CN1815768A

CN1815768A - 自发光显示装置

Info

Publication number: CN1815768A
Application number: CNA2006100047959A
Authority: CN
Inventors: 石原元; 服部有
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-28
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-28
Also published as: US20060170333A1; JP2006210217A; JP4595565B2; CN100423308C; US7400086B2

Abstract

一种包含发光像素(70)的自发光显示装置(100)，发光像素(70)通过穿过绝缘层(30、50)在第一和第二电极(20、60)之间夹有发光层(40)而形成。在第一和第二电极的至少一个内开有孔(60)并规则排列所述孔。所述孔的开口尺寸可以等于或小于50μm，并且可以小于20μm。因此，该自发光显示装置可以以低功耗工作。

Description

自发光显示装置

技术领域

本申请涉及包含通过在电极对之间插入发光单元而形成的发光像素的自发光显示装置。

背景技术

在诸如CRT、LCD、PDP(等离子体显示面板)、和EL(电致发光)显示器的各种显示装置中，诸如PDP和EL显示器的自发光显示装置具有较高的图像显示质量。

然而，自发光显示装置消耗大量的电能，为了降低对环境的负面影响及其运行成本，需要降低其功耗。特别地，降低功耗的必要性随着显示装置尺寸的变大而增大。

在此，参考图7所示的无机EL显示装置作为自发光显示装置的示例，从自发光显示装置发光机制的角度描述降低其功耗的必要性。

如图7所示，无机EL显示装置通常具有两个绝缘结构，其中用作发光单元的发光层40插在绝缘层30和50以及电极20和60a之间。电极20位于衬底10上。

绝缘层30、50和发光层40为电学电容性负载。当在电极20和60a之间施加交变电压时，电荷被存储，存储的数量取决于发光层40和绝缘层30、50的电容。

当施加的电压超过箝位电压(clamping voltage)(该电压取决于发光层40及绝缘层30、50的组分和薄膜厚度)时，所存储的电荷在发光层40内流动并和发光层40的发光中心碰撞以激发该发光中心。受激的发光中心在其能量回落到基态时发出光线。

由于无机EL显示装置是电容性负载，产生电流的强度取决于存储和释放该电学电荷时发光层40和绝缘层30、50的电容。此外，当发光层4o以上述发光机制发射光线时，产生电学电流。因此，由于元件30、40和50的电容随显示面积增大而增大，所以当显示面积增大时，无机EL显示器的功耗增大。

