JPH09102395A

JPH09102395A - 光学的素子

Info

Publication number: JPH09102395A
Application number: JP7286848A
Authority: JP
Inventors: Nobutoshi Asai; 伸利浅井; Yasunori Kijima; 靖典鬼島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-15
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: JP3539596B2

Abstract

(57)【要約】【課題】素子内の陽極５と陰極１との交差部ＰＸにお
ける順方向への整流性を高めることによって、電流の漏
れを抑制すると共に、逆方向への電流が流れにくい光学
的素子を提供すること。【解決手段】陰極１の材料としてアルミニウムを使用
することにより、陽極である透明電極５からの陰極側へ
の順方向の整流性が向上すると共に、漏れ電流や逆方向
電流が大幅に減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的素子に関
し、例えば自発光の平面型ディスプレイであって、特
に、有機薄膜を電界発光層に用いる有機電界発光ディス
プレイに好適な光学的素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子
と称することがある。）は、１μｍ以下の膜厚であり、
電流を注入することにより電気エネルギーを光エネルギ
ーに変換して面状に発光するなど、自発光型の表示デバ
イスとして理想的な特長を有しており、近年活発な研究
開発が進められている。

【０００３】このような素子を複数集合させ、それぞれ
を画素とするマトリクスディスプレイとしては、平行な
電極を直交させて形成するパッシブマトリクス型や、各
画素にトランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）な
どのアクティブ素子を組み込むアクティブマトリクス型
がある。

【０００４】図24は、従来の発光素子としての有機ＥＬ
素子10の一例を示す。この有機ＥＬ素子10は、透明基板
（例えばガラス基板）６上に、ＩＴＯ（Indium tin oxi
de）透明電極５、ホール輸送層４、発光層３、電子輸送
層２、陰極（例えばアルミニウム電極）１を例えば真空
蒸着法で順次製膜したものである。

【０００５】そして、陽極である透明電極５と陰極１と
の間に直流電圧７を選択的に印加することによって、透
明電極５から注入されたホールがホール輸送層４を経
て、また陰極１から注入された電子が電子輸送層２を経
て、それぞれ発光層３に到達して電子−ホールの再結合
が生じ、ここから所定波長の発光８が生じ、透明基板６
の側から観察できる。

【０００６】発光層３には、例えば亜鉛錯体を含有させ
ることもできるが、実質的に亜鉛錯体のみからなる層
（但し、複数種の亜鉛錯体の併用が可能）であってよい
し、或いは亜鉛錯体に螢光物質を添加した層であっても
よい。また、亜鉛錯体と他の発光物質であるアントラセ
ン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、
ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチル
ベン等を併用してよい。こうした亜鉛錯体又は螢光物質
等との混合物は、電子輸送層２に含有させることができ
る。

【０００７】図25は、別の従来例を示すものであり、こ
の例においては、発光層３を省略し、電子輸送層２に上
記の亜鉛錯体又は螢光物質との混合物を含有させ、電子
輸送層２とホール輸送層４との界面から所定波長の発光
18が生じるように構成した有機ＥＬ素子20を示すもので
ある。

【０００８】図26は、上記の有機ＥＬ素子の具体例を示
す。即ち、各有機層（ホール輸送層４、発光層３又は電
子輸送層２）の積層体を陰極１と陽極５との間に配する
が、これらの電極をマトリクス状に交差させてストライ
プ状に設け、輝度信号回路30、シフトレジスタ内蔵の制
御回路31によって時系列に信号電圧を印加し、交差位置
にて発光させるように構成している。従って、このよう
な構成により、ディスプレイとして勿論、画像再生装置
としても使用可能となる。なお、上記のストライプパタ
ーンを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色毎に配し、
フルカラー又はマルチカラー用として構成することがで
きる。

【０００９】上記のように有機ＥＬ素子が、陽極である
透明電極５から注入されたホールと陰極から注入された
電子の再結合により発光する現象は、陽極から陰極へ順
方向に電流が流れる際に発光する一種の発光ダイオード
とみなすことができる。そして、逆方向へは電流が流れ
にくい、いわゆるダイオード特性（基本的には逆方向へ
は電流を流さない性質がある。）を有している。

【００１０】逆方向に電流（リーク電流）が流れても有
機ＥＬ素子は発光することはないが、このような電流は
発光に寄与しないため無駄なエネルギー消費であるばか
りでなく、不要な素子の発熱やクロストークの原因にも
なるため、逆方向の電流を極力小さくすることが必要で
ある。

【００１１】上記したように、特に、陰極と陽極との電
極が同一基板上にマトリクス状に交差させてストライプ
状に形成され、時系列的な信号電圧の印加により陰極と
陽極との交差する位置で発光するパッシブマトリクス型
の有機ＥＬ素子において、このようなダイオード特性は
極めて重要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な実情に鑑みてなされたものであって、逆方向等に漏れ
る無駄な電流がなく、整流性の高い光学的素子を提供す
ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を解決するため鋭意検討を重ねた結果、上記のような有
機ＥＬ素子の逆方向の電流電圧特性に着目し、画素数の
多いパッシブマトリクス型ディスプレイにも充分応用で
きる程に整流比を高めるためには、素子の構成材料を再
検討し、特に陰極の金属材料を再吟味することにより、
目的が達成できるとの結論を得、本発明に到達したもの
である。

【００１４】即ち、本発明は、複数の陰極と複数の陽極
とが交差し、これらの交差部における両電極間の電位差
によって所定の表示を行うように構成され、前記陰極が
アルミニウムを主体とする材料によって形成されている
光学的素子に係るものである。

【００１５】また、本発明は、複数の陰極と複数の陽極
とが交差し、これらの交差部における両電極間の電位差
によって所定の表示を行うように構成され、前記交差部
における両電極間の順方向抵抗と逆方向抵抗との比（逆
方向抵抗／順方向抵抗）が前記交差部の総数程度以上で
ある光学的素子に係るものである。

