JP4246845B2 - 有機ｅｌ素子の駆動装置および有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Description

【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２−３７３８５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、ＩＥＥＥＴｒａｎｓＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，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７−１２２３６１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８−１０９３７０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】
有機ＥＬ素子をＴＦＴで駆動する場合、１画素あたりに流れる電流は１μA 程度である。ところが、この程度の電流をＴＦＴで制御しようとすると、ちょうど図１１に示すように、ＶGS −ＩDS特性の変化点近傍で制御することとなり、同一電圧Ｖ１で駆動しても、素子特性の変動により、被制御電流ＩＤＳが例えばＩ１，Ｉ２と大きく変動してしまい、素子特性のバラツキによる影響を受けやすい。このため、画素間で発光輝度のバラツキを生じてしまい、発光ムラ等といった表示品質の低下を招く要因の一つとなっていた。
【０００６】
表示装置の性能を律する要因の１つに階調制御の問題がある。通常、高精細ディスプレイを得るためには８階調以上の階調が必要であるとされている。ところが、従来のＴＦＴを用いた表示装置の多くはＳ／Ｎ比が２０ｄＢに満たないものが多く、８階調以上の制御が困難となり、高精細ディスプレイを得るための大きな障害となっていた。そして、有機ＥＬ表示装置のＳ／Ｎ比を律する大きな要因として、ＴＦＴのＩonのバラツキがあり、このＩonのバラツキを低減することが重要な課題であった。
【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高品質な有機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】
スイッチング素子の他の特性として、ゲート電極の長さＬと、幅Ｗとの比であるＬ／Ｗ値がある。通常、ＴＦＴ等のスイッチング素子では、Ｌ／Ｗ値が小さいほど好ましいとされている。これは、Ｌ／Ｗ値が小さくなると、少ない電圧変化でスイッチング動作（大きな被制御電流の変化）を行えるためで、通常、ＴＦＴでは１／３〜１／１程度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、Ｌ／Ｗ値が小さ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。
【０００９】
そこで、Ｌ／Ｗ値を有る値よりも大きくすることで、例えば図１１に示したＶGS −ＩDS特性曲線が、図１２に示すように緩やかなものとなり、必要な電流を得るのに変化点より離れた電圧Ｖ１で駆動することにより、素子特性が変動しても、被制御電流ＩＤＳの変動Ｉ１，Ｉ２の差が少なく、素子特性の変動の影響を受けにくくなる。
【００１０】
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、制御電極のチャネル長（Ｌ）とチャネル幅（Ｗ）との比を表すＬ／Ｗ値が１を超えるものである有機ＥＬ素子の駆動装置。
（２） 上記（１）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。
【００１１】
【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、制御電極のチャネル長（Ｌ）とチャネル幅（Ｗ）との比を表すＬ／Ｗ値が１を超えるものである。
【００１２】
このスイッチング素子のＬ／Ｗ値は、例えば図１に示すように、制御電極であるゲート電極１の長さＬと幅Ｗとの比Ｌ／Ｗである。なお、図１は図２に示すＴＦＴ１のようなＴＦＴ素子の概略部分拡大図であり、シリコン基体２（２２）上にゲート電極１が形成されている様子を示したものである。このＬ／Ｗ比は、チャネル長とチャネル幅との比とも考えることができる。
【００１３】
スイッチング素子のＬ／Ｗ値は、１を超え、好ましくは２〜１００、より好ましくは２〜１０である。
【００１４】
このように、スイッチング素子のＬ／Ｗ値を所定の値より大きいものとすることにより、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。
【００１５】
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ＥＬ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。
【００１６】
本発明のスイッチング素子について、図２を参照しつさらに具体的に説明する。図２は、有機ＥＬ素子を駆動するＴＦＴアレイの一例を示した平面図である。
【００１７】
図において、ソースバス１１にはソース電極１３が接続され、コンタクトホール１３ａを介してシリコン基体２１上に形成されているソース部位と接続している。このシリコン基体２１上には図示しない他の画素のＴＦＴ素子と共通に接続されているゲートバス１２が形成されていてこのゲートバス１２がシリコン基体２１と交わる部分にゲート電極が形成される。
【００１８】
ソース部位とゲート電極を挟んでシリコン基体上に形成されているドレイン部位にはコンタクトホール１４ａを介してドレイン配線１４が接続されている。このドレイン配線１４はコンタクトホール１４ｂを介してゲートライン１５と接続され、このゲートライン１５はＴＦＴ１を構成するシリコン基体２２上に形成されるとともに、キャパシタ１８の一方の電極と接続されている。キャパシタ１８の他方の電極はアースバス２３と接続されるとともに、ソース電極１７と接続され、このソース電極１７はコンタクトホール１７ａを介してＴＦＴ１のソース部位と接続されている。ゲートライン１５がシリコン基体２２と交わる部位に、ゲート電極が形成されることとなる。
【００１９】
ソース部位とゲート電極１５を挟んでシリコン基体上に形成されているドレイン部位にはコンタクトホール１６ａを介してドレイン配線１６が接続され、このドレイン配線１６は画素となる有機ＥＬ素子の一方の電極を構成するか、それと接続されている。
【００２０】
この有機ＥＬ素子を直接駆動するＴＦＴ１が本発明におけるスイッチング素子となり、このＴＦＴ１のゲート部分を簡略化して表したものが図１である。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明において、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）は有機ＥＬ素子の駆動のために用いられる。
【００２３】
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。
【００２４】
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（２４８nm）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´９６，ＤｉｇｅｓｔｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｐｅｒｓＰ１７〜２８に示されているような方法を用いるとよい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）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。
【００３１】
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（ＬＰＣＶＤ）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３００〜６００℃で１〜３時間程度施すのが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
＜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
先ず、図３に示すように、基板１０１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１０２を積層する。
【００４４】
その後、図４に示すように、エキシマーレーザー１１５等によりアニール、結晶化を行い、活性層１０２ａを形成する。その際、熱アニールを併用してもよい。
【００４５】
さらに、図５に示すように、結晶化された活性層（ポリシリコン層）１０２ａ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。
【００４６】
次に、図６に示すように、絶縁ゲート１０３をポリシリコンアイランド１０２ａ上および絶縁基板１０１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。
【００４７】
次に、図７に示すように、ゲート電極１０４を蒸着またはスパッタリングで成膜する。
【００４８】
次いで、図８に示すように、ゲート電極１０４をパターニングし、パターニングされたゲート電極１０４上からイオンドーピング１１６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。
【００４９】
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１１１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。
