WO2000076277A1 - Ecran organique electroluminescent - Google Patents

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WO2000076277A1
WO2000076277A1 PCT/JP1999/003399 JP9903399W WO0076277A1 WO 2000076277 A1 WO2000076277 A1 WO 2000076277A1 JP 9903399 W JP9903399 W JP 9903399W WO 0076277 A1 WO0076277 A1 WO 0076277A1
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organic
layer
display device
electrode
transporting layer
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PCT/JP1999/003399
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Michio Arai
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Tdk Corporation
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    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H10K59/123—Connection of the pixel electrodes to the thin film transistors [TFT]

Definitions

  • the present invention relates to an organic EL display device having an organic EL element and a driving element, and more particularly to an organic EL display that uses a thin film transistor having a non-single-crystal semiconductor thin film as a base and drives an organic EL element having an organic-inorganic junction structure.
  • the following active matrix drive has been proposed as a method to solve the above (1) to (3). That is, a display using ZnS, which is an inorganic substance, as a phosphor and performing active matrix driving is disclosed (US Pat. No. 4,143,297). However, in this technique, since the inorganic phosphor is used, the driving voltage is as high as 100 V or more, which is a problem. A similar technique is I EEE It is also described in Trans Electron Devices, 802 (1971). On the other hand, recently, a large number of displays using an organic phosphor for active matrix driving have been developed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-122360, 7-122361, and 7-153576).
  • the driving voltage is drastically reduced to 10 V or less by using an organic phosphor, and the efficiency is 3 lmZw to 51 m / w when a highly efficient organic phosphor is used.
  • the driving voltage of the high-definition display is 1Z2 to 1Z3 compared to the simple driving, and the power consumption can be reduced. Had become.
  • FIGS. 11 and 12 show a conventional example of a TFT drive circuit.
  • a conventional example of an active matrix will be described with reference to the drawings.
  • FIG 11 is a panel block diagram.
  • the display (display) panel 310 has a display screen 311, an X-axis shift register 312, and a Y-axis shift register 313. .
  • the display screen 311 is supplied with EL power, and the X-axis shift register 312 is supplied with a shift register power supply and an X-axis synchronization signal. Further, the supply of the power of the shift register and the input of the Y-axis synchronization signal are performed to the Y-axis shift register 3 13.
  • the output section of the X-axis shift register 312 has an output of an image data signal.
  • FIG. 12 is an enlarged explanatory view of the portion A in FIG. 11.
  • One pixel (shown by a dotted square) of the display screen 31 1 is composed of two transistors, one capacitor, and one EL element. It is configured.
  • the light emitting operation of this one pixel is, for example, when the selection signal y1 is output from the Y-axis shift register 3 13 and the selection signal X 1 is output from the X-axis shift register 3 12 T y 1 1 and transistor T x 1 are turned on.
  • the image data signal VL is input to the gate of the drive transistor # 11.
  • a current corresponding to the gate voltage flows from the EL power supply to the drain and source of the drive transistor # 11, and the EL element EL 110 emits light.
  • the X-axis shift register 12 turns off the output of the selection signal xl and outputs the selection signal X2, but the gate voltage of the drive transistor Ml1 is changed to the capacitor c1 1 Therefore, the light emission of the EL element EL 110 continues until this pixel is selected next.
  • the driving of the organic EL element is not affected and the contrast of the image displayed on the display panel does not decrease. . Therefore, according to the active matrix method, display with much higher image quality can be performed as compared with the simple matrix method.
  • the emission luminance depends on the current density to be added. For this reason, when trying to improve the light emission luminance with the same pixel area, or by increasing the number of pixels to increase the definition of the entire screen, the driving time per pixel (time-division time) decreases, In order to compensate for this, it is necessary to increase the drive current when further increasing the light emission luminance. In this case, if the drive current increases due to the circuit configuration, the drive voltage necessarily increases.
  • a switching element in which a control electrode and a set of controlled electrodes are formed on a non-single-crystal silicon substrate;
  • the switching element comprising a positive electrode, a negative electrode, and an organic EL element having at least an organic layer involved in a light emitting function between these electrodes;
  • the organic EL device has a high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer having a conduction path for transporting electrons while blocking holes between the organic layer and the negative electrode,
  • a high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer having a conduction path for blocking electrons and transporting holes between the organic layer and the positive electrode
  • the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer has a work function of 4 eV or less as a first component, and is at least one selected from an alkali metal element, an alkaline earth metal element, and a lanthanide element.
  • the organic EL display device comprising as a second component at least one metal having a work function of 3 to 5 eV.
  • the alkali metal element is Li, Na, K, Rb,? 5? 1 "or more, the alkaline earth metal element is at least one of Mg, Ca and Sr, and the lanthanide element has at least one selected from La and Ce.
  • the organic EL display device according to any one of (1) to (3).
  • the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer contains a metal and / or one or more of metal oxides, carbides, nitrides, silicates, and borides.
  • An organic EL display device according to any of the above.
  • the organic EL display device according to any one of (9).
  • the metal is one of Au, Cu, Fe, Ni, Ru, Sn, Cr, Ir, Nb, Pt, W, Mo, Ta, Pd and Co. Above
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing process of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing process of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing process of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the organic EL display device of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing a configuration example of the organic EL device of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of an organic EL display device.
  • FIG. 12 is an enlarged view of part A of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • An organic EL display device includes a switching element in which a control electrode and a set of controlled electrodes are formed on a non-single-crystal silicon substrate; and a positive electrode and a negative electrode driven by the switching element.
  • An organic EL element having at least an organic layer involved in a light emitting function between the electrodes; and an organic EL element for blocking electrons between the organic layer and the negative electrode and transporting electrons.
  • At least the electron injection / transport layer of the organic EL element driven by the switching element formed on the non-single-crystal silicon substrate is a high-resistance inorganic electron injection / transport layer, or the hole injection / transport layer is a high-resistance inorganic injection / transport layer.
  • the driving voltage is reduced, the luminous efficiency is improved, and a bright luminescent screen can be obtained with a relatively low driving voltage.
  • the organic EL device of the present invention has a high-resistance inorganic electron injection / transport layer between the organic layer involved in the light emitting function and the negative electrode.
  • the second component of the inorganic electron injecting and transporting layer having high resistance is preferably contained in an amount of 0.2 to 4 mol% with respect to all components to form a conductive path, thereby forming a negative electrode (electron injection electrode). Electrons can be efficiently injected into the organic layer on the light emitting layer side. In addition, the movement of holes from the organic layer to the electron injection electrode side can be suppressed. Thus, the recombination of holes and electrons in the light emitting layer can be efficiently performed.
  • the organic EL device of the present invention can achieve brightness equal to or higher than that of a conventional organic EL device or LED, and has higher heat resistance and weather resistance, so it has a longer lifespan than conventional devices, and has leakage and dark spots. There is no occurrence.
  • an inorganic material that is inexpensive, easily available, and easy to manufacture is used without using a relatively expensive organic substance, manufacturing costs can be reduced.
  • the resistivity of the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer is preferably 1 to 1 ⁇ 10 1 ⁇ ⁇ cm, particularly 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 8 ⁇ ⁇ cm.
  • the resistivity of the high-resistance inorganic electron injection / transport layer can also be determined from the sheet resistance and the film thickness.
  • the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer preferably has a work function of 4 eV or less as the first component, more preferably 1 to 4 eV,
  • One or more alkali metal elements preferably selected from Li, Na, K, Rb, Cs and Fr; or
  • One or more alkaline earth metal elements preferably selected from Mg, Ca and Sr, or
  • It preferably contains one or more oxides of one or more lanthanide elements selected from La and Ce.
  • lithium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, and cerium oxide are particularly preferred.
  • the mixing ratio is arbitrary.
  • in lithium oxide is L i 2 0 translation in these mixtures, it is preferably contained more than 5 Omol%.
  • the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer further contains, as a second component, at least one element selected from Zn, Sn, V, Ru, Sm, and In.
  • the content of the second component is preferably 0.2 to 40 mol%, more preferably 1 to 2 Omol%. is there. If the content is less than this, the electron injection function decreases, and if the content exceeds this, the hole blocking function decreases. When two or more kinds are used in combination, the total content is preferably in the above range.
  • the second component may be in a metal element state or an oxide state.
  • the conductive material is present in the insulating material in the form of islands, and the electron injection hole is used for the electron injection. It is considered that a subbing path is formed.
  • the oxide of the first component generally has a stoichiometric composition, but may have a slight deviation from the stoichiometric composition to have a non-stoichiometric composition.
  • the second component also usually exists as an oxide, and the same applies to this oxide.
  • the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer may contain, as impurities, Ne, Ar, Kr, Xe, etc. used in the H ⁇ sputtering gas in a total of 5 at% or less.
  • the average value of the entire high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer is not necessarily uniform as long as it has such a composition, and a structure having a concentration gradient in the thickness direction may be employed.
  • the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer is usually in an amorphous state.
  • the thickness of the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer is preferably from 0.2 to 30 nm, particularly preferably from 0.2 to 20 nm, and more preferably from about 0.2 to 10 nm. Even if the electron injection layer is thinner or thicker, the function as the electron injection layer cannot be sufficiently exhibited.
  • various physical or chemical thin film forming methods such as a sputtering method and a vapor deposition method can be considered, but the sputtering method is preferable.
  • multi-source sputtering in which targets of the first component and the second component are separately sputtered is preferable.
  • a sputtering method suitable for each target can be used.
  • a mixed target of the first component and the second component may be used.
  • the pressure of the sputtering gas at the time of sputtering is preferably in the range of 0.1 to 1 Pa.
  • the sputtering gas an inert gas used in a normal sputtering apparatus, for example, Ar, Ne, Xe, Kr or the like can be used. Further, N 2 may be used if necessary.
  • the atmosphere during sputtering, in addition to the above SL sputtering gas 0 2 may be carried out reactive sputtering by mixing about 1 to 99%.
  • a high frequency sputtering method using an RF power supply, a DC sputtering method, or the like can be used.
  • the power of the sputtering apparatus is preferably in the range of 0.1 to: 1 OWZcm 2 for RF sputtering, and the film formation rate is preferably in the range of 0.5 to: 1 Onm / min, and particularly preferably in the range of 1 to 5 nmZmin. .
  • the substrate temperature during film formation is about room temperature (25 ° C) to about 150 ° C.
  • the organic EL device of the present invention has a high-resistance inorganic hole injection / transport layer between the organic layer and the hole injection electrode.
  • silicon or a metal or semi-metal oxide such as germanium is used as a main component of the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer, and a metal having a work function of 4.5 eV or more, preferably 4.5 to 6 eV is used.
  • a metal having a work function of 4.5 eV or more, preferably 4.5 to 6 eV is used.
  • / or metal oxides and / or oxides, carbides, nitrides, silicates, borides, etc. of these to form a conductive path, from the hole injection electrode to the inorganic light emitting layer side Holes can be injected efficiently.
  • the transfer of electrons from the organic layer to the hole injection electrode side can be suppressed, and the recombination of holes and electrons in the organic layer, particularly the light emitting layer, can be efficiently performed. It can be done well.
  • the resistivity of the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer is preferably 1 to 1 ⁇ 10 11 ⁇ ⁇ cm, particularly 1 ⁇ 10 3 to: 1 ⁇ 10 8 ⁇ ⁇ cm.
  • the resistivity of a high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer can also be determined from sheet resistance and film thickness. In this case, the sheet resistance can be measured by a four-terminal method or the like.
