JP5245448B2 - 有機エレクトロルミネセンス表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機エレクトロルミネセンス表示装置及びその製造方法に関する。
画素毎にスイッチング素子である薄膜トランジスタと薄膜トランジスタでの制御により発光する有機エレクトロルミネセンス素子を備えたアクティブマトリクス方式の有機エレクトロルミネセンス表示装置は、クロストークの少ない鮮明な画像表示が得られており、ノートパソコンやカーナビゲーションのディスプレイ等に使用される。
しかし、有機エレクトロルミネセンス素子の有機エレクトロルミネセンス発光層で発せられた光が、有機エレクトロルミネセンス素子等の電極や薄膜トランジスタ近傍の屈折率の異なる部材間の界面で反射等することにより、薄膜トランジスタのチャネルとなる半導体層に入射すると、薄膜トランジスタに光リーク電流が生じて薄膜トランジスタのオフ特性が劣化することがある。薄膜トランジスタのオフ特性が劣化すると、コントラスト等の画像性能が低下してしまう。
そこで、特許文献１に、液晶表示装置において、絶縁基板上に設けられている薄膜トランジスタの多結晶半導体層の下方に遮光層を設けていることが示されている。この液晶表示装置では構造上、画素電極が多結晶半導体層の上方に位置するため、画素電極によって配列される液晶を上から下に向かって透過する光は、遮光層で遮光される前に多結晶半導体層に到達してしまうので、この遮光層は、主に絶縁基板の外側から来る光が多結晶半導体層に入射することを遮るものである。
このように、かかる技術においても、薄膜トランジスタの半導体層への光の入射の抑制は十分とはいえない。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、薄膜トランジスタの半導体層への光の入射が起こりにくい、有機エレクトロルミネセンス表示装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、薄膜トランジスタの光リーク電流の発生が起こりにくい有機エレクトロルミネセンス表示装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、
有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子と、
第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子と、
前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有し、前記スイッチング素子の上方に前記第１の半導体層と重なるように形成された遮光膜と、
前記スイッチング素子と前記遮光膜との間に、前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の一方の一部を開口する開口部を有する光透過性の絶縁膜と、を有し、
前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の他方は、光反射性であるとともに前記遮光膜上を覆うことを特徴とする。
有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子と、
第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子と、
前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有し、前記スイッチング素子の上方に前記第１の半導体層と重なるように形成された遮光膜と、
前記スイッチング素子と前記遮光膜との間に、前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の一方の一部を開口する開口部を有する光透過性の絶縁膜と、を有し、
前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の他方は、光反射性であるとともに前記遮光膜上を覆うことを特徴とする。
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層より５ｎｍ〜５０ｎｍ厚いことが好ましい。
前記スイッチング素子は、ソース、ドレイン電極を有し、前記スイッチング素子の前記第１の半導体層のチャネル形成領域の上方が前記ソース、ドレイン電極間において露出された構造であり、前記遮光膜は、前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の前記チャネル領域の上部に位置する、ことによって顕著に遮光できる。
前記遮光膜の膜厚は、前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の膜厚以上の厚さである、ことが好ましい。
前記スイッチング素子と前記遮光膜との間に、前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の一方の一部を開口する開口部を有する光透過性の絶縁膜が介在している。
前記絶縁膜と前記一対の電極の他方との間に光透過性の第２絶縁膜が介在していてもよい。
上記目的を達成するため、この発明の第２の観点に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法は、
有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子を有する有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法において、
基板の上に、第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子を形成するスイッチング素子形成工程と、
