JP2005093329A - 表示素子およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な構成で、色再現性を向上させることができる表示素子およびこれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、例えば、基板１１の側から、陽極としての第１電極１５、絶縁膜１６、発光層を含む有機層１７、および陰極としての第２電極１８がこの順に積層されている。第１電極１５が発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極であると共に、発光層で発生した光を第１電極１５と第２電極１８との間で共振させる共振器構造が構成されている。第１電極１５の他に多層反射膜などを設ける必要がなく、共振器の構成を単純にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示素子およびこれを用いた表示装置に係り、特に、有機発光素子のような自発光型の表示素子およびこれを用いた表示装置に関する。

近年、液晶ディスプレイに代わる表示装置として、有機発光素子を用いた有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイは、自発光型であるので視野角が広く、消費電力が低いという特性を有し、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するものと考えられており、実用化に向けて開発が進められている。

図１９は従来の有機発光素子の一構成例を表すものである。この有機発光素子は、基板１１１の上に、陽極としての第１電極１１５と、正孔輸送層１１７Ａ，発光層１１７Ｂおよび電子輸送層１１７Ｃを含む有機層１１７と、陰極としての第２電極１１８とがこの順に積層されている。第１電極１１５は、例えばインジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）との化合物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）などの透過性を有する導電性材料により構成され、発光層１１７Ｂで発生した光は第１電極１１５の側から取り出される。
特開平８−２１３１７４号公報 国際公開第０１／３９５５４号パンフレット

しかしながら、このような従来の有機発光素子では、第１電極１１５の側から取り出される光のスペクトルのピーク幅が広く、色再現範囲を十分に広くすることができないという問題があった。

このような問題に対処するため、例えば特許文献１では、基板１１１と第１電極１１５との間に、半透過性の誘電体多層反射膜を設け、この多層反射膜と第２電極１１８との間で多重干渉を起こすようにした構成が提案されている。しかし、このような従来構成では、第１電極１１５とは別に多層反射膜を設けているので、構造が複雑であり、ひいては表示装置のコスト上昇の原因となってしまうという問題があった。

なお、発光層で発生した光を第２電極の側から取り出す有機発光素子については、共振器構造を導入することによって、発光色の色純度を向上させたり、発光効率を高めるようにした構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、単純な構成で、色再現性を向上させることができる表示素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。

本発明による表示素子は、基板に第１電極、発光層を含む層および第２電極が基板の側から順に積層され、発光層で発生した光を第１電極の側から取り出すものであって、第１電極が発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有すると共に、発光層で発生した光を半透過性電極と第２電極との間で共振させる共振器構造が構成されているものである。

本発明による表示装置は、基板に第１電極、発光層を含む層および第２電極が基板の側から順に積層され、発光層で発生した光を第１電極の側から取り出す表示素子を備えたものであって、第１電極が発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有すると共に、発光層で発生した光を半透過性電極と第２電極との間で共振させる共振器構造が構成されているものである。

本発明による表示素子、または本発明による表示装置では、第１電極が発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有すると共に、発光層で発生した光を半透過性電極と第２電極との間で共振させる共振器構造が構成されているので、発光層で発生した光が半透過性電極と第２電極との間で多重干渉を起こし、共振波長の光だけが増幅されて第１電極の側から取り出される。よって、取り出される光のスペクトルのピーク幅が狭くなるとともに発光強度が高くなり、表示装置における色再現範囲が拡大される。

本発明の表示素子、または本発明の表示装置によれば、第１電極が発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有するようにし、発光層で発生した光を半透過性電極と第２電極との間で共振させる共振器構造を構成するようにしたので、第１電極の他に多層反射膜などを設ける必要がなく、共振器の構成を単純にすることができる。よって、単純な構成で、取り出される光のスペクトルのピーク幅を狭くすると共に発光強度を高め、表示装置における色再現性を高めることができる。また、コストを低減し、歩留りを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の断面構造を表すものである。この表示装置は、極薄型の有機発光カラーディスプレイ装置などとして用いられるものであり、例えば、ガラスなどの絶縁材料よりなる透明な基板１１の上に、ＴＦＴ１２、カラーフィルタ１３および平坦化層１４を介して、赤色の光を発生する有機発光素子１０Ｒと、緑色の光を発生する有機発光素子１０Ｇと、青色の光を発生する有機発光素子１０Ｂとが、順に全体としてマトリクス状に設けられている。

ＴＦＴ１２のゲート電極（図示せず）は、図示しない走査回路に接続され、ソースおよびドレイン（いずれも図示せず）は、例えば酸化シリコンあるいはＰＳＧ（Phospho-Silicate Glass）などよりなる層間絶縁膜１２Ａを介して設けられた配線１２Ｂに接続されている。配線１２Ｂは、層間絶縁膜１２Ａに設けられた図示しない接続孔を介してＴＦＴ１２のソースおよびドレインに接続され、信号線として用いられる。配線１２Ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）―銅（Ｃｕ）合金により構成されている。ＴＦＴ１２および配線１２Ｂは、開口率を高めるため、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで発生した光を基板１１側から取り出すのを妨げない位置に設けられていることが好ましい。なお、ＴＦＴ１２の構成は、特に限定されず、例えば、ボトムゲート型でもトップゲート型でもよい。

