(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１電極と、
前記第１電極を取り囲むように形成された絶縁膜と、
前記第１電極および前記絶縁膜を覆うように形成され、島状または極薄状の電子注入層と、
前記第１電極上に前記電子注入層を介して形成され、電流注入により発光する有機層と、
前記有機層上および前記電子注入層上に形成された第２電極とを備えた、発光素子。
【請求項２】
前記電子注入層は、Ｌｉを含有する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記電子注入層は、５ｎｍ以下の膜厚を有する、請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記電子注入層は、１．５ｎｍ程度の膜厚を有する、請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記有機層からの光の放出方向は、前記基板と逆方向である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
基板上にマトリクス状に配置されたトランジスタと、
前記トランジスタに接続された第１電極と、
前記第１電極を取り囲むように形成された絶縁膜と、
前記第１電極および前記絶縁膜を覆うように形成され、島状または極薄状の電子注入層と、
前記第１電極上に前記電子注入層を介して形成され、電流注入により発光するとともに、前記基板と逆方向に光を放出する有機層と、
前記有機層上および前記電子注入層上に形成された第２電極とを備えた、アクティブマトリクス型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子およびアクティブマトリクス型表示装置に関し、特に、電子注入層を有する発光素子およびアクティブマトリクス型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、従来から一般に使用されているＣＲＴに比べ、消費電力の少ない平面表示素子のニーズが高まってきている。そうした中、高効率、薄型、軽量、視野角依存性がないなどの特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いたディスプレイの研究開発が活発に行われている。有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内へと注入し、電子とホールとを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にする。この有機分子が励起状態から基底状態へと戻るときに発する蛍光により発光する。有機ＥＬ素子では、発光材料である蛍光物質を選択することにより、発光色を変化させることができる。これにより、フルカラーの小型ディスプレイ装置への応用が期待されている。
【０００３】
特に高精細型ディスプレイへの応用として、基板上にポリシリコン型ＴＦＴ（薄膜トランジスタ；Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成し、その上に有機層とカソード（陰極）とを設けたアクティブマトリクス型表示装置の開発が進んでいる。このアクティブマトリクス型表示装置では、通常、透明な基板を通して、基板側の方向に光が取り出される仕組みになっている。そのため、基板上のＴＦＴなどにより、実際に光を取り出すことのできる部分の割合（開口率）が制限されるという問題点がある。この問題点を解決するため、基板方向とは逆方向に光を取り出す構造、いわゆるトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置が提案されている。この表示装置では、発光部分の上部にＴＦＴなどが存在しないので、開口率をほぼ１００％にすることが可能になる。
【０００４】
図７は、従来のトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図７を参照して、従来のトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置では、基板１１上に、ＴＦＴ１３がマトリクス状に形成されている。ＴＦＴ１３は、ゲート電極１３ａを含む。基板１１およびＴＦＴ１３の上面上には、絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２上には、ＴＦＴ１３のソース領域とドレイン領域とにそれぞれ接続するように、電極１３ｂと電極１３ｃとが形成されている。電極１３ｃの側面に接触するように、陽極１４が形成されている。また、絶縁膜１２、電極１３ｂ、電極１３ｃおよび陽極１４の上面上に、開口部１５ａを有する絶縁膜からなる画素分離層１５が、形成されている。この開口部１５ａ内で、陽極１４の上面に接触するように、発光層を含む有機層１６が形成されている。
