JP2005183013A - 表示素子及び表示装置ならびに表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 正孔および電子の注入バランスが良好な、高い表示品質を有する表示素子及び表示装置ならびにその製造方法を提供する。
【解決手段】 ＯＥＬ素子１１は、ＩＴＯ等から構成される陽極層１５と、電界発光する発光層２１を含む有機層１６と、Ｂａ等から構成される電子注入層１７と、Ａｌ等から構成されるバッファー層１８と、インジウム亜鉛酸化物等から構成される透明陰極層１９と、が順に積層されて構成されている。バッファー層は、透明陰極層１９の成膜時の素子ダメージを緩衝する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電界発光を利用する表示素子及び表示装置ならびに表示素子の製造方法に関する。

電界発光を利用したエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、自己発光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため、耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。

ＥＬ素子には、発光材料として無機化合物を用いる無機ＥＬ素子と、有機化合物を用いる有機ＥＬ素子とがある。このうち、有機ＥＬ（Organic EL；ＯＥＬ）素子は、印加電圧を大幅に低くし得るので小型化が容易であるため、次世代の表示素子としてその実用化研究が積極的になされている。

ＯＥＬ素子の構成は、陽極／発光層／陰極の積層構造を基本とし、現在では、ガラス板等の透明な基板上に、陽極と、発光層と、陰極と、を積層する構成が標準的に採用されている。一般的なＥＬ素子は、発光層で発光された光は基板側から出射され、ボトムエミッション構造といわれている。

対してトップエミッション構造と呼ばれる、発光層が形成された基板と逆側から発光層の光を出射するＥＬ素子構造が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−１０８２８５号公報

トップエミッション構造を有する従来のＯＥＬ素子の概略図を図１５に示す。図１５に示すように、トップエミッション構造は、基板１１２上に、陰極１１３と、発光層１１４と、正孔注入層１１５と、陽極１１６と、が順に積層されて構成される。

このようなＯＥＬ素子は、例えば、アクティブマトリクス型表示装置の単位素子を構成し、基板１１２上には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の図示しないスイッチング素子が設けられている。

陰極１１３は、反射性の高い画素電極として機能している。
発光層１１４は、電界発光を生ずる有機材料から構成される。
正孔注入層１１５は、発光層１１４に正孔を注入する。
陽極１１６は、透明な導電性材料から構成される。

上記トップエミッション構造では、発光層１１４に注入された正孔と電子との再結合により、電界発光が生じる。トップエミッション構造においては、ボトムエミッション構造と比較して、発光層１１４の光が他の各層と比べて比較的厚い基板１１２を透過する必要がないので基板１１２内での光の減衰がないために出射効率がよい。

ところで、上記トップエミッション構造を実現するには、最上部の陽極１１６を透明導電膜から構成する必要がある。陽極１１６を構成する低抵抗かつ高透過率の導電性材料としては、一般的にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等が用いられる。そして、陰極１１３は、光の利用効率のために発光層１１４からの光を陽極１１６側に反射できる反射性の金属からなっている。

このような陰極１１３は、電子注入性を高めるために仕事関数の低い材料により構成されるが、低仕事関数の材料は酸化されやすく後工程で成膜される材料に含まれる酸素や水分によって酸化してしまい、電子注入性を著しく阻害させてしまう恐れがあった。このため、基板上に陽極、発光層を順次成膜して発光層上に透明陰極を形成することが考えられる。透明陰極の材料としてはＩＴＯやインジウム亜鉛酸化物が考えられる。透明陰極を作製するには、いろいろな方法があるが、量産性などを考慮すると、スパッタ成膜法が最も望ましい。しかし、有機材料から構成される発光層が設けられた基板上に電子注入層を兼ねた透明陰極を成膜することから、透明陰極の作製には、以下のような問題がある。

まず、有機材料は一般的に熱等のダメージにきわめて弱く、このため、透明陰極を有機材料からなる発光層上に作製する際には、１００℃以下程度の低温で処理することが好ましい。

しかし、ＩＴＯ膜は、作製時の基板温度が高いほど低抵抗かつ高透過率のものが得られやすい特性を持っており、通常、基板温度を２００℃程度にして作製される。この点、インジウム亜鉛酸化物は、低抵抗かつ高透過率であるとともに、室温での成膜が可能であり、陰極の形成材料の有力候補として挙げられる。

