WO2007043696A1

WO2007043696A1 - 薄膜半導体素子および表示装置

Info

Publication number: WO2007043696A1
Application number: PCT/JP2006/320794
Authority: WO
Inventors: Takuya Hata; Kenji Nakamura; Atsushi Yoshizawa
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2007043696A9; TW200721505A

Abstract

　薄膜半導体素子は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第１電極と、該絶縁層に支持されている隔壁と、該第１電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、該半導体層に支持されていて蒸着処理によって形成される第２電極と、を含む。これにより、キャリア注入効率が良好な薄膜半導体素子が提供される。

Description

明細書薄膜半導体素子および表示装置技術分野

本発明は、キャリア（正孔又は電子）輸送性を有する化合物を利用し、かかる化合物からる半導体層を備えた薄膜半導体素子および表示装置に関する。背景技術

電界を印加して発光させる発光素チ、例えば物質におけるキャリア（正孔又は電子）の再結合によるエレクトロルミネセンス (以下、単に ELという)を利用している発光素子が知られている。例えば、有機化合物材料を用いた注入型の有機 EL素子による表示パネルを搭載した EL表示装置が開発されている。有機 EL素子には、赤色で発光する構造を有する赤色 EL素子、緑色で発光する構造を有する緑色 EL素子、及び青色で発光する構造を有する青色 EL素子がある。これら赤、青、緑 RGBで発光する 3つの有機 EL素子を 1画素発光ユニットとして、複数画素をパネル部上にマトリクス状に配列すればカラー表示装置を実現することができる。力かるカラー表示装置による表示パネルの駆動方式として、パッシブマトリクス駆動型と、アクティブマトリクス駆動型が知られている。アクティブマトリクス駆動型の EL表示装置は、パッシブマトリクス型のものに比ベて、低消費電力であり、また画素間のクロストークが少ないなどの利点を有し、特に大画面表示装置や高精細度表示装置に適している。

アクティブマトリクス駆動型の EL表示装置の表示パネルには、陽極電源ライン、陰極電源ライン、水平走査を担う走査線及び各走査線に交叉して配列されたドライブ線が格子状に形成されている。走査線及びドライブ線の各 RGB交差部に RGBサブピクセルが形成されている。

サブピクセル毎に、走査線選択用の電界効果トランジスタ（FET Field Effect Tr ansistor)のゲートには走査線が接続され、そのドレインにはドライブ線が接続されて、そのソースには発光駆動用の FETのゲートが接続されている。発光駆動 FETのソースには陽極電源ラインを介して駆動電圧が印加され、そのドレインには EL素子の陽極端が接続されている。発光駆動 FETのゲート及びソース間にはキャパシタが接続されている。更に、 EL素子の'陰極端には、陰極電源ラインを介して接地電位が印加される。

有機 EL素子に代表される従来の有機発光素子は基本的にダイオード特性を示す能動素子であり、製品化されているものはほとんどパッシブマトリクス駆動によるものである。パッシブマトリクス駆動法では、線順次駆動を行うため瞬時的に高い輝度を必要とし、走査線数の限界数が限られてしまうため高精細な表示装置を得ることが難しかつた。

ポリシリコンなどを用いた TFTを用いた有機 EL表示装置が検討されている力プロセス温度が高い、単位面積あたりの製造コストが高く大画面化に向かなレ、、 1画素内に 2つ以上のトランジスタとコンデンサを配置しなければならないため開口率が下がり有機 ELを高レ、輝度で発光させなければならなレ、などの欠点があった。

そこで、基板上に、補助電極、絶縁層、陽極、発光層を含む有機機能層および陰極を順に配置して形成されており、陽極は、陰極に比べて面積が小となっている発光素子が提案されている（特開 2002— 343578公報参照）。かかる構成の発光素子は、基板上に補助電極、絶縁層、陽極を順に設けた後、有機機能層を蒸着法で形成し、陰極を設けている。当該発光素子においては、陽極と陰極との間に印加する電圧方向と同一の方向となるように、補助電極と陰極との間に電圧を印加することによって、陽極から発光層への正孔注入量が向上する。

ところが、有機機能層を蒸着法によって形成した場合、蒸着材料源と蒸着面との間 'における角度に応じて、蒸着材料流が陽極によって遮断されるなどの理由により、陽極の縁部が有機機能層によって完全に覆われていない部分若しくは有埤機能層の膜厚が薄い部分が形成されるおそれがある。，力かる部分が形成されると、当該部分に電界と電流注入とが集中し、ショートおよび電流のリークが発生して、当該発光声子が破壊されるもしくは発光不良が生じる。また、陽極から有機機能層への正孔の注入効率が低下するなどの問題がある。

