JP2016197697A - 表示装置、及び、表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する工程の負荷を軽減するとともに、駆動電圧のより低い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子によって構成される表示装置であって、有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極電極層と、陽極電極層と対向して配置された陰極電極層と、陽極電極層と陰極電極層との間に配置された発光層と、発光層と陰極電極層及びまたは陽極電極層との間に配置されたキャリア輸送層及びキャリア注入層と、キャリア輸送層とキャリア注入層との間に配置された混合層と、を有し、混合層は、キャリア輸送層を構成する材料と、キャリア注入層を構成する材料とが混合した材料で形成され、キャリア輸送層からキャリア注入層に向かって、混合した材料に含まれるキャリア注入層を構成する材料の比率が次第に増加するように形成されている、ことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、表示装置、及び、表示装置の製造方法に関する。

近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる自発光体（以下、有機エレクトロルミネッセンス素子）を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置が実用化されている。

特許文献１は、陽極透明電極、ホール注入層、混合層、ホール輸送層、発光層、電子注入層、陰極電極層が順に積層された有機エレクトロルミネッセンス素子を用い、当該混合層が、ホール注入層及びホール輸送層の材料を用いた共蒸着によって形成される点を開示している。

特開２００５−１２３０９５号公報

図７は、特許文献１のように、ホール注入層とホール輸送層の間に混合層を設けた場合における、素子構造の断面、エネルギーバンド、及び、当該素子構造を製造するための蒸着源について説明する為の模式図である。図７下図に示すように、ホール注入層とホール輸送層の間に混合層を形成するため、ホール注入層の蒸着源、ホール注入層とホール輸送層の共蒸着源、及び、ホール輸送層の蒸着源という個別の蒸着源が設けられる。そして、図７上図に示すようなホール注入層、混合層、ホール輸送層が積層された構造は、各蒸着源を用いて、ホール注入層を形成する工程、混合層を形成する工程、及び、ホール輸送層を形成する工程、という各工程を順に経て形成される。従って、従来技術は、混合層を形成する為に、共蒸着に必要な共蒸着源や共蒸着槽を用意する必要があり、有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する工程の負荷が大きい。

また、図７中図は、上記のように形成された各層毎のエネルギーバンドを示している。図７中図の左右方向は各層の厚み方向における位置を示し、図７上図の断面図と対応して、左からホール注入層、混合層、ホール輸送層の順に示されている。また、図７中図の上下方向はエネルギーの大きさを示し、各層の四角形の下側の辺が価電子帯を表し、四角形の上側の辺が導電帯を表している。図７中図に示すように、ホール注入層と混合層の間、及び、混合層とホール輸送層の間には、それぞれ、価電子帯及び導電体のエネルギーレベルに差異（いわゆるエネルギー障壁）が存在する。

ここで、一般に、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光は、素子に電圧が印加された際に、陰極電極層からホール注入層、混合層及びホール輸送層を経て発光層に注入されたホールと、陰極電極層から発光層に注入された電子が再結合することによって生成された励起子の励起エネルギーが緩和するときに光を放出することによって得られる。しかしながら、上記のようなエネルギー障壁は、有機エレクトロルミネッセンス素子を発光させる為に印加する電圧を増大させる要因となる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する工程の負荷を軽減すること、及び、駆動電圧のより低い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

本発明の一態様は、有機エレクトロルミネッセンス素子によって構成される表示装置であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極電極層と、前記陽極電極層と対向して配置された陰極電極層と、前記陽極電極層と前記陰極電極層との間に配置された発光層と、前記発光層と前記陰極電極層及びまたは前記陽極電極層との間に配置されたキャリア輸送層及びキャリア注入層と、前記キャリア輸送層と前記キャリア注入層との間に配置された混合層と、を有し、前記混合層は、前記キャリア輸送層を構成する材料と、前記キャリア注入層を構成する材料とが混合した材料で形成され、前記キャリア輸送層から前記キャリア注入層に向かって、前記混合した材料に含まれる前記キャリア注入層を構成する材料の比率が次第に増加するように形成されている、ことを特徴としたものである。

