JP2004334215A - Ｏｌｅｄデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造プロセスに起因するアノード／カソード間の短絡欠陥が起こりにくいアクティブマトリックス式有機ＥＬデバイスを提供すること。
【解決手段】 各画素が、画素の一部に各々対応する横方向に間隔を置いて並べられた複数の第１電極及び第１電極から垂直方向に間隔を置いて配置された共通の第２電極；第１電極と第２電極の間に配置された発光層；発光層と第１または第２電極の間に配置された正孔輸送層；並びに複数の独立したトランジスタを含む各画素用のトランジスタ駆動回路を含んで成り、各トランジスタは、複数の第１電極の１つが個別に組み合わされており、かつ、駆動時には、対応する第１電極と第２電極の間に、ある特定の第１電極と該第２電極の間の部分に短絡が生じた場合にはその残余部分が該発光層において発光し続けるように電流を流させ、よって短絡の影響を小さくすることを特徴とするＯＬＥＤデバイス。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画素内の短絡による影響を小さくする有機電場発光（ＥＬ）デバイスに関する。
有機ＥＬディスプレイは、典型的には、高性能デバイスを得るためアクティブマトリックス回路によって駆動される。アクティブマトリックス配置では、２以上のトランジスタ、１以上のキャパシタ及びシグナルラインのような複数の回路要素によって各画素を駆動させる。多色デバイスの場合、画素を副画素に分割し、それぞれに回路要素一式が付けられる。ＲＧＢ（赤、緑、青）デバイスの場合、各画素は、赤光、緑光及び青光を放出する３つの副画素からなる。このようなアクティブマトリックス式有機ＥＬデバイスの例が、米国特許第５５５００６６号、米国特許第６２８１６３４号、米国特許第６４５６０１３号及び欧州特許出願公開第１１０２３１７号の各明細書に記載されている。
有機ＥＬディスプレイの製造時には、シャドーマスキングのような各種処理工程において有機ＥＬ材料が粒子汚染又はスクラッチを受けるといった問題により、ディスプレイに欠陥が生じる場合がある。粒子汚染やスクラッチが原因で起こる欠陥のタイプとして、有機材料薄膜内の短絡によりアノードとカソードとが接続されるものがある。アノードとカソードの間に短絡が生じると、画素は発光しなくなる。
粒子汚染やスクラッチのような欠陥の多くは、典型的には一定の面積密度で起こり、製造プロセスや設備の性能に左右されるものである。しかしながら、非発光画素に関する総歩留りは、欠陥の面積密度と個々のディスプレイの面積とに依存する。欠陥密度を一定とした場合、テレビやコンピュータのモニター又はラップトップに有用であるもののように大きなディスプレイは、比較的小さな基板よりも歩留りが低下することになる。
米国特許第５５５００６６号明細書 米国特許第６２８１６３４号明細書 米国特許第６４５６０１３号明細書 欧州特許出願公開第１１０２３１７号明細書
したがって、本発明の目的は、製造プロセスに起因するアノード／カソード間の短絡欠陥が起こりにくいアクティブマトリックス式有機ＥＬデバイスを製造することにある。
上記目的は、複数の画素を有するＯＬＥＤデバイスであって、各画素が、
ａ）該画素の一部に各々対応する横方向に間隔を置いて並べられた複数の第１電極および該複数の第１電極から垂直方向に間隔を置いて配置された共通の第２電極；
ｂ）該第１電極と該第２電極の間に配置された、電流に応じて光を放出するためのドーパントおよびホストを含む少なくとも１層の発光層；
ｃ）該発光層と該第１または第２電極の間に配置された正孔輸送層；ならびに
ｄ）複数の独立したトランジスタを含む各画素用のトランジスタ駆動回路
を含んで成り、各トランジスタは、該複数の第１電極の１つが個別に組み合わされており、かつ、駆動時には、当該対応する第１電極と該第２電極の間に、ある特定の第１電極と該第２電極の間の部分に短絡が生じた場合にはその残余部分が該発光層において発光し続けるように電流を流させ、よって該短絡の影響を小さくする
ことを特徴とするＯＬＥＤデバイスによって達成される。
発光しない画素は皆無であることが望まれるが、ディスプレイ用途の品質要件によっては、発光しない面積がある程度は許容し得ることが覚悟されている。さらに、全体的に発光しない画素よりは、部分的に発光する画素（すなわち、一部が暗いまたは相対的に薄暗い画素）の方が許容できる。
本発明によるＯＬＥＤデバイスは、製造の歩留りが高くなり、したがってコストが低下する。本デバイスは、下部電極を分割して画素１個当たり２以上の発光要素を創出し、これらを、独立した駆動トランジスタと共に、互いに並列に接続させたことにより、短絡の影響を小さくしたものである。
