(57)【要約】【課題】高分子基板を用いた有機ＥＬ表示装置への薄膜トランジスタ形成を可能とすることによる特性向上。【解決手段】可視光透過率が７０％以下の高分子基板上に複数の走査線及び複数の信号線を備え、その走査線および信号線に接続された複数の薄膜トランジスタから成るＴＦＴアレイとそれに接続された画素電極を形成し、画素電極上に有機発光層と共通電極を順次形成して、高分子基板を用いたマトリクス型有機ＥＬ表示装置を形成し、有機発光層からの発光は可撓性を有する高分子基板とは反対側から外部に取り出す。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子基板上に形成されたアクティブ素子と、前記アクティブ素子に接続された画素電極と、前記画素電極上に形成された発光層と、前記発光層を介して前記画素電極と対向するように設けられた第二電極と、を備え、前記高分子基板はその可視光透過率が７０％以下であり、且つ、前記発光層からの発光が前記高分子基板とは反対側から外部に取り出されることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記高分子基板には、充填剤フィラーが１０％以上配合されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示装置。
【請求項３】
前記高分子基板は、その可視光透過率が５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記高分子基板には、充填剤フィラーが２０％以上配合されていることを特徴とする請求項３に記載のＥＬ表示装置。
【請求項５】
前記充填剤フィラーが遮光性を有することを特徴とする請求項２または４に記載のＥＬ表示装置。
【請求項６】
前記第二電極が、透光性であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＬ表示装置。
【請求項７】
前記第二電極が、金属薄膜からなることを特徴とする請求項６に記載のＥＬ表示装置。
【請求項８】
前記金属薄膜がメッシュ状にパターニングされたことを特徴とする請求項７に記載のＥＬ表示装置。
【請求項９】
前記第二電極が、金属薄膜と金属酸化物薄膜の積層膜からなることを特徴とする請求項６に記載のＥＬ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、電圧を印加することにより発光するエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子に係わり、さらに詳しくは、高分子基板を用いたマトリクス型有機エレクトロルミネッセント（有機ＥＬ）表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ表示装置は比較的低電圧で発光し、また製造が簡単なことから、将来性が期待されている発光素子である。実用上問題があるとされてきた素子寿命に関しても実用レベルに達してきている。さらに、高分子基板上にも形成可能であることから、フレキシブルなディスプレーを実現できるものとして大いに期待されている。
【０００３】
図４に、従来の高分子基板を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す。ポリカーボネート等の高分子基板４１上に、透明電極であるインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）等からなる電極４２、正孔注入層４３、正孔輸送層４４、発光層４５、及び、アルミニウム等からなる電極４６が順次積層されている。
【０００４】
このような有機ＥＬ表示装置では、電極４２を陽極、電極４６を陰極として用い、陽極と陰極からそれぞれ注入した正孔と電子とが発光層４５内で再結合し、有機分子を励起し、ＥＬ光４７を放射する。そのＥＬ光４７が可撓性高分子基板４１を透過して有機ＥＬ表示装置外に放射するようになっている。
【０００５】
図４で示した構成以外にも、有機ＥＬ素子には、例えば（１）陽極／発光層／陰極、（２）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、（３）陽極／発光層／電子輸送層／陰極、（４）陽極／正孔輸送層／発光層／陰極、等の各種構造のものがある。また、発光層材料も低分子有機化合物から成る低分子型と高分子有機化合物から成る高分子型が提案されている。
【０００６】
このような有機ＥＬ表示装置は、基板が高分子から成るため、軽量で且つ薄型であり、また、可撓性を有するのでフレキシブルで携帯性に富むという利点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような利点を有する高分子基板を用いた有機ＥＬ表示装置であるが、近年、ディスプレーに表示させる情報量は多種にわたり、ディスプレーもフルカラー動画表示の要求が強まってきた。
