JP3953404B2 - 有機エレクトロ・ルミネッセンス素子、該有機エレクトロ・ルミネッセンス素子の製造方法、および有機エレクトロ・ルミネッセンス表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロ・ルミネッセンス（以下有機ＥＬと略する。）に関し、より詳細には、ダークスポットの生成および成長を改善し、表示品質、寿命を著しく向上することを可能とした有機ＥＬ素子、該有機ＥＬ素子の製造方法、および該有機ＥＬ素子を使用した有機ＥＬディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、応答速度が非常に速く自己発光素子であるため、表示装置に適用した場合には視野角も広い良好な平面型表示装置を提供できることが期待されている。このため、有機ＥＬ素子は、液晶表示装置に替わる平面型表示装置への適用が検討されている。
【０００３】
上述した有機ＥＬ素子を平面型表示装置に適用する場合には、液晶表示装置と同様に、アクティブ・マトリックス駆動方法を適用することができる。アクティブ・マトリックス駆動方式が適用される有機ＥＬ表示装置においては、発光構造としてトップエミッション構造またはボトムエミッション構造を採用することができることが知られている。
【０００４】
図１１には、従来の有機ＥＬ素子の概略図を示す。図１１（ａ）が、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、図１１（ｂ）がボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。図１１（ａ）に示す従来のトップエミッション型の有機ＥＬ素子１００は、概ね基板１０２上に、Ｎｉ／Ａｌといった材料から形成される反射性のアノード１０４を製膜し、その上に有機ＥＬ材料から構成される機能層１０６を形成する。この機能層１０６は、有機ＥＬ素子の特的の材料および用途に応じて種々の材料から構成され、図１１（ａ）に示した従来例では、アノード１０４上には、銅フタロシアニンなどを含んで構成されるキャリア注入層１０８と、ＴＰＤといったキャリア輸送層１１０と、Ａｌｑ３といった発光層１１２とを含んで構成されている。また、発光層１１２上には、透明導電膜として構成されるカソード１１４が堆積されている。図１１（ａ）に示された従来例では、カソード１１４は、アルミニウム（Ａｌ）といった材料から構成されている。さらにカソード１１４と、機能層１０６との間には、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇといったイオン化エネルギーの小さな材料からなる薄い層１１６が形成されていて、電子の注入効率を向上させている。
【０００５】
また、上述した各構成要素を外部からの水分から保護するために、ＳｉＯｗ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｚといった透明絶縁膜１１８が、カソード１１４を被覆するように堆積されていて、有機ＥＬ素子の信頼性を向上させる構成となっている。図１１（ａ）に示したトップエミッション型の有機ＥＬ素子１００においては、機能層１０６における発光は、矢線Ａで示される方向へと放出される。
【０００６】
また、従来では、図１１（ｂ）に示したボトムエミッション型の構成も知られている。図１１（ｂ）に示した従来のボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１２０は、透明な基板１２２上に、透明導電膜から構成されるアノード１２４と、このアノード１２４上に堆積された機能層１２６と、機能層１２６上に堆積された、例えばＡｌといった金属から形成される反射性のカソード１２８とを含んで構成されている。機能層１２６には、上述したトップエミッション型の有機ＥＬ素子と同様の材料を使用することができ、機能層１２６における発光が、矢線Ｂで示される方向へと放出される構成とされている。
【０００７】
ところで、上述した有機ＥＬ素子には、これまでダークスポットの生成という表示品質および表示寿命に対して重大な影響を与える現象が発生することが知られている。ダークスポットとは、有機ＥＬ素子における発光が生じない、スポット状の欠陥をいう。このダークスポットは、生成された後、時間の経過と共に次第に成長する。このためダークスポットの存在は、有機ＥＬ素子の発光面積が減少し、その結果有機ＥＬ素子の輝度特性の劣化を生じさせ、表示性能を時間の経過と共に劣化させてしまう、という重大な不都合となっている。このダークスポットは、素子製造時に何らかの原因で形成され、経時的にスポット状の数は増大せずにその面積だけが拡大して行くということが知られている。すなわち、ダークスポットを製造時に発生させないことは、有機ＥＬ素子の寿命を著しく向上させ、良好な表示品質の有機ＥＬ素子を提供することが可能となるものと考えられている。
【０００８】
これまで、ダークスポットを改善するべく、種々の検討が試みられている。例えば特開平１０−２７５６８２号公報では、ダークスポットを改善するべく、素子の外側に封止部を構成して、酸素や、水分によるダークスポットの成長を防止することが開示されている。しかしながら、特開平１０−２７５６８２号公報では、ダークスポットの生成自体を防止するものではなく、ダークスポットが拡大しないようにすることにより、素子寿命の劣化を防止するものの、本質的にダークスポットの生成を抑制することを目的とするものではない。
【０００９】
また、外部からの酸素や水の進入を防止するという試みは、特開２０００−４０５９４号公報においても開示されており、特開２０００−４０５９４号公報においては、有機ＥＬ素子上に、損傷防止膜を形成することで外部からの影響を防止することが検討されている。特開２０００−４０５９４号公報において開示された損傷防止膜は、酸素や水、あるいはプラズマによる損傷を防止し、ひいてはダークスポットの成長に対してある程度効果を有するものと考えられる。しかしながら、特開２０００−４０５９４号公報に開示の方法もダークスポットの生成を防止することについては何ら対応するものではない。
【００１０】
また、これまで上述したダークスポットの生成を防止する技術は、ダークスポットが、製造時のゴミまたはアノード、カソードの堆積時の製膜の不均一性などに起因するものとし、ゴミの低減や、堆積膜の研磨などの方法を使用して対応されてきた。しかしながら、従来の対応方法では、ダークスポットの生成を完全に阻止することができるとはいえず、さらにダークスポットの生成の本質的な機能を解明することにより、より本質的にダークスポットの生成を阻止することが必要とされていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の不都合に鑑みてなされたものであり、本発明は、ダークスポットの発生を最小化することにより、ダークスポットの生成およびその後のダークスポットの成長による有機ＥＬ素子の劣化を防止し、長寿命化を達成する有機ＥＬ素子、該有機ＥＬ素子の製造方法、および該有機ＥＬ素子を含んで構成された有機ＥＬ表示装置に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ダークスポットの生成機構を詳細に検討することにより、本発明に至ったものである。すなわち、本発明者らは、鋭意検討を加えた結果、ダークスポットの発生が、ゴミまたは堆積層表面の堆積の不均一性の他にも、主要な要因として、有機層−無機層界面における微細な剥離に起因するものであることが見出された。通常、有機ＥＬ素子を構成する機能層の上部には、導電性を確保するために、カソードなどの無機材料が堆積される。多くの場合、発光層といった有機膜と、金属または金属酸化物などから形成されるカソード、アノードなどの無機膜との間の密着性は、それほど良好ではなく、無機層内に蓄積される応力が、有機膜と無機膜との間の界面剥離を生じさせ、これがダークスポットを生成させることを見出した。いったん生成したダークスポットは、剥離した面に沿って酸素または水が浸透してゆくことにより、時間的な経過と共に腐食などの理由により拡大して、有機ＥＬ素子の長期信頼性を低下させることになる。
【００１３】
本発明は、上述したダークスポットの生成を最小化した有機ＥＬ素子の構造を提供することにより、ダークスポットに関連した従来の有機ＥＬ素子の有する不都合を解決するものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極から離間して配置された第２電極とを含んで構成される電極と、該電極間に形成された発光層を有する機能層と、前記第２の電極に含まれ、前記機能層から離間して配置された緩衝層とを含む
有機ＥＬ素子が提供される。
【００１５】
