JP4723203B2 - カラーｏｌｅｄディスプレイ - Google Patents
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Description
本発明は、ＯＬＥＤカラーディスプレイに関し、より詳細には、このようなＯＬＥＤカラーディスプレイにおける発光要素の配置に関する。
米国特許出願第２００２/０１８６２１４号明細書（Ｓｉｗｉｎｓｋｉ等、公開日：２００２年１２月１２日）は、赤色発光要素、緑色発光要素、青色発光要素及び白色発光要素からなる画素を有する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイにおける電力の節約方法を、記載している。白色発光要素は、他の着色光発光要素よりも効率的であり、ディスプレイの所要電力を減少させるのに用いられる。
パワー効率がよいことは常に望ましいが、特に携帯用途では、表示が効率的でないと、電源を再充電する前に装置を使用できる時間が制限されることから、このことが望ましい。実際に、特定の用途では、電力消費率が、視認性を除く他のいかなる表示特性よりも重要となる場合がある。図２に、Ｓｉｗｉｎｓｋｉにより教示されている赤色発光要素１２、緑色発光要素１４、青色発光要素１６及び白色発光要素１８を有する４個の画素１０の配置を示す。各画素における発光要素は、２×２形アレイで配置されている。
Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＣｌｅａｒＴｙｐｅ（商標）等の広く使用されているテキスト表現(rendering)ソフトウエアでは、ディスプレイの着色要素が縦のストライプを形成するように配置されたディスプレイを利用している。このような配置は、赤色発光要素、緑色発光要素及び青色発光要素からなる画素を有するＬＣＤディスプレイにおいて知られている。このような配置の一例が図３に示されているが、この配置では、Ｓｉｗｉｎｓｋｉにより教示されている表示装置の電力の節約はなされない。
したがって、フルカラーの再現性及びストライプパターン配置との適合性を維持しつつパワー効率を向上させた、改良型フルカラーフラットパネルＯＬＥＤディスプレイが必要とされている。
上記の必要性は、各画素が、ある色域を特定する異なる複数の色の光を放出するための３以上の色域要素と、該色域内の色の光を放出するための１以上の追加要素とを有する複数の発光性ＯＬＥＤ画素のアレイであって、該追加要素のパワー効率が該３以上の色域要素のうちの少なくとも１つのパワー効率より高いものを含んでなるカラーＯＬＥＤディスプレイであって、該ディスプレイにおける各色のための該色域要素のすべてが第１方向に一列に、着色の異なる色域要素が該列に含まれないように配置され、該着色された色域要素が、該第１方向に直交する第２方向に一列に、該色域要素の複数の色がその列において交互するように配置され、そして該追加要素が、該第１方向及び該第２方向の双方において列をなして配置されていることを特徴とするカラーＯＬＥＤディスプレイを提供することによって満たされる。
本発明の有利な効果は、パワー効率が向上し、かつ、ストライプパターン配列に適合するカラ−表示装置が得られることである。
図１に、本発明によるＯＬＥＤディスプレイを示す。このＯＬＥＤディスプレイは、発光ＯＬＥＤ画素１０のアレイを含む。各画素は、ある色域を特定する異なる複数の色の光を放出するための、赤色発光要素１２、緑色発光要素１４、青色発光要素１６等の３種以上の色域要素と、この色域内の色の光を放出するための、白色発光要素１８等の少なくとも１個の追加要素とを含む。上記追加要素のパワー効率は、色域要素の出力効率よりも高く、上記色域要素の代わりに上記追加要素を駆動することにより、ディスプレイの消費電力を減少させることができる。ディスプレイにおける各色のための色域要素の全てが、第１方向Ｙに一列に、着色の異なる色域要素が該列に含まれないように配置されている。着色された色域要素は、該第１方向に直交する第２方向Ｘに一列に、色域要素の複数の色がその列において交互するように配置されている。発光要素のこの配置は、ストライプパターンディスプレイを必要とするテキスト表現ソフトウエアと適合する。画素における発光要素は、通常の手段を用いて全て個々にアドレス可能である。
本発明によれば、通常、パワー効率がより低い色域要素の組み合わせにより生じる輝度を、代わりに出力効率がより高い追加要素によって生じさせることができる。したがって、追加要素を用いて再現できる色は、色域要素を用いた同等の再現よりも効率的である。好適な変形機能は、標準的なカラ−画像シグナルを本発明のディスプレイを駆動するのに用いられる省電力画像シグナルに変換するシグナルプロセッサーにより提供できる。
本発明は、一画素あたり４個以上のＯＬＥＤを有するほとんどのＯＬＥＤ装置構成に用いることができる。これらには、ＯＬＥＤごとにアノードとカソードとを別個に含む極めて単純な構造のものから、アノードとカソードのアレイを直交して画素を形成したパッシブマトリックスディスプレイと、各画素が、例えば、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）で独立して制御されるアクティブマトリックスディスプレイ等のより高度な装置などがある。
図４に、複数の発光要素を有する上面発光型ＯＬＥＤディスプレイを示す。この上面発光型ＯＬＥＤディスプレイは、基板２０上に、白色発光材料３０からなる単一層が形成されている。絶縁体２９により分離された複数の電極２２、２４、２６及び２８が、発光要素１２、１４、１６及び１８を画定する（図１参照）。第二透明電極３２が、白色発光有機材料３０の上に形成されている。赤色カラ−フィルター４２、緑色カラ−フィルター４４、青色カラ−フィルター４６が、それぞれ電極２２、２４及び２６の上に、有機層３０から白色光が放出された時に赤色光５２が電極２２の上方に、緑色光５４が電極２４の上方に、そして青色光５６が電極２６の上方にそれぞれ放出されるように、設けられている。フィルターを通らない白色光５８は、電極２８の上方に放出される。透明封入カバー（図示せず）を、装置上に設ける。電極２２〜２８及びカラ−フィルター４２〜４６の別の配置を、以下で説明するようにすることができる。さらに、追加のフィルター（図示せず）を、白色発光体上に設けて、追加の発光要素から放出された光の白色点を調整することができる。
図５に、底面発光型配置を示す。この場合、光が、基板２０を通って放出される。この配置では、第二電極３２は、透明である必要はなく、一方、第一電極２２、２４、２６及び２８は、透明である。カラ−フィルター４２、４４、４６及び白色点調整フィルター４８は、発光要素を形成する前に基板２０上に形成される。
本発明によれば、テキストを表現するのに好ましいカラーストライプパターンと適合させることができる。最も単純な配置では、図１に示すように、追加の白色要素が、色域要素の後に順次設けられる。図１において、一連の各色カラムは、赤色発光要素１２、緑色発光要素１４、青色発光要素１６及び白色発光要素１８を有する画素１０からなる。垂直方向に、要素により、単色ストライプラインが形成される。これに直交する水平方向には、着色ラインが順次交互に配置される。ここで、図１に示す実施態様に示す発光要素配置及び以下で説明する実施態様に示される発光要素の配置は、それらの特性を変更することなく逆にしたり、回転させたりすることができる。
図１に示す配置では、追加の白色発光要素１８を、緑色発光要素１４と、白色要素と緑色要素が空間的に対称となるように交互に配置する。この配置により、白色と緑色の両方が、ディスプレイにおいて比較的多量の輝度情報を担持しているので、ディスプレイの輝度解像度を高めることができる。
