JP2000307119A

JP2000307119A - 有機ｅｌ素子の駆動装置および有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2000307119A
Application number: JP11115089A
Authority: JP
Inventors: Michio Arai; 三千男荒井; Ichiro Takayama; 一郎高山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】誤発光や、コントラストの低下を防止し、画
素間や製品間で発光輝度のバラツキを生じることなく、
しかも動作速度が速い有機ＥＬ素子の駆動装置を実現す
る。【解決手段】制御電極と一組の被制御電極とが非単結
晶シリコン基体に形成されているスイッチング素子と、
このスイッチング素子により駆動され、少なくとも発光
機能に関与する有機層を有する有機ＥＬ素子とを有し、
前記スイッチング素子は、非単結晶シリコン基体の活性
層の膜厚が１００〜８００Åである有機ＥＬ素子の駆動
装置とした。

Description

【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ＥＬ素子の駆動
装置に関し、特に非単結晶半導体薄膜を基体とする薄膜
トランジスタを用いた有機ＥＬ素子の駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、有機ＥＬ表示装置（ディスプレ
イ）において、Ｘ−Ｙマトリックス回路で単純駆動をさ
せ画像表示を行う技術が知られている（特開平２−３７
３８５号公報，特開平３−２３３８９１号公報など）。
しかし、このような単純駆動では、線順次駆動を行うの
で、走査数が数百本と多い場合には、要求される瞬間輝
度が観察される輝度の数百倍となるため、下記のような
問題があった。

【０００３】（１）駆動電圧が高くなる。電圧は直流定
常電圧下の場合の通常２〜３倍以上となるため効率が低
下する。従って消費電力が大きくなる。（２）瞬間的に流れる電流量が数百倍となるため、有機
発光層が劣化しやすくなる。（３）（２）と同様に通電電流が非常に大きいため、電
極配線の電圧降下が問題となる。

【０００４】上記の（１）〜（３）を解決する手法とし
て、下記のアクティブマトリックス駆動が提案されてい
る。すなわち、蛍光体として無機物であるＺｎＳを用
い、さらにアクティブマトリックス駆動を行うディスプ
レイが開示されている（米国特許第４１４３２９７
号）。しかし、この技術においては、無機蛍光体を用い
るため駆動電圧が１００Ｖ以上と高く問題となってい
た。同様な技術は、ＩＥＥＥＴｒａｎｓＥｌｅｃｔｒ
ｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，８０２（１９７１）にも記載さ
れている。一方、有機蛍光体を用いアクティブマトリッ
クス駆動を行うディスプレイも最近、多数開発されてい
る（特開平７−１２２３６０号公報，特開平７−１２２
３６１号公報，特開平７−１５３５７６号公報，特開平
８−５４８３６号公報，特開平７−１１１３４１号公
報，特開平７−３１２２９０号公報，特開平８−１０９
３７０号公報，特開平８−１２９３５９号公報，特開平
８−２４１０４７号公報および特開平８−２２７２７６
号公報など）。上記の技術は、有機蛍光体を用いること
により駆動電圧が１０Ｖ以下と大幅に低電圧化し、高効
率な有機蛍光体を用いる場合には効率は３ｌｍ／ｗ〜
１５ｌｍ／ｗの範囲で極めて高効率であること、ま
た、単純駆動に比べて高精細ディスプレイの駆動電圧が
１／２〜１／３となり、消費電力が低減できること等の
優れた特徴があったが、下記の点が問題となっていた。

【０００５】ＴＦＴを構成するスイッチング素子の特性
の１つとして、非動作時に流れるオフ電流Ｉoff があ
る。このオフ電流Ｉoff が多くなると、誤発光現象を生
じたり、コントラストの低下現象を生じたりして、表示
装置の品質を著しく低下させてしまう。

【０００６】スイッチング素子の他の特性として、Ｓ値
（サブスレッショルド系数）がある。通常、ＴＦＴ等の
スイッチング素子では、Ｓ値が小さいほど好ましいとさ
れている。これは、Ｓ値が小さくなると、少ない電圧変
化でスイッチング動作を行えるためで、通常、ＴＦＴで
は０．８以下が好ましいとされている。しかし、電流発
光素子である有機ＥＬ素子を駆動する場合、Ｓ値が大き
くなるとスイッチング素子のバラツキがそのまま発光輝
度の変化として生じやすくなり、画素間、製品間で発光
輝度のバラツキを生じてしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、誤発
光や、コントラストの低下を防止し、画素間や製品間で
発光輝度のバラツキを生じることなく、しかも動作速度
が速い有機ＥＬ素子の駆動装置、およびこれを用いた有
機ＥＬ表示装置を実現することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的は以
下の構成により達成される。（１）制御電極と一組の被制御電極とが非単結晶シリ
コン基体に形成されているスイッチング素子と、このス
イッチング素子により駆動され、少なくとも発光機能に
関与する有機層を有する有機ＥＬ素子とを有し、前記ス
イッチング素子は、非単結晶シリコン基体の活性層の膜
厚が１００〜８００Åである有機ＥＬ素子の駆動装置。（２）前記スイッチング素子は、Ｓ値が０．８（V／d
ecade）以上である上記（１）の有機ＥＬ素子の駆動装
置。（３）前記スイッチング素子のオフ電流は、１×１０
^-8 A以下である上記（１）または（２）の有機ＥＬ素子
の駆動装置。（４）上記（１）〜（３）のいずれかの有機ＥＬ素子
の駆動装置がマトリクス状に配置されている有機ＥＬ表
示装置。