また、有機機能層をスピンコート法などのウエットプロセスを用いた場合においても、同様の問題が生じ得る。すなわち、陽極の縁部において基板との間に形成されている段差を覆う特性、いわゆるステップカバレッジ性が良好でない場合、当該段差部は有機機能層によって完全に覆われない若しくは膜厚が薄くなり、当該部分においてショートおよびリークが発生するおそれがある。

また、有機機能層に発光層が設けられておらず、上記した素子構造に類似している有機薄膜トランジスタの場合においても、電界の均一性、リーク電流などが問題となりうる。発明の開示

本発明は、上記した問題力例として挙げられる諸問題を解決する手段を提供することを目的とする。

請求項 1記載の薄膜半導体素子は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第 1電極と、該絶縁層に支持されている隔壁と、該第 1電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、該半導体層に支持されていて蒸着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする。

請求項 13記載の表示装置は、'複の走査線、複数のドライブ線、及び該複数の走查線及び該複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が該複数の走査線の 1及び該複数のドライブ線の 1に接続された複数の発光部からなる表示装置であって、該複数の発光部の各々は、該複数の走査線の 1の信号に応じて該複数のドライブ線の 1からのデータ信号を導通せしめるスイッチング素子と、.薄膜半導体素子と、を有し、該薄膜半導体素子は、基板上に設けられている捕助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第 1電極と、該絶縁層に支持されている隔壁と、該第 1電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、該半導体層に支持されている発光層と、該発光層に支持されていて蒸着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は本発明による有機 EL素子の部分断面図である。

図 2は本発明による有機 EL素子の部分平面図である。

図 3は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。

図 4は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。図 5は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。

図 6は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。

図 7は本発明による有機 EL素子の製造工程を説明する部分断面図である。

図 8は図 7に示す有機 EL素子の製造工程の続きを示す部分断面図である。

図 9は本発明による有機 EL素子の製造工程の変形例を説明する部分断面図であ 'る。

図 10は本発明による有機 EL素子変形例の部分断面図である。

図 11は本発明による有機 EL素子の変形例の部分断面図である。 , 図 12は本発明による有機 EL素子の変形例の部分断面図である。

図 13は本発明による薄膜トランジスタの変形例の部分平面図である。

図 14は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。

図 15は本発明による有機 EL素子の変形例の部分平面図である。

図 16は本発明による有機 EL素子を用レ、たサブピクセル発光部を示す等価回路図である。発明を実施するための形態

以下、本発明による薄膜半導体素子の一例として、発光層を含む有機 EL素子について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図 1に示す如ぐ有機 EL素子 1は、基板 2上に設けられている補助電極 3を含んでいる。基板 2の材料としては、ガラス、石英、ポリスチレンなどのプラスチック材料といった半透明材料に限らず、シリコンや A1などの不透明な材料、フエノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂などを用いることができるがこれに限らない。

補助電極 3上には絶縁層 4が設けられている。絶縁層 4は、 Si02、 Si3N に代表される種々の絶縁材料力なることができるものの、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチゥム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸スト口ンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケィ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光力チオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフエノール、ポリビュルアルコール、ノボラック樹脂、及びシァノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマ一体を含むホスファゼン化合物、などを用レ、ることもできる。

絶縁層 4上には陽極 5が設けられており、力、かる陽極 5が第 1電極となっている。陽極 5は、後述する陰極 9に比べて小なる面積を有している。すなわち、陽極 5における陰極 9と対向している面の面積は陰極 9における陽極 5と対向している面の面積よりも小となっている。また、陽極 5は、櫛状、簾状又は格子状の形状に形成されていても良ぐ例えば図 1に示すように、 2本の櫛歯を有する櫛状体であることとしても良レ、。なお、第 1電極となっている陽極 5は絶縁層 4に支持されていれば良ぐ絶縁層上に第 1電極を直接設ける構成に限定されない。陽極 5は画素領域 Aを兩定している。ここで画素領域 Aとは、発光素子において、陽極 5によって挟まれている考しくは囲まれている領域をいう。例えば図 1に示す如く陽極 5が 2本の櫛歯を有する状体である場合、画素領域 Aは、該櫛歯によって挟まれている領域となっている。

陽極 5の上には、電気的絶縁材料からなる Ιί壁 6が形成されている。隔壁 6は陽極 5 力突出しかっこれに沿って形成されている。また、隔壁 6の上部に基板に平行な方向に突出するオーバーハング部 6aが、隔壁 6の伸長方向に沿って形成されている。ォ一バーハング部 6aは、'その先端部から基板 2に向力垂線が画素領域 Aをよぎるように配置されている。隔壁 6の材料として、例えばネガ型のフォトレジスト材料が使用できる。なお、隔壁 6は絶縁層 4に支持されていれば良ぐ絶縁層 4に支持されている第 1 電極の上に隔壁 6を直接設ける構成に限定されない。また、隔壁は絶縁層から離れる方向に突出していれば良い。

