JP4161374B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明はＥＬ表示装置などの電気光学装置の改良に関する。
ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置は電流駆動型の発光体（有機ＥＬ・無機ＥＬ）を使用している。電流駆動型の発光体で構成された大型画面の表示装置は、駆動電流量が表示器面積に比例するので、非常に多くの駆動電流が必要になる。
そこで、例えば、特開２０００−８９６９１号公報に記載の発明では、直列に接続された複数の有機ＥＬ素子で各画素を構成することによって画素の駆動電流を少なくし、有機ＥＬ素子や駆動トランジスタにおける電力損失を低減することを提案している。
特開２０００−８９６９１号公報
しかしながら、有機ＥＬ表示素子は、一般的に、陽極層、発光層及び陰極層を含む積層構造であり、順向電流に対してのみ発光するダイオード特性を有している。基板上にマトリクス状に配列される複数の有機ＥＬ表示素子を直列に接続する場合、互いに隣接して配置された有機ＥＬ素子の一方の陽極と他方の陰極とを接続することが必要である。しかし、隣り合う有機ＥＬ素子の陽極と陰極とは基板上の積層位置が異なる。このため、隣り合う有機ＥＬ素子の陽極と陰極とを接続する構造が必要になる。この接続構造が有機ＥＬ表示素子による画素領域中に存在することによって１画素当たりの発光面積が小さくなり、画素面積当たりの発光面積であるいわゆる開口効率が低下する。
よって、本発明は、電流駆動型の発光素子を表示器に使用する電気光学装置における駆動電流の軽減と表示器の画素の開口効率を改善し得る電気光学装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の電気光学装置は、基板上に複数の画素が配列されてなる電気光学装置において、各画素は上記基板上に配置されて直列接続された複数のＥＬ発光素子を含み、各ＥＬ発光素子は上記基板の厚さ方向において積層された第１の電極、発光層及び第２の電極を含み、順方向及び逆方向のいずれの印加電圧でも発光する特性を備え、上記複数のＥＬ発光素子は隣接するもの同士が互いの第１の電極同士又は第２の電極同士で接続されて上記直列接続を構成する。
かかる構成とすることによって、同一積層位置の電極同士を繋いでＥＬ発光素子の直列接続を実現することが可能となる。複数のＥＬ発光素子の直列接続を行うために、積層位置の異なる一のＥＬ発光素子の第１の電極とこれに隣接するＥＬ発光素子の第２の電極とを接続し、あるいは、積層位置の異なる一のＥＬ発光素子の第２の電極とこれに隣接するＥＬ発光素子の第１の電極とを接続する必要がなくなる。それにより、画素領域内に積層位置の異なる電極同士を接続する構造が不要となる。その分、画素領域を発光体に使用することができるので各画素の開口効率が向上する。また、画素を構成するＥＬ発光素子の電極等の面積（パターン）を相対的に大きくすることができるので、製造工程におけるマスクパターン位置合せなども容易となり、製造スループットや歩留まりが向上する。
ここで、「電気光学装置」とは、電気的作用によって発光する電気光学素子を備えた装置一般をいい、例えば、電気光学素子として、ＥＬ発光素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出発光素子などが挙げられる。
また、ＥＬ発光素子には、有機ＥＬ発光素子及び無機ＥＬ発光素子が含まれる。有機ＥＬ発光素には、高分子型と低分子型とが含まれる。
好ましくは、配列された上記複数の画素の行又は列方向に沿って配置された複数の共通電極配線を有し、上記共通電極配線が上記画素を構成する直列接続された複数のＥＬ発光素子の列端部のＥＬ発光素子の第１の電極又は第２の電極を兼ねる。それにより、配線スペースを節約して開口効率を向上させることが可能となる。
好ましくは、上記発光層は、バッファ層、発光体膜及びバッファ層の積層膜によって構成される。それにより、順方向及び逆方向の印加電圧によって発光する無極性のＥＬ発光素子を構成することが可能となる。
好ましくは、上記バッファ層は、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を含む層である。バッファ層としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を使用することが可能である。発光体膜としては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）に対応した蛍光あるいは燐光を発光する公知の発光材料を用いることが可能である。発光層の両側にバッファ層を形成して第１及び第２の電極間に挟む構成とすることによって順バイアス電圧及び逆バイアス電圧の両方に対して発光する有機ＥＬ素子が得られる。
