JP4566759B2 - 有機elパネル - Google Patents

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Description

本発明は、有機ELパネルに関するものである。
有機EL素発光要素とする有機ELパネルは、フラットパネルディスプレイを可能にし、バックライトを要する液晶ディスプレイに比べて低消費電力且つ高輝度の発光が可能であることで期待を集めている。
そして、この有機ELパネルでカラー(フルカラー又はマルチカラー)発光を行うには、一発光単位(画素)に異なる発光色の有機EL素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー発光を行うことがなされている。一般にフルカラーの発光を行うには、R(赤),G(緑),B(青)の3色を適当な輝度で混色することで所望の色度を得ることができ、特に3色を特定の輝度比で発光させることで白色を得ることが可能になる。また、3色に限らず2色の混色で多色発光を行うことも可能であり、下記特許文献1には、有機ELパネルの画素を2色の有機EL素子で形成して、この2色の混色によって、CIExy色度図の白領域又は(x,y)=(0.31,0.316)を中心として半径0.1の円領域内の色を表現可能にすることが記載されている。
このようなカラー発光を行う有機ELパネルでは、発光材料の特性などによって色毎に有機EL素子の寿命又は輝度劣化の度合が異なることで、長期の累積時間に亘って発光を行うと色調ずれが生じて所望の色度が得られなくなる問題がある。特に、画面の下地部分などで白色を発光する場合には、長期の使用に際して白色発光部分に色がついてしまうという問題が生じる。
これに対処するために、下記特許文献2,3に記載の従来技術が提案されている。下記特許文献2には、マトリクス状に配列された各色の表示画素をなすEL素子の発光層の発光効率が最もよい緑色の発光領域の発光面積を他の赤色又は青色の発光領域の発光面積に比べて最も小さくすることで、長期使用時のホワイトバランスを確保することが開示されており、下記特許文献3には、表示装置の点灯時間を測定し、表示装置の各色における発光材料の輝度を調整する輝度調整部を制御部に設けて、長時間の使用によっても色調ずれが起こらないようにしたものが開示されている。
特開2004−103532号公報 特開2001−290441号公報 特開2003−195817号公報
しかしながら、特許文献2に記載の従来技術では、実際には表示装置の製品型番毎にパネル設計が異なるので、その都度発光領域の発光面積を規定する開口部のパターニングを行わなければならなくなり、製造工程が煩雑になって量産化を行い難くなるという問題があり、また、成膜工程前の絶縁膜パターンで前述の開口部を形成するので、成膜工程前の基板の汎用性が悪くなると言う問題がある。また、特許文献3に記載の従来技術では、輝度調整部を形成する回路等を組み込む必要があるので、製品のコストアップを招くという問題がある。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、異なる発光色の有機EL素子を並列置し、複数色の混色によってカラー発光を行う有機ELパネルにおいて、長期使用時の色調ずれを防いで有機ELパネル発光品質を向上させること、また、これに際して、基板の汎用性を損なわないこと、製品のコストアップを招かないこと等が本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明による有機ELパネルは、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
[請求項1]複数色の発光色の有機EL素子を基板上に並配置し、複数色の混色によってカラー発光を行う有機ELパネルにおいて、前記有機EL素子は、発光を外部に取り出す反射層を備え、前記複数色の光色の有機EL素子には、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合に違いがあり、前記反射層は、前記電流輝度効率の劣化の速い発光色の反射率が、前記電流輝度効率の劣化の遅い発光色の反射率よりも高い反射率を有することを特徴とする有機ELパネル
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る有機ELパネルの基本構成例を示す説明図である。この有機ELパネルは、異なる発光色の有機EL素子1C1,1C2,1C3を基板10上に並列配置し、複数色の混色によってカラー発光を行うものである。図の例では、C1色(例えば赤(R)),C2色(例えば緑(G)),C3色(例えば青(B))の3色の混色によってカラー発光を行うものを示したが、これに限らず2色の混色によってカラー発光を行うものであってもよく、また、図の例では各有機EL素子1C1,1C2,1C3を並列配置したものを示しているが、これに限らず各有機EL素子を積層配置したものであってもよい。
