WO2006098420A1

WO2006098420A1 - 発光素子及び表示装置

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Publication number: WO2006098420A1
Application number: PCT/JP2006/305320
Authority: WO
Inventors: Kenji Nakamura; Takuya Hata; Atsushi Yoshizawa
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2007-09-17

Abstract

発光素子は、対向する１対の電極の間に成膜された発光層を備えた発光素子であって、発光層及び１対の電極の少なくとも一方の間に成膜されたキャリア輸送性の有機半導体層と、有機半導体層側の電極における他方の電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、有機半導体層側の電極及び有機半導体層との間に接触して挿入されたキャリア規制層と、を備え、有機半導体層側の電極が有機半導体層に接触するキャリア供給部を有する。

Description

発光素子及び表示装置

技術分野

本発明は、キヤリァ輸送性 (正孔又は電子の移動性）を有する化合物を利用し、かかる化合物からなる半導体層を備えた発光素子及び表示装置に関する。

背景技術

現在、電界を印加して発光させる例えば物質におけるキャリア（正孔又は電子) の再結合によるエレクトロルミネセンス (以下、単に E Lという）を利用している発光素子が着目されている。例えば、有機化合物材料を用いた注入型の有機 E L 素チによる表示パネルを搭載した E L表示装置が開発されている。有機 E L素子には、赤色で発光する構造を有する赤色 E L素子、緑色で発光する構造を有する緑色 E L素子、及び青色で発光する構造を有する青色 E L素子がある。これら赤、青、緑 R G Bで発光する 3つの有機 E L素子を 1画素発光ユニットとして、複数画素をパネル部上にマトリクス状に配列すればカラ一表示装置を実現することができる。かかるカラー表示装置による表示パネルの駆動方式として、パッシブマトリクス駆動型と、アクティブマトリクス駆動型が知られている。アクティブマトリクス駆動型の E L表示装置は、パッシブマトリクス型のものに比べて、低消費電力であり、また画素間のクロストークが少ないなどの利点を有し、特に大画面表示装置や高精細度表示装置に適している。

ァクティブマトリクス駆動型の E L表示装置の表示パネルには、陽極電源ライン、陰極電源ライン、水平走査を担う走査ライン及び各走査ラインに交叉して配列されたデ一夕ラインが格子状に形成されている。走査ライン及びデ一夕ラインの各 RGB交差部に RGBサブピクセルが形成されている。

サブピクセル毎に、走査ライン選択用の電界効果トランジスタ（FET : F i e l d E f f e c t Tr an s i s t o r)のゲ一トには走査ラインが接続され、そのドレインにはデータラインが接続されて、そのソースには発光駆動用の F E Tのゲートが接続されている。発光駆動 F E Tのソースには陽極電源ラィンを介して駆動電圧が印加され、そのドレイン Dには E L素子の陽極端が接続されている。発光駆動 F E Tのゲート及びソ一ス間にはキャパシタが接続されている。更に、 EL素子の陰極端には、陰極電源ラインを介して接地電位が印加される。

有機 EL素子に代表される従来の有機発光素子は基本的にダイオード特性を示す能動素子であり、製品化されているものはほとんどパッシブマトリクス駆動によるものである。パッシブマトリクス駆動法では、線順次駆動を行うため瞬時的に高い輝度を必要とし、走査線数の限界数が限られてしまうため高精細な表示装置を得ることが難しかった。

近年ではポリシリコンなどを用いた T F Tを用いた有機 E L表示装置が検討されているが、プロセス温度が高い、単位面積あたりの製造コストが高く大画面化に向かない、 1画素内に 2つ以上のトランジス夕とコンデンサを配置しなければならないため開口率が下がり有機 E Lを高い輝度で発光させなければならないなどの欠点があった。

さらに先行発明の構造（特開 2002— 343578公報、参照）では、補助電極の電圧によらない陽極から陰極に流れる電流成分が多く変調が大きく取れないので表示装置化する際に階調制御が困難であるという問題があつた。発明の開示

本発明の解決しょうとする課題には、補助電極にかかる電圧によらない電流成分を抑える発光素子,を提供することが一例として挙げられる。

本発明の発光素子は、対向する 1対の電極の間に成膜された発光層を備えた発光素子であって、前記発光層及び前記 1対の電極の少なくとも一方の間に成膜されたキヤリァ輸送性の有機半導体層と、前記有機半導体層側の電極における他方の前記電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、前記有機半導体層側の電極及び前記有機半導体層との間に接触して揷入されたキャリア規制層と、を備え、前記有機半導体層側の電極が前記有機半導体層に接触するキヤリァ供給部を有することを特徴とする。 .

