JP5014560B2 - 薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタと発光ダイオードの有機集積デバイスに関するもので、特にトップゲート薄膜トランジスタと発光ダイオードを含む有機集積デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光ダイオード(OLED)は、活性層として有機層を使った発光ダイオード(LED)である。近年、OLEDはだんだんとフラットパネルディスプレイにおいて見られるようになり、またそれは例えば低電圧操作、高輝度、軽量薄型、広い視野角及び高コントラスト値等の優れた点を持つ。
【０００３】
有機薄膜トランジスタ(OTFT)は、活性層として有機層を使った薄膜トランジスタ(TFT)で、OLEDを駆動するために使われている。近年、製造の簡素化と製造コストを下げる為に、研究者はOLEDとOTFTを同じ基板上にモノリシックに製造する集積技術を発明している。
【０００４】
例えば、ケンブリッジ大学のSirringhaus等はOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを発表し、それは、OLEDの発光層としてMEH-PPV［poly［2−methoxy−5−(2’−ethyl−hexsyloxy)−p−phenylene−vinylene］］を使う。OLEDは不透明な金属電極を通して放射するので、発光効率は良くない。また、製造工程も複雑である(非特許文献１参照)。
【０００５】
Choi等は、他のOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを開示した(特許文献１参照)。OTFTの中で、有機半導体層は、有機電荷移動錯体或いはチオフェンポリマーで、誘電層もまた有機材料である。しかしながら、そのような有機材料をパターン化するのはとても難しく、またOTFTの組立も困難である。
【０００６】
Nagami等は、OLEDの集積デバイスと、このOLED上に形成されてOLEDを駆動するnpn型のトランジスタを開示した(特許文献２参照)。しかしながら、有機材料を何層も積層することは、製造工程を複雑にする。
【０００７】
Bao等は、また他のOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを開示した(特許文献３参照)。これによれば、有機半導体材料はOTFTの半導体層とOLED のホール輸送層の両方に使われる。しかしながら、有機半導体材料が堆積された後は、デバイスの信頼性を高める為、更に保護層を加える必要がある。加えて、有機半導体層はパターン化されていないものなので、画素と画素の間で漏電やクロストークが生じる可能性があり、回路設計の要求に満たすことは難しい。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第5,970,318号
【特許文献２】
米国特許第6,037,718号
【特許文献３】
米国特許第6,150,668号
【非特許文献１】
Science, Vol.280, p.1741
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題を解決するために、本発明は薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスとその有機集積デバイスの製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを含む有機集積デバイスディスプレイを提供することも目的とする。本発明は最初にトップゲートOTFTとOLEDを統合する。幾つかの層はトップゲートOTFTとOLEDの両方に共用でき、また幾つかの層は、同じ材料からなり、同じ製造工程で形成され、その工程を簡素化できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本発明薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスにおける第一の特徴は、基板と、その基板上にトップゲート有機薄膜トランジスタ（OTFT）及び有機発光ダイオード（OLED）を含むことである。そして、トップゲートOTFTは、OLEDを駆動するために使用される。
【００１１】
上述による本発明集積デバイスの第二の特徴は、トップゲートOTFTはゲート、誘電体、ソース、ドレイン、及びソースとドレイン間には有機活性層を含み、OLEDは、アノード、カソード、及びアノードとカソード間に発光層を含み、またOTFTのソース或いはドレインは、OLEDのアノード或いはカソードと同じ層であることである。
【００１２】
本発明における第三の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT領域内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層は第一開口部に充填し形成され、トップゲートOTFTの有機活性層となる。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及びカソードはOLED領域内に形成される。
【００１３】
本発明における第四の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層は第一導電層上に形成され、第一開口部に充填し、トップゲートOTFTの有機活性層とOLEDのホール輸送層となる。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、発光層、電子輸送層、及びカソードはOLED領域内に形成される。
【００１４】
