JP2006344774A - 有機ｅｌ素子、これを用いた有機ｅｌ表示装置、および有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高輝度化および省電力化を図ることが可能な有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】 互いに対向配置された陽極２および陰極４と、陽極２および陰極４の間に介在し、かつ発光層３ｂを含む有機層３と、を備える有機ＥＬ素子Ａ１であって、陽極２と有機層３との間には、Ｍｏ酸化物層５が介在している。
【選択図】 図１
【解決手段】 互いに対向配置された陽極２および陰極４と、陽極２および陰極４の間に介在し、かつ発光層３ｂを含む有機層３と、を備える有機ＥＬ素子Ａ１であって、陽極２と有機層３との間には、Ｍｏ酸化物層５が介在している。
【選択図】 図１
Description
本発明は、一対の電極間に有機層を介在させ、この有機層に電界を与えることにより発光させる有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
従来の有機ＥＬ素子としては、図１４に示すものがある（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された有機ＥＬ素子Ｘは、透明基板９１上に金属反射膜９２と陽極としての多層透明電極９３とを備えている。多層透明電極９３と陰極としての透明電極９５との間には、有機層９４が介在している。有機層９４は、正孔注入層９４ａ、正孔輸送層９４ｂ、発光層９４ｃ、電子輸送層９４ｄ、および電子注入層９４ｅからなる。多層透明電極９３および透明電極９５の間に電界を与えると、発光層９４ｃが発光する。この光のうち図中上方に向かうものは、透明電極９５を透過して有機ＥＬ素子Ｘから図中上方に出射される。一方、図中下方に向かう光は、多層透明電極９３を透過して反射金属膜９２により反射される。反射された光は、多層透明電極９３、有機層９４、および透明電極９５を透過して有機ＥＬ素子Ｘから図中上方へと出射される。このように、有機ＥＬ素子Ｘは、透明基板９１とは反対側へと光を出射する、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子として構成されている。
しかしながら、有機ＥＬ素子Ｘに対する高輝度化および省電力化の要請は、年々強くなっている。
まず、高輝度化について、有機ＥＬ素子Ｘにおいては、発光層９４ｃから図中下方へと向かう光は、多層透明電極９３を２回透過することとなる。多層透明電極９３は、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過率が比較的高い材質により形成されているが、多層透明電極９３を透過することによる上記光の減衰は避けられない。このため、多層透明電極９３による減衰分だけ、有機ＥＬ素子Ｘから出射する光量が小さくなっていた。
また、省電力化について、有機ＥＬ素子Ｘを効率よく発光駆動するには、同じ電圧を印加した場合の電流密度がより大きい構成とすることが効果的である。この電流密度を大きくするには、陽極としての多層透明電極９３から有機層９４への正孔注入効率を高める必要がある。この正孔注入効率は、多層透明電極９３と正孔注入層９４ａとの仕事関数の差によって決まるものである。多層透明電極９３の仕事関数を大きくして、上記仕事関数の差を小さくすることが好ましい。ＩＴＯからなる多層透明電極９３の場合、その仕事関数は、４．８ｅＶ程度であるが、上記電流密度を大きくするには不十分である場合があった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化および省電力化を図ることが可能な有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法を提供することをその課題とする。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子は、互いに対向配置された陽極および陰極と、上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層を含む有機層と、を備える有機ＥＬ素子であって、上記陽極と上記有機層との間には、Ｍｏ酸化物層が介在していることを特徴としている。
