KR100508296B1 - 회로 기판, 전기 광학 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트랜지스터 등의 능동 소자가 안정에 동작하고, 대 화면화와 장기간에 걸쳐 안정한 표시 동작을 가능하게 한다. 본 발명의 전기 광학 장치는 음극(222)과 양극(23) 사이에 위치되고, 기판(2)의 위쪽에 배치된 전기 광학 소자와, 전기 광학 소자를 구동하는 능동소자(24)와, 음극(222) 및 양극(23) 중의 적어도 한 쪽과 기판(2)과의 사이에 배치된 유전율이 소정의 값 이하인 절연 재료로 이루어지는 절연막(283, 284)으로 구성한다.
Description
본 발명은, 능동소자를 포함하는 복수의 재료층으로 이루어지고 전기 광학 장치나 반도체 장치에 적합한 회로 기판, 전기 광학 소자와 능동소자를 포함하는 복수의 재료층으로 이루어지는 회로 기판을 구비한 전기 광학 장치, 이 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
표시장치로서, 액정소자, 유기 EL(Electro Luminescence) 소자를 구비한 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치 등의 전기 광학 장치가 있다. 특히, 유기 EL 표시 장치는, 고휘도이고 자발광이며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답이 고속이라는 것 등에 의해 표시 성능이 우수하다. 또한, 표시장치의 박형화, 경량화, 저소비 전력화가 가능하다.
유기 EL 표시 장치는, 발광 물질을 포함하는 발광층을 양극 및 음극의 전극층 사이에 배치한 구성을 가지고 있다. 그리고, 양극측으로부터 주입된 정공과, 음극측으로부터 주입된 전자를 발광능을 갖는 발광층내에서 재결합하고, 여기 상태에서 비활성 상태로 될 때에 발광하는 현상을 이용하고 있다.
그런데, 전기 광학 장치에서는 배선이나 전극 등의 도전성 부위 사이에 발생하는 기생 용량에 의해 데이터의 개서 동작 등에 지장을 초래하는 것이 알려져 있다. 이 배선간 용량은, 배선 길이에 의존하고, 배선이 길어짐에 따라서 커지기 때문에, 예를 들면 전기 광학 장치를 표시 장치로서 이용하는 경우, 대화면화를 방해하는 원인으로 되었다.
또한, 최근 메모리 등의 반도체 장치에서는 고도집적화와 동시에 동작의 고속화가 요구되고 있는 현 상태에서 배선 등의 도전부 사이에 발생하는 용량이 문제로 되고 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 트랜지스터 등의 능동소자를 안정하게 동작시킬 수 있는 회로 기판, 대화면화가 가능하고 또한 장기간에 걸쳐 안정하게 동작하는 전기 광학 장치 및 이들을 이용한 전자 기기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 절연성을 갖는 기판과, 상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와, 상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과, 절연 재료로 이루어지는 절연막을 포함하고, 상기 절연재료의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 능동소자의 전극간 또는 상기 전극과 접속된 배선간을 절연하는 절연막이, 소정의 값 이하의 유전율을 갖는 절연 재료로 이루어지는 절연막을 포함하고 있으므로, 전극간 또는 배선간에 발생하는 기생 용량을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 능동소자에 공급되는 구동 신호간의 아이솔레이션이 확보되어, 능동소자를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있다. 또한, 기생 용량이 작아짐으로써, 더 높은 주파수의 구동 신호에 의해 능동소자를 동작시킬 수 있다. 능동소자로서는, 예를 들면 트랜지스터 등의 반도체 소자나, MIM 등의 2단자 소자 등을 들 수 있다.
상기 회로 기판의 능동소자는 트랜지스터로 해도 좋다.
상기 회로 기판에 있어서 상기 절연재료의 유전율은 4이하인 것이 바람직하고, 유전율이 3이하, 더 나아가서는 2.5 이하이면 더 바람직하다.
또한 본 발명의 회로 기판은, 상기 발명에 있어서, 절연 재료는, 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 플루오르화 마그네슘 또는 이것을 함유하는 재료, 플루오르화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔, 불소계 중합체 또는 이것을 함유하는 재료, 분기 구조를 갖는 다공성 중합체, 실리카 글라스, 알킬실록산 중합체, 알킬실세스키옥산 중합체, 수소화알킬실세스키옥산 중합체, 폴리아릴에테르 중 적어도 1개를 함유하는 스핀온글라스막, 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자 중의 적어도 어느 한 쪽을 함유한 재료 등이다.
또한, 본 발명의 회로 기판은, 상기 발명에 있어서, 능동소자를 피복하도록 형성된 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 능동소자를 덮도록 보호층이 형성되어 있으므로, 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입에 의한 능동소자의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 회로 기판은, 상기 발명에 있어서, 보호층은 건조제 및 화학흡착제 중의 적어도 어느 한 쪽을 함유한 재료, 세라믹, 질화 규소, 산화 질화 규소, 산화 규소 중의 적어도 1개를 함유하는 재료, 붕소, 탄소, 질소 중의 적어도 1개와 알루미늄, 인, 규소 중의 적어도 1개를 함유하는 재료, 세륨, 이테르븀, 사마륨, 에르븀, 이트륨, 란탄, 가돌리늄, 디스프로슘, 네오듐 중의 적어도 1개와 알루미늄, 규소, 질소, 산소를 함유하는 재료, 또는 산화 바륨, 산화 칼슘, 활성탄, 제올라이트 중의 적어도 1개를 함유하는 재료로 이루어진다.
본 발명의 전기 광학 장치는, 음극과 양극 사이에 위치되고 기판의 위쪽에 배치된 전기 광학 소자를 포함하는 전기 광학 장치로서, 상기 음극 및 상기 양극 중의 적어도 한 쪽과 상기 기판 사이에 유전율이 소정의 값 이하인 절연 재료로 이루어지는 절연막이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기 광학 소자를 사이에 배치하는 음극 및 양극 중의 적어도 한 쪽과 상기 기판 사이에 유전율이 소정의 값 이하인 절연 재료로 이루어지는 절연막이 배치되어 있으므로, 이들의 전극 사이에 발생하는 기생 용량을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 전기 광학 소자에 공급되는 구동 신호간의 아이솔레이션이 확보되어, 전기 광학 소자를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있다. 또한, 기생 용량이 작아짐으로써, 더 높은 주파수의 구동 신호에 의해 전기 광학 소자를 구동시킬 수 있다. 또, 이 전기 광학 장치의 구동 방식으로서는 패시브 구동 방식 및 액티브 구동 방식의 양쪽을 채용할 수 있다. 전기 광학 소자로서는, 예를 들면 유기 EL 소자, 무기 EL 소자, 액정 소자, 전기 영동 소자, 레이저 다이오드, 전자 방출 소자 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 광학 장치는, 상기 발명에 있어서, 전기 광학 소자를 구동하는 능동소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 능동소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 전기 광학 장치를 구성할 수 있고, 더욱 명확하게는, 응답성이 우수한 전기 광학 장치를 실현할 수 있다. 능동 소자로서는, 예를 들면 트랜지스터 등의 반도체 소자나, MIM 등의 2단자 소자 등을 들 수 있다.
상기한 전기 광학 장치의 기판을 절연체 재료에 의해 형성해도 좋다.
상기한 전기 광학 장치의 능동소자는 트랜지스터로 해도 좋다.
상기한 전기 광학 장치의 절연막의 유전율은 4이하인 것이 바람직하고, 유전율이 3이하, 더 나아가서는 2.5 이하이면 더 바람직하다.
또한, 상기한 전기 광학 장치에 있어서, 절연 재료로서, 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 플루오르화 마그네슘 또는 이것을 함유하는 재료, 플루오르화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔, 불소계 중합체 또는 이것을 함유하는 재료, 분기 구조를 갖는 다공성 중합체, 실리카 글라스, 알킬실록산 중합체, 알킬실세스키옥산 중합체, 수소화알킬실세스키옥산 중합체, 폴리아릴에테르 중 적어도 1개를 함유하는 스핀온글라스막, 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자 중의 적어도 어느 한 쪽을 함유한 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 광학 장치는, 상기 발명에 있어서, 능동소자를 피복하도록 형성된 제 1 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 능동소자를 덮도록 제 1 보호층이 형성되어 있으므로, 능동소자에 대한 외부로부터의 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입을 방지하여, 능동 소자의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 광학 장치는, 상기 발명에 있어서, 능동소자를 피복하도록 형성된 제 2 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 능동소자를 덮도록 제 2 보호층이 형성되어 있으므로, 전기 광학 소자에 대한 외부로부터의 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입을 방지하여, 전기 광학 소자의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 광학 장치는, 상기 발명에 있어서, 제 1 및 제 2 보호층 중의 적어도 어느 한 쪽은, 건조제 및 화학흡착제 중의 적어도 어느 한 쪽을 함유한 재료, 세라믹, 질화 규소, 산화 질화 규소, 산화 규소 중의 적어도 1개를 함유하는 재료, 붕소, 탄소, 질소 중의 적어도 1개와 알루미늄, 인, 규소 중의 적어도 1개를 함유하는 재료, 세륨, 이테르븀, 사마륨, 에르븀, 이트륨, 란탄, 가돌리늄, 디스프로슘, 네오듐 중의 적어도 1개와 알루미늄, 규소, 질소, 산소를 함유하는 재료, 또는 산화 바륨, 산화 칼슘, 활성탄, 제올라이트 중의 적어도 1개를 함유하는 재료로 이루어진다.
또한, 본 발명의 전기 광학 소자는, 상기 발명에 있어서 유기 일렉트로루미네선스 소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기 광학 소자로서 유기 일렉트로루미네선스 소자를 사용함으로써 저전압 구동 및 시야각에 제한을 받지 않는 표시장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 전자 기기는, 상기한 회로 기판 또는 상기한 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기생 용량을 감소시킴으로써, 예를 들면 주파수가 높은 입력신호에 대하여 추종성이 좋은 안정한 표시 동작을 행할 수 있는 전자 기기를 실현할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 1실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 표시 장치로서 적합한 전기 광학 장치의 배선 구조의 평면 모식도를 나타낸다.
본 실시예에 의한 전기 광학 장치는, 능동소자 및 전기 광학 소자로서, 각각 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor, 이하, TFT라고 한다.) 및 유기 일렉트로루미네선스 소자(이하, 유기 EL 소자라고 한다.)를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 유기 EL 표시 장치이다.
이 도면에 있어서 전기 광학 장치(1)는, 복수의 주사선(131)(배선)과, 주사선(131)에 대해 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 신호선(132)(배선)과, 신호선(132)에 대해 병렬로 연장하는 복수의 발광용 전원배선(133)(배선)이 각각 배선된 구성을 갖는 동시에, 주사선(131) 및 신호선(132)의 각 교점에 대응해서, 화소영역A가 설치되어 있다.