前記スイッチング素子の上に光透過性の絶縁膜を形成する、絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に、前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有する遮光膜を前記第１の半導体層と重なるように形成する、遮光膜形成工程と、
前記一対の電極の一方の一部を開口する前記絶縁膜の開口部内に前記有機エレクトロルミネセンス発光層を形成する有機エレクトロルミネセンス発光層形成工程と、
前記遮光膜の上方及び前記有機エレクトロルミネセンス発光層上に光反射性の前記一対の電極の他方を形成する一対の電極の他方形成工程と、を有する、ことを特徴とする。
有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子を有する有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法において、
基板の上に、第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子を形成するスイッチング素子形成工程と、
前記スイッチング素子の上に光透過性の絶縁膜を形成する、絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に、前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有する遮光膜を前記第１の半導体層と重なるように形成する、遮光膜形成工程と、
前記一対の電極の一方の一部を開口する前記絶縁膜の開口部内に前記有機エレクトロルミネセンス発光層を形成する有機エレクトロルミネセンス発光層形成工程と、
前記遮光膜の上方及び前記有機エレクトロルミネセンス発光層上に光反射性の前記一対の電極の他方を形成する一対の電極の他方形成工程と、を有する、ことを特徴とする。
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層より５ｎｍ〜５０ｎｍ厚いことが好ましい。
前記スイッチング素子の前記第１の半導体層及び前記遮光膜の前記第２の半導体層は、プラズマ化学気相成長法により形成され、
前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の形成における高周波電力の電力密度より、前記遮光膜の前記第２の半導体層の形成における高周波電力の電力密度のほうが大きい、ことが好ましい。
前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の形成における高周波電力の電力密度より、前記遮光膜の前記第２の半導体層の形成における高周波電力の電力密度のほうが大きい、ことが好ましい。
前記絶縁膜と前記遮光膜とは、同一のチャンバ内において真空中で連続して成膜されることにより形成されてもよい。
前記絶縁膜と前記一対の電極の他方との間に光透過性の第２絶縁膜を形成する第２絶縁膜形成工程を有してもよい。
本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置は、スイッチング素子の光リーク電流の発生が起こりにくい。
（実施形態１）
［有機エレクトロルミネッセンス表示装置］
まず、実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬという。）表示装置８００について説明する。
［有機エレクトロルミネッセンス表示装置］
まず、実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬという。）表示装置８００について説明する。
有機ＥＬ表示装置８００は、図１に示されるように、ガラス等の基板１１０と、基板１１０上に設けられ、複数の画素形成領域に対応して設けられた開口部３３０を有する光透過性のバンク１３０と、各画素形成領域に設けられた有機エレクトロルミネセンス素子と、を備えている。有機エレクトロルミネセンス素子は、画素電極（陽極）１２０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極（陰極）１６０と、を有する。基板１１０は、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる。バンク１３０は、１μｍ以上の厚さであり、光が伝搬しやすい構造になっている。
有機ＥＬ表示装置８００は、図１の２−２断面図である図２に示されるように、基板１１０の上には、ゲート電極２１０が設けられている。ゲート電極２１０は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ等の少なくともいずれか或いはそれらのいずれかを含む合金で形成されている。
基板１１０の上には、ゲート電極２１０を覆って、ゲート絶縁膜２２０も設けられている。ゲート絶縁膜２２０は、窒化シリコンで形成されている。
基板１１０の上には、ゲート電極２１０を覆って、ゲート絶縁膜２２０も設けられている。ゲート絶縁膜２２０は、窒化シリコンで形成されている。
ゲート絶縁膜２２０の上には画素電極１２０（アノード）が設けられている。有機ＥＬ表示装置８００の発光方式は、有機エレクトロルミネセンス素子が発する光が、有機エレクトロルミネセンス素子が設けられている基板１１０を透過して外に出射されることによって表示する、いわゆるボトムエミッション型である場合、画素電極１２０は、例えばドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電材料から形成されている。また、有機エレクトロルミネセンス素子が発する光が、有機エレクトロルミネセンス素子が設けられている基板の反対側を透過して外に出射されることによって表示する、いわゆるトップエミッション型である場合、画素電極１２０は、ＡｌやＡｌ合金等の光反射性導電膜か、光反射性導電膜を下層とし、上述した透明導電材料を上層とした積層構造であってもよい。
