JP2002083692A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明電極ラインの抵抗値の増加を抑え有機蛍
光体を発光効率良く発光させることができる有機エレク
トロルミネッセンス素子を提供する。 【構成】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、有機
化合物からなる発光層及び陰極が順に積層された有機エ
レクトロルミネッセンス素子であって、発光層の一部に
流れる電流を減少せしめる絶縁膜を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電流の注入によって発
光する物質のエレクトロルミネッセンスを利用して、か
かる物質を層状に形成した発光層を備えたエレクトロル
ミネッセンス素子に関し、特に発光層が有機化合物を発
光体として構成され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】この種の有機エレクトロルミネッセンス
素子として、図1に示すように、陰極である金属電極1
と、インジウムすず酸化物(以下、ITOともいう)か
らなる陽極の透明電極2との間に、互いに積層された有
機蛍光体薄膜(発光層)3及び有機正孔輸送層4が配さ
れた2層構造のものが知られている。また、図2に示す
ように、金属電極1と透明電極2との間に互いに積層さ
れた有機電子輸送層5、発光層3及び有機正孔輸送層4
が配された3層構造のものも知られている。ここで、有
機正孔輸送層4は陽極2から正孔を注入させ易くする機
能と電子をブロックする機能とを有し、有機電子輸送層
5は陰極1から電子を注入させ易くする機能を有してい
る。これら有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、陽極の透明電極2の外側にはガラス基板6が配され
ている。金属電極1から注入された電子と透明電極2か
ら注入された正孔との再結合によって、励起子が生じ、
この励起子が放射失活する過程で光を放ち、この光が透
明電極2及びガラス板6を通過して外部に放出される。
そして、透明電極には仕事関数の大きなものを、金属電
極には仕事関数の小さなものをそれぞれ用いることで、
電荷の注入効率が上がり、発光効率が向上することが知
られている。
【0003】例えば図1に示された2層構造の有機エレ
クトロルミネッセンス素子には、図3に示すように、
X,Yマトリクス型がある。図3のAA’線に沿った断
面の一部を図1に示してある。該有機エレクトロルミネ
ッセンス素子は、ガラス透明基板6上に、ITO等の複
数の透明電極2、正孔輸送層4、発光層3、透明電極2
に交差する複数の金属陰極1を順に積層して形成され
る。正孔輸送層4及び発光層3を挾持して互いに対向し
対をなす透明陽極2及び金属陰極1とによって有機エレ
クトロルミネッセンス素子となる発光部が形成され、透
明陽極2及び金属陰極1の各々が互いに対向して交差す
る交差領域部の発光部を1単位として1画素が形成され
る。
【0004】このような有機エレクトロルミネッセンス
素子の複数個を画素数に応じ一枚の素子基板上に形成し
たパネルを、その周囲から突出する透明陽極2及び金属
陰極1を介して駆動することによって、平面ディスプレ
イ装置が構成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、比較的
高い輝度で発光が得られる有機エレクトロルミネッセン
ス素子であっても、発光効率が未だ十分とはいえない。
さらに、この有機エレクトロルミネッセンス素子を利用
したディスプレイ装置において、多数の透明電極が設け
られた基板が大型化、高精細化するに従い、透明電極ラ
インの抵抗値が非常に大きくなってしまうという問題が
ある。
【0006】本発明は、上述した従来の要望を満たすべ
くなされたものであって、透明電極ラインの抵抗値の増
加を抑え有機蛍光体を発光効率良く発光させることがで
きる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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子は、陽極、有機化合物からなる正孔
輸送層、有機化合物からなる発光層及び陰極が順に積層
された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前
記発光層の一部に流れる電流を減少せしめる絶縁膜を有
することを特徴とする。
【0008】
【発明の作用】本発明によれば、有機エレクトロルミネ
ッセンス素子において、陽極の上に絶縁膜を設けること
によって、部分的に正孔電荷の注入効率を下げて、外部
に放出される発光に関与しない電流を減少させると共に
該金属膜及び陽極の一体となった全陽極の抵抗値を軽減
するので、高発光効率の有機エレクトロルミネッセンス
素子を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明による有機エレクトロルミネッ
センス素子の実施例を図面を参照しつつ説明する。本実
