JP2005044778A - 電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光層から発散された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じることによって光特性の向上された電界発光素子を提供する。
【解決手段】透明基板と、前記透明基板の一側に形成された正負極と、前記正負極間に介在され、前記正負極の電気的駆動により発光する発光層を有する中間層とを備えた電界発光素子であり、前記正負極は前記発光層から発散された光を部分的に反射する半透明電導層として形成されたことを特徴とする電界発光素子である。よって、本発明により輝度、光効率、及び色度座標が改善された電界発光素子が提供され、該電界発光素子はその輝度が高いために、一定の輝度を得るために必要な駆動電圧が低くなる。
【選択図】図２

Description

本発明は電界発光素子に係り、さらに詳細には両面発光型電界発光素子に関する。

電界発光素子は能動発光型表示素子であり、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉａｐｌａｙ）に比べて視野角、コントラスト、応答速度、重さ、大きさ、厚さ、消費電力などの面で優秀であり、次世代表示素子として注目されている。このような電界発光素子は発光層を形成する物質が無機物であるか有機物であるかによって無機電界発光素子と有機電界発光素子とに区分される。

図１には特許文献１に開示されたところと類似した形態の従来の両面発光型電界発光素子が開示されているが、この電界発光素子は、透明基板１０上に正極２０、中間層３０、及び負極４０が順次に積層された構造を有する。図１には前記中間層が正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び電子注入層３５を備えると図示されているが、それらのうち発光層を除外した他の層は必要によりあってもなくともよい。前記電界発光素子は両面発光型電界発光素子なので、前記正負極は透明な素材、例えばＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）より形成され、発光層３３で発散された光は正極２０及び負極４０それぞれを通じて外部に放出される。しかし、このような電界発光素子の場合には、発光層で発散された光が正極または負極で反射されずにすぐに外部に放出され、従って発光層から発散された光の共鳴効果による干渉による強め合いによる光特性が向上されない。言い換えれば、発光層３３で放出された光のうち強度の弱い光（すなわち、小振幅の光）は前記正極２０と負極４０とを通過できずにそれらの間に閉じ込められ、この閉じ込められた光のエネルギーは最終的に正極２０と負極４０間に介在された層によって吸収される。従って、電界発光素子の光効率が低下する。
米国特許第６，４６９，４３７号公報

本発明は前記のような問題点を解決し、発光層から発散された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じることによって光特性、さらに詳細には輝度、光効率、及び色度座標の向上された電界発光素子を提供することを目的とする。

また本発明は、正負極を介してそれぞれ放出される光量を調節できる電界発光素子を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために本発明は、透明基板と、前記透明基板の一側に形成された正負極と、前記正負極間に介在され、前記正負極の電気的駆動により発光する発光層を有する中間層とを備えた電界発光素子であり、前記正負極は前記発光層から発散された光を部分的に反射する半透明電導（伝導）層として形成されたことを特徴とする電界発光素子を提供する。

前記正負極間に介在された層は前記正負極によって反射された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じるように構成されることが望ましい。

前記正極は光を透過させる第１透明電導層と光を部分的に反射する第１部分反射層とを備え、前記負極は光を透過させる第２透明電導層と光を部分的に反射する第２部分反射層とを備えたことが望ましい。

前記第１部分反射層は前記第１透明電導層の内側面、中間、または外側面に形成されうる。

前記第２部分反射層は前記第２透明電導層の内側面、中間、または外側面に形成されうる。

前記第１及び第２部分反射層間に介在された層は前記第１及び第２部分反射層によって反射された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じるように構成されることが望ましい。

前記第１及び第２透明電導層はＩＴＯ、ＩＺＯ及びＺｎＯより構成される群から選択された１透明材料より形成されることが望ましい。

前記第１部分反射層はＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより構成される群から選択された１部分反射材料より形成されることが望ましく、前記第２部分反射層はＭｇ：Ａｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、及びＢａより構成される群から選択された１部分反射材料より形成されることが望ましい。

前記第１及び第２透明電導層は５０ｎｍないし３００ｎｍの厚さを有することが望ましく、前記第１及び第２部分反射層は３ｎｍないし３０ｎｍの厚さを有することが望ましく、前記第１及び第２部分反射層間の距離は５０ｎｍないし５００ｎｍであることが望ましい。

本発明によって、輝度、光効率、及び色度座標が改善された電界発光素子が提供される。本発明による電界発光素子はその輝度が高いために、一定の輝度を得るために必要な駆動電圧が低くなる。また本発明によって、正負極それぞれから放出される光量を任意に定められる電界発光素子が提供される。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図２を参照して本発明の第１実施例を詳細に説明する。参考として、図２にはパッシブマトリックス型電界発光素子の１サブ画素が図示されている。

