JPH09312196A

JPH09312196A - 電界発光素子

Info

Publication number: JPH09312196A
Application number: JP15047396A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Shirasaki; 友之白嵜
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】発光輝度および発光効率が高く、カソードの
劣化が防止できる電界発光素子を提供する。【解決手段】ガラス基板１２上に、順次、ＩＴＯでな
るアノード電極１３、ＰＶＣｚとＴＰＤと混合してなる
正孔輸送層１４、Ａｌｑ３でなる電子輸送層１５、Ｍｇ
とＡｌｑ３とを混合してなる混合層１６、Ａｇでなるカ
ソード電極１７を形成が形成されている。このような構
成とすることにより、電子輸送層１５への電子注入性を
向上することができる。このため、カソード電極材料と
して酸化されにくい材料を選択することが可能となる。
よって、カソードの劣化が防止でき、発光効率が高く発
光寿命の長い電界発光素子を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電界発光素子に関
し、さらに詳しくは、表示用照明や信号光発生素子など
に用いることのできる電界発光素子に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、電界発光素子として、有機化合物
を発光層に用いたエレクトロルミネッセンス素子（以下
有機ＥＬ素子という）が実用段階に入っている。このよ
うな有機ＥＬ素子としては、図７に示すような構造のも
のが知られている。同図に示す有機ＥＬ素子は、ガラス
基板１上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜でなるアノー
ド電極２が形成され、このアノード電極２上に発光層３
が形成され、さらに発光層３の上にマグネシウム（Ｍ
ｇ）でなるカソード電極４が形成されて構成されてい
る。発光層３は、両側の電極から電荷が注入され易いよ
うに、正孔輸送性材料層５と電子輸送性材料層６とが接
合されてなる。正孔輸送性材料層５はアノード電極２側
に形成され、電子輸送性材料層６はカソード電極４側に
形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の有機ＥＬ素子では、上記したようにカソ
ード電極４がＭｇなど（この他にＣａ、Ｌｉ、Ｉｎな
ど）のような低仕事関数の金属で形成されているため酸
化を受け易く、素子形成後の劣化の進行が速いという問
題があった。また、このように酸化され易い材料を用い
て素子を製造する際に、その取り扱いが困難であるとい
う問題があった。

【０００４】この発明が解決しようとする課題は、輝度
および発光効率が高く、しかもカソード電極の劣化が防
止できる電界発光素子を得るにはどのような手段を講じ
ればよいかという点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
相対向するカソード電極とアノード電極との間に、有機
化合物でなる有機ＥＬ層が介在された電界発光素子にお
いて、前記カソード電極が第１の材料で形成されるとと
もに、前記カソード電極と前記有機ＥＬ層との間に、前
記第１の材料より仕事関数の小さい第２の材料と、有機
化合物とが混合されてなる混合層が介在されていること
を特徴としている。

【０００６】請求項１記載の発明においては、有機ＥＬ
層を構成する有機化合物と第２の材料とを混合したこと
により、有機ＥＬ層への電子注入性を向上させることが
できる。また、カソード電極が第２の材料より酸化され
にくい材料で形成されているため、素子特性の劣化を防
止できる。また、混合層が、有機化合物を含むので有機
ＥＬ層との密着性が良い。

【０００７】請求項２記載の発明では、前記混合層が、
前記第２の材料と前記有機化合物とが共蒸着されてなる
ことを特徴としている。請求項２記載の発明において
は、混合層に均一に有機化合物と第２の材料を形成する
ことができる。

【０００８】請求項３記載の発明では、前記有機ＥＬ層
が、少なくとも、前記カソード電極側に配置され且つ電
子輸送性材料を含む電子輸送層と、前記アノード電極側
に配置され且つ正孔輸送性材料を含む正孔輸送層と、を
備え、前記混合層が、前記電子輸送性材料と前記第２の
材料とが混合されてなることを特徴としている。

【０００９】請求項４記載の発明では、前記第２の材料
は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、マ
グネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、またはこれ
らの金属を含む化合物および金属ホウ化物、金属炭化物
の中から選ばれることを特徴としている。請求項５記載
の発明は、前記第１の材料は、アルミニウム（Ａｌ）或
いは銀（Ａｇ）を含むことを特徴としている。請求項
４、５の発明によれば第２の材料が金属を含み、カソー
ド電極も金属からなるので密着性が良好である。