本発明における第五の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、ホール輸送層は、OTFTとOLED領域内の両方の第一導電層上に形成され、第一開口部に充填する。次ぎに、有機半導体層はホール輸送層上に形成される。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、発光層、電子輸送層、及びカソードはOLED領域内に形成される。
【発明実施の形態】
本発明の目的、特徴並びに長所が一層理解されるよう、以下に実施例を例示し、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（実施例）
図１aから１eは、本発明の第一実施例による、薄膜トランジスタ(TFT)と発光ダイオード(LED)の有機集積デバイスを形成する製造工程の断面図である。
【００１６】
図１aにおいて先ず、OTFT領域とOLED領域を備える基板１０を準備する。基板として好ましいのは、シリコンウェハー、ガラス、水晶、プラスチック基板或いは可とう性基板等である。第一導電層１２は、基板１０上に形成される。次ぎに第一導電層内のOTFT領域内に第一開口部１４を形成して、基板１０を露出させる。こうすることによって、第一導電層１２は、これから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。第一導電層１２は、金属、導電性ポリマー、或いはその他如何なる導電材料を用いてもよい。OLEDのアノードに適した材料には、電子ホールを有機半導体に注入するもの、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）或いは酸化亜鉛が好ましい。
【００１７】
続いて、図１bによると、有機半導体層２０は第一開口部１４に充填され、トップゲートOTFTの有機活性層（OAL）となる。有機半導体層２０は小分子材料、高分子材、或いは有機金属錯体を用いることができる。
【００１８】
続いて、図１cによると、誘電層３０は基板１０上に形成され、第二開口部３５はOLED領域内の誘電層３０に形成される。誘導層３０は無機材料、有機材料、或いは強誘電材料のようなその他高誘電定数の材料（K＞３）とすることができる。
【００１９】
続いて、図１dによると、ホール輸送層（HTL）４１、発光層（EL）４３、及び電子輸送層（ETL）４５が順序形成され、第二開口部３５に充填される。ホール輸送層（HTL）４１と電子輸送層（ETL）４５は、有機或いは無機材料になる。発光層４３は、小分子材料、高分子材或いは有機金属錯体のような有機半導体材料になる。
【００２０】
最後に、図１eによると、第二導電層は、誘電層３０と電子輸送層４５上に形成される。第二導電層はそれからパターン化され、OTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２をそれぞれ形成する。ゲート５０とカソード５２は、同じ材料とすることができる。OLEDのカソードとしての要求を満たすために、材料は、電子を有機半導体に注入できるものが好ましく、例えばCa、Mg、Al或いはこれらの合金のような低仕事関数材料である。
【００２１】
図１eの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図２aから図２cは図１eの構造に基づき変化させた集積デバイスの断面図である。
【００２２】
図２aが図１eと異なるのは、ホール輸送層（HTL）が誘電層の前に形成されるという点である。図２aの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０は基板１０上に形成され、それから誘電層３０がホール輸送層６０上に形成される。次ぎに、第二開口部３６がOLED領域内の誘電層３０に形成され、次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５が順次形成され、第二開口部３６に充填される。最後に、第二導電層は誘電層３０と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２３】
図２bが図１eと異なるのは、ホール輸送層（HTL）と発光層（EL）は最初に誘電層の前に形成されるという点である。図２bの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０と発光層６２は順次基板１０上に形成され、それから誘電層３０が発光層６２上に形成される。次ぎに、第二開口部３７がOLED領域内の誘電層３０に形成される。次ぎに、電子輸送層４５が形成されて誘電層３０内の第二開口部３７に充填される。最後に、第二導電層は誘電層３０と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２をそれぞれ形成する。
【００２４】
図２cが図１eと異なるのは、OLEDデバイスが完成した後、誘電層が形成されるという点である。図２cの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０と発光層６２は順次基板１０上に形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２が続いてOLED領域内の発光層６２上に形成され、OLEDデバイスが完成する。次ぎに、誘電層７０は発光層６２とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７０上に形成される。
【００２５】
図３aから図３cは、本発明の第二の好ましい実施例によるOTFTとOLEDの集積デバイスの断面図である。第二実施例（図３aから図３c）が第一実施例（図１eと図２aから図２c）と違うのは、主にOTFTの有機活性層（OAL）とOLEDのホール輸送層（HTL）が、同じ材料から製造された同じ層であるという点である。
