WO2004068911A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2004068911A1
WO2004068911A1 PCT/JP2004/000206 JP2004000206W WO2004068911A1 WO 2004068911 A1 WO2004068911 A1 WO 2004068911A1 JP 2004000206 W JP2004000206 W JP 2004000206W WO 2004068911 A1 WO2004068911 A1 WO 2004068911A1
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light
anode
emitting device
cathode
electroluminescent film
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PCT/JP2004/000206
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takahiro Ibe
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/84—Parallel electrical configurations of multiple OLEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
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    • H05B33/26—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the composition or arrangement of the conductive material used as an electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/32—Stacked devices having two or more layers, each emitting at different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3026—Top emission

Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting device using a light-emitting element having an anode, a cathode, and a film containing an organic compound capable of emitting light by applying an electric field (hereinafter, referred to as an “electroluminescent film”).
  • Organic materials have more diverse material systems than inorganic materials, and there is a possibility that materials with various functions can be synthesized by suitable molecular design.
  • a formed product such as a film is rich in flexibility, and further, by being polymerized, excellent in workability. Due to these advantages, attention has recently been focused on photonics-electronics using transcendental organic materials.
  • Photonics utilizing the optical properties of organic materials have already played an important role in current industrial technology.
  • photosensitive materials such as photoresists are indispensable materials for photolithography technology used for fine processing of semiconductors.
  • organic compounds themselves have the property of light absorption and associated light emission (fluorescence and phosphorescence), so that they are also widely used as light-emitting materials such as laser dyes.
  • the material is a material that does not itself have a carrier, it has essentially excellent fine life. Therefore, electronics that use the electrical properties of organic materials have traditionally mainly used their function as insulators, and have been used as insulating, protective, and coating materials.
  • One of them is the doping of a ⁇ -conjugated organic compound with an acceptor (electron acceptor) or a donor (electron donor), as represented by a conductive polymer. This is a means of imparting a carrier to the compound (see Non-Patent Document 1). As the doping amount increases, the carriers increase to a certain extent, so that the dark conductivity also increases and a large amount of current flows.
  • organic semiconductors or organic conductors in some cases.
  • SCLC space charge limited current
  • the SCLC expressed by the above equation (1) is an equation that does not assume that a carrier trap when the SCLC flows is turned off.
  • the current limited by the trapping of the carrier is called TCLC (Trap Charge Limited Current), which is proportional to the power of the voltage. ⁇ .
  • Equation (2) shows the current density when the ohmic current flows according to Ohm's law.
  • ⁇ is conductivity
  • ⁇ is electric field strength.
  • the factors that determine SCLC are dielectric constant, carrier mobility, voltage, and thickness, and carrier density is not relevant.
  • the thickness d should be made sufficiently small and a material with a large carrier visibility ⁇ should be selected. You can do it.
  • the amount of current can reach the level of ordinary semiconductors or higher, so that organic materials having high carrier mobility, in other words, organic materials that can potentially transport carriers are organic. It can be called a semiconductor.
  • organic electroluminescent devices (hereinafter referred to as “organic EL devices”) have made remarkable developments as photoelectronic devices that make use of both the optical and electrical properties of materials.
  • Non-Patent Document 2 The most basic structure of an organic EL device was reported in 1987 (see Non-Patent Document 2).
  • the device reported in Non-Patent Document 2 is a die-type device in which a total of about 100 electroluminescent films in which a hole transporting organic compound and an electron transporting organic compound are laminated are sandwiched between electrodes. It is a kind and uses a luminescent material (fluorescent material) as an electron transporting compound. By applying a voltage to such an element, light emission can be obtained like a light emitting diode.
  • the light-emitting mechanism is such that by adding E to the electroluminescent film sandwiched between the electrodes, holes and electrons injected from the electrodes recombine in the electroluminescent film, and molecules in an excited state (hereinafter, referred to as “molecular It is thought that light is emitted when the molecular exciton returns to the ground state.
  • the types of molecular excitons formed by an organic compound can be a singlet excited state or a triplet excited state.Since the ground state is usually a singlet state, emission from the singlet excited state is fluorescence, Light emission from the triplet excited state is called phosphorescence. In this specification, the case where either excited state contributes to light emission is also included.
  • the electroluminescent film is usually formed of a thin film of about 100 to 200 nm. Since organic EL devices are self-luminous devices, in which the electroluminescent film itself emits light, it also requires a backlight as used in conventional liquid crystal displays. Therefore, it is a great advantage that the organic EL element can be made extremely thin and lightweight. Also, for example, in an electroluminescent film of about 100 to 200 nm, the time from carrier injection to recombination is about several tens of nanoseconds in consideration of the carrier mobility of the electroluminescent film. 5 Even in the process from the recombination of the carrier to the light emission, light emission occurs within the order of microseconds. Therefore, one of the features is that the response speed is extremely fast.
  • OLEDs are attracting attention as next-generation flat panel display devices because of their characteristics such as thinness, light weight, and high-speed response.
  • OLEDs since it is a self-luminous type and has a wide viewing angle, it has relatively good visibility, and is considered to be effective as an element used for a display screen of a portable device.
  • Non-Patent Document 3 In the electroluminescent film constituting the organic EL device, the current flows, and the deterioration of the function of the organic semiconductor is promoted. It is known that in an organic EL device, the device life (half-life of emission luminance) is deteriorated in a manner that is almost inversely proportional to initial luminance, in other words, inversely proportional to the amount of current flowing (Non-Patent Document 3).
  • Non-Patent Document 1 Hideki Shirakawa et al., "Synthesis sipe Electrically potash one conductance Computing Organic Polymers: Halogen Derivatives Saibu polyacetal styrene, (CH) X J (Synthesis of Electrical ly Conducting Organic Polymers: Halogen Derivatives of Polyacetyrene, (CH) X ), Chemical Communications, 1977, 16, 578-580
  • Non-Patent Document 3 Yoshiharu Sato, "Japan Society of Applied Physics Organic Molecules-Bioelectronics Subcommittee 4000206
  • an object of the present invention is to provide an element structure that reduces the amount of current flowing through an electroluminescent film of an organic EL element and improves the element life.
  • a first electrode on a substrate a first electroluminescent film in contact with the first electrode, a second electrode in contact with the first electroluminescent film, A second electroluminescent film is in contact with the second electrode, a third electrode is in contact with the second electroluminescent film, the first electrode and the third electrode are an anode or
  • the light-emitting device is characterized in that the second electrode functions as one of a cathode and the second electrode functions as the other of the anode and the cathode.
  • first electrode and the third electrode may be electrically connected.
  • Another configuration is a light-emitting device in which a plurality of anodes and a plurality of cathodes are alternately formed on a substrate, and an electroluminescent film is provided between each anode and the cathode.
  • a plurality of anodes may be electrically connected, and a plurality of cathodes may be electrically connected.
  • the light emitting device of the electrodes selected from the anode and the cathode, only the electrode closest to the substrate is prevented from transmitting light, so that light is emitted from the side opposite to the substrate. Can also be taken out. Further, in the light-emitting device, light can be extracted from both the substrate side and the opposite side of the substrate by making all anodes and cathodes included in the light-emitting element translucent.
  • two or more light-emitting elements that emit different colors may be used for the plurality of light-emitting elements.
  • the plurality of light-emitting elements include at least one light-emitting element that emits red light, at least one light-emitting element that emits green light, and at least one light-emitting element that emits blue light. It can also emit light.
  • a light-emitting device in this specification refers to an image display device or a light-emitting device using a light-emitting element having an electroluminescent film as a light-emitting element.
  • a connector such as an anisotropic conductive film (ACF), TAB (Tape Automated Bonding) tape or TCP (Tape Carrier Package) is used for the light emitting device.
  • a module with a printed circuit board attached to the end of a TAB tape or TCP, or a module with an IC (integrated circuit) directly mounted on the light-emitting element by COG (Chip On Glass) method are all included in the light emitting device.
