(57)【要約】【課題】駆動電圧及び輝度に優れ、低コストな有機ＥＬアレイを提供する。【解決手段】基板と、前記基板の上にあり、少なくとも一方が画素ごとに分割された下部電極及び上部電極と、前記上部電極と下部電極との間に挟まれ、有機発光層を少なくとも含む有機層と、前記画素の周囲に配置される素子分離膜と、前記下部電極と有機層との間に導電体又は半導体からなる電荷注入層とを備え、複数の画素からなる有機ＥＬアレイである。前記電荷注入層は前記下部電極及び前記素子分離膜を含む表示領域全面に形成されており、前記素子分離膜のテーパー部に、前記電荷注入層の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上にあり、少なくとも一方が画素ごとに分割された下部電極及び上部電極と、前記上部電極と下部電極との間に挟まれ、有機発光層を少なくとも含む有機層と、前記画素の周囲に配置される素子分離膜と、前記下部電極と有機層との間に導電体又は半導体からなる電荷注入層とを備え、複数の画素からなる有機ＥＬアレイにおいて、
前記電荷注入層は前記下部電極及び前記素子分離膜を含む表示領域全面に形成されており、前記素子分離膜のテーパー部に、前記電荷注入層の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする有機ＥＬアレイ。
【請求項２】
前記高抵抗領域は、前記素子分離膜のテーパー部に形成された前記電荷注入層が島状構造を有する不連続膜からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬアレイ。
【請求項３】
前記電荷注入層の膜厚は０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記電荷注入層のテーパー部の角度は４５度以上９０度以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬアレイ。
【請求項４】
前記電荷注入層の膜厚は２ｎｍ以上８ｎｍ以下であり、前記電荷注入層のテーパー部の角度は６０度以上９０度以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬアレイ。
【請求項５】
前記上部電極の膜厚は２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の有機ＥＬアレイ。
【請求項６】
前記電荷注入層が酸化インジウム錫であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の有機ＥＬアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間に形成された有機発光層を含む有機層に通電することにより光を放出する、有機ＥＬ素子に関し、特に、前記有機ＥＬ素子の複数画素を基板上に多数形成してなる、有機ＥＬアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネル対応の自発光型デバイスが注目されている。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光表示素子、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子等がある。
【０００３】
この中で、特に有機ＥＬ素子に関しては、研究開発が精力的に進められており、緑単色や、青、赤等の色を加えたエリアカラータイプのアレイが製品化され、現在はフルカラー化への開発が活発化している。
【０００４】
一般的な有機ＥＬ素子の構造は、ガラス基板上にＩＴＯ等の透明陽極、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層等からなる有機層、及び低仕事関数の上部反射電極が順次形成されてなる。この素子構造は一般にボトムエミッション型といわれ、素子からの発光光は、透明性を有する陽極及び基板を透過して基板裏面側から射出される。
【０００５】
このようなボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を二次元アレイ状に配列してなる有機ＥＬアレイをアクティブマトリクス方式により駆動する場合、ボトムエミッション型では、基板上のＴＦＴや配線の為に開口率が狭くなるという問題がある。これを改善する試みとして、発光光を有機層の積層方向に射出させる、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子が提案されている。
【０００６】
トップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、基板側の下部電極として可視光の反射率が高いものを用い、上部電極として可視光の透過率の高いものを用いる。また、有機層の積層順序をボトムエミッション型と同様にして、下部電極を陽極、上部電極を陰極とする場合、下部電極として可視光の反射率が高いアルミニウムやアルミニウム合金を用いると、陽極としては仕事関数が比較的小さい。そのため、ホール（正孔）の注入障壁が高くなってしまう。これに対して、アルミニウム上に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの仕事関数の大きな透明電極を積層させて用いる方法が知られている。
【０００７】
また、特許文献１では、透過率が低い金属や、リソグラフィ法ではパターニングし難い金属を電荷注入層として用いるために、これらの金属を電極上にマスク蒸着する技術が公開されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９８１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、マスク蒸着で画素ごとに電荷注入層を分割する必要があるため、マスクコストの分だけコスト上昇要因になる。また、全画素に電荷注入層を形成する場合には開口部分の比率が大きくなり、マスク強度を保つことはより難しくなってくる。また、マスク強度が低下すると、繰り返し使用によるマスクの劣化も起こりやすくなるため、さらなるコストの上昇につながる懸念がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、駆動電圧及び輝度に優れ、低コストな有機ＥＬアレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、
基板と、前記基板の上にあり、少なくとも一方が画素ごとに分割された下部電極及び上部電極と、前記上部電極と下部電極との間に挟まれ、有機発光層を少なくとも含む有機層と、前記画素の周囲に配置される素子分離膜と、前記下部電極と有機層との間に導電体又は半導体からなる電荷注入層とを備え、複数の画素からなる有機ＥＬアレイにおいて、
前記電荷注入層は前記下部電極及び前記素子分離膜を含む表示領域全面に形成されており、前記素子分離膜のテーパー部に、前記電荷注入層の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電荷注入層により駆動電圧が抑えられ、また、輝度の低下も抑制され、コスト上昇を抑えた有機ＥＬアレイを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図１、図２を用いて本発明の一実施形態を説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態を表す概略断面図である。図中には二つの画素について表示してあるが、もちろんこれに限定されるものではない。なお、図中の各部のサイズは説明のために一部強調してあり、必ずしも実物の形状を反映するものではない。
【００１５】
また、本実施形態においては、下部電極が反射電極であり、上部電極が透明電極であるトップエミッション型素子を用いて説明する。但し、これに限定されるものではなく、例えば下部電極が透明電極であり、上部電極が反射電極であるボトムエミッション型素子や両面発光素子、などにも適用できる。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態は、基板１と、前記基板１上に各画素ごとに分割された下部電極２と、画素の周囲を囲み、かつ前記下部電極２の端部を覆うように配置された素子分離膜３とを備える。さらに、前記下部電極２、素子分離膜３を共に覆うように電荷注入層４を備える。その上に、有機発光層を少なくとも含む有機層５と、上部電極６とを備える。前記下部電極２、上部電極６はそれぞれ、不図示の電源及びスイッチに接続され、前記二つの電極間に電流を流すことで、前記有機発光層を発光せしめる。但し、上部電極６も各画素ごとに分割されていても良く、要するに一方の電極である下部電極２が各画素ごとに分割されていれば良い。
【００１７】
本発明は、前記電荷注入層４のうち、前記素子分離膜３のテーパー部上の電荷注入層４ｂが高抵抗領域とされていることを特徴とする。
【００１８】
本実施形態における下部電極２は反射率が高い金属、例えばアルミニウムや銀、又はこれらの合金からなるが、陽極としては仕事関数が小さいため、正孔の注入障壁が大きい。この上に有機層５への正孔注入障壁が小さな電荷注入層４を設けることで、駆動電圧が低下する。これに限らず、下部電極２からの電荷注入障壁が大きい場合に、電荷注入層４を用いることで駆動電圧の低下を図れる。
【００１９】
電荷注入層４として導電体又は半導体を用いる。ここで、導電体又は半導体とは、特別な分割手段を用いずに表示領域全面に成膜した場合に、画素間のリークにより表示の乱れを起こす程度の抵抗を持つ材料を指すものとする。
