JP2008124073A - 有機ｅｌ素子及び有機ｅｌ表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光層で生じた光を陰極から取り出す有機ＥＬ素子で低駆動電圧と高輝度とを実現可能とする。
【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、光反射性の陽極ＡＮと、光透過性の陰極ＣＴと、前記陽極ＡＮと前記陰極ＣＴとの間に介在した発光層ＥＭＴとを具備し、前記陽極ＡＮは、光反射性の金属材料層ＭＬと、前記金属材料層ＭＬと前記発光層ＥＭＴとの間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層ＣＬとを含んだことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、光反射性の陽極ＡＮと、光透過性の陰極ＣＴと、前記陽極ＡＮと前記陰極ＣＴとの間に介在した発光層ＥＭＴとを具備し、前記陽極ＡＮは、光反射性の金属材料層ＭＬと、前記金属材料層ＭＬと前記発光層ＥＭＴとの間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層ＣＬとを含んだことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子及び有機ＥＬ表示装置に関する。
有機ＥＬ素子では、陽極の材料として、仕事関数の大きな材料を使用することが有利である。陽極の材料として仕事関数の大きな材料を使用すると、高い正孔注入効率を達成でき、それゆえ、低い駆動電圧及び高い発光効率とを実現することができる。そのため、多くの有機ＥＬ素子は、陽極の材料として、仕事関数が５．０ｅＶであるインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）を使用している。
ＩＴＯは、代表的な透明導電性酸化物である。そのため、発光層で生じた光を陰極から取り出す場合には、一般に、透明導電性酸化物層が透過した光を反射層に反射させて、高い光取り出し効率を実現している。すなわち、低駆動電圧と高輝度とを実現すべく、陽極として透明導電性酸化物層と反射層との積層体を使用するか、又は、陽極としての透明導電性酸化物層と反射層とを組み合わせている。
反射層の仕事関数が十分に大きければ、透明導電性酸化物層を使用することなく、低駆動電圧及び高輝度を実現できる可能性がある。しかしながら、一般的な電極材料に、大きな仕事関数を有し且つ高い反射率を達成可能なものはない。例えば、アルミニウム及び銀は、可視光領域のほぼ全体に亘って９０％以上の反射率を達成可能であるが、仕事関数は４．３ｅＶである。また、金は、仕事関数は５．１ｅＶであるものの、短波長領域（特には青色領域）内の光についての反射率は４０％である。
なお、非特許文献１には、本発明に関連した技術が記載されている。すなわち、この文献には、ＵＶオゾン処理によって銀陽極の表面を酸化して、高い反射率を維持しつつ、正孔注入効率を高めることが記載されている。
ＳＩＤ ０４ ＤＩＧＥＳＴ ｐ．６８２
ＳＩＤ ０４ ＤＩＧＥＳＴ ｐ．６８２
本発明の目的は、発光層で生じた光を陰極から取り出す有機ＥＬ素子で低駆動電圧と高輝度とを実現可能とすることにある。
本発明の第１側面によると、光反射性の陽極と、光透過性の陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在した発光層とを具備し、前記陽極は、光反射性の金属材料層と、前記金属材料層と前記発光層との間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層とを含んだことを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
本発明の第２側面によると、発光色が互いに異なる第１及び第２画素を具備し、前記第１及び第２画素の各々は、光反射性の陽極と、光透過性の陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在した発光層とを備えた有機ＥＬ素子を含み、前記第１及び第２画素の各々において、前記陽極は、光反射性の金属材料層と、前記金属材料層と前記発光層との間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層とを含んだことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
本発明によると、発光層で生じた光を陰極から取り出す有機ＥＬ素子で、陽極に透明導電性酸化物を使用せずとも、低駆動電圧と高輝度とを実現することができる。
