説明

有機EL装置

【課題】品位良好な有機EL装置を提供することを可能とする。
【解決手段】絶縁基板と、前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、前記透過電極の上に積層された反射電極と、前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、前記有機層の上に配置された対向電極と、を備えたことを特徴とする有機EL装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自発光型で、高速応答、広視野角、高コントラストの特徴を有し、かつ、更に薄型軽量化が可能な有機エレクトロルミネセンス(EL)素子を用いた表示装置の開発が盛んに行われている。この有機EL素子は、水分や酸素の影響により劣化しやすい薄膜を含んでいる。このため、有機EL素子が大気に曝されないように気密に封止する必要がある。
【0003】
例えば、特許文献1によれば、有機樹脂(organic resin)からなる絶縁フィルム(insulating film)の上に発光素子(light-emitting element)を備えた表示装置(display device)であって、絶縁フィルムの側部(side portion)をカバーするシールフィルム(sealing film)を備えた構成が開示されている。
【0004】
また、特許文献2によれば、薄膜トランジスタに電気的に接続されたアノード電極と、アノード電極の上側に配置された有機EL層と、有機EL層の上側に配置されたカソード電極とを備えた有機EL表示装置であって、アノード電極が基板に近い側から順に下部透明導電膜、反射金属膜、上部透明導電膜の3層を含み、反射金属膜が上面、下面、及び、側面のすべてが透明導電膜で被覆された構成が開示されている。特に、反射金属膜はアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成り、下部透明導電膜及び上部透明導電膜はIZO、ITO、ZnOのいずれかから成ることが開示されている。
【0005】
このような特許文献2においては、アルミニウムやアルミニウム合金からなる反射金属膜は、活性であり化学的に不安定であるため、透明導電膜を配して表面変化を抑制する技術が適用されている。
【0006】
しかしながら、反射金属膜の上面に配置される上部透明導電膜の膜厚のばらつきが比較的大きい。一方で、有機層の膜厚は、発光効率を最適化する上で制約があり、しかも、均一性が要求される。比較的薄い膜厚の有機層を形成する場合、上部透明導電膜の膜厚のばらつきに起因して、有機層の膜厚の均一性が阻害されるおそれがある。また、陽極と陰極との間に異物が介在した場合に、陽極−陰極間のショートが発生しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許出願公開第2008/0116795号明細書
【特許文献2】特開2007−317606号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、品位良好な有機EL装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、前記透過電極の上に積層された反射電極と、前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、前記有機層の上に配置された対向電極と、を備えたことを特徴とする有機EL装置が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、品位良好な有機EL装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】図1は、この発明の一態様に係る有機EL表示装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図2】図2は、図1に示した有機EL表示装置の表示パネルをII−II線で切断した有機EL素子を含む概略断面図である。
【図3】図3は、本実施形態の素子構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図4】図4は、参考例の素子構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0013】
図1は、有機EL装置の一例として、アクティブマトリクス駆動方式を採用した有機EL表示装置の構成を概略的に示す平面図である。
【0014】
