有機電界発光型表示装置
【課題】 トップエミッション型の有機電界発光型表示装置において明るい画像を得る手段として、高い仕事関数値と高い光反射率とを兼ね備えたアノードによる発光効率の増大が挙げられる。アノードとしてＡｌ合金膜を適用した場合、高い光反射率を得ることはできるが、仕事関数が低いためホール注入効率が低いという問題があった。
【解決手段】 本発明に係わる有機電界発光型表示装置はトップエミッション型であり、基板上にＴＦＴと、少なくともアノード１３、電界発光層１６そしてカソード１７がこの順に積層された有機ＥＬ素子とが表示領域の各画素に形成されているとともに、アノード１３はＡｌに少なくとも窒素又は８族３ｄ遷移金属の１種以上を不純物として含むＡｌ合金膜からなることを特徴とするものである。
【解決手段】 本発明に係わる有機電界発光型表示装置はトップエミッション型であり、基板上にＴＦＴと、少なくともアノード１３、電界発光層１６そしてカソード１７がこの順に積層された有機ＥＬ素子とが表示領域の各画素に形成されているとともに、アノード１３はＡｌに少なくとも窒素又は８族３ｄ遷移金属の１種以上を不純物として含むＡｌ合金膜からなることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学素子、特に薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）を形成したアクティブマトリクス型基板上に電気光学表示として表示領域の各画素に有機電界発光型（エレクトロルミネセンス；ＥＬ）素子（以後、有機ＥＬ素子と呼ぶ）を形成してなる有機電界発光型表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からの一般的な薄型パネルのひとつである液晶表示装置（ＬＣＤ）は、低消費電力や小型軽量といったメリットを活かしてパーソナルコンピュータのモニタや携帯情報端末機器のモニタなどに広く用いられている。また近年ではＴＶ用途としても広く用いられ、従来のブラウン管にとってかわろうとしている。しかしながら、視野角やコントラストが制限されたり、動画対応の高速応答への追従が難しい等の問題点も指摘されており、高品質な動画を得るための工夫や技術が必要とされている。一方近年、自発光型で広視野角、高コントラスト、高速応答等、ＬＣＤにはない特徴を活かしたＥＬ素子のような発光体を画素表示部に用いた電界発光型ＥＬ表示装置が、次世代の薄型パネル用デバイスとして用いられるようになってきた。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極（アノード）と陰極（カソード）の間に有機ＥＬ層を含む電界発光層を挟んだ構造を基本構成とするものであり、アノードとカソードの間に電圧を加えることで、アノード側から正孔（ホール）が注入され、カソード側から電子が注入されることによって有機ＥＬ層の発光を得るものである。（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような有機ＥＬ素子を用いた表示装置である有機電界発光型表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配置されたＴＦＴアクティブマトリックス基板上に、アノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子が、表示領域の各画素に形成された構造を有している。
【０００５】
従来からの一般的な有機電界発光型表示装置は下面発光型（ボトムエミッション型）とよばれるもので、ガラスのような透明絶縁性基板にＴＦＴや有機ＥＬ素子が形成されており、有機ＥＬ層から発生した光をＴＦＴ基板側へ放射させるために、アノードには酸化インジウムＩｎ２Ｏ３＋酸化スズＳｎＯ２（以後、ＩＴＯと呼ぶ）のような光透過性を有する導電性材料で構成されている。アノードには有機ＥＬ層へのホール注入効率を上げるために仕事関数値の高い導電性材料が好ましいとされており、例えば特許文献１では好ましい仕事関数値として４．０ｅＶ以上であることが述べられている。ＩＴＯは仕事関数値が４．７ｅＶ前後であり、アノードとして好ましい材料である。
【０００６】
しかしながら、ボトムエミッション型では、基板に形成されたＴＦＴパターンや配線パターン、あるいは信号駆動用回路パターンなどの領域では通常、光を透過させることができないため、有効な発光面積が少なくなってしまうという問題がある。これらの問題を解決するために、発光面積を広く取ることのできる上面発光型（トップエミッション型）と呼ばれる構造のものが開発されている。
【０００７】
トップエミッション型構造では、上述のアノードが光反射性を有する金属材料で形成されているので、有機ＥＬ層で発生した光をカソードを透過して基板の上部へ放射させる際に、金属材料からなるアノード側において反射する光も同時に基板の上部へ放射させることができ、明るい表示画像を得ることができる。
【０００８】
上述した点を考慮すれば、トップエミッション型において発光効率が高く明るい表示画像を得るためには、アノードには高い光反射性と高い仕事関数値を兼ね備えた導電性金属材料が求められる。しかしながら、パターニング加工の容易性なども考慮に入れた上で、アノード用途として従来公知の金属材料を適用しようとすると、例えば高い仕事関数値を有するＣｒ（約４．５ｅＶ）やＭｏ（約４．６ｅＶ）を選択した場合には、これらの金属膜は光反射率が低い（たとえば波長５５０ｎｍにおける本発明者らの結果によればＣｒで６７％、Ｍｏで６０％）ために、アノードからの反射光の損失が大きいという問題がある。一方で例えば光反射率が９０％以上の高い値を有する金属材料としてアルミニウム（Ａｌ）やＡｇ、およびこれらの合金を選択した場合には、仕事関数値として好ましい４．０ｅＶよりも低いために、有機ＥＬ素子の発光効率が上がらないという問題がある。
【０００９】
以上の問題を解決するために、反射率の高いＡｇ、Ａｌおよびこれらの合金の上層に仕事関数が高い導電性材料の積層させた少なくとも二層構造として、高い反射率と高いホール注入効率とを両立させた構成のアノードが開示されている。（例えば特許文献２〜５参照）。仕事関数の高い導電性材料としては金属の酸化物薄膜が挙げられている。これらの多くは光透過性を有しており、下層の金属による光反射効率を大きく低下させることがないという利点がある。
【００１０】
【特許文献１】特許第２５９７３７７号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００１−２９１５９５号公報（図１）
【特許文献３】特開２００３−７７６８１号公報（図１）
【特許文献４】特開２００３−２８８９９３号公報（図１）
【特許文献５】特開２００４−３１３２４号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このように高い光反射率を有する金属材料の膜と、高い仕事関数値を有する透明導電性材料の膜との二層膜でアノードを構成する場合は、（１）成膜およびエッチング工程が増えてしまい生産性を低下させてしまうこと（２）透明導電性膜とはいえ、金属膜の上層に形成した場合には反射率が低下してしまうこと（３）金属膜と透明導電性膜との界面に反応生成物が生じてホール注入効率を低下させてしまうこと等といった新たな問題点が発生することになる。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、発光開口面積を広くとることができるトップエミッション型の有機電界発光型表示装置において、さらに発光効率を高めて明るい表示画像を得ることを目的としており、プロセス加工性に優れ、かつ良好な表面平坦性、高い光反射率ならびに高いホール注入効率を具備したアノードと、これを有する有機電界発光型表示装置を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係わる有機電界発光型表示装置はトップエミッション型であることを特徴とするもので、基板上にＴＦＴと、少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属、または窒素（Ｎ）から選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金単層膜で構成されていることを特徴とするものである。ここで８族３ｄ遷移金属というのは、周期律表の８族に属しその最外殻電子配置が電子の３ｄ軌道を占める金属元素群、すなわち鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を指す。
