JP2004281402A - 上面発光型有機発光ダイオード（ｏｌｅｄ）表示装置 - Google Patents

上面発光型有機発光ダイオード（ｏｌｅｄ）表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 補助電極を使用してもコントラストが高い、改良された上面発光型ＯＬＥＤ表示装置を提供すること。
【解決手段】 基板と、該基板上に形成されたパターン化電極であって発光要素間に間隙を有する複数の発光要素を画定するものと、該パターン化電極の上方に配置されたＯＬＥＤ材料層と、該ＯＬＥＤ材料層の上方に配置された連続透明電極と、該発光要素間の間隙の上に配置された吸光性補助電極であって該連続透明電極と電気的及び熱的に接触している導電性及び伝熱性を有するものと、を含んで成る上面発光型ＯＬＥＤ表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の画素を有する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置に、より詳細には、表示装置の透明連続電極の導電率を向上させるための補助電極を含む上面発光型表示装置に関する。
計算や通信に関する多くの用途向けに各種サイズのフラットパネル形表示装置、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置が提案されている。ＯＬＥＤは、最も簡素な形態では、正孔注入用のアノード、電子注入用のカソード及び、これらの電極間に挿入され発光を生じる電荷再結合を支援する有機媒体からなる。ＯＬＥＤ表示装置は、透明基板を通して光を放出するようにも（通称、底面発光型表示装置）、表示装置の最上部にある透明上部電極を通して光を放出するようにも（通称、上面発光型表示装置）構築することができる。
上面発光型表示装置の透明電極を形成するための材料としては、当該技術分野で周知であるように、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、厚さ２０ｎｍ程度の金属薄層、例えばＡｌ、及び導電性ポリマー、例えばポリチオフェンが挙げられる。しかしながら、ＩＴＯをはじめとする透明な電極材料の多くは、導電率が低いため、表示装置において電圧降下をもたらすことになる。ひいては、これが原因となり、表示装置の発光要素からの光出力にばらつきが生じ、抵抗加熱が起こり、さらには電力損を引き起こす。上部電極を厚くすることにより抵抗を下げることはできるが、そうすると透明性が損なわれる。
この問題の解決策の１つとして、米国特許出願第２００２／００１１７８３号（公開日２００２年１月３１日；発明者Hosokawa）明細書に記載されているように、当該透明電極層の上方又は下方と画素間とに補助電極を配置して使用することが提案されている。この補助電極は透明である必要がないので、当該透明電極より導電率を高くすることができる。この補助電極は、典型的には、導電性金属（Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ）から構築されるが、これらは反射性が高いものでもある。このため、入射光が補助電極で反射されることにより、表示装置の全体的なコントラスト比が低下してしまう。このような表示装置は、周囲光の多い条件下、例えば太陽光が降り注ぐ屋外で使用する場合、実効性が低下する。
米国特許第６２８１６３４号明細書 米国特許第６２６８２９５号明細書 米国特許第６２４６１７９号明細書 国際公開第００／３６６６５号パンフレット 特開２００１−１２６８６４号公報 特開平１１−１６２６３４号公報 米国特許出願公開第２００２／００１２１７８３号明細書
したがって、補助電極を使用してもコントラストが高い、改良された上面発光型ＯＬＥＤ表示装置に対するニーズが存在する。
上記のニーズは、基板と、該基板上に形成されたパターン化電極であって発光要素間に間隙を有する複数の発光要素を画定するものと、該パターン化電極の上方に配置されたＯＬＥＤ材料層と、該ＯＬＥＤ材料層の上方に配置された連続透明電極と、該発光要素間の間隙の上に配置された吸光性補助電極であって該連続透明電極と電気的及び熱的に接触している導電性及び伝熱性を有するものとを含んで成る上面発光型ＯＬＥＤ表示装置を提供する本発明によって満たされる。
本発明は、コントラスト及び放熱性を高めた補助電極を有するので、太陽光下のような明るい周囲条件下での使用適性が高くなり、従来の上面発光型表示装置より有利である。
