JP2008176291A - 有機発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光素子に入射される光の反射を低減し、明環境においてコントラストの高い有機発光装置を提供する。
【解決手段】有機発光素子を多数有し、光取り出し面側に偏光板を有する有機発光装置とを接続するためのコンタクトホールが形成されている。前記コンタクトホール上に、光透過部材であって、前記有機発光素子の発光領域を規定する開口を有し、平坦化層の開口部および隣り合う第１電極の間を覆う絶縁層を有し、前記絶縁層の上に前記平坦化層の開口部を覆う遮光層を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅの略で、ＥＬと略記する。）素子を有する有機発光装置に関する。

有機ＥＬ素子（有機発光素子）を複数有する有機発光装置をアクティブマトリクス回路により駆動する場合、例えば図３、図４に示す構成とされている。

ガラス基板５００上に有機発光素子（画素）を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５０１が形成されている。ＴＦＴ５０１は、ソース領域５１０、ｐｏｌｙ−Ｓｉ５１１、ドレイン領域５１２、ゲート絶縁膜５１３、ゲート電極５１４、層間絶縁膜５１５、ドレイン電極５１６を有する。

ＴＦＴ５０１上に無機絶縁膜５１７が形成され、さらに表面を平坦化するために有機平坦化膜５１８が形成されている。

有機平坦化膜５１８上に陽極となる反射（下部）電極５２０が形成されている。反射電極５２０は画素ごとにパターニングされており、反射電極５２０とＴＦＴ５０１のドレイン電極５１６とは無機絶縁膜５１７及び有機平坦化膜５１８に形成されたコンタクトホール５４２を通して電気的に接続されている。

反射電極５２０の周縁部を覆うように、隣接する画素間に画素分離膜５３０が形成されている。

画素分離膜５３０の開口部から露出した反射電極５２０上に有機機能層５２５として、正孔輸送層５２３、発光層５２２、電子輸送層５２４が形成され、さらに陰極となる透明（上部）電極５２１が形成されている。

有機発光素子を水分から守るために封止ガラス基板５４０がＵＶ硬化エポキシ樹脂を用いて基板５００に貼り付けられている。透明電極５２１と封止ガラス基板５４０との間には不活性ガス５４１が充填されている。

上記構成の有機発光装置は、反射電極５２０での可視光の反射率が高く、外部から光が入射すると、その光の一部が反射電極５２０によって反射し光取り出し面から出射される。

このため、有機発光装置に光が入射し易い環境、例えば太陽光下では有機発光装置のコントラストは低く、視認性が良くない。

そこで、最近では光取り出し面側に直線偏光板と位相差フィルムとを配置し、外部から入射した光のうち有機発光装置内での反射光の射出を低減する工夫がなされている（特許文献１、２、３を参照）。

これら開示されている反射光低減技術を有機発光装置に利用した構成の一例について、図５を用いて原理を説明する。

図５に示した有機発光装置は反射層１４、発光層１３、位相差補償フィルム１２、偏光層１１が積層されたものである。なお、図５では反射層１４、発光層１３は説明上間隔を設けて図示されているが、実際には密着させた積層構成、もしくは他の有機層を介した積層構成をとる。

偏光層１１は入射する光のうちｐ波もしくはｓ波のどちらかのみ通過させる構成である。位相差補償フィルム１２は複数の位相差フィルム（図示せず）を積層した構成であり、幅広い波長範囲において４分の１波長の位相差を持つ。偏光層１１と位相差補償フィルム１２とを合わせて円偏光板（円偏光部材）という。

つまり偏光層１１と位相差補償フィルム１２とを通過した光は、幅広い波長範囲においてｐ波とｓ波との位相が４分の１波長分ずれるため円偏光に変換される。

発光層１３から偏光層１１の方向に発光した光１６は偏光層１１を通過して有機発光装置の外に射出される。

一方、発光層１３から反射層１４の方向に発光した光１９は反射層１４で反射し、反射した光１５は発光層１３、位相差補償フィルム１２、偏光層１１を通過して有機発光装置の外に射出される。

このように発光層１３から発せられた光１６、１９はどちらも有機発光装置の外に射出できる。しかしこれらの光１６、１９（１５）は偏光層１１を通過する際、一方の直線偏光成分のみ通過するため、光強度は減衰する。

有機発光装置の外から入射した光１７の一部は偏光層１１の表面で反射光０となる。光１７のうち偏光層１１で反射しなかった光は偏光層１１と位相差補償フィルム１２とによって円偏光に変換され、反射層１４で反射する。

