プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子
【課題】低ターンオン電圧、高輝度化が可能なプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】透明基板１の表面にプレーナ状にアノード電極２及びゲート電極３を形成させる。そして、双方の電極を交互に櫛状に整列させて配置させる。なお、ゲート電極３の厚さはアノード電極２の厚さよりも大きくなるようにし、且つ、アノード電極２とゲート電極３との少なくとも１つは透過率が小さく不透明な状態とする。そして、アノード電極２及びゲート電極３を覆うように発光性有機材料４を積層させ、さらに発光性有機材料４の透明基板１と接する面と反対側にカソード電極５を配置させる。そして、カソード電極５を基準とし、アノード電極２に直流電圧６を印加し、ゲート電極３に交流電圧８を印加する。このことによって、高い輝度で発光性有機材料４を発光させる。
【解決手段】透明基板１の表面にプレーナ状にアノード電極２及びゲート電極３を形成させる。そして、双方の電極を交互に櫛状に整列させて配置させる。なお、ゲート電極３の厚さはアノード電極２の厚さよりも大きくなるようにし、且つ、アノード電極２とゲート電極３との少なくとも１つは透過率が小さく不透明な状態とする。そして、アノード電極２及びゲート電極３を覆うように発光性有機材料４を積層させ、さらに発光性有機材料４の透明基板１と接する面と反対側にカソード電極５を配置させる。そして、カソード電極５を基準とし、アノード電極２に直流電圧６を印加し、ゲート電極３に交流電圧８を印加する。このことによって、高い輝度で発光性有機材料４を発光させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子に関する。そしてより詳細には、発光性有機材料に電圧を印加する電極が三端子構造（アノード電極、カソード電極、ゲート電極）を有し、ゲート電極に対して交流電圧を印加することによって、高い輝度で発光させることが可能となる、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示素子は、基板と２つの電極（アノード電極、カソード電極）に挟まれた有機発光層からなる画素から構成されている。そして、アノード電極とカソード電極との間を通電させることにより、それぞれの電極から注入された正孔と電荷とが有機発光層内で再結合する。このときのエネルギーが光として放出される（以下、このような構成の有機ＥＬ素子を「二端子有機ＥＬ素子」という。）。また、従来の二端子有機ＥＬ素子における電極（アノード電極、カソード電極）の構成に新たにゲート電極を設けた構成とすることにより、低い駆動電圧（約６Ｖ）で発光を開始させることが可能となり、且つ従来の二端子有機ＥＬ素子と比較して高い発光輝度を得ることが可能となる有機ＥＬ素子が提案されている（非特許文献１参照）（以下、このような構成の有機ＥＬ素子を「三端子有機ＥＬ素子」という。）。
【非特許文献１】B. Park el al.: Applied Physics Letters 85 (2004)7.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、有機ＥＬ素子をさまざまな分野の表示素子に適用させるためには、発光を開始させるために必要な駆動電圧（ターンオン電圧）をより低い値とすることが必要であり、また、より高い発光輝度にて発光可能であることが望まれている。ところが、非特許文献１に記載の三端子有機ＥＬ素子のターンオン電圧及び発光輝度は、要求されているレベルに対して十分でなく、さらなる低ターンオン電圧、高輝度化が望まれている。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低ターンオン電圧、高輝度化が可能なプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子は、透明基板と、前記透明基板の表面にプレーナ状に配置されたアノード電極及びゲート電極であって、双方の電極が交互に櫛状に配置されたアノード電極及びゲート電極と、前記透明基板における前記アノード電極と前記ゲート電極とが配置されている面に積層される有機材料であって、発光性を有する材料を少なくとも含む有機材料である発光性有機材料と、前記発光性有機材料における前記透明基板と接する面の反対側の面に積層されるカソード電極とからなるプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子であって、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加し、前記ゲート電極と前記カソード電極との間に交流電圧を印加することにより、前記発光性有機材料を発光させることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ゲート電極の厚さが前記アノード電極の厚さよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記アノード電極及び前記ゲート電極のうち少なくとも一方が不透明であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ素子を構成する電極として、アノード電極とカソード電極に加えてゲート電極を追加し、ゲート電極とカソード電極との間に交流電圧を印加することにより、光導波による損失を軽減することができ、従来の有機ＥＬ素子と比較して高い輝度にて発光させることが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、ゲート電極の厚さがアノード電極の厚さよりも大きいため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、従来の有機ＥＬ素子と比較してさらに高い輝度にて発光させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、従来の有機ＥＬ素子と比較してさらに高い輝度にて発光させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態としてのプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明たる有機ＥＬ素子１０の物理構成を示す部分断面斜視図であり、図２は、有機ＥＬ素子１０の電気的構成図である。