  • the present invention is characterized in that the power efficiency per unit area can be improved by connecting an electroluminescent film in parallel to an electrode and vertically stacking the electroluminescent film. Also, by reducing the amount of current supplied to the electroluminescent film, the life of the device can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention. 6
  • FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a minimum configuration of the basic configuration of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing how electrons and holes flow in the minimum configuration of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a comparison between the present invention and the prior art.
  • FIG. 6 is a diagram showing a light emitting device having an active matrix structure.
  • FIG. 7 is a detailed view of the electroluminescent film (Example 2).
  • FIG. 8 is a detailed view of the electroluminescent film (Example 3).
  • FIG. 9 is a diagram showing the light emission direction.
  • Country 10 is an application example of a light emitting device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 and 2 are schematic diagrams of the present invention.
  • a first anode 102, a first cathode 104, a second anode 106, a second cathode 108 An n-th cathode ⁇ 09, an (n + 1) -th anode 111, and an anode and a cathode connected to the same external electrode are provided alternately.
  • a first electroluminescent film 103 is provided between the first anode 102 and the first cathode 104, and between the first cathode 104 and the second anode 106.
  • the third electroluminescent film 107 is located between the second positive electrode 106 and the second cathode 108.
  • a second n-th electroluminescent film 110 is formed between 109 and the 1st + 1 anode 1 11, and one electroluminescent film sandwiched between a pair of anode and cathode Light emitting elements are formed.
  • Fig. 2 shows that the cathode 202, the anode 204, the cathode 206,... The anode 209, the cathode 211 and the electrode are laminated on the substrate 201, and the electroluminescent film 2 This is an example where 0 3, 2 0 5, 2 0 7, 2 10 are formed, and is the same as FIG. 1 except that the order of lamination of the electrodes is different. Also, in FIGS.
  • the number of anodes and cathodes to be laminated can be set appropriately by the user as needed.
  • a material excellent in hole injection properties is suitable, and a work function is large and a material (about 4.5 to 5.5 eV) is preferable.
  • T i, T i N, T i S i X N Y, N i, W, WS i x, WN X, WS i X N Y, N b N Mo, C r, P t, Se, Pd, Ir, Au and the like, and mixtures or alloys thereof may be used.
  • Materials used for the P ⁇ electrode include materials having excellent workability and a small work function (about 2.5 to 3.5 eV) (typically, metal elements belonging to Group 1 or 2 of the periodic table), It is preferable to use an alloy containing these. Among them, alloys such as MgAg, Mgln, and AILi are preferable as the material used for the cathode.
  • light-transmitting means transparent or a state sufficient to transmit light.
  • Figure 3 shows a first anode 302, a first electroluminescent film 303, and a cathode on a transparent substrate 301.
  • 302, 304, and 306 use light-transmitting electrodes.
  • Figure 4 shows how electrons and holes flow when a current is applied to the device with the structure of Country 3. Holes are injected from two anodes as in Kuninaka 401, and electrons are injected into both upper and lower electroluminescent films from a central cathode as in 402. At this time, when a current I is supplied from an external power supply as shown by an arrow 501 in FIG. 5 (B), a current I 2 flows as shown by an arrow 502 to the first anode and the second anode, respectively. Next, the first electroluminescent film and the second electroluminescent film were cleaned. A current of I / 2 flows in each case.
  • N / 2 photons are emitted from each electroluminescent film as shown by arrow 503.
  • the total number of photons emitted from one electroluminescent film is N.
  • the anode 302 and the cathode 304 must be connected to each other without the anode 304 and the anode 304 being short-circuited. is important. As this means, it is appropriate to apply different colors using a metal mask.
  • the present invention can be applied to a structure including three or more electroluminescent films shown in FIG. Also, the structure shown in FIG. 2 can be similarly applied.
  • FIG. 6A is a top view illustrating the light-emitting device
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of FIG. 6A taken along a line B-B ′.
  • Reference numeral 600 shown by a dotted line denotes a drive circuit portion (source side drive circuit)
  • reference numeral 602 denotes a pixel portion
  • reference numeral 603 denotes a drive circuit portion (gate side drive circuit).
  • reference numeral 604 denotes a sealing substrate
  • reference numeral 605 denotes a sealant
  • an inner side 607 surrounded by the sealant 605 is a space.
  • Reference numeral 608 denotes wiring for transmitting signals input to the source-side drive circuit 6'01 and the gate-side drive circuit 603, and an FPC (flexible print circuit) serving as an external input terminal. ) Receives video signal, clock signal, start signal, reset signal, etc. from 609. Although only the FPC is shown here, a printed wiring board (PWB) may be attached to the FPC.
  • PWB printed wiring board
  • a driver circuit portion and a pixel portion are formed over a substrate 610.
  • a source side driver circuit 601 which is a driver circuit portion and a pixel portion 602 are shown.
  • the source side driver circuit 601 forms a CMOS circuit combining the n-channel TFT 623 and the p-channel TFT 624. Further, the TFT forming the driving circuit may be formed by a PMOS circuit or an MMOS circuit. Further, in this embodiment mode, a driver integrated with a driver circuit formed on a substrate is shown, but this is not always necessary, and the driver circuit can be formed externally instead of on the substrate.
  • the pixel portion 602 is formed by a plurality of pixels including a switching TFT 611, a current controlling TFT 612, and a first anode 613 electrically connected to its drain.
  • a substance 614 is formed to cover the end of the first anode 613.
  • it is formed by using a positive photosensitive acryl resin film.
  • a curved surface having a curvature is formed at the upper end or the lower end of the insulator 614 in order to improve the coverage.
  • a positive photosensitive acrylic is used as the material of the insulator 614
  • any of a negative type which becomes insoluble in an etchant by photosensitive light and a positive type which becomes soluble in an etchant by light can be used.
  • the insulator 614 needs to have an anode contact 621 for connecting the first anode 613 and the second anode 619.
  • first electroluminescent film 616 On the first anode 613, a first electroluminescent film 616, a first cathode 617, a second electrode A field emission film 618 and a second anode 609 are formed.
  • a material used for the first anode 613 and the second anode 609 a material having a large work function is preferably used.
  • single-layer films such as ITO (indium tin oxide) film, indium zinc oxide (IZO) film, titanium nitride film, chromium film, tungsten film, Zn film, Pt film, and titanium nitride film
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • titanium nitride film titanium nitride film
  • chromium film titanium nitride film
  • tungsten film Zn film
  • Pt film titanium nitride film
  • titanium nitride film A stacked structure of a film mainly containing aluminum, a three-layer structure of a titanium nitride film, a film mainly containing aluminum, and a titanium nitride film, or the like can be used.
  • a metal thin film sufficiently thin to transmit light is used. Or a transparent conductive film, or a laminate of a metal thin film and a transparent conductive layer m.
  • the first electroluminescent film 616 and the second electroluminescent film 618 are formed by an evaporation method using an evaporation mask or an ink jet method.
  • a material used for the electroluminescent layer an organic compound is usually used in a single layer or a stacked layer in many cases.
  • a structure in which an inorganic compound is used as a part of a film made of an organic compound is also included.
  • a material used on the first electrode 617 held between the first electroluminescent film 616 and the second electroluminescent film 618 a material having a small work function (AI, Ag, L i, Ca, or an alloy thereof (Mg Ag, Mg In, AIL i, C a F 2 , or CaN) may be used.
  • the first cathode 617 has a thickness or using a thin metal film, or a transparent conductive film - using such (I tO (indium oxide-tin oxide alloy), indium oxide-zinc oxide alloy (I n 2 0 3 ZnO) , zinc oxide (ZnO), etc.)
  • I tO indium oxide-tin oxide alloy
  • I n 2 0 3 ZnO indium oxide-zinc oxide alloy
  • ZnO zinc oxide
  • the sealing substrate 604 was bonded to the element substrate 610 with a sealing agent 605, thereby enclosing the element substrate 610, the sealing substrate 604, and the sealing agent 605.
