JP2002313582A

JP2002313582A - 発光素子及び表示装置

Info

Publication number: JP2002313582A
Application number: JP2001117851A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Sato; 徹哉佐藤; Mikiko Matsuo; 三紀子松尾; Hisanori Sugiura; 久則杉浦; Hisahide Wakita; 尚英脇田; Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】通常の下部から光を取り出す素子では十分な
開口率が得難いだけでなく、上部の透明陰極を形成する
際に、下層の有機発光機能層が劣化したり、あるいは十
分な電子注入性能が得られない課題があった。またコン
トラストを向上させるには、偏向板等を別途表面に貼り
付ける必要があった。また表示装置とした場合、電源供
給線が原因となってクロストークが発生する課題があっ
た。【解決手段】カーボンナノチューブ、グラファイトナ
ノチューブ、カーボンブラック等を光吸収性かつ正孔注
入性を有するバッファー層に用いる。また、Ｃ ₆₀、
Ｃ₇₀、アルカリ金属＋ルイス塩基などを透明性、電子注
入性、かつ、劣化防護性を有するバッファー層に用い
る。また、ＴＰＴ又はＰＳ等を透明性、正孔注入性、か
つ、劣化防護性を有するバッファー層に用いる。特定の
電源供給線配置を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜エレクトロルミ
ネセンス（ＥＬ）素子に関し、例えば平面型自発光表示
装置をはじめ通信、照明その他の用途に供する各種光源
として使用可能な自発光の素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、平面型の表示装置としてはＬＣＤ
パネルが幅広く用いられているが、依然として応答速度
が遅い、視野角が狭い等の欠点があり、またこれらを改
善した多くの新方式においても特性が十分でなかったり
パネルとしてのコストが高くなるなどの課題がある。そ
のような中で自発光で視認性に優れ、応答速度も速く広
範囲な応用が期待できる新たな発光素子としての薄膜Ｅ
Ｌ素子に期待が集まっている。特に室温で蒸着や塗布な
どの簡単な成膜工程を用いることのできる有機材料を素
子の全部または一部の層に用いる薄膜EL素子は、有機EL
素子とも呼ばれ、上述の特徴に加えて製造コストの魅力
もあり多くの研究が行われている。

【０００３】以下、現在一般に検討されている薄膜ＥＬ
（有機ＥＬ）素子について概説する。

【０００４】素子の各層は、透明基板上に正孔注入電
極、正孔輸送層、発光層、陰極の順に積層して形成し、
正孔注入電極と正孔輸送層間に正孔注入層を設けたり、
発光層と陰極間に電子輸送層、さらに陰極との界面に電
子注入層を設けることもある。このように各層に役割を
機能分離させて担わせる事により各層に適切な材料選択
が可能となり素子の特性も向上する。

【０００５】正孔輸送層はＮ，Ｎ’−ビス（３−メチル
フェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（以下Ｔ
ＰＤと称する）、Ｎ，Ｎ’−ビス（α−ナフチル）−
Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（以下ＮＰＤと称す
る）、など、Ｔａｎｇらの用いたジアミン誘導体、特に
日本国特許第２０３７４７５号に開示されたＱ１−Ｇ−
Ｑ２構造のジアミン誘導体の真空蒸着膜が幅広く用いら
れている。ただし、Ｑ１及びＱ２は別個に窒素原子及び
少なくとも３個の炭素鎖（それらの少なくとも１個は芳
香族のもの）を有する基であり、Ｇはシクロアルキレン
基、アリーレン基、アルキレン基又は炭素−炭素結合か
らなる連結基である。これらの材料は一般に透明性に優
れ、８０ｎｍ程度の膜厚でもほぼ透明であり、且つ成膜
性にも優れるためピンホ−ルなどの欠陥のない膜が得ら
れ、素子の総膜厚を１００ｎｍ程度にまで薄くしても短
絡など信頼性上の問題が発生し難い特徴がある。

【０００６】発光層もＴａｎｇらの報告と同様に、トリ
ス（８−キノリノラト）アルミニウム等の電子輸送性発
光材料を真空蒸着により数十ｎｍの膜厚に形成して用い
る構成が一般的である。種々の発光色を実現するなどの
目的で、発光層は比較的薄膜とし、電子輸送層を２０ｎ
ｍ程度積層した、所謂ダブルヘテロ構造が採用されるこ
ともある。

【０００７】陰極はＴａｎｇらの提案したＭｇＡｇ合金
あるいはＡｌＬｉ合金など、仕事関数が低く電子注入障
壁の低い金属と比較的仕事関数が大きく安定な金属との
合金、またはＬｉＦなど種々の電子注入層とアルミニウ
ムなどとの積層陰極が用いられることが多い。

【０００８】またこのような正孔輸送層／電子輸送性発
光層の積層構成とは別に、正孔輸送性発光層／電子輸送
層の構成や、正孔輸送層／発光層／電子輸送層の構成も
幅広く用いられている。いずれの層構成を用いた場合も
透明基板、正孔注入電極、および陰極は上述のようなも
のが同様に用いられている。

【０００９】一般に有機化合物では電子移動能に優れた
化合物は得難く、正孔輸送層／電子輸送性発光層の積層
構成では用いることの出来る化合物が比較的限られてい
るのに対して、正孔輸送性発光層／電子輸送層、および
正孔輸送層／発光層／電子輸送層の構成では幅広い材料
を発光層に用いることができ、種々の発光色が得られる
他、効率や寿命においても高性能のものが得られる可能
性があり期待されている。

【００１０】例えば、特開平２−２５０２９２号公報に
は、正孔輸送性発光層／電子輸送層の構成の素子で、正
孔輸送性発光材料として［４−｛２−（ナフタレン−１
イル）ビニル｝フェニル］ビス（４−メトキシフェニ
ル）アミンや、［４−（２，２−ジフェニルビニル）フ
ェニル］ビス（４−メトキシフェニル）アミンを用い、
オキサジアゾール誘導体を電子輸送層に用いた素子が開
示されている。