【００１２】
はじめに、図１を参照して、有機ＥＬ素子１０の物理構成について説明する。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明基板１と、発光性有機材料４に電流を供給して発光させるためのアノード電極２、ゲート電極３、及びカソード電極５と、発光性を有する材料を少なくとも含み、通電により発光する特性を有する発光性有機材料４とから構成されている。
【００１３】
透明基板１は、発光性有機材料４を下方から支持する支持体として使用される。また、透過率が大きく、容易に発光性有機材料４にて発生した光を外部に取り出すことができるようになっている。透明基板１の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、透明ガラス基板や、透明ガラス基板の表面にインジウム酸化物とスズ酸化物の混合物によってできた膜が塗付され、表面に導電性を有しているＩＴＯ基板が挙げられる。
【００１４】
また、アノード電極２及びゲート電極３は、透明基板１の表面にプレーナ状に配置される。そして、双方の電極が交互に櫛状に整列して配置される。なお、図１においては、櫛状に配置されているアノード電極２とゲート電極３のうち、一対のアノード電極２とゲート電極３のみが示されている。そして、発光性有機材料４を発光させる場合には、アノード電極２及びゲート電極３に所定の条件で電圧が印加される。
【００１５】
また、ゲート電極３の厚さがアノード電極２の厚さよりも大きくなるように、双方の電極の厚さが設定されている。このようにすることで、アノード電極２の厚さとゲート電極３の厚さとが同一である場合よりも高い輝度にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能となっている（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。さらに、アノード電極２及びゲート電極３のうち少なくとも一つは、透過率が小さく設定されており不透明な状態となっている。このように電極の透過率を小さくして不透明とすることにより、発光性有機材料４より発生する光（図１中矢印１１）が電極で遮断されることになるが、外部に放出される光の輝度は、電極の透過率が大きく透明である場合と比較して高くなる（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。アノード電極２及びゲート電極３の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、銅、鉄、アルミニウム、金、銀、鉛、クロムなどの金属や、ＩＴＯ基板上に塗布されているＩＴＯが挙げられる。
【００１６】
また、発光性有機材料４は、透明基板１の表面にプレーナ状に櫛状に配置されているアノード電極２及びゲート電極３を覆うように積層され配置される。そして、注入される正孔と電荷を内部で再結合させて光エネルギーを放出させることが可能な材料を少なくとも含んでいる。
【００１７】
発光性有機材料４としては、例えば、正孔輸送層（ＨＩＬ（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ））、電荷輸送層（ＥＴＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ））、及び発光層（ＥＭＬ（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ））を積層した構成を有しており、ＨＩＬから正孔を注入し、ＥＴＬから電荷を注入し、ＥＭＬにて正孔と電荷とを再結合させることによって発光するような有機材料が挙げられる。また、例えば、ＨＩＬとして使用される有機材料として、ＮＰＢ(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)やＰＥＤＯＴ(poly(ethylenedioxy)thiophene)が挙げられ、ＥＭＬとして使用される有機材料として、ＰＰＶ(poly(1,4-phenylene vinylene))が挙げられ、ＥＴＬ及びＥＭＬとして使用される有機材料として、例えばＡｌｑ３(aluminato-tris-8-hydroxyquinolate)が挙げられる。
【００１８】
また、カソード電極５は、透明基板１の表面に積層された発光性有機材料４におけるアノード電極２及びゲート電極３と接する面の反対側の面に積層され配置されている。そして、櫛状に整列配置されている一対のアノード電極２とゲート電極３とを覆設可能なように、透明基板１と接する面と反対側の面に形成されている。なお、カソード電極５の透過率は低く設定されており、発光性有機材料４より発生する光はカソード電極５を透過しない。カソード電極５の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、銅、鉄、アルミニウム、金、銀、鉛、クロムなどの金属が挙げられる。
【００１９】
次に、以上のような構成を有する有機ＥＬ素子１０の発光原理について概説する。有機ＥＬ素子１０を発光させるために、カソード電極５を基準電位としてアノード電極２及びゲート電極３に電圧を印加する。このことにより、アノード電極２及びゲート電極３から発光性有機材料４に対して正孔が注入され、カソード電極５から発光性有機材料４に対して電荷が注入される。そして、注入された正孔及び電荷は、発光性有機材料４に含まれている発光性を有する材料内で再結合し発光する。発生した光は、櫛状に配置されたアノード電極２とゲート電極３との隙間を通過し、さらに透明基板１を通過して外部に放出される（図１中矢印１１）。
【００２０】
次に、有機ＥＬ素子１０の電気的構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、発光性有機材料４を発光させるように有機ＥＬ素子１０を駆動させる場合には、カソード電極５の電位を基準とし、アノード電極２に対して正極性の直流電圧を印加し（６）、ゲート電極３に対して交流電圧を印加する（８）。このように、ゲート電極３に対して交流電圧を印加するような電気状態とすることによって、ゲート電極３に対して直流電圧を印加する場合よりも高い輝度にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能となっている。さらに、ゲート電極３に対して直流電圧を印加する場合よりもターンオン電圧を低くすることが可能となっている（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。なお、ゲート電極３に対して印加される交流電圧は、正弦波、矩形波、方形波のいずれであってもかまわない。