カラーフィルタ１３は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで発生した光を透過させると共に、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ並びにその間の配線において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するものである。カラーフィルタ１３の位置は特に限定されないが、例えば、層間絶縁膜１２Ｂと平坦化膜１４との間に設けることができる。カラーフィルタ１３は、赤色フィルタ１３Ｒ，緑色フィルタ１３Ｇおよび青色フィルタ１３Ｂを有しており、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応して順に配置されている。赤色フィルタ１３Ｒ，緑色フィルタ１３Ｇおよび青色フィルタ１３Ｂは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより、目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。

平坦化層１４は、ＴＦＴ１２が形成された基板１１の表面を平坦化し、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの各層の膜厚を均一に形成するための下地層であり、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで発生した光に対して透明である。平坦化層１４には、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの第１電極１５と配線１２Ｂとを接続する接続孔１４Ａが設けられている。平坦化層１４は、微細な接続孔１４Ａが形成されるため、パターン精度が良い材料により構成されていることが好ましい。平坦化層１４の材料としては、ポリイミドあるいはポリベンゾオキサゾール等の有機材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）などの無機材料を用いることができる。本実施の形態では、平坦化層１４は、例えばポリイミド等の有機材料により構成されている。

有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、例えば、基板１１の側から、陽極としての第１電極１５、絶縁膜１６、発光層を含む有機層１７、および陰極としての第２電極１８がこの順に積層された構造とされている。第２電極１８の上には、必要に応じて、保護膜１９が形成され、更に全体が、例えば紫外線硬化型樹脂あるいは熱硬化型樹脂よりなる接着層２０を介して封止用基板２１により封止されている。

第１電極１５は、発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極であり、発光層で発生した光を第２電極１７との間で反射させる半透過性反射層としての機能を兼ねている。第１電極１５の積層方向の厚み（以下、単に厚みという）は、半透過性を付与するため、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることが好ましく、１０ｎｍ程度であればより好ましい。

第１電極１５を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），チタン（Ｔｉ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも一種を含む金属または合金が好ましい。光の吸収率がやや高いため外光の吸収率が高く、表示装置のコントラストを改善することができるからである。合金材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）とネオジム（Ｎｄ）とを含む合金が挙げられる。

また、第１電極１５を構成する他の材料としては、銀（Ａｇ）または銀を含む合金も好ましい。銀は、金属の中で光の吸収率が最も低いので、第１電極１５における光の吸収損失を小さくして発光効率を高めると共に、同一輝度を得るために必要な駆動電流量を低減することができ、素子寿命を長くすることができるからである。なお、第１電極１５を銀により構成するようにすれば光の吸収率を最も高くすることができるので好ましいが、銀と他の金属との合金により構成するようにすれば、化学的安定性および加工精度を高めることができると共に密着性も向上させることができるので好ましい。銀は非常に反応性が高く、加工精度および密着性も低いなど、極めて取り扱いが難しいからである。銀を含む合金としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ），ネオジウム（Ｎｄ），サマリウム（Ｓｍ），イットリウム（Ｙ），セリウム（Ｃｅ），ユウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ），スカンジウム（Ｓｃ），ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）からなる群のうちの少なくとも１種の元素と、銀（Ａｇ）とを含む合金が好ましい。

絶縁膜１６は、第１電極１５と第２電極１８との絶縁性を確保すると共に、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける発光領域の形状を正確に所望の形状とするためのものである。絶縁膜１６は、例えば、膜厚が６００ｎｍ程度であり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）などの無機絶縁材料、または、ポリイミドあるいはポリベンゾオキサゾールなどの有機絶縁材料により構成され、発光領域に対応して開口部１６Ａが設けられている。

有機層１７は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに構成が異なっている。図２は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける有機層１７の構成を拡大して表すものである。有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの有機層１７は、正孔輸送層１７Ａ，発光層１７Ｂおよび電子輸送層１７Ｃが第１電極１５の側からこの順に積層された構造を有している。正孔輸送層１７Ａは発光層１７Ｂへの正孔注入効率を高めるためのものである。発光層１７Ｂは電界をかけることにより電子と正孔との再結合が起こり、光を発生するものである。電子輸送層１７Ｃは、発光層１７Ｂへの電子注入効率を高めるためのものである。

有機発光素子１０Ｒの正孔輸送層１７Ａは、例えば、厚みが５５ｎｍ程度であり、ビス［（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニル］ベンジジン（α−ＮＰＤ）により構成されている。有機発光素子１０Ｒの発光層１７Ｂは、例えば、厚みが３０ｎｍ程度であり、２，５−ビス−［４−［Ｎ−（４−メトキシフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］］スチリルベンゼン−１，４−ジカーボニトリル（ＢＳＢ）により構成されている。有機発光素子１０Ｒの電子輸送層１７Ｃは、例えば、厚みが５０ｎｍ程度であり、８−キノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ₃ ）により構成されている。

