KR100861070B1 - 발광장치 - Google Patents

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타카야마토루
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 TFT와 유기발광소자를 조합하여 구성된 발광장치의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 발광장치(1200)의 구성요소로서, TFT(1201)와 유기발광소자(1202)가 동일한 기판(1203)에 형성되어 있다. TFT(1201)의 기판(1203)측에는, 블록킹층으로서 기능하는 제 1 절연막(1205)이 형성되고, 그 반대의 상층측에는 보호막으로서 제 2 절연막(1206)이 형성된다. 또한, 유기발광소자(1202)의 하층측에는 장벽막으로서 기능하는 제 3 절연막(1207)이 형성된다. 제 3 절연막(1207)으로서는, 질화실리콘막, 산화질화실리콘막, 질화알루미늄막, 산화알루미늄막, 산화질화알루미늄막 등의 무기절연막으로 형성한다. 유기발광소자(1202)의 상층측에 형성하는 제 4 절연막(1208)과 격벽층(1209)도 동일한 무기절연막을 사용하여 형성한다.
발광장치, 유기발광소자, 절연막, 격벽층, 발광소자

Description

발광장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 본 발명의 제조장치의 구성을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 막형성장치의 구성을 설명하는 도면,
도 3은 질화실리콘막의 SIMS(2차 이온 질량분석) 측정 데이터,
도 4는 실리콘을 타겟으로서 사용하여 질소가스만으로 고주파 스퍼터링법에 의해 형성된 질화실리콘막의 투과율 스펙트럼,
도 5는 발광소자의 구조를 설명하는 도면,
도 6은 화소부 및 구동회로부를 구비한 발광장치의 구조를 설명하는 부분 단면도,
도 7은 발광장치의 화소부의 구조를 설명하는 부분 단면도,
도 8은 발광장치의 구조를 설명하는 단면도,
도 9는 발광장치의 외관을 설명하는 사시도,
도 10은 본 발명의 발광장치의 개념을 설명하는 도면,
도 11은 질화실리콘막의 FT-IR 측정 데이터,
도 12는 질화실리콘막의 투과율 측정 데이터,
도 13은 MOS 구조의 BT 스트레스 시험 전후의 C-V 특성도,
도 14는 MOS 구조의 BT 스트레스 시험 전후의 C-V 특성도,
도 15는 MOS 구조를 설명한 도면,
도 16은 스퍼터링장치를 설명하는 도면,
도 17은 SIMS 측정에 의해 얻어진 Alq3/Ir(ppy)3 +CBP/CuPc/ITO 구조를 갖는 각 시료 원소의 깊이 방향의 분포를 나타낸 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1200 : 발광장치 1201 : TFT
1202 : 유기 발광소자 1203 : 기판
1205 : 제 1 절연막 1206 : 제 2 절연막
1207 : 제 3 절연막 1208 : 제 4 절연막
1209 : 격벽층
본 발명은, 형광 또는 인광을 얻을 수 있는 발광소자를 구비한 발광장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 각 화소에 절연게이트형 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터 등의 능동소자와, 그 능동소자에 접속된 발광소자가 설치된 발광장치에 관한 것이다.
액정을 사용한 표시장치는, 그것의 대표적인 형태로서 백라이트 또는 프론트 라이트가 사용되고, 그 백라이트 또는 프론트 라이트로부터의 빛을 사용하여 화상을 표시하는 구조이다. 액정표시장치는, 여러 가지 전자장치에서의 화상표시수단으로서 채용되어 있지만, 시야각이 좁다고 한 구조 상의 결점을 갖고 있었다. 이에 대해, 전계발광(Electroluminescence)을 얻을 수 있는 발광체를 표시수단으로서 사용한 표시장치는 시야각이 넓고, 시감도도 뛰어나다. 이 때문에, 이러한 장치는, 차세대의 표시장치로서 주목받고 있다.
발광체로서 유기 화합물을 사용한 발광소자(이하, 유기발광소자라 한다)의 구조는, 음극과 양극 사이에 유기 화합물로 형성되는 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 적절히 조합한 구성으로 되어 있다. 여기서는, 정공주입층과 정공수송층을 구별하여 표기하고 있지만, 이들은 정공수송성(정공 이동도)이 특히 중요하다는 점에서 동일하다. 편의상 구별하기 위해서, 정공주입층은 양극에 접하는 층이고, 발광층에 접하는 층은 정공수송층으로 부르고 있다. 또한, 음극에 접하는 층을 전자주입층으로 부르고, 발광층에 접하는 다른 쪽의 층을 전자수송층으로 부르고 있다. 발광층은 전자수송층을 겸하는 경우도 있어, 발광성 전자수송층으로도 불린다.
전계발광에 의한 발광기구는, 음극으로부터 주입된 전자와, 양극으로부터 주입된 정공이 발광체로 이루어진 층(발광층)에서 재결합하여 여기자를 형성하는 현상으로서 생각되고 있다. 그 여기자가 기저상태로 되돌아갈 때에 빛을 방출한다. 전계발광에는 형광과 인광이 있으며, 그것들은 여기상태에서의 단일항 상태로부터의 발광(형광)과, 3중항 상태로부터의 발광(인광)으로서 이해되고 있다. 발광에 의 한 휘도는, 수천∼수만 cd/m2에 이르기 때문에, 원리적으로 표시장치 등에의 응용이 가능한 것으로 생각되고 있다. 그러나, 한편으로 여러 가지의 열화현상이 존재하여, 전계발광의 실용화를 방해하는 문제로서 남아 있다.
유기발광소자를 형성하기 위한 유기 화합물은, 저분자계 유기 화합물과 고분자계 유기 화합물의 양자가 알려져 있다. 저분자계 유기 화합물의 일례는, 정공주입층으로서 구리 프탈로시아닌(CuPc) 방향족 아민계 재료인 α-NPD(4,4'-비스-[N-(나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(biphenyl))이나 MTDATA(4,4',4"-트리스(N-3-메틸페닐-N-페닐-아미노)트리페닐아민), 발광층으로서 트리스-8-키노리노라트(quinolinolate) 알루미늄 착체(Alq3) 등이 알려져 있다. 고분자 유기발광재료로서는, 폴리아닐린이나 폴리티오펜 유도체(PEDOT) 등이 알려져 있다.
재료의 다양성이라는 관점에서는, 증착법으로 제작되는 저분자계 유기 화합물은 고분자계 유기계재료와 비교하여 각별한 다양성이 있는 것으로 되어 있다. 그러나, 어떻든간에 순수하게 기본 구성단위만으로 제조된 유기 화합물은 드물고, 이종의 결합 및 불순물이 제조과정에서 혼합되고, 또한 안료 등 여러 가지의 첨가제가 가해지고 있는 경우도 있다. 또한, 이들 재료 중에는 수분에 의해 열화하는 재료, 산화되기 쉬운 재료 등이 포함되어 있다. 수분이나 산소 등은 대기중에서 용이하게 혼합 가능하여 취급에는 주의를 요하고 있다.
박막 트랜지스터(TFT)와 발광소자를 조합한 일례는 JP 8-241047 A호 공보를 참조하여도 된다. 이 공보에는, 다결정실리콘을 사용한 TFT의 상층에 이산화실리콘으로 이루어진 절연막을 통해 유기 전계발광층이 형성된 구성이 개시되어 있다. 또한, 양극 상에 테이퍼 형상으로 가공된 단부를 갖는 패시베이션층은, 유기 전계발광층의 하층측에 위치하고 있다. 또한, 음극은 일함수가 4eV 이하인 재료가 선택된다. 은 또는 알루미늄과 같은 금속과 마그네슘 합금화한 것이 적용된다.
다이오드와 같이 반도체접합을 갖는 반도체소자에 있어서, 산소로 인해 생긴 불순물은 금지대 내에 국부준위를 형성하고, 접합 누설이나 캐리어의 수명을 저하시키는 요인이 되어, 반도체소자의 특성을 현저히 저하시키는 것이 알려져 있다.
유기발광소자의 열화의 요인으로서는, (1) 유기 화합물의 화학적인 변화, (2) 구동시의 발열에 의한 유기 화합물의 용융, (3) 매크로 결함으로 발생하는 절연파괴, (4) 전극 또는 전극과 유기 화합물층 계면의 열화, (5) 유기 화합물의 비정질구조에서 불안정성으로 인해 생긴 열화, (6) 소자 구조로 인해 생긴 응력 또는 왜곡에 의한 불가역적인 파괴의 6종류가 생각된다.
상기 (1)은, 여기상태를 거친 화학변화나, 유기 화합물에 대해 부식성이 있는 특정 가스 또는 증기에 의한 화학변화 등이 원인이다. (2)와 (3)은, 유기발광소자를 구동하는 것에 의해 생긴 열화하는 것이다. 발열은 소자 내의 전류가 주울열로 변환되는 것에 의해 필연적으로 발생한다. 유기 화합물의 융점 또는 유리전이온도가 낮으면 용융하고, 핀홀이나 균열의 존재에 의해 그 부분에 전계가 집중하여 절연파괴가 발생한다. (4)와 (5)는, 실온에서도 열화가 진행한다. (4)는 다크 스폿(dark spot)으로 알려지고, 음극의 산화나 수분과의 반응이 원인이다. (5)는 유기발광소자에 사용하는 유기 화합물은 모두 비정질재료로서, 장기보존이나 경시변화, 발열에 의해 결정화하여, 비정질구조를 안정하게 보존할 수 있는 것은 거의 없다고 생각되고 있다. 또한, (6)은 구성 재료의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 왜곡에 의해 피막의 균열이나 파단이라는 불량이 발생한다. 더구나, 그 부분으로부터 다크 스폿 등의 진행성 불량이 발생한다.
