JP2002367776A

JP2002367776A - 有機エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JP2002367776A
Application number: JP2001170724A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yagyu; 慎悟柳生
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】開口率を高くできて、高密度化に適した有機
ＥＬ素子を提供する。【解決手段】透明基板１１上に、ストライプ状の陽極
１２ａ、正孔輸送層１３、発光層１４Ｒ、電子輸送層１
５ｂ及びストライプ状の陰極を順次形成し、陽極１２ａ
と陰極１５ｂの長手方向を互いに直交させてあり、陽極
１２ａと陰極１５ｂ間に所定電圧を印加して、陽極１２
ａと陰極１５ｂとが重複する発光層１４Ｒの領域を画素
として発光させると共に、隣接する前記画素を異なる発
光色となるように配置した有機ＥＬ素子において、正孔
輸送層１３と発光層１４Ｒを画素の領域に選択的に形成
し、電子輸送層１５ｂを所定電圧を印加しても発光しな
い材料より構成すると共に、画素の領域と画素間の間隙
との全体を覆って形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機エレクトロルミ
ネセンス素子に係り、特に、高い開口率を有し高密度で
カラー表示するのに好適な画素構造を有する有機エレク
トロルミネセンス素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機エレクトロルミネセンス素子（以
下、単に有機ＥＬ素子ともいう）は、高速応答性を有
し、視野角依存性のない光を、低消費電力で発光するこ
とができることより、表示素子として、携帯端末機器や
パーソナルコンピューターのディスプレイ等に応用する
ことが検討されており、車載オーディオ用表示パネルに
はモノカラーを部分的に組み合わせたエリアカラーの表
示素子として実用化されている。

【０００３】有機ＥＬ素子の赤色（以下、単にＲともい
う）、緑色（以下，単にＧともいう）、青色（以下，単
にＢともいう）に対応した表示素子を組み合わせれば、
フルカラー表示も可能であることから、低電圧駆動で高
輝度発光する高性能の有機ＥＬ素子についての検討が種
々なされている。

【０００４】図１は、有機ＥＬ素子の基本構成を示す概
略断面図である。有機ＥＬ素子１０は、透明基板１上に
順次、陽極２、有機エレクトロルミネセンス層（以下，
単に有機ＥＬ層ともいう）８、陰極６を積層したものよ
り構成される。ガラスなどの透明基板１上に形成される
陽極２は、大きい仕事関数を有し透明な物質、例えばイ
ンジウム−スズ酸化物（以下、単にＩＴＯともいう）よ
り構成される透明電極である。

【０００５】有機ＥＬ膜８は、例えば、正孔輸送層３、
発光層４および電子輸送層５から構成されるが、単一の
層からなる単層型や、電荷注入性、電荷輸送性、発光性
の機能に応じた層からなる積層型など、いろいろの構成
がある。正孔輸送層３としては、例えばアリールジアミ
ン化合物（以下単にＴＰＤという）が用いられる。

【０００６】発光層４としては、蛍光性を有する高分子
材料から低分子材料、金属錯体まで幅広く使用され、そ
の形成法としては、材料により溶液からの塗布等の湿式
法か真空蒸着などの乾式法が選択される。ここで、発光
層４の例として、トリス（８−キノリノール）アルミニ
ウム有機金属錯体（以下，単にＡｌｑ３ともいう）があ
る。Ａｌｑ３は電子輸送性のため、電子輸送層５と兼用
することが可能である。

【０００７】陰極６としては、小さい仕事関数を有す
る、例えば銀・マグネシウム合金膜が用いられる。陽極
２と陰極６との間に、電源９より電圧を印加すると、Ｉ
ＴＯ膜の陽極２より注入された正孔は正孔輸送層３を通
して運ばれて発光層４に注入され、一方、銀・マグネシ
ウム合金膜の陰極５より注入された電子は電子輸送層５
を通して発光層４中を移動して発光層４に注入され、発
光層４に注入された電子と正孔は発光層４中で両者結合
して発光し、自発光７を放出する。