陽極 5は、キャリア輸送性の有機半導体材料からなる半導体層 7と接している。半導体層 7は、画素領域 Aに設けられており、正孔注入層、正孔輸送層またはこれらの組み合わせからなる。

正孔注入層は、陽極 5からの正孔の注入を容易にする機能を有している。正孔注入層に用いられる材料として、銅フタロシアニン (CuPc)に代表されるポノレフィリン誘導体、ぺタセンに代表されるポリアセン、 m— TDATAに代表されるスターバーストアミンと呼ばれる高分子ァリールアミンを使用することができる。また、ポルフィリン誘導体やトリフヱニルァミン誘導体などにルイス酸ゃ四フッ化テトラシァノキノジメタン（F4—TCNQ) などを混合し導電性を高くした層を正孔注入層に用いることもできる。この時、混合比率は重量比率で 5〜95%の割合で混合されていることが好ましい。また、高分子系ではポリア二リン (ΡΑΝί)、' ォフェン誘導体（PEDOT)、ポリぺキシルチオフエン）（Ρ3ΗΤ)などの高分子材料を用いることができる。また、正孔& 層はこれらの材料の混合層、もしくは積層レたものでもよい。

正孔輸送層は、陽極 5からの正孔を安定に輸送する機能を有している _έ正孔輸送層に使用される材料としては、トリフエニルジァン誘導体、スチリルァミン誘導体、芳香族縮合環を有するァミン誘導体、力ルバゾール誘導体、高分子材料としてはポリビ- ルカルバゾ一ル及びその誘導体'、ポリチォフェンなどが挙げられる。これらの化合物は 2種以上を併用してもよい。さらに、一般的に、正孔輸送層は正孔注入層よりもイオン化ポテンシャル Ιρが大きレ、有機半導体材料を用いた方が好ましレ、。

なお、半導体層 7は無機材料からなることとしても良例えば AlGaZnOおよび InG aZnOなどの金属酸化物からなることとしても良い。

半導体層 7上には発光層 8が設けられている。すなわち、発光層 8は半導体層 7に支持されている。発光層 8は、発光機能を有する化合物である蛍光物質もしくは燐光物質を含有している。このような蛍光性物質としては、例えば特 63— 264692号公報に開示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブレン、スチリル系色素などの化合物から選択される。燐光性物質としては Appl Phys Lett. , 75卷、 4項、 19 99年にあるような有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体などが挙げられる。

発光層 8の上には第 2電極となっている陰極 9が設けられており、発光層 8は半導体層 7と第 2電極（陰極 9)との間に挟持されている。また、陰極 9は半導体層 7によって支持される。陰極 9は、隔壁 6による遮蔽効果を利用した蒸着処理によって形成される。すなわち、陰極 9は蒸着処理によって形成され、隔壁 6は蒸着処理における蒸着材料流を遮蔽することによって、陰極 9の形状を規定している。かかる陰極 9は、発光層 8、半導層 7、絶縁層 4 介'しで補助電極 3と対向している。なお、瘍極 5によって画定される画素領域 Aの面積よりも小となっていることが好ましい。

なお、陰極 9、陽極 5及びネ助電極 3としては、 Ti、 Al、 Li Al、 Cu、 Ni、 Ag、 Mg A g、 Au、 Pt、 Pd、 Ir、 Cr、 ΜΌ、 W、 Taなどの金属あるいはこれらの合金が挙げられる。あるいは、ポリア二リンや PEDT PSSなどの導電性高分子を用レ、ることができる。あるレ、は、酸化物透明導電薄膜、例えば錫ドープ酸化インジウム (ITO 亜鉛ドープ酸化インジウム（IZO)、酸化インジウム（In203)、酸化亜鉛（ZnO)、酸化錫（Sn02)のいずれかを主組成としたものを用いることができる力これに限定されなレ、。また、各電極の厚さは 30〜500nm程度が好ましレ、。陰極 9と補助電極 3には特に 50〜300nmの範囲が適している。陽極 5は 10〜200nm程度の範囲が適している。陽極 5には、半導体層 7に正孔を注入することが容易な高仕事関数の金属、例えば Au、 Pt、 Pd等が好ましレ、。陰極 9は特に 30〜200nm程度の範囲が適している。これらの電極は真空蒸着法、スパッタ法で作製されたものが好ましレ、。

上記の如き構成の有機 EL素子 1において、陽極 5と陰極 9との間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極 3と陰極 9との間に電圧が印加されるときに、発光層 8が発光する。

すなわち、陽極 5と陰極 9との間に電圧を印加し、さらに陽極 5と陰極 9との間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極 3と陰極 9との間に電圧が印加されるときに、正孔が陽極 5から半導体層 7に向けて注入されて発光層 8に輸送され、電子が陰極 9から発光層 8に注入される。

