JP2009111247A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 有機ＥＬ素子４０は、
陽極６０と、
陽極に対向して配置された陰極６４と、
陽極６０と陰極６４との間に配置された有機活性層６２と、
陽極６０と有機活性層６２との間に配置され、印加電圧による導電電流が変化するバリスタ特性を示す電荷注入調整層６１と、
を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、表示装置に係り、特に、自発光性の表示素子を備えた構成の表示装置に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光素子である有機ＥＬ素子を備えていることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、表示素子として、基板上において陽極と陰極との間に発光機能を有する有機化合物を含む有機活性層を保持した有機ＥＬ素子を備えている。

このような有機ＥＬ素子には、発光寿命が短いといった欠点があり、この原因としては種々の要素が考えられる。特許文献１によれば、発光面上の非発光部分の発生が素子を構成する陽極とホール輸送層との界面の劣化あるいはダークスポットであることに着目し、陽極を２層構造とし、主に電流を分配する第１層と、ホール輸送層にホールを注入する第２層とで構成する技術が開示されている。これにより、陽極からホール輸送材料へのホール注入機能を安定化させ、発光寿命を向上さようとしている。
特開平１０−２２８９８２号公報

有機ＥＬ表示装置の長寿命化には、発光層のキャリアバランスを表示に用いる広い駆動電流範囲で最適に保持する必要がある。しかしながら、ホールと電子の注入特性、輸送特性が材料で異なるため、キャリアバランスを駆動電流範囲で最適に保つのが困難であり、効率低下及び寿命低下といった課題があった。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、長寿命化が可能な表示装置を提供することにある。

この発明の態様による表示装置は、
自発光性の表示素子を備えた表示装置であって、
前記表示素子は、
陽極と、
前記陽極に対向して配置された陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置された有機活性層と、
前記陽極と前記有機活性層との間に配置され、印加電圧による導電電流が変化するバリスタ特性を示す電荷注入調整層と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、陽極と有機活性層との間に電荷注入調整層を備えている。この電荷注入調整層は、低電圧ではホール注入が抑制され、高電圧になるとホール注入が増加するようなバリスタ特性を有している。このため、キャリアバランスを駆動電流範囲で最適に保持することができ、発光効率を向上することが可能となる。これにより、長寿命化が可能となる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

有機ＥＬ表示装置１は、図１に示すように、画像を表示するアクティブエリア１０２を有するアレイ基板１００を備えている。アクティブエリア１０２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。また、図１では、カラー表示タイプの有機ＥＬ表示装置１を例に示しており、アクティブエリア１０２は、複数種類の色画素、例えば３原色に対応した赤色画素ＰＸＲ、緑色画素ＰＸＧ、及び、青色画素ＰＸＢによって構成されている。

アレイ基板１００の少なくともアクティブエリア１０２は、封止体２００によって封止されている。すなわち、これらのアレイ基板１００と封止体２００とは、アクティブエリア１０２を囲むように枠状に配置されたシール材３００により貼り合せられている。シール材３００は、感光性樹脂（例えば紫外線硬化型樹脂）であっても良いし、フリットであっても良い。

各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、画素回路１０及びこの画素回路１０によって駆動制御される表示素子４０を備えている。図１に示した画素回路１０は、一例であって、他の構成の画素回路を適用しても良いことは言うまでもない。図１に示した例では、画素回路１０は、駆動トランジスタＤＲＴ、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、蓄積容量素子ＣＳなどを備えて構成されている。駆動トランジスタＤＲＴは、表示素子４０に供給する電流量を制御する機能を有している。第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、サンプル・ホールドスイッチとして機能する。第３スイッチ素子ＳＷ３は、駆動トランジスタＤＲＴから表示素子４０への駆動電流の供給、つまり表示素子４０のオン／オフを制御する機能を有している。蓄積容量素子ＣＳは、駆動トランジスタＤＲＴのゲートーソース間の電位を保持する機能を有している。