光１７が反射層１４で反射する際、光の位相は半波長ずれるため、次に位相差補償フィルム１２を通過した光１８は偏光層１１を通過することはできない。

これらの原理により反射層１４による外光の反射は偏光層１１の表面で反射した光０のみとなり低減できる。

さらに、特許文献３では、このような円偏光部材に加えて、画素分離膜として黒色顔料や色素などの可視光を吸収する材料を用いることで発光素子からの迷光を吸収し、コントラストが向上する旨が記載されている（段落番号［０２７３］参照。）
特開平７−１４２１７０号公報 特開平９−１２７８８５号公報 特開２００５−３４６０４３号公報

しかしながら、有機発光装置内での金属など高反射膜での反射は、発光領域だけでなく、発光領域外の例えば平坦化層に形成された開口部（コンタクトホール）の領域においても存在する。

有機発光装置内に入射し、有機発光装置内で奇数回反射して円偏光板に到達する光は、発光領域の透明電極や有機機能層を通り反射電極で１回反射する奇数回の反射の場合（図６）、従来の構成は有効である。しかし、例えば発光領域外の透明電極や有機機能層を通り平坦化層の開口部に形成されたテーパ部で反射した光や、ＴＦＴもしくはその引出し線と反射電極との開口部の表面粗さにより散乱した光には、偶数回の反射の後に円偏光板に到達する光がある（図７）。偶数回反射した光の位相のズレは半波長ではなく、円偏光板を通り抜けて出射されてしまう。

このように偏光板を通り抜けて出射される光は、有機発光装置のコントラストを低下させてしまう。

一方、特許文献３に記載の表示装置は、層間絶縁膜の開口部（コンタクトホール）の上に黒色顔料や色素などの可視光を吸収する材料を用いた絶縁物（画素分離膜）を形成している。これにより、開口部で反射する光のうち偶数回反射する光のパネル外部への出射を低減することができる。

このような可視光を吸収する材料を用いた画素分離膜を実際に表示装置に形成する場合、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィーにより形成され、フォトリソグラフィーにおいては、露光部が不溶性となるような設計によりブラックマトリクスを形成する。

しかしながら、感光性樹脂では、ブラックマトリクスの遮光性を十分高めるために、黒色の着色剤を相当量使用する必要がある。そして、露光された放射線が着色剤により吸収されるために、塗膜中の放射線の有効強度が、塗膜の表面から底部（即ち、基板表面近傍）に向かって次第に小さくなる現象が必然的に生じる。したがって、塗膜内部における硬化反応も表面から底部に向かって次第に不十分となりやすい。その結果、形成されたパターンの形状が逆テーパ形状となりやすかったり、あるいは基板への密着性が低下する問題があった。しかも、黒色感光性樹脂では、未露光部の基板上に残渣が生じ易い問題もある。

このように、画素分離膜の形状が逆テーパ形状である場合や、下部電極上に残渣がある場合、逆テーパの裾の部分や残渣の有機発光素子の有機化合物層に段切れが生じ、上部電極と下部電極がショートしてしまう。その結果、有機発光素子が発光しない画素が多数発生してしまう。

そこで本発明は、従来の構成によって発生し得る画素及び画素周辺の不具合を低減しつつ、有機発光素子に入射される光の反射を低減し、明環境においてコントラストの高い有機発光装置を提供することを目的とする。

上記背景技術の課題を解決するための手段として、本発明に係る有機発光装置は、
基板と、前記基板の上に形成されている複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタの上に形成されている平坦化層と、前記平坦化層の上に形成されている複数の有機発光素子と、光透過部材であって前記有機発光素子の発光領域を規定する開口を有する絶縁層と、前記複数の有機発光素子の上および遮光層の上に配置されている円偏光部材とを有し、
各有機発光素子は、前記平坦化層の上に順に、前記平坦化層に設けられている開口部を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続しており、前記有機発光素子毎にパターニングされている第１電極と、有機化合物層と、光透過電極である第２電極と、を有する有機発光装置において、
前記絶縁層は前記平坦化層の開口部及び隣り合う前記第１電極の間を覆う層であり、
前記絶縁層の上に前記平坦化層の開口部を覆う遮光層を有することを特徴とする。

本発明によると、絶縁層ではなくその上に設けられる遮光層によって外光を吸収させるため、従来の構成において問題となっていた、画素及び画素周辺の不具合の発生を低減させることができる。

