JP2008034591A

JP2008034591A - 有機ｅｌ表示装置

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Publication number: JP2008034591A
Application number: JP2006205801A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Azuma; 人士東; Masahiro Tanaka; 政博田中
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】白色発光する有機ＥＬ層のからの光をカラーフィルタを通過させることによってカラー画像を表示する有機ＥＬ表示装置において、色純度の劣化を防止する。
【解決手段】基板１上に白色発光する有機ＥＬ層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂがバンク３９を隔てて形成されている。例えば、有機ＥＬ発光層４Ｇからの白色光は緑フィルタである５Ｇを通過して緑色を表示するが、一部の光は矢印のように例えば、赤フィルタ５Ｒに向かう。矢印の光のカラーフィルタ基板２への入射角Ｃを臨界角以上とすることにより、矢印の光を全反射させて外部に出射しないようにして色純度の劣化を防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は有機ＥＬ表示装置のうち、特に白色発光する有機ＥＬとカラーフィルタを組み合わせてカラー表示する画像表示装置に関連する。

従来表示装置の主流はＣＲＴであったが、これに替わって、フラットデスプレイ装置である液晶表示装置、プラズマ表示装置等が実用化され、需要が増大している。さらにこれらの表示装置に加え、有機エレクトロルミネッセンスを用いた表示装置（以下有機ＥＬ表示装置という）や、フィールドエミッションを利用する電子源をマトリクス状に配置して陽極に配置された蛍光体を光らすことによって画像を形成する表示装置（以後ＦＥＤ表示装置という）の開発、実用化も進んでいる。

有機ＥＬ表示装置は（１）液晶と比較して自発光型であるので、バックライトが不要である、（２）発光に必要な電圧が１０Ｖ以下と低く、消費電力を小さくできる可能性がある、（３）プラズマ表示装置やＦＥＤ表示装置と比較して、真空構造が不要であり、軽量化、薄型化に適している、（４）応答時間が数マイクロ秒と短く、動画特性がすぐれている、（５）視野角が１７０度以上と広い、等の特徴がある。

カラー表示をする有機ＥＬ表示装置は、赤色、緑色、青色を発光する有機ＥＬ層を形成し、各画素の明るさを制御してカラー表示するのが一般的である。有機ＥＬ発光層は、発光効率を上げるため、陰極と陽極に間に、陰極側から、電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層を形成することが多い。有機ＥＬ材料として低分子材料を使用するタイプと高分子材料を使用するタイプとがある。低分子材料を用いる場合は、有機ＥＬ材料はマスク蒸着によって堆積されて有機ＥＬ層が各画素に形成される。高分子材料を用いる場合は、有機材料はインクジェット等で各画素に堆積されて有機ＥＬ層が各画素に堆積される。いずれの場合も、画素ピッチが小さくなると製造が困難になる。

一方、白色発光をする有機ＥＬ材料を用いて、カラーフィルタあるいは色変換フィルタを用いてカラー表示する構成も提案されている。「特許文献１」には一方の基板に白色発光する有機ＥＬ層を形成し、対向する他方の基板に色変換フィルタを用いてカラー表示する単純マトリクス型の有機ＥＬ表示装置が開示されている。そして「特許文献１」には、有機ＥＬ発光素子部と色変換フィルタの間に０ないし２０μｍの間隙が存在すると視野角特性の高い素子が得られるという記載があり、また、この間隙は基板間の封止に用いられるギャップ材の厚さによって調整されるとの記載がある。ただ、この視野角特性が何を意味するのか明らかでない。また、０ないし２０μｍの間隙を封止に用いられるギャップ材によって制御する場合は、有機ＥＬ発光素子部と色変換フィルタの間隙等がどのようになるのかも明らかではない。

特開２００１−９３６６４号公報

本発明は、白色発光する有機ＥＬ表示装置に液晶等で使用されるカラーフィルタを組み合わせて高精細の有機ＥＬ表示装置を実現する場合の、各画素の混色の問題を解決するものである。

すなわち、従来のように、各画素毎に特定の色を発光する場合であれば、特定の色と他の色の干渉は考慮する必要は無い。しかし、白色の発光層をカラーフルターによって、色変換する場合、白色の発光が他のカラーフィルタに達すると、所定の色以外も発色させて色純度を劣化させる。

