JP4857498B2

JP4857498B2 - 表示素子

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Publication number: JP4857498B2
Application number: JP2001252358A
Authority: JP
Inventors: 靖典鬼島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JP2003068471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーディスプレイなどに用いられる表示素子に関し、特には有機層を備えた自発光型の表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディア指向の商品を初めとし、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、そして瞬時に、充分な量取り出す必要があり、その為にディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。
【０００３】
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとし、我々の日常使用する製品に多く用いられている。
【０００４】
ところが、液晶ディスプレイは、自発光性でないためバックライトを必要とし、このバックライト駆動に液晶を駆動するよりも電力を必要する。また、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していない。さらに、液晶分子の配向状態による表示方法なので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまう。しかも、液晶は基底状態における分子のコンフォメーションの変化を利用して表示を行っているので、ダイナミックレンジが広くとれない。これは、液晶ディスプレイが動画表示には向かない理由の一つになっている。
【０００５】
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。
【０００６】
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているものの、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。
【０００７】
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり駆動には数百Ｖ必要であり、ユーザーに受け入れられなかった。しかし、技術的な発展により、今日ではカラーディスプレイ表示に必要なＲＧＢ三原色の発光には成功しているが、青色発光材料が高輝度、長寿命で発光可能なものがあまり無く、また、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難であり、コンスーマー向けのフルカラーデバイス化は困難であると思われる。
【０００８】
一方、有機化合物による電界発光現象は、１９６０年代前半に強く蛍光を発生するアントラセン単結晶への、キャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であった為、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。
【０００９】
しかし、１９７８年にＥａｓｔｍａｎＫｏｄａｋ社のＴａｎｇらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機電界発光素子を発表して以来、各方面でＲＧＢ三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製法等の研究開発が盛んに行なわれている。
【００１０】
さらに、有機材料の特徴である分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する有機電界発光素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。
【００１１】
図８には、このような表示素子（有機電界発光素子）の一構成例を示す。この図に示す表示素子１は、例えばガラス等からなる透明な基板２上に設けられている。この表示素子１は、基板２上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：透明電極）からなる陽極３、この陽極３上に設けられた有機層４、さらにこの上部に設けられた陰極５とで構成されている。有機層４は、陽極側から、例えば正孔注入層４ａ、正孔輸送層４ｂおよび電子輸送性の発光層４ｃを順次積層させた構成となっている。このように構成された表示素子１では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層４ｃにて再結合する際に生じる光が基板２側から取り出される。
【００１２】
またこのような構成の他にも、基板２側から順に、陰極５、有機層４、陽極３を順次積層した構成や、さらには上方に位置する電極（上部電極）を透明材料で構成することで、基板２と反対側から光を取り出すようにした上面発光型（いわゆるＴＡＣ：Top Emitting Adoptive Current device構造）の表示素子もある。そして特に、基板上に薄膜トランジスタ（thin film transistor：以下ＴＦＴと記す）を設けて成るアクティブマトリックス型の表示装置においては、表示素子をＴＡＣ構造とすることが、発光部の開口率を向上させる上で有利になる。