本発明の表示装置は、複数の発光部をマ卜リクス状に配置した表示装置であつて、

前記発光部の各々は、対向する 1対の電極の間に成膜された発光層を備えた発光素子であって、前記発光層及び前記 1対の電極の少なくとも一方の間に成膜されたキヤリァ輸送性の有機半導体層と、前記有機半導体層側の電極における他方の前記電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、前記有機半導体層側の電極及び前記有機半導体層との間に接触して挿入されたキャリア規制層と、を備え、前記有機半導体層側の電極が前記有機半導体層に接触するキャリア供給部を有することを特徴とする。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明による実施形態の有機 E L素子を示す部分断面図である。図 2は、本発明による実施形態の有機 E L素子のエネルギー準位を説明する概念図である。

図 3は、本発明による実施形態の有機 E L素子を示す部分断面図である。図 3 Aは、本発明による実施形態の有機 E L素子の基板側から見た部分平面図である。

図 4は、本発明,による他の実施形態の有機 E L素子を示す部分断面図である。図 5〜図 8は、本発明による他の実施形態の有機 E L素子のエネルギー準位を説明する概念図である。

図 9は、本発明による実施形態の有機 E L表示装置のサブピクセル発光部を示す等価回路図である。

図 1 0は、本発明による実施形態の有機 E L表示装置のサブピクセル発光部におけるスイッチング有機 T F T素子の断面図である。

図 1 1〜図 1 8は、本発明による実施形態の有機 E L表示パネル製造工程における基板の部分平面図である。

発明の詳細な説明

以下に本発明の実施形態の発光素子の一例として有機 E L表示パネルを図面を参照しつつ説明する。

図 1は、本発明の実施形態における、対向する 1対の電極（陽極 1 1及び陰極 1 5 )の間に成膜された発光層 1 6 3を備えた基板 1 0上に形成された発光素子の有機 E L素子 1 1 4を示す。

有機 E L素子 1 1 4は、発光層 1 6 3及び 1対の電極の少なくとも一方（例えば陽極 1 1 )の間に成膜されたキャリア輸送性の有機半導体舉 1 3 (例えば正孔注入層）を有している。さらに、有機 E L素子 1 1 4は、他方の電極（例えば陰極 1 5 ) と対向している面の反対側に絶縁層 1 2を備え、これを介して配置された補助電極 1 4を有している。有機半導体層 1 3側の陽極 1 1及び有機半導体層 1 3との間に接触して挿入されたキャリア規制層 B Fと、を備え、陽極 1 1が有機半導体層 1 3に接触するキヤリァ供給部 C P Pを有する。この場合、キヤリァ規制層 B Fの仕事関数の値は陽極 1 1の仕事関数の値より小である。陽極 1 1の仕事関数の値と有機半導体層 1 3のイオン化ポテンシャルの値との差が 0 . 5 e V以内であることが好ましい。なお、キャリア輸送性の有機半導体層 1 3としては、例えば正孔注入層、正孔輸送層又はこれらの積層であってもよい。陽極及び陰極の間に印加する電圧方向と同一方向になるように、補助電極と有機半導体層側の電極との間に電圧が印加されるときに、発光層が発光する。

正孔注入層、正孔輸送層などの有機半導体層 1 3側の陽極 1 1は、有機半導体層を通過するキャリアのためのパターンを画定するように、形成されている。この場合、キャリア規制層 B Fの材料は、その仕事関数の値が有機半導体層 1 3のイオン化ポテンシャルの値より大であるものから、選択される。

陽極 1 1の材料は、その仕事関数の値は有機半導体層 1 3のイオン化ポテンシャルの値より小であるものから、選択される。

このように、実施形態の発光素子は、補助電極 1 4と絶縁層 1 2、正孔注入層 (有機半導体層 1 3 )、発光層 1 6 3を介して、少なくとも一部が対向して設置されている陰極 1 5を有し、発光層 1 6 3と正孔注入層の間に陽極 1 1が形成されている（図 1 )。本実施形態では、陽極 1 1の金属材料と異なる金属材料からなるキャリア規制層 B Fを陽極 1 1に積層して、キャリア規制層 B Fにより、正孔注入層などの有機半導体層 1 3に注入されるキヤリアの経路を規定する。有機半導体中のキャリア移動のために、キャリア規制層 BFは、そのイオン化ポテンシャルの条件すなわち、接触電極の仕事関数と有機半導体層のイオン化ポテンシャルとの間の仕事関数 (又はイオン化ポテンシャル)の値に基づいて選択される。キャリアの移動を阻害するにはエネルギ一障壁が大であるほうがよいからである。図 2に示すように、金属からなる陽極 11の仕事関数 Wf 1及びキヤリア規制層 BFの仕事関数 Wf 2は真空準位（0 e V)から各フェルミ準位へと測定したエネルギーである。有機半導体層 13のイオン化ポテンシャル I p 1は真空準位から価電子帯上端の最高被占分子軌道 (HOMO)準位へと測定したェネルギーである。なお、電子親和力 E aは 0 eVの基準エネルギー準位の真空準位（VACUUM LEVEL) から伝導帯下端の最低空分子軌道（LUMO) 準位へと測定したエネルギーである。

