JP2020194673A - 表示装置、その製造方法および電気装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画素の高密度化および画像の高品質化の双方を比較的簡素な構成で実現する。【解決手段】本発明の一側面は表示装置に係り、前記表示装置は、其々が有機発光素子を含む複数の画素が画素領域に配列された表示装置であって、前記複数の画素に対応するように基板上に配列された複数の下部電極と、前記基板の上面と前記複数の下部電極の少なくとも側面とを被覆して前記複数の下部電極を互いに電気分離する第1絶縁層と、前記複数の下部電極と前記第1絶縁層とを覆うように前記画素領域に亘って設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層を覆うように前記画素領域に亘って設けられた上部電極と、前記有機化合物層の下方かつ前記第1絶縁膜の上方において前記複数の画素の境界に沿うように前記複数の下部電極の間に設けられた画素間電極と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、主に表示装置に関する。
カメラの電子ビューファインダ、テレビのディスプレイ、携帯端末の表示パネル等に用いられる表示装置の中には、画素に有機発光素子が用いられたものがある(特許文献1〜2参照)。このような表示装置は、有機ELディスプレイ等とも称される。例えば、白色光を発生可能な複数の有機発光素子を基板上に配列すると共に、その上方にカラーフィルタ層(例えば赤色、緑色、青色等のカラーフィルタ)を設けることにより、カラー表示可能な表示装置を実現可能となる。
特開2012−155953号公報 特開2014−52582号公報
ところで、画素の高密度化を図る場合、互いに隣り合う2つの画素間では電気干渉(クロストーク)が生じることが考えられる。例えば、或る画素を発光させるように駆動したにも関わらず、それに隣接する他の画素が部分的に発光することが考えられる。このことは画像の品質の低下の原因となりうる。
本発明は、画素の高密度化および画像の高品質化の双方を比較的簡素な構成で実現することを例示的目的とする。
本発明の一つの側面は表示装置にかかり、前記表示装置は、其々が有機発光素子を含む複数の画素が画素領域に配列された表示装置であって、前記複数の画素に対応するように基板上に配列された複数の下部電極と、前記基板の上面と前記複数の下部電極の少なくとも側面とを被覆して前記複数の下部電極を互いに電気分離する第1絶縁層と、前記複数の下部電極と前記第1絶縁層とを覆うように前記画素領域に亘って設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層を覆うように前記画素領域に亘って設けられた上部電極と、前記有機化合物層の下方かつ前記第1絶縁膜の上方において前記複数の画素の境界に沿うように前記複数の下部電極の間に設けられた画素間電極と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、画素の高密度化および画像の高品質化の双方を実現可能となる。
表示装置の構成例を説明するための図である。 画素構造の一例を説明するための模式図である。 表示装置の製造方法の一例を説明するための模式図である。 画素構造の参考例を説明するための模式図である。 画素構造の平面レイアウトを説明するための模式図である。 画素構造の他の例を説明するための模式図である。 画素構造の他の例を説明するための模式図である。 画素構造の他の例を説明するための模式図である。 表示装置の適用例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(第1実施形態)
‐表示装置の構成例
図1(A)は、第1実施形態に係る表示装置1の構成の一例を示す。表示装置1は、本実施形態では有機ELディスプレイ(Organic Electro‐Luminescence Display)とし、画素アレイ2、走査信号ドライバ3、情報信号ドライバ4、及び、電圧供給部5を備える。
画素アレイ2は、行列状に(複数の行および複数の列を形成するように)配列された複数の画素211〜213を含む。詳細については後述とするが、画素211は赤色光を発生可能に構成され、画素212は緑色光を発生可能に構成され、また、画素213は青色光を発生可能に構成される。画素211、212及び213は、それぞれ、赤画素、緑画素および青画素とも表現可能である。複数の画素211〜213は、画素211〜213の3つを一つの単位として配列され、それらの発光光を組み合わせることにより、及び、それらの光量を調節することにより、多様な色の光を出射可能とする。この観点で、画素211〜213の3つを纏めて「画素21」と表現し、画素211〜213を「副画素211〜213」と表現してもよい。以下の説明において、画素211〜213は、これらを特に区別しない場合には「画素211等」と表現されうる。
走査信号ドライバ3は、各行に設けられた信号線を介して画素211等に行毎に走査信号SIG3を供給する。情報信号ドライバ4は、各列に設けられた信号線を介して画素211等に列毎に情報信号SIG4を供給する。電圧供給部5は画素211等に所定電圧(例えば接地電圧等の基準電圧)を供給する。このような構成により、画素アレイ2は、画素毎に個別に駆動可能となっている。走査信号ドライバ3、情報信号ドライバ4および電圧供給部5は何れも画素アレイ2を駆動するための駆動部に対応する。
図1(B1)は、画素211の構成の一例を示す。画素211は、有機発光素子(Organic Light−Emitting Diode(OLED))E1、及び、トランジスタT1を有する。詳細については後述とするが、有機発光素子E1は、電圧が加えられたことに応じて発光する有機化合物層により形成される。トランジスタT1には、MOSトランジスタ、薄膜トランジスタ等の公知のスイッチ素子が用いられればよい。本実施形態では、トランジスタT1は、ソース端子で有機発光素子E1のアノード(陽極)に接続され、また、ゲート端子で走査信号SIG3を受け、ドレイン端子で情報信号SIG4を受ける。有機発光素子E1のカソード(陰極)は電圧供給部5により接地される。
