JP2005108644A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光共振型有機ＥＬ素子において、製造プロセス中や発光中に生じる熱によるＡｇ材料の拡散を極力防止して、駆動用ＴＦＴの特性の安定化を図る。
【解決手段】 本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、ガラス基板１０上において、駆動用ＴＦＴ（不図示）と接続した拡散防止層ＡＤ（ＩＴＯもしくはＩＺＯから成る）が形成され、その上に、光を半透過し得る所定の膜厚により半透過膜１１（Ａｇ合金層から成る）、透明アノード１２（ＩＴＯもしくはＩＺＯから成る電極）、有機ＥＬ層１３（例えばホール輸送層、発光層、電子輸送層から成る）、光を反射し得る所定の膜厚で形成された反射膜兼カソード１４（Ａｇ合金層から成る）が、この順に形成されたものである。そして、上記拡散防止層ＡＤが半透過膜１１のＡｇ材料の熱拡散を防止することを特徴とするものである。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、ガラス基板１０上において、駆動用ＴＦＴ（不図示）と接続した拡散防止層ＡＤ（ＩＴＯもしくはＩＺＯから成る）が形成され、その上に、光を半透過し得る所定の膜厚により半透過膜１１（Ａｇ合金層から成る）、透明アノード１２（ＩＴＯもしくはＩＺＯから成る電極）、有機ＥＬ層１３（例えばホール輸送層、発光層、電子輸送層から成る）、光を反射し得る所定の膜厚で形成された反射膜兼カソード１４（Ａｇ合金層から成る）が、この順に形成されたものである。そして、上記拡散防止層ＡＤが半透過膜１１のＡｇ材料の熱拡散を防止することを特徴とするものである。
【選択図】 図１
Description
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に、光共振型の有機ＥＬ素子に関するものである。
従来より、発光する光の色純度や輝度を向上させた光共振型の有機エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；以下、「ＥＬ」と略称する）素子が知られている。
光共振型有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層の上下を、有機ＥＬ層からの光を反射し得る電極である反射膜と、その光を発光面側に透過すると共に有機ＥＬ層側に反射し得る半透過膜とにより挟むことにより、有機ＥＬ層からの光の特定波長成分を共振させるものである。これにより、有機ＥＬ層から発光する光の特定の波長帯のみが抽出されて、ガラス基板側（もしくはカソード側）から放出されるため、放出される光の色純度（発色の良さ）や輝度が向上する。
次に、上記従来例に係る光共振型有機ＥＬ素子の基本的な構成について、図面を参照して説明する。図３は、従来例に係る有機ＥＬ素子の構造を示す概略断面図である。なお、図３は、ガラス基板上の駆動用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に接続したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を、簡略化して示したものである。
図３に示すように、ガラス基板３０上において、Ａｇ（銀）合金層から成る半透過膜３１が形成されている。ここで、図示しないが、半透過膜３１は、ガラス基板３０上に形成された駆動用ＴＦＴ（不図示）のドレイン電極（もしくはソース電極）に接続して形成されている。半透過膜３１は、ガラス基板３０側に光を透過すると共に、ガラス基板３０とは反対側に光を反射し得るハーフミラーとしての機能を有している。
半透過膜３１上には、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；以下、「ＩＴＯ」と略称する）から成る透明アノード３２が形成されている。
透明アノード３２上には、ホール輸送層、発光層、電子輸送層等から成る有機ＥＬ層３３が形成されている。
有機ＥＬ層３３上には、Ａｇ合金層から成るカソード３４が形成されている。カソード３４は、有機ＥＬ層３３から発する光を、有機ＥＬ層３３側に反射する反射膜を兼ねるものである。
上記構成において、反射膜を兼ねるカソード３４と半透過膜３１との間の反射経路を、有機ＥＬ層３３から発光した光が繰り返し反射することで、その光の特定波長成分の共振が行われる。所望の特定波長帯の光を得るためには、透明アノード３２と有機ＥＬ層３３のそれぞれを、所望の波長ごとに異なる所定の膜厚で形成して、半透過膜３１と、反射膜を兼ねるカソード３４との間の反射経路の距離を調節する。
なお、関連する技術文献としては、例えば、以下の特許文献１がある。
特開２００３−１２３９８７号公報
しかしながら、従来例に係る光共振型の有機ＥＬ素子では、ガラス基板３０に近い方のＡｇ（銀）合金層、即ち半透過膜３１を構成するＡｇ材料が、熱的に不安定なため、素子の製造プロセス中や発光中に生じる熱によりＡｇ材料が拡散するという問題が生じていた。これにより、上記有機ＥＬ素子がガラス基板３０上で移動してしまい、有機ＥＬ素子の半透過膜３１と接続された駆動用ＴＦＴの閾値が変化するなどの問題が生じていた。