駆動トランジスタＤＲＴは、高電位電源線Ｐ１と第３スイッチＳＷ３との間に接続されている。表示素子４０は、第３スイッチＳＷ３と低電位電源線Ｐ２との間に接続されている。第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のゲート電極は、第１ゲート線ＧＬ１に接続されている。第３スイッチＳＷ３のゲート電極は、第２ゲート線ＧＬ２に接続されている。第１スイッチＳＷ１のソース電極は、映像信号線ＳＬに接続されている。これらの駆動トランジスタＤＲＴ、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び、第３スイッチ素子ＳＷ３は、例えば薄膜トランジスタによって構成され、その半導体層は、ここではポリシリコンによって形成されている。

このような回路構成の場合、第１ゲート線ＧＬ１からオン信号が供給されたのに基づいて第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオンとなり、映像信号線ＳＬを流れる電流量に応じて高電位電源線Ｐ１から駆動トランジスタＤＲＴに電流が流れ、また、駆動トランジスタＤＲＴを流れる電流に応じて蓄積容量素子ＣＳが充電される。これにより、駆動トランジスタＤＲＴは、映像信号線ＳＬから供給された電流量と同一の電流量を、高電位電源線Ｐ１から表示素子４０に供給可能となる。

そして、第２ゲート線ＧＬ２からオン信号が供給されたのに基づいて第３スイッチＳＷ３がオンとなり、蓄積容量素子ＣＳで保持した容量に応じて、駆動トランジスタＤＲＴは、高電位電源線Ｐ１から第３スイッチＳＷ３を介して表示素子４０に所定輝度に対応した所定量の電流を供給する。これにより、表示素子４０は、所定の輝度に発光する。

表示素子４０は、自発光性の表示素子である有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を出射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構成は、基本的に同一である。例えば、図２に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０の主面側に配置された有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性の支持基板上に、スイッチや駆動トランジスタなどの画素回路、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０は、配線基板１２０上に配置された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され（すなわち第１電極６０よりも封止基板２００側に配置され）複数の色画素ＰＸに共通の第２電極６４と、これらの第１電極６０と第２電極６４との間に配置された有機活性層６２と、によって構成されている。

より具体的な有機ＥＬ素子４０の構成例について説明すると、第１電極６０は、配線基板１２０上において色画素ＰＸ毎に独立島状に配置され、陽極として機能する。この第１電極６０は、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する導電材料を用いて形成された透過層、及び、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射性を有する導電材料を用いて形成された反射層を積層した構造であってもよいし、反射層単層、または、透過層単層として構成しても良い。

有機活性層６２は、第１電極６０上に配置され、少なくとも発光層６２Ａを含んでいる。この有機活性層６２は、発光層６２Ａ以外の機能層を含むことができ、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、ブロッキング層、電子輸送層、バッファ層などの機能層を含むことができる。この有機活性層６２は、複数の機能層を複合した単層で構成されても良いし、各機能層を積層した多層構造であっても良い。有機活性層６２においては、発光層６２Ａが有機系材料であればよく、発光層６２Ａ以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。

有機活性層６２において、発光層６２Ａ以外の機能層は共通層であってもよく、図２に示した例では、発光層６２Ａの第１電極６０側及び第２電極６４側にそれぞれ共通層が配置されている。一方の共通層６２Ｈは、ホール注入層、ホール輸送層などを含み、また、他方の共通層６２Ｅは、電子注入層、電子輸送層などを含んでいる。発光層６２Ａは、赤、緑、または青に発光する発光機能を有した有機化合物によって形成される。

第２電極６４は、各色画素ＰＸの有機活性層６２の上に配置され、陰極として機能する。この第２電極６４は、銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との混合物などからなる半透過層、及び、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料を用いて形成された透過層を積層した構造であってもよいし、半透過層単層、または、透過層単層として構成しても良い。

