(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に略平行に対向配置された第１電極と第２電極間に有機物からなる発光材料層が設けられてなる発光素子を備えた有機発光デバイスにおいて、前記第１電極と第２電極が基板の表面と平行な面で対向している部分において、前記第１電極上部の平行な面上にキャリアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成され、前記発光材料層のうち前記第１電極側面と第２電極側面との間に挟まれた発光領域と、前記キャリア注入阻止層と前記第２電極との間に挟まれた非発光領域とを有し、前記発光領域の前記発光材料層と前記第１電極が接する面は基板面に対して４５°以上傾いた部分を有しており、前記第１電極のパターンが形成されていて、形成された第１電極の側面及び前記キャリア注入阻止層が形成された第１電極の上面を発光材料層が覆っており、前記発光材料層の上面を第２電極が覆っており、前記発光材料層の端面又は前記発光材料層の基板接触平坦部が前記基板に接していて前記発光材料層からの光をいずれの電極をも通すことなく取り出すようにしたことを特徴とする有機発光デバイス。
【請求項２】
断面形状が長方形若しくは台形でリブ状の第１の電極と、該第１の電極の側面に形成された有機物からなる発光材料層と、該発光材料層の側面に形成された第２の電極と、を含む発光素子が基板上に形成されている有機発光デバイスにおいて、前記第１電極と第２電極が基板の表面と平行な面で対向している部分において、前記第１電極上部の平行な面上にキャリアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成され、前記発光材料層のうち前記第１電極側面と第２電極側面との間に挟まれた発光領域と、前記キャリア注入阻止層と前記第２電極との間に挟まれた非発光領域とを有し、前記第１電極のパターンが形成されていて、形成された第１電極の側面及び前記キャリア注入阻止層が形成された第１電極の上面を発光材料層が覆っており、前記発光材料層の上面を第２電極が覆っており、前記発光材料層の端面又は前記発光材料層の基板接触平坦部が前記基板に接していて前記発光材料層からの光をいずれの電極をも通すことなく取り出すようにしたことを特徴とする有機発光デバイス。
【請求項３】
一つの発光素子に対して前記第１の電極は平行に複数本形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機発光デバイス。
【請求項４】
二つの前記第１の電極間には基板面に平行な発光材料層は形成されていないことを特徴とする請求項３記載の有機発光デバイス。
【請求項５】
前記第１の電極の底面と前記基板との間にはキャリア注入阻止層が形成されていることを特徴とする請求項３記載の有機発光デバイス。
【請求項６】
両電極が基板の表面と平行な面で対向している部分においては、両電極間には発光材料層が形成されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機発光デバイス。
【請求項７】
前記有機発光材料層が、ホール注入輸送層および電子注入輸送層を兼ねた発光層、ホール注入輸送層と電子注入輸送層を兼ねた発光層との積層体、電子注入輸送層とホール注入輸送層を兼ねた発光層との積層体、ホール注入層とホール輸送層と発光層と電子輸送層と電子注入層との積層体、ホール注入輸送層と発光層と電子輸送層と電子注入層との積層体、ホール注入層とホール輸送層と発光層と電子注入輸送層との積層体、ホール注入輸送層と発光層と電子注入輸送層との積層体、の中のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機発光デバイス。
【請求項８】
両電極がともに金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機発光デバイス。
【請求項９】
いずれか一方の電極の光取り出し部には開口が形成されていることを特徴とする請求項８記載の有機発光デバイス。
【請求項１０】
前記発光材料層の陽極が形成される側に接して形成される前記キャリア注入阻止層が金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機発光デバイス。
【請求項１１】
前記基板上に複数の前記発光素子がマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の有機発光デバイス。
【請求項１２】
前記各発光素子には、これに電流を供給する電流供給用トランジスタとこの電流供給用トランジスタを制御するスイッチングトランジスタとが付設されており、アクティブマトリクス方式にて駆動されることを特徴とする請求項１１記載の有機発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの電極間に有機発光材料層を挟持してなる発光素子を有する有機発光デバイスに関し、特に表示装置に好適な有機発光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自発光素子を用いた表示装置の一つに、エレクトロ・ルミネッセンス素子(EL素子)を用いたものがある。そして、EL素子は、有機材料を発光層とする有機EL素子と、無機材料を発光層にする無機EL素子とに分けられる。
有機EL素子は、陽極と、陰極と、これら陽極と陰極の2種の電極間に挟まれた、有機発光性化合物からなる薄膜の有機EL層と、からなる。陽極と陰極間に電圧を印加すると、陽極からは正孔が、陰極からは電子がそれぞれ有機EL層に注入されて再結合し、その際に生ずるエネルギーにより有機EL層を構成する有機発光性化合物の分子が励起される。このようにして励起された分子が基底状態に失活する過程で発光現象が生じる。有機EL素子はこの発光現象を利用した発光素子である。
有機EL層は、正孔と電子が再結合して発光する発光層と呼ばれる有機層を少なくとも含み、必要に応じて、正孔が注入されやすくかつ電子を移動させにくい正孔輸送層と呼ばれる有機層、電子が注入されやすくかつ正孔を移動させにくい電子輸送層と呼ばれる有機層のうちの一方または両方を含む単層構造または多層積層構造を有している。
【０００３】
近年、有機EL素子が盛んに研究され、実用化されつつある。これは、インジウム錫酸化物(ITO)などの透明電極(ホール注入電極すなわち陽極)上にトリフェニルジアミン(TPD)などのホール注入材料を蒸着して薄膜を形成し、さらにアルミキノリノール錯体(Alq3 )などの蛍光物質を発光層として積層し、さらにAgMgなどの仕事関数の小さな金属電極(電子注入電極すなわち陰極)を形成した基本構成を有する素子で、10V 前後の電圧で数100から数10000cd/m2ときわめて高い輝度が得られることで、照明や光源あるいはＯＡ機器、家電製品、自動車、二輪車、航空機等のディスプレイに用い得るものとして注目されている。
このような有機EL素子は、例えば、発光層等の有機層が、電子注入電極となる走査(コモンライン)電極と、ホール注入電極(透明電極)となるデータ(セグメントライン)電極とで挟まれ、かつ透明(ガラス)基板に形成された構造を有する。また、ディスプレイは、縦横に敷設された走査電極とデータ電極とにより、マトリクス状に配置された発光素子をドット表示させ、これらのドット(画素)の集合体として、イメージ、キャラクタ等の情報を表示するマトリクスディスプレイと、予め決められた形状、大きさの表示器として独立に存在しているものを表示させるセグメントディスプレイとに大別される。
【０００４】
セグメントタイプのディスプレイの場合、各表示器をそれぞれ別個独立に表示させるスタティック駆動方式も可能であるが、マトリクスディスプレイの場合、通常、各走査ラインおよびデータラインを時分割駆動するダイナミックドライブ方式が採用されている。
有機EL素子の発光部を構成する発光素子としては、透明基板／透明電極／発光層／金属電極という構成を用い、発光層において発生した光が透明電極および透明基板を透過して発せられる、基板面発光タイプと、基板／金属電極／発光層／透明電極という構成を用い、発光層において発生した光が透明電極を透過して基板面とは逆側の膜面側から発せられる、膜面発光タイプとに分けられる。基板面発光タイプの素子については、例えばAppl. Phys. Lett., 51, 913-915 (1987) に、膜面発光タイプの素子については、例えば Appl. Phys. Lett., 65, 2636-2638 (1994) に記載されている。
【０００５】
図２５に、従来の典型的なＥＬ素子構造を示す。透明基板１０５からなる基板上に発光素子１００が形成されており、発光素子１００には該素子に電流を供給するための電流供給素子１０２が接続され、電流供給素子１０２にはオン／オフ制御されるスイッチング素子１０１が接続されている。発光素子１００は、典型的には、図示は省略するが、基板側から透明電極/ホール注入層/発光層/電子輸送層/金属電極という構成になっている。電流供給素子１０２およびスイッチング素子１０１としては代表的には薄膜トランジスタと呼ばれるＭＯＳ型のトランジスタが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構造では、発光素子から発せられた光は透明基板１０５の中を進行して透明基板表面１０６に到達するが、透明基板１０５の屈折率が空気中の屈折率より大きいために、臨界角以上の入射角の光は全反射を起こして透明基板１０５の外に出ることができなくなり、無効光１０４になる。一方、臨界角以下の入射角の光は透明基板１０５の外に出ることができ、有効光１０３になる。このため、通常のＥＬ素子は損失光の割合が大きく、投入電力に対する発光する光の割合が２０％程度と小さかった。このため、適正輝度を確保すると消費電力が大きくなると同時に素子寿命が低下し、逆に消費電力を抑えると輝度が低下するという問題があった。
