記駆動トランジスタのソースまたはドレインに電気的に接続される第１の配線と、
上記第１の配線上に堆積する第２の層間絶縁膜と、上記第２の層間絶縁膜の第２のコンタクトホールを介して上記第１の配線に電気的に接続される第２の配線とを備え、
上記第２の配線は、上記第１の電極に電気的に接続されることを特徴とする。

第３の態様に係る発光装置は、第１又は２の態様に係る発光装置において、上記基板は、シリコン層と絶縁層とから構成され、上記駆動トランジスタのソース及びドレインは、上記シリコン層に形成されることを特徴とする。

第４の態様に係る発光装置は、第１〜第３の態様のうちのいずれか１つに記載の発光装置において、上記第１の電極は、酸化インジウムスズであることを特徴とする。

第５の態様に係る発光装置は、第１〜第４の態様のうちのいずれか１つに記載の発光装置において、上記第２の電極上に反射層をさらに備えたことを特徴とする。

第６の態様に係る発光装置は、第１〜第５の態様のうちのいずれか１つに記載の発光装置において、上記発光層は、有機化合物層であることを特徴とする。

第７の態様に係る露光ヘッドは、第１〜第６の態様のうちのいずれか１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする。

第８の態様に係る発光装置の製造方法は、基板と、上記基板上に形成される発光素子と、当該発光素子を制御するための駆動トランジスタとを備えた発光装置の製造方法であって、
シリコン層と絶縁層と支持層とを積層したＳＯＩ基板の上記シリコン層に上記駆動トランジスタを形成する工程と、
上記駆動トランジスタ上に第１の層間絶縁膜を堆積する工程と、
上記第１の層間絶縁膜の第１のコンタクトホールを介してソースまたはドレインに電気的に接続される第１の配線を形成する工程と、
上記第１の配線上に第２の層間絶縁膜を堆積する工程と、
上記第２の層間絶縁膜の第２のコンタクトホールを介して上記第１の配線に電気的に接続される第２の配線を形成する工程と、
上記第２の配線上に保護層を堆積し、上記発光素子を形成する開口部を形成する工程と、
上記開口部において、上記第１の層間絶縁膜及び上記第２の層間絶縁膜を上記シリコン層が露出するまで除去する工程と、
上記開口部を覆うように第１の電極を形成する工程と、
上記第１の電極上に発光物質を塗布して発光層を形成する工程と、
上記発光層上に第２の電極を形成する工程と、
上記ＳＯＩ基板の最下層である支持層を除去する工程とを含むことを特徴とする。

１…発光装置、
２…ＳＯＩ基板、
２ａ…支持層、
２ｂ…絶縁層、
２ｃ…シリコン層、
３ａ…ソース、
３ｂ…ドレイン、
４…ゲート電極、
５，７…層間絶縁膜、
６…中間層配線、
８…最上層配線、
９、１５…保護層、
１０…透明電極、
１１…バンク、
１２…発光層、
１３…上部電極層、
１４…反射層、
１６…バンプ、
１７…パッド領域、
１８…発光素子領域、
２０，２０Ａ…基板、
３０，３０Ａ…露光ヘッド、
４０…発光素子、
５０…駆動トランジスタ。

特開平４−４５６４４号公報

Claims (7)

1. ＳＯＩ基板と、上記ＳＯＩ基板上に形成される発光素子と、当該発光素子を制御するための駆動トランジスタとを備えた発光装置であって、
   上記発光素子は、第１の電極及び第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に形成される発光層と、上記第２の電極上に形成された反射層とを備え、
   上記駆動トランジスタは、上記ＳＯＩ基板上に形成され、上記駆動トランジスタのソースまたはドレインは上記第１の電極に電気的に接続され、
   上記発光素子により発生された光は上記反射層により反射され、上記ＳＯＩ基板を透過して、上記第２の電極から上記第１の電極に向う方向で出射することを特徴とする発光装置。
2. 上記ＳＯＩ基板上に形成する第１の層間絶縁膜と、
   上記第１の層間絶縁膜上に堆積され、上記第１の層間絶縁膜の第１のコンタクトホールを介して上記駆動トランジスタのソースまたはドレインに電気的に接続される第１の配線と、
   上記第１の配線上に堆積する第２の層間絶縁膜と、上記第２の層間絶縁膜の第２のコンタクトホールを介して上記第１の配線に電気的に接続される第２の配線とを備え、
   上記第２の配線は、上記第１の電極に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 上記ＳＯＩ基板は、シリコン層と絶縁層とから構成され、
   上記駆動トランジスタのソース及びドレインは、上記シリコン層に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
4. 上記第１の電極は、酸化インジウムスズであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
5. 上記発光層は、有機化合物層であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする露光ヘッド。
7. 基板と、上記基板上に形成される発光素子と、当該発光素子を制御するための駆動トランジスタとを備えた発光装置の製造方法であって、
   シリコン層と絶縁層と支持層とを積層したＳＯＩ基板の上記シリコン層に上記駆動トランジスタを形成する工程と、
   上記駆動トランジスタ上に第１の層間絶縁膜を堆積する工程と、
   上記第１の層間絶縁膜の第１のコンタクトホールを介してソースまたはドレインに電気的に接続される第１の配線を形成する工程と、
   上記第１の配線上に第２の層間絶縁膜を堆積する工程と、
   上記第２の層間絶縁膜の第２のコンタクトホールを介して上記第１の配線に電気的に接続される第２の配線を形成する工程と、
   上記第２の配線上に保護層を堆積し、上記発光素子を形成する開口部を形成する工程と、
   上記開口部において、上記第１の層間絶縁膜及び上記第２の層間絶縁膜を上記シリコン層が露出するまで除去する工程と、
   上記開口部を覆うように第１の電極を形成する工程と、
   上記第１の電極上に発光物質を塗布して発光層を形成する工程と、
   上記発光層上に第２の電極を形成する工程と、
   上記ＳＯＩ基板の最下層である支持層を除去する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。

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