(57)【要約】【課題】透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含み、低仕事関数で透明な陰極を備え、陰極側から光を取り出すことが可能な有機エレクトロルミネッセンス表示装置を提供する。【解決手段】基板と、この基板上に形成された薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを含む前記基板上に形成された陽極と、この陽極上に順次形成された正孔輸送層、発光層および陰極とを備え、陰極側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、前記陰極は透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含むことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に形成された薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを含む前記基板上に形成された陽極と、この陽極上に順次形成された正孔輸送層、発光層および陰極とを備え、陰極側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、
前記陰極は、透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項２】
前記透明導電材料は、酸化インジウム、酸化錫、錫ドープ酸化インジウム、酸化亜鉛またはインジウムドープ酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項３】
前記陰極は、前記発光層の界面近傍に少なくとも前記アルカリ系成分が含有されることを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項４】
前記陰極は、前記発光層上に形成され、透明導電材料にアルカリ系成分を含有させた第１陰極層と、この第１陰極層に積層され、透明導電材料からなる第２陰極層とを有することを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【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表示装置（有機ＥＬ表示装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ材料からなる発光層を陽極と陰極とで挟んだ構造を基本構成とし、陽極から正孔、陰極から電子を発光層にそれぞれ注入し、その注入された正孔、電子が発光層内で再結合する際に放出される光を利用して表示を行う表示装置である。有機ＥＬ材料は、低分子型と高分子型に大別されている。陽極は、正孔の有機ＥＬ材料の発光層への注入効率を高めるために高仕事関数が要求され、陰極は電子の注入効率を高めるために低仕事関数が要求される。
【０００３】
具体的な有機ＥＬ表示装置は、基板上に前述した陽極／発光層／陰極の基本構造を１つの画素として形成し、かつこの基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を各画素に対応して複数形成し、これらのＴＦＴにより各画素の陽陰極間に流れる電流を制御することにより、発光層から発せられる光を制御し表示を行っている。
【０００４】
このような有機ＥＬ表示装置において、発光層からの光を陽極側から取り出す下面発光型の表示装置では前記ＴＦＴが形成される基板はガラスのような透明材料から作られ、陽極は高仕事関数に加えて透明性が要求されることから、例えば酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などの透明導電膜、特にＩｎ2Ｏ3膜にＳｎをドープしたＩＴＯ膜が用いられ、陰極は低仕事関数のみが要求されることから、例えば発光層側に配置される極めて薄いＬｉＦ膜、ＢａＦ2膜，ＣｓＦ膜をＡｌ膜上に形成した積層膜が用いられている。また、陽極は各ＴＦＴのドレイン電極とそれぞれ接続され、陰極は全画素に共通に接続される。
【０００５】
しかしながら、前述した有機ＥＬ表示装置の光取出しにおいて、ＴＦＴを陽極が配置される透明基板上に形成しているため、発光層からの光がこれらのＴＦＴで遮られて取り出される光の強度が低下する。
【０００６】
光強度の低下を補償するには、陽陰極間に供給する電流値および／または電圧値を増大させることにより対処することが可能である。しかしながら、陽陰極間に供給する電流値および／または電圧値を増大させると、発光層を含む有機ＥＬ材料が劣化し、結果として有機ＥＬ表示装置の寿命が低下する。
【０００７】
光取り出し効率を向上させるために、透明陰極を用いてＴＦＴと反対側から光を取り出す、上面発光構造が有効である。しかしながら、ＩＴＯ膜、Ｉｎ2Ｏ3膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などの透明導電膜は５ｅＶ前後の高い仕事関数を有するために、陰極材料として使用することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含み、低仕事関数で透明な陰極を備え、陰極側から光を取り出すことが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、基板と、この基板上に形成された薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを含む前記基板上に形成された陽極と、この陽極上に順次形成された正孔輸送層、発光層および陰極とを備え、陰極側から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、
