(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子を用いたアクティブ駆動型の表示装置において、画素の開口率を低下させることなく、コンタクトホール付近の画素電極の凹部に起因する発光不良を抑制することができる表示装置を提供すること。【解決手段】基体６０上に複数のアクティブ素子６１が設けられ、該アクティブ素子６１を少なくとも覆う平坦化層６３に穿たれたコンタクトホールを通して各々のアクティブ素子に接続された複数の画素電極６４を平坦化層６３上に有し、画素電極６４と該画素電極に対向して配置された対向電極６８との間に発光層を含む有機層６７が少なくとも挟持されている表示装置であって、コンタクトホール部分に存在する画素電極の凹部を埋める穴埋め材料層６６ｂが設けられていることを特徴とする表示装置。穴埋め材料層には導電性ポリマー等を用いる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に複数のアクティブ素子が設けられ、該アクティブ素子を少なくとも覆う平坦化層に穿たれたコンタクトホールを通して各々のアクティブ素子に接続された複数の画素電極を平坦化層上に有し、画素電極と該画素電極に対向して配置された対向電極との間に発光層を含む有機層が少なくとも挟持されている表示装置であって、
コンタクトホール部分に存在する画素電極の凹部を埋める穴埋め材料層が設けられていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源やディスプレイ等に使用される有機発光素子（有機エレクトロルミネセンス素子、あるいは有機ＥＬ素子とも言う）を用いたアクティブ駆動型の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイに代わるフラットパネルディスプレイ用のデバイスとして自発光型デバイスが注目されている。自発光型デバイスを用いたディスプレイは液晶ディスプレイのようにバックライト光源を必要としない、応答性が速い、視野角依存性が小さいなどの特徴がある。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光素子、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネセンス素子等がある。
【０００３】
このうち、エレクトロルミネセンス素子（以下、「ＥＬ素子」と記す）は無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に大別されるが、最近とくにディスプレイとして脚光を浴びているのは、低消費電力の有機ＥＬ素子である。
【０００４】
有機材料に電流を流して発光を得る例としては，古くはアントラセン蒸着膜に電圧を印加して発光させた例（Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，９４（１９８２）１７１、非特許文献１）等があるが、発光デバイスとして大きな注目を浴びるきっかけとなったのは、１９８７年にＴ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより、蛍光性金属キレート錯体とジアミン系分子の薄膜を積層した構造を利用して、ＤＣ駆動で高輝度な発光が得られることが実証されたことが発端である。近年、無機ＥＬ素子に比べて大面積化が容易であることや、各種新材料の開発によって所望の発色が得られること、高速応答であること、また低電圧で駆動可能であるなどの利点により、材料開発を含めて、デバイス化のための応用研究が精力的に行われている。
【０００５】
有機ＥＬ素子は、発光層に到達した電子と正孔が再結合する際に生じる発光を利用した、キャリア注入型の自発光デバイスである。図１に、一般的な有機ＥＬ素子の断面構成を模式的に示す。
【０００６】
図１（ａ）の発光層には、電子輸送性と発光特性を有するアルミキノリノール錯体、代表例としては、〔化１〕に示すＡｌｑ３などが用いられる。またホール輸送層には、例えばトリフェニルジアミン誘導体、代表例としては〔化２〕に示すα−ＮＰＤなど、電子供与性を有する材料が用いられる。
【０００７】
また、電子輸送層、発光層、ホール輸送層の３層からなる図１（ｂ）に示すような断面構成もよく用いられ、さらに効率を向上させるために図１（ｃ）のように励起子拡散防止層１７を設けることもある。
【０００８】