図１を参照する。本発明による上面発光型ＯＬＥＤ表示装置には、封入カバー２０の付いた基板１０が含まれる。基板１０の上には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路１８が配置され、そのＴＦＴ層１８の上方に、該基板の一部を被覆するようにパターン化電極１６が配置されている。このパターン化電極１６によって、当該ＯＬＥＤ表示装置の発光要素と、該発光要素間の間隙１５とが画定される。ＯＬＥＤ発光材料層１２は表示装置の大部分を被覆している。ＯＬＥＤ発光材料層１２は、異なる色の光を放出するため各種材料を含むことができ、また基板上でパターン化することによりカラー表示装置を提供することができる。ＯＬＥＤ発光材料層１２は、当該技術分野で知られているように、正孔注入層や電子輸送層のような複数の層を含む。連続透明電極層１４は表示装置の大部分を被覆している。導電性及び伝熱性を有する吸光性補助電極２２が、発光領域間の間隙の上に、連続透明電極１４と電気的及び熱的に接触するように配置されている。吸光性補助電極２２は、図１に示したように間隙１５に対して精密にアラインされることができるが、そのアラインの精度は低くてもよい。補助電極２２は、精度の低いアラインメントに適応するように当該間隙より幅広にしてもよい。本明細書中の用語「間隙の上に配置された」は、間隙の近くに配置されたこと、そして間隙と少なくとも部分的に重複していることを意味する。電極１４及び２２の上に任意の電極保護層（図示なし）を設けてもよい。
動作に際しては、ＴＦＴ回路１８によって、パターン化電極１６、ＯＬＥＤ発光材料１２及び透明電極１４を通過する電流を制御する。光３０は、パターン化電極１６によって画定される領域から放出され、当該発光要素間の間隙からは放出されない。一態様として、パターン化電極１６を反射性にし、基板１０に向けて放出された光をすべて反射して表示装置から放出させるものがある。
ＴＦＴ回路１８には、電流を伝えるための電力バスラインが含まれる。電流がパターン化電極１６、ＯＬＥＤ発光材料層１２及び連続透明電極１４を通過すると、ＴＦＴ回路１８と、電極及びＯＬＥＤ発光材料層１４、１６、１２との両方において、抵抗加熱を引き起こす。吸光性補助電極２２が透明電極１４の一部として電流を伝えることにより、透明電極１４のシート抵抗が下がり、抵抗加熱を抑制する。その上、補助電極２２は伝熱性であるため、ＯＬＥＤ発光材料層１２において発生した熱が補助電極２２を介して分散され、よって表示装置内のホットスポットが減少する。このように抵抗率を下げると共に熱伝導率を上げる組合せ効果により、当該装置内で発生する全体の熱とＯＬＥＤ発光層内の熱との双方が減少する。したがって、ＯＬＥＤ表示装置の輝度及び／又は寿命を向上させることができる。同時に、表示装置の鮮鋭性も向上する。なぜなら、表示装置の層内で内部反射されるであろう不要な放出光は補助電極２２によって吸収され得るからである。
表示装置の発光部間に入射するいずれの周囲光も吸光性補助電極によって吸収されるので、本発明によると表示装置の周囲コントラストも向上する。図１に示したように、透明電極１４は、それが付着している表面形状に順応することができる。平坦化層を含めることにより表示装置の表面規則性を変更させてもよい。吸光性補助電極２２は、透明電極の表面形状に所望通りに順応することができる。透明電極１４は光を通過させる。
図２を参照する。吸光性補助電極２２は、パターン化電極１６により画定された間隙１５の上であって透明電極１４の下方に配置されてもよい。
本発明を使用して、透明電極１４が微小空洞共振器のための部分反射鏡を提供する微小空洞共振器型ＯＬＥＤを改良することもできる。
図３を参照する。ＯＬＥＤ表示装置の一種として、発光画素のカラム４０を含み、カラム内の画素間に非発光スペースが実質的に存在しないものがある。このような形状の場合、吸光性補助電極２２が、発光画素のカラム４０の間に垂直ストライプを画定する。発光画素の連続カラム４０は、色の異なるもの、例えば赤色、緑色及び青色の各カラムを反復させたものであることができる。別態様として、表示装置をロウ配置してもよい。
図４を参照する。ＯＬＥＤ表示装置の別のタイプとして、発光画素４４の二次元配列を含み、各発光画素４４を非発光スペースが包囲しているものがある。このような形状の場合、吸光性補助電極２２がグリッド構造を画定する。デルタパターンのような他の配置を使用してもよい。
一態様として、補助電極２２を形成する吸光性の導電性材料が黒色銀化合物であるものがある。銀は、伝熱性及び導電性が高い材料であり、また当該技術分野で知られている電気化学的処理法によって吸光性にすることができる。例えば、銀を酸化・還元することができる。また、写真処理を利用してもよい。吸光性補助電極２２のための付着及びパターン化法は、従来のフォトレジスト法を利用して行われる。電極１４の候補材料としては、マグネシウム銀化合物のような銀化合物が従来より提案されているので、当該電極と吸光性補助電極２２の厚膜との化学的適合性が改良される。他の好適な材料としてアルミニウム、銅、マグネシウム、チタン又はこれらの合金を挙げることができる。
