(57)【要約】【課題】  長期使用時の色調ずれを防いで表示装置の表示品質を向上させることができ、この際に、基板の汎用性を損なうことがなく、製造工程を煩雑化することもない。【解決手段】  異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置において、自発光素子１Ｃ1の発光機能層１２Ｃ1及び自発光素子１Ｃ2の発光機能層１２Ｃ2に対してＣ1’→Ｃ1及びＣ2’→Ｃ2の下方調整を行って、発光色毎に異なる輝度劣化を揃える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置において、
前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の前記自発光素子は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を下方調整した発光機能層を備えることを特徴とする自発光表示装置。
【請求項２】
前記下方調整は、前記発光機能層に添加される発光添加材の濃度調整によってなされることを特徴とする請求項１に記載された自発光表示装置。
【請求項３】
前記下方調整は、前記発光機能層に発光機能を低下させる不純物を添加することによってなされることを特徴とする請求項１に記載された自発光表示装置。
【請求項４】
前記下方調整は、前記発光機能層の膜厚調整又は層構造の設定によってなされることを特徴とする請求項１に記載された自発光表示装置。
【請求項５】
前記自発光素子は、一対の電極間に前記発光機能層を含む有機層を挟持してなる有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された自発光表示装置。
【請求項６】
異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置の製造方法において、
前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の前記自発光素子における発光機能層の成膜では、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を下方調整することを特徴とする自発光表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記下方調整は、前記発光機能層に添加される発光添加材の濃度調整によってなされることを特徴とする請求項６に記載された自発光表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記下方調整は、前記発光機能層に発光機能を低下させる不純物を添加することによってなされることを特徴とする請求項６に記載された自発光表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記下方調整は、前記発光機能層の膜厚調整又は層構造の設定によってなされることを特徴とする請求項６に記載された自発光表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記自発光素子の形成は、基板上に直接又は他の層を介して下部電極を形成する工程、該下部電極上に直接又は他の層を介して前記発光機能層を成膜する工程、該発光機能層上に直接又は他の層を介して上部電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載された自発光表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自発光表示装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子等の自発光素子を表示要素とする自発光表示装置は、フラットパネルディスプレイを可能にし、バックライトを要する液晶ディスプレイに比べて低消費電力且つ高輝度の表示が可能であることで期待を集めている。
【０００３】
そして、この自発光表示装置でカラー（フルカラー又はマルチカラー）表示を行うには、一表示単位（画素）に異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行うことがなされている。一般にフルカラーの表示を行うには、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色を適当な輝度で混色することで所望の色度を得ることができ、特に３色を共にほぼ同レベルの輝度に発光させることで白色を得ることが可能になる。また、３色に限らず２色の混色で多色表示を行うことも可能であり、下記特許文献１には、有機ＥＬパネルの画素を２色の有機ＥＬ素子で形成して、この２色の混色によって、ＣＩＥｘｙ色度図の白領域又は（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．３１６）を中心として半径０．１の円領域内の色を表現可能にすることが記載されている。
【０００４】
