WO2000067531A1 - Dispositif organique electroluminescent et procede de fabrication - Google Patents

Dispositif organique electroluminescent et procede de fabrication Download PDF

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WO2000067531A1
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electrode
semiconductor layer
organic
electroluminescent device
organic electroluminescent
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PCT/JP2000/002796
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Inventor
Chishio Hosokawa
Hisayuki Kawamura
Hiroaki Nakamura
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Idemitsu Kosan Co., Ltd.
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    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescent device (hereinafter sometimes referred to as an organic EL device) and a method for producing the same.
  • the present invention relates to a production method obtained in Background art
  • an organic layer 202 is provided between a first electrode 201 and a second electrode 203, and at least the first electrode 201 has an inorganic semiconductor.
  • it is composed of a single crystal semiconductor material such as GaP, GaAlAs, GaAsP, ZnS and the like.
  • the joining surface between the first electrode 201 and the organic layer 202 is formed as an electron injection junction from the first electrode 201 to the organic layer 202.
  • the electron injection is attempted by the tunnel effect.
  • the bonding surface between the first electrode 201 and the organic layer 202 is formed as a hole injection junction from the first electrode 201 to the organic layer 202, Hole injection is attempted by the tunnel effect.
  • the first electrode 201 is represented by a symbol P
  • the organic layer 202 is represented by a symbol ⁇
  • the second electrode 203 is represented by a symbol M.
  • the first electrode 201 and the second electrode 203 are opposed to each other as shown in FIG.
  • the EL emission was taken out.
  • problems with regard to light transmittance such as being limited to transparent materials such as indium tin oxide (ITO) as an electrode material, and difficulty in effectively extracting blue light.
  • ITO indium tin oxide
  • the electrodes 201 and 203 are made of a single-crystal semiconductor material, manufacturing restrictions are large, and it is difficult to manufacture a large-area organic EL device. there were.
  • FIG. 9 As shown in the figure, an auxiliary electrode 213 is provided in a part of the electrode 211 to reduce the resistance of the entire electrode.
  • the electrodes of either the inorganic EL element or the organic EL element face each other, and therefore, it was still necessary to use a transparent material such as ITO for the electrode itself.
  • the inventors of the present invention diligently studied the above problem, and found that an organic luminescent medium was placed between one of the anode and cathode electrodes (first electrode) and the semiconductor layer made of a non-single-crystal material. And found that the conventional problem can be solved by electrically connecting the other electrode (second electrode) to the edge of the semiconductor layer.
  • the present invention provides an organic EL device having a large area that can use a wide variety of electrode materials, and a method for efficiently producing such an organic EL device. With the goal. Disclosure of the invention
  • One embodiment of the present invention relates to an organic EL device including an anode, a semiconductor layer, an organic luminescent medium, and a cathode, wherein one of the anode and the cathode is a first electrode, When one of the electrodes is a second electrode, an organic luminescent medium is provided between the first electrode and the semiconductor layer made of a non-single-crystal material, and the second electrode is located on the edge of the semiconductor layer. Are electrically connected.
  • the materials that can be used for these electrodes are limited in relation to the amount of light extracted outside. There is no. Therefore, a low-resistance opaque material can be used for any of the electrodes.
  • the electrodes are made of a non-single-crystal material, it is possible to use a large-area organic EL device.
  • the second electrode shields Since it does not become a material, the amount of light that can be extracted outside can be increased.
  • the second electrode is electrically connected to an extension that extends horizontally from an edge of the semiconductor layer.
  • the electrical connection between the second electrode and the semiconductor layer can be made large and the connection resistance can be stabilized.
  • the second electrode and the organic light emitting medium can be connected to each other. Can be prevented.
  • the second electrode may be formed at a position that is flush with the organic light emitting medium, or a recess may be provided in the horizontal extension to provide the second electrode. May be formed.
  • the second electrode is electrically connected to two or more edges of the semiconductor layer.
  • the electrical connection between the second electrode and the semiconductor layer can be made large in area, and even if one electrical connection fails, the other electrical connection may fail. Conduction can be ensured.
  • the second electrode is patterned in a lattice or comb shape.
  • the organic light emitting medium can emit light uniformly, and the amount of light that can be extracted outside can be increased.
  • the non-single-crystal material includes ZnS, ZnSe, CclS, CdTe, ZnTe, MgS, MgSe, ZnSe, It is at least one chalcogenide material selected from the group consisting of ZnMgSSe, ZnCclSSe, and ZnTeSe.
  • the non-single-crystal material is at least one metal oxide selected from the group consisting of Al, Sn, Zn, In, Cd, Mg, and Si.
  • a non-degenerate semiconductor is at least one metal oxide selected from the group consisting of Al, Sn, Zn, In, Cd, Mg, and Si.
  • the area can be easily increased.
  • the amount of light extracted outside can be increased.
  • the non-single-crystal material is amorphous carbon or diamond-like carbon.
  • the area can be easily increased.
  • the non-single-crystal material is a conductive conjugated polymer, an oxidizing agent-added polymer, a reducing agent-added polymer, an oxidizing agent-added low-molecular compound, or a reducing agent. It is preferable that the compound is an added low molecular compound.
  • the area can be easily increased, a semiconductor layer having excellent surface smoothness can be formed, and element defects can be reduced.
  • the band gap of the semiconductor layer is set to a value of 2.7 eV or more.
  • the transparency of the semiconductor layer can be increased, and thus the amount of EL light extracted outside can be increased.
  • the thickness of the semiconductor layer is preferably set to a value within a range of 1 to 700 nm.
  • the specific resistance of the semiconductor ⁇ ⁇ X 10 in configuring the organic EL device of the present invention, the specific resistance of the semiconductor ⁇ ⁇ X 10 ;; to 1 ⁇ 10 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ cm.
  • the driving voltage of the organic EL element can be further reduced, and the luminance on the light emitting surface can be made uniform.
  • the charge concentration of the semiconductor layer it is preferable to set the charge concentration of the semiconductor layer to a value within the range of 1 ⁇ 10 12 to 1 ⁇ 10 2 ° cm- 3 .
  • the drive voltage of the organic EL element can be reduced, and the quenching of the excited state in the organic luminescent medium can be prevented.
  • the light transmittance of the semiconductor layer is preferably set to a value of 1 ()% or more.
  • the light transmittance of the semiconductor layer also affects the wavelength of light to be transmitted. Generally, even if the light transmittance is about 10%, an energy smaller than the band gap of the semiconductor layer is required.
  • an electric insulating portion is provided between the second electrode and the organic luminescent medium.
  • a conductive layer is provided between the second electrode and the semiconductor layer.
  • an auxiliary electrode is provided for the second electrode.
  • Another aspect of the present invention is a method for manufacturing an organic EL device including an anode, a semiconductor layer, an organic luminescent medium, and a cathode,
  • the step of forming the second electrode includes a step of patterning.
  • the method for manufacturing an organic EL device of the present invention may include a step of forming an electric insulating film for covering the second electrode, or a non-injectable semiconductor layer or a metal layer. Is preferred.
  • the second electrode can be protected mechanically and chemically, and furthermore, the occurrence of a short circuit can be prevented, and the injection of holes and electrons from the second electrode can be prevented. Can be prevented.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of the organic EL device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of an organic EL device according to a modification of the embodiment (part 1).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL element according to a modification of the first embodiment (part 2).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL element according to a modification of the first embodiment (part 3).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL device according to a modification of the first embodiment (part 4).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL element according to a modification of the first embodiment (part 5).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL device according to a modification of the first embodiment (part 6).
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a structure of an organic EL device according to a modification of the first embodiment (part 7).
  • FIG. 9 is a view for explaining a connection structure between the second electrode and the semiconductor layer (part 1).
  • FIG. 10 is a view for explaining a connection structure between a second electrode and a semiconductor layer (part 2).
  • FIG. 11 is a view for explaining a connection structure between the second electrode and the semiconductor layer (part 3).
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing method according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the structure of a conventional organic EL device (part 1).
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the structure of a conventional organic EL device (part 2).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an organic EL device 100 according to the first embodiment.
  • a semiconductor layer 14 made of a non-single-crystal material an organic luminescent medium 12 and Cathodes (first electrodes) 10 are sequentially formed.
  • the anode (second electrode) 16 is electrically connected to the extension 18 extending in the horizontal direction from the edge 17 of the semiconductor layer 14.
  • the organic light emitting material used as a constituent material of the organic light emitting layer preferably has the following three functions.
  • Transport function A function to move injected holes and electrons by the force of an electric field.
  • Light-emitting function A function that provides a field for the recombination of electrons and holes and connects them to light emission.
  • some of the materials having a hole injection / transport property larger than the electron injection / transport property are excellent as an organic light emitting material. Some are suitable. Therefore, any material can be suitably used as long as the transfer of electrons in the organic light emitting layer is promoted and recombination with holes near the center of the organic light emitting layer.
  • the electron mobility of the organic light emitting material is set to 1 ⁇ 1 ⁇
  • the value is preferably s or more. The reason for this is that if the value is less than 1 ⁇ 10 ′′ 7 cmW-s, high-speed response in the organic EL element may become difficult, or the luminance may decrease.
  • the electron mobility of the organic light emitting material is 1.1 ⁇ 10 7 to 2 ⁇ 10 ” 3 cm 2 /
  • the value is in the range of V ⁇ s.
  • the electron mobility it is preferable to set the electron mobility to a value smaller than the hole mobility of the organic light emitting material in the organic light emitting layer. The reason for this is that when the electron mobility is reversed, the organic light emitting material that can be used in the organic light emitting layer may be excessively limited, and the light emission luminance may be reduced.
  • the electron mobility of the organic light-emitting material is preferably a value larger than 1 Z 1 000 times the hole mobility because, when the electron mobility becomes excessively small, the electron mobility becomes near the center of the organic light-emitting layer. This makes it difficult to recombine with holes, and the light emission luminance may also decrease.
  • the hole mobility of the organic light emitting material in the organic light-emitting layer (h) and electron mobility (/) and force / Bruno 2>.> ⁇ h / 500 is more preferred that they satisfy the relation, / ,,, More preferably, the relationship of 3>/.> / Z 100 is satisfied.
  • an aromatic ring compound having a styryl group represented by the following formulas (1) to (3) for the organic light emitting layer.
  • Ar 1 is an aromatic group having 6 to 5 carbon atoms
  • Ar 2 , Ar 3 and Ar 1 are each a hydrogen atom or a carbon atom having 6 to 50 carbon atoms.
  • An aromatic group, at least one of Ar 1 , Ar 2 , A r ⁇ and A r 1 is an aromatic group;
  • Ar 5 is an aromatic group having 6 to 50 carbon atoms
  • Ar G and Ar are each a hydrogen atom or an optionally substituted aromatic group having 6 to 50 carbon atoms.
  • the condensed number m is an integer of 1 to 6.
  • a and A r 14 is an aromatic group of 6-50 carbon atoms
  • a r " ⁇ A r 13 are each aromatic of 6 to 50 hydrogen atoms or carbon atoms
  • the condensed numbers ⁇ , ⁇ , r, and s are each 0 or 1.
  • the aromatic group is preferably an aryl group having 5 to 40 nuclear atoms, Phenyl, naphthyl, anthranyl, phenanthryl, pyrenyl, coronyl, biphenyl, terphenyl, pyrrolyl, furanyl, thiophenyl, benzothiophenyl, oxaziazolyl, diphenylanthranyl, indolyl, carbazolyl, pyridyl, benzoquinolyl, dibenzoquinolyl And the like.
  • arylene group having 5 to 40 nuclear atoms include phenylene, naphthylene, anthranylene, phenanthrylene, pyrenylene, colonylene, biphenylene, terfenylene, pyrrolylene, furanylene, thiophenylene, and benzothiophene.
  • an aromatic group may be further substituted with another substituent.
  • Preferred examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (ethyl group, methyl group, i-propyl group, n-propyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclopentyl Group, cyclohexyl group, etc.), C1-C6 alkoxy group (ethoxy group, methoxy group, i-propoxy group, n-propoxy group, s-butoxy group, t-butoxy group, pentoxy group, hexyloxy Group, cyclopentoxy group, cyclohexyloxy group, etc.), an aryl group having 5 to 40 nuclear atoms, an amino group substituted with an aryl group having 5 to 40 nuclear atoms, 5 to 50 nuclear atoms
  • Examples include an ester group having 40 aryl groups, an ester group having
  • the organic light-emitting layer may include a benzothiazole-based, benzimidazole-based, benzoxazole-based fluorescent whitening agent, a styrylbenzene-based compound, or a metal complex having an 8-quinolinol derivative as a ligand. It is also preferable to use them together.
  • an organic light-emitting material having a distyrylarylene skeleton such as 4,4'-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl, is used as a host, and a strong fluorescent dye from blue to red is applied to the host, for example, It is also preferable to use a coumarin-based material or a material doped with the same fluorescent dye as the host.
  • the formation method is not particularly limited.
