JP4263435B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機電界発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）に係り、特に上部発光方式（Ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）の有機電界発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）は軽くて電力消耗が少ない長所があるため、平板ディスプレイとして現在最も多く用いられている。
【０００３】
しかし、液晶ディスプレイ装置は、それ自体発光素子ではなく受光素子であり、明るさ、コントラスト、視野角、そして大面積化等に技術的限界があるために、このような短所を克服できる新しい平板ディスプレーを開発する努力が活発に展開されている。
【０００４】
新しい平板ディスプレイのうちの一つである有機電界発光素子は、それ自体が発光形素子であるために液晶表示装置に比べて視野角、コントラストなどが秀れているだけでなく、バックライトが要らないために軽量・薄形が可能であって、消費電力の面でも有利である。そして、直流低電圧駆動が可能であって応答速度が速く、全部固体で構成されているために外部衝撃に強くて使用温度範囲も広いうえ、製造費用の面でも低廉な長所を有している。
【０００５】
特に、前記有機電界発光素子の製造工程には、液晶ディスプレイ装置や、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）と異なり、蒸着及び封止装備のみで製造できるために、工程が非常に単純である。
【０００６】
従来はこのような有機電界発光素子の駆動方式として発光素子に付随した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えないパッシブマトリックス型が主に利用された。
【０００７】
しかし、前記パッシブマトリックス方式では走査線と信号線が交差しながらマトリックス状に素子を構成し、各々の画素を駆動するために走査線を時間によって順次に駆動するので、要求される平均輝度を得るためには平均輝度にライン数を乗じただけの瞬間輝度を出さなければならない。
【０００８】
しかし、アクティブマトリックス方式では、各画素を開閉するスイッチング素子である薄膜トランジスタが画素毎に配置してあり、この薄膜トランジスタがスイッチの役割をして、薄膜トランジスタと連結された第１電極は画素単位でオン／オフされて、この第１電極と対向する第２電極は共通電極になる形態をとっている。
【０００９】
さらに、前記アクティブマトリックス方式では画素に印加された電圧がストレージキャパシタ（ＣＳＴ）に充電されて、その次のフレーム信号が印加される時まで電源を印加することによって、走査線数に関係なく１画面が表示される間引続き駆動される。
【００１０】
したがって、アクティブマトリックス方式によると、低い電流を印加しても同一な輝度を示すので低消費電力、高精細、大型化が可能な長所を有する。
【００１１】
以下、このようなアクティブマトリックス型の有機電界発光素子の基本的な構造及び動作特性について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は一般的なアクティブマトリックス型の有機電界発光素子の基本画素構造を示した図面である。
【００１３】
図示したように、第１方向に走査線Ｌ１が形成されていて、この第１方向と交差する第２方向には相互に一定間隔だけ離隔された信号線Ｌ２及び電力供給ラインＬ３が形成されていて、一つの画素領域を定義する。
【００１４】
前記走査線Ｌ１と信号線Ｌ２の交差地点にはアドレッシングエレメントであるスイッチング薄膜トランジスタＴ１が形成されていて、このスイッチング薄膜トランジスタＴ１及び電力供給ラインＬ３と連結されてストレージキャパシタＣＳＴが形成されている。このストレージキャパシタＣＳＴ及び電力供給ラインＬ３と連結されて電流源エレメントである駆動薄膜トランジスタＴ２が形成されていて、この駆動薄膜トランジスタＴ２と連結されて有機電界発光ダイオードＤが構成されている。
【００１５】
この有機電界発光ダイオードＤは、有機発光物質に順方向の電流を供給すると、正孔提供層である陽極と電子提供層である陰極間のＰ−Ｎ接合部分を通して電子と正孔が移動しながら相互に再結合して、前記電子と正孔が離れている場合より小さなエネルギーを有するようになり、このとき発生するエネルギー差によって光を放出する原理を利用するものである。
【００１６】
前記スイッチング薄膜トランジスタＴ１は電圧を制御して、電流源を貯蔵する役割をする。
【００１７】
前記有機電界発光素子は、有機電界発光ダイオードから発光された光の進行方向によって上部発光方式（ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）と下部発光方式（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）に分けられる。
【００１８】
下部発光方式では、薄膜トランジスタが形成された基板側に発光された光が放出されるので、薄膜トランジスタを含む配線部分は表示領域から除外されるが、上部発光方式では薄膜トランジスタ上部側に発光された光を放出する方式であるので、発光領域を全体パネル面積の７０〜８０％まで拡大することができる。
【００１９】
それゆえ、上部発光方式は、下部発光方式より外部光の反射による影響でコントラストが低下しやすい。
【００２０】
このような有機電界発光素子におけるコントラスト比は素子のオン／オフ時の輝度比であって、オフ時の輝度は外部光に対する素子の反射率によって決定される。
【００２１】
したがって、コントラストを高めるためには外部光に対する反射率を低くすることが非常に重要である。
【００２２】
図２は従来の第１例による上部発光方式有機電界発光素子の一部領域を示す断面図であって、この図により前記図１の一つの画素部において駆動薄膜トランジスタＴ２を中心に両側に各々連結されたストレージキャパシタＣＳＴ及び有機電界発光ダイオードＤ部の一例について説明する。
【００２３】
図示したように、絶縁基板１上に半導体層３２、ゲート電極３８、ソース及びドレイン電極５０、５２で構成された薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴのソース及びドレイン電極５０、５２には図示しなかった電源供給ラインに接続されたパワー電極４２及び有機電界発光ダイオードＥが各々連結されている。
【００２４】
そして、前記パワー電極４２に対応する下部には絶縁体が介在された状態で前記半導体層３２と同一物質からなるキャパシタ電極３４が配置されており、これらが対応する領域はストレージキャパシタＣＳＴを構成している。
【００２５】
そして、前記有機電界発光ダイオードＥは、有機電界発光層６４が介在された状態で相互に対向する陽極５８及び陰極６６で構成される。
前記有機電界発光ダイオードＥは、それ自体が発光された光を外部に放出させる発光領域Ａを構成している。
【００２６】
そして、前記有機電界発光素子の最上部層には有機電界発光素子を水分及び外部環境から保護するための目的を有するトップ保護層６８が形成されている。
【００２７】
このトップ保護層６８をなす材質は、無機または有機絶縁物質であるが、このような物質は屈折率が１．５以上で空気の屈折率である１．０との差によって約４％の表面反射率を有するようになっている。このような要因によって外部光に対するコントラストが低下することがある。
【００２８】
また、前記有機電界発光ダイオードＥの陽極５８は、反射率が高い金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で構成されるが、これら金属の反射率は６０％を越えるものが大部分であって、照度が高い環境ではこのような物質で構成された電極表面における反射によって外部環境とのコントラストが急激に低下する問題点がある。
【００２９】
そして、図面には示さなかったが、前記最上部層は位相差調節が可能な偏光板である円形偏光板で形成することができるが、この円形偏光板は高温高湿環境に対して脆弱で、製品寿命が短く、材料費が高価になる短所を有する。
【００３０】
図３は従来の第２例による上部発光方式有機電界発光素子についての断面図であって、発光された光が透過する領域で定義される発光領域部を中心に図示した。
【００３１】
図示したように、発光領域Ａが定義された絶縁基板１上にゲート電極１２、半導体層１６、ソース及びドレイン電極１８、２０で構成された薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴと連結されて有機電界発光ダイオードＥが形成されている。
【００３２】
前記有機電界発光ダイオードＥは、有機電界発光層２６が介在された状態で相互に対向する上部電極２８及び下部電極２４で構成される。
【００３３】
このとき、前記有機電界発光層２６は、下部電極２４上部に配置する絶縁層２７によって画素単位で構成されるが、図３の上部発光方式では有機電界発光層２６が薄膜トランジスタＴを覆う領域まで形成されている。
【００３４】
そして、前記有機電界発光ダイオードＥの上部及び下部電極２８、２４各々をなす電極は薄膜トランジスタＴから供給されるキャリアによって陽極または陰極をなす。
【００３５】
すなわち、電子をキャリアとするｎ型薄膜トランジスタと連結した時には下部電極２４が陰極、上部電極２８が陽極を構成して、ｐ型薄膜トランジスタと連結した時にはこれと反対に構成される。
【００３６】
一方、前記上部電極２８と連接される上部にはバッファ層２９が形成されていて、該バッファ層２９上の最上部層には保護層３０が形成されている。
【００３７】
前記バッファ層２９は、有機電界発光ダイオードＥのように真空蒸着条件で形成可能な絶縁物質で構成して、真空蒸着工程以後最上部層をなす保護層３０を形成する工程中に有機電界発光ダイオードＥ素子を保護する役割をする。