そこで、本発明は、製造プロセス中や発光中に生じる熱によるＡｇ材料の拡散、及び駆動用ＴＦＴの特性の変化を極力低減させることが可能な、光共振型有機ＥＬ素子を提供するものである。
本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、薄膜トランジスタが形成されたガラス基板と、そのガラス基板上に形成された拡散防止層と、拡散防止層上に形成された第１のＡｇ合金層と、第１のＡｇ合金層上に形成された電極と、その電極上に形成された有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上に形成された第２のＡｇ合金層と、を有し、上記拡散防止層ＡＤが、第１のＡｇ合金層のＡｇ材料の熱拡散を防止することを特徴とするものである。
また、本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、上記構成において、拡散防止層が、ＩＴＯもしくはＩＺＯから成り、第１のＡｇ合金層が、光を半透過し得る所定の膜厚を有した半透過膜であり、その上に形成される電極がＩＴＯもしくはＩＺＯから成るアノードであり、有機ＥＬ層が、例えばホール輸送層、発光層、電子輸送層から成り、第２のＡｇ合金層が、光を反射し得る所定の膜厚を有した反射膜兼カソードであることを特徴とするボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。
また、本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、上記構成において、拡散防止層が、Ａｇ材料の拡散を防止し得る金属材料から成り、第１のＡｇ合金層が、光を反射し得る所定の膜厚を有した反射膜であり、その上に形成される電極がＩＴＯもしくはＩＺＯから成るアノードであり、有機ＥＬ層が、例えばホール輸送層、発光層、電子輸送層から成り、第２のＡｇ合金層が、光を半透過し得る所定の膜厚を有した半透過膜兼カソードであることを特徴とするトップエミッション型の有機ＥＬ素子である。
本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、ガラス基板に近い方のＡｇ合金層の下層に、拡散防止層を設けたことにより、上記Ａｇ合金層を構成する銀材料が、製造プロセス中や発光中の熱によって拡散することを極力抑止できる。従って、ガラス基板上において上記熱が生じた場合においても、上記有機ＥＬ素子とコンタクトした駆動用ＴＦＴの特性の変化（例えばＴＦＴの閾値のシフト）を低く抑えることができる。
また、ＴＦＴの特性が上記熱に対して安定するのに伴い、安定した輝度や色純度（発色の良さ）を有して発光可能な光共振型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態に係る有機ＥＬ素子の構成について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の基本的な構成を示す概略断面図である。なお、図１は、不図示の駆動用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に接続されるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を、簡略化して示したものである。
図１に示すように、ガラス基板１０上に、拡散防止層ＡＤが形成されている。拡散防止層ＡＤは、ＩＴＯもしくはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；以下、「ＩＺＯ」と略称する）から成る透明電極である。
ここで、図示しないが、拡散防止層ＡＤは、ガラス基板１０上に形成された駆動用ＴＦＴ（不図示）のドレイン電極（もしくはソース電極）に電気的に接続して形成されている。
この拡散防止層ＡＤ上には、半透過膜１１が形成されている。半透過膜１１は、ガラス基板１０側に光を透過すると共に、ガラス基板１０とは反対側に光を反射し得るハーフミラーとしての機能を有している。この半透過膜１１は、Ａｇ（銀）合金層から成るものであり、このＡｇ合金層は、例えばＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（銀、パラジウム、銅から成る合金）やＡｇ−Ｎｄ−Ｃｕ（銀、ネオジウム、銅から成る合金）であることが好ましい。半透過膜１１をＡｇ合金層により形成することが好ましい理由としては、Ａｇ合金は、光を半透過させ得る所定の膜厚に薄膜化し易く、光の反射率が他の金属に比して良好であることなどが挙げられる。
半透過膜１１上には、不図示の電源電圧が接続された透明アノード１２が形成されている。透明アノード１２は、ＩＴＯもしくはＩＺＯから成る透明な電極である。
透明アノード１２上には、ホール輸送層１３ａ、発光層１３ｂ、電子輸送層１３ｃ等から成る有機ＥＬ層１３が形成されている。