施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図4に示
すように、ガラス透明基板6上に、透明陽極2、該陽極
より仕事関数の低い金属膜7、有機正孔輸送層4、有機
化合物からなる発光層3及び金属陰極1が順に積層され
た2層構造において、金属膜7が陽極2及び正孔輸送層
4間の一部に積層されている。または、本実施例の有機
エレクトロルミネッセンス素子は、図5に示すように、
ガラス透明基板6上に、透明陽極2、陽極2より仕事関
数の低い金属膜7、有機正孔輸送層4、有機化合物から
なる発光層3、電子輸送層5及び金属陰極1が順に積層
された3層構造において、金属膜7が陽極2及び正孔輸
送層4間の一部に積層されてもよい。
【0010】陰極1には、アルミニウム、マグネシウ
ム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事関数が小さ
な金属(例えば、Al−Li合金の仕事関数=約3.0
eV)からなり厚さが約 100〜5000Å程度のも
のを用い得る。また、陽極2には、ITO等の仕事関数
の大きな導電性材料(ITOの仕事関数=約5.0e
V)からなり厚さが1000〜3000Å程度で、又は
金(Auの仕事関数=約5.1eV)で厚さが800〜
1500Å程度のものを用い得る。なお、金を電極材料
として用いた場合には、電極は半透明の状態となる。
【0011】陽極2及び正孔輸送層4間の一部に積層さ
れる金属膜7には、陰極1に用いられたアルミニウム、
マグネシウム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事
関数が小さな金属を用いる。陽極2に仕事関数の大きな
ITOを用いる場合、金属膜7には仕事関数が小さな例
えば、Al−Li,In−Li,Mg−Sr,Al−S
rの合金を用い得る。金属等の表面から1個の電子を真
空外部に取り出すに必要なエネルギー(eV)を示す仕
事関数は、同じ金属でも不純物や吸着等のその表面状態
により敏感に変化するが、これら金属膜合金の成分の仕
事関数は、In=約4.12eV,Li=約2.9e
V,Mg=約3.66eV,Sr=約2.59eV,A
l=約4.28eV,Ag=約4.26eVである。
【0012】図6に、陽極2及び正孔輸送層4間の一部
に積層される金属膜7の例示的態様を示す。図6(a)
は図4及び5に示すごとき、金属膜7が陽極2の縁部に
沿って部分的に陽極2の表面上を覆うように積層される
場合を示す。図6(b)は、金属膜7が陽極2の縁部及
び透明基板6に渡って部分的に陽極2の表面上を覆うよ
うに積層される場合を示す。図6(c)は、金属膜7が
陽極2上の中央部にて部分的に陽極2の表面上を覆うよ
うに積層される場合を示す。また、部分的に形成される
金属膜7は、陽極2上においてその伸長方向に沿って連
続的に又は間歇的に積層され得る。図6(a)〜(c)
に示すように陽極2の側面は異方性エッチング等により
透明基板6上略直角に形成されても良いが、さらに、図
6(d)に示すように陽極2の側面が等方性エッチング
等により傾斜面として形成される場合、金属膜7は傾斜
側面の表面上を覆い隣接するように積層される。なお、
この金属膜7は単一金属でも複数の金属からなる合金で
も良く、できるだけ仕事関数の低いものの方が効果が大
きい。
【0013】金属膜7によって、例えば図5に示すQ部
では、透明電極2側からの正孔輸送層4及び発光層3へ
の正孔の注入が抑制されるため、このQ部分の発光及び
流れる電流を減少させることができるとともに、陽極2
及び金属膜7の伸長方向の抵抗値は減少する。ところ
で、一般の例えば液晶ディスプレイや無機エレクトロル
ミネッセンスディスプレイ等の平面ディスプレイ装置に
おいても透明電極付基板が用いられ、基板の大型化、高
精細化にともなう透明電極ライン抵抗値の増大の問題が
ある。これを解消するために、図7に示すように透明基
板11及びITO透明電極12間に金属膜15を部分的
に挿入する方法が考えられる。
【0014】かかる技術を基にして、図8に示すように
ガラス透明基板11上に、金属膜15、透明陽極12、
有機正孔輸送層4、発光層3及び金属陰極1が順に積層
された有機エレクトロルミネッセンス素子を作ると、図
8のP部の発光が、金属膜15に遮られてしまうのでこ
のP部分を流れる電流が無駄になり効率が悪い。そこ
で、図9に示すように透明電極12上の一部に絶縁膜1
6を積層することにより、P部の発光を防ぎこの部分を
流れる電流をなくす方法が考えられる。ところがこの方
法は、フォトリソグラフィの工程数が増えマスク位置合
わせが複雑になり、その製造が煩雑になる。
【0015】本発明では、図4〜6に示すように透明電
極上の一部に少なくとも透明電極2より仕事関数の低い
金属膜7を積層することによって、かかる煩雑性を解消
している。すなわち、本発明によれば、図9に示す様な
複雑な構造を用いずに単純な構造で同様な効果を奏する
ことができる。 (実施例1)まず、ガラス基板上にITO(仕事関数=
約5.0eV)を約1000Å膜厚で2mm幅で形成し
透明陽極とした後、Al−Li合金(仕事関数=約3.