よって、透明陰極としてインジウム亜鉛酸化物膜を採用すれば、処理温度の問題はクリアされる。しかし、ＩＴＯ膜およびインジウム亜鉛酸化物膜のいずれを採用した場合においても、スパッタ成膜に伴う以下の問題は変わらず発生する。

すなわち、低抵抗かつ高透過率の膜とするため、通常スパッタリングの際に酸素ガスが導入されるが、この場合、基板上の、特に、有機発光層に酸素陰イオンによる大きなダメージが生じやすい。このようなダメージの低減は、スパッタリングのパワーの低下により可能であるが、成膜レート、すなわち生産性を低下させることとなり、好ましくない。

このように、トップエミッション用の透明陰極を構成する導体膜の作製の際、有機発光層の劣化（物理ダメージ、熱ダメージ、酸化等）が生じやすく、この構造を有する表示素子および表示装置を、高い表示品質および高い生産性で作製しづらいという問題があった。

上記問題を解決するため、本発明は、高い表示品質を有する表示素子及び表示装置ならびに表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、正孔および電子の注入バランスが良好な、高い表示品質を有する表示素子及び表示装置を、生産性を落とすことなく製造可能な製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表示素子は、
基板上に設けられた陽極と、
前記陽極上に設けられ、電界発光を利用して発光する発光層を含む有機層と、
前記有機層上に設けられた電子注入層と、
前記電子注入層上に設けられたバッファー層と、
前記バッファー層上に設けられた陰極と、
を備える。

上記構成において、前記バッファー層は、特に、前記陰極作製の際のダメージを緩衝する機能を有する。

上記構成において、前記電子注入層と、前記バッファー層と、前記陰極と、は、透明材料から構成されてもよく、
前記発光層からの発光層は前記基板の反対側から取り出されてもよい。

上記構成において、前記バッファー層は、例えば、アルミニウム、クロムおよびタングステンのいずれか１種あるいはその組み合わせからから構成される。

上記構成において、前記バッファー層はアルミニウムから構成され、例えば、２５〜１５０Åの厚みを有する。

上記構成の表示素子は、前記バッファー層を複数備えてもよい。

上記構成において、前記バッファー層には、アニール処理が施されていることが好ましい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る表示装置は、
上記第１の観点に係る表示素子を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る表示素子の製造方法は、
基板上に陽極を形成する工程と、
前記陽極上に、電界発光を利用して発光する発光層を含む有機層を形成する工程と、
前記有機層上に電子注入層を形成する工程と、
前記電子注入層上にバッファー層を形成する工程と、
前記バッファー層上に陰極を形成する工程と、
を備える。

上記方法は、前記バッファー層をアニール処理する工程をさらに備えてもよい。

本発明によれば、高い表示品質を有する表示素子及び表示装置ならびに表示素子の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、正孔および電子の注入バランスが良好な、高い表示品質を有する表示素子及び表示装置を、生産性を落とすことなく製造可能な製造方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態に係る表示素子について、以下図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態の表示素子は、電界発光を利用する、有機化合物を用いて構成された有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence；ＯＥＬ）素子を構成する。

図１に、本実施の形態に係るＯＥＬ素子１１の構成を示す。本実施の形態のＯＥＬ素子１１は、基板１２の反対側から発光光を取り出す、上面発光型トップエミッション構造を有する。

図１に示すように、ＯＥＬ素子１１は、基板１２上に、反射層１３と、層間絶縁層１４と、陽極層１５と、有機層１６と、電子注入層１７と、バッファー層１８と、透明陰極層１９と、が順に積層されて構成されている。

基板１２は、ガラス基板、シリコン基板等の基板から構成される。基板１２上には、アクティブマトリクス駆動用の図示しない薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子は、図示しない制御回路に接続され、そのスイッチング動作によって発光動作が制御される。

反射層１３は、反射率が高く、かつ、透明性の高い金属から構成される。反射層１３は、有機層１６から発光される光のうち、基板１２側に出射された光を反射し、発光される光の利用効率を高める。なお、反射層１３を設けない構成も可能である。