다크 스폿은, 밀봉기술의 향상에 의해 꽤 억제되어 왔지만, 실제 열화는 상기한 요인이 복합하여 발생하는 것으로, 그것을 막는 것은 곤란하였다. 전형적인 밀봉기술은, 기판 상에 형성된 유기발광소자를 밀봉재로 밀봉하고, 그 밀봉된 공간에 산화 바륨 등의 건조제를 형성하는 방법이 고안되어 있다.
유기 화합물은 광 열화를 받으면, 화학결합은 2중 결합, 산소를 포함한 구조(-OH, -OOH, >C=O, -COOH 등)로 변화하는 것이 알려져 있다. 따라서, 산소를 포함하는 분위기 중에 유기 화합물을 둔 경우, 또는 유기화합물 중에 산소나 수분을 불순물로서 포함하는 경우에는, 결합상태가 변화하여 열화가 촉진된다고 생각된다.
도 17은 2차 이온 질량 분리법(SIMS)으로 측정되는 유기발광소자에서의 산소(O), 질소(N), 수소(H), 실리콘(Si), 구리(Cu)의 깊이 방향분포를 나타낸 그래프이다. 측정에 사용한 시료의 구조는, 트리스-8-키노리노라트 알루미늄 착체(Alq3)/카바졸(carbazole)계 재료(Ir(ppy)3+CBP)/구리 프탈로시아닌(CuPc)/산화 물 도전성 재료(ITO)/유리기판이다. Alq3에는 이하의 화학식(화학식 1)으로 나타낸 바와 같이 분자중에 산소가 포함되어 있다.
[화학식 1]
Figure 112002035860323-pat00001
한편, 이하의 화학식(화학식 2, 화학식 3)으로 나타낸 Ir(ppy)3+CBP와 CuPc에는, 분자 내에 산소가 포함되지 않은 구조로 되어 있다.
[화학식 2]
Figure 112002035860323-pat00002
[화학식 3]
Figure 112002035860323-pat00003
산소분자는, 분자궤도의 최고 피점유 준위(HOMO)가 축퇴되어 있기 때문에, 기저상태에서 3중항 상태의 특정한 분자이다. 통상, 3중항으로부터 단일항으로의 여기과정은, 금지천이(스핀 금지)로 되기 때문에 일어나기 어렵다. 그 때문에, 단일항 상태의 산소분자는 발생하지 않는다. 그렇지만, 산소분자의 주위에 단일항 상태보다도 높은 에너지상태의 3중항 여기상태의 분자(3M*)가 존재하면, 이하와 같은 에너지 이동이 발생함으로써, 단일항 상태의 산소분자가 발생하는 반응을 유도할 수 있다.
[식 1]
Figure 112002035860323-pat00004
유기발광소자의 발광층에서의 분자 여기상태 중에서 75%는 3중항 상태라고 말한다. 따라서, 유기발광소자 내에 산소분자가 혼입하고 있는 경우, 식 1의 에너 지 이동에 의해 단일항 상태의 산소분자가 발생할 수 있다. 단일항 여기상태의 산소분자는 이온적 성질(전하 분극; electric charge polarization)을 갖기 때문에, 유기 화합물에 생긴 전하 분극과 반응할 가능성을 생각할 수 있다.
예를 들면, 바소큐프로인(vasocuproin)(이하, BCP로 기재함)에서 메틸기는 전자 공여성이기 때문에 공역환에 직접 결합하고 있는 탄소는 양으로 대전한다. 하기 화학식 4에서 나타낸 것과 같이, 이온적 성질을 갖는 단일항 산소가 양으로 대전하는 탄소가 있으면 반응하여, 하기 화학식 5로 나타낸 바와 같이 카르복실산과 물이 생길 가능성이 있다. 그 결과, 전자수송성이 저하하는 것이 예상된다.
[화학식 4]
Figure 112002035860323-pat00005
[화학식 5]
Figure 112002035860323-pat00006
한편, 반도체를 활성층으로서 사용하는 TFT는, 유기발광소자의 음극재료로서 사용되는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속에 의해 파괴되어 버린다. 즉, 이들 가 동이온이 게이트 절연막이나 활성층 내에 혼입함으로써 스위칭동작을 하는 것이 불가능해진다. 반도체의 제조 프로세스에서는, 이들 금속 불순물 농도를 109 atoms/cm2 정도까지 감소시키는 것이 요구된다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, TFT와 유기발광소자를 조합하여 구성되는 발광장치의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 발광장치의 열화를 방지하기 위해, 유기발광소자를 형성하는 유기 화합물 중에 포함되는 산소, 수분 등의 산소를 포함하는 불순물을 저감하고, 외부로부터 수분이나 산소가 침입하는 것을 방지하고, 또한 그들 불순물이 유기 화합물층을 둘러싸는 구성부재가 확산원으로 되어 오염되지 않는 구조를 제공한다. 물론, 외부로부터 수분이나 산소가 침입하지 않는 구성으로 한다. 산소, 수소 등은 유기 화합물의 구성원소로서 포함되어 있지만, 본 발명에서 유기 화합물에 대한 "불순물"이란, 종래의 분자구조에 포함되지 않은 외인성 불순물을 말한다. 이러한 불순물은, 원자 상태, 분자 상태에서 자유 라디컬 및 올리고머(oligomer)로서 유기 화합물 중에 존재하고 있다고 추정한다.
더구나, 본 발명은, 액티브 매트릭스 구동 발광장치에서, 나트륨, 리튬, 마그네슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속이 TFT를 오염시켜 임계전압의 변동 등을 방지하기 위한 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이러한 불순물을 제거하여, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등 유기발광소자를 형성하기 위해 사용되는 유기 화합물로 이루어진 층에 포함되는 해당 불순물 농도를, 그것의 평균농도에 있어서 5×1019/cm2 이하, 바람직하게는 1×1019/cm2 이하로 저감한다. 특히, 발광층 및 그 발광층 근방의 산소농도를 저감하는 것이 요구된다. 유기 화합물층에는, 프탈로시아닌계 또는 방향족 아민계의 정공주입층 또는 정공수송층과, 카바졸계 발광층 등이 포함된다.
유기발광소자가 1000 Cd/cm2의 휘도에서 발광할 때, 그것을 광자로 환산하면 1016/sec·cm2의 방출량에 해당한다. 유기발광소자의 양자효율을 1%로 가정하면, 필요한 전류밀도는 100 mA/cm2가 요구된다. 비정질 반도체를 사용한 태양 전지나 포토다이오드 등 반도체소자를 기초로 한 경험적 규칙에 따르면, 이 정도의 전류가 흐르는 소자에 있어서 양호한 특성을 얻기 위해서는, 결함 준위밀도를 1016/cm3 이하로 할 필요가 있다. 그 값을 실현하려면, 결함준위를 형성하는 악성의 불순물원소의 농도를 상기한 것과 같이 5×1019/cm2 이하, 바람직하게는 1×1019/cm2 이하로 저감할 필요가 있다.
유기발광소자로 화소부를 형성하고, 해당 화소부의 각 화소를 능동소자에 의해 제어하는 액티브 매트릭스 구동방법에서는, 그 구조의 일 형태로서, 기판 상에 반도체막, 게이트 절연막, 게이트전극을 갖는 TFT가 형성되고, 그 TFT의 상층에 유기발광소자가 형성되어 있다. 사용된 기판의 대표예는 유리기판으로, 바륨보로실리케이트 유리나 알루미늄 보로실리케이트 유리에는 미량의 알칼리 금속이 포함되어 있다. 반도체막은, 하층측의 유리기판과 상층측의 유기발광소자로부터의 알칼리 금속에 의한 오염을 방지하기 위해, 질화실리콘 및 산화질화실리콘으로 피복한다.
한편, 평탄화된 표면에 형성하는 것이 바람직한 유기발광소자는, 폴리이미드나 아크릴 등 유기수지재료로 이루어진 평탄화막 상에 형성한다. 그러나, 이러한 유기수지재료는 흡습성이 있다. 유기발광소자는 산소와 수분으로 열화하기 때문에, 가스 장벽성이 있는 질화실리콘, 산화질화실리콘, 다이아몬드형 카본(DLC), 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화질화알루미늄으로부터 선택된 무기절연막으로 피복된다. 이들 무기절연막은, 음극재료로서 적용되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속이 TFT 측으로 확산하는 것을 방지하는 효과도 있다. 또한, 화소부에 설치하는 격벽층도 동일한 재료로 형성한다.
도 10은 본 발명의 액티브 매트릭스 구동방식의 발광장치의 개념을 설명하는 도면이다. 발광장치(1200)의 구성요소로서, TFT(1201)와 유기발광소자(1202)가 동일한 기판(1203)에 형성되어 있다. TFT(1201)의 구성요소는, 반도체막, 게이트 절연막, 게이트전극 등이 있다. 이 구성요소 내에는 실리콘, 수소, 산소 및 질소가 함유되고, 금속 등은 게이트전극을 형성하는데 사용된다. 한편, 유기발광소자(1202)는 유기 화합물 재료의 주된 구성요소인 탄소 이외에, 리튬 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속이 원소로서 포함되어 있다.
TFT(1201)의 하층측(기판(1203)측)에는, 블록킹층으로서 기능하는 제 1 절연막(1205)이 형성되어 있다. 제 1 절연막(1205)으로서는, 수소를 함유하는 질화실리콘막 또는 산화질화실리콘막 등이 적합하다. 그 반대의 상층측에는 보호막으로서 제 2 절연막(1206)이 형성된다. 제 2 절연막(1206)은 역시 수소를 함유하는 질화실리콘막, 산화질화실리콘막 등이 적합하다.
