(57)【要約】【課題】コンタクトホール及び画素間隔の最適化を図り、輝度を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。【解決手段】トランジスタ９、１０が形成された基板８上に層間絶縁膜１３と、層間絶縁膜１３中に形成されたコンタクトホール１４に埋め込まれた金属を介してトランジスタ９、１０と接続された画素電極２と、陽極３と、が順次積層された画素が平面的にマトリクス状に複数形成され、更に陽極３上に有機層４、５、６、陰極７とが順次積層されてなり、コンタクトホール１４の直径を０．２〜２μｍにし、かつ画素電極２の面積に対するコンタクトホール１４の面積比を０．０９〜８．７２％にした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタが形成された基板上に層間絶縁膜と、画素電極と、陽極と、有機層と、陰極とが順次積層され、かつ前記層間絶縁膜中にはコンタクトホールに埋め込まれ、前記トランジスタと前記画素電極とを接続する金属が形成された画素が平面的にマトリクス状に複数形成された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記コンタクトホールの直径を０．２〜２μｍにし、かつ前記画素電極の面積に対する前記コンタクトホールの面積比を０．０９〜８．７２％にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
トランジスタが形成された基板上に層間絶縁膜と、画素電極と、陽極と、有機層と、陰極とが順次積層され、かつ前記層間絶縁膜中にはコンタクトホールに埋め込まれ、前記トランジスタと前記画素電極とを接続する金属が形成された画素が平面的にマトリクス状に複数形成された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
画素電極間隔を０．２４〜０．７μｍで、かつ前記画素電極の長さに対する前記画素電極間隔の比を１．６〜５．６％にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、エリアカラーの車載オーディオ用表示パネルが実用化され、フルカラーを用いた携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に用いられている。そして、有機ＥＬ素子は、電子注入層と正孔注入層からそれぞれ電子と正孔を発光層に注入させ、この電子と正孔とを再結合させて励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発する。
【０００３】
この有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があり、発光材料となる蛍光物質を選択することによって適当な色彩に発光させることができるため、フルカラー表示装置として利用できる期待があり、様々な研究が行われるようになった。
【０００４】
有機ＥＬ素子としては、特開平２−３７３８５号公報等に開示の単純マトリクス方式と特開平１０−１８９２５２号公報等に開示のアクティブマトリクス方式がある。
単純マトリクス方式は、原理的に線順次駆動となるため、走査線数の増加と共に必要輝度が増加するので、消費電力の増加による素子劣化等の問題を生じ高精細な画像表示には適さない。
これに対して、アクティブマトリクス方式は、各画素をフレーム時間点灯できるため、必要輝度は、実用輝度と同等であり、高精細、高輝度な画像表示に好適である。
【０００５】
以下に、特開平１０−１８９２５２号公報に開示のアクティブマトリクス方式有機ＥＬ素子について図２及び図３を用いて説明する。
図２は、特開平１０−１８９２５２号公報に開示のアクティブマトリクス方式有機ＥＬ素子の概略断面図である。図３は、図２におけるアクティブマトリクス方式有機ＥＬ素子のＡＡ断面図である。
基板８上に複数の信号電極線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…（以下、総称して信号電極線Ｄという。）が並行して配置され、これら各信号電極線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…と直交する方向に複数の走査電極線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…（以下、総称して走査電極線Ｇという。）が配置されている。
複数の信号電極線Ｄと複数の走査電極線Ｇの交差部には、第１及び第２薄膜トランジスタ９、１０、コンデンサ１１等を含んだ表示画素ＰＸがマトリクス状に形成されている。
第１薄膜トランジスタ９は、ソース９１が信号電極線Ｄに、ゲート９２が走査電極線Ｇに、ドレイン９３がコンデンサ１１の一方の端子にそれぞれ接続されている。第２薄膜トランジスタ１０は、ソース１０１が有機ＥＬ部１２に、ゲート１０２が第１薄膜トランジスタ９のドレイン９３及びコンデンサ１１の一方の端子に、ドレイン１０３がコンデンサ１１の他方の端子に接続されると共にアースＥにそれぞれ接続されている。
【０００６】
次に、表示画素ＰＸのＡＡ断面構造について図３を用いて詳細に説明する。
