JPH08124679A

JPH08124679A - エレクトロ・ルミネッセンス装置

Info

Publication number: JPH08124679A
Application number: JP6260391A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Takeda; 和也武田; Toshio Matsumoto; 敏男松本; Tokio Mizukami; 時雄水上; Akio Kuwabara; 昭夫桑原
Original assignee: AIMESU KK; IBM Japan Ltd
Current assignee: AIMESU KK; IBM Japan Ltd
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ジュール熱による発光の劣化を改善し、耐環境
特性が優れたエレクトロ・ルミネッセンス装置を提供。【構成】ガラス基板５０１上に形成された金属薄膜５０
２に接して電子注入カソード層５０３が形成され、電子
注入カソード層上にエレクトロルミネッセンス発光層５
０４及びホール注入アノード層５０６が形成され、上記
電子注入カソード層、エレクトロ・ルミネッセンス発光
層及びホール注入アノード層の積層体の外側表面が透光
性の保護膜５０８により封止されている。基板は絶縁層
を表面に有する金属基板、可撓性有機材料の基板、又は
ガラス基板・金属薄膜は光を反射させる導電性金属。電
子注入カソード層の材料はカルシウム、リチウム及びマ
グネシウムからな群から選択の１つの材料。材料の厚さ
は１００Å乃至５００Å、発光層の材料はトリスー（８
−ヒドロキシ−キノリーノ）アルミニウム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フラット・パネル表示
装置として使用される有機薄膜エレクトロ・ルミネッセ
ンス(ＥＬ)装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９８７年に発表されたEastman Kodak
社のC.W.Tang等の研究報告以来（C.W.Tang and S.A.Van
slyke, "Organic Electroluminescent Diodes", Appl.
Phys. Lett., Vol.51,12, pp.913-915, Sept. 1987),有
機薄膜ＥＬデバイスの研究及び開発は、活発に行われて
いる。それらの有機薄膜ＥＬデバイスの構造は、”光電
相互変換機能をもつ有機薄膜の最近の発達”筒井哲
夫、安達千波矢、斉藤省吾、応用物理、第５９巻、第
１２号、第１５８０ー１５９２頁の論文で、singlehete
ro‐A型（ＳＨーA）、single hetero‐B型（ＳＨ−
Ｂ）、およびdouble hetero型（ＤＨ）の３種類に大別
され、図１、図２及び図３に示すような構造を有する。

【０００３】図１に示すＳＨ−Ａ型では、ガラス基板２
０１の上に、ホール注入層となるアノードとして透明性
のIndiuｍ Tin 0xide（ＩＴＯ）層２０２、ホール輸送
層２０３、発光層となる電子輸送層２０４、主にＭｇＡ
ｇ共蒸着合金で作られる電子注入層となるカソード２０
５が積層構成される。

【０００４】図２に示すＳＨ−Ｂ型では、ガラス基板３
０１の上に、ホール注入層となるアノードとしてＩＴＯ
層３０２、発光層となるホール輸送層３０２、電子輸送
層３０４、主にＭｇＡｇ共蒸着合金で作られる電子注入
層となるカソードが積層構成される。

【０００５】図３に示すＤＨ型では、ガラス基板４０１
の上に、ホール注入層となるアノードとしてＩＴＯ層４
０２、ホール輸送層４０３、両性輸送性を有する材科で
作られた発光層４０４、電子輸送層４０５、主にＭｇＡ
ｇ共蒸着合金で作られる電子注入層となるカソード４０
６が順次積層構成される。

【０００６】図１乃至３に示した構造を保護する方法の
一つについて説明すると、ＧｅＯ（酸化ゲルマニウム）
又はＬｉＦ（フッ化リチウム）の蒸着膜でパッシベーシ
ョンした後に、更に紫外線接着剤を使用してガラスを付
ける方法がある。カソード層及びアノード層に対する電
気的接続は、異方性導電性ゴム若しくは導電性接着剤を
使用して行うことが出来、又はコネクタ若しくはクリッ
プ等を直接接触させることもできる。

【０００７】上記３種類の構造とも、すべて、発光のメ
カニズムが電場印加による電子とホールの二重注入とそ
の再結合であるため、この種のデバイスはキャリア注入
型と呼ばれている。高効率にＥＬ発光をさせるために
は、キャリア注入効率の高い材料が有利であることが知
られている。すなわち、ホール注入層となるアノード層
としては、ホール輸送層ヘホールを効率良く注入させる
ために仕事関数の高い材料が良く、一方、電子注入層と
なるカソード層としては電子輸送層へ電子を効率良く注
入させるために仕事関数の低い材料が適するとされてい
る。

