JP3955982B2

JP3955982B2 - 発光素子及び多色表示装置

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Publication number: JP3955982B2
Application number: JP2004283349A
Authority: JP
Inventors: 英和小林; 浩史木口; 達也下田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JP2005005278A

Description

本発明は、例えばラップトップコンピュータ、テレビジョン、移動通信用のディスプレイ等に利用できる発光素子の構造および構成に関する。

有機化合物の電界発光を利用した発光素子は、自己発光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため耐衝撃性に優れる、また低駆動電圧などの特徴を有することから、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。

ディスプレイ素子として、上記有機ＥＬ素子の用途を広げるためには、ブラウン管（ＣＲＴ）や液晶表示装置（ＬＣＤ）の例でみられるように、多色化が必要なことは明白である。

従来、ＥＬ素子を用いて多色表示装置を作製する方法としては、例えば（１）赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色で発光するＥＬ材料をマトリックス状に配置する方法（特開昭５７−１５７４８７号公報，特開昭５８−１４７９８９号公報，特開平３−２１４５９３号公報など）、（２）白色で発光するＥＬ素子とカラーフィルターを組み合わせＲＧＢの三原色を取り出す方法（特開平１−３１５９８８号公報，特開平２−２７３４９６号公報，特開平３−１９４８９５号公報など）、（３）青色で発光するＥＬ素子と蛍光変換膜とを組み合わせＲＧＢの三原色に変換する方法（特開平３−１５２８９７号公報）などが知られている。

しかしながら、上記（２）、および（３）の方法は、いずれもカラー液晶表示装置に用いるカラーフィルターと同様の構造であるために同程度のコストが必要となる。また、（１）の方法では、三種類の発光材料を高精細にマトリックス状に配置しなければならない。

このため（１）の方法においては特開平８−２２７２７６公報に開示されているように、各色の発光層を形成するためにそれぞれの色の発光層をフィジカルマスク越しに形成することが開示されている。またアメリカ特許５２９４８６９公報では、画素間に背の高い障壁と背の低い障壁を設けて、障壁の高さと発光物質の蒸着角度により各色の発光層を分けて形成して、かつ陰極をこれらの障壁を用いてパターニングしつつ形成している。

特開昭５７−１５７４８７号公報特開昭５８−１４７９８９号公報特開平３−２１４５９３号公報特開平１−３１５９８８号公報特開平２−２７３４９６号公報特開平３−１９４８９５号公報特開平３−１５２８９７号公報特開平８−２２７２７６公報アメリカ特許５２９４８６９公報

しかしフィジカルマスクを用いる方法では、フィジカルマスクの位置合わせが大変であるばかりでなく、高精細のパネルを製造する場合にはフィジカルマスクを作成することが技術的に困難で、また、例え製造できたとしても発光層のパターニングを正確に行うことは難しい。そのためフィジカルマスクで高精細なカラーパネルを作製することは現実的ではない。

また画素間に障壁を作成する方法では、背の高い障壁と背の低い障壁を作り込まなければならず、また、真空系で蒸着角度を変えて複数の発光層を複数回蒸着しなければならない。そのため安価に製造することが困難であった。本発明は、このような従来技術がもつ欠点を克服するものであり、その目的は、安価な、カラー表示が可能な新たな構成の電界発光素子を提供するところにある。

本発明に係る発光素子は、基板と、前記基板上に、短冊状に形成された第１の陽極と、短冊状に形成され、前記第１の陽極と交差する第１の陰極と、前記第１の陽極と前記第１の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の正孔注入輸送層と、前記第１の陰極と前記第１の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の発光層と、前記基板上に、短冊状に形成された第２の陽極と、短冊状に形成され、前記第２の陽極と交差する第２の陰極と、前記第２の陽極と前記第２の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の正孔注入輸送層と、前記第２の陰極と前記第２の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなるる第２の発光層と、前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に位置するバンクと、を含み、前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層とが同一のポリマーから構成され、前記第１の発光層と前記第２の発光層とが異なるポリマーを含んで構成される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る発光素子は、基板と、前記基板上に、短冊状に形成された第１の陽極と、短冊状に形成され、前記第１の陽極と交差する第１の陰極と、前記第１の陽極と前記第１の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の正孔注入輸送層と、前記第１の陰極と前記第１の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の発光層と、前記基板上に、短冊状に形成された第２の陽極と、短冊状に形成され、前記第２の陽極と交差する第２の陰極と、前記第２の陽極と前記第２の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の正孔注入輸送層と、前記第２の陰極と前記第２の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の発光層と、前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に位置するバンクと、を含み、前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層とが同一の物質から構成され、かつ、前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層の膜厚が等しく、前記第１の発光層と前記第２の発光層とが異なる物質を含んで構成される、ことを特徴とする。