また、アレイ基板１００は、アクティブエリア１０２において、少なくとも隣接する色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、例えば各第１電極６０の周縁を覆うように配置され、アクティブエリア１０２において格子状またはストライプ状に形成されている。このような隔壁７０は、例えば樹脂材料をパターニングすることによって形成される。この隔壁７０は、第２電極６４によって覆われている。

この実施の形態においては、有機ＥＬ素子４０は、さらに、第１電極６０と有機活性層６２との間に配置された電荷注入調整層６１を備えている。この電荷注入調整層６１は、印加電圧による導電電流が変化するバリスタ特性を示す材料によって形成されている。

また、アレイ基板１００は、アクティブエリア１０２において、少なくとも隣接する色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、例えば各第１電極６０の縁に沿って格子状またはストライプ状に配置されている。この隔壁７０は、例えば樹脂材料によって形成される。

上述した電荷注入調整層６１について、より詳細に説明する。

図３に示す例では、有機ＥＬ素子４０は、配線基板１２０の上に配置された陽極として機能する第１電極６０、第１電極６０の上に配置された電荷注入調整層６１、電荷注入調整層６１の上に配置されたホール注入層６２ＨＩ、ホール注入層６２ＨＩの上に配置されたホール輸送層６２ＨＴ、ホール輸送層６２ＨＴの上に配置された発光層６２Ａ、発光層６２Ａの上に配置された電子輸送層６２ＥＴ、電子輸送層６２ＥＴの上に配置された電子注入層６２ＥＩ、及び、電子注入層６２ＥＩの上に配置された陰極として機能する第２電極６４によって構成されている。

有機ＥＬ素子４０において、ホール移動が電子移動よりも大きいため、第１電極６０と第２電極６４との間に電圧を印加すると、低電圧領域ではホール注入が先行する。このため、発光層６２Ａ内においてホールが過剰の状態となる。

そこで、この実施の形態のように、低電圧印加時には抵抗が高く、高電圧印加時に急速に抵抗が低下するバリスタ特性を有する電荷注入調整層６１を設けたことにより、低電圧領域では、ホール注入が抑制される。このため、発光層６２Ａの内部におけるキャリアバランスが改善される。

図４には、この実施の形態で適用可能な電荷注入調整層６１のバリスタ特性（非オーミックな電圧／電流特性）の一例が示されている。このバリスタ特性は、主原料や、添加物の添加量などにより変化することはいうまでもない。

また、高電圧領域では、陰極からの電子注入及び電子輸送が増加するが、ホール側も電荷注入調整層６１の抵抗が低下することで、ホール注入及びホール輸送が増加する。このため、駆動電流範囲を含む広い電流範囲でキャリアバランスの最適化を図ることが可能となる。したがって、発光効率を向上することが可能となる。これにより、長寿命化が可能となる。

上述したような電荷注入調整層６１は、酸化亜鉛を主原料として形成可能である。具体的には、例えば、酸化亜鉛を主原料とし、粒界形成層として低融点金属であるビスマスを用い、遷移金属である酸化マンガンや酸化コバルトなどが添加剤として添加される。さらに、バリスタ電圧を高く設定する場合には、酸化アンチモンなどが加えられ、また、バリスタ電圧を低く設定する場合には、酸化アルミニウムや酸化チタンなどが加えられる。これらの添加量は、目的とするバリスタ特性によって適宜変更可能である。

また、上述したような電荷注入調整層６１は、導電性粒子または半導体粒子の表面を導電性樹脂で被覆した粒子によって構成しても良い。具体的には、導電性粒子としては、例えば、純金粒子などが適用可能であり、また、半導体粒子としては、例えば、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３などが適用可能である。導電性樹脂としては、例えば、ポリチオフェンや、ポリピロールなどが適用可能である。

