JP2009071148A - 有機ｅｌ素子、該素子の駆動方法および該素子を用いた有機ｅｌディスプレイの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の増加および素子寿命の延長が可能な有機ＥＬ素子、および該素子の駆動方法および該素子を用いたパッシブマトリクス型有機ＥＬディスプレイの駆動方法の提供。
【解決手段】基板と、第１および第２の陽極と、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と、第１および第２の陰極とを含む有機ＥＬ素子であって、有機ＥＬ層が：（１）発光層と第１および第２の陽極との間に形成され、正孔注入層および正孔輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された電子伝導層を有する積層体：および（２）発光層と第１および第２の陰極との間に形成され、電子注入層および電子輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された正孔伝導層を有する積層体からなる群から選択される積層体を部分構造として含み、ｐｎｐｎダイオード特性を示すことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、高精細で視認性に優れ、携帯端末機または産業用計測器の表示など広範囲な応用可能性を有する有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）、該素子の駆動方法、および該素子を用いた有機ＥＬディスプレイの駆動方法に関する。より詳細には、本発明は、比較的単純なパッシブマトリクス駆動型構造を有しつつ、優れた階調制御を行うことが可能な有機ＥＬ素子、該素子の駆動方法、および該素子を用いた有機ＥＬディスプレイの駆動方法に関する。

有機ＥＬディスプレイは、陽極および陰極から、それぞれキャリアとなる正孔および電子を注入して有機ＥＬ層より発光させる自発光素子であり、携帯電話、携帯パソコン用次世代のフラットパネルディスプレイとして開発が進められている。なぜなら、有機ＥＬディスプレイは、現在フラットパネルディスプレイの主流である液晶ディスプレイに比較して、広い視野角および高い応答速度を有するからである。

また、近年では有機ＥＬ素子の発光域の光を吸収し、可視光域の蛍光を発光する蛍光材料をフィルターに用いる色変換方式の有機ＥＬディスプレイが提案されている（特許文献１および２参照）。青色発光の有機ＥＬ素子を用いた色変換方式有機ＥＬディスプレイにおいては、青色光を、赤色光および／または緑色光に波長変換している（特許文献３〜５参照）。このような蛍光材料を含む蛍光変換膜を高精細にパターニングし、ＲＧＢ発光領域を形成すれば、発光体の近紫外光ないし可視光のような弱いエネルギー線を用いてもフルカラーの発光型ディスプレイを構築することができる。

このようなＲＧＢの発光領域を区切られた有機ＥＬディスプレイの駆動方法の１つとして知られているパッシブマトリクス方式では、透明電極からなる所定のスキャンライン電極とアルミなどの金属電極からなる所定のデータライン電極との間に電流を流すと、その交点にある所定のサブピクセルを発光させることが出来る。画素数３２０×２４０のＱＶＧＡと呼ばれる規格の場合、スキャン数は少なくとも２４０となる。１つのデータライン上に並んだ２４０のサブピクセルは同時に発光することはないので、発光時間のデューティは１／２４０となり、所定の輝度を得るための瞬間輝度が高くなる。また、印加電圧を変調させたり、ＰＷＭ制御などによって階調制御を行なうことが一般に行なわれている。

また、パッシブマトリクス方式に直結したサイリスタで電流制御を実施しようとする試みがなされている（特許文献６参照）。この方法では、サイリスタのアノード側と有機ＥＬ素子のカソード側の接合により逆方向に整流性を有するｐｎダイオードが形成されるので、オン抵抗が高くなったり、あるいは接合のばらつきにより電流特性にばらつきが生じるという欠点があった。

特開平３−１５２８９７号公報 特開平５−２５８８６０号公報 特開平３−１５２８９７号公報 特開平８−２８６０３３号公報 特開平９−２０８９４４公報 特開２００２−２７８４９６公報

前述のように、パッシブマトリクス方式においては、瞬間輝度が高くする必要があるために発光層への負荷が大きくなり、発光効率の低下および寿命の低下という問題があった。一方、アクティブマトリクス方式はサブピクセル毎にＴＦＴで制御するので、発光層への負担は少ないが、ＴＦＴの作製工程の増加、およびそれに伴う製造コストの上昇という欠点があった。

したがって、本発明の課題は、パッシブマトリクス方式でありながら、発光効率の増加および素子寿命の延長が可能な有機ＥＬ素子、その駆動方法、および該素子の駆動方法および該素子を用いた有機ＥＬディスプレイの駆動方法を提供することである。

本発明においては、割り当てられたデューティの時間以外でも発光を継続させることにより、瞬間輝度を抑えることが可能な構造を有する有機ＥＬ素子を提供する。

本発明の有機ＥＬ素子は、陽極、陰極および陽極と陰極とに挟持される有機ＥＬ層を含む。該有機ＥＬ層は、少なくとも発光層を含み、かつ
（１） 発光層と第１および第２の陽極との間に形成され、正孔注入層および正孔輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された電子伝導層を有する積層体、および
（２） 発光層と第１および第２の陰極との間に形成され、電子注入層および電子輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された正孔伝導層を有する積層体
からなる群から選択される積層体を部分構造として含み、ｐｎｐｎダイオード特性を示す。

本発明の有機ＥＬ素子は、陽極および陰極のいずれか一方または双方が２つに分割され、有機ＥＬ層のトリガ電圧より大きい発光開始電圧および発光継続電圧を独立的に印加できる構造を有する。