本発明は、いわゆる白色発光する有機ＥＬを用いてカラーフィルタを使用することによって、カラー表示する有機ＥＬ表示装置において、特定の画素からの光が他のカラーフィルタに入射することによる色純度の劣化を防止するもので、具体的手段は次の通りである。

（１）基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定の画素から出射する光は前記特定のカラーフィルタ以外のカラーフィルタでは全反射される構成であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。

（２）基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定画素の有機ＥＬ層と他の画素の有機ＥＬ層とはバンクによって隔てられ、前記特定画素の有機ＥＬ層と前記特定カラーフィルタとの距離Ｄと、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫの関係は、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／Ｄ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
（３）前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする（２）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（４）前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。

（５）基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成され、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定画素の有機ＥＬ層と他の画素の有機ＥＬ層とはバンクによって隔てられ、前記基板と前記カラーフィルタ基板とは前記ブラックマトリクスの幅方向にδなる量のズレが生じており、前期δと、前記特定画素の有機ＥＬ層と前記特定カラーフィルタとの距離Ｄと、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫの関係は、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ―δ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／Ｄ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
（６）前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする（５）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（７）前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする（５）に記載の有機ＥＬ表示装置。

（８）基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層は他の画素の有機ＥＬ層とバンクによって隔てられ、前記カラーフィルタ基板は赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記バンクの高さと前記スペーサの高さの合計をＤＤとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＤＤ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
（９）前記バンクは有機樹脂で形成されていることを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１０）前記バンクは無機膜で形成されていることを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１１）前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１２）前記スペーサは前記カラーフィルタ基板に形成されたブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１３）前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする（８）に記載の有機ＥＬ表示装置。

（１４）基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層は他の画素と無機材料で形成されたバンクによって隔てられ、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、前記スペーサの高さをＨＳとし、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＨＳ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
（１５）前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする（１４）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１６）前記スペーサはブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする（１４）に記載の有機ＥＬ表示装置。

（１７）基板上に赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各フィルタの間にはブラックマトリクスが形成されており、前記カラーフィルタ上には平坦化のための有機樹脂膜が形成され、前記有機樹脂膜の上には無機膜が形成され、前記無機膜上には半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、パッシベーション膜を有するＴＦＴを含む層が形成され、前記ＴＦＴを含む層の上に前記ＴＦＴを含む層を経由した信号に応じて可視光を放射する有機ＥＬ層が形成され、前記有機ＥＬ層はマトリクス状に配置されることによって前記基板上に画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層の各々はバンクによって隔てられ、前記可視光を放射する有機ＥＬ層と前記赤フィルタまたは緑フィルタまたは青フィルタとの距離をＤＦとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＤＦ
の関係を満足する有機ＥＬ表示装置。
（１８）前記パッシベーション膜は有機樹脂膜を含むことを特徴とする（１７）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（１９）前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする（１７）に記載の有機ＥＬ表示装置。
（２０）前記パッシベーション膜は有機樹脂膜を含み、前記平坦化のための樹脂膜の厚さと前記パッシベーションに含まれる樹脂膜の膜厚の合計は３μｍ以上であることを特徴とする（１７）に記載の有機ＥＬ表示装置。

各手段毎の効果は次のとおりである。

手段（１）によれば、特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができる。

手段（２）ないし（４）によれば、ブラックマトリクスの幅とカラーフィルタと有機ＥＬ層との間隔にある条件を持たせることにより、特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができる。

手段（５）ないし（７）によれば、基板とカラーフィルタ基板のあわせ誤差が生じても特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができる。

手段（８）ないし（１３）によれば、バンクの高さとスペーサの高さの和とブラックマトリクス幅の関係に一定の条件を与えることによって、特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができる。

手段（１４）ないし（１６）によれば、スペーサの高さとブラックマトリクス幅の関係に一定の条件を与えることによって、特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができるとともに、カラーフィルタによる有機ＥＬ膜の損傷を防止することができる。

手段（１７）ないし（２０）によれば、本発明をボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置に適用した場合も、有機ＥＬ膜と基板表面との間にどのような膜が形成されていても、有機ＥＬ膜とカラーフィルタとの間の距離とＢＭ幅を一定の関係に保てば、特定画素の有機ＥＬ層から出射した光のうち、対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向かう光は全反射して外部に出射しないため、色純度の低下を防止することができる。

