JP4981371B2

JP4981371B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP4981371B2
Application number: JP2006177784A
Authority: JP
Inventors: 和宏高橋
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP2008010244A

Description

本発明は、有機ＥＬ素子に係り、詳しくは、一対の対向電極の間に挟持された有機発光材料を含む有機ＥＬ層の膜厚分布に起因した輝度ムラを低減する有機ＥＬ素子に関する。

近年、有機薄膜のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）現象を利用して、一対の電極間に有機発光層を含有する有機ＥＬ層を挟み、その電極間に電圧を印加し有機ＥＬ層に電流を流して発光させる有機ＥＬ素子は、その高性能化に向けた検討が種々に進められている。この有機ＥＬ素子は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ；Flat Panel Display）あるいは有機ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のような表示装置、非自発光素子で成る液晶表示装置の面光源バックライトあるいは照明灯のような照明装置に好適な自発光素子である。以下、この有機ＥＬ素子を用いた表示装置および照明装置を総称して有機ＥＬ発光装置という。

通常、上記一対の電極の一電極には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透光性材料から成る透明電極が必須になる。しかし、一般的に透明電極はその電気抵抗を充分低くできないために、上記有機ＥＬ発光装置において、その電源に接続するために設けられる透明電極の取り出し端子から近い部分と遠い部分とで電位差が大きくなる。そして、例えばこの近い部分の透明電極に接する有機ＥＬ層から遠い部分に接する有機ＥＬ層に亘って、有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層を流れる電流値に差が生じ、しかも有機ＥＬ層の発光輝度はこの電流値に強く依存することから、有機ＥＬ素子においてその発光の輝度ムラが生じ易くなっている。そこで、上記輝度ムラを低減させる方法として、透明電極上に低抵抗の補助電極を電気接続させ配設させる方法が種々に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２３９９０号公報

しかしながら、例えば面状発光装置のように有機ＥＬ素子の発光面の増大化が進むと、上記透明電極の抵抗率に起因した発光の輝度ムラの他に、その発光面における有機ＥＬ層の膜厚分布に起因するところの輝度ムラが顕在化してくる。これは、発光面積の増加と共に有機ＥＬ素子の発光面における有機ＥＬ層の膜厚バラツキの低減が難しくなり、しかも有機ＥＬ層の電流値がその膜厚に強く依存し、その結果、膜厚の厚い領域で輝度が低減し逆に膜厚の薄い領域で輝度が増加し易くなるからである。特に、有機ＥＬ発光装置の駆動の低電圧化に伴って有機ＥＬ層の膜厚が薄くなってくると、発光素子内での有機ＥＬ層の僅かな膜厚バラツキによって顕著な発光面の輝度ムラが生じるようになる。

上記有機ＥＬ層の膜厚分布に起因する輝度ムラに対して、発光面をセルに細分割し各セルに個別に給電用の電極を配設する解決手段も考えられる。しかし、この方法では有機ＥＬ素子の製造工程が複雑化し高コストの有機ＥＬ素子になる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層の膜厚分布に起因する輝度ムラを簡便に低減させることのできる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の有機ＥＬ素子は、一対の対向する電極間に少なくとも有機発光層を含む正方形パターンの有機ＥＬ層が挟持された有機ＥＬ素子において、前記一対の対向電極の一電極より低抵抗の補助電極が前記一電極に電気的に接続され、前記補助電極は、複数の配線群からなる電極配線であり、かかる電極配線は、相互に交差する配線パターンを有し、前記一電極面上において前記有機ＥＬ層の膜厚の薄い領域よりも前記膜厚の厚い領域に、前記補助電極が高い密度に配設されている、構成になっている。

そして、上記発明の好適な一態様では、前記補助電極は、前記一電極面上の配線群から成る。また、前記一電極は透光性材料から成り、前記補助電極はその配線幅が５０μｍを超えない。

本発明の構成によれば、有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層の膜厚分布に起因する発光の輝度ムラが簡便に低減される。

