KR100512047B1 - 전기 광학 장치, 전기 광학 장치의 제조 방법, 회로 기판,회로 기판의 제조 방법, 전자 기기 - Google Patents

전기 광학 장치, 전기 광학 장치의 제조 방법, 회로 기판,회로 기판의 제조 방법, 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광의 외부 취출(取出) 효율을 향상할 수 있어, 높은 시인성(視認性)이 실현되는 전기 광학 장치를 제공한다.
유기 EL 표시 장치는 발광 소자(3)를 포함하는 복수의 재료층을 갖고 있고, 발광 소자(3)로부터의 광이 취출되는 방향에 위치하는 복수의 재료층 중, 최표면에 위치하는 기판(2)과 발광 소자(3)의 사이에는, 기판(2)의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 제1, 제2 층간 절연층(283, 284)이 배치되어 있다.

Description

전기 광학 장치, 전기 광학 장치의 제조 방법, 회로 기판, 회로 기판의 제조 방법, 전자 기기{ELECTRO-OPTICAL DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, CIRCUIT BOARD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 발명은 전기 광학 소자가 발하는 광이나 전기 광학 소자에 의해 변조된 광이 효율 좋게 취출되는 전기 광학 장치 및 전기 광학 장치의 제조 방법, 이 전기 광학 장치를 구비한 전자 기기, 및 회로 기판 및 회로 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 액정 장치, 유기 EL(전계 발광; electroluminescence) 장치 등의 전기 광학 장치에서는, 기판상에 복수의 회로 소자, 전극, 액정 또는 EL 소자 등이 적층된 구성을 갖는 것이 있다. 예를 들어, 유기 EL 장치에서는, 발광 물질을 포함하는 발광층을 양극 및 음극의 전극층에 끼운 구성의 발광 소자를 갖고 있고, 양극측으로부터 주입된 정공과, 음극측으로부터 주입된 전자를 발광능을 갖는 발광층 내에서 재결합하여, 여기 상태로부터 비활성화될 때에 발광하는 현상을 이용하고 있다.
일반적으로 전기 광학 장치는 전기 광학 소자층을 포함하여 복수의 재료층에 의해 구성되어 있으므로, 전기 광학 소자층이 발한 광 혹은 변조된 광을 외부로 취출할 때에는, 광이 통과하는 재료층에 의해서 감쇠하여, 충분한 광의 취출 효율이 얻어지지 않은 경우가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 행하여진 것으로서, 광의 외부 취출 효율을 향상시킬 수 있고, 높은 시인성이 실현되는 전기 광학 장치 및 그 제조 방법, 회로 기판 및 그 제조 방법, 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전기 광학 장치는 전기 광학 소자를 갖는 전기 광학 소자층을 포함하는 복수의 재료층이 적층되어 있는 전기 광학 장치로서, 상기 전기 광학 소자로부터의 광이 취출되는 방향에 위치하는 복수의 재료층이 배치되고, 상기 복수의 재료층 중 최표면에 위치하는 표면 재료층과 상기 전기 광학 소자층의 사이에 상기 표면 재료층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 저굴절율층이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 "전기 광학 소자로부터의 광"이란 전기 광학 소자가 발한 광만을 가리키는 것은 아니고, 예를 들어, 전기 광학 소자에 의해서 투과광이나 반사광이 변조된 광도 포함한다. "최표면에 위치하는 표면 재료층"이란 외계와 접하는 재료층을 의미한다.
본 발명에 의하면, 전기 광학 소자로부터의 광은 표면 재료층보다 저굴절율인 저굴절율층을 통과한 후에 표면 재료층에 입사하므로, 임계각 이상의 각도로 저굴절율층에 입사한 광은 표면 재료층과의 계면에서 임계각 이하로 되는 방향으로 굴절하여, 표면 재료층 내에서의 전반사 조건으로부터 벗어나, 외부로 취출된다. 이것에 의해, 광의 취출 효율이 향상되어 높은 시인성을 얻을 수 있다. 또한, 굴절율과 유전율은 강한 정(正)의 상관 관계가 있어, 소정의 재료층을 저굴절율층으로 함으로써, 저유전율층을 형성할 수 있다.
상기 전기 광학 소자의 예로는, 액정 소자, 전기 영동 소자, 전자 방출 소자 등이 채용 가능하지만, 상기의 전기 광학 장치의 구성은 전기 광학 소자가 발광 소자인 경우에 특히 적합하다. 발광 소자의 예로는 LED(발광 다이오드) 소자, LD(레이저 다이오드) 소자, EL(전계 발광) 소자, 전자 방출 소자를 사용한 발광 소자 등을 들 수 있다.
상기의 전기 광학 장치에서, 상기 저굴절율층을 층간 절연층으로 함으로써, 층간 절연층을 통과하는 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 굴절율과 유전율은 정(正)의 강한 상관 관계를 나타내므로, 층간 절연층에 의해, 예를 들어, 배선이나 전극 등의 도전 부재가 절연되어 있는 경우, 배선간에 생기는 용량을 줄이는 이점도 갖게 된다. 따라서, 높은 광의 취출 효율과 고속 동작을 겸비하는 전기 광학 장치로 된다.
이 경우에, 상기 저굴절율층의 굴절율은 1.5이하로 설정되며, 바람직하게는 1.2이하로 설정된다.
저굴절율 재료로는 광을 투과 가능한 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 불화 마그네슘 혹은 이것을 포함하는 재료, 불화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔, 불소계 중합체 혹은 이것을 포함하는 재료, 분기 구조를 갖는 다공성 중합체, 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자의 적어도 어느 하나를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다.
상기 전기 광학 소자의 예로는 유기 전계 발광 소자가 사용 가능하다. 유기 전계 발광 소자는 예를 들어, 저전압 구동이 가능하고, 또한, 액정 소자에 비해서 시야각 의존성이 적은 등, 각종의 이점을 갖고 있다.
상기의 전기 광학 장치에서, 능동 소자를 더 설치해도 좋다. 이것에 의해, 액티브 구동이 가능해진다. 상기 능동 소자의 예로는 박막 트랜지스터를 비롯한 트랜지스터나, 박막 다이오드 등을 들 수 있다.
본 발명의 전기 광학 장치의 제조 방법은 제1 기재 상에 박막 트랜지스터를 배치하는 공정과, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 제1 기재를 포함하는 제2 기재 상에 저굴절율층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 회로 기판은 기판상에 복수의 재료층이 적층되어 있는 회로 기판으로서, 상기 기판보다 굴절율이 낮은 저굴절율 재료로 되는, 적어도 1개의 저굴절율층이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 회로 기판에서, 상기 복수 재료층 중 적어도 1개는 층간 절연층이고, 상기 층간 절연층은 상기 저굴절율 재료로 된다.
상기 저굴절율층의 굴절율은 1.5이하이고, 바람직하게는 1.2이하이다.
상기 저굴절율 재료로는 광을 투과 가능한 다공질체, 에어로겔, 다공질 실리카, 불화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 또는, 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자의 적어도 어느 하나를 함유시킨 것, 또는 불화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔 등을 들 수 있다.
이 경우에, 회로 기판은 능동 소자를 구비하고 있고, 능동 소자로는 트랜지스터 등을 들 수 있다.
본 발명의 회로 기판의 제조 방법은 제1 기재 상에 트랜지스터를 배치하는 공정과, 상기 트랜지스터 및 상기 제1 기재를 포함하는 제2 기재 상에 저굴절율층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자 기기는, 상기 본 발명의 전기 광학 장치 혹은 회로 기판을 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 표시 품위가 우수하고, 밝은 화면의 표시부를 구비한 전자 기기를 실현할 수 있다.
실시의 형태
이하, 본 발명의 전기 광학 장치에 대해서, 도 1, 도 2, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1, 도 2는 본 발명에 의한 전기 광학 장치를, 유기 전계 발광 소자를 사용한 액티브 매트릭스형의 표시 장치에 적용한 경우의 일례를 나타내는 것으로서, 도 1은 전체 회로도, 도 2는 도 1 중 대향 전극이나 발광 소자인 유기 전계 발광 소자를 제거한 상태에서의 각 화소의 확대 평면도이다.
또한, 본 실시 형태에서는 유기 전계 발광 소자(이하, "EL 소자"라 함)를 사용한 표시 장치를 예로서 설명하지만, 액정 소자, 전기 영동 소자, 전자 방출 소자 등을 사용한 표시 장치, 혹은 LED(발광 다이오드) 소자, LD(레이저 다이오드) 소자 등의 발광 소자를 사용한 표시 장치에도 적용 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 유기 전계 발광 표시 장치(이하, "유기 EL 표시 장치"라 함)(S1)는 기판과, 기판상에 배선된 복수의 주사선(131)과, 이들 주사선(131)에 대해서 교차하는 방향으로 뻗도록 배선된 복수의 데이터선(132)과, 이들 데이터선(132)에 병렬로 뻗도록 배선된 복수의 공통급전선(133)을 갖고 있고, 주사선(131) 및 데이터선(132)의 각 교점에 대응하여, 화소(화소 영역소)(AR)가 설치되어 구성된 것이다.
데이터선(132)에 대해서는, 쉬프트 레지스터, 레벨 쉬프터, 비디오 라인, D/A 컨버터, 디코더, 래치 회로 및 아날로그 스위치 중 적어도 1개를 구비하는 데이터선 구동 회로(90)가 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 주사선(131)에 대해서는 쉬프트 레지스터, 레벨 쉬프터 및 디코더 중 적어도 1개를 구비하는 주사선 구동 회로(80)가 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 데이터선 구동 회로(90) 및 주사선 구동 회로(80)는 함께 기판상에 배치되어 있지만, 데이터선 구동 회로(90) 및 주사선 구동 회로(80)의 각각을 기판상에 배치하는가, 또는 기판 밖에 배치하는가에 대해서는 적당히 선택할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 화소 영역(AR)의 각각에는, 주사선(131)을 통하여 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 제1 박막 트랜지스터(22)와, 이 제1 박막 트랜지스터(22)를 통하여 데이터선(132)으로부터 공급되는 화상 신호를 유지하는 유지 용량(cap)과, 유지 용량(cap)에 의해서 유지된 화상 신호가 게이트 전극에 공급되는 제2 박막 트랜지스터(24)와, 이 제2 박막 트랜지스터(24)를 통하여 공통급전선(133)에 전기적으로 접속했을 때에 공통급전선(133)으로부터 구동 전류가 흘러드는 화소 전극(23)과, 이 화소 전극(양극)(23)과 대향 전극(음극)(222) 사이에 끼워 넣어진 발광 소자(3)가 설치되어 있다. 또한, 발광 소자(3)로는, EL(전계 발광) 소자 외에, LED(발광 다이오드) 소자, LD(레이저 다이오드) 소자 등의 발광 소자를 들 수 있다.