このようなカラー表示を行う自発光表示装置では、発光材料の特性などによって色毎に自発光素子の寿命又は輝度劣化の度合が異なることで、長期の累積時間に亘って表示を行うと色調ずれが生じて所望の色度が得られなくなる問題がある。特に、画面の下地部分などで白色を表示する場合には、長期の使用に際して白色表示部分に色がついてしまうという問題が生じる。
【０００５】
これに対処するために、下記特許文献２，３に記載の従来技術が提案されている。下記特許文献２には、マトリクス状に配列された各色の表示画素をなすＥＬ素子の発光層の発光効率が最もよい緑色の発光領域の発光面積を他の赤色又は青色の発光領域の発光面積に比べて最も小さくすることで、長期使用時のホワイトバランスを確保することが開示されており、下記特許文献３には、表示装置の点灯時間を測定し、表示装置の各色における発光材料の輝度を調整する輝度調整部を制御部に設けて、長時間の使用によっても色調ずれが起こらないようにしたものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０３５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９０４４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の従来技術では、実際には表示装置の製品型番毎にパネル設計が異なるので、その都度発光領域の発光面積を規定する開口部のパターニングを行わなければならなくなり、製造工程が煩雑になって量産化を行い難くなるという問題があり、また、成膜工程前の絶縁膜パターンで前述の開口部を形成するので、成膜工程前の基板の汎用性が悪くなると言う問題がある。また、特許文献３に記載の従来技術では、輝度調整部を形成する回路等を組み込む必要があるので、製品のコストアップを招くという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置において、長期使用時の色調ずれを防いで表示装置の表示品質を向上させること、また、これに際して、基板の汎用性を損なわないこと、製造工程を煩雑化しないこと、製品のコストアップを招かないこと等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明による自発光装置及びその製造方法は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
【００１０】
［請求項１］異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置において、前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の前記自発光素子は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を下方調整した発光機能層を備えることを特徴とする自発光表示装置。
【００１１】
［請求項６］異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置の製造方法において、前記複数色の内の少なくとも一つの発光色の前記自発光素子における発光機能層の成膜では、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を下方調整することを特徴とする自発光表示装置の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自発光表示装置の基本構成例を示す説明図である。この自発光表示装置は、異なる発光色の自発光素子１Ｃ1，１Ｃ2，１Ｃ3を基板１０上に並列配置し、複数色の混色によってカラー表示を行うものである。図の例では、Ｃ1色（例えば赤（Ｒ）），Ｃ2色（例えば緑（Ｇ）），Ｃ3色（例えば青（Ｂ））の３色の混色によってカラー表示を行うものを示したが、これに限らず２色，４色の混色によってカラー表示を行うものであってもよく、また、図の例では各自発光素子１Ｃ1，１Ｃ2，１Ｃ3を並列配置したものを示しているが、これに限らず各自発光素子を積層配置したものであってもよい。
【００１３】
各自発光素子１Ｃ1（１Ｃ2，１Ｃ3）の構造は、基板１０上で一対の電極（下部電極１１と上部電極１３）間に発光機能層１２Ｃ1（１２Ｃ2，１２Ｃ3）を含む層構造１２を挟持して積層構造を形成したものであり、下部電極１１，上部電極１３間に印加された電圧によって、素子内に一方の電極から正孔が注入・輸送され、他方の電極から電子が注入・輸送されて、発光層を含む発光機能層１２Ｃ1（１２Ｃ2，１２Ｃ3）でこの正孔と電子が再結合して各色の発光を得るものである。この際、前記の再結合によって下部電極１１と上部電極１３の間に電流が流れることになるので、この電流に応じて各自発光素子の輝度が得られることになる。下部電極１１と上部電極１３は、光を取り出す側が透明導電膜で形成され、下部電極１１側から光を取り出す場合をボトムエミッション方式、上部電極１３側から光を取り出す場合をトップエミッション方式という。この自発光素子１Ｃ1（１Ｃ2，１Ｃ3）を低分子型有機ＥＬ素子とした場合には、一般に一対の電極間に正孔輸送層，発光層，電子輸送層等の有機層からなる層構造が形成されることになる。また、この自発光素子１Ｃ1（１Ｃ2，１Ｃ3）は高分子型有機ＥＬ素子のようにバイポーラ性の材料を単層又は複数層積層した構造で形成されることもある。
