JP2009076444A - 有機発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光色の異なる複数の有機発光素子をそれぞれ最適な条件で発行させることのできる有機発光装置を得る。
【解決手段】基板と、基板の上に配置されており互いに発光色の異なる複数の有機発光素子とを有し、各有機発光素子は、基板の上に順に有機発光素子毎に独立して形成されている第１電極と、有機機能層と、複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている光透過性の第２電極とを有し、基板と第１電極との間に形成され、第２電極と電気的に接続されている導電層と、導電層と第１電極との間に形成されている絶縁層と、を有する有機発光装置において、導電層の厚みまたは材料が発光色毎に異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は有機発光素子を用いた有機発光装置に関する。

従来、発光素子をマトリクス状に配置して表示面を構成した発光装置として、有機発光材料を発光層として用いたエレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた有機発光装置が知られている。このような発光装置は、画素を構成する素子自体が発光するため、液晶ディスプレイのようにバックライトを必要としない、応答速度が速い、視野角依存が小さいといった利点を有し、液晶表示装置に続くフラットパネルディスプレイとして期待されている。

一般的な有機ＥＬ素子はホール注入電極（陽極）、ＥＬ発光層、電子注入電極（陰極）をこの順で積層した構造を有している。このような構成からなる有機ＥＬ素子では、陰極からＥＬ発光層に注入された電子と、陽極からＥＬ発光層に注入された正孔との再結合によって励起子が生成される。そして、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用して、発光を行うようになっている。

有機ＥＬ素子を用いた発光装置として、アクティブマトリクス型の有機発光装置が知られている。一般的なアクティブマトリクス型発光装置では、ＴＦＴのスイッチングによって発光のオン／オフを制御しながら、振幅変調又は時間変調を行って発光輝度を制御している（特許文献１参照）。アクティブマトリクス型発光装置では、ＴＦＴ基板側の第１電極がパターニングされた画素電極であり、基板と対向する側の第２電極が共通電極としている。また、光取り出し方向を基板と反対側とするトップエミッション構造を採ることで画素の開口率を向上させ、高輝度化、高精細化が実現可能となった。

トップエミッション構造を採る有機発光装置では、基板と反対側から光を取り出すため第１電極が反射の高い部材から成ることが好ましく、第２電極は透明導電膜で形成する必要があった。第１電極は反射率の高い導電膜もしくは透明導電膜と反射率の高い金属導電膜との積層により形成されることが多い。透明導電膜としては、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などが用いられるが、ＩＴＯをはじめとする透明導電性材料の多くは導電率が低く、各画素の共通電極として用いた場合にはその面抵抗により電圧降下をもたらしてしまう。その結果、画素に流れる電流が不均一となり表示面内において発光輝度にムラが生じてしまう。

この問題を解決するに当たり、特許文献２には、第２電極を主電極と補助電極とで形成することで、面抵抗を低減する方法が開示されている。特許文献３には、第１電極を構成する層と同じ層を画素間に配置して、それを第２電極の補助電極として機能させることが開示されている。

また、特許文献４には、基板側の電極である画素電極と基板との間に陰極用配線（導電部）を設け、画素電極と陰極用配線との間に平坦化絶縁膜を設ける構成が開示されている。

特開平８−５４８３６号公報 特開２００１−２３００８６号公報 特開２００４−２０７２１７号公報 特開２００５−１５８４９３号公報

上記特許文献２、３に開示されているように、補助電極を画素間に配置すると、画素開口率が低下する課題がある。

一方、特許文献４では陰極用配線（導電部）が画素電極の下に設けられているため、画素開口率の低下に関しては改善されている。しかしながら、画素電極の下に画素電極とは電位の異なる陰極用配線を設けると、両者の間に電気容量が発生する。この電気容量が有機発光素子の発光に与える影響について特許文献４では考察されていない。特に、特に発光色の異なる複数の有機発光素子を有する有機発光装置において、電気容量が有機発光素子の発光に与える影響についての考察はされていない。

また、画素電極の下に設ける導電層が反射層である場合、有機機能層で発光する光が反射層で反射することにより光学干渉が生じるが、この光学干渉の影響について特許文献４では考察されていない。特に発光色の異なる複数の有機発光素子を有する有機発光装置の場合、発光色によって光学干渉条件が異なるが、このことについて考察はされていない。