주사선(131)을 통하여 공급되는 주사 신호에 의해 제1 박막 트랜지스터(22)가 온으로 되면, 그 때의 데이터선(132)을 통하여 공급되는 데이터 신호에 대응하는 전하가 유지 용량(cap)에 유지되며, 그 유지 용량(cap)의 상태에 따라서, 제2 박막 트랜지스터(24)의 도통 상태가 결정된다. 또한, 제2 박막 트랜지스터(24)의 채널을 통하여 공통급전선(133)으로부터 화소 전극(23)으로 전류가 흐르고, 또한 발광층(60)을 통해서 대향 전극(222)으로 전류가 흐름으로써, 발광층(60)은 이것을 흐르는 전류량에 따라 발광한다.
다음에, 도 2를 참조하면서, 각 화소(AR)의 평면 구조에 대해서 설명한다. 도 2는 대향 전극이나 유기 전계 발광 소자를 제거한 상태에서의 도 1의 확대 평면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면도가 직사각형 형상으로 설정된 화소 전극(23)은, 그 4변이, 데이터선(132), 공통급전선(133), 주사선(131) 및 도시하지 않은 다른 화소 전극용의 주사선에 의해서 둘러싸여 있다. 또한, 화소 전극의 형상은 직사각형 형상에 한정되지 않으며, 원형, 타원형 등의 형상이라도 좋다. 후술하는 잉크젯법과 같이 액체 재료를 사용하여 발광층 등 EL 소자를 구성하는 재료층을 형성하는 경우는, 화소 전극을 특히 각이 없는 원형이나 타원형 등의 형상으로 함으로써 균일한 재료층이 얻어진다.
다음에, 유기 EL 표시 장치의 단면 구조를 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 도 2의 A-A 화살 표시 단면도이다.
여기서, 도 3에 표시되는 유기 EL표시 장치는, 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)가 배치된 기판(2)측으로부터 광을 취출하는 형태, 소위 백 에미션형이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 기판(2)이 발광 소자(3)로부터의 광이 취출되는 최표면에 위치하는 표면 재료층으로 되어 있다. 또한, 기판(2)의 표면에 다른 재료층이 적층된 경우에는, 이 다른 재료층이 표면 재료층으로 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 백 에미션형의 유기 EL 표시 장치(S1)는 기판(2)과, 인듐주석 산화물(IT0:Indium Tin 0xide) 등의 투명 전극 재료로 되는 양극(화소 전극)(23)과, 양극(23)상에 배치된 발광 소자(3)와, 양극(23)과의 사이에 발광 소자(3)을 끼워 넣도록 배치되어 있는 음극(대향 전극)(222)과, 기판(2)상에 형성되며, 화소 전극(23)에 대한 통전을 제어하는 통전 제어부로서의 박막 트랜지스터(이하, "TFT"라 함)(24)를 갖고 있다. 또한, 음극(222)의 상층에는 밀봉층(20)이 설치되어 있다. 음극(222)은 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg), 금(Au), 은(Ag), 칼슘(Ca)으로부터 선택한 적어도 1개의 금속으로 구성되어 있다. 음극(222)는 상술한 각 재료의 합금이나 적층한 것도 포함한다. TFT(24)는 주사선 구동 회로(80) 및 데이터선 구동 회로(90)로부터의 작동 지령 신호에 따라 작동하여, 화소 전극(23)으로의 통전 제어를 행한다.
발광 소자(3)는 양극(23)으로부터 정공을 수송 가능한 정공 수송층(70)과, 전기 광학 물질의 하나인 유기 EL 물질을 포함하는 발광층(60)과, 발광층(60)의 상면에 설치되어 있는 전자 수송층(50)으로 개략 구성되어 있다. 또한, 전자 수송층(50)의 상면에 음극(대향 전극)(222)이 배치되어 있다.
TFT(24)는 SiO2를 주체로 하는 하지 보호층(281)을 통하여 기판(2)의 표면에 설치되어 있다. 이 TFT(24)는 하지 보호층(281)의 상층에 형성된 실리콘 층(241)과, 실리콘 층(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 제1 층간 절연층(283)과, 게이트 절연층(282) 및 제1 층간 절연층(283)에 걸쳐서 개공(開孔)하는 콘택트홀을 통하여 실리콘층(241)과 접속하는 소스 전극(243)과, 게이트 전극(242)을 사이에 두고 소스 전극(243)과 대향하는 위치에 설치되며, 게이트 절연층(282) 및 제1 층간 절연층(283)에 걸쳐서 개공하는 콘택트홀을 통하여 실리콘 층(241)과 접속하는 드레인 전극(244)과, 소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)을 덮도록 제1 층간 절연층(283)의 상층에 설치된 제2 층간 절연층(284)을 구비하고 있다.
또한, 제2 층간 절연층(284)의 상면에 화소 전극(23)이 배치되고, 화소 전극(23)과 드레인 전극(244)은, 제2 층간 절연층(284)에 설치된 콘택트홀(23a)을 통하여 접속되어 있다. 또한, 제2 층간 절연층(284)의 표면중 발광 소자(EL 소자)(3)가 설치되어 있는 이외의 부분과 음극(222) 사이에는 합성 수지 등으로 되는 제3 절연층(뱅크층)(221)이 설치되어 있다.
또한, 드레인 전극(244)의 상층에, TFT의 보호층을 설치해도 좋다. 이 보호층의 형성 재료로는, 규소를 포함하는 절연층(특히 질화 산화규소층 또는 질화규소층이 바람직하다)을 사용할 수 있다. 이 보호층은 형성된 TFT(24)를 금속 이온이나 수분으로부터 보호하는 역할을 한다. 즉, 보호층은 이들 금속 이온 등 가동(可動) 이온을 TFT(24) 측에 침입시키지 않는 보호층으로도 역할을 한다.
또한, 보호층에 방열 효과를 갖게 함으로써 발광 소자의 열열화(熱劣化)를 방지할 수 있다. 단, 발광 소자로서 유기 재료를 사용하는 경우, 산소와의 결합에 의해 열화하므로, 산소를 방출하기 쉬운 절연층은 사용하지 않는 것이 바람직하다.
가동 이온의 투과를 방지하고, 또한 방열 효과를 갖는 투광성 재료로는 B(붕소), C(탄소), N(질소)으로부터 선택된 적어도 한개의 원소와, Al(알루미늄), Si(규소), P(인)으로부터 선택된 적어도 한개의 원소를 포함하는 절연층을 들 수 있다. 예를 들어, 질화 알루미늄(AlxNy)으로 대표되는 알루미늄의 질화물, 탄화규소(SixCy)로 대표되는 규소의 탄화물, 질화규소(SixNy)로 대표되는 규소의 질화물, 질화 붕소(BxNy)로 대표되는 붕소의 질화물, 인화붕소(BxPy)로 대표되는 붕소의 인화물을 사용할 수 있다. 또한, 산화알루미늄(Alx0y)로 대표되는 알루미늄의 산화물은 투광성이 우수하고 열전도율이 20Wm-1K-1 이어서, 바람직한 재료의 한개라고 말할 수 있다. 이들 재료에는 상기 효과 뿐만 아니라, 수분의 침입을 방지하는 효과도 있다.
상기 화합물에 다른 원소를 조합할 수도 있다. 예를 들어, 산화 알루미늄에 질소를 첨가하여, AlNx0y로 표시되는 질화산화알루미늄을 사용할 수도 있다. 이 재료에도 방열 효과 뿐만 아니라, 수분이나 가동 이온 등의 침입을 방지하는 효과가 있다.
또한, Si, Al, N, 0, M을 포함한 절연막(단, M은 희토류 원소의 적어도 1종, 바람직하게는 Ce(세륨), Yb(이테르븀), Sm(사마륨), Er(에르븀), Y(이트륨), La(란탄), Gd(가돌리늄), Dy(디스프로슘), Nd(네오디뮴)으로부터 선택된 적어도 한개의 원소)을 사용할 수도 있다. 이들 재료에도 방열 효과 뿐만 아니라, 수분이나 가동 이온의 침입을 방지하는 효과가 있다.
또한, 적어도 다이아몬드 박막 또는 아몰퍼스 카본막(특히 다이아몬드와 그 특성이 가까운 것, 다이아몬드 라이크 카본 등이라 함.)을 포함하는 탄소막을 사용할 수도 있다. 이들은 열전도율이 매우 높아, 방열층으로서 매우 유효하다. 단, 막두께가 두꺼워지면 갈색을 띠어 투과율이 저하하기 때문에, 가능한 한 얇은 막두께(바람직하게는 5~100nm)로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 보호층의 목적은 어디까지나 가동 이온이나 수분으로부터 TFT를 보호하는 것이므로, 그 효과를 손상하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 방열 효과를 갖는 재료로 되는 박막을 단체로 사용할 수도 있지만, 이들 박막과, 가동 이온이나 수분의 투과를 방지할 수 있는 절연막(대표적으로는 질화규소막(SixNy)이나 질화산화규소막(SiOxNy))을 적층하는 것이 효과가 있다.
