JPWO2006090809A1

JPWO2006090809A1 - 有機半導体発光素子及び表示装置

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Publication number: JPWO2006090809A1
Application number: JP2007504789A
Authority: JP
Inventors: 中村　健二; 健二中村; 遠藤　浩幸; 浩幸遠藤; 小田　敦; 小田　　敦
Original assignee: NEC Corp; Pioneer Corp
Current assignee: NEC Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2008-07-24
Also published as: TWI320294B; TW200637431A; US20090218941A1; WO2006090809A1

Abstract

発光層を含む発光材料層と、発光材料層に対向する絶縁層と、絶縁層及び発光材料層間に挟持され、第１のキャリアを注入するキャリア注入層と、発光材料層及びキャリア注入層の界面に位置し、キャリア注入層上の一部に設けられた、第１のキャリアに対応する極性の第１電極と、発光材料層上に設けられ、第１電極と反対極性の第２電極と、絶縁層上に設けられた補助電極と、を有している。

Description

本発明は、有機半導体を用いた発光素子及び表示装置、特に、補助電極を設けた有機半導体発光素子及び表示装置に関する。

有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう。）は自発光型の素子であり、応答速度が非常に速く、高輝度である種々の利点を有し、その研究開発が進められてきた。
また、かかる有機ＥＬ素子をマトリクス状に配置して構成される発光表示ディスプレイは、視野角が広く、薄型で消費電力も小さい表示装置として、注目され、広く開発が進められている。
有機ＥＬ素子に代表される従来の有機発光素子は、基本的にダイオード特性を示す能動素子であり、製品化されているものはほとんどパッシブマトリックス駆動によるものである。パッシブマトリックス駆動法では、線順次駆動を行うために瞬間的に高い輝度が必要とし、走査線の数が限られてしまうため高精細な表示装置を得ることが難しかった。
また、近年ではポリシリコン等により形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた有機ＥＬディスプレイ装置が検討されている。しかしながら、プロセス温度が高い、単位面積あたりの製造コストが高く大画面化に適さない等の欠点があった。また、アクティブ駆動するためには１画素内に２つ以上のトランジスタ（スイッチング素子）と、少なくとも１つ以上のキャパシタを配置しなければならない。従って、有機ＥＬ素子を用いてアクティブ駆動ディスプレイを構成する場合には、上記したように、スイッチング素子やキャパシタを配置する必要性から画素の開口率が低下し、結果として、十分な輝度を得るために電力消費が大きくなるという問題があった。また、有機ＥＬ素子の発光寿命が短くなる等の問題があった。さらには、製造が複雑である、コストが高い等の問題があった。
有機ＥＬ素子において、発光強度を増大するために、例えば、発光材料層へのキャリア注入量を増加させるためのアシスト電圧を印加する補助電極を設けた構成の素子が提案されている（例えば、特開２００２−３４３５７８号公報参照）。しかしながら、ディスプレイ装置の大画面化、高精細度化等が急速に進展している現状において、有機ＥＬディスプレイ装置のさらなる低コスト化、低消費電力化、長寿命化が強く望まれている。

本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が１例として挙げられる。本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光輝度が高く、低消費電力、長寿命である等の高い性能を有し、大画面・高精細ディスプレイ装置等への応用に適した有機半導体発光素子を提供することにある。また、発光輝度が高く、低消費電力、長寿命である等の高い性能を有する表示装置を提供することを目的とする。
本発明による有機半導体発光素子は、発光層を含む発光材料層と、発光材料層に対向する絶縁層と、絶縁層及び発光材料層間に挟持され、第１のキャリアを注入するキャリア注入層と、発光材料層及びキャリア注入層の界面に位置し、キャリア注入層上の一部に設けられた、第１のキャリアに対応する極性の第１電極と、発光材料層上に設けられ、第１電極と反対極性の第２電極と、絶縁層上に設けられた補助電極と、を有することを特徴としている。
また、本発明による表示装置は、複数の走査線、複数のドライブ線、及び上記複数の走査線及び複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が上記複数の走査線の１及び複数のドライブ線の１に接続された複数の発光体からなる表示装置であって、上記複数の発光体の各々は、上記複数の走査線の１の信号に応じて上記複数のドライブ線の１からのデータ信号を導通せしめるスイッチング素子と、有機半導体発光素子と、を有し、有機半導体発光素子は、発光層を含む発光材料層と、発光材料層に対向する絶縁層と、絶縁層及び発光材料層間に挟持され、第１のキャリアを注入するキャリア注入層と、発光材料層及びキャリア注入層の界面に位置し、キャリア注入層上の一部に設けられた、第１のキャリアに対応する極性の第１電極と、発光材料層上に設けられ、第１電極と反対極性の第２電極と、絶縁層上に設けられ、スイッチング素子からのデータ信号を受ける補助電極と、を含むことを特徴としている。