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子を概略的に示す断面図である。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、陽極ＡＮと、有機物層ＯＲＧと、陰極ＣＴとを含んでおり、基板ＳＵＢに支持されている。陽極ＡＮと陰極ＣＴとは向き合っており、有機物層ＯＲＧは、陽極ＡＮと陰極ＣＴとの間に介在している。ここでは、一例として、有機ＥＬ素子は、陽極ＡＮが陰極ＣＴと基板ＳＵＢとの間に介在するように基板ＳＵＢに支持させている。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、陽極ＡＮと、有機物層ＯＲＧと、陰極ＣＴとを含んでおり、基板ＳＵＢに支持されている。陽極ＡＮと陰極ＣＴとは向き合っており、有機物層ＯＲＧは、陽極ＡＮと陰極ＣＴとの間に介在している。ここでは、一例として、有機ＥＬ素子は、陽極ＡＮが陰極ＣＴと基板ＳＵＢとの間に介在するように基板ＳＵＢに支持させている。
陽極ＡＮは、光反射性であって、有機物層ＯＲＧが放出する光を反射する。陽極ＡＮは、金属材料層ＭＬと、金属材料層ＭＬと有機物層ＯＲＧとの間に介在したカーボン層ＣＬとを含んでいる。
金属材料層ＭＬは、光反射性であって、有機物層ＯＲＧが放出する光を反射する。金属材料層ＭＬの材料としては、例えば、アルミニウム、銀、及びそれらの合金を使用することができる。
カーボン層ＣＬは、例えば、アモルファスカーボンからなる。アモルファスカーボンのイオン化ポテンシャルは約５．３ｅＶである。
カーボン層ＣＬを薄くすると、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの駆動電圧が高くなる。カーボン層ＣＬの厚さが２ｎｍ以上であれば、十分に小さな駆動電圧を達成できる。典型的には、カーボン層ＣＬの厚さは３０ｎｍ以上とする。
カーボン層ＣＬを厚くすると、陽極ＡＮの反射率が低下する。典型的には、カーボン層ＣＬの厚さは１００ｎｍ以下とする。
有機物層ＯＲＧは、発光層ＥＭＴと、正孔輸送層ＨＴＬと、電子輸送層ＥＴＬとを含んでいる。正孔輸送層ＨＴＬは、発光層ＥＭＴと陽極ＡＮとの間に介在している。電子輸送層ＥＴＬは、発光層ＥＭＴと陰極ＣＴとの間に介在している。
発光層ＥＭＴは、例えば、ホスト材料とドーパント材料との混合物からなる。ホスト材料としては、例えば、Ａｌｑ3（tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)）及びＣＢＰ（4,4'-di(carbazolyl-9-yl)biphenyl）を使用することができる。ドーパント材料としては、例えば、Ｉｒ（ｐｐｙ）3（tris(2-phenylpyridine)iridium）を使用することができる。
正孔輸送層ＨＴＬは、例えば、α−ＮＰＤ（N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine）からなる。正孔輸送層ＨＴＬは、省略してもよい。
電子輸送層ＥＴＬは、例えば、Ａｌｑ3からなる。電子輸送層ＥＴＬは、省略してもよい。
有機物層ＯＲＧは、正孔輸送層ＨＴＬと発光層ＥＭＴとの間に、電子ブロッキング層をさらに含むことができる。また、有機物層ＯＲＧは、電子輸送層ＥＬＴと発光層ＥＭＴとの間に、正孔ブロッキング層をさらに含むことができる。
陰極ＣＴは、光透過性であって、有機物層ＯＲＧが放出する光を透過する。陰極ＣＴの材料としては、例えば、マグネシウムと銀との合金を使用することができる。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、陽極ＡＮと有機物層ＯＲＧとの間に、正孔注入層をさらに含むことができる。また、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、陰極ＣＴと有機物層ＯＲＧとの間に、電子注入層をさらに含むことができる。
この構造を採用すると、高い正孔注入効率と高い反射率とを達成できる。それゆえ、本態様によると、低駆動電圧と高輝度とを実現することができる。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤには、光共振器としての機能を与えてもよい。すなわち、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤには、発光層ＥＭＴが放出する光が金属層ＭＬと陰極ＣＴとの間で繰り返し反射干渉する構成を採用してもよい。この構造を採用すると、輝度及び色純度を高めることができる。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、例えば、表示装置の発光素子として利用することができる。
図２は、図１の有機ＥＬ素子を含む表示装置の一例を概略的に示す平面図である。図３は、図２の表示装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。なお、図３では、表示装置を、その表示面，すなわち前面又は光出射面，が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
図２の表示装置は、アクティブマトリクス型駆動方式を採用した上面発光型の有機ＥＬ表示装置である。この有機ＥＬ表示装置は、表示パネルＤＰと、映像信号線ドライバＸＤＲと、走査信号線ドライバＹＤＲとを含んでいる。