本実施形態で使用するキャリア規制層 BFの材料としては、具体的には、ィォン化ポテンシャル I p i (e V) を有する正孔注入材料（有機半導体層 13) と仕事関数 Wf 1 (eV) を有する陽極 11と、仕事関数 2 (eV) を有するキャリア規制層 BFとを積層したとき、 I p 1と Wf 2は I p l>Wi 2という関係を有することが好ましい。かかるキャリア規制層 BFの挿入によって、陽極 11からキヤリァ規制層 B Fを介した有機半導体層へと障壁になり、電流が流れ難くなる。

また、この時、 I p 1と Wf 1は I p l<Wf 1であることが望ましいが、 I p 1≥Wf 1としてもよく、 I p 1と Wf 1の差は 0.5 eV以内であればよい。図 1に示すように正孔注入層（有機半導体層 13) と陽極 11が接触する面での正孔注入は妨げられないが、正孔注入層とキヤリァ規制層 B Fが接触する面ではその仕事関数の差から正孔が注入されることがなく、補助電極 14にかかる電圧によらない電流成分を抑えることにより、〇 F F電流を低減させ輝度の ONZ OFF比を向上することができる。

本実施形態は、ガラス基板上にパターン化された補助電極 14を形成し、補助電極 14上に絶縁層 12を形成する。その後、正孔注入層（有機半導体層 13) を真空蒸着法、スピンコート法などを用いて形成する。正孔注入層を形成した後に陽極 11を形成することで、塗布型の正孔注入材料の成膜性を向上させるとともに、塗布型正孔注入材料に留まらず真空蒸着法により形成した正孔注入材料でも、陽極 1 1に電圧を印加していない時（OFF時）陰極 15に流れる電流、発光強度を低減化できる。その結果、陽極 11に電圧を印加した時（ON時）の電流、発光強度と OFF時の電流、発光強度のそれぞれの比が向上する。

陰極 15、陽極 11及び補助電極 14としては、 T i、 A l、 L i ： A K C u、 N i、 Ag、 M g : A g Au、 P t、 Pd、 I r、 C r、 Mo、 W、 T a などの金属あるいはこれらの合金が挙げられる。あるいは、ポリア二リンや PE DT： P S Sなどの導電性高分子を用いることができる。あるいは、酸化物透明導電薄膜、例えば錫ドープ酸化インジウム（I T〇）、亜鉛ドープ酸化インジゥム（Ι ΖΟ)、酸化インジウム（Ι η₂〇₃)、酸化亜鉛（ΖηΟ)、酸化錫（Sn 0₂) のいずれかを主組成としたものを用いることができるが、これに限定されない。また、各電極の厚さは 30〜500 nm程度が好ましい。陰極 15材料と補助電極 14には特に 50〜300 nmの範囲が適している。陰極 15材料には特に 30〜200 nm程度の範囲が適している。これらの電極材料は真空蒸着法、スパッ夕法で作製されたものが好ましい。絶縁層 1 2には、 S i 0₂、 S i ₃ N₄に代表される種々の絶縁材料を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ラ,ンタン、チタン酸ストロンチゥム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイツトリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケィ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光力チオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはァクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフエノール、ポリビニルアルコール、ノポラック樹脂、及びァノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマ一体を含むホスファゼン化合物、などを用いることもできる。

正孔注入層（有機半導体層 1 3 ) は、陽極 1 1からの正孔の注入を容易にする機能、正孔を安定に輸送する機能を有し、その材料には銅フタロシアニン（C u P c ) に代表されるポルフィリン誘導体、ぺ夕センに代表されるポリアセン、 m 一 T D A T Aに代表されるス夕一バーストァミンと呼ばれる高分子ァリールァミンが低分子系ではよく用いられる。また、ポルフィリン誘導体やトリフエニル 7ミン誘導体などにルイス酸ゃ四フッ化テトラシァノキノジメタン（F 4— T C N Q)などを混合し導電性を高くした層を用いることもできる。この時、混合比率は重量比率で 5〜 95%の割合で混合されていることが好ましい。また、高分子系ではポリア二リン（PAN I)、ポリチォフェン誘導体（PEDOT)、ポリ (3—へキシルチオフェン）（P 3HT) などの高分子材料を用いることができる。また、正孔注入層（有機半導体層 13) はこれらの材料の混合層、もしくは積層したものでもよい。