また、本発明の他の一態様は、有機エレクトロルミネッセンス素子によって構成される表示装置の製造方法であって、導電材料からなる電極層を製膜する工程と、キャリア注入層の蒸着源と、キャリア輸送層の蒸着源の上部を、基板を移動させながら蒸着を行うことによって、前記電極層の上部に、前記キャリア注入層、混合層、及び、キャリア輸送層を製膜する工程と、を備えることを特徴としたものである。

本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置を概略的に示す図である。 図１の有機エレクトロルミネッセンスパネルの構成を示す図である。 図２のIII−III線におけるＴＦＴ基板のある副画素の断面の積層構造について概略的に示す一例である。 図３におけるホール注入層、混合層、ホール輸送層を成膜する工程を示す図である。 ホール注入層、混合層、及び、ホール輸送層における、素子構造の断面、素子内の濃度分布、及び、エネルギーバンドを説明するための模式図である。 本実施形態の変形例に係る副画素の断面の積層構造について概略的に示す図である。 従来技術における有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の断面、エネルギーバンド、及び、当該素子構造を製造するための蒸着源について説明する為の模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に評される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置１００の概略を示す図である。図に示すように、有機エレクトロルミネッセンス表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された有機エレクトロルミネッセンスパネル２００から構成されている。

図２は、図１の有機エレクトロルミネッセンスパネル２００の構成を示す図である。有機エレクトロルミネッセンスパネル２００は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板と封止基板２０２の２枚の基板を有し、これらの基板の間には透明樹脂が充填されている。

ＴＦＴ基板２０１は、表示領域２０３にマトリクス状に配置された副画素２０４を有している。具体的には、例えば、副画素２０４は、互いに異なる波長領域の光を出射する３つないし４つの副画素２０４を組み合わせて一画素を構成する。ＴＦＴ基板２０１には、各画素に配置されたトランジスタの駆動ＩＣ２０５（Integrated Circuit）を有する。具体的には、例えば、駆動ＩＣ２０５は、副画素２０４のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタのデータ信号線に対して副画素２０４の階調値に対応する電圧を印加する。

図３は、図２のIII−III線における有機エレクトロルミネッセンスパネル２００の副画素２０４の断面について概略的に示す図である。図に示すように、ＴＦＴ基板２０１には、絶縁基板であるガラス基板３０１が配置されている。そして、ガラス基板３０１上に、図面上の下から上に向かって順に、駆動トランジスタ３０２等を有する回路が形成されたＴＦＴ回路層３０３と、ＴＦＴ回路層３０３上に絶縁材料により形成された平坦化膜３０４と、後述する発光層３１１で発光した光を反射する反射層３０５が配置される。そして、反射層３０５の上部に、平坦化膜３０４に開けられたスルーホールを介してＴＦＴ回路層３０３の回路と接続される陽極電極層３０６と、陽極電極層３０６の端部を覆い、副画素２０４間において電極間を絶縁する絶縁層と、陽極電極層３０６及び絶縁層上に表示領域２０３全体を覆うようにそれぞれ形成されたホール注入層３０８、混合層３０９、ホール輸送層３１０、発光層３１１、電子輸送層３１２、電子注入層３１３、及び、陰極電極層３１４が配置される。さらに、陰極電極層３１４の上部に、陰極電極層３１４から陰極電極層３１４にかけて各層の劣化を防ぐために外部から空気や水の侵入を遮断する封止膜３１５と、各副画素２０４の色に合わせた波長の光を透過するカラーフィルタ層３１６と、ＴＦＴ回路層３０３から封止膜３１５までを保護する封止基板２０２と、が配置されている。各副画素２０４における発光層３１１の発光の輝度は、駆動トランジスタ３０２において制御される。

なお、本実施形態において、陽極電極層３０６から陰極電極層３１４までの構成を有機エレクトロルミネッセンス素子と呼ぶこととする。また、図３の形態においては、トップエミッション方式の有機エレクトロルミネッセンス表示装置１００としているが、一例であり、ボトムエミッション方式の有機エレクトロルミネッセンス表示装置１００であってもよく、また他の断面構造のＴＦＴ基板２０１を用いることができる。また、トランジスタには、アモルファスシリコン、低温ポリシリコンその他の半導体材料によるトランジスタを用いることができる。また、本実施形態においては、有機層は表示領域２０３全体を覆うように形成されることとしたが、有機層を各副画素２０４で個別に形成することとしてもよい。この場合には、各副画素２０４で発光する色を異ならせることができる。