  • a vacuum deposition method for example, a spin coating method, a casting method, LB Method (Langmuir-Blodgett method), a sputtering method, and the like.
  • the deposition temperature 50 to 450 ° C, in an inert gas, vacuum 1 X 1 0 - ⁇ 1 X 1 0-: ⁇ a, deposition rate 0.0 1-50 nm / sec, substrate temperature-— 0 ⁇ 300 "C
  • the organic light emitting layer can also be formed by dissolving the binder and the organic light emitting material in a solvent to form a solution, and then thinning the solution by a spin coating method or the like.
  • Preferred binders are transparent resins, and particularly preferred binders include polycarbonate, polystyrene, polyolefin, polyimide, and polysulfone.
  • the thickness of the organic light-emitting layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the situation. Specifically, the value is preferably in the range of 5 nm to 5 / im. The reason for this is that if the thickness of the organic light-emitting layer is less than 5 nm, the emission luminance and durability may decrease.On the other hand, if the thickness of the organic light-emitting layer exceeds 5 zm, the value of the applied voltage increases. This is because it may be.
  • the thickness of the organic light emitting layer is more preferably set to a value within the range of 10 nm to 3 / xm, and 20 nm. More preferably, the value is in the range of ⁇ l / im.
  • any material can be used as long as it is not a single crystal material.
  • the following chalcogenide materials, metal oxide non-degenerate semiconductors, and organic semiconductor materials are preferable.
  • a large area can be easily achieved.
  • a semiconductor layer made of these non-single-crystal materials has high transparency and can increase the amount of light when light is extracted from the semiconductor layer to the outside.
  • chalcogenide materials include ZnS, ZnSe, CdS, C (1 Te, ZnTe, MgS, MgSe, ZnSSe, Zn at least one selected from the group consisting of iM g SS e, Z n C d SS e, and Z nTe Se You.
  • the chalcogenide material is a compound added to create holes in the semiconductor layer
  • the donor material is a compound added to create electrons in the semiconductor layer. More specifically, it is preferable to dope Li, Cu, Na, Ag, N, F, or the like as an acceptor material or a donor material.
  • the amount of the additive material and the donor material to be added is not particularly limited, but specifically, a value within a range of 0.01 to 5 mol% is preferable. The reason for this is that if the amount of addition is less than 0.01 mol%, the effect of addition may not be exhibited. On the other hand, if the amount of addition exceeds 5 mol%, it is coagulated and becomes homogeneous. This is because it may be difficult to form a semiconductor layer. Therefore, the addition amount of the acceptor material and the donor material is more preferably set to a value within the range of 0.1 to 2 mol%.
  • the non-degenerate semiconductor of the metal oxide includes at least one selected from the group consisting of Al, Sn, Zn, In, Cd, Mg, and Si.
  • Non-degenerate semiconductors of these metal oxides are usually used in ternary or quaternary systems, but do not control the amount of dopants or oxygen vacancies, or By controlling the composition ratio, a value within a preferable range of the charge concentration and the specific resistance value can be obtained.
  • the combination of Sn ⁇ and A 1 can be made into a non-degenerate semiconductor by adding 3 to 10 atomic% of A 1 as a donor impurity, which is usually used as a degenerate semiconductor.
  • InZnO can be made into a non-degenerate semiconductor by adding 1 to 20 atomic% of a force S i, Mg, A 1 which is usually used as a degenerate semiconductor as a donor impurity.
  • One of the preferred organic semiconductor materials is amorphous carbon or diamond. Carbon.
  • organic semiconductor materials may further contain a hydrogen atom, or a p-type or n-type semiconductor material may be added by adding an elemental or donor material such as boron or phosphorus. Is also preferable.
  • the non-single-crystal material is a conductive conjugated polymer, an oxidizing agent-added polymer, a reducing agent-added polymer, an oxidizing agent-added low-molecular compound, or a reducing agent-added low-molecular compound. It is also preferred.
  • Examples of such conductive conjugated polymers include polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives (see JP-A-8-48858 and JP-A-7-90060), oxidation
  • a polymer containing arylamine or a thiophene-containing oligomer in its main chain or side chain can be used.
  • the polymer or the low molecular weight compound to which the reducing agent is added include a compound having a nitrogen-containing heterocyclic ring.
  • the oxidizing agent to be added to the polymer or the low molecular compound includes a Lewis acid, for example, iron chloride, antimony chloride, aluminum chloride and the like.
  • examples of the reducing agent added to the polymer or the low-molecular compound include an alkaline earth metal, a rare earth metal, an alkaline compound, an alkaline earth compound, and a rare earth compound.
  • these compounds also include the above-mentioned organic complexes of alkali metals or alkaline earth metals (ligands are organic substances).
  • the light transmittance of the semiconductor layer is preferably set to a value of 10% or more, more preferably 50% or more. More preferably, the value is 0% or more.
  • the band gap (energy gap) is preferably set to a value of 2.7 eV or more because the value of the emission luminance of the semiconductor layer can be increased.
  • the charge concentration in the semiconductor layer be a value within the range of 1 ⁇ 10 to 1 ⁇ 10 2 ° cm 3 .
  • the reason for this is that if the charge concentration of the semiconductor layer is less than 1 ⁇ 10 I2 cnr 3 , the driving voltage becomes extremely high and the light emission may become non-uniform, whereas the charge concentration of the semiconductor layer becomes 1 This is because if it exceeds X 102 (1 cm), it may act as a metal, and the excited state generated in the organic light emitting medium may be deactivated.
  • the charge concentration of the semiconductor layer it is more preferable to set the charge concentration of the semiconductor layer to a value in the range of 1 ⁇ 10 ′′ to 1 ⁇ 10 13 c nr 3 , and to set the charge concentration in the range of 1 ⁇ 10 ′′ to 1 ⁇ 10 18 cm ′ 3 It is even more childish to do.
  • the specific resistance value of the semiconductor layer be a value in the range of 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 9 ⁇ ⁇ cm.
  • the specific resistance of the semiconductor layer is less than 1 ⁇ 10 " 3 ⁇ ⁇ cm, it may act as a metal, and the excited state generated in the organic luminescent medium may be deactivated and weakened.
  • the specific resistance of the semiconductor layer exceeds 1 ⁇ 10 9 cm, the driving voltage may be significantly increased.
  • the specific resistance value of the semiconductor layer is 1 ⁇ 10 ⁇ ; It is more preferable to set the value in the range of X 10 5 ⁇ ⁇ cm. By setting the specific resistance of the semiconductor layer within such a range, more uniform light emission can be obtained.
  • the specific resistance of the semiconductor layer is set to a value within a range of 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 cm. Is more preferred.
  • the thickness of the semiconductor layer is preferably set to a value within the range of 1 to 700 nm. The reason for this is that if the thickness of the semiconductor layer is less than 1 nm, it may not be a continuous film, whereas if the thickness of the semiconductor layer exceeds 70 Onm, the light extraction efficiency may decrease. Because there is.
  • the thickness of the semiconductor layer is set to a value in the range of 5 to 500 nm, and more preferably to a value in the range of 10 to 300 nm.
  • the anode and the cathode do not substantially face each other and light can be extracted to the outside from the semiconductor layer, the type limitation from the viewpoint of light transmittance and the like can be significantly reduced. it can.
  • one of the anode and the cathode is used as a first electrode, and the other is used as a second electrode.
  • the first electrode can be an anode and the second electrode a cathode, or the first electrode can be a cathode and the second electrode can be an anode.
  • the second electrode can be made of various metals or an electrically conductive compound as long as the material can be injected into the semiconductor layer.
  • holes and electrons are injected from the anode or the cathode serving as the second electrode, these charges pass through the electrical connection point, which is the edge of the semiconductor layer, to the semiconductor layer having a large area. Therefore, it is important to select the constituent material of the second electrode in consideration of the connection resistance of the electric connection portion.
  • anode it is preferable to use a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a large work function (for example, 4.O eV or more).
  • a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a large work function for example, 4.O eV or more.
  • I ⁇ indium dimucin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • zinc oxide gold, platinum, palladium, etc.
  • gold, platinum, palladium, etc. is used alone, or two or more kinds are used. Can be used in combination.
  • the thickness of the anode is not particularly limited, but is preferably set to a value within a range of 10 to 100 nm, and more preferably to a value within a range of 10 to 200 nm. Is more preferable.
  • a metal, an alloy, an electrically conductive compound or a mixture thereof having a small work function for example, less than 4.0 OeV.
  • a metal, an alloy, an electrically conductive compound or a mixture thereof having a small work function for example, less than 4.0 OeV.
  • a metal, an alloy, an electrically conductive compound or a mixture thereof having a small work function for example, less than 4.0 OeV.
  • the thickness of the cathode is not particularly limited.
  • the force is in the range of 10 to 1, OOO n rn Within the range of 10 to 200 nm, and more preferably within the range of 10 to 200 nm.
  • the electrical connection is a connection that can be energized by connecting or contacting the anode or the cathode with the semiconductor layer. Therefore, the connection resistance is preferably set to a value of 1 k Q or less, more preferably 100 ⁇ or less.
  • the position and connection structure of the second electrode in the present invention are not limited to the positions shown in FIGS. 1 to 11, and may be a combination of these structures and the like as appropriate. Further, a position other than the illustrated position may be used as long as the position can be electrically connected to the edge of the semiconductor layer.
  • FIG. 1 shows the position of the second electrode 16 in the organic EL device 100 according to the first embodiment, as partially described above, and extends from the edge 17 of the semiconductor layer 14 in the horizontal direction.
  • a concave portion 20 is provided in an extended portion 18 extending to the bottom, and an anode (second electrode): 16 is formed in the concave portion 20.
  • the second electrode 16 When the second electrode 16 is formed at such a position, the area of the electrical connection between the second electrode 16 and the semiconductor layer 14 is increased, a short circuit is prevented from occurring, and furthermore, Electrical connection with the outside becomes easy.
  • the second electrode 16 when the second electrode 16 is formed at such a position, the upper surface of the second electrode 16 and the upper surface of the semiconductor layer 14 are aligned and flat, so that processing such as insulating property is performed. Becomes easier.
  • FIG. 2 shows the position of the second electrode 16 in the organic EL element 102 according to a modification (part 1) of the first embodiment, and shows the position from the edge 17 of the semiconductor layer 14 in the horizontal direction.
  • An anode (second electrode) 16 is formed on the surface of the extension 18 extending from the base.
  • the electrical connection between the second electrode 16 and the semiconductor layer 14 can have a large area.
  • the distance between the second electrode 16 and the organic luminescent medium 12 can be increased, the occurrence of a short circuit can be effectively prevented.
  • the first electrode 10 and the second electrode 16 are in the same direction, respectively. In FIG. 2, since the upper surface direction is exposed, the first electrode 10 and the second electrode 16 are used for electrical connection to the outside.
  • FIG. 3 shows the position of the second electrode 16 in the organic EL element 104 according to a modification (part 2) of the first embodiment, and shows the position from the edge 17 of the semiconductor layer 14 in the horizontal direction.
  • the second electrode 1 is formed on the extension 18 extending on the side opposite to the side on which the organic luminescent medium 12 is provided.
  • the second electrode 16 When the second electrode 16 is formed at a position like the second, the electrical connection between the second electrode 16 and the semiconductor layer 14 can be made large, and the electrical insulation treatment The occurrence of a short circuit between the second electrode 16 and the organic light emitting medium 12 can be effectively prevented without applying the heat treatment.
  • a recess 22 is provided in the extension 18 and a second electrode 16 is formed therein. Indicates the position of the second electrode 16 in the organic EL element 106 according to the modified example (part 3) of the first embodiment, and indicates the edge (side end) of the second electrode 16. 17 indicates that it is formed directly.
  • the configuration of the lateral organic EL element 106 can be made compact.
  • FIG. 5 shows a modification (No. 4) of the first embodiment, showing an example in which the second electrodes 16 and 23 are provided at two places in the organic EL element 112. I have. In other words, it is shown that the second electrodes 16 and 23 are formed via the extended portions 18 with respect to the edges (side ends) 17 on both sides of the semiconductor layer 14.
  • the contact area between the second electrodes 16 and 23 and the extension 18 in the semiconductor layer 14 increases, and Hole injection becomes easy. Further, even if a conduction failure occurs between one of the second electrodes 16 and 23 and the extension 18 in the semiconductor layer 14, the other second electrode 16 and With 23, it is possible to maintain conduction between the semiconductor layer 14 and the other extension 18 of the semiconductor layer 14.
  • FIG. 6 shows a modification (part 5) of the first embodiment, in which a taper 24 is provided at the edge of the semiconductor layer 14 and a second electrode is provided on the taper 24. This indicates that 16 has been formed.
  • FIG. 7 shows a modification (part 6) of the first embodiment, in which a semiconductor layer 9 is also provided on the first electrode 10 side. That is, it is shown that the first electrode 10 is formed with respect to the edge portion at the side end of the semiconductor layer.
  • FIG. 8 shows a modification (part 7) of the first embodiment, in which a step is provided at the edge of the semiconductor layer 14 and a conductive layer 25 is formed on the step. This indicates that the second electrode 16 is formed on the conductive layer 25.