このような構成によれば、上記Ｍｏ酸化物層と上記有機層との仕事関数の差を小さくして、上記有機層への正孔注入効率を高めることが可能である。これにより、上記有機ＥＬ素子に一定の電圧を印加したときの電流密度を大きくすることができる。したがって、上記有機ＥＬ素子を効率よく発光駆動させることが可能であり、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図ることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物層は、ＭｏＯ3からなる。このような構成によれば、上記Ｍｏ酸化物層から上記有機層への正孔注入効率を高めるのに好適である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物層は、その厚さが３．５〜１０００Åである。このような構成によれば、上記正孔注入効率を向上しつつ、上記Ｍｏ酸化物層の光透過率を大きくすることが可能であり、上記有機ＥＬ素子の高輝度化に有利である。また、発明者らの実験によれば、たとえば５Ｖ程度の電圧を印加した場合に、１０ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度が得られることが判明した。これは、上記有機ＥＬ発光素子を効率よく発光駆動するのに適している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物層は、その厚さが１０〜１００Åである。このような構成によれば、たとえば５Ｖ程度の電圧を印加した場合に、８０ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度が得られることが、発明者らの実験により判明した。これは上記有機ＥＬ素子を効率よく発光駆動するのに好適である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陽極は、Ａｌからなる。このような構成によれば、上記陽極を光反射率が比較的大きいものとすることができる。これにより、上記有機層の上記発光層から発せられた光を、上記陽極により適切に反射することが可能である。したがって、いわゆるトップエミッション型の構成とされた上記有機ＥＬ素子において、高輝度化を図るのに好適である。
本発明の第２の側面によって提供される有機ＥＬ表示装置は、基板と、上記基板に支持された複数の本発明の第１側面によって提供される有機ＥＬ素子と、上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴としている。このような構成によれば、上記有機ＥＬ表示装置の高輝度化と省電力化とを図ることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の有機ＥＬ素子のうち隣り合うものどうしの上記Ｍｏ酸化物層は、互いに繋がっている。このような構成によれば、上記基板を覆うようにして上記Ｍｏ酸化物層を一体的に形成することが可能であり、便利である。このような構成であっても、上記Ｍｏ酸化物層を十分に薄い層として形成しておけば、隣り合う上記有機ＥＬ素子の陽極どうしが不当に導通することもない。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、シリコン基板であり、上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている。このような構成によれば、上記複数のトランジスタを形成するための微細加工を容易に行うことが可能となる。したがって、上記複数の有機ＥＬ素子の高密度化が可能であり、上記ＥＬ表示装置の高精細化を図ることができる。
本発明の第３の側面によって提供される有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成する工程と、発光層を含む有機層を形成する工程と、陰極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、上記陽極を形成する工程の後、上記有機層を形成する工程の前に、Ｍｏ酸化物層を形成する工程をさらに有することを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子を適切に製造することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物層を形成する工程においては、ＭｏＯ3により上記Ｍｏ酸化物層を形成する。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の省電力化効果を高めるのに適している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物層を形成する工程においては、蒸着法を用いる。このような構成によれば、上記Ｍｏ酸化物層を比較的均一に形成することが可能であり、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図るのに有利である。また、発明者らの実験によれは、蒸着法を用いて形成されたＭｏ酸化物層は、スパッタ法を用いて形成されたＭｏ酸化物層よりも、同一電圧から得られる電流密度が格段に高いことが判明した。これは、上記有機ＥＬ発光素子を効率よく発光駆動するのに有利である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記蒸着法においては、その蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃとする。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図るのに好適である。