【００１３】
このようなＴＡＣ構造の表示装置において、上部電極が陰極である場合、この上部電極は、例えばＬｉ₂Ｏや、ＣｓＯ等の金属酸化物層を用いて構成される。また、この場合においては、金属酸化物層上に、導電性を補償するための層や、キャビティ構造を構成するための半透過反射層を積層させる構成が採用されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような自発光型の表示素子、特には有機層を備えた発光素子を用いて表示装置を構成する場合、表示素子の長寿命化および信頼性の確保が最も重要な課題の一つである。
【００１５】
一般的に、表示素子の寿命は、輝度の低下を伴う初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度によって決定される。つまり、表示素子の長寿命化を達成するためには、表示素子の初期劣化およびその後の定常的な劣化の速度を小さく抑えることが重要になる。そして、定常的な劣化速度を小さく抑えるためには、表示素子の駆動電圧を低下させることで消費電力を低減し、なおかつ長期の駆動による電圧上昇を低く抑え、これによって駆動に伴う発熱等を抑えることが重要になってくる。
【００１６】
そこで本発明は、駆動電力を低下させることによって表示素子の劣化速度を小さく抑えることが可能で、これにより長時間の安定した発光を与えることが可能な長期信頼性に優れた表示装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、陰極と陽極との間に、少なくとも有機発光層を含む有機層を挟持してなり、陰極および陽極のうちの少なくとも一方が、有機層側の第１層とこの上部に積層された第２層とを有する積層構造で構成された表示素子において、第２層には、第１層の構成成分であるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方の酸化物またはランタノイド元素が少なくとも１つ添加されていることを特徴としている。
【００１８】
このような構成にすることで、積層構造で形成された電極においては、第２層と第１層との間のエネルギー障壁が小さくなり、第２層側からの第１層を介しての有機層への荷電粒子の注入効率が上昇する。このため、表示素子の駆動電圧が低下する。
【００１９】
特に、有機層での発光光を取り出さす側の電極が、表示素子をキャビティ構造とするための積層構造となっている場合に、この電極に本発明の積層構造を適用することで、電極を構成する各層の光透過率が殆ど変化することなく、駆動電圧を低下させることができる。つまり、設計に非常な手間がかかるキャビティ条件（各層の膜厚など）を変更することなく、駆動電圧の低下が図られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表示素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の表示素子の一構成例を示す断面図である。この図に示す表示素子１１は、基板１２上に形成されており、基板１２上に設けられた陽極１３、この陽極１３上に設けられた有機層１４、およびこの有機層１４上に設けられた陰極１５を備えている。以下の説明においては、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子とが有機層１４で結合する際に生じた発光光を、基板２と反対側の陰極１５側から取り出す上面発光方式、いわゆる「ＴＡＣ構造」の表示素子の構成を説明する。
【００２２】
先ず、表示素子１１が設けられる基板１２は、ガラスのような透明基板や、シリコン基板、さらにはフィルム状のフレキシブル基板等の中から適宜選択して用いられることとする。また、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、基板１２として、画素毎にＴＦＴを設けてなるＴＦＴ基板が用いられる。
【００２３】
そして、この基板１２上に下部電極として設けられる陽極１３は、例えばＩＴＯのような透明電極材料で構成されており、スパッタリング法によって形成されている。また、この陽極１３は、ＩＴＯの他にも、効率良く正孔を注入するために電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）とアンチモン（Ｓｂ）との合金、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とアルミニウム（Ａｌ）との合金、さらにはこれらの金属や合金の酸化物等を、単独または混在させた状態で用いられる。
【００２４】
尚、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陽極１３は、ＴＦＴが設けられている画素毎にパターニングされていることとする。そして、陽極１３の上層には、ここでの図示を省略した絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の開口部から、各画素の陽極１３表面を露出させていることとする。
【００２５】