ゲート絶縁膜２２０の上には半導体層２６０が設けられている。半導体層２６０は、真性（ノンドープ）アモルファスシリコンで形成されている。半導体層２６０は、ゲート電極２１０の両端エッジ部を覆うようにゲート電極２１０よりも幅広く形成されている。半導体層２６０の上には窒化シリコン等の透明絶縁体からなる保護層２３０が形成されている。
さらに半導体層２６０の上には、半導体不純物層２４０も設けられている。半導体不純物層２４０は、ｎ型若しくはｐ型の不純物イオンがドープされたアモルファスシリコンから形成されている。ドープされる不純物元素としては、ｎ型のアモルファスシリコンではリンが、ｐ型のアモルファスシリコンではホウ素が、それぞれ用いられる。
さらに半導体層２６０の上には、半導体不純物層２４０も設けられている。半導体不純物層２４０は、ｎ型若しくはｐ型の不純物イオンがドープされたアモルファスシリコンから形成されている。ドープされる不純物元素としては、ｎ型のアモルファスシリコンではリンが、ｐ型のアモルファスシリコンではホウ素が、それぞれ用いられる。
半導体不純物層２４０の上には、ソース電極２８０とドレイン電極２９０とが設けられている。ソース電極２８０及びドレイン電極２９０は、それぞれゲート電極２１０と同様に、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ等の少なくともいずれか或いはそれらのいずれかを含む合金で形成され、可視光に対して不透明である。
スイッチング素子としてアクティブ機能を有する薄膜トランジスタＴｒ１１（書込制御手段）及び薄膜トランジスタＴｒ１２（発光制御手段）は、それぞれ、ゲート電極２１０、ゲート絶縁膜２２０、半導体層２６０、半導体不純物層２４０、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０によってなしている。
スイッチング素子としてアクティブ機能を有する薄膜トランジスタＴｒ１１（書込制御手段）及び薄膜トランジスタＴｒ１２（発光制御手段）は、それぞれ、ゲート電極２１０、ゲート絶縁膜２２０、半導体層２６０、半導体不純物層２４０、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０によってなしている。
薄膜トランジスタＴｒ１１及び薄膜トランジスタＴｒ１２を覆うとともに画素電極１２０の周縁部上に重なるように、窒化シリコン等の透明絶縁膜からなるオーバーコート膜（平坦化膜）１５０が設けられている。オーバーコート膜１５０の上には隔壁として機能する光感光性樹脂等を硬化してなるバンク１３０が設けられている。オーバーコート膜１５０は、各画素形成領域において、画素電極１２０の中央部を露出するように開口部３２０が設けられ、バンク１３０は、オーバーコート膜１５０の上面及び開口部３２０の側面を覆うように形成されるとともに各画素形成領域において、画素電極１２０の中央部を露出するように開口部３３０が設けられている。
バンク１３０で囲まれた開口内の画素電極１２０の上に、正孔注入層１９０、有機ＥＬ発光層１４０、上部電極１６０（カソード）がこの順に積層されている。ここで、有機ＥＬ素子は、画素電極１２０と、正孔注入層１９０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極１６０とが、この順で積層されて構成される。
上部電極１６０は、ボトムエミッション型の場合、電子注入をしやすくするため、例えば、ＡｌＬｉ、ＬiＦ、ＭｇＩｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ等の低仕事関数の金属を単体であるいは合金を含む１０ｎｍ程度の膜厚の電子注入層と、電子注入層上に積層されたＡｌ等の１００〜２００ｎｍ程度の膜厚の低抵抗層との積層構造を適用することができる。上部電極１６０は、有機ＥＬ発光層１４０の発光を画素電極１２０の側へ反射する役割も有する。また、トップエミッション型の場合、１０ｎｍ程度の膜厚の上記電子注入層と、ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電材料層の透明積層構造としてもよい。
上部電極１６０の上には、酸素及び水の浸入を防止する封止膜２００が設けられている。封止膜２００の上に接着層１８０が設けられている。そして、接着層１８０の上に封止基板１７０が設けられている。
薄膜トランジスタＴｒ１１及び薄膜トランジスタＴｒ１２は、いずれも逆スタガ構造である。薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の各半導体層２６０は、チャネルが形成される領域が、不透明なソース電極２８０及びドレイン電極２９０の間であって透明な保護層２３０の下方に位置している。このため、上方から半導体層２６０に向けて進行する光は、半導体層２６０に入射されやすい構造となっている。しかし、図２に示されるように、オーバーコート膜１５０の上において、ソース電極２８０とドレイン電極２９０との間で半導体層２６０が上方に向けて露出されている領域には、遮光膜３１０が形成されている。したがって、後述するように、有機ＥＬ発光層１４０から出射されて上部電極１６０等で反射した光のうち、上方から半導体層２６０の露出されている領域に向けて進行する光は、遮光膜３１０に入射されることになる。
図９は、半導体層２６０に用いられるアモルファスシリコンと、オーバーコート膜１５０や保護層２３０に用いられる窒化シリコンと、の可視光波長域における吸収係数を示すグラフである。