  • the structure is such that an electroluminescent element 618 is provided in a space 607.
  • the space 607 may be filled with an inert gas (such as nitrogen or argon) or may be filled with a sealant 605.
  • an epoxy resin is preferably used for the sealant 605. Further, it is desirable that these materials are materials that do not transmit moisture and oxygen as much as possible.
  • FRP Fiberberglass-Reinforced Plastic
  • PVF polyvinyl fluoride
  • Mylar polyester or A plastic substrate made of acryl or the like can be used. As described above, a light emitting device having the electroluminescent element of the present invention can be obtained.
  • Example 1 In this example, a structure of an electroluminescent element in which an anode is used for an electrode closest to a substrate will be described.
  • the electroluminescent film and the first cathode 6 17 are formed by a vapor deposition method, and the first cathode 6 17 is made of a metal thin film sufficiently thin to transmit light, and the second anode 6 19 Uses a transparent conductive film formed by sputtering, and these are all formed by patterning through a mail mask.
  • FIG. 7 shows a detailed structure of the electroluminescent device 62 of FIG.
  • the hole injecting layer 702, the hole transporting layer 703, the light emitting layer 704, the electron transporting layer 705, and the electron injecting layer 706 are formed by using a metal mask to form the first anode 61
  • the film is selectively formed on 3 and is controlled so as not to be formed on the anode contact portion 6 21. Also, make sure that the cathode and anode do not short-circuit. Use different discs.
  • a copper-injecting organic compound copper-cyan cyanine (hereinafter referred to as Cu-Pc), having a thickness of 20 nm was formed on the first anode 701 by vapor deposition to form a hole-injecting layer 702. Then, 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyleamino] -biphenyl (hereinafter referred to as a-NPD), which is a hole-transporting organic compound, was formed to a thickness of 40 nm. The film is formed into a hole transport layer 703.
  • a-NPD 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyleamino] -biphenyl
  • an organic compound deposition Nyori electron transport luminescent material Bok squirrel (8 Kino Rinora Bok) ⁇ J Reminiu ⁇ deposited (hereinafter, referred to as AI q 3) at a film thickness of 37. 5 nm
  • AI q 3 an organic compound deposition Nyori electron transport luminescent material, Bok squirrel (8 Kino Rinora Bok) ⁇ J Reminiu ⁇ deposited
  • a light emitting layer 704 is formed, and Alq 3 is similarly formed into a film having a thickness of 37.5 nm to form an electron transporting layer 705.
  • the light-emitting layer 704 and the electron transport layer 705 can be formed continuously.
  • CaF 2 calcium fluoride
  • CaF 2 which is an inorganic compound, is formed in a thickness of 1 nm to increase the electron injecting property from the cathode to form an electron injecting layer 706.
  • the first electroluminescent film 709 can be obtained.
  • AI aluminum
  • a membrane 70 is obtained, and a second anode 708 is formed by sputtering, and the second anode 708 is connected to the first anode 613 through the anode contact portion 621 in FIG.
  • a film formation portion is controlled using a metal mask so as not to short-circuit with the first cathode 617.
  • the electroluminescent device 62 is completed. Note that light emitted from this light-emitting element is emitted from both the substrate side and the opposite side as shown in FIG. 9A because all electrodes are translucent.
  • Example 1 a structure of an electroluminescent element in the case where a cathode is used as an electrode closest to a substrate will be described.
  • the details of each layer constituting each electroluminescent film are the same as those in the second embodiment, and are indicated by the same numbers.
  • the device shown in this embodiment exhibits the same operation as the device of the second embodiment.
  • the electrode closest to the substrate is used as the cathode.
  • the first cathode 907 a thick film of AI having a thickness of about 200 nm is formed so that light is not emitted.
  • the structure other than the first cathode 907 may be the same as that of the second embodiment. Then, of the light emitted from the light emitting layer, the light emitted to the substrate side is reflected by the first cathode 907 as shown by the arrow 905, so that the light of the arrow 906 shown in the country 9 (B) is reflected. Thus, light is emitted only from the side opposite to the substrate.
  • This embodiment describes a structure in which light is emitted only from the substrate side as shown in FIG.
  • the electrode closest to the substrate is used as the cathode.
  • the cathode 910 at the farthest position from the substrate forms a thick AI film of about 200 nm to prevent light.
  • the structure other than the first cathode may be the same as that of the second embodiment. Then, of the light emitted from the light-emitting layer, the light emitted to the side opposite to the substrate is reflected by the thick-film cathode 910 as shown by an arrow 908, and thus is shown in FIG. 9 (C). Light is emitted only from the substrate side as indicated by arrow 909. As described above, a structure in which light is emitted only from the substrate side is realized.
  • the configuration of the present example is the same as Example 2 except for the light emitting layer.
  • the two light-emitting layers are composed of a light-emitting element that emits blue light and a light-emitting element that emits light in a complementary color relationship.
  • a color that can produce white light by combining two colors of light different from the complementary color relationship is a color that can produce white light by combining two colors of light different from the complementary color relationship.
  • both light emitting layers simultaneously emit light to realize white light emission.
  • the structure shown in this embodiment is a structure including three electroluminescent cells. This corresponds to the case where there are three electroluminescent films sandwiched between the anode and the cathode in countries I and II.
  • the structure of this embodiment is the same as that of Embodiment 2 except for the light emitting layer.
  • each of the three light emitting layers emits red light.
  • a light-emitting element that emits green light, and a light-emitting element that emits blue light are used.
  • Example 1 various electric appliances completed using the light-emitting device having the electroluminescent element of the present invention will be described.
  • Electric appliances manufactured using the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention include: a video talent, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproducing device (car audio, Audio components), notebook personal computers, game consoles, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game consoles, electronic books, etc.), and image playback devices equipped with recording media (specifically, A device equipped with a display device capable of reproducing a recording medium such as a digital video disc (DVD) and displaying the image thereof.
  • Fig. 11 shows specific examples of these appliances.
  • FIG. 10A shows a display device, which includes a housing 1001, a support base 1002, a display section 1003, a speaker section 1004, a video input terminal ⁇ 05, and the like. Including. It is manufactured by using the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention for the display portion 103 thereof. Note that the display device includes all information display devices for personal computers, TV broadcast reception, advertisement display, etc.
  • Fig. 10 ( ⁇ ) is a notebook type personal computer, with a main body 1101, housing Includes 1102, display section 1103, keyboard 1104, external connection port 1105, pointing mouse 1106, etc.
  • the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention is mounted on a display unit 110 It is produced by using for 3.
  • FIG. 10 (C) shows a mobile computer, which includes a main body 120 display section 122, a switch 1203, operation keys 1204, an infrared port 1205, and the like. It is manufactured by using the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention for the display section 122.
  • Fig. 10 (D) shows a portable image playback device (specifically, a DVD playback device) equipped with a recording medium, with a main body 1301, a housing 1302, and a display PA130. 3, Display B 1304, Recording media (DVD, etc.) Read sound m305, Operation key 1306, Speaker Hi3307, etc. are included.
  • the display unit A133 mainly displays image information
  • the display unit B134 mainly displays character information.
  • the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention is referred to as a display unit A, B1. It is produced by using it for 303 and 1304.
  • the image reproducing device provided with the recording medium includes a home game machine and the like.
  • FIG. 10 (E) shows a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 1401, a display m402, and an arm 1443. It is manufactured by using the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention for the display portion 142.
  • Figure 10 (F) shows a video camera, main body 1501, display section 1502, housing 1503, external connection port 1504, remote control receiving section 1505, image receiving Unit 1506, battery 1507, voice input unit 1508, operation keys 1509, eyepiece unit 15010, etc. are included.
  • the light-emitting device having the electroluminescent element of the present invention was manufactured by using the light-emitting device for the display portion 502 thereof.
  • FIG. 10G shows a mobile phone, a main body 1601, a housing 16 02, display section 1603, audio input section 1604, audio output section 165, operation keys 166, external connection port 166, antenna 168, etc. Including. It is manufactured by using the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention for its display device.
