JP2001043980A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上面側の陰極から効率的に光を取り出すため
に、有効な下面側の陽極構成を備えた有機エレクトロル
ミネッセンス素子を提供する。 【解決手段】 有機エレクトロルミネッセンス素子は、
陽極Ａと、陰極Ｋと、両者の間に保持された有機層１０
とからなる。有機層１０は陽極Ａから供給される正孔と
陰極Ｋから供給される電子との再結合によって発光する
有機発光層１０３を含んでいる。陰極Ｋは極薄の電子注
入金属層１１と透明導電層１２の積層構造であり、基本
的に光透過性である。陽極Ａは、少なくとも有機層１０
に接する部分に周期律表の５族または６族に属する金属
を含み、基本的に光反射性である。陽極金属はクロム、
モリブデン、タングステン、タンタル及びニオブから選
択される。陽極金属は仕事関数が４．８ｅＶ未満であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光を素子の陰極
側で取り出すことができる有機エレクトロルミネッセン
ス素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界発光を利用したエレクトロルミネッ
センス素子（以下、ＥＬ素子と略記する。）は、自己発
光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため、
耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、各種表
示装置における発光素子としての利用が注目されてい
る。

【０００３】ＥＬ素子には、発光材料として無機化合物
を用いる無機ＥＬ素子と、有機化合物を用いる有機ＥＬ
素子とがある。このうち、有機ＥＬ素子は、駆動電圧を
大幅に低くした小型化が容易であるため、次世代の表示
素子としてその実用化研究が積極的になされている。有
機ＥＬ素子の構成は、陽極／発光層／陰極の積層を基本
とし、ガラス板等を用いた基板上に、透明陽極を形成す
る構成が通常採用されている。この場合、発光は基板側
に取り出される。

【０００４】ところで、近年以下の理由で、陰極を透明
にして発光を陰極側から取り出す試みがなされている。
先ず、陰極と共に陽極も透明にすれば、全体として透明
な発光素子ができる。透明な発光素子の背景色として任
意な色が採用でき、発光時以外もカラフルなディスプレ
イとすることが可能となり、装飾性が改良される。背景
色として黒を採用した場合には、発光時のコントラスト
が向上する。次に、カラーフィルタや色変換層を用いる
場合は、発光素子の上にこれらを置くことができる。こ
のため、これらの層を考慮することなく素子を製造する
ことができる。その利点として、例えば、陽極を形成さ
せる際に基板温度を高くすることができ、これにより陽
極の抵抗値を下げることができる。

【０００５】陰極を透明にすることにより、上記のよう
な利点が得られるため、透明陰極を用いた有機ＥＬ素子
を作成する試みがなされている。例えば、特開平１０−
１６２９５９号公報に開示された有機ＥＬ素子は、陽極
と陰極との間に有機発光層を含む有機層が介在してお
り、陰極は電子注入金属層と非晶質透明導電層とによっ
て構成されており、しかも電子注入金属層が有機層と接
するという構成で成り立っている。本発明の背景を明ら
かにする為、以下に、これらの構成について簡潔に説明
する。

【０００６】まず、有機ＥＬ素子において陰極を構成す
る非晶質透明導電層について説明する。この非晶質透明
導電層は、非晶質であって透明性を有するものであれば
よいが、電圧降下とそれに起因する発光の不均一性の排
除のため、比抵抗値が５×１０^-4Ω・ｃｍ以下であるこ
とが好ましい。また、材質としては、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系
の酸化物膜が好ましい。ここで、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸
化物膜とは、主要カチオン元素としてインジウム（Ｉ
ｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含有する非晶質酸化物からなる
透明導電膜である。

【０００７】次に、電子注入金属層について説明する。
電子注入金属層とは、発光層を含む有機層に良好に電子
注入ができる金属の層であり、透明発光素子を得るため
には、光線透過率が５０％以上であることが好ましく、
このためには膜厚を０．５〜２０ｎｍ程度の超薄膜とす
ることが望ましい。電子注入金属層としては、仕事関数
が３．８ｅＶ以下の金属（電子注入性の金属）、例え
ば、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｌｉ，Ｙｂ，Ｅｕ，Ｙ，
Ｓｃなどを用いて膜厚を１ｎｍ〜２０ｎｍとした層を挙
げることができる。この場合において、５０％以上、特
に６０％以上の光線透過率を与える構成が好ましい。