【００３８】
特に、前記保護層３０をなす材質は比較的厚い厚さのコーティング処理された絶縁物質や、またはガラス基板からなる保護板で代えることができる。
【００３９】
ところで、図３の従来の第２例による上部発光方式有機電界発光ダイオードで、上部電極をなす材質は光透過性物質、例えばＩＴＯまたはＩＴＯを含む金属物質で構成され、下部電極は反射率が高い金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で構成されるが、これら金属の反射率は６０％を越えるものが大部分であって、照度が高い環境ではこのような物質で構成された電極表面における反射によって外部環境とのコントラストが急激に低下する問題点がある。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、本発明では外部光に対する反射率を低めてコントラストが向上された有機電界発光素子を提供することによって、画質特性が向上された高品位有機電界発光素子を提供することを目的にする。
【００４１】
このために、本発明ではトップ保護層を覆う最上部層と有機電界発光ダイオード部に各々第１及び第２補償層を形成する。このとき、第１補償層は外部光に対する反射率を低下させることができる物質で構成され、第２補償層は光吸収層または光透過度が相異なる複数個の層で構成されるようにする。
【００４２】
また、本発明では有機電界発光ダイオードの下部電極を光透過性物質で形成して、これにより下部電極下部に光遮断膜を構成する構造またはこのような構造に別途の補償層を追加する構造を提示する。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明の第１特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上に形成された光学的干渉物質からなる第１電極と；前記第１電極上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に形成された光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４４】
本発明の第２特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上部に形成された第１電極と；前記第１電極と連接する上部に形成された伝導度を帯びる光吸収物質からなる第１補償層と；前記第１補償層上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に配置された、光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質中少なくともいずれか一つの物質でなされた第２補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４５】
本発明の第３特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上部に形成された有機系光吸収物質からなる第１補償層と；前記第１補償層上部に形成された第１電極と；前記第１電極上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に形成された光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる第２補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４６】
そして、本発明の第１ないし第３特徴における前記第２電極をなす光透過性物質は、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のうちのいずれか一つに選択されたり、またはＩＴＯ、ＩＺＯのうちのいずれか一つの物質と金属薄膜で構成されることを特徴としており、前記無反射コーティング物質は真空蒸着法によって形成され、前記遮光コーティング物質はスピンコーティング法によって形成されることを特徴とする。
【００４７】
前記遮光コーティング物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質である。
そして、本発明の第１ないし３特徴による前記有機電界発光素子は、各画素を個別的に開閉するスイッチング素子を含むアクティブマトリックス型有機電界発光素子であって、前記スイッチング素子はｐ型半導体を含む薄膜トランジスタであり、前記第１及び第２電極は各々陽極と陰極であることを特徴とする。
【００４８】
そして、本発明の第１特徴による前記第１電極は、有機電界発光層と近接した側から半透過層、透過層、全反射層が順次積層された構造を有することを特徴としており、前記半透過層をなす物質は有機電界発光層と仕事関数の差が少ない物質であることを特徴とする。
【００４９】
そして、本発明の第２特徴による前記第１補償層は、クロム（Ｃｒ）を含む物質であって、本発明の第３特徴による前記第１補償層はブラックレジンであることを特徴とする。
【００５０】
また、前記目的を解決するために、本発明の第４特徴では発光領域が定義された絶縁基板と；前記絶縁基板上に形成された光吸収性物質からなる光遮断膜と；前記光遮断膜上部に形成され、第１、２光透過性物質で各々構成された第１、２電極と、前記第１、２電極間に介在され、前記発光領域に配置する有機電界発光層で構成された有機電界発光ダイオードを含む上部発光方式有機電界発光素子を提供する。
【００５１】
前記第４特徴の有機電界発光素子は、各画素を個別的に開閉するスイッチング素子を含むアクティブマトリックス型有機電界発光素子であり、前記スイッチング素子は光遮断膜下部に配置して、前記有機電界発光ダイオードと連結される駆動スイッチング素子をさらに含み、前記光遮断膜は基板全面にかけて形成され、前記駆動スイッチング素子と有機電界発光ダイオードを連結させる複数個のコンタクトホールが形成されたことを特徴とする。そして、前記光遮断膜は光吸収性ポリマー系物質から選択され、前記光吸収性ポリマー系物質はブラックレジンであることを特徴とする。スイッチング素子は正孔をキャリアとするｐ型スイッチング素子であり、前記第１電極は陽極である下部電極であって、前記第２電極は陰極である上部電極であり、前記第１光透過性物質はＩＴＯであって、前記第２光透過性物質は前記隣接した有機電界発光層と仕事関数の差が少ない光透過性物質で構成される。
【００５２】
前記第４特徴の有機電界発光素子は、第２電極上部に配置するトップ保護層をさらに含んでおり、前記第２電極とトップ保護層間にバッファ層をさらに含み、前記トップ保護層上部に光反射率が低い物質からなる補償層をさらに含むことを特徴とする。
【００５３】
前記第４特徴の補償層をなす材質は、無反射コーティング処理した物質、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質であることを特徴とする。
【００５４】
本発明による上部発光方式有機電界発光素子には、前記図１の基本画素構造を適用することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による望ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
＜実施例１＞
第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子は、最上部層に外部光を反射または散乱させることができる物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる第１補償層と、有機電界発光ダイオード部に配置した光透過度が相異なる複数個の層で構成された第２補償層を含む。
【００５６】
図４は、本発明の第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、図５は前記図４のＢ領域についての拡大図面である。
【００５７】
図示したように、絶縁基板１００上に半導体層１０６、ゲート電極１１２、ソース及びドレイン電極１２０、１２２で構成される薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴのソース及びドレイン電極１２０、１２２にはパワー電極１１６及び有機電界発光素子の第１電極１２６が各々連結されている。
【００５８】
前記第１電極１２６上部には有機電界発光層１２８及び第２電極１３０が順序どおり形成されていて、第１及び第２電極１２６、１３０と有機電界発光層１２８は有機電界発光ダイオードＥを構成する。
【００５９】
そして、前記パワー電極１１６に対応する下部には絶縁された状態でキャパシタ電極１０８が形成されていて、このパワー電極１１６及びキャパシタ電極１０８が対応する領域はストレージキャパシタＣＳＴを構成する。
【００６０】
そして、前記有機電界発光素子を保護するために、有機電界発光ダイオードＥ、薄膜トランジスタＴ、ストレージキャパシタＣＳＴの上部にはトップ保護層１３６が形成されていて、このトップ保護層１３６を覆う領域には第１補償層１３８が形成されている。
【００６１】
前記トップ保護層１３６をなす物質は、有機または無機物質や透光性を有する絶縁物質から選択することができる。
【００６２】
前記第１補償層１３８をなす材質は、外部光の反射率を低めることができる物質で形成されることを特徴とする。
【００６３】
このような物質は無反射コーティング処理した物質や、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質で構成されることが望ましい。
【００６４】
前記無反射コーティング処理した物質は、単一層または複数個の層で構成されるが、複数個の層で構成される場合には複数個の層間に発生する光の干渉によって流入した外部光に対する反射率を落とすものであって、真空蒸着法によって形成される。
