JP4248184B2

JP4248184B2 - 自己発光表示装置

Info

Publication number: JP4248184B2
Application number: JP2002075417A
Authority: JP
Inventors: 尚子木原
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003272872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各表示画素が複数の表示素子を備えた自己発光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＲＴディスプレイに対して、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かして、液晶表示装置に代表される平面表示装置の需要が急速に伸びてきた。中でも、各表示画素にスイッチ素子が設けられたアクティブマトリクス型平面表示装置は、隣接表示画素間でのクロストークのない良好な表示品位が得られることから、携帯情報機器を始め、種々のディスプレイに利用されるようになってきた。
【０００３】
近年では、液晶表示装置に比べて高速応答及び広視野角化が可能な自己発光型のディスプレイとして有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置の開発が盛んに行われている。
【０００４】
一例として有機ＥＬ表示装置を例にとり説明すると、基板の一主面上にマトリクス状に配置された表示素子を備えたアレイ基板と、アレイ基板の一主面と対向して配置される対向基板とを備えて構成される。
【０００５】
このような表示素子は、陽極と陰極間に発光層を備えて構成され、これら表示素子間は親水膜と撥水膜を積層した構造の隔壁により区画されている。そして発光層は発光材料を溶解させた溶液（以下、発光層材料）を、陽極周囲の隔壁から構成される凹形状の画素発光領域にインクジェットなどの手法により充填し、乾燥により溶媒を取り除いて薄膜を形成することにより作成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら周囲隔壁との濡れ性、発光層材料自体の表面張力・粘性・溶媒の乾燥特性が出来上がる膜の膜厚プロファイルに影響し、発光層の膜厚バラツキが発生することがある。有機ＥＬ素子の発光効率は膜厚に依存するため、画素内に明るい部分と暗い部分が出来、所望の設計輝度を得ることができない。また、設計輝度を得る為に画素の電流密度を高めると部分的に高輝度発光するため画素の寿命を縮めてしまう。一方材料の構成から改善を試みると乾燥プロセス、隔壁に用いられる絶縁材料の構成をコントロールすることが検討されているが、特殊な材料の組み合わせになるなど、材料構成・プロセスの選択幅、コスト的、に欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされ、より表示品位の良好な自己発光表示装置を実現することを目的とする。また、一表示画素に複数の表示素子を配置する場合に、表示素子のレイアウトを改善し、発光面積を低減することのない自己発光表示装置を提供することを目的とする。また、材料・プロセスの複雑化を伴うことなく、より高輝度・長寿命の自己発光表示装置を提供することを目的とする。また、発光層の膜厚バラツキの抑制された自己発光表示装置を提供することを目的とする。また、表示素子形状を改善し、電気ショートや電界集中の低減された自己発光表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
