JP3884564B2

JP3884564B2 - 有機ｅｌ発光素子およびそれを用いた発光装置

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Publication number: JP3884564B2
Application number: JP13832698A
Authority: JP
Inventors: 省作田中; 地潮細川
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: US6107734A; JPH11329748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子およびそれを用いた発光装置に関する。詳しくは、大型かつ高精細ディスプレイを実現するための有機ＥＬ発光素子および発光装置に関する。
【０００２】
【背景支術】
発光デバイスとして有機物を用いた有機ＥＬ発光素子が注目され、最近では、ディスプレイなどに利用されてきている。
図６（Ａ）（Ｂ）は、有機ＥＬ発光素子を用いた従来のＸＹマトリックス型発光装置を示している。このＸＹマトリックス型発光装置は、ストライプ状に形成されたＸ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…と、このＸ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…に対して直交配置されたストライプ状のＹ電極ラインＹｍ−１，Ｙｍ，Ｙｍ＋１…と、これらＸ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…およびＹ電極ラインＹｍ−１，Ｙｍ，Ｙｍ＋１…の間に介在され少なくとも有機発光層を含む有機層Ｚとから構成されている。
【０００３】
この構造において、ＸＹ座標のうち、任意の座標位置にある画素を発光させるには、たとえば、Ｘ方向を走査ラインとすると、まず、Ｘ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…の一本を選択して０Ｖの電圧を印加し、他のＸ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…に負電圧を印加する。一方、選択したＸ電極ラインＸｅ−２，Ｘｅ−１，Ｘｅ，Ｘｅ＋１…の発光させたい画素に対応してＹ方向信号ラインであるＹ電極ラインＹｍ−１，Ｙｍ，Ｙ＋１…の一本に正電圧を印加し、発光させない画素に対応するＹ電極ラインＹｍ−１，Ｙｍ，Ｙ＋１…に負電圧または０Ｖを印加する。これにより、得ようとする座標の画素を発光させることができる。なお、Ｘ電極ラインを負極、Ｙ電極ラインを正極として考えたが、これ以外でも同様に駆動することができ得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、有機ＥＬ発光素子に用いられる有機発光材料については、種々の材料が開発されているが、その効率は最大でもη＝１０ｃｄ／Ａ〜１７ｃｄ／Ａであった。
このため、１０インチ以上の大面積や、画素数が（３２０×２４０）以上の高精細ディスプレイを実現しようとすると、次の点が問題となってきた。
【０００５】
▲１▼高精細ディスプレイでは、走査線がＮ本（Ｎ＞１００）となる。このため、瞬間的には求める輝度Ｌｏ（ｎｉｔ）のＮ倍、すなわち、ＬＮ（ｎｉｔ）が必要である。このとき、必要な電流密度は、

である。
従って、求める輝度Ｌｏ＝２００（ｎｉｔ）とした場合、次の表１の電流密度が必要である。（η＝１０ｃｄ／Ａのとき）
【０００６】
【表１】

【０００７】
▲２▼上記のように大電流密度が必要となるので、（ａ）走査ライン、信号ラインの抵抗により電圧降下が大きく、消費電力が増大する。（ｂ）大電流を注入できるような駆動回路が必要となり、そのため、駆動回路の大型化により薄型ディスプレイが実現できない。
▲３▼しかも、高精細になるにつれ、走査ラインおよび信号ラインが細線化し高抵抗化するため、ＣＲ時定数が大きくなり、素子の応答が遅れ、動画像を得る場合の支障となる。
▲４▼さらに、テレビジョンを実現したいというニーズに対しては輝度が３００ｎｉｔ以上必要となるので、これらの問題はさらに不可避となる。
【０００８】
なお、上述の問題を解決できるものとして、ＥＰ０７１７４４５号が知られている。
このＥＰ０７１７４４５号では、ポリシリコンＴＦＴを用いＴＦＴ駆動した有機ＥＬ発光装置を開示している。画素の大きさ２００μｍ角、画素数１０００×１０００のディスプレイを実現しようとすると、単純マトリックス方式では走査線電流が２Ａ／ｃｍ²となり、さらに走査線抵抗、信号線抵抗による電圧降下によって実質的には駆動できないことを開示している。この特許では、ＴＦＴを用いて、この問題を解決しようとしている。
