JP2007109564A - 発光素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い密度で配列でき発光効率を向上できる発光素子を提供する。
【解決手段】平行に対向する第１及び第２電極の間に成膜された発光層と、発光層及び第１電極の間に成膜された有機半導体層と、第１電極における第２電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、を有する発光素子であって、第２電極における第１電極と対向している面の反対側に第２発光層、第３電極、第２有機半導体層及び第２絶縁層を介して配置された第２補助電極を積層した構造を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、キャリア輸送性（正孔又は電子の移動性）を有する化合物を利用し、かかる化合物からなる半導体層を備えた発光素子及び表示装置に関する。

現在、電界を印加して発光させる例えば物質におけるキャリア（正孔又は電子）の再結合によるエレクトロルミネセンス(以下、単にＥＬという)を利用している発光素子が着目されている。例えば、有機化合物材料を用いた注入型の有機ＥＬ素子による表示パネルを搭載したＥＬ表示装置が開発されている。有機ＥＬ素子には、赤色で発光する構造を有する赤色ＥＬ素子、緑色で発光する構造を有する緑色ＥＬ素子、及び青色で発光する構造を有する青色ＥＬ素子がある。これら赤、青、緑ＲＧＢで発光する３つの有機ＥＬ素子を１画素発光ユニットとして、複数画素をパネル部上にマトリクス状に配列すればカラー表示装置を実現することができる。かかるカラー表示装置による表示パネルの駆動方式として、パッシブマトリクス駆動型と、アクティブマトリクス駆動型が知られている。アクティブマトリクス駆動型のＥＬ表示装置は、パッシブマトリクス型のものに比べて、低消費電力であり、また画素間のクロストークが少ないなどの利点を有し、特に大画面表示装置や高精細度表示装置に適している。

アクティブマトリクス駆動型のＥＬ表示装置の表示パネルには、陽極電源供給線、陰極電源供給線、水平走査を担う走査線及び各走査線に交叉して配列された信号線が格子状に形成されている。走査線及び信号線の各ＲＧＢ交差部にＲＧＢサブピクセルが形成されている。

サブピクセル毎に、走査線選択用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲートには走査線が接続され、そのドレインには信号線が接続されて、そのソースには発光駆動用のＦＥＴのゲートが接続されている。発光駆動ＦＥＴのソースには陽極電源供給線を介して駆動電圧が印加され、そのドレインＤにはＥＬ素子の陽極端が接続されている。発光駆動ＦＥＴのゲート及びソース間にはキャパシタが接続されている。更に、ＥＬ素子の陰極端には、陰極電源供給線を介して接地電位が印加される。

有機ＥＬ素子に代表される従来の有機発光素子は基本的にダイオード特性を示す素子であり、製品化されているものはほとんどパッシブマトリックス駆動によるものである。パッシブマトリックス駆動法では、線順次駆動を行うため瞬間的に高い輝度を必要とし、走査線数の限界数が限られてしまうため高精細な表示装置を得ることが難しかった。近年ではポリシリコンなどを用いたＴＦＴを用いた有機ＥＬディスプレイが検討されているが、プロセス温度が高い、単位面積あたりの製造コストが高く大画面化に向かない。また有機ＥＬをＴＦＴを用いてアクティブ駆動させる際には１画素内に２つ以上のトランジスタと１つ以上のコンデンサを配置しなければならないが、ＴＦＴ自体が平面的な構造を持つ為に開口率を犠牲にしてしまいディスプレイに求められる輝度を得るためには有機ＥＬに大電流をながし高輝度で発光させなければならなくなる、などの欠点があった。

例えば、先行発明（特許文献１参照）では、図１に示すように、基体上に、陽極と、発光材料層を介して少なくともその一部が対向して設置されている陰極とからなる発光体において、陽極の発光材料層を介して陰極と対向している面と反対側の面に、絶縁層を介して補助電極が形成されている構造において、陽極と陰極との間に印加する電圧方向と同方向になるように、補助電極と陰極との間に電圧を印加する。この場合、素子自体の最大許容電流量が限られていることから最大輝度を上げるためには発光層に用いる材料を変更して発光材料自体の発光効率を向上させるしかないという問題があった。
特開２００２−３４３５７８公報

本発明の解決しようとする課題には、高い密度で配列でき発光効率を向上できる発光素子を提供することが一例として挙げられる。

請求項１記載の発光素子は、平行に対向する第１及び第２電極の間に成膜された発光層と、
前記発光層及び前記第１電極の間に成膜された有機半導体層と、
前記第１電極における前記第２電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、を有する発光素子であって、
前記第２電極における前記第１電極と対向している面の反対側に第２発光層、第３電極、第２有機半導体層及び第２絶縁層を介して配置された第２補助電極を積層した構造を有することを特徴とする。

