JP2019153659A - 発光素子、および発光素子を有する表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い発光効率を有し、長寿命の発光素子を提供する。【解決手段】発光素子は、第1の電極と、前記第1の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第2の電極とを備え、前記電子注入層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第2の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態の一つは、発光素子、および発光素子を有する表示装置に関する。
表示装置の一例として、有機EL(Electroluminescence)表示装置が挙げられる。有機EL表示装置は、基板上に形成された複数の有機発光素子(以下、発光素子)を有し、各発光素子は一対の電極(陰極、陽極)間に有機化合物を含む電界発光層(以下、EL層と記す)を基本構造として有している。一対の電極間に電位差を与えることによって陽極からはホールが、陰極からは電子がそれぞれEL層に対して供給される。ホールと電子はEL層内で再結合して有機化合物の励起状態を形成する。この励起状態が基底状態に輻射失活する際の発光を利用することで、発光素子としての機能が得られる。
EL層は通常、種々の機能を有する複数の層(以下、機能層)の積層構造を有する。機能層としては例えばホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などが挙げられる。EL層に対してホールや電子を注入する際、電極の仕事関数と電極と接する層(例えば、ホール注入層、電子注入層)内の分子の最高占有分子軌道(HOMO)、あるいは最低非占有分子軌道(LUMO)の準位の差に起因する注入障壁を小さくするようにEL層を設計することにより、発光素子の発光効率や素子寿命を向上させることができる。例えば、特許文献1には仕事関数が小さく、安定的な金属としてMgAg合金を陰極として用いた有機EL素子が開示されている。
本発明の実施形態の一つは、高い発光効率を有し、長寿命化された発光素子を提供することを目的の一つとする。また、該発光素子を含む表示装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の一実施形態に係る発光素子は、第1の電極と、前記第1の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第2の電極とを備え、前記電子注入層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第2の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、第1の電極と、前記第1の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第2の電極とを備え、前記電子注入層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第2の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
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表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。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
本発明において、ある一つの膜に対してエッチングや光照射を行って複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の層構造、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
(第1実施形態)
本発明の実施形態の一つである発光素子100の構造を図1を参照して説明する。
本発明の実施形態の一つである発光素子100の構造を図1を参照して説明する。
[構造]
図1に発光素子100の模式的な断面図を示す。発光素子100は陽極(第1の電極)110、陽極110上の陰極(第2の電極)130、及び陽極110と陰極130の間に位置するEL層120によって構成される。EL層120は、発光層124、電子輸送層126、電子注入層127を有する。電子注入層127は陰極1360と電子輸送層126と接する。EL層120はさらに、陽極110上のホール注入層121、ホール注入層121上のホール輸送層122、ホール輸送層上の電子ブロック層123、発光層124上のホールブロック層125などを含むことができる。なおこの断面図では、発光素子100を支持する基板や、発光素子100を駆動するための各種回路は省略されている。以下、発光素子100の各構成について詳細に説明する。
図1に発光素子100の模式的な断面図を示す。発光素子100は陽極(第1の電極)110、陽極110上の陰極(第2の電極)130、及び陽極110と陰極130の間に位置するEL層120によって構成される。EL層120は、発光層124、電子輸送層126、電子注入層127を有する。電子注入層127は陰極1360と電子輸送層126と接する。EL層120はさらに、陽極110上のホール注入層121、ホール注入層121上のホール輸送層122、ホール輸送層上の電子ブロック層123、発光層124上のホールブロック層125などを含むことができる。なおこの断面図では、発光素子100を支持する基板や、発光素子100を駆動するための各種回路は省略されている。以下、発光素子100の各構成について詳細に説明する。