発光層 163には、発光機能を有する化合物である蛍光物質もしくは燐光物質を含有させる。このような蛍光性物質としては、例えば特開 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、スチリル系色素などの化合物から選択される少なくとも 1種が挙げられる。燐光性物質としては App l . Phy s. Le t t., 75巻、 4項、 1999年にあるような有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体などが挙げられる。

また、図 3に示すように、正孔注入層と発光層 163の間に有機半導体層 13 として正孔輸送層 13 Aを揷入してもよく、その材料としては、トリフエニルジァミン誘導体、スチリルァミン誘導体、芳香族縮合環を有するァミン誘導体、力ルバゾール誘導体、高分子材料としてはポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリチォフェンなどが挙げられる。これらの化合物は 2種以上を併用してもよい。さらに、一般的に、正孔輸送層は正孔注入層よりもイオン化ポテンシャル I pが大きい有機半導体材料を用いた方が好ましい。

さらに、図 4に示すように、必要に応じて発光層 163と陰極 15の間に有機半導体層として電子注入層及び又は電子輸送層 13 Bを用いてもよい。電子注入層及び又は電子輸送層 13 Bには、トリス（8—キノリノラト）アルミニウム（A 1 Q 3)などの 8—キノリノール又は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、ォキサジァゾール誘導体、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、ジフエ二ルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。電子注入層及び又は電子輸送層は発光層 1 6 3をかねたものであってもよく、このような場合にはトリス（8 一キノリノラト）アルミニウムなどを使用することが好ましい。電子注入層と電子輸送層を積層して作成するときには、陰極 1 5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。

基板 1 0の材料としては、ガラス、石英、ポリスチレンなどのプラスチック材料といった半透明材料に限らず、シリコンや A 1などの不透明な材料、フエノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリ力一ポネートなどの熱可塑性樹脂などを用いることができるがこれに限らない。

(実施例 1 )

図 3に示すような発光素子を作製した。

( 1 ) 補助電極の形成……無アルカリガラス基板上に I T Oをスパッタリング法により 1 0 0 n m形成したのち、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像により先のフォトレジストをパ夕一ン化し、その上からミリングによりフォトレジストパターンの無い部分の I T O膜を取り除く、最後に剥離液を用いてフォトレジストを溶解させた。

( 2 ) 絶縁層の形成…絶縁層としてポリビエルフエノ一ル系高分子 1 0 w t %プロピレングリコ一ルモノメチルエーテルアセテート（P GM E A)溶液を用いてスピンコート法により 4 2 0 n m成膜した。その後、補助電極上の端部に成膜された高分子膜を、 P GM E Aを含ませたコットンにより拭き取り、ホットプレートを用いて 230°Cで 20分間べ一キングを行った。

(3) 陽極の形成…陽極として、金をメタルマスクを用いた真空蒸着法により 50 nm成膜した。金の成膜速度は 0. lmZsとした。続いて同じマスクを用いてアルミニウムを真空蒸着法により 1 Onm成膜した。この時のアルミ二ゥムの成膜速度は 0. 2nm/sとした。，

(4) 正孔注入層の形成…正孔注入層として、ペン夕センを 5 Onm成膜した。この時ペン夕センの成膜速度は 0. I nmZsとした。

(5) 正孔輸送層の形成…正孔輸送層として、ひ一 NPDを 50 nm成膜した。

(6) 発光層の形成…発光層材料として、トリス（8—キノリノラト）ァルミ二ゥムを真空蒸着法により 60 nm成膜した。

(7) 陰極の形成…陰極としてマグネシウムと銀を真空蒸着法により 1 0： 1の比で 100 nm共蒸着した。この時マグネシウムの成膜速度は 1 nmZ sとし、銀の成膜速度は 0. I nmZsとした。

なお、（3) 〜（6) の過程はすべて真空一貫装置で行った。

図 5に実施例 1 (図 3) の発光素子の一部のエネルギー準位を示す。また、図 3 Aに実施例 1の発光素子の基板側から見た平面図を示す。図 3 Aに示すように、有機半導体層側の電極この場合は陽極 1 1及びキヤリァ規制層 B Fは櫛状又は簾状の形状として形成しているが、格子状でもよく、さらに陽極 11及びキヤリァ規制層 BFの少なくとも一方を格子状、櫛状又は簾状の形状とすれば、有機半導体層側の陽極 11を、他方の陰極 15より小なる面積を有しかつ有機半導体層を通過するキヤリァのためのパターンを画定することができる。 (実施例 2 )