  • the contact area is increased and the resistance is easily reduced.
  • FIG. 9 shows a connection state and a connection position between the semiconductor layer 14 and the second electrode 16.
  • 9 (a) and 9 (b) show plan views
  • FIGS. 9 (c) and (d) show cross-sectional views.
  • the contact area is preferably increased, or, since excellent connection reliability can be obtained, as shown in FIG. It is preferable to adopt a divided structure or a perforated structure at the tip of the semiconductor layer 14 as shown in FIG. 9 (b).
  • a concave portion is provided at the tip of the semiconductor layer 14 as shown in FIG. 9 (c), or a chevron is formed at the tip of the semiconductor layer 14 as shown in FIG. 9 (d). It is also preferable to form
  • FIG. 10 shows the position of the second electrode 34 in the organic EL element 108 of the modified example (No. 8) of the first embodiment, and shows the organic light emitting medium and the first electrode. Etc. are omitted.
  • a plurality of second electrodes 34 are provided in a patterned rail shape.
  • the semiconductor layer 32 is also patterned along the second electrode 34. And a plurality of rails are provided.
  • the second electrode 34 is electrically connected along the edge (side end) 36 of the semiconductor layer 32
  • the second electrode 34 when the second electrode 34 is formed at such a position, by applying a voltage between the first electrode (not shown) and the second electrode 34, the semiconductor layer 32 is formed. (Not shown) can effectively prevent the voltage decrease (voltage drop) due to the resistance.
  • FIG. 11 shows the position of the second electrode 40 in the organic EL element 110 of the modified example (No. 9) of the first embodiment, and FIG. FIG. 11 (b) is a plan view showing that the electrode 40 is formed on the support substrate 42 in a grid pattern. Further, FIG.
  • FIG. 11 (b) shows the second electrode 40 and The sectional view shows that the semiconductor layer 44 is provided so as to entirely cover the partially exposed support substrate 42. Further, FIG. 11 (c) shows that an organic luminescent medium 46 is entirely formed on the semiconductor layer 44 shown in FIG. 11 (b), and a patterned In the organic EL element 110 formed with the first electrode 488, the light is extracted to the outside from the portion indicated by the symbol T in cross section.
  • the second electrode 40 when the second electrode 40 is formed at such a position, the electrical connection between the second electrode 40 and the semiconductor layer 44 can be made large, and the resistance of the semiconductor layer causes Voltage reduction (voltage drop) can be effectively prevented. Further, when the second electrode 40 is formed at such a position, the organic EL elements (pixels) 110 can be arranged in a matrix in relation to the arrangement of the first electrode (not shown). it can. Further, a large amount of light can be extracted from the light emitting surface of the semiconductor layer 44 having a large area.
  • one pixel may include the above structure in the second electrode and the semiconductor layer. Further, the structure shown in FIG. 11 may be two-dimensionally arranged as dots (part of pixels) to form a matrix structure.
  • Such a support substrate is As long as it has excellent mechanical strength and low permeability to moisture and oxygen, those commonly used in this type of organic EL device can be used as they are. Specifically, for example, a glass substrate or a ceramic substrate having a thickness of 100 to 2,000 can be mentioned.
  • the light transmittance of the supporting substrate is preferably set to 90% or more, and more preferably to 93% or more. More preferably, the value is more preferably 98% or more.
  • the organic EL element according to the first embodiment has a substantially 1 configuration in which an anode is used as a second electrode and a cathode is used as a first electrode.
  • other components such as a hole injection layer and It is also preferable to adopt the configurations of the organic EL devices (1) to (6) in combination with the electron injection layer.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (d) are explanatory views schematically showing an organic EL element in each step of the manufacturing method according to the second embodiment.
  • the method of manufacturing an organic EL device will be mainly described, and the constituent materials and the like will be described in the first embodiment. This can be the same as the content described.
  • FIG. 12 (a) shows a state in which an anode (second electrode) 16 is provided on a supporting substrate 15.
  • the method for forming the second anode 16 is not particularly limited.
  • the second anode 16 can be formed at a predetermined position by combining a sputtering method (evaporation method) and a photolithography method.
  • a sputtering method evaporation method
  • a photolithography method evaporation method
  • an anode layer is formed on the entire surface of the support substrate 15 by sputtering, and then patterned by photolithography to form an electrical connection with the edge 17 of the semiconductor layer 14 in the future.
  • the anode 16 can be formed exactly at the position where the connection is made.
  • the upper surface position of the support substrate and the anode surface position can be matched to be flat. Therefore, when the anode is formed in this way, when the semiconductor layer is formed in a later step, it can be reliably electrically connected to the edge of the semiconductor layer.
  • the anode is formed in this manner, the anode is embedded in the electrically insulating supporting substrate, and without using an electrically insulating material, the insulating property with the organic light emitting medium formed in a later step is reduced. Can be reliably held.
  • FIG. 12 (b) shows a state where the semiconductor layer 14 is provided on the supporting substrate 15 and adjacent to the anode (second electrode) 16. That is, a state is shown in which the semiconductor layer 14 is provided so that the anode 16 can be electrically connected at the end 17.
  • the method of forming the semiconductor layer 14 is not particularly limited.
  • the semiconductor layer 14 can be formed at a predetermined position by performing a sputtering method (vapor deposition method) following the previous step. That is, after etching the anode layer in the previous step, the resist is peeled off, the semiconductor layer 14 is entirely formed, and the semiconductor layer 14 is placed at a predetermined position by patterning by photolithography. It can be formed easily and in a short time.
  • the photolithography method is used. It is also preferable to form the semiconductor layer 14 at a predetermined position. Formation of organic luminescent medium
  • FIG. 12 (c) shows a state in which the organic luminescent medium 12 is provided on the semiconductor layer 14.
  • the method of forming the organic luminescent medium 12 is not particularly limited, either.
  • the organic luminescent medium 12 can be formed at a predetermined position by using a perforated mask during evaporation.
  • the organic light emitting medium 12 is composed of a light emitting layer, a hole transport layer, a hole injection layer, an intermediate interface layer, etc., the formation of each layer is accurately performed by repeating the deposition process. Can be achieved.
  • the organic luminescent medium 12 When forming the organic luminescent medium 12, it is preferable to provide an electrically insulating layer (not shown) on the anode 16 to cover the anode. By forming the electric insulating layer in this manner, electric insulation between the anode and the organic light emitting medium can be reliably ensured. Therefore, it is possible to effectively prevent a short circuit and crosstalk from occurring when an organic EL device is formed.
  • an electrically insulating layer is preferably made of, for example, a photocurable epoxy resin, an acrylic resin, a siloxane resin, or the like.
  • a substitute for the electric insulating layer for example, a non-charge injecting semiconductor layer or a metal layer can be given.
  • FIG. 12 (d) shows a state in which a cathode (first electrode) 10 is provided on an organic luminescent medium 12 to constitute an organic EL element 106.
  • the cathode (first electrode) 10 can also be formed at a predetermined position by, for example, combining the sputtering method (evaporation method) and the photolithography method.
  • the formation of the semiconductor layer 14 is preferably performed in the reverse order of the force performed after the formation of the anode 16. That is, by first forming the semiconductor layer 14 and then forming the anode 16, for example, the organic EL elements 100, 102 shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. , 108 can be easily produced.
  • the second electrode is formed on the substrate, the first electrode is provided on the substrate, the organic light emitting medium semiconductor layer is further provided, and then the second electrode is provided on the edge of the semiconductor layer. May be.
  • a transparent glass substrate with a thickness of lmm, length of 200 mm and width of 200 mm is ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, dried in an NL '(nitrogen gas) atmosphere, and then exposed to UV (ultraviolet rays) and ozone. Washed for an additional 10 minutes.
  • a thin film (thickness: 100 nm) made of A1NO-Si alloy (S ⁇ concentration: 1 atomic%) was formed on the cleaned glass substrate using a sputtering apparatus (manufactured by Nippon Vacuum Engineering Co., Ltd.). Formed.
  • the AlZSi thin film was patterned into a lattice (line width: 20 m, lattice pitch: 320 im) by photolithography as shown in Fig. 11 (a). Therefore, the cathode (second electrode) can be electrically connected to the edge of the semiconductor layer.
  • the glass substrate on which the cathode was formed was subjected to argon plasma cleaning, and then a 150 nm-thick ZnS was deposited on the glass substrate using a vacuum deposition apparatus (manufactured by Nippon Vacuum Engineering Co., Ltd.). e and ZnC were co-evaporated to form an n-type semiconductor layer. Further, deposition of Z n S e is carried out in vacuum of 1 X 1 0 G To rr ( 1. 3 3 X 1 0 4 P a), the conditions of heating temperature 7 60 ⁇ 7 80 ° C, Z n C 1 2 of deposition, the resistivity of the semiconductor layer is carried out such that the 3 X 1 0 3 ⁇ ⁇ cm .
  • the charge concentration of the semiconductor layer was measured by a four-terminal method, and was confirmed to be 5 ⁇ 10 15 cnr 3 .
  • A1q functions as a light emitting layer
  • NPD functions as a hole transport layer
  • TPD 74 functions as a hole injection layer
  • CuPC functions as an intermediate interface layer.
  • NPD N, N'-G (1-naphthyl) 100, ⁇ '-diphenyl 2, 4' 1-benzidine
  • TPD 74 (4, 4'-bis- (N, N-di- (m-tolyl) amino) Enyl-trienilamine): 20nm
  • Example 1 As in Example 1, an Al / Si alloy thin film patterned into a lattice (line width: 20 / xm, lattice pitch: 320 itm) was formed and used as an anode (second electrode). .
  • CdS and Cu were deposited on the substrate using a vacuum deposition apparatus (manufactured by Nippon Vacuum Engineering Co., Ltd.) so that the film thickness became 3 Onm.
  • Co-evaporation was performed to form a p-type semiconductor layer.
  • such vapor deposition is performed under the conditions of a vacuum degree of 1 ⁇ 10 ⁇ (i Torr (1.33 ⁇ 10 ′′ 4 Pa)) and a substrate temperature of 160 ° C.
  • the Cu vapor deposition is performed when the semiconductor layer has a specific resistance of 2 ° C.
  • TPD 74, NPD and A1q used in Example 1 were sequentially deposited, Organic luminous media were formed with respective thicknesses of 200 nm, 20 nm, and 60 nm.
  • TPD74 functions as a hole injection layer
  • NPD functions as a hole transport layer
  • Alq functions as a light emitting layer.
  • LiF 0.5 nm
  • A1 was deposited to a thickness of 200 nm to obtain an organic EL device of Example 2.
  • Example 3 the effect of the organic semiconductor layer was studied. That is, instead of the semiconductor layer composed of a combination of CdS and Cu in Example 2, a polymer having semiconductivity, PEDOT (3.4-polyethylenedioxythiophene, manufactured by Bayer AG) was used. An organic EL device was produced in the same manner as in Example 2, except that a semiconductor layer having a thickness of 70 nm was spin-coated in an aqueous solution state, and then dried by vacuum drying at 120 ° C.
  • PEDOT 3.4-polyethylenedioxythiophene
  • An organic EL device was prepared in the same manner as in Example 1 except that an A1 / Si-Si alloy thin film (cathode) patterned in a lattice (line width: 20 m, lattice pitch: 320 m) in Example 1 was not formed. An element was manufactured.
  • An organic EL device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the A 1 ZS alloy thin film (cathode) in Example 1 was not formed in a lattice pattern but formed entirely.
  • an organic luminescent medium is provided between the first electrode (anode or cathode) and the semiconductor layer made of a non-single-crystal material, and the second electrode is provided at the edge of the semiconductor layer.
  • the first electrode and the second electrode do not substantially oppose each other, and EL emission can be extracted from the semiconductor layer to the outside.
  • an electrode material which could not be used in the past because of the light transmittance and the like, and the selection range was remarkably widened.
  • a low-resistance metal material can be used, so that an organic EL device that can be driven at a low voltage, has low power consumption, and has a high response speed can be provided. Natsuta.
  • the semiconductor layer is formed from a non-single-crystal material, a large-area semiconductor layer can be efficiently formed. Therefore, by forming an organic light-emitting medium or the like on such a semiconductor layer, it has become possible to provide a large-area organic EL element having uniform characteristics.
  • the semiconductor layer has excellent heat resistance and durability.For example, even if the semiconductor layer is driven for a long time of 100 hours or more, the semiconductor layer and the second electrode can be used. It has become possible to provide an organic EL element that does not peel off and that has little deterioration in light emission luminance. Further, according to the method for manufacturing an organic EL device of the present invention, when one of the anode and the cathode is used as the first electrode and the other electrode is used as the second electrode, the second electrode is used.