図１は、本発明の実施例１である有機ＥＬ素子を含む発光体の構成を模式的に示す平面図である。
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子を模式的に示す斜視断面図である。
図３は、実施例１における有機ＥＬ素子の形成工程を模式的に示す断面図である。
図４は、陽極及び陰極が空間的な重なり部分（ハッチング部分）を有する場合のＥＬ素子を模式的に示す上面図である。
図５は、陽極及び陰極間の電流Ｉ（μＡ）及び補助電極及び陰極間の電流Ｉｇ（ｎＡ）を陽極及び陰極間への印加電圧に対してプロットした図である。
図６は、陽極及び陰極間への印加電圧Ｖ（Ｖｏｌｔ）に対する有機ＥＬ素子の発光輝度Ｌをプロットした図である。
図７は、本発明の実施例２である、漏れ電流防止層を有する有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す斜視断面図である。
図８は、図７に示す実施例２の改変例であり、陽極の上面に漏れ電流防止層が設けられた有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す斜視断面図である。
図９は、本発明の実施例３である有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す斜視断面図である。
図１０は、本発明の実施例３である有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す斜視断面図である。
図１１は、本発明の実施例５である表示装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図１２は、図１１に示す表示装置における１つの発光体の構成を示す等価回路図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施例において、等価な構成要素には同一の参照符を付している。