以下、本発明の好適な実施形態について図１ないし５を参照して説明する。この実施形態では、本発明の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ発光装置について説明する。図１は有機ＥＬ発光装置の一例の概略平面図であり、図２はその有機ＥＬ素子を示す一部拡大断面図、図３は有機ＥＬ層の膜厚分布のマップ図である。そして、図４は上記発光装置における発光面の輝度分布を示す図であり、比較のために従来の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ発光装置の場合と共に示される。図５はその比較対象とした有機ＥＬ発光装置の概略平面図である。但し、上記図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

図１および図２に示すように、有機ＥＬ発光装置では、例えば透明ガラス基板１上に透明電極２が形成されている。そして、補助電極３あるいは３ａが、透明電極２よりも抵抗率の小さい金属材料によって、透明電極２に電気接続する複数の配線から成る配線群に配設されている。この補助電極３あるいは３ａの表面には層間絶縁層４が被覆して設けられ、有機発光材料を含んだ有機ＥＬ層５が層間絶縁膜４上および透明電極２表面を被覆して形成されている。そして、有機ＥＬ層５上に透明電極２に対向して対向電極６が設けられている。ここで、透明電極２は、例えばＩＴＯ、ＺｎＯのような透光性材料から成る透明電極であり、補助電極３あるいは３ａはこの透明電極よりも抵抗率の小さい例えばアルミニウム（Ａｌ）から成る。そして、対向電極６はＡｌのような低抵抗の金属材料から成る。
更に、補助電極３は第１の電極取り出し端子７を通して一電源に接続するようになっている。同様に、上記対向電極６の端部が第２の電極取り出し端子として他電源につながるようになっている。そして、封止部材８により全体が気密封止されている。

上記有機ＥＬ発光装置において、有機ＥＬ素子は、透明電極２、補助電極３（あるいは３ａ）、有機ＥＬ層５および対向電極６により構成される。そして、この有機ＥＬ素子のうち有機ＥＬ層５は特に酸素あるいは水分によって劣化し易い。そこで、非透湿性のガラス製あるいはステンレス製の封止部材８による気密封止がなされる。また、図示しないが、封止部材８内には、例えば酸化バリウム粉末等の乾燥剤が封入され、酸素ガスあるいは水分等を吸着するようになっている。

図１に示す有機ＥＬ発光装置では、透明電極２および有機ＥＬ層５は正方形パターン（矩形パターン）になっているが、他の形状パターン例えば円形パターンに形成されていてもよい。また、補助電極３ａが配設されない構成であってもよい。そして、第１の電極取り出し端子７（図では２つ）は１つだけでも構わない。

上記補助電極３（あるいは３ａ）は、その配線幅が５０μｍを超えないように形成される。上述したように、補助電極は透明電極２よりも抵抗率が小さいが透光性材料でなく可視光を透過しない。このために、補助電極３（あるいは３ａ）の配設領域は、有機ＥＬ層５から出射した光を取り出せない非発光領域になる。そこで、このような配線幅にすることで、有機ＥＬ発光装置においてこの非発光領域が視認されることは全くなくなる。ここで、この補助電極による非発光領域の視認は、その配線の高さにあまり関係しないでその幅に大きく影響される。そして、配線幅が５０μｍを越えてくると、発光面における非発光領域として人の目に容易に認識されるようになる。
ここで、発光面となる透明電極２以外に配設される補助電極３（あるいは３ａ）の配線幅は５０μｍ以上であっても構わない。第１の電極取り出し端子７から近い部分は配線抵抗を低減させるために太くなっているとよい。

なお、補助電極３（あるいは３ａ）と対向電極６間において、有機ＥＬ層５のみを挟持させる構造であると、この近傍における輝点の発生あるいは絶縁性劣化が生じ易い。そこで、補助電極３（あるいは３ａ）上に層間絶縁膜４を介装させる。この層間絶縁層４は、公知の感光性ポリイミド膜のリソグラフィ技術によるパターニングを用いて、補助電極３（あるいは３ａ）を選択的に被覆するように形成するとよい。

