JP2016537774A - 有機発光ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、有機発光ディスプレイ装置に係り、より詳しくは、輝度の改善によって優れた効率を示す有機発光ディスプレイ装置に関する。このために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されている複数本のゲートラインとデータラインとが交差して定義される多数の画素領域にそれぞれ形成される多数の薄膜トランジスターと、前記薄膜トランジスターの上部に形成され、それぞれの前記薄膜トランジスターと電気的に接続される複数の有機発光素子と、互いに隣り合う前記有機発光素子の間に形成されるブラックマトリックス層と、前記ブラックマトリックス層の表面にコートされ、屈折率が互いに異なる物質の積層からなる積層コーティング膜と、を含むことを特徴とする有機発光ディスプレイ装置を提供する。
Description
本発明は、有機発光ディスプレイ装置に係り、より詳しくは、輝度の改善によって優れた効率を示す有機発光ディスプレイ装置に関する。
一般に、有機発光素子（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）は、アノード（ａｎｏｄｅ）、発光層、及びカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）を含んでなる。ここで、アノードとカソードとの間に電圧を印加すると、正孔はアノードから正孔注入層中に注入されてから、正孔輸送層を経て発光層に移動し、電子はカソードから電子注入層中に注入されてから、電子輸送層を経て発光層に移動する。そして、発光層中に注入された正孔と電子とは、発光層で再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｉｏｎ）を生成し、該励起子が励起状態（ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）から基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）に転移しながら光を放出するようになる。
一方、このような有機発光素子を採用した有機発光ディスプレイ装置は、マトリックス形態で配置されたＮ×Ｍ個の画素を駆動する方式に応じて、パッシブマトリックス（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）方式とアクティブマトリックス（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）方式とに分けられる。
ここで、アクティブマトリックス方式の場合、単位画素領域には発光領域を定義する画素電極と該画素電極に電流または電圧を印加するための単位画素駆動回路が位置するようになる。このとき、単位画素駆動回路は、少なくとも二つの薄膜トランジスター（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）と一つのキャパシター（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を備え、これを介して、画素数によらず一定の電流の供給が可能になり、安定した輝度を示すことができる。このようなアクティブマトリックス方式の有機発光ディスプレイ装置は電力消耗が少なく、高解像度及び大型ディスプレイへの適用に有利であるという長所を持っている。
しかし、有機発光素子から放出される光は約２０％しか外部に放出されず、その８０％程度の光は、基板ガラスとアノード及び正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む有機発光層の屈折率差による導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果と基板ガラスと空気との屈折率差による全反射効果により損失される。すなわち、内部有機発光層の屈折率は１．７〜１．８であり、アノードとして一般に用いられるＩＴＯの屈折率は約１．９である。このとき、二つの層の厚さは約２００〜４００ｎｍと非常に薄く、基板ガラスの屈折率は１．５であるので、有機発光素子中には平面導波路が自然に形成される。計算によれば、前記原因による内部導波モードで損失される光の割合が約４５％にのぼる。そして、基板ガラスの屈折率は約１．５であり、外部空気の屈折率は１．０であるので、基板ガラスを介して外部へ光が出るとき、臨界角以上の角度で入射する光は全反射を起こして基板ガラス内部に閉じ込められ、このように閉じ込められた光の割合は約３５％にのぼるため、僅か発光量の２０％程度しか外部に放出されない。
従来は、前記のような有機発光素子の発光効率の改善のために有機発光素子の前方に散乱粒子や凹凸などのような構造物を形成していたが、このような構造物が画面背景に乱反射を起こし、ディスプレイ向けの使用には不具合があった。また、有機発光素子がボトムエミッション（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）構造の場合には、薄膜トランジスター構造によって、発光効率の改善のために前記のような構造物を設置したとき、素子の効率が低下するという問題があった。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、輝度の改善によって優れた効率を示す有機発光ディスプレイ装置を提供することである。
このために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されている複数本のゲートラインとデータラインとが交差して定義される多数の画素領域にそれぞれ形成される複数の薄膜トランジスターと、前記薄膜トランジスターの上部に形成され、それぞれの前記薄膜トランジスターと電気的に接続される複数の有機発光素子と、互いに隣り合う前記有機発光素子の間に形成されるブラックマトリックス層と、前記ブラックマトリックス層の表面にコートされ、屈折率が互いに異なる物質の積層からなる積層コーティング膜と、を含むことを特徴とする有機発光ディスプレイ装置を提供する。
