JP2002170688A

JP2002170688A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JP2002170688A
Application number: JP2000364434A
Authority: JP
Inventors: Makoto Mizukami; 誠水上
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】出射光量の低下を招くことのない低抵抗な陽
極を有する有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】基板２上に順次積層した陽極４と、有機
化合物薄膜よりなる少なくとも一層以上の電荷キャリア
輸送層５１及び発光層５２を含む有機エレクトロルミネ
ッセンス層５と、陰極６とからなる有機エレクトロルミ
ネッセンス素子１であって、陽極４は、発光層５２で発
光した光を外部に取り出すための開口部３ａを有する金
属層３とこの金属層３を覆って積層された透明導電膜４
ａからなり、かつ金属層３の比抵抗は、透明導電膜４ａ
よりも低い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界を印加するこ
とにより発光する物質のエレクトロルミネッセンス（以
下、ＥＬという）を利用した有機ＥＬ素子の電極構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は、強い蛍光を発するアン
トラセン等の単結晶において、キャリア注入によるＥＬ
発光現象の発見から研究が始まった。今では、エリアカ
ラーの車載オーディオ用表示パネルが実用化され、フル
カラーを用いた携帯端末機器やパーソナルコンピュータ
のディスプレイ等に応用展開が図られている。

【０００３】有機ＥＬ素子は、一般に、図５に示す構造
を有している。図５において、２０は有機ＥＬ素子であ
り、透明ガラス基板２１の表面にＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ
ｔｉｎｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜からなる陽極２
２、有機膜からなるホール輸送層２３、電子輸送性の発
光層２４、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜からなる陰
極２５を順次積層した構成を有する。ホール輸送層２３
としては、例えば、アリールジアミン化合物が、また、
発光層２４としては、例えば、トリス（８−キノール）
アルミニウム有機金属錯体（Ａｌｑ₃）等が適用され
る。

【０００４】上記陽極２２及び陰極２５の両電極間に電
圧Ｅを印加すると、陽極２２からホールが注入され、ホ
ール輸送層２３によって輸送される。一方、陰極２５か
らは電子が注入され、電子は電子輸送性の発光層２４に
よって輸送される。そして、上記ホールと電子はホール
輸送層２３と発光層２４の界面に達し、この界面近傍で
ホール及び電子が再結合する。このとき、ホールと電子
との結合エネルギーが発光層２４中の発光色素分子へ移
動し、色素分子を励起させる励起状態から基底状態に戻
る際、光に変換されて放出される。ここでは、発光層２
４がＡｌｑ₃であるため緑色の発光となる。こうして発
生した光は、透明導電膜からなる陽極２２を介して、透
明ガラス基板２１から外部に取り出される。

【０００５】図６は、パッシブマトリクス型の有機ＥＬ
素子の模式図であり、表示パネルを構成させたものであ
る。図６において、（ａ）は有機ＥＬ素子の概略断面図
であり、（ｂ）はその平面図である。図６において、３
０はパッシブマトリクス型の有機ＥＬ素子であり、一枚
のガラス基板３１上に順次積層された透明導電膜からな
るストライプ状の陽極３２と、有機ＥＬ層３５と、スト
ライプ状の陰極３６とを備えている。有機ＥＬ層３５
は、ガラス基板３１側から順にホール輸送層３３、電子
輸送性の発光層３４が積層されている。陰極３６は、陽
極３２と直交するように形成され、陽極３２と陰極３６
の交差部が画素３７を構成している。

【０００６】陽極３２及び陰極３６間に電圧を印加する
と、上述したようにホール輸送層３３と発光層３４との
界面において、ホールと電子とが再結合することによっ
て発生した光が陽極３２を介して透明ガラス基板３１側
から外部に取り出される。この際、陽極３２及び陰極３
６間に印加する電圧を映像信号に応じて制御すれば、透
明ガラス基板３１から取り出される光によって映像が表
示されることとなる。

