(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電子輸送性及び又は正孔輸送性を有する有機物からなる有機薄膜と、
前記有機薄膜内部に配置された中間電極と、
前記有機薄膜が積層される絶縁膜と、
一方が前記有機薄膜に接し他方が前記絶縁膜に接しかつ前記有機薄膜及び前記絶縁膜からなる積層体並びに前記中間電極を挟む一対の対向するゲート電極と、からなることを特徴とする有機薄膜スイッチング素子。
【請求項２】
前記ゲート電極の一方は前記有機薄膜を介して前記中間電極を覆っていることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜スイッチング素子。
【請求項３】
前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された少なくとも１つの電極からなることを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜スイッチング素子。
【請求項４】
前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の対向電極からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の有機薄膜スイッチング素子。
【請求項５】
複数の発光部からなる表示配列を有している有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であって、前記発光部に対応する複数の第１表示電極が表面上に形成された基板と、前記第１表示電極の各々上に形成され、少なくとも１層の電子及び又は正孔の注入によって発光する有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有機材料層と、前記有機材料層上に共通に形成された第２表示電極と、前記基板上に形成されかつ前記第１及び２表示電極の少なくとも一方に接続された有機薄膜スイッチング素子と、からなる有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であって、
前記有機薄膜スイッチング素子は、
少なくとも電子輸送性及び又は正孔輸送性を有する有機物からなる有機薄膜と、
前記有機薄膜内部に配置された中間電極と、
前記有機薄膜が積層される絶縁膜と、
一方が前記有機薄膜に接し他方が前記絶縁膜に接しかつ前記有機薄膜及び前記絶縁膜からなる積層体並びに前記中間電極を挟む一対の対向するゲート電極と、からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項６】
前記有機薄膜スイッチング素子の前記有機物からなる有機薄膜は前記有機材料層の一部からなることを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項７】
前記発光部はマトリクス状に配置されたことを特徴とする請求項５又は６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項８】
前記基板上に形成されかつ前記第１及び２表示電極並びに前記有機薄膜スイッチング素子の少なくとも一方に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項９】
前記基板及び前記第１表示電極が透明であることを特徴とする請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項１０】
前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の対向電極からなることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項１１】
前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極及びキャリア注入用の前記ゲート電極は、キャリアが正孔の場合は高仕事関数を有する材料からなり、キャリアが電子の場合は低仕事関数を有する材料からなることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【請求項１２】
前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極は、前記有機薄膜と略等しい仕事関数を有する材料からなる第１層とこれより高い仕事関数を有する材料からなる第２層とからなる積層体、或いはこれより低い仕事関数を有する材料からなる第２層とからなる積層体からなることを特徴とする請求項１１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物からなる有機薄膜を利用したスイッチング素子に関し、また、電子及び正孔の注入によって発光する有機化合物材料のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬともいう）を利用したかかる有機ＥＬ材料の薄膜からなる発光層を備えた有機ＥＬ素子、並びに、該スイッチング素子、の複数をマトリクス状に配置した有機ＥＬ素子表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低消費電力及び高表示品質並びに薄型化が可能なディスプレイとして、有機ＥＬ素子の複数をマトリクス状に配列して構成される有機ＥＬ素子ディスプレイが注目されている。図１に示すように、各々の有機ＥＬ素子２００は、例えばインジウム錫酸化物いわゆるＩＴＯからなる透明電２０１が形成されたガラス板などの透明基板１上に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層などからなる少なくとも１層の有機材料層２０２、及び金属電極２０３が積層されたものである。透明電２０１の陽極にプラス、金属電極２０３の陰極にマイナスの電圧を加え、すなわち、透明電極及び金属電極間に直流を印加することにより、有機材料層２０２の中の発光層が発光する。
