JP6111442B2 - 有機ｅｌ素子、有機ｅｌパネル、有機ｅｌ発光装置、および有機ｅｌ表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光素子（以下「有機ＥＬ素子」と称する）の構造に関し、特に、画素電極と離間して設けられた補助電極と共通電極との間の導電性を向上させる技術、、当該有機ＥＬ素子を備える表示パネル、発光装置、および表示装置に関する。
近年、有機半導体を用いた各種機能素子の研究開発が進められており、代表的な機能素子として有機ＥＬ素子が挙げられる。有機ＥＬ素子は、電流駆動型の発光素子であり、画素電極および共通電極からなる電極対の間に、有機材料からなる発光層を含む機能層を設けた構成を有する。そして、有機ＥＬ素子は、電極対間に電圧を印加し、画素電極から機能層に注入されるホールと共通電極から機能層に注入される電子とを再結合させ、これにより発生する電界発光現象によって発光する。このように、有機ＥＬ素子は、自己発光を行うため視認性が高くかつ完全固体素子であるため耐衝撃性に優れることから、各種有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置における発光素子や光源としての利用が注目されている。
一般に、有機ＥＬ表示パネルにおける共通電極は、有機ＥＬ素子が配列されたパネル面全体を覆うように設けられている。共通電極には、パネル周縁において、外部より電圧が印加されるように電圧源が接続されている。そのため、パネルの中央領域には、電圧源から共通電極の電気抵抗を介して電圧が印加されることとなる。これにより、電圧源から同じ電圧を出力した場合であっても、パネル面内の中央領域と周辺領域とでは、各発光層に印加される電圧が大きくばらつき、有機ＥＬ素子の輝度もばらついてしまうおそれがある。この問題に対して、共通電極とともに共通電極よりも低抵抗の補助配線を用いて各発光層に電圧印加を行うことで、パネル面内での各発光層に印加される電圧のばらつきを抑制する発光装置が提案されている（特許文献１）。
：Ｋａｎａｍｅ Ｋａｎａｉ ｅｔ ａｌ．，ＯｒｇａｎｉｃＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １１，１８８（２０１０）．
ところで、近年、有機ＥＬ素子を備えた各種表示パネルは大型化している。表示パネルが大型化すると、パネルの中央領域に電圧源から共通電極の電気抵抗を介して電圧が印加されるまでの当該電気抵抗が大きくなってしまう。これにより、共通電極を介してパネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきが大きくなっている。当該電圧のばらつきが大きくなると、パネル面内での輝度ムラが顕著になってしまう。
本発明は上記を鑑みてなされたものであって、パネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制した有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、基板をベースとしてその上に画素領域と補助領域とが隣接して設けられた有機ＥＬ素子であって、前記基板上の画素領域相当部位に設けられた画素電極と、前記基板上の補助領域相当部位に設けられた補助配線と、前記画素電極上と前記補助配線上とに設けられた第１機能層と、前記第１機能層上の画素領域相当部位に設けられ、有機発光材料を含む発光層と、前記発光層上および前記第１機能層上の補助領域相当部位に設けられた第２機能層と、前記第２機能層上の画素領域相当部位から補助領域相当部位までに連続して設けられた共通電極と、を備え、前記第１機能層は、遷移金属の酸化物を含み、前記第２機能層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも１つのフッ化物を含み、前記共通電極は、前記第２機能層に含まれるフッ化物に対し還元性を有する金属を含む。
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子では、第１機能層が遷移金属の酸化物を含み、第２機能層がアルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも１つのフッ化物を含み、共通電極が、前記第２機能層に含まれるフッ化物に対し還元性を有する金属を含むため、パネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制できる。
［本発明の一態様を得るに至った経緯］
以下、本発明の態様を具体的に説明するに先立ち、本発明の態様を得るに至った経緯について説明する。
以下、本発明の態様を具体的に説明するに先立ち、本発明の態様を得るに至った経緯について説明する。
上述のように、近年、有機ＥＬ素子を備えた各種表示パネルの大型化に伴い、パネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきを抑制したいという要請がさらに高まっている。これに対して、発明者らは、補助配線と共通電極との間の導電性を向上させることで、この要請に応えようとした。
ここで、基板をベースとしてその上に画素電極が設けられる画素領域と補助配線が設けられる補助領域とが隣接して存在するよう構成されたパネルを考えると、基板上の少なくとも画素領域相当部位にホール注入性や電子注入性を向上させるための機能層が設けられているといえる。ここで、当該機能層のうちインクジェット法によるウェットプロセス法等で形成されるものは画素領域相当部位にのみ形成される。一方、当該機能層のうちスパッタリング法や真空蒸着法等で形成されるものは、パネル面内に亘って形成されることが多く、補助領域相当部位にも設けられることが多い。そこで、発明者らは、機能層の補助領域相当部位の導電性を向上させて、補助配線と共通電極との間の導電性を向上させることを考えた。