【０００８】この発光層４から発せられた自発光７は、
透明な陽極２及び透明基板１を通して、外部に取り出さ
れる。このときの発光色は、発光層４の発光色に依存
し、単色発光であり、Ａｌｑ３の場合には、緑色発光で
ある。このような有機ＥＬ素子を用いて画像を表示する
ために、例えばマトリクス方式の有機ＥＬ素子がある。
図２はマトリクス方式の有機ＥＬ素子の基本構成を示す
断面図である。

【０００９】マトリクス方式の有機ＥＬ素子２０におい
ては、透明基板１１上に、所定幅を有するストライプ状
の透明電極からなる陽極１２が、所定ピッチで形成され
ており、その上に、全面に亘って有機ＥＬ層１８が形成
されており、有機ＥＬ層１８上には、陽極１２のストラ
イプの長手方向に直交するストライプ状の陰極１６が形
成されている。図示しない駆動回路により、陽極１２と
陰極１６が順次走査されて電圧が印加され、電圧が印加
された陽極と陰極とのクロスする部分（画素になる）の
有機ＥＬ層１８が発光する。画素を順次走査して、画像
に対応する電圧を印加して発光させることにより、モノ
クロ画像を表示できる。

【００１０】さらに、カラー発光させるためには、ＲＧ
Ｂ三色それぞれを各画素に対応して配置し、発光させる
必要がある。図３は従来例の有機ＥＬ素子を示す基本構
成図である。図３の（１）は上面図を示し、図３の
（２）は、図３の（１）に示すＡ−Ａ’断面図であり、
いずれも１画素分を表示してある。

【００１１】有機ＥＬ素子２０Ａにおいては、透明基板
１１上に、所定幅を有するストライプ状の透明電極から
なる陽極１２が所定間隔で形成されており、ストライプ
の長手方向は、図３の（１）中のＹで示される。各陽極
１２上には、有機ＥＬ層が形成されている。有機ＥＬ層
としては、Ｒ用の有機ＥＬ層１８ＲとＧ用の有機ＥＬ層
１８ＧとＢ用の有機ＥＬ層１８Ｂとがこの順で繰り返し
配置されている。なお、有機ＥＬ層１８Ｒ，１８Ｇ，１
８Ｂの幅は各電極１２の幅（図３の（１）中、Ｘ方向の
長さ）より、広くなっている。なお、各有機ＥＬ層１８
Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂにおいて、正孔輸送層１３、電子輸
送層１５は同一で、発光層として、Ｒ用発光層１４Ｒ，
Ｇ用発光層１４Ｇ，Ｂ用発光層１４Ｂをそれぞれ含んで
いる。陽極１２と陰極１６の重複する発光部１８Ｒ、１
８Ｇ，１８Ｂが発光し、ＲＧＢ一組で一画素となる。な
お、青色（Ｂ）の場合、Ｂ用発光層１４Ｂに代えて、正
孔阻止層１４ｂとする場合があり、そのときは、正孔輸
送層１３で、電子−正孔結合が起こり発光するようにす
る。

【００１２】この有機ＥＬ素子は以下のように作製され
る。図４は従来例の有機ＥＬ素子を製造するための概略
製造工程図である。まず、図４の（１）に示すように、
所定のストライプ形状（紙面奥行き方向が長手方向であ
る）の透明な陽極１２が所定の配置で形成されている透
明基板１１上に、Ｒ用のマスク２１Ｒをその開口部２２
ＲがＲ用有機ＥＬ膜１８Ｒの形成されるべき陽極１２上
になるように配置・位置合わせをする。

【００１３】次に、図４の（２）に示すように、例えば
真空蒸着法を用いて、開口部２２Ｒを通して、陽極１２
全体を覆って正孔輸送層１３を形成する。次に、図４の
（３）に示すように、同様に真空蒸着法により、正孔輸
送層１３上に、Ｒ用の発光層１４Ｒ及び電子輸送層１５
を形成し、Ｒ用の有機ＥＬ層１８Ｒを形成する。次に、
図４の（４）に示すように、Ｇ用のマスク２１Ｇをその
開口部２２ＧがＧ用有機ＥＬ膜１８Ｇの形成されるべき
陽極１２上になるように配置・位置合わせをする。

