JP2005107492A - エレクトロルミネセンスディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の上に順次に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とエレクトロルミネセンス素子を含むエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、エレクトロルミネセンスディスプレイ装置に関し、薄膜トランジスタとエレクトロルミネセンス素子を含み、エレクトロルミネセンス素子の陽極と薄膜トランジスタのソース電極／ドレイン電極の一つの一部は、同じ表面の上に設置され、エレクトロルミネセンス素子の陽極と薄膜トランジスタのソース電極／ドレイン電極の一つの一部が互いに重なり合い、より低い接触抵抗を有する電気的接触を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置に関し、特に、エレクトロルミネセンス素子とエレクトロルミネセンス素子のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含むエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置に関するものである。

薄膜トランジスタ有機発光ダイオード（ＴＦＴ−ＯＬＥＤ）といった従来のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置では、エレクトロルミネセンス素子の電極の１つは、下の保護層内のコンタクトバイアホールによって関連するＴＦＴ装置のソースまたはドレイン電極のいずれかに接触する。図１で示された従来のＴＦＴ−ＯＬＥＤ装置の断面図を例として説明する。このＴＦＴ−ＯＬＥＤ装置は、ＴＦＴ装置１００とＯＬＥＤ装置２００で構成され、基板１０の上に形成される。ここでの基板１０は、例えば、半導体材料であり、その場合、基板１０の上に窒化ケイ素と酸化ケイ素の絶縁緩衝層１１と１２をそれぞれ形成することができる。基板はまた、ガラス、合成樹脂、またはそれに類する材料からなることもできる。この場合には、絶縁緩衝層１１と１２は必要とならない。

ＴＦＴ装置１００は、まず、ポリシリコン膜のアクティブ層１０２の堆積によって形成される。アクティブ層１０２は、外側にドープされ、ソース１０２Ｓ域とドレイン１０２Ｄ域を形成し、その間にチャネル域１０２Ｃを有する。次に、ゲート酸化物絶縁層２０のブランケットがアクティブ層１０２の上に堆積され、アクティブ層１０２と基板の残りの一部を覆う。続いて、通常、クロムまたはモリブデンからなるゲート電極１２０が、チャネル域１０２Ｃの上に直接置かれたゲート酸化物絶縁層２０の上に堆積される。次に、層間絶縁層２２のブランケットが提供され、ゲート電極１２０とゲート酸化物絶縁層２０の残りの一部を覆う。層間絶縁層２２は、通常、窒化ケイ素と酸化ケイ素から構成される。バイアホール１１１と１１２は、層間絶縁層２２とゲート酸化物絶縁層２０の２つの絶縁層によって、ドレイン１０２Ｄ域とソース１０２Ｓ域に至るまでエッチングされる。ドレイン電極１１０Ｄとソース電極１１０Ｓは、アルミニウムなどの金属でそれぞれのバイアホール１１１と１１２を埋めることによって形成される。続いて、第一保護層３０は、ソース電極１１０Ｓとドレイン電極１１０Ｄを覆った全表面の上に形成され、ＴＦＴ装置１００に必要な構造が完成される。

第一保護層３０は、ＯＬＥＤ装置２００が形成される表面を形成する。ＯＬＥＤ装置２００を形成するために、まず、ソース電極１１０Ｓの上の第一保護層３０にエッチングされ、その中にコンタクトバイアホール２１２を形成する。ＯＬＥＤの陽極２１０を構成する透明電極は、コンタクトホール２１２を含む第一保護層３０の表面の上に堆積され、陽極２１０がコンタクトホール２１２によってソース電極１１０Ｓと電気接触するようにする。陽極２１０は、一般的にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電材料からなる。第二保護層３２が全表面の上に提供され、開口が第二保護層３２の中にエッチングされ、ＯＬＥＤ装置の位置に対応する領域に陽極２１０を露出する。この開口はこれらのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置のマトリクスによって形成されたディスプレイの中の画素を定義し、有機エレクトロルミネセンス発光層２１５は、開口域の陽極２１０の上に堆積される。続いて、第三保護層３４が全表面の上に提供され、開口が第三保護層３４の中にエッチングされ、ＯＬＥＤ装置の位置に対応する領域に有機エレクトロルミネセンス発光層２１５を露出する。最後に、一般的にアルミニウムからなる陰極２２０が、発光層２１５の上に堆積され、ＯＬＥＤ構造を完了する。

適当なバイアス電位が陽極２１０と陰極２２０の間に形成されるとき、陽極２１０と陰極２２０からそれぞれ注入されたホールと電子は、発光層２１５で再結合し、光が透明陽極２１０と基板１０を通過する時、発光層にエネルギーを発射させる。