【００１０】請求項６記載の発明は、前記混合層は、前
記第２の材料と前記有機化合物との混合モル比（第２の
材料のモル数／有機化合物のモル数）の値が６以上であ
ることを特徴としている。

【００１１】請求項７記載の発明は、前記電子輸送層は
トリス（８−キノリレート）アルミニウム錯体を含んで
なり、前記正孔輸送層はポリビニルカルバゾールとトリ
フェニルジアミン誘導体とを含んでなることを特徴とし
ている。請求項８記載の発明は、前記混合層の厚さが２
００Å以下であることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電界発光素
子の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。（実施形態１）図１は、この発明に係る電界発光素子の
実施形態１を示す断面図である。同図において符号１１
は電界発光素子を示している。この電界発光素子１１
は、ガラス基板１２の上に、順次、アノード電極１３、
正孔輸送層１４、電子輸送層１５、混合層１６、カソー
ド電極１７が形成された構成である。なお、本実施形態
における有機ＥＬ層は、正孔輸送層１４と電子輸送層１
５とで構成されている。

【００１３】上記した各部材の説明を以下にする。アノ
ード電極１３は、８０％以上の光透過率をもつ、シート
抵抗が５０オーム以下のＩＴＯ薄膜で形成されている。
正孔輸送層１４は、ポリビニルカルバゾール（以下、Ｐ
ＶＣｚという）とトリフェニルジアミン誘導体（以下、
ＴＰＤという）とがモル比１：１の割合で混合されて形
成されたものであり、その膜厚は５０ｎｍ程度に設定さ
れている。ＰＶＣｚは、正孔輸送性ポリマーである。こ
のＰＶＣｚに混合されるＴＰＤも正孔輸送剤としての機
能をもつ。正孔輸送層１４の形成方法としては、ＰＶＣ
ｚとＴＰＤとを共蒸着する方法や、ＰＶＣｚとＴＰＤと
を混合してスピンコーティングする方法などがある。以
下に、ＰＶＣｚとＴＰＤの構造式を示す。

【００１４】

【化１】

【００１５】

【化２】

【００１６】電子輸送層１５は、トリス（８−キノリレ
ート）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ３という）でな
り、電子輸送性をもつ。また、この電子輸送層１５は、
実質的に発光層として機能する。この電子輸送層１５の
膜厚は、正孔輸送層１４と同様に５０ｎｍ程度に設定さ
れている。この電子輸送層１５の形成方法としては、上
記した正孔輸送層１４と同様に、蒸着する方法や、スピ
ンコーティングする方法があるが、本実施形態では真空
蒸着する方法を採用している。以下に、Ａｌｑ３の構造
式を示す。

【００１７】

【化３】

【００１８】混合層１６は、マグネシウム（Ｍｇ）とＡ
ｌｑ３とを蒸着速度比２０：１（モル比６５６：１）の
割合で、真空状態で共蒸着する方法で形成されている。
このように混合層１６を共蒸着することにより、電子輸
送層１５の真空蒸着から連続的に混合層１６を形成する
ことが可能となる。なお、この混合層１６の膜厚は、３
ｎｍ程度に設定した。そして、カソード電極１７は、銀
（Ａｇ）で形成されている。このカソード電極１７の厚
さは、３００ｎｍ程度に設定されている。カソード電極
１７を形成するＡｇは第１の材料としての機能をもち、
混合層１６を構成するＭｇは第２の材料としての機能を
もつ。すなわち、第１の材料としてのＡｇは、仕事関数
が大きく（４.２６／ｅＶ）酸化されにくいという機能
をもつ。また、第２の材料としてのＭｇは、第１の材料
に比し仕事関数が小さく（３.６６／ｅＶ）電子輸送層
１５への電子の注入障壁を低くして電子注入性を向上さ
せる機能をもつ。

