JP4927217B2

JP4927217B2 - 発光装置

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Publication number: JP4927217B2
Application number: JP2011031697A
Authority: JP
Inventors: 健司福永
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2021-05-07
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Description

本発明は、発光性材料からなる薄膜を用いた発光装置に関する。また、その発光装置を表示部として用いた電気器具に関する。なお、有機ＥＬディスプレイや有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）は本発明の発光装置に含まれる。

また、本発明に用いることのできる発光性材料は、一重項励起もしくは三重項励起または両者の励起を経由して発光（燐光および／または蛍光）するすべての発光性材料を含む。

近年、ＥＬ（Electro Luminescence）が得られる発光性材料からなる薄膜（以下、ＥＬ膜という）を用いた発光素子（以下、ＥＬ素子という）の開発が進んでいる。ＥＬ素子を有する発光装置（以下、ＥＬ発光装置という）は、陽極と陰極との間にＥＬ膜を挟んだ構造からなるＥＬ素子を有し、陽極と陰極との間に電圧を加えることで発光を得る。特に、ＥＬ膜として有機膜を用いたものを有機ＥＬ膜という。

陰極としては仕事関数の小さい金属（代表的には周期表の１族もしくは２族に属する金属）を用いることが多く、陽極としては可視光に対して透明な導電膜（以下、透明導電膜という）を用いることが多い。このような構造であるため、得られた発光は陽極を透過して視認される。

最近では、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いて各画素に設けられたＥＬ素子の発光を制御するアクティブマトリクス型ＥＬ発光装置の開発が進められており、試作品が発表されるに至った。ここでアクティブマトリクス型ＥＬ発光装置の構造を図９（Ａ）、（Ｂ）に示す。

図９（Ａ）において、基板９０１上にはＴＦＴ９０２が形成され、ＴＦＴ９０２には陽極９０３が接続されている。陽極９０３の上には有機ＥＬ膜９０４、陰極９０５が形成され、陽極９０３、有機ＥＬ膜９０４および陰極９０５からなるＥＬ素子９０６が形成されている。

このとき、有機ＥＬ膜９０４で生成された発光は陽極９０３を透過して図中の矢印の方向に向かって放射される。従って、ＴＦＴ９０２は観測者から見て発光を遮る遮蔽物となってしまい、有効発光領域（観測者が発光を観測しうる領域）
を狭める要因となっていた。また、有効発光領域が狭い場合、明るい画像を得るには発光輝度を上げる必要があったが、発光輝度を上げることは有機ＥＬ膜の劣化を早める結果となってしまっていた。

そこで、図９（Ｂ）に示すような構造のアクティブマトリクス型ＥＬ発光装置が提案されている。図９（Ｂ）において、基板９０１上にはＴＦＴ９０２が形成され、ＴＦＴ９０２には陰極９０７が接続されている。陰極９０７の上には有機ＥＬ膜９０８、陽極９０９が形成され、陰極９０７、有機ＥＬ膜９０８および陽極９０９からなるＥＬ素子９１０が形成されている。即ち、図９（Ａ）に示したＥＬ素子９０６とはちょうど逆向きの構造のＥＬ素子となる。

このとき、原理上はＥＬ膜９０８で生成された発光が陽極９０９を透過して図中の矢印の方向に向かって放射される。従って、ＴＦＴ９０１は観測者から見えない位置に設けられ、陰極９０３が設けられた領域すべてを有効発光領域とすることが可能である。

しかしながら、図９（Ｂ）に示す構造は、陽極９０９に均一な電圧を印加できないという問題を潜在的に抱えている。陽極として一般的に用いられる透明導電膜は金属膜に比べて抵抗値が高いが、熱処理により抵抗値を下げられることが知られている。ところが有機ＥＬ膜は耐熱性が低いため、有機ＥＬ膜を成膜した後に１５０℃を超える熱処理を行うことはできない。

従って、有機ＥＬ膜の上に陽極（透明導電膜）を積層する際には熱処理を行うことができず、抵抗値の低い陽極を形成することが困難である。即ち、陽極の端部と中心部とで印加される電圧が異なるといった問題が生じる可能性があり、この問題が画質不良を起こす要因となることが懸念される。

以上のように、有機ＥＬ膜を成膜した後に透明導電膜を用いる構造を含む発光装置では、透明導電膜の低抵抗化が困難という問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、明るく画質の良好な発光装置を提供することを課題とする。また、そのような発光装置を表示部として用いた画質の良い電気器具を提供することを課題とする。

本発明は有機ＥＬ膜を成膜した後で設けられた透明電極に対して並列に補助的な電極を接続することにより実質的に透明電極の低抵抗化を図る点に特徴がある。ここで本発明について図１を用いて説明する。

図１において、１０１は絶縁体、１０２は反射面を含む電極、１０３は有機ＥＬ層、１０４は可視光に対して透明もしくは半透明な電極（以下、透明電極という）であり、絶縁体１０１上には反射面を含む電極１０２、有機ＥＬ層１０３および透明電極１０４からなるＥＬ素子１０５が形成されている。