因此，为了使无机EL显示器获得大的显示面积、低的工作电压、和高的亮度，需要降低其功耗。降低功耗的必要性并非特别针对无机EL显示器，而是自发光显示装置共同的问题。

发明内容

因此本发明的目标是在自发光显示装置中实现低的功耗，其中该自发光显示装置包含通过在电极对之间插入发光单元而形成的发光像素。

根据本发明的自发光显示装置包含通过在电极对之间插入发光单元而形成的发光像素，并且在至少一个电极内开孔且所述孔以预定图案排列。

通过在至少一个电极内规则地排列开孔，减小了发光像素的总面积。发光像素总面积的减小也降低了发光像素的电容。因此降低了自发光显示装置的功耗。

和孔相对应的位置不发射光线，由于未对这些位置施加电压。然而，由于在各个孔附近发射的光线被发光单元的粗糙表面散射，这些位置看上去在发光。

因此，在自发光显示装置中恰当地实现了低功耗，其中该显示装置包含通过在电极对之间夹入发光单元而形成的发光像素。

该电极和发光单元可以布置成形成以分段显示图案排列的多个发光像素，或者可以布置成形成以点矩阵显示图案排列的多个发光像素。

附图说明

通过下述描述、所附权利要求和附图，可以最好地了解本发明及其另外的目标、特征、和优点。在附图中：

图1为示出根据本发明实施例的用作自发光显示装置的无机EL显示装置的示意性截面视图；

图2为示出该无机EL显示装置的示意性俯视图；

图3为示出该无机EL显示装置的发光像素的放大视图；

图4为示出孔的开口尺寸和相对发光亮度之间关系的图示；

图5为示出面积比和相对发光亮度之间关系的图示；

图6为示出发光层的平均表面粗糙度Ra和相对发光亮度之间关系的图示；以及

图7为相关技术领域中无机EL显示装置的示意性截面视图。

具体实施方式

在下文中，参考图1至3描述本发明的一个实施例。

如图1所示，根据本实施例的无机EL显示装置100是通过在玻璃衬底10上将薄膜20至60成层堆叠而形成的无机EL元件。

在玻璃衬底10上形成第一电极20，作为下电极，其位于发光层40下方。每个第一电极20都是光学透明，例如可由ITO(铟锡氧化物)薄膜或氧化锌薄膜制成。在本实施例中，每个第一电极20由ITO薄膜制成。

在第一电极20上形成第一绝缘层30。第一绝缘层30可由例如五氧化：钽(Ta₂O₅)或ATO薄膜(Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜)制成，其中ATO薄膜是由Al₂O₃和TiO₂形成的叠层薄膜。在本实施例中，第一绝缘层30由Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜制成。

在第一绝缘层30上形成发光层40，其作为发光单元，主要由无机EL材料制成。发光层40由例如II-VI化合物半导体制成，其中在该半导体中添加了诸如稀土元素的发光中心。

II-VI化合物半导体由属于老式元素周期表中IIA或IIB族(当前元素周期表中2或12族)的材料(例如Ca、Sr、Zn、和Cd)和属于老式元素周期表中VIB族(当前元素周期表中16族)的材料(例如O和S)形成的化合物。

具体地，发光层40可由包含ZnS、SrS、和CaS中至少一种的基底材料以及基底材料中诸如锰(Mn)元素或稀土元素(例如铽(Tb)和钐)的发光中心制成。在本实施例中，发光层40由硫化锌及锰(ZnS:Mn)的化合物制成的薄膜构成，其中基底材料由ZnS构成，发光中心由Mn形成。

发光层40的表面粗糙度Ra可以等于或大于10nm。表面粗糙度Ra由JIS(日本工业标准)定义。

在发光层40上形成第二绝缘层50。第二绝缘层50可以由例如前述的ATO薄膜或五氧化二钽薄膜制成。在本实施例中，第二绝缘层50由Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜制成。

在第二绝缘层50上形成第二电极60，其作为上电极，位于发光层40之上。每个第二电极60都为光学透明的，可由例如ITO(铟锡氧化物)薄膜或氧化锌薄膜制成。在本实施例中，每个第二电极60由ITO薄膜制成，厚度约为200nm。

用作显示区域的各个发光像素70包含相互交叠的第一电极20的一部分和第二电极60的一部分，还进一步包含夹在第一电极20和第二电极60的相互交叠部分之间的第一绝缘层30、发光层40、及第二绝缘层50的部分。

在本实施例中，第一电极20排列形成第一组条，而第二电极60排列形成第二组条，第二组条垂直于属于第一组的条。因此，每一个都包含第一电极20和第二电极60的交叠部分的发光像素70排列成网状图案。换而言之，发光像素70排列成点矩阵显示图案。

当在第一电极20和第二电极60之间施加电压时，发光像素70可发光。如前所述，无机EL显示装置100包含发光像素70，通过在第一电极20和第二电极60之间夹入发光层40作为发光单元而形成发光像素70。

