(57)【要約】画素電極に紫外線照射を行っても、ＴＦＴの特性の劣化の生じにくい有機ＥＬ素子を提供する。基板上にＴＦＴが形成されている。ＴＦＴは、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する。薄膜トランジスタを覆うように、基板の上に層間絶縁膜が配置されている。層間絶縁膜の上に配置された画素電極が、層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由してＴＦＴの第１の領域に電気的に接続されている。被覆膜が、画素電極の縁を被覆し、内部の領域は露出させるとともに、層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する。画素電極の上に有機発光層と上部電極とが配置されている。
2004075607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、該第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを覆うように、前記基板の上に配置された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上に配置され、該層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由して前記薄膜トランジスタの第１の領域に電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極の縁を被覆し、内部の領域は被覆しない被覆膜と、
前記層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する遮光膜と、
前記画素電極の上に配置された有機発光材料を含む有機発光層と、
前記有機発光層の上に配置された上部電極と
を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記被覆膜と前記遮光膜が同一材料からなる一つの層で構成されている請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記被覆膜及び前記遮光膜が、感光性レジスト材料で形成されている請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記画素電極が、インジウムを含む透明導電性材料で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
基板の主面上に、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、該第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極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を覆うように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に、前記薄膜トランジスタの第１の領域に電気的に接続された画素電極を形成する工程と、
前記画素電極の縁を覆い、内部の領域は露出させ、かつ前記層間絶縁膜の表面のうち前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆う被覆膜を形成する工程と、
前記画素電極の表面を酸化性雰囲気に晒しながら、前記基板の主面側から該基板に紫外線を照射する工程と、
前記画素電極の上に、有機発光材料を含む有機発光層を形成する工程と、
前記有機発光層の上に、上部電極を形成する工程と
を有する有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】
前記被覆膜を通過する前記紫外線の透過率が３０％以下である請求項５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項７】
前記被覆膜を形成する工程が、
前記層間絶縁膜の表面に感光性レジストを塗布してレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を部分的に露光し、現像することによって、残されたレジスト膜からなる前記被覆膜を形成する工程と
を含む請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】
