JP5460107B2 - 積層型有機発光素子およびそれを有する画像表示装置またはデジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、積層型有機発光素子、それを有する画像表示装置、あるいはそれを有するデジタルカメラに関する。

有機発光素子において、特許文献１に記載されているように、発光色の異なる有機化合物層を積層して複数色の発光を実現するものが知られている。具体的には、特許文献１に記載の有機ＥＬ装置では、１画素を並列に配置した複数の副画素で構成し、複数の副画素には各々が異なる色に発光する有機化合物層が積層されている。第１副画素には第１電極上に第１の有機化合物層、共通電極、第２の有機化合物層、第３電極が順次積層され、第２副画素には第１電極上に第３の有機化合物層、共通電極、第２の有機化合物層、第３電極が順次積層されている。そして、第１電極と第３電極は、電気的に接続されて、同電位が与えられる。

各有機化合物層を発光させるために、第１、第３の有機化合物層を発光させる際には、第１電極にプラス電圧、共通電極にマイナス電圧が印加される。また、第２の有機化合物層を発光させる際には第３電極（第１電極）にマイナス電圧、共通電極にプラス電圧が印加され、時分割駆動によって動作する。また、混合色を得る際には、第１電極と共通電極間に交流電圧を印加する表示装置が提案されている。

特開２００５−１７４６３９号公報

特許文献１に記載の有機ＥＬ装置の副画素の構成で、時分割駆動をすると、デューティー比が最大でも５０％しかいかない。所望の発光輝度を得るためには、デューティー比を上げることができない以上、代わりに副画素を高輝度で駆動しなければならず、その結果、有機ＥＬ素子の寿命が短くなってしまう。

よって本発明は、互いに異なる発光色を発する第１の有機化合物層と第２の有機化合物層と第３の有機化合物層を有する積層型有機発光素子であって、前記積層型有機発光素子は共通透明電極を有し、前記第１の有機化合物層と前記第２の有機化合物層とが前記共通透明電極を介して積層されており、前記第１の有機化合物層と前記第３の有機化合物層とが前記共通透明電極を介して積層されており、前記第１の有機化合物層と前記第２の有機化合物層と前記第３の有機化合物層は独立して発光し、前記第１の有機化合物層の極性の方向と前記第２の有機化合物層の極性の方向は互いに逆方向であり、前記第１の有機化合物層の極性の方向と前記第３の有機化合物層の極性の方向は互いに逆方向であることを特徴とする。

本発明により互いに異なる発光色を発する第１の有機化合物層と第２の有機化合物層と第３の有機化合物層を有する積層型有機発光素子において、それぞれの有機化合物層が他の有機化合物層の駆動期間に制約されることなく独立して発光することができる。

第１の実施形態に係る積層型有機発光素子を示す模式図 （ａ）第１の実施形態に係る積層型有機発光素子の電極のｘｙ平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線に対応した断面模式図 第２の実施形態に係る積層型有機発光素子を示す模式図 （ａ）第２の実施形態に係る積層型有機発光素子の電極のｘｙ平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線、Ｅ−Ｅ´線に対応した断面模式図 第３の実施形態に係る積層型有機発光素子を示す模式図 （ａ）第３の実施形態に係る積層型有機発光素子の電極のｘｙ平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線に対応した断面模式図

本発明の積層型有機発光素子は、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第３の有機化合物層を有しているため単位素子を３つ有している。具体的には、本発明の積層型有機発光素子は、第１電極と第１の有機化合物層と共通透明電極からなる単位素子と、第２電極と第２の有機化合物層と共通透明電極からなる単位素子と、第３電極と第３の有機化合物層と共通透明電極からなる単位素子とを有している。これら単位素子はそれぞれ異なる発光色の色を発する。