【００１４】次に、図４の（５）に示すように、真空蒸
着法を用いて、開口部２２Ｇを通して、陽極１２全体を
覆って正孔輸送層１３、Ｇ用の発光層１４Ｇ及び電子輸
送層を順次積層し、Ｇ用の有機ＥＬ膜１８Ｇを形成す
る。次に、図４の（６）に示すように、Ｂ用のマスク２
１Ｂをその開口部２２ＢがＢ用有機ＥＬ膜１８Ｂの形成
されるべき陽極１２上になるように配置・位置合わせを
する。

【００１５】次に、図４の（７）に示すように、真空蒸
着法を用いて、開口部２２Ｂを通して、陽極１２全体を
覆って正孔輸送層１３、Ｂ用の発光層１４Ｂ及び電子輸
送層１５を順次積層し、Ｂ用の有機ＥＬ膜１８Ｂを形成
する。次に、図４の（８）に示すように、図示しないマ
スクを用いて、陽極１２のストライプの長手方向にその
長手方向が直交する所定のストライプ形状（紙面左右方
向が長手方向である）の陰極１６を形成し、有機ＥＬ素
子２０Ａを得る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、有機ＥＬ素
子２０Ａの作製において、各有機ＥＬ層１８Ｒ，１８
Ｇ，１８Ｂを形成する場合、例えばフォトリソグラフ法
を用いてパターン形成した陽極１２に対して、マスク２
１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの開口部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
をそれぞれ位置合わせを行うのであるが、マスクを用い
た真空蒸着法の場合、マスクと基板との位置合わせを正
確に行うことは一般的に困難であり、一定のずれが生じ
てしまう。この状態を図５に示す。図５は従来例の有機
ＥＬ素子において有機ＥＬ膜が位置ずれして形成された
場合を示す部分断面構成図である。

【００１７】陽極１２上に形成される有機ＥＬ膜１８’
は、陽極１２を覆うように陽極１２の幅より広い形状を
有するが、陽極に対してずれて形成されると、有機ＥＬ
層１８’上に形成される陰極１６と陽極１２がショート
を起し、その画素は発光しなくなり、有機ＥＬ素子は不
良品となる。これを防止する為に、陽極のストライプパ
ターン小さくすることが考えられる。図６は改善された
従来例の有機ＥＬ素子を示す部分断面構成図である。図
６に示すように、有機ＥＬ層１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの
ストライプパターン幅Ｌ２に対し、陽極１２’のストラ
イプパターン幅Ｌ１を必要程度に十分小さくして、マス
ク合わせ精度のばらつき分を吸収することができる。

【００１８】しかし、陽極１２’のストライプパターン
幅が小さくなることで、有機ＥＬ層１８Ｒ，１８Ｇ，１
８Ｂの発光面積が小さくなり、すなわち、画素の開口率
が低下して、有機ＥＬ素子で表示される画像の輝度が低
下するという問題がある。また、有機ＥＬ層間のピッチ
を狭くして、画素の高密度化を行うことも困難であると
いう問題がある。