前記陰極は、透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含むことを特徴とする有機ＥＬ表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含み、低仕事関数で透明な陰極を備え、陰極側から光取り出すことができる、つまり光を遮蔽するＴＦＴが存在しない陰極側から光取り出すことができるため、陽陰極間に供給する電流値および／または電圧値を増大させることなく、光取り出し効率の向上を図ることができ、長寿命の有機ＥＬ表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る有機ＥＬ表示装置を詳細に説明する。
【００１２】
この有機ＥＬ表示装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを含む前記基板上に形成された陽極と、この陽極上に順次形成された正孔輸送層、発光層および陰極とを備え、陰極側から光を取り出す、つまり上面発光型のものである。前記陰極は、透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含む。
【００１３】
前記基板としては、例えばガラス基板、透明プラスチックフィルムを用いることができる。
【００１４】
前記陽極は、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）のような仕事関数が大きい性質を持つ金属からなる反射膜、または同金属もしくは高い反射率を有するアルミニウム等の反射膜およびＩＴＯ膜、Ｉｎ2Ｏ3膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などの透明導電膜の積層膜を用いることができる。
【００１５】
前記正孔輸送層は、例えばジアミン系、フェニレンジアミン系、ベンジジン系、オリゴアミン系などから作られ、代表的な正孔輸送層はポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンサルホネート［ＰＥＤＯＴ（Polyethylene Dioxythiophene）−ＰＳＳ（Polystyrene Sulphonate）］により作られる。
【００１６】
前記発光層は、低分子系有機ＥＬまたは高分子系（ポリマー）有機ＥＬにより作られる。低分子系の有機ＥＬ材料としては、例えば金属と有機分子が配位結合した金属錯体を挙げることができ、代表的にはトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、ビス（８−ヒドロキシキノリナト）亜鉛、ベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体等を挙げることができる。一方、前記高分子系の有機ＥＬ材料としては、例えば主鎖がπ共役で広がった構造のπ共役ポリマーが挙げられ、代表的にはポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾール等を挙げることができる。
【００１７】
前記陰極を構成する透明導電材料としては、例えば酸化インジウム、酸化錫、錫ドープ酸化インジウム、酸化亜鉛またはインジウムドープ酸化亜鉛を挙げることができる。
【００１８】
前記陰極に含有されるアルカリ系成分としては、例えばリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）のようなアルカリ土類金属、およびフッ化リチウム（ＬｉＦ）やフッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）のようなこれらのフッ化物を挙げることができ、これらのアルカリ系成分は１種または２種以上の形態で用いられる。このアルカリ系成分は、陰極中に１〜５原子％含まれることが好ましい。
【００１９】
前記陰極は、発光層の界面近傍に少なくとも前記アルカリ系成分が含有されることが好ましい。このような陰極は、発光層の界面近傍に低仕事関数のアルカリ系成分が分布されることによって、電子をより効果的に発光層に注入することが可能になる。
【００２０】
前記陰極は、発光層上に形成され、透明導電材料にアルカリ系成分を含有させた第１陰極層と、この第１陰極層に積層され、透明導電材料からなる第２陰極層とを有すること構造であることが好ましい。このような陰極は、発光層の界面近傍に低仕事関数のアルカリ系成分を含むが第１陰極層を有するため、電子をより一層効果的に発光層に注入することが可能になる。また、第１陰極層上に透明導電材料からなる第２陰極層とを有するため、アルカリ系成分が全体に分布される陰極に比べて光の透過率を向上させることが可能になる。
【００２１】