層間絶縁層１４は、酸化シリコン、窒化シリコン等の無機材料またはポリイミド等の有機材料からなる、絶縁性および透明性の高い物質から構成される。また、後述する有機層１６の水分による劣化を防止して発光輝度を維持するため、吸水率の低い材料から構成されることが望ましい。

陽極層１５は、後述する発光層２１への正孔注入電極（アノード電極）として機能する。陽極層１５は、仕事関数が大きく透過率の高い導電性材料から構成される。好ましくは、仕事関数の大きい（例えば、４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物を使用することができる。具体的な材料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ等のインジウム亜鉛酸化物、ヨウ化銅、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、金、白金、パラジウム等の一種を単独で、又は二種以上を組み合わせたものが挙げられる。

有機層１６は、陽極層１５上に設けられた正孔輸送層２０と、さらにその上に設けられた発光層２１と、から構成される。なお、有機層１６は、少なくとも発光層２１を含めばよく、発光層２１のみからなる層であってもよい。

正孔輸送層２０は、陽極層１５より注入された正孔を発光層２１に伝達する。正孔輸送層２０を、陽極層１５と発光層２１との間に介在させることにより、より低い電界で多くの正孔を発光層２１に注入することができる。

正孔輸送層２０としては、一般的に用いられている材料を使用することができ、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォネート）、ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）等を用いることができるが、これに限定されない。また、正孔輸送層２０は、単層でなく各種材料の多層構造であってもよい。

発光層２１は、電子輸送層も兼ね、電界印加時に、陽極層１５側から正孔を、透明陰極層１９側から電子を受け取り、注入されたキャリア（電子と正孔）を電界の力で移動させ、その内部で電子と正孔とは再結合して発光する。

発光層２１には、一般的に用いられる有機発光材料を用いることができ、例えば、ポリフルオレン誘導体やパラフェニレンビニレン等を用いることができるが、これに限定されない。
なお、発光層２１に必要な電子輸送特性を有していない材料（例えば、Ａｌｑ（８−キノリノールアルミニウム錯体））を用いた場合には、発光層２１と電子輸送層とを別の材料から構成するようにしてもよい。

電子注入層１７は、電子を発光層２１に注入する。電子注入層１７には、仕事関数の低い（例えば、３．８ｅＶ以下の）金属、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、リチウム（Ｌｉ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）等を用いることができるが、これに限定されない。

また、上記金属と仕事関数の高い（例えば、４．０ｅＶ以上の）金属との合金を用いることができ、このような合金としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム、マグネシウム（Ｍｇ）−アルミニウム、インジウム−リチウム、鉛（Ｐｂ）−リチウム、ビスマス（Ｂｉ）−リチウム、スズ−リチウム、アルミニウム−カルシウム、アルミニウム−バリウム、アルミニウム−スカンジウムの合金を挙げることができる。

さらに、電子注入層１７の構成材料として、アルカリ土類金属酸化物の挙げることができ、例えば、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）及びこれらを混合したものが挙げられる。

さらにまた、電子注入層１７は、上記金属、合金あるいはアルカリ土類金属酸化物と電子伝達性の化合物との混合層であってもよい。

バッファー層１８は、透過率が高く、抵抗率の低い金属材料であって、電子注入層１７を構成する無機材料との密着性が高い材料から構成される。バッファー層１８に使用可能な材料としては、例えば、アルミニウム、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）等を単独で、あるいは組み合わせて用いたものが挙げられるが、これに限らず、電子注入層１７や透明陰極層１９との密着性を考慮し、これらの使用材料に応じて適宜選択することができる。

バッファー層１８は、後述するように、その上に形成される後述する透明陰極層１９の成膜の際の、電子注入層１７や有機層１６のダメージを緩衝し、その劣化を防止、抑制する機能を有する。
したがって、特に、酸素を含有するターゲットや酸素ガスを添加して用いるスパッタ成膜により、透明陰極層１９を形成する場合には、バッファー層１８は、酸化されにくい材料から構成されることが好ましい。

バッファー層１８は、後述する透明陰極層１９と電子注入層１７との間に設けられ、したがって、発光層２１への電子注入を妨げない薄さで構成することが好ましい。また、透明性も必要とされるため、所望の透過率が達成される薄さとされる。一方で、バッファー層１８は、透明陰極層１９の形成の際のダメージ緩衝層として機能するため、特に、スパッタリングの際の活性粒子のエネルギーを十分に緩衝可能な厚さが必要とされる。このような観点から、バッファー層１８の厚みは、例えば、アルミニウムから構成した場合には、例えば、２５〜１５０Åに設定される。