【０００８】ＥＬデバイス用の層は、少なくともアノー
ド層若しくはカソード層の一方が透明でなければ、光を
外部に放射することがてきないため、透光性を有するＩ
ＴＯが広く採用されている。ＩＴＯの仕事関数は４．１
ｅＶであるとの文献報告があり（G.Gustafsson, Y.Cao,
G.M.Treacy, F.Klavetter, N.Colaneri, and A.J.Hee
ger,"Flexible Light-Emitting Diodes Made from Solu
ble Conducting Polymers", Nature, Vol.357, pp.477-
479, June, 1992)、仕事関数が高いため主にアノード層
に使用される。一方、カソード層は、ＩＴＯよりも低い
仕事関数をもつ材料であることが必要で、なるべく値の
低いものが望まれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来型の有機薄膜ＥＬ
デバイスの問題点を列挙すると次の通りである。

【００１０】（１）従来型の有機薄膜ＥＬデバイスで
は、電子注入カソード層２０５、３０５、４０６がＥＬ
デバイスの最外部にある構造となっている。前述のよう
に、電子注入カソード層２０５、３０５、４０６は、電
子注入効率を上げるために仕事関数の低い材料、言い換
えれば、化学的に活性で酸化し易い材料で作られる。し
たがって、これを最外部に配置するのは、Ｅｌデバイス
自体の使用環境下での機能安定性を考えると好ましいも
のではない。

【００１１】機能安定性を改良するために、従来型の有
機薄膜Ｅｌデバイスでは電子注入カソード層２０５、３
０５、４０６を成膜する際、Ａｇ等の化学的に安定した
金属を低仕事関数の材料に加えて共蒸着させることが一
般的である。この場合、複数の蒸着源が必要になる上、
共蒸着量の制御が必要となり、成膜プロセスが複雑にな
らざるを得ない。

【００１２】（２）有機薄膜ＥＬデバイスは、キャリア
注入型の発光であるため、ＥＬ発光に変換されない電気
エネルギーはジュール熱に変換される。このジュール熱
のため、デバイスの温度が上昇して、デバイスを構成す
る有機薄膜材料のガラス転移点を越えると急速に発光が
劣化する。デバイスの長寿命化のためには、ジュール熱
の発生を減らすことが基本的解決策であるが、ＥＬ発光
効率を１００％にすること、すなわちジュール熱の発生
を零にすることは、現実には不可能である。したがっ
て、発生したジュール熱を効率良く外部へ発散させるこ
とが二次的対策として重要である。従来型の有機薄膜Ｅ
Ｌデバイスの構造では、放熱経路として主に考えられる
のは、発熱源からガラス基板２０１、３０１若しくは４
０１への熱伝導と、ガラス基板２０１、３０１、若しく
は４０１から使用環境の空気中への熱伝達である。とこ
ろが、常温でのガラスの熱伝導率は約１Ｗ／ｍ／Ｋであ
り、金属材料に比べて著しく劣る。これは、代表的な金
属材料であるアルミニウム（ｋ＝２３７Ｗ／ｍ／Ｋ）、
Ｃｕ（ｋ＝４０２Ｗ／ｍ／Ｋ），Ａｇ（ｋ＝４２７Ｗ／
ｍ／Ｋ）と比較すると、二桁以上も低い値である。この
ことは、仮に金属と同等の熱伝導率を有するような基板
が使用できれば、ＥＬ発光の劣化を改善できることを示
す。しかしながら、従来型の有機薄膜ＥＬデバイスで
は、その構造上基板は透光性でなければならないため
に、金属のような高熱伝導性の材料を使用することは不
可能である。

【００１３】（３）基板２０１、３０１及び４０１の材
料としては、光を外部に放出するために、透明なガラス
若しくは透明なポリエチレンテレフタレート等のポリマ
ー・フィルムに限定されている。