図 6に示すように、この実施例 2の作製した発光素子は、対向する 1対の陽極 1 1及び陰極 1 5の間に成膜された発光層 1 6 3を備えた有機 E L素子 1 1 4 であって、発光層 1 6 3及び陰極 1 5の間に成膜されたキャリア輸送性の有機半導体層 1 3として電子輸送層 1 3 Bを有し、他方の陽極 1 1と対向している陰極 1 5面の反対側に絶縁層 1 2を介して配置された補助電極 1 4を有し、さらに、陰極 1 5及び有機半導体層 1 3との間に接触して挿入されたキャリア規制層 B Fと、陰極 1 5が有機半導体層 1 3に接触するキヤリァ供給部 C P Pを有する。この場合、キヤリァ規制層 B Fの仕事関数の値は陰極 1 5の仕事関数の値より大である。なお、キヤリァ輸送性の有機半導体層 1 3としては、例えば電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層であってもよい。

次の工程で発光素子を作製した。

( 1 ) 補助電極の形成…無アル力リガラス基板上に I T Oをスパッタリング法により 1 0 0 n m形成したのち、実施例 1と同様に I T Oをパターニングした。

( 2 ) 絶縁層の形成…絶縁層としてスパッタリング法により S 1 0₂を 3 0 0 n m成膜した。この時、補助電極の一部に絶縁層が成膜されないようにメタルマスクを用いて成膜範囲を限定した。

( 3 ) 陰極の作製…陰極としてマグネシウムと銀を真空蒸着法により 1 0： 1の比で 2 O nm共蒸着した。この時マグネシウムの成膜速度は 1 nm/ s とし、銀の成膜速度は 0 . I nmZ sとした。その後、同一のマスクを用いてプラチナを 2 0 nm蒸着した。 (4) 電子注入層の形成…電子注入層として、フラーレン C₆。の炭素膜を真空蒸着法により成膜した。

(5) 発光層の形成…発光層材料として、トリス（8—キノリノラト）ァルミニゥム（A l Q 3) とクマリン 6を真空蒸着法により共蒸着し 40 nm成膜した。この時クマリン 6の濃度は 3 wt %であった。 A 1 q 3の成膜速度は 0. 3 nmZ sでめった。

(6) 正孔輸送層の形成…正孔輸送廇として α— NPDを 5 Onmメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。

(7) 正孔注入層の形成…正孔注入層として CuP cを 30 nmメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。

(8) 陽極の形成…陽極として金を真空蒸着法により 10 Onm蒸着した。この時金の成膜速度は 1 nmZsとした。

駆動例

上記実施例 1で作成した陽極と陰極間に 20 Vの電圧を加え、補助電極には陽極に対して + 5 Vの電圧を加えたところ、 2 Aの電流が流れた。しかし、この時の発光輝度は 0. 1 c d/m²程度であった。その後、陽極と陰極間に 20 V の電圧を加えつつ、補助電極に陽極に対して— 15 Vの電圧を加えたところ、 1 00 i Aの電流が流れ、 10 c d/m²の発光輝度を確認した。この時補助電極に流れた電流値は 100 nA/ cm²以下であった。

上記実施例 1では、補助電極 Z絶縁層陽極正孔注入層正孔輸送層/発光層 Z陰極という構成をとつているが、図 7に示すように、陽極と正孔注入層の成膜順序を入れ替えて、正孔輸送層内に陽極及びキャリア規制層（正孔輸送層との間に接触して揷入された）を設けた変形例としてもよい。図 8にかかる変形例（図 7 ) の発光素子の一部のエネルギー準位を示す。

上記実施例 2では補助電極ノ絶縁層陰極 Z電子注入層/発光層 Z正孔輸送層/正孔注入層/陽極という構成をとつているが、かかる構造のうち陰極と電子注入層の成膜順序を入れ替えて、電子輸送層内に陰極及びキャリア規制層（電子輸送層との間に接触して挿入された）を設けえた構造としてもよい。

上記実施例 1では、補助電極/絶縁層 Z陽極ノ正孔注入層/発光層/陰極という構成を実施例 2では補助電極/絶縁層/陰極/電子注入層 Z発光層 Z正孔輸送層ノ正孔注入層陽極という構造をとつているが、その他に、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層及び又は電子輸送層を任意に挿入してもよい。

上記実施例 1には正孔注入層と発光層の間に陽極を形成しているが、実施例 2 のように絶縁層以降の構造を逆転し電子注入層、陰極、発光層、正孔輸送層、陽極という順で形成してもよい。

上記実施例 1では絶縁層は補助電極と正孔注入層の間にしか設けていなかつたが、陽極上に陽極とほぼ同一形状の絶縁膜を形成して、陽極及び陰極間の漏れ電流をさらに減少させる構造としてもよい。

本実施形態による発光素子は受動型素子であり、かつ有機 E L作製プロセスを大きく変更することなく容易に作製可能である。さらに本実施形態の発光素子を用いることで、ァクティブマトリクス駆動をする際に 1画素内に配置される素子部品の数を減らすことが可能であり、ポリシリコンなどを用いた有機 E Lの表示装置と比較して低コスト化、低消費電力化、長寿命化を図ることができる。また、上記実施例では発光素子の実施例を示したが、発光素子の複数を表示装置の画素に用いることもできる。具体的には、少なくとも有機トランジスタを 1 つ、コンデンサなど必要な素子、画素電極などを共通の基板上に作製すれば、本発明によるアクティブ駆動型の表示装置を実現できる。例として、以下に表示装置に適用した場合の構造を説明する。