ところで、機能層は、異なる価数を取りうる遷移金属の酸化物を含むことがある。そして、発明者らは、小さい価数を取ると導電性が向上する遷移金属の酸化物を含んで機能層を構成し、機能層の補助領域相当部位に含まれる遷移金属の価数をより小さくすることを考えた。その結果、機能層の補助領域相当部位の導電性を向上させて、補助配線と共通電極との間の導電性を向上させることができ、パネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制できることが明らかになった。本発明の態様はこのような経緯により得られたものである。
以下、本発明の実施の形態の有機ＥＬ素子を説明し、続いて本発明の各性能確認実験の
結果と考察を述べる。なお、各図面における部材縮尺は、実際のものとは異なる。
結果と考察を述べる。なお、各図面における部材縮尺は、実際のものとは異なる。
［実施の一態様の概要］
本発明の一態様である有機ＥＬ素子は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、基板をベースとしてその上に画素領域と補助領域とが隣接して設けられた有機ＥＬ素子であって、前記基板上の画素領域相当部位に設けられた画素電極と、前記基板上の補助領域相当部位に設けられた補助配線と、前記画素電極上と前記補助配線上とに設けられた第１機能層と、前記第１機能層上の画素領域相当部位に設けられ、有機発光材料を含む発光層と、前記発光層上および前記第１機能層上の補助領域相当部位に設けられた第２機能層と、前記第２機能層上の画素領域相当部位から補助領域相当部位までに連続して設けられた共通電極と、を備え、前記第１機能層は、遷移金属の酸化物を含み、前記第２機能層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも１つのフッ化物を含み、前記共通電極は、前記第２機能層に含まれるフッ化物に対し還元性を有する金属を含む。
本発明の一態様である有機ＥＬ素子は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、基板をベースとしてその上に画素領域と補助領域とが隣接して設けられた有機ＥＬ素子であって、前記基板上の画素領域相当部位に設けられた画素電極と、前記基板上の補助領域相当部位に設けられた補助配線と、前記画素電極上と前記補助配線上とに設けられた第１機能層と、前記第１機能層上の画素領域相当部位に設けられ、有機発光材料を含む発光層と、前記発光層上および前記第１機能層上の補助領域相当部位に設けられた第２機能層と、前記第２機能層上の画素領域相当部位から補助領域相当部位までに連続して設けられた共通電極と、を備え、前記第１機能層は、遷移金属の酸化物を含み、前記第２機能層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも１つのフッ化物を含み、前記共通電極は、前記第２機能層に含まれるフッ化物に対し還元性を有する金属を含む。
これにより、パネル面内の各発光層に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制した有機ＥＬ素子を提供できる。
また、前記第２機能層の補助領域相当部位の厚みの最大値が、前記第１機能層の補助領域相当部位の表面粗さの最大高さＲｍａｘ以下であってもよい。
また、前記第１機能層の補助領域相当部位の少なくとも頂部が、前記共通電極と接していてもよい。
また、前記第１機能層の補助領域相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状が、前記第１機能層の画素領域相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状よりも隆起した形状となっていてもよい。
また、前記第１機能層の補助領域相当部位に含まれる遷移金属の価数の平均値は、前記第１機能層の画素領域相当部位に含まれる遷移金属の価数の平均値よりも小さくてもよい。
また、前記遷移金属は、Ｗ、Ｍｏ、Ｖのいずれかであってもよい。
また、前記第２機能層は、前記フッ化物としてＮａＦ、ＢａＦ2、ＣａＦ2、ＣｓＦ、ＭｇＦ2のいずれかを含んでもよい。
また、前記還元性を有する金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｇのいずれかであってもよい。
さらに、本発明の一態様である有機ＥＬパネルは、前記有機ＥＬ素子を複数備える。
さらに、本発明の一態様である有機ＥＬ発光装置は、前記有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子を駆動させる回路を備える。
さらに、本発明の一態様である有機ＥＬ表示装置は、前記有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子を駆動させる回路を備える。
［実施の形態］
＜実施の形態１＞
１．全体構成
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネル１を備えた発光装置の概略構成を示す模式ブロック図である。なお、有機ＥＬ表示パネル１は、発光層からの光をガラス基板の反対側からから取り出すトップエミッション型である。具体的には、有機ＥＬ表示パネル１に設けられたＡｌ（アルミニウム）からなる共通電極の厚みが極小さく、共通電極が光透過性を有する構成となっている。また、有機ＥＬ表示パネル１は、例えば、有機機能層をウェットプロセスにより塗布して製造する塗布型である。
＜実施の形態１＞
１．全体構成
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネル１を備えた発光装置の概略構成を示す模式ブロック図である。なお、有機ＥＬ表示パネル１は、発光層からの光をガラス基板の反対側からから取り出すトップエミッション型である。具体的には、有機ＥＬ表示パネル１に設けられたＡｌ（アルミニウム）からなる共通電極の厚みが極小さく、共通電極が光透過性を有する構成となっている。また、有機ＥＬ表示パネル１は、例えば、有機機能層をウェットプロセスにより塗布して製造する塗布型である。