そして、外部から有機発光装置に入射した光のうちコンタクトホール領域に入射した光は、コンタクトホールを覆う絶縁層の上方に形成された遮光層に入射する。遮光層が光吸収部材であれば、外光はそのまま吸収されるため、外部に出る外光を著しく低減できる。また、遮光層が光反射部材である場合にも、遮光層で反射した外光は偏光部材によって透過を低減することができる。

そのため、外光の射出を抑えることができ、明環境においてコントラストの高い有機発光装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施の形態に限るものではない。
＜第１の実施の形態＞
図１は本実施の形態に係る有機発光装置を示す模式図である。

この有機発光装置は、有機発光素子を複数有し、光取り出し面側に偏光部材（偏光板）３４１を有する構成である。そして、隣り合う有機発光素子の間、即ち発光領域外に、有機発光素子の第１電極（反射電極）３００と有機発光素子を駆動するＴＦＴ２００とを接続するための開口部（コンタクトホール）が形成されている。そして、開口部の上に、開口部を覆う層として樹脂からなる絶縁層（画素分離膜）３３０が形成されている。絶縁層３３０は、前記開口部（コンタクトホール）とは別の開口を有しており、この開口によって発光領域が規定される。また、絶縁層３３０は、黒色樹脂や色素を含まない光透過部材であるため、従来の構成で問題となっていた段切れや、ショートなどの画素及び画素周辺の不具合を低減することができる。そして、絶縁層３３０上に開口部を覆う遮光層３４０が形成されている。

そのため、外部から有機発光装置に入射した光のうちコンタクトホール領域に入射した光は、絶縁層３３０上の遮光層３４０に入射する。遮光層３４０が光吸収部材であれば、外光はそのまま吸収されるため、外部に出る外光を著しく低減できる。また、遮光層３４０が光反射部材である場合にも、遮光層３４０で反射した外光は偏光部材３４１によって透過を低減することができる。遮光層３４０上における反射は、奇数回反射に相当するため、光の射出を抑えることができるためである。

そのため、絶縁層３３０は、開口部を平坦化することが好ましいが、平坦化されていなくても良い。絶縁層３３０を平坦化することによって、上に形成される遮光層３４０は平坦性を保って成膜されるため、遮光層３４０上における反射は奇数回反射となる。あるいは、絶縁層３３０が平坦化されていなくてもその上に形成される遮光層３４０が平坦化されている構成、または遮光層３４０が光吸収部材である構成であればよい。

また、発光領域内での反射も、図６に示す奇数回反射に相当する。そのため、光取り出し側に偏光板３４１があることにより、それらの光の射出を抑えることができ、明環境においてコントラストの高い有機発光装置を提供できる。

なお、上記遮光層３４０の幅寸法Ｌｍは、図２に示すように、開口部の幅Ｌｃよりも大きく、開口部を挟んで隣り合う有機発光素子（画素）相互の間隔Ｌｐよりも小さいことが好ましい。外部から有機発光装置に入射した光のうち開口部に入射した光を、より確実に遮光層３４０において反射できる。

また、遮光層３４０は、発光領域の周囲に存在する絶縁層３３０のテーパ部Ｌｔを避けて形成されていることが好ましい。つまり、遮光層３４０は、テーパ部Ｌｔには形成されていないことが好ましい。遮光層３４０が絶縁層３３０のテーパ部Ｌｔ上に配置された場合には、図８に示した一例のように入射光が絶縁層３３０のテーパ部Ｌｔ上に配置された遮光層３４０を介して偶数回反射し偏光部材を通り抜けて出射されてしまうことがある。

上記の有機発光装置の具体的な構成を、作製工程に沿って説明する。

基板１０１上に有機発光素子を駆動するためのＴＦＴ２００を形成する。基板１０１は透明であっても不透明であっても良く、合成樹脂などからなる絶縁性基板、又は表面に酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜や窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜などの絶縁膜を形成した導電性基板あるいは半導体基板でも良い。ＴＦＴ２００の半導体層であるポリシリコンからなる能動層のｐｏｌｙ−Ｓｉ１０４は、ポリシリコンに限定されるものではなく非晶質シリコン、微結晶シリコンなどを用いても良い。

ＴＦＴ２００は窒化珪素からなる無機絶縁層１０９で覆い、さらに表面を平坦化するためにアクリル系樹脂からなる有機平坦化層１１０で覆う。無機絶縁層１０９は、酸窒化珪素や酸化珪素等からなる無機絶縁層でも良い。有機平坦化層１１０はポリイミド系樹脂やノルボルネン系樹脂・フッ素系樹脂等でも良い。