在本实施例中，由于第一电极20和第二电极60为光学透明的，从无机EL显示装置100的玻璃衬底10侧和第二电极60侧均可以接收发出的光。

如图1至3所示，在第二电极60的每个部分打开多个孔61，以形成发光像素70。

在图1和2中，孔61未按比例绘制，出于说明的目的而放大这些孔。孔61的详细排列如图3所示。

如图3所示，孔61规则地排列成预定图案(例如排列成点矩阵显示图案)。孔61不限于被排列成点矩阵显示图案，也可以排列成其它图案。

孔61的每个开口尺寸可以等于或小于50μm，并可以等于或小于20μm。孔61的平均开口尺寸可小于50μm，并可小于20μm。

除了孔61的面积之外的发光像素70的总面积等于或大于包含孔61的面积的发光像素70的总面积的25％。

各个孔61可呈圆形或多边形。采用标准方式测量各个孔61的开口尺寸。例如，如果孔61为圆形，则开口尺寸指各个孔61的直径，如果孔61为多边形，则开口尺寸指各个孔61的对角线长度。孔61无需以图3所示的方式排列。

接着描述根据本实施例的无机EL显示装置100的制造方法。

首先，使用溅射技术在玻璃衬底10上形成光学透明的ITO薄膜作为第一电极20。可以使用光刻和刻蚀将第一电极20形成图案。

接着，使用ALD(原子层沉积)方法在第一电极20上形成Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜作为第一绝缘层30。具体地，形成Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜的方法包含如下步骤。

在第一步骤中，使用ALD方法，以三氯化铝(AlCl₃)作为铝(Al)的成分气体并以水(H₂O)作为氧(O)的成分气体形成Al₂O₃子层。

在ALD方法中，交替地供应铝的成分气体和氧的成分气体，目的是通过逐片地堆叠分别具有单原子厚度的子薄膜而形成该子层。这种情况下，使用由氩(Ar)形成的Ar载气将AlCl₃气体引入反应室一秒钟，随后清除反应室内的气体，气体清除的时间段足以排空反应室中的AlCl₃气体。

接着，类似地由Ar载气将H₂O气体引入反应室一秒钟，随后清除反应室内的气体，气体清除的时间足以排空反应室中的H₂O气体。通过重复引入AlCl₃气体和H₂O气体的循环，形成具有预定厚度的Al₂O₃子层。

在第二步骤中，采用ALD方法，以四氯化钛(TiCl₄)作为钛(Ti)的成分气体并以水(H₂O)作为氧(O)的成分气体形成二氧化钛子层。

具体地，以类似于第一步骤的方式，使用Ar载气将TiCl₄气体引入反应室一秒钟，随后清除反应室内的气体，气体清除的时间足以排空反应室中的TiCl₄气体。接着，类似地由Ar载气将H₂O气体引入反应室一秒钟，随后清除反应室内的气体，气体清除的时间足以排空反应室中的H₂O气体。通过重复引入TiCl₄气体和H₂O气体的循环，形成具有预定厚度的二氧化钛子层。

通过交替地重复第一步骤和第二步骤，形成Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜作为第一绝缘层30。由该工艺制备的Al₂O₃子层和TiO₂子层中每一个的厚度可以为5nm。第一绝缘层30中Al₂O₃子层和TiO₂子层的数目分别为三十。

Al₂O₃/TiO₂叠层薄膜中第一个子层和最后一个子层可以为Al₂O₃子层或TiO₂子层。最靠近第一电极20的第一个(底部)子层可以为Al₂O₃子层。

当使用ALD方法制备厚度对应于原子尺寸的薄膜时，如果薄膜中的子层薄于0.5nm则该薄膜不具备绝缘层的功能，而如果该薄膜中的子层的厚度大于20nm时则由于叠层结构引起的电压阻抗相对减小。因此，叠层薄膜中子层的厚度优选范围为0.5nm至20nm，更优选范围为1nm至10nm。

接着，采用蒸发方法，在第一绝缘层30上形成发光层40。也就是说，采用蒸发方法，使用硫化锌和锰(ZnS:Mn)的化合物形成作为发光层40的薄膜，其中基底材料由ZnS构成，发光中心由Mn构成。

随后，在发光层40上形成第二绝缘层50，其具有和第一绝缘层30相同的结构和厚度。最后，在第二绝缘层50上形成ITO薄膜作为第二电极60，该第二电极的形成方式和第一电极20相同。