実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。

図１は本発明の第１の実施例の概略断面図であり、図２はその詳細断面図である。ガラス基板上に有機ＥＬ層４２への印加電圧を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に関連する部分（ＴＦＴ部）が形成される。このＴＦＴ部３の上に下部電極４１、有機ＥＬ層４２、上部電極４３を含む白色発光部４が形成される。本実施例ではいわゆるトップエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置であり、下部電極４１は陰極である。下部電極４１から順に電子注入層、電子輸送層、白色発光層、ホール輸送層、ホール注入層等の有機ＥＬ層４２が形成され、ホール注入層の上に上部電極４３である陽極が形成される。ここで、白色光とは赤、緑、青のスペクトルを含む可視光のことである。

本実施例では下部電極４１は光を反射するＡｌ等の金属膜を含むことが必要である。また、上部電極４３は光を透過させるＩＺＯ、ＩＴＯのような透明導電膜であることが必要である。白色発光層４２の有機ＥＬ材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）をドーパントとして、ＴＰＢ、クマリン、ＤＣＭ−１を混入した複合体薄膜を使用することができる。ＴＰＢ、クマリン、ＤＣＭ−１をおのおの式（１）、式（２）、式（３）に示す。

図１において、枠材７を介してカラーフィルタ基板２が設置される。枠材７は基板１とカラーフィルタ基板２との間隔を保つ。このカラーフィルタ基板２の内側には白色光を受けて色変換するカラーフィルタ部５が形成される。このカラーフィルタ部５と有機ＥＬ層４２を含む発光部４との距離が実施例１における表示装置での混色に重要な役割を果たすので、本実施例ではスペーサ６を用いてカラーフィルタ部５と発光部４との距離を制御している。光は図１の矢印Ｌの方向に出射される。

図２は本実施例の断面詳細図である。図２において、基板１は本実施例においてはガラスを用いる。しかし、トップエミッションの場合は、基板１は光を透過させる必要は無いので、ガラスに限る必要は無く、ＳＵＳなどの金属や、ＰＥＴ、ＰＥＳ等のプラスチック材料を用いることもできる。アンダーコート膜３１は基板１からの不順物に対するバリアとしての役割をもつ。一方、アンダーコート膜３１は、その上に形成される半導体層３２との密着性も重要である。本実施例においては、酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜またはそれらの積層膜が用いられる。アンダーコート膜３１として２層膜が用いられる場合は、膜厚は例えば、下層の窒化シリコンが１５０ｎｍ、上層の酸化シリコンが１００ｎｍである。

半導体層３２はＣＶＤ法によって形成されるアモーファスＳｉ膜、またはアモーファスＳｉ膜をレーザーでアニールすることによって形成されるポリシリコン膜が用いられる。該半導体層３２の両側にはイオンインプランテーションによって、導電性が付与されたソース部あるいはドレイン部が形成される。この半導体層３２の膜厚は例えば、５０ｎｍである。

半導体層３２を覆って、ゲート絶縁膜３３が形成される。ゲート絶縁膜３３にはＣＶＤ法で形成される酸化シリコンあるいは窒化シリコン、またはそれらの積層膜がもちいられる。ゲート絶縁膜３３の膜厚は例えば、１００ｎｍである。ゲート絶縁膜３３の上にゲート電極３４となるゲート金属層がスパッタリング等によって形成される。この金属層をパターニングすることにより、ゲート電極３４を形成するだけでなく、ゲート配線層も形成する。ゲート金属層はＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ等の高融点金属、あるいはこれらの金属の合金が適している。さらには、これらの金属あるいは合金との積層膜を用いてもよい。ゲート金属層を端子部としても使用する場合は最上層はＴｉ、ＴｉＮ、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の安定な材料とする必要がある。ゲート電極３４の膜厚は例えば、１５０ｎｍである。

ゲート電極３４を覆って層間絶縁膜３５が形成される。この層間絶縁膜３５はゲート電極３４と接続されるゲート配線と、ＳＤ配線層３６と接続される信号配線との絶縁をする役目をもつ。層間絶縁膜３５はＣＶＤで形成される酸化シリコンあるいは、窒化シリコンがもちいられる。層間絶縁膜３５の膜厚は例えば、５００ｎｍである。