発光層は単一の材料で形成される場合もあるが、多くの場合ホスト材料の中に発光効率の高い色素をドーピングする色素ドーピングがよく用いられている。
【０００９】
【化１】
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【００１０】
【化２】
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【００１１】
有機ＥＬ素子と素子を駆動するための駆動手段を備えた表示装置としては、図２（駆動手段は不図示）に示すような構成でＸＹマトリクス型としても良く、また図３に示すようなアクティブマトリクス型としても良い。
【００１２】
図２においては、２１はガラス基板（基体）、２２はＩＴＯ電極、２３は少なくとも発光層を含む有機層、２４は陰極を指し、陰極２４は通常、金属で構成される。
【００１３】
ライン状に形成されたＩＴＯ電極２２と、陰極２４とを、夫々走査線、情報線のいずれかとして周知の単純マトリクス型表示装置用の駆動手段に接続することで、表示装置として使用できる。
【００１４】
ディスプレイとしての実用性を考えた場合、十分な発光輝度とその発光が長期の使用期間にわたって安定に保たれる耐久特性を備えていなければならない。
【００１５】
現状の有機ＥＬ素子の発光効率や耐久特性から考えて、アクティブ方式がより高性能なディスプレイが実現できると考えられている。
【００１６】
図３はアクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型の表示装置の平面模式図である。図４は図３に示す形態の表示装置の表示用画素周辺の回路の一例の等価回路図、図５は図３に示す形態の表示装置に適用される積層構造を説明するための断面図である。
【００１７】
有機発光素子が配列された表示部分の周辺には、走査信号ドライバー３２や電流供給源３３からなる駆動回路と、情報信号ドライバー３４である表示信号入力手段（これらを駆動手段と呼ぶ）が配置され、それぞれゲート走査線３５とよばれるＸ方向配線、情報信号線３７と呼ばれるＹ方向配線、及び電流供給線３６に接続される。
【００１８】
走査信号ドライバー３２は、ゲート走査線３５を順次選択し、これに同期して情報信号ドライバー３４から画像信号が印加される。ゲート走査線３５と情報信号線３７の交点には表示用画素３１が配置される。
【００１９】
次に図４に示す等価回路を用いて、画素回路の動作について説明する。今ゲート走査線３５に選択信号が印加されると、ＴＦＴ１がＯＮとなり、情報信号線３７からコンデンサＣａｄｄに表示信号が供給され、ＴＦＴ２のゲート電位を決定する。各表示用画素に配置された有機発光素子部（ＥＬと略す）には、ＴＦＴ２のゲート電位に応じて、電流供給線３６より電流が供給される。ＴＦＴ２のゲート電位は１フレーム期間中Ｃａｄｄに保持されるため、ＥＬにはこの期間中電流供給線３６からの電流が流れ続ける。これにより１フレーム期間中、発光を維持することが可能となる。
【００２０】
次に図５の断面図を用いて表示用画素の部分の積層構造について説明する。基板５１上には、ＴＦＴ素子５２および回路表面を平坦化するための平坦化層５３が設けられ、ＴＦＴ素子５２と反射電極５４とは、平坦化層５３に設けられたコンタクトホール５０３を介して電気的に接続される。更に各画素を電気的に分離するための素子分離膜５５が設けられる。
【００２１】
電極上には所望の発光を得るための発光層を含む有機層５６が成膜され、この有機層５６を被覆する形で透明電極５７が配置され、一対の電極間に有機層が挟持される構成となる。また、有機ＥＬ素子が酸素や水分等によって劣化し易いことから、電極上にはさらに、パッシベーション層（ＰＶ膜）５８が好ましく用いられる。
【００２２】
図５の構成は、さらに素子と外気を遮断する目的で、ＰＶ膜５８の上からシール材５９を介して封止ガラス５０２が設けられ、素子を乾燥窒素雰囲気に保つようになっている。また、図５中では、基板側の電極が反射性のもの、有機層上の電極が透明電極となっており、ＥＬ素子からの発光を基板の上側から取り出す構成となっているが、電極を上下逆にして、透明基板を用いることで発光を基板の下側へ取り出す構成としてもよい。
【００２３】
上記に述べたように一般にアクティブ素子上には平坦化層が形成され、反射電極はその平坦化層上に設けられるため、アクティブ素子と反射電極とを電気的に導通させるため平坦化層にコンタクトホールを穿ち、該コンタクトホールを通して反射電極をアクティブ素子に接続する。このため、反射電極にはコンタクトホールの部分に凹部が生じることになる。このような凹部を有する反射電極上に有機層を形成して有機ＥＬ素子を形成すると次のような問題が生じる。