図１０は、半導体層２６０の膜厚を５０ｎｍと設定し、半導体層２６０と同じ５０ｎｍの膜厚のアモルファスシリコンの可視光波長域における透過率と、オーバーコート膜１５０、保護層２３０の膜厚をそれぞれ２００ｎｍ、１００ｎｍと設定し、オーバーコート膜１５０の膜厚と保護層２３０の膜厚との和である３００ｎｍの厚さの窒化シリコンの可視光波長域における透過率を示すグラフである。
図１１は、アモルファスシリコンに光を入射した際に流れる光電流特性を示すグラフである。
このように有機エレクトロルミネセンス素子が発する光が、光透過率の高いオーバーコート膜１５０や保護層２３０を介して半導体層２６０に入射されると、光電流を生じ、光が入射された薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２はオフ電流が上昇するといったように正常に制御できなくなってしまう。しかし、オーバーコート膜１５０上には、半導体層２６０の上方から光が半導体層２６０に入射するルートに遮光膜３１０が配置されている。遮光膜３１０は半導体層２６０と同じ材料、具体的にはアモルファスシリコンで形成されているので、励起光が半導体層２６０に達する前に遮光膜３１０によって吸収されることになり、光電流の発生を抑制できる。
また、遮光膜３１０は、半導体層２６０への入射を十分抑えるように、一部、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０のそれぞれと重なるように広めの構造となっている。仮に遮光膜３１０を形成する材料が金属だと、遮光膜３１０とソース電極２８０及びドレイン電極２９０のそれぞれとの重なり部分での寄生容量が増加するおそれがあり、黒色の二酸化クロムを材料としても金属伝導体であるため、寄生容量が増加するおそれがあるが、遮光膜３１０を半導体層２６０と同じアモルファスシリコンで形成しているので、寄生容量の増加を抑えることができる。
遮光膜３１０を形成するアモルファスシリコンは、ノンドープの真性アモルファスシリコンでも、不純物イオンを含むアモルファスシリコンでもよい。不純物イオンを含むアモルファスシリコンは、信号が遅延する程度の寄生容量が生じてしまうほどの低抵抗でなければ、低濃度不純物アモルファスシリコンでも、高濃度アモルファスシリコンでもよい。低濃度不純物アモルファスシリコンは、不純物の濃度が１×１０１９〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、高濃度不純物アモルファスシリコンは、不純物の濃度が１×１０２０〜３×１０２1ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい。不純物イオンとしてはリンイオン若しくはホウ素イオンを使用できる。
薄膜トランジスタＴｒ１１及び薄膜トランジスタＴｒ１２のそれぞれの上部に設けられている遮光膜３１０は、点線で示されるように、薄膜トランジスタＴｒ１１及び薄膜トランジスタＴｒ１２のそれぞれのソース電極２８０及びドレイン電極２９０間に位置する各半導体層２６０のチャネル領域と重なるとともに当該チャネル領域よりも十分広く形成されている。なお、図２は、図３のＸ−Ｘ線の断面矢視図である。
図２及び図３に示されるように、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置８００では、有機ＥＬ発光層１４０からの発光が上部電極１６０で反射、散乱を繰り返し、バンク１３０から薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２のソース電極２８０とドレイン電極２９０との間で開口している半導体層２６０に向けて入射しても、遮光膜３１０がその反射した光を吸収する。同様に、有機ＥＬ発光層１４０からの発光がオーバーコート膜１５０内を伝搬し、遮光膜３１０の下面に入射しても、そのうちの半導体層２６０を励起する成分は、遮光膜３１０に吸収される。ゆえに、薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の半導体層への光の入射が起こりにくいので、薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の光リーク電流の発生が起こりにくい。
遮光膜３１０の膜厚は、薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の半導体層２６０の膜厚以上であることが好ましい。なぜならば、薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の半導体層２６０への光の入射を好適に防止することができるからである。
遮光膜３１０の膜厚は、薄膜トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２の半導体層２６０の膜厚よりも５ｎｍ〜５０ｎｍ厚く形成することが好ましい。膜厚の差が５ｎｍより小さいと半導体層２６０への光の入射を好適に防止することができない可能性があるからであり、一方膜厚の差が５０ｎｍより大きいと薄膜トランジスタＴｒの微細構造を阻害する可能性があるからである。
具体的には半導体層２６０の膜厚は例えば３０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが可能である。
具体的には半導体層２６０の膜厚は例えば３０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが可能である。
なお、本発明における遮光膜３１０を設けていない有機エレクトロルミネッセンス表示装置では、有機エレクトロルミネセンス素子が発する光が、有機エレクトロルミネセンス素子が設けられている基板を透過して外に出射されることによって表示する、ボトムエミッション型の方が、当該基板と反対側の上方に出射されることによって表示するトップエミッション型に比べて逆スタガ構造の薄膜トランジスタへの光の入射量が大きく、光リークが顕著であった。