しかしながら、ポリシリコンＴＦＴのプロセスは長く、また、製造コストも高い。従って、ディスプレイも高価となるためメリットは少ない。
【０００９】
本発明の目的は、走査線電流を抑制し、大型かつ高精細ディスプレイを安価に実現できる有機ＥＬ発光素子および発光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機ＥＬ発光素子は、透明電極と、この透明電極に対向して配置された対向電極と、中間導電層と、前記透明電極と対向電極との間に中間に前記中間導電層を挟んで介在された複数の有機発光層とを含むことを特徴とする。
本発明の発光装置は、上記有機ＥＬ発光素子を、画素として、一次元または二次元配列したことを特徴とする。
ここで、各画素の中間導電層は、隣接する画素の中間導電層から分離されているだけでなく、電源からも分離されている。また、各画素中の中間導電層の数ｎは、任意であるが、現実的には１００以下、つまり、１≦ｎ≦１００である。
【００１１】
従って、本発明における有機ＥＬ発光素子は、中間に中間導電層を挟んで複数の有機発光層が直列接続された構成となっているから、たとえば、従来のＸＹマトリックス型発光装置を構成する画素の駆動電圧をＶｏ、駆動電流をｉｏ、画素の静電容量をＣｏとすると、本発明の画素（ｎ個の有機発光層、ｎ−１の中間導電層を保有）の駆動電圧はｎＶｏ、駆動電流はｉｏ／ｎ、静電容量はＣｏ／ｎとなる。ただし、画素の輝度は従来と同一、単位素子（有機発光層を中間導電層および電極で挟んだ単位素子）は従来のＸＹマトリックスの画素素子と同じとする。
【００１２】
換言すると、画素の輝度をｎ倍にしようとすると、従来のＸＹマトリックス型発光装置では、駆動電流をｎ倍にする必要があるが、本発明では、駆動電圧がｎ倍になるものの、駆動電流は同じでよい。つまり、輝度を同一とすると、本願発明では、電圧は従来のｎ倍になるものの、電流が従来の１／ｎでよいため、従来問題となっていた走査、信号ラインの抵抗による電圧降下は１／ｎとなる。よって、次の効果が期待できる。
【００１３】
従来の発光装置では、走査線電流が大きく、そのため電圧降下が大きく、消費電力の増大をもたらすこと、また、高精細、大面積の発光装置では走査線電流が１Ａ近くとなり、実質的にはドライバーＩＣで駆動できないことが問題となっていた。
しかし、本発明では、走査線電流は従来の１／ｎとなり、消費電力も減少するので、より大面積かつ高精細、たとえば、１２インチＳＶＧＡ（画素数８００×６００、画素ピッチ１１０μｍ×３３０μｍ）以上も可能である。
【００１４】
また、画素表示を行うためには、画素が高速に応答することが必要であるが、従来は配線抵抗Ｒｏと駆動時に関係する静電容量Ｃ１との積で定まる時定数τｏ＝Ｒｏ・Ｃ１が大きく、数μＳ〜数１０μＳとなっていた。このため、駆動波形の立ち上がり、立ち下がりが遅れ、動画表示に支障が出ていた。
本発明では、Ｃｏが１／ｎとなり、さらに駆動時に関係する静電容量Ｃ１も１／ｎとなる。従って、時定数はτｏ＝Ｒｏ・（Ｃ１／ｎ）となり、高速に応答し、動画表示も高品質で行うことができる。なお、Ｃ１はＣｏと同一ではなく、駆動方式にもよるが、Ｃ１＝Ｃｏ×（縦画素数）程度となる。
【００１５】
以上において、有機ＥＬ発光素子を構成する透明電極、中間導電層および対向電極の配列構成については、平面視上各画素に対して重なって積層されている構成でもよく、あるいは、透明電極と一番目の中間導電層にて有機発光層を介在した第一の単位発光素子と、ｎ番目の中間導電層と対向電極にて有機発光層を介在した第ｎの単位発光素子とが、平面上並置されている構成でもよい。
特に、前者の構成の場合には、後者の構成に比べ、画素を高密度化できる。
【００１６】
また、透明電極と一番目の中間導電層にて有機発光層を介在した第一の単位発光素子と、ｎ番目の中間導電層と対向電極にて有機発光層を介在した第ｎの単位発光素子とが、少なくとも整流性を保有することが望ましい。
ここで、整流性を、好ましくは１０³以上、より好ましくは１０⁶以上とすれば、クロストークを防ぐことが可能となる。本発明では、中間導電層を保有する単位発光素子を多段で連結したため、整流性が得やすくなっている。従来の素子は、一個の単位発光素子からなっているため、整流性が不良な素子が生じやすく、クロストークが生じやすいという問題があった。
【００１７】
ちなみに、本発明の構成に近い技術として、ＷＯ９５／０６４００号が知られている。このＷＯ９５／０６４００号は、第一の有機発光素子と第二の有機発光素子とを積層して、第一の発光色と第二の発光色を混色する、または、ハイカラー化するための効果を得るため考えられたものであるが、各有機発光素子にそれぞれ個別に電圧を印加した構成であるため、本発明の中間導電層を保有する構成とは異なる。しかも、本発明の中間導電層を中間に挟んだ有機発光層の構成に基づく効果についても一切示されていない。
また、本発明の発光装置は、前記有機ＥＬ素子を画素として一次元または二次元配列した発光装置であって、