【０００９】

【作用】有機ＥＬ素子は電流発光素子であるため、スイ
ッチング素子のバラツキによる電流変動の影響を受け、
発光輝度のバラツキを生じやすい。特に、Ｓ値が大きい
素子は、僅かな制御電圧の変化により、被制御側の電流
をスイッチできる反面、素子特性のバラツキや経時変化
等により、素子間でのしきい値の変動により、オン電流
に大きな差が生じてしまう。

【００１０】そこで、Ｓ値をある値以上として被制御電
流の変化／しきい値電圧の変化の割合を小さく押さえる
ことにより、スイッチング素子のバラツキによる有機Ｅ
Ｌ素子間での発光輝度のバラツキを抑制することができ
る。

【００１１】ここで、Ｓ値とは、サブスレッショルド係
数とも称し、例えばＦＥＴの場合、Ｓ＝∂Ｖ_gs ／∂log₁₀Ｉ_ds （V／decade）Ｖ_gs ：ドレイン−ゲート間電圧Ｉ_ds ：ドレイン−ソース間電流で表される。

【００１２】Ｓ値とＩonのバラツキ、電界移動度の関係
は、本願実施例の図９に示すような関係にある。図９の
グラフから明らかなように、Ｓ値が低下するとＩonのバ
ラツキと電界移動度は増大する。そして、Ｓ値が０．８
より低くなるとＩonのバラツキは４０以上となるが、電
界移動度も４０以上となる。ここで、Ｉonのバラツキ
は、Ｉonのバラツキの標準偏差をＩonの平均値で割った
値の百分率として示した。

【００１３】ところで、電界移動度と活性層の膜厚との
関係は、例えば図１０に示すようになっている。電界移
動度と活性層の膜厚との関係は、活性層を形成する際の
方法によっても異なるが、図１０のグラフから明らかな
ように、膜厚が１００Å以下になると、いずれのアニー
ル方法によっても電界移動度を３０（cm²/V・sec）以上
とすることが困難になってくる。

【００１４】また、オフ電流と活性層の膜厚は、例えば
図１１に示すような関係にある。このグラフから明らか
なように、活性層の膜厚が１０００Åを超えると、オフ
電流が増加してＴＦＴの特性が低下してくることがわか
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置
は、制御電極と一組の被制御電極とがシリコン基体に形
成されているスイッチング素子と、このスイッチング素
子により駆動され、少なくとも発光機能に関与する有機
層を有する有機ＥＬ素子とを有し、前記スイッチング素
子は、シリコン基体の活性層の膜厚が１００〜１０００
Åであって、Ｓ値が０．８（V／decade）超である。

【００１６】このように、シリコン基体の活性層の膜厚
を規制することにより、オフ電流の増加を抑制すること
ができる。また、このような膜厚に調整してＳ値を０．
８（V／decade）超とすることにより、素子間の特性の
バラツキによる発光輝度の変動を抑制することができ
る。

【００１７】本発明のスイッチング素子は、制御電極と
一組の被制御電極とがシリコン基体に形成され、有機Ｅ
Ｌ素子を直接駆動する半導体であれば特に規制されるも
のではないが、表示装置として機能させるにはＴＦＴ
（Thin Film Transistor）タイプのものが好ましい。

【００１８】本発明に用いられる基板は、絶縁性であ
り、石英、サファイア、ガラスのような透明材料である
ことが好ましい。ここで、透明とは、有機ＥＬ表示装置
における実際的な使用に対して充分な光を透過する性質
を有することを意味する。例えば、所望の発光波長帯域
で５０％以上の光を透過するものは透明と考えられる。
また、低歪点ガラスとは、約７００℃以上の温度で歪む
ガラスをいう。

【００１９】本発明において、薄膜トランジスター（Ｔ
ＦＴ）は有機ＥＬ素子の駆動のために用いられる。

【００２０】このスイッチング素子の活性層は、例え
ば、ｎ+ ／ｉ／ｎ+ 領域が形成された部分であり、ｎ+
はＮ型にドーピングされた部位，ｉはドーピングされて
いない部位を示す。この活性層のドーピングがされた部
位はＰ型にドーピングされたｐ+であっても良い。この
活性層は、好ましくはポリシリコンで形成される。ポリ
シリコンは、アモルファスＳｉに比べ通電に対し十分な
安定性を示す。

