製作電光器件的方法

2023-09-16 21:55:15

專利名稱：製作電光器件的方法
技術領域：
本發明涉及以EL(電致發光)顯示器件為代表的、通過在襯底表面上製備半導體元件(是利用半導體薄膜製備的元件，通常是薄膜電晶體)而製作的電光器件，和包括作為顯示器的電光器件的電子器件(電子設備)。特別地，本發明涉及製備上述器件的方法。
近年來，在襯底上製作薄膜電晶體(此後稱為「TFT」)的技術已取得長足的進步，其應用和開發已轉向有源矩陣型顯示器件。因為利用多晶矽薄膜的TFT比利用非晶矽薄膜的傳統TFT具有更高的場效應遷移率。因此，可以通過與像素製作在同一襯底上的驅動電路控制各像素，以前這些像素是由襯底外的驅動電路控制的。
這種有源矩陣型顯示器件受到關注的原因是通過在同一襯底上製作各種電路和單元可以獲得各種優點，例如降低生產成本、縮小顯示器件的尺寸、提高產量、降低生產量。
在有源矩陣型顯示器件中，每個像素都具有由TFT製作的開關單元，控制電流的驅動電壓由開關單元控制，這樣EL層(光發射層)發射光線。例如，美國專利5，684，365(見已公開的日本專利申請Hei8-234683)、或已公開的日本專利申請Hei10-189252公開了一種EL顯示器件。
已經提出了多種製作EL層的方法。例如，真空澱積、濺射、旋塗、滾塗、鑄造法、LB法、離子鍍、滴塗法、噴墨(inkjet)法等等。
本發明的目的是降低EL層的製作成本，提供廉價的EL顯示器件。本發明的另一個目的是降低包括作為顯示器的EL顯示器件的電子器件(電子設備)的製作成本。
為了實現前述目的，本發明的特點是利用印刷法製作EL層。凸版印刷和絲網印刷均可以用作印刷法，優選的是凸版印刷。在本發明中，利用

圖1描述了使用凸版印刷的情況。
圖1A-C示出了本發明使用的凸版印刷裝置的局部。在圖1A-C中，參考號110表示阿尼絡(anilox)輥；刮漿杆(也稱為刮漿刀)111；EL材料及其溶劑(此後稱之為EL形成襯底)的混合物由刮漿杆111匯聚在阿尼絡輥110的表面上。注意，此處的EL材料是螢光有機複合物，表示有機複合物，通常是指空穴注入層、空穴輸運層、光發射層、電子輸運層或電子注入層。
如圖1B所示，在阿尼絡輥110的表面上具有網槽(此後稱為柵網)110a，通過沿箭頭A所示的方向轉動，柵網110a將EL形成襯底保持在其表面上。注意圖中所示的虛線表示EL形成襯底處於阿尼絡輥110的表面上。
參考號113是印刷輥，114是凸版，凸版上的凸凹是通過刻蝕形成的。圖1C示出了這種狀態。在圖1C的情況下，為了在一塊襯底上製作多個EL顯示器件，像素部分114a的圖案製作在凸版114上的多個部分上。此外，將像素部分114a的圖案放大可以看到，凸起114b製作在與多個像素相對應的位置上。
上述阿尼絡輥110通過滾動將EL形成襯底112固定在柵網110a上。另一方面，印刷輥113沿箭頭B所示的方向轉動，只有凸版114上的凸起114b才能接觸柵網110a。在此，EL形成襯底112塗敷在凸起114b的表面上。
EL形成襯底112印刷在凸起114b與沿水平方向(箭頭C所示的方向)與印刷輥113同速移動的襯底115相接觸的部分上。這樣，EL形成襯底112就按照矩陣形式印刷到襯底115上。
然後，通過真空熱處理，蒸發掉EL形成襯底112中的溶劑，將EL材料固定。因此，需要其使用氣化溫度低於EL材料的玻璃轉變溫度(Tg)的溶劑。最終製作的EL層的厚度由EL形成襯底的粘性決定。在這種情況下，速度可以通過選擇不同的溶劑進行控制，優選速度是10-50cp(最優的是20-30cp)。
此外，當EL形成襯底112中存在大量可以作為晶核的雜質時，EL材料通過蒸發溶劑而結晶的可能性將很大。晶化降低了光發射效率，因此，是不期望的。期望的是EL形成襯底112中包含儘可能少的雜質。
重要的是使環境儘可能地乾淨，提純溶劑、提純EL材料或混合溶劑和EL材料以便減少雜質，還要注意利用圖1的印刷裝置印刷EL形成襯底的環境。具體地講，期望利用放置在充以不活潑氣體例如氮氣的潔淨室中的印刷裝置完成上述EL形成襯底的印刷工藝。
注意，本發明可以應用於有源矩陣型EL顯示器件和無源矩陣型(單矩陣)EL顯示器件。
在附圖中，圖1A-1C是解釋凸版印刷方法原理的簡圖；圖2是EL顯示器件的像素部分的剖面圖；圖3A和3B是EL顯示器件的像素部分的頂視圖以及電路結構簡圖；圖4A-4E是有源矩陣型EL顯示器件的製備步驟圖；圖5A-5D是有源矩陣型EL顯示器件的製備步驟圖；圖6A-6C是有源矩陣型EL顯示器件的製備步驟圖；圖7是EL模塊的外觀視圖；圖8是EL顯示器件的電路框圖結構；圖9是EL顯示器件的像素部分的放大圖；圖10是EL顯示器件的採樣電路的單元結構圖；圖11A和11b是EL模塊的外觀和剖面圖；圖12A-12C是製備接觸結構的步驟圖；圖13是EL顯示器件的像素部分的結構圖；圖14是EL顯示器件的像素部分的剖面結構圖；圖15是EL顯示器件的像素部分的結構圖；圖16A-16F是電子設備的具體實例圖。下面參考圖2、圖3A和3B描述實現本發明的模式。圖2是本發明EL顯示器件的像素部分剖面圖，圖3A是其頂視圖，圖3B是其電路結構圖。實際上，多個像素排列成矩陣形式，這樣就形成了像素部分(圖像顯示部分)。注意，圖2對應於沿圖3A中的線A-A』獲得的剖面圖。由此，因為圖2和圖3A使用了共用符號，所以可以參考這兩幅圖。另外，儘管圖3的頂視圖示出了兩個像素，但是它們均具有相同的結構。
在圖2中，參考號11表示襯底；12表示作為底塗層的絕緣膜(此後稱為基膜)。襯底11可以由玻璃襯底、玻璃陶瓷襯底、石英襯底、矽襯底、陶瓷襯底、金屬襯底或塑料襯底(包括塑料膜)製作。
儘管基膜12在使用包含可移動離子的襯底或具有導電性的襯底的情況下特別有效，但在石英襯底上就不需要了。包含矽的絕緣膜可以用作基膜12。注意，在整個說明書中，「包含矽的絕緣膜」是指包含預定比例的矽、氧和氮的絕緣膜，例如氧化矽膜、氮化矽膜、或氮氧化矽膜(由SiOxNy表示)。
為了防止TFT或EL單元的退化，通過使基膜12具有熱輻射效應可以有效地將薄膜電晶體(此後稱為TFT)產生的熱量耗散掉。為了是薄膜具有熱輻射效應，可以使用任何眾知的材料。
這裡，在一個像素中製作兩個TFT。參考號201表示用作開關單元的TFT(此後稱為開關TFT)；202表示用作電流控制單元的TFT(此後稱為電流控制TFT)，該單元控制流向EL單元的電流大小。上述兩種TFT均是n-溝道TFT。
因為n-溝道TFT的場效應遷移率高於p-溝道TFT，所以其工作速度高，易於控制大電流的流動。在控制同樣大小的電流流動時，n-溝道TFT的尺寸更小。因此，優選地使用n-溝道TFT作為電流控制TFT，因為這可以增大顯示部分的有效面積。
p-溝道TFT具有以下優點，沒有熱載流子注入的問題，關斷電流很小，曾經報導過將其用作開關TFT的例子，將其用作電流控制TFT的例子。然而，本發明的特徵還在於，通過製作LDD區的位置不同的結構，即使在n-溝道TFT中也能解決熱載流子注入和關斷電流的問題，像素中的所有TFT均由n-溝道TFT製作。
然而，在本發明中不必將開關TFT和電流控制TFT局限於n-溝道TFT，也可以使用p-溝道TFT。
開關TFT201包括源區13、漏區14、LDD區15a-d、具有高濃度雜質區16和溝道形成區17a和b的有源層、柵絕緣膜18、柵電極19a和b、第一中間絕緣膜20、源布線21和漏布線22。