【０００８】陽極と陰極との間に介在する有機層は、少
なくとも発光層を含む。有機層は、発光層のみからなる
層であってもよく、また、発光層とともに、正孔注入輸
送層などを積層した多層構造のものであってもよい。有
機ＥＬ素子において、有機層は（１）電界印加時に、陽
極又は正孔輸送層により正孔を注入することができ、か
つ電子注入層より電子を注入することができる機能、
（２）注入した電荷（電子と正孔）を電界の力で移動さ
せる輸送機能、（３）電子と正孔の再結合の場を発光層
内部に提供し、これを発光につなげる発光機能などを有
している。正孔注入輸送層は、正孔伝達化合物からなる
層であって、陽極より注入された正孔を発光層に伝達す
る機能を有し、この正孔注入輸送層を陽極と発光層との
間に介在させることにより、より低い電界で多くの正孔
が発光層に注入される。その上、電子注入層より発光層
に注入された電子は、発光層と正孔注入輸送層の界面に
存在する電子の障壁により、この発光層内の界面近くに
蓄積されてＥＬ素子の発光効率を向上させ、発光性能の
優れたＥＬ素子とする。

【０００９】陽極は、仕事関数が４．８ｅＶ以上の導電
性を示すものであれば特に制限はない。仕事関数が４．
８ｅＶ以上の金属又は透明導電膜（導電性酸化物膜）又
はこれらを組み合わせたものが好ましい。陽極は、必ず
しも透明である必要はなく、黒色のカーボン層等をコー
ティングしてもよい。好適な金属としては、例えば、Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄを挙げることができ、導電性酸化
物としては、例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ，Ｉｎ−Ｓｎ−
Ｏ，ＺｎＯ−Ａｌ，Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏを挙げることができ
る。また、積層体としては、例えば、ＡｕとＩｎ−Ｚｎ
−Ｏの積層体、ＰｔとＩｎ−Ｚｎ−Ｏの積層体、Ｉｎ−
Ｓｎ−ＯとＰｔの積層体を挙げることができる。また、
陽極は、有機層との界面が仕事関数４．８ｅＶ以上であ
れば良いため、陽極を二層とし、有機層と接しない側に
仕事関数４．８ｅＶ以下の導電性膜を用いてもよい。こ
の場合、Ａｌ，Ｔａ，Ｗ等の金属やＡｌ合金、Ｔａ−Ｗ
合金等の合金を用いることができる。また、ドープされ
たポリアニリンやドープされたポリフェニレンビニレン
等の導電性高分子や、α−Ｓｉ，α−ＳｉＣ、α−Ｃな
どの非晶質半導体、μＣ−Ｓｉ，μＣ−ＳｉＣ等の微結
晶なども用いることができる。更には、黒色の半導体性
の酸化物であるＣｒ₂ Ｏ₃ ，Ｐｒ₂ Ｏ₅ ，ＮｉＯ，Ｍｎ
₂ Ｏ₅ ，ＭｎＯ₂ 等を用いることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
平１０−１６２９５９号公報には、陰極を極薄の電子注
入金属層と非晶質透明導電層で形成することにより、陰
極側から光を取り出す技術が開示されている。しかなが
ら、陽極に対する改善は行われていない。すなわち、上
面側の陰極から効率的に光を取り出すために、有効な下
面側の陽極についての記述はない。単に、陽極には仕事
関数４．８ｅＶ以上の導電性を示す金属または透明導電
膜、あるいはその組み合わせを用いることが可能である
と記されている。好適な金属として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｐｄが上げられている。しかしながら、これらの金
属は有機層との密着性が良好とはいえず、ダークスポッ
ト（非発光点）や不均一な発光を発生しやすい。さらに
は、これらの金属の微細加工技術は確立されておらず、
高精細パターニングは困難である。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
に鑑み、本発明は上面側の陰極から効率的に光を取り出
すために、有効な下面側の陽極構成を備えた有機エレク
トロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即
ち、陽極と、陰極と、両者の間に保持された有機層とか
らなり、前記有機層は該陽極から供給される正孔と該陰
極から供給される電子との再結合によって発光する有機
発光層を含んでいる有機エレクトロルミネッセンス素子
において、前記陽極は、少なくとも有機層に接する部分
に周期律表の５族または６族に属する金属を含むことを
特徴とする。好ましくは、前記金属はクロム、モリブデ
ン、タングステン、タンタル及びニオブから選択され
る。又、前記金属は仕事関数が４．８ｅＶ未満である。
又、前記陽極は反射率が４０％以上である。前記陽極は
光反射性であり、前記陰極は光透過性であり、発光が主
として陰極側から放出される。好ましくは、上から順
に、前記陰極、前記有機層及び前記陽極が基板に対して
積層されている。

