JP3268834B2

JP3268834B2 - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP3268834B2
Application number: JP20398292A
Authority: JP
Inventors: 孝則藤井; 健志佐野; 政行藤田; 佳高西尾; 祐次浜田; 賢一柴田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH0652991A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対の電極間に有機薄
膜層を挟持してなる有機電界発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報機器の多様化により、さまざまなデ
ィスプレイデバイスの研究開発が行われている。そのな
かでも、近年注目されているものに電界発光素子があ
る。この電界発光素子には、無機電界発光素子と有機電
界発光素子とがあり、両素子の発光原理はそれぞれ異な
っている。無機電界発光素子は衝突型電界発光、即ち、
加速させた電子と発光中心との衝突による励起発光型で
あるのに対し、有機電界発光素子は注入型、即ち電子と
ホールとの再結合による発光型である。このような両者
の発光原理の違いにより、無機電界発光素子の駆動電圧
が１００〜２００Ｖであるのに対し、有機電界発光素子
は５〜２０Ｖ程度の低駆動電圧であり、有機電界発光素
子は、低電圧で駆動できる点で優れている。また有機電
界発光素子にあっては、蛍光物質を選択することにより
三原色の発光素子を作製することができ、フルカラー表
示装置の実現が期待できる。

【０００３】上記有機電界発光素子の一般的な構造とし
ては、図４に示すようにガラス基板上に一対の電極が有
機層を挟み込む形で形成されている構造を挙げることが
でき、有機層に発光層と、電子輸送層と、及びホール輸
送層とを有するものが３層構造とよばれ、発光層と、電
子輸送層、またはホール輸送層とを有するものが２層構
造と呼ばれている。

【０００４】ところで有機電界発光素子においては、従
来から素子を単に発光させるだけでなく、所望のパター
ンに発光させるために、上記した有機電界発光素子を一
部変形させた図５、６に示すような素子が用いられてい
る。尚、図５、６の（ａ）は素子の断面図、（ｂ）は上
面図である。図５に示す素子は、有機層から見て、矢印
Ａが示す発光した光を取りだす方向の背面側に形成され
た電極が所望の形にパターニングされており、パターニ
ングされた電極から直接電圧を印加するためのリード線
が接続されているという構成の素子である。

【０００５】また、図６に示す素子は、有機層から見
て、矢印Ａが示す発光した光を取り出す方向側に存在す
る電極がパターニングされており、外部からリード線を
接続するための接続電極５１がパターニングされた電極
と接触した状態で形成されている。さらに、素子に電圧
を印加した際に、接続電極５１と対向する部分に形成さ
れている発光層が発光しないように、接続電極５１と対
向する部分には、パターニングされた電極の対極となる
電極は形成されていない構造の素子である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな有機電界発光素子では、所望の形の発光は得られる
ものの、以下のような問題点を有していた。先ず、図５
に示した、有機層から見て発光を取りだす方向の背面に
位置する電極をパターニングした場合、電圧を印加する
ためのリード線を発光に直接関与するパターニングされ
た電極に接続しなければならず、接続の際に電極を傷つ
けてしまい、発光に支障が起こるという問題があった。
このため、リード線の接続も慎重に行わなければならず
素子作製が煩雑になるという問題も生じた。また、非発
光時のガラス基板から見た画面が、電極の形成されてい
る部分と電極の形成されていない部分が透けて見え、不
均一になる問題があった。

【０００７】一方、図６に示した有機発光層からみて発
光を取り出す方向に位置する電極をパターニングした場
合、リード取り出しの際に発光に寄与する電極部分を傷
ず付けることはないが、上記したように所望の形の発光
を得るためには、接続電極５１と対向する部分に、対極
となる電極を形成することはできないため、上記した図
５の素子と同様に非発光時のガラス基板から見た画面が
不均一になる問題が生じる。

【０００８】上記現状に鑑み、本発明は、発光に直接関
与するパターニングされた電極を傷つけることなくリー
ド線の接続が簡単で、しかも非発光時の画面が均一な有
機電界発光素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発
明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に有機薄膜
層を挟持してなり、少なくとも一方の電極が所望の形状
にパターニングされている有機電界発光素子において、
有機薄膜層からみて発光した光をとり出す方向の背面側
に設けられた陰極の少なくとも側面から当該電極が形成
されている有機薄膜層の露出面全体にかけて、上記陰極
より仕事関数が大きい金属元素単体、あるいは複数の金
属元素の合金からなる金属膜が被覆されているものであ
る。

【００１０】また、本発明の請求項２の発明の有機電界
発光素子は、陽極と陰極との間に有機薄膜層を挟持して
なり、少なくとも一方の電極が所望の形状にパターニン
グされているものであって、有機薄膜層からみて発光し
た光をとり出す方向の背面側に設けられた陽極の少なく
とも側面から当該電極が形成されている有機薄膜層の露
出面全体にかけて、上記陽極より仕事関数が小さい金属
膜が被覆されるものである。