上記の如き構成の発光素子において、第 1電極によって画定される画素領域 Aに比ベて第 2電極の面積を小とすることによって、第 1電極と第 2電極とが空間的に隔離されて、ショートおよびリークが発生することを防ぐことができる。結果的に、 OFF時における第 1電極と第 2電極との間のリーク電流が低減し、電流および輝度の OFF特性が改善される。 '

また、第 1電極の端部の近傍における電流集中を防ぐことができる故、画素領域 Aにおける発光ムラを防ぐことができる。

上記の如き構成の有機 EL素子において、画素領域 Aの形状は、第 1電極の形状に応じて、種々設定することができる。例えば、図 2に示す如ぐ第 1電極となっている陽極 5を櫛状とし、画素領域 Aは陽極 5の櫛齒の間に設けられても良レ、。第 2電極となつている陰極 9 は、力がる画素領域 Aの面積よりも小となっており、第 1電極の櫛歯の間に嵌め込まれるように、櫛状に形成されている。陰極 9は陰極引き出し部 10と接続している。 ' ' 第 1電極となっている陽極 5は、図 3に示す如ぐ複数の矩形の画素領域 Aを形成するように格子状であっても良レ、。当該 ®素領域 Aには、それぞれ画素領域 Aよりも小なる面積の陰極 9が設けられており、各陰極 9は、陰極引き出し部, 10によって結合されている。

また、画素領域 Aは、図 4乃至図 6に示す如く矩形、六角形等の多角形、または円形であることとしても良レ、。それぞれにおいて、第 2電極となっている陰極 9は画素領域 A の面積よりも小となっており、第 1電極となっている陽極 5とは空間的に離れている。なお、説明を容易にするために、図 2乃至 6中、隔壁 6、半導体層 7および発光層 8を除いて示している。

次に、上記の如き構成の有機 EL素子の製造方法について説明する。図 7 (a)に示す如まず基板 2上に補助電極 3が形成される。補助電極 3の形成は、例えばドライプロセスによる成膜方法とフォトレジストを用いたパターニング工程を用レ、ることとしても良レ、。より具体的には、例えば、 ITOからなる薄膜をスパッタリング法により形成した後に、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像により力かるフォトレジストをパターン化し、その上からミリングによりフォトレジストパターンの無い部分の IT〇膜を取り除き、最後に剥離？被を用いてフォトレジストを溶解させる。か 'かる手順によって、補助電極 3を形成することとしても良い。

次に、図 7 (b)に示す如ぐかかる補助電極 3上に絶縁層 4が形成される,。絶縁層 4の形成は、ドライプロセスによる成膜方法またはウエットプロセスによる成膜方法を使用することができる。絶縁層 4が有機化合物皮膜からなる場合、ウエットプロセスによる成膜方法が使用されても良レ、。例えば、,絶縁層 4は、ポリビニルフヱノール系高分子 10w t%を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（PGMEA)溶液を用いてスピンコート法により形成することができる。この場合において、当該高分子膜のうち補助電極 3上の端部などの絶縁が不要な部分が PGMEAを含ませたコットンにより拭き取られるなどして除去された後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベーキングが行われる。

絶縁層 4の上には、図 7 (c)に示す如く第 1電極となる陽極 5が形成される。陽極 5は、蒸着法などのドライプロセスを用いて形成することとしても良い。例えば、陽極 5は、メタルマスクを用いた真空蒸着法により金を成膜して形成されても良い。

陽極 5が形成された後に、図 7 (d)に示す如く、陽極 5上に隔壁 6が形成される。隔壁 6の形成には、フォトリソグラフィ法などの手法を用いて形成される。たとえば陽極 5が形成された後に、フォトレジストをスピンコートで成膜して、フォトリソグラフィ法等の手法を用いてフォトレジストパターンを形成する。当該パターンが隔壁 6を形成する。隔壁 6が形成された極 5と接するようにキャリア輸送 ' 機半導体材料からなる半導体層 7が形成される（図 8 (a) )。半導体層 7の形成には蒸着法、スパッタ法、 CVD法などのドライプロセスによる成膜方法が使用できる。当該成腠方法において、半導体層 7が陽極 5と接するように、形成されることが好ましい。

半導体層 7が作製された後、図 8 (b)に示す'如く、蒸着法等のドライプロセスを用いて発光層 8が形成される。発光層 8の形成には、マスク蒸着法を用いることができて、マスクを隔壁上に載置しても良い。

発光層 8が形成された後、その上に、図 8 (c)に示す如く、蒸着法を用いて陰極 9が形成される。蒸着は、基板に対して蒸着材料をほぼ垂直に入射させるなどして異方性の蒸着材料流を用いて行われる。方性の蒸着材料流を用いることによって、蒸着形成された膜は、隔壁 6の上部と発光層との間のギャップにより分断されて、隔壁 6に応じた形状の陰極 9が発光層 8上に形成される。陰極 9が形成されて、有機 EL素子 1が形成される。