この層間絶縁膜３５を覆って、ＳＤ配線層３６となるＳＤ金属層がスパッタリング等によって形成される。ＳＤ金属層はパターニングされて信号線になるとともに、層間絶縁層に形成されたスルーホールを介して半導体層３２のソース部あるいはドレイン部と接続する。ＳＤ配線層３６を覆って、ＴＦＴ等を保護するためのパッシベーション膜が形成される。パッシベーション膜は２層構造である。下層パッシベーション膜３７はＳｉＮ膜等の無機膜を１００ｎｍないし２００ｎｍ形成する。不純物の進入はこの下層膜が主として受け持つ。上層パッシベーション膜３８は例えば、アクリル樹脂等の有機樹脂を1ミクロン程度あるいはそれ以上の膜厚で形成する。この上層パッシベーション膜３８は表面を平坦化するために形成される。

そして、平坦な有機パッシベーション膜３８の上に有機ＥＬ層４２の下部電極４１となる配線層を形成する。下部電極４１となる配線層はパッシベーション膜に形成されたスルーホールを通してＳＤ配線層３６と接続する。トップエミッションタイプにおいては、下部電極４１は次のような特性を有する必要がある。すなわち、有機ＥＬ層４２からの光を反射する必要があるので、充分な反射率をもつこと、下部電極４１あるいはパッシベーション膜上に形成されるバンク３９のエッチング等に使用されるエッチング液等に耐えること、有機ＥＬ層４２に対する電子注入特性を有すること等である。

有機ＥＬ膜の下部電極４１を形成した後、バンク３９形成のためのアクリル膜がコーティングされる。このアクリル膜をエッチングによって、部分的に除去する。アクリル膜の除去された部分には有機ＥＬ膜の下部電極４１が露出する。アクリル膜の残った部分が画素を分離するバンク３９となる。なお、バンク３９は有機膜に限る必要はなく、ＳｉＮ膜のような無機膜でもよい。

アクリル膜が除去されて下部電極４１が露出した部分に有機ＥＬ層４２が堆積される。この有機ＥＬ層４２は先に説明したように複数の膜から形成される。図２においては、有機ＥＬ層４２は画素毎に分離しているが、かならずしも分離する必要は無い。いずれの画素にも同一の有機ＥＬ層４２が形成されるからである。白色発光方式は有機ＥＬ層４２を分離する必要が無いことが利点である。

そして、有機ＥＬ層４２の上には陽極となる透明導電膜が形成される。本発明はトップエミッションタイプであるため、陽極となる上部電極４３は透明電極である必要がある。さらに、上部電極４３は有機ＥＬ層４２に対してホールの注入効率の高いものである必要がある。上部電極４３は有機ＥＬ層４２に対して一定の直流電圧を加えるものであるため、画素毎に分離しなくともよい。また、外気にさらされる機会もあるために、化学的にも安定である必要がある。さらに長期間にわたって、抵抗等の電気的特性も安定である必要がある。本実施例に用いることができる上部電極４３の材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＷＯ_３等である。

上部電極４３の上には適当な間隔をおいてカラーフィルタ基板２が設置される。カラーフィルタ基板２には赤、緑、青のカラーフィルタとブラックマトリクス（ＢＭ）が形成されている。なお、カラーフィルタおよびＢＭ５１の上に保護膜が形成されるが、図２では省略してある。ＢＭ５１とバンク３９の間に間隔を制御するためのスペーサ６が形成される。このスペーサ６はカラーフィルタ基板２に形成されたＢＭ５１上にフォトリソグラフィ法で形成され、基板１側のバンク３９と当接する。

図２のような構成においては、例えば、４Ｇから出射する光は緑色のカラーフィルタ５Ｇに入射することが想定されている。ここで問題となるのは、例えば、４Ｇから出射する光が赤色のカラーフィルタ５Ｒに入射するような場合である。図２の矢印で示すような光は緑の色純度を劣化させることになる。本発明の目的は図２の矢印に示すような光による色純度の劣化を防止することである。

有機ＥＬの上部電極４３とカラーフィルタの間に間隔が存在している限り図２の矢印のような光が存在することは避けられない。本発明は、このような光が存在しても、屈折率の差による全反射を利用することによって、図２の矢印に示すような光が外へ出ないようにして、色純度の劣化を防止するものである。

