JP2011146536A - 有機ｅｌ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】品位良好な有機ＥＬ装置を提供することを可能とする。
【解決手段】絶縁基板と、前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、前記透過電極の上に積層された反射電極と、前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、前記有機層の上に配置された対向電極と、を備えたことを特徴とする有機ＥＬ装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）装置に関する。

近年、自発光型で、高速応答、広視野角、高コントラストの特徴を有し、かつ、更に薄型軽量化が可能な有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を用いた表示装置の開発が盛んに行われている。この有機ＥＬ素子は、水分や酸素の影響により劣化しやすい薄膜を含んでいる。このため、有機ＥＬ素子が大気に曝されないように気密に封止する必要がある。

例えば、特許文献１によれば、有機樹脂（organic resin）からなる絶縁フィルム（insulating film）の上に発光素子(light-emitting element)を備えた表示装置(display device)であって、絶縁フィルムの側部（side portion）をカバーするシールフィルム（sealing film）を備えた構成が開示されている。

また、特許文献２によれば、薄膜トランジスタに電気的に接続されたアノード電極と、アノード電極の上側に配置された有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層の上側に配置されたカソード電極とを備えた有機ＥＬ表示装置であって、アノード電極が基板に近い側から順に下部透明導電膜、反射金属膜、上部透明導電膜の３層を含み、反射金属膜が上面、下面、及び、側面のすべてが透明導電膜で被覆された構成が開示されている。特に、反射金属膜はアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成り、下部透明導電膜及び上部透明導電膜はＩＺＯ、ＩＴＯ、ＺｎＯのいずれかから成ることが開示されている。

このような特許文献２においては、アルミニウムやアルミニウム合金からなる反射金属膜は、活性であり化学的に不安定であるため、透明導電膜を配して表面変化を抑制する技術が適用されている。

しかしながら、反射金属膜の上面に配置される上部透明導電膜の膜厚のばらつきが比較的大きい。一方で、有機層の膜厚は、発光効率を最適化する上で制約があり、しかも、均一性が要求される。比較的薄い膜厚の有機層を形成する場合、上部透明導電膜の膜厚のばらつきに起因して、有機層の膜厚の均一性が阻害されるおそれがある。また、陽極と陰極との間に異物が介在した場合に、陽極−陰極間のショートが発生しやすくなる。

米国特許出願公開第２００８／０１１６７９５号明細書 特開２００７−３１７６０６号公報

本発明の目的は、品位良好な有機ＥＬ装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、前記透過電極の上に積層された反射電極と、前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、前記有機層の上に配置された対向電極と、を備えたことを特徴とする有機ＥＬ装置が提供される。

本発明によれば、品位良好な有機ＥＬ装置を提供することができる。

図１は、この発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す平面図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の表示パネルをＩＩ−ＩＩ線で切断した有機ＥＬ素子を含む概略断面図である。 図３は、本実施形態の素子構造の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、参考例の素子構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、有機ＥＬ装置の一例として、アクティブマトリクス駆動方式を採用した有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す平面図である。

すなわち、有機ＥＬ表示装置は、略矩形状の表示パネル１を備えている。この表示パネル１は、アレイ基板１００及び対向基板２００を備えている。アレイ基板１００は、画像を表示する略矩形状のアクティブエリア（第１領域）１０２と、このアクティブエリア１０２の周辺に枠状に形成された周辺エリア（第２領域）１０４と、を有している。アレイ基板１００のアクティブエリア１０２には、複数の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤがマトリクス状に配置されている。

対向基板２００は、アレイ基板１００のアクティブエリア１０２において、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと向かい合っている。この対向基板２００は、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する絶縁基板である。

また、アレイ基板１００の周辺エリア１０４には、対向基板２００の端部２００Ｅから外方に向かって延在した延在部１１０が形成されている。この延在部１１０には、接続部１３０が設けられている。このような接続部１３０には、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに電源や各種制御信号などの有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに対して駆動に必要な信号を供給する駆動ＩＣチップやフレキシブル・プリンテッド・サーキット（以下、ＦＰＣと称する）などの信号供給源が実装可能である。