本発明においては、前記緩衝層は、前記機能層の上端面から２０ｎｍ以下の距離に形成されることが好ましい。本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで構成される。本発明の前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成することができる。本発明においては、前記機能層に隣接し、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層を含んでも良い。
【００１６】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の製造方法であって、
基板上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に発光層を含む機能層を形成するステップと、
前記発光層の上部に第２の電極を形成するステップと、
前記機能層の上端面から所定値以下の距離に緩衝層を形成するステップと
を含む、
有機ＥＬ素子の製造方法が提供される。
【００１７】
本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで形成され、前記緩衝層を形成するステップは、前記第２の電極を酸化させるステップまたは前記酸化物を堆積するステップを含むことができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含むことができる。本発明においては、前記機能層に隣接してアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む層を堆積させるステップを含むことができる。
【００１８】
本発明によれば、基板上に形成された複数の有機ＥＬ素子を含んで構成される有機ＥＬ表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子は、
前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極から離間して配置された第２電極とを含んで構成される電極と、該電極間に形成された発光層を有する機能層と、前記第２の電極に含まれ、前記機能層から離間して配置された緩衝層と
を含む、
有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００１９】
本発明においては、前記緩衝層は、前記機能層の上端面から２０ｎｍ以下の距離に形成することができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで構成することができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成することができる。本発明においては、前記機能層に隣接したアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層を含むことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示した実施の形態を持って説明するが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるわけではない。
【００２１】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の構造を示した概略図である。図１に示した有機ＥＬ素子１０は、トップエミッション型の構造として構成されており、ガラスといった基板１２上に、反射性のアノード１４が堆積され、その上にエレクトロ・ルミネッセンスによる発光を生成するための機能層１６が堆積されている。アノードは、導電性の金属材料から形成することができ、例えばＮｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ／Ａｌ、またはこれらのいかなる合金でも用いることができる。また、機能層１６は、図１に示されるように、より詳細にはキャリア注入層１６ａと、キャリア輸送層１６ｂと、発光層１６ｃとを含んで構成されている。なお、本発明の他の実施の形態においては、機能層１６にはさらに別の機能を有する、例えば電子輸送層などを含ませて構成することができる。さらに図１に示された実施の形態においては、ＬｉＦといった材料から構成される薄い層１８が発光層１６ｃに隣接して配置されている。
【００２２】
キャリア発生層１６ａは、例えば銅フタロシアニンなどを含んで構成することができるが、本発明においては銅フタロシアニン以外でも、例えばポルフィリンまたはその誘導体など、いかなるキャリア発生材料を使用することができる。
【００２３】
また、本発明において使用することができるキャリア輸送層１６ｂとしては、本発明の特定の実施の形態では、ＴＰＤを使用することができるが、これ以外にも、これまで知られたいかなるキャリア輸送材料またはその誘導体を用いることができる。以下に本発明において使用することができるキャリア輸送材料を例示する。
【００２４】
【化１】
【００２５】
【化２】
【００２６】
【化３】
【００２７】
【化４】
【００２８】
【化５】
【００２９】
さらに、本発明において使用することができる発光層１６ｃとしては、例えばＡｌｑ３といった錯体の他、これまで知られたいかなる発光性の低分子材料または高分子材料でも用いることができる。以下に本発明において使用することができる発光性の材料を例示的に記載する。低分子量の発光材料としては、下記の化合物を挙げることができる。
【００３０】
【化６】
【００３１】
【化７】
【００３２】
【化８】
【００３３】
【化９】
【００３４】
また、高分子発光材料としては、下記の化合物を挙げることができる。
【化１０】
【００３５】
【化１１】
【００３６】
【化１２】
【００３７】
【化１３】
【００３８】
これらの材料については、低分子材料は機能を分離して積層した構成として使用し、高分子材料は、単層で使用される構成が採用される場合が多い。しかしながら、本発明においては発光効率に応じて、種々のドーパントを添加することができ、さらに、上述した発光材料を適宜混合して使用することができる。
【００３９】
上述した機能層には、種々のドーパントを発光特性を制御するために添加することができる。本発明において使用することができるドーパントとしては、必要とする発光特性を得ることができる限りいかなるドーパントでも使用することができ、例えば、昼光蛍光材料、蛍光増白剤、レーザ色素、有機シンチレータ、蛍光分析試薬用色素などから選択することができる。
【００４０】
より具体的には、上述した色素としては、ナイルブルー、ナイルレッド、ＴＰＢ、クマリン６、ケトクマリン、ルブレン、ＤＣＭ−１（オレンジレッド）、ペリレン、ｐ−ターフェニル、ポリフェニル１、スチルベン１、スチルベン３、クマリン２、クマリン４７、クマリン１０２、クマリン３０、ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ、ローダミン７００、スチリル９、ＨＩＴＣＬ、ＩＲ１４０などを挙げることができるが、本発明においては、これら以外にも適切な発光スペクトルを与えることができる限り、いかなる色素でも用いることができる。
【００４１】
また、本発明においては必要に応じて、カソード側に電子輸送層を使用することもできる。本発明において使用することができる電子輸送層としては、下記に例示する材料を挙げることができる。
【００４２】
【化１４】
【００４３】
【化１５】
【００４４】
【化１６】
【００４５】
【化１７】
で示されるオキサジアゾール化合物、またはこれまで知られたオキサジアゾール誘導体を挙げることができる。
【００４６】
本発明における特定の実施の形態において使用される薄い層１８は、イオン化エネルギーの小さな、光学的に透明な材料から形成することができ、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇなどを含むアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を使用することができ、本発明の特定の実施の形態においては、ＬｉＦといったフッ化物から形成することができる。上述した薄い層１８は、電子注入効率を向上させるので、特にカソード２０をＡｌから形成する場合に好適に用いることができる。
【００４７】
薄い層１８の上には、本発明においてカソード２０が形成されていて、機能層１６に対して電子を供給する構成とされている。本発明の特定の実施の形態においては、カソード２０は、Ａｌから形成することができる。カソード２０として使用される材料は、ボトムエミッション型の構成では、反射性であることが好ましいものの、本質的にはいかなる導電性材料でも用いることができ、例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、ＬｉＡｌ、Ｎｉ、Ｎｉ／Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、ＭｇＡｇなどを使用することができる。さらに本発明の別の実施の形態では、カソードとしてアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素を含む有機導電膜を使用することができる。このような場合には、Ａｌ、ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒなどの金属をといった導電膜を補助的な導電層として使用することができる。さらに、本発明においては、カソード２０に隣接して緩衝層２２が形成されている。この緩衝層２２は、後述する保護膜により有機−無機界面に対して加えられる応力を低減させて、有機−無機界面、特に本発明の図１に示した実施の形態では、Ａｌ／機能層界面の剥離を生じさせないようにさせている。なお、本発明において有機−無機界面とは、Ｌｉを含む薄い層１８が０．５ｎｍ程度と薄いため、主としてＡｌ／機能層界面を意味する。