すなわち、有機EL表示装置は、略矩形状の表示パネル1を備えている。この表示パネル1は、アレイ基板100及び対向基板200を備えている。アレイ基板100は、画像を表示する略矩形状のアクティブエリア(第1領域)102と、このアクティブエリア102の周辺に枠状に形成された周辺エリア(第2領域)104と、を有している。アレイ基板100のアクティブエリア102には、複数の有機EL素子OLEDがマトリクス状に配置されている。
【0015】
対向基板200は、アレイ基板100のアクティブエリア102において、有機EL素子OLEDと向かい合っている。この対向基板200は、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する絶縁基板である。
【0016】
また、アレイ基板100の周辺エリア104には、対向基板200の端部200Eから外方に向かって延在した延在部110が形成されている。この延在部110には、接続部130が設けられている。このような接続部130には、有機EL素子OLEDに電源や各種制御信号などの有機EL素子OLEDに対して駆動に必要な信号を供給する駆動ICチップやフレキシブル・プリンテッド・サーキット(以下、FPCと称する)などの信号供給源が実装可能である。
【0017】
図2は、図1に示した有機EL表示装置の有機EL素子OLEDを含む表示パネル1の断面図である。
【0018】
アレイ基板100は、ガラス基板やプラスチック基板などの光透過性を有する絶縁基板101、絶縁基板101の上方に形成されたスイッチング素子SW及び有機EL素子OLEDなどを有している。絶縁基板101の上には、第1絶縁膜111が配置されている。第1絶縁膜111の上には、スイッチング素子SWの半導体層SCが配置されている。この半導体層SCは、例えばポリシリコンによって形成されている。この半導体層SCには、チャネル領域SCCを挟んでソース領域SCS及びドレイン領域SCDが形成されている。
【0019】
半導体層SCは、第2絶縁膜112によって被覆されている。また、この第2絶縁膜112は、第1絶縁膜111の上にも配置されている。第2絶縁膜112の上には、チャネル領域SCCの直上にスイッチング素子SWのゲート電極Gが配置されている。この例では、スイッチング素子SWは、トップゲート型のpチャネル薄膜トランジスタである。ゲート電極Gは、第3絶縁膜113によって被覆されている。また、この第3絶縁膜113は、第2絶縁膜112の上にも配置されている。
【0020】
このような第1絶縁膜111、第2絶縁膜112、及び、第3絶縁膜113は、アクティブエリア102の概ね全体に亘って延在している。第1絶縁膜111、第2絶縁膜112、及び、第3絶縁膜113は、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物などの無機化合物によって形成されている。
【0021】
第3絶縁膜113の上には、スイッチング素子SWのソース電極S及びドレイン電極Dが配置されている。ソース電極Sは、半導体層SCのソース領域SCSにコンタクトしている。ドレイン電極Dは、半導体層SCのドレイン領域SCDにコンタクトしている。スイッチング素子SWのゲート電極G、ソース電極S、及び、ドレイン電極Dは、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などの導電材料を用いて形成されている。
【0022】
これらのソース電極S及びドレイン電極Dは、第4絶縁膜114によって被覆されている。また、この第4絶縁膜114は、第3絶縁膜113の上にも配置されている。この第4絶縁膜114には、スイッチング素子SWのドレイン電極Dに到達するコンタクトホールCHが形成されている。このような第4絶縁膜114は、アクティブエリア102の全体に亘って延在している。この第4絶縁膜114は、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの有機化合物によって形成されている。
【0023】
有機EL素子OLEDを構成する画素電極PEは、この例では陽極に相当する。この画素電極PEは、透過電極PE1と、反射電極PE2とが積層された2層積層構造である。
【0024】
透過電極PE1は、第4絶縁膜114の上に配置されている。透過電極PE1は、コンタクトホールCHを介してスイッチング素子SWのドレイン電極Dに接続されている。透過電極PE1は、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)、インジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【0025】