本発明の第４の側面によって提供される有機ＥＬ素子は、互いに対向配置された陽極および陰極と、上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層および正孔輸送層を含む有機層と、を備える有機ＥＬ素子であって、上記正孔輸送層は、母材と、Ｍｏ酸化物とを含んでいることを特徴としている。このような構成によっても、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図ることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記Ｍｏ酸化物は、ＭｏＯ3である。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の省電力化に適している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記母材は、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、またはＴＰＴＥからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陽極は、Ａｌからなる。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の高輝度化を図ることができる。
本発明の第５の側面によって提供される有機ＥＬ表示装置は、基板と、上記基板に支持された複数の本発明の第４の側面により提供される有機ＥＬ素子と、上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴としている。このような構成によれば、上記有機ＥＬ表示装置の高輝度化と省電力化とを図ることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、シリコン基板であり、上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている。このような構成によれば、上記有機ＥＬ表示装置の高精細化を図ることができる。
本発明の第６の側面によって提供される有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成する工程と、発光層および正孔輸送層を含む有機層を形成する工程と、陰極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、上記有機層を形成する工程は、母材とＭｏ酸化物とを共蒸着することにより上記正孔輸送層を形成する工程を含むことを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第４の側面によって提供される有機ＥＬ素子を適切に製造することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記正孔輸送層を形成する工程においては、上記Ｍｏ酸化物としてＭｏＯ3を用いる。このような構成によれば、上記Ｍｏ酸化物層による上記有機ＥＬ素子の省電力化効果を高めるのに適している。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子の第１実施形態を示している。この有機ＥＬ素子Ａ１は、陽極２、Ｍｏ酸化物層５、有機層３、陰極４を備えており、基板１上に形成されている。後述するように有機ＥＬ素子Ａ１は、図中上方に向けて光Ｌを出射するいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子として構成されている。
基板１は、絶縁基板であり、有機ＥＬ素子Ａ１を支持するためのものである。
陽極２は、有機層３に電界を与えて、正孔を注入するためのものであり、電源Ｐの＋極と導通している。本実施形態においては、陽極２は、Ａｌからなり、比較的反射率が高い層とされている。
Ｍｏ酸化物層５は、陽極２上に形成されており、有機層３への正孔注入効率を高めるためのものであり、いわゆるバッファ層と称される場合もある。Ｍｏ酸化物層５は、たとえば蒸着法を用いてＭｏＯ3により形成されている。本実施形態においては、Ｍｏ酸化物層５は、その厚さが５０Å程度とされている。後述する本発明の意図する効果を適切に発揮させるためには、Ｍｏ酸化物層５の厚さとしては、３．５〜１０００Å程度とされることが適しており、特に１０〜１００Å程度とすることが好ましい。