第１の有機化合物層は第１電極と共通透明電極の間に配置されている。また第２の有機化合物層は共通透明電極と第２電極との間に配置されている。そして第３の有機化合物層は共通透明電極と第３電極との間に配置されている。つまり、本発明の積層型有機発光素子では、第１の有機化合物層と第２の有機化合物層は共通透明電極を介して積層され、且つ、第１の有機化合物層と第３の有機化合物層は共通透明電極を介して積層されている。さらには、第２の有機化合物層と第３の有機化合物層とが基板に対して水平な方向に離間して配置されている。

そして、共通透明電極は、第１の有機化合物層と第２の有機化合物層の間であって、且つ、第１の有機化合物層と第３の有機化合物層との間に延在している電極のことである。また、共通透明電極は、各単位素子から発光される光、即ちそれぞれの有機化合物層が発する光に対して透明である。

さらに、共通透明電極は何れの単位素子において共通した構成要素である。したがって各単位素子の一方の電極は互いに同電位となる。さらに、第１の有機化合物層の極性の方向と、第２の有機化合物層の極性の方向が逆方向であり、第１の有機化合物層の極性の方向と、第３の有機化合物層の極性の方向も逆方向である。この構成により、共通透明電極を介してそれぞれ対向しあう有機化合物層を独立して駆動、即ち発光することができる。その結果各有機化合物層のデューティー比の上限が５０％を超えて最大１００％とすることができる。

ここでいう有機化合物層のデューティー比とは、一対の電極とその間に有機化合物層を配置した単位素子に対してのその駆動条件となるデューティー比のことである。

また、有機化合物層の極性の方向とは、単位素子を発光ダイオードと捉えた場合の電流が流れる方向を意味する。つまり、第１電極が陽極、共通透明電極が陰極の場合、電流に流れる方向、すなわち正孔の流れる方向が有機化合物層の極性の方向である。

各有機化合物層の層構成は、単層型（発光層）、２層型（正孔輸送層／発光層、または発光層／電子輸送層）３層型（正孔輸送層／発光層／電子輸送層）のいずれでもよい。また、有機化合物層の層構成は、４層型（例えば、正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層）、５層型（正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層）でもよい。なお、第１乃至第３の有機化合物層は、それぞれその組成や層構成が異なっていても良い。

本発明の積層型有機発光素子が光を通さない基板に設けられている場合、共通透明電極に対して基板が配置されている側とは反対側で且つ基板と対向する側、即ち基板とは反対側から光を取り出すことができる。

基板の材質は特に問わない。有機物でも無機物でもよい。有機物の場合例えばフレキシブル基板として用いることができる。無機物の場合、例えばガラスを用いることができる。

基板が有機化合物層からの光を透過させる部材か透過させない部材かは問わない。光を透過させる部材を用いて光取り出し側が基板であってもよい。あるいはガラスのような光透過部材に単位素子を駆動するための薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を有し、更に他の部材を設けた結果基板が実質的な光不透過な物品となっているものを用いても良い。

本発明の積層型有機発光素子を表示領域に複数有する画像表示装置を提供することができる。画像表示装置は積層型有機発光素子の１つ１つに対応して設けられるスイッチング素子を有している。スイッチング素子は例えば薄膜トランジスタである。画像表示装置はアクティブマトリクス駆動するものが好ましいが単純マトリクス駆動するものでもよい。

このような画像表示装置とはより具体的にはパソコン等のディスプレイやテレビジョンや電車内の広告用表示装置や自動車内に取り付けられるカーナビゲーション装置などである。また画像表示装置は自動車の運転席の表示部に用いられてもよく、あるいは携帯電話の表示部に用いられても良い。あるいは画像表示装置は、レーザープリンタや複写機等の電子写真方式の画像形成装置の操作パネル部分に用いられても良い。あるいはスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の表示部に用いられても良い。撮像装置は撮像部と表示部を有している。撮像装置はスチルカメラやビデオカメラによらず特にデジタルカメラであることが好ましい。

（第１の実施の形態）、
図１は、本実施形態に係る積層型有機発光素子の模式図である。本実施形態に係る積層型有機発光素子は１画素を並列に配置した複数の副画素で構成されている。