表示パネルＤＰは、図２及び図３に示すように、アレイ基板ＡＳと封止基板ＣＳとを含んでいる。アレイ基板ＡＳと封止基板ＣＳとは、向き合っており、中空体を形成している。具体的には、封止基板ＣＳの中央部は、アレイ基板ＡＳから離間している。封止基板ＣＳの周縁部は、図３に示す枠形のシール層ＳＳを介して、アレイ基板ＡＳの一方の主面に貼り付けられている。
表示パネルＤＰは、図２及び図３に示すように、ガラス基板などの絶縁基板ＳＵＢを含んでいる。
基板ＳＵＢ上には、図３に示すアンダーコート層ＵＣが形成されている。アンダーコート層ＵＣは、例えば、基板ＳＵＢ上に、シリコン窒化物層とシリコン酸化物層とをこの順に積層してなる。
アンダーコート層ＵＣ上には、例えば不純物を含有したポリシリコンからなる半導体パターンが形成されている。この半導体パターンの一部は、図３の半導体層ＳＣとして利用している。半導体層ＳＣには、ソース及びドレインとして利用する不純物拡散領域が形成されている。また、この半導体パターンの他の一部は、後述するキャパシタＣの下部電極として利用している。下部電極は、後述する画素ＰＸに対応して配列している。
半導体パターンは、図３に示すゲート絶縁膜ＧＩで被覆されている。ゲート絶縁膜ＧＩは、例えばＴＥＯＳ（tetraethyl orthosilicate）を用いて形成することができる。
ゲート絶縁膜ＧＩ上には、図２に示す走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２が形成されている。走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２は、画素ＰＸの行に沿ったＸ方向に延びており、画素ＰＸの列に沿ったＹ方向に交互に配列している。走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２は、例えばＭｏＷからなる。なお、Ｚ方向は、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向である。
ゲート絶縁膜ＧＩ上には、キャパシタＣの上部電極がさらに配置されている。この上部電極は、画素ＰＸに対応して配列しており、キャパシタＣの下部電極と向き合っている。上部電極は、例えばＭｏＷからなり、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２と同一の工程で形成することができる。
走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２は、半導体層ＳＣと交差している。走査信号線ＳＬ１と半導体層ＳＣとの交差部は、図２及び図３に示すスイッチングトランジスタＳＷａを構成している。走査信号線ＳＬ２と半導体層ＳＣとの交差部は、図２に示すスイッチングトランジスタＳＷｂ及びＳＷｃを構成している。また、先に説明した下部電極と上部電極とそれらの間に介在した絶縁膜ＧＩとは、図２に示すキャパシタＣを構成している。上部電極は、キャパシタＣからＺ方向に垂直な方向に突き出た突出部を含んでおり、この突出部と半導体層ＳＣとは交差している。この交差部は、図２に示す駆動トランジスタＤＲを構成している。
なお、この例では、駆動トランジスタＤＲ及びスイッチングトランジスタＳＷａ乃至ＳＷｃは、トップゲート型のｐチャネル薄膜トランジスタである。また、図３に参照符号Ｇで示す部分は、スイッチングトランジスタＳＷａのゲートである。
ゲート絶縁膜ＧＩ、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２、並びに上部電極は、図３に示す層間絶縁膜ＩＩで被覆されている。層間絶縁膜ＩＩは、例えばプラズマＣＶＤ法により堆積させたシリコン酸化物からなる。
層間絶縁膜ＩＩ上には、図２に示す映像信号線ＤＬと電源線ＰＳＬとが形成されている。映像信号線ＤＬは、図２に示すように、Ｙ方向に延びており、Ｘ方向に配列している。電源線ＰＳＬは、例えば、Ｙ方向に延びており、Ｘ方向に配列している。
層間絶縁膜ＩＩ上には、図３に示すソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥがさらに形成されている。ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥは、画素ＰＸの各々において素子同士を接続している。
映像信号線ＤＬと電源線ＰＳＬとソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとは、例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有している。これらは、同一工程で形成可能である。
映像信号線ＤＬと電源線ＰＳＬとソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとは、図３に示すパッシベーション膜ＰＳで被覆されている。パッシベーション膜ＰＳは、例えばシリコン窒化物からなる。
パッシベーション膜ＰＳ上では、図３に示す陽極ＡＮが、画素ＰＸに対応して配列している。これら陽極ＡＮは、光反射性の背面電極としての画素電極である。各陽極ＡＮは、パッシベーション膜ＰＳに設けたコンタクトホールを介してドレイン電極ＤＥに接続されており、このドレイン電極はスイッチングトランジスタＳＷａのドレインに接続されている。
