JP2016018782A - 有機発光素子及び画素配列 - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光素子において、画素サイズと解像度とを変更することなく、ＡＭＯＬＥＤにおいてストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）状配列と同様の実際値であるｐｐｉ値を達成し、細かい表示効果を実現する。【解決手段】発光効率が最も近い赤色発光層１０と青色発光層３０を同じサブピクセル内に配置し、赤色発光層の発光領域と青色発光層の発光領域が互いに重なり合うように設置する。異なる各陽極電極層１０ａ、２０ａ、３０ａにより各原色発光層が発生する光を制御して、サブピクセルの開口率を上げるとともに、各サブピクセルの発光面積を増加する。【選択図】図５

Description

本発明は有機発光素子の製造方法に係り、特に、有機発光素子及び画素配列に係る。

近年、様々なフラットパネルディスプレイが開発されてきたが、これらは、軽量、薄型、コンパクトなので、人気があり、携帯電話、コンピュータ、タブレットＰＣなど広範に応用されている。フラットパネルディスプレイは、ＬＣＤ（液晶モニター）と、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）と、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）と、ＯＬＥＤ（有機発光素子）とを含む。特に、ＯＬＥＤについては、他のフラットパネルディスプレイと比べると、広い使用温度範囲、振動に対する強い耐震性、広い視野角及び速い応答という特徴を有するため、次世代のフラットパネルディスプレイとして開発されている。中でも、ＡＭＯＬＥＤは最も優れたＯＬＥＤである。ＯＬＤＥは、有機発光ダイオードを使う有機発光表示素子と無機発光ダイオードとを使う無機発光ディスプレイとを含む。有機発光ダイオードは、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられ、電子及び正孔の結合により発光させる有機発光層とを含む。また、無機発光ダイオードは、ＰＮ接合半導体により構成された無機発光層を含む。有機発光素子では、基板の少なくとも一つの画素区域にサブピクセル区域が形成され、それに赤（Ｒ）と、緑（Ｇ）と、青（Ｂ）の材料を沈積させ，かつ基板に形成された薄膜トランジスタを駆動することにより、各サブピクセル区域を発光させる。

最近の技術では、ＬＣＤが使う画素配列方式は、主に標準的なＲＧＢ配列方式であり、ＲＧＢ三つの原色画素がストライプ状の配列になる。つまり、図１に示すように、１は赤色の原色画素（Ｒ）、２は緑色の原色画素（Ｇ），３は青色の原色画素（Ｂ）を表し、図２に示すように、三つの原色画素１、２及び３は一つの陰極電極層４を共用し、かつ、各陽極電極層により前記の各原色画素の発光状態が制御される。作動時、各陽極電極層１ａ、２ａ、３ａは、それぞれ赤色の原色画素１、緑色の原色画素２、青色の原色画素３の発光状態を制御する。従って、肉眼で赤、緑、青の三つの原色画素をあわせ見ると、フルカラーの表示効果を得ることができる。

一方、スクリーンの表示品質に対するユーザ要求の高まりとともに、解像度も向上し、いまや携帯電話の解像度は２Ｋ（２５６０×１４４０）レベルになり、ＴＶの解像度も４Ｋ（４０９６×２１６０）レベルにもなった。しかし、ＡＭＯＬＥＤ （Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ/Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：アクティブマトリックス/有機発光ダイオードパネル）では、有機材料の蒸着精度に限界があるという欠点を有し、このために、ＡＭＯＬＥＤの解像度はＬＣＤの５００ｐｐｉという規格を満たすことができず、ペンタイル（ｐｅｎｔｉｌｅ）配列或はダイヤモンド配列方式を採用することになった（図3及び図4を参照）。例えば、図3は、表示パネルの画素がペンタイル（ｐｅｎｔｉｌｅ）配列の状態を示す。また、図４は、表示パネルの画素がダイヤモンド配列の状態を示す。上記理由から、ペンタイル）配列方式、或はダイヤモンド配列方式では、単色画素を共用し、かつ同じ色のサブピクセル間の距離を増すことにより、ＡＭＯＬＥＤがもつ有機材料の蒸着精度の限界という欠点への対応が試みられた。しかし、画素サイズ及び解像度は変わらないながらも、実際値であるピクセル・パー・インチ（ｐｐｉ）値は僅か当初の三分の二にしか至らず、むしろ表示効果が悪くなる結果となった。