【００１６】ここで、上記の「電位差によって」とは、
パッシブマトリクス型（単純マトリクス型）のように、
個々の交差部での両電極間の電位差で直接発光するもの
以外に、ＴＦＴ等の別の駆動源を付加してもよいことを
意味している。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に基づく光学的素子におい
て、陽極がインジウム−錫酸化物を主体とする材料によ
って形成されていることが望ましい。

【００１８】そして、陰極と陽極との交差部が画素とし
て構成され、ストライプ状の複数の陰極とストライプ状
の複数の陽極との間に発光層を含む有機層が設けられて
いることが望ましい。このようにすることにより、この
素子は、所定の発光色を呈する発光素子として単純マト
リクス型に構成された有機電界発光ディスプレイに好適
である。

【００１９】従って、本発明の素子は、交差部が画素と
して構成されていることが望ましい。

【００２０】この場合、陰極がアルミニウムを主体とす
る材料によって形成され、陽極がインジウム−錫酸化物
を主体とする材料によって形成されていることが望まし
い。

【００２１】また、陽極材料の仕事関数より 0.5eV小さ
い仕事関数よりも大きい仕事関数を有する材料が陰極に
ほとんど含まれていないことが望ましい。

【００２２】また、ストライプ状の複数の陰極とストラ
イプ状の複数の陽極との間に発光層を含む有機層が設け
られていることが望ましい。

【００２３】これにより、この素子は、所定の発光色を
呈する発光素子として単純マトリクス型に構成された有
機電界発光ディスプレイとして更に好適になる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例について詳細に説明す
る。

【００２５】図１は、本発明を有機ＥＬ素子に適用した
実施例を示す要部の拡大断面図である。そして、本実施
例も、前述した従来例と同様に、ガラス等の透明基板６
上に、ＩＴＯ透明電極５（以下、ライン電極と称するこ
とがある。）、ホール輸送層４、電子輸送層２（この例
では発光層を兼ねている。）、電極層１（以下、コラム
電極と称することがある。）が、この順に積層されてい
る。

【００２６】そして、上記有機ＥＬ素子が単純マトリク
スの場合、図２の概略平面図に示すように、同一基板上
にライン電極５とコラム電極１との各交差部に有機ＥＬ
素子の１画素ＰＸが形成されており、回路的には図３に
示すように、これらの各交差部に一つのダイオードＤが
接続されているのと等価となる。

【００２７】図２のように、素子単位で形成されるコラ
ム電極１とライン電極５との交差部の数は、少なくとも
72個存在し、1000×1000個とすることができる。従っ
て、１つの画素ＰＸを発光させるために電圧を印加して
電流を流そうとすると、他の画素にも電圧がかかってし
まう。

【００２８】このように多数の交差部が形成された素子
において、選択した画素へ流した電流の一般的な流れの
状態を示したものが図３である。即ち、図３（ａ）にお
いて、順方向だけを１回通る本来のパスＡは実線で示す
パス、逆方向を通る副次的なパスＢは破線で示すパス、
また、同図（ｂ）において、逆方向を通る他の副次的な
パスＣは破線で示すパスである。

【００２９】そして、このような副次的なパスとして
は、ｎ₁………ｎ_nのライン電極５とｍ₁………ｍ_nの
コラム電極１とで形成された多数の交点を通る多数のパ
スが存在している。上記の一般的なパスを等価回路とし
て表したのが図４である。

【００３０】ライン電極５の切り替えがフロート型と仮
定すると、等価回路は図４において、発光させようとす
る画素ＰＸに直接電圧がかかり、電流が流れるべき本来
のパスＡ（実線）と、順方向−逆方向−順方向と流れる
副次的なパスＢ（破線）と、順方向−逆方向−順方向と
流れる他の副次的なパスＣ（破線）との例えば三つのル
ートを通ることになる。しかし、実際には、このような
ルートと同様、マトリクス上に多数の複雑に接続された
他の副次的なパスにも電圧がかかる。

【００３１】一つのパネル上に（ｍ＋１）×（ｎ＋１）
の画素ＰＸがあり、各画素ＰＸは全て同じ電流電圧特性
を有するものとしてこの状態を簡単に解析すれば、図３
及び図４に示すように、本来のパスＡでの順方向の抵抗
をＲ、副次的なパスＢ及びＣでの順方向の抵抗をＲ’、
同じくＢ及びＣでの逆方向の抵抗をＲ”とすれば、一般
的にＲ＜Ｒ’＜Ｒ”である。

【００３２】このような回路に電圧Ｖをかけた場合に、
本来のパスＡに流れる電流をＪ、副次的なパスＢにおい
て逆方向に画素ＰＸを流れる電流をｉとし、このような
副次的なパスを流れる電流は本来は意図せぬ漏れ電流
（リーク電流）であり、その総和をＩとすれば、これら
の関係は次式で表され、図４のように解析できる。Ｖ＝ＪＲ＝ｉ｛Ｒ'(ｍ＋ｎ）＋Ｒ”｝

【００３３】即ち、本来のパスＡにおける電圧、電流、
抵抗の関係はＶ＝ＪＲであり、また、副次的なパスＢに
おける順方向の抵抗Ｒ'(ｍ＋ｎ）と逆方向の抵抗Ｒ”が
存在しているため、副次的なパスでの関係は、Ｖ＝ｉ
｛Ｒ'(ｍ＋ｎ）＋Ｒ”｝である。従って、漏れ電流の総
和Ｉは次式（１）のように表される。Ｉ＝ｍｎｉ＝ＪｍｎＲ／｛Ｒ'(ｍ＋ｎ）＋Ｒ”｝Ｉ／Ｊ＝ｍｎＲ／｛Ｒ'(ｍ＋ｎ）＋Ｒ”｝・・・・・（式１）

【００３４】しかし、一般に、Ｒ’は電圧により大きく
変動し、Ｒ”よりはかなり小さいのでここでは無視する
として、次式（２）が成り立つ。Ｉ／Ｊ＜ｍｎＲ／Ｒ”・・・・・（式２）