図３に本実施例を説明するための断面模式図を示す。図３は説明を簡単にするために、詳細構造は省略してある。図３において、発光部４Ｇから出射される光は緑のカラーフィルタ５Ｇに入射すると想定されている。しかし、一部の光は緑フィルタ以外に向かう。ここで、発光部４Ｇの端部を出た白色光が矢印に示すように、赤フィルタ５Ｒの端部に達して、そのときのカラーフィルタ基板２の主面との角度がＣであるとする。この矢印の光がガラス基板面で全反射して、看者の目に触れなければ、色純度は劣化しないことになる。

全反射の条件を求めるために、図４を参照して説明する。有機ＥＬの発光部４を出射した光は先ずフィルタに入射して屈折し、さらにガラス基板に屈折して入射し、最後にガラス基板から空気中に出射する。各層の主面と光線との角度は図４におけるＣ１、Ｃ２，Ｃ３として示すとおりである。図４ではカラーフィルタの屈折率はカラーフィルタ基板２の屈折率よりも大きいと仮定している。図４からわかるように、発光部４からの光がカラーフィルタ基板２と外気との界面で全反射するか否かは、角度Ｃ１の大きさによる。そして、この角度Ｃ１は、カラーフィルタ層に入射する角度Ｃ１と同じである。したがって、光が全反射するか否かは、発光部４から出射した光が、カラーフィルタ基板２に入射する角度Ｃ１を評価すればよいことになる。

ここで、図３にもどり、光が全反射する条件を求める。カラーフィルタ基板２はノンアルカリガラスであり、屈折率は１．５１ないし１．５４である。この場合の臨界角は、ｓｉｎＣ＝１／ｎから、Ｃは４０度ないし４１度である。すなわち、角度Ｃが４１度よりも大きければ全反射をして図３に示す矢印の光は赤フィルタ５Ｒを透過しない。したがって、色純度は劣化しないことになる。図３において、発光部４Ｇおいて、矢印よりも右側から出射した光は角度Ｃが大きくなる。したがって、矢印の光が全反射すれば、他の光も全反射することになる。

図３においてはＢＭ５１の幅ＷＢＭはバンク３９の幅ＷＢＡＮＫよりも小さいと仮定している。また、図３においては基板１とカラーフィルタ基板２との合わせ精度が完全であると仮定している。この場合、図３において、全反射するか否かの条件は、発光部４とカラーフィルタ部５の距離をＤとし、ＢＭ５１の幅をＷＢＭ、バンク３９の幅をＷＢＡＮＫとしたとき、ＴａｎＣ≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／Ｄとなる。ここで、ＴａｎＣ＝０．８７であるから、０．８７Ｄ≦ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２の条件を満たせば、全反射が生じ、色純度は劣化しないことになる。

図５に高精細有機ＥＬ表示装置のカラーフィルタの配置例を示す。この画素配置は３００ドット／インチ程度の精細度である。ここで、１ドットは図５に示すＲ、Ｇ、Ｂの１組を意味する。仮にバンク３９の幅ＷＢＡＮＫがＢＭ５１の幅ＷＢＭと同じであると仮定した場合、０．８７Ｄ≦１０μｍとなって、発光部４とカラーフィルタの距離は１１μｍ以下であれば色純度の劣化は生じないことになる。

実際には基板１とカラーフィルタ基板２との合わせ精度は完全ではなく、図６に示すように、δのようなズレが生ずる。このズレδは実績から６μｍ程度である。これをもとに、上記と同様、バンク３９の幅とＢＭ５１の幅が同一であると仮定し、図５のような画素配置で評価すると、０．８７Ｄ≦（１０−６）μｍとなる。したがって、Ｄの値は４．４μｍ以下であれば色純度の劣化は無いことになる。

この場合の発光部４とカラーフィルタ部５の距離をコントロールするためにスペーサ６を用いるが、このスペーサ６は図２に示すように、ＢＭ５１上にフォトリソグラフィ法により、例えば、アクリルで柱状に形成する。スペーサ６はバンク３９に当接するので、スペーサ６の高さをどの程度にするかはバンク３９の高さＨＢによって決定される。バンク３９はアクリルのような樹脂で形成する場合は、１μｍないし２μｍである。したがって、この場合はスペーサ６の高さは２．４μｍから３．４μｍになる。一方、バンク３９をＳｉＮのような無機膜で形成する場合は、０．１μｍ程度の膜厚であるから、Ｄの値は、ほぼスペーサ６の値になると考えてよい。