なお、第 1電極の形成において、隔壁 6を第 1電極のパターンを形成する際のマスクとして利用しても良い。この場合において、絶縁層 4の形成までは上記した製造工程と同様の工程を利用し（図 7 (b)参照）、絶縁層の上に ITO薄膜 11とフォトレジスト膜 12とを順に成膜する（図 9 (a) )。力、かるフォトレジスト膜 12についてフォトリソグラフィ法等の手法を用いてフォトレジストパターンを形成し、当該パターンを隔壁 6とする（図 9 (b) )。力かる隔壁 6をマスクに用いて ITO薄膜 11に対して、スパッタエッチングおよび反応ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（RIE)などのドライエッチングまたはウエットェツチングを行って、陽極 5を形成する（図 9 (c) )。陽極 5が形成された後は、図 8 (a)乃至（c)に図示しつつ説明した上記工程とほぼ同じ工程によって有機 EL素子を形成することがでぎる。

上記の如く隔壁 6を第 1電極のマスクとして利用して、第 1電極形成することから、第 1電極と隔壁 6の位置あわせを行う必要がない。すなわち、第 ί電極を形成した後に隔壁 6を形成する場合においては、隔壁 6と第 1電極との位あおせ精度を考慮する必要があるものの、隔壁 6をマスクとすることに'よって、これを考慮する必要がない。

' また、第 1電極のマスクとして利用し、さらに該隔壁 6を第 2電極のパターニングに用レ、ることによって、第 1電極と第 2電極との位置あわせを行うことなく有機 EL素子を形成することがでさる。 '

なお、図 1に示して説明した上記実施例の有機 EL素子は、補助電極/絶縁層 Ζ陽極ノ正孔注入層/正孔輸送層光層嗱極という構成をとつているものの、これに限定されず、発光層と陰極との間に電子注入層、電子輸送層またはこれらの組み合わせが任意に用いられても良レ、。例えば、発光層 8と陰極 9との間に電子輸送層と電子注入層が設けられていることとしても良い。

電子注入層及び又は電子輸送層には、トリス（8—キノリノラト）アルミニウム (Alq3)などの 8—キノリノール又はその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、ォキサジァゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフエ二ルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。電子注入層及ぴ又は電子輸送層は発光層 8を兼ねたものであってもよく、力、かる場合にはトリス（8—キノリノラト）アルミニウムなどを使用することが好ましい。電子注入層と電子輸送層を作製するときには、陰極 9側に電子親和力の値の大きい化合物が配置されるように成膜することが好ましい。

また、上記実施例において、第 1電極を陽極とし、第 2電極を陰極として記載しているものの、絶縁層以降の構造を逆転している構成、すなわち第 1電極が陰極であり、第 2 電極が陽極である構成としても良い。例えば、補助電極/絶縁層ノ陰極/電子注入層/電子輸送層/発光層陽極とレ、う構成が用レ、られても良レ、。

なお、図示はしないものの、第 1電極と第 2電極との間には、その他、正孔ブロック層、電子ブロック層が任意に用いられても良い。 ^!

' 有機 EL素子において、隔壁と第 1電極との間にキャリア規制層が設けられていることとしても良レ、。例えば、図 10に示す如有機 EL素子 1は、隔壁 6と陽極 5との間にキャリア規制層 BFを設けることとしても良い。キャリア規制層 BFは陽極 5から半導体層 7 へのキャリア移動の障壁としての機能を有しており、キャリア規制層 BFを設けることによって、キャリア規制層 BFを介した電流が流れ難くなる。

キャリア規制層 BFの材料は、そのイオン化ポテンシャルの条件すなわち、接触電極の仕事関数と正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの間の仕事関数（又はイオン化ポテンシャル）の値に基づいて選択される。すなわち、キャリア規制層 BFは、陽極 5に使用される材料に比べて仕事関数が大きく異'なる材料、若しくは縁層に用いられる材料を用いることが好ましい。キャリアの移動を阻害するにはエネルギー障壁が大であるほうがよいからである。

例えば Al、 Mg、 Ag、 Ta、 Cr等の半導体層 7に正孔を注入し難い低仕事関数の金属がキャリア規制層 BFとして好ましい。なお、陽極 5とキャリア規制層 BFとの合計膜厚は、 30〜200nm程度の範囲が適している。

力かるキャリア規制層 BFを設けることによって、半導体層 7に注入されるキャリアの経路が規定される。図 10に示す如き構成の場合、すなわちキャリア規制層 BFが陽極 5と隔壁 6とによって狭持されるように配置されている場合、キャリア（正孔）はキャリア規制層 BFに覆われていない部分（陽極 5の側部）から注入されることとなる。ここで、陽極 5 の側部は半導体層 7と接しているため、キャリアの注入効率が向上する。キャリア抑制層を設けると ON/OFF比などの性能が良い有機 EL素子が得られる。

