JPH1039792A

JPH1039792A - Ｅｌ素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH1039792A
Application number: JP8209290A
Authority: JP
Inventors: Morimitsu Wakabayashi; 守光若林; Shigeru Fukumoto; 滋福本; Tetsuya Tanpo; 哲也丹保
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、大画面や高精細な画面を得る
ことができ、寿命も長くる。【解決手段】シリコンウエハ等の半導体基板１０の一
方の面にマトリクス状のドット電極１２が形成され、半
導体基板１０に形成されマトリクス状のドット電極１２
毎に形成されたトランジスタ２４のエミッタまたはコレ
クタが、マトリクス状の各ドット電極１２に接続されて
いる。半導体基板１０の他方の面には各トランジスタ２
４のコレクタまたはエミッタが位置し、この他方の面の
電極２２は共通に形成されている。マトリクス状のドッ
ト電極１２上にホール輸送材料１７及び電子輸送材料１
６からなるＥＬ材料が積層され、ＥＬ材料の表面にＩＴ
Ｏ等の透明電極１８が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平面光源やディ
スプレイに用いられるＥＬ素子とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミ
ネッセンス）素子は図４に示すように、ガラス基板１に
ストライプ状の透光性のＩＴＯ膜による陽極２を形成
し、その表面にトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）等
のホール輸送材料３を設け、その上にアルミキレート錯
体（Ａｌｑ₃）等の電子輸送材料４を設けて、有機ＥＬ
発光層５を形成している。さらに陽極２と直交するよう
に、Ａｌ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ｉｎ等でストライプ状の
陰極６が形成されている。この有機ＥＬ素子は、互いに
直交したストライプ状の陽極２と陰極６の交点に所定の
電圧が印加された際に、この交点部分で発光を生じるも
のである。そして、この有機ＥＬ素子の製造に際して
は、ストライプ状の陽極２をガラス基板１上でエッチン
グにより形成し、ＥＬ材料を蒸着により形成し、陰極６
はマスク蒸着により形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の場
合、ストライプ状の互いに直交するＩＴＯ膜の交点に、
順次電界をかけるため、ディスプレイとしての表示素子
の１ドットあたりの通電時間が短く発光時間も短いもの
であった。しかもドット数を多くすればするほど１ドッ
トあたりの通電時間が短くなり、所望の明るさを得るた
めには大電流を流さなければならず、大電流による駆動
によって、素子の寿命が短くなるという問題もあった。
さらに、陽極及び陰極は薄膜であり比較的抵抗値が高
く、その抵抗により位置による発光度に差が生じるとい
う問題もあった。さらに、ストライプ状の陽極をエッチ
ングにより形成するものであり、エッチング液の残渣に
よりＩＴＯ膜の表面が汚染され、特性に悪影響を与え、
これをなくすために洗浄作業等に多くの工数を必要とす
るものであった。さらに、発光材料や電極は材料として
不安定なものであり、パッシべーション膜やチッソ封入
等の処置が必要であった。さらに、蒸着による陰極の形
成時の熱により、ホール輸送材料が劣化し、発光効率が
低下するという問題があった。

【０００４】この発明は、上記従来の技術に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成で、大画面や高精細な画面を得
ることができ、寿命も長いＥＬ素子とその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、シリコンウ
エハ等の半導体基板の一方の面にマトリクス状のドット
電極が形成され、上記半導体基板に形成され上記マトリ
クス状のドット電極毎に形成されたトランジスタのエミ
ッタまたはコレクタが上記マトリクス状の各ドット電極
に接続され、上記半導体基板の他方の面には上記各トラ
ンジスタのコレクタまたはエミッタが位置し、この他方
の面の電極は共通に形成され、上記マトリクス状のドッ
ト電極上にホール輸送材料及び電子輸送材料からなるＥ
Ｌ材料が積層され、さら上記ＥＬ材料の表面にＩＴＯ等
の透明電極が形成されたＥＬ素子である。上記ＥＬ材料
は、有機ＥＬ材料であり、上記ＩＴＯ等の透明電極の表
面には、メッシュ状、ストライプ状、または格子状に、
Ａｕ等の導電性材料が積層されている。

【０００６】またこの発明は、上記マトリクス状のドッ
ト電極に対応して発光素子が形成され、この発光素子は
光の３原色を発光する３種類の発光素子が所定のサイク
ルで配置されているいるものである。または、このＥＬ
材料は上記ドット電極が形成された面全面に形成されて
いるものである。さらに、上記マトリクス状のドット電
極は、Ａｌ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｍｇ．Ｉｎ等の金属またはこ
れらの合金により形成されている。または、上記マトリ
クス状のドット電極の表面にＡｌ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｍｇ．
Ｉｎ等の金属薄膜またはこれらの合金の薄膜が形成さ
れ、その上に上記ＥＬ材料を積層したものである。