【００２１】
以上説明したように、有機ＥＬ素子１０では、透明基板１上にアノード電極２とゲート電極３とがプレーナ状に櫛状に配置されている。また、ゲート電極３の厚さは、アノード電極２の厚さよりも大きくなるように調整されている。また、アノード電極２とゲート電極３のうち少なくとも一つは透過率が低く不透明であり、発光性有機材料４から発生した光はこの電極を通過しないような状態となっている。そして、アノード電極２に対して直流電圧を印加し、ゲート電極３に対して交流電圧を印加して、発光性有機材料４を発光させる。このようにすることで、従来の二端子有機ＥＬ素子、及び三端子有機ＥＬ素子（非特許文献１）と比較して、高輝度であり且つターンオン電圧が低い有機ＥＬ素子１０とすることが可能となっている。
＜実施例＞
【００２２】
以上にて説明した、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子１０（図１参照）の作成方法の一例及び評価結果について、図面を参照しながら説明する。評価については、作成した有機ＥＬ素子１０（以下、「サンプルＡ」という。）を発光させて輝度を測定することにより実施した。また、サンプルＡと周知の有機ＥＬ素子との比較評価を実施するために、有機ＥＬ素子１０の構成のうち、アノード電極２とゲート電極３との厚さを同一とした構成のサンプル（以下、「サンプルＢ」と呼ぶ。）と、有機ＥＬ素子１０の構成のうち、アノード電極２とゲート電極３との厚さを同一とし、且つ、アノード電極２及びゲート電極３の両方が透明となるように透過率を高く設定した構成のサンプル（以下、「サンプルＣ」という。）を作成した。そして、作成したサンプルＢ及びサンプルＣを発光させ、輝度を測定することによって、サンプルＡとの差異の評価を実施した。以下、１）サンプルＡ作成方法、２）サンプルＢ作成方法、３）サンプルＣ作成方法、４）輝度測定による評価、の順に説明する。
＜サンプルＡ作成方法＞
【００２３】
サンプルＡ（有機ＥＬ素子１０（図１参照））の作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＡの物理構成について説明する。図３は、作成したサンプルＡの物理的構成を示す断面図である。図３に示すように、発光性有機材料４は、ホール注入層２０と、バッファ層２１と、ホール輸送層２２と、発光層２３と、電荷輸送層２４と、バッファ層２５とを積層させることにより形成させた。これらは、図３に示すように、ホール注入層２０の上面にバッファ層２１が積層し、バッファ層２１の上面にホール輸送層２２が積層し、ホール輸送層２２の上面に発光層２３が積層し、発光層２３の上面に電荷輸送層２４が積層し、電荷輸送層２４の上面にバッファ層２５が積層した状態となっている。また、発光性有機材料４のホール注入層２０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極２とゲート電極３とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、発光性有機材料４のバッファ層２５の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００２４】
次いで、サンプルＡの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）として、透明ガラス基板を用いた。また、アノード電極２及びゲート電極３の材料としてクロムを用いた。そして、真空蒸着法により、クロムで形成された櫛状の電極（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させ、これらをアノード電極及びゲート電極とした。なお、アノード電極２の厚さと比較してゲート電極３の厚さが大きくなるように真空蒸着の条件を調整することにより、アノード電極２の膜厚が３０ｎｍ、ゲート電極３の膜厚が６０ｎｍとなるようにそれぞれの電極を形成させた。また、形成させたアノード電極２及びゲート電極３の透過率は小さく（透過率：１％以下（可視透過域））、双方の電極は不透明な状態となっている。
【００２５】
次いで、透明ガラス基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面に形成させたアノード電極２及びゲート電極３を覆うように、ホール注入層２０を積層させた。ホール注入層２０の材料としてＭｏＯ３（「三酸化モリブデン」日本高純度化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚７０ｎｍのホール注入層２０を透明ガラス基板上に形成させた。次いで、ホール注入層２０の上面にバッファ層２１を積層させた。バッファ層２１の材料としてＰＥＤＯＴ（「ポリエチレンジオキシチオフェン」Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製）を使用し、スピンコート法により、膜厚３０ｎｍのバッファ層を積層させた。次いで、バッファ層２１の上面にホール輸送層２２を積層させた。ホール輸送層２２の材料としてＴＡＰＣ（1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl] cyclohexane）（「１，１−ビス（４−（Ｎ，Ｎ−ジ（パラ−トリル）アミノ）−フェニル）シクロヘキサン」東京化成工業（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層２２を積層させた。次いで、ホール輸送層２２の上面に発光層２３を積層させた。発光層２３の材料として、ＣＢＰ（4,4'-bis[9-dicarbazolyl]-2,2'-biphenyl）とＩｒ（ｐｐｙ）３（Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)）とを重量比１００：５の比率で混合したもの（「４，４'−ビス（９−カルバソリル）−ビフェニルおよびトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚３０ｎｍの発光層２３を積層させた。次いで、発光層２３の上面に電荷輸送層２４を積層させた。電荷輸送層２４の材料として、ＢＣＰ（Bathocuprione）（「バソクプロイン」関東化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚２０ｎｍの電荷輸送層２４を積層させた。