【００１９】図２は、本実施形態の電界発光素子１１を
用いて、アノード電極１３とカソード電極１７との間に
直流電圧を印加したときの、電圧−発光輝度−発光効率
特性を示すグラフである。このグラフから、本実施形態
では印加電圧が１０Ｖで２０００ｃｄ／ｍ²以上の輝度
が得られるとともに、そのときの発光効率は１.２０ｌ
ｍ／Ｗ程度の高発光効率が得られることが判る。また、
印加電圧が１４Ｖでは８０００ｃｄ／ｍ²程度の最高輝
度が得られ、しかも０.５０程度の発光効率が得られる
ことが判る。さらに、印加電圧が１２Ｖのときには、輝
度が５０００ｃｄ／ｍ²で発光効率が１.００ｌｍ／Ｗ程
度となる。なお、効率ｌｍ／ＷはＫ輝度（ｃｄ／ｍ²）
×π÷｛電流密度（Ａ／ｍ²）×電圧（Ｖ）｝から算出
した。

【００２０】図３は、比較例１としての電界発光素子の
電圧−発光輝度−発光効率特性を示すグラフである。こ
の比較例１の電界発光素子の構成は、上記した本実施形
態の電界発光素子１１において混合層１６のみを欠く構
成である。すなわち、Ａｌｑ３でなる電子輸送層１５上
にカソード電極１７（Ａｇ）を直接載せた構成となって
いる。同図に示すグラフから、比較例１では最高輝度が
３０００ｃｄ／ｍ²程度であり、そのときの印加電圧が
１１.５Ｖ、発光効率が０.４０ｌｍ／Ｗ程度であった。
この結果、図２のグラフと図３のグラフとを比較する
と、本実施形態では印加電圧が１０Ｖ〜１５Ｖの間で８
０００ｃｄ／ｍ²という高輝度が得られるのに対して、
比較例１では３０００ｃｄ／ｍ²程度の低輝度しか得ら
れないことが判る。また、印加電圧が１０Ｖ〜１５Ｖの
間で本実施形態では発光効率１.００ｌｍ／Ｗ以上を達
成できるのに対して、比較例１では発光効率が０.５０
ｌｍ／Ｗ程度しか得られないことが判る。

【００２１】図４は、比較例２としての電界発光素子の
電圧−発光輝度−発光効率特性を示すグラフである。こ
の比較例２の電界発光素子の構成は、上記した本実施形
態の電界発光素子１１において混合層１６を構成する混
合成分をＡｌｑ３とＡｇとしたものであり、他の構成は
実施形態１と同様とした。この比較例２においては、印
加電圧が１１Ｖのときに最高輝度となる。この最高輝度
は１４００ｃｄ／ｍ²程度であり、上記した本実施形態
１の最高輝度８０００ｃｄ／ｍ²に比較して著しく低い
輝度となる。また、比較例２の発光効率は最高で０.２
３ｌｍ／Ｗ程度であり、印加電圧が１０Ｖのときに輝度
および効率が共に高くなるが、効率で０.２０ｌｍ／Ｗ
程度、輝度で１０００ｃｄ／ｍ²である。これに対して
本実施形態１では印加電圧が１０Ｖ程度のとき、効率が
１.２０ｌｍ／Ｗ、輝度が３０００ｃｄ／ｍ²と、効率、
輝度ともに比較例２より大幅に高いことが判る。

【００２２】本実施形態では、上記のような構成とした
ことにより、電子の注入効率が向上する。また、カソー
ド電極１７が酸化されにくい金属材料で形成されている
ため、素子特性の劣化を防止することができる。

【００２３】ところで、上記した本実施形態では、カソ
ード電極１７をＡｇで形成し混合層１６にＭｇを混合す
る構成としたが、カソード電極１７が酸化されにくい電
極材料であれば、これに限定されるものではなく、また
混合層１６に混合する第２の材料としても、カソード電
極材料より仕事関数が低いものであれば、Ｍｇに限定さ
れるものではない。さらに、本実施形態では、有機ＥＬ
層を正孔輸送層１４と電子輸送層１５とで構成したが、
電子と正孔とが注入されて再結合する有機ＥＬ層であれ
ば、単層でも複数層でもよい。

【００２４】（実施形態２）図５は、この発明の実施形
態２を示している。本実施形態では、電界発光素子でな
るアドレス光素子を信号光発生手段として用い、このア
ドレス光素子とＥＬ表示素子とを組み合わせた構成をも
つ。図中２１は、アドレス光素子３１とＥＬ表示素子４
１とからなる表示装置である。