ここで、図１に示した従来のＴＦＴ−ＯＬＥＤ構造のような従来のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置では、エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０とソース電極１１０Ｓの間の電気接触がコンタクトホール２１２によって作られるために小さく、接触抵抗が高くなる傾向がある。一般的に、コンタクトホール２１２は、直径約５−１０ｕｍであり、そのような構造おいて接触したアルミニウム金属とインジウムスズ酸化物間の接触抵抗は、約５０オームである。かかる高い接触抵抗は、エレクトロルミネセンス素子を駆動するために、より大きな電力を必要とする。陽極２１０とソース電極１１０Ｓの間の接触を改善し、接触抵抗を低下させることでエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置の電力需要を改善することができるといえる。

従来のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置のもう一つの問題は、好ましい平坦度を有する陽極層を製造するのが難しいことである。エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０は、下の層にある複数の絶縁層の上に堆積されることから、陽極層の表面粗度をコントロールすることが難しい。エレクトロルミネセンス素子の信頼性のあるパフォーマンスのために、好ましくは、陽極２１０の平坦度（表面粗度）がＲｍｓ＜１０ÅとＲｐｖ＜１００Åの条件に合致することである。よって、改善されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置が必要となる。
米国特許第６４９２７７８号明細書

本発明の主な目的は、基板の上に順次に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とエレクトロルミネセンス素子を含むエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置であって、上記問題点が改善されたものを提供することである。

エレクトロルミネセンス素子は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの発光装置からなることができ、薄膜トランジスタは、エレクトロルミネセンス素子を駆動するのに用いられる。基板は、透明基板で、ガラス、合成樹脂またはそれらの類する物などの非導電性材料から形成することができる。また、半導体または導電材料からも形成することができ、その場合、基板は、薄膜トランジスタ装置とエレクトロルミネセンス素子が基板に形成される前に、一つまたはそれ以上の酸化ケイ素または窒化ケイ素の絶縁層で保護される。

薄膜トランジスタの基本的な構造は、図１の従来の薄膜トランジスタ装置と同じであり、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極を含む。しかし、本発明のこの実施例では、ゲート酸化物絶縁層とエレクトロルミネセンス素子の領域内へ延伸した層間絶縁層が除去され、エレクトロルミネセンス素子の陽極が直接基板の上に堆積されるようになっている。陽極が堆積される前に、まず、ソース電極が堆積されることで、ソース電極の一部が直接基板の上に設置される。または、ドレイン電極の一部が直接基板の上に設置される。

エレクトロルミネセンス素子は、透明の陽極層を含み、陰極層とエレクトロルミネセンス発光層は、陽極と陰極層の間に設置される。これらの層は、まず、基板の上に直接設置された陽極の基板の上に堆積され、陽極の上にエレクトロルミネセンス発光層を形成し、陰極は、エレクトロルミネセンス発光層の上に設置される。

次に、エレクトロルミネセンス素子の陽極は、基板の上に堆積され、エレクトロルミネセンス素子の陽極の一部が直接基板の上にある薄膜トランジスタのソース電極の一部に重なり覆う。この構造の重要な特徴は、薄膜トランジスタのソース電極とエレクトロルミネセンス素子の陽極とが重なり合う領域において、両者がその間に構造、材料を介在させることなく接触していることである。基板の上に薄膜トランジスタを形成するプロセス中、ソース電極の一部は、直接基板の上に堆積される。エレクトロルミネセンス素子の陽極は、続いて薄膜トランジスタに隣接する基板の上に堆積され、陽極のエッジ部がソース電極に重なり、ソース電極のエッジ面を覆う。陽極は、ソース電極のエッジ面と上面に接触し、陽極とソース電極の間の接触領域は、従来の構造のコンタクトバイアホールによって作られた接触領域より大きくなる。よって、陽極とソース電極の間の接触抵抗は、低く、エレクトロルミネセンスディスプレイ装置の電力需要を低下させる。本発明のもう一つの実施例では、エレクトロルミネセンス素子の陽極と薄膜トランジスタのソース電極の順序は、反対にすることができる。エレクトロルミネセンス素子の陽極を先に基板の上に堆積する、続いて薄膜トランジスタのソース電極の一部が直接、基板の上に堆積され、エレクトロルミネセンス素子の陽極を覆うことができる。

本発明のもう一つの実施例では、ゲート酸化物絶縁層と薄膜トランジスタ装置の層間絶縁層の少なくとも一つが、エレクトロルミネセンス素子の下で元の状態を保つ。薄膜トランジスタのソース電極とエレクトロルミネセンス素子の透明陽極は、基板の上ではなく絶縁層の一つの上に堆積される。