図１に示すように、有機ＥＬ表示パネル１は、駆動回路３に接続され、駆動回路３は制御回路５により制御される。有機ＥＬ表示パネル１は、有機材料の電界発光現象を利用した発光装置であり、複数の有機ＥＬ素子が配列され構成されている。なお、実際の発光装置において、駆動回路３および制御回路５の配置は、これに限らない。
図２（ａ）は図１に示した有機ＥＬ表示パネルにおける、発光層および補助配線のレイアウトを示す上面図である。面積の等しい矩形状に形成された発光層１０７はマトリクス状に配置されている。補助配線１１０は、列方向（Ｙ方向）に延びるように形成され、行方向（Ｘ方向）に３つ並んだ発光層１０７を挟むように配置されている。
図３は、図１に示した有機ＥＬ表示パネルの断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ´断面図に対応する。
有機ＥＬ表示パネル１は、ガラス基板１００と、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）層１０１、層間絶縁層１０２、および平坦化層１０３を含むＴＦＴ基板１１２を備える。ＴＦＴ層１０１は、電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、ソース電極１０１ｄと、ドレイン電極１０１ｅとで構成されている。また、有機ＥＬ表示パネル１には、ＴＦＴ基板１１２をベースとして、その上に、画素領域１２０と補助領域１２１とが水平方向（Ｘ方向）に隣接して設けられている。以下、各層の画素領域１２０相当部位とは、各層のうちＴＦＴ基板１１２の画素領域１２０の上方に設けられた部分をいう。同様に、補助領域１２１相当部位とは各層のうちＴＦＴ基板１１２の補助領域１２１の上方に設けられた部分をいう。
また、有機ＥＬ表示パネル１は、ＴＦＴ基板１１２上の画素領域１２０相当部位に設けられた画素電極１０４と、ＴＦＴ基板１１２上の補助領域１２１相当部位に設けられた補助配線１１０と、隣り合う画素電極１０４の間および隣り合う画素電極１０４と補助配線１１０との間に形成された隔壁層１１１とを備える。画素電極１０４は、ＴＦＴ基板１１２に形成されたＴＦＴ層１０１の上方に形成されている。隔壁層１１１の形状は、この断面ではテーパー状である。さらに、有機ＥＬ表示パネル１は、画素電極１０４および補助配線１１０上に第１機能層として連続して設けられたホール注入層１０５と、ホール注入層１０５上の画素領域１２０相当部位に設けられたホール輸送層１０６と、ホール輸送層１０６上に設けられた発光層１０７と、発光層１０７上およびホール注入層１０５上の補助領域１２１相当部位に第２機能層として設けられた電子注入層１０８と、電子注入層１０８上に連続して設けられた共通電極１０９と、を備える。ホール注入層１０５は、上述のように画素電極１０４および補助配線１１０上に連続して設けられてもよいし、ホール注入層１０５の厚みや製造方法によって段切れしていてもよい。画素電極１０４、共通電極１０９、および補助配線１１０には図１に示した駆動回路３を介して直流電源が接続され、有機ＥＬ表示パネル１の外部より電圧が印加される。これにより、有機ＥＬ表示パネル１への給電が行われる。
２．各層の材料
ガラス基板１００は、無アルカリガラスからなる。ガラス基板１００の材料はこれに限らず、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコン系樹脂、またはアルミナ等の絶縁性材料のいずれかを用いることができる。
２．各層の材料
ガラス基板１００は、無アルカリガラスからなる。ガラス基板１００の材料はこれに限らず、例えば、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコン系樹脂、またはアルミナ等の絶縁性材料のいずれかを用いることができる。
画素電極１０４は、アルミ合金、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の積層構造からなる。画素電極１０４の材料はこれに限らず、例えば、銀合金および、ＩＺＯ、ＺｎＯのいずれかからなる積層構造等、を用いることができる。
ホール注入層１０５は、ＷＯx（酸化タングステン）からなる。
ホール輸送層１０６は、アミン系化合物であるＴＦＢ（ｐｏｌｙ（９、９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−（１、４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−（（４−ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｉｍｉｎｏ）−１、４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ））からなる。
発光層１０７は、有機高分子であるＦ８ＢＴ（ｐｏｌｙ（９、９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ））からなる。発光層１０７の材料はこれに限らず、公知の有機材料を用いてもよい。発光層１０７の材料は、例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質等を用いることができる。
電子注入層１０８は、ＮａＦ（フッ化ナトリウム）からなる。
共通電極１０９は、Ａｌからなる。
補助配線１１０は画素電極１０４と同じアルミ合金、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の積層構造からなる。
３．有機ＥＬ表示パネル１の製造方法
次に、有機ＥＬ表示パネル１の製造方法を例示する。
３．有機ＥＬ表示パネル１の製造方法
次に、有機ＥＬ表示パネル１の製造方法を例示する。
