(57)【要約】【課題】高い発光効率を有し、長寿命の発光素子を提供する。【解決手段】発光素子は、第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第２の電極とを備え、前記電子注入層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第２の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。【選択図】図１
2019153659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極上の発光層と、
前記発光層上の電子輸送層と、
前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、
前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第２の電極と
を備え、
前記電子注入層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、
前記第２の電極は、イッテルビウム及び銀を含む、発光素子。
【請求項２】
前記第２の電極の膜厚は、１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第２の電極において、イッテルビウムと銀との混合比は体積比で、２５：７５〜２：９８である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体は、８−キノリノラトリチウムである、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記電子注入層の膜厚は、１ｎｍである、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第２の電極は、可視光を一部反射し、一部透過するように構成される、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記電子輸送層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体又はイッテルビウムを含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層と接するホールブロック層をさらに備える、請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１の電極上に位置し、前記第１の電極と接するホール注入層と、
前記ホール注入層上に位置し、前記ホール注入層に接するホール輸送層と、
をさらに備える、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記発光層と前記ホール輸送層との間に、前記発光層と前記ホール輸送層と接する電子ブロック層をさらに備える、請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
第１の電極と、
前記第１の電極上の発光層と、
前記発光層上の電子輸送層と、
前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、
前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第２の電極と
を備え、
前記電子注入層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、
前記第２の電極は、イッテルビウム及び銀を含む、表示装置。
【請求項１２】
前記第２の電極の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記第２の電極において、イッテルビウムと銀との混合比は体積比で、２５：７５〜２：９８である、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体は、８−キノリノラトリチウムである、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記電子注入層の膜厚は、１ｎｍである、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記第２の電極は、可視光を一部反射し、一部透過するように構成される、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記電子輸送層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体又はイッテルビウムを含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記発光層と前記電子輸送層の間に、前記発光層と前記電子輸送層と接するホールブロック層をさらに備える、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記第１の電極上に位置し、前記第１の電極と接するホール注入層と、
前記ホール注入層上に位置し、前記ホール注入層に接するホール輸送層と、