可采用光刻和刻蚀方法将第二电极60制成预定图案。通过将该光刻中所用掩模的图案从用于第二电极60的条形改为用于孔61的图案，可简单地形成孔61。因此，孔61无需附加的制造工艺。因此，通过上述步骤可制成无机EL显示装置100。

由于第二电极60(以图3中的矩阵图案)规则地排列在每个发光像素70内，扣除孔61的总面积的每个发光像素70的总面积减小。当发光像素70的总面积减小时，发光像素70的元件电容降低，因此无机EL显示装置100的功耗降低。

光线不会从和孔61相对应的位置发射，因为未向该位置施加电压。然而，由于在各个孔61附近发射的光线被发光层40的粗糙表面所散射，这些位置看上去象在发光。

因此，在包含发光像素70的无机EL显示装置100中恰当地实现了低功耗，其中通过在第一电极20和第二电极60之间夹入发光层40而形成发光像素70。

根据发明人员的研究，对于孔61的开口尺寸等于或小于50μm的情形，不发射光线的发光像素70的不发光部分和发射光线的发光像素70的发光部分之间的对比度小。因此，难以认出孔61。

图4中的相对发光亮度是指具有孔61的发光像素70之一的发光亮度和没有孔的发光像素的发光亮度之比。通过调整掩模开口的开口尺寸可以容易地改变孔61的开口尺寸。

如图4所示，随着一个孔61的开口尺寸变大，相对发光亮度变小。这似乎源于这样的事实，即，当孔61的开口尺寸越大且发光部分的边缘与孔61中心之间的间隔越大时，来自孔61的位置的散射光线由于衰减而变得更弱。

根据发明人员的研究，对于孔61的开口尺寸大于100μm的情形，发光像素70的发光部分和发光像素70的不发光部分之间的对比度变得显著，裸眼可认出孔61。

相反，对于孔61的开口尺寸小于50μm的情形，该对比度变小，裸眼无法认出孔61。因此，在制造无机EL显示装置100时，无需考虑由于孔61的存在所引起的视觉效应。

如图4所示，对于孔61的开口尺寸等于或小于20μm的情形，裸眼不能认出孔61，可使相对发光亮度大于0.8。因此，开口尺寸小于20μm的孔61将由于孔61的存在导致的发光亮度降低抑制到实际使用中令人满意的量。

对于扣除孔61的面积的发光像素70的总面积为包含孔61的面积的发光像素70的总面积的25％以上时，无论孔61的数目是多少，无机EL显示装置100的发光亮度几乎不减小。

从图5可以看出这一点，该图示出了发光像素70的面积比和相对发光亮度之间的关系。在图5中，面积比是指扣除孔61的面积的发光像素70的总面积和包含孔61的面积的发光像素70的总面积之比。

这里，该面积比越小，发光像素70中孔61的数目越大。在图5中，孔61的开口尺寸为12μm。

如图5所示，只要该面积比等于或大于25％，就可以减小扣除孔61的面积的发光像素70的总面积而基本上不降低发光像素70的发光亮度，由此可以降低发光像素70的功耗量。

如前所述，将每个发光像素70制成无机EL显示装置100的一部分，其中第一电极20之一和第二电极60之一排列呈相互交叉的条形。此外，发光像素70可以排列成点矩阵显示图案。

在该无机EL显示装置中，当发光层40的表面粗糙度Ra大于10nm时，发光亮度几乎不改变。

从图6可以看出这一点，该图示出了发光层40的平均表面粗糙度Ra和发光亮度之间的关系。在图6中，孔61的开口尺寸为12μm。

如图6所示，发光层40的平均表面粗糙度Ra越小，相对发光亮度越小。

其原因被认为是由于如下事实，即，表面粗糙度Ra越小，在孔61处的光散射程度越小。在发光层40的平均表面粗糙度Ra大于10nm的情形下，可以减小发光像素70的总面积，而基本上不降低发光像素70的发光亮度，由此可以减小发光像素70的功耗量。

(其它实施例)