請求項１５記載の表示装置は、複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、
前記発光部の各々は、平行に対向する第１及び第２電極の間に成膜された発光層と、
前記発光層及び前記第１電極の間に成膜された有機半導体層と、
前記第１電極における前記第２電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、を有する発光素子であって、
前記第２電極における前記第１電極と対向している面の反対側に第２発光層、第３電極、第２有機半導体層及び第２絶縁層を介して配置された第２補助電極を積層した構造を有することを特徴とする。

上記構成によれば、アクティブマトリックス駆動をする際に１画素内に配置されるデバイスの数を減らすことが可能であり、ポリシリコンなどを用いた有機ＥＬの表示装置と比較して低コスト化、低消費電力化、長寿命化ができる。さらに、発光素子がスイッチング特性を示しかつ、有機ＥＬ作製プロセスを大きく変更することなく、容易に作製可能である。

さらに、上記構成によれば、たとえば積層された２つの発光素子部分はほぼ同色を発光する構造を用いることにより従来の構造と比較して発光効率を向上させることができる。すなわち、先行発明の構造では素子自体の最大許容電流量が限られ、輝度を上げるためには発光層に用いる材料を変更して発光材料自体の発光効率を向上させるしかなかったが、当該構造では発光材料を変えることなく先行発明の構造と比較して、より多くの電流を流すことが可能になるので２倍程度まで発光輝度を向上させることができる。

また、２つの発光層にそれぞれ異なる波長の発光が得られる材料を用いることにより１つの発光素子から２色以上の表示色が得られるので、表示色の少ない表示デバイスの構成を簡略化することができ、２つの補助電極に印加される電圧を変化することにより、得られる発光のスペクトルが変化するデバイスを得ることができる。

発明を実施するための形態

以下に本発明の実施形態の発光素子の一例として有機ＥＬ表示パネルを図面を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の実施形態における、対向する１対の第１及び第２電極（陽極４及び陰極７）の間に成膜された発光層６を備えた基板１上に形成された発光素子の有機ＥＬ素子１１４を示す。

有機ＥＬ素子１１４は、基礎部分として、基板１上に補助電極２を第１補助電極、絶縁層３を第１絶縁層、陽極４を第１陽極（第１電極）、正孔注入層５を第１正孔注入層、発光層６を第１発光層、として形成した後、透明導電膜を用いて陰極７（第２電極）を共通電極として形成し、その後、基礎部分上に、第２発光層６ｂ、第２正孔注入層５ｂ、第２陽極４ｂ（第３電極）、第２絶縁層３ｂ、第２補助電極２ｂを順に形成してなる。ここで、正孔注入層５及び正孔注入層５ｂはキャリア輸送性の有機半導体層に属する。キャリア輸送性の有機半導体層としては、正孔注入層のほか、例えば正孔輸送層又はこれらの積層や、ブロック層などであってもよい。さらに、キャリア輸送性の有機半導体層としては、図示していないが、陰極７と発光層６及び第２発光層６ｂとの間の少なくとも一方に挿入して配置される、例えば電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層や、ブロック層などであってもよい。

陽極４及び第２陽極４ｂは格子状、櫛状又は簾状の形状のパターンで成膜される。このようにすれば、有機半導体層を通過するキャリアのためには都合がよい。すなわち、正孔注入層、正孔輸送層などの有機半導体層５側の陽極４は、有機半導体層を通過するキャリアのためのパターンを画定するように、形成されている。

また、第１陽極４と第２陽極４ｂは電気的に接続してもよく、さらに、それぞれ独立した別回路への接続でもよい。補助電極も同様に第１及び第２補助電極２、２ｂが電気的に接続されていてもよく、さらに、独立した接続でもよい。２つの発光層６、６ｂに異なる材料を用いた場合には第１陽極及び第２補助電極が第２陽極及び第２補助電極とは別の接続のほうが発光色の制御を行う時に有効に機能する。

本実施形態の有機ＥＬ素子は、１つの陰極を挟んで２つの発光層を有することにより、同一の発光層材料を用いれば同一電圧で発光輝度を２倍程度まで向上させることが可能となる。また、２つの発光層にそれぞれ異なる発光層材料を用いることにより、２つの補助電極に加える電位を変化させることにより２色以上の色を表現することが可能な素子が得られる。