【０００５】
また、有機層１６および画素分離層１５の上面の全面を覆うように、ＡｌやＡｇなどと、ＬｉＦやＬｉＯ2などとからなる電子注入層１７が形成されている。このように、仕事関数の小さな金属膜からなる電子注入層１７を陰極の一部として用いることによって、陰極における電子注入効率を向上させることができる。これにより、表示装置の発光効率の向上を図ることができる。また、電子注入層１７の上面の全面を覆うように、ＩＴＯ（酸化インジウムチタン）からなる陰極（透明電極）１８が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置では、発光層を含む有機層１６の上面の全面を覆うように、金属膜からなる電子注入層１７が形成されているので、光の透過率を大きくするのが困難であるという不都合があった。その結果、図７に示した従来のトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置では、開口率を大きくすることができる反面、光の透過率は最大でも７０％程度にとどまってしまうという問題点があった。
【０００７】
そこで、図７に示した従来のトップエミッション構造と異なり、基板１１側に陰極を形成することによって、透過率の低い金属膜からなる電子注入層を基板１１側に形成する逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリクス型表示装置も考えられる。
【０００８】
図８は、陰極および電子注入層を基板側に形成した逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図９は、図８に示した逆構造の表示装置において、電子注入層を、陰極および画素分離層の上面の全面を覆うように形成した場合を示した断面図である。なお、この逆構造の表示装置は、電極構成が逆になっていること以外は、図７に示した従来のトップエミッション構造の表示装置の構成と同様である。すなわち、図８に示すように、基板１１上に、ＴＦＴ１３、絶縁膜１２、ゲート電極１３ａ、電極１３ｂおよび電極１３ｃが形成されている。また、電極１３ｃの側面に接触するように、陰極２４が形成されている。絶縁膜１２、電極１３ｂ、電極１３ｃおよび陰極２４の上面上には、開口部１５ａを有する画素分離層１５が形成されている。
【０００９】
また、図８に示した逆構造の表示装置では、メタルマスクによる塗り分けや画素間にリブを設けるなどの方法を用いて、開口部１５ａ内で陰極２４の上面に接触するように、電子注入層２７が形成されている。この電子注入層２７上には、発光層を含む有機層１６が形成されている。画素分離層１５および有機層１６の上面の全面を覆うように、ＩＴＯからなる陽極（透明電極）２８が形成されている。
【００１０】
なお、逆構造のトップエミッション型のアクティブマトリクス型表示装置において、図９に示すように、電子注入層２７ａを、陰極２４および画素分離層１５の全面を覆うように形成した場合には、上記したメタルマスクによる塗り分け等が不要となる。しかし、この場合には、陰極２４と陽極２８とが、電子注入層２７ａを介して電気的に短絡（ショート）してしまうという不都合が生じる。そのため、上記したように、メタルマスクによる塗り分けや画素間にリブを設けるなどの方法を用いて、電子注入層２７を開口部１５ａ内で陰極２４の上面上にのみ形成する製造プロセスが必要になる。その結果、製造プロセスが複雑になるという問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、高い開口率を有する逆構造の素子を簡単な製造プロセスにより形成することが可能な発光素子を提供することである。
【００１２】
この発明のもう１つの目的は、高い開口率を有する逆構造の素子を簡単な製造プロセスにより形成することが可能なアクティブマトリクス型表示装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発光素子は、基板上に形成された第１電極と、第１電極を取り囲むように形成された絶縁膜と、第１電極および絶縁膜を覆うように形成され、島状または極薄状の電子注入層と、第１電極上に電子注入層を介して形成され、電流注入により発光する有機層と、有機層上および電子注入層上に形成された第２電極とを備えている。
【００１４】