有機層３は、正孔輸送層３ａおよび発光層３ｂが積層されたものであり、陽極２と陰極４との間に挟まれている。
正孔輸送層３ａは、陽極２からＭｏ酸化物層５を介して注入された正孔を発光層３ｂへと輸送するための層である。本実施形態においては、正孔輸送層３ａは、N,N'-ビス(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン（α−ＮＰＤ）により形成されており、その厚さが５００Å程度とされている。なお、正孔輸送層３ａの材質としては、α−ＮＰＤに代えてトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）やフェニルアミンの４量体（ＴＰＴＥ）を用いてもよい。
発光層３ｂは、正孔輸送層３ａ上に形成されており、陽極２から注入された正孔と陰極４から注入された電子とが再結合することにより発光する部分である。発光層３ｂは、たとえばオキシンを３配位したアルミニウム錯体（以下Ａｌｑ3）からなり、その厚さが５００Å程度とされている。
なお、有機層３は、発光層３ｂの材質として、比較的電子輸送能力が大きいＡｌｑ3が採用されており、正孔と電子との注入バランスを向上させるために正孔輸送層３ａと発光層３ｂとの二層構造が選択されているが、これは本発明で言う有機層の一構成例にすぎない。本実施形態と異なり、正孔注入層、電子輸送層、および電子注入層などを備える構成であってもよい。
陰極４は、有機層３に電界をあたえて、電子を注入するためのものであり、電源Ｐの−極に導通している。陰極４は、ＬｉＦ層４１およびＭｇＡｇ層４２を介して、有機層３の発光層３ｂ上に形成されており、たとえばＩＴＯからなる透明電極である。ＬｉＦ層４１、ＭｇＡｇ層４２、および陰極４は、それぞれの厚さが５Å、５０Å、および１０００Å程度とされている。陰極４の材質としては、ＩＴＯに代えてＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）を用いてもよい。
図２は、有機ＥＬ素子Ａ１が用いられた有機ＥＬ表示装置の一例を示している。同図に示された有機ＥＬ表示装置Ｂ１は、基板１と、アクティブマトリクス回路Ｃと複数の有機ＥＬ素子Ａ１とを備えている。有機ＥＬ表示装置Ｂ１においては、複数の有機ＥＬ素子Ａ１がマトリクス状に配置されており、図中上方に向けて画像などを表示可能に構成されている。
基板１は、たとえば単結晶シリコン基板である。基板１上には、アクティブマトリクス回路Ｃが形成されている。
アクティブマトリクス回路Ｃは、複数の有機ＥＬ素子Ａ１を発光駆動するためのものであり、複数のトランジスタ７、ゲート配線７８、データ配線７９、およびその他の配線（図示略）を備えている。
複数のトランジスタ７は、複数の有機ＥＬ素子Ａ１のスイッチングを行うためのものであり、ゲート電極７１、ソース電極７２、ドレイン電極７３、Ｎ+ソース領域７４、Ｎ+ドレイン領域７５、チャネル領域７６を備えたいわゆるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタとして構成されている。
Ｎ+ソース領域７４、Ｎ+ドレイン領域７５、チャネル領域７６は、トランジスタ７の
スイッチング機能を実現するための部位である。ゲート電極７１は、ゲート配線７８に導通しており、チャネル領域７６に作用させる電界を発生させるためのものであり、絶縁層８１を介してチャネル領域７６の図中上方に設けられている。ゲート電極７１が高電位または低電位の状態とされることにより、トランジスタ７がＯＮ状態またはＯＦＦ状態とされ、有機ＥＬ素子Ａ１に対するスイッチングがなされる。ソース電極７２は、有機ＥＬ素子Ａ１の陽極２に導通している。ドレイン電極７３は、データ配線７９に導通している。トランジスタ７がＯＮ状態とされると、ソース電極７２とドレイン電極７３との間に電流が流れる。これにより、有機ＥＬ素子Ａ１に対して電界が与えられ、有機ＥＬ素子Ａ１が発光する。複数のトランジスタ７は、絶縁層８１により覆われている。隣り合うトランジスタ７どうしは、フィールド酸化膜７７により絶縁されている。
スイッチング機能を実現するための部位である。ゲート電極７１は、ゲート配線７８に導通しており、チャネル領域７６に作用させる電界を発生させるためのものであり、絶縁層８１を介してチャネル領域７６の図中上方に設けられている。ゲート電極７１が高電位または低電位の状態とされることにより、トランジスタ７がＯＮ状態またはＯＦＦ状態とされ、有機ＥＬ素子Ａ１に対するスイッチングがなされる。ソース電極７２は、有機ＥＬ素子Ａ１の陽極２に導通している。ドレイン電極７３は、データ配線７９に導通している。トランジスタ７がＯＮ状態とされると、ソース電極７２とドレイン電極７３との間に電流が流れる。これにより、有機ＥＬ素子Ａ１に対して電界が与えられ、有機ＥＬ素子Ａ１が発光する。複数のトランジスタ７は、絶縁層８１により覆われている。隣り合うトランジスタ７どうしは、フィールド酸化膜７７により絶縁されている。
