JPH06325869A

JPH06325869A - 有機電界発光パネル

Info

Publication number: JPH06325869A
Application number: JP5116208A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ichihara; 誠市原; Kiyoshi Matsuda; 潔松田; Yoshiharu Sato; 佳晴佐藤
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【構成】基板上に、陽極及び陰極により挟持された有
機発光層から成る有機電界発光素子及び該有機電界発光
素子を駆動するアクティブ・マトリクス回路を設けた有
機電界発光パネルであって、前記アクティブ・マトリク
ス回路が、スイッチング信号に応じてオンし、発光信号
に応じて蓄積用コンデンサを充放電する第１の薄膜トラ
ンジスタと、前記蓄積用コンデンサからの放電電圧に応
じてオン、オフし、前記有機電界発光素子の発光、非発
光を制御する第２の薄膜トランジスタとから成ることを
特徴とする有機電界発光パネル。【効果】有機電界発光素子と同一基板に薄膜トランジス
タとコンデンサとから成るアクティブ・マトリクス回路
を設けることにより、優れた表示能力を有する有機電界
発光パネルが達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有機電界発光パネルに関
するものであり、詳しくは、有機化合物から成る発光層
に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜型の電界発光素子としては、
無機材料のII−VI族化合物半導体であるＺｎＳ、Ｃａ
Ｓ、ＳｒＳ等に、発光中心であるＭｎや希土類元素（Ｅ
ｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｓｍ等）をドープしたものが一般的で
あるが、上記の無機材料から作製した電界発光素子は、
１）交流駆動が必要（５０〜１０００Ｈｚ）、２）駆動
電圧が高い（〜２００Ｖ）、３）フルカラー化が困難
（特に青色が問題）、４）周辺駆動回路のコストが高
い、という問題点を有している。

【０００３】しかし、近年、上記問題点の改良のため、
有機薄膜を用いた電界発光素子の開発が行われるように
なった。特に、発光効率を高めるために電極からのキャ
リアー注入の効率向上を目的とした電極種類の最適化を
行い、芳香族ジアミンから成る有機正孔輸送層と８−ヒ
ドロキシキノリンのアルミニウム錯体から成る発光層を
設けた有機電界発光素子の開発（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，５１巻，９１３頁，１９８７年等参照）に
より、従来のアントラセン等の単結晶を用いた電界発光
素子と比較して発光効率の大幅な改善がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の様な有機電界発
光素子をディスプレイパネルとして用いるためには、一
般にマトリクスアドレス方式（特開平２−６６８７３号
公報、電気通信学会技術研究報告，ＯＭＥ８９−４６，
３７，１９８９年等参照）が採用されるが、画素数の増
加にともない、輝度がデューティの減少とともに減少す
る（電気通信学会技術研究報告，ＯＭＥ８８−４７，３
５，１９８８年等参照）ことや、クロストークが起きる
ことが実用上大きな問題となっている。

【０００５】上記の問題を解決するために、有機電界発
光素子をアクティブ・マトリクス回路で駆動することが
考えられるが、これまでに開示されている方法（特開平
２−１４８６８７公報等参照）では、一つ一つの有機電
界発光素子に複数のＭＯＳトランジスタから成るメモリ
素子を接続してデジタル信号で輝度の制御を行うことか
ら、有機電界発光素子と同一基板上にこれらの回路を実
装することは、開口率が小さくなり、多大な配線を必要
とすることから非常に困難である。

【０００６】本発明者等は上記実状に鑑み、同一基板上
に有機電界発光素子とそのアクティブ・マトリクス駆動
回路を備えた有機電界発光パネルを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨は、
基板上に、陽極及び陰極により挟持された有機発光層か
ら成る有機電界発光素子及び該有機電界発光素子を駆動
するアクティブ・マトリクス回路を設けた有機電界発光
パネルであって、前記アクティブ・マトリクス回路が、
スイッチング信号に応じてオンし、発光信号に応じて蓄
積用コンデンサを充放電する第１の薄膜トランジスタ
と、前記蓄積用コンデンサからの放電電圧に応じてオ
ン、オフし、前記有機電界発光素子の発光、非発光を制
御する第２の薄膜トランジスタ、とから成ることを特徴
とする有機電界発光パネルに存する。