以上は、基板面発光タイプのものに対する説明であったが、膜面発光タイプの場合にも表面保護層として一般的にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が用いられるため、同様の問題が起きる。
【０００７】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、発生した光をできるだけ多く有効光として外に取り出すことができるようにして、より少ない供給電力により高い輝度の得られる発光素子とこれを用いた有機発光デバイスを提供できるようにすることにある。
なお、この課題を解決するための本発明と類似の手段は、特許第2692671号、特開平10-189243号公報および特開平11-214162号公報に開示されている。
このうち、特許第2692671号には、共振器型有機薄膜ＥＬ素子において透明部材による基板上に凹部を形成し、この凹部に、共振器構造の発光部を形成した構造が開示されている。しかしこの構造は、共振器を用いることにより発光の指向性を持たせており、本願において開示するような通常構成の発光素子とは、構造も効果も異なる。
また、特開平10-189243号公報には、基板の一主面上に、下部電極、下部絶縁層、発光層、上部絶縁層、上部電極が積層形成されてなるＥＬ表示装置において、前記基板の一主面にはテーパ状の凹部が複数形成されており、前記下部電極、前記下部絶縁層、前記発光層、前記上部絶縁層、前記上部電極の各界面が前記凹部のテーパに平行に形成されているＥＬ表示装置が開示されている。しかし、この構造は基板をあらかじめ加工しておかなければならず、製造上の困難さを有していた。さらには、下部電極および上部電極と発光層との間に下部絶縁層および上部電極層を設けており、その分電子や正孔の電極から発光層への注入効率が低下したり、これらの層が付与される分だけ製造コストが上昇するという問題があった。
また、特開平11-214162号公報には一対の電極間に発光層を含む一または二以上の有機薄膜層を有してなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記一対の電極のうち光の出射面側に位置する電極に複数の微小突起が設けられ、該電極と対向する他方の電極が前記発光層に対して凹面形状を有する有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。しかし特開平11-214162号公報には、微少突起のなす斜面の角度については記載がなく、さらには光を取り出す際に上下の電極のうち少なくとも一方を通過させる構造であった。このため、光を取り出す際に通過させる電極としては、光の透過率の高い材料を用いる必要があり、適用できる電極材料の種類が限定されるという短所があった。
本発明は、これら先行例が保有する課題を解決すると同時に、キャリア注入阻止層の導入によりさらなる光取り出し効率向上を図ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、基板上に略平行に対向配置された一対の電極間に有機物からなる発光材料層が設けられてなる発光素子を備えた有機発光デバイスにおいて、前記発光材料層は基板面に対して４５°以上傾いた部分を有しており、かつ、前記発光材料層は一対の電極間に挟まれた基板面に対して平行な部分を有していないか有している場合にはその平行な部分と少なくとも一方の電極との接触面にキャリアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成されていることを特徴とする有機発光デバイス、が提供される。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、断面形状が長方形若しくは台形でリブ状の第１の電極と、該第１の電極の側面に形成された有機物からなる発光材料層と、該発光材料層の側面に形成された第２の電極と、を含む発光素子が基板上に形成されている有機発光デバイスにおいて、前記発光材料層は前記第１の電極の上面上には形成されていないか形成されている場合にはその部分と少なくとも一方の電極との接触面にキャリアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成されていることを特徴とする有機発光デバイス、が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の発光素子の構造を示す断面図である。基体１上には、陽極６およびホール注入阻止層３のパターンが断面矩形状に複数個形成されている。ここで、基体とは発光素子が形成される土台となるものを意味し、基板上に直接形成される場合は基板を、基板上に形成された膜や素子上に形成される場合は膜や素子が含まれる。陽極６およびホール注入阻止層３のパターン端部は、図のように急峻に形成されている。陽極６およびホール注入阻止層３のパターンの周囲は、発光材料層２により囲まれ、そして発光材料層２の外側は、陰極４により囲まれている。
図１（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の発光素子の構造を示す断面図である。基体１上には、陰極４および電子注入阻止層１０のパターンが図のように断面矩形状に複数個形成されている。陰極４および電子注入阻止層１０のパターンの周囲は、発光材料層２により囲まれ、そして発光材料層２の外側は、陽極６により囲まれている。
【００１１】
これらの構造では、陽極６-陰極４間に陽極６側が正となる電圧を印加した場合に、発光材料層２のうち陽極側面と陰極側面との間に挟まれた発光領域２ａにおいては、陽極６からはホールが注入され、陰極４からは電子が注入され、ホールと電子が再結合することによりＥＬ発光が生じる。一方、発光材料層２のうち、ホール注入阻止層３と陰極４とで挟まれた非発光領域２ｂまたは電子注入阻止層１０と陰極４とで挟まれた非発光領域２ｂにおいては、ホールまたは電子の注入が行なわれない。そのため、ホールと電子の再結合も生じずＥＬ発光も生じない。
【００１２】
発光領域２ａで生じた光は、発光材料層２に閉じ込められ、その一部は陽極表面、陰極表面、あるいは発光材料層２の内部で吸収されるが、残りの多くは陽極と陰極の壁面を乱反射した後臨界角以下の角度で発光材料層端面２ｃまたは発光材料層上面２ｄから有効光５として出射される。このため、上述した従来例においては、発光材料層や透明電極層に閉じ込められ無効光になる割合が多いのに対して、本発明の実施の形態では有効光の割合が増加する。
このように本発明に係る発光素子は、発光材料層の電極形成面とは異なる面から光を取り出すものであるため、両方の電極を金属により形成するようにしてもよい。このようにすることにより、発光材料層から漏れる光を抑制して光の取り出し効率をより高めることができる。また、両電極を金属により形成し、図１（b）に示すされるように、発光材料層の上面から光を取り出す場合には、上側電極の光取り出し部に開口を設けるようにすることが出来る。このようにする場合には、電極によって遮光膜を兼ねることができるため、コントラストの高い表示装置を安価に提供することが可能になる。
【００１３】
図１（ｃ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）のＡ部の拡大図であり、ホールと電子とが再結合される様子を示した図である。陽極６からは矢印の方向にホール７が注入され、陰極４からは矢印の方向に電子８が注入され、ホール・電子再結合領域９でホール７と電子８が再結合することにより、ＥＬ発光が生じる。
図２は、図１（ａ）に縦断面構造で示した第１の実施の形態の発光素子の横断面図である。３つの陽極６が形成され、その周囲には発光材料層２が、さらにその周囲には陰極４が形成されている。なお、図では陽極数は３個の場合を示したが、その数は任意に選択することができる。
【００１４】
図３は、本発明の第３の実施の形態における発光素子の構造を示す断面図である。図１（ａ）に示した第１の実施の形態と異なる点は、陽極６およびホール注入阻止層３のパターンが断面台形状に形成されている点と、発光材料層２が基体１と接する発光材料層基板接触平坦部２ｅを有している点である。光の取り出し効率という点では発光材料層が垂直に形成された図１（ａ）の構造の方が優れているが、特徴となっている２点において、本構造の方が作製が容易である。つまり、急峻な陽極６の側面に一様な厚さに発光材料層を堆積することは容易ではなく、また、その堆積した発光材料層２をエッチングにより分離する工程が必要である。しかし、本実施の形態の構造では傾斜した側面に堆積を行うことができ、また発光材料層２を分離する工程を省略できる。
【００１５】
図４は、本発明の第４の実施の形態における発光素子の構造を示す断面図である。この構造は、第３の実施の形態の構造に対して、発光材料層２のうち基板と接している発光材料層基板接触平坦部２ｅをなくして、陽極６の下部にもホール注入阻止層３を形成したものである。これにより、発光材料層２のうち、基板１との界面近傍における発光が抑制される。この領域の発光は、基板１への入射角度が大きくなるために、基板１に入射する際に反射されて、無効光となる可能性が高い。本構造では、この領域の発光が無くなるので、第１の実施の形態の場合と比較して、発光取り出し効率の向上を図ることができる。