１画素が並列に配置した複数の副画素で構成され、複数の副画素は、各々が異なる色に発光する有機化合物層が複数積層されて構成されている。例えば、第１副画素（図１の左側部分）が青色発光する単位素子、緑色発光する単位素子からなり、第２副画素（図１の右側部分）が、青色発光する単位素子、赤色発光する単位素子からなる。そして、青色素子の有機化合物層の極性の方向と緑色素子、赤色素子の有機化合物層の極性の方向が互いに逆方向であり、青色素子と緑色素子および赤色素子の有機化合物層の間に設けられる電極が共通透明電極で構成されている。以下では、上記した構成例を用いて説明するが、各有機化合物層の発光色の種類や組み合わせはこの限りではない。

緑色発光する単位素子（以下緑色素子と記す）を構成する第２の有機化合物層３３０と、赤色発光する単位素子（以下赤色素子と記す）を構成する第３の有機化合物層３５０とは極性の方向が同方向である。具体的には、第１の有機化合物層３１０と第２の有機化合物層３３０（第３の有機化合物層３５０）とが積層されている方向において、第２の有機化合物層３３０と第３の有機化合物層３５０の各機能層が同順に積層されている。

青色発光する単位素子（以下青色素子と記す）を構成する第１の有機化合物層３１０は、第２の有機化合物層３３０および第３の有機化合物層３５０とは、その極性の方向が逆方向である。具体的には、第１の有機化合物層３１０と第２の有機化合物層３３０（第３の有機化合物層３５０）とが積層されている方向において、第１の有機化合物層３１０と第２の有機化合物層３３０（第３の有機化合物層３５０）の各機能層が逆順に積層されている。

図２（ａ）は本実施形態に係る電極のｘｙ平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線に沿って切断した断面図を示す。図２（ａ）は青色素子、緑色素子からなる第１副画素、青色素子、赤色素子からなる第２副画素に相当し、２つの副画素により、フルカラーを表示する。図２（ａ）においては不図示で紙面の奥に配置されているガラスの基板１０１が図２（ｂ）に示してある。この基板１０１の主面にアクティブ素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）２００を用いたアクティブな画素回路が配置されている。この画素回路の上層には絶縁膜１２０が成膜されている。

図２（ｂ）のＡ−Ａ´断面図に示すように、ＴＦＴ２００を構築するため、基板１０１上には、絶縁層１０６の中に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０４が形成され、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０４のソース領域１０２、ドレイン領域１０３が形成される。さらに、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ１０４上にゲート電極１０５が形成される。そして、ゲート電極１０５上に絶縁層１０７が配置され、絶縁層１０７上に、ドレイン領域１０３と電気的に接続されたドレイン電極１１０が形成される。尚、ＴＦＴ２００は図示したトップゲート型に限定されることはなく、ボトムゲート型であっても良い。また、ＴＦＴ２００の特性がｐ型、ｎ型でも良い。なお、各単位素子を構成する共通透明電極ではない方の電極は、図２（ａ）で示す電極コンタクト部で互いに異なるＴＦＴ２００に電気的に接続されている。また、共通透明電極３２０は不図示の定電圧源に接続されている。図２（ａ）で、４００は第１の電極コンタクト部、５００は第２の電極コンタクト部、そして６００は第３の電極コンタクト部を示す。

また、図２（ｂ）のＡ−Ａ´断面図、Ｂ−Ｂ´断面図に示すように、ドレイン電極１１０上に反射性の高い第１電極３００が設けられ、第１の有機化合物層３１０、共通透明電極３２０が順次積層され、青色素子が形成される。なお、第１電極３００は、第１の電極コンタクト部４００を介して、ＴＦＴ２００と電気的に接続される。その際、ＴＦＴ２００がｐ型の場合は、第１の有機化合物層３１０の各機能層は、基板１０１側から正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層の順に積層することが好ましい。なお、第１の有機化合物層３１０は、蒸着等により、表示領域の全体に渡り、形成されることが好ましい。

反射性の高い電極としては、電極それ自体が光を反射する部材である他に、下地にＡｌＳｉ等の反射膜、その上にＩＴＯ等の透明導電膜、といった積層体もその意味に含めることができる。