例えばＥＬ発光高分子を用いて表示画素を形成する場合、通常溶媒に溶解して得られた溶液を周囲を絶縁膜で形成された表示画素内に充填して高分子発光層を形成する。乾燥後形成された発光層の膜厚分布を詳細に観察した結果、膜厚は画素周辺部で厚く、画素中央部に向かい薄くなっていくことを確認し、この傾向は画素面積が小さい場合に周辺部−中央部の膜厚偏差を小さく出来ることを見出した。しかしながら、画素面積を小さくすると、所望の発光輝度を得る為には複数素子をもって1画素を形成しなければならず、結果として開口率が小さくなってしまう。画素の周辺部から膜の中央部までの距離を短く保つことで膜厚の偏差を小さくし、且つ所望の発光面積を得る為に、発明者らは複数素子を一つの画素内に内包させることで目的を達成できることを見出した。
【０００９】
そこで、本件請求項１の発明は、マトリクス状に配置される複数の陽極膜と、前記陽極膜上に絶縁材料でなる凸状部と、前記凸状部が形成された前記陽極膜上に配置されインクジェット法によって形成された発光層と、前記発光層を介して前記陽極膜と対向配置される陰極膜とを備えた表示画素と、隣接する前記陽極膜間を電気的に絶縁し、前記陽極膜上に開口部を有する隔壁と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態として有機ＥＬ表示装置を例にとり説明する。
図１は、有機ＥＬ表示装置の概略回路図、図２はその一部概略断面図である。有機ＥＬ表示装置１は、ガラス等の絶縁性支持基板１０１上に表示画素１４０がマトリクス状に配置されるアレイ基板１００と、アレイ基板１００に対向配置された封止基板２００とから構成される。
【００１２】
アレイ基板１００は、複数の信号線１１０と、この信号線１１０と略直交して配置される複数の走査線１２０と、これら信号線１１０および走査線１２０の各交点付近に配置される画素スイッチ１３０と、各画素スイッチ１３０と接続される表示画素１４０とを備える。各表示画素１４０は、複数の表示素子ＰＸ_ｎと、これら表示素子ＰＸ_ｎを駆動する駆動制御素子１４１を備える。例えば画素スイッチ１３０はｎ型薄膜トランジスタ、駆動制御素子１４１はｐ型薄膜トランジスタ、各表示素子ＰＸ_ｎは、陽極と陰極とこれら電極間に狭持される発光層ＥＭ、で構成される。画素スイッチ１３０のソース電極は信号線１１０に、ゲート電極は走査線１２０に、ドレイン電極は駆動制御素子１４１のゲート電極Ｇにそれぞれ接続される。また、駆動制御素子１４１のソース電極Ｓは電源供給線ＶＤＤに、ドレイン電極Ｄは陽極膜ＡＤに接続される。
【００１３】
カラー表示を行う場合は、表示画素１４０毎に対応する色の発光を行い、ここでは赤、青、緑の波長に対応する光を出射する。各表示画素１４０の発光形状は、後で述べる画素発光領域の形状にほぼ一致する。
【００１４】
ここで、アレイ基板１００の各表示画素１４０についてさらに詳しく説明する。図３は、図２の表示画素１４０の一部であり、同図（ａ）は略平面図、（ｂ）は略断面図を示す。各陽極は、表示画素１４０毎に島状に設けられた陽極膜ＡＤにより構成され、各陰極は各表示画素１４０共通に連続して配置される陰極膜ＣＤにより構成される。陽極膜ＡＤおよび陰極膜ＣＤの少なくとも一方は光透過性を有する導電膜により形成され、ここでは例えば陽極膜ＡＤがＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の光透過性導電膜、陰極膜ＣＤがＢａで構成される。光透過性導電膜の膜厚は、通常、１０〜１５０ｎｍ程度がよい。また、陰極膜ＣＤを覆うように例えばＡｌ等の保護層１５０を積層する。
【００１５】
各表示画素１４０の画素発光領域を区画する隔壁１６０は、例えば第１隔壁１６１と第１隔壁１６１に積層される第２隔壁１６２の２層構造で形成され、第１隔壁１６１は例えばＳｉＮ、ＳｉＯ等の無機絶縁材料でなる親水膜で形成され、第２隔壁１６２は例えば有機絶縁材料でなる撥水膜で形成される。これら隔壁１６０の開口部に発光層ＥＭが配置され、複数の表示素子ＰＸ_ｎを構成する。この隔壁１６０には、発光層材料を充填した時に、発光材料が隣接する他の画素発光領域に流出しない程度の高さが必要である。また、第１隔壁１６１の開口は、第２隔壁１６２の開口と同等か、第２隔壁１６２の開口よりも小さい径で形成されている。
【００１６】