ここでは、陽極パターン数は３個の場合を示したが、その数は任意に選択することができる。図３の構造においても、図４の場合のように陽極下部にホール注入阻止層を形成することにより、発光効率の向上を図ることができる。
【００１６】
図５は、本発明の第５の実施の形態における発光素子の構造を示す断面図である。この素子構造では、第３の実施の形態の構造に対して、ホール注入阻止層３と陰極４との間の発光材料層２が削除されている。図３の構造では発光領域において発せられた光の一部が、この領域に導かれ減衰しており、その分発光効率の低下につながっていたが、本構造ではその影響を防ぐことができる。
【００１７】
図１（a）の実施の形態に対して図１（b）に示した構造に変更したように、図３〜図５に示した実施の形態に対して、陽極と陰極とを入れ替え、さらにホール注入阻止層を電子注入素子層に変更して、膜面発光タイプの構造に変更してもよい。
また、図１（a）、図３、図４に示した実施の形態に対して、ホール注入阻止層３に加えて若しくはこれに代えて、これと発光材料層３を挟んで対向する陰極の部分に電子注入阻止層を形成するようにしてもよい。同様に、図１（b）に示した実施の形態に対して、電子注入阻止層１０に加えて若しくはこれに代えて、これと発光材料層３を挟んで対向する陽極の部分にホール注入阻止層を形成するようにしてもよい。
【００１８】
図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明に適用できる発光材料層の各種構成を示す図である。各構成についてその特徴を説明する。図では向かって左側に陽極６を、右側に陰極４を配置した場合の構成が示されている。
図６（ａ）に示されるものでは、左から右に、ホール注入輸送層２０、発光層２１および電子注入輸送層２２を順次積層して、発光材料層２を構成している。ホール注入輸送層２０は、陽極６からのホールの注入効率を向上させ、注入されたホールを発光層２１に効率よく輸送する働きをする。電子注入輸送層２２は、陰極４からの電子の注入効率を向上させ、注入された電子を発光層２１に効率よく輸送する働きをする。発光層２１における発光量は発光層中でのホールと電子の再結合量に依存するので、ホール注入輸送層２０や電子注入輸送層２２により発光層にもたらされるホールおよび電子の量が増大すると発光量が増大し、より高い輝度が得られるようになる。
【００１９】
図６（ｂ）に示されるものでは、左から右に、ホール注入層２３、ホール輸送層２４、発光層２１、電子輸送層２６および電子注入層２５順次積層して、発光材料層２を構成している。この例は、図６(ａ)に示したものに対して、ホール注入輸送層２０をホール注入層２３とホール輸送層２４に、電子注入輸送層２２を電子注入層２５と電子輸送層２６とに分けたものである。ホール注入輸送層２０の場合は、ホールが注入されやすく、しかもホールの輸送性に優れた材料を選択する必要があるが、ホール注入層２３とホール輸送層２４とを分離することによりそれらの機能を分担することができる。すなわち、ホール注入層／ホール輸送層二層膜で、優れたホール注入輸送層として働くようにできる。しかし、層数および材料の種類が増えることにより、製造コストの上昇は避けられない。電子注入層２５および電子輸送層２６についても同様である。発光層２１中に運び込まれる電子の量に対して、運び込まれるホールの量が十分確保できる場合は、ホール注入層２３とホール輸送層２４の積層膜の代わりにホール注入輸送層２０を用いても十分な発光量が得られる。また、発光層２１中に運び込まれる電子の量が十分確保できる場合は、電子輸送層２６と電子注入層２５の積層膜の代わりに電子注入輸送層２２を用いても十分な発光量が得られる。
【００２０】
図６（ｃ）に示されるものでは、ホール注入輸送層を兼ねた発光層２７および電子注入輸送層２２を左から右へ積層して、発光材料層２を構成している。発光層としてホール注入輸送効率の良い材料を用いることにより、発光材料層がこのような２層構成でも良好な発光量を得ることができる場合がある。層数が少なく材料の種類も少ないので製造コストを低減できる。ただし、発光層に要求される性能にホール注入輸送性が加わるので、発色性など発光層の他の特性に制約が出る場合がある。
【００２１】
図６（ｄ）に示されるものでは、ホール注入輸送層２０と電子注入輸送層を兼ねた発光層２８を左から右へ積層して、発光材料層２を構成している。発光層として電子注入効率の良い材料を用いることにより、発光材料層がこのような２層構成でも良好な発光量を得ることができる場合がある。層数が少なく材料の種類も少ないので製造コストを低減できる。ただし、発光層に要求される性能に電子注入輸送性が加わるので、発色性など発光層の他の特性に制約が出る場合がある。
【００２２】
図６（ｅ）に示されるものでは、発光材料層２を、ホール注入輸送層および電子注入輸送層を兼ねた発光層２９により構成している。発光層としてホール注入輸送効率および電子注入輸送効率の良い材料を用いることができれば、発光材料層がこのような単層構成でも良好な発光量を得ることができる。１種類の材料で済むので製造コストを低減できる。ただし、発光層に要求される性能に電子注入輸送性およびホール注入輸送性が加わるので、現在のところ実用上十分な発光特性は得られていない。
なお、陽極とホール注入輸送層等との間に陽極バッファ層を介在させるようにしてもよい。
【００２３】
図７は本発明の発光素子を含む単位画素の概略の構成を示す断面図である。発光素子１８２には電流供給素子１８４が接続され、電流供給素子１８４にはスイッチング素子１８３が接続されている。外部から信号が送られることにより、スイッチング素子１８３はオン／オフして、電流供給素子１８４が発光素子１８２に供給する電流を制御する。
【００２４】
図８は、図７に示した単位画素を複数個マトリクス状に配置した状態を示す平面図である。このように画素をマトリクス状に配置することにより２次元的な画像を表示することが可能となる。ここでは縦６列横３行の例を示したが、列数および行数は任意に選択することができる。
【００２５】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、配線と発光素子との平面的位置関係について示した図である。図９（ａ）に示した例では、横方向にグランド配線１８６と第２スイッチング配線１８７が配置されており、縦方向に第１スイッチング配線１８８が配置されている。縦方向の配線と横方向の配線により囲まれた領域内に、発光素子１８２が配置されている。発光素子１８２は、図示を省略した電流供給素子を介して電流源に接続され、電流供給素子は図示を省略したスイッチング素子に接続されている。グランド配線１８６は縦方向に配置される場合もある。ここでは、発光素子１８２が縦２列横２列配列された場合を示したが、横および縦方向の配列数は適宜選択することができる。
【００２６】
図９（ｂ）に示す例では、横方向に第２スイッチング配線１８７およびグランド配線１８６が配置されており、縦方向に第１スイッチング配線１８８および電流供給配線１８９が配置されている。縦方向の配線と横方向の配線との間に、発光素子１８２が配置されている。発光素子１８２は、図示を省略した電流供給素子を介して電流供給配線１８９に接続されており、電流供給素子は図示を省略したスイッチング素子に接続されている。グランド配線１８６は縦方向に配置する場合もある。電流供給配線１８９は横方向に配置する場合もある。ここでは、発光素子１８２が縦２列横２列配列された場合を示したが、横および縦方向の配列数は適宜選択することができる。
【００２７】
次に、図１０〜図１５を参照して、発光素子、電流供給素子、スイッチング素子および第１スイッチング配線１８８、第２スイッチング配線１８７等の接続関係について説明する。図１０は、本発明に係る発光素子を用いた画素の基本単位を表す回路図である。ここでは、スイッチング素子としてはスイッチング用トランジスタを、電流供給素子としては電流制御用トランジスタをそれぞれ用いた場合を示した。
第１スイッチング配線１８８と第２スイッチング配線１８７とは、それぞれ図のように縦方向と横方向に敷設されている。スイッチング素子１８３のドレイン部１９３ａは第１スイッチング配線１８８に、ゲート１９４ａは第２スイッチング配線１８７にそれぞれ接続されている。ソース部１９５ａは電流供給素子１８４のゲート１９４ｂおよび電圧保持用コンデンサ１８５の一方の端子に接続されている。電圧保持用コンデンサ１８５の他方の端子はグランド１９０に接続されている。電流供給素子１８４のドレイン部１９３ｂは電流源１９１に、ソース部１９５ｂは発光素子１８２の陽極に接続されている。発光素子１８２の陰極はグランド１９０に接続されている。
【００２８】
次に、この回路の動作について説明する。第２スイッチング配線１８７に電圧を印加すると、スイッチング素子１８３のゲート１９４ａに電圧が印加されることによりドレイン部１９３ａとソース部１９５ａとの間が導通する。この状態で第１スイッチング配線１８８に電圧を印加すると、ソース部１９５ａに電圧が印加され、電圧保持用コンデンサ１８５に電荷が貯えられる。これにより、第１スイッチング配線１８８もしくは第２スイッチング配線１８７に印加する電圧をオフにしても、電圧保持用コンデンサ１８５に貯えられた電荷が消滅するまで電流供給素子１８４のゲート１９４ｂには電圧が印加され続ける。電流供給素子１８４のゲート１９４ｂに電圧が印加されることにより、ドレイン部１９３ｂとソース部１９５ｂとの間が導通し、電流源１９１から発光素子１８２を通過してグランドに電流が流れ、発光素子１８２が発光する。