透明陰極層１９は、発光層２１への電子注入電極（カソード電極）として機能する。透明陰極層１９は、仕事関数が大きく透過率の高い導電性材料から構成される。好ましくは、仕事関数の大きい（例えば、４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物を使用することができる。具体的な材料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ等のインジウム亜鉛酸化物、ヨウ化銅、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、金、白金、パラジウム等の一種を単独で、又は二種以上を組み合わせて使用することができ、特に、室温でスパッタ成膜可能なインジウム亜鉛酸化物が好適に使用可能である。

透明陰極層１９は、生産性等の観点から、スパッタリングを用いて成膜することが最も望ましいと考えられる。バッファー層１８は、他の成膜方法を用いる場合にも有効に機能するが、スパッタ成膜において最も効果的に機能する。

スパッタ成膜は、一般的に、効率向上、膜質向上等のため、酸素ガスが添加されて行われ、このため、成膜過程では酸素陰イオンが発生する。また、特に、ＩＴＯ膜やインジウム亜鉛酸化物膜の酸素含有膜を成膜する場合には、ＩＴＯターゲット等の酸素含有ターゲットからも酸素陰イオンが発生する。バッファー層１８は、発生する酸素陰イオンによる弊害を効果的に抑制、防止する。

すなわち、バッファー層１８を電子注入層１７上に設けた状態で透明陰極層１９のスパッタ成膜を行うことにより、成膜時に発生する酸素陰イオンによる電子注入層１７等の各層の物理ダメージはバッファー層１８によって緩衝、抑制される。

また、電子注入層１７においては、その表面はバッファー層１８によって覆われているためその酸化が抑制され、従って、酸化による電子注入性の低下は抑制される。よって、発光層２１への正孔と電子の注入バランスを、所望の程度に実現可能である。

一方、有機層１６においても、酸素陰イオンの衝突によるダメージが抑制されることから、陽極層１５からの正孔注入性の低下は抑制される。このように、正孔と電子のいずれの注入バランスは、所望の高い程度で実現される。

さらに、上述のように、基板１２上の各層へのダメージが低減されることから、ダメージ低減のために成膜レートを低下させるといったことを行う必要はなく、生産性を落とすことなく製造することが可能である。

上記効果は、透明陰極層１９を、室温で成膜可能なインジウム亜鉛酸化物から構成する場合に特に有効である。すなわち、この場合、酸素陰イオンによる弊害を抑制しつつ、さらに、有機層１６の熱ダメージを防止しつつ、インジウム亜鉛酸化物膜（透明陰極層１９）をスパッタ成膜することができる。

なお、上記のようなバッファー層１８の効果は、透明陰極層１９をスパッタ成膜する際に特に有効であるが、これに限らず、他の成膜法、例えば、蒸着、ＣＶＤ、塗布等を用いる場合にも得られることは勿論である。

以下、上記構成のＯＥＬ素子１１の製造方法について図面を参照して説明する。図２に、本実施の形態に係る製造フローを示す。以下に示す例は、一例であり、同様の結果物が得られれば、これに限られない。

まず、画素トランジスタからなるスイッチング素子が形成された基板１２上に、スパッタリング等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いて、反射層１３を形成する。反射層１３は、反射率、生産性等を考慮して、例えば、２０００〜５０００Åの厚さで形成される。
さらに、反射層１３の上に、ＰＶＤ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いて、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜から構成される層間絶縁層１４を形成する。層間絶縁層１４は、例えば、２０００〜５０００Åの厚さで形成される。

上記のように層間絶縁層１４が形成された基板１２の上に、スパッタリング等を用いて、ＩＴＯ等から構成される陽極層１５を所定のパターンで形成する（ステップＳ１１）。陽極層１５は、例えば、５００〜２０００Åの厚さで形成され、層間絶縁層１４に形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子と接続される。

