JP5173300B2 - 有機発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置を構成する有機発光素子に関する。

近年、液晶表示素子に代わる薄型表示素子として有機発光素子が研究されている。前者が全面発光するパネルに液晶をシャッターとして設けることで画像を形成するのに比べ、後者は必要な部位を必要な明るさで自発光させるため、視認性、省電力性において優れている。また電極を反射層及びハーフミラー層として各層厚を最適化することで微小共振器構造を導入でき、これにより光取り出し効率向上及び発光波長スペクトルの先鋭化も可能である（特許文献１、非特許文献１）。

しかし、異物の混入などにより有機層が形成されない部分があると、当該部分において第１電極層と第２電極層との短絡が発生し、非点灯画素となる問題がある。これを低減させるための方法としていずれか一方の電極を薄くし、短絡部で発生する熱によりこれを除去する構成が提案されている（特許文献２）。

特開平６−２７５３８１号公報 特開２００４−２７３４２０号公報 中山隆博、角田敦「光共振器構造を導入した素子」応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 １９９３年第３回講習会ｐ１３５−１４３

しかしながら、電極を薄くするとハーフミラー層として充分に機能しないため微小共振器構造の導入に不利となる課題があった。

本発明は前記の課題を解決するもので、薄い電極を用いることで非点灯を低減しながら、同時に微小共振器構造を有する有機発光素子を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題について鋭意検討した結果、本発明に至った。

すなわち、本発明は、基板の側から順に第１電極層、有機層、第２電極層、透明絶縁層、光反射透過層から成る層構成を画素開口部に持ち、
前記第２電極層の膜厚が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
前記光反射透過層と前記第１電極層との間に微小共振器構造を有し、
前記光反射透過層と前記第１電極層との間の膜厚が、前記有機層から発光する光を強めるように調整されており、
前記光反射透過層が導電性を持ち、前記第２電極層と前記光反射透過層とが、前記画素開口部以外の前記透明絶縁層が形成されていない部位で電気的に接続されており、
前記第２電極層は蒸着法により形成されており、
前記透明絶縁層はスパッタ法もしくはＣＶＤ法により形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、非点灯回避のために第２電極層を充分に薄くしても、その上に形成される透明絶縁層、光反射透過層によって所望の微小共振器構造を設計することが可能となる。

しかも、光反射透過層を導電性材料とし、第２電極層と光反射透過層とを電気的に接続することで、第２電極層の薄膜化による伝導度低下を回避することが可能となる。例えば、透明絶縁層のうち画素開口部以外の領域に透明絶縁層を形成しない部分を設けることで、第２電極層と光反射透過層とを電気的に接続することができ、大画面化への対応も可能となる。

また、第２電極層を蒸着法により形成することにより、更に非点灯低減の効果を高めることができる。即ち、一般に有機層材料が低分子で構成される有機発光素子においては、有機層は蒸着法で形成される。この時、第１電極層上に異物が存在すると、蒸着法は直線性の良い成膜方法であることから異物が第１電極層上に形成する影となる間隙には有機層が廻り込み難い。また、異物の混入に伴って有機層には亀裂が生じ易い。このため、異物混入に伴って第１電極層の表面が露出された状況となる。ここで、第２電極層をスパッタ法などの比較的直線性に劣る成膜方法により形成した場合、異物の陰に第２電極層が廻り込むことで第１電極層と第２電極層との間で短絡が起こり、画素の非点灯が生じる。一方、第２電極層を蒸着法で形成した場合は、その直線性の良さから該間隙へ第２電極層が廻り込み難く、非点灯を効果的に低減することができる。

さらに、透明絶縁層を異物の陰に廻り込み易い成膜方法であるスパッタ法もしくはＣＶＤ法により形成することで、導電性を持つ光反射透過層を成膜する際に第１電極層との間で短絡箇所が発生することを防止できる。

また、透明絶縁層は極薄膜である第２電極層を被覆保護することで第２電極層の外部要因による劣化を低減する効果を併せ持っている。この透明絶縁層を吸湿性を持つ材料で形成することで、第２電極層及び有機層の水分による劣化を効果的に抑制することができ、更に好ましい形態となる。

以下に、本発明をより詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態にかかる有機発光素子の概略断面構造の一例を示す。有機発光素子１１０は、基板１００側から順に第１電極層１２０、有機層１３０、第２電極層１４０、透明絶縁層１５０、光反射透過層１６０から成る層構成を持つ。図中の第１電極層１２０は陽極、第２電極層１４０は陰極とする。有機層に陽極から正孔が注入され、陰極からは電子が注入される。有機層内では注入された正孔と電子とが再結合することで得られたエネルギーによって有機発光材料が励起され、基底状態に戻る際に発光が生じる。

第１電極層１２０は、反射膜として機能することが望ましく、例えば反射率の高いＡｇに仕事関数の高い透明導電材料であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を積層したものが用いられる。