をさらに備える、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記発光層と前記ホール輸送層との間に、前記発光層と前記ホール輸送層と接する電子ブロック層をさらに備える、請求項１９に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、発光素子、および発光素子を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例として、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置が挙げられる。有機ＥＬ表示装置は、基板上に形成された複数の有機発光素子（以下、発光素子）を有し、各発光素子は一対の電極（陰極、陽極）間に有機化合物を含む電界発光層（以下、ＥＬ層と記す）を基本構造として有している。一対の電極間に電位差を与えることによって陽極からはホールが、陰極からは電子がそれぞれＥＬ層に対して供給される。ホールと電子はＥＬ層内で再結合して有機化合物の励起状態を形成する。この励起状態が基底状態に輻射失活する際の発光を利用することで、発光素子としての機能が得られる。
【０００３】
ＥＬ層は通常、種々の機能を有する複数の層（以下、機能層）の積層構造を有する。機能層としては例えばホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などが挙げられる。ＥＬ層に対してホールや電子を注入する際、電極の仕事関数と電極と接する層（例えば、ホール注入層、電子注入層）内の分子の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）、あるいは最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）の準位の差に起因する注入障壁を小さくするようにＥＬ層を設計することにより、発光素子の発光効率や素子寿命を向上させることができる。例えば、特許文献１には仕事関数が小さく、安定的な金属としてＭｇＡｇ合金を陰極として用いた有機ＥＬ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４４４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態の一つは、高い発光効率を有し、長寿命化された発光素子を提供することを目的の一つとする。また、該発光素子を含む表示装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る発光素子は、第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第２の電極とを備え、前記電子注入層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第２の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。
【０００７】
本発明の一実施形態に係る表示装置は、第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の電子輸送層と、前記電子輸送層上の位置し、前記電子輸送層と接する電子注入層と、前記電子注入層上に位置し、前記電子注入層と接する第２の電極とを備え、前記電子注入層は、８−キノリノール配位子を含むリチウム錯体を含み、前記第２の電極は、イッテルビウム及び銀を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の表示素子の断面模式図。
【図２】本発明の実施形態の表示素子の発光層の断面模式図。
【図３】本発明の実施形態の表示素子の断面模式図。
【図４】本発明の実施形態の表示装置の上面模式図。
【図５】本発明の実施形態の表示装置の側面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１０】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【００１１】
本発明において、ある一つの膜に対してエッチングや光照射を行って複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の層構造、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
【００１２】
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の実施形態の一つである発光素子１００の構造を図１を参照して説明する。
【００１４】
［構造］
図１に発光素子１００の模式的な断面図を示す。発光素子１００は陽極（第1の電極）１１０、陽極１１０上の陰極（第２の電極）１３０、及び陽極１１０と陰極１３０の間に位置するＥＬ層１２０によって構成される。ＥＬ層１２０は、発光層１２４、電子輸送層１２６、電子注入層１２７を有する。電子注入層１２７は陰極１３６０と電子輸送層１２６と接する。ＥＬ層１２０はさらに、陽極１１０上のホール注入層１２１、ホール注入層１２１上のホール輸送層１２２、ホール輸送層上の電子ブロック層１２３、発光層１２４上のホールブロック層１２５などを含むことができる。なおこの断面図では、発光素子１００を支持する基板や、発光素子１００を駆動するための各種回路は省略されている。以下、発光素子１００の各構成について詳細に説明する。
【００１５】
陽極１１０は、ＥＬ層１２０にホールを注入するために設けられる電極であり、その表面が比較的高い仕事関数を有することが好ましい。具体的な材料としてはインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの可視光を透過可能な導電性酸化物が挙げられる。これらの導電性酸化物にはさらにケイ素が含まれていてもよい。図１に示す発光素子１００は、発光層１２４から得られる発光を陰極１３０を通して取り出す構造を有する。このため、陽極１１０は銀やアルミニウムなどの可視光の反射率が高い金属を含む膜をさらに含んでもよい。例えば図１に示すように、陽極１１０は、導電性酸化物を含む第１の導電膜１１０ａ、及び銀、アルミニウムなどの金属を含む第２の導電膜１１０ｂの積層構造を有することができる。