【０００７】またこの発明は、シリコンウエハ等の半導
体基板の一方の面にマトリクス状のドット電極が形成さ
れ、上記半導体基板に形成され上記マトリクス状のドッ
ト電極毎に形成されたトランジスタのエミッタまたはコ
レクタが上記マトリクス状の各ドット電極に接続され、
上記半導体基板の他方の面には上記各トランジスタのコ
レクタまたはエミッタが位置し、この他方の面の電極は
共通に形成され、上記マトリクス状のドット電極上にホ
ール輸送材料及び電子輸送材料からなるＥＬ材料を積層
し、さら上記ＥＬ材料の表面にＩＴＯ等の透明電極を形
成するＥＬ素子の製造方法である。さらに、上記ＥＬ材
料は、有機ＥＬ材料であり、上記ＩＴＯ等の透明電極の
表面には、メッシュ状、ストライプ状、または格子状
に、Ａｕ等の導電性材料を積層するＥＬ素子の製造方法
である。

【０００８】この発明のＥＬ素子とその製造方法は、シ
リコンウエハ等の半導体基板にマトリクスドライブ可能
なトランジスタを形成しこのトランジスタに接続したド
ット電極が、各々発光素子に接続し、各発光素子を独立
に発光制御可能にしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を基にして説明する。図１〜図３はこの発明の
ＥＬ素子の一実施形態を示すもので、この実施形態のＥ
Ｌ素子は、有機薄膜ＥＬ素子であり、図示するように、
シリコンウエハ等にＩＣが形成された半導体基板１０の
表面に、Ａｌによるドット電極１２が形成されている。
ドット電極１２はマトリクス状に縦横に配置されてい
る。このドット電極１２の表面には、Ｌｉ，Ａｇ，Ｍ
ｇ，Ｉｎ等の金属またはこれらの合金による金属薄膜１
３が形成されている。この金属薄膜１３は、仕事関数の
小さい金属であり、ＥＬの発光効率を向上させるもので
ある。

【００１０】ドット電極１２の周囲はＳｉＯ₂等の絶縁
体１５により囲まれている。ドット電極１２の表面側に
は、ＥＬ発光素子１４を形成するＥＬ材料として電子輸
送材料１６として、アルミキレート錯体（Ａｌｑ₃）
や、その他ジスチリルビフェニル誘導体（ＤＰＶＢ
ｉ）、オキサジアゾール誘導体、ビスチリルアントラセ
ン誘導体、ベンゾオキサゾールチオフェン誘導体、ペリ
レン類、チアゾール類等の電子輸送材料１６が、ドット
電極１２毎に対応して設けられている。さらにその表面
側には、ＥＬ発光素子１４を形成するホール輸送材料１
７が設けられている。ホール輸送材料１７は、トリフェ
ニルアミン誘導体（ＴＰＤ）、ヒドラゾン誘導体、アリ
ールアミン誘導体等がある。なお、上記電子輸送材料１
６とホール輸送材料１７との比は、１０：９０乃至９
０：１０の範囲で適宜変更可能である。

【００１１】そして、ホール輸送材料１７の表面側に
は、ＳｎＯ₂またはＩＴＯによる透明電極１８が全面に
形成されている。透明電極１８の表面側には、導電性の
良いＡｕ等の金属層２０が格子状、ストライプ状または
メッシュ状に形成されている。この格子、ストライプま
たはメッシュは、図示するように、発光素子１４のドッ
トポイントの上方を避けて形成されている。

【００１２】半導体基板１０の裏面側には、Ａｌ等の導
電体薄膜２２が全面に形成されている。また、半導体基
板１０内には、図３に示すように、ｐｎｐ型トランジス
タ２４が各ドット電極１２に毎に形成され、このトラン
ジスタ２４のエミッタがドット電極１２に接続してい
る。トランジスタ２４のコレクタは、基板１０の裏面側
の導電性薄膜２２に接続され、導電性薄膜２２は設置し
ている。さらに、トランジスタ２４のベースは、抵抗２
６を介してシフトレジスタ２８の所定のスイッチ２９に
接続されている。なお、トランジスタ２４が、ｎｐｎ型
の場合は、エミッタとコレクタは上記と逆に接続され
る。また、抵抗２６とスイチ２９の間には並列に、入力
レベルメモリ用のキャパシタ３０が設けられている。シ
フトレジスタ２８には所定のクロック信号が入力し、各
スイッチ２９には発光用のレベル信号が入力している。

