JP4185002B2 - Ｅｌ表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）表示素子に関し、より詳細には有効画面が大型化されるにつれて電極層での電圧降下が減少したＥＬ表示素子に関する。
ＥＬ表示素子は能動発光型表示素子であって、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に比べて視野角、コントラスト、応答速度、重量、大きさ、厚さ、消費電力面で優れていることから次世代表示素子として注目されている。このようなＥＬ表示素子は、発光層を形成する物質が無機物か有機物かによって、無機ＥＬ表示素子と有機ＥＬ表示素子とに区分できる。
また、前記ＥＬ表示素子のカラー化方式としては、各色の発光素子を基板上に並列に配置した方式（三色独立発光方式）、青色光を発光源として利用して前面基板または背面基板に設置された色変換層を利用する方式、白色光を発光源として利用してカラーフィルタを使用する方式などがある。
特許文献１には、カソードがアルカリ金属と多種メタルとよりなるＥＬ表示素子が開示されている。
そして特許文献２には、カソードがアルカリ金属以外の仕事関数の低い金属を少なくとも一つ以上含む多種の金属で構成されたＥＬ表示素子が開示されている。ここで、前記金属はアルミニウム、バナジウム、カーバイト（ｃａｂａｉｔ）などを含む。
特許文献３ないし６にはアノード、発光層の積層構造、カソード及びカソード保護のために封止層及び密封層の構造が開示されている。
一方、前述したように構成された従来のＥＬ表示素子は、カソードの電源が入力される部位から遠ざかるほど電流及び電圧の降下現象が発生し、均一な輝度及び解像度を得られない問題点がある。特に、カソードを全面蒸着させる場合には、その抵抗の増加による電圧降下によって、電源が入力される部位から近い領域と遠い領域との電圧差が発生する。
このような電圧降下の問題はまた、開口率をさらに高めうる前面発光型ＥＬ表示素子でさらに激しく現れる。
すなわち、ＥＬ表示素子を前面発光型とする場合、密封用ガラス基板側に発光させるためにはカソードを透明な材料で形成する必要がある。したがって、カソードとしてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明伝導性物質を使用できるが、これがカソードとしての機能を担うためには発光層と接する側の仕事関数が低くなければならないことから、まず仕事関数の低い金属層を薄く蒸着して半透過金属膜を形成し、その上にＩＴＯやＩＺＯなどを形成する。このような前面発光型ＥＬ表示素子は特許文献７に開示されている。
また、特許文献８にはカラーフィルタを利用したＥＬ表示素子が開示されている。
前記のように構成されたＥＬ表示素子が前面発光型である場合には、前面基板に隣接した電極が透明かつ導電性の材料、例えばＩＴＯよりなる必要がある。ところで、このように形成されるＩＴＯやＩＺＯなどは発光層が形成された後に蒸着されるものであるため、熱やプラズマによる発光層の変質を最小化するために低温蒸着を行う。このような低温蒸着法により形成されたＩＴＯやＩＺＯ層は膜質及び比抵抗が不良であって電圧降下現象がひどく現れ、これは結局ＥＬ表示素子によって具現される画像の輝度が不均一になるという問題点をもたらす。
また、所定のパターンに形成された発光層が発光して形成される画素は、相互間の色干渉が発生して解像度の高い画像を具現しがたい。
米国特許第５，０５９，８６１号明細書 米国特許第５，０４７，６８７号明細書 米国特許第５，０７３，４４６号明細書 特開平５−３６４７５号公報 特開平８−２２２３６８号公報 特開平７−１６１４７４号公報 米国特許第５，９８１，３０６号明細書 米国特許第５，８５１，７０９号明細書
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、電極の電圧降下が減少することによって画像の輝度が均一になるＥＬ表示素子を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、画素間の色滲み現象を防止でき、画像の解像度を高められるとともに開口率の高いＥＬ表示素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、カソード電極の電圧現象を減らすとともに外光反射を防止できる前面発光型ＥＬ表示素子を提供することにある。
前記目的を達成するために本発明は、背面基板の一面に、第１電極層、発光層、及び第２電極層が順次形成された前記背面基板と、前記背面基板と結合し、前記第２電極層と対面する面に導電性ブラックマトリックス層が所定パターンに形成された前面基板と、前記第２電極層とブラックマトリックス層とを電気的に連結する導電性連結手段と、を具備することを特徴とするＥＬ表示素子を提供する。
前記連結手段は、第２電極層とブラックマトリックス層間に介在する導電性スペーサよりなることが望ましく、この導電性スペーサは、外周面にメタルまたはメタル粒子がコーティングされたポリマー粒子よりなる。
前記連結手段は、前記第２電極層に対面する、導電性ペーストによりブラックマトリックス層に固定された導電性粒子であることが望ましい。