陽極ＡＮは、上述した通り、図１に示す金属材料層ＭＬとカーボン層ＣＬとを含んでいる。金属材料層ＭＬは、パッシベーション膜ＰＳとカーボン層ＣＬとの間に介在している。
金属材料層ＭＬは、画素ＰＸに対応してパターニングされている。カーボン層ＣＬは、画素ＰＸに対応してパターニングされていてもよい。或いは、カーボン層ＣＬは、画素ＰＸ間で繋がっていてもよい。例えば、カーボン層ＣＬは、画素ＰＸが配置された領域として規定される表示領域の全体に亘って広がった連続膜であってもよい。カーボン層ＣＬのシート抵抗は十分に大きいので、金属材料層ＭＬ同士が短絡することはない。
パッシベーション膜ＰＳ上には、さらに、図３に示す隔壁絶縁層ＰＩが形成されている。隔壁絶縁層ＰＩには、陽極ＡＮに対応した位置に貫通孔が設けられているか、或いは、陽極ＡＮが形成する列に対応した位置にスリットが設けられている。ここでは、一例として、隔壁絶縁層ＰＩには、陽極ＡＮに対応した位置に貫通孔が設けられていることとする。
隔壁絶縁層ＰＩは、例えば、有機絶縁層である。隔壁絶縁層ＰＩは、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
隔壁絶縁層ＰＩは、カーボン層ＣＬを形成した後に形成してもよい。或いは、隔壁絶縁層ＰＩは、カーボン層ＣＬを形成する前に形成してもよい。後者の場合、フォトリソグラフィ技術を用いて隔壁絶縁層ＰＩを形成することに起因してカーボン層ＣＬが損傷を受けるのを防止できる。
各陽極ＡＮ上には、有機物層ＯＲＧが形成されている。有機物層ＯＲＧが含んでいる各層は、画素ＰＸに対応してパターニングされていてもよい。或いは、有機物層ＯＲＧが含んでいる各層は、画素ＰＸ間で繋がっていてもよい。
隔壁絶縁層ＰＩ及び有機物層ＯＲＧは、陰極ＣＴで被覆されている。この例では、陰極ＣＴは、画素ＰＸ間で共用している共通電極である。また、この例では、陰極ＣＴは、光透過性の前面電極である。陰極ＣＴは、例えば、パッシベーション膜ＰＳと隔壁絶縁層ＰＩとに設けられたコンタクトホールを介して、映像信号線ＤＬと同一の層上に形成された電極配線（図示せず）に電気的に接続されている。各々の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、陽極ＡＮと、有機物層ＯＲＧと、陰極ＣＴとを含んでいる。
画素ＰＸの各々は、図２に示すように、駆動トランジスタＤＲと、スイッチングトランジスタＳＷａ乃至ＳＷｃと、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと、キャパシタＣとを含んでいる。上記の通り、この例では、駆動トランジスタＤＲ及びスイッチングトランジスタＳＷａ乃至ＳＷｃはｐチャネル薄膜トランジスタである。
駆動トランジスタＤＲとスイッチングトランジスタＳＷａと有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとは、第１電源端子ＮＤ１と第２電源端子ＮＤ２との間で、この順に直列に接続されている。この例では、電源端子ＮＤ１は高電位電源端子であり、電源端子ＮＤ２は低電位電源端子である。
スイッチングトランジスタＳＷａのゲートは、走査信号線ＳＬ１に接続されている。スイッチングトランジスタＳＷｂは、映像信号線ＤＬと駆動トランジスタＤＲのドレインとの間に接続されており、そのゲートは走査信号線ＳＬ２に接続されている。スイッチングトランジスタＳＷｃは、駆動トランジスタＤＲのドレインとゲートとの間に接続されており、そのゲートは走査信号線ＳＬ２に接続されている。
キャパシタＣは、駆動トランジスタＤＲのゲートと定電位端子ＮＤ１’との間に接続されている。この例では、定電位端子ＮＤ１’は、電源端子ＮＤ１に接続されている。
封止基板ＣＳは、図３に示すように、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを間に挟んで基板ＳＵＢと向き合っている。封止基板ＣＳは、対向電極ＣＥから離間している。封止基板ＣＳは、例えばガラス基板である。
シール層ＳＳは、上記の通り、枠形状を有しており、アレイ基板ＡＳと封止基板ＣＳの周縁部との間に介在している。シール層ＳＳは、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを取り囲んでいる。シール層ＳＳの材料としては、例えば、フリットガラス及び接着剤を使用することができる。
映像信号線ドライバＸＤＲには、映像信号線ＤＬが接続されている。この例では、映像信号線ドライバＸＤＲには、電源線ＰＳＬがさらに接続されている。映像信号線ドライバＸＤＲは、映像信号線ＤＬに映像信号を電流信号として出力すると共に、電源線ＰＳＬに電源電圧を供給する。
走査信号線ドライバＹＤＲには、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２が接続されている。走査信号線ドライバＹＤＲは、走査信号線ＳＬ１及びＳＬ２にそれぞれ第１及び第２走査信号を電圧信号として出力する。
この有機ＥＬ表示装置で画像を表示する場合、例えば、画素ＰＸを行毎に順次選択する。或る画素ＰＸを選択している選択期間では、その画素ＰＸに対して書込動作を行う。或る画素ＰＸを選択していない非選択期間では、その非選択中の画素ＰＸで表示動作を行う。
