JP2004335392A

JP2004335392A - 有機ｅｌ表示装置

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Publication number: JP2004335392A
Application number: JP2003132853A
Authority: JP
Inventors: Kouji Terumoto; 幸次照元
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-12
Also published as: JP4226388B2

Abstract

【課題】各画素の発光領域を平面的ではなく立体的にして発光面積を増やすことにより、同じ平面面積で輝度を大きくすると共に、画素間のデッドスペースを小さくして、視認特性を向上させ得る有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】基板１上に、断面形状がほぼ台形状のリブ２が格子状に設けられている。リブ２は、基板１側の幅が基板１と離れた上面の幅より大きい順方向テーパの台形状に形成されている。そしてこのリブ２の側面および基板１表面に、第１電極層３と、有機層４と、第２電極層５とが積層されている。第１電極層３と第２電極層５とは、帯状で並列するように形成されると共に、第１電極層３と第２電極層５とで直交するように形成され、両電極層３、５が対向する部分で、リブ２で囲まれる領域を１画素として表示する構成になっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を利用してディスプレイを構成する有機ＥＬ表示装置に関する。さらに詳しくは、１画素当りの平面積を変えないで発光面積を広げることにより、表示画像の高輝度化を可能とした有機ＥＬ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機物質を使用したＥＬ素子は、固体発光型の安価な表示素子として開発が行われている。従来のＥＬ素子を用いてディスプレイとした有機ＥＬ表示装置は、たとえば図６に示されるような構造になっている。すなわち、図６において、ガラスなどの透明基板３２上に、ＩＴＯなどからなる帯状の陽極電極３３が複数個並列して設けられ、その表面にレジストなどの塗布とパターニングにより、陽極電極３３と直角方向に隔壁３５が複数個並列して形成されている。そして、真空蒸着装置内で、有機層３６が成膜され、その表面に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着装置で０．１５μｍ程度の厚さ蒸着させることにより、陰極電極３７がＩＴＯからなる陽極電極３３と直交する方向の画素を連結するように帯状に連結して形成されている。
【０００３】
なお、隔壁３５上にも有機層３６ａおよび電極層３７ａが積層されるが、隔壁３５が高いため、発光部とする各画素列の有機層３６および陰極電極３７とは電気的に分離され、各画素列間の有機層３６および陰極電極３７もこの隔壁３５により電気的に分離される。その結果、直交する陽極電極３３と陰極電極３７とが交差する部分が画素となり、両電極により選択される画素のみに電圧が印加され、所望の画素を点灯させることにより画像を表示させる。
【０００４】
このように、画素列間を電気的に分離するため、絶縁性リブからなる隔壁を用いる手法は、有機ＥＬ表示装置において常用されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０７８７６号公報（図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の有機ＥＬ表示装置では、直交する陽極電極と陰極電極とが交差する部分を画素として発光のオンオフを制御する構成になっている。また、画素列間に隔壁とする絶縁性リブを設ける手法も用いられているが、この隔壁は、有機層を画素列間で分離したり、陰極電極が隣接する画素列間でショートしないようにしたりするためのもので、図６に示されるように、ガラス基板側でその幅が狭く、ガラス基板から離れた上方側でその幅が広い断面形状が逆テーパ形状に形成されている。
【０００７】
上述の構造では、各画素を構成する部分の陽極電極、有機層および陰極電極は全て平面形状であり、画素として発光する面積は隔壁の幅広部で挟まれた間隔に限定され、隔壁の幅広部と底面側の幅狭部との差は、無駄な空間になってしまう。その結果、発光しない画素間の幅が大きくなって、各画素の発光部が小さくなり１画素当りの輝度が低下することにより視認特性が低下すると共に、画素間のデッドスペースが大きいことによる視認特性の低下につながるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、各画素の発光領域を平面的ではなく、立体的にして発光面積を増やすことにより、同じ平面面積で発光面積を大きくすると共に、画素間のデッドスペースを小さくして、視認特性を向上させることができる有機ＥＬ表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による有機ＥＬ表示装置は、基板と、該基板上に格子状に設けられ、断面形状で、基板側の幅が基板と離れた上面の幅より大きいほぼ台形状のリブと、該リブの側面および前記基板表面に設けられる第１電極層と、該第１電極層上に設けられる有機層と、該有機層上に設けられる第２電極層とを具備し、前記リブで囲まれる領域を１画素として表示する構成になっている。
