JP2009088526A - 有機発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された有機多層により特性に優れた有機発光素子と、それを有する有機発光表示装置を提供する。
【解決手段】有機発光素子Ｌは、陽極１８０と、陰極２００および陽極と陰極との間に配置された発光層を含む有機多層１９０を含む。前記有機多層に対する内部電位分布のプロファイルは非線形で構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は有機発光素子に関し、より詳しくは有機物の多層構造を用いる有機発光素子の有機多層に関するものである。

最近、表示装置に応用されている様々な表示パネルの中でも急速に発展している半導体技術により、有機発光素子（ＯＬＥＤ）を用いた表示パネルが注目されている。

有機発光素子を用いた能動駆動型有機発光表示装置は、基板上に画像表示の基本単位である画素（ｐｉｘｅｌ）をマトリックス方式で配列し、画素毎に薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を配置して独立的に画素を制御する。

このような有機発光表示装置が最高の特性を発揮するためには、薄膜トランジスターを含む半導体要素はもちろん、有機発光素子の要素、つまり、アノード、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＴＬ）およびカソードの特性が優れて、かつこれらが適切に調和しなければならない。

ここで半導体要素は、有機発光表示装置以外の他の技術分野においも半導体に関する研究および適用が活発に行われているが、これに比べて有機発光素子についてはまだ大きい成果がない。

そのために、消費者が満足する程の有機発光表示装置が消費者に提供できていない実情である。

本発明の目的は、改善された有機多層によって、特性が優れた有機発光素子を提供することである。

本発明の他の目的は、前記有機発光素子を有する有機発光表示装置を提供することである。

本発明の実施形態による有機発光素子は、陽極と、陰極および前記陽極と前記陰極との間に配置された有機多層を含む。前記有機多層に対する内部電位分布のプロファイルは非線形で形成される。

前記プロファイルは波形で形成できる。

前記プロファイルは正の傾きに形成された区間と負の傾きに形成された区間を含むことができる。

前記有機多層は前記陽極に接する正孔注入層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布は負の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記正孔注入層に接する正孔輸送層を含み、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成できる。

前記有機多層は前記正孔輸送層に接する発光層を含み、前記発光層に対する内部電位の分布は正の傾きと負の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記発光層に接する電子輸送層を含み、前記電子輸送層に対する内部電位の分布は正の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記電子輸送層に接する電子注入層を含み、前記電子注入層に対する内部電位の分布は正の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層および正孔輸送層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布は平坦に形成できる。

前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層および発光層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布は平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布は正の傾きと負の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成され、前記電子輸送層に対する内部電位の分布は正の傾きに形成できる。

前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成され、前記電子輸送層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成され、前記電子注入層に対する内部電位の分布は正の傾きに形成できる。

前記有機多層に対する内部電位値は相対値１．１ｅＶ以内に分布できる。

前記正孔注入層に対する内部電位値は相対値０．３ｅＶ以内に分布できる。

前記電子輸送層に対する内部電位値は相対値０．３ｅＶ以内に分布できる。

また、本発明は前記有機発光素子を含む有機発光表示装置を提供する。

本発明による有機発光素子は、改善された内部電位分布を有する有機多層によりその特性を向上できる。

これによって本発明による有機発光素子を有する有機発光表示装置は、光特性が向上した有機発光素子によって良質の画像を消費者に提供できる。

以下、添付図を参照して本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様な形態に具現され、ここで説明する実施形態に限られない。

本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同じ参照符号を付ける。

また、図面から多様な層および領域を明確に表示するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にまたは「上に」あるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他のある部分の「直上」にあるという時には中間に他の部分がないことを意味する。

また、明細書全体で、ある部分が他の部分と「連結」されているという時、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の素子をおいて「電気的に連結」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の記載がない限り他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含めることを意味する。

