TWI247555B - Light emitting element and display device - Google Patents

Description

1247555 元件内射入之外光之反射。該外光之反射，在顯示裝置中， 特別疋黑色顯示之情況，成為使對比度低下之一大原因， 並且將引起在金屬電極之觀察面（反射面）映入周圍像、而 使顯示畫像之視認性降低等顯示品質低落之問題。 作為防止該種由於金屬電極之反射造成之顯示品質低 下之簡便方法，有將LCD所使用之偏光層配置於透明玻璃 基板、透明電洞注入電極之玻璃基板側，即元件之觀察面 (取出光之面）側之方法，例如下記專利文獻1所闡述者。 [專利文獻1]特開平7— 142170號公報 如前述專利文獻1所記載者，在元件之光取出面侧配 置偏光層，可將由該偏光層遮蔽從元件外部射入至元件内 之光，再由背面側之金屬電極反射，並再次從元件射出。 即，來自元件外部之通過偏光層而射入元件内之入射 光’係與偏光層之偏光方向平行之直線偏光，該直線偏光 經金屬電極反射後，其偏光方向成為90。反向。於是，金 屬電極之反射光之偏光方向，由於與偏光層之偏光方向不 同’因此不能通過偏光層，從而受到遮斷。 以該種方法設置偏光層，防止光射出面上之反射光射 出’可抑制對比度之降低。但是，由於在元件之光射出側 存在偏光層，因此來自發光層之光若不通過偏光層，則無 法向外部輸出。偏光板只能使發光層中之發光光中與偏光 層之偏光方向平行之偏光方向之光通過，因此發光光之大 部分不能通過該偏光層而被吸收。於是，由於設置了偏光 層’使發光光之利用效率大幅低下，而為了增加元件實際 6 315597 1247555 向外輸出之光量，有必要增大有機EL元件之發光亮度， 因此必須增加電洞注入電極與電子注入電極間(發 層）之電流流量。 但疋，在有機EL元件，包含發光分子等之有機化合 物之發光元件層中之電流越多，將加快亮度降低之速度， ΐ成縮短元件壽命之問題。另-方面，為實現不增加電流 =得高亮度，則必須等待可高效率發光之新賴有機發 才枓之開發；而即使增大電流量也能實現長壽命之元 件，則必須等待耐久性高之新賴有機發光材料之 【發明内容】 Χ 對於前述課題，本發明提供高對比度且長壽命之言哀 度發光元件以及發光顯示裝置。 回儿 (解決課題之方法） 彳發明即在第】電極與第2電極間具備發光元件層之 光元件在别述第1電極及前述第2電極内，將一方作 出側電極而配置于向外部之光射出側，另一方為位 二射出側電極之背面側之背面側電極，該背面側電極 ’、使來自發光元件層侧入射之光之一部分透過之半透過 電極構成，該半透過電極之背面側設有反射防止層。

傜古本發明之另一觀點’為具備在第1電極與第2電極間 肴有發光元件層而成之發光元件之發光顯示裝置，前J 。’極係形成於配置在向裝置外部之光射出側之透明笑板 可使從前述發光元件層射出之光透過之電極；述 電極係夾持前述發光元件層而與前述第丨電極相對 315597 7 1247555 向而开v成於A述第！電極之背面側，可使來自前述發光 元件層側之入射光之一部分透過之半透過電極，前述第2 電極之背面側設有反射防止層。 本發明之又一觀點，為具備在陽極與陰極間設有發光 70件層之電场發光凡件之顯示裝置，前述陽極係具備形成 於成為向外之光射出側之透明基板上而可透過從前述發 光兀件層射出之光之電極，前述陰極則具備夾持前述發光 兀件層而形成在與前述陽極相對向之該陽極之背面側，而 可使前述來自發光元件層之射出光之—部分透過之半透明 電極，前述陰極之背面侧形成有發射防止層。 