この第１の局面による発光素子では、上記のように、第１電極および絶縁膜を覆うように島状または極薄状の電子注入層を形成することによって、絶縁膜上の電子注入層上に第２電極が形成された場合にも、第１電極と第２電極とが電子注入層を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。すなわち、島状または極薄状の電子注入層により、第１電極と第２電極との間は、絶縁状態または極めて高抵抗な状態になるので、第１電極と第２電極とが電子注入層を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。また、電子注入層を第１電極および絶縁膜を覆うように形成することによって、第１電極上のみに選択的に電子注入層を形成する場合に比べて、製造プロセスを簡略化することができる。この場合、基板から遠い側の第２電極として透明陽極を用いれば、基板側とは逆方向に光を取り出す逆構造の発光素子を簡略化された製造プロセスにより形成することができる。その結果、高い開口率を有する逆構造の発光素子を簡単な製造プロセスにより形成することができる。
【００１５】
上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、電子注入層は、Ｌｉを含有する。このように構成すれば、注入効率の高いＬｉによって、発光効率を高めることができる。
【００１６】
上記の発光素子において、好ましくは、電子注入層は、５ｎｍ以下の膜厚を有する。このように構成すれば、容易に、第１電極と第２電極とが電気的に短絡するのを実質的に防止することが可能な島状または極薄状の電子注入層を形成することができる。この場合、好ましくは、電子注入層は、１．５ｎｍ程度の膜厚を有する。このように構成すれば、発光輝度を最大にすることができる。この点は実験により確認済みである。
【００１７】
上記の発光素子において、好ましくは、有機層からの光の放出方向は、基板と逆方向である。このように構成すれば、基板側とは逆方向に光を取り出す逆構造の発光素子を得ることができるので、基板側にトランジスタが形成されていても、開口率を高めることができる。
【００１８】
この発明の第２の局面によるアクティブマトリクス型表示装置は、基板上にマトリクス状に配置されたトランジスタと、トランジスタに接続された第１電極と、第１電極を取り囲むように形成された絶縁膜と、第１電極および絶縁膜を覆うように形成され、島状または極薄状の電子注入層と、第１電極上に電子注入層を介して形成され、電流注入により発光するとともに、基板と逆方向に光を放出する有機層と、有機層上および電子注入層上に形成された第２電極とを備えている。
【００１９】
この第２の局面によるアクティブマトリクス型表示装置では、上記のように、第１電極および絶縁膜を覆うように島状または極薄状の電子注入層を形成することによって、絶縁膜上の電子注入層上に第２電極が形成された場合にも、第１電極と第２電極とが電子注入層を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。すなわち、島状または極薄状の電子注入層により、第１電極と第２電極との間は、絶縁状態または極めて高抵抗な状態になるので、第１電極と第２電極とが電子注入層を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。また、電子注入層を第１電極および絶縁膜を覆うように形成することによって、第１電極上のみに選択的に電子注入層を形成する場合に比べて、製造プロセスを簡略化することができる。この場合、基板から遠い側の第２電極として透明陽極を用いれば、基板側とは逆方向に光を取り出す逆構造の発光素子を簡略化された製造プロセスにより形成することができる。その結果、高い開口率を有する逆構造の発光素子を含むアクティブマトリクス型表示装置を簡単な製造プロセスにより形成することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例および比較例では、電子注入層の膜厚を変化させた同一構成のアクティブマトリクス型表示装置を複数作製した。また、これらの表示装置は、基板側と逆方向に光を取り出すトップエミッション型構造を有するとともに、陰極および電子注入層を基板側に配置した逆構造を有するように作製した。
【００２１】
（実施例）
図１は、本発明の実施例により作製したアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。図２は、図１に示した実施例によるアクティブマトリクス型表示装置の電子注入層の詳細を示した拡大平面図である。また、図３は、図１に示した実施例による表示装置の発光層として用いたＡｌｑ３の原子構造を示した構造図である。図４は、図１に示した実施例による表示装置のホール輸送層として用いたα−ＮＰＢの原子構造を示した構造図である。なお、この実施例では、電子注入層６の膜厚を５ｎｍ以下の範囲で変化させた複数の表示装置を作製した。
【００２２】
