説明

有機EL表示装置及びアレイ基板

【課題】有機EL素子に隣接して光散乱層を配置した有機EL表示装置で、輝度ムラ及び滅点が生じるのを抑制する。
【解決手段】本発明の有機EL表示装置は、絶縁基板SUBと、基板SUB上に配置された導体パターンDEと、導体パターンDEの一部を被覆すると共に導体パターンDEの他の一部に対応した位置に貫通孔が設けられ、透明膜TMとこの中で分散した複数の透明粒子PTCとを含んだ光散乱層LCと、貫通孔の側壁を被覆したオーバーコート層OCと、光散乱層LC上に配置され、貫通孔を介して導体パターンDEに接続された電極PEと、電極PEと向き合った電極CEと、電極PE及びCE間に介在した発光層ORGとを含んだ有機EL素子OLEDとを具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)表示装置及びアレイ基板に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL表示装置は自己発光表示装置であるため、視野角が広く、応答速度が速い。また、バックライトが不要であるため、薄型軽量化が可能である。これらの理由から、近年、有機EL表示装置は、液晶表示装置に代わる表示装置として注目されている。
【0003】
ところで、有機EL素子の輝度は、これに流す電流の大きさに応じて増加する。しかしながら、電流密度を高めると、消費電力が大きくなるのに加え、有機EL素子の寿命が著しく短くなる。したがって、高輝度、低消費電力、長寿命を同時に実現するには、発光層が放出する光を有機EL素子の外部へとより効率的に取り出すこと,すなわち光の取り出し効率を向上させること,が重要である。
【0004】
この問題に対し、特許文献1には、有機EL素子の一方の電極に回折格子又はゾーンプレートの機能を付与することが記載されている。しかしながら、そのような構造を採用した有機EL表示装置は製造が難しい。
【0005】
高い光取り出し効率は、有機EL素子に隣接して光散乱層を配置することでも実現可能である。この構造を採用した有機EL表示装置は、製造が比較的容易である。
【0006】
しかしながら、本発明者らは、本発明を為すに際し、有機EL素子に隣接して光散乱層を配置した有機EL表示装置は、輝度ムラや滅点などを生じ易いことを見い出している。
【特許文献1】特開平11−283751号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、有機EL素子に隣接して光散乱層を配置した有機EL表示装置で、輝度ムラ及び滅点が生じるのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1側面によると、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された導体パターンと、前記導体パターンの一部を被覆すると共に前記導体パターンの他の一部に対応した位置に貫通孔が設けられ、透明膜とこの中で分散した複数の透明粒子とを含んだ光散乱層と、前記貫通孔の側壁を被覆したオーバーコート層と、前記光散乱層上に配置され、前記貫通孔を介して前記導体パターンに接続された第1電極と、前記第1電極と向き合った第2電極と、前記第1及び第2電極間に介在した発光層とを含んだ有機EL素子とを具備したことを特徴とする有機EL表示装置が提供される。
【0009】
本発明の第2側面によると、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された導体パターンと、前記導体パターンの一部を被覆すると共に前記導体パターンの他の一部に対応した位置に貫通孔が設けられ、透明膜とこの中で分散した複数の透明粒子とを含んだ光散乱層と、前記貫通孔の側壁を被覆したオーバーコート層と、前記光散乱層上に配置され、前記貫通孔を介して前記導体パターンに接続された電極とを具備したことを特徴とするアレイ基板が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によると、有機EL素子に隣接して光散乱層を配置した有機EL表示装置で、輝度ムラ及び滅点が生じるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0012】
図1は、本発明の一態様に係る有機EL表示装置を概略的に示す平面図である。図2は、図1の表示装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す部分断面図である。図3は、図2の構造の一部を拡大して示す部分断面図である。なお、図2では、表示装置を、その表示面,すなわち前面又は光出射面,が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