次いで、陽極層１５の上に、正孔輸送層２０および発光層２１を順に形成する（ステップＳ１２、ステップＳ１３）。成膜方法は、低分子材料については蒸着マスクを用いた蒸着法などを用い、高分子材料についてはインクジェット法などを用いて適宜所望の画素領域毎に正孔輸送層２０又は発光層２１をパターニングすることができる。有機層１６の厚さは、使用する材料によって適宜設定される。

次いで、有機層１６の上に、例えば、バリウムから構成される電子注入層１７を蒸着法などにより形成する（ステップＳ１４）。電子注入層１７は、電子注入性および透明性を考慮し、例えば、５〜３０Åの厚さで形成されることになるが、複数の画素領域に跨るように成膜されていてもよい。

次いで、電子注入層１７の上に、例えば、アルミニウムから構成されるバッファー層１８を形成する（ステップＳ１５）。バッファー層１８の形成方法としては、生産性および汎用性を考慮して、スパッタリングが挙げられる。バッファー層１８の厚さは、使用する材料によって異なるが、アルミニウムの場合、透明性等も考慮し、例えば、２５〜１５０Åとされる。バッファー層１８は、電子注入層１７全面を連続して覆うように形成される。

ここで、バッファー層１８にアニール処理を施してもよい。アニール処理を施すことにより、以下の実施例に示すように、表示品質の一層の向上等が図られる。

次いで、バッファー層１８の上に、インジウム亜鉛酸化物等から構成される透明陰極層１９を形成する（ステップＳ１６）。透明陰極層１９は、生産性等を考慮して、室温下、酸素導入下のスパッタリングにより形成することができる。透明陰極層１９の厚さは、使用する材料、透過率、シート抵抗値、酸素導入量等に応じて設定されるが、インジウム亜鉛酸化物を用いた場合には、例えば、５００〜２０００Åとすることができる。また、インジウム亜鉛酸化物を用いた場合には、基板１２の温度を室温程度として処理可能であり、このため、有機層１６の熱ダメージや、冷却装置等の設置による製造コストの増大は回避される。

なお、スパッタ成膜の際には、膜質向上等のため、一般的に酸素ガスを添加するが、酸素陰イオンによる有機層１６のダメージ等の弊害を考慮して、酸素の導入を無くすことも可能である。

透明陰極層１９の形成後、一般的な封止材料で電極端子を除いて全体を覆うように封止することにより、本実施の形態のＯＥＬ素子が得られる（ステップＳ１７）。

以上説明したように、本実施の形態に係るトップエミッション構造を有する表示素子およびその製造方法においては、電子注入層１７上に、バッファー層１８を介して透明陰極層１９を形成する。この構成によれば、透明陰極層１９の成膜、特に、スパッタ成膜の際の電子注入層１７や有機層１６のダメージは抑制され、これにより、正孔と電子の良好な注入バランスが実現可能である。したがって、高い表示品質を有する表示素子が実現される。また、素子ダメージを抑制しつつ成膜が可能であるので、成膜レートを落とすことなく、高い生産性での製造が可能である。

以下、本実施の形態に係る表示素子を適用した表示装置の一画素を示す。以下に示す表示装置は、アクティブスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリクス型の表示装置であり、上記構成の表示素子を画素ごとに備える。

図３に本実施の形態に係る表示装置３０の一画素の構成を示す。なお、図３に示す構成では、ＯＥＬ素子の反射層１３を省き、透明性の向上を図っている。

図３に示すように、各画素は、隣接する複数の走査線ＳＬとデータ線ＤＬに囲まれ、所定行の走査線ＳＬにゲート電極が接続されるとともに所定列のデータ線ＤＬにドレイン電極が接続された選択トランジスタ３１と、ゲート電極が選択トランジスタ３１に接続されるとともに電流路の一端が定電圧Ｖｄｄに接続された駆動トランジスタ３２と、駆動トランジスタ３２のゲート電極に一端が接続されたキャパシタ３３と、駆動トランジスタ３２の電流路の他端に一端が接続されたＯＥＬ素子１１と、で構成されている。
所定の選択期間に走査線ＳＬの走査信号によって選択トランジスタ３１が選択されると、データ線ＤＬから出力されたデータ信号が駆動トランジスタ３２のゲート電極及びキャパシタ３３に印加される。キャパシタ３３はデータ信号の電荷を保持するため、駆動トランジスタ３２のゲート電位はほぼ一定な状態になり、駆動トランジスタ３２がこのデータ信号の電圧にしたがったドレイン電流を１フレーム期間ＯＥＬ素子１１に流すことによりＯＥＬ素子１１がデータ信号の電圧にしたがった輝度で発光し続ける。