図３では、第２薄膜トランジスタ１０が層間絶縁膜１３に埋め込まれている状態を示しているが、実際には第１薄膜トランジスタ９及びコンデンサ１１も層間絶縁膜１３に埋め込まれている。
基板８表面には、第１及び第２薄膜トランジスタ９、１０が形成され、更に第１及び第２薄膜トランジスタ９、１０を埋め込むようにして、層間絶縁膜１３が形成されている。この層間絶縁膜１３の表面は平坦になっている。更に、層間絶縁膜１３上には、マトリクス状に複数の画素電極２が形成されている。
【０００７】
複数の画素電極２は、層間絶縁膜１３中に形成されたコンタクトホール１４に埋め込まれた金属１５を介して第２薄膜トランジスタ１０のＳｉ活性層１６と電気的に接続されている。また、第１薄膜トランジスタ９のドレイン９３は、Ｓｉ活性層１６上に形成されている。複数の画素電極２及びこれらの画素電極２間から露出した層間絶縁膜１３上には、有機層１７、共通対向陰極７が順次形成されている。ここで、画素電極２と、有機層１７と、共通対向陰極７とで有機ＥＬ部１２を構成している。そして、有機層１７は、ホール輸送層と電子輸送性発光層とからなる。
【０００８】
次に、有機ＥＬ素子の動作について説明する。
１水平期間の画像信号を順次信号電極線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…にサンプリングする。次に、走査電極線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…に１水平期間毎に順次選択パルスを供給する。その結果、走査電極線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…に接続された第１薄膜トランジスタ９が１行ずつ順次オンとなり、信号電極線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…にサンプリングされた画像信号がコンデンサに蓄積保持される一方、第２薄膜トランジスタ１０のゲート１０２にも供給されて、第２薄膜トランジスタ１０がオン状態となり、コンデンサ１１に蓄積された電荷による保持電圧が有機ＥＬ部１２に供給されて、有機層１７で発光し、この発光が共通対向陰極７側から取り出されて画像表示が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示すように、コンタクホール１４のエッジ部における有機層１７や共通対向陰極７が薄くなったり、時には断線を引き起こす。ここで、図４は、コンタクトホール近傍の拡大断面図である。
この結果、コンタクトホール１４では、発光が弱くなったり、黒点となるダークスポットを生じてしまう。そして、このダークスポットは、時間と共に拡大する傾向がある。
【００１０】
有機層１７が薄くなった部分では、電流が集中して発熱を生じて、有機層の劣化を引き起こす。更に、コンタクトホール１４内部全体に金属が埋め込まれないで、画素電極２に凹部１８を生じると、この凹部１８では、乱反射するので、平坦な部分よりも反射率が低下するため、輝度低下を生じる。
【００１１】
この対策として、コンタクトホール１４の孔径を小さくすることが考えられた。
しかし、コンタクホール１４の孔径が狭くなると金属１５の径も狭くなるため、反射率は向上するが、第２薄膜トランジスタ１０と画素電極２との間の接続抵抗が高くなり、低電流での有機ＥＬ部１２の駆動を行うことができないといった問題を生じていた。
また、隣接表示画素の間隔が最適化されていない場合には、絶縁が不十分になったり、非発光部面積が拡大するといった問題を生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、コンタクトホール及び画素間隔の最適化を図り、輝度を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、トランジスタが形成された基板上に層間絶縁膜と、画素電極と、陽極と、有機層と、陰極とが順次積層され、かつ前記層間絶縁膜中にはコンタクトホールに埋め込まれ、前記トランジスタと前記画素電極とを接続する金属が形成された画素が平面的にマトリクス状に複数形成された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記コンタクトホールの直径を０．２〜２μｍにし、かつ前記画素電極の面積に対する前記コンタクトホールの面積比を０．０９〜８．７２％にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
第２の発明は、トランジスタが形成された基板上に層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜中に形成されたコンタクトホールに埋め込まれた金属を介して前記トランジスタと接続された画素電極と、陽極と、が順次積層された画素が平面的にマトリクス状に複数形成され、更に前記陽極上に有機層、陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