這樣採用相對於發光元件之光射出側電極，位於背 面側而作為背面電極，料透過性之電極，並在該背面電 極之更背面側設低反射層或反射防止層，可使射入元件之 外光在背面側電極之表面無反射而透過，i由反射率低之 反射防止層吸收。從發光元件層直至光射出側電極之光， 透過光射出側電極，並可透過透明基板，而可使光以最小 限度之減，有效地射出至元件外。因此，來自發光元件 層之發光光中，到達背面電極側之光，與外光相同地無反 射而由反射防止層吸收，可防止由於外光反射引起之對比 度之降低，比起到達背面電極側之光被吸收而成為損失， 可提高對比度而實現顯示品質提高，，亦即觀看性好且視認 之實際亮度高之發光元件。 顯示裝置之前 化金屬層，或 本發明之又一觀點，為前述發光元件或 述半透過電極，係使用具備可透過光之薄膜 315597 8 1247555 使光通過之開口之網眼狀金屬層。 本i明之又一觀點’為前述發光元件或顯示裝置之前 述半透過電極係使用2Gnm以下厚度之Ag層或。 如上所述，作成將金屬層變薄或設置開口部之構成， 使光透過成為可能，同時可不變更電極材料本身而採用 之，並可使該電極材料發揮電極必要之功能。 一本發明之又一觀點，為前述發光元件或顯示裝置，在 前述低反射層或發射防止層上，使用㈣氧化絡。 反射防止層上採用錮或氧化絡，可在背面側電極之更 背面側容易地形成表面之光反射率低之層，可防止透過半 透過性之背面電極之外光經反射後，再次從元件射出。 【實施方式】 以下根據附圖說明，有關本發明之之較佳實施形態 (以下，稱實施形態）。 作為本發明之實施形態之發光元件，可舉el元件為 例。第i圖，以EL元件為例，表示本發明之實施形態之 元件概略斷面構造。基板10乃採用玻璃或塑膠質之透明基 板，而該透明基板1〇上方，積層有EL元件之各要素。該 例中，EL it件5〇係使用有機化合物為發光材料之此元 件，而在第i電極20與第2電極22間，形成有包含有機 化合物之發光元件層30。 第1圖所示之有機EL元件5〇,由IT〇(IndiumTin Oxide) ' IZOdndium Zine 〇xide)等之透明導電材料構成， 逆裏具備電洞注入功能透明電極（光透過性電極，但也可為 315597 9 1247555 光透過性稍低之半透過性電極）之第1電極20，直接在透 明基板1 〇上形成，或經由緩衝（buffer)層、驅動有機EL 元件之電晶體等而形成於該透明基板1 〇上。第1電極2〇 上面之發光元件層30,具備包含有機化合物之單層或多層 構造，該發光tl件層30上面，有具備電子注入功能質半透 過性第2電極22，與第ϊ電極20相對而形成。而該第2 電極22之上層，亦即作為觀察側，形成有由對透明基板 1 〇側看，位於第2電極22更背面側，形成有由對入射光 反射率低之由氧化鉻（CrOX:x為任意數）層、鉬（m〇)層等構 成之反射防止層46。 發光元件層30，對應所使用之有機化合物之功能，可 採用各種構造’例如，具備發光功能.電洞輸送功能電 子輸送功能之所有之有機發光層之單層構造，或是從電洞 注入電極（陽極）20側依次層積電洞輸送層/發光層/電子輸 送層之3層構造等。第i圖所示之發光元件層二在電： 注入電極20上，具備以下之層積構造：包含cFx等之電 =入層32;包含刪等之三苯胺之誘導體之電洞輸送 =4,成為目的之包含對應發光色之有機發光分子之發光 包含Alq等之電子輸送層38;以及由W㈣成之 电千 >主入層40。 料。