실리콘층(241) 중에서, 게이트 절연층(282)을 사이에 두고 게이트 전극(242)과 겹치는 영역이 채널 영역으로 되어 있다. 또한, 실리콘층(241) 중에서, 채널 영역의 소스측에는 소스 영역이 설치되어 있다. 한편, 채널 영역의 드레인측에는 드레인 영역이 설치되어 있다. 이 중, 소스 영역이, 게이트 절연층(282)과 제1 층간 절연층(283)에 걸쳐서 개공하는 콘택트홀을 통하여, 소스 전극(243)에 접속되어 있다. 한편, 드레인 영역이, 게이트 절연층(282)과 제1 층간 절연층(283)에 걸쳐서 개공하는 콘택트홀을 통하여, 소스 전극(243)과 동일층으로 되는 드레인 전극(244)에 접속되어 있다. 화소 전극(23)은, 드레인 전극(244)을 통하여, 실리콘층(241)의 드레인 영역에 접속되어 있다.
본 예에서는, 발광층(60)으로부터의 발광광을 TFT(24)가 설치되어 있는 기판(2)측으로부터 취출하는 구성(백 에미션형)이기 때문에, 기판(2)의 형성 재료로는 광을 투과 가능한 투명 혹은 반투명 재료, 예를 들어, 투명한 유리, 석영, 사파이어, 혹은 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르케톤 등의 투명한 합성 수지 등이 사용된다. 특히, 기판의 형성 재료로는, 염가의 소다 유리가 적합하게 사용된다. 소다 유리를 사용한 경우, 이것에 실리카 코팅을 실시하는 것이, 산알칼리에 약한 소다 유리를 보호하는 효과를 갖고, 또한 기판의 평탄성을 좋게 하는 효과도 갖기 때문에 바람직하다.
또한, 기판에 색필터막이나 발광성 물질을 포함하는 색변환막, 혹은 유전체 반사막을 배치하여, 발광색을 제어하여도 좋다.
한편, TFT(24)가 설치되어 있는 기판(2)과는 반대측으로부터 발광광을 취출하는 구성(톱 에미션형)인 경우에는, 기판(2)은 불투명이라도 좋고, 그 경우, 알루미나 등의 세라믹, 스텐레스 등의 금속 시트에 표면 산화 등의 절연 처리를 실시한 것, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다.
하지 보호층(281)을 형성할 때에는, 기판(2)에 대해, TE0S(테트라에톡시실란)나 산소 가스 등을 원료로 하여 플라즈마 CVD법에 의해서 제막 함으로써, 하지 보호층(281)으로서 두께 약 200~500nm의 실리콘 산화막을 형성한다.
실리콘층(241)을 형성할 때에는 우선, 기판(2)의 온도를 약 350℃로 설정하여, 하지 보호막(281)의 표면에 플라즈마 CVD법 혹은 ICVD법에 의해 두께 약 30~70nm의 아몰퍼스 실리콘층을 형성한다. 그 다음에, 이 아몰퍼스 실리콘층에 대해서 레이저 어닐법, 급속 가열법, 또는 고상 성장법 등에 의해 결정화 공정을 행하여, 아몰퍼스 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화한다. 레이저 어닐법에서는 예를 들어 엑시머 레이저에서 빔의 장(長)치수가 400mm인 라인 빔을 사용하고, 그 출력 강도는 예를 들어 200mJ/㎠로 한다. 라인 빔에 대해서는 그 단(短)치수 방향에서의 레이저 강도의 피크값의 90％에 상당하는 부분이 각 영역마다 겹치도록 라인 빔을 주사한다. 그 다음에, 폴리실리콘층을 포토리소그래피법에 의해서 패터닝하여, 섬형상의 실리콘층(241)으로 한다.
또한, 실리콘층(241)은 도 1에 나타낸 제2 박막 트랜지스터(24)의 채널 영역 및 소스·드레인 영역으로 되는 것이지만, 다른 단면 위치에서는 제1 박막 트랜지스터(22)의 채널 영역 및 소스·드레인 영역으로 되는 반도체막도 형성되어 있다. 즉, 2 종류의 트랜지스터(22,24)는 동시에 형성되지만, 같은 절차로 만들어지기 때문에, 이하의 설명에서, 트랜지스터에 관해서는 제2 박막 트랜지스터(24)에 대해서만 설명하고, 제1 박막 트랜지스터(22)에 대해서는 그 설명을 생략한다.
게이트 절연층(282)을 형성할 때에는, 실리콘층(241)의 표면에 대해서, TE0S나 산소 가스 등을 원료로서 플라즈마 CVD법을 사용하여 제막 함으로써, 두께 약 60~150nm의 실리콘 산화막 또는 질화막으로 되는 게이트 절연층(282)이 형성된다.
게이트 전극(242)은 게이트 절연층(282)상에 알루미늄, 탄탈, 몰리브덴, 티탄, 텅스텐 등의 금속을 포함하는 도전막을 스퍼터법에 의해 형성한 후, 이것을 패터닝 함으로써 형성된다.
실리콘층(241)에 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하기 위해서는, 게이트 전극(242)을 형성한 후, 이 게이트 전극(242)을 패터닝용 마스크로서 사용하고, 이 상태에서 인이온을 주입한다. 그 결과, 게이트 전극(242)에 대해서 셀프 어라인적으로 고농도 불순물이 도입되어, 실리콘층(241) 중에 소스 영역 및 드레인 영역이 형성된다. 또한, 불순물이 도입되지 않은 부분이 채널 영역으로 된다.
제1 층간 절연층(283)은 기판(2)보다 굴절율이 낮은 저굴절율 재료로 되어, 게이트 절연층(282)의 상층에 형성된다.
제1 층간 절연층(283)의 형성 재료로는, 실리콘 산화막, 질화막, 혹은 다공성을 갖는 실리콘 산화막(SiO2막) 등을 들 수 있다. 다공성을 갖는 SiO2막으로 되는 게이트 절연층(282)은 반응 가스로서 Si2H6과 O3을 사용하여, CVD법(화학적 기상 성장법)에 의해 형성된다. 이들 반응 가스를 사용하면, 기상중에 입자가 큰 SiO2가 형성되어, 게이트 절연층(282) 위에 퇴적한다. 그 때문에, 제1 층간 절연층(283)은 층 중에 많은 공극을 가져서, 다공질체가 된다. 또한, 제1 층간 절연층(283)은 다공질체가 됨으로써 저굴절율 재료가 되어, 광의 취출 효율이 향상될 수 있다.
다공질체로 되는 저굴절율층은 밀도가 0.4g/㎤ 이하인 것이 바람직하다.
저굴절율층으로서의 제1 층간 절연층(283)의 굴절율은 1.5이하, 바람직하게는 1.2이하로 설정된다.
또한, 제1 층간 절연층(283)의 표면에 H(수소) 플라즈마 처리를 해도 좋다. 이것에 의해, 공극의 표면의 Si-0 결합중의 댕그링 본드가 Si-H 결합으로 치환되어, 막의 내흡습성이 좋게 된다. 또한, 이 플라즈마 처리된 제1 절연층(283)의 표면에 다른 SiO2층을 설치해도 좋다.
또한, 제1 층간 절연층(283)을 CVD법으로 형성할 때의 반응 가스는 Si2H6+03 외에, Si2H6 +02, Si3H8+03, Si3 H8+02 로 하여도 좋다. 또한, 상기의 반응 가스에 더하여, B(붕소) 함유의 반응 가스, F(불소) 함유의 반응 가스를 사용하여도 좋다.
제1 층간 절연층(283)을 다공질체로서 형성할 때, 다공성을 갖는 SiO2막과, 통상의 감압 화학적 기상 성장법에 의해 형성된 SiO2막을 적층함으로써, 막질이 안정된 다공질체로서의 제1 층간 절연층(283)을 형성할 수도 있다. 또한, 이들의 막을 적층하기 위해서는, 감압하에서의 SiH4와 02의 분위기중에서, 플라즈마를 단속적, 또는 주기적으로 발생시킴으로써 가능해진다. 구체적으로는, 제1 층간 절연층(283)은 기판(2)을 소정의 챔버내에 수용하고, 예를 들어 400℃로 유지하면서, 반응 가스로서 SiH4와 02를 사용하여, RF전압(고주파 전압)을 챔버에 인가함으로써 형성된다. 성막중에는, SiH4 유량, 02유량이 일정함에 대해, RF 전압은 10초의 주기로 챔버에 인가된다. 이것에 따라서, 플라즈마가 10초의 주기로 발생, 소멸한다. 이와 같이, 시간 변화하는 플라즈마를 사용함에 의하여, 1개의 챔버내에서, 감압 CVD를 사용하는 공정과, 감압하에서의 플라즈마 CVD를 사용하는 공정을 반복하여 행할 수 있다. 또한, 감압 CVD와 감압하에서의 플라즈마 CVD를 반복하여 행함으로써, 막 중에 다수의 공극을 갖는 SiO2 막이 형성된다. 즉, 제1 층간 절연층(283)은 다공성을 갖게 된다.
제1 층간 절연층(283)은 에어로겔에 의해서 구성할 수도 있다. 에어로겔이란, 금속 알콕사이드의 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, 실리카 에어로겔은 체적의 90％ 이상을 공극이 차지하고, 나머지가 수지(樹枝)상으로 응집한 수십 nm의 미세한 SiO2 입자로 구성된 재료이고, 입자경이 광의 파장보다도 작기 때문에, 광투과성을 갖고, 그 굴절율은 1.2이하이다. 또한, 공극율을 변화시킴으로써 굴절율을 조정할 수 있다. 여기서, 기판(2)의 재료인 유리의 굴절율은 1.54, 석영의 굴절율은 1.45이다.
실리카 에어로겔은 졸-겔법에 의해 습윤 겔을 제작하는 공정, 습윤 겔을 숙성시키는 공정, 및 초임계 건조법에 의해 습윤 겔을 건조하여 에어로겔을 얻는 초임계 건조 공정을 거쳐 제조된다. 초임계 건조법은 고상과 액상으로 되는 젤리상의 겔 물질중의 액체를 초임계 유체로 치환, 제거함으로써, 겔을 수축시키지 않고 겔 물질을 건조하는데 적합한 방법으로서, 높은 공극율을 갖는 에어로겔이 얻어진다.