有機発光素子において、単色画素の配列方式を変更することにより、赤色有機材料の発光領域と青色有機材料の発光領域を互いに重ね合わせ、かつそれぞれ異なる陽極を用いて赤色有機材料の発光状態と青色有機材料の発光状態をそれぞれ制御する。前記有機発光素子によって、画素サイズと解像度とを変更することなく、ＡＭＯＬＥＤにおいてストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）状配列と同様の実際値であるｐｐｉ値を達成する。

本発明の有機発光素子は、複数の画素区域を有し、前記の各画素区域には、ともに少なくとも三つの原色発光層と、少なくとも三つの陽極電極層と、一つの陰極電極層とが設けられ、前記の各陽極電極層により、単一の前記原色発光層の発光状態が制御される。
発光効率が最も近い二つの原色発光層が、それぞれ前記陰極電極層の上下両側に設けられることにより、前記陰極電極層の上下両側に形成される二つの前記原色発光層の発光領域が、少なくとも部分的に互いに重なり合うことを特徴とする。
前記有機発光素子において、前記の各原色発光層と前記陰極電極層との間に、電子伝送層が形成される。
また、前記有機発光素子において、前記の各原色発光層とそれに対応して前記原色発光層を制御している前記陽極電極層との間に、ともに正孔伝送層と正孔注入層が形成される。
前記有機発光素子において、前記正孔伝送層は前記原色発光層と接触して、前記正孔注入層は前記陽極電極層と接触している。
前記有機発光素子において、前記正孔伝送層の同じ側にある隣接している二つの前記陽極電極層の間に,画素定義層が形成される。
前記有機発光素子において、前記の各画素定義層及び前記画素定義層と接触している前記の各陽極電極層は、ともに薄膜トランジスタ層の上方にある。
前記の有機発光素子において、前記の薄膜トランジスタ層はガラス基板の上方にある。

前記有機発光素子において、前記の各画素区域に設けられる三つの前記原色発光層は、少なくとも赤色発光層と、緑色発光層と、青色発光層とを含む。また、前赤色発光層と前記青色発光層は、前記陰極電極層の両側に配置され、前記赤色発光層の発光領域と前記青色発光層の発光領域は少なくとも部分的に互いに重なり合うように設置する。
前記有機発光素子において、前記赤色発光層と前記緑色発光層とは同じ正孔伝送層の上面にある。
前記有機発光素子において、前記青色発光層と前記緑色発光層とは同じ正孔伝送層の上面にある。
また、本発明の画素配列は、複数の画素区域を含み、前記の各画素区域は、少なくとも三つの原色発光層を含み、その中の少なくとも二つの前記原色発光層の発光領域は互いに重なり合うように設置する。
前記画素配列は、前記の各画素区域に、少なくとも赤色、緑色、青色の三つの色を有する異なる原色発光層を含む。
前記画素配列において、前記赤色発光層の発光領域と前記青色発光層の発光領域は互いに重なり合うように設置する。
前記画素配列において、前記の各原色発光層では、ともに陽極電極層により当該原色発光層の発光状態が制御され、かつ前記の各原色発光層は陰極電極層を共用する。

