JP2004288624A - エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】白色の有機ＥＬ素子の発光効率を向上する。
【解決手段】有機ＥＬ素子の白色発光層６’は、青色発光層６ａ及び黄色発光層６ｂを積層して構成している。短波長の青色光を発生する青色発光層６ａをアノード層４側に形成し、その上に比較的長波長の黄色光を発生する黄色発光層６ｂを配置する。これにより、青色発光層６ａから発生した青色光は黄色発光層６ｂを通過することなくカラーフィルター３へ到達する。一方、黄色発光層６ｂから発生した黄色光は青色発光層６ａを通過することになるが、黄色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
【選択図】 図１
【解決手段】有機ＥＬ素子の白色発光層６’は、青色発光層６ａ及び黄色発光層６ｂを積層して構成している。短波長の青色光を発生する青色発光層６ａをアノード層４側に形成し、その上に比較的長波長の黄色光を発生する黄色発光層６ｂを配置する。これにより、青色発光層６ａから発生した青色光は黄色発光層６ｂを通過することなくカラーフィルター３へ到達する。一方、黄色発光層６ｂから発生した黄色光は青色発光層６ａを通過することになるが、黄色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、エレクトロルミネッセンス表示装置に関し、特に白色光を発光する白色発光層を備えたエレクトロルミネッセンス表示装置に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子（Organic Electro Luminescence Device：以下、「有機ＥＬ素子」と称する。）は自発光型の発光素子である。この有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置は、ＣＲＴやＬＣＤに代わる新しい表示装置として注目されている。
図７は、従来例のフルカラーの有機ＥＬ表示装置の一画素を示す概略の断面図である。２００はガラス基板、２０１はガラス基板２００上に形成された有機ＥＬ素子駆動用のＴＦＴ、２０２は第１平坦化絶縁膜である。２０３はＴＦＴ２０１に接続されると共に、第１平坦化絶縁膜２０２上に延在するＩＴＯから成るアノード層、２０４はアノード層２０３の端部を被覆するように形成された第２平坦化絶縁膜、２０５は、アノード層２０３上に形成されたＲＧＢ各色の有機ＥＬ層、２０６は有機ＥＬ層２０５上に形成されたカソード層である。
そのカソード層６上をガラス基板２０７で覆い、そのガラス基板２０７とガラス基板２００を両基板の周辺で接着して有機ＥＬ層２０５をその内側に封入する。ここで、ＲＧＢ各色の有機ＥＬ層２０５は、メタルマスクを用いてＲ、Ｇ、Ｂの各色を発光する有機ＥＬ材料を選択的に蒸着することで形成していた。
一方、上記のようにＲＧＢ各色の有機ＥＬ層２０５を用いることなく、フルカラーの有機ＥＬ表示装置を実現する方法として、白色光を発光する白色発光層とカラーフィルター層を組み合わせる構成が提案されている。
図８は、そのような有機ＥＬ表示装置の構造を示す断面図である。ガラス基板１上にＳｉＯ２等から成る絶縁膜２が形成され、その中にカラーフィルター層３が形成されている。そして、その上方に透明電極であるＩＴＯから成るアノード層４が形成されている。アノード層４上には、電子輸送層（ＨＴＬ）５、白色発光層６、ホール輸送層７、Ａｌから成るカソード層８がこの順に積層されている。白色発光層６は、青色光を発光する青色発光層６ａと黄色光を発光する黄色発光層６ｂが積層されなり、青色光と黄色光が合成されて白色光が発生される。
そして、有機ＥＬ素子駆動用のＴＦＴ（不図示）を通して、アノード層４からカソード層８に電流を流すことにより、白色発光層６から白色光が発生され、アノード層４、カラーフィルター層３及びガラス基板１を通して外部に放出される。したがって、画素毎にＲＧＢ各色のカラーフィルター層３を形成することで、フルカラーの表示を得ることができる。
この種の有機ＥＬ表示装置は、下記の特許文献１に記載されている。
特開平８−３２１３８０号公報
しかしながら、図８のようにアノード層４上に黄色発光層６ｂ、青色発光層６ａをこの順番で形成すると、青色発光層６ａから発生される青色光は主として黄色発光層６ｂ、電子輸送層５、アノード層４を通過してカラーフィルター３に到達することになる。しかしながら、青色光は黄色光に比して短波長であるため、カラーフィルター３へ至る上記中間層で吸収されやすい。このため、発光効率が悪化するという問題があった。