此外，如圖3A所示，柵電極19a和b是雙柵結構，它們通過由另一種材料(該材料的電阻低於柵電極19a和19b)製成的柵布線211電連接在一起。當然，除了雙柵結構之外，還可以採用所謂的多柵結構(該結構包括具有兩個或多個相互串聯的溝道形成區的有源層)，例如三柵結構等。多柵結構對於降低關斷電流值非常有效，在本發明中，像素的開關TFT201就是多柵結構，這樣可以獲得低關斷電流值的開關單元。
有源層由具有晶體結構的半導體膜製作。即，可以使用單晶半導體膜或多晶半導體膜或微晶半導體膜。柵絕緣膜18由具有矽的絕緣膜製作。除此之外，任何導電膜都可以製作柵電極、源布線或漏布線。
此外，在開關TFT201、LDD區15a-15d中具有不相互重疊的柵電極19a和19b，柵絕緣膜18放置在LDD區和柵電極之間。這種結構對於降低關斷電流值非常有效。
順便說一句，為了降低關斷電流，更加期望在溝道形成區和LDD區之間提供偏置區(偏置區由組份與溝道形成區相同的半導體層製作，且沒有施加柵電壓)。在具有兩個或多個柵電極的多柵結構中，在溝道形成區之間的高濃度雜質區可以有效地降低關斷電流值。
如前所述，利用多柵結構TFT製作像素的開關單元201，有可能實現關斷電流值足夠低的開關單元。由此，即使沒有提供在已
公開日本專利申請Hei 10-189252的圖2中示出的電容，電流控制TFT的柵電壓也能保持足夠長的時間(在本次選擇和下次選擇之間的間隔)。
即，可以去除通常會使有效光發射區減小的電容，進而可以加寬有效光發射區。這意味著EL顯示器件的圖像質量會更加明亮。
其次，電流控制TFT202包括源區31、漏區32、具有LDD區33和溝道形成區34的有源層、柵絕緣膜18、柵電極35、第一中間絕緣膜20、源布線36和漏布線37。儘管柵電極35是單柵極結構，多柵結構也是可以採用的。
如圖2所示，開關TFT的漏連接到電流控制TFT的柵。具體地講，電流控制TFT202的柵電極35通過漏布線(可稱為連接布線)22電連接到開關TFT201的漏區14。源布線36連接到電流供應線212。
儘管電流控制TFT202是控制注入到EL單元203的電流量的單元，但是從EL單元損傷的角度看，並不期望提供大電流。即，為了防止過大的電流流向電流控制TFT202，期望將溝道長度(L)設計得很長。期望的是，使電流為0．5至2μA(優選的是1至1．5μA)每像素。
由上述討論可知，如圖9所示，當開關TFT的溝道長度為L1(L1=L1a+L1b)、溝道寬度為W1、電流控制TFT的溝道長度為L2、溝道寬度為W2時，期望W1在0．1至5μm(典型值為0．5至21μm)之間，W2在0．5至10μm(典型值為2至5μm)之間。除此之外，期望L1為0．2至18μm(典型值為2至15μm)之間，L2為1至50μm(典型值為10至30μm)之間。然而，本發明並不局限於上述數值。
通過選擇這些數值的範圍，可以囊括所有的標準，由具有VGA類型像素數目(640×480)的EL顯示器件到具有更高類型(1920×1080或1280×1024)的顯示器件。
除此之外，恰當的是製作在開關TFT201中的LDD區的長度(寬度)為0．5至3．5μm，典型值為2至2．5μm。
除此之外，圖2所示的EL顯示器件的特徵還在於，在電流控制TFT202中，LDD區33位於漏區32和溝道形成區34之間，LDD區33包括分別與柵電極35重疊和不重疊的兩塊區域，柵絕緣膜18位於這兩塊區域之間。
電流控制TFT202提供電流使EL單元204發光，並控制電流量，以便進行灰度級顯示。由此，需要採取措施防止熱載流子注入引起的損傷，這樣即使施加電流也不會引起損傷。當顯示黑色時，儘管電流控制TFT202此時已關斷，如果關斷電流很大，清晰的黑色顯示將是不可能的，將導致對比度下降或類似的現象。由此，還需要降低關斷電流。
關於熱載流子注入引起的損傷，已知的是LDD區與柵電極重疊的的結構非常有效。然而，如果整個LDD區都由柵電極疊蓋，那麼關斷電流將增加。由此，本申請人設想了一種新結構，其中串聯提供一種不與柵電極疊蓋的LDD區，這樣同時解決了防止熱載流子和關斷電流額問題。
此時，與柵電極重疊的LDD區的恰當長度是0．1至3μm(優選的是0．3至1．5μm)。如果過長，寄生電容將增大，如果過短，防止熱載流子的效果太弱。除此之外，不與柵電極重疊的LDD區的恰當長度是1．0至3．5μm(優選的是1．5至2．0μm)。如果過長，將無法提供足夠的電流，如果過短，降低關斷電流的效果太弱。
在上述結構中，寄生電容製作在柵電極與LDD區相互疊蓋的區域。因此，優選的是在源區31和溝道形成區34之間不製作這種區域。在電流控制TFT中，因為載流子的流動方向總是相同的，所以只在漏區的一邊提供LDD區就足夠了。
然而，當電流控制TFT202的驅動電壓(施加在源區和漏區之間的電壓)為10V或更小時，熱載流子注入將成為嚴重的問題，這樣還可以刪除LDD區33。在這種情況下，有源層由源區31、漏區32和溝道形成區34構成。
從增加流動電流量的角度看，增加電流控制TFT202的有源層(特別是溝道形成區)的膜厚(優選的是50至100nm，更優選的是60至80nm)也是有效的。與此相反，在開關TFT201的情況下，從降低關斷電流值的角度看，減小有源層(特別是溝道形成區)的膜厚(優選的是20至50nm，更優選的是25至40nm)也是有效的。
其次，參考號41表示第一鈍化膜，其恰當厚度是10nm至1μm(優選的是200至500nm)。就材料而言，可以使用包含矽(特別優選的是氮氧化矽或氮化矽膜)的絕緣膜。鈍化膜41的功能是保護製作的TFT，防止鹼金屬或潮溼。在最終製作在TFT上面的EL層中，包含鹼金屬，例如鈉。即第一鈍化膜41還用作防止鹼金屬(可移動離子)進入TFT側的的保護膜。
使第一鈍化膜41具有熱輻射功能還可以有效地防止EL層的熱退化。然而，在圖2結構的EL顯示器件中，由於光是從襯底11的側面射出的，第一鈍化膜41必需是透明的。在利用有機材料製作EL層的情況下，由於退化是與氧結合引起的，所以不期望使用易於放出氧的絕緣膜。
作為能夠防止鹼金屬滲透並具有熱輻射功能的透明材料，可以是包含B(硼)、C(碳)和N(氮)中的至少一種元素和Al(鋁)、Si(矽)和P(磷)中的至少一種元素的絕緣膜。例如以氮化鋁(AlxNy)為代表的鋁氮化物、以碳化矽(SixCy)為代表的矽碳化物、以氮化矽(SixNy)為代表的矽氮化物、以氮化硼(BxNy)為代表的硼氮化物、或以磷化硼(BxPy)為代表的硼磷化物。以氧化鋁(AlxOy)為代表的鋁氧化物的透光性最佳，其導熱率為20Wm-1K，所以這種材料可以作為一種優選材料。這些材料不僅具有上述性能，還具有防止潮氣滲透的能力。順便說一句，在上述透光材料中，x和y是任意整數。
注意，還可以將上述化合物與其它元素進行組合。例如，還可以通過向氧化鋁中添加氮來使用由AlNxOy表示的氮氧化鋁。這種材料還具有防止潮氣或鹼金屬滲透的能力以及熱輻射功能。順便說一句，在上述氮氧化鋁中，x和y是任意整數。
除此之外，可以利用在已
公開日本專利申請Sho 62-90260中公開的材料。即，還可以使用包含Si、Al、N、O、或M(M是至少一種稀有元素，優選的是Ce(鈰)、Yb(鐿)、Sm(釤)、Er(鉺)、Y(釔)、La(鑭)、Gd(釓)、Dy(鏑)和Nd(釹)中的至少一種元素)的絕緣膜。這些材料也具有防止潮氣或鹼金屬滲透的能力以及熱輻射功能。
除此之外，還可以利用至少包含金剛石薄膜或非晶碳膜(特別是其特性類似於金剛石、稱為類金剛石碳或類似物的膜)。這些膜具有十分高的導熱率，作為熱輻射層十分有效。然而，由於膜是褐色的，當厚度較大時，其透射率會下降，優選的是使用厚度儘可能小(優選的是5至100nm)的膜。
