(57)【要約】【課題】  アクティブマトリックス型有機発光ダイオードおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  ゲート、ドレインおよびソースを有する薄膜トランジスタを基板上に形成する。次に、薄膜トランジスタのソースに電気的に接続するようにアノード層を基板上に形成する。次に、薄膜トランジスタとアノード層を覆うように有機層を形成する。ソースとドレインの間の有機層は、薄膜トランジスタのチャネル領域として機能する。最後にカソード層を有機層上に形成する。有機層内の分子は、ソースからドレインに向かう方向に、そしてアノード層からカソード層に向かう方向に垂直に並ぶので、チャネル領域での電子移動度が向上し、ダイオードの発光効率が増大する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成され、ゲート、ドレインおよびソースを有する薄膜トランジスタと、前記基板上に形成され、前記薄膜トランジスタのソースに電気的に接続されるアノード層と、前記薄膜トランジスタおよびアノード層を覆うように発光性有機半導体材料(light-emitting organic semiconductor material)を用いて前記基板上に形成される有機層と、前記有機層上に形成されるカソード層とを具備し、前記ソースとドレインの間の有機層が薄膜トランジスタのチャネル領域として機能し、チャネル領域として機能する有機層とアノード層を覆う有機層が同一の有機材料で形成され、前記アノード層とカソード層の間の有機層が発光領域を構成することを特徴とするアクティブ有機発光ダイオード。
【請求項２】
上記有機層は、分子鎖を含む有機高分子化合物を用いて、ソース−ドレイン方向に平行な軸に沿って前記分子鎖が並ぶように製造されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項３】
上記有機高分子化合物内の分子鎖は、アノード−カソード方向に垂直な方向に並ぶことを特徴とする請求項２に記載の有機発光ダイオード。
【請求項４】
上記基板は、ガラス基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項５】
上記基板は、プラスチック基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光ダイオード。
【請求項６】
基板を準備する工程と、前記基板上にゲート、ドレインおよびソースを有する薄膜トランジスタを形成する工程と、前記薄膜トランジスタのソースに電気的に接続されるように前記基板上にアノード層を形成する工程と、発光性有機半導体材料を用いて薄膜トランジスタおよびアノード層を覆う有機層を前記基板上に設け、前記ソースとドレインの間の有機層で薄膜トランジスタのチャネル領域を形成する工程と、前記有機層上にカソード層を設け、前記アノード層とカソード層の間の有機層で発光領域を形成する工程とを含むことを特徴とするアクティブ有機発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
上記有機層は、分子鎖を含む有機高分子化合物を用いて、ソース−ドレイン方向に平行な軸に沿って前記分子鎖が並ぶように製造されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記有機高分子化合物内の分子鎖は、アノード−カソード方向に垂直な方向に並ぶことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記有機層を設ける工程は、スピンコーティングプロセスを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
上記基板は、ガラス基板を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
上記基板は、プラスチック基板を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブマトリックス型有機発光ダイオード(active matrix organic light emitting diode；ＡＭＯＬＥＤ)およびその製造方法に関するものであり、特に、能動素子(active device)として機能する有機薄膜トランジスタ(ＯＴＦＴ)を有するアクティブマトリックス型有機発光ダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機発光ダイオードは、電気エネルギーを光学エネルギーに変換するための高効率半導体デバイスである。このデバイスには、例えば、ディスプレイ内の発光素子や光表示器等の多岐にわたる応用が見出されている。また、ワイドな視角(wide viewing angle)、製造容易性、低製造コスト、高速応答性、広い動作温度、豊かな色合い(full coloration)等の種々の特性によって、広くマルチメディアシステムに採用されている。
【０００３】