また、有機層１４は、陽極１３側から順に、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂおよび電子輸送性の発光層１４ｃを積層してなる。これらの各層は、例えば真空蒸着法や、例えばスピンコート法などの他の方法によって形成される。各層を構成する材料に限定条件はなく、例えば正孔輸送層１４ｂであるならば、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体などの正孔輸送材料を用いることができる。さらに、発光層１４ｃの発光スペクトルの制御を目的として、発光層１４ｃの形成において微量分子の共蒸着を行っても良く、例えば、ベリレン誘導体、クマリン誘導体、ピラン系色素等の有機物質を微量含む有機薄膜を発光層１４ｃとしても良い。
【００２６】
尚、有機層１４は、このような層構造に限定されることはなく、少なくとも発光層１４ｃを有する構成であれば、必要に応じた積層構造を選択することができる。例えば、発光層１４ｃは、正孔輸送性の発光層１４ｃであっても良く、また発光層１４ｃ上にさらに電子輸送層を設けた構成であっても良い。また、以上の各有機層、例えば正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂおよび電子輸送性の発光層１４ｃは、それぞれが複数層からなる積層構造であっても良い。
【００２７】
次に、陰極１５は、例えば有機層１４側から順に第１層１５ａ、第２層１５ｂ、および第３層１５ｃを積層させた３層構造で構成されている。
【００２８】
３層構造のうちの第１層１５ａは、仕事関数が小さく、かつ光透過性の良好な材料を用いて構成される。このような材料として、例えばリチウム（Ｌｉ）の酸化物であるＬｉ₂Ｏや、セシウム（Ｃｓ）の酸化物であるＣｓ₂Ｏ、さらにはこれらの酸化物の混合物を用いることができる。また、第１層１５ａはこのような材料に限定されることはなく、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、さらにはインジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）等の仕事関数の小さい金属、さらにはこれらの金属の酸化物等を、単体でまたはこれらの金属および酸化物の混合物や合金として安定性を高めて使用しても良い。
【００２９】
さらに、第１層１５ａとしては、例えばランタノイド元素を含有する材料が用いられる。この第１層１５ａを構成するランタノイド元素としては、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、カドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）等のうちから少なくとも１つが選択される。これらのランタノイド元素は、安定した原材料の形態が存在するため、容易に用いることができる。
【００３０】
また、これらのランタノイド元素は、例えば酸化物とて用いられている。このような酸化物としては、Ｌａ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂ _、Ｐｒ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔｂ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｔｍ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃のうちの少なくとも１種類が選択される。
【００３１】
尚、第１層１５ａ内のランタノイド元素は、このような組成の酸化物とて含有されていることに限定されず、他の組成の酸化物や、さらには酸化物と金属（ランタノイド金属）とが混在していても良い。
【００３２】
また３層構造のうちの第２層１５ｂは、第２層成分中に第１層１５ａを構成する物質（第１層成分）を含有させてなる混合層であることとする。第２層１５ｂを構成する第２層成分は、第１層１５ａを構成する材料との組み合わせによって適宜選択された他の材料を用いることができる。ただし、ここでは表示素子がＴＡＣ構造であるため、第２層１５ｂは、ある程度の光透過性を有する材料で構成されることとする。
【００３３】
例えば、第１層１５ａが、例えばリチウム（Ｌｉ）の酸化物であるＬｉ₂Ｏや、セシウム（Ｃｓ）の酸化物であるＣｓ₂Ｏ、さらにはこれらの酸化物の混合物からなる場合には、第２層成分としてアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ＭｇＡｇ、ＣａＡｇ、ＭｇＩｎ、ＣａＩｎ等の材料、さらにはこれらの合金が好ましく用いられる。これらの第２層成分が合金である場合には、その組成比は任意に決定される。
【００３４】
また、第１層１５ａが、Ｍｇを用いて構成されている場合には、第２層成分としてＡｌ、Ｃａ、ＣａＡｇ、ＣａＩｎ等の材料、さらにはこれらの合金が好ましく用いられる。これらの第２層成分が合金である場合には、その組成比は任意に決定される。
【００３５】
そして、第１層１５ａが、上述したアルカリ金属、アルカリ土類金属、その他の仕事関数が小さい金属またはこれらの酸化物からなる場合、第２層成分は、例えばランタノイド元素を含有する材料が用いられる。このランタノイド元素を含有する材料は、第１層１５ａで説明したと同様の形態で用いられる。
【００３６】
ここで、第２層１５ｂ中における第２層成分と第１層成分との組成比は、第１層１５ａの構成によって適宜設定される。例えば、第１層１５ａが、仕事関数が低く光透過性も良好であるが、導電性が低い材料からなる場合には、第１層１５ａを薄膜とすることで、その導電性を確保することになる。このため、第２層１５ｂは、ある程度の導電性を有する材料でかつある程度の膜厚で構成する必要がある。このような第２層１５ｂにおいては、導電性の小さい第１層成分をある程度の組成比に抑えることで、第２層１５ｂ自体の導電性を確保する必要がある。