【００１２】本発明は、上述した有機エレクトロルミネ
ッセンス素子を画素に利用した表示装置も包含してい
る。即ち、本発明にかかる表示装置は、基本的に、画素
を選択するための走査線と、画素を駆動するための輝度
情報を与えるデータ線とがマトリクス状に配設され、各
画素は、供給される電流量に応じて発光する有機エレク
トロルミネッセンス素子と、走査線によって制御され且
つデータ線から与えられた輝度情報を画素に書き込む機
能を有する第一の能動素子と、該書き込まれた輝度情報
に応じて該有機エレクトロルミネッセンス素子に供給す
る電流量を制御する機能を有する第二の能動素子とを含
み、各画素への輝度情報の書き込みは、走査線が選択さ
れた状態で、データ線に輝度情報に応じた電気信号を印
加することによって行われ、各画素に書き込まれた輝度
情報は走査線が非選択となった後も各画素に保持され、
各画素の有機エレクトロルミネッセンス素子は保持され
た輝度情報に応じた輝度で発光を維持可能である。前記
有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰極
と、両者の間に保持された有機層とからなり、前記有機
層は該陽極から供給される正孔と該陰極から供給される
電子との再結合によって発光する有機発光層を含んでい
る。特徴事項として、前記陽極は、少なくとも該有機層
に接する部分に周期律表の５族または６族に属する金属
を含む。好ましくは、前記金属はクロム、モリブデン、
タングステン、タンタル及びニオブから選択される。
又、前記金属は仕事関数が４．８ｅＶ未満である。又、
前記陽極は反射率が４０％以上である。前記陽極は光反
射性であり、前記陰極は光透過性であり、発光が主とし
て陰極側から放出される。各画素は基板の上に集積形成
されており、各画素に含まれる有機エレクトロルミネッ
センス素子は該基板に対して上から順に、陰極、有機層
及び陽極を積層したものである。

【００１３】本発明によれば、有機エレクトロルミネッ
センス素子の陽極は、周期律表の５族または６族に属す
る金属からなる。これらの金属には、クロムや、モリブ
デン、タングステン、タンタル及びニオブ等の高融点金
属が含まれる。これらの金属は仕事関数が４．８ｅＶ未
満であり、例えばクロムは４．５ｅＶ、タングステンは
４．６ｅＶとなっている。又、反射率は４０％以上であ
る。従来、陽極としては正孔を供給する必要性から仕事
関数が４．８ｅＶ以上と高目の金属（Ａｕ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ等）が用いられてきた。本発明は、これに代え
て仕事関数が低めの５族または６族に属する金属（Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ等）を用いている。５族また
は６族に属する金属であっても、充分に正孔を供給でき
ることが確認できた。。寧ろ、クロム（Ｃｒ）等は、金
（Ａｕ）等に比べて、欠陥が少なく加工性も優れてお
り、有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極材料とし
て総合的に優れている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる有機
エレクトロルミネッセンス素子の基本的な構成を示す断
面図である。図示するように、本有機エレクトロルミネ
ッセンス素子は、陽極Ａと、陰極Ｋと、両者の間に保持
された有機層１０とからなる。有機層１０は陽極Ａから
供給される正孔と陰極Ｋから供給される電子との再結合
によって発光する有機発光層１０３を含んでいる。更
に、正孔注入層１０１と正孔輸送層１０２を含んでい
る。陰極Ｋは極薄の電子注入金属層１１と透明導電層１
２の積層構造である。特徴事項として、陽極Ａは、少な
くとも有機層１０に接する部分に周期律表の５族または
６族に属する金属を含む。好ましくは、陽極金属はクロ
ム、モリブデン、タングステン、タンタル及びニオブか
ら選択される。又、陽極金属は仕事関数が４．８ｅＶ未
満である。例えばクロムは４．５ｅＶ、タングステンは
４．６ｅＶとなっている。これらの金属からなる陽極Ａ
は反射率が４０％以上である。即ち、陽極Ａは光反射性
であり、陰極Ｋは光透過性であり、発光が主として陰極
Ｋ側から放出される。上から順に、陰極Ｋ、有機層１０
及び陽極Ａが基板１に対して積層されている。尚、陽極
Ａは、単層純金属の他、積層若しくは合金であっても良
い。基本的に、有機層１０に接する部分に周期律表の５
族または６族に属する金属を含んでいれば良い。陽極Ａ
は、金属又は合金、或いはこれらの積層体である。