上記した実施例において、有機 EL素子は、補助電極/絶縁層 Z陽極' (第 1電極) / 半導体層/発光層 Z陰極（第 2電極）とレ、う構'成（レ、わゆるボトムコンタクト型）を採用しているもののこれに限定されず、例えば図 11に示す如ぐ陽極 5と半導体層 7の成膜順序'を入れ替えて、絶縁層 4上に半導体層 7/陽極 5ノ発光層 8を順に設ける構成、すなわち陽極 5が半導体層 7と発光層 8との間に接触して揷入される構成（いわゆるトツプコンタクト型）としても良い。換言すれば、第 1電極が絶縁層に支持されていて、半導体層が絶縁層と第 1電極との間に挟,持されてレ、る構成であれば、限定されない。また、かかる構成において、陰極と陽極とを入れ替えた構成であっても良レ、。すなわち；絶縁層上に半導体層ノ陰極発光層を順に設ける構成、すなわち陰極が半導体層と発光層との間に接触して挿入される構成としてもよい。

また、トップコンタクト型の有機 EL素子において、第 1電極と壁との間にキャリア規制層が設けられていることとしても良レ、。例えば図 12に示す如有機 EL素子 1は、基板 2/補助電極 3/ /絶縁層 4 半導体層 7Z陽極 5 (第 1電極）の順に形成されており、陽極 5がキャリア規制層 BFによって覆われている。キャリア規制層 BFおよび半導体層 7に接するように、発光層 8 が形成され、発光層 8上に陰極 9 (第 2電極）が形成されている。力かる構成による有機 EL素子において、陽極 5と陰極 9との間に電圧し、さらに陽極 5と陰極 9との間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極 3と陰極 9との間に電圧が印加されるときに、正孔は、陽極 5と半導体層 7との界面から注入されて、発光層 8に輸送される（図中、矢印参照）。また、同時に電子が陰極 9から発光層 8 に注入され、発光層 Tiおいで正孔と電子が再結合する。なお、上記'の如きトップコンタクト型の有機 EL素^ fの構成においても、陰極と陽極とを入れ替た構成を採用すること力 Sでさる。

上記実施例にお'レ、て、隔壁の形状は、隔壁の上部にオーバーハング部を有する逆テーパー形状となっているもののこれに限定きれない。例えば半導体層おょぴ発光層に対して第 2電極の成膜厚さが十分である場合 '、テーパー角が付いていなくても良い。この場合において、隔壁の材料は、無機絶縁材料、ポジ型レジストなどを用いることがでさる。 ' また、上記実施例において第 1電極と第 2電極との間にキャリア輸送性の材料からなる半導体層と発光特性を有する発光層とを別々に設けているもののこれに限定されなレ、。例えば、キャリア輸送性と発光特性を共に備えた材料を用いて、発光層と半導体層とを兼ね備えた単一の有機材料層からなる単一層構造の有機 EL素子としても良レ、。

なお、上記実施例において、第 2電極は蒸着処理における蒸着材料流を隔壁で遮蔽することによって形成しているものの、かかる方法に限定されない。第 2電極が第 1 電極によって画定される画素領域よりも小となるように形成されれば良ぐ例えばマスク蒸着法を用いて第 2電極を形成することとしても良い。

また、上記実施例において、発光層が有機材料からなる有機 EL素子を用いて説明しているものの、発光層が無機材料からなる無機 EL素子においても同様の構成とすること力 Sできる。

上記実施例において、第 1電極と第 2電極との間に発光層が設けられている発光素子について説明しているものの、本発明の薄膜半導体素子は発光素子に限定されるものではなぐ縦型 MOS, 造の薄トランジスタであっても良レ \ άトランジスタは、第 1電極と第 2電極との間に発光層が設けられていない点を除レ、 'て、上記した発光素子とほぼ同一の構成を有している。

例えば、図 13に示す如ぐ薄膜トランジスタ 13は、基板上に設けられていてゲート電極 14となる補助電極と、ゲート電極 14上に |kけられている絶縁層 4と、絶縁層 4に支持されていてソース電極 15となっている第 1電極と、ソース電極 15を介して絶縁層 4に支持されている隔壁 6と、ソース電極 15に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層 7と、半導体層 7に支持されていて蒸着処理によって形成されているドレイン電極 16となっている第 2電極と、を含んでいる。

さらにまた、上記した何れの実施 ljにおいても、隔壁が第 1電極を介して絶縁層に支持されている構成について説明しているものの、これに限定されない。例えば、図 14 に示す如隔壁 6が絶縁層 4上に設けられていても良い。 '

また、隔壁は第 1電極から離れて形成されていても良ぐ半導体層または発光層の上に形成されていても良い。例えば、図 15に示す如ぐ発光層 8の上に隔壁 6が形成されていることとしても良レ、。

