(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に支持され、前記絶縁基板と向き合うと共に光反射性及び光透過性を有する前面電極と、前記絶縁基板と前記前面電極との間に介在した背面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在すると共に発光層を含んだ有機物層とを備え、前記前面電極は、前記有機物層と向き合った金属材料層と、前記金属材料層と前記有機物層との間に介在した無機物からなる電子注入層とを含んだ有機ＥＬ素子と、
前記金属材料層を被覆すると共に前記有機ＥＬ素子が放出した光が内部で繰り返し反射干渉する光学調整層とを具備し、前記光学調整層は、ＳｉＯ2及びＳｉＮからなる群より選ばれる透明誘電体からなり、光学的厚さが２３０ｎｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
【請求項２】
前記光学調整層の厚さは１５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項３】
前記金属材料層は銀とマグネシウムとの合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項４】
前記金属材料層は銀を７５体積％乃至９５体積％の濃度で含有していることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項５】
前記金属材料層の厚さは１０ｎｍ乃至３０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項６】
前記金属材料層の光吸収率は１０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項７】
前記電子注入層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属の酸化物、及びアルカリ金属の弗化物からなる群より選択される材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項８】
前記電子注入層はフッ化リチウムからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項９】
前記電子注入層の厚さは０．５ｎｍ乃至２ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ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（ＥＬ）表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置では、通常、有機ＥＬ素子の陽極を下部電極とし、陰極を上部電極としている。陰極には、仕事関数が小さな材料を使用することが望まれるが、そのような材料の多くは光吸収が大きい。そのため、特に、上部電極が透過する光を表示に利用する上面発光型の有機ＥＬ表示装置には、陰極の光吸収を低減することが望まれる。
【０００３】
特許文献１には、陰極の光吸収を低減するために、陰極に以下の構造を採用することが記載されている。すなわち、陰極を内層と外層との二層で構成する。内層は、銀又は銀合金からなる半透明反射層とし、外層はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極層とする。
【０００４】
この構造を採用すると、半透明反射層にマグネシウム合金を使用した場合と比較して、陰極の光吸収を低減することができる。しかしながら、銀は仕事関数が大きいため、先の構造を採用した場合には、有機物層への電子の注入に高い電圧の印加が必要となる、キャリアバランスが劣化して発光効率が低下するなどの問題を生ずる。
【０００５】
特許文献２には、陰極に弗化物層と導電層との二層構造を採用することが記載されている。弗化物層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の弗化物からなる。導電層は、単体金属、合金、又は他の導電材料からなる。
【０００６】
この構造を採用すると、弗化物層を省略した場合と比較して、発光効率を高めることができる。また、材料や膜厚を最適化すれば、陰極の光吸収を十分に低くすることができると考えられる。
【０００７】
ところで、特許文献１及び３に記載されるように、有機ＥＬ素子には、光共振器構造を採用することができる。光共振器構造は、発光層が放出する光のうち、共振波長の光を強め、それ以外の波長の光を弱める。したがって、有機ＥＬ素子に光共振器構造を採用すると、有機ＥＬ表示装置の発光効率とこれが放出する光の色純度とを著しく高めることができる。
【０００８】
この効果を得るためには、陽極と陰極との間の光路長（有機物層の光学的厚さ）並びに陽極及び陰極の光学特性を最適化する必要がある。しかしながら、有機物層の構造は、キャリアバランスなどを考慮して決定する。また、上面発光型有機ＥＬ表示装置では、先に説明したように、陰極の構造は電子注入に加えて光吸収などを考慮して決定する。そのため、現実的には、上面発光型有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子に光共振器構造を採用することは難しい。
