JP4911652B2

JP4911652B2 - 有機ｅｌパネル

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Publication number: JP4911652B2
Application number: JP2011086674A
Authority: JP
Inventors: 龍司西川; 哲司小村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2011134734A

Description

本発明は、有機層を第１および第２電極間に備え、第１および第２電極間に電圧を印加することで有機層に電流を流し発光する有機ＥＬ素子を複数配列して形成された有機ＥＬパネルに関する。

従来より、液晶ディスプレイに代わる次世代のフラットディスプレイの１つとして有機エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬという）ディスプレイが注目されている。このディスプレイパネル（以下有機ＥＬパネルという）では、各画素に用いる有機発光層の発光材料を変更することで、各画素の発光色を決定できる。そこで、各画素の発光色を異ならせて、ＲＧＢ表示を行うことができる。

しかし、各色の発光材料に効率の差があったり、各色において、均一な発光を確保するのが難しいという問題がある。

また、フルカラー表示については、発光は１色にしておき、カラーフィルタによって、画素の色を決定することについての提案もある（特許文献１参照）。しかし、このような構成では各色について十分な効率で発光させることが難しかった。
特開２００３−１１５３８２号公報

このように、従来の有機ＥＬ素子では、各色の発光効率を均一にすることが難しく、ホワイトバランスがとりにくいなどという問題があった。

本発明では、各色のバランスをとりやすい有機ＥＬパネルを提供する。

本発明は以下の特徴を有する有機ＥＬパネルによって、上記課題を解決している。

すなわち、本発明による有機ＥＬパネルは、発光層を第１および第２電極間に備え、第１および第２電極間に電圧を印加することで前記発光層に電流を流し発光する有機ＥＬ素子を含む画素を複数配列して形成された有機ＥＬパネルであって、第１色の前記有機ＥＬ素子は、複数の発光層を有し、該複数の発光層からの互いに異なる色の発光があわさって白色光を射出し、第２色の有機ＥＬ素子は、発光層が、白色光を構成する３原色光のうち比較的強度の弱い色で発光した発光色で発光することを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、その有機ＥＬ素子が、発光層から射出される光を所定の光学長の範囲内で繰り返し反射させ、これによって特定の波長の光を増強選択する微小共振器を有することを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、その第１の色の有機ＥＬ素子が、さらにカラーフィルタを有することを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、その第１の色の有機ＥＬ素子において、複数の発光層が積層して設けられることを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、その第１の色の有機ＥＬ素子における複数の発光層が少なくとも各々オレンジ色と青色で発光することを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、その第２の色の有機ＥＬ素子における発光層が緑色で発光することを特徴とする。

また、本発明によるその他の有機ＥＬパネルは、発光層を第１および第２電極間に備え、第１および第２電極間に電圧を印加することで発光層に電流を流し発光する有機ＥＬ素子を含む画素を複数配列して形成された有機ＥＬパネルであって、第１の色の有機ＥＬ素子には、オレンジ色および青色の色で各々発光する複数の発光層が積層して設けられ、第２の色の有機ＥＬ素子には、緑色で発光する発光層が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、特定色について、その色で発光する有機材料が用いられ、他の色については、白色で発光し、カラーフィルタで色を付ける。これによって、各色の発光効率を比較的均一にすることができる。

例えば、白色の発光層を、オレンジ発光層と青発光層の積層で形成した場合に、その白色は緑が比較的弱くなる。そこで、得られた白色からカラーフィルタによって、ＲＧＢの３色を得ようとすると、緑が他の色より弱くなってしまう。このような場合に、緑の画素については緑を発光する有機材料を用いた有機ＥＬ素子を利用することで、緑についても十分な強度の光を得ることができる。

また、色変換層を用いれば、白色ではなく、特定色の光を他の色に変換できる。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、１画素の発光領域と駆動ＴＦＴの部分の構成を示す断面図である。なお、各画素には、複数のＴＦＴがそれぞれ設けられており、駆動ＴＦＴは、電源ラインから有機ＥＬ素子へ供給する電流を制御するＴＦＴである。ガラス基板３０上には、ＳｉＮとＳｉＯ₂の積層からなるバッファ層１１が全面に形成され、その上に所定のエリア（ＴＦＴを形成するエリア）にポリシリコンの能動層２２が形成される。