ここで、ホール輸送層１３ａ、発光層１３ｂ、電子輸送層１３ｃは、例えば以下に示すような構成により形成されている。
即ち、ホール輸送層１３ａは、ＭＴＤＡＴＡ（４，４−ｂｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ）から成る第１ホール輸送層と、ＴＰＤ（４，４，４−ｔｒｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）から成る第２ホール輸送層により形成される。また、発光層１３ｂは、キナクリドン（Ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）誘導体を含むＢｅｂｑ２（１０−ベンゾ〔ｈ〕キノリノール−ベリリウム錯体）から成り、電子輸送層１３ｃはＢｅｂｑ２により形成される。
そして、有機ＥＬ層１３上には、不図示の電源電圧に接続されたカソード１４が形成されている。また、カソード１４は、有機ＥＬ層１３から発する光を、有機ＥＬ層１３側に反射する反射膜を兼ねるものである。
このカソード１４は、半透過膜１１と同様に、Ａｇ（銀）合金層から成るものであり、例えばＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（銀、パラジウム、銅から成る合金）やＡｇ−Ｎｄ−Ｃｕ（銀、ネオジウム、銅から成る合金）であることが好ましい。カソード１４をＡｇ合金層により形成することが好ましい理由としては、Ａｇ合金は、他の金属に比して光の反射率が良好なため、反射膜として好適であることなどが挙げられる。
なお、上述した光共振型有機ＥＬ素子において、所望の特定波長帯の光を得るためには、透明アノード１２の膜厚ｔ１と、有機ＥＬ層１３の膜厚ｔ２を、所望の波長ごとに異なる所定の厚さで形成して、半透過膜１１と、反射膜を兼ねるカソード１４との間の反射経路の距離を調節すればよい。
次に、上述した本実施形態に係る光共振型有機ＥＬ素子が発光する過程について説明する。有機ＥＬ素子が接続された駆動用ＴＦＴがオンすると、有機ＥＬ層１３は、透明アノード１２及びカソード１４を介して電源電圧から供給される電流により発光する。即ち、有機ＥＬ素子の内部では、透明アノード１２から注入されたホールと、カソード１４から注入された電子とが、有機層１３の内部で再結合する。この再結合したホールと電子は、有機層１３を形成する有機分子を励起して励起子を生じさせる。この励起子が放射失活する過程で有機層１３から光が放たれる。
さらに、この光は、反射膜を兼ねるカソード１４と半透過膜１１との間の反射経路を繰り返し反射することにより、その特定波長成分が共振して特定波長帯の光となり、半透過膜１１を通して、透明基板であるガラス基板１０から放出される。
そして、有機ＥＬ素子の発光中に生じる熱により、半透過膜１１を構成するＡｇ材料が拡散され始めるが、半透過膜１１の下層には拡散防止層ＡＤが形成されているため、半透過膜１１のＡｇ材料の熱拡散が、有機ＥＬ素子と駆動用ＴＦＴとのコンタクト部に及ぶことなく、拡散防止層ＡＤにおいて阻止される。これにより、Ａｇ材料の熱拡散によって有機ＥＬ素子がガラス基板１０上で移動することを極力抑止することができるため、駆動用ＴＦＴの特性の変化（例えば閾値のシフト）を低く抑えることが可能となる。
なお、拡散防止層ＡＤは、有機ＥＬ素子の発光中の熱により生じるＡｇ材料の熱拡散防止に有効であるばかりでなく、上記有機ＥＬ素子を、ガラス基板１０上に形成する際、製造プロセス中の熱処理によって生じるＡｇ材料の熱拡散を防止するのにも有効である。即ち、Ａｇ合金層（ボトムエミッション型有機ＬＥ素子では半透過膜１１）を形成する際、熱処理によって生じるＡｇ材料の拡散を、拡散防止層により極力抑止できるため、駆動用ＴＦＴの特性の変化（例えば閾値のシフト）を低く抑えることが可能となる。
次に、本実施形態に係る光共振型有機ＥＬ素子が駆動用ＴＦＴと接続された場合の構成例について、図面を参照して詳しく説明する。図２は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の詳細な構成を示す断面図である。なお、図２は、表示装置の画素部に設けられた駆動用ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、その駆動用ＴＦＴにコンタクトしたボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を示したものである。
図２に示すように、例えばガラス材料から成る透明なガラス基板１０上に、能動層２０が形成されている。能動層２０上には、ゲート絶縁膜２１を介して、ゲート電極２２形成されている。ゲート絶縁膜２１上及びゲート電極２２上には、絶縁膜２３が形成されている。
また、ゲート絶縁膜２１及び絶縁膜２３において、能動層２０のドレイン領域２０ｄに対応する位置には、コンタクトホールＣ１が設けられ、そのコンタクトホールＣ１にドレイン電極２４ｄが埋め込まれている。また、ゲート絶縁膜２１及び絶縁膜２３において、能動層２０のソース領域２０ｓに対応する位置には、コンタクトホールＣ２が設けられ、そのコンタクトホールＣ２にソース電極２４ｓが埋め込まれている。