画素電極間隔を０．２４〜０．７μｍで、かつ前記画素電極の長さに対する前記画素電極間隔の比を１．６〜５．６％にしたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子について図１を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子の１画素を示す断面図である。
従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子１は、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子において、画素電極２上に形成された厚さ５００オングストロームのＩＴＯからなる陽極３と、この陽極３上に順次形成された厚さ５００オングストロームのα−ＮＰＤからなるホール輸送層４と、厚さ５００オングストロームのＡｌＱ３からなる電子輸送性発光層５と、ＬｉＦからなる厚さ１０オングストロームのバッファ層６と、厚さ１５０オングストロームのＡｌからなる共通対向陰極７と、からなることが異なり、それ以外は同様である。
【００１６】
なお、画素電極２の大きさは、１２．４５×１２．４５μｍの正方形状である。
そして、電子輸送性発光層５から発光した光を共通対向陰極７側から取り出せるようにしたものである。従来例における有機ＥＬ部１２は、画素電極２、陽極３、ホール輸送層４、電子輸送性発光層５、バッファ層６及び共通対向陰極７を含むものである。
【００１７】
ここで、輝度とコンタクホールの直径との関係及び輝度と画素電極２の間隔との関係について調べた。
まずは、コンタクトホール１４の直径を０．２〜２．２μｍまで変化させた際得られた輝度結果を表示１に示す。
この際、画素電極２の間隔は、０．６μｍである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１では、コンタクホール１４の直径が０．２μｍで、画素電極２の面積に対するコンタクトホール１４の断面積の相対面積率が０．０９％の時の輝度を１００とした時の相対輝度値で示している。そして、このコンタクトホール１４の直径が０．２μｍの時の輝度に対して１０％以内を実用レベルと判定した。また、相対面積率とは、画素電極２の面積に対するコンタクトホール１４の断面積の比である。
【００２０】
表１に示すように、相対面積率が大きくなると、相対輝度値が小さくなる傾向にあり、相対面積率が９％以下では、相対輝度値は、９０以下となる。
具体的には、コンタクホール１４の直径が０．２〜２μｍで、かつ相対面積率が０．０９〜８．７２％の範囲にある時、相対輝度値は、９０以上である。
【００２１】
なお、コンタクトホール１４の直径が０．２μｍ以下の場合には、輝度は、増加するが、第２薄膜トランジスタ１０と画素電極２との導通が悪くなり、動作電圧が上昇してしまった。このことから、第２薄膜トランジスタ１０と画素電極２との導通を保ち、かつ輝度を最大限にできるコンタクホール１４の直径の最小値は、０．２μｍであることがわかった。
【００２２】
以上のように、コンタクトホール１４の直径を０．２〜２μｍであり、かつ相対面積率が０．０９〜８．７２％の範囲にある時、第２薄膜トランジスタ１０と画素電極２との導通を保ち、動作電圧を上昇させない状態で、輝度低下を最大輝度の１０％以内に抑えることができる実用レベルの有機ＥＬ素子が得られることがわかる。
【００２３】
次に、画素電極２の間隔を０．２〜０．９μｍまで変化させた際得られた輝度の結果を表２に示す。
この際、コンタクホール１４の直径は、０．２μｍである。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２では、画素電極２の間隔が０．２μｍの時の輝度を１００とした時の相対輝度値で示している。また、ショート欄の△は、ショート有り、〇は、ショート無しである。そして、画素電極２の間隔が０．２μｍの時の輝度に対して１０％以内を実用レベルと判定した。また、相対画素間隔率とは、画素電極２の一辺の長さに対する画素電極２の間隔の比である。
【００２６】
表２に示すように、画素電極２の間隔が広くなると、相対輝度値が小さくなる傾向にあり、相対画素間隔率が５．６％以上では、相対輝度値は、９０以下である。
具体的には、画素電極２の間隔が０．２〜０．７μｍで、かつ相対画素間隔率が１．６〜５．６％の範囲にある時、相対輝度値は、９０以上である。
【００２７】
しかし、画素電極２の間隔が０．２μｍの時には、画素電極２間に電気的にショートが発生することがあった。この原因について調べた結果、画素電極２間にごみ等の異物が挟まり、電気的に導通状態を生じてしまったことがわかった。このように、画素電極２の間隔が０．２μｍ以下になると、この画素電極２間に異物が挟まるだけで電気的ショートを生じるので、最小限の画素電極２の間隔は、０．２μｍであることがわかった。この結果、画素電極２の間隔の最小値は、０．２４μｍとなる。
【００２８】