有機EL素子1C1(1C2,1C3)の構造は、基板10上で一対の電極(下部電極11と上部電極13)間に発光機能層12C1(12C2,12C3)を含む層構造12を挟持して積層構造を形成したものであり、下部電極11,上部電極13間に印加された電圧によって、素子内に一方の電極から正孔が注入・輸送され、他方の電極から電子が注入・輸送されて、発光層を含む発光機能層12C1(12C2,12C3)でこの正孔と電子が再結合して各色の発光を得るものである。この際、前記の再結合によって下部電極11と上部電極13の間に電流が流れることになるので、この電流に応じて各有機EL素子の輝度が得られることになる。
そして、本発明の実施形態に係る有機ELパネルでは、発光を外部に取り出す反射層14C1,14C2,14C3を備えている。図1に示した例では、一対の電極(下部電極11と上部電極13)の外側(基板側)に反射層14C1,14C2,14C3を形成し、下部電極11と上部電極13は共に透明電極で形成することで、基板と逆側に光を取り出すトップエミッション構造にしている。
一対の電極と反射層14との関係はこれに限らず、一対の電極(下部電極11と上部電極13)を共に透明電極で形成して、上部電極13の外側に反射層14C1,14C2,14C3を形成し、基板側に光を取り出すボトムエミッション構造にしてもよいし、或いは、一対の電極(下部電極11と上部電極13)の一方を反射層14C1,14C2,14C3として、他方を透明電極にする構造であってもよい。これによると、下部電極11を反射層14C1,14C2,14C3にした場合には、トップエミッション構造を得ることができ、上部電極13を反射層14C1,14C2,14C3にした場合には、ボトムエミッション構造を得ることができる。
更に、本発明の実施形態に係る有機ELパネルにおいて、複数色のうち少なくとも一つの発光色の有機EL素子における反射層14C1(14C2,14C3)が、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、発光色に応じて異なる反射率を有するように形成されている。
このような本発明の実施形態に係る有機ELパネルの作用を説明する。一般に有機ELパネルは、異なる発光色の有機EL素子において発光色毎に輝度劣化の度合が異なる現象が生じる。GB3色の有機EL素子を形成する場合には、一般に、駆動時間に対して輝度劣化の度合はB色が最も高く、次にR色、G色の順になることが知られている。したがって、特段の調整が無いとすると、長期の使用によって累積される駆動時間が大きくなると、色調にずれが生じ、例えば白色を発光しようとしても色が付いた状態になる不具合が起きる。
これに対して、本発明の実施形態に係る有機ELパネルでは、複数色のうち少なくとも一つの発光色の有機EL素子における反射層14C1(14C2,14C3)が、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、発光色に応じて異なる反射率を有するので、長期の使用に際しても色調のずれが生じない。
これを図2によって説明する。図2は有機EL素子の輝度劣化特性を発光色毎にグラフ化したものである。有機EL素子1C1,1C2,1C3は反射層14C1,14C2,14C3において反射率の差を設けない場合には、同じ輝度レベルが得られる初期の駆動条件で長期間駆動した場合、C1(波線),C2(波線),C3(実線)に示すように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合に発光色毎の違いがある。この違いをできるだけ小さくするように、有機EL素子1C1,1C2,1C3の反射層14C1,14C2,14C3を異なる反射率に設定する。
すなわち、この例では、反射層14C1,14C2,14C3の反射率を、反射層14C3が最も高くなり、反射層14C2が最も低くなり、反射層14C1がその中間の反射率になるようにする(輝度劣化が速い発光色では相対的に高い反射率にし、輝度劣化が遅い発光色では相対的に低い反射率にする)ことで、長時間の駆動に対する輝度劣化の差を小さくでき(図2のC’1(実線),C2(実線),C’3(実線)参照)、有機ELパネルとしての寿命を長くすることができる。
この例では、反射層14C1,14C2,14C3の反射率を順次異なるようにしているが、反射層14C3のみを高い反射率で形成するか、或いは、反射層14C1及び14C3を高い反射率で形成しても、ある程度同様の効果を得ることができる。