【００２６】
図３aから図３cの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。最初に図３aを見ると、その工程は簡単には下記の通りである。基板１０はOTFT領域とOLED領域を備える。第一導電層１２は基板１０上に形成され、第一開口部１４はOTFT領域内の第一導電層１２に形成され、基板１０が露出される。これによって第一導電層１２はこれから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層６４は、第一開口部１４に充填するように第一導電層１２上に形成され、トップゲートOTFTの有機活性層（OAL）とOLEDのホール輸送層（HTL）となる。次ぎに、誘電層３２は、有機半導体層６４上に形成され、第二開口部３８はOLED領域内の誘電層３２に形成される。次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５は、順次誘電層３２内の第二開口部３８に充填するように形成される。最後に第二導電層は、誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２７】
図３aの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図３bと図３cは図３aの構造に基づき変化させた集積デバイスの断面図である。
【００２８】
図３bが図３aと異なるのは、発光層（EL）は最初に誘電層の前に形成される。この工程を下に簡単に説明する。OTFTとOLEDによって共用されるOAL（＝HTL）が形成された後、先ず発光層６６が形成され、それから誘電層３２は発光層６６上に形成され、次ぎに、第二開口部３９はOLED領域内の誘電層３２に形成される。最後に、第二導電層は誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２９】
図３cが図３aと異なるのは、その中で発光層（EL）が形成され、OLEDデバイスが完成した後、誘電層は形成されるという点である。その工程は簡単には下記の通りである。OTFTとOLEDによって共用されるOAL（＝HTL）が形成された後、発光層６６が形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２は順次OLED領域内の発光層６６上に形成され、OLEDは完成する。次ぎに、誘電層７２は発光層６６とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７２上に形成される。
【００３０】
図４aから図４cは、本発明の第三の好ましい実施例によるOTFTとOLEDの集積デバイスの断面図である。第三実施例（図４aから図４c）は第一実施例（図１eと図２aから図２c）と違い、主にOTFTの有機活性層（OAL）は、OLED内においてホール輸送或いはホールブロック機能を具備する。よってOALは、OTFTとOLED領域内の両方に形成される。これはOTFTの電気性質を強化するだけではなく、またOLEDの発光効率も高め、大面積への応用に適している。
【００３１】
図４aから図４cの集積デバイスを製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。最初に図４aを見ると、その工程は簡単には下記の通りである。最初に基板１０はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層１２は基板１０上に形成され、第一開口部１４はOTFT領域内の第一導電層１２に形成され、基板１０を露出させる。それゆえ、第一導電層１２は、これから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。次ぎに、ホール輸送層６７は、OTFTとOLED領域内の両方の第一導電層１２上に形成されて、第一開口部１４に充填される。次ぎに、有機半導体層６８はホール輸送層６７上に形成される。次ぎに、誘電層３２は有機半導体層６８上に形成され、第二開口部４８はOLED領域内の誘電層３２に形成される。次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５は順次形成されて第二開口部４８に充填される。次ぎに、第二導電層は、誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００３２】
図４aの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図４bと図４cは図４aの構造に基づき変化された集積デバイスの断面図である。
【００３３】
図４bが図４aと異なるのは、発光層（EL）は誘電層の前に形成されるという点である。その工程は簡単には下記の通りである。有機活性層（OAL）が形成された後、発光層６９と誘電層３２はそれから形成される。次ぎに、第二開口部４９がOLED領域内の誘電層３２に形成される。電子輸送層４５が形成され、第二開口部４９に充填される。次ぎに、第二導電層は誘電層と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００３４】
図４cが図４aと異なるのは、その中で発光層（EL）が形成され、OLEDデバイスが完成した後、誘電層はそれから形成されるという点である。この工程を下に簡単に説明する。有機活性層（OAL）が形成された後、発光層６９は形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２は順次OLED領域内の発光層６９上に形成され、こうしてOLED構造は完成する。次ぎに、誘電層７４は発光層６９とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７４上に形成される。