【００５０】
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１１２、ソース配線電極１１３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（１１５）と接続される。さらに、ドレイン配線電極１１２上に絶縁膜１１４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９に示すようなスイッチング素子を得る。
【００５１】
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１０に示すように配線電極１１３と、ホール注入電極１１５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１１６を形成するとよい。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、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（Ａｇ：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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１００〜５００℃程度が好ましい。
【００５７】
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 、Ｉｎ₂ 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Ｉｎ₂ Ｏ₃ 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。
【００５８】
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５０〜５００nm、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。
【００５９】
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ＤＣスパッタ法により形成することが好ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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６３−２６４６９２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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６３−２６４６９２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８７４号等に開示されているものを挙げることができる。
【００６７】
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。
【００６８】
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８−１２９６９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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
ホール注入輸送層には、例えば、特開昭６３−２９５６９５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５−２９９１７４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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
真空蒸着の条件は特に限定されないが、１０^-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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
【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の厚さで減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）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℃。
【００９５】
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。
【００９６】
＜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：２００
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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℃。
【０１００】
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。
【０１０１】
このとき、ゲート電極の長さ（Ｌ）は１５μm 、幅（Ｗ）５μm であり、Ｌ／Ｗ値は３であった。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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 ：１０ＳＬＭ
５％ＳｉＨ₄／Ｎ₂ ：１ＳＬＭ
１％ＰＨ₃／Ｎ₂ ：５００SCCM
Ｎ₂ ：１０ＳＬＭ
温度：４１０℃
圧力：大気圧
【０１０５】
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。
【０１０６】
また、ゲート電極の長さ（Ｌ）を５μm 、幅（Ｗ）１５μm として、Ｌ／Ｗ値を１／３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。
【０１０７】
得られたＴＦＴアレイの各素子における特定のゲート電圧（５V ）に対するドレイン電流を測定し、ドレイン電流の変動率を求めたところ、本発明サンプルは±８％以内、であったのに対し、比較サンプルは±１２％以上となっていた。
【０１０８】
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。そして、発光領域（画素部分）のみ発光させるように、上記と同様にして層間絶縁膜ＳｉＯ₂ を４０００Å成膜し、発光領域となる部分を開口した。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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´-biphenyl-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。
【０１１１】
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（Ｌｉ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。
【０１１２】
得られた、有機ＥＬ表示装置の各画素を１０mA／cm² の定電流駆動したところ、ＴＦＴの動作に従って、オン−オフ動作（発光）が確認された。また、定電流駆動時の各素子の発光輝度を測定したところ、本発明サンプルでは発光輝度のバラツキが±８％以内であったのに対し、比較サンプルでは±１２％以上となっていた。
【０１１３】
また、本発明の表示装置のＳ／Ｎ比を求めたところ２０ｄＢ以上であり、８階調以上の階調制御が可能であることがわかった。
【０１１４】
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素子構成膜及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。
【０１１５】
【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素子の駆動装置のゲート部分の概略拡大図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の駆動装置の一例を示す平面図である。
【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素子の駆動装置の製造工程を示す一部断面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】Ｌ／Ｗ値が小さい場合のＶGS−ＩDS特性曲線を示したグラフである。
【図１２】Ｌ／Ｗ値が大きい場合のＶGS−ＩDS特性曲線を示したグラフである。
【符号の説明】
１ ゲート
２ シリコン基体
１１ ソースバス
１２ ゲートバス
１３ ソース電極
１４ ドレイン電極
１５ ゲートライン
１６ ドレイン電極
１７ ソース電極
１８ キャパシタ
２１、２２ シリコン基体
１０１ 基板
１０２ アモルファスシリコン層
１０２ａ 活性層
１０３ ゲート酸化膜
１０４ ゲート電極
１０５ 絶縁膜
１０６ レジスト

Claims (2)

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、制御電極のチャネル長（Ｌ）とチャネル幅（Ｗ）との比を表すＬ／Ｗ値が１を超えるものである有機ＥＬ素子の駆動装置。
2. 請求項１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。

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