【発明の効果】
【００１４】
アノードを、Ａｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ原子、またはＮ原子から選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金の単層膜で形成するようにしたので、有機ＥＬ素子から発生した光の反射効率が高く、かつ有機ＥＬ素子へのホール注入効率を高めることができ、発光効率が高く明るい表示画像を有する有機電界発光型表示装置を簡単なプロセスで生産性良く製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の有機電界発光型表示装置を構成するＴＦＴアクティブマトリックス基板と有機ＥＬ素子、およびこれらの製造方法について図面に基づいて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る有機電界発光型表示装置を構成するＴＦＴアクティブマトリックス基板の画素領域におけるＴＦＴとこれに接続された有機ＥＬ素子を示す平面図である。また図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面図である。
【００１７】
図１、および図２において、絶縁性基板１上に形成されたゲート電極２と、ゲート電極２を覆うようにして形成されたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３を介してゲート電極２上に形成された半導体膜４と、半導体膜４上に積層されたオーミックコンタクト膜５と、オーミックコンタクト膜５を介して半導体膜４と接続するソース電極６とドレイン電極７と、ソース電極６とドレイン電極７とがゲート電極２上で間隔をもって隔てられた個所であるチャネル部８とからなるＴＦＴ９が示されている。
【００１８】
ＴＦＴ９の上層には、層間絶縁膜１０、および表面を平坦化するために有機樹脂からなる平坦化膜１１が形成されている。平坦化膜１１上にはＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属、またはＮから選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金単層膜からなるアノード１３が形成されており、アノード１３は平坦化膜１１と第１の層間絶縁膜１０とに設けられているコンタクトホール１２を介して下層のドレイン電極７と電気的に接続されている。アノード１３上の一部を開口してアノード１３と平坦化膜１１とを覆っているのは分離膜１４であり、分離膜１４は隣接する画素（図示せず）間を分離するために画素周囲に額縁のように土手状に形成されており、その開口されている領域である画素表示領域１５にあってアノード１３上に形成されているのが有機ＥＬ材料からなる電界発光層１６である。
【００１９】
電界発光層１６は、アノード１３の直上に、ホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃの順に形成された積層膜で構成される。なお、電界発光層１６は、さらにホール輸送層１６ａとアノード１３との間に挟まれるホール注入層（図示せず）や、電子輸送層１６ｃの直上に電子注入層（図示せず）を形成した四層または五層からなる積層膜で構成してもよい。
【００２０】
分離膜１４、電界発光層１６を覆うように形成されているのはカソード１７、封止層１８である。カソード１７はＩＴＯ等の透明性導電膜で形成される。封止層１８は電界発光層１６を水分や不純物等から遮断するために形成されるものであり、封止層１８の上には絶縁性基板１と対向するように対向基板１９が形成されている。
【００２１】
図１、図２に示す有機電界発光型表示装置においては、ソース電極６から伝わる信号電圧がドレイン電極７を介してアノード１３に印加され、カソード１７との間の電位差により電界発光層１６に電流が流れて有機ＥＬ層１６ｂが発光することによって表示に必要な光を得ることができる。本発明の実施の形態１においては、アノード１３が光反射率の高いＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種類以上を不純物として含むとともに、その組成比率を１ａｔ％以上１５ａｔ％以下となるように規定した。このため有機ＥＬ素子から発生する光の反射率を高めることができると同時に、電界発光層１６へのホール注入効率を高めることができるので、発光効率が高く明るい表示画像を有する有機電界発光型表示装置を得ることが可能となる。
【００２２】
次にＴＦＴ基板の製造方法について、図３を参照して詳細に説明を行う。図３は本発明に係る電界発光型表示装置を構成するＴＦＴ基板とその上部に形成される有機ＥＬ素子の製造方法について説明するための断面図である。
【００２３】
まず、絶縁性基板１上に第１の金属薄膜としてＣｒなどをスパッタリング法を用いて２００ｎｍの厚さで成膜し、写真製版工程により少なくともゲート電極２を形成する（図３（Ａ））。図示しないが、このとき同時にゲート配線や前記ゲート配線の端部のゲート端子や保持容量の下部電極などを形成しても良い。
【００２４】
次に、ＣＶＤ法を用いてゲート絶縁膜３としてＳｉＮを４００ｎｍ、半導体膜４としてａ−Ｓｉを１５０ｎｍ、オーミックコンタクト膜５としてｎ+−ａ−Ｓｉを３０ｎｍの厚さで順次成膜して、写真製版工程により、半導体膜４、オーミックコンタクト膜５を形成する（図３（Ｂ））。
【００２５】
次に、第２の金属薄膜としてＣｒなどをスパッタリング法を用いて２００ｎｍの厚さで成膜し、写真製版工程により、ソース電極６、ドレイン電極７、およびこれらの間のオーミックコンタクト膜５を除去してＴＦＴのチャネル部８を形成する。以上までの工程によりスイッチング素子としてのＴＦＴ９が構成される（図３（Ｃ））。
【００２６】
次に、第１の層間絶縁膜１０としてＣＶＤ法を用いてＳｉＮを１００ｎｍの膜厚で成膜する。続いて、平坦化膜１１として例えばアクリル系の感光性樹脂膜であるＪＳＲ製の製品名ＰＣ３３５を約２μｍの膜厚となるようにスピンコート法を用いて塗布形成し、写真製版工程を用いて、ドレイン電極７上方の平坦化膜１１に穴を形成した後、穴底に露出している第１の層間絶縁膜１０をドライエッチング等のエッチングにより除去することによりドレイン電極７まで達するコンタクトホール１２を形成する（図３（Ｄ））。
【００２７】
次に、アノード１３として、ＡｌにＮｉを添加したターゲットを用いたスパッタリング法により、ＡｌにＮｉを不純物として２ａｔ％含むＡｌＮｉ合金膜を１００ｎｍの厚さで成膜した。この時のＡｌＮｉ合金膜の仕事関数は４．２ｅＶであり、アノードとして要求される４．０ｅＶ以上を満たす値であった。その後に写真製版工程により、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングし、従来公知のＡｌ系エッチング液である燐酸＋硝酸＋酢酸を含む薬液を用いてエッチングを行うことにより、コンタクトホール１２を介してドレイン電極７と接続するアノード１３を形成する（図３（Ｅ））。
【００２８】
ここでは、Ａｌに不純物としてＮｉを添加したが、Ｎｉに限定されず、他の８族３d遷移金属であるＦｅ、Ｃｏのいずれかを１種以上添加していてもよい。Ａｌに８族３d遷移金属を１種以上添加することにより、仕事関数値を増加させることができるので、ホール注入効率の低下を防止できる。その添加量は１at％以上であり、かつ１５at％以下にすることが望ましい。図４は本実施の形態に係るＡｌにＮｉを添加したときの仕事関数値の変化を示したものである。図４からわかるように、１at％以上添加することにより、Ａｌ合金膜の仕事関数値を４．０ｅＶ以上にすることができ、従来の純Ａｌ膜やＡｌ合金膜（３．５〜３．８ｅＶ）の値よりも高くする事が出来る。なお仕事関数値はＮｉの添加量が３ａｔ％に達した時点でほぼ飽和して約４．３ｅＶとなる。一方、波長５５０ｎｍにおけるＡｌ合金膜の光反射率のＮｉ組成依存性を示した図５からわかるように、Ｎｉの添加量が１５at％を超える場合、光反射率がＣｒやＭｏの光反射率の６０〜６７％と同等もしくは同等よりも低下することになり、光反射率の高いＡｌ合金膜を採用するという利点が損なわれるため好ましくない。