【００３５】本実施例において、無駄な漏れ電流を十分
に少なくするために、漏れ電流Ｉを本来の順方向のパス
Ａの電流Ｊと同等以下にしようと思えば、Ｉ／Ｊ＜ｍｎ
Ｒ／Ｒ”≦１とする必要がある。即ち、Ｒ／Ｒ”≦１／
ｍｎであるから、Ｒ”／Ｒ≧ｍｎ（画素数の等倍）にし
なければならない。コラム電極ｍ（１）、ライン電極ｎ
（５）がそれぞれ1000程度のディスプレイを考えれば、
Ｒ”＝〜10⁶Ｒであることが要求される。この抵抗比：
Ｒ”／Ｒは更に10ｍｎ〜100 ｍｎ、又はそれ以上である
のが望ましい。

【００３６】ここで注目すべきことは、本実施例では、
図１に示した電極１、即ちコラム電極として整流特性の
良好な（順方向抵抗が小さく、逆方向抵抗の大きい）ア
ルミニウムを使用していることである。これにより、コ
ラム電極１及びライン電極５の両電極間の順方向の本来
的なパスの整流性が高められ、本来的なパス以外への漏
れ電流が著しく少なくなる。従って、逆方向への電流は
流れにくい（或いはほとんど流れない）ダイオード特性
が得られ、上記した抵抗比：Ｒ”／Ｒ≧ｍｎが実現可能
となる。

【００３７】このように、上記両電極間の個々の交差位
置におけるＲ”／Ｒは、理論的に上記の式を満たすこと
が必要であり、この条件を満たすものはアルミニウム電
極である。そして、これは後述する実験の結果により明
確に証明される。

【００３８】本実施例では、上記した効果を示すため
に、次のように、２種類の発光素子をテストサンプルと
して作製し、それぞれの電流電圧特性を測定した。図５
はその要部の斜視図であり、図６はその要部の拡大断面
図である。

【００３９】図５の（ａ）は比較例、図５（ｂ）は本実
施例のテストピースの一部をそれぞれ示すものであっ
て、30mm²のガラス基板16の一面に、ＩＴＯ透明電極15
を蒸着した上にＳｉＯ₂絶縁膜14を蒸着して２×２mm²
の開口を（ａ）及び（ｂ）共にそれぞれ所要ピッチで縦
横で計８×２＝16個開け、更にマスク開口上に有機積層
体を形成したものである。この積層体は蒸着で形成可能
であり、抵抗加熱方式の蒸着機（昭和真空社製）を使用
し、真空度は約２×10^-6Torrで行った。

【００４０】各テストピースとも、上記マスク開口の上
に、後述するトリフェニルジアミン誘導体ＴＰＤ（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）13を蒸着レート約0.1nm/s で
50nmの厚さに蒸着し、その上に、後述するＡｌｑ₃ ト
リス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム12を蒸
着レート約0.1nm/s で50nmの厚さに蒸着した。

【００４１】そして、この上に、図５（ａ）では、陰極
の電極材としてマグネシウム−銀（重量比１：１）の合
金を蒸着し、図５（ｂ）では、陰極としてアルミニウム
を蒸着した。いずれも蒸着レート１〜３nm/sで形成した
ものである。そして、測定結果は次の通りである。

【００４２】図７及び図８は、縦軸に電流、横軸に電圧
をとり、整流性を表したものであり、図７は陰極にマグ
ネシウム−銀を用い、図８は陰極にアルミニウムを用い
てそれぞれの電極11Ａ、11Ｂを形成したものである。

【００４３】まず、マグネシウム−銀を用いた素子は、
図７のように、閾値電圧が順方向では10Ｖ、逆方向では
８Ｖであり、逆方向電圧の方が小さく、整流性が得られ
なかった。これはこの電極の逆方向抵抗が小さく、整流
性が優れていないことを表している。従って、逆方向電
圧側では８Ｖ位から急に電流が流れ出し、反対に順方向
においては10Ｖ位から急に電流が流れ出す。

【００４４】これに対し、アルミニウム電極の場合に
は、図８に示すように、逆方向の20Ｖから順方向の12Ｖ
位までの間では電流が流れず、安定しており、12Ｖ付近
で閾値電圧を示す。逆方向電圧では、電流が流れないた
め、図７のマグネシウム−銀電極の場合に比べて、アル
ミニウム電極の方が顕著な整流性を有していることが分
かる。

【００４５】図９は、陰極にアルミニウムを用い、発光
色が緑色の素子の場合の抵抗変化を表したものであり、
縦軸に抵抗、横軸に電圧をとって示したものである。そ
して、この図から、＋25Ｖと−20Ｖの範囲で 10⁴〜10⁵
程度の整流性（逆方向での抵抗／順方向での抵抗）が得
られることが分かる。図９において抵抗の測定値は、−
20Ｖ〜＋25Ｖの範囲の各電圧で、ほぼ10⁸Ω・cm²〜50
Ω・cm²である。

【００４６】つまり、＋20Ｖでの抵抗Ｒは約50Ω・cm²
であり、−20Ｖでの抵抗Ｒ”は10⁶Ω・cm²であるの
で、10⁶/５×10≒２×10⁴であり、このことから、上記
した範囲(10⁴〜10⁵程度）の整流性が確認できる。

【００４７】同じく、図10は陰極にアルミニウムを用
い、発光色が赤色の素子の場合の抵抗比を表したもので
ある。この場合も、上記した図９とほぼ類似した抵抗変
化の傾向が見られる。即ち、＋20Ｖでの抵抗Ｒは約50Ω
であり、−20Ｖでの抵抗Ｒ”は約10⁷Ωであるので、10
⁷/５×10≒２×10⁵となり、これから、 10⁵〜10⁶程度
の整流性が得られていると判断される。