反射層14C1,14C2,14C3の反射率を発光色に応じて異ならせる手段としては、一つには、反射層14C1,14C2,14C3を反射率の異なる材料で形成する。反射率の高い材料としては、Ag,Au,Cu,Al等を挙げることができ、反射率の低い材料としては、Ni,Pt等を挙げることができる。また一つには、反射面の表面処理によっても、異なる反射率にすることができる。反射面に熱処理や酸化処理を施すことで反射率を低下させることができる。また、反射層の下に平滑層を用いた場合には、平滑化層の表面凹凸を変えることによっても異なる反射率にすることができる。
以下、発明の実施形態を具体的に説明する。有機EL素子は、前述した一対の電極(下部電極11と上部電極13)の一方をアノード(陽極又は正孔注入電極)、他方をカソード(陰極又は電子注入電極)にして、両電極間に有機層(発光層を含み、低分子、高分子を問わない有機材料層)を挟み込んだ構造を有していており、両電極間に電圧を印加することにより、アノードから有機層内に注入・輸送させた正孔とカソードから有機層内に注入・輸送された電子が再結合し、この再結合によって発光を得るものである。
有機層の構造は、正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層といった複数の機能層を積層した層構造(Li2O等の無機材料から成る電子注入層を含むこともある)が一般的であるが、発光層以外の各層は適宜省略することが可能であり、また発光層の単独層によって形成することも可能である。有機層を構成する各層は、単一の有機材料で形成される場合もあれば、複数の材料を混ぜ合わせた混合層で形成する場合もある。また、高分子バインダの中に有機材料を無機材料の機能材料(電荷輸送機能、発光機能、電荷ブロッキング機能、光学(反射,散乱等)機能等)を分散させたものであってもよい。また、上部電極をスパッタ法で形成する場合に有機層がダメージを受けないようにするために、有機層の上部電極側にバッファ機能を有する層を設けてもよいし、有機層の基板側に成膜プロセスによる凹凸を防ぐための平滑化機能を有する層を設けても良い。
有機EL素子における有機層は、従来知られた各種方法によって形成することができ、例えば、低分子有機材料を真空蒸着にて成膜する方法、高分子有機材料を印刷法にて成膜する方法、予め形成した有機ELフィルムをレーザで基板側に転写させるレーザ熱転写法(LITI法)等を一般的な方法として挙げることができる。
[実施例1]有機EL素子の上部電極を前述した反射層14C1,14C2,14C3によって形成したパッシブ駆動の有機ELパネルの例を図3等によって説明する。
有機ELパネル100は、基板101上に酸化シリコン被覆層101aを形成し、その上に形成される下部電極102をITO等の透明電極からなる陽極(アノード)に設定し、上部電極105を金属材料からなる陰極(カソード)に設定して、基板101側から光を取り出すボトムエミッション方式を構成している。ここでは、有機層104としては、正孔輸送層104A,発光層104B,電子輸送層104Cの3層構造の例を示している。そして、基板101と封止部材106とを接着層107を介して貼り合わせることによって基板101上に封止空間Sを形成し、この封止空間S内に有機EL素子110からなる表示部を形成している。
有機EL素子110は、下部電極102を絶縁膜103で区画して、区画された下部電極102の下に各色の有機EL素子110における発光領域(110R,110G,110B)を形成している。また、封止空間Sを形成する封止部材106の内面には乾燥手段106Aが取り付けられて、湿気による有機EL素子110の劣化を防止している。
また、基板101の端部には、下部電極102と同材料,同工程で形成される第1の電極層108Aが、下部電極102とは絶縁膜103で絶縁された状態でパターン形成されている。第1の電極層108Aの引出部分には、銀合金等を含む低抵抗配線部分を形成する第2の電極層108Bが形成されており、更にその上に、必要に応じてIZO等の保護被膜108Cが形成されて、第1の電極層108A,第2の電極層108B,保護被膜108Cからなる引出電極108が形成されている。そして、封止空間S内端部で上部電極105の端部105aが引出電極108に接続されている。下部電極102の引出電極は、図示省略しているが、下部電極102を延出して封止空間S外に引き出すことによって形成することができる。この引出電極においても、前述した上部電極105の場合と同様に、銀合金等を含む低抵抗配線部分を形成する電極層を形成することができる。
このような有機ELパネル100においては、有機層104の各層(正孔輸送層104A,発光層104B,電子輸送層104C)は、色毎に塗り分けられるので、発光領域110R,110G,110Bに対応した成膜領域が発光領域110R,110G,110B上に形成されることになる。ここでは、有機層104を3層構造にした例を示しているが、これに他の機能層を加えて、例えば、陽極側から、正孔注入層(RGB共通)/第1正孔輸送層(RGB共通)/第2正孔輸送層(塗り分け)/第1有機発光層(塗り分け)/第2有機発光層(塗り分け)/第1電子輸送層(塗り分け)/第2電子輸送層(RGB共通)/電子注入層(RGB共通)/(陰極)というような構造にすることもできる。この場合には、色毎に塗り分けられる第2正孔輸送層,第1有機発光層,第2有機発光層,第1電子輸送層の4層が、発光領域110R,110G,110Bに対応した成膜領域として発光領域110R,110G,110B上に形成されることになる。