図４および図５は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の製造方法を示す断面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１１２上に、アルミ合金、ＩＴＯからなる画素電極１０４および補助配線１１０を形成する。具体的には、最初に、ＴＦＴ基板１１２をスパッタ成膜装置のチャンバー内に載置する。そして、チャンバー内に反応性ガスを導入しつつターゲット材をスパッタリングすることにより、ＴＦＴ基板１１２上にアルミ合金、ＩＴＯ膜を形成する。さらに、ＩＴＯ膜上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトレジスト膜にパターン露光、現像、焼成を施すことにより、マスクパターンを形成する。マスクパターンの形状は、画素電極１０４および補助配線１１０にそれぞれ対応している。その後、マスクパターンの形成されたＩＴＯ膜を、エッチング液を用いてエッチングする。これらの工程により、ＴＦＴ基板１１２上に、アルミ合金、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の積層構造からなる画素電極１０４および補助配線１１０を成膜する。
次に、図４（ｂ）に示すように、画素電極１０４および補助配線１１０上に連続して、ＷＯxを含むホール注入層１０５を成膜する。ＷＯxのような金属膜を成膜するため、ホール注入層１０５の成膜にはスパッタリング法が用いられる。具体的には、具体的には、アルゴンガスおよび酸素ガスを導入したチャンバー内において、高電圧を印加することによりアルゴンをイオン化させ、当該アルゴンイオンをターゲットに衝突させる。アルゴンイオンのターゲットへの衝突により、ターゲットから放出されたＷ粒子は酸素ガスと反応してＷＯxとなる。これにより、画素電極１０４および補助配線１１０上に亘ってＷＯxからなるホール注入層１０５が成膜される。ここで、ホール注入層１０５は、その厚みが１ｎｍ〜５０ｎｍの薄膜であるため、ホール注入層１０５の表面粗さの最大高さＲｍａｘは１ｎｍ〜１５ｎｍ程度となっている。
さらに、図４（ｃ）に示すように、隣り合う画素電極１０４の間および隣り合う画素電極１０４と補助配線１１０との間に、隔壁層１１１を形成する。具体的には、まず、隔壁層１１１の材料層を、ホール注入層１０５を覆うように、例えば、スピンコート法などを用いて積層する。次に、隔壁層１１１の材料層の上方に、マスクを形成する。マスクの形状は、隔壁層１１１を形成しようとする箇所に開口が設けられた形状である。この状態でフォトリソグラフィ法を用いパターニングすることにより、隣り合う画素電極１０４の間および隣り合う画素電極１０４と補助配線１１０との間に、隔壁層１１１を形成できる。
次に、図５（ａ）に示すように、画素領域１２０相当部位において、ホール注入層１０５上にホール輸送層１０６、発光層１０７を順に成膜する。具体的には、ホール注入層１０５の表面の画素領域１２０相当部位に、例えば、インクジェット法によるウェットプロセスにより有機材料と溶媒とを含むインクを滴下し、溶媒を揮発させて除去すればよい。これにより、画素領域１２０相当部位において、ホール注入層１０５上にホール輸送層１０６、発光層１０７を順に成膜できる。なお、ホール輸送層１０６および発光層１０７の形成方法はインクジェット法に限らない。例えば、スピンコート法、グラビア印刷法、ディスペンサー法、ノズルコート法、凹版印刷、凸版印刷等の公知の方法によりインクを滴下および塗布してもよい。
最後に、図５（ｂ）に示すように、発光層１０７およびホール注入層１０５の表面の補助領域１２１相当部位に、電子注入層１０８、共通電極１０９を順に成膜する。ＮａＦやＡｌのような金属膜を成膜するため、電子注入層１０８および共通電極１０９の成膜には真空蒸着法が用いられる。
なお、図３には図示しないが、有機ＥＬ表示パネル１の完成後に、電極対や各種機能層が大気曝露されるのを抑制するため、共通電極１０９の表面にさらに封止層を設けることができる。具体的には、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等からなる封止層を、有機ＥＬ表示パネル１を内部封止するように設ければよい。また、封止層の代わりに、有機ＥＬ表示パネル１全体を空間的に外部から隔離する封止缶を設けてもよい。具体的には、例えば、ガラス基板１００と同様の材料からなる封止缶を設け、密閉空間内部に水分などを吸着するゲッター剤を設ければよい。
以上の工程を経ることで、有機ＥＬ表示パネル１が完成する。
４．補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性について
以下、補助配線１１０および画素電極１０４上に設けられた各層の構成について述べた後、補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性の向上のメカニズムについて述べる。
４−１．補助配線１１０および画素電極１０４上に設けられた各層の構成
図６（ａ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の模式断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した断面図の補助配線１１０上の領域、すなわち点線で囲んだ領域βの拡大図である。
４．補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性について
以下、補助配線１１０および画素電極１０４上に設けられた各層の構成について述べた後、補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性の向上のメカニズムについて述べる。
４−１．補助配線１１０および画素電極１０４上に設けられた各層の構成
図６（ａ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の模式断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した断面図の補助配線１１０上の領域、すなわち点線で囲んだ領域βの拡大図である。
図６（ａ）に示すように、画素電極１０４上には、ホール注入層１０５、ホール輸送層１０６、発光層１０７、電子注入層１０８、共通電極１０９が設けられている。一方、補助配線１１０上には、ホール注入層１０５、電子注入層１０８、共通電極１０９が設けられている。