【００３５】
以上本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変形や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は特許請求の範囲を基準とする。
【００３６】
【発明の効果】
結論として、本発明は以下の優れた点を持つ。
（１）トップゲートOTFTとOLEDを一緒に同じ基板上に集積したのは本発明が初めてである。幾つかの層はOTFTとOLEDによって共用され、幾つかの層は同じ材料からなり、また同じ工程で形成されるため、全ての製造工程を簡素化する。
（２）本発明のOTFTにおいて、有機半導体層上に形成される誘電層は、保護層となることができる。したがって、保護層を追加する必要はない。
（３）画素と画素は誘電層によって分けられる。これは効果的に漏電とクロストークを減少させ、デバイスの特質と回路設計を改善させる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｂ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｃ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｄ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｅ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図２ａ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図２ｂ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図２ｃ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図３ａ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図３ｃ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ａ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ｂ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ｃ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ 第一導電層
１４ 第一開口部
２０ 有機半導体層
３０、３２ 誘電層
３５、３６、３７、３８、３９ 第二開口部
４１ ホール輸送層
４３ 発光層
４５ 電子輸送層
４８、４９ 第二開口部
５０ ゲート
５２ カソード
６０ ホール輸送層
６２ 発光層
６４ 有機半導体層
６６ 発光層
６７ ホール輸送層
６８ 有機半導体層
６９ 発光層
７４ 誘電層
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタと発光ダイオードの有機集積デバイスに関するもので、特にトップゲート薄膜トランジスタと発光ダイオードを含む有機集積デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光ダイオード(OLED)は、活性層として有機層を使った発光ダイオード(LED)である。近年、OLEDはだんだんとフラットパネルディスプレイにおいて見られるようになり、またそれは例えば低電圧操作、高輝度、軽量薄型、広い視野角及び高コントラスト値等の優れた点を持つ。
【０００３】
有機薄膜トランジスタ(OTFT)は、活性層として有機層を使った薄膜トランジスタ(TFT)で、OLEDを駆動するために使われている。近年、製造の簡素化と製造コストを下げる為に、研究者はOLEDとOTFTを同じ基板上にモノリシックに製造する集積技術を発明している。
【０００４】
例えば、ケンブリッジ大学のSirringhaus等はOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを発表し、それは、OLEDの発光層としてMEH-PPV［poly［2−methoxy−5−(2’−ethyl−hexsyloxy)−p−phenylene−vinylene］］を使う。OLEDは不透明な金属電極を通して放射するので、発光効率は良くない。また、製造工程も複雑である(非特許文献１参照)。
【０００５】
Choi等は、他のOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを開示した(特許文献１参照)。OTFTの中で、有機半導体層は、有機電荷移動錯体或いはチオフェンポリマーで、誘電層もまた有機材料である。しかしながら、そのような有機材料をパターン化するのはとても難しく、またOTFTの組立も困難である。
【０００６】
Nagami等は、OLEDの集積デバイスと、このOLED上に形成されてOLEDを駆動するnpn型のトランジスタを開示した(特許文献２参照)。しかしながら、有機材料を何層も積層することは、製造工程を複雑にする。
【０００７】
Bao等は、また他のOLEDの集積デバイスとボトムゲートOTFTを開示した(特許文献３参照)。これによれば、有機半導体材料はOTFTの半導体層とOLED のホール輸送層の両方に使われる。しかしながら、有機半導体材料が堆積された後は、デバイスの信頼性を高める為、更に保護層を加える必要がある。加えて、有機半導体層はパターン化されていないものなので、画素と画素の間で漏電やクロストークが生じる可能性があり、回路設計の要求に満たすことは難しい。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第5,970,318号
