JP5037344B2 - 有機発光ダイオードに基づいたディスプレイおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機発光ダイオードに基づいたディスプレイおよびその製造方法に関する。

近年、小型、省スペース、軽量かつ安価なディスプレイモジュールならびにデータおよび情報を迅速かつ適切に視覚化できるディスプレイに対する需要が急増している。現在用いられているディスプレイ要素の大半は、陰極鋼管方式または液晶表示（ＬＣＤ）方式を採用している。これらの方式は、技術的に非常に精巧であり、かつ高価であるプラズマディスプレイ、真空蛍光ディスプレイまたは電界放出ディスプレイなどの平面型ディスプレイ技術にも用いられている。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）に基づいたディスプレイでは、近年、確立した技術の競争が表面化しており、深刻な状態である。ＯＬＥＤｓに基づいたディスプレイ装置の最大の利点は、開口率の増加だけでなく、鮮明な色、非常に高いコントラスト、低温における切換え時間の短縮、視野角の広角化を提供できることである。ＯＬＥＤｓは、それ自身発光要素である。したがって、ＬＣＤｓとは異なり、バックライトを必要としない。例えば、ＯＬＥＤｓは、箔状、柔軟な形状、および細い形状に、かつ低価格に製造することができる。また、ＯＬＥＤｓは、比較的低エネルギー量で作動することができる。ＯＬＥＤｓは、低動作電圧、高エネルギー効率を有するため、任意の色を発光するための面発光の構造要素を製造する選択肢だけでなく、照明素子において好適である。

ＯＬＥＤｓは、光の伝達下において再結合する励起子と呼ばれる一対の正孔によるエレクトロルミネッセンスの原則に基づいたものである。このため、ＯＬＥＤは、活性物質として設けられている少なくとも１層の有機薄膜が２つの電極間に挟まれている形態となるように構成されている。これによって、正および負の荷電粒子が有機物質中に注入されるため、再結合領域における正孔および／または電子の電荷移動は、光の放射下の一重項励起子に対して荷電粒子の再結合が生じる有機層において起きる。放射した励起子の再結合の後に、可視光の発光、すなわち発光ダイオードからの放電が引き起こされる。この光は、構造要素から放出されるため、少なくとも一つの電極を透明とする必要がある。一般的に、この透明電極は、ＴＣＯ（透明導電性酸化物）と称される導電性酸化物からなる。ＯＬＥＤの製造の第一歩は、基板上にＯＬＥＤｓの各層を蒸着することである。基板に最近傍の電極が透明である場合、構造要素は、「下部発光ＯＬＥＤ」と称される。他の電極が透明である場合には、構造要素は、「上部発光ＯＬＥＤ」と称される。基板から離れた位置の電極が透明である場合だけでなく、基板と少なくとも一層の有機層との間の電極が透明である場合も、同様である。

基板としては、ディスプレイに用いられている、いわゆるバックプレーン基板（後面バックプレーン）が、有機発光ダイオードに対応している。回路基板伝導体、トランジスター、コンデンサーおよび低電極がバックプレーン基板に設けられている。さらに、保護層および分離層が、基板に蒸着されている。標準的な技法としては、有機層、上部電極およびディスプレイの最終的な封入層は、その上に形成される。

上記のディスプレイの重要な性質の要因は、いわゆる開口率である。この開口率は、ディスプレイの表面全面における照明部分の割合を再現する。隣接するピクセル間の一時的な間隔を大きくなると、それに応じて開口率が小さくなる。開口率が増加すると、映像印象が向上するため、開口率を最大限高くすることが目的とされている。上部発光マトリックスディスプレイの場合、後面バックプレーンの考えに基づいて、純粋な理論で考えると、少なくとも８０％の開口率を達成できる。実際のところ、現在のＯＬＥＤマトリックスディスプレイの開口率の最大値は、５０％である。この制限は、主として、有機層のマスキングによって引き起こされる。これは、フィルタ層または変換層を有していないフルカラーディスプレイにおいて、互いに隣接する赤、緑および青のサブピクセルを処理する必要があるからである。この目的のために、シャドウマスクが用いられ、そして誤差許容が上記のサブピクセルの処理に関わっているため、バックプレーン製造の正確性に基づいて可能である開口率を、現時点において達成不可能としている。

開口率の決定の別形態として、開口率の決定は、ディスプレイの電気光学的な活性領域における光が構造要素から発せられるだけでなく、不活性領域からも発せられる場合において向上する。この特別な場合において、ＯＬＥＤｓの変化層は、通常とは異なる屈折率、すなわち必然的に１よりも大きい屈折率を有する必要があると考えられている。生成した全ての光子がディスプレイから発せられるわけではなく、また観測者によって感知されるわけではない。これは、全反射が、構造要素および／または構造要素と大気間との様々な境界面において生じるからである。二つの上記境界面において前後に反射した光は、最終的に吸収される。上述したように、ＯＬＥＤｓ構造の設計により、全反射は、光学的な基板の形態、有機物の形態、少なくとも一層の有機層を有する目的の形態および外部の形態の形成状況に応じて導くことができる。外部の光学的な形態のみ、観測者によって認知される。この分野では、内部の光学的な形態における外部結合を目的とした様々な方法が知られている。これによって、ディスプレイの開口率の増加およびある程度の効果を向上できる。