現在、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードは、最も急速に開発されたディスプレイ製品の一つである。この有機発光ダイオードは、薄膜トランジスタのアレイを有する基板上にアノード層、有機発光層およびカソードを順次形成することにより製造される。したがって、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードの駆動装置は、薄膜トランジスタである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、アクティブマトリックス型有機発光ダイオード内の薄膜トランジスタの半導体層（チャネル層）は、シリコン材料を使用して製造される。通常、半導体層は、分子エピタキシャルプロセス(molecular epitaxial process)において形成される。しかしながら、シリコン半導体層を製造する装置は高価であり、またシリコン半導体層の製造にかかる時間も長い。さらに、無機シリコンは可塑性に乏しい(プラスチック基板は高温耐久性が低い)ので、プラスチック基板等の柔軟性を有する基板に無機薄膜トランジスタを形成することは困難である。結果的に、これらは有機発光ダイオードの開発範囲を狭める。
【０００５】
そこで、本発明の主たる目的は、製造コストおよびサイクル時間を低減でき、より広い処理温度を許容できるアクティブマトリックス型有機発光ダイオードの製造方法、およびそのアクティブマトリックス型有機発光ダイオードを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、プラスチック基板上に少ない処理工程でアクティブマトリックス型有機発光ダイオードを製造することができる製造方法、およびそのアクティブマトリックス型有機発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明のアクティブマトリックス型有機発光ダイオードは、薄膜トランジスタ、アノード層、有機層およびカソード層を含む。薄膜トランジスタは、基板上に形成され、ゲート、ドレインおよびソースを有する。基板上に形成されるアノード層は、薄膜トランジスタのソースに電気的に接続される。有機層は、発光性能を有する有機半導体材料層でなり、薄膜トランジスタとアノード層を覆うように基板上に形成される。ソースとドレインの間の有機層は、薄膜トランジスタのチャネル領域として機能する。カソード層は有機層上に形成される。アノード層とカソード層の間の有機層が発光領域を構成する。これにより、アクティブ有機発光ダイオードが得られる。尚、有機層は、長い分子鎖を含む有機高分子材料を用いて、その長い分子鎖が、ソース−ドレイン方向に平行な方向に、そしてアノード−カソード方向に垂直な方向に並ぶように製造されることが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードの製造方法を提供する。この方法においては、まず、基板上にゲート、ドレインおよびソースを有する薄膜トランジスタが形成される。次いで、薄膜トランジスタのソースに電気的に接続されるように基板上にアノード層が形成される。さらに、有機層が薄膜トランジスタとアノード層を覆うように基板上に形成される。有機層は、発光性有機半導体材料層でなり、ソースとドレインの間の有機層が薄膜トランジスタのチャネル領域として機能する。さらに、有機層上にカソード層が形成される。アノード層とカソード層の間の有機層が発光領域を構成する。このようにして、アクティブ有機発光ダイオードが製造される。
【０００９】
尚、有機層は、長い分子鎖を含む有機高分子材料を用いて、その長い分子鎖が、ソース−ドレイン方向に平行な方向に、そしてアノード−カソード方向に垂直な方向に並ぶように製造されることが好ましい。この場合は、薄膜トランジスタのチャネル領域と有機発光ダイオードの有機発光層を同じタイプの有機高分子材料を用いて製造することができる。
【００１０】
また、有機薄膜トランジスタは、本発明の有機発光ダイオードの能動素子として使用される。従来の無機トランジスタと比較して、有機薄膜トランジスタは製造が容易である。さらに、薄膜トランジスタのチャネル領域と有機発光ダイオードの有機発光層を製造するために同じタイプの有機材料を使用できるので、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードをより安価に且つ容易に製造することができる。
【００１１】
さらに、本発明の有機発光ダイオードの能動素子として機能する有機薄膜トランジスタに関しては、必要とされる処理温度が低く、また有機層は柔軟性に富む。したがって、ガラス基板上に製造する場合はともかく、本発明の有機発光ダイオードは、プラスチック基板のようなソフトな基板上にも製造可能である。換言すれば、本発明の製造方法は、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードのより広い応用範囲を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記したように、本発明によれば、プラスチック基板のような柔軟性を有する基板にアクティブマトリックス型有機発光ダイオードを製造することができるので、有機発光ダイオードの応用範囲をさらに広げることができる。