発光可能な有機ＥＬ素子と発光不能な有機ＥＬ素子とが互いに隣接して交互に配列されており、
前記発光不能な有機ＥＬ素子においては前記透明電極上および基板上に層間絶縁膜を有し、
前記発光不能な有機ＥＬ素子において前記層間絶縁膜が介挿されることにより前記発光可能な有機ＥＬ素子と前記発光不能な有機ＥＬ素子とで対応する各層の高さが異なって前記発光可能な有機ＥＬ素子の中間導電層と前記発光不能な有機ＥＬ発光素子の中間導電層とが分離されている
ことを特徴とする発光装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態の概略構成を示している。同図に示すように、第１実施形態の発光装置１０は、図示省略のガラス基板上に形成された陽極となる透明電極２と、この透明電極２に対向して配置された陰極となる対向電極３と、ｎ枚（１≦ｎ≦１００）の中間導電層４と、前記透明電極２と対向電極３との間に中間に前記中間導電層４を挟んで介在され少なくとも有機発光層を含有する複数の有機層５とを含む有機ＥＬ発光素子６を画素として備え、この画素（有機ＥＬ発光素子６）が二次元配列、つまり、ＸおよびＹ方向に沿って配列されている。つまり、ＸＹマトリックス型発光装置を構成している。
【００１９】
具体的には、透明電極２は、透光性を有し、互いに平行にかつ一定間隔おきに並設された複数のＹ電極ラインＹｍ，Ｙｍ＋１…から構成されている。対向電極３は、Ｙ電極ラインＹｍ，Ｙｍ＋１…に対して直交して、互いに平行にかつ一定間隔おきに並設された複数のＸ電極ラインＸｅ，Ｘｅ＋１…から構成されている。中間導電層４は、透光性を備えるとともに、Ｙ電極ラインＹｍ，Ｙｍ＋１…とＸ電極ラインＸｅ，Ｘｅ＋１…との交差する箇所で、かつ、これらの間にそれぞれ１枚配置されている。これを、Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…とする。なお、ｎは各画素６中に介在された中間導電層の数を表し、本実施形態では「１」である。また、各画素６中の中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…は、隣接する画素６の中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…から分離されているとともに、電極２，３に接続される電源からも分離されている。もとより、中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…を単独でアドレスする配線は備えていない。中間導電層４は、一方の主表面側には正孔を注入でき、他方の主表面側には電子を注入できる層と定義できる。この定義にあてはまるならば、各種透明性の半導体、金属を用いることができるとともに、半導体／金属の組合せも用いることができる。有機層５は、Ｙ電極ラインＹｍ，Ｙｍ＋１…とＸ電極ラインＸｅ，Ｘｅ＋１…との交差する箇所（各画素中）において、Ｙ電極ラインＹｍ，Ｙｍ＋１…と中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…との間、中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ，ｍ＋１，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ，ｎ），Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…とＸ電極ラインＸｅ，Ｘｅ＋１…との間にそれぞれ介在されている。
【００２０】
ここで、各電極２，３および中間導電層４間に少なくとも有機発光層を含有する有機層５が介在してなる部分を単位素子と定義すると、本実施形態では、単位素子が平面視上重なるように積層されている。つまり、透明電極２、中間導電層４および対向電極３が、平面視上各画素に対して重なるように積層されている。さらに、これらの単位素子は、整流性を有している。整流比としては、好ましくは１０³以上、より好ましくは１０⁶以上である。
また、単位素子としては、同じ発光色を示すものが好ましい。さらに、有機層５を構成する各層（たとえば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層）の材料については、同一材料によって構成されているのが好ましい。これは、製造がしやすくなり、さらに製膜条件が一定であるため、画素の欠陥が少なくなる効果がある。また、透明電極２上に直接位置する単位素子にリーク不良が存在したとしても、積層される単位素子によりリーク不良が解消される効果があるが、その効果の面でも材料が同一で製膜条件が一定である方が、より効果を得やすい。
【００２１】
図２は、上記図１の発光装置１０の断面をより具体化して示している。図３はその一部を拡大した拡大図である。