【００４８】図９又は図10の抵抗比から、クロストーク
なく動作するパッシブマトリクスディスプレイの最大の
画素数（ｍ×ｎ）は２×10⁴又は２×10⁵となり、ｍ又
はｎとしては 140又は 450となる。これらを目安にし
て、画素数又は陽極及び陰極の電極数を決めることがで
きる。そして、単純マトリクス型ディスプレイにこれを
適用した場合、ライン電極の高速切り換えでもクロスト
ークを生じることなく、画像を表示できる。

【００４９】また、順方向電流の整流性を確保するため
には、陽極と陰極とに使用される電極の金属の仕事関数
が重要である。陰極の仕事関数は陽極の仕事関数よりも
かなり小さくなければならない。また、陰極が合金の場
合、仕事関数の比較的大きな金属が含まれていてはいけ
ない。具体的には、（陽極材料の仕事関数−0.5eV ）よ
り大きい仕事関数を有する材料が陰極の材料に含まれて
いないことである。

【００５０】本実施例における有機ＥＬ素子の陽極材料
はＩＴＯであり、陰極の材料はアルミニウムであり、こ
の両者の仕事関数の差は次の通りである。つまり、アルミニウムの最大 4.3eVとＩＴＯの最大 4.5
eVとの差は 0.2eVであり、アルミニウムの最小 4.0eVと
ＩＴＯの最大 4.7eVとの差は 0.7eVであるから、これら
の差の中間値(0.5eV付近）を基準にし、この値以下が整
流性を保持するための必要条件となる。

【００５１】但し、上記の仕事関数の値は表面状態によ
って大きく変わり、報告されている値もばらついている
ため、厳密な数値として規定することは難しい。

【００５２】従って、この条件、即ち（ＩＴＯの仕事関
数−0.5eV)より大きくない或いはそれ以下の仕事関数を
示すものであれば、陰極用として、アルミニウムは勿
論、アルミニウムに代わるものとして例えば、アルミニ
ウムと少量（望ましくは 0.1〜10重量％）のアルカリ金
属又はアルカリ土類金属との合金又は混合物であれば適
用可能である。

【００５３】具体的には、アルミニウム−リチウム、ア
ルミニウム−ルビジウム、アルミニウム−バリウム、ア
ルミニウム−セリウム、アルミニウム−マグネシウム、
アルミニウム−カルシウム、アルミニウム−ストロンチ
ウム、アルミニウム−リチウム−マグネシウム等、或い
はこれら元素を複数種含むアルミニウム合金がある。

【００５４】本実施例においては、上記したように、漏
れ電流を減らすために整流性に主眼をおき、その顕著な
効果が得られた。但し、上述した素子において、素子が
電源から離れて位置する程、配線抵抗によるその画素へ
の供給電圧の低下に伴って輝度の低下が生じ易い。しか
し、これは、後述する駆動回路によって改善される。即
ち、電圧の低下に伴う輝度の低下が起きないように全素
子に亘って制御されるので、後述の駆動回路が併用され
ていることによって本実施例の素子の優位性が更に顕著
になる。

【００５５】図11は、上記のように構成された有機ＥＬ
素子20の概略平面図である。この場合、発光層は独立の
層として形成されている。透明基板６の上面にはＩＴＯ
透明電極５が同一パターンでストライプ状に形成され、
これらの透明電極５の上にはこれらの電極とマトリクス
状に直交してＳｉＯ₂絶縁膜９が同一パターンでストラ
イプ状に形成されている。そして、絶縁膜９−９間に
は、ホール輸送層４、発光層３、電子輸送層２、アルミ
ニウム電極１がこの順でほぼ同じパターンに積層され、
この積層体が絶縁膜９と同一方向にて同一パターンでス
トライプ状に形成されている。

【００５６】図12は、図11のＡ−Ａ線断面におけるａ部
の拡大断面図である。また、図13は、同じく図11のＢ−
Ｂ線断面におけるａ部の拡大断面図である。そして、そ
の両図における上下の電極１と５との交差部が個々の画
素ＰＸであり、陽極側の透明電極５から陰極側の電極１
の方向へ選択的に電流が流れる発光ダイオードが接続さ
れているのと等価となっている。

【００５７】次に、図11〜図13に示した本実施例による
有機ＥＬ素子を図14〜図21に示す製造工程について更に
詳細に説明する。

【００５８】初めに、図14に示すように、ガラス基板６
の全面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタ法によ
り成膜した後、図15（図14のXV−XV線断面図）のよう
に、エッチングにより、透明電極５を幅ｗ₁＝２mm、ピ
ッチｗ₂＝2.54mmで８本を単位としてストライプパター
ンに形成する。これら８本の透明電極５はそれぞれ、１
本の両端の抵抗を約 300Ωとする。

【００５９】次に、図16のように、後述する有機積層体
を絶縁するためのＳｉＯ₂絶縁膜９を全面蒸着後のエッ
チングでストライプ状に形成する。その幅ｗ₃は１mm、
ピッチｗ₄は2.54mm、膜厚ｔは 100nmとする。

【００６０】ＳｉＯ₂絶縁膜９を形成した透明基板６
は、有機溶剤、紫外線（ＵＶ）オゾン処理により表面を
十分に清浄した後、上記真空蒸着装置32により赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色を発光するストライ
プを隣接して形成するため、有機層及び金属電極を各色
毎に別の蒸着マスクを用いて次の手順で行った。

【００６１】この蒸着は、図17に示すような真空蒸着装
置32を使用する。この装置の内部には、アーム34の下に
固定された一対の支持手段34が設けられ、この双方の固
定手段34、34の間には、透明基板６を下向きにし、後述
するマスク37、38又は39をセットできるステージ機構
（図示省略）が設けられている。そして、透明基板及び
マスクの下方には、所定個数の各種蒸着源35を配置す
る。蒸着源35は、電源36による抵抗加熱方式又は必要に
応じて電子線加熱（ＥＢ）方式で加熱される。

