(57)【要約】【課題】本発明は、注入効率を上げ、安定して注入することが可能な電極を備える有機電界発光表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る解決手段は、素子基板と、前記素子基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される有機膜と、前記有機膜上に形成される第２電極とを備え、前記第１電極の上面は、第１電極を構成する材料の結晶構造に応じて所定の面方位に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子基板と、
前記素子基板上に形成される第１電極と、
前記第１電極上に形成される有機膜と、
前記有機膜上に形成される第２電極と、を備え、
前記第１電極は、該第１電極を構成する材料の結晶構造に応じた面方位に設定されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、
前記第１電極は、体心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１１）面に設定されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、
前記第１電極は、面心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１０）面に設定されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、
前記第１電極は、六方細密構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（３３０２）面に設定されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年開発が進められている自発光型表示装置として、有機ＥＬ表示装置がある。この有機ＥＬ表示装置は、ガラス基板のような透明な基板上に陽極、有機ＥＬ膜、陰極を順に積層する構成である。
【０００３】
そして、有機ＥＬ表示装置は、陽極と陰極との間に電流を流すと、陽極から有機ＥＬ膜に正孔が注入され、陰極から有機ＥＬ膜に電子が注入される。陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子とは再結合して励起子となり、当該励起子が有機ＥＬ膜を発光させ有機ＥＬ表示装置に所望の画像を表示させている。
【０００４】
上述のような発光機構のため、陽極や陰極から有機ＥＬ膜へ注入される正孔や電子の注入効率を上げることにより、有機ＥＬ表示装置の発光効率を改善することができる。具体的に、注入効率を上げる方法として、陰極の電極材料をより小さい仕事関数のものにし、陽極の電極材料をより大きい仕事関数のものにする方法が従来一般的であった。陰極の電極材料をより小さい仕事関数にする観点から書かれた文献として、例えば特許文献１がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、有機ＥＬ膜へ電子や正孔を安定して注入することにより、発光輝度のバラツキを抑えることもできる。従来、安定して電子や正孔を注入するためには、上述した陽極又は陰極の仕事関数を調整する方法が一般的であった。そこで、本発明では、仕事関数以外の観点から注入効率を上げ、安定してキャリア（正孔，電子）注入することが可能な電極を備える有機電界発光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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、素子基板と、前記素子基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成される有機膜と、前記有機膜上に形成される第２電極と、を備え、前記第１電極は、該第１電極を構成する材料の結晶構造に応じた面方位に設定される。
【０００８】
また、請求項２の発明では、請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、前記第１電極は、体心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１１）面に設定される。
【０００９】
また、請求項３の発明では、請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、前記第１電極は、面心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１０）面に設定される。
【００１０】