【００１３】
特に、長い分子鎖を含む有機高分子材料を用いて、その分子鎖がソース−ドレイン方向に平行な方向に、そしてアノード−カソード方向に垂直な方向に並ぶように有機層を形成する場合は、薄膜トランジスタのチャネル領域と有機発光ダイオードの発光領域の両方を同一の材料で形成しているにもかかわらず、チャネル領域において高い電子移動度を達成し、発光領域においては低い電子移動度を達成することができる。
【００１４】
本発明のさらなる目的および効果は、以下の発明を実施するための最良の形態からさらに明確に理解されるだろう。尚、本出願は、２００３年４月２４日に台湾特許庁に出願した台湾出願番号第９２１０９５７６号の優先権を主張するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細にかつ具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかるアクティブ有機発光ダイオードの概略断面図である。この有機発光ダイオードを製造するにあたっては、まずガラス基板やプラスチック基板のような基板１００が提供される。その後、薄膜トランジスタ１０６が基板１００上に形成される。薄膜トランジスタ１０６は、ゲート１０２、ソース１０４ａ、ドレイン１０４ｂを有する。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態においては、薄膜トランジスタ１０６は以下のステップにより形成される。まず、ゲート１０２およびゲート１０２との電気接続を有する走査線（scan line：図示せず）が基板上に形成される。次いで、ゲート１０２と走査線を覆うようにゲート誘電体層１０３を基板１００上に形成する。次に、ソース１０４ａ、ドレイン１０４ｂおよびドレインと電気接続を有するデータ線（data line：図示せず）をゲート誘電体層１０３上に形成する。上記プロセスにおいて、ゲート誘電体層１０３は、図１に示すように、ゲート１０２とソース１０４ａ／ドレイン１０４ｂの間にのみゲート誘電体材料が残るようにパターンニングされる。あるいは、ゲート誘電体層１０３が全基板表面１００を覆うようにパターンニングを実施しなくてもよい。
【００１８】
薄膜トランジスタ１０６を形成した後、アノード層１０８を基板１００上に形成する。アノード層１０８は、薄膜トランジスタ１０６のソース１０４ａに電気的に接続される。アノード層１０８は、透光性導体材料や非透光性導体材料を使用して形成できる。例えば、インジウムースズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を含む透光性導体材料を用いてアノード層１０８を形成することが好ましい。
【００１９】
次に、薄膜トランジスタ１０６とアノード層１０８を覆うように有機層１１０を基板１００上に形成する。有機層１１０は、発光性有機半導体材料層でなり、ソース１０４ａとドレイン１０４ｂの間の有機層１１０が薄膜トランジスタ１０６のチャネル領域１１２として機能する。最後に、カソード層１１４を有機層１１０上に形成すれば、本発明のアクティブ有機発光ダイオードが得られる。アノード層１０８とカソード層１１４の間の有機層１１０が発光領域１１３を構成する。カソード層１１４は、透光性導体材料や非透光性導体材料を使用して形成できる。例えば、カルシウム層やアルミニウム層等の金属材料層でカソード層１１４を形成することが好ましい。
【００２０】
特に、上記有機層１１０は、長い鎖状分子構造を有する有機高分子化合物で形成されることが好ましい。この場合、高分子化合物の分子鎖は、ソース−ドレイン方向（ソース１０４ａからドレイン１０４ｂに向かう方向）に平行な軸に沿って並ぶことが好ましい。この分子配列によれば、ソース１０４ａからドレイン１０４ｂに向かう方向への電子移動度が図２に示されるように促進される。さらに、この高分子化合物の分子鎖は、アノード−カソード方向（カソード層１１４からアノード層１０８に向かう方向）に垂直に並ぶ。この分子配列により、アノード層１０８からカソード層１１４（カソード層１１４からアノード層１０８）への電子／ホール移動度が低減され、図３に示すように、発光性能が向上する。有機層１１０内において分子鎖を適切な方向に配向させるには、スピンコーティングプロセスが実施される。
【００２１】
一般に、薄膜トランジスタのチャネルは、高い電子移動度を有する材料を用いて製造されなければならない。これに対して、有機発光ダイオードの有機発光層は低電子移動度を有する材料を用いて発光率を高めるように製造されなければならない。このような全く正反対の要請を満たすため、これまでは薄膜トランジスタのチャネル領域と有機発光デバイスの有機発光層の両方を同一の材料を用いて製造することはほとんど不可能であるとされていた。
【００２２】