【０００３】
有機ＥＬ素子において、金属陰極から注入された電子と透明陽極から発光層へ注入された正孔との再結合によって励起子が生じ、この励起子が放射失活する過程で光を放つ。よって、有機ＥＬ素子２００は、電気的には、図２のような等価回路にて表すことができる。図から分かるように、素子は、容量成分Ｃと、該容量成分に並列に結合する非対称導電性の発光ダイオード成分Ｅとによる構成に置き換えることができる。よって、有機ＥＬ素子は、容量性の発光素子であると考えられる。有機ＥＬ素子は、直流の発光駆動電圧が電極間に印加されると、電荷が容量成分Ｃに蓄積され、続いて当該素子固有の障壁電圧または発光閾値電圧を越えると、透明電極（ダイオード成分Ｅの陽極側）から発光層を担う有機材料層に電流が流れ初め、この電流に比例した強度で発光する。かかる素子の電圧Ｖ−電流Ｉ−輝度Ｌの特性は、ダイオードの特性に類似しており、発光閾値Ｖth以下の電圧では電流Ｉはきわめて小さく、発光閾値Ｖth以上の電圧になると電流Ｉは急激に増加する特性である。また、電流Ｉと輝度Ｌはほぼ比例する。このような有機ＥＬ素子は、発光閾値Ｖthを超える駆動電圧を素子に印加すれば当該駆動電圧に応じた電流に比例した発光輝度を呈し、印加される駆動電圧が発光閾値Ｖth以下であれば駆動電流が流れず発光輝度もゼロのままである。
【０００４】
有機ＥＬ素子表示装置は、交差している行と列において配置されたいわゆるマトリクス状に配置された複数の発光画素すなわち有機ＥＬ素子からなる画像表示配列を有している発光装置である。この有機ＥＬ素子表示装置の駆動方法の一例には、単純マトリクス駆動方式と呼ばれるものがある。単純マトリクス駆動方式の表示装置は、複数の陽極線と陰極線とをマトリクス（格子）状に配置し、このマトリクス状に配置した陽極線と陰極線の各交点位置毎に有機ＥＬ素子を接続し、この陽極線と陰極線のいずれか一方を一定の時間間隔で順次選択して走査すると共に、この走査に同期して他方の線を駆動源で駆動することにより、任意の交点位置の有機ＥＬ素子を発光させるようにしたものである。この方式ではアクセス時間だけ各有機ＥＬ素子が点灯するので、大型画面にするには、大電流及び高電圧が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
表示装置の大型画面化には、単純マトリクス駆動方式有機ＥＬ素子表示装置の他に、アクティブマトリクス駆動方式のものが考えられる。これは、上記の陽極線及び陰極線を走査信号ライン及びデータ信号ラインに置き換え各交点位置毎にスイッチング素子に薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film  Transistor)を用いてスイッチングによって画素毎に電流を供給して有機ＥＬ素子を発光させるようにしたものである。ＴＦＴにはｐ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉからなる素子が採用され得、また代わりにＭＯＳ−ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用い構成することもできる。
【０００６】
例えば、スイッチング素子のMOS-FETでは、半導体例えばＳｉ基板上に２つの反転伝導領域を形成し、該反転伝導領域間の基板表面上に酸化物ＳｉＯ2薄膜、金属ゲート電極を順に設け、金属ゲートから印加される電界により、基板表面の伝導性を制御するものである。したがって、ディスプレイ基板にＳｉウエハ、ポリシリコン基板になど半導体基板が必要であり、その上に無機材料の成膜が必要であるので、高温プロセスがその製造に用いられる。
【０００７】
表示装置のディスプレイとしては大型のものに対する需要が多いが、高温プロセスを製造に必要とする無機材料スイッチング素子をアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ素子表示装置の大型ディスプレイに用いると、表示装置の高価格化は避けられない。
そこで、本発明の目的は、比較的低温で作成できる有機薄膜スイッチング素子を提供すること、並びに有機薄膜スイッチング素子を共通の基板上に形成した有機ＥＬ素子表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機薄膜スイッチング素子は、少なくとも電子輸送性及び又は正孔輸送性を有する有機物からなる有機薄膜と、前記有機薄膜内部に配置された中間電極と、前記有機薄膜が積層される絶縁膜と、一方が前記有機薄膜に接し他方が前記絶縁膜に接しかつ前記有機薄膜及び前記絶縁膜からなる積層体並びに前記中間電極を挟む一対の対向するゲート電極と、からなることを特徴とする。本発明の有機薄膜スイッチング素子においては、前記ゲート電極の一方は前記有機薄膜を介して前記中間電極を覆っていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の有機薄膜スイッチング素子においては、前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された少なくとも１つの電極からなることを特徴とする。