(57)【要約】【課題】  開口率の低下を防止して発光面積が大きくとれ、効率の良好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上に、少なくとも下部電極３６と、上部電極３８と、これらの両電極に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層１６とを形成してなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、前記上部電極３８上に、有機半導体層４８を含み前記有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタ４０を設ける構成にする。これにより、開口率の低下を防止して発光面積が大きくとれ、効率を良好にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、少なくとも下部電極と、上部電極と、これらの両電極に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層とを形成してなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、
前記上部電極上に、有機半導体層を含み前記有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタを設ける構成にし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、特にアクティブマトリクス方式において有機発光層中で発生した光を透明基板側から取り出すようにした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３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４は図３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５は図４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３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４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２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トランジスタ４が形成されている。この薄膜トランジスタ４は、ソース６、ドレイン８、ゲート１０等により構成される。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。
上記薄膜トランジスタ４の上方には、絶縁層１２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。
【０００５】
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。
上記有機ＥＬ層１６の構成が図５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。
【０００６】
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。
図５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。
【０００７】
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。
また従来の他の有機ＥＬ表示装置として、図６に示すような構成が知られている。この図６に示す構成は、例えば非特許文献１に開示されており、ＳＩＴ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：静電誘導トランジスタ）構造を有している。尚、図６中において、図５中の構成と同一部分には、同一符号を付している。
【０００８】
図６に示すように、この有機ＥＬ装置では、有機ＥＬ素子と有機半導体が組み合わされており、有機ＥＬ層１６中にスイッチングトランジスタの機能を持たせるために、上記有機ＥＬ層１６の一部を形成する有機半導体よりなる正孔輸送層２０中にグリッドとも言える網目状のゲート２８が埋め込まれるようにして配置されている。
このように、正孔輸送層２０の中にグリッドとも言える網目状のゲート２８を挿入することにより、このゲート２８と正孔輸送層２０との間にできたショットキー接合による空乏層領域を電圧コントロールして、有機ＥＬ素子内を流れる電流をコントロールするようになっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３００８６号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会技術研究報告（「複合型有機発光トランジスタ」）Ｖｏｌ．０３，部会番号、ＥＩＤ２０００−３２３、ＯＭＥ２０００−１７２、１頁〜５頁、発行年２００１，（社）電子情報通信学会発行。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図４及び図５に示す従来の有機ＥＬ表示装置にあっては、発光は発光層２２の全面より行われるが、透明基板４の表面に薄膜トランジスタ４が形成されて開口率が小さくなっていることから、発光した光の内の一部の光は透明基板２の表面に形成した薄膜トランジスタ４により遮断されるために、外へ取り出すことができる光Ｌ１が少なくなって効率が低下してしまう、という問題があった。特に、有機ＥＬ素子の発光は、電子と正孔との結合によることから、定電流駆動を行う必要があるが、安定した電流駆動を行うためには一つの画素に対して、最低２〜４個のトランジスタが必要となり、これに加えて、画像の高精細化が進むことにより画素サイズが小さくなると、これに伴って発光面積が小さくなり、一層効率が低下してしまう、という問題があった。
【００１１】