図 9は有機 E L表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。基板 10上に形成された発光部 102の各々は、選択用トランジスタのスイツチング有機 T FT素子 11と、データ電圧の保持用のキャパシタ 113と、有機 EL素子 1 14と、から構成されている。この構成を走査ライン SL及び電源ライン Vc cL、並びにデ一夕ライン DLの各交点近傍に、配置することで画素の発光部を実現することができる。本実施形態では駆動用トランジス夕を省略する効果が得られるが、駆動有機 T F T素子を 2以上設けた場合にも適用できることはいうまでもない。

スィツチング有機 T FT素子 11のゲート電極 Gは、ァドレス信号が供給される走査ライン SLに接続され、スイッチング有機 T FT素子 11のソ一ス電極 S はデ一夕信号が供給されるデータライン D Lに接続されている。スイッチング有機 TFT素子 1 1のドレイン電極 Dは有機 EL素子 1 14の補助電極 14及びキャパシ夕 113の一方の端子に接続されている。有機 EL素子 114の陽極 1 1は電源ライン V c c Lに接続されており、キャパシ夕 113の他方はキャパシ夕ライン Vc a pに接続されている。有機 EL素子 114の陰極 15は共通電極 170に接続されている。電源ライン V c c L及び共通電極 170は、それぞれに電力を供給する電圧源（図示せず）にそれぞれ接続されている。

有機 EL表示パネルの基板 10上の下部パターン（走査ライン SL、スィッチング有機 T F T素子 1 1のゲート電極 G、有機 E L素子 1 1 4の補助電極 1 4及びキャパシ夕 1 1 3の他方の端子）は、例えば陽極酸化が可能な導電体パターンである。これら導電体パターンから陽極酸化されて生成された酸化膜がそれぞれの導電体パターン上の絶縁膜、絶縁層 1 2となる。

図 1 0は、スイッチング有機 T F T素子 1 1の構造の一例を示す。有機 T F T 素子は、対向するソース電極 S及びドレイン電極 Dと、ソース電極及びドレイン電極の間にチャネルを形成できるように積層された有機半導体からなる有機半導体膜 0 S Fと、ソース電極 S及びドレイン電極 Dの間の有機半導体膜 O S Fに電界を印加せしめるゲート電極 Gと、を含み、さらに、ゲート電極 Gを覆いソ一ス電極 S及びドレイン電極 Dから絶縁するゲート絶縁膜 G I Fを有している。以下に、具体的に有機 E L表示パネルの製造方法を説明する。

[下部導電体パターンの形成] ..

図 1 1の平面図に示すように、まず、ガラスなどの基板 1 0上に、走査ライン S L、ゲート電極 G、キャパシタの一方の電極 1 1 3 a、有機 E L素子の補助電極 1 4を含む下部の導電体パターンを形成する。

導電体パターンにおけるゲート電極材料としは、 T aなどの陽極酸化可能な金属であれば何でもよく、 Aし M g、 T i、 N b、 Z rなどの単体もしくはそれらの合金又は積層が挙げられる。例えばタンタル（T a )電極を陽極酸化して得られる五酸化タンタル（T a ₂0₅) は誘電率が約 2 4と高く、有機 T F T素子が電流を流す上で非常に有利である。また、導電体パターンは、 1層でも、更に第 2導電体パターンを積層され 2層以上の多層配線としてもよい。

なお、以下のすべての薄膜のパターン成膜方法は、有機又は無機材料に合わせて、マスクを用いたスパッ夕法、 E B蒸着法、抵抗加熱蒸着法、 C VD法や、印刷法などを用いることができる。下部導電体パターンはドライエッチングゃゥェッ卜エッチングでもパターニングできる。

[コンタクト保護パターンの形成]

図 1 2に示すように、スイッチング有機 T F T素子 1 1のドレイン電極 I 及び有機 E L素子の補助電極 1 4を後の工程で接続させるコンタクト部の形成ため、陽極酸化に耐えられる絶縁性のコンタクト保護部 C Pがそれぞれ設けられる。保護部の材料としては金属酸化物、金属窒化物、金属弗化物など金属の化合物、例えば、 A 1 ₂0₃、 S i〇₂、 S i N、 S i O Nなど、もしくは絶縁性のポリマー、例えばポリイミドなど、を用いることができる。

さらに、コンタクト部以外の電極の各端部など基板 1 0に陽極酸化処理してはならない部分は絶縁性のマスクを成膜して保護しておく。

[酸化物絶縁膜の形成]