【００６５】
そして、遮光コーティング処理された物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質を利用して、シリカ粒子による光の散乱作用によって外部光に対する反射率を低めるようにする。
【００６６】
この遮光コーティング処理は、主にスピンコーティング法によってなされる。
【００６７】
そして、前記第１電極１２６は、光干渉を起こすことができる物質で形成することを特徴とする。
【００６８】
図５に示したように、前記第１電極１２６の積層構造及び外部光の進行方向について説明すると、第１電極１２６は外部光が流入する順序どおりに半透過層１２６ａ、透過層１２６ｂ、全反射層１２６ｃで構成される。
【００６９】
前記全反射層１２６ｃは、金、銀、白金、アルミニウムのように比較的反射率が高い不透明金属で形成することが望ましく、透過層１２６ｂはＩＴＯ、ＩＺＯのような透明伝導性物質で形成することが望ましく、半透過層１２６ａは１００Å程度の厚さで形成したとき半透過性を帯びる不透明金属薄膜で形成することが望ましい。
【００７０】
このとき、半透過層１２６ａは、有機電界発光層１２８と連接構成されるので、正孔の注入を円滑にできる程度の伝導度を有し、有機電界発光層１２８と仕事関数の差が少ない物質から選択されることが重要である。
【００７１】
以下、本発明による有機電界発光素子に外部光が流入した時の光の進行経路について説明する。
【００７２】
例えば、光の強さが同一でない第１、第２、第３の外部光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（ただしＬ１＜（Ｌ２≒Ｌ３））が有機電界発光素子に流入する場合、まず最上部層に配置した第１補償層１３８によって第１の外部光Ｌ１を無反射または散乱させる方法によって反射率を落とすことができる。一方、有機電界発光ダイオードＥ部まで流入した第２及び第３の外部光Ｌ２、Ｌ３は、半透過層１２６ａで第２の外部光Ｌ２が反射されて第３の外部光Ｌ３はそのままその下部層をなす透過層１２６ｂまで透過するが、この透過層１２６ｂをそのまま透過した第３の外部光Ｌ３はその下部層をなす全反射層１２６ｃで再び全反射する。このようにして、第２の外部光Ｌ２及び第３の外部光Ｌ３における反射光は相互間の光学的干渉によって外部光の主要波長を破壊的に干渉させることによって外部への反射率を低めることができる。
【００７３】
一方、各素子を絶縁または保護するための絶縁物質では、前記絶縁基板１００と半導体層１０６間で緩衝作用をするバッファ層１０４と、前記ストレージキャパシタＣＳＴを構成する第１保護層１１４と、ソース電極１２０とパワー電極１１６間の第２保護層１１８と、第１電極１２６とドレイン電極１２２間の第３保護層１２４と、薄膜トランジスタＴと有機電界発光層１２８間の第４保護層１２９が順次積層された構造を有し、前記第１ないし４保護層１１４、１１８、１２４、１２９には各々素子間の電気的連結のためのコンタクトホール（図示せず）が形成されている。
【００７４】
前記第１ないし４保護層１１４、１１８、１２４、１２９は、無機絶縁物質で形成することが望ましく、さらに望ましくはシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）のうちのいずれか一つで構成される。
前記第２電極１３０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ単一層または薄膜金属層を含む二重層構造のＩＴＯ、ＩＺＯで形成することが望ましい。
【００７５】
そして、前記有機電界発光層１２８は、第１電極１２６及び第２電極１３０間に順序どおり正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層からなる複層膜で構成される。
【００７６】
そして、本発明によるアクティブマトリックス型有機電界発光素子は、真空蒸着法によって形成されることを特徴とする。
以下に記述する他の実施例は、有機電界発光ダイオード部に別途の補償層をさらに形成した例に関するものである。
【００７７】
＜実施例２＞
第２実施例では上部発光方式有機電界発光素子のコントラストを向上させるために、最上部層に前記第１実施例の第１補償層と同一の物質からなる補償層を形成するとともに、第２電極と有機電界発光層間に伝導度を帯びる光吸収物質からなる他の補償層を形成することを特徴とする。
【００７８】
図６は、本発明の第２実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図４と重複する説明は省略する。
【００７９】
図６に示したように、前記有機電界発光素子では外部光反射率を落とすために最上部層に第１補償層２３８を形成するとともに、有機電界発光ダイオードＥ領域に第２補償層２２６が形成されたことを特徴とする。第１補償層２３８は前記実施例１の第１補償層２３８と同一の物質を適用することができ、第２補償層２２６は第１電極２２４と有機電界発光層２２８間に配置することを特徴とする。
【００８０】
前記第２補償層２２６は、電気伝導度を有する光吸収物質で構成されることを特徴とする。このような第２補償層２２６をなす物質としてクロム（Ｃｒ）を含む物質を挙げることができる。
【００８１】
＜実施例３＞
第３実施例では、前記第２実施例と比較して発光領域に形成される第２補償層の形成位置及び材質を異なるように構成することを特徴とする。
図７は、本発明の第３実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図４及び図６と重複する説明は省略する。
【００８２】
図７に示したように、第１補償層３３８は第１及び第２実施例の第１補償層１３８、２３８と同様に形成することができて、第２補償層３２２は第１電極３２４と連接される下部に配置することを特徴とする。
【００８３】
この第２補償層３２２は、光吸収力を有する有機系絶縁物質で形成することが望ましく、さらに望ましくはブラックレジンで形成するものである。
しかし、本発明は前記実施例に限らず、本発明の趣旨から外れない範囲内で多様に変更して実施できる。
【００８４】
例えば、前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタは正孔をキャリアとするｐ型半導体または電子をキャリアとするｎ型半導体のうちのいずれか一つで構成されるので、本発明による有機電界発光素子では、ｐ型では第１電極を陽極、第２電極を陰極に構成して、ｎ型では第１電極を陰極、第２電極を陽極に構成することを特徴とする。
【００８５】
しかし、本発明は前記実施例による薄膜トランジスタ及びストレージキャパシタ部の構造に限らず、また発光素子に付随した薄膜トランジスタを備えないパッシブマトリックス方式有機電界発光素子にも適用できる。
【００８６】
＜実施例４＞
第４実施例は有機電界発光ダイオード用の下部電極を透過性物質で構成することによって、下部電極下部に光遮断膜を構成する実施例に関するものである。
【００８７】
図８は、本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図である。
【００８８】
図示したように、発光領域Ａが定義された絶縁基板１００上の所定の位置に薄膜トランジスタＴが形成されていて、薄膜トランジスタＴと連結されて有機電界発光ダイオードＥが形成されている構造の有機電界発光素子において、前記薄膜トランジスタＴにはゲート電極４０２が形成されていて、ゲート電極４０２上部にはゲート絶縁膜４０４が形成されていて、ゲート絶縁膜４０４上部にはアクティブ層４０６ａ、オーミックコンタクト層４０６ｂが順次積層された半導体層４０６が形成されている。半導体層４０６上部には相互に一定間隔離隔されてソース及びドレイン電極４０８、４１０が形成されていて、ソース及びドレイン電極４０８、４１０間離隔区間には前記アクティブ層４０６ａを露出させたチャネルＣＨが形成されている。
【００８９】
そして、薄膜トランジスタＴ上部にはドレインコンタクトホール４１３を有する第１保護層４１２及び光遮断膜４１４が順次形成されている。第１保護層４１２上部にはドレインコンタクトホール４１３を通してドレイン電極４１０と連結される第１電極４１６が形成されていて、第１電極４１６上部には発光領域Ａと対応する第１電極４１６を露出させる第２保護層４１８が形成されている。この第２保護層４１８の第１電極４１６露出部を通して有機電界発光層４２０が形成されていて、この有機電界発光層４２０上部には第２電極４２２が形成されていて、この第２電極４２２上部にはバッファ層４２４及びトップ保護層４２６が順序どおり配置されている。
【００９０】
このバッファ層４２４及びトップ保護層４２６は、前記図３で前述したバッファ層及びトップ保護層を適用することができる。
【００９１】
前記第１及び第２電極４１６、４２２をなす材質はすべて光透過性材質から選択されることを特徴とする。
【００９２】
前記第１及び第２電極４１６、４２２は、薄膜トランジスタＴから提供されるキャリア種によって陽極と陰極が決定され、例えばｐ型薄膜トランジスタを採用した時にはこれと連結される第１電極４１６はキャリアとしての正孔を提供する陽極で構成され、その材質はＩＴＯのような透明導電性物質から選択される。また、前記薄膜トランジスタＴにｎ型を採用した時にはこれと連結された第１電極４１６はキャリアとしての電子を提供するので陰極で構成されて、その材質は光透過性物質のうち隣接した有機電界発光層と仕事関数差が少ない金属から選択されることが望ましく、このような電極選択及びその物質特性は第２電極４２２にも適用される。
【００９３】
このように、本発明では上部発光方式有機電界発光素子におけるコントラスト特性を向上させるために第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって、有機電界発光層４２０から発光される光が第１電極４１６下部で損失することを防止するために第１電極４１６下部に光遮断膜４１４を構成することを特徴とする。