発光領域に陽極として第１電極（反射電極）３００を形成する。第１電極３００は有機発光素子毎にパターニングされており、第１電極３００とＴＦＴ２００とのドレイン電極１０８は無機絶縁層１０９及び有機平坦化層１１０に形成された開口部を通して電気的に接続されている。

なお、第１電極３００にはクロムを用いているが、銀膜もしくは添加物を含む銀膜やアルミ膜もしくは添加物を含むアルミ膜やアルミ合金膜でも良い。

また、第１電極３００上には、有機化合物層３１０へのキャリア注入性を向上させるために、高仕事関数の電極、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの酸化物透明導電層がさらに形成されていても良い。

更に、第１電極３００とＴＦＴ２００とのドレイン電極１０８は、直接接続されていても良いが、アルミ膜などの金属やＩＴＯなどの酸化物導電膜を介して接続されていても良い。

第１電極３００の周縁部を覆い、且つ隣接する画素間に設けられた開口部を覆うように、開口部を覆う層として樹脂膜である絶縁層（画素分離膜）３３０を形成する。絶縁層３３０は、アクリル系樹脂・ポリイミド系樹脂・ノボラック系樹脂等を用いれば良い。

絶縁層３３０の開口部から露出する第１電極３００上に有機化合物層３１０、さらに陰極となる第２電極（透明電極）３２０を形成する。有機化合物層３１０は、例えば、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の３層から構成されているが、発光層のみでも良い。あるいは２層、４層など複数の層から構成されていても良い。

正孔輸送層には、例えば電子供与性のＦＬ０３を用いているが、それ以外の材料であっても良い。

発光層は発光色毎に形成され、メタルマスクにより塗り分けられている。例えば、赤色発光層としてＣＢＰにＩｒ（ｐｉｑ）₃をドープしたもの、緑色発光層としてＡｌｑ₃にクマリンをドープしたもの、青色発光層としてＢ−Ａｌｑ₃にＰｅｒｙｌｅｎｅをドープしたものを用いているがそれ以外の材料であっても良い。

電子輸送層には、例えば電子受容性のＢａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｒｏｌｉｎｅを用いているが、それ以外の材料であっても良い。

上記有機化合物層３１０をなす正孔輸送層、発光層、電子注入層の材料を＜化１＞に示す。

第２電極３２０は、光透過電極である。ＩＺＯを用いているが、ＩＴＯなどの酸化物透明導電層を用いた透明電極や、銀・アルミ・金などの金属半透過層を用いた半透過電極でも良い。

絶縁層３３０の上方、図１では絶縁層３３０上に形成された第２電極３２０上に遮光層３４０を形成する。遮光層３４０は、アルミを用いるが、その他の金属や、アルミ及びその他の金属に添加物を加えた物でも良い。遮光層３４０は、蒸着法により成膜され、メタルマスクにより塗りわけられるが、ＣＶＤで成膜されても良いしフォトリソグラフィー等により塗り分けられても良い。

このとき、上述したように、遮光層３４０の幅寸法Ｌｍは、コンタクトホールの開口幅Ｌｃより大きく、隣接する画素相互の間隔Ｌｐより小さいことが好ましい。また、遮光層３４０は絶縁層３３０のテーパ部Ｌｔを除いて形成されていることがより好ましい。

遮光層３４０は第２電極３２０上に形成されているが、絶縁層３３０上に形成されていても良い。要するに、遮光層３４０は平坦化層の開口部を覆うように形成されていれば良い。

図２に示す遮光層３４０は、複数の開口部の間を跨いで連続して形成されているが、各開口部に対応して独立して形成されていても良い。また、複数（例えば３個、６個等）の開口部の間を跨いで連続して形成された開口部が、複数形成されていても良い。

なお、第２電極３２０が画素間を跨いで連続して形成された共通電極である場合であって、遮光層３４０が導電部材である場合には、第２電極と接するように遮光層３４０を形成しても良い。これにより、第２電極３２０の電気的導通を補助する補助配線の役割を担うことができる。この場合、遮光層３４０が複数の平坦化層の開口部を跨いで連続して形成された構成とすると良い。

外部からの水分による劣化を防ぐために、露点−６０℃以下の窒素雰囲気において封止ガラス基板４０１をＵＶ硬化エポキシ樹脂により基板１０１に貼り付けると共に、封止ガラス基板４０１内にドライ窒素４０２を充填する。このとき、封止ガラス基板４０１の有機発光素子側には、酸化ストロンチウムや酸化カルシウムのような吸湿層が形成されていることが好ましい。なお、本構成では封止ガラス基板４０１によって封止しているが、窒化珪素、酸窒化珪素や酸化珪素等からなる無機絶縁層で封止されていても良い。