【００１６】
ホール注入層１２１にはホールが注入しやすい、すなわち酸化されやすい化合物（電子供与性化合物）を用いることができる。換言するとＨＯＭＯ準位の浅い化合物を用いることができる。例えばベンジジン誘導体やトリアリールアミンなどの芳香族アミン、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン誘導体などを用いることができる。あるいは、ポリチオフェンやポリアニリン誘導体を用いることができ、一例としてポリ（２，３−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）が挙げられる。あるいは、上述した芳香族アミンやカルバゾール誘導体、あるいは芳香族炭化水素などの電子供与性化合物と電子受容体との混合物を用いてもよい。電子受容体としては、酸化バナジウムや酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物や、含窒素ヘテロ芳香族化合物、シアノ基などの強い電子吸引基を有するヘテロ芳香族化合物などが挙げられる。これらの材料や混合物はイオン化ポテンシャルが小さいため、陽極１１０からのホール注入障壁が小さい。このため、発光素子１００の駆動電圧の低減に寄与する。
【００１７】
ホール輸送層１２２はホール注入層１２１に注入されたホールを発光層１２４側へ輸送する機能を有する。ホール輸送層１２２にはホール注入層１２１で使用可能な材料と同様あるいは類似する材料を用いることができる。例えば、ホール注入層１２１と比較すると、ＨＯＭＯ準位が深いが、その差が約０．５ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいはそれ以下の材料を用いることができる。上述した材料は電子輸送性よりもホール輸送性が高いため、ホールを効率よく発光層１２４側へ輸送することができ、発光素子１００の低い駆動電圧を実現することができる。
【００１８】
電子ブロック層１２３は、陰極１３０から注入された電子が、発光層１２４において再結合に寄与することなく発光層１２４を通過してホール輸送層１２２へ注入されることを防ぐ。つまり、電子ブロック層１２３は、陰極１３０からＥＬ層１２０に注入された電子を発光層１２４内に閉じ込めるとともに、発光層１２４で得られる励起状態からホール輸送層１２２内の分子にエネルギー移動することを防ぐ機能を有する。したがって、電子ブロック層１２３には電子輸送性よりもホール輸送性が高い、あるいは同程度であり、発光層１２４内の分子よりもＬＵＭＯ準位が浅く、バンドギャップが大きな材料が好ましい。具体的には、電子ブロック層１２３に含まれる分子のＬＵＭＯ準位と発光層１２４に含まれる分子のＬＵＭＯ準位との差は、０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上が好ましい。また、電子ブロック層１２３に含まれる分子のバンドギャップと発光層１２４に含まれる分子のバンドギャップとの差は０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上が好ましい。発光材料が燐光材料の場合、発光材料よりも０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上三重項準位の高い材料を用いることが好ましい。電子ブロック層１２３の材料として、より具体的には、共役系の比較的小さいカルバゾール誘導体、アリールアミン誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。
【００１９】
発光層１２４はホールと電子が再結合する空間を提供する層であり、この層から発光が得られる。発光層１２４は、単一の化合物で形成されていてもよく、ホスト材料及ドーパント材料を含む２種類以上の化合物を含んでいてもよい。ホスト材料としては、例えばスチルベン誘導体、アントラセン誘導体などの縮合芳香族化合物、カルバゾール誘導体、キノリノール配位子を含む金属錯体、芳香族アミン、フェナントロリン誘導体などの含窒素ヘテロ芳香族化合物などを用いることができる。ドーパントは発光層１２４において発光材料として機能し、クマリン誘導体、ピラン誘導体、キノクリドン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、アントラセン誘導体などの蛍光材料、あるいはイリジウム系オルトメタル錯体などの燐光材料を用いることができる。発光層１２４を単一の化合物で構成する場合、上述したホスト材料を用いることができる。この場合、ホスト材料が発光材料として働く。
【００２０】
ホールブロック層１２５は、陽極１１０から注入されたホールが再結合に寄与することなく発光層１２４を通過して電子輸送層１２６へ注入されることを防ぐことでホールを発光層１２４内に閉じ込めるとともに、発光層１２４で得られる励起エネルギーが電子輸送層１２６内の分子にエネルギー移動することを防ぐ機能を有する。また、後述するように、電子輸送層１２６は比較的キャリア電子の密度が高く、発光層１２４内の発光位置が電子輸送層１２６に近い場合には消光現象が生じやすい。この場合、ホールブロック層１２５を設けることで消光現象を防止することができ、発光効率の低下を防ぐことができる。
【００２１】