【００２１】ポリシリコンの前駆体としてのα−Ｓｉ層
は、各種ＣＶＤ法により積層しうるが、好ましくはプラ
ズマＣＶＤ法により積層する。その後、ＫｒＦ（２４８
nm）レーザーなどのエキシマーレーザーによりアニール
し、結晶化する。具体的な方法としては、ＳＩＤ´９
６，Ｄｉｇｅｓｔｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｐｅｒ
ｓＰ１７〜２８に示されているような方法を用いると
よい。

【００２２】エキシマレーザーのアニーリングとして
は、基板温度１００〜３００℃に維持するのが好まし
く、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー量をもつ
レーザー光でアニール化するのが好ましい。

【００２３】このほかに、通常用いられている熱アニー
ル法を用いて結晶化してもよい。また、熱アニール法と
レーザーアニール法を併用することにより、さらに好ま
しい結果を得ることができる。

【００２４】活性処理されたポリシリコンには、９００
℃前後の加熱処理を経て形成されるシリコン薄膜（いわ
ゆる高温ポリシリコン膜）や６００℃以下の比較的低温
で形成されるシリコン薄膜（いわゆる低温ポリシリコン
膜）がある。本発明の活性層は、高温ポリシリコン、低
温ポリシリコンのいずれであってもよい。

【００２５】活性層、すなわちα−Ｓｉの膜厚は１００
〜８００Å、好ましくは３００〜５００Åである。

【００２６】活性層（ポリシリコン層）は、フォトリソ
グラフィにより、スイッチング素子として必要な構成と
なるようアイランドにパターン化される。

【００２７】用いられる基板は、絶縁性を有する石英、
セラミック、サファイア、ガラス等を用いることができ
るが、好ましくは低歪点ガラスのような高価でない材料
である。ガラス基板が用いられるときにはＴＦＴ−ＥＬ
の製造全体がガラスの溶融または歪みを回避し、能動領
域内にドーパントの外側拡散（ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉ
ｏｎ）を回避するため、アニーリングは低プロセス温度
で実施される。このようにしてガラス基板に対して全て
の製造段階は８００℃以下、好ましくは６００℃以下で
なされなければならない。

【００２８】また、制御電極を構成するため、好ましく
は絶縁ゲート材料がポリシリコンアイランド上および絶
縁基板の表面にわたり積層される。絶縁材料は好ましく
はプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）または減圧ＣＶＤ（Ｌ
ＰＣＶＤ）のような化学蒸着（ＣＶＤ）により積層され
る二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）である。ゲート酸化物絶
縁層の厚さは好ましくは約５０〜２００nmである。基板
温度としては２５０〜４００℃が好ましくさらに高品質
の絶縁ゲート材料を得るためにはアニールを３００〜６
００℃で１〜３時間程度施すのが好ましい。

【００２９】さらに、制御電極として、例えばゲート電
極を蒸着またはスパッタリング等により形成し、ゲート
電極をパターンニングする。ゲート電極の好ましい膜厚
は１００〜５００nmである。

【００３０】好ましいゲート形成方法としてはゲートと
してポリシリコンを用いる次の技術がある。

【００３１】＜ｎ型Ｐドープポリシリコン＞ゲート電極
は、プラズマＣＶＤ法でＰドープのα−Ｓｉを形成し、
これを６００℃アニールにより多結晶化させ、ｎ型の多
結晶Ｓｉとし、ホトリソグラフィーの手法を用いてパタ
ーニングする。

【００３２】必要により、信号電極線および走査電極線
を形成してもよい。Ａｌ合金，Ａｌ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏな
どの金属線をフォトリソグラフィにより形成する。

【００３３】また、Ａｌゲートを使用するときは、絶縁
するために陽極酸化を２回にわたり行うのが好ましい。
陽極酸化に関しては特公平８−１５１２０号公報に詳細
に開示されている。

【００３４】さらに、イオンドーピングによりｎ+ また
はｐ+ の部位を形成する。

【００３５】被制御電極としてのドレイン，ソースなど
のコンタクトは、上記絶縁膜を開口した箇所で行う。上
記絶縁膜の内、ＳｉＯ₂ は、例えばＴＥＯＳ（テトラエ
トキシシラン）をガスとして基板温度２５０〜４００℃
の間に設定しＰＥＣＶＤにより得ることができる。また
ＥＣＲ−ＣＶＤで基板温度を１００〜３００℃としても
得ることができる。

【００３６】層間絶縁膜は、例えば、下記の方法で形成
することができる。プラズマエッチングによるエッチバ
ック法各種ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ
（プラズマインハンスドＣＶＤ），ＬＰＣＶＤ（減圧
ＣＶＤ）法などによりＳｉＯ₂ シリカを好ましくは０．
２μｍ〜３μｍ成膜する。