図１〜図４を参照して、本発明の実施例の表示装置の作製プロセスについて説明する。まず、基板１上に、ゲート電極３ａを含むポリシリコン型ＴＦＴ３をマトリクス状に形成した。この基板１およびＴＦＴ３の上面上に、ＳｉＯ2からなる絶縁膜２を形成した。そして、絶縁膜２上に、ＴＦＴ３のソース領域およびドレイン領域の上面にそれぞれ接触するように、電極３ｂおよび電極３ｃを形成した。次に、電極３ｃの側面に接触するように、ＩＴＯからなる陰極４を形成した。その後、絶縁膜２、電極３ｂ、電極３ｃおよび陰極４の上面上に、陰極４の上面の一部に開口部５ａを有するＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなる画素分離層５を形成した。なお、陰極４は、本発明の「第１電極」の一例であり、画素分離層５は、本発明の「絶縁膜」の一例である。
【００２３】
この後、実施例では、真空蒸着法を用いて、１３３×１０ー7Ｐａ以下の真空度で電子注入効率の高いＬｉを含むＡｌ0.5Ｌｉ0.5合金からなる電子注入層６を、陰極４および画素分離層５の上面の全面を覆うように、５ｎｍ以下の厚みで形成した。このように、電子注入層６の厚みを非常に薄く形成することによって、陰極４（画素分離層５）上の電子注入層６は、層状とならず、図２に示すような島状に形成されるか、または、極薄状（図示せず）に形成されると考えられる。このように電子注入層６が島状に形成されると、電子注入層６を電流が流れて陰極４と陽極８との間でショートが発生することがない。また、電子注入層６が極薄状に形成された場合にも、電子注入層６の面内方向の抵抗値が非常に高くなるので、電流が非常に流れにくくなる。
【００２４】
上記した電子注入層６の形成後、電子注入層６の酸化を避けるために、１３３×１０ー7Ｐａ以下の真空度を保持した状態で、メタルマスクを用いて表示装置の画素に相当する領域に、有機層７を形成した。具体的には、開口部５ａ内の電子注入層６に囲まれた領域に、下層から上層に向かって、３０ｎｍの厚みを有するＡｌｑ３からなる電子輸送層と、緑色発光ドーパントとして３％のメチルキナクリドンを含有するＡｌｑ３からなる発光層と、５０ｎｍの厚みを有するα−ＮＰＢからなるホール輸送層と、１０ｎｍの厚みを有するＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール注入層とから構成される有機層７を形成した。なお、有機層７の発光層に用いたＡｌｑ３は、図３に示すような原子構造を有しており、有機層７のホール輸送層に用いたα−ＮＰＢは、図４に示すような原子構造を有している。
【００２５】
最後に、有機層７および電子注入層６の上面の全面を覆うように、ＩＴＯからなる陽極（透明電極）８を形成することによって、実施例のアクティブマトリクス型表示装置を作製した。なお、陽極８は、本発明の「第２電極」の一例である。
【００２６】
（比較例）
図５は、比較例により作製したアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。なお、比較例による表示装置では、電子注入層６ａの膜厚を５ｎｍを越える範囲で変化させたこと以外の作製プロセスは、実施例の作製プロセスと同様である。すなわち、図５に示すように、基板１上に、ＴＦＴ３と、絶縁膜２と、電極３ｂおよび電極３ｃと、陰極４と、開口部５ａを有するＰＭＭＡからなる画素分離層５とを順次形成した。次に、Ａｌ0.5Ｌｉ0.5合金からなる電子注入層６ａを、５ｎｍを超える範囲で厚みを変化させて陰極４および画素分離層５の上面の全面を覆うように形成した。
【００２７】
最後に、実施例と同様、電子注入層６ａ上に、有機層７と陽極８とを順次形成することによって、比較例のアクティブマトリクス型表示装置を作製した。
【００２８】
（発光輝度測定試験）
図６は、実施例および比較例で作製した表示装置の発光輝度測定の実験結果を示したグラフである。この発光輝度測定では、各表示装置に一定電流を印加した場合の、それぞれの表示装置における単位面積当たりの発光輝度（ｃｄ／ｍ2）を測定した。これにより、各表示装置における、電子注入層６（６ａ）の膜厚と発光輝度との関係を測定した。図６を参照して、電子注入層６の膜厚を５ｎｍ以下の範囲で作製した実施例の表示装置では、電子注入層６の膜厚が０ｎｍに近い表示装置を除いて、高い発光輝度を得ることができることが判明した。特に、電子注入層６の膜厚が１．５ｎｍ程度の表示装置では、３００ｃｄ／ｍ2以上の最も高い発光輝度を得ることができた。これは、１．５ｎｍ程度の極めて薄い厚みで形成された電子注入層６では、電子注入層６は完全な層状とならず、図２に示したような島状に形成されると考えられるため、陰極４と陽極８とは電気的に絶縁されるためであると考えられる。これにより、陰極４と陽極８とが電子注入層６を介して電気的に短絡するのを防止することができるので、電子注入層６と陽極８との接点でリーク電流が発生するのを防止することができる。
【００２９】