本発明は上記の技術案を使って、二つの異なる発光層が陰極電極層の上下両側に設けられ、かつ各陽極制御層により各発光層が制御されるため、サブピクセルの開口率（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ）が上がるとともに、各サブピクセルの発光面積が増大する。従って、画素サイズ及び解像度が変化しないながらも、ＡＭＯＬＥＤのｐｐｉをストライプ配列方式が実現する実際値にまで向上することができるので、きめ細かい表示効果を実現できる。さらに、蒸着時において、発光領域が互いに重なり合う二つの原色発光層が一つの有機材料蒸着マスクを共用できるため、蒸着マスクの開発コストを下げ、生産コストを下げられるため、経済効果を上げることができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の特徴、外形及び利点を説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。全部の図面では、同じ符号は同じ部分を示す。図面は実際の大きさと比例するものではなく、主に本発明の主旨を説明するために用いられる。
従来技術における表示パネルの画素がストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）状配列である模式図。 従来技術における表示パネルの各サブピクセル区域の作動模式図。 ＡＭＯＬＥＤの表示パネルの画素がペンタイル（ｐｅｎｔｉｌｅ）状配列である模式図。 ＡＭＯＬＥＤの表示パネルの画素がダイヤモンド状配列である模式図。 本発明の表示パネルの断面模式図。 本発明の表示パネルの各サブピクセル区域の作動模式図。 本発明の表示パネルの画素配列図。

以下に本発明の具体的な実施形態により、図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の有機発光素子はサブピクセルの配列方式を変更することにより、発光効率が最も近い二つの原色発光層の発光領域を重ね合わせ、一つのサブピクセルに二つの原色発光層の発光を実現させ、画素サイズと解像度とを変更させずに、有効にｐｐｉ値を増やすことができる。
図５に示すように、有機発光素子にはいくつかの画素区域が含まれ、各画素区域には少なくとも三つの原色発光層１０、２０、３０及び陰極電極層１０７が含まれる。本実施形態では、標準的な赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三つの色の発光層を原色発光層として示す。１０は赤色発光層で、２０は緑色発光層で、３０は青色発光層である。これら発光層のなかで、発光効率が最も近い二つの原色発光層を、それぞれ陰極電極層１０７の上下両側に配置し、前記二つの原色発光層の発光領域が少なくとも部分的に重なり合うように構成する。ここで、赤色発光層１０と青色発光層３０とに蒸着した有機材料が最も似ることは既知である。従って、赤色発光層１０の発光効率と青色発光層３０の発光効率が最も近いものとなる。そのため、赤色発光層１０と青色発光層３０とを選んでそれぞれ陰極電極層１０７の上下両側に配置した。なお、赤色発光層１０と青色発光層３０の位置は図面に示した位置に限定されるものではない。例えば、青色発光層３０が陰極電極層１０７の上方にあってもよく、または、陰極電極層１０７の下方にあってもよい。

陰極電極層１０７と各原色発光層との間には、それぞれ電子伝送層が形成され、図面に示すように、緑色発光層２０と赤色発光層１０とはともに陰極電極層１０７の同じ側に配置される。陰極電極層１０７、緑色発光層２０及び赤色発光層１０は、ともに第一電子伝送層１０６ａを共用する。また、陰極電極層１０７と青色発光層３０との間に、第二電子伝送層１０６ｂが形成される。
各原色発光層の発光状態を制御するために、各原色発光層を制御する陽極電極層を設置する必要がある。この場合、陽極電極層の数と原色発光層の数とは同数となる。図５に示すように、三つの陽極電極層１０ａ、２０ａ、３０ａにより各原色発光層が制御される。つまり、陽極電極層１０ａは赤色発光層１０の発光状態を制御し、陽極電極層２０ａは緑色発光層２０の発光状態を制御し、陽極電極層３０ａは青色発光層３０の発光状態を制御する。

また、各原色発光層と当該発光層を制御する陰極電極層との間には、ともに一つの正孔伝送層と正孔注入層とが形成される。本実施形態では、緑色発光層２０と赤色発光層１０とはともに陰極電極層１０７の下側に設置される。緑色発光層２０及び赤色発光層１０と当該二つの発光層を制御する陽極電極層２０ａ及び１０ａとの間には、共用される第一正孔伝送層１０５ａ及び第一正孔注入層１０４ａが形成される。また、青色発光層３０と青色発光層を制御する陽極電極層３０ａとの間には、第二正孔伝送層１０５ｂ及び第二正孔注入層１０４ｂが形成される。各正孔伝送層は各原色発光層と接触し、各正孔注入層は各陽極電極層と接触する。ここで、赤色発光層１０と青色発光層３０とは上下の設置位置を変更可能なので、赤色発光層１０と緑色発光層２０を同じ正孔伝送層の上面に設置してもよく、或は、青色発光層３０と緑色発光層２０を同じ正孔伝送層の上面に設置してもよい。
また、同じ正孔伝送層の片側にあって隣接する二つの陽極電極層の間には画素定義層１０３が形成される。例えば、図５に示すように、緑色発光層２０及び赤色発光層１０を制御する二つの陽極電極層２０ａと１０ａとの間に、画素定義層１０３が形成される。
各画素定義層１０３及び画素定義層と接触する各陽極電極層は、ともに薄膜トランジスタ層１０２の上に設置される。なお、当該薄膜トランジスタ層１０２及び薄膜トランジスタ層１０２の上方に設置される全ての構成部材はともに一つのガラス基板１０１の上に設置される。