これらの図に示すように、透明電極２および基板（図示省略）上に層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７は、絶縁性または半導性の膜であり、非発光素子部分の一部分となっている。層間絶縁膜７はその断差部分が急であり、これにより、中間導電層４を相互に分離している。
層間絶縁膜７としては、断差加工ができる絶縁性膜、無機酸化物膜または無機窒化膜、具体的にはＳｉＯｘ（１≦ｘ≦２），ＳｉＮｘ（１／２≦ｘ≦４／３），ＳｉＯＮ，ＳｉＡｌＯＮ，ＳｉＯＦなどである。
別の好ましい絶縁性膜は高分子膜である。具体的には、ポリイミド，ポリアクリレート，ポリキノリン，ポリシロキサン，ポリシランなどである。
絶縁性膜の他にも半導体膜であっても画素分離ができる絶縁性があればよい。好ましい比抵抗は、１０¹⁶Ω・ｃｍ〜１０⁵Ω・ｃｍである。たとえば、α−Ｓｉ，α−ＳｉＣ，α−ＳｉＮなどでもよい。
【００２２】
ところで、上述した発光装置１０の製造方法については、各種考えられるが、好ましい具体例としては次のものが挙げられる。
（１）透明電極の製膜およびパターン加工
（２）段差を与える層間絶縁膜の製膜およびパターン加工
（３）有機発光層を含む有機層の製膜（（４）を挟んでｎ＋１回繰り返し）
（４）中間導電層の製膜
（５）対向電極の作製（（３）の製膜後に作製）
（６）封止工程
従って、たとえば、（３）を２回繰り返す時は（１）→（２）→（３）→（４）→（３）→（５）→（６）となる。
【００２３】
以上が本製造方法の製造工程であるが、従来の素子の製造方法に比べ、（２）および（４）の工程が異なる。また、（３）の工程を繰り返すところが異なっている。
また、本製造方法は、層間絶縁膜の段差を急にするところが必須であり、その角度は好ましくは７０度以上である。これにより、好ましくは２０ｎｍ〜０．５ｎｍの膜厚で製膜された中間導電層が段差により断線され、隣接する画素の中間導電層が互いに分離される。また、面発光素子（一画素）についても、中間導電層が対向電極や透明電極より分離されていることを保障する。
【００２４】
中間導電層としては、一方の主表面より正孔を、他方の主表面より電子を注入できるものなら各種用いることができる。好ましいものを列挙すると、（１）超薄膜金属／透明電極（２）電子輸送性化合物と電子注入性化合物の混合層／透明電極（３）炭素化合物とアルカリ金属の混合層／透明電極（４）正孔導電性有機層／電子導電性有機層（５）Ｐ型半導体／Ｎ型半導体（６）Ｐ型導電性高分子／Ｎ型半導体などである。さらに、一方の面が正孔注入性であり、かつ、他方の面が電子注入性であれば、薄膜金属、透明電極、電子輸送性化合物と電子注入性化合物の混合層、正孔導電性有機層、ＰまたはＮ型半導体など（１）〜（６）の中間導電層として用いられるものの中より組み合わせれば、より好ましく用いることができる。
【００２５】
上記透明電極で特に好ましいのは、低温で製膜できるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ酸化物膜である。他に、非晶質ＩＴＯ膜も好ましい。
好ましい超薄膜金属は、電子注入性であるＭｇ：Ａｇ合金、Ａｌ：Ｌｉ合金，Ｍｇ：Ｌｉ合金などである。
好ましい電子輸送性化合物は、オキレンの金属錯体または含Ｎ素環化合物である。
好ましい電子注入性化合物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属およびこれらを含有する化合物である。たとえば、ＢａＯ，ＳｒＯ，Ｌｉ₂Ｏ，ＬｉＣｌ，ＬｉＦ，ＭｇＦ₂，ＭｇＯ，ＣａＦ₂などが好ましい電子注入性化合物である。
好ましいＰ型半導体は、Ｐ型α−Ｓｉ，Ｐ型Ｓｉ，Ｐ型ＣｄＴｅ，Ｐ型ＣｕＯなどである。
好ましいＮ型半導体は、Ｎ型α−Ｓｉ，Ｎ型Ｓｉ，Ｎ型ＣｄＳ，Ｎ型ＺｎＳなどである。
Ｐ型またはＮ型の導電性高分子として、好ましいものは、ポリアリーレンビニレン、ポリチェニレンビニレンなどである。
【００２６】
［参考技術］
図４は参考技術の概略構成を示している。同図に示すように、参考技術の発光装置２０は、３つの単位素子（１）（２）（３）が平面視上、並置されている構成である。
Ｙ電極ラインＹｍより延長され接続されている電極Ｙ’は、その上部の中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）との間に有機発光層を有する有機層５を介在し、単位素子（１）を構成している。中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）は、並置された単位素子（２）の下部にある中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）と接続されている。