【００６２】まず、真空蒸着装置32の中に透明電極基板
６と赤（Ｒ）色用のマスク37をセットする。図18は、そ
の透明基板６とマスク37の位置関係を示した一部分の拡
大断面図である。図示のように、蒸着は絶縁膜９−９間
の領域にマスク37のスリット状の開口部37ａを位置合わ
せ（マスク掛け）する。マスク37の開口部37ａは、絶縁
膜９−９間の領域に対して３本おきの間隔で形成されて
いる。従って、このマスク掛けにより、赤（Ｒ）の発光
体領域以外は遮蔽される。

【００６３】このように、赤（Ｒ）色用のマスク37を掛
けてから、真空蒸着装置を２×10^-6Torrの真空度に保
ち、下記の構造式のトリフェニルジアミン誘導体ＴＰＤ
（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）を蒸着レート 0.3nm/s
で50nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層４Ｒを形成する。

【００６４】続いて、同じマスク37をそのまま用いて、
下記構造式のＡｌｑ₃（トリス−（８−ヒドロキシキノ
リン）アルミニウム）とレーザー色素ＤＣＭ（４−ジシ
アノメチレン−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−
２−メチル−４Ｈ−ピラン）をそれぞれ 0.3nm/s及び0.
03nm/sの蒸着レートで20nmの厚さに蒸着し、発光層３Ｒ
をホール輸送層４Ｒ上にほぼ同じパターンに積層する。

【００６５】続いて、同じマスク37をそのまま用いて、
下記構造式のＡｌｑ₃（トリス−（８−ヒドロキシキノ
リン）アルミニウム）を蒸着レート 0.3nm/sで40nmの厚
さに蒸着し、電子輸送層２Ｒを発光層３Ｒ上にほぼ同じ
パターンに積層し、最後にアルミニウムを蒸着レート２
nm/sで 300nmの厚さに共蒸着し、電子輸送層２Ｒ上にほ
ぼ同じパターンに電極１を積層する。

【００６６】

【化１】

【００６７】

【化２】

【００６８】

【化３】

【００６９】次に、図19のように、緑（Ｇ）色用のマス
ク38に掛け替える。このマスク38は、図示のように、上
記の赤（Ｒ）色用のマスク37による積層領域に隣接する
絶縁膜９−９間の領域にスリット状の開口部38ａが一致
するように、位置合わせされる。マスク38は上記した赤
（Ｒ）色用のマスク37と同じパターンに形成され、緑
（Ｇ）以外の発光領域を遮蔽する。

【００７０】このようにして緑（Ｇ）色用のマスク38掛
けをしてから、真空蒸着装置を３×10^-6Torrの真空度に
保ち、まず、上記したトリフェニルジアミン誘導体ＴＰ
Ｄを蒸着レート 0.3nm/sで50nmの厚さに蒸着し、ホール
輸送層４Ｇを形成する。

【００７１】続いて、同じマスク38をそのまま用いて、
上記したＡｌｑ₃を蒸着レート 0.3nm/sで50nmの厚さに
蒸着し、ホール輸送層４Ｇ上にほぼ同じパターンに発光
層３Ｇを積層する。この発光層は電子輸送層２Ｇを兼用
するものである。

【００７２】更に、この上にアルミニウムを蒸着レート
２nm/sで 300nmの厚さに蒸着し、発光層３Ｇ（及び電子
輸送層２Ｇ）とほぼ同じパターンに電極１を積層する。

【００７３】次に、図20のように、青（Ｂ）色用のマス
ク39に掛け替える。このマスク39は、図示のように、上
記の緑（Ｇ）色用のマスク38による積層領域に隣接する
絶縁層９−９間の領域にスリット状の開口部39ａが一致
するように、位置合わせされる。マスク39は赤（Ｒ）色
用及び緑（Ｇ）色用のマスクと同じパターンに形成さ
れ、青（Ｂ）以外の発光領域を遮蔽する。

【００７４】このように青（Ｂ）色用のマスク39を掛け
てから、真空蒸着装置を３×10^-6Torrの真空度に保ちな
がら、まず上記したトリフェニルジアミン誘導体ＴＰＤ
を蒸着レート 0.3mm/sで50nmの厚さに蒸着し、ホール輸
送層４Ｂを形成する。

【００７５】続いて、同じマスク39をそのまま用いて、
下記構造式のＺｎ（ｏｘｚ）₂（２−（ｏ−ヒドロキシ
フェニル）−ベンズオキサゾールの亜鉛錯体）を蒸着レ
ート0.3nm/sで50nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層４Ｂ
上にほぼ同じパターンに発光層３Ｂを積層する。この発
光層は電子輸送層２Ｂを兼用するものである。

【００７６】最後に、アルミニウムを蒸着レート２nm/s
で 300nmの厚さに蒸着し、発光層３Ｂ（及び電子輸送層
２Ｂ）上にほぼ同じパターンに電極１を積層する。

【００７７】

【化４】

【００７８】図21は、上記した製造工程において、蒸着
により有機層から電極（陰極）までを各色毎に所定の色
用の同じマスクを使用して積層して得られる有機ＥＬ素
子を示す。そして、図22は、陽極の透明電極５と陰極の
金属電極１とを駆動・制御回路に配線した状態である
が、その動作については後述する。

【００７９】以上の製造プロセスにおいて、マスクの掛
け替えは、真空状態下で真空中のまま、或いは真空を破
って蒸着膜が大気に曝される状態下で行ったが、初期の
発光性能に大きな差は見られなかった。

【００８０】他方、上記の製造工程と同様の工程で、陰
極にマグネシウム−銀陰極を用いた有機ＥＬ素子を作製
した。但し、この陰極は共蒸着で行い、その厚みは、赤
色用として 200nm、緑色用として 200nm、青色用として
300nmとした。