【００２６】
次いで、電荷輸送層２４の上面にバッファ層２５を形成させた。バッファ層２５として、電荷輸送層２４の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００２７】
次いで、バッファ層２５の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層２５の上面に真空蒸着法によりＡｌＮｄ膜（膜厚７０ｎｍ）を積層させた。以上のようにしてサンプルＡを作成した。
＜サンプルＢ作成＞
【００２８】
次に、サンプルＢの作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＢの物理構成について説明する。図４は、作成したサンプルＢの物理的構成を示す断面図である。図４に示すように、発光性有機材料４は、ホール注入層３０と、バッファ層３１と、ホール輸送層３２と、電荷輸送性発光層３３と、バッファ層３４とを積層させることにより形成させた。これらは、図４に示すように、ホール注入層３０の上面にバッファ層３１が積層し、バッファ層３１の上面にホール輸送層３２が積層し、ホール輸送層３２の上面に電荷輸送性発光層３３が積層し、電荷輸送性発光層３３の上面にバッファ層３４が積層した状態となっている。また、発光性有機材料４のホール注入層３０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極とゲート電極とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、発光性有機材料４のバッファ層３４の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００２９】
次いでサンプルＢの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）として透明ガラス基板を用いた。また、アノード電極及びゲート電極の材料としてクロムを用いた。そして、真空蒸着法により、クロムで形成された櫛状の電極（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させ、これらをアノード電極及びゲート電極とした。アノード電極及びゲート電極は同一条件にて作成されているため、双方の膜厚は同一である（膜厚１００ｎｍ）。なお、アノード電極及びゲート電極の透過率は小さく（透過率：１％以下（可視透過域））、双方の電極は不透明な状態となっている。
【００３０】
次いで、透明ガラス基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面に形成させたアノード電極及びゲート電極を覆うように、ホール注入層３０を積層させた。ホール注入層３０の材料としてＭｏＯ３（「三酸化モリブデン」日本高純度化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚６２ｎｍのホール注入層３０を透明ガラス基板上に形成させた。次いで、ホール注入層３０の上面にバッファ層３１を積層させた。バッファ層３１の材料としてＰＥＤＯＴ（「ポリエチレンジオキシチオフェン」Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製）を使用し、スピンコート法により、膜厚３０ｎｍのバッファ層を積層させた。次いで、バッファ層３１の上面にホール輸送層３２を積層させた。ホール輸送層３２の材料としてＴＰＤ（N,N'-diphenyl-N,N'- bis(3-methylphenyl) 1- 1'biphenyl- 4,4'-diamine）（「Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン」アルドリッチ社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層３２を積層させた。次いで、ホール輸送層３２の上面に電荷輸送性発光層３３を積層させた。電荷輸送性発光層３３の材料として、Ａｌｑ３（「トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍの電荷輸送性発光層３３を積層させた。
【００３１】
次いで、電荷輸送性発光層３３の上面にバッファ層３４を形成させた。バッファ層３４として、電荷輸送性発光層３３の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００３２】
次いで、バッファ層３４の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層３４の上面に真空蒸着法によりＡｌ膜（膜厚７０ｎｍ）を形成させた。以上のようにしてサンプルＢを作成した。
＜サンプルＣ作成＞
【００３３】
次に、サンプルＣの作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＣの物理構成について説明する。図５は、作成したサンプルＣの物理的構成を示す断面図である。図５に示すように、発光性有機材料４は、ホール輸送層４０と、電荷輸送性発光層４１と、バッファ層４２とを積層させることにより形成させた。これらは、図５に示すように、ホール輸送層４０の上面に電荷輸送性発光層４１が積層し、電荷輸送性発光層４１の上面にバッファ層４２が積層した状態となっている。そして発光性有機材料４のホール輸送層４０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極とゲート電極とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、バッファ層４２の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００３４】