【００３７】この方法により平坦化された層間絶縁膜
（ＳｉＯ₂ ）を得ることができる。この方法には、シリ
カの他，ＰＳＧ，ＢＳＧ（リンシリカガラス，ボロンシ
リカガラス）を用いることもできるし、Ｓｉ₃Ｎ₄ など
チッ化シリコン系化合物を用いることがもできる。以上
のようにして、スイッチング素子が形成される。

【００３８】スイッチング素子のオフ電流は、１×１０
^-8 A以下、特に１×１０^-10 A以下である。その下限と
しては特に規制されるものではなく、少ないほど好まし
いが、通常、１×１０^-13 A、好ましくは１×１０^-14 A
程度である。オフ電流が多くなると、誤発光やコントラ
ストの低下を招く。

【００３９】スイッチング素子の電界移動度は、好まし
くは６０（cm² ／V・sec）以下、特に３０〜５０（cm²
／V・sec）である。

【００４０】次に、本発明のスイッチング素子のより具
体的な構成、およびその製造工程について図を参照しつ
つ説明する。

【００４１】先ず、図１に示すように、基板１上にスパ
ッタ法、各種ＣＶＤ法、好ましくはプラズマＣＶＤ法等
により、α−Ｓｉ層２を積層する。

【００４２】その後、図２に示すように、エキシマレー
ザー１５等によりアニール、結晶化を行い、活性層２ａ
を形成する。

【００４３】さらに、図３に示すように、結晶化された
活性層（ポリシリコン層）２ａをフォトリソグラフィに
よりアイランドにパターン化する。

【００４４】次に、図４に示すように、絶縁ゲート３を
ポリシリコンアイランド２ａ上および絶縁基板１の表面
にわたり積層する。基板温度としては２５０〜４００℃
が好ましくさらに高品質の絶縁ゲート材料を得るために
はアニールを３００〜６００℃で１〜３時間程度施すの
が好ましい。

【００４５】次に、図５に示すように、ゲート電極４を
蒸着またはスパッタリングで成膜する。

【００４６】次いで、図６に示すように、ゲート電極４
をパターニングし、パターニングされたゲート電極４上
からイオンドーピング１６を行い、ｎ+ またはｐ+ の部
位を形成し、さらに、信号電極線および走査電極線をフ
ォトリソグラフィーにより形成する。

【００４７】次いで、ドレイン，ソースなどのコンタク
トを形成する。コンタクトは、絶縁膜１１を開口した箇
所で行う。先ず、常圧ＣＶＤ法により、層間絶縁層とし
てＳｉＯ₂ 膜を成膜する。次いで、層間絶縁層をエッチ
ングしてコンタクトホールを形成し、ドレイン、ソース
接続部を開口する。

【００４８】開口したドレイン、ソース接続部に、それ
ぞれドレイン配線電極１２、ソース配線電極１３を成膜
して、ドレイン、ソース電極と接続する。この場合、ド
レイン、ソース電極のいずれか一方が、有機ＥＬ素子の
第１の電極、または第２の電極として機能するか、これ
と接続される。図示例ではホール注入電極であるＩＴＯ
（１５）と接続される。さらに、ドレイン配線電極１２
上に絶縁膜１４を形成し、同時に画素部分以外を覆うエ
ッジカバーを形成して図７に示すようなスイッチング素
子を得る。

【００４９】なお、ホール注入電極等、有機ＥＬ素子の
電極との接続には、例えば図８に示すように配線電極１
３と、ホール注入電極１５との間に両者の接続性を向上
させるために、ＴｉＮ等の接続金属層１６を形成すると
よい。

【００５０】次に、本発明における有機ＥＬ素子の構成
について説明する。有機ＥＬ素子は、第１の電極と、第
２の電極との間に、少なくとも発光機能に関与する有機
物質を含有する有機層を有する。そして、第１の電極
と、第２の電極とから与えられる電子・ホールが、有機
層中で再結合することにより発光する。

【００５１】第１の電極、および第２の電極は、いずれ
をホール注入電極、電子注入電極としてもよいが、通
常、基板側の第１の電極がホール注入電極となり、第２
の電極は電子注入電極となる。

【００５２】電子注入電極としては、低仕事関数の物質
が好ましく、例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚ
ｎ、Ｚｒ等の金属元素単体、または安定性を向上させる
ためにそれらを含む２成分、３成分の合金系を用いるこ
とが好ましい。合金系としては、例えばＡｇ・Ｍｇ（Ａ
ｇ：０．１〜５０at％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．０１
〜１４at％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０at％）、
Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：０．０１〜２０at％）等が挙げられ
る。なお、電子注入電極は蒸着法やスパッタ法でも形成
することが可能である。