【００２９】
本実施の形態１においては、ＡｌへのＮｉの添加量を１ａｔ％以上１５ａｔ％以下とすることで、仕事関数値が高く、かつＣｒやＭｏよりも高い光反射率を有するＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、ホール注入効率の増大による発光強度の増大と発光を反射させる効率の増大とにより、より明るい表示画像を得られるという効果を奏する。さらに、本実施の形態においては、アノード１３としてＡｌ合金膜の上層に透明導電膜を形成する必要が無いので工程を簡略化でき、コストを低減することができるという効果も奏する。
【００３０】
８族に属する元素で最外殻電子が３ｄ軌道ではない原子番号の大きい元素、例えばパラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）をＡｌに添加した場合でも同様に仕事関数値を大きくすることが可能である。しかしながら、これらの元素をＡｌに添加した場合には、アルカリ系の薬液に対する耐性が著しく低下するという問題がある。具体的には、本実施の形態においてこれらのＡｌ合金をアノード１３として適用しようとする場合、写真製版においてフォトレジストを所望のパターンに形成するときの有機アルカリ系現像液によってＡｌ合金膜が激しく腐食するため、きれいなアノード１３のパターンが形成できないという問題が生じてしまう。さらにこれらのＡｌ合金は、従来公知のＡｌ系エッチング液である燐酸＋硝酸＋酢酸を含む薬液では、Ｐｄ化合物またはＰｔ化合物によるエッチング残を発生させてしまうという問題がある。以上により、本実施の形態においては、ＡｌＰｄ系、ＡｌＰｔ系合金膜の適用は好ましくはない。
【００３１】
なお、Ａｌに添加する不純物としては、上記８族３ｄ遷移金属以外のものであってもよく、Ｎ原子でもよい。例えば、純Ａｌ膜またはＡｌ合金膜であるＡｌ膜をスパッタリング法で成膜する際に、Ａｒ等のスパッタリングガスに窒素を含むガス、例えば窒素ガスやＮＨ３ガス等を添加することにより、Ｎ原子をＡｌ膜に添加することができる。また別の方法としては、あらかじめ窒素を添加したＡｌＮ合金のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングして成膜してもよい。その添加量は１．５at％以上であり、かつ２６at％以下にすることが望ましい。
【００３２】
図６はＡｌにＮを添加した場合の仕事関数値を示すものである。Ｎ原子を１．５at％以上添加することにより、Ａｌ膜の仕事関数を従来の純ＡｌやＡｌ合金の仕事関数（３．５〜３．８ｅＶ）より高くすることができる。仕事関数値はＮ原子の組成比が２６ａｔ％付近でピーク値（６．０ｅＶ）をとり、その後はＮ原子の組成比の増加にともなって低下する振舞いを示す。これは、Ｎの添加の増大とともにＡｌ膜の比抵抗値が増加していき、２６ａｔ％を境にして導体から半導体へと特性がシフトし、これ以上のＮ原子の組成比では半導体としての特性が支配的となるためだと考えられる。
【００３３】
これに加えて、波長５５０ｎｍにおけるＡｌ膜の光反射率のＮ原子の組成依存性を示す図７からわかるようにＮ原子の組成比率が２６ａｔ％を超える場合、光反射率の値がＣｒやＭｏの値（約６０〜７０％：波長５５０ｎｍ）と同等もしくは同等よりも低下することがわかる。したがってＮ原子の組成比は２６ａｔ％を超えないことが好ましい。本実施の形態においては、ＡｌへのＮの添加量を１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下とすることで、仕事関数値が高く、かつＣｒやＭｏよりも高い光反射率を有するＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、ホール注入効率の増大による発光強度の増大と発光の反射効率の増大とにより、より明るい表示画像を得られるという効果を奏する。
【００３４】
さらに、ＡｌにＮ原子を添加した合金膜の場合には、上記８族３ｄ遷移金属元素を添加した合金膜に比べて添加量を大きくとることが可能となるので、仕事関数値をより高くすることができるので好ましい。仕事関数値はＮの添加量を変えることで任意に制御することができる。例えばＮ原子の組成比率を５ａｔ％にすれば、上記８族３ｄ遷移金属元素を添加した合金膜の仕事関数値４．３ｅＶ以上とすることができ、かつ最大の２６ａｔ％まで増やした場合には仕事関数値を６．０ｅＶまで引き上げることが可能となる。添加するＮの量は、適用するデバイスに求められる規格値に準じて設定すればよい。
【００３５】
また、ＡｌにＮ原子を添加する領域としては、Ａｌ合金膜全体よりも、有機ＥＬ層とアノードとの界面部がのぞましい。この場合、Ａｌ合金膜の単層膜ではあるが、主にその表面部にＮ原子が添加されていることになるので、Ａｌ合金膜の良好な導電性と、有機ＥＬ層へのホール注入での高い効率とを得ることができる。また、Ａｌ合金膜の表面部におけるＮ原子の組成比率は、前述した通り、１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下であることがのぞましい。このような構成にするには、例えば、アノードとなるＡｌ合金膜をスパッタリング法により成膜する際に、Ａｌ合金膜表面部の成膜にさしかかったときに、Ａｒ等のスパッタリングガスに窒素ガスを添加すればよく、窒素ガスの流量を徐々に増やしても良い。あるいは、アノードとなるＡｌ合金膜をＡｒガスを用いたスパッタリング法で成膜した後に、Ａｌ合金膜の表面からＮイオンを注入するか、または表面をＮ２プラズマ照射してもよい。さらに、ＡｌにＮとＮｉとを添加したＡｌ合金膜においても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
またここでは、Ａｌ合金膜の膜厚を１００ｎｍとしたが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば良い。図８は、本実施例に適用できる一般的なＡｌ合金膜の波長５５０ｎｍにおける反射率と透過率の膜厚依存性の結果を示したものである。膜厚が１０ｎｍよりも薄い場合、薄膜を透過する光の成分が急激に多くなり、光反射率がＣｒやＭｏの光反射率の６０〜７０％と同等もしくは同等よりも低下することになり、反射率の高いＡｌ合金膜を採用するという利点が損なわれるため好ましくない。また、膜厚が厚くなると、グレインサイズが大きく表面凹凸が荒くなり、有機ＥＬ表示装置のアノードとして用いる場合には陰極電極とのショートモード故障等の要因となる。表面平滑性の指針としては平均表面粗さＲａを１．０ｎｍ以下とするのが好ましく、この点からＡｌ合金膜の膜厚としては２００ｎｍ以下とするのが好ましい。本実施の形態においては、Ａｌ合金の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にすることで、光反射率が高く、かつ平均表面粗さＲａを１．０ｎｍ以下としたＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、明るいうえに陰極電極とのショートモード故障が少ない表示装置を得ることができる。
【００３７】
また、Ｎ原子を不純物として含んだＡｌ膜を用いた場合も、前記Ａｌ合金膜の場合と同様の理由から、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。
【００３８】
なおアノード１３は、上記Ａｌ合金膜に更なる添加元素としてＣｕ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｙ、Ｈｆの少なくともいずれか一つを含むＡｌ合金膜としてもよい。これにより、結晶粒成長が抑制されるのでアノード表面の凹凸を少なくすることができる。したがって、アノード１３の表面の凹凸が大きい場合に問題となるカソード１７との電気的短絡やダークスポットのような表示不良の要因を抑制することができ、発光表示品質をさらに高めることができるので好ましい。
【００３９】
