(57)【要約】【課題】  構造や工程をそれ程複雑化することなく、高精細や大型化が実現可能な有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供する。【解決手段】  透明基板２の一面側に、有機半導体層１２を有する薄膜有機トランジスタ４と該薄膜有機トランジスタに接続される透明な第１の電極１４とを並べて配列し、前記第１の電極上に有機エレクトロルミネセンス層１６と第２の電極１８とを積層した構成の有機エレクトロルミネセンス表示装置４０において、前記第１の電極に対する前記有機エレクトロルミネセンス層の反対側に、前記有機エレクトロルミネセンス層から発せられた光の色を他の色に変換する色変換層４２，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを設ける。これにより、構造や工程をそれ程複雑化することなく、高精細や大型化を可能とする。【選択図】  図１
2006202709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の一面側に、有機半導体層を有する薄膜有機トランジスタと該薄膜有機トランジスタに接続される透明な第１の電極とを並べて配列し、前記第１の電極上に有機エレクトロルミネセンス層と第２の電極とを積層した構成の有機エレクトロルミネセンス表示装置において、
前記第１の電極に対する前記有機エレクトロルミネセンス層の反対側に、前記有機エレクトロルミネセンス層から発せられた光の色を他の色に変換する色変換層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。
【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センス表示装置に係り、特に有機半導体を用いたアクティブマトリクス方式のカラー有機エレクトロルミネセンス表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機エレクトロルミネセンス表示装置（以下、単に「有機ＥＬ表示装置」とも称す）は、液晶表示装置と異なって高速応答性を有し、視野角依存性のない光を、低消費電力で発光することができることから、次世代のディスプレイ等として応用が考えられている（例えば特許文献１）。特に、この有機ＥＬ表示装置は、携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に応用することが検討されており、車載オーディオ用表示パネルにはモノカラーを部分的に組み合わせたエリアカラーの表示装置として実用化されている。
【０００３】
この種の有機ＥＬ表示装置においては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した表示素子を組み合わせれば、フルカラー表示も可能であることから、低電圧駆動で高輝度発光する高性能の有機ＥＬ表示装置についての検討が種々なされている。また、高精細表示を行うには単純マトリクス方式より優れているアクティブマトリクス方式の有機ＥＬ表示装置が検討されている。
図２はアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置の画素構成を上面から見た平面図であり、図３は図２中のＡ−Ａ線矢視断面図であり、画素一つに着目した基本構成を示す概略断面図である。図４は図３中に示す有機エレクトロルミネセンス層を簡素化して示す図である。
【０００４】
まず、図２に示すように、この有機ＥＬ表示装置は、多数の画素Ｐｘを縦横にマトリクス状に配置して形成されている。図３ではその１つの画素Ｐｘの断面を示している。この有機ＥＬ表示装置は、例えばガラス基板よりなる全画素Ｐｘに共通な透明基板２を有しており、この上にスイッチング機能を有する薄膜有機トランジスタ４が形成されている。この薄膜有機トランジスタ４は、ソース６、ドレイン８、ゲート１０等により構成される。具体的には、上記ゲート１０の上面には、例えばＳｉＯ２ 膜よりなるゲート絶縁膜１０Ａが形成されている。
【０００５】
そして、このゲート絶縁膜１０Ａで覆われたゲート１０上に、この全体を覆うようにして有機半導体層１２が形成されており、この有機半導体層１２上に、上記ソース６とドレイン８とが互いに離間させて設けられている。この有機半導体１２は全画素Ｐｘに亘って共通に設けられている。上記有機半導体層１２としては例えばペンタセンを用いることができる。この構成により、上記ゲート１０に加える電圧を制御することで、この薄膜有機トランジスタ４をスイッチング動作させることができる。尚、上記ソース６には画像信号を供給する信号線（図示せず）が接続され、上記ゲート１０には当該画素を選択するための選択線（図示せず）が接続される。
【０００６】
上記薄膜有機トランジスタ４の上方には、絶縁層１３を介して各画素Ｐｘ毎に下部電極である陽極１４が配置されており、この陽極１４には上記ドレイン８が接続されて、実際には画像信号に対応した電圧が印加される。