次に、より具体的な実施例について説明する。

まず、配線基板１２０上に第１電極６０を形成する。すなわち、導電材料の成膜及びパターニングにより、ＩＴＯからなる第１電極６０を画素毎に形成する。

その後、酸化亜鉛及び添加剤を含むターゲットを用いて、スパッタにより第１電極６０の上に薄膜を形成する。続いて、この薄膜にアニール処理を施し、酸化亜鉛と添加剤との間にショットキー障壁を形成することで、バリスタ特性を有する電荷注入調整層６１を形成する。

その後、電荷注入調整層６１のうえに、ホール注入層６２ＨＩとしてアモルファスカーボン、及び、ホール輸送層６２ＨＴとしてαＮＰＤを蒸着法により形成する。そして、赤色画素、緑色画素、及び、青色画素について、ファインマスクを用いて、Ｒｅｄ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ３、ドーパント：ＤＣＭ）、Ｇｒｅｅｎ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ、ドーパント：クマリン）、Ｂｌｕｅ発光層材料（ホスト：ＢＨ１２０、ドーパント：ＢＤ−１０２）をそれぞれ蒸着し、それぞれの発光層６２Ａを形成する。そして、これらの各発光層６２Ａ上に、電子輸送層６２ＥＴ及び電子注入層６２ＥＩを形成する。

その後、電子注入層６２ＥＩの上に、マグネシウム及び銀を蒸着した後、ＩＴＯを蒸着し、陰極６４を形成する。このような工程を経て、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子を備えた表示装置を作成した。

作成した表示装置の電流（Ａ）／効率特性（ｃｄ／Ａ）を測定すると、図５に示すように、本実施形態（図中の実線）によれば、電荷注入調整層を有していない素子構造の表示装置（図中の破線）と比較して、電流変化に対する効率の変化が小さく、特に、低電流時での効率が改善し、広い電流範囲でＬ／Ｊカーブが平坦に近くなりキャリアバランスの電流依存性が改善できていることが確認された。

このように、低電流から高電流までの広い範囲で、キャリアバランスが最適化されることにより、寿命試験でのキャリアバランスの変動が抑制され、本実施形態の表示装置の寿命は、電荷注入調整層を有していない素子構造の表示装置と比較して１．５倍となることが確認された。

以上説明したように、本実施形態によれば、陽極と有機活性層（特にホール注入層）との間に、電圧に応じて導電性が変化する電荷注入調整層を配置することにより、有機活性層における発光層のキャリアバランスの電流依存性が改善し、長寿命化を図ることが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置を切断したときの構造を概略的に示す断面図である。 図３は、有機ＥＬ素子の構造例を具体的に説明するための図である。 図４は、図３に示した電荷注入調整層のバリスタ特性の一例を説明するための図である。 図５は、本実施形態（電荷注入調整層有り）と比較例（電荷注入調整層無し）との電流／効率特性の比較結果を示す図である。

符号の説明

１…有機ＥＬ表示装置 ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…色画素
１０…画素回路 ＤＲＴ…駆動トランジスタ Ｃｓ…蓄積容量素子
ＳＷ１…第１スイッチ ＳＷ２…第２スイッチ ＳＷ３…第３スイッチ
４０…有機ＥＬ素子
６０…第１電極 ６１…電荷注入調整層 ６２…有機活性層 ６４…第２電極
７０…隔壁
１００…アレイ基板 １０２…アクティブエリア
１２０…配線基板
２００…封止体 ３００…シール材

Claims (3)

1. 自発光性の表示素子を備えた表示装置であって、
   前記表示素子は、
   陽極と、
   前記陽極に対向して配置された陰極と、
   前記陽極と前記陰極との間に配置された有機活性層と、
   前記陽極と前記有機活性層との間に配置され、印加電圧による導電電流が変化するバリスタ特性を示す電荷注入調整層と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記電荷注入調整層は、酸化亜鉛を主原料として形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記電荷注入調整層は、導電性粒子または半導体粒子の表面を導電性樹脂で被覆した粒子からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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