絶縁層８１上には、複数の有機ＥＬ素子Ａ１がマトリクス状に形成されている。これらの有機ＥＬ素子Ａ１は、図１を参照して説明した構成とされているが、有機ＥＬ表示装置Ｂ１においては、隣り合う有機ＥＬ素子Ａ１どうしのＭｏ酸化物層５、有機層３、および陰極４が繋がっている。Ｍｏ酸化物層５は、電気伝導度が高いが、その厚さがたとえば５０Å程度であるため、基板１の面内方向における電気抵抗が比較的高いものとなっている。これにより、隣り合う有機ＥＬ素子Ａ１間において、不当に電流が流れてしまうことはない。陰極４は、有機ＥＬ表示装置Ｂ１における共通電極となっている。
保護層８２は、複数の有機ＥＬ素子Ａ１を覆うように形成されている。保護層８２は、たとえば乾燥剤を混入したガラスと、これを封止する紫外線硬化性樹脂とが積層されたものであり、光透過率が比較的大きい。
次に、有機ＥＬ表示装置Ｂ１の製造方法の一例を図３〜図８を参照して以下に説明する。この製造方法には、有機ＥＬ素子Ａ１の製造方法の一例が含まれる。
まず、図３に示すように、単結晶シリコンからなる基板１を準備し、この基板１上に複数のトランジスタ７を具備するアクティブマトリクス回路Ｃを形成する。
次に、図４に示すように、絶縁層８１上に導体の薄膜２’を形成する。導体の薄膜２’の形成に先立ち、エッチングなどを用いて絶縁層８１に複数のコンタクトホール８１ａを形成する。各コンタクトホール８１ａは、トランジスタ７のソース電極７２に達している。複数のコンタクトホール８１ａを形成した後は、絶縁層８１上にたとえばＡｌを用いたスパッタ処理を施す。このスパッタ処理は、１．０×１０-6Ｐａ程度の真空度とされた真空チャンバ内において、ＡｒプラズマをＡｌターゲットに衝突させることにより行う。このスパッタ処理により、厚さが１０００Å程度のＡｌ製の導体の薄膜２’を形成する。
導体の薄膜２’を形成した後は、図５に示すように、複数の陽極２を形成する。陽極２の形成は、導体の薄膜２’に対してたとえばフォトリソグラフィの手法を用いたパターニングを施した後に、このパターニングに用いたレジストを剥離し、これを洗浄することにより行われる。このパターニングは、各陽極２がコンタクトホール８１ａに進入する部分を有するように行う。これにより、各陽極２を各ソース電極７２と導通させることができる。
次いで、図６に示すように、複数の陽極２および絶縁層８１を覆うようにＭｏ酸化物層５を形成する。Ｍｏ酸化物層５の形成は、酸化雰囲気中においてＭｏを用いた蒸着法により行う。これにより、厚さが５０Å程度のＭｏＯ3からなるＭｏ酸化物層５を形成することができる。蒸着法によれば、Ｍｏ酸化物層５を比較的均質な層として仕上げることが可能である。特に、上記蒸着法における蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃ程度とすることが、Ｍｏ酸化物層５の均質化に好ましい。また、発明者らの実験によれば、図９に示すように、Ｍｏ酸化物層５を蒸着法を用いて形成すれば、スパッタ法を用いて形成したＭｏ酸化物層よりも、同一電圧により得られる電流密度を格段に大きくなることが判明した。これは、有機ＥＬ素子Ａ１を効率よく発光駆動するのに適している。一方、Ｍｏ酸化物層５は、複数の陽極２のそれぞれと接しているが、その厚さが５０Å程度ときわめて薄いため、隣り合う陽極２どうしを繋ぐ部分の電気抵抗がきわめて大きいものとなっている。これにより、Ｍｏ酸化物層５に対してパターニングなどを施すことなく、隣り合う陽極２どうしを実質的に絶縁された状態としておくことが可能であり、製造工程の簡略化を図ることができる。
Ｍｏ酸化物層５を形成した後は、図７に示すように、有機層３を形成する。まず、α−ＮＰＤを用いた真空蒸着法により、Ｍｏ酸化物層５上に正孔輸送層３ａを形成する。正孔輸送層３ａの厚さは、５００Å程度とする。正孔輸送層３ａの材質としては、α―ＮＰＤに代えてＴＰＤやＴＰＴＥを用いてもよい。次いで、Ａｌｑ3を用いた真空蒸着法により、正孔輸送層３ａ上に発光層３ｂを形成する。発光層３ｂの厚さは、５００Å程度とする。
有機層３を形成した後は、図８に示すように、有機層３を覆うようにＬｉＦ層４１およびＭｇＡｇ層４２を積層させる。ＬｉＦ層４１およびＭｇＡｇ層４２の形成は、たとえば真空蒸着法を用いて行い、それぞれの厚さを５Åおよび５０Åとする。そして、ＩＴＯを用いたスパッタ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、およびイオンプレーティング法などにより陰極４を形成する。陰極４の厚さは、１０００Å程度とする。