このような構成において、画素211は、走査信号ドライバ3から活性化レベルの走査信号SIG3を受けて選択された際に情報信号ドライバ4から活性化レベルの情報信号SIG4を受け取ったことに応じて駆動され、それにより有機発光素子E1が発光する。一例として、トランジスタT1がNチャネル型トランジスタの場合、走査信号SIG3および情報信号SIG4の双方がハイレベルのとき、トランジスタT1が導通状態となり、有機発光素子E1が駆動されて発光することとなる。有機発光素子E1の発光光の光量は情報信号SIG4の信号値に従うこととなる。また、ここでは画素211の構成を例示したが、他の画素212及び213についても同様である。
尚、上記画素211等は、上記図1(B1)とは異なる論理レベルで駆動可能に構成されてもよい。例えば、有機発光素子E1は、アノードが電源電圧に固定され且つカソードがトランジスタT1に接続されるように設けられてもよい。
詳細については後述とするが、画素211、212及び213には、有機発光素子E1を覆うように、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタがそれぞれ設けられる。本実施形態では有機発光素子E1は白色光を発生するものとし、有機発光素子E1が発光すると、画素211、212及び213のそれぞれから、カラーフィルタに対応した色の光が出射されることとなる。
上記図1(B1)の例では説明の容易化のため、単一のトランジスタT1を有する画素211の構成を例示したが、この例に限られるものではない。例えば、図1(B2)の画素211’に示されるように、トランジスタT1の代わりにトランジスタT2及びT3が用いられてもよい。この例では、トランジスタT2は、ソース端子でトランジスタT3のゲート端子に接続され、また、ゲート端子で走査信号SIG3を受け、ドレイン端子で情報信号SIG4を受ける。また、トランジスタT3は、電源電位と接地電位との間に有機発光素子E1と直列に接続されて配置される。このような構成によっても上記画素211同様の機能を実現可能であり、また、他の画素212〜213についても同様のことが云える。
‐画素アレイの構造例
図2は、上述の画素アレイ2を実現する構造(以下、単に「画素構造」という。)ST1を示す断面模式図である。画素構造ST1は、基板220上の画素領域に前述の画素211等が配列されて成る。画素領域は、典型的には基板220の中央部に形成され、その周辺部は、画素アレイ2を、走査信号ドライバ3、情報信号ドライバ4または電圧供給部5に電気接続するための接続領域として用いられる。基板220には、画素アレイ2の構成要素を公知の製造プロセスにより形成可能な所定の板材、例えばシリコン基板、ガラス基板等、が用いられればよい。画素構造ST1は、複数の下部電極231、有機化合物層232、上部電極233、絶縁層241及び242、画素間電極243、封止層251、平坦化層252、並びに、カラーフィルタ層253を備える。
複数の下部電極231は、基板220上に行列状に配列され、複数の画素211等にそれぞれ対応して設けられる。個々の下部電極231は、図1(B1)を参照しながら述べた有機発光素子E1のアノードに対応する。詳細については後述とするが、互いに隣り合う下部電極231間には、絶縁層241及び242、並びに、画素間電極243が設けられる。
有機化合物層232は、複数の下部電極231、絶縁層241及び242、並びに、画素間電極243を覆うように設けられ、上記画素領域に亘って延在する。有機化合物層232は、電圧が加えられたことに応じて発光可能に構成され、詳細な説明については省略とするが、例えば発光層(再結合層)、電荷注入層、電荷輸送層、正孔注入層、正孔輸送層等、少なくとも部分的に有機材料で構成された層が積層されて成る。
上部電極233は、有機化合物層232を覆うように設けられ、有機化合物層232同様に上記画素領域に亘って延在する。上部電極233は、図1(B1)を参照しながら述べた有機発光素子E1のカソードに対応する。
第1絶縁層241は、互いに隣り合う下部電極231間において基板220の上面を被覆すると共に個々の下部電極231の側面と上面の周縁部とを被覆するように設けられる。このような絶縁層241は、その上面において、互いに隣り合う下部電極231間で凹形状を形成しており、画素間電極243は、この凹形状を埋めるように設けられる。第2絶縁層242は、絶縁層241および画素間電極243の上に設けられる。
即ち、画素間電極243は、有機化合物層232の下方かつ複数の下部電極231の間において複数の画素211等を区画するように設けられ、換言すると、画素境界に沿って延設される。画素間電極243は、画素境界電極(或いは単に境界電極)等と表現されてもよい。絶縁層241は、基板220の上面と複数の下部電極231の側面とを被覆して複数の下部電極231を互いに電気分離する共に、画素間電極243の側面および下面を覆って基板220および複数の下部電極231から画素間電極243を電気的に絶縁する。絶縁層242は、画素間電極243の上面を覆うように絶縁層241の上に設けられ、有機化合物層232から画素間電極243を電気的に絶縁する。絶縁層241及び242は、画素間電極243を取り囲む絶縁部材OX11に対応し、これにより、画素間電極243は複数の下部電極231から電気的に独立している。
ここで、画素間電極243は、図5(A)に示すように、下部電極231の周囲に途切れることなく(連続的に/一体に)配置されてもよいし、部分的に途切れて配置されてもよい(離間した部分があってもよい。)。即ち、上述の画素間電極243による区画とは、単一の部材が画素境界に沿って連続的に配置された態様、及び、複数の部材が画素境界に沿って断続的に配置された態様、の何れをも含む。尚、下部電極231が途切れることなく配置された構成においては後述の電界EF1の効果が広範囲に及ぶため好ましい。
個々の詳細については後述とするが、このような構造により、画素間電極243の上面は複数の下部電極231の其々の上面よりも上方に位置しており、付随的に、画素間電極243の下面は複数の下部電極231の其々の下面よりも上方に位置している。また、本実施形態においては、画素間電極243の側面は傾斜しており、画素間電極243の上面は底面よりも幅広になっている。絶縁層241及び242で形成される絶縁部材OX11は、下部電極231上面よりも上方において傾斜面を有しており、それにより、有機化合物層232における絶縁部材OX11の該傾斜面の直上の部分は比較的肉薄となっている。