【００２５】まず、アドレス光素子３１の構成を説明す
る。アドレス光素子３１は、同図に示すように、ガラス
または可撓性を有する高分子フィルムでなるアドレス基
板３２の後面に、アノード電極としての複数の行電極３
３が、行方向に平行に配列されて形成されている。この
行電極３３は、光透過性を有し、且つアノードとして適
した仕事関数を有する電極材料であればよく、例えばＩ
ＴＯや酸化スズなどを用いることができる。これら複数
の行電極３３およびアドレス基板３２の上（後面）に
は、ＰＶＣｚとＴＰＤとを混合してなる第１正孔輸送層
３４を形成する。この第１正孔輸送層３４の上（後面）
には、Ａｌｑ３でなる第１電子輸送層３５が接合するよ
うに積層されている。この第１電子輸送層３５は、実質
的に発光層として機能する。これら第１正孔輸送層３４
と第１電子輸送層３５とで有機ＥＬ層が構成されてい
る。さらに、第１電子輸送層３５の上（後面）には、Ａ
ｌｑ３とＭｇとを１：２０の蒸着速度比で共蒸着してな
る混合層３６が形成されている。そして、混合層３５の
上（後面）には、上記した行方向に対して直交する列方
向に、互いに平行に配列された、複数の列電極３７が形
成されている。すなわち、行電極３３と列電極３７と
は、有機ＥＬ層および混合層３６を挟んで交差し、行電
極３３と列電極３７とが重なった部分の有機ＥＬ層に電
荷の注入が可能となる。列電極３７は、カソード電極と
して機能するものであり、アノード電極に対し仕事関数
が低い物性であり、且つ酸化されにくい電極材料で形成
されている。本実施形態では、列電極３７をＡｇで形成
している。なお、行電極３３および列電極３７は、アド
レス基板３２の端縁まで延在され、駆動用ＩＣ（図示省
略する）と接続されるようになっている。このようにし
て、マトリクス駆動のアドレス光素子３１が構成されて
いる。

【００２６】次に、ＥＬ表示素子４１の構成を説明す
る。ＥＬ表示素子４１は、アドレス基板３２の前面側に
形成され、上記したアドレス光素子３１の全発光領域に
亙る面積と同程度の面積の表示領域を有している。ま
ず、アドレス基板３２の前面には、カソード電極として
の、複数の後駆動電極４２がアドレス光素子３１の発光
に対し透過性を示す導電性材料で形成されている。この
後駆動電極４２は、上記した行電極３３のそれぞれと対
向して平面的に見て重なるように実質的に同じ形状で行
電極３３と同じ本数が配置形成されている。また、アド
レス基板３２および後駆動電極４２の上には、表示領域
全域を覆うように光導電層４３が形成されている。この
光導電層４３は、アドレス光素子３１からの光量子を吸
収して、伝導キャリヤを生成する材料からなる。本実施
形態では、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いて
光導電層４３を形成している。そして、この光導電層４
３の表層には、ｎ型不純物（例えば、リン）をドープし
てなるドープ層４３Ａが形成されている。このドープ層
４３Ａの上には、上記した第１電子輸送層３５と同一材
料のＡｌｑ３でなる、電子輸送性の第２電子輸送層４４
が全面に形成されている。なお、ドープ層４３Ａは、こ
の第２電子輸送層４４へ電子を注入し易くする機能を果
たしている。そして、第２電子輸送層４４の上面には、
正孔輸送性の第２正孔輸送層４５が形成されている。こ
の第２正孔輸送層４５は、ＰＶＣｚとＢＮＤとでなる
が、各ドット部分（アドレス光素子３１の行電極３３と
列電極３７とが有機ＥＬ層を介して重なり合う部分（発
光領域）と対応する部分）には、所定の色配列を構成す
るようにＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
のそれぞれの発光を行わせるための発光材料（図示省略
する）が混合されている。なお、第２正孔輸送層４５の
形成方法としては、ＰＶＣｚとＢＮＤとの混合材料を塗
布した後に、各ドット部分に応じた発光材料を含浸させ
る方法や、予め発光材料を混合した有機膜を色配列に応
じて各色毎にパターン形成する方法などを用いることが
できる。このようにして形成された第２電子輸送層４４
と第２正孔輸送層４５とは、表示光発生層を構成してい
る。さらに、第２正孔輸送層４５の上面には、表示領域
全面に亙ってＩＴＯでなる、アノード電極としての透明
な前駆動電極４６が形成されている。なお、前駆動電極
４６および第２正孔輸送層４５の前面には、表示光に対
して透明性を有する保護膜４７が形成されている。