順便說一句，因為第一鈍化膜41的首要作用是保護TFT，防止鹼金屬或潮氣，因此，膜的這種作用不能消弱。因此，儘管可以單獨使用由具有上述熱輻射功能的材料製成的薄膜，將薄膜與可以防止鹼金屬或潮氣滲透的絕緣膜(通常是氮化矽膜(SixNy)或氮氧化矽膜(SiOxNy))疊蓋在一起。順便說一句，在氮化矽膜或氮氧化矽膜中，x和y是任意整數。
第二中間絕緣膜(可稱為平面化膜)44製作在第一鈍化膜41上，以便覆蓋各個TFT，這樣將平滑由TFT產生的臺階。作為第二中間絕緣膜44，有機樹脂膜是優選的，可以使用聚醯亞胺、聚醯胺、丙烯酸、BCB(苯甲酸環丁烯)或類似材料。當然，只要能夠實現足夠的平面化，也可以使用無機膜。
利用第二中間絕緣膜44平面化TFT產生的臺階是十分重要的。因為後面製作的EL層很薄，所以在存在臺階的情況下光發射效應很弱。因此，優選的是在製作像素電極之前進行平面化，使EL層製作在最大限度平整的表面上。
參考號45表示第二鈍化膜，它對於防止鹼金屬由EL單元的擴散起著十分重要的作用。恰當的膜厚是5nm至1μm(典型值是20至300nm)。能夠防止鹼金屬滲透的絕緣膜用作第二鈍化膜45。就其材料而言，可以使用第一鈍化膜41使用的材料。
第二鈍化膜45還可以用作散發由EL單元產生的熱量的熱輻射層，並防止熱量存儲在EL單元中。在第二中間絕緣膜44是有機樹脂膜的情況下，由於該膜不耐熱，第二鈍化膜可以防止EL單元產生的熱量對第二中間絕緣膜產生不利影響。
如上所述，儘管在製作EL顯示器件時利用有機樹脂膜平滑TFT是十分有效的，但是傳統結構並沒有考慮由EL單元產生的熱量引起的有機樹脂膜退化的問題。在本發明中，通過提供第二鈍化膜45解決了該問題，這是一個特點。
第二鈍化膜45可防止熱損傷，並用作防止EL層中的鹼金屬擴散到TFT側的保護膜，還用作防止潮氣或氧由TFT側滲透到EL層的保護層。
如上所述，利用熱輻射功能強、且能夠防止潮氣和鹼金屬滲透的絕緣膜在TFT側和EL單元側形成的隔離是本發明的最重要特徵之一，可以說這種結構在普通EL顯示器件中是沒有的。
參考號46表示透明導電膜製作的像素電極(EL單元的陽極)。在透過第二鈍化膜45、第二中間絕緣膜44和第一鈍化膜41製作完接觸孔(開口)之後，在製作的開口部分上製作與電流控制TFT202的漏布線37相連的像素電極。
然後，通過印刷製作EL層(嚴格地講，EL層與像素電極相接觸)47．儘管EL層47可以是單層結構或疊層結構，但是在多數情況下是疊層結構。然而，在疊層情況下，優選的是將印刷和汽相生長結合在一起(具體地講蒸發法是優選的)。在印刷法中，因為溶劑和EL材料混合在一起進行印刷，如果下面存在有機材料，將擔心有機材料再次溶解。
因此，優選的是在EL層47中與像素電極直接接觸的層通過印刷製作，此後的各層由汽相生長製作。毫無疑問，如果印刷是利用不會使下層EL材料溶解的溶劑完成的，那麼所有的層都可以用印刷製作。空穴注入層、空穴輸運層、或光發射層可以是與像素電極直接接觸的層，本發明可以用於製作任意層。
在本發明中，因為印刷是製作EL層的方法，優選的是利用聚合物材料作為EL材料。就典型的聚合物材料而言，可以列舉出如下聚合物材料，例如聚對苯亞乙烯(PPV)、聚乙烯基咔唑(PVK)或聚芴。
為了利用印刷法，用聚合物材料製作空穴注入層、空穴輸運層或光發射層，在聚合物前體狀態下進行印刷，並在真空中進行加熱，將其轉化為聚合物材料製成的EL材料。通過蒸發或類似方法將必需的EL材料疊蓋在其上，這樣就製成了疊層型EL層。
具體地講，作為空穴輸運層，優選的是使用聚十四水硫羧苯-亞苯(polytetrahydrothiophenylphenylene)作為聚合物母體，並通過加熱將其轉化成聚亞苯-亞乙烯(polyphenylene vinylene)。恰當的膜厚是30至100nm(優選的是40至80nm)。作為光發射層，優選的是使用氰-聚亞苯-亞乙烯製作紅光發射層，利用聚亞苯-亞乙烯製作綠光發射層，利用聚亞苯-亞乙烯或聚烷基亞苯製作藍光發射層。恰當的膜厚是30至150nm(優選的是40至100nm)。
在像素電極和EL材料之間提供用作緩衝層的銅酞箐染料也是優選的。
然而，上例僅僅是可以用作本發明EL材料的有機EL材料的例子，不必將本發明限制於此。在本發明中，對EL材料和溶劑的混合物進行印刷，蒸發並除去溶劑，這樣就製成了EL層。因此，只要是這種組合使溶劑能夠在不高於EL層的玻璃轉變溫度的溫度下進行蒸發，就可以使用任何EL材料。
典型地，就溶劑而言，可以使用有機溶劑，例如氯丁(choloroform)、二氯甲烷、a-丁基內酯、丁基-2-乙氧基乙醇或NMP(N-methly-2-pyrolidone)或水。為了增加EL形成材料的粘性而使用添加劑也是優選的。
除此之外，當製作EL層47時，優選的是處理環境是潮氣儘可能少的乾燥環境，成型是在不活潑氣體中進行的。因為EL層容易受到潮氣或氧的退化，所以在層成型時，需要最大限度地去除這些因素。例如，乾燥的氮氣環境或乾燥的氬氣環境是優選的。為此，期望印刷裝置安置在填充了不活潑氣體的乾淨腔室中，印刷處理在這種環境中進行。
當利用上述的印刷法製作完EL層47之後，可以製作陰極48和保護電極49。陰極48和保護電極49可以用真空蒸發法製作。如果陰極48和保護電極49在不暴露於空氣的條件下連續地進行製作，將可以進一步抑制EL層的退化。在本說明書中，由像素電極(陽極)、EL層和陰極製作的光發射單元稱為EL單元。
就陰極48而言，可以使用包含具有低功函數的鎂(Mg)、鋰(Li)或鈣(Ca)的材料。優選的是，使用MgAg(材料Mg和Ag的混合比為Mg∶Ag=10∶1)製作的電極。另外，還可以列舉出MgAgAl電極、LiAl電極和LiFAl電極。保護電極49是一種防止陰極48受潮或產生類似作用的電極，使用的是包含鋁(Al)或銀(Ag)的材料。該保護電極49還具有熱輻射功能。
順便說一句，優選的是EL層47和陰極48在不暴露在空氣中的條件下連續地在乾燥不活潑氣體中製作。在利用有機材料製作EL層的情況下，因為這種材料特別易於受潮，可以利用這種方法防止在暴露於空氣中時受潮。此外，更期望的是不僅連續地製作EL層47和陰極48，還期望連續地在其上製作保護電極49。
圖2的結構是利用單色光發射系統的實例，其中製作了與RGB中的任一種顏色相對應的EL單元。儘管圖2隻示出了一個像素，但是具有相同結構的多個像素將以矩陣形式排列在像素部分中。順便說一句，可以利用各種眾知的材料製作與任一種RGB顏色相對應的EL層。
除了上述系統之外，彩色顯示可利用下述系統實現，即將發射白光的EL單元與彩色濾波器組合在一起的系統、將發射藍光或藍-綠光的EL單元和螢光材料(螢光彩色轉換層CCM)組合在一起的系統、將透明電極用作陰極(反電極)並轟擊與RGB對應的EL單元的系統，或類似的系統。當然，還可以在單層中製作發射白光的EL層來實現黑-白顯示。
參考號50表示第三鈍化膜，其恰當膜厚是10nm至1μm(優選的是200至500nm)。儘管提供第三鈍化膜50的主要目的是防止EL層47受潮，它還具有類似於第二鈍化膜45的熱輻射功能。因此，可以將與第一鈍化膜41類似的材料用作形成材料。然而，在利用有機材料製作EL層的情況下，因為層有可能因為與氧的結合而產生退化，所以期望不使用易於放出氧的絕緣膜。
除此之外，如上所述，因為EL層不耐熱，期望在儘可能低的溫度下製作膜(優選的溫度範圍在室溫和120℃之間)。由此，可以說等離子CVD、濺射、真空蒸發、離子鍍或溶液施用法(旋塗法)是優選的膜製作方法。