前記連結手段は、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕまたはこれらの合金よりなることが望ましい。
前記第２電極層とブラックマトリックス層間には前記連結手段を固定する透明な内部充填材が介在することが望ましい。
前記連結手段の高さは２μｍないし３０μｍであることが望ましい。
前記前面基板の前記第２電極層と対面する面には前記ブラックマトリックス層により区切られるカラーフィルタ層により区切られるカラーフィルタ
層がさらに形成される。
前記目的を達成するために本発明は、背面基板と、前記背面基板の一面上に形成された第１電極層と、前記第１電極層の上部に第１電極層と対向して形成された第２電極層と、前記第１電極層と第２電極層間に介在されて発光するものであって、少なくとも有機発光層を含む発光層と、前記背面基板に対向し、前記第２電極層の一面に接合される前面基板と、前記前面基板の前記第２電極層と接する面に設置され、少なくとも前記第２電極層と接する部分に導電性材料が含まれた機能性薄膜とを備え、ここで、前記機能性薄膜は、前記前面基板から透明な材料である第１成分と、金属材料である第２成分とが順次備えられたものであって、前記第１成分は前記前面基板に近づくほどその含量が増加し、前記第２成分は前記前面基板から遠ざかるほどその含量が増加するように形成されることを特徴とするＥＬ表示素子を提供する。
このとき、前記第１成分は、シリコンオキシド、シリコンナイトライド、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの透明な絶縁材料よりなる群及び、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などの透明な導電材料よりなる群のうち少なくともいずれか一つの群から選択される少なくとも一つ以上の透明な材料よりなり、前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔよりなる群から選択された少なくとも一つの金属材料よりなる。
本発明のまた他の特徴によれば、前記機能性薄膜は、前記前面基板上にクロムオキシドよりなる第１薄膜と、前記第１薄膜の上部にＣｒよりなる第２薄膜とを備える。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記機能性薄膜と前記第２電極層間に導電性スペーサまたは導電性ペーストが介在する。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記機能性薄膜は、前記前面基板を通じて外部から流入する外光を吸収するものであって、前記発光層を通じて発光する領域が所定の画素パターンに開口されるように形成される。
このとき、前記機能性薄膜の開口部はドットまたはストライプ状に形成される。
前記目的を達成するために本発明はまた、背面基板と、前記背面基板の一面上に形成されたものであって、互いに対向した第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と第２電極層間に少なくとも有機発光層を含む発光層とを備えて発光する画素領域と、前記背面基板に対向して前記第２電極層の一面に接合される前面基板と、前記前面基板の前記第２電極層と接する面に設置されて前記画素領域をその発光部が開口されるように区切り、前記前面基板を通じて外側から流入する外光を吸収するものであって、少なくとも前記第２電極層と接する部分に導電性材料が含まれた機能性薄膜と、を備えることを特徴とするＥＬ表示素子を提供する。
本発明の他の特徴によれば、前記機能性薄膜は、前記前面基板から透明な材料である第１成分と、金属材料である第２成分とが順次備えられたものであって、前記第１成分は前記前面基板に近づくほどその含量が増加し、前記第２成分は前記前面基板から遠ざかるほどその含量が増加するように形成される。
このとき、前記第１成分は、シリコンオキシド、シリコンナイトライド、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの透明な絶縁材料よりなる群及び、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などの透明な導電材料よりなる群のうち少なくともいずれか一つの群から選択される少なくとも一つ以上の透明な材料よりなり、前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔよりなる群から選択された少なくとも一つの金属材料よりなる。
本発明のまた他の特徴によれば、前記機能性薄膜は、前記前面基板上にクロムオキシドよりなる第１薄膜と、前記第１薄膜の上部にＣｒよりなる第２薄膜とを備える。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記機能性薄膜と前記第２電極層間に導電性スペーサまたは導電性ペーストが介在する。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記機能性薄膜の開口部はドットまたはストライプ状に形成される。
本発明によって、電極の電圧降下が減少することによって画像の輝度が均一になるＥＬ表示素子が提供される。
また本発明によって、画素間の色滲み現象が防止され、画像の解像度が高くなると共に開口率の高いＥＬ表示素子が提供される。