【特許文献２】
米国特許第6,037,718号
【特許文献３】
米国特許第6,150,668号
【非特許文献１】
Science, Vol.280, p.1741
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題を解決するために、本発明は薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスとその有機集積デバイスの製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを含む有機集積デバイスディスプレイを提供することも目的とする。本発明は最初にトップゲートOTFTとOLEDを統合する。幾つかの層はトップゲートOTFTとOLEDの両方に共用でき、また幾つかの層は、同じ材料からなり、同じ製造工程で形成され、その工程を簡素化できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本発明薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスにおける第一の特徴は、基板と、その基板上にトップゲート有機薄膜トランジスタ（OTFT）及び有機発光ダイオード（OLED）を含むことである。そして、トップゲートOTFTは、OLEDを駆動するために使用される。
【００１１】
上述による本発明集積デバイスの第二の特徴は、トップゲートOTFTはゲート、誘電体、ソース、ドレイン、及びソースとドレイン間には有機活性層を含み、OLEDは、アノード、カソード、及びアノードとカソード間に発光層を含み、またOTFTのソース或いはドレインは、OLEDのアノード或いはカソードと同じ層であることである。
【００１２】
本発明における第三の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT領域内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層は第一開口部に充填し形成され、トップゲートOTFTの有機活性層となる。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及びカソードはOLED領域内に形成される。
【００１３】
本発明における第四の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層は第一導電層上に形成され、第一開口部に充填し、トップゲートOTFTの有機活性層とOLEDのホール輸送層となる。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、発光層、電子輸送層、及びカソードはOLED領域内に形成される。
【００１４】
本発明における第五の特徴は、薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスの製造工程で、それは更に以下から成る。最初に基板はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層は基板上に形成される。第一開口部は、OTFT内の第一導電層内に形成され、基板を露出し、その第一導電層はトップゲートOTFTのソースとドレイン及びOLEDのアノードとなる。次ぎに、ホール輸送層は、OTFTとOLED領域内の両方の第一導電層上に形成され、第一開口部に充填する。次ぎに、有機半導体層はホール輸送層上に形成される。次ぎに、誘電層とゲートはOTFT領域内に形成される。最後に、発光層、電子輸送層、及びカソードはOLED領域内に形成される。
【発明実施の形態】
本発明の目的、特徴並びに長所が一層理解されるよう、以下に実施例を例示し、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（実施例）
図１aから１eは、本発明の第一実施例による、薄膜トランジスタ(TFT)と発光ダイオード(LED)の有機集積デバイスを形成する製造工程の断面図である。
【００１６】
図１aにおいて先ず、OTFT領域とOLED領域を備える基板１０を準備する。基板として好ましいのは、シリコンウェハー、ガラス、水晶、プラスチック基板或いは可とう性基板等である。第一導電層１２は、基板１０上に形成される。次ぎに第一導電層内のOTFT領域内に第一開口部１４を形成して、基板１０を露出させる。こうすることによって、第一導電層１２は、これから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。第一導電層１２は、金属、導電性ポリマー、或いはその他如何なる導電材料を用いてもよい。OLEDのアノードに適した材料には、電子ホールを有機半導体に注入するもの、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）或いは酸化亜鉛が好ましい。
【００１７】
続いて、図１bによると、有機半導体層２０は第一開口部１４に充填され、トップゲートOTFTの有機活性層（OAL）となる。有機半導体層２０は小分子材料、高分子材、或いは有機金属錯体を用いることができる。
【００１８】
続いて、図１cによると、誘電層３０は基板１０上に形成され、第二開口部３５はOLED領域内の誘電層３０に形成される。誘導層３０は無機材料、有機材料、或いは強誘電材料のようなその他高誘電定数の材料（K＞３）とすることができる。
【００１９】