図６（ｂ）に示すように、補助配線１１０上において、ホール注入層１０５の表面は粗くなっている。これは、上述のように、ホール注入層１０５は、その厚みが１ｎｍ〜５０ｎｍの薄膜であるためである。また、電子注入層１０８の厚みの最大値Ｌｍａｘがホール注入層１０５の粗さの最大値Ｒｍａｘ以下である。ここで、電子注入層１０８の厚みは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍであるため、下地となっているホール注入層１０５の表面が粗くなっていると、真空蒸着法で電子注入層１０８を成膜したとしても、電子注入層１０８には厚みの大きい箇所と小さい箇所とが生じてしまう。そして、この構成では、電子注入層１０８の厚みの最も小さい箇所が厚みゼロとなっている。そのため、ホール注入層１０５の凹部には電子注入層１０８が埋め込まれ、ホール注入層１０５の頂部１０５ａには共通電極１０９が接触する箇所が生じている。
４−２．補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性
図７（ａ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の補助配線１１０上に設けられた各層の構成を説明する図であり、左側は共通電極１０９を形成した直後、右側は共通電極１０９を形成してから一定時間経過後に対応する。図７（ｂ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の画素電極１０４上に設けられた各層の構成を説明する図である。
４−２．補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性
図７（ａ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の補助配線１１０上に設けられた各層の構成を説明する図であり、左側は共通電極１０９を形成した直後、右側は共通電極１０９を形成してから一定時間経過後に対応する。図７（ｂ）は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の画素電極１０４上に設けられた各層の構成を説明する図である。
図７（ａ）の左側に示すように、補助配線１１０上において、ＷＯxからなるホール注入層１０５内には、価数が＋６のＷ（以下、Ｗ6+と称する）と、価数が＋５のＷ（以下、Ｗ5+と称する）、価数が＋４のＷ（以下、Ｗ4+と称する）とが混在している。なお、Ｗは、＋６、＋５、＋４、＋３等の価数を取り得る。
共通電極１０９の形成から一定時間が経過すると、図７（ａ）の右側に示すように、共通電極１０９とホール注入層１０５とが接する領域γにおいて、ホール注入層１０５内のＷ6+が還元されＷ5+へと変化する。これは、共通電極１０９を構成するアルミニウムが、還元性を有するためである。なお、共通電極１０９とホール注入層１０５が接していない場合でも、電子注入層１０８が十分薄い場合には、共通電極１０９を構成するアルミニウムによるホール注入層１０５内のＷ6+の還元が起きうる。ここで、十分薄いというのは、電子注入層１０８の厚みが、例えば、０．１ｎｍ〜１ｎｍ場合をいう。
ところで、ＷＯxにおいて、Ｗが取り得る最大価数は＋６である、そのため、Ｗ5+を含むＷＯxは酸素欠陥に類する構造を有するといえる。ここで、ホール注入層１０５を構成する材料が酸素欠陥に類する構造をとることで、当該構造に基づく電子準位により、ホール注入層のホール伝導効率が向上するとの報告がある（非特許文献１）。この報告を踏まえると、Ｗ5+の導電性は、Ｗ6+の導電性よりも大きいと考えられる。
ところで、共通電極１０９を構成するＡｌがＷ6+を還元すると、ＷＯxからＯ2-が発生し、Ｏ2-とＡｌ3+等によりＡｌＯX（酸化アルミニウム）が形成される。しかしながら、領域γ近傍の全部において、ＡｌＯXが形成される可能性は低い。以下、これについて述べる。
共通電極１０９を構成するＡｌは、ホール注入層を構成するＷ6+のみならず、電子注入層１０８を構成するＮａＦに含まれるＮａ+をＮａに還元する機能を有する。ここで、共通電極１０９を構成するＡｌがＮａ+を還元しても、Ｏ2-が発生しないので、ＡｌＯXは形成されない。その結果、Ａｌと比べて導電性が小さいＡｌＯXは、領域γ近傍の一部において形成される。そのため、補助配線１１０からホール注入層１０５のＷ5+を介して流れた電流は、共通電極１０９のＡｌに流れることができる。
以上より、補助配線１１０上において、共通電極１０９とホール注入層１０５との間の導電性は向上するといえる。
４−３．画素電極１０４と共通電極１０９との間の導電性
補助配線１１０上においては、共通電極１０９とホール注入層１０５との間の導電性はより向上することが求められるが、一方、画素電極１０４上のホール注入層１０５に求められる機能としては、共通電極１０９から注入される電子とバランスの取れたホールを画素電極１０４から注入するとともに、共通電極１０９から注入された電子の中で発光層からホール注入層１０５側へ流出する電子をブロックし、発光層内にとどめることが挙げられる。図７（ｂ）に示すように、画素電極１０４上において、共通電極１０９とホール注入層１０５との間には、ホール輸送層１０６、発光層１０７、電子注入層１０８が設けられている。そのため、共通電極１０９を構成するアルミニウムの還元性は、ホール注入層１０５のＷには及ばない。このことにより、発光特性に求められる適度なホールの注入性と電子ブロック性とを両立でき、発光層１０７の発光特性を向上できる。
５．効果
５−１．補助配線１１０と共通電極１０９との間の抵抗の測定