【００１５】例えば、ガラス基板１上に陽極Ａとしてク
ロムを膜厚２００ｎｍで成膜し、その反射率を測定した
ところ、波長４６０ｎｍで６７％であった。また、陰極
Ｋとして、Ｍｇ：Ａｇの合金からなる極薄の電子注入金
属層１１を膜厚１０ｎｍで形成し、更に重ねて透明導電
層１２を２００ｎｍ成膜した。波長４６０ｎｍでこの積
層陰極Ｋの透過率を測定したところ、５３％であった。
これらの陽極Ａ及び陰極Ｋを用いて図示のように形成さ
れた有機ＥＬ素子の陽極−陰極間に８Ｖの電圧を印加し
たところ、２０ｍＡ／ｃｍ^２の電流が観測され、陰極Ｋ
側から９００ｃｄ／ｍ^２の発光輝度が観測された。陽極
Ａ方向に向かった発光の相当量が反射されて逆進し、陰
極Ｋ側から放射する。良好なキャリア注入特性および発
光特性を確認することができた。また、発光面にダーク
スポットは見られなかった。

【００１６】比較例として、図２に示す有機ＥＬ素子を
作成した。基本的には図１に示した構造と同様であり、
対応する部分には対応する参照番号を付してある。異な
る点は、陽極Ａを透明導電膜のＩＴＯとして有機ＥＬ素
子を作製した。このように作製した有機ＥＬ素子の陽極
−陰極間に８Ｖの電圧を印加したところ２３ｍＡ／ｃｍ
^２の電流が観測されたが、陰極Ｋ側からの発光輝度は２
５０ｃｄ／ｍ^２と図１の有機ＥＬ素子に比べると小さい
ものであった。陽極Ａ方向に伝搬した発光がほとんど反
射せずにガラス基板１側に放出されたことを示してい
る。以上の比較結果から明らかな様に、本発明により製
造された有機ＥＬ素子は、有機発光層１０３で発生した
発光を上面から効率的に取り出すことができるので、良
好な上面発光を得ることが可能である。

【００１７】以下、図３乃至図６を参照して本発明に係
る有機ＥＬ素子の製造方法を詳細に説明する。本実施例
では、金属からなる陽極としてクロムを用いた。クロム
の仕事関数は、４．５ｅＶである。図３に示す様に、ガ
ラス基板１上に、クロム（Ｃｒ）を膜厚２００ｎｍでＤ
Ｃスパッタリングにより成膜する。スパッタガスとして
アルゴン（Ａｒ）を用いて、圧力を０．２Ｐａ、ＤＣ出
力を３００Ｗとした。通常のリソグラフィー技術を用い
て、所定の形状にパターニングする。エッチング液とし
てＥＴＣＨ−１（三洋化成工業（株）製）を用いて、加
工する。所定の形状の陽極Ａが得られる。クロムは前記
エッチング液により高精度かつ再現性よく加工できる。
さらに、加工精度が要求される場合は、ドライエッチン
グによる加工も可能である。エッチングガスとしては、
塩素（Ｃ１_２）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスを用いること
ができる。特に、リアクティブイオンエッチング（Ｒｌ
Ｅ）を用いれば、高精度な加工ができ、かつエッチング
面の形状の制御が可能である。所定の条件でエッチング
すれば、テーパー状の加工が可能で、陰極−陽極間ショ
ートを低減できる。

【００１８】次に、図４に示す様に、クロムが所定のパ
ターンに加工された基板１上に絶縁層１５を成膜する。
絶縁層１５に用いる材料は特に限定はないが、本実施例
では二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用いている。Ｓｉ０_２は
スパッタリングにより膜厚２００ｎｍに形成する。成膜
方法に、特に限定はない。通常のリソグラフィー技術を
用いて、クロム上に開口を設ける様にＳｉ０_２を加工す
る。Ｓｉ０_２のエッチングには、フッ酸とフッ化アンモ
ニウムの混合液を使うことができる。また。ドライエッ
チングによる加工も可能である。前記開口部が、有機Ｅ
Ｌ素子の発光部分となる。尚、前記絶縁層１５は本発明
に必要不可欠なものでないが、陽極−陰極間ショートを
防ぐためには設置することが望ましい。