【００３７】
具体的には、第１層１５ａがＬｉ₂Ｏからなる場合に、第２層１５ｂ中における第１層成分であるＬｉ₂Ｏの組成比が大きすぎると、第２層１５ｂが絶縁性になる。このため、第２層１５ｂ中においての、第２層成分に対する第１層成分としてのＬｉ₂Ｏの組成比は、膜厚比に換算して０．１％〜２．０％程度とすることが好ましい。
【００３８】
また、第１層１５ａがＭｇからなる場合には、第２層１５ｂ中における第１層成分であるＭｇの組成比は、５０％を越えても良い。
【００３９】
そして、３層構造のうちの第３層１５ｃは、第２層１５ｂの構成によって適宜選択された他の材料を用いることができる。ただし、ここでは表示素子がＴＡＣ構造であるため、第３層１５ｃは、ある程度の光透過性を有する材料で構成されることとする。
【００４０】
この第３層１５ｃは、第２層１５ｂから、第１層成分を抜いた材料、すなわち第２層成分のみで構成されても良い。また、第３層１５ｃは、この表示素子１１がキャビティ構造である場合には、有機層１４で生じた発光光を第３層１５ｃと陽極１３との間で共振させるために、半透過反射材料を用いて構成されることとする。さらに第３層１５ｃは、ＡｌＳｉＣｕのような封止層を兼ねる材料で構成されても良い。尚、この第３層１５は、必要に応じて設けられることとする。
【００４１】
尚、以上の第１層１５ａ、第２層１５ｂおよび第３層１５ｃは、真空蒸着法、スパッタリング法、さらにはプラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition）法などの手法によって形成される。また、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陰極１５は、ここでの図示を省略した上述の絶縁膜と有機層１４とによって、陽極１３と絶縁された状態で基板１２上にベタ膜状で形成され、各画素に共通電極として用いられる。
【００４２】
このように構成された表示素子１１では、陰極１５の第２層１５ｂに第１層１５ａを構成する第１層成分を添加したことで、第１層１５ａと第２層１５ｂとの間のエネルギー障壁が小さくなり、第２層１５ｂ側からの第１層１５ａを介しての有機層１４への電子の注入効率が上昇する。このため、表示素子１１の駆動電圧を低下させることが可能になる。この結果、長期の駆動による電圧上昇も低く抑えられ、表示素子の劣化速度を小さく抑えることが可能で、これにより長時間の安定した発光を与えることが可能になる。
【００４３】
特に、この表示素子１１は、有機層１４での発光光が、このような積層構造の陰極１５から取り出されるため、第２層１５ｂの光透過率を同程度に維持しつつも、上述のように駆動電圧を低下させることが可能になる。このため、例えば、この表示素子１１がキャビティ構造に構成されている場合、材料変更やこれに伴うキャビティ条件を変更することなく駆動電圧を低下させることができる。
【００４４】
ここで、有機層１４上の電極（ここでは陰極１５）側から発光光を取り出すＴＡＣ構造では、有機層１４に影響を与えることなく成膜が可能な材料で陰極１５を構成する必要がある。このため、ＴＡＣ構造の表示素子においては、陰極１５の材質に制限が加わるため、表示素子をキャビティ構造とすることで発光スペクトルをチューニングし、発光光の取り出し効率を確保している。このようなキャビティ構造の表示素子においては、上述したように陰極１５が積層構造で構成されることになるが、特に、本実施形態のような積層構造を採用することで、陰極１５を構成する各膜の性質を殆ど変化させずに電子の注入効率のみを向上させることが可能になる。このため、非常に手間の掛かるキャビティ条件の設計を変更することなく、電子の注入効率の向上による発光効率の向上を図ることができるのである。
【００４５】
尚、以上説明した構成の表示素子は、本発明のあくまでも一例であり、本発明の表示素子はこのような構成に限定されることはない。
【００４６】
すなわち、以上の実施形態においては、ＴＦＴ基板を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置に用いる表示素子に限定されることはなく、パッシブ方式の表示装置に用いる表示素子としても適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、以上の実施形態においては、基板１と反対側に設けた陰極１５側から発光光を取り出す「ＴＡＣ構造」の場合を説明した。しかし本発明は、基板１２を透明材料で構成することで、発光光を基板１２側から取り出す「透過型（いわゆるＢｏｔｔｏｍ型）」の表示素子にも適用される。この場合、陽極１３を透明材料で構成したり、図１を用いて説明した積層構造を、基板１２側から逆に積み上げた構成にする。逆に積み上げた場合、上部電極となる陽極を透明材料で構成することで、基板１２と反対側からも発光光を取り出すことも可能になる。
【００４８】
また、図１を用いて説明した積層構造を、基板１２側から逆に積み上げた構成において、上部電極となる陽極側からのみ発光光を取り出す構成であっても良い。この場合、基板側の下部電極となる積層構造の陰極には、光過性が要求されることはない。
【００４９】
さらに、以上の実施形態においては、陰極１５のみを積層構造とした構成を説明した。しかし、本発明はこのような構成に限定されることなく、陰極１５と共に陽極１３を上述した積層構造にしても良く、また陽極１３のみを上述した積層構造にしても良い。
【００５０】
