JP2008287995A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を向上するとともに長寿命化が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板１２０上に配置された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置された第２電極６６と、第１電極６０と第２電極６６との間に配置された光活性層６４と、を備えた自発光性の表示素子４０を備えた表示装置であって、第２電極６６は、電極層６６Ｅと、この電極層６６Ｅより光活性層６４側に配置され複数の元素が混在する混合層６６ＭＸと、を有し、混合層６６ＭＸは、電極層６６Ｅの構成元素と、電極層６６Ｅの構成元素より大きな原子径を有するアルカリ金属とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、表示装置に係り、特に、発光層内の電子とホールのキャリアバランスが電子過剰な状態で発光する自発光性の表示素子によって構成された表示装置に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光性の表示素子を備えて構成されていることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、表示素子として、基板上において陽極と陰極との間に発光機能を有する有機化合物を含む光活性層を保持した有機ＥＬ素子を備えている。光活性層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を含んでいる。

基板と、この基板間上に陽電極と、少なくとも発光機能に関与する有機層と、陰電極とを順次有し、陰電極は、低仕事関数の材料により形成されている第１の電極層と、低抵抗の材料により形成されている第２の電極層とを有し、有機層の電子注入電極界面から１０ｎｍ以内の範囲において、第１の電極層の構成材料が第２の電極層の構成材料よりも多く存在している有機ＥＬ素子が提案されている。これによれば、第１の電極層の膜厚は、０．５〜１０ｎｍであり、また、第１の電極層は酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ_２Ｏ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および酸化カルシウム（ＣａＯ）の１種または２種以上を含有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−０６０４９８号公報

特に、発光層が電子過剰状態で発光する有機ＥＬ素子においては寿命が短いといった課題があり、改善が望まれていた。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光効率を向上するとともに長寿命化が可能な表示装置を提供することにある。

この発明の態様による表示装置は、
基板上に配置された第１電極と、
前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光活性層と、を備えた自発光性の表示素子を備えた表示装置であって、
前記第２電極は、電極層と、この電極層より前記光活性層側に配置され複数の元素が混在する混合層と、を有し、
前記混合層は、前記電極層の構成元素と、前記電極層の構成元素より大きな原子径を有するアルカリ金属とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、発光効率を向上するとともに長寿命化が可能な表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

図１に示すように、有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板１００を備えている。この有機ＥＬ表示装置１は、画像を表示する略矩形状の表示エリア１０１を有している。カラー表示タイプの有機ＥＬ表示装置１においては、表示エリア１０１は、マトリクス状に配置された複数種類の色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。また、この実施の形態においては、有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板１００の主面側に対向して配置された封止基板２００を備えている。封止基板２００は、少なくとも表示エリア１０１を密封するようにシール材４００を介してアレイ基板１００に貼り合せられている。

アレイ基板１００上において、各色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、画素回路及び画素回路によって駆動制御される表示素子を備えている。画素回路は、例えば、画素スイッチ１０、画素スイッチ１０を介して供給される映像信号に基づき表示素子へ所望の駆動電流を供給する駆動トランジスタ２０、駆動トランジスタ２０のゲート−ソース間電位を所定期間保持する蓄積容量素子３０などを備えて構成されている。これらの画素スイッチ１０及び駆動トランジスタ２０は、例えば薄膜トランジスタにより構成され、ここでは、半導体層にポリシリコンを用いている。

表示素子は、自発光性の表示素子である有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

また、アレイ基板１００は、色画素ＰＸの行方向（すなわち図１のＹ方向）に沿って延在する複数の走査線Ｙｍ（ｍ＝１、２、…）、走査線Ｙｍと略直交する列方向（すなわち図１のＸ方向）に沿って延在する複数の信号線Ｘｎ（ｎ＝１、２、…）、有機ＥＬ素子４０に電源を供給するための電源供給線Ｐなどを備えている。

