JP2008218470A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トップエミッション型有機ＥＬ装置で、閾値電圧や発光開始電圧の変動及び輝度ムラの発生を抑制した有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】素子基板２の主面に配置された下部電極５２と、この下部電極５２上に配置された多層構造の有機ＥＬ層５１と、この有機ＥＬ層５１上に配置された透光性の上部電極５３とを備え、前記有機ＥＬ層５１の前記下部電極５２と接する層をＶ₂Ｏ₅層６からなるホール注入層とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に係り、特にトップエミッション型有機ＥＬ表示素子を備えた有機ＥＬ表示装置に関する。

フラットパネル型の表示装置として液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマ表示装置（ＰＤＰ）、電界放出型表示装置（ＦＥＤ）、有機ＥＬ表示装置（ＯＬＥＤ）などが実用化ないしは実用化研究段階にある。中でも、有機ＥＬ表示装置は薄型・軽量の自発光型表示装置の典型としてこれからの表示装置として極めて有望な表示装置である。

有機ＥＬ表示装置には、所謂ボトムエミッション型とトップエミッション型とがある。ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置は、ＴＦＴ基板を構成するガラス基板を好適とする絶縁基板の主面に、第１の電極または一方の電極としての透明電極（ＩＴＯ等）、電界の印加で発光する多層の有機膜（有機発光層とも言う）、第２の電極または他方の電極としての反射性の金属電極を順次積層した発光機構で有機ＥＬ素子が構成される。この有機ＥＬ素子をマトリクス状に多数配列し、それらの積層構造を覆って封止缶と称する他の基板あるいは封止膜を設け、上記発光構造を外部の雰囲気から遮断している。そして、例えば前記一方の電極の透明電極を陽極とし、他方の電極の金属電極を陰極として両者の間に電界を印加することで有機多層膜にキャリア（電子と正孔）が注入され、該有機多層膜が発光する。この発光を前記ガラス基板側から外部に出射する。

一方、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置は、上記した一方の電極を反射性を有する金属電極とし、他方の電極をＩＴＯ等の透明電極とし、両者の間に電界を印加することで発光層が発光し、この発光を上記他方の電極側から出射する構成としている。トップエミッション型では、前記絶縁基板上の駆動回路上も発光エリアとして利用できる特徴を有している。又、トップエミッション型では、ボトムエミッション型における封止缶に対応する構成として、ガラス板を好適とする透明板が使用出来る。

この種の有機ＥＬ表示装置は、図５にその一例を示すように封止基板８１と素子基板８２とをシール材８３でシールする構成が採られている。ここで図５は有機ＥＬ表示装置の一例の光出射方向に平行方向の模式断面図である。

この図５の構成で、前記封止基板８１の素子基板８２と対面する内面には掘り込み８１ａが設けられ、この掘り込み８１ａ内に乾燥材組立体８４が固定されている。この乾燥材組立体８４は例えばＣａＯ（酸化カルシュウム）やＳｒ（ストロンチウム）等からなる乾燥材８６と例えば粘着剤等の接合部材８７からなり、この接合部材８７で前記封止基板８１に固着して保持する構成となっている。この乾燥材組立体８４及び接合部材８７は透明である。

一方、素子基板８２の主面、すなわち前記封止基板８１と対面し図示しないＴＦＴ素子等を形成した面には、発光素子部８５が配置されている。この発光素子部８５は素子基板８２側から反射性の金属膜からなる下部電極８８、発光層を持つ有機多層膜８９及び透明な上部電極９０を順次積層した構成となっている。

このような構成において、乾燥材組立体８４は前記有機多層膜８９の吸水による性能低下を阻止するため組み込まれている。

この種の有機ＥＬ表示装置に関し、特許文献１ではトップエミッション型有機ＥＬ表示素子で透明な上部電極に接して酸化バナジウム等の遷移金属系の酸化物等からなる無機材料を含むホール注入層を配置した構成が、又特許文献２ではボトムエミッション型で、ＩＴＯの下部電極を陽極に用い、上部電極に反射性の電極を用いた構成が開示されている。
特開２００５−３２６１８号公報 特開平９−６３７７１号公報