能動層２２およびバッファ層１１を覆って全面にゲート絶縁膜１３が形成される。このゲート絶縁膜１３は、例えばＳｉＯ₂およびＳｉＮを積層して形成される。このゲート絶縁膜１３上方であって、チャネル領域２２ｃの上に例えばＣｒのゲート電極２４が形成される。そして、ゲート電極２４をマスクとして、能動層２２へ不純物をドープすることで、この能動層２２には、中央部分のゲート電極の下方に不純物がドープされていないチャネル領域２２ｃ、その両側に不純物のドープされたソース領域２２ｓおよびドレイン領域２２ｄが形成される。

そして、ゲート絶縁膜１３およびゲート電極２４を覆って全面に層間絶縁膜１５が形成される。この層間絶縁膜１５内部のソース領域２２ｓ、ドレイン領域２２ｄの上部にコンタクトホールが形成される。そして、このコンタクトホールを介し、層間絶縁膜１５の上面に配置されるソース電極５３、およびドレイン電極２６がソース領域２２ｓ、ドレイン領域２２Ｄに接続される。なお、ソース電極５３には、電源ライン（図示せず）が接続される。ここで、このようにして形成された駆動ＴＦＴは、この例ではｐチャネルＴＦＴであるが、ｎチャネルとすることもできる。

層間絶縁膜１５、ソース電極５３、およびドレイン電極２６を覆って、全面に平坦化膜１７が形成され、この平坦化膜１７の上に陽極として機能する透明電極６１が設けられる。また、ドレイン電極２６の上方の平坦化膜１７には、これらを貫通するコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを介し、ドレイン電極２６と透明電極６１が接続される。

なお、層間絶縁膜１５および平坦化膜１７には、通常アクリル樹脂などの有機膜が利用されるがＴＥＯＳや無機膜を利用することも可能である。また、ソース電極５３、ドレイン電極２６には、アルミなどの金属が利用され、透明電極６１には通常ＩＴＯが利用される。

透明電極６１は、全体としてほぼ四角形状である。また、透明電極６１は、ドレイン電極２６との接続用のコンタクト部分が平面的な突出部として形成されており、この突出部から透明電極の一部がコンタクトホール内にのびている。

この透明電極６１の上には、全面に形成されたホール輸送層６２、発光領域より若干大きめに形成された有機発光層６３、全面に形成された電子輸送層６４からなる有機層６５とが形成される。さらに、有機層６５の上には、金属製（例えば、アルミＡｌ）の対向電極６６が陰極として全面に形成されている。透明電極６１の周辺部分上のホール輸送層６２の下方には、平坦化膜６７が形成されている。この平坦化膜６７は、各画素の発光領域が透明電極６１上であって、ホール輸送層６２が透明電極６１と直接接している部分を限定する。すなわち、この平坦化膜６７の内側の透明電極とホール輸送層６２が直接接触する領域が、発光領域となる。なお、平坦化膜６７にも、通常アクリル樹脂などの有機膜が利用されるがＴＥＯＳや無機膜を利用することも可能である。

ここで、ホール輸送層６２、有機発光層６３、電子輸送層６４には、有機ＥＬ素子に通常利用される材料が使用され、有機発光層６３の材料（通常はドーパント）によって、発光色が決定される。例えば、ホール輸送層６２にはＮＰＢ、緑色の有機発光層６３にはＡｌｑ₃＋ＣＦＤＭＱＡ、電子輸送層６４にはＡｌｑ₃等が用いられる。なお、白色の有機発光層６３における、青色の有機発光層６３ｂにはＴＢＡＤＮ＋ＮＰＢ、オレンジ色の有機発光層６３ｏに、ＮＰＢ＋ＤＢｚＲ等が用いられる。

ここで、本実施形態では、有機発光層６３として緑の発光層が用いられる場合と、白色の発光層が用いられる場合がある。この図では、白色の発光層が用いられる場合を示している。白色の有機発光層６３は、後述するように、オレンジ色の発光層と、青色の発光層の積層構造として形成される。