陽極110は、EL層120にホールを注入するために設けられる電極であり、その表面が比較的高い仕事関数を有することが好ましい。具体的な材料としてはインジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)などの可視光を透過可能な導電性酸化物が挙げられる。これらの導電性酸化物にはさらにケイ素が含まれていてもよい。図1に示す発光素子100は、発光層124から得られる発光を陰極130を通して取り出す構造を有する。このため、陽極110は銀やアルミニウムなどの可視光の反射率が高い金属を含む膜をさらに含んでもよい。例えば図1に示すように、陽極110は、導電性酸化物を含む第1の導電膜110a、及び銀、アルミニウムなどの金属を含む第2の導電膜110bの積層構造を有することができる。
ホール注入層121にはホールが注入しやすい、すなわち酸化されやすい化合物(電子供与性化合物)を用いることができる。換言するとHOMO準位の浅い化合物を用いることができる。例えばベンジジン誘導体やトリアリールアミンなどの芳香族アミン、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン誘導体などを用いることができる。あるいは、ポリチオフェンやポリアニリン誘導体を用いることができ、一例としてポリ(2,3−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)が挙げられる。あるいは、上述した芳香族アミンやカルバゾール誘導体、あるいは芳香族炭化水素などの電子供与性化合物と電子受容体との混合物を用いてもよい。電子受容体としては、酸化バナジウムや酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物や、含窒素ヘテロ芳香族化合物、シアノ基などの強い電子吸引基を有するヘテロ芳香族化合物などが挙げられる。これらの材料や混合物はイオン化ポテンシャルが小さいため、陽極110からのホール注入障壁が小さい。このため、発光素子100の駆動電圧の低減に寄与する。
ホール輸送層122はホール注入層121に注入されたホールを発光層124側へ輸送する機能を有する。ホール輸送層122にはホール注入層121で使用可能な材料と同様あるいは類似する材料を用いることができる。例えば、ホール注入層121と比較すると、HOMO準位が深いが、その差が約0.5eV、0.3eV、あるいはそれ以下の材料を用いることができる。上述した材料は電子輸送性よりもホール輸送性が高いため、ホールを効率よく発光層124側へ輸送することができ、発光素子100の低い駆動電圧を実現することができる。
電子ブロック層123は、陰極130から注入された電子が、発光層124において再結合に寄与することなく発光層124を通過してホール輸送層122へ注入されることを防ぐ。つまり、電子ブロック層123は、陰極130からEL層120に注入された電子を発光層124内に閉じ込めるとともに、発光層124で得られる励起状態からホール輸送層122内の分子にエネルギー移動することを防ぐ機能を有する。したがって、電子ブロック層123には電子輸送性よりもホール輸送性が高い、あるいは同程度であり、発光層124内の分子よりもLUMO準位が浅く、バンドギャップが大きな材料が好ましい。具体的には、電子ブロック層123に含まれる分子のLUMO準位と発光層124に含まれる分子のLUMO準位との差は、0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上が好ましい。また、電子ブロック層123に含まれる分子のバンドギャップと発光層124に含まれる分子のバンドギャップとの差は0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上が好ましい。発光材料が燐光材料の場合、発光材料よりも0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上三重項準位の高い材料を用いることが好ましい。電子ブロック層123の材料として、より具体的には、共役系の比較的小さいカルバゾール誘導体、アリールアミン誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。
発光層124はホールと電子が再結合する空間を提供する層であり、この層から発光が得られる。発光層124は、単一の化合物で形成されていてもよく、ホスト材料及ドーパント材料を含む2種類以上の化合物を含んでいてもよい。ホスト材料としては、例えばスチルベン誘導体、アントラセン誘導体などの縮合芳香族化合物、カルバゾール誘導体、キノリノール配位子を含む金属錯体、芳香族アミン、フェナントロリン誘導体などの含窒素ヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。ドーパントは発光層124において発光材料として機能し、クマリン誘導体、ピラン誘導体、キノクリドン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、アントラセン誘導体などの蛍光材料、あるいはイリジウム系オルトメタル錯体などの燐光材料を用いることができる。発光層124を単一の化合物で構成する場合、上述したホスト材料を用いることができる。この場合、ホスト材料が発光材料として働く。