【００８１】上記のように作製した２種類（陰極がアル
ミニウム又はマグネシウム−銀）の有機ＥＬ素子をいわ
ゆるダイナミックドライブ方式（この回路の詳細は後述
する。）で点灯させた。まず、マグネシウム−銀を陰極
に用いたものについて、15〜25ボルトの電圧を60μｓ〜
数秒間隔で逐次的にライン電極に加えてパルス点灯を試
みた。その結果、切り替え時間が 0.1ｓ以上では、若干
の発光が認められたものの、切り替え時間が60μｓの場
合は、ほとんど発光が認められなかった。これは、逆方
向に流れる副次的なパスで大きな電流が流れたため、本
来のパスに充分な電流が流れず、点灯が弱くなったと考
えられる。

【００８２】一方、アルミニウムを陰極に用いたものに
ついても、上記したマグネシウム−銀を陰極に用いたも
のと同じ駆動回路を用いて同じ条件で点灯させたとこ
ろ、全ての素子が明るく発光し、ラインの切り替え時間
を60μｓにしてもほとんど減光することなく点灯した。
また、キャラクターもこの切り替え速度で表示すること
ができ、各々の画素がほぼクロストークすることなく、
入力信号に対応した点灯が実現できていることが確認さ
れた。

【００８３】上記したことから明らかなように、本発明
に基づく有機ＥＬ素子は、基板上に複数の画素を設けた
単純マトリクス型のディスプレイにおいて、ライン電極
の逐次切り替え方式で切り替え時間が60μｓという、Ｎ
ＴＳＣ信号にまで対応できる高速切り替えでも、クロス
トークを生じることなく画像を表示することができる。

【００８４】次に、上記した本実施例による有機ＥＬ素
子25をいわゆるダイナミックドライブ方式で、電流制御
回路部を有する図22に示す駆動回路により点灯させた。

【００８５】この駆動回路は、オペアンプＯＰＡを用い
て、コラムを流れる素子電流（画素ＰＸを流れる電流）
Ｊを外部からの輝度信号によって制御できるように構成
したものである。

【００８６】即ち、ストライプ状のコラム電極（上記し
た電極１）とストライプ状のライン電極（上記した透明
電極５）とが上下でマトリクス状に交差して、この交差
位置にそれぞれのピクセル（画素）ＰＸがパッシブマト
リクス型構造に形成されている。各ピクセルＰＸは、順
方向に接続された発光ダイオードＤとして等価的にみな
せる。そして、一方のコラム電極１はそれぞれの電流制
御回路部40に接続されると共に、他方のライン電極５は
それぞれ駆動電源Ｖ_Cに接続され、制御信号ＣＳによっ
て駆動されるようになっている。この駆動回路とその動
作を更に詳細に説明する。

【００８７】電流制御回路部40は、多数のピクセルＰＸ
のそれぞれに流れる電流Ｊを電圧Ｖ_mとしてモニターで
きる基準抵抗Ｒ_refと；この基準抵抗Ｒ_refとピクセル
ＰＸとの間に接続された電流制御素子としてのＦＥＴ(F
ield Effect Transistor）と；前記のモニターされた電
圧Ｖ_mと電流制御回路部40に対し外部のＰＲＯＭ(Progr
ammable Read Only Memory）から供給される輝度信号電
圧Ｖ_Sとを比較してＦＥＴに対する制御電圧Ｖ_CSを出力
する演算増幅素子（オペアンプ）ＯＰＡと；を有してい
る。

【００８８】ＰＲＯＭには、有機ＥＬ素子25で表示した
い映像情報が予めプログラムされてメモリされている。
これは、パーソナルコンピュータＰＣで操作されるマイ
クロプロセッシングユニットＭＰＵからの指示によりＰ
ＲＯＭに入力され、上記映像情報がサンプリングされて
所定の輝度信号電圧Ｖ_SがＰＲＯＭから出力される。こ
の輝度信号電圧は抵抗器ｒで所望の電圧値に調整され、
この調整された電圧Ｖ_SAがオペアンプＯＰＡの＋端子に
入力される。

【００８９】一方、ピクセルＰＸを点灯させるために、
電源Ｖ_CとピクセルＰＸとの間に駆動トランジスタ（こ
こではＮＰＮバイポーラトランジスタ）Ｔｒが接続さ
れ、このトランジスタのベースにスイッチング用の制御
電圧ＣＳが選択的に印加され、各ライン電極５が逐次切
り替えられる。従って、制御電圧ＣＳによってトランジ
スタＴｒがオンしたタイミングで、そのライン電極５に
電源電圧Ｖ_Cが印加され、これによってコラム電極１と
の間に電流Ｊが流れ、ピクセルＰＸが点灯することにな
る。

【００９０】こうした点灯動作は、ライン電極５に電源
電圧Ｖ_Cが印加されると同時に、上記した輝度信号電圧
によるＦＥＴのオン状態が続く間（即ち、電流Ｊが流れ
る期間中）は継続され、こうした動作が各ライン毎に輝
度信号に対応して行われるため、目的とするディスプレ
イ画像がＥＬ素子25から得られる。

【００９１】この場合、ピクセルＰＸを通して流れる電
流Ｊは、そこに要求される発光輝度に相当して流れるよ
うにしているが、これは上記の電流制御回路部40によっ
て実現可能である。これを以下に説明する。

【００９２】オペアンプＯＰＡの＋端子には、上記した
輝度信号電圧Ｖ_SAが入力されると共に、その−端子に
は、基準抵抗Ｒ_refを電流Ｊが流れることにより、基準
抵抗Ｒ_refの両端に生じる電位差（上記のモニターされ
た検出電圧Ｖ_m）が入力される。

【００９３】そして、Ｖ_SA＞Ｖ_mの条件下では、オペア
ンプＯＰＡの出力Ｖ_CSが上昇し、ＦＥＴのゲート電位Ｖ
_Gが上昇し、Ｖ_m−Ｖ_Gが小さくなってＦＥＴのソース
−ドレイン抵抗を下げて電流Ｊを増加させる。このよう
にＪが増加してＪ・Ｒ_ref＝Ｖ_mがＶ_SAに達すると、そ
れ以上はＶ_CSが上昇しなくなり、ＦＥＴの抵抗値が安定
し、Ｊは一定値Ｖ_m／Ｒ_refに安定する。