【０００８】以下、本発明の有機電界発光パネルについ
て添付図面に従い説明する。図１は、本発明に用いられ
る一般的な有機電界発光素子の構造例を模式的に示す断
面図であり、１は基板、２は陽極、３は正孔輸送層、４
は発光層、５は陰極を各々表わす。基板１は、有機電界
発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板
等が用いられる。

【０００９】基板１上には陽極２が設けられるが、この
陽極としては通常、金、銀、パラジウム、白金等の金
属、インジウム及び／又はスズの酸化物（ＩＴＯと以下
略す）等の金属酸化物やヨウ化銅、あるいは、ポリ（３
−メチルチオフェン）等の導電性高分子等により構成さ
れる。陽極２の上に設けられる正孔輸送層３に用いられ
る化合物としては、例えば、特開昭５９−１９４３９３
号公報及び米国特許第４，１７５，９６０号の第１３〜
１４欄に解説される、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’
−（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−
４，４’−ジアミン：１，１’−ビス（４−ジ−ｐ−ト
リルアミノフェニル）シクロヘキサン：４，４’−ビス
（ジフェニルアミノ）クワドロフェニル等の芳香族アミ
ン系化合物、特開平２−３１１５９１号公報に示される
ヒドラゾン化合物、米国特許第４，９５０，９５０号公
報に示されるシラザン化合物等が挙げられる。これらの
化合物は、単独で用いるか、必要に応じて、各々、混合
して用いてもよい。上記の化合物以外に、ポリビニルカ
ルバゾールやポリシラン（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，５９巻，２７６０頁，１９９１年）等の高分子材
料が挙げられる。

【００１０】発光層４に用いられる材料としては、テト
ラフェニルブタジエン等の芳香族化合物（特開昭５７−
５１７８１号公報）、８−ヒドロキシキノリンのアルミ
ニウム錯体等の金属錯体（特開昭５９−１９４３９３号
公報）、シクロペンタジエン誘導体（特開平２−２８９
６７５号公報）、ペリノン誘導体（特開平２−２８９６
７６号公報）、オキサジアゾール誘導体（特開平２−２
１６７９１号公報）、ビススチリルベンゼン誘導体（特
開平１−２４５０８７号公報、同２−２２２４８４号公
報）、ペリレン誘導体（特開平２−１８９８９０号公
報、同３−７９１号公報）、クマリン化合物（特開平２
−１９１６９４号公報、同３−７９２号公報）、希土類
錯体（特開平１−２５６５８４）、ジスチリルピラジン
誘導体（特開平２−２５２７９３号公報）、ｐ−フェニ
レン化合物（特開平３−３３１８３号公報）、チアジア
ゾロピリジン誘導体（特開平３−３７２９２号公報）、
ピロロピリジン誘導体（特開平３−３７２９３号公
報）、ナフチリジン誘導体（特開平３−２０３９８２号
公報）等が挙げられる。

【００１１】陰極５は発光層４に電子を注入する役割を
果たす。陰極４として用いられる材料は、効率よく電子
注入を行なうために仕事関数の低い金属が好ましく、ス
ズ、マグネシウム、インジウム、アルミニウム、銀等の
適当な金属又はそれらの合金が用いられる。図１に示し
た構造以外にも、以下に示すような層構成の有機電界発
光素子が本発明の有機電界発光パネルに用いられる。