例えば、I. Schnitzerの論文である“30% external quantum efficiency from surface textured, thin-film light-emitting diodes”Appl. Phys. Lett., Volume 63, page2174(1993)においては、基板の表面を粗くすることを提案している。これによって、相当な範囲において、基板と大気との境界面での反射の発生を回避できる。この粗い面は、例えば、有機物を除いた基板表面をエッチングまたはサンドブラストすることによって作製することができる。C.F.Madiganの論文である“Improvement of output coupling efficiency of organic light-emitting diode by backside substrate modification” Appl. Phys. Lett., Volume 76, page1650(2000)においては、基板面の裏面に球形のパターンを蒸着することが記載されている。このパターンは、粘着性の薬品または樹脂を用いて基板上に蒸着されたレンズアレイを構成できる。T.Yamasakiの論文である“Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium” Appl. Phys. Lett., Volume 76, page1243(2000) においては、ＯＬＥＤの光の外部結合を向上するために、基板表面に石英ガラスからなるミクロスフィアを蒸着することが提案している。これらのミクロスフィアは、内部の形態から外部の形態に光を散乱するために、ＯＬＥＤの近傍に設けることもできる。さらに、基板と第１電極との間の波長領域における周期構造を生成することも知られている。この周期構造は、発光ダイオードの光学的な活性層に続いている。J.M.LuptonらのAppl. Phys. Lett., Volume 77, page3340(2000)においては、上記形状が、最終的に、構造要素の効果を増加するブラッグ散乱となることを言及している。さらに、ドイツ特許公報ＤＥ １０１ ６４ ０１６ Ａ１には、異なる屈折率を有する多様な部分領域を備えている少なくとも一層の有機層を有する有機発光ダイオードについて開示されている。有機物を含む位相境界の転換のために、少量の残存光子を、同質の層よりも損失が多い導波管を用いた層において捕捉している。活性有機層における真性の成分の利用の他にも、電気的なエレクトロルミネセンス物質であるナノ粒子のような異物の導入も知られている。これによって、有機物中の導波管効果を避けることができる。例えば、S.A.Carterらの“Enhanced luminance in polymer composite light emitting devices” Appl. Phys. Lett. Volume 71, (1997)においても言及されている。導波管効果を抑制するこれらの粒子は、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３からなり、約３０〜８０ｎｍの粒径であり、かつ、ＭＥＨ−ＰＰＶのようなポリマー発光物質に埋め込まれている。

研究の大多数は、上述したように、下部発光ダイオードに関連した内部の形態の外部結合に関する提案である。しかし、上述した手法によるディスプレイ中の各層における導波管特性の削減は、ピクセル化した構造要素の開口率を向上しない。上述した手法では、光は、明らかに不活性領域からも放射される。しかし、個々のピクセル間において過放出および供給過多が生じるため、ディスプレイの映像情報が部分的に失われてしまう。

したがって、本発明は、有機発光ダイオード装置に基づいたディスプレイの構造要素の効果をさらに向上することを目的とする。

この課題は、非常に簡単な様態の発明によって解決される。本発明に係る装置は、請求項１の構成を有するディスプレイであり、本発明に係る方法は、請求項１３の構成を有するディスプレイの製造方法である。

本発明に係るディスプレイの場合、例えば、ＯＬＥＤアクティブマトリックスディスプレイのような有機発光ダイオードに基づいた装置は、基板と、基板に近い位置に形成された第１電極と、基板から遠い位置に形成された第２電極と、双方の電極の間に設けられた少なくとも一層からなる発光有機層とを備えている。光は、活性領域において、２つの電極のうちの１つを伝達することによって、放射される。そのため、第１電極は、ピクセル構造であり、分離層は、隣接するピクセル間に形成されている。本発明に係るディスプレイでは、分離層が、発光層と光学的に結合しており、かつ、光学的に効果的な光散乱を引き起こす成分を含有していることを特徴としている。そのため、分離層は、第１電極のピクセル構造に適合するために微細構造化されており、第１電極の上に形成される。

本発明は、生成した光の大部分、すなわちマトリックス構造ディスプレイから発せられない光が、有機物と透明電極とからなる構成の層に隣接する分離層中に結合され、上記の光は、分離層において数回反射し、最終的には吸収されるという発明者らの知見に基づいている。本発明によれば、上記した分離層の導波管特性を回避するとともに、分離層中に結合した光を高確率で構造要素から発することができる。これによって、光がディスプレイの電気光学的な活性領域から放射されるだけでなく、不活性領域からも放射されるため、構造要素の開口率を所望の値まで増加できる。これは、効果的なピクセル領域、すなわち口径比およびディスプレイの開口率の増加を意味している。一例においては、分離層における光散乱特性の巧みな設定によって、特定のピクセルからの光が、隣接するピクセルの周囲から放射されることを避けることができる。これによって、各ピクセル間における過放出および供給過多を避けることができる。

加えて、構造要素の有用な性能が向上するため、本発明に係るディスプレイは、結果的に、従来のディスプレイに比べて少ない電流で同程度の明るさを達成できる。これによって、本発明に係るディスプレイの寿命が向上する。本発明において、この特別な目的のために、好適な処理を用いて、ピクセルを分離する分離層が、光学的に効果的な成分を含むように改良されている。この分離層の改良は、高度な処理を用いなくても、すでに下部に位置している構造に対して損傷を引き起こすことなく行うことができる。本発明に係るディスプレイにおける分離層は、２つの機能を有している。第１は、互いに近くに位置するピクセルの正確な位置を明確にすることであり、第２は、外部結合効果の増加を用いて各ピクセルの性能パラメータを向上することである。本発明において、これを実現するために、本発明に係るディスプレイの製造における処理工程を増加していない。本発明は、下部発光マトリックスディスプレイだけでなく上部発光マトリックスディスプレイにも適用することができる。「マトリックスディスプレイ」なる用語は、基板に最近傍の電極、すなわち第１電極を、ディスプレイにおけるピクセルを固定するために特別に備えていることを意味する。