한편, 유기발광소자(1202)의 하층측에는 장벽막으로서 기능하는 제 3 절연막(1207)이 형성된다. 제 3 절연막(1207)으로서는, 질화실리콘막, 산화질화실리콘막, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화질화알루미늄 등의 무기절연막으로 형성한다. 이들은, 치밀하게 형성하기 위해서 막 중에 함유하는 수소농도를 1원자% 이하로 저감하는 것이 바람직하다. 유기발광소자(1202)의 상층측에 형성하는 제 4 절연막(1208) 및 격벽층(1209)은, 동일한 무기절연막을 사용하여 형성한다.
제 2 절연막(1206)과 제 3 절연막(1207)의 사이에는, 유기수지 층간절연막(1204)이 형성되어 일체화되어 있다. TFT(1201)가 가장 싫어하는 알칼리 금속은, 제 1 절연막(1205) 및 제 2 절연막(1206)으로 차폐되어 있다. 또한, 이들은 TFT의 구성부재인 반도체막의 결함을 보상하는 수소의 공급원으로 되어 있다. 한편, 유기발광소자(1202)는, 산소와 수분을 가장 싫어하기 때문에, 그들로부터 차폐할 목적으로 제 3 절연막(1207), 제 4 절연막(1208) 및 격벽층(1209)이 형성되어 있다. 또한, 이 막들은 유기발광소자(1202)가 갖는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속원소의 확산을 방지하여, 외부로 확산시키지 않기 위한 기능도 갖고 있다.
본 발명의 발광장치의 구성은, 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 형성된 제 1 절연막 및 제 2 절연막과, 제 1 절연막과 제 2 절연막 사이에 형성된 반도체층, 게이트 절연막 및 게이트전극과, 질화물로 이루어진 무기절연물 재료로 형성된 제 3 절연막과, 제 4 절연막과, 질화물로 이루어진 무기절연물 재료로 형성된 격벽층과, 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여 형성된 유기 화합물층과, 그 유기 화합물층에 접하여 형성된 음극을 갖고 있다.
또한, 본 발명의 발광장치의 다른 구성은, 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 형성된 제 1 절연막 및 제 2 절연막과, 제 1 절연막과 제 2 절연막 사이에 형성된 박막 트랜지스터의 반도체층, 게이트 절연막 및 게이트전극과, 질화물로 이루어진 무기절연물 재료로 형성된 제 3 절연막 및 제 4 절연막과, 질화물로 이루어진 무기절연물 재료로 형성된 격벽층과, 상기 제 3 절연막 및 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여 형성된 유기발광소자의 유기 화합물층과, 상기 유기 화합물층에 접하여 형성된 음극을 갖고 있다.
상기한 구성에 있어서, 제 1 절연막∼제 4 절연막 및 격벽층의 각각은, 그것의 제작방법에 특별한 한정은 없다. 그렇지만, 특히 실시예로서, 제 1 절연막 및 제 2 절연막은 플라즈마 CVD 법 등 화학적 기상 성장법으로 형성하고, 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층은 스퍼터링 등 물리적 막형성법으로 치밀하고 밀착성이 좋은 막으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 고주파 스퍼터링으로 형성되는 무기절연막이 적합하다. 구체적으로는, 실리콘을 타겟으로서 사용한 고주파 스퍼터링에 의해 제작된 질화실리콘이 적합하다. 이때, 블록킹성을 높이기 위해서, 산소 및 수소 함유량은 10 원자% 이하, 바람직하게는 1 원자% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 재료로서 질화알루미늄 또는 질화산화알루미늄도 적용할 수 있다.
상기한 본 발명의 구성에 있어서, 제 2 절연막과 제 3 절연막 사이에 유기수지 층간절연막이 형성되고, 그 층간절연막은 평탄화막으로서 사용하고 있는 구성이 적용된다.
이와 같이 TFT와 유기발광소자를 조합하여 구성된 발광장치는, 불순물 오염에 대한 상반하는 성질을 만족시키기 위해서, 산소 및 수분에 대한 블록킹성을 갖는 절연막을 교묘히 조합하여 형성함으로써 불순물의 상호 오염에 의한 열화를 방지한다.
이때, 본 명세서에서 발광장치란, 상기 발광체를 사용한 장치 전반을 가리켜 말한다. 또한, 양극과 음극 사이에 발광체를 포함하는 층을 갖는 소자(이하, 발광소자라고 부른다)에 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 단부에 프린트 배선기판이 설치된 모듈, 또는, 발광소자가 형성되어 있는 기판에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC가 실장된 모듈도 모두 발광장치의 범위에 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 불순물원소로서의 산소농도는, 2차 이온 질량분석법(SIMS)으로 측정되는 최저농도를 가리켜 말한다.
[발명의 실시예]
유기 화합물에 포함되는 산소와 수분 등의 불순물 농도를 저감하는 것이 가능한 발광장치의 제조장치의 일례에 관해 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은 유기 화합물로 이루어진 층이나 음극의 형성 및 밀봉을 하는 장치를 나타내고 있다. 반송실(101)은, 로드실(104), 전처리실(105), 중간실(106), 막형성실(A)(107), 막형성실(B)(108) 및 막형성실(C)(109) 그리고 게이트(100a∼100f)를 통해 연결되어 있다. 전처리실(105)은, 피처리 기판의 탈수소 또는 탈가스처리나 표면개질을 목적으로 하여 설치되고, 진공중에서의 가열처리나 불활성가스를 사용한 플라즈마처리가 가능하게 되어 있다.
막형성실(A)(107)은, 증착법에 의해 주로 저분자의 유기 화합물로 이루어진 막을 형성하기 위한 처리실이다. 막형성실(B)(108)은, 증착법에 의해 알칼리 금속을 포함하는 음극을 증착법에 의해 막형성하기 위한 처리실이고, 막형성실 (C)(109)은 기판온도를 실온으로서 고주파 스퍼터링에 의해 패시베이션막이 되는 질화실리콘막, 산화질화실리콘막 등을 막형성하는 처리실이다. 막형성실(A)(107)과 막형성실(B)(108)에는, 증발원에 증착용 재료를 장전하는 재료 교환실(112, 113)이 게이트(100h 및 100i)를 통해 접속되어 있다. 재료 교환실(112, 113)은, 막형성실(A)(107) 및 막형성실(B)(108)을 대기에 노출시키지 않고 증착용 재료를 충전하기 위해 사용한다.
막을 퇴적하는 기판(103)은, 로드실(104)에 장착되어, 반송실(101)에 있는 반송기구(A)(102)에 의해 전처리실이나 각 막형성실로 이동한다. 로드실(104), 반송실(101), 전처리실(105), 중간실(106), 막형성실(A)(107), 막형성실(B)(108) 및 막형성실(C)(109), 재료 교환실(112, 113)은 배기수단에 의해 감압상태로 유지되어 있다. 배기수단은, 대기압으로부터 1Pa 정도를 오일프리(oil free) 드라이 펌프로 진공배기하고, 그 이상의 압력은 터보분자펌프 또는 복합분자펌프에 의해 진공배기한다. 막형성실에는 수분을 제거하기 위해서 크라이오 펌프를 병설하여도 된다. 이렇게 해서 배기수단으로부터의 기름증기의 역확산을 방지하여 유기 화합물층의 순도를 높인다.
이들 진공배기된 방의 내벽면은, 전해연마에 의해 경면처리하여, 표면적을 줄여 가스방출을 막고 있다. 그 내벽재질은 스테인레스강 또는 알루미늄을 사용한다. 내벽으로부터의 가스방출을 저감하는 목적으로 막형성실의 외측에는 히터를 설치하여 베이킹(baking) 처리를 하는 것이 바람직하다. 베이킹 처리에 의해 가스방출은 상당히 저감할 수 있다. 더구나, 가스방출에 의한 불순물 오염을 방지하기 위해서는, 증착시에 냉매를 사용하여 냉각하면 된다. 이렇게 해서, 1×10-6Pa까지의 진공도를 실현한다.
중간실(106)은, 스피너(111)가 구비된 도포실(110)과 게이트(100g)를 통해 접속되어 있다. 도포실(110)은, 주로 고분자재료로 이루어진 유기 화합물의 막을 스핀코트법으로 형성하기 위한 처리실로서, 대기압에서 이 처리는 행해진다. 그 때문에, 기판은 중간실(106)을 통해 도포실(110)의 반출과 반입이 행해지며, 기판이 이동하는 쪽의 방과 같은 압력으로 조절하여서 행한다. 도포실에 공급하는 고분자계 유기재료는, 투석법, 전기투석법, 고속 액체 크로마토그래피로 정제하여 공급한다. 정제는 공급구에서 행한다.
막형성실에 도입하는 기판의 전처리는, 전처리실(105)에 있어서 가열에 의한 가스방출처리와 아르곤 플라즈마에 의한 표면처리를 행하여, 기판으로부터 방출되 는 불순물을 충분히 저감한다. 기판으로부터 방출되는 불순물은, 기판의 표면에 흡착된 대기성분, 수분, 유기물 등이 있다. 전처리실(105)에서 기판을 가열하여 탈기처리를 행하거나, 또는 플라즈마처리를 행하여 표면을 치밀화함으로써 오염을 저감시킨다. 반응실에 도입하는 질소가스나 아르곤가스는, 게터링 재료를 사용한 정제수단으로 정제한다.