本実施形態は、真空蒸着法などを用いガラス基板上にパターン化された補助電極２を形成し、その上に絶縁層３、正孔注入層５を真空蒸着法、スピンコート法などを用いて形成する。正孔注入層を形成した後に陽極を形成することで、塗布型の正孔注入材料の成膜性を向上させるとともに、塗布型正孔注入材料に留まらず真空蒸着法により形成した正孔注入材料でも、陽極に電圧を印加していない時（ＯＦＦ時）の陰極７に流れる電流、発光強度を低減化できる。その結果、陽極に電圧を印加した時（ＯＮ時）の電流、発光強度とＯＦＦ時の電流、発光強度のそれぞれの比が向上する。

基板１の材料としては、ガラス、石英、ポリスチレンなどのプラスチック材料といった半透明材料に限らず、シリコンやＡｌなどの不透明な材料、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂などを用いることができるがこれに限らない。

補助電極２、陽極４、第２補助電極２ｂ、第２陽極４ｂ及び陰極７の電極材料としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ：Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｍｇ：Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどの金属あるいはこれらの合金が挙げられる。あるいは、ポリアニリンやＰＥＤＴ：ＰＳＳなどの導電性高分子を用いることができる。あるいは、酸化物透明導電薄膜、例えば錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）のいずれかを主組成としたものを用いることができるが、これに限定されない。また、各電極の厚さは１０〜５００ｎｍ程度が好ましい。陰極７材料と補助電極２には特に５０〜３００ｎｍの範囲が適している。陰極７材料には特に１０〜２００ｎｍ程度の範囲が適している。これらの電極材料は真空蒸着法、スパッタ法で作製されたものが好ましい。

陽極材料（４、４ｂ）の仕事関数の値と有機半導体層５のイオン化ポテンシャルの値との差が０．５ｅＶ以内であることが好ましい。陽極及び陰極の間に印加する電圧方向と逆方向になるように、補助電極と有機半導体層側の電極との間に電圧が印加されるときに、発光層が発光する。陽極の材料は、その仕事関数の値は有機半導体層５のイオン化ポテンシャルの値より小であるものから、選択される。なお、陽極の仕事関数Ｗｆ１及びキャリア抑止層ＢＦの仕事関数Ｗｆ２は真空準位（０ｅＶ）から各フェルミ準位へと測定したエネルギーである。有機半導体層５のイオン化ポテンシャルＩｐ１は真空準位から価電子帯上端の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）準位へと測定したエネルギーである。電子親和力Ｅａは０ｅＶの基準エネルギー準位の真空準位（ＶＡＣＵＵＭ ＬＥＶＥＬ）から伝導帯下端の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）準位へと測定したエネルギーである。

絶縁層３には、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄に代表される種々の絶縁材料を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることができる。また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びアノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマー体を含むホスファゼン化合物、などを用いることもできる。

正孔注入層５は、陽極４からの正孔の注入を容易にする機能、正孔を安定に輸送する機能を有し、その材料には銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）に代表されるポルフィリン誘導体、ペタセンに代表されるポリアセン、ｍ−ＴＤＡＴＡに代表されるスターバーストアミンと呼ばれる高分子アリールアミンが低分子系ではよく用いられる。また、ポルフィリン誘導体やトリフェニルアミン誘導体などにルイス酸や四フッ化テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）などを混合し導電性を高くした層を用いることもできる。この時、混合比率は重量比率で５〜９５％の割合で混合されていることが好ましい。また、高分子系ではポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの高分子材料を用いることができる。また、正孔注入層５はこれらの材料の混合層、もしくは積層したものでもよい。

発光層６には、発光機能を有する化合物である蛍光物質もしくは燐光物質を含有させる。このような蛍光性物質としては、例えば特開６３−２６４６９２号公報に開示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブレン、スチリル系色素などの化合物から選択される少なくとも１種が挙げられる。燐光性物質としてはＡｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ７５巻、４項、１９９９年にあるような有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体などが挙げられる。

また、図３に示すように、他の実施形態として、正孔注入層５と発光層６の間に有機半導体層として正孔輸送層１３Ａを挿入した以外、図２に示す有機ＥＬ素子１１４と同一の素子がある。正孔輸送層１３Ａの材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を有するアミン誘導体、カルバゾール誘導体、高分子材料としてはポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリチオフェンなどが挙げられる。これらの化合物は２種以上を併用してもよい。さらに、一般的に、正孔輸送層は正孔注入層よりもイオン化ポテンシャルＩｐが大きい有機半導体材料を用いた方が好ましい。図示しないが、この実施形態に更に第２正孔注入層５ｂと第２発光層６ｂの間に有機半導体層として第２正孔輸送層を挿入し、補助電極／絶縁層／陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極／第２発光層／第２正孔輸送層／第２正孔注入層／第２陽極／第２絶縁層／第２補助電極という構成をとってもよい。