用語「OLEDデバイス」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、有機発光ダイオードを画素として含む表示装置をさし、また有機発光デバイスとも称される。カラーOLEDデバイスは、少なくとも１色の光を発する。用語「多色」は、異なる領域で異なる色相の光を発することができるディスプレイパネルをさし、具体的には、異なる色の画像を表示することができるディスプレイパネルをさす。これらの領域は必ずしも隣接しなくてもよい。用語「フルカラー」は、可視スペクトルの赤、緑及び青の各色域で発光し、任意の組合せの色相で画像を表示することができる多色ディスプレイパネルをさす。赤色、緑色及び青色は三原色を構成し、これらの三原色を適宜混合することにより他のすべての色を発生させることができる。用語「色相」は、可視スペクトル内の発光強度プロファイルをさし、異なる色相は視覚的に識別できる色差を示す。用語「画素」は、当該技術分野で認識されている意味で使用され、ディスプレイパネルの一領域であって、他の領域とは独立に発光するように刺激され得る領域をさす。本発明の目的については、画素と多色副画素の間に区別はない。例えば、ＲＧＢデバイスの場合、赤要素を画素とし、青要素を別の画素とし、そして緑要素を第三の画素とする。
図１に、従来技術によるＯＬＥＤディスプレイを駆動させるために使用されるＯＬＥＤデバイス１２アクティブマトリックス回路の回路パターン図を示す。この回路はセレクトライン１１３を含み、これを使用して画素２０のロウを選択する。一つのロウは、そのロウのセレクトライン１１３に電圧を印加することにより任意の時間にアドレスされる。すべてのロウがフレーム毎に一度に走査される。データライン１１２は、セレクトライン１１３に直交するように走り、ロウ内の各画素２０の輝度を決定するために使用される。セレクトトランジスタ１２０のゲートがセレクトライン１１３に接続され、第２端子がデータライン１１２に接続される。セレクトトランジスタ１２０の第３端子は、パワートランジスタ１４０のゲートに接続され、かつ、ストレージキャパシタ１３０の一方の側に接続される。ストレージキャパシタ１３０は、セレクトライン１１３が選択されていない間のデータライン電圧を、ロウが次のフレームで再度選択されるまで、保持する。ストレージキャパシタ１３０の第２の側はキャパシタライン１１４に接続され、すべてのキャパシタ同士が接続される。パワートランジスタ１４０の他の端子は、一方の側でパワーライン１１１に接続され、かつ、他方の側で有機ＥＬ要素３１０の第１電極１９１に接続される。有機ＥＬ要素の第２電極３２０は、すべての画素に対して共通である。有機ＥＬ層３１０は、図１においてはダイオード記号で表示される。
ＯＬＥＤデバイス１２は、モノクロ式デバイスとして図示されているが、複数のデバイスが異なる色を発生させる多色又はフルカラー式ＯＬＥＤディスプレイをも代表する。例えば、画素２０、２１及び２２は、ＯＬＥＤディスプレイ１２の表面を横断する反復パターンをなす赤色発光画素、緑色発光画素及び青色発光画素をそれぞれ代表することができる。
図２に、本発明の第１態様によるＯＬＥＤディスプレイを駆動させるために使用されるＯＬＥＤデバイス１４アクティブマトリックス回路の回路パターン図を示す。本発明では、パワーライン１１１、データライン１１２、セレクトライン１１３及びキャパシタライン１１４は、すべて従来技術と同一の機能を示し、これを発揮する。さらに、セレクトライン１１３およびデータライン１１２に接続されたセレクトトランジスタ１２０ならびにストレージキャパシタ１３０も、従来技術と同一の機能を示し、これを発揮する。しかしながら、本発明の場合、従来技術の単一のパワートランジスタ１４０を、独立した２以上のパワートランジスタ（本態様の場合、第１、第２および第３パワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃとして図示）であって同時駆動させるべく単一の共通ゲート接続により並列接続されたものに置き換える。共通のゲート接続は、ストレージキャパシタ１３０と、セレクトトランジスタ１２０の１端子とにも接続され、画素２０の各部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに流れる駆動電流量を示す。パワートランジスタの各々は画素２０の独立部分（画素部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃとして図示）にも接続される。画素２０の複数の部分の各々が、それぞれ画素２０の部分（２０ａ、２０ｂまたは２０ｃ）に対応する横方向に間隔を置いて並べられた独立した第１電極１９１ａ、１９１ｂまたは１９１ｃであって、対応するパワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂまたは１４０ｃが組み合わされているものを有する。第１電極の上に有機ＥＬ層が形成され、第１電極毎に個別の発光要素が創出される。発光要素は、本態様では、第１電極１９１ａに接続された有機発光ダイオード３１０ａ、第１電極１９１ｂに接続された有機発光ダイオード３１０ｂおよび第１電極１９１ｃに接続された有機発光ダイオード３１０ｃとして図示される。