有機層１３０は、一般に陽極側からホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の構成をとる。例えば、ホール注入層としてＣｕＰｃ、ホール輸送層としてα−ＮＰＤ、発光層としてＡｌｑ３にＣｏｕｍａｒｉｎ５４０をドープしたもの、電子輸送層としてはＡｌｑ３、電子注入層としてはＬｉＦが用いられる。これらは真空蒸着などにより形成することができる。

第２電極層１４０としては、電子注入性の高い材料、例えばＭｇとＡｇとの合金などが用いられる。第２電極層は薄膜とすることにより非点灯を低減することができ、薄いほどアノードとカソードのショートを効果的に抑制することが出来る。しかし、薄すぎる場合には充分な導電性を確保できなくなったり、均一な二次元平面膜を形成できず島状構造となるなどの問題がある。また、厚すぎる場合には非点灯を低減する効果があまり見込めない。そのため、薄膜の厚みは具体的には１ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。また、より好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、これにより、第１電極層１２０と第２電極層１４０とが、有機層１３０を形成できなかった部分を介して短絡する不具合をより効果的に回避することができる。

この第２電極層１４０は直線性の良い成膜法、例えば蒸着法により形成されることがより望ましい。非点灯低減の効果を高めることができるからである。即ち、一般に有機層材料が低分子で構成される有機発光素子においては、有機層１３０は蒸着法で形成される。この時、第１電極層１２０上に異物が存在すると、蒸着法は直線性の良い成膜方法であることから異物が第１電極層１２０上に形成する影となる間隙には有機層１３０が廻り込み難い。また、異物の混入に伴って有機層１３０には亀裂が生じ易い。このため、異物混入に伴って第１電極層１２０の表面が露出された状況となる。ここで、第２電極層１４０をスパッタ法などの比較的直線性に劣る成膜方法により形成した場合、異物の陰に第２電極層１４０が廻り込むことで第１電極層１２０と第２電極層１４０との間で短絡が起こり、画素の非点灯が生じる。一方、第２電極層１４０を蒸着法で形成した場合は、その直線性の良さから該間隙へ第２電極層１４０が廻り込み難く、非点灯を効果的に低減することができる。

透明絶縁層１５０としては酸化珪素などが用いられるが、吸湿性を持つ材料を用いることが望ましく、例えば酸化ストロンチウムは第２電極層及び有機層の水分による劣化を効果的に抑制することができることから、より好ましい実施形態となる。

この透明絶縁層１５０は直線性に劣る成膜法、例えばスパッタ法もしくはＣＶＤ法により形成されることがより望ましい。導電性を持つ光反射透過層１６０を成膜する際に第１電極層１２０との間で短絡箇所が発生することを防止できるからである。

透明絶縁層１５０は画素開口部を被覆できれば良く、画素開口部以外の部位で第２電極層１４０と光反射透過層１６０とを電気的に接続する。このため、第２電極層１４０に求められる伝導度特性は画素開口部周囲の光反射透過層１６０との接続部から画素開口部までの導電で済むために極薄膜とすることができる。

透明絶縁層１５０の膜厚を発光波長に応じて調整することにより、素子に微小共振器構造を導入することができる。

光反射透過層１６０は、微小共振器構造を形成する場合のハーフミラー膜として機能する。例えば、スパッタ法で形成されたＡｇの緻密な膜が用いられる。他に、ＩＴＯやＩＺＯを用いても良い。これら有機層１３０、第２電極層１４０、透明絶縁層１５０、光反射透過層１６０の各膜厚は、それらが全体として微小共振器構造を成すように決定する。これにより、色純度の良好な発光を効率良く取り出すことができ、且つ非点灯の低減された有機発光素子を得ることができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。以下に示す具体例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるが、本発明はかかる具体的形態に限定されるものではない。

〔評価基板の作製〕
図２は、本発明の第１実施例による有機発光素子を表す平面図である。５０ｍｍ角のガラス基板２１０上に形成されるアクティブ駆動が可能なＴＦＴ基板であって、中央に２５．４ｍｍ角の画素領域を持つ。画素領域にはサイズ３５μｍ×１１０μｍ、短辺方向のピッチ５６μｍ、長辺方向のピッチ１６９μｍの画素開口部（総画素数６７５００ １５０ｐｐｉ）を設ける。陽極として膜厚１２０ｎｍのＡｇ層及び膜厚１０ｎｍのＩＴＯ層をスパッタ法により形成する。ガラス基板中央の３０ｍｍ角の領域に透明な絶縁層２２０を形成し、その周囲に陰極の引き出し電極２３０を２ｍｍの幅で形成する。これを評価基板１とする。