【００５３】電子注入電極薄膜の厚さは、電子注入を十
分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．５nm以上、
好ましくは１nm以上、より好ましくは３nm以上とすれば
よい。また、その上限値には特に制限はないが、通常膜
厚は３〜５００nm程度とすればよい。電子注入電極の上
には、さらに補助電極ないし保護電極を設けてもよい。

【００５４】蒸着時の圧力は好ましくは１×１０^-8〜１
×１０^-5Torrで、蒸発源の加熱温度は、金属材料であれ
ば１００〜１４００℃、有機材料であれば１００〜５０
０℃程度が好ましい。

【００５５】ホール注入電極は、発光した光を取り出す
ため、透明ないし半透明な電極が好ましい。透明電極と
しては、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、ＩＺＯ
（亜鉛ドープ酸化インジウム）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉ
ｎ₂ Ｏ₃ 等が挙げられるが、好ましくはＩＴＯ（錫ドー
プ酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウ
ム）が好ましい。ＩＴＯは、通常Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯと
を化学量論組成で含有するが、Ｏ量は多少これから偏倚
していてもよい。ホール注入電極は、透明性が必要でな
いときは、不透明の公知の金属材質であってもよい。

【００５６】ホール注入電極の厚さは、ホール注入を十
分行える一定以上の厚さを有すれば良く、好ましくは５
０〜５００nm、さらには５０〜３００nmの範囲が好まし
い。また、その上限は特に制限はないが、あまり厚いと
剥離などの心配が生じる。厚さが薄すぎると、製造時の
膜強度やホール輸送能力、抵抗値の点で問題がある。

【００５７】このホール注入電極層は蒸着法等によって
も形成できるが、好ましくはスパッタ法、特にパルスＤ
Ｃスパッタ法により形成することが好ましい。

【００５８】有機ＥＬ構造体の有機層は、次のような構
成とすることができる。発光層は、ホール（正孔）およ
び電子の注入機能、それらの輸送機能、ホールと電子の
再結合により励起子を生成させる機能を有する。発光層
には、比較的電子的にニュートラルな化合物を用いるこ
とが好ましい。

【００５９】ホール注入輸送層は、ホール注入電極から
のホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送
する機能および電子を妨げる機能を有するものであり、
電子注入輸送層は、電子注入電極からの電子の注入を容
易にする機能、電子を安定に輸送する機能およびホール
を妨げる機能を有するものである。これらの層は、発光
層に注入されるホールや電子を増大・閉じこめさせ、再
結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

【００６０】発光層の厚さ、ホール注入輸送層の厚さお
よび電子注入輸送層の厚さは、特に制限されるものでは
なく、形成方法によっても異なるが、通常５〜５００nm
程度、特に１０〜３００nmとすることが好ましい。

【００６１】ホール注入輸送層の厚さおよび電子注入輸
送層の厚さは、再結合・発光領域の設計によるが、発光
層の厚さと同程度または１／１０〜１０倍程度とすれば
よい。ホールまたは電子の各々の注入層と輸送層とを分
ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層は１nm以上とす
るのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さの上
限は、通常、注入層で５００nm程度、輸送層で５００nm
程度である。このような膜厚については、注入輸送層を
２層設けるときも同じである。

【００６２】有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有
する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような
蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９
２号公報に開示されているような化合物、例えばキナク
リドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択
される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノ
リン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセ
ン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体
等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００号公
報（特願平６−１１０５６９号）に記載のフェニルアン
トラセン誘導体、特開平８−１２９６９号公報（特願平
６−１１４４５６号）のテトラアリールエテン誘導体等
を用いることができる。

【００６３】また、それ自体で発光が可能なホスト物質
と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントと
しての使用が好ましい。このような場合の発光層におけ
る化合物の含有量は０．０１〜２０体積% 、さらには
０．１〜１５体積% であることが好ましい。特にルブレ
ン系では、０．０１〜２０体積％であることが好まし
い。ホスト物質と組み合わせて使用することによって、
ホスト物質の発光波長特性を変化させることができ、長
波長に移行した発光が可能になるとともに、素子の発光
効率や安定性が向上する。

【００６４】ホスト物質としては、キノリノラト錯体が
好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体
を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このよう
なアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９
２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３
３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８
７４号等に開示されているものを挙げることができる。

【００６５】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メ
タン］等がある。

【００６６】このほかのホスト物質としては、特開平８
−１２６００号公報（特願平６−１１０５６９号）に記
載のフェニルアントラセン誘導体や特開平８−１２９６
９号公報（特願平６−１１４４５６号）に記載のテトラ
アリールエテン誘導体なども好ましい。

【００６７】発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであ
ってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム等を使用することが好ましい。これら
の蛍光性物質を蒸着すればよい。

【００６８】また、発光層は、必要に応じて、少なくと
も１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電
子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、
さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが
好ましい。このような混合層における化合物の含有量
は、０．０１〜２０体積% 、さらには０．１〜１５体積
% とすることが好ましい。