そして、上記陽極１４上に、光Ｌ１を発する有機エレクトロルミネセンス層（以下、単に「有機ＥＬ層」とも称す）１６及び上部電極である陰極１８が順次積層されている。この陰極１８は全画素Ｐｘについて共通になされている。上記陽極１４は、５ｅＶ（エレクトロンボルト）前後の仕事関数を有する透明な物質、例えばインジウム−スズ酸化物（以下、単に「ＩＴＯ」とも称す）により構成される透明電極が一般的に用いられる。
【０００７】
上記有機ＥＬ層１６の構成が図４に示されており、この有機ＥＬ層１６は、図示例の場合には例えば、正孔輸送層２０、発光層２２および電子輸送層２４の３層から構成されるが、単一の層からなる単層型や、電荷注入性、電荷輸送性、発光性の機能に応じた層からなる積層型など、種々の構成がある。上記正孔輸送層２０としては、例えばアリールジアミン化合物（以下単に「ＴＰＤ」とも称す）が用いられる。
【０００８】
上記発光層２２としては、蛍光性を有する高分子材料から低分子材料、金属錯体まで幅広く使用され、その形成法としては、材料により溶液からの塗布等の湿式法か、真空蒸着などの乾式法が選択される。ここで発光層２２の例として、トリス（８−キノリノール）アルミニウム有機金属錯体（以下，単に「Ａｌｑ３」とも称す）がある。上記Ａｌｑ３は電子輸送性のため、電子輸送層２４と兼用することが可能である。上記陰極１８としては、小さい仕事関数を有する、例えば銀−マグネシウム合金膜が用いられる。
【０００９】
図４に示すように、上記陽極１４と陰極１８の間に電源２６（実際には画像信号の電圧となる）より電圧を印加すると、陽極１４より注入された正孔は正孔輸送層２０を通して運ばれて発光層２２に注入され、一方、銀−マグネシウム合金膜の陰極１８より注入された電子は電子輸送層２４を通して発光層２２中を移動し、これらの電子と正孔は発光層２２中で結合して発光し、光Ｌ１を外へ放出する。この発光層２２から発せられた光Ｌ１は、透明な陽極１４及び透明基板２を通して、外部に取り出される。このときの発光色は、発光層２２の発光色に依存した単色発光であり、Ａｌｑ３の場合には緑色発光である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３００８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、カラーでの画像素子を行う場合には、上記各画素Ｐｘ毎にＲ、Ｇ、Ｂの各色を出力しなければいけないので、それぞれの画素Ｐｘに対して異なった発光色の有機ＥＬ層１６を形成する必要がある。図５は有機ＥＬ層を形成する時の一例を示す工程図である。例えば図５中の中央の画素Ｐｘでは緑色の発光色となる有機ＥＬ層１６Ｇを用い、右隣りの画素Ｐｘでは赤色の発光色となる有機ＥＬ層１６Ｒを用い、左隣りの画素Ｐｘでは青色の発光色となる有機ＥＬ層１６Ｂを用いる。このとき、上記各有機ＥＬ材料は、有機溶剤や水に対して溶解して劣化してしまうため、一般的なフォトリソグラフィができず、この有機ＥＬ層のパターンは一般的には、色毎にメタルマスク２８を用いて形成される（図５では緑色の有機ＥＬ層１６Ｇを形成する場合の状態を示す）。
【００１２】
すなわち、図５に示すように、有機ＥＬ層１６Ｇを形成するときには緑色の有機ＥＬ層１６Ｇに対応する箇所のみ開口したメタルマスク２８を通して、有機ＥＬ材料が蒸着、形成される。同様に、赤、青の各有機ＥＬ材料を形成することでカラー表示可能なパネルを作成することができる。
【００１３】
しかしながら、このように画素毎に異なる３種類の有機ＥＬ材料を用いる場合には、製造工程が複雑になるのみならず、寸法が大きくなると、メタルマスク２８が撓んでしまうため大型化に向かず、しかも高精細化が難しい、という問題がある。このため、最近にあっては、白色発光に対してカラーフィルタを用いるカラーフィルタ方式、もしくは青色発光に対して色変換膜を用いる色変換膜方式を採用することが単純マトリクスの有機ＥＬ表示装置において検討されている。
【００１４】
ここでカラーフィルタや色変換膜をアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置に適応した場合の構成について、図６に一例を示す。アクティブマトリクス方式での有機ＥＬ表示装置のパネル作製工程では、アモルファスシリコン、もしくは、ポリシリコンのＴＦＴよりなる薄膜有機トランジスタ４を形成することになるが、その作製工程において、少なくとも４００度以上の熱が加えられることから図６に示すように、耐熱性の低い樹脂材料で構成されているカラーフィルタ、もしくは、色変換膜３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを透明な薄板３２に形成し、この薄板３２を下部基板と対向する様に配置するように構成することが考えられる。
【００１５】
このことから、有機ＥＬ層１６からの発光の取り出しは上向き矢印Ｌ２側と、しなければならない。ところが、先に述べたように、有機ＥＬ層１６の上部電極である陰極１８は電子注入を行うために銀−マグネシウムなどの金属膜で形成されており、そのままでは、発光Ｌ２の取り出しができない、という問題が生ずる。そこで、この陰極１８を光の透過率がある程度得られる薄さにすることも考えられるが、この場合には陰極１８の膜の抵抗値が高くなってしまい、電流駆動の際の発熱による素子劣化が生じ、しかも、光透過率も透明電極と比べて低いために電力効率が極めて悪くなる、といった問題があり、採用することはできない。