したがって、パワーライン１１１から、複数の第１電極１９１ａ、１９１ｂおよび１９１ｃから垂直方向に間隔を置いて配置された共通の第２電極３２０に至る、独立した複数の電流通路が形成される。この回路配置により、第１電極１９１ａ、１９１ｂおよび１９１ｃと第２電極３２０との間には、画素２０の領域内の製造欠陥に起因して画素部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃのいずれか１つにおいて第１電極と第２電極の間の短絡が生じたとしても画素２０の当該部分のみが発光しなくなるように、電流が同時に通過する。しかしながら、画素２０の欠陥領域にはない残余部分は発光し続けるため、画素２０は、完全に発光しなくなる代わりに部分発光性となり、よって当該短絡の影響が小さくなる。
ＯＬＥＤデバイス１４は、モノクロ式デバイスとして図示されているが、複数のデバイスが異なる色を発生させる多色又はフルカラー式ＯＬＥＤディスプレイをも代表する。例えば、画素２０、２１及び２２は、ＯＬＥＤディスプレイ１４の表面を横断する反復パターンをなす赤色発光画素、緑色発光画素及び青色発光画素をそれぞれ代表することができる。
図３に、本発明の上記第１態様についてのＯＬＥＤデバイス画素２０の配置パターン図を示す。駆動回路部品は、従来型の集積回路技術を利用して製作される。各画素２０に対し、当該技術分野で周知の技法を使用して第１半導体領域１２１からセレクトトランジスタ１２０を形成させる。同様に、第２半導体領域１４１ａ、１４１ｂおよび１４１ｃにおいて複数のパワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃを形成させることができる。典型的には、同一の半導体層において、第１半導体領域と第２半導体領域とを形成させる。この半導体層は、典型的にはシリコンであり、アモルファス、多結晶性又は結晶性であることができる。この第１半導体領域１２１は、ストレージキャパシタ１３０の一方の側をも形成する。第１半導体領域と第２半導体領域の上に、セレクトトランジスタ１２０のゲート絶縁体、パワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃのゲート絶縁体ならびにストレージキャパシタ１３０の絶縁層を形成する絶縁層（図示なし）が存在する。セレクトトランジスタ１２０のゲートは、第１導体層において形成されたセレクトライン１１３の一部から形成される。パワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃは、同様に第１導体層において形成されることが好ましい共通のゲート接続１５３を有し、かつ、対応するバイア１４６ａ、１４６ｂおよび１４６ｃを介してすべてパワーライン１１１に接続される。パワートランジスタ１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃは、対応する１４５ａ、１４５ｂおよび１４５ｃを介して有機ＥＬ要素の第１電極１９１ａ、１９１ｂおよび１９１ｃにも接続される。ストレージキャパシタ１３０の他方の電極は、同様に第１導体層から形成されることが好ましいキャパシタライン１１４の一部として形成される。パワーライン１１１およびデータライン１１２は第２導体層において形成されることが好ましい。信号ライン（例、セレクトライン１１３）の１本又は２本以上は、別の信号ライン（例、データライン１１２）の少なくとも１本又は２本以上と交差する場合が多い。このため、これらのラインを、少なくとも１つの中間絶縁層（図示なし）と共に複数の導電層から加工製作する必要がある。画素２０は、各画素の第１電極１９１ａ、１９１ｂおよび１９１ｃをパターン化し、１又は２層以上の有機ＥＬ媒体（図示なし）および第２電極（図示なし）を付着させることにより形成される。
層間の接続は、絶縁層にホール（又はバイア）、例えば上述したバイア１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４６ａ、１４６ｂおよび１４６ｃをエッチングすることにより形成される。他のバイアとして、パワートランジスタゲート導体１５３をストレージキャパシタ１３０の第１半導体領域１２１と接続させるバイア１５２、およびデータライン１１２をセレクトトランジスタ１２０の第１半導体領域１２１と接続させるバイア１２２が含まれる。
図４に、図３に示した線Ｘ−Ｘ’に沿って切断されたデバイスの画素２０の横断面図を示す。本発明のＯＬＥＤデバイス及びその中の副画素は、典型的には、図示されているように支持基板２００の上に配置される。基板は、意図される発光方向に依存して、透光性又は不透明のいずれかであることができる。ＥＬ発光を基板を通して観察する場合には透光性が望まれる。このような場合、透明なガラス又はプラスチックが通常用いられる。ＥＬ発光を上部電極を通して観察する用途の場合には、底部支持体の透過性は問題とならないため、透光性、吸光性又は光反射性のいずれであってもよい。この場合の用途向け基板には、ガラス、プラスチック、半導体材料、シリコン、セラミックス及び回路基板材料が含まれるが、これらに限定はされない。