예를 들어 제1 층간 절연층(283)을 실리카 에어로겔에 의해서 형성할 때에는, 게이트 절연층(282) 위에 에어로겔의 원료인 습윤 겔을 스핀 코트법 등을 사용하여 코팅하고, 초임계 건조함으로써 형성된다. 초임계 유체를 사용한 초임계 건조법에 의해서, 습윤 겔 중의 용매를 초임계 유체로 치환함으로써, 습윤 겔중의 용매가 제거된다. 또한, 초임계 유체로는 이산화탄소(CO2), 혹은 메탄올이나 에탄올 같은 알콜, NH3, H2O, N2O, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 펜탄, 이소프로파놀, 이소부탄올, 시클로트리플루오로메탄, 모노 플루오로메탄, 시클로헥사놀 등을 사용할 수 있다.
저굴절율층(각 절연층)을 실리카 에어로겔에 의해서 형성할 때, 기재 상에 스핀 코트 등에 의해 습윤 겔을 도포한 후, 초임계 건조하지만, 습윤 겔에 합성 수지(유기물)를 혼합 하여 두어도 좋다. 이 경우의 합성 수지는 그 열변성 온도가 초임계 유체의 임계 온도보다도 높고 광을 투과 가능한 합성 수지이다. 초임계 유체로서 예를 들어 알콜을 사용한 경우, 그 열변성 온도가 알콜의 임계 온도보다도 높고 광을 투과 가능한 합성 수지로는, 하이드록실프로필셀룰로오스(HPC), 폴리비닐부티랄(PVB), 에틸셀룰로오스(EC) 등을 들 수 있다(또한, PVB 및 EC는 알콜에 가용이고 물에는 불용). 용매로서 에테르를 사용하는 경우에는, 수지로서 염소계 폴리에틸렌 등을 선택하고, 또 CO2를 용매로서 사용하는 경우에는, HPC 등을 선택하는 것이 바람직하다.
저굴절율층으로는 실리카 에어로겔 외에 알루미나를 기조로 한 에어로겔이라도 좋고, 기판(2)보다 저굴절율로 광을 투과 가능한 다공질체이면 좋다. 또한, 다공질체(에어로겔)는 밀도가 0.4g/cm3 이하인 것이 바람직하다.
저굴절율층으로는 다공질체가 아니라도 좋고, 에폭시계 접착제(굴절율 :1.42)나 아크릴계 접착제(굴절율:1.43) 등, 광을 투과 가능하고 기판(2)보다 저굴절율인 고분자 재료로 되는 접착제라도 좋다. 이들 접착제를 단독으로 사용한 경우라도, 기판(2)을 구성하는 유리나 석영보다도 굴절율이 낮기 때문에, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 저굴절율층으로는 다공질 실리카라도 좋고, 불화 마그네슘(굴절율 :1.38) 혹은 이것을 포함하는 재료라도 좋다. 불화 마그네슘에 의한 저굴절율층은 스퍼터링에 의해서 형성 가능하다. 혹은 불화 마그네슘의 미립자를 분산시킨 겔이라도 좋다. 혹은 불소계 중합체 또는 이것을 포함하는 재료, 예를 들어, 퍼플루오로알킬-폴리에테르, 퍼플루오로알킬아민, 또는 퍼플루오로알킬-폴리에테르-퍼플루오로알킬아민 혼합 필름이라도 좋다.
또한, 저굴절율층으로서, 소정의 중합체 바인더에, 가용성 또는 분산성인 저굴절율의 플루오로카본 화합물을 혼재한 것이라도 좋다.
중합체 바인더로는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐설폰산나트륨염, 폴리비닐메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜, 폴리α-트리플루오로메틸아크릴산, 폴리비닐메틸에테르-코-무수말레인산, 폴리에틸렌글리콜-코-프로필렌글리콜, 폴리메타아크릴산 등을 들 수 있다.
또한, 플루오로카본 화합물로는 퍼플루오로옥탄산-암모늄염, 퍼플루오로옥탄산-테트라메틸암모늄염, C-7와 C-10의 퍼플루오로알킬 설폰산 암모늄염, C-7와 C-10의 퍼플루오로알킬설폰산 테트라메틸암모늄염, 불화알킬 제4급 암모늄 아이오다이드, 퍼플루오로아디핀산, 및 퍼플루오로아디핀산의 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다.
또한, 저굴절율층으로서 공극을 도입하는 방법이 유효하기 때문에, 상기 에어로겔 외에, 미립자를 사용하여 미립자간 또는 미립자내의 마이크로보이드로서 공극을 형성해도 좋다. 미립자로는 무기 미립자 혹은 유기 미립자를 저굴절율층에 사용할 수 있다.
무기 미립자는 비정질인 것이 바람직하다. 무기 미립자는 금속의 산화물, 질화물, 황화물 또는 할로겐화물로 되는 것이 바람직하고, 금속 산화물 또는 금속 할로겐화물로 되는 것이 더욱 바람직하고, 금속 산화물 또는 금속 불화물로 되는 것이 가장 바람직하다. 금속원자로는 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 Ni이 바람직하고, Mg, Ca, B 및 Si가 더욱 바람직하다. 2 종류의 금속을 포함하는 무기 화합물을 사용하여도 좋다. 특히 바람직한 무기 화합물은 이산화규소, 즉 실리카이다.
무기 미립자내 마이크로보이드는 예를 들어, 입자를 형성하는 실리카의 분자를 가교시킴으로써 형성할 수 있다. 실리카의 분자를 가교시키면 체적이 축소하여, 입자가 다공질로 된다. 마이크로보이드를 갖는(다공질) 무기 미립자는 졸-겔법(일본 특개소53-112732호, 특공소57-9051호의 각 공보 기재) 또는 석출법(APPLIED 0PTICS, 27, 3356페이지(1988) 기재)에 의해, 분산물로서 직접 합성할 수 있다. 또한, 건조·침전법으로 얻어진 분체를, 기계적으로 분쇄하여 분산물을 얻을 수 있다. 시판 중인 다공질 무기 미립자(예를 들어, 이산화규소 졸)를 사용하여도 좋다. 마이크로보이드를 갖는 무기 미립자는 저굴절율층의 형성을 위해, 적당한 매체에 분산한 상태로 사용하는 것이 바람직하다. 분산매로는 물, 알콜(예, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜) 및 케톤(예, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤)이 바람직하다.
유기 미립자도, 비정질인 것이 바람직하다. 유기 미립자는, 단량체의 중합 반응(예를 들어 유화 중합법)에 의해 합성되는 중합체 미립자인 것이 바람직하다. 유기 미립자의 중합체는 불소원자를 함유하는 것이 바람직하다. 불소함유 중합체를 합성하기 위해서 사용하는 불소원자를 함유하는 단량체의 예로는 플루오로 올레핀류(예, 플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥솔), 아크릴산 또는 메타크릴산의 불소화 알킬 에스테르류 및 불소화 비닐 에테르류가 포함된다. 불소원자를 함유하는 단량체와 불소원자를 함유하지 않은 단량체의 공중합체를 사용하여도 좋다. 불소원자를 함유하지 않은 단량체의 예로는 올레핀류(예, 에틸렌, 프로필렌, 이소프렌, 염화비닐, 염화비닐리덴), 아크릴산에스테르류(예, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산-2-에틸헥실), 메타크릴산에스테르류(예, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산부틸), 스티렌류(예, 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌), 비닐 에테르류(예, 메틸비닐에테르), 비닐에스테르류(예, 초산비닐, 프로피온산비닐), 아크릴아미드류(예, N-tert-부틸아크릴아미드, N-시클로헥실아크릴아미드), 메타크릴아미드류 및 아크릴니트릴류가 포함된다.
유기 미립자내 마이크로보이드는 예를 들어, 입자를 형성하는 중합체를 가교시킴으로써 형성할 수 있다. 중합체를 가교시키면 체적이 축소하여, 입자가 다공질로 된다. 입자를 형성하는 중합체를 가교시키기 위해서는 중합체를 합성하기 위한 단량체의 20몰％ 이상을 다관능 단량체로 하는 것이 바람직하다. 다관능 단량체의 비율은 30~80몰％인 것이 더욱 바람직하고, 35~50몰％인 것이 가장 바람직하다. 다관능 단량체의 예로는 디엔류(예, 부타디엔, 펜타디엔), 다가 알콜과 아크릴산의 에스테르(예, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-시클로헥산디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트), 다가 알콜과 메타크릴산의 에스테르(예, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,2,4-시클로헥산 테트라메타크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라메타크릴레이트), 디비닐 화합물(예, 디비닐시클로헥산, 1,4-디비닐벤젠), 디비닐설폰, 비스 아크릴 아미드류(예, 메틸렌비스 아크릴아미드) 및 비스 메타크릴 아미드류가 포함된다. 입자간의 마이크로보이드는 미립자를 적어도 2개 이상 겹쳐서 형성할 수 있다.
저굴절율층을, 미세 구멍과 미립자상 무기물을 갖는 재료에 의해서 구성해도 좋다. 이 경우, 저굴절율층은 코팅에 의해 형성되고, 미세 구멍은 층의 도포 후에 활성화 가스 처리를 행하여, 가스가 층으로부터 이탈함으로써 형성된다. 혹은 2종 이상의 초미립자(예를 들어, MgF2 와 SiO2)를 혼재시켜, 막두께 방향으로 그 혼합비를 변화시킴으로써 저굴절율층을 형성해도 좋다. 혼합비를 변화시킴으로써 굴절율이 변화한다. 초미립자는 에틸실리케이트의 열분해로 생긴 SiO2에 의해 접착되어 있다. 에틸실리케이트의 열분해에서는 에틸 부분의 연소에 의해서, 이산화탄소와 수증기도 발생한다. 이산화탄소와 수증기가 층으로부터 이탈함으로써, 초미립자의 사이에 간극이 생긴다. 혹은 다공질 실리카로 되는 무기 미분말과 바인더를 함유시켜 저굴절율층을 형성해도 좋고, 불소함유 중합체로 되는 미립자를 2개 이상 겹쳐서, 미립자간에 공극을 형성한 저굴절율층을 형성해도 좋다.