この問題を解決するために、上部電極である陰極１８を透明として、図４中の矢印３０に示すように上面から発光させることも考えられる。ここで上面からの光取り出しを行う構造を考えると、下部電極を金属電極、すなわち陰極とし、上部電極を透明電極、すなわち陽極とするのが理想的である。この場合、上部電極は、透明で、且つ抵抗値が低くなるための条件で膜を作製することが必要であるが、これらの条件を満たすためには、スパッタリング法を用いたＩＴＯの成膜を行うことが一般的である。ところが、この方式を用いて、有機ＥＬ層１６の上に透明膜を成膜すると、堆積粒子および、スパッタリング時のプラズマの影響により、有機ＥＬ層１６に大きなダメージが加わり、発光しなくなってしまうので、上記構造は採用することができない。
【００１２】
更に、図４に示す構造では、薄膜トランジスタ４上が平面な構造となっているが、上記したような構造にするためには、実際には、絶縁層１２を厚く形成して、これを平坦になるまで研磨する、といった複雑な工程を必要とする。この平坦化工程を行わずに、薄膜トランジスタ４上に有機ＥＬ層１６を形成した場合には、大きな段差が原因となって、発光寿命が低下したり、或いは発光しなくなる、いった問題が生ずる。
また図６に示す構造にあっては、正孔輸送層２０中にゲート２８が網目状に埋め込まれていることから、発光光の内の一部がゲート２８により遮断されてしまい、外へ出力される光Ｌ１の量が少なくなる、といった問題があった。
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る。本発明の目的は、開口率の低下を防止して発光面積が大きくとれ、効率の良好な有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、透明基板上に、少なくとも下部電極と、上部電極と、これらの両電極に挟まれて発光する有機エレクトロルミネセンス層とを形成してなる有機エレクトロルミネセンス表示装置において、前記上部電極上に、有機半導体層を含み前記有機エレクトロルミネセンス層を駆動するスイッチングトランジスタを設ける構成にし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】
【００１４】
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。
透明基板上に、有機エレクトロルミネセンス層を予め形成し、この上部電極上にアクティブマトリクス駆動のためのスイッチングトランジスタを形成するようにしたので、各画素の発光面積が大きくとれて、開口率の低下を防止できるので効率を向上できる。しかも、発光部分は平坦面上に形成されるため、電流リークや寿命の低下などを回避できる。更には画素面積上の全てにわたり、駆動用半導体素子を配置することが可能なため、スイッチングトランジスタのサイズを極力小さくしなければならない、といった制約から解放され、画素駆動回路設計の自由度を飛躍的に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】
【００１５】
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４及び図５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３２は、透明なガラス板等よりなる透明基板２を有している。そして、図中、この上面側に例えばＩＴＯよりなる下部電極として透明な陽極３６が形成されており、この陽極３６の周囲には、例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層３４が形成されて、隣り合う陽極間の短絡を防止している。ここで、上記陽極３６は、図４に示す画素毎の個別な陽極１４とは異なり、各画素に共通な共通電極となっている。
【００１６】
そして、上記下部電極となる陽極３６上には、光を発する有機エレクトロルミネセンス層１６を介して上部電極となる陰極３８が形成されている。ここで陰極３８は、図４中の画素毎に共通な陰極１８とは異なり、画素毎の個別な電極となっている。従って、上記有機ＥＬ層１６は、上記陽極１４と陰極１８とに挟まれて、これらの間に印加される電圧、具体的には画像信号に応じた発光を行うようになっている。
そして、上記陰極３８上に上記有機ＥＬ層１６を駆動するために有機半導体層を含むスイッチングトランジスタ４０が設けられている。具体的には、このスイッチングトランジスタ４０は、上記陰極３８上の一部に形成されたドレイン４２と、このドレイン４２と同一平面になされて上記陰極３８上の他の部分に形成された絶縁層４３と、この絶縁層４３上の一部に形成されたゲート４４と、このゲート４４上に積層されたゲート絶縁膜４６と、上記ゲート４４及びゲート絶縁膜４６を埋め込むようにして、上記陰極３８の上面に全体に亘って形成した有機半導体層４８と、この有機半導体層４８上に形成したソース５０とにより構成されており、ＭＯＳ型のトランジスタとなっている。そして、図３及び図４を参照して説明したように、上記ゲート４４には選択線（図示せず）が接続されており、上記ソース５０には画像信号を流す信号線（図示せず）が接続されている。
この有機ＥＬ表示装置３２の製造方法は、例えば以下の通りである。
【００１７】
まず、透明基板２上に、陽極材料としてＩＴＯを、例えばＲＦスパッタリングにて１５０ｎｍの厚さで成膜して陽極３６を形成する。次に、ＳｉＯ２ をＣＶＤにて１００ｎｍの厚さで堆積して絶縁層３４を形成した後、フォトリソグラフィ、ＣＦ４ ガスによるドライエッチングなどにより有機ＥＬ層１６が形成される領域、すなわち、画素領域を開口させる。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］−ａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙ）を５０ｎｍ、電子輸送層兼発光層２２、２４としてＡｌｑ３を５０ｎｍそれぞれ堆積して有機ＥＬ層１６を形成する。次に、有機ＥＬ層１６の最上面にアルミニウムを成膜して陰極３８を形成する。
【００１８】