反射電極PE2は、透過電極PE1の上に積層されている。反射電極PE2は、例えば、銀(Ag)あるいは銀合金などの光反射性を有する材料によって形成されている。また、画素電極PEの製造工程やこれに続く工程における条件等によっては、反射電極PE2は、アルミニウム(Al)あるいはアルミニウム合金などの光反射性を有する材料によって形成されても良い。
【0026】
第4絶縁膜114の上には、隔壁PIが配置されている。この隔壁PIは、画素電極PEの周縁に沿って配置されている。また、この隔壁PIは、画素電極PEの一部に重なっている。このような隔壁PIは、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの有機化合物などの絶縁材料によって形成されている。
【0027】
画素電極PEの上には、アモルファス・カーボンによって形成された導電層CLが配置されている。この導電層CLは、反射電極PE2の上に積層されている。また、この導電層CLは、隔壁PIを被覆し、例えば、アクティブエリア102の全体に亘って延在している。このような導電層CLは、例えばホール注入機能を有し、ホール注入層あるいは画素電極PEの一部として機能する。
【0028】
有機EL素子OLEDを構成する有機層ORGは、導電層CLの上に配置されている。この有機層ORGは、少なくとも発光層を含み、さらに、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層などを含んでも良い。なお、ここでは、『有機層』と称したが、有機層ORGが含む発光層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層の一部が無機系材料によって形成されていても良い。
【0029】
有機EL素子OLEDを構成する対向電極CEは、有機層ORGの上に配置されている。この例では、対向電極CEは、陰極に相当する。このような対向電極CEは、アクティブエリア102の全体に亘って延在している。この対向電極CEは、例えば、マグネシウム(Mg)・銀(Ag)などによって形成された半透過層によって構成されている。なお、対向電極CEは、ITOやIZOなどの光透過性を有する導電材料によって形成された透過層を含んでいても良い。
【0030】
対向電極CEの上には、保護膜115が配置されている。このような保護膜115は、アクティブエリア102の全体に亘って延在している。つまり、保護膜115は、有機EL素子OLEDを覆うとともに、有機EL素子OLEDの周囲に配置された隔壁PIの直上にも延在している。この保護膜115は、光透過性を有し且つ水分が浸透しにくい材料、例えば、シリコン窒化物やシリコン酸窒化物などの無機化合物によって形成されている。つまり、この保護膜115は、有機EL素子OLEDへの水分の浸透を防止する水分バリア膜として機能する。
【0031】
対向基板200は、アレイ基板100の保護膜115の上方に配置されている。
【0032】
アレイ基板100の保護膜115と対向基板200との間には、樹脂層300が配置されている。すなわち、樹脂層300は、アレイ基板100の保護膜115の上に積層され、対向基板200に接している。この樹脂層300は、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。
【0033】
次に、本実施形態における有機EL素子OLEDの具体的な素子構造について説明する。
【0034】
図3は、本実施形態における有機EL素子OLEDの素子構造の一例を模式的に示す図である。
【0035】
画素電極PEを構成する透過電極PE1の上には反射電極PE2が積層されている。導電層CLは、反射電極PE2の上に積層されている。有機層ORGを構成するホール輸送層HTLは、導電層CLの上に積層されている。発光層EMLは、ホール輸送層HTLの上に積層されている。電子輸送層ETLは、発光層EMLの上に積層されている。電子注入層EILは、電子輸送層ETLの上に積層されている。対向電極CEは、電子注入層EILの上に積層されている。
【0036】
この図3において、ホール輸送層HTLについて、導電層CL側のホール輸送層HTL1と、発光層EML側のホール輸送層HTL2と分けて記載しているが、これらのホール輸送層HTL1及びHTL2は同一材料で形成された一体のものである。
【0037】
次に、本実施形態による表示パネル1の製造工程について、特に、図3に示した素子構造の画素電極PEから対向電極CEまでの製造工程について説明する。
【0038】
まず、アレイ基板100のうち、第4絶縁膜114まで形成済みの基板上に、スパッタリング法を用いて透過電極PE1を形成する。この透過電極PE1は、ITOによって形成し、その膜厚は例えば25nmとした。これに続いて、スパッタリング法を用いて透過電極PE1の上に反射電極PE2を形成する。この反射電極PE2は、銀(Ag)によって形成し、その膜厚は例えば100nmとした。これにより、2層積層構造の画素電極PEが形成される。