続いて、図１dによると、ホール輸送層（HTL）４１、発光層（EL）４３、及び電子輸送層（ETL）４５が順序形成され、第二開口部３５に充填される。ホール輸送層（HTL）４１と電子輸送層（ETL）４５は、有機或いは無機材料になる。発光層４３は、小分子材料、高分子材或いは有機金属錯体のような有機半導体材料になる。
【００２０】
最後に、図１eによると、第二導電層は、誘電層３０と電子輸送層４５上に形成される。第二導電層はそれからパターン化され、OTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２をそれぞれ形成する。ゲート５０とカソード５２は、同じ材料とすることができる。OLEDのカソードとしての要求を満たすために、材料は、電子を有機半導体に注入できるものが好ましく、例えばCa、Mg、Al或いはこれらの合金のような低仕事関数材料である。
【００２１】
図１eの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図２aから図２cは図１eの構造に基づき変化させた集積デバイスの断面図である。
【００２２】
図２aが図１eと異なるのは、ホール輸送層（HTL）が誘電層の前に形成されるという点である。図２aの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０は基板１０上に形成され、それから誘電層３０がホール輸送層６０上に形成される。次ぎに、第二開口部３６がOLED領域内の誘電層３０に形成され、次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５が順次形成され、第二開口部３６に充填される。最後に、第二導電層は誘電層３０と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２３】
図２bが図１eと異なるのは、ホール輸送層（HTL）と発光層（EL）は最初に誘電層の前に形成されるという点である。図２bの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０と発光層６２は順次基板１０上に形成され、それから誘電層３０が発光層６２上に形成される。次ぎに、第二開口部３７がOLED領域内の誘電層３０に形成される。次ぎに、電子輸送層４５が形成されて誘電層３０内の第二開口部３７に充填される。最後に、第二導電層は誘電層３０と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２をそれぞれ形成する。
【００２４】
図２cが図１eと異なるのは、OLEDデバイスが完成した後、誘電層が形成されるという点である。図２cの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。この工程を下に簡単に説明する。図１bの構造が形成された後、ホール輸送層６０と発光層６２は順次基板１０上に形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２が続いてOLED領域内の発光層６２上に形成され、OLEDデバイスが完成する。次ぎに、誘電層７０は発光層６２とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７０上に形成される。
【００２５】
図３aから図３cは、本発明の第二の好ましい実施例によるOTFTとOLEDの集積デバイスの断面図である。第二実施例（図３aから図３c）が第一実施例（図１eと図２aから図２c）と違うのは、主にOTFTの有機活性層（OAL）とOLEDのホール輸送層（HTL）が、同じ材料から製造された同じ層であるという点である。
【００２６】
図３aから図３cの集積デバイスの製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。最初に図３aを見ると、その工程は簡単には下記の通りである。基板１０はOTFT領域とOLED領域を備える。第一導電層１２は基板１０上に形成され、第一開口部１４はOTFT領域内の第一導電層１２に形成され、基板１０が露出される。これによって第一導電層１２はこれから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。次ぎに、有機半導体層６４は、第一開口部１４に充填するように第一導電層１２上に形成され、トップゲートOTFTの有機活性層（OAL）とOLEDのホール輸送層（HTL）となる。次ぎに、誘電層３２は、有機半導体層６４上に形成され、第二開口部３８はOLED領域内の誘電層３２に形成される。次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５は、順次誘電層３２内の第二開口部３８に充填するように形成される。最後に第二導電層は、誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２７】
図３aの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図３bと図３cは図３aの構造に基づき変化させた集積デバイスの断面図である。
【００２８】
図３bが図３aと異なるのは、発光層（EL）は最初に誘電層の前に形成される。この工程を下に簡単に説明する。OTFTとOLEDによって共用されるOAL（＝HTL）が形成された後、先ず発光層６６が形成され、それから誘電層３２は発光層６６上に形成され、次ぎに、第二開口部３９はOLED領域内の誘電層３２に形成される。最後に、第二導電層は誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００２９】