【００１９】そこで、本発明は上記問題を解決し、基板
上に形成された下部の電極上に有機エレクトロルミネセ
ンス膜を形成する際に、下部の電極に対し、有機エレク
トロルミネセンス膜が位置ずれを起しても、有機ＥＬ膜
上に形成する上部電極と下部電極間に短絡を生じない構
造を有し、それにより、開口率を高くできて、高密度化
に適した有機エレクトロルミネセンス素子を提供するこ
とを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、本発明は、透明基板１１上に、下部電極
（陽極１２ａ）、発光層１４Ｒ、１４Ｇ、（及び、正孔
輸送層１３と正孔阻止層１４ｂ）、キャリア輸送層（電
子輸送層１５ｂ）及び上部電極（陰極１６）を順次形成
し、前記下部電極（陽極１２ａ）と前記上部電極（陰極
１６）間に所定電圧を印加して、前記下部電極（陽極１
２ａ）と前記上部電極（陰極１６）とが重複する前記発
光層１４Ｒ、１４Ｇ、（又は、正孔輸送層１３と正孔阻
止層１４ｂ）、の領域を、１画素を構成するＲ、Ｇ、Ｂ
の各色の発光部として発光させる有機エレクトロルミネ
センス素子において、前記キャリア輸送層（電子輸送層
１５ｂ）は、前記下部電極（陽極１２ａ）と、前記発光
層１４Ｒ、１４Ｇ、（及び、正孔輸送層１３と正孔阻止
層１４ｂ）とを覆って形成したことを特徴とする有機エ
レクトロルミネセンス素子である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
なお、説明の簡便のため、参照符号については、従来例
の構成と同一の構成には、同一の参照符号を付し、その
説明を省略している。

【００２２】＜実施例＞図７は本発明の有機ＥＬ素子の
実施例を示す基本構成断面図である。図８は本発明の有
機ＥＬ素子の実施例を製造するための概略製造工程図で
ある。図９は本発明の有機ＥＬ素子の実施例において、
発光層が位置ずれして形成された場合を示す部分断面構
成図である。

【００２３】まず、製造工程に従って、本実施例を説明
する。図８の（１）に示すように、例えば所定の厚みを
有する光学ガラスからなる透明基板１１上に、全面にＩ
ＴＯ膜を形成し、これに所定のフォトリソグラフ法を用
いて、ストライプ状で、ストライプ幅１００μｍ、厚さ
０．１μｍの透明な陽極１２ａをピッチ１２０μｍで所
定の本数配置する。この場合、下部電極は陽極１２ａで
ある。なお、ストライプの長手方向は、紙面の奥行き方
向である。この陽極１２ａ上に、図８の（１’）にその
上面図として示されるＲ用有機ＥＬ層１８Ｒ’作製用の
マスク２１Ｒを配置する。このとき、マスク２１Ｒの開
口部２２Ｒは、Ｒ用有機ＥＬ膜１８Ｒ’の形成されるべ
き陽極１２ａに位置合わせされる。開口部２２Ｒの幅
（紙面において左右方向の長さである）は、１００μｍ
である。開口部２２Ｒを通して、真空蒸着法により、厚
さ５０ｎｍのＴＰＤからなる正孔輸送層１３、赤色材料
であるＤＣＪＴを５％含有する厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３
よりなるＲ用の発光層１４Ｒを順次、陽極１２ａ上に積
層する。なお、ＤＣＪＴは、［２−ｍｅｔｈｙｌ−６−
［２−（２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｏｒｏ−１
Ｈ，５Ｈ−ｂｅｎｚｏ［ｉｊ］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−
９−ｙｌ）ｅｔｈｅｎｙｌ］４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙ
ｌｉｄｅｎｅ］ｐｒｏｐａｎｅ−ｄｉｎｉｔｒｉｌｅを
示す。

【００２４】次に、図８の（２）に示すように、Ｒ用有
機ＥＬ層１８Ｒ’の形成された陽極１２ａに隣接するＧ
用有機ＥＬ層１８Ｇ’の形成されるべき陽極１２ａ上
に、図８の（２’）にその上面図として示されるＧ用有
機ＥＬ層１８Ｇ’作製用のマスク２１Ｇの開口部２２Ｇ
がくるように、マスク２１Ｇを配置・位置合わせする。
開口部２２Ｇの幅は１００μｍである。開口部２２Ｇを
通して、真空蒸着法により、厚さ５０ｎｍのＴＰＤから
なる正孔輸送層１３、厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３からなる
Ｇ用の発光層１４Ｇを順次、陽極１２ａ上に積層する。