この場合において、隣接する画像点間における光学的な供給過多、そうでなければ、コントラストおよび／または色の鮮明度を低下する影響の状況を生じないような方法を用いてディスプレイを設計することが好適である。隣接するピクセル間における上記供給過多を避けるために、成分の濃度は、分離層から光の外部結合を引き起こす効果を得られるように選択する。具体的には、ピクセルから発せられた光は、２つの隣接するピクセルの最大間隔がｘであるとき、ディスプレイ表面から横方向にｘ／２の間隔に散乱する。光学的に効果的な成分の濃度は、すなわちこの状況を実現するために必要な濃度は、成分の寸法によって決定される。

開口率を増加するためには、例えば、散乱、反射または屈折効果と称されるような任意の様態における光の転換を引き起こすことができる全ての光学的に効果的な成分が好適である。

本発明に係るディスプレイの色の改ざんを避けるために、光学的に効果的な成分が、波長独自の方法において光に影響を与えることを予見している。このため、成分の波長は、動作波長の約１／１０よりも大きくするべきである。レイリー散乱によって、赤い光よりも青い光が強く散乱することを避けるために、成分は、５０ｎｍよりもやや大きい寸法とすることが好ましい。

分離層における有機物から結合した光が、分離層において過剰に吸収されることを避けるために、分離層の光吸収係数を１０^５ｍ^−１、特には１０^４ｍ^−１よりも小さくすることが好ましい。これによって、分離層における活性層の発光の浸入度は、少なくとも１０μｍ、またはそれ以上である必要がある。内部の光学的形態から分離層中にできるだけ多くの光を結合するような、すなわちできるだけ多くの光を有機物および透明電極において捕捉するような方法を用いて、本発明に係るディスプレイの層を調製することが適切である。これは、分離層の屈折率が、有機物および透明電極からなる層構造の屈折率と同程度か、または大きくなる場合において達成することができる。この場合、層構造からの光は、層構造／分離層の境界面において全反射されず、分離層方向に進行する。しかし、分離層の追加外部結合は、上記の大きな屈折率を減少させることができるため、全反射が生じる。分離層の屈折率は、有機物および透明電極の屈折率と同程度の範囲であることが好ましい。上記範囲は、約１．３〜２．２、特には１．６〜２．０であることが好ましく、主として、有機物および電極のそれぞれ特別な層物質によって決定される。

分離層の厚みは、０．１〜２０μｍの間であることが好ましく、特には０．２〜５μｍの間であることが好ましい。この場合、分離層はあまりに薄すぎると選択されず、そうでなければ、光を伝達しない。また、外部結合のためのいくつかの対応を提供することができない。一方、最大厚みは、２つの隣接したピクセルの間隔によって制限される。本発明者らは、２つの隣接するピクセル間の最小間隔をｘとした場合に、厚みがｘ／２よりも厚いことが好ましいことを見出した。

本発明に係るディスプレイの特に好適な実施形態とは、分離層において光学的に効果的な成分が含まれており、成分の寸法が約０．０５〜０．５μｍであることである。上記寸法の粒子は、ミー散乱特性を有しており、したがって、波長選択性がないか、またはほとんどない。ここでは、０．３×ｄ／ｘ〜１０×ｄ／ｘの間であることが好ましい（ｄとは、一般的に、散乱粒子の直径の平均値を意味しており、ｘは隣接するピクセル間の最小間隔を意味している）。これによって、隣接するピクセルの供給過多を避けることができる。

分離層の物質をウェット化学蒸着する方法は、例えば、多様な印刷手法（インクジェット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、タンポン印刷、ならびにさらなる高圧、低圧、常圧および可変圧手法など）を用いることができる。さらに、例えば、ブレード、スピンコート、ディップコート、ロールコート、スプレーなどの他の手法も用いることができる。分離層の物質としては、例えば、単一成分のフォトレジスト（ポジレジストが好ましい）または感光性エマルジョンを好適に用いることができる。一般的に、上記の含水性のエマルジョンまたは有機エマルジョンは、層成形材、感光剤または光重合開始剤および多様な添加剤からなる。層成形材としては、例えば、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリレートまたはポリ酢酸ビニルを用いることができる。これらは感光性でないため、例えば、ジアゾ化合物または４分の１スチルバゾール化合物（ＳＢＱ）のような上記のエマルジョンを添加する。上記エマルジョンは、発光するときに層成形材とクロスリンクするため、好適な層として形成できる。

分離層がさらなる添加物を含まない場合には、例えば、空間的に分離した変化相または重要性について述べた境界相などの真性の成分によって、単独で散乱特性を有していることが好ましい。さらに、分離層における外因性の成分、例えば、マトリックス物質において直接塗布された散乱粒子の形状を導入することも好ましい。それらの光学的特性について、これらの散乱粒子は、他の層物質の散乱粒子とは異なる。

上記の外因性の成分は、多数の粒子から選択することができる。特には、
・例えば、食塩の結晶またはケイ酸塩、球状微細結晶、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２などの金属酸化物のような無機微細結晶
・例えば、糖質またはスターチ、セルロースまたはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ結晶などの合成ポリマーなどの結晶ポリマー粒子のような有機微細結晶
・アエロジル
・石英ガラスのような無機アモルファス物質
・ナノ粒子
・ポリマーの粉末（ポリカルボネート、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリエステル、ＰＥ、ＰＰ、ポリエステル、フッ素ポリマー、ポリアミド、ポリ酢酸ビニル）
・ポリマーではない有機物質の粉末（芳香族化合物、脂肪族化合物、複素環化合物）
・マトリックス溶液において機械的に導入された気泡、例えば、不活性炭化水素（ペンタン）、不活性ガス（Ａｒ）、Ｎ_２、ＣＯ_２またはＣＦＣ
・化学的な方法を用いてマトリックス溶液に導入された気泡、例えば、ＣＯ_２、Ｎ_２などの気体を生成する化学反応を引き起こす物質（例えば、光によって窒素を発生するＳＢＱ）であることが好ましい。