さらに、共通透明電極３２０上に第２の有機化合物層３３０が積層され、緑色素子を駆動するための第２電極３４０が積層される。第２電極３４０は、図２（ｂ）のＡ−Ａ´断面図、Ｃ−Ｃ´断面図に示すように、第２の電極コンタクト部５００を通じ、ＴＦＴ２００と電気的に接続される。その際、ＴＦＴ２００がｐ型の場合は、第２の有機化合物層３３０の各機能層は、基板１０１側から電子注入層／電子輸送層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層の順に積層することが好ましい。なお、第２の電極コンタクト部５００は、第１の有機化合物層３１０、共通透明電極３２０、第２の有機化合物層３３０を形成した後、レーザーによりそれらを除去して形成される。また、第２の電極コンタクト部５００は、第１の有機化合物層３１０、共通透明電極３２０、第２の有機化合物層３３０を予め形成しない方法や、それらのうち少なくとも１つを形成し、形成した構成要素を除去する方法を用いて形成されてもよい。

同様に、共通透明電極３２０上に第３の有機化合物層３５０が積層され、赤色素子を駆動するための第３電極３６０が積層される。なお、第３電極３６０は、図２（ｂ）のＡ−Ａ´断面図、Ｄ−Ｄ´断面図に示すように、第３の電極コンタクト部６００を通じ、ＴＦＴ２００と電気的に接続される。その際、ＴＦＴ２００がｐ型の場合は、第３の有機化合物層３５０の各機能層は、基板１０１側から電子注入層／電子輸送層／発光層／正孔輸送層／正孔注入層の順に積層することが好ましい。第３の電極コンタクト部６００は、上述したように第２の電極コンタクト部５００と同様の方法で形成される。

また、第１電極３００と第２電極３４０と第３電極３６０は、それぞれ、第１の電極コンタクト部４００、第２の電極コンタクト部５００、第３の電極コンタクト部６００を介して、互いに異なるＴＦＴに電気的に接続されている。

なお、第２の有機化合物層３３０と第３の有機化合物層３５０は、図２で示すように、必要な領域のみに形成されるよう、公知のマスク蒸着技術を用いてパターニングされている。第１の有機化合物層３１０の面積は他の２つの有機化合物層の面積よりも大きい。また大きな面積の有機化合物層とそれよりも面積の小さな他の２つの有機化合物層とが厚み方向に配置されている。その結果、有機発光素子あるいはそれを複数有する画像表示装置としての面内集積化と開口率を上げることができる。

このような構成の積層型有機発光素子を平面状に複数配置する場合、それぞれの積層型有機発光子が互いに隣り合う離間領域に、第１の有機化合物層３１０が延在していてもよい。その場合、複数の積層型機発光素子が配置されている領域（画像表示装置の場合は表示領域）の全てに渡って第１の有機化合物層３１０が配置されていてもよい。

また、同様に、積層型有機発光子が互いに隣り合う離間領域に、共通透明電極３２０が延在していてもよい。さらには、複数の積層型機発光素子が配置されている領域（画像表示装置の場合は表示領域）の全てに渡って、共通透明電極３２０が配置されていてもよい。

（第２の実施の形態）
図３は、本実施形態に係る積層型有機発光素子の模式図である。本実施形態は、２つの副画素からなる青色素子を独立して駆動することができる。より高精細な表示が可能となる。具体的な構成としては、２つの第１電極３００が２つの副画素で離間して配置されている。さらに、２つの第１電極３００にそれぞれ独立して電圧を印加するために、２つの第１電極３００は、それぞれ異なる第１の電極コンタクト部４００を介して、異なるＴＦＴ２００と電気的に接続されている。それ以外は第１の実施の形態と同じである。なお、図３では、両副画素において、第１の有機化合物層３１０は離間されているが、第１の有機化合物層３１０は、副画素間の離間領域に跨って設けられていてもよい。