  • a step of forming a pole, a step of forming a semiconductor layer at a position connectable to an edge of the second electrode using a non-single-crystal material, a step of forming an organic luminescent medium, and a step of forming the first electrode By including the step of forming and the step of forming, the selectivity of each forming step order was widened. In addition, since a non-single-crystal material is used for the semiconductor layer, an organic EL device having uniform characteristics and a large area can be easily manufactured. Furthermore, since it is not necessary to form the first electrode and the second electrode so as to face each other, it is possible to increase the amount of light taken out and to use a wide range of electrode materials.

Description

明 細 書 有機ェレクト口ルミネッセンス素子およびその製造方法 技術分野
この発明は、 有機エレクト口ルミネッセンス素子 （以下、 有機 EL素子と称する 場合がある。 ） およびその製造方法に関する。
さらに詳しくは、 民生用および工業用の表示機器 （ディスプレイ等） に好適な発 光面積が大きく、 しかも種々の電極材料を使用することができる有機 E L素子およ びそのような有機 E L素子力効率的に得られる製造方法に関する。 背景技術
従来の有機 EL素子の一例が、 例えば、 特開平 3— 262170号公報に開示さ れている。 第 13図を参照しながら構成を説明すると、 有機層 202が第 1の電極 201と、 第 2の電極 203とに挟まれて設けてあり、 かつ、 少なくとも第 1の電 極 201力 無機半導体、 例えば、 GaP、 GaAl As、 GaAs P、 ZnS等 の単結晶半導体材料から構成されている。
そして、 第 1の電極 201が n型半導体である場合、 当該第 1の電極 201と有 機層 202の接合面を、 第 1の電極 201から有機層 202への電子注入接合とし てあり、 すなわち、 トンネル効果により電子注入を図っている。
また、 第 1の電極 201力 p型半導体である場合、 当該第 1の電極 201と有 機層 202の接合面を、 第 1の電極 201から有機層 202への正孔注入接合とし てあり、 トンネル効果により正孔注入を図っている。
なお、 第 13図中、 第 1の電極 201を記号 P、 有機層 202を記号〇、 第 2の 電極 203を記号 Mで表している。
しかしながら、 特開平 3— 262170号公報に開示された有機 EL素子は、 第 13図に示すように第 1の電極 201と、 第 2の電極 203とを対向させ、 いずれ かの電極 201、 203から EL発光を取り出していた。 そのため、 光透過率の関 係で、 電極材料として透明材料、 例えばインジウムチンオキサイド （I TO) 等に 制限されたり、青色光を効果的に取り出すことが困難であるという問題が見られた。 また、 かかる有機 E L素子においては、 電極 2 0 1 、 2 0 3を単結晶半導体材料 から構成しているため、 製造上の制約が大きく、 そのため大面積の有機 E L素子を 作製することが困難であった。
そこで、 特開平 8— 1 8 0 9 7 4号公報、 特開平 1 1— 3 1 5 9 0号公報、 ある t ま WO 9 7 / 3 4 4 4 7号公報には、 第 1 4図に示すように、 電極 2 1 2の一部 に補助電極 2 1 3を設けて、 電極全体としての低抵抗化を図っている。
しかしながら、 いずれの無機 E L素子あるいは有機 E L素子も、 電極同士は対向 しており、 そのため、 依然として、 電極自体には I T O等の透明材料を使用する必 要があった。
そこで、 本発明の発明者らは上記問題を鋭意検討したところ、 陽極または陰極の いずれか一方の電極 （第 1の電極） と、 非単結晶材料からなる半導体層との間に有 機発光媒体を設けるとともに、 半導体層の縁部に対して、 他方の電極 （第 2の電極） を電気接続することにより、 従来の問題を解決できることを見出した。
よって、 本発明は、 幅広い種類の電極材料を使用することができ、 しかも大面積 の有機 E L素子を提供すること、 およびこのような有機 E L素子が効率的に得られ る製造方法を提供することを目的とする。 発明の開示
[ 1 ] 本発明の一つの態様は、 陽極と、 半導体層と、 有機発光媒体と、 陰極とを 含む有機 E L素子において、 陽極または陰極のいずれか一方の電極を第 1の電極と し、 もう一方の電極を第 2の電極としたときに、 第 1の電極と非単結晶材料からな る半導体層との間に有機発光媒体が設けてあるとともに、 半導体層の縁部に対して 第 2の電極が電気接続してあることを特徴としている。
このように構成することにより、 第 1の電極および第 2の電極が実質的に対向し ていないため、 外部に取り出す光量等との関係で、 これらの電極に使用可能な材料 が制限されることがない。 したがって、 いずれの電極にも低抵抗の不透明材料を用 いることができる。
また、 電極を非単結晶材料から構成してあるため、 大面積の有機 E L素子とする こと力可能である。
さらに、 半導体層から光を外部に取り出した場合であっても、 第 2の電極が遮蔽 材とならないため、 外部に取り出せる光量を多くすることができる。
[2] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 第 2の電極が、 半導体 層の縁部から水平方向に延設された延長部に対して電気接続してあることが好まし い。
このように構成することにより、 第 2の電極と半導体層との間の電気接続箇所を 大面積とし、 接続抵抗を安定化することができ、 また、 第 2の電極と、 有機発光媒 体との間のショートを防止することができる。
なお、 後述するように、 半導体層の水平延長部において、 第 2の電極は、 有機発 光媒体と同一平面となる位置に形成しても良く、 あるいは、 水平延長部に凹部を設 け、 そこに形成しても良い。
[3] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 第 2の電極が、 半導体 層の 2箇所以上の縁部に電気接続してあることが好ましい。
このように構成することにより、 第 2の電極と半導体層との間の電気接続箇所を 大面積とすることができ、 1箇所の電気接続箇所力不良となっても、 他の電気接続 箇所により導通を確保することができる。
[4] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 第 2の電極が、 格子状 またはくし型状にパターン化してあることが好ましい。
このように構成することにより、 有機発光媒体を均一に発光させることができる とともに、 外部に取り出すことができる光量を多くすることができる。
[5] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 非単結晶材料が、 Z n S、 Z n S e、 C cl S、 CdTe、 ZnTe、 Mg S、 MgS e、 Z n S S e、 Z n M g S S e , Z n C cl S S e、 および Z n T e S eからなる群から選択される少 なくとも一つのカルコゲナイド材料であること力 子ましい。
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、 大面積化を容易に 図ることができる。 また、 これらの非単結晶材料から構成された半導体層であれば、 外部に取り出す光量を多くすることができる。 [6] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 非単結晶材料が、 A l、 Sn、 Zn、 I n、 Cd、 Mg、 S iからなる群から選択される少なくとも一つの 金属酸化物の非縮退半導体であることが好まし t
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、 大面積化を容易に 図ことができる。 また、 これらの非単結晶材料から構成された半導体層であれば、 外部に取り出す光量を多くすることができる。
[7] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 非単結晶材料が、 非晶 質カーボンまたはダイアモンドライクカーボンであること力好ましい。
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、 大面積化を容易に 図ことができる。
[8] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 非単結晶材料が、 導電 性共役ポリマー、 酸化剤添加ポリマ一、 還元剤添加ポリマー、 酸化剤添加低分子化 合物、 または還元剤添加低分子化合物であること力好ましい。
このように構成することにより、 大面積化が容易となる上、 表面平滑性に優れた 半導体層を構成することができ、 素子欠陥を少なくすることができる。
[9] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層のバンドギヤ ップを 2. 7 eV以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、 半導体層の透明性を高めることができるため、 外部に取り出させる E L光量を多くすることができる。
[10] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層の厚さを 1 〜700 n mの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、 所定の強度が得られるとともに、 半導体層の透 明性を高めることができ、 外部に取り出させる E L光量を多くすることができる。
[1 1〗 また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層の比抵抗を δ 丄 X 10 ;;〜 1 X 10 Ώ · cmの範囲内の値とすること力好ましい。
このように構成することにより、 有機 E L素子の駆動電圧をより低下させること ができるとともに、 発光面における輝度を均一化することができる。
[12] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層の電荷濃度 を 1 X 1012〜1 X 102° cm-3の範囲内の値とすること力 子ましい。
このように構成することにより、 有機 E L素子の駆動電圧を低下させることがで きるとともに、 有機発光媒体における励起状態の消光を防止することができる。
[13] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層の光透過率 を 1 ()%以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、 外部に取り出させる E L光量を多くすることが できる。
なお、 半導体層の光透過率は、 透過する光の波長にも影響しており、 通常、 光透 過率が 10%程度であっても、 半導体層のバンドギャップよりも小さいエネルギー
(波長） の光であれば、 例えば、 80%以上の光透過率力容易に得られることが知 られている。
[14] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 第 2の電極と、 有機 発光媒体との間に、 電気絶縁部力設けてあること力好ましい。
このように構成することにより、 第 2の電極と、 有機発光媒体との間のショート や表示画面のクロストークを確実に防止することができる。
[15] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 半導体層から EL発 光を外部に取り出す構成とすることが好ましい。
このように構成すると、 第 1の電極において、 種々の電極材料を使用することが 可能となる。
[16] また、 本発明の有機 EL素子を構成するにあたり、 第 2の電極と、 半導 体層との間に、 導電層が設けてあることが好ましい。 このように構成すると、 第 2の電極と、 半導体層との間の接続抵抗を低下させる 二とができ、 さらに容易に電子や正孔の注入力可能となる。
L 1 7 ] また、 本発明の有機 E L素子を構成するにあたり、 第 2の電極に対し、 補助電極が設けてあることが好ましい。
このように構成すると、 第 2の電極についてのさらなる低抵抗化が可能となり、 有機 E L素子の低電圧駆動力河能となる。
[ 1 8 ] また、 本発明の別の態様は、 陽極と、 半導体層と、 有機発光媒体と、 陰 極とを含む有機 E L素子の製造方法であって、
陽極または陰極のいずれか一方の電極を第 1の電極とし、 もう一方の電極を第 2 の電極としたときに、
第 2の電極を形成する工程と、
非単結晶材料を用いて第 2の電極が半導体層の縁部に電気接続できる位置に、 半 導体層を形成する工程と、
有機発光媒体を形成する工程と、
第 1の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
このように実施することにより、 各種態様を有する有機 E L素子の製造が容易と なる。 また、 非単結晶材料を用いて半導体層を形成しているため、 製造上の制約が 少なく、 大面積の有機 E L素子を作製することが可能である。