陽極１３を上述した積層構造とする場合、有機層１４に最も近い層を第１層として仕事関数の高い材料で構成し、この第１層上に、第２層成分中に第１層１５ａを構成する物質（第１層成分）を含有させてなる混合層を第２層として形成する。この場合、第１層成分および第２層成分は、適宜選択された材料が用いられるが、特に積層構造とした陽極側から発光光を取り出す構成である場合には、第１層を仕事関数の高い透明材料で構成し、第２層成分としては上述した実施形態で説明した陰極用の第２層成分と同様の物質を用いることができる。
【００５１】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例１〜５、および実施例１〜５に対する比較例１〜５の表示素子の製造手順を説明し、その後これらの評価結果を説明する。
【００５２】
（実施例１〜６）
各実施例１〜５においては、上述した実施の形態において、図１を用いて説明した構成の表示素子１１を形成した。ただし、下記表１に示すように、実施例１〜３をＴＡＣ構造、実施例４，５をＢｏｔｔｏｍ構造とした。また、各実施例１〜５においては、陽極１３および陰極１５を構成する材料として、表１に示す各材料を用いた。
【００５３】
【表１】

【００５４】
以下に先ず、実施例１〜５の表示素子１１の製造手順を説明する。
【００５５】
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、表１中▲１▼の各陽極材料を膜厚約１００ｎｍで成膜して陽極１３とした。次いで、ＳｉＯ₂蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
【００５６】
次に、真空蒸着法により、正孔注入層１４ａとして図２に示すｍ−ＭＴＤＡＴＡ(4,4',4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine）を１５ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ.）の膜厚で形成した。次いで、正孔輸送層１４ｂとして図３に示すα−ＮＰＤ(α-naphtyl phenil diamine）を１５ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ.）の膜厚で形成した。さらに電子輸送性の発光層１４ｃとして、青色発光有機材料を３０ｎｍの膜厚で蒸着した。次いで、電子輸送性の発光層１４ｃとして、図４に示すＡｌｑ3（8-hydroxy quinorine alminum）を２０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００５７】
以上のようにして、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂおよび電子輸送性の発光層１４ｃを順次積層してなる有機層１４を形成した後、陰極１５の第１層１５ａとして、Ｌｉ₂Ｏを真空蒸着法により約１．０ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／sec.）の膜厚で形成した。
【００５８】
次に、陰極１５の第２層１５ｂとして、表１中▲３▼の各第２層成分に表１中▲４▼の第１層成分（Ｌｉ₂Ｏ）を含有させた材料を、真空蒸着法により１０ｎｍの膜厚で形成した。第２層１５ｂ中における第１層成分（Ｌｉ₂Ｏ）の組成比は、膜厚比に換算して０．２vol％とした。ただし、実施例３においては、表示素子をキャビティ構造とするため、第２層１５ｂを１．０ｎｍの膜厚で形成した。
【００５９】
次いで、実施例３においては、第２層１５ｂ上に、陰極１５の第３層１３ｃ（表中▲５▼）として、半透明反射材料のＭｇＡｇ（Ｍｇ：Ａｇ＝１０：１ただし膜厚比）を１０ｎｍ蒸着した。
【００６０】
一方、Ｂｏｔｔｏｍ構造とする実施例４，５では、第２層１５ｂ上に、陰極１５の第３層１５ｃ（表中▲５▼）として、陰極封止層をかねてＡｌＳｉＣｕ（Ｓｉ：１重量％、Ｃｕ：０．５重量％）を１２０ｎｍ蒸着した。
【００６１】
（比較例１〜５）
これらの比較例１〜５においては、上述した実施例１〜５の表示素子の製造において、第２層１５ｂを表１の▲３▼で示した第２層成分のみで構成した以外は、各実施例１〜５と同様にして表示素子を形成した。つまり、比較例１では、実施例１の表示素子の製造において、第２層１５ｂをＭｇＡｇのみで構成した以外は、実施例１と同様にして表示素子を作製した。また、比較例２では、実施例２の表示素子の製造において、第２層１５ｂをＣａＡｇのみで構成した以外は、実施例２と同様にして表示素子を作製し、以下同様に対応させて表示素子を作製した。
【００６２】
（評価結果）
以上のようにして作製した実施例１〜５および比較例１〜５の表示素子について、駆動電圧に対する発光輝度を測定した。
【００６３】
図５には、各実施例および比較例を代表して、実施例１とこれに対応する比較例１についての、駆動電圧（Voltage）−発光輝度（Luminance）特性（すなわちＩＶＬ特性）と、駆動電圧（Voltage）−発光効率（Efficiency）特性とを示した。このグラフから、本発明の電極構造を用いることで、駆動電圧の低下及び発光効率の向上が達成されることが確認された。
【００６４】
尚、図５に示した実施例１とこれに対応する比較例１の表示素子は、ＴＡＣ構造であるが、実施例４，５などのＢｏｔｔｏｍ構造の場合を含む全ての実施例と比較例との組み合わせで同様の効果が得られた。さらに、実施例３のキャビティ構造の表示素子においても、同様の効果が得られた。
【００６５】