このようなトップエミッション型有機ＥＬ表示装置では、上部電極を陰極とし下部電極を陽極とし、この下部電極に反射率の高いＡｌ（アルミニウム）を用い、このＡｌ上に仕事関数の高いＩＴＯ膜やＩＺＯ膜を積層する構成が提案されている。

この構成では、ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜は絶縁性が低いことから画素分離に制約が求められ、それに対処するため積層する多層構造の有機ＥＬ層や上部電極の製造工程中に前記ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜を含む膜に異物の吸着や汚染が生じ、これらに起因する閾値電圧や発光開始電圧の変動、輝度ムラの発生等が見られその対策が求められている。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、長期的に閾値電圧や発光開始電圧が安定し、輝度ムラの無い優れた発光特性を持つ有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明はトップエミッション型有機ＥＬ表示装置で、下部電極をＡｌ又はＡｌ合金から構成し、この下部電極上にＶ₂Ｏ₅層からなるホール注入層を積層し、このＶ₂Ｏ₅層のホール注入層上にホール輸送層等の多層構造の有機ＥＬ層を配置し、更に透光性で且つ陰極となる上部電極を積層した構成としたものである。

本発明はＡｌ又はＡｌ合金から構成され陽極となる下部電極に接してＶ₂Ｏ₅層からなるホール注入層を積層した構成としたことにより、
（１）Ｖ₂Ｏ₅層から有機層、電子注入層、上部電極まで真空中で一貫して形成できるので各層の接合部を清浄に保持でき、電圧印加により移動する界面イオン等が少ないため閾値の変化が発生しない。
（２）閾値電圧や発光開始電圧が長期的に安定し、発光特性の優れた長寿命の有機ＥＬ表示装置を可能にした。
（３）輝度ムラの発生が抑制される。
（４）下部電極の光反射率を最大限に確保できる。

以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図３は、本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施例の概略構造を説明する模式図で、図１は光出射方向に平行方向の断面図、図２は図１の発光素子側の断面図、図３は有機ＥＬ層の拡大断面図である。図１乃至図３において、参照符号１は封止基板、２は素子基板、３はシール材、４は乾燥材、５は発光素子部、５１は有機ＥＬ層、５２は反射特性を持つ下部電極、５３は透光性を有する上部電極、５４は突堤状のバンク、６はＶ₂Ｏ₅層、７は封止空間である。

前記封止基板１は透光性を有する例えばガラス材から構成され、その詳細は後述する素子基板２とシール材３を介して接合し、これら両基板１，２及びシール材３で囲まれた領域を封止空間７としている。前記封止基板１は透明な乾燥材４を内表面１ａに保持し封止空間７内の水分を収容する構成となっている。又、前記封止基板１と接合する素子基板２は、前記封止基板１と対向する部位に発光部を含む表示素子部５を備えている。

この素子基板２は、図２に一例の詳細を示すように、主面に窒化シリコンＳｉＮ膜２１、酸化シリコンＳｉＯ₂膜２２を成膜した透明なガラスを好適とする基板であり、前記したＴＦＴ基板となるものである。この酸化シリコンＳｉＯ₂膜２２の上のスイッチング素子領域に半導体膜２３がパターン形成されている。半導体膜２３を覆ってゲート絶縁膜２４が形成され、ゲート絶縁膜２４の上にゲート２５がパターニングされ、さらにその上を覆って絶縁性の平坦化膜２６が成膜されている。配線２７はスイッチング素子のドレイン電極となるスイッチング素子間の配線（スイッチ間配線、信号配線、ドレイン配線）、又、配線２８はソース電極でかつスイッチング素子間の配線兼シールド部材（スイッチ間配線兼シールド部材）を示し、平坦化膜２６とゲート絶縁膜２４を貫通するコンタクトホールを通して半導体膜２３に接続されている。スイッチ間配線２７とスイッチ間配線兼シールド部材２８を覆って絶縁膜２９が成膜されている。３０はＴＦＴ基板である。

このＴＦＴ基板３０上に下部電極５２、Ｖ₂Ｏ₅層６、このＶ₂Ｏ₅層６を含む多層構造の有機ＥＬ膜５１、上部電極５３及び画素分離突起のバンク５４がそれぞれ配置されている。