【００９４】
この光遮断膜４１４は、第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって、第１電極４１６を透過して流入する発光領域Ａ上の光または外部から流入した光が薄膜トランジスタＴのチャネルＣＨに照射されることを防止する役割をするので、紫外線から可視光線、赤外線領域にかけた光を吸収またはある程度反射する性質を有する材質で構成されることが望ましい。
【００９５】
このような材質として、液晶ディスプレイ装置用ブラックマトリックス材質で通常的に利用されている光吸収性ポリマー系物質から選択することが望ましく、代表的な物質としてブラックレジンを挙げることができる。
【００９６】
さらに、前記光遮断膜４１４は、有機電界発光ダイオードＥ下部の薄膜トランジスタＴが形成された下部膜を平坦化する役割及び薄膜トランジスタＴ基板と有機電界発光ダイオードＥを絶縁させる機能も兼ねる。
【００９７】
また、本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子は、アクティブマトリックス方式に限らず、発光素子に付随する薄膜トランジスタが備わらないパッシブマトリックス方式に適用することも差し支えない。
【００９８】
そして、本発明の第４実施例によるアクティブマトリックス方式有機電界発光素子に適用する薄膜トランジスタの種類を限定しない。例えば、前記第４実施例では非晶質シリコンからなる半導体層を含む逆スタガ型（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒ ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタを一例として提示したが、それ以外にも結晶質シリコンからなる半導体層を含む薄膜トランジスタを採用することができる。一例として、結晶質シリコンのうちの特にポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜トランジスタは、ポリシリコンからなる半導体層上の中心部にゲート電極を形成して、この半導体層の両端部とソース及びドレイン電極を連結構成するトップゲート型（ｔｏｐ ｇａｔｅ ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタを適用することができる。
【００９９】
そして、本発明の第４実施例による有機電界発光素子をなす材質（ゲート絶縁膜からバッファ層まで）は真空蒸着工程が可能な物質から選択されることが望ましい。
【０１００】
図９は、本発明による光遮断膜の平面図を示したものである。
図示したように、本発明による光遮断膜４１４は、別途のパターン化工程を経ないで、基板全面を覆われる面積を有するようにして、外部及び発光領域（図８のＡ）における光が有機電界発光ダイオード（図８のＥ）の下部に流入することを効果的に遮断する。
【０１０１】
このとき、前記光遮断膜４１４内には相互に一定間隔離隔された複数個のドレインコンタクトホール４１３が形成されている。
【０１０２】
しかし、前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタ電極は場合によってソース電極になるので、本発明では前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタ電極をドレイン電極に限定しない。これにより、前記光遮断膜に形成されるコンタクトホールはソース電極またはドレイン電極中いずれか一つの電極を一部露出させるコンタクトホールに該当する。
【０１０３】
＜実施例５＞
第５実施例は、前記第４実施例による有機電界発光素子の最上部層に外部光反射率を低めることができる補償層をさらに構成するものである。
【０１０４】
図１０は本発明の第５実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図８と重複する部分に対する説明は省略する。
【０１０５】
図示したように、有機電界発光ダイオードＥと薄膜トランジスタＴ基板間に光遮断膜４１４が介在された上部発光方式有機電界発光素子の最上部層に外部光の反射率を低めることができる補償層５１０を備えることを特徴とする。
【０１０６】
このような補償層５１０をなす物質は無反射コーティング処理した物質や、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質で構成されることが望ましい。
【０１０７】
前記無反射コーティング処理した物質は、単一層または複数個の層で構成されるが、複数個の層で構成される場合には複数個の層間に発生する光の干渉によって流入した外部光に対する反射率を落とすものであって、真空蒸着法によって形成される。
【０１０８】
そして、遮光コーティング処理された物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質を利用して、シリカ粒子による光の散乱作用によって外部光源に対する反射率を低めるようにする。
【０１０９】
この遮光コーティング処理は、主にスピンコーティング法によってなされる。
【０１１０】
すなわち、このように実施例５による有機電界発光素子では、外部光が表面に反射されてコントラスト比が落ちることを防止するための補償層５１０と、第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって第１電極４１６下部に発光された光が透過したり、発光された光または外部光によって光漏れ電流が発生することを防止するために光遮断膜４１４を構成することによって、コントラスト比をさらに高めることができる効果を有する。
【０１１１】
しかし、本発明は前記実施例に限らず、本発明の趣旨を外れない範囲内で多様に変更して実施できる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明による上部発光方式有機電界発光素子によると、次のような効果を有する。
【０１１３】
第一に、外部光が主に反射される位置であるトップ保護層表面と有機電界発光ダイオード電極表面の反射率を同時に下げることによって、最終的に外部光に対する低い反射でコントラスト比を大幅に向上させることができる。
【０１１４】
第二に、既存の円形偏光板に比べて材料費用が低廉で、高温高湿環境に対して脆弱でなくて、外部出力率が高くて信頼性のある有機電界発光素子を提供できる。
【０１１５】
第三に、下部電極である第１電極を光透過性物質で構成する上部発光方式有機電界発光素子から光漏れ発生原因を除去することができて、コントラスト比が向上された信頼性高い有機電界発光素子を提供できる。
【０１１６】
第四に、光遮断膜によって平坦化及び絶縁特性を有するようになるので、薄膜トランジスタの設計工程が容易になり得る。
【０１１７】
第五に、適用モデル素子の特性によって補償層をさらに適用することができて、さらにコントラスト比の向上幅を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なアクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本画素構造を示した図面。
【図２】従来の第１例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図３】従来の第２例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図４】本発明の第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図５】前記図４のＢ領域に対する拡大図面。
【図６】本発明の第２実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図７】本発明の第３実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図８】本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図９】前記図８の光遮断膜に対する平面図。
【図１０】本発明の第５実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【符号の説明】
１２６：第１電極
１２８：有機電界発光層
１３０：第２電極
１３６：トップ保護層
１３８：第１補償層
Ｅ：有機電界発光ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は有機電界発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）に係り、特に上部発光方式（Ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）の有機電界発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）は軽くて電力消耗が少ない長所があるため、平板ディスプレイとして現在最も多く用いられている。
【０００３】
しかし、液晶ディスプレイ装置は、それ自体発光素子ではなく受光素子であり、明るさ、コントラスト、視野角、そして大面積化等に技術的限界があるために、このような短所を克服できる新しい平板ディスプレーを開発する努力が活発に展開されている。
【０００４】
新しい平板ディスプレイのうちの一つである有機電界発光素子は、それ自体が発光形素子であるために液晶表示装置に比べて視野角、コントラストなどが秀れているだけでなく、バックライトが要らないために軽量・薄形が可能であって、消費電力の面でも有利である。そして、直流低電圧駆動が可能であって応答速度が速く、全部固体で構成されているために外部衝撃に強くて使用温度範囲も広いうえ、製造費用の面でも低廉な長所を有している。