類似地，儘管只通過提供第二鈍化膜45就可以有效地抑制EL單元的退化，但是優選的是利用製作在EL單元兩側的雙層絕緣膜將EL單元包圍起來，例如第二鈍化膜45和第三鈍化膜50，以便防止潮氣和氧侵入EL層，防止鹼金屬從EL層擴散出來，防止熱量存儲在EL層中。結果，進一步抑制了EL層的退化，可以獲得高可靠性的EL顯示器件。
本發明的EL顯示器件包括由具有圖2所示結構的像素構成的像素部分，根據功能的不同而具有不同結構的TFT配置在像素中。因此，可以在同一像素中製作關斷電流值足夠低的開關TFT和強力防止熱載流子注入的電流控制TFT，從而獲得可靠性高、圖像顯示優異(具有高的操作性能)EL顯示器件。
注意在圖2的像素結構中，儘管將具有多柵結構的TFT用作開關TFT，但是不必將圖2的結構限制為LDD區的配置結構或類似結構。
此外，儘管在此示出了實現本發明的一個實例，其中在襯底表面上製作電氣連接到用作半導體器件的TFT的EL單元，還可以利用作為半導體器件製作在矽襯底表面上的電晶體(稱為MOSFET)實現本發明。
下面將參照附圖詳細地描述通過前述方法實現的本發明。本發明的實施方案通過圖4A-6C進行說明。並在此解釋在像素部分的外圍區同時製作像素部分和驅動電路部分的TFT的方法。注意為了簡化說明，將CMOS電路作為驅動電路的基本電路。
首先，如圖4A所示，基膜301製作在玻璃襯底300上，其厚度為300nm。在實施方案1中，氮氧化矽膜形成基膜301。將與玻璃襯底300接觸的膜中的氮濃度設定在10和25wt％之間是較好的。
除此之外，作為基膜301的一部分，提供其材料與圖2所示的第一鈍化膜41類似的絕緣膜是有效的。電流控制TFT易於產生熱量，因為有大電流流過，因此在儘可能近的位置製作具有熱輻射功能的絕緣膜是有效的。
然後，利用眾知的澱積法，在基膜301上製作厚度為50nm的非晶矽膜(圖中未示出)。注意，不必將該膜限制為非晶矽膜，可以使用其它膜，只要它是具有非晶結構的半導體膜(包括微晶半導體膜)。另外，也可以使用包含非晶結構的複合半導體膜，例如非晶鍺矽膜。此外，膜厚為20至100nm。
然後通過眾知的方法使非晶矽膜結晶，形成晶態矽膜(也稱為多晶矽膜)302。眾知的結晶方法有使用電爐的熱結晶、使用雷射器的雷射退火結晶、使用紅外燈的燈退火結晶。在實施方案1中，結晶是利用使用XeCl氣體的受激準分子雷射器發出的光進行的。
注意，在實施方案1中使用的是製成線性形狀的脈衝型受激準分子雷射，但也可以使用矩形的，也可以使用連續型氬雷射和連續型受激準分子雷射。
在該實施方案中，儘管將晶態矽膜用作TFT的有源層，也可使用非晶矽膜。然而，為了通過儘量縮小電流控制TFT的尺寸來提高像素的孔徑比，利用更易於電流流動的晶態矽膜更加有利。
注意，製作開關TFT的有源層是有效的，其中需要利用非晶矽膜降低關斷電流，利用晶態矽膜製作電流控制TFT的有源層也是有效的。由於非晶矽膜中的載流子遷移率低，電流在其中的流動較困難，關斷電流也不容易流動。換句話說，可以充分利用電流不易在其中流動的非晶矽膜和電流易於在其中流動的晶態矽膜的優點。
然後，如圖4B所示，保護膜303製作在晶態矽膜302上，氧化矽膜的厚度為130nm。該厚度可以在100至200nm之間(優選的是在130至170nm之間)。此外，也可以使用其它膜，只要其是包含矽的絕緣膜。製作保護膜303，使晶態矽膜在添加雜質的過程中不直接暴露給等離子體，這樣就可以進行複雜的雜質濃度控制。
然後在保護膜303上製作光刻膠掩膜304a和b，產生n-型導電的摻雜元素(此後稱為n-型摻雜元素)透過保護膜303添加。注意元素周期表的15族元素通常用作n-型摻雜元素，通常使用的是磷和砷。注意，使用等離子體摻雜法，其中在實施方案1中，磷化氫(PH3)在沒有質量分離(separation of mass)的條件下被激發為等離子體，磷的摻雜濃度為1×1018原子／cm3。當然，也可使用離子植入法，其中進行了質量分離。
調節摻雜劑量，使n-型雜質元素包含在n-型雜質區305和306中，並由該工藝形成濃度2×1016至5×1019原子／cm3(通常為5×1017至5×1018原子／cm3)。
然後，如圖4C所示，除去保護膜303，激活已添加的元素周期表15族中的元素。眾知的激活技術可以用作激活方法，在實施方案1中激活是通過受激準分子雷射的輻照進行的。當然脈衝型準分子雷射器和連續型準分子雷射器都可以使用，不必對準分子雷射器的使用施加任何限制。目的是激活已添加的摻雜元素，優選的是在不會使晶態矽膜熔化的能量下進行輻照。注意，雷射輻照也可以用保護膜303進行。
熱處理激活可以與雷射激活摻雜元素一起進行。當執行熱處理激活時，考慮到襯底的熱阻，在450至550℃之間進行熱處理是較好的。
該工藝還界定了邊緣部分(連接部分)，該部分具有沿著n-型雜質區305和306的區域，即沿著沒有添加n-型雜質元素的外圍的區域，而n-型雜質區305和306中具有這種摻雜元素。這意味著當完成TFT時，可以在LDD區和溝道形成區之間形成極佳的連接。
然後，除去晶態矽膜的不必要部分，如圖4D所示，製作出島形半導體膜(此後稱為有源層)307至310。
然後，如圖4E所示，製作覆蓋有源層307至310的柵絕緣膜311。包含矽、厚度為10至200nm優選的是50至150nm的絕緣膜可以用作柵絕緣膜311。可以使用單層結構或疊層結構。實施方案1使用的是110nm厚的氮氧化矽膜。
然後，製作厚度為200至400nm的導電膜，並進行構圖，形成柵電極312至316。注意在實施方案1中，柵電極和電連接到柵電極的引線(此後稱為柵布線)是由不同材料製作的。具體地講，製作柵布線的材料具有比柵電極低的電阻率。這是因為將能夠進行微加工的材料用作柵電極，即使柵布線不能進行微加工，用於布線的材料也具有低電阻率。當然，柵電極和柵布線也可由同種材料製作。
此外，在需要時，柵布線可以由單層導電膜製作，優選的是使用兩層或三層的疊層膜。所有眾知的導電膜都可以用作柵電極材料。然而，如上所述，優選的是利用能夠進行微加工的材料，具體地講，是能夠構圖為2mm或更窄線條的材料。
通常，可以利用包含元素鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)和矽(Si)中的一種元素的膜、上述元素的氮化物構成的膜(通常為氮化鉭膜、氮化鎢膜或氮化鈦膜)、上述元素組合成的合金膜、或上述元素的矽化物膜(通常是矽化鎢膜、矽化鈦膜)。當然，這些膜可以是單層或疊層的。
在該實施方案中，使用的是厚度為50nm的氮化鎢(WN)膜，和厚度為350nm的鎢(W)膜。這些膜可通過濺射製作。當將惰性氣體Xe、Ne或類似氣體作為濺射氣體加入時，可以防止應力引起的膜剝落。
此時製作柵電極313和316，以便分別部分覆蓋n-型雜質區305和306，將柵絕緣膜311夾在中間。疊蓋部分在後來成為疊蓋柵電極的LDD區。
然後，利用柵電極312至316作為掩膜，按照自對準的方式添加n-型雜質元素(在實施方案1中使用的是磷)，如圖5A所示。調整添加過程，使磷添加到雜質區317至323，使其濃度為n-型雜質區305和306的1／10至1／2(典型值為1／4至1／3)。具體地講，優選的濃度是1×1016至5×1018原子／cm3(典型值為3×1017至3×1018原子／cm3)。
然後，製作光刻膠掩膜324a至324d，其形狀覆蓋柵電極等，如圖5B所示，並添加n-型雜質元素(在實施方案1中是磷)，形成包含高濃度磷的雜質區325至331。在此還利用磷(PH3)進行離子摻雜，並將這些區域中的磷濃度調節為1×1020至1×1021原子／cm3(典型值為2×1020至5×1020原子／cm3)。
