JP4345125B2 - 有機el素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子とホールの注入・再結合により発光する有機化合物材料のエレクトロルミネッセンス(以下、ELという)を利用して、上記有機化合物材料の薄膜から構成された有機EL素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機EL素子は、一対の電極をなす陽極と陰極との間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟んだ積層構造を有し、前記薄膜にホール及び電子を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、この励起子が失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して表示を行う表示素子である。
【0003】
図3は一般的な有機EL素子の基本構造を示す側断面図である。
【0004】
図3に示すように、有機EL素子11は、絶縁性及び透明性を有するガラス基板12を基部としている。このガラス基板12の上には、ITO(Indium Tin Oxide)からなる透明導電膜が所定パターン形状に成膜されており、陽極13を形成している。
【0005】
図3に示すように、陽極13の上には有機化合物材料の薄膜による発光層を含む有機層14が積層されている。有機層14の上には金属薄膜が所定パターン形状に成膜されている。この金属薄膜は、例えばAl−Liからなり、陰極15を形成している。
【0006】
上記有機EL素子11では、陽極13と陰極15との間に電圧を印加して定電流を流す。これにより、有機層14に対し、陽極13からホールが、陰極15から電子がそれぞれ注入される。そして、注入されたホールと電子が再結合して励起子を生成し、この励起子が失活する際の光の放出により所望の表示がなされる。その際の発光は、透明導電膜による陽極13を介してガラス基板12側から観測される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成による有機EL素子11を定電圧駆動方式により駆動した場合、経時変化で電圧が上昇し、素子のI(電流)−V(電圧)特性が電圧の高い方にシフトして劣化を招き、その結果、一対の電極間に流れる電流が低下するといった問題を生ずるため、一般的には定電流駆動方式を採用している。
【0008】
ところで、図3の構造を基本構成として、図4及び図5に示すような複数種類の固定表示パターン2と複数桁のアルファーニューメリック表示パターン3を有する有機EL素子21では、全ての表示パターン2,3の発光面積を同一にすることはできない。
【0009】
図4に示すように、例えば「AUTO」の固定表示パターン2Aの陽極13は、「A」、「U」、「T」、「O」の4つに分割されてガラス基板12上に成膜され、それぞれの間が配線パターン16で接続されており、更に「T」の陽極13から配線パターン16を介して不図示の定電流駆動回路が接続される。
【0010】
「□」の固定表示パターン2Cの陽極13は、正方形状にガラス基板12上に成膜され、配線パターン16を介して不図示の定電流駆動回路が接続される。
【0011】
「FM」の固定表示パターン2Dの陽極13は、「F」、「M」の2つに分割されてガラス基板12上に成膜され、その間が配線パターン16で接続されており、更に「F」の陽極13から配線パターン16を介して不図示の定電流駆動回路が接続される。
【0012】
そして、「FM」の固定表示パターン2Dの発光面積は、「AUTO」の固定表示パターン2Aの発光面積よりも小さくなっている。また、「AUTO」、「□」、「FM」の固定表示パターン2A,2C、2Dの発光面積は、アルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nの発光面積よりも大きくなっている。
【0013】
このように、図4及び図5に示す有機EL素子21では、各固定表示パターン2(2A〜2E)とアルファーニューメリック表示パターン3(3A〜3F)とが異なった発光面積で形成されることになる。
【0014】
そして、図4及び図5に示す有機EL素子21に定電流駆動方式を採用した場合には、定電流駆動回路とは別にPWM(Pulse Width Modulation)回路(IC)等の輝度補正用の回路を付加し、各表示パターンの発光面積の違いによる輝度バラツキを補正する必要があった。
【0015】