ホールブロック層１２５には、ホール輸送性よりも電子輸送性が高い、あるいは同程度であり、発光層１２４に含まれる分子よりもＨＯＭＯ準位が深く、バンドギャップが大きい材料を用いることが好ましい。具体的には、ホールブロック層１２５に含まれる分子のＨＯＭＯ準位と発光層１２４に含まれる分子のＨＯＭＯ準位との差は、０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上が好ましい。また、ホールブロック層１２５に含まれる分子のバンドギャップと発光層１２４に含まれる分子のバンドギャップとの差は０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上が好ましい。発光材料が燐光材料の場合、発光材料よりも０．２ｅＶ、０．３ｅＶ、あるいは０．５ｅＶ以上三重項準位の高い材料を用いることが好ましい。ホールブロック層１２５の材料として、より具体的には、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）アルミニウムなどの比較的バンドギャップの大きい（例えば２．８ｅＶ以上）金属錯体などが挙げられる。
【００２２】
電子輸送層１２６は陰極１３０から電子注入層１２７に注入された電子を発光層１２４側へ輸送する機能を有する。電子輸送層１２６はホール輸送性よりも電子輸送性の高い材料（電子輸送材料）を含む。具体的には、電子輸送層１２６には、アルミニウム錯体、リチウム錯体、ベリリウムなどの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、シラシクロペンタジエン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ぺリレン誘導体などの縮合芳香族化合物、フェナントロリン誘導体などの含窒素縮合ヘテロ芳香族化合物などが挙げられる。上記金属錯体としては、例えば８−キノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ）やビス（８−キノリノラト）ベリリウムなどの、８−キノリノール配位子を有する金属錯体が例示される。これらの化合物は置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数１から４のアルキル基、あるいはフェニル基やナフチル基などのアリール基が挙げられる。特に、電子輸送層１２６は、８−キノリノール配位子を有する金属錯体として８−キノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）を含むことが好ましい。
【００２３】
また、電子輸送層１２６は、イッテルビウムなどのランタノイド金属などに例示される電子供与性化合物を含んでもよい。電子供与性化合物としては、ランタノイド金属の他に、リチウムなどの１族金属、マグネシウムやカルシウムなどの２族金属等が挙げられる。電子輸送層１２６に含まれる電子供与性化合物としては、イッテルビウムが好ましい。
【００２４】
電子注入層１２７は、陰極１３０からＥＬ層１２０への電子注入を促進する機能を有する。本実施形態では電子注入層１２７は、電子輸送層１２６に接する。電子注入層１２７には、８−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む。このようなリチウム錯体として、電子注入層１２７には８−キノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）が含まれることが好ましい。電子注入層１２７の厚さは、０．５ｎｍから１０ｎｍ、或は１ｎｍから５ｎｍの範囲から選択することができる。電子注入層１２７の厚さは、好ましくは１ｎｍである。
【００２５】
陰極１３０は、電子注入層１２７に接し、ＥＬ層１２０へ電子を注入する。また、陰極１３０は、発光層１２４からの発光を透過することで、光取出し電極として機能する。また同時に、陰極１３０は発光層１２４からの光を一部反射するように構成される。このため、陰極１３０と第１の導電膜１１０ａとの間に微小共振器が形成され、発光層１２４で得られた光は陰極１３０と第１の導電膜１１０ａの間で干渉、増幅される。その結果、発光色の純度が向上し、かつ、発光素子１００の正面方向の輝度を増大させることができる。
【００２６】
陰極１３０は、イッテルビウム及び銀を含む。陰極１３０におけるイッテルビウムと銀との混合比は、２５：７５〜２：９８であり、好ましくは、１０：９０である。ここでの混合比は、体積比（ｖｏｌ％）での混合比である。陰極１３０は発光層１２４からの発光（可視光）を一部反射し、一部透過するように構成される。このため陰極１３０の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍ、或は１０ｎｍ〜２０ｎｍであり、好ましくは、１５ｎｍである。陰極１３０の透過率は、４００ｎｍ〜８００ｎｍでの膜厚で２０％以下であることが好ましい、また、陰極１３０のシート抵抗は、５０Ω以下である。
【００２７】
上述した各機能層の厚さは適宜決定することができる。例えばホール注入層１２１は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下、或は１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、典型的には１０ｎｍである。ホール輸送層１２２は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、或は１１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ホール注入層１２１とホール輸送層１２２の厚さは、発光材料の発光波長に応じて適宜調整してもよい。具体的には、発光層１２４内の発光位置から第１の導電膜１１０ａの表面間の光学距離が、発光材料の発光ピーク波長の２分の１（半波長）の整数倍、もしくはそれに近くなるように調整すればよい。これにより、発光層１２４から出射した光と第１の導電膜１１０ａｂの表面で反射した光が互いに増幅し、発光スペクトルの狭線化や発光強度の増大が実現できる。