図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを含む表示パネル１の断面図である。

アレイ基板１００は、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する絶縁基板１０１、絶縁基板１０１の上方に形成されたスイッチング素子ＳＷ及び有機ＥＬ素子ＯＬＥＤなどを有している。絶縁基板１０１の上には、第１絶縁膜１１１が配置されている。第１絶縁膜１１１の上には、スイッチング素子ＳＷの半導体層ＳＣが配置されている。この半導体層ＳＣは、例えばポリシリコンによって形成されている。この半導体層ＳＣには、チャネル領域ＳＣＣを挟んでソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤが形成されている。

半導体層ＳＣは、第２絶縁膜１１２によって被覆されている。また、この第２絶縁膜１１２は、第１絶縁膜１１１の上にも配置されている。第２絶縁膜１１２の上には、チャネル領域ＳＣＣの直上にスイッチング素子ＳＷのゲート電極Ｇが配置されている。この例では、スイッチング素子ＳＷは、トップゲート型のｐチャネル薄膜トランジスタである。ゲート電極Ｇは、第３絶縁膜１１３によって被覆されている。また、この第３絶縁膜１１３は、第２絶縁膜１１２の上にも配置されている。

このような第１絶縁膜１１１、第２絶縁膜１１２、及び、第３絶縁膜１１３は、アクティブエリア１０２の概ね全体に亘って延在している。第１絶縁膜１１１、第２絶縁膜１１２、及び、第３絶縁膜１１３は、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物などの無機化合物によって形成されている。

第３絶縁膜１１３の上には、スイッチング素子ＳＷのソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄが配置されている。ソース電極Ｓは、半導体層ＳＣのソース領域ＳＣＳにコンタクトしている。ドレイン電極Ｄは、半導体層ＳＣのドレイン領域ＳＣＤにコンタクトしている。スイッチング素子ＳＷのゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの導電材料を用いて形成されている。

これらのソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄは、第４絶縁膜１１４によって被覆されている。また、この第４絶縁膜１１４は、第３絶縁膜１１３の上にも配置されている。この第４絶縁膜１１４には、スイッチング素子ＳＷのドレイン電極Ｄに到達するコンタクトホールＣＨが形成されている。このような第４絶縁膜１１４は、アクティブエリア１０２の全体に亘って延在している。この第４絶縁膜１１４は、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの有機化合物によって形成されている。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを構成する画素電極ＰＥは、この例では陽極に相当する。この画素電極ＰＥは、透過電極ＰＥ１と、反射電極ＰＥ２とが積層された２層積層構造である。

透過電極ＰＥ１は、第４絶縁膜１１４の上に配置されている。透過電極ＰＥ１は、コンタクトホールＣＨを介してスイッチング素子ＳＷのドレイン電極Ｄに接続されている。透過電極ＰＥ１は、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。

反射電極ＰＥ２は、透過電極ＰＥ１の上に積層されている。反射電極ＰＥ２は、例えば、銀（Ａｇ）あるいは銀合金などの光反射性を有する材料によって形成されている。また、画素電極ＰＥの製造工程やこれに続く工程における条件等によっては、反射電極ＰＥ２は、アルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金などの光反射性を有する材料によって形成されても良い。

第４絶縁膜１１４の上には、隔壁ＰＩが配置されている。この隔壁ＰＩは、画素電極ＰＥの周縁に沿って配置されている。また、この隔壁ＰＩは、画素電極ＰＥの一部に重なっている。このような隔壁ＰＩは、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの有機化合物などの絶縁材料によって形成されている。