【００１４】
このような構成の自発光表示装置では、一般に異なる発光色の自発光素子において、発光色毎に輝度劣化の度合が異なる現象が生じる。有機ＥＬ素子によってＲＧＢ３色の自発光素子を形成する場合には、一般に、駆動時間に対して輝度劣化の度合はＢ色が最も高く、それに比べてＲ色、Ｇ色の劣化度合は少なくなることが知られている。したがって、特段の調整が無いとすれば、長期の使用によって累積される駆動時間が大きくなると、色調にずれが生じ、例えば白色を表示しようとしても色が付いた状態になる不具合が起きるが、本発明の実施形態では、複数色の内の少なくとも一つの発光色の自発光素子は、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるように、駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を下方調整した発光機能層を備えるので、長期の使用に際しても色調のずれが生じない。
【００１５】
これを図２によって説明する。図２は自発光素子の輝度劣化特性を発光色毎にグラフ化したものである。自発光素子１Ｃ1，１Ｃ2，１Ｃ3は調整を行わない場合には、Ｃ1’（破線），Ｃ2’（破線），Ｃ3（実線）に示すように駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合に違いがある。これを低下割合が最も大きいＣ3に合わせるように、自発光素子１Ｃ1の発光機能層１２Ｃ1及び自発光素子１Ｃ2の発光機能層１２Ｃ2に対してＣ1’→Ｃ1及びＣ2’→Ｃ2の下方調整を行って、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるようにする。本発明の実施形態では、この下方調整を発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2の成膜工程で行うことができるので、成膜前の基板の汎用性に影響を及ぼすことが無く、また、制御部の変更等によるコストアップも生じない。
【００１６】
このような本発明の実施形態に係る自発光表示装置の製造方法の一例を図３によって説明する。自発光表示装置における自発光素子の形成は、先ず、基板１０の準備がなされ（基板準備工程：Ｓａ）、その基板１０上に直接又は他の層を介して下部電極１１が形成される（下部電極形成工程：Ｓｂ）。そして、この下部電極１１上に直接又は他の層を介してＣ1色の発光機能層の成膜がなされ（Ｃ1色発光機能層成膜工程：Ｓｃ）、次いで、下部電極１１上に直接又は他の層を介してＣ2色の発光機能層の成膜がなされ（Ｃ2色発光機能層成膜工程：Ｓｄ）、更に、下部電極１１上に直接又は他の層を介してＣ3色の発光機能層の成膜がなされる（Ｃ3色発光機能層成膜工程：Ｓｅ）が、この成膜工程で、Ｃ1色発光機能層の成膜時に前述した下方調整Ｔ1（駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合の下方調整）を行い、また同様に、Ｃ2色発光機能層の成膜時にも前述した下方調整Ｔ2を行う。言うまでもないが、Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅの各工程の順番は上記に限定されるものではない。そして、これらの発光機能層上に直接又は他の層を介して上部電極１３を形成する。自発光素子を有機ＥＬ素子とする場合には、前述した成膜工程を、低分子有機材料の真空蒸着による成膜、高分子有機材料のインクジェットによる塗布或いは印刷による成膜、低分子有機材料を予めフィルム上に成膜してレーザによる熱転写で基板上に転写する成膜等によって行うことができる。
【００１７】
前述した下方調整の具体例を以下に説明する。
【００１８】
［発光添加材の濃度調整による下方調整］自発光素子を有機ＥＬ素子とする場合、発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2のホスト材に添加するゲスト材（発光添加材：ドーパント）の濃度を調整することで前述した下方調整を行うことができる。すなわち、発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2に対してドーパント濃度を低く調整することで駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を更に下げることができる。また、この電流輝度劣化はドーパント濃度を下げるだけではなく、ホスト−ゲスト系の発光機能層のドーパント濃度の最適値よりも大きく設定するように濃度調整しても同様の効果を得ることができる。このようなドーパント濃度調整を輝度劣化度合が比較的少ない色の発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2に対して行うことで、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるようにする。このドーパントとしては、発光層又は電荷輸送層へ添加する発光中心材料であっても電荷輸送材料であってもよい。