【０００７】上記パッシブマトリクス型有機ＥＬ素子に
おいて、ストライプ状に配置した陽極３２及び陰極３６
の抵抗値が大きい場合には、これらの電極３２、３６に
おける電圧降下が大きくなり、これらの電極３２、３６
間に必要な電圧が印加されないこととなる。特に、陽極
３２に適用されるＩＴＯ等の透明導電膜の比抵抗は一般
に大きいため、この陽極３２における電圧降下が重要な
問題となっていた。この問題を解決するために、特開平
４−２５４８８７号公報に開示の有機ＥＬ素子は、陽極
の比抵抗が１×１０^-5Ω・ｃｍ以下、例えば、Ａｌ等の
金属膜と透明導電膜を積層形成して、陽極の抵抗値を下
げている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術は、有機ＥＬ膜で発光した光を外部に取り出さすた
めの取り出し口となる陽極の透明導電膜を、透過率の低
いＡｌ等の金属膜で覆っているため出射光量が低下し、
表示輝度が低下する問題を有している。本発明は、懸か
る課題を解決するためになされたものであり、出射光量
の低下を招くことのない低抵抗な陽極を有する有機エレ
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における第１の発
明は、基板上に陽極と、有機化合物薄膜よりなる少なく
とも一層以上の電荷キャリア輸送層及び発光層を含む有
機エレクトロルミネッセンス層と、陰極とを順次積層し
てなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前
記陽極は、前記発光層で発光した光を外部に取り出すた
めの開口部を有する金属層とこの金属層を覆って積層さ
れた透明導電膜からなり、かつ前記金属層の比抵抗は、
前記透明導電膜よりも低いことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子を提供する。第２の発明は、前
記基板が透明ガラス基板からなり、かつ前記陽極は、ス
トライプ状に配置され、前記陰極は、前記陽極に直交す
るようにストライプ状に配置されていることを特徴とす
る請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を
提供する。第３の発明は、基板上に陰極と、有機化合物
薄膜よりなる少なくとも一層以上の電荷キャリア輸送層
及び発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、
陽極とを順次積層してなる有機エレクトロルミネッセン
ス素子であって、前記基板は、アクティブマトリクス駆
動層を備えたシリコン基板であり、かつ前記陰極は、所
定の画素サイズを有してマトリクス状に配置され、前記
陽極は、透明導電膜とこの透明導電膜を覆い、かつ前記
陰極に対応する部分以外に前記発光層で発光した光を外
部に取り出すための開口部を有する金属層とからなるこ
とを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提
供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施
形態を模式的に示した概略断面図である。図１におい
て、１は有機ＥＬ素子であり、透明ガラス基板２上に、
開口部３ａを有する金属層３及びこの金属層３を覆って
積層されたＩＴＯ等の透明導電膜４ａからなり、かつ金
属層３の比抵抗が透明導電膜４ａよりも低い陽極４と、
有機化合物薄膜よりなる有機ＥＬ層５と、Ａｌ等の金属
膜からなる陰極６とを順次積層した構成を有する。

【００１１】また、有機ＥＬ層５は、透明ガラス基板２
側からホール輸送層５１と、電子輸送性の発光層５２と
を順次積層した構成をなしている。金属層３を含む陽極
４と陰極６はそれぞれストライプ形状を有して互いに直
交して配置され、パッシブマトリクス型の有機ＥＬ素子
を構成している。この場合、陽極４と陰極６の交差部が
画素７となる。更に、金属層３は、良好な導電性を有
し、透明ガラス基板２に密着形成されている。そして、
上記金属層３には、有機ＥＬ層５の発光層５２で発光し
た光を外部に取り出すための開口部３ａが画素７に対応
した部分に形成されている。

【００１２】本発明における第１実施形態の有機ＥＬ素
子は次のように動作する。陽極４と陰極６間に電圧が印
加されると、前述したように陽極４からホールが注入さ
れ、ホールはホール輸送層５１によって陰極６方向に輸
送される。一方、陰極６からは電子が注入され、電子は
電子輸送性の発光層５２によって陽極４方向に輸送され
る。そして、ホールと電子はホール輸送層５１と発光層
５２の界面近傍で再結合する。このとき、ホールと電子
との結合エネルギーが発光層５２中の発光色素分子へ移
動し、色素分子を励起させる励起状態から基底状態に戻
る際、光に変換されて、この光が放出される。