【００２７】次に、表示装置全体の動作を以下に説明す
る。まず、アドレス光素子３１において、線順次走査に
より選択された行電極３３と列電極３７との間に所定電
圧が印加されると、有機ＥＬ層から信号光として、発光
ピークが５０５ｎｍ程度の緑色の光が光導電層４３に向
けて照射される。なお、このとき、アドレス光素子３１
の有機ＥＬ層と光導電層４３とは十分に近距離であるた
め、信号光は実用上十分な空間周波数を維持して光導電
層４３に入射することができる。このため、所定のアド
レスから発光する信号光が、隣接するドット領域の光導
電層４３およびドープ層４３Ａに入射して光導電層４３
を励起させることはない。信号光が入射された部分の光
導電層４３およびドープ層４３Ａは、上記したように電
子−正孔対を生成して厚さ方向に電気伝導性を示す。こ
れによって、前駆動電極４６と後駆動電極４２との間に
印加されていた電圧は、第２電子輸送層４４と第２正孔
輸送層４５とでなる表示光発生層の所定のドット部分に
印加されることとなる。このため発生された電子ととも
に第２電子輸送層４４に電子を注入し、第２正孔輸送層
４５に正孔を注入する。なお、駆動電極間には、直流駆
動電圧、パルス電圧、交流電圧などを用いることができ
る。この結果、上記したようにＥＬ表示素子４１の発光
により、各種発光材料によって発色された表示光が前方
に向けて発生し、同時に後方に向けて帰還光（図示省略
する）が発生する。この帰還光は、光導電層４３および
ドープ層４３Ａに入射するため、光導電層４３およびド
ープ層４３Ａは、再励起され、新たに電子−正孔対を生
成する。したがって、光導電層４３は、第２電子輸送層
４４で電荷を注入し得る状態を保持する。このため、Ｅ
Ｌ表示素子４１の表示光発生層に駆動電圧が印加され続
ける状態において、表示光発生層へ電荷が注入され続け
る。この状態にある間は、表示光発生層が１フレーム期
間に対して十分長い時間、駆動され続けることができる
ため、アドレス光素子３１側の行電極３３と列電極３７
とが選択状態でなくなっても、表示光発生層は発光を維
持することとなる。このため、線順次走査により、次の
走査時まで発光が維持されることとなる。なお、次の走
査の直前で後駆動電極４２に印加する電圧を解除させる
ことで光導電層４３、ドープ層４３Ａに蓄積された電荷
は排除され、新たな表示発光が可能となる。

【００２８】本実施形態においては、アドレス光素子３
１のカソードとしての列電極３７と第１電子輸送層３５
との間に、列電極３７の材料であるＡｇより仕事関数の
低いＭｇを含む混合層３６を介在することにより、列電
極３７の劣化が防止でき、しかも電子注入効率を向上す
ることができる。このため、本実施形態では発光輝度お
よび発光効率を向上させることができる。このように、
発光輝度および発光効率が向上すると、印加電圧を低下
させることができるため、消費電力の削減ができるとと
もに、発光寿命を向上させることができる。

【００２９】（実施形態３）図６はこの発明に係る電界
発光素子を備えた表示装置の断面図である。この実施形
態は、電界発光素子がアドレス光を発生するアドレス光
素子であり、表示素子として液晶表示素子を備えること
を特徴としている。図中５１は表示装置であり、この表
示装置５１は、アドレス光素子５２と、液晶表示素子５
３と、バックライトシステム５４と、から大略構成され
ている。

【００３０】以下、アドレス光素子５２の構成について
説明する。図６に示すように、アドレス光素子５２は、
アドレス基板５５と、行電極５６と、正孔輸送層５７
と、電子輸送層５８と、混合層５９と、列電極６０と、
からなっている。なお、アドレス基板５５は、ガラスで
形成されている。