【００４８】
上述した緩衝層２２は、本発明の好適な実施の形態においては、発光層１６ｃの密度、またはカソード２０の密度よりも低い密度の膜として構成することができる。本発明においては、層の密度は、例えば走査型電子顕微鏡により得られた断面構造における濃淡比などを使用して決定することができる。上述した緩衝層２２は、本発明の特定の実施の形態では、酸化物を含んで構成することができ、特にカソード２０としてＡｌを使用する場合には、酸化アルミニウムとされていることが好ましい。本発明において緩衝層２２は、充分に柔軟で、保護膜から加えられる応力を充分に緩衝することができるように、カソード材料よりも小さな密度を有していることが好ましい。本発明において使用される緩衝層２２の膜厚は、５０ｎｍ以下とすることが電子注入性を考慮すれば必要とされ、充分なキャリア輸送性を確保するためには、２０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましく、より好ましくは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。加えて、本発明においては、カソード２０と、緩衝層２２とを合計した膜厚を、２０ｎｍ以下とすることができる。
【００４９】
すなわち、本発明においては、緩衝層２２の機能層の上端面、例えば図１に示した実施の形態では発光層１６ｃの上端面からの距離は、約２０ｎｍ以下とすることが好ましい。本発明において例えば図示しない電子輸送層などを発光層１６ｃの上部に形成して機能層１６を構成する場合には、機能層１６の上端面は、電子輸送層の上端面に一致することになる。
【００５０】
緩衝層２２の上には、機能層１６およびカソードなどの構成要素を、外部の水、酸素から保護するための保護膜２４が形成されている。保護膜２４は、光学的に充分に透明で、かつ充分な特性を付与するために、ＳｉＯｗ、ＳｉｘＯｙ、ＳｉＮｚといった材料から形成することができる。
【００５１】
図２には、本発明の有機ＥＬ素子の別の実施の形態を示す。図２に示した有機ＥＬ素子３０は、ボトムエミッション型の構成とされている。図２に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子は、アノード３２と、カソード３４の構成を除き、図１に示した有機ＥＬ素子１０と概ね同様の構成とされている。図２を使用して、本発明の別の実施の形態の有機ＥＬ素子３０を説明すると、アノード３２は、基板３６上に堆積されていて、ボトムエミッションを可能とするべく、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２といった透明導電性材料から形成されている。
【００５２】
また、図２に示した有機ＥＬ素子のカソード３４は、反射性を有するＡｌから形成されている。カソード３４は、２段階に分割された堆積プロセスにより、カソード層３４ａおよびカソード層３４ｂとして形成されている。カソード層３４ａの上部には、緩衝層２２が、図１で説明したと同様の構成で形成されている。また、カソード３４と、アノード３２との間には、図１において説明した本発明の第１の実施の形態で説明したと同様の機能層１６および薄い層１８が形成されていて、有機ＥＬ素子を構成している。なお、図２に示した実施の形態においては、保護層は形成されていないものの、図１に示した実施の形態と同様に、保護層を形成して、より信頼性を向上させることもできる。
【００５３】
図３〜図４は、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法を使用して形成される各段階の構造を示した図である。図３〜図４に示した製造方法の実施の形態は、図１に示したトップエミッション構造を有する有機ＥＬ素子１０を製造する実施の形態であるが、図３〜図４に示した製造方法は、基板、アノードおよびカソードの材料を変更するだけで図２に示した有機ＥＬ素子３０についても適用することができる。
【００５４】
本発明の製造方法について、図３から説明すると、まず、図３（ａ）に示すように、ガラス、石英、溶融石英、シリコン（単結晶、多結晶）といった基板１２上に、反射性の、例えばＮｉ、Ｎｉ／Ａｌといった材料をスパッタリングなどの方法を用いて堆積させ、パターニングしてアノード１４を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように隣接する導電要素と画素とを画定するために、ポリマー、ＳｉＯｘなどの絶縁性材料を堆積させ、パターニング後、絶縁構造２８を形成する。その後、図３（ｃ）に示すようにキャリア発生層、キャリア輸送層、発光層を含んで構成される機能層１６を、適切なマスクを使用してスパッタリングや、蒸着といった方法を使用して堆積させる。
【００５５】
さらに、本発明の製造方法では、図４（ａ）に示すように、例えばＬｉＦを含んだ薄い層１８およびカソード２０をスパッタリング、蒸着などの方法を使用して堆積させる。その後、図４（ｂ）に示すようにカソード２０の表面に緩衝層２２を形成する。本発明における特定の実施の形態においては、緩衝層２２は、製造装置内部に酸素、空気などを導入して所定時間、所定温度で放置して、カソード２０の表面を酸化させることにより形成することができる。また、本発明の製造方法の別の実施の形態においては、適切な密度の緩衝層２２を製造するために、例えば酸化アルミニウムなどの金属酸化物をＣＶＤ法などを使用して堆積させることもできる。この際、適切な密度となるように、堆積速度を調節することができる。本発明において、緩衝層２２の製造を、カソードの表面酸化を使用して行う場合には、特にマスクなどの材料を使用することなくカソード２０と自己整合的に緩衝層２２を形成することができるので、製造コストおよび製造プロセスを簡略化することができる。
【００５６】
その後、緩衝層２２上にＳｉＯｗ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｚといった材料をＣＶＤ法により堆積させ、保護層２４を形成して図１に示されるような本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子を形成する。また、保護層２４を形成する前に、必要な接続を行うための図示しない導電要素を形成しておくこともできる。なお、図３〜図４に示した製造方法において、アノードおよびカソードの材料を変更し、保護層２４に代えてカソード材料を堆積させることにより、本発明の図２に示したボトムエミッション型有機ＥＬ素子を形成することができる。また、本発明においては、アノードが機能層から見て下側電極とされ、カソードが上側電極となる構成を使用することもできるし、アノードが機能層から見て上側電極とされ、カソードが下側電極となる構造を使用することもできる。
【００５７】
図５は、本発明の有機ＥＬ素子または有機ＥＬ素子をアクティブマトリックス型に配置して形成した、有機ＥＬ表示装置４０の構成を示した上面図である。図５に示されるように、本発明の有機ＥＬ表示装置４０は、基板上に各画素４２がマトリックス型に配置された、アクティブマトリックス型の配置として構成されている。各画素４２には、本発明における好適な実施の形態においては、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとして参照する。）４４が接続されていて、各画素ごとのスイッチング駆動を可能としている。画素４２には、図１および図２に概略的な断面形状を示した機能層が堆積され、有機ＥＬ素子を構成している。画素４２の間には、アクティブマトリックス駆動を行うために必要な、図示しない導電要素が形成されていて、外部から入力される制御信号に基づき、本発明の有機ＥＬ表示装置を駆動することができる構成とされている。
【００５８】
図６は、本発明において使用することができる有機ＥＬ素子の駆動回路の一例を示す。図６では、有機ＥＬ素子は、符号５０で示したダイオードとして示されている。図７に示した駆動回路の実施の形態においては、有機ＥＬ素子を駆動するための駆動回路は、スイッチング駆動を行わせるためのスイッチングＴＦＴ５４と、このスイッチングＴＦＴ５４により駆動され、有機ＥＬ素子５０に電流を供給するためのドライバＴＦＴ５２と、有機ＥＬ素子５０に供給される電流を安定化させるためのキャパシタ５８とを含んで構成することができる。