図６に示すわずかに異なる配置では、白色要素１８と緑色要素１４を、赤色要素１２と青色要素１６との間に配置する。また、白色要素１８は、緑色要素１４と青色要素１６との間に配置してもよい（図示せず）。これらの２つの構成は、画素内に、より中央に追加の白色要素を位置させることによる利点がある。白色光は色の組み合わせであるので、画素内の中央位置に白色発光要素を配置することにより、従来型のストライプパターンからの体験との一致性が高い体験を観察者に与えることができる。
図７に、別の実施態様を示す。この実施態様では、追加要素１８は、画素１０からの光を空間的に一体化するように色域要素に対して配置できる。例えば、追加要素１８を、色域要素の下方（又は上方）に位置させることができる。追加（色域内）要素は、これがなければ色域要素から放出されることになる光を放出するので、追加要素１８を、その発光が全ての色域要素の付近に位置するように配置することにより、ストライプ配置と適合し、空間的に一体化された光源が得られる。
図１１に、図７に示される種類のアクティブマトリックスディスプレイについての回路パターン図を示す。発光要素は、セレクトライン１１３、データライン１１２ａ又は１１２ｂ又は１１２ｃ又は１１２ｄ、パワーライン１１１ａ、１１１ｂ又は１１１ｃ及びキャパシタライン１１４に接続されている。ディスプレイを動作させるために、電圧を単一のセレクトラインに印加して接続された発光要素のセレクトトランジスター１２０をつけることにより、発光要素のロウ(row)が選択される。各発光要素についての輝度レベルは、データライン上に保持される電圧シグナルにより制御される。次に、各選択された要素のストレージキャパシタ１３０を、関連データライン１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ又は１１２ｄの電圧レベルまで帯電させる。各発光要素内で、ストレージキャパシタを、パワートランジスター１４０のゲートに、ストレージキャパシタに保持された電圧レベルにより、パワートランジスター１４０を通って発光要素の有機ＥＬ要素１１に流れる電流を調整するように接続することにより、輝度が制御される。次に、電圧シグナルをセレクトライン１１３に印加することによりセレクトトランジスター１２０をオフにすることにより、各ロウを未選択とする。次に、データライン１１２電圧を、次の列について所望であるレベルに設定し、次のロウのセレクトラインをオンにする。これを、発光要素の各ロウについて反復する。ストレージキャパシタ１３０は、次のイメージフレーム中にロウが再び選択されるまでデータ電圧を維持する。
パワーラインは、典型的には、全ての発光要素について共通電圧レベルに接続する。ここで示されているように、発光要素１２、１４及び１６を、発光要素１８とは異なるセレクトラインに接続する。このことは、発光要素１８の輝度レベルは、発光要素１２、１４及び１６とは異なる時間で書き込まれることを意味する。しかしながら、画素が発光要素１８、１２ａ、１４ａ及び１６ａからなるものとして形成されている代替構成では、同時に調整される画素内の全ての発光要素の輝度レベルとなる。これも、本発明の範囲内である。
図１２は、上記した図１１のアクティブマトリックス回路についてのレイアウトパターン図である。駆動回路部品を、通常の集積回路技術を用いて作製する。発光要素１２は、例えば、当該技術分野において周知の技術を用いて第一半導体領域１２１ａから形成されたセレクトトランジスター１２０ａからなる。同様に、パワートランジスター１４０ａを、第二半導体領域１４１ａに形成する。第一半導体領域１２１ａ及び第二半導体領域１４１ａを、典型的には同じ半導体層に形成する。
この半導体層は、典型的にはシリコンであり、これは、非晶質、多結晶又は結晶性であることができる。また、この第一半導体領域１２１ａは、ストレージキャパシタ１３０ａの一方の面を構成する。第一半導体領域１２１ａ及び第二半導体領域１４１ａの上に、セレクトトランジスター１２０ａのゲート絶縁体、パワートランジスター１４０ａのゲート絶縁体及びストレージキャパシタ１３０ａの絶縁層を構成する絶縁層（図示せず）が設けられている。セレクトトランジスター１２０ａのゲートは、第一導電層に形成されるセレクトライン１１３ａの一部分から形成される。
パワートランジスター１４０ａは、別個のゲート導体１４３ａを備えている。これも、第一導電層に形成するのが好ましい。ストレージキャパシタ１３０ａの他の電極を、これも好ましくは第一導電層からキャパシタライン１１４ａの一部分として形成する。パワーライン１１１ａ及びデータライン１１２ａは、それぞれ好ましくは第二導電層に形成される。シグナルラインの一つ以上（例えば、セレクトライン１１３ａ）は、しばしば他のシグナルライン（例えば、データライン１１２ａ）の少なくとも一つ以上と交差する。これには、これらのラインを、少なくとも１層の中間層絶縁層（図示せず）を有する複数の導電層から作製する必要がある。有機ＥＬ要素は、各画素用第一電極１８１ａをパターン化し、そして１層以上の有機ＥＬ媒体（図示せず）と第二電極（図示せず）を蒸着することにより形成される。
層間接続は、絶縁層に、ホール（又はバイア）、例えば、データライン１１２ａをセレクトトランジスターの第一半導体領域１２１ａに接続する第一バイア１２２ａ、パワートランジスターゲート導体１４３ａをストレージキャパシタ１３０ａ及びセレクトトランジスター１２０ａの第一半導体領域１２１ａに接続する第二バイア１４２ａ、パワートランジスターの第二半導体領域１４１ａをパワーライン１１１ａに接続する第三バイア１４６ａ及びパワートランジスターの第二半導体領域１４１ａを第一電極１８１ａに接続する第四バイア１４５ａをエッチングすることにより、形成される。
第一電極の上に、要素間絶縁膜を形成してアノードとカソードとの間のショートを減少させる。このような絶縁膜を第一電極の上に使用することは、米国特許第６，２４６，１７９号（ヤマダ、発行日：２００１年６月１２日）に開示されている。要素間絶縁膜をディスプレイの全ての発光要素の上にコーティングし、開口を形成して第一電極をＯＬＥＤ層（図示せず）に接続する。発光要素１２については、開口１９１ａを、第一電極１８１ａ上の画素間誘電体に形成する。開口１９１ａが、光を放出する発光要素領域を画定する。要素間絶縁膜を使用することが好ましいが、本発明の実施を成功させる上で必要であるわけではない。
発光要素１４及び１６を、発光要素１２と同様に形成し、それぞれデータライン１１２ｂ及び１１２ｃだけでなく、それぞれパワーライン１１１ｂ及び１１１ｃに接続する。
発光要素１８を、セレクトライン１１３ｂ、キャパシタライン１１４ｂ、データライン１１２ｄ及びパワーライン１１１ｃに接続する。発光要素１８は、パワーライン１１１ｂ又は１１１ａに交互に接続してもよいし、又は当業者により他の色を有する発光要素により共用されない独自のパワーラインを設けてもよい。発光要素１２のように、発光要素１８は、セレクトトランジスター１２０ｂ、ストレージキャパシタ１３０ｂ及びパワートランジスター１４０ｂからなる。セレクトトランジスター及びキャパシタは、第一半導体領域１２１ｂで構成される。パワートランジスターは、第二半導体領域１４１ｂと、バイア１４２ｂにより第一半導体領域に接続され、バイア１４６ｂによりパワーライン１１１ｃに接続され、バイア１４５ｂにより第一電極１８１ｂに接続されたゲート電極１４３ｂとで構成される。