以上のように本発明の実施の形態においては、アノード１３を、高い光反射率と高い仕事関数値を兼ね備えるＡｌ合金膜を単層膜で形成するようにしたので、エッチングによるパターン加工が容易であり、またパターンエッヂ部の断面形状も庇のような形状にはならず、概略直線状、または順テーパー形状にすることが可能である。また、本実施の形態においては、Ａｌに添加する元素として８族に属する元素で最外殻電子が３ｄ軌道ではない原子番号の大きい元素、例えばパラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）を使用しないため、エッチング時にエッチング残渣物が発生するようなこともなかった。
【００４０】
次に、各画素ごとに分離された画素表示領域１５上に電界発光層１６を形成するために、ポリイミド等からなる有機樹脂膜を塗布形成し、写真製版工程により、それぞれの画素領域を取り囲むように隣接する画素間に土手状の凸部となるように額縁形状の分離膜１４を形成する。これにより、分離膜１４が無くアノード１３が露出する領域であって画素表示領域１５に相当する領域も同時に形成される。分離膜１４を形成する有機樹脂膜は、有機ＥＬ層の特性や信頼性に悪影響を及ぼす吸着水分の少ないポリイミド系の材料を用いるのが望ましい。本実施例では東レ製の製品名ＤＬ１００を約２μｍの膜厚で塗布し、写真製版工程により分離膜１４を形成した（図９（Ａ））。
【００４１】
次に、蒸着等の方法を用いて電界発光層１６となる有機ＥＬ材料を画素表示領域１５に形成する。本実施例では、電界発光層１６として、ホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃをこの順に積層して形成した。ホール輸送層１６ａとしては公知のトリアリールアミン類、芳香族ヒドラゾン類、芳香族置換ピラゾリン類、スチルベン類等の有機系材料から幅広く選択することができ、例えばＮ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ジフェニル−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）等を１〜２００ｎｍの膜厚で形成する。有機ＥＬ層１６ｂとしては公知のジシアノメチレンピラン誘導体（赤色発光）、クマリン系（緑色発光）、キナクリドン系（緑色発光）、テトラフェニルブタジエン系（青色発光）、ジスチリルベンゼン系（青色発光）等の材料を１〜２００ｎｍの厚さで形成する。電子輸送層１６ｃとしては公知のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、クマリン誘導体等から選ばれる材料を０．１〜２００ｎｍの膜厚で形成する（図９（Ｂ））。
【００４２】
上記の実施例では電界発光層１６をホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃを順次積層した構成としたが、さらに電界発光層１６の発光効率を上げるために、ホール輸送層をさらにホール注入層とホール輸送層の二層に、また電子輸送層をさらに電子輸送層と電子注入層の二層にした構成としてもよい。
【００４３】
次に、カソード１７として、透明導電膜からなるＩＴＯ膜をスパッタリング法を用いて１００ｎｍの厚さで形成する（図９（Ｃ））。カソード１７は膜表面が高い平坦性を有することが好ましい。したがって、膜組織に結晶粒界がない非晶質のＩＴＯ膜を形成することが好ましい。非晶質のＩＴＯ膜は、例えばＡｒガスにＨ２Ｏガスを混合させたガス中でのスパッタリングにより形成することができる。また、酸化インジウムと酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合させたＩＺＯ膜、あるいはＩＴＯ膜に酸化亜鉛を混合させたＩＴＺＯ膜を用いることも可能である。
【００４４】
最後に、水分や不純物による表示装置の発光特性の劣化を防止するために、劣化しやすい電界発光層１６を備えた画素全てを覆うようにして、Ａｒのような不活性ガスまたはＮ２ガス等で置換した上で、接着材等で封止層１８を形成する。さらに封止層１８の上には絶縁性基板１と対向するように対向基板１９が形成され、本発明の実施の形態１に係る有機電界発光型表示装置が完成する（図９（Ｄ））。封止層１８は、例えば透明なガラス等を用い、表示装置の外周部分にシール剤を形成し、圧着することにより形成することができる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態においては、画素を駆動するスイッチング素子となるＴＦＴ９の半導体膜４として、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いたが、これに限らず多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）膜を用いてもよい。またＴＦＴの構造もボトムゲートの逆スタッガード型に限らず、トップゲート型の構造でもよい。さらに、表示装置の周辺に表示用信号を駆動するための駆動用ＩＣ回路を同時に形成した構成としてもよい。本発明の実施の形態のようなトップエミッション型の有機電界発光型表示装置の場合は、光がＴＦＴ基板側に放射することがないので、画素表示領域１５のアノード１３の下層部にこれらの駆動用ＩＣ回路パターンを形成することが可能となるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電界発光型表示装置を示す平面図である。
【図２】本発明の電界発光型表示装置を示す断面図である。
【図３】本発明の電界発光型表示装置の製造方法について説明するための断面工程図である。
【図４】Ａｌ−Ｎｉ膜の仕事関数値のＮｉ組成依存性を示す図である。
【図５】Ａｌ−Ｎｉ膜の反射率のＮｉ組成依存性を示す図である。
【図６】ＡｌＮ膜の仕事関数値のＮ組成依存性を示す図である。
【図７】Ａｌ−Ｎ膜の反射率のＮ組成依存性を示す図である。
【図８】Ａｌ膜の反射率および透過率と膜厚の関係を示す図である。
【図９】本発明の電界発光型表示装置の製造方法について説明するための断面工程図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：絶縁性基板、２：ゲート電極、３：ゲート絶縁膜 ４：半導体膜、
５：オーミックコンタクト膜、６：ソース電極、７：ドレイン電極、
８：ＴＦＴのチャネル部、９：ＴＦＴ、１０：層間絶縁膜、１１：平坦化膜、
１２：ドレイン−アノード間コンタクトホール、１３：アノード、１４：分離膜、
１５：画素表示領域、１６：電界発光層、１６ａ：ホール輸送層、１６ｂ：有機ＥＬ層、１６ｃ：電子輸送層、１７：カソード、１８：封止層、１９：対向基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学素子、特に薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）を形成したアクティブマトリクス型基板上に電気光学表示として表示領域の各画素に有機電界発光型（エレクトロルミネセンス；ＥＬ）素子（以後、有機ＥＬ素子と呼ぶ）を形成してなる有機電界発光型表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からの一般的な薄型パネルのひとつである液晶表示装置（ＬＣＤ）は、低消費電力や小型軽量といったメリットを活かしてパーソナルコンピュータのモニタや携帯情報端末機器のモニタなどに広く用いられている。また近年ではＴＶ用途としても広く用いられ、従来のブラウン管にとってかわろうとしている。しかしながら、視野角やコントラストが制限されたり、動画対応の高速応答への追従が難しい等の問題点も指摘されており、高品質な動画を得るための工夫や技術が必要とされている。一方近年、自発光型で広視野角、高コントラスト、高速応答等、ＬＣＤにはない特徴を活かしたＥＬ素子のような発光体を画素表示部に用いた電界発光型ＥＬ表示装置が、次世代の薄型パネル用デバイスとして用いられるようになってきた。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極（アノード）と陰極（カソード）の間に有機ＥＬ層を含む電界発光層を挟んだ構造を基本構成とするものであり、アノードとカソードの間に電圧を加えることで、アノード側から正孔（ホール）が注入され、カソード側から電子が注入されることによって有機ＥＬ層の発光を得るものである。（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような有機ＥＬ素子を用いた表示装置である有機電界発光型表示装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配置されたＴＦＴアクティブマトリックス基板上に、アノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子が、表示領域の各画素に形成された構造を有している。