そして本発明においては、この隔壁１６０の開口部に対応する画素発光領域の陽極膜ＡＤ上に１以上の凸状部１７０を備え、複数の表示素子ＰＸ_ｎの各々に区分する。この凸状部１７０は例えばＳｉＮ、ＳｉＯ等の無機絶縁材料でなる親水膜でなり、各表示画素１４０に対応して設けられる陽極膜ＡＤのうち、凸状部１７０の配置されない部分が陽極として機能する。この凸状部１７０の高さは各表示画素１４０を分離する隔壁１６０の高さ以下であり、発光層ＥＭの膜厚とほぼ同等の高さを有することが望ましく、およそ５０〜２００ｎｍである。また凸状部１７０の幅は、発光面積を低下させないよう狭いほうが望ましい。また、凸状部１７０の形状は、環状形で、各表示画素１４０が３以上の複数の表示素子ＰＸ_ｎを含む場合には、表示素子ＰＸ_ｎ数に応じて大きさの異なる複数の環状形の凸状部を有する。これら凸状部は、その外周でなる面積（外形の大きさ）がより小さい他の凸状部を内包するよう配置され、各凸状部は枝分かれしたり、互いに交差することはない。また、一番小さい環状形の凸状部の内側に、所定形状の凸状部を備えていてもよい。
【００１７】
このような凸状部１７０で分離される表示素子ＰＸ_ｎの各々は、その外周でなる面積（外形の大きさ）がそれぞれ異なるように形成され、外周でなる面積がより小さい表示素子ＰＸ_ｎ全てを内包するように形成されている。つまり各表示画素１４０は互いに大きさの異なる環形状の表示素子ＰＸ_ｎ、あるいは一番小さい環状凸状部１７０の内側に所定形状の表示素子ＰＸ_ｎを備え、外形の大きさが大きい表示素子ＰＸ_ｎが外形の大きさのより小さい表示素子ＰＸ_ｎを内包するよう配置される。
【００１８】
このように、表示画素１４０に含まれる複数の表示素子ＰＸ_ｎの形状を環形状とすることで、鋭角のエッジを有する表示素子ＰＸ_ｎを形成することなく、エッジ部分での発光層ＥＭの成膜不良を低減することができる。そして、発光層ＥＭの未充填部の発生を抑制し、陽極と陰極間の電気ショートの発生を低減することができる。また、画素発光領域に１以上の凸状部１７０を配置することにより、膜厚バラツキの抑制された発光層ＥＭを配置することが可能となり、電界集中を低減し、表示品位を良好なものとすることができる。そして、高輝度、長寿命の有機ＥＬ表示装置を実現することができる。
【００１９】
また、外形の大きさの大きい表示素子が外形の小さい表示素子を内包するよう配置することにより、実質的に発光に寄与する領域を削減することない表示素子のレイアウトが可能となる。
【００２０】
図３には一例として、円状の画素発光領域を備える場合について図示している。この例では、各表示画素１４０が２つの表示素子ＰＸ_１、ＰＸ_２を有している場合で、画素発光領域のサイズを規定する外周を有し幅ｄ_１の環状の第１表示素子ＰＸ_１と、直径ｄ_２の円状の第２表示素子ＰＸ_２とを有する。これら表示素子ＰＸ_１、ＰＸ_２は、幅Ｄ_１の環状の凸状部１７０により区分されている。
【００２１】
第１表示素子ＰＸ_１の幅ｄ_１と第１表示素子ＰＸ_１に内包される第２表示素子ＰＸ_２の直径ｄ_２の大きさは同一である。このように各表示素子ＰＸ_１、ＰＸ_２の発光層ＥＭと凸状部１７０あるいは隔壁１６０の端部との距離を均一に保つことにより、端部との濡れ性、および端部からの距離が発光層ＥＭの膜厚に及ぼす影響を均一化することができる。
【００２２】
また、各表示素子の形状を相似形状とし、外形の大きさの小さい表示素子を表示素子の外形の大きい表示素子が内包するよう配置することにより、各表示素子を表示画素１４０内に対称的に配置することができ、電界集中や形状に起因する膜厚バラツキを抑制することができる。
【００２３】
上述の実施形態では、各表示画素１４０が２つの表示素子を含む場合について説明したが、図４に図示すように、さらに複数の表示素子ＰＸ_１〜３を含むものであってもよい。この場合も、最外周の表示素子ＰＸ_１の発光幅ｄ_１と最内側の表示素子ＰＸ_２直径ｄ_２は等しいことが望ましく、さらに、これらの間に配置される環状表示素子ＰＸ_３の幅ｄ_３の大きさも等しいこと（ｄ_１＝ｄ_２＝ｄ_３）が望ましい。また、最内側の表示素子ＰＸ_２を除く環状表示素子ＰＸ_１、ＰＸ_３が相似形であることが望ましい。