図４は、図３に示す表示装置３０の１画素分の断面構造を模式的に表している。図４に示すように、表示装置３０を構成する基板１２上には、駆動トランジスタ３２が形成されている。詳細には、駆動トランジスタ３２は、基板１２上に形成されたゲート電極４０と、その上面に重ねられたゲート絶縁膜４１と、このゲート絶縁膜４１を介してゲート電極４０の上方に形成されたポリシリコン膜等の半導体薄膜４２と、から構成される。

半導体薄膜４２には、ＯＥＬ素子に供給される電流の通路となるソースＳ、チャネルＣｈ及びドレインＤが形成される。チャネルＣｈはゲート電極４０の上方に位置するよう設けられている。半導体薄膜４２のソースＳおよびドレインＤは、それぞれ、ソース電極４４およびドレイン電極４３に電気的に接続されている。

基板１２上には、上述した駆動トランジスタ３２等を覆うように、ポリイミド等の塗布膜から構成される平坦化膜４５が形成されている。平坦化膜４５の上には、反射層１３、層間絶縁層１４が順次形成されている。

層間絶縁層１４の上には、画素毎にＩＴＯ等から構成される陽極層１５が形成されている。陽極層１５は、ソース電極４４に電気的に接続されている。
陽極層１５の上には、上記で詳述したように、有機層１６（正孔輸送層２０および発光層２１）と、ＢａやＬｉ等の低仕事関数の導電性材料から構成される電子注入層１７と、Ａｌ等から構成される極薄のバッファー層１８と、インジウム亜鉛酸化物等から構成される透明陰極層１９と、が順に積層されている。

透明陰極層１９の上には、内部への水分や酸素の侵入を防止するための封止層４６が形成されている。封止層４６の材料としては、テトラフルオロエチレンと、少なくとも一種類のコモノマーを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体；共重合主鎖中に環状構造を有する合フッ素共重合体；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリイミド、ポリユリア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン又はクロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体；Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属；ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ₂Ｏ、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の金属酸化物；ＭｇＦ₂，ＬｉＦ，ＡｌＦ₃，ＣａＦ₂等の金属フッ化物；パーフルオロアルカン、パーフルオロアミン、パーフルオロポリエーテル等の液状フッ素化炭素；および当該液状フッ素化炭素に水分や酸素を吸着する吸着剤を分散させた組成物等が挙げられる。

また、封止層４６の形成にあたっては、真空蒸着法、スピンコート法、スパッタリング法、キャスト法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、クラスターイオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励超イオンプレーティング法）、反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法等を適宜採用することができる。

上記構成の表示装置３０では、多数の画素をマトリクス状に並べ、与えられた輝度情報に応じて画素毎に光強度を制御することによって画像を表示する。ＯＥＬ素子を用いるこの表示装置３０は、液晶ディスプレイと異なり、各画素に発光素子を有する自発光型であり、液晶ディスプレイに比べて画像の視認性が高い、バックライトが不要、応答速度が速い等の利点を有する。

さらに、本実施の形態に係る表示装置３０では、有機層１６と透明陰極層１９との間にバッファー層１８を設けているため、上記表示素子について述べたのと同様に、高輝度、高電流利用効率といった高い表示品質が実現されており、また、生産性を落とすことなく製造可能である。

本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変更、変形が可能である。
上記実施の形態では、バッファー層１８を１層設ける構成とした。しかし、バッファー層１８は、図１３に示すように、複数設けてもよい。この場合、各バッファー層１８は、同種あるいは多種の材料からそれぞれ構成可能であり、全体として低抵抗性および高透過率ならびに所望の膜厚が達成されればよい。例えば、電子注入層１７と接する層には、これと密着性の高い材料を用い、透明陰極層１９と近い層にはこれと密着性の高い材料を用いるようにしてもよい。また、上方の（透明陰極層１９に近い）層には、酸化しにくい材料や物理ダメージの緩衝効果の大きい材料を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、基板の反対側から発光光を取り出すトップエミッション構造の表示素子について説明したが、これに限らず、基板側から発光した光を取り出すボトムエミッション構造の表示素子にも適用可能である。いずれの場合にも、陰極形成の際の素子ダメージは緩衝され、表示品質の向上等の効果が得られることは勿論である。
なお、上記実施の形態では、有機層１６を発光層２１と正孔輸送層２０の２層構造としたがこれに限らず、発光層単層でもよく、また図１４に示すように、有機材からなる電子輸送性の電子輸送層２７と発光層２１の２層構造でもよく、また電子輸送層、発光層、正孔輸送層のように３層構造としてもよく、さらに４層以上であってもよい。