  • the material of the main component is silicon or germanium oxide, preferably
  • the main component of the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer may be silicon oxide, germanium oxide, or a mixed thin film thereof. Regardless of whether y is larger or smaller, the hole injection function tends to decrease.
  • the composition may be determined by, for example, Rutherford backscattering or chemical analysis.
  • the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer preferably further contains, in addition to the main component, oxides, carbides, nitrides, silicates, and borides of metals (including semimetals) having a work function of 4.5 eV or more.
  • the metal having a work function of 4.5 eV or more, preferably 4.5 to 6 eV, is preferably Au, Cu, Fe, Ni, Ru, Sn, Cr, Ir, Nb, Pt, W, Mo. , T a, P d, and Co; c . These are generally present as metals or in the form of oxides.
  • these carbides, nitrides, silicates, and borides may be used.
  • the mixing ratio is arbitrary.
  • Their content is preferably from 0.2 to 40 mol%, more preferably from 1 to 2 Omol%. If the content is less than this, the hole injection function is reduced, and if the content exceeds this, the electron blocking function is reduced. Use 2 or more types together In this case, the total content is preferably in the above range.
  • the oxides, carbides, nitrides, silicates, and borides of the above metals or metals (including semimetals) are usually dispersed in a high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer.
  • the particle size of the dispersed particles is usually about 1 to 5 nm. It is considered that a hobbing path is formed between the dispersed particles, which are conductors, to transport holes through the high-resistance main component.
  • the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer may further contain, as impurities, Ne, Ar, Kr, Xe, etc. used in the H ⁇ sputtering gas in a total of 5 at% or less.
  • the composition may not be uniform and may have a structure having a concentration gradient in the film thickness direction.
  • the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer is usually in an amorphous state.
  • the thickness of the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer is preferably from 0.2 to 100 nm, more preferably from 0.2 to 30 nm, and particularly preferably from about 0.2 to 10 nm. Even if the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer is thinner or thicker, the function as the hole injecting and transporting layer cannot be sufficiently exhibited.
  • the sputtering method As a method for producing the above-described inorganic hole injecting and transporting layer having a high resistance, various physical or chemical thin film forming methods such as a sputtering method and an evaporation method can be considered, but the sputtering method is preferable. Among them, multi-source sputtering in which the above-described main component and a target such as a metal or a metal oxide are separately sputtered is preferable. By using multi-source sputtering, a sputtering method suitable for each target can be used. In the case of a one-way sputter, the composition is adjusted by disposing small pieces of the above metal or metal oxide on the target of the main component and appropriately adjusting the area ratio of the two.
  • the film forming conditions and the like are the same as those for the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer.
  • the electron injection electrode a material having a low work function is preferable.
  • alloys for example, Ag-Mg (Ag 0.1 to 50 at%), A1Li (Li: 0.01 to 14 at%), InMg (M g: 50 to 8 Oat%), Al. Ca (Ca: 0.01 to 20 at%), and the like.
  • the electron injection electrode can also be formed by a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the thickness of the electron injecting electrode thin film may be a certain thickness or more capable of sufficiently injecting electrons, and may be 0.5 nm or more, preferably lnm or more, more preferably 3 nm or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but usually the film thickness may be about 3 to 50 Onm.
  • An auxiliary electrode or a protection electrode may be further provided on the electron injection electrode.
  • the pressure during the deposition is preferably 1 X 1 0- 8 ⁇ 1 X 1 0- 5 Torr, heating temperature in the evaporation source, if the metal material 1 0 0 ⁇ 1 4 0 0 ° C, an organic material If so, the temperature is preferably about 100 to 500 ° C.
  • the hole injection electrode is preferably a transparent or translucent electrode for extracting emitted light.
  • I TO titanium oxide
  • IZ_ ⁇ zinc Dove indium oxide
  • Z n O, S N_ ⁇ 2, I n 2 O 3 or the like properly favored forces include the I TO (tin-doped Preferred are indium oxide) and IZO (zinc-doped indium oxide).
  • I TO is you containing a normal I n 2 0 3 and S eta theta at stoichiometry, O amount may deviate somewhat therefrom.
  • the hole injection electrode may be made of a known opaque metal material.
  • the thickness of the hole injection electrode may be a certain thickness or more that allows sufficient hole injection, and is preferably 50 to 500 nm, and more preferably 50 to 30 Onm.
  • the upper limit is not particularly limited, but if the thickness is too large, there is a fear of peeling. Thick If it is too thin, there will be problems in terms of film strength during production, hole transport capacity, and resistance.
  • the hole injection electrode layer can be formed by a vapor deposition method or the like, but is preferably formed by a sputtering method, particularly preferably by a pulse DC sputtering method.
  • the organic layer of the organic EL device can have the following configuration.
  • the light emitting layer has a function of injecting holes (holes) and electrons, a function of transporting them, and a function of generating excitons by recombination of holes and electrons. It is preferable to use a relatively electronically neutral compound for the light emitting layer.
  • the organic hole injecting and transporting layer has a function of facilitating the injection of holes from the hole injecting electrode or the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer, a function of stably transporting holes, and a function of blocking electrons.
  • the organic electron injecting and transporting layer has a function of facilitating the injection of electrons from the high-resistance inorganic electron injecting and transporting layer, a function of stably transporting electrons, and a function of preventing holes.
  • the thickness of the light emitting layer, the thickness of the hole injecting and transporting layer, and the thickness of the electron injecting and transporting layer are not particularly limited and vary depending on the forming method, but are usually about 5 to 500 nm, especially about 1 to 500 nm. Preferably, 0 to 30 O nm.
  • the thickness of the organic hole injecting and transporting layer and the thickness of the electron injecting and transporting layer depend on the design of the recombination and light emitting region, but may be about the same as the thickness of the light emitting layer or about 1 to 10 to 10 times. .
  • the thickness of the injection layer is 1 nm or more and the thickness of the transport layer is 1 nm or more.
  • the upper limit of the thickness of the injection layer and the transport layer is usually about 50 O nm for the injection layer and about 500 nm for the transport layer.
  • Such a film thickness is the same when two injection / transport layers are provided.
  • an organic electron injecting and transporting layer is not necessary. No hole injection transport layer is required.
  • the light emitting layer of the organic EL device contains a fluorescent substance which is a compound having a light emitting function.
  • a fluorescent substance include, for example, at least one compound selected from compounds such as compounds disclosed in JP-A-63-264692, for example, compounds such as quinatalidone, rubrene, and styryl dyes.
  • quinoline derivatives such as metal complex dyes having 8-quinolinol or its derivatives as ligands, such as tris (8-quinolinolato) aluminum, tetraphenylbutadiene, anthracene, perylene, coronene, and 12-phthalopeninone derivatives.
  • the content of the compound in the light emitting layer is preferably from 0.01 to 20% by volume, and more preferably from 0.1 to 15% by volume. In particular, in the case of a rubrene system, the content is preferably 0.01 to 20% by volume.
  • a quinolinolato complex is preferable, and an aluminum complex having 8-quinolinol or a derivative thereof as a ligand is preferable.
  • Examples of such an analog complex include JP-A-63-264692, JP-A-3-255190, JP-A-5-70733, JP-A-5-258859, JP-A-6-215874 and the like. Can be cited.
  • host substances include a furananthracene derivative described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-1260000 (Japanese Patent Application No. Hei 6-110569) and a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-12969. Also preferred are the tetraarylethene derivatives described in No. 69 (Japanese Patent Application No. 6-1114456).
  • the light emitting layer may also serve as an electron injection / transport layer. In such a case, it is preferable to use tris (8-quinolinolato) aluminum or the like. These fluorescent substances may be deposited.
  • the light emitting layer is preferably a mixed layer of at least one kind of hole injecting and transporting compound and at least one kind of electron injecting and transporting compound, if necessary. It is preferable to include them.
  • the content of the compound in such a mixed layer is preferably from 0.01 to 20% by volume, and more preferably from 0.1 to 15% by volume.
  • a carrier hopping conduction path is formed, so that each carrier moves in a material having a favorable polarity, and injection of a carrier having the opposite polarity is unlikely to occur. It has the advantage of extending.
  • the emission wavelength characteristics of the mixed layer itself can be changed, the emission wavelength can be shifted to a longer wavelength, and the emission intensity can be increased. , Can also improve the stability of the device You.
  • the hole injecting / transporting compound and the electron injecting / transporting compound used for the mixed layer may be selected from a compound for a hole injecting / transporting layer and a compound for an electron injecting / transporting layer, respectively, which will be described later.
  • a compound for the hole injecting and transporting layer an amine derivative having strong fluorescence, for example, a trifusildiamine derivative as a hole transport material, a styrylamine derivative, or an amine derivative having a fused aromatic ring is used. Is preferred.
  • the electron injecting and transporting compound it is preferable to use a quinoline derivative, furthermore, a metal complex having 8-quinolinol or a derivative thereof as a ligand, particularly tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq3). It is also preferable to use the above-mentioned phenylanthracene derivatives and tetraarylethene derivatives.
  • an amine derivative having strong fluorescence for example, a triphenyldiamine derivative which is the above-described hole transport material, a styrylamine derivative, or an amine derivative having an aromatic fused ring. preferable.
  • the mixing ratio in this case depends on the carrier mobility and carrier concentration of each, but in general, the weight ratio of the compound having the hole injecting and transporting compound Z having the electron injecting and transporting function is 1Z99 to 99/1, More preferably, it is preferably 10 / 90-9 OZ10, particularly preferably 20Z80-80.
  • the thickness of the mixed layer is preferably equal to or greater than the thickness of one molecular layer and less than the thickness of the organic compound layer. Specifically, the thickness is preferably 1 to 85 nm, more preferably 5 to 6 Onm, and particularly preferably 5 to 5 Onm.
  • co-evaporation in which evaporation is performed from different evaporation sources is preferable, but when the vapor pressures (evaporation temperatures) are the same or very close, they are mixed in advance in the same evaporation boat. It can also be deposited.
  • the mixed layer it is preferable that the compounds are uniformly mixed, but in some cases, the compounds are present in an island form. It may be.
  • the light-emitting layer is generally formed to a predetermined thickness by dispersing and coating an organic fluorescent substance in a resin binder or a resin binder.
  • Examples of the hole injecting and transporting layer include, for example, JP-A-63-295695, JP-A-2-191694, JP-A-3-7992, and JP-A-5-792.
  • — 2 3 4 6 8 1 Publication Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-2394 55, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-29991 74, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-126262, Various organic compounds described in JP-A-7-126262, JP-A-8-100172, EP 0650595 A1, etc. can be used. .
  • a tetraarylbendicine compound (triaryldiamine or triphenyldiamine: TPD), an aromatic tertiary amine, a hydrazone derivative, a carbazole derivative, a triazole derivative, an imidazole derivative, an oxaziazole derivative having an amino group, And polythiophene.
  • TPD triaryldiamine or triphenyldiamine
  • an aromatic tertiary amine a hydrazone derivative
  • carbazole derivative a triazole derivative
  • imidazole derivative an imidazole derivative
  • an oxaziazole derivative having an amino group
  • polythiophene polythiophene.
  • any of the compounds capable of injecting and transporting holes can be selected and used in combination.
  • thin films of about 1 to 1 O nm can be made uniform and pinhole-free because evaporation is used, so the ion injection potential is small in the hole injection layer and absorbed in the visible region. Even if a compound having the following formula is used, it is possible to prevent a change in the color tone of the emission color and a decrease in efficiency due to reabsorption.