一方、第１スイッチング配線１８７か第２スイッチング電線１８８の少なくともどちらかに駆動電圧が印加されない場合は、電圧保持用コンデンサ１８５に電荷ガ蓄積されず電流供給素子１８４のゲート部に電圧は印加されないので、発光素子１８２を電流が流れることはなく、発光は起こらない。
【００２９】
図１１に示す構成は、図１０に示した構成に、横方向のグランド配線１８６と縦方向の電流供給配線１８９を追加したものである。そして、図１０の電流源１９１を電流供給配線１８９に、グランド１９０をグランド配線１８６に接続したものであり、その動作は、図１０に図示したものと同様である。
【００３０】
図１２に示すものは、図１１に示した構成に対して、第２スイッチング配線１８７とグランド配線１８６を共通にして、共通配線１９２としたものである。この場合の動作としては、図の上側の共通配線１９２に電圧が印加されている時には、図の上側の共通配線１９２にはグランド電位が印加されるようにする。そして、時分割にて交互に切替えて動作させる。
【００３１】
図１３は、図１０の発光素子１８２の位置を変更した場合の、画素の基本単位を表す回路図である。図１３において、図１０での構成要素と同等のものには図１０と同じ参照番号を付しているので重複する説明は省略する。この回路においては、電流供給素子１８４のドレイン部１９３ｂは発光素子１８２の陰極側に、ソース部１９５ｂはグランド１９０に接続されている。また、発光素子１８２の陽極は電流供給源１９１に接続されている。なお、ここではグランド配線および電流印加配線は省略してある。また、この回路の動作は、図１０の回路の場合と同様である。
【００３２】
図１４に示す構成は、図１３に示した構成に、横方向のグランド配線１８６と縦方向の電流供給配線１８９を追加したものである。そして、図１３の電流源１９１を電流供給配線１８９に、グランド１９０をグランド配線１８６に接続したものであり、その動作は、図１３に図示したものと同様である。
図１５に示すものは、図１４に示した構成に対して、第２スイッチング配線１８７とグランド配線１８６を共通にして、共通配線１９２としたものである。この回路の動作は図１２に示したもののそれと同様である。
【００３３】
図１６は、本発明に係る発光素子を含む画素を配列して構成した表示装置の概略平面図である。各画素１６５は、例えば、図１０から図１５に示した電気的な接続関係を有する発光素子により構成される。ここでは代表的なものとして、図１３の構成を用いた場合を示してある。各画素１６５は第１スイッチング配線１８８と第２スイッチング配線１８７に接続されている。第１スイッチング配線１８８および第２スイッチング配線１８７は、電圧制御回路１６４に接続され、電圧制御回路１６４は画像信号供給源１６３に接続されている。画像信号供給源１６３は、画像情報メディアに記録もしくは記憶されている画像情報を再生する装置や、入力された電気磁気的な情報を電気信号に変換する装置からもたらされる電気信号を、電圧制御装置１６４が受け取れる電気信号形態に変換して、電圧制御装置１６４に送る機能を有する。電圧制御装置１６４は、画像信号供給源１６３からもたらされた電気信号を更に変換し、どの画素１６５をどれだけの電流を供給するかを計算し、第１スイッチング配線１８８および第２スイッチング配線１８７に印加する電圧、時間、およびタイミングを決定する。これにより、画像情報に基づき発光表示装置は所望の画像を表示できるようになる。近接した微少画素ごとに、赤色を基調にする色、緑色を基調にする色、および青色を基調にする色の三色が発光できるようにすることにより、カラー表示の画像表示装置を得ることができる。
【００３４】
次に、本発明を適用した発光素子のより具体的な構造について説明する。
図１７は、本発明の発光素子を適用した場合の、配線部を含む発光素子周辺部の平面図である。ゲート線となる第２スイッチング配線１８７はスイッチング素子１８３のゲート１９４ａに接続されている。第１スイッチング配線１８８は、スイッチング素子１８３のドレイン部１９３ａに接続されている。スイッチング素子１８３のソースは、電流供給素子１８４のゲート１９４ｂに接続されるとともに、電圧保持用コンデンサ１８５の片方の電極(図では１８５の下側)に接続されている。電圧保持用コンデンサ１８５のもう一方の電極(図では１８５の上側)はグランド配線１８６に接続されている。電流供給素子１８４のドレインは、電極配線１６０を介して発光素子の陰極４に接続されている。陰極４の内側には発光材料層２が形成されており、そのさらに内側には、陽極６が形成されている。陽極６の上下面にはホール注入阻止層３が形成されている。陽極６は電極配線１６１を介して電流供給配線１８９に接続されている。
【００３５】
図１８（ａ）は、図１７のＡ−Ｂ線で切断した断面図である。基体１上に形成された第２層間絶縁膜２０２上に陽極６およびこれを上下から挟むホール注入阻止層３のパターンが図のように断面台形状に形成されている。陽極６およびホール注入素子層３のパターン端部の基体１表面とのなす角度は、４５°以上９０°以下となるように形成されている。ここで、４５°以上の角度となるようにするのは、これ以下の角度では発光材料層を基板面に対して傾けて形成したことの効果が低下するからである。陽極６およびホール注入素子層３のパターンの周囲は、発光材料層２により囲まれている。発光材料層２の外側は、陰極４により囲まれている。
【００３６】
図１８（ｂ）は、図１７のＣ−Ｄ線で切断した断面図である。基体１上にはバリア層２０５が形成され、その上に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）のチャンネル領域１９４、ドレイン領域１９３およびソース領域１９５が図のように形成されている。その上には、ゲート絶縁膜１９８が形成され、ゲート絶縁膜１９８上のＴＦＴのチャンネル領域１９４上に位置する部分にはゲート電極２０６が形成されている。その上には第１層間絶縁膜１９９が形成されている。第１層間絶縁膜１９９とゲート絶縁膜１９８の、ドレイン領域１９３およびソース領域１９５の上に位置する部分は選択的に除去されて、開口部が形成されている。この開口部分にはドレイン領域１９３およびソース領域１９５と接触するように、ドレイン電極２００およびソース電極２０１が形成されている。その上にはドレイン電極２００およびソース電極２０１上に開口部が形成された第２層間絶縁膜２０２が形成されている。そして、ドレイン電極２００は、第２層間絶縁膜２０２上に延在する電極配線１６０に接続され、ソース電極２０１は、第２層間絶縁膜２０２上に延在するグランド配線１８６に接続されている。
【００３７】
図１９（ａ）は、陽極６/ホール注入阻止層３積層膜パターンを３分割した場合の平面図である。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＡ−Ｂ線で切断した断面図である。その他の部分は図１７と同様であるので重複する説明は省略する。また、陽極６/ホール注入阻止層３積層膜パターンの分割数は適宜選択することができる。発光素子を構成する各部材には代表的なものとして、以下のものを用いることができる。
【００３８】
陰極電極材料としては、特に限定するものではないが、好ましくはTi、Al、AlLi,Cu、Ni、Ag、AgMg,Au、Pt、Pd、Ir、Cr、Mo、W、Ta等が挙げられる。このような陰極電極の厚さは、電子注入を十分行える一定以上の厚さを有すれば良く、好ましくは５０〜５００nm、特に５０〜３００nmの範囲が好ましい。陰極電極に用いる金属の抵抗率は１ｘ１０-３〜１ｘ１０-６Ω・cmの範囲が好ましい。
陰極電極は蒸着法等によっても形成できるが、好ましくはスパッタ法、さらにはＤＣスパッタ法により形成することが好ましい。ＤＣスパッタ装置の電力としては、好ましくは０.１〜１０W/cm２ 、特に０.５〜７W/cm２ の範囲が好ましい。成膜レートとしては、０.１〜１００nm/min 、特に１〜３０nm/min が好ましい。
【００３９】
スパッタガスとしては特に限定するものではなく、Ar、He、Ne、Kr、Xe等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いればよい。このようなスパッタガスのスパッタ時における圧力としては、通常０.１〜２０Pａ程度でよい。
本発明においては、陽極電極を金属によって形成することが出来るが、その場合、電極材料としては仕事関数の大きな金属例えば、Au、Ni等を用いることが出来る。その場合の成膜方法は、上述した陰極電極の形成方法と同様である。
陽極電極を透明導電膜を用いて形成する場合には、好ましくは発光した光の透過率が８０％以上となるような材料および厚さを決定することが好ましい。具体的には、酸化物透明導電薄膜が好ましく、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化インジウム(In２O３ )、酸化スズ(SnO２ )および酸化亜鉛(ZnO)のいずれかを主組成としたものが好ましい。これらの酸化物はその化学量論組成から多少偏倚していてもよい。例えば、ITOでは、通常In２O３ とSnO２ とを化学量論組成で含有するが、酸素量は多少これから偏倚していてもよい。In２O３ に対しSnO２ の混合比は、１〜２０wt％が好ましく、さらには５〜１２wt％が好ましい。In２O３ に対しZnO２ の混合比は、１２〜３２wt％が好ましい。なお、特にインジウム亜鉛酸化物(IZO)が好ましい。素子の信頼性を向上させるために駆動電圧を低くし、高効率化を図るために低抵抗率の陽極材料が必要であるが、このIZOは成膜直後の抵抗が十分低いため、加熱処理の必要がなく、有機ＥＬ素子が加熱により損傷を受けることもない。