さらに本発明によって、外光反射が低減されるＥＬ表示素子が提供される。
以下、図１を参照して本発明の第１実施例（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）によるＥＬ表示素子を詳細に説明する。
本実施例によるＥＬ表示素子は前面発光型であり、背面基板５０及び前記背面基板と結合される前面基板７０を具備する。前記背面基板５０の上面５１には第１電極層６１、発光層６２、第２電極層６３が順次形成され、前記第１電極層６１、発光層６２、第２電極層６３は発光部６０を形成する。前記前面基板の下面７１には導電性ブラックマトリックス層８０が前記第２電極層と対面して所定パターンに形成される。ここで所定パターンとは、前記発光層から発散される光の前面基板への進行をなるべく妨害せず、ＥＬ表示素子のコントラストを向上させるように決定されるパターンを意味する。
前記発光層６２は第１電極層６１と第２電極層６３間に介在し、この電極層の電気的駆動により発光する。前記ＥＬ表示素子は、前記発光層が有機物かまたは無機物かによって有機ＥＬ表示素子または無機ＥＬ表示素子に区分される。
有機ＥＬ表示素子の発光層は、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン（ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）等で形成され、無機ＥＬ表示素子の発光層はＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣｓＳなどの金属硫化物、またはＣａＣａ２Ｓ４、ＳｒＣａ２Ｓ４などのアルカリ土類カルシウム硫化物及び、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｂなどを含む遷移金属またはアルカリ希土類金属などの発光中心原子で形成される。図１は有機ＥＬ表示素子を示すものであるが、無機ＥＬ表示素子も本発明の範囲に属する。無機ＥＬ表示素子の場合には、前記第１電極層と第２電極層との相互対向する面にそれぞれ絶縁層が形成される。
前記第２電極層６３とブラックマトリックス層８０とは導電性連結手段９０によって電気的に連結される。本実施例においては前記導電性連結手段が、第２電極層６３とブラックマトリックス層８０間に介在した導電性スペーサ９１であるが、これに限定されることではない。前記導電性連結手段は電気伝導度の良い金属で形成されることが望ましいが、例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕまたはこれらの合金よりなることが望ましい。前記連結手段は多様な形態、例えば四角形、三角形、円形などの断面を有する。また、前記連結手段自体が導電性の単一な材料で形成されることもあるが、例えば、外周面にメタルまたはメタル粒子がコーティングされたポリマー粒子で形成されることもある。前記連結手段の高さ、すなわち、図１での上下方向への長さは２μｍないし３０μｍであることが望ましい。また、連結手段の分散密度、すなわち、発光部６０の面積のうち連結手段が占める面積の比率は１０％以内であることが望ましい。
一方、前記第２電極層６３とブラックマトリックス層８０間に連結手段が介在すれば連結手段の側方向に空間が生じ、この空間のために連結手段、すなわち、スペーサ９１が移動可能になるが、スペーサが移動すれば前記第２電極層とブラックマトリックス層間の電気的連結が切れるために望ましくない。したがって、前記第２電極層とブラックマトリックス層間には前記連結手段を固定する透明な非導電性の内部充填材１１０が介在することが望ましい。
前記ＥＬ表示装置が前面発光型である場合、すなわち、発光部６０から発散される光が第２電極層６３及び前面基板７０を通してＥＬ表示素子の外部に放出される場合には、前記第２電極層が透明な導電性の材料、例えばＩＴＯで形成される。本実施例においては、前記第２電極層６３が前記連結手段によって導電性のブラックマトリックス層８０と電気的に連結され、したがって、電気抵抗の小さなブラックマトリックス層が前記第２電極層に対するバス電極として機能するので、前記第２電極層の電圧降下が防止される。前記ブラックマトリックス層は、導電性材料及び誘電性材料が厚さ方向に濃度勾配を有する薄膜よりなるが、この場合、前記導電性材料に富む方が前記連結手段と接触する。
次に、図２を参照し、第１実施例と異なる事項を中心に本発明の第２実施例によるＥＬ表示素子を説明する。本実施例が前記第１実施例と異なる点は、前記前面基板の下面７１のうち発光部６０に対応する領域にそれぞれ赤色、青色、緑色のカラーフィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂが形成されるという点である。前記カラーフィルタ層はブラックマトリックス層８０によって区切られる。
次に図３を参照し、第２実施例と異なる事項を中心に本発明の第３実施例によるＥＬ表示素子を説明する。本実施例が第２実施例と異なる点は、前記第２電極層とブラックマトリックス層とを連結する手段がブラックマトリックス層８０から突出した突出部９２よりなることである。
