(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子をアクティブ駆動させるための素子数を減らすことができ、また、階調表現をつけることができる有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子及び有機ＥＬディスプレイを提供する。【解決手段】有機ＥＬ素子部２０と有機スイッチング素子部３０とが積層され、有機ＥＬ素子部２０の発光／非発光状態を制御する制御用信号線１１が電気的に接続された制御電極６を有する有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子１０を用い、１画素を４つの副画素１２−▲１▼，１２−▲２▼，１２−▲３▼，１２−▲４▼に分割し、各制御用信号線１１−▲１▼，１１−▲２▼，１１−▲３▼，１１−▲４▼を個別に制御することにより、各副画素の発光／非発光の状態を制御して、有機ＥＬディスプレイの階調表現をつける。【選択図】　　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ＥＬ素子部と有機スイッチング素子部とが積層され、前記有機ＥＬ素子部の発光／非発光状態を制御する制御用信号線が電気的に接続された制御電極を有することを特徴とする有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子。
【請求項２】
前記制御電極は、前記有機ＥＬ素子部の陰極となる電極と、前記有機スイッチング素子部の陽極となる電極と、を兼ねて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子。
【請求項３】
複数の画素により画面が構成され、前記画素が２以上の副画素を有することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項４】
前記副画素は、それぞれ異なる発光面積を有することを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項５】
前記副画素は、有機ＥＬ素子部と有機スイッチング素子部とが積層され、前記有機ＥＬ素子部の発光／非発光状態を制御する制御信号が電気的に接続された制御電極を有する有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子を用いて構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【請求項６】
前記副画素それぞれに異なる制御信号が供給されることにより、前記画素の階調を表現可能に構成されたことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子及び有機ＥＬディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置の大型画面化を実現するために、アクティブマトリクス駆動方式を用いた有機ＥＬディスプレイがある。このアクティブマトリクス駆動方式は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のスイッチングによって画素毎に電流を供給して有機ＥＬ素子を発光させるようにしたものである。
【０００３】
上記薄膜トランジスタとしては、半導体基板上に形成されたＭＯＳ型ＴＦＴが用いられ、その製造工程において、無機材料の成膜が必要であるので、高温プロセスがその製造に用いられる。
しかし、高温プロセスを用いると有機ＥＬディスプレイの製造コストが高くなってしまうため、比較的低温で形成することができる有機スイッチング素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、従来の有機薄膜スイッチング素子について説明する。
図１は、例えば特許文献１の有機薄膜スイッチング素子の概略断面図である。
【０００５】
図１において、有機薄膜１０４に直接設けたゲート電極１０７に正又は負の電圧を印加したとき、有機薄膜１０４に直接電荷が注入できることに着目して、素子のチャネルとなる正孔輸送性又は電子輸送性の有機薄膜１０４を挟むようにゲート電極１０７に設けてあり、ゲート電極１０７直下の有機薄膜のチャネルに正孔又は電子を注入する。
【０００６】
有機薄膜スイッチング素子１００においては、正孔輸送性の有機薄膜１０４に、正の電圧を印加し、電界を生ぜしめると、正孔が有機薄膜１０４に注入され、金属電極１０５及び１０６の間にて正孔輸送性の有機薄膜１０４がチャネルとなる。
【０００７】
または、電子輸送性の有機薄膜１０４に、負の電圧を印加し、電界を生ぜしめると、電子が有機薄膜１０４に注入され、金属電極１０５及び１０６の間の電子輸送性の有機薄膜がチャネルとなる。この状態で金属電極１０５及び１０６すなわちソース電極とドレイン電極に電位差を与えて、有機薄膜に注入された正孔または電子をキャリアとし電流を流すことにより、ゲート電圧をオン／オフすることでソース電極１０５からドレイン電極１０６への電流をスイッチングできる。