증착법은 저항 가열형이지만, 고정밀도로 온도 제어하여, 증발량을 제어하기 위해서 크누센 셀(Knudsen cell)을 사용하여도 된다. 증착용 재료는 반응실에 부수되는 전용 재료 교환실로부터 도입된다. 이렇게 해서, 가능한 많이 반응실을 대기에 노출시킬 수 있다. 막형성실을 대기에 노출함으로써, 내부에는 수분을 비롯하여 여러 가지 가스가 흡착하고, 이 가스들이 진공 배기로 인해 재차 방출된다. 흡착된 가스의 방출이 끝나고 진공도가 평형값으로 안정할 때까지의 시간은, 수∼수백시간을 필요로 한다. 유효한 대책으로서 막형성실의 벽을 베이킹처리하여 그 시간을 단축시키고 있다. 그러나, 반복적으로 대기에 노출할 때의 기술은 효율적인 방법이 아니기 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이 전용 재료 교환실을 설치하는 것이 바람직하다. 증발원은 유기물 재료가 주이지만, 증착전에 반응실 내부에서 승화에 의해 정제한다. 또한, 대역 용융법을 사용하여 정제하여도 된다.
한편, 로드실(104)로 구분된 밀봉실(115)은, 음극의 형성까지 종료한 기판을 대기에 노출시키지 않고 밀봉재로 밀봉하기 위한 가공을 한다. 밀봉재를 자외선 경화수지로 고정하는 경우에는, 자외선 조사기구(116)를 사용한다. 방출실(delivery chamber, 117)에는 반송기구(B)(118)가 설치되어, 밀봉실(115)에서 밀봉까지 종료 한 기판을 보존해 둔다.
도 2는 반송실(101), 전처리실(105), 막형성실(A)(107)의 상세한 구성을 설명하는 도면이다. 반송실(101)에는 반송기구(102)가 설치된다. 반송실(101)의 배기수단은, 복합분자펌프 또는 터보분자펌프(207a)와 드라이펌프(208a)에서 행한다. 전처리실(105)과 막형성실(107)은, 각각 게이트(100b, 100d)로 반송실(101)과 연결되어 있다. 전처리실(105)에는, 방출전극(201)과 이 방출전극(201)에 접속된 고주파 전원(202)이 설치되고, 기판(103)은 기판가열수단(214a, 214b)이 구비된 대향전극에 보유된다. 기판(103) 또는 그 기판(103)의 구조물 상에 흡착한 수분 등의 불순물은, 기판가열수단(214a, 214b)에 의해 50∼120℃ 정도로 진공중에서 또는 감압하에서 가열함으로써 이탈시킬 수 있다. 전처리실(105)에 접속된 가스도입수단은 실린더(216a), 유량조절기(216b), 게터링 재료 등에 의한 정제기(203)로 이루어진다.
플라즈마에 의한 표면처리는 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온 등의 불활성가스, 또는 불활성가스와 수소를 혼합한 가스를 정제기(203)에 의해 정제하여, 고주파전력을 인가하여 플라즈마화한 분위기 중에 기판을 노출하는 것에 의해 행한다. 사용된 가스의 순도는 CH4, CO, CO2, H2O, O2의 농도의 각각이 2 ppm 이하, 바람직하게는 1 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.
배기수단은, 터보분자펌프(207b)와 드라이펌프(208b)에 의해 행한다. 표면처리시의 전처리실(105) 내의 압력제어는 배기수단에 구비된 제어밸브를 사용하여 배기속도를 제어하여 행한다.
막형성실(107)은, 증발원(211), 흡착판(212), 셔터(218), 섀도우(shadow) 마스크(217)가 구비되어 있다. 셔터(218)는 개폐식으로, 증착시에 연다. 증발원(211) 및 흡착판(212)은 온도가 제어되는 것으로, 가열수단(213d, 213c)과 각각 접속하고 있다. 배기계는 터보분자펌프(207c)와 드라이펌프(208c)이며, 더구나 크라이오 펌프(209)를 덧붙여, 막형성실 내의 잔류수분을 제거하는 것을 가능하게 하고 있다. 막형성실은 베이킹처리를 행하여 막형성실의 내벽으로부터의 가스방출량을 저감하는 것이 가능해진다. 베이킹처리는 50∼120℃ 정도로 막형성실을 가열하면서 터보분자펌프 또는 크라이오 펌프가 접속된 배기계로 진공배기를 한다. 그 후, 반응실을 실온 또는, 냉매에 의해 액체질소 온도 정도까지 냉각함으로써 1×10-6Pa 정도까지 진공배기하는 것을 가능하다.
게이트(100h)로 구분된 재료 교환실(112)에는 증발원(210, 219)이 구비되고, 가열수단(213a, 213b)에 의해 온도가 제어되는 기구로 되어 있다. 배기계에는, 터보분자펌프(207d)와 드라이펌프(208d)를 사용한다. 증발원(211)은 재료 교환실(112)과 막형성실(107) 사이를 이동가능하며, 공급되는 증착용 재료의 정제를 행하는 수단으로서 사용한다.
증착용 재료의 정제방법에 한정은 없지만, 제조장치 내에서 그 장소에서 행하기 위해서는 승화 정제법을 채용하는 것이 바람직하다. 물론, 그 외에도 존(zone) 정제법을 행하여도 된다.
도 1과 도 2를 참조하여 설명한 제조장치를 사용하여 제작된 유기발광소자는, 그것의 구조에 한정되는 사항은 없다. 유기발광소자는 투광성 도전막으로 이루 어진 양극과 알칼리 금속을 포함하는 음극 사이에 유기 화합물로 이루어진 층을 갖고 형성된다. 유기 화합물로 이루어진 층은 1층 또는 복수의 층이 적층되어 형성되어 있다. 각 층은 그 층의 목적과 기능에 따라 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 구별하여 불린다. 이 층들은, 저분자계 유기 화합물 재료, 중분자계 유기 화합물 재료, 또는 고분자계 유기 화합물 재료 중에서 어느 한가지, 또는 양자를 적절히 조합하여 형성하는 것이 가능하다. 또한, 전자수송성 재료와 정공수송성 재료를 적절히 혼합시킨 혼합층, 또는 각각의 접합계면에 혼합영역을 형성한 혼합접합을 형성하여도 된다.
정공주입층과 정공수송층은, 정공의 수송특성이 우수한 유기 화합물 재료가 선택되고, 대표적으로는 프탈로시아닌계나 방향족 아민계의 재료가 채용된다. 또한, 전자주입층에는 전자수송성이 우수한 금속 사슬체 등이 사용되고 있다.
도 5a 내지 도 5c에 유기발광소자의 구조의 일례를 나타낸다. 도 5a는 저분자계 유기 화합물을 사용하는 유기발광소자의 일례이다. 산화인듐주석(ITO)으로 형성된 양극(300), 구리 프탈로시아닌(CuPc)으로 형성된 정공주입층(301), 방향족 아민계 재료인 MTDATA 및 α-NPD로 형성된 정공수송층(302, 303), 트리스-8-키노리노라트 알루미늄 착체(Alq3)로 형성된 전자주입층 겸 발광층(304), 이테르븀(Yb)으로 이루어진 음극(305)이 적층되어 있다. Alq3은 단일항 여기상태로부터의 발광(형광)을 가능하게 하고 있다. 또한, 양극(300)의 가장자리부를 덮는 격벽층(330)이 질화실리콘 등의 무기절연물 재료로 형성되어 있다.
휘도를 높이기 위해서는 3중항 여기상태로부터의 발광(인광)을 이용하는 것이 바람직하다. 도 5b에 그와 같은 소자구조의 일례를 나타낸다. ITO로 형성된 양극(310), 프탈로시아닌계 재료인 CuPc로 형성된 정공주입층(311), 방향족 아민계 재료인 α-NPD로 형성된 정공수송층(312) 상에 카바졸계의 CBP+Ir(ppy)3를 사용하여 발광층(313)을 형성하고 있다. 더구나, 바소큐프로인(vasocuprion, BCP)을 사용하여 정공 블록킹층(314)을 형성하고, Alq3로 형성된 전자주입층(315), 이테르븀(Yb) 또는 리튬 등의 알칼리 금속을 함유하는 음극(316)이 형성된 구조를 갖고 있다. 또한, 양극(310)의 가장자리부를 덮는 격벽층(331)이 질화실리콘 등의 무기절연물 재료로 형성되어 있다.
상기한 2개의 구조는 저분자계 유기 화합물을 사용한 예이다. 고분자계 유기 화합물과 저분자계 유기 화합물을 조합한 유기발광소자도 실현할 수 있다. 도 5c는 그것의 일례로서, ITO로 형성되는 양극(320) 상에 고분자계 유기 화합물의 폴리티오펜 유도체(PEDOT)에 의해 정공주입층(321)을 형성하고, α-NPD에 의한 정공수송층(322), CBP+Ir(ppy)3에 의한 발광층(323), BCP에 의한 정공 블록킹층(324), Alq3에 의한 전자주입층(325), 이테르븀(Yb) 또는 리튬 등의 알칼리 금속을 포함하는 음극(316)이 형성되어 있다. 정공주입층을 PEDOT로 바꿈으로써 정공주입 특성이 개선되어, 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 양극(320)의 가장자리부를 덮는 격벽층(332)이 질화실리콘 등의 무기절연물 재료로 형성되어 있다.