0eV)を10-5Torr以下の真空蒸着法で約500
Å膜厚で成膜し、ITO伸長方向に沿って透明電極の縁
部上に0.5mm幅となるようにフォトリソグラフィ法
によりパターニングし金属膜を積層した。この透明電極
及び金属膜を積層した基板上にN,N´−ジフェニル−
N,N´−ビス(3メチルフェニル)−1,1´−ビフ
ェニル−4,4´−ジアミン(TPD)からなる有機正
孔輸送層と、トリス(8−キノリノール)アルミニウム
(Alq3)からなる有機発光層をそれぞれ約500Å
膜厚で形成した後、ITO透明電極ラインと直交する方
向にAl−Li合金を約1000Åの膜厚で2mm幅で
形成し金属陰極とし、2mm×2mmの面積の有機エレ
クトロルミネッセンス素子を作製した。
【0016】作製した素子の電流−輝度特性のグラフを
図10の実線Aに示す。また、このグラフに示す破線B
はITOより仕事関数の高い金属、例えばPt(仕事関
数=約5.65eV)を金属膜に用いた以外は実施例1
と同様に作成した比較例の有機エレクトロルミネッセン
ス素子の電流−輝度特性を示す。グラフに示すように、
実施例1は、仕事関数がITOより高い金属膜に用いた
比較例の素子に比べ効率が良くなった。 (実施例2)以下に本発明を二重マトリクス構造の透明
電極に応用した実施例を示す。
【0017】図11(a)に示すようにガラス基板6上
にITO透明電極2を形成し、フォトリソグラフィ法で
パターニングした後、Al−Li合金金属膜7をITO
透明電極2の島状発光部用電極領域R間の中間部分Sに
約500Å膜厚で、10-5Torr以下の真空蒸着及び
フォトリソグラフィ法で間歇的に形成した。この基板に
TPDの有機正孔輸送層及びAlq3の有機発光層をそ
れぞれ約500Åの膜厚で全面に渡って形成した後、I
TO透明電極ライン2と直交する方向に、図11(b)
に示すように、Al−Li合金金属陰極1(二点鎖線)
を1000Å膜厚で形成し、有機エレクトロルミネッセ
ンス素子を作製した。図12は、図11のBB’線に沿
った断面の一部を図1に示す。
【0018】まず、この基板のITO透明電極ライン2
の抵抗値を測定したところ約0.5KΩとなった。IT
O透明電極ライン2上にAl−Li合金金属膜7を積層
しない比較例のITO透明電極ライン2の抵抗値は、約
4.4KΩとなり、実施例2は、大幅にライン抵抗値を
小さくすることができた。実施例2の素子を約10Vで
駆動したところ、図11(b)に示す島状発光部用電極
領域R部は明るく緑色に発光した。また、図11(b)
に示す中間部分S部は発光せず、S部を膜厚方向に流れ
る電流はR部の1/1000程度とごくわずかであっ
た。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、有機化合物から
なる発光層及び陰極が順に積層された有機エレクトロル
ミネッセンス素子であって、陽極及び正孔輸送層間の一
部に積層された陽極より仕事関数の低い金属膜を有する
ので、製造工程が容易で低抵抗値である透明電極基板を
備えた高発光効率の有機エレクトロルミネッセンス素子
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
【図2】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
【図3】図1に示す有機エレクトロルミネッセンス素子
の概略部分切欠斜視図である。
【図4】本発明による実施例の有機エレクトロルミネッ
センス素子の概略部分切欠斜視図である。
【図5】本発明による実施例の有機エレクトロルミネッ
センス素子の概略部分断面図である。
【図6】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子に
おける金属膜が陽極及び正孔輸送層間の一部に積層され
る例示的態様を示す概略部分断面図である。
【図7】平面ディスプレイ装置における透明電極付基板
の概略部分断面図である。
【図8】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
【図9】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
【図10】本発明による実施例及び比較例の有機エレク
トロルミネッセンス素子の電流−輝度特性を示すグラフ
である。
【図11】本発明による実施例の二重マトリクス構造の
透明電極を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の
製造工程中における構成部材を示す概略平面図である。
【図12】図11のBB’線に沿った断面の一部を示す
概略部分断面図である。
【主要部分の符号の説明】
1 陰極、金属電極 2 陽極、透明電極 3 有機発光層 4 有機正孔輸送層 5 有機電子輸送層 6 基板 7 陽極より仕事関数の低い金属膜
フロントページの続き (72)発明者 永山 健一 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 渡辺 輝一 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 3K007 AB03 AB05 AB18 BA06 CA01 CB01 CB02 DA01 DB03 EB00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、
    有機化合物からなる発光層及び陰極が順に積層された有
    機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層
    の一部に流れる電流を減少せしめる絶縁膜を有すること
    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】 前記陰極及び前記発光層間に有機電子輸
    送層が配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】 前記絶縁膜は前記陽極上の一部に積層さ
    れたことを特徴とする請求項1又は2記載の有機エレク
    トロルミネッセンス素子。
  4. 【請求項4】 前記絶縁膜は前記陽極上の一部の補助電
    極上に積層されたことを特徴とする請求項1又は2記載
    の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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