そこで、本発明の有機ＥＬ表示装置は、複数の画素を備えており、各画素はアノード層と、このアノード層上にエレクトロルミネッセンス層を間に挟んで形成されたカソード層とを有している。そして、そのエレクトロルミネッセンス層は、発光波長の異なる複数の発光層を含み、これらの複数の発光層を発光波長の短い順番に発光出力側に配置したことを特徴とする。
これにより、短波長の発光層から発生した光の吸収が減少するため、発光効率が向上する。
本発明によれば、有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ発光層が発光波長の異なる複数の発光層で構成される場合に、光の吸収を最小限に抑え、発光効率を向上することができる。特に白色の有機ＥＬ発光層とカラーフィルター層を組み合わせた有機ＥＬ表示装置に適用することができる。
次に、本発明の第１の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。図において、一画素内の有機ＥＬ素子とカラーフィルター層を中心に示しており、有機ＥＬ素子駆動用ＴＦＴや画素選択用ＴＦＴ等の図示は省略されている。また、図６と同一の構成部分については同一の符号が付されている。
この有機ＥＬ表示装置では、白色発光層６’は青色発光層６ａ及び黄色発光層６ｂを積層して構成している。そして、短波長の青色光を発生する青色発光層６ａをアノード層４に近い側に形成し、その上に比較的長波長の黄色光を発生する黄色発光層６ｂを配置した。これにより、青色発光層６ａから発生した青色光は黄色発光層６ｂを通過することなくカラーフィルター３へ到達し、カラーフィルター３を通して外部へ放出される。一方、黄色発光層６ｂから発生した黄色光は青色発光層６ａを通過した後にカラーフィルター３を通過することになるが、黄色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
次に、この第１の実施形態に基づき、さらに具体的な有機ＥＬ表示装置の構成について説明する。図２は有機ＥＬ表示装置の表示画素付近を示す平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は図２中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
ゲート信号線５１とドレイン信号線５２とに囲まれた領域に表示画素１１５が形成されており、マトリクス状に配置されている。
この表示画素１１５には、自発光素子である有機ＥＬ素子６０と、この有機ＥＬ素子６０に電流を供給するタイミングを制御するスイッチング用ＴＦＴ３０と、有機ＥＬ素子６０に電流を供給する駆動用ＴＦＴ４０と、保持容量５６とが配置されている。有機ＥＬ素子６０は、アノード層６１と、白色の発光材料からなる白色発光層６３と、カノード層６５を有している。白色発光層６３の構成については後述する。
両信号線５１、５２の交点付近にはスイッチング用ＴＦＴ３０が設けられ、そのＴＦＴ３０のソース３３ｓは保持容量電極線５４との間で容量をなす容量電極５５を兼ねると共に、駆動用ＴＦＴ４０のゲート４１に接続されている。駆動用ＴＦＴ４０のソース４３ｓは有機ＥＬ素子６０のアノード層６１に接続され、他方のドレイン４３ｄは有機ＥＬ素子６０に供給される電流源である駆動電源線５３に接続されている。
この有機ＥＬ表示装置の断面構造を図３、図４を参照して説明する。まず、スイッチング用ＴＦＴ３０の構造について説明する。図３に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる透明な絶縁性基板１０上に、非晶質シリコン膜（以下、「ａ−Ｓｉ膜」と称する。）をＣＶＤ法等にて成膜し、そのａ−Ｓｉ膜にレーザ光を照射して溶融再結晶化させて多結晶シリコン膜（以下、「ｐ−Ｓｉ膜」と称する。）とし、これを能動層３３とする。
その上に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜の単層あるいは積層体をゲート絶縁膜１２として形成する。更にその上に、Ｃｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極３１を兼ねたゲート信号線５１及びＡｌから成るドレイン信号線５２を備えている。また有機ＥＬ素子６０の駆動電源であり、Ａｌから成る駆動電源線５３が配置されている。
そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層３３上の全面には、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５が形成されており、ドレイン３３ｄに対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填したドレイン電極３６が設けられ、更に全面に有機樹脂から成り表面を平坦にする第１平坦化絶縁膜１７が形成されている。
次に、駆動用ＴＦＴ４０の構造について説明する。図４に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる透明な絶縁性基板１０上に、ａ−Ｓｉ膜にレーザ光を照射して多結晶化してなる能動層４３、ゲート絶縁膜１２、及びＣｒ、Ｍｏなどの高融点金属からなるゲート電極４１が順に形成されている。
能動層４３には、チャネル４３ｃと、このチャネル４３ｃの両側にソース４３ｓ及びドレイン４３ｄが設けられている。そして、ゲート絶縁膜１２及び能動層４３上の全面に、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ2膜の順に積層された層間絶縁膜１５が形成されている。また、ドレイン４３ｄに対応して設けたコンタクトホールにＡｌ等の金属を充填して駆動電源に接続された駆動電源線５３が配置されている。
そして、駆動用ＴＦＴ４０に隣接して、層間絶縁膜１５上にカラーフィルター層７０が形成されている。カラーフィルター層７０は、表示画素毎に、ＲＧＢの分光特性を有するように形成されている。例えば、Ｒの画素ではＲＥＤ（赤）の分光特性を有するカラーフィルター層７０が形成される。
更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする第１平坦化絶縁膜１７が形成されている。そして、その第１平坦化絶縁膜１７のソース４３ｓに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース４３ｓとコンタクトしたＩＴＯから成る透明電極、即ち有機ＥＬ素子のアノード層６１を平坦化絶縁膜１７上に設けている。このアノード層６１はカラーフィルター層７０上に配置され、各表示画素毎に島状に分離形成されている。
第１平坦化絶縁膜１７上にはさらに第２平坦化絶縁膜６６が形成され、アノード層６１の端部を被覆すると共に、アノード層６１上の発光領域については第２平坦化絶縁膜６６が除去された構造としている。
有機ＥＬ素子６０は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極から成るアノード層６１、ＮＰＢから成るホール輸送層６２、白色発光層６３、及びＡｌｑ３から成る電子輸送層６４、マグネシウム・インジウム合金もしくはアルミニウム、もしくはアルミニウム合金から成るカソード層６５が、この順番で積層形成された構造である。ここで、白色発光層６３は、青色発光層６３ａ及び黄色発光層６３ｂが積層されてなり、青色発光層６３ａがアノード層６１に近い側に配置されている。青色発光層６３ａはＺｎ（ＢＯＸ）２から成り、その正式名称はビス（（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾイル）亜鉛である。黄色発光層６３ｂは、ＮＰＢ（ホスト）に黄色ドーパントであるルブレンを添加したものである。ＮＰＢ（ホスト）の正式名称は、Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ（ｎａｐｈｔａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅである。そして、カソード層６５はガラス基板２０７によって覆われる。
有機ＥＬ素子６０は、アノード層６１から注入されたホールと、カソード層６５から注入された電子とが白色発光層６３の内部で再結合し、白色発光層６３を形成する有機分子を励起して励起子が生じる。この励起子が放射失活する過程で白色発光層６３から青色光及び黄色光が放たれ、これらの光が合成されて白色光となり、透明なアノード層６１から絶縁基板１０を介して外部へ放出されて発光する。
このとき、青色発光層６３ａはアノード層６１に近い側に配置されているので、青色発光層６３ａから発生した青色光は、ホール輸送層６２、アノード層６１、第１平坦化絶縁膜１７を通してカラーフィルター層７０に到達し、このカラーフィルター層７０でフィルタリングされた後に、絶縁性基板１０を通して外部に放出される。