【００４０】
透明導電膜である陽極電極を成膜するにはスパッタ法が好ましい。スパッタ法としてはＲＦ電源を用いた高周波スパッタ法等も可能であるが、成膜する陽極電極の膜物性の制御のし易さや、成膜面の平滑度等を考慮するとＤＣスパッタ法を用いることが好ましい。
ＤＣスパッタ装置としては、好ましくはマグネトロンＤＣスパッタ装置であることが好ましく、磁場強度としては、ターゲット上の磁束密度Ｂが、好ましくは５００〜２０００gauss（０．０５〜０．２Ｔ）、特に８００〜１５００gauss（０．０８〜０．１５Ｔ）程度が好ましい。ターゲット上の磁束密度は大きいほど好ましく、磁束密度を大きくして磁場強度を強くすると、ターゲット付近に電子を閉じこめるような電極構造をとることによって、プラズマ中のスパッタガスの陰極ターゲットに衝突するイオン数が増加し、プラズマ密度が大きくなる。プラズマ密度が大きくなると、プラズマ中で粒子同士の衝突頻度が増し、運動エネルギーの一部が失われ、スパッタされた粒子が基板上に傾斜を持って堆積することになる。
【００４１】
ターゲット上に磁場を得る方法としては、特に限定されるものではないが、ターゲットの裏面側、特に冷却部内に磁石を配置することが好ましい。このような磁場を与える磁石として、例えば、Fe-Nd-B、Sm-Co、フェライト、アルニコ等が挙げられ、中でもFe-Nd-B、Sm-Coが大きな磁束密度が得られ好ましい。
バイアス電圧としては、ターゲット基板(バイアス電極)間の電圧が、好ましくは１００〜３００Ｖ 、特に１５０〜２５０Ｖ の範囲が好ましい。バイアス電圧が高すぎると粒子の加速度が大きくなり、電極層にダメージを与えやすくなる。また、バイアス電圧が低すぎるとプラズマ放電を維持できなくなったり、プラズマ密度が低くなり、上記効果が得難くなる。なお、磁場強度、バイアス電圧とも上記範囲の中で、使用環境、装置の規模等に合わせて最適な値に調整することが好ましい。
【００４２】
ＤＣスパッタ装置の電力としては、好ましくは０.１〜１０W/cm２、特に０.５〜７W/cm２の範囲である。また、成膜レートはマグネットなどの装置の条件にもよるが、好ましくは５〜１００nm/min 、特に１０〜５０nm/min の範囲が好ましい。スパッタ時の成膜条件としては、電極形成で通常使用されているガス圧、例えば、０.１〜０.５Pａ、基板-ターゲット間距離４〜１０cmの範囲とすればよい。
【００４３】
スパッタガスは、通常のスパッタ装置に使用される不活性ガスや、反応性スパッタ法ではこれに加えてN２,H２,O２,C２H４,NH３等の反応性ガスが使用可能であるが、好ましくはAr、Kr、Xeのいずれか、あるいはこれらの少なくとも１種以上のガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。これらのガスは不活性ガスであり、かつ、比較的原子量が大きいため好ましく、特にAr、Kr、Xe単体が好ましい。Ar、Kr、Xeガスを用いることにより、スパッタされた原子が基板まで到達する途中、上記ガスと衝突を繰り返し、運動エネルギーを減少させて、基板に到着する。この事からスパッタされた原子の持つ運動エネルギーが有機ＥＬ構造体に与える物理的ダメージが少なくなる。また、Ar、Kr、Xeの少なくとも１種以上のガスを含む混合ガスを用いても良く、この様な混合ガスを用いる場合、Ar、Kr、Xeの分圧の合計は５０％以上として主スパッタガスとして用いる。このようにAr、Kr、Xeの少なくとも１種と任意のガスを組み合わせた混合ガスを用いることにより、本発明の効果を維持したまま、反応性スパッタを行うこともできる。
陽極電極の厚さは、ホール注入輸送を十分行える一定以上の厚さを有すれば良く、好ましくは５０〜５００nm、さらには５０〜３００nmの範囲が好ましい。また、その上限は特に制限はないが、あまり厚いと剥離などの心配が生じる。厚さが薄すぎると、製造時の膜強度やホール輸送能力の点で問題がある。
【００４４】
次に、本発明の有機ＥＬ構造体に設けられる有機物層について説明する。発光層は、ホール(正孔)および電子の注入機能、それらの輸送機能、ホールと電子の再結合により励起子を生成させる機能を有する。発光層には比較的電子的にニュートラルな化合物を用いることが好ましい。
ホール注入輸送層は、陽極電極からのホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送する機能および電子を妨げる機能を有し、電子注入輸送層は、陰電極からの電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能およびホールを妨げる機能を有するものであり、これらの層は、発光層に注入されるホールや電子を増大・閉じこめさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。
【００４５】
発光層の厚さ、ホール注入輸送層の厚さおよび電子注入輸送層の厚さは特に限定されず形成方法によっても異なるが、通常、５〜５００nm程度、特に１０〜３００nmとすることが好ましい。ホール注入輸送層の厚さおよび電子注入輸送層の厚さは、再結合・発光領域の設計によるが、発光層の厚さと同程度もしくは１/１０〜１０倍程度とすればよい。ホールもしくは電子の各々の注入層と輸送層を分ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層は１nm以上とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さの上限は、通常、注入層で５００nm程度、輸送層で５００nm程度である。このような膜厚については注入輸送層を２層設けるときも同じである。
【００４６】
本発明の発光層には発光機能を有する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような蛍光性物質としては、例えば、特開昭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、スチリル系色素等の化合物から選択される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス(８-キノリノラト)アルミニウム等の８-キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２-フタロペリノン誘導体等が挙げられる。さらには、特願平６-１１０５６９号のフェニルアントラセン誘導体、特願平６-１１４４５６号のテトラアリールエテン誘導体等を用いることができる。
【００４７】
また、それ自体で発光が可能なホスト物質と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパント（不純物）としての使用が好ましい。このような場合の発光層における化合物の含有量は０.０１〜１０wt％ 、さらには０.１〜５wt％ であることが好ましい。ホスト物質と組み合わせて使用することによって、ホスト物質の発光波長特性を変化させることができ、長波長に移行した発光が可能になるとともに、素子の発光効率や安定性が向上する。
【００４８】
ホスト物質としては、キノリノラト錯体が好ましく、さらには８-キノリノールないしその誘導体を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このようなアルミニウム錯体としては、特開昭６３-２６４６９２号、特開平３-２５５１９０号、特開平５-７０７３３号、特開平５-２５８８５９号、特開平６-２１５８７４号公報等に開示されているものを挙げることができる。
具体的には、まず、トリス(８-キノリノラト)アルミニウム、ビス(８-キノリノラト)マグネシウム、ビス(ベンゾ{f}-８-キノリノラト)亜鉛、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウムオキシド、トリス(８-キノリノラト)インジウム、トリス(５-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム、８-キノリノラトリチウム、トリス(５-クロロ-８-キノリノラト)ガリウム、ビス(５-クロロ-８-キノリノラト)カルシウム、５,７-ジクロル-８-キノリノラトアルミニウム、トリス(５,７-ジブロモ-８-ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム、ポリ[亜鉛(II)-ビス(８-ヒドロキシ-５-キノリニル)メタン]、等がある。
【００４９】