分離層において光学的に効果的な成分を形成する導電性散乱粒子の使用について、濃度は、粒子の寸法を考慮し、短絡が生じないように層中に導入することが好ましい。

特に、上部発光構造要素として本発明に係るディスプレイを構成する場合には、正孔輸送層を電極間に設けることが好ましい。上記層は、アクセプタータイプの有機物質を有するｐ−ドープであり、２０ｎｍ〜２μｍ、特には３０ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚みを有することが好ましい。上述のドーピングによって、導電性が増加する。したがって、上述の輸送層は、動作電圧の大幅な増加を引き起こすことなく、通常のドープされていない層（一般的には２０〜４０ｎｍ）よりも厚みを厚くすることができる。発光有機層と透明第２電極との間の厚い電荷輸送層の存在は、特に、第２電極の製造およびさらにその後の処理工程それぞれにおける発光層の保護に役立つ。上述した輸送層は実施形態によって決まり、ドナータイプの有機物質を有するｎ−ドープである電子輸送層として設けることもできる。電子輸送層の厚みは、２０ｎｍ〜２μｍ、特には３０ｎｍ〜３００ｎｍの間である。

分離層のウェット化学蒸着に加えて、スパッタ法、成長法または分離法を用いることもできる。本発明における好適な処理方法としては、スパッタ、ＰＶＤ（物理蒸着）、ＣＶＤ（化学蒸着）、ＰＥＣＶＤ（プラズマ助長化学蒸着）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）、ＭＥＥ（分子助長エピタキシー）、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）およびＯＶＰＤ（有機気相成長法）を挙げることができる。分離層が形成された後、再度、ウェットまたはドライ化学構造手法を行うことが好ましい。

層物質としては、
・透明金属酸化物（例えば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３）
・例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４のような透明金属窒化物
・例えば、芳香族化合物、脂肪族化合物、複素環化合物およびケトン類のような有機物質
であることが好ましい。

分離層に用いられる物質にもよるが、層中に散乱中心を付加するための方法は、異なる方法であることが好ましい。アモルファス薄膜は、ＳｉＯ_２などの金属酸化物または金属窒化物をスパッタすることによって得ることができる。したがって、分離層は、分離層の物質および散乱中心を形成する物質をスパッタ法または蒸着法を交互に用いて形成する。さらに、交互に行う分離層の物質のスパッタおよび微細金属粒子の蒸着は、低温スプレー法を用いることが好ましい。低温スプレー法を用いることによって、例えば、上述の重要な散乱中心を分離層中に付加するために、銅粉末のような金属粉末を用いることができる。これに加えて、分離層の物質および金属は、交互にスパッタすることが好ましい。これは、分離層中に所望の散乱中心を付加するためである。このときに注意することは、金属が個々の金属塊ではなく連続的な金属薄膜として形成されることを避けるために、スパッタをごく短時間とすることである。これによって、層は確実に分離する。上記金属塊の効果的な厚みは、２０ｎｍ以下である。

分離層を気相による蒸着によって形成する場合には、多結晶の微細構造および転移の形成が生じるような蒸着パラメータを選択することが好ましい。これによって、分離層において、外因性散乱粒子を導入することなく、所望する光学的に効果的な真性の成分を生成することができる。

分離層における有機層物質の使用のために、層中に外因性の成分の導入を必要としない自己結晶化または自己部分結晶化有機層を蒸着することも好ましい。蒸着した有機層中に散乱中心を付加するために、例えば、微細金属粒子または金属酸化物の塊を散乱中心として、スパッタ法または低温スプレー法を用いて有機層中に付加することが好ましい。これに加えて、一般的な分離層を形成する有機層間の半導体結線の塊を蒸着できることが好ましい。すなわち、本発明に係るディスプレイの分離層は、複数の層からなる。

さらなる好適な実施形態として、分離層からの光の外部結合を得るために、分離層の表面上に光学的に効果的な成分を生成することを挙げることができる。このために、分離層の表面を粗くしている。これらの粗さは、０．０５〜２０μｍの範囲である。この場合、基本的には、分離層の形成には上述した実施形態と同様に全ての物質を用いることができ、光学的に効果的な成分は、層中に生成する。分離層の表面の粗さは、例えば、以下の方法によって形成することが好ましい。
・フォトリソグラフ技術を用いた層の微細構造
・ドライエッチング関連
・非反応性ドライエッチング
・ウェット化学エッチング（例えば酸を使用）
・微細構造スタンパによるプレス加工
これら全ての方法において、処理パラメータは、後面バックプレーン基板および／またはその要素を損傷しないような方法から選択することが好ましい。実施形態にもよるが、各層を少なくとも２層以上とすることによって、分離層および下部側の電極を物理的および／または化学的に非常に安定とすることができる。