【００２５】次に、図８の（３）に示すように、Ｇ用有
機ＥＬ層１８Ｇ’の形成された陽極１２ａに隣接するＢ
用有機ＥＬ層１８Ｂ’の形成されるべき陽極１２ａ上
に、図８の（３’）にその上面図として示されるＢ用有
機ＥＬ層１８Ｂ’作製用のマスク２１Ｂの開口部２２Ｂ
がくるように、マスク２１Ｂを配置・位置合わせする。
開口部２２Ｂの幅は１００μｍである。開口部２２Ｂを
通して、真空蒸着法により、厚さ５０ｎｍのＴＰＤから
なる正孔輸送層１３、厚さ２０ｎｍのバソキュプロイン
からなる正孔阻止層１４ｂを順次、陽極１２ａ上に積層
する。

【００２６】次に、図８の（４）に示すように、図８の
（４’）にその上面図として示される電子輸送層１５ｂ
作製用のマスク２１Ｄを配置・位置合わせする。マスク
２１Ｄの開口部２２Ｄは、発光層１４Ｒ，１４Ｇ及び正
孔阻止層１４ｂの全てとそれらの間隙上にある。開口部
２２Ｄを通して、真空蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＡ
ｌｑ３からなる電子輸送層１５ｂを形成する。

【００２７】次に、図８の（５）に示すように、図８の
（５’）にその上面図として示される陰極１６作製用の
マスク２１Ｃを配置・位置合わせする。マスク２１Ｃの
開口部２２Ｃは、ストライプ形状をしており幅１００μ
ｍ（幅方向は、陽極１２ａのストライプの長手方向と一
致し、紙面の上下方向である）、ピッチ１２０μｍで所
定数形成されている。開口部２２Ｃを通して、真空蒸着
法により、厚さ１５０ｎｍのＡｌからなる陰極１６を形
成し、マトリクス型のカラー用の有機ＥＬ素子２０Ｂを
得る。この場合、上部電極は陰極１６である。

【００２８】図７にその断面を示すように、本実施例の
有機ＥＬ素子２０Ｂにおいては、基板１１上に形成され
たストライプ状の陽極１２ａ上に有機ＥＬ膜１８Ｒ’
（又は有機ＥＬ膜１８Ｇ’、１８Ｂ’）を形成するにあ
たり、陽極上に正孔輸送層１３及び発光層１４Ｒ（又は
発光層１４Ｇ，正孔阻止層１４ｂ）を積層した後、これ
らを覆って電子輸送層１５ｂを形成してあるので、電子
輸送層１５ｂ上に形成する陰極１６は、陽極１２ａと直
接接触して短絡することはない。

【００２９】図９には、有機ＥＬ素子２０Ｂ’を示して
あり、ここでは、陽極１２ａ上に、正孔輸送層１３’、
及び発光層１４Ｒ’（又は発光層１４Ｇ’，正孔阻止層
１４ｂ’）が形成されているが、その位置がずれている
にもかかわらず、その上に形成する電子輸送層１５ｂ
が、これら全体を覆っているので、その上に形成した陰
極１６と陽極１２ａが直接接触することはない。

【００３０】本実施例の有機ＥＬ素子に電圧印加したと
きは、次のようになる。図１０は本発明の有機ＥＬ素子
の実施例の電流−電圧特性を示すグラフ図である。有機
ＥＬ素子に電圧を印加していくと２．５Ｖ近辺で発光が
始まリ、６Ｖあたりからインピーダンスが低下し始め、
１０Ｖでは２４０ｍＡ／ｃｍ²の電流が流れる。発光を
安定に維持するには、６Ｖ程度が適切である。一方，図
示していないが、電子輸送層となるＡｌｑ３（厚さ３０
ｎｍ）単体に電圧を印加すると、６Ｖ近辺からインピー
ダンスが低下し始めるが，その電流密度は、有機ＥＬ素
子に比べて、３桁低いものであり、殆んど電流が流れな
いし、発光現象も見られないことが確かめられた。