분기 구조 레벨로 공극율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 덴드리머 등의 분기 구조를 갖는 중합체를 사용하여도 저굴절율이 얻어진다.
또한, 상기의 재료를 사용하여, 저굴절율층은 굴절율이 1.5이하, 바람직하게는 1.2이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 기판(2)으로서 굴절율이 1.45의 석영이나, 굴절율이 약 1.54의 유리 등을 사용할 때, 기판(2)의 굴절율보다 낮은 굴절율로 된다.
소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)을 형성하기 위해서는, 우선, 제1 층간 절연층(283)에 포토리소그래피법을 사용하여 패터닝 함으로써, 소스 전극 및 드레인 전극에 대응하는 콘택트홀을 형성한다. 다음에, 제1 층간 절연층(283)을 덮도록, 알루미늄이나 크롬, 탄탈 등의 금속으로 되는 도전층을 형성한 후, 이 도전층 중에서, 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 영역을 덮도록 패터닝용 마스크를 설치하는 동시에, 도전층을 패터닝 함으로써, 소스 전극(243) 및 드레인 전극(244)이 형성된다.
제2 층간 절연층(284)은, 제1 층간 절연층(283)과 마찬가지로, 저굴절율 재료에 의해서 구성되며, 제1 층간 절연층(283)의 형성 방법과 동일한 절차로 제1 층간 절연층(283)의 상층에 형성된다. 여기서, 제2 층간 절연층(284)을 형성한 후, 제2 층간 절연층(284) 중에서 드레인 전극(244)과 대응하는 부분에 콘택트홀(23a)을 형성한다.
발광 소자(3)에 접속하는 양극(23)은 IT0나 불소를 도프하여 되는 SnO2, 또는 ZnO나 폴리아민 등의 투명 전극 재료로 되고, 콘택트홀(23a)을 통하여 TFT(24)의 드레인 전극(244)에 접속되어 있다. 양극(23)을 형성하기 위해서는, 상기 투명 전극 재료로 되는 막을 제2 층간 절연층(284) 상면에 형성하고, 이 막을 패터닝 함으로써 형성된다.
제3 절연층(뱅크층)(221)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 합성 수지에 의해서 구성되어 있다. 제3 절연층(221)은 양극(23)이 형성된 뒤에 형성된다. 구체적인 제3 절연층(221)의 형성 방법은, 예를 들어, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 레지스트를 용매에 녹인 것을, 스핀 코트, 딥 코트 등에 의해 도포하여 절연층을 형성한다. 또한, 절연층의 구성 재료는 후술하는 잉크의 용매에 용해하지 않고, 또한 에칭 등에 의해서 패터닝 하기 쉬운 것이면 어떠한 것이라도 좋다. 또한, 절연층을 포토리소그래피 기술 등에 의해 동시에 에칭하여, 개구부(221a)를 형성함으로써, 개구부(221a)를 구비한 제3 절연층(221)이 형성된다.
여기서, 제3 절연층(221)의 표면에는, 친액성(친잉크성)을 나타내는 영역과, 발액성(발잉크성)을 나타내는 영역이 형성된다. 본 실시 형태에서는 플라즈마 처리 공정에 의해, 각 영역을 형성하는 것이다. 구체적으로 플라즈마 처리 공정은 예비 가열 공정과, 개구부(221a)의 벽면 및 화소 전극(23)의 전극면을 친잉크성으로 하는 친잉크화 공정과, 제3 절연층(221)의 상면을 발잉크성으로 하는 발잉크화 공정과, 냉각 공정을 갖고 있다.
즉, 기재(제3 절연층 등을 포함하는 기판(2))를 소정 온도(예를 들어 70~80℃ 정도)로 가열하고, 그 다음에 친잉크화 공정으로서 대기 분위기중에서 산소를 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(02 플라즈마 처리)를 행한다. 계속해서, 발잉크화 공정으로서 대기 분위기중에서 4불화메탄을 반응 가스로 하는 플라즈마 처리(CF4 플라즈마 처리)를 행하고, 플라즈마 처리를 위해서 가열된 기재를 실온까지 냉각하여, 친잉크성 및 발잉크성이 소정 개소에 부여되게 된다. 또한, 화소 전극(23)의 전극면에 대해서도, 이 CF4 플라즈마 처리의 영향을 다소 받지만, 화소 전극(23)의 재료인 IT0 등은 불소에 대한 친화성이 부족하기 때문에, 친잉크화 공정에서 부여된 수산기가 불소기로 치환되지 않아, 친잉크성이 유지된다.
또한, 제1 층간 절연층(283), 제2 층간 절연층(284)의 각각을 저굴절율층으로 하고 있지만, 이들 2개의 층을 저굴절율층으로 할 필요는 없고, 적어도 어느 한쪽의 층만 저굴절율층으로 하여도 좋다.
한편, 제1 층간 절연층(283) 및 제2 층간 절연층(284)에 더하여, 게이트 절연층(282)도 저굴절율 재료에 의해 형성하여도 좋다. 이렇게 함으로써 광의 취출 효율이 향상되지만, TFT 등 트랜지스터의 성능을 향상시키기 위해서는 게이트 절연층을 고유전율 재료에 의해 형성하는 것이 바람직한 경우가 있다.
또한, 저굴절율 재료로 되는 층은 발광층(60)으로부터의 광이 통과하는 부분에 설치되면 좋기 때문에, 절연층 이외의 층을 저굴절율층으로 하여도 좋다. 또한, 유기 뱅크층(221)을 저굴절율층으로 하여도 좋다.
정공 수송층(70)은 양극(23)의 상면에 형성되어 있다. 여기서, 정공 수송층(70)의 형성 재료로는 특별히 한정되지 않고 공지의 것이 사용 가능하고, 예를 들어 피라졸린 유도체, 아릴아민 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐디아민 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는 일본 특개소63-70257호, 동63-175860호 공보, 특개평2-135359호, 동2-135361호, 동2-209988호, 동3-37992호, 동3-152184호 공보에 기재되어 있는 것 등이 예시되지만, 트리페닐디아민 유도체가 바람직하고, 그 중에서 4,4'-비스(N(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)비페닐이 적합하다.
또한, 정공 수송층 대신에 정공 주입층을 형성하여도 좋고, 또한 정공 주입층과 정공 수송층을 양쪽 모두 형성하여도 좋다. 그 경우, 정공 주입층의 형성 재료로는, 예를 들어 동프탈로시아닌(CuPc)이나, 폴리테트라하이드로티오페닐페닐렌인 폴리페닐렌비닐렌, 1,1-비스-(4-N,N-디톨릴아미노페닐)시클로헥산, 트리스(8-하이드록시퀴노리놀)알루미늄 등을 들 수 있지만, 특히 동프탈로시아닌(CuPc)을 사용하는 것이 바람직하다.
정공 주입/수송층(70)을 형성할 때에는 잉크젯법이 사용된다. 즉, 상술한 정공 주입/수송층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 양극(23)의 전극면상에 토출한 후에, 건조 처리 및 열처리를 행함으로써, 전극(23)상에 정공 주입/수송층(70)이 형성된다. 또한, 이 정공 주입/수송층 형성 공정 이후는 정공 주입/수송층(70) 및 발광층(유기 EL층)(60)의 산화를 방지하기 위하여, 질소 분위기, 아르곤 분위기 등의 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 잉크젯 헤드(도시하지 않음)에 정공 주입/수송층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 충전하고, 잉크젯 헤드의 토출 노즐을 양극(23)의 전극면에 대향시키고, 잉크젯 헤드와 기재(기판(2))를 상대 이동시키면서, 토출 노즐로부터 한방울당의 액량이 제어된 잉크 방울을 전극면에 토출한다. 다음에, 토출 후의 잉크 방울을 건조 처리하여 조성물 잉크에 포함되는 극성 용매를 증발시킴으로써, 정공 주입/수송층(70)이 형성된다.
또한, 조성물 잉크의 예로는 폴리에틸렌 디옥시티오펜 등의 폴리티오펜 유도체와 폴리스티렌 설폰산 등과의 혼합물을, 이소프로필 알콜 등의 극성 용매에 용해시킨 것을 사용할 수 있다. 여기서, 토출된 잉크 방울은 친잉크 처리된 양극(23)의 전극면상에 퍼져, 개구부(221a)의 저부 근방에 채워진다. 한편, 발잉크 처리된 제3 절연층(221)의 상면에는 잉크 방울이 튀어 부착하지 않는다. 따라서, 잉크 방울이 소정의 토출 위치에서 벗어나 제3 절연층(221)의 상면에 토출되어도, 그 상면이 잉크 방울에 의해 젖는 일이 없고, 튄 잉크 방울이 제3 절연층(221)의 개구부(221a)내로 굴러 들어가게 되어 있다.
발광층(60)은 정공 주입/수송층(70) 상면에 형성된다. 발광층(60)의 형성 재료로는 특별히 한정되지 않고, 저분자의 유기 발광 색소나 고분자 발광체, 즉 각종의 형광 물질이나 인광 물질로 되는 발광 물질이 사용 가능하다. 발광 물질로 되는 공역계 고분자 중에서는 아릴렌비닐렌 구조를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 저분자 형광체로는, 예를 들어 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페릴렌 유도체, 폴리메틴계, 크사텐계, 쿠마린계, 시아닌계 등의 색소류, 8-하이드로퀴놀린 및 그 유도체의 금속 착체, 방향족 아민, 테트라페닐시클로펜타디엔 유도체 등, 또는 일본 특개소57-51781, 동59-194393호 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, 폴리p-페닐렌, 폴리아릴렌비닐렌, 폴리플루오렌 및 그 유도체가 바람직하다. 그 중에서 폴리아릴렌비닐렌 및 그 유도체가 바람직하다. 그 폴리아릴렌비닐렌 및 그 유도체는 하기 화학식(1)으로 표시되는 반복 단위를 전체 반복 단위의 50몰％ 이상 포함하는 중합체이다. 반복 단위의 구조에 따라 다르지만, 화학식(1)으로 표시되는 반복 단위가 전체 반복 단위의 70％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
-Ar-CR =CR'- (1)
[여기서, Ar은 공역 결합에 관여하는 탄소수가 4개 이상 20개 이하로 되는 아릴렌기 또는 복소환 화합물기, R, R'은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 6~20의 아릴기, 탄소수 4~20의 복소환 화합물, 시아노기로 되는 군으로부터 선택된 기를 나타낸다.]