発光部４とカラーフィルタ部５の距離Ｄは例えば、４．４μｍ以下であれば全反射が生じて、理論的には色純度の劣化は生じないことになる。しかし、実際にはカラーフィルタに最大１ミクロン程度の凹凸があり、この凹凸の凸部が発光部の有機ＥＬ膜に接触すると有機ＥＬ膜が破壊される恐れがある。特にバンク３９に無機材料を使用した場合はバンク３９の高さが小さいために、カラーフィルタが発光部の有機ＥＬ膜に接触する可能性が非常に高い。また、バンク３９が有機膜の場合であっても、高さが１μｍ程度以下の場合はカラーフィルタと発光部の有機ＥＬ膜との接触の危険が大きい。このように、本実施例においては、発光部の有機ＥＬ膜を保護する点からもスペーサ６の役割は大きい。

図２においては、スペーサはカラーフィルタ基板２のＢＭ５１上にアクリルを柱状に形成した、いわゆるＳＯＣ（ＳｐａｃｅｒＯｎＣｏｌｏｒＦｉｌｔｅｒ）であるが、スペーサはこれに限らず、図７に示すように有機材料、例えば、アクリルで形成された球状のものを用いてもよい。

以上のべたように、本実施例によれば、液晶表示装置ですでに実績のある、カラーフィルタ基板２を有機ＥＬ表示装置に用いることにより、量産性があり、かつ、色純度の劣化のない、有機ＥＬ表示装置を実現することができる。本発明にＢＭ幅が１０μｍ以下となるような高精細の表示装置において特に効果がる。

図８に本発明の第２の実施例の概略断面図を示す。図８はカラーフィルタ基板を別途製作せず、カラーフィルタ部５と発光部を同一の基板上に形成するものである。図８において、基板１上にまず、カラーフィルタ層を形成する。その上に有機材料、例えば、アクリルを平坦化膜として形成する。充分な平坦化のためにアクリル膜は２μｍ形成する。平坦化膜の上にアンダーコート膜３１を形成し、ＴＦＴ部３を形成する。ＴＦＴ部３の上に有機ＥＬ層を含む発光部を形成する。実施例２における有機ＥＬ表示装置はボトムエミッションタイプであり、図８における矢印Ｌの方向に光が出射する。図８において、背面ガラス板２００は、枠材７を介して、有機ＥＬ表示装置の内部を気密に封止し、有機ＥＬ膜を水分等の影響から保護する。

図９は実施例２の詳細断面図である。図９において、基板１上にまず、カラーフィルタ部５が形成される。カラーフィルタ部５は赤フィルタ５Ｒ、緑フィルタ５Ｇ、青フィルタ５Ｂが形成され、各フィルタの間はＢＭ５１が形成されている。カラーフィルタのうえには、平坦化膜が例えば、アクリル樹脂によって、２μｍ程度またはそれ以上の厚さで形成される。その上に無機のアンダーコート膜３１が形成される。この無機のアンダーコート膜３１は実施例１の場合と同じ役割をもつ。その後、ＴＦＴ層が形成されることは実施例１と同じである。

本実施例はボトムエミッションタイプであるため、図９の下部電極４１、有機ＥＬ層４２、上部電極４３は実施例１と異なっている。すなわち、下部電極４１は陽極となり、透明電極が使用される。この透明電極の材料としてはＩＴＯ、ＩＺＯ、ＷＯ_３等が使用される。有機ＥＬ層４２は実施例１とは逆に、下からホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が堆積される。発光層は実施例１と同じように、白色発光をする有機ＥＬ材料が使用される。そして、陰極となる上部電極４３は反射率の高いＡｌまたはＡｌ合金等が使用される。

上部電極４３の上には有機ＥＬ層４２を水分等から保護するための背面ガラス板２００が設置され、背面ガラス板２００は表示装置の周辺部において枠材７を介して表示装置の内部を気密に保つ。実施例２はボトムエミッションであるので、封止のための部材としてはかならずしも背面カラス板のような透明部材である必要はなく、封止缶のような金属でも良い。

この場合も実施例１と同じように、発光層からの白色光が他のカラーフィルタに入射し、カラス面から外部に出射されると色純度の劣化をきたす。この状況を図１０に示す。図１０において、発光部４Ｒから出射した白色光は赤フィルタ５Ｒに入射すると想定されているが、図１０の矢印のように、斜め方向に向かう光は緑フィルタ５Ｇに入射する。このような場合も矢印の光が全反射して基板１から出射しなければ、色純度の劣化は避けることができる。