図４は、画素（例、２０）の各部分（例、２０ｂ）に含まれる各種層並びに垂直方向に間隔を置いて配置された第１電極１９１ｂ及び第２電極３２０の縦配置を示している。トランジスタ駆動回路１００は、本明細書で説明するように、基板２００の上で、かつ、有機ＥＬ層３１０の下に配置される。基板２００の上に半導体層を形成させ、ドープ処理し、そしてパターン化して半導体領域１４１ｂを含む領域にする。この半導体層の上にゲート絶縁層２１２を形成させる。ゲート絶縁層２１２の上に、第１導体層からゲート導体１５３を形成させる。次いで、周知の方法によって、半導体領域１４１ｂをドープ処理し、ゲート導体１５３の両側にソース領域及びドレイン領域を形成させる。ゲート導体１５３の上に第１中間絶縁体層２１３を形成させる。第１中間絶縁体層２１３の上に、第２導体層を付着させてパターン化することにより、パワーライン１１１及びデータライン１１２を形成させる。パワーライン及びデータラインの上に第２中間絶縁体層２１４を形成させる。第２中間絶縁体層２１４の上に画素２０ｂの第１電極１９１ｂを形成させる。第１電極（例、１９１ｂ）をパターン化して画素毎に複数の有機ＥＬ要素を形成させる。すなわち、第１電極を、当該画素の他の部分（例、２０ａ、２０ｃ）の他の第１電極から隔離され、かつ、隣接する画素（例、２１）の第１電極からも隔離されるように、パターン化する。第１電極１９１ｂのエッジの周囲に、第１電極１９１ｂと第２電極３２０の間の短絡を減少させるため、電極絶縁膜２２０を形成させる。このような電極絶縁膜を第１電極１９１ｂの上に使用することについては、米国特許第６２４６１７９号明細書に記載されている。電極絶縁膜２２０を使用すると有益な効果を得ることができるが、本発明の実施を成功させる上で必須なものではない。
基板に最も近い電極が、便宜上、底部電極又は第１電極１９１ｂと称される。第１電極１９１ｂは、これを通してＥＬ発光を観察する場合には、当該発光に対して透明又は実質的に透明であることが必要である。本発明に用いられる一般的な透明第１電極材料はインジウム錫酸化物（ITO）、インジウム亜鉛酸化物（IZO）及び酸化錫であるが、例示としてアルミニウム又はインジウムをドープした酸化亜鉛、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物をはじめとする他の金属酸化物でも使用することができる。これらの酸化物の他、第１電極１９１ｂとしては、窒化ガリウムのような金属窒化物、セレン化亜鉛のような金属セレン化物、及び硫化亜鉛のような金属硫化物を使用することができる。第２電極３２０を通してのみＥＬ発光を観察する用途の場合には、第１電極１９１ｂは反射性であり、このような用途向けの導体の例として、金、銀、イリジウム、モリブデン、パラジウム及び白金が挙げられるが、これらに限定はされない。第１電極１９１ｂは、アノードとしてバイアスされることが典型的であるが、本発明はそのような構成に限定されるものではない。典型的なアノード材料は、透過性であってもそうでなくても、仕事関数が４．１ｅＶ以上である。望ましい第１電極材料は、一般に、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれかによって付着される。第１電極１９１ｂは、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。必要に応じ、短絡を減らし、又は反射性を高めるために、他の層を適用する前に第１電極１９１ｂを磨き、その表面粗さを低下させてもよい。第１電極１９１ｂは１層として図示されているが、異なる材料からなる複数層を使用することにより所望の電気的特性および光学的特性を達成することもできる。
有機ＥＬ媒体３１０は、各画素部分の第１電極１９１ｂと第２電極３２０の間に配置される。当該技術分野では、本発明を使用することができる有機ＥＬ層構造体が数多く知られている。例えば、有機ＥＬ媒体３１０は、第１電極１９１ｂと第２電極３２０との間に配置された発光層３１３、発光層３１３とアノードを構成する電極との間に配置された正孔輸送層３１２、正孔輸送層３１２とアノードとの間に配置された正孔注入層３１１、および発光層３１３とカソードを構成する電極との間に配置された電子輸送層３１４、を含むことができる。
常に必要であるわけではないが、第１電極１９１ｂと正孔輸送層３１２の間に正孔注入層３１１を設けることがしばしば有用となる。正孔注入層３１１は、後続の有機層の薄膜形成性を改良し、かつ、正孔輸送層３１２への正孔注入を促進するように作用し得る。正孔注入層３１１に用いるのに好適な材料として、米国特許第４７２０４３２号明細書に記載されているポルフィリン系化合物、米国特許第６１２７００４号、米国特許第６２０８０７５号及び米国特許第６２０８０７７号明細書に記載されているプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマー、及びある種の芳香族アミン、例えば、m-MTDATA｛4,4',4"-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン｝が挙げられるが、これらに限定はされない。有機ＥＬデバイス用の代わりの正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第０８９１１２１号及び同第１０２９９０９号明細書に記載されている。