その後、上記陰極３８上の一部にこれに電気的に接続されるように、金薄膜を同様に８０ｎｍの厚さでマスク蒸着にて堆積してドレイン４２を形成する。このドレイン４２と同一平面であって上記陰極３８の他の部分に例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）よりなる絶縁層４３を形成する。更に、この絶縁層４３上の一部に、ゲート４４及びゲート絶縁膜４６をそれぞれアルミナ、アルミニウムで１００ｎｍずつ成膜することにより形成する。更に、その上に有機半導体層４８として例えばペンタセンを１００ｎｍの厚さで蒸着し、最後にソース５０として金薄膜を同様に真空蒸着で形成することでアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置３２を作製することが出来る。
【００１９】
このように、本実施例では、有機ＥＬ層１６を駆動するスイッチングトランジスタ４０を透明基板２側ではなく、上部電極である陰極３８の上面側に設けて開口率を上げることによって発光面積を大きくとるようにしたので、有機ＥＬ層１６で発光した光Ｌ１を、全て外部へ取り出すことができ、その効率を上げることができる。上記有機半導体層４８としては、ペンタセンの他に、銅フタロシアニン、ポリチオフェン等を用いることができる。
ここで、上記スイッチングトランジスタ４０を形成する薄膜半導体の種類として、アモルファスシリコン、ポリシリコン、シリコンゲルマニウム等を用いることができるが、これらは有機ＥＬ層１６上に形成することから極力低温で形成をすることが望ましい。そこで、本実施例では、上記有機半導体層４８を形成するようにしたので、有機ＥＬ層１６へダメージを与えることなく薄膜半導体の形成を行うことができる。
【００２０】
また有機半導体層４８を形成した場合、現状得られている材料の持つ移動度が低いことから、有機ＥＬ層１６を駆動するのに必要な信号を供給するには、ソース−ドレイン間、すなわち、チャネル長を短くすること、ソース幅及びドレイン幅、すなわち、チャネル幅を長くすることが必要となるが、本実施例においては、画素上へスイッチングトランジスタ４０を配置することが可能であることから、従来の装置と異なってチャネル幅を十分広くすることが可能となる。
以上のように、透明基板上に、有機エレクトロルミネセンス層を予め形成し、この上部電極上にアクティブマトリクス駆動のためのスイッチングトランジスタを形成するようにしたので、各画素の発光面積が大きくとれて、開口率の低下を防止できるので効率を向上できる。しかも、発光部分は平坦面上に形成されるため、電流リークや寿命の低下などを回避できる。更には画素面積上の全てにわたり、駆動用半導体素子を配置することが可能なため、スイッチングトランジスタのサイズを極力小さくしなければならない、といった制約から解放され、画素駆動回路設計の自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００２１】
次に、本発明の他の実施例について図２を参照して説明する。図２は本発明の有機エレクトロルミネセンス表示装置の他の実施例の一画素分を示す拡大断面図であり、スイッチングトランジスタとして図６に示す従来装置と同様の静電誘導トランジスタを用いている。尚、図１中の構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
ここではスイッチングトランジスタ４０のドレイン４２として例えばＮｉ膜を用いており、また、有機半導体層４８としては、正孔輸送層としても用いることができるαＮＰＤを用いている。そして、この有機半導体層４８中には、網目状にゲート４６が埋め込むようにして設けられ、また、ソース５０は上記有機半導体層４８の上面全体に亘って設けられている。
上記静電誘導トランジスタよりなるスイッチングトランジスタ４０の形成方法は以下の通りである。
【００２２】
まず、例えばアルミニウムよりなる陰極３８の上に、これを作製したと同じマスクパターンを用いて例えばニッケル膜を２０ｎｍの厚さで堆積してドレイン４２を形成する。その後、有機半導体層４８としてαＮＰＤを３０ｎｍの厚さで蒸着し、次に、網目状のゲート４６としてアルミニウムを１０ｎｍの厚さで形成し、更にもう一度αＮＰＤを３０ｎｍの厚さで蒸着して有機半導体層４８中にゲート４６を埋め込む。そして、最後にソース５０として金薄膜を同様に真空蒸着で形成することでアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置を作製することが出来る。この図２に示す実施例の場合にも、図１に示す実施例と同様な作用効果を示すことができる。
【００２３】
また、有機ＥＬ層１６上の上部電極は、電子注入の陰極３８としての役割を持つことから、一般的に、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、セシウム等の低仕事関数を有する金属が用いられるが、静電誘導トランジスタは一般的に正孔輸送性の有機半導体層が使用されるため、上記陰極３８上に直接的に有機半導体層４８を形成しても電流注入が良好にできないが、本実施例では、有機ＥＬ層１６の上部構造を２層構造として、陰極３８とドレイン４２のそれぞれに最適材料を配置していることで、すなわち有機ＥＬ層１６に接する１層目（陰極３８）の材料を、２層目（ドレイン４２）の材料より仕事関数が低く設定することで、電流注入を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】本発明の有機エレクトロルミネセンス表示装置の他の実施例の一画素分を示す拡大断面図である。
【図３】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る。
【図４】図３中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】図４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６】静電誘導トランジスタの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
２…透明基板、１６…有機エレクトロルミネセンス層、３２…有機エレクトロルミネセンス表示装置、３６…下部電極（陽極）、３８…上部電極（陰極）、４０…スイッチングトランジスタ、４２…ドレイン、４４…ゲート、４６…ゲート酸化膜、４８…有機半導体層、５０…ソース。
【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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