【特許文献１】特開２００３−１０９７７５号公報
【特許文献２】米国特許第５７７６６２２号明細書
【特許文献３】特許第３５０８７４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上面発光型有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子への光共振器構造の採用を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面によると、絶縁基板と、前記絶縁基板に支持され、前記絶縁基板と向き合うと共に光反射性及び光透過性を有する前面電極と、前記絶縁基板と前記前面電極との間に介在した背面電極と、前記前面電極と前記背面電極との間に介在すると共に発光層を含んだ有機物層とを備え、前記前面電極は、前記有機物層と向き合った金属材料層と、前記金属材料層と前記有機物層との間に介在した無機物からなる電子注入層とを含んだ有機ＥＬ素子と、前記金属材料層を被覆すると共に前記有機ＥＬ素子が放出した光が内部で繰り返し反射干渉する光学調整層とを具備し、前記光学調整層は、ＳｉＯ2及びＳｉＮからなる群より選ばれる透明誘電体からなり、光学的厚さが２３０ｎｍ以下である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】
【００１２】
本発明によると、上面発光型有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子への光共振器構造の採用が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様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。
【００１４】
図１は、参考例に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示す有機ＥＬ表示装置の部分断面図である。図３は、図１及び図２の有機ＥＬ表示装置が含む有機ＥＬ素子の一例を概略的に示す断面図である。なお、図１及び図２では、有機ＥＬ表示装置を、その表示面、すなわち前面又は光出射面、が上方を向き、背面が下方を向くように描いている。
【００１５】
図１及び図２に示す有機ＥＬ表示装置１は、アクティブマトリクス駆動方式を採用した上面発光型の有機ＥＬカラー表示装置である。この有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板２と、封止部材３とを含んでいる。
【００１６】
封止部材３は、この例ではガラス基板であって、そのアレイ基板２との対向面は例えば凹形状を有している。アレイ基板２と封止部材３とは、周縁部同士が例えば接着剤やフリットシールなどで結合しており、これにより、それらの間に気密な密閉空間を形成している。
【００１７】
この密閉空間は、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスを充填するか又は真空とする。或いは、アレイ基板２と封止部材３との間の密閉空間に樹脂などの固体を充填する封止技術を用いてもよい。或いは、封止部材３として、ガラス基板の代わりに、例えば、有機材料層、無機材料層、又は有機材料層と無機材料層との積層体を使用する薄膜封止技術を用いていてもよい。
【００１８】
有機ＥＬ表示装置１は、その前面側の最表面上に、偏光板４をさらに含んでいてもよい。偏光板４は、表示面が外光を反射するのを抑制するうえで有用である。
【００１９】
アレイ基板２は、ガラス基板などの絶縁基板１０を含んでいる。  
絶縁基板１０上では、複数の画素がマトリクス状に配列している。各画素は、画素回路と有機ＥＬ素子４０とを含んでいる。
【００２０】
画素回路は、例えば、一対の電源端子間で有機ＥＬ素子４０と直列に接続された駆動トランジスタ（図示せず）及び出力制御スイッチ２０と、画素スイッチ（図示せず）とを含んでいる。駆動トランジスタのゲートは、画素の列に対応して敷設された映像信号線（図示せず）に画素スイッチを介して接続されている。駆動トランジスタは、映像信号線から供給される映像信号に対応した大きさの電流を、出力制御スイッチ２０を介して、有機ＥＬ素子４０へと出力する。画素スイッチのゲートは、画素の行に対応して敷設された走査信号線（図示せず）に接続されている。画素スイッチのスイッチング動作は、走査信号線から供給される走査信号によって制御される。なお、画素回路には、他の構造を採用することも可能である。
【００２１】
絶縁基板１０上には、アンダーコート層１２として、例えば、ＳｉＮx層とＳｉＯx層とが順次形成されている。アンダーコート層１２上には、例えばチャネル、ソース及びドレインが形成されたポリシリコン層である半導体層１３、例えばＴＥＯＳ（tetraethyl orthosilicate）などを用いて形成されるゲート絶縁膜１４、及び例えばＭｏＷなどからなるゲート電極１５が順次積層されており、それらはトップゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）を構成している。この例では、画素スイッチ、出力制御スイッチ２０、駆動トランジスタのＴＦＴとして利用している。また、ゲート絶縁膜１４上には、ゲート電極１５と同一工程で形成可能な走査信号線がさらに配置されている。
