JP2006100749A

JP2006100749A - 有機エレクトロルミネセンス表示装置

Info

Publication number: JP2006100749A
Application number: JP2004288196A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yagyu; 慎悟柳生
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】有機半導体層の特性を劣化させることなく、しかも、絶縁不良を大幅に低減することができる有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板２上に複数の画素Ｐｘをマトリクス状に配置すると共に、画素は、少なくとも第１の電極層３４と、第２の電極層４０と、第１の電極層と第２の電極層との間に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層１８と、有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタ４とよりなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、第１の電極層は、透明基板上に複数の画素に亘って共通に形成されており、第２の電極層は、複数の画素毎に分離して形成されると共に、スイッチングトランジスタに電気的に接続されている。これにより、有機半導体層の特性を劣化させることなく、しかも、絶縁不良を大幅に低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネセンス表示装置に係り、特に有機半導体を用いたアクティブマトリクス方式の有機エレクトロルミネセンス表示装置に関する。

一般に、有機エレクトロルミネセンス表示装置（以下、単に「有機ＥＬ表示装置」とも称す）は、液晶表示装置と異なって高速応答性を有し、視野角依存性のない光を、低消費電力で発光することができることから、次世代のディスプレイ等として応用が考えられている（例えば特許文献１）。特に、この有機ＥＬ表示装置は、携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に応用することが検討されており、車載オーディオ用表示パネルにはモノカラーを部分的に組み合わせたエリアカラーの表示装置として実用化されている。

この種の有機ＥＬ表示装置においては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した表示素子を組み合わせれば、フルカラー表示も可能であることから、低電圧駆動で高輝度発光する高性能の有機ＥＬ表示装置についての検討が種々なされている。また、高精細表示を行うには単純マトリクス方式より優れているアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置が検討されている。
図２はアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置の画素構成を上面から見た平面図であり、図３は図２中のＡ−Ａ線矢視断面図であり、画素一つに着目した基本構成を示す概略断面図である。図４は図３中に示す有機エレクトロルミネセンス層を簡素化して示す図である。

まず、図２に示すように、この有機ＥＬ表示装置は、多数の画素Ｐｘを縦横にマトリクス状に配置して形成されている。図３ではその１つの画素Ｐｘの断面を示している。この有機ＥＬ表示装置は、例えばガラス基板よりなる全画素Ｐｘに共通な透明基板２を有しており、この上にスイッチング機能を有する薄膜有機トランジスタよりなるスイッチングトランジスタ４が形成されている。このスイッチングトランジスタ４は、ソース６、ドレイン８、ゲート１０等により構成される。尚、上記ソース６には画像信号を供給する信号線（図示せず）が接続され、上記ゲート１０には当該画素を選択するための選択線（図示せず）が接続される。上記ゲート１０の上面には、例えばＳｉＯ_２よりなるゲート酸化膜１２が形成され、更に、このゲート１０とソース６及びドレイン８との間には有機半導体層１４が介在されている。
図３中において、上記スイッチングトランジスタ４の右側には、各画素Ｐｘ毎に陽極となる下部電極１６が配置されており、この下部電極１６には上記ドレイン８が接続されて、実際には画像信号に対応した電圧が印加される。

そして、下部電極１６上に、光Ｌ１を発する有機エレクトロルミネセンス層（以下、単に「有機ＥＬ層」とも称す）１８及び陰極となる上部電極２０が順次積層されている。この上部電極２０は全画素Ｐｘについて共通に一体的に形成されている。ここで上記上部電極２０とスイッチングトランジスタ４のソース６及びドレイン８との間には絶縁層１９が介在されている。上記下部電極１６は、５ｅＶ（エレクトロンボルト）前後の仕事関数を有する透明な物質、例えばインジウム−スズ酸化物（以下、単に「ＩＴＯ」とも称す）により構成される透明電極が一般的に用いられる。
上記有機ＥＬ層１８の構成が図４に示されており、この有機ＥＬ層１８は、図示例の場合には例えば、正孔輸送層２２、発光層２４および電子輸送層２６の３層から構成されるが、単一の層からなる単層型や、電荷注入性、電荷輸送性、発光性の機能に応じた層からなる積層型など、種々の構成がある。上記正孔輸送層２２としては、例えばアリールジアミン化合物（以下単に「ＴＰＤ」とも称す）が用いられる。

上記発光層２４としては、蛍光性を有する高分子材料から低分子材料、金属錯体まで幅広く使用され、その形成法としては、材料により溶液からの塗布等の湿式法か、真空蒸着などの乾式法が選択される。ここで発光層２４の例として、トリス（８−キノリノール）アルミニウム有機金属錯体（以下，単に「Ａｌｑ３」とも称す）がある。上記Ａｌｑ３は電子輸送性のため、電子輸送層２６と兼用することが可能である。上記上部電極２０としては、小さい仕事関数を有する、例えば銀−マグネシウム合金膜が用いられる。
図４に示すように、上記下部電極１６と上部電極２０の間に電源２８（実際には画像信号の電圧となる）より電圧を印加すると、下部電極１６より注入された正孔は正孔輸送層２２を通して運ばれて発光層２４に注入され、一方、銀−マグネシウム合金膜の上部電極２０より注入された電子は電子輸送層２６を通して発光層２４中を移動し、これらの電子と正孔は発光層２４中で結合して発光し、光Ｌ１を外へ放出する。