具体的には、或る行の画素ＰＸを選択する選択期間では、まず、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ１に、スイッチングトランジスタＳＷａを開く（非導通状態とする）走査信号を電圧信号として出力する。続いて、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ２に、スイッチングトランジスタＳＷｂ及びＳＷｃを閉じる（導通状態とする）走査信号を電圧信号として出力する。この状態で、映像信号線ドライバＹＤＲから、映像信号線ＤＬに、映像信号を電流信号（書込電流）Ｉsigとして出力し、駆動トランジスタＤＲのゲート−ソース間電圧Ｖgsを、先の映像信号Ｉsigに対応した大きさに設定する。その後、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ２に、スイッチングトランジスタＳＷｂ及びＳＷｃを開く走査信号を電圧信号として出力する。続いて、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ１に、スイッチングトランジスタＳＷａを閉じる走査信号を電圧信号として出力する。これにより、選択期間を終了する。
選択期間に続く非選択期間では、走査信号線ドライバＹＤＲから、先の画素ＰＸが接続された走査信号線ＳＬ１に、スイッチングトランジスタＳＷａを閉じる走査信号を電圧信号として出力する。スイッチングトランジスタＳＷａは閉じたままとし、スイッチングトランジスタＳＷｂ及びＳＷｃは開いたままとする。非選択期間では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤには、駆動トランジスタＤＲのゲート−ソース間電圧Ｖgsに対応した大きさの駆動電流Ｉdrvが流れる。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、駆動電流Ｉdrvの大きさに対応した輝度で発光する。
図２の有機ＥＬ表示装置でカラー表示を行う場合、以下の構造を採用してもよい。
図４は、図２の有機ＥＬ表示装置に採用可能な他の例を概略的に示す断面図である。図４において、参照符号ＯＬＥＤ１は発光色が青色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示し、参照符号ＯＬＥＤ２は発光色が緑色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示し、参照符号ＯＬＥＤ３は発光色が赤色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示している。
図４は、図２の有機ＥＬ表示装置に採用可能な他の例を概略的に示す断面図である。図４において、参照符号ＯＬＥＤ１は発光色が青色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示し、参照符号ＯＬＥＤ２は発光色が緑色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示し、参照符号ＯＬＥＤ３は発光色が赤色の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを示している。
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに光共振器としての機能を与えるためには、発光層ＥＭＴが放出する光が金属層ＭＬと陰極ＣＴとの間で繰り返し反射干渉するように、金属層ＭＬと陰極ＣＴとの間の光路長を設計する必要がある。すなわち、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３間で、先の光路長を異ならしめる必要がある。
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３の発光層ＥＭＴは、別々に形成する。それゆえ、発光層ＥＭＴを利用して、先の光路長を有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ間で異ならしめることができる。しかしながら、発光層ＥＭＴの厚さは、発光効率などに影響を及ぼすため、必ずしも任意に設定できる訳ではない。
図４では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３においてのみ、金属材料層ＭＬとカーボン層ＣＬとの間に透明導電性酸化物層ＯＬを挿入している。この構造を採用すると、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３では、透明導電性酸化物層ＯＬの厚さのみにより、先の光路長を最適化することができる。それゆえ、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１及びＯＬＥＤ２を設計するうえで、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３の光路長を考慮する必要がない。したがって、図４の構造を採用すると、設計の自由度が高くなる。