図１は、本発明の実施例１である有機ＥＬ素子１０を含む発光体１０Ａの構成を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す有機ＥＬ素子１０を模式的に示す斜視断面図である。すなわち、図２においては、図１に示す有機ＥＬ素子１０の線Ａ−Ａに関する断面を示している。なお、図の簡便さのため、有機ＥＬ素子１０の線Ａ−Ａに関する断面についてのみハッチングを施して示す。
発光体１０Ａは、表示装置を構成するための単位発光体として構成されている。すなわち、発光体１０Ａの複数をマトリックス状、その他の形状に配列することによって表示装置を構成することができる。
発光体１０Ａの発光素子である有機ＥＬ素子１０は、基板１１上に形成されている。より具体的には、基板１１上に、補助電極１２、絶縁層１４及び正孔注入層１５がこの順で順次形成されている。そして、正孔注入層１５上には発光層１７が形成されているとともに、正孔注入層１５及び発光層１７間の界面には、陽極１６が形成されている。陽極１６は、発光層１７内に埋設され、正孔注入層１５に接するように形成されている。すなわち、陽極１６は、パターニングにより正孔注入層１５上の一部に形成され、陽極１６の当該形成領域以外では、正孔注入層１５が発光層１７に接するように形成されている。
なお、後述するように発光層１７に加えて、正孔注入層１５及び発光層１７間に正孔輸送層等を設けてもよい。このような発光層１７の上下に設けられ、発光層１７の発光を補助する層（例えば、正孔輸送層等）と発光層１７との積層層を以下において発光材料層と称する。正孔注入層１５及び発光層１７間に正孔輸送層を設けた場合、陽極１６は、正孔輸送層（又は発光材料層）及び正孔注入層１５間の界面であって、正孔輸送層（又は発光材料層）内の一部に形成され、正孔注入層１５に接するように形成すればよい。
発光層１７上には、陰極１８が形成されている。より具体的には、陰極１８は、ストライプ形状を有している。また、陽極１６は、陰極１８に平行な２つのストライプ部１６Ａを有している。なお、図１においては、発光層１７が形成された平面（図１のｘｙ平面）に垂直な方向（図１のｚ方向：積層方向）において、陽極１６及び陰極１８が互いに空間的に重ならないような形状及び位置に形成されている場合について示している。なお、陰極１８及び陽極１６は、必ずしもストライプ形状である必要はない。
上記した有機ＥＬ素子１０において、陽極（第１の電極）１６から導入された正孔（第１のキャリア）の一部は直接発光層１７へ流れるが、陽極１６から導入された正孔の大部分は正孔注入層１５を介して発光層１７へ注入される。発光層１７に注入された正孔は、陰極（第２の電極）１８から発光層１７に注入された電子（第２のキャリア）と再結合して発光が行われる。
次に、本実施例における有機ＥＬ素子１０の形成工程、及び各構成要素の材料等について図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。
（１）補助電極及び絶縁層の形成（図３（ａ））
まず、補助電極が基板１１（図１、図２）上に形成される。すなわち、例えば、無アルカリガラスの基板１１上にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の膜をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さで形成した後、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像によってフォトレジストをパターン化する。次に、ミリングによってフォトレジストの無い部分のＩＴＯ膜を取り除く。最後に、剥離液を用いてフォトレジストを溶解させ、フォトレジストを剥離する。かかる工程により、補助電極１２が形成される。
次に、ポリビニルフェノール系高分子１０ｗｔ％（重量パーセント）のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶液を用いてスピンコート法により４２０ｎｍの厚さで絶縁層を成膜する。その後、補助電極１２上の端部に成膜された高分子膜を、ＰＧＭＥＡを含ませたコットン等により拭き取り、ホットプレートを用いて２００℃で１０分間のベーキングを行い、絶縁層１４を形成する。
（２）正孔注入層の形成（図３（ｂ））
正孔注入層１５として、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を５０ｎｍの厚さで成膜する。このとき、ペンタセンの成膜速度は０．１ｎｍ／ｓである。
（３）陽極の形成（図３（ｃ））
陽極１６として、金（Ａｕ）をメタルマスクを用いた真空蒸着法により５０ｎｍの厚さで成膜する。金の成膜速度は０．２ｎｍ／ｓである。
（４）発光層の形成（図３（ｄ））
発光層１７として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを真空蒸着法により６０ｎｍの厚さで成膜する。
（５）陰極の形成（図３（ｅ））
陰極１８として、マグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）を真空蒸着法によって、１０：１の比で１００ｎｍの厚さで共蒸着する。このとき、マグネシウム（Ｍｇ）の成膜速度は１ｎｍ／ｓであり、銀（Ａｇ）の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓである。
なお、図４のＥＬ素子１０の上面図に示すように、発光層１７が形成された平面（ｘｙ平面）に垂直な方向（ｚ方向：積層方向）において、陽極１６と陰極１８の形成された部分の空間的な重なり（図４のハッチング部分２０）が、陽極１６と陰極１８の各々の電極面積の５０％以下（面積が小さい方の電極の電極面積の５０％以下）になるようにメタルマスクを用いて陰極１８の蒸着を行う。これにより漏れ電流を抑制することができる。なお、図１に示すように、陽極１６及び陰極１８が互いに空間的に重ならないような形状及び位置に形成されている（すなわち、ハッチング部分２０の面積がゼロ）のがさらに好ましい。
なお、上記した（２）〜（５）の工程はすべて真空中において行う。
また、正孔注入層１５は、真空蒸着法、スピンコート法等を用いて形成することができる。本実施例においては、正孔注入層１５を形成した後に陽極１６を形成することで、塗布型の正孔注入材料の成膜性を向上させることができる。さらに、塗布型正孔注入材料に限らず、真空蒸着法により形成した正孔注入材料でも、陽極に電圧を印加していない（ＯＦＦ）時に陰極に流れる電流、発光強度を低減化できる。その結果、陽極に電圧を印加した（ＯＮ）時及び電圧を印加していない（ＯＦＦ）時における電流、発光強度のそれぞれの比が向上する。
次に、本実施例における有機ＥＬ素子１０の駆動例について説明する。図５は、陽極１６及び陰極１８間の電流Ｉ（μＡ）及び補助電極１２及び陰極１８間の電流Ｉｇ（ｎＡ）を陽極１６及び陰極１８間への印加電圧Ｖ（Ｖｏｌｔ）に対してプロットしたものである。また、図６は、陽極１６及び陰極１８間への印加電圧Ｖ（Ｖｏｌｔ）に対する有機ＥＬ素子１０の発光輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ^２）をプロットしたものである。
補助電極１２に電圧を印加しない状態（Ｖｇ＝０）で、陽極１６及び陰極１８間に８Ｖの電圧を加えたところ、Ｉ＝４．２μＡの電流が流れた（図５）。また、このときの発光輝度は１．６ｃｄ／ｍ^２程度であった（図６）。しかし、補助電極１２及び陰極１８間に１０Ｖの電圧（Ｖｇ＝１０）を加えたところ、Ｉ＝１００μＡの電流が流れ、５０ｃｄ／ｍ^２の発光輝度を確認した。このとき、補助電極１２に流れた電流値は１０ｎＡ／ｃｍ^２以下であった。このように、補助電極１２及び陰極１８間に電圧を印加することによって有機ＥＬ素子１０の発光輝度、発光特性が大きく改善されることが分かった。
本実施例における動作特性の向上の理由は、以下のように理解される。すなわち、本実施例によれば、陽極１６は正孔注入層１５を形成した後に堆積され、パターニング形成されている。また、パターニングした陽極１６上に発光層１７が形成され、陽極１６は正孔注入層１５に電気的に接するように形成されている。つまり、パターニングした陽極１６上に形成した層と陽極１６との界面における膜質は一般に、平坦面上に形成した層の膜質に劣るが、本実施例においては陽極１６は平坦な正孔注入層１５に形成されており、陽極１６及び正孔注入層１５間の界面における膜質は良好である。従って、陽極１６から正孔が正孔注入層１５へ効率的に注入されるのである。さらに陽極１６からの正孔注入は補助電極１２によりアシストされ、加えて、補助電極１２及び陰極１８間に印加された電圧によって正孔の移動を加速させることによって、ＥＬ素子の発光層１７への電流の流れを向上させ、発光輝度を向上させるものであると理解される。
なお、上記した各層には種々の材料を用いることができる。この点について以下に詳細に説明する。
ここで用いる陰極１８、陽極１６および補助電極１２の材料としては、Ｔｉ，Ａｌ，Ｌｉ：Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｍｇ：Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の金属あるいはこれらの合金が挙げられる。あるいは、ポリアニリンやＰＥＤＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いることができる。あるいは、酸化物透明導電薄膜、例えば錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）のいずれかを主組成としたものを用いることができるが、これらに限定されない。また、各電極の厚さは３０〜５００ｎｍ程度が好ましい。陰極１８と補助電極１２の層厚は、特に５０〜３００ｎｍの範囲が適している。陽極１６の層厚、特に３０〜２００ｎｍ程度の範囲が適している。また、これらの電極材料は真空蒸着法、スパッタ法で作製されたものが好ましい。
絶縁層１４には、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４に代表される種々の絶縁材料を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマー体を含むホスファゼン化合物、等を用いることもできる。
正孔注入層１５は、陽極からの正孔の注入を容易にする機能、正孔を安定に輸送する機能を有し、その材料には銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）に代表されるポルフィリン誘導体、ｍ−ＴＤＡＴＡに代表されるスターバーストアミンと呼ばれる高分子アリールアミン、ペンタセンに代表されるポリアミンが低分子系では良く用いられる。また、ポルフィリン誘導体やトリフェニルアミン誘導体等にルイス酸や四フッ化テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）等を混合し導電性を高くした層を用いることもできる。この時、混合比率は重量比率で５〜９５％の割合で混合されていることが好ましい。また、高分子系ではポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）等の導電性の高分子材料を用いることができる。また、正孔注入層はこれらの材料の混合層、もしくは積層したものでもかまわない。
発光層１７には、発光機能を有する化合物である蛍光物質もしくは燐光物質を含有させる。このような蛍光性物質としては、例えば特開６３−２６４６９２号公報に開示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択される少なくとも１種が挙げられる。燐光性物質としてはアプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）第７５巻、第４頁（１９９９年）に記載されているような有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体等が挙げられる。
また、正孔注入層１５と発光層１７の間に正孔輸送層を挿入してもよい。正孔輸送層の材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体、カルバゾール誘導体、高分子材料としてはポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリチオフェン等が挙げられる。これらの化合物は２種以上を併用してもよい。さらに、一般的には正孔注入層よりもイオン化ポテンシャルＩｐが大きい材料を用いた方が好ましい。
必要に応じて発光層１７と陰極１８の間に電子注入輸送層を用いてもよい。電子注入輸送層には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等の８−キノリノールないしその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いることができる。電子注入輸送層は発光層をかねたものであってもよく、このような場合にはトリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用することが好ましい。さらに、電子注入層と電子輸送層を積層して作製することもできる。このとき、陰極側から電子親和力の値の大きい化合物の順に積層することが好ましい。
基板材料としては、ガラス、石英、ポリスチレンなどのプラスチック材料といった半透明材料に限らず、シリコンやＡｌ等の不透明な材料、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂などを用いることができるがこれらに限らず、種々の材料を用いることができる。