【００１３】このようにして発光層５２で発光した光
は、陽極４の透明導電膜４ａ及び金属層３の開口部３ａ
を介して透明ガラス基板２側から外部に取り出される。
本発明の第１実施形態によれば、陽極４は、透明ガラス
基板２上に導電性の良好な金属層３を密着して備えてい
るので、陽極４の抵抗値が低下する。それ故、陽極４に
おける電圧降下が抑制され、対向する陽極４と陰極６と
の間には必要な電圧が印加されることになり、画素７部
において所定の発光強度を得ることができる。さらに、
画素７に対応した金属層３には所定のサイズの開口部３
ａが設けられているので、画素７で発光した光のほぼ全
てを上記開口部３ａを介して外部に取り出すことができ
るため、高輝度な有機ＥＬ素子の提供が可能となる。

【００１４】図２は、本発明の第２実施形態を模式的に
示した概略断面図である。図２の有機ＥＬ素子は、基板
側に陰極を形成し、陽極を最表面として、陰極と反対の
基板側から有機ＥＬ層で発光した光を取り出すようにし
たアクティブマトリクス型の有機ＥＬ素子である図２に
おいて、１０は第２実施形態の有機ＥＬ素子であり、シ
リコン基板１１面に形成されたアクティブマトリクス駆
動部１２上にＡｌ等の金属膜からなる陰極１３と、有機
ＥＬ層１４と、陽極１５とを順次積層した構成を有して
いる。また、有機ＥＬ層１４は、シリコン基板１１側か
ら見て、電子輸送性の発光層１４１とホール輸送層１４
２とを順次積層した構成をなしており、陽極１５は、シ
リコン基板１１側から見て、ＩＴＯ等の透明導電膜１５
ａと、Ａｌ等の金属層１６とを積層した構成を有し、金
属膜１６には、有機ＥＬ層１４で発光した光を外部に取
り出すための開口部１６ａが画素１７に対応した部分に
形成されている。

【００１５】陰極１３は、アクティブマトリクス駆動部
１２上に所定の画素サイズを有してマトリクス状に配置
されており、陽極１５は共通電極を構成している。そし
て、陰極１３と陽極１５との対向部が画素１７を構成す
る。

【００１６】本発明の第２実施形態の動作は、前述の第
１実施形態と同様であるので繰り返しての説明は避ける
が，陽極１５は画素１７の対応部分を除いて金属層１６
を密着して備えているため、陽極１５の抵抗値が低下す
る。それ故、陽極１５における電圧降下が抑制され、互
いに対向する陽極１５と陰極１３間には必要な電圧が印
加されることになり、画素１７部分において所定の発光
強度を得ることができる。さらにまた、有機ＥＬ層１４
で発光した光のほとんど全てが、シリコン基板１１の最
表面に備えた陽極１５の透明導電膜１５ａを透過して金
属層１６に設けた開口部１６ａから外部に取り出され
る。従って、高輝度な有機ＥＬ素子を提供することがで
きる。

【００１７】次に、本発明の具体的実施例を説明し、従
来例と比較してその効果を述べる。なお、ここで説明す
る実施例は、図１のパッシブマトリクス型有機ＥＬ素子
に対する適用例である。

【００１８】（実施例１）実施例１の有機ＥＬ素子は図
１の構成を有するものであり、次のようにして形成した
ものである。即ち、透明ガラス基板１上に、金属層３と
して画素７に対応した所定サイズの開口部３ａを備えた
Ａｌの薄膜を１５ｎｍの厚みで形成し、さらにその上に
ストライプ状のＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みで金属層３上
に形成して陽極４を作製する。このＩＴＯ膜は成膜後、
４００Ｗの酸素プラズマ中で１分間アッシング処理され
る。

【００１９】ホール輸送層５１にはα―ＮＰＤ（４，４
´−ビス［Ｎ―（１−ナフチル）−Ｎ―フェニルアミ
ノ］ビフェニル）の５０ｎｍ厚の膜を適用し、電子輸送
性発光層５２としてはＡｌｑ₃の５０ｎｍ厚の膜を適用
した。また、陰極６としては８０ｎｍの厚みのＡｌを、
上記開口部３ａに対応する位置で陽極４と直交させてス
トライプ状に形成した。

【００２０】（実施例２）実施例２の有機ＥＬ素子は、
実施例１においてＡｌの金属層３を５０ｎｍ厚の銅（Ｃ
ｕ）に置き換えたものであり、その他の要素については
実施例１と同一としたものである。

【００２１】（実施例３）実施例３の有機ＥＬ素子は、
実施例１においてＡｌの金属層３を４０ｎｍ厚の金（Ａ
ｕ）に置き換えたものであり、その他の要素については
実施例１と同一としたものである。