ホールブロック層125は、陽極110から注入されたホールが再結合に寄与することなく発光層124を通過して電子輸送層126へ注入されることを防ぐことでホールを発光層124内に閉じ込めるとともに、発光層124で得られる励起エネルギーが電子輸送層126内の分子にエネルギー移動することを防ぐ機能を有する。また、後述するように、電子輸送層126は比較的キャリア電子の密度が高く、発光層124内の発光位置が電子輸送層126に近い場合には消光現象が生じやすい。この場合、ホールブロック層125を設けることで消光現象を防止することができ、発光効率の低下を防ぐことができる。
ホールブロック層125には、ホール輸送性よりも電子輸送性が高い、あるいは同程度であり、発光層124に含まれる分子よりもHOMO準位が深く、バンドギャップが大きい材料を用いることが好ましい。具体的には、ホールブロック層125に含まれる分子のHOMO準位と発光層124に含まれる分子のHOMO準位との差は、0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上が好ましい。また、ホールブロック層125に含まれる分子のバンドギャップと発光層124に含まれる分子のバンドギャップとの差は0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上が好ましい。発光材料が燐光材料の場合、発光材料よりも0.2eV、0.3eV、あるいは0.5eV以上三重項準位の高い材料を用いることが好ましい。ホールブロック層125の材料として、より具体的には、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−ヒドロキシ−ビフェニリル)アルミニウムなどの比較的バンドギャップの大きい(例えば2.8eV以上)金属錯体などが挙げられる。
電子輸送層126は陰極130から電子注入層127に注入された電子を発光層124側へ輸送する機能を有する。電子輸送層126はホール輸送性よりも電子輸送性の高い材料(電子輸送材料)を含む。具体的には、電子輸送層126には、アルミニウム錯体、リチウム錯体、ベリリウムなどの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、シラシクロペンタジエン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ぺリレン誘導体などの縮合芳香族化合物、フェナントロリン誘導体などの含窒素縮合ヘテロ芳香族化合物などが挙げられる。上記金属錯体としては、例えば8−キノリノラトリチウム(Liq)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)やビス(8−キノリノラト)ベリリウムなどの、8−キノリノール配位子を有する金属錯体が例示される。これらの化合物は置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数1から4のアルキル基、あるいはフェニル基やナフチル基などのアリール基が挙げられる。特に、電子輸送層126は、8−キノリノール配位子を有する金属錯体として8−キノリノラトリチウム(Liq)を含むことが好ましい。
また、電子輸送層126は、イッテルビウムなどのランタノイド金属などに例示される電子供与性化合物を含んでもよい。電子供与性化合物としては、ランタノイド金属の他に、リチウムなどの1族金属、マグネシウムやカルシウムなどの2族金属等が挙げられる。電子輸送層126に含まれる電子供与性化合物としては、イッテルビウムが好ましい。
電子注入層127は、陰極130からEL層120への電子注入を促進する機能を有する。本実施形態では電子注入層127は、電子輸送層126に接する。電子注入層127には、8−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む。このようなリチウム錯体として、電子注入層127には8−キノリノラトリチウム(Liq)が含まれることが好ましい。電子注入層127の厚さは、0.5nmから10nm、或は1nmから5nmの範囲から選択することができる。電子注入層127の厚さは、好ましくは1nmである。
陰極130は、電子注入層127に接し、EL層120へ電子を注入する。また、陰極130は、発光層124からの発光を透過することで、光取出し電極として機能する。また同時に、陰極130は発光層124からの光を一部反射するように構成される。このため、陰極130と第1の導電膜110aとの間に微小共振器が形成され、発光層124で得られた光は陰極130と第1の導電膜110aの間で干渉、増幅される。その結果、発光色の純度が向上し、かつ、発光素子100の正面方向の輝度を増大させることができる。
陰極130は、イッテルビウム及び銀を含む。陰極130におけるイッテルビウムと銀との混合比は、25:75〜2:98であり、好ましくは、10:90である。ここでの混合比は、体積比(vol%)での混合比である。陰極130は発光層124からの発光(可視光)を一部反射し、一部透過するように構成される。このため陰極130の厚さは、1nm〜30nm、或は10nm〜20nmであり、好ましくは、15nmである。陰極130の透過率は、400nm〜800nmでの膜厚で20%以下であることが好ましい、また、陰極130のシート抵抗は、50Ω以下である。
