(57)【要約】発光素子は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第１電極と、該第１電極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなるキャリア注入層と、該キャリア注入層に支持されている発光層と、該発光層に支持されている第２電極と、を含み、該キャリア注入層と該発光層との間に、該キャリア注入層よりも低抵抗のキャリア分散層が設けられている。これにより、画素内における発光特性が良好な発光素子が提供される。
2007043697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられている補助電極と、
前記補助電極上に設けられている絶縁層と、
前記絶縁層に支持されている第１電極と、
前記第１電極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなるキャリア注入層と、
前記キャリア注入層に支持されている発光層と、
前記発光層に支持されている第２電極と、を含み、
前記キャリア注入層と前記発光層との間に、前記キャリア注入層よりも低抵抗のキャリア分散層を有する、ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記キャリア分散層はキャリア輸送材料がドープされた有機薄膜であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記キャリア分散層は金属膜又は金属酸化膜のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記金属膜又は前記金属酸化膜は１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１電極と前記キャリア注入層との間に接触して挿入されているキャリア規制層を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項６】
前記キャリア規制層は前記第１電極と前記第２電極とによって挟持されていることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１電極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項８】
前記キャリア分散層は前記第１電極によって画定されるキャリア注入領域よりも大なる面積を有することを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
前記キャリア注入層は前記絶縁層と前記第１電極との間に挟持されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項１０】
複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、
前記発光部の各々は、基板上に設けられている補助電極と、前記補助電極上に設けられている絶縁層と、前記絶縁層に支持されている第１電極と、前記第１電極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなるキャリア注入層と、前記キャリア注入層に支持されている発光層と、前記発光層に支持されている第２電極と、を含み、前記キャリア注入層と前記発光層との間に、前記キャリア注入層よりも低抵抗のキャリア分散層を有する、ことを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
前記発光部ごとに前記補助電極に電気的に接続されたスイッチング素子を備え、
前記第１電極および第２電極に電力を供給する配線と、前記スイッチング素子にオンオフの電圧情報を印加する配線と、を有することを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記キャリア分散層はキャリア輸送材料がドープされた有機薄膜であることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１３】
前記キャリア分散層は金属膜又は金属酸化膜のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１４】
前記金属膜又は前記金属酸化膜は１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１３記載の表示装置。
【請求項１５】
前記第１電極と前記キャリア注入層との間に接触して挿入されているキャリア規制層を含むことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１６】
前記キャリア規制層は前記第１電極と前記第２電極とによって挟持されていることを特徴とする請求項１５記載の表示装置。
【請求項１７】
前記第１電極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えたことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１８】
前記キャリア分散層は前記第１電極によって画定されるキャリア注入領域よりも大なる面積を有することを特徴とする請求項１７記載の表示装置。