  • the display section 1603 is black By displaying white characters on the background of, power consumption of the mobile phone can be suppressed.
  • the applicable range of the light emitting device having the electroluminescent element of the present invention is extremely wide, and the light emitting device of the present invention can be applied to electric appliances in various fields.

Abstract

有機ＥＬ素子は、他の発光素子と比べ多くの優れた面を有する反面、素子寿命が十分でないという問題を抱えている。また、携帯型のディスプレイなどへの応用が期待されていることから、電力効率を向上させることも重要である。そこで、電力効率を向上させつつ素子寿命の向上を実現する素子構造を提供することを課題とする。本発明の有機ＥＬ素子の構成は第１の陽極３０２と陰極３０４とで第１の電界発光膜３０３を挟み込み、さらに陰極３０４の上に第２の電界発光膜３０５と第２の陽極３０６とを積層させる。このとき、第１の陽極３０２と第２の陽極３０６とのコンタクトをとり並列回路を形成することによって、各電界発光膜に流す電流を低減させる。

Description

技術分野
本発明は、 陽極と、 陰極と、 電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む 膜 （以下、 「電界発光膜」 と記す） を有する発光素子を用いた発光装置に関する。
有機 ίί^物は無機ィ 物に比べて、材料系が多様であリ、適した分子設計にょリ様々 な機能を有する材料を合成できる可能性がある。また、膜等の形成物が柔軟性に富み、 さらには高分子化することにより加工性にも優れるという特長もある。 これらの利点 から、 近年、 機翻生有機材料を用いたフォ卜二クスゃエレク卜ロニクスに注目が集ま つている。
有機材料の光物性を利用したフォ卜ニクスは、 現在の工業技術において既に重要な 役割を果たしている。 例えば、 フォトレジストなどの感光材料は、 半導体の微細加工 に用いられるフォトリソグラフィ技術にとって欠かせない材料である。 加えて、 有機 化合物自体、 光の吸収およびそれに伴う発光 （蛍光や燐光） という性質を有している ため レーザー色素等の発光材料としての用途も大きい。
一方、 有 物はそれ自身キャリアを持たない材料であるため、 本質的には優れ た絶細'生を有する。 従って、 有機材料の電気物性を利用したエレクトロニクスに関し ては、 旧来は絶縁体としての機能を利用することが主であり、 絶縁材料、 保護材料、 被覆材料として使用されてきた。
しかしながら、本質的には絶縁体である有機材料に大量の電流を流す手段は存在し、 エレクトロニクスの分野でも実用されつつある。 この手段は、 大きく分けると二通り に分けられる。
そのうちの一つは、 導電性高分子に代表されるように、 π共役系有機化合物にァク セプ夕 （電子受容体） またはドナー （電子供与体） をドープすることにより、 その π 共役系有機化合物にキヤリァを持たせる手段である（非特許文献 1参照)。 ドープ量を 増やすことによってキャリアはある程度の領域まで増加していくため、 暗導電率もそ れに伴い上昇し、 多くの電流が流れるようになる。
その電流量は、 通常の半導体かそれ以上のレベルにまで到達できるため、 このよう な挙動を示す材料の一群は、 有機半導体 （場合によっては有機導電体） と呼ぶことが できる。
このように、 ァクセプタまたはドナーをドープすることによって暗導電率を向上さ せ、 有機材料に電流を流す手段は、 一部では既にエレクトロニクスの分野で応用され ている。 例えば、 ポリア二リンやポリアセンを用いた充電可能な二次電池や、 ポリピ ロールを用いた電界コンデンサなどがある。
有機材料に大量の電流を流すもう一つの手段は、 空間電荷制限電流 (SCLC； Space Charge L i m i ted Cur rent) を利用する手段である。 SCLCとは、 外部から空間電荷を注 入して移動させることによリ流れる電流であリ、 その電流密度はチヤィルドの法則、 すなわち下記式 （1 ) で表される。 J は電流密度、 εは比誘電率、 s flは真空誘電率、 ^はキャリア移動度、 Vは電圧 dは Vが印加されている電極間の距離（以下、 「厚さ j と記す） である。
[数 1 ]
T— ε 0 μ
J— 8 d 3 (1) なお、 上記式 （1 ) で表される SCLCは、 SCLCが流れる際のキャリアのトラップを —切仮定しない式である。キャリアの卜ラップによって制限される電流は TCLC (Trap Charge L i mi ted Cur rent) と呼ばれ、 電圧のべき乗に比例するが、 これらはどちらも バルク律速の電流であるので以下では同様の扱 L \とする。
ここで、 対比のために、 オームの法則に従うオーム電流が流れる際の電流密度を表 す式を、 下記式 ( 2 ) に示す。 σは導電率、 Εは電界強度である。
[数 2 ]
V
J= σ Ε= σ - -j- (2) 式 （2 ) 中の導電率 σは、 σ = ηβ μ (nはキャリア密度、 eは電荷） で表されるた め、 キャリア密度が流れる電流量の支配因子に含まれる。 したがって、 ある程度のキ ャリァ移動度を持つ有機材料に対し、 先に述べたようなドーピングによるキヤリァ密 度の増大を図らない限り、 通常キヤリアがほとんど存在しない有機材料には才ー厶電 流は流れない。
ところが、 式 ( 1 ) を見てわかるとおり、 SCLCを決定する因子は、誘電率、 キヤリ ァ移動度、 電圧、 および厚さであり、 キャリア密度は関係ない。 すなわち、 キャリア を持たない絶縁体である有機材料であっても、 厚さ dを十分薄くし、 キャリア觀度 μが大きい材料を選ぶことによリ、 外部からキヤリアを注入して電流を流すことがで きるのである。
この手段を用いた場合でも、 その電流量は、 通常の半導体かそれ以上のレベルにま で到達できるため、 キャリア移動度 が大きい有機材料、 言い換えれば潜在的にキヤ リァを輸送できる有機材料は有機半導体と呼ぶことができる。
ところで、このような SCLCを利用した有機半導体素子の中でも特に、機能性有機材 料の光物性'電気物性の両方を活かしたフォトエレク卜ロニクスデバイスとして、有機 エレクト口ルミネッセンス素子 （以下、 「有機 EL素子」 と記す） が近年めざましい発 展を見せている。
有機 EL素子の最も基本的な構造は、 1 987年に報告されている (非特許文献 2参照)。 非特許文献 2で報告されている素子は、 正孔輸送性の有機化合物と電子輸送性の有機 化合物とを積層させた合計約 100 程度の電界発光膜を電極で挟んだダイ才ード素子 の一種であり、 電子輸送性の化合物として発光性の材料 （蛍光材料） を用いている。 このような素子に電圧を印加することにより、 発光ダイ才ードのように発光を取り出 すことができる。
その発光機構は、 電極で挟んだ電界発光膜に Eを加えることによリ、 電極から注 入された正孔および電子が電界発光膜中で再結合して励起状態の分子 (以下、 「分子励 起子 J と記す) を形成し、 その分子励起子が基底状態に戻る際に光が放出されると考 えられている。
なお、 有機化合物が形成する分子励起子の種類としては一重項励起状態と三重項励 起状態が可能であり、 基底状態は通常一重項状態であるため、 一重項励起状態からの 発光は蛍光、 三重項励起状態からの発光は燐光と呼ばれる。 本明細書中においては、 どちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
このような有機 EL素子において、 通常、 電界発光膜は 100〜200nm程度の薄膜で形 成される。 ます 有機 EL棄子は、電界発光膜そのものが光を放出する自 光型の素子 であるため、 従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライ卜も必要な tゝ。したがつて、有機 EL素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。 また、例えば 100~200nm程度の電界発光膜において、キヤリァを注入してから再結 合に至るまでの時間は、 電界発光膜のキヤリァ移動度を考えると数十ナノ秒程度であ 5 リ、 キヤリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒オーダー以内で発光 に至る。 したがって、 非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