각 신호선(132)에는, 시프트 레지스터, 레벨 시프터, 비디오라인 및 아날로그 스위치를 구비하는 데이터선 구동 회로(90)가 접속되어 있다. 한편, 각 주사선(131)에는, 시프트 레지스터 및 레벨 시프터를 구비하는 주사선 구동 회로(80)가 접속되어 있다.
또한, 화소영역A의 각각에는, 주사선(131)을 거쳐서 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 스위칭 TFT(22)와, 이 스위칭 TFT(22)를 거쳐서 신호선(132)으로부터 공급되는 화상 신호를 유지하는 유지용량(cap)과, 유지용량(cap)에 의해 유지된 화상 신호가 게이트 전극에 공급되는 커런트 TFT(24)와, 이 커런트 TFT(24)를 거쳐서 발광용 전원배선(133)에 전기적으로 접속했을 때에 발광용 전원배선(133)으로부터 구동 전류가 유입되는 화소전극(23)(양극)과, 이 화소전극(23)과 음극(222) 사이에 배치되는 유기 EL 소자(3)가 설치되어 있다.
상기 구성된 전기 광학 장치(1)에서는, 주사선(131)에 의해 구동되어 TFT(22)가 온 하면, 그 때의 신호선(132)의 전위가 유지용량(cap)에 유지되고, 상기 유지용량(cap)의 상태에 따라서 TFT(24)의 도통상태가 결정된다. 그리고, 커런트 TFT의 도통상태에 따른 전류량만큼 화소전극(23)을 거쳐서 발광용 전원배선(133)으로부터 유기 EL 소자(3)에 구동전류가 흘러 공급된다. 이 유기 EL 소자(3)에 공급되는 전류량에 따라서 유기 EL 소자(3)의 발광 강도가 결정된다.
도 2는, 음극(222)이나 모양 일렉트로루미네선스 소자(3)가 제거된 상태에서의 화소영역A의 확대 평면도이다. 이 도면에 있어서, 각 화소영역은 평면형상이 장방형인 화소전극(23)의 4변이, 주사선(131), 신호선(132), 발광용 전원배선(133) 및 다른 화소전극용의 주사선(131)에 의해 둘러싸인 배치로 되어 있다. 또, 화소전극(23)의 형상은 장방형에 한정되지 않고, 다른 형상의 것이라도 좋다. 예를 들면, 유기 EL 소자(3)를 구성하는 발광층이나 전자 또는 정공 수송층 등의 전하 수송층을 잉크젯법 등의 액상 프로세스를 이용해서 형성하는 경우에는, 화소전극(23)의 위쪽에 균일하게 상기한 층을 형성하기 위해서는 각이 없는 원형이나 타원형 등의 형상인 것이 바람직하다.
다음에, 전기 광학 장치(1)의 단면 구조를 도 3을 참조하면서 설명한다
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다. 이 도면에 있어서, 전기 광학 장치(1)는, 기판(2)과, 인듐 주석화물(ITO::Indium Tin Oxide) 등의 투명 전극 재료로 이루어지는 화소전극(23)과, 화소전극(23) 상에 배치된 유기 EL 소자(3)와, 화소전극(23)과의 사이에 유기 EL 소자(3)를 위치시키도록 배치되어 있는 음극(222)과, 기판(2) 상에 형성되어, 화소전극(23)에 대한 통전을 제어하는 통전 제어부로서의 커런트 TFT(24)를 갖고 있다. 또한, 음극(222)의 상층에는 밀봉층(20)(제 2 보호층)이 설치되어 있다. 음극(222)은, 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg), 금(Au), 은(Ag), 칼슘(Ca)에서 선택되는 적어도 1개의 금속으로 구성되어 있다. 음극(222)은 상기한 각 재료의 합금이나 적층한 것도 포함한다. 커런트 TFT(24)는, 주사선 구동 회로(80) 및 데이터선 구동 회로(90)로부터의 작동 명령 신호에 기초하여 작동하고, 화소전극(23)에 대한 통전 제어를 행한다.
발광 소자(3)는, 양극(23)으로부터 정공을 수송할 수 있는 정공 수송층(70)과, 전기 광학 물질의 하나인 유기 EL 물질을 함유하는 발광층(60)과, 발광층(60)의 상면에 설치되어 있는 전자 수송층(50)으로 개략 구성되어 있다. 그리고, 전자 수송층(50)의 상면에 음극(대향전극)(222)이 배치되어 있다.
TFT(24)는, SiO2를 주체로 하는 하지 보호층(281)을 거쳐서 기판(2)의 표면에 설치되어 있다. 이 TFT(24)는, 하지 보호층(281)의 상층에 형성된 실리콘층(241)과, 실리콘층(241)을 덮도록 하지 보호층(281)의 상층에 설치된 게이트 절연층(282)과, 게이트 절연층(282)의 상면 중 실리콘층(241)에 대향하는 부분에 설치된 게이트 전극(242)과, 게이트 전극(242)을 덮도록 게이트 절연층(282)의 상층에 설치된 제 1 층간절연층(283)(절연막)과, 게이트 절연층(282) 및 제 1 층간절연층(283)에 걸쳐 개구된 콘택트 홀을 거쳐서 실리콘층(241)과 접속하는 소스 전극(243)과, 게이트 전극(242)을 사이에 두고 소스 전극(243)과 대향하는 위치에 설치되고, 게이트 절연층(282) 및 제 1 층간절연층(283)에 걸쳐 개구된 콘택트 홀을 거쳐서 실리콘층(241)과 접속하는 드레인 전극(244)과, 소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)을 덮도록 제 1 층간절연층(283)의 상층에 설치된 배리어층(285)(보호층, 제 1 보호층)과, 또 그의 상층에 설치된 제 2 층간절연층(284)(절연막)을 구비하고 있다.
그리고, 제 2 층간절연층(284)의 상면에 화소전극(23)이 배치되고, 화소전극(23)과 드레인 전극(244)은, 제 2 층간절연층(284)과 배리어층(285)에 걸쳐 개구된 콘택트 홀(23a)을 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 제 2 층간절연층(284)의 표면 중 유기 EL 소자가 설치되어 있는 부분 이외의 부분과 음극(222) 사이에는, 합성 수지 등으로 이루어지는 제 3 절연층(221)이 설치되어 있다.
또, 실리콘층(241) 중, 게이트 절연층(282)을 사이에 두고 게이트 전극(242)과 겹치는 영역이 채널 영역으로 되어 있다. 또한, 실리콘층(241) 중, 채널 영역의 소스측에는 소스 영역이 설치되어 있는 한편, 채널 영역의 드레인측에는 드레인 영역이 설치되어 있다. 이 중, 소스 영역이, 게이트 절연층(282)과 제 1 층간절연층(283) 사이에 걸쳐 개구된 콘택트 홀을 거쳐서 소스용 전극(243)에 접속되어 있다. 한편, 드레인 영역이, 게이트 절연층(282)과 제 1 층간절연층(283) 사이에 걸쳐 개구된 콘택트 홀을 거쳐서 소스 전극(243)과 동일 층으로 이루어지는 드레인 전극(244)에 접속되어 있다. 화소전극(23)은 드레인 전극(244)을 거쳐서 실리콘(241)의 드레인 영역에 접속되어 있다.
기판(2)으로서 사용되는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 본 예에서는 발광층(60)으로부터의 발광 광을 TFT(24)가 설치되어 있는 기판(2) 측에서 취출하는 구성(백 에미션형)이므로, 광을 통과시킬 수 있는 투명 또는 반투명 재료, 예를 들면 투명한 유리, 석영, 사파이어, 또는 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르케톤 등의 투명한 합성 수지 등이 이용된다. 특히, 기판(2)을 형성하는 재료로서는, 저렴한 소다 유리가 적합하게 이용된다. 소다 유리를 이용한 경우, 이것에 실리카 코팅을 실시하는 것이, 산알칼리에 약한 소다 유리를 보호하는 효과를 갖고, 또 기판(2)의 평탄성을 좋게 하는 효과도 갖기 때문에 바람직하다.
또한, 기판(2)에 색 필터막이나 발광성 물질을 포함하는 색변환막, 또는 유전체 반사막을 배치하여, 발광색을 제어하도록 해도 좋다
한편, TFT(22)가 설치되어 있는 기판(2)과는 반대측에서 발광 광을 취출하는 구성(톱 에미션형)인 경우에는, 기판(2)은 불투명해도 좋고, 그 경우, 알루미나 등의 세라믹, 스테인레스 등의 금속 시트에 표면산화 등의 절연 처리를 실시한 것, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 이용할 수 있다.
하지 보호층(281)을 형성할 때에는, 기판(2)에 대하여 TEOS(테트라에톡시실란)나 산소 가스 등을 원료로 해서 플라즈마 CVD법에 의해 막을 제조함으로써, 하지 보호층(281)으로서 두께 약 200∼500nm의 실리콘 산화막이 형성된다.
실리콘층(241)을 형성할 때에는, 우선 기판(2)의 온도를 약 350℃로 설정해서, 하지 보호막(281)의 표면에 플라즈마 CVD법 또는 ICVD법에 의해 두께 약 30∼70nm의 비정질 실리콘층을 형성한다. 다음에, 이 비정질 실리콘층에 대하여 레이저 어닐법, 급속가열법, 또는 고상 성장법 등에 의해 결정화 공정을 행하고, 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층에 결정화한다. 레이저 어닐법에서는, 예를 들면 엑시머 레이저에 의해 빔의 긴 치수가 400mm인 라인 빔을 이용하고, 그 출력 강도는 예를 들면 200mJ/㎠로 한다. 라인 빔에 대해서는, 그의 짧은 치수 방향에서의 레이저 강도의 피크값의 90％에 상당하는 부분이 각 영역과 겹치도록 라인 빔을 주사한다. 다음에, 폴리실리콘층을 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여, 섬형상의 실리콘층(241)으로 한다.
또, 실리콘층(241)은, 도 1에 나타낸 커런트 TFT(24)의 채널 영역 및 소스·드레인 영역으로 되는 것이지만, 다른 단면 위치에서는 스위칭 TFT(22)의 채널 영역 및 소스·드레인 영역으로 되는 반도체막도 형성되어 있다. 즉, 2종류의 TFT(22, 24)는 동시에 형성되지만, 동일한 순서로 만들어지기 때문에, 이하의 설명에서, TFT에 관해서는 커런트 TFT(24)에 대해서만 설명하고, 스위칭 TFT(22)에 대해서는 그 설명을 생략한다.
게이트 절연층(282)을 형성할 때에는, 실리콘층(241)의 표면에 대하여, TEOS 나 산소 가스 등을 원료로 해서 플라즈마 CVD법을 이용하여 막을 제조함으로써, 두께 약 60∼150nm의 실리콘 산화막 또는 질화막으로 이루어지는 게이트 절연층(282)이 형성된다. 게이트 절연층(282)의 재료로서는, 유전율이 큰 고유전체 재료가 바람직하다.