次いでサンプルＣの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）としてＩＴＯ基板を用いた。そして、ＩＴＯ膜を削り取り、ＩＴＯ膜の櫛状のライン（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させた。そしてこれらをアノード電極及びゲート電極とした。なお、アノード電極及びゲート電極の膜厚は同一（膜厚７０ｎｍ）である。なお、アノード電極及びゲート電極の透過率は大きく（透過率：８０％以上（可視透過域））双方の電極は透明な状態となっている。
【００３５】
次いで、ＩＴＯ基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面にＩＴＯ膜により形成されているアノード電極及びゲート電極を覆うように、ホール輸送層４０を積層させた。ホール輸送層４０の材料としてＴＰＤ（「Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン」アルドリッチ社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層４０を積層させた。次いで、ホール輸送層４０の上面に電荷輸送性発光層４１を積層させた。電荷輸送性発光層４１の材料として、Ａｌｑ３（「トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍの電荷輸送性発光層３３を積層させた。次いで、電荷輸送性発光層４１の上面にバッファ層４２を形成させた。バッファ層４２として、電荷輸送性発光層４１の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００３６】
次いで、バッファ層４２の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層４２の上面に真空蒸着法によりＡｌ膜（膜厚７０ｎｍ）を積層させた。以上のようにしてサンプルＣを作成した。
＜輝度測定による評価＞
【００３７】
次に、上述にて説明した作成方法により作成したサンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣについて、電極に印加させる電圧の条件を変えて発光させ、発生した光の輝度を測定することにより評価を実施した。
【００３８】
評価したサンプルとして、サンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣを使用した。そして、各々のサンプルにおけるゲート電極に印加する電圧の条件を以下のように設定した状態で、アノード電極に印加する印加電圧と輝度との関係を測定した。
測定１：サンプルＣ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定２：サンプルＢ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定３：サンプルＡ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定４：サンプルＡ使用。ゲート電圧：方形波形状の交流電圧（周波数：２０Ｈｚ〜１５ＭＨｚ、振幅：１０Ｖ、デューティー比：１／１２８）（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
（サンプルＡ：電極の厚さ：アノード電極＜ゲート電極、電極の透明度：不透明）
（サンプルＢ：電極の厚さ：アノード電極＝ゲート電極、電極の透明度：不透明）
（サンプルＣ：電極の厚さ：アノード電極＝ゲート電極、電極の透明度：透明）
【００３９】
なお、輝度測定には「輝度計ＢＭ−３」（（株）トプコン製）を使用した。また、輝度測定時において電極に電圧を印加するための測定器として、「半導体パラメータアナライザ４１５５Ｂ」（ヒューレットパッカード社製）を使用した。
【００４０】
輝度測定結果について図６を参照して説明する。図６は、測定１〜測定４の条件にて輝度測定を行った結果を示した図である。図６に示す曲線のうち、曲線５１が測定１の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５２が測定２の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５３が測定３の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５４が測定４の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応している。
【００４１】
図６に示すように、アノード電極に印加する電圧を増加させるに従い、発生する光の輝度が大きくなっている。また、アノード電極への印加電圧が同一である条件下では、測定４（曲線５４）、測定３（曲線５３）、測定２（曲線５２）、測定１（曲線５１）の順に発生する光の輝度が大きくなっている。そして、測定４（曲線５４）では、アノード電極の電圧が７．５Ｖである場合に、３０ａｒｂ．ｕｎｉｔ以上の輝度が得られている。さらに、発光を開始させるために必要な駆動電圧であるターンオン電圧をそれぞれの測定結果間で比較すると、測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）の条件下におけるターンオン電圧が約３Ｖであるのに対し、測定４（曲線５４）の条件下におけるターンオン電圧が約２．５Ｖとなっており、より低い電圧で発行させることが可能な状態となっている。
【００４２】
アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定１の結果（曲線５１）と比較して測定２の結果（曲線５２）において輝度が高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定１（曲線５１）：約１０ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定２（曲線５２）：約１５ａｒｂ．ｕｎｉｔ）。測定１の条件と測定２の条件との差異は、アノード電極及びゲート電極が透明であるかどうかという点にある（測定１（曲線５１）：透明、測定２（曲線５２）：不透明）。従ってこのことから、アノード電極及びゲート電極の透過率を小さくして不透明とすることにより、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４３】