なお、前記第１、第２の陰極層を有する陰極において透明導電材料にアルカリ系成分を含有させた第１陰極層の厚さは０．５〜１０ｎｍ、陰極全体の厚さは３０〜２００ｎｍにすることが好ましい。
【００２２】
前記陰極は、以下に説明する例えば（１）発光層上に透明導電膜を成膜した後にアルカリ系成分をドーピングする方法、（２）発光層上にスパッタリングにより透明導電膜を成膜する時にアルカリ系成分をドーピングする方法、（３）発光層上に真空蒸着により透明導電膜を成膜する時にアルカリ系成分をドーピングする方法、により形成される。
【００２３】
（１）まず、発光層上にスパッタリング法や蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などによりインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ膜）、酸化インジウム膜（Ｉｎ2Ｏ3膜）、酸化錫膜（ＳｎＯ2膜）、酸化亜鉛膜（ＺｎＯ膜）、インジウム亜鉛酸化膜（ＩＺＯ膜）などの透明導電膜を成膜する。つづいて、この透明導電膜にアルカリ系成分をイオン注入して陰極を形成する。
【００２４】
前記陰極の形成において、陰極は電子をより効果的に発光層に注入することが要求されることから、特に発光層との界面での陰極の仕事関数を低くすることが重要になる。したがって、透明導電膜の膜厚およびイオン注入の条件を制御して発光層との界面近傍の陰極部分にアルカリ系成分が比較的高濃度で分布させて発光層との界面での陰極の仕事関数を低くすることが好ましい。
【００２５】
（２）まず、ＩＴＯのような透明導電材料からなるターゲット上にアルカリ系成分のタブレットを置いた状態でスパッタリングを行って、発光層上にアルカリ系成分がドープされた透明導電膜を成膜することにより陰極を形成する。ここで用いるアルカリ系成分は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）やフッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）のようなこれらのフッ化物が好ましい。
【００２６】
（３）発光層上にＩＴＯのような透明導電膜材料とアルカリ系成分をそれぞれの蒸発源から同時に蒸発させてアルカリ系成分がドープされた透明導電膜を成膜することにより陰極を形成する。
【００２７】
前記（２）の方法において、ＩＴＯのような透明導電材料からなるターゲット上にアルカリ系成分のタブレットを置いた状態でスパッタリングを行って発光層上にアルカリ系成分がドープされた透明導電材料からなる第１陰極層を形成し、この後ＩＴＯのような透明導電材料からなるターゲットをスパッタリングして第１陰極層に透明導電材料からなる第２陰極層を積層して陰極を形成することを許容する。
【００２８】
前記（３）の方法において、発光層上にＩＴＯのような透明導電膜材料とアルカリ系成分をそれぞれの蒸発源から同時に蒸発させてアルカリ系成分がドープされた透明導電材料からなる第１陰極層を形成し、この後ＩＴＯのような透明導電材料のみを蒸発原から蒸発させて第１陰極層に透明導電材料からなる第２陰極層を積層して陰極を形成ことを許容する。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を図面を参照してより具体的に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。例えばガラスからなる基板１上には、ドレイン電極２1、２2、２3、…を有する複数のＴＦＴ３1、３2、３3、…が各画素に対応して形成されている。層間絶縁膜４は、前記ＴＦＴ３1、３2、３3、…を含む前記基板１上に形成されている。複数のコンタクトホール５1、５2、５3、…は、前記層間絶縁膜４に前記ＴＦＴ３1、３2、３3、…のドレイン電極２1、２2、２3、…と連通するように開口されている。複数の画素を区画するための絶縁材料からなる枠状の隔壁６は、前記層間絶縁膜４上に形成されている。なお、この隔壁６による枠は例えば円形状をなしている。
【００３１】
例えば仕事関数の大きな金属からなる複数の陽極７1、７2、７3、…は、前記隔壁６の枠内に位置する層間絶縁膜４上にそれぞれ形成されている。これらの陽極７1、７2、７3、…は、コンタクトホール５1、５2、５3、…を通して複数のＴＦＴ３1、３2、３3、…のドレイン電極２1、２2、２3、…に接続されている。正孔輸送層８1、８2、８3、…は、前記隔壁６の枠内に位置する陽極７1、７2、７3、…上にそれぞれ形成されている。青色、緑色、赤色の発光がなされる発光層９1、９2、９3、…は、前記隔壁６の枠内に位置する正孔輸送層８1、８2、８3、…に図１の左側からそれぞれ形成されている。アルカリ系成分を含む透明導電材料からなる陰極１０は、前記隔壁６の上端を覆う厚さを有し、前記隔壁６の枠内に位置する発光層９1、９2、９3、…上に一部が積層されるように形成されている。つまり、陰極１０は各画素に対して共通電極として機能する。
【００３２】