【００１１】また国際公開特許公報ＷＯ９６／２２２７
３には、正孔輸送層／発光層／電子輸送層の構成の素子
で、発光層として正孔輸送性発光材料である４，４’−
ビス（２，２−ジフェニル−１−ビニル）−１，１’−
ビフェニルを用いた有機薄膜ＥＬ素子が開示されてい
る。

【００１２】また１９９８年ＭＲＳ春期年会Ｇ２．１講
演では、正孔注入層／正孔輸送性発光層／正孔阻止層／
電子輸送層の構成の素子で、正孔輸送性発光材料として
Ｔａｎｇらの提案したＱ１−Ｇ−Ｑ２型化合物であるＮ
ＰＤを用いた素子が開示されている。

【００１３】また、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳ
ｏｃｉｅｔｙｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉ
ｓｐｌａｙ、ｖｏｌ．８、Ｎｏ．２、ｐ９３−９７に
は、各画素の駆動に低温ポリシリコンＴＦＴを用いた有
機ＥＬディスプレイが開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように有機ＥＬ素
子およびそれを用いた表示素子が開示されているが、通
常は透明基板上に透明陽極、有機層、陰極の順に形成
し、陽極側から発光を取出す構成となっているが、この
構成では、特に各画素の駆動に低温ポリシリコンＴＦＴ
等を用いたアクティブマトリクス有機ＥＬディスプレイ
においては、大きな開口率を取り難い欠点があった。

【００１５】また一般に、上部から光を取出す構造とし
た場合、大きな開口率を実現しやすい反面、上部に透明
電極を形成する際に、下層となる有機層が劣化してしま
ったり、劣化はしないまでも十分なキャリア注入特性が
得られない課題があった。また、上部光取出し構造とし
た場合には、外部から入射した光が下層となる陽極側で
反射し、コントラストが悪くなるという問題があった。

【００１６】そこで、本発明においては、また、透明
性、キャリヤ（正孔又は電子）注入性、かつ、劣化防護
性を有するバッファ層を用いることで電気特性に優れ
た、かつ、素子寿命の長い表示素子及び表示装置を提供
し、又は、光吸収性かつ正孔注入性を有するバッファ層
を用いることで高コントラストを有する表示素子及び表
示装置を提供することを課題としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、基
板上に陽極、発光機能層、陰極が順に積層され、陰極側
から発光取り出す発光素子であって、前記陽極と前記発
光機能層の間に第１のバッファー層を有し、前記第１の
バッファー層が光吸収性かつ正孔注入性を有する。

【００１８】そして、第１のバッファー層の特性とし
て、可視光の反射率で１０％以下であり、かつ、発光機
能層に対して５Ｖ以下の電位差で、１ｍＡ／ｃｍ²以上
の割合で正孔注入を持続できることが望ましい。

【００１９】このような特性を有する第１のバッファー
層の材料として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グ
ラファイトナノチューブ（ＧＮＴ）、又は、カーボンブ
ラックを少なくとも含有することが望ましい。また、ポ
リチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体等のような導
電性高分子でもよい。

【００２０】上記に記載したカーボンナノチューブ（Ｃ
ＮＴ）、グラファイトナノチューブ（ＧＮＴ）、カーボ
ンブラック、又は、導電性高分子のような材料をバッフ
ァー層に用いることにより、素子外部から入射した可視
光を吸収するので、基板又は陽極で反射することを防ぐ
ことができる。また、これらの材料は、正孔注入性をも
有しているため、素子の駆動も妨げることがない。その
結果、高コントラストを有する発光素子を実現出来る。

【００２１】また、本発明の他の発光素子は、基板上に
陽極、発光機能層、陰極がこの順に積層され、陰極側か
ら発光を取り出す発光素子であって、前記発光機能層と
前記陰極との間に第２のバッファー層を有し、前記第２
のバッファー層が透明性、電子注入性、かつ、劣化防護
性を有する。

【００２２】第２のバッファー層の材料として、Ｃ₆₀、
Ｃ₇₀、又は、アルカリ金属に対してルイス塩基となりう
る化合物を少なくとも含有することが望ましい。

【００２３】Ｃ₆₀、Ｃ₇₀、又は、アルカリ金属に対して
ルイス塩基となりうる化合物を少なくとも含有する材料
は、劣化防護性を有しているため、この材料で有機薄膜
上をカバーしておくと、その表面に透明電極（ＩＴＯ）
のようなＲＦプラズマスパッタ工程で成膜する材料を形
成しても、ＲＦプラズマスパッターで発生する真空紫外
光、プラズマ活性種等による化学劣化から、下地の有機
薄膜を保護する性能を有する。その結果、これらの材料
をバッファー層に用いることにより、ＩＴＯ成膜時の発
光機能層の劣化を抑制するとともに、高効率長寿命が両
立できる発光素子を実現出来ることを見出した。

【００２４】また、本発明の他の発光素子は、基板上に
陰極、発光機能層、陽極がこの順に積層され、陽極側か
ら発光を取り出す発光素子であって、前記発光機能層と
前記陽極の間に第３のバッファー層を有し、前記第３の
バッファー層が、透明性、正孔注入性、かつ、劣化防護
性を有する。

【００２５】第３のバッファー層として、Ｎ，Ｎ’−ビ
ス（４’−ジフェニルアミノ−４−ビフェニリル）−
Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ）又は４−
Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−α−フェニルスチルベン
（ＰＳ）を少なくとも含有することが望ましい。