図６は本発明に係る表示パネルの単一画素区域の作動模式図であり、図５も示すように、当該単一画素区域には、三つの原色発光層が含まれ、１０は赤色発光層で、２０は緑色発光層で、３０は青色発光層である。当該三つの原色発光層は一つの陰極電極層１０７を共用し、各原色発光層の発光状態は各陽極電極層により制御される。すなわち、陽極電極層１０ａにより赤色発光層１０の発光状態が制御され、陽極電極層２０ａにより緑色発光層２０の発光状態が制御され、陽極電極層３０ａにより青色発光層３０の発光状態が制御される。有機発光素子を作動する場合、カラー表示要求に基づき、陽極電極層１０ａ、２０ａ、３０ａが各原色発光層１０、２０、３０の作動状態を制御する。つまり、赤色発光層１０及び青色発光層３０を単独に或は同時に発光させ、あわせて緑色発光層２０も発光させることで、フルカラー出力を実現する。
本発明は発光材料が最も近い赤色発光層と青色発光層を、上下の位置に重ね合うように一つの画素内に設置し、別々の陽極電極層を用いて、赤色発光層と青色発光層の発光を制御する。このように、赤色サブピクセルと青色サブピクセルとを重ね合わせることで、各サブピクセルの発光面積が増加し、ＡＭＯＬＥＤ表示パネルの実際解像度が向上する。また、解像度の高いＡＭＯＬＥＤにおいて、実際値であるｐｐｉ値も増加するので有利である。

また、本発明は複数の画素区域が含まれる画素配列を提供する。図７は単一画素の配列図であり、各画素区域には少なくとも赤、緑、青の三つ色の原色発光層が含まれる。図７に示すように、１０は赤色発光層で、２０は緑色発光層で、３０は青色発光層である。前記発光層において、少なくとも二つの原色発光層の発光領域を重ね合わせ、好ましくは赤色発光層１０と青色発光層３０の発光領域が重なり合うように設置する。
また、各陽極電極層により、それぞれの原色発光層の発光状態が制御され、各原色発光層は一つの陰極電極層を共用する（具体的には図５と図６を参照）。
図６と図７から分かるように、本発明は赤色発光層１０と青色発光層30を陰極電極層１０７の上下両側に設けることにより、赤色発光層と青色発光層の発光領域を重ね合わせて設置する。こうして、カラー表示要求に基づき、赤色発光層と青色発光層を単独に或は同時に発光させ、あわせて緑色発光層も発光させることで、フルカラー出力を実現する。

要約すれば、本発明は上記の技術案を使って、発光効率が最も近い赤色発光層と青色発光層を、同じサブピクセル内に配置し、赤色発光層の発光領域と青色発光層の発光領域を重ね合わせて設置し、別々の陽極電極層を用いて各原色発光層の発光状態を制御する。この構成により、サブピクセルの開口率を増加させると同時に、各サブピクセルの発光面積を増加することができる。この結果、画素サイズと解像度が変わらない条件下、ＡＭＯＬＥＤのｐｐｉをストライプ配列方式と同じ実際値になるように増加させることができるため、きめ細かい表示効果を実現できるまた、蒸着時、発光領域が重なり合うように設置した二つの原色発光層は、一つの有機材料蒸着用のマスクを共用できるため、蒸着用のマスクの開発コストを削減し、生産コストを削減し、経済性を向上することができる。