本実施例による電界発光素子は両面発光型電界発光素子であり、透明基板１０、正極２００、負極４００、及び中間層３０を備える。前記透明基板１０は、例えばガラスより形成された基板であり、この基板上に前記正極、中間層、及び負極が積層される。

前記中間層３０は正負極間に介在され、正負極の電気的駆動により発光する発光層３３を有する。図２には前記中間層が正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び電子注入層３５を備えると図示されているが、それらのうち発光層を除外した他の層は必要によりあってもよくなくともよい。この発光層３３の種類によって電界発光素子が有機電界発光素子または無機電界発光素子に区分されうる。

有機電界発光素子の発光層３３はフタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などにより形成され、無機電界発光素子の発光層３３はＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣｓＳのような金属硫化物またはＣａＣａ_２Ｓ_４、ＳｒＣａ_２Ｓ_４のようなアルカリ土類カルシウム硫化物、及びＭｎ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｐｂなどを含む遷移金属またはアルカリ稀土類金属のような発光中心原子より形成される。図２は有機電界発光素子を図示したものであるが、無機電界発光素子も本発明の範囲に属する。無機電界発光素子の場合には、前記正負極の互いに対向する面に絶縁層が形成される。

前記正極２００と負極４００とは前記透明基板の一側に形成され、それらの間には発光層３３を含む中間層３０が形成されている。前記正極２００と負極４００とは前記発光層から発散された光を部分的に反射する半透明電導層として形成される。具体的に、前記正負極それぞれは透明電導層と部分反射層とを備える。すなわち、正極２００は光を透過させる第１透明電導層２１０と、前記第１透明電導層の内側面２１０ａに形成された第１部分反射層２２０とを備え、負極４００は光を透過させる第２透明電導層４１０と、前記第２透明電導層の内側面４１０ａに形成された第２部分反射層４２０とを備える。前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０とは光を部分的に反射する。前記第１及び第２部分反射層間に介在された層の屈折率と厚さとは前記第１及び第２部分反射層によって反射された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じるように設計される。

前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０は発光層３３から発散された光のうち部分反射層２２０，４２０を通過できない比較的弱い光を反射する。前記反射された光は前記発光層３３で発散された他の光または他の反射された光と干渉による強め合いが生じることによってその強さが強くなった後、前記部分反射層２２０，４２０のうちいずれか１層を通過して外部に放出される。

発光層から発散された光の一部は図２の矢印により図示されたように、部分反射層２２０，４２０間で振動するようになる。この振動する光は、その波長と部分反射層２２０，４２０間の各層の屈折率及び厚さ間の関係により、共鳴効果によって干渉による強め合いが生じて電界発光素子の外部に放出される。さらに具体的に述べれば、発光層３３で放出された光のうち強度の弱い光（すなわち、小振幅の光）は前記部分反射層２２０，４２０によって発光層３３に向けて反射される。前記反射された光は発光層３３で放出される他の光と干渉による強め合いを起こし、この補強干渉（干渉による強め合い）によって光の強度が強くなる（すなわち、大振幅となる）。従って、前記干渉によって強め合った光は部分反射層２２０，４２０はもとより、正極２０と負極４０を通過できるようになり、従って電界発光素子の光効率が向上される。前記干渉による強め合いは光効率はもとより、輝度及び色度座標も向上させる。

前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間の距離は、可視光線の波長の範囲が３８０ｎｍないし７７０ｎｍである点を勘案する時、５０ｎｍないし５００ｎｍであることが望ましい。

前記第１透明電導層２１０と第２透明電導層４１０とはＩＴＯ、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、及びＺｎＯより構成される群から選択された１透明材料より形成され、前記第１部分反射層２２０はＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより構成される群から選択された１部分反射材料より形成され、前記第２部分反射層はＭｇ：Ａｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、及びＢａより構成される群から選択された１部分反射材料より形成される。ここで、透明材料とは１００ｎｍの厚さに対する可視光線の光透過率が５０％以上である材料を意味し、部分反射材料とは光反射率と光透過率とがそれぞれ４０％以上であって光吸収率が３０％未満である材料を意味する。