さらに、図４に示すように、他の実施形態として、発光層６と陰極７の間に有機半導体層として電子注入層１３Ｂを挿入した以外、図２に示す有機ＥＬ素子１１４と同一の素子がある。図示しないが、この実施形態に更に電子注入層及び発光層間に電子輸送層を設けることもできる。電子注入層及び又は電子輸送層には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などの８−キノリノール又はその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などを用いることができる。電子注入層及び又は電子輸送層は発光層６をかねたものであってもよく、このような場合にはトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどを使用することが好ましい。電子注入層と電子輸送層を積層して作成するときには、陰極７側から電子親和力の値の大きい化合物の順に積層することが好ましい。図示しないが、この実施形態に更に陰極７と第２発光層６ｂの間に有機半導体層として第２電子注入層を挿入し、補助電極／絶縁層／陽極／正孔注入層／発光層／電子注入層／陰極／第２電子注入層／第２発光層／第２正孔注入層／第２陽極／第２絶縁層／第２補助電極という構成をとってもよい。

またさらに、図５に示すように、他の実施形態として、陽極４及び正孔注入層５との間及び第２陽極４ｂ及び第２正孔注入層５ｂとの間に接触して挿入されたキャリア抑止層ＢＦを挿入した以外、図２に示す有機ＥＬ素子１１４と同一の素子がある。キャリア抑止層ＢＦにより、陽極４が正孔注入層５に接触するキャリア供給部ＣＰＰを画定する。この場合、キャリア抑止層ＢＦの仕事関数の値は陽極４の仕事関数の値より小である。この場合、キャリア抑止層ＢＦの材料は、その仕事関数の値が正孔注入層５のイオン化ポテンシャルの値より大であるものから、選択される。本実施形態では、陽極４の金属材料と異なる金属材料からなるキャリア抑止層ＢＦを陽極４に積層して、キャリア抑止層ＢＦにより、正孔注入層５に注入されるキャリアの経路を規定する。

有機半導体中のキャリア移動のために、キャリア抑止層ＢＦは、そのイオン化ポテンシャルの条件すなわち、接触電極の仕事関数と有機半導体層のイオン化ポテンシャルとの間の仕事関数（又はイオン化ポテンシャル）の値に基づいて選択される。キャリアの移動を阻害するにはエネルギー障壁が大であるほうがよいからである。

本実施形態で使用するキャリア抑止層ＢＦの材料としては、具体的には、イオン化ポテンシャルＩｐ１（ｅＶ）を有する正孔注入材料（正孔注入層５）と仕事関数Ｗｆ１（ｅＶ）を有する陽極４と、仕事関数Ｗｆ２（ｅＶ）を有するキャリア抑止層ＢＦとを積層したとき、Ｉｐ１とＷｆ２はＩｐ１＞Ｗｆ２という関係を有することが好ましい。かかるキャリア抑止層ＢＦの挿入によって、陽極４からキャリア抑止層ＢＦを介した有機半導体層へと障壁になり、電流が流れ難くなる。

また、この時、Ｉｐ１とＷｆ１はＩｐ１＜Ｗｆ１であることが望ましいが、Ｉｐ１≧Ｗｆ１としてもよく、Ｉｐ１とＷｆ１の差は０．５ｅＶ以内であればよい。正孔注入層５と陽極４が接触する面での正孔注入は妨げられないが、正孔注入層とキャリア抑止層ＢＦが接触する面ではその仕事関数の差から正孔が注入されることがなく、補助電極２にかかる電圧によらない電流成分を抑えることにより、ＯＦＦ電流を低減させ輝度のＯＮ／ＯＦＦ比を向上することができる。

またさらに、他の実施形態として、陽極を共通電極として１つの陽極を挟んで２つの発光層を有することによっても、上記同様な効果を奏する。例えば、図６に示すように、有機ＥＬ素子１１４は、基礎部分として、基板１上に補助電極２を第１補助電極、絶縁層３を第１絶縁層、陰極７を第１陰極（第１電極）、電子注入層１３Ｂを第１電子注入層、発光層６を第１発光層、正孔輸送層１３Ａを第１正孔輸送層、正孔注入層５を第１正孔注入層、として形成した後、透明導電膜を用いて陽極４（第２電極）を共通電極として形成し、その後、基礎部分上に、第２正孔注入層５ｂ、第２正孔輸送層１３Ａｂ、第２発光層６ｂ、第２電子注入層１３Ｂｂ、第２陰極７ｂ（第３電極）、第２絶縁層３ｂ、第２補助電極２ｂを順に形成してなる。