【００５９】
スイッチングＴＦＴ５４には、信号線５６が接続されていて、駆動信号を受け取り、スイッチングＴＦＴ５４を駆動し、ドライバＴＦＴ５２のゲート電位を制御して、ドライバＴＦＴ５２をオン／オフ駆動させている。ドライバＴＦＴ５２のオン／オフ動作に対応して、有機ＥＬ素子５０へと電流が供給され、本発明において使用する機能層内での発光が矢線Ｃで示されるように得られる。本発明において、上述した有機ＥＬ表示素子を駆動するための回路は、図６に示したものに限られず、これまで知られたいかなるものでも使用することができる。
【００６０】
図７は、ボトムエミッション構造の図２に示した有機ＥＬ素子を使用した本発明の有機ＥＬ表示装置の１つの画素の発光特性を、図１１に示した従来の有機ＥＬ表示装置の製造直後の発光特性と比較した図である。図７〜図９に示した有機ＥＬ素子は、カソードとしてＡｌを使用した。緩衝層は、カソードの堆積後、製膜装置内に乾燥空気を導入してＡｌ表面を空気酸化させることにより酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を表面に形成させることにより形成した。
【００６１】
さらにその後、再度Ａｌを堆積させることにより、約２００ｎｍの膜厚で、中間に緩衝層を含むカソードを形成することにより、有機ＥＬ素子を構成した。このとき、緩衝層の密度は、走査型電子顕微鏡により得られた断面構造の濃度比を使用して見積もり、Ａｌ層よりも低密度であることを確認した。また、緩衝層は、発光層から約１０ｎｍの距離に、膜厚約２ｎｍ程度となるように形成した。また、カソードと発光層との間には、ＬｉＦの層を、約０．５ｎｍの厚さで形成した。
【００６２】
図７（ａ）が本発明の有機ＥＬ表示装置の１つの画素の発光特性を示し、図７（ｂ）が従来の有機ＥＬ素子の発光特性を示した図である。図７（ａ）に示されるように、本発明において製造された有機ＥＬ表示装置は、ダークスポットによる黒い部分は観測されず、良好な表示品質を示している。一方で、図７（ｂ）に示した従来の有機ＥＬ素子は、本発明において使用した緩衝層を使用しないことを除き、成膜条件を同一にして製造したにもかかわらず、ダークスポットによる表示欠陥が生成していることが示されている。図７に示されたそれぞれの有機ＥＬ素子の製造条件は同一であることから、ダークスポットの生成が、ゴミや、電極の成膜不良よりも、有機−無機界面における残留した応力を緩和させることにより、効果的に低減することができることが示されている。
【００６３】
図８は、同一の有機ＥＬ素子の画素について約３週間後に同一の表示試験を行って得られた表示特性を示した図である。図８（ａ）が本発明の有機ＥＬ表示装置の表示特性を示し、図８（ｂ）が、従来の有機ＥＬ素子の表示特性を示す。図８に示されるように、製造段階でダークスポットが生成していない場合には、経時的にも表示品質が維持されていることが示される。ところが、製造段階でダークスポットが生成されてしまうと、図８（ｂ）に示されるように、経時的にダークスポット部分が拡大し、その結果、輝度低下、コントラスト低下、表示不良などの表示品質の低下を引き起こすこととなる。図７および図８に示す実施の形態に示されるように、本発明によれば、有機ＥＬ表示装置の表示特性の信頼性を著しく向上させることが可能となることがわかる。
【００６４】
図９は、本発明の有機ＥＬ表示装置の発光特性の経時的な変化を、より広い範囲で示した図である。図９（ａ）が製造直後の発光特性を示した図であり、図９（ｂ）が、製造後約３週間を経過した後に観測した発光特性である。本発明の有機ＥＬ表示装置は、図９（ａ）に示されるように、画素の形状に沿ってコントラストの高い発光を与えている。しかも、図９（ｂ）に示されるように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、発光特性の経時的な変化を見ても、発光特性には、経時変化はほとんどないことが示される。
【００６５】
一方、従来の有機ＥＬ表示装置について同様の検討を行った結果を図１０に示す。図１０（ａ）が製造直後の発光特性であり、図１０（ｂ）が製造後約３週間後の発光特性を示した図である。図１０（ａ）に示されるように、従来の有機ＥＬ表示装置の発光は、製造直後であってもダークスポットに起因した暗部に加え、画素周辺部における輝度低下が観測されている。この理由としては、現時点では推測の域を出るものではないが、残留応力が画素周辺部で解放されやすく、その結果有機−無機界面の剥離が、画素の周辺部においてより発生しやすくなるものと推定している。さらに、発光特性を経時的（約３週間）に追跡した図１０（ｂ）に示した発光特性では、ダークスポットの成長に伴い、画素ごとの輝度低下が見られ、さらに画素の形状再現性も低下するなど、有機ＥＬ表示装置の表示特性が著しく劣化しているのが示されている。
【００６６】
上述したように、本発明によれば、ダークスポットの生成を本質的に最低化させ、表示特性の信頼性を向上した有機ＥＬ素子を提供することができる。さらに、本発明によれば、ダークスポットの生成を本質的に低減させることが可能な有機ＥＬ素子の容易、かつ低コストの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、表示特性の経時的な劣化を生じず、良好なコントラストで表示を長期間提供することが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
【００６７】
これまで、本発明を図面に示した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、細部の構成、有機ＬＥＤ素子の構造、材料、製造プロセスの順などについては、同様の構成を得ることができる限り、いかなるものでも適宜適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のトップエミッション構成の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【図２】 本発明のボトムエミッション構成の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【図３】 本発明の有機ＥＬ素子の製造プロセスを示した図。
【図４】 本発明の有機ＥＬ素子の製造プロセスを示した図。
【図５】 本発明の有機ＥＬ表示装置の上面図。
【図６】 本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を示した図。
【図７】 有機ＥＬ表示装置の１画素の発光特性を示した図（製造直後）。
【図８】 有機ＥＬ表示装置の１画素の発光特性を示した図（約３週間後）。
【図９】 本発明の有機ＥＬ表示装置の発光特性を示した図。
【図１０】 従来の有機ＥＬ表示装置の発光特性を示した図。
【図１１】 従来の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【符号の説明】
１０…有機ＥＬ素子
１２…基板
１４…アノード
１６…機能層
１８…薄い層
２０…カソード
２２…緩衝層
２４…保護層
２８…絶縁構造
３０…有機ＥＬ素子
３２…アノード
３４…カソード
３４ａ、３４ｂ…カソード層
３６…基板
４０…有機ＥＬ表示装置
４２…画素
４４…ＴＦＴ
５０…有機ＥＬ素子
５２…ドライバＴＦＴ
５４…スイッチングＴＦＴ
５６…信号線
５８…キャパシタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロ・ルミネッセンス（以下有機ＥＬと略する。）に関し、より詳細には、ダークスポットの生成および成長を改善し、表示品質、寿命を著しく向上することを可能とした有機ＥＬ素子、該有機ＥＬ素子の製造方法、および該有機ＥＬ素子を使用した有機ＥＬディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、応答速度が非常に速く自己発光素子であるため、表示装置に適用した場合には視野角も広い良好な平面型表示装置を提供できることが期待されている。このため、有機ＥＬ素子は、液晶表示装置に替わる平面型表示装置への適用が検討されている。
【０００３】
上述した有機ＥＬ素子を平面型表示装置に適用する場合には、液晶表示装置と同様に、アクティブ・マトリックス駆動方法を適用することができる。アクティブ・マトリックス駆動方式が適用される有機ＥＬ表示装置においては、発光構造としてトップエミッション構造またはボトムエミッション構造を採用することができることが知られている。
【０００４】