有機発光素子１０Ｂの正孔輸送層１７Ａは、例えば、厚みが２５ｎｍ程度であり、α−ＮＰＤにより構成されている。有機発光素子１０Ｂの発光層１７Ｂは、例えば、厚みが３０ｎｍ程度であり、４，４´−ビス（２，２´−ジフェニルビニン）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）により構成されている。有機発光素子１０Ｂの電子輸送層１７Ｃは、例えば、厚みが１５ｎｍ程度であり、Ａｌｑ₃ により構成されている。

有機発光素子１０Ｇの正孔輸送層１７Ａは、例えば、厚みが４０ｎｍ程度であり、α−ＮＰＤにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの発光層１７Ｂは、例えば、厚みが３０ｎｍ程度であり、Ａｌｑ₃ にクマリン６（Ｃ６；Ｃｏｕｍａｒｉｎ６）を１体積％混合したものにより構成されている。有機発光素子１０Ｇの電子輸送層１７Ｃは、例えば、厚みが３０ｎｍ程度であり、Ａｌｑ₃ により構成されている。

図１および図２に示した第２電極１８は、反射層としての機能も兼ねており、できるだけ高い反射率を有するようにすることが発光効率を高める上で望ましい。例えば、第２電極１８を構成する材料としては、銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちの少なくとも１種を含む金属または合金が好ましく、第２電極１８の厚みは１００ｎｍないし２００ｎｍ程度とされることが好ましい。合金材料としては、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、電子注入効率を高めるため、マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ナトリウム（Ｎａ）あるいはリチウム（Ｌｉ）などの仕事関数の小さい金属が添加されたものが好ましく、中でもマグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）との合金が好ましい。

この有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、また、発光層１７Ｂで発生した光を第１電極１５と第２電極１８との間で共振させて第１電極１５の側から取り出す共振器構造を有している。このように共振器構造を有するようにすれば、発光層１７Ｂで発生した光が多重干渉を起こし、一種の狭帯域フィルタとして作用することにより、取り出される光のスペクトルの半値幅が減少し、色純度を向上させることができるので好ましい。また、基板１１から入射した外光についても多重干渉により減衰させることができ、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける外光の反射率を極めて小さくすることができるので好ましい。

そのためには、第１電極１５と第２電極１８との間の光学的距離Ｌは数１を満たすようにし、共振器の共振波長（取り出される光のスペクトルのピーク波長）と、取り出したい光のスペクトルのピーク波長とを一致させることが好ましい。光学的距離Ｌは、実際には、数１を満たす正の最小値となるように選択することが好ましい。

（数１）
（２Ｌ）／λ＋Φ／（２π）＝ｍ
（式中、Ｌは第１電極１５と第２電極１８との間の光学的距離、Φは第１電極１５で生じる反射光の位相シフトΦ₁ と第２電極１８で生じる反射光の位相シフトΦ₂ との和（Φ＝Φ₁ ＋Φ₂ ）（ｒａｄ）、λは第１電極１５の側から取り出したい光のスペクトルのピーク波長、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。なお、数１においてＬおよびλは単位が共通すればよいが、例えば（ｎｍ）を単位とする。）

更に、カラーフィルタ１３における透過率の高い波長範囲と、共振器構造から取り出したい光のスペクトルのピーク波長λとは一致していることが好ましい。基板１１から入射する外光のうち、取り出す光のスペクトルのピーク波長λに等しい波長を有するもののみがカラーフィルタ１３を透過し、その他の波長の外光が有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに侵入することが防止されるので、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける外光の反射率をより小さくすることができるからである。

図１に示した保護膜１９は、例えば、膜厚が５００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であり、透明誘電体からなるパッシベーション膜である。保護膜１９は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ），窒化シリコン（ＳｉＮ）などにより構成されている。

図１に示した封止様基板２１は、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの第２電極１８の側に位置しており、接着層２０と共に有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを封止している。封止用基板２１は、例えば、ガラスなどの絶縁材料により構成されている。

この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。

図３ないし図１０は、この表示装置の製造方法を工程順に表すものである。まず、図３（Ａ）に示したように、上述した材料よりなる基板１１の上に、ＴＦＴ１２，層間絶縁膜１２Ａおよび配線１２Ｂを形成する。

次いで、図３（Ｂ）に示したように、層間絶縁膜１２Ａの上に、赤色フィルタ２２Ｒの材料をスピンコートなどにより塗布し、リソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより赤色フィルタ１３Ｒを形成する。続いて、図４（Ａ）に示したように、赤色フィルタ１３Ｒと同様にして、青色フィルタ１３Ｂおよび緑色フィルタ１３Ｇを順次形成する。

次に、図４（Ｂ）に示したように、基板１１の全面に、例えばスピンコート法により例えばポリイミドよりなる平坦化層１４を形成し、露光および現像により平坦化層１４を所定の形状にパターニングすると共に接続孔１４Ａを形成する。そののち、ポリイミドをイミド化させるため、クリーンベーク炉で例えば３２０℃の温度で焼成する。