【０００５】
従来からの一般的な有機電界発光型表示装置は下面発光型（ボトムエミッション型）とよばれるもので、ガラスのような透明絶縁性基板にＴＦＴや有機ＥＬ素子が形成されており、有機ＥＬ層から発生した光をＴＦＴ基板側へ放射させるために、アノードには酸化インジウムＩｎ２Ｏ３＋酸化スズＳｎＯ２（以後、ＩＴＯと呼ぶ）のような光透過性を有する導電性材料で構成されている。アノードには有機ＥＬ層へのホール注入効率を上げるために仕事関数値の高い導電性材料が好ましいとされており、例えば特許文献１では好ましい仕事関数値として４．０ｅＶ以上であることが述べられている。ＩＴＯは仕事関数値が４．７ｅＶ前後であり、アノードとして好ましい材料である。
【０００６】
しかしながら、ボトムエミッション型では、基板に形成されたＴＦＴパターンや配線パターン、あるいは信号駆動用回路パターンなどの領域では通常、光を透過させることができないため、有効な発光面積が少なくなってしまうという問題がある。これらの問題を解決するために、発光面積を広く取ることのできる上面発光型（トップエミッション型）と呼ばれる構造のものが開発されている。
【０００７】
トップエミッション型構造では、上述のアノードが光反射性を有する金属材料で形成されているので、有機ＥＬ層で発生した光をカソードを透過して基板の上部へ放射させる際に、金属材料からなるアノード側において反射する光も同時に基板の上部へ放射させることができ、明るい表示画像を得ることができる。
【０００８】
上述した点を考慮すれば、トップエミッション型において発光効率が高く明るい表示画像を得るためには、アノードには高い光反射性と高い仕事関数値を兼ね備えた導電性金属材料が求められる。しかしながら、パターニング加工の容易性なども考慮に入れた上で、アノード用途として従来公知の金属材料を適用しようとすると、例えば高い仕事関数値を有するＣｒ（約４．５ｅＶ）やＭｏ（約４．６ｅＶ）を選択した場合には、これらの金属膜は光反射率が低い（たとえば波長５５０ｎｍにおける本発明者らの結果によればＣｒで６７％、Ｍｏで６０％）ために、アノードからの反射光の損失が大きいという問題がある。一方で例えば光反射率が９０％以上の高い値を有する金属材料としてアルミニウム（Ａｌ）やＡｇ、およびこれらの合金を選択した場合には、仕事関数値として好ましい４．０ｅＶよりも低いために、有機ＥＬ素子の発光効率が上がらないという問題がある。
【０００９】
以上の問題を解決するために、反射率の高いＡｇ、Ａｌおよびこれらの合金の上層に仕事関数が高い導電性材料の積層させた少なくとも二層構造として、高い反射率と高いホール注入効率とを両立させた構成のアノードが開示されている。（例えば特許文献２〜５参照）。仕事関数の高い導電性材料としては金属の酸化物薄膜が挙げられている。これらの多くは光透過性を有しており、下層の金属による光反射効率を大きく低下させることがないという利点がある。
【００１０】
【特許文献１】特許第２５９７３７７号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００１−２９１５９５号公報（図１）
【特許文献３】特開２００３−７７６８１号公報（図１）
【特許文献４】特開２００３−２８８９９３号公報（図１）
【特許文献５】特開２００４−３１３２４号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このように高い光反射率を有する金属材料の膜と、高い仕事関数値を有する透明導電性材料の膜との二層膜でアノードを構成する場合は、（１）成膜およびエッチング工程が増えてしまい生産性を低下させてしまうこと（２）透明導電性膜とはいえ、金属膜の上層に形成した場合には反射率が低下してしまうこと（３）金属膜と透明導電性膜との界面に反応生成物が生じてホール注入効率を低下させてしまうこと等といった新たな問題点が発生することになる。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、発光開口面積を広くとることができるトップエミッション型の有機電界発光型表示装置において、さらに発光効率を高めて明るい表示画像を得ることを目的としており、プロセス加工性に優れ、かつ良好な表面平坦性、高い光反射率ならびに高いホール注入効率を具備したアノードと、これを有する有機電界発光型表示装置を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係わる有機電界発光型表示装置はトップエミッション型であることを特徴とするもので、基板上にＴＦＴと、少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属、または窒素（Ｎ）から選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金単層膜で構成されていることを特徴とするものである。ここで８族３ｄ遷移金属というのは、周期律表の８族に属しその最外殻電子配置が電子の３ｄ軌道を占める金属元素群、すなわち鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を指す。
【発明の効果】
【００１４】
アノードを、Ａｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ原子、またはＮ原子から選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金の単層膜で形成するようにしたので、有機ＥＬ素子から発生した光の反射効率が高く、かつ有機ＥＬ素子へのホール注入効率を高めることができ、発光効率が高く明るい表示画像を有する有機電界発光型表示装置を簡単なプロセスで生産性良く製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の有機電界発光型表示装置を構成するＴＦＴアクティブマトリックス基板と有機ＥＬ素子、およびこれらの製造方法について図面に基づいて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る有機電界発光型表示装置を構成するＴＦＴアクティブマトリックス基板の画素領域におけるＴＦＴとこれに接続された有機ＥＬ素子を示す平面図である。また図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面図である。
【００１７】
図１、および図２において、絶縁性基板１上に形成されたゲート電極２と、ゲート電極２を覆うようにして形成されたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３を介してゲート電極２上に形成された半導体膜４と、半導体膜４上に積層されたオーミックコンタクト膜５と、オーミックコンタクト膜５を介して半導体膜４と接続するソース電極６とドレイン電極７と、ソース電極６とドレイン電極７とがゲート電極２上で間隔をもって隔てられた個所であるチャネル部８とからなるＴＦＴ９が示されている。
【００１８】
ＴＦＴ９の上層には、層間絶縁膜１０、および表面を平坦化するために有機樹脂からなる平坦化膜１１が形成されている。平坦化膜１１上にはＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属、またはＮから選ばれる１種以上を不純物として含むＡｌ合金単層膜からなるアノード１３が形成されており、アノード１３は平坦化膜１１と第１の層間絶縁膜１０とに設けられているコンタクトホール１２を介して下層のドレイン電極７と電気的に接続されている。アノード１３上の一部を開口してアノード１３と平坦化膜１１とを覆っているのは分離膜１４であり、分離膜１４は隣接する画素（図示せず）間を分離するために画素周囲に額縁のように土手状に形成されており、その開口されている領域である画素表示領域１５にあってアノード１３上に形成されているのが有機ＥＬ材料からなる電界発光層１６である。