【0013】
図1の表示装置は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した上面発光型の有機EL表示装置である。この有機EL表示装置は、例えば、ガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板SUBを含んでいる。
【0014】
基板SUB上には、図2及び図3に示すアンダーコート層UCとして、例えば、SiNx層とSiOx層とが順次積層されている。
【0015】
アンダーコート層UC上では、例えばソース及びドレインが形成されたポリシリコン層である半導体層SCが配列している。
【0016】
半導体層SCは、ゲート絶縁膜GIで被覆されている。ゲート絶縁膜GIは、例えばTEOS(tetraethyl orthosilicate)などを用いて形成され得る。
【0017】
ゲート絶縁膜GI上では、ゲートGEが配列している。半導体層SCとゲートGEとゲート絶縁膜GIとは、トップゲート型のTFTを構成している。本態様では、これらTFTは、pチャネルTFTであり、図1の画素PXが含む駆動制御素子DR及びスイッチSWa乃至SWcとして利用している。
【0018】
ゲート絶縁膜GI上には、走査信号線SL1及びSL2がさらに配置されている。走査信号線SL1及びSL2は、各々が画素PXの行方向(X方向)に延びており、画素PXの列方向(Y方向)に交互に配列している。これら走査信号線SL1及びSL2は、走査信号線ドライバYDRに接続されている。
【0019】
ゲート絶縁膜GI上では、後述するキャパシタCの下部電極(図示せず)がさらに配列している。下部電極は、駆動制御素子DRのゲートGEに接続されている。
【0020】
ゲートGEと走査信号線SL1及びSL2と下部電極とは、同一の工程で形成可能である。これらの材料としては、例えば、モリブデンとタングステンとの合金を使用することができる。
【0021】
ゲート絶縁膜GI、ゲートGE、走査信号線SL1及びSL2、並びに下部電極は、図2及び図3に示す層間絶縁膜IIで被覆されている。層間絶縁膜IIは、例えばプラズマCVD法などにより成膜されたSiOxなどからなる。この層間絶縁膜IIのうち下部電極上の部分は、キャパシタCの誘電体層として利用する。
【0022】
層間絶縁膜II上では、図2と図3とに示すソース電極SE及びドレイン電極DEが配列している。ソース電極SE及びドレイン電極DEは、層間絶縁膜IIに設けられたコンタクトホールを介してTFTのソース及びドレインに電気的に接続されている。
【0023】
層間絶縁膜II上には、図1に示す映像信号線DL及び電源線PSLがさらに配置されている。映像信号線DLは、図1に示すように、各々がY方向に延びており、X方向に配列している。これら映像信号線DLは、映像信号線ドライバXDRに接続されている。また、電源線PSLは、本態様では、各々がY方向に延びており、X方向に配列している。
【0024】
層間絶縁膜II上では、図1に示すキャパシタCの上部電極(図示せず)がさらに配列している。上部電極は、定電位端子ND1’に接続されている。
【0025】
上部電極と映像信号線DLと電源線PSLとソース電極SEとドレイン電極DEとは、同一工程で形成可能である。これらは、例えば、Mo/Al/Moの三層構造を有している。
【0026】
ソース電極SE、ドレイン電極DE、映像信号線DL、電源線PSL、及び上部電極は、図2及び図3に示すパッシベーション膜PSで被覆されている。パッシベーション膜PSは、例えばSiNxなどからなる。
【0027】
パッシベーション膜PS上では、図2に示す反射層RFが配列している。反射層RFの材料としては、例えばアルミニウムなどの金属又は合金を使用することができる。
【0028】
パッシベーション膜PS及び反射層RFは、光散乱層LSで被覆されている。光散乱層LSは、透明膜TMと、この中で分散すると共に透明膜TMとは屈折率が異なる複数の透明粒子PTCとを含んでいる。透明膜TMは、例えば透明樹脂からなる。透明粒子PTCは、例えば、透明無機材料又は透明樹脂からなる。典型的には、透明粒子PTCは透明無機材料からなり、透明膜TMと比較して屈折率がより大きい。ここでは、一例として、透明粒子PTCは、透明膜TMと比較して屈折率がより大きいこととする。
【0029】
パッシベーション膜PS及び光散乱層LSには、スイッチSWaのドレインに接続されたドレイン電極DEに対応した位置に貫通孔が形成されている。これら貫通孔は、順テーパ状である。