薄膜トランジスタのソースとドレインの呼称は、その電気的機能性に基づいて、交換できることが当業者に周知である。エレクトロルミネセンス素子の陽極と陰極の呼称も同様である。本発明では、上述の呼称は、互いに交換することができる。よって、本発明のもう一つの実施例では、エレクトロルミネセンス素子の透明電極層は、陰極であることができ、上述のオーバーラップした接触は、エレクトロルミネセンス素子の陰極と薄膜トランジスタのドレイン電極の間に形成することができる。

本発明の基板の上に順次に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とエレクトロルミネセンス素子を含むエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置によれば、陽極２１０とソース電極１１０Ｓの間の接触が改善され、電気的接触抵抗が低下することでエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置の電力需要が改善できる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例に基づいた改善されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置を示す。エレクトロルミネセンスディスプレイ装置は、薄膜トランジスタ１００’とエレクトロルミネセンス素子２００’を含み、基板１０の上に形成される。この実施例のエレクトロルミネセンス素子は、有機発光ダイオードであり、薄膜トランジスタ１００’は、エレクトロルミネセンス素子２００’を駆動するのに用いられる。基板１０は、透明でガラス、合成樹脂、またはそれに類する物などの非導電材料から形成することができる。ここでは、導電、または半導体材料から形成することもできる。この場合、基板１０は、通常、薄膜トランジスタ１００’とエレクトロルミネセンス素子２００’が基板の上に形成される前に、一つまたはそれ以上の酸化ケイ素と窒化ケイ素の絶縁層で保護される。

本発明の実施例の薄膜トランジスタ１００’は、図１に示された従来のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置の薄膜トランジスタと同じ構造を有しているが、ソース／ドレイン電極１１０Ｓと１１０Ｄが層間絶縁層２２の上に堆積された後、エレクトロルミネセンスの陽極２１０は、薄膜トランジスタ構造を保護層で覆うことなく、直接、層間絶縁層２２の上に堆積されている。これにより、薄膜トランジスタのソース電極１１０Ｓとエレクトロルミネセンス素子の陽極２１０の両方が、層間絶縁層２２の上に堆積される。一般的にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなるエレクトロルミネセンス素子の陽極２１０は、層間絶縁層２２の上に堆積され、陽極２１０のエッジ部２１３が層間絶縁層２２の上に直接、堆積されたソース電極１１０Ｓの上に重なり覆う。ソース電極１１０Ｓは、直接エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０に接触するエッジ面１１５と上面１１６を有する。言い換えれば、陽極２１０とエッジ面１１５と上面１１６は、介在する層がなく接触し、これらの面の間の接触領域を最大化することができる。陽極のエッジ部２１３とのソース電極１１０Ｓの間に形成された接触は、図１に示された従来のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置のコンタクトホール２１２によって形成された接触より実質上、比較的大きい接触領域を有する。比較的大きい接触領域のため、エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０と薄膜トランジスタのソース電極１１０Ｓの間の電気的接触抵抗は低く、電力需要がより低くなる。本発明のこの実施例は、エッジ面１１５と上面１１６の二つの異なる表面を有するソース電極１１０Ｓを示しているが、ソース電極１１０Ｓのエッジ面は、その目的に基づいて多くの種類の表面形態を有することができる。

続いて、一般的に窒化ケイ素のブランケットの保護層３０が堆積され、薄膜トランジスタのソースとドレイン電極１１０Ｓと１１０Ｄを覆う。エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０の上の保護層３０の一部が除去され、陽極２１０の一部を露出する。エレクトロルミネセンス素子２００’は、有機化合物の発光層２１５とアルミニウムなどの不透明の電気的導電材料の陰極２２０の堆積によって形成される。

図３は、本発明のもう一つの実施例に基づいた改善されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置を示す。この実施例では、ゲート酸化物絶縁層２０と層間絶縁層２２が、適当なエッチングプロセスによってエレクトロルミネセンス素子領域から除去され、エレクトロルミネセンス素子２００’が基板１０の上に直接形成できるようになっている。この実施例では、基板１０は半導体であり、よって、その表面は、窒化ケイ素と酸化ケイ素の絶縁緩衝層１１と１２で絶縁される。仮に基板１０がガラスなどの非導電材料の場合、緩衝絶縁層１１と１２は、不要となり、エレクトロルミネセンス素子２００’は、基板１０の上に直接形成することができる。

ゲート酸化物絶縁層２０と層間絶縁層２２が基板のエレクトロルミネセンス素子領域から除去された後、ソース電極１１０Ｓとドレイン電極１１０Ｄが堆積される。図で示されるように、ソース電極１１０Ｓは、ソース１０２Ｓの上に提供され、エレクトロルミネセンス素子領域に向けて延伸し、露出した絶縁緩衝層１２まで下って延伸することで、ソース電極１１０Ｓの一部が直接、絶縁緩衝層１２の上に（緩衝層が用いられない場合には、基板１０の上に）堆積される。次に、エレクトロルミネセンス素子の陽極２１０は、基板の絶縁緩衝層１２の上に堆積され、その陽極２１０のエッジ部２１３を直接、絶縁緩衝層１２の上に置かれたソース電極１１０Ｓの一部を覆う。陽極のエッジ部２１３は、ソース電極のエッジ面１１５とトップ面１１６を覆い隠す。よって、陽極２１０とソース電極１１０Ｓの間に形成された接触では、従来のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置のより低い電気的接触抵抗を有する。