図３cが図３aと異なるのは、その中で発光層（EL）が形成され、OLEDデバイスが完成した後、誘電層は形成されるという点である。その工程は簡単には下記の通りである。OTFTとOLEDによって共用されるOAL（＝HTL）が形成された後、発光層６６が形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２は順次OLED領域内の発光層６６上に形成され、OLEDは完成する。次ぎに、誘電層７２は発光層６６とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７２上に形成される。
【００３０】
図４aから図４cは、本発明の第三の好ましい実施例によるOTFTとOLEDの集積デバイスの断面図である。第三実施例（図４aから図４c）は第一実施例（図１eと図２aから図２c）と違い、主にOTFTの有機活性層（OAL）は、OLED内においてホール輸送或いはホールブロック機能を具備する。よってOALは、OTFTとOLED領域内の両方に形成される。これはOTFTの電気性質を強化するだけではなく、またOLEDの発光効率も高め、大面積への応用に適している。
【００３１】
図４aから図４cの集積デバイスを製造工程は、大体図１eと同じで、それゆえ、製造工程の詳しい断面図は省略される。最初に図４aを見ると、その工程は簡単には下記の通りである。最初に基板１０はOTFT領域とOLED領域を備えている。次ぎに、第一導電層１２は基板１０上に形成され、第一開口部１４はOTFT領域内の第一導電層１２に形成され、基板１０を露出させる。それゆえ、第一導電層１２は、これから形成されるトップゲートOTFTのソースとドレイン及びこれから形成されるOLEDのアノードとなる。次ぎに、ホール輸送層６７は、OTFTとOLED領域内の両方の第一導電層１２上に形成されて、第一開口部１４に充填される。次ぎに、有機半導体層６８はホール輸送層６７上に形成される。次ぎに、誘電層３２は有機半導体層６８上に形成され、第二開口部４８はOLED領域内の誘電層３２に形成される。次ぎに、発光層４３と電子輸送層４５は順次形成されて第二開口部４８に充填される。次ぎに、第二導電層は、誘電層３２と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００３２】
図４aの集積デバイスに基づく変化は、本発明の範囲内である。図４bと図４cは図４aの構造に基づき変化された集積デバイスの断面図である。
【００３３】
図４bが図４aと異なるのは、発光層（EL）は誘電層の前に形成されるという点である。その工程は簡単には下記の通りである。有機活性層（OAL）が形成された後、発光層６９と誘電層３２はそれから形成される。次ぎに、第二開口部４９がOLED領域内の誘電層３２に形成される。電子輸送層４５が形成され、第二開口部４９に充填される。次ぎに、第二導電層は誘電層と電子輸送層４５上に形成され、それからパターン化されOTFT領域内にゲート５０とOLED領域内にカソード５２がそれぞれ形成される。
【００３４】
図４cが図４aと異なるのは、その中で発光層（EL）が形成され、OLEDデバイスが完成した後、誘電層はそれから形成されるという点である。この工程を下に簡単に説明する。有機活性層（OAL）が形成された後、発光層６９は形成される。次ぎに、電子輸送層４５とカソード５２は順次OLED領域内の発光層６９上に形成され、こうしてOLED構造は完成する。次ぎに、誘電層７４は発光層６９とカソード５２を覆うように形成され、最後に、ゲート５０はOTFT領域内の誘電層７４上に形成される。
【００３５】
以上本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変形や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は特許請求の範囲を基準とする。
【００３６】
【発明の効果】
結論として、本発明は以下の優れた点を持つ。
（１）トップゲートOTFTとOLEDを一緒に同じ基板上に集積したのは本発明が初めてである。幾つかの層はOTFTとOLEDによって共用され、幾つかの層は同じ材料からなり、また同じ工程で形成されるため、全ての製造工程を簡素化する。
（２）本発明のOTFTにおいて、有機半導体層上に形成される誘電層は、保護層となることができる。したがって、保護層を追加する必要はない。
（３）画素と画素は誘電層によって分けられる。これは効果的に漏電とクロストークを減少させ、デバイスの特質と回路設計を改善させる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｂ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｃ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｄ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図１ｅ】本発明の第一実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図２ａ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図２ｂ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図２ｃ】図１eの薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスに基づく変化構造を示す断面図である。