【００２６】Ｎ，Ｎ’−ビス（４’−ジフェニルアミノ
−４−ビフェニリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジ
ン（ＴＰＴ）又は４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−α−
フェニルスチルベン（ＰＳ）、これらの複合層は、劣化
防護性を有している。その結果、上記と同様にこれらの
材料をバッファー層に用いることにより、ＩＴＯ成膜時
の発光機能層の劣化を抑制するとともに、高効率長寿命
が両立できる発光素子を実現出来ることを見出した。

【００２７】また、本発明の他の表示装置は、マトリッ
クス状に発光素子を基板上に有し、前記発光素子が基板
と反対側から発光を取り出す構造を有し、前記発光素子
を電気的に駆動する駆動素子を有し、前記発光素子と前
記駆動素子に電圧を供給する電源接続ラインを有し、前
記電源供給ラインの占める面積が前記発光素子の占める
面積に対して２０％以上である。

【００２８】また、本発明の他の表示装置は、マトリッ
クス状に発光素子を基板上に有し、前記発光素子が基板
と反対側から発光を取り出す構造を有し、前記発光素子
を電気的に駆動する駆動素子を有し、前記発光素子と前
記駆動素子に電源から電圧を供給する電源接続ラインを
有し、前記電源供給ラインの単位長さ当たりの抵抗値
が、電源供給ラインの長さ方向の領域に応じて異なる表
示装置である。

【００２９】また、本発明の他の表示装置は、発光素子
又は駆動素子に近い部分に比べて、電源電圧に近い部分
における電源供給ラインの単位長さ当たりの抵抗値が小
さいことを特徴とする表示装置である。

【００３０】上記のように電源ラインを構成することに
より、表示装置として各画素に電源電圧を供給する接続
配線を、クロストーク等の無い画像品質に優れた表示装
置とするとともに、高効率長寿命が両立できる発光素子
を実現出来ることを見出した。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
発光素子ならびにそれらを用いた表示装置について説明
する。

【００３２】（実施例１）本発明の実施の形態に係る発
光素子は、少なくとも基板上に陽極、発光機能層、陰極
がこの順に積層され、陰極側から発光を取出す発光素子
である。ここで発光機能層とは、実際に発光する発光層
だけでなく、正孔輸送層／電子輸送性発光層、正孔輸送
性発光層／電子輸送層、正孔輸送層／発光層／電子輸送
層のような種々の構成を総称するものである。さらに陽
極側に正孔注入層、陰極側に電子注入層等を有してもよ
い。

【００３３】本発明の実施の形態として、通常の発光素
子と同様に適当な透明または不透明の基板を用い、当該
基板上に上記の素子構成を形成する手法を用いることが
出来る。発光を素子外に取り出すために、本発明の実施
の形態としては上部の陰極が少なくとも透明または半透
明な電極である必要がある。下部の陽極は透明であって
も不透明であっても良いが、透明の場合はその下部に反
射層または光吸収層（無反射層）を設ける必要があり、
不透明の場合は陽極自身が反射層または光吸収層（無反
射層）としての役割を有する必要がある。高コントラス
トと高効率を両立するためには、下部電極を反射型とし
た場合には、表示装置の表面に偏光板を設けて外光反射
を抑制する手段を併せ持つ必要がある。

【００３４】具体的な作製について、以下に述べる。

【００３５】透明基板上に陽極を形成した基板として、
市販のＩＴＯ付きガラス基板（三容真空株式会社製、サ
イズ１００×１００ｍｍ×ｔ＝０．７ｍｍ、シート抵抗
約１４Ω／□）を用い、陰極との重なりにより発光面積
が１．４×１．４ｍｍとなるようにフォトリソグラフィ
ーによりパターン化した。なお、基板は、本発明の実施
の形態に係る発光素子を坦持出来るものであればよく、
コーニング１７３７ガラスなどの通常のガラス基板が用
いられる事が多いが、ポリエステルその他の樹脂フィル
ムなども用いる事が出来る。フォトリソ後の基板処理は
市販のレジスト剥離液（ジメチルスルホキシドとＮ−メ
チル−２−ピロリドンとの混合溶液）に浸漬して剥離を
行った後、アセトンでリンスし、さらに発煙硝酸中に１
分間浸漬して完全にレジストを除去した。ＩＴＯ表面の
洗浄は、基板の裏面表面の両面を十分に行い、テトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイドの０．２３８％水
溶液を十分に供給しながら、ナイロンブラシによる機械
的な擦り洗浄を行った。その後、純水で十分にすすぎ、
スピン乾燥を行った。その後、市販のプラズマリアクタ
ー（ヤマト科学株式会社製、ＰＲ４１型）中で、酸素流
量２０ｓｃｃｍ、圧力０．２Ｔｏｒｒ、高周波出力３０
０Ｗの条件で１分間の酸素プラズマ処理を行った。

【００３６】このように準備した陽極付基板の陽極上
に、無反射正孔注入層としてＣＮＴ層をスラリーから塗
布形成した後、真空槽内に配置した。真空蒸着装置は市
販の高真空蒸着装置（日本真空技術株式会社製、ＥＢＶ
−６ＤＡ型）を改造した装置を用いた。主たる排気装置
は排気速度１５００リットル／ｍｉｎのターボ分子ポン
プ（大阪真空株式会社製、ＴＣ１５００）であり、到達
真空度は約１×１０−６Ｔｏｒｒ以下であり、全ての蒸
着は２〜３×１０^-6Ｔｏｒｒの範囲で行った。また全て
の蒸着はタングステン製の抵抗加熱式蒸着ボートに直流
電源（菊水電子株式会社製、ＰＡＫ１０−７０Ａ）を接
続して行った。