特に、前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０の厚さはそれらそれぞれを通過する光量を所望通りに調節するために調整されうる。これは特に、正負極を通過する光量を互いに同一に調節する必要がある場合に、これを達成するための有用な手段になる。前記第１及び第２透明電導層は５０ｎｍないし３００ｎｍの厚さを有することが望ましいが、その厚さが５０ｎｍより薄ければ電導性が悪化するという問題があり、その厚さが３００ｎｍより厚ければ光の透過性が悪化して材料コストが上昇するという問題点がある。前記第１及び第２部分反射層は３ｎｍないし３０ｎｍの厚さを有することが望ましいが、その厚さが３ｎｍより薄ければ光に対する反射率が過度に低くなるという問題があり、その厚さが３０ｎｍより厚ければ光に対する透過率が過度に低くなるという問題がある。

本実施例において、第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間に介在された中間層３０は正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び電子注入層３５の全部または一部を含みうるが、第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間に介在された層は第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０とによって反射された光が干渉による強め合いが生じるように最適化されることが望ましい。具体的には、これら層それぞれの厚さはこれら層それぞれの屈折率及び前記発光層で発散される光の波長によって決まる。

次には、本実施例が適用された電界発光素子の一適用例とこれに対する比較例とを通じて本実施例による電界発光素子の効果を比較する。

［適用例］
適用例として製作された電界発光素子は、透明基板１０、透明基板上にＩＴＯより形成された第１透明電導層２１０、第１透明電導層上にＡｇより形成された２０ｎｍ厚さの第１部分反射層２２０、第１部分反射層上にＣｕＰｃより形成された１０ｎｍ厚さの正孔注入層３１、正孔注入層上にＮＰＢより形成された５０ｎｍの厚さの正孔輸送層３２、正孔輸送層上にカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）にトリス（ｆａｃ−フェニルピリジン）イリジウムを５％の濃度でドーピングすることにより、３０ｎｍ厚さより形成された発光層３３、発光層上にビフェノキシ−バイ（８−キノリノラト）アルミニウム（ＢＡｌｑ）より形成された５ｎｍ厚さの正孔阻止層、正孔阻止層上にトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ）より形成された２０ｎｍ厚さの電子輸送層３４、電子輸送層上にＬｉＦより形成された０．５ｎｍ厚さの電子注入層３５、電子注入層上にＭｇ：Ａｇ（２０：１）より形成された６ｎｍ厚さの第２部分反射層４２０、及び第２部分反射層上にＩＺＯより形成された８０ｎｍ厚さの第２透明電導層４１０を備える。

この電界発光素子を８Ｖの作動電圧で駆動すれば、正極２００を通じて放出される光は４００ｃｄ／ｍ^２の輝度、１４．４ｃｄ／Ａの光効率、及び［０．２７，０．６５］の色度座標を有し、負極４００を通じて放出される光は２１０ｃｄ／ｍ^２の輝度、８．０ｃｄ／Ａの光効率、及び［０．２７，０．６５］の色度座標を有する。

［比較例］
比較例として製作された電界発光素子は前記適用例として製作された電界発光素子において、第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０とが除外されたものであり、これは従来の電界発光素子に該当する。

この電界発光素子を８Ｖの作動電圧で駆動すれば、正極を通じて放出される光は３３５ｃｄ／ｍ^２の輝度、１２．５ｃｄ／Ａの光効率、及び［０．２８，０．６２］の色度座標を有し、負極を通じて放出される光は９８ｃｄ／ｍ^２の輝度、３．６ｃｄ／Ａの光効率、及び［０．２９，０．６０］の色度座標を有する。

前記適用例及び比較例の実験結果から分かるように、本実施例による電界発光素子（適用例）の輝度及び光効率は従来の電界発光素子（比較例）の輝度及び光効率より高い。特に、本実施例による電界発光素子の負極を通じて放出される光の輝度及び光効率は従来の電界発光素子の負極を通じて放出される光の輝度及び光効率の２倍を超える。このような光特性の向上は色度座標の側面でも同じである。

次に図３を参照するが、第１実施例と異なる事項を中心に本発明の第２実施例を詳細に説明する。本実施例が第１実施例と異なる点は図３に図示されたように、第１部分反射層２２０が第１透明電導層の外側面２１０ｂ上に形成され、第２部分反射層４２０が第２透明電導層の外側面４１０ｂ上に形成されるということである。このように、第１及び第２部分反射層が第１及び第２透明電導層の外側面上に形成されることにより、第１及び第２部分反射層によって反射された光が第１及び第２部分反射層間に介在された層間で干渉による強め合いが生じる。

本実施例において、第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間には第１透明電導層２１０、中間層３０、及び第２透明電導層４１０が介在される。前記中間層３０は正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び電子注入層３５の全部または一部を含みうる。前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間に介在された層は第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０とによって反射された光が干渉による強め合いが生じるように最適化されることが望ましい。

