JP5988624B2 - 発光装置及びこれを用いた撮像装置、画像形成装置 - Google Patents

発光装置及びこれを用いた撮像装置、画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子を用いた発光装置に関する。
有機EL素子を用いた発光装置は基板上に複数の第1電極、発光層を含む複数の有機材料からなる膜、第2電極を順に成膜することで画素を形成する。そして、第1電極と第2電極の間に電圧を印加することにより各電極から電荷を注入し、発光層にて正孔−電子再結合を起こさせ、光を発生させる。一般的に、第1電極は基板上に電気的に独立した状態で複数形成されており、第2電極は複数の第1電極上を覆い形成される。このように、第1電極を電気的に独立させることにより、任意の箇所を選択して発光させることが可能となる。
しかしながら、近年の発光装置の高画素化に伴い、近接する隣接画素間でのリーク電流の問題が顕在化してきており、特許文献1には画素間を区切る絶縁膜のテーパー形状を用いて、このような隣接画素間のリーク電流を抑える方法が提案されている。
特開2009−277590号公報
しかしながら、前述した画素間を区切る絶縁膜を用いたリーク電流抑制方法では、画素間を区切る絶縁膜を形成する必要があり、画素の高精細化には不向きであった。
本発明の課題は、画素間を区切る絶縁膜を用いることなく、隣接画素間のリーク電流を抑制し、高精細化に対応した発光装置を提供することにある。
本発明の第1は、絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
前記有機EL素子を第二電極側から俯瞰した俯瞰図において、前記溝の一辺が前記第一電極の一辺と一致し、
前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする。
本発明の第2は、絶縁層上に形成された発光色が互いに異なる複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光色に応じた発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と第2電荷輸送層と第2電極とが複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
前記第1電荷輸送層の膜厚は、前記有機EL素子の発光色によって異なっており、
前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の最も薄い膜厚より大きく、
前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計で最も薄い膜厚よりも小さいことを特徴とする。
本発明の第3は、絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
前記溝が形成された辺において、前記絶縁層の側面よりも前記第1電極の側面が外側に突出しており、
前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする。
本発明の第4は、絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
前記溝の形状は、逆テーパーであり、
前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする。
本発明の第5は、絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
前記有機EL素子を第二電極側から俯瞰した俯瞰図において、前記溝の一辺が、前記第一電極の一辺と一致または前記第一電極と重なっていることを特徴とする。
本発明によれば、第1電極の一辺に沿って絶縁層に溝を設けることで、第1電極及び絶縁層の溝の側面で第1電荷輸送層の膜厚を薄くすることができ、隣接画素間でのリーク電流を効果的に抑えることができる。また、係る溝は第1電極とパターンを同じくするため、隣接する画素間で追加の部材が不要で、高画素化することができる。
さらに、本発明では、係る溝と第1電極の膜厚の合計を、第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さくすることで、係る溝のカバレッジ不足を招くことがなく、第1電極と第2電極の短絡も防止される。
また、本発明では上記溝において、絶縁層の側面よりも第1電極の側面を突出させることにより、溝の側面に形成される第1電荷輸送層の膜厚がさらに薄くなるため、より効果的にリーク電流を抑えることが可能となる。
本発明の第1の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 図1の実施形態の部分拡大図である。 本発明の第2の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。尚、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の発光装置の第1の実施形態の2画素(有機EL素子)分の構成を模式的に示す断面図である。
本発明は、絶縁層上に複数の有機EL素子を備えた発光装置である。本実施形態では、有機EL素子が、絶縁層1上に形成された、第1電極2と、第1電荷輸送層3と、発光層4と、第2電荷輸送層5と、第2電極6とをこの順で有する。そして、第1電極2が有機EL素子毎に形成されており、第1電荷輸送層3と発光層4と第2電荷輸送層5と第2電極6とが複数の有機EL素子に共通に形成されている。