게이트 전극(242)은, 게이트 절연층(282) 상에 알루미늄, 탄탈, 몰리브덴, 티탄, 텅스텐 등의 금속을 포함하는 도전막을 스퍼터법에 의해 형성한 후, 이것을 패터닝함으로써 형성된다.
실리콘층(241)에 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하기 위해서는, 게이트 전극(242)을 형성한 후, 이 게이트 전극(242)을 패터닝용 마스크로서 이용하고, 이 상태에서 인 이온을 주입한다. 그 결과, 게이트 전극(242)에 대하여 셀프 얼라인적으로 고농도 불순물이 도입되어, 실리콘층(241) 중에 소스 영역 및 드레인 영역이 형성된다. 또, 불순물이 유입되지 않은 부분이 채널 영역으로 된다.
제 1 층간절연층(283)은, 일반적인 실리콘 산화막(SiO2막:유전율=약 4)보다 유전율이 작은 저유전율 재료로 이루어지는 저유전율층이며, 게이트 절연층(282)의 상층에 형성된다.
이 제 1 층간절연층(283)의 형성 재료로서는, 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 플루오르화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 등을 들 수 있다. 예를 들면, 다공성을 갖는 SiO2막으로 이루어지는 제 1 층간절연층(283)은, 반응 가스로서 Si2H6과 O3을 이용하여, CVD법(화학적 기상성장법)에 의해 형성된다. 이들의 반응 가스를 이용하면, 기상 중에 입자가 큰 SiO2가 형성되어, 게이트 절연층(282) 상에 퇴적한다. 그 때문에, 제 1 층간절연층(283)은 층 중에 많은 공극을 갖고, 다공질체로 된다. 그리고, 제 1 층간절연층(283)은 다공질체로 됨으로써 저유전율층으로 된다.
또, 제 1 층간결선층(283)의 표면에 H(수소) 플라즈마 처리를 해도 좋다. 이에 따라, 공극 표면의 Si-O 결합중의 댕글링 본드(dangling bond)가 Si-H결합으로 치환되어, 막의 내흡습성이 좋아진다. 그리고, 이 플라즈마 처리된 제 1 절연층(283)의 표면에 다른 SiO2층을 설치해도 좋다.
또한, 제 1 층간절연층(283)을 CVD법으로 형성할 때의 반응 가스는, Si2H6+O
3 이외에, Si2H6+O2, Si3H8+O3, Si
3H8+O2로 해도 좋다. 또한, 상기한 반응 가스에 부가해서, B(붕소)함유의 반응 가스, F(불소)함유의 반응 가스를 사용해도 좋다.
제 1 층간절연층(283)을 다공질체로서 형성할 때, 다공성을 갖는 SiO2막과 통상의 감압 화학적 기상성장법에 의해 형성된 SiO2막을 적층함으로써, 막질의 안정한 다공질체로서의 제 1 층간절연층(283)을 형성할 수도 있다. 그리고, 이들 막을 적층하기 위해서는, 감압 상태에서의 SiH4와 O2의 분위기중에서, 플라즈마를 단속적, 또는 주기적으로 발생시킴으로써 가능하게 된다. 구체적으로는, 제 1 층간절연층(283)은, 기판(2)을 소정의 챔버내에 수용하고, 예를 들면 400℃로 유지하면서, 반응 가스로서 SiH4와 O2를 사용하여, RF 전압(고주파 전압)을 챔버에 인가함으로써 형성된다. 성막 중에서는, SiH4 유량, O2 유량이 일정한데 반해, RF 전압은 10초의 주기로 챔버에 인가된다. 이것에 수반하여, 플라즈마가 10초의 주기로 발생하고, 소멸한다. 이와 같이, 시간 변화하는 플라즈마를 사용함으로써, 1개의 챔버내에서 감압 CVD를 사용하는 프로세스와, 감압 상태에서의 플라즈마 CVD를 사용하는 프로세스를 반복해서 행할 수 있다. 그리고, 감압 CVD와 감압 상태에서의 플라즈마 CVD를 반복해서 행함으로써, 막 중에 다수의 공극을 갖는 SiO2막이 형성된다. 즉, 제 1 층간절연층(283)은 다공성을 갖게 된다.
제 1 층간절연층(283)은, 에어로겔에 의해서 구성할 수도 있다. 에어로겔이라 함은, 금속 알콕시드의 졸 겔 반응에 의해 형성되는 습윤 겔을 초임계 건조함으로써 얻어지는 균일한 초미세 구조를 가진 광투과성의 다공질체이다. 에어로겔에는 실리카 에어로겔이나 알루미나를 기조로 한 에어로겔이 있다. 이 중, 실리카에어로겔은, 체적의 90％ 이상을 공극이 차지하고, 나머지가 수지(樹枝)형상으로 응집한 수10nm의 미세한 SiO2 입자로 구성된 재료이다. 이와 같이 공극률이 높은 실리카에어로겔은 저유전율 재료로서 유효하다.
실리카에어로겔은, 졸겔법에 의해 습윤 겔을 제작하는 공정, 습윤 겔을 숙성시키는 공정, 및 초임계 건조법에 의해 습윤 겔을 건조해서 에어로겔을 얻는 초임계 건조 공정을 거쳐서 제조된다. 초임계 건조법은, 고상과 액상으로 이루어지는 젤리상태의 겔 물질 중의 액체를 초임계 유체와 치환, 제거함으로써, 겔을 수축시키지 않고 겔 물질을 건조시키는데 적합한 방법으로서, 높은 공극률을 갖는 에어로겔이 얻어진다.
예를 들면, 제 1 층간절연층(283)을 실리카에어로겔에 의해 형성할 때에는, 게이트 절연층(282) 상에 에어로겔의 원료인 습윤 겔을 스핀 코트법 등을 사용하여 코팅하고, 초임계 건조함으로써 형성된다. 초임계 유체를 사용한 초임계 건조법에 의해, 습윤 겔 중의 용매를 초임계 유체로 치환함으로써 습윤 겔 중의 용매가 제거된다. 또, 초임계 유체로서는, 이산화탄소(CO2), 또는, 메탄올이나 에탄올과 같은 알코올, NH3, H2O, N2O, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 펜탄, 이소프로판올, 이소부탄올, 시클로트리플루오로메탄, 모노플루오로메탄, 시클로헥사놀 등을 이용할 수 있다.
저유전율층을 실리카에어로겔에 의해 형성할 때, 기재(基材) 상에 스핀 코트 등에 의해 습윤 겔을 도포한 후 초임계 건조하지만, 습윤 겔에 합성 수지(유기물)를 혼합해 두어도 좋다. 이 경우의 합성 수지는, 그 열변성 온도가 초임계 유체의 임계 온도보다 높게 광을 투과시킬 수 있는 합성 수지인 것이 바람직하다. 초임계 유체로서 예를 들면 알코올을 이용한 경우, 그 열변성 온도가 알코올의 임계 온도보다 높게 광을 투과시킬 수 있는 합성 수지로서는, 하이드록실프로필셀루로스(HPC), 폴리비닐부티랄(PVB), 에틸셀룰로스(EC) 등을 들 수 있다(또, PVB 및 EC는 알코올에 녹고 물에는 녹지 않음). 용매로서 에테르를 사용하는 경우에는 수지로서 염소계 폴리에틸렌 등을 선택하고, 또 CO2를 용매로서 사용하는 경우에는 HPC 등을 선택하는 것이 바람직하다.
저유전율층으로서는, 실리카에어로겔 이외에 알루미나를 기조로 한 에어로겔이라도 좋고, 일반적인 실리콘 산화막(SiO2막:유전율=4)보다 유전율이 낮은 다공질체이면 좋다.
저유전율층으로서는, 다공질 실리카라도 좋고, 플루오르화 마그네슘 또는 이것을 포함하는 재료라도 좋다. 플루오르화 마그네슘에 의한 저유전율층은 스퍼터링에 의해 형성가능하다. 또는, 플루오르화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔이라도 좋다. 또는, 불소계 중합체 또는 이것을 포함하는 재료, 예를 들면 퍼플루오로알킬-폴리에테르, 퍼플루오로알킬아민, 또는 퍼플루오로알킬-폴리에테르-퍼플루오로알킬아민 혼합 필름이라도 좋다.
또한, 저유전율층으로서는, 실리카 글라스, 알킬실록산 중합체, 알킬실세스키옥산 중합체, 수소화알킬실세스키옥산 중합체 등의 스핀온글라스막(SOG)이라도 좋다. 또는, 폴리아릴에테르 등의 유기 중합체, 다이아몬드막 또는 불소화 비정질 탄소막이라도 좋다. 스핀온글라스에 의한 저유전율층은, 게이트 절연층(282) 상에 알코올을 용매로 한 스핀온글라스막의 원료를 스핀 코트법 등을 사용하여 코팅하고, 열처리 등에 의해 용매를 증발시킴으로써 형성가능하다. 스핀온글라스막을 형성할 때에도, 상기한 초임계 건조법을 사용할 수 있다. 초임계 건조법을 사용함으로써 피복성이나 막질을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 저유전율층으로서는, 소정의 중합체 바인더에, 가용성 또는 분산성인 플루오로 카본 화합물을 혼재한 것이라도 좋다.
중합체 바인더로서는, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐설폰산 나트륨염, 폴리비닐메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜, 폴리α-트리플루오로메틸아크릴산, 폴리비닐메틸에테르-코-무수 말레인산, 폴리에틸렌글리콜-코-프로필렌글리콜, 폴리메타아크릴산 등을 들 수 있다.
또한, 플루오로 카본 화합물로서는, 퍼플루오로옥탄산-암모늄염, 퍼플루오로옥탄산-테트라메틸암모늄염, C-7과 C-10의 퍼플루오로알킬설폰산 암모늄염, C-7과 C-10의 퍼플루오로알킬설폰산 테트라메틸암모늄염, 불소화 알킬 제4급 암모늄아이오다이드, 퍼플루오로아디핀산, 및 퍼플루오로아디핀산의 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다.
또한, 저유전율층으로서 공극을 유입하는 방법이 유효하기 때문에, 상기 에어로겔 이외에, 미립자를 이용해서 미립자간 또는 미립자내의 마이크로보이드로서 공극을 형성해도 좋다. 미립자로서는, 무기미립자 또는 유기미립자를 저유전율층에 사용할 수 있다.