続いて、図５（Ａ）に示したように、平坦化層１４の上に、例えば直流スパッタリング法により、例えばアルミニウム（Ａｌ）−ネオジム（Ｎｄ）合金よりなる第１電極１５を例えば１５ｎｍの厚みで形成する。その際、スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を１．５ｋＷとする。そののち、例えばリソグラフィ技術およびウェットエッチングにより第１電極１５を所定の形状にパターニングする。

そののち、図５（Ｂ）に示したように、基板１１の全面にわたり、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学的気相成長）法により絶縁膜１６を上述した厚みで成膜し、例えばリソグラフィ技術を用いて絶縁膜１６のうち発光領域に対応する部分を選択的に除去し開口部１６Ａを形成する。

続いて、図６に示したように、例えば蒸着法により、上述した厚みおよび材料よりなる有機発光素子１０Ｒの正孔輸送層１７Ａ，発光層１７Ｂおよび電子輸送層１７Ｃを順次成膜し、有機発光素子１０Ｒの有機層１７を形成する。その際、形成予定領域に対応して開口３１Ａを有する金属性のマスク３１を用い、発光領域、すなわち絶縁膜１６の開口部１６Ａに対応して成膜するようにすることが好ましい。但し、開口部１６Ａにのみ高精度に蒸着することは難しいので、開口部１６Ａ全体を覆い、絶縁膜１６の縁に少しかかるようにしてもよい。

そののち、マスク３１をずらして、図７に示したように、有機発光素子１０Ｒの有機層１７と同様にして、上述した厚みおよび材料よりなる有機発光素子１０Ｇの正孔輸送層１７Ａ、発光層１７Ｂおよび電子輸送層１７Ｃを順次成膜し、有機発光素子１０Ｇの有機層１７を形成する。続いて、マスク３１を再びずらして、同じく図７に示したように、有機発光素子１０Ｒの有機層１７と同様にして、上述した厚みおよび材料よりなる有機発光素子１０Ｂの正孔輸送層１７Ａ，発光層１７Ｂおよび電子輸送層１７Ｃを順次成膜し、有機発光素子１０Ｂの有機層１７を形成する。なお、図７には、マスク３１の開口３１Ａが有機発光素子１０Ｂの有機層１７に対向している状態を表している。

有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの有機層１７を形成したのち、図８に示したように、基板１１の全面にわたり、例えば蒸着法により、上述した厚みおよび材料よりなる第２電極１８を形成する。以上により、図１および図２に示した有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが形成される。

次に、図９に示したように、第２電極１７の上に、例えばＣＶＤ法により、上述した膜厚および材料よりなる保護膜１８を形成する。

保護層１８を形成したのち、図１０に示したように、基板１１の有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを形成した側に、熱硬化型樹脂よりなる接着層２０を塗布形成する。塗布は、例えば、スリットノズル型ディスペンサーから樹脂を吐出させて行うようにしてもよく、ロールコートあるいはスクリーン印刷などにより行うようにしてもよい。

次いで、図１に示したように、基板１１と封止基板２１とを接着層２０を介して貼り合わせる。その際、接着層２０に気泡などが混入しないようにすることが好ましい。そののち、加熱処理または紫外線照射により接着層２０を硬化させる。以上により、図１および図２に示した表示装置が完成する。

この表示装置では、例えば、第１電極１５と第２電極１８との間に所定の電圧が印加されると、有機層１７の発光層１７Ｂに電流が注入され、正孔と電子とが再結合することにより、主として発光層１７Ｂの正孔輸送層１７Ａ側の界面において発光が起こり、第１電極１５を透過して取り出される。本実施の形態では、第１電極１５が発光層１７Ｂで発生した光に対して半透過性の半透過性電極であると共に、発光層１７Ｂで発生した光を第１電極１５と第２電極１８との間で共振させる共振器構造が構成されているので、発光層１７Ｂで発生した光が第１電極１５と第２電極１８との間で多重反射し、取り出したい波長の光だけが増幅されて第１電極１５の側から取り出される。よって、取り出される光のスペクトルのピーク幅が狭くなるとともに発光強度が高くなり、表示装置における色再現範囲が拡大される。

このように本実施の形態では、第１電極１５が発光層１７Ｂで発生した光に対して半透過性の半透過性電極であるようにし、発光層１７Ｂで発生した光を第１電極１５と第２電極１８との間で共振させる共振器構造を構成するようにしたので、第１電極１５の他に多層反射膜などを設ける必要がなく、共振器の構成を単純にすることができる。よって、単純な構成で、取り出される光のスペクトルのピーク幅を狭くすると共に発光強度を高め、表示装置における色再現範囲を拡大することができる。