【００１４】（４）大きな発光面を持つＥＬデバイスで
は、ＥＬ発光強度の面内分布が均一であることが望まれ
る。面内発光強度分布を均一にするための条件は、層を
十分な膜厚値で、かつ均一に成膜することである。従来
型の有機薄膜ＥＬデバイスでは、電子注入層２０５、３
０５、４０５を成膜する方法として、真空蒸着法が一般
に採用されている。しかしながら、真空蒸着法で厚い膜
を付着しようとする場合、プロセス時間が長くなる。
又、大きな発光面に対して均一な膜厚に付着するのは困
難である。メッキなどの湿式成膜法は、高厚膜化と高均
一化の両方の点で有利であるが、直下に有機薄膜が存在
している従来型のＥＬデバイスでは採用できない。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも電
子注入カソード層、エレクトロ・ルミネッセンス発光層
及びホール注入アノード層を有するエレクトロ・ルミネ
ッセンス装置に関し、そしてこの装置において、基板上
に形成された金属薄膜に接して電子注入カソード層が形
成され、該電子注入カソード層の上にエレクトロルミネ
ッセンス発光層及びホール注入アノード層が形成され、
上記電子注入カソード層、上記エレクトロ・ルミネッセ
ンス発光層及び上記ホール注入アノード層の積層体の外
側表面が、透光性の保護膜により封止されている。

【００１６】上記基板は、絶縁層を表面に有する金属基
板、可撓性有機材料の基板、又はガラス基板である。

【００１７】上記金属薄膜は、光を反射させる導電性金
属である。

【００１８】上記電子注入カソード層の材料は、カルシ
ウム、リチウム及びマグネシウムからなる群から選択さ
れた１つの材料である。

【００１９】上記電子注入カソード層の材料の厚さは、
１００Å乃至５０００Åである。上記発光層の材料は、
トリスー（８ーヒドロキシーキノリーノ）アルミニウム
である。

【００２０】上記発光層の材料の厚さは、１００Å乃至
１０００Åである。

【００２１】上記エレクトロ・ルミネッセンス発光層及
び上記ホール注入アノード層の間にはホール輸送層が設
けられ、該ホール輸送層の材料は、Ｎ，Ｎ’ージフェニ
ル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３ーメチルーフェニル）ー１、
１’ービフェニルー４、４’ージアミンである。

【００２２】上記ホール輸送層の厚さは、１００Å乃至
１０００Åである。

【００２３】上記ホール注入アノード層の材料は、ポリ
アニリンである。

【００２４】

【実施例】図４は、ジュール熱を効率的に放散してＥＬ
発光の劣化を解消し、しかも外部雰囲気の影響を受け易
い電子注入層をデバイスのうち、外部雰囲気から一番遠
い内部に配置して電子注入層の機能を長期に亘って安定
化させる本発明のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発
光装置１００の実施例を示す。

【００２５】図４のＥＬ発光装置１００において、基板
１０１は、非透光性の熱伝導性が高い材料で形成され
る。そしてこの高熱伝導性金属基板の表面は、厚さが約
１０００Åの酸化膜のような電気的絶縁層１０１’で覆
われている。図１乃至図３の従来のＥＬ発光装置では、
ＥＬ発光層からの光は、ガラス基板２０１、３０１若し
くは４０１を通過して外部に放出され、従って、これら
の基板は、透光性でなければならなかったのに対して、
図４及び図５の本発明のＥＬ発光装置では、光は基板１
０１若しくは５０１を介して外部に放出されるのではな
く、透光性の保護膜１０８若しくは５０８を介して外部
に放出され、そしてジュール熱を効率的に外部に発散さ
せるように金属薄膜１０２若しくは５０２の材料及び厚
さを選択できるので、基板１０１及び５０１の材料は、
従来の装置に比較して、自由に選択されることが出来
る。従って、本発明においては、基板１０１若しくは５
０１は、放熱性に優れた厚い金属基板若しくは薄い可撓
性の金属箔、セラミック基板、可撓性のポリイミドのよ
うな可撓性のポリマー・フィルム基板、そして従来使用
されていたガラス基板等のうちの任意の基板を、このＥ
Ｌ発光装置の用途に応じて自由に選択することが出来、
従って、ＥＬ発光装置の使用分野を著しく広げることが
出来る。放熱性が金属に比較して低い基板を使用する場
合には、金属薄膜１０２若しくは５０２の断面積を増大
することにより放熱効果を高めることが出来る。このよ
うに本発明によると可撓性の基板をも使用することが出
来るので、曲面状のＥＬ発光装置を実現することが出来
る。但し、一つの金属基板上に複数個のＥＬ発光装置を
独立して選択的に動作させるように形成する場合には、
金属基板上に絶縁層を形成し、そしてこの絶縁層上に金
属薄膜１０２若しくは５０２を形成することが必要であ
る。これとは異なり、金属基板上に単一のＥＬ発光装置
を形成して、全面発光を行わせる場合には、絶縁層は不
要である。金属材料として、熱伝導性の良い銅、アルミ
ニウム等を使用できる。