先ず、Ａｌ又はＡｌ合金からなり画素電極となる平板状の下部電極５２はその一端側５２ａを前記絶縁膜２９に設けたコンタクトホールを通してスイッチ間配線兼シールド部材２８に接続し、他端側５２ｂを隣接するＴＦＴ素子（図示せず）側へ延在配置している。この下部電極５２は前記発光素子部５の一部を構成し、陽極として機能する。

この下部電極５２の一部を覆って突堤状のバンク５４が積層されている。このバンク５４は例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機絶縁材料で構成されて前記下部電極５２の中央部分５２ｃを除く前記一端側５２ａ及び他端側５２ｂの先端部分を覆う配置となっている。このバンク５４で区画された下部電極５２の中央部分５２ｃに対応する発光部位が発光エリア８を形成する。この発光エリア８はバンク５４によって分離されている。

一方、前記下部電極５２の前記バンク５４で区画され表面が露呈した前記中央部分５２ｃ部分を覆って前記Ｖ₂Ｏ₅層６が配置されている。このＶ₂Ｏ₅層６は前記バンク５４を乗り越えて図示しない隣接する画素単位まで共通に配置されている。

このＶ₂Ｏ₅層６は蒸着によって形成することが出来、その膜厚は１ｎｍ乃至３０ｎｍが実用的である。又、膜厚が５ｎｍ〜１０ｎｍであればより効果的である。この膜厚が１ｎｍ未満では下部電極が陽極として機能しない恐れがあり、又３０ｎｍを超えると反射特性及び導通特性の低下の恐れがある。

又、Ａｌ又はＡｌ合金からなる下部電極５２上にＶ₂Ｏ₅層６を被着した構成では、ＡｌとＶ₂Ｏ₅との仕事関数差だけ閾値電圧がやや高くなる傾向にある。しかしながら、閾値電圧の経時変化が少なく、結果的に制御が容易となる特徴を備えている。

このＶ₂Ｏ₅層６を覆い、このＶ₂Ｏ₅層６をホール注入層とする有機ＥＬ層５１及び共通電極であるＩＺＯ膜からなる透光性の上部電極５３をそれぞれ積層した構成となっている。この上部電極５３は陰極として機能する。

ここで、前記Ｖ₂Ｏ₅層６から上部電極５３までの形成は、一貫して真空中で行い、大気に曝す事無く実施できる。

前記一貫して形成できることは、異物の付着を回避できることは勿論のこと、界面が汚染されていないので、発光開始電圧の上昇を回避でき、長寿命化に寄与できる。

前記Ｖ₂Ｏ₅層６をホール注入層とする有機ＥＬ層５１はその一例の詳細を図３に示す。図３に示す有機ＥＬ層５１は、下部電極５２に接してホール注入層としてＶ₂Ｏ₅層６が配置され、その上に順次ホール輸送層５１ａ、発光層５１ｂ、電子輸送層５１ｃ、電子注入層５１ｄがそれぞれ積層され、最上層には上部電極５３が共通電極として形成されている。

上記構成で、前記上部電極５３は透光性を備えた構成で陰極として機能し、画素電極の下部電極５２は反射特性を備えて陽極として機能する。

前記上部電極５３は透光性を備えた構成で陰極として機能するが、前述したＩＺＯに代えて他の透明な導電物質であっても良い。又、この上部電極５３は、発光層から出射した光の反射を抑制するため、光の反射率の低い材料から構成されることが望ましい。

一方、下部電極５２は特性向上のためＡｌ単体ではなく、例えばＡｌ/Ｎｄ合金やＡｌ/Ｓｉ合金等のＡｌ合金を用いることも可能である。

発光層５１ｂは、陰極である透明な上部電極５３と陽極である下部電極５２との間に所定の電圧が印加されたとき，所望の色で発光する材料を用いる。

発光層５１ｂの材料としては、赤色発光用として、例えば発光層はＡｌｑ３（トリス(８−キノリノレート)アルミニウム）に、ＤＣＭ−１（４−(ジシアノメチレン)−２−メチル−６−(ｐ−ジメチルアミノスチリル)−４Ｈ−ピラン）を分散したもの、緑色発光用として、例えばＡｌｑ３，Ｂｅｂｑ，キナクリドンでドーピングしたＡｌｑ３、青色発光用として、例えばＤＰＶＢｉ（４,４'−ビス(２,２−ジフェニルビニル)ビフェニル）や、これとＢＣｚＶＢｉ（４,４'−ビス(２−カルバゾールビニレン)ビフェニル）からなる材料、或いはジスチリルアリレーン誘導体をホストとし、ジスチリルアミン誘導体をゲストとしてドーピングしたものを用いることができる。