【００３７】このようにして真空層中に配置した基板上
に、正孔輸送層としてＮ，Ｎ’−ビス（４’−ジフェニ
ルアミノ−４−ビフェニリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル
ベンジジン（ＴＰＴ、保土ヶ谷化学株式会社製）を蒸着
速度０．３（ｎｍ／ｓ）で、４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルア
ミノ−α−フェニルスチルベン（ＰＳ）を蒸着速度０．
０１（ｎｍ／ｓ）で共蒸着し、膜厚約８０（ｎｍ）のブ
レンド型正孔輸送層を形成した。

【００３８】次に、電子輸送性発光層として、トリス
（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ₃、同仁化
学株式会社製）を０．３ｎｍ／ｓの蒸着速度で膜厚約４
０ｎｍに形成した。

【００３９】なお、本素子において発光機能層は一般的
な正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を幅広
く用いることも出来る。正孔注入層としてはＩＴＯの表
面粗さの平滑化や正孔注入効率の向上による低駆動電圧
化、長寿命化などの目的のために、スターバーストアミ
ン誘導体、オリゴアミン誘導体等を用いることが多い。
正孔輸送層としては前述のＴＰＤ、ＮＰＤの他、ＴＰＤ
等の一般的な正孔輸送材料と下記の（化１）、（化
２）、又は、（化３）に示すような、正孔輸送材料との
ブレンド型正孔輸送層を用いることもできる（特開平１
１−２６０５５９号公報）。

【００４０】

【化１】

【００４１】（式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は同
一でも異なってもよく、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は水素原子、
低級アルキル基、低級アルコキシ基を表し、Ｒ４、Ｒ５
は水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、また
は塩素原子を表す）

【００４２】

【化２】

【００４３】（式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は同一でも
異なってもよく、水素原子、低級アルキル基、又は、低
級アルコキシ基を表す）

【００４４】

【化３】

【００４５】（式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は同一でも
異なっていてもよく、水素原子、塩素原子、メチル基、
メトキシ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジ
フェニルアミノ基、またはジベンジルアミノ基を表す）
電子輸送層としてはＴａｎｇらがトリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウムを用いて以来、幅広く検討されてい
る金属錯体系はもちろん、オキサジアゾール誘導体、ト
リアゾール誘導体その他の材料も幅広く用いることが出
来る。

【００４６】次に、透明電子注入層として、ＭｇＡｇ共
蒸着層を膜厚約１０（ｎｍ）に形成した。ＭｇとＡｇの
蒸着速度比は１０：１となるように設定した。

【００４７】次に、透明陰極としてＩＴＯ層を膜厚約１
００（ｎｍ）に形成した。ＩＴＯの成膜は基板温度室温
で、通常のマグネトロンスパッタ装置を用いて定法で行
った。

【００４８】最後に、測定用のバックアップ金属陰極と
して、透明陰極（ＩＴＯ）上に、Ａｌ蒸着膜を膜厚約１
００（ｎｍ）に形成した。このＡｌ膜はマスク蒸着によ
り、発光部分は開口部となっており、上部電極（透明陰
極）から取り出された光の測定には影響を与えないよう
に形成した。

【００４９】このようにして作成した発光素子は、蒸着
槽内を乾燥窒素でリークした後、乾燥窒素雰囲気下で、
コーニング７０５９ガラス製の蓋を接着剤（アネルバ株
式会社製、商品名スーパーバックシール９５３−７００
０）で貼り付けてサンプルとした。

【００５０】このようにして得た発光素子サンプルは、
次のようにして評価を行った。

【００５１】初期の評価は素子の蒸着後ガラス蓋を接着
してから１２時間後に常温常湿の通常の実験室環境で行
い、発光効率（ｃｄ／Ａ）、１０００（ｃｄ／ｍ²）発
光時の駆動電圧を評価した。また初期輝度が１０００
（ｃｄ／ｍ²）となる電流値で、常温常湿の通常の実験
室環境で直流定電流駆動で連続発光試験を行った。この
試験から、輝度が半減（５００ｃｄ／ｍ²）に達した時
間を寿命として評価した。

【００５２】ＤＣ駆動電源は直流定電流電源（アドバン
テスト株式会社製、商品名マルチチャンネルカレントボ
ルテージコントローラーＴＲ６１６３）を用い、電圧電
流特性を測定するとともに、輝度は輝度計（東京光学機
械株式会社製、商品名トプコンルミネセンスメーターＢ
Ｍ−８）によって測定した。輝度ムラ、黒点（非発光
部）等の発光画像品質は、５０倍の光学顕微鏡により観
察した。

【００５３】また、基板に対して４５度の角度から白色
光源を照射し、基板面での照度を１００ルックスとした
場合の、発光素子の表面輝度１００（ｃｄ／ｍ²）の場
合のコントラストを測定した。コントラストは発光素子
の表面輝度を１００（ｃｄ／ｍ２）に設定した状態で、
発光を入り切りした場合の、輝度計で素子正面から測定
した輝度実測値の比で表した。

【００５４】これらの評価結果を（表１）に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】本実施例によれば、高い発光効率を有し、
低い駆動電圧で、且つコントラストにも優れた自発光で
視認性に優れた発光が得られ、連続発光試験においても
輝度低下が小さく、黒点や輝度ムラなどの不具合も無
く、極めて長期間にわたって安定して使用できる発光素
子を実現できた。

【００５７】特に本発光素子においては、従来の有機Ｅ
Ｌ素子と異なり、素子表面にコントラスト向上のための
偏向板等の貼り付けが不要であるため、コスト的にも高
温信頼性的も大きなメリットがある。

【００５８】また、本素子の無反射正孔注入層に用いた
ＣＮＴ層は、単体の測定を行ったところ、可視光反射率
が１％以下であった。また、本ＣＮＴ層と本素子で用い
たブレンド型正孔輸送層を積層した構成で、正孔注入性
能を調べたところ、少なくとも５Ｖの電位差で１ｍＡ／
ｃｍ²以上の正孔注入が観測された。