また、アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定２の結果（曲線５２）と比較して測定３の結果（曲線５３）において輝度が高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定２（曲線５２）：約１５ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定３（曲線５３）：約２０ａｒｂ．ｕｎｉｔ）。測定２の条件と測定３の条件との差異は、ゲート電極３の厚さがアノード電極の厚さよりも大きいかどうかという点にある（測定２（曲線５２）：アノード電極＝ゲート電極、測定３（曲線５３）：アノード電極＜ゲート電極）。従ってこのことから、ゲート電極の厚さをアノード電極の厚さよりも大きくすることにより、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４４】
また、アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定３の結果（曲線５３）と比較して測定４の結果（曲線５４）において輝度が著しく高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定３（曲線５３）：約２０ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定４（曲線５４）：３０ａｒｂ．ｕｎｉｔ以上）。測定３の条件と測定４の条件との差異は、ゲート電極に直流電圧を印加するか交流電圧を印加するかという点にある（測定３（曲線５３）：直流電圧、測定４（曲線５４）：交流電圧）。従ってこのことから、ゲート電極３に交流電圧を印加した場合に、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４５】
さらに、測定１〜測定３（曲線５１〜２３）の条件である場合と比較して、測定４（曲線５４）の条件である場合にターンオン電圧が小さくなっている（測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）：約３Ｖ、測定４（曲線５４）：約２．５Ｖ）。測定１〜測定３の条件と測定４の条件との差異は、ゲート電極３に直流電圧を印加するか交流電圧を印加するかという点にある（測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）：直流電圧、測定４（曲線５４）：交流電圧）。従ってこのことから、ゲート電極３に交流電圧を印加した場合に、有機ＥＬ素子を低いターンオン電圧にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４６】
なお、今回の測定では、サンプルとして使用したサンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣにおける発光性有機材料４の種類を異なる構成とした。そのため、上述における輝度の差異は発光性有機材料４の違いに起因することが想起される。しかしながら、別途実験により、電極構造を同一条件とした状態で各々の発光性有機材料４に電圧を印加した場合に、ほぼ同一の輝度が得られることを確認している。よって、上述の輝度の相違の理由は、単純に電極構造に起因するものであると判断できる。
【００４７】
以上説明したように、透明基板１上にアノード電極２とゲート電極３とをプレーナ状に櫛状に配置させ、ゲート電極３の厚さをアノード電極２の厚さよりも大きくなるように調整し、アノード電極２とゲート電極３のうち少なくとも一つの透過率を低くして不透明とし、ゲート電極３に対して交流電圧を印加して発光性有機材料４を発光させることによって、従来の二端子有機ＥＬ素子と比較して、高い輝度で且つ低いターンオン電圧にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】有機ＥＬ素子１０の物理構成を示す断面図である。
【図２】有機ＥＬ素子１０の電気的構成図である。
【図３】作成した有機ＥＬ素子１０（サンプルＡ）の物理的構成を示す断面図である。
【図４】作成したサンプルＢの物理的構成を示す断面図である。
【図５】作成したサンプルＣの物理的構成を示す断面図である。
【図６】三端子有機ＥＬ素子の輝度測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 透明基板
２ アノード電極
３ ゲート電極
４ 発光性有機材料
５ カソード電極
２０ ホール注入層
２１ バッファ層
２２ ホール輸送層
２３ 発光層
２４ 電荷輸送層
２５ バッファ層
３０ ホール注入層
３１ バッファ層
３２ ホール輸送層
３３ 電荷輸送性発光層
３４ バッファ層
４０ ホール輸送層
４１ 電荷輸送性発光層
４２ バッファ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子に関する。そしてより詳細には、発光性有機材料に電圧を印加する電極が三端子構造（アノード電極、カソード電極、ゲート電極）を有し、ゲート電極に対して交流電圧を印加することによって、高い輝度で発光させることが可能となる、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示素子は、基板と２つの電極（アノード電極、カソード電極）に挟まれた有機発光層からなる画素から構成されている。そして、アノード電極とカソード電極との間を通電させることにより、それぞれの電極から注入された正孔と電荷とが有機発光層内で再結合する。このときのエネルギーが光として放出される（以下、このような構成の有機ＥＬ素子を「二端子有機ＥＬ素子」という。）。また、従来の二端子有機ＥＬ素子における電極（アノード電極、カソード電極）の構成に新たにゲート電極を設けた構成とすることにより、低い駆動電圧（約６Ｖ）で発光を開始させることが可能となり、且つ従来の二端子有機ＥＬ素子と比較して高い発光輝度を得ることが可能となる有機ＥＬ素子が提案されている（非特許文献１参照）（以下、このような構成の有機ＥＬ素子を「三端子有機ＥＬ素子」という。）。