封止層251は、画素領域および画素領域外の接続領域に亘って上部電極233を覆うように設けられ、複数の下部電極231、有機化合物層232、上部電極233、絶縁層241及び242、画素間電極243を封止する。封止層251上には平坦化層252を介してカラーフィルタ層253が設けられる。カラーフィルタ層253は、赤色フィルタ2531、緑色フィルタ2532および青色フィルタ2533を含み、これらはそれぞれ画素211、212及び213に対応するように設けられる。
画素構造ST1を構成する上述の各要素には、その機能を適切に実現可能かつ公知の製造プロセスで形成可能な材料が用いられればよい。
下部電極231には、有機発光素子E1の発光光に対する反射率の高い導電材料、好適には反射率80%以上となる金属、例えばアルミニウム(Al)、銀(Ag)等、が用いられうる。或いは、それ/それらの合金として、シリコン(Si)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)等が添加されたものが用いられてもよい。付随的に、下部電極231には、例えばチタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、金(Au)等のバリアメタルが用いられてもよい。
絶縁層241及び242には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物等の絶縁材料が用いられうる。詳細については後述とするが、絶縁層241及び242には、互いに異なる絶縁材料が用いられてもよく、例えば絶縁層242の屈折率が絶縁層241の屈折率より高くなるように材料が選択されてもよい。
画素間電極243には、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、タングステン(W)等の導電材料が用いられうる。或いは、それ/それらの合金として、シリコン(Si)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)等が添加されたものが用いられてもよい。付随的に、下部電極231には、例えばチタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、金(Au)、タンタル(Ta)等のバリアメタルが用いられてもよい。
上部電極233には、光透過性の導電材料、特に有機発光素子E1の発光光に対する透過率の高い導電材料、例えばITO(酸化インジウム錫)、IZO(酸化インジウム亜鉛)等、が用いられうる。或いは、上部電極233は、上記発光光を充分が通過可能な薄膜金属で構成されてもよく、その材料には、例えば、マグネシウム(Mg)、銀(Ag)、それ/それらの合金、或いは、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を含む合金が用いられうる。
封止層251には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物等、防湿に有利かつ光透過性の絶縁材料が用いられればよい。平坦化層252には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物等、その上面にカラーフィルタ層253を形成するのに有利かつ光透過性の絶縁材料が用いられればよい。カラーフィルタ層253には、例えば光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等、加工(パターニング)に有利かつ所定波長域の光を通過可能なカラーレジスト、が用いられうる。
このような画素構造ST1により、画素211〜213は、それらの発光光を組み合わせることにより、及び、それらの光量を調節することにより、多様な色の光を出射することができる。例えば、画素211において下部電極231と上部電極233との間に駆動電圧を加えることにより(画素211を駆動することにより)、有機化合物層232のうち下部電極231と上部電極233との間の部分において白色光が発生する。この白色光は、カラーフィルタ2531を通過して赤色光となり、この赤色光が構造ST1上方に向かって出射されることとなる。同様に、例えば、画素212(又は213)を駆動することにより、カラーフィルタ2532(又は2533)を通過した緑色光(又は青色光)が、構造ST1上方に向かって出射される。各層の厚さは、画素211等から出射される光が干渉により強め合うように決められてもよい(特開2018−78095号公報参照)。
‐画素間電極の構造について
単位面積あたりの画素211等の数量(画素数)は画素密度と表現され、表示装置1により表示される画像の精細度の向上等を目的として、この画素密度を高くすることが考えられる。一方、画素密度を高くすると、互いに隣り合う2つの画素の間、例えば画素211及び212の間、ではクロストーク等とも称される電気干渉が生じることが考えられる。
電気干渉の一例としては、或る画素(例えば画素211)を駆動した際、有機化合物層232における対応部分で発生したキャリアの一部が、有機化合物層232中を通って隣接画素(例えば画素212)にドリフトして流出することが挙げられる。この場合、実質的に、駆動対象(ここでは画素211)とは異なる画素(ここでは画素212)が部分的に駆動されることとなってしまう。
また、電気干渉の他の例あるいは付随的な影響の一例として、或る画素(例えば画素212)を駆動して発光させた場合、発光光の一部が隣接画素(例えば画素213)に漏れ出すことが挙げられる。この場合、実質的に、駆動対象(ここでは画素212)とは異なる画素(ここでは画素213)が部分的に駆動されることとなってしまう。
即ち、このような電気干渉は画素間に混色等をもたらしうるため、画素の高密度化は、却って画像の品質の低下の原因となる場合があると云える。
ここで再び図2を参照すると、画素間電極243の上面は、周縁部では絶縁層241により被覆され、かつ、中央部は開口部OP11として露出される。この開口部OP11の面積は、上記画素密度との関係で、画像の品質を示すパラメータとなり得、例えば、単一の画素に対応する面積に対する開口部OP11の面積の比は開口率と表現されうる。例えば、個々の画素211等における発光光の光量を大きくすること、所望の光量を実現するために駆動電圧を抑制すること等を目的として、この開口率を大きくすることが考えられる。
上述の電気干渉を抑制するためには、画素間の電気分離は適切に行われる必要がある。一方、上記開口率を大きく維持することを考慮すると、このような画素間の電気分離を、比較的簡素な構成で(例えば比較的小面積かつ製造面に有利な態様で)実現可能とすることが求められる。