更に説明すると、図4に示すように、「AUTO」の固定表示パターン2Aは発光面積が大きく、アルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nの発光面積は固定表示パターン2Aよりも小さくなっている。そして、このまま定電流駆動すると「AUTO」の固定表示パターン2Aの発光輝度はアルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nの発光輝度よりも相対的に小さくなってしまう。すなわち、有機EL素子21を定電流駆動した場合、表示パターン2,3の発光面積が異なるとその差がそのまま輝度の差として現れてしまう。
【0016】
そこで、従来の有機EL素子21では、「AUTO」の固定表示パターン2Aに加えられるパルス幅に対し、アルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nに加えられるパルス幅をPWM回路により面積の差分だけ短くして輝度バラツキを抑えていた。
【0017】
このように、有機EL素子の定電流駆動方式による表示パターンの発光面積の違いは本質的な問題であり、駆動時に上記のような何らかの補正が必要不可欠であった。
【0018】
そして、その補正が上記のようなPWM回路を使う場合には、本来ある輝度を落として発光面積の広い表示パターンに合わせていたため、表示素子としての輝度を低下させてしまっていた。しかも、有機EL素子を駆動するための回路として、定電流駆動用のICの他にPWM用のICも必要となり、表示素子の価格上昇を招く結果にもなっていた。
【0019】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、輝度を補正するための特別な回路を付加することなく、各表示パターン間で均一な発光を得ることができる有機EL素子を提供することを目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、透光性及び絶縁性を有する基板上に第1電極としての透明な陽極が形成され、前記陽極上面に特定の文字や記号を表示する固定表示パターンと、英数字,記号,片仮名等の複数種類のキャラクターを表示するアルファーニューメリック表示パターンの各セグメントを形作るように開口が形成された前記陽極のエッジ部分をすべて覆うように絶縁層が形成され、前記陽極の露出部上に薄膜の有機層が形成され、前記有機層の上に第2電極としての陰極が表示パターン毎に形成され、前記陽極と前記陰極の一対の電極で挟まれた前記有機層の部分が発光領域となり、
前記アルファーニューメリック表示パターンの各セグメントと発光面積が概略同じになるように前記固定表示パターンの陽極を分割し、
前記固定表示パターン及び前記アルファーニューメリック表示パターンの各陽極が個別に配線パターンにより前記基板の端部に引き出されて定電流駆動回路に接続され、
前記陰極を順次走査するとともに、これに同期して前記陽極に表示信号を入力し、前記固定表示パターンとして本来一体であるべき陽極についてはその駆動を同期させて発光させ、前記固定表示パターン及び前記アルファーニューメリック表示パターンの間で均一な発光を得ることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による有機EL素子の平面図、図2は図1のA−A線部分拡大断面図である。なお、図1では、第1電極をなす陽極及びその配線パターンのみを図示している。
【0022】
以下、図1及び図2に基づいて本実施の形態の有機EL素子の構造を製造工程の手順に沿って説明する。
【0023】
図1に示すように、有機EL素子1は、「AUTO」、「FM」、「□」等の特定の文字や記号を表示する5つの固定表示パターン2(2A〜2E)と、英数字,記号,片仮名等の複数種類のキャラクターを表示するユニオンジャック状の6桁のアルファーニューメリック表示パターン3(3A〜3F)とを有している。
【0024】
図2に示すように、有機EL素子1は、ガラス等の透光性及び絶縁性を有する基板4を基部としており、この基板4上に透明な第1電極としての陽極5を形成する。陽極5は、例えばITO(酸化インジウムと錫の複合酸化物)やIDIXO(商品名:出光透明導電材料、Idemitsu Indium X-Metal Oxide 、酸化インジウムと酸化亜鉛の複合酸化物)等のように、表面の仕事関数が4.0eV以上の透明な物質で構成される。陽極5は、分子線蒸着法、スパッタ法等のPVD(Physical Vapor Deposition )法により、固定表示パターン2A〜2Eの各セグメント2a〜2k及びアルファーニューメリック表示パターン3A〜3Fの各セグメント3a〜3nの形状に対応して基板4上に成膜される。
【0025】
また、各陽極5は、各表示パターン2,3のセグメント2a〜2k,3a〜3n毎に個別に配線パターン6を介して基板4の端部まで引き出されて不図示の定電流駆動回路に接続されており、発光を外部に取り出す電極として機能する。
【0026】