【非特許文献１】B. Park el al.: Applied Physics Letters 85 (2004)7.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、有機ＥＬ素子をさまざまな分野の表示素子に適用させるためには、発光を開始させるために必要な駆動電圧（ターンオン電圧）をより低い値とすることが必要であり、また、より高い発光輝度にて発光可能であることが望まれている。ところが、非特許文献１に記載の三端子有機ＥＬ素子のターンオン電圧及び発光輝度は、要求されているレベルに対して十分でなく、さらなる低ターンオン電圧、高輝度化が望まれている。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低ターンオン電圧、高輝度化が可能なプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子は、透明基板と、前記透明基板の表面にプレーナ状に配置されたアノード電極及びゲート電極であって、双方の電極が交互に櫛状に配置されたアノード電極及びゲート電極と、前記透明基板における前記アノード電極と前記ゲート電極とが配置されている面に積層される有機材料であって、発光性を有する材料を少なくとも含む有機材料である発光性有機材料と、前記発光性有機材料における前記透明基板と接する面の反対側の面に積層されるカソード電極とからなるプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子であって、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加し、前記ゲート電極と前記カソード電極との間に交流電圧を印加することにより、前記発光性有機材料を発光させることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ゲート電極の厚さが前記アノード電極の厚さよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記アノード電極及び前記ゲート電極のうち少なくとも一方が不透明であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ素子を構成する電極として、アノード電極とカソード電極に加えてゲート電極を追加し、ゲート電極とカソード電極との間に交流電圧を印加することにより、光導波による損失を軽減することができ、従来の有機ＥＬ素子と比較して高い輝度にて発光させることが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、ゲート電極の厚さがアノード電極の厚さよりも大きいため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、従来の有機ＥＬ素子と比較してさらに高い輝度にて発光させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、従来の有機ＥＬ素子と比較してさらに高い輝度にて発光させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態としてのプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明たる有機ＥＬ素子１０の物理構成を示す部分断面斜視図であり、図２は、有機ＥＬ素子１０の電気的構成図である。
【００１２】
はじめに、図１を参照して、有機ＥＬ素子１０の物理構成について説明する。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明基板１と、発光性有機材料４に電流を供給して発光させるためのアノード電極２、ゲート電極３、及びカソード電極５と、発光性を有する材料を少なくとも含み、通電により発光する特性を有する発光性有機材料４とから構成されている。
【００１３】
透明基板１は、発光性有機材料４を下方から支持する支持体として使用される。また、透過率が大きく、容易に発光性有機材料４にて発生した光を外部に取り出すことができるようになっている。透明基板１の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、透明ガラス基板や、透明ガラス基板の表面にインジウム酸化物とスズ酸化物の混合物によってできた膜が塗付され、表面に導電性を有しているＩＴＯ基板が挙げられる。
【００１４】
また、アノード電極２及びゲート電極３は、透明基板１の表面にプレーナ状に配置される。そして、双方の電極が交互に櫛状に整列して配置される。なお、図１においては、櫛状に配置されているアノード電極２とゲート電極３のうち、一対のアノード電極２とゲート電極３のみが示されている。そして、発光性有機材料４を発光させる場合には、アノード電極２及びゲート電極３に所定の条件で電圧が印加される。
【００１５】
また、ゲート電極３の厚さがアノード電極２の厚さよりも大きくなるように、双方の電極の厚さが設定されている。このようにすることで、アノード電極２の厚さとゲート電極３の厚さとが同一である場合よりも高い輝度にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能となっている（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。さらに、アノード電極２及びゲート電極３のうち少なくとも一つは、透過率が小さく設定されており不透明な状態となっている。このように電極の透過率を小さくして不透明とすることにより、発光性有機材料４より発生する光（図１中矢印１１）が電極で遮断されることになるが、外部に放出される光の輝度は、電極の透過率が大きく透明である場合と比較して高くなる（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。アノード電極２及びゲート電極３の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、銅、鉄、アルミニウム、金、銀、鉛、クロムなどの金属や、ＩＴＯ基板上に塗布されているＩＴＯが挙げられる。
【００１６】
また、発光性有機材料４は、透明基板１の表面にプレーナ状に櫛状に配置されているアノード電極２及びゲート電極３を覆うように積層され配置される。そして、注入される正孔と電荷を内部で再結合させて光エネルギーを放出させることが可能な材料を少なくとも含んでいる。