なお、可視光に対して透明とは可視光を８０〜１００％の透過率で透過することをいい、可視光に対して半透明とは可視光を５０〜８０％の透過率で透過することをいう。勿論、膜厚によって透過率は異なるが、膜厚は上記範囲内に収まるように適宜設計すれば良い。

ここで絶縁体１０１は絶縁基板もしくは表面に絶縁膜を設けた基板であり、ＥＬ素子を支持できるものであれば良い。

また、反射面を含む電極１０２とは、金属電極または金属電極および透明電極の積層された電極を指す。即ち、電極の表面、裏面もしくは電極内部の界面に可視光を反射しうる面（反射面）を含む電極を指す。

また、有機ＥＬ層１０３は、有機ＥＬ膜または有機ＥＬ膜と有機材料との積層膜を用いることができる。即ち、有機ＥＬ膜を発光層として単層で設けても良いし、有機ＥＬ膜を発光層とし有機材料を電荷注入層もしくは電荷輸送層として積層して設けても良い。なお、無機材料の中には電荷注入層もしくは電荷輸送層として用いることのできる材料もあり、そのような無機材料を電荷注入層もしくは電荷輸送層として用いることも可能である。

また、透明電極１０４としては、透明導電膜からなる電極もしくは膜厚が５〜７０ｎｍ（代表的には１０〜５０ｎｍ）の金属膜（以下、半透明な金属膜という）からなる電極を用いることができる。透明導電膜としては、酸化物導電膜（代表的には酸化インジウム膜、酸化スズ膜、酸化亜鉛膜、酸化インジウムと酸化スズとの化合物膜もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物膜）または酸化物導電膜に酸化ガリウムを添加したものを用いることができる。また、透明電極１０４として透明導電膜を用いる場合、１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）とすることで８０〜９５％の可視光を透過することができる。

以上の構造からなるＥＬ素子１０５の上には、封止体１０６、封止体１０６の表面に設けられた補助電極１０７が設けられ、補助電極１０７は導電体１０８を介して透明電極１０４と電気的に接続されている。なお、導電体１０８は透明電極１０４上に点在して設けられるが、なるべく透明電極上の全面に分散させて設けることが好ましい。

ここで封止体１０６は可視光に対して透明な基板もしくはフィルムであり、ガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板、プラスチック基板もしくはプラスチックフィルムを用いることができる。但し、プラスチック基板もしくはプラスチックフィルムを用いる場合、表面もしくは裏面に酸素および水の透過を防止する保護膜（好ましくは炭素膜、具体的にはダイヤモンドライクカーボン膜）を設けておくことが望ましい。

また、補助電極１０７は透明電極１０４の抵抗値を下げる目的で補助的に設けられた電極であり、透明電極１０４と同様に透明導電膜からなる電極もしくは膜厚が半透明な金属膜からなる電極を用いることができる。また、補助電極１０７の膜厚を透明電極１０４と同様に１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）とすることで８０〜９５％の可視光を透過することができる。

また、導電体１０８は異方導電性膜等と呼ばれる導電膜を用いて形成することができる。従って、異方導電膜と呼ぶこともできる。異方導電性膜とは導電粒子（代表的には金属粒子もしくはカーボン粒子）を均一に分散させた樹脂膜である。本発明では、異方導電性膜１０８をフォトリソグラフィによりパターン化して選択的に設けるか、インクジェット法もしくは印刷法により選択的に設けることが好ましい。なぜならば異方導電性膜は可視光に対する透過率が低いため、透明電極１０４の全面に設けてしまうと有機ＥＬ層１０３から発した光が吸収されてしまうからである。

以上のような構造を含む本発明の発光装置では、補助電極１０７が透明導電膜からなる透明電極１０４に並列に接続された電極として機能する。また、このとき補助電極１０７は封止体１０６側に形成されるため、従来例で説明したような有機ＥＬ膜の耐熱性の制約を受けずに抵抗値を低くすることができる。従って、本発明を実施することにより透明電極１０４に均一な電圧を加えることが可能となり、画質の良い画像を得ることが可能である。

本発明では、有機ＥＬ膜を成膜した後で形成される透明導電膜からなる電極に対して、封止体側に設けられた透明導電膜からなる電極を異方導電性膜を用いて電気的に接続する点に特徴がある。これにより有機ＥＬ膜を成膜した後で形成される透明導電膜の抵抗値を実質的に下げることができ、均一な電圧の印加を可能とすることができる。

また、本発明では陰極を透明もしくは半透明とし、且つ、ＥＬ素子の下に反射電極を設けることにより陰極側に光を取り出す構造とした発光装置と組み合わせることで、画素の有効発光面積が大幅に向上した明るく画質の良好な発光装置を得ることができる。また、本発明の発光装置を表示部として用いた良好な画質の電気器器具を得ることができる。

発光装置の断面構造を示す図。発光装置の断面構造を示す図。発光装置の作製工程を示す図。発光装置の作製工程を示す図。発光装置の画素の上面構造及び回路構成を示す図。保持容量の断面構造を示す図。発光装置の断面構造を示す図。発光装置の上面構造を示す図。従来の発光装置の断面構造を示す図。電気器具の具体例を示す図。電気器具の具体例を示す図。