図１は本発明の実施形態による有機発光表示装置２０を示した部分断面図である。

図１を参照すると、有機発光表示装置２０は基板１０の上に画像表示の基本単位の画素をマトリックス状に配列して構成される。この有機発光表示装置１２０が能動駆動型有機発光表示装置で構成される場合、画素は発光して画像を表示する有機発光素子（Ｌ）と有機発光素子（Ｌ）を駆動する薄膜トランジスター（Ｔ）を含む。図１に示した有機発光表示装置２０は有機発光素子（Ｌ）から出射された光が基板１０の反対方向に発光されるいわゆる前面発光型である。

以下、有機発光表示装置２０について具体的に説明する。

基板１０の上にバッファー層１１０が形成され、バッファー層１１０上に半導体素子の薄膜トランジスター（Ｔ）が形成される。この薄膜トランジスター（Ｔ）はバッファー層１１０上に形成された半導体層１２０、ゲート電極１４０、ソース電極１６１およびドレイン電極１６２を含む。

ここで、半導体層１２０はソース領域１２１およびドレイン領域１２３とこれらの間に配置されて、これらを連結するチャンネル領域１２２を含む。

半導体層１２０を覆いながらバッファー層１１０の上にゲート絶縁膜１３０が形成され、半導体層１２０の上にゲート絶縁膜１３０を間においてゲート電極１４０が形成される。

ゲート電極１４０を覆いながら、ゲート絶縁膜１３０の上に層間絶縁膜１５０が形成される。ここで、ゲート絶縁膜１３０および層間絶縁膜１５０には各々第１コンタクトホール１３０１および第２コンタクトホール１５０１が形成される。

これにより、ソース領域１２１およびドレイン領域１２３が第１コンタクトホール１３０１および第２コンタクトホール１５０１を通して露出され、この露出されたソース領域１２１およびドレイン領域１２３には各々ソース電極１６１およびドレイン電極１６２が電気的に連結される。

基板１０は絶縁材質または金属材質で構成できる。絶縁材質はガラスまたはプラスチックを用いることができ、金属材質としてはステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ、ＳＵＳ）が用いられる。バッファー層１１０は半導体層１２０の形成時に、基板１０から不純物が拡散されることを防止する。バッファー層１１０は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）層または窒化シリコン（ＳｉＮ）とシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）が積層された層で形成できる。ゲート電極１４０は金属、例えば、ＭｏＷ、Ａｌ、ＣｒおよびＡｌ／Ｃｒのうち、選択された何れか一つで構成できる。ソース電極１６１およびドレイン電極１６２は金属、例えばＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉで構成できる。

一方、薄膜トランジスター（Ｔ）を覆いながら、層間絶縁膜１５０の上に平坦化膜１７０が形成される。平坦化膜１７０の上には陽極の第１画素電極１８０、有機多層１９０および陰極の第２画素電極２００が順次に形成されて有機発光素子（Ｌ）を構成する。

第１画素電極１８０は平坦化膜１７０に具備されたビアホール１７０１を通して薄膜トランジスター（Ｔ）のドレイン電極１６２と電気的に連結される。第１画素電極１８０は画素定義膜１９１によって、隣接の画素の第１画素電極（図示せず）と電気的に分離されながら、画素定義膜１９１に具備された開口部１９１１を通して有機多層１９０と接触される。

第１画素電極１８０は、例えば順次に積層された第１透明電極、導電性反射膜および第２透明電極を含むことができる。ここで導電性反射膜は有機多層１９０から発生される光を反射して発光効率を上げると共に、電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を改善する役割を果たす。例えば、この導電性反射膜はアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、銀（Ａｇ）、銀−合金（Ａｇ-ａｌｌｏｙ）、金（Ａｕ）または金−合金（Ａｕ-ａｌｌｏｙ）で構成できる。第１、２透明電極は、インジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）で構成できる。第２透明電極は、導電性反射膜の酸化を抑制しながら有機多層１９０と反射膜のと間の仕事関数関係を改善する役割を果たす。第２画素電極２００は、基板１０に配列された複数の画素に共通的に陰極電圧を提供できるように基板１０の前面上に形成される。第２画素電極２００は有機発光表示装置２０の発光方向を考慮して透明導電膜で構成される。例えば、この第２画素電極２００は、透明導電膜はＩＴＯ、ＩＺＯまたはＭｇＡｇで構成される。