本発明の有機薄膜スイッチング素子においては、前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の対向電極からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置は、複数の発光部からなる表示配列を有している有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であって、前記発光部に対応する複数の第１表示電極が表面上に形成された基板と、前記第１表示電極の各々上に形成され、少くとも１層の電子及び又は正孔の注入によって発光する有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有機材料層と、前記有機材料層上に共通に形成された第２表示電極と、前記基板上に形成されかつ前記第１及び２表示電極の少なくとも一方に接続された有機薄膜スイッチング素子と、からなる有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置であって、前記有機薄膜スイッチング素子は、少なくとも電子輸送性及び又は正孔輸送性を有する有機物からなる有機薄膜と、前記有機薄膜内部に配置された中間電極と、前記有機薄膜が積層される絶縁膜と、一方が前記有機薄膜に接し他方が前記絶縁膜に接しかつ前記有機薄膜及び前記絶縁膜からなる積層体並びに前記中間電極を挟む一対の対向するゲート電極と、からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子の前記有機物からなる有機薄膜は前記有機材料層の一部からなることを特徴とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記発光部はマトリクス状に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記基板上に形成されかつ前記第１及び２表示電極並びに前記有機薄膜スイッチング素子の少なくとも一方に接続されたコンデンサを有することを特徴とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記基板及び前記第１表示電極が透明であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極は前記ゲート電極間の前記有機薄膜及び前記絶縁膜間の界面に配置された互いに離間する一対の対向電極からなることを特徴とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極及びキャリア注入用の前記ゲート電極は、キャリアが正孔の場合は高仕事関数を有する材料からなり、キャリアが電子の場合は低仕事関数を有する材料からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子表示装置においては、前記有機薄膜スイッチング素子の前記中間電極は、前記有機薄膜と略等しい仕事関数を有する材料からなる第１層とこれより高い仕事関数を有する材料からなる第２層とからなる積層体、或いはこれより低い仕事関数を有する材料からなる第２層とからなる積層体からなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者は、有機ＥＬ素子の導電機構を詳細に検討する過程において、対向する陰極及び陽極から有機薄膜すなわち有機材料層に２０ＫＨｚのパルス電圧を加えると、電圧に応じて電荷を有機薄膜の一定の深さまで注入できることを知見し、本発明に到った。有機薄膜の厚さ方向に電圧を加えると有機薄膜に電荷が存在できるので、有機薄膜内に別のソースやドレインなどの中間電極を配置し、その電極に電流を流すことが可能になる。すなわち、有機ＥＬ素子に用いられ得る材料の導電機構を用いて、有機薄膜の厚さ方向に電圧を印加し、膜厚又は面方向の電流をスイッチングできることになる。
【００１６】
以下に、本発明による実施例を図面を参照しつつ説明する。
図３に示すように、第１の実施例の有機薄膜スイッチング素子１０は、ガラスなどの基板１上に形成された電界印加用のゲート電極２上にポリイミドなどの有機化合物からなる絶縁層３を形成して、その上に形成されている。有機薄膜スイッチング素子１０は、ゲート電極２が埋め込まれた絶縁層３の上に形成された有機化合物からなる有機薄膜４と、有機薄膜４中に離間して配置されるように形成された中間電極すなわち一対の対向する金属電極５及び６と、金属電極５及び６並びにそれらの間隙上の有機薄膜４に接触するように形成されたゲート電極７と、からなる。ゲート電極７は対向するゲート電極２と協働して金属電極５及び６並びにそれらの間隙の有機薄膜４に電界を印加する。ゲート電極７は、金属電極５及び６間を結ぶ直線に対して交差する電気力線の電界を印加するように配置されている。有機薄膜４は、電子輸送性及び又は正孔輸送性の絶縁性有機化合物である。有機薄膜４は、例えば、ポリチオフェンなどがある。
【００１７】
本発明では、有機薄膜に直接設けたゲート電極７に正又は負の電圧を印加したとき、有機薄膜に直接電荷が注入できることに着目して、素子のチャネルとなる正孔輸送性又は電子輸送性の有機薄膜を挟むようにゲート電極に設けてあり、ゲート電極７直下の有機薄膜のチャネルに正孔又は電子を注入する。有機薄膜スイッチング素子１０においては、正孔輸送性の有機薄膜４に、正の電圧を印加し、電界を生ぜしめると、正孔が有機薄膜４に注入され、金属電極５及び６の間にて正孔輸送性の有機薄膜がチャネルとなる。または、電子輸送性の有機薄膜４に、負の電圧を印加し、電界を生ぜしめると、電子が有機薄膜４に注入され、金属電極５及び６の間の電子輸送性の有機薄膜がチャネルとなる。この状態で金属電極５及び６すなわちソース電極とドレイン電極に電位差を与えて、有機薄膜に注入された正孔又は電子をキャリアとし電流を流すことにより、ゲート電圧をOn／Offすることでソース電極５からドレイン電極６への電流をスイッチングできる。
【００１８】
図３に示すように、有機薄膜スイッチング素子において、有機薄膜チャネルに直接接合したゲート電極7にＯＮ電圧をかけて有機薄膜チャネルに電荷を注入すると、注入された電荷により対向金属電極５及び６間に電流が流れる。また、ゲート電極7の電圧をＯＦＦすると注入電荷がなくなり電流が流れなくなる。アクティブマトリクス駆動における有機ＥＬ素子の制御は、ゲート電圧による電流の細かい制御は必要ないので、電流のＯＮ／ＯＦＦができる有機薄膜スイッチング素子が２個あれば実現できる。