本発明の実施の形態について図２を用いて説明する。図２において、２０１は素子を形成する側の基板である。本発明では基板２０１として如何なる材料を用いても良く、ガラス（石英ガラスを含む）、結晶化ガラス、単結晶シリコン、セラミックス、金属もしくはプラスチックを用いることが可能である。

基板２０１上には画素２０２が形成され、画素２０２はスイッチングＴＦＴ２０３及び電流制御ＴＦＴ２０４を含む構造となっている。なお、図２には三つの画素が示されており、各々赤、緑もしくは青に発光する画素が形成されている。
スイッチングＴＦＴ２０３はビデオ信号を画素に取り込むためのスイッチとして機能し、電流制御ＴＦＴ２０４はＥＬ素子に流れる電流を制御するためのスイッチとして機能する。このとき、スイッチングＴＦＴ２０３のドレインは電流制御ＴＦＴ２０４のゲートに電気的に接続されている。

スイッチングＴＦＴ２０３及び電流制御ＴＦＴ２０４の構造に限定はなく、トップゲート型（代表的にはプレーナ型）もしくはボトムゲート型（代表的には逆スタガ型）を用いれば良い。また、どちらのＴＦＴもｎチャネル型ＴＦＴもしくはｐチャネル型を用いれば良い。

また、スイッチングＴＦＴ２０３及び電流制御ＴＦＴ２０４は層間絶縁膜２０５に覆われ、その上には導電体プラグ２０６を介して金属膜からなる画素電極２０７と電流制御ＴＦＴ２０４のドレインとが電気的に接続されている。また、画素電極２０７には第１の透明電極２０８が１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）の膜厚で積層されている。ここでは画素電極２０７と第１の透明電極２０８とで陽極２３０を形成している。

なお、本実施の形態では電流制御ＴＦＴ２０４のドレインと画素電極２０７とが接続されるコンタクトホールを導電体で埋め込む構造としている。このコンタクトホールを埋め込むように設けられた導電体を導電体プラグと呼ぶ。導電体プラグ２０６は異方導電性膜をエッチングして形成すれば良い。勿論、画素電極２０７を直接電流制御ＴＦＴ２０４のドレインと接続させても良い。

ところで、上記コンタクトホールに起因する凹部では有機ＥＬ層のカバレッジが悪く、陰極と陽極のショート（短絡）を招く恐れがあるため好ましいものではない。本実施の形態では導電体プラグ２０６を用いることで画素電極２０７にコンタクトホールに起因する凹部が形成されないようにできるため、陰極と陽極のショートを防ぐことができる。

また、画素電極２０７は反射率の高い金属膜を用いることが好ましく、アルミニウム膜（アルミニウム合金膜や添加物を含むアルミニウム膜を含む）もしくは銀薄膜を用いると良い。金属膜にアルミニウムメッキもしくは銀メッキを施した膜を用いても良い。

次に、２０９は陽極２３０の間に設けた絶縁膜（以下、バンクという）であり、陽極２３０の端部に形成される段差を覆うように形成される。本実施の形態ではバンク２０９を設けることで電界集中を起こしやすい陽極２３０の端部から有機ＥＬ層を遠ざけ、電界集中による有機ＥＬ層の劣化を防ぐ構造となっている。
なお、バンク２０９としては樹脂膜を用いても珪素を含む絶縁膜（代表的には酸化珪素膜）を用いても良い。

次に、２１０は赤色に発光する有機ＥＬ層、２１１は緑色に発光する有機ＥＬ層、２１２は青色に発光する有機ＥＬ層である。有機ＥＬ層２１０〜２１２の層構造は公知の技術を参考にすれば良い。

また、有機ＥＬ層２１０〜２１２を覆うようにして設けられた第２の透明電極２１３は有機ＥＬ層に電子を注入するための電極である。この第２の透明電極２１３の仕事関数は２．５〜３．５ｅＶであることが好ましく、周期表の１族もしくは２族に属する元素を含む金属膜を用いると良い。ここではアルミニウムとリチウムとを共蒸着した合金膜（以下、Ａｌ−Ｌｉ膜という）を用いる。また、Ａｌ−Ｌｉ膜は金属膜であるため、膜厚を１０〜７０ｎｍ（代表的には２０〜５０ｎｍ）とすることで透明電極とすることができる。

さらに、その上には１００〜３００ｎｍ（好ましくは１５０〜２００ｎｍ）の透明導電膜からなる第３の透明電極２１４が設けられている。第３の透明電極２１４は第２の透明電極２１３に電圧を加えるための役割を果たす電極である。ここでは第２の透明電極２１３と第３の透明電極２１４とで陰極２３１を形成している。

また、基板２０１（ここでは基板２０１に設けられた薄膜も含めて基板と呼んでいる）に対向させて設けられた封止体２１５には膜厚が１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）の透明導電膜からなる補助電極（第４の透明電極）
２１６が形成されており、第３の透明電極２１４および補助電極２１６は異方導電性膜（金属粒子もしくはカーボン粒子を分散させた樹脂膜）からなる導電体２１７を介して電気的に接続されている。