図３を参照すれば、背面基板５０の上面に形成された発光部６０の各画素間と対応する位置の前面基板の下面７１に形成されたブラックマトリックス層８０に導電性突出部９２が形成される。前記突出部９２は、導電性ペーストによりブラックマトリックス層８０に固定された導電性粒子でありうる。前記前面基板の下面７１に形成されたブラックマトリックス層８０の間にはカラーフィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂが形成される。前記カラーフィルタ層と発光部６０間には透明な非導電性の内部充填材１１０が介在することが望ましい。
次に図４を参照し、第１実施例と異なる事項を中心として本発明の第４実施例によるＥＬ表示素子を説明する。本実施例が第１実施例と異なる点は、発光部が図１ないし図３のように形成された受動マトリックス型に形成されたことではなく、能動マトリックス型に形成されるということである。
図４を参照すれば、ＥＬ表示素子２００は、背面基板２０１と前面基板２０２間に形成された発光領域２１０及び、前記発光領域２１０の第１電極層２１４を駆動させるための駆動領域２２０を含む。
前記発光領域２１０には第１電極層２１４、発光層２１３、第２電極層２１１よりなる発光部が形成されており、この発光部は後述する薄膜トランジスタ２２１上に形成された絶縁層２１５の上面２５１に形成される。前記発光層は第１電極層及び第２電極層の電気的駆動によって発光する。
前記駆動領域２２０には前記第１電極層を駆動させるための薄膜トランジスタ２２１が背面基板２０１上に形成されており、必要に応じてキャパシタ２２２も形成される。
そして、前記前面基板２０２の下面２７１にはブラックマトリックス層２３０が形成されるが、このブラックマトリックス層２３０と透明な第２電極層２１１間にはこれらを連結する連結手段が配置される。前記連結手段は導電性スペーサ２４０である。
本実施例によるＥＬ表示素子の作動を説明する。
薄膜トランジスタ２２１により第１電極層２１４に所定の電圧が印加されると共に第２電極層２１１に電圧が印加されれば、第１電極層２１４から注入された正孔と、第２電極層２１１から発生した正孔とが発光層２１３で結合して励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に変化するにつれて発光層の蛍光性分子が発光する。この時に発生した光は透明な第２電極層２１１を通じて外部に放出される。
前記作動において、第２電極層２１１は連結手段である導電性スペーサ２４０によってブラックマトリックス層２３０と連結されているので、電圧印加部位から遠ざかるほど第２電極層２１１の電圧が降下することが防止できる。すなわち、前記ブラックマトリックス層２３０が第２電極層２１１の補助電極の役割をすることによって第２電極層２１１の電圧降下が防止される。
以下、添付図面を参照して本発明による第５実施例を詳細に説明する。
本発明による有機ＥＬ表示装置は、封止用部材または封止用基板の内面にブラックマトリックス層の役割及び導電層の役割を担う薄膜を形成して、電極の電圧降下を防止しかつ画素間の色滲み現象を改善するものである。
図５は、このようなＥＬ表示素子のうちＡＭタイプのＥＬ表示素子（ＡＭＯＬＥＤ：Ａｃｔｉｖｅ ｍａｒｔｉｘ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ）の一実施例を示す平面図であり、図６はその一部を示す断面図である。
図５から分かるように、本発明の望ましい一実施例によるＡＭＯＬＥＤの各副画素はスイッチング用スイッチングＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３１０と、駆動用駆動ＴＦＴ ３２０とを含む２つの薄膜トランジスタと、キャパシタ３３０及び一つの有機ＥＬ素子３４０とよりなる。しかし、このような薄膜トランジスタ及びキャパシタの数は必ずしもこれに限定されることではなく、所望の素子の設計によってさらに多数の薄膜トランジスタ及びキャパシタを具備できる。
前記スイッチングＴＦＴ ３１０は、ゲートライン３５１に印加されるスキャン信号により駆動してデータライン３５２に印加されるデータ信号を駆動ＴＦＴ ３２０及びキャパシタ３３０に伝達する役割を担う。前記駆動ＴＦＴ ３２０は、前記スイッチングＴＦＴ ３１０を通じて伝えられるデータ信号、すなわち、ゲートとソース間の電圧差Ｖｇｓによって有機ＥＬ素子３４０に流入する電流量を決定する。前記キャパシタ３３０は、前記スイッチングＴＦＴ３１０を通じて伝えられるデータ信号を１フレーム間保存する役割を担う。
図６は、このようなＥＬ表示素子の副画素のうちＥＬ素子３４０と、駆動ＴＦＴ ３２０及びキャパシタ３３０を示す断面図であって、以下では、これを中心として説明する。
絶縁性基板である第１基板３０１にはバッファ層３０２が形成され、このバッファ層３０２の上部に画素領域Ｐと、駆動領域Ｄとが備えられている。ここで、画素領域ＰとはＥＬ素子が形成されて光を発光する領域をいい、駆動領域Ｄとは、この画素領域Ｐを除外したＴＦＴ及びキャパシタなどが形成された領域をいい、図６には駆動ＴＦＴ ３２０だけ示されているが、スイッチングＴＦＴ ３１０が形成された領域をいずれも含む。
駆動領域Ｄの駆動ＴＦＴ ３２０は、図６に示されるように、バッファ層３０２上に形成された半導体活性層３２１と、この半導体活性層３２１の上部に形成されたゲート絶縁膜３２２と、ゲート絶縁膜３２２の上部に形成されたゲート電極３２３とを有する。