【０００８】
その際に必要とされるのが、アクティブマトリクス駆動と呼ばれる、１画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子を形成して、１画素の発光量を調節しながら、画像表示を行う方法である。アクティブマトリクス駆動は輝度コントラストを保ちながら、大容量表示が可能で有望な表示装置であるが、高分子基板を用いた有機ＥＬ表示装置で実現するには次のような問題点が存在する。
【０００９】
アクティブマトリクス駆動を行うには、基板上に薄膜トランジスタを形成するための、アモルファスシリコンや低温ポリシリコンなどの半導体膜を形成する必要があるが、その形成温度が２５０〜５００℃と高温になり、高分子基板の耐熱性を越えてしまうことである。それでも、近年は耐熱性の高い高分子が開発されているが、どうしても有機高分子は熱膨張係数が無機半導体膜と比べると格段に大きな値となり、機械的寸法変化により、成膜した半導体膜が応力により剥がれてしまう等の不具合を生じていた。
【００１０】
一方、高分子基板の屈折率はガラス基板と比べるとやや大きめの値となり、有機ＥＬ表示装置において発光が内部反射により干渉減衰し、外部に取り出せる割合が低くなってしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＥＬ表示装置は、アクティブ素子が形成された高分子基板と、アクティブ素子に接続された画素電極と、画素電極上に形成された発光層と、発光層を介して画素電極と対向するように設けられた第二電極と、を備え、高分子基板はその可視光透過率が７０％以下であり、且つ、発光層からの発光が高分子基板とは反対側から外部に取り出される構成とした。これにより、高分子基板で発生する内部発光減衰を防ぐこととなり、輝度低下を防止できる。
【００１２】
そのため、高分子基板に充填剤フィラーを１０重量％以上配合することが好ましい。
【００１３】
また、高分子基板の可視光透過率が５％以下であることが好ましい。
【００１４】
さらに、高分子基板の熱膨張係数を下げて、アクティブ素子を高温で処理することを可能にするために、高分子基板に充填剤フィラーを２０重量％以上配合することが好ましい。
【００１５】
さらに、充填剤フィラーに遮光性を持たせることとした。
【００１６】
また、発光を陰極側から取り出すために、第二電極に透光性を持たせることとした。そのために、第二電極を金属薄膜で構成した。また、金属薄膜をメッシュ状にパターニングすることが望ましい。あるいは、第二電極を金属薄膜と金属酸化物薄膜の積層膜で構成することとした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のＥＬ表示装置は、アクティブ素子が形成された高分子基板と、アクティブ素子に接続された画素電極と、画素電極上に形成された発光層と、発光層を介して画素電極と対向するように設けられた第二電極と、を備えており、発光層からの発光を高分子基板とは反対側から外部に取り出す構成である。そして、ＥＬ表示装置での内部発光減衰を防ぐために、高分子基板の可視光透過率が７０％以下に設定されている。光透過率が低いために反射率も低下し、外光の写りこみや内部反射による干渉が少なくなる。そのため、発光層から外部に取り出される光の輝度が低下することが防止できる。
【００１８】
具体的には、高分子基板に充填剤フィラーを１０重量％以上混入させることとした。これにより、高分子基板の透明性が損なわれるが、発光を高分子基板とは反対側から外部に取り出すことにより、ディスプレーとしての機能を損なうことなく、高い発光効率を実現できるものである。
【００１９】
また、高分子基板の可視光透過率を４０％以下に設定することが好ましく、さらに、高分子基板の可視光透過率を５％以下に設定することが、ＥＬ表示装置内で内部反射の干渉による発光減衰を防ぐために効果がある。
【００２０】
さらに、高分子基板の熱膨張係数を下げるために、高分子基板に充填剤フィラーを２０重量％以上配合することが好ましい。高分子基板の熱膨張係数を下げることにより、アクティブ素子を高温で処理することが可能になり、特性の優れた薄膜トランジスタが形成できるため、表示品質がさらに向上する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明のマトリクス型有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面図である。
【００２３】