このような構成において、ゲート電極２４の設定電圧に応じて、駆動ＴＦＴがオンすると、電源ラインからの電流が、透明電極６１から対向電極６６に流れ、この電流によって有機発光層６３において、発光が起こり、この光が、透明電極６１、平坦化膜１７、層間絶縁膜１５、ゲート絶縁膜１３、およびガラス基板３０を通過し、図における下方に射出される。

さらに、本実施形態においては、層間絶縁膜１５と平坦化膜１７との間にカラーフィルタ７０を配置してある。このカラーフィルタ７０は、液晶表示装置やＣＣＤカメラなどに利用されるものと同様に、顔料を混合した感光性樹脂や、ポリマーが利用可能である。

なお、カラーフィルタ７０は、ＳｉＮ膜７１の上に限らず、ガラス基板３０の上面や下面などに形成してもよい。特に、ガラス基板３０の上面には、駆動ＴＦＴへ外光が照射されるのを防止するために、遮光膜を形成する場合も多い。この場合には、同様の工程でカラーフィルタ７０を形成することができる。

図２には、ＲＧＢの３画素（ＲＧＢの３画素をまとめて１画素と呼び、ＲＧＢの各画素を副画素と呼ぶ場合もある）を模式的に示してある。このように、赤Ｒ、青Ｂの画素については、有機発光層６３は、青色の発光層６３ｂと、オレンジの発光層６３ｏの２層構造としている。これによって、両発光層６３ｂ、６３ｏの境界付近で、ホールと電子の結合に基づく発光が起こり、青とオレンジの両方の色の光が発生し、両者があわさって白色の光が射出される。一方、緑Ｇの画素では、有機発光層６３ｇは、一層で緑に発光する発光材料が用いられている。また、赤Ｒの画素には、カラーフィルタ７０Ｒ、青Ｂの画素には、カラーフィルタ７０Ｂが設けられ、白色の光をそれぞれ、赤、青の光に変換する。

そして、ホール輸送層６２、電子輸送層６４は、すべての画素をまたいで全面に形成されている。また、緑の有機発光層６３ｇは、緑の画素の有機ＥＬ素子部分にのみ設けられるが、白色の有機発光層６３は、必ずしも画素毎に区分する必要はなく、緑の画素以外の部分全体に形成してもよい。

このように、本実施形態では、１色については、発光材料の発光色をそのまま用いる。２色発光による白色では、３原色のうち１色について、他の２色より弱くなりやすい。そこで、強度の弱い１色についてその色で発光する有機発光層を用いることで、適切なカラー表示が行える。例えば、青と、オレンジの２層の発光の場合、図３に示すように、緑色の光の強度が、他に比べ弱くなる。そこで、緑色の画素について、緑発光の発光層を用いることで、緑色についても十分な強度が得られ、これによって効果的なカラー表示が行える。緑の発光材料は、例えばＡｌｑ₃である。

さらに、特定の色またはすべての色の画素について、微小共振器を設け、その色の光を選択増強することも好適である。

図４には、特定色で発光する画素に光共振器を設けた場合の構成を示している。このように、透明電極６１の発光領域の下面には、銀（Ａｇ）などの薄膜からなる半透過膜６９が設けられている。従って、有機発光層６３において発生した光は、この半透過膜６９により反射される。一方、対向電極６６は、反射層として作用するため、半透過膜６９、対向電極６６間で繰り返し反射される。

ここで、半透過膜６９と、対向電極６６との距離は、光学的な距離として、この間隙が特定色の微小共振器として機能する距離に設定してある。すなわち、光学長を選択した色の波長の１／２、１、２倍など、整数倍または整数分の１倍に設定する。例えば、各層の屈折率は、透明電極６１に用いられるＩＴＯ：１．９、ゲート絶縁膜１３に用いられるＳｉＯ２：１．４６、ＳｉＮ：２．０、有機発光層６３などの有機層：１．７程度である。このように、半透過膜６９と対向電極６６の間の各層の厚みに対応する屈折率を乗算して合計した光学的厚みを取り出し対象とする光の波長に対応したものに設定することで、半透過膜６９と、対向電極の間が微小共振器として作用し、対象とする波長の光を効率的に取り出すことができる。すなわち、有機発光層６３からの光は、半透過膜６９と、対向電極の間において、繰り返し反射し、特定の波長の光が選択的に半透過膜６９を透過して射出される。また、この微小共振器内において、反射を繰り返すことで、特定周波数の光が射出される確率が上昇して、効率を上昇することができる。

