JP2003115393A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法、画像表示装置 - Google Patents
有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法、画像表示装置Info
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Abstract
過率の悪化を防ぐ。 【解決手段】 光透過性の基板上に少なくとも第1電
極、有機発光層、第2電極が順次積層されてなる有機エ
レクトロルミネッセンス素子である。第1電極は、多層
膜、特に透明導電膜と金属膜からなる多層膜により構成
される。多層膜を構成する各膜はスパッタ法により成膜
する。スパッタ法により各膜を成膜するに際し、多層膜
を構成する全ての膜を同一のメタルマスクを使用してパ
ターニングする。
Description
ミネッセンス素子(以下、有機EL素子と称する。)に
関するものであり、さらにはその製造方法、有機EL素
子を用いた画像表示装置に関する。
する透明基板上の透明電極層と、この透明電極層上に形
成され有機EL材料からなる有機発光層と、さらにこの
有機発光層上に形成された金属電極層とを基本的な構成
要素として構成されており、自発光型の表示素子として
注目を集めている。この有機EL素子においては、これ
ら透明電極層及び金属電極層への通電により、それぞれ
の電極から注入された正孔及び電子が有機発光層内で再
結合し、このときのエネルギーにより発光現象を生ず
る。前記発光現象は、発光ダイオードと類似した注入発
光であるため、発光電圧が10V以下と低いことが特徴
である。
子を利用した画像表示装置においては、画素が小さくな
るにつれ電極の配線幅が小さくなり、その結果、特に抵
抗の高い透明電極層(陽極)において配線抵抗が飛躍的
に増加してしまい、電流の積に対する電位降下が生じて
配線自体に大きな電圧が印加されてしまうという問題が
生じている。配線自体に大きな電圧が印加されると、そ
の分、有機EL素子自体に有効な電圧が印加されないこ
とになり、消費電力の損失を招くことになる。
を目的に、特許第3162407号公報に開示されるよ
うな補助電極を接続する方法や、特開2000−910
83公報に開示されるような透光部と透光部でない非発
光エリアとから構成する方法などが開発されている。し
かしながら、これらの方法では、発光画素以外の部分に
配線部を配置する必要があることから、パネル全体に発
光画素を配置することができず、全体の輝度が低下して
しまうという新たな問題が発生する。また、透明電極層
と配線部のパターンが異なることから、製造工程が煩雑
化するという問題もある。
されたものであり、有機発光層の表示側に配される電極
の抵抗を低減し、同時に光透過性を確保し得る有機エレ
クトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、発光画素を効率良
く配置することが可能で、輝度を上げることが可能な画
像表示装置を提供することを目的とし、さらには製造工
程を簡略化し得る画像表示装置を提供することを目的と
する。
めに、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、
光透過性の基板上に少なくとも第1電極、有機発光層、
第2電極が順次積層されてなる有機エレクトロルミネッ
センス素子において、上記第1電極が多層膜、特に透明
導電膜と金属膜からなる多層膜により構成されているこ
とを特徴とするものである。
は、通常、酸化インジウム錫(ITO)などからなる透
明電極とされるが、その場合、配線抵抗が高く消費電力
の損失が問題になる。また、第1電極を配線抵抗の低い
金属膜のみで形成すると、光透過性を確保することが難
しくなり、表示の妨げになる。本発明の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子においては、有機発光層の表示側に
配される第1電極を、透明導電膜と金属膜の多層膜とし
ているため、配線抵抗が抑えられると同時に、透過率の
減少も抑えられる。
ンス素子の製造方法は、光透過性の基板上に少なくとも
第1電極、有機発光層、第2電極を順次積層する有機エ
レクトロルミネッセンス素子の製造方法において、上記
第1電極を多層膜とし、この多層膜を構成する各膜をス
パッタ法により成膜することを特徴とするものであり、
さらには、スパッタ法により各膜を成膜するに際し、メ
タルマスクを用いてパターニングすることを特徴とする
ものである。
ッタ法により成膜すると、緻密な膜が形成される。その
結果、電気的な抵抗値が低い膜となる。また、膜が緻密