前記半導体活性層３２１は、非晶質シリコン薄膜または多結晶質シリコン薄膜で形成される。この半導体活性層は、Ｎ型またはＰ型不純物が高濃度にドーピングされたソース及びドレイン領域を有する。
半導体活性層３２１の上部にはＳｉＯ２等によりゲート絶縁膜３２２が備えられ、ゲート絶縁膜３２２の上部の所定領域にはＭｏＷまたはＡｌ／Ｃｕ等の導電材料よりなるゲート電極３２３が形成される。前記ゲート電極３２３は、キャパシタ３３０の第１電極３３１と連結してキャパシタの第１電極にＴＦＴオン／オフ信号を供給するものであって、半導体活性層３２１のチャンネル領域の上部に形成される。
このゲート電極３２３の上部に中間絶縁膜３２４が形成され、ソース電極３２５及びドレイン電極３２６がコンタクトホールを通じて半導体活性層３２１のソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接するように形成される。前記ソース電極３２５は、図５の駆動ライン３５３と連結して半導体活性層３２１に駆動のためのリファレンス共通電圧を供給し、前記ドレイン電極３２６は、駆動ＴＦＴ ３２０とＥＬ素子３４０とを連結してＥＬ素子３４０に駆動電源を印加する。前記駆動ライン３５３は、キャパシタ３３０の第２電極３３２に連結されている。
ソース及びドレイン電極３２５、３２６の上部にはＳｉＯ２等よりなるパッシベーション膜３２７が形成され、このパッシベーション膜３２７の上部には、コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極３２６と連結されたＥＬ素子３４０の第１電極層３４１が形成される。
ＥＬ素子３４０は、電流の量によって赤色、緑色、青色の光を発光して所定の画像情報を表示するものであって、図６に示されるように、駆動ＴＦＴ ３２０のドレイン電極３２５に連結されてアノード電極の機能をする第１電極層３４１と、全部の画素を覆うように備えられてカソード電極の機能をする第２電極層３４３と、これら第１電極層３４１及び第２電極層３４３の間に配置されて発光する発光層３４２と、で構成される。このとき、第１電極層３４１をカソード、第２電極層３４３をアノードとして使用することもできる。
ＩＴＯ等により形成された第１電極層３４１の上部には、アクリルよりなる平坦化膜３２８が形成される。この平坦化膜３２８に所定の開口部３２８ａを形成した後、この開口部３２８ａに発光層３４２及びカソード電極である第２電極層３４３を順次形成する。
発光層３４２は低分子または高分子発光層が使われうるが、低分子発光層を使用する場合、ホール注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、ホール輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、有機発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）などが単一あるいは複合の構造に積層形成される。使用可能な有機材料も銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などをはじめとして多様に適用可能である。これら低分子発光層は真空蒸着法により形成される。
高分子発光層の場合には大体ＨＴＬ及びＥＭＬよりなる構造になっており、このとき、前記ＨＴＬとしてポリ（エチレンジオキシ）チオフェン（ＰＥＤＯＴ）を使用し、発光層としてポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機材料を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法により形成できる。
カソード電極である第２電極層３４３は、背面基板３０１側に発光する背面発光型である場合にＡｌ／Ｃａで全面蒸着して形成し、前面基板３０３側に発光する前面発光型である場合にはＭｇ−Ａｇなどの金属により薄い半透過性薄膜を形成した後、その上に透明なＩＴＯを形成する。
このように、第２電極層３４３を形成した後にその上面に前面基板３０３が接合されて密封される。このとき、前面基板３０３の前記第２電極層３４３に接する面には所定の機能性薄膜３０４がさらに形成される。この機能性薄膜３０４は、少なくとも前記第２電極層３４３に接する部分に導電性材料を含み、第２電極層３４３の電圧降下を防止するバス電極の機能を担う。
前記機能性薄膜３０４は、本発明の望ましい一実施例によれば、前記機能性薄膜３０３は、前記前面基板３０３から透明な材料である第１成分と、金属材料である第２成分とが図７に示されるように互いに逆の濃度勾配を有するように順次形成されたものである。すなわち、前面基板３０３から遠ざかるほど第１成分の含量は減少し、第２成分の含量は増加するように形成されたものである。