  • hole The injection / transport layer can be formed by vapor deposition of the above compound in the same manner as the light-emitting layer and the like.
  • the electron injecting / transporting layer includes a quinoline derivative such as an organometallic complex having 8-quinolinol or its derivative as a ligand, such as tris (8-quinolinolato) aluminum (A1q3), an oxaziazole derivative, a perylene derivative, and pyridine. Derivatives, pyrimidine derivatives, quinoxaline derivatives, difujylquinone derivatives, nitro-substituted fluorene derivatives and the like can be used.
  • the electron injecting and transporting layer may also serve as the light emitting layer. In such a case, it is preferable to use tris (8-quinolinolato) aluminum or the like.
  • the formation of the electron injecting and transporting layer may be performed by vapor deposition or the like, similarly to the light emitting layer.
  • any of the electron injecting and transporting compounds can be selected and used in combination.
  • the hole injecting and transporting layer For forming the hole injecting and transporting layer, the light emitting layer and the electron injecting and transporting layer, it is preferable to use a vacuum evaporation method since a uniform thin film can be formed.
  • a vacuum deposition method When a vacuum deposition method is used, a homogeneous thin film having an amorphous state or a crystal grain size of 0.2 zm or less can be obtained.
  • the crystal grain size exceeds 0.2 / m, the light emission becomes non-uniform, the driving voltage of the device must be increased, and the charge injection efficiency is significantly reduced.
  • the conditions for vacuum deposition are not particularly limited, but it is preferable that the degree of vacuum be 10 to 4 Pa or less and the deposition rate be about 0.01 to I nmZsec. Further, it is preferable to form each layer continuously in a vacuum. If they are formed continuously in a vacuum, impurities can be prevented from adsorbing at the interface of each layer, and high characteristics can be obtained. In addition, the driving voltage of the device can be reduced, and the generation and growth of dark spots can be suppressed. When a plurality of compounds are contained in one layer when a vacuum deposition method is used to form each of these layers, it is preferable to co-deposit each boat containing the compounds by individually controlling the temperature.
  • the switching element of the present invention is not particularly limited as long as a control electrode and a set of controlled electrodes are formed on a silicon substrate and is a semiconductor that directly drives an organic EL element. Is preferably a TFT (Thin Film Transistor) type.
  • TFT Thin Film Transistor
  • the substrate used in the present invention is preferably insulating and made of a transparent material such as quartz, sapphire, or glass.
  • transparent means that the organic EL display device has a property of transmitting sufficient light for practical use in an organic EL display device. For example, a material that transmits 50% or more of light in a desired emission wavelength band is considered to be transparent.
  • the low strain point glass refers to a glass that is distorted at a temperature of about 700 ° C. or more.
  • the thin film transistor (TFT) is used for driving an organic EL device.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a TFT array for driving an organic EL element.
  • a source electrode 13 is connected to a source bus 11 and is connected to a source portion formed on a silicon substrate 21 via a contact hole 13a.
  • a gate bus 12 is formed on the silicon substrate 21 in common with a TFT element of another pixel (not shown), and a gate electrode is provided at a portion where the gate bus 12 intersects the silicon substrate 21. Is formed.
  • a drain wire 14 is connected to a drain portion formed on the silicon substrate with the source portion and the gate electrode interposed therebetween through a contact hole 14a.
  • the drain wiring 14 is connected to a gate line 15 via a contact hole 14 b.
  • the gate line 15 is formed on a silicon substrate 22 constituting the TFT 2.
  • the other electrode of the capacitor 18 is connected to the ground bus 23 and to the source electrode 17.
  • This source electrode 17 is connected to the source of TFT 1 via the contact hole 17 a. I have.
  • a gate electrode is formed at a portion where the gate line 15 intersects the silicon body 22.
  • a drain wiring 16 is connected to a drain part formed on the silicon substrate with the source part and the gate electrode 15 interposed therebetween, via a contact phone 16a, and the drain wiring 16 is an organic EL which becomes a pixel. Constructs or is connected to one electrode of the device.
  • the TFT 1 that directly drives the organic EL element corresponds to a switching element in the present invention.
  • the active layer of the switching element is, for example, a portion where an n + / i / n + region is formed, where n + indicates an N-type doped portion, and i indicates an undoped portion.
  • the doped portion of the active layer may be P-type doped P +.
  • This active layer is preferably formed of polysilicon. Polysilicon shows a sufficient stability with respect to energization compared to amorphous Si.
  • the Hi-Si layer as a polysilicon precursor can be laminated by various CVD methods, and is preferably laminated by a plasma CVD method. Then, it is annealed by an excimer laser such as a KrF (248 ⁇ m) laser and crystallized. As a specific method, a method such as that described in S ID '96, DigestsochtecnichnicaplpapersP17 to 28 may be used.
  • the annealing of the excimer laser is preferably performed at a substrate temperature of 100 to 300 ° C., and is preferably annealed with a laser beam having an energy amount of 100 to 30 Om JZ cm 2 .
  • crystallization may be performed by using a commonly used thermal annealing method.
  • a commonly used thermal annealing method Ma
  • Activated polysilicon includes a silicon thin film (so-called high-temperature polysilicon film) formed through a heat treatment at around 900 ° C and a silicon thin film (so-called low-temperature polysilicon) formed at a relatively low temperature of 60 (TC or less).
  • the active layer of the present invention may be either high-temperature polysilicon or low-temperature polysilicon.
  • the thickness of the active layer i.e., Si, is 100-800 A, preferably 300-5
  • the active layer (polysilicon layer) is patterned into islands by photolithography so as to have a configuration required for a switching element.
  • quartz, ceramic, sapphire, glass, or the like having an insulating property can be used, but is preferably an inexpensive material such as low strain point glass.
  • annealing is a low process because the entire TFT-EL fabrication avoids melting or distortion of the glass and outdiffusion of dopants in the active area (out-di ⁇ usion). Performed at temperature.
  • all manufacturing steps for glass substrates must be performed at 800 ° C or lower, preferably 600 ° C or lower.
  • an insulated gate material is preferably laminated on the polysilicon land and over the surface of the insulating substrate.
  • the insulating material is preferably silicon dioxide (Si 2 ) deposited by chemical vapor deposition (CVD) such as plasma enhanced CVD (PECVD) or low pressure CVD (LPCVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • LPCVD low pressure CVD
  • the thickness of the gate oxide insulating layer is preferably about 50-20 Onm.
  • the substrate temperature is preferably from 250 to 400 ° C, and in order to obtain a high quality insulating gate material, annealing is preferably performed at 300 to 600 ° C for about 1 to 3 hours.
  • a gate electrode is formed by evaporation or sputtering.
  • the gate electrode is patterned.
  • the preferred thickness of the gate electrode is 100 to 50 Onm.
  • a P-doped Si is formed by plasma CVD, and this is polycrystallized by annealing at 600 ° C to form an n-type polycrystalline Si, which is patterned by photolithography. .
  • signal electrode lines and scanning electrode lines may be formed.
  • Metal lines such as A1 alloy, A1, Cr, W, and Mo are formed by photolithography.
  • n + or P + sites are formed by ion doping.
  • the contacts such as the drain and source as controlled electrodes are made at the locations where the insulating film is opened.
  • S i 0 2 for example, TEOS (Tetoraetoki Shishiran) can be obtained Ri by the PEC VD set between the substrate temperature 250 to 400 ° C as a gas.
  • the substrate temperature can be obtained by using ECR-CVD at 100 to 300 ° C.
  • the interlayer insulating film can be formed, for example, by the following method.
  • Etchback method by plasma etching SiO 2 silica is preferably formed in a thickness of 0.2 ⁇ m to 3 ⁇ m by various CVD methods, plasma CVD, PECVD (plasma enhanced CVD), LPCVD (low pressure CVD), etc. Film.
  • a flattened interlayer insulating film (Si 2 ) can be obtained.
  • This method includes silica, PSG, BSG (phosphorus silica glass, boron silica gas). It can also be used lath) may have Rukoto used ⁇ ⁇ 4 such nitride silicon compound S.
  • the switching element is formed.
  • the off-state current of the switching element is 1 X 10-8 8 or less, especially 1 ⁇ 10-1 () ⁇ or less. Its it is not particularly restricted as a lower limit, is preferably as small, usually, 1 X 1 0- 13 ⁇ , preferably about 1 X 1 0- 14 ⁇ . When the off-state current increases, false light emission and a decrease in contrast are caused.
  • Field mobility of the switching element is preferably 60 - is (cm VV sec) or less, especially 30 ⁇ 50 (cm 2 / V ⁇ sec ).
  • an ⁇ -Si layer 102 is laminated on a substrate 101 by a sputtering method, various CVD methods, preferably a plasma CVD method or the like.
  • annealing and crystallization are performed by an excimer laser 115 or the like to form an active layer 102a.
  • the crystallized active layer (polysilicon layer) 102a is patterned into islands by photolithography.
  • an insulating gut 103 is laminated on the polysilicon island 102a and over the surface of the insulating substrate 101.
  • the substrate temperature is preferably 250 to 400 ° C., and in order to obtain a higher quality insulating gate material, it is preferable to perform annealing at 300 to 600 ° C. for about 1 to 3 hours.
  • a gate electrode 104 is formed by vapor deposition or sputtering.
  • the gate electrode 104 is patterned, and ion doping 1 16 is performed on the patterned gate electrode 104, and n + or A P + portion is formed, and a signal electrode line and a scanning electrode line are formed by photolithography.
  • contacts such as a drain and a source are formed.
  • the contact is made at the location where the insulating film 111 is opened.
  • an SiO 2 film is formed as an interlayer insulating layer by a normal pressure CVD method.
  • the interlayer insulating layer is etched to form contact holes, and the drain and source connection portions are opened.
  • a drain wiring electrode 112 and a source wiring electrode 113 are formed on the opened drain and source connection portions, respectively, and connected to the drain and source electrodes.
  • either the drain or the source electrode is connected to a force that functions as the first electrode or the second electrode of the organic EL device.
  • I TO (1 15) which is a hole injection electrode.
  • an insulating film 114 is formed on the drain wiring electrode 112, and at the same time, an edge cover for covering the area other than the pixel portion is formed to obtain a switching element as shown in FIG.
  • the connectivity between the wiring electrode 113 and the hole injection electrode 115 is improved.
  • a connecting metal layer 116 such as TiN.
  • the organic EL element has an organic layer containing at least an organic substance involved in a light emitting function between a first electrode and a second electrode. Then, light is emitted by the electron 'holes provided from the first electrode and the second electrode being recombined in the organic layer.
  • Either of the first electrode and the second electrode may be a hole injection electrode or an electron injection electrode, but usually, the first electrode on the substrate side is a hole injection electrode, and the second electrode is an electron injection electrode. It becomes an electrode.
  • a positive electrode (hole injection electrode) 201 connected to a switching element, and a high-resistance inorganic hole injection / transport layer 20 2, a light-emitting layer 203, a high-resistance inorganic electron injection / transport layer 204, and a negative electrode (electron injection electrode) 205 in this order.
  • the stacking order may be reversed, or the negative electrode (electron injection electrode) side may be connected to the switching element. Which configuration mode is selected may be appropriately selected depending on performance required for the display device, characteristics of the display device required for design, and the like.
  • the emission color can be controlled using a color filter film, a color conversion film containing a fluorescent substance, or a dielectric reflection film on the substrate.