【請求項１９】
前記キャリア注入層は前記絶縁層と前記第１電極との間に挟持されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア（正孔又は電子）分散性の有機薄膜を備えた発光素子およびその表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界を印加して発光させる発光素子、例えば物質におけるキャリア（正孔又は電子）の再結合によるエレクトロルミネセンス（以下、単にＥＬという）を利用している発光素子が知られている。例えば、有機化合物材料を用いた注入型の有機ＥＬ素子による表示パネルを搭載したＥＬ表示装置が開発されている。有機ＥＬ素子には、赤色で発光する構造を有する赤色ＥＬ素子、緑色で発光する構造を有する緑色ＥＬ素子、及び青色で発光する構造を有する青色ＥＬ素子がある。これら赤、青、緑ＲＧＢで発光する３つの有機ＥＬ素子を１画素発光ユニットとして、複数画素をパネル部上にマトリクス状に配列すればカラー表示装置を実現することができる。かかるカラー表示装置による表示パネルの駆動方式として、パッシブマトリクス駆動型と、アクティブマトリクス駆動型が知られている。アクティブマトリクス駆動型のＥＬ表示装置は、パッシブマトリクス型のものに比べて、低消費電力であり、また画素間のクロストークが少ないなどの利点を有し、特に大画面表示装置や高精細度表示装置に適している。
アクティブマトリクス駆動型のＥＬ表示装置の表示パネルには、陽極電源ライン、陰極電源ライン、水平走査を担う走査ライン及び各走査ラインに交叉して配列されたデータラインが格子状に形成されている。走査ライン及びデータラインの各ＲＧＢ交差部にＲＧＢサブピクセルが形成されている。
サブピクセル毎に、走査ライン選択用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲートには走査ラインが接続され、そのドレインにはデータラインが接続されて、そのソースには発光駆動用のＦＥＴのゲートが接続されている。発光駆動ＦＥＴのソースには陽極電源ラインを介して駆動電圧が印加され、そのドレインＤにはＥＬ素子の陽極端が接続されている。発光駆動ＦＥＴのゲート及びソース間にはキャパシタが接続されている。更に、ＥＬ素子の陰極端には、陰極電源ラインを介して接地電位が印加される。
有機ＥＬ素子に代表される従来の有機発光素子は基本的にダイオード特性を示す能動素子であり、製品化されているものはほとんどパッシブマトリクス駆動によるものである。パッシブマトリクス駆動法では、線順次駆動を行うため瞬時的に高い輝度を必要とし、走査線数の限界数が限られてしまうため高精細な表示装置を得ることが難しかった。
ポリシリコンなどを用いたＴＦＴを用いた有機ＥＬ表示装置が検討されているが、プロセス温度が高い、単位面積あたりの製造コストが高く大画面化に向かない、１画素内に２つ以上のトランジスタとコンデンサを配置しなければならないため開口率が下がり有機ＥＬを高い輝度で発光させなければならないなどの欠点があった。
そこで基板上に、補助電極、絶縁層、陽極、発光層を含む有機機能層および陰極を順に配置して形成されており、陽極は、陰極に比べて面積が小となっている発光素子が提案されている（特開２００２−３４３５７８公報参照）。かかる構成の発光素子においては、陽極と陰極との間に印加する電圧方向と同一の方向となるように、補助電極と陰極との間に電圧を印加することによって、陽極から発光層への正孔注入量が向上する。
かかる構成の発光素子は正孔注入を抑制することによって発光輝度を抑制する素子であるが、ＯＮ／ＯＦＦ比が向上するように正孔注入層にはキャリア密度が少なく抵抗率の高い材料を用いている。かかる正孔注入層において、正孔は当該層の広がり方向には移動しにくく、結果として陽極と陰極とが最も近い部分において輝度が高く、陽極からの距離が離れるに従って輝度が減少することがわかった。すなわち、上記構成の発光素子において、正孔は、陽極の周縁において集中して注入されてしまい、発光素子が形成する画素内に発光ムラが生じるという問題があることが判った。また、正孔が集中して注入される領域は、発光層の劣化が早く、素子の寿命が短いという問題も判った。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、上記した問題が１例として挙げられる諸問題を解決する手段を提供することを目的とする。
請求項１記載の発光素子は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第１電極と、該第１電極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなるキャリア注入層と、該キャリア注入層に支持されている発光層と、該発光層に支持されている第２電極と、を含み、該キャリア注入層と該発光層との間に、該キャリア注入層よりも低抵抗のキャリア分散層を有する、ことを特徴とする。