發光層36,為取得R、G、^，分別使用適當之材 之有機化合物之 形成所希望之厚 而發光元件層30，在由包含低分子系 曰構成時’各層可由例如真空沉積法分別 315597 10 1247555 度；而在由包含高分子化合物之層構成時，則可通過墨水 喷射（ink-jet)印刷法、旋轉塗敷（spin coat)等方法形成。 第2電極22在第1圖之例中，對作為陰極，之發光元 件層30要求將電子有效地注入之功能。該電子注入功能高 之材料，工作函數（working parameter)小，通常以光透過 率低之金屬材料為適合。例如前面所提之A1、Ag、河目八自 合金等。但是，由於重視作為電極之功能，若使用例如以 200nm左右之厚度所形成之A1層、八§層作為電極將在 發光元件層30側之表面引起反射，而如前所述，將發生由 於外光之反射導致之對比度之降低。 於是，本實施形態中，首先，第2電極22，作為電子 注入材料，採用合適之例如刈、Ag、八㈣層之情況，在 使該層厚度為例如5nm至4〇nm左右之薄膜時，可確保光 透過性。例如，若為2〇nm左右之薄膜，則實現電子注入 功能無損傷之5〇%以上之光透過性、即實現半透過電極。 A1等金屬材料與前述發光元件層3〇之各層相同，可由例 如真空沉積法等形成，對沉積時間之控制等，彳高精度地 控制使薄膜成為所希望之厚度。 而Ai等遮光性金屬材料，作為第2電極22之材料而 使用:並作為實現半透明性之其他方法，>第2圖所示， 金=第2電極22之至少！畫素中等，在單位顯示區域内， ㈣可使光通過之開口之網眼狀（也包括格子狀）結構。各 開口部，可為圓形、多角形等，對形狀沒有特別規定，但 較好是以在形成金屬層後，以光餘刻術(ph〇t〇Hth〇graphy 315597 11 1247555 微影術）等，選擇性除+ 、 俘注除去形成時之蝕刻殘留少，並且在單位 區域内儘量使開口面積相等 叫領^日哥有，攸防止顯不品質之偏差之 角度來看，較為理想。 有關半透過性之第2電極22，並不限於前述金屬材 料特別可彳木用不需薄膜化也具備充分透過性、且導電性 上工作函數小之材料。 本實施形態中，覆蓋該種具備半透明功能之第2電極 22,形成有如前所述之反射防止層46，透過第2電極 之光由該反射防止| 46吸收’從而防止反射。作為反射防 止層46之材料，可採用氧化鉻、鉬之任意一個，在以真空 沉積形成第2電極22後，將沉積源變更為反射防止材料^ 進行連續沉積，可方便地層積形成該反射防止層46。此 時，作為發射防止層46之材料，在使用鉬之情況，可使反 射防止層46之反射率為20%以下，而在採用氧化鉻之情 況，則可在5 %以下。 有關作為反射防止層46，選擇何種程度之反射率之材 料，考慮所要求亮度、發光元件層30之發光分子之發光哀 度以及發光效率，並且考慮第2電極22之光透過率來決定 為且。但疋’為提南對比度’該反射防止層46之光反射率， 以5 0%以下為宜，更理想則為30%以下。透過第2電極a]， 到達反射防止層46之光，也包括在發光元件層3〇所取得 之發光光，在使用發光輝度較低之材料之情況，或是對元 件之要求亮度高之情況，則希望對發光光之有效利用。於 是，在某種程度上，為使光（發光光）反射並射出至元件外， 315597 12 1247555 則選擇例如取得2〇%左右反射率之鉬作為反射防止層46 之材料較理想。相反地，在使用達成充分發光亮度之發光 材料之情況’例如外光非常強之環境下所使用之以確保對 比度為最優先之情況等，則使用反射非常小之氧化絡作為 反射防止層4 6之材料為宜。 這裏，作為反射防止層46之材料，並不一定限於包含 前述之金屬元素之材料，而在半透過性之第2電極22之背 面側設置使用13、氧化鉻等之反射防止層46，從而不僅防 止了外光之反射，也使防熱功能的發揮成為可能。