  • color filters used in liquid crystal displays etc. may be used, but the characteristics of the color filters are adjusted according to the light emitted from the organic EL element to optimize the extraction efficiency and color purity. do it.
  • an optical thin film such as a dielectric multilayer film may be used instead of the color filter.
  • the fluorescence conversion filter film absorbs the EL light and emits light from the phosphor in the fluorescence conversion film to convert the color of the emitted light. It is formed from three materials: a light absorbing material.
  • a fluorescent material having a high fluorescence quantum yield may be used, and it is desirable that the fluorescent material has strong absorption in the EL emission wavelength region.
  • laser monochromatic dyes are suitable, for example, rhodamine compounds, perylene compounds, cyanine compounds, phthalocyanine compounds (including subphthalocyanines, etc.), naphthaloimide compounds, and fused ring hydrocarbon compounds.
  • ⁇ Fused heterocyclic compounds ⁇ Styryl compounds ⁇ Coumarin compounds can be used.
  • a material that does not quench the fluorescence e.g., it is sufficient to select a material that does not quench the fluorescence. 'Luffy ⁇ Pattern that can be finely patterned by printing or the like is preferable. Further, when the hole injection electrode is formed on the substrate in contact with the hole injection electrode, a material that does not damage the hole injection electrode ( ⁇ , ⁇ ) when the film is formed is preferable.
  • the light absorbing material is used when the light absorption of the fluorescent material is insufficient, but may not be used when unnecessary. Further, as the light absorbing material, a material that does not quench the fluorescence of the fluorescent material may be selected.
  • the organic EL device in the present invention is generally used as a DC-driven or pulse-driven EL device.
  • the applied voltage is usually about 2 to 30V.
  • An amorphous silicon layer was formed to a thickness of about 60 OA by CVD on a Corning 1737 heat-resistant alkali-free glass substrate.
  • the film forming conditions are as follows.
  • Si 2 H 6 gas 10 OSCCM, pressure: 0.3 Torr, temperature: 480. C.
  • the amorphous silicon layer was solid-phase grown to form an active layer (polysilicon layer).
  • This solid phase growth used both thermal annealing and laser annealing. The conditions are as follows.
  • N 2 1 S LM, temperature: 600 ° C, processing time: 24 hours
  • a SiO 2 layer serving as a gate oxide film was formed to a thickness of about 80 OA by, for example, a plasma CVD method.
  • the film forming conditions are, for example, as follows. Input power: 50W, TEOS (tetraethoxysilane) Gas: 50SCCM, 0 2 : 500 SCCM, pressure: 0.1-0.5 Torr, temperature: 350. C.
  • an N-type impurity: P was doped by ion doping in a portion to be a source / drain region of the silicon active layer.
  • this was heated in a nitrogen atmosphere at about 550 ° C. for 10 hours to activate the dopant. Furthermore, hydrogenation was performed by heating at about 400 ° C for 30 minutes in a hydrogen atmosphere to reduce the defect state density of the semiconductor.
  • a Si 2 layer serving as an interlayer insulating layer was formed on the entire substrate to a thickness of about 8000A.
  • the conditions for forming the SiO 2 film serving as the interlayer insulating layer are as follows.
  • the S I_ ⁇ 2 film serving as the interlayer insulating layer was etched to form the shape of the hole for contactor bets.
  • A1 was deposited as a drain and source wiring electrode.
  • an ITO film serving as a hole injection electrode was formed in a region where the organic EL element was formed, and was connected to the wiring electrode.
  • a high-resistance electron injection / transport layer and / or an organic layer including a high-resistance electron injection / transport layer and a light emitting layer are provided in the pixel region (on the ITO) of the sample TFT thin film pattern of the present invention prepared as described above.
  • the film was formed by a vacuum evaporation method.
  • the materials formed are as follows. Here, only one example is given, but as is clear from the concept, the present invention can be applied irrespective of a film forming material as long as it can be formed by a vapor deposition method.
  • N, N, N ', N'-tetrakis (m-biphenyl) 1-1,1'-biphenyl-4,4, diamine (TPD) was deposited at an overall deposition rate of 0.2 nm / sec. was deposited to a thickness of 20 Onm to form a hole injection / transport layer.
  • Aluminum (A1q3) and rubrene were evaporated to a thickness of 10 Onm at an overall evaporation rate of 0.2 nm / sec to form a light emitting layer.
  • T PD: A 1 q 3 1: 1 (volume ratio), and rubrene was dropped by 1 Ovol% to this mixture.
  • the substrate was transferred to a sputtering apparatus, the tooth 1 2 ⁇ two with 4 mol% mixed data one g e t preparative was deposited inorganic electron injecting layer of high resistance to a thickness of 1 onm.
  • Sputtering gas at this time is A r: 3 0 sccm, ⁇ 2: 5 sccm, and at room temperature (25.C) below, deposition rate LnmZmin, operating pressure 0. 2 ⁇ 2Pa, and the input electric power 5 00W.
  • the composition of the formed inorganic electron injection layer was almost the same as that of the target.
  • A1 was evaporated to a thickness of 10 Onm to form a negative electrode, and finally glass sealing was performed to obtain an organic EL device.
  • the initial luminance per element (pixel) was 90 OcdZm 2
  • the driving voltage was 7.5 V.
  • the four-terminal method was measured sheet resistance of the high resistance inorganic electron injecting layer.
  • the sheet resistance of a film thickness of 1 0 onm is 1 OkQZcm 2, when converted to resistivity 1 X 1 0 9 ⁇ ⁇ cm Met.
  • Example 1 the alkali metal elements of Na, K, Rb, Cs and Fr from Li 20 , or the alkaline earth metal elements of Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra, Or one selected from lanthanide elements of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu Similar results were obtained with the above oxides.
  • Example 1 when forming the hole injection transport layer, the substrate was transferred to a sputtering equipment, and S I_ ⁇ 2 to the target, and placing a pellet of a predetermined size of A u thereon A high resistivity inorganic hole injection layer was formed to a thickness of 2 Onm.
  • the composition of the formed inorganic hole injection layer was such that Si 9 contained 4 mol% of Au.
  • an organic EL device was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the obtained organic EL display was driven at a constant current density of 1 OmAZcm 2 in the same manner as in Example 1, the initial luminance per element was 95 Ocd / m 2 and the driving voltage was 7 V.
  • Example 1 when forming the inorganic hole injecting and transporting layer of high resistance, and G e 0 2 in targeting Tsu bets, arranged Peretsuto of a predetermined size of A u to this data one target on, A high-resistance inorganic hole injection / transport layer was formed to a thickness of 2 Onm.
  • Sputtering Tagasu at this time A r: 30sccm, 0 2: at 5 sccm, and at room temperature (25.C) below, deposition rate lnm Zmin, operating pressure 0. 2 ⁇ 2Pa, the input power 50 OW.
  • the composition of the formed inorganic hole injecting and transporting layer were those containing 2 mol% of Au to G e 0 2.
  • Example 1 Otherwise in the same manner as in Example 1, an organic EL display was obtained.
  • the obtained device was evaluated in the same manner as in Example 1, almost the same results as in Example 1 were obtained.
  • Example 1 in 2, the high-resistance inorganic hole ⁇ 2 flow rate of sputtering Tagasu when injecting and transporting layer is deposited, and the film composition of the main component by changing the target S I_ ⁇ _L the composition 7, S i OL 95, G e OL 96, S i 0. 5 Ge 0. 92 and the other in the same manner as the actual Example 1 to produce a light-emitting diode, a result almost the same like was evaluated the emission luminance was obtained .
  • the metal of the high-resistance inorganic hole injecting and transporting layer was changed from Au to Cu, Fe, Ni, Ru, Sn, Cr, Ir, Nb, Pt, W, Mo, Similar results were obtained when one or more of Ta, Pd, and Co, or their oxides, carbides, nitrides, silicates, and borides were substituted.
  • Example 1 when forming the inorganic hole injecting and transporting layer of high resistance, this conversion Ete using S i 0 2 Other one target, the inorganic insulative hole injecting layer to a thickness of 2 nm did.
  • Sputtering gas at this time was used by mixing 0 25% with respect to A r, substrate temperature The plate temperature was 25 ° C, the deposition rate was lnmZmin, the operating pressure was 0.5 Pa, and the input power was 5 W / cm 2 .
  • the composition of the formed hole injection layer was S i ⁇ teeth 9.
  • Example 1 the procedure of Example 1 was repeated to obtain an organic EL display device.
  • the present invention is not limited to the organic EL element constituent films used in this embodiment and the stacking order thereof.
  • Other materials may be used for the hole injection layer, the light emitting layer, the second electrode, and the wiring electrode.
  • a hole injection layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like may be further formed to form a multilayer structure. In other words, it can be applied regardless of the type and structure of the material to be formed. The invention's effect
  • an organic EL element capable of emitting light with high luminance at a relatively low voltage, erroneous light emission and a decrease in contrast can be prevented, and an organic EL display having a high operation speed can be prevented.
  • the device can be realized.