次に、図４を参照して本発明の第３実施例を詳細に説明する。本実施例が第１実施例及び第２実施例と異なる点は図４に図示されたように、第１部分反射層２２０が第１透明電導層２１０の中間に形成されており、第２部分反射層４２０が第２透明電導層４１０の中間に形成されているということである。すなわち、前記第１透明電導層２１０は第１外側透明電導層２１２と第１内側透明電導層２１１とを備え、第１部分反射層２２０はそれらの間に介在されており、第２透明電導層４１０は第２外側透明電導層４１２と第２内側透明電導層４１１とを備え、第２部分反射層４２０はそれらの間に介在されている。

第１部分反射層２２０が他の有機材料層と直接接触する場合には、エネルギー準位差による問題点がありうるが、これを解決するために第１部分反射層と前記有機材料層間に第１内側透明電導層２１１を形成する必要がある。

本実施例において第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間には第１内側透明電導層２１１、中間層３０、及び第２内側透明電導層４１１が介在される。前記中間層３０は正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、電子輸送層３４、及び電子注入層３５の全部または一部を含みうる。前記第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０間に介在された層は第１部分反射層２２０と第２部分反射層４２０とによって反射された光が干渉による強め合いが生じるように最適化されることが望ましい。

次に、図５を参照して本発明の第４実施例を詳細に説明する。本実施例は前記第１実施例及び第２実施例を組み合わせた実施例である。図５に図示された電界発光素子の正極２００には第１実施例が適用され、負極４００には第２実施例が適用されたが、本実施例がこれに限定されるものではない。すなわち、本実施例による電界発光素子の正負極それぞれには第１実施例、第２実施例、及び第３実施例が適用されうるのである。

本発明は図面に図示された実施例を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならばこれから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求範囲の技術的な思想によって決まるものである。

本発明の電界発光素子は、例えば次世代表示素子として効果的に適用可能である。

従来の両面発光型電界発光素子を図示する断面図である。 本発明の第１実施例による電界発光素子を図示する断面図である。 本発明の第２実施例による電界発光素子を図示する断面図である。 本発明の第３実施例による電界発光素子を図示する断面図である。 本発明の第４実施例による電界発光素子を図示する断面図である。

符号の説明

１０ 基板
３０ 中間層
３１ 正孔注入層
３２ 正孔輸送層
３３ 発光層
３４ 電子輸送層
３５ 電子注入層
２００ 正極
２１０ 第１透明電導層
２１０ａ，４１０ａ 内側面
２２０ 第１部分反射層
４００ 負極
４１０ 第２透明電導層
４２０ 第２部分反射層

Claims (17)

1. 透明基板と、
   前記透明基板の一側に形成された正負極と、
   前記正負極間に介在され、前記正負極の電気的駆動により発光する発光層を有する中間層とを備えた電界発光素子において、
   前記正負極は前記発光層から発散された光を部分的に反射する半透明電導層として形成されたことを特徴とする電界発光素子。
2. 前記正負極間に介在された層は前記正負極によって反射された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
3. 前記正極は光を透過させる第１透明電導層と光を部分的に反射する第１部分反射層とを備え、前記負極は光を透過させる第２透明電導層と光を部分的に反射する第２部分反射層とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
4. 前記第１部分反射層は前記第１透明電導層の内側面上に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
5. 前記第２部分反射層は前記第２透明電導層の内側面上に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
6. 前記第１部分反射層は前記第１透明電導層の外側面上に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
7. 前記第２部分反射層は前記第２透明電導層の外側面上に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
8. 前記第１部分反射層は前記第１透明電導層の中間に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
9. 前記第２部分反射層は前記第２透明電導層の中間に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
10. 前記第１及び第２部分反射層間に介在された層は前記第１及び第２部分反射層によって反射された光が共鳴効果によって干渉による強め合いが生じるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
11. 前記第１透明電導層はＩＴＯ、ＩＺＯ及びＺｎＯより構成される群から選択された１透明材料より形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
12. 前記第２透明電導層はＩＴＯ、ＩＺＯ及びＺｎＯより構成される群から選択された１透明材料より形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
13. 前記第１部分反射層はＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＣｒより構成される群から選択された１部分反射材料より形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
14. 前記第２部分反射層はＭｇ：Ａｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、及びＢａより構成される群から選択された１部分反射材料より形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
15. 前記第１及び第２透明電導層は５０ｎｍないし３００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
16. 前記第１及び第２部分反射層は３ｎｍないし３０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
17. 前記第１及び第２部分反射層間の距離は５０ｎｍないし５００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。

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