光が全反射する条件を実施例１と同様な考え方によって、導くと、ＴａｎＣ≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／（ＨＴＦＴ＋ＨＦ）となる。ここで、ＨＴＦＴはＴＦＴ部３全体の厚さ、ＨＦは平坦化膜の厚さである。ＷＢＭはＢＭ膜の幅であり、ＷＢＡＮＫはバンク３９の幅である。すなわち、カラーフィルタへの入射角が臨界角Ｃよりも大きければ、全反射がおき、色純度の劣化は避けることができる。

本発明の特に重要な点は、ボトムエミッションのように、有機ＥＬ層４２からの光が、多くの層を通過した後、ガラス基板表面から出射して画像を形成するような複雑な系に対しても、上述のような簡単な式によって色純度を劣化させない条件を得ることができる点である。

なお、本実施例において注意すべき点は、有機ＥＬ層４２からの白色光がＴＦＴの半導体部に達すると光によって半導体が誤動作をするという点である。したがって、本実施例を実現するためには、半導体層３２に対して、有機ＥＬ層４２からの白色光を遮光する構造とすることが必要である。

以上のように本発明を用いれば、白色発光有機ＥＬ層４２をボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置に使用した場合も、色純度を劣化させないような表示装置の実現が可能になる。

図１１は本発明によって構成された画素を有する有機ＥＬ表示装置の基板１の平面図である。実施例１はこの基板１に対向してカラーフィルタ基板２が設置される。実施例２においては、基板１上にカラーフィルタ部５が形成されたあと、以下に述べる駆動部が形成されることになる。

基板１の中央の大部分には表示領域１２１が形成されている。この表示領域の両側に走査信号駆動回路１２２、１２３が配置されている。各走査信号駆動回路１２２、１２３からはゲート信号線が延在している。左側の走査信号駆動回路１２２からのゲート信号線１２４と右側の走査信号駆動回路１２３からのゲート信号線１２５とは交互に配置されている。

表示領域１２１の下側には映像信号駆動回路１２６が配置され、このデータ信号駆動回路からは表示領域１２１側にデータ信号線１２７が延在している。表示領域１２１の上側には電流供給母線１２８が配置され、この電流供給母線１２８からは表示領域１２１側に電流供給線１２９が延在している。

データ信号線１２７と電流供給線１２９は交互に配置され、これにより、これらデータ信号線１２７、電流供給線１２９、および前記ゲート信号線１２４、ゲート信号線１２５で囲まれた各領域において一つの画素ＰＸの領域を構成する。この画素ＰＸの断面が図２に示す本発明の断面図である。

表示領域の上側にはコンタクトホール群１３０が形成されている。コンタクトホール群１３０は表示領域全域に形成される有機ＥＬ層４２の上部電極４３を、絶縁膜の下に形成されていて端子まで延在する配線と電気的に接続する役割をもつ。表示領域の下側には端子１３１が形成され、これらの端子１３１から走査信号、データ信号、有機ＥＬ層４２に対する陽極電位、陰極電位等が供給される。

表示領域１２１、走査信号駆動回路１２２、１２３、映像信号駆動回路１２６、電流供給母線１２８を囲むようにして封着材７１が形成され、この部分にカラーフィルタ基板２あるいは背面ガラス板２００を封止する枠材７が封着される。封着材７１の外側の基板１には端子部１３１が形成され、この端子から、走査信号駆動回路１２２、１２３、映像信号駆動回路１２６、電流供給母線１２８等に信号または電流が供給される。

本発明の第１実施例の概略断面図である。本発明の第１実施例の画素部の詳細断面図である。本発明の第１実施例を説明する断面模式図である。本発明の補助説明図である。本発明が適用される画素部の平面図である。本発明の第１実施例の他の形態を説明する断面模式図である。本発明の第１実施例のさらに他の形態を説明する断面模式図である。本発明の第２実施例の概略断面図である。本発明の第２実施例の画素部の詳細断面図である。本発明の第２実施例を説明する断面模式図である。本発明の表示装置の全体平面図である。