【００１２】

【表１】陽極／有機発光層／陰極、陽極／高分子から成る有機発光層／陰極、陽極／高分子に分散させた有機発光層／陰極、陽極／正孔輸送層／有機電子輸送性発光層／陰極、陽極／有機正孔輸送性発光層／有機電子輸送層／陰極、陽極／正孔輸送層／有機電子輸送性発光層／電子輸送層
／陰極、次に、本発明における有機電界発光素子を駆動するアク
ティブ・マトリクス回路について説明する。

【００１３】本発明の有機電界発光パネルは、ＸＹのマ
トリクスに配置された有機電界発光素子から成る画素に
対して、Ｘ方向に１ラインずつ選択し、Ｙ方向の電極か
ら各画素の表示信号を与え、Ｘ方向の選択信号は１ライ
ンずつ操作され、一巡して全画面を表示する方式であ
る。このパネルにおいては、各画素の回路上にメモリ機
能をもたせるようにした。なぜなら液晶の場合とは異な
り、選択時（ある画素の走査電極がＯＮとなり、表示信
号が与えられている状態）のみに電流を流しただけで
は、選択された瞬間だけ画素が発光することになり、画
面全体として連続した表示はできないからである。そこ
で回路上に選択時から画面を一巡して次の選択時までの
間、表示状態を維持するためのメモリが必要となる。そ
して、電流駆動が可能な回路とした。具体的には、液晶
用の駆動回路と比較して、素子に流れる電流密度は１０
００倍以上となる。

【００１４】以上が基本的な回路の機能であるが、さら
に表示パネルとしてコントラストが十分に大きいこと、
画面の開口率が大きいこと、クロストークがないこと等
をさらに考慮した。図２に一画素分の薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）とコンデンサとから成るアクティブ・マトリ
クス駆動回路を示す。本回路では各画素毎に２つのＴＦ
Ｔと１つのコンデンサから構成され、電流駆動とメモリ
性を実現している。駆動信号用に２つの電極（ＳＣＡＮ
電極、ＤＡＴＡ電極）があり液晶用と類似しているが、
その他に電流供給用としてＣＯＭ電極があり、常に電圧
が印加されている点が異なっている。

【００１５】以下に素子の動作を説明する。図２の回路
図上ではＴＦＴをＦＥＴとして表現しているが、ＴＦＴ
は基本的にはＭＯＳ−ＦＥＴと類似した構造・動作であ
り、ゲート電位によりソース・ドレイン電極間のスイッ
チ動作を行うことができる。駆動のための信号の与え方
は、１ライン毎に選択し、選択されたライン中の各画素
毎にＯＮかＯＦＦかの信号を与える。選択するための電
極がＳＣＡＮ電極であり、信号を与える電極がＤＡＴＡ
電極である。いま、選択状態即ちＳＣＡＮ信号（ＳＣＡ
Ｎ電極の入力信号）がＨＩＧＨの時、ＴＦＴ１はＯＮ状
態になり、中間電極ＦＥの電位はＤＡＴＡ信号がＨＩＧ
ＨならＨＩＧＨに、ＬＯＷならＬＯＷとなる。従って、
ＤＡＴＡ信号がＨＩＧＨならＴＦＴ２はＯＮとなり、出
力電位（画素電極の電位）はＨＩＧＨとなる。また、Ｄ
ＡＴＡ信号がＬＯＷならばＴＦＴ２はＯＦＦとなり、出
力電位はＬＯＷとなる。その後、ＳＣＡＮ信号がＬＯ
Ｗ、即ち、非選択状態になった時、ＴＦＴ１はＯＦＦと
なるが、中間電極ＦＥの電位はコンデンサＣにより保持
されて変化せず、ＤＡＴＡ信号が変化しても出力電位の
状態は変化しない。出力電位が変化するのは、再びこの
画素を含むラインが選択状態、つまり、ＳＣＡＮ信号が
ＨＩＧＨになり、以前とは異なった信号がＤＡＴＡ電極
に与えられた時である。この回路により、電流駆動型で
あってもアクティブ・マトリクス方式の駆動が可能とな
る。