なお、微小共振器を設けた場合にもカラーフィルタ７０を設けることが好ましい。微小共振器により、半透過膜６９を通過する光を限定しているので、基本的にはカラーフィルタ７０は不要と考えられる。しかし、微小共振器は、基本的に半透過膜６９の表面に対し直交する方向からきた光についての波長を規定する。従って、射出する光の波長が視野方向に大きく依存し、パネルを斜めから見た場合に色が変化しやすい。本実施形態のようにカラーフィルタ７０を設けると、ここを透過する光は確実に特定波長のものになり、パネルの視野角依存性をほぼなくすことができる。

さらに、白色発光の画素についても、微小共振器を設けることができる。図５にこの場合の構成を示す。このように、発光層６３を青色の発光層６３ｂと、オレンジの発光層６３ｏの２層構造とする。これによって、白色の光の中の特定色が微小共振器で増強選択され、かつカラーフィルタ７０で選択されて射出される。

上述の実施形態では、ガラス基板３０から光を射出するボトムエミッションタイプとしたが、光を陰極側から射出するトップエミッションタイプとすることもできる。図６には、トップエミッションタイプにおいて、微小共振器を設けた場合のの画素部の構成が示されている。この例では、陰極として、ＩＴＯで形成された透明陰極９０が利用され、この透明陰極９０の下面に半透過膜９１が配置されている。

また、透明電極６１の下側には金属反射層９３が設けられ、この金属反射層９３の表面と半透過膜９１の間が微小共振器として機能する。

また、この場合には、カラーフィルタ７０は、封止基板９５の下面に設けられる。なお、封止基板９５は、基板３０と周辺部のみで接続され、有機ＥＬ素子などが形成された基板３０の上方空間を封止するものである。なお、微小共振器を設けない場合には、半透過膜９１を省略すればよいだけである。また、有機発光層６３を特定色で発光する一層構造とした場合には、カラーフィルタ７０は不要である。

また、上述の例では、ＴＦＴとして、トップゲートタイプのものを説明したが、これに限らずボトムゲートタイプのものを利用することもできる。

次に、図７〜図１１に、本実施形態に係る有機ＥＬパネルの画素構造の例について模式的に示す。なお、これらの図は、特徴的な部分のみを模式的に示すものであり、電極は省略してあり、また電子輸送層や、ホール輸送層なども適宜省略してある。

図７では、有機発光層として、白色の有機発光層（白色ＥＬ）と緑色の有機発光層（緑ＥＬ）の２種類を有している。そして、白色ＥＬに対応して、赤色のカラーフィルタ（ＲＣＦ）と青色のカラーフィルタ（ＢＣＦ）を配置している。これによって、ＲＧＢの３色の画素を形成することができる。

図８では、図７と同様の構成において、電子輸送層（ＥＴＬ）を各画素共通とし、ホール輸送層（ＨＴＬ）を各画素独立に形成している。

図９では、図８とは反対に、ホール輸送層（ＨＴＬ）を各画素共通とし、電子輸送層（ＥＴＬ）を各画素独立に形成している。

図１０では、白色ＥＬに対し、その一部に青色のカラーフィルタ（ＢＣＦ）を配置し、青色および白色の光を射出するようにしている。また、赤色の有機発光層（赤ＥＬ）および緑色の有機発光層（緑ＥＬ）については、カラーフィルタを設けずそのまま光を射出している。これによって、ＲＧＢＷ（赤、緑、青、白）の４色で発光するパネルが得られる。

図１１では、図７と同様の構成において、ホール輸送層（ＨＴＬ）および電子輸送層（ＥＴＬ）の両層を複数画素（例えば、全画素）で共通に形成している。

図１２には、さらに別の構成例が示されている。なお、この図は、ＴＦＴの構造やＴＦＴと透明電極６１との接続の構造などは省略した模式図である。

赤色の画素では、透明電極６１の下方に、赤色のカラーフィルタ７０Ｒが設けられ、緑色の画素では、透明電極６１の下方に、緑色のカラーフィルタ７０Ｇが設けられている。そして、これら赤色、緑色の画素では、青色の有機発光層６３ｂと、オレンジ色の有機発光層６３ｏが積層して配置されている。また、青色の画素には、青色の有機発光層６３ｂが位置し、かつカラーフィルタは設けられていない。