【０００５】
特に、前記有機電界発光素子の製造工程には、液晶ディスプレイ装置や、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）と異なり、蒸着及び封止装備のみで製造できるために、工程が非常に単純である。
【０００６】
従来はこのような有機電界発光素子の駆動方式として発光素子に付随した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えないパッシブマトリックス型が主に利用された。
【０００７】
しかし、前記パッシブマトリックス方式では走査線と信号線が交差しながらマトリックス状に素子を構成し、各々の画素を駆動するために走査線を時間によって順次に駆動するので、要求される平均輝度を得るためには平均輝度にライン数を乗じただけの瞬間輝度を出さなければならない。
【０００８】
しかし、アクティブマトリックス方式では、各画素を開閉するスイッチング素子である薄膜トランジスタが画素毎に配置してあり、この薄膜トランジスタがスイッチの役割をして、薄膜トランジスタと連結された第１電極は画素単位でオン／オフされて、この第１電極と対向する第２電極は共通電極になる形態をとっている。
【０００９】
さらに、前記アクティブマトリックス方式では画素に印加された電圧がストレージキャパシタ（ＣＳＴ）に充電されて、その次のフレーム信号が印加される時まで電源を印加することによって、走査線数に関係なく１画面が表示される間引続き駆動される。
【００１０】
したがって、アクティブマトリックス方式によると、低い電流を印加しても同一な輝度を示すので低消費電力、高精細、大型化が可能な長所を有する。
【００１１】
以下、このようなアクティブマトリックス型の有機電界発光素子の基本的な構造及び動作特性について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は一般的なアクティブマトリックス型の有機電界発光素子の基本画素構造を示した図面である。
【００１３】
図示したように、第１方向に走査線Ｌ１が形成されていて、この第１方向と交差する第２方向には相互に一定間隔だけ離隔された信号線Ｌ２及び電力供給ラインＬ３が形成されていて、一つの画素領域を定義する。
【００１４】
前記走査線Ｌ１と信号線Ｌ２の交差地点にはアドレッシングエレメントであるスイッチング薄膜トランジスタＴ１が形成されていて、このスイッチング薄膜トランジスタＴ１及び電力供給ラインＬ３と連結されてストレージキャパシタＣＳＴが形成されている。このストレージキャパシタＣＳＴ及び電力供給ラインＬ３と連結されて電流源エレメントである駆動薄膜トランジスタＴ２が形成されていて、この駆動薄膜トランジスタＴ２と連結されて有機電界発光ダイオードＤが構成されている。
【００１５】
この有機電界発光ダイオードＤは、有機発光物質に順方向の電流を供給すると、正孔提供層である陽極と電子提供層である陰極間のＰ−Ｎ接合部分を通して電子と正孔が移動しながら相互に再結合して、前記電子と正孔が離れている場合より小さなエネルギーを有するようになり、このとき発生するエネルギー差によって光を放出する原理を利用するものである。
【００１６】
前記スイッチング薄膜トランジスタＴ１は電圧を制御して、電流源を貯蔵する役割をする。
【００１７】
前記有機電界発光素子は、有機電界発光ダイオードから発光された光の進行方向によって上部発光方式（ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）と下部発光方式（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）に分けられる。
【００１８】
下部発光方式では、薄膜トランジスタが形成された基板側に発光された光が放出されるので、薄膜トランジスタを含む配線部分は表示領域から除外されるが、上部発光方式では薄膜トランジスタ上部側に発光された光を放出する方式であるので、発光領域を全体パネル面積の７０〜８０％まで拡大することができる。
【００１９】
それゆえ、上部発光方式は、下部発光方式より外部光の反射による影響でコントラストが低下しやすい。
【００２０】
このような有機電界発光素子におけるコントラスト比は素子のオン／オフ時の輝度比であって、オフ時の輝度は外部光に対する素子の反射率によって決定される。
【００２１】
したがって、コントラストを高めるためには外部光に対する反射率を低くすることが非常に重要である。
【００２２】
図２は従来の第１例による上部発光方式有機電界発光素子の一部領域を示す断面図であって、この図により前記図１の一つの画素部において駆動薄膜トランジスタＴ２を中心に両側に各々連結されたストレージキャパシタＣＳＴ及び有機電界発光ダイオードＤ部の一例について説明する。
【００２３】
図示したように、絶縁基板１上に半導体層３２、ゲート電極３８、ソース及びドレイン電極５０、５２で構成された薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴのソース及びドレイン電極５０、５２には図示しなかった電源供給ラインに接続されたパワー電極４２及び有機電界発光ダイオードＥが各々連結されている。
【００２４】
そして、前記パワー電極４２に対応する下部には絶縁体が介在された状態で前記半導体層３２と同一物質からなるキャパシタ電極３４が配置されており、これらが対応する領域はストレージキャパシタＣＳＴを構成している。
【００２５】
そして、前記有機電界発光ダイオードＥは、有機電界発光層６４が介在された状態で相互に対向する陽極５８及び陰極６６で構成される。
前記有機電界発光ダイオードＥは、それ自体が発光された光を外部に放出させる発光領域Ａを構成している。
【００２６】
そして、前記有機電界発光素子の最上部層には有機電界発光素子を水分及び外部環境から保護するための目的を有するトップ保護層６８が形成されている。
【００２７】
このトップ保護層６８をなす材質は、無機または有機絶縁物質であるが、このような物質は屈折率が１．５以上で空気の屈折率である１．０との差によって約４％の表面反射率を有するようになっている。このような要因によって外部光に対するコントラストが低下することがある。
【００２８】
また、前記有機電界発光ダイオードＥの陽極５８は、反射率が高い金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で構成されるが、これら金属の反射率は６０％を越えるものが大部分であって、照度が高い環境ではこのような物質で構成された電極表面における反射によって外部環境とのコントラストが急激に低下する問題点がある。
【００２９】
そして、図面には示さなかったが、前記最上部層は位相差調節が可能な偏光板である円形偏光板で形成することができるが、この円形偏光板は高温高湿環境に対して脆弱で、製品寿命が短く、材料費が高価になる短所を有する。
【００３０】
図３は従来の第２例による上部発光方式有機電界発光素子についての断面図であって、発光された光が透過する領域で定義される発光領域部を中心に図示した。
【００３１】
図示したように、発光領域Ａが定義された絶縁基板１上にゲート電極１２、半導体層１６、ソース及びドレイン電極１８、２０で構成された薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴと連結されて有機電界発光ダイオードＥが形成されている。
【００３２】
前記有機電界発光ダイオードＥは、有機電界発光層２６が介在された状態で相互に対向する上部電極２８及び下部電極２４で構成される。
【００３３】
このとき、前記有機電界発光層２６は、下部電極２４上部に配置する絶縁層２７によって画素単位で構成されるが、図３の上部発光方式では有機電界発光層２６が薄膜トランジスタＴを覆う領域まで形成されている。
【００３４】
そして、前記有機電界発光ダイオードＥの上部及び下部電極２８、２４各々をなす電極は薄膜トランジスタＴから供給されるキャリアによって陽極または陰極をなす。
【００３５】
すなわち、電子をキャリアとするｎ型薄膜トランジスタと連結した時には下部電極２４が陰極、上部電極２８が陽極を構成して、ｐ型薄膜トランジスタと連結した時にはこれと反対に構成される。
【００３６】
一方、前記上部電極２８と連接される上部にはバッファ層２９が形成されていて、該バッファ層２９上の最上部層には保護層３０が形成されている。
【００３７】
前記バッファ層２９は、有機電界発光ダイオードＥのように真空蒸着条件で形成可能な絶縁物質で構成して、真空蒸着工程以後最上部層をなす保護層３０を形成する工程中に有機電界発光ダイオードＥ素子を保護する役割をする。
【００３８】
特に、前記保護層３０をなす材質は比較的厚い厚さのコーティング処理された絶縁物質や、またはガラス基板からなる保護板で代えることができる。
【００３９】
ところで、図３の従来の第２例による上部発光方式有機電界発光ダイオードで、上部電極をなす材質は光透過性物質、例えばＩＴＯまたはＩＴＯを含む金属物質で構成され、下部電極は反射率が高い金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のような金属で構成されるが、これら金属の反射率は６０％を越えるものが大部分であって、照度が高い環境ではこのような物質で構成された電極表面における反射によって外部環境とのコントラストが急激に低下する問題点がある。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、本発明では外部光に対する反射率を低めてコントラストが向上された有機電界発光素子を提供することによって、画質特性が向上された高品位有機電界発光素子を提供することを目的にする。
【００４１】
このために、本発明ではトップ保護層を覆う最上部層と有機電界発光ダイオード部に各々第１及び第２補償層を形成する。このとき、第１補償層は外部光に対する反射率を低下させることができる物質で構成され、第２補償層は光吸収層または光透過度が相異なる複数個の層で構成されるようにする。