ここで、上記固定表示パターン2A〜2E及びアルファーニューメリック表示パターン3A〜3Fの陽極5は、通常のデザインのままでは発光面積が大きく異なる。このため、固定表示パターン2A〜2Eの陽極5を概略影響がでない(目立たない)程度に分割し、その発光面積をアルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nと同程度に形成する。
【0027】
上記陽極5の分割例として、「AUTO」の固定表示パターン2Aと「□」の固定表示パターン2Cを例にとって説明する。
【0028】
まず、「AUTO」の固定表示パターン2Aの陽極5は、「A」、「U」、「T」、「O」の4つに分割されて基板4上に成膜される。各陽極5は、発光時に目立たない程度のギャップ(例えば50μm以下)を保って基板4上に成膜される。この分割された各陽極5は、個別に配線パターン6が引き出されて不図示の定電流駆動回路に接続される。
【0029】
また、略正方形状の「□」の固定表示パターン2Cの陽極5は、図1において縦方向に同一面積で2つの長方形状に分割されて基板4上に成膜される。各陽極5は、上記「AUTO」の固定表示パターン2Aと同様に、発光時に目立たない程度のギャップを保って基板4上に成膜される。この分割された各陽極5は、個別に配線パターン6が引き出されて不図示の定電流駆動回路に接続される。
【0030】
なお、上記のように分割される陽極5間のギャップの維持は、フォトリソグラフィ法や印刷法を用いる蛍光表示管では不可能であるが、PVD法を用いて陽極5を形成する有機EL素子の製法により実現できる。これにより、陽極5が分割された固定表示パターン2を発光駆動させた際に、表示品位を落とすことなく所望の表示を行うことができる。
【0031】
各表示パターン2,3の陽極5及び配線パターン6が形成されると、固定表示パターン2及びアルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント2a〜2k,3a〜3nを形作るように開口7aを有し、その他の部分を覆うように絶縁層7を形成する。絶縁層7は、350℃程度までの耐熱性を有する例えば感光性ポリイミド、SiO2 、SiN等の材料からなる。絶縁層7は、前記材料をスピンコート法、蒸着法、スパッタ法等の手法を用いて例えば1μm前後の膜厚で各陽極5のエッジ部分をすべて覆うように成膜される。
【0032】
次に、上記陽極5の露出部上に薄膜の有機層8を形成する。この有機層8は、少なくとも発光層を含む単層又は多層で形成される。有機層8の具体例を示すと、陽極5の上に成膜されるホール注入層としてのCuPc有機膜、CuPc有機膜の上に成膜されるホール輸送層としてのα−NPD有機膜、α−NPD有機膜の上に成膜される発光層兼電子輸送層としてのAlq3 有機膜の3層構造がある。
【0033】
有機層8としては、上記例の他、発光層と電荷輸送層(ホール輸送層、ホール注入・輸送層、電子注入層、電子注入・輸送層等)との組み合わせ、例えば発光層1層のみ、発光層とホール輸送層の2層、発光層と電子注入層の2層、ホール輸送層と発光層と電子注入層の3層等で構成することができる。
【0034】
また、発光層の発光材料としては、発光層そのものを発光させる場合には、例えばAlq3 やジスチルアリーレン系化合物等が使用される。発光層に別の発光材料(ドーパント)を微量ドーピングして発光させる場合には、ドーパントとしてキナクリドン(Qd)やレーザ用の色素等が使用される。
【0035】
なお、上記有機層8は、少なくとも固定表示パターン2やアルファーニューメリック表示パターン3のセグメントをカバーする領域に形成されていればよく、そのパターンを特にセグメントの形状にする必要はない。
【0036】
次に、陽極5上に積層した有機層8の上に、第2電極としての陰極9を各表示パターン2A〜2E,3A〜3F毎に形成する。陰極9は、仕事関数の小さい材料、例えばLi,Na,Mg,Ca等の単体、及びその化合物、或いはAl:Li,Al:Ag,Ag:Mg等の各種合金が使用される。この陰極9は、有機層8の上に陽極5とにより有機層8を挟み込むように形成される。そして、陽極5と陰極9の一対の電極で挟まれた有機層8の部分が発光領域となる。
【0037】
なお、陽極5と陰極9との間の電気的なアイソレートは、通常のマスク蒸着法、予め形成する絶縁リブ等のいずれの方法でも構わない。
【0038】
陰極9形成後、素子表面が大気に曝されることを防ぐため、水分を十分取り除いた不活性ガス中で不図示の封止部材(封止キャップ)を基板4の上面に封着して封止を行い、有機EL素子1の作製プロセスを完了する。
【0039】