導電体２１７は、第３の透明電極２１４の上に部分的に設けることが好ましい。即ち、異方導電性膜は黒色もしくは灰色であるため、少なくとも画素の発光領域に重ならないように設けることが望ましい。もちろん、画素間に設けることで積極的にブラックマトリクスとして用い、画素ごとの光の指向性を高めることも可能である。

なお、基板２０１および封止体２１５は基板２０１の外縁に設けられたシール材（図示せず）により貼り合わせられている。また、基板２０１および封止体２１５を貼り合わせる際、基板２０１と封止体２１５の間隔を決めるためのスペーサ（好ましくは１〜３μm）を設けても良い。特に、このスペーサを導電体２１７で兼ねることは有効である。

また、基板２０１と封止体（対向基板）２１５との間に形成された空間２１８には窒素ガスもしくは希ガスを封入しておくことが好ましい。また、この空間２１８には吸湿性をもつ物質や脱酸素性をもつ物質を設けておくことが望ましい。

ここで領域２１９の詳細な構造を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）では陽極２３０、有機ＥＬ層２１２および陰極２３１がＥＬ素子２２０を形成している。図２（Ａ）に示した発光装置において最も特徴的な点は陰極２３１を透過して発光が観測される点にある。

ＥＬ素子２２０で生成された光のうち陽極２３０側へ向かった光は反射率の高い表面を有する画素電極２０７により反射され、陰極２３１側へ向かう。即ち、画素電極２０７は陽極２３０に電流を供給する（電子を引き抜く）電極であると同時に反射電極としての機能をも有する。

なお、第２の透明電極２１３は膜厚が非常に薄いため抵抗値が高い。そのため第３の透明電極２１４を積層して低抵抗化を図っている。しかしながら、第３の透明電極２１４として用いる透明導電膜は有機ＥＬ層２１２を成膜した後で形成することになるため、抵抗値を低くすることが困難である。そこで本実施の形態では透明導電膜からなる第３の透明電極２１４に並列に、透明導電膜からなる補助電極２１６を接続することにより第３の透明電極２１４の実質的な低抵抗化を図っている。

以上のような構造の発光装置は、画素２０２全体が有効発光領域となるため非常に明るい画像を得ることが可能である。また、本発明を実施することにより陰極２３１全体に均一な電圧を加えることができるため、画質の良い画像を得ることが可能である。

本実施例では図２に示した発光装置の作製工程について図３〜５を用いて説明する。なお、図３、４に示したのは画素部における作製工程を示す断面図である。また、本実施例によって作製される画素の上面図（但し陽極を形成した時点での上面図）を図５（Ａ）に、最終的な画素の回路図を図５（Ｂ）に示す。なお、図５に用いた符号は図３、４で用いた符号に対応している。

まず、図３（Ａ）に示すように、基板としてガラス基板３０１を用意し、その上に酸化珪素膜からなる下地膜３０２を２００ｎｍの厚さに形成する。下地膜３０２の形成は減圧熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法もしくは蒸着法を用いれば良い。

次に、下地膜３０２の上に結晶質珪素膜３０３を５０ｎｍの厚さに形成する。
結晶質珪素膜３０３の形成方法としては公知の手段を用いることが可能である。
固体レーザーもしくはエキシマレーザーを用いて非晶質珪素膜をレーザー結晶化させても良いし、非晶質珪素膜を加熱処理（ファーネスアニール）により結晶化させても良い。本実施例ではＸｅＣｌガスを用いたエキシマレーザーを照射することにより結晶化させる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、結晶質珪素膜３０３をパターニングして島状の結晶質珪素膜３０４、３０５を形成する。そして島状の結晶質珪素膜３０４、３０５を覆って酸化珪素膜からなるゲート絶縁膜３０６を８０ｎｍの厚さに形成する。さらに、ゲート絶縁膜３０６の上にゲート電極３０７、３０８を形成する。なお、ゲート電極３０７は図面では二つに見えるが実際には二股に分かれた同一の電極である。

また、本実施例ではゲート電極３０７、３０８の材料として、３５０ｎｍ厚のタングステン膜もしくはタングステン合金膜を用いる。勿論、ゲート電極の材料としては他の公知の材料を用いることができる。さらに、本実施例ではこのとき同時に接続配線３０９も形成する。接続配線３０９は後に電流制御ＴＦＴのソースと電流供給線とを電気的に接続するための配線である。

次に、図３（Ｃ）に示すように、ゲート電極３０７、３０８をマスクとして周期表の１３族に属する元素（代表的にはボロン）を添加する。添加方法は公知の手段を用いれば良い。こうしてｐ型の導電型を示す不純物領域（以下、ｐ型不純物領域という）３１０〜３１４が形成される。また、ゲート電極の直下にはチャネル形成領域３１５a、３１５b、３１６が画定する。なお、ｐ型不純物領域３１０〜３１４はＴＦＴのソース領域もしくはドレイン領域となる。