（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の断面構造を表すものである。この表示装置は、第１電極１５の有機層１７側の面に接して第１の保護層１５Ａを備えたことを除いては、第１の実施の形態で説明した表示装置と同一である。したがって、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第１の保護層１５Ａは、空気中の酸素あるいは硫黄成分により第１電極１５が劣化したり自然酸化膜が生成されたりすることを防止すると共に、第１電極１５を形成した後の製造工程において使用される薬液などから第１電極１５を保護するものである。なお、このような薬液の例としては、第１電極１５および第１の保護層１５Ａのエッチング後のレジスト剥離液、あるいは絶縁膜１６に開口部１６Ａを形成するためのエッチング液などが考えられる。また、第１の保護層１５Ａは、有機層１７と共に、上述した共振器構造の共振部の一部を構成している。更に、第１の保護層１５Ａは、有機層１７への正孔注入効率を高めるという仕事関数調整層としての機能も有しており、第１電極１５よりも仕事関数の高い材料により構成されていることが好ましい。

第１の保護層１５Ａを構成する材料としては、例えば、インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ）およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの少なくとも一種を含む酸化物または窒化物が挙げられる。中でも、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物（ＩＴＯ）またはインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物（ＩＺＯ）は、導電率についても光の透過率についても良好な特性を有しているので好ましい。第１の保護層１５Ａの厚みは、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、更に、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であればより好ましい。第１の保護層１５Ａがあまりに薄い場合には上述した保護膜としての機能を確保することが難しく、また、第１の保護層１５Ａは有機層１７と共に共振器構造の共振部を構成しているため、第１の保護層１５Ａが厚すぎると有機層１７の厚みを薄くしなければならなくなってしまうからである。

この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。

図１２および図１３は、この表示装置の製造方法を工程順に表すものである。まず、図３ないし図５（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、上述した材料よりなる基板１１の上に、ＴＦＴ１２，層間絶縁膜１２Ａ，配線１２Ｂ，カラーフィルタ１３および平坦化膜１４を形成する。

続いて、図１２（Ａ）に示したように、平坦化層１４の上に、例えば直流スパッタリング法により、例えばアルミニウム（Ａｌ）−ネオジム（Ｎｄ）合金よりなる第１電極１５を例えば１５ｎｍの厚みで形成する。その際スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を１．５ｋＷとする。

第１電極１５を成膜したのち、図１２（Ｂ）に示したように、例えばスパッタリング法により、例えば厚みが１０ｎｍのＩＴＯよりなる第１の保護層１５Ａを形成する。その際、スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）に酸素を０．３％混合したものを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を５００Ｗとする。このように第１電極１５と第１の保護層１５Ａとを連続して成膜することにより、第１電極１５に自然酸化膜が生成されるのを防止することができ、特に、第１電極１５が銀を含む場合には、第１電極１５を構成する銀または銀を含む合金が空気中の酸素または硫黄成分と反応することを防止することができる。また、第１電極１５を形成した後の製造工程においても第１電極１５に対するダメージを緩和し、第１電極１５と第１の保護層１５Ａとの界面を清浄に保つことができる。

そののち、図１３に示したように、例えばリソグラフィ技術およびウェットエッチングにより第１電極１５および第１の保護層１５Ａを所定の形状にパターニングする。

そののち、図５（Ｂ）ないし図１０に示したように、第１の実施の形態と同様にして、絶縁膜１６，有機層１７，第２電極１８および保護膜１９を形成し、基板１１と封止基板２１とを接着層２０を介して貼り合わせる。以上により、図１１に示した表示装置が完成する。

この表示装置は、第１の実施の形態と同様に作用する。

このように本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、第１電極１５の有機層１７側の面に接して第１の保護層１５Ａを備えるようにしたので、空気中の酸素あるいは硫黄成分により第１電極１５が劣化したり自然酸化膜が生成されたりすることを防止することができると共に、第１電極１５を形成した後の製造工程において使用される薬液などから第１電極１５を保護することができる。

（第３の実施の形態）
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の断面構造を表すものである。この表示装置は、第１電極１５の基板１１側の面に接して第２の保護層１５Ｂを備えたことを除いては、第２の実施の形態で説明した表示装置と同一である。したがって、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第２の保護層１５Ｂは、平坦化層１４形成後から第１電極１５の形成前までに平坦化層１４の表面に吸着した空気中の水分，酸素あるいは硫黄成分により第１電極１５の基板１１側の面が劣化したり自然酸化膜が生成されないように、第１電極１５の基板１１側の面を保護するものである。また、第２の保護層１５Ｂは、第１電極１５が平坦化層１４から剥離するのを防止するための密着層としての機能も有している。特に、第１電極１５を銀または銀を含む合金により構成した場合には、第２の保護層１５Ｂにより第１電極１５の密着性の低さを補うことができるので好ましい。

第２の保護層１５Ｂを構成する材料としては、インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ）およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む酸化物または窒化物が挙げられる。中でも、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物（ＩＴＯ）またはインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物（ＩＺＯ）は、密着性、導電率および光の透過率のいずれについても良好な特性を有しているので好ましい。第２の保護層１５Ｂの厚みは、構成材料の導電率および光の透過率に応じて調整されていることが好ましく、例えば、導電率が高く光の透過率も高いＩＴＯあるいはＩＺＯにより構成する場合には１ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であれば第２の保護層１５Ｂの表面平坦性を向上させることができるのでより好ましい。また、例えば、導電率の高くない酸化クロム（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）などにより構成する場合には、配線１２Ｂと第１電極１５との接続抵抗を小さくすると共に発光層１７Ｂで発生した光の吸収損失を低減するため、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。