【００１９】
この有機薄膜スイッチング素子では、有機薄膜の上下に酸化珪素などの無機電気絶縁性の薄膜を設けておらず、有機薄膜にゲート電極を直接つける構造になっている。本発明により、スイッチング素子のゲート電圧は、絶縁膜を介さずに直接印加できるので、ゲート電圧を大幅に低下できる、また素子が容量性でなくなるためにスイッチングの応答が速くなる。さらに、本発明のスイッチング素子は、一般に高温プロセスを必要とする無機質絶縁材料を用いないために、比較的低温で素子を作成でき、有機ＥＬ素子の電流制御などの有機機能素子の制御に最適である。
【００２０】
さらに、図４に示すように、有機薄膜スイッチング素子において、図３に示す対向金属電極の一方の電極５を省略することもできる。すなわち、本発明の第２の実施例では少なくとも１つの中間電極があればよい。この有機薄膜スイッチング素子１１は、電界を印加するゲート電極の一方７から電荷を有機薄膜４へ注入し、さらにドレイン電極６へ流す構成である。
【００２１】
図５に、アクティブマトリクス駆動方式による第３の実施例の有機ＥＬ素子表示装置における表示パネルの一部を示す。この表示パネル１０９は、マトリクス状に配置されかつ各々が赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの３つの発光部（有機ＥＬ素子）からなる発光画素１１１の複数からなる画像表示配列を有している。画素１つの発光部当たり、２個の有機薄膜スイッチング素子１０、１１及びコンデンサ３００からなる有機薄膜スイッチング回路と、有機ＥＬ素子２００とから構成される。このような発光部組合せユニットが各画素ごとに全画素数の数だけ集積され、マトリクス状に配置された複数の発光画素からなる画像表示配列の有機ＥＬ素子表示装置の基板が形成されている。
【００２２】
この有機ＥＬ素子表示装置のガラス基板上には、有機ＥＬ素子２００及びコンデンサ３００を挟んで平行に伸長するアノードライン１２及びデータ信号ライン１３が設けられ、さらにこれらラインから電気的に離間して直交する位置に配列され伸長するカソードライン１５及び走査信号ライン１６が設けられている。データ信号ライン１３へのＲＧＢ信号に応じて走査信号ライン１６を順次走査して、交点画素の有機ＥＬ素子２００を選択発光させる。
【００２３】
図６は第３の実施例に表示パネルの単位画素に対応する１つの発光部の回路構成を示す。有機薄膜スイッチング素子１１のゲートＧ１は、走査回路からの行を走査する走査信号が供給される走査信号ライン１６に接続され、一方、有機薄膜スイッチング素子１１のソースＳは、フレームメモリのデータに対応した書込み回路からの信号が供給されるデータ信号ライン１３にゲートＧ２とともに接続されている。
【００２４】
有機薄膜スイッチング素子１１のドレインＤは有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ２及びコンデンサ３００に接続され、コンデンサ３００を通じてカソードライン１５に接続されている。
有機薄膜スイッチング素子１０のソースＳはアノードライン１２に接続され、有機薄膜スイッチング素子１１のドレインＤは有機ＥＬ素子２００のＩＴＯ陽極すなわち第１表示電極に接続され、一方、有機ＥＬ素子２００の金属陰極を通じてカソードライン１５に接続されている。有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ１もカソードライン１５に接続されている。アノードライン１２及びカソードライン１５は電源回路に接続されそれぞれ制御される。
【００２５】
このような回路が行及び列に複数配列された表示パネル１０９の単位画素の発光制御動作は、つぎの通りである。有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極間にオン電位差が供給されると、有機薄膜スイッチング素子１１はソースＳに供給されるデータの電圧に対応した電流をソースＳからドレインＤへ流す。
有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極間がオフ電位差であると有機薄膜スイッチング素子１１はいわゆるカットオフとなり、有機薄膜スイッチング素子１１のドレインＤは開状態となる。従って、有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極間がオン電位差の期間に、ソースＳの電圧に基づいた電流でコンデンサ３００が充電され、その電圧が有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ２に供給される。有機薄膜スイッチング素子１０はそのゲート電圧に基づき閉状態となり、電流がアノードライン１２を通じてソースＳからドレインＤ、有機ＥＬ素子２００のＩＴＯ陽極へ流れ、有機ＥＬ素子２００を発光せしめる。
【００２６】
有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極間がオフ電位差になると、有機薄膜スイッチング素子１１は開状態となり、有機薄膜スイッチング素子１０はコンデンサ３００に蓄積された電荷によりゲートＧ２の電圧が保持され、次の走査まで電流を維持し、有機ＥＬ素子２００の発光も維持される。
次に、有機ＥＬ素子表示装置の表示パネル１０９の製造工程を説明する。
【００２７】
図７に示すように、まず、それぞれＩＴＯからなるアノードライン１２、データ信号ライン１３、コンデンサの一方の電極３０１及び第１表示電極の透明電極（陽極）２０１をガラス基板１上に形成する。データ信号ライン１３の電極３０１に対向する部分に有機薄膜スイッチング素子１１のソースＳ及びゲートＧ２となる領域７ａが存在し、コンデンサ用電極３０１のアノードライン１２に対向する部分に有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ２となる領域２ａが存在する。ＩＴＯからなるラインを示しているが、ラインの上にＡｌなどの低い抵抗率の金属を更に積層してもよい。