n-溝道TFT的源區或漏區由該工藝製作，在開關TFT中，部分保留由圖5A工藝製作的n-型雜質區320至322。這些剩餘區域對應於圖2中的開關TFT的LDD區15a至15d。
然後，如圖5C所示，去除光刻膠掩膜324a至324d，製作新光刻膠掩膜332。然後添加p-型雜質元素(在實施方案1中使用硼)，形成含有高濃度硼的雜質區333和334。通過利用乙硼烷(B2H6)進行的離子摻雜，添加硼，形成濃度為3×1020至3×1021原子／cm3(典型值為5×1020至1×1021原子／cm3)的雜質區333和334。
注意，磷已經添加到雜質區333和334中，其濃度為1×1016至5×1018原子／cm3，但此處添加的硼的濃度至少3倍於磷的濃度。因此，已經形成的n-型雜質區將完全轉變為p-型，起p-型雜質區的作用。
然後，在除去光刻膠掩膜332之後，激活按照不同濃度添加的n-型和p-型雜質元素。作為激活方法，可以執行爐退火、雷射退火或燈退火。在實施方案1中，在電爐中的氮氣氛下，550℃，進行4小時的熱處理。
此時，重要的是儘可能去除氣氛中的氧。這是因為，如果存在氧，那麼柵電極的暴露表面將被氧化，導致電阻率增加，同時使以後製作歐姆接觸更加困難。因此，優選的是在上述激活工藝中的處理環境中氧濃度應當為1ppm或更低，優選的是0．1ppm或更低。
完成激活工藝之後，製作300nm厚的柵布線335。以鋁(Al)或銅(Cu)作為主要成份(包含50至100％的組份)的金屬膜可以用作柵布線335的材料。與圖3的柵布線211一樣，柵布線335的位置使開關TFT的柵電極314和315(對應於圖3的柵電極19a和b)電連接(見圖5D)。
利用這種結構可以使柵布線的布線電阻極小，因此可以製作具有大表面的像素顯示區(像素部分)。即，實施方案1的像素結構極其有效，因為正是由於這種結構，才實現了屏幕尺寸為對角線10英寸或更大(另外，對角線30英寸或更大)的EL顯示器件。
然後，製作第一中間絕緣膜336，如圖6A所示。包含矽的單層絕緣膜用作第一中間絕緣膜336，疊層膜可以夾在其間。此外，膜厚為400nm至1．5um。在實施方案1中使用的是在200nm厚的氮氧化矽膜上製作800nm厚的氧化矽膜的疊層結構。
另外，在包含3至100％氫的環境中，在300至450℃，進行1至12小時的熱處理，進行氫化。該工藝利用被熱激活的氫端接半導體膜中的懸垂鍵。作為另一種氫化方式，也可以執行等離子體氫化(利用等離子體激活的氫)。
注意，氫化步驟也可以在製作第一中間絕緣膜336的過程中進行。即，氫化工藝可以在製作200nm厚的氮氧化矽膜之後進行，然後製作剩餘的800nm厚的氧化矽膜。
然後，在第一中間絕緣膜336中製作接觸孔，形成源布線337至340和漏布線341至343。在該實施方案中，該電極由具有三層結構的疊層膜製作，其中連續地利用濺射法製作厚度為100nm的鈦膜、含有鈦且厚度為300nm的鋁膜和厚度為150nm的鈦膜。當然，可以使用其它導電膜。
然後，製作第一鈍化膜344，厚度為50至500nm(典型值為200至300nm)。在實施方案1中，300nm厚的氮氧化矽膜用作第一鈍化膜344。該膜可以用氮化矽膜替換。當然，可以利用與圖2的第一鈍化膜41相同的材料。
注意，在製作氮氧化矽膜之前，利用含有氫，例如H2或NH3的氣體進行等離子體處理是有效的。該預處理激活的氫施加給第一中間絕緣膜336，通過熱處理可以改善第一鈍化膜344的膜質量。同時，添加到第一中間絕緣膜336的氫擴散到下面，有源層也可以有效地氫化。
然後，如圖6B所示，製作由有機樹脂構成的第二中間絕緣膜347。就有機樹脂而言，可以使用聚醯亞胺、聚醯胺、丙烯酸、BCB(苯並丁烯)或類似有機樹脂。具體地講，因為第二中間絕緣膜347主要用於平面化，因此，具有優異平面化特性的丙烯酸是優選的。在該實施方案中，丙烯酸膜的厚度足以平滑掉TFT形成的臺階部分。優選厚度為1至5μm(更優選的是2至4μm)。
然後，在第二中間絕緣膜347上製作厚度為100nm的第二鈍化膜348。在該實施方案中，因為使用了包含Si、Al、N、O、和La的絕緣膜，可以防止鹼金屬由其上的EL層擴散出來。同時，防止了潮氣侵入EL層，並散發EL層中產生的熱量，這樣就有可能抑制由熱引起的EL層退化和平面化薄膜的退化(第二中間絕緣膜)。
透過第二鈍化膜348、第二中間絕緣膜347和第一鈍化膜344製作到達漏布線343的接觸孔，並製作像素電極349。在該實施方案中，製作了厚度為110nm的氧化銦-錫(ITO)膜，並進行構圖，形成像素電極。像素電極349是EL單元的陽極。順便說一句，就其它材料而言，也可以使用氧化銦-鈦膜或與氧化鋅混合的ITO膜。
順便說一句，該實施方案具有如下結構，像素電極349通過漏布線343電連接到電流控制TFT的漏區331。該結構的優點如下。
因為像素電極349直接接觸EL層(光發射層)或電荷輸運層的有機材料，所以EL層或類似層中的可移動離子有可能擴散到像素電極中。即，在本實施方案的結構中，像素電極349不直接接觸作為有源層一部分的漏區331，而是將漏布線343插入其間，這樣防止了可移動離子侵入有源層。
然後，如圖6C所示，利用圖1解釋的印刷法製作EL層，並在不暴露於空氣的條件下製作陰極(MgAg電極)351和保護電極351。此時，優選的是在製作EL層350和陰極351之前，通過對像素電極349的熱處理來完全去除潮氣。在該實施方案中，儘管將MgAg電極用作EL單元的陰極，但是也可以使用其它眾知的材料。
就EL層350而言，可以使用在實施方案模式部分中說明的材料。在該實施方案中，儘管由空穴輸運層和光發射層組成的雙層結構構成了EL層，但是也可以提供空穴注入層、電子注入層或電子輸運層。類似地，已經報導了進行組合的各種實例，可以使用其中的任何結構。
在該實施方案中，就空穴輸運層而言，利用印刷法作為聚合物前體的聚十四水硫羧苯-亞苯，並通過加熱將其轉變為聚亞苯-亞乙烯。就光發射層而言，通過蒸發製作通過將30-40％的1，3，4-惡二唑衍生物的PBD分子擴散到聚乙烯咔唑中而獲得的材料，並添加作為綠光發射中心的大約1％的香豆素6。
儘管保護電極352可以保護EL層350，防止潮氣或氧，但是優選的是提供第三鈍化膜353。在該實施方案中，作為第三鈍化膜353，提供了厚度為300nm的氮化矽膜。該第三鈍化膜也可以在不暴露於空氣的條件下在保護電極352之後連續地製作。當然，作為第三鈍化膜353。可以使用與圖2中的第三鈍化膜50相同的材料。
除此之外，保護電極352還防止MgAg電極351受到損傷，典型金屬膜的主要成份是鋁。當然，可以使用其它材料。因為EL層350和MgAg電極351十分易於受潮，所以優選的是在不暴露於空氣的條件下連續地製作保護電極352，這樣可防止EL層接觸外部空氣。
順便說一句，EL層350的恰當膜厚是10至400nm(典型值為60至150nm，優選值為100至120nm)，MgAg電極351的厚度為80至200nm(典型值為100至150nm)。
這樣就完成了具有圖6C所示結構的有源矩陣EL顯示器件。在該實施方案的有源矩陣EL顯示器件中，不僅公開了具有優化結構的TFT的像素部分，而且公開了驅動電路部分，這樣可獲得非常高的可靠性，還可以改善操作特性。
首先，具有能夠通過減少熱載流子注入而儘可能地不使工作速度下降的結構的TFT用作構成驅動電路的CMOS電路中的n-溝道TFT205。順便說一句，驅動電路包括移位寄存器、緩衝器、電平轉換器、採樣電路(採樣保持電路)和類似電路。在進行數字驅動的情況下，還包括信號轉換電路，例如D／A轉換器。