この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。

図１５および図１６は、この表示装置の製造方法を工程順に表すものである。まず、図３ないし図５（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、上述した材料よりなる基板１１の上に、ＴＦＴ１２，層間絶縁膜１２Ａ，配線１２Ｂ，カラーフィルタ１３および平坦化膜１４を形成する。

続いて、図１５（Ａ）に示したように、平坦化層１４の上に、例えばスパッタリング法により、例えばＩＴＯよりなる第２の保護層１５Ｂを例えば２０ｎｍの厚みで形成する。その際、スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）に酸素を０．３％混合したものを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を５００Ｗとする。

そののち、図１５（Ｂ）に示したように、例えばスパッタリング法により、例えば銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）と銅（Ｃｕ）との合金よりなる第１電極１５を例えば１５ｎｍの厚みで形成する。その際スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を５００Ｗとする。

第１電極１５を成膜したのち、図１６（Ａ）に示したように、例えばスパッタリング法により、例えば厚みが１０ｎｍのＩＴＯよりなる第１の保護層１５Ａを形成する。その際、スパッタガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）に酸素を０．３％混合したものを用い、圧力を０．５Ｐａ、出力を５００Ｗとする。このように第２の保護層１５Ｂ、第１電極１５および第１の保護層１５Ａを連続して成膜することにより、第１電極１５に自然酸化膜が生成されるのを防止することができ、特に、第１電極１５が銀を含む場合には、第１電極１５を構成する銀または銀を含む合金が空気中の酸素または硫黄成分と反応することを防止することができる。また、第１電極１５を形成した後の製造工程においても第１電極１５に対するダメージを緩和し、第２の保護層１５Ｂと第１電極１５との界面および第１電極１５と第１の保護層１５Ａとの界面を清浄に保つことができる。

そののち、図１６（Ｂ）に示したように、例えばリソグラフィ技術およびウェットエッチングにより第２の保護層１５Ｂ、第１電極１５および第１の保護層１５Ａを所定の形状にパターニングする。

そののち、図５（Ｂ）ないし図１０に示したように、第１の実施の形態と同様にして、絶縁膜１６，有機層１７，第２電極１８および保護膜１９を形成し、基板１１と封止基板２１とを接着層２０を介して貼り合わせる。以上により、図１４に示した表示装置が完成する。

この表示装置は、第１の実施の形態と同様に作用する。

このように本実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態の効果に加えて、第１電極１５の基板１１側の面に接して第２の保護層１５Ｂを備えるようにしたので、この第２の保護層１５Ｂにより、第１電極１５の基板１１側の面を保護することができると共に第１電極１５が平坦化層１４から剥離するのを防止することができる。

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。

＜第１電極の劣化加速試験＞
（実施例１）
第３の実施の形態と同様にして、基板１１上にＩＴＯよりなる厚み２０ｎｍの第２の保護層１５Ｂ、銀（Ａｇ）よりなる厚み１０ｎｍの第１電極１５およびＩＴＯよりなる厚み１０ｎｍの第１の保護層１５Ａを順に形成した。

（比較例）
比較例として、図１９に示したように、基板１１１上にＩＴＯよりなる厚み１８０ｎｍの第１電極１１５を形成した。

（実施例２）
第１の実施の形態と同様にして、基板１１上にアルミニウム（Ａｌ）よりなる第１電極１５を形成した。

（実施例３）
第１の実施の形態と同様にして、基板１１上に厚み１０ｎｍの銀（Ａｇ）よりなる第１電極を形成した。

（実施例４）
第１の保護層１５Ａを設けないことを除いては、実施例１と同様にして基板１１上に第２の保護層１５Ｂおよび第１電極１５を順に形成した。

得られた実施例１，３，４の第１電極１５について、劣化の加速試験を行った。各実施例の第１電極１５に対して紫外線／オゾン処理を行い、透過率、吸収率およびシート抵抗の変化を計測した。その結果を表１に示す。

表１から分かるように、実施例１では、透過率、吸収率およびシート抵抗のいずれについても良好な結果が得られたのに対して、実施例３，４ではこれよりも低かった。これは、実施例３，４では第１の保護層１５Ａがないためであると考えられる。すなわち、第１電極１５の有機層１７側の面に接して第１の保護層１５Ａを備えることにより、第１電極１５を保護して劣化を防止することができることが分かった。また、第１電極１５の基板１１側の面に接して第２の保護層１５Ｂを備えた実施例４のほうが、第１電極１５のみを形成した実施例３よりも劣化の程度が緩和されていた。すなわち、第１電極１５の基板１１側の面に接して第２の保護層１５Ｂを設けることにより、第１電極１５を保護して劣化を防止することができることが分かった。