中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）は、その上部にある中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，２）との間に有機発光層を有する有機層５を介在し、単位素子（２）を構成している。中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，２）は、並置される単位素子（３）の下部にある中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，２）と接続されている。
中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，２）は、その上部のＸ電極ラインＸｅとの間に有機発光層を有する有機層５を介在し、単位素子（３）を構成している。なお、これらの単位素子（１）（２）（３）については整流性を備える。
【００２７】
従って、この参考技術の構成においても、Ｘ電極ラインＹｍより延長された電極Ｙ’とＸ電極ラインＸｅとの間に、２枚の中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）、Ｅ（ｅ，ｍ，２）が介在され、これらの間に有機発光層を有する有機層５が介在されているから、つまり、電極Ｙ’とＸ電極ラインＸｅとの間に、３つの有機層５が中間に中間導電層Ｅ（ｅ，ｍ，１）、Ｅ（ｅ，ｍ，２）を挟んで直列に接続されているから、第１実施形態と同等な効果が期待できる。
【００２８】
【実施例】
［実施例１］
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍのサイズのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）電極を１２０ｎｍ製膜してあるものを透明支持基板とした。このＩＴＯを１１０μｍピッチ、９０μｍ幅のストライプ状に加工した。ストライプの長手方向は２０ｍｍ、本数は６００本である。
次に、層間絶縁膜として透明アクリレート樹脂（新日本製鉄化学社製）であるＶ２５９をスピンコートにて１．２μｍの膜厚で製膜した。この後、この基板を２００℃の温度で加熱し、Ｖ２５９からなる層間絶縁膜を熱硬化した。
【００２９】
次に、このＶ２５９層上にフォトレジストを製膜し、図５（Ａ）のような開口パターンが残るようにフォトマスクを通し露光、現像した。さらに、この基板を８０℃の温度で１時間、乾燥した後、図５（Ａ）の形状のフォトレジストをマスクとして酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、開口部の層間絶縁膜を除去した。得られたものは図５（Ｂ）の断面をもつ基板である。なお、上面形状については図５（Ｃ）参照。
【００３０】
次に、この基板をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を５分行い、さらに紫外線とオゾンを併用した洗浄を３０分行った。この透明支持基板を真空蒸着装置に固定し、３つの抵抗加熱ボートには、ＭＴＤＡＴＡ（４，４'，４''−トリス｛Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ｝トリフェニルアミン）とＮＰＤ（Ｎ，Ｎ'−ジ−（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−４，４'−ベンジジン）とＡｌｑ（８−ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体）をそれぞれ入れた。また、金属Ｌｉの蒸着源を用意した。真空蒸着装置を１×１０^-4まで排気した。
【００３１】
次に、ＭＴＤＡＴＡ入りのボートを加熱し、膜厚１２０ｎｍの正孔注入層を製膜した。
次に、ＮＰＤ入りのボートを加熱し、膜厚１０ｎｍの正孔輸送層を製膜した。
次に、Ａｌｑ入りボートを加熱し、膜厚４０ｎｍの発光層を製膜し、さらに、金属ＬｉとＡｌｑを１：１のモル比で同時蒸着した。このＡｌｑ：Ｌｉ層は電子注入層として働くが、中間導電層の一部として考えてもよく、発光層への電子注入を行う。
【００３２】
以上の製膜を行った基板（図５（Ｄ）に示す基板）を真空蒸着用の槽よりこの真空槽に連結されているスパッタリング用の真空槽に移動した。そして、中間導電層の一部としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏを１１ｎｍ製膜した。Ｉｎ／（Ｉｎ／Ｚｎ）で表される原子比０．８３のＩｎ−Ｚｎ−Ｏスパッタリングターゲットを用い、スパッタリング出力１．２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ：Ｏ₂の体積比１０００：１の混合ガスを雰囲気として製膜した。
【００３３】