【００５９】（実施例２）実施例１の無反射正孔注入層
として、ＣＮＴ層の代わりにＧＮＴ層を用いた以外は実
施例１と同様にして発光素子サンプルを作成した。

【００６０】このようにして、陽極（ＩＴＯ）上に、無
反射正孔注入層としてＧＮＴ層を形成した以外は実施例
１と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に
記載のように評価を行った。

【００６１】その結果を（表１）に示す。

【００６２】また、本素子の無反射正孔注入層に用いた
ＧＮＴ層は、単体の測定を行ったところ、可視光反射率
が１％以下であった。また、本ＧＮＴ層と本素子で用い
たブレンド型正孔輸送層を積層した構成で、正孔注入性
能を調べたところ、少なくとも５Ｖの電位差で１ｍＡ／
ｃｍ²以上の正孔注入が観測された。

【００６３】（実施例３）実施例１の無反射正孔注入層
として、ＣＮＴ層の代わりにカーボンブラック層を用い
た以外は実施例１と同様にして発光素子サンプルを作成
した。なお、ＣＮＴ、ＧＮＴ、カーボンブラックは、通
常に入手可能な各種の材料を幅広く用いることができ
る。

【００６４】このようにして、陽極（ＩＴＯ）上に、無
反射正孔注入層としてカーボンブラック層を形成した以
外は実施例１と同様にして発光素子サンプルを作成し、
実施例１に記載のように評価を行った。

【００６５】その結果を（表１）に示す。

【００６６】また、本素子の無反射正孔注入層に用いた
カーボンブラック層は、単体の測定を行ったところ、可
視光反射率が１％以下であった。また、本カーボンブラ
ック層と本素子で用いたブレンド型正孔輸送層を積層し
た構成で、正孔注入性能を調べたところ、少なくとも５
Ｖの電位差で１ｍＡ／ｃｍ²以上の正孔注入が観測され
た。

【００６７】（実施例４）実施例１の無反射正孔注入層
の形成を行わずに、陽極（ＩＴＯ）の酸素プラズマ処理
後に、直ちに陽極（ＩＴＯ）上に光反射層としてＡｌ蒸
着膜を膜厚約１００（ｎｍ）に形成し、さらに透明陽極
として市販の導電性高分子層を塗布形成した後、ブレン
ド型正孔輸送層の形成を行った。また透明電子注入層と
して形成したＭｇＡｇ層の代わりに、バックミンスター
フラーレンＣ６０（サイエンスラボラトリー株式会社）
蒸着膜を膜厚５（ｎｍ）に形成した。また素子表面には
素子内に外部から入射した外光が、Ａｌ光反射層で反射
し再び外部に取り出されるのを防ぐため、市販の偏向板
と１／４波長板を貼り付けた。

【００６８】その他の素子構成、条件等は全て実施例１
と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に記
載のように評価を行った。

【００６９】その結果を（表１）に示す。

【００７０】（実施例５）実施例１の無反射正孔注入層
の形成を行わずに、陽極（ＩＴＯ）の酸素プラズマ処理
後に、直ちに陽極（ＩＴＯ）上に光反射層としてＡｌ蒸
着膜を膜厚約１００（ｎｍ）に形成し、さらに透明陽極
として市販の導電性高分子層を塗布形成した後、ブレン
ド型正孔輸送層の形成を行った。また透明電子注入層と
して形成したＭｇＡｇ層の代わりに、バックミンスター
フラーレンＣ７０（サイエンスラボラトリー株式会社）
蒸着膜を膜厚５（ｎｍ）に形成した。また素子表面には
素子内に外部から入射した外光が、Ａｌ光反射層で反射
し再び外部に取り出されるのを防ぐため、市販の偏向板
と１／４波長板を貼り付けた。

【００７１】その他の素子構成、条件等は全て実施例１
と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に記
載のように評価を行った。

【００７２】その結果を（表１）に示す。

【００７３】（実施例６）実施例１の無反射正孔注入層
の形成を行わずに、陽極（ＩＴＯ）の酸素プラズマ処理
後に、直ちに陽極（ＩＴＯ）上に光反射層としてＡｌ蒸
着膜を膜厚約１００（ｎｍ）に形成し、さらに透明陽極
として市販の導電性高分子層を塗布形成した後、ブレン
ド型正孔輸送層の形成を行った。また透明電子注入層と
して形成したＭｇＡｇ層の代わりに、アルカリ金属／ル
イス塩基共蒸着層を膜厚２０（ｎｍ）に形成した。アル
カリ金属は金属Ｌｉ、ルイス塩基はＢＰｈｅｎ（アルド
リッチ株式会社製ビスフェニルフェナントロリン）を用
い、モル比で１対１となるように共蒸着を行った。また
素子表面には素子内に外部から入射した外光が、Ａｌ光
反射層で反射し再び外部に取り出されるのを防ぐため、
市販の偏向板と１／４波長板を貼り付けた。

【００７４】その他の素子構成、条件等は全て実施例１
と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に記
載のように評価を行った。

【００７５】その結果を（表１）に示す。

【００７６】（実施例７）実施例１の無反射正孔注入層
の形成を行わずに、陽極（ＩＴＯ）の酸素プラズマ処理
後に、直ちに陽極（ＩＴＯ）上に光反射層としてＡｌ蒸
着膜を膜厚約１００（ｎｍ）に形成し、さらに透明陽極
として市販の導電性高分子層を塗布形成した後、ブレン
ド型正孔輸送層の形成を行った。また透明電子注入層と
して形成したＭｇＡｇ層の代わりに、アルカリ金属／ル
イス塩基共蒸着層を膜厚２０（ｎｍ）に形成した。アル
カリ金属は金属Ｌｉ、ルイス塩基はＢＣＰ（アルドリッ
チ株式会社製バソクプロイン、ビスフェニルジメチルフ
ェナントロリン）を用い、モル比で１対１となるように
共蒸着を行った。また素子表面には素子内に外部から入
射した外光が、Ａｌ光反射層で反射し再び外部に取り出
されるのを防ぐため、市販の偏向板と１／４波長板を貼
り付けた。