図４（ａ）は本実施形態に係る積層型有機発光素子の電極のｘｙ平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線、Ｅ−Ｅ´線に沿って切断した断面図を示す。図４（ｂ）は青色素子、緑色素子からなる第１副画素、青色素子、赤色素子からなる第２副画素に相当し、第１副画素の青色素子と第２副画素の青色素子が独立して駆動し、２つの副画素により、フルカラーを表示する。

（第３の実施の形態）
図５は、本実施形態に係る積層型有機発光素子の模式図である。本実施形態は、第１の実施形態に対し、第１の有機化合物層３１０と第２の有機化合物層３３０と第３の有機化合物層３５０の基板１０１に対する積層順が逆になっている点が異なる。つまり、第１の有機化合物層３１０は、第２の有機化合物層３３０と第３の有機化合物層３５０とに対して、共通透明電極３２０を介して第２の有機化合物層３３０と第３の有機化合物層３５０の上に積層されている。それ以外は第１の実施の形態と同じである。

図６（ａ）は本実施形態に係る積層型有機発光素子の電極のｘｙ平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線、Ｃ−Ｃ´線、Ｄ−Ｄ´線に沿って切断した断面図を示す。図６（ｂ）は緑色素子、青色素子からなる第１副画素、赤色素子、青色素子からなる第２副画素に相当する。第１副画素の緑色素子と青色素子と、第２副画素の赤色素子と青色素子はそれぞれ独立して駆動し、２つの副画素により、フルカラーを表示する。

３００ 第１電極
３１０ 第１の有機化合物層
３２０ 共通透明電極
３３０ 第２の有機化合物層
３４０ 第２電極
３５０ 第３の有機化合物層
３６０ 第３電極

Claims (9)

1. 互いに異なる発光色を発する第１の有機化合物層と第２の有機化合物層と第３の有機化合物層を有する積層型有機発光素子であって、
   前記積層型有機発光素子は共通透明電極を有し、
   前記第１の有機化合物層と前記第２の有機化合物層とが前記共通透明電極を介して積層されており、
   前記第１の有機化合物層と前記第３の有機化合物層とが前記共通透明電極を介して積層されており、
   前記第１の有機化合物層、前記第２の有機化合物層および前記第３の有機化合物層は、それぞれ前記共通透明電極に接して配置されていることを特徴とする積層型有機発光素子。
2. 前記第１の有機化合物層に接する第１の電極と、前記第２の有機化合物層に接する第２の電極と、前記第３の有機化合物層に接する第３の電極とをさらに有し、
   前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極は、前記共通電極と逆極性の電極であることを特徴とする請求項１に記載の積層型有機発光素子。
3. 前記第１の有機化合物層と前記第２の有機化合物層と前記第３の有機化合物層はそれぞれ、発光層と正孔輸送層と電子輸送層の各機能層を有し、
   前記第１の有機化合物層と前記第２の有機化合物層とが積層されている方向において、前記第１の有機化合物層が有する各機能層の積層順と前記第２の有機化合物層が有する各機能層の積層順とが逆であり、前記第１の有機化合物層が有する各機能層の積層順と前記第３の有機化合物層が有する各機能層の積層順とが逆であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型有機発光素子。
4. 前記第１の有機化合物層は、第１電極と前記共通透明電極との間にあり、前記第２の有機化合物層は第２電極と前記共通透明電極との間にあり、前記第３の有機化合物層は第３電極と前記共通透明電極との間にあり、前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とが互いに異なるアクティブ素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型有機発光素子。
5. 基板を有し、前記第２の有機化合物層と前記第３の有機化合物層とが前記基板の面内方向に離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層型有機発光素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層型有機発光素子が表示領域に複数配置されており、前記積層型有機発光素子に接続されているスイッチング素子を有することを特徴とする画像表示装置。
7. 前記第１の有機化合物層は、前記表示領域全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記共通透明電極は、前記表示領域全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の画像表示装置。
9. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層型有機発光素子を複数有する表示部と撮像部とを有することを特徴とするデジタルカメラ。