本発明のさらなる態様として、吸光体に乾燥特性を付与することにより、当該有機層の寿命を向上させることができる。
図５を参照する。別の態様として、吸光性の導電性材料が、伝熱性で導電性の補助電極５０と当該導電層の上に付着された吸光層５２との２層を含むものがある。パターン化電極１６間の間隙は絶縁体５４で充填されている。
図６を参照する。さらに別の態様として、吸光性の導電性材料が、電極１４の下方に付着された伝熱性で導電性の補助電極５０と、導電層１４の上に付着された吸光層５２との２層を含むものがある。パターン化電極１６間の間隙は絶縁体５４で充填されている。好適な導電性材料としてアルミニウム、銅、マグネシウム、銀、チタン又はこれらの合金を挙げることができる。吸光層は、金属酸化物、金属硫化物、珪素酸化物、珪素窒化物、炭素又はこれらの組合せを含むことができる。吸光性材料が黒色であり、また反射防止コーティングをさらに含むことができることが好ましい。
図７を参照する。本発明によるＯＬＥＤ表示装置の一部をより詳細に示す横断面図である。この表示装置は以下のように構築される。基板１０の上に半導体層８０を形成させ、ドープ処理し、そしてパターン化する。この半導体層の上にゲート絶縁層８６を形成させる。ゲート絶縁層の上にゲート導体８２を形成させる。ゲート絶縁層を形成させるために使用される典型的な材料は二酸化珪素又は窒化珪素である。次いで、半導体層をドープ処理し、ゲートの両側にソース領域とドレイン領域を形成させる（図示なし）。ゲート導体層の上に層間絶縁膜８４を形成させる。層間絶縁膜を形成させるために使用される典型的な材料は二酸化珪素又は窒化珪素である。
層間絶縁膜８４の上に導体層を付着させてパターン化し、電力線８８及びデータ線７０を形成する。この導体層の上に層間絶縁膜７２を形成させる。層間絶縁膜７２は、当該デバイスの地形を平滑にする平坦化材料層であることが好ましい。層間絶縁膜の上に有機発光要素の電極１６を形成させる。これらの電極をパターン化して発光要素を画定する。
上面発光型表示装置（すなわち、基板のＯＬＥＤが配置されている側から発光する表示装置）の場合、電極１６は、導電性と反射性の両方を示す材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）で形成されることが典型的である。電極の縁部の周りには、アノードとカソードの間の短絡を抑制するために画素間絶縁膜５４を形成させる。電極上にこのような絶縁膜を使用することは、米国特許第６２４６１７９号（発行日２００１年６月１２日；発明者Yamada）明細書に記載されている。本発明を成功裏に実施する上で画素間絶縁膜を使用することが好ましいが、必須ではない。
電極１６の上に有機発光層１２を付着させる。当該技術分野では、本発明を使用することができる有機ＥＬ層構造が多く知られている。好適な態様では、正孔注入層６６、正孔輸送層６４、発光層６２及び電子輸送層６０からなる有機発光層の一般的な構成が採用される。図７に示したように、米国特許第６２８１６３４号（発行日２００１年８月２８日；発明者Yokoyama）明細書に記載されている技術に従い、画素間のパターン化を要する層は発光層６２だけである。
有機発光層の上に電極１４を配置する。上面発光型の場合、電極１４は透明であり、かつ、導電性である。当該電極用として最も一般的な材料は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）もしくはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）又は厚さ５ｎｍ〜２０ｎｍであることが好適なＡｌ、Ｍｇ又はＡｇのような金属薄層である。電極１４を１層で図示したが、ＩＴＯ層とＡｌ層のように、複数の二次層を組み合わせることにより所望のレベルの電導度及び透明性を達成することも可能である。電極１４はすべての画素に対して共通であり、精密なアラインメント及びパターニングを必要としない。
発光要素及び吸光領域の上にカラーフィルターアレイを使用することによって当該装置の吸光特性を高めることができる。このようなフィルターの組成及び付着法については当該技術分野では周知である。
導電層及び／又は吸光層は、シャドーマスクを使用するスパッタ法のような技法で付着させることができる。一態様として、導電層と吸光層の双方を付着させるのに同一のシャドーマスクを使用するものがある。別態様として、導電性及び伝熱性を有する電極並びに吸光層を、単一のフォトリソグラフィ用マスク工程で付着させ、パターン化し、そしてエッチングしてもよい。導電層及び／又は吸光層の付着を、ドナー基板からの熱転写法で実行することもできる。