正孔輸送層３１２は、本発明において、発光層３１３とアノードを構成する電極との間に配置され、また芳香族第三アミンのような少なくとも１種の正孔輸送性化合物を含む。芳香族第三アミンとは、少なくとも一つが芳香族環の環員である炭素原子にのみ結合している３価窒素原子を１個以上含有する化合物であると解される。一つの形態として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミンであることができる。トリアリールアミン単量体の例が、Klupfelらの米国特許第３１８０７３０号明細書に示されている。１以上のビニル基で置換された、及び／又は少なくとも一つの活性水素含有基を含む、その他の好適なトリアリールアミンが、Brantleyらの米国特許第３５６７４５０号及び同第３６５８５２０号明細書に記載されている。
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第４７２０４３２号及び同第５０６１５６９号明細書に記載されているような芳香族第三アミン部分を２個以上含有するものである。正孔輸送層３１２は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス｛N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ｝ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4',4"-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、欧州特許第１００９０４１号明細書に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。オリゴマー材料をはじめとする、アミン基を３個以上含有する芳香族第三アミンを使用してもよい。さらに、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)／ポリ(4-スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子正孔輸送性材料を使用することもできる。
米国特許第４７６９２９２号及び同第５９３５７２１号明細書に詳述されているように、画素部分２０ｂの発光層（LEL）３１３は発光材料又は蛍光材料を含み、その領域において電子-正孔対が再結合する結果として電場発光が生じ、電流に応じて光３４０が放出される。フルカラー又は多色ＯＬＥＤディスプレイの場合、発光層３１３は特定の着色光を放出し、ＯＬＥＤディスプレイ内の各種デバイスは異なる色を生成する。光３４０は、第２電極３２０を通過してユーザーに観察される上面発光型デバイスの場合として図示されているが、画素部分２０ｂを、別の態様として底面発光型デバイスとしてもよいことを理解されたい。図４に示したように、発光層３１３は、米国特許第６２８１６３４号明細書に記載されている教示に従い異なる色の画素間にパターニングを要する唯一の層である。しかしながら、画素内の部分間で発光層３１３をパターン化する必要はない。発光層３１３は、単一材料で構成することもできるが、より一般的には、ホスト材料に単一又は複数種のゲスト化合物をドーピングしてなり、そこで主として当該ドーパントから発光が生じ、その発光色にも制限はない。発光層３１３に含まれるホスト材料は、後述するような電子輸送性材料、上述したような正孔輸送性材料、又は正孔-電子再結合を支援する別の材料もしくはその組合せ、であることができる。ドーパントは、通常は高蛍光性色素の中から選ばれるが、リン光性化合物、例えば、国際公開第９８／５５５６１号、同第００／１８８５１号、同第００／５７６７６号及び同第００／７０６５５号の各パンフレットに記載されているような遷移金属錯体も有用である。ドーパントは、ホスト材料中、０．０１〜１０質量％の範囲内でコーティングされることが典型的である。ホスト材料として、ポリフルオレンやポリビニルアリーレン（例、ポリ(p-フェニレンビニレン)、PPV）のような高分子材料を使用することもできる。この場合、高分子ホスト中に低分子ドーパントを分子レベルで分散させること、又はホストポリマー中に副次成分を共重合させることによりドーパントを付加すること、が可能である。