有機層104とその周辺に形成される機能層の具体例を挙げると、図示省略の正孔注入層をしてCuPcを蒸着にて50nm積層して、次いで正孔輸送層104Aとして4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPD)を50nm積層する。その正孔輸送層104Aの上には、RBG各発光層をパターンを有する成膜用マスクを用いて各発光領域110R,110G,110Bを覆うように塗り分ける。B発光層としては、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)のホスト材に1重量%ドーパントとして4,4’−ビス(2−カルバゾールビニレン)ビフェニル(BCzVBi)を50nm共蒸着し、G発光層としては、クマリン6を50nm蒸着し、R発光層としては、トリス(8−キシリノール)アルミニウム(Alq3)のホスト材に1重量%ドーパントとして4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチルリン)−4H−ピラン(DCM)を50nm共蒸着させる。そして、その上に電子輸送層104Cとして酸化リチウム(Li2O)を5nm蒸着させる。
そして、上部電極105を形成するに際して、成膜用マスクを用いて、B発光素子用陰極として、Mg−Agを150nm蒸着し、G発光素子用陰極として銅(Cu)を150nm蒸着し、R発光素子用陰極としてアルミニウム(Al)を150nm蒸着形成する。これによって、B発光素子用陰極の反射率を最も高くし、G発光素子用陰極の反射率を最も低くし、R発光素子用陰極の反射率をその中間に設定することができる。
封止部材106を基板101に貼り合わせる封止工程について説明すると、前述した成膜工程後の基板101に発光検査工程を施した後に、成膜室の真空雰囲気下からN2の不活性ガス雰囲気下の封止室に基板101が搬入される。一方、ブラスト処理で表面に凹部を形成し、その凹部内にSrO,CaO,BaO等による乾燥部材を装着したガラス製の封止部材106が同じ封止室に搬入される。そして、1〜300μm粒径のガラススペーサを0.1〜0.5重量%程適量混合した紫外線硬化型エポキシ樹脂製の接着剤を、封止部材106の接着領域にディスペンサ等を用いて塗布し、この接着剤が塗布された封止部材106と成膜工程後の基板101とを接着剤を介して貼り合わせる。その後、紫外線を基板101側又は封止部材106側から接着剤に照射することで接着剤を硬化させる。
また、封止の方法は、以下のような封止膜によることもできる。有機EL素子を形成した基板101上に、バッファ層として光硬化性樹脂等の有機材料をスピンコート法により塗布し、紫外線を照射し硬化させる。次いで、バリア層としてSiNの無機材料をスパッタリング等により成膜する。そして、前述のバッファ層(光硬化性樹脂)とバリア層(SiN)を交互に積層することで封止膜を形成する。
[実施例2]有機EL素子の下部電極の反射面を表面処理することで前述した反射層14C1,14C2,14C3を形成したアクティブ駆動(TFT駆動)の有機ELパネルの例を図4によって説明する。
この有機ELパネル201は、基板(ガラス製)201上に、固相成長法により多結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜を島状に加工してシリコン活性層202を得る。次に、シリコン活性層の上にSiO2のゲート絶縁膜203、Alよりなるゲート電極204を形成する。その後、シリコン活性層202に不純物をドープしてソース領域202A,チャンネル形成領域202B,ドレイン領域202Cを形成する。そして、これらの上全面にSiO2の層間絶縁膜205を形成する。
その後、層間絶縁膜205に有機EL素子の開口部となる部分をエッチング処理にて開孔し、その上に色度補正フィルタ層211を形成すると共に、画素電極となる下部電極220をCr等のスパッタリングによって成膜する。
ここで、G発光色を得る有機EL素子が形成される下部電極220及びR発光色を得る有機EL素子が形成される下部電極220の反射面には熱処理を加えて、表面に微細な凹凸を形成し、B発光色を得る有機EL素子が形成される下部電極220の反射面より反射率が低い状態にする。