【００２８】
電子ブロック層１２３やホールブロック層１２５の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、あるいは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、典型的には１０ｎｍである。発光層１２４の厚さは、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上３５ｎｍ、或は１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、典型的には１５ｎｍである。電子輸送層１２６の厚さは、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上３０ｎｍ、或は１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、典型的には２５ｎｍである。
【００２９】
上述したように、発光素子１００は陰極から発光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の発光素子である。この場合、ホールブロック層１２５、電子輸送層１２６、電子注入層１２７の厚さの総和が２５ｎｍ〜３０ｎｍとなるよう、各層の厚さを調整することが好ましい。これにより、発光のより効果的な干渉、増幅効果を得ることができ、発光効率と色純度を向上させることができる。
【００３０】
陽極１１０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法や蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成される。各機能層、インクジェット法やスピンコート法、印刷法、あるいは蒸着法によって形成される。陰極１３０は、共蒸着によって形成される。
【００３１】
本発明の一実施形態に係る発光素子１００では、陰極１３０はイッテルビウム及び銀を含み、且つ陰極１３０と接する電子注入層１２７が８−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む。このような構成を有することにより、発光素子１００において、陰極１３０のモフォロジーが改善されて、プラズマ振動による可視光領域の波長の光が吸収されることを抑制することができる。その結果、発光素子１００の発光効率が向上する。また、陰極１３０のシート抵抗をを低減することができるため、発光ムラを低減することができる。さらに、陰極１３０から経時的に安定して電子注入することができるため、発光素子１００の輝度寿命を改善することができる。
【００３２】
図１に示すように、発光素子１００はさらに、任意の構成として、以下に述べるキャップ層１４０や封止層（以下、パッシベーション膜）１５０を有してもよい。
【００３３】
キャップ層１４０を設ける場合、キャップ層１４０は陰極１３０に接するように設けられる。キャップ層１４０は単層構造でも良く、あるいは図１に示すように第１のキャップ層１４０ａと第２のキャップ層１４０ｂの二層構造を有してもよい。キャップ層１４０を設けることにより、陰極１３０上にさらに微小共振器を形成することができる。このため、陰極１３０を透過した光は、キャップ層１４０の底面（すなわち、キャップ層１４０と陰極１３０の界面）と上面間で反射を繰り返すことで、干渉効果によってさらに増幅される。
【００３４】
第１のキャップ層１４０ａは、可視光領域における透過率が高く、かつ、屈折率が比較的高い材料を含むことができる。このような材料の一例として有機化合物が挙げられる。有機化合物としては、例えば硫黄、ハロゲン、リンを含む高分子材料が挙げられる。硫黄を含む高分子としては、主鎖や側鎖にチオエーテル、スルホン、チオフェンなどの置換基を有する高分子が挙げられる。リンを含む高分子材料としては、主鎖や側鎖に亜リン酸基、リン酸基などが含まれる高分子材料、あるいはポリフォスファゼンなどが挙げられる。ハロゲンを含む高分子材料としては、臭素やヨウ素、塩素を置換基として有する高分子材料が挙げられる。あるいは第１のキャップ層１４０ａは無機材料を含んでもよく、無機材料としては酸化チタン、酸化ジリコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、ＩＴＯ、ＩＺＯ、硫化鉛、硫化亜鉛、窒化ケイ素などが例示される。これらの無機材料と高分子材料の混合物を用いてもよい。
【００３５】
第２のキャップ層１４０ｂは可視光領域における透過率が高く、かつ、屈折率が比較的低い材料を含むことができる。第２のキャップ層１４０の材料としては、例えばフッ素を含有する高分子材料が挙げられる。フッ素を含有する高分子材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン、これらの誘導体、主鎖あるいは側鎖にフッ素を有するポリビニルエーテルやポリイミド、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリシロキサンなどが挙げられる。
【００３６】
キャップ層１４０の光学距離が発光層１２４の発光ピークの波長の４分の１の奇数倍に一致する、あるいはそれに近くなるよう、第１のキャップ層１４０ａと第２のキャップ層１４０ｂの材料の屈折率と厚さが適宜調整される。これにより、得られる発光の半値幅が小さくなって色純度が向上するとともに、発光素子１００の正面方向における輝度が増大する。