従来技術を上記の実施形態と組み合わせて変形例を実現できることは当業者が理解すべきものであるが、このような変形例は本発明の実質内容に対して影響することはないから、ここでは繰り返さない。
以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されず、先に詳細には記載しなかった設備と構成を、本技術分野における普通の方式により実施できるものと理解すべきである。当業者は本発明の技術案の範囲から逸脱しない限り、上記の方法と技術内容を利用して、本発明の技術案をいろいろに変更させ、修正することができる。あるいは、同じように変更し同等の効果を有する変更例に修正することができる。これは本発明の実質内容に影響することない。そのため、本発明の技術案の範囲から逸脱しない限り、本発明の技術の実質に基づいて前記の実施形態をいろいろに変更し、修正し、あるいは、同じように変更し同等の効果を有する変更例に修正することは、ともに本発明の技術案の保護範囲である。

１ 赤色の原色画素
２ 緑色の原色画素
３ 青色の原色画素
４、１０７ 陰極電極層
１ａ、２ａ、３ａ、１０ａ、２０ａ、３０ａ 陽極電極層
１０ 赤色発光層
２０ 緑色発光層
３０ 青色発光層
１０１ ガラス基板
１０２ 薄膜トランジスタ層
１０３ 画素定義層
１０４ａ 第一正孔注入層
１０４ｂ 第二正孔注入層
１０５ａ 第一正孔伝送層
１０５ｂ 第二正孔伝送層
１０６ａ 第一電子伝送層
１０６ｂ 第二電子伝送層

Claims (7)

1. 有機発光素子において、複数の画素区域が含まれ、かつ、前記の各画素区域に少なくとも三つの原色発光層と、少なくとも三つの陽極電極層と、一つの陰極電極層とが設けられ、前記三つの原色発光層の各々の各陽極電極層により、単一の前記原色発光層の発光状態が制御され、
   前記三つの原色発光層のうち発光効率が最も近い二つの原色発光層を、それぞれ前記陰極電極層の上下両側に配置し、前記二つの原色発光層の発光領域が、少なくとも部分的に上下方向で互いに重なり合うように設けられ、
   前記の各原色発光層と前記陰極電極層との間には、ともに電子伝送層が形成され、
   前記の各原色発光層と、前記の各原色発光層を制御する前記陽極電極層との間には、ともに正孔伝送層と正孔注入層が形成され、
   前記正孔伝送層は前記原色発光層と接触し、前記正孔注入層は前記陽極電極層と接触し、
   前記正孔伝送層と同じ側にある互いに隣接する二つの前記陽極電極層の間には画素定義層が形成され、
   前記の各画素定義層及び前記画素定義層と接触する前記の各陽極電極層はともに薄膜トランジスタ層の上方にあり、
   前記薄膜トランジスタ層はガラス基板の上面に設けられることを特徴とする有機発光素子。
2. 前記の各画素区域に設けられる三つの前記原色発光層には少なくとも赤色発光層と、緑色発光層と、青色発光層とが含まれ、前記赤色発光層と前記青色発光層は前記陰極電極層の上下両側に設けられ、前記赤色発光層と前記青色発光層の発光領域は少なくとも部分的に互いに重なり合うように設けられることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記赤色発光層と前記緑色発光層とは同じ正孔伝送層の上面に設けられることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
4. 前記青色発光層と前記緑色発光層とは同じ正孔伝送層の上面に設けられることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
5. 画素配列において、複数の画素区域が含まれ、前記の各画素区域には少なくとも三つの原色発光層が含まれ、前記三つの原色発色層中、少なくとも二つの原色発光層の発光領域は互いに重なり合うように設けられ、
   前記の各画素区域には少なくとも赤色、緑色、青色の三つの色の異なる原色発光層を含むことを特徴とする画素配列。
6. 前記赤色発光層と前記青色発光層の発光領域は、互いに重なり合うように設けられることを特徴とする請求項５に記載の画素配列。
7. 前記の各原色発光層はともに各陽極電極層により当該原色発光層の発光状態が制御され、かつ前記の各原色発光層は陰極電極層を共用することを特徴とする請求項５に記載の画素配列。

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