本発明の有機ＥＬ素子を駆動するにあたっては、分割された陽極および／または陰極を用いて、発光継続電圧を印加した状態において、発光開始電圧を印加することにより発光を開始し、発光開始電圧の印加後も発光を継続させ、発光継続電圧の印加を停止することによって発光を停止させる。

本発明の有機ＥＬ素子を２次元的に配列して作製された有機ＥＬディスプレイを駆動するにあたっては、１フレーム中に所望の階調数のスキャンを行い、各スキャン中のスキャンライン毎に前述の有機ＥＬ素子の駆動を行うことによって、所望の階調を得る。

以上の構成を採ることによって、パッシブマトリクス方式でありながら、発光効率の増加および素子寿命の延長が可能な有機ＥＬ素子を得ることができる。また、該素子の駆動方法、および該素子の駆動方法および該素子を用いた有機ＥＬディスプレイの駆動方法を用いることによって、パッシブマトリクス方式でありながら、素子またはディスプレイの発光効率の増加および素子寿命の延長、および良好な階調制御を実現することができる。

図１に、二次元的に配列され、有機ＥＬディスプレイの一部をなす本発明の１つの有機ＥＬ素子の概略断面図を示す。図１（ａ）は陽極の延びる方向からみた概略断面図であり、図１（ｂ）は陰極の延びる方向からみた概略断面図である。

基板１０の上に、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂが配設される。第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂは、透明であっても反射性であってもよい。望ましくは、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂは透明である。透明な第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂは、当該技術において知られている任意の透明導電性酸化物を用いて形成される。電極表面の平滑性の観点からは、インジウム−亜鉛酸化物（以下、ＩＺＯと称する）を用いて第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂを形成することが望ましい。あるいはまた、反射性の第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂを形成する場合には、高反射率の金属（Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなど）、アモルファス合金（ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなど）、微結晶性合金（ＮｉＡｌなど）などの反射性材料と、透明導電性酸化物との積層構造とすることができる。これら材料の積層は、蒸着法、スパッタ法などのドライプロセスによって実施することができる。

図１においては、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂが電気的に絶縁されている例を示した。この場合には、第１の陽極２０ａを有機ＥＬ層の発光を継続する電圧を印加するための電極として使用し、第２の陽極２０ｂを有機ＥＬ層の発光を開始する電圧（すなわち、有機ＥＬ素子のトリガ電圧より大きい電圧）を印加するための電極として使用する。第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂは、前述の材料を一体の層として形成した後に、フォト工程を用いるパターニングを実施することによって形成することができる。第１の陽極２０ａの幅は、第２の陽極２０ｂの幅よりも大きいことが望ましい。好ましくは、第１の陽極２０ａの幅：第２の陽極２０ｂの幅は、９：１〜６：４の範囲内である。

図１においては、１つの第１の陽極２０ａおよび１つの第２の陽極２０ｂを有する例を示したが、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂのそれぞれを、複数の部分から構成してもよい。たとえば、第１の陽極２０ａを構成する部分電極と、第２の陽極２０ｂを構成する部分電極とを、櫛形状に配置してもよい。複数の部分から構成される第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂを用いる場合、第１の陽極２０ａの合計幅と第２の陽極２０ｂの合計幅との比を、９：１〜６：４の範囲内とすることが好ましい。

あるいはまた、フォト工程を用いるパターニングを省略して、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂを電気的に接続し、一体の陽極としてもよい。この場合には、後述するように、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂが電気的に絶縁されていることが必要である。

第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂの上に、有機ＥＬ層３０が配設される。本発明の有機ＥＬ層３０は、少なくとも発光層を含み、かつ
（１） 発光層と第１および第２の陽極との間に形成され、正孔注入層および正孔輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された電子伝導層を有する積層体、および
（２） 発光層と第１および第２の陰極との間に形成され、電子注入層および電子輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された正孔伝導層を有する積層体
からなる群から選択される積層体を部分構造として含む。

本発明の有機ＥＬ層３０は、以下の例示的層構成を含むが、それらに限定されるものではない。なお、以下の構成においては、明瞭性のために陽極および陰極の接続位置を併せて示した。

（１−ａ） ２つの正孔注入層の間に電子伝導層を挿入した構成
（ｉ） 陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／発光層／陰極
（ii） 陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／発光層／電子注入層／陰極
（iii） 陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極
（iv）陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極

（１−ｂ） ２つの正孔輸送層の間に電子伝導層を挿入した構成
（ｉ） 陽極／正孔注入層／正孔輸送層／電子伝導層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（ii）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／電子伝導層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極

（１−ｃ） 正孔注入層と正孔輸送層との間に電子伝導層を挿入した構成
（ｉ） 陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極
（ii）陽極／正孔注入層／電子伝導層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極

（２−ａ） ２つの電子注入層の間に正孔伝導層を挿入した構成
（ｉ） 陽極／発光層／電子注入層／正孔伝導層／電子注入層／陰極
（ii） 陽極／正孔注入層／発光層／電子注入層／正孔伝導層／電子注入層／陰極
（iii） 陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／正孔伝導層／電子注入層／陰極
（iv）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／正孔伝導層／電子注入層／陰極

（２−ｂ） ２つの電子輸送層の間に正孔伝導層を挿入した構成
陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／正孔伝導層／電子輸送層／電子注入層／陰極

（２−ｃ） 電子注入層と電子輸送層との間に正孔伝導層を挿入した構成
陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／正孔伝導層／電子注入層／陰極