本実施形態においては、有機化合物層232のうち画素間電極243と上部電極233との間の部分(有機化合物層232における画素境界およびその周辺部。以下、有機化合物層232の画素境界部という。)を、画素間電極243によりバイアスすることが可能である。本実施形態では、画素間電極243には電圧供給部5により所定電圧が印加されるものとするが、他の実施形態として、画素間電極243と上部電極233との仕事関数差に基づいて有機化合物層232の画素境界部をバイアスしてもよい。
上記バイアスにより有機化合物層232の画素境界部には電界EF1が発生する。そのため、画素211で発生して隣接画素212に向かってドリフトしうるキャリア(キャリアCR1と図示する。)は、有機化合物層232の画素境界部において上記電界EF1により再結合し易くなっている。よって、本実施形態によれば、隣接画素212に到達しうるキャリアCR2は低減され、即ち、キャリアCR1の隣接画素212への流出は適切に低減されることとなる。
画素間電極243に供給する電圧は、下部電極231に供給する駆動電圧と同極性の電圧とすればよい。例えば、本実施形態においては、上部電極233に供給する基準電圧(ここでは接地電圧)に対して、下部電極231および画素間電極243に供給される電圧の値は共に正とする。下部電極231に供給する電圧値と画素間電極243に供給する電圧値とは互いに等しくてもよいし異なっていてもよい。ここで、画素間電極243に供給する電圧値は、例えば、発光に必要な最小の電圧が有機化合物層232の画素境界部に加わるように、設定されればよい。これにより、有機化合物層232の画素境界部における不要な発光を防ぐと共に、該画素境界部を通過するキャリアCR1のみを適切に再結合させることが可能となる。
また、本実施形態においては、図2から分かるように、絶縁層241及び242で形成される絶縁部材OX11は、下部電極231の上方部において傾斜面を有する。これにより、有機化合物層232における絶縁部材OX11の該傾斜面の直上の部分は比較的肉薄となっており、その電気抵抗が大きくなっていると云える。よって、本実施形態によれば、隣接画素212に到達しうるキャリアCR2は更に低減され、即ち、キャリアCR1の隣接画素212への流出は更に適切に低減される。
また、図2の拡大模式図に示されるように、本実施形態においては、画素間電極243の側面は、画素間電極243の上面が底面よりも幅広になるように傾斜している(傾斜角θ>90[度])。これにより、画素212で発生して隣接画素213に向かう光L11は、L12で図示されるように、画素間電極243の側面において実質的に下方に向けて反射される。よって、光L11の隣接画素213への漏れが適切に低減される。
ここで、絶縁層241の屈折率をεとし、絶縁層242の屈折率をεとしたとき、ε<εが成立するとよい。この場合、絶縁層241での光散乱により上方に向かう迷光は、絶縁層241と絶縁層242との境界面において下方に向けて反射されうるため、光L11は更に適切に下方に向けて反射されると云える。これにより光L11の隣接画素213への漏れが更に適切に低減される。
尚、反射光L12は、L13で図示されるように、絶縁層241と基板20との境界面において上方に向けて反射されることも考えられるが、L14で図示されるように、画素間電極243の下面において下方に反射される。そのため、このような反射光L12が迷光として他の画素213に到達することもない。
以上のことを小括すると、本実施形態によれば、画素間の電気干渉およびそれに付随して生じうる隣接画素への漏れ光が防止ないし抑制される。よって、本実施形態によれば、画素の高密度化および画像の高品質化の双方を実現可能となる。
‐表示装置の製造方法について
上述の表示装置1は公知の製造プロセスを用いて製造可能である。図3(A)〜図3(F)は、表示装置1の製造方法を説明するための模式図であり、主に図2を参照しながら述べた絶縁層241及び242並びに画素間電極243により形成される画素分離構造を作製する際の様子を工程毎に示す。
図3(A)の工程では、フォトリソグラフィ技術を用いて、基板220上における複数の画素211等に対応する位置に、複数の下部電極231を形成する。即ち、基板220上にPVD(物理気相成長法)等により導電材料の層を形成した後、レジストパターンを用いたエッチングにより該導電材料の層をパターニングすることにより、下部電極231を形成する。
図3(B)の工程では、図3(A)の工程で得られた構造の上に、絶縁層241MをCVD(化学気相成長法)等により形成する。ここで、絶縁層241Mは、下部電極231の側面を被覆する程度(互いに隣り合う下部電極231間の空間を充填しない程度)の厚さで形成される。その後、この絶縁層241Mの上に導電材料の層243MをPVD等により形成する。
図3(C)の工程では、図3(B)の工程で得られた構造に対してエッチングによるエッチバックまたはCMP(化学機械研磨)を行い、該構造の上面を平坦化すると共に絶縁層241Mの上面を露出させる。
図3(D)の工程では、図3(C)の工程で得られた構造の上に、絶縁層242MをCVD等により形成する。
図3(E)の工程では、図3(D)の工程で得られた構造に対して、フォトリソグラフィ技術を用いて絶縁層241M及び242Mをパターニングして絶縁層241及び242(図2参照)にすると共に、下部電極231の上面を開口部OP11として露出させる。この工程によれば、絶縁層241の上面と画素間電極243の上面とは連続面を形成し、この連続面は絶縁層242により覆われることとなる。絶縁層241M及び242Mのパターニングは、絶縁層241及び242の側面が傾斜面となるように行われるとよい。これにより、後に形成される有機化合物層232及び上部電極233の不測の断線を防ぐことが可能となる。このパターニングは、等方性エッチングにより行われてもよいが、エッチング条件を変更しながら異方性エッチングを行うことによっても実現可能である。
図3(F)の工程では、図3(E)の工程で得られた構造の上に、有機化合物層232を蒸着法により形成し、有機化合物層232の上に上部電極233を更に形成する。その後、封止層251、平坦化層252及びカラーフィルタ層253を公知の手順で形成することにより画素構造ST1が得られる。