発光要素１８については、第一半導体領域１２１ｂをデータライン１１２ｄに接続するために、データライン１１２ａを交差しなければならない。これは、好ましくは第一導電層から構成する第一導電ブリッジ１５０を用いておこなう。導電ブリッジを、バイア１５１ｂによりデータライン１１２ｄに接続し、バイア１５１ａにより第一半導体領域に接続する。第一導電ブリッジ１５０を使用することが好ましいが必須ではなく、第一半導体領域１２１ｂをデータライン１１２ｄに直接接続することを含む他の接続法を、当業者によりおこなうことができる。さらに、データラインをどのように配置するかに応じて、導電ブリッジを、発光要素１８以外の発光要素に適用してもよい。例えば、データライン１１２ａの位置とデータライン１１２ｄの位置を逆にした場合、導電ブリッジを、発光要素１８の代わりに発光要素１２に適用することができる。さらに、複数の導電ブリッジを使用して、複数の発光要素上のデータラインを通過するようにしてもよい。
また、発光要素１８では、第二導電ブリッジ１５２を使用して、第二キャパシタ電極１３１を、キャパシタライン１１４ｂに接続して、セレクトライン１１３ｂ上にブリッジすることが好ましい。第二導電ブリッジ１５２は、好ましくは第二導電層に構成される。第二導電ブリッジ１５２は、バイア１５３ｂにより第二キャパシタ電極１３１に接続し、バイア１５３ａによりキャパシタライン１１４ｂに接続する。第一導電ブリッジ１５０と同様に、部品及び接続ラインを再配置することにより、第二導電ブリッジを、発光要素１８以外の発光要素（又は複数の発光要素）上に位置させることができる。発光要素の変更態様では、セレクトライン及びキャパシタラインを異なる導電層から作製する場合には、第二導電ブリッジなしで構成することができる。
発光要素１８の第一電極１８１ｂは、パワーライン１１１ａ及び１１１ｂ等のいくつかのシグナルラインだけでなく、データライン１１２ｂ及び１１２ｃを横切って延びている。これらの領域は、底面発光型構成では発光せず、画素間誘電体で被覆してもよい。これにより、要素間誘電体１９１ｘ、１９１ｙ及び１９１ｚに３つの独立した開口が生じ、発光要素１８のための３つの独立した発光領域が得られる。
本発明の発光要素を、底面発光型構成で説明した。装置を上面発光型として構成する場合には、第一電極の大きさを増加し、他の種々の回路部品及びシグナルラインの上に延びるようにすることができる。画素間誘電体における開口を、同様の方法で増加できる。この場合、発光要素１８には、複数の独立した開口を設ける必要はなく、したがって複数の独立した発光領域を設ける必要はないが、代わりに一つのより大きな連続開口と、発光領域を設けることもできる。このような構成は、本発明に適合するものである。
上記実施態様は、アクティブマトリックス回路の特定の構成を参照して説明したが、当該技術分野において公知である通常の回路のいくつかの変形態様を、当業者により本発明に適用することもできる。例えば、米国特許第５，５５０，０６６号（Ｔａｎｇ等、発行日：１９９６年８月２７日）に示されているような一つの変更態様では、別個のキャパシタラインを有していないが、代わりに、キャパシタをパワーラインに直接接続している。第二の変更態様が、米国特許第６，４７６，４１９号（ヤスダ、発行日：２００２年１１月５日）に示されている。この変更態様では、第一キャパシタが半導体層とゲート導体層との間に作製され、第二キャパシタがゲート導体層と第二導体層との間に作製され、２つのキャパシタが上下に直接配置されている。これらの変更態様のいずれも、当業者により本発明に適用できる。
回路では、各発光要素ごとにセレクトトランジスターとパワートランジスターが必要とされるが、これらのトランジスターの設計のいくつかの変更態様が、当該技術分野において公知である。例えば、トランジスターの単一バージョン及び多ゲートバージョンが公知であり、従来技術ではセレクトトランジスターに適用されていた。単一ゲートトランジスターは、ゲート、ソース及びドレインを含む。セレクトトランジスター用の単一ゲート型トランジスターを使用する一例が、米国特許第６，４２９，５９９号（ヨコヤマ、発行日：２００２年８月６日）に示されている。ダブルトランジスターは、互いに電気的に接続した少なくとも２つのゲートと、したがって、ソース、ドレイン、及びゲート間に設けられた少なくとも一つの中間ソース−ドレインを含む。セレクトトランジスター用の多ゲート型トランジスターを使用する一例が、上記で述べた米国特許第６，４７６，４１９号に示されている。この種のトランジスターは、単一トランジスター又は２つ以上のトランジスターを直列にしたもの（それらのゲートを接続し、且つ一つのトランジスターのソースを第二トランジスターのドレインに直接接続したもの）の概略回路図で表すことができる。これらのトランジスター設計の性能は異なっていてよいが、両方の型のトランジスターは、回路において同じ機能を果たし、どちらかの型を、当業者により本発明に適用できる。本発明の好ましい実施態様の例は、単一トランジスターの符号により表される多ゲート型セレクトトランジスター１２０で示される。
典型的にパワートランジスター１４０が適用される多パラレルトランジスターを使用することも、当該技術分野において公知である。多パラレルトランジスターは、米国特許第６，５０１，４４８号（コミヤ等、発行日：２００２年１２月３１日）に記載されている。多パラレルトランジスターは、２つ以上のトランジスターからなり、これらのソース、ドレイン及びゲートが全ていっしょに電気的に接続されている。しかしながら、多トランジスターの位置は、画素内の位置で分離され、電流フローのための多パラレルパスが得られる。多パラレルトランジスターを使用すると、半導体層製造プロセスにおけるばらつき及び欠陥に対するローバスト性が得られる利点がある。本発明の実施態様で説明したパワートランジスターは単一のトランジスターとして示されているが、これは、当業者により多パラレルトランジスターに置き換えることができ、したがって、本発明の精神の範囲内である。
一定電流源駆動スキーム等の代替回路型も、当該技術分野において公知である。一定電流源装置の一例が、米国特許第６，５０１，４６６号（ヤマギシ等、発行日：２００２年１２月３１日）に記載されている。代替回路型は、当業者により本発明に適用できる。
図１３に、図１２に示した種々の層の垂直配置を示す。駆動回路は、基板２０上及びＯＬＥＤ層３１０の下に、本明細書に記載の方法で配置される。層３１０には、正孔注入層３１１、正孔輸送層３１２、発光層３１３及び電子輸送層３１４が含まれる。基板２０上に、半導体層を形成し、ドーピングし、パターンニングして、第二半導体領域１４１ａを形成する。ゲート絶縁層２１２を、半導体層上に形成する。ゲート絶縁層２１２上に、ゲート導体を、第一導体層に形成する。次に、半導体層をドーピングして、ゲート導体１４３ａのどちらかの側にソース領域及びドレイン領域を形成する。第一層間絶縁層２１３を、ゲート導体１４３ａ上に形成する。第一層間絶縁層２１３の上に、第二導体層を蒸着し、パターンニングして、第一パワーライン（例えば、１１１ａ）及びデータライン（例えば、１１２ａ及び１１２ｄ）を形成する。第二層間絶縁層２１４を、パワーライン及びデータライン（例えば、１１１ａ、１１２ａ等）上に形成する。第一電極１８１ａを、第二層間絶縁層２１４上に形成する。第一電極１８１ａを、パターンニングする。第一電極１８１ａのエッジの周囲に、要素間誘電膜２２０を形成して、第一電極１８１ａと第二電極３２０との間のショートを減少させる。
図１４に、駆動回路の代替配置を示す。図１４において、データラインとパワーラインの配置は、ロウをなす画素一つあたり２つのパワーライン１１１ａ及び１１1ｂが存在するように構成されている。この例においては、発光要素１４及び１８は、パワーライン１１１ａを共有する。発光要素１６は、隣接する画素の発光要素とパワーライン１１１ｂを共有する。すなわち、発光要素１４を、隣接する画素のパワーライン１１１ｂに接続する。この配置では、図１１における配置よりも画素１個あたりのパワーラインの数が少なく、各パワーラインは、２個の発光要素からの電流負荷を運ぶ。