【００２８】
図８に示すように、ＩＴＯの各導電部を備えている基板１の上に、発光する有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有機材料層を積層させるために第１表示電極の透明電極２０１を露出させる開口を有した感光性ポリイミド等の絶縁層３を成膜する。ここで、有機薄膜スイッチング素子１１のコンデンサに接続するためのドレイン用のコンタクトホール１１ａ及び有機薄膜スイッチング素子１０のアノードライン１２に接続するためのソース用のコンタクトホール１２ａを形成しておく。
【００２９】
次に、図９に示すように、有機薄膜スイッチング素子１１のドレイン電極６及びこれをコンデンサにコンタクトホール１１ａを介して接続する導電部６ａのＡｌの帯状体と、有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ２となる領域２ａ上にソース電極５となる端部を有するＡｌの帯状体５ａと、同じ領域２ａ上にソース電極６となる端部を有するＡｌの帯状体６ａと、を絶縁層３上に真空蒸着などで成膜する。Ａｌの帯状体５ａ及び６ａは、有機薄膜スイッチング素子１０電極となる側の反対の他端部はアノードライン１２及び第１表示電極の透明電極２０１にそれぞれ接続されるように、成膜する。
【００３０】
次に、図１０に示すように、正孔輸送層４ａを基板全面に成膜する。
次に、図１１に示すように、正孔輸送層４ａ上の第１表示電極の透明電極２０１に対応する上に、所定のＥＬ媒体成膜用マスクを用い、Ｒ、Ｇ及びＢの発光有機ＥＬ媒体４を所定膜厚に成膜する。マスク開口が１つの第１表示電極２０１上からその隣接する第１表示電極上へ配置されるようにマスクを順次移動せしめ、成膜する。なお、基板表面の平坦化をなすためや、コンデンサの容量調整のために、２つの有機薄膜スイッチング素子、有機ＥＬ媒体以外に、他の誘電体をその対応部分に成膜することもできる。
【００３１】
次に、図１２に示すように、成膜用マスクを取り除き、Ａｌ−Ｌｉ等の低仕事関数の金属を、成膜された３種類の有機ＥＬ媒体の上に蒸着、あるいはスパッタ等の手段を用いて陰極の第２表示電極２０３として成膜する。この金属膜の膜厚は支障のない限り厚く被着させても構わない。この第２表示電極形成工程では、下層のアノードライン１２及びデータ信号ライン１３に交差するように、隣接する第２表示電極２０３を接続するカソードライン１５や、走査信号ライン１６を同時に成膜し、更に同時にカソードライン１５に接続するコンデンサの対向電極３０２や、有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極Ｇ１も成膜する。
【００３２】
作製された有機ＥＬ素子表示装置における有機薄膜スイッチング素子１１及び１０の断面図をそれぞれ図１３及び１４に示す。有機薄膜スイッチング素子１１、１０及び有機ＥＬ素子２００が略同一平面に形成されている。
このように、本発明によれば有機薄膜スイッチング素子と有機ＥＬ素子アレイを同時に作製することが可能となり、高精彩なフルカラーディスプレイが実現できる。
【００３３】
次に、図１５は、第４の実施例における有機ＥＬ表示装置を示し、有機薄膜スイッチング素子及び有機ＥＬ素子アレイを搭載した表示パネルを用いた表示装置のブロック図である。図において、１０１はＡ／Ｄ変換回路、１０２は演算回路、１０３はフレームメモリ、１０４はコントローラ、１０５は走査回路、１０６は書き込み回路、１０７は電源回路、１０８は電流値メモリ、１０９は表示パネルを示す。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換回路１０１は、アナログ映像信号入力を受けてデジタル映像信号データに変換する。変換されたデジタル映像信号はＡ／Ｄ変換回路１０１から演算回路１０２へ供給され、電流値メモリ１０８からのデータを基にコントローラ１０４の制御により演算処理をされてフレームメモリ１０３へ供給され、コントローラ１０４の制御により書き込み蓄積される。この演算処理については後述する。コントローラ１０４は、入力映像信号の水平及び垂直同期信号に同期してフレームメモリ１０３ほか電源回路１０７までの各回路を制御する。
【００３５】
フレームメモリ１０３に蓄積されたデジタル映像信号データは、コントローラ１０４によって読み出され、書き込み回路１０６に送られる。また、表示パネルの行及び列すなわち走査信号ライン１６及びデータ信号ライン１３に接続された走査回路１０５及び書き込み回路１０６をコントローラ１０４で順次制御することにより、フレームメモリに蓄積されていた画像に対応した表示パネル１０９の有機ＥＬ素子の発光時間を例えばサブフィールド法等により制御して所望の画像表示が得られる。電源回路１０７は、表示パネル１０９の全有機ＥＬ素子への電源をアノードライン１２及びカソードライン１５を介し供給し、コントローラ１０４によって制御される。また、電流値メモリ１０８は、表示パネル１０９の各有機ＥＬ素子である有機ＥＬ素子の駆動電流に対応した値を記憶しておき、コントローラ１０４によって制御される。
【００３６】
ここで上記演算処理について説明する。上述したように電流値メモリ１０８には各有機ＥＬ素子の駆動電流に対応した値がコントローラ１０４により指示されたときに記憶される。例えば、表示装置の電源を断とする前に表示パネル１０９の全有機ＥＬ素子に対しコントローラ１０４から同一輝度データに対応する発光制御を行う。
【００３７】