【００１９】
電界発光層１６は、アノード１３の直上に、ホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃの順に形成された積層膜で構成される。なお、電界発光層１６は、さらにホール輸送層１６ａとアノード１３との間に挟まれるホール注入層（図示せず）や、電子輸送層１６ｃの直上に電子注入層（図示せず）を形成した四層または五層からなる積層膜で構成してもよい。
【００２０】
分離膜１４、電界発光層１６を覆うように形成されているのはカソード１７、封止層１８である。カソード１７はＩＴＯ等の透明性導電膜で形成される。封止層１８は電界発光層１６を水分や不純物等から遮断するために形成されるものであり、封止層１８の上には絶縁性基板１と対向するように対向基板１９が形成されている。
【００２１】
図１、図２に示す有機電界発光型表示装置においては、ソース電極６から伝わる信号電圧がドレイン電極７を介してアノード１３に印加され、カソード１７との間の電位差により電界発光層１６に電流が流れて有機ＥＬ層１６ｂが発光することによって表示に必要な光を得ることができる。本発明の実施の形態１においては、アノード１３が光反射率の高いＡｌに少なくとも８族３ｄ遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種類以上を不純物として含むとともに、その組成比率を１ａｔ％以上１５ａｔ％以下となるように規定した。このため有機ＥＬ素子から発生する光の反射率を高めることができると同時に、電界発光層１６へのホール注入効率を高めることができるので、発光効率が高く明るい表示画像を有する有機電界発光型表示装置を得ることが可能となる。
【００２２】
次にＴＦＴ基板の製造方法について、図３を参照して詳細に説明を行う。図３は本発明に係る電界発光型表示装置を構成するＴＦＴ基板とその上部に形成される有機ＥＬ素子の製造方法について説明するための断面図である。
【００２３】
まず、絶縁性基板１上に第１の金属薄膜としてＣｒなどをスパッタリング法を用いて２００ｎｍの厚さで成膜し、写真製版工程により少なくともゲート電極２を形成する（図３（Ａ））。図示しないが、このとき同時にゲート配線や前記ゲート配線の端部のゲート端子や保持容量の下部電極などを形成しても良い。
【００２４】
次に、ＣＶＤ法を用いてゲート絶縁膜３としてＳｉＮを４００ｎｍ、半導体膜４としてａ−Ｓｉを１５０ｎｍ、オーミックコンタクト膜５としてｎ+−ａ−Ｓｉを３０ｎｍの厚さで順次成膜して、写真製版工程により、半導体膜４、オーミックコンタクト膜５を形成する（図３（Ｂ））。
【００２５】
次に、第２の金属薄膜としてＣｒなどをスパッタリング法を用いて２００ｎｍの厚さで成膜し、写真製版工程により、ソース電極６、ドレイン電極７、およびこれらの間のオーミックコンタクト膜５を除去してＴＦＴのチャネル部８を形成する。以上までの工程によりスイッチング素子としてのＴＦＴ９が構成される（図３（Ｃ））。
【００２６】
次に、第１の層間絶縁膜１０としてＣＶＤ法を用いてＳｉＮを１００ｎｍの膜厚で成膜する。続いて、平坦化膜１１として例えばアクリル系の感光性樹脂膜であるＪＳＲ製の製品名ＰＣ３３５を約２μｍの膜厚となるようにスピンコート法を用いて塗布形成し、写真製版工程を用いて、ドレイン電極７上方の平坦化膜１１に穴を形成した後、穴底に露出している第１の層間絶縁膜１０をドライエッチング等のエッチングにより除去することによりドレイン電極７まで達するコンタクトホール１２を形成する（図３（Ｄ））。
【００２７】
次に、アノード１３として、ＡｌにＮｉを添加したターゲットを用いたスパッタリング法により、ＡｌにＮｉを不純物として２ａｔ％含むＡｌＮｉ合金膜を１００ｎｍの厚さで成膜した。この時のＡｌＮｉ合金膜の仕事関数は４．２ｅＶであり、アノードとして要求される４．０ｅＶ以上を満たす値であった。その後に写真製版工程により、フォトレジスト膜を所定の形状にパターニングし、従来公知のＡｌ系エッチング液である燐酸＋硝酸＋酢酸を含む薬液を用いてエッチングを行うことにより、コンタクトホール１２を介してドレイン電極７と接続するアノード１３を形成する（図３（Ｅ））。
【００２８】
ここでは、Ａｌに不純物としてＮｉを添加したが、Ｎｉに限定されず、他の８族３d遷移金属であるＦｅ、Ｃｏのいずれかを１種以上添加していてもよい。Ａｌに８族３d遷移金属を１種以上添加することにより、仕事関数値を増加させることができるので、ホール注入効率の低下を防止できる。その添加量は１at％以上であり、かつ１５at％以下にすることが望ましい。図４は本実施の形態に係るＡｌにＮｉを添加したときの仕事関数値の変化を示したものである。図４からわかるように、１at％以上添加することにより、Ａｌ合金膜の仕事関数値を４．０ｅＶ以上にすることができ、従来の純Ａｌ膜やＡｌ合金膜（３．５〜３．８ｅＶ）の値よりも高くする事が出来る。なお仕事関数値はＮｉの添加量が３ａｔ％に達した時点でほぼ飽和して約４．３ｅＶとなる。一方、波長５５０ｎｍにおけるＡｌ合金膜の光反射率のＮｉ組成依存性を示した図５からわかるように、Ｎｉの添加量が１５at％を超える場合、光反射率がＣｒやＭｏの光反射率の６０〜６７％と同等もしくは同等よりも低下することになり、光反射率の高いＡｌ合金膜を採用するという利点が損なわれるため好ましくない。
【００２９】
本実施の形態１においては、ＡｌへのＮｉの添加量を１ａｔ％以上１５ａｔ％以下とすることで、仕事関数値が高く、かつＣｒやＭｏよりも高い光反射率を有するＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、ホール注入効率の増大による発光強度の増大と発光を反射させる効率の増大とにより、より明るい表示画像を得られるという効果を奏する。さらに、本実施の形態においては、アノード１３としてＡｌ合金膜の上層に透明導電膜を形成する必要が無いので工程を簡略化でき、コストを低減することができるという効果も奏する。
【００３０】
８族に属する元素で最外殻電子が３ｄ軌道ではない原子番号の大きい元素、例えばパラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）をＡｌに添加した場合でも同様に仕事関数値を大きくすることが可能である。しかしながら、これらの元素をＡｌに添加した場合には、アルカリ系の薬液に対する耐性が著しく低下するという問題がある。具体的には、本実施の形態においてこれらのＡｌ合金をアノード１３として適用しようとする場合、写真製版においてフォトレジストを所望のパターンに形成するときの有機アルカリ系現像液によってＡｌ合金膜が激しく腐食するため、きれいなアノード１３のパターンが形成できないという問題が生じてしまう。さらにこれらのＡｌ合金は、従来公知のＡｌ系エッチング液である燐酸＋硝酸＋酢酸を含む薬液では、Ｐｄ化合物またはＰｔ化合物によるエッチング残を発生させてしまうという問題がある。以上により、本実施の形態においては、ＡｌＰｄ系、ＡｌＰｔ系合金膜の適用は好ましくはない。
【００３１】
なお、Ａｌに添加する不純物としては、上記８族３ｄ遷移金属以外のものであってもよく、Ｎ原子でもよい。例えば、純Ａｌ膜またはＡｌ合金膜であるＡｌ膜をスパッタリング法で成膜する際に、Ａｒ等のスパッタリングガスに窒素を含むガス、例えば窒素ガスやＮＨ３ガス等を添加することにより、Ｎ原子をＡｌ膜に添加することができる。また別の方法としては、あらかじめ窒素を添加したＡｌＮ合金のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングして成膜してもよい。その添加量は１．５at％以上であり、かつ２６at％以下にすることが望ましい。
【００３２】
図６はＡｌにＮを添加した場合の仕事関数値を示すものである。Ｎ原子を１．５at％以上添加することにより、Ａｌ膜の仕事関数を従来の純ＡｌやＡｌ合金の仕事関数（３．５〜３．８ｅＶ）より高くすることができる。仕事関数値はＮ原子の組成比が２６ａｔ％付近でピーク値（６．０ｅＶ）をとり、その後はＮ原子の組成比の増加にともなって低下する振舞いを示す。これは、Ｎの添加の増大とともにＡｌ膜の比抵抗値が増加していき、２６ａｔ％を境にして導体から半導体へと特性がシフトし、これ以上のＮ原子の組成比では半導体としての特性が支配的となるためだと考えられる。