本発明において、分離層の表面構造をスタンパ型を用いてプレス加工することによって、分離層の物質を、永久に変形させるか、または部分ごとに分割させるかすることが好ましい。所望の表面構造は、いずれの方法によっても得られ、これによって、分離層からの光の外部結合が向上する。後面バックプレーンおよび／またはその構造要素を保護するために、分離層に対して縦方向にエンボス加工を施すように力を印加するような方法によって、圧痕を形成することが好ましい。基本的には、ウェット化学的にプレス加工処理した分離層は、処理中または処理後に層の硬化を引き起こすことができる。分離層の硬化前に分離層をプレス加工し、粗面を形成することは、後面バックプレーンおよび／またはその構造要素の機械的な負荷に関して、特に好適である。また、この点においては、スクリーン印刷手法に基づいた技術を用いて表面を形成することも、特に好適である。この場合、ウェット化学またはドライ化学手法を用いることができるのであれば、分離層の物質として全ての物質を用いることができる。上記の分離層は、後面バックプレーンおよび／または形成した電極上に蒸着されるか、またはそれらの上に打ち込まれるもしくは加圧されることによって形成される。このためには、例えば、スクリーン印刷手法として知られているブレーディングが好適であり、ブレードには、例えば、ポリウレタンが用いられている。以上のように、プレス加工によって引き起こされる変形は、分離層の硬化後も無傷である場合において必要である。

本発明の特に好適な実施形態は、分離層表面だけでなく分離層中にも光学的に効果的な成分を生成するように製造することである。したがって、内部の形態での特に効果的な光は、分離層から外部結合する。本発明に係るディスプレイは、開口率の向上および／またはエネルギー効率の向上のために、分離層からの光において特に好適な外部結合を有している。

製造方法において、本発明に係る課題は、有機発光ダイオード装置を備えたディスプレイ、特に以下の工程を含むＯＬＥＤアクティブマトリックスディスプレイの製造方法によって解決される；ディスプレイ回路を備えた基板を用意し、ディスプレイ回路を貫通するようにディスプレイ回路上に保護層を蒸着し、保護層上に、ピクセル構造の第１電極を形成し、形成した第１電極上に構造化された分離層を形成し、少なくとも１層の発光有機層を形成し、さらに、第２電極を形成する。上述したように、分離層は光学的に効果的であり、光散乱成分を有している。

さらに、ここで説明されているように、内部の形態における外部結合という最新技術の手法の１つに基づいて形成された分離層は、当業者であれば本発明の構造の範囲内であり、かつ利点であることを認識する。

本発明を、添付した図面を参照しつつ、いくつかの実施形態のより詳細な説明を以下に述べる。図面は以下に示す。

図１は、本発明のディスプレイにおける保護層および分離層を備えた基板を示す概略図であり、
図２は、有機層、上部電極層および封入層を処理した後の図１に示した基板を示す図であり、
図３ａは、本発明の第１の実施形態である上部発光ディスプレイの構造を示す図であり、
図３ｂは、ピクセル構造を参照して、分離層に光学的に効果的な成分を導入した図３ａに示したディスプレイを示す図であり、
図４ａは、本発明の第２の実施形態である下部発光ディスプレイの構造を示す図であり、
図４ｂは、ピクセル構造を参照して、分離層に光学的に効果的な成分を導入した、図４ａに示したディスプレイを示す図であり、
図５は、本発明の第３の実施形態である分離層を構造化した表面を有する上部発光ディスプレイの概略図であり、
図６は、本発明の第４の実施形態である分離層を構造化した表面を有する下部発光ディスプレイの概略図であり、
図７は、分離層の表面をプレス加工により形成を示す図であり、
そして、図８は、プレス加工によるアクティブマトリックスディスプレイの分離層の形成を示す図である。

アクティブマトリックスディスプレイの構造を参照して、本発明を以下に説明する。本発明に係るディスプレイの製造は、図１に示すように、ガラス基板に、回路基板伝導体、半導体およびコンデンサーを備えたバックプレーン基板１１０と称される基板から開始される。図において、保護層は、参照符号１２０として記載している。次に、ピクセル構造の第１電極１３０を、保護層の上に形成する。図のように、電極１３０の各部が互いに分離していることによって、ディスプレイの各ピクセルを形成している。各ピクセルを明確とするために、非導電性物質からなる分離層１４０を形成する。これは、電極のピクセル構造に対応するように、マイクロメートル単位の正確性をもって形成しなければならない。さらに、分離層の下に備えられている第１電極だけでなく電気回路１１０および保護層１２０を備えた基板も損傷しないように、その上に分離層を処理および形成しなければならないため、注意が必要である。分離層１４０の加工処理および形成方法に先立って、本発明に係るアクティブマトリックスディスプレイの一般的な構造の構成について説明する。上記ディスプレイの構造について、図１を参照しつつ、下記に詳述する。

アクティブマトリックスディスプレイの全体の基本的な構造の構成を図２に示す。第１電極および分離層１４０の上に、少なくとも１層以上の有機層が形成されている。図において、層構造は参照符号１５０として記載している。この上に、上部第２電極１６０が形成されている。一般的に、また図に示すように、外部の影響から保護するために、封入層１７０によってディスプレイを封入する。特別な実施形態によれば、ディスプレイは、基板１１０または第１電極および封入層から光を放出できる。第１の場合（矢印Ａ）、構造要素は下部発光ディスプレイとして設計されている。第２の場合（矢印Ｂ）は、上部発光ディスプレイである。基板および２つの電極の特定の構造によって、光が基板を通って下側に放出されるか、上側に放出されるかが決められる。最も簡単な方法は２つの電極のうちの１つの電極を、光を反射する不透明な電極として形成することである。一般的に、ディスプレイは、有機層構造において生成するエレクトロルミネセンス光が、基板を通って下側に放射されるか、または反対方向の上側に放射される（すなわち、構造要素から発せられる）かのどちらか一方の方法を用いて作製される。一方、特別な実施形態においては、問題なく、光が上側だけでなく下側にも放射されるようにできる。これによって、全ての蒸着層は、透明性を有する必要があり、光子は各層を透過する。