本発明は以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目的は、構造や工程をそれ程複雑化することなく、高精細や大型化が実現可能な有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、透明基板の一面側に、有機半導体層を有する薄膜有機トランジスタと該薄膜有機トランジスタに接続される透明な第１の電極とを並べて配列し、前記第１の電極上に有機エレクトロルミネセンス層と第２の電極とを積層した構成の有機エレクトロルミネセンス表示装置において、前記第１の電極に対する前記有機エレクトロルミネセンス層の反対側に、前記有機エレクトロルミネセンス層から発せられた光の色を他の色に変換する色変換層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機エレクトロルミネセンス表示装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
アクティブマトリクスとして動作させるためのスイッチング素子として従来の無機半導体ではなく、薄膜有機トランジスタを用い、このトランジスタに接続される第１の電極である下部電極の下方に有機エレクトロルミネセンス層から発せられた光の色を他の色に変換する色変換層を設け、この色変換層によりカラー用の光を変換出力するようにしたので、装置全体の構造を簡単化して製造工程数を省略することができ、しかも低温での製造が可能となって、高微細化や大型化を実現できる。更には、光の取り出しを従来装置と同様に透明基板側から行うことができるので、良好な電子注入を行うことができ、また光取り出し効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一画素分を示す拡大断面図である。尚、図３に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して説明する。
図１に示すように、この有機エレクトロルミネセンス表示装置４０は、例えばガラス基板よりなる全画素Ｐｘに共通な透明基板２を有しており、この透明基板２の上面側に本発明の特徴とする色変換層４２を有している。この色変換層４２は、後述する有機エレクトロルミネセンス層からの発光色を他の色に変換するための層であり、ここでは光の３原色に合わせて赤色（Ｒ）用の色変換層４２Ｒと、緑色（Ｇ）用の色変換層４２Ｇと、青色（Ｂ）用の色変換層４２Ｂとの３種類で色変換層４２を構成している。
【００１９】
そして、上記Ｒ用の色変換層４２Ｒと、Ｇ用の色変換層４２Ｇと、Ｂ用の色変換層４２Ｂの各１個を集合して１つのカラー素子を形成している。そして、色変換層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ上にスイッチング機能を有する薄膜有機トランジスタ４と第１の電極としての下部電極となる透明な陽極１４とが並べて配列するように形成されている。この薄膜有機トランジスタ４は、ソース６、ドレイン８、ゲート１０等により構成される。
【００２０】
具体的には、上記ゲート１０の上面には、例えばＳｉＯ２ 膜よりなるゲート絶縁膜１０Ａが形成されている。そして、このゲート絶縁膜１０Ａで覆われたゲート１０上に、この全体を覆うようにして有機半導体層１２が形成されている。この有機半導体層１２は、図３に示す場合と異なり、画素Ｐｘ毎に個別に形成されている。そして、この有機半導体層１２上に、上記ソース６とドレイン８とが互いに離間させて設けられている。上記有機半導体層１２としては例えばペンタセンを用いることができる。この構成により、上記ゲート１０に加える電圧を制御することで、この薄膜有機トランジスタ４をスイッチング動作させることができる。尚、上記ソース６には画像信号を供給する信号線（図示せず）が接続され、上記ゲート１０には当該画素を選択するための選択線（図示せず）が接続される。
【００２１】
そして、上記ドレイン８には、上記陽極１４が接続されて、実際には画素信号に対応した電圧が印加される。そして、上記陽極１４上に、光Ｌ１を発する有機エレクトロルミネセンス層（以下、単に「有機ＥＬ層」とも称す）１６及び第２の電極としての上部電極である陰極１８が順次積層されている。この陰極１８は、図３に示す場合とは異なって各画素Ｐｘ毎に個別に形成されている。上記陽極１４は、５ｅＶ（エレクトロンボルト）前後の仕事関数を有する透明な物質、例えばインジウム−スズ酸化物（以下、単に「ＩＴＯ」とも称す）により構成される透明電極が一般的に用いられる。
【００２２】
ここで上記各色変換層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂとしては、カラーフィルタ等の色変換フィルタや色変換蛍光膜等を用いることができる。上記色変換フィルタとしては、各色に対応した感光性着色レジストを用いることができ、また上記色変換蛍光膜は感光性レジスト中に各色に対応する蛍光色を発光する蛍光材料を分散することで形成することができる。これにより、透明基板２を介して下方向へ各色に対応した光Ｌ１を出力することができる。