발광층으로서 사용된 카바졸계의 CBP+Ir(ppy)3는 3중항 여기상태로부터의 발 광(인광)을 할 수 있는 유기 화합물이다. 3중항 화합물로서는 이하의 논문에 기재된 유기 화합물이 대표적인 재료로 들 수 있다. (1) T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo, 1991) p.437. (2) M.A.Baldo, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature 395(1998) p.151. 이 논문에는 다음 식으로 표시되는 유기 화합물이 개시되어 있다. (3) M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Appl.Phys.Lett,75(1999) p.4. (4) T.Tsutsui, M.J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura, T.Watanabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayaguchi, Jpn.Appl.Phys.,38(12B) (1999) L1502.
어쨌든간에, 3중항 여기상태로부터의 발광(인광)은, 단일항 여기상태로부터의 발광(형광)보다도 발광효율이 높아, 같은 발광휘도를 얻는데에도 동작전압(유기발광소자를 발광시키는 것에 필요한 전압)을 낮게 하는 것이 가능하다.
프탈로시아닌계의 CuPc, 방향족 아민계의 α-NPD, MTDATA, 카바졸계의 CBP 등은 모두 분자에 산소가 포함되지 않은 유기 화합물이다. 이와 같은 유기 화합물 중에 산소 또는 수분이 혼입하는 것에 의해, 화학식 4와 화학식 5를 사용하여 설명한 것과 같은 결합상태의 변화가 발생하여, 정공수송 특성과 발광특성을 열화시킨다. 이러한 유기 화합물의 층의 형성에 있어서, 도 1과 도 2를 사용하여 설명한 제조장치를 채용한다. 그것에 의해, 발광소자 내의 산소농도를 1×1019/cm3 이하로 감소시킬 수 있다. 또한, 프탈로시아닌계 또는 방향족 아민계의 정공주입층 또는 정공수송층, 카바졸계 발광층을 갖는 유기발광소자에 있어서, 정공주입층 또는 정공 수송층의 산소농도를 1×1019/cm3 이하로 감소시킬 수 있다.
이때, 도 5a 내지 도 5c에는 도시하지 않았지만, 발광층, 정공주입층, 전자주입층, 정공수송층, 전자수송층 등의 층들을 형성하는데 사용된 재료들간의 계면이 있고, 복수의 층의 재료를 혼합한 실시예를 실시할 수 있다. 폴리파라페닐렌 비닐렌, 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리풀루오렌 등의 고분자 화합물을 유기화합물층으로 사용하여도 된다. 각 층을 유기화합물을 사용하여 형성한 실시예에 덧붙여, 정공 주입 및 수송층과 전자 주입 및 수송층에 무기화합물을 사용하여도 된다. 무기화합물 재료는, 다이아몬드형 카본(DLC), 질화탄소, Si, Ge 및 이들 재료의 산화물 및 질소화물을 포함한다. P, B, N 또는 그 밖의 종류를 적절하게 도핑한 재료를 사용하여도 된다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 이산화물, 질소화물 및 플루오르화물과 적어도 Zn, Sn, V, Ru, Sm 및 In도 사용하여도 된다.
도 6은 액티브 매트릭스 구동방식의 발광장치의 구조를 나타낸 일례이다. TFT는 화소부와 그 주변의 각 종 기능회로에 설치된다. TFT의 채널형성영역을 형성하는 반도체막의 재질은, 비정질실리콘 또는 다결정실리콘이 선택 가능하고, 본 발명은 어느 쪽을 이용하더라도 상관없다.
기판(601)은 유리기판 또는 유기수지기판이 채용된다. 유기수지재료는, 유리재료와 비교하여 경량으로, 발광장치 자체의 경량화에 유효하게 작용한다. 발광장치를 제작하는 데에 적용할 수 있는 재료로서는, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈렌(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 아라미드 등의 유기수지재료를 사용할 수 있다. 유리기판은 무알칼리 유리라고 불리는, 바륨 보로실리 케이트 유리나 알루미늄 보로실리케이트 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 유리기판의 두께는 0.5∼1.1mm의 것이 채용되지만, 경량화를 목적으로 하면 두께는 얇게 할 필요가 있다. 또한, 더욱 경량화를 꾀하기 위해서는 비중이 2.37g/cc로 작은 것을 채용하는 것이 바람직하다.
도 6에서는 구동회로부(650)에 n 채널형 TFT(652)과 p 채널형 TFT(653)가 형성되고, 화소부(651)에는 스위칭용 TFT(654)와 전류제어용 TFT(655)가 형성되어 있는 형태를 나타내고 있다. 이들 TFT는, 산화실리콘, 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 이루어진 제 1 절연막(602) 상에 반도체막(603∼606), 게이트절연막(607), 게이트전극(608∼611)을 사용하여 형성되어 있다.
게이트전극의 상층에는, 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 이루어진 제 2 절연막(618)이 형성되어, 보호막으로서 사용되고 있다. 더구나, 평탄화막으로서, 폴리이미드 또는 아크릴로 이루어진 유기절연막(619)이 형성되어 있다. 이 유기절연막은 흡습성이 있어, 수분을 흡장하는 성질을 갖고 있다. 그 수분이 재방출되면, 유기 화합물에 산소를 공급하여, 유기발광소자를 열화시키는 원인이 된다. 이 때문에, 수분의 흡장 및 재방출을 막기 위해서, 유기절연막(619) 위에 질화실리콘, 산화질화실리콘, 산화질화알루미늄, 질화알루미늄 등으로부터 선택된 무기절연물 재료에 의해 형성된 제 3 절연막(620)을 형성한다.
구동회로부(650)의 회로구성은, 게이트신호선측 구동회로와 데이터신호선측 구동회로간에 다르지만 그 차이는 여기서 생략한다. n 채널형 TFT(652) 및 p 채널형 TFT(653)에는 배선(612, 613)이 접속되고, 이들 TFT를 사용하여, 시프트 레지스 터, 래치회로, 버퍼회로 등을 형성하는 것이 가능하다.
화소부(651)에서는, 데이터배선(614)이 스위칭용 TFT(654)의 소스측에 접속하고, 드레인측의 배선(615)은 전류제어용 TFT(655)의 게이트전극(611)과 접속하고 있다. 또한, 전류제어용 TFT(655)의 소스측은 전원공급배선(617)과 접속하고, 드레인측의 전극(616)이 유기발광소자의 양극과 접속하도록 배선되어 있다.
유기발광소자(656)는, 제 3 절연막(620) 상에 형성되고, ITO(산화인듐주석)로 형성되는 양극(621), 정공주입층, 정공수송층, 발광층 등을 포함하는 유기 화합물층(623), MgAg, LiF, 결정질 반도체막, BaF 또는 CaF 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 포함하는 재료를 사용하여 형성되는 음극(624)으로 이루어진다. 유기발광소자의 구조는 임의로 하지만, 도 5에 나타낸 구조를 채용할 수 있다.
격벽층(622)은 질화물로 이루어진 무기절연물 재료로 형성된다. 구체적으로는, 이 격벽층(622)은, 질화실리콘, 질화알루미늄, 질화산화알루미늄으로부터 선택되는 무기절연물 재료에 의해 형성한다. 격벽층(622)은 0.1∼1㎛ 정도의 두께로 형성하고, 양극(621) 상에 겹치는 가장자리부를 테이퍼 형상이 되도록 형성한다. 또한, 이 격벽층(622)은 배선(612∼617) 상에 남겨진 포토레지스트(626)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 양극(621)과 유기 화합물층(623)의 계면에 0.5∼5nm로 터널전류가 흐를 정도의 두께의 절연막을 형성해 두어도 된다. 이것은 양극표면의 요철에 기인하는 단락의 방지와, 음극에 사용하는 알칼리 금속 등이 하층측으로 확산하는 것을 억제하는 효과가 있다.
유기발광소자의 음극(624)은, 일함수가 작은 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca)을 포함하는 재료를 사용한다. 바람직하게는 MgAg(Mg과 Ag를 Mg:Ag=10:1로 혼합한 재료)로 이루어진 전극을 사용하면 된다. 그 외에도 MgAgAl 전극, LiAl 전극, 또한, LiFAl 전극을 들 수 있다. 더구나, 그 전극(604) 상층에는, 질화실리콘, DLC, 산화질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화알루미늄 등으로부터 선택된 무기절연물 재료로 제 4 절연막(625)을 형성한다. DLC 막은 산소를 비롯하여, CO, CO2, H2O 등의 가스 장벽성이 높은 것으로 알려져 있다. 제 4 절연막(625)은, 음극(624)을 형성한 후, 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 형성하는 것이 바람직하다. 제 4 절연막(625)의 하층으로서 질화실리콘의 격벽층을 사용하여도 된다. 음극(624)과 유기 화합물층(623)의 계면상태는 유기발광소자의 발광효율에 크게 영향을 주기 때문이다.
도 6에서는 스위칭용 TFT(654)를 멀티게이트 구조로 하고, 전류제어용 TFT(655)에는 게이트전극과 오버랩하는 저농도 드레인(LDD)을 설치하고 있다. 다결정실리콘을 사용한 TFT는, 높은 동작속도를 나타내기 때문에 핫 캐리어 주입 등의 열화도 발생하기 쉽다. 그 때문에, 도 6과 같이, 화소 내에서 기능에 따라서 구조가 다른 TFT(오프전류가 충분히 낮은 스위칭용 TFT와, 핫 캐리어 주입에 강한 전류제어용 TFT)을 형성하는 것은, 높은 신뢰성을 갖고, 또한, 양호한 화상표시가 가능한 (동작성능이 높은) 표시장치를 제작하는데 대단히 유효하다.