【００３７】
パッシベーション膜１５０は外部から水や酸素などの不純物が発光素子１００へ侵入することを防ぐ機能を有する。パッシベーション膜１５０を配置することにより、発光素子１００の信頼性を向上させることができる。パッシベーション膜１５０はキャップ層１４０と接するように設けられる。キャップ層１４０をｙ層略する場合には、パッシベーション膜１５０は陰極１３０と接するように設けられる。
【００３８】
パッシベーション膜１５０の構造は任意であり、例えば図１に示すような三層構造を有することができる。この場合、パッシベーション膜１５０は第１の層１５０ａ、第２の層１５０ｂを有することができる。例えば第１の層１５０ａは、例えば窒化シリコンや酸化シリコンを含む無機化合物で形成することができ、第２の層１５０ｂは、例えばアクリル樹脂を含む有機化合物で形成することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本実施形態では、発光素子１００を有する画素が複数配置された表示装置２００の構造を述べる。第１実施形態と同一、あるいは類似する構成に関しては説明を省略することがある。
【００４０】
［全体構造］
図２に表示装置２００の上面模式図を示す。表示装置２００は基板２０２を有し、その上にパターニングされた種々の絶縁膜、半導体膜、導電膜を有する。これらの絶縁膜、半導体膜、導電膜により、複数の画素２０４や画素２０４を駆動するための駆動回路（ゲート側駆動回路２０８、ソース側駆動回路２１０）が形成される。複数の画素２０４は周期的に配置され、これらによって表示領域２０６が定義される。後述するように、各画素２０４には発光素子１００が設けられる。
【００４１】
ゲート側駆動回路２０８やソース側駆動回路２１０は、表示領域２０６外（周辺領域）に配置される。表示領域２０６やゲート側駆動回路２０８、ソース側駆動回路２１０からはパターニングされた導電膜で形成される種々の配線２９２（図２では図示せず）が基板２０２の一辺へ延び、配線２９２は基板２０２の端部付近で露出されて映像信号端子２１６、電源端子２１８、２２０などの端子を形成する。これらの端子はフレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）２１４と電気的に接続される。ここで示した例では、ＦＰＣ２１４上に、半導体基板上に形成された集積回路を有する駆動ＩＣ２１２がさらに搭載される。駆動ＩＣ２１２、ＦＰＣ２１４を介して外部回路（図示せず）から映像信号が供給され、映像信号は映像信号端子２１６を通してゲート側駆動回路２０８、ソース側駆動回路２１０へ与えられる。一方、画素２０４内の発光素子１００へ供給される電源がＦＰＣ２１４、電源端子２１８、２２０を介して表示装置２００に与えられる。電源端子２２０には高電位（ＰＶＤＤ）が供給され、電源端子２１８にはＰＶＤＤよりも低い電位ＰＶＳＳが供給される。これらの映像信号や電位に基づく信号が各画素２０４に与えられ、画素２０４が制御、駆動される。駆動回路や駆動ＩＣ２１２の態様については図２の限りではなく、例えば駆動ＩＣ２１２は基板２０２上に実装されても良いし、ソース側駆動回路２１０の機能が駆動ＩＣ２１２に統合されていても良い。
【００４２】
基板２０２として可撓性を有する基板を用いることで、表示装置２００に可撓性を付与することができ、例えば図３の側面図に示すように、ＦＰＣ２１４やそれに接続される端子が表示領域２０６と重なるように、端子と表示領域２０６の間で表示装置２００を折り曲げることができる。この時、折りたたまれた形状を安定化させるためにスペーサ２２２を設けてもよい。スペーサ２２２は基板２０２によってその外周の少なくとも一部が覆われる。
【００４３】
［画素の構造］
各画素２０４には、パターニングされた種々の絶縁膜や半導体膜、導電膜によって発光素子１００を含む画素回路が形成される。画素回路の構成は任意に選択することができ、その一例を等価回路として図４に示す。
【００４４】
図４に示した画素回路は、発光素子１００に加え、駆動トランジスタ２４０、第１のスイッチングトランジスタ２４２、第２のスイッチングトランジスタ２４４、保持容量２５０、付加容量２５２を含む。発光素子１００、駆動トランジスタ２４０、第２のスイッチングトランジスタ２４４は、高電位電源線２５４と低電位電源線２５６との間で直列に接続される。高電位電源線２５４と低電位電源線２５６には、それぞれ高電位ＰＶＤＤ、低電位ＰＶＳＳが印加される。
【００４５】
本実施形態では、駆動トランジスタ２４０はｎチャネル型とし、高電位電源線２５４側の入出力端子をドレイン、発光素子１００側の入出力端子をソースとする。駆動トランジスタ２４０のドレインは第２のスイッチングトランジスタ２４４を介して高電位電源線２５４と電気的に接続され、ソースが発光素子１００の陽極１１０と電気的に接続される。
【００４６】
駆動トランジスタ２４０のゲートは、第１のスイッチングトランジスタ２４２を介して第１の信号線ＶＳＬと電気的に接続される。第１のスイッチングトランジスタ２４２は、そのゲートに接続される第１の走査信号線ＳＬＡに与えられる走査信号ＳＧによって動作（オン／オフ）が制御される。第１のスイッチングトランジスタ２４２がオンのとき、第１の信号線ＶＳＬの電位が駆動トランジスタ２４０のゲートに与えられる。第１の信号線ＶＳＬには、初期化信号Ｖｉｎｉ、または映像信号Ｖｓｉｇが所定のタイミングで与えられる。初期化信号Ｖｉｎｉは一定レベルの初期化電位を与える信号である。第１のスイッチングトランジスタ２４２は、第１の信号線ＶＳＬに同期して、所定のタイミングでオン／オフが制御され、駆動トランジスタ２４０のゲートに初期化信号Ｖｉｎｉ、または映像信号Ｖｓｉｇに基づく電位を与える。