これは、表示パネル１０９の全有機ＥＬ素子を同一の定電圧で駆動することを意味する。各有機ＥＬ素子はそれぞれ駆動電流に対する発光輝度特性が異なれば同一電圧の駆動でも異なった発光電流を示す。通常頻繁に高輝度で発光される有機ＥＬ素子は発光輝度特性の劣化が他の有機ＥＬ素子よりも進行し、この定電圧駆動の場合の発光電流が他の有機ＥＬ素子よりも少なくなる。
【００３８】
従って、発光輝度特性の劣化が最大の有機ＥＬ素子の発光電流を基準に他の有機ＥＬ素子の駆動電流を補正し、補正された発光階調データに基づいて有機ＥＬ素子の発光時間を制御することにより表示パネル１０９の全有機ＥＬ素子の発光状態を入力映像信号に正確に比例した画像表示を得ることが可能となる。
上述したような方法でコントローラ１０４の制御に従って電流値メモリ１０８には補正用の電流値が記憶されており、次に演算回路１０２はコントローラ１０４の制御に従って所定の記憶された電流値を読み込み、例えば前述した各有機ＥＬ素子の発光電流が最小の値の基準値によって除することで基準値に対するレシオを輝度データの補正値として演算により求める。
【００３９】
求められた補正値は、発光電流の最小値を基準値とすることにより１以上の値となる。この求められた各画素に対する補正値で演算回路１０２への入力デジタル映像信号データを除することによって補正されたデジタル映像信号データとしてフレームメモリ１０３へ供給する。
電流値メモリ１０８へ値を送るための電流検出器は、有機ＥＬ素子２００と直列に接続され、有機ＥＬ素子２００に流れる電流を検出する。Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルデータとされた値は電流値メモリ１０８に記憶される。電流検出器は、有機薄膜スイッチング素子１０のソースと接地の間に設けても良い。
【００４０】
次に、上記第４の実施例の有機ＥＬ表示装置に用いられる表示パネル１０９の単位画素及びその１つの発光部の対応する回路構成をそれぞれ図１６及び図１７に示す。第４の実施例の表示パネルは、上記第３の実施例と基本的に同様であるので、図において既述の同一符号にて示す部材の説明及び発光制御動作は省略する。第４の実施例の表示パネルにおいて、カソードライン１５ａ及び１５ｂは、アノードライン１２及びデータ信号ライン１３と平行になるように設けられている。またカソードライン１５ａ及び１５ｂは、画素アレイの外部で接続されている。カソードライン１５ａは走査信号ライン１６と交差するので、走査信号ライン１６の交差部分を埋め込む構成としてある。カソードライン１５ｂは、有機ＥＬ素子２００とアノードライン１２との間に設けられている。
【００４１】
図１７に示すように、コンデンサ３００ｂが追加されており、有機薄膜スイッチング素子１０のゲートＧ２に接続されている有機薄膜スイッチング素子１１のドレインＤが、コンデンサ３００及び３００ｂを通じてカソードライン１５ａ及び１５ｂにそれぞれ接続されている。コンデンサ３００及び３００ｂを積層して構成することにより、容量素子をコンパクトにでき、有機ＥＬ素子２００の表示電極の面積を増やすことができる。
【００４２】
このように構成することにより、赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの３つの発光部の有機ＥＬ素子２００が別々の走査時に信号が送れるようになる。さらに、Ｒ、Ｇ及びＢの３つの有機ＥＬ素子の特性の差を補正しやすくなる。アノードライン１２並びにカソードライン１５ａ及び１５ｂを介して、別々に順方向電圧及びバイアス電圧を供給できるからである。
【００４３】
さらに、有機薄膜スイッチング素子１０及び１１のキャリア注入用のゲート電極及び中間電極には、移動電荷が正孔の場合は電極と有機薄膜の間を正孔が移動しやすい高仕事関数の良電導性の材料を用い、移動電荷が電子の場合は電極と有機薄膜の間を電子が移動しやすい低仕事関数の良電導性の材料を用いる。さらに、中間電極についてはキャリア注入用の電極と相対する側に電荷の逆流を阻止する目的で、移動電荷が正孔の場合は低仕事関数の材料を、また、移動電荷が電子の場合は高仕事関数の材料を配置した２層構造の電極とすることもできる。この構造による有機薄膜と電極との仕事関数の差により、有機薄膜スイッチング素子のゲート及びドレインの電位が逆電位になったとしても、コンデンサからの電荷の漏洩が防止できる。
【００４４】
次に、有機ＥＬ素子表示装置の第４の実施例の表示パネル１０９の製造工程を説明する。
図１８に示すように、まず、それぞれＩＴＯからなるアノードライン１２と、カソードライン１５ａと、カソードライン１５ａに接続されるコンデンサ３００ｂの一方の電極３０２ｂと、走査信号ライン１６と、走査信号ライン１６に接続される有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極７と、データ信号ライン１３と、第１表示電極の透明電極（陽極）２０１とを、ガラス基板１上に形成する。電極３０２ｂ上には有機薄膜スイッチング素子１０のソース電極及びゲート電極が形成されるべき領域５５ａ及び６６ａが存在する。各ライン上には必要に応じてＡｌなどの低い抵抗率の金属を更に積層してもよい。
【００４５】
次に、図１９に示すように、ＩＴＯの各導電部を備えている基板１の上に、発光する有機エレクトロルミネッセンス材料層を含む有機材料層を積層させるために第１表示電極の透明電極２０１を露出させる開口を有した感光性ポリイミド等の絶縁層３を成膜する。ここで、有機薄膜スイッチング素子１１をデータ信号ライン１３へ接続するためのゲート及びソース用のコンタクトホール１３ｂと、有機薄膜スイッチング素子１０のアノードライン１２に接続するためのソース用のコンタクトホール１２ｂと、走査信号ライン１６をアノードライン１２、カソードライン１５ａ及びデータ信号ライン１３を絶縁層３を介して跨いで交差させるための接続用コンタクトホール１６ａ及び１６ｂとを絶縁層３に形成しておく。
【００４６】