【００１０】
ここにほぼ台形状とは、断面形状が完全な台形状のもののみを意味するのではなく、基板側を底辺とし基板から離れる側を上辺とした場合、底辺が上辺より大きい断面形状を意味するもので、上辺と底辺を結ぶ側面の断面形状は直線でも凹状でも凸状でも構わないことを意味する。
【００１１】
この構造にすることにより、リブの側壁上にも電極および有機層が設けられ、発光させることができるため、１画素が基板上の平面のみで発光するのではなく、基板上の平面から台形状のリブの側壁でも発光することになり、１画素の発光部が立体的になる。その結果、同じ１画素の平面面積に対して、従来の平面的に発光する場合よりも広い面積で発光させることができる。そのため、１画素として明るい表示をすることができると共に、画素列間の距離も、電極を電気的に分離することができる間隔があればよく、従来の隔壁を設ける構造よりも狭くすることができ、より一層、表示装置としての視認特性を向上させることができる。なお、従来の隔壁に相当する、成膜の際の画素列間を分離するものはないため、有機層や電極を成膜する際には、メタルマスクなどを用いて、ドライエッチングによりパターニングすることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の有機ＥＬ表示装置について、図面を参照しながら説明をする。本発明の有機ＥＬ表示装置は、その一実施形態の断面説明図が図１（ａ）に示されるように、基板１上に、断面形状がほぼ台形状のリブ２が格子状に設けられている。リブ２は、基板１側の幅が基板１と離れた上面の幅より大きい順方向テーパの台形状に形成されている。そしてこのリブ２の側面および基板１表面に、第１電極層３と、有機層４と、第２電極層５とが積層されている。第１電極層３と第２電極層５とは、それぞれ帯状で並列するように形成されると共に、第１電極層３と第２電極層５とで直交するように形成され、両電極層３、５が対向する部分で、リブ２で囲まれる領域を１画素として表示する構成になっている。
【００１３】
すなわち、本発明による有機ＥＬ表示装置は、画素間に断面形状で順方向テーパ形状のリブ２が設けられ、そのリブ２の側壁２ａ上にも各電極層３、５および有機層４が設けられ、図１（ｂ）にリブ２を形成した状態の平面説明図が示されるように、１画素６は、リブ２のない平坦部６ａおよびリブ２の側面部６ｂとから形成されていることに特徴がある。
【００１４】
基板１としては、ガラス、およびポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリフェニレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜などの各種絶縁性プラスティックなどの透明基板の他、図１に示される例のように、第１電極層３を陰極にしてアルミニウムを用いる場合には、セラミックスのような非透明な絶縁性基板や、シリコン基板などの表面にＳｉＯ_２などを形成したものでもよい。図１に示される例では、ガラス基板を用いている。
【００１５】
リブ２は、たとえばフォトレジストなどの絶縁物により基板１側の底面で広い面積を有し、基板１から離れる上面側で小さい面積になるように、断面形状が順方向テーパのほぼ台形状に形成されている。このリブ２の高さおよび幅（底面）は、表示装置の大きさにもよるが、たとえば３５ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさの表示装置で、高さが５〜１５μｍ程度、底面の幅が８０〜２４０μｍ程度（底面の幅）にそれぞれ形成される。また、テーパ形状の角度（底面に対する側面の角度）θ（図１参照）は、１０〜３０°程度に形成される。角度があまり大きいとリブ２の側壁上に安定した成膜が得られ難くなり、角度が余り小さいと発光面積を増やす効果が得られないためである。
【００１６】
このリブ２は、たとえば基板１上の全面に塗布されたレジスト膜の各画素部をウェットエッチングにより腐食除去することにより、格子状に形成されている。すなわち、図１（ｂ）にエッチングされた状態の平面説明図が示されるように、平面部６ａおよびテーパ部（側面部）６ｂからなる画素部６（斜線で示した部分）のレジスト膜が腐食除去され、その画素部６を囲むように周囲にリブ２が形成されている。なおリブ２の側壁２ａをテーパ状に形成するには、ポジ型エッチングをすることにより、前述のテーパ角度に形成することができる。このリブ２は、前述のレジストなどの樹脂類の他、ＳｉＯ_２などのウェットエッチングにより容易にパターニングできる絶縁膜であれば、光を透過するものでも遮断するものでもよい。
【００１７】