【００２６】基板１０１の絶縁層１０１’上には、外部
との接続配線として働く金属薄膜１０２が所定のパター
ンで形成される。この金属薄膜１０２は、ＥＬ発光層１
０５からの光をアノード層１０７及び透光性保護膜１０
８の方向に反射する反射膜として働く材料で形成され
る。この金属薄膜１０２は、外部との接続配線として十
分な導電度を与え、そして、反射膜として働くに十分な
厚さを有する。この金属薄膜１０２は、Ａｕ（金）、Ａ
ｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ
（クロム）等で形成され、そして厚さは、蒸着の場合に
は約１０００Åであり、そしてメッキの場合には約５μ
ｍである。

【００２７】この金属薄膜１０２の上に、電子注入層と
しての機能を有するカソード層１０３を、仕事関数の低
い金属で形成する。カソード層の材料は、Ｃａ（カルシ
ウム），Ｌｉ（リチウム）、Ｍｇ（マグネシウム）であ
り、蒸着により厚さ約１０００Åに形成されて金属薄膜
１０２に対してオーミックに接続する。カソード層１０
３の厚さは、１００Å乃至５０００Åである。１００Å
よりも薄くなると均一な膜厚が得られず、そして５００
０Åより厚くなるとプロセス時間がかかりすぎてコスト
的に無駄であることが判った。

【００２８】カソード層１０３の下側の表面は、耐環境
性の点で優れた金属薄膜１０２により保護され、そして
カソード層１０３の上側の表面は、以下に述べる各層１
０４、１０５、１０６、１０７及び１０８により保護さ
れているので、仕事関数の低い材料（カルシウム（ψ＝
２．９ｅＶ）、リチウム（ψ＝２．９３ｅＶ）、そして
マグネシウム（ψ＝３．６６ｅＶ））を、単体で使用す
ることが出来る。これに比べて、従来は前述のように、
機能安定性を改良するために、電子注入カソード層２０
５、３０５、４０６を成膜する際、Ａｇ等の化学的に安
定した金属を低仕事関数の材料に加えて共蒸着させるこ
とが一般的である。この場合、複数の蒸着源が必要にな
る上、共蒸着量の制御が必要となり、成膜プロセスが複
雑になるという欠点を生じる。

【００２９】次いで、カソード層１０３の上に、電子輸
送層として働く、電子輸送性に優れた有機薄膜１０４を
形成する。次に、有機薄膜１０４の上に、ホール及び電
子に対する輸送性の優れたＥＬ発光層として働く有機薄
膜１０５を形成する。電子輸送層１０４の材料として、
１００Å乃至１０００Åの厚さのトリアゾール誘導体若
しくは１００Å乃至１０００Åの厚さのオキサジアゾー
ル誘導体を使用することが出来る。ＥＬ発光層１０５の
材料として、１００Å乃至１０００Åの厚さのヨウロピ
ウム錯体を使用することが出来る。

【００３０】又、有機薄膜１０４として、トリスー（８
ーヒドロキシーキノリーノ）アルミニウム（tris-(8-hy
droxy-quinolino) aluminum ）(Alqと呼ばれる）を使用
することが出来る。トリスー（８ーヒドロキシーキノリ
ーノ）アルミニウムは、電子輸送層及びＥＬ発光層の両
方の機能を有するので、この材料を電子輸送層１０４と
して、使用する場合には、ＥＬ発光層１０５を使用する
必要はない。

【００３１】真空蒸着法でトリスー（８ーヒドロキシー
キノリーノ）アルミニウム（tris-(8-hydroxy-quinolin
o) aluminum ）薄膜５０４を膜厚約５００Åに成膜し
た。このＡｌｑ薄膜１０４の厚さは、１００Å乃至１０
００Åである。厚さが１００Åよりも薄いと、十分な
機能が得られず、１０００Åよりも厚くなると、印加電
圧が数１０ボルトとなり実用的でなくなることが判っ
た。この実施例では、薄膜１０４の厚さは、約５００Å
である。

【００３２】次に、ホール輸送性に優れたホール輸送層
１０６を形成する。このホール輸送層１０６の材料は、
Ｎ，Ｎ’ージフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３ーメチルー
フェニル）ー１、１’ービフェニルー４、４’ージアミ
ン（N，N'-diphenyl‐N,N'-bis（3-methyl-phenyl)-1,
1'-bipheny1‐4，4'diamine）（ＴＰＤという）であ
る。この材料は、蒸着法により付着される。このＴＰＤ
薄膜１０６の厚さは、１００Å乃至１０００Åである。
厚さが１００Åよりも薄いと、十分な機能が得られ
ず、１０００Åよりも厚くなると、印加電圧が数１０ボ
ルトとなり実用的でなくなることが判った。この実施例
では、ＴＰＤ薄膜１０６の厚さは、約５００Åである。