詳細については後述とするが、上記製造方法によれば、図2の拡大模式図に示されるように、互いに隣り合う下部電極231間の距離W12を半導体製造プロセスにおける最小加工寸法とすることが可能となる。尚、下部電極231の絶縁部材OX11で覆わる幅W13は、製造ばらつき、位置ずれ等を考慮して決定されればよい。この場合、互いに隣り合う開口部OP11間の距離W11は、
W11=W12+W13×2
と表せる。
‐実施形態と参考例との比較
図4は、参考例としての画素構造STを示す。画素構造STは、画素間電極243に代替して、それと同機能を実現するための画素間電極243を備えると共に、絶縁膜241及び242に代替して、画素間電極243を覆う絶縁膜244を備える。
画素間電極243は、例えば複数の下部電極231の形成後に(或いは、複数の下部電極231の形成と共に)、画素間電極243を構成する導電材料の層をパターニングすることにより設けられる。この場合、互いに隣り合う下部電極231間の距離を最小にするためには、画素間電極243の幅W24と、下部電極231と画素間電極243との距離W22とをそれぞれ前述の最小加工寸法とする必要がある。尚、下部電極231の絶縁部材OX11で覆わる幅W23は、幅W13同様、製造ばらつき、位置ずれ等を考慮して決定されればよい。結果として、画素構造STにおいては、互いに隣り合う開口部OP11間の距離W21は、
W21=W24+W22×2+W23×2、
と表せる。
図5(A)は、本実施形態の画素構造ST1の平面レイアウトを示す模式図である。図5(B)は、参考例の画素構造STの平面レイアウトを示す模式図である。本実施形態の画素構造ST1における幅W11は、前述のとおり、
W11=W12+W13×2、
と表せる。ここで、W12、W22及びW24がそれぞれ最小加工寸法(最小加工寸法Fとする。)であることを考慮すると、幅W11及びW21は、
W11=W12+W13×2
=F+W13×2、
W21=W24+W22×2+W23×2
=F×3+W23×2、
とそれぞれ表せる。ここで、幅W13及びW23は同条件で決定されるものとすると(W13=W23とすると)、幅W11は、F×2(最小加工寸法の2倍分)だけ幅W21より小さい。即ち、本実施形態によれば、参考例よりも画素密度を高くすることができると云える。
また、参考例の画素構造STを参照すると(図4参照)、画素間電極243は、下部電極231と同じ高さに設けられている。そのため、或る画素で発生して隣接画素に向かう光L21は、L22で示されるように画素間電極243により適切に遮蔽されないため(隣接画素に進入しうるため)、混色を発生させる場合がある。これに対して、本実施形態によれば、図2の拡大模式図を参照しながら述べたように、隣接画素に向かう光L11は画素間電極243により適切に遮蔽され、混色が発生することもないため、画像の品質が参考例よりも向上しうる。
以上の観点から、本実施形態によれば、画素の高密度化および画像の高品質化の双方を比較的簡素な構成で実現可能と云える。
‐第1実施形態のまとめ
以上、本実施形態によれば、画素間電極243は、複数の下部電極231間において複数の画素211等を区画するように設けられ、換言すると画素境界に沿って延設される。画素間電極243は、絶縁層241及び242により複数の下部電極231から電気的に独立しており、即ち、画素間電極243には、複数の下部電極231とは異なる電気経路で所定電圧が個別に供給される。画素間電極243に電圧が印加されることにより、有機化合物層232のうち画素間電極243と上部電極233との間の部分に所定の電界EF1が発生することとなる。この電界EF1は、例えば、画素211から隣接画素212に向かうキャリアCR1(図2参照)が再結合することを促進することとなり、それにより、このキャリアCR1の隣接画素212への流出を防止ないし抑制する。
画素間電極243に供給される上記電圧の値は、好適には、有機化合物層232のうち画素間電極243と上部電極233との間の部分に該部分が発光するのに必要な最小の電圧が加わるように、設定されればよい。これにより、キャリアCR1は、画素間電極243上方において速やかに再結合するため、隣接画素212に流出しにくくなる。
キャリアCR1の隣接画素212への流出の防止は、画素間の電気干渉およびそれに伴う画素間の混色を防止することとなるため、画像の品質を向上させることとなる。また、画素間の電気干渉及び画素間の混色は、画素の高密度化に伴い顕著な問題となりうるため、本実施形態によれば、画素の高密度化および画像の高品質化の双方を実現するのに有利である。特に参考例との関係では(図2、図4、図5(A)及び図5(B)を参照しながら述べたように)、本実施形態によれば上述のことを比較的簡素な構成で実現可能と云える。
また、本実施形態によれば、画素間電極243の上面は複数の下部電極231の其々の上面より上方に位置している。そのため、例えば画素212で発生し且つ隣接画素213に向かう光L11(図2参照)は、画素間電極243により妨げられることとなり、隣接画素213に漏れにくい。
また、本実施形態によれば、画素間電極243の側面は、画素間電極243の上面が底面よりも幅広になるように傾斜している(傾斜角θ>90[度])。これにより、光L11は、画素間電極243の側面において実質的に下方に向けて反射される(光L12参照)。更に、絶縁層241の屈折率をεとし、絶縁層242の屈折率をεとしたとき、ε<εが成立するとよく、それにより、光L11は適切に下方に向けて反射されることとなる。本構造によれば、光L11の隣接画素213への漏れが更に適切に防止される。
‐変形例
第1実施形態の内容には、その趣旨を逸脱しない範囲で多様な変形ないし変更を加えることが可能である。例えば、画素アレイ2の配列態様は、図5(A)の例(いわゆるストライプ配列)に限られるものではなく、他の配列態様としてもよい。図6(A)は、一例として、画素アレイ2の配列態様をハニカム配列とした画素構造ST1’の平面レイアウトを示す。このような配列態様においても図1(A)同様の回路構成で画素アレイ2を駆動可能である。
図6(B)は、図6(A)における線d1−d1での断面模式図を示す。図6(B)から分かるように、画素領域の端部あるいは画素領域外の接続領域(画素アレイ2を、走査信号ドライバ3、情報信号ドライバ4または電圧供給部5に電気接続するための領域)には、プラグ291及び電極部292が配されてもよい。画素間電極243は、複数の画素211等を区画するように(画素境界に沿って)画素領域の全域に亘って延設される。そのため、これらプラグ291及び電極部292は、画素領域の全域において、画素間電極243に所定電圧を印加可能に電気接続された接続部として機能する。