上述した各機能層の厚さは適宜決定することができる。例えばホール注入層121は5nm以上50nm以下、10nm以上30nm以下、或は10nm以上20nm以下であり、典型的には10nmである。ホール輸送層122は50nm以上300nm以下、或は110nm以上200nm以下である。ホール注入層121とホール輸送層122の厚さは、発光材料の発光波長に応じて適宜調整してもよい。具体的には、発光層124内の発光位置から第1の導電膜110aの表面間の光学距離が、発光材料の発光ピーク波長の2分の1(半波長)の整数倍、もしくはそれに近くなるように調整すればよい。これにより、発光層124から出射した光と第1の導電膜110abの表面で反射した光が互いに増幅し、発光スペクトルの狭線化や発光強度の増大が実現できる。
電子ブロック層123やホールブロック層125の厚さは、5nm以上20nm以下、あるいは5nm以上15nm以下であり、典型的には10nmである。発光層124の厚さは、5nm以上40nm以下、10nm以上35nm、或は10nm以上30nm以下であり、典型的には15nmである。電子輸送層126の厚さは、5nm以上40nm以下、10nm以上30nm、或は15nm以上30nm以下であり、典型的には25nmである。
上述したように、発光素子100は陰極から発光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の発光素子である。この場合、ホールブロック層125、電子輸送層126、電子注入層127の厚さの総和が25nm〜30nmとなるよう、各層の厚さを調整することが好ましい。これにより、発光のより効果的な干渉、増幅効果を得ることができ、発光効率と色純度を向上させることができる。
陽極110は、化学気相堆積(CVD)法や蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成される。各機能層、インクジェット法やスピンコート法、印刷法、あるいは蒸着法によって形成される。陰極130は、共蒸着によって形成される。
本発明の一実施形態に係る発光素子100では、陰極130はイッテルビウム及び銀を含み、且つ陰極130と接する電子注入層127が8−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む。このような構成を有することにより、発光素子100において、陰極130のモフォロジーが改善されて、プラズマ振動による可視光領域の波長の光が吸収されることを抑制することができる。その結果、発光素子100の発光効率が向上する。また、陰極130のシート抵抗をを低減することができるため、発光ムラを低減することができる。さらに、陰極130から経時的に安定して電子注入することができるため、発光素子100の輝度寿命を改善することができる。
図1に示すように、発光素子100はさらに、任意の構成として、以下に述べるキャップ層140や封止層(以下、パッシベーション膜)150を有してもよい。
キャップ層140を設ける場合、キャップ層140は陰極130に接するように設けられる。キャップ層140は単層構造でも良く、あるいは図1に示すように第1のキャップ層140aと第2のキャップ層140bの二層構造を有してもよい。キャップ層140を設けることにより、陰極130上にさらに微小共振器を形成することができる。このため、陰極130を透過した光は、キャップ層140の底面(すなわち、キャップ層140と陰極130の界面)と上面間で反射を繰り返すことで、干渉効果によってさらに増幅される。
第1のキャップ層140aは、可視光領域における透過率が高く、かつ、屈折率が比較的高い材料を含むことができる。このような材料の一例として有機化合物が挙げられる。有機化合物としては、例えば硫黄、ハロゲン、リンを含む高分子材料が挙げられる。硫黄を含む高分子としては、主鎖や側鎖にチオエーテル、スルホン、チオフェンなどの置換基を有する高分子が挙げられる。リンを含む高分子材料としては、主鎖や側鎖に亜リン酸基、リン酸基などが含まれる高分子材料、あるいはポリフォスファゼンなどが挙げられる。ハロゲンを含む高分子材料としては、臭素やヨウ素、塩素を置換基として有する高分子材料が挙げられる。あるいは第1のキャップ層140aは無機材料を含んでもよく、無機材料としては酸化チタン、酸化ジリコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、ITO、IZO、硫化鉛、硫化亜鉛、窒化ケイ素などが例示される。これらの無機材料と高分子材料の混合物を用いてもよい。
第2のキャップ層140bは可視光領域における透過率が高く、かつ、屈折率が比較的低い材料を含むことができる。第2のキャップ層140の材料としては、例えばフッ素を含有する高分子材料が挙げられる。フッ素を含有する高分子材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン、これらの誘導体、主鎖あるいは側鎖にフッ素を有するポリビニルエーテルやポリイミド、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリシロキサンなどが挙げられる。
キャップ層140の光学距離が発光層124の発光ピークの波長の4分の1の奇数倍に一致する、あるいはそれに近くなるよう、第1のキャップ層140aと第2のキャップ層140bの材料の屈折率と厚さが適宜調整される。これにより、得られる発光の半値幅が小さくなって色純度が向上するとともに、発光素子100の正面方向における輝度が増大する。