【0030】
各貫通孔の側壁は、オーバーコート層OCで被覆されている。本態様では、オーバーコート層OCは、光散乱層LSの上面のうち貫通孔の開口近傍の領域もさらに被覆している。オーバーコート層OCの材料としては、例えば、アクリル樹脂などの樹脂を使用することができる。
【0031】
パッシベーション膜PS上では、前面電極として、光透過性の画素電極PEが配列している。各画素電極PEは、図2及び図3に示すように、先の貫通孔を介して、スイッチSWaのドレイン電極DEに接続されている。
【0032】
画素電極PEは、本態様では陽極である。画素電極PEの材料としては、例えば、ITO(indium tin oxide)などの透明導電性酸化物を使用することができる。
【0033】
パッシベーション膜PS上には、さらに、隔壁絶縁層PIが配置されている。隔壁絶縁層PIには、画素電極PEに対応した位置に貫通孔が設けられているか、或いは、画素電極PEが形成する列又は行に対応した位置にスリットが設けられている。ここでは、一例として、隔壁絶縁層PIには、画素電極PEに対応した位置に貫通孔が設けられていることとする。
【0034】
隔壁絶縁層PIは、例えば、有機絶縁層である。隔壁絶縁層PIは、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
【0035】
画素電極PE上には、活性層として、発光層を含んだ有機物層ORGが配置されている。発光層は、例えば、発光色が赤色、緑色、又は青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。この有機物層ORGは、発光層に加え、正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層などもさらに含むことができる。
【0036】
隔壁絶縁層PI及び有機物層ORGは、背面電極である対向電極CEで被覆されている。対向電極CEは、画素PX間で互いに接続された共通電極であり、本態様では光反射性の陰極である。対向電極CEは、例えば、パッシベーション膜PSと隔壁絶縁層PIとに設けられたコンタクトホールを介して、映像信号線DLと同一の層上に形成された電極配線(図示せず)に電気的に接続されている。各々の有機EL素子OLEDは、画素電極PE、有機物層ORG及び対向電極CEで構成されている。
【0037】
各画素PXは、有機EL素子OLEDと画素回路とを含んでいる。本態様では、画素回路は、図1に示すように、駆動制御素子DRと、出力制御スイッチSWaと、映像信号供給制御スイッチSWbと、ダイオード接続スイッチSWcと、キャパシタCとを含んでいる。上記の通り、本態様では、駆動制御素子DR及びスイッチSWa乃至SWcはpチャネルTFTである。また、本態様では、映像信号供給制御スイッチSWbとダイオード接続スイッチSWcとは、駆動制御素子DRのドレインと映像信号線DLと駆動制御素子DRのゲートとの接続状態を、それらが互いに接続された第1状態と、それらが互いから遮断された第2状態との間で切り替えるスイッチ群を構成している。
【0038】
駆動制御素子DRと出力制御スイッチSWaと有機EL素子OLEDとは、第1電源端子ND1と第2電源端子ND2との間で、この順に直列に接続されている。本態様では、第1電源端子ND1は高電位電源端子であり、第2電源端子ND2は低電位電源端子である。
【0039】
出力制御スイッチSWaのゲートは、走査信号線SL1に接続されている。映像信号供給制御スイッチSWbは映像信号線DLと駆動制御素子DRのドレインとの間に接続されており、そのゲートは走査信号線SL2に接続されている。ダイオード接続スイッチSWcは駆動制御素子DRのドレインとゲートとの間に接続されており、そのゲートは走査信号線SL2に接続されている。キャパシタCは、駆動制御素子DRのゲートと定電位端子ND1’との間に接続されている。
【0040】
なお、この有機EL表示装置のうち絶縁基板SUBから画素電極PEまでの構造がアレイ基板に相当している。アレイ基板は、隔壁絶縁層PIをさらに含むことができる。また、アレイ基板は、映像信号線ドライバXDR及び走査信号線ドライバYDRをさらに含むことができる。
【0041】