[ 1 9 ] また、 本発明の有機 E L素子の製造方法を実施するにあたり、 第 2の電 極を形成する工程において、 パターン化する工程を含むこと力好ましい。
このように実施することにより、 有機 E L素子を所定のパターン形状で発光させ ることができるし、 また、 複数のパターンを有する場合、 電気的に独立して発光さ せることができる。 さらに、 このように実施することにより、 第 2の電極と、 半導 体層との接触面積を増大させることもでき、 有機 E L素子の低電圧駆動力可能とな る。 [20] また、 本発明の有機 EL素子の製造方法を実施するにあたり、 第 2の電 極を被覆するための電気絶縁膜、 または非注入性の半導体層もしくは金属層を形成 する工程を含むことが好ましい。
二のように構成することにより、 第 2の電極を機械的、 化学的に保護することが でき、 さらには、 ショートの発生を防止したり、 第 2の電極からの正孔ゃ電子の注 入を防止することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 第 1の実施形態における有機 EL素子の構造を説明するための断面図 である。
第 2図は、 第】の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 1) 。
第 3図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 2) 。
第 4図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 3) 。
第 5図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 4) 。
第 6図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 5) 。
第 7図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 E L素子の構造を説明するため の断面図である （その 6) 。
第 8図は、 第 1の実施形態の変形例における有機 EL素子の構造を説明するため の断面図である （その 7) 。
第 9図は、 第 2の電極と、 半導体層との接続構造を説明するための図である （そ の 1 ) 。
第 10図は、第 2の電極と、半導体層との接続構造を説明するための図である（そ の 2) 。
第 11図は、第 2の電極と、半導体層との接続構造を説明するための図である（そ の 3) 。 第 1 2図は、 第 2の実施形態にかかる製造方法を説明するための断面図である。 第 1 3図は、従来の有機 E L素子の構造を説明するための断面図である（その 1 ) 。 第 1 4図は、従来の有機 E L素子の構造を説明するための断面図である（その 2 ) 。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して、 本発明の実施の形態について具体的に説明する。 なお、 参照する図面は、 この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、 形状および配 置関係を概略的に示してあるに過ぎない。 したがって、 この発明は図示例にのみ限 定されるものではない。 また、 図面では、 断面を表すハッチングを省略する場合が ある。
[第 1の実施形態]
まず、 第 1図を参照して、 本発明の有機 E L素子における第 1の実施形態につい て説明する。 第 1図は、 第 1の実施形態における有機 E L素子 1 0 0の断面図であ り、 支持基板 1 5上に、 非単結晶材料からなる半導体層 1 4と、 有機発光媒体 1 2 と、 陰極 （第 1の電極） 1 0とが順次に形成してある。 そして、 半導体層 1 4の縁 部 1 7から水平方向に延設された延長部 1 8に対して、 陽極 （第 2の電極） 1 6を 電 5¾接 $冗してある。
したがって、 このように構成してあることにより、 半導体層 1 4から光を外部に 取り出すことができるため、 光量を多くすることができる。 また、 陽極 （第 2の電 極） 1 6と陰極 （第 1の電極） 1 0とが実質的に対向していないために、 幅広い種 類の電極材料を使用することができ、 外部との電気接続も容易となる。 さらに、 半 導体層 1 4を非単結晶材料から構成してあるため、 大面積の半導体層 1 4を形成す ることができる。 したがって、 その上に有機発光媒体 1 2等が形成できるため、 結 果として大面積の有機 E L素子 1 0 0の構成とすること力可能である。
( 1 ) 有機発光媒体
0)構成材料
有機発光層の構成材料として使用する有機発光材料は、 以下の 3つの機能を併せ 持つことカ好ましい。 (a) 電荷の注入機能：電界印加時に陽極あるいは正孔注入層から正孔を注入する ことができる一方、陰極あるいは電子注入層から電子を注入することができる機能。
(b) 輸送機能：注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能。
(c) 発光機能：電子と正孔の再結合の場を提供し、 これらを発光につなげる機能。 ただし、 上記 （a) 〜 （c) の各機能全てを併せ持つことは、 必ずしも必要では なく、 例えば正孔の注入輸送性が電子の注入輸送性より大きく優れているものの中 にも有機発光材料として好適なものがある。 したがって、 有機発光層における電子 の移動が促進されて、 有機発光層の中央付近で正孔と再結合可能な材料であれば好 適に使用することができる。
ここで、 有機発光層における再結合性を向上させるために、 有機発光材料の電子 移動度を、 1 X 1 · s以上の値とするのが好ましい。 この理由は、 1 X 10"7cmW - s未満の値となると、 有機 EL素子における高速応答が困難と なったり、 発光輝度が低下する場合があるためである。
したがって、 有機発光材料の電子移動度を、 1. 1 X 10·7〜2 X 10 "3 c m2/
V · sの範囲内の値とするのがより好ましく、 1. 2 X 10·7〜 1 X 10-3cm2/
V · sの範囲内の値とするのがさらに好ましい。
また、 有機発光層における有機発光材料の正孔移動度よりも、 電子移動度を小さ い値とすることが好ましい。 この理由は、 電子移動度がこの逆となると、 有機発光 層に使用可能な有機発光材料が過度に制限される場合があり、 また、 発光輝度が低 下する場合があるためである。
一方、 有機発光材料の電子移動度は、 正孔移動度の 1 Z 1 , 000倍よりも大き い値が好ましいが、 その理由は、 電子移動度が過度に小さくなると、 有機発光層の 中央付近で正孔と再結合することが困難となり、 やはり発光輝度が低下する場合が あるためである。
したがって、 有機発光層における有機発光材料の正孔移動度 （ h) と電子移動 度 （/ ） と力 / ノ2〉 .〉〃 h/500の関係を満足するのがより好ましく、 / ,, ,3〉/. 〉/ Z 100の関係を満足するのがさらに好ましい。
また、 第 1の実施形態において、 有機発光層に、 下記式 （1) 〜 （3) で表され るスチリル基を有する芳香族環化合物を使用することが好ましい。
このようなスチリル基を有する芳香族環化合物を使用することにより、 上述した 有機発光層における有機発光材料の電子移動度および正孔移動度の条件を容易に満 足することができる。
：一般式 （1) 中、 Ar1は、 炭素数が 6〜 5 ()の芳香族基であり、 Ar2、 Ar3、 および A r 1は、 それぞれ水素原子または炭素数が 6〜 50の芳香族基であり、 A r 1、 A r 2、 A r \ および A r 1の少なくとも一つは芳香族基であり、 縮合数 nは、
1〜 6の整数である。 ]
[一般式 （2) 中、 A r5は、 炭素数が 6〜 50の芳香族基であり、 ArGおよび A r は、 それぞれ水素原子または炭素数が 6〜 50の置換しても良い芳香族基であ り、 縮合数 mは、 1〜 6の整数である。 ]
[一般式 （3) 中、 A および A r 14は、 炭素数が 6〜 50の芳香族基であり、 A r "〜 A r 13は、 それぞれ水素原子または炭素数が 6〜 50の芳香族基であり、 縮合 数 ρ、 α、 r、 sは、 それぞれ 0または 1である。 ]
.で、 前記芳香族基は、 好ましくは、 核原子数 5〜40のァリール基としては、 フエニル、 ナフチル、 アントラニル、 フエナンスリル、 ピレニル、 コロニル、 ビフ ェニル、 ターフェニル、 ピロ一リル、 フラニル、 チォフエニル、 ベンゾチォフエ二 ル、 ォキサジァゾリル、 ジフエ二ルアントラニル、 インドリル、 カルバゾリル、 ピ リジル、 ベンゾキノリル、 ジベンゾクリセニル等が挙げられる。
また、 同様に好ましい核原子数 5〜4 0のァリーレン基としては、 フエ二レン、 ナフチレン、 アントラニレン、 フエナンスリレン、 ピレニレン、 コロニレン、 ビフ ェニレン、 ターフェ二レン、 ピローリレン、 フラニレン、 チォフエ二レン、 ベンゾ チォフエ二レン、 ォキサジァゾリレン、 ジフエ二ルアントラニレン、 インドリレン、 力ルバゾリレン、 ピリジレン、 ベンゾキノリレン、 ジベンゾクリセ二レン等が挙げ られる。
なお、 このような芳香族基は、 さらに別の置換基により置換されていても良い。 好ましい置換基として、 炭素数 1〜6のアルキル基 （ェチル基、 メチル基、 iープ 口ピル基、 n —プロピル基、 s —ブチル基、 t 一ブチル基、 ペンチル基、 へキシル 基、 シクロペンチル基、 シクロへキシル基等） 、 炭素数 1〜6のアルコキシ基 （ェ トキシ基、 メトキシ基、 i 一プロポキシ基、 n —プロポキシ基、 s —ブトキシ基、 t 一ブトキシ基、 ペントキシ基、 へキシルォキシ基、 シクロペントキシ基、 シクロ へキシルォキシ基等） 、 核原子数 5〜4 0のァリール基、 核原子数 5〜4 0のァリ ール基で置換されたァミノ基、核原子数 5〜4 0のァリール基を有するエステル基、 炭素数 1〜6のアルキル基を有するエステル基、 シァノ基、 ニトロ基、 ハロゲン原 子が挙げられる。
また、 有機発光層に、 ベンゾチアゾ一ル系、 ベンゾイミダゾ一ル系、 ベンゾォキ サゾ一ル系等の蛍光増白剤や、 スチリルベンゼン系化合物、 8—キノリノール誘導 体を配位子とする金属錯体を併用することも好まし 。
また、 ジスチリルァリ一レン骨格の有機発光材料、 例えば 4 , 4 ' 一ビス （2， 2—ジフエ二ルビニル） ビフエ二ル等をホス卜とし、 当該ホストに青色から赤色ま での強い蛍光色素、 例えばクマリン系あるいはホストと同様の蛍光色素をドープし た材料を併用することも好適である。
②形成方法
次に、 有機発光層を形成する方法について説明する。 かかる形成方法は特に制限 されるものではないが、 例えば、 真空蒸着法、 スピンコート法、 キャスト法、 L B 法 （Langmuir-Blodgett法） 、 スパッタリング法等の方法を採ることができる。 例 えば、 真空蒸着法により形成する場合、 蒸着温度 50〜450°C、 不活性ガス中、 真空度 1 X 1 0 -〜 1 X 1 0-:Ψ a、 成膜速度 0. 0 1〜50 nm/秒、 基板温度— ό 0〜 3 00 "Cの条件を採る二とが好まし〔
また、 結着剤と有機発光材料とを溶剤に溶かして溶液状態とした後、 これをスピ ンコー卜法等により薄膜化することによつても、 有機発光層を形成することができ る。 二こで、 好ましい結着剤は、 透明樹脂であり、 特に好ましい結着剤としては、 ポリカーボネート、 ポリスチレン、 ポリオレフイン、 ポリイミド、 ポリサルホン等 が挙げられる。
：;)膜厚
有機発光層の膜厚については特に制限はなく、 状況に応じて適宜選択することが できるが、 具体的に 5 nm〜 5 /imの範囲内の値であること力 子ましい。 この理由 は、 有機発光層の膜厚が 5 nm未満となると、 発光輝度や耐久性が低下する場合が あり、 一方、 有機発光層の膜厚が 5 z mを超えると、 印加電圧の値が高くなる場合 があるためである。
したがって、発光輝度や印加電圧の値等とのバランスがより良好となることから、 有機発光層の膜厚を 1 0 nm〜3 /xmの範囲内の値とすることがより好ましく、 2 0 nm〜 l /imの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(2) 半導体層
( 構成材料
半導体層の構成材料としては、 単結晶材料でなければ使用可能であるが、 大別し て、 下記のカルコゲナイド材料、 金属酸化物の非縮退半導体および有機半導体材料 が好ましい。 このような有機半導体材料から半導体層を構成することにより、 大面 積化を容易に図ることができる。 また、 これらの非単結晶材料から構成された半導 体層であれば、 透明性が高く、 半導体層から外部に光を取り出した場合に光量を多 くすることができる。
より具体的に言えば、 カルコゲナイド材料としては、 Z nS、 Z n S e、 Cd S、 C (1 T e、 Z n T e、 M g S、 M g S e、 Z n S S e、 Z n iM g S S e、 Z n C d S S e、 および Z nTe S eからなる群から選択される少なくとも一つが挙げられ る。
これらのカルコゲナイド材料が、 Z n S S eの三元系カルコゲナイド材料である 場合、 ZnSxS e . (x + y= l、 0<χ<1、 0<y<l) で表される範囲で、 混晶化が可能である。 また、 Z nMg S S eの四元系カルコゲナイド材料の場合、 Z n pMgcSxS ev (p + g=l、 0<ρ<1、 0<g<l、 x + y= l、 0<x <1、 0<y<l) で表される範囲で、 混晶化が可能である。
さらに、 カルコゲナイド材料に、 ァクセプ夕ー材料やドナー材料をドーピングし て、 半導体層を低抵抗化することも好ましい。 ここで、 ァクセプ夕一材料は、 半導 体層において正孔を作り出すために添加される化合物であり、 一方、 ドナ一材料は、 半導体層において電子を作り出すために添加される化合物である。より具体的には、 ァクセプター材料またはドナ一材料として、 L i、 Cu、 Na、 Ag、 N、 F等を ドーピングすること力好ましい。