封止ガラス基板４０１上に位相差補償フィルムと偏光フィルムとからなる偏光部材（偏光板）３４１を粘着材により貼り付ける。位相差補償フィルムと偏光フィルムとは粘着材で貼り合わせていても良い。

本発明に係る有機発光装置は、様々な電気器具の表示部に適用させることができる。例えば、テレビ受像機の表示部、コンピュータの表示部、携帯電話の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部、音楽再生装置の表示部、カーナビゲーションシステムの表示部、撮像装置の電子ファインダー部や照明器具に適用させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機発光装置を模式的に表した断面図である。 （ａ）は遮光層の位置関係を模式的に表した平面図である。（ｂ）は遮光層の位置関係を模式的に表した断面図である。 従来のアクティブマトリクス回路により駆動する有機発光装置を模式的に表した断面図である。 有機化合物層を模式的に表した断面図である。 偏光部材を利用して反射を低減する原理を説明する図である。 入射光が奇数回反射する様子を表した図である。 入射光が偶数回反射する様子を表した図である。 光反射性の遮光層が絶縁層のテーパ部上に配置された場合に入射光が偶数回反射する様子を表した図である。

符号の説明

０ 偏光層により反射された光
１１ 偏光層
１２ 位相差補償フィルム
１３ 発光層
１４ 反射層
１５ 発光層から反射層の方向に発光され反射層で反射した光
１６ 発光層から偏光層の方向に発光した光
１７ 有機発光装置の外から入射した光
１８ 有機発光装置の外から入射し反射層で反射した光
１９ 発光層から反射層の方向に発光した光
１０１ ガラス基板
１０２ ソース領域
１０３ ドレイン領域
１０４ ｐｏｌｙ−Ｓｉ
１０５ ゲート電極
１０６ ゲート絶縁層
１０７ 層間絶縁層
１０８ ドレイン電極
１０９ 無機絶縁層
１１０ 有機平坦化層
２００ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
３００ 第１電極
３１０ 有機化合物層
３２０ 第２電極
３３０ 絶縁層
３４０ 遮光層
３４１ 偏光部材
４０１ 封止ガラス基板
４０２ ドライ窒素
５００ ガラス基板
５０１ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
５１０ ソース領域
５１１ ｐｏｌｙ−Ｓｉ
５１２ ドレイン領域
５１４ ゲート電極
５１３ ゲート絶縁膜
５１５ 層間絶縁膜
５１６ ドレイン電極
５１７ 無機絶縁膜
５１８ 有機平坦化膜
５２０ 反射電極（下部電極）
５２１ 透明電極（上部電極）
５２２ 発光層
５２３ 正孔輸送層
５２４ 電子輸送層
５２５ 有機機能層
５３０ 画素分離膜
５４０ 封止ガラス基板
５４１ 不活性ガス
５４２ コンタクトホール
５４３ 入射光

Claims (5)

1. 基板と、前記基板の上に形成されている複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタの上に形成されている平坦化層と、前記平坦化層の上に形成されている複数の有機発光素子と、光透過部材であって前記有機発光素子の発光領域を規定する開口を有する絶縁層と、前記複数の有機発光素子の上および遮光層の上に配置されている円偏光部材とを有し、
   各有機発光素子は、前記平坦化層の上に順に、前記平坦化層に設けられている開口部を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続しており、前記有機発光素子毎にパターニングされている第１電極と、有機化合物層と、光透過電極である第２電極と、を有する有機発光装置において、
   前記絶縁層は前記平坦化層の開口部及び隣り合う前記第１電極の間を覆う層であり、
   前記絶縁層の上に前記平坦化層の開口部を覆う遮光層を有することを特徴とする有機発光装置。
2. 前記第２電極は、前記複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている電極であり、
   前記遮光層は導電部材であって、かつ前記第２電極に接しており、前記第２電極の電気的導通を補助する補助配線であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
3. 前記遮光層は、前記平坦化層の開口部の間を跨いで連続して形成されている層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機発光装置。
4. 前記遮光層は、前記有機発光素子の周囲に前記絶縁層によって形成されているテーパ部には形成されていないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有機発光装置。
5. 前記遮光層は、前記平坦化層の開口部の間を跨いで連続して形成されている層であり、
   前記遮光層の幅は、前記平坦化層の開口部の幅より大きく、隣り合う有機発光素子の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の有機発光装置。

Images