무기미립자는, 비정질인 것이 바람직하다. 무기미립자는, 금속의 산화물, 질화물, 황화물 또는 할로겐화물로 이루어지는 것이 바람직하고, 금속산화물 또는 금속 할로겐화물로 이루어지는 것이 더 바람직하고, 금속산화물 또는 금속 플루오르화물로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 금속 원자로서는, Na, K, Mg, Ca, Ba, Al, Zn, Fe, Cu, Ti, Sn, In, W, Y, Sb, Mn, Ga, V, Nb, Ta, Ag, Si, B, Bi, Mo, Ce, Cd, Be, Pb 및 Ni가 바람직하고, Mg, Ca, B 및 Si가 더 바람직하다. 2종류의 금속을 포함하는 무기화합물을 이용해도 좋다. 특히 바람직한 무기화합물은, 이산화 규소 즉 실리카이다.
무기미립자내 마이크로보이드는, 예를 들면 입자를 형성하는 실리카의 분자를 가교시킴으로써 형성할 수 있다. 실리카의 분자를 가교시키면 체적이 축소하고, 입자가 다공질이 된다. 마이크로보이드를 갖는 (다공질) 무기미립자는, 졸겔법(일본국 특개소 53-112732호, 일본국 특공소 57-9051호의 각 공보 기재) 또는 석출법(APPLIED OPTICS, 27, 3356페이지(1988) 기재)에 의해, 분산물로서 직접 합성할 수 있다. 또한, 건조·침전법으로 얻어진 분체를, 기계적으로 분쇄해서 분산물을 얻을 수도 있다. 시판 중인 다공질 무기미립자(예를 들면 이산화 규소 졸)를 이용해도 좋다.
유기미립자도, 비정질인 것이 바람직하다. 유기미립자는, 단량체의 중합 반응(예를 들면 유화 중합법)에 의해 합성되는 중합체 미립자인 것이 바람직하다. 유기미립자의 중합체는 불소 원자를 포함하는 것이 바람직하다. 함불소 중합체를 합성하기 위해 사용하는 불소 원자를 포함하는 단량체의 예에는, 플루오로 올레핀류(예, 플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔), 아크릴산 또는 메타크릴의 불소화 알킬 에스테르류 및 불소화 비닐에테르류가 포함된다. 불소 원자를 포함하는 단량체와 불소 원자를 포함하지 않는 단량체의 공중합체를 사용해도 좋다. 불소 원자를 포함하지 않는 단량체의 예에는, 올레핀류(예, 에틸렌, 프로필렌, 이소프렌, 염화 비닐, 염화 비닐리덴), 아크릴산 에스테르류(예, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 2-에틸헥실), 메타크릴산 에스테르류(예, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 부틸), 스티렌류(예, 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌), 비닐에테르류(예, 메틸비닐에테르), 비닐에스테르류(예, 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐), 아크릴아미드류(예, N-tert-부틸아크릴아미드, N-시클로헥실아크릴아미드), 메타크릴아미드류 및 아크릴니트릴류가 포함된다.
유기미립자내 마이크로보이드는, 예를 들면 입자를 형성하는 중합체를 가교시킴으로써 형성할 수 있다. 중합체를 가교시키면 체적이 축소하고, 입자가 다공질이 된다. 입자를 형성하는 중합체를 가교시키기 위해서는, 중합체를 합성하기 위한 단량체의 20mol％ 이상을 다관능 단량체로 하는 것이 바람직하다. 다관능 단량체의 비율은, 30 내지 80mol％인 것이 더 바람직하고, 35 내지 50mol％인 것이 가장 바람직하다. 다관능 단량체의 예로는, 디엔류(예, 부타디엔, 펜타디엔), 다가 알코올과 아크릴산의 에스테르(예, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-시클로헥산디아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트), 다가 알코올과 메타크릴산의 에스테르(예, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,2,4-시클로헥산테트라메타크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라메타크릴레이트), 디비닐화합물(예, 디비닐시클로헥산, 1,4-디비닐벤젠), 디비닐설폰, 비스아크릴아미드류 (예, 메틸렌비스아크릴아미드) 및 비스메타크릴아미드류가 포함된다. 입자간의 마이크로보이드는, 미립자를 적어도 2개 이상 겹치도록 형성할 수 있다.
저유전율층을, 미세한 공공(空孔, vacancy)과 미립자상태 무기물을 갖는 재료에 의해서 구성해도 좋다. 이 경우, 저유전율층은 코팅에 의해 형성되고, 미세한 공공은 층의 도포 후에 활성화 가스 처리를 행하고, 가스가 층으로부터 이탈하는 것에 의해서 형성된다. 또는, 2종류 이상의 초미립자(예를 들면, MgF2와 SiO2)를 혼재시켜, 막두께 방향으로 그 혼합비를 변화시킴으로써 저유전율층을 형성해도 좋다. 혼합비를 변화시킴으로써 유전율이 변화된다. 초미립자는, 에틸실리케이트의 열분해에 의해 발생한 SiO2에 의해 접착하고 있다. 에틸실리케이트의 열분해에서는, 에틸 부분의 연소에 의해, 이산화탄소와 수증기도 발생한다. 이산화탄소와 수증기가 층에서 이탈함으로써, 초미립자 사이에 간극이 발생하고 있다. 또는, 다공질 실리카로 이루어지는 무기미립자와 바인더를 함유해서 저유전율층을 형성해도 좋고, 불소 중합체로 이루어지는 미립자를 2개 적층시킴으로써, 미립자간에 공극을 형성한 저유전율층을 형성해도 좋다.
분자 구조 레벨에서 공극률을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 덴드리머(Dendrimer) 등의 분기 구조를 갖는 중합체를 사용해도 저유전율이 얻어진다.
소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)을 형성하기 위해서는, 우선, 제 1 층간절연층(283)에 포토리소그래피법을 사용해서 패터닝함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극에 대응하는 콘택트홀을 형성한다. 다음에, 제 1 층간절연층을 덮도록, 알루미늄이나 크롬, 탄탈 등의 금속으로 이루어지는 도전층을 형성한 후, 이 도전층 중, 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 영역을 덮도록 패터닝용 마스크를 설치하는 동시에, 도전층을 패터닝함으로써, 소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)이 형성된다.
배리어층(285)은, 발광층(60)을 구성하는 유기 EL 소자에 포함되는 측에서 금속 이온이 TFT(24)측으로 확산하는 것을 방지하는 것으로, 소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)을 덮도록 제 1 층간절연층(283)과 마찬가지의 수단으로 형성되어 있다. 배리어층(285)의 재료로서는, B(붕소), C(탄소), N(질소)에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al(알루미늄), Si(규소), P(인)에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 절연층을 들 수 있다.
예를 들면, 질화 알루미늄(AlxNy)으로 대표되는 알루미늄의 질화물, 탄화규소(SixCy)로 대표되는 규소의 탄화물, 질화 규소(SixNy)로 대표되는 규소의 질화물, 질화 붕소(BxNy)로 대표되는 붕소의 질화물, 인화 붕소(BxPy)로 대표되는 붕소의 인화물을 사용할 수 있다. 또한, 산화 알루미늄(AlxOy)으로 대표되는 알루미늄의 산화물은 열전도율이 20Wm-1K-1이며, 방열 효과가 우수하고, 발광 소자의 열 열화를 방지하는 것도 가능하며, 바람직한 재료의 하나라고 할 수 있다. 이들 재료에는 상기 효과뿐만 아니라, 수분의 침입을 방지하는 효과도 있다.
상기 화합물에 다른 원소를 조합할 수도 있다. 예를 들면, 산화 알루미늄에 질소를 첨가하여, AlNxOy로 표시되는 질화 산화 알루미늄을 사용하는 것도 가능하다. 이 재료에는 방열 효과뿐만 아니라, 수분이나 가동 이온 등의 침입을 방지하는 효과가 있다.
또한, Si, Al, N, O, M을 포함하는 절연막(단, M은 희토류원소의 적어도 1종, 바람직하게는 Ce(세륨), Yb(이테르븀), Sm(사마륨), Er(에르븀), Y(이트륨), La(란탄), Gd(가돌리늄), Dy(디스프로슘), Nd(네오듐)에서 선택된 적어도 하나의 원소)을 사용할 수도 있다. 이들 재료에도 방열 효과뿐만 아니라, 수분이나 가동 이온의 침입을 방지하는 효과가 있다.
또한, 적어도 다이아몬드 박막 또는 비정질 카본막(특히 다이아몬드의 특성에 가까운 것, 다이아몬드 라이크 카본 등으로 불린다.)을 포함하는 탄소막을 이용할 수도 있다. 이들은 매우 열전도율이 높고, 방열층으로서 매우 유효하다. 단, 막두께가 두꺼워지면 갈색을 띠어서 투과율이 저하하기 때문에, 되도록이면 얇은 막두께(바람직하게는 5∼100nm)로 사용함이 바람직하다.
또, 보호층의 목적은 어디까지나 가동 이온이나 수분으로부터 TFT를 보호 하는 것에 있으므로, 그 효과를 손상시키지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 방열 효과를 갖는 재료로 이루어지는 박막을 단체(單體)로 사용할 수도 있지만, 이들 박막과, 가동 이온이나 수분의 투과를 방해할 수 있는 절연막(대표적으로는 질화 규소막(SixNy)이나 질화 산화 규소막(SiOxNy))을 적층하는 것은 유효하다.
제 2 층간절연층(284)은, 제 1 층간절연층(283)이 마찬가지로, 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 플루오르화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 등으로 구성되고, 제 1 층간절연층(283)의 형성 방법과 마찬가지의 순서로 배리어층(285)의 상층에 형성된다.
또, 배리어층(285)의 형성후 및 제 2 층간절연층(284)의 형성후에 있어서, 각각 드레인 전극(244)에 대응하는 부분에 콘택트 홀(23a)을 형성한다.
또한, 제 1 층간절연층(283), 제 2 층간절후층(284)의 유전율은, 바람직하게는 3이하, 더 바람직하게는 2.5 이하로 설정된다.
유기 EL 소자(3)에 접속하는 양극(23)은, ITO나 불소를 도프해서 이루어지는 SnO2, 또 ZnO나 폴리아민 등의 투명 전극재료로 이루어지고, 콘택트 홀(23a)을 거쳐서 TFT(24)의 드레인 전극(244)에 접속되어 있다. 양극(23)을 형성하기 위해서는, 상기 투명 전극 재료로 이루어지는 막을 제 2 층간절연층(284) 상면에 형성하고, 이 막을 패터닝함으로써 형성된다.
제 3 절연층(221)은 아크릴 수지, 폴리 이미드 수지 등의 합성 수지에 의해 구성되어 있다. 제 3 절연층(221)은, 양극(23)이 형성된 후에 형성된다. 구체적인 제 3 절연층(221)의 형성 방법으로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 폴리 이미드 수지 등의 레지스트를 용매에 녹인 것을, 스핀 코트, 딥 코트 등에 의해 도포해서 절연층을 형성한다. 또, 절연층의 구성 재료는, 후술하는 잉크의 용매에 용해되지 않고, 또 에칭 등에 의해 패터닝하기 쉬운 것이면 어떠한 것이라도 좋다. 또, 절연층을 포토리소그래피 기술 등에 의해 동시에 에칭하여, 개구부(221a)를 형성함으로써, 개구부(221a)를 구비한 제 3 절연층(221)이 형성된다.