【００３３】上述のように、トリスー（８ーヒドロキシ
ーキノリーノ）アルミニウムの層１０４を使用する場合
には、これが電子輸送層及び発光層を兼ねるので、改め
て発光層１０５を付着する必要がなく、従って、この層
１０４の上にホール輸送層１０６が直接付着される。電
子輸送層１０４としてのみ働く前記トリアゾール誘導体
若しくはオキサジアゾール誘導体を使用する場合には、
これの上に発光層１０５として働くヨウロピウム錯体を
付着し、そしてこの発光層１０５の上に、ＴＰＤのホー
ル輸送層１０６を付着する。

【００３４】次に、有機薄膜１０６の上に、ホール注入
効率に優れ、且つＥＬ発光を透過するの十分な透光性の
導電性ポリマー材料のアノード層１０７を形成する。こ
のアノード層１０７の材料は、可溶性ポリアニリン（po
ly aniline）（PANIと呼ぶ)であり、PANI薄膜１０７成
膜は、ディップ・コート法若しくはスピン・コート法に
より行うことが出来る。薄膜１０７の膜厚は、０．５乃
至５μｍである。０．５μｍよりも薄いと導電性が低く
なって均一な塗布が困難となり、そして５μｍよりも厚
いと透光性が低下することが判った。この実施例では、
薄膜５０６の厚さは、約１μｍ（ミクロン）である。ポ
リアニリンは、従来使用されてきたＩＴＯよりもホール
注入効率が高く、そして本発明は、この様に注入効率の
高いポリアニリンをディップ・コート若しくはスピン・
コートで形成することを可能とする。

【００３５】次に、電子注入層１０３、電子輸送層１０
４、発光層１０５、ホール輸送層１０６及びホール注入
層１０７の構造体を外部雰囲気から保護するために、密
封性の透光性の保護膜１０８を、この構造体の外側表面
に形成する。この保護膜１０８は、例えばポリエチレン
テレフタレート・フィルムを重ねて、周囲を接着剤によ
り封止することにより形成される。

【００３６】このＥＬ発光装置１００を動作させるため
に、電子注入カソード層１０３には電源１０９のマイナ
ス端子が接続され、そしてホール注入アノード層１０７
には、電源１０９のプラス端子が接続される。電子注入
カソード層１０３及びホール注入アノード層１０７に対
する電気的接続は、これらの層に導体を直接接触させて
行うことが出来、又は異方性導電性ゴム若しくは導電接
着剤を使用して行うことが出来る。

【００３７】図４のＥＬ発光装置１００では、ＥＬ発光
に変換されないエネルギーによって生じるジュール熱
は、熱伝導性の高い金属薄膜１０２及び金属基板１０１
を介して外部に放熱される。これにより、ＥＬ発光デバ
イスの発光効率を著しく改善する。更に、電子注入層１
０３の面積の広い上下の表面のうち下側の表面は、金属
薄膜１０２及び金属基板１０１を介して外部雰囲気から
遮断されており、そして上側の表面は、電子輸送層１０
４、発光層１０５、ホール輸送層１０６、ホール注入層
１０７及び保護層１０８を介して外部雰囲気から遮断さ
れており、そしてこの電子注入層１０３の非常に薄い両
端部は、保護層により外部雰囲気から遮断されている。
この様に電子注入層１０３の大きな面積を占める上面及
び下面が完全に外部雰囲気から遮断されるために、電子
注入層１０３は、長期に亘り安定した動作を行うことが
出来、これによりＥＬ発光装置の動作を安定化させる。
これに対して、従来は、電子注入層の大面積の上面が保
護層を介して外部雰囲気に近接していたために、この電
子注入層の劣化が生じ易く、長期に亘る安定したＥＬ発
光動作を行うことが出来なかった。

【００３８】そして図４のＥＬ発光装置１００装置で
は、発光光線は、透光性の透明保護膜１０８を介して外
部に放出される。発光層１０５から電子輸送層１０４及
び電子注入層１０３を介して下方に進む光は、反射性の
金属薄膜１０２により反射されて、各層を通過した後に
保護膜１０８を介して放出される。これにより、発光効
率が改善される。