次に、以上の製膜を終えた基板を真空蒸着用の槽に戻し、ＭＴＤＡＴＡ入りボートを加熱し、膜厚１２０ｎｍの正孔注入層を製膜した。
次に、ＮＰＤ入りのボートを加熱し、膜厚１０ｎｍの正孔輸送層を製膜した。
次に、Ａｌｑ入りボートを加熱し、膜厚４０ｎｍの発光層を製膜し、さらに、金属ＬｉとＡｌｑを１：１のモル比で同時蒸着した。
最後に、Ｉｎを陰極用蒸着マスク（開口ストライプパターンは、ＩＴＯストライプに垂直となるように４００μｍピッチ、開口幅３００μｍで２０本設けられている。）をかけて１．８μｍの膜厚で製膜し、陰極とした。作製された発光素子群（発光装置）の断面は図５（Ｅ）で示されたものである。
【００３４】
以上で作製を終えたが、この発光素子群の陰極であるＩｎストライプ全てを０電位に、陽極であるＩＴＯストライプ全てに１５Ｖを印加し、中間導電層には何も結合しなかったところ、電流密度３ｍＡ／ｃｍ²、輝度２１０ｎｉｔを得た。発光効率は７ｃｄ／Ａであった。
【００３５】
［比較例１］
比較例１は中間導電層がない場合である。
実施例１と同様に素子群を作製した。ただし、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ中間導電層および２回目の正孔注入層、正孔輸送層、発光層の蒸着を省略し、従来の構成の素子群を作製した。発光素子群の陰極であるＩｎストライプ全てを０電位に、陽極であるＩＴＯストライプ全てに７．３５Ｖを印加したところ、電流密度３ｍＡ／ｃｍ²、輝度１００ｎｉｔを得た。発光効率は３．３７ｃｄ／Ａであった。
以上のことから、実施例１の素子は、電圧が比較例１に対して約２倍となるが、発光効率が約２倍となり、高輝度化が可能なことが判る。
【００３６】
［実施例２］
実施例２は中間導電層が２枚の場合である。
実施例１と同様にして２回目のＬｉ：Ａｌｑ層まで蒸着した。以上の製膜を行った基板を真空蒸着用の槽よりこの真空槽に連結されているスパッタリング用の真空槽に再び移動した。そして、中間導電層の一部としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏを１０ｎｍ製膜した。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）で表される電子比０．８３のＩｎ−Ｚｎ−Ｏスパッタリングターゲットを用いスパッタリング出力１．２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ：Ｏ₂の体積比１０００：１の混合ガスを雰囲気として製膜した。
【００３７】
次に、以上の製膜を終えた基板を真空蒸着用の槽に戻し、ＭＴＤＡＴＡ入りボートを加熱し、膜厚１２０ｎｍの正孔注入層を製膜した。
次に、ＮＰＤ入りボートを加熱し、膜厚１０ｎｍの正孔輸送層を製膜した。
次に、Ａｌｑ入りボートを加熱し、膜厚４０ｎｍの発光層を製膜し、さらに、金属ＬｉとＡｌｑを１：１のモル比で同時蒸着した。
最後に、Ｉｎを陰極用蒸着マスク（開口ストライプパターンは、ＩＴＯストライプに垂直となるように４００μｍピッチ、開口幅３００μｍで２０本設けられている。）をかけて１．８μｍの膜厚で製膜し、陰極とした。
【００３８】
以上で作製を終えたが、この発光素子群の陰極であるＩｎストライプ全てを０電位に、陽極であるＩＴＯストライプ全てに２３Ｖを印加し、２枚の中間導電層には何も結合しなかったところ、電流密度３ｍＡ／ｃｍ²、輝度３０３ｎｉｔを得た。発光効率は１０．１ｃｄ／Ａであった。
以上のように、この実施例２では、比較例１の素子に比べて、電圧は約３倍であるが、輝度が３倍、発光効率も約３倍の高輝度化素子が作製できた。
なお、以上の実施例では、全面発光の試験例を示したが、陽極を信号線、陰極を走査線として単純マトリックスによる線順次駆動できることも確認している。従来の発光装置に比較して、走査線電流を同じにしたとき、実施例１、実施例２の発光装置で得られる輝度はそれぞれ２．０２、２．９５倍であり、高輝度化することができた。
【００３９】
［実施例３］
実施例３は中間導電層がＭｇ：Ａｇの超薄膜／Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ導線性酸化物膜の例である。
実施例１と同様にして素子を作製した。ただし、Ａｌｑ：Ｌｉ／Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ導線性酸化物膜の構成の中間導電膜層のかわりに、Ｍｇ：Ａｇの超薄膜／Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ導線性酸化物膜を用いたところが異なった。
Ｍｇ：Ａｇは、膜厚８ｎｍであり、同時蒸着により形成した。この中間導電層は透過率が約６０％であった。この発光素子群の陰極ストライプ全てを０電位に、陽極であるＩＴＯストライプ全てに１５Ｖを印加し、中間導電層には何も結合しなかったところ、電流密度３ｍＡ／ｃｍ²、輝度１５６ｎｉｔを得た。発光効率は５．２ｃｄ／Ａであった。