そして、上述のように形成された薄膜有機トランジスタ４や陰極１８を含む全体の表面に例えば窒化珪素よりなる保護膜を形成するのが好ましい。
【００２３】
上記有機ＥＬ表示装置４０の製造方法は、例えば以下の通りである。
まず、透明基板２の上面側に例えば感光性着色レジストを塗布、露光、現像するという操作を、顔料である赤、緑、青に対応して繰り返すことにより、例えばカラー用の色変換フィルタよりなる色変換層４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを形成する。この場合、感光性レジスト中に顔料ではなく、各色を発光する蛍光材料を分散することで、上記色変換フィルタに代えて色変換蛍光膜を形成するようにしてもよい。次に、陽極材料としてＩＴＯを、例えばＲＦスパッタリングにて１５０ｎｍの厚さで全面に成膜する。そして、フォトリソグラフィ、ＩＴＯ用エッチング液により前記ＩＴＯ膜をウェットエッチングすることにより下部電極として透明な陽極１４を形成する。
【００２４】
次に金属タングステンをスパッタリングにより２００ｎｍの厚さで全面に形成し、フォトリソグラフィ、ＳＦ６ ガスによるドライエッチングなどを施すことによりゲート１０を形成する。次にＳｉＯ２ を低温プラズマＣＶＤにて１００ｎｍの厚さで全面に形成した後、フォトリソグラフィ、ＣＨＦ３ ガスによるドライエッチングなどを施すことによりゲート酸化膜１０Ａを得る。次にメタルマスクを通した真空蒸着法によってペンタセン薄膜を有機半導体層１２として形成する。次にメタルマスクを通した真空蒸着法によって、正孔輸送層２０としてαＮＰＤ（４，４'−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙ］−ａｍｉ ｎｏ）ｂｉｐｈｅｎｙ）を５０ｎｍ、電子輸送層兼発光層２２、２４としてＤＰＶＢｉ（ジスチリルビフェニル誘導体）を５０ｎｍの厚さでそれぞれ堆積して有機ＥＬ層１６を形成する。
【００２５】
次に、メタルマスクを通して金膜を堆積することによって、ソース６及びドレイン８をそれぞれ形成し、次に有機ＥＬ層１６の最上面にアルミニウムを成膜して上部電極として陰極１８を形成する。これにより、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置４０を作製することができる。
【００２６】
上述のように、本発明の有機ＥＬ表示装置４０では、透明基板２上に画素Ｐｘ毎に個別に色変換フィルタや色変換蛍光膜よりなる色変換層４２を設け、この上方に有機半導体層１２を有する薄膜有機トランジスタ４と下部電極（陽極）１４とを並べて設け、更に、下部電極１４上に有機ＥＬ層１６及び上部電極（陰極）１８を設けるようにしてカラー表示ができるようにしたので、全てのプロセスを低温で形成することができるのみならず、その構造を簡単化することができる。
また、有機ＥＬ層１６からの光を、図示例では下方の透明基板２側から出力できるようにしているので、その光取り出し効率を高くできるのみならず、高微細化及び大型化も可能にすることができる。
また、上記実施例においては、色変換層を、薄膜有機トランジスタ４及び陽極１４と透明基板２との間に連続した１層として形成したが、この色変換層は少なくとも有機ＥＬ層から発せられた光が通過する範囲に部分的に形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る有機エレクトロルミネセンス表示装置の一画素分を示す拡大断面図である。
【図２】アクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置の画素構成を上面から見た状態を示す平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図３中に示す有機エレクトロルミネセンス層を簡素化して示す図である。
【図５】有機エレクトロルミネセンス層の構成を示す図である。
【図６】カラーフィルタや色変換膜をアクティブマトリクス型の有機エレクトロルミネセンス表示装置に適応した場合の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２…透明基板、４…薄膜有機トランジスタ、６…ソース、８…ドレイン、１０…ゲート、１２…有機半導体層、１４…陽極（下部電極：第１の電極）、１６…有機ＥＬ層、１８…陰極（上部電極：第２の電極）、４０…有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置、４２，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…色変換層。
【図１】
2006202709.tif 000003
【図２】
2006202709.tif 000004
【図３】
2006202709.tif 000005
【図４】
2006202709.tif 000006
【図５】
2006202709.tif 000007
【図６】
2006202709.tif 000008