ドーパントとしての色素を選定するための重要な関係は、当該分子の最高被占軌道と最低空軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップポテンシャルの対比である。ホストからドーパント分子へのエネルギー伝達の効率化を図るためには、当該ドーパントのバンドギャップがホスト材料のそれよりも小さいことが必須条件となる。リン光性発光体の場合には、ホストの三重項エネルギー準位が、ホストからドーパントへのエネルギー移動を可能ならしめるに十分な高さであることも重要である。
有用性が知られているホスト及び放出性分子として、米国特許第４７６９２９２号、同第５１４１６７１号、同第５１５０００６号、同第５１５１６２９号、同第５４０５７０９号、同第５４８４９２２号、同第５５９３７８８号、同第５６４５９４８号、同第５６８３８２３号、同第５７５５９９９号、同第５９２８８０２号、同第５９３５７２０号、同第５９３５７２１号及び同第６０２００７８号の各明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
8-ヒドロキシキノリン（オキシン）及び類似の誘導体の金属錯体は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種となる。以下、有用なキレート化オキシノイド系化合物の例を示す。
CO-1：アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2：マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3：ビス[ベンゾ｛f｝-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7：リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム（Ｉ）〕
CO-8：ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9：ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
有用なホスト材料の別の種類として、米国特許第５９３５７２１号明細書に記載されている9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン及びその誘導体のようなアントラセン誘導体、米国特許第５１２１０２９号明細書に記載されているジスチリルアリーレン誘導体、並びに2,2’,2”-(1,3,5-フェニレン)トリス[1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール]のようなベンズアゾール誘導体が挙げられるが、これらに限定はされない。リン光性発光体の場合には、カルバゾール誘導体が特に有用なホストとなる。
有用な蛍光性ドーパントには、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ジシアノメチレンピラン類、チオピラン類、ポリメチン類、ピリリウム類及びチアピリリウム類の各誘導体、フルオレン誘導体、ペリフランテン誘導体、インデノペリレン誘導体、ビス（アジニル）アミンホウ素類、ビス（アジニル）メタン類並びにカルボスチリル類が包含される。
本発明の有機ＥＬ要素の電子輸送層３１４を形成するのに用いるのに好ましい薄膜形成性材料は、オキシン（通称8-キノリノール又は8-ヒドロキシキノリン）自体のキレートをはじめとする金属キレート化オキシノイド系化合物である。このような化合物は、電子の注入及び輸送を助長し、高い性能レベルを示すと共に、薄膜への加工が容易である。オキシノイド系化合物の例は先に列挙した通り。
その他の電子輸送性材料として、米国特許第４３５６４２９号明細書に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第４５３９５０７号明細書に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。ベンズアゾール及びトリアジンもまた有用な電子輸送性材料である。
有機ＥＬ層の上に第２電極３２０が配置される。第２電極はすべての画素に対して共通であり、精密なアラインメントもパターニングも必要でない。第２電極３２０は、カソードとしてバイアスされることが典型的である。発光を基板２００のみを通して観察する場合には、本発明に用いられる第２電極３２０は、ほとんどすべての導電性材料を含んでなることができる。望ましい材料は、下部の有機層との良好な接触が確保されるよう良好な薄膜形成性を示し、低電圧での電子注入を促進し、かつ、良好な安定性を有する。有用なカソード材料は、低仕事関数金属（＜４．０ｅＶ）又は合金を含むことが多い。好適なカソード材料の１種に、米国特許第４８８５２２１号明細書に記載されているMg:Ag合金（銀含有率１〜２０％）を含むものがある。別の好適な種類のカソード材料として、有機層（例、電子輸送層３１４）に接している薄い電子注入層（EIL）に、これより厚い導電性金属層をキャップしてなる二層形が挙げられる。この場合、EILは低仕事関数の金属又は金属塩を含むことが好ましく、そのときは、当該より厚いキャップ層は低仕事関数を有する必要はない。このようなカソードの一つに、米国特許第５６７７５７２号明細書に記載されているような、LiF薄層にこれより厚いAl層を載せてなるものがある。その他の有用なカソード材料のセットとして、米国特許第５０５９８６１号、同第５０５９８６２号及び同第６１４０７６３号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