【００７７】その他の素子構成、条件等は全て実施例１
と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に記
載のように評価を行った。

【００７８】その結果を（表１）に示す。

【００７９】（実施例８）実施例１の無反射正孔注入層
の形成を行わずに、陽極（ＩＴＯ）の酸素プラズマ処理
後に、直ちに陽極（ＩＴＯ）上に光反射層としてＡｌ蒸
着膜を膜厚約１００（ｎｍ）に形成し、さらに透明陽極
として市販の導電性高分子層を塗布形成した後、ブレン
ド型正孔輸送層の形成を行った。また透明電子注入層と
して形成したＭｇＡｇ層の代わりに、アルカリ金属／ル
イス塩基共蒸着層を膜厚２０（ｎｍ）に形成した。アル
カリ金属は金属Ｌｉ、ルイス塩基はｍ−ＭＤＡＴＡ（バ
ンドー化学株式会社製スターバーストアミン、トリス
［ｐ−（ｍ−メチルフェニルフェニルアミノ）フェニ
ル］アミン）を用い、モル比で１対１となるように共蒸
着を行った。

【００８０】その他の素子構成、条件等は全て実施例１
と同様にして発光素子サンプルを作成し、実施例１に記
載のように評価を行った。また素子表面には素子内に外
部から入射した外光が、Ａｌ光反射層で反射し再び外部
に取り出されるのを防ぐため、市販の偏向板と１／４波
長板を貼り付けた。

【００８１】その結果を（表１）に示す。

【００８２】（比較例１）実施例１において、無反射正
孔注入層の形成を行わない以外は全て実施例１と同様に
して発光素子サンプルを作成し、実施例１に記載のよう
に評価を行った。

【００８３】その結果を（表１）に示す。

【００８４】（比較例２）実施例１において、無反射正
孔注入層の形成を行わない以外は実施例１と同様にして
発光素子サンプルを作成し、また素子表面には素子内に
外部から入射した外光が、Ａｌ光反射層で反射し再び外
部に取り出されるのを防ぐため、市販の偏向板と１／４
波長板を貼り付けた以外は、実施例１に記載のように評
価を行った。

【００８５】その結果を（表１）に示す。

【００８６】（比較例３）実施例４において、透明電子
注入層としてＣ₆₀の代わりに、実施例１と同様にＭｇＡ
ｇ層を用いた以外は実施例４と同様にして発光素子サン
プルを作成し、実施例１に記載のように評価を行った。

【００８７】その結果を（表１）に示す。

【００８８】（表１）において各実施例および比較例の
素子構成は略号によって略記されており、ＴＰＴは、
Ｎ，Ｎ’−ビス（４’−ジフェニルアミノ−４−ビフェ
ニリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、ＰＳは、
４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−α−フェニルスチルベ
ン、Ａｌｑ３は、トリス（８−キノリノラト）アルミニ
ウム、Ａｌは、アルミニウム、Ｌｉは、リチウム、ＢＰ
ｈｅｎは、ビスフェニルフェナントロリン、ＢＣＰは、
バソクプロイン（ビスフェニルジメチルフェナントロリ
ン）、ｍ−ＭＤＡＴＡは、トリス［ｐ−（ｍ−メチルフ
ェニルフェニルアミノ）フェニル］アミンを表し、左か
ら積層構成を表す記号として／で区切って陽極側から順
に記載した。（）内の数字は膜厚をｎｍで示し、＋は
ドーピング混合など両成分の共存膜を示す。

【００８９】（実施例９）実施例１から８に開示した発
光素子をマトリクス状に配置した表示装置を作成した。
アクティブマトリクス駆動素子部分を形成し、各画素毎
に配置されたアクティブマトリクス駆動素子と電気的に
接続されるように、実施例１から７に開示した発光素子
を形成し、発光部に対応した開口部を有する上部Ａｌ陰
極は表示装置全体で共通とした。

【００９０】このようにして作成された表示装置は、発
光素子として実施例１から７のいずれに開示したものを
用いた場合にも、高輝度で高効率、低消費電力で動画の
応答性やコントラストにも優れ、極めて視認性にも優れ
た表示を実現できた。また連続動作試験においても極め
て長時間にわたって輝度低下等の変化は認められなかっ
た。

【００９１】（実施例１０）実施例９に開示した表示装
置において、各画素毎に配置されたアクティブマトリク
ス駆動陽極と薄膜トランジスタを介して接続されている
電源供給ラインを下記のように設計した以外は、実施例
９と同様に表示装置を作成した。上記電源供給ラインは
その太さを、各画素内におけるこの電源供給ラインの占
める面積が２０％以上となる太さ以上に設計した。２０
％以下とするとクロストークの発生が問題となる可能性
が高く、その場合、配線を厚くして対応することにな
る。しかし、配線を厚くすると製品の不良発生率が多く
なると考えられる。

【００９２】このようにして作成された表示装置は、発
光素子として実施例１から８のいずれに開示したものを
用いた場合にも、高輝度で高効率、低消費電力で動画の
応答性やコントラストにも優れ、極めて視認性にも優れ
た表示を実現できた。また高精細高解像度で且つ多階調
の表示装置とした場合にも、クロストーク等の不具合の
無い良好な表示品位を実現できた。また連続動作試験に
おいても極めて長時間にわたって輝度低下等の変化は認
められなかった。