図４では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３においてのみ、金属材料層ＭＬとカーボン層ＣＬとの間に透明導電性酸化物層ＯＬを挿入している。その代わりに、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２及びＯＬＥＤ３においてのみ、金属材料層ＭＬとカーボン層ＣＬとの間に透明導電性酸化物層ＯＬを挿入してもよい。
図４では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３の発光色は、それぞれ、青、緑、赤色である。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３の発光色を、赤、青、緑色の中で変更可能である。また、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３の発光色として、他の色を採用してもよい。
図３及び図４には、図１の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを上面発光型の有機ＥＬ表示装置に適用した例を示したが、図１の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは下面発光型の有機ＥＬ表示装置でも使用可能である。また、図２には、画素回路に映像信号として電流信号を書き込む有機ＥＬ表示装置を示したが、図１の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、画素回路に映像信号として電圧信号を書き込む有機ＥＬ表示装置で使用することも可能である。さらに、図２にはアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ表示装置を示したが、図１の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、パッシブマトリクス駆動方式やセグメント駆動方式などの他の駆動方式の有機ＥＬ表示装置でも使用可能である。
以下、本発明の実施例について説明する。
（素子Ａの製造）
図５は、有機ＥＬ素子の一例を概略的に示す断面図である。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを、以下の方法により製造した。
（素子Ａの製造）
図５は、有機ＥＬ素子の一例を概略的に示す断面図である。
この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを、以下の方法により製造した。
まず、ガラス基板ＳＵＢ上に、アルミニウムからなる金属材料層ＭＬを形成した。次に、スパッタリングにより、金属材料層ＭＬ上に、厚さ１０Åのカーボン層ＣＬを形成した。その後、真空蒸着により、α−ＮＰＤからなる厚さ５００Åの正孔輸送層ＨＴＬと、Ａｌｑ3からなる厚さ５００Åの発光層ＥＭＴとを順次形成した。なお、この発光層ＥＭＴは、電子輸送層を兼ねている。さらに、マグネシウムと銀との共蒸着により、発光層ＥＭＴ上に、厚さ１５０Åの陰極ＣＴを形成した。マグネシウムの蒸着レートと銀の蒸着レートとの比は１０：１とした。以上のようにして、図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを完成した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ａと呼ぶ。
次に、不活性雰囲気中で、基板ＳＵＢとガラス製の封止基板（図示せず）とを、素子Ａが封止基板と向き合うように、紫外線硬化樹脂からなるシール層（図示せず）を介して貼り合わせた。シール層は、素子Ａを取り囲む枠形状に形成した。さらに、シール層に紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させた。以上のようにして、素子Ａを封止した。
（素子Ｂの製造）
カーボン層ＣＬの厚さを２０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｂと呼ぶ。この素子Ｂも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの厚さを２０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｂと呼ぶ。この素子Ｂも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｃの製造）
カーボン層ＣＬの厚さを３０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｃと呼ぶ。この素子Ｃも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの厚さを３０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｃと呼ぶ。この素子Ｃも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｄの製造）