【００２４】
また図５に図示すように、複数の環状の凸状部１７１、１７２および最も径の外形の小さい凸状部１７２の内側に円形の凸状部１７３を有し、表示素子ＰＸ_１〜３全てが環状のものであってもよい。この場合も各環状表示素子ＰＸ_１〜３の幅が等しいこと（ｄ_１＝ｄ_２＝ｄ_４）が望ましく、また、それぞれ相似形であることが望ましい。
【００２５】
また、画素発光形状は円形に限定されず、図６に図示するような正多角形状であってもよい。発光層ＥＭがインクジェットノズルを用いて塗布される場合には、画素発光形状は縦横比が１：１となるよう形成することが望ましい。
【００２６】
また、各表示素子の形状を正多角形状とし、各辺のなす内角θを９０°以上の角度を有する構造とすることにより、鋭角のエッジによる電界集中を低減することができる。また、鋭角のエッジを有する場合エッジ部分に発光層材料が行き渡らず未充填となるような製造上の不具合を抑制することができる。そして、未充填部分に起因する電気ショートの発生を防止することができる。
【００２７】
次に、この有機ＥＬ表示装置１の製造方法の一例について説明する。
マトリクスアレイ状に信号線１１０、走査線１２０、画素スイッチ１３０、駆動制御素子１４１等を配置した基板上に、陽極膜ＡＤ材料として例えばＩＴＯを蒸着、スパッタリング等により膜厚５０ｎｍに成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより表示画素１４０に対応した陽極膜ＡＤを形成する。
【００２８】
この陽極膜ＡＤ上に、第１隔壁材料として例えばＳｉＮ膜を膜厚１００ｎｍに成膜し、連続して第１隔壁膜上に第２隔壁材料として例えばポリイミドを膜厚３０００ｎｍとなるように成膜する。第１隔壁１６１の膜厚は、発光層ＥＭの膜厚とほぼ同一となるよう設定することが望ましく、第２隔壁１６２の膜厚は、発光層材料塗布時に各表示画素１４０の発光層材料が隣接する表示画素１４０に付与されない程度に設定することが望ましい。
【００２９】
第２隔壁材料は、有機絶縁膜からなり、有機絶縁膜としては、その目的を達する物ならばいかなる物でもかまわないが、プロセスの簡便性から感光性を有する物が望ましい。たとえばポジ型のパターンを与える有機絶縁膜としては、フェノール樹脂・ポリアクリル・ポリアミド樹脂・ポリアミック酸などのアルカリ可溶性の高分子誘導体にナフトキノンジアジドなどの感光性化合物を添加し、露光・アルカリ現像によりポジパターンを得られるような材料が挙げられる。ネガ型のパターンを与える有機絶縁膜としては化学線の照射により現像液への溶解速度が遅くなる感光性組成物、たとえば化学線照射により架橋する官能基を有する感光性組成物が挙げられる。化学線照射により架橋するたとえばエポキシ基を有する化合物を含有する感光性組成物、等を用いることが出来る。
【００３０】
次に第２隔壁膜をパターニングし、画素発光領域に対応する位置に開口を有する格子状の第２隔壁１６２を形成する。本実施形態では、開口の形状を円形状としたが、これに限定されない。
【００３１】
続いて、第１隔壁膜を所定形状にパターニングし、画素発光領域を規定する開口部を有する第１隔壁１６１と、各表示素子ＰＸ_ｎを区分する凸状部１７０を同時に形成する。例えば、本実施形態においては表示画素１４０内に直径（内側）ｄ_２、幅Ｄ_１の環状凸状部１７０を第１隔壁１６１端部から等距離ｄ_１の位置に配置した。こうして形成される凸状部１７０は、画素発光領域の発光形状の外周形状とほぼ同一である。ここでは、ｄ_２＝ｄ_１とし、例えばＤ_１を０．１μｍに設定した。このように第１隔壁１６１と同一材料で同時に凸状部１７０を形成するため、材料、プロセスを増大させることなく、またコストを増大させることなく凸状部１７０を形成することができる。
【００３２】