【００９３】（実施例１１）実施例９に開示した表示装
置において、各画素毎に配置されたアクティブマトリク
ス駆動陽極と薄膜トランジスタを介して接続されている
電源供給ラインを下記のように設計した以外は、実施例
９と同様に表示装置を作成した。上記電源供給ラインは
その単位長さ当たりの抵抗値が、表示装置の電源給電点
から離れるほどに大きくなるように分布を持たせた設計
とした。より具体的には、表示装置の右上から電源供給
する設計とし、縦方向には配線の太さが、上に行くほど
太く、横方向には配線の太さが右に行くほど太い設計と
した。

【００９４】このようにして作成された表示装置は、発
光素子として実施例１から８のいずれに開示したものを
用いた場合にも、高輝度で高効率、低消費電力で動画の
応答性やコントラストにも優れ、極めて視認性にも優れ
た表示を実現できた。また高精細高解像度で且つ多階調
の表示装置とした場合にも、クロストーク等の不具合の
全くない極めて良好な表示品位を実現できた。また実施
例１０と比較すると、平均的に電源供給ラインが占める
面積を減らすことが可能となった。また連続動作試験に
おいても極めて長時間にわたって輝度低下等の変化は認
められなかった。

【００９５】（実施例１２）透明基板上に陰極を形成し
た基板として、市販のＩＴＯ付きガラス基板（三容真空
株式会社製、サイズ１００×１００ｍｍ×ｔ＝０．７ｍ
ｍ、シート抵抗約１４Ω／□）を用い、陽極との重なり
により発光面積が１．４×１．４ｍｍとなるようにフォ
トリソグラフィーによりパターン化した。フォトリソ後
の基板処理は市販のレジスト剥離液（ジメチルスルホキ
シドとＮ−メチル−２−ピロリドンとの混合溶液）に浸
漬して剥離を行った後、アセトンでリンスし、さらに発
煙硝酸中に１分間浸漬して完全にレジストを除去した。
ＩＴＯ表面の洗浄は、基板の裏面表面の両面を十分に行
い、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの
０．２３８％水溶液を十分に供給しながら、ナイロンブ
ラシによる機械的な擦り洗浄を行った。その後、純水で
十分にすすぎ、スピン乾燥を行った。その後、市販のプ
ラズマリアクター（ヤマト科学株式会社製、ＰＲ４１
型）中で、酸素流量２０ｓｃｃｍ、圧力０．２Ｔｏｒ
ｒ、高周波出力３００Ｗの条件で１分間の酸素プラズマ
処理を行った後、真空槽内に配置した。真空蒸着装置は
市販の高真空蒸着装置（日本真空技術株式会社製、ＥＢ
Ｖ−６ＤＡ型）を改造した装置を用いた。主たる排気装
置は排気速度１５００リットル／ｍｉｎのターボ分子ポ
ンプ（大阪真空株式会社製、ＴＣ１５００）であり、到
達真空度は約１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下であり、全ての蒸
着は２〜３×１０^-6Ｔｏｒｒの範囲で行った。また全て
の蒸着はタングステン製の抵抗加熱式蒸着ボートに直流
電源（菊水電子株式会社製、ＰＡＫ１０−７０Ａ）を接
続して行った。

【００９６】このようにして真空層中に配置したＩＴＯ
膜付基板のＩＴＯ上に、電子注入層として、ＭｇＡｇ共
蒸着層を膜厚約１０（ｎｍ）に形成した。ＭｇとＡｇの
蒸着速度比は１０：１となるように設定した。

【００９７】次に、電子輸送性発光層として、トリス
（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ₃、同仁化
学株式会社製）を０．３ｎｍ／ｓの蒸着速度で膜厚約４
０ｎｍに形成した。

【００９８】さらに、正孔輸送層として下記の耐プラズ
マ耐性に優れたブレンド型正孔輸送層を設けた。Ｎ，
Ｎ’−ビス（４’−ジフェニルアミノ−４−ビフェニリ
ル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ、保土
ヶ谷化学株式会社製）を蒸着速度０．３（ｎｍ／ｓ）
で、４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−α−フェニルスチ
ルベン（ＰＳ）を蒸着速度０．０１（ｎｍ／ｓ）で共蒸
着し、膜厚約８０（ｎｍ）のブレンド型正孔輸送層を形
成した。

【００９９】次に、透明陽極としてＩＴＯ層を膜厚約１
００（ｎｍ）に形成した。ＩＴＯの成膜は基板温度室温
で、通常のマグネトロンスパッタ装置を用いて定法で行
った。

【０１００】最後に、測定用のバックアップ金属陰極と
して、透明陽極（ＩＴＯ）上に、Ａｌ蒸着膜を膜厚約１
００（ｎｍ）に形成した。このＡｌ膜はマスク蒸着によ
り、発光部分は開口部となっており、上部電極（透明陰
極）から取り出された光の測定には影響を与えないよう
に形成した。

【０１０１】このようにして作成した発光素子は、蒸着
槽内を乾燥窒素でリークした後、乾燥窒素雰囲気下で、
コーニング７０５９ガラス製の蓋を接着剤（アネルバ株
式会社製、商品名スーパーバックシール９５３−７００
０）で貼り付けてサンプルとした。

【０１０２】このようにして得た発光素子サンプルは、
実施例１と同様に実施例１に記載のように評価を行っ
た。

【０１０３】本実施例によれば、高い発光効率を有し、
低い駆動電圧で、且つコントラストにも優れた自発光で
視認性に優れた発光が得られ、連続発光試験においても
輝度低下が小さく、黒点や輝度ムラなどの不具合も無
く、極めて長期間にわたって安定して使用できる発光素
子を実現できた。