【００４２】
また、本発明では有機電界発光ダイオードの下部電極を光透過性物質で形成して、これにより下部電極下部に光遮断膜を構成する構造またはこのような構造に別途の補償層を追加する構造を提示する。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明の第１特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上に形成された光学的干渉物質からなる第１電極と；前記第１電極上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に形成された光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４４】
本発明の第２特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上部に形成された第１電極と；前記第１電極と連接する上部に形成された伝導度を帯びる光吸収物質からなる第１補償層と；前記第１補償層上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に配置された、光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質中少なくともいずれか一つの物質でなされた第２補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４５】
本発明の第３特徴は、絶縁基板と；前記絶縁基板上部に形成された有機系光吸収物質からなる第１補償層と；前記第１補償層上部に形成された第１電極と；前記第１電極上部に形成された有機電界発光層と；前記有機電界発光層上部に形成された光透過性物質からなる第２電極と；前記第２電極上部に形成された保護層と；前記保護層と連接する最上部層に配置され、無反射コーティング物質、遮光コーティング物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる第２補償層を含む有機電界発光素子を提供する。
【００４６】
そして、本発明の第１ないし第３特徴における前記第２電極をなす光透過性物質は、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のうちのいずれか一つに選択されたり、またはＩＴＯ、ＩＺＯのうちのいずれか一つの物質と金属薄膜で構成されることを特徴としており、前記無反射コーティング物質は真空蒸着法によって形成され、前記遮光コーティング物質はスピンコーティング法によって形成されることを特徴とする。
【００４７】
前記遮光コーティング物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質である。
そして、本発明の第１ないし３特徴による前記有機電界発光素子は、各画素を個別的に開閉するスイッチング素子を含むアクティブマトリックス型有機電界発光素子であって、前記スイッチング素子はｐ型半導体を含む薄膜トランジスタであり、前記第１及び第２電極は各々陽極と陰極であることを特徴とする。
【００４８】
そして、本発明の第１特徴による前記第１電極は、有機電界発光層と近接した側から半透過層、透過層、全反射層が順次積層された構造を有することを特徴としており、前記半透過層をなす物質は有機電界発光層と仕事関数の差が少ない物質であることを特徴とする。
【００４９】
そして、本発明の第２特徴による前記第１補償層は、クロム（Ｃｒ）を含む物質であって、本発明の第３特徴による前記第１補償層はブラックレジンであることを特徴とする。
【００５０】
また、前記目的を解決するために、本発明の第４特徴では発光領域が定義された絶縁基板と；前記絶縁基板上に形成された光吸収性物質からなる光遮断膜と；前記光遮断膜上部に形成され、第１、２光透過性物質で各々構成された第１、２電極と、前記第１、２電極間に介在され、前記発光領域に配置する有機電界発光層で構成された有機電界発光ダイオードを含む上部発光方式有機電界発光素子を提供する。
【００５１】
前記第４特徴の有機電界発光素子は、各画素を個別的に開閉するスイッチング素子を含むアクティブマトリックス型有機電界発光素子であり、前記スイッチング素子は光遮断膜下部に配置して、前記有機電界発光ダイオードと連結される駆動スイッチング素子をさらに含み、前記光遮断膜は基板全面にかけて形成され、前記駆動スイッチング素子と有機電界発光ダイオードを連結させる複数個のコンタクトホールが形成されたことを特徴とする。そして、前記光遮断膜は光吸収性ポリマー系物質から選択され、前記光吸収性ポリマー系物質はブラックレジンであることを特徴とする。スイッチング素子は正孔をキャリアとするｐ型スイッチング素子であり、前記第１電極は陽極である下部電極であって、前記第２電極は陰極である上部電極であり、前記第１光透過性物質はＩＴＯであって、前記第２光透過性物質は前記隣接した有機電界発光層と仕事関数の差が少ない光透過性物質で構成される。
【００５２】
前記第４特徴の有機電界発光素子は、第２電極上部に配置するトップ保護層をさらに含んでおり、前記第２電極とトップ保護層間にバッファ層をさらに含み、前記トップ保護層上部に光反射率が低い物質からなる補償層をさらに含むことを特徴とする。
【００５３】
前記第４特徴の補償層をなす材質は、無反射コーティング処理した物質、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質であることを特徴とする。
【００５４】
本発明による上部発光方式有機電界発光素子には、前記図１の基本画素構造を適用することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による望ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
＜実施例１＞
第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子は、最上部層に外部光を反射または散乱させることができる物質のうちの少なくともいずれか一つの物質からなる第１補償層と、有機電界発光ダイオード部に配置した光透過度が相異なる複数個の層で構成された第２補償層を含む。
【００５６】
図４は、本発明の第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、図５は前記図４のＢ領域についての拡大図面である。
【００５７】
図示したように、絶縁基板１００上に半導体層１０６、ゲート電極１１２、ソース及びドレイン電極１２０、１２２で構成される薄膜トランジスタＴが形成されていて、この薄膜トランジスタＴのソース及びドレイン電極１２０、１２２にはパワー電極１１６及び有機電界発光素子の第１電極１２６が各々連結されている。
【００５８】
前記第１電極１２６上部には有機電界発光層１２８及び第２電極１３０が順序どおり形成されていて、第１及び第２電極１２６、１３０と有機電界発光層１２８は有機電界発光ダイオードＥを構成する。
【００５９】
そして、前記パワー電極１１６に対応する下部には絶縁された状態でキャパシタ電極１０８が形成されていて、このパワー電極１１６及びキャパシタ電極１０８が対応する領域はストレージキャパシタＣＳＴを構成する。
【００６０】
そして、前記有機電界発光素子を保護するために、有機電界発光ダイオードＥ、薄膜トランジスタＴ、ストレージキャパシタＣＳＴの上部にはトップ保護層１３６が形成されていて、このトップ保護層１３６を覆う領域には第１補償層１３８が形成されている。
【００６１】
前記トップ保護層１３６をなす物質は、有機または無機物質や透光性を有する絶縁物質から選択することができる。
【００６２】
前記第１補償層１３８をなす材質は、外部光の反射率を低めることができる物質で形成されることを特徴とする。
【００６３】
このような物質は無反射コーティング処理した物質や、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質で構成されることが望ましい。
【００６４】
前記無反射コーティング処理した物質は、単一層または複数個の層で構成されるが、複数個の層で構成される場合には複数個の層間に発生する光の干渉によって流入した外部光に対する反射率を落とすものであって、真空蒸着法によって形成される。
【００６５】
そして、遮光コーティング処理された物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質を利用して、シリカ粒子による光の散乱作用によって外部光に対する反射率を低めるようにする。
【００６６】
この遮光コーティング処理は、主にスピンコーティング法によってなされる。
【００６７】
そして、前記第１電極１２６は、光干渉を起こすことができる物質で形成することを特徴とする。
【００６８】
図５に示したように、前記第１電極１２６の積層構造及び外部光の進行方向について説明すると、第１電極１２６は外部光が流入する順序どおりに半透過層１２６ａ、透過層１２６ｂ、全反射層１２６ｃで構成される。
【００６９】
前記全反射層１２６ｃは、金、銀、白金、アルミニウムのように比較的反射率が高い不透明金属で形成することが望ましく、透過層１２６ｂはＩＴＯ、ＩＺＯのような透明伝導性物質で形成することが望ましく、半透過層１２６ａは１００Å程度の厚さで形成したとき半透過性を帯びる不透明金属薄膜で形成することが望ましい。
【００７０】
このとき、半透過層１２６ａは、有機電界発光層１２８と連接構成されるので、正孔の注入を円滑にできる程度の伝導度を有し、有機電界発光層１２８と仕事関数の差が少ない物質から選択されることが重要である。
【００７１】
以下、本発明による有機電界発光素子に外部光が流入した時の光の進行経路について説明する。
【００７２】