【００３１】アドレス基板５５の後面には、行方向に向
けて互いに平行をなす複数の行電極５６が形成されてい
る。この行電極５６は、アノード電極として機能するも
のであり、光透過性を有し且つ所定の仕事関数を有する
電極材料であればよい。本実施形態では、行電極５６を
ＩＴＯで形成している。行電極５６およびアドレス基板
５５の上（後面）には、ＰＶＣｚとＢＮＤとが混合され
てなる正孔輸送層５７が形成されている。この正孔輸送
層５７の膜厚は５０ｎｍ程度に設定されている。ここ
で、ＰＶＣｚは正孔輸送性ポリマーである。このＰＶＣ
ｚに混合されるＢＮＤも正孔輸送剤としての機能をも
つ。正孔輸送層５７の形成方法としては、上記したよう
にＰＶＣｚとＴＰＤとを共蒸着する方法や、ＰＶＣｚと
ＢＮＤとを混合してスピンコーティングする方法などが
ある。以下に、ＢＮＤの構造式を示す。

【００３２】

【化４】

【００３３】電子輸送層５８は、Ａｌｑ３でなり、電子
輸送性をもつ。また、この電子輸送層５８は実質的に発
光層として機能する。この電子輸送層５８の膜厚は、正
孔輸送層５７と同様に５０ｎｍ程度に設定されている。
この電子輸送層５８の形成方法としては、上記した正孔
輸送層５７と同様に、蒸着する方法や、スピンコーティ
ングする方法などがあるが、本実施形態では真空蒸着す
る方法を採用している。混合層５９は、マグネシウム
（Ｍｇ）とＡｌｑ３とを蒸着速度比２０：１の割合で、
真空状態で共蒸着する方法で形成されている。このよう
に混合層５９を共蒸着することにより、電子輸送層５８
の真空蒸着から連続的に混合層５９を形成することが可
能となる。なお、この混合層５９の膜厚は、３ｎｍ程度
に設定した。そして、カソードとしての列電極６０は、
銀（Ａｇ）で形成されている。この列電極６０の厚さ
は、３００ｎｍ程度に設定されている。列電極６０を形
成するＡｇは、仕事関数が大きく酸化されにくいという
機能をもつ。また、Ｍｇは仕事関数が小さく電子輸送層
５８への電子の注入障壁を低くして電子注入性を向上さ
せる機能をもつ。そして、これら正孔輸送層５７と電子
輸送層５８と混合層５９と列電極６０を覆うように、光
透過性を有する保護膜６２が形成されている。この保護
膜６２としては、例えばシリコン窒化膜を用いることが
できる。このように構成されたアドレス光素子５２にお
いては、行電極５６と列電極６０との間に電圧が印加さ
れた場合に、電子輸送層５８における正孔輸送層５７と
の界面寄りの部分から信号光としての紫外光が発せられ
る。なお、信号光としては３５０〜４００ｎｍの波長域
以内の紫外光が出力されるように設定することが望まし
い。また、行電極５６および列電極６０は、アドレス基
板５５の端縁まで延在され、駆動用ＩＣ（図示省略す
る）と接続されている。このようにして、マトリクス駆
動のアドレス光素子５２が構成されている。

【００３４】このような構成のアドレス光素子５２に組
み合わされる液晶表示素子５３は、アドレス光素子５２
の発光領域と同程度の面積の表示領域を有している。以
下に、図６を用いて液晶表示素子５３の構成を説明す
る。この液晶表示素子５３は、対をなす前透明基板６３
と後透明基板６４と、これら透明基板間にシール材６５
により封止されたＴＮ形の液晶と、これら透明基板６
３、６４を挟んで配置された対をなす前偏光板６７と後
偏光板６８と、を備え、旋光性を有するＴＮセルを用い
る構成である。そして、この実施形態３では、後透明基
板６３の対向内側面に、ＩＴＯでなる透明な１枚の後駆
動電極６９が表示領域全面に亙って形成されている。ま
た、後駆動電極６９の前面には、光導電層７０が形成さ
れている。さらに、この光導電層７０を覆うように、後
配向膜７１が形成されている。

【００３５】光導電層７０は、光量子を吸収して、伝導
キャリヤを生成する材料でなる。このような光導電層７
０としては、例えば、ＺｎＯ、アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、Ｚｎ
Ｓ、ＳｎＯｘなどの無機半導体や、ポリビニルカルバゾ
ールなどの電荷移動錯体、有機光キャリヤ生成層（ペリ
レン類、キノ類、フタロシアニン類など）と有機キャリ
ヤ輸送層（アリールアミン類、ヒドラジン類、オキサゾ
ール類など）とを積層した有機複合材料、などの材料を
用いることができる。このような材料では、光量子を吸
収すると、伝導キャリヤを生成して、そのインピーダン
スが急激に減少するため、電気伝導性を有するようにな
る。特に、この実施形態３では、光導電層７０が信号光
（紫外光）のみを吸収する光吸収特性を有するＺｎＯを
用いている。ＺｎＯは、通常可視光域に吸収をもたな
い。