高分子基板１には、耐熱性、耐薬品性を考慮して、厚み１００μｍ、光透過率４０％、５％熱分解温度５８０℃のポリイミド基板を用いた。高分子基板１の表面には、有機ＥＬ層を水分等から保護するための防湿コート２が施される。防湿コートには、酸化ケイ素、あるいは、酸化ケイ素と窒化ケイ素の複合物等が用いられる。次に、スパッタによりＣｒを成膜し、所定の回路形状にパターニングしてゲート電極３を形成する。続いて、酸化シリコンをプラズマＣＶＤや触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ）等により成膜し、パターニングしてトランジスタのゲート形成部分にゲート絶縁膜４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ等により、２９０℃の成膜温度でアモルファスシリコン膜を成膜し、回路形状に従ってパターニングして半導体層５を形成する。
【００２４】
本実施例では、高分子基板の耐熱性自体は５８０℃あったが、熱線膨張係数も２．３×１０−５／℃と高く、３００℃以上の成膜では膜に応力がかかり、クラック等が発生してしまうため、半導体層は高温アニールをせずにアモルファスシリコンのままとした。
【００２５】
さらに、この半導体層５にドレイン電極６とソース電極７を設けてＴＦＴ素子を構成し、図２に示すような回路を形成する。半導体層上に絶縁膜８を形成し、スルーホールを介して、金属からなる陽極９をソース電極７に接続して形成した。ここで、陽極９は有機ＥＬ表示装置の画素電極として機能することになる。
【００２６】
このように、本実施例は、高分子基板上に複数の走査線及び複数の信号線を備え、その走査線および信号線に接続された複数の薄膜トランジスタから成るＴＦＴアレイとそれに接続された画素電極を形成し、画素電極上に有機発光層と共通電極を順次形成して成る、高分子基板を用いたマトリクス型のＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置の場合、図２に示すような、定電流駆動回路で、しかも、精度向上のための補正回路が多いため、回路規模が大きくなる。そのため、絶縁膜８を介して画素電極をトランジスタアレイの上に形成する方が、開口率が大きく採れることとなり、メリットが大きい。
【００２７】
この画素電極（陽極９）上に、銅フタロシアニンから成る正孔注入層１０と４，４‘−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）から成る正孔輸送層１１とトリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）から成る発光層１２が順次、マスク蒸着により形成される。その後、陰極１３（共通電極）が、５０Åの厚さのリチウムをスパッタもしくは真空蒸着することにより形成される。この場合の陰極は金属ではあるが、膜厚が薄いため、光の透過性を有しており、ＥＬ発光は陰極側から外部に取り出すことが可能であった。その後、透明な防湿保護層１４となる、酸化ケイ素や酸化ケイ素と窒化ケイ素の複合物がスパッタ等で全面に形成され、樹脂保護層１５でカバーされ、マトリクス型有機ＥＬ表示装置が作製される。
【００２８】
本実施例のマトリクス型有機ＥＬ表示装置では、ＴＦＴによるアクティブ駆動なので、表示画素数を増やしても、輝度低下は見られず、また、保護層（１４、１５）により、高い信頼性が得られた。また、高分子基板の光透過率が４０％と低いため、有機ＥＬ表示装置全体の反射率も低下し、表示をしているときの外光写り込みや、内部反射光の干渉作用による輝度低下も起こりづらかった。
【００２９】
（実施例２）
図３に、本実施例によるマトリクス型有機ＥＬ表示装置の断面図を示す。
【００３０】
高分子基板２１には、５％熱分解温度５８０℃のポリイミドに酸化ケイ素、アルミナからなるフィラーを２０％混合させ、熱線膨張係数を１×１０−５／℃にした、光透過率５％、厚み１００μｍの基板を用いた。
【００３１】
高分子基板２１の表面には、有機ＥＬ層を水分等から保護するための防湿コート２２が施される。防湿コートには、酸化ケイ素や酸化ケイ素と窒化ケイ素の複合物等が用いられる。次に、スパッタにより、Ｃｒよりなるゲート電極２３を成膜し、所定の回路形状にパターニング形成する。続いて、酸化シリコンより成るゲート絶縁膜２４をプラズマＣＶＤや触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ）等により成膜し、トランジスタのゲート形成部分にパターニング形成する。次に、プラズマＣＶＤ等により、アモルファスシリコン膜が３５０℃の成膜温度で成膜され、その後、エキシマレーザー照射により、ポリシリコン層にアニール形成された後、回路形状に従ってパターニング形成され半導体層２５とする。
【００３２】
本実施例では、熱線膨張係数が１×１０−５／℃と低くなったため、３００℃以上の成膜でも膜にクラック等が発生してしまうことがなく、また、その後のレーザーアニール処理でも、半導体層が基板の膨張により剥離するようなことはなかった。
【００３３】