【０００８】
有機薄膜スイッチング素子において、有機薄膜チャネルに直接接合したゲート電極１０７にオン電圧をかけて有機薄膜チャネルに電荷を注入すると、注入された電荷により対向金属電極１０５及び１０６間に電流が流れる。
【０００９】
また、ゲート電極１０７の電圧をオフすると注入電荷がなくなり電流が流れなくなる。アクティブマトリクス駆動における有機ＥＬ素子の制御は、ゲート電圧による電流の細かい制御は必要ないので、電流のオン／オフができる有機薄膜スイッチング素子が２個あれば実現できる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２５２５５０号公報（第４頁、第３図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような有機スイッチング素子（有機薄膜スイッチング素子）は、有機ＥＬ素子をアクティブ駆動させるためには最低でも２個のトランジスタとコンデンサを必要としていた。また、有機スイッチング素子を用いて有機ＥＬ素子の発光／非発光状態を制御することは可能であるが、階調表現をつけることは困難である。
【００１２】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたもので、有機ＥＬ素子をアクティブ駆動させるための素子数を減らすことができ、また、階調表現をつけることができる有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子及び有機ＥＬディスプレイを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、請求項１に記載の有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子は、有機ＥＬ素子部と有機スイッチング素子部とが積層され、前記有機ＥＬ素子部の発光／非発光状態を制御する制御用信号線が電気的に接続された制御電極を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の有機ＥＬディスプレイは、複数の画素により画面が構成され、前記画素が２以上の副画素を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、実施の形態に係る有機ＥＬ素子積層型有機スイッチング素子の概略断面図である。
【００１６】
図２に示すように、有機ＥＬ素子積層型有機スイッチング素子１０は、有機ＥＬ素子部２０と有機スイッチング素子部３０とを積層させたものである。
【００１７】
有機ＥＬ素子部２０は、ガラスなどの透明基板１上に、透明電極２（有機ＥＬ素子部２０の陽極）、有機化合物からなる正孔輸送層３、有機化合物からなる発光層４、有機化合物からなる電子輸送層５、制御電極６（有機ＥＬ素子部２０の陰極）からなる。なお、正孔輸送層３は注入層と輸送層とを含み、それぞれ異なる有機化合物で形成してもよく、また、電子輸送層５も注入層と輸送層とを含み、それぞれ異なる有機化合物で形成してもよい。
【００１８】
有機スイッチング素子部３０は、制御電極６（有機スイッチング素子部３０の陽極）、有機化合物もしくは金属と有機化合物を積層した動作層７、および金属電極８（有機スイッチング素子部３０の陰極）からなる。
【００１９】
動作層７の材質としては、Ｃｕ（もしくは他の金属）とＴＣＮＱ（とその類縁体）の混合、もしくはＡｌＤＣＮとＡｌの積層構造もしくは、正の極性基と負の極性基を含む有機物と金属の積層構造、もしくは有機金属錯体等が挙げられるが、これに限らない。
【００２０】
なお、上記の有機スイッチング素子部３０は、文献“Ｌｉｐｉｎｇ　Ｍａ，Ｊｉｅ　Ｌｉｕ，Ｓｅｕｎｇｍｏｏｎ　Ｐｙｏ，ａｎｄ　Ｙａｎｇ　Ｙａｎｇ，Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８０．Ｎｏ．３，２１　Ｊａｎｕａｒｙ　２００２”に記載された有機バイステイブル素子（ＯＢＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ　ｂｉｓｔａｂｌｅ　ｄｅｖｉｃｅ）と同様の構造であり、その電流−電圧特性も同様の特性を示すものである。
【００２１】
本実施の形態に係る有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子は、有機ＥＬ素子部２０の発光／非発光の制御を行う制御信号が、電気的に接続された制御電極６を備えていることを特徴としてるものである。さらに、有機ＥＬ素子部２０の陰極が、有機スイッチング素子部３０の陽極と上記の制御電極６とを兼ねているものである。
【００２２】
次に、有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子１０の電流−電圧特性を図３に示す。
図３に示す電流−電圧特性を説明すると、臨界電圧（図３においては約１０Ｖ）を加えるまで高抵抗状態を保持するが、一旦、臨界電圧を超える電圧を加えると低抵抗状態となり、時間によらず低抵抗状態を保ち続けるというものである。また、負の電圧を加えることで低抵抗状態から高抵抗状態へ戻すことができる。