以上のように、画素電極２の間隔が０．２４〜０．７μｍで、かつ相対画素間隔率が１．６〜５．６％の範囲にある時、電気的ショートを生じないで、輝度低下を最大輝度の１０％以内に抑えることができる実用レベルの有機ＥＬ素子が得られることがわかる。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、第１及び第２薄膜トランジスタ９、１０が形成された基板８上に層間絶縁膜１３と、層間絶縁膜１３中に形成されたコンタクトホール１４に埋め込まれた金属１５を介して第２薄膜トランジスタ１０と接続された正方形状の画素電極２と、陽極３と、を順次積層した画素が平面的にマトリクス状に複数形成され、更に陽極３上にホール輸送層４と、電子輸送性発光層５と、バッファ層６と、共通対向陰極７とを順次積層した構成を有し、コンタクトホール１４の直径を０．２〜２μｍにし、かつ相対面積率を０．０９〜８．７２％にしたので、第２薄膜トランジスタ１０と画素電極２との導通を保ち、動作電圧を上昇させない状態で、輝度低下を最大輝度の１０％以内に抑えることができる実用レベルの有機ＥＬ素子が得られる。
【００３０】
また、画素電極２の間隔を０．２４〜０．７μｍで、かつ相対画素間隔率を１．６〜５．６％にしたので、電気的ショートを生じないで、最大輝度の１０％以内に抑えることができる実用レベルの有機ＥＬ素子が得られる。
【００３１】
なお、画素電極２の材料としては、Ｍｏ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属やこれらの合金でも良い。共通対向陰極７の材料としては、仕事関数の小さなＡｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｍｎ等の金属やこれらの合金でも良い。電子輸送性発光層５の材料としては、電子を注入するものでかつ、仕事関数の小さいＡｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｍｎ等の金属やこれらの合金でも良い。また、これらの積層体でも良い。陽極３或いは共通対向陰極７側から発光を取り出す時、発光の透過率を大幅に低下させないようにする必要がある。電子輸送性発光層５には、ペリレン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体等を用いても良い。
ホール輸送層４の材料としては、ジアミン誘導体、ベンジジン誘導体、スチルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体等でも良い。
【００３２】
陽極３の材料としては、ＩＴＯの代わりに酸化インジウムに酸化亜鉛が含まれているＩＺＯ（Ｉ２Ｏ３にＺｎＯ２が１０ｗｔ％添加されたもの）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、二酸化スズ−アンチモン混合物（ＳｎＯ２＋Ｓｂ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛−アルミニウム混合物（ＺｎＯ＋Ａｌ）やこれらに微量の添加物を含んだもの、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属、或いはこれらに微量の添加物を含んだもの、又は混合物を用いても良い。また、これらの積層体でも良い。更に、陽極３の下に反射膜となる金属、或いは合金を薄く成膜しても良い。この時の共通対向陰極７は、発光光が透過できる程度の透過率を有するものであれば良い。本発明の実施形態では、２つの薄膜トランジスタ９、１０を用いたが、第２薄膜トランジスタ１０を省略して第１薄膜トランジスタ９のドレイン９３を画素電極２及びコンデンサ１１に接続するようにしても良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、コンタクトホールの直径を０．２〜２μｍにし、かつ画素電極の面積に対する前記コンタクホールの面積比を０．０９〜８．７２％にしたので、トランジスタと画素電極との導通を保ち、動作電圧を上昇させない状態で、輝度を向上させることができる有機ＥＬ素子が得られる。
また、画素電極間隔を０．２４〜０．７μｍで、かつ相対画素間隔率を１．６〜５．６％にしたので、電気的ショートを生じないで、輝度を向上させることができる有機ＥＬ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子の１画素を示す断面図である。
【図２】特開平１０−１８９２５２号公報に開示のアクティブマトリクス方式有機ＥＬ素子の概略ブロック図である。
【図３】図２におけるアクティブマトリクス方式有機ＥＬ素子のＡＡ断面図である。
【図４】コンタクトホール近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…有機エレクトロルミネッセンス素子、２…画素電極、３…陽極、４…ホール輸送層、５…電子輸送性発光層、６…バッファ層、７…共通対向陰極、８…基板、９…第１薄膜トランジスタ、１０…第２薄膜トランジスタ、１１…コンデンサ、１２…有機ＥＬ部、１３…層間絶縁膜、１４…コンタクトホール、１５…金属、１６…Ｓｉ活性層、１７…有機層、１８…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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