【００２０】
具体的に云うと、電荷注入層４としては、導電性があり、かつ下部電極２に比べて有機層５への注入電圧が低ければ何を用いても良い。例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの金属酸化物や、金等の金属などを用いることができる。これらの材料を用いると、高抵抗な絶縁膜を用いる場合に比べ、膜厚方向の抵抗に基づく駆動電圧の上昇は小さい。
【００２１】
電荷注入層４の成膜方法としては、特に制限されない。マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、等のスパッタリング法に加え、真空蒸着等の異方性の強い成膜方法を用いても良く、これらの成膜方法を適宜、選択して、電荷注入層４が表示領域全面に形成されている。
【００２２】
しかしながら、低抵抗材料が画素間で繋がっている場合、電流のリークにより所望の表示ができなくなるため、画素間で前記電荷注入層４を分割（分断）する必要がある。
【００２３】
そこで、本発明では、電荷注入層４の膜厚を極めて薄くし、かつ前記素子分離膜３のテーパー角度を急峻にする。これにより、前記下部電極２上の電荷注入層４ａは電荷注入に充分な膜厚を有するが、前記素子分離膜３のテーパー部上の電荷注入層４ｂはその傾斜によって膜厚がさらに薄くなり、島状構造の不連続膜となる。つまり、傾斜面は平面に対して傾いている分だけ、面積が広くなるので、例えば異方性の強い成膜方法を用いて電荷注入層４を形成すると、素子分離膜３のテーパー部は下部電極２の平面部に比べて単位面積あたりの成膜密度が薄く、成膜状況が不十分となる。そのため、素子分離膜３のテーパー部上の電荷注入層４ｂは島状構造の不連続膜となるのである。このような島状構造の場合、連続膜に比べて電気抵抗は格段に増大する。
【００２４】
図２にその概念図を示す。導電体又は半導体の膜厚を薄くしていくと、バルクの電気抵抗に比べて徐々に電気抵抗が大きくなっていくが、あるところで膜が不連続な島状構造となるため、数桁の抵抗の上昇がある（図２のｔ1参照）。この際、例えば導電体の場合、連続膜（ｔ1よりも厚い）の場合はその抵抗率は正の温度係数を持つが、島状構造（膜厚がｔ1以下）の場合、島間の負の温度係数を持つ、という特徴がある。なお、本明細書では、島状構造とは、薄膜が不連続な島からなり、島の平均直径が、島間の平均距離よりも小さいものを指す。素子分離膜３のテーパー部上の電荷注入層４ｂにおいては、この抵抗上昇が起こる膜厚以下の膜厚にすることで、画素間の電流のリークを防止する。これによって、予めテーパー部のある素子分離膜３を作り、その後に前記画素部と前記素子分離膜３からなる表示領域全面に電荷注入層４を成膜するだけで、隣接する画素間で電荷注入層４を実質的に分断することができる。そのため、電荷注入層４のパターニングが不要になり、コストの低減が図れる。特に、電荷注入層４の材料として、体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以下のものを用いる場合に、本発明を用いることで画素間のリークを抑制することができ、より好ましい。
【００２５】
ちなみに、素子分離膜３の表面をラビングして凸凹形状を作製し、隣接する画素間で電荷注入層を実質的に分断することもできる。
【００２６】
電荷注入層４の膜厚としては、電荷注入特性に改善がみられ、かつ前記素子分離膜３のテーパー部において島状構造をとり、画素間で実質的に分断されるように設定する必要がある。具体的には膜厚０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましく、２ｎｍ以上８ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００２７】
素子分離膜３のテーパー部の角度は、テーパー部上で前記電荷注入層４が島状構造をとり、高抵抗化するようであればどのような角度でも良い。具体的には電荷注入層４の膜厚が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の場合は、４５度以上９０度以下が好ましい。より好ましく電荷注入層４の膜厚を２ｎｍ以上８ｎｍ以下とした場合は、素子分離膜３のテーパー部の角度は６０度以上９０度以下が好ましい。一例を示すと、電荷注入層の膜厚にも依存するが、膜厚が３ｎｍ程度であれば５０度程度で良い。
【００２８】
素子分離膜３の製造方法は特に制限されない。公知のフォトリソグラフィ技術を用いて製造する場合には、露光・現像条件を変えることで制御することができる。又はマスクを用いてＲＩＥ等のドライエッチングで形成することもできる。
【００２９】
素子分離膜３の材料としては、レジスト等の樹脂を含む高分子材料、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等の無機材料など、何を用いても良い。