고분자 형광체는, 화학식(1)으로 표시되는 반복 단위 이외의 반복 단위로서, 방향족 화합물기 또는 그 유도체, 복소환 화합물기 또는 그 유도체, 및 그들을 조합하여 얻어지는 기 등을 포함하여도 좋다. 또한, 화학식(1)으로 표시되는 반복 단위나 다른 반복 단위가 에테르기, 에스테르기, 아미드기, 이미드기 등을 갖는 비공역의 단위로 연결되어도 좋고, 반복 단위에 그들의 비공역 부분이 포함되어도 좋다.
상기 고분자 형광체에서 화학식(1)의 Ar로는 공역결합에 관여하는 탄소수가 4개 이상 20개 이하로 되는 아릴렌기 또는 복소환 화합물기이고, 하기와 같은 화학식(2)으로 표시되는 방향족 화합물기 또는 그 유도체기, 복소환 화합물기 또는 그 유도체기, 및 그들을 조합하여 얻어지는 기 등이 예시된다.
(R1~R92는, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1~20의 알킬기, 알콕시기 및 알킬티오기; 탄소수 6~18의 아릴기 및 아릴옥시기; 및 탄소수 4~14의 복소환 화합물기로 되는 군으로부터 선택한 기이다.)
이들 중에서 페닐렌기, 치환 페닐렌기, 비페닐렌기, 치환 비페닐렌기, 나프탈렌디일기, 치환 나프탈렌디일기, 안트라센-9,10-디일기, 치환 안트라센-9,10-디일기, 피리딘-2,5-디일기, 치환 피리딘-2,5-디일기, 티에닐렌기 및 치환 티에닐렌기가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프탈렌디일기, 피리딘-2,5-디일기, 티에닐렌기이다.
화학식(1)의 R, R'가 수소 또는 시아노기 이외의 치환기인 경우에 대해서 말하면, 탄소수 1~20의 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기, 라우릴기 등을 들 수 있고, 메틸기, 에틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기가 바람직하다. 아릴기로는 페닐기, 4-C1~C12 알콕시 페닐기(C1~C12는 탄소수 1~12인 것을 나타낸다. 이하도 같다.), 4-C1~C12 알킬 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기 등을 예시할 수 있다.
용매 가용성의 관점에서, 화학식(1)의 Ar이 1개 이상의 탄소수 4-20의 알킬기, 알콕시기 및 알킬티오기, 탄소수 6~18의 아릴기 및 아릴 옥시기 및 탄소수 4~14의 복소환 화합물기로부터 선택한 기를 갖는 것이 바람직하다.
이들 치환기로는 이하의 것이 예시된다. 탄소수 4~20의 알킬기로는 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 데실기, 라우릴기 등을 들 수 있고, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기가 바람직하다. 또한, 탄소수 4~20의 알콕시기로는 부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기, 라우릴옥시기 등을 들 수 있고, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기가 바람직하다. 탄소수 4~20의 알킬 티오기로는 부틸티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 헵틸티오기, 옥틸티오기, 데실옥시기, 라우릴티오기 등을 들 수 있고, 펜틸티오기, 헥실티오기, 헵틸티오기, 옥틸티오기가 바람직하다. 아릴기로는 페닐기, 4-C1~C12 알콕시페닐기, 4-C1~C12 알킬페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기 등이 예시된다. 아릴옥시기로는 페녹시기가 예시된다. 복소환 화합물기로는 2-티에닐기, 2-피로릴기, 2-프릴기, 2-, 3- 또는 4-피리딜기 등이 예시된다. 이들 치환기의 수는 그 고분자 형광체의 분자량과 반복 단위의 구성에 따라서도 다르지만, 용해성이 높은 고분자 형광체를 얻는 관점에서, 이들 치환기가 분자량 600당 1개 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 고분자 형광체는 랜덤, 블록 또는 그라프트 공중합체라도 좋고, 그들의 중간적인 구조를 갖는 고분자, 예를 들어 블록성을 띤 랜덤 공중합체라도 좋다. 형광의 양자 수율이 높은 고분자 형광체를 얻는 관점에서는 완전한 랜덤 공중합체보다 블록성을 띤 랜덤 공중합체나 블록 또는 그라프트 공중합체가 바람직하다. 또한, 여기서 형성하는 유기 전계 발광 소자는 박막으로부터의 형광을 이용하는 것이므로, 그 고분자 형광체는 고체 상태에서 형광을 갖는 것이 사용된다.
그 고분자 형광체에 대해서 용매를 사용하는 경우에, 적합한 것으로는 클로로포름, 염화메틸렌, 디클로로에탄, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 크실렌 등이 예시된다. 고분자 형광체의 구조나 분자량에 따라 다르지만, 통상은 이들 용매에 0.1wt％ 이상 용해시킬 수 있다.
또한, 상기 고분자 형광체로는 분자량이 폴리스티렌 환산으로 103~107인 것이 바람직하고, 이들 중합도는 반복 구조나 그 비율에 따라서도 바뀐다. 성막성의 관점에서 일반적으로는 반복 구조의 합계수로 바람직하게는 4~10000, 더욱 바람직하게는 5~3000, 특히 바람직하게는 10~2000이다.
이러한 고분자 형광체의 합성법으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아릴렌기에 알데히드기가 2개 결합된 디알데히드 화합물과, 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합된 화합물과 트리페닐 포스핀으로부터 얻어지는 디포스포늄염으로부터의 위티그(Wittig) 반응이 예시된다. 또한, 다른 합성법으로는 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합된 화합물로부터의 탈할로겐화 수소법이 예시된다. 또한 아릴렌기에 할로겐화 메틸기가 2개 결합된 화합물의 설포늄염을 알칼리에서 중합하여 얻어지는 중간체로부터 열처리에 의해 그 고분자 형광체를 얻는 설포늄염 분해법이 예시된다. 어느 합성법에서도, 단량체로서, 아릴렌기 이외의 골격을 갖는 화합물을 첨가하고, 그 존재 비율을 변경함으로써, 생성하는 고분자 형광체에 포함되는 반복 단위의 구조를 변경할 수 있으므로, 화학식(1)으로 표시되는 반복 단위가 50몰％ 이상이 되도록 가감하여 넣고, 공중합하여도 좋다. 이들 중 위티그(Wittig) 반응에 의한 방법이, 반응의 제어나 수율의 관점에서 바람직하다.
더욱 구체적으로, 상기 고분자 형광체의 1개의 예인 아릴렌비닐렌계 공중합체의 합성법을 설명한다. 예를 들어, 위티그(Wittig) 반응에 의해 고분자 형광체를 얻는 경우에는, 예를 들어 우선, 비스(할로겐화 메틸)화합물, 보다 구체적으로는, 예를 들어 2,5-디옥틸옥시-p-크실렌디브로마이드를 N,N-디메틸포름아미드 용매 중, 트리페닐포스핀과 반응시켜 포스포늄염을 합성하고, 이것과 디알데히드 화합물, 보다 구체적으로는, 예를 들어 테레프탈알데히드를, 예를 들어 에틸알콜 중, 리튬에톡사이드를 사용하여 축합시키는 위티그(Wittig) 반응에 의해, 페닐렌비닐렌기와 2,5-디옥틸옥시-p-페닐렌비닐렌기를 포함하는 고분자 형광체가 얻어진다. 이때, 공중합체를 얻기 위해서 2종 이상의 디포스포늄염 및/또는 2종 이상의 디알데히드 화합물을 반응시켜도 좋다.
이들 고분자 형광체를 발광층의 형성 재료로서 사용하는 경우, 그 순도가 발광 특성에 영향을 주기 때문에, 합성 후, 재침정제, 크로마토그래프에 의한 분별 등의 순화 처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 고분자 형광체로 되는 발광층의 형성 재료로는, 풀컬러 표시를 하기 위해, 적색, 녹색, 청색의 삼색의 발광층 형성 재료가 사용되며, 각각이 소정의 패터닝 장치(잉크젯 장치)에 의해서 미리 설정된 위치의 화소(AR)에 사출되어, 패터닝된다.
또한, 상기의 발광 물질로는 호스트 재료에 게스트 재료를 첨가한 형태의 것을 사용할 수도 있다.
이러한 발광 재료로는, 호스트 재료로서 예를 들어 고분자 유기 화합물이나 저분자 재료가, 또 게스트 재료로서 얻어지는 발광층의 발광 특성을 변화시키기 위한 형광 색소, 혹은 인광 물질을 포함해서 되는 것이 적합하게 사용된다.
고분자 유기 화합물로는 용해성이 낮은 재료의 경우, 예를 들어 전구체가 도포된 후, 이하의 화학식(3)으로 나타내는 바와 같이 가열 경화됨으로써 공역계 고분자 유기 전계 발광층으로 되는 발광층을 생성할 수 있는 것이 있다. 예를 들어, 전구체가 설포늄염의 경우, 가열 처리됨으로써 설포늄기가 이탈하여, 공역계 고분자 유기 화합물이 되는 것 등이 있다.
또한, 용해성이 높은 재료에서는, 재료를 그대로 도포한 후, 용매를 제거하여 발광층으로 할 수 있는 것도 있다.