【００４０】
以上のように、透過率が金属超薄膜を利用した場合には、比較例１の素子に比べ約２倍までいかないが、高輝度化した。電子注入層と電子注入性化合物の混合層は透明性が高いので、実施例１の素子の方が優れていた。このように、透過率が６０％より大きい透明かつ正孔も電子も注入できる中間導電層を用いる方が好ましいことが判明した。
【００４１】
［実施例４］
実施例４は中間導電層を保有する面発光光源の例である。
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍのサイズのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）電極を１２０ｎｍ製膜してあるものを透明支持基板とした。このＩＴＯを２５ｍｍ×３０ｍｍの形状にパターン加工した。
次に、層間絶縁膜として透明アクリレート樹脂製（新日本製鉄化学社製）であるＶ２５９をスピンコートにて１．２μｍの膜厚で製膜した。この後、この基板を２００℃の温度で加熱し、Ｖ２５９からなる層間絶縁膜を熱硬化した。
【００４２】
次に、このＶ２５９層上にフォトレジストを製膜し、２０ｍｍ×２５ｍｍの開口パターンが残るようにフォトマスクを通し露光、現像した。さらに、この基板を８０℃の温度で１時間、乾燥した後、フォトレジストをマスクとして酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、開口部の層間絶縁膜を除去した。
次に、この基板をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を５分行い、さらに、紫外線とオゾンを併用した洗浄を３０分行った。
【００４３】
この透明支持基板上に共役系ポリマーであるポリ（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、（ＭＥＨ−ＰＰＶ）を文献（ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＭｅｔａｌ誌第６６巻、７５頁、１９９４年）に従い合成した。ＭＥＨ−ＰＰＶの１．５重量％のキシレン溶液より発光層を１２０ｎｍ製膜した。
これを真空中で８０℃で乾燥し、さらに、この層の上にＡｌｑ（８−ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体）と金属Ｌｉの１：１の層を電子注入層として２０ｎｍ、真空蒸着した。このＡｌｑ：Ｌｉ層は電子注入層として働くが、中間導電層の一部として考えてもよく、発光層への電子注入を行う。
【００４４】
以上の製膜を行った基板を真空蒸着用の槽よりこの真空槽に連結されているスパッタリング用の真空槽に移動した。そして、中間導電層の一部としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏを１１ｎｍ製膜した。Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）で表される原子比０．８３のＩｎ−Ｚｎ−Ｏスパッタリングターゲットを用いスパッタリング出力１．２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ：Ｏ₂の体積比１０００：１の混合ガスを雰囲気をして製膜した。
【００４５】
次に、以上の製膜を終えた基板上にさらにＭＥＨ−ＰＰＶの１．５重量％のキシレン溶液より発光層を１２０ｎｍ製膜した。これを真空中８０℃で乾燥し、さらに、この層の上にＡｌｑ（８−ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体）と金属Ｌｉの１：１の層を電子注入層として２０ｎｍ、真空蒸着した。金属ＬｉとＡｌｑを１：１のモル比で同時蒸着した。最後に、Ｉｎを陰極用蒸着マスクをかけて１．７μｍの膜厚で製膜し、陰極とした。
以上で作製を終えたが、この面発光素子の陰極を０電位に、陽極であるＩＴＯに１１Ｖを印加し、中間導電層には何も結合しなかったところ、電流密度３０ｍＡ／ｃｍ²、輝度１４００ｎｉｔを得た。発光効率は４．７ｃｄ／Ａであった。
【００４６】
［比較例２］
比較例２は従来の面状発光素子の場合である。
実施例４と同様に素子群を作製した。ただし、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ中間導電層および２回目の発光層、電子注入層を省略し、従来の構成の素子を作製した。発光素子群の陰極を０電位に、陽極であるＩＴＯに５．２Ｖを印加したところ、電流密度３０ｍＡ／ｃｍ²、輝度７５０ｎｉｔを得た。発光効率は２．５ｃｄ／Ａであった。
以上のことから、実施例４の素子は、比較例２に比べ、電圧が約２倍となるが、発光効率が略２倍近くとなり、低電圧で高輝度化が可能なことが判る。