第１電極層３は、図１に示される例では、陰極として形成されており、たとえばアルミニウム（Ａｌ）を主体とした金属膜により形成され、発光する光を図の上面側に取り出して画像を表示する構成に形成されている。陰極電極としては、電子注入性を向上させるため、仕事関数の小さい、たとえばＭｇ、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒなどが一般には用いられる。また、酸化インジウムのような透明膜を用いることもできる。前述の金属の酸化などを防止して安定化させるため、他の金属との合金化をさせることが多く、図１に示される例では、１１０ｎｍ程度のＡｌ層からなっており、有機層４との間に電子注入層として機能する、５ｎｍ程度の図示しないＬｉＦ層を介在させると電子注入を向上させることができる。
【００１８】
有機層４は、たとえば図１（ａ）に示されるように、電子輸送層４１、発光層４２および正孔輸送層４３により形成されているが、この３層構造に制限されるものではなく、少なくとも発光層が形成されていればよく、また、それぞれの層もさらに複層にすることもできる。
【００１９】
電子輸送層４１は、陰極電極３からの電子の注入性を向上させる機能および電子を安定に輸送する機能を有するもので、図１に示される例では、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）が２５ｎｍの厚さに設けられている。この層が余り厚くなると、発光層ではなくこの層で発光するため、余り厚くはしないで、通常は１０〜８０ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍ程度の厚さに設けられる。電子輸送層４１としては、上記材料の他に、キノリン誘導体、８−キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。この電子輸送層４１と陰極電極３との間でギャップが大きい場合には、前述のように、ＬｉＦなどからなる電子注入層が設けられる。
【００２０】
発光層４２としては、発光波長に応じて選択されるが、Ａｌｑなどを母材として有機物蛍光材料をドーピングすることにより、ドーピング材料固有の発光色を得ることができ、また、発光効率や発光の安定性を向上させることができる。このドーピングは、発光材料に対して数重量（ｗｔ）％程度（０．１〜２０ｗｔ％）で行われる。
【００２１】
蛍光性物質としては、キナクリドン、ルブレン、スチリル系色素などを用いることができる。また、キノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。また、それ自体で発光が可能なホスト物質と組み合せて使用することが好ましく、ホスト物質としては、キノリノラト錯体が好ましく、８−キノリノールまたはその誘導体を配位子とするアルミニウム錯体が好ましく、その他に、フェニルアントラセン誘導体やテトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。
【００２２】
正孔輸送層４３は、一般的には発光層４２への正孔注入性の向上と正孔の安定な輸送の向上ため、イオン化エネルギーがある程度小さく、発光層４２への電子の閉込め（エネルギー障壁）が可能であることが求められており、アミン系の材料、たとえばトリフェニルジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環をもつアミン誘導体などが、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍ程度の厚さに設けられる。また、図には示されていないが、正孔輸送層４３と陽極電極５との間に正孔注入層を設け、正孔輸送層４３へのキャリアの注入性をさらに向上させることも行われる。この場合も、陽極電極５からの正孔の注入性を向上させるため、イオン化エネルギーの整合性の良い材料が用いられ、代表例として、アミン系やフタロシアニン系が用いられる。図１に示される例では、正孔輸送層４３として、ＮＰＢが３５ｎｍの厚さに設けられている。
【００２３】
第２電極層５は、図１に示される例では陽極電極として形成されており、表面側に光を取り出すため、透明電極を用いる必要があり、蒸着などにより設けられるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、酸化インジウムなどが用いられる。しかし、裏面側から光を取り出す場合には、正孔の注入性という観点からは、Ａｕ、Ｎｉなどの仕事関数の大きな金属を使用することもできる。
【００２４】
つぎに、この有機ＥＬ表示装置の製法を、平面および断面の説明図がそれぞれ示される図２〜４を参照しながら説明する。まず、図２に示されるように、基板１表面の全面に、０．５〜１μｍ程度の厚さに塗布したレジストをウェットエッチングによりパターニングすることにより、画素６の形成部分を除去してその周囲にリブ２を形成する。この際、リブ２が図２（ｂ）に示されるように、底面が広く上面が狭い順方向テーパ形状となるように、ポジ型エッチングにより行う。
【００２５】