【００１９】
［発光機能を低下させる不純物の添加による下方調整］自発光素子を有機ＥＬ素子とする場合、発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2に発光機能を低下させる不純物を添加することで前述した下方調整を行うことができる。すなわち、本来劣化因子となる不純物を敢えて添加することで駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を更に下げることができる。この不純物添加を輝度劣化度合が少ない色の発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2に対して行うことで、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるようにする。
【００２０】
［発光機能層の膜厚調整又は層構造の設定による下方調整］自発光素子を有機ＥＬ素子とする場合、発光機能層の膜厚或いは層構造の設定を最適値からずらすことで前述した下方調整を行うことができる。すなわち、電流輝度効率の高い自発光素子に対して、反射干渉現象を利用した取り出し効率が敢えて下がる設定を行って、実質的に駆動時間に対する電流輝度効率の低下割合を更に下げる。この設定を輝度劣化度合が比較的少ない色の発光機能層１２Ｃ1，１２Ｃ2に対して行うことで、発光色毎に異なる輝度劣化を揃えるようにする。
【００２１】
本発明の実施形態に係る自発光装置及びその製造方法によると、このような特徴を具備することで、異なる発光色の自発光素子を並列又は積層配置し、複数色の混色によってカラー表示を行う自発光表示装置において、長期使用時の色調ずれを防いで表示装置の表示品質を向上させることができ、この際に、基板の汎用性を損なうことがなく、製造工程を煩雑化することもない、また、製品のコストアップを招かない、という利点が得られる。
【実施例】
【００２２】
以下、自発光素子として有機ＥＬ素子を例にして本発明の実施例を説明するが、本発明は特にこの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
この実施例では、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）各色の発光機能層を有する有機ＥＬ素子において、各色の発光輝度効率を最大に設定した比較例に対して、発光機能層に添加される発光添加材（ドーパント）の濃度調整によって前述の下方調整を行った例（実施例１）と、それに加えて発光機能層の膜厚調整によって前述の下方調整を行った例（実施例２）を示す。
【００２４】
［比較例］
図１に示した構造において、ガラス製の基板１０上に、下部電極１１としてＩＴＯからなる陽極を形成し、その上に正孔注入層，正孔輸送層，発光層，電子輸送層，電子注入層からなる積層構造１２を形成し、その上に上部電極１３としてＡｌからなる陰極を形成した有機ＥＬ素子であって（下記表１に積層構造の材料及び膜厚（括弧内が膜厚を示している）を示す）、以下のように製造されたものを比較例とする。以下に示すドーパントの濃度は、重量％で示している。ドーパントの濃度の指標は重量％に限らず、体積％で示しても構わない。
【００２５】
膜厚１１０ｎｍのＩＴＯからなる陽極が形成されたガラス製の基板１０上に、真空度５．０×１０-4Ｐａの各成膜室内で真空蒸着法によって積層構造１２を成膜した。この際、先ず、ＩＴＯ上に正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を３０ｎｍの膜厚で成膜し、次いで、正孔注入層上に正孔輸送層としてα−ＮＰＤを５０ｎｍの膜厚で成膜した。
【００２６】
次に、正孔輸送層上に塗り分け用蒸着マスクを用いてＲ発光層の成膜領域を開口させ、Ａｌｑ3（ホスト材料）とＤＣＪＴＢ（ドーパント）とを異なる蒸着源から共蒸着することで、膜厚４０ｎｍのＲ発光層を成膜した。このときのＤＣＪＴＢ（ドーパント）濃度は６．０％であった。次いで、正孔輸送層上に塗り分け用蒸着マスクを用いてＧ発光層の成膜領域を開口させ、Ａｌｑ3（ホスト材料）とクマリン６（ドーパント）とを異なる蒸着源から共蒸着することで、膜厚４０ｎｍのＧ発光層を成膜した。このときのクマリン６（ドーパント）濃度は０．２％であった。更に、正孔輸送層上に塗り分け用蒸着マスクを用いてＢ発光層の成膜領域を開口させ、ＢＨ−１４０（ホスト材料）とＢＤ−０５２（ドーパント）とを異なる蒸着源から共蒸着することで、膜厚３０ｎｍのＢ発光層を成膜した。このときのＢＤ−０５２（ドーパント）濃度は５．０％であった。ここで、ＢＨ−１４０とＢＤ−０５２は、共に出光興産(株)製の有機ＥＬ青色発光層材料の製品名である。
【００２７】
その後、電子輸送層としてＡｌｑ3を３０ｎｍの厚さに成膜し、更に電子輸送層上に電子注入層としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を１ｎｍの厚さに成膜した。そして、最後に、電子注入層上に陰極としてアルミニウム（Ａｌ）を２００ｎｍの厚さで成膜した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