請求項１０記載の表示装置は、複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、該発光部の各々は、基板上に設けられている補助電極と、該補助電極上に設けられている絶縁層と、該絶縁層に支持されている第１電極と、該第１電極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなるキャリア注入層と、該キャリア注入層に支持されている発光層と、該発光層に支持されている第２電極と、を含み、該キャリア注入層と該発光層との間に、該キャリア注入層よりも低抵抗のキャリア分散層を有する、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は本発明による有機ＥＬ素子の部分断面図である。
図２は本発明による有機ＥＬ素子の変形例の部分断面図である。
図３は本発明による有機ＥＬ素子の変形例の部分断面図である。
図４は本発明による有機ＥＬ素子の変形例の部分断面図である。
図５は本発明による有機ＥＬ素子の部分平面図である。
図６は本発明による有機ＥＬ素子のサブピクセル発光部を示す等価回路図である。
図７は本発明による有機ＥＬ素子の変形例の部分断面図である。
図８は本発明による有機ＥＬ素子の変形例の部分断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明による発光素子の一例として、有機ＥＬ素子について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示す如く、有機ＥＬ素子１は、基板２上に設けられている補助電極３を含んでいる。基板２の材料としては、ガラス、石英、ポリスチレンなどのプラスチック材料といった半透明材料に限らず、シリコンやＡｌなどの不透明な材料、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂などを用いることができるがこれに限らない。
補助電極３上には絶縁層４が設けられている。絶縁層４は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４に代表される種々の絶縁材料からなることができるものの、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマー体を含むホスファゼン化合物、などを用いることもできる。
絶縁層４上には陽極５が設けられており、かかる陽極５が第１電極となっている。陽極５は、後述する陰極１０に比べて小なる面積を有している。すなわち、陽極５における陰極１０と対向している面の面積は陰極１０における陽極５と対向している面の面積よりも小となっている。また、陽極５は、櫛状、簾状又は格子状の形状に形成されていても良く、例えば図１に示すように、２本の櫛歯を有する櫛状体であることとしても良い。
陽極５は、キャリア注入性の有機半導体材料からなる正孔注入層６に接している。正孔注入層６は、陽極５からの正孔の注入を容易にする機能を有している。正孔注入層６に用いられる材料として、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）に代表されるポルフィリン誘導体、ペタセンに代表されるポリアセン、ｍ−ＴＤＡＴＡに代表されるスターバーストアミンと呼ばれる高分子アリールアミンを使用することができる。また、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの高分子材料を用いることができる。さらに、正孔注入層はこれらの材料の混合層若しくは積層したものでも良い。なお、正孔注入層は、真空蒸着法などの成膜方法を用いて形成することができる。
正孔注入層６は上方において、キャリア分散層７を支持している。キャリア分散層７は、正孔注入層６に比べて低抵抗であり、陽極５から注入されたキャリアを当該層が広がっている方向に拡散させる機能を有している。キャリア分散層７は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）や亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）、トリフェニルアミン誘導体などの有機半導体材料に、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）や四フッ化テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）などのキャリア輸送材料（アクセプタ性分子）を混合して導電性を高くした層となっている。ここで、混合比率は重量比率でアクセプタ性分子が５〜５０％の割合で混合されていることが好ましい。また、高分子系ではポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ）などの高分子材料を用いることができる。
なお、添加される物質（ドーパント）の濃度は、キャリア分散層内において均一になっている場合に限定されず、キャリア分散層内で変化していることとしても良い。たとえば、キャリア分散層内におけるドーパントの濃度が正孔注入層から離れるに従って高くなることとしても良い。ドーパントの濃度を変化させることによって、キャリア分散層内におけるキャリアの拡散性が向上し、より均一にキャリアを発光層に注入することができる。