상기의 고분자 유기 화합물은 고체로 강한 형광을 가지며, 균질한 고체 초박막을 형성할 수 있다. 또한 형성능이 풍부하고 IT0 전극과의 밀착성도 높고, 또한 고체화한 후에는 강고한 공역계 고분자막을 형성한다.
이러한 고분자 유기 화합물로는 예를 들어 폴리아릴렌비닐렌이 바람직하다. 폴리아릴렌비닐렌은 수계 용매 혹은 유기용매에 가용으로 제2 기체(基體)(11)에 도포할 때의 도포액으로의 제조가 용이하고, 또한 일정 조건하에서 중합체화할 수 있기 때문에, 광학적으로도 고품질의 박막을 얻을 수 있다.
이러한 폴리아릴렌비닐렌으로는 PPV(폴리(파라-페닐렌비닐렌)), M0-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)]-파라-페닐렌비닐렌) 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 화학식(4)에 나타내는 바와 같은 PPV 또는 PPV 유도체의 전구체로 되는 것이나, 화학식(5)에 나타내는 바와 같은 폴리알킬플루오렌(구체적으로는 화학식(6)에 나타내는 바와 같은 폴리알킬플루오렌계 공중합체)이 특히 바람직하다.
PPV 등은 강한 형광을 갖고, 이중결합을 형성하는 π전자가 중합체쇄상에서 비국재화되어 있는 도전성 고분자이기도 하므로, 고성능의 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 상기 PPV 박막 외에 발광층을 형성할 수 있는 고분자 유기 화합물이나 저분자 재료, 즉 본예에서 호스트 재료로서 사용되는 것은, 예를 들어 알루미늄퀴노리놀 착체(Alq3)나 디스티릴비페닐, 또 화학식(7)에 나타내는 BeBq2나 Zn(0XZ)2, 그리고 TPD, AL0, DPVBi 등의 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 것에 더하여, 피라졸린 다이머, 퀴노리딘카복실산, 벤조피리륨 퍼클로레이트, 벤조피라노퀴노리딘, 루브렌, 페난트로린유로퓸 착체 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 조성물을 사용할 수 있다.
한편, 이러한 호스트 재료에 첨가되는 게스트 재료로는, 상기한 바와 같이 형광 색소나 인광 물질을 들 수 있다. 특히 형광 색소는 발광층의 발광 특성을 변화시킬 수 있고, 예를 들어, 발광층의 발광 효율의 향상, 또는 광흡수 극대 파장(발광색)을 바꾸기 위한 수단으로서도 유효하다. 즉, 형광 색소는 단지 발광층 재료로서는 아니고, 발광 기능 그자체를 담당하는 색소 재료로서 이용할 수 있다. 예를 들어, 공역계 고분자 유기 화합물 분자상의 캐리어 재결합으로 생성된 엑시톤의 에너지를 형광 색소 분자상에 이전할 수 있다. 이 경우, 발광은 형광 양자 효율이 높은 형광 색소 분자로부터만 일어나기 때문에, 발광층의 전류 양자 효율도 증가한다. 따라서, 발광층의 형성 재료중에 형광 색소를 첨가함으로써, 동시에 발광층의 발광 스펙트럼도 형광 분자의 것으로 되므로, 발광색을 바꾸기 위한 수단으로도 유효하게 된다.
또한, 여기서 말하는 전류 양자 효율이란, 발광 기능에 의하여 발광 성능을 고찰하기 위한 척도이고, 하기식에 의해 정의된다.
ηE=방출되는 포톤의 에너지/입력 전기 에너지
그리고, 형광 색소의 도프에 의한 광흡수 극대 파장의 변환에 의해서, 예를 들어 적색, 청색, 녹색의 3원색을 발광시킬 수 있고, 그 결과 풀컬러 표시체를 얻을 수 있게 된다.
또한 형광 색소를 도핑 함으로써, 전계 발광 소자의 발광 효율을 큰폭으로 향상시킬 수 있다.
형광 색소로는 적색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성하는 경우, 레이저 색소의 DCM-1, 혹은 로다민 또는 로다민 유도체, 페닐렌 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소를 PPV 등 호스트 재료에 도프 함으로써, 발광층을 형성할 수 있지만, 이들 형광 색소는 수용성의 것이 많기 때문에, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후, 가열 처리하면, 보다 균일한 발광층의 형성이 가능하게 된다. 이러한 형광 색소로서 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, 루브렌, DCJT 및 그 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소에 대해서도, 상기의 형광 색소와 마찬가지로, PPV 등 호스트 재료에 도프 함으로써, 발광층을 형성할 수 있지만, 이들 형광 색소는 수용성의 것이 많기 때문에, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후, 가열 처리하면, 보다 균일한 발광층의 형성이 가능하게 된다.
또한, 청색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성하는 경우, 디스티릴비페닐 및 그 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소에 대해서도, 상기의 형광 색소와 마찬가지로, PPV 등 호스트 재료에 도프 함으로써, 발광층을 형성할 수 있지만, 이들 형광 색소는 수용성의 것이 많기 때문에, 수용성을 갖는 PPV 전구체인 설포늄염에 도프하고, 그 후, 가열 처리하면, 보다 균일한 발광층의 형성이 가능하게 된다.
또한, 청색의 발색광을 갖는 다른 형광 색소로는, 쿠마린 및 그 유도체를 들 수 있다. 이들 형광 색소는 PPV와 상용성이 좋아 발광층의 형성이 용이하다. 또한, 이들 중 특히 쿠마린은 그 자체는 용매에 불용이지만, 치환기를 적당하게 선택함으로써 용해성을 증가시켜, 용매에 가용인 것도 있다. 이러한 형광 색소로서 구체적으로는 쿠마린-1, 쿠마린-6, 쿠마린-7, 쿠마린 120, 쿠마린 138, 쿠마린 152, 쿠마린 153, 쿠마린 311, 쿠마린 314, 쿠마린 334, 쿠마린 337, 쿠마린 343 등을 들 수 있다.
또한 다른 청색의 발색광을 갖는 형광 색소로는 테트라페닐부타디엔(TPB) 또는 TPB 유도체, DPVBi 등을 들 수 있다. 이들 형광 색소는 상기 적색 형광 색소 등과 동일하게 수용액에 가용이고, 또 PPV와 상용성이 좋아 발광층의 형성이 용이하다.
이상의 형광 색소에 대해서는 각색 모두 1종만을 사용하여도 좋고, 또 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
또한, 이러한 형광 색소로는 화학식(8)에 나타내는 것이나, 화학식(9)에 나타내는 것, 또한 화학식(10)에 나타내는 것이 사용된다.
이들 형광 색소에 대해서는 상기 공역계 고분자 유기 화합물 등으로 되는 호스트 재료에 대해, 후술하는 방법에 의해서 0.5~10wt％ 첨가하는 것이 바람직하고, 1.0~5.0wt％ 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 형광 색소의 첨가량이 너무 많으면 얻어지는 발광층의 내후성 및 내구성의 유지가 곤란해지며, 한편, 첨가량이 너무 적으면, 상술한 바와 같은 형광 색소를 첨가하는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이다.
또한, 호스트 재료에 첨가되는 게스트 재료로서의 인광 물질로는 화학식(11)에 나타내는 Ir(ppy)3, Pt(thpy)2, PtOEP 등이 적합하게 사용된다.
또한, 상기의 화학식(11)에 나타낸 인광 물질을 게스트 재료로 한 경우, 호스트 재료로는 특히 화학식(12)에 나타내는 CBP, DCTA, TCPB나, 상기한 DPVBi, Alq3가 적합하게 사용된다.
또한, 상기 형광 색소와 인광 물질에 대해서는 이들을 모두 게스트 재료로서 호스트 재료에 첨가하여도 좋다.
또한, 이러한 호스트/게스트계의 발광 물질에 의해서 발광층(60)을 형성하는 경우, 예를 들어 미리 패터닝 장치(잉크젯 장치)에 노즐 등의 재료 공급계를 복수 형성하여 두고, 이들 노즐로부터 호스트 재료와 게스트 재료를 미리 설정한 양비로 동시에 토출시킴으로써, 호스트 재료에 소망하는 양의 게스트 재료가 첨가하여 되는 발광 물질에 의한, 발광층(60)을 형성할 수 있다.
발광층(60)은 정공 주입/수송층(70)의 형성 방법과 동일한 절차로 형성된다. 즉, 잉크젯법에 의해서 발광층 재료를 포함하는 조성물 잉크를 정공 주입/수송층(70)의 상면에 토출한 후에, 건조 처리 및 열처리를 행함으로써, 제3 절연층(221)에 형성된 개구부(221a) 내부의 정공 주입/수송층(70) 상에 발광층(60)이 형성된다. 이 발광층 형성 공정도 상술한 바와 같이 불활성 가스 분위기하에서 행하여진다. 토출된 조성물 잉크는 발잉크 처리된 영역에서 튀므로, 잉크 방울이 소정의 토출 위치로부터 벗어났다 하여도, 튄 잉크 방울이 제3 절연층(221)의 개구부(221a) 내로 굴러 들어간다.
전자 수송층(50)은 발광층(60)의 상면에 형성된다. 전자 수송층(50)도 발광층(60)의 형성 방법과 마찬가지로, 잉크젯법에 의해 형성된다. 전자 수송층(50)의 형성 재료로는 특별히 한정되지 않고, 옥사디아졸 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 그 유도체, 벤조퀴논 및 그 유도체, 나프토퀴논 및 그 유도체, 안트라퀴논 및 그 유도체, 테트라시아노안트라퀴노디메탄 및 그 유도체, 플루오레논 유도체, 디페닐디시아노에틸렌 및 그 유도체, 디페노퀴논 유도체, 8-하이드록시퀴놀린 및 그 유도체의 금속 착체 등이 예시된다. 구체적으로는, 앞의 정공 수송층의 형성 재료와 마찬가지로, 일본 특개소63-70257호, 동63-175860호 공보, 특개평2-135359호, 동2-135361호, 동2-209988호, 동3-37992호, 동3-152184호 공보에 기재되어 있는 것 등이 예시되며, 특히 2-(4-비페니릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 벤조퀴논, 안트라퀴논, 트리스(8-퀴노리놀)알루미늄이 적합하다.