Landscapes

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Description

有機 EL表示装置
技休 T分野
本発明は有機 EL素子と駆動素子とを有する有機 EL表示装置に関し、 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、 有機無機接合構造を有 する有機 E L素子を駆動する有機 E明 L表示装置に関する。 書
背景技術
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— 23389 1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。
(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。
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 Zn S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 4 1 43297号） 。 しカゝし、 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 1 00V以上と高く問題となっていた。 同様な技術は、 I EEE T r a n s E l e c t r o n De v i c e s, 802 (1 97 1 ) 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— 1 22360号公報， 特開平 7— 1 2236 1号公報， 特開平 7— 1 53576号公報， 特開平 8— 54836号 公報， 特開平 7— 1 1 1 34 1号公報， 特開平 7— 31 2290号公報， 特開平 8- 1 09370号公報， 特開平 8— 1 29359号公報， 特開平 8— 241 0 47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 1 0V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 3 l mZw〜l 5 1 m/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 1Z2 〜1Z3となり、 消費電力が低減できること等の優れた特徴があつたが、 下記の 点が問題となっていた。
図 1 1， 1 2は T FT駆動回路の従来例を示した図である。 以下、 図面に基づ いてアクティブマトリタスの従来例を説明する。
図 1 1は、 パネルブロック図であり、 ディスプレイ （表示） パネル 3 1 0には、 ディスプレイ画面 3 1 1、 X軸のシフ トレジスタ 3 1 2、 Y軸のシフトレジスタ 3 1 3を有している。
ディスプレイ画面 3 1 1には、 E L電源が供給されており、 また X軸のシフト レジスタ 3 1 2には、 シフトレジスタ電源の供給と X軸同期信号の入力が行われ る。 さらに Y軸のシフ トレジスタ 3 1 3には、 シフトレジスタ電源の供給と Y軸 同期信号の入力が行われる。 また、 X軸のシフトレジスタ 31 2の出力部に画像 データ信号の出力を有している。
図 1 2は、 図 1 1の A部の拡大説明図であり、 ディスプレイ画面 31 1の 1画 素 （点線の四角で示す） は、 トランジスタが 2個、 コンデンサが 1個、 EL素子 力 個により構成されている。 この 1画素の発光動作は、 例えば、 Y軸のシフトレジスタ 3 1 3で選択信号 y 1の出力があり、 また X軸のシフトレジスタ 3 1 2で選択信号 X 1の出力があつ た場合、 トランジスタ T y 1 1と トランジスタ T x 1がオンとなる。
このため、 画像データ信号一 V Lは、 ドライブトランジスタ Μ 1 1のゲートに 入力される。 これにより、 このゲート電圧に応じた電流が E L電源からドライブ トランジスタ Μ 1 1のドレイン、 ソース間に流れ、 E L素子 E L 1 1 0が発光す る。
次のタイミングでは、 X軸のシフトレジスタ 1 2は、 選択信号 x lの出力をォ フとし、 選択信号 X 2を出力することになるが、 ドライブトランジスタ M l 1の ゲート電圧は、 コンデンサ c 1 1で保持されるため、 次にこの画素が選択される まで E L素子 E L 1 1 0の前記発光は、 持続することになる。
そのため、 走査線数が増大して 1つの画素に割り当てられる時間が少なくなつ ても、 有機 E L素子の駆動が影響を受けることはなく、 表示パネルに表示される 画像のコントラストが低下することもない。 従って、 アクティブマトリックス方 式によれば、 単純マトリ ックス方式に比べてはるかに高画質な表示が可能となる。 ところで、 有機 E L素子の場合、 電流駆動素子であることから発光輝度は加え る電流密度に依存する。 このため、 同一画素面積で発光輝度を向上させようとす る場合や、 画面全体の高精細化を図るため画素数を多く した結果、 1画素あたり の駆動時間 （時分割時間） が減少し、 これを補うためにさらに発光輝度を高めよ うとする場合などには駆動電流を増加させる必要がある。 この場合、 回路構成に もよる力 駆動電流を増加させようとすると必然的に駆動電圧も高くなってしま 9。
ところが、 大電流、 高電圧に対応したスイッチング素子を構成しょうとすると、 オフ時のリーク電流 I off が増大してしまレ、、 これが誤発光やコントラストの低 下を生じる原因となっていた。 発明の開示
本発明の目的は、 比較的低い電圧で高輝度の発光が可能な有機 E L素子を用い ることで、 誤発光や、 コントラストの低下を防止し、 しかも動作速度が速い有機 E L表示装置を実現することである。
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 いるスィツチング素子と、
このスイッチング素子により駆動され、 陽電極と陰電極と、 これらの電極間に 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、
この有機 EL素子は、 前記有機層と陰電極の間にホールをブロックするととも に電子を搬送するための導通パスを有する高抵抗の無機電子注入輸送層を有する か、
前記有機層と陽電極との間に電子をブロックするとともにホールを搬送するた めの導通パスを有する高抵抗の無機ホール注入輸送層を有するか、
これらのいずれも有する有機 EL表示装置。
(2) 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 第 1成分として仕事関数 4eV 以下であって、 アルカリ金属元素、 およびアルカリ土類金属元素、 およびランタ ノィ ド系元素から選択される 1種以上の酸化物と、
第 2成分として仕事関数 3〜5eVの金属の 1種以上とを含有する上記 （1 ) の有機 EL表示装置。
(3) 前記第 2成分は、 Zn， S n, V, R u, Smおよび I nから選択さ れる 1種以上の元素である上記 （1) または （2) の有機 EL表示装置。
(4) 前記アルカリ金属元素は、 L i， N a , K, Rb， 〇 5ぉょび？ 1"の 1種以上であり、 アルカリ土類金属元素は、 Mg， C aおよび S rの 1種以上で あり、 ランタノイ ド系元素は L aおよび C eから選択される 1種以上を有する上 記 （1) 〜 （3) のいずれかの有機 E L表示装置。
( 5 ) 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 その抵抗率が 1〜 1 X 1 01 1 Ω · ηである上記 （1) 〜 （4) のいずれかの有機 E L表示装置。
(6) 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 第 2成分を全成分に対して、 0. 2〜40mol%含有する上記 （1) 〜 （5) のいずれかの有機 E L表示装置。
(7) 前記高抵抗の無機電子注入輸送層の膜厚は、 0. 2〜30nmである 上記 （1) 〜 （6) のいずれかの有機 E L表示装置。
( 8 ) 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 抵抗率が 1〜 1 X 1 01 1 Ω · ηである上記 （1) 〜 （7) のいずれかの有機 E L表示装置。
(9) 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 金属および/または金属の酸 化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物および硼化物のいずれか 1種以上を含有する上 記 （1) 〜 （8) のいずれかの有機 E L表示装置。
(1 0) 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 シリコンおよびノまたはゲ ルマニウムの酸化物を主成分とし、 この主成分を （S i ^G eJ Oyと表した とき
0≤ X ≤ 1 ,
1. 7≤ y≤ 2. 2
であり、
さらに、 仕事関数 4. 5eV以上の金属および/または金属の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物および硼化物のいずれか 1種以上を含有する上記 （ 1 ) 〜
(9) のいずれかの有機 E L表示装置。
(1 1) 前記金属は、 Au, Cu、 F e、 N i、 Ru、 Sn， C r， I r, Nb， P t , W， Mo , T a , P dおよび C oのいずれか 1種以上である上記
(1 0) の有機 EL表示装置つ
(1 2) 前記金属および/または金属の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物 および硼化物の含有量は、 0. 2〜40mol%である上記 （1 0) または （1 1) の有機 EL表示装置。
(1 3) 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層の膜厚は、 0. 2〜1 00nm である上記 （1) 〜 （1 2) のいずれかの有機 E L表示装置。
(14) 前記スイッチング素子は薄膜トランジスタである上記 （1) 〜 （1
3) のいずれかの有機 EL表示装置。
(15) 前記スィッチング素子は、 非単結晶シリコン基体の活性層の膜厚が 1 00〜800Aである （1) 〜 （14) のいずれかの有機 E L表示装置。
(1 6) 前記スイッチング素子は、 S値が 0. 8 (VZdecade) 以上である 上記 （1) の有機 EL素子の駆動装置。
(1 7) 前記スイッチング素子のオフ電流は、 1 X 10-8A以下である上記 (1) 〜 （1 6) のいずれかの有機 EL表示装置。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の有機 EL表示装置の一例を示す平面図である。
図 2は、 本発明の有機 EL表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 3は、 本発明の有機 E L表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 4は、 本発明の有機 EL表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 5は、 本発明の有機 E L表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 6は、 本発明の有機 EL表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 7は、 本発明の有機 E L表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 8は、 本発明の有機 E L表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 9は、 本発明の有機 E L表示装置の一製造工程を示す一部断面図である。 図 1 0は、 本発明の有機 EL素子の構成例を示す概略断面図である。
図 1 1は、 有機 E L表示装置の構成例を示すブロック図である。 図 1 2は、 図 1 1の A部拡大図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の有機 E L表示装置は、 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、 陽電極と陰電極と、 これらの電極間に少なくとも発光機能に関与する有 機層を有する有機 E L素子とを有し、 この有機 E L素子は、 前記有機層と陰電極 の間にホールをブロックするとともに電子を搬送するための導通パスを有する高 抵抗の無機電子注入輸送層を有するか、 前記有機層と陽電極との間に電子をプロ ックするとともにホールを搬送するための導通パスを有する高抵抗の無機ホール 注入輸送層を有する力 これらのいずれも有するものである。
このように、 非単結晶シリコン基体に形成されているスィツチング素子により 駆動される有機 E L素子の少なくとも電子注入輸送層を、 高抵抗の無機電子注入 輸送層とするか、 ホール注入輸送層を高抵抗の無機ホール注入輸送層とすること により、 駆動電圧が低下し、 発光効率が向上して、 比較的低い駆動電圧で明るい 発光画面を得ることができる。
本発明の有機 E L素子は、 発光機能に関与する有機層と陰電極との間に、 高抵 抗の無機電子注入輸送層を有する。
このように、 電子の導通パスを有し、 ホールをブロックできる高抵抗の無機電 子注入輸送層を無機発光層と陰電極との間に配置することで、 有機層へ電子を効 率よく注入することができ、 発光効率が向上するとともに駆動電圧が低下する。 また、 好ましくは高抵抗の無機電子注入輸送層の第 2成分を、 全成分に対して 0 . 2〜4 O mol%含有させて導電パスを形成することにより、 陰電極 （電子注 入電極） から発光層側の有機層へ効率よく電子を注入することができる。 しかも、 有機層から電子注入電極側へのホールの移動を抑制することができ、 有機層、 特 に発光層でのホールと電子との再結合を効率よく行わせることができる。
本発明の有機 EL素子は、 従来の有機 EL素子や、 LEDと同等かそれ以上の 輝度が得られ、 しかも、 耐熱性、 耐候性が高いので従来のものよりも寿命が長く、 リークやダークスポットの発生もない。 また、 比較的高価な有機物質を用いるこ となく、 安価で入手しやすく製造が容易な無機材料を用いているので製造コスト を低減できる。
高抵抗の無機電子注入輸送層は、 その抵抗率が好ましくは 1〜 1 X 1 01 ] Ω · cm、 特に 1 X 1 03〜 1 X 1 08Ω · cmである。 高抵抗の無機電子注入輸送 層の抵抗率を上記範囲とすることにより、 高い電子ブロック性を維持したまま電 子注入効率を飛躍的に向上させることができる。 高抵抗の無機電子注入輸送層の 抵抗率は、 シート抵抗と膜厚からも求めることができる。
高抵抗の無機電子注入輸送層は、 好ましくは第 1成分として仕事関数 4eV以 下、 より好ましくは 1〜4eVであって、
好ましくは L i， N a , K, Rb， C sおよび F rから選択される 1種以上の アルカリ金属元素、 または、
好ましくは Mg， C aおよび S rから選択される 1種以上のアルカリ土類金属 元素、 または、
好ましくは L aおよび C eから選択される 1種以上のランタノィ ド系元素のい ずれかの酸化物を含有する。 これらのなかでも、 特に酸化リチウム、 酸化マグネ シゥム、 酸化カルシウム、 酸化セリウムが好ましい。 これらを混合して用いる場 合の混合比は任意である。 また、 これらの混合物中には酸化リチウムが L i 20 換算で、 5 Omol%以上含有されていることが好ましい。
高抵抗の無機電子注入輸送層は、 さらに第 2成分として Zn， S n, V, Ru， Smおよび I nから選択される 1種以上の元素を含有する。 この場合の第 2成分 の含有量は、 好ましくは 0. 2〜40mol%、 より好ましくは 1〜 2 Omol%で ある。 含有量がこれより少ないと電子注入機能が低下し、 含有量がこれを超える とホールブロック機能が低下してくる。 2種以上を併用する場合、 合計の含有量 は上記の範囲にすることが好ましい。 第 2成分は金属元素の状態でも、 酸化物の 状態であってもよい。
高抵抗である第 1成分中に導電性 （低抵抗） の第 2成分を含有させることによ り、 絶縁性物質中に導電物質が島状に存在するようになり、 電子注入のためのホ ッビングパスが形成されるものと考えられる。