次に、加熱処理を行って添加された周期表の１３族に属する元素の活性化を行う。この活性化工程まで行った島状の結晶質珪素膜からなるパターンを活性層と呼ぶ。なお、この活性化はファーネスアニール、レーザーアニールもしくはランプアニールにより行うか、又はそれらを組み合わせて行えば良い。本実施例では５００℃４時間の加熱処理を窒素雰囲気で行う。

但し、この活性化工程では処理雰囲気中の酸素濃度を１ｐｐｍ以下（好ましくは０．１ｐｐｍ以下）にすることが望ましい。酸素濃度が高いとゲート電極３０７、３０８、接続配線３０９の表面が酸化されてしまい、後に形成するゲート配線や電流供給線との電気的接触が難しくなってしまうからである。

なお、活性化が終了したら、水素化処理を行うと効果的である。水素化処理は公知の水素アニール技術もしくはプラズマ水素化技術を用いれば良い。

次に、図３（Ｄ）に示すように、接続配線３０９に接するようにして電流供給線３１７を形成する。このような構造（上面図は図５（Ａ）の５０１で示される領域に示す）とすることで接続配線３０９と電流供給線３１７が電気的に接続される。なお、図示していないが、このときゲート配線（図５（Ａ）の５０２で示される配線）も同時に形成され、ゲート電極３０７と電気的に接続される。この上面図は図５（Ａ）の５０３で示される領域に示す。

この５０３で示される領域において、ゲート配線５０２が凸部を有しているのはゲート電極３０７を乗り越えない部分を確保しておくための冗長設計である。
こうすることでゲート配線５０２がゲート電極３０７を乗り越える部分で断線したとしてもゲート配線５０２がそこで電気的に断線してしまうことを避けることができる。また、ゲート電極３０７をコの字型に加工しているのも、確実に両方のゲート電極に電圧が印加されるようにするための冗長設計である。

この電流供給線３１７及びゲート配線５０２は接続配線３０９やゲート電極３０７よりも低抵抗な金属膜で形成される。好ましくはアルミニウム、銅もしくは銀を含む金属膜を用いると良い。即ち、微細なパターン精度を要求されるゲート電極には加工性の高い金属膜を用い、抵抗率の低さを要求されるバスライン（本実施例ではゲート配線や電流供給線）には低抵抗な金属膜を用いる。

ゲート配線５０２及び電流供給線３１７を形成したら、酸化珪素膜からなる第１層間絶縁膜３１８を８００ｎｍの厚さに形成する。形成方法としてはプラズマＣＶＤ法を用いれば良い。第１層間絶縁膜３１８としては他の無機絶縁膜を用いても良いし、樹脂（有機絶縁膜）を用いても良い。

次に、図３（Ｅ）に示すように、第１層間絶縁膜３１８にコンタクトホールを形成して配線３１９〜３２２を形成する。本実施例では配線３１９〜３２２としてチタン／アルミニウム／チタンの三層構造からなる金属配線を用いる。勿論、導電膜であれば如何なる材料を用いても良い。配線３１９〜３２２はＴＦＴのソース配線もしくはドレイン配線となる。

また、電流制御ＴＦＴのドレイン配線３２２は接続配線３０９と電気的に接続される。その結果、電流制御ＴＦＴ４０２のドレインと電流供給線３１７とが電気的に接続される。

この状態でスイッチングＴＦＴ４０１及び電流制御ＴＦＴ４０２が完成する。
本実施例ではどちらのＴＦＴもｐチャネル型ＴＦＴで形成されるが、両方もしくはいずれか一方をｎチャネル型ＴＦＴとしても良い。

また、スイッチングＴＦＴ４０１はゲート電極が活性層を二カ所で横切るように形成されており、二つのチャネル形成領域が直列に接続された構造となっている。このような構造とすることでオフ電流値（ＴＦＴがオフされた時に流れる電流）を効果的に抑制することができる。

また、画素内では図５（Ａ）に示すように保持容量５０４が形成される。保持容量５０４の断面図（図５（Ａ）をＢ−Ｂ’で切断した断面図）を図６に示す。
保持容量５０４は電流制御ＴＦＴ４０２のドレインに電気的に接続された半導体層５０５、ゲート絶縁膜３０６及び容量配線５０６で形成される。即ち、半導体層５０５と容量配線５０６はゲート絶縁膜３０６により絶縁され、コンデンサ（保持容量）を形成している。

容量配線５０６はゲート配線５０２や電流供給線３１７と同時に形成され、ゲート電極３０８と接続配線５０７とを電気的に接続する配線も兼ねる。なお、接続配線５０７はスイッチングＴＦＴ４０１のドレイン配線（ソース配線として機能する場合もある）３２０に電気的に接続されている。

本実施例に示す保持容量の利点は、容量配線５０６が活性層を形成した後に形成される点である。即ち、本実施例の場合、半導体層５０５がｐ型不純物領域となっているため、そのまま電極として用いることが可能である。