前記画素電極が、インジウムを含む透明導電性材料で形成されている請求項５〜７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、有機ＥＬ素子及びその製造方法に関し、特に薄膜トランジスタに接続された画素電極上に、有機発光材料層と上部電極とが積層された構造を有する有機ＥＬ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】  近年、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子を用いた表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代わる薄膜軽量表示装置として注目されている。特に、有機ＥＬ素子を駆動するスイッチング素子として薄膜トランジスタを備えた有機ＥＬ表示装置の研究開発が盛んに行われている。
図６に、特開２００１−１３３８０７号公報に開示されている有機ＥＬ素子の断面図を示す。表面が酸化シリコン膜で覆われた透明基板１の上に、トップゲート型の薄膜トランジスタ１０が形成されている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０は、ソース及びドレインとなる第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間のチャネル領域Ｃ、及びゲート電極Ｇを含んで構成される。
ＴＦＴ１０の第１の領域Ｒ１の上に、中間接続部材１５が形成され、第２の領域Ｒ２に、信号線１６が接続されている。ＴＦＴ１０、中間接続部材１５、及び信号線１６を覆うように、層間絶縁膜２０が形成されている。層間絶縁膜２０の上に、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）からなる透明画素電極２５が形成されている。
画素電極２５の外周と重なるように配置された被覆膜２６が、画素電極２５の縁を覆う。被覆膜２６の内側の画素電極２５の上に、有機発光層３０が形成されている。有機発光層３０の縁は、被覆膜２６の上に懸かっている。有機発光層３０及び層間絶縁膜２０の上に、上部電極３５が形成されている。被覆膜２６は、画素電極２５と上部電極３５とが短絡されてしまうことを防止する。
被覆膜２６として、感光性レジスト材料が使用される。感光性レジスト材料を使用することにより、レジスト材料塗布、露光、現像の３工程で膜のパターニングを行うことができる。他の絶縁材料を用いる場合には、絶縁膜の成膜、レジストパターンを用いたエッチング、レジストパターンの除去といった余分な工程が必要になる。被覆膜２６に感光性レジストを用いることにより、製造工程の簡素化を図ることができる。
有機ＥＬ素子の陽極にＩＴＯを用いた場合、有機発光層の成膜前にＩＴＯ膜の表面を強制酸化することにより、有機ＥＬ素子の特性が向上することが知られている。強制酸化の方法として、酸素プラズマを用いた酸化、及びオゾン雰囲気中での紫外線照射の２つの方法が有効である。
図６に示した被覆膜２６に感光性レジスト材料を用いた場合、画素電極２５を酸素プラズマに晒すと、被覆膜２６がエッチングされてしまう。従って、画素電極２５の表面の強制酸化の方法として、オゾン雰囲気中で紫外線照射を行うことが好ましい。
ところが、画素電極２５に紫外線を照射すると、ＴＦＴ１０にも紫外線が照射されてしまう。紫外線によりＴＦＴ１０がダメージを受け、その特性が劣化してしまう。
【発明の開示】
本発明の目的は、画素電極に紫外線照射を行っても、ＴＦＴの特性の劣化の生じにくい有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することである。
本発明の一観点によると、基板上に形成され、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、該第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆うように、前記基板の上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上に配置され、該層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由して前記薄膜トランジスタの第１の領域に電気的に接続された画素電極と、前記画素電極の縁を被覆し、内部の領域は被覆しない被覆膜と、前記層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する遮光膜と、前記画素電極の上に配置された有機発光材料を含む有機発光層と、前記有機発光層の上に配置された上部電極とを有する有機ＥＬ素子が提供される。