次に、図２０に示すように、有機薄膜スイッチング素子１１のドレイン電極６と、これをコンデンサ３００ｂに接続するための導電部６ａとからなるＡｌなどの積層帯状体６６を、電極３０２ｂ及びゲート電極７上にフォトエッチングなどにより成膜する。同時に、有機薄膜スイッチング素子１０のための領域５５ａ及び６６ａ上に、それぞれソース電極５となる端部を有するＡｌなどの帯状体５ａと、同じくソース電極６となる端部を有するＡｌなどの帯状体６ａと、を絶縁層３上に真空蒸着などで成膜する。Ａｌなどの帯状体５ａにおける有機薄膜スイッチング素子１０の電極となる側の反対の他端部はコンタクトホール１２ａを介してアノードライン１２に接続され、帯状体６ａの有機薄膜スイッチング素子１０の電極となる側の反対の他端部は第１表示電極の透明電極２０１にそれぞれ接続される。これら電極の成膜工程において、接続用のコンタクトホール１３ｂと、コンタクトホール１６ａ及び１６ｂとをＡｌなどの蒸着により埋め込み、それぞれ接続部１３３ｂ、１６６ａ及び１６６ｂを同時に形成しておく。
【００４７】
次に、図２１に示すように、電子輸送性及び又は正孔輸送性の有機物いわゆる有機半導体４１を、有機薄膜スイッチング素子１０及び１１の電極５及び６上に薄膜として、成膜する。同時に、同じ材料の有機半導体４１ａを第２の絶縁膜として、所望の部位に成膜する。有機半導体４１の一部はコンデンサ３００ｂの誘電体層の機能をも果たす。
【００４８】
次に、図２２に示すように、コンデンサ３００及び３００ｂの共通の陽極側となるＡｌなどの電極３０１を成膜する。電極３０１の有機薄膜スイッチング素子１０側はそのゲートＧ２の電極７となる。また、電極３０１の反対側の端部は導電部６ａに接続される。同時に、有機薄膜スイッチング素子１１となるべき部分にはＡｌなどからなるソース電極２を、データ信号ライン１３の接続部１３３ｂに接続させて有機半導体４１の膜の上に成膜する。
【００４９】
次に、図２３に示すように、正孔輸送層など有機ＥＬ素子に必要な有機材料の薄膜４の１層又はそれ以上を基板全面に成膜する。なお、ここで、埋められている第１表示電極の透明電極２０１に対応する有機材料薄膜４上に、所定のＥＬ媒体成膜用マスクを用い、Ｒ、Ｇ及びＢの発光有機ＥＬ媒体４をそれぞれ所定膜厚に成膜する。なお、基板表面の平坦化をなすためや、コンデンサの容量調整のために、２つの有機薄膜スイッチング素子、有機ＥＬ媒体以外に、他の誘電体をその対応部分に成膜することもできる。
【００５０】
次に、図２４に示すように、成膜用マスクを取り除き、Ａｌ−Ｌｉ等の低仕事関数の金属を、成膜された３種類の有機ＥＬ媒体の上に蒸着、あるいはスパッタ等の手段を用いて陰極の第２表示電極２０３として成膜する。この金属膜の膜厚は支障のない限り厚く被着させても構わない。この第２表示電極形成工程では、図２５に示すように、下層のアノードライン１２及びデータ信号ライン１３に交差するように、隣接する第２表示電極２０３を接続するカソードライン１５ａを同時に成膜し、更に同時にカソードライン１５に接続するコンデンサの対向電極３０２や、有機薄膜スイッチング素子１１のゲート電極Ｇ１も成膜する。
【００５１】
作製された有機ＥＬ素子表示装置における有機薄膜スイッチング素子１１及び１０の断面図をそれぞれ図２６に示す。有機薄膜スイッチング素子１１、１０及び有機ＥＬ素子２００が略同一平面に形成されている。
具体的に本実施例及び比較例の有機薄膜スイッチング素子を作製した。まず、比較例として、有機薄膜ＦＥＴを作製した。ガラス基板上にＡｕのゲート電極を形成し絶縁層Ｓｉ3Ｎ4で埋め込み、絶縁層の上にＡｕのソース電極とドレイン電極を蒸着し、有機薄膜として１００〜２００Å膜厚のポリヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）をメピンコートで成膜する。チャネル長を５μｍチャネル巾を１０００μｍとした時にゲート電圧が−５０Ｖ、ドレインとソース間電圧が−４０Ｖで２８０μＡの電流をスイッチングできた。この時、ポリヘキシルチオフェンの導電率は１０-8Ｓ／ｃｍ以下、移動度は０．０５〜０．１ｃｍ2／Ｖｓ、電流のＯｎ／Ｏｆｆ比は１０6以上であった。
【００５２】
有機ＥＬ素子フルカラーディスプレイではサブピクセルの寸法が０．１ｍｍ×０．３ｍｍの時に、１０μＡ以上の電流が流せれば必要な輝度がとれることから、比較例の有機ＦＥＴはＯｎ／Ｏｆｆ比で１０6を超えており、チャネル長が５μｍ、チャネル巾が１００μｍの時に２０μＡ以上の電流が制御できるので性能的には充分といえるが、駆動電圧が高いのが難点であった。
【００５３】
次に、本実施例の具体的な有機薄膜スイッチング素子ではゲート電極下に無機絶縁膜を使わずに、直接キャリアをチャネルに注入する構造になるので、ゲート電圧を低く設定できた。また、チャネル長は有機薄膜の膜厚方向にとれるので、０．１μｍ以下となり、チャネル巾を２８μｍとし、キャリア注入時の有機薄膜のキャリア移動度を０．１ｃｍ2／Ｖｓとしたとき、ゲート電圧が７Ｖで１０μＡの電流を流すのに必要なソースとドレイン間の電圧は０．３６Ｖと極めて低い電圧になった。なお、ＥＬ発光部の開口率は約５４％、データ信号保持用のコンデンサーの容量は０．５８ｐＦとなり、ライン巾はフォトプロセスの部分が５μｍ以上、蒸着プロセスの部分が１０μｍ以上で構成できた。
【００５４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、従来の有機ＥＬ素子表示装置製造方法より工程が少なく、低温プロセスを製造を可能とする有機薄膜スイッチング素子を得ることができる。有機ＥＬ素子とこの有機薄膜スイッチング素子を組み合わせ、さらにメモリー用の容量も有機薄膜で形成することで、有機薄膜成膜プロセスだけでディスプレイパネルが作成できる。シリコン基板を使わずに有機薄膜でスイッチング素子を作成できるので、有機ＥＬパネルの単純な製造プロセスで、アクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ素子表示装置の大型フルカラーディスプレイが作成可能になる。