有機ＥＬ層を構成する発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および電子輸送層は、当該技術において知られている任意の材料を用いて形成することができる。たとえば、発光層は、所望される発光色の色調に依存して選択される。青色から青緑色の領域で発光する発光層を形成する場合、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、または芳香族ジメチリディン系化合物の少なくとも１つの材料を使用することが可能である。あるいはまた、上記材料をホスト材料として用い、これにドーパントを添加することによって発光層を形成してもよい。ドーパントとして用いることができる材料としては、たとえばレーザ色素としての使用が知られているペリレン（青色）などを用いることができる。

正孔注入層の材料としては、フタロシアニン（Ｐｃ）類（銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを含む）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。

正孔輸送層の材料としては、トリアリールアミン部分構造、カルバゾール部分構造、オキサジアゾール部分構造を有する材料（たとえばＴＰＤ、４，４”−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、ＰＢＤ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡなど）を用いることができる。

電子注入層の材料としては、アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ₃）のようなアルミニウム錯体、アルカリ金属ないしアルカリ土類金属をドープしたアルミニウム錯体、あるいはアルカリ金属ないしアルカリ土類金属を添加したバソフェナントロリンなどを用いることができる。

電子輸送層の材料としては、Ａｌｑ₃のようなアルミニウム錯体、ＰＢＤ、ＴＰＯＢのようなオキサジアゾール誘導体、ＴＡＺのようなトリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、ＢＭＢ−２Ｔのようなチオフェン誘導体などの材料を用いることができる。

正孔伝導層は、前述の正孔注入層用材料または正孔輸送層用材料を用いて形成することができる。正孔伝導層は、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。この範囲内の膜厚を有することによって、適切なトリガ電圧Ｖ_thを有するｐｎｐｎダイオード特性を実現することができる。また、正孔伝導層と発光層との間にある層の膜厚（２つ以上の層が存在する場合には、それらの合計膜厚）は、正孔伝導層の膜厚よりも大きいことが望ましい。

電子伝導層は、前述の電子注入層用材料または電子輸送層用材料を用いて形成することができる。電子伝導層は、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。この範囲内の膜厚を有することによって、適切なトリガ電圧Ｖ_thを有するｐｎｐｎダイオード特性を実現することができる。また、電子伝導層と発光層との間にある層の膜厚（２つ以上の層が存在する場合には、それらの合計膜厚）は、電子伝導層の膜厚よりも大きいことが望ましい。

有機ＥＬ層３０を構成する各層は、蒸着（抵抗加熱または電子ビーム加熱）などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。

有機ＥＬ層３０の上に、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂが配設される。第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂは、透明であっても反射性であってもよい。望ましくは、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂは反射性である。透明な第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂは、低い抵抗率および小さい仕事関数を有する材料、好ましくは、アルミニウム、銀、マグネシウムなどの金属や合金などの金属を用いて形成される。あるいはまた、透明な第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂを形成する場合には、透明導電性酸化物と前述の金属との積層構造とすることができる。この場合、透明性を確保するために、金属の膜厚を１０ｎｍ以下とすることが望ましい。第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂは、蒸着（抵抗加熱または電子ビーム加熱）などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。

図１に示すように、有機ＥＬ素子を２次元的に配列して有機ＥＬディスプレイを形成する場合、有機ＥＬ層３０がすでに形成されているため、隣接する有機ＥＬ素子の陰極の分割にフォト工程を使用することができない。そのため、有機ＥＬ層３０を形成する前に所定の位置に逆テーパの断面形状を有する隔壁６０を設けることによって、隣接する有機ＥＬ素子の陰極を分割する。逆テーパの断面形状を有する隔壁６０は、フォトレジスト材料などを用いて形成することができる。露光条件およびキュア温度などの条件を選択して、所望の逆テーパ断面形状を形成することができる。

さらに、図１においては、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂが電気的に絶縁されている例を示した。この場合には、第１の陰極４０ａを有機ＥＬ層の発光を継続する電圧を印加するための電極として使用し、第２の陰極４０ｂを有機ＥＬ層の発光を開始する電圧（すなわち、有機ＥＬ素子のトリガ電圧より大きい電圧）を印加するための電極として使用する。前述のように、フォト工程を使用することができないため、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂは、蒸着法などの形成工程においてメタルマスクを用い、分離して形成することができる。第１の陰極４０ａの幅は、第２の陰極４０ｂの幅よりも大きいことが望ましい。好ましくは、第１の陰極４０ａの幅：第２の陰極４０ｂの幅は、９：１〜６：４の範囲内である。

図１においては、１つの第１の陰極４０ａおよび１つの第２の陰極４０ｂを有する例を示したが、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂのそれぞれを、複数の部分から構成してもよい。たとえば、第１の陰極４０ａを構成する部分電極と、第２の陰極４０ｂを構成する部分電極とを、櫛形状に配置してもよい。複数の部分から構成される第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂを用いる場合、第１の陰極４０ａの合計幅と第２の陰極４０ｂの合計幅との比を、９：１〜６：４の範囲内とすることが好ましい。

あるいはまた、蒸着工程におけるメタルマスクの使用を省略して、第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂを電気的に接続し、一体の陽極としてもよい。この場合には、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂが電気的に絶縁されていることが必要である。