【００１３】この実施形態の有機薄膜ＥＬ素子の製造方
法は、先ず半導体基板１０にＩＣプロセスにより、トラ
ンジスタ２４及び抵抗２６、レベルメモリのキャパシタ
３０を形成する。さらに、シフトレジスタ２８、スイッ
チ２９を端部に設ける。また、ドット電極１２は、Ａｌ
等の蒸着後、エッチングによりドットを形成し、その周
囲をＳｉＯ₂等の絶縁体で囲む。また裏面側の導電性薄
膜は、Ａｌ等の導電体を一面に蒸着して形成する。

【００１４】次にＥＬ発光素子１４の形成は、先ず、ド
ット電極１２の表面を清浄にし、真空槽内で、このドッ
ト電極１２よりわずかに大きい開口部を有したマスクを
用いてＡｌ−Ｌｉを蒸着し、金属薄膜１３を形成する。
また、金属薄膜１３は、マスクを使わずに、Ａｌ−Ｌｉ
等の材料を、各ドット電極１２間の導通が問題ない程度
に極薄く全面に蒸着しても良い。これにより、真空中で
マスクを調整する操作を省略することができる。

【００１５】次に、ドット電極１２の上方に、電子輸送
材料１６を蒸着する。このとき、図１に示すように、電
子輸送材料１６を各ドット電極１２毎に形成するには、
マスクを用いて蒸着する。そして、各ドット電極１２毎
に電子輸送材料１６を形成することにより、光の３原色
を発光する発光素子１４を所定の配列に形成することが
できる。従って、この場合、電子輸送材料１６の蒸着を
各色毎にマスクを変えて３回行なう。また、白色発光ま
たは単色発光で良い場合は、電子輸送材料１６を全面に
蒸着する。特に白色発光のために、各色の発光材料を混
合したＥＬ材料を用いる際には、いわゆるフラッシュ蒸
着によると良い。

【００１６】さらに、電子輸送材料１６の表面全面にホ
ール輸送材料１７を蒸着し、その後、ホール輸送材料１
７の表面にＩＴＯやＳｎＯ₂による透明電極１８を全面
に形成する。透明電極１８の形成は、プラズマＣＶＤ
や、マグネトロンスパッタ等を用いた。これらの方法
は、基板温度を低く保った状態で、着膜可能なものであ
り、耐熱性に劣るＥＬ材料の形成後に電極を形成する方
法としては、熱による劣化がなく好ましい。さらに、透
明電極１８の表面側には、導電性の良い金属層２０を形
成する。金属層２０は、各ドット電極毎に形成された発
光素子１４の発光部分を避けるようにして、図２に示す
ように、格子状にマスク蒸着により形成する。

【００１７】ここで蒸着条件は、真空度が６×１０^-6Ｔ
ｏｒｒで、例えば、ＥＬ材料１４の場合５０Å／ｓｅｃ
の蒸着速度で成膜する。蒸着源は、フラッシュ蒸着の場
合、２０秒以内に４００℃まで上昇させた。さらに、フ
ラッシュ蒸着法は、予め所定の比率で混合した有機ＥＬ
材料を、３００〜６００℃好ましくは、４００〜５００
℃に加熱した蒸着源に落下させ、有機ＥＬ材料を一気に
蒸発させるものである。また、その有機ＥＬ材料を容器
中に収容し、急速にその容器を加熱し、一気に蒸着させ
るものでも良い。

【００１８】この実施形態のＥＬ素子の駆動方法は、ス
イッチ２９の入力ラインに素子を発光させる信号を送
り、シフトレジスタ２８に所定のクロックで駆動パルス
を送り、スイッチ２９を順次ＯＮしていくものである。
これにより、スイッチ２９がＯＮしている個所のトラン
ジスタ２４が作動し、ＥＬ素子に電圧がかかり発光す
る。この電圧は、トランジスタ２４のエミッタが接続さ
れたドット電極１２を介してその点の発光素子１４に印
加されるもので、ドット電極１２に対応した部分の発光
を個別に可能とするものである。そして、スイッチ２９
がＯＮした個所のキャパシタ３０には、その電位が蓄え
られ、発光素子１４に印加される入力電圧を保持するも
のである。なお、シフトレジスタ２８は、１列の発光素
子１４に対して複数に分割して設けても良く、これによ
り、より高速の駆動を可能にし、複数段のシフトレジス
タ２８をパラレルに駆動することも可能である。また、
キャパシタ３０を設けずに、シフトレジスタの段数ｎ分
の１の発光時間とするようにしても良く、ｎの数が小さ
い場合は問題ない。