도 6에 나타낸 바와 같이, TFT(654, 655)를 형성하는 반도체막의 하층측에는, 제 1 절연막(602)이 형성되어 있다. 그 반대의 상층측에는 제 2 절연막(618)이 형성되어 있다. 한편, 유기발광소자(656)의 하층측에는 제 3 절연막(620)이 형성되 어 있고, 상층측에는 제 4 절연막(625)이 형성되고, 그들 사이에는 격벽층(622)이 형성되어 있다. 이 막들은 모두 무기절연물 재료로 형성되는 것이다. 그리고, 유기발광소자(656)는, 이들 막 내부에 형성되고, 제 3 절연막(620), 제 4 절연막(625) 및 격벽층(622)에 끼워져 이들 막과 일체화되어 있다.
TFT(654, 655)에 대해 나트륨 등의 알칼리 금속의 오염원으로서 기판(601)이나 유기발광소자(656)가 생각되지만, 제 1 절연막(602)과 제 2 절연막(618)을 사용하여 그 TFT들을 둘러쌈으로써 막을 수 있다. 한편, 유기발광소자(656)는 산소나 수분을 가장 싫어하기 때문에, 그것을 막기 위해서 제 3 절연막(620), 제 4 절연막(625) 및 격벽층(622)이 무기절연물 재료로 형성되어 있다. 이 막들은 유기발광소자(656)가 갖는 알칼리 금속원소를 밖으로 내지 않기 위한 기능도 구비하고 있다.
특히, 제 3 절연막(620), 격벽층(622) 및 제 4 절연막(625)을 형성하는데 적합한 재료의 일례는, 실리콘을 타겟으로서 사용하여, 스퍼터링에 의해 제작된 질화실리콘막이다. 구체적으로는, 고주파 스퍼터링에 의해 형성되는 매우 치밀한 막질을 갖고, 이하의 표 1에 나타낸 프로세스 조건에서 형성된다(대표적인 예에 관해서도 병기한다). 이때, 표 내의「RFSP-SiN」이란, 고주파 스퍼터링에 의해 형성된 질화실리콘막을 가리킨다. 또한, 「T/S」란, 타겟과 기판과의 거리이다.
[표 1]
Figure 112002035860323-pat00007
스퍼터링 가스로서 사용하는 Ar은, 기판을 가열하기 위한 가스로서 기판 이면측으로 내뿜도록 도입된다. 최종적으로 N2와 혼합되어 스퍼터링에 기여한다. 또한, 표 1에 나타낸 막형성 조건은, 대표적인 조건으로 여기에 나타낸 수치에 한정되는 것이 아니다. 그 조건은, 막형성된 SiN 막의 물성 파라미터가 나중에 표 4에 나타낸 물성 파라미터의 범위 내에 들어가는 한, 실시자가 적절히 변경하여도 된다.
여기서, 상기 고주파 스퍼터링에 의해 질화실리콘막을 형성하는 데 사용하는 스퍼터링장치의 개략도를 도 16에 나타낸다. 도 16에서, 도면부호 30은 챔버벽, 31은 자장을 형성하기 위한 가동형 마그넷, 32는 단결정 실리콘 타겟, 33은 방호 셔 터, 34는 피처리 기판, 36a 및 36b는 히터, 37은 기판 조임기구, 38은 방호판(shield), 39는 밸브(콘덕턴스 밸브 또는 메인 밸브)이다. 또한, 챔버벽(30)에 설치된 가스 도입관(40, 41)은, 각각 N2(또는 N2와 비활성 가스의 혼합가스) 및 비활성 가스의 도입관이다.
또한, 종래의 플라즈마 CVD법에 의해 형성되는 질화실리콘막의 막형성 조건을 표 2에 나타낸다. 이때, 표 내의「PCVD-SiN」이란, 플라즈마 CVD법에 의해 형성된 질화실리콘막을 가리킨다.
[표 2]
Figure 112002035860323-pat00008
다음에, 표 1의 막형성 조건하에 형성된 질화실리콘막과 표 2의 막형성 조건하에 형성된 질화실리콘막의 대표적인 물성값(물성 파라미터)에 관해, 비교한 결과를 표 3에 정리한다. 이때,「RFSP-SiN(No.1)」과 「RFSP-SiN(No.2)」의 차이는, 막형성장치에 의한 차이로서, 본 발명의 장벽막으로서 사용하는 질화실리콘막으로서 의 기능을 손상하는 것이 아니다. 또한, 내부 응력은, 압축응력인지 인장응력인지로 수치의 양 및 음의 부호가 변하지만, 여기서는 절대값만을 취급한다.
[표 3]
Figure 112002035860323-pat00009
표 3에 나타낸 바와 같이, 이들 RFSP-SiN(No.1) 및 RFSP-SiN(No.2)에 공통의 특징점은, PCVD-SiN 막과 비교하여, 식각속도(LAL500을 사용하여 20℃에서 식각할 때의 식각속도를 말한다. 이후, 동일하다)가 느리고, 수소농도가 낮은 점을 들 수 있다. 이때, 「LAL500」이란, 하시모토 케미컬 가부시키가이샤제 「LAL500 SA버퍼드 불산」으로, NH4HF2(7.13%)와 NH4F(15.4%)의 수용액이다. 또한, 내부 응력은, 플라즈마 CVD법으로 막형성된 질화실리콘막보다도 절대값과 비교하여 작은 값으로 되 어 있다.
여기서 본 발명자들이 표 1의 막형성조건에 의해서 형성한 질화실리콘막의 여러 가지 물성의 파라미터를 표 4에 정리한다.
[표 4]
Figure 112002035860323-pat00010
또한, 해당 질화실리콘막을 SIMS(2차 이온 질량분석)에 의해 조사한 결과를 도 3에, 그것의 FT-IR의 결과를 도 11에, 그것의 투과율을 도 12에 나타낸다. 이때, 도 12에는 표 2의 막형성조건하에서 형성한 질화실리콘막에 대해서도 아울러 도시한다. 투과율에 관해서는, 종래의 PCVD-SiN 막과 비교하여 손색은 없다.
도 11은 13.56 MHz의 고주파전력을 인가하여, 질소가스만을 사용하여 스퍼터링에 의해 형성한 질화실리콘막(#001)의 적외 흡수 스펙트럼을 나타내고 있다. 주된 막형성조건은, 붕소가 첨가되고 1∼2Ωsq의 실리콘 타겟을 사용하여 질소가스만을 공급하고, 800W의 고주파전력(13.56 MHz)이 있다. 타겟의 사이즈는 직경 152.4 mm이다. 이 조건하에서 2∼4nm/min의 막형성 속도를 얻을 수 있다.
도 11에는 비교 데이터로서, 스퍼터링법에 의해 제작한 산화실리콘막(#002)과 플라즈마 CVD법으로 제작한 질화실리콘막(#003)의 특성이 도시되어 있다. 각 막의 막형성 조건은 도면 내에 기재되어 있기 때문에 참조하기 바란다. 실온에서 형성된 시료번호 #001로서 나타낸 질화실리콘막은 질소만을 스퍼터링 가스로서 사용하여 막형성된 것으로, N-H 결합과 Si-H 결합의 흡수피크가 관측되지 않는다. 또한 Si-O의 흡수피크도 관측되어 있지 않은 것이 특징적이다. 이 특성으로부터 막 내에 산소농도 및 수소농도는 1 원자% 이하인 것을 알 수 있다.
더구나, 도 4에서는, 무알칼리 유리기판(코닝사제, #1737 기판) 상에 질화실리콘막, 아크릴수지막, 아크릴수지막과 질화실리콘막의 적층의 3종류의 구조의 경우에 대한 투과율을 나타내고 있다. 가시광역에 있어서 80% 이상의 투과율을 갖고 있다. 특히, 파장 400nm에서도 80% 이상의 투과율을 갖고 있어, 이 막의 투명성이 도시되어 있다. 이것은, 도 6에 유기절연막(619)과 제 3 절연막(620)을 적층한 상태를 상정한 것으로, 유기발광소자로부터의 빛이 유리기판측으로 방사되었다고 하여도, 색 변화가 적은 것을 나타내고 있다.
본 발명의 무기 절연층으로서 사용하는 질화실리콘막에서는, 표 4에 나타낸 파라미터를 만족하는 질화실리콘막이 바람직하다. 즉, 무기절연층으로서, (1) 식각속도가 9nm/min 이하(바람직하게는, 0.5∼3.5nm/min 이하)인 질화실리콘막을 사용하는 것, (2) 수소농도가 1×1021 atoms/cm-3 이하(바람직하게는, 5×1020 atoms/cm-3 이하)인 것, (3) 수소농도가 1×1021atoms/cm-3이하(바람직하게는, 5×1020 atoms/cm-3 이하)이고, 또한, 산소농도가 5×1018∼5×1021 atoms/cm-3(바람직하게는, 1×1019∼1×1021 atoms/cm-3)인 것, (4) 식각속도가 9nm/min 이하(바람직하게는, 0.5∼3.5nm/min 이하)이고, 또한, 수소농도가 1×1021 atoms/cm-3 이하(바람직하게는, 5×1020 atoms/cm-3 이하)인 것, (5) 식각속도가 9nm/min 이하(바람직하게는, 0.5∼3.5 nm 이하)이고, 또한, 수소농도가 1×1021 atoms/cm-3 이하(바람직하게는, 5×1020 atoms/cm-3 이하)이고, 또한, 산소농도가 5×1018∼5×1021 atoms/cm-3(바람직하게는, 1×1019∼1×1021 atoms/cm-3이하)인 것에서 어느 하나를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 내부 응력의 절대값은, 2×1010 dyn/cm2 이하, 바람직하게는 5×109 dyn/cm2 이하, 더욱 바람직하게는 5×108 dyn/cm2 이하로 하면 된다. 내부 응력을 작게 하면, 다른 막과의 계면에서의 준위의 발생을 저감할 수 있다. 더구나, 내부 응 력에 의한 막 벗겨짐을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 나타낸 표 1의 막형성조건에 따라 형성된 질화실리콘막은, Na, Li 그 밖의 주기표의 1족 또는 2족에 속하는 다른 원소에 대한 블록킹 효과가 매우 강하다. 이것들의 가동이온 등의 확산을 효과적으로 억제할 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서 사용하는 음극층으로서는, 알루미늄에 0.2∼1.5 wt%(바람직하게는 0.5∼1.0wt%)의 리튬을 첨가한 금속막이 전자 주입성 및 그 이외의 점에서 바람직하지만, 이 경우에 있어서, 리튬의 확산에 의해 트랜지스터의 동작에 해를 끼치는 것이 걱정된다. 그러나, 본 실시예에서는, 무기 절연층으로 완전히 보호되는 것으로 되기 때문에, 리튬의 트랜지스터 방향으로의 확산은 걱정할 필요가 없다.