上記表１の▲６▼には、上記測定によって得られた結果から、実用輝度領域数十〜数百ｃｄ／ｍ²の範囲においての、各比較例の駆動電圧に対する各実施例の駆動電圧の低下量を示す。この値からも分かるように、全ての実施例と比較例との組み合わせにおいて、比較例に対して実施例の駆動電圧が０．５〜２．０Ｖ程度低下し、これにともない発光効率の改善も達成されることが確認できた。
【００６６】
また、図６には、各実施例および比較例を代表して、実施例１とこれに対応する比較例１についての、駆動電圧（Voltage）−電流密度（Current Density）特性を示した。このグラフから、本発明の電極構造を用いることで、電極から有機層への電流の注入効率、具体的には陰極から有機層への電子の注入効率が改善され、駆動電圧に対する電流密度の向上が達成されることが確認できた。尚、このような効果は、全ての実施例で同様であった。
【００６７】
さらに、図７には、各実施例および比較例を代表して、実施例１とこれに対応する比較例１についての、電流密度（Current Density）−発光輝度（Luminance）特性を示した。このグラフから、本発明の電極構造を用いることで、電流密度に対する発光輝度の上昇が達成されることが確認できた。このことから、本発明による効果は、駆動電圧の低下とそれに伴う発光効率の改善だけにとどまらず、電子と正孔の注入バランスも改善されることが示唆され、その結果として電流密度に対する発光輝度の上昇が達成できると考えられる。
【００６８】
以上説明した様に本発明の表示素子によれば、有機層を挟持する陰極および陽極のうちの少なくとも一方が二層以上の積層構造である場合に、有機層側の第１層の構成成分であるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方の酸化物またはランタノイド元素のうちの少なくとも１つをこの上部の第２層にも含有させる電極構成としたことで、有機層に対する電流注入効率を向上させ、これによって駆動電圧の低下を図ることが可能になる。この結果、消費電力の低減、さらには駆動に伴う発熱等を抑えることができ、長期信頼性に優れた表示装置を得ることが可能になる。特に、有機層での発光光が取り出される側の電極が、キャビティ構造を構成するための積層構造となっている場合には、この電極に本発明の積層構造を適用することで、電極を構成する各層の光透過率を殆ど変化させずに、つまりは設計に非常な手間がかかるキャビティ条件（各層の膜厚など）を変更することなく、駆動電圧を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示素子の一構成例を示す断面図である。
【図２】実施例において正孔注入層に用いたｍ−ＭＴＤＡＴＡの構造式である。
【図３】実施例において正孔輸送層に用いたα−ＮＰＤの構造式である。
【図４】実施例において電子輸送性発光層に用いたＡｌｑ３の構造式である。
【図５】実施例１および比較例１についての駆動電圧（Voltage）−発光輝度（Luminance）特性、駆動電圧（Voltage）−発光効率（Efficiency）特性を示す図である。
【図６】実施例１および比較例１についての駆動電圧（Voltage）−電流密度（Current Density）特性を示す図である。
【図７】実施例１および比較例１についての電流密度（Current Density）−発光輝度（Luminance）特性を示す図である。
【図８】従来の表示素子の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…表示素子、１３…陽極、１４…有機層、１４ｃ…発光層、１５…陰極、１５ａ…第１層、１５ｂ…第２層（混合層）

Claims

陰極と陽極との間に、少なくとも有機発光層を含む有機層を挟持してなり、当該陰極および陽極のうちの少なくとも一方が当該有機層側の第１層と当該第１層上に積層された第２層を有する積層構造で構成された表示素子において、前記第２層には、前記第１層の構成成分であるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方の酸化物が添加されている表示素子。
請求項１記載の表示素子において、前記酸化物は、Ｌｉ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯのうちの少なくとも１種類である、表示素子。
陰極と陽極との間に、少なくとも有機発光層を含む有機層を挟持してなり、当該陰極および陽極のうちの少なくとも一方が当該有機層側の第１層と当該第１層上に積層された第２層を有する積層構造で構成された表示素子において、前記第２層には、前記第１層の構成成分であるランタノイド元素のうちの少なくとも１つが添加されている表示素子。
請求項３記載の表示素子において、前記第２層に添加される前記第１層の構成成分は、ランタノイド元素の酸化物である、表示素子。
請求項４記載の表示素子において、前記ランタノイド元素の酸化物は、Ｌａ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｐｒ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔｂ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｈｏ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｔｍ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃のうちの少なくとも１種類である、表示素子。