それらの絶縁膜２３上、ドレイン電極２４ｄ、及びソース電極２４ｓ上には、層間絶縁膜２５が形成されている。
層間絶縁膜２５上において、ドレイン電極２４ｄに対応する位置には、コンタクトホールＣ３が設けられている。コンタクトホールＣ３を含む層間絶縁膜２５の一部上（もしくは全面）には、拡散防止層ＡＤが形成されている。ここで、拡散防止層ＡＤは、コンタクトホールＣ３の底部において露出するドレイン電極２４ｄと電気的に接続されている。
拡散防止層ＡＤの一部上（もしくは全面）には、半透過膜１１が形成されている。半透過膜１１上及び拡散防止層ＡＤ上（もしくは半透過膜１１上）には、透明アノード１２が形成されており、さらに、透明アノード１２上には、有機ＥＬ層１３が形成されている。ここで、有機ＥＬ層１３、例えば、ホール輸送層１３ａ、発光層１３ｂ、電子輸送層１３ｃから構成されている。そして、有機ＥＬ層１３上には、反射膜を兼ねるカソード層１４が形成されている。
なお、上述した実施形態では、有機ＥＬ層１３は、ホール輸送層１３ａ、発光層１３ｂ、電子輸送層１３ｃから成る３層構造であるとしたが、これには限定されず、その他の多層構造（例えば上記３層に加えてホール注入層や電子注入層を含む）もしくは単層構造（発光層から成る）であってもよい。
また、上述した実施形態では、有機ＥＬ素子がボトムエミッション型であるとしてが、本発明はこれに限定されず、有機ＥＬ素子がトップエミッション型であってもよい。
即ち、上記実施形態において、Ａｇ合金層である半透過膜１１が、光を反射し得る所定の膜厚を有した反射膜として形成され、Ａｇ合金層である反射膜兼カソード１４が、光を半透過し得る所定の膜厚を有した半透過膜兼カソード（半透明カソード）として形成されてもよい。この場合、有機ＥＬ層から発光した光は、反射膜と半透過膜との反射経路において特定波長成分が共振することにより特定波長帯が抽出され、その光が半透過膜兼カソードを通して、外部（図２において上方）へ放出される。
また、有機ＥＬ素子がトップエミッション型である場合、拡散防止層ＡＤは、ＩＴＯもしくはＩＺＯに限らず、Ａｇ材料の拡散を防止し得るものであれば、絶縁物以外のその他の金属材料により形成されてもよい。
１０，３０ ガラス基板 １１，３１ 半透過膜 １２，３２ 透明アノード １３，３３ 有機ＥＬ層 １３ａ ホール輸送層 １３ｂ 発光層 １３ｃ 電子輸送層 １４，３４ カソード ２０ 能動層 ２０ｓ ソース領域 ２０ｄ ドレイン領域 ２１ ゲート絶縁膜 ２２ ゲート電極 ２３ 絶縁膜 ２４ｓ ソース電極 ２４ｄ ドレイン電極 ２５ 層間絶縁膜 ＡＤ 拡散防止層
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンタクトホール
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンタクトホール
Claims (6)
- 薄膜トランジスタが形成されたガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成された拡散防止層と、
前記拡散防止層上に形成された第１のＡｇ合金層と、
前記第１のＡｇ合金層上に形成された電極と、
前記電極上に形成された有機ＥＬ層と、
前記有機ＥＬ層上に形成された第２のＡｇ合金層と、を有し、
前記拡散防止層が、前記第１のＡｇ合金層のＡｇ材料の熱拡散を防止することを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 前記拡散防止層が、ＩＴＯもしくはＩＺＯから成ることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
- 前記第１のＡｇ合金層が、光を半透過し得る所定の膜厚を有した半透過膜であり、
前記電極が、ＩＴＯもしくはＩＺＯから成るアノードであり、
前記第２のＡｇ合金層が、光を反射し得る所定の膜厚を有した反射膜兼カソードであることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子。 - 前記拡散防止層が、前記Ａｇ材料の拡散を防止し得る金属材料から成ることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
- 前記第１のＡｇ合金層が、光を反射し得る所定の膜厚を有した反射膜であり、
前記電極が、ＩＴＯもしくはＩＺＯから成るアノードであり、
前記第２のＡｇ合金層が、光を半透過し得る所定の膜厚を有した半透過膜兼カソードであることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子。 - 前記有機ＥＬ層が、ホール輸送層、発光層、電子輸送層から成ることを特徴とする請求項１，２，３，４，５のうちいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
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