さらに、アレイ基板１００は、表示エリア１０１の外側に位置する周辺エリア１０４に、走査線Ｙｍのそれぞれに走査信号を供給する走査線駆動回路１０７の少なくとも一部、信号線Ｘｎのそれぞれに映像信号を供給する信号線駆動回路１０８の少なくとも一部などを備えている。すべての走査線Ｙｍは、走査線駆動回路１０７に接続されている。また、すべての信号線Ｘｎは、信号線駆動回路１０８に接続されている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構成は、基本的に同一である。すなわち、図２に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０の主面側に配置された有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性の支持基板上に、画素スイッチ１０、駆動トランジスタ２０、蓄積容量素子３０、走査線駆動回路１０７、信号線駆動回路１０８、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０は、配線基板１２０上に配置された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され（すなわち第１電極６０よりも封止基板２００側に配置され）複数の色画素ＰＸに共通の第２電極６６と、これら第１電極６０と第２電極６６との間に配置された光活性層６４と、によって構成されている。

より詳細に説明すると、第１電極６０は、配線基板１２０上において色画素ＰＸ毎に独立島状に配置されている。トップエミッションタイプを採用した構成では、この第１電極６０は、光反射性を有する反射層を含んでいる。すなわち、第１電極６０は、図２に示したように、光反射性を有する導電材料を用いて電極としての機能と反射層としての機能を兼ね備えた単層として形成しても良いが、光透過性を有する導電材料を用いて電極を形成した場合には、光反射性を有する材料を用いて形成された反射層を電極に積層した２層構造としても良い。

光活性層６４は、第１電極６０上に配置され、少なくとも発光層６４Ａを含んでいる。この光活性層６４は、発光層６４Ａ以外の機能層を含むことができ、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、バッファ層などの機能層を含むことができる。この光活性層６４は、複数の機能層を複合した単層で構成されても良いし、各機能層を積層した多層構造であっても良い。光活性層６４においては、発光層６４Ａが有機系材料であればよく、発光層６４Ａ以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。光活性層６４において、発光層６４Ａ以外の機能層は共通層であってもよく、図２に示した例では、発光層６４Ａの第１電極６０側及び第２電極６６側にそれぞれ共通層が配置されている。一方の共通層は、ホール注入層６４ＨＩ及びホール輸送層６４ＨＴを含み、また、他方の共通層は、電子輸送層６４ＥＴを含んでいる。発光層６４Ａは、赤、緑、または青に発光する発光機能を有した有機化合物によって形成される。

第２電極６６は、各色画素の光活性層６４上に配置されている。この第２電極６６は、電極層６６Ｅと、この電極層６６Ｅより光活性層６４側に配置された混合層６６ＭＸと、を有している。この混合層６６ＭＸは、複数の元素が混在する層である。すなわち、この混合層６６ＭＸは、電極層６６Ｅの構成元素と、電極層の構成元素より大きな原子径を有するアルカリ金属と、を含んでいる。ここで、電極層６６Ｅが複数の構成元素を含む場合には、そのうちの少なくとも１つの構成元素より大きな原子径を有するようなアルカリ金属が選択される。元素の原子径とは、単体結晶中での最小原子間距離の半分がその単体の元素の原子半径に相当するとの定義に基づき、原子半径の２倍に相当する値とする。

電極層６６Ｅは、マイクロキャビティ構成を実現するために、半透過層６６Ｅ１を含んでいる。すなわち、電極層６６Ｅは、図２に示したように、光透過性を有する導電材料を用いて形成された透過層６６Ｅ２と、透過層６６Ｅ２と光活性層６４との間に配置された半透過層６６Ｅ１との２層構造としても良いし、半透過層単層の電極として構成してもよい。この実施の形態では、半透過層６６Ｅ１は銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との混合物によって形成され、また、電極層６６Ｅはインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）によって形成されている。

また、アレイ基板１００は、表示エリア１０１において、少なくとも隣接する色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、例えば各第１電極６０の縁に沿って格子状またはストライプ状に配置されている。この隔壁７０は、例えば樹脂材料によって形成される。

上述したように、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１においては、第２電極６６は、電極層６６Ｅ及び混合層６６ＭＸを有しており、混合層６６ＭＸは、電極層６６Ｅの構成元素と、電極層６６Ｅの構成元素より大きな原子径を有するアルカリ金属とを含んでいる。特に、光活性層６４は、第２電極６６と接する電子輸送層６４ＥＴを備えており、混合層６６ＭＸと電子輸送層６４ＥＴとが接している。つまり、混合層６６ＭＸは、電子輸送層６４ＥＴと第２電極６６との界面に接するように配置されている。