即使 用鉬層、氧化鉻層之情況，則具有較高之熱傳導性，由電 流驅動發光時，發光元件層30所產生的熱，可從高熱傳導 性之第2電極22，通過該反射防止層46，而發散至元件外 部。眾所周知，有機EL元件5〇之熱量，對包含有機化合 物之發光元件層30之劣化有較大影響，而在本實施形態 中，不使元件之放熱性降低，亦即可提高元件放熱性，以 元件壽命、品質提高之觀點，具有較高效果。 如前述專利文獻1所述，元件之觀察側，系例如第i 電極與玻璃基板間、或玻璃基板表面設置偏光層之情況， 可防止外光之不需要之反射。但是，偏光層係以PVA\聚乙 烯醇）作為主成分，沿著薄膜（film)之分子鎖，使碘等配列 而構成，且放熱性低。同時，該偏光層配置于發光元件層 旁，而入射元件者不僅是外光，元件之發光光之大部分也 由該偏光層吸收，因此偏光層周邊之溫度，具有上升傾向。 於是，從提高放熱性之觀點，將偏光層設於元件之觀察側 315597 13 1247555 反而有相反效果。對此，如本實施形態之使元件背面之電 極22為半透過型，並在該背面側電極22之更外側設置具 有放熱性之反射防止層46，從而一面防止外光之反射，一 面謀求元件之放熱，可實現高亮度、光對比度之長壽命以 及高信賴性之有機EL元件。 以上所說明之本實施形態之作為發光元件之一例的具 備反射防止層之有機EL元件之構造，該元件可適用於在 各顯不畫素所採用之平面發光顯示裝置等。有關平面顯示 虞置各畫素之驅動各顯示元件之具備開關元件之活性矩 陣（active matrix)型裝置，以及該沒有開關元件之簡單構造 的單純矩陣型裝置已眾所周知，而本實施形態之有機 疋件，可適用於任意類型之顯示裝置。 在適用單純矩陣型顯示裝置之情況，如前述第1圖所 不，在透明基板10上形成有透明（也可為半透明）之第工電 極20以及夾持著發光元件層3〇，形成于該發光元件層 上之半透明的第2電極22，相互幾乎直接相交地分別以條 紋狀形成，從第i電極20以及第2電極22，將電洞與電 子’主入中間之發光凡件層3〇，使其發光。當然，第2電極 22上形成有反射防止層46。 另一方面，在適用於活性矩陣型顯示裝置之情況，透 明基板1〇上每個畫素形成有薄膜電晶體，並由絕緣層覆蓋 該薄膜電晶體’絕緣層丨’依順序層積有薄膜電晶體所連 接之每個畫素之個別圖形上所形成之透明帛i電極、發 光元件層30、以及半透明之各晝素共用之第2電極22，可 315597 14 1247555 採用在該共用第2電極22上進一步形成反射防止層46之 構成。第3圖，係表示該種活性矩陣型之有機EL顯示裝 置之概略回路構成，而第4圖系表示該種有機EL顯示裝 置之在1畫素内之部分剖面構造。 首先’在透明基板1 〇上，有多個畫素以矩陣狀配列而 形成顯示部120，各晝素分別設有：有機El元件（El)50 ; 用於控制每個畫素之該有機EL元件50之發光之開關元件 (switching element)(這裏為薄膜電晶體：TFT)，以及保持 顯示資料之保持電容器Csc。 第3圖之例中，各晝素形成有第1及第2薄膜電晶體 Tr 1、Tr2，第1電晶體Tr丨與掃描線丨丨〇相連接，在施加 知描信號而控制為開啟時，相應之對應施加於資料線i 12 ，顯示内容之電壓信號，經由第1薄膜電晶體Trl施加於 第2薄膜電晶!t Tr2之閘極，並以2個薄膜電晶體π、 Tr2間所連接之保持電容器Csc來保持一定期間。