本実施形態において、絶縁層1は、ガラス、シリコンウェハ、樹脂などからなる。絶縁層1の下部にはトランジスタなどを形成し、第1電極2の電気信号を制御してもよい。
第1電極2は、アルミニウム、銀、クロム、チタン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、インジウム、白金などの金属単体又は合金又は酸化物からなる。
第1電荷輸送層3は第1電極2から第1の電荷を効率よく注入する機能と、第1電荷輸送層3上に形成される発光層4に第1の電荷を運ぶ機能を持っている。第1電荷輸送層3は第1電極2から第1の電荷注入を行う第1電荷注入層と第1の電荷を運ぶ第1電荷輸送層からなる積層膜であってもよい。また、第1電荷輸送層3は発光層4から漏れてくる第2の電荷を遮蔽する第1ブロッキング層を含む積層膜であってもよい。
第1電荷輸送層3上に発光層4を形成し、発光層4上に第2電荷輸送層5を形成する。第2電荷輸送層5は第2電極5から第2の電荷を効率よく注入する機能と、発光層4に注入された第2の電荷を運ぶ機能を持っている。第2電荷輸送層5は第2電極6から第2の電荷注入を行う第2電荷注入層と第2の電荷を運ぶ第2電荷輸送層からなる積層膜であってもよい。また、第2電荷輸送層5は発光層4から漏れてくる第1の電荷を遮蔽する第2ブロッキング層を含む積層膜であってもよい。
第2電極6は複数の第1電極2を覆う形で形成されており、第1電極2とは異なる電荷を注入する。第2電極6の材料は、第1電極2と同様であるが、第1電極2と第2電極6はいずれか一方が反射性の電極、他方が光透過性の電極となる。従って、反射性の電極については、反射性の高い金属を用いるか、或いは、光透過性の導電層と反射性の高い金属反射層とを積層する。また、光透過性の電極については、金属の薄膜或いはITO(酸化インジウムスズ)などの光透過性の導電材を用いて形成する。
本発明において、絶縁層1には少なくとも第1電極2の一辺に沿った溝10が形成されている。尚、ここで言う第1電極2の一辺とは、第2電極6側(紙面上方)から見た第1電極2の平面形状の一辺である。溝10の詳細を、図2を用いて説明する。図2は溝10の領域を拡大したものであり、溝10と該溝10が沿った第1電極2の一辺は紙面に垂直な方向に延びている。尚、第1電極2をマスクとして絶縁層1をエッチングすれば、第1電極2の一辺に沿った溝10が簡単に形成される。
図2において、絶縁層1に形成された溝10の深さ(d1)は第1電荷輸送層3の膜厚(d3)よりも大きく、溝10の深さと第1電極2の膜厚の合計(d2)は第1電荷輸送層3と発光層4と第2電荷輸送層5の膜厚の合計(d4)よりも小さくなる。
絶縁層1にこのような溝10を設けることにより、溝10の側面に形成される第1電荷輸送層3の膜厚は薄くなる。そのため、溝10を設けた第1電極2の一辺に隣接する有機EL素子の第1電極2上の発光層4に第1電荷輸送層3を通じて電流が流れる経路を狭めることができる。その結果、溝10を設けた第1電極2の一辺に隣接する有機EL素子の第1電極2上の発光層4へのリーク電流を抑えることができる。また、絶縁層1に設けられた溝10は第1電極2の一辺に沿っている、即ちパターンを同じくしているため、絶縁層1のみで溝10を設けた場合に比べて、溝10の側面で第1電荷輸送層3を薄くする効果が大きく、リーク電流を抑制する効果が大きい。
また、溝10の断面形状は順テーパー状でもよいが、逆テーパー状の方が、溝10の側面で第1電荷輸送層3を薄くする効果が大きく、リーク電流を抑制する効果が大きいため好ましい。
このような溝10を形成した場合、溝10のカバレッジ不足のため、第1電極1と第2電極6が短絡してしまうことが懸念される。しかしながら、本発明では第1電荷輸送層3と発光層4と第2電荷輸送層5の膜厚の合計(d4)よりも、溝10の深さと第1電極2の膜厚の合計(d2)を小さくすることで、第1電極1と第2電極6の短絡を回避することができる。
本実施形態の発光装置はレーザービームプリンタなどの画像形成装置に適用することができる。より具体的には、画像形成装置は、発光装置によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を備えている。また、本発明の発光装置は、異なる色を発する複数の有機EL素子を含んでいてもよく、この場合には、CMOSセンサなどの撮像素子を有するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置のディスプレイや電子ビューファインダに使用することができる。その他に、画像形成装置のディスプレイ、携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報端末のディスプレイに使用することができる。また、本発明の発光装置は、単色の複数の有機EL素子と、赤色、緑色、青色のカラーフィルタと、を備える構成であってもよい。
(第2の実施形態)
図3に本発明の第2の実施形態の構成を模式的に示す断面図を示す。図3は、A,Bの2画素の端部とその間隙領域を拡大したものである。尚、第2電極については図示を省略する。
本実施形態は、発光色が異なる複数の有機EL素子を備えた発光装置であり、有機EL素子が、絶縁層1上に形成された、第1電極2と、第1電荷輸送層3と、発光色に応じた発光層4a,4bと、第2電荷輸送層5と、第2電極(不図示)とをこの順で有する。そして、第1電極2が有機EL素子毎に形成されており、第1電荷輸送層3と第2電荷輸送層5と第2電極(不図示)とが複数の有機EL素子に共通に形成されている。さらに、第1電荷輸送層が前記有機EL素子の発光色によって異なる膜厚で形成されている。