青色発光層６３ａから発生した青色光は、黄色発光層６３ｂを通過することなくカラーフィルター７０へ到達し、カラーフィルター７０を通して外部へ放出される。一方、黄色発光層６３ｂから発生した黄色光は、青色発光層６３ａを通過した後にカラーフィルター７０を通過することになるが、黄色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
次に、他の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、第２の実施形態による有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。図において、一画素内の有機ＥＬ素子とカラーフィルター層を中心に示しており、有機ＥＬ素子駆動用ＴＦＴや画素選択用ＴＦＴ等の図示は省略されている。また、図１と同一の構成部分については同一の符号が付されている。この有機ＥＬ表示装置では、第１に実施形態における黄色発光層６ｂの代わりに橙色発光層６ｃを用いたものであり、白色発光層２０は青発光層６ａ及び橙色発光層６ｃを積層して構成している。そして、短波長の青色光を発生する青色発光層６ａを光が放出される側であるアノード層４側に近い側に形成し、その上に比較的長波長の橙色光を発生する橙色発光層６ｃを配置した。ここで、橙色発光層６ｃはＮＰＢ（ホスト）に橙色ドーパントである5,12-Bis(4-(benzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthaceneを添加したものである。
これにより、青色発光層６ａから発生した青色光は橙色発光層６ｃを通過することなくカラーフィルター３へ到達して、カラーフィルター３を通して外部へ放出される。一方、橙色発光層６ｃから発生した黄色光は青色発光層６ａを通過した後に、カラーフィルター３を通過することになるが、橙色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
図６は、第３の実施形態による有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。図において、一画素内の有機ＥＬ素子とカラーフィルター層を中心に示しており、有機ＥＬ素子駆動用ＴＦＴや画素選択用ＴＦＴ等の図示は省略されている。また、図１と同一の構成部分については同一の符号が付されている。この有機ＥＬ表示装置では、白色発光層２１は青発光層６ａ、緑色発光層６ｄ及び赤色発光層６ｅを積層して構成している。そして、短波長の青色光を発生する青色発光層６ａをアノード層４に近い側に配置し、その上に青色光よりも長波長の緑色光を発生する緑色発光層６ｄを配置し、さらに緑色発光層６ｄの上に、緑色光よりも長波長の赤色光を発生する赤色発光層６ｅを配置する。
ここで、緑色発光層６ｄは、ＮＰＢ（ホスト）に緑色ドーパントである、5,12-diphenylnaphthaceneを添加したものである。赤色発光層６ｅはＮＰＢ（ホスト）に赤色ドーパントである、6,13-diphenylpentaceneを添加したものである。
これにより、青色発光層６ａから発生した青色光は、他の発光層を通過することなくカラーフィルター３へ到達して、カラーフィルター３を通して外部へ放出される。一方、緑色発光層６ｄから発生した緑色光は、青色発光層６ａを通過した後にカラーフィルター３を通過することになるが、緑色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。また、赤色発光層６ｅから発生した赤色光は、緑色発光層６ｄ及び青色発光層６ａを通過した後にカラーフィルター３を通過することになるが、赤色光は緑色光に比して波長が長いため、その吸収はさらに少ない。したがって、この構成によっても青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
第１、第２及び第３の実施形態から明らかなように、本発明の概念を一般化すれば、発光波長の異なる複数の発光層に適用できるものである。つまり、これらの複数の発光層を発光波長の短い順番に、発光出力側に配置すれば、波長の短い光の吸収を最小限に抑えることができることになる。
また、第４の実施形態による有機ＥＬ表示装置は、第２の実施形態の橙色発光層６ｃの代わりに赤色発光層６ｅを用いたものである。この実施形態においても、青色発光層６ａから発生した青色光は赤色発光層６ｅを通過することなくカラーフィルター３へ到達して、カラーフィルター３を通して外部へ放出される。一方、赤色発光層６ｅから発生した赤色光は青色発光層６ａを通過した後に、カラーフィルター３を通過することになるが、赤色光は青色光に比して波長が長いため、その吸収は比較的少ない。したがって、青色光の吸収が減少するため発光効率を向上できる。