であると光透過性の点でも有利であり、透過率の減少が
抑えられる。さらに、スパッタ法により各膜を成膜する
に際し、メタルマスクを用いたパターニングを採用すれ
ば、多層膜を構成する全ての膜を同一のメタルマスクを
使用してパターニングすることができ、製造工程が簡略
化される。
性の基板上に少なくとも第1電極、有機発光層、第2電
極が順次積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス
素子がマトリクス状に配列されてなり、各有機エレクト
ロルミネッセンス素子の第1電極が多層膜、特に透明導
電膜と金属膜からなる多層膜により構成されていること
を特徴とするものである。
表示側に配される第1電極を、透明導電膜と金属膜の多
層膜としており、配線抵抗が抑えられると同時に、透過
率の減少も抑えられているので、補助電極を接続したり
非発光エリアを設ける必要がない。したがって、発光素
子を効率良く配置することができ、パネルの輝度を上げ
ることができる。また、本来の電極パターンと異なるパ
ターンの配線が不要であることから、製造工程を煩雑化
することもない。
クトロルミネッセンス素子及びその製造方法、さらには
画像表示装置について説明する。
1に示すように、光透過性を有する基板1上に、第1電
極に相当する陽極2、有機EL材料からなる有機発光層
を含む有機EL層3、第2電極に相当する陰極4を積層
形成してなるものであり、その表面が保護層5によって
被覆されている。上記有機EL層3は、本例では3層構
造とされており、上記陽極2と接する側に配される正孔
輸送層3a、有機発光層3b、及び上記陰極4と接する
側に配される電子輸送層3cとから構成されている。な
お、上記の構成において、上記有機EL層3と陰極4の
間に例えばLiOを数オングストローム程度の膜厚で成
膜してもよい。この層により発光開始電圧を下げること
が可能である。
透明導電膜と金属膜とからなる多層膜とされていること
が大きな特徴であり、例えば図2に示すように、透明導
電層2a、金属層2b、透明導電層2cからなる3層膜
とされている。勿論、これに限らず、例えば2層膜であ
ってもよいし、4層膜以上とすることも可能である。先
にも述べたように、陽極2は、通常、酸化インジウム錫
(ITO)などからなる透明電極とされるが、その場
合、配線抵抗が高く消費電力の損失が問題になる。ま
た、陽極2を配線抵抗の低い金属膜のみで形成すると、
光透過性を確保することが難しくなり、表示の妨げにな
る。有機EL層3の表示側に配される陽極2を、上記の
ように透明導電層2a,2cと金属層2bからなる多層
膜とすれば、配線抵抗を抑えることができ、また、透過
率の減少を抑えることができる。
膜には、なるべく比抵抗の小さい材料を用いることが好
ましく、かかる材料としては、例えばAu,Ag,A
l,Cu,Ni,Co,Fe,Mo,Nb,Pd,Pt
等を挙げることができる。これらを単独で用いてもよい
し、2種類以上からなる合金を用いてもよい。一方、透
明導電膜、特に有機EL層3と接合される透明導電膜
は、効率良くホール(正孔)を注入するために真空準位
からの仕事関数が大きな電極材料からなることが好まし
く、また、陽極2側から有機EL層3における有機電界
発光を取り出せるように光透過性を有する材料からなる
ことが望ましい。これらの観点から、具体的には、酸化
インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化イン
ジウム−酸化亜鉛(いわゆるIXO)、SnO2、Zn
O等を挙げることができる。なお、前記IXOは、イン
ジウム・亜鉛の酸化物からなる六方晶層状化合物と酸化
インジウムからなるもので、一般式In2O3(Zn
O)n(nは3以上の整数。)で表される。これらの中
で、生産性、制御性の観点からはITOを用いることが
好ましい。
は、これを構成する金属膜、透明導電膜の膜厚設計が重
要である。例えば、多層膜全体の膜厚のうち金属膜の膜
厚が占める割合が大きくなると、配線抵抗を低減するこ
とはできても、透過率の低下が著しくなり、表示の妨げ
になる。逆に、金属膜の膜厚が占める割合が小さくなり
過ぎると、透過率の点では問題ないが、配線抵抗の上昇
を招く。かかる観点から、多層膜(陽極2)全体の膜厚
を85nm〜100nmとする場合、金属膜の膜厚は1
0nm〜15nmとすることが好ましい。
ッタ法により成膜することにより形成することができ
る。スパッタ法により成膜された膜は緻密であり、電気
抵抗が低く、光透過性にも優れる。多層膜を構成する金
属膜や透明導電膜は、全て同一のメタルマスクを用いた
成膜が可能であり、製造工程を煩雑化することはない。
は、公知のものがいずれも採用可能である。例えば、基