【０１０４】

【発明の効果】本発明に係る発光素子では、陽極と発光
機能層の間に、光吸収性かつ正孔注入性を有するバッフ
ァー層を設けることにより、高い発光効率を有し、ムラ
や黒点などの欠陥もなく、低い駆動電圧で自発光で視認
性に優れた発光が得られ、外部に偏向板等を用いること
なく高コントラストが得られ、連続発光試験においても
輝度低下が小さく、少ない消費電力で、極めて長期間に
わたって安定して使用できる発光素子を実現できる。

【０１０５】また、本発明に係る発光素子では、発光機
能層と陰極との間に、透明性、電子注入性、かつ、劣化
防護性を有するバッファー層を設けることにより、高い
発光効率を有し、ムラや黒点などの欠陥もなく、低い駆
動電圧で自発光で視認性に優れた発光が得られ、連続発
光試験においても輝度低下が小さく、少ない消費電力
で、極めて長期間にわたって安定して使用できる発光素
子を実現できる。

【０１０６】また、本発明に係る表示装置では、電源供
給ラインの占める面積が発光素子の占める面積に対して
２０％以上にすることにより、クロストーク等の不具合
の全くない極めて良好な表示品位を実現できるものであ
る。また連続動作試験においても極めて長時間にわたっ
て輝度低下等の変化は認められない優れた安定性を実現
できる。

【０１０７】また、本発明に係る表示装置では、電源供
給ラインの単位長さ当たりの抵抗値が、電源供給ライン
の長さ方向の領域に応じて異ならせることにより、クロ
ストーク等の不具合の全くない極めて良好な表示品位を
実現できるものである。また連続動作試験においても極
めて長時間にわたって輝度低下等の変化は認められない
優れた安定性を実現できる。

【０１０８】さらに、電源電圧に近い部分における電源
供給ラインの単位長さ当たりの抵抗値が小さくすること
によっても、クロストーク等の不具合の全くない極めて
良好な表示品位を実現できるものである。また連続動作
試験においても極めて長時間にわたって輝度低下等の変
化は認められない優れた安定性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の表示素子の断面図

【符号の説明】

１基板２ＩＴＯ３カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）４ＴＰＴとＰＳの混合層５ＭｇＡｇ６ＩＴＯ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉浦久則大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者脇田尚英大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者上村強大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB06 AB11 AB17 BA06 CA01 CA05 CB01 CB03 CC00 DA01 DB03 EB00 5C094 AA04 AA09 AA24 AA31 AA48 AA53 AA55 BA27 CA19 DA13 DB01 DB04 EA04 EA05 ED20 FA02 FB01 FB02 FB12 JA01 JA02 JA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に陽極、発光機能層、陰極が順に
積層され、陰極側から発光を取り出す発光素子であっ
て、前記陽極と前記発光機能層との間に第１のバッファ
ー層を有し、前記第１のバッファー層が光吸収性かつ正
孔注入性を有する発光素子。
【請求項２】第１のバッファー層が、可視光の反射率
で１０％以下であり、かつ、発光機能層に対して５Ｖ以
下の電位差で、１ｍＡ／ｃｍ²以上の割合で正孔注入を
持続できることを特徴とする請求項１に記載の発光素
子。
【請求項３】第１のバッファー層が、カーボンナノチ
ューブ、グラファイトナノチューブ、又は、カーボンブ
ラックを少なくとも含有することを特徴とする請求項１
に記載の発光素子。
【請求項４】基板上に陽極、発光機能層、陰極がこの
順に積層され、陰極側から発光を取り出す発光素子であ
って、前記発光機能層と前記陰極との間に第２のバッフ
ァー層を有し、前記第２のバッファー層が透明性、電子
注入性、かつ、劣化防護性を有する発光素子。
【請求項５】第２のバッファー層が、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀、又
は、アルカリ金属に対してルイス塩基となりうる化合物
を少なくとも含有することを特徴とする請求項４に記載
の発光素子。
【請求項６】基板上に陰極、発光機能層、陽極がこの
順に積層され、陽極側から発光を取り出す発光素子であ
って、前記発光機能層と前記陽極との間に第３のバッフ
ァー層を有し、前記第３のバッファー層が、透明性、正
孔注入性、かつ、劣化防護性を有する発光素子。
【請求項７】第３のバッファー層が、Ｎ，Ｎ’−ビス
（４’−ジフェニルアミノ−４−ビフェニリル）−Ｎ，
Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ）又は４−Ｎ，Ｎ
−ジフェニルアミノ−α−フェニルスチルベン（ＰＳ）
を少なくとも含有することを特徴とする発光素子。
【請求項８】請求項１から７のいずれか1項に記載の
発光素子に、前記発光素子を電気的に駆動制御する素子
を加えた表示装置。
【請求項９】発光素子をマトリックス状に基板上に有
し、前記発光素子が基板と反対側から発光を取り出す構
造を有し、前記発光素子を電気的に駆動する駆動素子を
有し、前記発光素子と前記駆動素子に電圧を供給する電
源接続ラインを有し、前記電源供給ラインの占める面積
が前記発光素子の占める面積に対して２０％以上である
表示装置。
【請求項１０】発光素子をマトリックス状に基板上に
有し、前記発光素子が基板と反対側から発光を取り出す
構造を有し、前記発光素子を電気的に駆動する駆動素子
を有し、前記発光素子と前記駆動素子に電源から電圧を
供給する電源接続ラインを有し、前記電源供給ラインの
単位長さ当たりの抵抗値が、電源供給ラインの長さ方向
の領域に応じて異なる表示装置。
【請求項１１】発光素子又は駆動素子に近い部分に比
べて、電源電圧に近い部分における電源供給ラインの単
位長さ当たりの抵抗値が小さいことを特徴とする請求項
１０に記載の表示装置。