陰極４を形成した後は、乾燥剤を混入したガラスにより陰極４を覆い、このガラスを紫外線硬化性樹脂を用いて封止する。これにより、図２に示す保護層８２が形成され、複数の有機ＥＬ素子Ａ１が用いられた有機ＥＬ表示装置Ｂ１が得られる。
次に、有機ＥＬ素子Ａ１およびこれを用いた有機ＥＬ表示装置Ｂ１の作用について説明する。
本実施形態によれば、図１に示すように、発光層３ｂから発せられた光Ｌのうち図中上方に向かうものを、いわゆる透明電極として構成された陰極４を透過させて、図中上方へと出射させることが可能である。ＬｉＦ層４１およびＡｇＭｇ層４２は、それぞれ５Åおよび５０Å程度の厚さとされていることにより、その光透過率が比較的大きく、発光層３ｂからの光Ｌを不当に減衰させることも無い。一方、光Ｌのうち図中下方に向かうものは、まず、正孔輸送層３ａを透過する。次いで、Ｍｏ酸化物層５は、５０Å程度の薄い層であって光透過率が比較的大きいため、光Ｌを透過させることが可能である。Ｍｏ酸化物層５を透過した光Ｌは、陽極２へと向かう。陽極２は、Ａｌ製であるため、比較的反射率が大きい。このため、図中下方に向かう光Ｌは、陽極２により反射された後に、Ｍｏ酸化物層５、有機層３、ＬｉＦ層４１、ＡｇＭｇ層４２および陰極４を透過して、図中上方へと出射される。したがって、たとえば図１４に示されたようにＩＴＯからなる陽極を備える構成と比べて、有機ＥＬ素子Ａ１から図中上方へと出射される光量を多くすることが可能であり、いわゆるトップエミッション型とされた有機ＥＬ素子Ａ１の高輝度化を図ることができる。また、これにより、図２に示した有機ＥＬ表示装置Ｂ１の画質を向上させることができる。
また、Ｍｏ酸化物層５を備えることにより、有機ＥＬ素子Ａ１の省電力化を図ることが可能である。図１０は、Ｍｏ酸化物層５の膜厚と５Ｖの電圧を印加した場合に得られる電流密度との関係を示しており、発明者らの実験により判明したものである。Ｍｏ酸化物層５の厚さは５０Åであるため、１００ｍＡ／ｃｍ2を超える電流密度が得られる。これにより、後述するように、有機ＥＬ発光素子Ａ１全体の電圧−電流特性を改善することが可能であり、有機ＥＬ発光素子Ａ１を効率よく発光駆動するのに好適である。なお、Ｍｏ酸化物層５の厚さを１０〜１００Å程度とすれば、おおむね８０ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度が得られ、効率の良い発光駆動に好ましい。また、Ｍｏ酸化物層５の厚さを３．５〜１０００Å程度とすれば、おおむね１０ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度が得られ、この程度の値であれば、省電力化を図ることができる。
図１１は、有機ＥＬ素子Ａ１における電圧−電流特性を示している。横軸は、有機ＥＬ素子Ａ１に印加した電圧をあらわしている。縦軸は、電圧により生じた電流密度をあらわしており、対数軸とされている。一定の電圧における電流密度が大きいほど、効率よく発光させることができることを意味する。本図に示されたグラフのうち、グラフＧ１は、本実施形態の有機ＥＬ素子Ａ１の電圧−電流特性の測定結果をプロットしたものである。グラフＧ２は、比較例として、図１４に示された従来例と同様に陽極としてＩＴＯなどからなる透明電極を用いた構成の測定結果をプロットしたものである。グラフＧ３は、さらに比較例として、Ａｌからなる陽極とα−ＮＰＤからなる正孔輸送層とが直接接している構成の測定結果をプロットしたものである。
まず、グラフＧ２とグラフＧ３とを比較すると、陽極の材質をＩＴＯからＡｌへと変更すると、電流密度が１／１００から１／１０００程度にまで低下してしまうことが分かる。すなわち、陽極による反射効率を高めるために、陽極をＡｌ製としただけでは、消費電力が従来よりも非常に大きいものとなり省電力化という目的に反することとなってしまうのである。
次に、グラフＧ１とグラフＧ２およびグラフＧ３とを比較すると、有機ＥＬ素子Ａ１の電流密度は、グラフＧ３であらわされたＡｌ製の陽極を備える比較例と比べて飛躍的に大きくなっている。また、図示された電圧の範囲において、有機ＥＬ素子Ａ１の電流密度は、グラフＧ２であらわされた構成の約１０倍程度に大きくなっている。これは、ＩＴＯの仕事関数が４．８ｅＶ程度であるのに対して、ＭｏＯ3からなるＭｏ酸化物層５の仕事関数が、α−ＮＰＤからなる正孔輸送層３ａの仕事関数（５．４２ｅＶ程度）に近い値となっているからである。すなわち、本実施形態の有機ＥＬ素子Ａ１においては、Ｍｏ酸化物層５が、正孔注入効率を高める、いわゆるバッファ層として機能していると考えられる。このように、本実施形態によれば、有機ＥＬ素子Ａ１の正孔注入効率を高めて、電流密度を大きくすることが可能である。したがって、有機ＥＬ素子Ａ１を効率よく発光駆動させることが可能であり、有機ＥＬ素子Ａ１の省電力化を図ることができる。また、有機ＥＬ表示装置Ｂ１としても、省電力化を図ることができることはもちろんである。なお、発明者らの実験によれば、Ｍｏ酸化物層５の厚さを１０〜１００Å程度とすれば、正孔注入効率を適切に高めることができることが判明した。