図１５は、上記した図１４のアクティブマトリックス回路のためのレイアウトパターン図を示す。このパターンは、図１２に記載したのと同じトランジスター及びキャパシタ部品を有している。画素一つあたり所望の２つのパワーラインとするためには、上記したようないくつかの導電ブリッジ構造を利用する。第一導電ブリッジ１５４を、バイア１５５ａにより発光要素１２の第一半導体領域１２１ａに接続し、バイア１５５ｂによりパワーライン１１１ｂに接続して、データライン１１２ｄ上にブリッジする。第二導電ブリッジ１５２は、発光要素１８の第二キャパシタ電極１３１をキャパシタライン１１４ｂに接続して、セレクトライン１１３ｂ上にブリッジする。第三導電ブリッジ１５６は、バイア１５７ｂにより発光要素１８の第二半導体領域１４１ｂに接続し、バイア１５７ａによりパワーライン１１１ａに接続する。
これらの導電ブリッジは、特定の発光要素の一部分として示されているが、図示されているもの以外の他の発光要素上に位置させてもよい。導電ブリッジを使用することが好ましいが、本発明の実施を成功させる上で必要となるわけではない。
ここで、図１６に、第一の実施態様の画素回路の代替配置を示す。図１６では、２つの隣接する画素１０及び９についてのデータライン及びパワーラインの配置は、ロウをなす２つの画素ごとに３つのパワーライン１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃが存在するように構成されている。この例では、発光要素１６、１８、１２ｂ及び１８ｂは、全てパワーライン１１１ｂに接続されている。この配置では、図１１及び図１４における配置よりも、画素１個あたりのパワーライン数が少ない。
図１７は、上記した図１６のアクティブマトリックス回路についてのレイアウトパターン図である。このパターンは、図１２に記載したのと同じトランジスター及びキャパシタ部品を有している。画素２つあたり所望の３つのパワーラインとするためには、発光要素１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ及び１８ｂのレイアウトを、発光要素１２、１４、１６及び１８に対して逆にする。発光要素１６のパワートランジスター１４０ｃ及び発光要素１２ｂのパワートランジスター１４０ｉは、両方ともパワーライン１１１ｂに接続される。したがって、これらのトランジスターは同一の半導体領域１４１ｃから形成でき、同じバイア１４６ｉを用いて、半導体領域１４１ｃとパワーライン１１１ｂとの間にコンタクトを形成できる。同様に、発光要素１８のパワートランジスター１４０ｄ及び発光要素１８ｂのパワートランジスター１４０Ｌは、両方ともパワーライン１１１ｂに接続される。したがって、これらのトランジスターは同一の半導体領域１４１ｄから形成でき、同じバイア１４６Ｌを用いて、半導体領域１４１ｄとパワーライン１１１ｂとの間にコンタクトを形成できる。上記トランジスターについて同じバイア及び半導体領域を使用することが望ましいが、本発明の実施を成功させる上で必要となるわけではない。
図８に、別の実施態様を示す。この実施態様では、白色要素１８を、画素１０の中央付近に配置する。各画素１０には、赤色１２要素、緑色１４要素及び青色１６要素が、中央要素１４がより小さいことを除いて通常の配置で含まれている。追加要素１８が、中央要素より下（又は上）に位置している。白色要素は、それがない場合に３個全てのカラ−要素から放出される光を効果的に放出するので、白色発光が３つの全てのカラ−要素の中央付近に位置するように白色要素１８を位置させると、ストライプ配置と適合する。
図１８に、白色発光要素１８と緑色発光要素１４とが、図８に示すように単一ストライプに整列したレイアウトパターンを示す。上記した回路レイアウト例のいずれも、この配置を駆動するように作製できる。図１８に示す例は、ロウをなす画素１個あたり２つのパワーラインを有するシステムである。発光要素１４及び１８がストライプを形成するように配置するとき、発光要素１８には、単一の開口１９０ｄのみが要素間誘電体層に必要とされる。
ディスプレイは、標準的な３色（赤色、緑色、青色）のＯＬＥＤ表示装置により示される色の全てを示すことができる。白色ＯＬＥＤ１８の色は、ディスプレイの白色点と調和するように設計できる。この実施態様では、ディスプレイを駆動するのに使用されるシグナルプロセッサーは、典型的には赤色１２カラーＯＬＥＤと、緑色１４カラーＯＬＥＤと、青色１６カラーＯＬＥＤとの組み合わせを用いて示される白色を含むグレー値が、主に白色ＯＬＥＤ１８を用いて得られることができるように構成される。このために、白色ＯＬＥＤ１８のピーク輝度を、赤色１２ＯＬＥＤ、緑色１４ＯＬＥＤ及び青色１６ＯＬＥＤの総合輝度と調和するように設計される。すなわち、従来技術のディスプレイがピーク輝度１００ｃｄ／ｍ2となるように設計される典型的な構成では、赤色１２ＯＬＥＤ、緑色１４ＯＬＥＤ及び青色１６ＯＬＥＤが、これらを全てそれらの最大値までオンにしたときにこのピーク輝度を生成するように構成され、また、白色ＯＬＥＤ１８も、この同じピーク輝度を生成するように設計される。
しかしながら、一定の状況下では、追加要素１８の色を、赤色要素、緑色要素及び青色要素により規定される色域内の表示白色点以外の色点が得られるように設計するのが望ましいことがある。例えば、追加要素、すなわち、「白色」要素１８の色を、色域要素のうちの一つの色にバイアスすることにより、設計者が、表示を、色域要素（この方向に追加要素をバイアスする）に依存する必要性が減少する。
また、追加要素のピーク輝度を、他の輝度値、例えば、より低い値、例えば、組み合わせ色域要素のピーク輝度の半分の輝度に設定して、追加要素に依存する必要性を減少しながら色域要素に依存する必要性を増加することが望ましいことがある。追加要素のピーク輝度は、より高い値、例えば、組み合わせ色域要素のピーク輝度の１．５倍に設計することもできる。しかしながら、このバイアスにより、高飽和としなければならない高輝度である色について飽和損失を生じることがある。
このディスプレイを、各要素について正しい輝度値が得られるように設計すれば、例えば、好適なルックアップテーブルを用いて、通常の３チャンネルデータシグナルから４チャンネルシグナルにマッピングする好適な方法が用いられる。３チャンネルデータシグナルを変換して４以上のカラ−チャンネルを有するディスプレイを駆動するためのルックアップテーブルを生成する方法は、当該技術分野において周知であり、例えば、米国特許第６，０７５，５１４号（Ｒｙａｎ、発行日：２０００年６月１３日）に、一つのそのような方法が記載されている。別法として、変換を規定するアルゴリズムを用いてリアルタイムで変換を行うこともできる。
３〜４色からの変換は、非決定的であるので、（すなわち、通常仕様における数多くの色は、色域要素単独の組み合わせを用いるか、又は追加要素との数多くの組み合わせの一つにおいて形成できるので）、種々の変換が可能である。しかしながら、追加要素のピーク輝度を選択して色域要素の総合ピーク輝度を一致させることにより、変換をおこなって、追加要素が、全ての色の飽和を維持しながら各色についてできるだけ多くの輝度を得ることができる。この方法により、本発明で可能な最大の節電が可能となる。
本発明の種々の他の実施態様を、実施することもできる。第二の特に有用な実施態様では、数種の異なるＯＬＥＤ材料を使用してドーピングして多色を得る。例えば、赤色１２ＯＬＥＤ、緑色１４ＯＬＥＤ、青色１６ＯＬＥＤ及び白色１８ＯＬＥＤは、異なるＯＬＥＤ材料をドーピングして異なる色のＯＬＥＤを得るようにしてもよい。図１０に示す実施態様において、各第一電極２２〜２８の上に、有機発光ダイオード材料６２〜６８からなる異なる層をそれぞれ形成する。有機発光ダイオード材料の上に、第二電極３２を形成する。有機発光ダイオード材料の各々（例えば、６２、６４、６６及び６８）を、以下でより詳細に説明するように、正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層から形成する。