【００３９】図４の装置１００は、単一の発光素子であ
るとして説明したが、接続用の金属薄膜１０２を図４の
紙面に平行な方向に配列された複数本の行方向導体とし
て形成し、そしてこの行方向導体のそれぞれに整列させ
て電子注入カソード層１０３を形成し、そしてホール注
入層１０７を図４の紙面に垂直な複数本の列方向の導体
として形成し、そして、行方向導体を行ドライバにより
選択的に駆動し、そして列方向導体を列ドライバにより
駆動して各交点で選択的に発光させるすることにより、
図４の装置１００は、マトリクス状のＥＬ表示装置とし
て働くことが出来る。

【００４０】又、前述のように、外部接続用の金属薄膜
１０２の厚さを、十分な放熱を行えるような厚さにする
ならば、基板１０１として、ガラス、プラスチック・シ
ート、セラミック等の他の低熱伝導性の絶縁材料を使用
することが出来る。

【００４１】図５は、ジュール熱を効率的に放散してＥ
Ｌ発光の劣化を解消し、しかも外部雰囲気の影響を受け
易い電子注入カソード層を、外部雰囲気から一番遠い場
所に配置して電子注入層の機能を長期に亘って安定化さ
せる本発明のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光装
置の他の実施例即ちＥＬ発光装置５００を示す。

【００４２】無アルカリ・ガラス基板５０１の上に、外
部との接続配線としてＡｇ薄膜５０２を形成する。金属
の種類としては、Ａｇのほかに、Ａｕ（金）、Ｃｕ
（銅），アルミニウムなどの高い導電率を有する材料が
使用可能である。このＡｇ薄膜５０２の成膜は、メッキ
などの湿式成膜法、若しくは蒸着などの乾式成膜法のい
ずれをも使用でき、膜厚は、外部接続配線として十分な
導電度を達成し、かつ、光反射皮膜として十分な金属光
沢を示し、更にジュール熱の放散を行うに十分な熱伝導
性を達成する厚さである。この金属薄膜の厚さは、約５
μｍである。

【００４３】Ａｇ薄膜５０２の上に、真空蒸着法により
Ｃａ（カルシウム）を積層して、電子注入層であるカソ
ード層５０３を形成する。カソード層の材料として、カ
ルシウムのほかに、Ｌｉ（リチウム）若しくはＭｇ（マ
グネシウム）を使用することが出来る。これらは、Ａｇ
薄膜に対してオーミックに接続する。カソード層５０３
の厚さは、１００Å乃至５０００Åである。１００Åよ
りも薄くなると均一な膜厚が得られず、そして５０００
Åより厚くなるとプロセス時間がかかりすぎてコスト的
に無駄であることが判った。図５の実施例の場合には、
カソード層５０３の厚さは約２０００Åである。

【００４４】カソード層１０３は、シャドウマスクなど
を使用して、一般的に使用されている”日”の字の形の
７セグメントのパターンに形成することが出来、又は、
前述の縦横方向の格子パターンに形成されることが出来
る。

【００４５】カソード層５０３の上に、真空蒸着法でト
リスー（８ーヒドロキシーキノリーノ）アルミニウム
（tris-(8-hydroxy-quinolino) aluminum ）薄膜５０４
を膜厚約５００Åに成膜する。このＡｌｑ薄膜５０４の
厚さは、１００Å乃至１０００Åである。厚さが１０
０Åよりも薄いと、十分な機能が得られず、１０００Å
よりも厚くなると、印加電圧が数１０ボルトとなり実用
的でなくなることが判った。この実施例では、薄膜５０
４の厚さは、約５００Åである。このＡｌｑ薄膜５０４
は、電子輸送層とＥＬ発光層を兼ねた機能を有する。

【００４６】Ａｌｑ薄膜５０４の上に、ホール輸送層と
して、Ｎ，Ｎ’ージフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３ーメ
チルーフェニル）ー１、１’ービフェニルー４、４’ー
ジアミン（N，N'-diphenyl‐N,N'-bis（3-methyl-pheny
l)-1,1'-bipheny1‐4，4'-diamine）薄膜５０５を、真
空蒸着法により膜厚約５００Åに成膜する。このＴＰＤ
薄膜５０５の厚さは、１００Å乃至１０００Åである。
厚さが１００Åよりも薄いと、十分な機能が得られ
ず、１０００Åよりも厚くなると、印加電圧が数１０ボ
ルトとなり実用的でなくなることが判った。この実施例
では、ＴＰＤ薄膜５０５の厚さは、約５００Åである。

【００４７】ＴＰＤ薄膜５０５の上に、可溶性ポリ・ア
ニリン（poly aniline）（PANIと呼ぶ)を積層し、ホー
ル注入層であるアノード層５０６を成膜する。PANI薄膜
５０６の成膜は、ディップ・コート法若しくはスピン・
コート法により行うことが出来る。薄膜５０６の膜厚
は、０．５乃至５μｍである。０．５μｍよりも薄いと
導電性が低くなって均一な塗布が困難となり、そして５
μｍよりも厚いとコスト高となることが判った。この実
施例では、薄膜５０６の厚さは、約１μｍである。

