JP2005158693A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】有機層の上部に蒸着される第２電極層の透過率を保ちつつも有機層の損傷を防止できる有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第２電極層と、前記第１電極層と第２電極層間に介在され、前記第１電極層と第２電極層との電気的駆動により発光する発光層を有する有機層と、前記第２電極層上に透明な材質よりなる透明層と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子である。
【選択図】図２

Description

本発明は有機電界発光素子に係り、より詳細には電極構造の改善された有機電界発光素子に関する。

通常、電界発光素子は蛍光性有機化合物を電気的に励起させて発光させる自発光型ディスプレイであって、低い電圧で駆動でき、薄型化が容易で光視野角、速い応答速度など液晶表示装置において問題点として指摘された欠点を解決できる次世代ディスプレイとして注目されている。

このような電界発光素子は発光層を形成する物質が無機物か、有機物かによって無機電界発光素子と有機電界発光素子とに区分されうる。

一方、有機電界発光素子はガラスやその他に透明な絶縁基板に所定パターンの有機膜が形成され、この有機膜の上下部には電極層が形成される。有機膜は有機化合物よりなる。このような有機膜を形成する材料としては、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム （Ａｌｑ_３）などが用いられる。

前記のように構成された有機電界発光素子は、電極への陽極及び陰極電圧の印加によって陽極電圧の印加された電極から注入された正孔が正孔輸送層を経て発光層に移動し、電子は陰極電圧の印加された電極から電子輸送層を経て発光層に注入される。この発光層で電子とホールとが再結合して励起子を生成し、この励起子が励起状態から基底状態に変化されることによって、発光層の蛍光性分子が発光することによって画像が形成される。

前記のような電極と有機膜などが形成されている基板の方向に光を発光させうるが、最近にはこの基板と対向する密封部材の方向に発光させるか、両方向に発光させる。前者を前面発光構造といい、後者を両面発光構造という。

図１は、このような前面または両面発光構造の有機電界発光素子を示した図面であって、図１から分かるように、有機電界発光素子はガラス基板１１上に第１電極層１２が形成されており、この第１電極層１２上に多層構造の有機層１３が形成される。そして、この有機層１３上に金属材よりなる第２電極層１４が形成され、この第２電極層１４上に透明な補助電極層１５が形成される。

この際、前記第１電極層１２は透明なＩＴＯやＩＺＯなど、金属反射膜より形成され、第２電極層１４は金属薄膜より形成される。そして、この第２電極層１４の導電性を補完するために透明な導電材であるＩＴＯやＩＺＯなどで補助電極層１５を形成する。したがって、有機層１３内に含まれた発光層（図示せず）から発光された光は第２電極層１４の方向に画像を具現するか、第２電極層１４及び基板１１の方向に同時に画像を具現できる。

ところで、このような構造の有機電界発光素子において、前記第２電極層１４は光の透過率を高めるために概略１００Å程度の金属薄膜より形成するが、このように薄く成膜する場合には均一な厚さの膜を得られず、かつ図１から分かるように、所定のピンホール１４ａが発生する。ところで、このようなピンホール１４ａは第２電極層１４上に透明な補助電極層１５を成膜する時に欠陥要素として作用する。

すなわち、前記補助電極層１５はＩＴＯやＩＺＯをスパッタリング方法により成膜するが、この際、前記ピンホール１４ａに露出された有機層１３がプラズマやその他のエネルギーを有する粒子により損傷を受ける。このような現象は第２電極層１４を薄く形成するほどさらに激しくなる。すなわち、第２電極層１４が薄いほどこの第２電極層１４の膜はさらに不均一になる島状に分布され、この第２電極層１４が有機層１３をカバーできなくなるためである。

前記のように、ピンホール１４ａに露出された有機層１３がプラズマにより損傷を受ければ、この損傷部位Ｄが今後のダークスポットとして作用しうる。

一方、このような問題を解決するために前記第２電極層１４を厚く形成する場合には厚い第２電極層１４によって光の透過率が落ち、これによりディスプレイ装置の効率が落ちる。のみならず、このように落ちた効率を補償するためには消費電力をさらに高めねばならないので問題となる。

特許文献１にはカソード電極と有機層間に導電フィルムが介在された有機ＥＬデバイス（ＯＬＥＤ）が開示されているが、この場合にも前述したように、カソード電極を薄く形成することで発生する問題は見逃している。
米国特許第６，２８４，３９３号明細書