【００３６】また、前透明基板６４の対向内側面には、
表示領域全域に亙って、所定の色配置を有するカラーフ
ィルタ層７２が形成されている。また、カラーフィルタ
層７２の後面には、透明な保護膜７３を介してＩＴＯで
なる前駆動電極７４が表示領域前面に亙ってが形成され
ている。さらに、前駆動電極７４を覆うように前配向膜
７５が形成されている。このような構成の液晶表示素子
５３においては、前駆動電極７４と後駆動電極６９がパ
ターニングを要しないものであり、表示領域全域に亙っ
て成膜するだけでよいため、従来のＴＦＴをスイッチン
グ素子とした表示素子に比較してその製造コストを大幅
に低減することができる。そして、このような液晶表示
素子５３と、上記したアドレス光素子５２とは、カラー
フィルタ層７２の色配置に対してアドレス光素子５２の
ドット配置（行電極５６と列電極６０との交差した部分
の配置）とが整合して、信号光が空間周波数を維持して
光導電層７０に入射するように組みつけられている。さ
らに、図６に示すように、アドレス光素子５２の後方に
は、バックライトシステム５４が配置されている。この
バックライトシステム５４は、可視光を発する光源７６
と導光板７７と反射板７８とから大略構成されている。

【００３７】次に、本実施形態の表示装置５１におい
て、所定の行電極５６と列電極６０とが選択されてマト
リクス駆動されたときに、アドレス光素子５２の所定の
アドレスから信号光が発光された場合の光導電層７０で
の作用・動作を説明する。

【００３８】まず、後駆動電極６９と前駆動電極７４と
の間にＡＣ駆動電圧が印加された状態で、所定の行電極
５６と列電極６０とが選択されて両電極が重なる部分の
正孔輸送層５７と電子輸送層５８とに電荷が注入される
と、この部分で信号光（紫外光）が発生する。図６中符
号ｓは、信号光を示している。そして、信号光ｓが、光
導電層７０に入射すると、入射した部分の光導電層７０
のインピーダンスが低下する。このため、信号光が入射
した部分の光導電層７０と前駆動電極７４との間の部分
の液晶６６のみに駆動電圧を印加することが可能とな
り、液晶６６を所定方向に配向することができる。この
ように液晶６６を配向することにより、アドレス光素子
３１を介したバックライトシステム５４からの光を制御
して表示駆動が可能となる。なお、光源７６は可視光の
波長域のみであるので光導電層７０を励起することはな
い。

【００３９】上記した本実施形態においても、アドレス
光素子５１はカソード電極である列電極６０と電子輸送
層５８との間に、カソード電極材料Ａｇより仕事関数の
小さいＭｇと電子輸送層を構成する有機化合物であるＡ
ｌｑ３とが混合されてなる混合層５９が、介在されてい
る。このため、電子を列電極６０から混合層５９を介し
て電子輸送層５８へ効率よく注入することが可能とな
る。このような混合層５９を設けることにより、列電極
６０の材料として酸化されにくいＡｇを採用することが
可能となる。よって、列電極６０の劣化を防止できる。
しかも、上記したように電子注入効率を向上することが
できるため、アドレス光素子５１の発光輝度および発光
効率を向上することができる。このように、発光輝度お
よび発光効率が向上すると、印加電圧を低下させること
ができるため、消費電力を削減できるとともに、発光寿
命を向上させることができる。

【００４０】以上、実施形態１〜実施形態３について説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。例え
ば、上記した各実施形態では、混合層としてＡｌｑ３と
Ｍｇとを混合したものを用いたが、カソード電極材料よ
り仕事関数が小さい金属またはこれらの金属を含む化合
物を有機ＥＬ材料に含有させたものであればよい。例え
ば、カソード電極がＡｇ（仕事関数４.２６／ｅＶ）で
形成されている場合には、Ｍｇの他に、インジウム（Ｉ
ｎ）、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属や
これらの金属を含む化合物或いは、金属ホウ化物、金属
炭化物を用いることも可能である。因に、Ｌｉの仕事関
数は２.９３／ｅＶ、Ｃａは２.９／ｅＶ、Ｉｎは４.０
９／ｅＶであり、例えばＣａの化合物であるＣａＯの仕
事関数は１.６〜１.８６／ｅＶである。またカソード電
極はＡｇの他に低抵抗のアルミニウム（Ａｌ）でも良
い。