なお、発光駆動回路は、図４に示すように、薄膜トランジスタＴｒ１１（書込制御手段）と、薄膜トランジスタＴｒ１２（発光制御手段）と、を備える。走査ラインＬｓとデータラインＬｄとは相互に直交するように配設される。薄膜トランジスタＴｒ１１は、ゲート端子が走査ラインＬｓに、ドレイン端子及びソース端子がデータラインＬｄ及び接点Ｎ１１に各々接続される。薄膜トランジスタＴｒ１２は、ゲート端子が接点Ｎ１１に、ドレイン端子が電源ラインＬａ（一定電位の高電圧の電源電圧Ｖｄｄ）に各々接続される。有機ＥＬ発光素子ＯＥＬは、薄膜トランジスタＴｒ１２のソース端子にアノード端子が接続され、カソード端子が接地電位Ｖｓｓに接続される。
［有機ＥＬ表示装置の製造方法］
次に、上述した実施形態１に係る有機ＥＬ表示装置８００の製造方法について説明する。
次に、上述した実施形態１に係る有機ＥＬ表示装置８００の製造方法について説明する。
まず、透明な基板１１０の上に、Ｃｒ、Ｔａ、ＭｏＴａ、ＭｏＷ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ等の単体もしくは合金の少なくとも何れかを含む金属薄膜をスパッタ法により成膜することで、ゲートメタル層を形成する。スパッタ法は、融点の高い金属を放電電極として放電溶解させ、この溶融粒子を高速で吹き付けるものである。次に、レジスト塗布、マスク露光、現像を行い、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより不要部のエッチングを行い、その後レジストを剥離することで、ゲートメタル層をパターニングすることによって、図５Ａに示すように、基板１１０の上にゲート電極２１０を設ける。
次に、図５Ｂに示すように、基板１１０の上に、ゲート電極２１０を覆うように、基板１１０の全域に窒化シリコンからなるゲート絶縁膜２２０を設ける。ゲート絶縁膜２２０は、ＳｉＮｘをプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）で厚さが４００ｎｍ程度となるように成膜する。
そしてゲート絶縁膜２２０の上にノンドープの真性アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）からなる半導体膜２６１を設け、そして半導体膜２６１の上に窒化シリコンからなる絶縁膜層２３１を被覆形成する。ここでゲート絶縁膜２２０、半導体膜２６１、絶縁膜層２３１は、プラズマＣＶＤ装置内で連続成膜される。このとき、単一のプラズマＣＶＤ装置内において、ガス種、成膜パワー、圧力など成膜条件を切り替えて大気に曝すことなく真空中で連続して成膜している。なお、ゲート絶縁膜２２０を成膜後、大気に曝すことなく真空中で基板１１０を半導体膜２６１用の別のプラズマＣＶＤ装置に移動して半導体膜２６１を成膜し、絶縁膜層２３１用のプラズマＣＶＤ装置或いは再びゲート絶縁膜２２０を成膜したプラズマＣＶＤ装置に戻って絶縁膜層２３１を成膜してもよい。
そしてゲート絶縁膜２２０の上にノンドープの真性アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）からなる半導体膜２６１を設け、そして半導体膜２６１の上に窒化シリコンからなる絶縁膜層２３１を被覆形成する。ここでゲート絶縁膜２２０、半導体膜２６１、絶縁膜層２３１は、プラズマＣＶＤ装置内で連続成膜される。このとき、単一のプラズマＣＶＤ装置内において、ガス種、成膜パワー、圧力など成膜条件を切り替えて大気に曝すことなく真空中で連続して成膜している。なお、ゲート絶縁膜２２０を成膜後、大気に曝すことなく真空中で基板１１０を半導体膜２６１用の別のプラズマＣＶＤ装置に移動して半導体膜２６１を成膜し、絶縁膜層２３１用のプラズマＣＶＤ装置或いは再びゲート絶縁膜２２０を成膜したプラズマＣＶＤ装置に戻って絶縁膜層２３１を成膜してもよい。
次に、図５Ｃに示すように、絶縁膜層２３１をフォトリソグラフィによってエッチング処理してパターニングして、絶縁膜２３０を形成する。そして、半導体層２６０とのオーミック接続をとるための半導体不純物膜２４１を成膜する。
半導体不純物膜２４１は、モノシランガス（ＳｉＨ４）に対して１体積％のホスフィン（ＰＨ３）を混合した混合ガスを高周波プラズマにより分解、成膜することで、リンイオンのドープを行う。これにより、ｎ型のアモルファスシリコンの半導体不純物膜２４１が形成される。
半導体不純物膜２４１は、モノシランガス（ＳｉＨ４）に対して１体積％のホスフィン（ＰＨ３）を混合した混合ガスを高周波プラズマにより分解、成膜することで、リンイオンのドープを行う。これにより、ｎ型のアモルファスシリコンの半導体不純物膜２４１が形成される。
次に、Ｃｒ、Ｔａ、ＭｏＴａ、ＭｏＷ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ等の単体もしくは合金の少なくとも何れかを含む金属薄膜をスパッタ法によりそれぞれ成膜した後、ＢＣｌ３／Ｃｌ２系ガスを用いたドライエッチングにて所定の形状にパターニングし、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０を形成する。
そして、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０をマスクとして、半導体不純物膜２４１の内側及び外側と半導体膜２６１の外側を同時にエッチングによりパターニングして、図５Ｄに示すように、半導体不純物層２４０と半導体層２６０を形成する。
そして、ソース電極２８０及びドレイン電極２９０をマスクとして、半導体不純物膜２４１の内側及び外側と半導体膜２６１の外側を同時にエッチングによりパターニングして、図５Ｄに示すように、半導体不純物層２４０と半導体層２６０を形成する。