画素電極ＰＥの上には、アモルファス・カーボンによって形成された導電層ＣＬが配置されている。この導電層ＣＬは、反射電極ＰＥ２の上に積層されている。また、この導電層ＣＬは、隔壁ＰＩを被覆し、例えば、アクティブエリア１０２の全体に亘って延在している。このような導電層ＣＬは、例えばホール注入機能を有し、ホール注入層あるいは画素電極ＰＥの一部として機能する。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを構成する有機層ＯＲＧは、導電層ＣＬの上に配置されている。この有機層ＯＲＧは、少なくとも発光層を含み、さらに、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層などを含んでも良い。なお、ここでは、『有機層』と称したが、有機層ＯＲＧが含む発光層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層の一部が無機系材料によって形成されていても良い。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを構成する対向電極ＣＥは、有機層ＯＲＧの上に配置されている。この例では、対向電極ＣＥは、陰極に相当する。このような対向電極ＣＥは、アクティブエリア１０２の全体に亘って延在している。この対向電極ＣＥは、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）・銀（Ａｇ）などによって形成された半透過層によって構成されている。なお、対向電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成された透過層を含んでいても良い。

対向電極ＣＥの上には、保護膜１１５が配置されている。このような保護膜１１５は、アクティブエリア１０２の全体に亘って延在している。つまり、保護膜１１５は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを覆うとともに、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの周囲に配置された隔壁ＰＩの直上にも延在している。この保護膜１１５は、光透過性を有し且つ水分が浸透しにくい材料、例えば、シリコン窒化物やシリコン酸窒化物などの無機化合物によって形成されている。つまり、この保護膜１１５は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤへの水分の浸透を防止する水分バリア膜として機能する。

対向基板２００は、アレイ基板１００の保護膜１１５の上方に配置されている。

アレイ基板１００の保護膜１１５と対向基板２００との間には、樹脂層３００が配置されている。すなわち、樹脂層３００は、アレイ基板１００の保護膜１１５の上に積層され、対向基板２００に接している。この樹脂層３００は、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。

次に、本実施形態における有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの具体的な素子構造について説明する。

図３は、本実施形態における有機ＥＬ素子ＯＬＥＤの素子構造の一例を模式的に示す図である。

画素電極ＰＥを構成する透過電極ＰＥ１の上には反射電極ＰＥ２が積層されている。導電層ＣＬは、反射電極ＰＥ２の上に積層されている。有機層ＯＲＧを構成するホール輸送層ＨＴＬは、導電層ＣＬの上に積層されている。発光層ＥＭＬは、ホール輸送層ＨＴＬの上に積層されている。電子輸送層ＥＴＬは、発光層ＥＭＬの上に積層されている。電子注入層ＥＩＬは、電子輸送層ＥＴＬの上に積層されている。対向電極ＣＥは、電子注入層ＥＩＬの上に積層されている。

この図３において、ホール輸送層ＨＴＬについて、導電層ＣＬ側のホール輸送層ＨＴＬ１と、発光層ＥＭＬ側のホール輸送層ＨＴＬ２と分けて記載しているが、これらのホール輸送層ＨＴＬ１及びＨＴＬ２は同一材料で形成された一体のものである。

次に、本実施形態による表示パネル１の製造工程について、特に、図３に示した素子構造の画素電極ＰＥから対向電極ＣＥまでの製造工程について説明する。

まず、アレイ基板１００のうち、第４絶縁膜１１４まで形成済みの基板上に、スパッタリング法を用いて透過電極ＰＥ１を形成する。この透過電極ＰＥ１は、ＩＴＯによって形成し、その膜厚は例えば２５ｎｍとした。これに続いて、スパッタリング法を用いて透過電極ＰＥ１の上に反射電極ＰＥ２を形成する。この反射電極ＰＥ２は、銀（Ａｇ）によって形成し、その膜厚は例えば１００ｎｍとした。これにより、２層積層構造の画素電極ＰＥが形成される。