在該實施方案情況下，如圖6C所示，n-溝道TFT205的有源層包括源區355、漏區356、LDD區357和溝道形成區358，LDD區357疊蓋在柵電極313上，其間具有柵絕緣膜311。
保證操作速度不下降是只在漏區側製作LDD區的原因。在n-溝道TFT205中，不必過分關注關斷電流值，儘管它對工作速度有些影響。因此，期望LDD區357完全疊蓋柵電極，以便將電阻降到最小。即，優選的是避免所謂的偏置。
在CMOS電路的p-溝道TFT206中，因為幾乎可以忽略熱載流子注入造成的損傷，所以不必專門製作LDD區。當然，類似於n-溝道TFT205，也可以製作LDD區，以防止熱載流子。
順便說一句，與其它電路相比，驅動電路中的採樣電路是非常特別的，大電流沿兩個方向流過溝道形成區。即源區和漏區的極性是相反的。此外，需要將關斷電流值抑制到最低可能值，即期望在開關TFT和電流控制TFT中間安置具有近中間函數(approximatelyintermediate flnction)的TFT。
即，作為構成採樣電路的n-溝道TFT，優選的是配置具有圖10所示結構的TFT。如圖10所示，LDD區901a和b的一部分通過柵絕緣膜902疊蓋柵電極903。這種效果在解釋電流控制TFT202的過程中已經給出了，其不同點是在採樣電路中，LDD區901a和b安置在溝道形成區904的兩側。
當完成圖6C所示的狀態時，在實際當中，優選的是利用外殼部件進行封裝，例如氣密性好、不易去磁的保護膜(疊層膜，紫外線固化樹脂膜等)或陶瓷封裝，以防止暴露於外部空氣。此時，當外殼部件的內部充以不活潑氣體，或在其內部放置乾燥劑(例如氧化硼)時，可以增加EL層的可靠性(壽命)。
在通過處理，例如封裝來提高氣密性之後，連接將從製作在襯底上的單元或電路中延伸出來的端子連接到外部信號端子的連接器(柔性印刷電路FPC)。在本說明書中，處於這種可運輸狀態的EL顯示器件稱為EL模塊。
該實施方案中的有源矩陣EL顯示器件的結構將參照圖7的透視圖進行描述。該實施方案的有源矩陣EL顯示器件由製作在玻璃襯底601上的像素部分602、柵側驅動電路603和源側驅動電路604構成。像素部分的開關TFT605是n-溝道TFT，配置在連接到柵側驅動電路603的柵布線606與連接到源側驅動電路604的源布線607的交叉點上。開關TFT605的漏連接到電流控制TFT608的柵。
此外，電流控制TFT608的源連接到電流供應線609，EL單元610連接到電流控制TFT608的漏。
向驅動電路傳送信號的輸入-輸出布線(連接布線)612和613以及連接到電流供應線609的輸入-輸出布線614作為外部輸入-輸出端子配備在FPC611中。
圖7所示的EL顯示器件的電路結構實例示於圖8。該實施方案的EL顯示器件包括源側驅動電路701、柵側驅動電路(A)707、柵側驅動電路(B)711和像素部分706。注意，在說明書中，術語「驅動電路」是包括源側驅動電路和柵側驅動電路的通用術語。
源側驅動電路701包括移位寄存器702、電平轉換器703、緩衝器704和採樣電路(採樣保持電路)705。柵側驅動電路(A)707包括移位寄存器708、電平轉換器709和緩衝器710。柵側驅動電路(B)711具有相同的結構。
移位寄存器702和708的驅動電壓分別為5至16V(典型值為10V)，在圖6C中由205指示的結構適於用作在製作電路的CMOS電路中的n-溝道TFT。
除此之外，對於每個電平轉換器703和709、緩衝器704和710，均類似於移位寄存器，包括圖6C的n-溝道TFT205的CMOS電路是適用的。注意，在改善每個電路的可靠性方面，將柵布線改為多柵結構，例如雙柵結構或三柵結構是有效的。
此外，因為插入了源區和漏區，所以需要降低關斷電流值，包括圖10的n-溝道TFT208的CMOS電路適用於採樣電路705。
像素部分706按照圖2所示的結構配置像素。
通過根據圖4A至6C所示的製作步驟製作TFT，可以很容易地實現上述結構。在該實施方案中，儘管只示出了像素部分和驅動電路的結構，如果使用本實施方案的製作步驟，還可以在同一襯底上製作除驅動電路之外的其它邏輯電路，例如信號分離電路、D／A轉換電路、運算放大器電路、a-校正電路或類似電路，此外還假定可以製作存儲器部分、微處理器或類似部分。
此外，還將參考圖11A和11B描述該實施方案的、包括外殼部件的EL模塊。順便說一句，根據需要，引用了在圖7和8中使用的參考號。
像素部分1701、源側驅動電路1702和柵側驅動電路1703製作在襯底(包括TFT下面的基膜)1700上。源自各個驅動電路的每條布線都通過輸入布線612至614連接到FPC611，進而連接到外部設備。
此時，外殼部件1704至少包圍像素部分，優選的是包圍驅動電路和像素部分。外殼部件1704的外形具有一個凹陷部分，其內部尺寸(深度)大於像素部分1701的外部尺寸(高度)，或呈片狀，由粘合劑1705固定到襯底1700上，與襯底1700構成一個氣密空間。此時，放置的EL單元被完全密封在氣密空間內，與外部空氣完全隔離。順便說一句，可以提供多個外殼部件1704。
作為外殼部件1704的材料，優選的是絕緣材料，例如玻璃或聚合物。例如，非晶玻璃(矽酸鹽硼化玻璃，石英等)、晶態玻璃、陶瓷玻璃、有機樹脂(丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、聚碳酸樹脂、環氧樹脂等)和矽樹脂。除此之外，還可使用陶瓷。如果粘合劑1705是絕緣材料，還可以使用金屬材料，例如不鏽鋼合金。
作為粘合劑材料1705，還可以使用環氧樹脂粘合劑、丙烯酸樹脂粘合劑等。此外，也可將熱固化樹脂或光固化樹脂用作粘合劑。然而，使用的材料必需能最大限度地防止氧和潮氣的滲透。
此外，優選的是在外殼部件和襯底1700之間的空間1706中填充不活潑氣體(氬，氦，氮等)。除氣體之外，也可使用惰性液體(以全氟烷為代表的氟化碳液體等)。對於惰性液體，可以使用已
公開日本專利申請Hei 9-148066中公開的材料。通常使用氧化鋇。
除此之外，如圖11B所示，在像素部分中還提供多個均包括隔離EL單元的像素，所有的像素都具有一個公用的保護電極1707。在該實施方案中，儘管已經說明了優選的是在不暴露於空氣的條件下連續地製作EL層、陰極(MgAg電極)和保護電極，但是如果EL層和陰極是用同一掩膜部件製作的，只需要用不同的掩膜部件製作保護電極，那麼就可以實現圖11B所示的結構。
此時，EL層和陰極只製作在像素部分，不必在驅動電路上製作。當然，儘管將其製作在驅動電路上也不會出問題，但是當考慮到EL層中含有鹼金屬時，優選的是不在其上製作。
順便說一句，保護電極1707連接到由1708指示的區域中的輸入布線1709。輸入布線1709是為保護電極1707提供預定電壓(在該實施方案中，是地電位，具體地講是0V)的布線，並通過導電粘合材料1710連接到FPC611。
在此，參照圖12描述在區域1708中製作接觸結構的步驟。
首先，根據該實施方案的步驟，獲得圖6A所示的狀態。此時，在襯底的端部分(在圖11B中由1708指示)，除去第一中間絕緣膜336和柵絕緣膜311，在其上製作輸入布線1709。當然，也可與圖6A的源布線和漏布線同時製作(圖12A)。
然後，在圖6B中，當刻蝕完第二鈍化膜348、第二中間絕緣膜347和第一鈍化膜344時，除去由1801指示的區域，形成開口部分1802(圖12B)。