【００２３】
本実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイは、その１画素内の構成は少なくとも２つ以上の副画素に分割されており、各副画素に前述の有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子１０を用いて構成される。
【００２４】
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイは、各副画素毎に有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子１０が配置されているので、各副画素毎に発光／非発光の制御ができ、１画素内の発光面積を変えることにより階調表現を可能にするものである。
【００２５】
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子を画素とした有機ＥＬディスプレイの形成について、一実施の形態を挙げ、（１）〜（８）の工程に分けて図４〜図８の模式平面図を参照して説明する。
【００２６】
（１）ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）パターンの形成工程
ガラス基板（透明基板１）上にＩＴＯをスパッタリングにより１０００Å形成し、ＩＴＯライン１３（有機ＥＬ素子部２０の陽極である透明電極２）を１画素あたり４：１に分割するようにパターニングする（図４参照）。
【００２７】
（２）制御用信号線の形成工程
有機ＥＬ発光部１２（各副画素の発光部）の制御用信号線１１としてＣｒをスパッタリングにより１５００Å形成し、ＩＴＯライン１３と平行になるように形成する（図５参照）。
【００２８】
（３）絶縁膜の形成工程
電流リークを抑えるため各部分に絶縁膜ポリイミドを膜厚５０００Åで成膜し、パターニングして絶縁膜１５を形成する（図６参照）。
【００２９】
（４）陰極隔壁の形成工程
陰極を任意の形状にパターニングするために陰極隔壁１４を形成する（図７参照）。
【００３０】
（５）有機ＥＬの成膜工程
有機ＥＬ素子部２０を真空蒸着法により成膜した。正孔注入層にＣｕＰＣ、正孔輸送層３にＮＰＢ、発光層４にＡｌＯ３、電子注入層（電子輸送層５）にＬｉＦをそれぞれ用いる。このときの成膜エリアはパターンマスクにより限定する（図２参照）。
【００３１】
（６）制御電極の成膜工程
制御電極６としてＡｌを真空蒸着法により成膜する。このとき、成膜エリアはパターンマスクにより限定し、制御用信号線１１と良好な電気的な接続がとれるようにする（図２参照）。
【００３２】
（７）有機スイッチング素子部の成膜工程
有機スイッチング素子部３０の動作層７としてＡｌＤＣＮを５００Å、Ａｌを３００Å、ＡｌＤＣＮを８００Åの順に真空蒸着法により成膜する。このとき成膜エリアはパターンマスクにより限定し、すべて同じマスクで成膜する（図２参照）。
【００３３】
（８）陰極の成膜工程
最後に有機スイッチング素子部３０の陰極の金属電極８としてＡｌを１０００Å真空蒸着法により成膜する。このとき、陰極隔壁１４によりマスクを使用せずにパターンを形成する（図８参照）。
【００３４】
上記（１）〜（８）の工程により形成された有機ＥＬディスプレイの画素の模式的な平面図を図８に示す。
図８に示すように、有機ＥＬディスプレイの１画素１６は図中１点鎖線で囲まれた部分である。この１画素は４つの副画素１２（１２−▲１▼，１２−▲２▼，１２−▲３▼，１２−▲４▼）に分割されており、各副画素の制御電極６に制御用信号線１１（１１−▲１▼，１１−▲２▼，１１−▲３▼，１１−▲４▼）が電気的に接続されている。
このため、各制御用信号線１１−▲１▼，１１−▲２▼，１１−▲３▼，１１−▲４▼を個別に制御することにより、各副画素の発光／非発光の状態を制御することができる。
【００３５】
図８で示した、上記実施の形態で形成された有機ＥＬディスプレイの１画素中に設けられた４つの副画素１２−▲１▼，１２−▲２▼，１２−▲３▼，１２−▲４▼の面積比は、図９に示すように８：４：２：１の面積比となっている。
【００３６】
各副画素１２−▲１▼，１２−▲２▼，１２−▲３▼，１２−▲４▼の発光／非発光の状態の組み合わせにより画素全体の発光面積が変化し、画素の階調を表現することができる。図１０は、副画素の発光の組み合わせによる階調の変化を示す表である。
【００３７】
図１０の表に示すように、全副画素が非発光のとき最も暗く（階調０）、１２−▲４▼のみが発光することにより、階調１の明るさとなり、次に、１２−▲３▼のみが発光することにより、階調２の明るさとなり、以降、図１０に示した順に発光組み合わせを変えることにより、階調０〜１５の１６通りの階調を実現できる。
【００３８】
なお、各副画素１２−▲１▼，１２−▲２▼，１２−▲３▼，１２−▲４▼の発光／非発光の時間もあわせて制御することにより、さらに多くの階調を表現することが可能となる。
【００３９】