有機ＥＬ表示装置Ｂ１においては、単結晶シリコンからなる基板１上に、複数のトランジスタ７を高密度で配置することが可能であり、アクティブマトリクス回路Ｃをいわゆる集積回路として形成することができる。したがって、複数の有機ＥＬ素子Ａ１の高密度化に好適であり、有機ＥＬ表示装置Ｂ１の高精細化を図ることができる。なお、アクティブマトリクス回路Ｃとしては、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を備えたものであってもよい。
図１２は、本発明に係る有機ＥＬ素子の第２実施形態を示している。なお、本図以降の図においては、上記実施形態と類似の要素については、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
図１２に示された有機ＥＬ素子Ａ２においては、正孔輸送層３ａがＭｏ酸化物を含んでいる点、および図１に示したＭｏ酸化物層５を備えていない点が、上述した有機ＥＬ素子Ａ１と異なっている。正孔輸送層３ａは、母材としてα−ＮＰＤが用いられており、これに上記Ｍｏ酸化物が含有されている。上記Ｍｏ酸化物としては、ＭｏＯ3が用いられている。
図１３は、有機ＥＬ素子Ａ２が用いられた有機ＥＬ表示装置Ｂ２を示している。この有機ＥＬ表示装置Ｂ２は、複数の有機ＥＬ素子Ａ２を備える点が、上述した有機ＥＬ表示装置Ｂ１と相違しているが、その他の点については、有機ＥＬ表示装置Ｂ１と同様とされている。有機ＥＬ表示装置Ｂ２においては、隣り合う有機ＥＬ素子Ａ２の正孔輸送層３ａが、互いに繋がっている。
有機ＥＬ素子Ａ２が用いられた有機ＥＬ表示装置Ｂ２は、たとえば、図３〜図８を参照して説明した有機ＥＬ表示装置Ｂ１の製造方法と類似の製造方法より製造することができる。有機ＥＬ表示装置Ｂ１の製造方法との相違点としては、まず、図６に示されたＭｏ酸化物層５の形成が省略される点がある。また、図７に示した正孔輸送層３ａの形成において、上記母材としてのα−ＮＰＤと上記Ｍｏ酸化物としてのＭｏＯ3とを共蒸着させる点がある。共蒸着によれば、上記Ｍｏ酸化物が比較的均一に分布した正孔輸送層３ａを形成することができる。
発明者らの実験によれば、本実施形態の有機ＥＬ素子Ａ２によっても、図１１を参照して説明したような正孔注入効率の向上効果が確認された。これは、正孔輸送層３ａにＭｏＯ3からなる上記Ｍｏ酸化物が含まれていることにより、正孔輸送層３ａがいわゆる正孔注入層と同様の機能をさらに備えることになったためと考えられる。このように、有機ＥＬ素子Ａ２によっても、高輝度化と省電力化とを図ることが可能である。また、有機ＥＬ表示装置Ｂ２においても、画質向上や省電力化を図ることができる。
本発明に係る有機ＥＬ素子、有機ＥＬ表示装置および有機ＥＬ素子の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る有機ＥＬ素子および有機ＥＬ表示装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法に含まれる各処理は、種々に変更自在である。
Ａ１，Ａ２ 有機ＥＬ素子
Ｂ１，Ｂ２ 有機ＥＬ表示装置
Ｃ アクティブマトリクス回路
Ｌ 光
Ｐ 電源
１ 基板
２ 陽極
３ 有機層
３ａ 正孔輸送層
３ｂ 発光層
４ 陰極
５ Ｍｏ酸化物層
７ トランジスタ
４１ ＬｉＦ層
４２ ＭｇＡｇ層
７１ ゲート電極
７２ ソース電極
７３ ドレイン電極
７４ Ｎ+ソース領域
７５ Ｎ+ドレイン領域
７６ チャネル領域
７７ フィールド酸化膜
７８ ゲート配線
７９ データ配線
８１ 絶縁層
８２ 保護層
Ｂ１，Ｂ２ 有機ＥＬ表示装置
Ｃ アクティブマトリクス回路
Ｌ 光
Ｐ 電源
１ 基板
２ 陽極
３ 有機層
３ａ 正孔輸送層
３ｂ 発光層
４ 陰極
５ Ｍｏ酸化物層
７ トランジスタ
４１ ＬｉＦ層
４２ ＭｇＡｇ層
７１ ゲート電極
７２ ソース電極
７３ ドレイン電極
７４ Ｎ+ソース領域
７５ Ｎ+ドレイン領域
７６ チャネル領域
７７ フィールド酸化膜
７８ ゲート配線
７９ データ配線
８１ 絶縁層
８２ 保護層
Claims (20)
- 互いに対向配置された陽極および陰極と、
上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層を含む有機層と、
を備える有機ＥＬ素子であって、