また、本発明の電子機器は、上述した電気光学装置を表示器として備えることを特徴とする。このような、電気光学装置は、電子機器の表示装置として好適である。ここで、「電子機器」とは、複数の素子または回路の組み合わせにより一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば、電気光学装置やメモリを備えて構成される。ここで、電子機器は、回路基板を一枚または複数備えることが可能である。その構成に特に限定がないが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例を図１乃至図５を参照して説明する。各図において対応する部分には同一符号を付している。
以下、本発明の第１の実施例を図１乃至図５を参照して説明する。各図において対応する部分には同一符号を付している。
図１は、本発明が適用された電気光学装置である有機ＥＬ表示装置における画素配置及び各画素を構成する発光素子の配置を説明する説明図である。同図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１の表示領域には複数の画素２がマトリクス状に配置されている。各画素はＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３つの色画素によって構成されている。各色画素は、この実施例では直列に接続された４つ（偶数個）の発光素子２０によって構成されている。従って、１つの画素２は１２個の発光素子２０によって構成されている。なお、封止部材（あるいはキャップ）や、行デコーダ、列デコーダなどは省略されている。
図２は、図１のＡ−Ａ’方向における直列接続された発光素子２０（色画素）を拡大して説明する説明図である。同図（Ａ）は、各発光素子の発光領域を画定する隔壁（バンク）層を示す平面図である。また、同図（Ｂ）は直列接続された複数（４つ）の発光素子２０の接続構造を説明する断面図である。
図２（Ｂ）に示されるように、有機ＥＬ表示装置１は、半導体回路基板１０とこの上に形成された複数の有機ＥＬ素子２０を担う有機ＥＬ表示層２０’によって構成されている。半導体回路基板１０は、下地基板１０、保護膜１２、層間絶縁膜１３、半導体回路１４、配線１５、平坦化膜１６、コンタクト１７等によって構成されている。
下地基板１１は、ガラス基板又は可撓性の樹脂基板によって構成される透明な基板である。この実施例では基板１１の下方に光を放射するボトムエミッション構造としているため、透明基板としている。基板１１の上方に光を放射するトップエミッション構造とする場合には、透明である必要はない。保護膜１２は下地基板１１から半導体層（半導体回路１４）への不純物の侵入を防止する。層間絶縁膜１３は、酸化シリコン層などによって形成され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等によって構成される半導体回路と配線との絶縁を行っている。配線１５は発光素子２０の電流路を構成している。平坦化膜１６は半導体回路基板１０の表面を平坦にして有機ＥＬ表示層２０’の構成を容易にしている。
有機ＥＬ表示層２０’は、半導体回路基板１０上に形成された第１の電極２１（２１ａ〜２１ｃ）、各発光素子の領域を画定する仕切である隔壁層２２、隔壁層２２によって形成された凹部の第１の電極２１上に形成された発光層２３、発光層２３の上に形成された第２の電極層２４を含んでいる。前述したように、実施例ではボトムエミッション型の発光素子としているので第１の電極として、透明電極を使用している。透明電極の材料としてはＩＴＯ（錫がドープされた酸化インジウム膜）が使用されている。また、第２の電極２４としては金、アルミニウムなどの金属電極が使用されている。
発光層２３は、順方向バイアス電圧及び逆方向バイアス電圧のいずれに対しても発光するものを使用する。このため、図３に示すように、実施例で使用する有機ＥＬ発光素子２０は発光層２３構成を発光体２３ａの両側にバッファ層２３ｂ及び２３ｃをそれぞれ配置した構成としている。
すなわち、有機ＥＬ発光素子２０は、第１の電極であるＩＴＯ層２１、例えば、膜厚７６ｎｍのポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を含むバッファ層２３ｂ、発光層２３、例えば、膜厚２６０ｎｍのＰＥＤＯＴを含むバッファ層２３ｃ、第２電極であるＡｕ層２４によって形成されている。発光層２３は公知の材料を使用することができる。