さらに、他の実施形態として、第２補助電極上に積層された中間絶縁膜を備え、前記中間絶縁膜上に形成された１対の電極に挟まれた第３の発光層を備え、３つの発光層を有することによっても、上記同様な効果を奏する。例えば、図７に示すように、有機ＥＬ素子１１４は、基礎部分として、図２に示す実施形態の第２補助電極上に中間絶縁膜ＭＩＬを形成した後、その上に、第３補助電極２ｃ、第３絶縁層３ｃ、第３陽極４ｃ、第３正孔注入層５ｃ、第３発光層６ｃ、第２陰極７ｂと、順に形成し同様の素子構造を繰り返して構成できる。その際、３つの発光層に赤、緑、青色を発光する発光材料を用いることで１つの素子で１つの画素を構成することが可能になる。

上記実施形態では、絶縁層は補助電極と正孔注入層の間にしか設けていなかったが、陽極上に陽極とほぼ同一形状の絶縁膜を形成して、陽極及び陰極間の漏れ電流をさらに減少させる構造としてもよい。

本実施形態により、１つの陰極又は陽極を共有して発光層を２つ有してさらに独立に駆動することができるため、発光面の大きさや発光層材料を変えることなく１つの素子から得られる最大輝度を向上させることができる。さらに２つの発光層材料に異なる発光色が得られる材料を用いることで１つの素子で表現できる色を増やすなどの効果が得られる。

さらに実施形態の発光素子を用いることで、アクティブマトリックス駆動をする際に１画素内に配置されるデバイスの数を減らすことが可能であり、ポリシリコンなどを用いた有機ＥＬの表示装置と比較して低コスト化、低消費電力化、長寿命化が可能となる。さらに従来構造の素子と比較して約２倍程度の発光輝度が得られるため従来素子と同じ輝度を得る際に低い電圧で駆動することができるため素子にかかる負担が軽く長寿命化が可能となる。また、少なくとも２つの発光層にそれぞれ異なる波長の発光が得られる材料を用いることにより１つの発光素子から２色以上の表示色が得られるので、画素の数を増やすことなく表現色の多い発光表示装置を容易に作製することが可能になる。

また、上記実施形態では発光素子を示したが、発光素子の複数を表示装置の画素に用いることもできる。具体的には、少なくとも有機トランジスタを１つ、コンデンサなど必要な素子、画素電極などを共通の基板上に作製すれば、本発明によるアクティブ駆動型の表示装置を実現できる。例として、以下に表示装置に適用した場合の構造を説明する。

図８は、図２に示す有機ＥＬ素子１１４において第１及び第２陽極４−４ｂが電気的に接続されかつ第１及び第２補助電極２−２ｂも電気的に接続されているものを用いた有機ＥＬ表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。

基板上に形成された発光部の各々は、選択用トランジスタのスイッチング有機ＴＦＴ素子１１１と、データ電圧の保持用のキャパシタ１１３と、有機ＥＬ素子１１４と、から構成されている。この構成を走査線ＳＬ及び電源供給線ＶｃｃＬ、並びに信号線ＤＬの各交点近傍に、配置することで画素の発光部を実現することができる。本実施形態では駆動用トランジスタを省略する効果が得られるが、駆動有機ＴＦＴ素子を２以上設けた場合にも適用できる。

スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１のゲート電極Ｇは、アドレス信号が供給される走査線ＳＬに接続され、スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１のソース電極Ｓはデータ信号が供給される信号線ＤＬに接続されている。スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１のドレイン電極Ｄは有機ＥＬ素子１１４の第１及び第２補助電極２−２ｂとキャパシタ１１３の一方の端子に接続されている。有機ＥＬ素子１１４の陰極７は電源供給線ＶｃｃＬに接続されており、キャパシタ１１３の他方は接地されている。有機ＥＬ素子１１４の第１及び第２陽極４−４ｂは接地されている。

有機ＥＬ表示パネルの基板上の走査線ＳＬ、スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１のゲート電極Ｇ、有機ＥＬ素子１１４の第１及び第２補助電極２−２ｂとキャパシタ１１３の他方の端子は、例えば陽極酸化が可能な導電体パターンである。これら導電体パターンから陽極酸化されて生成された酸化膜がそれぞれの導電体パターン上の絶縁膜、絶縁層となる。

有機ＴＦＴ素子１１１は、有機ＥＬ表示パネルの基板上に有機ＥＬ素子１１４とともに作り込まれた、対向するソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄと、ソース電極及びドレイン電極の間にチャネルを形成できるように積層された有機半導体からなる有機半導体膜と、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄの間の有機半導体膜に電界を印加せしめるゲート電極Ｇと、を含み、さらに、ゲート電極Ｇを覆いソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄから絶縁するゲート絶縁膜を有している。