図１１には、従来の有機ＥＬ素子の概略図を示す。図１１（ａ）が、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、図１１（ｂ）がボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。図１１（ａ）に示す従来のトップエミッション型の有機ＥＬ素子１００は、概ね基板１０２上に、Ｎｉ／Ａｌといった材料から形成される反射性のアノード１０４を製膜し、その上に有機ＥＬ材料から構成される機能層１０６を形成する。この機能層１０６は、有機ＥＬ素子の特的の材料および用途に応じて種々の材料から構成され、図１１（ａ）に示した従来例では、アノード１０４上には、銅フタロシアニンなどを含んで構成されるキャリア注入層１０８と、ＴＰＤといったキャリア輸送層１１０と、Ａｌｑ３といった発光層１１２とを含んで構成されている。また、発光層１１２上には、透明導電膜として構成されるカソード１１４が堆積されている。図１１（ａ）に示された従来例では、カソード１１４は、アルミニウム（Ａｌ）といった材料から構成されている。さらにカソード１１４と、機能層１０６との間には、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇといったイオン化エネルギーの小さな材料からなる薄い層１１６が形成されていて、電子の注入効率を向上させている。
【０００５】
また、上述した各構成要素を外部からの水分から保護するために、ＳｉＯｗ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｚといった透明絶縁膜１１８が、カソード１１４を被覆するように堆積されていて、有機ＥＬ素子の信頼性を向上させる構成となっている。図１１（ａ）に示したトップエミッション型の有機ＥＬ素子１００においては、機能層１０６における発光は、矢線Ａで示される方向へと放出される。
【０００６】
また、従来では、図１１（ｂ）に示したボトムエミッション型の構成も知られている。図１１（ｂ）に示した従来のボトムエミッション型の有機ＥＬ素子１２０は、透明な基板１２２上に、透明導電膜から構成されるアノード１２４と、このアノード１２４上に堆積された機能層１２６と、機能層１２６上に堆積された、例えばＡｌといった金属から形成される反射性のカソード１２８とを含んで構成されている。機能層１２６には、上述したトップエミッション型の有機ＥＬ素子と同様の材料を使用することができ、機能層１２６における発光が、矢線Ｂで示される方向へと放出される構成とされている。
【０００７】
ところで、上述した有機ＥＬ素子には、これまでダークスポットの生成という表示品質および表示寿命に対して重大な影響を与える現象が発生することが知られている。ダークスポットとは、有機ＥＬ素子における発光が生じない、スポット状の欠陥をいう。このダークスポットは、生成された後、時間の経過と共に次第に成長する。このためダークスポットの存在は、有機ＥＬ素子の発光面積が減少し、その結果有機ＥＬ素子の輝度特性の劣化を生じさせ、表示性能を時間の経過と共に劣化させてしまう、という重大な不都合となっている。このダークスポットは、素子製造時に何らかの原因で形成され、経時的にスポット状の数は増大せずにその面積だけが拡大して行くということが知られている。すなわち、ダークスポットを製造時に発生させないことは、有機ＥＬ素子の寿命を著しく向上させ、良好な表示品質の有機ＥＬ素子を提供することが可能となるものと考えられている。
【０００８】
これまで、ダークスポットを改善するべく、種々の検討が試みられている。例えば特開平１０−２７５６８２号公報では、ダークスポットを改善するべく、素子の外側に封止部を構成して、酸素や、水分によるダークスポットの成長を防止することが開示されている。しかしながら、特開平１０−２７５６８２号公報では、ダークスポットの生成自体を防止するものではなく、ダークスポットが拡大しないようにすることにより、素子寿命の劣化を防止するものの、本質的にダークスポットの生成を抑制することを目的とするものではない。
【０００９】
また、外部からの酸素や水の進入を防止するという試みは、特開２０００−４０５９４号公報においても開示されており、特開２０００−４０５９４号公報においては、有機ＥＬ素子上に、損傷防止膜を形成することで外部からの影響を防止することが検討されている。特開２０００−４０５９４号公報において開示された損傷防止膜は、酸素や水、あるいはプラズマによる損傷を防止し、ひいてはダークスポットの成長に対してある程度効果を有するものと考えられる。しかしながら、特開２０００−４０５９４号公報に開示の方法もダークスポットの生成を防止することについては何ら対応するものではない。
【００１０】
また、これまで上述したダークスポットの生成を防止する技術は、ダークスポットが、製造時のゴミまたはアノード、カソードの堆積時の製膜の不均一性などに起因するものとし、ゴミの低減や、堆積膜の研磨などの方法を使用して対応されてきた。しかしながら、従来の対応方法では、ダークスポットの生成を完全に阻止することができるとはいえず、さらにダークスポットの生成の本質的な機能を解明することにより、より本質的にダークスポットの生成を阻止することが必要とされていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の不都合に鑑みてなされたものであり、本発明は、ダークスポットの発生を最小化することにより、ダークスポットの生成およびその後のダークスポットの成長による有機ＥＬ素子の劣化を防止し、長寿命化を達成する有機ＥＬ素子、該有機ＥＬ素子の製造方法、および該有機ＥＬ素子を含んで構成された有機ＥＬ表示装置に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ダークスポットの生成機構を詳細に検討することにより、本発明に至ったものである。すなわち、本発明者らは、鋭意検討を加えた結果、ダークスポットの発生が、ゴミまたは堆積層表面の堆積の不均一性の他にも、主要な要因として、有機層−無機層界面における微細な剥離に起因するものであることが見出された。通常、有機ＥＬ素子を構成する機能層の上部には、導電性を確保するために、カソードなどの無機材料が堆積される。多くの場合、発光層といった有機膜と、金属または金属酸化物などから形成されるカソード、アノードなどの無機膜との間の密着性は、それほど良好ではなく、無機層内に蓄積される応力が、有機膜と無機膜との間の界面剥離を生じさせ、これがダークスポットを生成させることを見出した。いったん生成したダークスポットは、剥離した面に沿って酸素または水が浸透してゆくことにより、時間的な経過と共に腐食などの理由により拡大して、有機ＥＬ素子の長期信頼性を低下させることになる。
【００１３】
本発明は、上述したダークスポットの生成を最小化した有機ＥＬ素子の構造を提供することにより、ダークスポットに関連した従来の有機ＥＬ素子の有する不都合を解決するものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、基板と、前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極から離間して配置された第２電極とを含んで構成される電極と、該電極間に形成された発光層を有する機能層と、前記第２の電極に含まれ、前記機能層から離間して配置された緩衝層とを含む
有機ＥＬ素子が提供される。
【００１５】
本発明においては、前記緩衝層は、前記機能層の上端面から２０ｎｍ以下の距離に形成されることが好ましい。本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで構成される。本発明の前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成することができる。本発明においては、前記機能層に隣接し、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層を含んでも良い。
【００１６】
本発明によれば、有機ＥＬ素子の製造方法であって、
基板上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に発光層を含む機能層を形成するステップと、
前記発光層の上部に第２の電極を形成するステップと、
前記機能層の上端面から所定値以下の距離に緩衝層を形成するステップと
を含む、
有機ＥＬ素子の製造方法が提供される。
【００１７】
本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで形成され、前記緩衝層を形成するステップは、前記第２の電極を酸化させるステップまたは前記酸化物を堆積するステップを含むことができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含むことができる。本発明においては、前記機能層に隣接してアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む層を堆積させるステップを含むことができる。
【００１８】
本発明によれば、基板上に形成された複数の有機ＥＬ素子を含んで構成される有機ＥＬ表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子は、