【００３０】
上部電極６は前記素子分離膜３のテーパー部において分断されないように、十分な膜厚を有する必要があり、２０ｎｍ以上有することが好ましい。これにより、同じテーパー部においても、膜厚の非常に薄い電荷注入層４は実質的に分断されるが、より膜厚の厚い上部電極６は連続膜を形成するため、分断されない。
【００３１】
次に、本実施形態で用いる各部材について説明する。
【００３２】
基板１として好適に使用される材料としては、各種のガラスや、ｐｏｌｙ−Ｓｉやａ−Ｓｉ等でＴＦＴ等の駆動回路を形成したガラス基板、シリコンウエハー上に駆動回路を設けたもの等が挙げられる。
【００３３】
下部電極２としては、適度な導電性をもつならば何を用いても良い。反射電極とするならば、可視光の反射率が高い材料が好ましい。その例としては、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等、及びこれらの金属材料を含む合金等が好適に用いられる。透明電極とするならば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の透明導電材料が用いられる。また、金属材料を１ｎｍから１０ｎｍ程度の薄膜で形成し、透光性のある状態で用いても良い。
【００３４】
反射電極としてアルミニウム等のイオン化傾向の大きな物質を用いる場合、本発明を用いず公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、反射電極上の透明電極（例えばＩＴＯ等）をパターニングすると、反射率低下が起こることがある。これは、現像、剥離工程等に用いる処理液に接触する際、透明電極とアルミニウムのイオン化傾向の違いによる電食反応によりアルミニウムの溶解が促進され、反射率が低下する現象である。特に、波長の短い青色素子においては、より広い色再現性を実現するために、透明電極の膜厚も薄くする必要が出てくる。この場合、透明電極にピンホールができやすくなるため、反射率低下の影響がより大きくなる。本発明においては電荷注入層形成後にエッチング等のウェット工程を施さないため、電荷注入層とアルミニウムの仕事関数の違いによる電食反応でアルミニウムがダメージを受けることがなく、より好ましい。
【００３５】
発光に関わる有機層５としては、特に制限されない。単層膜でも良いし、積層膜からなっても良い。また、その一部に有機物以外の無機物を含んでも良い。以下に各材料の一例を挙げる。
【００３６】
正孔注入層としては、鋼フタロシアニン、スターバーストアミン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機物や、金属酸化膜等、さらにこれらの複数の材料の混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、正孔注入層が無くても十分な正孔注入性が得られる場合は、正孔注入層は必ずしも必要ではない。
【００３７】
正孔輸送層を形成する正孔輸送材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体等の低分子化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
有機発光層としては、単一の材料で所望の発光を得る材料、或いはホスト材料にゲスト材料をドープしたものが用いられる。ホスト材料、ゲスト材料を同時に真空蒸着し、それぞれの蒸着レートを調整することで任意のドープ濃度の有機発光層が得られる。このとき発光色に対応し、有機発光層の材料、或いは有機発光層を構成するホスト／ゲストの組み合わせを変え、それぞれの有機ＥＬ素子で任意の発光を得ることができる。
【００３９】
電子輸送層を形成する電子輸送材料としては、アルミキノリノール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
電子注入層としては、アルミキノリノール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体等、及びこれらのものをホストとし、ゲスト材料をドープしたものが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００４１】
これら有機発光層を含めた各有機層は蒸着法等によって形成されることが好ましく、特に有機発光層は形成時にマスクを用いることによって、任意の位置に形成される。
【００４２】
上部電極６としては、適度な導電性をもつならば何を用いても良い。下部電極２と同様な材料を用いることができる。
【００４３】
このような積層体である素子上に、空気中の水分、酸素等から遮断する目的でキャップを設けても良い。発光を基板と反対側から取り出す場合には、キャップは透光性のものが良く、ガラス等が用いられる。また、前記キャップと、素子との間に空隙を設け、乾燥剤等を配置しても良い。