여기에서, 제 3 절연층(221)의 표면에는, 친액성(예를 들면 친잉크성)을 나타내는 영역과, 발액성(예를 들면 발잉크성)을 나타내는 영역이 형성된다. 본 실시예에서는 플라즈마 처리 공정에 의해 각 영역을 형성하는 것으로 하고 있다. 구체적으로 플라즈마 처리 공정은, 예비 가열 공정과, 개구부(221a)의 벽면 및 화소전극(23)의 전극면을 친잉크성으로 하는 친잉크화 공정과, 제 3 절연층(221)의 상면을 발잉크성으로 하는 발잉크화 공정과, 냉각 공정을 갖고 있다.
즉, 기재(여기에서는 제 3 절연층 등을 포함하는 기판(2))를 소정의 온도(예를 들면 70∼80도 정도)로 가열하고, 다음에 친잉크화 공정으로서 대기분위기 중에서 산소를 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(예를 들면 O2 플라즈마 처리)를 행한다. 계속해서, 발잉크화 공정으로서 대기분위기 중에서 4불화 메탄을 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(예를 들면 CF4 플라즈마 처리)를 행하고, 플라즈마 처리를 위해 가열된 기재를 실온까지 냉각시킴으로써 친잉크성 및 발잉크성이 소정의 장소에 부여되게 된다. 또, 화소전극(23)의 전극면에 대해서도, 이 CF4 플라즈마 처리의 영향을 다소 받지만, 화소전극(23)의 재료인 ITO 등은 불소에 대한 친화성이 부족하기 때문에, 친잉크화 공정에서 부여된 수산기가 불소기에 의해 치환되는 일이 없어, 친잉크성이 유지된다.
정공수송층(70)은 양극(23)의 상면에 형성되어 있다. 여기에서, 정공수송층(70)의 형성 재료로서는, 특별히 한정되지 않고 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 피라졸린 유도체, 아릴아민 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐디아민 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 특개소 63-70257호, 동 63-175860호 공보, 특개평 2-135359호, 동 2-135361호, 동 2-209988호, 동 3-37992호, 동 3-152184호 공보에 기재되어 있는 것 등이 예시되지만, 트리페닐디아민 유도체가 바람직하고, 그 중에서도 4,4’-비스(N(3-메틸페닐)-N-페닐아민)비페닐이 적합하다.
또, 정공수송층 대신에 정공주입층을 형성하도록 해도 좋고, 또 정공주입층과 정공수송층을 모두 형성하도록 해도 좋다. 그 경우, 정공주입층의 형성 재료로서는, 예를 들면 구리 프탈로시아닌(CuPe)이나, 폴리테트라하이드로티오페닐페닐렌인 폴리페닐렌비닐렌, 1,1-비스-(4-N,N-디톨릴아미노페닐)시클로헥산, 트리스(8-하이드록시퀴노리놀)알루미늄 등을 들 수 있지만, 특히 구리 프탈로시아닌(CuPe)을 사용함이 바람직하다.
정공주입/수송층(70)을 형성할 때에는 잉크젯법이 사용된다. 즉, 상기한 정공주입/수송층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 양극(23)의 전극면 상에 토출한 후에, 건조 처리 및 열처리를 행함으로써, 전극(23) 상에 정공주입/수송층(70)이 형성된다. 또, 이 정공주입/수송층 형성 공정 이후는, 정공주입/수송층(70) 및 발광층(60)의 산화를 방지하기 위해, 질소분위기, 아르곤 분위기 등의 불활성 가스 분위기에서 행함이 바람직하다. 예를 들면, 잉크젯 헤드(도시하지 않음)에 정공주입/수송층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 충전하고, 잉크젯 헤드의 토출 노즐을 양극(23)의 전극면에 대향시키고, 잉크젯 헤드와 기재(여기에서는 기판(2))를 상대 이동시키면서, 토출 노즐로부터 1방울당의 액량이 제어된 잉크방울을 전극면에 토출한다. 다음에, 토출후의 잉크방울을 건조 처리해서 조성물 잉크에 포함되는 극성 용매를 증발시킴으로써, 정공주입/수송층(70)이 형성된다.
또, 조성물 잉크로서는, 예를 들면 폴리에틸렌디옥시티오펜 등의 폴리티오펜 유도체와, 폴리스티렌설폰산 등과의 혼합물을, 이소프로필알코올 등의 극성 용매에 용해시킨 것을 사용할 수 있다. 여기에서, 토출된 잉크 방울은, 친잉크 처리된 양극(23)의 전극면 상으로 확산되어, 개구부(221a)의 바닥부 근방에 채워진다. 그 한편으로, 발잉크 처리된 제 3 절연층(221)의 상면에는 잉크 방울이 튀겨 부착하지 않는다. 따라서, 잉크 방울이 소정의 토출 위치에서 벗어나서 제 3 절연층(221)의 상면에 토출되었다고 하더라도, 상기 상면이 잉크 방울에 의해 젖지 않고, 튄 잉크 방울이 제 3 절연층(221)의 개구부(221a)내로 굴러 들어가는 것으로 되어 있다.
발광층(60)은, 정공주입/수송층(70) 상면에 형성된다. 발광층(60)의 형성 재료로서는, 특별히 한정되지 않고, 저분자의 유기 발광 색소나 고분자 발광체, 즉 각종 형광물질이나 인광물질로 이루어지는 발광 물질을 사용할 수 있다. 발광물질로 되는 공역계 고분자 중에서는 아릴렌비닐렌 구조를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 저분자 형광체에서는, 예를 들면 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페릴렌 유도체, 폴리메틴계, 크사텐계, 쿠마린계, 시아닌계 등의 색소류, 8-하이드로퀴놀린 및 그의 유도체의 금속 착물, 방향족 아민, 테트라페닐시클로펜타디엔 유도체 등, 또는 일본국 특개소 57-51781, 동 59-194393호 공보 등에 기재되어 있는 공지의 것을 사용할 수 있다.
발광층(60)의 형성 재료로서 고분자 형광체를 사용하는 경우에는, 측쇄에 형광기를 갖는 고분자를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 공역계 구조를 주쇄에 포함하는 것으로, 특히, 폴리티오펜, 폴리-p-페닐렌, 폴리아릴렌비닐렌, 폴리플루오렌 및 그의 유도체가 바람직하다. 그 중에서도 폴리아릴렌비닐렌 및 그의 유도체가 바람직하다. 상기 폴리아릴렌비닐렌 및 그의 유도체는, 하기 화학식 (1)으로 나타내는 반복 단위를 전체 반복 단위의 50mol％ 이상 포함하는 중합체이다. 반복 단위의 구조에도 의거하지만, 화학식 (1)으로 나타내는 반복 단위가 전체 반복 단위의 70％ 이상인 것이 더 바람직하다.
-Ar-CR=CR’－ （1)
[여기에서, Ar 은, 공역 결합에 관여하는 탄소 원자수가 4개 이상 20개 이하로 이루어지는 아릴렌기 또는 복소환화합물기, R, R'는 각각 독립적으로 수소, 탄소수1∼20의 알킬기, 탄소수 6∼20의 아릴기, 탄소수 4∼20의 복소환화합물, 시아노기로 이루어지는 군에서 선택된 기를 나타낸다.]
상기 고분자 형광체는, 화학식 (1)으로 나타내는 반복 단위 이외의 반복 단위로서, 방향족 화합물기 또는 그의 유도체, 복소환화합물기 또는 그의 유도체 및 그들을 조합해서 얻어지는 기 등을 포함하고 있어도 좋다. 또한, 화학식 (1)으로 나타내는 반복 단위나 다른 반복 단위가, 에테르기, 에스테르기, 아미드기, 이미드기 등을 갖는 비공역의 단위로 연결되어 있어도 좋고, 반복 단위에 그들의 비공역 부분이 포함되어 있어도 좋다.
상기 고분자 형광체에 있어서 화학식 (1)의 Ar로서는, 공역 결합에 관여하는 탄소원자수가 4개 이상 20개 이하로 이루어지는 아릴렌기 또는 복소환화합물기이며, 하기의 화학식 (2)으로 나타내는 방향족화합물기 또는 그의 유도체기, 복소환화합물기 또는 그의 유도체기, 및 그들을 조합해서 얻어지는 기 등이 예시된다.
(화 1)
(R1∼R92는, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1∼20의 알킬기, 알콕시기 및 알킬티오기; 탄소수 6∼18의 아릴기 및 아릴옥시기; 및 탄소수 4∼14의 복소환화합물기로 이루어지는 군에서 선택된 기이다.)
이들 중에서 페닐렌기, 치환페닐렌기, 비페닐렌기, 치환비페닐렌기, 나프탈렌디일기, 치환나프탈렌디일기, 안트라센-9,10-디일기, 치환안트라센-9,10-디일기, 피리딘-2,5-디일기, 치환피리딘-2,5-디일기, 티에닐렌기 및 치환티에닐렌기가 바람직하다. 더 바람직하게는, 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프탈렌디일기, 피리딘-2,5-디일기, 티에닐렌기이다.
화학식 (1)의 R, R’가 수소 또는 시아노기 이외의 치환기인 경우에 대해서 기술하면, 탄소수 1∼20의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기, 라우릴기 등을 들 수 있고, 메틸기, 에틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기가 바람직하다. 아릴기로서는, 페닐기, 4-C1∼C12 알콕시페닐기(C1∼C12는 탄소수 1∼12인 것을 나타낸다. 이하도 마찬가지이다.), 4-C1∼C12 알킬페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기 등이 예시된다.
용매 가용성의 관점에서는 화학식 (1)의 Ar이, 1개 이상의 탄소수 4∼20의 알킬기, 알콕시기 및 알킬티오기, 탄소수 6∼18의 아릴기 및 아릴옥시기 및 탄소수 4∼14의 복소환화합물기에서 선택된 기를 갖고 있는 것이 바람직하다.