上記発光素子において、前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層の膜厚が等しいことが好ましい。また、前記第１及び第２の正孔注入輸送層がそれぞれポリマーを含むものであることが好ましい。また、前記第１及び第２の発光層がそれぞれポリマーを含むものである、ことが好ましい。また、前記第１及び第２の発光層がそれぞれ異なる錯体を含むものである、ことが好ましい。また、前記第１の正孔注入輸送層の膜厚より前記第１の発光層の膜厚が大きい、ことが好ましい。また、前記第１の発光層と前記第２の発光層との膜厚が等しい、ことが好ましい。また、前記第１の正孔注入輸送層が銅フタロシアニンを含む、ことが好ましい。また、前記第１の正孔注入輸送層がポリビニルカルバゾールを含む、ことが好ましい。また、前記第１の発光層及び前記第２の発光層が、いずれもＰＰＶを含む、ことが好ましい。

上記発光素子において、前記バンクの側面と前記基板表面とのなす角が鈍角であってもよい。これによれば、インクジェットヘッドで膜材料を吐出した場合に狙った画素に命中しやすくなる。反対に、前記バンクの側面と前記基板表面とのなす角が鋭角であってもよい。これにより陰極のパターニングの確実性を増すことができる。

［実施例］

（実施例１）本実施例では、透明基板上に形成された陽極をパターニングして陽極群とした後に、前記陽極群間にバンクを形成して、前記バンク間に電荷注入輸送層または発光層を液相にて形成して、その上に陰極群を形成した構造の電界発光素子において、前記バンクの高さは陽極上に形成する電荷注入輸送層または発光層の厚みよりも高く、かつ前記バンクの長手方向が、前記陽極の長手方向に直交する構造として、かつ前記バンク内に前記電荷注入輸送物質または発光物質をインクジェットヘッドにて吐出して前記電荷注入輸送層または発光層を形成し、かつ映像を形成する画素群が、異なる色に発光する発光材料を少なくとも２種類以上発光層としてマトリックス状に配置してなり、さらに前記陰極群形成時において、バンク断面形状を長方形として、パネル法線方向から、または陽極の長手方向から蒸着により陰極材料を形成した例を示す。図１に本実施例の電界発光素子の簡単な断面図を示した。

まず清浄なガラス基板に透明電極としてＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をＥＢ蒸着し、次にこの電極を短冊状にパターニングし、さらに図１に示すように感光性レジストおよびコントラスト増強層を塗布してパターン露光して長方形バンクを形成した。この時、バンクの高さは図１にしたように後で形成する層の全体の厚みより高く形成した。ここでは２μｍとした。またバンク形成の向きは図２に示した通り、バンクの長手方向が、前記陽極の長手方向に直交する向きとした。

次にインクジェットヘッドを用いてバンク間に正孔注入物質として銅フタロシアニンおよびエポキシプロピルトリエトキシシランの１：１混合エトキシエタノール分散溶液を吐出して、２００℃で５分間焼成して膜厚１０ｎｍとした。

この上に、緑の画素群にはＰＰＶ−Ｇの水溶性前駆体の水溶液をインクジェットヘッドにて吐出し、１５０℃４時間焼成し膜厚１００ｎｍとした。

青色の画素群にはＰＰＶ−Ｂの水溶性前駆体の水溶液をインクジェットヘッドにて吐出し、１５０℃４時間焼成し膜厚１００ｎｍとした。

赤色の画素群にはＰＰＶ−Ｒの溶液をインクジェットヘッドにて吐出し、１５０℃４時間焼成し膜厚１００ｎｍとした。

次に図２に示したように、陰極としてＭｇ：Ａｇ（１０：１）合金を、パネル法線に対して４５度傾いた方向からＥＢ蒸着し、さらにエポキシ樹脂でモールドした。この他の熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂、ポリシラザンを含むシリコン樹脂など、空気や湿気を遮断でき、かつ有機膜を侵さない樹脂であれば同様に用いることができる。