例えば、光の強さが同一でない第１、第２、第３の外部光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（ただしＬ１＜（Ｌ２≒Ｌ３））が有機電界発光素子に流入する場合、まず最上部層に配置した第１補償層１３８によって第１の外部光Ｌ１を無反射または散乱させる方法によって反射率を落とすことができる。一方、有機電界発光ダイオードＥ部まで流入した第２及び第３の外部光Ｌ２、Ｌ３は、半透過層１２６ａで第２の外部光Ｌ２が反射されて第３の外部光Ｌ３はそのままその下部層をなす透過層１２６ｂまで透過するが、この透過層１２６ｂをそのまま透過した第３の外部光Ｌ３はその下部層をなす全反射層１２６ｃで再び全反射する。このようにして、第２の外部光Ｌ２及び第３の外部光Ｌ３における反射光は相互間の光学的干渉によって外部光の主要波長を破壊的に干渉させることによって外部への反射率を低めることができる。
【００７３】
一方、各素子を絶縁または保護するための絶縁物質では、前記絶縁基板１００と半導体層１０６間で緩衝作用をするバッファ層１０４と、前記ストレージキャパシタＣＳＴを構成する第１保護層１１４と、ソース電極１２０とパワー電極１１６間の第２保護層１１８と、第１電極１２６とドレイン電極１２２間の第３保護層１２４と、薄膜トランジスタＴと有機電界発光層１２８間の第４保護層１２９が順次積層された構造を有し、前記第１ないし４保護層１１４、１１８、１２４、１２９には各々素子間の電気的連結のためのコンタクトホール（図示せず）が形成されている。
【００７４】
前記第１ないし４保護層１１４、１１８、１２４、１２９は、無機絶縁物質で形成することが望ましく、さらに望ましくはシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）のうちのいずれか一つで構成される。
前記第２電極１３０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ単一層または薄膜金属層を含む二重層構造のＩＴＯ、ＩＺＯで形成することが望ましい。
【００７５】
そして、前記有機電界発光層１２８は、第１電極１２６及び第２電極１３０間に順序どおり正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層からなる複層膜で構成される。
【００７６】
そして、本発明によるアクティブマトリックス型有機電界発光素子は、真空蒸着法によって形成されることを特徴とする。
以下に記述する他の実施例は、有機電界発光ダイオード部に別途の補償層をさらに形成した例に関するものである。
【００７７】
＜実施例２＞
第２実施例では上部発光方式有機電界発光素子のコントラストを向上させるために、最上部層に前記第１実施例の第１補償層と同一の物質からなる補償層を形成するとともに、第２電極と有機電界発光層間に伝導度を帯びる光吸収物質からなる他の補償層を形成することを特徴とする。
【００７８】
図６は、本発明の第２実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図４と重複する説明は省略する。
【００７９】
図６に示したように、前記有機電界発光素子では外部光反射率を落とすために最上部層に第１補償層２３８を形成するとともに、有機電界発光ダイオードＥ領域に第２補償層２２６が形成されたことを特徴とする。第１補償層２３８は前記実施例１の第１補償層２３８と同一の物質を適用することができ、第２補償層２２６は第１電極２２４と有機電界発光層２２８間に配置することを特徴とする。
【００８０】
前記第２補償層２２６は、電気伝導度を有する光吸収物質で構成されることを特徴とする。このような第２補償層２２６をなす物質としてクロム（Ｃｒ）を含む物質を挙げることができる。
【００８１】
＜実施例３＞
第３実施例では、前記第２実施例と比較して発光領域に形成される第２補償層の形成位置及び材質を異なるように構成することを特徴とする。
図７は、本発明の第３実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図４及び図６と重複する説明は省略する。
【００８２】
図７に示したように、第１補償層３３８は第１及び第２実施例の第１補償層１３８、２３８と同様に形成することができて、第２補償層３２２は第１電極３２４と連接される下部に配置することを特徴とする。
【００８３】
この第２補償層３２２は、光吸収力を有する有機系絶縁物質で形成することが望ましく、さらに望ましくはブラックレジンで形成するものである。
しかし、本発明は前記実施例に限らず、本発明の趣旨から外れない範囲内で多様に変更して実施できる。
【００８４】
例えば、前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタは正孔をキャリアとするｐ型半導体または電子をキャリアとするｎ型半導体のうちのいずれか一つで構成されるので、本発明による有機電界発光素子では、ｐ型では第１電極を陽極、第２電極を陰極に構成して、ｎ型では第１電極を陰極、第２電極を陽極に構成することを特徴とする。
【００８５】
しかし、本発明は前記実施例による薄膜トランジスタ及びストレージキャパシタ部の構造に限らず、また発光素子に付随した薄膜トランジスタを備えないパッシブマトリックス方式有機電界発光素子にも適用できる。
【００８６】
＜実施例４＞
第４実施例は有機電界発光ダイオード用の下部電極を透過性物質で構成することによって、下部電極下部に光遮断膜を構成する実施例に関するものである。
【００８７】
図８は、本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図である。
【００８８】
図示したように、発光領域Ａが定義された絶縁基板１００上の所定の位置に薄膜トランジスタＴが形成されていて、薄膜トランジスタＴと連結されて有機電界発光ダイオードＥが形成されている構造の有機電界発光素子において、前記薄膜トランジスタＴにはゲート電極４０２が形成されていて、ゲート電極４０２上部にはゲート絶縁膜４０４が形成されていて、ゲート絶縁膜４０４上部にはアクティブ層４０６ａ、オーミックコンタクト層４０６ｂが順次積層された半導体層４０６が形成されている。半導体層４０６上部には相互に一定間隔離隔されてソース及びドレイン電極４０８、４１０が形成されていて、ソース及びドレイン電極４０８、４１０間離隔区間には前記アクティブ層４０６ａを露出させたチャネルＣＨが形成されている。
【００８９】
そして、薄膜トランジスタＴ上部にはドレインコンタクトホール４１３を有する第１保護層４１２及び光遮断膜４１４が順次形成されている。第１保護層４１２上部にはドレインコンタクトホール４１３を通してドレイン電極４１０と連結される第１電極４１６が形成されていて、第１電極４１６上部には発光領域Ａと対応する第１電極４１６を露出させる第２保護層４１８が形成されている。この第２保護層４１８の第１電極４１６露出部を通して有機電界発光層４２０が形成されていて、この有機電界発光層４２０上部には第２電極４２２が形成されていて、この第２電極４２２上部にはバッファ層４２４及びトップ保護層４２６が順序どおり配置されている。
【００９０】
このバッファ層４２４及びトップ保護層４２６は、前記図３で前述したバッファ層及びトップ保護層を適用することができる。
【００９１】
前記第１及び第２電極４１６、４２２をなす材質はすべて光透過性材質から選択されることを特徴とする。
【００９２】
前記第１及び第２電極４１６、４２２は、薄膜トランジスタＴから提供されるキャリア種によって陽極と陰極が決定され、例えばｐ型薄膜トランジスタを採用した時にはこれと連結される第１電極４１６はキャリアとしての正孔を提供する陽極で構成され、その材質はＩＴＯのような透明導電性物質から選択される。また、前記薄膜トランジスタＴにｎ型を採用した時にはこれと連結された第１電極４１６はキャリアとしての電子を提供するので陰極で構成されて、その材質は光透過性物質のうち隣接した有機電界発光層と仕事関数差が少ない金属から選択されることが望ましく、このような電極選択及びその物質特性は第２電極４２２にも適用される。
【００９３】
このように、本発明では上部発光方式有機電界発光素子におけるコントラスト特性を向上させるために第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって、有機電界発光層４２０から発光される光が第１電極４１６下部で損失することを防止するために第１電極４１６下部に光遮断膜４１４を構成することを特徴とする。
【００９４】
この光遮断膜４１４は、第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって、第１電極４１６を透過して流入する発光領域Ａ上の光または外部から流入した光が薄膜トランジスタＴのチャネルＣＨに照射されることを防止する役割をするので、紫外線から可視光線、赤外線領域にかけた光を吸収またはある程度反射する性質を有する材質で構成されることが望ましい。
【００９５】
このような材質として、液晶ディスプレイ装置用ブラックマトリックス材質で通常的に利用されている光吸収性ポリマー系物質から選択することが望ましく、代表的な物質としてブラックレジンを挙げることができる。
【００９６】
さらに、前記光遮断膜４１４は、有機電界発光ダイオードＥ下部の薄膜トランジスタＴが形成された下部膜を平坦化する役割及び薄膜トランジスタＴ基板と有機電界発光ダイオードＥを絶縁させる機能も兼ねる。
【００９７】
また、本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子は、アクティブマトリックス方式に限らず、発光素子に付随する薄膜トランジスタが備わらないパッシブマトリックス方式に適用することも差し支えない。
【００９８】