【００３１】従って、本実施例のように、陽極上に形成
した正孔輸送層及び発光層（又は正孔阻止層）を覆って
電子輸送層を形成し、その上に陰極を形成して、陽極と
陰極の間に有機ＥＬ層が存在する部分と電子輸送層だけ
が存在する部分があるが、発光は有機ＥＬ層によっての
み生じ、その周りにある電子輸送層単体部分から悪影響
が及ぶことがない。このため、マスクの位置合わせのず
れによって、陽極と陰極とが短絡することがないので、
陽極の幅を位置合わせのずれを考慮して狭くする必要が
なく、従って発光部を大きく取れ、高い開口率が得られ
る。また、同様の考え方で、画素ピッチそのものを小さ
くすることができ、すなわち、高精細化（高密度化）が
可能となる。

【００３２】なお、本実施例では、基板上に陽極、正孔
輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極を順次形成した場
合について説明したが、基板上に，陰極、電子輸送層，
発光層、正孔輸送層及び陽極を順次形成する場合におい
ても、同様であり、その場合は、正孔輸送層により陽極
と陰極の短絡を防止する。また、一画素（ＲＧＢの一
組）を例に説明したが、マトリクス状に配置される画素
に対しても同様の効果がある。また、本実施例では単純
マトリクス構造を有する場合について説明したが、アク
ティブマトリクス方式の有機ＥＬ素子に対しても適用で
きて、その効果は同様であることはもちろんである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機エレ
クトロルミネセンス素子は、キャリア輸送層は，下部電
極と、発光層とを覆って形成したことにより、基板上に
形成された下部電極上に有機エレクトロルミネセンス膜
を形成する際に、下部電極に対し、有機エレクトロルミ
ネセンス膜が位置ずれを起しても、有機ＥＬ膜上に形成
する上部電極と下部電極間に短絡を生じない構造を有
し、それにより、開口率を高くできて、高密度化に適し
た有機エレクトロルミネセンス素子を提供することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子の基本構成を示す概略断面図であ
る。

【図２】マトリクス方式の有機ＥＬ素子の基本構成を示
す断面図である。

【図３】従来例の有機ＥＬ素子を示す基本構成図であ
る。

【図４】従来例の有機ＥＬ素子を製造するための概略製
造工程図である。

【図５】従来例の有機ＥＬ素子において有機ＥＬ膜が位
置ずれして形成された場合を示す部分断面構成図であ
る。

【図６】改善された従来例の有機ＥＬ素子を示す部分断
面構成図である。

【図７】本発明の有機ＥＬ素子の実施例を示す基本構成
断面図である。

【図８】本発明の有機ＥＬ素子の実施例を製造するため
の概略製造工程図である。

【図９】本発明の有機ＥＬ素子の実施例において、発光
層が位置ずれして形成された場合を示す部分断面構成図
である。

【図１０】本発明の有機ＥＬ素子の実施例の電流−電圧
特性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１…（透明）基板、２…陽極、３…正孔輸送層、４…発
光層、５…電子輸送層、６…陰極、７…自発光、８…有
機ＥＬ層、９…電源、１０…有機ＥＬ素子、１１…（透
明）基板、１２…陽極、１３…正孔輸送層、１４Ｒ、１
４Ｇ、１４Ｂ…発光層、１４ｂ…正孔阻止層、１５…電
子輸送層、１６…陰極、１８…有機ＥＬ層、２０…（マ
トリクス方式）有機ＥＬ素子、２０Ａ，２０Ｂ，２０
Ｂ’…（カラー）有機ＥＬ素子、２１Ｒ，２１Ｇ，２１
Ｂ，２１Ｄ，２１Ｃ…マスク、２２Ｒ，２２Ｇ，２２
Ｂ，２２Ｄ，２２Ｃ…開口部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、下部電極、発光層、キャリ
ア輸送層及び上部電極を順次形成し、前記下部電極と前
記上部電極間に所定電圧を印加して、前記下部電極と前
記上部電極とが重複する前記発光層の領域を、１画素を
構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色の発光部として発光させる有
機エレクトロルミネセンス素子において、前記キャリア輸送層は，前記下部電極と、前記発光層と
を覆って形成したことを特徴とする有機エレクトロルミ
ネセンス素子。