【００４７】
駆動トランジスタ２４０のドレインには、第２の信号線ＶＲＳが電気的に接続される。第２の信号線ＶＲＳには、リセットトランジスタ２４６を介してリセット電位Ｖｒｓｔが与えられる。リセットトランジスタ２４６を通してリセット信号Ｖｒｓｔが印加されるタイミングは、第３の信号線ＳＬＣに与えられるリセット信号ＲＧによって制御される。
【００４８】
駆動トランジスタ２４０のソースとゲートとの間には、保持容量２５０が設けられる。付加容量２５２の一方の端子は駆動トランジスタ２４０のソースに接続され、他方の端子が高電位電源線２５４に接続される。付加容量２５２は、他方の端子が低電位電源線２５６に接続されるように設けてもよい。保持容量２５０と付加容量２５２は、映像信号Ｖｓｉｇを駆動トランジスタ２４０のゲートに与えるとき、映像信号Ｖｓｉｇに応じたゲート−ソース間電圧Ｖｇｓを保持するために設けられる。
【００４９】
ソース側駆動回路２１０は、第１の信号線ＶＳＬに初期化信号Ｖｉｎｉ、または映像信号Ｖｓｉｇを出力する。一方、ゲート側駆動回路２０８は第１の走査信号線ＳＬＡに走査信号ＳＧを出力し、第２の走査信号線ＳＬＢに走査信号ＢＧを出力し、第３の走査信号線ＳＬＣにリセット信号ＲＧを出力する。
【００５０】
画素２０４の構造を図５に示す断面構造を用いて説明する。図５では、基板２０２上に形成された隣接する二つの画素２０４の画素回路のうち、駆動トランジスタ２４０、保持容量２５０、付加容量２５２、発光素子１００の断面構造が示されている。
【００５１】
画素回路に含まれる各素子はアンダーコート２６０を介して、基板２０２上に設けられる。駆動トランジスタ２４０は、半導体膜２６２、ゲート絶縁膜２６４、ゲート電極２６６、ドレイン電極２７２、ソース電極２７４を含む。ゲート電極２６６は、ゲート絶縁膜２６４を介して半導体膜２６２の少なくとも一部と交差するように配置され、半導体膜２６２とゲート電極２６６が重なる領域にチャネルが形成される。半導体膜２６２はさらに、チャネルを挟持するドレイン領域２６２ａ、ソース領域２６２ｂを有する。
【００５２】
ゲート絶縁膜２６４を介して、ゲート電極２６６と同一の層に存在する容量電極２６８がソース領域２６２ｂと重なるように設けられる。ゲート電極２６６、容量電極２６８の上には層間絶縁膜２７０が設けられる。層間絶縁膜２７０とゲート絶縁膜２６４には、ドレイン領域２６２ａ、ソース領域２６２ｂに達する開口が形成され、この開口を覆うようにドレイン電極２７２、ソース電極２７４が配置される。ソース電極２７４の一部は、層間絶縁膜２７０を介してソース領域２６２ｂの一部と容量電極２６８と重なり、ソース領域２６２ｂの一部、ゲート絶縁膜２６４、容量電極２６８、層間絶縁膜２７０、およびソース電極２７４の一部によって保持容量２５０が形成される。
【００５３】
駆動トランジスタ２４０や保持容量２５０の上にはさらに平坦化膜２７６が設けられる。平坦化膜２７６は、ソース電極２７４に達する開口を有し、この開口と平坦化膜２７６の上面の一部を覆う接続電極２７８がソース電極２７４と接するように設けられる。平坦化膜２７６上にはさらに付加容量電極２８０が設けられる。接続電極２７８や付加容量電極２８０は同時に形成することができ、同一の層に存在することができる。接続電極２７８と付加容量電極２８０を覆うように容量絶縁膜２８２が形成される。容量絶縁膜２８２は、平坦化膜２７６の開口では接続電極２７８の一部を覆わず、接続電極２７８の底面を露出する。これにより、接続電極２７８を介し、その上に設けられる陽極１１０とソース電極２７４間の電気的接続が可能となる。容量絶縁膜２８２には、その上に設けられる隔壁２８６と平坦化膜２７６の接触を許容するための開口２８８を設けてもよい。開口２８８を通して平坦化膜２７６中の不純物を除去することができ、これによって画素回路や発光素子１００の信頼性を向上させることができる。なお、接続電極２７８や開口２８８の形成は任意である。
【００５４】
容量絶縁膜２８２上には、接続電極２７８と付加容量電極２８０を覆うように、陽極１１０が設けられる。容量絶縁膜２８２は付加容量電極２８０と陽極１１０によって挟持され、この構造によって付加容量２５２が構築される。陽極１１０は、付加容量２５２と発光素子１００によって共有される。
【００５５】
陽極１１０の上には、陽極１１０の端部を覆う隔壁２８６が設けられる。陽極１１０、隔壁２８６を覆うようにＥＬ層１２０、およびその上の陰極１３０が設けられる。陽極１１０や陰極１３０、およびＥＬ層１２０の構造は第１実施形態で述べたものと同様である。ＥＬ層１２０の構造は、すべての画素２０４間で同一でも良く、隣接する画素２０４間で一部の構造が異なるようにＥＬ層１２０を形成してもよい。例えば隣接する画素２０４間で発光層１２４の構造、あるいは材料が異なり、他の層は同一の構造を有するよう、画素２０４を構成してもよい。さらに、発光層１２４の構造や材料のみならず、ホール輸送層１２２の厚さが隣接する画素２０４間で異なり、他の層が同一の構造を有するよう、画素２０４を構成してもよい。陰極１３０は複数の画素２０４を覆う。すなわち、陰極１３０は、複数の画素２０４によって共有される。なお、図５では、見やすさを考慮し、代表的な機能層としてホール輸送層１２２、発光層１２４、電子輸送層１２６のみを図示している。
【００５６】