以下、本実施の形態の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。
上記実施の形態にて説明した表示素子について種々の試験を行った。なお、以下の試験において、表示素子は、基板はシリコン基板から構成され、陽極層はＩＴＯから構成され、発光層はポリフルオレン誘導体から構成され、電子注入層はバリウム（Ｂａ）から構成され、バッファー層はアルミニウム（Ａｌ）から構成され、陰極層はインジウム亜鉛酸化物から構成される。
また、特に、電子注入層、バッファー層および陰極層の作製条件について表１に示す。なお、各層の作製は、同一チャンバ内で連続的に行った。

上記構成の表示素子について、電圧と輝度との関係、電圧と電流密度との関係、輝度と電流比視効率との関係について調べた。ここで、電流比視効率（ｃｄ／Ａ）とは、電流当たりの輝度を示し、電流の利用効率を表す値である。電界発光素子において、輝度は電流に比例し、したがって、電流比視効率は素子の特性を把握するのに有効である。

より詳細には、電流比視効率は、物性的特性、特に、注入された正孔と電子との比、および、発光の深さに依存する。
電流比視効率は、注入される正孔および電子の注入バランスと、それぞれのキャリアのモビリティに依存する。注入バランスが崩れると、過剰な方のキャリアは電極へと流れ込み、発光に寄与しないリーク電流となる。

発光深さについては、再結合が起きて発光する部分（発光部分）が電極に近い場合は、熱失活する確率が高い。また、発光部と電極との距離によって、干渉の影響を受ける。発光の部位は、正孔注入層からの正孔および陰極層からの電子の注入性と、発光層内での正孔および電子のモビリティによって決まる。仮に電子の注入性が低いとすると、正孔注入層から発光層への注入が過剰に行われ、再結合せずに陰極層に流れ込む割合が大きくなり、この場合、電流の利用効率は低くなる。
このように、電流の利用効率（電流比視効率）から電界発光素子の表示品質を判断することができる。

図５および６に、バッファー層を有さない表示素子およびこれを有する表示素子における、上面発光の電圧と輝度の関係および電圧と電流密度の関係を示す。

図５に示されるように、バッファー層を有さない場合には、電圧６Ｖを超えた程度から発光を示している。一方、バッファー層を有する場合には、４Ｖを超えた程度で発光を示し、さらに、バッファー層を設けない場合よりも低電圧で高い輝度が実現されている。このように、バッファー層を設けることにより、低電圧化と輝度向上とが図れることがわかる。

図６に示されるように、バッファー層の有無は電流密度に大きな影響を受けないが、図５との相関から再結合領域での正孔と電子との量のバランスが向上したことが伺える。

図７および８に、図５および６に示す結果等から得た、バッファー層を設けた場合と設けない場合の、発光の、電圧と電流比視効率の関係、および輝度と電流比視効率の関係を示す。

図７に示されるように、バッファー層を設けた場合には、電流比視効率は、設けなかった場合と比較して大きく、例えば、６Ｖ付近では約１０倍上昇していることがわかる。この結果から、バッファー層を設けることにより、電流の利用効率が向上し、これは、正孔と電子の注入バランスが良好に維持されていることによると考えられる。

また、図８に示されるように、バッファー層を設けた場合には、高い輝度で高い電流比視効率が維持されている。このように、バッファー層を備えた表示素子は、高い電流利用効率で、高輝度の表示が可能であり、より低いエネルギーでより高い表示品質が実現可能であることがわかる。

図９〜１２に、バッファー層にアニール処理を行った表示素子について上記のような試験を行った結果を、アニール処理を行わなかった場合およびバッファー層を設けなかった場合の結果とともに示す。なお、アニール処理は、ホットプレート上で、１００℃、３０分間おいて行った。