符号の説明

１…基板、２…カラーフィルタ基板、３…ＴＦＴ部、４…発光部、５…カラーフィルタ部、６…スペーサ、７…枠材、３１…アンダーコート膜、３２…半導体層、３３…ゲート絶縁膜、３４…ゲート電極、３５…層間絶縁膜、３６…ＳＤ配線層、３７…下層パッシベーション膜、３８…上層パッシベーション膜、３９…バンク、４１…下部電極、４２…有機ＥＬ層、４３…上部電極、５１…ブラックマトリクス、２００…背面ガラス板、４Ｒ…赤発光部、４Ｇ…緑発光部、４Ｂ…青発光部、５Ｒ…赤フィルタ、５Ｇ…緑フィルタ、５Ｂ…青フィルタ

Claims

基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定の画素から出射する光は前記特定のカラーフィルタ以外のカラーフィルタでは全反射される構成であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定画素の有機ＥＬ層と他の画素の有機ＥＬ層とはバンクによって隔てられ、前記特定画素の有機ＥＬ層と前記特定カラーフィルタとの距離Ｄと、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫの関係は、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／Ｄ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ表示装置。
基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成され、有機ＥＬ層を含む特定の画素は特定のカラーフィルタに対応し、前記特定画素の有機ＥＬ層と他の画素の有機ＥＬ層とはバンクによって隔てられ、前記基板と前記カラーフィルタ基板とは前記ブラックマトリクスの幅方向にδなる量のズレが生じており、前期δと、前記特定画素の有機ＥＬ層と前記特定カラーフィルタとの距離Ｄと、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫの関係は、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ―δ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／Ｄ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層は他の画素の有機ＥＬ層とバンクによって隔てられ、前記カラーフィルタ基板は赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記バンクの高さと前記スペーサの高さの合計をＤＤとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＤＤ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記バンクは有機樹脂で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記バンクは無機膜で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサは前記フィルタ基板に形成されたブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ表示装置。
基板に有機ＥＬ層を含む画素がマトリクス状に配置され、前記有機ＥＬ層を挟んで下部電極と上部電極が形成され、前記下部電極と前記上部電極に電圧を印加して前記有機ＥＬ層から可視光を発光させ、前記基板と対向してカラーフィルタ基板を配置することによってカラー画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層は他の画素と無機材料で形成されたバンクによって隔てられ、前記カラーフィルタ基板には赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各カラーフィルタの間にはブラックマトリクスが形成され、前記基板と前記カラーフィルタ基板との間にはスペーサが形成されており、前記スペーサの高さをＨＳとし、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記カラーフィルタ基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＨＳ
となっていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサの高さは１μｍ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記スペーサはブラックマトリクス上に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有機ＥＬ表示装置。
基板上に赤フィルタと緑フィルタと青フィルタが形成され、前記各フィルタの間にはブラックマトリクスが形成されており、前記カラーフィルタ上には平坦化のための有機樹脂膜が形成され、前記有機樹脂膜の上には無機膜が形成され、前記無機膜上には半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、パッシベーション膜を有するＴＦＴを含む層が形成され、前記ＴＦＴを含む層の上に前記ＴＦＴを含む層を経由した信号に応じて可視光を放射する有機ＥＬ層が形成され、前記有機ＥＬ層はマトリクス状に配置されることによって前記基板上に画像を形成する有機ＥＬ表示装置であって、前記有機ＥＬ層の各々はバンクによって隔てられ、前記可視光を放射する有機ＥＬ層と前記赤フィルタまたは緑フィルタまたは青フィルタとの距離をＤＦとし、前記カラーフィルタ間に形成される前記ブラックマトリクスの幅をＷＢＭとし、前記バンクの幅をＷＢＡＮＫとし、前記基板の屈折率をｎとしたとき、
ｔａｎ（ｓｉｎ⁻（１/ｎ））≦｛ＷＢＭ＋（ＷＢＡＮＫ−ＷＢＭ）／２｝／ＤＦ
の関係を満足する有機ＥＬ表示装置。
前記パッシベーション膜は有機樹脂膜を含むことを特徴とする請求項１７に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ブラックマトリクスの幅ＷＢＭと、前記バンクの幅ＷＢＡＮＫは略々等しいことを特徴とする請求項１７に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記パッシベーション膜は有機樹脂膜を含み、前記平坦化のための樹脂膜の厚さと前記パッシベーションに含まれる樹脂膜の膜厚の合計は３μｍ以上であることを特徴とする請求項１７に記載の有機ＥＬ表示装置。