なお、 このようなァクセプ夕ー材料やドナー材料の添加量については、 特に制限 されるものではないが、 具体的に、 0. 01〜5モル％の範囲内の値とすることが 好ましい。 この理由は、 かかる添加量が 0. 01モル％未満となると、 添加効果が 発現しない場合があるためであり、 一方、 かかる添加量が 5モル％を超えると、 凝 集してしまい、均質な半導体層を形成することが困難となる場合があるためである。 したがって、 ァクセプター材料やドナ一材料の添加量を 0. 1〜2モル％の範囲内 の値とすることがより好ましい。
また、 金属酸化物の非縮退半導体としては、 A l、 Sn、 Zn、 I n、 Cd、 M g、 S iからなる群から選択される少なくとも一つ力挙げられる。
これらの金属酸化物の非縮退半導体 （電荷濃度 1 X 102Gcnr3未満） は、 通常、 三元系や四元系で用いられるが、 ドーパント量や酸素空孔量を制御したり、 あるい は組成比を制御することにより、 好ましい電荷濃度や比抵抗値の範囲内の値とする ことができる。 例えば、 S n〇 および A 1の組み合わせは、 通常、 縮退半導体と して用いられている力、 A 1をドナー不純物として 3〜 10原子％添加することに より、 非縮退半導体とすることができる。 さらに、 I nZnOは、 通常、 縮退半導 体として用いられている力 S i、 Mg、 A 1をドナ一不純物として 1〜20原子％ 添加することにより、 非縮退半導体とすることができる。
また、 有機半導体材料の好ましいものの一つは、 非晶質カーボンやダイアモンド カーボンが挙げられる。
これらの有機半導体材料は、 水素原子をさらに含有しても良いし、 あるいは、 ボ ロン、 リンなどのァクセプ夕一性材料またはドナー性材料を添加して、 p型あるい は n型の半導体材料とすることも好ましい。
また、 本発明の有機 E L素子を構成するにあたり、 非単結晶材料が、 導電性共役 ホリマー、 酸化剤添加ポリマー、 還元剤添加ポリマー、 酸化剤添加低分子化合物、 または還元剤添加低分子化合物であることも好ましい。
このような導電性共役ポリマーとしては、 ポリア二リンおよびその誘導体、 ポリ チォフェンおよびその誘導体 （特開平 8 - 4 8 8 5 8号公報および特開平 7 — 9 0 0 6 0号公報参照） 、 酸化剤を添加するポリマーまたは低分子化合物としては、 ァ リールァミンまたは含チォフェンオリゴマーを主鎖または側鎖に含有するポリマー などを用いることができる。 また、 還元剤を添加されるポリマーまたは低分子化ムゝ 口 物としては、 含窒素複素環を有する化合物がある。
なお、 ポリマーや低分子化合物に添加する酸化剤としては、 ルイス酸、 例えば、 塩化鉄、 塩化アンチモン、 塩化アルミニウム等が挙げられる。 同様に、 ポリマーや 低分子化合物に添加する還元剤としては、 アルカリ土類金属、 希土類金属、 アル力 リ化合物、 アルカリ土類化合物、 または希土類化合物等が挙げられる。 さらに、 こ らの化合物には、前記したアルカリ金属、 またはアルカリ土類金属の有機錯体（配 位子が有機物） も含まれる。
^半導体層の特性
また、 半導体層から外部に光を効果的に取り出せることから、 半導体層の光透過 率を 1 0 %以上の値とすることが好ましく、 5 0 %以上の値とすることがより好ま しく、 7 0 %以上の値とすることがさらに好ましい。
また、 半導体層の発光輝度の値を大きくすることができることから、 バンドギヤ ップ （エネルギーギャップ） を 2 . 7 e V以上の値とすることが好ましい。
この理由は、 バンドギャップを 2 . 7 e Vより大きな値とすることにより、 優れ た電子障壁効果または正孔障壁効果が得られることより、 電子または正孔が有機発 光媒体を超えて半導体層へ移動することが少なくなる。 そのため、 正孔と電子との 再結合の効率が向上し、 有機 E L素子の発光輝度を高めることができる。 1 δ また、 半導体層における電荷濃度を 1 X 10 〜1 X 102° cm3の範囲内の値と するのが好ましい。
この理由は、 半導体層の電荷濃度が 1 X 10I2cnr3未満となると、 駆動電圧が 著しく高くなり、 発光が不均一となる場合があるためであり、 一方、 半導体層の電 荷濃度が 1 X 1 02(1 cm を超えると、 金属として作用する場合が生じ、 有機発光 媒体で生じる励起状態が失活しゃすくなる場合があるためである。
したがって、 半導体層の電荷濃度を 1 X 10 "〜 1 X 1013c nr3の範囲内の値と するのがより好ましく、 1 X 10"〜1 X 1018 cm'3の範囲内の値とするのがさら に子ましい。
また、 半導体層の比抵抗値を 1 X 10·3〜 1 X 109Ω · cmの範囲内の値とする のが好ましい。 この理由は、 半導体層の比抵抗値が 1 X 10"3Ω · cm未満となる と、 金属として作用する場合が生じ、 有機発光媒体で生じる励起状態が失活しゃす くなる場合があるためであり、 一方、 半導体層の比抵抗値が 1 X 109 cmを超え ると、 駆動電圧が著しく高くなる場合があるためである。
ただし、 典型的な大きさの有機 EL素子の画素（例えば 300 mX 300 am) を形成し、 直流駆動 （D 駆動） させる場合には、 半導体層の比抵抗値を 1 X 10- ;i〜l X 105Ω · cmの範囲内の値とするのがより好ましい。 半導体層の比抵抗値 をこのような範囲内の値とすることにより、 より均一な発光を得ることができる。 また、 典型的な大きさの有機 EL素子の画素を形成し、 パルス駆動させる場合に は、 半導体層の比抵抗値を 1 X 10·3〜 1 X 10 Ώ · cmの範囲内の値とするのが より好ましい。 半導体層の比抵抗値をこのような範囲内の値とすることにより、 デ ユーティ比に応じて、 所定時間内に大電流を流すことができる。 半導体層の膜厚を 1〜700 nmの範囲内の値とするのが好ましい。 この理由は、 半導体層の膜厚が 1 nm未満となると、 連続膜でなくなる場合があるためであり、 一方、 半導体層の膜厚が 70 Onmを超えると、 光取り出しの効率が低下する場合 があるためである。
したがって、 半導体層の膜厚を 5〜 500 nmの範囲内の値とするのがより好ま しく、 10〜300 nmの範囲内の値とするのがさらに好ましい。 本発明によれば、 陽極と陰極とが実質的に対向しておらず、 半導体層から外部に 光を取り出すことができるため、 光透過率等の観点からの種類制限を著しく低減さ せることができる。 なお、 本発明においては、 これら陽極および陰極のいずれか一 方を第 1の電極とし、 もう一方を第 2の電極とするものとする。 したがって、 第 1 の電極を陽極とし、 第 2の電極を陰極とすることもでき、 あるいは、 第 1の電極を 陰極とし、 第 2の電極を陽極とすることもできる。
以下、 電極に用いる材料の例を挙げるが、 第 2の電極は前述の半導体層への注入 を良好にできるならば各種金属または電気伝導性化合物力用いられることができる。 ただし、 第 2の電極としての陽極または陰極より、 正孔ゃ電子が注入されると、 これらの電荷は、 半導体層の縁部である電気接続箇所を通過して、 面積が大きい半 導体層へと移動するのであり、 そのため、 当該電気接続箇所の接続抵抗を考慮して、 第 2の電極の構成材料を選定すること力 子ましい。
1)陽極
陽極としては、 仕事関数の大きい （例えば、 4 . O e V以上） 金属、 合金、 電気 伝導性化合物またはこれらの混合物を使用することが好ましい。 具体的には、 イン ジゥムチンオキサイド （I T〇、 Indium Ήη Oxide) 、 インジウム亜鉛オキサイド ( I Z O、 Indium Zinc Oxide) 、 酸化亜鉛、 金、 白金、 パラジウム等の 1種を単 独で、 または 2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、 陽極の膜厚も特に制限されるものではないが、 1 0〜 1 , 0 0 0 n mの範 囲内の値とするの力好ましく、 1 0〜2 0 0 n mの範囲内の値とするのがより好ま しい。
:'2)陰極
一方、 陰極には、 仕事関数の小さい （例えば、 4 . O e V未満） 金属、 合金、 電 気伝導性化合物またはこれらの混合物を使用することが好ましい。 具体的には、 マ ブネシゥム、 アルミニウム、 インジウム、 リチウム、 ナトリウム、 銀、 タンダステ ン、 タンタル一タングステン合金、 チタン、 クロム、 アルミニウム一タングステン 台金、 アルミニウム一チタン合金等の 1種を単独で、 または 2種以上を組み合わせ て使用することができる。
また陰極の膜厚も特に制限されるものではない力 1 0〜1， O O O n rnの範囲 内の値とするのが好ましく、 1 0〜 2 0 0 n mの範囲内の値とするのがより好まし
{ 陽極または陰極を、 半導体層の縁部と電気接続する第 2の電極とした場合の、 こ の第 2の電極の位置や接続構造について、 第 1図〜第 1 1図を参照しながら説明す る。 ここで、 電気接続とは、 陽極または陰極を半導体層に連結または接触すること により、 通電が可能な状態となる接続のことである。 そのため、 接続抵抗を l k Q 以下の値とすることが好ましく、 1 0 0 Ω以下の値とすることがより好ましい。 ただし、 本発明における第 2の電極の位置や接続構造は、 第 1図〜第 1 1図に示 す位置に限られるものではなく、 これらの構造等を適宜組み合わせたものであって も良く、 さらに半導体層の縁部と電気接続可能な位置であれば、 図示した以外の位 置であっても良い。
第 1図は、 一部上述したように、 第 1の実施形態の有機 E L素子 1 0 0における 第 2の電極 1 6の位置を示しており、 半導体層 1 4の縁部 1 7から水平方向に延設 された延長部 1 8に凹部 2 0が設けてあり、 この凹部 2 0内に陽極 （第 2の電極） :1 6が形成されている。
このような位置に第 2の電極 1 6を形成すると、 第 2の電極 1 6と半導体層 1 4 との間の電気接続箇所を大面積としたり、 ショートの発生を防止したり、 さらには、 外部との電気接続が容易となる。 また、 このような位置に第 2の電極 1 6を形成す ると、 第 2の電極 1 6の上面と、 半導体層 1 4の上面とがー致して平坦となるため、 絶縁性等の処理が容易となる。
第 2図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 1 ) の有機 E L素子 1 0 2における第 2の電極 1 6の位置を示しており、 半導体層 1 4の縁部 1 7から水平方向に延設さ れた延長部 1 8の表面に、 陽極 （第 2の電極） 1 6が形成されている。 このような 位置に第 2の電極 1 6を形成すると、 第 2の電極 1 6と半導体層 1 4との間の電気 接続箇所を大面積とすることができる。 また、 第 2の電極 1 6と、 有機発光媒体 1 2との間の距離を長くすることができるため、 ショートの発生を有効に防止するこ とができる。 さらに、 第 1の電極 1 0と、 第 2の電極 1 6とは、 それぞれ同一方向 であって、 この第 2図では上面方向が露出しているため、 これを利用して外部との 電気接続が容易となる。 第 3図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 2 ) の有機 E L素子 1 0 4における第 2の電極 1 6の位置を示しており、 半導体層 1 4の縁部 1 7から水平方向に延設さ れた延長部 1 8であって、 有機発光媒体 1 2が設けられた側と反対側に第 2の電極 1 (つが形成されていることを示している。
二のような位置に第 2の電極 1 6を形成すると、 第 2の電極 1 6と半導体層 1 4 との間の電気接続崮所を大面積とすることができ、 また、 電気絶縁性処理を施すこ となく第 2の電極 1 6と、 有機発光媒体 1 2との間のショート発生を有効に防止す ることができる。 なお、 この例でも、 第 1図に示されたものと同様の理由により、 延長部 1 8に凹部 2 2が設けられており、 この中に第 2の電極 1 6が形成されてい 第 4図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 3 ) の有機 E L素子 1 0 6における第 の電極 1 6の位置を示しており、 第 2の電極 1 6力 半導体層の縁部 （側端） 1 7に対し、 直接的に形成されていることを示している。
このような位置に第 2の電極 1 6を形成すると、 横方向の有機 E L素子 1 0 6の 構成をコンパク卜にすることができる。
第 5図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 4 ) であって、 有機 E L素子 1 1 2に おいて 2箇所に第 2の電極 1 6、 2 3が設けられた例を示している。 すなわち、 第 2の電極 1 6、 2 3力 半導体層 1 4の両側における縁部 （側端） 1 7に対し、 延 設部 1 8を介して形成されていることを示している。
このように複数の第 2の電極 1 6、 2 3を形成すると、 これら第 2の電極 1 6、 2 3と、 半導体層 1 4における延設部 1 8との接触面積が大きくなり、 電子ゃ正孔 の注入が容易となる。 また、 いずれか一方の第 2の電極 1 6、 2 3と、 半導体層 1 4における延設部 1 8との間で、 導通不良が発生したとしても、 もう一方の第 2の 電極 1 6、 2 3により、 半導体層 1 4におけるもう一方の延設部 1 8との間の導通 を維持することができる。
第 6図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 5 ) であって、 半導体層 1 4の縁 に テーパ 2 4が設けられており、 そのテ一パ 2 4上に、 第 2の電極 1 6が形成されて いることを示している。
このようにテーパ状に半導体層 1 4および第 2の電極 1 6を形成すると、 接触面 積が大きくなり、 電子や正孔の注入が容易となる。 なお、 この第 1の実施形態の変形例 （その 5 ) においては、 第 6図上、 テ一パ 2 4が右下がりに形成されていることを示している力、 この逆に、 テ一パが右上がり に形成されていても良い。 また、 この第 1の実施形態の変形例 （その 5 ) において は、 第 6図上、 テーパ 2 4における断面形状が三角形に形成されていることを示し ている力 この断面形状が台形であつても良い。