また、請求項４の発明では、請求項１に記載の有機電界発光表示装置であって、前記第１電極は、六方細密構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（３３０２）面に設定される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、前記第１電極は、該第１電極を構成する材料の結晶構造に応じた面方位に設定されるので、第１電極から有機膜への正孔又は電子の注入効率が向上する効果がある。また、第１電極の表面を所定の面方位に均一化することで、第１電極から有機膜への正孔又は電子の注入が安定し、有機膜の発光輝度のバラツキを抑えることもできる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記第１電極は、体心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１１）面に設定されるので、第１電極から有機膜への正孔又は電子の注入効率が向上する効果がある。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記第１電極は、面心立方構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（１１０）面に設定されるので、第１電極から有機膜への正孔又は電子の注入効率が向上する効果がある。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記第１電極は、六方細密構造の材料で構成され、前記第１電極の面方位は、（３３０２）面に設定されるので、第１電極から有機膜への正孔又は電子の注入効率が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（本実施の形態）
有機電界発光表示装置である有機ＥＬ表示装置の断面図を図１に示す。図１に示す有機ＥＬ表示装置の素子基板１１は、有機ＥＬ素子１２を支持する矩形形状のガラス板である。素子基板１１の材質としては、一般的には、絶縁性を有するガラスが採用されるが、プラスチック等を用いても良い。また素子基板１１には、有機ＥＬ素子１２に流れる電流を制御するＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の回路等が形成されるが、図１では図示していない。なお、本発明では、ＴＦＴ等の能動素子を有するアクティブ型の有機ＥＬ表示装置に限られず、能動素子を有しないパッシブ型の有機ＥＬ表示装置に適用しても良い。
【００１６】
素子基板１１上に、有機ＥＬ素子１２をマトリックス状に配置することで有機ＥＬ表示装置が形成されるが、図１では１つの有機ＥＬ素子１２のみ示している。また、図１に示す有機ＥＬ素子１２は、陽極１３、有機ＥＬ膜１４及び陰極１５が順に積層された構成である。
【００１７】
陽極１３は、例えば、導電性を有し、光を反射する性質を有する材料（例えば、アルミニウム又はその合金）を、素子基板１１の上にスパッタ蒸着することにより形成される。なお、図１では図示していないが、素子基板１１の上には、陽極１３とともに、有機ＥＬ素子１２の各画素への電流供給を制御するスイッチング素子（ＴＦＴ等）を形成する必要がある。なお、図１とは異なるボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合には、導電性及び光透過性を有する材料、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）を陽極に用いる場合がある。
【００１８】
有機ＥＬ膜１４は、発光層のみからなる単層型であっても良いし、発光層以外のホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層をも含む多層型であっても良い。この有機ＥＬ膜１４は、例えば、真空蒸着により形成される。有機ＥＬ膜１４の発光層としては、例えば、低分子系では、Ａｌｑ３等のアルミニウム錯体を用いることができ、高分子系では、ＰＰＶ等のπ共役ポリマーやＰＶＫ等の低分子色素含有ポリマーを用いることができる。
【００１９】
陰極１５には、導電性及び光透過性を有する材料、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）や、膜厚が１０ｎｍ単位と非常に薄い膜厚を有するマグネシウム、カルシウム等の金属材料が用いられる。また、陰極１５は、インジウムスズ酸化物や、マグネシウム等の金属材料をスパッタリングや真空蒸着法等を用いて形成している。なお、図１と異なるボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置の場合には、アルミニウム等の光を反射する導電性材料を陰極に用いる場合がある。