在該狀態下，在像素部分中，執行EL單元的製作步驟(像素電極、EL層和陰極的製作步驟)。此時，在圖12所示的區域中，使用了掩膜部件，因而沒有形成EL單元。在製作完陰極351之後，利用另一個掩膜部件製作保護電極352。這樣，保護電極352和輸入布線1709電連接在一起。此外，提供第三鈍化膜353，形成圖12C所示的狀態。
通過上述步驟，獲得了圖11B中的由1708指示的區域的接觸結構。輸入-輸出布線1709通過外殼部件1704和襯底1700之間的間隙連接到FPC611(然而，間隙中填充了粘合劑1705。即粘合劑1705的厚度需要能夠填平由輸入-輸出布線引起的不平坦)。順便說一句，儘管描述是針對輸入-輸出布線1709進行的，其它輸出布線612至614也可通過外殼部件1704下面的部分、以相同的方式連接到FPC611。在該實施方案中，將參考圖13描述一種像素結構不同於圖3B所示結構的實例。
在該實施方案中，圖3B所示的兩個像素是關於提供地電壓的電流供應線212對稱的。即，如圖13所示，兩個相鄰像素公用電流供應線212，這樣可以減少所需的布線數目。順便說一句，配置在像素中的TFT結構或類似結構保持不變。
如果採樣這種結構，將可以製作更小的像素部分，提高圖像質量。
注意，根據實施方案1的製作步驟可很容易地實現該實施方案的結構，關於TFT結構或類似結構，可以參考實施方案1的描述或圖2。在該實施方案中，將參考圖14描述一種像素部分的結構不同於圖2的情況。注意，根據實施方案1，可以一直執行到製作第二中間絕緣膜44的步驟。因為第二中間絕緣膜44覆蓋的開關TFT201和電流控制TFT202具有與圖1相同的結構，所以在此省略了具體描述。
在該實施方案的情況下，在穿過第二鈍化膜45、第二中間絕緣膜44和第一鈍化膜41製作完接觸孔之後，製作像素電極51，然後，製作陰極52和EL層53。在該實施方案中，在利用真空蒸發製作完陰極52之後，利用凸版印刷或絲網印刷製作EL層53，同時保持乾燥的惰性氣體氛圍。
在該實施方案中，厚度為150nm的鋁合金膜(含有1wt％的鈦的鋁膜)用作像素電極51。就像素電極的材料而言，儘管可以使用任何材料，只要是金屬材料，但是優選的是材料具有高反射率。厚度為120nm的MgAg電極用作陰極52，EL層53的厚度為120nm。
在該實施方案中，通過將溶劑混入EL材料來製備EL形成襯底，這是通過將30-40％的1，3，4-惡二唑衍生物的PBD分子擴散到聚乙烯咔唑中而獲得的，並添加作為光發射中心的大約1％的香豆素6。利用凸版印刷或絲網印刷施加EL形成襯底，並進行烘焙處理，這樣就獲得了厚度為50nm的綠光發射層。利用蒸發在其上製作厚度為70nm的TPD，就獲得了EL層53。
然後，製作厚度為110nm、由透明導電膜(在該實施方案中，是ITO膜)構成的陽極54。這樣，製成EL單元209，當利用實施方案1所示的材料製成第三鈍化膜55時，就完成了具有圖14所示結構的像素。
在採用該實施方案結構的情況下，每個像素產生的綠光向與在其上製作TFT的襯底相對的側面輻射。由此，像素中的幾乎全部區域，即，甚至是製作TFT的區域，都可以用作有效的光發射區。結果，極大地改善了像素的有效光發射區，提高了圖像的亮度和對比度(光與陰影的對比)。
順便說一句，該實施方案的結構可自由地與實施方案1和2中的任何一個組合。儘管在實施方案1至4中的描述是針對頂柵型TFT情況進行的，但是本發明並不局限於TFT結構，也可應用於底柵型TFT(典型的是反偏型TFT)。除此之外，還可以用任何方法製作反偏型TFT。
因為反偏型TFT結構的工藝步驟易於進行，且步驟數小於頂柵型TFT，所以對於降低製作成本是十分有利的，這也是本發明的一個目的。順便說一句，該實施方案的結構可以自由地與實施方案2和3的任一結構組合。在實施方案1的圖6C或圖2中的結構中，利用類似於第二鈍化膜45、具有強熱輻射功能的材料製作位於有源層和襯底之間的基膜是有效的。具體地講，電流將長時間地在電流控制TFT中流動，因此，很容易發熱，由自發熱量引起的退化將成為問題。利用實施方案5的基膜可以防止TFT的熱損傷，對於這種情況，該基膜具有熱輻射功能。
防止可移動離子由襯底擴散出來的功能也十分重要，當然，因此優選的是利用包含Si、Al、N、O和M的複合物構成的疊層結構和類似於第一鈍化膜41、包含矽的絕緣膜。
注意，可以自由地組合實施方案5的結構和實施方案1至4中的任何一個的結構。當使用實施方案3所示的像素結構時，EL層射出的光沿著與襯底相對的方向輻射，因此不必理會材料的透光性，例如位於襯底和像素電極之間的絕緣膜的透光性。換句話說，也可使用透光率較低的材料。
因此，利用碳膜，例如被稱為金剛石薄膜或非晶碳膜的碳膜，製作基膜12、第一鈍化膜41或第二鈍化膜45是有利的。換句話說，因為不必擔心透光率降低，所以膜厚可以厚達100至500nm，這可以具有非常強的熱輻射功能。
關於在第三鈍化膜50中使用上述碳膜，注意必需避免透光率的下降，因此優選的是將膜厚設定在5至100nm。
注意，在實施方案6中，當用碳膜製作基膜12、第一鈍化膜41、第二鈍化膜45和第三鈍化膜50中的任何一個時，與其它絕緣膜重疊在一起是有利的。
另外，當使用實施方案3所示的像素結構時，實施方案6是特別有利的，但是還可以自由地組合實施方案6的結構和實施方案1、2、4和5中的任何一個的結構。利用多柵結構製作開關TFT可以降低EL顯示器件像素中的開關TFT中的關斷電流值，本發明的特徵在於不必使用存儲電容。這是一種充分利用為存儲電容保留的表面積，並將其用作發射區的器件。
然而，即使不能完全消除存儲電容，仍可通過減小獨佔的表面積來增加有效發射表面積。換句話說，本發明的目的可以通過利用多柵結構製作開關TFT降低關斷電流值，通過減小存儲電容的獨佔表面積來有效地實現。
在圖15所示的情況下，可接受的是相對於開關TFT201的漏、與電流控制TFT202的柵平行地製作儲能電容1401。
注意，實施方案7的結構可以自由地與實施方案1至6中的任何一個的結構組合。即，存儲電容僅僅製作在像素內部，並沒有對TFT結構、EL層的材料等產生限制。在實施方案1中，雷射結晶方法用來製作晶態矽膜302，實施方案8將解釋利用不同結晶方法的情況。
在實施方案8中製作完非晶矽膜之後，利用已
公開日本專利申請Hei 7-130652中講述的技術進行結晶。上述專利申請中講述的技術是利用元素，例如鎳，作為促進結晶的催化劑以獲得結晶良好的晶態矽膜的一種方法。
在完成結晶工藝之後，除去在結晶過程中使用的催化劑。在這種情況下，可以利用已
公開日本專利申請Hei 10-270363或已
公開日本專利申請Hei 8-330602中講述的技術收集催化劑。
另外，TFT可以利用本發明申請人的日本專利申請Hei 11-076967的說明書中講述的技術製作。
實施方案1所示的製作工藝是本發明的一種實施方案，只要能夠實現實施方案1中的圖2或圖6C的結構，就可以使用其它製作工藝，而不會有任何問題。
注意，可以自由地組合實施方案8的結構和實施方案1至7中的任何一個的結構。在驅動本發明的EL顯示器件時，可利用模擬信號作為圖像信號進行模擬驅動，利用數位訊號進行數字驅動。
當進行模擬驅動時，將模擬信號發送到開關TFT的源布線，包含灰度級信息的模擬信號成為電流控制TFT的柵電壓。然後，電流控制TFT控制EL單元中的電流，控制EL單元的光發射強度，進行灰度級顯示。注意，在進行模擬驅動的情況下，電流控制TFT可以工作在飽和區。
另一方面，當進行數字驅動時，它不同於模擬型灰度級顯示，灰度級顯示是利用時間比灰度級方法進行的。即，通過調節光發射時間的長短，在視覺上可以感受到彩色灰度級的變化。在進行數字驅動的情況下，優選的是在線性區操作電流控制TFT。