次に、窒化チタン(TiN)膜を100nmの厚さに成膜して、これをエッチング処理することによって、バリアメタル層206及び密着用金属層207を同時形成する。その後、Al膜を600nmの厚さ成膜して、これをエッチング処理することで、ソース電極208、ドレイン電極209の各配線が形成される。その後に前述したTFTの各要素を被覆するようにSiO2の保護膜210を形成する。
次いで、インライン型の成膜装置によって、B発光色,G発光色,R発光色の各有機EL素子における有機EL機能層230がそれぞれの発光色毎に連続して成膜される。
具体的には、第1に、B発光用の成膜用マスクを設置して、CuPc(正孔注入層;50nm)/NPB(正孔輸送層;50nm)/DPVBi:BCzVBi(発光層;50nm)/Alq3(電子輸送層;20nm)/Li2O(電子注入層;5nm)/Ca(バッファ層;20nm)をそれぞれ成膜する。
第2に、G発光用の成膜用マスクを設置して、CuPc(正孔注入層;50nm)/NPB(正孔輸送層;50nm)/クマリン6(発光層;50nm)/Alq3(電子輸送層;20nm)/Li2O(電子注入層;5nm)/Ca(バッファ層;20nm)をそれぞれ成膜する。
第3に、R発光用の成膜用マスクを設置して、CuPc(正孔注入層;50nm)/NPB(正孔輸送層;50nm)/Alq3:DCM(発光層;50nm)/Alq3(電子輸送層;20nm)/Li2O(電子注入層;5nm)/Ca(バッファ層;20nm)をそれぞれ成膜する。
ここでは、電子注入層として酸化リチウム(Li2O)を成膜後、上部電極240(陰極;IZO,ITO等)をスパッタリングで成膜するために、スパッタダメージを軽減するためのバッファ層としてCa膜を成膜している。このCa成膜後、基板をスパッタ成膜室に搬送し、IZO酸化物ターゲットを用いDCマグネトロンスパッタリング法によりIZOを100nm成膜して上部電極240を形成する。
以上の成膜工程後に、基板201に対して発光検査工程を施した後、前述した実施例1と同様の封止工程を経て、透明な平板ガラス基板からなる封止部材又は封止膜による有機EL素子の封止がなされる。また、別の封止方法としては、封止空間を樹脂系の封止材で充填する方法などがある。
前述した本発明の実施形態及び実施例によると、異なる発光色の有機EL素子を並列置し、複数色の混色によってカラー発光を行う有機ELパネルにおいて、長期使用時の色調ずれを防いで有機ELパネル発光品質を向上させることができる。また、これに際して、基板の汎用性を損なわない、製品のコストアップを招かない等の利点が得られる。
本発明の実施形態に係る有機ELパネルを説明する説明図である。 本発明の実施形態の作用を説明する説明図である。 本発明の実施例を説明する説明図である。 本発明の実施例を説明する説明図である。
1C1,1C2,1C3 有機EL素子
10,101,201 基板
11,102,220 下部電極
12 層構造
12C1,12C2,12C3 発光機能層
13,105 上部電極
14C1,14C2,14C3 反射層
100,200 有機ELパネル
103 絶縁膜
104 有機層
104A 正孔輸送層
104B 発光層
104C 電子輸送層
106 封止部材
107 接着増
108 引出電極
110 有機EL素子

Claims (5)

  1. 複数色の発光色の有機EL素子を基板上に並配置し、複数色の混色によってカラー発光を行う有機ELパネルにおいて、
    前記有機EL素子は、発光を外部に取り出す反射層を備え、
    前記複数色の光色の有機EL素子には、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合に違いがあり、
    前記反射層は、前記電流輝度効率の劣化の速い発光色の反射率が、前記電流輝度効率の劣化の遅い発光色の反射率よりも高い反射率を有することを特徴とする有機ELパネル
  2. 前記有機EL素子は、一対の電極間に発光機能層を挟持した構造を有し、前記反射層は前記一対の電極の一方によって構成され、前記一対の電極の他方は透明電極によって形成されることを特徴とする請求項1に記載された有機ELパネル
  3. 前記有機EL素子は、一対の電極間に発光機能層を挟持した構造を有し、前記一対の電極は共に透明電極で形成され、前記反射層は、前記一対の電極の外側に形成されることを特徴とする請求項1に記載された有機ELパネル
  4. 前記反射層は、反射率の異なる材料を用いることで、発光色に応じて異なる反射率を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された有機ELパネル
  5. 前記反射層は、反射面の表面処理によって、発光色に応じて異なる反射率を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された有機ELパネル
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