板1に用いる材料は、良好な平坦性を有する基板を形成
することができるもので、光透過性を有するものであれ
ば如何なるものであってもよく、例えば高分子ポリマー
系材料を用いることができる。勿論、ガラス基板であっ
ても構わないが、特に、可撓性を有する高分子ポリマー
基板を用いれば、可撓性を有する有機ELディスプレイ
を構築することが可能である。
陽極2から注入された正孔を有機発光層3bまで輸送す
るという役割を果たすものである。この正孔輸送層3a
に用いられる正孔輸送材料としては、公知のものがいず
れも使用可能であり、ベンジン、スチリルアミン、トリ
フェニルアミン、ポルフィリン、トリアゾール、イミダ
ゾール、オキサジアゾール、ポリアリールアルカン、フ
ェニレンジアミン、アリールアミン、オキサゾール、ア
ントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、
またはこれらの誘導体、並びにポリシラン系化合物、ビ
ニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニ
リン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマ
ー、ポリマー等が使用可能である。具体的化合物として
は、α−ナフチルフェニルジアミン、ポルフィリン、金
属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニ
ン、4,4,4−トリス(3−メチルフェニルフェニル
アミノ)トリフェニルアミン、N,N,N,N−テトラ
キス(p−トリル)p−フェニレンジアミン、N,N,
N,N−テトラフェニル4,4−ジアミノビフェニル、
N−フェニルカルバゾール、4−ジ−p−トリルアミノ
スチルベン、ポリ(パラフェニレンビニレン)、ポリ
(チオフェンビニレン)、ポリ(2,2−チエニルピロ
ール)等を挙げることができるが、勿論これらに限定さ
れるものではない。
印加時に陽極側から正孔を、また陰極側から電子を注入
できること、注入された電荷、すなわち正孔及び電子を
移動させ、これら正孔と電子が再結合できる場を提供で
きること、発光効率が高いこと、等の条件を満たしてい
れば如何なるものであってもよく、例えば低分子蛍光色
素、蛍光性の高分子、金属錯体等の有機材料等が挙げら
れる。このような材料としては、具体的には、アントラ
セン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセ
ン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、ス
チルベン、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯
体、ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体、トリ
(ジベンゾイルメチル)フェナントロリンユーロピウム
錯体、ジトルイルビニルビフェニル、α−ナフチルフェ
ニルジアミン等を挙げることができる。
電子を有機発光層3bまで輸送するものである。電子輸
送層3cに使用可能な電子輸送材料としては、キノリ
ン、ペリレン、ビススチリル、ピラジン、またはこれら
の誘導体を挙げることができる。具体的化合物として
は、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム、アントラセ
ン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、
ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチル
ベン、(8−キノリノラト)アルミニウム錯体またはこ
れらの誘導体等を例示することができる。
ために、真空準位からの仕事関数が小さい電極材料(金
属)を用いることが好ましい。具体的には、アルミニウ
ム、インジウム、マグネシウム、銀、カルシウム、バリ
ウム、リチウム等の仕事関数が小さい金属を単体で用い
る。あるいは、これらの金属を他の金属との合金として
安定性を高めて使用してもよい。
a、有機発光層3b、電子輸送層3cや、陰極4は、例
えば真空蒸着法により形成することができる。このと
き、先の陽極2を構成する多層膜と同様、メタルマスク
を用いて成膜すれば、所定のパターンに形成することが
できる。
頼性を確保し、また有機EL素子の劣化を防止するため
の設けられるもので、有機EL素子を封止し、酸素や水
分を遮断する機能を有するものである。したがって、保
護層5に用いられる材料としては、気密性を保つことが
可能であることが必要であり、具体的には、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム等を挙げることができる。