図９は、図８の発光部（有機ＥＬ素子１１４）の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図を示す。走査線ＳＬ各々は走査線用ドライバＳＬＤに接続され、信号線ＤＬはデータ線用ドライバＤＬＤに接続され、電源供給線ＶｃｃＬは電源に接続される。

図１０は、他の実施例としての図２に示す有機ＥＬ素子１１４において第１及び第２陽極４−４ｂが電気的に接続されるが、第１及び第２補助電極２、２ｂが電気的に別個の回路に接続されているものを用いた有機ＥＬ表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。

スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂのゲート電極は、アドレス信号が供給される走査線ＳＬに接続され、スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂのソース電極はそれぞれ信号線ＤＬ、ＤＬｂに接続されている。スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂのドレイン電極は有機ＥＬ素子１１４の第１及び第２補助電極２、２ｂとキャパシタ１１３、１１３ｂの一方の端子にそれぞれ接続されている。有機ＥＬ素子１１４の陰極７は電源供給線ＶｃｃＬに接続されており、キャパシタ１１３の他方は接地されている。有機ＥＬ素子１１４の第１及び第２陽極４−４ｂは接地されている。

図１１は、図１０の発光部（有機ＥＬ素子１１４）の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図を示す。走査線ＳＬ各々は走査線用ドライバＳＬＤに接続され、信号線ＤＬ、ＤＬｂはそれぞれデータ線用ドライバＤＬＤ、ＤＬＤｂに接続され、電源供給線ＶｃｃＬは電源に接続される。

図１２は、さらなる他の実施例としての図７に示す有機ＥＬ素子１１４において第１、第２及び第３陽極４−４ｂ−４ｃが電気的に接続されるが、第１、第２及び第３補助電極２、２ｂ、２ｃが電気的に別個の回路に接続されているものを用いた有機ＥＬ表示パネルのサブピクセルの発光部を示す等価回路図を示す。

スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂ、１１１ｃのゲート電極は、アドレス信号が供給される走査線ＳＬに接続され、スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂ、１１１ｃのソース電極はそれぞれ信号線ＤＬ、ＤＬｂ、ＤＬｃに接続されている。スイッチング有機ＴＦＴ素子１１１、１１１ｂ、１１１ｃのドレイン電極は有機ＥＬ素子１１４の第１、第２及び第３補助電極２、２ｂ、２ｃとキャパシタ１１３、１１３ｂの一方の端子にそれぞれ接続されている。有機ＥＬ素子１１４の陰極７は電源供給線ＶｃｃＬに接続されており、キャパシタ１１３の他方は接地されている。有機ＥＬ素子１１４の第１、第２及び第３陽極４−４ｂ−４ｃは接地されている。

図１３は、図１２の発光部（有機ＥＬ素子１１４）の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図を示す。走査線ＳＬ各々は走査線用ドライバＳＬＤに接続され、信号線ＤＬ、ＤＬｂ、ＤＬｃはそれぞれデータ線用ドライバＤＬＤ、ＤＬＤｂ、ＤＬＤｃに接続され、電源供給線ＶｃｃＬは電源に接続される。

（実施例１）
図１４に示すような発光素子を作製した。図１４は図２の発光素子の基板側から見た平面図である。図１４に示すように、第１及び第２陽極４−４ｂは櫛状又は簾状の形状として形成しているが、格子状でもよく、さらに陽極を格子状、櫛状又は簾状の形状とすれば、有機半導体層を通過するキャリアのためのパターンを画定することができる。

さらに、補助電極／絶縁層／陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極／第２発光層／第２正孔輸送層／第２正孔注入層／第２陽極／第２絶縁層／第２補助電極という構成の発光素子を作製した。

かかる発光素子は以下の（１）〜（１３）の工程で作製した。

（１） 補助電極の形成…無アルカリガラス基板上にＩＴＯをスパッタリング法により１００ｎｍ形成したのち、フォトレジストをスピンコートにより塗布する。光学マスクを用いた露光と現像により先のフォトレジストをパターン化し、その上からミリングによりフォトレジストパターンの無い部分のＩＴＯ膜を取り除く、最後に剥離液を用いてフォトレジストを溶解させた。

（２） 絶縁層の形成…絶縁層としてポリビニルフェノール系高分子８ｗｔ％プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶液を用いてスピンコート法により３００ｎｍ成膜した。その後、補助電極上の端部に成膜された高分子膜を、ＰＧＭＥＡを含ませたコットンにより拭き取り、ホットプレートを用いて２００℃で１８０分間ベーキングを行った。