【００９４】従って、ＰＲＯＭからの輝度信号電圧が印
加されている間は、その輝度信号電圧Ｖ_SAと検出電圧Ｖ
_mとが一致するまで、可変抵抗としてのＦＥＴを介して
電流Ｊが流れ、ピクセルＰＸには目的とする電流量とな
るまで電流が流れるから、所望の発光輝度が常に得られ
ることになる。

【００９５】電源Ｖ_C側のライン電極５の切り替え動作
を説明すると、クロックジェネレータからなる発振器Ｃ
ＬＫからの発振パルスがカウンタＣＴ₁に入力され、同
じビット数のカウンタＣＴ₂との組み合わせによって所
定のカウント数毎にスイッチング用ラインセレクタＬＳ
が作動され、所定の選択ラインにＴＴＬレベルの電圧が
出力される。この出力は、インバータＩＮＶによって反
転され、この反転出力が制御信号ＣＳとしてトランジス
タＴｒのベースに印加されるが、この印加によってオン
したトランジスタＴｒを介して電源電圧Ｖ_Cが上述した
ようにライン電極５に供給される。なお、上記のＰＲＯ
Ｍは、カウンタＣＴ₁によってクロック制御される。

【００９６】上記したように、図22の駆動回路によっ
て、画素ＰＸを流れる電流量を制御するため、各画素の
輝度を正確にコントロールし、常に鮮明な発光（画像表
示）を実現することができる。

【００９７】なお、図22の駆動回路は一例であって、例
えば、電流制御回路部40に電圧ホールド回路を設けた
り、構成素子を適宜変更する等、電流制御を一層正確に
行うように構成することができる。また、輝度信号電圧
を外部から供給するための回路も種々変更してよく、ラ
インセンサＬＳと連動してＰＲＯＭを作動させてもよ
い。また、ＰＲＯＭでは映像信号がサンプルホールドさ
れるか、或いはサンプリング後にＡ／Ｄ変換されてよ
い。更に、これらの変更を含む図22の駆動回路を設けず
に、従来から行われている印加電圧の制御による輝度制
御を行うこともできる。

【００９８】本実施例によれば、陰極側の電極材料とし
て特にアルミニウムを使用していることにより、電流の
順方向特性が向上する反面、逆方向への電流が流れにく
くなり、閾値電圧間の電圧領域が広がり、安定した電圧
維持が可能となって素子の性能がよくなる。

【００９９】更に、全素子に亘って各素子ごとの所要の
電流制御機能を有する図22の駆動回路が併用されている
ことにより、全素子への所要の電流が供給され、各素子
を所望の輝度で表示できる。

【０１００】図23は、本発明を液晶素子に適用した例を
示す要部の拡大断面図である。この液晶素子（ＬＣＤ）
21は、高反射率のバックライトとしての上述した有機Ｅ
Ｌ素子20と組み合わせて利用される。

【０１０１】この例で用いるＬＣＤ21は、ガラスなどの
透明な基板22ａの内面上に、ＩＴＯ（indium tin oxid
e：インジウムに錫をドープした導電性酸化物）などの
透明電極層25、及び液晶配向膜として高コントラスト良
好なドメインを実現する例えばＳｉＯ₂斜方蒸着層24ａ
を順次積層した積層体１Ａと；これと同様に、基板22ｂ
の内面上に、ＩＴＯなどの透明電極層23、例えばＳｉＯ
₂斜方蒸着層24ｂを順次積層した積層体１Ｂと；を液晶
配向膜である例えばＳｉＯ₂斜方蒸着層24ａ、24ｂが互
いに対向するように配し、所定のセルギャップｄを実現
するための粒状のスペーサ26を挟むことにより液晶セル
21を構成し、そのセルギャップに強誘電性液晶27を注入
し、周囲を接着剤で封じた構造を有している。

【０１０２】このＬＣＤ21は、電圧がかかっているとき
に透過率は 100％であり、電圧がかかっていないときに
は透過率が０％とする。従って、明るい所では外光Ｌを
有機ＥＬ素子20のアルミニウム電極１による反射板とし
て、暗い所では有機ＥＬ素子20の発光を通過させてバッ
クライトとして使用できる。勿論、ＬＣＤ21による表示
も行え、上記の有機ＥＬ素子20の動作と組み合わせた種
々の表示が可能である。

【０１０３】従って、この実施例によれば、反射板を形
成する電極の材料として反射性に優れたアルミニウムを
使用しているので、反射による画素の輝度が一段と向上
する。

【０１０４】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【０１０５】例えば、陰極としてアルミニウムに代えて
アルミニウム合金を用いる場合は、上記以外の種々の組
成を選択してよい。また、上述の抵抗比（Ｒ”／Ｒ）が
ｍｎ以上であるという条件を満たすときは、陰極材料は
アルミニウム又はアルミニウム合金でなくてもよい。同
様に、陽極材料もＩＴＯ以外であってもよい。

【０１０６】また、電極、ホール輸送層、発光層、電子
輸送層のそれぞれの厚さは、素子の動作電圧を考慮して
決められるものであり、上述の実施例に限定されるもの
ではない。これら各層の組成や配置、画素のパターン及
びレイアウト等は様々に変化させることができる。

【０１０７】また、素子の各層の作製法も通常の真空蒸
着法、ラングミュアブロジェット（ＬＢ）蒸着法をはじ
め、ディップコーティング法、スピンコーティング法、
真空気体蒸着法、有機分子線エピタキシ法（ＯＭＢＥ）
が採用可能である。なお、ホール輸送層又は電子輸送層
には螢光物質を含有させておいてもよい。

【０１０８】また、本発明の光学的素子は、ディスプレ
イ以外にも、例えば、文字板などの光源として利用する
ことも可能であり、この場合はマトリクス状にする必要
はなく、また発光領域も分割してもよい。また、撮像素
子として応用してもよい。

【０１０９】また、この光学的素子は、上述のＥＬ素子
以外の自発光型の素子に適用してよく、更に光起電装置
（バッテリ用）、光通信機器などにも応用することがで
きる。