また、正孔輸送層６２、青色の有機発光層６３ｂ、電子輸送層６４、および対向電極６６は、全画素共通として全体に形成されている。また、オレンジ色の有機発光層６３ｏは、青色の画素を除いて、他の画素に共通して設けられている。

このような構成によれば、青色の有機発光層６３ｂを全面に設ければよいため、プロセスが簡略化できる。

さらに、上述の実施形態におけるカラーフィルタに代えて色変換層を利用することもできる。この色変換層は、例えば特開２００３−１８７９７５号公報などに示されている。この色変換層を利用すれば、特定色を他の特定色に変換することができる。そこで、白色発光ではなく、特定色の発光により生じた光を他の色の光に変換できる。例えば、青色発光層からの光を色変換層によって、赤色、緑色に変換できる。そこで、有機発光層としては、青色の一層を全面に形成しておき、赤色、緑色の画素について、青色の光を赤色、緑色に変換する色変換層を設けることで、ＲＧＢの各画素を実現することができる。

図１３には、この構成の画素構造について示してある。このように、有機発光層として、青色の有機発光層６３ｂのみを有し、この青色の有機発光層６３ｂを全面（全画素共通）に設けている。そして、赤色の画素においては青色の光を赤色に変換する色変換層８０Ｒを設け、緑色の画素のついては青色の光を赤色に変換する色変換層８０Ｇを設け、青色の画素については、色変換層を設けることなく青色の光をそのまま射出させている。このような構成によれば、正孔輸送層６２，有機発光層６３（６３ｂ）、電子輸送層６４をすべて全面（全画素共通）に形成することができる。従って、製造プロセスを簡略化することができる。

画素部分の構成を示す断面図である。ＲＧＢ各色の有機ＥＬ素子の構成例を示す図である。白色発光の場合のスペクトルの例を示す図である。微小共振器を設けた場合の画素構造を示す図である。微小共振器を設け、白色の発光の場合の画素構造を示す図である。トップエミッションタイプの構成を示す図である。有機ＥＬパネルの画素構造の例についての模式図である。有機ＥＬパネルの画素構造の例についての模式図である。有機ＥＬパネルの画素構造の例についての模式図である。有機ＥＬパネルの画素構造の例についての模式図である。有機ＥＬパネルの画素構造の例についての模式図である。ＲＧＢ各色の有機ＥＬ素子の構成例を示す図である。ＲＧＢ各色の有機ＥＬ素子の構成例を示す図である。

１１バッファ層、１３ゲート絶縁膜、１５層間絶縁膜、１７平坦化膜、２２能動層、２２ｃチャネル領域、２２ｄドレイン領域、２２ｓソース領域、２４ゲート電極、２６ドレイン電極、３０ガラス基板、５３ソース電極、６１透明電極、６２ホール輸送層、６３有機発光層、６４電子輸送層、６５有機層、６６対向電極、６７平坦化膜、６９半透過膜、７０カラーフィルタ、８０色変換層。

Claims

発光層を第１および第２電極間に備え、第１および第２電極間に電圧を印加することで前記発光層に電流を流し発光する有機ＥＬ素子を含む画素を複数配列して形成された有機ＥＬパネルであって、
第１の色の有機ＥＬ素子には、オレンジ色および青色の色で各々発光する複数の発光層が積層して設けられ、
第２の色の有機ＥＬ素子には、緑色で発光する発光層が設けられることを特徴とする有機ＥＬパネル。
請求項１に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
前記有機ＥＬ素子は、有機層として、前記発光層とともにホール輸送層を有し、前記ホール輸送層は、複数画素に共通の層とすることを特徴とする有機ＥＬパネル。
請求項１または２に記載の有機ＥＬパネルにおいて、
前記有機ＥＬ素子は、有機層として、前記発光層とともに電子輸送層を有し、前記電子輸送層は、複数画素に共通の層とすることを特徴とする有機ＥＬパネル。