図3において画素Aと画素Bでは異なる色を発光する。画素Aの発光層4aと画素Bの発光層4bとは異なる色を発光する材料により形成され、画素Aの第1電荷輸送層3の厚さ(d3a)と、画素Bの第1電荷輸送層3の厚さ(d3b)は異なっている。これは、発光する色が異なるため、光学長の調整を行うことが必要なためである。
画素Bの溝10bでは絶縁層1の溝の深さ(d1)より第1電荷輸送層3の膜厚が厚く(d3b)、溝形成によって第1電荷輸送層3を薄くする効果が得られていない。しかし、隣接する画素Aの溝10aでは絶縁層1の溝の深さ(d1)より第1電荷輸送層3の膜厚が薄く(d3a)なっており、溝形成によって第1電荷輸送層3を薄くする効果が得られている。
ここで、画素Aと画素Bとの間でのリーク電流を考えると、溝10aにおいて、リーク電流の経路となる第1電荷輸送層3が薄くなっており、リーク電流を抑制することができる。このように、本実施形態では、第1電荷輸送層3の膜厚が有機EL素子の発光色により異なる場合でも、少なくとも第1電荷輸送層3の最も薄い領域で溝による薄膜化を実施すれば画素間のリーク電流を抑えることができる。
また、溝10a,10bのカバレッジ不足による第1電極2と第2電極(不図示)の短絡は第1電荷輸送層3の膜厚とそれに対応する発光層4a,4bの膜厚と、第2電荷輸送層5の膜厚の合計が最も薄い領域でのみ考慮すれば回避することができる。
また、隣接する有機EL素子の発光色が異なる場合、隣接する有機EL素子の第1電極と相対する辺にのみ溝を設けることで、リーク電流が流れても色合いに変化を与えることがなくなり、表示に与える影響を小さくすることができる。
上記第1,第2の実施形態においては、溝が形成された第1電極2の一辺において、第1電極2の側面と絶縁層1の溝の側面とが連続しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図4の断面模式図で示すように、第1電極2が、絶縁層1に形成された溝10の側面よりも外側に突出していても良い。このような構造にすることで、溝の側面に形成される第1電荷輸送層3の膜厚をより効果的に薄くすることができる。各層の膜厚条件は第1の実施の形態と同様である。
本実施形態の発光装置は、CMOSセンサなどの撮像素子を有するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置のディスプレイや電子ビューファインダに使用することができる。その他に、画像形成装置のディスプレイ、携帯電話やスマートフォンなどの携帯情報端末のディスプレイに使用することができる。
図1に示す構成の発光装置のサンプルを作製した。先ず、ガラス基板上に低温ポリシリコンを用いたTFT駆動回路を作製し、表面にポリイミド樹脂からなる絶縁層1を成膜した。絶縁層1の厚さは1.5μmとし、フォトリソグラフィの技術を用いて、該絶縁層1にコンタクトホールを形成した。
次に第1電極2としてアルミニウムとITOの積層膜をスパッタリング法で成膜し、パターニングした。アルミニウムの膜厚は30nm、ITOの膜厚は10nmとした。つまり、第1電極2の厚さは40nmである。第1電極2は絶縁層1に形成したコンタクトホールを通じてTFT駆動回路と電気的に接続し、所望の第1電極2にのみ電気信号を送れるようにした。
この状態のサンプルをA、B、Cの3種類作製し、サンプルA、サンプルBに対しては酸素プラズマ処理を行うことで第1電極2をマスクとして、絶縁層1を30nmエッチングし、溝10を形成した。サンプルCに対しては溝10は形成していない。
次にサンプルA、サンプルB、サンプルCに第1電荷輸送層3として、α−NPDを20nmの膜厚で蒸着法により成膜した。
次にクマリン6をドープしたBalqを発光層4として蒸着法により成膜したが、サンプルA、サンプルCは40nmの膜厚とし、サンプルBは20nmの膜厚とした。
次に第2電荷輸送層5としてAlq3とCs2CO3の共蒸着膜をサンプルA、サンプルCでは20nm、サンプルBでは10nmの膜厚で成膜した。
次に第2電極6としてITOをスパッタリング法により50nmの厚さに成膜した。サンプルA,B,Cの構成を下記表1に示す。
Figure 0005988624
以上の方法で作製したサンプルA、B、CをTFT駆動回路を通して、所望の第1電極2の領域のみ発光させた。その結果、サンプルAでは所望の第1電極2の領域のみ発光したが、サンプルBでは第1電極2と第2電極6が短絡してしまい、発光が見られず、サンプルCでは所望の第1電極2に隣接する個所でもリーク電流によるわずかな発光が見られた。
1:絶縁層、2:第1電極、3:第1電荷輸送層、4,4a,4b:発光層、5:第2電荷輸送層、6:第2電極、10,10a,10b:溝

Claims (12)

  1. 絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
    前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
    前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
    前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
    前記有機EL素子を第二電極側から俯瞰した俯瞰図において、前記溝の一辺が前記第一電極の一辺と一致し、
    前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