【図３ａ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図３ｃ】本発明の第二実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ａ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ｂ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【図４ｃ】本発明の第三実施例による薄膜トランジスタと発光ダイオードに用いる有機集積デバイスを形成する製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ 第一導電層
１４ 第一開口部
２０ 有機半導体層
３０、３２ 誘電層
３５、３６、３７、３８、３９ 第二開口部
４１ ホール輸送層
４３ 発光層
４５ 電子輸送層
４８、４９ 第二開口部
５０ ゲート
５２ カソード
６０ ホール輸送層
６２ 発光層
６４ 有機半導体層
６６ 発光層
６７ ホール輸送層
６８ 有機半導体層
６９ 発光層
７４ 誘電層
Claims (4)
- 基板と、
前記基板上に形成され、アノード、カソード、ホール輸送層、及び発光層を含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と、
前記基板上に形成され、前記ＯＬＥＤを駆動し、ゲート、誘電体、ソース、ドレイン、及び前記ソースとドレイン間の有機活性層を含むと共に、該ソース或いはドレインが前記ＯＬＥＤの下部電極であるアノード或いはカソードと同じ層からなるトップゲート有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）と、
を有し、
前記ＯＬＥＤのホール輸送層と前記ＯＴＦＴの有機活性層の少なくとも一部が同じ層となっており、前記ＯＬＥＤの上部を覆い保護層となる誘電層が設けられ、前記ＯＴＦＴの誘電体と前記ＯＬＥＤの誘電層とは同じ層となっていることを特徴とする、
有機集積デバイス。 - （ａ）トップゲート有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）が形成されるＯＴＦＴ領域と、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が形成されるＯＬＥＤ領域と、を含む基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に第一導電層を形成するステップと、
（ｃ）前記第一導電層が前記ＯＴＦＴのソースとドレイン、及び前記ＯＬＥＤのアノードとなるように、前記ＯＴＦＴ領域内の前記第一導電層に第一開口部を形成して前記基板を露出させるステップと、
（ｄ）有機半導体層を形成して前記第一開口部を充填させ、前記ＯＴＦＴの有機活性層とするステップと、
（ｅ）前記ＯＬＥＤ領域にホール輸送層を形成するステップと、
（ｆ）前記ＯＬＥＤ領域に発光層、電子輸送層、及びカソードを形成するステップと、 （ｇ）前記ＯＴＦＴ領域に誘電層とゲートを形成するステップと、
を含み、
前記ＯＬＥＤのホール輸送層と前記ＯＴＦＴの有機活性層の少なくとも一部を同じ層とし、前記ＯＴＦＴに誘電層を形成する際に前記ＯＬＥＤの上部を覆い保護層となる誘電層を形成し、前記ＯＴＦＴの誘電層と前記ＯＬＥＤの誘電層を同じ層とすることを特徴とする、
有機集積デバイスの製造工程。 - （ａ）トップゲート有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）が形成されるＯＴＦＴ領域と、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が形成されるＯＬＥＤ領域と、を含む基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に第一導電層を形成するステップと、
（ｃ）前記第一導電層が前記ＯＴＦＴのソースとドレイン、及び前記ＯＬＥＤのアノードとなるように、前記ＯＴＦＴ領域内の前記第一導電層に第一開口部を形成して前記基板を露出させるステップと、
（ｄ）前記第一導電層上に有機半導体層を形成して前記第一開口部を充填させ、前記ＯＴＦＴの有機活性層と前記ＯＬＥＤ領域内のホール輸送層とするステップと、
（ｅ）前記ＯＬＥＤ領域に発光層、電子輸送層、及びカソードを形成するステップと、 （ｆ）前記ＯＴＦＴ領域に誘電層とゲートを形成するステップと、
を含み、
前記ＯＴＦＴに誘電層を形成する際に前記ＯＬＥＤの上部を覆い保護層となる誘電層を形成し、前記ＯＴＦＴの誘電層と前記ＯＬＥＤの誘電層を同じ層とすることを特徴とする、
有機集積デバイスの製造工程。 - （ａ）トップゲート有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）が形成されるＯＴＦＴ領域と、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が形成されるＯＬＥＤ領域と、を含む基板を提供するステップと、
（ｂ）前記基板上に第一導電層を形成するステップと、
（ｃ）前記第一導電層が前記ＯＴＦＴのソースとドレイン、及び前記ＯＬＥＤのアノードとなるように、前記ＯＴＦＴ領域内の前記第一導電層に第一開口部を形成して前記基板を露出させるステップと、
（ｄ）前記ＯＴＦＴと前記ＯＬＥＤの両方の前記第一導電層上にホール輸送層を形成して、前記第一開口部を充填させるステップと、
（ｅ）前記ホール輸送層上に有機半導体層を形成するステップと、
（ｆ）前記ＯＬＥＤ領域に発光層、電子輸送層、及びカソードを形成するステップと、 （ｇ）前記ＯＴＦＴ領域に誘電層とゲートを形成するステップと、
を含み、
前記ＯＴＦＴに誘電層を形成する際に前記ＯＬＥＤの上部を覆い保護層となる誘電層を形成し、前記ＯＴＦＴの誘電層と前記ＯＬＥＤの誘電層を同じ層とすることを特徴とする、
有機集積デバイスの製造工程。
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