【００３３】
これに加えて、波長５５０ｎｍにおけるＡｌ膜の光反射率のＮ原子の組成依存性を示す図７からわかるようにＮ原子の組成比率が２６ａｔ％を超える場合、光反射率の値がＣｒやＭｏの値（約６０〜７０％：波長５５０ｎｍ）と同等もしくは同等よりも低下することがわかる。したがってＮ原子の組成比は２６ａｔ％を超えないことが好ましい。本実施の形態においては、ＡｌへのＮの添加量を１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下とすることで、仕事関数値が高く、かつＣｒやＭｏよりも高い光反射率を有するＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、ホール注入効率の増大による発光強度の増大と発光の反射効率の増大とにより、より明るい表示画像を得られるという効果を奏する。
【００３４】
さらに、ＡｌにＮ原子を添加した合金膜の場合には、上記８族３ｄ遷移金属元素を添加した合金膜に比べて添加量を大きくとることが可能となるので、仕事関数値をより高くすることができるので好ましい。仕事関数値はＮの添加量を変えることで任意に制御することができる。例えばＮ原子の組成比率を５ａｔ％にすれば、上記８族３ｄ遷移金属元素を添加した合金膜の仕事関数値４．３ｅＶ以上とすることができ、かつ最大の２６ａｔ％まで増やした場合には仕事関数値を６．０ｅＶまで引き上げることが可能となる。添加するＮの量は、適用するデバイスに求められる規格値に準じて設定すればよい。
【００３５】
また、ＡｌにＮ原子を添加する領域としては、Ａｌ合金膜全体よりも、有機ＥＬ層とアノードとの界面部がのぞましい。この場合、Ａｌ合金膜の単層膜ではあるが、主にその表面部にＮ原子が添加されていることになるので、Ａｌ合金膜の良好な導電性と、有機ＥＬ層へのホール注入での高い効率とを得ることができる。また、Ａｌ合金膜の表面部におけるＮ原子の組成比率は、前述した通り、１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下であることがのぞましい。このような構成にするには、例えば、アノードとなるＡｌ合金膜をスパッタリング法により成膜する際に、Ａｌ合金膜表面部の成膜にさしかかったときに、Ａｒ等のスパッタリングガスに窒素ガスを添加すればよく、窒素ガスの流量を徐々に増やしても良い。あるいは、アノードとなるＡｌ合金膜をＡｒガスを用いたスパッタリング法で成膜した後に、Ａｌ合金膜の表面からＮイオンを注入するか、または表面をＮ２プラズマ照射してもよい。さらに、ＡｌにＮとＮｉとを添加したＡｌ合金膜においても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
またここでは、Ａｌ合金膜の膜厚を１００ｎｍとしたが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば良い。図８は、本実施例に適用できる一般的なＡｌ合金膜の波長５５０ｎｍにおける反射率と透過率の膜厚依存性の結果を示したものである。膜厚が１０ｎｍよりも薄い場合、薄膜を透過する光の成分が急激に多くなり、光反射率がＣｒやＭｏの光反射率の６０〜７０％と同等もしくは同等よりも低下することになり、反射率の高いＡｌ合金膜を採用するという利点が損なわれるため好ましくない。また、膜厚が厚くなると、グレインサイズが大きく表面凹凸が荒くなり、有機ＥＬ表示装置のアノードとして用いる場合には陰極電極とのショートモード故障等の要因となる。表面平滑性の指針としては平均表面粗さＲａを１．０ｎｍ以下とするのが好ましく、この点からＡｌ合金膜の膜厚としては２００ｎｍ以下とするのが好ましい。本実施の形態においては、Ａｌ合金の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にすることで、光反射率が高く、かつ平均表面粗さＲａを１．０ｎｍ以下としたＡｌ合金膜からなるアノードを得ることができるので、明るいうえに陰極電極とのショートモード故障が少ない表示装置を得ることができる。
【００３７】
また、Ｎ原子を不純物として含んだＡｌ膜を用いた場合も、前記Ａｌ合金膜の場合と同様の理由から、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。
【００３８】
なおアノード１３は、上記Ａｌ合金膜に更なる添加元素としてＣｕ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｙ、Ｈｆの少なくともいずれか一つを含むＡｌ合金膜としてもよい。これにより、結晶粒成長が抑制されるのでアノード表面の凹凸を少なくすることができる。したがって、アノード１３の表面の凹凸が大きい場合に問題となるカソード１７との電気的短絡やダークスポットのような表示不良の要因を抑制することができ、発光表示品質をさらに高めることができるので好ましい。
【００３９】
以上のように本発明の実施の形態においては、アノード１３を、高い光反射率と高い仕事関数値を兼ね備えるＡｌ合金膜を単層膜で形成するようにしたので、エッチングによるパターン加工が容易であり、またパターンエッヂ部の断面形状も庇のような形状にはならず、概略直線状、または順テーパー形状にすることが可能である。また、本実施の形態においては、Ａｌに添加する元素として８族に属する元素で最外殻電子が３ｄ軌道ではない原子番号の大きい元素、例えばパラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）を使用しないため、エッチング時にエッチング残渣物が発生するようなこともなかった。
【００４０】
次に、各画素ごとに分離された画素表示領域１５上に電界発光層１６を形成するために、ポリイミド等からなる有機樹脂膜を塗布形成し、写真製版工程により、それぞれの画素領域を取り囲むように隣接する画素間に土手状の凸部となるように額縁形状の分離膜１４を形成する。これにより、分離膜１４が無くアノード１３が露出する領域であって画素表示領域１５に相当する領域も同時に形成される。分離膜１４を形成する有機樹脂膜は、有機ＥＬ層の特性や信頼性に悪影響を及ぼす吸着水分の少ないポリイミド系の材料を用いるのが望ましい。本実施例では東レ製の製品名ＤＬ１００を約２μｍの膜厚で塗布し、写真製版工程により分離膜１４を形成した（図９（Ａ））。
【００４１】
次に、蒸着等の方法を用いて電界発光層１６となる有機ＥＬ材料を画素表示領域１５に形成する。本実施例では、電界発光層１６として、ホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃをこの順に積層して形成した。ホール輸送層１６ａとしては公知のトリアリールアミン類、芳香族ヒドラゾン類、芳香族置換ピラゾリン類、スチルベン類等の有機系材料から幅広く選択することができ、例えばＮ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）−１，１‘−ジフェニル−４，４’ジアミン（ＴＰＤ）等を１〜２００ｎｍの膜厚で形成する。有機ＥＬ層１６ｂとしては公知のジシアノメチレンピラン誘導体（赤色発光）、クマリン系（緑色発光）、キナクリドン系（緑色発光）、テトラフェニルブタジエン系（青色発光）、ジスチリルベンゼン系（青色発光）等の材料を１〜２００ｎｍの厚さで形成する。電子輸送層１６ｃとしては公知のオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、クマリン誘導体等から選ばれる材料を０．１〜２００ｎｍの膜厚で形成する（図９（Ｂ））。
【００４２】
上記の実施例では電界発光層１６をホール輸送層１６ａ、有機ＥＬ層１６ｂ、電子輸送層１６ｃを順次積層した構成としたが、さらに電界発光層１６の発光効率を上げるために、ホール輸送層をさらにホール注入層とホール輸送層の二層に、また電子輸送層をさらに電子輸送層と電子注入層の二層にした構成としてもよい。
【００４３】