이 사실을 나타낸 데이터를 도 13∼도 15b에 도시한다. 도 13은 표 2의 막형성조건으로 형성한 질화실리콘막(PCVD-SiN 막)을 유전체로서 사용한 MOS 구조의 BT 스트레스 시험 전후의 C-V 특성의 변화를 나타낸 도면이다. 시료의 구조는, 도 15a에 나타낸 대로이고, 표면전극에 Al-Li(리튬을 첨가한 알루미늄) 전극을 사용함으로써 리튬확산에 의한 영향의 유무를 확인할 수 있다. 도 13에 따르면, BT 스트레스 시험에 의해 C-V 특성이 크게 시프트하여, 표면전극으로부터의 리튬 확산에 의한 영향이 현저히 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다.
다음에, 도 14a 및 도 14b는, 표 1의 막형성조건으로 형성한 질화실리콘막을 유전체로서 사용한 MOS 구조의 BT 스트레스 시험 전후의 C-V 특성이다. 도 14a와 도 14b의 차이는, 도 14a가 표면전극에 Al-Si(실리콘을 첨가한 알루미늄막)전극을 사용하는 데 대해, 도 14b가 표면전극에 Al-Li(리튬을 첨가한 알루미늄막)전극을 사용하는 점이다. 이때, 도 14b의 결과는, 도 15b에 나타낸 MOS 구조의 측정결과이다. 여기서, 열산화막과 적층구조로 한 것은, 질화실리콘막과 실리콘 기판 사이의 계면준위의 영향을 저감하기 위해서이다.
도 14a 및 도 14b의 양 그래프를 비교하면, 양 그래프 모두 BT 스트레스 시험 전후의 C-V 특성의 시프트는 거의 차이가 없고, 리튬확산으로 생긴 영향이 나타나 있지 않은 것, 즉, 표 1의 막형성조건으로 형성한 질화실리콘막이 효과적으로 블록킹막으로서 기능하고 있는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 사용하는 무기 절연층은, 대단히 치밀하여 Na와 Li이라고 하는 가동원소에 대한 블록킹 효과가 높기 때문에, 평탄화막으로부터의 탈가스성분의 확산을 억제함과 동시에, Al-Li 전극 등으로부터의 Li 확산을 효과적으로 억제함으로써 신뢰성이 높은 표시장치를 실현할 수 있다. 치밀한 막형성의 이유로서, 본 발명자들은, 단결정실리콘 타겟의 표면에서 얇은 질화실리콘막이 형성되고, 그 질화실리콘막이 기판에 막 형성시에 적층되기 때문에, 그 막 내에 실리콘 클러스터가 혼입되기 어렵게 된 것이라고 추측한다. 따라서, 그 막이 치밀하게 된다.
또한, 실온으로부터 200℃ 정도의 저온 스퍼터링법으로 막이 형성된다. 이것은, 본 발명의 장벽막으로서 그 막을 사용하는 경우와 마찬가지로, 수지막 위에 막을 형성할 수 있는 점에서 플라즈마 CVD법보다도 유리하다.
이때, 상술한 질화실리콘막은, 유기발광소자를 덮는 패시베이션막으로서 사 용하거나, 게이트절연막을 적층막으로 형성하는 경우에 그 질화실리콘막의 일부에 사용할 수 있다.
더구나, 도 6에 나타낸 것과 같은 구조의 발광장치의 제작방법에 있어서, 제 3 절연막(620), ITO로 대표되는 투명도전막으로 제작된 양극(621)을 스퍼터링법에 의해 연속적인 막 형성 공정을 채용할 수 있다. 유기절연막(619)의 표면에 현저한 손상을 주지 않고, 치밀한 질화실리콘막 또는 산화질화실리콘막을 형성하는데는 스퍼터링법이 적합하다.
이상과 같이, TFT와 발광장치를 조합하여 화소부를 형성하여, 발광장치를 완성시킬 수 있다. 이러한 발광장치는 TFT을 사용하여 구동회로를 동일기판 상에 형성할 수도 있다. TFT의 주요 구성요소인 반도체막, 게이트 절연막 및 게이트전극을, 그것의 하층측 및 상층측을 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 이루어진 블록킹층과 보호막을 사용하여 둘러쌈으로써, 알칼리 금속이나 유기물에 의한 오염을 막는 구조를 갖고 있다. 한편, 유기발광소자는 알칼리 금속을 포함한다. 질화실리콘 또는 산화질화실리콘 또는 DLC 막으로 이루어진 보호막과, 질화실리콘 또는 탄소를 주성분으로 하는 절연막으로 이루어진 가스 격벽층으로 둘러싸여, 외부로부터 산소와 수분이 침입하는 것을 방지하는 구조를 갖고 있다.
이와 같이, 본 발명은, 불순물에 대한 특성이 다른 소자를 조합하여, 상호 간섭없이 발광장치를 완성시키는 기술을 제공한다.
도 6에서는 탑(top) 게이트형의 TFT 구조로 설명하였지만, 물론 보텀(bottom) 게이트형 또는 역스태거형 TFT를 적용하는 것도 가능하다. 도 7은 화 소부(751)에 역스태거형 TFT가 첨가되고, 스위칭용 TFT(754) 및 전류제어용 TFT(755)가 형성되어 있다. 기판(701) 상에는 몰리브덴 또는 탄탈륨 등으로 형성되는 게이트전극(702, 703)과 배선(704)이 형성되고, 그 위에 게이트 절연막으로서 기능하는 제 1 절연막(705)이 형성되어 있다. 제 1 절연막은 100∼200nm의 두께로 산화실리콘 또는 질화실리콘 등을 사용하여 형성한다.
반도체막(706, 707)에는 채널형성영역에 부가하여 소스 또는 드레인영역 및 LDD 영역이 형성되어 있다. 이들 영역을 형성하고, 또한 채널형성영역을 보호하기 위해서 절연막(708, 709)을 형성한다. 제 2 절연막(710)은, 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 형성되고, 반도체막이 알칼리 금속이나 유기물 등에 의해 오염되지 않도록 형성된다. 더구나, 폴리이미드 등의 유기수지재료로 이루어진 평탄화막(711)을 형성한다. 그 평탄화막 위에는 질화실리콘 또는 산화실리콘으로 이루어진 제 3 절연막(712)을 형성한다. 배선(713∼716)은 제 3 절연막(712) 상에 형성되어 있다.
유기발광소자(756)의 양극(717)은, 제 3 절연막(712) 상에 형성되고, 그 후 질화실리콘, 산화질화실리콘, 산화질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화알루미늄으로부터 선택된 무기절연물 재료를 사용하여 격벽층(718)을 형성한다. 또한, 이 격벽층(718)은, 배선(713∼716) 위에 남겨진 포토레지스트(723)의 상면 및 측면을 덮어 형성되어 있다. 더구나, TFT의 배선과 양극(717)의 가장자리부를 덮도록 형성되어, 이 부분에서 음극과 양극이 단락되는 것을 막고 있다. 유기 화합물층(720), 음극(721), 제 4 절연막의 구성도 도 6과 동일하게 형성하고, 제 3 절연막(712)과 동일하게 제 4 절연막(722)도 형성한다. 이렇게 해서 역스태거형 TFT를 갖는 발광장치를 완성시킬 수 있다.
또한, 도 7에는 화소부만을 도시하였지만, 역스태거형 TFT를 사용하여 구동회로를 동일기판 상에 형성하는 것도 가능하다. 도 7에 나타낸 바와 같이, TFT의 주요 구성요소인 반도체막은, 그것의 하층측 및 상층측을 질화실리콘 또는 산화질화실리콘으로 이루어진 제 1 절연막과 제 2 절연막으로 둘러싸임으로써, 알칼리 금속이나 유기물의 오염을 막는 구조를 갖고 있다. 한편, 유기발광소자는, 알칼리 금속을 포함하고, 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층(718)을 사용하여 외부로부터 산소와 수분이 침입하는 것을 막는 구조를 갖고 있다. 이와 같이, 역스태거형 TFT를 사용함으로써, 불순물에 대하여 특성이 다른 소자를 조합하여, 상호 간섭하지 않고 발광장치를 형성하는 기술을 제공할 수 있다.