続いて、図３で説明したホール注入層３０８、混合層３０９、ホール輸送層３１０を成膜する方法について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置１００の製造過程において、ホール注入層３０８、混合層３０９、ホール輸送層３１０を成膜する工程を示す図である。なお、当該工程の前に、ＴＦＴ回路層３０３乃至陽極電極層３０６を製膜する工程が行われ、当該工程の後に、発光層３１１乃至風封止層を製膜する工程が行われるが、それぞれの工程はいずれも従来技術と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４に示すように、ホール注入層３０８の蒸着源とホール輸送層３１０の蒸着源は、それぞれ、基板の移動する方向と垂直な方向に複数等間隔に並べて配置されている。また、基板は、図３に示す陽極電極層３０６まで既に形成された状態であり、ホール注入層３０８の蒸着源が配置された領域の左側に配置されている。そして、ホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の蒸着源は、いずれも蒸着材料を加熱して気化し、予め設定された製膜レートで蒸着を行える状態となっている。

まず、図面上左側に配置された基板は、右側に向かって移動を開始する。そして、基板がホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域（図面上、ホール注入層３０８の蒸着源群に記載した扇形状で示す領域）に到達すると、基板上にホール注入層３０８が形成される。この状態においては、基板は、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子が吸着する領域（図面上、ホール輸送層３１０の蒸着源群に記載した扇形状で示す領域）にはまだ到達していないことから、基板上にはホール輸送層３１０の材料を含まないホール注入層３０８が形成される。

続いて、基板が右側に向かって移動を続けると、基板は、ホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域と、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子が吸着する領域とが重複する領域に到達する。当該領域には、ホール注入層３０８とホール輸送層３１０の各材料が気化した状態で存在することから、基板上にホール注入層３０８とホール輸送層３１０の混合層３０９が形成される。なお、混合層３０９に含まれるホール注入層３０８とホール輸送層３１０の材料の比率については後述する。

さらに、基板が右側に向かって移動を続けると、ホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域を通過し、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子のみが吸着する領域に到達する。当該領域には、ホール輸送層３１０の材料のみが気化した状態で存在することから、基板上にホール注入層３０８の材料を含まないホール輸送層３１０の混合層３０９が形成される。上記のように、ホール注入層３０８の蒸着源とホール輸送層３１０の蒸着源の上部を順に基板を通過させることによって、１回の工程でホール注入層３０８、混合層３０９、及び、ホール輸送層３１０が形成される。従って、図７を用いて説明したような従来技術と比較して、本実施形態によれば有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する工程の負荷を軽減することができる。

なお、基板を移動させる速度は、一定の速度であることが望ましい。基板の移動速度を一定とすることにより、後述する混合層３０９におけるホール注入層３０８とホール輸送層３１０の材料の割合をなめらかに変化させることができる。

また、ホール注入層３０８の蒸着源とホール輸送層３１０の蒸着源は、それぞれ、基板の移動する方向と垂直な方向に複数等間隔に一列に並べて配置されているが、各蒸着源の配置レイアウトはこれに限られない。具体的には、例えば、ホール注入層３０８の蒸着源とホール輸送層３１０の蒸着源の一方、または、それぞれを、基板の移動する方向と垂直な方向に複数列に並べて配置してもよいし、列ごとに交互にずらすように配置してもよい。すなわち、ホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の膜厚が基板の進行方向と垂直な方向に向かって均一となるように、ホール注入層３０８の蒸着源とホール輸送層３１０の蒸着源を配置するようにしてもよい。

続いて、図５を用いて、図４で説明した方法によって形成したホール注入層３０８、混合層３０９、及び、ホール輸送層３１０における、素子構造の断面、素子内の濃度分布、及び、エネルギーバンドについて説明する。図５上図は、図４で説明した方法によって形成した素子の断面図を示す図であり、図面右方向（素子の厚み方向）に向かってホール注入層３０８、混合層３０９、及び、ホール輸送層３１０が積層されていることを示す。