そして、図２に示されたように、薄膜トランジスタ１００’とエレクトロルミネセンス素子２００’が、保護層３０、発光層２１５と陰極２２０の堆積によって順次形成される。

上記実施例で、留意すべきは、薄膜トランジスタソース電極１１０Ｓとエレクトロルミネセンス素子の陽極２１０の順序は交換することができる。図４に示されたのは、最終構造で、陽極２１０が先に基板１０の上に堆積され、トランジスタソース電極１１０Ｓが続いて陽極の上に堆積され、陽極２１０のエッジ部を覆い隠すものである。

従来のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置の断面概略図である。 本発明の実施例に基づいた改善されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置の断面概略図である。 本発明のもう一つの実施例に基づいた改善されたエレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ装置の断面概略図である。 本発明のもう一つの実施例に基づいたＴＦＴのソース電極とＥＬ素子間の接触領域の断面概略図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ 窒化ケイ素絶縁緩衝層
１２ 酸化ケイ素絶縁緩衝層
２０ ゲート酸化物絶縁層
２２ 層間絶縁層
３０ 第一保護層
３２ 第二保護層
３４ 第三保護層
１００ 薄膜トランジスタ装置
２００ 有機発光ダイオード装置
１００’ 薄膜トランジスタ
２００’ エレクトロルミネセンス素子
１０２ アクティブ層
１０２Ｓ ソース
１０２Ｄ ドレイン
１０２Ｃ チャネル域
１１０Ｓ ソース電極
１１０Ｄ ドレイン電極
１１１、１１２ バイアホール
１２０ ゲート電極
１１５ エッジ面
１１６ 上面
２１０、２１１、２１３ 陽極
２１２ コンタクトバイアホール
２１５ 有機エレクトロルミネセンス発光層
２２０ 陰極

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板の上に形成され、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極を含み、前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくともいずれかの一部が直接前記基板の上に設置される薄膜トランジスタと、
   前記基板の上に直接設置される第一電極と、前記第一電極層の上に設置されるエレクトロルミネセンス発光層と、前記エレクトロルミネセンス発光層の上に形成される第二電極とを含むエレクトロルミネセンス素子と、を有し、
   前記エレクトロルミネセンス素子の第一電極の一部が、前記基板の上に直接設置された前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくともいずれかの一部に接触するエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
2. エレクトロルミネセンス素子の第一電極が、ソース電極とドレイン電極の少なくともいずれかのエッジ面と上面に直接接触する請求項１記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
3. ソース電極とドレイン電極の少なくともいずれかが、エレクトロルミネセンス素子の第一電極のエッジ面と上面に直接接触する請求項１記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
4. エレクトロルミネセンス素子は、有機発光ダイオードである請求項１〜請求項３いずれか１項に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
5. 薄膜トランジスタとエレクトロルミネセンス素子が設置された前記基板の表面は、少なくとも１つの絶縁緩衝層を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
6. 絶縁緩衝層は、窒化ケイ素層である請求項５に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
7. 絶縁緩衝層は、酸化ケイ素層である請求項５又は請求項６記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
   
8. 絶縁層を有する基板と、
   前記基板の上に形成され、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極を含み、少なくとも１つの前記ソース電極と前記ドレイン電極の一部が直接、前記基板の上の絶縁層の上に設置される薄膜トランジスタと、
   前記基板の上に形成され、基板の上に直接設置される第一電極と、前記第一電極層の上に設置されるエレクトロルミネセンス発光層と、前記エレクトロルミネセンス発光層の上に形成される第二電極を含むエレクトロルミネセンス素子と、を有し、
   前記エレクトロルミネセンス素子の第一電極の一部が、前記絶縁層の上に直接設置された前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくともいずれかの一部に接触するエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
9. 絶縁層は、基板の上の絶縁緩衝層である請求項８に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
10. 絶縁層は、ゲート酸化物絶縁層である請求項８に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
11. 絶縁層は、層間絶縁層である請求項８に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
12. エレクトロルミネセンス素子の第一電極が、ソース電極とドレイン電極の少なくともいずれかのエッジ面と上面に直接接触する請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
13. ソース電極とドレイン電極の少なくともいずれかが、エレクトロルミネセンス素子の第一電極のエッジ面と上面に直接接触する請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
14. エレクトロルミネセンス素子は、有機発光ダイオードである請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセンスディスプレイ装置。
    

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