【００１９】続いて図５に示す様に、クロムとＳｉ０_２
が形成されたガラス基板１を、真空蒸着装置に入れ、有
機層１０および陰極Ｋの金属層１１を蒸着により形成す
る。ここで有機層１０は、正孔注入層１０１として４，
４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミ
ノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、正孔輸送層
１０２としてビス（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニルベン
ジジン（α−ＮＰＤ）、発光層１０３として８−キノリ
ノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ）を用いた。陰極Ｋの
金属層１１には、マグネシウムと銀の合金（Ｍｇ：Ａ
ｇ）を用いた。有機層１０に属する各材料は、それぞれ
０．２ｇを抵抗加熱用のボートに充填して真空蒸着装置
の所定の電極に取り付ける。金属層１１のマグネシウム
は０．１ｇ、銀は０．４ｇをボートに充填して、真空蒸
着装置の所定の電極に取り付ける。真空チャンバを、
１．０ｘ１０^−４Ｐａまで減圧した後、各ボートに電圧
を印加し、順次加熱して蒸着させる。蒸着には、金属マ
スクを用いることにより所定の部分のみ有機層１０およ
びＭｇ：Ａｇからなる金属層１１を蒸着させた。所定の
部分とは、基板１上で、クロムが露出している部分であ
る。クロムの露出している部分だけに高精度に蒸着する
ことは困難であるので、クロムの露出している部分全体
を覆うように（絶縁層１５の縁にかかるように）蒸着マ
スクを設計した。まず、正孔注入層１０１としてＭＴＤ
ＡＴＡを３０ｎｍ、正孔輸送層１０２としてα−ＮＰＤ
を２０ｎｍ、発光層１０３としてＡｌｑを５０ｎｍ蒸着
した。さらに、マグネシウムおよび銀の共蒸着を行なう
ことにより、有機層１０上に陰極Ｋの金属層１１として
Ｍｇ：Ａｇを成膜する。マグネシウムと銀は、成膜速度
の比を９：１としている。Ｍｇ：Ａｇの膜厚をｌ０ｎｍ
とした。

【００２０】最後に、図６に示す様に、別の真空チャン
バに移し、同じマスクを通して透明導電層１２を成膜す
る。成膜にはＤＣスパッタリングを用いる。本実施例で
は、透明導電層１２として室温成膜で良好な導電性を示
すＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の透明導電膜を用いる。成膜条件
は、スパッタガスとしてアルゴンと酸素の混合ガス（体
積比Ａｒ：Ｏ_２＝１０００：５）、圧力０．３Ｐａ、Ｄ
Ｃ出力４０Ｗとした。膜厚２００ｎｍで成膜した。

【００２１】陽極Ａの材料としては。クロムの他、タン
グステンを用いても良い。この場合には、ガラス基板上
に、タングステン（Ｗ）を膜厚２００ｎｍでＤＣスパッ
タリングにより成膜する。スパッタガスとしてアルゴン
（Ａｒ）を用いて、圧力を０．２Ｐａ、ＤＣ出力を３０
０Ｗとした。続いてドライエッチングによりパターニン
グ加工した。エッチングガスとしては、ＣＦ_４またはＳ
Ｆ_６を用いることができる。特に、リアクティブイオン
エッチング（ＲｌＥ）を用いれば、高精度な加工がで
き、かつエッチング面の形状の制御が可能である。所定
の条件でエッチングすれば、テーパー状の加工が可能
で、陰極−陽極間ショートを低減できる。この後の工程
は、クロムの場合と同じである。

【００２２】次に、図７乃至図１０を参照して有機ＥＬ
素子の外観特性を説明する。図７は、陽極Ａとしてクロ
ム（Ｃｒ）を用いた実施例の発光面を撮像したものであ
る。発光面は２ｍｍ角であり、わずかにダークスポット
（非発光点）が認められる。図８は、陽極Ａとしてタン
グステン（Ｗ）を用いた場合の発光面を撮像したもので
ある。同じく、わずかにダークスポット（非発光点）が
認められる。図９は、陽極ＡとしてＩＴＯを用いた参考
例の発光面を撮像したものであり、相当のダークスポッ
ト（非発光点）が認められる。図１０は、陽極Ａとして
金（Ａｕ）を用いた参考例の発光面を撮像したものであ
り、大量のダークスポット（非発光点）が認められる。
これは、金と有機層の密着性が悪いためである。