この混合層６６ＭＸについて、より詳細に説明する。

図３に示すように、混合層６６ＭＸを構成するアルカリ金属は、電子輸送層６４ＥＴ上において原子同士が層厚方向（基板の法線方向）に積み重ならないように散在している。混合層６６ＭＸを構成する電極層６６Ｅの構成元素は、アルカリ金属の間隙に入り込んでいる。図３に示した例では、電極層６６Ｅのうち、混合層６６ＭＸに積層された半透過層６６Ｅ１は、マグネシウム及び銀を構成元素として含んでおり、このとき、混合層６６ＭＸを構成するアルカリ金属としては、マグネシウム及び銀のいずれの構成元素よりも原子径の大きなセシウム（Ｃｓ）が選択可能である。なお、セシウムの原子半径は２．６オングストローム（２６０ｐｍ）であることから、原子径は５．２オングストロームである。

すなわち、第２電極６６において、電子輸送層６４ＥＴと第２電極６６との界面Ｓからアルカリ金属の原子径と同等の厚みＴの領域内でアルカリ金属及び電極層６６Ｅの構成元素が混在しており、この領域が混合層６６ＭＸに相当する。つまり、アルカリ金属については、界面Ｓからアルカリ金属の原子径と同等の厚みＴの領域内にのみ存在していることになる。アルカリ金属としてセシウムを選択した場合には、セシウムの原子径が５．２オングストロームであることを考慮すると、混合層６６ＭＸの層厚は、６オングストローム以下となる。

このような構成によれば、原子径の大きなアルカリ金属は、寿命試験時に電子輸送層６４ＥＴへの拡散が少なく、電子注入性が安定して長寿命化を図ることが可能となる。一方、電極層６６Ｅの構成元素より原子径が大きいアルカリ金属は、バルク状態では第２電極６６−光活性層６４界面との注入障壁が大きく発光効率が低い課題があったが、本実施形態のように、電子輸送層６４ＥＴと電極層６６Ｅとの界面に電極層６６Ｅの構成元素とアルカリ金属との混合層を形成したことにより、界面の電子注入性が向上し、効率向上が図れると共に、寿命が向上することが確認された。

次に、より具体的な実施例について説明する。

まず、図４Ａに示すように、配線基板１２０上に第１電極６０を形成する。すなわち、導電材料の成膜及びパターニングにより、アルミニウムからなる反射層６０Ａ及びＩＴＯからなる透過層６０Ｂを積層した第１電極６０を画素毎に形成する。

その後、第１電極６０上に光活性層６４を形成する。すなわち、透過層６０Ｂ上にホール注入層６４ＨＩとしてアモルファスカーボン、及び、ホール輸送層６４ＨＴとしてαＮＰＤを蒸着法により形成する。そして、赤色画素、緑色画素、及び、青色画素について、ファインマスクを用いて、Ｒｅｄ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ３、ドーパント：ＤＣＭ）、Ｇｒｅｅｎ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ、ドーパント：クマリン）、Ｂｌｕｅ発光層材料（ホスト：ＢＨ１２０、ドーパント：ＢＤ−１０２）を蒸着し、それぞれの発光層６４Ａを形成する。そして、これらの各発光層６４Ａ上に、電子輸送層６４ＥＴとしてＰｙＰｙＳＰｙＰｙを形成する。

続いて、図４Ｂに示すように、電子輸送層６４ＥＴ上にアルカリ金属を含むフッ化セシウムを蒸着する。このとき、単位時間当たりの成膜量としてアルカリ金属の原子径より小さい条件、例えば３オングストロームの蒸着レートに相当する条件でフッ化セシウムを蒸着した。これにより、アルカリ金属同士が積み重なる確率はきわめて低く、電子輸送層６４ＥＴ上においてフッ化セシウムが膜としては形成されることなくアルカリ金属が島状（あるいは点状）に散在している。

続いて、図４Ｃに示すように、マグネシウム及び銀を蒸着する。これにより、電子輸送層６４ＥＴとの界面近傍に、セシウム、マグネシウム、及び、銀が混合して存在する厚さ約５オングストロームの混合層６６ＭＸが形成されるとともに、混合層６６ＭＸ上にはマグネシウム、及び、銀が混合して存在する半透過層６６Ｅ１が形成される。

続いて、図４Ｄに示すように、ＩＴＯを蒸着し、透過層６６Ｅ２を形成する。このような工程を経て、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子を備えた表示装置を作成した。