【００４８】次に、電子注入層５０３、電子輸送層兼発
光層５０４、ホール輸送層５０５及びホール注入層５０
６の構造を外部雰囲気から密封するために、透光性の保
護膜５０８を、この構造体の外側表面に形成する。保護
膜５０８は、透光性のポリエチレンテレフタレート・フ
ィルムであり、周囲を接着剤により封止することにより
形成される。そして光はこの保護膜５０８を通過して外
部に放出される。

【００４９】直流電源５０７のマイナス端子が外部接続
配線であるＡｇ薄膜５０２を介してカソード層５０３に
接続され、そしてプラスの端子がアノード層５０６に接
続され、これにより、カソード層５０３及びアノード層
５０６の間に数Ｖから１０数Ｖの直流電圧を印加する
と、ＥＬ発光が発生される。

【００５０】図５のＥＬ発光装置５００では、ＥＬ発光
に変換されないエネルギーが生じるジュール熱は、主に
放熱板兼外部引き出し配線として働く熱伝導性のＡｇ金
属薄膜５０２を介して外部に放熱される。これにより、
ＥＬ発光デバイスの発光効率を著しく改善する。更に、
電子注入層５０３の面積の広い上下の表面のうち下側の
表面は、Ａｇ薄膜５０２及びガラス基板５０１を介して
外部雰囲気から遮断されており、そして上側の表面は、
電子輸送層兼発光層５０４、ホール輸送層５０５、ホー
ル注入層５０６及び保護層５０８を介して外部雰囲気か
ら遮断されており、そしてこの電子注入層５０３の非常
に薄い両端部だけが保護層５０８により外部雰囲気から
遮断されている。この様に電子注入層５０３の大きな面
積を占める上面及び下面が完全に外部雰囲気から遮断さ
れるために、電子注入層５０３は、長期に亘り安定した
動作を行うことが出来、これによりＥＬ発光装置の動作
を安定化させる。

【００５１】又、図５の装置５００は、単一の発光素子
であるとして説明したが、接続用の金属薄膜５０２を図
５の紙面に平行な方向に配列された複数本の行方向導体
として形成し、そしてホール注入層５０６を図５の紙面
に垂直な複数本の列方向の導体として形成し、そして、
行方向導体を行ドライバにより選択的に駆動し、そして
列方向導体を列ドライバにより駆動することにより、図
５の装置５００は、マトリクス状のＥＬ表示装置として
働くことが出来る。

【００５２】図５の装置５００は、マトリクス状のＥＬ
表示装置を想定して、基板５０１を従来使用されてきた
ガラスで形成したが、この基板の材料として、ガラス以
外の材料を使用出来る。例えば、ポリイミドのようなフ
レキシブル（可撓性）材料を基板として使用して、この
ポリイミドの表面に、熱伝導性が高く、導電率が高く且
つ光を反射するＡｕ，Ｃｕ若しくはアルミニウムを膜状
に付着し、そしてこの上に図５の各層を形成することが
出来る。これにより、長期の使用の間動作が安定した曲
面状のＥＬ発光表示装置を実現することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明は次のような効果を生じる。

【００５４】（１）基板の材料と形状が自在に選択でき
る。例えば、曲面を有する金属板若しくは、可撓性のポ
リイミドのような絶縁材料も基板として使用可能であ
る。

【００５５】（２）基板に熱伝導性に優れた材料を使用
すれば、ＥＬデバイス駆動時に発生するジュール熱が効
率良く放熱されてＥＬ発光の劣化が改善される。

【００５６】（３）カソード層の大きな表面積の両面
が、上記各層及び、外部引き出し配線層若しくは基板に
より外部雰囲気から完全に遮断されているために、耐環
境特性が優れており、そしてこれにより、最外部に電子
注入層が配置されていたために、発光動作が不安定とな
った従来のＥＬ発光デバイスの問題点を解決することが
出来る。

【００５７】（４）仕事関数の極めて低い材料をカソー
ド層の材料として自由に選択できる。この結果、ＥＬ発
光効率の向上を実現する。

【００５８】（５）電子注入層であるカソード層の形成
には、従来は、このカソードが装置の最外部に配置され
ていたために、外部雰囲気の影響を受けにくくするため
にＡｇなどの耐食性の高い金属を共蒸着する必要があっ
たが、本発明ではこのような必要性を排除できる。これ
により、製造プロセスを簡略化できる。