図１に示すように、有機ＥＬ素子を２次元的に配列して有機ＥＬディスプレイを形成する場合、第１方向に整列される有機ＥＬ素子の第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂをそれぞれ連結してストライプ状の電極とし、第１の方向と直交する第２の方向に整列される有機ＥＬ素子の第１の陰極４０ａおよび第２の陰極４０ｂをそれぞれ連結してストライプ状の電極とすることによって、パッシブマトリクス駆動型ディスプレイを形成することができる。

基板１０は、透明であっても不透明であってもよい。第１の陽極２０ａ、第２の陽極２０ｂおよび基板１０を透明とすることが望ましい。基板１０は、寸法安定性に優れた材料からなる支持体であってもよい。支持体は、ガラス；ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂；ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂；ポリカーボネート樹脂；またはポリイミド樹脂を用いて形成することができる。あるいはまた、前述の樹脂を用いて形成された可撓性フィルムを支持体として使用してもよい。

基板１０の側に光を取り出すボトムエミッション型有機ＥＬ素子を形成する場合、基板１０として、支持体上に、カラーフィルタ層、色変換層、平坦化層、パッシベーション層などを形成した色変換フィルタを用いてもよい。

カラーフィルタ層および色変換層は、有機ＥＬ層からの光の色相を変換および／または調整するための層であり、発光部に対応する位置に設けられる。これらの層を用いる場合には、カラーフィルタ層または色変換層のいずれか一方、あるいはカラーフィルタ層と色変換層との積層構造が用いられる。一般的に、フルカラーを表示するディスプレイを作製する際には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３種のカラーフィルタ層および／または色変換層が用いられる。

カラーフィルタ層は、特定の波長域の光を透過させ、その他の波長域の光を遮断するための層である。カラーフィルタ層は、色変換層との積層構造をとる場合、色変換層によって波長分布変換された光の色純度を向上させることができる点で有効である。カラーフィルタ層は、例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ（株）製のカラーモザイクなどの、市販のフラットパネルディスプレイ用カラーフィルタ材料を用い、当該技術において既知の任意の方法を用いて形成することが可能である。

色変換層は、色変換用の蛍光色素および任意選択的にマトリクス樹脂を含む層である。色変換層は、有機ＥＬ層３０から出射された光に対して波長分布変換を行い、異なる波長域の光を放出するための層である。ここで、蛍光色素は、特定の波長域（たとえば青色、青緑色）の光を吸収して、所望の波長域（例えば、赤色、緑色、または青色）の光を出射する色素である。本発明においては、当該技術において知られている任意の蛍光色素を用いることができる。

たとえば、青色から青緑色領域の光を吸収して赤色領域の蛍光を発する蛍光色素は：ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素；シアニン系色素；１−エチル−２−〔４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル〕−ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素；あるいはオキサジン系色素などを含む。

また、たとえば、青色ないし青緑色領域の光を吸収して、緑色領域の蛍光を発する蛍光色素は：３−（２'−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２'−ベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、３−（２'−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素；クマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１；およびソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素などを含む。

さらに、所望の蛍光性を有する各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）を、本発明の色変換層において使用してもよい。

マトリクス樹脂は、アクリル樹脂、種々のシリコーンポリマー、またはそれらに代替可能なものな任意の材料を含む。たとえば、ストレート型シリコーンポリマー、および変性樹脂型シリコーンポリマーを、マトリクス樹脂として用いることができる

有機ＥＬ層３０からの光を効率的に変換するために、色変換層は、３μｍ程度の厚さを有することが望ましい。さらに、色のにじみを抑制するために、異なる種類の色変換層間の重なりがないように色変換層を配設することが望ましい。たとえば、公称寸法２．８インチのＱＶＧＡディスプレイにおいては、ＲＧＢのサブピクセルを６０μｍの間隔で配列され、ＲＧＢの色変換層を約１０μｍ離間させて形成しされる。その結果、サブピクセル間に、幅１０μｍおよび深さ３μｍの溝が形成される。

平坦化層は、前述のように色変換層を設けたことによる段差を解消するための層であり、引き続く有機ＥＬ素子の構成層の形成プロセスの不良、ならびに陽極および／または陰極の断線の不良を防止する点において有用である。

平坦化層を形成するための材料として、イミド変性シリコーン樹脂、エポキシ変性アクリレート樹脂、アクリレートモノマー／オリゴマー／ポリマーの反応性ビニル基を有する樹脂、フッ素系樹脂、ノボラック樹脂などの光硬化型樹脂および／または熱硬化型樹脂を用いることができる。スピンコート法、ディップコート法などの当該技術において知られている任意の技術を用いて、これらの材料を塗布することによって、平坦化層を形成することができる。たとえば、スピンコート法を用いた膜厚１〜５μｍの塗膜の形成、プリベーク、所定の位置に開口部をもつフォトマスクを用いた露光、現像、および焼成からなる一連の工程を用いて平坦化層を得ることができる。この際、ノボラック樹脂を用いて平坦化層を形成することにより、色変換層および／またはカラーフィルタ層上への樹脂の残渣を低減することができる。

パッシベーション層は、その下にあるカラーフィルタ層、色変換層および／または平坦化層（樹脂の残渣を含む）に含まれる微量の水分が有機ＥＬ層へと拡散してダークスポットなどの故障を引き起こすことを防止するための層である。パッシベーション層を形成するための材料は、ＳｉＯ_x、ＡｌＯ_x、ＴｉＯ_x、ＴａＯ_x、ＺｎＯ_xなどの絶縁性無機酸化物、ＳｉＮ_xなどの絶縁性無機窒化物、ＳｉＮ_xＯ_yなどの絶縁性無機酸化窒化物などを含む。