與液晶單元相比，EL單元具有極快的響應速度，因此，可以進行高速驅動。因此，EL單元適用於時間比灰度級方法，其中每一幀先分割成多個子幀，然後進行灰度級顯示。
本發明是與單元結構有關的技術，因此可以使用任何驅動方法。在實施方案1中，優選的是利用有機EL材料製作EL層，但是本發明還可用無機EL材料實現。然而，現在的無機EL材料具有極高的驅動電壓，因此，在進行模擬驅動時，必需使用具有能夠經受驅動電壓的電壓阻抗特性的TFT。
另外，如果開發出驅動電壓比傳統無機EL材料低的無機EL材料，那麼可以將其用於本發明。
此外，可以自由地組合實施方案10的結構和實施方案1至9中的任何一個的結構。利用本發明製作的有源矩陣EL顯示器件(EL模塊)，與液晶顯示器件相比，在強光位置具有優異的可見度，因為它是一種自發射型器件。因此，它作為直視型EL顯示(顯示包含了EL模塊)具有廣泛的應用領域。
注意，EL顯示較液晶顯示器的一個優點是大視角。因此，為了用大屏幕欣賞TV廣播，本發明的EL顯示可以用作對角線等於30英寸或更大(典型值是40英寸或更大)的顯示(顯示監視器)。
此外，它不僅可以用作EL顯示(例如個人計算機監視器、TV廣播接收監視器或廣告顯示監視器)，而且可以用作各種電子設備的顯示。
下面給出這種電子設備的實例攝像機；數字相機；目式顯示(頭戴式顯示)；汽車導航系統；個人計算機；可攜式信息終端(例如移動計算機，行動電話或電子書)；利用記錄媒質的圖像回放設備(具體地講，是能夠回放記錄媒質、並具有可顯示這些圖像的顯示的設備，例如音樂唱盤(CD)、雷射視盤(LD)或數字視盤(DVD))。這些電子設備的實例示於圖16A至F。
圖16A是個人計算機，包括主機2001、外套2002、顯示部分2003和鍵盤2004。本發明可用作顯示部分2003。
圖16B是錄像機，包括主機2101、顯示部分2102、音頻輸入部分2103、操作開關2104、電池2105和圖像接收部分2106。本發明可用作顯示部分2102。
圖16C是頭戴型EL顯示的一部分(右側)，包括主機2201、信號線2202、固定帶2203、顯示監視器2204、光學系統2205和顯示設備2206。本發明可用於顯示設備2206。
圖16D是具有記錄媒質的圖像回放設備(具體地講，是DVD回放設備)，包括主機2301、記錄媒質(例如CD、LD或DVD)2302、操作開關2303、顯示部分(a)2304和顯示部分(b)2305。顯示部分(a)主要用於顯示圖像信息，顯示部分(b)主要用於顯示字符信息，本發明可用於顯示部分(a)和顯示部分(b)。注意本發明可以用作在設備中具有記錄媒質的圖像回放設備，例如CD回放設備和遊戲裝置。
圖16E是移動計算機，包括主機2401、攝像機部分2402、圖像接收部分2403、操作開關2404和顯示部分2405。本發明可用於顯示部分2405。
圖16F是EL顯示，包括外殼2501、支撐架2502和顯示部分2503。本發明可用於顯示部分2503。因為EL顯示具有大視角，所以在屏幕很大時特別有利，適用於對角線大於或等於10英寸(特別是大於或等於30英寸的顯示)的顯示。
此外，如果EL材料的發射螢光能夠在將來得到增強，那麼就可以將本發明用於利用透鏡對包含輸出圖像信息的光進行放大和投射的前視型或背投型投影儀。
因此，本發明的的應用範圍極為廣泛，可以將本發明應用於各領域的電子設備。此外，可以利用實施方案1至10的任何組合製作實施方案11的電子設備。
利用本發明，可以以極低的成本製作EL層。因此，可以降低EL顯示設備的製作成本。
除此之外，通過提供能夠防止EL層和TFT之間的鹼金屬滲透的絕緣膜，可防止鹼金屬擴散出EL層，避免對TFT特性產生不利影響。結果，大大提高了EL顯示設備的工作特性和可靠性。
除此之外，利用能夠以低成本製作的EL顯示設備作為顯示，可降低電子設備的製作成本。除此之外，利用操作特性和可靠性得到改善的EL顯示設備，可製作具有優異圖像質量和持續時間(高可靠性)的實用產品。
權利要求
1．製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是用印刷法製作的。
2．製作電光器件的方法，包括以下步驟在襯底上製作多個半導體單元；製作多個分別連接到多個半導體單元中的每一個的像素電極；和在多個像素電極上印製EL形成襯底。
3．製作電光器件的方法，包括以下步驟在襯底上製作多個半導體單元；製作多個分別連接到多個半導體單元中的每一個的像素電極；和在多個像素電極上印製EL形成襯底，並對EL形成襯底進行熱處理。
4．製作電光器件的方法，包括以下步驟在襯底上製作多個半導體單元；製作多個分別連接到多個半導體單元中的每一個的像素電極；和在多個像素電極上製作第一EL材料；和利用汽相澱積法在第一EL材料上製作第二EL材料，其中，第一EL材料是通過印製EL形成襯底製作的。
5．製作電光器件的方法，包括以下步驟在襯底上製作多個半導體單元；製作多個分別連接到多個半導體單元中的每一個的像素電極；在多個像素電極上製作第一EL材料；和利用汽相澱積法在第一EL材料上製作第二EL材料，其中，第一EL材料是通過印製EL形成襯底，然後對形成襯底進行熱處理製作的。
6．根據權利要求1-5中任何一個製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是EL材料和溶劑的混合物。
7．根據權利要求6製作電光器件的方法，其中EL材料是有機化合物。
8．根據權利要求1-5中任何一個製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是在充滿不活潑氣體的清潔室內印製的。
9．根據權利要求1-6中任何一個製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是利用凸版印刷的印刷法印製的。
10．根據權利要求1-6中任何一個製作電光器件的方法，其中電光器件可整合在從包括攝像機、數字相機、目式顯示、汽車導航系統、可攜式信息終端和圖像回放設備的組中選擇的電子設備中。
11．製作電光器件的方法，其中EL形成襯底由凸版印刷法印製。
12．製作電光器件的方法，包括以下步驟在襯底上製作多個半導體單元；製作多個分別連接到多個半導體單元中的每一個的像素電極；和利用凸版印刷法在多個像素電極上印製EL形成襯底。
13．根據權利要求11和12中的任何一個的製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是EL材料和溶劑的混合物。
14．根據權利要求13製作電光器件的方法，其中EL材料是有機化合物。
15．根據權利要求11和12中的任何一個的製作電光器件的方法，其中EL形成襯底是在充滿不活潑氣體的清潔室內印製的。
16．根據權利要求11和12中的任何一個的製作電光器件的方法，其中電光器件可整合在從包括攝像機、數字相機、目式顯示、汽車導航系統、可攜式信息終端和圖像回放設備在內的組中選擇的電子設備中。
全文摘要
本發明的目的是降低EL顯示器件和包含EL顯示器件的電子設備的製作成本。EL材料是通過在有源矩陣型EL顯示器件中進行印刷而製作的。可用的印刷法包括凸版印刷或絲網印刷。因此,簡化了EL層的製作步驟,降低了製作成本。
文檔編號H01L51/40GK1279515SQ00118478
公開日2001年1月10日 申請日期2000年6月28日 優先權日1999年6月28日
發明者山崎舜平, 水上真由美, 小沼利光 申請人:株式會社半導體能源研究所