陰極１３０上にはキャップ層１４０が設けられる。キャップ層１４０も複数の画素２０４によって共有されるよう、複数の画素２０４を覆う。前述のように、キャップ層１４０に、発光層１２４からの光の干渉・増幅効果を持たせる場合には、キャップ層１４０の厚さが隣接する画素２０４間で異なるように構成してもよい。キャップ層１４０上には、発光素子１００を保護するためのパッシベーション膜１５０が配置される。パッシベーション膜１５０上には樹脂を含む膜（以下、樹脂膜）１６０が設けられる。表示装置２００はさらに、基板２０２から樹脂膜１６０までの構造を挟持するように支持フィルム２２６、２２８を有しており、支持フィルム２２６、２２８によって適度な物理的強度が与えられる。支持フィルム２２６、２２８は図示しない接着層によって基板２０２や樹脂膜１６０に固定される。
【００５７】
第１実施形態で述べたように、発光素子１００は、イッテルビウム及び銀を含む陰極１３０、及び８−キノリノール配位子を有するリチウム錯体を含む電子注入層１２７を有する。このため、発光素子１００は、発光効率、及び輝度寿命が向上している。したがって、この発光素子１００を表示装置２００の各画素２０４に導入することにより、表示装置２００は高発光効率及び長寿命を示す。すなわち、本実施形態を適用することにより、発光効率が高く、長寿命の表示装置を提供することが可能となる。
【実施例】
【００５８】
本実施例では、第１実施形態で述べた発光素子１００の作製とその特性評価を示す。具体的には、本発明の実施形態の発光素子１、２を、比較例として発光素子３、４を作製した。各発光素子１、２は第１実施形態の発光素子１００の一つであり、陰極１３０におけるイッテルビウムと銀との混合比が異なっていることを除き、互いに全て同一である。発光素子１、２の陰極１３０におけるイッテルビウムと銀との混合比は、以下の表１に示すとおりである。一方、発光素子３、４では陰極の構成と、陰極に接する電子注入層に含まれる材料が発光素子１、２とは異なる。発光素子３、４の陰極の構成と電子注入層に含まれる材料は、以下の表１に示すとおりである。
【００５９】
【表１】
2019153659.tif 000003
【００６０】
各発光素子の駆動電圧、発光効率、色度座標、及び５％輝度低下時間（ＬＴ９５）を表２に示す。ここで、駆動電圧と発光効率は、それぞれ発光素子に１５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で電流を供給したときの値である。ＬＴ９５は、３０℃において１５ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で発光素子を定電流駆動させ、輝度が初期輝度から５％低下した時の時間である。尚、発光効率（Ｚ／Ｊ）は、、ｘｙＹ表色系における色座標（ｘ，ｙ）をＸＹＺ表色系における色座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換し、変換した色座標のうちのＺを電流密度Ｊで除算した値である。尚、ＸＹＺ表色系における色座標Ｚは、青みの度合を示す値であるため、Ｚ／Ｊは、青成分に着目した場合の発光効率に相当する。
【００６１】
【表２】
2019153659.tif 000004
【００６２】
表２から明らかなように、本実施形態の発光素子１００である発光素子１、２は、発光素子３、４に比べていずれも低電圧で駆動され、発光効率が高く、且つ５％輝度低下時間が長いことが確認された。これに対し、発光素子３、４は、発光素子１、２に比べて発光効率が低く、５％輝度低下時間が短いことが分かる。
【００６３】
このように、本発明の実施形態を適用することにより、発光効率に優れ、長寿命の発光素子を実現できることが確認された。このため、これらの発光素子を利用することで発光効率に優れ、長寿命の表示装置を提供することが可能となる。
【００６４】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【００６５】
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【００６６】
１００：発光素子、１１０：陽極、１１０ａ：第１の導電膜、１１０ｂ：第２の導電膜、１１０ｃ：第３の導電膜、１２０：ＥＬ層、１２１：ホール注入層、１２２：ホール輸送層、１２３：電子ブロック層、１２４：発光層、１２４ａ：第１の発光層、１２４ｂ：第２の発光層、１２４ｃ：電荷発生層、１２５：ホールブロック層、１２６：電子輸送層、１２７：電子注入層、１２７ａ：第１の電子注入層、１２７ｂ：第２の電子注入層、１３０：陰極、１４０：キャップ層、１４０ａ：第１のキャップ層、１４０ｂ：第２のキャップ層、１５０：パッシベーション膜、１５０ａ：第１の層、１５０ｂ：第２の層、１５０ｃ：第３の層、１６０：樹脂膜、１７０：折曲領域、２００：表示装置、２０２：基板、２０４：画素、２０６：表示領域、２０８：ゲート側駆動回路、２１０：ソース側駆動回路、２１４：ＦＰＣ、２１６：映像信号端子、２１８：電源端子、２２０：電源端子、２２２：スペーサ、２２６：支持フィルム、２２８：支持フィルム、２４０：駆動トランジスタ、２４２：第１のスイッチングトランジスタ、２４４：第２のスイッチングトランジスタ、２４６：リセットトランジスタ、２５０：保持容量、２５２：付加容量、２５４：高電位電源線、２５６：低電位電源線、２６０：アンダーコート、２６２：半導体膜、２６２ａ：ドレイン領域、２６２ｂ：ソース領域、２６４：ゲート絶縁膜、２６６：ゲート電極、２６８：容量電極、２７０：層間絶縁膜、２７２：ドレイン電極、２７４：ソース電極、２７６：平坦化膜、２７８：接続電極、２８０：付加容量電極、２８２：容量絶縁膜、２８６：隔壁、２８８：開口
【図１】
2019153659.tif 000005
【図２】
2019153659.tif 000006
【図３】
2019153659.tif 000007
【図４】
2019153659.tif 000008
【図５】
2019153659.tif 000009