【０１１０】

【発明の作用効果】本発明は、複数の陰極と複数の陽極
とが交差し、これらの交差部における両電極間の電位差
によって所定の表示を行うように構成され、前記陰極が
アルミニウムを主体とする材料によって形成されている
ので、交差部における順方向への整流性が向上し、順方
向に対する逆方向の抵抗比が増すため、逆方向への電流
が流れにくくなると共に、漏れ電流が減少して性能が向
上する。

【０１１１】これと同様の効果は、複数の陰極と複数の
陽極とが交差し、これらの交差部における両電極間の電
位差によって所定の表示を行うように構成され、前記交
差部における両電極間の順方向抵抗と逆方向抵抗との比
（逆方向抵抗／順方向抵抗）が前記交差部の総数程度以
上とすることによっても、得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による有機ＥＬ素子の要部の拡
大断面図である。

【図２】同有機ＥＬ素子の概略平面図である。

【図３】同素子の陽極と陰極との交差部の一部を示し、
（ａ）は交差部におけるパスの例、（ｂ）は同他のパス
を示す図である。

【図４】図２におけるパスを回路的に示した図である。

【図５】同有機ＥＬ素子のテストピースの一部を示し、
（ａ）はマグネシウム−銀を陰極に用いたもの、（ｂ）
は同じくアルミニウムを用いたものの斜視図である。

【図６】図５のVI−VI線断面図である。

【図７】マグネシウム−銀で陰極を形成した有機ＥＬ素
子の閾値電圧を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例による有機ＥＬ素子の閾値電圧
を示すグラフである。

【図９】同有機ＥＬ素子の一部の画素（緑色）の抵抗電
圧比を示すグラフである。

【図10】同他の画素（赤色）の抵抗電圧比を示すグラフ
である。

【図11】同有機ＥＬ素子の概略平面図である。

【図12】図11のＡ−Ａ線断面におけるａ部の拡大図であ
る。

【図13】図11のＢ−Ｂ線断面におけるａ部の拡大図であ
る。

【図14】同製造工程を示す要部の拡大断面図である。

【図15】図14のXV−XV線断面図である。

【図16】同他の製造工程を示す要部の拡大断面図であ
る。

【図17】同製造工程に使用可能な真空蒸着装置の概略図
である。

【図18】同他の製造工程を示す要部の拡大断面図であ
る。

【図19】同他の製造工程を示す要部の拡大断面図であ
る。

【図20】同他の製造工程を示す要部の拡大断面図であ
る。

【図21】同更に他の製造工程を示す要部の拡大断面図で
ある。

【図22】同有機ＥＬ素子の駆動回路の等価回路図であ
る。

【図23】本発明の他の実施例による光学的素子の要部の
拡大断面図である。

【図24】従来例による有機ＥＬ素子の概略断面図であ
る。

【図25】同他の有機ＥＬ素子の概略断面図である。

【図26】同有機ＥＬ素子の具体例を示す概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１、11Ａ、11Ｂ・・・電極（陰極）２、12・・・電子輸送層３、13・・・発光層、ＴＰＤ４・・・ホール輸送層５、15・・・透明基板（陽極）６、16・・・透明基板 19・・・ＳｉＯ₂絶縁層 20・・・有機ＥＬ素子 29、37、38、39・・・マスク 32・・・真空蒸着装置 33・・・アーム 34・・・支持手段 35・・・蒸着源 36・・・電源 41・・・電流制御回路１Ａ、１Ｂ・・・積層体Ａ・・・本来のパスＢ・・・副次的なパスＣ・・・他の副次的なパスＰＸ・・・画素Ｊ・・・電流Ｒ、Ｒ’、Ｒ”・・・抵抗Ｉ、ｉ・・・漏れ電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の陰極と複数の陽極とが交差し、こ
れらの交差部における両電極間の電位差によって所定の
表示を行うように構成され、前記陰極がアルミニウムを
主体とする材料によって形成されている光学的素子。
【請求項２】陽極がインジウム−錫酸化物を主体とす
る材料によって形成されている、請求項１に記載した光
学的素子。
【請求項３】交差部が画素として構成されている、請
求項１に記載した光学的素子。
【請求項４】ストライプ状の複数の陰極とストライプ
状の複数の陽極との間に発光層を含む有機層が設けられ
ている、請求項１に記載した光学的素子。
【請求項５】所定の発光色を呈する発光素子として構
成された、請求項１に記載した光学的素子。
【請求項６】単純マトリクス型に構成された、請求項
１に記載した光学的素子。
【請求項７】有機電界発光ディスプレイである、請求
項１に記載した光学的素子。
【請求項８】複数の陰極と複数の陽極とが交差し、こ
れらの交差部における両電極間の電位差によって所定の
表示を行うように構成され、前記交差部における両電極
間の順方向抵抗と逆方向抵抗との比（逆方向抵抗／順方
向抵抗）が前記交差部の総数程度以上である光学的素
子。
【請求項９】交差部が画素として構成されている、請
求項８に記載した光学的素子。
【請求項10】陰極がアルミニウムを主体とする材料に
よって形成されている、請求項８に記載した光学的素
子。
【請求項11】陽極がインジウム−錫酸化物を主体とす
る材料によって形成されている、請求項８に記載した光
学的素子。
【請求項12】陽極材料の仕事関数より 0.5eV小さい仕
事関数よりも大きい仕事関数を有する材料が陰極にほと
んど含まれていない、請求項８に記載した光学的素子。
【請求項13】ストライプ状の複数の陰極とストライプ
状の複数の陽極との間に発光層を含む有機層が設けられ
ている、請求項８に記載した光学的素子。
【請求項14】所定の発光色を呈する発光素子として構
成された、請求項８に記載した光学的素子。
【請求項15】単純マトリクス型に構成された、請求項
８に記載した光学的素子。
【請求項16】有機電界発光ディスプレイである、請求
項８に記載した光学的素子。