パッシベーション膜150は外部から水や酸素などの不純物が発光素子100へ侵入することを防ぐ機能を有する。パッシベーション膜150を配置することにより、発光素子100の信頼性を向上させることができる。パッシベーション膜150はキャップ層140と接するように設けられる。キャップ層140をy層略する場合には、パッシベーション膜150は陰極130と接するように設けられる。
パッシベーション膜150の構造は任意であり、例えば図1に示すような三層構造を有することができる。この場合、パッシベーション膜150は第1の層150a、第2の層150bを有することができる。例えば第1の層150aは、例えば窒化シリコンや酸化シリコンを含む無機化合物で形成することができ、第2の層150bは、例えばアクリル樹脂を含む有機化合物で形成することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、発光素子100を有する画素が複数配置された表示装置200の構造を述べる。第1実施形態と同一、あるいは類似する構成に関しては説明を省略することがある。
本実施形態では、発光素子100を有する画素が複数配置された表示装置200の構造を述べる。第1実施形態と同一、あるいは類似する構成に関しては説明を省略することがある。
[全体構造]
図2に表示装置200の上面模式図を示す。表示装置200は基板202を有し、その上にパターニングされた種々の絶縁膜、半導体膜、導電膜を有する。これらの絶縁膜、半導体膜、導電膜により、複数の画素204や画素204を駆動するための駆動回路(ゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210)が形成される。複数の画素204は周期的に配置され、これらによって表示領域206が定義される。後述するように、各画素204には発光素子100が設けられる。
図2に表示装置200の上面模式図を示す。表示装置200は基板202を有し、その上にパターニングされた種々の絶縁膜、半導体膜、導電膜を有する。これらの絶縁膜、半導体膜、導電膜により、複数の画素204や画素204を駆動するための駆動回路(ゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210)が形成される。複数の画素204は周期的に配置され、これらによって表示領域206が定義される。後述するように、各画素204には発光素子100が設けられる。
ゲート側駆動回路208やソース側駆動回路210は、表示領域206外(周辺領域)に配置される。表示領域206やゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210からはパターニングされた導電膜で形成される種々の配線292(図2では図示せず)が基板202の一辺へ延び、配線292は基板202の端部付近で露出されて映像信号端子216、電源端子218、220などの端子を形成する。これらの端子はフレキシブル印刷回路基板(FPC)214と電気的に接続される。ここで示した例では、FPC214上に、半導体基板上に形成された集積回路を有する駆動IC212がさらに搭載される。駆動IC212、FPC214を介して外部回路(図示せず)から映像信号が供給され、映像信号は映像信号端子216を通してゲート側駆動回路208、ソース側駆動回路210へ与えられる。一方、画素204内の発光素子100へ供給される電源がFPC214、電源端子218、220を介して表示装置200に与えられる。電源端子220には高電位(PVDD)が供給され、電源端子218にはPVDDよりも低い電位PVSSが供給される。これらの映像信号や電位に基づく信号が各画素204に与えられ、画素204が制御、駆動される。駆動回路や駆動IC212の態様については図2の限りではなく、例えば駆動IC212は基板202上に実装されても良いし、ソース側駆動回路210の機能が駆動IC212に統合されていても良い。
基板202として可撓性を有する基板を用いることで、表示装置200に可撓性を付与することができ、例えば図3の側面図に示すように、FPC214やそれに接続される端子が表示領域206と重なるように、端子と表示領域206の間で表示装置200を折り曲げることができる。この時、折りたたまれた形状を安定化させるためにスペーサ222を設けてもよい。スペーサ222は基板202によってその外周の少なくとも一部が覆われる。
[画素の構造]
各画素204には、パターニングされた種々の絶縁膜や半導体膜、導電膜によって発光素子100を含む画素回路が形成される。画素回路の構成は任意に選択することができ、その一例を等価回路として図4に示す。
各画素204には、パターニングされた種々の絶縁膜や半導体膜、導電膜によって発光素子100を含む画素回路が形成される。画素回路の構成は任意に選択することができ、その一例を等価回路として図4に示す。
図4に示した画素回路は、発光素子100に加え、駆動トランジスタ240、第1のスイッチングトランジスタ242、第2のスイッチングトランジスタ244、保持容量250、付加容量252を含む。発光素子100、駆動トランジスタ240、第2のスイッチングトランジスタ244は、高電位電源線254と低電位電源線256との間で直列に接続される。高電位電源線254と低電位電源線256には、それぞれ高電位PVDD、低電位PVSSが印加される。
本実施形態では、駆動トランジスタ240はnチャネル型とし、高電位電源線254側の入出力端子をドレイン、発光素子100側の入出力端子をソースとする。駆動トランジスタ240のドレインは第2のスイッチングトランジスタ244を介して高電位電源線254と電気的に接続され、ソースが発光素子100の陽極110と電気的に接続される。