図７は、本発明の実施例２である有機ＥＬ素子１０の構成を模式的に示す、図２同様の斜視断面図である。
本実施例において、有機ＥＬ素子１０は、基板１１（図２参照）上に、補助電極１２、絶縁層１４及び正孔注入層１５がこの順で順次形成されている。そして、正孔注入層１５上には発光層１７が形成されているとともに、正孔注入層１５及び発光層１７間の界面には、陽極１６及び絶縁層１９が形成されている。すなわち、陽極１６は、発光層１７及び正孔注入層１５の界面に位置し、正孔注入層１５上の一部に設けられ、正孔注入層１５に接するように形成されている。また、陽極１６及び発光層１７間には、陽極１６及び陰極１８間の漏れ電流を防止するための絶縁層（漏れ電流防止層）１９が設けられている。なお、本実施例において、漏れ電流防止層１９は陽極１６と発光層１７が接する面の全てに、すなわち、正孔注入層１５と陽極１６との界面を除いて、陽極１６を取り囲むように形成されている。
なお、漏れ電流防止層１９は陽極１６と発光層１７間の一部に設けらていてもよい。例えば、図８に示すように、陽極１６の側面を除く、陽極１６上に漏れ電流防止層１９を設けるようにしてもよい。あるいは、陽極１６及び陰極１８が互いに空間的に重なる部分の陽極１６上に漏れ電流防止層１９を設けるようにしてもよい。要は、漏れ電流防止層１９は、陽極１６から陰極１８への漏れ電流を防止することができるように陽極１６と発光層１７間の少なくとも一部に設けられていればよい。
また、上記した漏れ電流防止層１９を設けた場合では、漏れ電流は低減されるので、陽極１６及び陰極１８は、積層方向（図中、ｚ方向）において陽極１６及び陰極１８が互いに空間的に重なるような位置及び形状に形成されていても構わない。
上記した有機ＥＬ素子１０において、陽極１６から直接発光層１７を介して電流が陰極１８に流れることはなく、あるいは有っても極めて小さい。陽極１６から注入された正孔はほぼ全て正孔注入層１５を介して発光層１７へ効果的に注入され、電子と再結合して発光に寄与する。従って、有機ＥＬ素子１０の発光輝度、発光特性はさらに大きく改善される。