このような構成の有機ＥＬ表示装置において、複数のＴＦＴのうち、所定のＴＦＴ（例えば発光層９1が位置する画素のＴＦＴ）３1をオンすると、そのドレイン電極２1とコンタクトホール５1を通して接続される当該画素の陽極７1と陰極１０の間に所望の電流値を持つ電圧が印加され、陽極７1から正孔が正孔輸送層８1を通して発光層９1に、陰極１０から電子が発光層９1にそれぞれ注入される。注入された正孔、電子は、発光層９1内で再結合する際に光が放出される。このとき、陽極７1、７2、７3、…は例えば仕事関数の大きな金属から作られ、反射膜として機能し、共通電極である陰極１０はアルカリ系成分を含む透明導電材料から作られているため、発光層９1で放出された光（青色の光）は陰極１０側から取り出される、つまり上面発光型の有機ＥＬ表示装置が実現される。
【００３３】
図２は、本発明の他の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を示す断面図である。なお、図２において図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図２に示す有機ＥＬ表示装置は、陰極１０がアルカリ系成分を含む透明導電材料からなる第１陰極層１１1、１１2、１１3、…と透明導電材料からなる第２陰極層１２とから構成されている。前記第１陰極層１１1、１１2、１１3、…は、隔壁６の枠内に位置する発光層９1、９2、９3、…上に位置するように形成されている。前記第２陰極層１２は、前記第１陰極層１１1、１１2、１１3、…に積層され、かつ前記隔壁６の上端を覆うように形成されている。つまり、この前記第２陰極層１２を有する陰極１０は各画素に対して共通電極として機能する。
【００３５】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば発光層上に形成される陰極は透明導電材料にアルカリ金属、アルカリ土類金属およびこれらのフッ化物から選ばれる少なくとも１つのアルカリ系成分を含み、低仕事関数で透明性に優れている。その結果、陽極と陰極の間に所望の電流値を持つ電圧を印加し、陽極から正孔を正孔輸送層を通して発光層に、陰極から電子を発光層にそれぞれ注入する際、その陰極が低仕事関数であるため、電子の発光層への注入効率を増大できる。注入された正孔、電子は、発光層内で再結合する際に光が放出され、透明な陰極側から光取り出すことができる。この陰極側からの光取り出しにおいて、陰極側には光を遮蔽するＴＦＴが存在しないため、陽陰極間に供給する電流値および／または電圧値を増大させることなく、つまり発光層を劣化させることなく、効率的に光を取り出すことができる。
【００３６】
したがって、発光層上に透明導電材料にアルカリ系成分を含み、低仕事関数で透明性に優れた陰極を形成することによって、陰極側から光を効率に取り出すことができると共に、長寿命化が図られた有機ＥＬ表示装置を実現できる。
【００３７】
また、前述した図２に示すように陰極を発光層上に形成されるアルカリ系成分を含む透明導電材料からなる第１陰極層とこの第１陰極層に形成され、透明導電材料からなる第２陰極層とから構成することによって、陰極からの電子の発光層への注入効率をより向上できると共にアルカリ系成分が全体に含まれる陰極に比べて光の透過率をより一層向上することができる。
【００３８】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３９】
（実施例１）
下記条件のスパッタリング法によりガラス基板上にＩＴＯ膜を形成した後、このＩＴＯ膜にＣｓを下記条件でイオン注入することによりＣｓドープＩＴＯ膜を得た。
【００４０】
１）ＩＴＯ膜形成条件
ターゲット組成；Ｉｎ2Ｏ3(９０ｗｔ％)−ＳｎＯ2(１０ｗｔ％)
到達真空度；４．２×１０-4Ｐａ
アルゴンガス流量；２４ｓｃｃｍ
酸素ガス流量；０．５ｓｃｃｍ
酸素ガス分圧；５．８×１０-3Ｐａ
スパッタ圧力；５．７×１０-1Ｐａ
スパッタパワー；ＤＣ５００Ｗ
スパッタ放電電圧；−２７０Ｖ
基板温度；室温
膜厚；８０ｎｍ
２）Ｃｓイオン注入条件
イオン入射エネルギー；３ｋｅＶ
イオン注入個数；８×１０15個／ｃｍ2
得られたＣｓドープＩＴＯ膜について、仕事関数およびシート抵抗を調べた。仕事関数は、大気圧分光装置（理研計器社製商品名；ＡＣ−１）により測定した。シート抵抗は、四探針抵抗測定器（共和理研社製商品名；Ｒ−７０５）により測定した。これらの結果を下記表１に示す。なお、下記表１にはＩＴＯ膜の仕事関数およびシート抵抗を併記した。
【表１】
2006092867.tif 000003
【００４１】
また、得られたＣｓドープＩＴＯ膜について波長４００〜７００ｎｍの光透過率を調べた。光透過率は、分光光度計（島津製作所製商品名；ＵＶ−３１００）により測定した。その結果を下記表２に示す。なお、下記表２にはＩＴＯ膜の光透過率を併記した。
【表２】
2006092867.tif 000004
【００４２】
前記表１および表２から明らかなように実施例１のＣｓドープＩＴＯ膜は、ＩＴＯ膜と同等のシート抵抗を有すると共にＩＴＯ膜に比べて低い仕事関数を有し、さらに４００〜７００ｎｍの範囲の波長域においてＩＴＯ膜と遜色のない光透過率を有し、このＣｓドープＩＴＯ膜から低仕事関数で透明な陰極を実現できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１…基板、３1、３2、３3…ＴＦＴ、６…隔壁、７1、７2、７3…陽極、９1、９2、９3…発光層、１０…陰極、１１1、１１2、１１3…第１陰極層、１２…第２陰極層。
【図１】
2006092867.tif 000005
【図２】
2006092867.tif 000006