パッシベーション層の形成には化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いることが望ましい。特に、プラズマＣＶＤ法は、平坦化層表面に存在するプロセス不良で生じた凹凸および異物などを被覆して欠陥のない膜を形成できる点で好ましい。ＣＶＤ法を用いる場合、Ｓｉ源としてモノシラン、ジシランなどを使用することができ、Ｏ源としてＮ₂Ｏ、Ｏ₂などを使用することができ、およびＮ源としてアンモニア、窒素、またはそれらの混合物を用いることができる。支持体上に色変換層が設けられている場合、熱による色変換層のダメージを防止するために、２２０℃以下の基板温度を用いることが望ましい。

パッシベーション層は、１００ｎｍ〜１μｍの膜厚を有することが望ましい。この版に内の膜厚を有することによって、十分な水分遮断特性および平坦化層との密着性を得ることができる。

任意選択的であるが、図１に示すように、絶縁膜５０を設けて、隣接する別の発光部を形成する第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂ間の電気的絶縁を確実にすることが望ましい。望ましくは、絶縁膜５０は、発光部となる領域を除いて、第１の陽極２０ａおよび第２の陽極２０ｂの全面を覆うように形成される。絶縁膜５０を形成するための材料は、ＳｉＯ_x、ＡｌＯ_x、ＴｉＯ_x、ＴａＯ_x、ＺｎＯ_xなどの絶縁性無機酸化物、ＳｉＮ_xなどの絶縁性無機窒化物、ＳｉＮ_xＯ_yなどの絶縁性無機酸化窒化物などを含む。絶縁膜５０は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

一方、基板の反対側に光を取り出すトップエミッション型有機ＥＬ素子を形成する場合、支持体上に、第１および第２の陽極、有機ＥＬ層、第１および第２の陰極、パッシベーション層、色変換層、カラーフィルタ層がこの順に形成される。ここで、第１および第２の陽極は反射性であり、第１および第２の陰極は透明である。また、色変換層およびカラーフィルタ層は任意選択的に設けてもよい層であり、パッシベーション層は任意選択的であるが、色変換層およびカラーフィルタ層を用いる場合には設けることが望ましい層である。この態様においてパッシベーション層を設ける場合、パッシベーション層は１〜５μｍの膜厚を有することが望ましい。なぜなら、構造上、吸湿剤を設置することが困難であるからである。また、有機ＥＬ層の形成後にパッシベーション層を形成するため、有機ＥＬ層の熱による劣化を防止するため、１００℃以下の基板温度においてパッシベーション層を設けることが望ましい。

次に、前述の有機ＥＬ素子の駆動方法について説明する。最初に、（１−ａ）（iii）の例として以下の層構成を有する有機ＥＬ層３０を有する有機ＥＬ素子を作製した。

得られた有機ＥＬ素子の第１の陽極２０ａおよび第１の陰極４０ａとの間に電圧を印加したところ、図２に示すように、ｐｎｐｎ−ダイオード様の電圧−電流特性が得られた。

この有機ＥＬ素子は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようなプロファイルを有する電圧を印加することによって駆動することができる。図３（ａ）は第２の陽極２０ｂと第２の陰極４０ｂとの間の電圧プロファイルを示し、図３（ｂ）は第１の陽極２０ａと第１の陰極４０ａとの間の電圧プロファイルを示し、図３（ｃ）は、各電極によって有機ＥＬ層３０に印加される電圧プロファイルを示し、図３（ｄ）は、有機ＥＬ層に流れる電流を示す。

最初に、Ｔ₁に示すように、第１の陽極２０ａと第１の陰極４０ａとの間に、発光継続電圧Ｖ_rよりも大きく、トリガ電圧Ｖ_thよりも小さい電圧を印加する。この状態では、有機ＥＬ層３０にはほとんど電流が流れず、発光しない。

次いで、Ｔ₂において、第２の陽極２０ｂと第２の陰極４０ｂとの間にトリガ電圧Ｖ_thよりも大きい電圧を印加する。この段階では、有機ＥＬ層３０に電流が流れて、発光が開始される。

一旦発光が開始された後（Ｔ₃）は、第２の陽極２０ｂと第２の陰極４０ｂとの間の電圧をトリガ電圧Ｖ_thより低しても、有機ＥＬ層３０に電流が流れ続け、発光が継続される（Ｔ₃−Ｔ₄間）。

次に、Ｔ₄（Ｔ₀）において、第１の陽極２０ａと第１の陰極４０ａとの間の電圧、および第２の陽極２０ｂと第２の陰極４０ｂとの間の電圧を、発光継続電圧Ｖ_rよりも小さい電圧（望ましくは０）にすると、有機ＥＬ層３０の電流が停止し、発光が停止される。Ｔ₄（Ｔ₀）から次のサイクルのＴ₁までは、有機ＥＬ層３０の発光は停止したままである。