このような発光体の両側にバッファ層を配置した構成のＥＬ発光素子が順方向バイアス及び逆方向バイアスの両方に対して発光すること、従って、交流電源に対しても発光するＥＬ発光素子が得られることを出願人は見出し、別途出願を行っている。なお、このような現象が生じる理由については解明中である。従って、「バッファ層」という表現は便宜的であり、発光体２３ａと電極２１間及び発光体２３ａと電極２４間にそれぞれ介在して順逆のバイアス電圧あるいは順逆の駆動電流に対してＥＬ発光材料が発光することを可能ならしめる機能を有する層という意味で使用される。
このような、順方向及び逆方向の各バイアス電圧あるいは電流によって作動する、いわば無極性のＥＬ発光素子を使用することによって、図２（Ｂ）に示されるように、隣接するＥＬ発光素子２０の第１の電極２１同士又は第２の電極２４同士を接続して複数のＥＬ発光素子２０を直列に接続することができる。第１の電極２１同士、第２の電極２４同士は基板の厚さ方向において同じ積層位置にあるので相互の接続が容易である。すなわち、第１の電極２１同士を接続する場合には、隔壁層２２の下部で接続することができる。また、第２の電極２４同士を接続する場合には、隔壁層２２の上部で接続することができる。従って、発光素子同士の接続のためにＥＬ発光素子の発光領域の面積を減少させない利点がある。
図４は、図２に示された隔壁層２２と第２の電極（上部電極）２４のパターンとを示している。画素を直列接続された複数の発光素子によって構成することによって各発光素子パターンがより微細化されるが、各ＥＬ発光素子の第２の電極２４を共通に形成することが出来るので電極パターンが大きくなる。従って、第２の電極層２４と隔壁層２２や他の層との位置合せも容易になる。
図５は、有機ＥＬ表示装置１の下部電極２１（２１ａ〜２１ｃ）の配置パターン例を示している。前述したように、４つのＥＬ発光素子２０1〜２０4で画素２（ｉ，ｊ）の色画素を形成した場合、ＥＬ発光素子２０1の下部電極２１ａは隣接画素２（ｉ，ｊ＋１）の発光素子２０4と共用されると共に、共通電位Ｖcom（例えば、回路電源電圧Ｖcc、あるいは接地電位ＧＮＤ）が供給される。ＥＬ発光素子２０2及び２０3の各下部電極２１ｂは両ＥＬ発光素子で共用されている。ＥＬ発光素子２０4の下部電極２１ｃは１つのＥＬ発光素子の電極となり、ＴＦＴトランジスタ回路１４に接続されて駆動制御される。
図５に示されるように、２行（あるいは２列）の画素毎に電極２１ａが共通化されるので回路配線の数を減らすことができる。それに伴って、接続配線パターンの面積が減るのでその分、ＥＬ発光素子の発光領域面積を増やすことが可能となる。開口効率も向上する。
（比較例）
図６及び図７は、上述した実施例の効果の理解を助けるための比較例であり、一方向のバイアス電圧にのみ発光する通常の有機ＥＬ発光素子（ダイオード特性）を使用して色画素を直列接続された複数（４つ）のＥＬ発光素子によって構成した例を示している。一方向性素子を使用する場合には各ＥＬ発光素子が順方向にバイアスされるように直列接続しなければならない。
図６及び図７は、上述した実施例の効果の理解を助けるための比較例であり、一方向のバイアス電圧にのみ発光する通常の有機ＥＬ発光素子（ダイオード特性）を使用して色画素を直列接続された複数（４つ）のＥＬ発光素子によって構成した例を示している。一方向性素子を使用する場合には各ＥＬ発光素子が順方向にバイアスされるように直列接続しなければならない。
図６（Ａ）は、比較例の隔壁層２２のパターンを示している。また、図６（Ｂ）は、比較例の有機ＥＬ表示装置の断面図を示している。図６において、図２と対応する部分に同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
図６（Ａ）に示されるように、隔壁層２２には、４つのＥＬ発光素子２０1〜２０4間に３つの接続領域２５が設けられている。接続領域２５は、同図（Ｂ）に示されるように、複数のＥＬ発光素子２０を直列に接続するため、隣接するＥＬ発光素子の第１の電極２１と第２の電極２４とを接続するために使用される。
図２と図６とを比較すると、実施例の構成の方が第１及び第２の電極間の接続構成を要せず、接続領域２５によるデッドスペースが少ないことが判る。
図７は、比較例の隔壁層２２と第２の電極（上部電極）２４のパターンとを示している。同図において、図４と対応する部分には同一符号を付している。
図４と図７とを比較すると、実施例の構成の方が隔壁層２２及び電極２４のパターンが細分化されておらず、製造過程におけるパターンの位置合せやパターン精度に余裕があることが判る。
（有機ＥＬ表示装置の製造）
次に、実施例の有機ＥＬ表示装置の製造方法について図８の工程図を参照して説明する。図８において、図２と対応する部分には同一符号を付している。
次に、実施例の有機ＥＬ表示装置の製造方法について図８の工程図を参照して説明する。図８において、図２と対応する部分には同一符号を付している。