【００２２】（実施例４）実施例４の有機ＥＬ素子は、
実施例１において隣接画素間のＡｌ金属層３を画素７間
方向に５０％減じて、実質的に開口部３ａのサイズを大
きくしたものであり、その他の要素については実施例１
と同一としたものである。

【００２３】（実施例５）実施例５の有機ＥＬ素子は、
図３に陽極４を拡大して示しているように画素７間の５
０％を金属層３のみで形成し、画素対応部をＩＴＯの透
明導電膜４ａで形成したものである。金属膜３とＩＴＯ
の透明電極膜４ａとは１０μｍ程度のオーバーラップ部
を有する。上記陽極４を除いて、他の要素については実
施例１と同一としている。

【００２４】（比較例１）比較例１の有機ＥＬ素子は、
実施例１の素子から金属層３を除去したものであり、そ
の他の要素については実施例１と同一としたものであ
る。

【００２５】（比較例２）比較例２の有機ＥＬ素子は、
実施例１の素子において金属層３が開口部３ａを備えて
いないものであり、その他の要素については実施例１と
同一としたものである。

【００２６】（比較例３）比較例３の有機ＥＬ素子は、
実施例１において隣接画素間のＡｌ金属層３を画素７間
方向に７０％減じたものであり、その他の要素について
は実施例１と同一として形成したものである。

【００２７】以上、試作された有機ＥＬ素子は、同一条
件の基で試験し比較された。その結果を図４に示す。図
４は各有機ＥＬ素子の陽極の抵抗値と２５００ｃｄ／ｍ
²の輝度を得るのに必要な電圧について比較した図であ
る。図４の実施例１乃至３の有機ＥＬ素子と比較例１の
有機ＥＬ素子とを比較した場合、前者の駆動電圧は８〜
９Ｖであるのに対して後者は１５Ｖ必要である。即ち、
実施例１乃至３の有機ＥＬ素子の方が同一の輝度を得る
のに必要な駆動電圧が低くなっていることが分かる。こ
れは、陽極４が透明導電膜４ａに密着して良導体である
金属層３を備えているため、陽極４の抵抗値が低下した
ためであると考えられる（実施例１乃至３は１．８〜
２．４Ωであるのに対し、比較例１は２２Ω）。

【００２８】また、実施例１乃至５と比較例２の有機Ｅ
Ｌ素子の比較から金属層３に開口部３ａを備えた効果が
確認される。即ち、比較例２の有機ＥＬ素子は、陽極４
が透明導電膜４ａに密着して金属層３を備えているため
その抵抗値は２Ωと低いが、金属層３が画素対応部に開
口部がないために、有機ＥＬ層５で発光した光の透過が
金属層３で制限され、それ故、必要輝度を得るための駆
動電圧が２０Ｖ以上と高くなっている。これに対し、実
施例１乃至５の有機ＥＬ素子は金属層３が開口部３ａを
備えるために、有機ＥＬ層５の発光層５２で発光した光
は何ら制限を受けることなく外部に取り出すことができ
る。それ故、所定の輝度を得るための駆動電圧が８〜１
０Ｖと低くい。

【００２９】また、実施例１乃至４と比較例３との比較
より隣接画素間における金属層３の占める割合に限界が
あることが分かる。即ち、実施例１乃至３と実施例４の
比較では、所定の輝度を得るための駆動電圧は共に８〜
１０Ｖ程度であり、実施例４のように隣接画素間の金属
層３を画素７間方向に５０％まで減じても（金属層３の
形成領域が画素間の５０％の意）駆動電圧に大きな変化
はない。ところが、比較例３のように隣接画素間の金属
層３を画素７間方向に７０％まで減じると（金属層３の
形成領域が画素間の３０％の意）駆動電圧が１３Ｖに高
くなる。これより、金属層３の形成領域は画素７間の４
０％以上、好ましくは５０％以上とするのがよいことが
わかる。