【００６９】混合層では、キャリアのホッピング伝導パ
スができるため、各キャリアは極性的に有利な物質中を
移動し、逆の極性のキャリア注入は起こりにくくなるた
め、有機化合物がダメージを受けにくくなり、素子寿命
がのびるという利点がある。また、前述のドーパントを
このような混合層に含有させることにより、混合層自体
のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長
を長波長に移行させることができるとともに、発光強度
を高め、素子の安定性を向上させることもできる。

【００７０】混合層に用いられるホール注入輸送性化合
物および電子注入輸送性化合物は、各々、後述のホール
注入輸送層用の化合物および電子注入輸送層用の化合物
の中から選択すればよい。なかでも、ホール注入輸送層
用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、
例えばホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導
体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持
つアミン誘導体を用いるのが好ましい。

【００７１】電子注入輸送性の化合物としては、キノリ
ン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体
を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を用いることが好まし
い。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラ
アリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。

【００７２】ホール注入輸送層用の化合物としては、強
い蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール輸送
材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチ
リルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を
用いるのが好ましい。

【００７３】この場合の混合比は、それぞれのキャリア
移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注
入輸送性化合物の化合物／電子注入輸送機能を有する化
合物の重量比が、１／９９〜９９／１、さらに好ましく
は１０／９０〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０
〜８０／２０程度となるようにすることが好ましい。

【００７４】また、混合層の厚さは、分子層一層に相当
する厚み以上で、有機化合物層の膜厚未満とすることが
好ましい。具体的には１〜８５nmとすることが好まし
く、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすること
が好ましい。

【００７５】また、混合層の形成方法としては、異なる
蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧（蒸
発温度）が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同
じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもでき
る。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ま
しいが、場合によっては、化合物が島状に存在するもの
であってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質
を蒸着するか、あるいは、樹脂バインダー中に分散させ
てコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに
形成する。

【００７６】ホール注入輸送層には、例えば、特開昭６
３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４号公
報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６８１
号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５−２
９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公報、特
開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００１７２
号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されている各
種有機化合物を用いることができる。例えば、テトラア
リールベンジシン化合物（トリアリールジアミンないし
トリフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三級アミン、
ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール
誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサ
ジアゾール誘導体、ポリチオフェン等である。これらの
化合物は、１種のみを用いても、２種以上を併用しても
よい。２種以上を併用するときは、別層にして積層した
り、混合したりすればよい。

【００７７】ホール注入輸送層をホール注入層とホール
輸送層とに分けて積層する場合は、ホール注入輸送層用
の化合物のなかから好ましい組合せを選択して用いるこ
とができる。このとき、ホール注入電極（ＩＴＯ等）側
からイオン化ポテンシャルの小さい化合物の順に積層す
ることが好ましい。また、ホール注入電極表面には薄膜
性の良好な化合物を用いることが好ましい。このような
積層順については、ホール注入輸送層を２層以上設ける
ときも同様である。このような積層順とすることによっ
て、駆動電圧が低下し、電流リークの発生やダークスポ
ットの発生・成長を防ぐことができる。また、素子化す
る場合、蒸着を用いているので１〜１０nm程度の薄い膜
も均一かつピンホールフリーとすることができるため、
ホール注入層にイオン化ポテンシャルが小さく、可視部
に吸収をもつような化合物を用いても、発光色の色調変
化や再吸収による効率の低下を防ぐことができる。ホー
ル注入輸送層は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着
することにより形成することができる。

【００７８】電子注入輸送層には、トリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）等の８−キノリノー
ルまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などの
キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリ
ン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオ
レン誘導体等を用いることができる。電子注入輸送層は
発光層を兼ねたものであってもよく、このような場合は
トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用する
ことが好ましい。電子注入輸送層の形成は、発光層と同
様に、蒸着等によればよい。

【００７９】電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層
とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合
物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることが
できる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値
の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このよ
うな積層順については、電子注入輸送層を２層以上設け
るときも同様である。

【００８０】ホール注入輸送層、発光層および電子注入
輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから、
真空蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法を用い
た場合、アモルファス状態または結晶粒径が０．２μm
以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．２μm を
超えていると、不均一な発光となり、素子の駆動電圧を
高くしなければならなくなり、電荷の注入効率も著しく
低下する。

【００８１】真空蒸着の条件は特に限定されないが、１
０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／
sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続し
て各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形
成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げる
ため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低く
したり、ダークスポットの発生・成長を抑制したりする
ことができる。

【００８２】これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場
合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化
合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着する
ことが好ましい。

【００８３】基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む
色変換膜、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色をコン
トロールしてもよい。

【００８４】色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等
で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、
有機ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルター
の特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すれば
よい。

【００８５】また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収
するような短波長の外光をカットできるカラーフィルタ
ーを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向
上する。