続いて、第４絶縁膜１１４の上側に画素電極ＰＥを取り囲むように隔壁ＰＩを形成する。そして、スパッタリング法を用いて反射電極ＰＥ２の上にアモルファス・カーボンを直接成膜し、導電層ＣＬを形成する。このとき、形成される導電層ＣＬの膜厚としては、１乃至１０ｎｍ程度が望ましい。これに続いて、導電層ＣＬの上にホール輸送層を形成し、ホール輸送層の上に発光層を形成し、発光層の上に電子輸送層を形成し、電子輸送層の上に電子注入層を形成し、さらに、電子注入層の上に対向電極ＣＥを蒸着法などによって形成する。

ここでアモルファス・カーボンからなる導電層ＣＬは、ホール注入層として以下の点に優れている。まず、このアモルファス・カーボンは、炭素同士がｓｐ２混成軌道を形成し、正六角形の平面構造をとる「グラファイト」構造と、ｓｐ３混成軌道を形成して３次元的な結晶構造をとる「ダイヤモンド」構造との２種の構造が混在した非晶質な状態である。それゆえに、導電層ＣＬとしては、その下地膜である反射電極ＰＥ２の表面の微小な凹凸を平坦にする様に平滑性に優れた均質な薄膜が形成できる。

また、アモルファス・カーボンは、化学的に安定であり、ガスバリア性が高い特徴を有している。このため、アモルファス・カーボンからなる導電層ＣＬは、例えば硫化を引き起こす硫化水素、或いは酸化を引き起こす酸素などをブロックし、銀製の反射電極ＰＥ２の表面変化を抑制することができる。

さらに、アモルファス・カーボンは、イオン化ポテンシャルの点からも二つの層の間にワンクッションもたせる役割を果たしている。例えば、反射電極ＰＥ２を形成する銀のイオン化ポテンシャルが４．７ｅＶであり、ホール輸送層ＨＴＬを形成する材料のイオン化ポテンシャルが５．４ｅＶであるのに対し、アモルファス・カーボンのイオン化ポテンシャルが５．２ｅＶである。つまり、導電層ＣＬのイオン化ポテンシャルは、反射電極ＰＥ２のイオン化ポテンシャルとホール輸送層ＨＴＬのイオン化ポテンシャルとの中間にある。これによって、ホールがそれぞれの層に飛び移る際のエネルギー障壁が小さくなり、ホールの注入を効率よく行うことができる。これらのことから、反射電極ＰＥ２の上にアモルファス・カーボンからなる導電層ＣＬを直接積層した構成によれば、効率の良いホール注入特性が得られる。

ところで、図３に示したような素子構造の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤにおいて、発光層ＥＭＬでは電子とホールが再結合することで発光現象が生ずる。ここで発した光子５０の光路としては、直接対向電極ＣＥに向かって上面に出る光路５１と、一旦画素電極ＰＥに向かって進み反射電極ＰＥ２で反射されて上面に出る光路５２とがある。

このとき、光路５１を通る直接光と光路５２を通る反射光とが強め合う干渉条件を満たす素子構造とすることにより、光子５０を対向電極ＣＥの側からより効率良く取り出し、発光強度を高めることができる。上記の干渉条件とは、反射光の光路差が光の波長の整数倍である。

このような干渉条件を満たす素子構造を形成するにあたり、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが赤色（例えば、５９５ｎｍ乃至８００ｎｍの波長範囲）に発光する素子構造の場合、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間の総厚（つまり、導電層ＣＬ、ホール輸送層ＨＴＬ、発光層ＥＭＬ、電子輸送層ＥＴＬ、及び、電子注入総ＥＩＬの各々の膜厚の総和）は、例えば、７０ｎｍ〜１２０ｎｍである。

同様に、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが緑色（例えば、４９０ｎｍより長く且つ５９５ｎｍよりも短い波長範囲）に発光する素子構造の場合、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間の総厚は、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。

同様に、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが青色（例えば、４００ｎｍ乃至４９０ｎｍの波長範囲）に発光する素子構造の場合、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間の総厚は、例えば、９０ｎｍ〜１４０ｎｍである。