또한, 상기한 정공 주입/수송층(70)의 형성 재료나 전자 수송층(50)의 형성 재료를 발광층(60)의 형성 재료에 혼합하여, 발광층 형성 재료로서 사용하여도 좋고, 그 경우에, 정공 주입/수송층 형성 재료나 전자 수송층 형성 재료의 사용량에 대해서는, 사용하는 화합물의 종류 등에 따라서도 다르지만, 충분한 성막성과 발광 특성을 저해하지 않는 양범위로 그들을 고려하여 적당히 결정된다. 통상은 발광층 형성 재료에 대해서 1~40중량％이고, 더욱 바람직하게는 2-30중량％이다.
또한, 정공 주입/수송층(70)이나 전자 수송층(50) 등은 잉크젯법에 한하지 않고, 마스크 증착법을 사용하여 형성할 수도 있다.
음극(222)은 전자 수송층(50) 및 제3 절연층(221)의 표면 전체, 혹은 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 음극(222)에 대해서는, 물론 Al, Mg, Li, Ca 등의 단체 재료나 Mg:Ag(10:1 합금)의 합금 재료로 되는 1층으로 형성해도 좋지만, 2층 혹은 3층으로 되는 금속(합금을 포함함.)층으로서 형성해도 좋다. 구체적으로는 Li2O(0.5nm 정도)/Al이나 LiF(0.5nm 정도)/Al, MgF2/Al의 적층 구조의 것도 사용 가능하다. 음극(222)은 상술한 금속으로 되는 박막이고, 광을 투과할 수 있다.
밀봉층(20)은 외부로부터 유기 EL 소자에 대해서 대기가 침입하는 것을 차단하는 것으로, 막두께나 재료는 적당히 선택된다. 밀봉층(20)을 구성하는 재료로는 예를 들어 세라믹이나 질화규소, 산화질화규소, 산화규소 등이 사용되며, 그 중에서 산화질화규소가 투명성, 가스 배리어성의 관점에서 바람직하다. 밀봉층(20)은 음극(222) 상에 플라즈마 CVD 법에 의해서 형성해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 발광층(60)으로부터의 기판(2)보다 저굴절율인 저굴절율 재료로 되는 각 절연층(283,284)을 통과한 후에 기판(2)으로 입사하므로, 임계각 이상의 각도로 이들 각 절연층(283, 284)에 입사한 광은 기판(2)과의 계면에서 임계각 이하가 되는 방향으로 굴절하여, 기판(2)내에서의 전반사 조건으로부터 벗어나, 외부로 취출된다. 이것에 의해, 광의 취출 효율이 향상되어, 높은 시인성을 얻을 수 있다. 또한, 굴절율과 유전율은 강한 상관 관계가 있어, 각 절연층(283, 284)을 저굴절율층으로 함으로써 저유전율층으로 할 수 있어, 배선간 용량을 작게할 수 있으므로, 전기 광학 장치의 동작 속도의 고속화 등, 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 정공 주입/수송층(70), 발광층(60), 전자 수송층(50)에 더하여, 홀 블로킹층을 예를 들어 발광층(60)의 대향 전극(222)측에 형성하여, 발광층(60)의 장기 수명화를 도모하여도 좋다. 이러한 홀 블로킹층의 형성 재료로는 예를 들어 화학식(13)에 나타내는 BCP나 화학식(14)에 나타내는 BAlq가 사용되지만, 장기 수명화의 관점에서는 BAlq의 쪽이 바람직하다.
[전자 기기]
상기 실시 형태의 유기 EL 표시 장치를 구비한 전자 기기의 예에 대해서 설명한다.
도 4는 휴대 전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 4에서, 부호 1000은 휴대 전화 본체를 나타내며, 부호 1001은 상기의 유기 EL 표시 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 5는 손목시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 5에서, 부호 1100은 시계 본체를 나타내며, 부호 1101은 상기의 유기 EL 표시 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 6은 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보 처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 6에서, 부호 1200은 정보 처리 장치, 부호 1202는 키보드 등의 입력부, 부호 1204는 정보 처리 장치 본체, 부호 1206은 상기의 유기 EL표시 장치를 사용한 표시부를 나타내고 있다.
도 4~도 6에 나타내는 전자 기기는 상기 실시 형태의 유기 EL 표시 장치를 구비하고 있으므로, 표시 품위가 우수하여, 밝은 화면의 유기 EL 표시부를 구비한 전자 기기를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시의 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변경을 가할 수 있다.
예를 들어 상기 실시의 형태에서는, 유기 EL 소자의 구성으로서 발광층과 정공 수송층을 1쌍의 전극으로 협지(挾持)한 예를 들었지만, 발광층이나 정공 수송층 외에, 전자 수송층, 정공 주입층, 전자 주입층 등의 각종의 기능을 갖는 유기층을 삽입해도 좋다. 그 외, 실시의 형태로 든 구체적인 재료 등은 일례에 지나지 않고, 적당히 변경이 가능하다.
또한, 본 실시 형태의 구성의 표시 장치(S1)에서, 전기 광학 소자인 발광층(60)을 액정층 등, 기타의 광학 표시 물질로 치환할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 TFT(24)가 배치된 기판(2)측으로부터 광을 취출하는 이른바 백 에미션형에 대해서 설명했지만, TFT가 배치된 기판과는 반대측으로부터 광을 취출하는 이른바 톱 에미션형에 대해서도, 본 발명의 저굴절율층을 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기 광학 소자로부터의 광은 기판보다 저굴절율인 저굴절율 재료로 되는 재료층을 통과한 후에 기판에 입사하므로, 임계각 이상의 각도로 저굴절율층에 입사한 광은 기판과의 계면에서 임계각 이하로 되는 방향으로 굴절하여, 기판내에서의 전반사 조건으로부터 벗어나 외부로 취출된다. 이것에 의해, 광의 취출 효율이 향상되어, 높은 시인성을 얻을 수 있다. 또한, 굴절율과 유전율은 강한 상관 관계가 있어, 소정의 재료층을 저굴절율층으로 함으로써 저유전율층을 형성할 수 있어, 배선간 용량을 작게할 수 있으므로, 전기 광학 장치의 동작 속도의 고속화 등, 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기 광학 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 도면으로서, 전계 발광 표시 장치에 적용한 예를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 도 1의 표시 장치에서의 화소부의 평면 구조를 나타내는 확대 도.
도 3은 본 발명의 전기 광학 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 도면으로서, 도 2의 A-A 화살표 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.
부호의 설명
2 기판
3 발광 소자(전기 광학 소자)
23 화소 전극(전극)
60 발광층(전기 광학 소자층)
S1 유기 EL 표시 장치(전기 광학 장치, 회로 기판)
222 음극(전극)
282 게이트 절연층
283 제1 층간 절연층(저굴절율층)
284 제2 층간 절연층(저굴절율층)

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  28. 전기 광학 소자를 갖는 전기 광학 소자층을 구비한 복수의 재료층을 포함하는 전기 광학 장치로서,
    상기 복수의 재료층 중 최(最)표면에 위치하는 표면 재료층과,
    상기 전기 광학 소자층과 상기 표면 재료층 사이에 설치된 저굴절율층과,
    상기 저굴절율층과 상기 표면 재료층 사이에 설치된 제1 절연층을 포함하고,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 상기 표면 재료층의 굴절율보다 낮고,
    상기 저굴절율층과 상기 제1 절연층은 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 저굴절율층은 상기 제2 절연층과 상기 표면 재료층 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 전기 광학 소자가 발한 광은 상기 표면 재료층으로부터 취출되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 표면 재료층은 기판인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 전기 광학 소자는 발광 소자인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  33. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율층이 층간 절연층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  34. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  35. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  36. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 광을 투과할 수 있는 다공질체인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  37. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 에어로겔, 다공질 실리카, 불화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  38. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자 중 적어도 어느 하나를 함유한 것임을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 불화 마그네슘의 미립자를 분산한 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  40. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 광학 소자는 유기 전계 발광 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  41. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    능동 소자를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 능동 소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 능동 소자는 상기 전기 광학 소자층과 상기 표면 재료층 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
  45. 제1 기재상에 트랜지스터를 배치하는 공정과,
    상기 트랜지스터 및 상기 제1 기재를 포함하는 제2 기재상에 저굴절율층을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 상기 제1 기재의 굴절율보다도 낮고,
    상기 저굴절율층에 접촉한 절연층을 형성하는 공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치의 제조 방법.
  46. 기판과,
    상기 기판의 위쪽에 배치되며, 상기 기판의 굴절율보다 굴절율이 낮은 저굴절율 재료로 이루어지는 저굴절율층과,
    상기 기판과 상기 저굴절율층 사이에 배치된 제1 절연층을 포함하고,
    상기 저굴절율층은 상기 제1 절연층과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 저굴절율층의 위쪽에 설치된 제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 저굴절율층은 상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  48. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  49. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  50. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 광을 투과할 수 있는 다공질체인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  51. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 에어로겔, 다공질 실리카, 불화 마그네슘, 불소계 중합체, 다공성 중합체 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  52. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 소정의 재료에 무기 미립자 및 유기 미립자 중 적어도 어느 하나를 함유한 것임을 특징으로 하는 회로 기판.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 저굴절율 재료는 불화 마그네슘의 미립자를 분산한 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  54. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    능동 소자를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 능동 소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  56. 제 54 항에 있어서,
    상기 능동 소자는 상기 저굴절율층과 상기 기판 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  57. 제1 기재상에 트랜지스터를 배치하는 공정과,
    상기 트랜지스터 및 상기 제1 기재를 포함하는 제2 기재상에 저굴절율층을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 저굴절율층의 굴절율은 상기 제1 기재의 굴절율보다도 낮고,
    상기 저굴절율층에 접촉한 절연층을 형성하는 공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판의 제조 방법.
  58. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  59. 제 46 항 또는 제 47 항에 기재된 회로 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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