前記基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極から離間して配置された第２電極とを含んで構成される電極と、該電極間に形成された発光層を有する機能層と、前記第２の電極に含まれ、前記機能層から離間して配置された緩衝層と
を含む、
有機ＥＬ表示装置が提供される。
【００１９】
本発明においては、前記緩衝層は、前記機能層の上端面から２０ｎｍ以下の距離に形成することができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化物を含んで構成することができる。本発明においては、前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成することができる。本発明においては、前記機能層に隣接したアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層を含むことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示した実施の形態を持って説明するが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるわけではない。
【００２１】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の構造を示した概略図である。図１に示した有機ＥＬ素子１０は、トップエミッション型の構造として構成されており、ガラスといった基板１２上に、反射性のアノード１４が堆積され、その上にエレクトロ・ルミネッセンスによる発光を生成するための機能層１６が堆積されている。アノードは、導電性の金属材料から形成することができ、例えばＮｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ／Ａｌ、またはこれらのいかなる合金でも用いることができる。また、機能層１６は、図１に示されるように、より詳細にはキャリア注入層１６ａと、キャリア輸送層１６ｂと、発光層１６ｃとを含んで構成されている。なお、本発明の他の実施の形態においては、機能層１６にはさらに別の機能を有する、例えば電子輸送層などを含ませて構成することができる。さらに図１に示された実施の形態においては、ＬｉＦといった材料から構成される薄い層１８が発光層１６ｃに隣接して配置されている。
【００２２】
キャリア発生層１６ａは、例えば銅フタロシアニンなどを含んで構成することができるが、本発明においては銅フタロシアニン以外でも、例えばポルフィリンまたはその誘導体など、いかなるキャリア発生材料を使用することができる。
【００２３】
また、本発明において使用することができるキャリア輸送層１６ｂとしては、本発明の特定の実施の形態では、ＴＰＤを使用することができるが、これ以外にも、これまで知られたいかなるキャリア輸送材料またはその誘導体を用いることができる。以下に本発明において使用することができるキャリア輸送材料を例示する。
【００２４】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
さらに、本発明において使用することができる発光層１６ｃとしては、例えばＡｌｑ３といった錯体の他、これまで知られたいかなる発光性の低分子材料または高分子材料でも用いることができる。以下に本発明において使用することができる発光性の材料を例示的に記載する。低分子量の発光材料としては、下記の化合物を挙げることができる。
【００３０】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
また、高分子発光材料としては、下記の化合物を挙げることができる。
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
これらの材料については、低分子材料は機能を分離して積層した構成として使用し、高分子材料は、単層で使用される構成が採用される場合が多い。しかしながら、本発明においては発光効率に応じて、種々のドーパントを添加することができ、さらに、上述した発光材料を適宜混合して使用することができる。
【００３９】
上述した機能層には、種々のドーパントを発光特性を制御するために添加することができる。本発明において使用することができるドーパントとしては、必要とする発光特性を得ることができる限りいかなるドーパントでも使用することができ、例えば、昼光蛍光材料、蛍光増白剤、レーザ色素、有機シンチレータ、蛍光分析試薬用色素などから選択することができる。
【００４０】
より具体的には、上述した色素としては、ナイルブルー、ナイルレッド、ＴＰＢ、クマリン６、ケトクマリン、ルブレン、ＤＣＭ−１（オレンジレッド）、ペリレン、ｐ−ターフェニル、ポリフェニル１、スチルベン１、スチルベン３、クマリン２、クマリン４７、クマリン１０２、クマリン３０、ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ、ローダミン７００、スチリル９、ＨＩＴＣＬ、ＩＲ１４０などを挙げることができるが、本発明においては、これら以外にも適切な発光スペクトルを与えることができる限り、いかなる色素でも用いることができる。
【００４１】
また、本発明においては必要に応じて、カソード側に電子輸送層を使用することもできる。本発明において使用することができる電子輸送層としては、下記に例示する材料を挙げることができる。
【００４２】
【化１４】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
【００４６】
本発明における特定の実施の形態において使用される薄い層１８は、イオン化エネルギーの小さな、光学的に透明な材料から形成することができ、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇなどを含むアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を使用することができ、本発明の特定の実施の形態においては、ＬｉＦといったフッ化物から形成することができる。上述した薄い層１８は、電子注入効率を向上させるので、特にカソード２０をＡｌから形成する場合に好適に用いることができる。
【００４７】
薄い層１８の上には、本発明においてカソード２０が形成されていて、機能層１６に対して電子を供給する構成とされている。本発明の特定の実施の形態においては、カソード２０は、Ａｌから形成することができる。カソード２０として使用される材料は、ボトムエミッション型の構成では、反射性であることが好ましいものの、本質的にはいかなる導電性材料でも用いることができ、例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、ＬｉＡｌ、Ｎｉ、Ｎｉ／Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、ＭｇＡｇなどを使用することができる。さらに本発明の別の実施の形態では、カソードとしてアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素を含む有機導電膜を使用することができる。このような場合には、Ａｌ、ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒなどの金属をといった導電膜を補助的な導電層として使用することができる。さらに、本発明においては、カソード２０に隣接して緩衝層２２が形成されている。この緩衝層２２は、後述する保護膜により有機−無機界面に対して加えられる応力を低減させて、有機−無機界面、特に本発明の図１に示した実施の形態では、Ａｌ／機能層界面の剥離を生じさせないようにさせている。なお、本発明において有機−無機界面とは、Ｌｉを含む薄い層１８が０．５ｎｍ程度と薄いため、主としてＡｌ／機能層界面を意味する。
【００４８】
上述した緩衝層２２は、本発明の好適な実施の形態においては、発光層１６ｃの密度、またはカソード２０の密度よりも低い密度の膜として構成することができる。本発明においては、層の密度は、例えば走査型電子顕微鏡により得られた断面構造における濃淡比などを使用して決定することができる。上述した緩衝層２２は、本発明の特定の実施の形態では、酸化物を含んで構成することができ、特にカソード２０としてＡｌを使用する場合には、酸化アルミニウムとされていることが好ましい。本発明において緩衝層２２は、充分に柔軟で、保護膜から加えられる応力を充分に緩衝することができるように、カソード材料よりも小さな密度を有していることが好ましい。本発明において使用される緩衝層２２の膜厚は、５０ｎｍ以下とすることが電子注入性を考慮すれば必要とされ、充分なキャリア輸送性を確保するためには、２０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましく、より好ましくは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。加えて、本発明においては、カソード２０と、緩衝層２２とを合計した膜厚を、２０ｎｍ以下とすることができる。