しかしながら、本発明においては、薄膜トランジスタのチャネルと有機発光ダイオードの有機発光層の両方を同じ有機材料で形成することができる。すなわち、有機層１１０内の分子は、ソース−ドレイン方向に平行な軸に沿って並ぶとともに、アノード−カソード方向に垂直に並ぶ。薄膜トランジスタ１０６のチャネル領域１１２に関しては、有機層１１０内の分子がソース１０４ａからドレイン１０４ｂに向かう方向に並んでいる。これにより、チャネル領域１１２（水平方向）に高い電子移動度を達成することができる。一方、有機発光ダイオードの発光領域１１３に関しては、有機層１１０内の分子がアノード層１０８からカソード層１１４に向かう方向に垂直な方向に並ぶ。これにより、発光領域１１３（垂直方向）に低い電子移動度を達成することができる。
【００２３】
また、薄膜トランジスタ１０６のチャネル領域１１２と有機発光ダイオードの発光領域１１３の両方が、有機層１１０を形成する単一のステップにより形成できるので、本発明のプロセスに必要な工程数は減少し、洗練された方法となる。
【００２４】
薄膜トランジスタ１０６、アノード層１０８、有機層１１０、およびカソード層１１４を含む上記アクティブ有機発光ダイオードは、本発明の製造方法に基づいて製造できる。すなわち、ゲート１０２、ソース１０４ａおよびドレイン１０４ｂを有する薄膜トランジスタ１０６が基板１００上に形成される。次いで、アノード層１０８が基板１００上に形成され、アノード層１０８と薄膜トランジスタ１０６のソース１０４ａは電気的に接続される。次いで、薄膜トランジスタ１０６とアノード層１０８を覆うように基板１００上に有機層１１０が形成される。最後に、有機層１１０上にカソード層１１４が形成され、これによりアクティブ有機発光ダイオードが得られる。
【００２５】
有機層１１０は、発光性有機半導体材料を用いて製造される。ソース１０４ａとドレイン１０４ｂの間の有機層１１０は、薄膜トランジスタ１０６のチャネル領域１１２として機能する。一方、アノード層１０８とカソード層１１４の間の有機層１１０は、有機発光ダイオードの発光領域１１３として機能する。この場合、上記したように、長い分子鎖を有する有機高分子化合物を用いて、その分子鎖がソース１０４ａ−ドレイン１０４ｂ方向に平行な軸に沿って並ぶとともに、アノード層１０８−カソード層１１４方向に垂直に並ぶように有機層１１０を形成することが特に好ましい。
【００２６】
有機層内の分子鎖が、ソース−ドレイン方向に平行な軸に沿って、且つアノード層−カソード層方向に垂直に並ぶ場合は、チャネル領域において要請される高い電子移動度と、発光領域において要請される低い電子移動度の両方を同時に達成することができる。それ故、薄膜トランジスタのチャネル領域および有機発光ダイオードの発光領域の両方を同じ有機材料を用いて形成することができるのである。
【００２７】
また、有機薄膜トランジスタは、本発明の有機発光ダイオード内の能動素子として使用される。有機薄膜トランジスタは、従来の無機トランジスタと比較して製造しやすく、また薄膜トランジスタのチャネルおよび有機発光ダイオードの有機発光層を製造するために同じタイプの有機材料を使用できるので、アクティブマトリックス型有機発光ダイオードをより安価に且つ容易に製造することが可能になる。
【００２８】
さらに、有機発光ダイオードの能動素子として機能する有機薄膜トランジスタにおいては、必要とされる処理温度が低くく、有機層は良好な可塑性を有する。したがって、ガラス基板上への製造はもちろん、プラスチック基板上にも本発明の有機発光ダイオードの製造が可能であり、その結果、本発明の製造方法は、有機発光ダイオードの広い応用範囲をもたらすものとして期待される。
【００２９】
以上、本発明にかかるアクティブマトリックス型有機発光ダイオードおよびその製造方法を好ましい実施形態に基づいて説明したが、これらは本発明の技術思想を理解するためのものであって、本発明を限定する意味に解釈されるべきでない。また、本発明の技術思想を逸脱しない限りにおいて、本発明の構成を必要に応じて適宜変更してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好ましい実施形態に基づく有機発光ダイオードの概略断面図である。
【図２】図１の有機発光ダイオードの有機薄膜トランジスタの部分拡大図である。
【図３】図１の有機発光ダイオードの発光領域の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００              基板
１０２              ゲート
１０３              ゲート誘電体層
１０４ａ            ソース
１０４ｂ            ドレイン
１０６              薄膜トランジスタ
１０８              アノード層
１１０              有機層
１１２              チャネル領域
１１３              発光領域
１１４              カソード層
【図１】
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【図２】
2004327421.tif 000004
【図３】
2004327421.tif 000005