＜有機発光素子の作製＞
（実施例１）
実施例１で得られた第１電極１５について、第３の実施の形態と同様にして有機発光素子１０Ｂを作製した。

（実施例２）
また、実施例２で得られた第１電極１５について、第１の実施の形態と同様にして有機発光素子１０Ｂを作成した。

（比較例）
比較例で得られた第１電極１１５について、図１９に示した従来の有機発光素子を作成した。その際、発光色は青色とした。

得られた実施例１，２および比較例の有機発光素子について、発光スペクトルを計測した。その結果を図１７に示した。図１７から分かるように、実施例１，２では、共振器構造における多重反射によって取り出したい波長λ近辺の波長の光が取り出されており、スペクトルの半値幅が狭くなり、色純度が改善されると共にピーク強度が比較例よりも１．６倍ないし１．８倍程度も向上しているのに対して、比較例では、スペクトルの幅が広く、ピーク強度も低かった。

また、得られた実施例１および比較例の有機発光素子について、青の色度座標（ｘ，ｙ）を計測したところ、図１８に示したように、実施例１では（０．１３５，０．０９４）となり、比較例では（０．１５５，０．１６９）となった。なお、図１８には、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）における３原色の色度座標（赤は（０．６７，０．３３）、緑は（０．２１，０．７１）、青は（０．１４，０．０８））も合わせて示す。図１８から分かるように、実施例１の方が、比較例よりも、ＮＴＳＣにおける３原色の青の色度座標に近づいており、青の色度が改善されていた。

すなわち、第１電極１５が発光層１７Ｂで発生した光に対して半透過性の半透過性電極であるようにし、発光層１７Ｂで発生した光を第１電極１５と第２電極１８との間で共振させる共振器構造を構成するようにすれば、色再現性を向上させることができることが分かった。

また、図１７に示した実施例１および実施例２の発光スペクトルを比べると、第１電極１５を光の吸収の少ない銀（Ａｇ）により構成した実施例１のほうが、第１電極１５をアルミニウム（Ａｌ）により構成した実施例２よりもピーク強度が高くなっていた。すなわち、第１電極１５を銀により構成するようにすれば、第１電極１５における光の吸収損失を小さくして発光効率を高めることができることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および上記実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および上記実施例では、カラーフィルタ１３を設けた場合について説明したが、カラーフィルタ１３は必ずしも設けなくてもよい。

また、上記実施の形態および上記実施例では、第１電極１５として、全体が発光層で発生した光に対して半透過性を有する半透過性電極である場合について説明したが、半透過性電極と他の層との積層構造を第１電極１５としてもよい。

また、例えば、上記実施の形態および上記実施例において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、第２の保護層１５Ｂは、スパッタリング法のほか、蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属気相成長）法、レーザーアブレーション法、あるいはめっき法などを用いることが可能である。第１電極１５についても、同様に、スパッタリング法のほか、蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、あるいはめっき法などを用いることが可能である。

更に、例えば、上記実施の形態および上記実施例では、第２の保護層１５Ｂ、第１電極１５および第１の保護層１５Ａをウェットエッチングによりパターニングする場合について説明したが、ドライエッチングによりパターニングしてもよい。

加えて、例えば、上記実施の形態および上記実施例では、第２の保護層１５Ｂ、第１電極１５および第１の保護層１５Ａを連続して成膜したのち一括してウェットエッチングによりパターニングする場合について説明したが、まず第２の保護層１５Ｂを成膜したのちパターニングし、次に第１電極１５を成膜したのちパターニングし、続いて第１の保護層１５Ａを成膜したのちパターニングしてもよい。ただし、第１電極１５を銀または銀を含む合金のような反応性の高い材料により構成する場合には、製造工程における第１電極１５の劣化を防止するため、上記実施の形態および上記実施例で説明したように第２の保護層１５Ｂ、第１電極１５および第１の保護層１５Ａを連続して成膜したのち一括してウェットエッチングによりパターニングすることが好ましい。

更にまた、例えば、上記実施の形態および上記実施例では、第１電極１２を陽極、第２電極１４を陰極とする場合について説明したが、陽極および陰極を逆にして、第１電極１２を陰極、第２電極１４を陽極としてもよい。

加えてまた、上記実施の形態および上記実施例では、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成を具体的に挙げて説明したが、絶縁膜１６あるいは保護膜１９など全ての層を備える必要はなく、また、補助配線などの他の層を更に備えていてもよい。

更にまた、上記実施の形態および上記実施例では、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応してＴＦＴ１２を形成し、アクティブマトリクス駆動方式を用いる場合について説明したが、本発明は単純マトリクス駆動方式を用いる場合にも適用可能である。