【００４９】
すなわち、本発明においては、緩衝層２２の機能層の上端面、例えば図１に示した実施の形態では発光層１６ｃの上端面からの距離は、約２０ｎｍ以下とすることが好ましい。本発明において例えば図示しない電子輸送層などを発光層１６ｃの上部に形成して機能層１６を構成する場合には、機能層１６の上端面は、電子輸送層の上端面に一致することになる。
【００５０】
緩衝層２２の上には、機能層１６およびカソードなどの構成要素を、外部の水、酸素から保護するための保護膜２４が形成されている。保護膜２４は、光学的に充分に透明で、かつ充分な特性を付与するために、ＳｉＯｗ、ＳｉｘＯｙ、ＳｉＮｚといった材料から形成することができる。
【００５１】
図２には、本発明の有機ＥＬ素子の別の実施の形態を示す。図２に示した有機ＥＬ素子３０は、ボトムエミッション型の構成とされている。図２に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ素子は、アノード３２と、カソード３４の構成を除き、図１に示した有機ＥＬ素子１０と概ね同様の構成とされている。図２を使用して、本発明の別の実施の形態の有機ＥＬ素子３０を説明すると、アノード３２は、基板３６上に堆積されていて、ボトムエミッションを可能とするべく、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２といった透明導電性材料から形成されている。
【００５２】
また、図２に示した有機ＥＬ素子のカソード３４は、反射性を有するＡｌから形成されている。カソード３４は、２段階に分割された堆積プロセスにより、カソード層３４ａおよびカソード層３４ｂとして形成されている。カソード層３４ａの上部には、緩衝層２２が、図１で説明したと同様の構成で形成されている。また、カソード３４と、アノード３２との間には、図１において説明した本発明の第１の実施の形態で説明したと同様の機能層１６および薄い層１８が形成されていて、有機ＥＬ素子を構成している。なお、図２に示した実施の形態においては、保護層は形成されていないものの、図１に示した実施の形態と同様に、保護層を形成して、より信頼性を向上させることもできる。
【００５３】
図３〜図４は、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法を使用して形成される各段階の構造を示した図である。図３〜図４に示した製造方法の実施の形態は、図１に示したトップエミッション構造を有する有機ＥＬ素子１０を製造する実施の形態であるが、図３〜図４に示した製造方法は、基板、アノードおよびカソードの材料を変更するだけで図２に示した有機ＥＬ素子３０についても適用することができる。
【００５４】
本発明の製造方法について、図３から説明すると、まず、図３（ａ）に示すように、ガラス、石英、溶融石英、シリコン（単結晶、多結晶）といった基板１２上に、反射性の、例えばＮｉ、Ｎｉ／Ａｌといった材料をスパッタリングなどの方法を用いて堆積させ、パターニングしてアノード１４を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように隣接する導電要素と画素とを画定するために、ポリマー、ＳｉＯｘなどの絶縁性材料を堆積させ、パターニング後、絶縁構造２８を形成する。その後、図３（ｃ）に示すようにキャリア発生層、キャリア輸送層、発光層を含んで構成される機能層１６を、適切なマスクを使用してスパッタリングや、蒸着といった方法を使用して堆積させる。
【００５５】
さらに、本発明の製造方法では、図４（ａ）に示すように、例えばＬｉＦを含んだ薄い層１８およびカソード２０をスパッタリング、蒸着などの方法を使用して堆積させる。その後、図４（ｂ）に示すようにカソード２０の表面に緩衝層２２を形成する。本発明における特定の実施の形態においては、緩衝層２２は、製造装置内部に酸素、空気などを導入して所定時間、所定温度で放置して、カソード２０の表面を酸化させることにより形成することができる。また、本発明の製造方法の別の実施の形態においては、適切な密度の緩衝層２２を製造するために、例えば酸化アルミニウムなどの金属酸化物をＣＶＤ法などを使用して堆積させることもできる。この際、適切な密度となるように、堆積速度を調節することができる。本発明において、緩衝層２２の製造を、カソードの表面酸化を使用して行う場合には、特にマスクなどの材料を使用することなくカソード２０と自己整合的に緩衝層２２を形成することができるので、製造コストおよび製造プロセスを簡略化することができる。
【００５６】
その後、緩衝層２２上にＳｉＯｗ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｚといった材料をＣＶＤ法により堆積させ、保護層２４を形成して図１に示されるような本発明のトップエミッション型有機ＥＬ素子を形成する。また、保護層２４を形成する前に、必要な接続を行うための図示しない導電要素を形成しておくこともできる。なお、図３〜図４に示した製造方法において、アノードおよびカソードの材料を変更し、保護層２４に代えてカソード材料を堆積させることにより、本発明の図２に示したボトムエミッション型有機ＥＬ素子を形成することができる。また、本発明においては、アノードが機能層から見て下側電極とされ、カソードが上側電極となる構成を使用することもできるし、アノードが機能層から見て上側電極とされ、カソードが下側電極となる構造を使用することもできる。
【００５７】
図５は、本発明の有機ＥＬ素子または有機ＥＬ素子をアクティブマトリックス型に配置して形成した、有機ＥＬ表示装置４０の構成を示した上面図である。図５に示されるように、本発明の有機ＥＬ表示装置４０は、基板上に各画素４２がマトリックス型に配置された、アクティブマトリックス型の配置として構成されている。各画素４２には、本発明における好適な実施の形態においては、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとして参照する。）４４が接続されていて、各画素ごとのスイッチング駆動を可能としている。画素４２には、図１および図２に概略的な断面形状を示した機能層が堆積され、有機ＥＬ素子を構成している。画素４２の間には、アクティブマトリックス駆動を行うために必要な、図示しない導電要素が形成されていて、外部から入力される制御信号に基づき、本発明の有機ＥＬ表示装置を駆動することができる構成とされている。
【００５８】
図６は、本発明において使用することができる有機ＥＬ素子の駆動回路の一例を示す。図６では、有機ＥＬ素子は、符号５０で示したダイオードとして示されている。図７に示した駆動回路の実施の形態においては、有機ＥＬ素子を駆動するための駆動回路は、スイッチング駆動を行わせるためのスイッチングＴＦＴ５４と、このスイッチングＴＦＴ５４により駆動され、有機ＥＬ素子５０に電流を供給するためのドライバＴＦＴ５２と、有機ＥＬ素子５０に供給される電流を安定化させるためのキャパシタ５８とを含んで構成することができる。
【００５９】
スイッチングＴＦＴ５４には、信号線５６が接続されていて、駆動信号を受け取り、スイッチングＴＦＴ５４を駆動し、ドライバＴＦＴ５２のゲート電位を制御して、ドライバＴＦＴ５２をオン／オフ駆動させている。ドライバＴＦＴ５２のオン／オフ動作に対応して、有機ＥＬ素子５０へと電流が供給され、本発明において使用する機能層内での発光が矢線Ｃで示されるように得られる。本発明において、上述した有機ＥＬ表示素子を駆動するための回路は、図６に示したものに限られず、これまで知られたいかなるものでも使用することができる。
【００６０】
図７は、ボトムエミッション構造の図２に示した有機ＥＬ素子を使用した本発明の有機ＥＬ表示装置の１つの画素の発光特性を、図１１に示した従来の有機ＥＬ表示装置の製造直後の発光特性と比較した図である。図７〜図９に示した有機ＥＬ素子は、カソードとしてＡｌを使用した。緩衝層は、カソードの堆積後、製膜装置内に乾燥空気を導入してＡｌ表面を空気酸化させることにより酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を表面に形成させることにより形成した。
【００６１】
さらにその後、再度Ａｌを堆積させることにより、約２００ｎｍの膜厚で、中間に緩衝層を含むカソードを形成することにより、有機ＥＬ素子を構成した。このとき、緩衝層の密度は、走査型電子顕微鏡により得られた断面構造の濃度比を使用して見積もり、Ａｌ層よりも低密度であることを確認した。また、緩衝層は、発光層から約１０ｎｍの距離に、膜厚約２ｎｍ程度となるように形成した。また、カソードと発光層との間には、ＬｉＦの層を、約０．５ｎｍの厚さで形成した。
【００６２】