パネル法線方向蒸着しても陰極パターニングは可能である。

正孔注入物質としては銅フタロシアニンを用いたが、ポルフィン化合物、ＴＰＤ

、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ

、ＮＰＤ

、ポリビニルカルバゾール、ＴＡＤ

、ポリアニリン、カーボンなど、正孔注入能を有するものであれば同様に用いることができる。これらの化合物の混合または積層構造としてもよい。

発光層としてはこの他、ＰＰＶおよびその誘導体、金属のキノリノール誘導体またはアゾメチン誘導体による錯体、ＤＰＶＢｉ

、テトラフェニルブタジエン、オキサジアゾール誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体等を用いることができるし、これらの化合物に、ペリレン、クマリン誘導体、ＤＣＭ１

、キナクリドン、ルブレン、ＤＣＪＴ

、ナイルレッドなどを添加してもよい。また蛍光変換物質を混合または積層してもよい。

（実施例２）本実施例では、前記バンクの断面形状を平行四辺形として、前記陰極群形成時においてパネル正面方向に対して垂直方向、または前記バンクの２つの側面のうち基板表面との成す角度が鈍角である面側から前記陰極材料を蒸着した例を示す。図３に本実施例の電界発光素子の簡単な断面図を示す。
バンク形成前の工程は実施例１に同じである。バンク形成時において、まずバンク材料から成るレジスト層を２μｍの厚さに形成して、フォトマスク越しにパネル法線に対して４５度方向から露光した。次にエッチングして平行四辺形断面のバンクを形成した。次のインクジェトプロセスは実施例１に同じである。発光層まで形成した後、図４に示したように、陰極としてＭｇ：Ａｇ（１０：１）合金を、パネル法線方向からＥＢ蒸着した。これ以降のプロセスは実施例１と同じである。

（実施例３）本実施例では、前記バンクの断面形状が逆台形型であり、パネル正面方向に対して垂直方向から前記陰極材料を蒸着した例を示す。図５に本実施例の電界発光素子の簡単な断面図を示す。

バンク形成前の工程は実施例１に同じである。バンク形成時において、まずバンク材料から成るレジスト層を２μｍの厚さに形成しさらにコントラスト増強層を形成した。フォトマスク越しにパネル法線方向から露光した。次にオーバーエッチングして逆台形断面のバンクを形成した。次のインクジェトプロセスは実施例１に同じである。発光層まで形成した後、図６に示したように、陰極としてＭｇ：Ａｇ（１０：１）合金を、パネル法線方向からＥＢ蒸着した。これ以降のプロセスは実施例１と同じである。

（実施例４）本実施例では実施例１から３までの電界発光素子の表面において、ノングレア処理そして／または減反射処理を施した例を示す。ノングレアフィルムとして日東電工社製のＡＧ−２０をパネル表面に張り付けたところ、周囲からの映り込みが減少してコントラストが向上した。またＡＧ−２０の表面に減反射処理を施したところ、ほとんど周囲の映り込みがなくなり、きわめてコントラストが向上した。

ノングレアフィルムとしてはここに示したものに限らず、同様の効果を有するものであれば同様に用いることができる。また減反射処理としては、ここでは旭ガラス社製サイトップを用いたが、このほか多層コーティングや低屈折率材料のコーティング等を用いることができる。

（実施例５）本実施例では前記電界発光素子に単純マトリックス駆動用手段を接続して、大容量表示を行った例を示す。電界発光素子を製造する際に、陽極及び陰極を短冊状の陽極群（１００本）および陰極群（３２０本）とし、図７に示したように接続した。陽極及び陰極に印加する駆動波形は図８に示した。この駆動波形において、選択した画素には発光するに十分な電圧Ｖｓで、かつ表示する階調に合わせたパルス幅の波形を印加している。選択しない画素には発光しきい電圧以下の電圧Ｖｎが印加される。図８においてＴｆは１走査時間を示す。ここでは１／１００デューティで駆動した。