上記第 1成分の酸化物は通常化学量論組成 (stoichiometric composition) であ るが、 これから多少偏倚して非化学量論的組成 （non-stoichiometry) となってい てもよい。 また、 第 2成分も、 通常、 酸化物として存在するが、 この酸化物も同 様である。
高抵抗の無機電子注入輸送層には、 他に、 不純物として、 Hゃスパッタガスに 用いる N e、 A r、 K r、 X e等を合計 5 at%以下含有していてもよレヽ。
なお、 高抵抗の無機電子注入輸送層全体の平均値としてこのような組成であれ ば、 均一でなくてもよく、 膜厚方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。 高抵抗の無機電子注入輸送層は、 通常、 非晶質状態である。
高抵抗の無機電子注入輸送層の膜厚としては、 好ましくは 0 . 2〜3 0 nm、 特に 0 . 2〜2 0 nm、 さらには 0 . 2〜 1 0 nm程度が好ましい。 電子注入層が これより薄くても厚くても、 電子注入層としての機能を十分に発揮できなくなく なってくる。
上記の高抵抗の無機電子注入輸送層の製造方法としては、 スパッタ法、 蒸着法 などの各種の物理的または化学的な薄膜形成方法などが考えられるが、 スパッタ 法が好ましい。 なかでも、 上記第 1成分と第 2成分のターゲットを別個にスパッ タする多元スパッタが好ましい。 多元スパッタにすることで、 それぞれのタ一ゲ ットに好適なスパッタ法を用いることができる。 また、 1元スパッタとする場合 には、 第 1成分と第 2成分の混合ターゲットを用いてもよい。
高抵抗の無機電子注入輸送層をスパッタ法で形成する場合、 スパッタ時のスパ ッタガスの圧力は、 0. 1〜 lPaの範囲が好ましい。 スパッタガスは、 通常のス パッタ装置に使用される不活性ガス、 例えば Ar, Ne， X e, Kr等が使用で きる。 また、 必要により N2を用いてもよい。 スパッタ時の雰囲気としては、 上 記スパッタガスに加え 02を 1〜99%程度混合して反応性スパッタを行っても よい。
スパッタ法としては R F電源を用いた高周波スパッタ法や、 DCスパッタ法等 が使用できる。 スパッタ装置の電力としては、 好ましくは RFスパッタで 0. 1 〜： 1 OWZcm2の範囲が好ましく、 成膜レートは 0. 5〜： 1 Onm/min、 特に 1 〜5nmZminの範囲が好ましレ、。
成膜時の基板温度としては、 室温 （25°C) 〜150°C程度である。
本発明の有機 EL素子は、 有機層と、 ホール注入電極との間に、 高抵抗の無機 ホール注入輸送層を有する。
このように、 ホールの導通パスを有し、 電子をブロックできる高抵抗の無機ホ —ル注入輸送層を有機層と陽電極 （ホール注入電極） との間に配置することで、 有機層へホールを効率よく注入することができ、 さらに発光効率が向上するとと もに駆動電圧が低下する。
また、 好ましくは高抵抗の無機ホール注入輸送層の主成分としてシリコンや、 ゲルマニウム等の金属または半金属の酸化物を用い、 これに仕事関数 4. 5eV 以上、 好ましくは 4. 5〜6eVの金属や、 半金属および/またはこれらの酸化 物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物、 硼化物のいずれか 1種以上を含有させて導電パ スを形成することにより、 ホール注入電極から無機発光層側へ効率よくホールを 注入することができる。 しかも、 有機層からホール注入電極側への電子の移動を 抑制することができ、 有機層、 特に発光層でのホールと電子との再結合を効率よ く行わせることができる。
高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 その抵抗率が好ましくは 1〜 1 X 1 01 1 Ω · cm、 特に 1 X 1 03〜： 1 X 1 08Ω · cmである。 高抵抗の無機ホ一ル注入輸 送層の抵抗率を上記範囲とすることにより、 高い電子ブロック性を維持したまま ホール注入効率を飛躍的に向上させることができる。 高抵抗の無機ホール注入輸 送層の抵抗率は、 シート抵抗と膜厚からも求めることができる。 この場合、 シー ト抵抗は 4端子法等により測定することができる。
主成分の材料は、 シリコン、 ゲルマニウムの酸化物であり、 好ましくは
(S i い XG e x) 〇yにおいて
0≤ x≤ 1
1. 7≤ y≤ 2. 2、 好ましくは 1. 7≤y≤ l . 99
である。 高抵抗の無機ホール注入輸送層の主成分は、 酸化ケィ素でも酸化ゲルマ ニゥムでもよく、 それらの混合薄膜でもよい。 yがこれより大きくても小さくて もホール注入機能は低下してくる傾向がある。 組成は、 例えばラザフォード後方 散乱、 化学分析等で調べればよい。
高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 さらに主成分に加え、 仕事関数 4. 5eV 以上の金属 （半金属を含む） の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物および硼化物 を含有することが好ましい。 仕事関数 4. 5eV以上、 好ましくは 4. 5〜6eV の金属は、 好ましくは A u， Cu、 F e、 N i、 Ru、 S n， C r, I r , Nb, P t , W, Mo, T a , P dおよび C oのいずれか 1種また 2種以上である c. こ れらは一般に金属としてあるいは酸化物の形で存在する。 また、 これらの炭化物、 窒化物、 ケィ化物、 硼化物であってもよい。 これらを混合して用いる場合の混合 比は任意である。 これらの含有量は好ましくは 0. 2〜40mol%、 より好まし くは 1〜2 Omol%である。 含有量がこれより少ないとホール注入機能が低下し、 含有量がこれを超えると電子ブロック機能が低下してくる。 2種以上を併用する 場合、 合計の含有量は上記の範囲にすることが好ましい。
上記金属または金属 （半金属を含む） の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物お よび硼化物は、 通常、 高抵抗の無機ホール注入輸送層中に分散している。 分散粒 子の粒径としては、 通常、 l〜5 nm程度である。 この導体である分散粒子同士 との間で高抵抗の主成分を介してホールを搬送するためのホッビングパスが形成 されるものと考えられる。
高抵抗の無機ホール注入輸送層には、 他に、 不純物として、 Hゃスパッタガス に用いる N e、 A r、 K r、 X e等を合計 5 at%以下含有していてもよい。
なお、 高抵抗の無機ホール注入輸送層全体の平均値としてこのような組成であ れば、 均一でなくてもよく、 膜厚方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。 高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 通常、 非晶質状態である。
高抵抗の無機ホール注入輸送層の膜厚としては、 好ましくは 0 . 2〜 1 0 0 n m、 より好ましくは 0 . 2〜3 0 nm、 特に 0 . 2〜 1 0 nm程度が好ましレヽ。 高 抵抗の無機ホール注入輸送層がこれより薄くても厚くても、 ホール注入輸送層と しての機能を十分に発揮できなくなくなってくる。
上記の高抵抗の無機ホール注入輸送層の製造方法としては、 スパッタ法、 蒸着 法などの各種の物理的または化学的な薄膜形成方法などが考えられるが、 スパッ タ法が好ましい。 なかでも、 上記主成分と金属または金属酸化物等のターゲット を別個にスパッタする多元スパッタが好ましい。 多元スパッタにすることで、 そ れぞれのターゲットに好適なスパッタ法を用いることができる。 また、 1元スパ ッタとする場合には、 主成分のターゲット上に上記金属または金属酸化物等の小 片を配置し、 両者の面積比を適当に調整することにより、 組成を調整してもよい。 高抵抗の無機ホール注入輸送層をスパッタ法で形成する場合、 成膜条件等は上 記高抵抗の無機電子注入輸送層の場合と同様である。
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、 L i、 N a、 Mg、 L a、 C e、 C a、 S r、 B a、 A l、 A g、 I n、 S n、 Z n、 Z r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 A g - Mg (A g 0. 1〜 5 0 at%) 、 A 1 · L i (L i : 0. 0 1〜 1 4 at%) 、 I n · M g (M g : 5 0〜8 Oat%) 、 A l . C a (C a : 0. 0 1〜 2 0at%) 等が挙 げられる。 なお、 電子注入電極は蒸着法ゃスパッタ法でも形成することが可能で ある。
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 lnm以上、 より好ましくは 3 nm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 3〜5 0 Onm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。
蒸着時の圧力は好ましくは 1 X 1 0— 8〜 1 X 1 0— 5Torrで、 蒸発源の加熱温 度は、 金属材料であれば 1 0 0〜 1 4 0 0°C、 有機材料であれば 1 0 0〜 5 0 0°C程度が好ましい。
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、 I TO (錫ドープ酸化インジウム） 、 I Z〇 （亜鉛 ドーブ酸化インジウム） 、 Z n O、 S n〇2、 I n 2 O 3等が挙げられる力 好ま しくは I TO (錫ドープ酸化インジウム） 、 I Z O (亜鉛ドープ酸化インジゥ ム） が好ましい。 I TOは、 通常 I n 203と S η θ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。
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 0〜5 0 0nm、 さらには 5 0〜 3 0 Onmの範囲が好ましレ、。 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。 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。
有機 E L素子の有機層は、 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。
有機のホール注入輸送層は、 ホール注入電極または高抵抗の無機ホール注入輸 送層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、 有機の電子注入輸送層は、 高抵抗の無機 電子注入輸送層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。
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 5〜5 0 0 nm程 度、 特に 1 0〜3 0 O nmとすることが好ましレ、。
有機の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 Z 1 0〜1 0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 l nm以上、 輸送層は l nm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 5 0 O nm程度、 輸送層で 5 0 0 nm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。 なお、 本発明の素子は高抵抗の無機電子注入輸送層を有する場合には、 有機の電子注入 輸送層は必要ではなく、 高抵抗の無機ホール注入輸送層を有する場合には有機の ホール注入輸送層は必要ではない。
有機 E L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、 例えばキナタリ 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、 ァ ントラセン、 ペリレン、 コロネン、 1 2—フタ口ペリノン誘導体等が挙げられる。 さらには、 特開平 8— 1 2600号公報 （特願平 6— 1 10569号） に記載の フユ二ルアントラセン誘導体、 特開平 8— 1 2969号公報 （特願平 6— 1 14 456号） のテトラァリールェテン誘導体等を用いることができる。
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. 0 1〜20体積％、 さらには 0. 1〜1 5体積％であること が好ましい。 特にルブレン系では、 0. 0 1〜20体積％であることが好ましレ、。 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。
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—キノリノ一 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。 このようなァ ノレミニゥム錯体としては、 特開昭 63— 264692号、 特開平 3— 255 1 9 0号、 特開平 5— 70733号、 特開平 5— 258859号、 特開平 6— 2 1 5 874号等に開示されているものを挙げることができる。
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—メチル一 8—キノリノラト） アルミニウムォキシド、 トリス （8—キノ リノラト） インジウム、 トリス （5—メチルー 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—クロロー 8—キノリノラト） ガリウム、 ビス （5—クロ口一 8—キノリノラト） カルシウム、 5， 7—ジクロル一 8—キ ノリノラ トアルミニウム、 トリス （5， 7—ジブロモ一 8—ヒ ドロキシキノリノ ラト） アルミニウム、 ポリ [亜鉛 （Π) —ビス （8—ヒ ドロキシー 5—キノリニ ノレ） メタン] 等がある。
このほかのホス ト物質としては、 特開平 8— 1 2 6 0 0号公報 （特願平 6— 1 1 0 5 6 9号） に記載のフ 二ルアントラセン誘導体ゃ特開平 8— 1 2 9 6 9号 公報 （特願平 6— 1 1 4 4 5 6号） に記載のテトラァリールェテン誘導体なども 好ましい。
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。
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 . 0 1〜2 0体積％ 、 さらには 0 . 1〜 1 5体 積％ とすることが好ましい。
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。
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 光を持ったァミン誘導体、 例えばホール輸送材料であるトリフユ二ルジァミン誘 導体、 さらにはスチリルァミン誘導体、 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。
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—キノリノ一 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 （A l q3) を用いることが好ましい。 また、 上記のフエ二ルアン トラセン誘導体、 テトラァリ一ルェテン誘導体を用いるのも好ましい。
ホール注入輸送層用の化合物としては、 強い蛍光を持ったァミン誘導体、 例え ば上記のホール輸送材料であるトリフエ二ルジァミン誘導体、 さらにはスチリル ァミン誘導体、 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。
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 Z電子注入輸送機能を有する化合物 の重量比が、 1Z99〜99/1、 さらに好ましくは 1 0/90〜9 OZl 0、 特に好ましくは 20Z80〜80ノ 20程度となるようにすることが好ましレ、。 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 5〜6 Onm、 特には 5〜5 Onmとすることが好ましい。
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 着ボート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力 \ 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。