次に、前述の有機ＥＬ素子を２次元的に配列して構成される有機ＥＬディスプレイの駆動方法を説明する。ここでは、第１および第２の陽極２０をスキャンラインとして用い、第１および第２の陰極４０をデータラインとして用いる例を説明する。本発明の有機ＥＬディスプレイを駆動方法においては、１つの画面を形成するためのフレームを、階調回数分だけスキャンする。それぞれのスキャンは、スキャンラインのそれぞれに対して、以下のステップを反復する。
（ａ） 該当するスキャンラインの、第１の陽極２０ａと全ての第１の陰極４０ａとの間の電圧、ならびに第２の陽極２０ｂと全ての第２の陰極４０ｂとの間の電圧を、発光継続電圧より低くするステップ（発光停止ステップ、図３のＴ₀に相当する）；
（ｂ） 該当するスキャンラインの第１の陽極２０ａと、全ての第１の陰極４０ａとの間に、発光継続電圧より高く、トリガ電圧より低い電圧を印加するステップ（発光準備ステップ、図３のＴ₁に相当する）；
（ｃ） 該当するスキャンラインの第２の陽極２０ｂと、発光させる素子（すなわち、選択される素子）に対応する第２の陰極４０ｂとの間に、トリガ電圧より高い電圧を印加するステップ（発光開始ステップ、図３のＴ₂に相当する）；および
（ｄ） ステップ（ｃ）で印加した電圧を、発光継続電圧より低い電圧にするステップ（発光継続ステップ、図３のＴ₃に相当する）。

上記の一連のステップは、有機ＥＬ素子の駆動方法で説明した方法を、Ｔ₀→Ｔ₁→Ｔ₂→Ｔ₃→Ｔ₄（Ｔ₀）の順で実施することに相当する。本発明の方法では、各スキャンラインにおいて、ステップ（ｃ）で発光を開始した素子は、次のスキャンのステップ（ａ）が実施されるまで発光を継続する。たとえば、１フレームを形成するための全てのスキャンにおいて発光させた素子は、パッシブマトリクス駆動にもかかわらず、１フレームの全時間にわたって発光する。これは、従来型のパッシブマトリクス駆動型ディスプレイにおける１つの画素の最大発光時間（スキャンライン数に反比例する。たとえばＱＶＧＡの場合１／２４０）とは決定的に異なるものである。

このことによって、本発明の方法で駆動される有機ＥＬディスプレイは、同じ駆動電流で駆動される従来のパッシブマトリクス有機ＥＬディスプレイの２４０倍の明るさ（ＱＶＧＡの場合）になる。したがって、所定の輝度を得るための電流密度を低くして、発光層への負荷を減少させることができ、ひいては素子寿命を延長することができる。

上記においては、陽極が電気的に絶縁された第１および第２の陽極から構成され、陰極が電気的に絶縁された第１および第２の陰極から構成された有機ＥＬ素子を用いた例について説明した。しかしながら、第１および第２の陽極が電気的に接続されて一体の陽極として構成されている素子を用いたディスプレイについても、工程（ｃ）および（ｄ）における電圧を、一体の陽極と第２の陰極との間の電圧とすることによって同様に駆動することができる。また、第１および第２の陰極が電気的に接続されて一体の陰極として構成されている素子を用いたディスプレイについても、陰極をスキャンラインとして用い、陽極をデータラインとして用い、工程（ｃ）および（ｄ）における電圧を、第２の陽極と一体の陰極との間の電圧とすることによって同様に駆動することができる。

（実施例１）
本実施例では、２．８インチＱＶＧＡの有機ＥＬディスプレイを作製した。最初に、ガラス基板上に、ＲＧＢのサブピクセルを６０μｍのピッチで配列するように色変換層を形成し、続いて、平坦化層およびパッシベーション層を形成した。各サブピクセル間の間隙を１０μｍとした。

次いで、パッシベーション層上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、膜厚２２０ｎｍの無定形のＩＺＯ［Ｉｎ₂Ｏ₃：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）］膜を形成した。次いで、フォト工程によるパターニングを行ない、幅４０μｍの第１の陽極および幅５μｍの第２の陽極を作製した。１つのサブピクセルにおいて、第１の陽極と第２の陽極との間隔を５μｍとした。

次いで、発光部となる部分を除いて、画素間を分離するための絶縁層をフォトレジスト材料で作製した。さらに、サブピクセル間の陰極の分離を行うための逆テーパ形状の隔壁を、絶縁層上に形成した。そして、陽極表面の仕事関数の制御およびクリーニングの目的で、陽極表面を酸素プラズマにて処理した。

その後に、正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層の６層構造の有機ＥＬ層を形成した。蒸着法を用いて、真空を破ることなしに、２％のＦ₄−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃからなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、Ａｌｑ₃からなる膜厚１０ｎｍの電子伝導層。２％のＦ₄−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃからなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、α−ＮＰＤからなる膜厚２０ｎｍの正孔輸送層、ＤＰＶＢｉからなる膜厚３０ｎｍの発光層、およびＡｌｑ₃からなる膜厚２０ｎｍの電子注入層を積層した。なお、ドープ量は、材料単体での体積比として示した。また、有機ＥＬ層の作製に先出し、水晶振動子膜厚モニタで得られる膜厚とＤＥＫＴＡＫまたはＡＦＭで求めた実際の膜厚との関係をあらかじめ求めたマスターカーブを基に、各材料単体の蒸着速度をあらかじめ決定し、積層膜厚を制御した。

続いて、抵抗加熱蒸着法を用いて、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜、および膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を積層した。この際に、各サブピクセル間においては、前述の逆テーパ形状の隔壁によって、それらの膜を分離した。また、各サブピクセル内においては、メタルマスクを利用して、幅１４０μｍの第１の陰極と、幅１０μｍの第２の陰極とを、２０μｍの間隔で配置した。その後に、ガラス基板による封止を行なって、有機ＥＬディスプレイを得た。