本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、有機層の上部に蒸着される第２電極層の透過率を保ちつつも有機層の損傷を防止できる有機電界発光素子を提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第２電極層と、前記第１電極層と第２電極層間に介在され、前記第１電極層と第２電極層との電気的駆動により発光する発光層を有する有機層と、前記第２電極層上に形成された透明な材質よりなる透明層と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子を提供する。

本発明の他の特徴によれば、前記透明層は絶縁性材質よりなりうる。

この際、前記透明層の面積は、前記有機層の発光領域より広く、かつ単一画素の面積より狭くしうる。そして、前記透明層の厚さは３０ないし１０００Åでありうる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記透明層は導電性材質よりなりうる。

前記透明層は導電性有機物よりなり、厚さは１００ないし１５００Åでありうる。

前記透明層は金属材よりなり、厚さは３０ないし１０００Åでありうる。

本発明において、前記第２電極層は金属薄膜よりなりうる。

前記金属薄膜の厚さは４０ないし２００Åでありうる。

前記透明層上に前記第２電極層と電気的に連結され、透明な導電材より形成された補助電極層がさらに備えられうる。

前記補助電極層はＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３よりなりうる。

前記透明層上に前記第２電極層と電気的に連結されたバス電極ラインがさらに備えられうる。

前記第２電極層は透明電極よりなりうる。

本発明によれば次のような効果が得られる。

第１に、有機層の上部電極を透明電極で形成する時に、有機層の損傷を防止しうる。

第２に、有機層の上部電極を透明な二重電極で形成する時に、この二重電極のコンタクト抵抗を低減させうる。

第３に、両面発光型または前面発光型における効率低下を減少させうる。

第４に、有機層の上部電極を透明な二重電極で形成する時に、プラズマやエネルギーを有する粒子から有機層を保護しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明すれば次の通りである。

図２は、本発明の望ましい一実施例に係る有機電界発光素子を概略的に示す図面である。図２は、本発明の構成を概略的に説明するための概略図であって、これは受動駆動型有機電界発光表示装置や能動駆動型有機電界発光表示装置に何れも採用可能なのはもちろんである。

図２を参照すれば、本発明の望ましい一実施例に係る有機電界発光素子は基板２１上に第１電極層２２が形成され、この第１電極層２２の上面に順次に有機層２３及び第２電極層２４が形成される。

前記基板２１は透明なガラス材が採用されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、シリコン基板や、プラスチック材を用いても良い。

前記第１電極層２２と第２電極層２４とは前記有機層２３により互いに所定間隔に離隔されており、有機層２３に相異なる極性の電圧を加えて有機層２３から発光がなされるようにする。

前記有機層２３としては低分子または高分子有機層が使われうるが、低分子有機層を使用する場合、ホール注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、ホール輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、有機発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）、電子注入層（ＥＩＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）などが単一あるいは複合構造で積層形成され、使用可能な有機材料も、ＣｕＰｃ、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム （Ａｌｑ_３）などを始めとして多様に適用可能である。これら低分子有機層は真空蒸着法で形成される。

高分子有機層の場合には、大体、ホール輸送層（ＨＴＬ）及び発光層（ＥＭＬ）よりなる構造を有し、この際、前記ホール輸送層としてＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙ）ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）を使用し、発光層としてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系など高分子有機物質を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法などで形成しうる。

前記のような有機層は必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な実施例が適用可能なのは言うまでもない。

本発明において、前記第１電極層２２としては透明電極または反射型電極が、前記第２電極層２４としては透明電極が用いられうる。すなわち、両面発光型である場合には第１電極層２２と第２電極層２４は透明電極であり得る。また、前面発光型である場合には第１電極層２２として反射型電極が、第２電極層２４としては透明電極が用いられうる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。

前記第１電極層２２はアノード電極の機能を行い、前記第２電極層２４はカソード電極の機能を行うが、もちろん、これら第１電極層２２と第２電極層２４の極性は反対になっても関係ない。以下では前記第１電極層２２がアノード電極である実施例を中心に説明する。

前記第１電極層２２が透明電極として使われる時にはＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３などより形成され、反射型電極として使われる時にはＡｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒなどより形成されうる。

一方、前記第２電極層２４を透明にして光を透過させるために、従来の技術で説明したように、金属薄膜で第２電極層２４を形成した後、この第２電極層２４上に図２に示されたように、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３などの透明電極形成用物質で補助電極層２５を形成するか、図３から分かるように、薄膜の金属層より形成された前記第２電極層２４上に別途のバス電極ライン２７を形成しうる。このバス電極ライン２７は非発光される画素ラインに沿って形成され、細線より形成されうる。以下、図２のように補助電極層２５が形成された実施例を中心に説明する。