こういった薄型軽量-高速応答性などの特性から、有機 EL素子は次世代のフラッ卜 パネルディスプレイ素子として注目されている。 また、 自発光型であり視野角が広い ことから、 視認性も比較的良好であり、 携帯機器の表示画面に用いる素子として有効 と考えられている。
しかし上記ようなすばらしい特徴を有する反面、 あまリ実用化に至っていない原因 として素子寿命が十分でない点が上げられる。
有機 E L素子を構成する電界発光膜は、 電流が流れることによってその有機半導体 の機能の劣化が促進される。 有機 E L素子においては、 初期輝度にほぼ反比例、 言い 換えれば流す電流の量に反比例する形で素子寿命 （発光輝度の半減期） が悪くなるこ とが知られている （非特許文献 3)。
このことから有機 EL素子の電界発光膜に流す電流量を減少させることは、消費電力 の観点はもちろんのこと、 素子寿命の観点からも重要であるといえる。
非特許文献 1 白川英樹他著 「シンセシス 才プ エレクトリカリ一 コンダク ティング オーガニック ポリマーズ：ハロゲン デリバティブズ 才ブ ポリアセ チレン， (CH) XJ (Synthesis of Electrical ly Conducting Organic Polymers： Halogen Derivatives of Polyacetyrene, (CH)X)，ケミカル コミュニケーションズ， 1977， 16, 578-580
非特許文献 2 C. W.夕ン他著， 「オーガ二ックエレクト口 Jレミネッセン卜 ダイ才ー ド」 (Organic electroluminescent diodes) ， アプライ フィンックス レター X, Vol.51, No.12, 913-915 (1987)
非特許文献 3 佐藤佳晴、 「応用物理学会 有機分子-バイオエレクトロニクス分科会 4000206
会誌」、 Vo l . 1 1， No. 1 , (2000)、 86-99 発明の開示
(発明が解決しょうとする課題）
そこで本発明は、有機 EL素子の電界発光膜に流す電流量を減少させ、素子寿命を向上 させる素子構造を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段）
本発明は、 基板上に第 1の電極があり、 前記第 1の電極に接して第 1の電界発光膜が あリ、 前記第 1の電界発光膜に接して第 2の電極があリ、 前記第 2の電極に接して第 2の電界発光膜があリ、 前記第 2の電界発光膜に接して第 3の電極があリ、 前記第 1 の電極および前記第 3の電極は陽極または陰極の一方として機能し、 前記第 2の電極 は陽極または陰極の他方として機能することを特徴とする発光装置である。
なお、 前記第 1の電極および前記第 3の電極は電気的に接続されていてもよい。 また、 他の構成としては基板上に複数の陽極と複数の陰極が交互に形成され、 各陽 極と陰極の間に電界発光膜があることを特徴とする発光装置である。
前記発光装置において、 複数の陽極が電気的に接続され、 複数の陰極が電気的に接 続されていてもよい。
また、 前記発光装置において、 前記陽極および前記陰極のいずれかから選ば lる電 極のうち、 前 板から最も違い位置の電極のみを光が達過しないようにすることに よって、 基板側から光を取り出すことができる。
また、 前記発光装置において、 前記陽極および前記陰極のいずれかから選ばれる電 極のうち、 前記基板から最も近い位置の電極のみ光が透過しないようにすることによ つて、 基板と逆側から光を取り出すこともできる。 さらに前記発光装置において、 前記発光素子に含まれるすべての陽極および陰極を 透光性とすることによって、 基板側と基板と逆側の両方から光を取リ出すこともでき る。
なお、 前記発光装置において、 前記複数の発光素子に異なる発光色を示す 2種類以 上の発光素子を用いることもできる。
また、 前記発光装置において、 前記複数の発光素子は、 少なくとも一つの赤色発光 を示す発光素子と、 少なくとも一つの緑色発光を示す発光素子と、 少なくとも一つの 青色発光を示す発光素子を用いることにより白色発光させることもできる。
なお、 本明細書中における発光装置とは、 発光素子として電界発光膜を有する発光 素子を用いた画像 示デバイスもしくは発光デバイスを指す。 また、 発光素子にコネ クタ一、 例えば異方導電性フイルム (ACF： An i sot ropi c Conduct i ve Fi lm) もしくは TAB (Tape Automated Bond i ng) テープもしくは TCP (Tape Carr i er Package) が ¾lリ 付けられたモジュール、 TABテープや TCPの先にプリン卜配線板が設けられたモジュ ール、 または発光素子に COG (Chi p On Gl ass) 方式により IC (集積回路） が直接実装 されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
(発明の効果）
本発明は、 電界発光膜を電極に対して並列に接続し、 かつ、 垂直に積層させること によって、単位面積当たリのパワー効率を向上させることができることを特徴とする。 また 電界 光膜へ供給する電流量を低減させることによって、 素子寿命を向上させ ることが可能である。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の基本的構成を示す図である。 6
8 図 2は本発明の基本的構成を示す図である。
図 3は本発明の基本的構成の最小構成を示す図である。
図 4は本発明の最小構成での電子と正孔の流れる様子を示す図である。
図 5は本発明と従来技術との比較を示す図である。
図 6はァクティブマ卜リックス構造の発光装置を示す図である。
図 7は電界発光膜の詳細図 （実施例 2 ) である。
図 8は電界発光膜の詳細図 （実施例 3 ) である。
図 9は光の出射方向を示す図である。
國 1 0は発光装置の応用例である。 発明を実施するための最良の形態
(実施の形態 1 )
図 1、 図 2は本発明の概略図である。 図 1では基板 1 0 1上に基板に近い方から第 1の陽極 1 0 2、第 1の陰極 1 0 4、第 2の陽極 1 0 6、第 2の陰極 1 0 8、. · . 第 n の陰極 Ί 0 9、第 n + 1の陽極 1 1 1と、同じ外部電極に接続された陽極と陰極が交互 に設けられている。 そして、 第 1の陽極 1 0 2と第 1の陰極 1 0 4の間には第 1の電 界発光膜 1 0 3が、 第 1の陰極 1 0 4と第 2の陽極 1 0 6の間には第 2の電界発光膜 Ί 0 5が 第 2の陽邇 1 0 6と第 2の陰極 1 0 8の閫には第 3の電界発光膜 1 0 7 が、. . . 第 nの陰極1 0 9と第1っ+ 1の陽極1 1 1の間には第 2 nの電界発光膜 1 1 0 が形成され、 Ί対の陽極と陰極の間に挾持された電界発光膜で 1つの発光素子を形成 している。 図 2は基板 2 0 1上に陰極 2 0 2、陽極 2 0 4、陰極 2 0 6、. . · 陽極 2 0 9、陰極 2 1 1と電極が積層され、これらの間に電界発光膜 2 0 3， 2 0 5 , 2 0 7 , 2 1 0が形成された例であり、 電極の積層の順番が異なるのみで図 1と同様である。 また、 図 1と図 2では基板上での電極の積層が陽極から始まっていれば陽極で終わつ ており、 陰極で始まっていれば陰極で終わっているが、 もちろん陽極から積層されて いても陰極で終わって良いし、 またその逆もありえる。 積層する陽極と陰極の数は使 用者が必要に応じて適宜設定すれば良 Lゝ。
また、各陽極はホール注入性に優れた物質が適しておリ、仕事関数が大き t、物質 (4.5 〜5.5eV程度） が好ましい。 例えば、 T i、 T i N、 T i S i XNY、 N i、 W、 WS i x、 WNX、 WS i XNY、 N b N Mo、 C r、 P t、 Se、 Pd、 I r、 A u等であり、 これらの混合物や合金でもよい。 P龛極に用いる材料としては、 電子注入性に優れた仕 事関数の小さい犓質 （2.5〜3,5eV程度） （代表的には周期表の 1族もしくは 2族に属 する金属元素)や、これらを含む合金を用いることが好ましいとされている。中でも、 陰極に用いる材料としては、 MgAg、 Mg l n、 A I L iなどの合金が望ましい。
(実施の形態 2)
本発明の基本原理を本発明における最小の構成である図 3の構造をもとに説明する。 なお、 本明細書において透光性とは、 透明もしくは光を するのに十分な状態であ ることとする。