つぎに、図３に示されるように、たとえば横方向に並ぶ画素を連結するように帯状の第１電極層３および電子輸送層４１と、発光層４２と、正孔輸送層４３とからなる有機層４を、たとえばメタルマスクを用いて、前述の材料を成膜することにより形成する。なお、この第１電極層３および有機層４は、全面に成膜してドライエッチングによりパターニングすることもできる。そして、図４に示されるように、メタルマスクを用いて第１電極層３および有機層４と直交する方向に延びる帯状の第２電極層５をＩＴＯにより形成する。その結果、図１に示される構造の有機ＥＬ表示装置が得られる。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ表示装置によれば、各画素間に設けられる絶縁性リブが逆テーパ状ではなく、順テーパであり、各画素の電極で挟まれる有機層により発光する部分が、リブの側壁にも形成されている。そのため、１画素はリブで挟まれる平面部のみではなく、リブの側壁も１画素の発光部として寄与する。その結果、図１（ｃ）に発光領域の断面形状が示されるように、リブ側面の発光部６ｂが、リブのテーパ部分における底面の幅をＡ、傾斜面の底面に対する角度をθとすると、従来構造では発光面積がＡであったものが、Ａ／ｃｏｓθとなり、たとえばθ＝３０°であれば、１．１８Ａ程度となる。さらに従来構造では逆テーパ形状の隔壁で無駄になっていた部分を利用することもでき、テーパ部の角度θおよび高さにより異なるが、１画素当りの発光面積を５〜２０％程度向上させることができる。
【００２７】
すなわち、全体としての面積を増やすことなく、１画素当りの発光面積を増やすことができ、非常に明るい表示をすることができる。さらに、図１に示される例のように、基板と反対側を光の取り出し方向（トップエミッション）にすることにより、１画素の発光部がお椀形になるため、画素ごとに光が集中し非常に見やすい表示装置になる。
【００２８】
前述の例では、第１電極層３を陰極電極として、Ａｌの金属電極で形成し、表面側に光を取り出す構造にしたが、第１電極層３を陽極電極にしても第２電極層を陰極電極として酸化インジウムなどの透明電極で形成することもできる。また、第１電極層を透明電極として第２電極層を金属電極とし、基板の裏面側から光を取り出す構造（ボトムエミッション）にすることもできる。基板の裏面側から光を取り出す場合、リブとしては透光性材料を用いる必要があると共に、リブの側壁部で発光する光は、斜め方向の離れる方向に光が出るため、画素の光が発散して隣接する画素間で光が交錯し、視認特性が低下する可能性がある。このような場合、図５に示されるように、基板の裏面側に、画素ごとに光を集光させる集光レンズ７を設けることにより、基板１の裏面側から光を放射する表示装置にする場合でも、視認特性を向上させることができる。
【００２９】
すなわち、図５において、基板１およびリブ２の形成は、図１に示される例と同じであるが、第１電極層３としては、従来の一般的に製造される構造と同様に、陽極電極とするＩＴＯ膜により形成され、有機層４は、下層から正孔輸送層４３、発光層４２、電子輸送層４１の順で成膜され、その上に第１電極層３と直交するように第２電極層５が、たとえばＡｌにより形成されている。すなわち、図１に示される例と、材料的に上下が逆に形成されている。そして、基板１の裏面側に、たとえばプラスティックなどからなる集光レンズ７が、各画素と対応するように設けられている。この集光レンズ７は、たとえば基板１としてプラスティックを用い、基板と一体成形で形成することもできる。
【００３０】
この構造にすることにより、従来構造と同様の積層構造にしながら、リブの側壁部での発光も利用することにより、画素当りの発光面積を大きくした有機ＥＬ表示装置が得られる。また、積層構造は、図１に示される例と同じ構造（第１電極層を陰極電極）で、第１電極層として、透明電極を用いれば、基板の裏面側から光を取り出す構造にすることもできる。この場合も、集光レンズ７を設ける構造にした方が、画素ごとの光を集光することができるため好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、発光面を立体的に形成しているため、１画素の平面面積を増やすことなく、１画素当りの発光面積を増やすことができ、非常に明るい表示の有機ＥＬ表示装置を得ることができる。その結果、非常に小形の表示装置でも、非常に明るい表示をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機ＥＬ表示装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１に示される表示装置の製造の一工程を示す図である。
【図３】図１に示される表示装置の製造の一工程を示す図である。
【図４】図１に示される表示装置の製造の一工程を示す図である。
【図５】本発明による有機ＥＬ表示装置の他の実施形態を示す断面説明図である。
【図６】従来の有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１基板
２リブ
３第１電極層
４有機層
５第２電極層
６画素

Claims

基板と、該基板上に格子状に設けられ、断面形状で、基板側の幅が基板と離れた上面の幅より大きいほぼ台形状のリブと、該リブの側面および前記基板表面に設けられる第１電極層と、該第１電極層上に設けられる有機層と、該有機層上に設けられる第２電極層とを具備し、前記リブで囲まれる領域を１画素として表示する有機ＥＬ表示装置。