また、８-キノリノールないしその誘導体のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であってもよく、このようなものとしては、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(フェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(オルト-クレゾラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(メタークレゾラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(パラ-クレゾラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(オルト-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(メタ-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(パラ-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,３-ジメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,６-ジメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(３,４-ジメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(３,５-ジメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(３,５-ジtert-ブチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,６-ジフェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,４,６-トリフェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,３,６-トリメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２,３,５,６-テトラメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(１-ナフトラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)(２-ナフトラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)(オルト-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)(パラ-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)(メタ-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)(３,５-ジメチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)(３,５-ジtert-ブチルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-４-エチル-８-キノリノラト)(パラ-クレゾラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-４-メトキシ-８-キノリノラト)(パラ-フェニルフェノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-５-シアノ-８-キノリノラト)(オルト-クレゾラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-６-トリフルオロメチル-８-キノリノラト)(２-ナフトラト)アルミニウム(III) 等がある。
【００５０】
このほか、ビス(２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(２,４-ジメチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) 、ビス(４-エチル-２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(４-エチル-２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-４-メトキシキノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(２-メチル-４-メトキシキノリノラト)アルミニウム(III) 、ビス(５-シアノ-２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(５-シアノ-２-メチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) 、ビス(２-メチル-５-トリフルオロメチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) -μ-オキソ-ビス(２-メチル-５-トリフルオロメチル-８-キノリノラト)アルミニウム(III) 等であってもよい。
【００５１】
このほかのホスト物質としては、特願平６-１１０５６９号に記載のフェニルアントラセン誘導体や、特願平６-１１４４５６号に記載のテトラアリールエテン誘導体なども好ましい。
発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであってもよく、このような場合はトリス(８-キノリノラト)アルミニウム等を使用することが好ましい。これらの蛍光性物質を蒸着すればよい。
また、必要に応じて発光層は、少なくとも一種以上のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種以上の電子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、この混合層中にドーパントを含有させることが好ましい。このような混合層における化合物の含有量は、０.０１〜２０wt％ 、さらには０.１〜１５wt％ とすることが好ましい。
【００５２】
混合層では、キャリアのホッピング伝導パスができるため、各キャリアは極性的に優勢な物質中を移動し、逆の極性のキャリア注入は起こり難くなり、有機化合物がダメージを受け難くなって、素子寿命がのびるという利点があるが、前述のドーパントをこのような混合層に含有させることにより、混合層自体のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長を長波長に移行させることができるとともに、発光強度を高め、かつ素子の安定性を向上させることができる。
【００５３】
混合層に用いられるホール注入輸送性化合物および電子注入輸送性化合物は、各々、後述のホール注入輸送層用の化合物および電子注入輸送層用の化合物の中から選択すればよい。なかでも、ホール注入輸送層用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例えばホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を用いるのが好ましい。
電子注入輸送性の化合物としては、キノリン誘導体、さらには８-キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体、特にトリス(８-キノリノラト)アルミニウム(Alq３)を用いることが好ましい。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。
ホール注入輸送層用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例えば、上記のホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を用いるのが好ましい。この場合の混合比は、それぞれのキャリア移動度とキャリア濃度を考慮する事で決定するが、一般的には、ホール注入輸送性化合物の化合物/電子注入輸送機能を有する化合物の重量比が、１/９９〜９９/１、さらには１０/９０〜９０/１０、特には２０/８０〜８０/２０程度となるようにすることが好ましい。
【００５４】
また、混合層の厚さは、分子層一層に相当する厚みから、有機化合物層の膜厚未満とすることが好ましく、具体的には１〜８５nmとすることが好ましく、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすることが好ましい。
また、混合層の形成方法としては、異なる蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧(蒸発温度)が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもできる。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ましいが、場合によっては、化合物が島状に存在するものであってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質を蒸着するか、あるいは樹脂バインダ中に分散させてコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに形成する。
【００５５】