ここで、前記積層コーティング膜は、前記ブラックマトリックス層の表面にコートされる第１のコーティング膜、及び前記第１のコーティング膜の表面にコートされ前記第１のコーティング膜よりも屈折率が高い物質からなる第２のコーティング膜を含んでいてよい。
このとき、前記第１のコーティング膜は、アクリル系高分子物質、ＳｉＯｘ、ＭｇＦ２、及び感光性低屈折フォトレジストのうちのいずれか一つの物質からなるものであってよい。
また、前記第２のコーティング膜は、金属酸化物、金属窒化物、及びポリイミド系の高屈折高分子物質のうちのいずれか一つの物質からなるものであってよい。
そして、前記積層コーティング膜は、０．１〜５μｍ厚さの範囲で形成されていてよい。
さらに、前記積層コーティング膜の上面には、前記ブラックマトリックス層を線状（ｌｉｎｅａｒ）に露出させるトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）が形成されていてよい。
また、前記薄膜トランジスターと前記有機発光素子との間には、前記薄膜トランジスターを保護するパッシベーション膜が形成されていてよい。
そして、前記ブラックマトリックス層は、前記複数本のゲートライン及びデータラインと対応して形成されていてよい。
このとき、前記ブラックマトリックス層は、有機絶縁物または無機絶縁物からなるものであってよい。
また、前記有機発光素子は、前記基板側に光を放出するボトムエミッション発光構造からなるものであってよい。
本発明によれば、画素領域に形成される有機発光素子を枠取りあるいは区画するブラックマトリックス層の表面に屈折率が互いに異なる物質の積層からなる積層コーティング膜を形成し、有機発光素子から導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果によって側方に放出されてブラックマトリックス層によって消失する光を前方に屈折させることで、ブラックマトリックス層での光取り出し効果を実現することができ、これによって、有機発光ディスプレイ装置の輝度を改善することができ、究極的には優れた効率を示す有機発光ディスプレイ装置を実現することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る有機発光ディスプレイ装置について詳しく説明する。
なお、本発明を説明するにあたって、関連公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は割愛する。
図１に示すように、本発明の実施例に係る有機発光ディスプレイ装置１００は、基板１１０、薄膜トランジスター１２０、有機発光素子１３０、ブラックマトリックス層１４０、及び積層コーティング膜１５０を含んでなる。
基板１１０は、本発明の実施例に係る有機発光ディスプレイ装置１００がボトムエミッション発光構造であるため、有機発光素子１３０から発せられた光を外部に放出させる通路の役割をする。このために、基板１１０は、有機発光素子１３０の前方（図面を基準にして下方）に配設される。また、基板１１０上には、ゲート信号を伝える複数本のゲートライン（図示せず）が、例えば、横方向に互いに平行に配列されており、データ信号を伝える複数本のデータライン（図示せず）が縦方向に互いに平行に配列されている。そして、基板１１０上には、該複数本のゲートライン（図示せず）とデータライン（図示せず）とが交差して定義される複数の画素領域が形成されている。
このような基板１１０は、透明基板であり、例えば、ＳｉＯ２を主成分とするガラス材質からなるものであってよい。なお、基板１１０は、必ずしもこれに限定されるものではなく、透明なプラスチック材質からなるものであってもよい。一方、基板１１０の上面には、基板１１０の平滑性と不純元素の浸透を遮断するために、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮｘなどからなるバッファー層（図示せず）が形成されていてよい。
薄膜トランジスター（ＴＦＴ）１２０は、基板１１０上に形成されている複数本のゲートライン（図示せず）とデータライン（図示せず）とが交差して定義される複数の画素領域にそれぞれ形成される。このとき、それぞれの画素領域には、薄膜トランジスター１２０をなすスイッチングトランジスターと駆動トランジスター及びストレージキャパシター（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（図示せず）が形成される。
ここで、具体的には図示していないが、薄膜トランジスター１２０は、半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース電極、及びドレイン電極を含んで形成されていてよい。半導体層は、バッファー層（図示せず）上に所定のパターンで形成される。該半導体層は、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンのような無機半導体や有機半導体で形成されていてよく、ソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域を含む。半導体層の上部には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどからなるゲート絶縁膜が形成され、ゲート絶縁膜の上部の所定領域にはゲート電極が形成される。ゲート電極は、薄膜トランジスター１２０のオン／オフ信号を印加するゲートライン（図示せず）に接続されている。また、ゲート電極の上部には層間絶縁膜が形成され、コンタクトホールを介してソース電極及びドレイン電極がそれぞれ、半導体層のソース及びドレイン領域に接するように形成される。