この半導体層２５にドレイン電極２６とソース電極２７を設け、実施例１と同様に、図２に示すような回路を形成し、半導体層上に絶縁膜２８を形成し、ソース電極２７を介し、半導体層２５と陽極２９（画素電極）を接続し、アクティブマトリクス基板を作製した。
【００３４】
この陽極２９上に、ポリアニリンやポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸混合物（ＰＥＤＯＴ）から成る正孔注入層３０とポリパラフェニレン（ＰＰＰ）やポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）やプリフルオレン（ＰＦ）から成る発光層３１が順次、スピンナーや印刷法やインクジェット塗布法により形成される。その後、陰極３２（共通電極）が、５０Åの厚さのリチウムを金属酸化物で挟んだ構造で、スパッタもしくは真空蒸着により形成される。この場合も陰極は金属ではあるが、膜厚が薄いため、光の透過性を有しており、ＥＬ発光は陰極側から外部に取り出すことが可能であった。その後、透明な防湿保護層３３となる、酸化ケイ素や酸化ケイ素と窒化ケイ素の複合物がスパッタ等で全面に形成され、樹脂保護層３４でカバーされ、マトリクス型有機ＥＬ表示装置が作製される。
【００３５】
本実施例のＥＬ表示装置では、ＴＦＴによるアクティブ駆動なので、表示画素数を増やしても、輝度低下は見られず、また、保護層により、高い信頼性が得られた。また、高分子基板の光透過率が５％と低いため、有機ＥＬ表示装置全体の反射率も低下し、表示をしているときの外光写り込みや、内部反射光の干渉作用による輝度低下も起こりづらかった。
【００３６】
しかも、高分子基板の熱膨張係数が低く、充分な温度で半導体層を形成できたため、ＴＦＴをポリシリコン半導体で形成することができ、トランジスタ特性の安定した、均一な表示が可能なＥＬ表示装置が得られた。
【００３７】
（実施例３）
実施例２における高分子基板２１を５％熱分解温度５１０℃のポリエーテルサフォンに酸化ケイ素、アルミナ、カーボンブラックからなるフィラーを２５％混合させ、熱線膨張係数を０．８×１０−５／℃にした、光透過率５％、厚み１００μｍの基板を用いた。
【００３８】
その後、実施例２における半導体層２５を触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ）により成膜温度３７０℃で形成し、その他は実施例２と同様にマトリクス型有機ＥＬ表示装置を作製したところ、実施例２と同様の効果が得られた。
【００３９】
（実施例４）
実施例２における高分子基板２１を５％熱分解温度５５０℃のポリエーテルエーテルケトンに酸化ケイ素、アルミナ、カーボンブラックからなるフィラーを２０％混合させ、熱線膨張係数を０．７×１０−５／℃にした、光透過率５％、厚み１００μｍの基板を用いた。
【００４０】
その後、陰極３２（共通電極）を膜厚５００Åのリチウムをマスク蒸着によりメッシュ状に形成し、その他は実施例２と同様にマトリクス型有機ＥＬ表示装置を作製したところ、実施例２と同様の効果が得られた。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による、高分子基板を用いたマトリクス型有機ＥＬ表示装置液晶表示装置によれば、基板に高分子基板を用いているため、軽量、且つ、薄型で柔軟性に富む表示装置が実現できる。さらに、高分子基板上に作製したＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動であるため、表示画素数が増えても、輝度が低下しない、高い表示品位を提供できるものである。さらに、発光は高分子基板とは反対側から取り出し、取り出し側の背面に当たる高分子基板には遮光性が付与してあるために、内部での反射干渉による損失が少ない、発光効率の高い表示を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るＥＬ表示装置の断面構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る高分子基板上の薄膜トランジスタによる駆動回路を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例に係るＥＬ表示装置の断面構成を模式的に示す図である。
【図４】従来の高分子基板を用いたＥＬ表示装置の構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１　高分子基板
９　陽極（画素電極）
１０　正孔注入層
１１　正孔輸送層
１２　発光層
１３　陰極（共通電極）
１４　防湿保護膜
１５　樹脂保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004022392.tif 000006