この有機EL表示装置で画像を表示する場合、例えば、走査信号線SL1及びSL2の各々を線順次駆動する。そして、或る画素PXに映像信号を書き込む書込期間では、まず、走査信号線ドライバYDRから、先の画素PXが接続された走査信号線SL1にスイッチSWaを開く走査信号を電圧信号として出力し、続いて、先の画素PXが接続された走査信号線SL2にスイッチSWb及びSWcを閉じる走査信号を電圧信号として出力する。この状態で、映像信号線ドライバXDRから、先の画素PXが接続された映像信号線DLに映像信号を電流信号として出力し、駆動制御素子DRのゲート−ソース間電圧を、先の映像信号に対応した大きさに設定する。その後、走査信号線ドライバYDRから、先の画素PXが接続された走査信号線SL2にスイッチSWb及びSWcを開く走査信号を電圧信号として出力し、続いて、先の画素PXが接続された走査信号線SL1にスイッチSWaを閉じる走査信号を電圧信号として出力する。
【0042】
スイッチSWaを閉じている有効表示期間では、有機EL素子OLEDには、駆動制御素子DRのゲート−ソース間電圧に対応した大きさの駆動電流が流れる。有機EL素子OLEDは、駆動電流の大きさに対応した輝度で発光する。
【0043】
この有機EL表示装置では、光散乱層LSは、以下に説明するように、光の取り出し効率を高める役割を果たす。
【0044】
光散乱層LSを省略した場合、有機EL素子OLEDの発光層が放出する光の一部は、画素電極PEと有機物層ORGとの積層体又は画素電極PEと有機物層ORGと対向電極CEの積層体(以下、導波層という)内で反射又は全反射を繰り返しながら膜面方向に伝播する。この膜面方向に伝播する光は、導波層の主面に対する入射角が大きいと、外部に取り出すことができない。
【0045】
図2の構造では、導波層の近傍に光散乱層LSを配置している。また、透明粒子PTCから画素電極PEまでの距離の最小値は、画素電極PEと透明膜TMとの界面に臨界角よりも大きな入射角で入射したときに生じるエバネッセント波のしみ出し深さの最大値未満である。そのため、このエバネッセント波の少なくとも一部は、透明膜TMと透明粒子PTCとの界面で伝播光へと変換され、反射層RFへ向けて進行する。なお、「エバネッセント波のしみ出し深さ」は、上記界面におけるエバネッセント波のエネルギーを1としたときに、エバネッセント波のエネルギーが1/eにまで減少する深さを意味する。
【0046】
この伝播光は、透明膜TMと透明粒子PTCとの界面を通過する毎に進行方向を変化させる。それゆえ、有機EL素子OLEDへと戻った伝播光の少なくとも一部は、界面に臨界角よりも小さな入射角で入射する。したがって、発光層が放出する光を、有機EL素子OLEDの外部へと、より高い効率で取り出すことが可能となる。
【0047】
さて、この有機EL表示装置は、オーバーコート層OCを省略した有機EL表示装置と比較して輝度ムラ及び滅点が生じ難い。これについて、以下に説明する。
【0048】
図4は、比較例に係る有機EL表示装置の構造を概略的に示す部分断面図である。図5は、図4の構造の一部を拡大して示す部分断面図である。比較例に係る有機EL表示装置は、オーバーコート層OCを省略したこと以外は、図1乃至図3を参照して説明した有機EL表示装置と同様の構造を有している。
【0049】
貫通孔が設けられた光散乱層LSは、例えば、透明粒子PTCと感光性樹脂とを含有した塗工液をパッシベーション膜PS上に塗布し、塗膜をパターン露光及び現像することにより得られる。或いは、パッシベーション膜PS上に透明膜TMと透明粒子PTCとを含有した光散乱層LS及びレジストパターンを順次形成し、レジストパターンをマスクとして用いて光散乱層LSをエッチングすることにより得られる。
【0050】
前者の方法によると、透明粒子PTCと感光性樹脂との現像液に対する溶解性の相違に起因して、光散乱層LSの貫通孔の側壁は、図3及び図5に示すように凸凹になる。また、後者の方法によると、透明膜TMと透明粒子PTCとのエッチング速度の相違に起因して、光散乱層LSの貫通孔の側壁は、図3及び図5に示すように凸凹になる。そのため、図4及び図5に示すようにオーバーコート層OCを省略した場合、光散乱層LSの貫通孔内で、画素電極PEの厚さが不均一になるか、又は、画素電極PEに不連続部を生じる可能性がある。
【0051】
光散乱層LSの貫通孔側壁の凹凸形状は、貫通孔毎に異なる。そのため、前者の場合、画素電極PEのうち光散乱層LSの貫通孔内に位置した部分の抵抗値が画素PX間でばらつき、表示ムラを生じる。また、後者の場合、画素電極PEのうち光散乱層LSの上面を被覆している部分への電力供給が不可能となり、滅点を生じることとなる。
【0052】
これに対し、図2及び図3に示すように光散乱層LSの貫通孔側壁をオーバーコート層OCで被覆すると、貫通孔側壁の凹凸が有機EL素子OLEDへの電力供給に与える影響を小さくすることができる。したがって、本態様に係る有機EL表示装置は、オーバーコート層OCを省略した有機EL表示装置と比較して輝度ムラ及び滅点が生じ難い。
【0053】