そこで、本発明は、画素電極の下に導電層を設けることによって有機発光素子に与える種々の影響を考慮し、発光色の異なる複数の有機発光素子をそれぞれ最適な条件で発行させることのできる有機発光装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、
基板と、前記基板の上に配置されており互いに発光色の異なる複数の有機発光素子とを有し、各有機発光素子は、前記基板の上に順に有機発光素子毎に独立して形成されている第１電極と、有機機能層と、前記複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている透明な第２電極とを有し、
前記基板と前記第１電極との間に形成され、前記第２電極と電気的に接続されている導電層と、
前記導電層と前記第１電極との間に形成されている絶縁層と、を有する有機発光装置において、
前記絶縁層の厚みまたは材料が前記発光色毎に異なることを特徴とする。

本発明の有機発光装置は、画素電極の下に導電層を設けることによって有機発光素子に与える種々の影響を考慮し、発光色の異なる複数の有機発光素子をそれぞれ最適な条件で発行させることのできる有機発光装置を得ることができる。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の有機発光装置として、第１電極と基板との間に設けられている導電層を第２電極の補助配線として用いる構成について説明する。そして、導電層が反射層であって、有機機能層の発光が導電層で反射することによって生じる光学干渉の効果を考慮して、第１電極と導電層との間に設けられている絶縁層を設計した構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る有機発光装置の画素部の模式平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ’断面の模式図、図３は図１におけるＢ−Ｂ’の断面の模式図である。

本発明の実施の形態に係る有機発光装置は、ガラスや合成樹脂などから成る絶縁性基板、又は表面に酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜や窒化珪素（ＳｉＮ_x）膜などの絶縁膜を形成した導電性基板あるいは半導体基板等の基板１００を有する。基板１００は透明であっても不透明であってもかまわない。

基板１００上に、複数の有機発光素子（有機ＥＬ素子）を駆動するためのＴＦＴ１０１が形成されている。ＴＦＴ１０１のポリシリコンからなる能動層であるｐｏｌｙ−Ｓｉ層１０２は、ポリシリコンに限定されるものではなく非晶質シリコン、微結晶シリコンなどを用いても良い。ＴＦＴ１０１はＰ−ｃｈＴＦＴであってもよいし、Ｎ−ｃｈＴＦＴであってもよい。

このＴＦＴ１０１の凹凸を平坦化するための層間絶縁膜１０４が形成されており、その上に第１電極２０１と、有機機能層２０４と、第２電極２０５とを有する有機ＥＬ素子が、有機発光装置の面内の２方向にそれぞれ配置されている。

この有機ＥＬ素子の第１電極２０１と層間絶縁膜１０４との間に導電層（反射補助配線））２０２が形成されている。この導電層２０２は、有機機能層２０４で発光した光を反射する機能と第２電極２０５における電圧降下を低減させる補助配線としての機能を併せ持つ層である。

導電層２０２は、例えばアルミ（Ａｌ）のような低抵抗で反射率が高い金属の単体もしくは合金で構成される反射部材とすることが好ましい。層間絶縁層１０４上に、例えばスパッタ法およびリソグラフィー技術により、図１に示すようにストライプ状に形成される。

導電層２０２は有機機能層２０４に重なる領域であり、かつ第１電極２０１とＴＦＴのドレイン電極１０５とを電気的に接続する第１コンタクトホール（開口）１０３に重ならない領域であればどのような面内形状をとっても良い。しかし、形成される面積は表示領域内でできるだけ広い方が好ましく、より多くの画素に対して連続であることが好ましい。本実施形態では、有機発光装置の面内の２方向のうち１方向に前記複数の有機ＥＬ素子の間を跨いで連続して形成されており、他の方向には前記複数の有機ＥＬ素子の間で分離されている。第１コンタクトホール１０３を除いて有機発光装置の面内に一様に形成されていてもよい。このようにすることにより、より電圧降下を低減する効果が高まる。

この導電層２０２は、前記第１電極２０１との間に形成された絶縁層２０３によって第１電極２０１と絶縁されている。絶縁層２０３は、有機機能層２０４から導電層２０２へ光を透過させる光透過部材である。絶縁層２０３は素子分離層２０６と同様の材料を用いることが好ましい。