本发明不应限于上面所述以及各图所示的实施例，在不离开本发明的主旨下可通过各种方式实现本发明。

例如，可以在第一电极20内形成沿无机EL显示装置100厚度方向穿透的孔，例如上面实施例中第二电极60上的孔61。可在第一电极20和第二电极60中都形成这些孔。

例如孔61可排列成Z字图案、螺旋图案、或同心图案。孔61需要规则地排列成预定图案。

因此，本发明中在电极20、60中形成的孔61明显不同于在制造工艺中意外形成的针孔。

在图1所示的无机EL显示装置100中，在发光层40和第一电极20之间提供第一绝缘层30，在发光层40和第二电极60之间提供第二绝缘层50，其目的是例如保护发光层40。然而，可以不使用第一绝缘层30或第二绝缘层50中的任一个。此外，可以同时不使用第一绝缘层30和第二绝缘层50。

发光像素70中第一电极20和第二电极60之一可以是光学不透明的。对于电极20、60中一个是光学透明，另一个是光学不透明的情形，只能通过透明电极20或60看到光。

发光像素70可排列成分段显示图案。这种情况下，用多个分段的组合表达一个字符(诸如数字“3”或数字“8”)，每个分段对应于一个发光像素。在分段显示图案中，多个分段沿绘线型(line drawing)(例如数字“8”)对齐，所述绘线型可适用于一个或多个数字。

第一电极20、第一绝缘层30、发光层40、第二绝缘层50、以及第二电极60可具有不同于上述实施例的结构。

本发明的自发光显示装置不限于用于上述实施例中所描述的无机EL显示装置100。该自发光显示装置可实现为等离子体显示装置或有机EL显示器。

Claims

1.一种自发光显示装置，包含：

发光像素(70)，其包含电极对(20、60)和插在该电极对(20、60)之间的发光单元(40)，

其中在所述电极(20、60)中的至少一个内开有孔(61)且所述孔(61)排列成预定图案。

2.根据权利要求1的自发光显示装置，其中孔(61)在所述电极(20、60)的至少一个中排列成规则图案。

3.根据权利要求1的自发光显示装置，其中孔(61)的平均开口尺寸等于或小于50μm。

4.根据权利要求3的自发光显示装置，其中孔(61)的平均开口尺寸等于或小于20μm。

5.根据权利要求1的自发光显示装置，其中扣除孔(61)的面积的发光像素(70)的总面积等于或大于包含孔(61)的面积的发光像素(70)的总面积的25％。

6.一种自发光显示装置，包含：

成对的第一电极和第二电极(20、60)；以及

插在第一电极和第二电极(20、60)之间的发光单元(40)，其中

第一和第二电极(20、60)以及发光单元(40)被布置成形成排列成分段显示图案的多个发光像素(70)；以及

第一和第二电极(20、60)中的至少一个具有孔(61)，所述孔(61)在每个发光像素(70)中排列成预定图案。

7.根据权利要求6的自发光显示装置，其中：

第一电极(20)包含排列在发光单元(40)一侧的多个电极板部分；

第二电极(60)包含排列在发光单元(40)另一侧的多个电极板部分；以及

第一和第二电极(20、60)的电极板部分排列成定义该多个发光像素(70)。

8.根据权利要求6的自发光显示装置，其中孔(61)是穿过每个发光像素(70)中的第一和第二电极(20、60)之一的通孔(61)。

9.一种自发光显示装置，包含：

成对的第一和第二电极(20、60)；以及

插在第一和第二电极(20、60)之间的发光单元(40)，其中：

第一和第二电极(20、60)和发光单元(40)布置成形成排列成点矩阵显示图案的多个发光像素(70)；并且

第一和第二电极(20、60)中至少一个具有在每个发光像素(70)中排列成预定图案的孔(61)。

10.根据权利要求1至9中任一项的自发光显示装置，其中发光单元(40)主要由无机EL材料制成。

11.根据权利要求1至9中任一项的自发光显示装置，其中发光单元(40)的表面粗糙度等于或大于10nm。