また、キャリア分散層７は、金属膜や金属酸化膜からなることとしても良い。金属膜に使用される材料として、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａｌ，Ｍｇなどが選択できる。金属酸化膜としては、Ｖ２Ｏ５などの金属酸化物が使用できる。なお、金属膜および金属酸化膜の厚さは、当該薄膜を通過する光の透過効率を考慮して、１００ｎｍ以下の厚さであることが好ましく、１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることがより好ましい。
なお、キャリア分散層７は、補助電極３、陽極５、陰極（後述する）の何れの電極にも直接接する事がないように形成した方が好ましい。
また、キャリア分散層７は、第１電極となっている陽極５によって画定されるキャリア注入領域よりも大なる面積を有することが好ましい。ここでキャリア注入領域とは、陽極が櫛状、簾状又は格子状の形状に形成されている場合に発光素子において陽極に挟まれている領域をいう。例えば図１に示す如く陽極５が２本の櫛歯を有する櫛状体である場合、キャリア注入領域は、該櫛歯によって挟まれている領域となっている。
キャリア分散層７上には、正孔輸送層８が形成されている。正孔輸送層８は、キャリア分散層７からの正孔を安定に輸送する機能を有している。正孔輸送層８に使用される材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を有するアミン誘導体、カルバゾール誘導体、高分子材料としてはポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリチオフェンなどが挙げられる。これらの化合物は２種以上を併用してもよい。さらに、一般的に、正孔輸送層８は正孔注入層６よりもイオン化ポテンシャルＩｐが大きい有機半導体材料を用いた方が好ましい。
正孔輸送層８上には発光層９が設けられている。すなわち、発光層９は正孔輸送層８を介して正孔注入層６に支持されている。発光層９は、発光機能を有する化合物である蛍光物質もしくは燐光物質を含有している。このような蛍光性物質としては、例えば特開６３−２６４６９２号公報に開示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブレン、スチリル系色素などの化合物から選択される。燐光性物質としてはＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７５巻、４項、１９９９年にあるような有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体などが挙げられる。
発光層９の上には陰極１０が設けられており、かかる陰極１０が第２電極となっている。
なお、陰極１０、陽極５及び補助電極３としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ：Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｇ：Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどの金属あるいはこれらの合金が挙げられる。あるいは、ポリアニリンやＰＥＤＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いることができる。あるいは、酸化物透明導電薄膜、例えば錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）のいずれかを主組成としたものを用いることができるが、これに限定されない。また、各電極の厚さは３０〜５００ｎｍ程度が好ましい。陰極１０と補助電極３には特に５０〜３００ｎｍの範囲が適している。陽極５は１０〜２００ｎｍ程度の範囲が適している。陽極５には、正孔注入層６に正孔を注入することが容易な高仕事関数の金属、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等が好ましい。陰極１０は特に３０〜２００ｎｍ程度の範囲が適している。これらの電極は真空蒸着法、スパッタ法で作製されたものが好ましい。
上記の如き構成の有機ＥＬ素子１において、陽極５と陰極１０との間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極３と陰極１０との間に電圧が印加されるときに、発光層９が発光する。
すなわち、陽極５と陰極１０との間に電圧を印加し、さらに陽極５と陰極１０との間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極３と陰極１０との間に電圧が印加されるときに、正孔が陽極５から正孔注入層６に向けて注入されて発光層９に輸送され、電子が陰極１０から発光層９に注入される。
ここで、正孔注入層６に注入された正孔は、当該層において横方向（すなわち当該層が広がっている方向）に分散されずに、陰極に向かって移動する。正孔がキャリア分散層７に到達すると、キャリア分散層７において横方向（すなわちキャリア分散層７が広がっている方向）に分散され、画素の発光領域における正孔の濃度が均一になる。その結果、発光領域における輝度が均一になり、発光ムラが生じにくい。
すなわち、正孔注入層と発光層との間に、正孔注入層に比べて抵抗率が低いキャリア分散層を設けることによって、画素の発光面に対して平行な方向における正孔の移動量を大きくすることができて、結果として発光ムラを低減できる。したがって、１画素が比較的大きい有機ＥＬ素子を作製した際においても、発光ムラを感じることのない、良好な視認特性を得ることができる。