前記のような第２電極層２４は仕事関数の小さな金属、すなわち、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｇ合金を用いてこれを蒸着して４０ないし２００Åの厚さに形成しうる。

ところで、前述したように、このように金属膜を薄膜に形成する場合には第２電極層２４の膜均一度が落ちてピンホール２４ａが発生しうる。

このピンホール２４ａを閉塞するために本発明では前記第２電極層２４の上部に透明層２６を形成する。本発明において、前記透明層２６は透明な導電性または絶縁性物質より形成されるものであって、少なくとも各画素の発光領域に対応する第２電極層２４に形成されているピンホール２４ａを閉塞してこの発光領域で有機層２３の損傷によるダークスポットが発生しないようにする。

まず、図２から分かるように本発明の望ましい一実施例に係る有機電界発光素子では前記透明層２６を透明な導電性物質より形成した。そして、この透明層２６の上部に補助電極層２５を形成した。このような透明層２６によって第２電極層２４のピンホール２４ａが遮蔽されて有機層２３が損傷されないようにでき、有機層２３をさらに保護できる。また、補助電極層２５をスパッタリングなどの方法により形成する場合、プラズマのようにエネルギーを有する粒子により前記有機層２３が損傷されることを防止できる。

透明層２６を形成する透明な導電性物質としては金属材や導電性有機物が使われうる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。

前記透明層２６を金属材より形成する場合にはＣａのように透過率の高い高透過金属を使用することが望ましく、３０ないし１０００Åに形成しうる。３０Åより薄く形成する場合には膜の均一度が過度に低くなって第２電極層２４のピンホール２４ａを遮蔽する効果が落ち、１０００Åより厚くすれば、透過率が過度に落ちてディスプレイの効率を減少させる。このような金属材の透明層２６は蒸着方式により成膜可能なので、有機層２３への影響を無くせる。金属材の透明層２６としては必ずしもこれに限定されるものではなく、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｇ合金などよりなっても良い。

前記透明層２６はまた導電性有機物が使われるが、このような導電性有機物としては、前記有機層２３にホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層として用いられる有機物が適用可能であり、この他にも導電特性を有しつつ透明な有機物であれば特に制限はない。

前記透明層２６に採用されうる導電性有機物としては、ＰＥＤＯＴ｛ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）｝／ＰＳＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｐａｒａｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、スターバースト系物質、アリールアミン系、フェニレン系、カルバゾール系、ヒドラゾン系、スチルベン系及びピロール系よりなる群から選択されるホール輸送能力を有する１種の合成高分子と、またはポリスチレン、ポリ（スチレン−ブタジエン）共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリアルファメチルスチレン、スチレン−メチルメタクリレート共重合体、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリエチルテレフタレート、ポリエステルスルホネート、ポリアリレート、フッ素化ポリイミド、透明フッ素樹脂及び透明アクリル系樹脂よりなる群から選択される１種以上の高分子と、アリールアミン系、フェニレン系、カルバゾール系、スチルベン系、ピロール系及びこのような誘導体を含むスターバースト系よりなる群から選択された１種以上のホール輸送能力を有する低分子を分散させた混合物よりなる群から選択される１種の高分子、オキサゾール系化合物、イソオキサゾール系化合物、トリアゾール系化合物、イソチアゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、ペリレン系化合物、アルミニウム錯体（例えば、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、ＳＡｌｑ、Ａｌｍｑ３、ガリウム錯体（例えば、Ｇａｑ’２ＯＰｉｖ、Ｇａｑ’２ＯＡｃ、２（Ｇａｑ’２））などがある。

透明層２６を透明な導電性有機物で形成する場合にはその厚さを１００ないし１５００Åにしうる。厚さが１００Åより薄い場合には補助電極であるＩＴＯのスパッタリング時に欠陥が下部発光部まで伝えられる恐れがあり、厚さが１５００Åより厚い場合にはＩＴＯと第２電極層である金属電極間にコンタクト抵抗が大きくなる恐れがある。

このように前記透明層２６を透明な導電性物質で形成する場合には第２電極層２４と補助電極層２５間、または第２電極層２４とバス電極ライン２７間のコンタクト抵抗を低減させる効果も得られる。

一方、前記透明層２６は絶縁性物質でも形成しうる。但し、この時には前記第２電極層２４と補助電極層２５とを通電させるために、図４から分かるように、前記透明層２６に開口部２６ａを形成し、この開口部２６ａを通じて補助電極層２５と第２電極層２４とを接触させうる。これは図示はされていないが、第２電極層２４の上部にバス電極ラインが形成された場合にも同一に適用されうることは言うまでもない。