    前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする発光装置。
  2. 絶縁層上に形成された発光色が互いに異なる複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
    前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光色に応じた発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
    前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と第2電荷輸送層と第2電極とが複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
    前記第1電荷輸送層の膜厚は、前記有機EL素子の発光色によって異なっており、
    前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
    前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の最も薄い膜厚より大きく、
    前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計で最も薄い膜厚よりも小さいことを特徴とする発光装置。
  3. 前記溝は、隣接する有機EL素子の発光色が異なる場合に、隣接する有機EL素子の第1電極に相対する第1電極の辺にのみ形成されていることを特徴とする請求項2記載の発光装置。
  4. 前記溝が形成された辺において、前記絶縁層の側面よりも前記第1電極の側面が外側に突出していることを特徴とする請求項2又は3に記載の発光装置。
  5. 前記溝の形状は、逆テーパーであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
    前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
    前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
    前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
    前記溝が形成された辺において、前記絶縁層の側面よりも前記第1電極の側面が外側に突出しており、
    前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
    前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする発光装置。
  7. 前記溝の形状は、逆テーパーであることを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
  8. 絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
    前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
    前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
    前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
    前記溝の形状は、逆テーパーであり、
    前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
    前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする発光装置。
  9. 絶縁層上に形成された複数の有機EL素子を備えた発光装置において、
    前記有機EL素子が、前記絶縁層上に形成された、第1電極と、第1電荷輸送層と、発光層と、第2電荷輸送層と、第2電極とをこの順で有し、
    前記第1電極は前記複数の有機EL素子のそれぞれに形成されており、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層と第2電極とが前記複数の有機EL素子に渡って連続して形成されており、
    前記第一電極と他の前記第一電極との間に配置されている溝を有し、
    前記有機EL素子を第二電極側から俯瞰した俯瞰図において、前記溝の一辺が、前記第一電極の一辺と一致または前記第一電極と重なっていることを特徴とする発光装置。
  10. 前記溝の深さは前記第1電荷輸送層の膜厚より大きく、
    前記溝の深さと前記第1電極の膜厚の合計は、前記第1電荷輸送層と発光層と第2電荷輸送層の膜厚の合計よりも小さいことを特徴とする請求項9に記載の発光装置。
  11. 撮像素子と、ディスプレイとを有する撮像装置であって、
    前記ディスプレイは、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置を有することを特徴とする撮像装置。
  12. ディスプレイを有する画像形成装置であって、
    前記ディスプレイは、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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