第２電極３２０を通して発光を観察する場合には、第２電極３２０は透明又はほぼ透明でなければならない。このような用途の場合、金属が薄くなければならないか、又は透明導電性酸化物もしくはこれら材料の組合せを使用しなければならない。透光性カソードについては、米国特許第４８８５２１１号、米国特許第５２４７１９０号、ＪＰ３２３４９６３号、米国特許第５７０３４３６号、米国特許第５６０８２８７号、米国特許第５８３７３９１号、米国特許第５６７７５７２号、米国特許第５７７６６２２号、米国特許第５７７６６２３号、米国特許第５７１４８３８号、米国特許第５９６９４７４号、米国特許第５７３９５４５号、米国特許第５９８１３０６号、米国特許第６１３７２２３号、米国特許第６１４０７６３号、米国特許第６１７２４５９号、欧州特許第１０７６３６８号、米国特許第６２７８２３６号及び米国特許第６２８４３９３号の各明細書に詳しく記載されている。第２電極３２０の材料は、蒸発法、スパッタ法又は化学的気相成長法により付着させることが典型的である。第２電極として１層が図示されているが、ＩＴＯ層とＡｌ層のように、複数の副層を組み合わせることによって所望の導電率および透明度のレベルを達成することもできる。
場合によっては、必要に応じて、発光層３１３と電子輸送層３１４を、発光と電子輸送の両方を支援する機能を発揮する単一層に置き換えることが可能である。当該技術分野では、ホストとして作用できる正孔輸送層３１２に発光性ドーパントを添加できることも知られている。
本発明のデバイスには、当該技術分野で教示されているような追加の層、例えば、電子阻止層又は正孔阻止層を採用することができる。例えば、米国特許出願公開第２００２／００１５８５９号明細書に記載されているように、正孔阻止層は、通常、リン光性発光体系デバイスの効率を高めるために用いられる。
上述した有機材料は、昇華法のような気相法により適宜付着されるが、流体から、例えば、薄膜形成性を高める任意のバインダーと共に溶剤から付着させてもよい。当該材料がポリマーである場合には、溶剤付着法が有用であるが、その他の方法、例えば、スパッタ法やドナーシートからの熱転写法を採用することもできる。昇華法により付着すべき材料は、例えば、米国特許第６２３７５２９号明細書に記載されているように、タンタル材料を含むことが多い昇華体「ボート」から気化させることができ、また、最初にドナーシート上に被覆し、次いで基板に近接させて昇華させてもよい。複数材料の混合物を含む層は、独立した複数の昇華体ボートを利用してもよいし、当該複数材料を予め混合した後単一のボート又はドナーシートからコーティングしてもよい。パターン化付着は、シャドーマスク、一体式シャドーマスク（米国特許第５２９４８７０号）、ドナーシートからの空間画定型感熱色素転写（米国特許第５６８８５５１号、同第５８５１７０９号及び同第６０６６３５７号）並びにインクジェット法（米国特許第６０６６３５７号）を用いて行なうことができる。
ほとんどのOLEDデバイスは湿分及び／又は酸素に対して感受性を示すため、窒素又はアルゴンのような不活性雰囲気において、アルミナ、ボーキサイト、硫酸カルシウム、クレー、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、スルフェート、金属ハロゲン化物及び金属過塩素酸塩のような乾燥剤と一緒に、封止されることが一般的である。封入法及び乾燥法として、米国特許第６２２６８９０号明細書に記載されている方法が挙げられるが、これらに限定はされない。さらに、当該技術分野では、封入用として、SiOx、テフロン（登録商標）及び無機／高分子交互層のようなバリア層が知られている。
本発明のOLEDデバイスは、所望によりその特性を高めるため、周知の各種光学効果を利用することができる。これには、透光性を極大化するための層厚の最適化、誘電体ミラー構造の付与、反射性電極の吸光性電極への交換、表示装置への遮光又は反射防止コーティングの付与、表示装置への偏光媒体の付与、又は表示装置への着色、中性濃度もしくは色変換フィルタの付与が包含される。
従来技術によるＯＬＥＤデバイスのアクティブマトリックス回路を示す回路パターン図である。 本発明の第１態様によるＯＬＥＤデバイスのアクティブマトリックス回路を示す回路パターン図である。 本発明の第１態様によるＯＬＥＤデバイスのアクティブマトリックス回路を示す配置パターン図である。 本発明によるＯＬＥＤデバイスを示す横断面図である。 デバイスの構成要素の寸法、例えば層の厚さは、マイクロメートル以下の領域にある場合が多く、このため、図面の拡大割合は、寸法的な正確さよりも、むしろ見やすさを優先してなされていることに留意されたい。