本実施の形態の効果について確認するため、補助配線１１０と共通電極１０９との間の抵抗の測定実験を行い、補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性を検討した。図８は、各補助配線上の構造による抵抗の測定結果を示し、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１における効果を説明する図である。サンプルＡは、補助配線上に第１機能層であるＷＯx、アルカリ土類金属をドープした有機電子注入層材料、およびＩＴＯからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＢは、補助配線上に第１機能層であるＷＯx、ＮａＦを含む機能層、アルカリ土類金属をドープした有機電子注入層材料、およびＩＴＯからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＣは、補助配線上に第１機能層であるＷＯxからなる電極にアルミニウムからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＤは、補助配線上に第１機能層であるＷＯxからなる電極にＮａＦを含む機能層およびアルミニウムからなる共通電極を積層した構造であり、本実施の形態に該当する。
４−３．画素電極１０４と共通電極１０９との間の導電性
補助配線１１０上においては、共通電極１０９とホール注入層１０５との間の導電性はより向上することが求められるが、一方、画素電極１０４上のホール注入層１０５に求められる機能としては、共通電極１０９から注入される電子とバランスの取れたホールを画素電極１０４から注入するとともに、共通電極１０９から注入された電子の中で発光層からホール注入層１０５側へ流出する電子をブロックし、発光層内にとどめることが挙げられる。図７（ｂ）に示すように、画素電極１０４上において、共通電極１０９とホール注入層１０５との間には、ホール輸送層１０６、発光層１０７、電子注入層１０８が設けられている。そのため、共通電極１０９を構成するアルミニウムの還元性は、ホール注入層１０５のＷには及ばない。このことにより、発光特性に求められる適度なホールの注入性と電子ブロック性とを両立でき、発光層１０７の発光特性を向上できる。
５．効果
５−１．補助配線１１０と共通電極１０９との間の抵抗の測定
本実施の形態の効果について確認するため、補助配線１１０と共通電極１０９との間の抵抗の測定実験を行い、補助配線１１０と共通電極１０９との間の導電性を検討した。図８は、各補助配線上の構造による抵抗の測定結果を示し、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１における効果を説明する図である。サンプルＡは、補助配線上に第１機能層であるＷＯx、アルカリ土類金属をドープした有機電子注入層材料、およびＩＴＯからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＢは、補助配線上に第１機能層であるＷＯx、ＮａＦを含む機能層、アルカリ土類金属をドープした有機電子注入層材料、およびＩＴＯからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＣは、補助配線上に第１機能層であるＷＯxからなる電極にアルミニウムからなる共通電極を積層した構造である。サンプルＤは、補助配線上に第１機能層であるＷＯxからなる電極にＮａＦを含む機能層およびアルミニウムからなる共通電極を積層した構造であり、本実施の形態に該当する。
図８に示すように、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのコンタクト抵抗は、それぞれ、２．７４Ｅ＋５[Ω]、１．８０Ｅ＋６[Ω]、４．２２Ｅ＋３[Ω]、２．３４Ｅ＋３[Ω]となっている。このように、サンプルＤすなわち本実施の形態において、導電性が最も高くなっているといえる。
５−２．ＸＰＳ測定
さらに、補助配線１１０上および画素電極１０４上における、ホール注入層１０５に含まれるＷＯxの価数について確認するため、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定実験を行った。
５−２．ＸＰＳ測定
さらに、補助配線１１０上および画素電極１０４上における、ホール注入層１０５に含まれるＷＯxの価数について確認するため、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定実験を行った。
（ＸＰＳ測定条件）
使用機器 ：Ｘ線光電子分光装置 ＰＨＩ５０００ ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ（アルバック・ファイ社製）
光源 ：Ａｌ Ｋα線
光電子出射角 ：基板法線方向に対し４５度
測定点間隔：０．１ｅＶ
なお、ピークの解析は、光電子分光解析用ソフト「ＰＨＩ Ｍｕｌｔｉｐａｋ」を用いて行った。
使用機器 ：Ｘ線光電子分光装置 ＰＨＩ５０００ ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ（アルバック・ファイ社製）
光源 ：Ａｌ Ｋα線
光電子出射角 ：基板法線方向に対し４５度
測定点間隔：０．１ｅＶ
なお、ピークの解析は、光電子分光解析用ソフト「ＰＨＩ Ｍｕｌｔｉｐａｋ」を用いて行った。
図９は、図１に示した有機ＥＬ表示パネル１の補助配線１１０上および画素電極１０４上におけるホール注入層１０５のＸＰＳ測定による結合エネルギーを示す図である。図９の横軸は相対結合エネルギー（ｅｖ）を示し、紙面左から右に向かって結合エネルギーが低くなるように示している。図９の縦軸は相対強度を示す。図９において、グラフａは画素電極１０４上のホール注入層１０５に対応し、グラフｂは補助配線１１０上のホール注入層１０５に対応している。
図９に示すように、ホール注入層１０５の補助領域１２１相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状が、ホール注入層１０５の画素領域１２０相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状よりも隆起した形状となっている。これにより、補助配線１１０上および画素電極１０４上において、ホール注入層１０５の導電性が異なっていることが確認できた。ホール注入層１０５の画素領域１２０相当部位では、最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域内に隆起（ピークとは限らない）した構造を持つＷＯxとなっているため、有機ＥＬ素子において優れた導電性が発揮できるようになったと考えられる。