次に、カソード１７として、透明導電膜からなるＩＴＯ膜をスパッタリング法を用いて１００ｎｍの厚さで形成する（図９（Ｃ））。カソード１７は膜表面が高い平坦性を有することが好ましい。したがって、膜組織に結晶粒界がない非晶質のＩＴＯ膜を形成することが好ましい。非晶質のＩＴＯ膜は、例えばＡｒガスにＨ２Ｏガスを混合させたガス中でのスパッタリングにより形成することができる。また、酸化インジウムと酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合させたＩＺＯ膜、あるいはＩＴＯ膜に酸化亜鉛を混合させたＩＴＺＯ膜を用いることも可能である。
【００４４】
最後に、水分や不純物による表示装置の発光特性の劣化を防止するために、劣化しやすい電界発光層１６を備えた画素全てを覆うようにして、Ａｒのような不活性ガスまたはＮ２ガス等で置換した上で、接着材等で封止層１８を形成する。さらに封止層１８の上には絶縁性基板１と対向するように対向基板１９が形成され、本発明の実施の形態１に係る有機電界発光型表示装置が完成する（図９（Ｄ））。封止層１８は、例えば透明なガラス等を用い、表示装置の外周部分にシール剤を形成し、圧着することにより形成することができる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態においては、画素を駆動するスイッチング素子となるＴＦＴ９の半導体膜４として、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いたが、これに限らず多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）膜を用いてもよい。またＴＦＴの構造もボトムゲートの逆スタッガード型に限らず、トップゲート型の構造でもよい。さらに、表示装置の周辺に表示用信号を駆動するための駆動用ＩＣ回路を同時に形成した構成としてもよい。本発明の実施の形態のようなトップエミッション型の有機電界発光型表示装置の場合は、光がＴＦＴ基板側に放射することがないので、画素表示領域１５のアノード１３の下層部にこれらの駆動用ＩＣ回路パターンを形成することが可能となるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電界発光型表示装置を示す平面図である。
【図２】本発明の電界発光型表示装置を示す断面図である。
【図３】本発明の電界発光型表示装置の製造方法について説明するための断面工程図である。
【図４】Ａｌ−Ｎｉ膜の仕事関数値のＮｉ組成依存性を示す図である。
【図５】Ａｌ−Ｎｉ膜の反射率のＮｉ組成依存性を示す図である。
【図６】ＡｌＮ膜の仕事関数値のＮ組成依存性を示す図である。
【図７】Ａｌ−Ｎ膜の反射率のＮ組成依存性を示す図である。
【図８】Ａｌ膜の反射率および透過率と膜厚の関係を示す図である。
【図９】本発明の電界発光型表示装置の製造方法について説明するための断面工程図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：絶縁性基板、２：ゲート電極、３：ゲート絶縁膜 ４：半導体膜、
５：オーミックコンタクト膜、６：ソース電極、７：ドレイン電極、
８：ＴＦＴのチャネル部、９：ＴＦＴ、１０：層間絶縁膜、１１：平坦化膜、
１２：ドレイン−アノード間コンタクトホール、１３：アノード、１４：分離膜、
１５：画素表示領域、１６：電界発光層、１６ａ：ホール輸送層、１６ｂ：有機ＥＬ層、１６ｃ：電子輸送層、１７：カソード、１８：封止層、１９：対向基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、有機樹脂からなる平坦化膜と、該平坦化膜の上に少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが基板上の表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはアルミニウム（Ａｌ）に少なくとも８族３ｄ遷移金属の１種以上を不純物として添加したＡｌ合金膜の単層膜で構成したことを特徴とするトップエミッション型の有機電界発光型表示装置。
【請求項２】
前記アノードのＡｌ合金膜に添加されている８族３ｄ遷移金属の組成比率が１ａｔ％以上１５ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項３】
基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、有機樹脂からなる平坦化膜と、該平坦化膜の上に少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが基板上の表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはＡｌに少なくとも窒素（Ｎ）原子を不純物として添加したＡｌ合金膜の単層膜で構成したことを特徴とするトップエミッション型の有機電界発光型表示装置。
【請求項４】
前記アノードのＡｌ合金膜に添加されているＮ原子の組成比率が１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項５】
前記アノードのＡｌ合金膜に、さらにＳｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｎｄ、およびＨｆから選ばれる少なくとも１種以上が不純物として添加されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項６】
前記アノードのＡｌ合金膜の膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項１】
基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、有機樹脂からなる平坦化膜と、該平坦化膜の上に少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが基板上の表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはアルミニウム（Ａｌ）に少なくとも８族３ｄ遷移金属の１種以上を不純物として添加したＡｌ合金膜の単層膜で構成したことを特徴とするトップエミッション型の有機電界発光型表示装置。
【請求項２】
前記アノードのＡｌ合金膜に添加されている８族３ｄ遷移金属の組成比率が１ａｔ％以上１５ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項３】
基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、有機樹脂からなる平坦化膜と、該平坦化膜の上に少なくともアノード、電界発光層そしてカソードがこの順に積層された有機ＥＬ素子とが基板上の表示領域の各画素に形成されているとともに、前記アノードはＡｌに少なくとも窒素（Ｎ）原子を不純物として添加したＡｌ合金膜の単層膜で構成したことを特徴とするトップエミッション型の有機電界発光型表示装置。
【請求項４】
前記アノードのＡｌ合金膜に添加されているＮ原子の組成比率が１．５ａｔ％以上２６ａｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項５】
前記アノードのＡｌ合金膜に、さらにＳｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｎｄ、およびＨｆから選ばれる少なくとも１種以上が不純物として添加されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界発光型表示装置。
【請求項６】
前記アノードのＡｌ合金膜の膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界発光型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３３１８６４（Ｐ２００６−３３１８６４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５３９３８（Ｐ２００５−１５３９３８）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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