【００５５】
スイッチング素子により有機ＥＬ素子を個別に制御できるので、数Ｖの直流での高速スイッチング、低電圧駆動が可能になり、高効率、高輝度、長寿命のフルカラーディスプレイができる。デジタル駆動方式なので、今後拡大するデジタルソースに容易に対応できるフルカラーディスプレイになる。有機ＥＬ素子は光電変換機能を持っているので、デジタル駆動方式と合わせてインテリジェントなフルカラーディスプレイに展開できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子表示装置の部分拡大断面図。
【図２】有機ＥＬ素子の等価回路を示す図。
【図３】本発明による実施例の有機薄膜スイッチング素子の概略断面図。
【図４】本発明による他の実施例の有機薄膜スイッチング素子の概略断面図。
【図５】本発明による実施例のアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ素子表示装置における表示パネルの一部を示す平面図。
【図６】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネル上に形成された有機薄膜スイッチング素子及び有機ＥＬ素子を示す回路図。
【図７】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図８】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図９】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図１０】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図１１】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図１２】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図１３】図５の線ＡＡの断面図。
【図１４】図５の線ＢＢの断面図。
【図１５】本発明による実施例の有機ＥＬ素子表示装置を示すブロック図。
【図１６】本発明による他の実施例のアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ素子表示装置における表示パネルの一部を示す平面図。
【図１７】本発明による他の実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネル上に形成された有機薄膜スイッチング素子及び有機ＥＬ素子を示す回路図。
【図１８】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図１９】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２０】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２１】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２２】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２３】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２４】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２５】図１６に示す実施例の有機ＥＬ素子表示装置の表示パネルの製造工程における基板の概略部分拡大平面図。
【図２６】図２５の線ＣＣの断面図。
【符号の説明】
１  基板
２、７  ゲート電極
３  絶縁層
４  有機薄膜
５、６  金属電極
１０、１１  有機薄膜スイッチング素子
１２  アノードライン
１３  データ信号ライン
１５  カソードライン
１６  走査信号ライン
１０１  Ａ／Ｄ変換回路
１０２  演算回路
１０３  フレームメモリ
１０４  コントローラ
１０５  走査回路
１０６  書き込み回路
１０７  電源回路
１０８  電流値メモリ
１０９  表示パネル
２００  有機ＥＬ素子
３００、３００ｂ  コンデンサ
【図１】
0003850005.tif 000002
【図２】
0003850005.tif 000003
【図３】
0003850005.tif 000004
【図４】
0003850005.tif 000005
【図５】
0003850005.tif 000006
【図６】
0003850005.tif 000007
【図７】
0003850005.tif 000008
【図８】
0003850005.tif 000009
【図９】
0003850005.tif 000010
【図１０】
0003850005.tif 000011
【図１１】
0003850005.tif 000012
【図１２】
0003850005.tif 000013
【図１３】
0003850005.tif 000014
【図１４】
0003850005.tif 000015
【図１５】
0003850005.tif 000016
【図１６】
0003850005.tif 000017
【図１７】
0003850005.tif 000018
【図１８】
0003850005.tif 000019
【図１９】
0003850005.tif 000020
【図２０】
0003850005.tif 000021
【図２１】
0003850005.tif 000022
【図２２】
0003850005.tif 000023
【図２３】
0003850005.tif 000024
【図２４】
0003850005.tif 000025
【図２５】
0003850005.tif 000026
【図２６】
0003850005.tif 000027