上記のようにして構成される有機EL素子1は、固定表示パターン2及びアルファーニューメリック表示パターン3の各陽極5が個別に配線パターン(リード配線)6により基板4の端部に引き出されて不図示の定電流駆動回路に接続される。また、各表示パターン2,3毎にセグメントを覆うように形成された陰極9は、不図示の配線パターンを介して基板4の端部に引き出されて不図示の定電流駆動回路に接続される。そして、有機EL素子1を発光駆動させる場合には、陰極9を順次走査するとともに、これに同期して陽極5に表示信号を入力する。その際、固定表示パターン2として本来一体であるべき陽極5については、その駆動を同期させて発光させ、概略所望の発光形状を得る。
【0040】
なお、アルファーニューメリック表示パターン3について、各表示パターン3A〜3Fのセグメント3a〜3nを幾つかのグループに分け、グループ毎に陰極9をまとめて接続し、各表示パターン3A〜3Fのセグメント3a〜3n毎に引き出された陽極5に表示信号を入力して発光を行うこともできる。
【0041】
すなわち、上記有機EL素子1の所望の表示パターン2,3の発光駆動する場合には、発光対象となる表示パターンの陽極5と陰極9の間に電圧を印加して定電流を流し、その際、同一の表示パターンにおいて分割された陽極5を同期駆動している。
【0042】
このように、本実施の形態の有機EL素子1は、アルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nと発光面積が概略同じになるように各固定表示パターン2A〜2Eの電極(陽極5)を分割し、この電極分割された本来一体であるべき固定表示パターン2(2A〜2Eのいずれか)を同期駆動して発光させるので、定電流駆動方式を用いた場合でも、従来のようなPWM回路等の輝度補正用の回路が不要であり、何ら輝度バラツキを発生させることなく、各表示パターン2,3(セグメント2a〜2k,3a〜3n)間で均一な発光を得ることができる。
【0043】
ところで、上述した有機EL素子1は、第1電極をなす各陽極5のエッジ部分を全て覆うように絶縁層6が形成された構成であるが、各陽極5を異方性導電膜で形成すれば、数十nmと薄い膜厚方向に対しては導通し、平面方向の絶縁性が保持されるので、前記絶縁層6を省いて構成することができる。その結果、各表示パターン2,3のセグメント間だけでなく、分割した固定表示パターン2のセグメント間もショートすることなく絶縁性を保持することができる。
【0044】
上記実施の形態では、固定表示パターン2の陽極5を分割した場合について説明したが、アルファーニューメリック表示パターン3の各セグメント3a〜3nの発光面積が略同一になるように陽極5を分割する構成としてもよい。その際、来一体であるべきセグメントの陽極5については、その駆動を同期させて発光させる。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の有機EL素子によれば、定電流駆動方式を採用した場合でも、従来のようなPWM回路等の輝度補正用の回路を用いることなく、また、何ら輝度バラツキを発生させることなく、各表示パターン間で均一な発光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による有機EL素子の電極構造を示す平面図
【図2】図1のA−A線部分拡大断面図
【図3】一般的な有機EL素子の基本構造を示す側断面図
【図4】従来の有機EL素子の電極構造を示す平面図
【図5】図4のB−B線部分拡大断面図
【符号の説明】
1…有機EL素子、2(2A〜2E)…固定表示パターン、3(3A〜3F)…アルファーニューメリック表示パターン、4…基板、5…陽極(第1電極)、8…有機層、9…陰極(第2電極)。
Claims (1)
- 透光性及び絶縁性を有する基板上に第1電極としての透明な陽極が形成され、前記陽極上面に特定の文字や記号を表示する固定表示パターンと、英数字,記号,片仮名等の複数種類のキャラクターを表示するアルファーニューメリック表示パターンの各セグメントを形作るように開口が形成された前記陽極のエッジ部分をすべて覆うように絶縁層が形成され、前記陽極の露出部上に薄膜の有機層が形成され、前記有機層の上に第2電極としての陰極が表示パターン毎に形成され、前記陽極と前記陰極の一対の電極で挟まれた前記有機層の部分が発光領域となり、
前記アルファーニューメリック表示パターンの各セグメントと発光面積が概略同じになるように前記固定表示パターンの陽極を分割し、
前記固定表示パターン及び前記アルファーニューメリック表示パターンの各陽極が個別に配線パターンにより前記基板の端部に引き出されて定電流駆動回路に接続され、
前記陰極を順次走査するとともに、これに同期して前記陽極に表示信号を入力し、前記固定表示パターンとして本来一体であるべき陽極についてはその駆動を同期させて発光させ、前記固定表示パターン及び前記アルファーニューメリック表示パターンの間で均一な発光を得ることを特徴とする有機EL素子。
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