本発明は、アクティブマトリックス方式及びパッシブマトリックス方式のどちらのＯＬＥＤ表示装置にも応用することができる。吸光性補助電極２２の上方又は下方に、平坦化層及び／又は電極保護層を配置することもできる。該保護層を設ける場合、特開２００１−１２６８６４号公報に記載されているように、それがＳｉＯｘ又はＳｉＮｘのような無機材料を含むことができる。別態様として、保護層は、例えばテフロン（登録商標）、ポリイミド及び特開平１１−１６２６３４号公報に記載されているようなポリマーをはじめとする高分子のような有機材料を含むことができる。保護層は、有機材料もしくは無機材料の多重層又はこれらの組合せを含むこともできる。保護層として有用なものに、米国特許第６２６８２９５号（発行日２００１年７月３１日；発明者Ohtaら）明細書及び国際公開第００／３６６６５号（発行日２０００年６月２２日；発明者Graffら）パンフレットに記載されているような、無機層と有機層とを交互させたものがある。いずれの場合も、保護層は高い光学的透明性、好ましくは７０％を超える透過率、を示すべきである。
出願人は、当該技術分野で知られている電気メッキ及び化学還元法を使用して、黒色銀の厚膜付着を実証した。当該技術分野で知られているフォトリソグラフィ技法を使用して、吸光性材料の厚膜２２をパターン状に付着させることができる。例えば、吸光性材料を表面全体に液体としてコーティングし、マスクを介して輻射線に当てることで、コーティングの一部を重合させることができる。輻射線に暴露された材料部分が硬化し、その残部を洗い去る。乾式フィルムフォトリソグラフィを使用してもよい。さらに、例えば、材料をドナー基板上に被覆し、そのドナー基板をＯＬＥＤ基板に接するように又は近接するように配置し、そのドナーをレーザーで選択的に加熱して吸光性材料をＯＬＥＤ基板へ転写させることによるパターン化熱転写法を使用してもよい。吸光性補助電極２２は、吸光性材料を順次付着させた比較的薄い層を複数含むこともできる。別態様として、吸光性補助電極２２は、厚膜であることができ、またスクリーン印刷法で付着させることができる。さらに、吸光性補助電極を表示装置の周辺部に設けることにより、表示装置のコントラスト及び電極１４の導電率を一段と高めることもできる。
カラーＯＬＥＤ表示装置は、異なる色の光を放出するアレイ状発光材料１２によって提供することができる。別態様として、カラーＯＬＥＤ表示装置は、白色発光ＯＬＥＤ層にアレイ状カラーフィルターを組み合わせてカラー表示とすることによって提供することもできる。この態様では、カラーフィルター材料を、吸光性補助電極２２の上方に、並びに電極１４が画定する発光領域の上方に、付着させることができる。さらに、吸光性補助電極２２の上に吸光性フィルターを付着させて吸光性を高めることもできる。
透明カバー２０は、典型的にはガラス又はプラスチックシートであるが、基板上に付着された材料の表面形状に、すなわちＯＬＥＤ基板及び吸光性補助電極並びに存在する場合の電極保護層の上に、順応するように付着される材料を含むことができる。
本発明は、アクティブマトリックス式ＯＬＥＤ表示装置についてもパッシブマトリックス式ＯＬＥＤ表示装置についても有利に実施することができる。
本発明の一態様によるＯＬＥＤ表示装置を示す略横断面図である。 本発明の別態様によるＯＬＥＤ表示装置を示す略部分横断面図である。 本発明の一態様による補助電極を示す平面図である。 本発明の別態様による補助電極を示す平面図である。 本発明の別態様によるＯＬＥＤ表示装置を示す略部分横断面図である。 本発明の別態様によるＯＬＥＤ表示装置を示す略部分横断面図である。 図５に示したＯＬＥＤ表示装置の詳細を示す略部分横断面図である。 なお、これらの図面は、個々の層が極めて薄く、しかも各種層の厚さの差が非常に大きいため、比例按分による作図ではないことを理解されたい。
符号の説明
１０…基板
１２…ＯＬＥＤ発光材料
１４…電極
１６…間隙
１８…ＴＦＴ回路
２０…封入カバー
２２…補助電極
３０…光
４０…カラム
４４…発光画素
５０…導電性及び伝熱性を有する補助電極
５２…吸光層
５４…画素間絶縁膜
６０…電子輸送層
６２…発光層
６４…正孔輸送層
６６…正孔注入層
７０…データ線
７２…絶縁膜
８０…半導体層
８２…導体
８４…層間絶縁膜
８６…絶縁層
８８…電力線

Claims (1)

  1. ａ）基板と、
    ｂ）該基板上に形成されたパターン化電極であって発光要素間に間隙を有する複数の発光要素を画定するものと、
    ｃ）該パターン化電極の上方に配置されたＯＬＥＤ材料層と、
    ｄ）該ＯＬＥＤ材料層の上方に配置された連続透明電極と、
    ｅ）該発光要素間の間隙の上に配置された吸光性補助電極であって該連続透明電極と電気的及び熱的に接触している導電性及び伝熱性を有するものと
    を含んで成る上面発光型ＯＬＥＤ表示装置。
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