【００２３】最後に、本発明に係る有機ＥＬ素子を画素
に用いた表示装置を説明する。一般に、アクティブマト
リクス型の表示装置では、多数の画素をマトリクス状に
並べ、与えられた輝度情報に応じて画素毎に光強度を制
御することによって画像を表示する。電気光学物質とし
て液晶を用いた場合には、各画素に書き込まれる電圧に
応じて画素の透過率が変化する。電気光学物質として有
機エレクトロルミネッセンス材料を用いたアクティブマ
トリクス型の表示装置でも、基本的な動作は液晶を用い
た場合と同様である。しかし液晶ディスプレイと異な
り、有機ＥＬディスプレイは各画素に発光素子を有する
自発光型であり、液晶ディスプレイに比べて画像の視認
性が高い、バックライトが不要、応答速度が速い等の利
点を有する。個々の発光素子の輝度は電流量によって制
御される。即ち、発光素子が電流駆動型或いは電流制御
型であるという点で液晶ディスプレイ等とは大きく異な
る。

【００２４】液晶ディスプレイと同様、有機ＥＬディス
プレイもその駆動方式として単純マトリクス方式とアク
ティブマトリクス方式とが可能である。前者は構造が単
純であるものの大型且つ高精細のディスプレイの実現が
困難であるため、アクティブマトリクス方式の開発が盛
んに行われている。アクティブマトリクス方式は、各画
素に設けた有機ＥＬ素子に流れる電流を画素内部に設け
た能動素子（一般には、絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの一種である薄膜トランジスタ、以下ＴＦＴと呼ぶ
場合がある）によって制御する。このアクティブマトリ
クス方式の有機ＥＬディスプレイにつき、一画素分の等
価回路を図１１に示す。画素ＰＸＬは有機ＥＬ素子ＯＬ
ＥＤ、第一の能動素子としての薄膜トランジスタＴＦＴ
１、第二の能動素子としての薄膜トランジスタＴＦＴ２
及び保持容量Ｃｓからなる。有機ＥＬ素子は多くの場合
整流性があるため、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）と
呼ばれることがあり、図ではダイオードの記号を用いて
いる。図示の例では、ＴＦＴ２のソースＳを基準電位
（接地電位）とし、ＯＬＥＤの陰極ＫはＶｄｄ（電源電
位）に接続される一方、陽極ＡはＴＦＴ２のドレインＤ
に接続されている。一方、ＴＦＴ１のゲートＧは走査線
Ｘに接続され、ソースＳはデータ線Ｙに接続され、ドレ
インＤは保持容量Ｃｓ及びＴＦＴ２のゲートＧに接続さ
れている。

【００２５】ＰＸＬを動作させるために、まず、走査線
Ｘを選択状態とし、データ線Ｙに輝度情報を表すデータ
電位Ｖｄａｔａを印加すると、ＴＦＴ１が導通し、保持
容量Ｃｓが充電又は放電され、ＴＦＴ２のゲート電位は
データ電位Ｖｄａｔａに一致する。走査線Ｘを非選択状
態とすると、ＴＦＴ１がオフになり、ＴＦＴ２は電気的
にデータ線Ｙから切り離されるが、ＴＦＴ２のゲート電
位は保持容量Ｃｓによって安定に保持される。ＴＦＴ２
を介して有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流れる電流は、ＴＦＴ
２のゲート／ソース間電圧Ｖｇｓに応じた値となり、Ｏ
ＬＥＤはＴＦＴ２から供給される電流量に応じた輝度で
発光し続ける。