【００１１】

【作用】上記のように構成することにより、以下のよう
に作用する。先ず、有機薄膜層からみて発光した光を取
り出す方向の背面側に設けられた電極がパターニングさ
れている場合、当該電極よりキャリア注入性の低い金属
によって、当該電極の側面から電極が形成されている有
機薄膜層の露出面全体を被覆することで、先ず、金属膜
部分にリード線を接続すればよいので、発光に関与する
パターニングされた電極を傷つけることもなく、素子作
製の煩雑さも解消される。

【００１２】また、金属膜の材料として上記電極と同色
の金属を用いることによって、非発光時の画面も均一な
ものとなる。一方、有機薄膜層から見て発光した光を取
り出す方向に形成された電極をパターニングした場合
も、有機薄膜層からみて発光した光を取り出す方向の背
面側にある電極の側面から有機薄膜層の露出面全体にか
けて、上記したのと同様にキャリア注入０が低く、同色
の金属膜で被覆することにより、非発光時の画面が均一
なものとなる。

【００１３】

【実施例】以下に、図面を参照しつつ、本発明の説明を
行う。図１は本発明の一実施例にかかる、有機層からみ
て発光した光を取り出す方向の背面に形成された電極が
パターニングされている場合の有機電界発光素子の断面
図である。

【００１４】尚、以下、有機層からみて発光した光を取
り出す方向の背面に形成された電極を上部電極、有機層
からみて発光した光を取り出す方向に形成された電極を
下部電極と称する。図１において、平坦なガラス基板１
上に、ガラス基板１と同様の面積を有した、下部電極と
してホール注入電極２、ホール輸送層３、有機発光層４
が順に形成されている。この上に、上部電極として所望
の形、例えば星型にパターニングされた電子注入電極５
が形成されており、さらに電子注入電極５と、電子注入
電極が形成されていないため露出している有機発光層４
とを覆う形で発光素子上面全体に金属膜６が形成されて
いる。尚、図１の金属膜６が設けられている状態は、電
子注入電極５の電極上部まで金属膜に被覆されている
が、金属膜は少なくとも電子注入電極５の側面から、有
機薄膜層ここでは有機発光層４の露出表面全体に掛けて
被覆されていればよい。

【００１５】上記金属膜６とホール注入電極２には電圧
を印加するためのリード線７がそれぞれ接続されてお
り、電圧を印加することによって、矢印Ａ方向に光を取
り出す構成となっている。下部電極であるホール注入電
極２の材料としては、有機発光層４で発光した光をガラ
ス基板１から取り出すために、透明なＩＴＯを用いる。

【００１６】ホール輸送層３の材料としてはポリ−Ｎ−
ビニルカルバゾールが、有機発光層４の材料としてはト
リス（８−キノリノール）アルミニウムが用いられてい
る。上部電極である電子注入電極５の材料としては、銀
白色で仕事関数３．７ｅＶのマグネシウム−インジウム
合金が用いられている。金属膜６の材料としては、金属
膜をもうける側に形成されている上部電極よりもキャリ
ア注入性の低いものを用いなければならないため、電子
注入電極５に用いた金属よりも電子注入性が低くなるよ
うに、仕事関数の大きな金属を用いなければならない。
本実施例の場合は、上記したように仕事関数３．７ｅＶ
のマグネシウム−インジウム合金が電子注入電極５の材
料として用いられているため、それよりも仕事関数の高
いアルミニウム（仕事関数：４．３ｅＶ銀白色）を用
いた。

【００１７】また、電子注入電極５、および金属膜６に
同色の金属を用いることにより、非発光時の画面が均一
となる。加えて、本実施例のように銀白色である場合、
非発光時の画面は鏡面となる。上記構成の電界発光素子
は以下のようにして作製した。ガラス基板１上にホール
注入電極２としてＩＴＯ膜を形成する。その上にホール
輸送層３としてポリ−Ｎ−ビニルカルバゾールを１００
Å、有機発光層４としてトリス（８−キノリノール）ア
ルミニウムを９００Å、それぞれ約１０^-6Ｔｏｒｒの真
空度で順次蒸着する。そして電子注入電極５としてマグ
ネシウム−インジウム合金（銀白色、仕事関数３．７ｅ
Ｖ）を、金属マスクを用いて星型に蒸着する。この形状
は、異なるマスクを用いることにより任意に選択でき
る。さらに、電子注入電極５を含む素子上面全体を被覆
する金属膜６としてアルミニウム（銀白色、仕事関数
４．３ｅＶ）を蒸着した。

【００１８】上記有機電界発光素子の両極間に、６Ｖ〜
１３Ｖの電圧を印加することによって、パターニングさ
れた電子注入電極５に対向する有機発光層だけが発光
し、ガラス基板側から星型発光した光が取り出される。
また非発光時には素子の発光面全体が均一な銀白色の鏡
面となった。このように、星型発光させる際に６Ｖ〜１
３Ｖの範囲で駆動させたのは、図２に示すデータに基づ
くものである。