次に、図５Ｅに示すように、ゲート絶縁膜２２０の上に、均一的な厚さでスパッタや蒸着等によりＩＴＯ成膜を形成する。そして、そのＩＴＯパターニングのレジストマスクとしてフェノールノボラック樹脂等を使用して、フォトリソグラフィー処理により、基板１１０の上に所定の間隔でストライプ形状に画素電極１２０を形成する。画素電極１２０の厚さは３０ｎｍ〜１００ｎｍである。なお、ウェットエッチング処理若しくはドライエッチング処理のいずれでも画素電極１２０を形成することが可能である。
次に、図５Ｆに示すように、窒化シリコンで形成されたオーバーコート膜１５０と遮光膜用アモルファスシリコン層３１１とを、プラズマ化学気相成長法にて真空中で連続成膜する。
窒化シリコンで形成されたオーバーコート膜１５０と遮光膜用アモルファスシリコン層３１１とは、同一の成膜チャンバで、ガス種、成膜パワー、圧力等成膜条件を切り換えて大気に曝すことなく連続成膜しているが、オーバーコート膜１５０の形成後、大気に曝すことなく真空中にて別チャンバに移動して、オーバーコート膜１５０の成膜条件と異なる成膜条件で遮光膜用アモルファスシリコン層３１１を形成することも可能である。いずれにしても、窒化シリコンで形成されたオーバーコート膜１５０と遮光膜用アモルファスシリコン層３１１とは、同一のプラズマ化学気相成長装置内で大気に曝すことなく真空中で連続して成膜を行う。同一のプラズマ化学気相成長装置内で真空中で連続して成膜を行うから、製造工程を簡略化することで有機ＥＬ表示装置の製造工程の歩留まりを向上させることができる。
プラズマ化学気相成長法での半導体膜２６１の形成における高周波電力（ＲＦパワー）の電力密度より、遮光膜用アモルファスシリコン層３１１の形成における高周波電力の電力密度のほうが、大きいほうが好ましい。なぜならば、プラズマ化学気相成長法での成膜時のＲＦパワーは低いほど欠陥密度の低い膜が得られるので、薄膜トランジスタの半導体層２６０を形成するためのＲＦパワーは低いほど望ましいが、遮光膜３１０はチャネルを形成するためのものではないために遮光膜用アモルファスシリコン層３１１の欠陥密度は問題とならないので、遮光膜用アモルファスシリコン層３１１を形成する工程では半導体膜２６１成膜時よりもＲＦパワーを高くすることによって成膜速度を高めて生産性を向上させることができるからである。
遮光膜用アモルファスシリコン層３１１の形成における高周波電力の電力密度と、半導体膜２６１の形成における高周波電力（ＲＦパワー）の電力密度と、の差は、０．０１Ｗ／ｃｍ２以上０．５０Ｗ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。０．０１Ｗ／ｃｍ２よりも差が少ないと生産性の向上が不十分となる可能性があるからであり、一方０．５０Ｗ／ｃｍ２よりも差が大きいと遮光膜用アモルファスシリコン層３１１の形成における高周波電力が過度になる可能性があるからである。
具体的には、遮光膜用アモルファスシリコン層３１１の形成におけるプラズマ化学気相成長法の成膜条件は、高周波電力の電力密度は０．０２Ｗ／ｃｍ２以上０．２０Ｗ／ｃｍ２以下とし、高周波電源の発振周波数は１０〜１００ＭＨｚであり、成膜温度は２００〜３５０℃であり、成膜圧力は３０〜３００Ｐａで行うことが好ましい。
次に、図５Ｇに示すように、遮光膜用アモルファスシリコン層３１１をパターニングすることで、遮光膜３１０を薄膜トランジスタＴｒ１２の半導体層２６０の上部に位置するように形成する。遮光膜３１０の膜厚は、薄膜トランジスタＴｒ１２の半導体層２６０への光の入射を防止するため、薄膜トランジスタＴｒ１２の半導体層２６０の膜厚以上であることが好ましい。
次に、設けたオーバーコート膜１５０をフォトリソグラフィー処理により、パターニングして開口部３２０を設けることで、図５Ｈに示すように、画素電極１２０を露出させる。
次に、バンク１３０をオーバーコート膜１５０の上に形成する。バンク１３０の形成は、例えばポリスチレン等のネガ型の感光性樹脂にフォトマスクを介して光を照射することで形成される。
そして、酸素プラズマ処理若しくはＵＶオゾン処理により画素電極１２０の親液化を行う。この酸素プラズマ処理若しくはＵＶオゾン処理をすることで、画素電極１２０に塗布を行う正孔注入層形成用塗布液が画素電極１２０全体に広がり、均一な膜厚を形成することができる。
次に、正孔注入層となる材料が含有されている正孔注入層形成用塗布液をノズルプリント法にてバンク１３０で囲まれた画素電極１２０の上に塗布する。正孔注入層形成用塗布液は、正孔注入層となる材料が溶媒に溶解又は分散されており、正孔注入層となる材料としては、例えばポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸等があり、適用溶媒は、正孔注入層となる材料に応じて水や有機溶剤が適用できる。塗布後は、ヒータで１００℃以上の温度条件で乾燥を行うことで溶媒が揮発し、正孔注入層１９０が形成される。
次に、形成された正孔注入層１９０の上に、有機ＥＬ発光層形成用塗布液が塗布される。塗布は、ノズルコータノズルから連続的な流体として塗布或いはインクジェットノズルから不連続な液滴として塗布される。塗布は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましい。有機ＥＬ発光材料は酸素や水蒸気等に接触すると特性変化を生じることがありうる。そのため、不活性ガス雰囲気中で塗布することで、有機ＥＬ発光材料の特性変化を起こりにくくすることが可能となる。有機ＥＬ発光材料としては、例えばポリ−ｐ−フェニレンビニレンやポリフルオレン等の共役二重結合ポリマが適用できる。
有機ＥＬ発光層形成用塗布液の粘度は４ｍＰａ・ｓ程度である。有機ＥＬ発光層形成用塗布液の粘度は１〜２０ｍＰａ・ｓであり、好ましくは２〜８ｍＰａ・ｓである。粘度が１ｍＰａ・ｓより少ないと、吐出量の制御が困難になるばかりでなく、固型分濃度が過少となることで十分な膜厚を形成できないおそれがある。一方、有機ＥＬ発光層形成用塗布液の粘度が２０ｍＰａ・ｓより大きいと、ノズルコータから円滑に吐出させることができないおそれがあり、ノズルコータを大きくする等の装置の仕様を変更する必要が生じうる。