図３ａは、第１の実施形態である上部発光方式のアクティブマトリックスディスプレイの概略図を示している。バックプレーンは、ディスプレイ回路１１０を有するガラス基板を備えており、バックプレーン上に従来公知の方法によって、保護層１２０が蒸着されている。これに続いて、反射電極１３０が、ピクセル構造を固定するために、フォトリソグラフ方式を用いて形成されている。図に示した例示のフォトレジストは、約０．５μｍの粒径であり、かつ５重量％のサファイア結晶が添加されており、スピンコート法によって約２μｍの厚みに蒸着されている。フォトレジストは、波長領域３５０〜７８０ｎｍにおいて約１０^３ｍ^−１の光吸収係数を有している。分離層は、ピクセル構造に対応するフォトリソグラフ構造でもある。有機層構造１５０は、現在、従来公知の方法によって蒸着することができる。実施形態１の例示の中において、有機層は、対応する物質の熱蒸着手法を用いて、電極１３０および分離層１４０のそれぞれに対して形成される。最終的に、導電性酸化物からなる透明保護電極１６０を熱蒸着する。図示しない封入層は、一般的に、ディスプレイの保護のために保護電極１６０の上に形成される。図に示すように、サファイア結晶からなる光学的に効果的な散乱粒子１８０は、分離層１４０における成分として寄与している。

図３ａに示すように、エレクトロルミネセンスは、電極１３０と電極１６０との間の有機層構造１５０において生成される。生成した光の一部は、上部電極１６０を透過し、作製したディスプレイから発せられる。図３ａにおいてＢ１として示されるこの光は、各ピクセル表面において、また当該表面を有する構造要素から発せられている。それとは対照的に、エレクトロルミネセンス光の一部は、層構造に対して縦方向の伝達成分を有しており、有機層構造１５０から発せられる。図に記載したように、この光は、散乱粒子（サファイア結晶）１８０において散乱される。すなわち、光は、第２電極１６０の方向に直接上向きに散乱されるか、またディスプレイ回路１１０および保護層１２０を有するガラス基板からなるバックプレーンにおける反射により初めて上方向に散乱されるかのいずれかによって、伝達方向を変化する。当然のことながら、もちろん、光学的に効果的な各成分において、多様な散乱が生じる。これによって、分離層１４０において述べた構成の結果から、保護電極１６０を通って構造要素から発せられる光子の量が増加する。外部結合光は、分離層の特別な構成によって現われるものであり、図３ａにおいては、矢印Ｂ２により示されている。したがって、ディスプレイ構造において隣接するピクセル間の供給過多が引き起こされないためには、分離層におけるサファイア結晶の密度を有機層構造１５０から縦方向に放出される光となるように、すなわち、上側に設けられている構造要素から縦方向の部分に散乱するように設定する。したがって、分離層におけるサファイア結晶の密度をピクセル間隔の半分以下、ここでは約２０μｍ以下に設定する。

図３ｂは、分離層１４０の間に設けられている２つのピクセルの部分領域における第１電極の構造を概略的に示す図であり、上述した散乱粒子１８０を含んでいる。参照符号２００は、ピクセルの表面形状を示している。表面形状とは、図示した単一のピクセルの回路部分を意味する。粒子の散乱効果に基づいて、効果的なピクセル表面２０１は、観測者に対して大きくなるように見える。

封入後、本発明に係るアクティブマトリックスディスプレイを完成するために、構造要素は、対応する制御起動を与える必要がある。上述した分離層１４０の構成によって、性能、寿命および映像表示は、分離層１４０を変更することなく従来の方式を用いて製造したディスプレイよりも向上する。

第２のアクティブマトリックスディスプレイを図４ａに示す。図３ａに示すディスプレイと異なる所は、第１電極１３０が透明に設計されており、さらに保護電極１６０が反射するように設計されている所のみである。したがって、直接的な外部結合光（矢印Ａ１）および散乱粒子１８０によってさらに外部結合した光（矢印Ａ２）は、基板１１０を通って下部発光ディスプレイから発せられる。しかし、特に、分離層１４０は、図３ａに示す上部発光ディスプレイの分離層と同一である。

図４ｂは、実在のピクセル表面２００に対する効果的なピクセル表面２０１の増大を再び示す。当業者であれば、これらの状況が図３ａおよびｂに示す例示と変化していないことを認識する。

図５は、上部発光構造要素として設計されたアクティブマトリックスディスプレイの構成のさらなる実施形態を示す。ディスプレイの同一の部材には、上述の実施形態と同一の参照符号を記載する。また、本実施形態では、封入層は図示していない。図５に示す実施形態の構成において、図３にて示した実施形態と異なる所とは、分離層１４０に粒子が添加されておらず、単一のフォトレジストからなる所のみである。分離層１４０は、従来公知の手法を用いて、電極１３０および保護層１２０それぞれの上に蒸着する。第２電極および保護電極１６０が形成されている分離層１４０の表面には、光学的に効果的な成分が機械的に生成されている。これは、ウェット化学的に蒸着したフォトエマルジョンを、分離層の表面上の構造に打ち込み、そして加圧することによって形成する。スクリーン印刷手法において公知のブレード手法は、上記構造上に加圧する。表面の粗さは、通常、第１電極１３０のピクセル構造に合わせた分離層の構造によって形成される。最後の工程として、公知の方法に基づいて、分離層の硬化、ならびに有機層構造１５０および保護層１６０の蒸着を行う。図５に示す実施形態においても、分離層１４０の粗面１９０に対して縦方向の分離光の散乱に基づいた、直接的な外部結合光Ｂ１に加えて、拡散によりもたらされた、ディスプレイから透明電極１６０を通る光（矢印Ｂ２）も発生する。