本例においては、プラグ291及び電極部292は基板220内に設けられ、電極部292は、接続領域における外部電極が設けられた位置まで延設され、この外部電極に電気接続されうる。この外部電極は、本例においては基板220の下面側に設けられるが、他の例として基板220の上面側に設けられてもよい。
プラグ291及び電極部292は、画素領域内の略中央部に設けられてもよく、例えば、図7に画素構造ST1”として示されるように、画素211と画素213との間の位置に(画素212の位置に画素212に代替して)設けられてもよい。即ち、この画素は、ダミー画素214として画素212に代替して設けられ、プラグ291及び電極部292は、平面視においてダミー画素214と重なる位置に設けられることとなる。前述のとおり、画素間電極243は、画素領域の全域に亘って延設される。そのため、図7の例によれば、画素領域内の略中央部において画素間電極243に所望の電圧を供給することも可能となる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係る画素構造ST2を示す断面模式図である。図中に示された個々の要素について、前述の第1実施形態同様の機能を実現するものには同一の参照番号を付し、第1実施形態の内容を踏襲するものとする(重複する説明を省略する。)。
画素構造ST2は、下部電極231として、上下方向に互いに離間した位置に設けられた電極部2311及び2312、並びに、それらを電気接続するプラグ2313を含む。第1電極部2311は、基板220上に配置され、また、第2電極部2312は、電極部2311上方にプラグ2313を介して配置される。
画素構造ST2は、画素211における電極部2311‐2312の間に光学調整層(以下、単に「調整層」という。)281を更に備え、また、画素212における電極部2311‐2312の間に光学調整層(以下、単に「調整層」という。)282を更に備える。調整層281及び282は、互いに異なる厚さで設けられる絶縁層であり、光透過性の絶縁部材(例えば絶縁層241及び242同様の材料)が好適に用いられうる。
このような構造により、電極部2312は、画素211〜213間で互いに異なる高さに位置し、即ち、電極部2311及び2312は、それらの上下方向の距離が画素毎に異なるように設けられることとなる。このような構造によれば、対応の発光光を干渉により強め合う構造を実現することが可能となる。即ち、調整層281及び282は、電極部2312の高さを調整するのに用いられ、この観点で例えば介在層等と表現されてもよい。
本実施形態においては、画素213には調整層は設けられないものとするが、他の実施形態として、画素213における電極部2311‐2312の間には、調整層281及び282とは厚さの異なる他の調整層が更に設けられてもよい。
電極部2311は下部第1電極と表現され、電極部2312は下部第2電極と表現されてもよい。或いは、有機化合物232の観点では、直接的には電極部2312が下部電極として作用するため、電極部2311を基板側電極と表現し、電極部2312を下部電極と表現してもよい。
また、本実施形態においては、画素間電極243は、互いに隣り合う電極部2311の間に設けられるものとするが、付随的/代替的に、互いに隣り合う電極部2312の間に設けられてもよい。即ち、画素間電極243は、互いに隣り合う電極部2311間及び/又は互いに隣り合う電極部2312間に設けられればよい。
以上の各実施形態では理解の容易化のため、以上の説明において、各要素をその機能面に関連する名称で示したが、各要素は、以上で説明された内容を主機能として備えるものに限られるものではなく、それを補助的に備えるものであってもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、即ち、本発明は、用語の厳密な意味に限定されるものでない。例えば、装置という文言に替わってユニット/アセンブリ/デバイス/モジュール等と表現されてもよいし、逆も同様である。
尚、実施形態においては有機化合物層232により有機発光素子E1を実現する構成を例示したが、実施形態の内容は、他の発光素子、例えば無機発光素子、を備える構成にも適用可能である。この場合、発光層を構成する1以上の無機材料層が有機化合物層232に代替して設けられればよい。
(実験結果)
第1実施形態に係る表示装置1は試作され、その効果は本発明者らの鋭意検討により以下のとおり評価された。
‐第1実験例
前述の第1実施形態に基づく第1実験例として表示装置1(区別のため以下「表示装置1」とする。)を試作した。第1実験例では、画素アレイ2の配列態様をストライプ配列とした(図5(A)参照)。下部電極231および画素間電極243のそれぞれには、窒化チタンの層の上にタングステンの層を積層したものを用いた。下部電極231は、2.4[μm]×2.4[μm]の略正方形の形状とした。互いに隣り合う下部電極231間の距離W12は、最小加工寸法に従う0.2[μm]とした。絶縁部材OX11を形成する絶縁層241及び242にはシリコン酸化物を用い、それらの膜厚を何れも30[nm]程度とした。また、下部電極231の絶縁部材OX11で覆わる幅W13は、最小加工寸法に従う0.2[μm]とした。このような設計態様においては、1[mm]×1[mm]の単位領域における画素数は384となり、また、開口率は59[%]となった。
また、有機化合物層232は、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、第1の発光層、第2の発光層、電子輸送層および電子注入層を、この順に積層したものを用いた。正孔注入層には、下記化合物A1を用いた(厚さ7[nm]程度)。正孔輸送層には、下記化合物A2を用いた(厚さ5[nm]程度)。電子ブロック層には、下記化合物A3を用いた(厚さ10[nm]程度)。第1の発光層には、下記化合物A4を母材とし且つ下記化合物A5を重量比3[%]で含有するものを用いた(厚さ10[nm]程度)。第2の発光層には、下記化合物A4を母材とし且つ下記化合物A6を重量比1[%]で含有するものを用いた(厚さ10[nm]程度)。電子輸送層には、下記化合物A7を用いた(厚さ34[nm]程度)。電子注入層には、フッ化リチウム(LiF)を用いた(厚さ0.5[nm]程度)。
Figure 2020194673