本発明の他の観点によると、基板の主面上に、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、該第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極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を覆うように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上に、前記薄膜トランジスタの第１の領域に電気的に接続された画素電極を形成する工程と、前記画素電極の縁を覆い、内部の領域は露出させ、かつ前記層間絶縁膜の表面のうち前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆う被覆膜を形成する工程と、前記画素電極の表面を酸化性雰囲気に晒しながら、前記基板の主面側から該基板に紫外線を照射する工程と、前記画素電極の上に、有機発光材料を含む有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層の上に、上部電極を形成する工程とを有する有機ＥＬ素子の製造方法が提供される。
基板に紫外線を照射する際に、遮光膜が紫外線を遮光するため、ＴＦＴのチャネル領域まで到達する紫外線の強度が弱まる。このため、ＴＦＴの特性の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、第１の実施例による有機ＥＬ素子の断面図である。
図２は、第１の実施例による有機ＥＬ素子の平面図である。
図３Ａ及び３Ｂは、第１の実施例による有機ＥＬ素子の製造方法を説明するための基板の断面図である。
図４Ａは、第１の実施例による有機ＥＬ素子のＴＦＴの、紫外線照射前及び照射後の特性を示すグラフであり、図４Ｂは、従来の有機ＥＬ素子のＴＦＴの、紫外線照射前及び照射後の特性を示すグラフである。
図５は、第１の実施例による有機ＥＬ素子の断面図である。
図６は、従来の有機ＥＬ素子の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図１に、第１の実施例による有機ＥＬ素子の断面図を示し、図２に１画素の平面図を示す。
図２に示すように、基板上に、行方向に延在する複数のゲート線２及び列方向に延在する複数の信号線１６が配置されている。ゲート線２と信号線１６とは、その交差箇所において絶縁膜により相互に絶縁されている。
ゲート線２と信号線１６との交差箇所の各々にＴＦＴ１０が配置されている。ＴＦＴ１０は、ソース及びドレインとなる第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２と、ゲート電極Ｇとを含んで構成される。ゲート電極Ｇは、対応するゲート線２に接続されている。第２の領域Ｒ２は、対応する信号線１６に接続されている。
相互に隣り合う２本のゲート線２及び相互に隣り合う２本の信号線１６に囲まれた領域に、画素電極２５が配置されている。画素電極２５は、対応するＴＦＴ１０の第１の領域Ｒ１に接続されている。被覆膜２６が、画素電極２５の外周に重なるように配置され、画素電極２５の縁、及び画素電極２５の外周よりも外側のある幅の領域を覆っている。さらに、被覆膜２６は、基板の法線方向に平行な視線で見た時、ＴＦＴ１０と重なる領域を覆っている。画素電極２５の縁以外の内部の領域は、被覆膜２６で覆われていない。
図１に、図２の一点鎖線Ａ１−Ａ１における断面図を示す。主面上に酸化シリコン膜が形成された透明基板１の酸化シリコン膜上に、ＴＦＴ１０が形成されている。ＴＦＴ１０は、基板１の表面上に形成された多結晶シリコン膜１１、その上に形成された酸化シリコンからなるゲート絶縁膜Ｉ、その上に形成されたＡｌＮｄ合金からなるゲート電極Ｇを含んで構成される。多結晶シリコン膜１１のうちゲート電極Ｇの下方の領域にチャネル領域Ｃが画定され、その両側にソース及びドレインとなるｎ型の第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２が画定されている。多結晶シリコン膜１１の厚さは２０〜１００ｎｍ、ゲート絶縁膜Ｉの厚さは１００〜１５０ｎｍ、ゲート電極Ｇの厚さは３００〜４００ｎｍである。
ＴＦＴ１０を覆うように、基板１の上に、酸化シリコンまたは酸化シリコンと窒化シリコンとの積層からなる厚さ３００〜５００ｎｍの絶縁膜１７が形成されている。ＴＦＴ１０の第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に対応する位置に、絶縁膜１７を貫通する開口が形成されている。絶縁膜１７の上に、モリブデン（Ｍｏ）またはチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の積層からなる信号線１６が形成されている。信号線１６は、絶縁膜１７に形成された開口内を経由してＴＦＴ１０の第２の領域Ｒ２に接続されている。