並且， 第2薄膜電晶體τΓ2，骑料處a、+ 將對應别述保持電容器Csc所保持 之施加於閘極之電壓夕 之電&，從電源線1丨4供給該第2薄 膜電晶體Tr2所連接之右 <有機EL tl件之陽極（電洞注入電 極）20。有機EL元件 〇，以對應所供給之電流量之亮度發 光，發光光在第2雷：κ n 失之光t A # a ^ 2之背面側之反射防止層46所損 失之光之大部分，通過 向外部射出。 月第1電極20以及透明基板10, 第4圖，係第3 置之1畫素中，與第 圖所不之活性矩陣型有機EL顯示裝 2薄膜電晶體Tr2相連接之E]L元件 315597 15 1247555 50之概略剖面構造示意圖。第4圖所示例，省略了第i薄 膜電晶體Trl，而具備與薄膜電晶體Tr2幾乎相同之構造， 薄膜電晶體Trl、Tr2之任意一個之主動層12〇，使用將非 晶質矽實施鐳射退火後，多結晶化之多晶矽。而在本實施 形態中’該薄膜電晶體Trl以及Tr2中，覆蓋主動層12〇 而形成之閘絕緣層130上方，具備閘電極132，即所謂的 頂閘（top gate)型TFT，而位於主動層12〇之閘電極132之 下方之區域，形成有通道區域12〇c ;通道區域i2〇c兩側 之由所定導電型摻雜物所摻雜之源區域12〇s;以及漏極區 域 120d。 覆蓋間電極132之，在基板之幾乎全面，形成有層間 絕緣層134,經由開設於層間絕緣層134之開口之接觸孔， 使源極區域UOs之一端與電源線114連接，漏極區域i2〇d 之-端與連接電極136相連。並且，形成有用於將這些全 部覆蓋之由無機材料或有機材料組成之第丨平坦化絕緣層 (也可為通常之層間絕緣膜）138,該平坦化絕緣層138上: 層積有有機EL元件50之第i電極2〇,同時為覆蓋第1 電極20之端部，層積有第2平坦化絕緣層i♦而第】電 極20’通過第i平坦化絕緣層138中所形成之接觸孔，血 接觸電極136相連。在第！電極2〇上，如已在前面說明， 依次形成有發光元件層30、第2電極22以及反射 46。 側， 有關以上之構成，顯示裝置之光輪出”透明基板 而頂閘型之前述第1及第2薄膜電晶體TH、Tr2中， 16 1247555 光照射後易發生漏電流（leak)之多結晶矽構成之主動層 12 0，則位於光輸出侧。於是，為防止由於外光照射造成之 漏電流，如第4圖所示，至少第〗及第2薄膜電晶體、 Tr2之基板1〇 ’夾持著例如從主動層開始，由^〇2、siNx 之層積構造構成之絕緣層150，形成遮光層16〇為宜。並 且，該遮光層1 60，在第4圖之構成例中，形成於最靠近 光取出側之位置，而由於通常遮光層使用金屬材料而形 成，其表面反射率高，這樣可能會造成前面所述之對比度 低下、對顯示品質等帶來不良影響。於是，與背面側之反 射防止層46相同，使用表面反射率低之遮光性材料，例如 氧化鉻、鉬等形成遮光層較為理想。 因此’薄膜電晶體Trl、Tr2之形成區域，即作為形成 於光取出側之遮光層160’形成有光反射率低之反射防止 遮光層’而形成於背面側之第2電極2 2由於系半透過性， 反射率降低，並且通過在第2電極22之背面側設置反射率 低之反射防止層46，可實現對比度非常高之顯示，同時還 可實現高亮度下之信賴性高之有機EL顯示裝置。 (發明效果） 如以上所說明，在本發明中，可控制在背面側之電極 之外光反射，並可實現對比度高之發光元件以及使用該發 光元件之顯示裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之實施形態之有機EL元件之概略剖 面構造示意圖。 315597 17 I247555 性之楚固係本發明之貫施形恶之有機EL元件之半透過 2電極構成例示意圖。 