【００２４】
すなわち、有機ＥＬ素子は低分子、高分子いずれにおいても薄膜形成プロセスを必要とするため、成膜対象となる電極面が平坦性を有していることが必要とされる。したがって、コンタクトホールによってできる電極の凹部によって、画素内での均一な発光が妨げられる、あるいは、デバイスの陰極陽極間の短絡によって非発光の画素ができるといった問題が生じる。
【００２５】
この課題を解決するために、特開２００１−３１２２２３号公報（特許文献１）に開示されているように、コンタクトホールによってできた画素内の凹部に平坦化を目的として絶縁体を埋め込んで陰極と陽極の短絡を防止する構造が提案されている。この構成は、コンタクトホール部分の成膜不良等を防ぐ目的では有効である。
【００２６】
【特許文献１】
特開２００１−３１２２２３号公報
【非特許文献１】
Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ、９４号、１９８２年、ｐ．１７１
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に記載の技術のように、コンタクトホール部分に絶縁層が存在すると、画素の開口率が低くなる、とくに基板の上側に発光を取り出す構成においては、発光画素面積が狭くなるという問題があった。
【００２８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、有機ＥＬ素子を用いたアクティブ駆動型の表示装置において、画素の開口率を低下させることなく、コンタクトホール付近の画素電極の凹部に起因する発光不良を抑制することができる表示装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための解決手段は以下の通りである。
【００３０】
〔解決手段１〕
基体上に複数のアクティブ素子が設けられ、該アクティブ素子を少なくとも覆う平坦化層に穿たれたコンタクトホールを通して各々のアクティブ素子に接続された複数の画素電極を平坦化層上に有し、画素電極と該画素電極に対向して配置された対向電極との間に発光層を含む有機層が少なくとも挟持されている表示装置であって、
コンタクトホール部分に存在する画素電極の凹部を埋める穴埋め材料層が設けられていることを特徴とする表示装置。
【００３１】
〔解決手段２〕
前記画素電極が光反射性を有し、前記対向電極が光透過性を有し、発光が対向電極側から取り出されることを特徴とする解決手段１に記載の表示装置。
【００３２】
〔解決手段３〕
前記穴埋め材料層が高分子材料からなることを特徴とする解決手段１または２に記載の表示装置。
【００３３】
〔解決手段４〕
前記穴埋め材料層がインクジェット法により形成された層であることを特徴とする解決手段１から３のいずれかに記載の表示装置。
【００３４】
〔解決手段５〕
前記穴埋め材料層がスピンコート法により形成された層であることを特徴とする解決手段１から３のいずれかに記載の表示装置。
【００３５】
〔解決手段６〕
前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする解決手段１から５のいずれかに記載の表示装置。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図６を用いて、本発明の実施の形態を説明する。尚、図６は本発明の一形態を示すものであり、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００３７】
図６（ａ）においては、基板（基体）６０上にＴＦＴ素子６１等のアクティブ素子が形成され、該ＴＦＴ素子６１に接続する配線６２が形成され、この基板の配線等を平坦化するための平坦化層６３が形成されている。マトリクス状に分割された反射性の画素電極６４は平坦化層６３上に設けられ、ＴＦＴ素子６１とはコンタクトホールを通して電気的に接続される。そのため、画素電極６４には、図６（ａ）に示されるようにコンタクトホールの部分に凹部が生じることになる。尚、図６（ａ）には素子分離膜６５も示されている。
【００３８】