また、上部電極233には、マグネシウム(Mg)と銀(Ag)との合金(合成比1:1)を用いた(厚さ10[nm]程度)。封止層251には、窒化シリコンを用いた(厚さ1.5[μm]程度)。封止層251上には、平坦化層252を介してカラーフィルタ層253を形成した。
駆動対象となる画素211等には輝度5[cd/m]となる駆動電流がそれぞれ供給され且つ非駆動対象の画素211等の電流密度は1×10−3[mA/cm]或いはそれ以下となるように、下部電極231に電圧を印加した。画素211等を駆動するための駆動電圧は2[V]以上であった。また、画素間電極243および上部電極233は、何れも接地電圧(0[V])とした。
このような表示装置1の画素アレイ2の色域(色再現範囲(Gamut))は65[%]程度であった。有機発光素子E1が発光するのに必要な最小の電圧(閾値電圧)は2[V]程度であるため、下部電極231と上部電極233との間に1.5[V]を印加しても、それらの間には電流は実質的に発生しない。例として、画素211における下部電極231と上部電極233との間に1.5[V]を印加した場合のリーク電流は測定限界(10−6[nA/単位画素]未満)であり、画素間の電気干渉は実質的に観測されなかった。また、画素212に電流密度100[mA/cm]の電流を供給して駆動した際、画素212の輝度は250[cd/m]となった。
‐第2実験例
次に、第2実験例としての表示装置1(区別のため以下「表示装置1」とする。)は、画素間電極243に印加する電圧を5[V]としたことを除いて、上記第1実験例の表示装置1同様である。このような表示装置1の画素アレイ2の色域は70[%]程度であった。即ち、画素間電極243に所定電圧を印加することにより、有機化合物層232の画素境界部を通過するキャリアCR1が適切に再結合され(図2参照)、それにより画素間のリーク電流が低減されることが分かる。
‐第1比較例
上記第1〜第2実験例との比較のため、前述の参考例に基づく第1比較例として、画素構造ST(図4及び図5(B)参照)を備える表示装置1(区別のため以下「表示装置11R」とする。)を同様に試作した。ここで、幅W22、W23及びW24は、何れも最小加工寸法に従う0.2[μm]とし、即ち上記第1実験例同様とした。また、開口率を上記第1実験例同様に59[%]とするため、下部電極231を3.69[μm]×3.69[μm]の略正方形の形状とした。このような設計態様においては、1[mm]×1[mm]の単位領域における画素数は233となるため、画素の高密度化が難しいと云える。また、画素211における下部電極231と上部電極233との間に1.5[V]を印加した場合のリーク電流は2×10−3[nA/単位画素]程度となり、即ち、第1実験例に比べて上部電極と下部電極との間でのリーク電流が大きくなった。
‐第2比較例
また、第2比較例としての表示装置1(区別のため以下「表示装置12R」とする。)は、1[mm]×1[mm]の単位領域における画素数は384とした結果、開口率が38[%]となったことを除いて、上記第1比較例の表示装置11R同様である。このような表示装置12Rにおいては、画素212に電流密度100[mA/cm]の電流を供給して駆動した際、画素212の輝度は250[cd/m]となり、即ち、第1実験例よりも低輝度となった。
以上のことから、実施形態に基づく第1および第2実験例の表示装置1及び1は、第1および第2比較例の表示装置11R及び12Rとの比較によれば、画素の高密度化および画像の高品質化の双方に有利と云える。
(適用例)
実施形態の表示装置1は、カメラの電子ビューファインダ、テレビのディスプレイ、携帯機器の表示パネル等、多様な電気装置に適用可能である。
図9(A)は、撮像装置91の模式図である。撮像装置91は、筐体910にそれぞれ取り付けられた操作部911、背面ディスプレイ912および電子ビューファインダ913を備える。ユーザは、操作部911を用いて、所望の被写体の撮像を行い、また、該撮像により得られる画像を背面ディスプレイ912により確認することが可能である。表示装置1は、電子ビューファインダ913に適用可能であり、撮像を行う際にはユーザは電子ビューファインダ913を用いて被写体およびその周辺環境を確認することができる。尚、撮像装置91の概念には、撮像機能を主機能として備えるカメラの他、撮像機能を補助的に備えるものも含まれる。
図9(B)は、携帯機器92の模式図である。携帯機器92は、筐体920にそれぞれ取り付けられた表示部921および操作部922を備える。表示装置1は、この表示部921に適用可能であり、ユーザは、操作部922を用いて、表示部921に所望の画像を表示させることが可能である。また、表示部921は、他の操作部としての機能を兼ね、即ちタッチパネルとしても機能しうる。尚、携帯機器92の例としては、ポータブルタイプの電子機器ないしモバイル機器が挙げられ、例えば、スマートフォン等の携帯電話の他、ゲーム機器等が挙げられる。
図9(C)は、モニタ装置93の模式図である。モニタ装置93は、フレーム930、フレーム930を支持する支持台931、及び、フレーム930に縁取りされた表示部932を備える。表示装置1は、この表示部932に適用可能であり、ユーザは、不図示のリモートコントローラを用いて、又は、フレーム930若しくは支持台931に設けられた不図示の操作部を用いて、表示部932に所望の画像を表示させることが可能である。尚、モニタ装置93は、所望の映像を表示可能な装置であればよく、モニタ装置93の概念には、テレビモニタ(放送受信機)、パーソナルコンピュータ用モニタ等が含まれる。
図9(D)は、フォルダブルタイプの(折り畳み可能な)デバイス94の模式図である。デバイス94は、筐体940と、筐体940を折り畳み可能にする折曲部(屈曲部)941と、第1表示部942と、第2表示部943とを備える。第1〜第2表示部942及び943は、それぞれ折曲部941の両側において筐体940に取り付けられる。例えば、第1〜第2表示部942及び943は、筐体940が折り畳まれて閉じられた状態においては休止状態となり、筐体940が開いた状態においては駆動状態となる。表示装置1は、これら第1〜第2表示部942及び943のそれぞれに適用可能であり、第1〜第2表示部942及び943は、互いに異なる画像を表示することも可能であるし、それらで1つの画像を表示することも可能である。第1〜第2表示部942及び943の一方または双方は、操作部としての機能を兼ね、即ちタッチパネルとしても機能しうる。尚、このようなデバイス94の概念には、例えば、ディスプレイ(いわゆるフォルダブルディスプレイ)の他、スマートフォン(いわゆるフォルダブルフォン)等のタブレット端末が含まれる。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