【００４４】
空気中の水分、酸素等から素子を保護する別な方法として、素子表面に保護膜を形成しても良い。その具体的な材料としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ等の無機膜や高分子膜、及びそれらの積層膜等が用いられるが、水分や酸素を遮断可能で且つ透明な材料が良い。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
＜実施例１＞
厚さ１ｍｍのガラス上に、公知のリソグラフィ技術を用いて、１００×１００画素のアクティブ素子及び下部電極を形成する（不図示）。このとき、下部電極としては厚さ１００ｎｍのＡｌ電極を用いる。さらに、Ａｌ電極上に、画素を囲むように高さ１μｍの素子分離膜を形成する。素子分離膜には感光性アクリル樹脂を用い、公知のリソグラフィ技術を用いて所望の形状に形成する。素子分離膜のテーパー角度は６０度である。
【００４７】
下部電極及び素子分離膜上に、スパッタ法を用いてＩＴＯからなる電荷注入層を膜厚５ｎｍで形成する。この際、表示領域以外にはマスクを用いて成膜されないようにする。
【００４８】
有機層の成膜は、真空蒸着法を用いて、１Ｅ−４Ｐａの真空度のもとで行う。本実施例で用いる各材料の化学構造を下記化１に示す。
【００４９】
【化１】
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【００５０】
正孔輸送層（ＨＴ−１）を蒸着レート０．３ｎｍ／ｓｅｃで膜厚２０ｎｍに成膜する。その後、有機発光層（ＥＭ―１＋ＥＭ−２）をＥＭ―１の蒸着レート０．０８７ｎｍ／ｓｅｃ、ＥＭ−２の蒸着レート０．０１３ｎｍ／ｓｅｃとなるようにレートを調整し共蒸着を行い、２０ｎｍの膜厚で成膜する。これに続いて、電子輸送層（ＥＴ−１）を蒸着レート０．３ｎｍ／ｓｅｃで膜厚１０ｎｍに成膜する。さらに、電子注入層（ＥＴ−１＋Ｃｓ2ＣＯ3）は、ＥＴ−１の蒸着レート０．３ｎｍ／ｓｅｃに対して、Ｃｓ2ＣＯ3のドープ濃度が０．６５ｖｏｌ％となるようにレートを調整し、４０ｎｍの膜厚で共蒸着する。
【００５１】
スパッタ法により上部電極としてＩＴＯを６０ｎｍの膜厚で成膜し、吸湿剤を備えるガラス製のキャップで封止する。さらに、不図示の電源に接続し、有機ＥＬアレイを得る。なお、ここで用いたＥＭ−１とＥＭ−２の共蒸着からなる有機発光層は青色発光を呈する。
【００５２】
本実施例の有機ＥＬアレイの電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2における輝度は１５５ｃｄ／ｍ2、前記電流密度における駆動電圧は４．５Ｖ、ＣＩＥ色度座標はｘ＝０．１４、ｙ＝０．０８である。後述する比較例と比べて輝度及び青色の色純度が高く、かつ低電圧の駆動が可能である。また、画素間リークによる信号のクロストークもみられない。
【００５３】
＜比較例１＞
下部電極上にＩＴＯからなる電荷注入層を設けない以外は実施例１と同様にして有機ＥＬアレイを得る。
【００５４】
本比較例の素子を駆動させると、駆動電圧が１０Ｖであり、実施例１の素子と比べて駆動電圧が大幅に高い。
【００５５】
＜比較例２＞
下部電極上に膜厚２０ｎｍのＩＴＯ薄膜を成膜し、下部電極と同様にパターニングし、その後素子分離膜を形成することと、正孔輸送層の膜厚を５ｎｍとすること以外は実施例１と同様にして、有機ＥＬアレイを得る。
【００５６】
本比較例の有機ＥＬアレイを駆動させると、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2における輝度は１００ｃｄ／ｍ2、前記電流密度における駆動電圧は４．５Ｖ、ＣＩＥ色度座標はｘ＝０．１４、ｙ＝０．０９である。実施例１の有機ＥＬアレイに比べて青の色純度がやや低く、かつ輝度も低い。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の有機ＥＬアレイは、ディスプレイとして適用可能である。例えばデジタルカメラの画面やファインダー画面、或いは携帯電話の画面や複写機等のプリンタの操作画面や、テレビ、パソコン用ディスプレイ、車載パネル等として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態の有機ＥＬアレイの概略を説明する断面図である。
【図２】本発明を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  基板
２  下部電極
３  素子分離膜
４  電荷注入層
４ａ  下部電極上の電荷注入層
４ｂ  素子分離膜のテーパー部上の電荷注入層
５  有機層
６  上部電極
【図１】
2009009708.tif 000004
【図２】
2009009708.tif 000005