配線３１９〜３２２を形成したら、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜からなるパッシベーション膜３２３を２００ｎｍの厚さに形成する。このパッシベーション膜３２３を形成する前もしくは後に水素化処理を行うことでＴＦＴの電気特性を向上させることができる。

次に、図４（Ａ）に示すように、第２層間絶縁膜３２４としてアクリル樹脂を１μmの厚さに形成し、コンタクトホール３２５を開けた後、異方導電性膜３２６を形成する。本実施例では異方導電性膜３２６として銀粒子を分散させたアクリル樹脂を用いる。また、異方導電性膜３２６はコンタクトホール３２５を平坦化することができる程度に十分な厚さで形成することが望ましい。本実施例では、１．５μmの厚さでスピンコーティング法により形成する。

次に、異方導電性膜３２６を、酸素ガスを用いたプラズマによりエッチングする。このプロセスは第２層間絶縁膜３２４が露呈するまで続けられる。エッチングが終了すると、図３（Ｂ）に示すような形状で導電体プラグ３２７が形成されることになる。なお、第２層間絶縁膜３２４が露呈した時、導電体プラグ３２７は第２層間絶縁膜３２４とのエッチングレートの差により段差を生じる場合があるが、段差が１００ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以下）であれば特に問題とはならない。

導電体プラグ３２７を形成したら、スカンジウムもしくはチタンを添加したアルミニウム膜及びＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化スズとの化合物膜）を積層し、エッチングしてスカンジウムもしくはチタンを添加したアルミニウム膜からなる画素電極３２８及びＩＴＯ膜からなる第１の透明電極３２９を形成する。本実施例では画素電極３２８と第１の透明電極３２９とで陽極３４０が形成される。

本実施例では、アルミニウム膜の膜厚は２００ｎｍとし、ＩＴＯ膜の膜厚は１００ｎｍとする。また、ＩＴＯ膜はＩＴＯ−０４Ｎ（関東化学株式会社のＩＴＯ膜用エッチング溶液の商品名）でエッチング可能であり、アルミニウム膜は四塩化炭素（ＳｉＣｌ₄）と塩素（Ｃｌ₂）を混合したガスを用いたドライエッチング法によりエッチング可能である。

こうして得られた図４（Ｂ）の断面構造は、図５（Ａ）においてＡ−Ａ’で切断した断面構造に相当する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、バンクとして絶縁膜３３０を形成する。本実施例ではアクリル樹脂を用いてバンク３３０を形成するが、酸化珪素膜を用いて形成することも可能である。バンク３３０を形成したら第１の透明電極３２９に対して酸素雰囲気中で紫外光を照射し、第１の透明電極３２９の表面処理を行う。これは第１の透明電極３２９の仕事関数を大きくする作用があり、さらに表面汚染を除去する作用もある。

そして、有機ＥＬ膜３３１、３３２を各々５０ｎｍの厚さに形成する。なお、有機ＥＬ膜３３１は青色に発光する有機ＥＬ膜であり、有機ＥＬ膜３３２は赤色に発光する有機ＥＬ膜である。なお、図示しないが同時に緑色に発光する有機ＥＬ膜も形成する。本実施例では、シャドーマスクを用いた蒸着法により画素ごとに有機ＥＬ膜を作り分ける。勿論、印刷法やインクジェット法を用いて作り分けることも可能である。

また、本実施例では有機ＥＬ膜３３１、３３２を単層で用いる例を示しているが、正孔注入層としてＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）を用いた積層構造とすることも有効である。この場合、まず全面に銅フタロシアニン膜を形成し、その後、赤色、緑色及び青色に対応する画素ごとに各々赤色に発光する有機ＥＬ膜、緑色に発光する有機ＥＬ膜及び青色に発光する有機ＥＬ膜を形成する。

なお、緑色の有機ＥＬ膜を形成する時は、有機ＥＬ膜の母体材料としてＡｌｑ₃（トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体）を用い、キナクリドンもしくはクマリン６をドーパントとして添加する。また、赤色の有機ＥＬ膜を形成する時は、有機ＥＬ膜の母体材料としてＡｌｑ₃を用い、ＤＣＪＴ、ＤＣＭ１もしくはＤＣＭ２をドーパントとして添加する。また、青色の有機ＥＬ膜を形成する時は、発光層の有機ＥＬ膜としてＢＡｌｑ₃（２−メチル−８−キノリノールとフェノール誘導体の混合配位子を持つ５配位の錯体）を用い、ペリレンをドーパントとして添加する。

勿論、本発明では上記有機ＥＬ膜に限定する必要はなく、公知の低分子系有機ＥＬ膜、高分子系有機ＥＬ膜を用いることが可能である。高分子系有機ＥＬ膜を用いる場合は塗布法（スピンコート法、インクジェット法もしくは印刷法）を用いることもできる。

以上のようにして有機ＥＬ膜３３１、３３２を形成したら、第２の透明電極３３３として２０ｎｍの厚さのＭｇＡｇ膜（マグネシウム（Ｍｇ）に１〜１０％の銀（Ａｇ）を添加した金属膜）を形成し、さらに第３の透明電極３３４として２５０ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を形成する。本実施例では第２の透明電極３３３および第３の透明電極３３４で陰極３４１が形成される。