駆動トランジスタ240のゲートは、第1のスイッチングトランジスタ242を介して第1の信号線VSLと電気的に接続される。第1のスイッチングトランジスタ242は、そのゲートに接続される第1の走査信号線SLAに与えられる走査信号SGによって動作(オン/オフ)が制御される。第1のスイッチングトランジスタ242がオンのとき、第1の信号線VSLの電位が駆動トランジスタ240のゲートに与えられる。第1の信号線VSLには、初期化信号Vini、または映像信号Vsigが所定のタイミングで与えられる。初期化信号Viniは一定レベルの初期化電位を与える信号である。第1のスイッチングトランジスタ242は、第1の信号線VSLに同期して、所定のタイミングでオン/オフが制御され、駆動トランジスタ240のゲートに初期化信号Vini、または映像信号Vsigに基づく電位を与える。
駆動トランジスタ240のドレインには、第2の信号線VRSが電気的に接続される。第2の信号線VRSには、リセットトランジスタ246を介してリセット電位Vrstが与えられる。リセットトランジスタ246を通してリセット信号Vrstが印加されるタイミングは、第3の信号線SLCに与えられるリセット信号RGによって制御される。
駆動トランジスタ240のソースとゲートとの間には、保持容量250が設けられる。付加容量252の一方の端子は駆動トランジスタ240のソースに接続され、他方の端子が高電位電源線254に接続される。付加容量252は、他方の端子が低電位電源線256に接続されるように設けてもよい。保持容量250と付加容量252は、映像信号Vsigを駆動トランジスタ240のゲートに与えるとき、映像信号Vsigに応じたゲート−ソース間電圧Vgsを保持するために設けられる。
ソース側駆動回路210は、第1の信号線VSLに初期化信号Vini、または映像信号Vsigを出力する。一方、ゲート側駆動回路208は第1の走査信号線SLAに走査信号SGを出力し、第2の走査信号線SLBに走査信号BGを出力し、第3の走査信号線SLCにリセット信号RGを出力する。
画素204の構造を図5に示す断面構造を用いて説明する。図5では、基板202上に形成された隣接する二つの画素204の画素回路のうち、駆動トランジスタ240、保持容量250、付加容量252、発光素子100の断面構造が示されている。
画素回路に含まれる各素子はアンダーコート260を介して、基板202上に設けられる。駆動トランジスタ240は、半導体膜262、ゲート絶縁膜264、ゲート電極266、ドレイン電極272、ソース電極274を含む。ゲート電極266は、ゲート絶縁膜264を介して半導体膜262の少なくとも一部と交差するように配置され、半導体膜262とゲート電極266が重なる領域にチャネルが形成される。半導体膜262はさらに、チャネルを挟持するドレイン領域262a、ソース領域262bを有する。
ゲート絶縁膜264を介して、ゲート電極266と同一の層に存在する容量電極268がソース領域262bと重なるように設けられる。ゲート電極266、容量電極268の上には層間絶縁膜270が設けられる。層間絶縁膜270とゲート絶縁膜264には、ドレイン領域262a、ソース領域262bに達する開口が形成され、この開口を覆うようにドレイン電極272、ソース電極274が配置される。ソース電極274の一部は、層間絶縁膜270を介してソース領域262bの一部と容量電極268と重なり、ソース領域262bの一部、ゲート絶縁膜264、容量電極268、層間絶縁膜270、およびソース電極274の一部によって保持容量250が形成される。
駆動トランジスタ240や保持容量250の上にはさらに平坦化膜276が設けられる。平坦化膜276は、ソース電極274に達する開口を有し、この開口と平坦化膜276の上面の一部を覆う接続電極278がソース電極274と接するように設けられる。平坦化膜276上にはさらに付加容量電極280が設けられる。接続電極278や付加容量電極280は同時に形成することができ、同一の層に存在することができる。接続電極278と付加容量電極280を覆うように容量絶縁膜282が形成される。容量絶縁膜282は、平坦化膜276の開口では接続電極278の一部を覆わず、接続電極278の底面を露出する。これにより、接続電極278を介し、その上に設けられる陽極110とソース電極274間の電気的接続が可能となる。容量絶縁膜282には、その上に設けられる隔壁286と平坦化膜276の接触を許容するための開口288を設けてもよい。開口288を通して平坦化膜276中の不純物を除去することができ、これによって画素回路や発光素子100の信頼性を向上させることができる。なお、接続電極278や開口288の形成は任意である。
容量絶縁膜282上には、接続電極278と付加容量電極280を覆うように、陽極110が設けられる。容量絶縁膜282は付加容量電極280と陽極110によって挟持され、この構造によって付加容量252が構築される。陽極110は、付加容量252と発光素子100によって共有される。
陽極110の上には、陽極110の端部を覆う隔壁286が設けられる。陽極110、隔壁286を覆うようにEL層120、およびその上の陰極130が設けられる。陽極110や陰極130、およびEL層120の構造は第1実施形態で述べたものと同様である。EL層120の構造は、すべての画素204間で同一でも良く、隣接する画素204間で一部の構造が異なるようにEL層120を形成してもよい。例えば隣接する画素204間で発光層124の構造、あるいは材料が異なり、他の層は同一の構造を有するよう、画素204を構成してもよい。さらに、発光層124の構造や材料のみならず、ホール輸送層122の厚さが隣接する画素204間で異なり、他の層が同一の構造を有するよう、画素204を構成してもよい。陰極130は複数の画素204を覆う。すなわち、陰極130は、複数の画素204によって共有される。なお、図5では、見やすさを考慮し、代表的な機能層としてホール輸送層122、発光層124、電子輸送層126のみを図示している。