【００８６】また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用
いてカラーフィルターの代わりにしても良い。

【００８７】蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を
吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させること
で、発光色の色変換を行うものであるが、組成として
は、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成
される。

【００８８】蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高
いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いこ
とが望ましい。実際には、レーザー色素などが適してお
り、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン
系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニ
ン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素
系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・ク
マリン系化合物等を用いればよい。

【００８９】バインダーは、基本的に蛍光を消光しない
ような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷
等で微細なパターニングが出来るようなものが好まし
い。また、基板上にホール注入電極と接する状態で形成
される場合、ホール注入電極（ＩＴＯ、ＩＺＯ）の成膜
時にダメージを受けないような材料が好ましい。

【００９０】光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りな
い場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良
い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しな
いような材料を選べば良い。

【００９１】本発明における有機ＥＬ素子は、通常、直
流駆動型、パルス駆動型のＥＬ素子として用いられる。
印加電圧は、通常、２〜３０V 程度とされる。

【００９２】

【実施例】コーニング製１７３７耐熱性無アルカリガラ
ス基板の上にアモルファス・シリコン層を約６００Åの
厚さでＣＶＤ法により成膜した。この成膜条件は、下記
の通りである。Ｓｉ₂Ｈ₆ ガス：１００SCCM、圧力：０．３Torr、温
度：４８０℃。

【００９３】それからこのアモルファス・シリコン層を
固相成長させて活性層（ポリシリコン層）とした。この
固相成長は、熱アニールとレーザーアニールを併用し
た。その条件は下記の通りである。

【００９４】＜熱アニール＞Ｎ₂ ：１ＳＬＭ、温度：６００℃、処理時間：２４時間＜レーザーアニール＞ＫｒＦ：２５４nm、エネルギー密度：２００mJ／cm² 、
ショット数：５０

【００９５】次いで、このポリシリコン層をパターニン
グして活性シリコン層：５００Åを得た。

【００９６】この活性シリコン層の上にゲート酸化膜と
なるＳｉＯ₂ 層を、例えばプラズマＣＶＤ法により、約
８００Å成膜した。成膜条件は例えば下記の通りであ
る。

【００９７】投入パワー：５０Ｗ、ＴＥＯＳ（テトラ
エトキシシラン）ガス：５０SCCM、Ｏ₂ ：５００SCCM、
圧力：０．１〜０．５Torr、温度：３５０℃。

【００９８】このＳｉＯ₂ 層の上に、ゲート電極となる
Ｍｏ−Ｓｉ₂ 層を、スパッタ法により、約１０００Å成
膜した。それからこのＭｏ−Ｓｉ₂ 層および上記で形成
したＳｉＯ₂ 層を、例えばドライエッチングによりパタ
ーニングし、ゲート電極およびゲード酸化膜を得た。

【００９９】次いで、このゲート電極をマスクとしてシ
リコン活性層のソース・ドレイン領域となるべき部分に
イオンドーピング法により、Ｎ型の不純物：Ｐをドーピ
ングした。

【０１００】次に、これを窒素雰囲気中で約５５０℃で
１０時間加熱して、ドーパントの活性化を行った。さら
に、水素雰囲気中で約４００℃で３０分加熱処理して水
素化を行い、半導体の欠陥準位密度を減少させた。

【０１０１】そして、この基板全体に層間絶縁層となる
ＳｉＯ₂ 層を、厚さ約８０００Å成形した。この層間絶
縁層となるＳｉＯ₂ の成膜条件は、以下の通りである。Ｏ₂／Ｎ₂ ：１０ＳＬＭ５％ＳｉＨ₄／Ｎ₂ ：１ＳＬＭ１％ＰＨ₃／Ｎ₂ ：５００SCCM Ｎ₂ ：１０ＳＬＭ温度：４１０℃ 圧力：大気圧

【０１０２】この層間絶縁層となるＳｉＯ₂ 膜をエッチ
ングし、コンタクト用のホールを形成した。次いで、ド
レイン、ソース配線電極としてＡｌを蒸着した。

【０１０３】また、活性層の膜厚を３００Åとしてレー
ザーアニールのレーザーショット数を２００（比較サン
プル１）、膜厚を１０００Åとしてレーザーアニールの
レーザーショット数を２００（比較サンプル２）とした
以外は上記と同様にして比較サンプルを作製した。

【０１０４】得られたＴＦＴアレイのＳ値を評価したと
ころ、本発明サンプルは１．０（V／decade）、比較サ
ンプル１は０．４（V／decade）であった。さらに、オ
フ電流を測定したところ、本発明サンプルは４×１０
^-10 A、比較サンプル１は１×１０^-10 A、比較サンプル
２は１×１０^-6 A以上であった。