【００４７】
［従来発光素子の寿命と本発明素子の寿命との比較］
初期２００ｎｉｔで定電流駆動で寿命試験を行った。比較例２の素子の寿命は５００時間であった。実施例４の本発明の素子を同じ輝度で寿命試験を行ったところ、寿命は１３００時間に伸びた。
初期輝度４００ｎｉｔで定電流駆動で寿命試験を行ったところ、比較例２に対して実施例４の素子の輝度が２倍のとき、寿命は４７０時間で同等であった。
従って、本発明は、高輝度で同等の寿命を得ることができ、同等の輝度では著しく長寿命となることが判る。
【００４８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる他の構成を含む。
たとえば、第１および第２実施形態では、画素（有機ＥＬ発光素子６）を二次元配列したが、ＸまたはＹ方向に沿って一列に配列、つまり、一次元配列でもよい。
また、第１実施形態では各画素中に１つの中間導電層４を、また、第２実施形態では２つの中間導電層４を介在させたが、中間導電層４の数ｎは、１つ以上かつ１００以下の範囲内であれば任意である。つまり、１≦ｎ≦１００の範囲内であれば任意である。
【００４９】
また、有機層５の層構成については、特に問わないが、陰極と発光層との間に電子注入層を設けたり、陽極と発光層との間に正孔注入層を設けたり、あるいは、これらの電子注入層および正孔注入層を両方に設けた構造でもよく、少なくとも、有機発光層を含む構成であればどのような層構成でもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の有機ＥＬ発光素子によれば、透明電極と対向電極との間に、中間に中間導電層を挟んで複数の有機発光層を介在させた構成であるから、従来の素子に比べ、走査線電流を抑制できるとともに、応答性を向上させることができる。
従って、この有機ＥＬ発光素子を用いた発光装置によれば、大型かつ高精細ディスプレイを安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置の第１実施形態の原理を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態の断面を示す断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】本発明の発光装置の参考技術の原理を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図６】従来のＸＹマトリックス型発光装置を示す平面図およびその一部拡大斜視図である。
【符号の説明】
２透明電極
３対向電極
４中間導電層
５有機層
６有機発光素子
７層間絶縁膜
１０発光装置
２０発光装置
Ｙｍ，Ｙｍ＋１…Ｙ電極ライン
Ｘｅ，Ｘｅ＋１…Ｘ電極ライン
Ｅ（ｅ，ｍ，ｎ）…Ｅ（ｅ＋１，ｍ＋１，ｎ）…中間導電層

Claims

透明電極と、
この透明電極に対向して配置された対向電極と、
中間導電層と、
前記透明電極と前記対向電極との間に中間に前記中間導電層を挟んで介在された複数の有機発光層とを含み、
前記透明電極、中間導電層および対向電極は平面視上重なって積層され、
前記中間導電層は、少なくとも二層を有するとともに一方の主表面は正孔注入性でありかつ他方の主表面は電子注入性であって、外部の電源から分離されている
ことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
請求項１に記載の有機ＥＬ発光素子において、
前記中間導電層の数ｎが、１≦ｎ≦１００である
ことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ発光素子において、
前記透明電極と一番目の中間導電層にて有機発光層を介在した第一の単位発光素子と、ｎ番目の中間導電層と対向電極にて有機発光層を介在した第ｎの単位発光素子とが、少なくとも整流性を保有する
ことを特徴とする有機ＥＬ発光素子。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬ発光素子を画素として一次元または二次元配列した
ことを特徴とする発光装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子を画素として一次元または二次元配列した発光装置であって、
発光可能な有機ＥＬ素子と発光不能な有機ＥＬ素子とが互いに隣接して交互に配列されており、
前記発光不能な有機ＥＬ素子においては前記透明電極上および基板上に層間絶縁膜を有し、
前記発光不能な有機ＥＬ素子において前記層間絶縁膜が介挿されることにより前記発光可能な有機ＥＬ素子と前記発光不能な有機ＥＬ素子とで対応する各層の高さが異なって前記発光可能な有機ＥＬ素子の中間導電層と前記発光不能な有機ＥＬ発光素子の中間導電層とが分離されている
ことを特徴とする発光装置。