このようにして作製した有機ＥＬディスプレイの１つのサブピクセル（有機ＥＬ素子）に関して、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性、および電流−輝度（Ｉ−Ｌ）特性を測定した。その結果、Ｖ_th（トリガ電圧）は７．１Ｖであった。また、輝度１５０ｃｄ／ｍ²のときの電流密度は２．０ｍＡ／ｃｍ²であり、その際の駆動電圧Ｖ_opは４．０Ｖであった。

次に、各フレームにおいて、６４スキャンを行い、その間で各サブピクセルの明るさに応じてスキャン時の発光／非発光を制御することにより、サブピクセル毎の６４階調の明るさの制御ができた。

（実施例２）
本実施例では、２．８インチＱＶＧＡの有機ＥＬディスプレイを作製した。最初に、ガラス基板上に、ＲＧＢのサブピクセルを６０μｍのピッチで配列するように色変換層を形成し、続いて、平坦化層およびパッシベーション層を形成した。各サブピクセル間の間隙を１０μｍとした。

次いで、パッシベーション層上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、膜厚２２０ｎｍの無定形のＩＺＯ［Ｉｎ₂Ｏ₃：ＺｎＯ（ＺｎＯモル比で５％）］膜を形成した。次いで、フォト工程によるパターニングを行ない、幅４０μｍの第１の陽極および幅５μｍの第２の陽極を作製した。１つのサブピクセルにおいて、第１の陽極と第２の陽極との間隔を５μｍとした。

次いで、発光部となる部分を除いて、画素間を分離するための絶縁層をフォトレジスト材料で作製した。さらに、サブピクセル間の陰極の分離を行うための逆テーパ形状の隔壁を、絶縁層上に形成した。そして、陽極表面の仕事関数の制御およびクリーニングの目的で、陽極表面を酸素プラズマにて処理した。

その後に、正孔注入層／電子伝導層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層の６層構造の有機ＥＬ層を形成した。蒸着法を用いて、真空を破ることなしに、２％のＦ₄−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃからなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、Ａｌｑ₃からなる膜厚１０ｎｍの電子伝導層。２％のＦ₄−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃからなる膜厚１００ｎｍの正孔注入層、α−ＮＰＤからなる膜厚２０ｎｍの正孔輸送層、ＤＰＶＢｉからなる膜厚３０ｎｍの発光層、およびＡｌｑ₃からなる膜厚２０ｎｍの電子注入層を積層した。なお、ドープ量は、材料単体での体積比として示した。また、有機ＥＬ層の作製に先出し、水晶振動子膜厚モニタで得られる膜厚とＤＥＫＴＡＫまたはＡＦＭで求めた実際の膜厚との関係をあらかじめ求めたマスターカーブを基に、各材料単体の蒸着速度をあらかじめ決定し、積層膜厚を制御した。

続いて、抵抗加熱蒸着法を用いて、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜、および膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を積層した。この際に、各サブピクセル間においては、前述の逆テーパ形状の隔壁によって、それらの膜を分離した。また、各サブピクセル内においては、メタルマスクを利用した分離を行わず、幅１７０μｍの一体の陰極を得た。その後に、ガラス基板による封止を行なって、有機ＥＬディスプレイを得た。

このようにして作製した有機ＥＬディスプレイの１つのサブピクセル（有機ＥＬ素子）に関して、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性、および電流−輝度（Ｉ−Ｌ）特性を測定した。その結果、トリガ電圧（Ｖ_th）は７．１Ｖであった。また、輝度１５０ｃｄ／ｍ²のときの電流密度は２．０ｍＡ／ｃｍ²であり、その際の駆動電圧Ｖ_opは４．０Ｖであった。

次に、各フレームにおいて、６４スキャンを行い、その間で各サブピクセルの明るさに応じてスキャン時の発光／非発光を制御することにより、サブピクセル毎の６４階調の明るさの制御ができた。

本発明の有機ＥＬ素子を示す概略断面図であり、（ａ）は陽極の延びる方向からみた概略断面図であり、（ｂ）は陰極の延びる方向からみた概略断面図である。 本発明の有機ＥＬ素子の電圧−電流特性を示すグラフである。 本発明の有機ＥＬ素子の駆動方法を説明する図であり、（ａ）は第２の陽極と第２の陰極との間の電圧プロファイルを示し、（ｂ）は第１の陽極と第１の陰極との間の電圧プロファイルを示し、（ｃ）は各電極によって有機ＥＬ層３０に印加される電圧プロファイルを示し、（ｄ）は有機ＥＬ層に流れる電流を示す図である。

符号の説明

１０ 基板
２０ａ 第１の陽極
２０ｂ 第２の陽極
３０ 有機ＥＬ層
４０ａ 第１の陰極
４０ｂ 第２の陰極
５０ 絶縁膜
６０ 隔壁

Claims (12)