【００１９】即ち、電子注入電極の材料として、マグネ
シウム−インジウム合金を用いた電界発光素子と、アル
ミニウムを用いた発光素子とをそれぞれ作製し、駆動さ
せた場合、図２に示されるように仕事関数の小さいマグ
ネシウム−インジウム合金を電子注入電極の材料として
用いた方が駆動電圧が低く、６Ｖ〜１３Ｖの範囲では、
マグネシウム−インジウム合金を電子注入電極の材料と
して用いた方のみが発光したからである。

【００２０】この電圧範囲は素子の作製条件、有機材
料、金属の種類によって変化する。〔その他の事項〕上記実施例では、金属膜としてアルミニウムを用い
たが、これ以外にも高仕事関数金属、例えば金、銀、
銅、鉄、白金、鉛、錫、クロム、コバルト、インジウ
ム、マンガン、ニッケル、パラジウム、ベリリウム、ビ
スマス、カドミウム、ガリウム、イリジウム、モリブデ
ン、ニオブ、オスミウム、レニウム、ルテニウム、アン
チモン、タンタル、チタン、バナジウム、タングステ
ン、ジルコニウム、及び、これらを含む合金を用いた場
合も同様の効果が得られた。

【００２１】特に電極がマグネシウム−インジウム合金
のように銀白色の場合、金属膜として銀白色の銀、ベリ
リウム、クロム、インジウム、モリブデン、マンガン、
ニッケル、パラジウム、白金、レニウム、ルテニウム、
アンチモン、錫を用いると、非発光時の画面が鏡面とな
り、表示素子など種々の用途に有用である。上記実施例では示さなかったが、パターニングされ
た上部電極が、ホール注入電極の場合も金属膜を設ける
ことにより同様の効果を得ることができる。

【００２２】この際、金属膜の材料としては、ホール注
入電極よりもホール注入性の低い材料、即ち仕事関数の
小さい金属を用いる必要がある。具体的な材料として
は、リチウム、ナトリウム、カルシウム、バリウム、セ
リウム、セシウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリ
ニウム、カリウム、ランタン、ネオジウム、ルビジウ
ム、スカンジウム、サマリウム、イットリウム、イッテ
ルビウム、亜鉛、及びこれらの金属を含む合金を挙げる
ことができる。下部電極がパターニングされた場合も、図３に示す
ように少なくとも上部電極の側面から有機層の露出した
部分全体を、上記したように上部電極より、キャリア注
入性が低く、上部電極と同色の材料からなる金属膜で被
覆することによって、非発光時の画面を均一にすること
ができる。

【００２３】また、このような構造の素子の場合、有機
層の露出部分に金属の膜でなく、上部電極と同色の非導
電性の繊維状物質等を設けることもできる。有機発光素子が３層構造の場合や、両極をともパタ
ーニングした場合も、金属膜を設けることによって同様
の効果が得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
当該上部電極が発光に直接関与する電極にリード線を接
続しなくてもよいので、発光に直接関与する電極を傷つ
けることなく、素子作製工程が簡素化できる。これに加
えて、金属膜の材料として、金属膜を形成する側の電極
と同色の金属を用いることによって、非発光時の画面が
均一となり表示素子として見やすくなる。特に、電極、
及び、金属膜に銀白色の材料を有した素子の場合は、非
発光時の画面が均一な鏡面となるので、通電時のみ鏡面
の中に画像が現れることを利用した独自の用途が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側面図である。

【図２】仕事関数の異なる電子注入電極を用いた場合の
発光特性の違いを示すグラフである。

【図３】本発明の一実施例を示す側面図である。

【図４】有機電界発光素子の断面図である。

【図５】従来において、電極をパターニングした場合の
電界発光素子の側面断面図、及び上面図である。

【図６】従来例において、電極をパターニングした場合
の電界発光素子の側面断面図、及び、上面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ホール注入電極３ホール輸送層４有機発光層５電子注入電極６金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西尾佳高守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者浜田祐次守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者柴田賢一守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平５−205878（ＪＰ，Ａ) 特開平４−212284（ＪＰ，Ａ) 特開平４−132191（ＪＰ，Ａ) 特開平４−19993（ＪＰ，Ａ) 特開平６−45074（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 33/00 - 33/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極との間に有機薄膜層を挟持し
てなり、少なくとも一方の電極が所望の形状にパターニ
ングされている有機電界発光素子において、有機薄膜層
からみて発光した光をとり出す方向の背面側に設けられ
た陰極の少なくとも側面から当該電極が形成されている
有機薄膜層の露出面全体にかけて、上記陰極より仕事関
数が大きい金属元素単体、あるいは複数の金属元素の合
金からなる金属膜が被覆されていることを特徴とする有
機電界発光素子。
【請求項２】陽極と陰極との間に有機薄膜層を挟持し
てなり、少なくとも一方の電極が所望の形状にパターニ
ングされている有機電界発光素子において、有機薄膜層
からみて発光した光をとり出す方向の背面側に設けられ
た陽極の少なくとも側面から当該電極が形成されている
有機薄膜層の露出面全体にかけて、上記陽極より仕事関
数が小さい金属膜が被覆されていることを特徴とする有
機電界発光素子。