【００２０】
本実施の形態では、陽極１３にアルミニウムを用い、当該アルミニウムの（１１０）面に有機ＥＬ膜１４を積層することを特徴としている。陽極１３であるアルミニウムの表面（上面）の面方位を（１１０）面にすることにより、従来の面方位を制御しない場合に比べて正孔に注入効率が向上する。これは、アルミニウムの結晶構造が面心立方構造であるため、隣接する原子が最も近くなる面が（１１０）面となるためである。図２に、アルミニウムの結晶構造を示す。図２に示すようにアルミニウムは面心立方構造であり、矢印で示す［１１０］方向が、隣接する原子が最も近くなる方向である。この［１１０］方向に対し垂直な面が（１１０）面である。
【００２１】
アルミニウムの（１１０）面は隣接する原子が最も近くなることから、他の面に比べて電子の広がり（波動関数）が大きくなる面である。そのため、アルミニウムの（１１０）面に積層される有機ＥＬ膜１４の電子雲（波動関数）の広がりは、アルミニウムの（１１０）面の電子の広がり（波動関数）と重なる部分が大きくなり、正孔の注入効率が向上するものと考えられる。なお、陽極１３の面方位を測定する方法には、従来から用いられているＸ線回折法（ＸＲＤ）を用いることで測定することができる。
【００２２】
通常、アルミニウムを陽極１３に用いる場合、スパッタリング等で素子基板１１上に形成すると（１１１）面が表面となり、その後アニールすることで（２１１）面が陽極１３の表面となっている。そこで、本実施の形態では、アルミニウムの陽極１３を、（１１０）面が表面となるように形成する必要がある。その方法として、例えば、陽極１３のアニール温度を最適化したり、成膜中の素子基板１１の温度や圧力を制御する方法がある。
【００２３】
その他の方法として、例えば、他の材料を添加する方法や素子基板１１表面に絶縁膜等でテーパー形状の凹凸を設け、その凹凸上にアルミニウムを成膜する方法がある。なお、凹凸を設けてアルミニウムの（１１１）面を（１１０）面に変更する場合、テーパーの角度を３５．３度にし、テーパーの周期を結晶粒のサイズと同程度かそれ以下にする必要がある。アルミニウムがスパッタリングで形成される場合は、結晶粒が１ｕｍ以下となるため、テーパーの周期も１ｕｍ以下にするのが望ましい。
【００２４】
陽極１３の材料は、仕事関数の観点から選択すると、Ｂｅ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｔｅ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，ＡｕやＩＴＯが考えられる。これらの材料は、いずれも４．６ｅＶ以上の仕事関数を有している。上述したアルミニウムは、仕事関数的には適さないが、陽極又は陰極として有機ＥＬ素子に用いられている材料である。
【００２５】
このアルミニウムと同じ面心立方構造の陽極材料は、Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｒｈ，Ｐｂ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕである。これらの材料は、上述したように（１１０）面に有機ＥＬ膜を積層することで正孔の注入効率が向上する。
【００２６】
次に、体心立方構造のＭｏを用いて陽極１３を形成する場合は、（１１１）面を表面にすることで正孔の注入効率が向上する。これは、Ｍｏの結晶構造が体心立方構造であるため、隣接する原子が最も近くなる面が（１１１）面となるためである。図３に、Ｍｏの結晶構造を示す。図３に示すようにＭｏは体心立方構造であり、矢印で示す［１１１］方向が、隣接する原子が最も近くなる方向である。この［１１１］方向に対し垂直な面が（１１１）面である。
【００２７】
Ｍｏの（１１１）面は隣接する原子が最も近くなることから、他の面に比べて電子雲（波動関数）の広がりが大きくなる面である。そのため、Ｍｏの（１１１）面に積層される有機ＥＬ膜１４の電子雲（波動関数）の広がりは、Ｍｏの（１１１）面の電子雲（波動関数）の広がりと重なる部分が大きくなり、正孔の注入効率が向上するものと考えられる。
【００２８】
次に、六方細密構造のＢｅを用いて陽極１３を形成する場合は、（３３０２）面を表面にすることで正孔の注入効率が向上する。これは、Ｂｅの結晶構造が六方細密構造であるため、隣接する原子が最も近くなる面が（３３０２）面となるためである。図４及び図５に、Ｂｅの結晶構造を示す。図４に示すようにＢｅは六方細密構造であり、図５の矢印で示す［１／３，１／３，０，１／２］方向が、隣接する原子が最も近くなる方向である。この［１／３，１／３，０，１／２］方向に対し垂直な面が（３３０２）面である。なお、図５は、図４の六方細密構造をＣ軸に対し垂直な面で切った断面図であり、白丸が１層目の原子、黒丸が２層目の原子を表している。