次に、前述の副画素に対する発光／非発光の駆動方法についてその一例を挙げ説明する。まず、ＩＴＯ電極には常に８Ｖ（有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子の発光を維持する電圧：図３の電流−電圧特性参照）を印加するものとする。
【００４０】
非発光状態から発光状態への切り替えは、発光させたい副画素の制御電極−陰極間に対し、瞬間的に＋５Ｖ程度の電圧を印加し、すぐに制御電極はオープンとする。
【００４１】
一方、発光状態から非発光状態への切り替えは、発光させたくない副画素の制御電極−陰極間に対し、瞬間的に−５Ｖ程度の電圧を印加し、すぐに制御電極はオープンとする。
【００４２】
なお、発光／非発光の状態を切り替えない場合には、そのままＩＴＯ電極に８Ｖを印加させている状態を保つようにするのみでよい。
【００４３】
以下、実施の形態の変形例を挙げ説明する。
上述の実施の形態では絶縁膜をパターニングすることにより、制御用信号線と制御電極の接点用のビアホールを形成したが、制御電極を形成する際に同時に制御用信号線を形成してもよい。
【００４４】
また、上述の実施の形態では、発光面積の比率を８：４：２：１としたが、任意の比率に設定することができる。
【００４５】
また、上述の実施の形態では、１画素を４つの副画素に分割しているが、分割数は２以上の任意の整数をとることができる。
【００４６】
さらに、階調表現は発光面積による制御のみでも、サブフレーム変調等の発光時間の制御との組み合わせでもよい。
【００４７】
本実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイは、この有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子を用いて容易にアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬディスプレイを実現可能である。
【００４８】
従来のアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬディスプレイと比較して、容易に作成できるため低コスト化が可能である。なお、アクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬディスプレイは、パッシブ駆動有機ＥＬディスプレイと比較して長寿命・低消費電力が可能である。
【００４９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子を製造する際のプロセス温度がほぼ室温と非常に低いため、ガラス以外の基板（プラスチック基板等）上にでも容易に作成できる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイは、従来のＭＯＳ型ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬディスプレイと比較して、同基板サイズでも開口率が大きく取れる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の有機薄膜スイッチング素子の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子積層型有機スイッチング素子の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ積層型有機スイッチング素子の電流−電圧特性である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイの形成工程における模式平面図（その１）である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイの形成工程における模式平面図（その２）である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイの形成工程における模式平面図（その３）である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイの形成工程における模式平面図（その４）である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る有機ＥＬディスプレイの画素の模式平面図である。
【図９】本発明の一実施の形態で形成された有機ＥＬディスプレイの１画素中に設けられた４つの副画素の面積比を示す図である。
【図１０】副画素の発光の組み合わせによる階調の変化を示す表である。
【符号の説明】
１　透明基板
６　制御電極
８　金属電極
１０　素子積層型有機スイッチング素子
１１　制御用信号線
１２　副画素
１６　画素
２０　有機ＥＬ素子部
３０　有機スイッチング素子部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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