作成した表示装置の発光効率を測定したところ、赤色の有機ＥＬ素子４０Ｒ（Ｒｅｄ）については１０ｃｄ／Ａとなり、緑色の有機ＥＬ素子４０Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）については２５ｃｄ／Ａとなり、青色の有機ＥＬ素子４０Ｂ（Ｂｌｕｅ）については３ｃｄ／Ａが得られた。

一方、比較例として、電子輸送層６４ＥＴ上にフッ化セシウムを１０オングストロームの膜厚で形成した表示装置を作成した。この比較例においては、当然のことながら、本実施形態のように電子輸送層６４ＥＴに接する混合層は形成されず、フッ化セシウムの薄膜が形成されていた。この比較例の表示装置の発光効率を測定したところ、赤色の有機ＥＬ素子４０Ｒ（Ｒｅｄ）については５ｃｄ／Ａとなり、緑色の有機ＥＬ素子４０Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）については１７ｃｄ／Ａとなり、青色の有機ＥＬ素子４０Ｂ（Ｂｌｕｅ）については１．２ｃｄ／Ａとなり、本実施形態よりも発光効率が低下することが確認された。

また、本実施形態の表示装置について寿命を測定したところ、電極層の構成元素より原子径が小さなフッ化リチウムを用いて混合層を形成した比較例と比べて、寿命が１．２倍向上し、原子径が大きいアルカリ金属を用いて混合層を形成したことによる長寿命化が検証された。

以上説明したように、本実施形態によれば、電子輸送層と第２電極を構成する電極層との間に、電極層の構成元素と、電極層の構成元素より原子径の大きなアルカリ金属とが混合して存在する混合層を配置することにより、電子注入性が安定し、発光効率を向上することが可能となるとともに、長寿命化が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の１画素分の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、図２に示した光活性層と第２電極との界面の状態を模式的に示す図である。 図４Ａは、有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための図であって、第１電極及び光活性層の製造工程を説明するための図である。 図４Ｂは、有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための図であって、光活性層上にアルカリ金属を散在させる工程を説明するための図である。 図４Ｃは、有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための図であって、混合層及び半透過層の製造工程を説明するための図である。 図４Ｄは、有機ＥＬ素子の製造工程を説明するための図であって、透過層の製造工程を説明するための図である。

符号の説明

ＰＸ…色画素 Ｙ…走査線 Ｘ…信号線 Ｐ…電源供給線
１…有機ＥＬ表示装置 １０…画素スイッチ ２０…駆動トランジスタ ３０…蓄積容量素子 ４０…有機ＥＬ素子（表示素子） ６０…第１電極 ６０Ａ…反射層 ６０Ｂ…透過層 ６４…光活性層 ６４Ａ…発光層 ６４ＨＩ…ホール注入層 ６４ＨＴ…ホール輸送層 ６４ＥＴ…電子輸送層 ６６…第２電極 ６６Ｅ…電極層 ６６Ｅ１…半透過層 ６６Ｅ２…透過層 ６６ＭＸ…混合層 ７０…隔壁 Ｓ…界面
１００…アレイ基板 １０１…表示エリア １０４…周辺エリア １２０…配線基板
２００…封止基板 ４００…シール材

Claims (6)

1. 基板上に配置された第１電極と、
   前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置された光活性層と、を備えた自発光性の表示素子を備えた表示装置であって、
   前記第２電極は、電極層と、この電極層より前記光活性層側に配置され複数の元素が混在する混合層と、を有し、
   前記混合層は、前記電極層の構成元素と、前記電極層の構成元素より大きな原子径を有するアルカリ金属とを含むことを特徴とする表示装置。
2. 前記表示素子は、さらに、前記光活性層と前記第２電極との間に電子輸送層を備え、
   前記混合層は、前記電子輸送層と前記第２電極との界面に接するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２電極において、前記電子輸送層と前記第２電極との界面から前記アルカリ金属の原子径と同等の厚みの領域内で前記アルカリ金属及び前記電極層の構成元素が混在していることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記アルカリ金属は、前記電子輸送層と前記第２電極との界面から前記アルカリ金属の原子径と同等の厚みの領域内にのみ存在することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記アルカリ金属は、セシウムであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記第１電極は反射層を有し、
   前記第２電極の電極層は銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との混合物によって形成された半透過層を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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