一方、前記のような構造をなす薄膜トランジスター１２０は、パッシベーション膜１２１で覆われて保護される。このとき、パッシベーション膜１２１は、無機絶縁膜または有機絶縁膜からなるものであってよい。この場合、無機絶縁膜には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＢＳＴ、ＰＺＴなどが含まれていてよく、また、有機絶縁膜には、一般の汎用高分子（ＰＭＭＡ、ＰＳ）、フェノール（ｐｈｅｎｏｌ）基を有する高分子誘導体、アクリル系高分子、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、アミド系高分子、フッ素系高分子、ｐ−キシレン系高分子、ビニルアルコール系高分子、及びこれらのブレンド（ｂｌｅｎｄ）などが含まれていてよい。また、パッシベーション膜１２１は、無機絶縁膜と有機絶縁膜との複合積層体として形成されていてもよい。
有機発光素子１３０は、薄膜トランジスター１２０の上部、より詳しくは、パッシベーション膜１２１上に形成される。有機発光素子１３０は、画素領域ごとに形成され、それぞれの画素領域に形成されている薄膜トランジスター１２０と電気的に接続される。図示していないが、該有機発光素子１３０は、第１の電極、有機発光層、及び第２の電極を含んでなる。
第１の電極は、パッシベーション膜１２１上にそれぞれの画素領域に対応する形態で形成される。また、第１の電極は、コンタクトホールを介して薄膜トランジスター１２０のドレイン電極に電気的に接続される。該第１の電極は、有機発光素子１３０のアノード（ａｎｏｄｅ）の役割をする透明電極であって、有機発光層への正孔の注入が起こり易いように、仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の大きい、例えば、ＩＴＯからなるものであってよい。
また、有機発光層は第１の電極上に形成される。該有機発光層は、第１の電極上に順に積層される正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層を含んで形成されていてよい。該有機発光層の構造によって、アノードとしての第１の電極とカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）としての第２の電極との間に順方向電圧が印加されると、カソードから電子が電子注入層及び電子輸送層を介して発光層に移動するようになり、またアノードから正孔が正孔注入層及び正孔輸送層を介して発光層に移動するようになる。そして、発光層中に注入された電子と正孔とは、発光層で再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｉｏｎ）を生成し、該励起子が励起状態（ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ）から基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）に転移しながら光を放出するようになり、このとき、放出される光の明るさは、アノードとカソードとの間を流れる電流量に比例するようになる。このとき、本発明の実施例に係る有機発光素子１３０が白色有機発光素子である場合、例えば、発光層は、青色領域の光を放出する高分子発光層とオレンジ−赤色領域の光を放出する低分子発光層との積層構造で形成されていてよく、その他、多様な構造で形成されて白色発光を実現することができる。また、有機発光層は、タンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造をなしていてよい。すなわち、有機発光層は複数備えられていてよく、それぞれの有機発光層が電荷生成層（ｃｈａｒｇｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）である連結層（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を介して交互に配設されていてよい。
また、第２の電極は有機発光層上に形成される。このとき、第２の電極は、複数の有機発光素子１３０の全領域に亘って形成されていてよい。該第２の電極は、有機発光素子１３０のカソードの役割をする金属電極であって、有機発光層への電子注入が起こり易いように仕事関数の小さい、例えば、Ａｌ、Ａｌ：Ｌｉ、またはＭｇ：Ａｇの金属薄膜からなるものであってよい。
ブラックマトリックス層１４０は、互いに隣り合う有機発光素子１３０の間に形成される。また、ブラックマトリックス層１４０は、基板１１０上に形成されている複数本のゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）と対応するように形成される。すなわち、ブラックマトリックス層１４０は、複数本のゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）が交差して定義される画素領域をバンク（ｂａｎｋ）のように取り囲む形態で形成され、それぞれの画素領域を画成するようになる。これによって、有機発光素子１３０は、ブラックマトリックス層１４０の開口部であるブラックマトリックス層１４０により露出した画素領域であるパッシベーション膜１２１上に形成される。該ブラックマトリックス層１４０は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などのような耐熱性及び耐溶媒性を持つ有機絶縁物またはＳｉＯ２、ＴｉＯ２などのような無機絶縁物からなるものであってよい。
積層コーティング膜１５０は、ブラックマトリックス層１４０の表面にコートされる。また、積層コーティング膜１５０は、屈折率が互いに異なる物質の積層からなる。そして、積層コーティング膜１５０は、０．１〜５μｍ厚さの範囲で形成されていてよい。
該積層コーティング膜１５０は、第１のコーティング膜１５１及び第２のコーティング膜１５２を含んでなるものであってよい。