次に、陽極上に発光層ＥＭを形成する。ここでは陽極バッファ層および有機発光層ＥＭからなる有機積層構造で形成される。陽極バッファ層材料としては、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、（たとえば、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物、または、ポリアニリンとポリスチレンスルホン酸の混合物）等を用いることが出来る。陽極バッファ層の膜厚は、通常、１〜１００ｎｍ程度がよい。陽極バッファ層はスピンコート法あるいはインクジェット法により形成される。
【００３３】
有機発光層材料としては、通常、有機ＥＬ素子に用いられるものを用いることが出来る。そのようなものとして、赤は、たとえばポリビニレンスチレン誘導体のベンゼン環にアルキルまたはアルコキシ置換基を有する高分子化合物、ポリビニレンスチレン誘導体のビニレン基にシアノ基を有する高分子化合物などが挙げられる。緑は、たとえばアルキルまたはアルコキシまたはアリール誘導体置換基をベンゼン環に導入したポリビニレンスチレン誘導体などが挙げられる。青は、たとえばジアルキルフルオレンとアントラセンの共重合体など、ポリフルオレン誘導体が挙げられる。また、これらの高分子化合物に低分子の発光材料などを添加してもかまわない。有機発光層の膜厚は、材料により最適な膜厚があるが、通常５０〜２００ｎｍ程度がよい。
【００３４】
発光層は、それぞれの成分を含む溶液をインクジェット法により成膜する。
まず、第１隔壁１６１および第２隔壁１６２でなる隔壁１６０により区分された各画素発光領域に、スピンコート法により、陽極バッファ層材料を成膜し、１２０℃で３分加熱して、厚さ３０ｎｍの陽極バッファ層を形成した。
【００３５】
その後、各色に相当する画素発光領域の陽極バッファ層上に、各色の有機発光層材料をインクジェット法により所定液量を滴下し、９０℃で１時間乾燥して、厚さ８０ｎｍの有機発光層ＥＭを形成した。例えば、赤画素および青画素用には文献（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９９８，１０，１３４０）を参考にＰＰＶ誘導体を合成し、これをテトラリンに１％溶解し、青画素用には文献（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９９８，１０，９９３）を参考にジヘキシルフルオレンとアントラセンの誘導体を合成し、同様にテトラリンに１％溶解して有機発光層材料とした。
【００３６】
このとき、画素発光領域に凸状部１７０を配置することにより、発光領域を分割することができ、乾燥後の発光層ＥＭの膜厚バラツキを効果的に抑制することができる。
【００３７】
次いで、陰極材料としてＢａを１０−７Ｐａの真空度で９０Åの膜厚に蒸着し、陰極膜ＣＤを形成した。続いて、Ａｌを１５００Åの膜厚に蒸着し、保護層１５０を形成した。
【００３８】
また、封止基板２００の主表面の周縁部に紫外線硬化型樹脂からなるシール材を塗布し、アレイ基板１００の主表面と対向させＮ_２またはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で貼りあわせる。ついで、紫外線を照射しシール材を硬化させ、有機ＥＬ表示素子ＰＸ_ｎが支持基板１０１および封止基板２００間に封止された有機ＥＬ表示装置１を作成する。
【００３９】
このようにして形成したカラー表示型アクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置は、高い発光輝度を示した。
【００４０】
尚、上述の実施形態では、陽極とＴＦＴのソース・ドレイン電極とが同一平面上にある場合について説明したが、ソース・ドレイン電極上に絶縁膜を配置して、この絶縁膜上に陽極を配置し、絶縁膜に形成されるコンタクトホールを介して陽極と駆動制御素子１４１のドレイン電極Ｄとを電気的に接続するものであってもよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では、アレイ基板１００側から光を取出し表示面とする下面発光型について説明したがこれに限定されず、陰極を光透過性導電膜で形成し対向基板側から光を取出す上面発光型としてもよい。例えば陽極をＰｔ、陰極をＭｇ：Ａｇを成膜速度比９：１で共に蒸着しその上にＩＴＯを配置して形成する。このとき、Ｍｇ：Ａｇは光透過性を有する程度に薄膜に成膜することができる。