有機ＥＬ発光層形成用塗布液が塗布された後は、窒素雰囲気中あるいは真空中でのヒータによる乾燥を行い、残留液体の除去をすることで、有機ＥＬ発光層１４０が形成される。
次に、有機ＥＬ発光層１４０の上に、膜厚が例えば１００ｎｍの上部電極１６０が設けられる。上部電極１６０は、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を用いて形成することができる。上部電極１６０は、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、又はＣａ等のように仕事関数の低い材料を含む電子注入膜と、シート抵抗を下げるためのＡｌ等の厚膜の積層構造であり、全体として光反射性を有しカソードとして機能している。
次に、上部電極１６０の上に封止膜２００が設けられる。そして、封止膜２００の上に接着層１８０を設け、さらに接着層１８０の上に封止基板１７０を形成する。具体的には、封止基板１７０の一方の面にディスペンサを用いてエポキシ系紫外線硬化樹脂からなる接着剤を塗布する。そして封止基板１７０の接着剤が塗布された面と接着層１８０が配置された面とを位置あわせして貼り合わせて、紫外線を照射させて接着剤を硬化させる。これにより封止基板１７０と接着層１８０が配置された面とが固定される。これにより、図２に示すような、実施形態に係る有機ＥＬ表示装置８００が形成される。
（実施形態２）
［有機エレクトロルミネッセンス表示装置］
実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００では、オーバーコート膜１５０の上に形成されている遮光膜３１０が、実施形態１と異なり、図６に示すように、オーバーコート膜１５０の上の全面に形成されている。
［有機エレクトロルミネッセンス表示装置］
実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００では、オーバーコート膜１５０の上に形成されている遮光膜３１０が、実施形態１と異なり、図６に示すように、オーバーコート膜１５０の上の全面に形成されている。
図７に示すように、実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００は、オーバーコート膜１５０の開口部３２０と遮光膜３１０の開口とが一致する。なお、図６は、図７のＹ−Ｙ線の断面矢視図である。
実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００においても、有機ＥＬ発光層１４０から出射された光が上部電極１６０で反射して半導体層２６０の露出されている領域に向けて進行したとしても、遮光膜３１０がその反射した光を吸収する。また、遮光膜３１０の下面に入射された有機ＥＬ発光層１４０からの光も吸収される。ゆえに、薄膜トランジスタの光リーク電流の発生が起こりにくい。
［有機ＥＬ表示装置の製造方法］
次に、上述した実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００の製造方法について説明する。
次に、上述した実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００の製造方法について説明する。
まず、図５Ａから図５Ｆまでは、実施形態１に係る製造方法と共通する。その後は、図８に示すように、遮光膜３１０が半導体層２６０の上の全面に位置するように、オーバーコート膜１５０と遮光膜用アモルファスシリコン層３１１とを同時にパターニングして、開口部３２０を形成することで画素電極１２０を露出させる。その後の工程は、実施形態１に係る製造方法と同様である。
実施形態２に係る有機ＥＬ表示装置８００の製造方法では、実施形態１での製造方法と異なり、オーバーコート膜１５０と遮光膜用アモルファスシリコン層３１１とを同時にパターニングする。そのため、有機ＥＬ表示装置８００の製造工程を短縮化して、有機ＥＬ表示装置８００の製造コストを低減することができる。
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、有機ＥＬ素子は、画素電極１２０と、正孔注入層１９０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極１６０とが、この順で積層されて構成された。もっともこれに限定されない。その他にも正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を設けることも可能である。正孔輸送層を構成する材料としては、高分子材料の他に、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン等の低分子アミン化合物を用いることができる。また、有機ＥＬ素子は、画素電極１２０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極１６０と、で構成することも可能である。
また、遮光膜３１０は、ノンドープのアモルファスシリコンのみや不純物イオンを含むアモルファスシリコンのみであったが、これらのいずれかと同じ材料の層を含めば、これに限らず、さらに他の光吸収性の絶縁層を含んだ積層構造であってもよい。
上述の実施形態では、有機ＥＬ素子は、画素電極１２０と、正孔注入層１９０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極１６０とが、この順で積層されて構成された。もっともこれに限定されない。その他にも正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を設けることも可能である。正孔輸送層を構成する材料としては、高分子材料の他に、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン等の低分子アミン化合物を用いることができる。また、有機ＥＬ素子は、画素電極１２０と、有機ＥＬ発光層１４０と、上部電極１６０と、で構成することも可能である。