図５中図は、図５上図の断面図と対応して、各層における素子内に占めるホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の材料が占める濃度の割合を示す図である。本図に示すように、ホール注入層３０８に含まれるホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の材料の濃度の比率は、ホール注入層３０８の材料が占める割合が１００％であり、ホール輸送層３１０の材料が占める割合は０％である。当該ホール注入層３０８は、基板がホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域に到達しているものの、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子が吸着する領域には到達していない状態において形成されたものである。

混合層３０９に含まれるホール注入層３０８の材料が占める割合は、ホール注入層３０８と混合層３０９の境界部を１００％とし、ホール輸送層３１０と混合層３０９の境界部に向けて次第に減少する。一方、混合層３０９に含まれるホール輸送層３１０の材料が占める割合は、ホール注入層３０８と混合層３０９の境界部を０％とし、ホール輸送層３１０と混合層３０９の境界部に向けて次第に増加する。具体的には、例えば、混合層３０９の厚み方向の中央部におけるホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の材料が占める割合は、それぞれ５０％である。すなわち、当該混合層３０９は、基板がホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域と、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子が吸着する領域とが重複する領域にある状態において形成されたものであり、ホール注入層３０８の蒸着源に近い領域で形成された混合膜ほどホール注入層３０８の材料が占める割合が高く、ホール輸送層３１０の蒸着源に近い領域で形成された混合膜ほどホール輸送層３１０の材料が占める割合が高い。なお、図５中図に示す混合層３０９内の濃度分布図は、基板の移動速度を一定とした場合における分布図を示している。

また、ホール輸送層３１０に含まれるホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の材料の濃度の比率は、ホール注入層３０８の材料が占める割合が０％であり、ホール輸送層３１０の材料が占める割合は１００％である。当該ホール輸送層３１０は、基板がホール注入層３０８の蒸着源から気化された分子が吸着する領域を通過し、ホール輸送層３１０の蒸着源から気化された分子のみが吸着する領域にある状態において形成されたものである。

図５下図は、各層毎のエネルギーバンドを示している。本図の左右方向は各層の厚み方向における位置を示し、上下方向がエネルギーを示す。図７下図と同様に、エネルギーバンドは、図５上図の断面図と対応して、左からホール注入層３０８、混合層３０９、ホール輸送層３１０の順に示し、各層の四角形の下側の辺が価電子帯を表し、四角形の上側の辺が導電帯を表している。本図に示すように、混合層３０９における価電子帯及び導電帯は、ホール注入層３０８からホール輸送層３１０に向かって、それぞれホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の価電子帯及び導電帯と同じレベルになるように次第に変化している。そのため、本実施形態によれば、図７で示したような従来技術と比較して、ホール注入層３０８と混合層３０９の間、及び、混合層３０９とホール輸送層３１０の間に存在するエネルギーエネルギー障壁が軽減され、有機エレクトロルミネッセンス素子を発光させる為に印加する駆動電圧を低減させることができる。

なお、上記においては、基板の移動速度を一定とする実施形態について説明したが、基板を移動させる速度を変化させてもよい。図５中図においては、混合層３０９における各材料の占める割合は線形に変化する場合を記載しているが、この場合であっても、混合層３０９内におけるホール注入層３０８及びホール輸送層３１０の材料が占める割合が次第に変化（例えば曲線的に変化）することにより、駆動電圧を低減させる効果が得られる。

さらに、上述の実施形態においては、混合層３０９がホール注入層３０８とホール輸送層３１０の間に配置される実施形態について説明したが、混合層３０９が設けられる位置は上記実施形態に限られず、キャリア輸送層とキャリア注入層の間に配置されるようにしてもよい。具体的な変形例について、以下に図６を用いて説明する。