また、ホール注入輸送層には、例えば、特開昭６３-２９５６９５号公報、特開平２-１９１６９４号公報、特開平３-７９２号公報、特開平５-２３４６８１号公報、特開平５-２３９４５５号公報、特開平５-２９９１７４号公報、特開平７-１２６２２５号公報、特開平７-１２６２２６号公報、特開平８-１００１７２号公報、EP０６５０９５５A１等に記載されている各種有機化合物を用いることができる。例えば、テトラアリールベンジシン化合物(トリアリールジアミンないしトリフェニルジアミン:TPD)、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾル誘導体、トリアゾル誘導体、イミダゾル誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾル誘導体、ポリチオフェン等である。これらの化合物は２種以上を併用してもよく、併用するときは別層にして積層したり、混合したりすればよい。
【００５６】
ホール注入輸送層をホール注入層とホール輸送層とに分けて積層する場合は、ホール注入輸送層用の化合物のなかから好ましい組合せを選択して用いることができる。このとき、陽極電極(ITO等)側からイオン化ポテンシャルの小さい化合物の層の順に積層することが好ましい。また陽極電極表面には薄膜性の良好な化合物を用いることが好ましい。このような積層順については、ホール注入輸送層を２層以上設けるときも同様である。このような積層順とすることによって、駆動電圧が低下し、電流リークの発生やダークスポットの発生・成長を防ぐことができる。また、素子化する場合、蒸着法を用いているので１〜１０nm程度の薄い膜も、均一かつピンホールフリーとすることができるため、ホール注入層にイオン化ポテンシャルが小さく、可視部に吸収をもつような化合物を用いても、発光色の色調変化や再吸収による効率の低下を防ぐことができる。ホール注入輸送層は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着することにより形成することができる。
【００５７】
また、必要に応じて設けられる電子注入輸送層には、トリス(８-キノリノラト)アルミニウム(Alq３)等の８-キノリノールなしい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等を用いることができる。電子注入輸送層は発光層を兼ねたものであってもよく、このような場合はトリス(８-キノリノラト)アルミニウム等を使用することが好ましい。電子注入輸送層の形成は発光層と同様に蒸着法等によればよい。
【００５８】
電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることができる。このとき、陰電極側から電子親和力の値の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このような積層順については電子注入輸送層を２層以上設けるときも同様である。
さらには、エヌ・ティー・エス社出版の“有機EL素子とその工業化最前線”４８から４９ページ、６９から７０ページ、および８６から８９ページに記載されているように、高分子系の発光材料として共役系高分子有機化合物の前駆体と少なくとも1種の蛍光物質を含む材料。前駆体としては例えばPPV（ポリパラフェニレンビニレン）、Ro-PPV、CN-PPV、MEH−PPV、DMOS-PPV等のポリパラフェニレンビニレン誘導体、PAT、PCHMT、POPT、PTOPT、PDCHT、PCHT、POPT等のポリチオフェン誘導体、PPP（ポリパラフェニレン）、RO-PPP、FP-PPP、PDAF等のポリパラフェニレン誘導体、PMPS、PPS、PMrPrS、PNPS、PBPS等のポリシラン誘導体、PAPA、PDPA等のポリアセチレン誘導体、PdPhQx、PQx、PVK、PPD等のその他誘導体、あるいはそれらにPerylene（ペリレン）、Qd-1、Coumarine6（クマリン６）、Qd-3、Qd-2、DCM1、BCzVBi、Rubrene、TPP、DCM2、Coumarin540（クマリン５４０）、Rhodamine６G（ローダミン６G）、Quinacridone（キナクリドン）、Sq、Pyazoline（ピアゾリン）、Decacyclene（デカシクレン）、Phenoxazone（フェノザゾーネ）、Euなどの色素を添加した材料を用いることもできる。
基板材料としては特に限定するものではなく、積層する導電体層の材質等により適宜決めることができ、例えば、Al等の金属材料や、ガラス、石英や樹脂等の透明ないし半透明材料、あるいは不透明であってもよく、この場合はガラス等のほか、アルミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリカーボネイト等の熱可塑性樹脂などを用いることができる。
【００５９】
本発明の有機ＥＬ発光素子体は、通常、直流駆動型のＥＬ素子として用いられるが、交流駆動またはパルス駆動とすることもできる。印加電圧は、通常、５〜２０Ｖ 程度とされる。
陽極バッファ層には銅フタロシアニン(CuPc)、m-MTDATAに代表されるスターバースとアミンと呼ばれる高分子アリールアミンが低分子系では良く用いられる。また。トリフェニルアミン誘導体にルイス酸を作用させラジカルカチオンを形成し、導電性を高くした層を用いることもできる。また、高分子系ではポリアニリン(PAni)、ポリチオフェン(PEDOT)等の導電性ポリマーを用いることができる。陽極バッファ層は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着することにより形成することができる。
【００６０】
スイッチング素子もしくは電流供給素子にはトランジスタもしくはトランジスタをベースにする素子が用いられる。
スイッチング配線、電流印加配線、第２スイッチング配線、共通配線、グランド配線には、Al、Cu、Ta、Ru、WSiなドが用いられる。スパッタ法、蒸着法、またはCVD法により形成される。
また、スイッチング用トランジスタ、および電流制御用トランジスタのソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極には、Al、Cu、Ta、Ru、WSiなドを用いることができる。スパッタ法、蒸着法、またはCVD法により形成される。
ゲート絶縁膜、第１層間絶縁膜、第２層間絶縁膜、およびバリア層にはAl酸化物、Al窒化物、Si酸化物、Si窒化物あるいはこれらの混合物を用いることができる。
また、ホール注入阻止層と電子注入阻止層の材料としては、無機または有機の絶縁材料が有利に利用できるが、これに限定されず、ホールないし電子に対するバリア性の高い材料であれば、用いることができる。例えば、ホール注入阻止層として、発光材料層と仕事関数の差がほとんどないかこれより仕事関数の小さい金属材料を用いてもよい。陽極をＩＴＯなどの透明導電膜を用いて形成下場合には、ホール注入阻止層をAlやAl合金などの反射率の高い金属材料を用いて形成した場合には、光の取り出し効率をより高めることができる。
【００６１】
次に、本発明に係る発光素子とその駆動回路〔図１９、図１８（ｂ）に示した構造〕の代表的な製造方法について説明する。図２０〜図２４は、発光素子およびその駆動回路の製造方法を工程順に示した断面図と平面図である。
まず、基体１を用意する。基体１は典型的には無アルカリガラスである〔図２０(ａ）〕。
次に、この基体１上に、バリア層２０５をスパッタ法やCVD(chemical vapor deposition)法により形成する〔図２０(ｂ）〕。
次に、その上に、スパッタ法やCVD法、典型的には５００℃程度の温度を印加したLP(low pressure) CVD法によりシリコン膜１６２を形成し、レーザ照射により多結晶化させる〔図２０(ｃ）〕。
次に，ゲート絶縁膜１９８をスパッタ法やCVD法により形成する。典型的にはリモートプラズマCVD法によりSiO２を成膜して形成する〔図２０(ｄ）〕。
次に、その上にゲート電極２０６のパターンを形成する。ゲート電極のパターンは、例えばスパッタ法や蒸着法によりゲート電極膜、典型的にはWSiを成膜した上に、フォトレジストをスピンコートにより塗布し、光学マスクを用いた露光と現像によりフォトレジストをパターン化し、その上からイオンミリングによりフォトレジストパターンの無い部分のゲート電極膜を取り除き、最後にフォトレジストを溶媒に溶解させる等の方法で取り除くことにより形成する。この図には図示されていないが、このとき同時にゲート電極２０６の延長部に電圧保持コンデンサ１８５の下部電極が形成される〔図２１(ｅ）〕。
次に、シリコン形成部以外をレジストで覆った後にボロンやリンをイオンドーピングし、ドーピングイオンを活性化させるための熱処理を典型的には５５０℃程度の温度で行って、ドレイン領域１９３およびソース領域１９５を形成する。シリコン膜のイオンドーピングされなかった領域はチャネル領域１９４となる〔図２１(ｆ）〕。
次に、スパッタ法やCVD法により典型的にはSiO２を成膜して第１層間絶縁膜１９９を形成する。次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて第１層間絶縁膜１９９およびゲート絶縁膜１９８を選択的に除去してソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成する〔図２１(ｇ)〕。
次に、典型的にはAlをスパッタ法等により堆積しこれをフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法によりパターニングしてドレイン電極２００およびソース電極２０１を形成する。このとき同時に電流供給配線１８９とこれから分岐する電極配線１６１が形成される〔図２２(ｈ)〕〔図２３(ｊ)参照〕。