図 3は透光性の基板 301上に第 1の陽極 302、 第 1の電界発光膜 303、 陰極
304、 第 2の電界発光膜 305, 第 2の陽極 306を形成した例である。 302、 304、 306は透光性の電極を用いる。
國 3の構造の素子に電流を流した場合の電子および正孔の流れる様子を図 4に示す。 正孔は國中 401のように 2つの陽極から注入され、 電子は 402のように中夹の陰 極から上下両方の電界発光膜に注入される。このとき図 5 (B)の矢印 501のように外 部電源から電流 Iを供給すると、 第 1の陽極と第 2の陽極に対して、 それぞれ矢印 5 02のように I 2の電流が流れ、 ついで第 1の電界発光膜と第 2の電界発光膜にそ れぞれ I / 2の電流が流れる。 1つの電界発光膜に電流 Iが流れたときに放出される フォトンの数を N個とすると、 それぞれの電界発光膜からは矢印 5 0 3のように N/ 2個のフォトンが放出され、 2つの電界発光膜から放出されるフォトンの合計は N個 になる。
一方、図 5 (A)に示した Ίつの電界発光膜を陽極と陰極で挟んだ構造の素子に外部電 源から矢印 5 0 1のように電流 Iを流した場合、図 5 (B)のときと同様に電界発光膜か ら N個のフ才トンが放出される。
図 5 (A)と図 5 (B)を比較してみると、同じ数のフォトンを放出させようとしたとき、 外部電源から供給される電流量はどちらも Iだが、図 5 (B)の構造を用いた場合、ひと つの電界発光膜に流れる電流量は I / 2ですむ為、 電流による電界発光膜の劣化を減 少させる事ができる。
また、消費電力について考えてみる。図 5 (A)の構造の素子において、 N個のフォト ンを電界発光膜から放出させるのに必要な電流を Iとし、 電流 Iを流す為に必要な電 圧を Vとすると、 この構造の素子の消費電力 Paは以下のようになる。
[数 3 ]
Figure imgf000012_0001
これに対し図 5 (B)構造の素子において、 2つの電界発光膜から合計 N個のフォトン を放出させるのに必要な電流の合計は Iであるが、回路が並列になっていることから、 外部電源から供給する必要のある電圧は、式（ Ί )から V/7" 2であることがわかる。 ここで図 5 (B)素子で N個のフォトンを放出させるのに必要な電力 P bを示す。
[数 4 ]
Figure imgf000013_0001
このように本発明で開示する構造を用 tゝた場合、通常用 t \られる構造の素子に比べ、 同じ数のフォトンを放出するのに必要とする電力を 1 ΖΛ 2倍に減少することができ る。
前記図 3の構造を実現するためには、 陽極 3 0 2と陰極 3 0 4および陰極 3 0 4と 陽極 3 0 6が短絡することなく、 陽極 3 0 2と陽極 3 0 6を接続させることが重要で ある。 この手段としてはメタルマスクによる塗り分けが適当である。
上記では電界発光膜が 2つの場合のみを述べたが、 図 1に示した 3つ以上の電界発 光膜を含む構造に関しても適用可能である。 また、 図 2に示した構造に関しても同様 に適用可能である。
[実施例 1 ]
.本実施例では、 まず画素部に本発明の電界発光素子を有する発光装置について図 6 を用いて説明する。なお、図 6 (A)は、発光装置を示す上面図、図 6 (B)は図 6 (A)を Β — B ' で切断した断面図である。 点線で示された 6 0 1は駆動回路部（ソース側駆動 回路)、 6 0 2は画素部、 6 0 3は駆動回路部（ゲー卜側駆動回路）である。 また、 6 0 4は封止基板、 6 0 5はシール剤であり、シール剤 6 0 5で囲まれた内側 6 0 7は、 空間になっている。
なお、 6 0 8はソース側駆動回路 6' 0 1及びゲー卜側駆動回路 6 0 3に入力される 信号を伝送するための配線であリ、 外部入力端子となる F P C (フレキシカレプリン 卜サーキット） 6 0 9からビデオ信号、 クロック信号、 スター卜信号、 リセット信号 等を受け取る。 なお、 ここでは F P Cしか図示されていないが、 この F P Cにはプリ ン卜配線基板 ( PW B) が り付けられていても良い。 本明細書における発光装置に は、 発光装置本体だけでなく、 それに FPCもしくは PWB y付けられた状態を も含むものとする。
次に、断面構造について図 6 (B)を用いて説明する。基板 61 0上には駆動回路部及 び画素部が形成されているが、 ここでは、 駆動回路部であるソース側駆動回路 601 と、 画素部 602が示されている。
なお、 ソース側駆動回路 601は nチャネル型 TFT623と pチャネル型 TFT 624とを組み合わせた C M O S回路が形成される。 また、 駆動回路を形成する T F Tは、 PMOS回路もしくは MMOS回路で形成しても良い。 また、 本実施の形態で は、 基板上に駆動回路を形成したドライバ一一体型を示すが 必ずしもその必要はな く、 基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、 画素部 602はスイッチング用 T FT 61 1と、 電流制御用 TFT61 2と そのドレインに電気的に接続された第 1の陽極 61 3とを含む複数の画素により形成 される。 なお、 第 1の陽極 61 3の端部を覆って麵物 61 4が形成されている。 こ こでは、 ポジ型の感光性ァクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、 被覆率を良好なものとするため、 絶縁物 61 4の上端部または下端部に曲率 を有する曲面が形成されるようにする。 例えば、 絶縁物 61 4の材料としてポジ型の 感光性アクリルを用いた場合、 絶縁物 61 4の上端部のみに曲率半径 (0. 2^m〜 3 m) を有する曲面を持たせることが好ましい。 また、 絶縁物 61 4として、 感光 性の光によつてエッチヤン卜に不溶解性となるネガ型、 、は光によつてエッチヤン 卜に溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
なお、 絶縁物 61 4には第 1の陽極 61 3と第 2の陽極 61 9とを接続させるため の陽極コンタク卜 621を有する必要がある。
第 1の陽極 61 3上には、 第 1の電界発光膜 61 6、 第 1の陰極 61 7、 第 2の電 界発光膜 61 8、 第 2の陽極 61 9がそれぞれ形成されている。
ここで第 1の陽極 61 3及び第 2の陽極 61 9に用いる材料としては、 仕事関数の 大きい材料を用いることが望ましい。 例えば、 I TO (インジウムスズ酸化物）膜、 インジウム亜鉛酸化物 ( I ZO) 膜、 窒化チタン膜、 クロム膜、 タングステン膜、 Z n膜、 P t膜などの単層膜の他、 窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積 層、 窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との 3層構造等を 用いることができる。
なお、 第 Ίの陽極 61 3及び第 2の陽極 61 9のうち少なくとも一つは光を透過す るのに十分透明でなければならないので、 光を透過するのに十分な薄さの金属薄膜を 用いるか、 透明導電膜を用いるか、 金属薄膜と透明導 m との積層を用いることとす る。 一 一
また、 第 1の電界発光膜 61 6、 第 2の電界発光膜 61 8は、 蒸着マスクを用いた 蒸着法またはインクジエツ卜法によって形成される。 電界発光層に用いる材料として は、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、 有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
また、 第 1の電界発光膜 61 6と第 2の電界発光膜 61 8の間に保持される第 1の 倉極 61 7上に用いる材料としては、 仕事関数の小さい材料 (A I、 Ag, L i、 C a、 またはこれらの合金 Mg Ag、 Mg I n, A I L i、 C a F2, または CaN) を用いればよい。
なお、 第 Ίの電界発光膜 61 6と第 2の電界発光膜 61 8で生じた光が第 1の陰極 61 7を透過させるようにするには、 第 1の陰極 61 7として、 膜厚を薄くした金属 薄膜を用いるか、あるいは透明導電膜 ( I TO (酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化 インジウム酸化亜鉛合金 ( I n 203— ZnO)、 酸化亜鉛 (ZnO) 等） 等を用いる か、 金属薄膜と透明導電膜との積層を用いるのが良い。