にマトリクス状に配列し、これを選択的に駆動すれば画
像表示が可能であり、自発光型の画像表示装置が構築さ
れる。この画像表示装置においては、各有機EL素子を
構成する陽極が透明導電膜と金属膜の多層膜とされてお
り、配線抵抗が抑えられると同時に、透過率の減少も抑
えられているので、補助電極を接続したり非発光エリア
を設ける必要がない。したがって、発光素子を効率良く
配置することができ、パネルの輝度を上げることができ
る。また、本来の電極パターンと異なるパターンの配線
が不要であることから、製造工程が煩雑化することもな
い。
験結果に基づいて説明する。
りである。先ず、厚さ200μmのポリエステルスルホ
ン(PES)からなる基板を準備し、この上に陽極とな
る多層膜をメタルマスクを使用しスパッタ法により形成
した。
を形成した。有機EL層は、正孔輸送層、有機発光層、
電子輸送層をこの順に積層して形成した。積層形成に際
しては、パターンを形成するためのメタルマスクを使用
し、真空蒸着法により成膜した。ここで、正孔輸送層に
は、4,4,4−トリス(3−メチルフェニルフェニル
アミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)を用
いた。また、有機発光層には、α−ナフチルフェニルジ
アミン(α−NPD)を用いた。電子輸送層には、トリ
ス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)
を用いた。有機EL層の厚さは、150nmとした。
極を形成した。陰極も、有機EL層と同様、メタルマス
クを使用し、真空蒸着法により成膜した。最後に、以上
により形成した各層を覆うようにSiNからなる厚さ1
000nmの保護層を形成した。保護層は、反応性DC
スパッタリングにより形成した。
膜厚を変え、種々のサンプルを作製した。これらのサン
プルについて、光学薄膜シミュレーションにより、緑色
光に対する透過率を調べた。結果を図3〜図5に示す。
なお、図3は金属膜(Au)の膜厚が10nmの場合、
図4は金属膜(Au)の膜厚が15nmの場合、図5は
金属膜(Au)の膜厚が20nmの場合である。
率は、例えば金属膜のみ(Au15nmのみ)の場合、
64.4%であるのに対して、3層多層膜とした場合に
は、75.8%であり、約11%透過率を増加させるこ
とができることがわかる。また、多層膜とする場合、3
層多層膜でなく2層多層膜とした場合にも透過率の増加
が見られるが、3層多層膜の方がその効果が大きいこと
がわかる。
中、破線はITO(150nm)単層とした場合、実線
はITO(42nm)+Au(15nm)+ITO(4
2nm)からなる3層多層膜とした場合の特性を示す。
心波長(520nm)での透過率は80.0%であるの
に対し、金属膜を含む3層多層膜とした場合の透過率は
75.3%であり、透過率の低下は約5%にとどまっ
た。また、8cm×154μmのストライプ配線パター
ンを作製したところ、ITO単層とした場合の配線抵抗
が23.3kΩであったのに対し、3層多層膜とした場
合の配線抵抗は3.2kΩであり、約7分の1まで配線
抵抗を低減することができた。
膜厚を変え、種々のサンプルを作製した。先の例と異な
るのは、金属膜の材質であり、ここではAPC(Ag,
Pd,Cuの混合物)を用いた。これらのサンプルにつ
いて、光学薄膜シミュレーションにより、緑色光に対す
る透過率を調べた。結果を図7〜図9に示す。なお、図
7は金属膜(APC)の膜厚が10nmの場合、図8は
金属膜(APC)の膜厚が15nmの場合、図9は金属
膜(APC)の膜厚が20nmの場合である。
をAPCにした場合にも、多層化により透過率を増加す
ることができる。
明の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、有機
発光層の表示側に配される第1電極を、透明導電膜と金
属膜の多層膜としているため、配線抵抗を抑えることが
でき、同時に、光透過率の減少も抑えることができる。
また、本発明の製造方法によれば、緻密な膜(第1電
極)を形成することができ、配線抵抗が低く及び光透過
性に優れた電極形成が可能である。さらに、メタルマス
クを用いたパターニングを採用すれば、製造工程の煩雑
化を招くこともない。
各有機EL素子の有機発光層の表示側に配される第1電
極を、透明導電膜と金属膜の多層膜としており、配線抵
抗が抑えられると同時に、透過率の減少も抑えられてい
るので、補助電極を接続したり非発光エリアを設ける必
要がない。したがって、発光素子を効率良く配置するこ
とができ、パネルの輝度を上げることができる。また、
本来の電極パターンと異なるパターンの配線が不要であ