第１電極２０１は、絶縁層２０３上で画素毎（有機発光素子毎）にパターニングされた透明電極、つまり有機発光素子毎に独立して形成された電極である。第１電極２０１は、酸化錫と酸化インジウムとの化合物、あるいは酸化亜鉛との化合物などの酸化物透明導電膜を用いる。

この第１電極２０１は、層間絶縁膜１０４に形成された第１コンタクトホール１０３を介してＴＦＴのドレイン電極１０５と電気的に接続されている。第１コンタクトホール１０３は非発光部である素子分離層２０６に覆われた位置に形成されることが好ましい。

素子分離層２０６は、第１電極２０１の周縁部を覆い、各画素を区画する絶縁膜である。素子分離層２０６は、酸化窒化シリコンや酸化シリコン膜等からなる無機絶縁膜やアクリル系樹脂・ポリイミド系樹脂・ノボラック系樹脂等を用いる。

この素子分離層２０６には、導電層２０２と第２電極２０５とを電気的に接続する第２コンタクトホール（開口）２０７が形成されている。

有機機能層２０４は、第１電極２０１上に形成されている。有機機能層２０４の一例としは図４に示すような、正孔輸送層３０１、発光層３０２、電荷ブロック層３０３、電子注入層３０４が順に真空蒸着法により形成された構造が挙げられる。有機機能層２０４は発光層の一層のみであっても良いし、複数の層から形成されていても良いが、全ての隣り合う画素と素子分離層２０６により分離されている。発光層は、発光色毎に異なる材料からなる層が形成されている。発光色の異なる各発光層は、それぞれマスク蒸着やインクジェット法、転写法等のプロセスでパターニング形成される。各色の発光層の厚みは異なっていても良いし、同じでもよい。

第２電極２０５は、複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている光透過性の電極であり、有機機能層２０４及び素子分離層２０６上に例えばスパッタ法により形成され、第２コンタクトホール２０７を介して導電層２０２に電気的に接続されている。第２電極２０５は、第１電極２０１と同様に、酸化錫と酸化インジウムとの化合物、あるいは酸化亜鉛との化合物などの酸化物透明導電膜を用いる。なお、本発明では第１電極、第２電極のいずれが陽極であってもよい。第１電極が陽極の場合には、有機発光素子の駆動を制御するＴＦＴ（駆動ＴＦＴ）はＰ−ｃｈＴＦＴであり、有機機能層は正孔輸送機能を有する層から順に積層される。一方で第１電極が陰極の場合には、駆動ＴＦＴはＮ−ｃｈＴＦＴであり、有機機能層は電子輸送機能を有する層から順に積層される。

本実施形態では、導電層２０２が基板１００と第１電極２０１との間に形成されているので、前記導電層２０２が形成されても画素開口率が低下することがない。

しかも、導電層２０２は第２電極２０５の補助配線となり前記第２電極２０５の面抵抗を低減させ、有機機能層２０４に流れる電流のばらつきを軽減できるので、発光輝度の均一な表示を行うことが可能となる。

また、導電層２０２は光を基板上方に出射するための反射層を兼ねるため、陽極を透明導電膜と反射率の高い金属との二層構成にする必要が無く、工程の複雑化を抑えることができる。

導電層２０２で生じる反射により、光学干渉の効果を利用して有機機能層２０４の発光を強めることができる。そして、光学干渉による光の強め合いは複数の光路の差（光路差）を強め合いの条件にすることによって得ることができる。

光路差は有機発光装置の厚み方向で適宜選択することができる。例えば、有機機能層内（有機発光層内）に規定される発光位置（発光強度分布のピーク位置）と導電層２０２の反射面との間の光路差、第２電極２０５の反射面と導電層２０２の反射面との間の光路差がある。第２電極の反射面は、第２電極２０５が酸化物透明導電膜で構成される透明電極である場合には、屈折率差を利用して第２電極２０５の基板１００とは反対側の界面（上側の界面）となる。また第２電極２０５が金属薄膜等で構成される半透過反射層である場合には、第２電極２０５の有機機能層２０４側の界面（下側の界面）が、第２電極の反射面となる。