こうして陽極３４０、有機ＥＬ膜３３１（もしくは有機ＥＬ膜３３２）及び陰極３４１からなるＥＬ素子４００が形成される。本実施例ではこのＥＬ素子が発光素子として機能する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、封止体３３５上に透明導電膜からなる補助電極３３６を２５０ｎｍの厚さに設け、さらに、異方導電性膜からなる導電体３３７を第３の透明電極３３４上に設ける。そして、シール材（図示せず）を用いて基板３０１と封止体３３５とを貼り合わせる。

なお、貼り合わせ工程はアルゴン雰囲気中で行う。その結果、空間３３８にはアルゴンが封入される。勿論、封入するガスは不活性ガスであれば良く、窒素ガスもしくは希ガスを用いれば良い。また、空間３３８には酸素もしくは水を吸着する物質を設けることが好ましい。また、空間にするのではなく、樹脂を充填させることも可能である。

以上に示した作製工程によって、画素内にスイッチングＴＦＴ（本実施例ではｐチャネル型ＴＦＴ）４０１及び電流制御ＴＦＴ（本実施例ではｐチャネル型ＴＦＴ）４０２が形成される。本実施例では全てのＴＦＴをｐチャネル型ＴＦＴとするため、作製工程が非常に簡便である。

また、第２層間絶縁膜３２４により段差の平坦化を行い、さらに電流制御ＴＦＴ４０２のドレイン配線３２１と画素電極３２８とを、コンタクトホール３２５に埋め込まれた導電体プラグ３２７を用いて電気的に接続しているため、陽極３４０の平坦性が高い。従って、有機ＥＬ膜３３２の膜厚の均一性を高めることができるので画素の発光を均一なものとすることができる。

本実施例では、図２に示したＥＬ発光装置とは異なる構造の画素を有したＥＬ発光装置について図７を用いて説明する。なお、本実施例は図２の構造に多少の変更を加えるだけで作製可能であり、図２と異なる点に注目して説明する。従って、図２と同一の符号が付されている部分の説明は「発明の実施の形態」を参照すれば良い。

本実施例では層間絶縁膜２０５にコンタクトホールを形成したら、その状態で画素電極７０１及び第１の透明電極７０２を形成し、コンタクトホールによる凹部を埋めるように絶縁膜７０３を形成する。本実施例ではこの絶縁膜７０３を埋め込み絶縁膜と呼ぶ。埋め込み絶縁膜７０３はバンク２０９と同時に形成することができるため、特に工程を増加させることはない。

この埋め込み絶縁膜７０３は、図２の導電体プラグ２０６と同様にコンタクトホールによる凹部に起因する陰極と陽極のショートを防止するためのものである。このとき、埋め込み絶縁膜７０３の上面と第２の透明電極７０２の上面との間の高さは１００〜３００ｎｍとすることが好ましい。この高さが３００ｎｍを超えるとその段差が陰極と陽極のショートを生じさせる原因となる場合がある。また、１００ｎｍ以下になると同時形成のバンク２０９の作用（画素電極のエッジ部における電界集中の影響を抑制する作用）が低下してしまう恐れがある。

本実施例では、第２の透明電極７０２を形成した後、スピンコーティング法によりアクリル樹脂を５００ｎｍの厚さに形成し、酸素ガスをプラズマ化してアクリルの膜厚（但しコンタクトホール外での膜厚）が２００ｎｍとなるまでエッチングする。こうして膜厚を薄くした後にパターニングしてバンク２０９及び埋め込み絶縁膜７０３を形成する。

ここで本実施例の画素の上面構造を図８に示す。図８において、Ａ−Ａ’で切断した断面図が図７に相当する。なお、図８に封止体２１５、導電体２１７は図示していない。また、基本的な画素構造は図５と同一であるので詳細な説明は省略する。

図８において、バンク２０９は画素電極７０１、陽極７０２の端部の段差を隠すように形成され、埋め込み絶縁膜７０３はバンク２０９の一部が突出して形成されている。この突出した絶縁膜が画素電極７０１のコンタクトホールによる凹部を埋め込む構造となっている。

なお、本実施例のＥＬ発光装置は、実施例１の作製方法に上記埋め込み絶縁膜の形成方法を組み合わせることで容易に作製することができる。

発明の実施の形態および実施例１に示したＥＬ発光装置では、画素部の構造しか示していないが、画素部を駆動するための駆動回路を同一基板上に一体形成しても良い。その際、駆動回路をｎＭＯＳ回路、ｐＭＯＳ回路もしくはＣＭＯＳ回路で形成することが可能である。勿論、画素部のみをＴＦＴで形成し、外付けの駆動回路、典型的にはＩＣチップを含む駆動回路（ＴＣＰやＣＯＧなど）を用いても良い。