さらにシール剤 6 0 5で封止基板 6 0 4を素子基板 6 1 0と貼り合わせることによ リ、 素子基板 6 1 0、 封止基板 6 0 4、 およびシール剤 6 0 5で囲まれた空間 6 0 7 に電界発光素子 6 1 8が備えられた構造になっている。 なお、 空間 6 0 7には、 不活 性気体 (窒素やアルゴン等) が充填される場合の他、 シール剤 6 0 5で充填される構 成も含むものとする。
なお、 シール剤 6 0 5にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。 また、 これらの 材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。 また、 封止基 板 6 0 4 に用いる材料と してガラス基板や石英基板の他、 F R P (Fi bergl ass-Re i nforced P l ast i cs), P V F (ポリビニルフロライド）、 マイラー、 ポリエステルまたはァクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。 以上のようにして、 本発明の電界発光素子を有する発光装置を得ることができる。
[実施例 2 ]
本実施例では、 基板に最も近い位置の電極に陽極を用 ゝた場合の電界発光素子の構 造を説明する。
第 1の陽極 6 1 3上に積層する構造の詳細を説明する。 ここで電界発光膜および、 第 1の陰極 6 1 7は蒸着法により作製し、 第 1の陰極 6 1 7には光を透過するのに十 分薄い金属薄膜を用い第 2の陽極 6 1 9はスパッタリング法にょリ作製する透明導電 膜を用い これらはすべてメ夕ルマスクを通してパタ一二ングして作製する。
図 7に図 6の電界発光素子 6 2 0の詳細な構造を示す。 以下、 正孔注入層 7 0 2、 正孔輸送層 7 0 3、 発光層 7 0 4、 電子輸送層 7 0 5、 電子注入層 7 0 6は、 メタル マスクを用いて第 1の陽極 6 1 3上に選択的に成膜し、 陽極コンタクト部 6 2 1には 成膜されないように制御する。 また、 陰極と陽極とがショー卜しないようにメタルマ スクを使い分ける。
まず、 蒸着法により第 1の陽極 701上に正孔注入性の有機化合物である銅フタ口 シァニン （以下、 Cu-Pcと示す） を 20 n mの膜厚で成膜し正孔注入層 702と し、正孔輸送性の有機化合物である、 4， 4'-ビス [N— (1—ナフチル） —N—フ ェニレーアミノ] ービフエニル （以下、 a— NPDと示す） を 40 n mの膜厚で成膜 し正孔輸送層 703とする。
ついで、 蒸着法にょリ電子輸送性発光材料の有機化合物である、 卜リス （8—キノ リノラ卜） ァ Jレミニゥ厶（以下、 A I q3と示す）を 37. 5 nmの膜厚で成膜して発 光層 704とし、 同じく A l q 3を 37· 5 n mの膜厚で成膜して電子輸送層 705 とする。 発光層 704と電子輸送層 705は連続して成膜することができる。
さらに、 陰極からの電子注入性を高めるために無機化合物であるフッ化カルシウム (以下、 CaF2と示す） を 1 nmの膜厚で成膜し電子注入層 706とする。
以上のようにして第 1の電界発光膜 709を得ることができる。
さらに第 1の陰極 707としてアルミニウム （以下、 A Iと示す） を 5 nmの膜厚 で成膜する。
その後、 第 1の陰極 707の上に電子注入層 706として Ca F2を 1 n m成膜し、 電子輸送層 705として A I q 3を 37. 5 n m成膜し、 発光層 704として A I q 3 を 37. 5 n m成膜し、 正孔輸送層 703として《— (\!?0を40 |1 m成膜し 正孔 注入餍 702として Cu— Pcを 20 n m成膜して第 2の電界 光膜 7 Ί 0を得る。 さらに第 2の陽極 708をスパッタリング法によリ作製する。 この時、 第 2の陽極 708は図 6の陽極コンタク卜部 621を通して第 1の陽極 61 3と接続するように し、 かつ、 第 1の陰極 61 7とショー卜しないようにメタルマスクを使用し成膜部分 を制御する。 以上により電界発光素子 6 2 0が完成する。なおこの発光素子から放出される光は、 すべての電極が透光性であることから、図 9 (A)のように基板側および逆側の両方から 放出される。
[実施例 3 ]
本実施例では、 基板に最も近い位置の電極に陰極を用いた場合の電界発光素子の構 造を説明する。
基板に最も近い位置の電極に陰極を用 t、た場合の電界発光膜の構成および、 電界発 光膜と電極との関係は図 8に示した通リであリ、 図中の 8 0 1は第〗の陰極、 8 0 7 が第 1の陽極、 8 0 8が第 2の陰極を表す。 なお、 各電界発光膜を構成する各層の詳 細は前記実施例 2と同じであリ、 同じ番号で示してある。
本実施例で示す素子は、 前記実施例 2の素子と同様の動作を示す。
[実施例 4 ]
本実施例は、図 9 (B)のように基板と逆側からのみ光を放射させる構造について説明 する。
前記実施例 3で示したように基板に最も近い位置の電極を陰極とする。 ただし、 第 1の陰極 9 0 7は、 光が ϋίΐしないように 2 0 0 n m程度の A Iの厚膜を成膜する。 第 1の陰極 9 0 7以外の構造は前記窠施例 2と同じでよい。 すると、 発光層から放 出される光のうち 基板側に放出された光は矢印 9 0 5のように第 1の陰極 9 0 7で 反射されるため 國 9 (B)に示す矢印 9 0 6のように、光は基板と逆側からのみ出射さ れる。
以上により基板と逆側からのみ光を放射させる構造が実現する。
[実施例 5 ]
本実施例は、図 9 (C)のように基板側からのみ光を放出させる構造について説明する。 前記実施例 3で示したように基板に最も近い位置の電極を陰極とする。 ただし、 図 9 (C)のように基板から最も遠い位置の陰極 9 1 0は、光が しないように 2 O O n m程度の A Iの厚膜を成膜する。
第 1の陰極以外の構造は前記実施例 2と同じでよい。 すると、 発光層から放出され る光のうち、 基板と逆側に放出された光は、 矢印 9 0 8のように厚膜の陰極 9 1 0で 反射されるため、図 9 (C)に示す矢印 9 0 9のように光は基板側からのみ出射される。 以上により基板側からのみ光を放出させる構造が実現される。
[実施例 6 ]
本実施例では、 2種類の異なる発色を示す発光素子を用 t \て白色発光する発光装置 の説明をする。
本実施例の構成は、 発光層以外は前記実施例 2と同じ構成である。
本実施例では 2つの発光層を補色の関係にある青色発光を示す発光素子と燈色発光 を示す発光素子で構成する。 ここで、 補色の関係とは異なる 2色の光を合わせて白色 の光を作り出すことのできる色のことをいう。
本実施例の構成では 2つの発光層は一つの電源系で制御されるため、 両方の発光層 が同時に光り、 白色発光を実現する。
[実施例 7 ]
本宾施例では、 3種類の異なる'発色を示す発光素子を用いて白色発光する発光装置 の説明をする。
本実施例で示す構造は、 3つの電界発光秦子を含む構造である。 國 Ίおよび國 2で 陽極及び陰極に挟まれた電界発光膜が 3つある場合に相当する。
本実施例の構造において、 発光層以外は実施例 2と同じである。
前記 3つの電界発光素子を含む構造において、 3つの発光層にはそれぞれ赤色発光 を示す発光素子と、 緑色発光を示す発光素子と、 青色発光を示す発光素子の 3色の発 光素子を用いる。
これら 3つの電界発光素子は、 一つの電源系で制御されるため、 同時に発光するこ とによリ白色発光を実現する。
[実施例 8 ]
本実施例では、 本発明の電界発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な 電気器具について説明する。
本発明の電界発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、 ビデ 才力メラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（へッドマウントディスプレイ）、 ナビゲーシヨンシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等)、 ノ —卜型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末 (モバイルコンピュー夕、 携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置（具体 的にはデジタルビデオディスク ( D V D) 等の記録媒体を再生し、 その画像を表示し うる表示装置を備えた装置） などが挙げられる。 これらの電気器具の具体例を図 1 1 に示す。