第 7図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 6 ) であって、 第 1の電極 1 0側にも 半導体層 9が設けられた例を示している。 すなわち、 第 1の電極 1 0力 半導体層 の側端における縁部に対して、 形成されていることを示している。
このように第 1の電極 1 0を形成すると、 第 1の電極に対する種類制限がなくな る一方、 不透明の低抵抗材料が使用できるため、 電子や正孔の注入が容易となる。 第 8図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 7 ) であって、 半導体層 1 4の縁部に 階段が設けられており、 その階段上に、 導電層 2 5が形成されており、 その導電層 2 5上に第 2の電極 1 6が形成されていることを示している。
このように半導体層 1 4および第 2の電極 1 6を階段状に接触させるとともに、 さらに導電層 2 5を形成することにより、 接触面積が大きくなるとともに、 低抵抗 化が容易となる。
第 9図は、 半導体層 1 4と第 2の電極 1 6との接続状態および接続位置を示して いる。 第 9図 （a ) および （b ) が平面図を示しており、 第 9図 （c ) および （d ) が断面図を示している。
このような形態を採ることにより接触面積が大きくなることから好ましく、 ある いは、 優れた接続信頼性が得られることから、 第 9図 （a ) に示すように半導体層 1 4の先端部を分割構造としたり、 第 9図 （b ) に示すように半導体層 1 4の先端 部を穴開き構造としたりすること力好ましい。
また、 同様の理由から、 第 9図 （c ) に示すように半導体層 1 4の先端部に凹部 を設けたり、 第 9図 （d ) に示すように半導体層 1 4の先端部に山型を形成するこ とも好ましい。
また、 第 1 0図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 8 ) の有機 E L素子 1 0 8に おける第 2の電極 3 4の位置を示しており、 有機発光媒体および第 1の電極等を省 略した状態で示している。 この例では、 第 2の電極 3 4が、 パターン化されてレー ル状に複数本設けてある。 また、 半導体層 3 2も第 2の電極 3 4に沿って、 パター ン化されてレール状に複数本設けてある。 そして、 第 2の電極 3 4力 半導体層 3 2の縁部 （側端） 3 6に沿って電気接続されている
よって、 このような位置に第 2の電極 3 4を形成すると、第 1の電極（図示せず。 ) と、第 2の電極 3 4との間に電圧を印加することにより、半導体層 3 2 (図示せず。 ) での抵抗による電圧減少 （電圧降下） を効果的に防ぐことができる。
また、 このような位置に第 2の電極 3 4を形成した場合、 例えば第 2の電極 3 4 に垂直に第 1の電極を配置した場合に、 有機 E L素子 （画素） 1 0 8をマトリクス 状に配置することができる。 したがって、 大面積の半導体層 3 2の発光面から多く の光量を取り出すことができ、 しかも薄型の表示装置を提供することができる。 第 1 1図は、 第 1の実施形態の変形例 （その 9 ) の有機 E L素子 1 1 0における 第 2の電極 4 0の位置を示しており、 第 1 1図 （a ) は、 第 2の電極 4 0力 格子 状にパターン化されて支持基板 4 2上に形成されていることを平面的に示しており、 また、 第 1 1図 （b ) は、 この第 2の電極 4 0および一部露出した支持基板 4 2を 全面的に覆うように半導体層 4 4が設けられていることを断面的に示している。 さ らに、 第 1 1図 （c ) は、 第 1 1図 （b ) に示す半導体層 4 4上に、 全面的に有機 発光媒体 4 6が形成され、 その上に、 パターン化された第 1の電極 4 8力形成され た有機 E L素子 1 1 0において、 記号 Tで示される箇所から外部に光が取り出され ることを断面的に示している。
したがって、 このような位置に第 2の電極 4 0を形成すると、 第 2の電極 4 0と 半導体層 4 4との間の電気接続箇所を大面積とすることができ、 半導体層での抵抗 による電圧減少 （電圧降下） を効果的に防ぐことができる。 また、 このような位置 に第 2の電極 4 0を形成すると、 第 1の電極 （図示せず。 ) との配置関係で、 有機 E L素子 （画素） 1 1 0をマトリクス状に配置することができる。 そして、 大面積 の半導体層 4 4の発光面から多くの光を取り出すことができる。
なお、 一画素の中に第 2の電極と半導体層とに上記構成を含んでも良い。 さらに、 第 1 1図に示す構成体をドット （画素の一部分） として 2次元配列しマトリックス 構造としても良い。
( 4 ) 支持基板
次に、 有機 E L素子における支持基板 1 5について説明する。 かかる支持基板は、 機械的強度に優れ、 水分や酸素の透過性が少ないものであれば、 この種の有機 EL 素子に常用されているものをそのまま用いることができる。 具体的には、 例えば、 厚さ 100〜2, 000 のガラス基板やセラミックス基板等を挙げることがで さる。
また、支持基板上に形成してある半導体層を介して外部に光を取り出す場合には、 当該支持基板の光透過率を 90 %以上の値とすることが好ましく、 93 %以上の値 とすることがより好ましく、 98%以上の値とすることがさらに好ましい。
(5) 構成例
第 1の実施形態の有機 EL素子は、 陽極を第 2の電極とし、 陰極を第 1の電極と して、 実質的に①の構成としてあるが、 他の構成要素、 例えば正孔注入層や電子注 入層と組み合わせて②〜④の有機 E L素子の構成を採ることも好ましい。
また、 陽極を第 1の電極とし、 陰極を第 2の電極とした⑤〜⑧の有機 EL素子の 構成を採ることも好ましい。
以下に、 好ましい有機 EL素子の構成例①〜⑧を具体的に例示する。
0)基板 Z半導体層 (+陽極 （第 2の電極） ） Z有機発光層ノ陰極 （第 1の電極) ' 基板 Z半導体層 (+陽極） /正孔注入層 Z有機発光層/陰極
③基板 Z半導体層 (十陽極） /有機発光層 Z電子注入層/陰極
④基板 Z半導体層 (+陽極） /正孔注入層 Z有機発光層 Z電子注入層/陰極
( )基板 Z半導体層 (+陰極 （第 2の電極） ） /有機発光層 Z陽極 （第 1の電極)
0)基板 半導体層 (+陰極） /電子注入層 Z有機発光層/陽極
⑦基板/半導体層 (+陰極） Z有機発光層 Z正孔注入層 Z陽極
:D基板 Z半導体層 (+陰極） Z電子注入層 Z有機発光層 Z正孔注入層 Z陽極
[第 2の実施形態]
次に、 本発明の第 2の実施形態である有機 EL素子の製造方法について第 12図 (a) 〜 （〔1) を参照しながら説明する。
第 12図 （a) 〜 （d) は、 第 2の実施形態にかかる製造方法の各工程における 有機 EL素子を模式的に示す説明図である。 なお、 以下の説明では、 有機 EL素子 の製造方法を中心に説明するものとし、 構成材料等については、 第 1の実施形態で 説明した内容と同様とすることができる。
1陽極 （第 2の電極） の形成
第 1 2図 （a ) は、 支持基板 1 5上に、 陽極 （第 2の電極） 1 6を設けた状態を 示している。
二の陽極 1 6の形成方法は特に制限されるものでないが、 例えば、 スパッ夕リン ブ法 （蒸着法） と、 フォトリソグラフィ法とを組み合わせて所定位置に形成するこ とができる。 具体的には、 支持基板 1 5上に、 スパッタリング法を用いて全面的に 陽極層を形成し、 次いで、 フォトリソグラフィ法によりパターン化して、 将来的に 半導体層 1 4の縁部 1 7と電気接続される位置に、 正確に陽極 1 6を形成すること ができる。
なお、 支持基板上の陽極形成位置に凹部を設けておき、 そこに陽極を形成するこ とにより、 支持基板の上面位置と、 陽極表面位置とを一致させて、 平坦とすること ができる。 したがって、 このように陽極を形成すると、 後工程で半導体層を形成し た場合に、 半導体層の縁部と確実に電気接続することができる。 また、 このように 陽極を形成すると、 陽極が電気絶縁性の支持基板内に埋設されることになり、 電気 絶縁性材料を用いることなく、 後工程で形成される有機発光媒体との電気絶縁性を 確実に保持することができる。
:2半導体層の形成
第 1 2図 （b ) は、 支持基板 1 5上であって、 陽極 （第 2の電極） 1 6に隣接さ せて半導体層 1 4を設けた状態を示している。 すなわち、 陽極 1 6を、 端部 1 7に おいて電気接続可能な状態に半導体層 1 4を設けた状態を示している。
この半導体層 1 4の形成方法についても特に制限されるものでないが、 例えば、 前工程に続いて、 スパッタリング法 （蒸着法） を実施することにより、 所定位置に 形成することができる。 すなわち、 前工程で陽極層をエッチングした後に、 レジス 卜を剥離して、 さらに半導体層 1 4を全面的に形成し、 フォトリソグラフィ法によ りパターニングすることにより、 半導体層 1 4を所定位置に容易かつ短時間に形成 することができる。
なお、 陽極 1 6と半導体層 1 4を一部重ねた状態、 例えば、 第 3図に示すように 凹部 2 2を設けて半導体層 1 4を形成する場合には、 さらにフォトリソグラフィ法 を用いて、 半導体層 1 4を所定位置に形成することも好ましい。 有機発光媒体の形成
第 1 2図 （c ) は、 半導体層 1 4上に有機発光媒体 1 2を設けた状態を示してい る。 この有機発光媒体 1 2の形成方法も特に制限されるものでないが、 例えば、 蒸 着時に、 穴開きマスクを用いることにより所定位置に形成することができる。 また、 有機発光媒体 1 2を、 発光層、 正孔輸送層、 正孔注入層、 中間界面層等から構成す る場台には、 各層の形成につき、 それぞれ蒸着工程を繰り返すことにより正確に形 成することができる。
また、 有機発光媒体 1 2を形成する際に、 陽極 1 6上に、 電気絶縁性層 （図示せ ず） を設けて、 陽極を被覆しておくことが好ましい。 このように電気絶縁性層を形 成することにより、 陽極と有機発光媒体との間の電気絶縁性を確実に確保すること ができる。 したがって、 有機 E L素子を構成した場合のショートやクロストークの 発生を有効に防止することができる。
なお、 このような電気絶縁性層は、 例えば、 光硬化性のエポキシ系樹脂、 ァクリ ル系樹脂、 およびシロキサン系樹脂等から構成するの力 子ましい。 また、 電気絶縁 層に代るものとして、 例えば、 非電荷注入性の半導体層や、 金属層が挙げられる。 ④陰極 （第 1の電極） の形成
第 1 2図 （d ) は、 有機発光媒体 1 2上に陰極 （第 1の電極） 1 0を設け、 有機 E L素子 1 0 6を構成した状態を示している。 この陰極 （第 1の電極） 1 0につい ても、 上述したように、 例えば、 スパッタリング法 （蒸着法） と、 フォトリソダラ フィ法とを組み合わせて所定位置に形成することができる。
以上説明したように、 第 2の実施形態では、 半導体層 1 4の形成を、 陽極 1 6の 形成後に行っている力 この逆の順序で実施することも好ましい。 すなわち、 先に 半導体層 1 4を形成し、 次いで陽極 1 6を形成することにより、 例えば、 第 1図、 第 2図および第 1 0図に示すような有機 E L素子 1 0 0、 1 0 2、 1 0 8を容易に 作製することができる。 また、 基板上に第 2の電極を形成する場合の他、 第 1の電 極を基板上に設け、 さらに有機発光媒体半導体層を設けた後、 半導体層の縁部に第 2の電極を設けても良い。 実施例
以下、 本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。 [実施例 1 ]
( 1) 有機 EL素子の作製
1:陰極 （第 2の電極） の形成
厚さ lmm、 縦 2 00mm、 横 200 mmの透明なガラス基板をイソプロピ ルアルコールで超音波洗浄し、 さらに、 NL' (窒素ガス） 雰囲気中で乾燥させた後、 UV (紫外線） およびオゾンを用いてさらに 1 0分間洗浄した。 次いで、 洗浄した ガラス基板上に、 スパッタリング装置 (日本真空技術 （株） 製)を用いて、 A 1ノ S i合金 （S ί濃度： 1原子％) からなる薄膜 （膜厚 1 00 nm) を形成した。 この A l ZS i台金薄膜を、 フォトリソグラフィを用いて、 第 1 1図 （a) に示すよう に格子状にパターン化 （線幅： 20 m、 格子ピッチ： 320 im) した。 したが つて、 陰極 （第 2の電極） を、 半導体層の縁部にて、 電気接続した構成とすること ができる。
②半導体層の形成
陰極が形成されたガラス基板に対し、 アルゴンプラズマ洗浄を施した後、 このガ ラス基板上に、 真空蒸着装置 （日本真空技術 （株） 製） を用いて、 膜厚 1 50 nm の Z n S eと Z n C を同時蒸着して n型半導体層を形成した。 また、 Z n S e の蒸着は、 真空度 1 X 1 0 GTo r r ( 1. 3 3 X 1 04P a) 、 加熱温度 7 60 〜7 80°Cの条件で行い、 Z n C 12の蒸着は、半導体層の比抵抗値が 3 X 1 03Ω · c mとなるように行った。
なお、 4端子法にて半導体層の電荷濃度を測定し、 5 X 1 015cnr3であること を確認した。
( 有機発光媒体の形成
次いで、 以下の構成材料を各膜厚となるように順次に蒸着し、 有機発光媒体を形 成した。 なお、 A l qは発光層、 NPDは正孔輸送層、 TPD 74は正孔注入層、 C u P cは中間界面層としてそれぞれ機能する。
A 1 q (8—ヒドロキシキノリンの A 1錯体） ： 60 nm
NPD (N， N' ージー （1一ナフチル） 一 Ν， Ν' —ジフエ二ルー 4, 4 ' 一べ ンジジン) ： 20 nm
TPD 74 (4, 4 ' —ビス一 （N， N—ジ一 （m—トリル） ァミノ） 一4〃 ーフ ェニルー卜リフエニルァミン） ： 20nm
CuPc (銅フタロシアニン） ： 20nm
Φ陽極 （第 1の電極） の形成
最後に、 陽極 （第 1の電極） として、 Auを 20nm、 A 1を 10 Onmの膜厚 に蒸着し、 実施例 1の有機 EL素子を得た。
(2) 有機 EL素子の評価