유기발광소자를 밀봉한 구조를 도 8에 나타낸다. 도 8은 TFT을 사용하여 구동회로(408)와 화소부(409)가 형성된 소자기판(401)과, 밀봉기판(402)이 밀봉재(405)로 고정되어 있는 상태를 나타내고 있다. 보호막(406)은, 질화실리콘막, 산화질화실리콘막, DLC막, 질화탄소막, 산화알루미늄막, 질화알루미늄막, 산화질화알루미늄막으로부터 선택된 재료로 형성되어 있다. 또한, 보호막(406)의 아래에 버퍼층으로서 질화실리콘막이 사용되어도 된다. 소자기판(401)과 밀봉기판(402) 사이의 밀봉영역 내부에는 유기발광소자(403)가 형성되고, 건조제는 구동회로(408) 위 또는, 밀봉재(405)가 형성된 근방에 설치되어도 된다.
밀봉기판으로는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나 프탈렌(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 아라미드 등의 유기수지재료를 사용한다. 상기 밀봉기판의 두께는 30∼120㎛ 정도의 것을 채용하여, 가요성(flexibility)을 갖게 한다. 가장자리부에 가스 장벽층(407)으로서 DLC 막을 형성하고 있다. 단, DLC 막은 외부입력단자(404)에는 형성되어 있지 않다. 밀봉재로서 에폭시계 접착제를 사용한다. 가스 장벽층(407)을 밀봉재(405)를 따라, 또한, 소자기판(401)과 밀봉기판(402)의 가장자리부를 따라 형성함으로써, 이 부분으로부터 침투하는 수증기를 막을 수 있다. 이 가스 장벽층(407)은, DLC 막으로 한정되지 않고, 또한 보호막(406)으로 사용된 것들과 동일한 재료로 형성되어도 된다.
도 9는 이러한 형태의 표시장치의 외관을 나타낸 도면이다. 화상을 표시하는 방향은 유기발광소자의 구성에 따라 다르지만, 여기서는 위쪽으로 빛이 방사하여 화상 표시가 이루어진다. 도 9에 나타낸 구성은, TFT을 사용하여 구동회로부(408) 및 화소부(409)가 위에 형성된 소자기판(401)과 밀봉기판(402)이, 밀봉재(405)에 의해 접합되어 있다. 또한, 이 구동회로부(408) 이외에, 비디오신호에 보정을 가하거나 비디오신호를 기억하는 신호처리회로(606)를 설치하여도 된다. 소자기판(401)의 가장자리에는, 입력단자(404)가 설치되어 이 부분에 FPC(Flexible Printed Circuit)가 접속된다. 입력단자(404)에는 외부회로로부터 화상 데이터 신호, 각 종 타이밍신호 및 전원을 입력하는 단자가 500㎛ 피치로 설치된다. 그리고, 배선(410)으로 구동회로부와 접속되어 있다. 또한, 필요에 따라서 CPU, 메모리 등을 형성한 IC 칩(411)이 COG(Chip On Glass)법 등에 의해 소자기판(401)에 실장되어도 된다.
밀봉재에 인접한 가장자리부에는 DLC 막이 형성되어 밀봉부분으로부터 수증 기, 산소 등이 침입하여, 유기발광소자가 열화하는 것을 막고 있다. 소자기판(401)과 밀봉기판(402)에 유기수지재료를 사용하는 경우에는, 입력단자부를 생략하고 대신에 전체면에 DLC 막이 형성되어도 된다. DLC 막을 형성할 때, 입력단자부는 마스킹 테이프나 섀도우 마스크를 사용하여, 미리 피복해두어도 된다.
이상과 같이 하여, 유기발광소자를 밀봉하여 발광장치를 형성할 수 있다. TFT 및 유기발광소자는 모두 절연막으로 둘러싸여, 외부로부터 불순물이 침입하지 않는 구조로 되어 있다. 더구나, 밀봉재를 사용하여 소자기판과 접합하고, 그 가장자리부를 DLC를 사용하여 덮음으로써 기밀성이 향상되어, 발광장치의 열화를 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용함으로써, 유기발광소자의 정공주입층, 정공수송층, 발광층 등의 기능을 갖는 유기 화합물로 이루어진 층의 불순물원소인 산소농도를 5×1019/cm3 이하, 바람직하게는 1×1019/cm3 이하로 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, TFT의 주요 구성요소인 반도체막, 게이트절연막 및 게이트전극은, 질화실리콘, 산화질화실리콘, 산화질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화알루미늄으로부터 선택된 무기절연물재료로 둘러싸임으로써, 알칼리 금속이나 유기물의 오염을 막는 구조를 갖고 있다. 한편, 유기발광소자는 알칼리 금속을 포함하고, 질화실리콘, 산화질화실리콘, 산화질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화알루미늄, DLC 및 질화탄소로부터 선택된 무기절연물 재료에 의해 둘러싸임으로써 외부로부터 산 소와 수분이 침입하는 것을 막는 구조를 실현한다. 이러한 구성은, 불순물에 대한 특성이 서로 다른 소자를 조합하여, 상호 간섭하지 않고 발광장치를 완성시킬 수 있다.

Claims (42)

  1. 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함하는 제 1 절연막과,
    상기 제 1 절연막 상의 반도체층과,
    상기 반도체층 상의 게이트 절연막과,
    상기 게이트 절연막 상의 게이트 전극과,
    상기 게이트 전극 상에 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함하는 제 2 절연막과,
    상기 제 2 절연막 상에 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화질화 알루미늄, 산화 알루미늄 및 질화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 절연물 재료를 포함하는 제 3 절연막과,
    상기 제 3 절연막 상에 유기수지를 포함하는 층과,
    상기 유기수지를 포함하는 층 상에 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화질화 알루미늄, 산화 알루미늄 및 질화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 절연물 재료를 포함하는 격벽층과,
    상기 제 3 절연막과 상기 격벽층 상에 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화질화 알루미늄, 산화 알루미늄 및 질화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 절연물 재료를 포함하는 제 4 절연막과,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여진 유기 화합물을 포함하는 발광층과,
    상기 발광층에 접하는 음극을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함하는 제 1 절연막과,
    상기 제 1 절연막 상의 반도체층과,
    상기 반도체층 상의 게이트 절연막과,
    상기 게이트 절연막 상의 게이트전극과,
    상기 게이트전극 상에 질화 실리콘 또는 산화질 실리콘을 포함하는 제 2 절연막과,
    상기 제 2 절연막 상의 유기수지 층간 절연막과,
    상기 유기 수지 층간 절연막 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 제 3 절연막과,
    상기 제 3 절연막 상에 유기수지를 포함하는 층과,
    상기 유기수지를 포함하는 층 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 격벽층과,
    상기 제 3 절연막과 상기 격벽층 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 제 4 절연막과,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여진 유기 화합물을 포함하는 발광층과,
    상기 발광층에 접하는 음극을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함한 제 1 절연막과,
    상기 제 1 절연막 상의 반도체층, 상기 반도체층 상의 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막 상의 게이트 전극을 포함하는 상기 제 1 절연막 상의 박막 트랜지스터와,
    상기 게이트전극 상에 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함한 제 2 절연막과,
    상기 제 2 절연막 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 제 3 절연막과,
    상기 제 3 절연막 상에 유기수지를 포함하는 층과,
    상기 유기수지를 포함하는 층 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 격벽층과,
    상기 제 3 절연막과 상기 격벽층 상에 질화물로 이루어진 무기절연물 재료를 포함하는 제 4 절연막과,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여진 유기 화합물을 포함하는 발광층과,
    상기 발광층에 접하는 음극을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함한 제 1 절연막과,
    상기 제 1 절연막 상의 반도체층, 상기 반도체층 상의 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막 상의 게이트 전극을 포함하는 상기 제 1 절연막 상의 박막 트랜지스터와,
    상기 게이트 전극 상에 질화 실리콘 또는 산화질화 실리콘을 포함한 제 2 절연막과,
    상기 제 2 절연막 상의 유기수지 층간 절연막과,
    상기 유기수지 층간 절연막 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 제 3 절연막과,
    상기 제 3 절연막 상에 유기수지를 포함하는 층과,
    상기 유기수지를 포함하는 층 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 격벽층과,
    상기 제 3 절연막과 상기 격벽층 상에 질화물로 이루어진 무기 절연물 재료를 포함하는 제 4 절연막과,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층으로 둘러싸여진 유기 화합물을 포함하는 발광층과,
    상기 발광층에 접하는 음극을 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층의 수소 함유량은 1원자% 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층의 산소 함유량은 1원자% 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는 식각속도가 9nm/min 이하인 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는 수소농도가 1×1021atoms/cm-3 이하의 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는, 식각속도가 9nm/min 이하이고, 수소농도가 1×1021atoms/cm-3 이하인 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는, 수소농도가 1×1021atoms/cm-3 이하이고, 산소농도가 5×1018∼5×1021atoms/cm-3인 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는, 식각속도가 9 nm/min 이하이고, 수소농도가 1×1021atoms/cm-3 이하이고, 산소농도가 5×1018∼5×1021atoms/cm-3인 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
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  31. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는, 알루미늄을 포함하는 질소함유 무기 절연물 재료인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질화물로 이루어진 상기 무기 절연물 재료는, 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 확산을 방지하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  35. 삭제
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  37. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층은, 실리콘을 타겟으로 한 고주파 스퍼터링에 의해 제작된 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
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  40. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 절연막, 제 4 절연막 및 격벽층은, 터보분자펌프 또는 크라이오 펌프를 사용하여 배압을 1×10-3 Pa 이하로 하고, 단결정실리콘 타겟을 N2 가스 또는 N2와 비활성 가스와의 혼합가스로 스퍼터링하여 제작된 질화 실리콘막인 것을 특징으로 하는 발광장치.
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