【０１０５】次に、有機ＥＬ素子の形成領域にホール注
入電極となるＩＴＯを成膜し、前記配線電極と接続し
た。

【０１０６】以上のように作製された、本発明サンプル
ＴＦＴ薄膜パターンの画素領域（ＩＴＯ上）に発光層を
含む有機層を真空蒸着法により成膜した。成膜した材料
は以下の通りである。ここでは一例のみを挙げるが、本
発明はその概念から明らかなように、蒸着法で形成可能
であれば成膜材料によらずに適用できる。

【０１０７】ホール注入層およびホール輸送層として、
Ｎ,Ｎ´−ビス（ｍ−メチルフェニル）−Ｎ,Ｎ´−ジフ
ェニル−１,１´−ビフェニル−４,４´−ジアミン（N,
N´-bis(m-methyl phenyl)-N,N´-diphenyl-1,1´-biph
enyl-4,4´-diamine以下ＴＰＤと略す）を、発光層兼電
子輸送層としてトリス（８−ヒドロキシキノリン）アル
ミニウム（tris (8-hydroxyquinoline)aluminium 以下
Ａｌｑ3 と略す)を、さらに真空を破らずに第２の電極
１２として陰極を、引き続き成膜した。

【０１０８】成膜方法としては、ホール注入層およびホ
ール輸送層は真空蒸着法を、第２の電極はＤＣスパッタ
法を選択した。第２の電極としてはＡl／Ｌｉ合金（Ｌ
ｉ濃度：７at%）をガス圧１Pa、パワー１Ｗ／cm² で膜
厚５nmだけ成膜し、さらに、配線電極としてＡlを０．
３Pa、パワー１Ｗ／cm² で膜厚２００nm積層した。

【０１０９】得られた、有機ＥＬ表示装置の各画素を駆
動するＴＦＴのゲートに、所定の駆動電圧を加えて時分
割駆動したところ、ＴＦＴの動作に従って、オン−オフ
動作（発光）が確認された。また、本発明サンプルは比
較サンプル１に比べコントラストが改善されるととも
に、誤発光発光現象は見られなかった。また、比較サン
プル２は本発明サンプルよりコントラスト比が１／２以
下に低下していた。

【０１１０】本発明はその趣旨から明らかなようにこの
実施例で用いた有機ＥＬ素子構成膜およびその積層順序
に限るものではなく、ホール注入層、発光層、第２の電
極、配線電極に他の材料を用いてもよく、ホール注入
層、電子輸送層、電子注入層などをさらに形成し多層構
造としても良い。言い換えると成膜される材料の種類、
構造によらず適用できる。

【０１１１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誤発光
や、コントラストの低下を防止し、画素間や製品間で発
光輝度のバラツキを生じることなく、しかも動作速度が
速い有機ＥＬ素子の駆動装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図２】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図３】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図４】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図５】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図６】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の製造工程を
示す一部断面図である。

【図７】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の基本構成例
を示す一部断面図である。

【図８】配線電極と、ホール注入電極との間に両者の接
続性を向上させるために形成された接続金属層の様子を
示した部分断面図である。

【図９】バラツキおよび電界移動度と、膜厚との関係を
示したグラフである。

【図１０】アニール条件ごとの電界移動度と膜厚との関
係を示したグラフである。

【図１１】膜厚と漏れ電流（Ｉoff）との関係を示した
グラフである。

【符号の説明】

１基板２アモルファスシリコン層２ａ活性層３ゲート酸化膜４ゲート電極５絶縁膜６レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K007 AB00 AB02 AB04 AB06 AB17 BB06 CA01 CA02 CB01 DA00 DA01 DB03 EB00 FA01 FA03 GA00 5C094 AA06 AA07 AA13 AA60 BA03 BA27 CA19 DA09 EA05 EB02 5F110 AA06 BB01 BB20 CC02 DD02 DD03 DD04 DD06 DD07 EE03 EE04 EE05 EE06 EE09 EE34 EE43 EE44 EE45 FF02 FF24 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ12 HJ23 HL03 NN02 NN04 NN23 NN24 NN25 NN26 NN35 PP03 PP04 PP10 PP13 PP29 QQ24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御電極と一組の被制御電極とが非単結
晶シリコン基体に形成されているスイッチング素子と、このスイッチング素子により駆動され、少なくとも発光
機能に関与する有機層を有する有機ＥＬ素子とを有し、前記スイッチング素子は、非単結晶シリコン基体の活性
層の膜厚が１００〜８００Åである有機ＥＬ素子の駆動
装置。
【請求項２】前記スイッチング素子は、Ｓ値が０．８
（V／decade）以上である請求項１の有機ＥＬ素子の駆
動装置。
【請求項３】前記スイッチング素子のオフ電流は、１
×１０^-8 A以下である請求項１または２の有機ＥＬ素子
の駆動装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの有機ＥＬ素子
の駆動装置がマトリクス状に配置されている有機ＥＬ表
示装置。