【００３０】また、実施例４と実施例５との比較から、
両者の駆動電圧には明らかな差が見られず（実施例４は
１０Ｖであり、実施例５は９．５Ｖであった）、画素７
間の陽極構成の差異は有機ＥＬ素子の発光効率には何ら
影響を及ぼしていないことが分かる。即ち、画素７間の
抵抗値は金属層３が支配していると考えられる。なお、
本発明は上記の実施例に限定されるものでなく、本発明
の技術的範囲に属するもの全てに適用できるものであ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明してきて明らかなよう
に、基板上に陽極と、有機化合物薄膜よりなる少なくと
も一層以上の電荷キャリア輸送層及び発光層を含む有機
エレクトロルミネッセンス層と、陰極とを順次積層して
なる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記
陽極は、前記発光層で発光した光を外部に取り出すため
の開口部を有する金属層とこの金属層を覆って積層され
た透明導電膜からなり、かつ前記金属層の比抵抗は、前
記透明導電膜よりも低いので、当該陽極全体の抵抗値を
低下させることができ、有機エレクトロルミネッセンス
発光を効率よく行わせることができる。さらに、画素に
対応した部分であって上記金属層に開口部を設けたこと
によって、有機エレクトロルミネッセンス層で発光した
光を何ら損なうことなく外部に取り出すことができるの
で、高輝度な有機ＥＬ素子を得ることができる。また、
前記基板が透明ガラス基板からなり、かつ前記陽極は、
ストライプ状に配置され、前記陰極は、前記陽極に直交
するようにストライプ状に配置されているので、高効率
で高輝度なパッシブマトリクス型の有機エレクトロルミ
ネッセンス素子が提供できる。更にまた、基板上に陰極
と、有機化合物薄膜よりなる少なくとも一層以上の電荷
キャリア輸送層及び発光層を含む有機エレクトロルミネ
ッセンス層と、陽極とを順次積層してなる有機エレクト
ロルミネッセンス素子であって、前記基板は、アクティ
ブマトリクス駆動層を備えたシリコン基板であり、かつ
前記陰極は、所定の画素サイズを有してマトリクス状に
配置され、前記陽極は、透明導電膜とこの透明導電膜を
覆い、かつ前記陰極に対応する部分以外に前記発光層で
発光した光を外部に取り出すための開口部を有する金属
層とからなるので、高精細、高効率、高輝度なアクティ
ブマトリクス型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】本発明の第１実施形態を模式的に示した概略断
面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を模式的に示した概略断
面図である。

【図３】図１の要部を拡大して示した部分断面図であ
る。

【図４】試作した有機ＥＬ素子について陽極の抵抗値と
２５００ｃｄ／ｍ²の輝度を得るのに必要な電圧を比較
した図である。

【図５】一般的な有機ＥＬ素子を模式的に示した説明図
である。

【図６】パッシブマトリクス型の有機ＥＬ素子を説明す
るための略示図である。

【符号の説明】

１，１０…有機エレクトロルミネッセンス素子、２…透
明ガラス基板、３，１６…金属層、３ａ，１６ａ…開口
部、４，１５…陽極、４ａ，１５ａ…透明導電膜、６，
１３…陰極，１１…シリコン基板、１２…アクティブマ
トリクス駆動層、５１，１４２…ホール輸送層（電荷キ
ャリア輸送層）、５２，１４１…発光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に陽極と、有機化合物薄膜よりなる
少なくとも一層以上の電荷キャリア輸送層及び発光層を
含む有機エレクトロルミネッセンス層と、陰極とを順次
積層してなる有機エレクトロルミネッセンス素子であっ
て、前記陽極は、前記発光層で発光した光を外部に取り出す
ための開口部を有する金属層とこの金属層を覆って積層
された透明導電膜からなり、かつ前記金属層の比抵抗
は、前記透明導電膜よりも低いことを特徴とする有機エ
レクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】前記基板が透明ガラス基板からなり、かつ
前記陽極は、ストライプ状に配置され、前記陰極は、前
記陽極に直交するようにストライプ状に配置されている
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。
【請求項３】基板上に陰極と、有機化合物薄膜よりなる
少なくとも一層以上の電荷キャリア輸送層及び発光層を
含む有機エレクトロルミネッセンス層と、陽極とを順次
積層してなる有機エレクトロルミネッセンス素子であっ
て、前記基板は、アクティブマトリクス駆動層を備えたシリ
コン基板であり、かつ前記陰極は、所定の画素サイズを
有してマトリクス状に配置され、前記陽極は、透明導電
膜とこの透明導電膜を覆い、かつ前記陰極に対応する部
分以外に前記発光層で発光した光を外部に取り出すため
の開口部を有する金属層とからな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。