【００２２】
ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５は、例えばプラズマＣＶＤ法などにより成膜されたＳｉＯxなどからなる層間絶縁膜１７で被覆されている。層間絶縁膜１７上にはソース及びドレイン電極１６が配置されており、それらは、例えばＳｉＮxなどからなるパッシベーション膜１８で被覆されている。ソース及びドレイン電極１６は、例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏの三層構造を有しており、層間絶縁膜１７に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴのソース及びドレインにそれぞれ電気的に接続されている。また、層間絶縁膜１７上には、ソース及びドレイン電極１６と同一の工程で形成可能な映像信号線がさらに配置されている。
【００２３】
パッシベーション膜１８上には、平坦化層１９が形成されている。平坦化層１９上には陽極４１が、互いから離間して配列している。各陽極４１は、パッシベーション膜１８及び平坦化層１９に設けた貫通孔を介して出力制御スイッチ２０のドレイン電極１６に接続されている。
【００２４】
陽極４１は、背面電極であって、この例では、光反射性を有している。陽極４１は、例えば、図３に示すように光反射性導電層４１２と透明導電層４１１との積層体からなる。或いは、陽極４１は、光反射性導電層４１２のみからなる。透明導電層４１１は、光反射性導電層４１２と比較して仕事関数がより大きい。透明導電層４１１の材料としては、例えば、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを使用することができる。光反射性導電層４１２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒなどの金属材料を使用することができる。
【００２５】
平坦化層１９上には、図２に示すように、隔壁絶縁層５０がさらに配置されている。この隔壁絶縁層５０には、陽極４１に対応した位置に貫通孔が設けられている。隔壁絶縁層５０は、例えば、有機絶縁層であり、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
【００２６】
陽極４１上には、図３に示すように、発光層４２１を含んだ有機物層４２が配置されている。発光層４２１は、例えば、発光色が赤色、緑色、又は青色のルミネセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。或いは、発光層４２１は、発光色が白色のルミネッセンス性有機化合物を含んだ薄膜である。
【００２７】
有機物層４２は、発光層４２１以外の層をさらに含むことができる。有機物層４２は、例えば、発光層４２１への正孔の注入を媒介する役割を果たす正孔注入層４２２をさらに含むことができる。また、有機物層４２は、正孔輸送層４２３、電子輸送層４２４、正孔ブロッキング層４２５などもさらに含むことができる。
【００２８】
隔壁絶縁層５０及び有機物層４２は、光反射性及び光透過性を有する陰極４３で被覆されている。陰極４３は、パッシベーション膜１８と平坦化層１９と隔壁絶縁層５０とに設けられたコンタクトホール（図示せず）を介して、映像信号線と同一の層上に形成された電源線（図示せず）に電気的に接続されている。各有機ＥＬ素子４０は、陽極４１、有機物層４２、陰極４３によって構成されている。
【００２９】
陰極４３は、前面電極であって、この例では、全画素に対応した領域に広がった連続膜としての共通電極である。陰極４３は、金属材料層４３１と電子注入層４３２と光学調整層４３３とを含んでいる。金属材料層４３１の材料としては、例えば、銀合金を使用することができる。この銀合金としては、例えば、銀と鉛との合金、銀と鉛と銅との合金、銀とニッケルとの合金などを使用することができる。
【００３０】
金属材料層４３１における銀の濃度は、例えば７５体積％以上とする。また、金属材料層３１の厚さは、例えば、１０ｎｍ乃至３０ｎｍの範囲内とする。この場合、優れた光透過性及び光反射性を実現すると共に、光吸収率を１０％以下とすることができる。なお、特に断りがない限り、光吸収率及び光学的厚さなどの光学的特徴は、発光層４２１が放出する光を想定して記載している。
【００３１】
金属材料層４３１における銀の濃度が高いと、蒸着の際に銀原子の過剰な凝集を生じ、銀が島状に堆積する可能性がある。金属材料層４３１における銀の濃度を例えば９５体積％以下とすると、銀以外の金属原子が膜成長の核として十分に機能し、銀が島状に堆積し難くなる。
【００３２】
電子注入層４３２は、金属材料層４３１と有機物層４２との間に介在している。電子注入層４３２の材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属の酸化物、及びアルカリ金属の弗化物などを使用することができる。ここでは、一例として、フッ化リチウムを使用することとする。