反射性の画素電極としては、ＣｒやＡｌなどを用いることができる。平坦化層や素子分離膜としては無機系のＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜など、或いは有機系のポリイミド樹脂やアクリル樹脂を用いることができる。パターニングの方法はレジストを用いてのエッチングなどが有効である。
【００３９】
本発明者らは、図６（ｂ）に示すように、コンタクトホールの部分に生じた画素電極の凹部にキャリア輸送性を有する有機化合物からなる穴埋め材料６６ａを充填し、図６（ｃ）のような穴埋め材料層６６ｂを形成し、有機層はこの穴埋め材料層６６ｂにより凹凸が緩やかになった画素電極及び／又は穴埋め材料層の上に積層することによって、コンタクトホール部付近の有機層に含まれる発光層においても安定な発光が得られることを見出した。尚、図６（ｂ）においては、インクジェット方式を用いて穴埋め材料６６ａを液滴の状態で滴下する様子を図示しているが、このキャリア輸送性有機化合物からなる穴埋め材料の充填方法としては、スピンコート法など他の方法であってもよい。また、キャリア輸送性有機化合物としては、後述の、〔化３〕に示す導電性ポリマーＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（アルドリッチ社製）や、〔化４〕の構造をもつＰＴＰＤＥＳ（ケミプロ化成社製）に〔化５〕の構造をもつＴＢＰＡＨ（アルドリッチ社製）を添加したもの等の導電性高分子が好適に使用でき、コンタクトホールを充填できる程度の膜厚であっても発光素子の動作を阻害しない程度の導電性を有することが必要である。また成膜する電極からのキャリア注入性を考慮して適切に選択する。
【００４０】
穴埋め材料層６６ｂの画素電極上への定着は、この穴埋め材料中の溶媒成分を加熱等によって消失させることにより完了する（図６（ｃ））。そして図６（ｃ）の状態の画素電極６４を覆うように有機層６７、さらに透明電極６８を順次形成することで基板上に発光を得るタイプの表示装置を得る。透明電極６８としては広範に用いられているＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などが好適である。図６における透明電極６８と反射性の画素電極６４との光学特性は逆であってもよく、基板に対してどちらから発光を得るかによって選択される。
【００４１】
尚、本発明における、駆動手段を備えた表示装置としての構成は、上記従来の技術において図３及び図４を用いて説明した構成等が使用できる。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に沿ってより詳細に説明する。
【００４３】
（実施例１）
本例は、上記実施の形態において説明した図６の形態の実施例である。
【００４４】
基板６０としてガラスを用い、アクティブ素子としてＴＦＴ素子６１を形成し、配線６２を施した後、感光性アクリル系樹脂を用いて平坦化層６３を形成し、フォトリソグラフィー法にてコンタクトホールを形成した。続いて、画素電極６４として陽極となるＣｒをパターニングしてマトリクス状に配置した。次に、ポリイミド樹脂を用いて、素子分離膜６５をパターニング形成した。
【００４５】
次に、穴埋め材料６６ａとして下記〔化３〕の構造をもつ導電性ポリマーＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（アルドリッチ社製：１．３ｗｔ％）をインクジェット法により画素電極６４の凹部に滴下し、８０℃の真空ベークにより画素電極の凹部を埋める穴埋め材料層６６ｂを設けた。
【００４６】
【化３】ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ
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【００４７】
次に正孔輸送層として〔化２〕に示したαＮＰＤ（同仁化学社製）を真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて成膜した。膜厚は４０ｎｍとした。
つづいて発光層として〔化１〕に示したＡｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて蒸着した。膜厚は４０ｎｍとした。つづいてＡｌ−Ｌｉ合金（Ｌｉ：１．３ｗｔ％）を膜厚２ｎｍで真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて成膜した。正孔輸送層αＮＰＤ、発光層Ａｌｑ３、Ａｌ−Ｌｉ層については、蒸着時にシャドウマスクを用いて、各画素ごとに分離成膜した。