５−３．効果
このように、ホール注入層１０５の補助配線１１０上に設けられた部分の方が、ホール注入層１０５の画素電極１０４上に設けられた部分よりも、導電性が高いといえる。具体的には、ホール注入層１０５を構成するＷＯxは、上記の最大価数（＋６）および最大価数よりも低い価数（＋５、＋４）等、様々な価数を取るＷが集まって構成されているが、ホール注入層１０５全体で見ると、それらの様々な価数の平均の価数となっている。そして、ホール注入層１０５の補助領域１２１相当部位に含まれるＷの価数の平均値は、ホール注入層１０５の画素領域１２０相当部位に含まれるＷの価数の平均値よりも小さい。そのため、この構成の有機ＥＬ素子では、パネル面内の各発光層１０７に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制できる。その結果、パネル面内での輝度ムラをさらに抑制できる。
［変形例］
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、上記実施の形態で示した構成に限定されない。以下、変形例について具体的に述べる。
１．有機ＥＬ素子の層構成
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、トップエミッション型に限らず、いわゆるボトムエミッション型の構成でもよい。
５−３．効果
このように、ホール注入層１０５の補助配線１１０上に設けられた部分の方が、ホール注入層１０５の画素電極１０４上に設けられた部分よりも、導電性が高いといえる。具体的には、ホール注入層１０５を構成するＷＯxは、上記の最大価数（＋６）および最大価数よりも低い価数（＋５、＋４）等、様々な価数を取るＷが集まって構成されているが、ホール注入層１０５全体で見ると、それらの様々な価数の平均の価数となっている。そして、ホール注入層１０５の補助領域１２１相当部位に含まれるＷの価数の平均値は、ホール注入層１０５の画素領域１２０相当部位に含まれるＷの価数の平均値よりも小さい。そのため、この構成の有機ＥＬ素子では、パネル面内の各発光層１０７に印加される電圧のばらつきを、さらに抑制できる。その結果、パネル面内での輝度ムラをさらに抑制できる。
［変形例］
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、上記実施の形態で示した構成に限定されない。以下、変形例について具体的に述べる。
１．有機ＥＬ素子の層構成
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、トップエミッション型に限らず、いわゆるボトムエミッション型の構成でもよい。
また、上記実施の形態では、ホール注入層と電子注入層との間に、ホール輸送層と発光層とを設けた。しかしながら、これに限らず、ホール輸送層は、陽極と発光層との間に含まれる層の組み合わせが、陽極から発光層へのホールの注入を円滑に行うものである場合、省略することもできる。すなわち、ホール注入層と電子注入層との間に発光層のみを設けてもよい。
２．補助配線、電子注入層、および共通電極の材料
上記実施の形態等では、補助配線がＷＯx、電子注入層がＮａＦ、共通電極がアルミニウムを含むように構成したが、これに限らない。以下、当該材料についての変形例を説明する。
２−１．補助配線
上記実施の形態等では、補助配線がＷＯxを含むよう構成したが、これに限らない。補助配線としては、ＷＯxに限らず、遷移金属の酸化物をいずれかを含む構成であればよい。なお、遷移金属とは、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）などをいう。
２−２．電子注入層
上記実施の形態等では、電子注入層がＮａＦを含むよう構成したが、これに限らない。電子注入層としては、ＮａＦに限らず、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物を含む構成であればよい。また、アルカリ金属のフッ化物およびアルカリ土類金属を複数の種類含む構成であってもよい。なお、アルカリ金属とは、Ｎａ、Ｌｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）をいい、アルカリ土類金属とは、Ｃａ（カルシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）をいう。また、電子注入層としては、フッ化物に限らず、アルカリ金属単体またはアルカリ土類金属単体を含む構成であってもよい。
２−３．共通電極
上記実施の形態等では、共通電極がＡｌを含むよう構成したが、これに限らない。共通電極としては、Ｃｕ、Ａｇ，Ｍｇなどの還元性を有する金属のいずれかが考えられる。
３．有機ＥＬ素子の適用例
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、および有機ＥＬ表示装置に適用することができる。有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、および有機ＥＬ表示装置に適用するに適用することで、これら装置の輝度むらを抑制し、発光特性に優れた装置を実現できる。
２．補助配線、電子注入層、および共通電極の材料
上記実施の形態等では、補助配線がＷＯx、電子注入層がＮａＦ、共通電極がアルミニウムを含むように構成したが、これに限らない。以下、当該材料についての変形例を説明する。
２−１．補助配線
上記実施の形態等では、補助配線がＷＯxを含むよう構成したが、これに限らない。補助配線としては、ＷＯxに限らず、遷移金属の酸化物をいずれかを含む構成であればよい。なお、遷移金属とは、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）などをいう。
２−２．電子注入層