図６は、上述の実施形態の変形例に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の積層構造について概略的に示す図である。図３の有機エレクトロルミネッセンス素子と異なる点は、混合層３０９が、ホール輸送層３１０とホール注入層３０８の間ではなく、電子輸送層３１２と電子注入層３１３の間に配置され、混合層３０９の材料が電子輸送層３１２と電子注入層３１３の材料を混合したもので形成されている点である。

図３と同様に、ＴＦＴ基板２０１の副画素２０４は、絶縁基板であるガラス基板３０１が配置されている。そして、ガラス基板３０１上に、図面上の下部から上部に向かって順に、ＴＦＴ回路層３０３から陽極電極層３０６まで図３と同様の各層が形成されている。そして、陽極電極層３０６及び絶縁層３０７上に表示領域２０３全体を覆うように形成されたホール注入層３０８、ホール輸送層３１０、発光層３１１、電子輸送層３１２、混合層３０９、電子注入層３１３、及び、陰極電極層３１４、が順に配置されている。本実施形態における電子輸送層３１２、混合層３０９、及び、電子注入層３１３の製造方法は、図４を用いて説明した製造方法において、ホール注入層３０８の蒸着源を電子輸送層３１２に変更し、ホール輸送層３１０の蒸着源を電子注入層３１３に変更する点以外は同様であり、従来技術と比較して、有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する工程の負荷を軽減することができる。

さらに、本変形例のように電子輸送層３１２と電子注入層３１３の間に混合層３０９を有する構成であっても、陰極電極層３１４から発光層３１１に電子を注入する際におけるエネルギー障壁を小さくすることにより、上述の実施形態と同様に、駆動電圧を低減する効果を得ることができる。なお、電子輸送層３１２と電子注入層３１３の間と、ホール注入層３０８とホール輸送層３１０の間のどちらか一方にのみ混合層３０９を設けるのではなく、両方に混合層３０９を設ける構成としてもよい。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１００ 有機エレクトロルミネッセンス表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、２００ 有機エレクトロルミネッセンスパネル、２０１ ＴＦＴ基板、２０２ 封止基板、２０３ 表示領域、２０４ 副画素、２０５ 駆動ＩＣ、３０１ ガラス基板、３０２ 駆動トランジスタ、３０３ ＴＦＴ回路層、３０４ 平坦化膜、３０５ 反射層、３０６ 陽極電極層、３０７ 絶縁層、３０８ ホール注入層、３０９ 混合層、３１０ ホール輸送層、３１１ 発光層、３１２ 電子輸送層、３１３ 電子注入層、３１４ 陰極電極層、３１５ 封止膜、３１６ カラーフィルタ層。

Claims (6)

1. 有機エレクトロルミネッセンス素子によって構成される表示装置であって、
   前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、
   陽極電極層と、
   前記陽極電極層と対向して配置された陰極電極層と、
   前記陽極電極層と前記陰極電極層との間に配置された発光層と、
   前記発光層と前記陰極電極層及びまたは前記陽極電極層との間に配置されたキャリア輸送層及びキャリア注入層と、
   前記キャリア輸送層と前記キャリア注入層との間に配置された混合層と、
   を有し、
   前記混合層は、前記キャリア輸送層を構成する材料と、前記キャリア注入層を構成する材料とが混合した材料で形成され、前記キャリア輸送層から前記キャリア注入層に向かって、前記混合した材料に含まれる前記キャリア注入層を構成する材料の比率が次第に増加するように形成されている、
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記キャリア輸送層は、ホール輸送層であって、前記キャリア注入層は、ホール注入層であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記キャリア輸送層は、電子輸送層であって、前記キャリア注入層は、電子注入層であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 導電材料からなる電極層を製膜する工程と、
   キャリア注入層の蒸着源と、キャリア輸送層の蒸着源の上部を、基板を移動させながら蒸着を行うことによって、前記電極層の上部に、前記キャリア注入層、混合層、及び、キャリア輸送層を製膜する工程と、
   を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子によって構成される表示装置の製造方法。
5. 前記キャリア注入層及び前記キャリア輸送層の前記蒸着源は、それぞれ、前記基板の移動する方向と垂直な方向に複数等間隔に並べて配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記基板は一定の速度で移動することを特徴とする請求項５または６に記載の製造方法。
   

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