図６は、分離層１４０を参照して、図５に示すディスプレイと同一の構成であるアクティブマトリックスディスプレイのさらなる実施形態を示す。しかし、ディスプレイ１０１´は、上部発光ディスプレイの機能を有しておらず、下部発光ディスプレイの機能を有している。

図７は、単一のフォトレジストエマルジョンによって形成されている分離層１４０の製造方法を示す概略図である。分離層１４０は、基板１１０上に形成されている保護層１２０および下部電極１３０上に、ウェット化学的に形成されている。分離層の表面構造を形成するために、均一な間隔に並んだ多数の先端部２１１を有したスタンパ２１０を用いる。先端部２１１は、２つの次第に細くなる先端表面２１２、２１３からなる。分離層の表面構造を形成するために、スタンパ２１０は、分離層１４０の表面上に打ち込まれ、前もって所定のプレス圧Ｓによって加圧される。先端部２１１の上述した形状によって、力は、分離層１４０中に矢印Ｆ１．Ｆ２によって示されるようにかかる。図に示すように、スタンパの上述した構成によって、プレス圧の大部分は分離層１４０の側面に沿って放たれる。したがって、例えば、保護層１２０および回路１００を有する基板のような、分離層の下に位置する層は、処理において歪まない。上述した例において、スタンパは、硬化した高品質の鉄からなり、スタンパの各先端部２１１は、横方向に０．５μｍの間隔を有している。スタンパの除去後、分離層１４０の表面には、多数の等間隔の溝が形成される。上記溝は、分離層表面が裂けることによって形成されるため、修復不可能である。したがって、これらの溝および／またはそれらの境界面は、分離層内部を伝達する光を外部に導く、光学的に活性な成分を形成する。光学的に活性な成分は全て使用可能である。また、特別な構成を必要とする場合もあるが、この光誘導は、光の散乱、光の屈折および／または光の回折を抑制することができる。

図８は、大部分のアクティブマトリックスディスプレイの分離層１４０の表面における光学的に効果的な成分の生成を示す。この場合においてもまた、スタンパ２１０は、図７を参照して説明した方法を用いて、分離層１４０に加圧される。スタンパが、底部電極１３０および保護層１２０に損傷を与えないことがわかる。

上述した実施形態において、有機発光ダイオードに基づいた本発明に係る可能なアクティブマトリックスディスプレイの一部のみをここに記載している事実に対して、ここに注意を記載する。基本的には、本発明に係る特別なアクティブマトリックスディスプレイの製造のために明細書中に紹介した全ての方法および物質が使用可能である。

本発明のディスプレイにおける保護層および分離層を備えた基板を示す概略図である。 有機層、上部電極層および封入層を処理した後の図１に示した基板を示す図である。 本発明の第１の実施形態である上部発光ディスプレイの構造を示す図である。 ピクセル構造を参照して、分離層において光学的に効果的な成分を導入した図３ａに示したディスプレイを示す図である。 本発明の第２の実施形態である下部発光ディスプレイの構造を示す図である。 ピクセル構造を参照して、分離層において光学的に効果的な成分を導入した図４ａに示したディスプレイを示す図である。 本発明の第３の実施形態である分離層を構造化した表面を有する上部発光ディスプレイの概略図である。 本発明の第４の実施形態である分離層を構造化した表面を有する上部発光ディスプレイの概略図である。 プレス加工により分離層の表面を形成を示す図である。 プレス加工によるアクティブマトリックスディスプレイの分離層の形成を示す図である。

１００、１００´、１０１、１０１´ アクティブマトリックスディスプレイ
１１０ 基板およびディスプレイ回路
１２０ 保護層
１３０ 第１電極、低部電極
１４０ 分離層
１５０ 有機層／層構造
１６０ 第２電極、上部電極
１７０ 封入層
１８０ 散乱粒子
１９０ 粗面
２００ 実際のピクセル表面
２０１ 効果的なピクセル表面
２１０ スタンパ
２１１ 先端部
２１２、２１３ 先端表面
Ａ、Ａ１、Ａ２ 下部発光ディスプレイにおける光伝達
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 上部発光ディスプレイにおける光伝達
Ｓ プレス圧
Ｆ１、Ｆ２ 分離層におけるスタンパの力の影響

Claims (24)