実施例１から実施例４で作成した電界発光素子を用いて画像表示を行ったところ、鮮やかなカラー表示を行うことができた。

（発明の効果）以上本発明によれば、電界発光素子において、簡単なプロセスにより安価に単純マトリックス駆動できるフルカラー電界発光素子を提供できるようになった。
このため低価格の携帯型端末、車載用等のカラーディスプレイに応用できる。

本発明の実施例１における電界発光素子の簡単な断面図。本発明の実施例１における電界発光素子の製造プロセスを示す簡単な断面図。本発明の実施例２における電界発光素子の簡単な断面図。本発明の実施例２における電界発光素子の製造プロセスを示す簡単な断面図。本発明の実施例３における電界発光素子の簡単な断面図。本発明の実施例３における電界発光素子の製造プロセスを示す簡単な断面図。本発明の実施例５における電界発光素子と駆動手段の簡単な接続図。本発明の実施例５における電界発光素子の簡単な駆動波形図。

符号の説明

１…陰極
２…発光層
３…保護層
４…バンク
５…正孔注入輸送層
６…陽極
７…透明基板
１２…電界発光素子
１３…走査電極ドライバー
１４…信号電極ドライバー
１５…コントローラ

Claims

基板と、
前記基板上に、短冊状に形成された第１の陽極と、
短冊状に形成され、前記第１の陽極と交差する第１の陰極と、
前記第１の陽極と前記第１の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の正孔注入輸送層と、
前記第１の陰極と前記第１の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の発光層と、
前記基板上に、短冊状に形成された第２の陽極と、
短冊状に形成され、前記第２の陽極と交差する第２の陰極と、
前記第２の陽極と前記第２の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の正孔注入輸送層と、
前記第２の陰極と前記第２の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の発光層と、
前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に位置するバンクと、を含み、
前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層とが同一のポリマーから構成され、前記第１の発光層と前記第２の発光層とが異なるポリマーを含んで構成される、ことを特徴とする発光素子。
請求項１に記載の発光素子において、
前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層の膜厚が等しい、ことを特徴とする発光素子。
基板と、
前記基板上に、短冊状に形成された第１の陽極と、
短冊状に形成され、前記第１の陽極と交差する第１の陰極と、
前記第１の陽極と前記第１の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の正孔注入輸送層と、
前記第１の陰極と前記第１の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第１の発光層と、
前記基板上に、短冊状に形成された第２の陽極と、
短冊状に形成され、前記第２の陽極と交差する第２の陰極と、
前記第２の陽極と前記第２の陰極との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の正孔注入輸送層と、
前記第２の陰極と前記第２の正孔注入輸送層との間に位置し、インクジェット法で塗布された膜を焼成してなる第２の発光層と、
前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に位置するバンクと、を含み、
前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層とが同一の物質から構成され、かつ、前記第１の正孔注入輸送層と前記第２の正孔注入輸送層の膜厚が等しく、前記第１の発光層と前記第２の発光層とが異なる物質を含んで構成される、ことを特徴とする発光素子。
請求項３に記載の発光素子において、
前記第１及び第２の正孔注入輸送層がそれぞれポリマーを含むものである、ことを特徴とする発光素子。
請求項３または４に記載の発光素子において、
前記第１及び第２の発光層がそれぞれポリマーを含むものである、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１及び第２の発光層がそれぞれ異なる錯体を含むものである、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１の正孔注入輸送層の膜厚より前記第１の発光層の膜厚が大きい、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至７のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１の発光層と前記第２の発光層との膜厚が等しい、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１の正孔注入輸送層が銅フタロシアニンを含む、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１の正孔注入輸送層がポリビニルカルバゾールを含む、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の発光素子において、
前記第１の発光層及び前記第２の発光層が、いずれもＰＰＶを含む、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光素子であって、
前記バンクの側面と前記基板表面とのなす角が鈍角である、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光素子であって、
前記バンクの側面と前記基板表面とのなす角が鋭角である、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至１３のいずれかに記載の発光素子であって、
前記第１及び第２の陰極上に、樹脂が形成されている、ことを特徴とする発光素子。
請求項１乃至１４のいずれかに記載の発光素子を用いることを特徴とする多色表示装置。