そして、本発明の第４実施例によるアクティブマトリックス方式有機電界発光素子に適用する薄膜トランジスタの種類を限定しない。例えば、前記第４実施例では非晶質シリコンからなる半導体層を含む逆スタガ型（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒ ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタを一例として提示したが、それ以外にも結晶質シリコンからなる半導体層を含む薄膜トランジスタを採用することができる。一例として、結晶質シリコンのうちの特にポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜トランジスタは、ポリシリコンからなる半導体層上の中心部にゲート電極を形成して、この半導体層の両端部とソース及びドレイン電極を連結構成するトップゲート型（ｔｏｐ ｇａｔｅ ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタを適用することができる。
【００９９】
そして、本発明の第４実施例による有機電界発光素子をなす材質（ゲート絶縁膜からバッファ層まで）は真空蒸着工程が可能な物質から選択されることが望ましい。
【０１００】
図９は、本発明による光遮断膜の平面図を示したものである。
図示したように、本発明による光遮断膜４１４は、別途のパターン化工程を経ないで、基板全面を覆われる面積を有するようにして、外部及び発光領域（図８のＡ）における光が有機電界発光ダイオード（図８のＥ）の下部に流入することを効果的に遮断する。
【０１０１】
このとき、前記光遮断膜４１４内には相互に一定間隔離隔された複数個のドレインコンタクトホール４１３が形成されている。
【０１０２】
しかし、前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタ電極は場合によってソース電極になるので、本発明では前記有機電界発光ダイオードと連結される薄膜トランジスタ電極をドレイン電極に限定しない。これにより、前記光遮断膜に形成されるコンタクトホールはソース電極またはドレイン電極中いずれか一つの電極を一部露出させるコンタクトホールに該当する。
【０１０３】
＜実施例５＞
第５実施例は、前記第４実施例による有機電界発光素子の最上部層に外部光反射率を低めることができる補償層をさらに構成するものである。
【０１０４】
図１０は本発明の第５実施例による上部発光方式有機電界発光素子の断面図であって、前記図８と重複する部分に対する説明は省略する。
【０１０５】
図示したように、有機電界発光ダイオードＥと薄膜トランジスタＴ基板間に光遮断膜４１４が介在された上部発光方式有機電界発光素子の最上部層に外部光の反射率を低めることができる補償層５１０を備えることを特徴とする。
【０１０６】
このような補償層５１０をなす物質は無反射コーティング処理した物質や、遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質で構成されることが望ましい。
【０１０７】
前記無反射コーティング処理した物質は、単一層または複数個の層で構成されるが、複数個の層で構成される場合には複数個の層間に発生する光の干渉によって流入した外部光に対する反射率を落とすものであって、真空蒸着法によって形成される。
【０１０８】
そして、遮光コーティング処理された物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質を利用して、シリカ粒子による光の散乱作用によって外部光源に対する反射率を低めるようにする。
【０１０９】
この遮光コーティング処理は、主にスピンコーティング法によってなされる。
【０１１０】
すなわち、このように実施例５による有機電界発光素子では、外部光が表面に反射されてコントラスト比が落ちることを防止するための補償層５１０と、第１電極４１６を光透過性物質で構成することによって第１電極４１６下部に発光された光が透過したり、発光された光または外部光によって光漏れ電流が発生することを防止するために光遮断膜４１４を構成することによって、コントラスト比をさらに高めることができる効果を有する。
【０１１１】
しかし、本発明は前記実施例に限らず、本発明の趣旨を外れない範囲内で多様に変更して実施できる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明による上部発光方式有機電界発光素子によると、次のような効果を有する。
【０１１３】
第一に、外部光が主に反射される位置であるトップ保護層表面と有機電界発光ダイオード電極表面の反射率を同時に下げることによって、最終的に外部光に対する低い反射でコントラスト比を大幅に向上させることができる。
【０１１４】
第二に、既存の円形偏光板に比べて材料費用が低廉で、高温高湿環境に対して脆弱でなくて、外部出力率が高くて信頼性のある有機電界発光素子を提供できる。
【０１１５】
第三に、下部電極である第１電極を光透過性物質で構成する上部発光方式有機電界発光素子から光漏れ発生原因を除去することができて、コントラスト比が向上された信頼性高い有機電界発光素子を提供できる。
【０１１６】
第四に、光遮断膜によって平坦化及び絶縁特性を有するようになるので、薄膜トランジスタの設計工程が容易になり得る。
【０１１７】
第五に、適用モデル素子の特性によって補償層をさらに適用することができて、さらにコントラスト比の向上幅を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なアクティブマトリックス型有機電界発光素子の基本画素構造を示した図面。
【図２】従来の第１例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図３】従来の第２例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図４】本発明の第１実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図５】前記図４のＢ領域に対する拡大図面。
【図６】本発明の第２実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図７】本発明の第３実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図８】本発明の第４実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【図９】前記図８の光遮断膜に対する平面図。
【図１０】本発明の第５実施例による上部発光方式有機電界発光素子に対する断面図。
【符号の説明】
１２６：第１電極
１２８：有機電界発光層
１３０：第２電極
１３６：トップ保護層
１３８：第１補償層
Ｅ：有機電界発光ダイオード
Claims (11)
- 発光領域が定義された絶縁基板；
前記絶縁基板上に形成された光吸収性物質からなる光遮断膜；
前記光遮断膜上部に形成され、第１及び第２光透過性物質で各々構成された第１及び第２電極；
前記第１及び第２電極間に介在されて発光領域に配置された有機電界発光層；
前記第１及び第２電極とその間に介在された有機電界発光層からなる有機電界発光ダイオード；及び
前記絶縁基板上に駆動用スイッチ素子を含むスイッチング手段とからなり、
前記光遮断膜は、前記スイッチング手段を有する前記絶縁基板の全面に配置され、光吸収ポリマー系物質からなり、そして複数のコンタクトホールを有しており、
前記有機電界発光ダイオードは、前記コンタクトホールを通して前記駆動用スイッチ素子に接続され、前記光遮蔽膜の上面は平坦であり、前記第１の電極は前記光遮断膜に接触していることを特徴とする上部発光方式の有機電界発光素子。 - 前記光吸収性ポリマー系物質は、ブラックレジンであることを特徴とする請求項１に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記スイッチング素子は、正孔をキャリアとするｐ型スイッチング素子であり、前記第１電極は陽極である下部電極であって、前記第２電極は陰極である上部電極であり、前記第１光透過性物質はＩＴＯであって、前記第２光透過性物質は前記隣接した有機電界発光層と仕事関数の差が少ない光透過性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記第２電極上部に配置するトップ保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記第２電極とトップ保護層間にバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記トップ保護層上部に光反射率が低い物質で構成された補償層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記補償層をなす材質は、無反射コーティング処理した物質及び遮光コーティング処理した物質のうちの少なくともいずれか一つの物質であることを特徴とする請求項６に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記無反射コーティング物質は、真空蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記遮光コーティング物質は、スピンコーティング法によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記遮光コーティング物質は、レジンにシリカ粒子を混ぜた物質であることを特徴とする請求項９に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
- 前記光遮断膜は、紫外線から可視光線、赤外線領域にかけた光を遮断する性質を有する材質からなることを特徴とする請求項１に記載の上部発光方式有機電界発光素子。
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