【００５９】（６）電子注入層とは別に、外部接続用の
金属配線層が設けられているために、この金属配線層の
成膜方法を自由に選択することが出来る。例えば、メッ
キ法若しくは金属箔圧着法などの膜を均一に付着できる
方法を使用でき、大きな発光面を有するＥＬ発光装置で
要求される面内発光強度分布の均一化が容易に実現でき
る。

【００６０】（７）ＥＬ発光装置の各層を可撓性の材料
で形成することが出来る。例えば、基板としてポリマー
・フィルムを使用し、外部接続配線用の金属薄膜として
圧延銅を使用し、カソード層としてカルシウムを使用
し、キャリア輸送層若しくは発光層として有機薄膜を使
用し、アノード層として導電性ポリマーを使用すると、
可撓性に優れたＥＬ発光装置を実現できる。

【００６１】（８）アノード層を構成する導電性ポリマ
ーを付着する工程として、スピン・コート若しくはディ
ップ・コート法を使用できるので、従来型の装置で使用
されているＩＴＯの形成工程に比べて、工程が簡単にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＳＨ−Ａ型のＥＬ発光装置を示す図であ
る。

【図２】従来のＳＨ−Ｂ型のＥＬ発光装置を示す図であ
る。

【図３】従来のＤＨ型のＥＬ発光装置を示す図である。

【図４】本発明に従うＥＬ発光装置の一つの実施例を示
す図である。

【図５】本発明に従うＥＬ発光装置の他の実施例を示す
図である。

【符号の説明】

１０１、５０１・・・基板１０１’・・・・・・絶縁層１０２、５０２・・・金属薄膜１０３、５０３・・・カソード層１０４、５０４・・・電子輸送層１０５、・・・・・・発光層１０６、５０５・・・ホール輸送層１０７、５０６・・・アノード層１０８、５０８・・・保護層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも電子注入カソード層、エレクト
ロ・ルミネッセンス発光層及びホール注入アノード層を
有するエレクトロ・ルミネッセンス装置において、基板上に形成された金属薄膜に接して形成された電子注
入カソード層と、該電子注入カソード層の上に形成されたエレクトロルミ
ネッセンス発光層及びホール注入アノード層と、上記電
子注入カソード層、上記エレクトロ・ルミネッセンス発
光層及び上記ホール注入アノード層の積層体の外側表面
を封止する透光性の保護膜とを有するエレクトロ・ルミ
ネッセンス装置。
【請求項２】上記基板は、絶縁層を表面に有する金属基
板、可撓性有機材料の基板、又はガラス基板であること
を特徴とする請求項１記載のエレクトロ・ルミネッセン
ス装置。
【請求項３】上記金属薄膜は、光を反射させる導電性金
属であることを特徴とする請求項１又は２記載のエレク
トロ・ルミネッセンス装置。
【請求項４】上記電子注入カソード層の材料は、カルシ
ウム、リチウム及びマグネシウムからなる群から選択さ
れた１つの材料であることを特徴とする請求項１、２又
は３記載のエレクトロ・ルミネッセンス装置。
【請求項５】上記電子注入カソード層の材料の厚さは、
１００Å乃至５０００Åであることを特徴とする請求項
４記載のエレクトロ・ルミネッセンス装置。
【請求項６】上記発光層の材料は、トリスー（８ーヒド
ロキシーキノリーノ）アルミニウムであることを特徴と
する請求項１、２、３又は４記載のエレクトロ・ルミネ
ッセンス装置。
【請求項７】上記発光層の材料の厚さは、１００Å乃至
１０００Åであることを特徴とする請求項６記載のエレ
クトロ・ルミネッセンス装置。
【請求項８】上記エレクトロ・ルミネッセンス発光層及
び上記ホール注入アノード層の間に、Ｎ，Ｎ’ージフェ
ニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３ーメチルーフェニル）ー１、
１’ービフェニルー４、４’ージアミンで形成されたホ
ール輸送層を設けたことを特徴とする請求項１、２、
３、４、又は６記載のエレクトロ・ルミネッセンス装
置。
【請求項９】上記ホール輸送層の厚さは、１００Å乃至
１０００Åであることを特徴とする請求項８記載のエレ
クトロ・ルミネッセンス装置。
【請求項１０】上記ホール注入アノード層の材料は、ポ
リアニリンであることを特徴とする請求項１、２、３、
４、６、又は８記載のエレクトロ・ルミネッセンス装
置。