【0039】
続いて、第4絶縁膜114の上側に画素電極PEを取り囲むように隔壁PIを形成する。そして、スパッタリング法を用いて反射電極PE2の上にアモルファス・カーボンを直接成膜し、導電層CLを形成する。このとき、形成される導電層CLの膜厚としては、1乃至10nm程度が望ましい。これに続いて、導電層CLの上にホール輸送層を形成し、ホール輸送層の上に発光層を形成し、発光層の上に電子輸送層を形成し、電子輸送層の上に電子注入層を形成し、さらに、電子注入層の上に対向電極CEを蒸着法などによって形成する。
【0040】
ここでアモルファス・カーボンからなる導電層CLは、ホール注入層として以下の点に優れている。まず、このアモルファス・カーボンは、炭素同士がsp2混成軌道を形成し、正六角形の平面構造をとる「グラファイト」構造と、sp3混成軌道を形成して3次元的な結晶構造をとる「ダイヤモンド」構造との2種の構造が混在した非晶質な状態である。それゆえに、導電層CLとしては、その下地膜である反射電極PE2の表面の微小な凹凸を平坦にする様に平滑性に優れた均質な薄膜が形成できる。
【0041】
また、アモルファス・カーボンは、化学的に安定であり、ガスバリア性が高い特徴を有している。このため、アモルファス・カーボンからなる導電層CLは、例えば硫化を引き起こす硫化水素、或いは酸化を引き起こす酸素などをブロックし、銀製の反射電極PE2の表面変化を抑制することができる。
【0042】
さらに、アモルファス・カーボンは、イオン化ポテンシャルの点からも二つの層の間にワンクッションもたせる役割を果たしている。例えば、反射電極PE2を形成する銀のイオン化ポテンシャルが4.7eVであり、ホール輸送層HTLを形成する材料のイオン化ポテンシャルが5.4eVであるのに対し、アモルファス・カーボンのイオン化ポテンシャルが5.2eVである。つまり、導電層CLのイオン化ポテンシャルは、反射電極PE2のイオン化ポテンシャルとホール輸送層HTLのイオン化ポテンシャルとの中間にある。これによって、ホールがそれぞれの層に飛び移る際のエネルギー障壁が小さくなり、ホールの注入を効率よく行うことができる。これらのことから、反射電極PE2の上にアモルファス・カーボンからなる導電層CLを直接積層した構成によれば、効率の良いホール注入特性が得られる。
【0043】
ところで、図3に示したような素子構造の有機EL素子OLEDにおいて、発光層EMLでは電子とホールが再結合することで発光現象が生ずる。ここで発した光子50の光路としては、直接対向電極CEに向かって上面に出る光路51と、一旦画素電極PEに向かって進み反射電極PE2で反射されて上面に出る光路52とがある。
【0044】
このとき、光路51を通る直接光と光路52を通る反射光とが強め合う干渉条件を満たす素子構造とすることにより、光子50を対向電極CEの側からより効率良く取り出し、発光強度を高めることができる。上記の干渉条件とは、反射光の光路差が光の波長の整数倍である。
【0045】
このような干渉条件を満たす素子構造を形成するにあたり、有機EL素子OLEDが赤色(例えば、595nm乃至800nmの波長範囲)に発光する素子構造の場合、画素電極PEと対向電極CEとの間の総厚(つまり、導電層CL、ホール輸送層HTL、発光層EML、電子輸送層ETL、及び、電子注入総EILの各々の膜厚の総和)は、例えば、70nm〜120nmである。
【0046】
同様に、有機EL素子OLEDが緑色(例えば、490nmより長く且つ595nmよりも短い波長範囲)に発光する素子構造の場合、画素電極PEと対向電極CEとの間の総厚は、例えば、50nm〜100nmである。
【0047】
同様に、有機EL素子OLEDが青色(例えば、400nm乃至490nmの波長範囲)に発光する素子構造の場合、画素電極PEと対向電極CEとの間の総厚は、例えば、90nm〜140nmである。
【0048】
図4には、参考例の素子構造が模式的に示されている。このような参考例において、図3に示した例と同一の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。この図4に示した素子構造のように、反射電極PE2と導電層CLとの間に透過電極が配置される場合、例えば、画素電極PEが第1透過電極PE1、反射電極PE2、及び、第2透過電極PE3の3層積層構造である場合には、上記した画素電極PEと対向電極CEとの間の総厚を維持するためには、第2透過電極PE3の膜厚の分だけ有機層ORGの膜厚を低減させる必要がある。なお、反射電極PE2と対向電極CEとの間の総厚は、図3に示した素子構造と実質的に同一である。