陰極130上にはキャップ層140が設けられる。キャップ層140も複数の画素204によって共有されるよう、複数の画素204を覆う。前述のように、キャップ層140に、発光層124からの光の干渉・増幅効果を持たせる場合には、キャップ層140の厚さが隣接する画素204間で異なるように構成してもよい。キャップ層140上には、発光素子100を保護するためのパッシベーション膜150が配置される。パッシベーション膜150上には樹脂を含む膜(以下、樹脂膜)160が設けられる。表示装置200はさらに、基板202から樹脂膜160までの構造を挟持するように支持フィルム226、228を有しており、支持フィルム226、228によって適度な物理的強度が与えられる。支持フィルム226、228は図示しない接着層によって基板202や樹脂膜160に固定される。
第1実施形態で述べたように、発光素子100は、イッテルビウム及び銀を含む陰極130、及び8−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む電子注入層127を有する。このため、発光素子100は、発光効率、及び輝度寿命が向上している。したがって、この発光素子100を表示装置200の各画素204に導入することにより、表示装置200は高発光効率及び長寿命を示す。すなわち、本実施形態を適用することにより、発光効率が高く、長寿命の表示装置を提供することが可能となる。
本実施例では、第1実施形態で述べた発光素子100の作製とその特性評価を示す。具体的には、本発明の実施形態の発光素子1、2を、比較例として発光素子3、4を作製した。各発光素子1、2は第1実施形態の発光素子100の一つであり、陰極130におけるイッテルビウムと銀との混合比が異なっていることを除き、互いに全て同一である。発光素子1、2の陰極130におけるイッテルビウムと銀との混合比は、以下の表1に示すとおりである。一方、発光素子3、4では陰極の構成と、陰極に接する電子注入層に含まれる材料が発光素子1、2とは異なる。発光素子3、4の陰極の構成と電子注入層に含まれる材料は、以下の表1に示すとおりである。
各発光素子の駆動電圧、発光効率、色度座標、及び5%輝度低下時間(LT95)を表2に示す。ここで、駆動電圧と発光効率は、それぞれ発光素子に15mA/cm2の電流密度で電流を供給したときの値である。LT95は、30℃において15mA/cm2の電流密度で発光素子を定電流駆動させ、輝度が初期輝度から5%低下した時の時間である。尚、発光効率(Z/J)は、、xyY表色系における色座標(x,y)をXYZ表色系における色座標(X,Y,Z)に変換し、変換した色座標のうちのZを電流密度Jで除算した値である。尚、XYZ表色系における色座標Zは、青みの度合を示す値であるため、Z/Jは、青成分に着目した場合の発光効率に相当する。
表2から明らかなように、本実施形態の発光素子100である発光素子1、2は、発光素子3、4に比べていずれも低電圧で駆動され、発光効率が高く、且つ5%輝度低下時間が長いことが確認された。これに対し、発光素子3、4は、発光素子1、2に比べて発光効率が低く、5%輝度低下時間が短いことが分かる。
このように、本発明の実施形態を適用することにより、発光効率に優れ、長寿命の発光素子を実現できることが確認された。このため、これらの発光素子を利用することで発光効率に優れ、長寿命の表示装置を提供することが可能となる。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略も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。
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
100:発光素子、110:陽極、110a:第1の導電膜、110b:第2の導電膜、110c:第3の導電膜、120:EL層、121:ホール注入層、122:ホール輸送層、123:電子ブロック層、124:発光層、124a:第1の発光層、124b:第2の発光層、124c:電荷発生層、125:ホールブロック層、126:電子輸送層、127:電子注入層、127a:第1の電子注入層、127b:第2の電子注入層、130:陰極、140:キャップ層、140a:第1のキャップ層、140b:第2のキャップ層、150:パッシベーション膜、150a:第1の層、150b:第2の層、150c:第3の層、160:樹脂膜、170:折曲領域、200:表示装置、202:基板、204:画素、206:表示領域、208:ゲート側駆動回路、210:ソース側駆動回路、214:FPC、216:映像信号端子、218:電源端子、220:電源端子、222:スペーサ、226:支持フィルム、228:支持フィルム、240:駆動トランジスタ、242:第1のスイッチングトランジスタ、244:第2のスイッチングトランジスタ、246:リセットトランジスタ、250:保持容量、252:付加容量、254:高電位電源線、256:低電位電源線、260:アンダーコート、262:半導体膜、262a:ドレイン領域、262b:ソース領域、264:ゲート絶縁膜、266:ゲート電極、268:容量電極、270:層間絶縁膜、272:ドレイン電極、274:ソース電極、276:平坦化膜、278:接続電極、280:付加容量電極、282:容量絶縁膜、286:隔壁、288:開口