加えてまた、上記実施の形態および上記実施例では、有機発光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの第２電極１８側に、接着層２０を介して封止用基板２１を配設する場合について説明したが、封止方法は特に限定されず、例えば封止缶を取り付けるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の構成を表す断面図である。 図１に示した有機発光素子における有機層の構成を拡大して表す断面図である。 図１に示した表示装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図３に続く工程を表す断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 図８に続く工程を表す断面図である。 図９に続く工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の構成を表す断面図である。 図１１に示した表示装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図１２に続く工程を表す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る表示素子である有機発光素子を用いた表示装置の構成を表す断面図である。 図１４に示した表示装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図１５に続く工程を表す断面図である。 本発明の実施例１，２の有機発光素子の発光スペクトルを比較例の有機発光素子の発光スペクトルと合わせて表す図である。 本発明の実施例１の有機発光素子の青の色度座標を比較例の有機発光素子の青の色度座標と合わせて表す色度図である。 従来の有機発光素子の構成を表す断面図である。

符号の説明

１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…有機発光素子、１１…基板、１２…ＴＦＴ、１２Ａ…層間絶縁膜、１２Ｂ…配線、１３…カラーフィルタ、１３Ｒ…赤色フィルタ、１３Ｇ…緑色フィルタ、１３Ｂ…青色フィルタ、１４…平坦化層、１５…第１電極、１５Ａ…第１の保護層、１５Ｂ…第２の保護層、１６…絶縁膜、１７…有機層、１７Ａ…正孔輸送層、１７Ｂ…発光層、１７Ｃ…電子輸送層、１８…第２電極、１９…保護膜、２０…接着層、２１…封止用基板

Claims (19)

1. 基板に第１電極、発光層を含む層および第２電極が前記基板の側から順に積層され、前記発光層で発生した光を前記第１電極の側から取り出す表示素子であって、
   前記第１電極が前記発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有すると共に、前記発光層で発生した光を前記半透過性電極と前記第２電極との間で共振させる共振器構造が構成されている
   ことを特徴とする表示素子。
2. 前記半透過性電極と前記第２電極との間の光学的距離Ｌは数１を満たす
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
   （数１）
   （２Ｌ）／λ＋Φ／（２π）＝ｍ
   （式中、Ｌは半透過性電極と第２電極との間の光学的距離、Φは半透過性電極で生じる反射光の位相シフトΦ₁ と第２電極で生じる反射光の位相シフトΦ₂ との和（Φ＝Φ₁ ＋Φ₂ ）（ｒａｄ）、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。）
3. 前記半透過性電極は、アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），チタン（Ｔｉ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む金属または合金により構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
4. 前記半透過性電極は、銀（Ａｇ）または銀を含む合金により構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
5. 前記半透過性電極は、パラジウム（Ｐｄ），ネオジウム（Ｎｄ），サマリウム（Ｓｍ），イットリウム（Ｙ），セリウム（Ｃｅ），ユウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ），スカンジウム（Ｓｃ），ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）からなる群のうちの少なくとも１種の元素と、銀（Ａｇ）とを含む合金により構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
6. 前記半透過性電極の積層方向の厚みは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
7. 前記半透過性電極の前記発光層を含む層側の面に接して、第１の保護層を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
8. 前記第１の保護層は、前記半透過性電極よりも仕事関数の高い材料よりなる
   ことを特徴とする請求項７記載の表示素子。
9. 前記第１の保護層は、インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ）およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの少なくとも一種を含む酸化物または窒化物により構成された
   ことを特徴とする請求項７記載の表示素子。
10. 前記第１の保護層は、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物、またはインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物により構成されている
    ことを特徴とする請求項７記載の表示素子。
11. 前記第１の保護層の積層方向の厚みは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項７記載の表示素子。
12. 前記半透過性電極の前記基板側の面に接して、第２の保護層を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
13. 前記第２の保護層は、インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ）およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む酸化物または窒化物により構成されている
    ことを特徴とする請求項１２記載の表示素子。
14. 前記第２の保護層は、インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物、またはインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物により構成されている
    ことを特徴とする請求項１２記載の表示素子。
15. 前記発光層を含む層は、有機層である
    ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
16. 前記第２電極は、銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちの少なくとも１種を含む金属または合金により構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
17. 前記発光層で発生した光を透過させるカラーフィルタを備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。
18. 基板に第１電極、発光層を含む層および第２電極が前記基板の側から順に積層され、前記発光層で発生した光を前記第１電極の側から取り出す表示素子を備えた表示装置であって、
    前記第１電極が前記発光層で発生した光に対して半透過性の半透過性電極を有すると共に、前記発光層で発生した光を前記半透過性電極と前記第２電極との間で共振させる共振器構造が構成されている
    ことを特徴とする表示装置。
19. 前記半透過性電極と前記第２電極との間の光学的距離Ｌは数２を満たす
    ことを特徴とする請求項１８記載の表示装置。
    （数２）
    （２Ｌ）／λ＋Φ／（２π）＝ｍ
    （式中、Ｌは半透過性電極と第２電極との間の光学的距離、Φは半透過性電極で生じる反射光の位相シフトΦ₁ と第２電極で生じる反射光の位相シフトΦ₂ との和（Φ＝Φ₁ ＋Φ₂ ）（ｒａｄ）、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。）
    

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