ホール注入輸送層には、 例えば、 特開昭 6 3 - 2 9 5 6 9 5号公報、 特開平 2 - 1 9 1 6 9 4号公報、 特開平 3— 7 9 2号公報、 特開平 5— 2 3 4 6 8 1号公 報、 特開平 5— 2 3 9 4 5 5号公報、 特開平 5— 2 9 9 1 7 4号公報、 特開平 7 - 1 2 6 2 2 5号公報、 特開平 7— 1 2 6 2 2 6号公報、 特開平 8— 1 0 0 1 7 2号公報、 E P 0 6 5 0 9 5 5 A 1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、 テトラァリールべンジシン化合物 （トリアリールジアミ ンないしトリフエ二ルジァミン ： T P D ) 、 芳香族三級ァミン、 ヒ ドラゾン誘導 体、 力ルバゾール誘導体、 トリァゾール誘導体、 ィミダゾ一ル誘導体、 アミノ基 を有するォキサジァゾール誘導体、 ポリチォフェン等である。 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レ、。
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、 ホール注入輸送性の化合物のなかから好ましレ、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 （I T O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〜 1 O n m程度の薄い膜も均一かつピンホールフリ一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。
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 （A 1 q 3 ) 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、 ォキサジァゾール誘導体、 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、 ジフユ二ルキノン誘導体、 ニトロ置換フル ォレン誘導体等を用レ、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 よればよレヽ。
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 注入輸送性の化合物の中から好ましレ、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レ、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。
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 . 2 z m以下の均質な薄膜が得られる。 結晶粒径が 0 . 2 / m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。
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 . 0 1〜 I nmZsec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、 ダークスボッ トの発生 ·成長を抑制したりすることができる。 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。
本発明のスィッチング素子は、 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 T F T (Thin Film Transistor) タイプ のものが好ましい。
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 E L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 5 0 %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 7 0 0 °C以上の温度で歪むガラスをいう。
本発明において、 薄膜トランジスタ一 （T F T ) は有機 E L素子の駆動のため に用いられる。
本発明のスイッチング素子について、 図 1を参照しつつさらに具体的に説明す る。 図 1は、 有機 E L素子を駆動する T F Tアレイの一例を示した平面図である。 図において、 ソースバス 1 1にはソ一ス電極 1 3が接続され、 コンタク トホ一 ノレ 1 3 aを介してシリコン基体 2 1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 2 1上には図示しない他の画素の T F T素子と共通に接続 されているゲートバス 1 2が形成されていて、 このゲートバス 1 2がシリコン基 体 2 1 と交わる部分にゲート電極が形成される。
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 トホ一ノレ 1 4 aを介してドレイン配線 1 4が接続されている。 こ のドレイン配線 1 4はコンタク トホ一ノレ 1 4 bを介してゲートライン 1 5と接続 され、 このゲートライン 1 5は T F T 2を構成するシリコン基体 2 2上に形成さ れるとともに、 キャパシタ 1 8の一方の電極と接続されている。 キャパシタ 1 8 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 1 7と接続さ れ、 このソース電極 1 7はコンタク トホール 1 7 aを介して TFT 1のソース部 位と接続されている。 ゲートライン 1 5がシリコン素体 22と交わる部位に、 ゲ ート電極が形成されることとなる。
ソース部位とゲート電極 1 5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 トホーノレ 1 6 aを介してドレイン配線 1 6が接続され、 この ドレイン配線 1 6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。
この有機 E L素子を直接駆動する T FT 1が本発明におけるスィツチング素子 に相当する。
このスィツ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 なレ、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 S iに比べ通電に対し十分な安定性を示す。
ポリシリコンの前駆体としてのひ一 S i層は、 各種 CVD法により積層しうる 、 好ましくはプラズマ CVD法により積層する。 その後、 K r F (248η m) レーザーなどのエキシマーレーザーによりァニールし、 結晶化する。 具体的 な方法としては、 S I D ' 96， D i g e s t o f t e c h n i c a l p a p e r s P 1 7〜28に示されているような方法を用いるとよレ、。
エキシマレーザーのアニーリングとしては、 基板温度 1 00〜300°Cに維持 するのが好ましく、 1 00〜30 Om J Z c m2のエネルギー量をもつレーザ一 光でァニール化するのが好ましい。
このほかに、 通常用いられている熱ァニール法を用いて結晶化してもよい。 ま た、 熱ァニール法とレーザーァ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。
活性処理されたポリシリコンには、 900°C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 60 (TC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。
活性層、 すなわちひ S iの膜厚は 1 00〜800A、 好ましくは 300〜 5
00 Aである。
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。
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 T FT— E L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 （o u t— d i ί ί u s i o n) 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°C以下、 好ましくは 60 0 °c以下でなされなければならない。
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ァ 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 (C VD) により積層される二酸化シリ コン （S i〇2) である。 ゲート酸化物 絶縁層の厚さは好ましくは約 50〜20 Onmである。 基板温度としては 250 〜400°Cが好ましくさらに高品質の絶縁ゲ一ト材料を得るためにはァニールを 300〜 600°Cで 1〜 3時間程度施すのが好ましレ、。
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 1 00〜50 Onmである。
好ましいゲート形成方法としてはグートとしてポリシリコンを用いる次の技術 カ ある。
< 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ドープのひ一 S iを形成し、 これを 60 0°Cァニールにより多結晶化させ、 n型の多結晶 S i 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。
必要により、 信号電極線および走查電極線を形成してもよい。 A 1合金， A 1， C r , 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。
また、 A 1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— 1 5 1 20号公報に詳細に開 示されている。
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。
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、 S i 02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°Cの間に設定し P E C VDによ り得ることができる。 また E CR— C VDで基板温度を 1 00〜300°Cとして も得ることができる。
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, P ECVD (プラズマインハンスド CVD) ， LPCVD (減圧 CVD) 法などに より S i 02シリカを好ましくは 0. 2 μ m〜3 μ m成膜する。
この方法により平坦化された層間絶縁膜 （S i〇2) を得ることができる。 こ の方法には、 シリカの他， P SG， B SG (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、 S に ΊΝ4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。
スイッチング素子のオフ電流は、 1 X 1 0— 8Α以下、 特に 1 Χ 1 0— 1 ()Α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 X 1 0— 13Α、 好ましくは 1 X 1 0— 14Α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。
スイッチング素子の電界移動度は、 好ましくは 60 (cm VV - sec) 以下、 特 に 30〜50 (cm 2 /V · sec) である。
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。
先ず、 図 2に示すように、 基板 1 01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— S i層 1 02を積層する。
その後、 図 3に示すように、 エキシマレーザー 1 1 5等によりァニール、 結晶 化を行い、 活性層 1 02 aを形成する。
さらに、 図 4に示すように、 結晶化された活性層 （ポリシリコン層） 1 02 a 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。
次に、 図 5に示すように、 絶縁グート 1 03をポリシリコンアイランド 1 02 a上および絶縁基板 1 0 1の表面にわたり積層する。 基板温度としては 250〜 400°Cが好ましくさらに高品質の絶縁ゲ一ト材料を得るためにはァニールを 3 00〜 600 °Cで 1〜 3時間程度施すのが好ましい。
次に、 図 6に示すように、 ゲート電極 1 04を蒸着またはスパッタリングで成 膜する。
次いで、 図 7に示すように、 ゲート電極 1 04をパターニングし、 パターニン グされたゲート電極 1 04上からイオンドーピング 1 1 6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 フィ一により形成する。
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 1 1 1を開口した箇所で行う。 先ず、 常圧 C V D法により、 層間絶縁層として S i 0 2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。
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 1 1 2、 ソ一 ス配線電極 1 1 3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 E L素子の第 1の電極、 または第 2 の電極として機能する力、 これと接続される。 図示例ではホール注入電極である I T O ( 1 1 5 ) と接続される。 さらに、 ドレイン配線電極 1 1 2上に絶縁膜 1 1 4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 8に示すよ うなスィツチング素子を得る。
なお、 ホール注入電極等、 有機 E L素子の電極との接続には、 例えば図 9に示 すように配線電極 1 1 3と、 ホール注入電極 1 1 5との間に両者の接続性を向上 させるために、 T i N等の接続金属層 1 1 6を形成するとよい。
次に、 本発明における有機 E L素子の構成について説明する。 有機 E L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。
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。
より具体的には、 例えば、 図 1 0に示すように、 スイッチング素子と接続され ている陽電極 （ホール注入電極） 2 0 1と、 高抵抗の無機ホール注入輸送層 2 0 2と、 発光層 2 0 3と、 高抵抗の無機電子注入輸送層 2 0 4と、 陰電極 （電子注 入電極） 2 0 5とを順次有する。 これらの積層順は逆であってもよいし、 陰電極 (電子注入電極） 側をスイッチング素子と接続するようにしてもよい。 いずれの 構成態様を選択するかは、 表示装置に求められる性能や、 設計上要求される表示 装置の特性などにより適宜選択すればよい。
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レ、。
色フィルタ一膜には、 液晶デイ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 E L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。
また、 E L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ツトで きるカラ一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。
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一の代わりにし ても良い。
蛍光変換フィルター膜は、 E L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、 ノく インダー、 蛍光材料、 光吸収材料の三つから形成される。