（３） 陽極の形成…陽極として、メタルマスクを用いた真空蒸着法により金を５０ｎｍ成膜した。金の成膜速度は０．１ｍ／ｓとした。続いて同じマスクを用いてアルミニウムを真空蒸着法により１０ｎｍ成膜した。この時のアルミニウムの成膜速度は０．２ｎｍ／ｓとした。

（４） 正孔注入層の形成…正孔注入層として、ペンタセンを５０ｎｍ成膜した。この時ペンタセンの成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。

（５） 正孔輸送層の形成…正孔輸送層として、α−ＮＰＤを５０ｎｍ成膜した。

（６） 発光層の形成…発光層材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを真空蒸着法により６０ｎｍ成膜した。

（７） 陰極の形成…陰極として銀を真空蒸着法により１５ｎｍ蒸着した。この時、銀の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。

（８） 第２発光層の形成…第２発光層として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを真空蒸着法により６０ｎｍ成膜した。

（９） 第２正孔輸送層の形成…第２正孔輸送層として、α−ＮＰＤを成膜した。

（１０） 第２正孔注入層の形成…第２正孔注入層として、ペンタセンを０．１ｎｍ／ｓの成膜速度で５０ｎｍ成膜した。

（１１） 第２陽極の形成…第２陽極として、メタルマスクを用いてアルミニウムを２０ｎｍ成膜した後続けて金を真空蒸着法により２０ｎｍ成膜した。この時メタルマスクにより成膜範囲を（３）工程で形成した陽極と同じ範囲になるようにし、さらに電気的に接続するように形成した。

（１２） 第２絶縁層の形成…第２絶縁層として電子ビームを用いた真空蒸着法によりＳｉＯ₂を２００ｎｍ成膜した。

（１３） 第２補助電極の形成…第２補助電極として真空蒸着法により金を蒸着した。このときメタルマスクを用いて成膜範囲を制限すると共に（１）工程で作成した補助電極と電気的に接続されるように形成した。

なお、（３）〜（１３）の工程はすべて真空一貫装置で行った。

（実施例２）
また、図１５に示すような発光素子を作製した。図１５は図６の発光素子の基板側から見た平面図である。

次の工程（１）〜（１５）の工程で図６に示す発光素子を作製した。

（１） 補助電極の形成…無アルカリガラス基板上にＩＴＯをスパッタリング法により１００ｎｍ形成したのち、実施例１と同様にＩＴＯをパターニングした。

（２） 絶縁層の形成…絶縁層としてスパッタリング法によりＳｉＯ₂を３００ｎｍ成膜した。この時、補助電極の一部に絶縁層が成膜されないようにメタルマスクを用いて成膜範囲を限定した。

（３） 陰極の作製…陰極としてマグネシウムと銀を真空蒸着法により１０：１の比で２０ｎｍ共蒸着した。この時マグネシウムの成膜速度は１ｎｍ／ｓとし、銀の成膜速度は０．１ｎｍ／ｓとした。その後、同一のマスクを用いてプラチナを２０ｎｍ蒸着した。

（４） 電子注入層の形成…電子注入層として、フラーレンＣ₆₀の炭素膜を真空蒸着法により成膜した。

（５） 発光層の形成…発光層材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）とルブレンを真空蒸着法により共蒸着し４０ｎｍ成膜した。この時ルブレンの濃度は３ｗｔ％であった。Ａｌｑ３の成膜速度は０．３ｎｍ／ｓであった。

（６） 正孔輸送層の形成…正孔輸送層としてα−ＮＰＤを５０ｎｍメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。

（７） 正孔注入層の形成…正孔注入層としてＣｕＰｃを３０ｎｍメタルマスクを用いて真空蒸着法により成膜した。

（８） 陽極の形成…陽極として金ＩＺＯを真空蒸着法により３０ｎｍ蒸着した。

（９） 第２正孔注入層の形成…第２正孔注入層として、（７）と同様にＣｕＰｃを３０ｎｍ成膜した。

（１０） 第２正孔輸送層の形成…第２正孔輸送層として（６）工程と同様にα−ＮＰＤを５０ｎｍ成膜した。

（１１） 第２発光層の形成…第２発光層としてＢ−Ａｌｑ３をメタルマスクを用いた真空蒸着法により３０ｎｍ成膜した。

（１２） 第２電子注入層の形成…第２電子注入層として、（４）工程と同様にＣ６０を真空蒸着法により成膜した。

（１３） 第２陰極の形成…第２陰極として（３）と同様にプラチナを２０ｎｍ成膜したのちにマグネシウムと銀を２０ｎｍ共蒸着した。このときメタルマスクは（３）工程と同じものを用い、（３）工程で形成した陰極と電気的に接続されるよう形成した。