【００４２】
また、アレイ基板１００に用いられる基板としては、発光層構造を保持できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。ガラス基板が一般的であるが、デバイスの目的に合わせ、たとえばプラスチックシートなど、フレキシブルなものであってもよい。
【００４３】
また、発光層ＥＭを陽極バッファ層と有機発光層の２層構造で形成するものについて説明したが、さらに陰極および有機発光層間に陰極バッファ層を備えた３層構造、あるいは機能的に複合された単層構造で構成してもよい。
【００４４】
また、本発明は有機ＥＬ表示装置に限定されず、自己発光表示装置一般に適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によると発光層の膜厚バラツキが抑制され、高い表示性能を有する自己発光表示装置を達成することができる。また、表示素子のレイアウトの改善により、発光面積を低減することのなく、電気ショートや電界集中の低減された自己発光表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の概略平面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の一部概略断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る表示画素を示し同図（ａ）はその部分平面図、同図（ｂ）は部分断面図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る表示画素を示し同図（ａ）はその部分平面図、同図（ｂ）は部分断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る表示画素を示し同図（ａ）はその部分平面図、同図（ｂ）は部分断面図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る表示画素を示し同図（ａ）はその部分平面図、同図（ｂ）は部分断面図。
【符号の説明】
１・・・有機ＥＬ表示装置
１００・・・アレイ基板
１１０・・・信号線
１２０・・・走査線
１３０・・・画素スイッチ
１４０・・・表示画素
１４１・・・駆動制御素子
１５０・・・保護層
１６０・・・隔壁
１６１・・・第１隔壁
１６２・・・第２隔壁
１７０・・・凸状部
２００・・・封止基板
ＡＤ・・・陽極膜
ＣＤ・・・陰極膜
ＥＭ・・・発光層
ＰＸ_ｎ・・・表示素子

Claims

マトリクス状に配置される複数の陽極膜と、
前記陽極膜上に絶縁材料でなる凸状部と、
前記凸状部が形成された前記陽極膜上に配置されインクジェット法によって形成された発光層と、
前記発光層を介して前記陽極膜と対向配置される陰極膜とを備えた表示画素と、
隣接する前記陽極膜間を電気的に絶縁し、前記陽極膜上に開口部を有する隔壁と、を備えたことを特徴とする自己発光表示装置。
前記隔壁は、前記凸状部以上の高さであることを特徴とする請求項１記載の自己発光表示装置。
前記凸状部は、無機絶縁材料でなることを特徴とする請求項１記載の自己発光表示装置。
前記凸状部は、前記隔壁の前記開口部端部から等距離にある環状形であることを特徴とする請求項１記載の自己発光表示装置。
前記自己発光表示装置は、外形の大きさが異なる複数の環状の前記凸状部を有し、外形の大きい凸状部が大きさの小さい凸状部を内包することを特徴とする請求項１記載の自己発光表示装置。
前記表示素子は、円形状または正多角形状であることを特徴とする請求項４記載の自己発光表示装置。
前記表示素子の環状幅はそれぞれ等しいことを特徴とする請求項４記載の自己発光表示装置。