【００４１】上記実施形態１では、マグネシウム（Ｍ
ｇ）とＡｌｑ３とを２０：１の割合で混合してなる混合
層を形成したが、ＭｇとＡｌｑ３とのモル比が６以上と
なるように混合することにより、良好な電子注入効率が
得られる。また、上記各実施形態では、カソード電極材
料としてＡｇを用いたが、酸化されにくい電極材料であ
ればＡｇに限定されるものではない。さらに、混合層の
膜厚は２００Å以下であることが望ましい。

【００４２】また、上記各実施形態においては、混合層
を共蒸着で形成したが、有機ＥＬ材料膜に仕事関数の小
さい金属やその化合物をイオン注入する方法、有機ＥＬ
材料膜に仕事関数の小さい金属やその化合物を熱拡散さ
せる方法、湿式成膜法などを用いて形成することが可能
である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、輝度および発光効率が高く、しかもカソー
ド電極の劣化が防止でき、発光寿命の長い電界発光素子
を実現するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る電界発光素子の断面
図。

【図２】実施形態１において直流電圧を印加したとき
の、電圧−発光輝度−発光効率特性を示すグラフ。

【図３】比較例１における電圧−発光輝度−発光効率特
性を示すグラフ。

【図４】比較例２における電圧−発光輝度−発光効率特
性を示すグラフ。

【図５】本発明の実施形態２に係る表示装置の断面図。

【図６】本発明の実施形態３に係る表示装置の断面図。

【図７】従来例の電界発光素子の断面説明図。

【符号の説明】

１１電界発光素子１２ガラス基板１３アノード電極１４正孔輸送層１５電子輸送層（Ａｌｑ３）１６混合層（Ａｌｑ３＋Ｍｇ）１７カソード電極（Ａｇ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向するカソード電極とアノード電極
との間に、有機化合物でなる有機ＥＬ層が介在された電
界発光素子において、前記カソード電極が第１の材料で形成されるとともに、
前記カソード電極と前記有機ＥＬ層との間に、前記第１
の材料より仕事関数の小さい第２の材料と、有機化合物
とが混合されてなる混合層が介在されていることを特徴
と電界発光素子。
【請求項２】前記混合層は、前記第２の材料と前記有
機化合物とが共蒸着されてなることを特徴とする請求項
１に記載の電界発光素子。
【請求項３】前記有機ＥＬ層は、少なくとも、前記カ
ソード電極側に配置され且つ電子輸送性材料を含む電子
輸送層と、前記アノード電極側に配置され且つ正孔輸送
性材料を含む正孔輸送層と、を備え、前記混合層は、前
記電子輸送性材料と前記第２の材料とが混合されてなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界
発光素子。
【請求項４】前記第２の材料は、アルカリ金属、アル
カリ土類金属、希土類金属、マグネシウム（Ｍｇ）、イ
ンジウム（Ｉｎ）、またはこれらの金属を含む化合物お
よび金属ホウ化物、金属炭化物の中から選ばれることを
特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電界
発光素子。
【請求項５】前記第１の材料は、アルミニウム（Ａ
ｌ）或いは銀（Ａｇ）を含むことを特徴とする請求項１
〜請求項４のいずれかに記載の電界発光素子。
【請求項６】前記混合層は、前記第２の材料と前記有
機化合物との混合モル比（第２の材料のモル数／有機化
合物のモル数）の値が６以上であることを特徴とする請
求項１〜請求項５のいずれかに記載の電界発光素子。
【請求項７】前記電子輸送層はトリス（８−キノリレ
ート）アルミニウム錯体を含んでなり、前記正孔輸送層
はポリビニルカルバゾールとトリフェニルジアミン誘導
体とを含んでなることを特徴とする請求項３〜請求項６
のいずれかに記載の電界発光素子。
【請求項８】前記混合層の厚さが２００Å以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の電界発光素子。