【００３３】
電子注入層４３２の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上とする。電子注入層４３２が薄い場合、その電子注入能力が不十分となる可能性がある。
【００３４】
電子注入層４３２の厚さは、例えば２ｎｍ以下とする。電子注入層４３２の材料としてアルカリ金属の弗化物又は酸化物を使用した場合、電子注入層４３２が厚いと、絶縁性が発生する可能性がある。
【００３５】
光学調整層４３３は、金属材料層４３１を被覆している。光学調整層４３３は、有機物層４２が放出した光が内部で繰り返し反射干渉するように、その光学的厚さが調節されている。光学調整層４３３の材料としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電材料を使用することができる。
【００３６】
光学調整層４３３の光学的厚さは、例えば２３０ｎｍ以下とする。例えば、光学調整層４３３の材料としてＩＴＯ（屈折率ｎ＝約２）を使用した場合には、その厚さを例えば約１００ｎｍ以下とする。この場合、光学調整層４３３の厚さに応じた透過率及び反射率変化の波長依存性が比較的小さい。
【００３７】
光学調整層４３３の厚さは、例えば１５ｎｍ以上とする。光学調整層４３３が薄いと、光学調整層４３３の厚さに応じて透過率及び反射率は変化するものの、後述する位相シフトΦ1は殆ど変化しない。
【００３８】
この有機ＥＬ表示装置１において、有機ＥＬ素子４０は、反射層と半透鏡層とを向かい合わせに配置してなる光共振器を形成している。すなわち、発光層４２１が放出する光の波長λは下記等式に示す関係を満足している。
【数１】
0004817789.tif 000002
【００３９】
なお、Ｌは反射層と半透鏡層との間の光路長であり、Φ1は半透鏡層で反射されることによる光の位相シフトであり、Φ2は反射層で反射されることによる光の位相シフトであり、ｍは整数である。また、反射層は、光反射性を有する層であり、典型的には金属薄膜である。半透鏡層は、光透過性と光反射性とを有する層である。半透鏡層は、反射層と比較して透過率がより大きい。反射層は、半透鏡層と比較して反射率がより大きい。例えば、反射層の反射率は３０％以上であり、半透鏡層の反射率は１５％以上である。この例では、反射層は光反射性導電層４１２であり、半透鏡層は陰極４３である。
【００４０】
波長λと光路長Ｌと位相シフトΦ1及びΦ2とが上記等式に示す共振条件を満足している場合、この波長λの光は、繰り返し反射干渉によって強め合う。しかしながら、光学調整層４３３を省略した場合、波長λと光路長Ｌと位相シフトΦ1及びΦ2とに共振条件を満足させるべく、それらの何れかを変更すると、キャリアバランスや光吸収特性なども変化する。
【００４１】
これに対し、陰極４３に図３の構造を採用した場合、光学調整層４３３に使用する材料の種類及びその厚さに応じて、位相シフトΦ1を変化させることができる。光学調整層４３３は有機物層４２と接触している層ではないので、光学調整層４３３に使用する材料の種類及びその厚さを変更しても、キャリアバランスが影響を受けることはない。また、光学調整層４３３は透明材料からなるので、これに使用する材料の種類及びその厚さを変更しても、陰極４３の光吸収特性が大きな影響を受けることはない。
【００４２】
したがって、キャリアバランスや光吸収特性などに殆ど影響を与えることなく、位相シフトΦ1を変化させることができる。すなわち、本態様によると、上面発光型有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子への光共振器構造の採用が容易になる。
【００４３】
以上、光学調整層４３３を陰極４３の一部としたが、光学調整層４３３は陰極４３の一部でなくてもよい。すなわち、光学調整層４３３は、導電性である必要はない。但し、光学調整層４３３が導電性であると、例えば隔壁絶縁層５０に設ける貫通孔の位置で金属材料層４３１に不連続部が生じたとしても、これに起因して接続不良が生じるのを防止できる。
【００４４】
光学調整層４３３が絶縁性である場合、その材料としては、例えば、ＳｉＯ2及びＳｉＮなどの透明誘電体を使用することができる。
【００４５】
また、光学調整層４３３の材料としては、例えば、α−ＮＰＤ及びＡｌｑ3などの有機物を使用することもできる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の参考例を説明する。  
（参考例１）
本例では、ガラス基板上に、図３の有機ＥＬ素子４０を作製した。
【００４７】
ここでは、電子注入層４３２の材料としては、弗化リチウムを使用した。電子注入層４３２は、蒸着法により形成し、その厚さは１ｎｍとした。
【００４８】
金属材料層４３１は、銀とマグネシウムとを共蒸着することにより１５ｎｍの厚さに形成した。金属材料層４３１における銀の濃度は、銀の蒸着レートとマグネシウムの蒸着レートとを調節することにより、８０体積％に設定した。
【００４９】
光学調整層４３３の材料としては、ＩＴＯを使用した。光学調整層４３３は、ＲＦスパッタリングにより形成し、その厚さは３０ｎｍとした。
【００５０】
（比較例１）