1:表示装置、231:下部電極、232:有機化合物層、233:上部電極、243:画素間電極。

Claims (19)

  1. 其々が有機発光素子を含む複数の画素が画素領域に配列された表示装置であって、
    前記複数の画素に対応するように基板上に配列された複数の下部電極と、
    前記基板の上面と前記複数の下部電極の少なくとも側面とを被覆して前記複数の下部電極を互いに電気分離する第1絶縁層と、
    前記複数の下部電極と前記第1絶縁層とを覆うように前記画素領域に亘って設けられた有機化合物層と、
    前記有機化合物層を覆うように前記画素領域に亘って設けられた上部電極と、
    前記有機化合物層の下方かつ前記第1絶縁膜の上方において前記複数の画素の境界に沿うように前記複数の下部電極の間に設けられた画素間電極と、を備える
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記画素間電極は前記複数の下部電極から電気的に独立している
    ことを特徴とする請求項1記載の表示装置。
  3. 前記画素間電極の上面を覆うように前記第1絶縁層の上に設けられ、前記有機化合物層から前記画素間電極を電気的に絶縁する第2絶縁層を更に備える
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の表示装置。
  4. 前記第1絶縁層の上面と前記画素間電極の上面とは連続面を形成しており、前記第2絶縁層は該連続面を覆う
    ことを特徴とする請求項3記載の表示装置。
  5. 前記有機発光素子の発光光についての前記第1絶縁層の屈折率をεとし、該発光光についての前記第2絶縁層の屈折率をεとしたとき、ε<εが成立する
    ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の表示装置。
  6. 前記第1絶縁層は、前記複数の下部電極の其々の上面における中央部を露出させつつ周縁部を覆うように設けられている
    ことを特徴とする請求項3から請求項5の何れか1項記載の表示装置。
  7. 前記画素間電極の上面は前記複数の下部電極の其々の上面より上方に位置している
    ことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項記載の表示装置。
  8. 前記画素間電極の下面は前記複数の下部電極の其々の下面より上方に位置している
    ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項記載の表示装置。
  9. 前記画素間電極の側面は、前記画素間電極の上面が底面よりも幅広になるように傾斜している
    ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項記載の表示装置。
  10. 前記画素間電極に所定電圧を印加可能に電気接続された接続部を更に備える
    ことを特徴とする請求項1から請求項9の何れか1項記載の表示装置。
  11. 前記接続部は、平面視において、前記画素領域外に設けられている
    ことを特徴とする請求項10記載の表示装置。
  12. 前記複数の画素のうちの1つはダミー画素であり、
    前記接続部は、平面視において、前記画素領域内における前記ダミー画素と重なる位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項10記載の表示装置。
  13. 前記複数の下部電極のそれぞれは、第1電極部と、該第1電極部の上方にプラグを介して配された第2電極部とを含み、
    前記画素間電極は、互いに隣り合う前記第1電極部間及び/又は互いに隣り合う前記第2電極部間に設けられている
    ことを特徴とする請求項1から請求項12の何れか1項記載の表示装置。
  14. 前記第1電極部および前記第2電極部は、それらの上下方向の距離が画素毎に異なるように設けられている
    ことを特徴とする請求項13記載の表示装置。
  15. 前記上部電極、前記複数の下部電極および前記画素間電極に電圧を供給して前記複数の画素を駆動する駆動部を更に備え、
    前記駆動部は、
    前記上部電極に基準電圧を供給し、
    前記複数の下部電極のうち駆動対象の画素に対応する少なくとも1つに、前記基準電圧とは異なる駆動電圧を供給し、
    前記画素間電極には、前記基準電圧に対して前記駆動電圧と同極性の所定電圧を供給する
    ことを特徴とする請求項1から請求項14の何れか1項記載の表示装置。
  16. 前記駆動部は、前記有機化合物層のうち前記画素間電極と前記上部電極との間の部分に、該部分が発光するのに必要な最小の電圧が加わるように、前記画素間電極に前記所定電圧を供給する
    ことを特徴とする請求項15記載の表示装置。
  17. 前記複数の画素に対応するように前記上部電極の上方に設けられたカラーフィルタ層を更に備える
    ことを特徴とする請求項1から請求項16の何れか1項記載の表示装置。
  18. 請求項1から請求項17の何れか1項記載の表示装置を備える
    ことを特徴とする電気装置。
  19. 其々が有機発光素子を含む複数の画素が画素領域に配列された表示装置の製造方法であって、
    前記複数の画素に対応するように基板上に複数の下部電極を形成する第1工程と、
    前記基板の上面と前記複数の下部電極の少なくとも側面とを被覆して前記複数の下部電極を互いに電気分離する第1絶縁層を形成する第2工程と、
    前記複数の下部電極と前記第1絶縁層とを覆うように前記画素領域に亘って有機化合物層を形成する第3工程と、
    前記有機化合物層を覆うように前記画素領域に亘って上部電極を形成する第4工程と、
    前記第2工程後かつ前記第3工程前、前記第1絶縁膜の上方において前記複数の画素の境界に沿うように前記複数の下部電極の間に画素間電極を形成する第5工程と、を含む
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
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