カーボン層ＣＬの厚さを５０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｄと呼ぶ。この素子Ｄも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの厚さを５０Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｄと呼ぶ。この素子Ｄも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｅの製造）
カーボン層ＣＬの厚さを７５Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｅと呼ぶ。この素子Ｅも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの厚さを７５Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｅと呼ぶ。この素子Ｅも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｆの製造）
カーボン層ＣＬの厚さを１００Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｆと呼ぶ。この素子Ｆも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの厚さを１００Åとしたこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により図５の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを製造した。以下、この有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを素子Ｆと呼ぶ。この素子Ｆも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｇの製造）
カーボン層ＣＬを省略したこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により有機ＥＬ素子を製造した。以下、この有機ＥＬ素子を素子Ｇと呼ぶ。この素子Ｇも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬを省略したこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により有機ＥＬ素子を製造した。以下、この有機ＥＬ素子を素子Ｇと呼ぶ。この素子Ｇも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子Ｈの製造）
カーボン層ＣＬの代わりに厚さ５００ÅのＩＴＯ層を形成したこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により有機ＥＬ素子を製造した。以下、この有機ＥＬ素子を素子Ｈと呼ぶ。この素子Ｈも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
カーボン層ＣＬの代わりに厚さ５００ÅのＩＴＯ層を形成したこと以外は、素子Ａについて説明したのと同様の方法により有機ＥＬ素子を製造した。以下、この有機ＥＬ素子を素子Ｈと呼ぶ。この素子Ｈも、素子Ａに対して行ったのと同様に封止した。
（素子性能評価試験）
素子Ａ乃至Ｈの各々を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で駆動し、駆動電圧と輝度と色度とを測定した。その結果を、素子Ａ乃至Ｈの構成と共に、以下の表１に纏める。また、カーボン層の厚さと駆動電圧との関係を図６に纏める。
素子Ａ乃至Ｈの各々を１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で駆動し、駆動電圧と輝度と色度とを測定した。その結果を、素子Ａ乃至Ｈの構成と共に、以下の表１に纏める。また、カーボン層の厚さと駆動電圧との関係を図６に纏める。
図６は、カーボン層の厚さと駆動電圧との関係の例を示すグラフである。図中、横軸はカーボン層の厚さを示し、縦軸は駆動電圧を示している。また、表１において、「ｘ」及び「ｙ」は、それぞれ、ＣＩＥ１９３１表色系における色度座標ｘ及びｙを表している。
表１及び図６に示すように、素子Ｂ乃至Ｆの駆動電圧は、素子Ａ及びＧの駆動電圧と比較して著しく低い。そして、表１に示すように、素子Ａ及びＧは発光しなかったのに対し、素子Ｂ乃至Ｆは発光している。この結果は、アルミニウム製の金属材料層からα−ＮＰＤ製の正孔輸送層への正孔注入が困難であることと、カーボン層が十分に厚ければカーボン層からα−ＮＰＤ製の正孔輸送層への正孔注入が可能であることとを示している。
また、表１に示すように、素子Ｂ乃至Ｆの輝度は、素子Ａの輝度と比較して著しく高い。そして、素子Ｂ乃至Ｆの駆動電圧は、素子Ａの駆動電圧と比較して低い。すなわち、素子Ｂ乃至Ｆは、低駆動電圧と高輝度とを達成した。