まず、図８（Ａ）に示されるように、公知のプロセス技術によって半導体回路基板１０を作成する。この基板１０の上にスパッタ法等によってＩＴＯ２１を成膜する。このＩＴＯ２１をＥＬ発光素子２０の第１の電極（下部電極）のパターンに対応したマスクを用いてパターニングし、第１の電極２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを形成する。
図８（Ｂ）に示されるように、フォトレジストを塗布し、隔壁のパターン露光を行って、現像し、発ＥＬ光素子の領域を仕切る隔壁層２２を形成する。Ｏ2プラズマ処理を施すなどしてＩＴＯ層２１の表面を親液性とする。なお、隔壁層２２は撥液性であることが望ましい。例えば、レジストへのシリコン添加やＣＦ4プラズマ処理などによって隔壁層を撥液性にすることができる。
図８（Ｃ）に示されるように、第１の電極２１（２１ａ〜２１ｃ）上に無極性の発光層２３を形成する。図３に示されるように、まず、第１の電極２１の上にバッファ層２３ｂを形成する。バッファ層２３ｂは、例えば、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）の分散媒に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を分散させ、これに水やイソプロピルアルコール等の極性溶媒に溶解させたものを使用することができる。この溶液を液滴吐出法（インクジェット法）によって第１の電極２１の上に塗布し、乾燥させる。分散媒や溶媒を蒸発させてバッファ層（ＰＥＤＯＴ）２３ｂが形成される。撥液性の隔壁層２２及び親液性の電極層２１を使用することによって吐出された溶液が電極層２１上に集まり、該電極面に沿って均一に広がって具合がよい。
次に、バッファ層２３ｂの上に液滴吐出法によって発光層形成材料を塗布し、発光体２３ａを成膜する。発光層形成材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。また、本実施形態では、フルカラー表示を行うべく、その発光波長帯域が光の三原色にそれぞれ対応して形成されている。すなわち、発光波長帯域が赤色に対応した発光体Ｒ、緑色に対応した発光体Ｇ、青色に対応した発光体Ｂの三つの発光層により、１画素が構成され、これらが階調して発光することにより、有機ＥＬ装置１が全体としてフルカラー表示をなすようになっている。
発光体２３ａの形成材料として、具体的には、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。
前述したように、「高分子」とは、分子量が数百程度の所謂「低分子」よりも分子量の大きい重合体を意味し、上述の高分子材料には、一般に高分子と呼ばれる分子量１００００以上の重合体の他に、分子量が１００００以下のオリゴマーと呼ばれる低重合体が含まれる。
なお、本実施形態では、赤色の発光体Ｒの形成材料としてＭＥＨＰＰＶ（ポリ（３−メトキシ ６−（３−エチルヘキシル）パラフェニレンビニレン）を、緑色の発光体Ｇの形成材料としてポリジオクチルフルオレンとＦ８ＢＴ（ジオクチルフルオレンとベンゾチアジアゾールの交互共重合体）の混合溶液を、青色の発光体Ｂの形成材料としてポリジオクチルフルオレンを用いている。また、これら各発光層２３については、特にその厚さについては制限がなく、また各色毎に好ましい厚さも変わるものの、例えば青色発光体Ｂの厚さとしては、６０〜７０ｎｍ程度とするのが好ましい。
更に、発光体２３ａの上にバッファ層２３ｃを形成する。バッファ層２３ｃはバッファ層２３ｂと同様に形成することができる。例えば、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）の分散媒に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を分散させ、これに水やイソプロピルアルコール等の極性溶媒に溶解させたものを使用することができる。この溶液を液滴吐出法（インクジェット法）によって発光体２３ａの上に塗布し、乾燥させる。分散媒や溶媒を蒸発させてバッファ層（ＰＥＤＯＴ）２３ｃが形成される。撥液性の隔壁層２２及び親液性の電極層２１を使用することによって吐出された溶液が発光体２３ａ上に集まり、該発光体面に沿って均一に広がって具合がよい。
次に、図８（Ｄ）に示されるように、発光層２３（バッファ層２３ｃ）及び隔壁層２２の上に第２の電極層２４をスパッタ法などによって成膜し、第２の電極パターンに対応したマスクを使用してパターニングする（図４参照）。なお、第２の電極のパターニング方法として、カソードセパレーターと呼ばれる逆テーパー形状のレジストをあらかじめ形成した後、第２の電極層２４を成膜することによって行う方法や、第２の電極層２４を成膜した後、レーザーを用いて直接パターニングする方法などがある。第２の電極層２４の膜材料として、例えば、金、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、銅等を使用することができる。