また、補助電極３（あるいは３ａ）は、透明電極２面上においてその中央部の領域にその配線数が多くなるような電極網に形成される。例えば、図１に示したように、補助電極３は、第１の電極取り出し端子７に接続し一方向に並行する配線群が互いに等間隔あるいは異なる間隔に配設されて形成される。あるいは、補助電極３ａは、上記補助電極３の配設方向に例えば直交する方向に並行する配線群が互いに等間隔あるいは異なる間隔に配設されて形成される。そして、補助電極３と補助電極３ａは透明電極２面上においてその中央部の領域において互いに交わることから、この領域における電極網の密度が高くなる。

ここで、補助電極３（あるいは３ａ）の配線の離間距離は、配線幅よりも大きく例えばその１０倍以上になるようにするとよい。また、この離間距離は、図１では全ての配線間で等間隔になるように示しているが、それぞれ異間隔になるように自在に設定される。また、補助電極３と３ａは互いに斜交する方向に配設され形成してもよい。あるいは、補助電極３（あるいは３ａ）の配線は直線状でなく曲線状になっていてもよい。

具体的には、このような補助電極３（あるいは３ａ）の配設パターンは、図３に示したような有機ＥＬ層５の透明電極２上での膜厚分布に対応して決められる。すなわち、補助電極の電極網は、透明電極２全体を覆って成膜した有機ＥＬ層５の膜厚が厚くなる領域において、膜厚が薄くなる領域よりも密になるように形成される。逆に、補助電極の電極網は、透明電極２全体を覆って成膜した有機ＥＬ層５の膜厚が薄くなる領域において、膜厚が厚くなる領域よりも、その密度が疎になるように形成する。

図３は有機ＥＬ層５の膜厚を等高線にして示している。この膜厚分布では、有機ＥＬ層５の正方形パターンにおいて、その中央部の膜厚を１００％とすると、周辺に行くに従い９８％、９６％および９４％と僅かずつ薄くなっている。ここで、上記パターンの角隅部における膜厚は９２％以上になる。このように、有機ＥＬ層５の膜厚バラツキは極めて小さなものである。

有機ＥＬ層５が透明電極２上で上記膜厚分布になる場合において、補助電極の電極網は、図１に示したような複数の配線群から成る電極配線３および３ａが交差する配設パターンであっても、発光面の輝度ムラを極めて簡便にしかも効果的に向上させることができる。これについては図４を参照して後述する。

ここで、図３に示した有機ＥＬ層５は、例えば４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤとも言う）から成る正孔輸送層、例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３とも言う）から成る電子輸送性発光層、および電子注入層から成る。そして、その積層した全膜厚は１００ｎｍ以下であり、有機ＥＬ発光装置では、５Ｖ以下の低電圧駆動が可能となる。

この有機ＥＬ層５は、その他に、有機発光層のみの単層であってもよい。また、有機ＥＬ層５は、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と有機発光層との積層した多層になる構造であってもよい。更には、高輝度を得るために、複数の有機ＥＬ層を中間導電層を介して積層させる、マルチフォトンエミッション（ＭＰＥ；Multi-Photo-Emission）といわれる構造になっていてもよい。

次に、図１に示した本実施形態の補助電極３および３ａの効果について図４を参照して説明する。図４は、上記有機ＥＬ発光装置における有機ＥＬ素子の発光面の輝度分布を示している。但し、図４は、発光面内の平均輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２となる有機ＥＬ発光装置の駆動条件での結果である。ここで、図４（ａ）が本実施形態の場合であり、図４（ｂ）は、比較対象にした図５に示した従来技術の有機ＥＬ素子の場合である。また、これ等の発光面の輝度分布は、図４の挿入図に示したように、正方形パターンの有機ＥＬ層５におけるｘ−ｙ座標面で示す。