本実施態様において、有機発光ダイオード材料のスタック内の発光層及び設けられる可能性のある他の層を選択して赤色発光要素、緑色発光要素、青色発光要素及び白色発光要素を得る。一つの発光ダイオード材料６２は、主に可視スペクトルの長波長又は赤色部において発光する。第二発光ダイオード材料６４は、主に可視スペクトルの中波長又は緑色部において発光する。第三発光ダイオード材料６６は、主に可視スペクトルの短波長又は青色部において発光する。最後に、第四発光ダイオード材料６８は、広範囲の波長において発光して白色ＯＬＥＤとなる。このように、４種の異なる材料は、赤色ＯＬＥＤ、緑色ＯＬＥＤ、青色ＯＬＥＤ及び白色ＯＬＥＤを含む４ＯＬＥＤディスプレイを形成する。
この実施形態では、ドーピングして異なる色を生じる材料から形成したＯＬＥＤは、顕著に異なる輝度効率を有することがあり、したがって、最低パワー効率を有するＯＬＥＤの色度座標の方向にバイアスした色度座標を有する白色ＯＬＥＤを選択するのが好ましいことがある。このように白色ＯＬＥＤの色度座標を選択することにより、最低パワー効率を有する要素を、白色ＯＬＥＤによってより頻繁に置き換えて総パワー使用率を減少させる。
さらに、この実施形態内において、異なるＯＬＥＤを異なるレベルで駆動してカラーバランスのよい表示を得ることが必要なことがある。ＯＬＥＤ材料の安定性がＯＬＥＤの駆動に使用される電流密度に反比例することを理解することが重要である。ＯＬＥＤの寿命は、安定性（すなわち、ＯＬＥＤを駆動するのに使用される電流密度）に影響され、したがって、より高い電流密度で一部の要素を駆動する必要があると、特定の色のＯＬＥＤの寿命を短くすることがある。さらに、ドーピングして異なる色を得るＯＬＥＤ材料は、典型的には異なる輝度安定性を有する。すなわち、輝度出力の経時変化は、材料ごとに異なる。これを補償するため、他の色域画定ＯＬＥＤの色度座標よりも最短輝度安定性を有するＯＬＥＤの近くに位置する色度座標を有する白色ＯＬＥＤ用材料を用いてもよい。この基準にしたがって白色ＯＬＥＤを位置させることにより、最も近い色域画定ＯＬＥＤの総使用率が減少し、最も近い色域画定ＯＬＥＤの寿命が延びる。
上記した実施態様において注目すべきことは、追加要素が色域要素よりもはるかに効率的であるので、追加要素を駆動するのに必要とする電流密度又はパワーは、色域要素についてよりもはるかに低いことである。さらに、注目すべきことに、発光要素を得るのに使用される材料の経時的な輝度安定性は、典型的には、より高い電流密度で駆動したときに材料の経時的な輝度安定性がはるかに悪い極めて非線形的な関数により要素を駆動するのに使用される電流密度に関係している。実際には、この関係を説明するのに使用される関数は、典型的にはべき関数として説明できる。このため、経時的輝度安定性を示す関数が特に急勾配である場合の一定のしきい値よりも高い電流密度で要素を駆動するのは、望ましくない。同時に、典型的に色域要素をこの電流密度まで駆動することを必要とする最大表示輝度値を得ることが望ましいことがある。
上記した実施態様において、種々の発光要素は、異なる効率及び寿命を有する。種々の用途について表示装置を最適化するためには、異なる大きさの要素を使用することが有用である。例えば、白黒使用が主である用途においては、追加白色ＯＬＥＤ要素の大きさを大きくすることができる。ここで、追加要素の輝度の量を操作するとき、それらの相対的な大きさを変更することが望ましいこともある。米国特許第６，３６６，０２５号（ヤマダ、発行日：２００２年４月２日）は、エレクトロルミネッセンスカラ−ディスプレイ装置を記載している。この装置は、赤色発光要素、緑色発光要素及び青色発光要素を備えている。これらの発光要素は、発光要素の異なる発光効率及び輝度比を考慮した異なる領域を有する。ヤマダにより記載されている概念を、本発明の表示装置に適用できる。図９に、予想使用率、効率及び寿命に応じて異なる要素領域を有するディスプレイを示す。
好ましい態様において、本発明は、例えば１９８８年９月６日発行のTangらの米国特許第４７６９２９２号明細書及び１９９１年１０月２９日発行のVanSlykeらの米国特許第５０６１５６９号明細書に開示されているような、低分子系又は高分子系のOLEDからなる有機発光ダイオード（OLED）を含むデバイスにおいて使用される。このようなデバイスの加工には、多くの組合せ及び変型の有機発光ディスプレイを使用することができる。
本発明は、ほとんどのOLEDデバイス構成に採用することができる。これらには、単一アノードと単一カソードを含む非常に簡素な構造から、より一層複雑なデバイス、例えば、複数のアノードとカソードを直交配列させて発光要素を形成してなるパッシブマトリクス式表示装置や、各発光要素を、例えば薄膜トランジスタ(TFT)で独立制御する、アクティブマトリクス式表示装置が含まれる。
本発明を成功裏に実施することができる有機層の構成はいくつかある。典型的な構造は、図１９に示したように、基板７０１、アノード７０３、正孔注入層７０５、正孔輸送層７０７、発光層７０９、電子輸送層７１１及びカソード７１３を含む。これらの層については、以下に詳述する。別態様として基板をカソードに隣接するように配置できること、また基板が実際にアノード又はカソードを構成し得ることに、留意されたい。アノードとカソードの間の有機層を、便宜上、有機EL要素と称する。当該有機層の全体厚は５００nm未満であることが好ましい。
OLEDのアノードとカソードは、電気導体８６０を介して電源８５０に接続されている。アノードとカソードの間に、アノードがカソードより正極となるように電位差を印加することによりOLEDを動作させる。アノードから正孔が有機EL要素に注入され、また、カソードから電子が有機EL要素に注入される。サイクル中の一定期間電位差バイアスを逆方向にして電流を流さないようにするACモードでOLEDを動作させると、デバイスの安定性が向上する場合がある。AC駆動式OLEDの一例が米国特許第５５５２６７８号明細書に記載されている。
本発明のOLEDデバイスは、カソード又はアノードのいずれが接触していてもよい支持基板の上に設けられることが典型的である。基板に接している電極を、便宜上、底部電極と称する。底部電極をアノードにすることが慣例的であるが、本発明はそのような構成に限定されるものではない。基板は透過性又は不透明のいずれであってもよい。基板が透過性である場合、反射層又は吸光層を使用して、カバーを通過してきた光を反射させ、又は該光を吸収することにより、ディスプレイのコントラストを向上させる。基板は、ガラス、プラスチック、半導体材料、シリコン、セラミックス及び回路基板材料が含むことができるが、これらに限定はされない。もちろん、透光性の上部電極を提供する必要はある。
EL発光をアノード７０３を通して観察する場合には、当該アノードは当該発光に対して透明又は実質的に透明であることが必要である。本発明に用いられる一般的な透明アノード材料はインジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)及び酸化錫であるが、例示としてアルミニウム又はインジウムをドープした酸化亜鉛、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物をはじめとする他の金属酸化物でも使用することができる。これらの酸化物の他、窒化ガリウムのような金属窒化物、セレン化亜鉛のような金属セレン化物、及び硫化亜鉛のような金属硫化物をアノードとして使用することもできる。EL発光をカソード電極のみを介して観察する用途の場合には、アノードの透過性は問題とならず、透明、不透明又は反射性を問わず、いずれの導電性材料でも使用することができる。このような用途向けの導体の例として、金、イリジウム、モリブデン、パラジウム及び白金が挙げられるが、これらに限定はされない。典型的なアノード材料は、透過性であってもそうでなくても、４．１ｅＶ以上の仕事関数を有する。望ましいアノード材料は、一般に、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれかによって付着される。周知のフォトリソグラフィ法によってアノードをパターン化してもよい。必要に応じて、他の層を適用する前に、アノードに研磨処理を施して表面粗さを抑えることにより、短絡を極力減らし、或いは反射能を高めることができる。