このとき、前記第１成分はシリコンオキシド「ＳｉＯｘ（ｘ≧１）」、シリコンナイトライド「ＳｉＮｘ（ｘ≧１）」、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの透明な絶縁材料よりなる群及び、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などの透明な導電材料よりなる群のうち少なくともいずれか一つの群で選択される少なくとも一つ以上の透明な材料で構成され、前記第２成分はＦｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔよりなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属材料で構成される。
前記機能性薄膜３０４の前記第１、２成分の材料は前述したような材料に限定されない。すなわち、前記第１成分である透明な材料及び第２成分である金属材料は濃度勾配を有するように形成する。金属材料を前記第２電極層３４３と接触する機能性薄膜３０４の下面に集中的に分布させて第２電極層３４３のバス電極の役割を担わせることが望ましい。
本発明の第６実施例によれば、前記機能性薄膜３０４と第２電極層３２３間にはこれらの電気的接触力を高めるために、図８に示されるように、導電性スペーサまたは導電性ペースト３０５のうち少なくとも一つを介在させることができる。
一方、前記のように第２電極層３４３のバス電極の機能を行える機能性薄膜３０４は全体的に黒色を帯びる。したがって、前面基板３０３側に光が発光される前面発光型ＥＬ表示素子の場合、この機能性薄膜３０４は前面基板３０３の外側からの外光を吸収する外光吸収層、すなわち、ブラックマトリックスの機能を行える。したがって、このときには図６の機能性薄膜３０４にＥＬ素子３４０の発光層３４２から発光される光が外部に透過するように所定パターンの開口部３０４ａを形成しなければならない。すなわち、機能性薄膜３０４に開口部３０４ａを形成することによって図６に示されるように、画素領域Ｐの光が発光される発光部を区切る。この発光部の区切りは、図９に示されるようにドット状に多数の開口部で形成されるか、図１０に示されるようにストライプ状に形成される。そして、図８に示されるように、導電性スペーサや導電性ペースト３０５が形成されたときには、この導電性スペーサや導電性ペースト３０５にも同一パターンの開口部３０５ａを形成しなければならない。
このように、前記機能性薄膜３０４は、第２電極層３２３の電圧降下を防止すると共に画素間の色干渉を防止するためのブラックマトリックスの機能を兼ねる。
一方、前記のような機能性薄膜３０４はその外にも多様な方法により形成できるが、すなわち、前記前面基板３０３から第２電極層３２３に向かってクロムオキシド「ＣｒＯｘ（ｘ≧１）」で備えられた第１薄膜と、Ｃｒで備えられた第２薄膜とを順次成膜して形成することもあり、第２電極層３２３の対向面に導電材料層が形成された黒鉛系ブラックマトリックスを使用することもある。
前述したように構成された有機ＥＬ表示装置は、第１電極層３２１及び第２電極層３２３に所定の電圧が印加されれば、アノードである第１電極３２１から注入されたホールがＥＭＬに移動し、電子は第２電極層３２３からＥＭＬに注入される。このＥＭＬで電子とホールとが再結合して励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に変化するにつれて、発光層の蛍光性分子が発光することによって画像が形成される。
前述したように駆動されるＥＬ表示素子は、前記前面基板３０３の前記第２電極層３２３に接する面に機能性薄膜３０４が形成されているので、第２電極層３２３の電圧降下を防止でき、また、外部から入射される光の反射を防止できる。
以上、本発明の第５及び第６実施例によるＡＭ型ＥＬ表示素子について説明したが、本発明の技術的思想は受動駆動方式であるＰＭ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ）型ＥＬ表示素子にもそのまま適用できることはもちろんである。但し、ＰＭ型ＥＬ表示素子ではカソードが所定のパターンに形成されるので、前記機能性薄膜もこのパターンに対応して形成される。
本発明について図面に示される一実施例を参考として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び実施例の変形が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
本発明はＥＬ表示素子に利用される。
本発明の第１実施例によるＥＬ表示素子の断面図である。 本発明の第２実施例によるＥＬ表示素子の断面図である。 本発明の第３実施例によるＥＬ表示素子の断面図である。 本発明の第４実施例によるＡＭＯＬＥＤの断面図である。 本発明の第５実施例によるＥＬ表示素子の平面図である。 図５に示されるＥＬ表示素子の部分断面図である。 薄膜をなす導電性材料及び誘電性材料の濃度勾配を示す図面である。 本発明の第６実施例によるＥＬ表示素子の断面図である。 前面基板に形成された薄膜の例を示す斜視図である。 前面基板に形成された薄膜のその他の例を示す斜視図である。
符号の説明
３０１ 第１基板、
３０２ バッファ層、
３０３ 前面基板、
３０４ 機能性薄膜、
３０４ａ 開口部、
３２０ 駆動ＴＦＴ、
３２１ 半導体活性層、
３２２ ゲート絶縁膜、
３２３ ゲート電極、
３２４ 中間絶縁膜、
３２５ ソース電極、
３２６ ドレイン電極、
３２７ パッシベーション膜、
３２８ 平坦化膜、
３２８ａ 開口部、
３３０ キャパシタ、
３３１ キャパシタの第１電極、