【００２６】上述したように、図１１に示した画素ＰＸ
Ｌの回路構成では、一度Ｖｄａｔａの書き込みを行え
ば、次に書き換えられるまで一フレームの間、ＯＬＥＤ
は一定の輝度で発光を継続する。このような画素ＰＸＬ
を図１２のようにマトリクス状に多数配列すると、アク
ティブマトリクス型表示装置を構成することができる。
図１２に示すように、本表示装置は、画素ＰＸＬを選択
するための走査線Ｘ１乃至ＸＮと、画素ＰＸＬを駆動す
るための輝度情報（データ電位Ｖｄａｔａ）を与えるデ
ータ線Ｙとがマトリクス状に配設されている。走査線Ｘ
１乃至ＸＮは走査線駆動回路２１に接続される一方、デ
ータ線Ｙはデータ線駆動回路２２に接続される。走査線
駆動回路２１によって走査線Ｘ１乃至ＸＮを順次選択し
ながら、データ線駆動回路２２によってデータ線Ｙから
Ｖｄａｔａの書き込みを繰り返すことにより、所望の画
像を表示することができる。単純マトリクス型の表示装
置では、各画素ＰＸＬに含まれる発光素子は、選択され
た瞬間にのみ発光するのに対し、図１２に示したアクテ
ィブマトリクス型表示装置では、書き込み終了後も各画
素ＰＸＬの有機ＥＬ素子が発光を継続するため、単純マ
トリクス型に比べ有機ＥＬ素子のピーク輝度（ピーク電
流）を下げられるなどの点で、とりわけ大型高精細のデ
ィスプレイでは有利となる。

【００２７】図１３は、図１１に示した画素ＰＸＬの断
面構造を模式的に表している。但し、図示を容易にする
ため、ＯＬＥＤとＴＦＴ２のみを表している。ＯＬＥＤ
は、陽極Ａ、有機層１０及び陰極Ｋを順に重ねたもので
ある。陽極Ａは画素毎に分離しており、本発明に従っ
て、例えばクロムからなり、基本的に光反射性である。
陰極Ｋは画素間で共通接続されており、例えば、金属層
１１と透明導電層１２の積層構造であり、基本的に光透
過性である。かかる構成を有するＯＬＥＤの陽極Ａ／陰
極Ｋ間に順方向の電圧（１０Ｖ程度）を印加すると、電
子や正孔等キャリアの注入が起こり、発光が観測され
る。ＯＬＥＤの動作は、陽極Ａから注入された正孔と陰
極Ｋから注入された電子により形成された励起子による
発光と考えられる。

【００２８】一方、ＴＦＴ２はガラス等からなる基板１
の上に形成されたゲート電極２と、その上面に重ねられ
たゲート絶縁膜３と、このゲート絶縁膜３を介してゲー
ト電極２の上方に重ねられた半導体薄膜４とからなる。
この半導体薄膜４は例えば多結晶シリコン薄膜からな
る。ＴＦＴ２はＯＬＥＤに供給される電流の通路となる
ソースＳ、チャネルＣｈ及びドレインＤを備えている。
チャネルＣｈは丁度ゲート電極２の直上に位置する。こ
のボトムゲート構造のＴＦＴ２は層間絶縁膜５により被
覆されており、その上にはソース電極６及びドレイン電
極７が形成されている。これらの上には別の層間絶縁膜
９を介して前述したＯＬＥＤが成膜されている。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
陰極である上部電極側から、発光層で発生した光を効率
的に取り出すことができる。陽極に透明導電膜よりも反
射率の高い金属を使うことで、陽極側に伝達した光を反
射させて上部電極側より取り出す。又、本発明では、良
好な発光効率が得られる。陽極に透明導電膜（例えばＩ
ＴＯ）を用いた場合と略同等の正孔注入効率がある。更
に、発光時に見られるダークスポット（非発光点）の発
生が少ない。加えて、陽極のパターニングを高精度に行
うことが可能である。高精細ディスプレイを容易に製造
することが可能である。更に、構造およびプロセスが単
純である。従来の様に陽極をＩＴＯとした場合、その下
に金属などの反射層を入れることもできるが、本発明よ
り構造およびプロセスが複雑になる。又、光を上面電極
側から効率的に取り出すことが可能であるので、例えば
ＴＦＴが形成れたガラス基板上に開口率の高い有機ＥＬ
素子を作製することができる。下部電極から光を取り出
す場合、ＴＦＴは光を通さないので、開口率は数％しか
得ることができない。したがって、本発明により有機Ｅ
Ｌ素子を用いて高性能なアクティブマトリクス方式のデ
ィスプレイを作製することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる有機ＥＬ素子の基本的な構成を
示す断面図である。