이들의 치환기로서는 이하의 것이 예시된다. 탄소수 4∼20의 알킬기로서는, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기, 라우릴기 등을 들 수 있고, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기가 바람직하다. 또한, 탄소수 4∼20의 알콕시기로서는, 부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸 옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기, 라우릴옥시기 등을 들 수 있고, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시가 바람직하다. 탄소수 4∼20의 알킬티오기로서는, 부틸티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 헵틸티오기, 옥틸티오기, 데실옥시기, 라우릴티오기 등을 들 수 있고, 펜틸티오기, 헥실티오기, 헵틸티오기, 옥틸티오기가 바람직하다. 아릴기로서는, 페닐기, 4-C1∼C12 알콕시페닐기, 4-C1∼C12 알킬페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기 등이 예시된다. 아릴옥시기로서는, 페녹시기가 예시된다. 복소환화합물기로서는 2-티에닐기, 2-피롤릴기, 2-푸릴기, 2-, 3- 또는 4-피리딜기 등이 예시된다. 이들 치환기의 수는, 상기 고분자 형광체의 분자량과 반복 단위의 구성에 의해도 다르지만, 용해성이 높은 고분자 형광체를 얻는다는 관점에서, 이들의 치환기가 분자량 600당 1개 이상인 것이 더 바람직하다.
또, 상기 고분자 형광체는, 랜덤, 블록 또는 그래프트 공중합체라도 좋고, 그들의 중간적인 구조를 갖는 고분자, 예를 들면 블록성을 띤 랜덤 공중합체라도 좋다. 형광의 양자 수율이 높은 고분자 형광체를 얻는다는 관점에서는 완전한 랜덤 공중합체보다 블록성을 띤 랜덤 공중합체나 블록 또는 그래프트 공중합체가 바람직하다. 또한, 여기에서 형성하는 유기 EL 소자는 박막으로부터의 형광을 이용하기 때문에, 상기 고분자 형광체는 고체상태에서 형광을 갖는 것이 사용된다.
상기 고분자 형광체에 대하여 용매를 사용하는 경우에, 적합한 것으로서는 클로로포름, 염화메틸렌, 디클로로에탄, 테트라하이드로프란, 톨루엔, 크실렌 등이 예시된다. 고분자 형광체의 구조나 분자량에도 의거하지만, 통상은 이들의 용매에 0.1wt ％이상 용해시킬 수 있다.
또한, 상기 고분자 형광체로서는, 분자량이 폴리스티렌 환산으로 103∼107인 것이 바람직하고, 그들의 중합도는 반복 구조나 그 비율에 따라서도 변한다. 성막성의 점에서 일반적으로는 반복 구조의 합계수로 바람직하게는 4∼10000, 더 바람직하게는 5∼3000, 특히 바람직하게는 10∼2000이다.
이러한 고분자 형광체의 합성법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 아릴렌기에 알데히드기가 2개 결합한 디알데히드 화합물과, 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합한 화합물과 트리페닐포스핀에서 얻어지는 디포스포늄염으로부터의 Wittig 반응이 예시된다. 또한, 다른 합성법으로서는, 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합한 화합물로부터의 탈(脫)할로겐화 수소법이 예시된다. 또한, 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합한 화합물의 설포늄염을 알칼리로 중합해서 얻어지는 중간체로부터 열처리에 의해 상기 고분자 형광체를 얻는 설포늄염 분해법이 예시된다. 어느 쪽의 합성법에 있어서도 단량체로서 아릴렌기 이외의 골격을 갖는 화합물을 첨가해서 존재 비율을 변화시킴으로써, 생성하는 고분자 형광체에 포함되는 반복 단위의 구조를 변경할 수 있으므로, 화학식 (1)으로 나타내는 반복 단위가 50mol％ 이상으로 되도록 가감해서 만들어 넣어 공중합해도 좋다. 이들 중, Wittig 반응에 의한 방법이 반응의 제어나 수율의 점에서 바람직하다.
더욱 구체적으로, 상기 고분자 형광체의 1개의 예인 아릴렌비닐렌계 공중합체의 합성법을 설명한다. 예를 들면, Wittig 반응에 의해 고분자 형광체를 얻는 경우에는, 예를 들면 우선 비스(할로겐화 메틸) 화합물, 더 구체적으로는, 예를 들면 2,5-디옥틸옥시-p-크실렌디프로미드를 N,N-디메틸포름아미드 용매중, 트리페닐포스핀과 반응시켜서 포스포늄염을 합성하고, 이것과 디알데히드 화합물, 더 구체적으로는 예를 들면 테레프탈알데히드를, 예를 들면 에탄올 중, 리튬에톡시드를 사용하여 축합시키는 Wittig 반응에 의해, 페닐렌비닐렌기와 2,5-디옥틸옥시-p-페닐렌비닐렌기를 포함하는 고분자 형광체가 얻어진다. 이 때, 공중합체를 얻기 위해서 2종류 이상의 디포스포늄염 및/또는 2종류 이상의 디알데히드 화합물을 반응시켜도 좋다.
이들의 고분자 형광체를 발광층의 형성 재료로서 사용하는 경우, 그 순도가 발광 특성에 영향을 미치기 때문에, 합성후, 재침정제, 크로마토그래프에 의한 분별 등의 순화 처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 고분자 형광체로 이루어지는 발광층의 형성 재료로서는, 풀 컬러 표시를 하기 위해, 적, 록, 청의 3색의 발광층 형성 재료가 사용되고, 각각이 소정의 패터닝 장치(잉크젯 장치)에 의해 미리 설정된 위치의 화소 AR에 출사되어 패터닝된다.
또, 상기한 발광 물질로서는, 호스트 재료에 게스트 재료를 첨가한 형태의 것을 사용할 수도 있다.
이러한 발광 재료로서는, 호스트 재료로서 예를 들면 고분자 유기 화합물이나 저분자 재료가, 또한 게스트 재료로서 얻어지는 발광층의 발광 특성을 변화시키기 위한 형광색소, 또는 인광물질을 포함해서 이루어지는 것이 적합하게 사용된다.
고분자 유기 화합물로서는, 용해성이 낮은 재료의 경우, 예를 들면 전구체가 도포된 후, 이하의 화학식 (3)에 나타내는 바와 같이 가열경화됨으로써 공역계 고분자 유기 EL층으로 되는 발광층을 생성할 수 있는 것이 있다. 예를 들면, 전구체의 설포늄염의 경우, 가열처리되는 것에 의해 설포늄염이 이탈하여, 공역계 고분자 유기 화합물로 되는 것 등이 있다.
또한, 용해성이 높은 재료에서는, 재료를 그대로 도포한 후, 용매를 제거해서 발광층으로 할 수 있는 것도 있다.
(화 2)
상기한 고분자 유기 화합물은 고체로서 강한 형광을 갖고, 균질의 고체 초박막을 형성할 수 있다. 또한, 형성능이 풍부하여 ITO전극과의 밀착성도 높고, 또 고착화한 후에는 강고한 공역계 고분자막을 형성한다.
이러한 고분자 유기 화합물로서는, 예를 들면 폴리아릴렌비닐렌이 바람직하다. 폴리아릴렌비닐렌은 수계(水系) 용매 또는 유기 용매에 녹고 제 2 기체(11)에 도포할 때의 도포액으로의 조제가 용이하고, 또 일정 조건하에서 중합체화할 수 있기 때문에, 광학적으로도 고품질의 박막을 얻을 수 있다.
이러한 폴리아릴렌비닐렌으로서는, PPV(폴리(파라페닐렌비닐렌)), MO-PPV(폴리(2,5-디메톡시-1,4-페닐렌비닐렌)), CN-PPV(폴리(2,5-비스헥실옥시-1,4-페닐렌-(1-시아노비닐렌))), MEH-PPV(폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)]-파라페닐렌비닐렌), 등의 PPV 유도체, PTV(폴리(2,5-티에닐렌비닐렌)) 등의 폴리(알킬티오펜), PFV(폴리(2,5-프릴렌비닐렌)), 폴리(파라페닐렌), 폴리알킬플루오렌 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 특히 화학식 (4)에 나타낸 바와 같은 PPV 또는 PPV 유도체의 전구체로 이루어지는 것이나, 화학식 (5)에 나타낸 바와 같은 폴리알킬플루오렌(구체적으로는 화학식 (6)에 나타낸 바와 같은 폴리알킬플루오렌계 공중합체)이 특히 바람직하다.
PPV 등은 강한 형광을 갖고, 이중 결합을 형성하는 π전자가 중합체쇄 상에서 비극재화(非極在化)하고 있는 도전성 고분자이기도 하기 때문에, 고성능의 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.
(화 3)
(화 4)
(화 5)
또, 상기 PPV 박막 이외에 발광층을 형성할 수 있는 고분자 유기 화합물이나 저분자 재료, 즉 본 예에 있어서 호스트 재료로서 사용할 수 있는 것은, 예를 들면 알루미퀴노리놀 착물(Alq3)이나 디스티릴비페닐, 또 화학식 (7)에 나타내는 BeBq2나 Zn(OXZ)2, 그리고 TPD, ALO, DPVBi 등의 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 것에 부가해서, 피라졸린다이머, 퀴놀리딘카복실산, 벤조피릴륨퍼크로레이트, 벤조필라노퀴놀리딘, 루프렌, 페난트롤린유로퓸 착물 등을 들 수 있고, 이들의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 유기 EL 소자용 조성물을 사용할 수 있다.
(화 6)
...(7)
한편, 이러한 호스트 재료에 첨가되는 게스트 재료로서는, 상기한 바와 같이 형광색소나 인광물질을 들 수 있다. 특히 형광색소는, 발광층의 발광 특성을 변화시킬 수 있고, 예를 들면 발광층의 발광 효율의 향상, 또는 광흡수 극대 파장(발광 색)을 바꾸기 위한 수단으로서도 유효하다. 즉, 형광색소는 단지 발광층 재료로서 가 아니라, 발광 기능 그 자체를 담당하는 색소재료로서 이용할 수 있다. 예를 들면, 공역계 고분자 유기 화합물 분자상의 캐리어 재결합에 의해 생성한 엑시톤의 에너지를 형광 색소 분자 상으로 옮길 수 있다. 이 경우, 발광은 형광 양자 효율이 높은 형광 색소 분자로부터만 일어나기 때문에, 발광층의 전류 전자 효율도 증가한다. 따라서, 발광층의 형성 재료 중에 형광 색소를 첨가함으로써, 동시에 발광층의 발광 스펙트럼도 형광 분자의 것이 되므로, 발광색을 바꾸기 위한 수단으로서도 유효하다.
또, 여기에서 말하는 전류 양자 효율이라 함은, 발광 기능에 기초해서 발광 성능을 고찰하기 위한 척도로서, 하기 식에 의해 정의된다.
πE＝방출되는 포톤의 에너지/입력 전기 에너지
그리고, 형광색소의 도프에 의한 광흡수 극대 파장의 변환에 의해, 예를 들면 적, 청, 록의 3원색을 발광시킬 수 있고, 그 결과 풀 컬러 표시체를 얻는 것이 가능해진다.