図２は本発明の実施形態による有機発光素子（Ｌ）を示した断面図である。図２を参照すると、有機発光素子（Ｌ）は前述した陽極１８０、陰極２００およびこの陽極１８０と陰極２００との間に介された有機多層１９０を含む。本実施形態において、陽極１８０はＩＴＯで、陰極２００はＭｇＡｇで形成される。

また、本実施形態における有機多層１９０は、陽極１８０から陰極２００に順次に積層された正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２、正孔輸送層（ＨＴＬ）１９０４、発光層（ＥＭＬ）１９０６、電子輸送層（ＥＴＬ）１９０８および電子注入層（ＥＩＬ）１９１０を含むことができる。もちろん、有機多層１９０の細部構成が必ずしも前記条件で行われなくてもよい。

ここで各層は各々適正厚で形成されるが、本実施形態では下記の表のように各層の厚さ及び材料が設けられているが、これは一つの例示であり、本発明において有機多層１９０の各層が必ずしもその厚さ及び材料を満足しなくてもよい。

図３は本実施形態による有機多層１９０に対する内部電位分布を示したグラフである。図３の横軸は有機多層１９０の厚さ（ｎｍ）を、縦軸は有機多層１９０の内部電位（ｅＶ）を示している。便宜上、横軸は正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２側を開始点とし、各層の境界が分かるように示した（縦軸と平行な示した点線参照）。

図３を参照すると、原点から横軸に沿って有機多層１９０の正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２、正孔輸送層（ＨＴＬ）１９０４、発光層（ＥＭＬ）１９０６、電子輸送層（ＥＴＬ）１９０８および電子注入層（ＥＩＬ）１９１０が順に配置され、この時各層は次に規定される内部電位のプロファイルを有する。

まず、陽極１８０に接する正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２は、内部電位のプロファイル分布が負の傾きに形成される。また、この正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２に接する正孔輸送層（ＨＴＬ）１９０４は傾きが殆どない実質的に平坦な内部電位分布を有する。

続いて、正孔輸送層（ＨＴＬ）１９０４に接する発光層１９０６は、正の傾きと負の傾きが混合された内部電位のプロファイルを有する。次に発光層１９０６に接する電子輸送層（ＥＴＬ）１９０８は正の傾きの内部電位プロファイルを有する。最後に電子輸送層（ＥＴＬ）１９０８に接する電子注入層（ＥＩＬ）１９１０は正の傾きの内部電位のプロファイルを有する。

このような各層の内部電位プロファイルを総合して見ると、本実施形態による有機多層１９０は非線形、例えば波形の内部電位プロファイルを有して形成されることが分かる。
一方、本実施形態で有機多層１９０の内部電位値は、相対値基準に１．１ｅＶ以内となる。この時、有機多層１９０の各層は、内部電位値を適正範囲に維持するが、例えば、正孔注入層（ＨＩＬ）１９０２は相対値０．３ｅＶ以内に、電子輸送層（ＥＴＬ）１９０８も相対値０．３ｅＶ以内に内部電位分布差を維持できる。

本実施形態における前記有機多層１９０の内部電位分布は、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ、ＦＩＢ）設備を用いて、有機発光素子（Ｌ）に対する断面試料（この厚さは１００〜４００ｎｍ）を準備した後、電子ホログラフィー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ）で測定したものである。ここで集束イオンビーム設備は、透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）の分析用断面試料製作に活用される設備である。また、電子ホログラフィーは固体内部の電位分布変化によって変調された電磁波の情報を抽出して、薄膜に対する内部電位分布を得るようにするもので、これはＢｉｐｒｉｓｍが搭載された透過電子顕微鏡を用いる。より具体的に、電子ホログラフィーによって得られたホログラムからＦｏｕｒｉｅｒ法またはＰｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ法を通して位相再生相（ｐｈａｓｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ）を求めて、ここでＬｉｎｅ ｐｒｏｆｉｌｅ法を通して有機多層内部の位相変化に対する値を測定した後に、これを下記の式を通して内部電位値に変換、これから有機多層に対する内部電位分布を評価することができる。