一方、前記開口部２６ａを形成するようにパターニングされた透明層２６は図５及び図６に示されたように、その面積が各画素Ｐの有機層２３よりは広く、画素Ｐの面積よりは小さく形成することが望ましい。これは透明層２６を最小限各画素Ｐの有機層２３よりは広く形成しなければ有機層２３を効率よく保護できないからであり、画素Ｐの面積よりは小さくしなければ、図４に示されたように、開口部２６ａを通じて第２電極層２４と補助電極層２５とが通電できないからである。

前記透明層２６は、図５に示されたように、島状にパターニングされ、図６に示されたように、ストライプ状にパターニングされうる。

上記のように、絶縁性素材よりなる透明層２６は３０ないし１０００Åの厚さに形成されうる。厚さが３０Åより薄い場合には補助電極層のＩＴＯであるスパッタリング時に欠陥が下部発光部まで伝えられる恐れがあり、１０００Åより厚い場合には透過率が落ちる恐れがある。

図７は、本発明に係る一実施例Ｉと比較例IIとの電圧による輝度変化を示す図面である。

実施例Ｉは、Ｍｇ：Ａｇの第２電極層と、ＩＺＯの補助電極層とを有し、この第２電極層と補助電極層間に透明層としてＬｉＦを約１００Åに形成した有機電界発光素子である。

比較例IIは、Ｍｇ：Ａｇの第２電極層と、ＩＺＯの補助電極層とを有する有機電界発光素子である。

図７に示されたように、実施例Ｉの場合の輝度がさらに優れていることが分かり、合わせて、実施例Ｉの場合には前述したように、ＩＺＯの成膜による有機層の損傷も最小化しうる。

本発明は、図面に示された一実施例を参考として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び実施例の変形が可能であるという点が理解できるであろう。

本発明の有機電界発光素子は、例えば、液晶表示装置において問題点として指摘された欠点を解決できる次世代ディスプレイとして適用されうる。

従来の透明な第２電極層を有する有機電界発光素子を示す断面図である。 本発明の望ましい一実施例に係る透明な第２電極層を有する有機電界発光素子を示す断面図である。 本発明の望ましい他の一実施例に係る透明な第２電極層を有する有機電界発光素子を示す断面図である。 本発明の望ましいさらに他の一実施例に係る透明な第２電極層を有する有機電界発光素子を示す断面図である。 図４による実施例の一部を示す平面図である。 図４による実施例の一部を示す平面図である。 本発明に係る実施例と比較例との電圧による輝度を示すグラフである。

符号の説明

１１ 基板、
１２ 第１電極層、
１３ 有機層、
１４ 第２電極層、
１４ａ ピンホール、
１５ 補助電極層、
Ｄ 損傷部位、
２１ 基板、
２２ 第１電極層、
２３ 有機層、
２４ 第２電極層、
２４ａ ピンホール、
２５ 補助電極層、
２６ 透明層、
２６ａ 開口部、
２７ バス電極ライン、
Ｐ 画素。

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された第１電極層と、
   前記第１電極層上に形成された第２電極層と、
   前記第１電極層と第２電極層間に介在され、前記第１電極層と第２電極層との電気的駆動により発光する発光層を有する有機層と、
   前記第２電極層上に透明な材質よりなる透明層と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 前記透明層は、島状であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 前記透明層は、絶縁性材質よりなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
4. 前記透明層は、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ、またはＭｇ合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
5. 前記透明層の面積は、前記有機層の発光領域より広く、単一画素の面積より狭いことを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光素子。
6. 前記透明層の厚さは、３０ないし１０００Åであることを特徴とする請求項３に記載の有機電界発光素子。
7. 前記透明層は、導電性材質よりなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
8. 前記透明層は、導電性有機物よりなり、
   前記透明層の厚さは、１００ないし１５００Åであることを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光素子。
9. 前記透明層は、金属材よりなり、
   前記透明層の厚さは、３０ないし１０００Åであることを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光素子。
10. 前記第２電極層は、金属薄膜よりなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
11. 前記金属薄膜の厚さは、４０ないし２００Åであることを特徴とする請求項１０に記載の有機電界発光素子。
12. 前記透明層上に前記第２電極層と電気的に連結され、透明な導電材より形成された補助電極層がさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
13. 前記補助電極層は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、またはＩｎ_２Ｏ_３よりなることを特徴とする請求項１２に記載の有機電界発光素子。
14. 前記透明層上に前記第２電極層と電気的に連結されたバス電極ラインがさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
15. 前記第２電極層は、透明電極よりなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。

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