また、１画素内において発光ムラが改善されることによって、発光領域における発光層が一様に発光することとなり、有機ＥＬ素子の発光寿命が改善される。
さらに、上記の如き構成の有機ＥＬ素子１は、受動型素子であり、かつ有機ＥＬの作製プロセスを大きく変更することなく、形成することが可能であるという特徴がある。
さらにまた、当該発光素子を用いることで、アクティブマトリックス駆動をする際に１画素内に配置されるデバイスの数を減らすことが可能であり、ポリシリコン等を用いた有機ＥＬの表示装置と比較して低コスト化、低消費電力化、長寿命化を図ることができる。
なお、電極間の電圧の印加方向は、上記した方向に限定されない。たとえば、陽極を接地し、陰極に負の電圧を加え、補助電極にも負の電圧を加えることとしても良い。この場合、陽極と陰極との間に印加される電圧方向と、補助電極３と陰極１０との間に印加される電圧方向とは、逆方向となる。
図１に示して説明した上記実施例の有機ＥＬ素子は、補助電極／絶縁層／陽極／正孔注入層／キャリア分散層／正孔輸送層／発光層／陰極という構成をとっているものの、これに限定されず、発光層と陰極との間に電子注入層、電子輸送層またはこれらの組み合わせが任意に用いられても良い。例えば図２に示す如く、発光層９と陰極１０との間に電子輸送層１１と電子注入層１２が設けられていることとしても良い。
電子注入層１２及び又は電子輸送層１１には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などの８−キノリノール又はその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。電子注入層１２及び又は電子輸送層１１は発光層９を兼ねたものであってもよく、かかる場合にはトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどを使用することが好ましい。電子注入層１２と電子輸送層１１を作製するときには、陰極１０側に電子親和力の値の大きい化合物が配置されるように成膜することが好ましい。
また、上記実施例において、第１電極を陽極とし、第２電極を陰極として記載しているものの、絶縁層以降の構造を逆転している構成、すなわち第１電極が陰極であり、第２電極が陽極である構成としても良い。例えば、図３に示す如く、補助電極３／絶縁層４／陰極１０／電子注入層１２／キャリア分散層１３／電子輸送層１１／発光層９／陽極５という構成が用いられても良い。
ここで、キャリア分散層１３は、バソクプロイン（ＢＣＰ）などの有機半導体材料に、セシウム（Ｃｓ）などのキャリア輸送材料（ドナー性物質）をドーパントとして混合して導電性を高くした層となっている。
なお、図示はしないものの、第１電極と第２電極との間には、その他、正孔ブロック層、電子ブロック層が任意に用いられても良い。
有機ＥＬ素子には、キャリア注入層と陽極との間にキャリア規制層が設けられていることとしても良い。例えば、図４に示す如く、有機ＥＬ素子１は、正孔注入層６と陽極５との間にありかつ陽極５と陰極１０とによって狭持されるキャリア規制層ＢＦを有することとしても良い。キャリア規制層ＢＦは陽極５から正孔注入層６へのキャリア移動の障壁としての機能を有しており、キャリア規制層ＢＦを設けることによって、キャリア規制層ＢＦを介した電流が流れ難くなる。
キャリア規制層ＢＦの材料は、そのイオン化ポテンシャルの条件すなわち、接触電極の仕事関数と正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの間の仕事関数（又はイオン化ポテンシャル）の値に基づいて選択される。すなわち、キャリア規制層ＢＦは、陽極５に使用される材料に比べて仕事関数が大きく異なる材料、若しくは絶縁層に用いられる材料を用いることが好ましい。キャリアの注入を阻害するにはエネルギー障壁が大であるほうがよいからである。
例えばＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｒ等の正孔注入層６に正孔を注入し難い低仕事関数の金属がキャリア規制層ＢＦとして好ましい。なお、陽極５とキャリア規制層ＢＦとの合計膜厚は、３０〜２００ｎｍ程度の範囲が適している。
かかるキャリア規制層ＢＦを設けることによって、正孔注入層６に注入されるキャリアの経路が規定される。図４に示す如き構成の場合、すなわちキャリア規制層ＢＦが陽極５と陰極１０とによって狭持されるように配置されている場合、キャリア（正孔）はキャリア規制層ＢＦに覆われていない部分（陽極５の側部）から注入されることとなる。ここで、陽極５の側部は正孔注入層６によって完全に覆われているため、キャリアの注入効率が向上する。キャリア抑制層を設けるとＯＮ／ＯＦＦ比などの性能が良い有機ＥＬ素子が得られる。
なお、第１電極となっている陽極５は、第２電極となっている陰極１０よりも小なる面積を有しており、正孔注入層６を通過するキャリアのためのパターンを画定している。例えば、図５に示す如く、第１電極となっている陽極５及びキャリア規制層ＢＦは櫛状又は簾状の形状を有し、第２電極となっている陰極１０よりも小なる面積を有していることとしても良い。なお、陽極５及びキャリア規制層ＢＦの形状は、格子状であることとしても良い。また、陽極５及びキャリア規制層ＢＦの少なくとも一方を格子状、櫛状又は簾状の形状とすれば、陽極５を、陰極１０よりも小なる面積を有しかつ正孔注入層６を通過するキャリアのためのパターンを画定することができる。