【００１６】以上の回路を開口率を考慮して基板上に具
体化したのものを図３に示す。同図には４回路分のパタ
ーンを示してある。本発明のアクティブ・マトリクス回
路に用いられるＴＦＴの材料としては、非晶質シリコン
（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、セ
レン化カドミウム（ＣｄＳｅ）が挙げられる。ＴＦＴ構
造としては、逆スタガ型と呼ばれるものが好ましくは採
用される。

【００１７】代表的な例として、逆スタガ型構造のａ−
ＳｉＴＦＴを図４に示す。ガラス基板６の上にａ−Ｓｉ
ＴＦＴは形成される。ゲート電極７としては、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ａｌ、Ｃｒやそれらの積層膜又は合金等が用いられ
る。ゲート電極は、通常、電子ビーム蒸着法やスパッタ
法により形成される。ゲート絶縁膜８としては、シリコ
ン窒化膜（ＳｉＮ_x ）が用いられ、その上にｉ型ａ−Ｓ
ｉ層９とｎ+ 型ａ−Ｓｉ層１０が積層される。シリコン
窒化膜（ＳｉＮ_x ）、ｉ型ａ−Ｓｉ層及びｎ⁺型ａ−Ｓ
ｉ層は、通常、プラズマＣＶＤ法により連続して形成さ
れる。ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ層１０に窓を形成した後に、ソー
ス及びドレイン電極１１ａ、１１ｂを形成する。ソー
ス、ドレイン電極としてはゲート電極と同様の金属が使
用される。上記のａ−ＳｉＴＦＴにおいては、ゲート電
位によりｉ型ａ−Ｓｉ半導体層表面に電荷が誘起され、
その電荷の有無によりソース・ドレイン電極間のスイッ
チ動作を行う。ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉは電極への電荷の移動を
円滑にするためのコンタクト層である。

【００１８】コンデンサ及び電極交差部はＴＦＴ用の絶
縁膜を用い、ＴＦＴ作製と同時に形成できる構造とし
た。コンデンサは定電位のＣＯＭ電極との間で形成され
るために、ノイズに強い回路構成となっている。有機電
界発光パネルの製作工程の例を図５に示す。

【００１９】

【表２】（ａ）下部電極形成工程：ＩＴＯ画素電極１２とゲート
電極７ａのパターニング（電極７ｂは蓄積用コンデンサ
の電極となる）（ｂ）ａ−Ｓｉ連続成膜工程：ＳｉＮ_x 層８／ｉ型ａ−
Ｓｉ層９／ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ層１０（ｃ）ａ−Ｓｉパターニング工程：ＴＦＴ（８ａ〜１０
ａ）と蓄積用コンデンサ（８ｂ〜１０ｂ）（ｄ）上部電極形成工程：ＴＦＴのソース電極、ドレイ
ン電極１１ａ、１１ｂ及び蓄積用コンデンサの電極１１
ｃの形成（ｅ）ＴＦＴのチャンネル形成：ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ層１０
ａのエッチオフ（ｆ）有機発光層成膜工程：有機発光層１３の形成（ｇ）陰極形成工程：陰極５の形成上記の工程例では最後の陰極形成は全面一様成膜でよ
く、これまでに開示されているマトリクス構造における
様な陰極のパターニングが必要でなく、従って、有機発
光層を形成した後に、有機発光層にダメージを与えるフ
ォトリソグラフィプロセスを経ることが避けられ、全体
の工程も簡素化される。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例によって更に具体的に
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の
実施例により限定されるものではない。以下に有機電界
発光パネルの製作例を示す。ＴＦＴ素子の設計として
は、図２に示した回路図において、第１のＴＦＴのゲー
ト長を２０μｍ、ゲート幅を１００μｍとし、第２のＴ
ＦＴのゲート長を２０μｍ、ゲート幅を６００μｍとし
た。画素面積は６００μｍ×６００μｍ、画素間隔は８
００μｍ×８００μｍで、開口率を５６％とした。