【００２９】
Ｂｅの（３３０２）面は隣接する原子が最も近くなることから、他の面に比べて電子雲（波動関数）の広がりが大きくなる面である。そのため、Ｂｅの（３３０２）面に積層される有機ＥＬ膜１４の電子雲（波動関数）の広がりは、Ｂｅの（３３０２）面の電子雲（波動関数）の広がりと重なる部分が大きくなり、正孔の注入効率が向上するものと考えられる。なお、六方細密構造の陽極材料としては、他にＣｏ，Ｓｅ，Ｒｕ，Ｔｅ，Ｒｅ，Ｏｓがある。
【００３０】
以上のように、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置では、陽極１３を構成する材料の結晶構造に応じて所定の面方位に有機ＥＬ膜１４を積層するので、陽極１３からの正孔の注入効率が向上する。また、陽極１３の表面を所定の面方位にそろえることで、正孔の注入効率が均一化し、安定して正孔を注入することが可能となる。よって、有機ＥＬ膜１４の発光輝度のバラツキを抑えることができる。
【００３１】
上述したように陽極１３は、図１に示すように有機ＥＬ膜１４を形成する前に素子基板１１上に成膜される。そのため、アニール等の様々な処理方法を用いて陽極１３表面の面方位を（１１０）面にすることができる。一方、陰極１５にアルミニウムを用いて陰極１５の裏面（下面）を（１１０）面にする場合、有機ＥＬ膜１４を形成した後にアルミニウムを成膜しているので、（１１０）面を表面にする処理方法は陽極１３の場合に比べて制限される。
【００３２】
しかし、本発明に係る有機ＥＬ表示装置は、図１のように素子基板上に陽極を形成する構成に限定されず、素子基板上に陰極、有機ＥＬ膜、陽極の順で積層する構成でも良い。素子基板上に陰極を形成する場合であっても、陰極を構成する材料の結晶構造に応じて所定の面方位に有機ＥＬ膜を積層することで、上述した陽極の場合と同様の効果が得られる。
【００３３】
具体的に、陰極の材料は、仕事関数の観点から選択すると、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｋ，Ｃａ，Ｓｃ，Ｒｂ，Ｓｒ，Ｙ，Ｃｓ，Ｂａ，ＬａやＡｇＭｇ合金（Ａｇ：Ｍｇ＝９：１）が考えられる。これらの材料は、いずれも３．７ｅＶ以下の仕事関数を有している。但し、上述したように、アルミニウムは、仕事関数的には適さないが、陽極又は陰極として有機ＥＬ素子に用いられている材料である。また、Ａｇは、仕事関数的には適さないが、陰極として有機ＥＬ素子に用いられている材料である。
【００３４】
アルミニウムを陰極材料に用いる場合は、上述したように面心立方構造であるため（１１０）面に有機ＥＬ膜を積層することで電子の注入効率が向上する。このアルミニウムと同じ面心立方構造の陰極材料は、他にＣａ，Ｓｒ，Ａｇがある。
【００３５】
また、体心立方構造のＬｉを陰極材料に用いる場合は、上述したように（１１１）面に有機ＥＬ膜を積層することで電子の注入効率が向上する。このＬｉと同じ体心立方構造の陰極材料は、他にＮａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｂａがある。
【００３６】
また、六方細密構造のＭｇを陰極材料に用いる場合は、上述したように（３３０２）面に有機ＥＬ膜を積層することで電子の注入効率が向上する。このＭｇと同じ六方細密構造
の陰極材料は、他にＳｃ，Ｙ，Ｌａがある。
【００３７】
なお、これまで説明した陽極または陰極の面方位は、上記の値（陽極または陰極が面心立方構造により形成される場合は（１１０）面、陽極または陰極が体心立方構造の材料により形成される場合は（１１１）面、陽極または陰極が六方細密構造の材料により形成される場合は（３３０２）面のことをいう、以下、理想値という。）に設定することが最も好ましいが、多少のズレは許容されるものとする。具体的には、陽極または陰極の面方位は、上記理想値の面方位に対して、±１０°以内の面方位に設定することが好ましい（より好ましくは、上記理想値の面方位に対して±５°以内の面方位）。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面図である。
【図２】面心立方構造の結晶構造を説明するための図である。
【図３】体心立方構造の結晶構造を説明するための図である。
【図４】六方細密構造の結晶構造を説明するための図である。
【図５】六方細密構造の結晶構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  素子基板
１２  有機ＥＬ素子
１３  陽極
１４  有機ＥＬ膜
１５  陰極
【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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