次に上記の如き構成の有機 EL素子を表示装置に用いた場合について説明する。表示装置は、複数の走査線、複数のドライブ線、及び該複数の走査線及ぴ該複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が該複数の走査線の 1及び該複数のドライブ線の 1に接続された複数の発光部からなる。図 16は有機 EL表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。基板上に形成された発光部 101の各々は、選択用トランジスタのスイッチング有機 TFT素子 17と、データ電圧の保持用のキャパシタ 1 8と、有機 EL素子 19と、力構成されている。この構成を走査線 SL及び電源ライン Vc cL、並びにドライブ線 D の各交点近傍に、配置することで画素の発光部を実現すること力できる。本実施形態では駆動用トランジスタを省略する効果が得られるが、駆動有機 TFT素子を 2以上設けた場合にも適用できることはレ、うまでもない。

スイッチング有機 TFT素子 17のゲート電極 Gは、アドレス信号が供給される走査線 S Lに接続され、スイッチング有機 TFT素子 17'のソース電極 Sはデータ信号が供給されるドライブ線 DLに接続されている。スイッチング有機 TFT素子 17のドレイン電極 Dは有機 EL素子 19の助電極 3及'びキャパシタ 18の一方の端子に接続されている。有機 EL素子 19の陽極 5は電源ライン VccLに接続されており、キャパシタ 18の他方はキャパシタライン Vcapに接続されている。有機 EL素子 19の陰極 9は共通電極 20に接続されている。電源ライン VccL及共通電極 20は、それぞれに電力を供給する電圧源（図示せず）にそれぞれ接続されている。

力かる構成の発光部 101がマトリクス状に配置されて、アクティブマトリクス表示タイプの有機 EL表示パネルが形成できる。なお、上記実施例の有機 EL素子は、 TFT素子などをパネルの画面周囲に配置したパッシブマトリクス表示タイプのパネルの基板にも応用できる。

(実施例 1)

図 1に示す如き構成の発光素子を作製した。

(1) 補助電極 3の形成無アルカリガラス基板上にインジウム錫酸化物（IT〇）をスパッタリング法により lOOnm形成したのち、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像により先のフォトレジストをパターン化し、その上からミリングによりフォトレジストパターンの無い部分の ITO膜を取り除ぐ最後に剥離液を用いてフォトレジストを溶解させた。 (2) 絶縁層 4の形成 ·絶縁層としてポリビュルフエノール系高分子 10wt%プロピレングリコールモノメチルエーテルァセテ一ト（PGMEA)溶液を用レ、てスピンコート法により 420nm成膜した。その後、補助電極上の端部に成膜された高分子膜を、 PGME Aを含ませたコットンにより拭き取り、ホットプレートを用いて 200°Cで 10分間べ一キングを行った。

(3) 陽極 5および隔壁 6の形成 ·陽極として、スパッタ法によりクロム（Cr)層および金 (Au)層をそれぞれ 5nmおよび 30nmの厚さで成膜した。スパッタ条件は lPa、 DC15 0Wであり、 Cr層おょぴ Au層の成膜レートはそれぞれ 1 OnmZmmおよび SOnmZmi nであった。ここで、 Cr層は Au層の絶縁層及び基板への付着強度を増すための補助層とした。なお、 Cr層は必ずしも必ではないことを注記しておく。陽極上にネガレジスト TELR- N101PMを塗布し、フォトリソ工程により逆台形形状の厚さ 2 μ mの隔壁を形成した。力かる隔壁をマスクに用いて第 1電極のパターニングをスパッタエッチングにより行って、第 1電極を作成した。 ^ツチングガスにはアルゴンガス (Ar)を用レ、、 RF 200Wでエッチング Β奢間は 17mmであった。

(4) 半導体層 7の形成の形成正孔注入層としてペンタセンを 0 4nm/sec の成膜速度で 50nmの厚さで真空蒸着法により形成し、正孔輸送層として NPDを 0. 2nm_/ ^/s ecの成膜速度で 50nmの厚さで真空蒸着法により形成して、半導体層とした。

(5) 発光層 8の形成発光層として、 Alq3を 0. 2nm/secの成膜速度で 60nmの厚さで真空蒸着法により形成した。

(6) 陰極 9の形成陰極として、マグネシウム (Mg)と銀 (Ag)を真空蒸着法によって、 10 1の比で lOOnmの厚さで共蒸着した。このとき、マグネシウム（Mg)の成膜速度は InmZsであり、銀 (Ag)の成膜速度は 0. lrnnZsであった。上記の如き工程によって有機 EL素子を形成した。当該実施例によって形成された有機 EL素子は、陽極と陰極とを空間的に離して形成されている故、両電極間にリーク電流が流れることはなく、有機 EL素子の画素領域において発光ムラは観察されなかつた。 '