３３２ キャパシタの第２電極、
３４０ ＥＬ素子、
３４１ 第１電極層、
３４２ 発光層、
３４３ 第２電極層、
Ｐ 画素領域、
Ｄ 駆動領域。

Claims (35)

  1. 背面基板の一面に、第１電極層、発光層、及び第２電極層が順次形成された前記背面基板と、
    前記背面基板と結合し、前記第２電極層と対面する面に導電性ブラックマトリックス層が所定パターンに形成された前面基板と、
    前記第２電極層とブラックマトリックス層とを電気的に連結する導電性連結手段と、を具備することを特徴とするＥＬ表示素子。
  2. 前記連結手段は、第２電極層とブラックマトリックス層間に介在する導電性スペーサよりなることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  3. 前記導電性スペーサは、外周面にメタルまたはメタル粒子がコーティングされたポリマー粒子よりなることを特徴とする請求項２に記載のＥＬ表示素子。
  4. 前記連結手段は、前記第２電極層に対面する、導電性ペーストによりブラックマトリックス層に固定された導電性粒子であることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  5. 前記連結手段は、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕまたはこれらの合金よりなることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  6. 前記第２電極層とブラックマトリックス層間には前記連結手段を固定する透明な内部充填材が介在することを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  7. 前記連結手段の高さは２μｍないし３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  8. 前記前面基板の前記第２電極層と対面する面には前記ブラックマトリックス層により区切られるカラーフィルタ層がさらに形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  9. 前記ブラックマトリックス層は前記第２電極層の電圧降下なしに前記第２電極層に電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  10. 前記連結手段の金属部分はＮｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕまたはこれらの合金よりなることを特徴とする請求項３に記載のＥＬ表示素子。
  11. 前記発光層は有機物で形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  12. 前記発光層は無機物で形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示素子。
  13. 薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジスタによって駆動される第１電極層、前記第１電極層上に形成された発光層、及び前記発光層上に形成された第２電極層を具備した背面基板と、
    前記背面基板と結合し、前記第２電極層に対面して所定のパターンに形成された導電性ブラックマトリックス層を具備してなる前面基板と、
    前記第２電極層とブラックマトリックス層とを電気的に連結する複数の導電性連結手段と、を具備することを特徴とするＥＬ表示素子。
  14. 前記連結手段は、前記第２電極層とブラックマトリックス層間に介在する導電性スペーサであることを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  15. 前記導電性スペーサは、外部表面がメタルまたはメタル粒子でコーティングされたポリマー粒子であることを特徴とする請求項１４に記載のＥＬ表示素子。
  16. 前記連結手段は、前記第２電極層に対面する、導電性ペーストにより前記ブラックマトリックス層に固定された導電性粒子であることを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  17. 前記連結手段は、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、またはこれらの合金よりなることを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  18. 第２電極層とブラックマトリックス層間には前記連結手段を固定させる透明な内部充填材が介在することを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  19. 前記連結手段は、２μｍないし３０μｍの高さを有することを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  20. 前記ブラックマトリックス層が形成された前面基板と同一面であって、前記ブラックマトリックス層が形成されていない面上にカラーフィルタ層をさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  21. 前記ブラックマトリックス層は、前記第２電極層の電圧降下なしに前記第２電極層に電気的に連結されることを特徴とする請求項１３に記載のＥＬ表示素子。