図７（ａ）が本発明の有機ＥＬ表示装置の１つの画素の発光特性を示し、図７（ｂ）が従来の有機ＥＬ素子の発光特性を示した図である。図７（ａ）に示されるように、本発明において製造された有機ＥＬ表示装置は、ダークスポットによる黒い部分は観測されず、良好な表示品質を示している。一方で、図７（ｂ）に示した従来の有機ＥＬ素子は、本発明において使用した緩衝層を使用しないことを除き、成膜条件を同一にして製造したにもかかわらず、ダークスポットによる表示欠陥が生成していることが示されている。図７に示されたそれぞれの有機ＥＬ素子の製造条件は同一であることから、ダークスポットの生成が、ゴミや、電極の成膜不良よりも、有機−無機界面における残留した応力を緩和させることにより、効果的に低減することができることが示されている。
【００６３】
図８は、同一の有機ＥＬ素子の画素について約３週間後に同一の表示試験を行って得られた表示特性を示した図である。図８（ａ）が本発明の有機ＥＬ表示装置の表示特性を示し、図８（ｂ）が、従来の有機ＥＬ素子の表示特性を示す。図８に示されるように、製造段階でダークスポットが生成していない場合には、経時的にも表示品質が維持されていることが示される。ところが、製造段階でダークスポットが生成されてしまうと、図８（ｂ）に示されるように、経時的にダークスポット部分が拡大し、その結果、輝度低下、コントラスト低下、表示不良などの表示品質の低下を引き起こすこととなる。図７および図８に示す実施の形態に示されるように、本発明によれば、有機ＥＬ表示装置の表示特性の信頼性を著しく向上させることが可能となることがわかる。
【００６４】
図９は、本発明の有機ＥＬ表示装置の発光特性の経時的な変化を、より広い範囲で示した図である。図９（ａ）が製造直後の発光特性を示した図であり、図９（ｂ）が、製造後約３週間を経過した後に観測した発光特性である。本発明の有機ＥＬ表示装置は、図９（ａ）に示されるように、画素の形状に沿ってコントラストの高い発光を与えている。しかも、図９（ｂ）に示されるように、本発明の有機ＥＬ表示装置は、発光特性の経時的な変化を見ても、発光特性には、経時変化はほとんどないことが示される。
【００６５】
一方、従来の有機ＥＬ表示装置について同様の検討を行った結果を図１０に示す。図１０（ａ）が製造直後の発光特性であり、図１０（ｂ）が製造後約３週間後の発光特性を示した図である。図１０（ａ）に示されるように、従来の有機ＥＬ表示装置の発光は、製造直後であってもダークスポットに起因した暗部に加え、画素周辺部における輝度低下が観測されている。この理由としては、現時点では推測の域を出るものではないが、残留応力が画素周辺部で解放されやすく、その結果有機−無機界面の剥離が、画素の周辺部においてより発生しやすくなるものと推定している。さらに、発光特性を経時的（約３週間）に追跡した図１０（ｂ）に示した発光特性では、ダークスポットの成長に伴い、画素ごとの輝度低下が見られ、さらに画素の形状再現性も低下するなど、有機ＥＬ表示装置の表示特性が著しく劣化しているのが示されている。
【００６６】
上述したように、本発明によれば、ダークスポットの生成を本質的に最低化させ、表示特性の信頼性を向上した有機ＥＬ素子を提供することができる。さらに、本発明によれば、ダークスポットの生成を本質的に低減させることが可能な有機ＥＬ素子の容易、かつ低コストの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、表示特性の経時的な劣化を生じず、良好なコントラストで表示を長期間提供することが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
【００６７】
これまで、本発明を図面に示した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、細部の構成、有機ＬＥＤ素子の構造、材料、製造プロセスの順などについては、同様の構成を得ることができる限り、いかなるものでも適宜適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のトップエミッション構成の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【図２】 本発明のボトムエミッション構成の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【図３】 本発明の有機ＥＬ素子の製造プロセスを示した図。
【図４】 本発明の有機ＥＬ素子の製造プロセスを示した図。
【図５】 本発明の有機ＥＬ表示装置の上面図。
【図６】 本発明の有機ＥＬ表示装置の駆動回路を示した図。
【図７】 有機ＥＬ表示装置の１画素の発光特性を示した図（製造直後）。
【図８】 有機ＥＬ表示装置の１画素の発光特性を示した図（約３週間後）。
【図９】 本発明の有機ＥＬ表示装置の発光特性を示した図。
【図１０】 従来の有機ＥＬ表示装置の発光特性を示した図。
【図１１】 従来の有機ＥＬ素子の断面構造を示した図。
【符号の説明】
１０…有機ＥＬ素子
１２…基板
１４…アノード
１６…機能層
１８…薄い層
２０…カソード
２２…緩衝層
２４…保護層
２８…絶縁構造
３０…有機ＥＬ素子
３２…アノード
３４…カソード
３４ａ、３４ｂ…カソード層
３６…基板
４０…有機ＥＬ表示装置
４２…画素
４４…ＴＦＴ
５０…有機ＥＬ素子
５２…ドライバＴＦＴ
５４…スイッチングＴＦＴ
５６…信号線
５８…キャパシタ
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に形成されたアノード電極と、
前記アノード電極から離間して配置されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に形成された発光層を有する機能層と、
前記カソード電極と前記機能層とに隣接して配置され、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層と、
前記カソード電極の前記基板の反対側に形成された保護層または第２カソード電極と、
前記保護層と前記カソード電極との間または前記第２カソード電極と前記カソード電極との間に形成され、前記保護層または前記第２カソード電極との境界面が前記機能層の上端面から２０ｎｍ以内に配置された緩衝層とを含む
有機ＥＬ素子。 - 前記緩衝層は、酸化物を含んで構成される、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成される、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
- 有機ＥＬ素子の製造方法であって、
基板上にアノード電極を形成するステップと、
前記アノード電極上に発光層を含む機能層を形成するステップと、
前記機能層に隣接してアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む層を堆積させるステップと、
前記アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含む層上にカソード電極を形成するステップと、
前記カソード電極上に緩衝層を形成するステップと、
前記緩衝層上に保護層または第２カソード電極を形成するステップとを含み、
前記緩衝層は、前記保護層または前記第２カソード電極との境界面が前記機能層の上端面から２０ｎｍ以内に配置されように形成される、
有機ＥＬ素子の製造方法。 - 前記緩衝層は、酸化物を含んで形成され、前記緩衝層を形成するステップは、前記カソード電極を酸化させるステップまたは前記酸化物を堆積するステップを含む、
請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。 - 前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含む
請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。 - 基板上に形成された複数の有機ＥＬ素子を含んで構成される有機ＥＬ表示装置であって、
前記有機ＥＬ素子は、
前記基板に隣接したアノード電極と、
前記アノード電極から離間して配置されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に形成された発光層を有する機能層と、
前記カソード電極と前記機能層とに隣接して配置され、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素を含有する層と、
前記カソード電極の前記基板の反対側に形成された保護層または第２カソード電極と、
前記保護層と前記カソード電極との間または前記第２カソード電極と前記カソード電極との間に形成され、前記保護層または前記第２カソード電極との境界面が前記機能層の上 端面から２０ｎｍ以内に配置された緩衝層とを含む
を含む、有機ＥＬ表示装置。 - 前記緩衝層は、酸化物を含んで構成される、請求項７に記載の有機ＥＬ表示装置。
- 前記緩衝層は、酸化アルミニウムを含んで構成される、請求項７に記載の有機ＥＬ表示装置。
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