Claims (20)
- 第1の電極と、
前記第1の電極上の発光層と、
前記発光層上の電子輸送層と、
前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、
前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第2の電極と
を備え、
前記電子注入層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、
前記第2の電極は、イッテルビウム及び銀を含む、発光素子。 - 前記第2の電極の膜厚は、1nm〜30nmである、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2の電極において、イッテルビウムと銀との混合比は体積比で、25:75〜2:98である、請求項1に記載の発光素子。
- 前記8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体は、8−キノリノラトリチウムである、請求項1に記載の発光素子。
- 前記電子注入層の膜厚は、1nmである、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2の電極は、可視光を一部反射し、一部透過するように構成される、請求項1に記載の発光素子。
- 前記電子輸送層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体又はイッテルビウムを含む、請求項1に記載の発光素子。
- 前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層と接するホールブロック層をさらに備える、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1の電極上に位置し、前記第1の電極と接するホール注入層と、
前記ホール注入層上に位置し、前記ホール注入層に接するホール輸送層と、
をさらに備える、請求項1に記載の発光素子。 - 前記発光層と前記ホール輸送層との間に、前記発光層と前記ホール輸送層と接する電子ブロック層をさらに備える、請求項9に記載の発光素子。
- 第1の電極と、
前記第1の電極上の発光層と、
前記発光層上の電子輸送層と、
前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、
前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第2の電極と
を備え、
前記電子注入層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、
前記第2の電極は、イッテルビウム及び銀を含む、表示装置。 - 前記第2の電極の厚さは、1nm〜30nmである、請求項11に記載の表示装置。
- 前記第2の電極において、イッテルビウムと銀との混合比は体積比で、25:75〜2:98である、請求項11に記載の表示装置。
- 前記8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体は、8−キノリノラトリチウムである、請求項11に記載の表示装置。
- 前記電子注入層の膜厚は、1nmである、請求項11に記載の表示装置。
- 前記第2の電極は、可視光を一部反射し、一部透過するように構成される、請求項11に記載の表示装置。
- 前記電子輸送層は、8−キノリノール配位子を含むリチウム錯体又はイッテルビウムを含む、請求項11に記載の表示装置。
- 前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層と接するホールブロック層をさらに備える、請求項11に記載の表示装置。
- 前記第1の電極上に位置し、前記第1の電極と接するホール注入層と、
前記ホール注入層上に位置し、前記ホール注入層に接するホール輸送層と、
をさらに備える、請求項11に記載の表示装置。 - 前記発光層と前記ホール輸送層との間に、前記発光層と前記ホール輸送層と接する電子ブロック層をさらに備える、請求項19に記載の表示装置。
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JP2018037161A JP2019153659A (ja) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | 発光素子、および発光素子を有する表示装置 |
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CN111116488A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-08 | 武汉天马微电子有限公司 | 一种有机化合物、显示面板及显示装置 |
WO2024172162A1 (ja) * | 2023-02-17 | 2024-08-22 | 株式会社KOALA Tech | 有機固体半導体レーザ、および、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルのピーク幅を小さくする方法 |
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