図９は、本発明の実施例３である有機ＥＬ素子１０の構成を模式的に示す、図２同様の斜視断面図である。本実施例が上記した実施例と異なるのは、正孔注入層及び発光層間に正孔輸送層を設けている点である。すなわち、発光層及び正孔輸送層によって上記した発光材料層を構成している。
より詳細には、有機ＥＬ素子１０は基板１１上に形成され、補助電極１２、絶縁層１４及び正孔注入層１５がこの順で順次形成されている。そして、正孔注入層１５上には陽極１６がパターニングして形成されている。さらに、陽極１６を埋め込むように正孔注入層１５上に正孔輸送層２１が形成されている。すなわち、陽極１６は、正孔注入層１５及び正孔輸送層２１の界面に正孔注入層１５に接するように形成されている。
正孔輸送層２１上には、発光層１７が形成されている。また、発光層１７上には、ストライプ形状を有する陰極１８が形成されている。なお、陽極１６及び陰極１８については、発光層１７が形成された平面（ｘｙ平面）に垂直な方向（ｚ方向：積層方向）において、陽極１６と陰極１８の形成された部分の空間的な重なりが、陽極１６と陰極１８のうち面積が小さい方の電極の電極面積の５０％以下になるように陽極１６及び陰極１８が形成されていることが好ましい。また、陽極１６及び陰極１８が互いに空間的に重ならないような形状及び位置に形成されているのがさらに好ましい。
本実施例においても、陽極１６及び正孔注入層１５間の良質な界面を介して陽極１６から正孔注入層１５へ効率的に正孔が注入される。陽極１６からの正孔注入は補助電極１２のアシストにより補助電極１２及び陰極１８間に印加された電圧によって正孔の移動が加速され、さらに発光層１７への正孔の輸送をなす正孔輸送層２１によって発光輝度を向上させることができる。