【0049】
その上、第2透過電極PE3は膜厚のばらつきが比較的大きいため、有機層ORGの膜厚の均一化が困難となる。このため、上記したような干渉条件を満たす素子構造を形成することが困難であり、発光効率の低下を招くおそれがある。
【0050】
一方、本実施形態によれば、参考例の第2透過電極PE3(膜厚は例えば12.5nm)を省略した分、有機層ORGの膜厚を厚くしている。図3に示した例では、ホール輸送層HTL1は図4に示したホール輸送層HTLに相当し同一の膜厚を有し、また、ホール輸送層HTL2は図4に示した第2透過電極PE3に相当する膜厚を有している。つまり、図3に示した例では、図4に示した例と比較して、ホール輸送層HTLが厚膜化されている。なお、ホール輸送層HTLに限らず、反射電極PE2と対向電極CEとの間に配置される他の層あるいは複数の層を厚膜化しても良い。
【0051】
このように、第2透過電極PE3を省略することにより、第2透過電極PE3の膜厚ばらつきを考慮する必要がなくなる。また、反射電極PE2の上にアモルファス・カーボンからなる平滑性に優れた薄膜である導電層CLを直接積層することにより、導電層CLの上に形成される有機層ORGの膜厚の均一性を向上することが可能となる。したがって、上記した干渉条件を満たす素子構造を得ることができ、発光効率の向上を図ることが可能となる。
【0052】
また、図3に示した本実施形態の素子構造によれば、図4に示した素子構造と比較して、画素電極PEの第2透過電極PE3を省略した分を有機層ORGのホール輸送層HTLに置換しているため、有機層ORGの膜厚が厚い。このため、画素電極PEと対向電極CEとの間に異物が介在した場合であっても、図4に示した例と比較して異物に起因した画素電極−対向電極間のショートの発生、さらには点欠陥不良の発生を抑制することが可能となる。
【0053】
したがって、本実施形態によれば、品位良好な有機EL表示装置を提供することができる。
【0054】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【0055】
なお、有機EL装置については、有機EL表示装置、有機EL照明、有機ELプリンターヘッドなどに利用可能である。
【0056】
また、本実施形態で示した有機EL素子OLEDは、対向基板200の側から光を放射するトップエミッションタイプであるが、本実施形態においては、有機EL素子OLEDは、アレイ基板100の側から光を放射するボトムエミッションタイプであっても良い。
【符号の説明】
【0057】
1…表示パネル
OLED…有機EL素子
PE…画素電極 PE1…透過電極 PE2…反射電極
CL…導電層
ORG…有機層
HTL…ホール輸送層 EML…発光層 ETL…電子輸送層 EIL…電子注入層
CE…対向電極
100…アレイ基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の上方に配置されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を覆うとともに前記スイッチング素子に到達するコンタクトホールが形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に配置され、前記コンタクトホールを介して前記スイッチング素子に接続された透過電極と、
前記透過電極の上に積層された反射電極と、
前記反射電極の上に積層され、アモルファス・カーボンによって形成された導電層と、
前記導電層の上に配置され、発光層を含む有機層と、
前記有機層の上に配置された対向電極と、
を備えたことを特徴とする有機EL装置。
【請求項2】
前記反射電極は、銀(Ag)あるいは銀合金によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
【請求項3】
前記有機層は、前記導電層の上に配置されたホール輸送層、前記ホール輸送層の上に配置された発光層、前記発光層の上に配置された電子輸送層、及び、前記電子輸送層と前記対向電極との間に配置された電子注入層を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−146536(P2011−146536A)
【公開日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−6126(P2010−6126)
【出願日】平成22年1月14日(2010.1.14)
【出願人】(302020207)東芝モバイルディスプレイ株式会社 (2,170)
【Fターム(参考)】