本例では、電子注入層を省略したこと以外は参考例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。
【００５１】
次に、参考例１に係る有機ＥＬ素子４０及び比較例１に係る有機ＥＬ素子の各々について、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2となるときの駆動電圧を測定した。その結果、参考例１に係る有機ＥＬ素子４０の駆動電圧は、比較例１に係る有機ＥＬ素子の駆動電圧と比べて３．５Ｖも小さかった。
【００５２】
（比較例２）
本例では、光学調整層を省略したこと以外は参考例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。
【００５３】
次に、参考例１に係る有機ＥＬ素子４０及び比較例２に係る有機ＥＬ素子の各々について、電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ2としたときの発光スペクトルを測定した。
【００５４】
図４は、参考例１及び比較例２に係る有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフである。図中、横軸は波長を示し、縦軸は強度（任意単位）を示している。また、曲線Ａは参考例１に係る有機ＥＬ素子４０について得られた発光スペクトルを示し、曲線Ｂは比較例２に係る有機ＥＬ素子について得られた発光スペクトルを示している。
【００５５】
図４に示すように、実施例１に係る有機ＥＬ素子４０は、比較例２に係る有機ＥＬ素子と比べて、発光効率に優れている。具体的には、実施例１に係る有機ＥＬ素子４０の発光効率は、比較例２に係る有機ＥＬ素子の発光効率の約１．４倍であった。
【００５６】
（参考例２）
本例では、参考例１と同様の構造を有する有機ＥＬ素子４０について、陰極４３の透過率及び反射率並びに位相シフトΦ1の光学調整層４３３の厚さに対する依存性をシミュレートした。その結果を図５乃至図７に示す。
【００５７】
図５は、光学調整層の厚さと陰極の透過率との関係の一例を示すグラフである。図６は、光学調整層の厚さと陰極の反射率との関係の一例を示すグラフである。図７は、光学調整層の厚さと位相シフトΦ1との関係の一例を示すグラフである。図５乃至図７において、横軸は光学調整層４３３の厚さを示している。また、図５において縦軸は陰極４３の透過率を示し、図６において縦軸は陰極４３の反射率を示し、図７において縦軸は位相シフト（反射位相）Φ1を示している。
【００５８】
図５及び図６から明らかなように、光学調整層４３３の厚さを変化させても、陰極４３の光吸収特性は殆ど変化しない。他方、位相シフトΦ1は、図７に示すように、光学調整層４３３の厚さに応じて変化する。具体的には、光学調整層４３３の厚さに応じて、位相シフトΦ1を最大で約０．５ｒａｄ変化させることができる。
【００５９】
なお、図５及び図６の曲線は極値を有しており、それら極値に対応した光学調整層４３３の厚さはほぼ等しい。したがって、例えば、光学調整層４３３の厚さが先の値とほぼ等しい場合には、金属材料層４３１や光学調整層４３３の膜厚のばらつきに起因して透過率及び反射率がばらつくのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】参考例に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】図１に示す有機ＥＬ表示装置の部分断面図。
【図３】図１及び図２の有機ＥＬ表示装置が含む有機ＥＬ素子の一例を概略的に示す断面図。
【図４】参考例１及び比較例２に係る有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフ。
【図５】光学調整層の厚さと陰極の透過率との関係の一例を示すグラフ。
【図６】光学調整層の厚さと陰極の反射率との関係の一例を示すグラフ。
【図７】光学調整層の厚さと位相シフトΦ1との関係の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
１…有機ＥＬ表示装置、２…アレイ基板、３…封止部材、４…偏光板、１０…絶縁基板、１２…アンダーコート層、１３…半導体層、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１６…ソース及びドレイン電極、１７…層間絶縁膜、１８…パッシベーション膜、１９…平坦化層、２０…出力制御スイッチ、４０…有機ＥＬ素子、４１…陽極、４２…有機物層、４３…陰極、５０…隔壁絶縁層、４１１…透明導電層、４１２…光反射性導電層、４２１…発光層、４２２…正孔注入層、４２３…正孔輸送層、４２４…電子輸送層、４２５…正孔ブロッキング層、４３１…金属材料層、４３２…電子注入層、４３３…光学調整層。
【図１】
0004817789.tif 000003
【図２】
0004817789.tif 000004
【図３】
0004817789.tif 000005
【図４】
0004817789.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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