図１０は、本発明の実施例４である有機ＥＬ素子１０の構成を模式的に示す、図２同様の斜視断面図である。上記した実施例においては、正孔注入層上に陽極及び発光層を形成する場合を例に説明したが、本実施例においては、電子注入層上に陰極及び発光層を形成している。
より詳細には、有機ＥＬ素子１０は基板１１上に形成され、補助電極３２、絶縁層３４及び電子注入層３５がこの順で形成されている。そして、電子注入層３５上にはパターン化された陰極３６が形成されている。パターン化された陰極３６が形成された電子注入層３５上には発光層３７が形成されている。すなわち、陰極３６は、発光層３７及び電子注入層３５の界面に位置し、電子注入層３５上の一部に設けられ、電子注入層３５に接するように形成されている。
発光層３７上には、正孔輸送層３８及び正孔注入層３９が形成されている。また、正孔注入層３９上には、陽極４０が形成されている。より具体的には、陽極４０は、ストライプ形状を有している。なお、陰極３６及び陽極４０については、発光層３７が形成された平面（ｘｙ平面）に垂直な方向（ｚ方向：積層方向）において、陰極３６と陽極４０の形成された部分の空間的な重なりが、陰極３６と陽極４０のうち面積が小さい方の電極の電極面積の５０％以下になるように陰極３６及び陽極４０が形成されていることが好ましい。また、陰極３６及び陽極４０が積層方向において互いに空間的に重ならないような形状及び位置に形成されているのがさらに好ましい。
次に、本実施例における有機ＥＬ素子１０の形成工程について詳細に説明する。
（１）補助電極及び絶縁層の形成
無アルカリガラス基板１１上にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の膜をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さで形成した後、実施例１と同様にフォトリソグラフィによりＩＴＯ膜をパターニングし、補助電極３２を形成した。
次に、絶縁層３４としてスパッタリング法によりＳｉＯ_２を３００ｎｍの厚さで成膜した。このとき、補助電極の一部に絶縁層が成膜されないようにメタルマスクを用いて成膜範囲を限定した。
（２）電子注入層の形成
電子注入層３５として、バソクプロインとセシウムの共蒸着膜を真空蒸着法により成膜した。
（３）陰極の形成
陰極３６として、マグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）を真空蒸着法により１０：１の比で１００ｎｍの厚さで共蒸着した。この時マグネシウムの成膜速度は１ｎｍ／ｓとし、銀の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。
（４）発光層の形成
発光層３７として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）とクマリン６を真空蒸着法により共蒸着し４０ｎｍの厚さで成膜した。このとき、クマリン６の濃度は３ｗｔ％（重量パーセント）であった。Ａｌｑ３の成膜速度は０．３ｎｍ／ｓであった。
（５）正孔輸送層の形成
正孔輸送層３８としてα−ＮＰＤを５０ｎｍの厚さでメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。
（６）正孔注入層の形成
正孔注入層３９としてＣｕＰｃを３０ｎｍの厚さでメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。
（７）陽極の形成
陽極４０として、金（Ａｕ）を真空蒸着法により１００ｎｍの厚さで蒸着した。このとき、金の成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。この際、実施例１と同様に、成膜範囲をメタルマスクにより制限した。
上記した工程により作製した有機ＥＬ素子１０においても、陰極３６及び電子注入層３５間の良質な界面を介して陰極３６から電子注入層３５へ効率的に電子が注入される。陰極３６からの電子注入は補助電極１２のアシストにより補助電極１２及び陽極４０間に印加された電圧によって電子の移動が加速され、さらに発光層３７への電子の注入が効率的に行われることによって発光輝度を向上させることができる。
なお、発光層３７及び陽極４０間には、正孔輸送層３８及び正孔注入層３９の何れか１のみを形成するようにしてもよい。また、本実施例と反対極性のＥＬ素子の場合では、電子輸送層及び電子注入層のいずれか、又は双方を形成すればよい。さらに、陰極３６及び発光層３７間に電子輸送層を形成するようにしてもよい。