常に必要であるわけではないが、アノード７０３と正孔輸送層７０７との間に正孔注入層７０５を設けることがしばしば有用となる。正孔注入性材料は、後続の有機層のフィルム形成性を改良し、かつ、正孔輸送層への正孔注入を促進するのに役立つことができる。正孔注入層に用いるのに好適な材料として、米国特許第４７２０４３２号明細書に記載されているポルフィリン系化合物、米国特許第６２０８０７５号明細書に記載されているプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマー、及びある種の芳香族アミン、例えばm-MTDATA（4,4’,4”-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン）、が挙げられる。有機ELデバイスに有用であることが報告されている別の正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第０８９１１２１号及び同第１０２９９０９号明細書に記載されている。
正孔輸送層７０７は、芳香族第三アミンのような正孔輸送性化合物を少なくとも一種含有する。芳香族第三アミン類は、少なくとも一つが芳香環の員である炭素原子にのみ結合されている３価窒素原子を少なくとも１個含有する化合物であると理解されている。一態様として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミンであることができる。単量体トリアリールアミンの例がKlupfelらの米国特許第３１８０７３０号明細書に記載されている。Brantleyらの米国特許第３５６７４５０号及び同第３６５８５２０号明細書には、１個以上の活性水素含有基を含み、かつ／又は、１個以上のビニル基で置換されている、他の適当なトリアリールアミンが開示されている。
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第４７２０４３２号及び同第５０６１５６９号に記載されているような芳香族第三アミン部分を２個以上含有するものである。正孔輸送層は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス｛N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ｝ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’,4”-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス｛N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ｝ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’,4”-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、欧州特許第１００９０４１号に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。アミン基を３個以上有する第３芳香族アミンを、オリゴマー材料を含め、使用することができる。さらに、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)／ポリ(4-スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子系正孔輸送性材料を使用することもできる。
米国特許第４７６９２９２号及び同第５９３５７２１号に詳述されているように、有機EL要素の発光層(LEL)７０９は発光材料又は蛍光材料を含み、その領域において電子-正孔対が再結合する結果として電場発光が生じる。発光層は、単一材料で構成することもできるが、より一般的には、ホスト材料に単一又は複数種のゲスト化合物をドーピングしてなり、そこで主として当該ドーパントから発光が生じ、その発光色にも制限はない。発光層に含まれるホスト材料は、後述する電子輸送性材料、上述した正孔輸送性材料、又は正孔-電子再結合を支援する別の材料もしくはその組合せ、であることができる。ドーパントは、通常は高蛍光性色素の中から選ばれるが、リン光性化合物、例えば、国際公開第９８／５５５６１号、同第００／１８８５１号、同第００／５７６７６号及び同第００／７０６５５号に記載されているような遷移金属錯体も有用である。ドーパントは、ホスト材料中、０．０１〜１０質量％の範囲内で塗布されることが典型的である。ホスト材料として、ポリフルオレンやポリビニルアリーレン（例、ポリ(p-フェニレンビニレン)、PPV）のような高分子材料を使用することもできる。この場合、高分子ホスト中に低分子量ドーパントを分子レベルで分散させること、又はホストポリマー中に二次成分を共重合させることによりドーパントを付加すること、が可能である。
ドーパントとしての色素を選定するための重要な関係は、当該分子の最高被占軌道と最低空軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップポテンシャルの対比である。ホストからドーパント分子へのエネルギー伝達の効率化を図るためには、当該ドーパントのバンドギャップがホスト材料のそれよりも小さいことが必須条件となる。リン光性発光体の場合には、ホストの三重項エネルギー準位が、ホストからドーパントへのエネルギー移動を可能ならしめるに十分なほど高いことも重要となる。
有用性が知られているホスト及び発光性分子として、米国特許第４７６９２９２号、同第５１４１６７１号、同第５１５０００６号、同第５１５１６２９号、同第５４０５７０９号、同第５４８４９２２号、同第５５９３７８８号、同第５６４５９４８号、同第５６８３８２３号、同第５７５５９９９号、同第５９２８８０２号、同第５９３５７２０号、同第５９３５７２１号及び同第６０２００７８号に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
8-ヒドロキシキノリン（オキシン）及び類似の誘導体の金属錯体は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種である。以下、有用なキレート化オキシノイド系化合物の例を示す。
CO-1：アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2：マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3：ビス[ベンゾ｛f｝-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7：リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)〕
CO-8：ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9：ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