第3圖係本發明之實施形態之活性矩陣型有機EL妒 置之概略電路構成示意圖。 ^ 面示 意圖。 10 透明基板 20 第1電極（電洞注入電極） 22 第2電極（電子注入電極） 30 發光元件 32 電洞注入層 34 電洞輸送層 36 發光層 38 電子輸送層 40 電子注入層 46 反射防止層 50 有機EL元件 100 顯示部 110 掃描線 112 數據線 114 電源線 120 主動層 130 閘極絕緣層 132 閘電極 134 層間絕緣層 136 接觸電極 138 第1平坦化夠 140 第2平坦化絕緣層 150 絕緣層 160 遮光層 18 315597

Claims (1)

1. ?£fi$47爲 5 釦 第93 105490號專利申請案 申請專利範圍修正本 一德六此一 （94年5月19曰 種舍先tl件，該發光元件係·· 在第1電極及第2電極間且備驮 件； 街心尤几件層之發光天 在如述第1電極及前述第2電極中， 將一方作為光射出側電極而配置于向 出側； I (尤射 另方為位於該光射出側電極之背面側之背面側 電極’該背面側雷 叫惻电極係由使來自發光元件側之入 一部分透過之半透過電極構成； 2. 孩半透過電極之背面側設有反射防止層。 、/重顯不裝置’係具備發光元件之發光顯示裝置，該發 光兀t在第1電極與第2電極間配置有發光元件層； 則述第1電極，係形成於配置在向裝置外部之光射 出側之透明基板上而為使來自前述發光元件層射出之 光可透過之電極； +則述第2電極，係夾著前述發光元件層，與前述第 1电極相對，形成於該第1電極之背面側，而使來自前 述發光元件@ λ u P , 、，干層之入射光之一部分透過之半透過電極； 前述裳。办 乐2龟極之背面側設有反射防止層。 3· θ =不裝置，係具備電場發光元件之顯示裝置，該電 % 4光tl件在陽極與陰極間配置有發光元件層； 315597(修正版) 1247555 月ίι述陽極’係具備形成於成為向外部之光射出側之 透明基板上而使來自前述發光元件層之射出光之一部 分透過之半透過電極； w述陰極之背面側形成有反射防止層。 4·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中， 在w述半透過電極中，使用光可透過之薄膜化金屬 層，或具備可使光通過之開口之網眼狀金屬層。 5 ·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中， 在前述半透過電極中，使用2〇nm以下厚度之 層或MgAg層。 6·如申請專利範圍第1項之發光元件，其中， 在刚述反射防止層中，使用鉬或氧化鉻。 7·如申請專利範圍第4項之發光元件，其中， 在前述反射防止層中，使用鉬或氧化鉻。 8·如申請專利範圍帛5項之發光元件，其中， 在則述反射防止層中，使用鉬或氧化鉻。 9·如申請專利範圍f 2項或第3項之顯示裝置，其中， 。在前述半透過電極中，使用光可透過之薄膜化金屬 層或具備可使光通過之開口之網眼狀金屬層。 10·如申請專利範圍第2項或第3項之顯示裝置，其中， 在前述半透過電極中，使用20nm以下厚度之Ag 層或MgAg層。 η·如申請專利範圍第2項或第3項之顯示裝置，其中， 在前述反射防止層中，使用鉬或氧化鉻。 315597(修正版) 2 1247555 12. 如申請專利範圍第9項之顯示裝置，其中， 在前述反射防止層中，使用鉬或氧化鉻。 13. 如申請專利範圍第10項之顯示裝置，其中， 在前述反射防止層中，使用鉑或氧化鉻。 3]5597(修正版)