図１１は、本発明の実施例５である表示装置５０の構成を模式的に示すブロック図である。
表示装置５０は、上記した有機ＥＬ素子１０を含む単位発光体５１を複数配列して構成されている。図１１に示すように、例えば、単位発光体（以下、単に発光体ともいう）５１は、ＥＬ素子１０、スイッチング素子５２及び保持キャパシタ５３を含んでおり、表示装置５０の一画素を構成する。表示装置５０は、発光体５１の複数をマトリックス状に配して構成され、アクティブマトリクス型発光表示装置として構成されている。
表示装置５０は、マトリックス状（ｎ行、ｍ列）に配された複数の発光体５１を駆動するための行ドライバ回路（以下、単に行ドライバともいう）５５に走査線Ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を介して接続されている。また、表示装置５０は、データ線Ｂｊ（ｊ＝１〜ｍ）によって、列ドライバ回路（以下、単に列ドライバともいう）５６と接続されている。表示装置５０は、行ドライバ５５及び列ドライバ５６の駆動によって入力映像信号を表示することができる。例えば、行ドライバ５５によって各行（走査ライン）を順次走査しつつ、列ドライバ５６からの映像データ信号によって駆動する。かかる駆動動作を入力映像信号の同期タイミングに対応する単位フレーム期間ごとに行うことによって入力映像の表示をなすことができる。
図１２は、発光体５１の構成を示す図である。表示装置５０のマトリックスのｉ行、ｊ列に位置する発光体５１を例に示しているが、その他の発光体５１も同じ構成を有している。発光体５１は、スイッチング素子（スイッチングトランジスタ）５２、データ保持用のキャパシタ５３及びＥＬ素子１０を含んでいる。スイッチングトランジスタ５２のゲート（Ｇ）及びソース（Ｓ）はそれぞれ走査線Ａｉ及びデータ線Ｂｊに接続されている。データ保持用のキャパシタ５３はスイッチングトランジスタ５２のドレイン（Ｄ）と接地電圧（ＧＮＤ）間に接続されている。スイッチングトランジスタ５２のドレイン（Ｄ）及びキャパシタ５３の接続点はＥＬ素子１０の補助電極に接続されている。また、ＥＬ素子１０の陽極はＥＬ素子１０を発光させる電圧を出力する電源に、ＥＬ素子１０の陰極は接地電圧（ＧＮＤ）に接続されている。なお、図１２において、ＥＬ素子１０については等価回路で示している。
次に、発光体５１の動作について説明する。行ドライバ５５によって走査線Ａｉに電圧が印加され、スイッチングトランジスタ５２のゲート（Ｇ）に電圧が印加されるとスイッチングトランジスタ５２が導通する。この状態において、列ドライバ５６によってデータ線Ｂｊに電圧が印加されるとキャパシタ５３に電荷が蓄積、保持される。当該キャパシタ５３に保持された電圧がＥＬ素子１０の補助電極に印加され、例えば、図６に示したようなＥＬ素子１０の特性に応じてＥＬ素子１０は発光する。かかる駆動動作を入力映像信号に応じて表示装置５０の各ＥＬ素子１０について行うことにより入力映像の表示をなすことができる。
本実施例によれば、上記したＥＬ素子１０をアクティブマトリックス駆動表示装置に適用することにより、１画素内に配置されるデバイス（スイッチング素子）の数を減らすことが可能である。従って、例えば、ポリシリコン等を用いた有機ＥＬ素子表示装置と比較して低コスト化、低消費電力化、長寿命化を図ることができる。
上記した実施例は適宜組み合わせることができる。また、上記した実施例と反対極性のＥＬ素子として構成してもよい。この場合では、適宜対応するキャリア（正孔又は電子）に応じて、電極及び注入層、輸送層等の極性を定めればよい。