このような光学干渉の効果を利用する構成を互いに発光色の異なる複数の有機発光素子に適用する場合、発光色によって光路差を異ならせる必要がある。そこで、本発明における第１の方法として、第１電極２０１と導電層２０２との間に設けられている絶縁層２０３の厚みを互いに発光色の異なる複数の有機発光素子で異ならせる。そして、それぞれの厚みが有機機能層で発光する光が強められるように設定する。また、第２の方法として、第１電極２０１と導電層２０２との間に設けられている絶縁層２０３の屈折率を互いに発光色の異なる複数の有機発光素子で異ならせる。つまり、別の材料で絶縁層を形成する。そして、それぞれの屈折率が有機機能層で発光する光が強められるように設定する。

これらのように絶縁層の厚みや屈折率を設定することにより、互いに発光色の異なる複数の有機発光素子の光取り出し効率を高めることができる。

なお、本発明における複数の発光色はいかなる発光色の組み合わせであっても良いが、例えば赤色、緑色、青色の３色が挙げられる。他に白色を組み合わせて４色としてもよい。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の有機発光装置として、基板側の電極である第１電極と、基板と第１電極との間に設けられている導電層との間に生じる電気容量を考慮して、第１電極と導電層との間に設けられている絶縁層を設計した構成について説明する。

本実施の形態では、図１乃至図２に基づいて、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。

本実施の形態では、導電層２０２と第１電極２０１とでキャパシタを構成している。このキャパシタは駆動ＴＦＴの移動度が有機発光装置の面内でばらつくことにより生じる輝度ばらつきを抑えるために設けられるものである。具体的な回路構成は特開２００７−１０２０４６号公報に開示されている。ここで、本発明のキャパシタを有する構成は、駆動ＴＦＴの制御電極（ゲート）と有機発光素子が接続されている方の主電極（ソースあるいはドレイン）との間にデータ信号を保持する別のキャパシタが設けられている構成において特に有効である。

つまり、導電層２０２は、第２電極２０５における電圧降下を低減させる補助配線としての機能と、駆動ＴＦＴの移動度ばらつきに起因する有機発光装置の面内での輝度ばらつきを抑えるキャパシタを構成する層としての機能を併せ持つ層である。

導電層２０２は有機機能層２０４での発光を反射させるように反射部材で構成されていることが好ましいが、必ずしも反射部材で構成されている必要はなく、透明部材であってもよい。導電層２０２が反射部材で構成されている場合には、第１の実施の形態で説明したように光学干渉の効果を利用して光取り出し効率を高めることができる。一方、導電層２０２が透明部材である場合には、第１電極を反射部材として干渉を利用することが好ましい。この場合絶縁層２０３は、光路差を生じさせる層にはならないため、透明部材である必要はなく、キャパシタを構成する絶縁層として好ましい誘電率の材料を選択することができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る有機発光装置の駆動回路の一例を示す図である。図５において有機発光素子はＯＬＥＤ、駆動ＴＦＴはＴＦＴ_DR、第１電極と導電層で構成されるキャパシタはＣ₂である。また、スイッチングＴＦＴはＴＦＴ_SW、にデータ信号を保持する別のキャパシタはＣ₁である。Ｃ₂のキャパシタを調節することにより、駆動ＴＦＴにデータ信号に応じた電流を流したときにＣ₁に保持される電気容量が変化するため、駆動ＴＦＴ毎の移動度のばらつきを抑制することができる。

このようにキャパシタを構成するために導電層２０２及び絶縁層２０３を設ける構成を、互いに発光色の異なる複数の有機発光素子を有する有機発光装置に適用する場合、発光色によってキャパシタの電気容量を異ならせることが好ましい。発光色により有機発光素子の第１電極２０１と第２電極２０５との間に形成される電気容量が異なるためである。これは、発光色により有機機能層を構成する層の材料や厚みが異なることによる。つまり、第１電極２０１と第２電極２０５との間に形成される電気容量と、第１電極と導電層との間に形成される電気容量の和が、発光色によらず同じになるようにすることが好ましい。