透明粒子PTCの平均粒径は例えば約0.03μm乃至約1μmの範囲内とし、オーバーコート層OCの厚さは例えば約200nm乃至約5μmとする。典型的には、透明粒子PTCの平均粒径は典型的には約0.3μmとし、オーバーコート層OCの厚さは約1μmとする。
【0054】
本態様では、画素電極PEとドレイン電極DEとを接続するための貫通孔の側壁をオーバーコート層OCで被覆したが、他の貫通孔の側壁をオーバーコート層OCで被覆してもよい。例えば、対向電極CEと電極又は配線とを接続するための貫通孔の側壁をオーバーコート層OCで被覆してもよい。
【0055】
本態様では、本発明を下面発光型の有機EL表示装置に適用したが、本発明は上面発光型の有機EL表示装置にも適用可能である。また、本態様では、画素回路に映像信号として電流信号を書き込む構成を採用したが、画素回路に映像信号として電圧信号を書き込む構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明の一態様に係る有機EL表示装置を概略的に示す平面図。
【図2】図1の表示装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す部分断面図。
【図3】図2の構造の一部を拡大して示す部分断面図。
【図4】比較例に係る有機EL表示装置の構造を概略的に示す部分断面図。
【図5】図4の構造の一部を拡大して示す部分断面図。
【符号の説明】
【0057】
C…キャパシタ、CE…対向電極、DE…ドレイン電極、DL…映像信号線、DR…駆動制御素子、GE…ゲート、GI…ゲート絶縁膜、II…層間絶縁膜、LS…光散乱層、ND1…電源端子、ND1’…定電位端子、ND2…電源端子、OC…オーバーコート層、OLED…有機EL素子、ORG…有機物層、PE…画素電極、PI…隔壁絶縁層、PS…パッシベーション膜、PSL…電源線、PTC…透明粒子、PX…画素、RF…反射層、SC…半導体層、SE…ソース電極、SL1…走査信号線、SL2…走査信号線、SUB…絶縁基板、SWa…スイッチ、SWb…スイッチ、SWc…スイッチ、TM…透明膜、UC…アンダーコート層、XDR…映像信号線ドライバ、YDR…走査信号線ドライバ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された導体パターンと、
前記導体パターンの一部を被覆すると共に前記導体パターンの他の一部に対応した位置に貫通孔が設けられ、透明膜とこの中で分散した複数の透明粒子とを含んだ光散乱層と、
前記貫通孔の側壁を被覆したオーバーコート層と、
前記光散乱層上に配置され、前記貫通孔を介して前記導体パターンに接続された第1電極と、前記第1電極と向き合った第2電極と、前記第1及び第2電極間に介在した発光層とを含んだ有機EL素子とを具備したことを特徴とする有機EL表示装置。
【請求項2】
前記オーバーコート層は樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示装置。
【請求項3】
前記第1電極は、前記光散乱層と前記第2電極との間に介在したことを特徴とする請求項1に記載の有機EL表示装置。
【請求項4】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置された導体パターンと、
前記導体パターンの一部を被覆すると共に前記導体パターンの他の一部に対応した位置に貫通孔が設けられ、透明膜とこの中で分散した複数の透明粒子とを含んだ光散乱層と、
前記貫通孔の側壁を被覆したオーバーコート層と、
前記光散乱層上に配置され、前記貫通孔を介して前記導体パターンに接続された電極とを具備したことを特徴とするアレイ基板。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−188778(P2007−188778A)
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−6271(P2006−6271)
【出願日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成15年独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「高効率有機デバイスの開発事業」委託研究、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受ける特許出願
【出願人】(302020207)東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 (2,170)
【Fターム(参考)】