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、 E L発光波 長域に吸収が強いことが望ましい。 実際には、 レーザ一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 . シァニン系化合物 ' フタ口シァニン系 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 いればよレ、。
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 'ラフィー ·印刷等で微細なパターユ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 ( Ι ΤΟ、 Ι ΖΟ) の成膜時にダメージを受けないような材料が好ましい。 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。
本発明における有機 E L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。
実施例
コーニング製 1 737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 60 OA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。
S i 2H6ガス ： 1 0 OSCCM、 圧力： 0. 3Torr、 温度： 480。C。
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、 熱ァニールとレーザーァニールを併用した。 そ の条件は下記の通りである。
<熱ァニーノレ >
N2 ： 1 S LM、 温度： 600°C、 処理時間： 24時間
<レーザ一ァニーノレ >
K r F ： 254nm、 エネルギー密度： 200mJ/cm2 ショット数： 50 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： 50 OAを 得た。
この活性シリコン層の上にゲート酸化膜となる S i 02層を、 例えばプラズマ CVD法により、 約 80 OA成膜した。 成膜条件は例えば下記の通りである。 投入パワー ： 50W、 TEOS (テ トラエトキシシラン） ガス ： 50SCCM、 02 ： 500 SCCM、 圧力： 0. 1〜 0. 5 Torr、 温度： 350。C。
この S i 02層の上に、 ゲート電極となる Mo— S i 2層を、 スパッタ法によ り、 約 1 00 OA成膜した。 それからこの Mo— S i 2層および上記で形成した S i 02層を、 例えばドライエッチングによりパターユングし、 ゲート電極およ びゲード酸化膜を得た。
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。
次に、 これを窒素雰囲気中で約 550°Cで 1 0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°C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。
そして、 この基板全体に層間絶縁層となる S i〇2層を、 厚さ約 8000A成 形した。 この層間絶縁層となる S i 02の成膜条件は、 以下の通りである。
02/N2 ： 1 0 S LM
5 %S i Hノ N2 ： 1 S LM
1 %PH3//N2 : 500 SCCM
N2 ： 1 0 S LM
温度： 4 1 0 °C
圧力 ：大気圧
この層間絶縁層となる S i〇2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 A 1を蒸着した。
得られた T FTアレイの S値は 1. 0 (V/decade) 、 オフ電流は 4 X 1 0— 1 ° Aであった。
次に、 有機 EL素子の形成領域にホール注入電極となる I TOを成膜し、 前記 配線電極と接続した。 以上のように作製された、 本発明サンプル T FT薄膜パターンの画素領域 （I TO上） に高抵抗の電子注入輸送層および/または高抵抗の電子注入輸送層、 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。
I TO電極層等が形成された基板の表面を uvzo3洗浄した後、 真空蒸着装 置の基板ホルダーに固定して、 槽内を 1 X 1 0—4Pa以下まで減圧した。
減圧を保ったまま、 N， N, N' ， N' —テトラキス （m—ビフエニル） 一 1， 1 ' —ビフエ二ルー 4， 4， ージァミン （TPD) を全体の蒸着速度 0. 2nm/s ecとして 2 0 Onmの厚さに蒸着し、 ホール注入輸送層とした。
さらに、 減圧を保ったまま、 N， N, N' ， N， 一テトラキス （m—ビフエ二 ノレ） 一 1， 1， ービフエ二ルー 4， 4， ージァミン （TPD) と、 トリス （8— キノリノラ ト） アルミニウム （A 1 q3) と、 ルブレンとを、 全体の蒸着速度 0. 2nm/secとして 1 0 Onmの厚さに蒸着し、 発光層とした。 T PD ： A 1 q 3 = 1 : 1 (体積比） 、 この混合物に対してルブレンを 1 Ovol%ド一プした。
次いで、 基板をスパッタ装置に移し、 し 1 2〇に を4 mol%混合したタ一ゲ ッ トを用い、 高抵抗の無機電子注入層を 1 Onmの膜厚に成膜した。 このときの スパッタガスは A r ： 3 0sccm、 〇2 ： 5sccmで、 室温 （25。C) 下、 成膜レー ト lnmZmin、 動作圧力 0. 2〜2Pa、 投入電力 5 00Wとした。 成膜した無機 電子注入層の組成は、 ターゲットとほぼ同様であった。
次いで、 減圧を保ったまま、 A 1を 1 0 Onmの厚さに蒸着し、 陰電極とし、 最後にガラス封止して有機 E L素子を得た。
得られた有機 E L表示装置を空気中で、 1 OmA/cm2の定電流密度で駆動し たところ、 1素子 （画素） 当りの初期輝度は 9 0 OcdZm2、 駆動電圧 7. 5V であった。 また、 4端子法により高抵抗の無機電子注入層のシート抵抗を測定したところ. 膜厚 1 0 Onmでのシート抵抗は 1 OkQZcm2であり、 抵抗率に換算すると 1 X 1 09Ω · cmであった。
<実施例 2〉
実施例 1において、 L i 20からNa, K, Rb, C sおよび F rのアルカリ 金属元素、 または B e, Mg, C a , S r， B aおよび R aのアルカリ土類金属 元素、 または L a， C e, P r， N d, Pm, Sm, E u, G d, Tb， Dy， Ho, E r， Tm, Y bおよび L uのランタノイ ド系元素から選択される 1種以 上の酸化物に代えても同様の結果が得られた。
また、 Vから Ru， Z n, Smおよび I nから選択される 1種以上の元素に代 えても同様であった。
<実施例 3 >
実施例 1， 2において、 ホール注入輸送層を成膜する際に、 基板をスパッタ装 置に移し、 ターゲットに S i〇2と、 この上に所定の大きさの A uのペレットを 配置して用い、 高抵抗の無機ホール注入層を 2 Onmの膜厚に成膜した。 このと きのスパッタガスは A r ： 3 Osccm、 〇2 ： 5sccmで、 室温 （ 25 °C) 下、 成膜 レート InmZmin 動作圧力 0. 2〜 2 Pa、 投入電力 50 OWとした。 成膜し た無機ホール注入層の組成は、 S i 9に Auを 4mol%含有するものであつ た。
その他は実施例 1と同様にして有機 EL素子を得た。 得られた有機 EL表示装 置を実施例 1と同様にして 1 OmAZcm2の定電流密度で駆動したところ、 1素 子当りの初期輝度は 95 Ocd/m2, 駆動電圧 7 V であった。
また、 高抵抗の無機ホール注入層を形成する際に、 スパッタガスの o2流量、 および膜組成によりターゲットを変えてその組成を S i〇i . 7、 S i〇1 95、 G e O】. 9S、 S . 5G e。 5 O ! . 。 2とした他は上記と同様にして有機 E L素 子を作製し、 発光輝度を評価したところほぼ同様の結果が得られた。
<実施例 3 >
実施例 1, 2において、 高抵抗の無機ホール注入輸送層を成膜する際、 ターゲ ットに G e 02と、 このタ一ゲット上に所定の大きさの A uのペレツトを配置し、 高抵抗の無機ホール注入輸送層を 2 Onmの膜厚に成膜した。 このときのスパッ タガスは A r ： 30sccm、 02 ： 5sccmで、 室温 （25。C) 下、 成膜レート lnm Zmin、 動作圧力 0. 2〜2Pa、 投入電力 50 OWとした。 成膜した無機ホール 注入輸送層の組成は、 G e 02に Auを 2mol%含有するものであった。
その他は実施例 1と同様にして有機 EL表示装置を得た。 得られた素子を実施 例 1と同様にして評価したところ、 実施例 1とほぼ同様の結果が得られた。
<実施例 4 >
実施例 1, 2において、 高抵抗の無機ホール注入輸送層を成膜する際にスパッ タガスの〇2流量、 および膜組成によりターゲットを変えてその主成分の組成を S i〇L 7、 S i OL 95, G e OL 96, S i 0. 5Ge 0. 92とした他は実 施例 1と同様にして発光ダイオードを作製し、 発光輝度を評価したところほぼ同 等の結果が得られた。
ぐ実施例 5 >
実施例 1, 2において、 高抵抗の無機ホール注入輸送層の金属を、 Auから C u、 F e、 N i、 Ru、 S n, C r , I r , Nb, P t , W, Mo, T a , P d および C oのいずれか 1種以上、 またはこれらの酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ 化物、 硼化物に代えても同等の結果が得られた。
ぐ実施例 6 >
実施例 1において、 高抵抗の無機ホール注入輸送層を成膜する際に、 これに換 えてタ一ゲットに S i 02を用い、 無機絶縁性ホール注入層を 2 nmの膜厚に成膜 した。 このときのスパッタガスは A rに対し 02を 5%混入して用いた、 基板温 板温度 2 5 °C、 成膜レート l nmZmin、 動作圧力 0 . 5 Pa、 投入電力 5 W/cm 2 とした。 成膜したホール注入層の組成は、 S i 〇し 9であった。
その他は、 実施例 1と同様にして有機 E L表示装置を得た。 得られた有機 E L 表示装置を実施例 1と同様にして評価したところ、 ほぼ同様の結果が得られた。 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 E L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。 発明の効果
以上のように本発明によれば、 比較的低い電圧で高輝度の発光が可能な有機 E L素子を用いることで、 誤発光や、 コントラストの低下を防止し、 しかも動作速 度が速い有機 E L表示装置を実現することができる。

Claims

請求の範囲
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 スィツチング素子と、
このスイッチング素子により駆動され、 陽電極と陰電極と、 これらの電極間に 少なくとも発光機能に関与する有機層を有する有機 E L素子とを有し、
この有機 E L素子は、 前記有機層と陰電極の間にホールをプロックするととも に電子を搬送するための導通パスを有する高抵抗の無機電子注入輸送層を有する 力、、
前記有機層と陽電極との間に電子をブロックするとともにホールを搬送するた めの導通パスを有する高抵抗の無機ホール注入輸送層を有するか、
これらのいずれも有する有機 E L表示装置。
2 . 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 第 1成分として仕事関数 4 eV以下 であって、 アルカリ金属元素、 およびアルカリ土類金属元素、 およびランタノィ ド系元素から選択される 1種以上の酸化物と、
第 2成分として仕事関数 3〜5 eVの金属の 1種以上とを含有する請求の範囲 第 1項記載の有機 E L表示装置。
3 . 前記第 2成分は、 Z n， S n， V , R u， S mおよび I nから選択される 1種以上の元素である請求の範囲第 1項または第 2項に記載の有機 E L表示装置。
4 . 前記アルカリ金属元素は、 L i， N a， K， R b , C sぉょびF rの l種 以上であり、 アルカリ土類金属元素は、 M g， C aおよび S rの 1種以上であり、 ランタノィ ド系元素は L aおよび C eから選択される 1種以上を有する請求の範 囲第 1項〜第 3項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
5 . 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 その抵抗率が 1〜 1 X 1 0 1 1 Ω · c mである請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
6. 前記高抵抗の無機電子注入輸送層は、 第 2成分を全成分に対して、 0. 2 〜4 Omol%含有する請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載の有機 E L表 示装置。
7. 前記高抵抗の無機電子注入輸送層の膜厚は、 0. 2〜30nmである請求 の範囲第 1項〜第 6項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
8. 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 抵抗率が 1〜 1 X 1 01 1 Ω · cm である請求の範囲第 1項〜第 7項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
9. 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 金属および Zまたは金属の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物および硼化物のいずれか 1種以上を含有する請求の範 囲第 1項〜第 8項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
1 0. 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層は、 シリコンおよびノまたはゲルマ 二ゥムの酸化物を主成分とし、 この主成分を （S i】— xG ex) Oyと表したとき
0≤ X ≤ 1 ,
1. 7≤ y≤ 2. 2
であり、
さらに、 仕事関数 4. 5eV以上の金属および/または金属の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物および硼化物のいずれか 1種以上を含有する請求の範囲第 1項 〜第 9項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
1 1. 前記金属は、 Au， Cu、 F e、 N i、 Ru、 S n， C r， I r, Nb, P t , W, Mo, T a , P dおよび C oのいずれか 1種以上である請求の範囲第
1 0項記載の有機 EL表示装置。
1 2. 前記金属および Zまたは金属の酸化物、 炭化物、 窒化物、 ケィ化物およ び硼化物の含有量は、 0. 2〜40mol%である請求の範囲第 1 0項または第 1 1項記載の有機 E L表示装置。
1 3. 前記高抵抗の無機ホール注入輸送層の膜厚は、 0. 2〜1 00nmであ る請求の範囲第 1項〜第 1 2項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
1 4 . 前記スィツチング素子は薄膜トランジスタである請求の範囲第 1項〜第
1 3項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
1 5 . 前記スィッチング素子は、 非単結晶シリコン基体の活性層の膜厚が 1 0 0〜8 0 O Aである請求の範囲第 1項〜第 1 4項のいずれかに記載の有機 E L表
1 6 . 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 の範囲第 1項記載の有機 E L素子の駆動装置。
1 7 . 前記スィツチング素子のオフ電流は、 1 X 1 0— 8A以下である請求の範 囲第 1項〜第 1 6項のいずれかに記載の有機 E L表示装置。
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