【００２１】以下に各製作工程について説明する。（ａ）下部電極形成工程無アルカリガラス（ＨＯＹＡ製ＮＡ−４０）基板上に、
ＩＴＯを膜厚１２０ｎｍスパッタしたもの（シート抵抗
〜２０Ω／□）を、通常のフォトリソグラフィー技術と
塩酸を用いたウェットエッチングにより、画素電極（陽
極）のパターニングを行った。次に通常のフォトリソグ
ラフィー技術と電子ビーム蒸着により行い、１００ｎｍ
のＡｌ層と５０ｎｍのＣｒ層を順次積層したゲート電極
を形成した。（ｂ）ａ−Ｓｉ連続成膜工程（ａ）の工程で作製した基板を、プラズマＣＶＤ装置に
セットし、以下の表−１に示す条件でａ−Ｓｉ各層を連
続成膜した。

【００２２】

【表３】

【００２３】（ｃ）ａ−Ｓｉパターニング工程上記のプラズマＣＶＤ装置から基板を取り出して、通常
のフォトリソグラフィー技術とＳＦ₆ ガスを用いたプラ
ズマエッチングによりａ−Ｓｉのパターニングを行っ
た。（ｄ）上部電極形成工程通常のフォトリソグラフィー技術と電子ビーム蒸着によ
り、５０ｎｍのＣｒ層と１００ｎｍのＡｌ層とを順次積
層したドレイン及びソース電極を形成した。（ｅ）ｎ⁺ ａ−Ｓｉ層エッチオフ工程通常のフォトリソグラフィー技術とＳＦ₆ ガスを用いた
プラズマエッチングによりｎ⁺ ａ−Ｓｉの層のエッチン
グを行い、チャンネルを形成した。（ｆ）有機電界発光層成膜工程（ｅ）までの工程で出来上がった駆動回路基板をアセト
ンで超音波洗浄、メタノールで超音波洗浄、純水で水
洗、乾燥窒素で乾燥、ＵＶ／オゾン洗浄を行った後、蒸
着部分を限定する密着マスクをつけて真空蒸着装置内に
設置し、装置内の真空度が２×１０^-6Ｔｏｒｒ以下にな
るまで油拡散ポンプを用いて排気した。以下図１に示す
構造の有機電界発光素子部分を作製した。

【００２４】有機正孔輸送層材料として、以下の構造式
（Ｈ１）に示すＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３
−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’
−ジアミン

【００２５】

【化１】

【００２６】をセラミックるつぼに入れ、るつぼの周囲
のタンタル線ヒーターで加熱して蒸着を行った。この時
のるつぼの温度は、１６０〜１７０℃の範囲で制御し
た。蒸着時の真空度は２×１０^-6Ｔｏｒｒで、蒸着時間
３分２０秒で膜厚６０ｎｍの正孔輸送層３を得た。

【００２７】次に、発光層４の材料として、以下の構造
式（Ｅ１）に示すアルミニウムの８−ヒドロキシキノリ
ン錯体Ａl(Ｃ₉Ｈ₆ＮＯ)₃

【００２８】

【化２】

【００２９】を上記正孔輸送層３の上に同様にして蒸着
を行なった。この時のるつぼの温度は２３０〜２７０℃
の範囲で制御した。蒸着時の真空度は２×１０^-6Ｔｏｒ
ｒ、蒸着時間は３分３０秒、膜厚は７５ｎｍであった。（ｇ）陰極形成工程（ｆ）で成膜したものを上記の真空蒸着装置から取り出
して、陰極蒸着部分を限定する密着マスクをつけて別の
真空蒸着装置内に設置し、マグネシウムと銀の合金陰極
を２元同時蒸着法によって膜厚１５０ｎｍで蒸着した。
蒸着はモリブデンボートを用いて、真空度は３×１０^-6
Ｔｏｒｒ、蒸着時間は４分３０秒で光沢のある膜が得ら
れた。マグネシウムと銀の原子比は１０：１．５であっ
た。＜有機電界発光パネルの駆動特性＞上記（ａ）〜（ｇ）
の工程で作製した有機電界発光パネルのａ−ＳｉＴＦＴ
の特性を評価したところ、移動度（μＦＥ）は０．５ｃ
ｍ²／Ｖ・sec、しきい値は３Ｖであった。