図 1 0 (A)は表示装置であり、筐体 1 0 0 1、支持台 1 0 0 2、表示部 1 0 0 3、ス ピーカー部 1 0 0 4 , ビデオ入力端子 Ί 0 0 5等を含む。 本発明の電界発光素子を有 する発光装置をその表示部 1 0 0 3に用いることによリ作製される。 なお、 表示装置 は パソコン用、 T V放送受信用、 広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれ 図 1 0 (Β)はノー卜型パーソナルコンピュータであり、本体 1 1 0 1、筐体1 1 0 2、 表示部 1 1 0 3、 キーボード 1 1 0 4、 外部接続ポー卜 1 1 0 5、 ポインティングマ ウス 1 1 0 6等を含む。 本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部 1 1 0 3に用いることにより作製される。
図 1 0 (C)はモバイルコンピュータであり、本体 1 2 0 表示部 1 2 0 2、スイツ チ 1 2 0 3、 操作キー 1 2 0 4、 赤外線ポー卜 1 2 0 5等を含む。 本発明の電界発光 素子を有する発光装置をその表示部 1 2 0 2に用いることにより作製される。
図 1 0 ( D) は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置 （具体的には D V D再生装 置） であり、 本体 1 3 0 1、 筐体 1 3 0 2、 表示き PA 1 3 0 3、 表示部 B 1 3 0 4、 記録媒体 （D V D等） 読み込み音 m 3 0 5、 搡作キ一 1 3 0 6、 スピーカーき H i 3 0 7等を含む。 表示部 A 1 3 0 3は主として画像情報を表示し、 表示部 B 1 3 0 4は主 として文字情報を表示するが、 本発明の電界発光素子を有する発光装置をこれら表示 部 A、 B 1 3 0 3、 1 3 0 4に用いることにより作製される。 なお、 記録媒体を備え た画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図 1 0 ( E ) はゴーグル型ディスプレイ (ヘッドマウントディスプレイ) であり、 本体 1 4 0 1、 表示き m 4 0 2、 アームき 1 4 0 3を含む。 本発明の電界発光素子を 有する発光装置をその表示部 1 4 0 2に用いることにより作製される。
図 1 0 ( F ) はビデオカメラであり、 本体 1 5 0 1、 表示部 1 5 0 2、 筐体 1 5 0 3、 外部接続ポー卜 1 5 0 4、 リモコン受信部 1 5 0 5、 受像部 1 5 0 6、 バッテリ 一 1 5 0 7、 音声入力部 1 5 0 8 , 操作キー 1 5 0 9、 接眼部 1 5 1 0等を含む。 本 発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部 Ί 5 0 2に用いることによリ作製 ここで、 図 1 0 (G) は携帯電話であり、 本体 1 6 0 1、 筐体 1 6 0 2、 表示部 1 6 0 3、 音声入力部 1 6 0 4、 音声出力部 1 6 0 5、 操作キー 1 6 0 6、 外部接続ポ 一卜 1 6 0 7、 アンテナ 1 6 0 8等を含む。 本発明の電界発光素子を有する発光装置 をその表示き 6 0 3に用いることにより作製される。 なお、 表示部 1 6 0 3は黒色 の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。 以上の様に、 本発明の電界発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、 の発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 基板上に第 1の電極があり、
前記第 1の電極に接して第 1の電界発光膜があり、
前記第 1の電界発光膜に接して第 2の電極があり、
前記第 2の電極に接して第 2の電界発光膜があリ、
前記第 2の電界発光膜に接して第 3の電極があリ、
前記第 1の電極および前記第 3の電極は陽極または陰極の一方として機能し、 前記第 2の電極は陽極または陰極の他方として機能することを特徵とする発光装置。
2. 基板上に第 1の電極があリ、
前記第 1の電極に接して第 iの電界発光膜があり、
前記第 1の電界発光膜に接して第 の電極があリ、
前記第 2の電極に接して第 2の電界発光膜があリ、
前記第 2の電界発光膜に接して第 3の電極があリ、
前記第 1の電極および前記第 3の電極は電気的に接続されて陽極または陰極の一方 として機能し、
前記第 2の電極は陽極または陰極の他方として機能することを特徴とする発光装置 £
3. 基板上に第 1の陽極があリ、
前記第 1の陽極に接して第 1の電界発光膜があリ、
前記第 1の電界発光膜に接して陰極があリ
前記陰極に接して第 2の電界発光膜があリ、
前記第 2の電界発光膜に接して第 2の陽極があることを特徴とする発光装置。
4. 基板上に第 1の陰極があり、
前記第 1の陰極に接して第 1の電界発光膜があり、 前記第 1の電界発光膜に接して陽極があり、
前記陽極に接して第 2の電界発光膜があリ、
前記第 2の電界発光膜に接して第 2の陰極があることを特徴とする発光装置。
5. 基板上に複数の陽極と複数の陰極が交互に形成され、
各陽極と陰極の間に電界発光膜があることを特徴とする発光装置。
6. 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、 前記陽極 および前記陰極のいずれかから選ばれる電極のうち、 前記基板から最も遠い位置の 電極のみを光が透過しないようにすることによって、 基板側から光を取リ出すこと ができることを特徵とした発光装置。
7. 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、 前記陽極お よび前記陰極のいずれかから選ばれる電極のうち、 前記基板から最も近い位置の電 極のみ光が透過しないようにすることによって、 基板と逆側から光を取り出すこと ができることを特徴とした発光装置。
8. 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、 前記発光 素子に含まれるすべての陽極および陰極を透光性とすることによって、 基板側と基 板と逆側の両方から光を取り出すことができることを特徴とした発光装置。
9. 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、前記電界発 光膜は、 異なる発光色を示す 2種類以上の電界発光膜からなることを特徴とした発
1 0. 請求項 5に記載した発光装置において、 前記電界発光膜は、 少なくとも一つ の赤色発光を示す電界発光膜と、 少なくとも一つの緑色発光を示す電界発光膜と、 少なくとも一つの青色発光を示す電界発光膜と、 からなることを特徴とした発光装 置。
1 1 . 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、 前記陽極 とは仕事関数が 4.5e から 5.5eVの物質であリ、 前記陰極とは仕事関数が 2.5e か ら 3· 5eVの物質であることを特徴とする発光装置。
12. 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置において、 前記陽極 とは T i、 T i N、 T i S i xNY、 N i、 W、 WS i x、 WNX WS i xNY、 N b N、 M o、 C r、 P t、 S e、 P d、 I r、 A uから選ばれた物質、 またはこれらから 選ばれた物質を含む混合物、 またはこれらから選ばれた物質を含む合金であり、 前 記陰極とは周期表の 1族もしくは 2族に属する物質または周期表の 1族もしくは 2 族に属する物質を含む混合物、 または周期表の 1族もしくは 2族に属する物質を含 む合金であることを特徴とする発光装置。
13. 請求項〗乃至請求項 5のいずれか一に記載した発光装置が表示部として組み 込まれた電子機器。
14. 請求項 13の電子機器において、前記電子機器はビデ才力メラ、デジタルカメ ラ、 ゴーグル型ディスプレイ、 ナビゲーシヨンシステム、 音響再生装置、 ノー卜型 パーソナルコンピュータ、 ゲーム機器、 携帯情報端末、 又は記録媒体を備えた画像 再生装置であることを特徴とする電子機器。
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