ＴＦＴ１０の第１の領域Ｒ１に対応する絶縁膜１７の表面上に、モリブデン（Ｍｏ）またはチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の積層からなる中間接続部材１５が形成されている。中間接続部材１５は、絶縁膜１７に形成された開口内を経由して第１の領域Ｒ１に接続されている。
信号線１６、中間接続部材１５を覆うように、絶縁膜１７の上に層間絶縁膜２０が形成されている。層間絶縁膜２０は感光性樹脂（例えばアクリル樹脂）で形成されており、その厚さは３．０μｍである。なお、層間絶縁膜２０の表面は平坦化されている。
層間絶縁膜２０に、中間接続部材１５の上面を露出させる開口が形成されている。層間絶縁膜２０の表面上にＩＴＯからなる画素電極２５が形成されている。画素電極２５は、層間絶縁膜２０に形成された開口内を経由して中間接続部材１５に接続されている。これにより、画素電極２５は、中間接続部材１５を介してＴＦＴ１０の第１の領域Ｒ１に電気的に接続される。
画素電極２５の外周に沿って配置された被覆膜２６が、画素電極２５の縁を覆うとともに、層間絶縁膜２０の表面のうちＴＦＴ１０の上方の領域を覆う。被覆膜２６は、感光性レジスト材料、例えばノボラック系レジスト材料で形成される。画素電極２５の表面のうち被覆膜２６で覆われていない領域上に、有機発光層３０が形成されている。有機発光層３０は、例えば、画素電極２５側から順番に、正孔注入層３０Ａ、正孔輸送層３０Ｂ、発光層３０Ｃ、及び電子輸送層３０Ｄがこの順番に積層された４層構造を有する。有機発光層３０の縁は、被覆膜２６の上面の一部まで延在している。
有機発光層３０及び被覆膜２６を、上部電極３５が覆う。上部電極３５はアルミニウムで形成され、その厚さは１００〜２００ｎｍである。画素電極２５が陽極、上部電極３５が陰極になるように両者に電圧が印加される。被覆膜２６は、画素電極２５と上部電極３５との短絡を防止する。有機発光層３０に電流が注入され、発光が生ずる。この光は、基板１を通って外部に放射される。
次に、図３Ａ及び３Ｂを参照して、上記第１の実施例による有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。
図３Ａに示すように、例えばコーニング＃１７３７等のガラス基板の表面上に、プラズマ励起化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）により厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を堆積させることにより基板１を作製する。さらに、窒化シリコン膜上に、酸化シリコン膜をＰＥＣＶＤにより、約１５０〜３００ｎｍの厚さ堆積させる。その上に、アモルファスシリコン膜をＰＥＣＶＤにより堆積させる。
窒素雰囲気中で、４５０℃の温度で１時間の熱処理を行い、アモルファスシリコン膜中の水素を除去する。波長３０８ｎｍのエキシマレーザを照射することにより、アモルファスシリコン膜を多結晶化する。照射するエキシマレーザのパルスエネルギ密度は、３００〜４００ｍＪ／ｃｍ２である。レーザ照射により、多結晶シリコン膜１１が得られる。多結晶シリコン膜１１を反応性イオンエッチングにより部分的にエッチングし、ＴＦＴが配置される部分に多結晶シリコン膜１１を残す。
多結晶シリコン膜１１を覆うように、ＰＥＣＶＤにより厚さ１００〜１５０ｎｍの酸化シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜の上に、厚さ３００〜４００ｎｍのＡｌＮｄ合金膜をスパッタリングにより形成する。
ＡｌＮｄ合金膜の表面をレジストパターンで覆い、ＡｌＮｄ合金膜をウェットエッチングする。レジストパターンを残したまま、ＡｌＮｄ合金膜の下の酸化シリコン膜を、ＣＨＦ３を用いてドライエッチングする。さらに、レジストパターンを残したまま、ＡｌＮｄ合金膜を横方向にエッチングし、ＡｌＮｄ合金膜を縮小化する。これにより、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜Ｉ及びＡｌＮｄ合金からなるゲート電極Ｇが形成される。ＡｌＮｄ合金膜のサイドエッチング後、レジストパターンを除去する。
プラズマドーピング装置を用い、１〜５％のＰＨ３希釈ガス中においてＰ＋イオンのドーピングを行う。その際、第１回目のドーピングを、加速エネルギ１０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４〜１×１０１５ｃｍ−２の条件で行い、第２回目のドーピングを、加速エネルギ７０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１２〜５×１０１３ｃｍ−２の条件で行う。これにより、低濃度ドレイン構造（ＬＤＤ構造）のｎチャネルＴＦＴが形成される。