1. 基板と、
   基板上に形成された第１および第２の陽極と、
   第１および第２の陽極上に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と、
   有機ＥＬ層上に形成された第１および第２の陰極と
   を含む有機ＥＬ素子であって、有機ＥＬ層が
   （１） 発光層と第１および第２の陽極との間に形成され、正孔注入層および正孔輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された電子伝導層を有する積層体、および
   （２） 発光層と第１および第２の陰極との間に形成され、電子注入層および電子輸送層からなる群から選択される２つの層で挟持された正孔伝導層を有する積層体
   からなる群から選択される積層体を部分構造として含み、
   有機ＥＬ層がｐｎｐｎダイオード特性を示すことを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 有機ＥＬ層が（１）の積層体を部分構造として含み、電子伝導層が２ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 有機ＥＬ層が（２）の積層体を部分構造として含み、正孔伝導層が２ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
4. 第１の陽極が第２の陽極と電気的に絶縁されており、および第１の陰極が第２の陰極と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
5. 第１の陽極が第２の陽極と電気的に絶縁されており、および第１の陰極が第２の陰極と電気的に接続され一体の陰極を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
6. 第１の陰極が第２の陰極と電気的に絶縁されており、および第１の陽極が第２の陽極と電気的に接続され一体の陽極を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
7. 請求項４に記載の有機ＥＬ素子を駆動する方法であって、第１の陽極と第１の陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも低い電圧を印加し、第２の陽極と第２の陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも高い電圧を印加して、有機ＥＬ層の発光を開始することを特徴とすることを特徴とする方法。
8. 請求項５に記載の有機ＥＬ素子を駆動する方法であって、第１の陽極と陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも低い電圧を印加し、第２の陽極と陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも高い電圧を印加して、有機ＥＬ層の発光を開始することを特徴とする方法。
9. 請求項６に記載の有機ＥＬ素子を駆動する方法であって、陽極と第１の陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも低い電圧を印加し、陽極と第２の陰極との間に有機ＥＬ層のトリガ電圧よりも高い電圧を印加して、有機ＥＬ層の発光を開始することを特徴とする方法。
10. 有機ＥＬディスプレイの駆動方法であって、
    有機ＥＬディスプレイは、請求項４に記載の有機ＥＬ素子を２次元的に配列し、第１の方向に整列した第１の陽極および第２の陽極をそれぞれ接続してスキャンラインとし、第１の方向と直交する第２の方向に整列した第１の陰極および第２の陰極をそれぞれ接続してデータラインとすることによって構成されており、
    １フレームあたり所望の階調数だけスキャンを反復し、各スキャンは、それぞれのスキャンラインについて
    （ａ） 該当するスキャンラインの、第１の陽極と全ての第１の陰極との間の電圧、ならびに第２の陽極と全ての第２の陰極との間の電圧を、発光継続電圧より低くするステップ；
    （ｂ） 該当するスキャンラインの第１の陽極と、全ての第１の陰極との間に、発光継続電圧より高く、トリガ電圧より低い電圧を印加するステップ；
    （ｃ） 該当するスキャンラインの第２の陽極と、選択される第２の陰極との間に、トリガ電圧より高い電圧を印加するステップ；および
    （ｄ） ステップ（ｃ）で印加した電圧を、発光継続電圧より低い電圧にするステップ
    を実施して、階調制御を行うことを特徴とする有機ＥＬディスプレイの駆動方法。
11. 有機ＥＬディスプレイの駆動方法であって、
    有機ＥＬディスプレイは、請求項５に記載の有機ＥＬ素子を２次元的に配列し、第１の方向に整列した第１の陽極および第２の陽極をそれぞれ接続してデータラインとし、第１の方向と直交する第２の方向に整列した陰極をそれぞれ接続してスキャンラインとすることによって構成されており、
    １フレームあたり所望の階調数だけスキャンを反復し、各スキャンは、それぞれのスキャンラインについて
    （ａ） 該当するスキャンラインの、陰極と全ての第１の陽極との間の電圧、ならびに陰極と全ての第２の陽極との間の電圧を、発光継続電圧より低くするステップ；
    （ｂ） 該当するスキャンラインの陰極と、全ての第１の陽極との間に、発光継続電圧より高く、トリガ電圧より低い電圧を印加するステップ；
    （ｃ） 該当するスキャンラインの陰極と、選択される第２の陽極との間に、トリガ電圧より高い電圧を印加するステップ；および
    （ｄ） ステップ（ｃ）で印加した電圧を、発光継続電圧より低い電圧にするステップ
    を実施して、階調制御を行うことを特徴とする有機ＥＬディスプレイの駆動方法。
12. 有機ＥＬディスプレイの駆動方法であって、
    有機ＥＬディスプレイは、請求項６に記載の有機ＥＬ素子を２次元的に配列し、第１の方向に整列した陽極をそれぞれ接続してスキャンラインとし、第１の方向と直交する第２の方向に整列した第１の陰極および第２の陰極をそれぞれ接続してデータラインとすることによって構成されており、
    １フレームあたり所望の階調数だけスキャンを反復し、各スキャンは、それぞれのスキャンラインについて
    （ａ） 該当するスキャンラインの、陽極と全ての第１の陰極との間の電圧、ならびに陽極と全ての第２の陰極との間の電圧を、発光継続電圧より低くするステップ；
    （ｂ） 該当するスキャンラインの陽極と、全ての第１の陰極との間に、発光継続電圧より高く、トリガ電圧より低い電圧を印加するステップ；
    （ｃ） 該当するスキャンラインの陽極と、選択される第２の陰極との間に、トリガ電圧より高い電圧を印加するステップ；および
    （ｄ） ステップ（ｃ）で印加した電圧を、発光継続電圧より低い電圧にするステップ
    を実施して、階調制御を行うことを特徴とする有機ＥＬディスプレイの駆動方法。

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