又、それぞれの発光層５１ｂにおいて、ホール輸送層５１ａはα−ＮＰＤ（Ｎ,Ｎ'−ジ(α−ナフチル)−Ｎ,Ｎ'−ジフェニル１,１'−ビフェニル−４,４'−ジアミン）や、トリフェニルジアミン誘導体ＴＰＤ（Ｎ,Ｎ'−ビス(３−メチルフェニル)１,１'−ビフェニル−４,４'−ジアミン）、電子輸送層５１ｃはＡｌｑ３を用いることができる。更に、上記低分子系の材料の他にポリマー系の材料を用いることもできる。

このような構成の有機ＥＬ層５１を備えた有機ＥＬ素子では，陽極である下部電極５２と陰極である上部電極５３とに直流電源を接続し、両電極間に直流電圧を印加すると、下部電極５２から注入されたホールと、上部電極５３から注入された電子がそれぞれ発光層に到達し，電子−ホールの再結合が生じ所定の波長の発光が生じるものである。

図４は本発明の有機ＥＬ表示装置の他の実施例の概略構造を説明する発光素子側の模式断面図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。図４に示す実施例２においては、Ｖ₂Ｏ₅層６を含む有機ＥＬ層５１をバンク５４で画素単位毎に区画した構成を特徴としている。その他の構成は図１乃至図３と同一である。

本発明の有機ＥＬ表示装置の一実施例の概略構造を説明する模式断面図である。 図１の発光素子側の模式断面図である。 有機ＥＬ層の模式拡大断面図である。 本発明の有機ＥＬ表示装置の他の実施例を説明する模式断面図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の概略構造を説明する模式断面図である。

符号の説明

１・・・封止基板、２・・・素子基板、３・・・シール材、４・・・乾燥材、５・・・発光素子部、６・・・Ｖ₂Ｏ₅層、７・・・封止空間、８・・・発光エリア、２１・・・ＳｉＮ膜、２２・・・ＳｉＯ₂膜、２３・・・半導体膜、２４・・・ゲート絶縁膜、２５・・・セカンドゲート、２６・・・平坦化膜、２７、２８・・・スイッチング素子間の配線、２９・・・絶縁膜、３０・・・絶縁基板（ＴＦＴ基板）、５１・・・有機ＥＬ層、５２・・・下部電極、５３・・・上部電極、５４・・・バンク。

Claims (6)

1. 素子基板の主面に配置されたＡｌ又はＡｌ合金からなる下部電極と、この下部電極上に配置された多層構造の有機ＥＬ層と、この有機ＥＬ層の上層に配置された透光性の上部電極と、前記素子基板と対向配置された封止基板とを備え、前記上部電極側から光を放出する有機ＥＬ表示装置であって、
   前記多層構造の有機ＥＬ層は前記下部電極に接してＶ₂Ｏ₅層からなるホール注入層を備えた構成としたことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
2. 前記Ｖ₂Ｏ₅層の膜厚が１ｎｍ乃至３０ｎｍであることを特徴とする前記請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 前記有機ＥＬ層は前記ホール注入層上にホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層がこの順序で積層された構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 前記下部電極は陽極であり、上部電極は陰極であることを特徴とする前記請求項１乃至３の何れかに記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 前記下部電極は画素単位に分離されていることを特徴とする前記請求項１乃至４の何れかに記載の有機ＥＬ表示装置。
6. 前記有機ＥＬ層は発光層を含み、前記発光層は画素電極間を絶縁する絶縁膜上で分離されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の有機ＥＬ表示装置。

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