また、実施例１では画素部をｐチャネル型ＴＦＴだけで形成して作製工程を削減しているが、この場合はｐＭＯＳ回路で駆動回路を形成し、ｐＭＯＳで作製できない駆動回路としてＩＣチップを含む駆動回路を用いることもできる。

なお、本実施例の構成は実施例１または実施例２の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、画素部に形成するスイッチングＴＦＴ及び電流制御ＴＦＴの活性層として非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いる例を示す。非晶質珪素膜を用いたＴＦＴとしては逆スタガ型ＴＦＴが知られているが、本実施例では逆スタガ型ＴＦＴを用いることもできる。

非晶質珪素膜を用いてＴＦＴは作製工程が簡便である一方、素子サイズが大きくなってしまうという欠点もあったが、本発明のＥＬ発光装置ではＴＦＴのサイズが画素の有効発光面積に影響しない。従って、非晶質珪素膜を活性層として用いることでより安価なＥＬ発光装置を作製することができる。

なお、本実施例の構成は実施例１〜実施例３のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。ただし、実施例３と組み合わせる場合、非晶質珪素膜を用いたＴＦＴで動作速度の速い駆動回路を作製することが困難であるため、ＩＣチップを含む駆動回路を外付けすることが望ましい。

実施例１〜実施例４では、アクティブマトリクス型ＥＬ発光装置について説明してきたが、本発明はパッシブマトリクス型ＥＬ発光装置のＥＬ素子に対して実施することも可能である。

なお、本実施例の構成は実施例１〜実施例３のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。ただし、実施例３と組み合わせる場合はＩＣチップを含む駆動回路を外付けすることになる。

本発明を実施して形成した発光装置は様々な電気器具の表示部として用いることができる。なお、発光装置を筐体に組み込んだディスプレイには、パソコン用ディスプレイ、ＴＶ放送受信用ディスプレイ、広告表示用ディスプレイ等の全ての情報表示用ディスプレイが含まれる。

また、その他の本発明の電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音楽再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、画像再生装置（記録媒体に記録された画像を再生し、その画像を表示する表示部を備えた装置）が挙げられる。それらの具体例を図１０、図１１に示す。

図１０（Ａ）はＥＬディスプレイであり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３を含む。本発明の発光装置は表示部２００３に用いることができる。ＥＬディスプレイは自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。

図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６を含む。本発明の発光装置は表示部２１０２に用いることができる。

図１０（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体２２０１、表示部２２０２、接眼部部２２０３、操作スイッチ２２０４を含む。本発明の発光装置は表示部２２０２に用いることができる。

図１０（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体２３０１、記録媒体（ＣＤ、ＬＤまたはＤＶＤ等）２３０２、操作スイッチ２３０３、表示部（ａ）２３０４、表示部（ｂ）２３０５を含む。表示部（ａ）は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示するが、本発明の発光装置はこれら表示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には、ＣＤ再生装置、ゲーム機器なども含まれうる。

図１０（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体２４０１、表示部２４０２、受像部２４０３、操作スイッチ２４０４、メモリスロット２４０５を含む。本発明の電気光学装置は表示部２４０２に用いることができる。この携帯型コンピュータはフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり、それを再生したりすることができる。

図１０（Ｆ）はパーソナルコンピュータであり、本体２５０１、筐体２５０２、表示部２５０３、キーボード２５０４を含む。本発明の発光装置は表示部２５０３に用いることができる。

なお、将来的にＥＬ材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。

また、上記電子装置はインターネットやＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。ＥＬ材料の応答速度は非常に高いため、そのような動画表示を行うに適している。

また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話やカーオーディオのような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。

ここで図１１（Ａ）は携帯電話であり、本体２６０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０３、表示部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ２６０６を含む。本発明の発光装置は表示部２６０４に用いることができる。なお、表示部２６０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。

また、図１１（Ｂ）はカーオーディオであり、本体２７０１、表示部２７０２、操作スイッチ２７０３、２７０４を含む。本発明の発光装置は表示部２７０２に用いることができる。また、本実施例では車載用カーオーディオを示すが、据え置き型のカーオーディオに用いても良い。なお、表示部２７０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。

さらに、光センサを内蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで使用環境の明るさに応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は使用環境の明るさに比べてコントラスト比で１００〜１５０の明るさを確保できれば問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。即ち、使用環境が明るい場合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて消費電力を抑えるといったことが可能である。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜５に示したいずれの構成の発光装置を用いても良い。

Claims

第１の基板上の第１の電極と、
前記第１の電極上のＥＬ層と、
前記ＥＬ層上の第２の電極と、
前記第２の電極上の導電体と、
前記導電体上の第３の電極と、
前記第３の電極上の第２の基板と、を有し、
前記第２の電極及び前記第３の電極は透光性を有し、
前記第２の電極と前記第３の電極とは前記導電体を介して電気的に接続され、
前記導電体は、前記第１の電極、前記ＥＬ層、及び前記第２の電極のみからなる積層構造体と重なる位置に配置されており、
前記第３の電極は前記第２の基板側に形成されたものであり、
前記導電体は、前記第２の電極上の全面に分散されて設けられていることを特徴とする発光装置。