（１４） 第２絶縁層の形成…第２絶縁層として電子ビームを用いた真空蒸着法によりＳｉＯ₂を３２００ｎｍ成膜した。

（１５） 第２補助電極の形成…第２補助電極として真空蒸着法により金を蒸着した。このときメタルマスクを用いて成膜範囲を（１）工程で作成した補助電極との電気的な接続がないように制限した。

なお、（３）〜（１５）の工程はすべて真空一貫装置で行った。

従来の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分断面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ表示装置のサブピクセル発光部を示す等価回路図である。 図８の発光部の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ表示装置のサブピクセル発光部を示す等価回路図である。 図１０の発光部の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ表示装置のサブピクセル発光部を示す等価回路図である。 図１２の発光部の複数をマトリクス配置して画素に用いた有機ＥＬ表示パネルを示す構成図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分平面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分平面図である。 本発明による他の実施形態の有機ＥＬ素子を示す部分平面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 補助電極
３ 絶縁層
４ 陽極
５ 有機半導体層（正孔注入層）
６ 発光層
７ 陰極
１３Ａ 正孔輸送層
１３Ｂ 電子注入層
１１３ キャパシタ
１１４ 有機ＥＬ素子
ＢＦ キャリア抑止層
ＤＬ 信号線
ＳＬ 走査線
ＶｃｃＬ 電源供給線

Claims (16)

1. 平行に対向する第１及び第２電極の間に成膜された発光層と、
   前記発光層及び前記第１電極の間に成膜された有機半導体層と、
   前記第１電極における前記第２電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、を有する発光素子であって、
   前記第２電極における前記第１電極と対向している面の反対側に第２発光層、第３電極、第２有機半導体層及び第２絶縁層を介して配置された第２補助電極を積層した構造を有することを特徴とする発光素子。
2. 前記第１電極及び前記第３電極並びに前記第２電極は陽極並びに陰極であり、前記有機半導体層及び第２有機半導体層の少なくとも一方は正孔注入層、正孔輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 前記発光層及び前記第２電極の間と前記第２発光層及び前記第２電極の間との少なくとも一方に成膜された補助有機半導体層を有し、前記補助有機半導体層は電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
4. 前記第１電極及び前記第３電極並びに前記第２電極は陰極並びに陽極であり、前記有機半導体層及び第２有機半導体層の少なくとも一方は電子注入層、電子輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
5. 前記発光層及び前記第２電極の間と前記第２発光層及び前記第２電極の間との少なくとも一方に成膜された補助有機半導体層を有し、前記補助有機半導体層は正孔注入層、正孔輸送層又はこれらの積層であることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
6. 前記第１及び第３電極は、格子状、櫛状又は簾状の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光素子。
7. 前記第２電極は、透明材料又は半透明材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光素子。
8. 前記第１及び前記有機半導体層の間並びに第３電極及び前記第２有機半導体層の間の少なくとも一方に接触して挿入されたキャリア抑止層を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。
9. 前記発光層及び前記第２発光層は同一の発光層材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
10. 前記第１及び第２発光層は互いに異なる発光層材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
11. 前記第１及び第３電極は互い接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の発光素子。
12. 前記第１及び第３電極は互いに異なる電源に接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の発光素子。
13. 前記第２補助電極上に積層された中間絶縁膜を有し、前記中間絶縁膜上に形成されかつ、
    平行に対向する第４及び第５電極の間に成膜された第３発光層と、
    前記第３発光層及び前記第４電極の間に成膜された第３有機半導体層と、
    前記第４電極における前記第５電極と対向している面の反対側に第３絶縁層を介して配置された第３補助電極と、を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の発光素子。
14. 前記中間絶縁膜及び前記中間絶縁膜に近い側の第４電極又は第５電極又は第３補助電極は、透明材料又は半透明材料からなることを特徴とする請求項１２記載の発光素子。
15. 複数の発光部をマトリクス状に配置した表示装置であって、
    前記発光部の各々は、平行に対向する第１及び第２電極の間に成膜された発光層と、
    前記発光層及び前記第１電極の間に成膜された有機半導体層と、
    前記第１電極における前記第２電極と対向している面の反対側に絶縁層を介して配置された補助電極と、を有する発光素子であって、
    前記第２電極における前記第１電極と対向している面の反対側に第２発光層、第３電極、第２有機半導体層及び第２絶縁層を介して配置された第２補助電極を積層した構造を有することを特徴とする表示装置。
16. 前記発光部ごとに前記補助電極に電気的に接続されたスイッチング素子を備え、前記１対の電極に電力を供給する配線と、前記スイッチング素子にオンオフの電圧情報を印加する配線と、を有することを特徴とする請求項１５記載の表示装置。

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