ることから、製造工程を煩雑化することもない。
ある。
あり、Au10nmとした場合の特性図である。
あり、Au15nmとした場合の特性図である。
あり、Au20nmとした場合の特性図である。
ある。
あり、APC10nmとした場合の特性図である。
あり、APC15nmとした場合の特性図である。
あり、APC20nmとした場合の特性図である。
金属層、3 有機EL層、3a 正孔輸送層、3b 有
機発光層、3c 電子輸送層、4 陰極、5 保護層
Claims (15)
- 【請求項1】 光透過性の基板上に少なくとも第1電
極、有機発光層、第2電極が順次積層されてなる有機エ
レクトロルミネッセンス素子において、 上記第1電極が多層膜とされていることを特徴とする有
機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項2】 上記多層膜は、透明導電膜と金属膜から
構成されていることを特徴とする請求項1記載の有機エ
レクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項3】 上記多層膜は、透明導電膜、金属膜、透
明導電膜の順に積層された3層膜であることを特徴とす
る請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項4】 上記金属膜は、Au,Ag,Al,C
u,Ni,Co,Fe,Mo,Nb,Pd,Ptから選
ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする請求項
2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項5】 上記透明導電膜は、酸化インジウム錫、
酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、
酸化亜鉛から選ばれる少なくとも1種からなることを特
徴とする請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス
素子。 - 【請求項6】 上記光透過性の基板は、高分子ポリマー
材料からなり、可撓性を有することを特徴とする請求項
1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項7】 光透過性の基板上に少なくとも第1電
極、有機発光層、第2電極を順次積層する有機エレクト
ロルミネッセンス素子の製造方法において、 上記第1電極を多層膜とし、この多層膜を構成する各膜
をスパッタ法により成膜することを特徴とする有機エレ
クトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 【請求項8】 上記スパッタ法により各膜を成膜するに
際し、メタルマスクを用いてパターニングすることを特
徴とする請求項7記載の有機エレクトロルミネッセンス
素子の製造方法。 - 【請求項9】 上記有機発光層及び第2電極を真空蒸着
法により成膜することを特徴とする請求項7記載の有機
エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 【請求項10】 光透過性の基板上に少なくとも第1電
極、有機発光層、第2電極が順次積層されてなる有機エ
レクトロルミネッセンス素子がマトリクス状に配列され
てなり、 各有機エレクトロルミネッセンス素子の第1電極が多層
膜とされていることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項11】 上記多層膜は、透明導電膜と金属膜か
ら構成されていることを特徴とする請求項10記載の画
像表示装置。 - 【請求項12】 上記多層膜は、透明導電膜、金属膜、
透明導電膜の順に積層された3層膜であることを特徴と
する請求項11記載の画像表示装置。 - 【請求項13】 上記金属膜は、Au,Ag,Al,C
u,Ni,Co,Fe,Mo,Nb,Pd,Ptから選
ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする請求項
11記載の画像表示装置。 - 【請求項14】 上記透明導電膜は、酸化インジウム
錫、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化
錫、酸化亜鉛から選ばれる少なくとも1種からなること
を特徴とする請求項11記載の画像表示装置。 - 【請求項15】 上記光透過性の基板は、高分子ポリマ
ー材料からなり、可撓性を有することを特徴とする請求
項10記載の画像表示装置。
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