【図２】参考例にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す断面
図である。

【図３】本発明にかかる有機ＥＬ素子の製造方法を示す
工程図である。

【図４】同じく、本発明にかかる有機ＥＬ素子の製造方
法を示す工程図である。

【図５】同じく、本発明にかかる有機ＥＬ素子の製造方
法を示す工程図である。

【図６】同じく、本発明にかかる有機ＥＬ素子の製造方
法を示す工程図である。

【図７】有機ＥＬ素子の発光面を示す拡大平面図であ
る。

【図８】同じく、有機ＥＬ素子の発光面を示す拡大平面
図である。

【図９】同じく、有機ＥＬ素子の発光面を示す拡大平面
図である。

【図１０】同じく、有機ＥＬ素子の発光面を示す拡大平
面図である。

【図１１】本発明に係る表示装置の一画素分を示す等価
回路図である。

【図１２】本発明に係る表示装置の全体構成を示すブロ
ック図である。

【図１３】本発明に係る表示装置の構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・ガラス基板、１０・・・有機層、１１・・・金
属層、１２・・・透明導電層、１５・・・絶縁層、１０
３・・・発光層、Ａ・・・陽極、Ｋ・・・陰極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 安浩 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 浅野 慎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB18 BA06 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 GA00 5C094 AA05 AA14 AA43 AA60 BA03 BA27 CA19 DA09 EA05 EB02 FB01

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極と、陰極と、両者の間に保持された
   有機層とからなり、前記有機層は該陽極から供給される
   正孔と該陰極から供給される電子との再結合によって発
   光する有機発光層を含んでいる有機エレクトロルミネッ
   センス素子において、 前記陽極は、少なくとも有機層に接する部分に周期律表
   の５族または６族に属する金属を含むことを特徴とする
   有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 【請求項２】 前記金属はクロム、モリブデン、タング
   ステン、タンタル及びニオブから選択されたことを特徴
   とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素
   子。
3. 【請求項３】 前記金属は仕事関数が４．８ｅＶ未満で
   あること特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミ
   ネッセンス素子。
4. 【請求項４】 前記陽極は反射率が４０％以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッ
   センス素子。
5. 【請求項５】 前記陽極は光反射性であり、前記陰極は
   光透過性であり、発光が主として陰極側から放出される
   ことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネ
   ッセンス素子。
6. 【請求項６】 上から順に、前記陰極、前記有機層及び
   前記陽極が基板に対して積層されていることを特徴とす
   る請求項５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 【請求項７】 画素を選択するための走査線と、画素を
   駆動するための輝度情報を与えるデータ線とがマトリク
   ス状に配設され、 各画素は、供給される電流量に応じて発光する有機エレ
   クトロルミネッセンス素子と、走査線によって制御され
   且つデータ線から与えられた輝度情報を画素に書き込む
   機能を有する第一の能動素子と、該書き込まれた輝度情
   報に応じて該有機エレクトロルミネッセンス素子に供給
   する電流量を制御する機能を有する第二の能動素子とを
   含み、 各画素への輝度情報の書き込みは、走査線が選択された
   状態で、データ線に輝度情報に応じた電気信号を印加す
   ることによって行われ、 各画素に書き込まれた輝度情報は走査線が非選択となっ
   た後も各画素に保持され、各画素の有機エレクトロルミ
   ネッセンス素子は保持された輝度情報に応じた輝度で発
   光を維持可能な表示装置において、 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰
   極と、両者の間に保持された有機層とからなり、 前記有機層は該陽極から供給される正孔と該陰極から供
   給される電子との再結合によって発光する有機発光層を
   含んでおり、 前記陽極は、少なくとも該有機層に接する部分に周期律
   表の５族または６族に属する金属を含むことを特徴とす
   る表示装置。
8. 【請求項８】 前記金属はクロム、モリブデン、タング
   ステン、タンタル及びニオブから選択されたことを特徴
   とする請求項７記載の表示装置。
9. 【請求項９】 前記金属は仕事関数が４．８ｅＶ未満で
   あること特徴とする請求項７記載の表示装置。
10. 【請求項１０】 前記陽極は反射率が４０％以上である
    ことを特徴とする請求項７記載の表示装置。
11. 【請求項１１】 前記陽極は光反射性であり、前記陰極
    は光透過性であり、発光が主として陰極側から放出され
    ることを特徴とする請求項７記載の表示装置。
12. 【請求項１２】 各画素は基板の上に集積形成されてお
    り、各画素に含まれる有機エレクトロルミネッセンス素
    子は該基板に対して上から順に、陰極、有機層及び陽極
    を積層したものであることを特徴とする請求項１１記載
    の表示装置。