〔有機発光層の成膜〕
評価基板１上に、真空蒸着法により２８ｍｍ角の蒸着領域を持つマスクを介して画素開口部（２５．４ｍｍ角）上に有機層を形成する。蒸着は順にＣｕＰｃを１０ｎｍ、α−ＮＰＤを１０ｎｍ、Ａｌｑ３とＣｏｕｍａｒｉｎ５４０との９５：５の共蒸着層を２０ｎｍ、Ａｌｑ３を２０ｎｍ、ＬｉＦを１ｎｍの膜厚で形成する。これを蒸着基板１とする。

〔陰極の形成〕
引き続いて蒸着基板１に３４ｍｍ×３４ｍｍのマスクを用いて画素開口部と陰極の引き出し電極とを覆うようにＭｇ９０ｗｔ％，Ａｇ１０ｗｔ％となるよう共蒸着法にて５ｎｍの膜厚で形成する。更に４５μｍ×１２０μｍ開口部を持つ短辺方向のピッチ５６μｍ、長辺方向のピッチ１６９μｍのマスクを用いて画素開口部を被覆するようにスパッタ法によりＳｒＯ膜を２００ｎｍの膜厚でマスク成膜を行なう。この上に３４ｍｍ×３４ｍｍのマスクを用いて画素開口部と陰極の引き出し電極とを覆うようにＡｇをスパッタ法にて１０ｎｍの膜厚で成膜する。その後パッシベ−ション層として４０ｍｍ角のマスクを介してＣＶＤ法によりＳｉＮｘ層を更に１μｍの膜厚で一様に形成する。これを素子１とする。

比較例

〔比較素子の作製〕
蒸着基板１をもう一枚用意し、これを蒸着基板２とする。また、評価基板１上に２８ｍｍ角の蒸着領域を持つマスクを介して画素開口部（２５．４ｍｍ角）上に有機層を形成したものをもう一枚作製し、これを蒸着基板３とする。蒸着基板３の膜厚はＣｕＰｃを１０ｎｍ、α−ＮＰＤを１０ｎｍ、Ａｌｑ３とＣｏｕｍａｒｉｎ５４０との９５：５の共蒸着層を２０ｎｍ、Ａｌｑ３を５０ｎｍ、ＬｉＦを１ｎｍとする。

本発明の比較のため、本発明に沿った構成である素子１に対して、蒸着基板２を第２電極層のみ、蒸着基板３を第２電極層が透明電極層として作製する。

蒸着基板２に３４ｍｍ×３４ｍｍのマスクを用いて画素開口部と陰極の引き出し電極とを覆うようにＭｇ９０ｗｔ％，Ａｇ１０ｗｔ％となるよう共蒸着法にて５ｎｍの膜厚で形成する。その後パッシベ−ション層として４０ｍｍ角のマスクを介してＣＶＤ法によりＳｉＮｘ層を更に１μｍの膜厚で一様に形成する。これを素子２とする。

蒸着基板３に３４ｍｍ×３４ｍｍのマスクを用いて画素開口部と陰極の引き出し電極とを覆うようにＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍの膜厚で形成する。その後パッシベ−ション層として４０ｍｍ角のマスクを介してＣＶＤ法によりＳｉＮｘ層を１μｍの膜厚で一様に形成する。これを素子３とする。

〔特性の比較〕
以上作製した３つの素子を点灯させると、素子１、素子２では非点灯画素が見られないのに対して、素子３では非点灯画素が確認される。また、素子１と素子２との外部量子効率を比較すると、素子１の外部量子効率の方が高い。また、耐久特性においても素子１の耐久時間は素子２に比較して良好である。

本発明の実施形態にかかる層構成を備えた有機発光素子の概略断面構造の一例である。 実施例１で用いた有機発光素子である。

符号の説明

１００ 基板
１１０ 有機発光素子
１２０ 第１電極層（陽極）
１３０ 有機層
１４０ 第２電極層（陰極）
１５０ 透明絶縁層
１６０ 光反射透過層
２１０ ガラス基板
２２０ 画素開口部を有した透明絶縁層
２３０ 陰極の引き出し電極

Claims (3)

1. 基板の側から順に第１電極層、有機層、第２電極層、透明絶縁層、光反射透過層から成る層構成を画素開口部に持ち、
   前記第２電極層の膜厚が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
   前記光反射透過層と前記第１電極層との間に微小共振器構造を有し、
   前記光反射透過層と前記第１電極層との間の膜厚が、前記有機層から発光する光を強めるように調整されており、
   前記光反射透過層が導電性を持ち、前記第２電極層と前記光反射透過層とが、前記画素開口部以外の前記透明絶縁層が形成されていない部位で電気的に接続されており、
   前記第２電極層は蒸着法により形成されており、
   前記透明絶縁層はスパッタ法もしくはＣＶＤ法により形成されていることを特徴とする有機発光素子。
2. 前記透明絶縁層は吸湿性を持つ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記有機層は蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機発光素子。

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