  22. 背面基板と、
    前記背面基板の一面上に形成された第１電極層と、
    前記第１電極層の上部に第１電極層と対向して形成された第２電極層と、
    前記第１電極層と第２電極層間に介在されて発光するものであって、少なくとも有機発光層を含む発光層と、
    前記背面基板に対向し、前記第２電極層の一面に接合される前面基板と、
    前記前面基板の前記第２電極層と接する面に設置され、少なくとも前記第２電極層と接する部分に導電性材料が含まれた機能性薄膜とを備え、ここで、前記機能性薄膜は、前記前面基板から透明な材料である第１成分と、金属材料である第２成分とが順次備えられたものであって、前記第１成分は前記前面基板に近づくほどその含量が増加し、前記第２成分は前記前面基板から遠ざかるほどその含量が増加するように形成されることを特徴とするＥＬ表示素子。
  23. 前記第１成分は、シリコンオキシド、シリコンナイトライド、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの透明な絶縁材料よりなる群及び、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などの透明な導電材料よりなる群のうち少なくともいずれか一つの群から選択される少なくとも一つ以上の透明な材料よりなることを特徴とする請求項２２に記載のＥＬ表示素子。
  24. 前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔよりなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属材料よりなることを特徴とする請求項２２に記載のＥＬ表示素子。
  25. 前記機能性薄膜は、前記前面基板上にクロムオキシドよりなる第１薄膜と、前記第１薄膜の上部にＣｒよりなる第２薄膜とを備えることを特徴とする請求項２２に記載のＥＬ表示素子。
  26. 前記機能性薄膜と前記第２電極層間に導電性スペーサまたは導電性ペーストが介在することを特徴とする請求項２２に記載の有機ＥＬ表示装置。
  27. 前記機能性薄膜は、前記前面基板を通じて外部から流入する外光を吸収するものであって、前記発光層を通じて発光する領域が所定の画素パターンに開口されるように形成されてなることを特徴とする請求項２２に記載のＥＬ表示素子。
  28. 前記機能性薄膜の開口部はドットまたはストライプ状に形成されてなることを特徴とする請求項２７に記載のＥＬ表示素子。
  29. 背面基板と、
    前記背面基板の一面上に形成されたものであって、互いに対向した第１電極層及び第２電極層と、前記第１電極層と第２電極層間に少なくとも有機発光層を含む発光層とを備えて発光する画素領域と、
    前記背面基板に対向して前記第２電極層の一面に接合される前面基板と、
    前記前面基板の前記第２電極層と接する面に設置されて前記画素領域をその発光部が開口されるように区切り、前記前面基板を通じて外側から流入する外光を吸収するものであって、少なくとも前記第２電極層と接する部分に導電性材料が含まれた機能性薄膜と、を備えることを特徴とするＥＬ表示素子。
  30. 前記機能性薄膜は、前記前面基板から透明な材料である第１成分と、金属材料である第２成分とが順次備えられたものであって、前記第１成分は前記前面基板に近づくほどその含量が増加し、前記第２成分は前記前面基板から遠ざかるほどその含量が増加するように形成されることを特徴とする請求項２９に記載のＥＬ表示素子。
  31. 前記第１成分は、シリコンオキシド、シリコンナイトライド、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの透明な絶縁材料よりなる群及び、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３などの透明な導電材料よりなる群のうち少なくともいずれか一つの群から選択される少なくとも一つ以上の透明な材料よりなることを特徴とする請求項３０に記載のＥＬ表示素子。
  32. 前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔよりなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属材料よりなることを特徴とする請求項３０に記載のＥＬ表示素子。
  33. 前記機能性薄膜は、前記前面基板上にクロムオキシドよりなる第１薄膜と、前記第１薄膜の上部にＣｒよりなる第２薄膜とを備えることを特徴とする請求項２９に記載のＥＬ表示素子。
  34. 前記機能性薄膜と前記第２電極層間に導電性スペーサまたは導電性ペーストが介在することを特徴とする請求項２９に記載の有機ＥＬ表示装置。
  35. 前記機能性薄膜の開口部はドットまたはストライプ状に形成されてなることを特徴とする請求項２９に記載のＥＬ表示素子。
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