CO-1：アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2：マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3：ビス[ベンゾ｛f｝-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7：リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)〕
CO-8：ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9：ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
有用なホスト材料の別の種類として、米国特許第５９３５７２１号に記載されている9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン及びその誘導体のようなアントラセン誘導体、米国特許第５１２１０２９号に記載されているジスチリルアリーレン誘導体、並びに2,2’,2”-(1,3,5-フェニレン)トリス[1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール]のようなベンズアゾール誘導体が挙げられるが、これらに限定はされない。リン光性発光体のホストとして特に有用なものはカルバゾール誘導体である。
有用な蛍光性ドーパントとして、例えば、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン及びキナクリドンの誘導体、ジシアノメチレンピラン化合物、チオピラン化合物、ポリメチン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、フルオレン誘導体、ペリフランテン誘導体、インデノペリレン誘導体、ビス（アジニル）アミンボロン化合物、ビス（アジニル）メタン化合物並びにカルボスチリル化合物が挙げられるが、これらに限定はされない。
本発明の有機EL要素の電子輸送層７１１を形成するのに用いられる好適な薄膜形成性材料は、オキシン（通称8-キノリノール又は8-ヒドロキシキノリン）自体のキレートをはじめとする、金属キレート化オキシノイド系化合物である。当該化合物は、電子の注入・輸送を助長し、高い性能レベルを発揮すると共に、薄膜加工が容易である。オキシノイド系化合物の例は既述した通り。
他の電子輸送性材料として、米国特許第４３５６４２９号明細書に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第４５３９５０７号明細書に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。ベンズアゾール及びトリアジンもまた有用な電子輸送性材料である。
発光をアノードのみを介して観察する場合には、本発明に用いられるカソード７１３は、ほとんどすべての導電性材料を含んでなることができる。望ましい材料は、下部の有機層との良好な接触が確保されるよう良好なフィルム形成性を示し、低電圧での電子注入を促進し、かつ、良好な安定性を有する。有用なカソード材料は、低仕事関数金属（＜４.０ｅＶ）又は合金を含むことが多い。好適なカソード材料の１種に、米国特許第４８８５２２１号明細書に記載されているMg:Ag合金（銀含有率１〜２０％）を含むものがある。別の好適な種類のカソード材料として、有機層（例、ETL）に接している薄い電子注入層（EIL）に、これより厚い導電性金属層をキャップしてなる二層形が挙げられる。この場合、EILは低仕事関数の金属又は金属塩を含むことが好ましく、その場合には、当該より厚いキャップ層は低仕事関数を有する必要はない。このようなカソードの一つに、米国特許第５６７７５７２号明細書に記載されている、薄いLiF層にこれより厚いAl層を載せてなるものがある。その他の有用なカソード材料のセットとして、米国特許第５０５９８６１号、同第５０５９８６２号及び同第６１４０７６３号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
カソードを介して発光を観察する場合には、当該カソードは透明又はほぼ透明でなければならない。このような用途の場合、金属が薄くなければならないか、又は透明導電性酸化物もしくはこれら材料の組合せを使用しなければならない。透光性カソードについては、米国特許第４８８５２１１号、米国特許第５２４７１９０号、JP3,234,963、米国特許第５７０３４３６号、米国特許第５６０８２８７号、米国特許第５８３７３９１号、米国特許第５６７７５７２号、米国特許第５７７６６２２号、米国特許第５７７６６２３号、米国特許第５７１４８３８号、米国特許第５９６９４７４号、米国特許第５７３９５４５号、米国特許第５９８１３０６号、米国特許第６１３７２２３号、米国特許第６１４０７６３号、米国特許第６１７２４５９号、欧州特許第１０７６３６８号、米国特許第６２７８２３６号及び米国特許第６２８４３９３号に詳しく記載されている。カソード材料は、蒸発法、スパッタ法又は化学的気相成長法により付着させることが典型的である。必要な場合には、例えば、マスク介在蒸着法、米国特許第５２７６３８０号及び欧州特許出願公開第０７３２８６８号明細書に記載の一体型シャドーマスク法、レーザーアブレーション法及び選択的化学的気相成長法をはじめとする多くの周知の方法により、パターンを形成させてもよい。
場合によっては、必要に応じて、層７０９及び層７１１を、発光と電子輸送の両方を支援する機能を発揮する単一層にすることが可能である。当該技術分野では、ホストとして機能し得る正孔輸送層に発光性ドーパントを添加してもよいことも知られている。例えば、青色発光性材料と黄色発光性材料、シアン発光性材料と赤色発光性材料、又は赤色発光性材料と緑色発光性材料と青色発光性材料、を組み合わせることにより、複数種のドーパントを１又は２以上の層に添加して白色発光性OLEDを創り出すことができる。白色発光性デバイスについては、例えば、欧州特許出願公開第１１８７２３５号、米国特許出願公開第２００２／００２５４１９号、欧州特許出願公開第１１８２２４４号、米国特許第５６８３８２３号、米国特許第５５０３９１０号、米国特許第５４０５７０９号及び米国特許第５２８３１８２号に記載されている。
本発明のデバイスにおいて、当該技術分野で教示されている電子又は正孔阻止層のような追加の層を採用してもよい。正孔阻止層は、例えば米国特許出願公開第２００２／００１５８５９号に記載されているように、一般にリン光性発光体デバイスの効率を高めるために使用される。
本発明は、例えば米国特許第５７０３４３６号及び同第６３３７４９２号明細書に教示されているように、いわゆるスタック型デバイス構成において使用することができる。
上述した有機材料は昇華法のような気相法により適宜付着されるが、流体から、例えばフィルム形成性を高める任意のバインダーを含む溶剤から、付着させてもよい。当該材料がポリマーである場合には、溶剤付着法が有用であるが、スパッタ法やドナーシートからの熱転写法のような別の方法を利用することもできる。昇華法により付着すべき材料は、例えば、米国特許第６２３７５２９号明細書に記載されているように、タンタル材料を含むことが多い昇華体「ボート」から気化させてもよいし、当該材料をまずドナーシート上にコーティングし、その後これを基板に接近させて昇華させてもよい。複数材料の混合物を含む層は、独立した複数の昇華体ボートを利用してもよいし、予め混合した後単一のボート又はドナーシートからコーティングしてもよい。パターン化付着は、シャドーマスク、一体型シャドーマスク（米国特許第５２９４８７０号明細書）、ドナーシートからの空間画定型感熱色素転写（米国特許第５６８８５５１号、同第５８５１７０９号及び同第６０６６３５７号明細書）及びインクジェット法（米国特許第６０６６３５７号明細書）を利用して達成することができる。