１ 絶縁性基板 ２ 絶縁膜 ３ カラーフィルター層
４ アノード ５ ホール輸送層 ６，６’ 白色発光層
６ａ 青色発光層 ６ｂ 黄色発光層 ７ 電子輸送層
８ カソード層 １０ 絶縁性基板 １２ ゲート絶縁膜
１５ 層間絶縁膜 １７ 第１平坦化絶縁膜 ３０ スイッチング用ＴＦＴ
３１ ゲート電極 ３２ ゲート絶縁膜 ３３ 能動層
３６ ドレイン電極 ４０ 駆動用ＴＦＴ ４１ ゲート電極
４３ 能動層 ５１ ゲート信号線 ５２ ドレイン信号線
５３ 駆動電源線 ５４ 保持容量電極線 ５５ 容量電極
５６ 保持容量 ６０ 有機ＥＬ素子 ６１ アノード層
６２ ホール輸送層 ６３ 白色発光層 ６３ａ 青色発光層
６３ｂ 黄色発光層 ６４ 電子輸送層 ６５ カソード層
６６ 第２平坦化絶縁膜 ７０ カラーフィルター層
４ アノード ５ ホール輸送層 ６，６’ 白色発光層
６ａ 青色発光層 ６ｂ 黄色発光層 ７ 電子輸送層
８ カソード層 １０ 絶縁性基板 １２ ゲート絶縁膜
１５ 層間絶縁膜 １７ 第１平坦化絶縁膜 ３０ スイッチング用ＴＦＴ
３１ ゲート電極 ３２ ゲート絶縁膜 ３３ 能動層
３６ ドレイン電極 ４０ 駆動用ＴＦＴ ４１ ゲート電極
４３ 能動層 ５１ ゲート信号線 ５２ ドレイン信号線
５３ 駆動電源線 ５４ 保持容量電極線 ５５ 容量電極
５６ 保持容量 ６０ 有機ＥＬ素子 ６１ アノード層
６２ ホール輸送層 ６３ 白色発光層 ６３ａ 青色発光層
６３ｂ 黄色発光層 ６４ 電子輸送層 ６５ カソード層
６６ 第２平坦化絶縁膜 ７０ カラーフィルター層
Claims (8)
- 複数の画素を備え、各画素は、アノード層と、このアノード層上にエレクトロルミネッセンス層を間に挟んで形成されたカソード層とを有し、前記エレクトロルミネッセンス層は、発光波長の異なる複数の発光層を含み、前記複数の発光層を発光波長の短い順番に、発光出力側に近い側に配置したことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 前記エレクトロルミネッセンス層から放出される光が通過するカラーフィルター層を有することを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 複数の画素を備え、各画素は、絶縁性基板上に形成されたカラーフィルター層と、このカラーフィルター層上に形成された透明電極から成るアノード層と、このアノード層上にエレクトロルミネッセンス層を間に挟んで形成されたカソード層とを有し、
前記エレクトロルミネッセンス層は、発光波長の異なる複数の発光層を含み、前記複数の発光層を発光波長の短い順番に前記アノード側に近い側に配置したことを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。 - 前記エレクトロルミネッセンス層から放出される光が通過するカラーフィルター層を有することを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 前記複数の発光層は、青色発光層及び黄色発光層であり、
前記青色発光層、黄色発光層の順番に前記アノード層に近い側に配置したことを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。 - 前記複数の発光層は、青色発光層及び橙色発光層であり、
前記青色発光層、橙色発光層の順番に前記アノード層に近い側に配置したことを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。 - 前記複数の発光層は、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層であり、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層の順番に前記アノード層に近い側に配置したことを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
- 前記複数の発光層は、青色発光層及び赤色発光層であり、
前記青色発光層、赤色発光層の順番に前記アノード層に近い側に配置したことを特徴とする請求項３記載のエレクトロルミネッセンス表示装置。
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