このような有機ＥＬ素子のＲＧＢ各素子を一定の駆動条件で定電流駆動した場合の駆動時間に対する電流輝度効率の変化（各素子の寿命）を図４（ａ）のグラフに示す。ここで電流輝度効率の変化は、駆動当初の発光輝度Ｌ0に対する所定駆動時間での発光輝度Ｌの比（Ｌ／Ｌ0）で表している。
【００３０】
比較例では、図４（ａ）のグラフから明らかなように、ＲＧＢ各色素子で半減期寿命（Ｌ／Ｌ0＝０．５となる駆動時間）が大きく異なり（Ｂが約１７００ｈ，Ｇが約２７９０ｈ，Ｒが約４９００ｈ）、ＲＧＢ各色素子で駆動時間の経過と共に電流輝度効率がＢ＜Ｇ＜Ｒの関係になる。これによると、駆動当初にホワイトバランスを調整したとしても長期の駆動によって色調ずれが生じることになる。
【００３１】
［実施例１］
前述の比較例と同様の材料及び製造工程で、積層構造１２の各層の膜厚を比較例と同様にして、Ｒ発光層、Ｇ発光層のドーパント濃度を表２のように変えた有機ＥＬ素子を形成し、このＲＧＢ各素子を一定の駆動条件で定電流駆動した場合の半減期寿命を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2006140444.tif 000004
【００３３】
この表２から明らかなように、比較例に対して、Ｒ発光層のドーパント濃度を０．６％から３．０％に変更することで半減期寿命を４９００ｈから１５５０ｈに下方調整し、Ｇ発光層のドーパント濃度を０．２％から０．７％に変更することで半減期寿命を２７９０ｈから１４９０ｈに下方調整することで、ＲＧＢ各色素子の半減期寿命を約１５００ｈ前後に揃えることが可能になる。
【００３４】
このようにドーパント濃度を下方調整した有機ＥＬ素子における各色素子（Ｒ：膜厚４０ｎｍ，ドーパント濃度３．０％，Ｇ：膜厚４０ｎｍ，ドーパント濃度０．７％，Ｂ：膜厚３０ｎｍ，ドーパント濃度５．０％）の駆動時間に対する電流輝度効率の変化（各素子の寿命）を図４（ｂ）のグラフに示す。これによると、駆動当初にホワイトバランスを調整しておけば、長期の駆動に対してもＲＧＢ毎の電流輝度効率の違いは殆ど生じない。よって長期駆動によって生じる色調ずれの問題を解消することができる。
【００３５】
［実施例２］
前述の比較例と同様の材料及び製造工程で、Ｒ発光層、Ｇ発光層のドーパント濃度及び膜厚を変化させる。ここでは、Ｒ発光層のドーパント濃度を０．３％に調整すると共に、Ｇ発光層のドーパント濃度を０．７％に調整して、Ｒ発光層及びＧ発光層の膜厚を１０〜４０ｎｍの範囲で変化させた。このＲＧＢ各素子を一定の駆動条件で定電流駆動した場合の半減期寿命を表３に示す。
【００３６】
【表３】
2006140444.tif 000005
【００３７】
この表３から明らかなように、比較例に対して、Ｒ発光層のドーパント濃度及び膜厚を変更することで半減期寿命を４９００ｈから１４８０ｈに下方調整し、Ｇ発光層のドーパント濃度を変更することで半減期寿命を２７９０ｈから１４９０ｈに下方調整することで、ＲＧＢ各色素子の半減期寿命を約１５００ｈ前後に揃えることが可能になる。
【００３８】
このようにドーパント濃度或いは膜厚を下方調整した有機ＥＬ素子における各色素子（Ｒ：膜厚１０ｎｍ，ドーパント濃度０．３％，Ｇ：膜厚４０ｎｍ，ドーパント濃度０．７％，Ｂ：膜厚３０ｎｍ，ドーパント濃度５．０％）の駆動時間に対する電流輝度効率の変化（各素子の寿命）を図４（ｃ）のグラフに示す。これによると、駆動当初にホワイトバランスを調整しておけば、長期の駆動に対してもＲＧＢ毎の電流輝度効率の違いは殆ど生じない。よって長期駆動によって生じる色調ずれの問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る自発光表示装置の基本構成例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態を説明する説明図（自発光素子の輝度劣化特性を発光色毎にグラフ化したもの）である。
【図３】本発明の実施形態に係る自発光表示装置の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例を説明する説明図（駆動時間に対する電流輝度効率の変化（各素子の寿命）を示すグラフ）である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ｃ1，１Ｃ2，１Ｃ3    自発光素子
１０    基板
１１    下部電極
１２    層構造
１２Ｃ1，１２Ｃ2，１２Ｃ3    発光機能層
１３    上部電極
【図１】
2006140444.tif 000006
【図２】
2006140444.tif 000007
【図３】
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【図４】
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