一方、電子注入層６の膜厚が５ｎｍに近い実施例の表示装置では、発光輝度が低下しているが、約２００ｃｄ／ｍ2の高い発光輝度を得ることができた。このように輝度が低下するのは、電子注入層６の膜厚が厚くなることにより、電子注入層６が層状に形成されるため、電子注入層６は導電状態となり、その結果、陰極４と陽極８とが完全に絶縁された状態ではなくなるためであると考えられる。ただし、電子注入層６の膜厚が５ｎｍ以下である場合には、電子注入層６の膜厚は極めて薄いため、電子注入層６は極めて高抵抗になる。このため、電流は、電子注入層６を介して陰極４と陽極８との間を流れるよりも、有機層７を介して、陰極４と陽極８との間を流れる。これにより、陰極４と陽極８とが電子注入層６を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。
【００３０】
一方、電子注入層６ａの膜厚が５ｎｍを超える比較例の表示装置では、電子注入層６ａの膜厚の増加に伴い発光輝度が急激に低下した。これは、電子注入層６ａの膜厚が５ｎｍを越えて増加するにつれて、電子注入層６ａの抵抗値が減少するので、印加された電流が、電子注入層６ａを介して陰極４と陽極８との間にも流れ始めるためであると考えられる。また、電子注入層６ａの膜厚が８ｎｍ以上の比較例の表示装置では、陰極４と陽極８とが電子注入層６ａを介して完全に短絡することによって、非点灯となった。
【００３１】
実施例では、上記したように、陰極４および画素分離層５を覆うように島状または極薄状の５ｎｍ以下の厚みを有する電子注入層６を形成することによって、画素分離層５上の電子注入層６上に、陽極８が形成された場合にも、陰極４と陽極８とが電子注入層６を介して電気的に短絡するのを実質的に防止することができる。
【００３２】
また、実施例では、上記したように、電子注入層６を、陰極４および画素分離層５の上面の全面を覆うように形成することによって、陰極４上にのみ選択的に電子注入層６を形成する場合に比べて、製造プロセスを簡略化することができる。また、基板１から遠い側の陽極８に透明電極を用いるとともに、導電率の低い金属膜からなる電子注入層６を基板１側に形成することによって、トップエミッション型の逆構造のアクティブマトリクス型表示装置を形成することができる。このようにして、高い開口率と高い透過率を有する、逆構造のアクティブマトリクス型表示装置を、簡単な製造プロセスにより形成することが可能になる。
【００３３】
また、実施例では、上記したように、電子注入層６にＬｉを含有させることにより、Ｌｉは電子注入効率が高いので、発光効率を高くすることができる。
【００３４】
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３５】
たとえば、上記実施例では、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他の有機ＥＬ表示装置や発光素子に本発明を適用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高い開口率を有する逆構造の素子を簡単な製造プロセスにより形成することが可能な発光素子およびアクティブマトリクス型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例により作製したアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。
【図２】図１に示した実施例によるアクティブマトリクス型表示装置の電子注入層の詳細を示した拡大平面図である。
【図３】図１に示した実施例によるアクティブマトリクス型表示装置の発光層として用いたＡｌｑ３の原子構造を示した構造図である。
【図４】図１に示した実施例によるアクティブマトリクス型表示装置のホール輸送層として用いたα−ＮＰＢの原子構造を示した構造図である。
【図５】比較例により作製したアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。
【図６】実施例および比較例で作製した表示装置の発光輝度測定の実験結果を示したグラフである。
【図７】従来のトップエミッション構造のアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。
【図８】陰極および電子注入層を基板側に形成した逆構造からなるトップエミッション型のアクティブマトリクス型表示装置の１画素分を示した断面図である。
【図９】図８に示した逆構造の表示装置において、電子注入層を、陰極および画素分離層の上面の全面を覆うように形成した場合を示した断面図である。
【符号の説明】
１  基板
３  ＴＦＴ（トランジスタ）
４  陰極（第１電極）
５  画素分離層（絶縁膜）
６  電子注入層
７  有機層
８  陽極（第２電極）
【図１】
0003819792.tif 000002
【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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