上記陽極と上記有機層との間には、Ｍｏ酸化物層が介在していることを特徴とする、有機ＥＬ素子。 - 上記Ｍｏ酸化物層は、ＭｏＯ3からなる、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 上記Ｍｏ酸化物層は、その厚さが３．５〜１０００Åである、請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
- 上記Ｍｏ酸化物層は、その厚さが１０〜１００Åである、請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
- 上記陽極は、Ａｌからなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
- 基板と、
上記基板に支持された複数の請求項１ないし４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子と、
上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。 - 上記複数の有機ＥＬ素子のうち隣り合うものどうしの上記Ｍｏ酸化物層は、互いに繋がっている、請求項６に記載の有機ＥＬ表示装置。
- 上記基板は、シリコン基板であり、
上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている、請求項６または７に記載の有機ＥＬ表示装置。 - 陽極を形成する工程と、
発光層を含む有機層を形成する工程と、
陰極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、
上記陽極を形成する工程の後、上記有機層を形成する工程の前に、Ｍｏ酸化物層を形成する工程をさらに有することを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。 - 上記Ｍｏ酸化物層を形成する工程においては、ＭｏＯ3により上記Ｍｏ酸化物層を形成する、請求項９に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 上記Ｍｏ酸化物層を形成する工程においては、蒸着法を用いる、請求項９または１０に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 上記蒸着法においては、その蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃとする、請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
- 互いに対向配置された陽極および陰極と、
上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層および正孔輸送層を含む有機層と、
を備える有機ＥＬ素子であって、
上記正孔輸送層は、母材と、Ｍｏ酸化物とを含んでいることを特徴とする、有機ＥＬ素子。 - 上記Ｍｏ酸化物は、ＭｏＯ3である、請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
- 上記母材は、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、またはＴＰＴＥからなる、請求項１３または１４に記載の有機ＥＬ素子。
- 上記陽極は、Ａｌからなる、請求項１３ないし１５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
- 基板と、
上記基板に支持された複数の請求項１３ないし１７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子と、
上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。 - 上記基板は、シリコン基板であり、
上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている、請求項１７に記載の有機ＥＬ表示装置。 - 陽極を形成する工程と、
発光層および正孔輸送層を含む有機層を形成する工程と、
陰極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、
上記有機層を形成する工程は、母材とＭｏ酸化物とを共蒸着することにより上記正孔輸送層を形成する工程を含むことを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。 - 上記正孔輸送層を形成する工程においては、上記Ｍｏ酸化物としてＭｏＯ3を用いる、請求項１９に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
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