1. 有機発光ダイオード装置に基づいた構造要素であって、基板と、上記基板の最近傍に形成された第１の電極（１３０）と、上記基板から遠い位置に形成された第２の電極と、電極間に形成された少なくとも１層からなる発光有機層（１５０）とを含み、かつ、上記第１の電極（１３０）がピクセル構造を有し、分離層（１４０）が隣接する上記ピクセル間に形成されている構造要素であり、
   上記分離層（１４０）は、上記第１の電極（１３０）上に形成されていて、上記第１の電極（１３０）のピクセル構造に適合した構造となっており、
   上記分離層（１４０）は、上記発光有機層（１５０）と光学的に結合しており、
   上記分離層（１４０）は、光散乱を生じさせる、寸法が０．０５〜５μｍの粒子からなる成分（１８０）を含む、ことを特徴とする構造要素。
2. 有機発光ダイオード装置に基づいた構造要素であって、基板と、上記基板の最近傍に形成された第１の電極（１３０）と、上記基板から遠い位置に形成された第２の電極と、電極間に形成された少なくとも１層からなる発光有機層（１５０）とを含み、かつ、上記第１の電極（１３０）がピクセル構造を有し、分離層（１４０）が隣接する上記ピクセル間に形成されている構造要素であり、
   上記分離層（１４０）は、上記第１の電極（１３０）上に形成されていて、上記第１の電極（１３０）のピクセル構造に適合した構造となっており、
   上記分離層（１４０）は、上記発光有機層（１５０）と光学的に結合しており、
   上記分離層（１４０）は、光散乱を生じさせる、当該分離層のマトリクス材とは異なる相の真性の成分が含まれている、ことを特徴とする構造要素。
3. 上記分離層（１４０）は、１．３〜２．２の屈折率を有していることを特徴とする請求項１に記載の構造要素。
4. 上記分離層（１４０）の厚みｄは、０．１〜１０μｍであり、ｄは、隣接する上記ピクセルの間隔の最小値ｘの１／２よりも小さいことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の構造要素。
5. 上記成分の直径をｂ、隣接する上記ピクセルの間隔の最小値をｘとしたとき、上記分離層（１４０）は、
   ０．３×ｂ／ｘ〜１０×ｂ／ｘ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の構造要素。
6. 上記分離層（１４０）が、マトリックス材を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造要素。
7. 上記成分は、上記マトリックス材とは異なる物質である外因性の成分であることを特徴とする請求項６に記載の構造要素。
8. 上記真性の成分は、分離層（１４０）の表面に形成されており、かつ、０．０５〜１０μｍの寸法を有していることを特徴とする請求項２に記載の構造要素。
9. 上記電極（１３０、１６０）間は、アクセプター型の有機物質をｐ−ドープすることによって形成した正孔輸送層を形成しており、２０ｎｍ〜２μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造要素。
10. 上記電極（１３０、１６０）間は、ドナー型の有機物質をｎ−ドープすることによって形成した電荷輸送層を形成しており、２０ｎｍ〜２μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造要素。
11. 上記電極（１３０、１６０）間は、アルカリ性の物質をｎ−ドープすることによって形成した電荷輸送層を形成しており、２０ｎｍ〜２μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造要素。
12. 有機発光ダイオード装置に基づいた構造要素の製造方法であって、
    基板を用意する工程と、
    上記基板上にディスプレイ回路を形成する工程と、
    上記ディスプレイ回路上に、上記ディスプレイ回路を貫通するように保護層を蒸着する工程と、
    上記保護層上に、上記ディスプレイ回路に結合する上記保護層を貫通するように、電気的に導電性のピクセル構造を有する第１の電極（１３０）を形成する工程と、
    形成した上記第１の電極（１３０）上に分離層（１４０）を蒸着および形成する工程と、
    少なくとも１層の発光有機層（１５０）を蒸着する工程と、
    第２の電極を形成する工程と、を含み、
    上記分離層は、上記発光有機層（１５０）と光学的に結合していて、上記第１の電極（１３０）のピクセル構造に適合した構造となっており、
    上記分離層には、光散乱を生じさせ、寸法が０．０５〜５μｍの粒子からなる成分を含有させる、ことを特徴とする方法。
13. 有機発光ダイオード装置に基づいた構造要素の製造方法であって、
    基板を用意する工程と、
    上記基板上にディスプレイ回路を形成する工程と、
    上記ディスプレイ回路上に、上記ディスプレイ回路を貫通するように保護層を蒸着する工程と、
    上記保護層上に、上記ディスプレイ回路に結合する上記保護層を貫通するように、電気的に導電性のピクセル構造を有する第１の電極（１３０）を形成する工程と、
    形成した上記第１の電極（１３０）上に分離層（１４０）を蒸着および形成する工程と、
    少なくとも１層の発光有機層（１５０）を蒸着する工程と、
    第２の電極（１６０）を形成する工程と、を含み、
    上記分離層は、上記発光有機層（１５０）と光学的に結合していて、上記第１の電極（１３０）のピクセル構造に適合するための構造となっており、
    上記分離層は、光散乱を生じさせる、当該分離層のマトリクス材とは異なる相である真性の成分を含む、ことを特徴とする方法。
14. 上記分離層（１４０）は、スパッタ法、成長法または分離法を用いて上記第１の電極（１３０）上に形成されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 上記分離層（１４０）は、上記第１の電極（１３０）上にウェット化学蒸着されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
16. 上記粒子は、マトリックス材に、所定の容量含まれていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
17. 上記分離層（１４０）は、気相において蒸着され、上記蒸着の条件は、多結晶の微細構造および分枝構造を形成するように選択することが好ましいことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. 上記粒子は、低温スプレー手法によって付加されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
19. 上記分離層（１４０）を形成するために、少なくとも１層の自己結晶化有機層または自己部分結晶化有機層を蒸着することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
20. 上記分離層（１４０）を形成するために、上記分離層の物質と散乱中心を形成する物質とを、交互にスパッタまたは蒸着することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
21. 上記真性の成分は、上記分離層における、上記第２の電極（１６０）の形成側とは反対側の表面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
22. 上記分離層（１４０）の上記表面をスタンパ（２１０）または構造物を用いてプレス加工することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 上記スタンパは、打ち込み中に上記分離層にかかる力（Ｆ１、Ｆ２）を、上記分離層に対して縦方向となるように打ち込まれることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 上記分離層（１４０）の上記表面を、フォトリソグラフ手法を用いて加工することを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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