【００４８】
つづいて、スパッタ法によりＩＴＯ膜を０．３ｎｍ／ｓｅｃのレートで１６０ｎｍの膜厚で成膜した。この表示装置にＣｒを陽極、ＩＴＯを陰極として駆動したところ、コンタクトホールに起因するショートは発生しなかった。また、絶縁体によってコンタクトホールを埋める手法とは異なり、コンタクトホール上の電極部においても安定な発光がえられ、各画素から安定な発光を得ることができた。
【００４９】
（実施例２）
本例は、穴埋め材料層を、画素電極の凹部だけでなく、画素電極全面に渡って設けた例である。
【００５０】
基板としてガラスを用い、アクティブ素子としてＴＦＴ素子を形成し、配線を施した後、感光性アクリル系樹脂を用いて平坦化層を形成後、フォトリソグラフィー法にてコンタクトホールを形成した。つづいて、陽極としてＣｒをパターニングしてマトリクス状に配置した。次に、ポリイミド樹脂を用いて、素子分離膜層をパターニング形成した。ここまでの工程は実施例１と同様である。
【００５１】
つづいて、下記〔化４〕の構造をもつＰＴＰＤＥＳ（ケミプロ化成社製）に〔化５〕の構造をもつＴＢＰＡＨ（アルドリッチ社製）を１０ｗｔ％添加したものを、トルエンに０．９ｗｔ％の濃度で溶解したものをスピンコート法により基板上に塗布し、８０℃の真空ベークして画素電極の凹部を埋める穴埋め材料層を設けた。この穴埋め材料層は、画素電極の凹部および画素電極全体に成膜された。
【００５２】
【化４】
2004152595.tif 000006
【００５３】
【化５】
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【００５４】
次に正孔輸送層として〔化２〕に示したαＮＰＤ（同仁化学社製）を真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて成膜した。膜厚は４０ｎｍとした。
つづいて発光層として〔化１〕に示したＡｌｑ３（同仁化学社製）を真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて蒸着した。膜厚は４０ｎｍとした。つづいてＡｌ−Ｌｉ合金（Ｌｉ：１．３ｗｔ％）を膜厚２ｎｍで真空度２×１０−５Ｔｏｒｒの条件下で真空蒸着法にて成膜した。正孔輸送層αＮＰＤ、発光層Ａｌｑ３、Ａｌ−Ｌｉ層については、蒸着時にシャドウマスクを用いて、各画素ごとに分離成膜した。
【００５５】
つづいて、スパッタ法によりＩＴＯ膜を０．３ｎｍ／ｓｅｃのレートで１６０ｎｍの膜厚で成膜した。この表示装置にＣｒを陽極、ＩＴＯを陰極として駆動したところ、コンタクトホールに起因するショートは発生しなかった。また、絶縁体によってコンタクトホールを埋める手法とは異なり、コンタクトホール上の電極部においても安定な発光がえられ、各画素から安定な発光を得ることができた。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アクティブ素子を備えた有機発光素子において発生するコンタクトホール付近の凹部に起因する発光不良を抑制することができ、十分な開口率をもった表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な有機ＥＬ素子の構成を示す概略断面図である。（ａ）は有機層が２層構成の場合である。（ｂ）は有機層が３層構成の場合である。（ｃ）有機層が４層構成の場合である。
【図２】ＸＹマトリックス型の表示装置の概略構成を示すための部分斜視図である。
【図３】ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス型の表示装置の平面模式図である。
【図４】図３に示す形態の表示装置の表示用画素周辺の等価回路図である。
【図５】図３に示す形態の表示装置の断面の説明図である。
【図６】本発明の表示装置の一形態を説明するための概略部分断面図である。
【符号の説明】
６０  基板（基体）
６１  ＴＦＴ素子（アクティブ素子）
６２  配線
６３  平坦化層
６４  画素電極
６５  素子分離膜
６６ａ  穴埋め材料
６６ｂ  穴埋め材料層
６７  有機層
６８  透明電極（対向電極）
【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】
2004152595.tif 000012
【図６】
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