符号の説明
１２、１４…ＯＬＥＤデバイス
２０、２１、２２…画素
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…画素部分
１００…トランジスタ駆動回路
１１１…パワーライン
１１２…データライン
１１３…セレクトライン
１１４…キャパシタライン
１２０…セレクトトランジスタ
１２１…第１半導体領域
１３０…ストレージキャパシタ
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ…パワートランジスタ
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ…第２半導体領域
１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１５２…バイア
１５３…ゲート導体
１９１、１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃ…第１電極
２００…基板
２１２…ゲート絶縁層
２１３…第１中間絶縁体層
２１４…第２中間絶縁体層
２２０…電極絶縁膜
３１０…有機ＥＬ要素
３１１…正孔注入層
３１２…正孔輸送層
３１３…発光層
３１４…電子輸送層
３２０…第２電極
３４０…光

Claims (10)

  1. 複数の画素を有するＯＬＥＤデバイスであって、各画素が、
    ａ）該画素の一部に各々対応する横方向に間隔を置いて並べられた複数の第１電極および該複数の第１電極から垂直方向に間隔を置いて配置された共通の第２電極；
    ｂ）該第１電極と該第２電極の間に配置された、電流に応じて光を放出するためのドーパントおよびホストを含む少なくとも１層の発光層；
    ｃ）該発光層と該第１または第２電極の間に配置された正孔輸送層；ならびに
    ｄ）複数の独立したトランジスタを含む各画素用のトランジスタ駆動回路
    を含んで成り、各トランジスタは、該複数の第１電極の１つが個別に組み合わされており、かつ、駆動時には、当該対応する第１電極と該第２電極の間に、ある特定の第１電極と該第２電極の間の部分に短絡が生じた場合にはその残余部分が該発光層において発光し続けるように電流を流させ、よって該短絡の影響を小さくする
    ことを特徴とするＯＬＥＤデバイス。
  2. 該第１電極がアノードであり、かつ、該第２電極がカソードである、請求項１に記載のデバイス。
  3. 該カソードと該発光層の間に配置された電子輸送層をさらに含む、請求項２に記載のデバイス。
  4. ユーザーに観察される光が該第２電極を通過する、請求項１に記載のデバイス。
  5. 該トランジスタが並列接続されたパワートランジスタであり、かつ、該画素の各部分を流れる駆動電流量を示すためのデータ信号を送るため各パワートランジスタのゲートに接続されたセレクトトランジスタをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  6. 該トランジスタが並列接続されたパワートランジスタであり、かつ、該画素の各部分を流れる駆動電流量を示すためのデータ信号を保持するため該パワートランジスタのゲートに接続されたストレージキャパシタおよび該データ信号を送るため各パワートランジスタのゲートに接続されたセレクトトランジスタをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  7. 複数の画素を有し異なる複数色を発するＯＬＥＤデバイスであって、各画素が、
    ａ）該画素の一部に各々対応する横方向に間隔を置いて並べられた複数の第１電極および該複数の第１電極から垂直方向に間隔を置いて配置された共通の第２電極；
    ｂ）該第１電極と該第２電極の間に配置された、電流に応じて特定の着色光を放出するためのドーパントおよびホストを含む少なくとも１層の発光層；
    ｃ）該発光層と該第１または第２電極の間に配置された正孔輸送層；ならびに
    ｄ）複数の独立したトランジスタを含む各画素用のトランジスタ駆動回路
    を含んで成り、各トランジスタは、該複数の第１電極の１つが個別に組み合わされており、かつ、駆動時には、当該対応する第１電極と該第２電極の間に、ある特定の第１電極と該第２電極の間の部分に短絡が生じた場合にはその残余部分が該発光層において発光し続けるように電流を流させ、よって該短絡の影響を小さくする
    ことを特徴とするＯＬＥＤデバイス。
  8. 該第１電極がアノードであり、かつ、該第２電極がカソードである、請求項７に記載のデバイス。
  9. 該カソードと該発光層の間に配置された電子輸送層をさらに含む、請求項８に記載のデバイス。
  10. ユーザーに観察される光が該第２電極を通過する、請求項７に記載のデバイス。
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