発光色によって第１電極と導電層との間に形成される電気容量を異ならせる方法として、絶縁層の厚みを異ならせる方法、絶縁層の誘電率を異ならせる方法がある。そして、それぞれの電気容量を、第１電極２０１と第２電極２０５との間に形成される電気容量と、第１電極と導電層との間に形成される電気容量の和が等しくなるように設定する。具体的には、第１電極２０１と第２電極２０５との間の電気容量が大きいほど、導電層２０３の厚みが厚くなるように設定する。または第１電極２０１と第２電極２０５との間の電気容量が大きいほど、導電層２０３の誘電率が大きくなるように設定する。このようにすることにより、発光色の異なる複数の有機発光素子でより均一な発光を得ることができる。

以上、本発明の有機発光装置の実施の形態について説明したが、本発明の有機発光装置は、照明や、電子機器のディスプレイとして、また、表示装置用のバックライト等の様々な用途に適用することができる。電子機器のディプレイとしては、テレビ受像機、パーソナルコンピュータのディスプレイ、撮像装置の背面表示部、携帯電話の表示部、携帯ゲーム機の表示部等が挙げられる。その他、携帯音楽再生装置の表示部、携帯情報端末（ＰＤＡ）の表示部、カーナビゲーションシステムの表示部等がある。

本発明の有機発光装置の画素部の平面模式図。 図１におけるＡ−Ａ’断面模式図。 図１におけるＢ−Ｂ’断面模式図。 本発明の第１の実施の形態に係る有機発光装置の有機ＥＬ素子構成の一例を示す断面模式図。 本発明の第２の実施の形態に係る有機発光装置の駆動回路の一例を示す図。

符号の説明

１００ 基板
１０１ ＴＦＴ
１０２ ｐｏｌｙ−Ｓｉ
１０３ 第１コンタクトホール
１０４ 層間絶縁膜
１０５ ドレイン電極
１０７ ゲート電極
１０８ ドレイン領域
１０９ ソース領域
２０１ 第１電極
２０２ 導電層
２０３ 絶縁層
２０４ 有機機能層
２０５ 第２電極
２０６ 素子分離層
２０７ 第２コンタクトホール（開口）
４０１ 第１電極
４０２ 導電層
４０３ 絶縁層
４０４ 有機機能層
４０５ 第２電極
４０６ 素子分離層
４０７ 陰極コンタクトホール
４０８ 陽極コンタクトホール

Claims (7)

1. 基板と、前記基板の上に配置されており互いに発光色の異なる複数の有機発光素子とを有し、
   前記有機発光素子は、前記基板の上に順に有機発光素子毎に独立して形成されている第１電極と、有機機能層と、前記複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されている光透過性の第２電極とを有し、
   前記基板と前記第１電極との間に形成され、前記第２電極と電気的に接続されている導電層と、前記導電層と前記第１電極との間に形成されている絶縁層と、を有する有機発光装置において、
   前記絶縁層の厚みまたは材料が前記発光色毎に異なることを特徴とする有機発光装置。
2. 前記互いに発光色の異なる複数の有機発光素子で前記絶縁層の厚みが異なり、
   前記第１電極と前記第２電極との間の電気容量が大きいほど、前記絶縁層の厚みが厚くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
3. 前記互いに発光色の異なる複数の有機発光素子における前記絶縁層の誘電率が異なり、
   前記第１電極と前記第２電極との間の電気容量が大きいほど、前記絶縁層の誘電率が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
4. 前記導電層は反射部材であって、前記絶縁層は光透過部材であり、
   前記互いに発光色の異なる複数の有機発光素子で前記導電層の厚みが異なり、
   それぞれの厚みは、前記有機機能層で発光する光を強めるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
5. 前記導電層は反射部材であって、前記絶縁層は光透過部材であり、
   前記互いに発光色の異なる複数の有機発光素子における前記導電層の屈折率が異なり、
   それぞれの厚みは、前記有機機能層で発光する光を強めるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光装置。
6. 前記複数の有機発光素子は、前記有機発光装置の面内の２方向にそれぞれ配置されており、
   前記導電層は、前記２方向のうちの１方向に前記複数の有機発光素子の間を跨いで連続して形成されており、他の方向には前記複数の有機発光素子の間で分離されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機発光装置。
7. 互いに隣り合う複数の前記有機発光素子の間に素子分離層を有し、
   前記第２電極は前記素子分離層の上を覆っており、
   前記導電層と前記第２電極とは前記素子分離層に形成されている開口を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の有機発光装置。

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