図９および１０に、上面発光の電圧と輝度の関係、および、電流密度と電圧の関係を示す。

図９に示されるように、バッファー層にアニール処理を施した場合には、そうでない場合と比較して約２倍輝度が向上していることがわかる。
また、図１０に示されるように、流れる電流はアニール処理によってわずかに増大しているように見受けられる。

このように、バッファー層にアニール処理を施した場合には、さらなる低電圧化と、高輝度化と、が実現可能である。これは、アニール処理によるバッファー層の膜質の向上、有機層との密着性の向上等により、後述するように電流の利用効率が向上していることによると考えられる。

図１１および１２に、図９および１０に示す結果等から得た、バッファー層にアニール処理を施した場合の、電圧と電流比視効率の関係、および輝度と電流比視効率の関係を示す。

図１１に示されるように、バッファー層にアニール処理を施した場合には、そうでない場合と比較して、電圧に対する電流比視効率は約１．５倍上昇していることがわかる。
また、図１２においても、図１１に示されるのと同様に、輝度に対する電流比視効率が非常に向上していることがわかる。

このように、図１１および１２に示す結果から、アニール処理を施したバッファー層を用いることにより、電流の利用効率の向上が可能であり、したがって、より低いエネルギーで、より高輝度の表示が可能となることがわかる。

本発明の実施の形態に係るＯＥＬ素子の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るＯＥＬ素子の製造フローを示す図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置の１画素のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置の１画素分の断面図である。 バッファー層を設けた場合とそうでない場合の、発光の、輝度と電圧の関係を示す図である。 バッファー層を設けた場合とそうでない場合の、発光の、電流密度と電圧の関係を示す図である。 バッファー層を設けた場合とそうでない場合の、発光の、電流比視効率と電圧の関係を示す図である。 バッファー層を設けた場合とそうでない場合の、発光の、電流比視効率と輝度の関係を示す図である。 バッファー層にアニール処理を施した場合とそうでない場合の、発光の、輝度と電圧の関係を示す図である。 バッファー層にアニール処理を施した場合とそうでない場合の、発光の、電流密度と電圧の関係を示す図である。 バッファー層にアニール処理を施した場合とそうでない場合の、発光の、電流比視効率と電圧の関係を示す図である。 バッファー層にアニール処理を施した場合とそうでない場合の、発光の、電流比視効率と輝度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るＯＥＬ素子の構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るＯＥＬ素子の構成の変形例を示す図である。 従来のＯＥＬ素子の構成を示す図である。

符号の説明

１１・・・ＯＥＬ素子、１５・・・陽極層、１６・・・有機層、１７・・・電子注入層、１８・・・バッファー層、１９・・・透明陰極層

Claims (10)

1. 基板上に設けられた陽極と、
   前記陽極上に設けられ、電界発光を利用して発光する発光層を含む有機層と、
   前記有機層上に設けられた電子注入層と、
   前記電子注入層上に設けられたバッファー層と、
   前記バッファー層上に設けられた陰極と、
   を備える、ことを特徴とする表示素子。
2. 前記バッファー層は、前記陰極作製の際のダメージを緩衝する、ことを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
3. 前記電子注入層と、前記バッファー層と、前記陰極と、は、透明材料から構成され、
   前記発光層からの発光層は前記基板の反対側から取り出される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
4. 前記バッファー層は、アルミニウム、クロムおよびタングステンのいずれか１種あるいはその組み合わせからから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示素子。
5. 前記バッファー層はアルミニウムから構成され、２５〜１５０Åの厚みを有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示素子。
6. 前記バッファー層を複数備える、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示素子。
7. 前記バッファー層には、アニール処理が施されている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示素子。
8. 請求項１乃至７に記載の表示素子を備える、ことを特徴とする表示装置。
9. 基板上に陽極を形成する工程と、
   前記陽極上に、電界発光を利用して発光する発光層を含む有機層を形成する工程と、
   前記有機層上に電子注入層を形成する工程と、
   前記電子注入層上にバッファー層を形成する工程と、
   前記バッファー層上に陰極を形成する工程と、
   を備える、ことを特徴とする表示素子の製造方法。
10. 前記バッファー層をアニール処理する工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項９に記載の表示素子の製造方法。

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