上記実施の形態等では、電子注入層がＮａＦを含むよう構成したが、これに限らない。電子注入層としては、ＮａＦに限らず、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物を含む構成であればよい。また、アルカリ金属のフッ化物およびアルカリ土類金属を複数の種類含む構成であってもよい。なお、アルカリ金属とは、Ｎａ、Ｌｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）をいい、アルカリ土類金属とは、Ｃａ（カルシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）をいう。また、電子注入層としては、フッ化物に限らず、アルカリ金属単体またはアルカリ土類金属単体を含む構成であってもよい。
２−３．共通電極
上記実施の形態等では、共通電極がＡｌを含むよう構成したが、これに限らない。共通電極としては、Ｃｕ、Ａｇ，Ｍｇなどの還元性を有する金属のいずれかが考えられる。
３．有機ＥＬ素子の適用例
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、および有機ＥＬ表示装置に適用することができる。有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、および有機ＥＬ表示装置に適用するに適用することで、これら装置の輝度むらを抑制し、発光特性に優れた装置を実現できる。
有機ＥＬパネルについては、有機ＥＬ素子を１つ配置してもよいし、同じ色に発光する赤色、緑色、青色の各画素に対応する有機ＥＬ素子を複数個配置してもよいし、同じ色の有機ＥＬ素子を複数個配置してもよい。有機ＥＬ発光装置は、例えば、照明装置等に利用することができる。有機ＥＬ表示装置は、例えば、有機ＥＬディスプレイ等に利用することができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、家庭用もしくは公共施設、あるいは業務用の各種表示装置、テレビジョン装置、携帯型電子機器用ディスプレイ等に用いられる有機ＥＬ装置に好適に利用可能である。
１ 有機ＥＬ表示パネル
３ 駆動回路
５ 制御回路
１００ 基板
１０１ ＴＦＴ層
１０２ 層間絶縁層
１０３ 平坦化層
１０４ 画素電極
１０５ ホール注入層
１０６ ホール輸送層
１０７ 発光層
１０８ 電子注入層
１０９ 共通電極
１１０ 補助配線
１１１ 隔壁層
１１２ ＴＦＴ基板
３ 駆動回路
５ 制御回路
１００ 基板
１０１ ＴＦＴ層
１０２ 層間絶縁層
１０３ 平坦化層
１０４ 画素電極
１０５ ホール注入層
１０６ ホール輸送層
１０７ 発光層
１０８ 電子注入層
１０９ 共通電極
１１０ 補助配線
１１１ 隔壁層
１１２ ＴＦＴ基板
Claims (11)
- 基板をベースとしてその上に画素領域と補助領域とが隣接して設けられた有機ＥＬ素子であって、
前記基板上の画素領域相当部位に設けられた画素電極と、
前記基板上の補助領域相当部位に設けられた補助配線と、
前記画素電極上と前記補助配線上とに設けられた第１機能層と、
前記第１機能層上の画素領域相当部位に設けられ、有機発光材料を含む発光層と、
前記発光層上および前記第１機能層上の補助領域相当部位に設けられた第２機能層と、
前記第２機能層上の画素領域相当部位から補助領域相当部位までに連続して設けられた共通電極と、
を備え、
前記第１機能層は、遷移金属の酸化物からなり、
前記第２機能層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうち少なくとも１つのフッ化物を含み、
前記共通電極は、前記第２機能層に含まれるフッ化物に対し還元性を有する金属を含む、
有機ＥＬ素子。 - 前記第２機能層の補助領域相当部位の厚みの最大値が、前記第１機能層の補助領域相当部位の表面粗さの最大高さＲｍａｘ以下である、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記第１機能層の補助領域相当部位の少なくとも頂部が、前記共通電極と接している、
請求項２に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記第１機能層の補助領域相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状が、前記第１機能層の画素領域相当部位において最も低い結合エネルギーのピーク位置から３．６ｅＶ低いエネルギーまでのＸＰＳスペクトルの形状よりも隆起した形状となっている、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記第１機能層の補助領域相当部位に含まれる遷移金属の価数の平均値は、前記第１機能層の画素領域相当部位に含まれる遷移金属の価数の平均値よりも小さい、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記遷移金属は、Ｗ、Ｍｏ、Ｖのいずれかである、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記第２機能層は、前記フッ化物としてＮａＦ、ＢａＦ2、ＣａＦ2、ＣｓＦ、ＭｇＦ2のいずれかを含む、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記還元性を有する金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｇのいずれかである、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 請求項１に記載の有機ＥＬ素子を複数備える有機ＥＬパネル。
- 請求項１に記載の有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子を駆動させる回路を備える有機ＥＬ発光装置。
- 請求項１に記載の有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子を駆動させる回路を備える有機ＥＬ表示装置。
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