ほとんどのOLEDデバイスは湿分もしくは酸素又はこれら双方に対して感受性を示すため、窒素又はアルゴンのような不活性雰囲気において、アルミナ、ボーキサイト、硫酸カルシウム、クレー、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、スルフェート、金属ハロゲン化物及び金属過塩素酸塩のような乾燥剤と一緒に、封止されることが一般的である。封入法及び乾燥法として、米国特許第６２２６８９０号明細書に記載されている方法が挙げられるが、これらに限定はされない。さらに、当該技術分野では、封入用として、SiOx、テフロン（登録商標）及び無機／高分子交互層のようなバリア層も知られている。
本発明によるOLEDデバイスは、所望によりその特性を高めるため、周知の各種光学効果を採用することができる。これには、透光性を極大化するための層厚の最適化、誘電体ミラー構造の付与、反射性電極の吸光性電極への交換、表示装置への遮光又は反射防止コーティングの付与、表示装置への偏光媒体の付与、又は表示装置への着色、中性濃度もしくは色変換フィルターの付与が包含される。具体的には、フィルター、偏光子及び遮光又は反射防止コーティングを、カバーの上に、又はカバーの下の電極保護層の上に、設けることができる。
９…画素
１０…画素
１１…ＥＬ要素
１２…赤色要素
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…発光要素
１４…緑色要素
１４ｂ、１４ｃ…発光要素
１６…青色要素
１６ｂ…発光要素
１８…白色発光要素
１８ｂ…発光要素
２０…基板
２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ…発光要素
２２…第一電極
２４…第一電極
２６…第一電極
２８…第一電極
２９…絶縁体
３０…有機層
３２…第二透明電極
４２…赤色カラ−フィルター
４４…緑色カラ−フィルター
４６…青色カラ−フィルター
４８…白色点調整フィルター
５２…赤色光
５４…緑色光
５６…青色光
５８…白色光
６２…有機発光ダイオード材料
６４…有機発光ダイオード材料
６６…有機発光ダイオード材料
６８…有機発光ダイオード材料
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…パワーライン
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ…データライン
１１３、１１３ａ、１１３ｂ…セレクトライン
１１４、１１４ａ、１１４ｂ…キャパシタライン
１２０、１２０ａ、１２０ｂ…セレクトトランジスター
１２１ａ、１２１ｂ…第一半導体領域
１２２ａ…第一バイア
１３０、１３０ａ、１３０ｂ…ストレージキャパシタ
１３１…第二キャパシタ電極
１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｉ、１４０Ｌ…パワートランジスター
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ…第二半導体領域
１４２ａ、１４２ｂ…第二バイア
１４３ａ、１４３ｂ…ゲート導体
１４５ａ、１４５ｂ…第四バイア
１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｉ、１４６Ｌ…第三バイア
１５０…第一導電ブリッジ
１５１ａ、１５１ｂ…バイア
１５２…第二導電ブリッジ
１５３…ゲート導体
１５３ａ、１５３ｂ…バイア
１５４…第一導電ブリッジ
１５５ａ、１５５ｂ…バイア
１５６…第三導電ブリッジ
１５７ａ、１５７ｂ…バイア
１８１ａ、１８１ｂ…第一電極
１９０ａ…開口
１９０ｄ…開口
１９０ｘ、１９０ｙ、１９０ｚ…白色発光要素セグメント
２１２…ゲート絶縁層
２１３…第一層間絶縁層
２１４…第二層間絶縁層
２２０…要素間誘電膜
３１０…ＯＬＥＤ層
３１１…正孔注入層
３１２…正孔輸送層
３１３…発光層
３１４…電子輸送層
３２０…第二電極
７０１…基板
７０３…アノード
７０５…正孔注入層
７０７…正孔輸送層
７０９…発光層
７１１…電子輸送層
７１３…カソード
８５０…電源
８６０…電気導体
１０…画素
１１…ＥＬ要素
１２…赤色要素
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…発光要素
１４…緑色要素
１４ｂ、１４ｃ…発光要素
１６…青色要素
１６ｂ…発光要素
１８…白色発光要素
１８ｂ…発光要素
２０…基板
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２２…第一電極
２４…第一電極
２６…第一電極
２８…第一電極
２９…絶縁体
３０…有機層
３２…第二透明電極
４２…赤色カラ−フィルター
４４…緑色カラ−フィルター
４６…青色カラ−フィルター
４８…白色点調整フィルター
５２…赤色光
５４…緑色光
５６…青色光
５８…白色光
６２…有機発光ダイオード材料
６４…有機発光ダイオード材料
６６…有機発光ダイオード材料
６８…有機発光ダイオード材料
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…パワーライン
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ…データライン
１１３、１１３ａ、１１３ｂ…セレクトライン
１１４、１１４ａ、１１４ｂ…キャパシタライン
１２０、１２０ａ、１２０ｂ…セレクトトランジスター
１２１ａ、１２１ｂ…第一半導体領域
１２２ａ…第一バイア
１３０、１３０ａ、１３０ｂ…ストレージキャパシタ
１３１…第二キャパシタ電極
１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｉ、１４０Ｌ…パワートランジスター
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３２０…第二電極
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７０３…アノード
７０５…正孔注入層
７０７…正孔輸送層
７０９…発光層
７１１…電子輸送層
７１３…カソード
８５０…電源
８６０…電気導体
Claims (2)
- ａ）各画素が、ある色域を特定する異なる複数の色の光を放出するための３以上の色域要素と、該色域内の色の光を放出するための１以上の追加要素とを有する複数の発光性ＯＬＥＤ画素のアレイであって、該追加要素のパワー効率が該３以上の色域要素のうちの少なくとも１つのパワー効率より高いもの
を含んでなるカラーＯＬＥＤディスプレイであって、該３以上の色域要素は赤色、緑色及び青色の光を放出し、該追加要素は白色の光を放出し、かつ、該追加要素は全ての色域要素に隣接して配置され、
ｂ）該ディスプレイにおける各色のための該色域要素のすべてが第１方向に一列に、着色の異なる色域要素が該列に含まれないように配置され、
ｃ）該着色された色域要素が、該第１方向に直交する第２方向に一列に、該色域要素の複数の色がその列において交互するように配置され、そして
ｄ）該追加要素が、該第１方向及び該第２方向の双方において列をなして配置されている
ことを特徴とするカラーＯＬＥＤディスプレイ。 - 該追加要素が該色域要素の下方又は上方に配置されている、請求項１に記載のカラーＯＬＥＤディスプレイ。
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