この発光層２４から発せられた光Ｌ１は、透明な下部電極１６及び透明基板２を通して、外部に取り出される。このときの発光色は、発光層２４の発光色に依存した単色発光であり、Ａｌｑ３の場合には緑色発光である。

特開２００２−１３２１８６号公報

ところで、図３及び図４に示す従来の有機ＥＬ表示装置にあっては、上部電極２０が全面に形成されて全画素に共通な電極となっている。この結果、図３より明らかなように、スイッチングトランジスタ４のソース６やドレイン８或いは有機ＥＬ層１８などで表面に凹凸の段差が生じ、この段差の上面上に上記上部電極２０が形成されているため、段差の角部分、例えば図３中のＸ１の部分等でショートが生じる、といった問題があった。
上記問題を解決するため、スイッチングトランジスタ４の上部のみに絶縁層１９を形成した後に有機ＥＬ層１８や上部電極２０を形成することが考えられるが、無機絶縁膜よりなる絶縁層１９を形成するに際しては、下層に熱に弱い有機半導体層１４が存在すると、基板加熱を行って絶縁層１９を形成することが困難になることから、良好な絶縁性を有する絶縁層１９を形成することは極めて難しい。また、絶縁層１９を形成するには、無機膜形成後にパターンエッチングを行うが、このエッチングにおいては有機半導体層１４を劣化させることになるウェットエッチングを用いることは出来ないのでドライエッチングを用いることになる。また、ＣＦ_４、ＳＦ_５などを用いたドライエッチングでは、同様にプラズマダメージによる有機半導体層１４の劣化や、その後のレジスト剥離ができない、といった問題がある。
本発明は以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、本発明の目的は、有機半導体層の特性を劣化させることなく、しかも、絶縁不良を大幅に低減することができる有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、透明基板上に複数の画素をマトリクス状に配置すると共に、前記画素は、少なくとも第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層と、前記有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタとよりなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、前記第１の電極層は、前記透明基板上に前記複数の画素に亘って共通に形成されており、前記第２の電極層は、前記複数の画素毎に分離して形成されると共に、前記スイッチングトランジスタに電気的に接続されているように構成したことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置である。

本発明の有機エレクトロルミネセンス表示装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
共通電極となる下部電極を最上層ではなく、最下層、すなわち透明基板上の平坦面に形成することにより、従来装置で発生していた表面段差での絶縁不良の発生を大幅に抑制することができる。
また共通電極となる下部電極が有機半導体層の上層に形成されないので、有機半導体層上への絶縁層の形成が不要となり、このため有機半導体層の特性の劣化を防止することができる。
更に最下層の共通電極となる下部電極上に絶縁層を形成するようにしたので、この時点で有機半導体層は形成されておらず、良質な絶縁層を形成することが可能である。

以下に、本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一画素分を示す拡大断面図である。尚、図３に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明する。
図１に示すように、この有機エレクトロルミネセンス表示装置３２は、透明なガラス板等よりなる透明基板２を有している。そして、図中、この上面側に陽極として例えばＩＴＯよりなる透明な第１の電極層である下部電極３４が形成されている。この下部電極３４は、図３に示す画素毎に分離された個別な下部電極１６とは異なり、各画素Ｐｘに亘って平坦に共通に形成された共通電極となっている。
そして、上記平坦な下部電極３４上に、各画素Ｐｘに対応させてその周囲を囲むようにして例えばＳｉＯ_２よりなる一定の幅を有する絶縁層３６が形成されており、その内側が例えば四角形状の有機ＥＬ層形成領域３８となっている。

そして、上記下部電極３４の上記有機ＥＬ層形成領域３８に光を発する有機ＥＬ層１８を形成し、この有機ＥＬ層１８上に例えばアルミニウムよりなる陰極としての第２の電極層である上部電極４０が形成されている。この上部電極４０は、図３中の画素毎に共通になされた上部電極２０とは異なり、画素Ｐｘ毎に分離されて個別な電極となっている。従って、上記有機ＥＬ層１８は、上記陽極である下部電極３４と陰極である上部電極４０とに挟まれて、これらの間に印加される電圧、具体的には画像信号に応じた発光を行うようになっている。
そして、図中において、上記上部電極４０の左方であって、上記絶縁層３６上に上記有機ＥＬ層１８を駆動するために有機半導体層を含むスイッチングトランジスタ４が設けられている。そして、上記上部電極４０がこのスイッチングトランジスタ４に電気的に接続されている。