또, 형광색소를 도핑함으로써, 유기 EL 소자의 발광 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
형광색소로서는, 적색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성하는 경우, 레이저 색소의 DCM-1, 또는 로다민 또는 로다민 유도체, 페닐렌 등을 사용함이 바람직하다. 이들의 형광색소를 PPV 등 호스트 재료에 도프함에 의해 발광층을 형성할 수 있지만, 이들의 형광색소는 수용성의 것이 많으므로, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후에 가열 처리하면, 더 균일한 발광층의 형성이 가능해진다. 이러한 형광색소로서 구체적으로는, 로다민B, 로다민B 베이스, 로다민6G, 로다민101 과염소산염 등을 들 수 있고, 이들을 2종 이상 혼합한 것이라도 좋다.
또한, 녹색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성하는 경우, 퀴나크리돈, 루프렌, DCJT 및 그의 유도체를 사용함이 바람직하다. 이들의 형광색소에 대해서도, 상기한 형광색소와 마찬가지로, PPV 등 호스트 재료에 도프함으로써 발광층을 형성할 수 있지만, 이들의 형광색소는 수용성인 것이 많으므로, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후에 가열 처리하면, 더 균일한 발광층의 형성이 가능해진다.
또한, 청색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성하는 경우, 디스티릴비페닐 및 그의 유도체를 사용함이 바람직하다. 이들의 형광색소에 대해서도, 상기한 형광색소와 마찬가지로, PPV 등 호스트 재료에 도프함으로써 발광층을 형성할 수 있지만, 이들의 형광색소는 수용성인 것이 많으므로, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후에 가열 처리하면, 더 균일한 발광층의 형성이 가능해진다.
또한, 청색의 발색광을 갖는 다른 형광색소로서는, 쿠마린 및 그의 유도체를 들 수 있다. 이들의 형광색소는, PPV와 상용성이 좋고 발광층의 형성이 용이하다. 또한, 이들 중 특히 쿠마린은 그 자체는 용매에 녹지 않지만, 치환기를 적합하게 선택함으로써 용해성을 늘려, 용매에 녹는 것도 있다. 이러한 형광색소로서 구체적으로는 쿠마린-1, 쿠마린-6, 쿠마린-7, 쿠마린120, 쿠마린138, 쿠마린152, 쿠마린153, 쿠마린311, 쿠마린314, 쿠마린334, 쿠마린337, 쿠마린343 등을 들 수 있다.
또, 다른 청색의 발색광을 갖는 형광색소로서는, 테트라페닐부타디엔(TPB) 또는 TPB 유도체, DPVBi 등을 들 수 있다. 이들의 형광색소는 상기 적색 형광 색소와 마찬가지로 수용액에 녹으며, 또 PPV와 상용성이 좋아 발광층의 형성이 용이하다.
이상의 형광색소에 대해서는, 각 색과 함께 1종만을 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.
또, 이러한 형광색소로서는, 화학식 (8)에 나타내는 바와 같은 것이나, 화학식 (9)에 나타내는 바와 같은 것, 또 화학식 (10)에 나타내는 바와 같은 것이 사용된다.
(화 7)
(화 8)
(화 9)
이들의 형광색소에 대해서는, 상기 공역계 고분자 유기 화합물로 이루어지는 호스트 재료에 대해, 후술하는 방법에 의해서 0.5∼10wt% 첨가함이 바람직하고, 1.0-5.0wt％ 첨가함이 더 바람직하다. 형광색소의 첨가량이 너무 많으면 얻어지는 발광층의 내후성 및 내구성의 유지가 곤란해지고, 한편, 첨가량이 너무 적으면, 상술한 바와 같은 형광색소를 첨가하는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이다.
또한, 호스트 재료에 첨가되는 게스트 재료로서의 인광물질로서는, 화학식 (11)에 나타내는 Ir(ppy)3, Pt(thpy)2, PtOEP 등이 적합하게 사용된다.
(화 10)
또, 상기한 화학식 (11)에 나타낸 인광물질을 게스트 재료로 한 경우, 호스트 재료로서는, 특히 화학식 (12)에 나타내는 CBP, DCTA, TCPB나, 상기한 DPVBi, Alq3 이 적합하게 사용된다.
또한, 상기 형광색소와 인광물질에 대해서는, 이들을 모두 게스트 재료로서 호스트 재료에 첨가하도록 해도 좋다.
(화 11)
또, 이러한 호스트/게스트계의 발광 물질에 의해 발광층(60)을 형성하는 경우, 예를 들면 미리 패터닝 장치(잉크젯 장치)에 노즐 등의 재료공급계를 복수 형성해 두고, 이들 노즐로부터 호스트 재료와 게스트 재료를 미리 설정한 양의 비로 동시에 토출시킴으로써, 호스트 재료에 원하는 양의 게스트 재료가 첨가되어 이루어지는 발광 물질에 의한, 발광층(60)을 형성할 수 있다.
발광층(60)은, 정공주입/수송층(70)의 형성 방법과 마찬가지의 순서로 형성된다. 즉, 잉크젯법에 의해 발광층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 정공주입/수송층(70)의 상면으로 토출한 후에, 건조 처리 및 열처리를 행함으로써, 제 3 절연층(221)에 형성된 개구부(221a) 내부의 정공주입/수송층(70) 상에 발광층(60)이 형성된다. 이 발광층 형성 공정도 상술한 바와 같이 불활성 가스 분위기화에 의해 행해진다. 토출된 조성물 잉크는 발잉크 처리된 영역에서 튀겨지므로, 잉크 방울이 소정의 토출 위치로부터 벗어났다고 하더라도, 튀긴 잉크 방울이 제 3 절연층(221)의 개구부(221a)내로 굴러 들어간다.
전자수송층(50)은 발광층(60)의 상면에 형성된다. 전자수송층(50)도 발광층(60)의 형성 방법과 마찬가지로, 잉크젯법에 의해 형성된다. 전자수송층(50)의 형성 재료로서는, 특별히 한정되지 않으며, 옥사디아졸 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 그의 유도체, 벤조퀴논 및 그의 유도체, 나프트퀴논 및 그의 유도체, 안트라퀴논 및 그의 유도체, 테트라시아노안트라퀴노디메탄 및 그의 유도체, 플루올레논 유도체, 디페닐디시아노에틸렌 및 그의 유도체, 디페노퀴논 유도체, 8-하이드록시퀴놀린 및 그의 유도체의 금속 착물 등이 예시된다. 구체적으로는, 상기한 정공수송층의 형성 재료 와 마찬가지로, 일본국 특개소 63-70257호, 동 63-175860호 공보, 일본국 특개평 2-135359호, 동 2-135361호, 동 2-209988호, 동 3-37992호, 동 3-152184호 공보에 기재되어 있는 것 등이 예시되고, 특히 2-(4-비페니릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 벤조퀴논, 안트라퀴논, 트리스(8-퀴노리놀)알루미늄이 적합하다.
또, 상술한 정공주입/수송층(70)의 형성 재료나 전자수송층(50)의 형성 재료를 발광층(60)의 형성 재료에 혼합하고, 발광층 형성 재료로서 사용해도 좋고, 그 경우에, 정공주입/수송층 형성 재료나 전자수송층 형성 재료의 사용량에 대해서는, 사용하는 화합물의 종류 등에 따라서도 다르지만, 충분한 성막성과 발광 특성을 저해하지 않는 양 범위에서 그들을 고려해서 적합하게 결정된다. 통상은, 발광층 형성 재료에 대하여 1∼40중량％로 되고, 더 바람직하게는 2∼30중량％로 된다.
또, 정공주입/수송층(70)이나 전자수송층(50) 등은 잉크젯법에 한정되지 않고, 마스크 증착법을 사용해서 형성하는 것도 가능하다.
음극(222)은, 전자수송층(50) 및 제 3 절연층(221)의 표면 전체, 또는 스트라이프형상으로 형성되어 있다. 음극(222)에 대해서는, 물론 Al, Mg, Li, Ca 등의 단체 재료나 Mg:Ag(10:1 합금)의 합금 재료로 이루어지는 1층으로 형성해도 좋지만, 2층 또는 3층으로 이루어지는 금속(합금을 포함한다.)층으로서 형성해도 좋다. 구체적으로는, Li2O(0.5nm정도)/Al이나 LiF(0.5nm정도)/Al, MgF2/Al과 같은 적층 구조의 것도 사용가능하다. 음극(222)은 상기한 금속으로 이루어지는 박막으로서, 광을 투과시킬 수 있다.
밀봉층(20)은, 외부로부터 유기 EL 소자에 대하여 대기가 침입하는 것을 차단하는 것이며, 배리어층(285)과 음극(222)의 표면을 덮도록 형성되어 있다. 밀봉층(20)을 구성하는 재료로서는, 세라믹이나 질화 규소, 산화 질화 규소, 산화 규소 등이 사용되고, 또한 밀봉층(20)은 제 1 층간절연층(283)과 마찬가지의 수단에 의해 형성된다. 밀봉층(20)은, 배리어층(285)과 마찬가지의 재료를 사용해서 구성하는 것도 유효하다.
이상 설명한 바와 같이, TFT(22, 24)의 각 전극간이나, 이들의 전극과 접속된 각 배선(예를 들면 주사선(131), 신호선(132), 발광용 전원배선(133) 등)간에 저유전율 재료로 이루어지는 절연막을 설치했으므로, 각 전극간 또는 각 배선간에 발생하는 기생 용량을 작게 할 수 있다. 이에 따라, TFT(22, 24)에 공급되는 구동 신호의 아이솔레이션이 확보되어, 발광층(60)을 정밀도 좋게 구동시킬 있다. 또한, 기생 용량이 작아짐으로써, 더 높은 주파수의 구동 신호에 의해 TFT(22, 24)를 동작시킬 수 있다.
특히, 화소전극에 대향하는 공통전극(상기 예에서는 음극(222)) 등과 같이 소정의 전위로 고정된 전극 또는 배선과, 신호선 또는 주사선 등, 변화하는 전기신호를 공급하는 신호배선 사이에 저유전율층이 배치됨으로써 상기 신호배선에 대한 용량의 기여가 저감되고, 전기신호의 신호의 둔화 또는 지연 등의 문제를 극복하는 것이 가능해진다.
따라서, 전기 광학 장치(1)에서는, 안정한 표시 동작과 표시 영역의 대형(대화면)화를 실현할 수 있다.
또한, TFT(22, 24)를 덮도록 배리어층(285)을 형성함으로써, 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입에 의한 능동 소자의 열화를 방지할 수 있어, 전기 광학 장치(1)에서는, 장기간에 걸쳐 안정한 표시 동작을 실현할 수 있다.
특히, 상기 전유전율층은 대략 다공성이므로, 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 소자 열화 인자의 침입이 일어나기 쉬우므로, 상기 예와 같이 소자 열화의 발생원(예를 들면, 상기 예에서는 음극(222))와 능동소자 사이에 배리어층과 저유전율층을 배치함으로써, 전기신호의 신호의 둔화 또는 지연 등의 저감이라는 효과와, 전기 광학 장치의 장기간 안정성이라는 효과를 양립시킬 수 있다.