前記式において、Ψは位相変化（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）、Ｃは透過電子顕微鏡に依存する定数、ｔは断面試料の厚さを意味する。

前記のよう構成された有機発光素子（Ｌ）に対して光特性を測定した結果、比較例に比べて次のように光特性が向上されることが分かった。ここで光特性とは、有機発光素子（Ｌ）が実質的に有機発光表示装置のように一つの装置に適用された後、その単位面積当光度、つまりディスプレイの画面明るさである輝度を意味する。同時に、比較例は有機発光素子が本実施形態のような有機多層を含み、この有機多層に対する内部電位分布のプロファイルが本実施形態とは異なって線状に構成された場合である。

前記のように、本実施形態の有機発光素子は内部電位分布プロファイルが改善された有機多層によりその特性を向上できる。

一方、本実施形態では前述のように前面発光型の有機発光表示装置について説明したが、本発明は前面発光型だけでなく、有機発光素子で発光された光が有機発光素子が形成された基板側へ向かって発光して画像を表示する、いわゆる背面発光型有機発光表示装置にも適用できる。

以上、本発明の望ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付図の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

本発明の実施形態による有機発光表示装置を示した部分断面図である。 本発明の実施形態による有機発光素子の断面図である。 本実施形態による有機発光素子が有する有機多層に対する内部電位分布を示したグラフである。

符号の説明

Ｌ 有機発光素子
１８０ 陽極
１９０ 有機多層
２００ 陰極
１９０２ 正孔注入層
１９０４ 正孔輸送層
１９０６ 発光層
１９０８ 電子輸送層
１９１０ 電子注入層

Claims (16)

1. 陽極と、
   陰極と、
   前記陽極と前記陰極との間に配置された有機多層と、を含み、
   前記有機多層に対する内部電位分布のプロファイルが非線形で形成されたことを特徴とする有機発光素子。
2. 前記プロファイルが波形で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記プロファイルが正の傾きを有して形成された区間と負の傾きを有して形成された区間を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
4. 前記有機多層は前記陽極に接する正孔注入層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
5. 前記有機多層は前記正孔注入層に接する正孔輸送層を含み、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子。
6. 前記有機多層は前記正孔輸送層に接する発光層を含み、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成されることを特徴とする請求項５に記載の有機発光素子。
7. 前記有機多層は前記発光層に接する電子輸送層を含み、前記電子輸送層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成されることを特徴とする請求項６に記載の有機発光素子。
8. 前記有機多層は前記電子輸送層に接する電子注入層を含み、前記電子注入層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成されることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
9. 前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層および正孔輸送層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
10. 前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層および発光層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
11. 前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成され、前記電子輸送層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
12. 前記有機多層は前記陽極に順次に接する正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層を含み、前記正孔注入層に対する内部電位の分布が負の傾きに形成され、前記正孔輸送層に対する内部電位の分布が平坦に形成され、前記発光層に対する内部電位の分布が正の傾きと負の傾きに形成され、前記電子輸送層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成され、前記電子注入層に対する内部電位の分布が正の傾きに形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
13. 前記有機多層に対する内部電位値が相対値１．１ｅＶ以内に分布されたことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
14. 前記正孔注入層に対する内部電位値が相対値０．３ｅＶ以内に分布されたことを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子。
15. 前記電子輸送層に対する内部電位値が相対値０．３ｅＶ以内に分布されたことを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子。
16. 請求項１による有機発光素子を含むことを特徴とする有機発光表示装置。