Claims

発光層を含む発光材料層と、
前記発光材料層に対向する絶縁層と、
前記絶縁層及び前記発光材料層間に挟持され、第１のキャリアを注入するキャリア注入層と、
前記発光材料層及び前記キャリア注入層の界面に位置し、前記キャリア注入層上の一部に設けられた、前記第１のキャリアに対応する極性の第１電極と、
前記発光材料層上に設けられ、前記第１電極と反対極性の第２電極と、
前記絶縁層上に設けられた補助電極と、を有することを特徴とする有機半導体発光素子。
前記第１電極及び前記発光材料層間に設けられた絶縁層を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体発光素子。
前記キャリア注入層は正孔注入層であり、前記第１電極は陽極であり、前記発光材料層は前記正孔注入層及び前記発光層間に設けられた正孔輸送層を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体発光素子。
前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルは、前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも大であることを特徴とする請求項３に記載の有機半導体発光素子。
前記第１電極及び前記第２電極は、前記発光層に垂直な方向において空間的に重ならないような形状を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体発光素子。
前記キャリア注入層は電子注入層であり、前記第１電極は陰極であり、前記発光材料層は前記電子注入層及び前記発光層間に設けられた電子輸送層を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体発光素子。
前記電子輸送層の電子親和力は、前記電子注入層のイオン化ポテンシャルよりも小であることを特徴とする請求項６に記載の有機半導体発光素子。
前記発光材料層及び前記第２電極間に、前記キャリア注入層により注入されるキャリアとは反対極性の第２のキャリアを前記発光層に注入するための第２キャリア注入層及び前記第２のキャリアを輸送するための第２キャリア輸送層のうち少なくとも１を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体発光素子。
複数の走査線、複数のドライブ線、及び前記複数の走査線及び前記複数のドライブ線の交差位置に配され、各々が前記複数の走査線の１及び前記複数のドライブ線の１に接続された複数の発光体からなる表示装置であって、前記複数の発光体の各々は、
前記複数の走査線の１の信号に応じて前記複数のドライブ線の１からのデータ信号を導通せしめるスイッチング素子と、
有機半導体発光素子と、を有し、
前記有機半導体発光素子は、発光層を含む発光材料層と、前記発光材料層に対向する絶縁層と、前記絶縁層及び前記発光材料層間に挟持され、第１のキャリアを注入するキャリア注入層と、前記発光材料層及び前記キャリア注入層の界面に位置し、前記キャリア注入層上の一部に設けられた、前記第１のキャリアに対応する極性の第１電極と、前記発光材料層上に設けられ、前記第１電極と反対極性の第２電極と、前記絶縁層上に設けられ、前記スイッチング素子からのデータ信号を受ける補助電極と、を含むことを特徴とする表示装置。
前記スイッチング素子からのデータ信号を保持するキャパシタをさらに有し、前記補助電極は前記キャパシタの蓄積電圧を受けることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
前記有機半導体発光素子は、前記第１電極及び前記発光材料層間に設けられた絶縁層を有することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。