上記実施例では有機ＥＬ素子の実施例を示したが、当該有機ＥＬ素子の複数を表示装置の画素に用いることもできる。具体的には、少なくとも有機トランジスタを１つ、コンデンサなど必要な素子、画素電極などを共通の基板上に作製すれば、本発明によるアクティブ駆動型の表示装置を実現できる。例として、以下に表示装置に適用した場合の構造を説明する。
図６は有機ＥＬ表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。基板上に形成された発光部１０１の各々は、選択用トランジスタのスイッチング有機ＴＦＴ素子１４と、データ電圧の保持用のキャパシタ１５と、有機ＥＬ素子１６と、から構成されている。この構成を走査ラインＳＬ及び電源ラインＶｃｃＬ、並びにデータラインＤＬの各交点近傍に、配置することで画素の発光部を実現することができる。本実施形態では駆動用トランジスタを省略する効果が得られるが、駆動有機ＴＦＴ素子を２以上設けた場合にも適用できることはいうまでもない。
スイッチング有機ＴＦＴ素子１４のゲート電極Ｇは、アドレス信号が供給される走査ラインＳＬに接続され、スイッチング有機ＴＦＴ素子１４のソース電極Ｓはデータ信号が供給されるデータラインＤＬに接続されている。スイッチング有機ＴＦＴ素子１４のドレイン電極Ｄは有機ＥＬ素子１６の補助電極３及びキャパシタ１５の一方の端子に接続されている。有機ＥＬ素子１６の陽極５は電源ラインＶｃｃＬに接続されており、キャパシタ１５の他方はキャパシタラインＶｃａｐに接続されている。有機ＥＬ素子１６の陰極１０は共通電極１７に接続されている。電源ラインＶｃｃＬ及び共通電極１７は、それぞれに電力を供給する電圧源（図示せず）にそれぞれ接続されている。
かかる構成の発光部１０１がマトリクス状に配置されて、アクティブマトリクス表示タイプの有機ＥＬ表示パネルが形成できる。なお、上記実施例の有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ素子などをパネルの画面周囲に配置したパッシブマトリクス表示タイプのパネルの基板にも応用できる。
【実施例１】
【０００６】
図１に示す如き構成の発光素子を作製した。
（１）補助電極３の形成…無アルカリガラス基板上にＩＴＯをスパッタリング法により１００ｎｍ形成したのち、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像により先のフォトレジストをパターン化し、その上からミリングによりフォトレジストパターンの無い部分のＩＴＯ膜を取り除く、最後に剥離液を用いてフォトレジストを溶解させた。
（２）絶縁層４の形成…絶縁層としてポリビニルフェノール系高分子８ｗｔ％を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶液を用いてスピンコート法により３００ｎｍ成膜した。その後、補助電極上の端部に成膜された高分子膜を、ＰＧＭＥＡを含ませたコットンにより拭き取り、ホットプレートを用いて２００℃で１８０分間ベーキングを行った。
（３）陽極５の形成…陽極として、メタルマスクを用いた真空蒸着法により金を５０ｎｍ成膜した。金の成膜速度は０．１ｍ／ｓとした。続いて同じマスクを使用して電子ビームを用いた真空蒸着法によりＳｉＯ２を１００ｎｍ成膜した。この時のＳｉＯ２の成膜速度は０．４ｎｍ／ｓとした。
（４）正孔注入層６の形成…正孔注入層として、ペンタセンを５０ｎｍ成膜した。この時のペンタセンの成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。
（５）キャリア分散層７の形成…キャリア分散層として銅フタロシアニンにＦ４−ＴＣＮＱを重量比１０％になるようにして共蒸着膜を１００ｎｍ成膜した。
（６）正孔輸送層８の形成…正孔輸送層として、α−ＮＰＤを５０ｎｍ成膜した。
（７）発光層９の形成…発光層材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを真空蒸着法により６０ｎｍ成膜した。
（８）陰極１０の形成…陰極としてマグネシウムと銀の共蒸着膜を真空蒸着法により１００ｎｍ蒸着した。この時のマグネシウムの成膜速度は１ｎｍ／ｓとし、銀の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。
なお、（３）〜（８）の過程はすべて真空一貫装置で行った。図５に実施例１の発光素子を基板上方から見た平面図を示す。図５に示すように、正孔注入層側の電極この場合は陽極５及びキャリア規制層ＢＦは櫛状又は簾状の形状として形成しているが、格子状でもよく、さらに陽極５及びキャリア規制層ＢＦの少なくとも一方を格子状、櫛状又は簾状の形状とすれば、正孔注入層側の陽極５を、他方の陰極１０より小なる面積を有しかつ正孔注入層６を通過するキャリアのためのパターンを画定することができる。
【実施例２】
【０００７】
図７に示す如き構成の有機ＥＬ素子を、次の工程で作製した。
（１）補助電極３の形成…無アルカリガラス基板上にＩＴＯをスパッタリング法により１００ｎｍ形成したのち、実施例１と同様にＩＴＯをパターニングした。