【００１９】この実施形態のＥＬ素子は、発光素子１４
のマトリクスを駆動する回路をその背面の半導体基板１
０に直接形成しＩＣプロセスにより、微細な回路を容易
に形成することができる。しかもシフトレジスタ２８を
基板に組み込むことにより、入力用の外部配線を最小限
にすることができる。また、各発光素子１４を個別に発
光させることができ、キャパシタ３０を設けることによ
り、素子全面で同時発光させることもでき、最小電流で
発光可能であり素子の劣化も少ない。

【００２０】さらに、発光素子１４は一方の面が基板１
０で覆われ、他方の面も透明電極１８により全面が覆わ
れているので、発光素子１４は完全に外気から遮断さ
れ、素子の劣化等の問題が生じにくいものである。さら
に基板１０の背面は、金属薄膜等の導電体薄膜２２で覆
われ、ヒートシンク等の金属を直接取り付けることがで
き、放熱を確実にすることができる。また、ＩＣプロセ
スにより半導体基板１０を形成した後は、全て真空中で
処理することができ、不純物が混入する確率は低く素子
の劣化がきわめて少ない。

【００２１】なお、この発明のＥＬ素子は、上記実施形
態のシフトレジスタに代えて、シリコンウエハ等に、ド
ライブ回路等を形成しても良い。この場合、ウエハの歩
留を向上させるために、半導体基板１０に、余分な回路
を形成し、万一一部のドライバが壊れても他のドライバ
回路に置き換えることができるようにすると良い。ま
た、半導体基板１０は、複数個組合わせて、大画面の素
子を形成しても良く、特に大電流を要する端子が表面全
体に形成されているため、太い配線が必要なく、他の信
号線は微細配線で良いことから、大画面化しても配線構
成は容易なものにすることができる。

【００２２】また、透明電極及びその表面のストライ
プ、格子またはメッシュ状の金属層の金属薄膜は、予め
ガラスに形成して基板１０側の素子に真空中で接合して
も良い。これにより、発光面の抵抗値を下げるととも
に、製造もより容易なものにすることができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明のＥＬ素子は、ＥＬ素子をドッ
ト毎に駆動することができ、比較的低電流でも高輝度で
発光可能であり、素子寿命も長くすることができる。さ
らに、有機ＥＬ素子を用いても発光素子を密閉すること
ができ、素子寿命を延ばすことができる。また、ＥＬ素
子は真空中で処理するものであり、外部からの汚染や熱
による影響がなく、さらに寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態のＥＬ素子の断面図であ
る。

【図２】この発明の一実施形態のＥＬ素子の平面図であ
る。

【図３】この発明の一実施形態のＥＬ素子の概略回路図
である。

【図４】従来のＥＬ素子の断面図である。

【符号の説明】

１０半導体基板１２ドット電極１４発光素子１６電子輸送材料１７ホール輸送材料１８透明電極２０金属層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の一方の面にマトリクス状の
ドット電極が形成され、上記半導体基板に形成され上記
マトリクス状のドット電極毎に形成されたトランジスタ
のエミッタまたはコレクタが上記マトリクス状の各ドッ
ト電極に接続され、上記半導体基板の他方の面には上記
各トランジスタのコレクタまたはエミッタが位置し、こ
の他方の面の電極は共通に形成され、上記マトリクス状
のドット電極上にホール輸送材料及び電子輸送材料から
なるＥＬ材料が積層され、さら上記ＥＬ材料の表面に透
明電極が形成されたＥＬ素子。
【請求項２】上記ＥＬ材料は有機ＥＬ材料であり、こ
のＥＬ材料は上記ドット電極が形成された面全面に形成
されている請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項３】上記ＥＬ材料は有機ＥＬ材料であり、こ
のＥＬ材料は上記ドット電極毎に対応して発光素子が形
成されている請求項１記載のＥＬ素子。
【請求項４】上記透明電極の表面には、上記ドット電
極の形成部分に対面する個所を避けて導電性材料が積層
されている。請求項１，２または３記載のＥＬ素子。
【請求項５】マトリクス状のドット電極が形成された
半導体基板のドット電極毎に上記半導体基板内に駆動回
路が形成され、上記マトリクス状のドット電極上に、上
記駆動回路により駆動されるＥＬ材料を積層し、さら上
記ＥＬ材料の表面に透明電極を全面に形成するＥＬ素子
の製造方法。