ＴＦＴ１０を覆うように、基板１の上に、厚さ５０ｎｍの酸化シリコン層と厚さ３５０ｎｍの窒化シリコン層との積層からなる絶縁膜１７をＰＥＣＶＤにより形成する。絶縁膜１７の所要箇所に開口を形成する。厚さ３０ｎｍのチタン層と厚さ３００ｎｍのアルミニウム層と厚さ５０ｎｍのモリブデン層とが積層された膜を堆積させてパターニングすることにより、中間接続部材１５及び信号線１６を形成する。中間接続部材１５及び信号線１６を覆うように、感光性樹脂（例えばアクリル樹脂）からなる層間絶縁膜２０を、スピンコート法により形成する。層間絶縁膜２０に、中間接続部材１５の上面を露出させる開口を形成する。
ＩＴＯ膜をスパッタリングにより堆積させ、パターニングすることにより、画素電極２５を形成する。画素電極２５は、層間絶縁膜２０に形成した開口内を経由して中間接続部材１５に接続される。
図３Ｂに示すように、感光性レジスト材料を塗布して、露光、現像を行うことにより、被覆膜２６を形成する。基板１の法線に平行な視線で見た時、被覆膜２６は、画素電極２５の外周と重なるとともに、ＴＦＴ１０と重なる。
基板をオゾン雰囲気中に配置し、画素電極２５の形成されている面に、低圧水銀ランプを用いて紫外線を照射する。照射される紫外線の主な波長は２５４ｎｍである。基板表面における紫外線強度は、約６．７ｍＷ／ｃｍ２であり、照射時間は２０分である。
図１に示したように、画素電極２５の上に、シャドーマスクを用いた真空蒸着により、正孔注入層３０Ａ、正孔輸送層３０Ｂ、発光層３０Ｃ、及び電子輸送層３０Ｄからなる有機発光層３０を形成する。さらに、真空蒸着によりアルミニウムからなる上部電極３５を形成する。
有機発光層３０を堆積する前に、ＩＴＯからなる画素電極２５の表面を、オゾン雰囲気に晒して紫外線照射を行うことにより、有機発光層３０の特性を向上させることができる。なお、画素電極２５を、インジウムを含む透明導電性材料で形成する場合にも、同様の効果が期待される。
上記第１の実施例では、図３Ｂに示した紫外線照射時に、被覆膜２６が紫外線を遮光するため、ＴＦＴ１０に到達する紫外線の強度が弱まる。このため、紫外線照射によるＴＦＴ１０の特性劣化を防止することができる。なお、被覆膜２６が、少なくともＴＦＴ１０のチャネル領域Ｃと重なるように配置すれば、ＴＦＴ１０の特性劣化を防止することができる。
図４Ａに、ＴＦＴ１０のゲート電圧とソースドレイン間電流との関係を示す。横軸はゲート電圧を単位「Ｖ」で表し、縦軸はソースドレイン間電流を単位「Ａ」で表す。図中の黒丸は紫外線照射前の特性を示し、白丸は紫外線照射後の特性を示す。比較のために、図４Ｂに、被覆膜２６で遮光しないで紫外線照射を行った場合のＴＦＴの特性を示す。図中の黒丸は紫外線照射前の特性を示し、白丸は紫外線照射後の特性を示す。
被覆膜でＴＦＴを遮光しない場合には、図４Ｂに示すように、紫外線照射により閾値が変動するとともに、オン電流が低下していることがわかる。これに対し、第１の実施例のように、被覆膜２６で、ＴＦＴ１０に入射する紫外線を遮光した場合には、閾値の変動やオン電流の低下は見られない。
ＴＦＴ１０の特性の劣化防止の十分な効果を得るために、被覆膜２６の紫外線透過率を３０％以下にすることが好ましい。例えば、紫外線光源として低圧水銀ランプを使用する場合には、波長２５４ｎｍにおける被覆膜２６の透過率を３０％以下にすることが好ましい。
上記第１の実施例では、オゾン雰囲気中で紫外線照射を行ったが、オゾン以外の酸化性雰囲気中で紫外線照射を行ってもよい。
図５に、第２の実施例による有機ＥＬ素子の断面図を示す。第１の実施例では、図１に示したように、画素電極２５の縁を覆う被覆膜２６をＴＦＴ１０の上方の領域まで広げて、被覆膜２６の一部を遮光膜として利用した。第２の実施例では、被覆膜２６は、画素電極２５の縁を覆うのみで、ＴＦＴ１０の上方までは広がっていない。その代わりに、ＴＦＴ１０の上方の領域が、金属製、例えばアルミニウムの遮光膜３６で覆われている。遮光膜３６は、例えばリフトオフ法等により形成することができる。
第２の実施例では、第１の実施例に比べて遮光膜３６の形成工程が新たに必要になるが、紫外線をより遮光しやすい金属で遮光膜３６を形成することにより、紫外線の透過率をより少なくすることができる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図１】
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【図２】
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2004075607.tif 000005
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2004075607.tif 000010
2004075607.tif 000011
2004075607.tif 000012