ここで、比較対象とした従来技術の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ発光装置は、図５に示すように、透明ガラス基板１上において、矩形パターンの透明電極２、その上部に形成した有機ＥＬ層５、更にその上に積層した対向電極６、および封止部材８により構成されている。この場合には、補助電極が全く設けられていない以外は本実施形態の場合と同一構造になっている。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の場合には、上記挿入図に示した有機ＥＬ層５のｘ−ｙ座標面において最も輝度の低くなる中央部Ａの輝度が９００ｃｄ／ｍ^２に対して、最も輝度の高くなる角隅部Ｂにおける輝度は１１００ｃｄ／ｍ^２程度になる。このように、本実施形態の場合には、発光面の平均輝度１０００ｃｄ／ｍ^２とすると輝度ムラは±１０％となり、有機ＥＬ層５上での輝度ムラは小さい。これに対して、比較対象にした図５で説明した従来技術の場合には、上記中央部Ａの輝度が８００ｃｄ／ｍ^２であるのに対して角隅部Ｂにおける輝度は１３００ｃｄ／ｍ^２程度になる。そして、この場合の輝度ムラは、平均輝度１０００ｃｄ／ｍ^２とすると輝度ムラは−２０％〜＋３０％と大きなものである。

上記補助電極３，３ａは、図３に示したように有機ＥＬ層５において膜厚が相対的に厚くなる中央部に高い密度に配設され、この中央部の領域を給電源にすることによってこの領域の有機ＥＬ層を流れる電流を増加させる。そして、補助電極３，３ａは、その膜厚が相対的に薄くなる角隅部に配設されないか、あるいは疎に配設され、この領域の有機ＥＬ層の電流を抑制させる。このようにして、発光面での輝度が均一化し輝度ムラが低減する。

上記補助電極３（あるいは３ａ）は、図１に示したような配線群に限定されるものではなく、透明電極面上において同心円状パターン、桝目状パターン等に配設されてもよい。いずれにしても、透明電極面上において電極網が粗密にできるようになっていればよい。

このように、本実施形態では、有機ＥＬ層５の膜厚分布に対応させ、膜厚が厚くなっている領域において電極網が密になり、膜厚が薄くなっている領域において電極網が疎になるように補助電極を配設して設ける。例えば、有機ＥＬ層５の膜厚が厚くなる透明電極２の中央部の領域に多数の補助電極の配線を形成させる。このようにして発光面の輝度ムラが大きく低減するようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

例えば、上記補助電極は、Ａｌ以外にアルミ銅合金、Ｃｕ、Ａｕで構成されてもよく、あるいは補助電極のシート抵抗を低減させるように厚く形成するようにしてもよい。また、上記実施形態では、透明電極２を陽極にして対向電極６を陰極にする構造にして説明している、逆に透明電極２を陰極にして対向電極６を陽極にする構造の有機ＥＬ素子であっても、本発明は同様に適用できる。

また、上記実施形態の補助電極３（あるいは３ａ）は透明電極２の上部に配置し、有機ＥＬ層５との間に形成されていたが、この補助電極は透明電極２の下部に配置し、透明ガラス基板１との間に形成するようにしてもよい。

また、上記補助電極は、透明電極に限定されるものでなく、他に抵抗が比較的に高くなる電極に電気接続する構成になっていても、全く同様な効果を奏するものである。そして、本発明の有機ＥＬ素子を適用する有機ＥＬ発光装置としては、本実施形態で概略説明したようなもの以外であっても全く同様に適用される。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子が適用された有機ＥＬ発光装置を示す概略平面図である。上記有機ＥＬ素子を示す一部拡大断面図である。本発明における有機ＥＬ層の膜厚分布の一例を示す膜厚のマップ図である。本発明の実施形態に係る発光輝度分布を示す図である。一従来技術の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ発光装置を示す概略平面図である。

符号の説明

１透明ガラス基板
２透明電極
３，３ａ補助電極
４層間絶縁層
５有機ＥＬ層
６対向電極
７第１の電極取り出し端子
８封止部材

Claims

一対の対向する電極間に少なくとも有機発光層を含む正方形パターンの有機ＥＬ層が挟持された有機ＥＬ素子において、
前記一対の対向電極の一電極より低抵抗の補助電極が前記一電極に電気的に接続され、
前記補助電極は、複数の配線群からなる電極配線であり、かかる電極配線は、相互に交差する配線パターンを有し、
前記一電極面上において前記有機ＥＬ層の膜厚の薄い領域よりも前記膜厚の厚い領域に、前記補助電極が高い密度に配設されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記補助電極は、前記一電極面上の配線群から成ることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記一電極は透光性材料から成り、前記補助電極はその配線幅が５０μｍを超えないことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。