ここで、第１のコーティング膜１５１は、ブラックマトリックス層１４０の表面にコートされる。また、第１のコーティング膜１５１は、第２のコーティング膜１５２よりも屈折率が相対的に低い低屈折物質からなるものであってよい。例えば、第１のコーティング膜１５１は、アクリル系高分子物質、ＳｉＯｘ、ＭｇＦ２、及び感光性低屈折フォトレジストのうちのいずれか一つの物質からなるものであってよい。該第１のコーティング膜１５１は、画素領域の縁部分、すなわち、有機発光素子１３０の側面で第２のコーティング膜１５２によって屈折される光に直進性を付与する役割をする。
また、第２のコーティング膜１５２は、第１のコーティング膜１５１の表面にコートされる。これによって、本発明の実施例に係る積層コーティング膜１５０は、２層構造をなす。また、第２のコーティング膜１５２は、第１のコーティング膜１５１よりも屈折率が相対的に高い高屈折物質からなるものであってよい。例えば、第２のコーティング膜１５２は、ＺｎＯやＴｉＯ２などのような金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４のような金属窒化物及びポリイミド系の高屈折高分子物質のうちのいずれか一つの物質からなるものであってよい。該第２のコーティング膜１５２は、有機発光素子１３０から導波管（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｉｎｇ）効果によって側方に放出される光を捕捉（ｔｒａｐ）する役割をする。
該ブラックマトリックス層１４０の表面に屈折率が互いに異なる物質からなる第１のコーティング膜１５１と第２のコーティング膜１５２との積層体である積層コーティング膜１５０を形成すると、有機発光素子１３０から導波管効果によって側方に放出されてブラックマトリックス層１４０によって消失していた光を前方に屈折させることができる。すなわち、ブラックマトリックス層１４０の表面に積層コーティング膜１５０を形成すると、ブラックマトリックス層１４０で光取り出し効果を実現することができ、有機発光素子１３０の全体的な光取り出し効率を向上させることができ、その結果、有機発光ディスプレイ装置１００の全体的な輝度を改善することができ、これは、有機発光ディスプレイ装置１００の効率の増大につながるようになる。
一方、本発明の実施例において、有機発光素子１３０と接触しない積層コーティング膜１５０の一方側の面、図面を基準にして積層コーティング膜１５０の上面には、「Ｖ」字状あるいはウェッジ（ｗｅｄｇｅ）の溝（断面基準）、すなわち、ブラックマトリックス層１４０を線状（ｌｉｎｅａｒ）に露出させるトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）１５３が形成される。該トレンチ１５３は、後方に屈折する光を前方に再び反射させ、ブラックマトリックス層１４０部分での光取り出し効果をさらに増大させる役割をする。
以上のように本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記した実施例に限定されるものではなくて、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から種々の修正及び変形が可能である。
よって、本発明の範囲は説明された実施例に局限して決められてはならず、特許請求の範囲だけでなく特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に形成されている複数本のゲートラインとデータラインとが交差して定義される複数の画素領域にそれぞれ形成される複数の薄膜トランジスターと、
前記薄膜トランジスターの上部に形成され、それぞれの前記薄膜トランジスターと電気的に接続される複数の有機発光素子と、
互いに隣り合う前記有機発光素子の間に形成されるブラックマトリックス層と、
前記ブラックマトリックス層の表面にコートされ、屈折率が互いに異なる物質の積層からなる積層コーティング膜と、
を含むことを特徴とする有機発光ディスプレイ装置。 - 前記積層コーティング膜は、
前記ブラックマトリックス層の表面にコートされる第１のコーティング膜、及び
前記第１のコーティング膜の表面にコートされ、前記第１のコーティング膜よりも屈折率が高い物質からなる第２のコーティング膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。 - 前記第１のコーティング膜は、アクリル系高分子物質、ＳｉＯｘ、ＭｇＦ２、及び感光性低屈折フォトレジストのうちのいずれか一つの物質からなることを特徴とする請求項２に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記第２のコーティング膜は、金属酸化物、金属窒化物、及びポリイミド系の高屈折高分子物質のうちのいずれか一つの物質からなることを特徴とする請求項２に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記積層コーティング膜は、０．１〜５μｍ厚さの範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記積層コーティング膜の上面には、前記ブラックマトリックス層を線状（ｌｉｎｅａｒ）に露出させるトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記薄膜トランジスターと前記有機発光素子との間には、前記薄膜トランジスターを保護するパッシベーション膜が形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記ブラックマトリックス層は、前記複数本のゲートライン及びデータラインと対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記ブラックマトリックス層は、有機絶縁物または無機絶縁物からなることを特徴とする請求項８に記載の有機発光ディスプレイ装置。
- 前記有機発光素子は、前記基板側に光を放出するボトムエミッション発光構造からなることを特徴とする請求項１に記載の有機発光ディスプレイ装置。
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