次に、この上に、典型的にはSiO２を堆積して第２層間絶縁膜２０２を形成する〔図２２(ｉ)〕。
【００６２】
この段階における素子構造の上面概略図は、図２３(ｊ)のようになる。但し、全面が第２層間絶縁膜（２０２）により覆われているがその図示は省略されている。
第２層間絶縁膜（２０２）上にホール注入阻止材料層を形成し、これをパターニングして、ストライプ状に下部ホール注入阻止層３ａを形成する〔図２３(ｋ)〕。
次に、第２層間絶縁膜（２０２）を選択的に除去して電極配線１６１の一部表面を露出させる。そして、透明導電膜およびホール注入阻止材料層を堆積し、これらを下部ホール注入阻止層３ａの上に重なるようにパターニングして、一端が電極配線１６１に接触する陽極６および上部ホール注入阻止層３ｂを形成する〔図２４(ｌ)〕。
次に、発光材料層２を形成する。発光材料層２は、典型的にはマスクを用いての蒸着法若しくはスパッタ法により形成する。蒸着の場合は、成膜時の発光材料の直進性が強いので、基体とるつぼとの間の角度を傾けることにより、下部ホール注入阻止層３ａ／陽極６／上部ホール注入阻止層３ｂのパターンの側面にも発光材料が成膜されるよう工夫する必要がある場合がある。
次に、第２層間絶縁膜（２０２）を選択的に除去してドレイン電極２００、ソース電極２０１の表面を露出させる。そして、蒸着法もしくはスパッタ法によりAlもしくはAlLiを堆積しこれをパターニングして、陰極４とこれをドレイン電極２００に接続する電極配線１６０を形成する。このとき同時にソース電極に接続されるグランド配線１８６も形成される。陰極４や配線は、マスクを用いて形成してもよい。これら陰極４や配線を結合形成するための金属層を蒸着によって形成する場合は、成膜時の金属材料の直進性が強いので、基体とるつぼとの間の角度を傾けることにより、パターン側面にも陰極が成膜されるよう工夫する必要がある〔図２４(ｍ)〕。
上述した製造方法では、陰極4と電極配線１６１やグランド配線１８６を同時に形成していたが、陰極４と電極配線１６１およびグランド配線１８６を別々の工程で形成するようにし、例えば陰極４をAlLiにより、また電極配線１６１およびグランド配線１８６をAlにより形成するようにしてもよい。
【００６３】
【実施例】
図７、図８、図１３、図１６、図１８（ｂ）、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示した構成を同時に有する発光素子を用いて発光表示装置を試作した。一つの単位素子の大きさは１０μmｘ１０μm、表示部の大きさは４０mmｘ４０mmである。
これらの素子を試作する際に、基体には無アルカリガラスを、金属電極層としてはAlLiを、正孔注入層としてはα-NPD、電子輸送層と兼ねられた発光層としてはAlq3を用いた。陽極バッファ層には、ポリアニリンを用いた。透明電極層にはIn酸化物とSn酸化物との混合物(In２-xSnxO３-y)を用いた。第２スイッチング配線はWsiを、電極供給配線、第１スイッチング配線およびグランド配線はをAlを用いて形成した。
同様の材料を用いて、図２５に従来例として示した構造を有する発光表示装置も試作した。
【００６４】
これら二種類の発光表示装置の透明電極からなる陽極部に５ボルトの電位を印加し、さらにすベての第１スイッチング配線および第２スイッチング配線に５ボルトの電位を印加することにより、すベての素子を発光させその輝度を比較したところ、本発明を適用した発光表示装置は従来の発光表示装置と比較して約３０パーセント輝度が高いという結果が得られた。本発明を適用した発光表示装置は、発光材料層の端面から発光が生じるため、発光が基板内に閉じ込められて伝播するようなモードが生じず、損失が低減されることから、結果として発光効率が向上するため、発光表示装置の発光輝度が向上したものである。
【００６５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。なお、本発明に係る発光素子は、表示装置のみならず、照明や光源に用いることができるものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による有機発光デバイスは、有機発光材料層の端面から光を取り出すようにしたものであるので、透明ガラス基板と空気との界面における光の入射角を小さく抑えることができる。従って、本発明によれば、透明ガラス基板と空気との界面での光の全反射を防止することができ、光の取り出し効率を高めることができる。また、透明導電膜を介することなく光を取り出すようにしたものであるので、透明導電膜での光の吸収を回避して光の利用効率を一層高めることができる。さらに、電極と有機発光材料との水平な接触面にキャリア注入阻止層を設けたものであるので、無駄な発光を抑制して発光素子の発光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１、第２の実施の形態の発光素子の断面図と部分拡大図。
【図２】 本発明の第１の実施の形態の発光素子の横断面図。
【図３】 本発明の第３の実施の形態の発光素子の断面図。
【図４】 本発明の第４の実施の形態の発光素子の断面図。
【図５】 本発明の第５の実施の形態の発光素子の断面図。
【図６】 本発明に適用できる発光材料層の構成を示す断面図。
【図７】 本発明の単位画素の断面を示す概念図。
【図８】 本発明の単位画素を複数個マトリクス状に配置した状態を示す平面図。
【図９】 本発明の発光素子と配線との関係を示す平面概略図。
【図１０】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１１】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１２】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１３】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１４】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１５】 本発明の発光素子と配線の電気的接続関係を示す回路図。
【図１６】 本発明の発光素子を用いて構成した表示装置を示す平面図。
【図１７】 本発明の発光素子を用いて構成した画素の平面図。
【図１８】  図１７に示される画素の発光素子部とＴＦＴ部での断面図。
【図１９】  本発明の発光素子を用いて構成した画素の平面図と断面図。
【図２０】 本発明の発光素子を用いて構成する画素の製造工程を工程順に示す断面図（その１）。
【図２１】  本発明の発光素子を用いて構成する画素の製造工程を工程順に示す断面図（その２）。
【図２２】  本発明の発光素子を用いて構成する画素の製造工程を工程順に示す断面図（その３）。
【図２３】  本発明の発光素子を用いて構成する画素の製造工程を工程順に示す平面図と断面図（その１）。
【図２４】  本発明の発光素子を用いて構成する画素の製造工程を工程順に示す平面図と断面図（その２）。
【図２５】 従来の発光素子の代表的構成を示す概念図。
【符号の説明】
１…基体、  ２…発光材料層、    ２ａ…発光領域、    ２ｂ…非発光領域、２ｃ…発光材料層端面、    ２ｄ…発光材料層上面、    ２ｅ…発光材料層基板接触平坦部、      ３…ホール注入阻止層、    ３ａ…下部ホール注入阻止層、    ３ｂ…上部ホール注入阻止層、    ４…陰極、    ５…有効光、    ６…陽極、    ７…ホール、    ８…電子、    ９…ホール・電子再結合領域、  １０…電子注入阻止層、    ２０…ホール注入輸送層、    ２１…発光層、    ２２…電子注入輸送層、    ２３…ホール注入層、    ２４…ホール輸送層、  ２５…電子注入層、    ２６…電子輸送層、    ２７…ホール注入輸送層を兼ねた発光層、    ２８…電子注入輸送層を兼ねた発光層、    ２９…ホール注入輸送層および電子注入輸送層を兼ねた発光層、    １００…発光素子、    １０１…スイッチング素子、    １０２…電流供給素子、    １０３…有効光、    １０４…無効光、    １０５…透明基板、    １０６…透明基板表面、    １６０、１６１…電極配線、    １６２…シリコン膜、    １６３…画像信号供給源、１６４…電圧制御装置、    １６５…画素、    １８２…発光素子、    １８３…スイッチング素子、    １８４…電流供給素子、    １８５…電圧保持コンデンサ、    １８６…グランド配線、    １８７…第２スイッチング配線、  １８８…第１スイッチング配線、    １８９…電流供給配線、    １９０…グランド、    １９１…電流源、    １９２…共通配線、    １９３…ドレイン領域、    １９３ａ、１９３ｂ…ドレイン部、    １９４…チャネル領域、    １９４ａ、１９４ｂ…ゲート、    １９５…ソース領域、    １９５ａ、１９５ｂ…ソース部、    １９８…ゲート絶縁膜、    １９９…第１層間絶縁膜、    ２００…ドレイン電極、    ２０１…ソース電極、    ２０２…第２層間絶縁膜、２０５…バリア層、    ２０６…ゲート電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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