（光学シミュレーション）
カーボンは可視光を吸収するため、カーボン層を厚くすると、陽極ＡＮの反射率が低下する。そこで、アルミニウム層とカーボン層との積層体について、光学シミュレーションにより反射率を計算した。その結果を、以下の表２に纏める。
カーボンは可視光を吸収するため、カーボン層を厚くすると、陽極ＡＮの反射率が低下する。そこで、アルミニウム層とカーボン層との積層体について、光学シミュレーションにより反射率を計算した。その結果を、以下の表２に纏める。
表２には、青色光の代表値として波長が４５０ｎｍの光に関する反射率と、緑色光の代表値として波長が５００ｎｍの光に関する反射率と、赤色光の代表値として波長が６５０ｎｍの光に関する反射率とを記載している。表２に示すように、カーボン層の厚さが１００ｎｍ以下の場合、何れの波長でも、反射率は８５％以上である。金の青色光に関する反射率が約４０％であることを考慮すると、この反射率は十分に高いといえる。
（カーボン層の導電性評価）
スパッタリング法により、ガラス基板上に、厚さ１０００Åのアルミニウム層と、厚さ１０００Åのカーボン層と、厚さ１０００Åのアルミニウム層とを順次形成した。次いで、この三層構造の素子の電圧電流特性を測定した。その結果、カーボン層は、導電性を有しており、アルミニウム層とオーミック接触していることを確認できた。
スパッタリング法により、ガラス基板上に、厚さ１０００Åのアルミニウム層と、厚さ１０００Åのカーボン層と、厚さ１０００Åのアルミニウム層とを順次形成した。次いで、この三層構造の素子の電圧電流特性を測定した。その結果、カーボン層は、導電性を有しており、アルミニウム層とオーミック接触していることを確認できた。
次に、上述したのと同様の方法によりカーボン層を形成し、このカーボン層の比抵抗を測定した。その結果、比抵抗は１．６ＭΩｃｍであった。この結果は、カーボン層が十分に薄い場合には、カーボン層は電極の一部として十分に機能し且つそのシート抵抗は十分に大きいことを示している。
ＡＮ…陽極、ＡＳ…アレイ基板、Ｃ…キャパシタ、ＣＬ…カーボン層、ＣＳ…封止基板、ＣＴ…陰極、ＤＥ…ドレイン電極、ＤＬ…映像信号線、ＤＰ…表示パネル、ＤＲ…駆動トランジスタ、ＥＭＴ…発光層、ＥＴＬ…電子輸送層、Ｇ…ゲート、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＨＴＬ…正孔輸送層、ＩＩ…層間絶縁膜、ＭＬ…金属材料層、ＮＤ１…電源端子、ＮＤ１’…定電位端子、ＮＤ２…電源端子、ＯＬＥＤ…有機ＥＬ素子、ＯＬＥＤ１…有機ＥＬ素子、ＯＬＥＤ２…有機ＥＬ素子、ＯＬＥＤ３…有機ＥＬ素子、ＯＲＧ…有機物層、ＰＩ…隔壁絶縁層、ＰＳ…パッシベーション膜、ＰＳＬ…電源線、ＰＸ…画素、ＳＣ…半導体層、ＳＥ…ソース電極、ＳＬ１…走査信号線、ＳＬ２…走査信号線、ＳＳ…シール層、ＳＵＢ…基板、ＳＷａ…スイッチングトランジスタ、ＳＷｂ…スイッチングトランジスタ、ＳＷｃ…スイッチングトランジスタ、ＵＣ…アンダーコート層、ＸＤＲ…映像信号線ドライバ、
ＹＤＲ…走査信号線ドライバ。
ＹＤＲ…走査信号線ドライバ。
Claims (6)
- 光反射性の陽極と、光透過性の陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在した発光層とを具備し、前記陽極は、光反射性の金属材料層と、前記金属材料層と前記発光層との間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層とを含んだことを特徴とする有機ＥＬ素子。
- 前記カーボン層の厚さは３ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記金属材料層はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 発光色が互いに異なる第１及び第２画素を具備し、
前記第１及び第２画素の各々は、光反射性の陽極と、光透過性の陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在した発光層とを備えた有機ＥＬ素子を含み、
前記第１及び第２画素の各々において、前記陽極は、光反射性の金属材料層と、前記金属材料層と前記発光層との間に介在した厚さが２ｎｍ以上のカーボン層とを含んだことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。 - 前記第１画素において、前記カーボン層は前記金属材料層と接触し、
前記第２画素において、前記陽極は、前記金属材料層と前記カーボン層との間に介在した透明導電性酸化物層をさらに含んだことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置。 - 前記第１画素の前記カーボン層は、前記第２画素の前記カーボン層と繋がっていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ表示装置。
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