또한, 음극(222)의 위쪽을 덮도록 밀봉층(20)을 형성함으로써, 발광층(60)에 대한 외부로부터의 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입을 방지하고, 음극(222) 및 발광층(60)의 열화를 방지할 수 있어, 전기 광학 장치(1)에서는, 장기간에 걸쳐 안정한 표시 동작을 실현할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 제 1 층간절연층(283), 제 2 층간절연층(284)의 각각을 다공질체 등의 저유전체 재료로 형성했지만, 이들 모든 층을 저유전체 재료로 형성할 필요는 없고, 적어도 어느 하나의 층만 저유전체 재료로 형성해도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 배리어층(285)을 제 1 층간절연층(283)의 위쪽에 형성했지만, 제 2 층간절연층(284)의 위쪽에 형성해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또, 배리어층(285)의 배치와, 제 1 층간절연층(283) 및 제 2 층간절연층(284)을 형성하는 재료의 종류를 적합하게 조합시킴으로써 전기 광학 장치(1)를 구성할 수 있다.
또, 상기한 정공주입/수송층(70), 발광층(60), 전자수송층(50)에 부가해서, 홀 블록킹층을 예를 들면 발광층(60)의 대향 전극(222)측에 형성하여, 발광층(60)의 장수명화를 도모해도 좋다. 이러한 홀 블록킹층의 형성 재료로서는, 예를 들면 화학식(13)에 나타내는 BCP나 화학식(14)에 나타내는 BAlq가 사용되지만, 장수명화의 점에서는 BAlq쪽이 바람직하다.
(화 12)
(화 13)
다음에, 상기 실시예에 의한 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기의 예에 대해서 설명한다.
도 4는, 휴대전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 이 도면에 있어서, 부호 1000은 휴대전화 본체를 나타내고, 부호 1001은 상기한 전기 광학 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 5는, 손목시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 이 도면에 있어서, 부호 1100은 시계 본체를 나타내고, 부호 1101은 상기한 전기 광학 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 6 은, 워드프로세서, PC 등의 휴대형 정보 처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 이 도면에 있어서, 부호 1200은 정보 처리 장치, 부호 1202는 키보드 등의 입력부, 부호 1204는 정보 처리 장치 본체, 부호 1206은 상기한 전기 광학 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 4 내지 도 6에 나타내는 전자 기기는, 상기 실시예에 의한 전기 광학 장치를 구비하고 있으므로, 배선간이나 전극간의 기생 용량이 저감되어, 안정한 표시 동작이 가능한 전자 기기를 실현할 수 있다.
또, 본 발명의 기술범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지 변경을 부가하는 것이 가능하다. 예를 들면 상기 실시예에서는, 유기 EL 소자의 구성으로서 발광층과 정공수송층을 한 쌍의 전극 사이에 배치한 것을 예로 들었지만, 발광층이나 정공수송층 이외에, 전자수송층, 정공주입층, 전자주입층 등의 각종 기능을 갖는 유기층을 삽입해도 좋다. 그 이외에, 실시예에서 예로 든 재료 등은 어디까지나 일례에 불과하며, 적합하게 변경가능하다.
또한, 본 실시예에 의한 표시장치(1)의 구성에 있어서, 발광층(60)을 액정층 등, 그 밖의 광학 표시 물질로 치환하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 표시 장치(1)가 TFT(22, 24)가 배치된 기판(2)측으로부터 광을 취출하는 소위 백 에미션형에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, TFT(22, 24)가 배치된 기판(2)과는 반대측으로부터 광을 취출하는 소위 톱 에미션형의 표시 장치라도 좋다.
본 발명에 의하면, 능동소자의 전극간, 또는 상기 전극과 접속된 배선간을 절연하는 절연막이, 소정의 값 이하의 유전율을 갖는 절연 재료로 이루어지는 절연막을 포함하고 있으므로, 전극간 또는 배선간에 발생하는 기생용량을 저감할 수 있다. 이에 따라, 각 능동소자에 공급되는 구동 신호간의 아이솔레이션이 확보되어, 각 능동소자에 의해 전기 광학 소자를 정밀도 좋게 구동시킬 수 있다. 또한, 기생 용량이 저감됨으로써, 더 높은 주파수의 구동 신호에 의해 각 능동소자를 동작시킬 수 있다. 따라서, 안정한 표시 동작이 가능하고 또한 표시 영역이 큰 전기 광학 장치를 실현할 수 있다.
또한, 능동소자를 덮도록 보호층(제 1 보호층)이 형성되도록 하면, 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입에 의한 능동소자의 열화를 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 안정한 동작이 가능한 회로 기판이나 전기 광학 장치를 실현할 수 있다.
또한, 음극을 덮도록 제 2 보호층을 형성하도록 하면, 전기 광학 소자에 대한 외부로부터의 금속 성분, 대기 중의 가스, 수분 등의 침입을 방지하여, 전기 광학 소자의 열화를 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 안정한 표시 동작이 가능한 전기 광학 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기 광학 장치의 1실시예를 나타내는 도면으로서, 유기 EL 표시 장치에 적용한 예를 나타내는 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 표시 장치에서의 화소부의 평면 구조를 나타내는 확대도,
도 3은 본 발명의 전기 광학 장치의 1실시예를 나타내는 도면으로서, 도 2의 A-A선에 따른 단면도,
도 4는 본 발명의 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기의 일례를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기의 일례를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기의 일례를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 전기 광학 장치
2 기판
3 유기 일렉트로루미네선스 소자(전기 광학 소자)
20 밀봉층(제 2 보호층)
22 스위칭 TFT(능동소자)
23 화소전극(양극)
24 커런트TFT(능동소자)
131 주사선(배선)
132 신호선(배선)
133 발광용 전원 배선(배선)
222 음극
283 제 1 층간절연층(절연막)
284 제 2 층간절연층(절연막)
285 배리어층(보호층, 제 1 보호층)
Claims (68)
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- 기판과,상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와,상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과,제 1 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막은 상기 배선과 상기 능동소자와의 사이에 배치되고,상기 제 1 절연막의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 기판과,상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와,상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과,상기 능동소자에 접속된 화소전극과,제 1 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막은 상기 화소전극과 상기 기판과의 사이에 배치되고,상기 제 1 절연막의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 기판과,상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와,상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과,제 1 절연막과,제 2 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막은 상기 제 2 절연막과 상기 기판과의 사이에 배치되고,상기 제 1 절연막의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 34 항에 있어서,상기 제 1 절연막과 상기 제 2 절연막은 접하고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 34 항에 있어서,상기 제 2 절연막은 상기 능동소자를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 34 항에 있어서,화소 전극을 포함하고,상기 제 2 절연막은 상기 제 1 절연막과 상기 화소전극과의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 기판과,상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와,상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과,제 1 절연막과,제 3 절연막을 포함하고,상기 제 3 절연막은 상기 제 1 절연막과 상기 기판과의 사이에 배치되고,상기 제 1 절연막의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 34 항 또는 제 38 항에 있어서,상기 능동소자에 접속된 화소 전극을 더 구비하고,상기 화소전극과 상기 기판과의 사이에 상기 절연막이 배치된 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 38 항에 있어서,상기 제 1 절연막은 상기 능동소자를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 기판과,상기 기판의 위쪽에 배치된 능동소자와,상기 능동소자를 구동하는 전기적 신호 또는 구동전력을 공급하는 배선과,제 1 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막은 다공질재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항, 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 능동소자에 접속된 화소 전극을 더 포함하고,상기 제 1 절연막은 상기 화소전극과 상기 기판과의 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 능동소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막의 유전율은 3이하인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막의 유전율은 2.5 이하인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막은, 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 플루오르화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 중의 적어도 1개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막은, 실리카 글라스, 알킬실록산 중합체, 알킬실세스키옥산 중합체, 수소화알킬실세스키옥산 중합체, 폴리아릴에테르 중의 어느 하나를 함유하는 스핀온글라스막, 다이아몬드막, 불소화 비정질 탄소막 중의 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막은, 무기미립자 및 유기미립자 중의 적어도 어느 한 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 절연막은, 플루오르화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 기판과,제 1 전극과 제 2 전극과의 사이에 배치된 전기광학소자와,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 한 쪽과 상기 기판과의 사이에 배치된 제 1 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막의 유전율은 4 이하인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 기판과,제 1 전극과 제 2 전극과의 사이에 배치된 전기광학소자와,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 한 쪽과 상기 기판과의 사이에 배치된 제 1 절연막을 포함하고,상기 제 1 절연막의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,제 2 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 52 항에 있어서,상기 제 1 절연막은 상기 제 2 절연막과 상기 기판과의 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 전기광학소자를 구동하는 능동 소자를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 기판은 절연체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 제 1 절연막의 유전율은 3이하인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 제 1 절연막의 유전율은 2.5이하인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 제 1 절연막은 다공질재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 제 1 절연막은, 실리카 글라스, 알킬실록산 중합체, 알킬실세스키옥산 중합체, 수소화알킬실세스키옥산 중합체, 폴리아릴에테르 중의 어느 하나를 함유하는 스핀온글라스막, 다이아몬드막, 불소화 비정질 탄소막, 에어로겔, 플루오르화 마그네슘, 무기미립자 및 유기미립자 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 52 항에 있어서,상기 제 2 절연막은 상기 능동소자를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 제 2 전극을 덮는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 61 항에 있어서,상기 제 2 절연막 및 상기 보호층 중의 적어도 어느 한 쪽은, 건조제 및 화학흡착제 중의 적어도 어느 한 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 61 항에 있어서,상기 제 2 절연막 및 상기 보호층 중의 적어도 어느 한 쪽은, 세라믹, 질화 규소, 산화 질화 규소, 산화 규소 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 61 항에 있어서,상기 제 2 절연막 및 상기 보호층 중의 적어도 어느 한 쪽은, 붕소, 탄소, 질소 중의 적어도 1개와, 알루미늄, 인, 규소 중의 적어도 1개를 함유하거나, 또는 세륨, 이테르븀, 사마륨, 에르븀, 이트륨, 란탄, 가돌리늄, 디스프로슘, 네오듐 중의 적어도 1개와 알루미늄, 규소, 질소, 산소를 함유하거나, 또는 산화 바륨, 산화 칼슘, 활성탄, 제올라이트 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,상기 전기 광학 소자는, 유기 일렉트로루미네선스 소자인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항 중 어느 한 항에 기재된 회로 기판을 구비한 전기 광학 장치.
- 제 32 항 내지 제 34 항, 제 38 항 또는 제 41 항에 기재된 회로 기판, 또는 청구항 제 50 항 또는 제 51 항에 기재된 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- 제 66 항에 기재된 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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