パターン工程で形成された基板上の陽極酸化の可能な部位に化成液を接触させて、それらを陽極として通電しつつ陽極酸化を行い、補助電極 1 4などの導電体パターン及び配電パターンから酸化膜を生成する（陽極酸化法）。

後処理として、洗浄しコンタクト保護部 C Pなどを除去し、加熱処理をして、酸化膜を安定化させる。陽極酸化処理後の基板 1 0表面では、図 1 3に示すように、金属部分が露出するコンタクト部 C S以外、補助電極 1 4は絶縁層 1 2で、電源ライン V c c L、ゲ一ト電極 G及び走査ライン S Lは酸化膜で被覆され、ゲ一ト電極及びキャパシ夕電極は酸化膜がゲート絶縁膜 G I F及び誘電体層 1 1 3 bとしてそれぞれ同時に成膜される。 [画素電極などの形成]

陽極酸化処理後の基板表面に電子回路部品を形成する。

図 1 4に示すように、有機 E L素子の陽極 1 1としてほぼ櫛形電極を絶縁層 1 2上に所定のパターンで形成する。陽極 1 1電源ライン V c c Lに接続されるように形成される。同時にスイッチング有機 T F T素子のソース電極 Sはデータライン D Lに接続され、ドレイン電極 Dは対応する有機 E L素子の補助電極 1 4にコンタクト部 C Sを介して接続するように、形成される。なお、データライン D L及び電源ライン V c c Lの材料としてはソース Zドレイン電極と同様のものが用いられ得る。 '

抵抗率の点では金属より劣るがソース電極及びドレイン電極に有機導電材料、ポリア二リン類、ポリチォフェン類、ポリピロール類などの共役性高分子化合物を用いることもできる。この場合パターン形成に印刷法など低コストな方法を用いることもできる。

[保護用絶縁膜の形成]

図 1 5に示すように、画素電極縁部及び有機半導体極縁部の保護膜として機能する保護用絶縁膜 1 8を所定のパターンで形成する。すなわち、保護用絶縁膜 1 8は有機 E L素子の陽極 1 1を露出せしめ、かつ有機 T F T素子のソース及びドレイン電極並びにゲート絶縁膜を露出せしめるパターンで形成される。

保護用絶縁膜の材料としては例えばポリイミドなど絶縁性のポリマーもしくは、金属酸化物、金属窒化物、金属弗化物など金属の化合物、例えば、 A 1 ₂0 3 , S i 0₂, S i N, S i O Nなど、を用いることができる。

[有機半導体膜の形成] 図 16に示すように、保護用絶縁膜 18の開口を介して、スイッチング有機 T FT素子の露出しているソース及びドレイン電極並びにそれら間のゲート絶縁膜に接続するように、それぞれ有機半導体膜 OS Fが、例えばメタルマスクを用いた蒸着法により、所定のパターンで形成される。

有機半導体膜 O S Fの材料としてはキヤリァの移動度が高い材料が好ましく、低分子の有機半導体材料、有機半導体ポリマ一を用いることができる。例えば有機半導体として上記正孔注入層材料が用いられ得る。

また、ソース Zドレイン電極間のゲ一ト絶縁膜表面を自己組織化単分子膜で被覆することもできる。例えば、 HMDS (：へキメチルジシラサン、（CH₃) 3 S i'NHS i (CH₃) ₃) で処理することが好ましい。そのほかに、 OTS (：ォクタデシルトリクロロシラン CH₃ (CH₂) ₁₇S i C 1₃)処理によって疎水膜を設けた構成でもよい。また、それとは別にゲート絶縁膜上に配向膜を設けることもできる。

有機 E L素子も本実施例の構成に限るものではなく、例えば高分子有^ E L材料を使用した構成でも有効である。

[有機材料層の形成]

次に、図 17に示すように、保護用絶縁膜 18の開口を介して、少なくとも発光層を含む有機材料層 160が、例えばメタルマスクを用いた蒸着法により、露出している陽極 11上に形成される。有機材料層 160は発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などを含んでいてもよい。

[共通電極の形成]

図 18に示すように、有機材料層 160上に有機 EL素子 114の陰極としての共通電極 1 7 0を、例えばメタルマスクを用いた蒸着法により、所定のパ夕一ンで形成する。

共通電極の形成には、有機材料層の形成工程で成膜されたいずれの有機材料層をも劣化させないように、有機材料層形成後は、例えばそれぞれの有機材料層のガラス転移点以下の温度で成膜を行う制限がある。

[封止]

形成された回路及び有機 E L素子の背面を覆うように、不活性状態で封止缶で封止する。この他、無機系、ポリマー系などによる膜封止でもよい。例えば、有機 E L素子などの背面に絶縁性の封止膜、例えば窒化シリコンなどの窒化物、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化物、酸化シリコンゃ酸化アルミニウムなどの酸化物、炭化シリコンなどの炭化物からなる無機物封止膜による封止や、その他に、高分子及び無機膜の多層封止でもよい。