基板上に設けられている補助電極と、該補電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第 1電極と、該絶縁層に支持されている隔壁と、該第 1電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、該半導体層に支持されていて蒸着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする本発明による薄膜半導体素子によれば、第 1電極と第 2電極とが空間的に隔離されて、ショートおよびリークが発生することを防ぐこ,とができる故、電流および輝度の OFF特性を改善することができる。

複数の走査線、複数のドライブ線、及び該複数の走査線及び該複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が該複数の走査線の 1及び該複数のドライブ線の 1に接続された複数の発光部からなる表示装置であって、該複数の発光部の各々は、該複数の走査線の 1の信号に応じて該複数のドライブ線の 1からのデータ信号を導通せしめるスイッチング素子と、薄膜半導体素子と、を有し、該薄膜半導体素子は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第 1電極と、該絶縁層に支持されている隔壁と、該第 1電極に接していてキヤリァ輸送性の半導体材料からなる半導体層と、該半導体層に支持されている発光層と、該発光層に支持されてレ、て蒸着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする本発明による表示装置によれば、薄膜半導体素子の第 1電極の端部の近傍における電流集中を防いで、画素領域における発光ムラを防ぐことができることから、画素領域の面積が大きい薄膜半導体素子を備えた表示装置においても、発光ムラを感じることのない、良好な視認特性を得ることができる。

本出願は日本囯出願第 2005— 300594号に基いており、本願の開示に組み入れられる。

Claims

請求の範囲

1. 基板上に設けられてレ、る補助電極と、

前記補助電極上に設けられている絶縁層と、

前記絶縁層に支持されている第 1電極と、

前記絶縁層に支持されている隔壁と、

前記第 1電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、前記半導体層に支持されていて着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする薄膜半導体素子。

2 前記第 2電極の面積は前記第 1電極によって画定される画素領域の面積よりも小であることを特徴とする請求項 1記載,の薄膜半導体素子。

3.前記半導体層と前記第 2電極との間に挟持されている発光層を含むことを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

4.前記隔壁は前記第 1電極を介して前記絶縁層に支持されかつ前記第 1電極から突出してレ、ることを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

5 前記半導体層は前記絶縁層と前記第 1電極との間に挟持されていることを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

6.前記隔壁はその上部に前記基板に平行な方向に突出するオーバーハング部を有することを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

7 前記オーバーハング部の上先端部から前記基板に向かう垂線が前記画素領域をよぎることを特徴とする請求項 6記載の薄膜半導体素子。

8.前記第 1電極は陽極であり、前記第 2電極は陰極であり、

前記半導体層は正孔注入層、正孔輸送層またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

9 前記第 1電極は陰極であり、前記第 2電極は陽極であり、

前記半導体層は電子注入層、電子輸送層またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

10.前記第 1電極と前記隔壁との間に挟持されているキャリア規制層を含むことを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

11.前記第 1電極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えていることを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。

12 前記画素領域は円形若しくは多角形の形状を有することを特徴とする請求項 1記載の薄膜半導体素子。 ,

13.複数の走査線、複数のドライブ線、及び前記複数の走査線及び前記複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が前記複数の走査線の 1及び前記複数のドライブ線の 1に接続された複数の発光部力なる表示装置であって、

前記複数の発光部の各々は、前記複数の走査線の 1の信号に応じて前記複数のドライブ線の 1からのデータ信号を導通せしめるスイッチング素子と、薄膜半導体素子と、を有し、

前記薄膜半導体素子は、基板上に設けられている補助電極と、前記補助電極上に設けられている絶縁層と、前記絶縁層に支持されている第 1電極と、前記絶縁層に支持されている隔壁と、前記第 1電極に接していてキャリア輸送性の半導体材料からなる半導体層と、前記半導体層に支持されている発光層と、前記発光層に支持されていて蒸着処理によって形成される第 2電極と、を含む、ことを特徴とする表示装置。

14 前記第 2電極の面積は前記第 1電極によって画定される画素領域の面積よりも小であることを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

15.前記隔壁は前記第 1電極を介して前記絶縁層に支持されかつ前記第 1電極から突出していることを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

16 前記半導体層は前記絶縁層と前記第 1電極との間に挟持されてレ、ることを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

17 前記隔壁はその上部に前記基に平行な方向に突出するオーバーハング部を有することを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

18 前記オーバーハング部の上先端部から前記基板に向かう垂線が前記画素領域をよぎることを特徴とする請求項 17記載の表示装置。

19.前記第 1電極は陽極であり、前記第 2電極は陰極であり、，前記半導体層は正孔注入層、正孔輸送層またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項 13記載の表示装置

20.前記第 1電極は陰極であり、前記第 2電極は陽極であり、

前記半導体層は電子注入層、電子輸送層またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

21.前記第 1電極と前記隔壁との間に挟持されているキャリア規制層を含むことを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

22 前記第 1電極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えていることを特徴とする請求項 13記載の表示装置。

23 前記画素領域は円形若しくは多角形の形状を有することを特徴とする請求項 13 記載の表示装置。