このようにして、複数のＥＬ素子が直列に接続された色画素が得られ、３つの色画素によって一画素が形成された有機ＥＬ表示装置が得られる。
（実施例２）
図９及び図１０は、色画素を３つ（奇数個）のＥＬ発光素子で構成した他の実施例を示している。図９及び図１０において、図１及び図５と対応する部分にはそれぞれ同一符号を付している。
図９及び図１０は、色画素を３つ（奇数個）のＥＬ発光素子で構成した他の実施例を示している。図９及び図１０において、図１及び図５と対応する部分にはそれぞれ同一符号を付している。
この実施例では、直列接続されるＥＬ発光素子が奇数個となっている。この場合には、第２の電極２４側を共通電極Ｖcomとすることができる。
以上説明したように、本発明の実施例によれば、無極性のＥＬ発光素子を複数直列に接続して画素を構成するので、ＥＬ発光素子の同一の電極同士の接続でＥＬ発光素子の直列接続を実現することができ、ＥＬ表示装置の表示器の開口効率を低下させずに済む。
本発明は、有機ＥＬ（高分子及び低分子を含む）発光装置のみならず、無機ＥＬ発光装置であっても、無極性のＥＬ発光素子であれば、適用することが可能である。
なお、上述した実施例では、半導体回路基板１０上に複数のＥＬ発光素子を一方向に直列に接続して配置したが、複数のＥＬ発光素子を２方向に直列接続して配置してもよい。また、複数のＥＬ発光素子をジグザグに配置し、これ等を直列に接続してもよい。
（電子機器）
図１１は、上述した有機ＥＬ表示装置を画像情報の表示部として用いた電子機器の例を示している。
図１１は、上述した有機ＥＬ表示装置を画像情報の表示部として用いた電子機器の例を示している。
同図（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話８３０は、アンテナ部８３１、音声出力部８３２、音声入力部８３３、操作部８３４、及び上述した本発明の有機ＥＬ表示装置６００を備えている。
同図（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ８４０は、受像部８４１、操作部８４２、音声入力部８４３、及び本発明の有機ＥＬ表示装置６００を備えている。
同図（Ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータへの適用例であり、当該コンピュータ８５０は、カメラ部８５１、操作部８５２、及び本発明の有機ＥＬ表示装置６００を備えている。
同図（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ８６０は、バンド８６１、光学系収納部８６２および本発明の表示装置６００を備えている。
このように本発明の有機ＥＬ表示装置は電子機器の画像表示器として利用可能である。
２ 画素、１０ 半導体回路基板、２０ 有機ＥＬ表示層、２０1〜２０4 発光素子、２３ 発光層、２３ａ 発光体、２３ｂ バッファ層、２３ｃ バッファ層
Claims (5)
- 基板上に複数の画素が配列されてなる電気光学装置であって、
各画素は前記基板上に配置されて直列接続された複数のＥＬ発光素子を含み、
各ＥＬ発光素子は前記基板の厚さ方向において積層された第１の電極、発光層及び第２の電極を含み、順方向及び逆方向のいずれの印加電圧でも発光する特性を備え、
前記複数のＥＬ発光素子は隣接するもの同士が互いの第１の電極同士又は第２の電極同士で接続されて前記直列接続を構成する、電気光学装置。 - 配列された前記複数の画素の行又は列方向に沿って配置された複数の共通電極配線を有し、
前記共通電極配線が前記画素を構成する直列接続された複数のＥＬ発光素子の列端部のＥＬ発光素子の第１の電極又は第２の電極を兼ねる、請求項１に記載の電気光学装置。 - 前記発光層は、バッファ層、発光体膜及びバッファ層の積層膜によって構成される、請求項１又は２に記載の電気光学装置。
- 前記バッファ層は、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を含む層である、請求項３に記載の電気光学装置。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載された電気光学装置を表示器として備えることを特徴とする電子機器。
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