さらに上述した実施例においては、ァクティブマトリクス表示タイプの有機 E L表示パネルを説明したが、本発明は T F T素子などをパネルの画面周囲に配置したパッシブマトリクス表示タイプのパネルの基板にも応用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 対向する 1対の電極の間に成膜された発光層を備えた発光素子であって、前記発光層及び前記 1対の電極の少なくとも一方の間に成膜されたキヤリァ輸送性の有機半導体層と、前記有機半導体層側の電極における他方の前記電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、前記有機半導体層側の電極及び前記有機半導体層との間に接触して揷入されたキヤリァ規制層と、を備え、前記有機半導体層側の電極が前記有機半導体層に接触するキャリア供給部を有することを特徴とする発光素子。 ·

2 . 前記有機半導体層側の電極は前記他方の電極より小なる面積を有し、前記有機半導体層を通過するキャリアのためのパターンを画定することを特徴とする請求項 1記載の発光素子。

3 . 前記有機半導体層側の電極及び前記他方の電極は陽極及び陰極であり、前記有機半導体層は正孔注入層、正孔輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項 1又は 2記載の発光素子。

4. 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値より小であることを特徴とする請求項 3記載の発光素子。

5 . 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層のイオン化ポテンシャルの値より大であることを特徴とする請求項 3又は 4記載の発光素子。

6 . 前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値と前記有機半導体層のイオン化ポテンシャルの値との差が 0 . 5 e V以内であることを特徴とする請求項 3〜 5のいずれかに記載の発光素子。

7 . 前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値は前記有機半導体層のイオン化ポテンシャルの値より小であることを特徴とする請求項 3〜 6のいずれかに記載の発光素子。 .

8 . 前記有機半導体層側の電極及び前記他方の電極は陰極及び陽極であり、前記有機半導体層は電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項 1又は 2記 mの発光素子。 .

9 . 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値より大であることを特徴とする請求項 8記載の発光素子。

1 0 . 前記有機半導体層側の電極及び前記キヤリァ規制層の少なくとも一方は、格子状、櫛状又は簾状の形状を備えたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の発光素子。

1 1 . 複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、前記発光部の各々は、対向する 1対の電極の間に成膜された発光層を備えた発光素子であって、前記発光層及び前記 1対の電極の少なくとも一方の間に成膜されたキヤリァ輸送性の有機半導体層と、前記有機半導体層側の電極における他方の前記電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、前記有機半導体層側の電極及び前記有機半導体層との間に接触して挿入されたキャリア規制層と、を備え、前記有機半導体層側の電極が前記有機半導体層に接触するキヤリァ供給部を有することを特徴とする表示装置。

1 2 . 前記有機半導体層側の電極は前記他方の電極より小なる面積を有し、前記有機半導体層を通過するキャリアのためのパターンを画定することを特徴とする請求項 1 1記載の表示装置。

1 3 . 前記発光部ごとに前記補助電極に電気的に接続されたスィツチング素子を備え、前記 1対の電極に電力を供給する配線と、前記スイッチング素子にォンオフの電圧情報を印加する配線と、を有することを特徴とする請求項 1 1又は 1 2記載の表示装置。

1 4. 前記有機半導体層側の電極及び前記他方の電極は陽極及び陰極であり、前記有機半導体層は正孔注入層、正孔輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項 1 1〜1 3のいずれかに記載の表示装置。

1 5 . 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値より小であることを特徴とする請求項 1 4記載の発光素子。

1 6 . 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層のイオン化ポテンシャルの値より大であることを特徴とする請求項 1 4又は 1 5記載の発光素子。

1 7 . 前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値と前記有機半導体層のィォン化ポテンシャルの値との差が 0 . 5 e V以内であることを特徴とする請求項 1 4〜1 6のいずれかに記載の発光素子。

1 8 . 前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値は前記有機半導体層のィォン化ポテンシャルの値より小であることを特徴とする請求項 1 .4〜1 7のいずれかに記載の発光素子。

1 9 . 前記有機半導体層側の電極及び前記他方の電極は陰極及び陽極であり、前記有機半導体層は電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項 1 1〜1 3のいずれかに記載の発光素子。

2 0 . 前記キヤリァ規制層の仕事関数の値は前記有機半導体層側の電極の仕事関数の値より大であることを特徴とする請求項 1 9記載の発光素子。

2 1 . 前記有機半導体層側の電極及び前記キヤリァ規制層の少なくとも一方は、格子状、櫛状又は簾状の形状を備えたことを特徴とする請求項 1 1〜2 0のいずれかに記載の表宗装置。