【００３０】次に、入力信号波形として、１ラインの選
択時間を０．２ｍ秒、選択状態が１巡する時間（フィー
ルド時間）を１０ｍ秒とした場合の、ＳＣＡＮ信号、Ｄ
ＡＴＡ信号、ＣＯＭ信号の各入力波形を図６に示す。入
力信号電圧は、ＤＡＴＡ信号とＳＣＡＮ信号について
は、ＬＯＷ＝０Ｖ、ＨＩＧＨ＝３６Ｖとし、ＣＯＭ信号
については２５Ｖとした。この入力信号波形は１００ラ
イン（画面を２分割して駆動する場合）のディスプレイ
において、フィールド周波数（画面を書き換える周波
数）を１００Ｈｚとした時に相当し、このフィールド周
波数は動画及び静止画の表示が十分に可能な値である。
画素電極の電圧波形を図７に示す。ＯＮからＯＦＦへの
立ち下がり応答が遅くなっているが、有機電界発光素子
の電流−電圧特性からすると問題にならず、実際の有機
電界発光素子からの発光波形も急峻な立ち下がりとなり
ディスプレイとして満足できる（図８）。２００ライ
ン、フィールド周波数５０Ｈｚに相当する入力信号の場
合についても同様な測定を行い、満足する動作特性を得
た。

【００３１】

【発明の効果】本発明においては、有機電界発光素子と
同一基板に薄膜トランジスタとコンデンサとから成るア
クティブ・マトリクス回路を設けることにより、優れた
表示能力を有する有機電界発光パネルが達成される。従
って、本発明の有機電界発光パネルはフラットパネル・
ディスプレイ（例えばＯＡ用、ＦＡ用及びＬＡ用コンピ
ュータや壁掛けテレビ）の分野や計測機器類の表示パネ
ルへの応用が考えられ、その技術的価値は大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる有機電界発光素子の一例を
示した模式断面図。

【図２】本発明の有機電界発光パネルの駆動用の回路
図。

【図３】本発明の有機電界発光パネルのＴＦＴ駆動回路
平面図。

【図４】本発明の有機電界発光パネル駆動回路に用いら
れるＴＦＴ構造の例。

【図５】本発明の有機電界発光パネルの作製工程例。

【図６】実施例における入力信号波形

【図７】実施例における画素電圧信号波形

【図８】実施例における画素発光出力波形

【符号の説明】

１基板２陽極３正孔輸送層４発光層５陰極６ガラス基板７ａＴＦＴのゲート電極、７ｂ蓄積用コンデンサの電極８，８ａ，８ｂＳｉＮｘ絶縁膜９，９ａ，９ｂｉ層ａ−Ｓｉ１０，１０ａ，１０ｂｎ+ 層ａ−Ｓｉ１１ａソース電極１１ｂドレイン電極１１ｃ蓄積用コンデンサの電極１２ＩＴＯ画素電極１３有機発光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、陽極及び陰極により挟持され
た有機発光層から成る有機電界発光素子及び該有機電界
発光素子を駆動するアクティブ・マトリクス回路を設け
た有機電界発光パネルであって、前記アクティブ・マト
リクス回路が、スイッチング信号に応じてオンし、発光
信号に応じて蓄積用コンデンサを充放電する第１の薄膜
トランジスタと、前記蓄積用コンデンサからの放電電圧
に応じてオン、オフし、前記有機電界発光素子の発光、
非発光を制御する第２の薄膜トランジスタとから成るこ
とを特徴とする有機電界発光パネル。