また、遮光膜３１０は、ノンドープのアモルファスシリコンのみや不純物イオンを含むアモルファスシリコンのみであったが、これらのいずれかと同じ材料の層を含めば、これに限らず、さらに他の光吸収性の絶縁層を含んだ積層構造であってもよい。
１１０…基板、１２０…画素電極、１３０…バンク、１４０…有機ＥＬ発光層、１５０…オーバーコート膜、１６０…上部電極、１７０…封止基板、１８０…接着層、２００…封止膜、２１０…ゲート電極、２２０…ゲート絶縁膜、２３０…絶縁膜、２３１…絶縁膜層、２４０…半導体不純物層、２４１…半導体不純物膜、２６０…半導体層、２６１…半導体膜、２８０…ソース電極、２９０…ドレイン電極、３１０…遮光膜、３１１…遮光膜用アモルファスシリコン層、３２０…開口、８００…有機ＥＬ表示装置
Claims (9)
- 有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子と、
第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子と、
前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有し、前記スイッチング素子の上方に前記第１の半導体層と重なるように形成された遮光膜と、
前記スイッチング素子と前記遮光膜との間に、前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の一方の一部を開口する開口部を有する光透過性の絶縁膜と、を有し、
前記有機エレクトロルミネセンス素子の前記一対の電極の他方は、光反射性であるとともに前記遮光膜上を覆う、
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。 - 前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層より５ｎｍ〜５０ｎｍ厚い、
ことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。 - 前記スイッチング素子は、ソース、ドレイン電極を有し、前記スイッチング素子の前記第１の半導体層のチャネル形成領域の上方が前記ソース、ドレイン電極間において露出された構造であり、前記遮光膜は、前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の前記チャネル領域の上部に位置する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。 - 前記絶縁膜と前記一対の電極の他方との間に光透過性の第２絶縁膜が介在している、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置。 - 有機エレクトロルミネセンス発光層を一対の電極で挟んで形成される有機エレクトロルミネセンス素子を有する有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法において、
基板の上に、第１の半導体層を有し、前記有機エレクトロルミネセンス素子をアクティブ駆動するスイッチング素子を形成するスイッチング素子形成工程と、
前記スイッチング素子の上に光透過性の絶縁膜を形成する、絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に、前記第１の半導体層と同じ材料を含み且つ前記第１の半導体層よりも厚い第２の半導体層を有する遮光膜を前記第１の半導体層と重なるように形成する、遮光膜形成工程と、
前記一対の電極の一方の一部を開口する前記絶縁膜の開口部内に前記有機エレクトロルミネセンス発光層を形成する有機エレクトロルミネセンス発光層形成工程と、
前記遮光膜の上方及び前記有機エレクトロルミネセンス発光層上に光反射性の前記一対の電極の他方を形成する一対の電極の他方形成工程と、を有する、
ことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法。 - 前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層より５ｎｍ〜５０ｎｍ厚い、
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センス表示装置の製造方法。 - 前記スイッチング素子の前記第１の半導体層及び前記遮光膜の前記第２の半導体層は、プラズマ化学気相成長法により形成され、
前記スイッチング素子の前記第１の半導体層の形成における高周波電力の電力密度より、前記遮光膜の前記第２の半導体層の形成における高周波電力の電力密度のほうが大きい、
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センス表示装置の製造方法。 - 前記絶縁膜と前記遮光膜とは、同一のチャンバ内において真空中で連続して成膜されることにより形成される、
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法。 - 前記絶縁膜と前記一対の電極の他方との間に光透過性の第２絶縁膜を形成する第２絶縁膜形成工程を有する、
ことを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の有機エレクトロルミネセンス表示装置の製造方法。
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