図４には、参考例の素子構造が模式的に示されている。このような参考例において、図３に示した例と同一の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。この図４に示した素子構造のように、反射電極ＰＥ２と導電層ＣＬとの間に透過電極が配置される場合、例えば、画素電極ＰＥが第１透過電極ＰＥ１、反射電極ＰＥ２、及び、第２透過電極ＰＥ３の３層積層構造である場合には、上記した画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間の総厚を維持するためには、第２透過電極ＰＥ３の膜厚の分だけ有機層ＯＲＧの膜厚を低減させる必要がある。なお、反射電極ＰＥ２と対向電極ＣＥとの間の総厚は、図３に示した素子構造と実質的に同一である。

その上、第２透過電極ＰＥ３は膜厚のばらつきが比較的大きいため、有機層ＯＲＧの膜厚の均一化が困難となる。このため、上記したような干渉条件を満たす素子構造を形成することが困難であり、発光効率の低下を招くおそれがある。

一方、本実施形態によれば、参考例の第２透過電極ＰＥ３（膜厚は例えば１２．５ｎｍ）を省略した分、有機層ＯＲＧの膜厚を厚くしている。図３に示した例では、ホール輸送層ＨＴＬ１は図４に示したホール輸送層ＨＴＬに相当し同一の膜厚を有し、また、ホール輸送層ＨＴＬ２は図４に示した第２透過電極ＰＥ３に相当する膜厚を有している。つまり、図３に示した例では、図４に示した例と比較して、ホール輸送層ＨＴＬが厚膜化されている。なお、ホール輸送層ＨＴＬに限らず、反射電極ＰＥ２と対向電極ＣＥとの間に配置される他の層あるいは複数の層を厚膜化しても良い。

このように、第２透過電極ＰＥ３を省略することにより、第２透過電極ＰＥ３の膜厚ばらつきを考慮する必要がなくなる。また、反射電極ＰＥ２の上にアモルファス・カーボンからなる平滑性に優れた薄膜である導電層ＣＬを直接積層することにより、導電層ＣＬの上に形成される有機層ＯＲＧの膜厚の均一性を向上することが可能となる。したがって、上記した干渉条件を満たす素子構造を得ることができ、発光効率の向上を図ることが可能となる。

また、図３に示した本実施形態の素子構造によれば、図４に示した素子構造と比較して、画素電極ＰＥの第２透過電極ＰＥ３を省略した分を有機層ＯＲＧのホール輸送層ＨＴＬに置換しているため、有機層ＯＲＧの膜厚が厚い。このため、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に異物が介在した場合であっても、図４に示した例と比較して異物に起因した画素電極−対向電極間のショートの発生、さらには点欠陥不良の発生を抑制することが可能となる。

したがって、本実施形態によれば、品位良好な有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのまま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。

なお、有機ＥＬ装置については、有機ＥＬ表示装置、有機ＥＬ照明、有機ＥＬプリンターヘッドなどに利用可能である。

また、本実施形態で示した有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、対向基板２００の側から光を放射するトップエミッションタイプであるが、本実施形態においては、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、アレイ基板１００の側から光を放射するボトムエミッションタイプであっても良い。

１…表示パネル
ＯＬＥＤ…有機ＥＬ素子
ＰＥ…画素電極 ＰＥ１…透過電極 ＰＥ２…反射電極
ＣＬ…導電層
ＯＲＧ…有機層
ＨＴＬ…ホール輸送層 ＥＭＬ…発光層 ＥＴＬ…電子輸送層 ＥＩＬ…電子注入層
ＣＥ…対向電極
１００…アレイ基板

Claims (3)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、
   前記透過電極の上に積層された反射電極と、
   前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、
   前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、
   前記有機層の上に配置された対向電極と、
   を備えたことを特徴とする有機ＥＬ装置。
2. 前記反射電極は、銀（Ａｇ）あるいは銀合金によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
3. 前記有機層は、前記導電層の上に配置されたホール輸送層、前記ホール輸送層の上に配置された発光層、前記発光層の上に配置された電子輸送層、及び、前記電子輸送層と前記対向電極との間に配置された電子注入層を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。

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