（２）絶縁層４の形成…絶縁層としてスパッタリング法によりＳｉＯ２を３００ｎｍ成膜した。この時、補助電極の一部に絶縁層が成膜されないようにメタルマスクを用いて成膜範囲を限定した。
（３）陰極１０の作製…陰極としてマグネシウムと銀を真空蒸着法により１０：１の比で２０ｎｍ共蒸着した。この時マグネシウムの成膜速度は１ｎｍ／ｓとし、銀の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。その後、同一のマスクを用いてプラチナを２０ｎｍ蒸着した。
（４）電子注入層１２の形成…電子注入層として、フラーレンＣ６０の炭素膜を真空蒸着法により成膜した。
（５）キャリア分散層１３の形成…キャリア分散層としてバソクプロイン（ＢＣＰ）とセシウム（Ｃｓ）を共蒸着した。キャリア分散層におけるセシウムの濃度は５ｗｔ％であった。
（６）発光層９の形成…発光層材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）とクマリン（Ｃ５４５Ｔ）を真空蒸着法により共蒸着し４０ｎｍ成膜した。発光層におけるクマリンの濃度は３ｗｔ％であった。Ａｌｑ３の成膜速度は０．３ｎｍ／ｓであった。
（７）正孔輸送層８の形成…正孔輸送層としてα−ＮＰＤを５０ｎｍ真空蒸着法により成膜した。
（８）正孔注入層６の形成…正孔注入層としてＣｕＰｃを５０ｎｍ真空蒸着法により成膜した。
（９）陽極５の形成…陽極として金をスパッタ法により３０ｎｍ蒸着した。この時金の成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。
なお、（３）〜（９）の過程はすべて真空一貫装置で行った。
（駆動例）
上記実施例１の手順による有機ＥＬ素子（実施例１）と、当該実施例１における手順においてキャリア分散層の形成工程を除いてその他は同様の手順による有機ＥＬ素子（比較例１）と、を作製して、発光部の発光状態について比較した。キャリア分散層が形成されている実施例１の有機ＥＬ素子における発光部は、発光領域全体にわたって輝度が均一になっており、発光ムラは見られなかった。一方、キャリア分散層が形成されていない比較例１の有機ＥＬ素子においては、陽極の縁部の近傍において輝度が高く、陽極から離れるに従って輝度が低くなっており、発光ムラが見られた。
（その他の実施例）
上記実施例１では、補助電極／絶縁層／陽極／正孔注入層／キャリア分散層／正孔輸送層／発光層／陰極という構成（いわゆるボトムコンタクト型）を採用しているもののこれに限定されず、例えば図８に示す如く、陽極５と正孔注入層６の成膜順序を入れ替えて、絶縁層４上に正孔注入層６／陽極５／キャリア分散層７を順に設ける構成、すなわち陽極５が正孔注入層６とキャリア分散層７との間に接触して挿入される構成（いわゆるトップコンタクト型）としても良い（実施例３）。換言すれば、第１電極が絶縁層に支持されていて、キャリア注入層が絶縁層と第１電極との間に挟持されている構成であれば、限定されない。
同様に、上記実施例２では補助電極／絶縁層／陰極／電子注入層／キャリア分散層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極という構成をとっているもののこれに限定されず、かかる構造のうち陰極と電子注入層の成膜順序を入れ替えて、絶縁層上に電子注入層／陰極／キャリア分散層を順に設ける構成、すなわち陰極が電子注入層とキャリア分散層との間に接触して挿入される構成としてもよい（実施例４）。なお、かかる構成において、キャリア分散層と陽極（または陰極）の間にキャリア規制層ＢＦを設けて、キャリア分散層と陽極とが直接接触しないようにすることが好ましい。
また、上記実施例３においては補助電極／絶縁層／正孔注入層／陽極／キャリア分散層／正孔輸送層／発光層／陰極という構成を採用しており、上記実施例４では補助電極／絶縁層／電子注入層／陰極／キャリア分散層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層／陽極という構成を採用しているものの、その他に、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層及び電子輸送層などを任意に挿入しても良い。
本出願は日本国出願第２００５−３００５９５号に基いており、本願の開示に組み入れられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月15日(2007.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられている補助電極と、
前記補助電極上に設けられている絶縁層と、
前記絶縁層に支持されている陽極と、
前記陽極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなる正孔注入層と、
前記正孔注入層に支持されている発光層と、
前記発光層に支持されている陰極と、を含み、
前記正孔注入層と前記発光層との間に、前記正孔注入層よりも低抵抗の正孔分散層を有し、前記陽極と前記陰極とによって挟持されている正孔規制層が前記陽極と前記正孔注入層との間に接触して配置されており、