得られた有機 EL素子において、 陽極 （第 1の電極） と陰極 （第 2の電極） との 間に、 DC 7 Vの電圧を印加したところ、 半導体層を介して、 緑色発光が得られた。 そして、 3 mAZ cm2の電流が流れ、 その際の発光輝度は 54 c dZm2であった。 さらに、 初期発光輝度を 100 c dZm2として定電流駆動したところ、 480時 問の半減寿命が得られた。
[実施例 2]
(1) 有機 EL素子の作製
0)陽極 （第 2の電極） の形成
実施例 1と同様に、 格子状にパターン化 （線幅： 20 /xm、 格子ピッチ： 320 it m) された A l /S i合金薄膜を形成して、 陽極 （第 2の電極） とした。
〔2)半導体層の形成
陽極が形成されたガラス基板をアルゴンプラズマ洗浄した後、 この基板上に、 真 空蒸着装置 (日本真空技術 （株） 製)を用いて、 膜厚が 3 Onmとなるように CdS と Cuとを同時蒸着して p型半導体層を形成した。 また、 かかる蒸着は、 真空度 1 X 10-(iTo r r (1. 33X 10"4P a) 、 基板温度 160 °Cの条件で行い、 Cu の蒸着は、 半導体層の比抵抗値が 2 X 10Ω · cmとなるように行った。 また、 4 端子法にて半導体層の電荷濃度を測定し、 4X 1017cnr3であることを確認した。 なお、 応用物理. A丄， 1770 (1992年） に記載されているように、 別途、 得られた C d Sおよび C uの組み合わせからなる半導体層は、 p型半導体としての 特性を示すことを確認した。
)有機発光媒体の形成
次いで、 実施例 1で使用した T P D 74、 N P Dおよび A 1 qを順次に蒸着して、 それぞれの膜厚を 200 nm、 20 nm、 および 60 nmとした有機発光媒体を形 成した。 なお、 TPD74は、 正孔注入層、 NPDは、 正孔輸送層、 A l qは、 発 光層としてそれぞれ機能する。
陰極 （第 1の電極） の形成
最後に、 陰極 （第 1の電極） として、 L i F (0. 5 nm) を蒸着し、 次いで、 A 1を 200 nmの膜厚に蒸着し、 実施例 2の有機 E L素子を得た。
(2) 有機 EL素子の評価
得られた有機 EL素子において、 陰極 （第 1の電極） と陽極 （第 2の電極） との 間に、 DC 7 Vの電圧を印加したところ、 半導体層を介して、 緑色発光が得られた。 そして、 2. 7 mA/ c m2の電流が流れ、 その際の発光輝度は 32 c d /m2であ つた。 さらに、 初期発光輝度を 100 c dZm」として定電流駆動したところ、 6 20時間の半減寿命が得られた。
[実施例 3]
(1) 有機 EL素子の作製
実施例 3では、 有機半導体層の効果を検討した。 すなわち、 実施例 2における C d Sと C uの組み合わせからなる半導体層の代りに、 半導性を示す高分子である P EDOT (3. 4一ポリエチレンジォキシチォフェン、 バイエル社製） からなる膜 厚 70 n m半導体層を、 水溶液の状態でスピンコートした後、 120 °Cで、 真空乾 燥して形成したほかは、 実施例 2と同様に有機 EL素子を作製した。
(2) 有機 EL素子の評価
陰極 （第 1の電極） と陽極 （第 2の電極） との間に、 DC 7 Vの電圧を印加した ところ、 5. 2 mAZ cm2の電流が流れ、 半導体層を介して、 発光輝度が 180 c cl/m^の緑色発光が得られた。 そして、 初期発光輝度を 100 c d/m2として 定電流駆動したところ、 790時間の半減寿命が得られた。 得られた結果を表 1に 示す。
なお、 半導体層の面抵抗を測定したところ、 1. 6 kQであり、 比抵抗は 1. 1 X 1 02Ω · cmであった。 [比較例 1 ]
( 1 ) 有機 EL素子の作製
実施例 1における格子状にパターン化 （線幅： 20 m、 格子ピッチ： 320 m) された A 1ノ S i合金薄膜 （陰極） を形成しなかったほかは、 実施例 1と同様 に有機 EL素子を作製した。
(2) 有機 EL素子の評価
得られた有機 EL素子において、 半導体層と陽極 （第 1の電極） との間に、 DC 7 Vの電圧を印加したところ、 半導体層に給電した付近にて、 直径 5mm程度のス ホッ卜的な発光しか得られなかった。
すなわち、 陰極を設けず、 3 X 1 03Ω · cmと高抵抗の半導体層に電圧を直 接 印加しても、 ほとんど発光せず、 有機 EL素子として機能しないことを確認した。
[比較例 2]
(1) 有機 EL素子の作製
実施例 1における A 1 ZS 合金薄膜 （陰極） を格子状にパターン化せずに、 全 面的に形成したほかは、 実施例 1と同様に有機 EL素子を作製した。
(2) 有機 EL素子の評価
得られた有機 EL素子において、 A 1 ZS i合金薄膜と AuZA 1 (陰極） との 間に、 DC 7 Vの電圧を印加したところ、 3. 6 mAZ cm2の電流が流れ、 発光 輝度は、 0. 6 c clZm2であった。 すなわち、 外部に取り出せる光量が、 実施例 1と比較すると、 1Z50程度に低下したが、 全面的に形成した陰極および半導体 層を介して外部に光を取り出すと、 陰極および半導体層に E L発光が吸収されるた めと思われる。
したがって、 実施例 1のように A 1 /S i台金薄膜 （陰極） をパターン化して、 半導体層の縁部に対して電気接続することの優位性が確認された。 表 1
産業上の利用性
本発明の有機 E L素子によれば、 第 1の電極 （陽極または陰極） と非単結晶材料 からなる半導体層との間に有機発光媒体を設け、 かつ、 半導体層の縁部に第 2の電 極 （陰極または陽極） を電気接続することにより、 第 1の電極と第 2の電極とを実 質的に対向させる必要がなくなった。 したがって、 以下のような効果が得られるよ うになつた。
①第 1の電極と、 第 2の電極とが実質的に対向しておらず、 半導体層から E L発光 を外部に取り出すことができるようになった。
したがって、 従来、 光透過率等の関係で使用することができなかった電極材料を 使用することができ、 選択範囲が著しく広くなつた。 例えば、 低抵抗の金属材料を 使用することができるようになり、 したがって、 低電圧駆動が可能であり、 消費電 力が低く、 しかも、 応答速度が速い有機 E L素子を提供することができるようにな つた。
また、 半導体層から E L発光を取り出した場合であっても、 第 2の電極が半導体 層の縁部に設けてあるため、 第 2の電極が遮光部材とならず、 効率的に E L発光を 外部に取り出すことができるようになった。
さらに、 光透過率等の関係で、 従来、 半導体単結晶において吸収され、 取り出し が困難であった青色発光についても、 効率的に外部に取り出すことができるように なった。 z非単結晶材料から半導体層を形成しているため、 大面積の半導体層を効率的に形 成することができるようになった。 したがって、 このような半導体層上に有機発光 媒体等を形成することにより、 均一な特性を有し、 かつ大面積の有機 E L素子を提 供することができるようになった。
ΐ第 2の電極の位置が有機発光媒体の横方向に設けてあるため、 第 2の電極と第 1 の電極の短絡が防げるようになった。 すなわち短絡は素子の表示欠陥となるので、 本発明の構成によりこのような表示欠陥を有効に取り除くことができるようになつ た。
4:半導体層に無機半導体材料を用いた場合には、 耐熱性や耐久性に優れており、 例 えば、 1 0 0 0時間以上の長時間駆動をさせても、 半導体層と第 2電極とが剥離す ることなく、 しかも、 発光輝度の劣化が少ない有機 E L素子を提供することができ るようになった。 また、 本発明の有機 E L素子の製造方法によれば、 陽極または陰極のいずれか一 方の電極を第 1の電極とし、 もう一方の電極を第 2の電極としたときに、 第 2の電 極を形成する工程と、非単結晶材料を用いて第 2の電極の縁部に接続可能な位置に、 半導体層を形成する工程と、 有機発光媒体を形成する工程と、 第 1の電極を形成す る工程と、 を含むことにより、 各形成工程順序の選択性が広くなつた。 また、 非単 結晶材料を半導体層に使用することから、 均一な特性を有し、 かつ大面積の有機 Ε L素子を容易に製造することができるようになった。 さらに、 第 1の電極と第 2の 電極とを対向させて形成する必要がなくないため、 取り出し光量を多くすることが できるとともに、 幅広い電極材料を使用することができるようになった。

Claims

請 求 の 範 囲
1 陽極と、 半導体層と、 有機発光媒体と、 陰極とを含む有機エレクト口ルミネッ センス素子において、
陽極または陰極のいずれか一方の電極を第 1の電極とし、 もう一方の電極を第 2 の電極としたときに、
第 1の電極と非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体が設けてある とともに、 前記半導体層の縁部に対して第 2の電極が電気接続してあること
を特徴とする有機エレクト口ルミネッセンス素子。 前記第 2の電極が、 前記半導体層の縁部から水平方向に延設された延長部に対 して電気接続してあることを特徴とする請求項 1に記載の有機ェレクトロルミネッ センス素子。 前記第 2の電極が、 前記半導体層の縁部に対して、 2箇所以上で電気接続して あることを特徴とする請求項 1または 2に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素 子。
4 前記第 2の電極が、 格子状またはくし型状にパターン化してあることを特徴と する請求項 1〜 3のいずれか一項に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。 前記非単結晶材料が、 ZnS、 ZnS e、 CdS、 CdTe、 ZnTe、 Mg S、 MgS e、 ZnSS e、 ZnMgS S e、 ZnCd SS e、 および ZnTe S eからなる群から選択される少なくとも一つのカルコゲナイド材料であることを特 徴とする請求項 1〜 4のいずれか一項に記載の有機エレク卜口ルミネッセンス素子。
(-) 前記非単結晶材料が、 A l、 Sn、 Zn、 I n、 Ccl、 Mg、 S iからなる群 から選択される少なくとも一つの金属酸化物の非縮退半導体であることを特徴とす る請求項 1〜 4のレ ^ずれか一項に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素子。 7 前記非単結晶材料が、 非晶質カーボンまたはダイアモンドライクカーボンであ ることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッ センス素子。
«S 前記非単結晶材料が、 導電性共役ポリマー、 酸化剤添加ポリマー、 還元剤添加 ホリマー、 酸化剤添加低分子化合物、 または還元剤添加低分子化合物であることを 特徴とする請求項 1〜 4の L ずれが一項に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素 子。
9 前記半導体層のバンドギャップを 2 . 7 e V以上の値とすることを特徴とする 請求項 1〜 8の L ^ずれか一項に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素子。
1 0 前記半導体層の厚さを 1〜7 0 0 n mの範囲内の値とすることを特徴とする 請求項 1〜9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
1 1 前記半導体層の比抵抗を 1 X 1 0 ·:;〜 1 X 1 04Ω · c mの範囲内の値とする ことを特徴とする請求項 1〜 1 0のいずれか一項に記載の有機エレクト口ルミネッ センス素子。 丄 2 前記半導体層の電荷濃度を 1 X 1 0 〜 1 X 1 0 0 c m 3の範囲内の値とする ことを特徴とする請求項 1〜 1 1のいずれか一項に記載の有機エレクト口ルミネッ センス素子。
1 3 前記半導体層の光透過率を 1 0 %以上の値とすることを特徴とする請求項 1 〜 1 2のいずれか一項に記載の有機エレク卜口ルミネッセンス素子。
1 4 前記第 2の電極と、 前記有機発光媒体との間に、 電気絶縁部が設けてあるこ とを特徴とする請求項 1〜 1 3のいずれか一項に記載の有機エレクト口ルミネッセ ンス素子。 1 前記第 2の電極と、 前記半導体層との間に、 導電層が設けてあることを特徴 とする請求項 1〜 1 4のいずれか一項に記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
1 6 前記半導体層から E L発光を外部に取り出す構成としてあることを特徴とす る請求項 1〜 1 5のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
1 7 前記第 2の電極の補助電極が設けてあることを特徴とする請求項 1〜 1 6の
1 ずれか一項に記載の有機ェレクト口ルミネッセンス素子。
1 8 陽極と、 半導体層と、 有機発光媒体と、 陰極とを含む有機エレクトロルミネ ッセンス素子の製造方法であって、
前記陽極または陰極のいずれか一方の電極を第 1の電極とし、 もう一方の電極を 第 2の電極としたときに、
前記第 2の電極を形成する工程と、
非単結晶材料を用いて前記第 2の電極の縁部に接続できる位置に、 前記半導体層 を形成する工程と、
前記有機発光媒体を形成する工程と、
前記第 1の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法。
1 9 前記第 2の電極を形成する工程において、 パターン化する工程を含むことを 特徴とする請求項 1 8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
2 0 前記第 2の電極を被覆するための電気絶縁膜、 または非注入性の半導体層も しくは金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項 1 8または 1 9に記載 の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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