具体的には、このスイッチングトランジスタ４は、図３に示す構造と同様に形成される。すなわち、このスイッチングトランジスタ４は、ソース６、ドレイン８、ゲート１０等により構成される。上記ソース６には画像信号を供給する信号線（図示せず）が接続され、上記ゲート１０には当該画素を選択するための選択線（図示せず）が接続される。上記ゲート１０の上面には、例えばＳｉＯ_２よりなるゲート酸化膜１２が形成され、更に、このゲート１０とソース６及びドレイン８との間には有機半導体層１４が介在されている。そして、上記ドレイン８が上記上部電極４０に接続されており、このスイッチングトランジスタ４がオンした時に上部電極４０へ画像信号が供給されるようになっている。ここで上記各画素Ｐｘ間は、上記下部電極３４上に形成した絶縁層３６により電気的に絶縁されることになる。

次に、この有機ＥＬ表示装置３２の製造方法について説明する。
まず、透明基板２上に、陽極材料としてＩＴＯを、例えばＲＦスパッタリングにて１５０ｎｍの厚さで成膜して表面全体に下部電極３４を形成する。次に、ＳｉＯ_２をＣＶＤにて１００ｎｍの厚さで堆積して絶縁層３６を形成した後、フォトリソグラフィ、ＣＦ_４ガスによるドライエッチングなどにより有機ＥＬ層１８が形成される領域、すなわち、画素領域を開口させて有機ＥＬ層形成領域３８を形成する。
次に金属タングステンなどの金属をスパッタリングにより２００ｎｍの厚さで形成し、フォトリソグラフィ、ＳＦ_６ガスによるドライエッチングなどによりゲート１０を形成する。次にＳｉＯ_２をプラズマＣＶＤにて１００ｎｍの厚さで形成した後、フォトリソグラフィ、ＣＨＦ_３ガスによるドライエッチングなどによりゲート酸化膜１２を得る。次にメタルマスクを通した真空蒸着法によって例えばペンタセン薄膜を有機半導体層１４として形成する。次に、メタルマスクを通して金の薄膜を堆積させることによってソース６及びドレイン８を形成する。
次にメタルマスクを通した真空蒸着法によって、正孔輸送層２２としてαＮＰＤ（４，４’−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙ］−ａｍｉｎｏ）ｂｉｐｈｅｎｙ）を５０ｎｍ、発光層２４及び電子輸送層２６としてＡｌｑ３を５０ｎｍそれぞれ堆積して有機ＥＬ層１８を形成する。尚、上記ソース６及びドレイン８と有機ＥＬ層１８との形成順序を逆にし、先に有機ＥＬ層１８を形成し、その後、ソース６及びドレイン８を形成するようにしてもよい。
そして、次にメタルマスクを通して有機ＥＬ層１８の最上面にアルミニウムを成膜して上部電極４０を形成する。これにより、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置３２を作製することが出来る。

このように、各画素Ｐｘに亘って広がる共通電極を最上層ではなく、最下層、すなわち透明基板２上の平坦面に下部電極３４として形成することにより、図３に示す従来装置において発生していた段差での絶縁不良、例えばショートが発生することをなくすことができる。また共通電極である下部電極１６が有機半導体層１４の上層に形成されないことになるので、有機半導体層１４上への絶縁層１９（図３参照）の形成が不要となり、これによる半導体層の特性劣化を防止することができる。
更に、最下層の共通電極である下部電極３４上に絶縁層３６を形成するので、この時点で熱的ダメージを受け易い有機半導体層１４は形成されておらず、従って、絶縁層３６を十分な高温下で形成できるので良質な絶縁層３６の形成が可能である。また、絶縁層３６も平坦な下部電極３４上へ形成することから、段差での絶縁破壊が生ずることもない。

本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一画素分を示す拡大断面図である。アクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネセンス表示装置の画素構成を上面から見た平面図である。図２中のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３中に示す有機エレクトロルミネセンス層を簡素化して示す図である。

符号の説明

２…透明基板、４…スイッチングトランジスタ、６…ソース、８…ドレイン、１０…ゲート、１４…有機半導体層、１８…有機エレクトロルミネセンス層、３２…有機エレクトロルミネセンス表示装置、３４…下部電極（第１の電極層：陽極）、４０…上部電極（第２の電極層：陰極）、４６…ゲート酸化膜、Ｐｘ…画素。

Claims

透明基板上に複数の画素をマトリクス状に配置すると共に、前記画素は、少なくとも第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層と、前記有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタとよりなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、
前記第１の電極層は、前記透明基板上に前記複数の画素に亘って共通に形成されており、前記第２の電極層は、前記複数の画素毎に分離して形成されると共に、前記スイッチングトランジスタに電気的に接続されているように構成したことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。