前記正孔規制層はＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｔａ及びＣｒからなる群より選ばれる金属から形成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記正孔分散層はキャリア輸送材料がドープされた有機薄膜であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記正孔分散層は金属膜又は金属酸化膜のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記金属膜又は前記金属酸化膜は１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
前記陽極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項８】
前記正孔分散層は前記陽極によって画定されるキャリア注入領域よりも大なる面積を有することを特徴とする請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
前記正孔注入層は前記絶縁層と前記陽極との間に挟持されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項１０】
複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、
前記発光部の各々は、基板上に設けられている補助電極と、前記補助電極上に設けられている絶縁層と、前記絶縁層に支持されている陽極と、前記陽極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなる正孔注入層と、前記正孔注入層に支持されている発光層と、前記発光層に支持されている陰極と、を含み、前記正孔注入層と前記発光層との間に、前記正孔注入層よりも低抵抗の正孔分散層を有し、前記陽極と前記陰極とによって挟持されている正孔規制層が前記陽極と前記正孔注入層との間に接触して配置されており、
前記正孔規制層はＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｔａ及びＣｒからなる群より選ばれる金属から形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
前記発光部ごとに前記補助電極に電気的に接続されたスイッチング素子を備え、前記陽極および陰極に電力を供給する配線と、前記スイッチング素子にオンオフの電圧情報を印加する配線と、を有ことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記正孔分散層はキャリア輸送材料がドープされた有機薄膜であることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１３】
前記正孔分散層は金属膜又は金属酸化膜のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１４】
前記金属膜又は前記金属酸化膜は１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１３記載の表示装置。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
前記陽極は格子状、櫛状又は簾状の形状を備えたことを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１８】
前記正孔分散層は前記陽極によって画定されるキャリア注入領域よりも大なる面積を有することを特徴とする請求項１７記載の表示装置。
【請求項１９】
前記正孔注入層は前記絶縁層と前記陽極との間に挟持されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項２０】
基板上に設けられている補助電極と、
前記補助電極上に設けられている絶縁層と、
前記絶縁層に支持されている陰極と、
前記陰極に接していて有機半導体材料からなる電子注入層と、
前記電子注入層に支持されている発光層と、
前記発光層に支持されている陽極と、を含み、
前記電子注入層と前記発光層との間にキャリア分散層を有し、前記陽極と前記陰極とによって挟持されているキャリア規制層が前記陰極と前記電子注入層との間に接触して配置されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２１】
複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、
前記発光部の各々は、基板上に設けられている補助電極と、前記補助電極上に設けられている絶縁層と、前記絶縁層に支持されている陰極と、前記陰極に接していてキャリア注入性の有機半導体材料からなる電子注入層と、前記電子注入層に支持されている発光層と、前記発光層に支持されている陽極と、を含み、前記電子注入層と前記発光層との間にキャリア分散層を有し、前記陽極と前記陰極とによって挟持されているキャリア規制層が前記陰極と前記電子注入層との間に接触して配置されていることを特徴とする表示装置。
【国際調査報告】
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