【００１７】
発光性有機材料４としては、例えば、正孔輸送層（ＨＩＬ（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ））、電荷輸送層（ＥＴＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ））、及び発光層（ＥＭＬ（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ））を積層した構成を有しており、ＨＩＬから正孔を注入し、ＥＴＬから電荷を注入し、ＥＭＬにて正孔と電荷とを再結合させることによって発光するような有機材料が挙げられる。また、例えば、ＨＩＬとして使用される有機材料として、ＮＰＢ(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)やＰＥＤＯＴ(poly(ethylenedioxy)thiophene)が挙げられ、ＥＭＬとして使用される有機材料として、ＰＰＶ(poly(1,4-phenylene vinylene))が挙げられ、ＥＴＬ及びＥＭＬとして使用される有機材料として、例えばＡｌｑ３(aluminato-tris-8-hydroxyquinolate)が挙げられる。
【００１８】
また、カソード電極５は、透明基板１の表面に積層された発光性有機材料４におけるアノード電極２及びゲート電極３と接する面の反対側の面に積層され配置されている。そして、櫛状に整列配置されている一対のアノード電極２とゲート電極３とを覆設可能なように、透明基板１と接する面と反対側の面に形成されている。なお、カソード電極５の透過率は低く設定されており、発光性有機材料４より発生する光はカソード電極５を透過しない。カソード電極５の材料としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることが可能である。例えば、銅、鉄、アルミニウム、金、銀、鉛、クロムなどの金属が挙げられる。
【００１９】
次に、以上のような構成を有する有機ＥＬ素子１０の発光原理について概説する。有機ＥＬ素子１０を発光させるために、カソード電極５を基準電位としてアノード電極２及びゲート電極３に電圧を印加する。このことにより、アノード電極２及びゲート電極３から発光性有機材料４に対して正孔が注入され、カソード電極５から発光性有機材料４に対して電荷が注入される。そして、注入された正孔及び電荷は、発光性有機材料４に含まれている発光性を有する材料内で再結合し発光する。発生した光は、櫛状に配置されたアノード電極２とゲート電極３との隙間を通過し、さらに透明基板１を通過して外部に放出される（図１中矢印１１）。
【００２０】
次に、有機ＥＬ素子１０の電気的構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、発光性有機材料４を発光させるように有機ＥＬ素子１０を駆動させる場合には、カソード電極５の電位を基準とし、アノード電極２に対して正極性の直流電圧を印加し（６）、ゲート電極３に対して交流電圧を印加する（８）。このように、ゲート電極３に対して交流電圧を印加するような電気状態とすることによって、ゲート電極３に対して直流電圧を印加する場合よりも高い輝度にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能となっている。さらに、ゲート電極３に対して直流電圧を印加する場合よりもターンオン電圧を低くすることが可能となっている（詳細は、＜実施例＞にて説明する。）。なお、ゲート電極３に対して印加される交流電圧は、正弦波、矩形波、方形波のいずれであってもかまわない。
【００２１】
以上説明したように、有機ＥＬ素子１０では、透明基板１上にアノード電極２とゲート電極３とがプレーナ状に櫛状に配置されている。また、ゲート電極３の厚さは、アノード電極２の厚さよりも大きくなるように調整されている。また、アノード電極２とゲート電極３のうち少なくとも一つは透過率が低く不透明であり、発光性有機材料４から発生した光はこの電極を通過しないような状態となっている。そして、アノード電極２に対して直流電圧を印加し、ゲート電極３に対して交流電圧を印加して、発光性有機材料４を発光させる。このようにすることで、従来の二端子有機ＥＬ素子、及び三端子有機ＥＬ素子（非特許文献１）と比較して、高輝度であり且つターンオン電圧が低い有機ＥＬ素子１０とすることが可能となっている。
＜実施例＞
【００２２】
以上にて説明した、プレーナ電極を有する有機ＥＬ素子１０（図１参照）の作成方法の一例及び評価結果について、図面を参照しながら説明する。評価については、作成した有機ＥＬ素子１０（以下、「サンプルＡ」という。）を発光させて輝度を測定することにより実施した。また、サンプルＡと周知の有機ＥＬ素子との比較評価を実施するために、有機ＥＬ素子１０の構成のうち、アノード電極２とゲート電極３との厚さを同一とした構成のサンプル（以下、「サンプルＢ」と呼ぶ。）と、有機ＥＬ素子１０の構成のうち、アノード電極２とゲート電極３との厚さを同一とし、且つ、アノード電極２及びゲート電極３の両方が透明となるように透過率を高く設定した構成のサンプル（以下、「サンプルＣ」という。）を作成した。そして、作成したサンプルＢ及びサンプルＣを発光させ、輝度を測定することによって、サンプルＡとの差異の評価を実施した。以下、１）サンプルＡ作成方法、２）サンプルＢ作成方法、３）サンプルＣ作成方法、４）輝度測定による評価、の順に説明する。
＜サンプルＡ作成方法＞
【００２３】
サンプルＡ（有機ＥＬ素子１０（図１参照））の作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＡの物理構成について説明する。図３は、作成したサンプルＡの物理的構成を示す断面図である。図３に示すように、発光性有機材料４は、ホール注入層２０と、バッファ層２１と、ホール輸送層２２と、発光層２３と、電荷輸送層２４と、バッファ層２５とを積層させることにより形成させた。これらは、図３に示すように、ホール注入層２０の上面にバッファ層２１が積層し、バッファ層２１の上面にホール輸送層２２が積層し、ホール輸送層２２の上面に発光層２３が積層し、発光層２３の上面に電荷輸送層２４が積層し、電荷輸送層２４の上面にバッファ層２５が積層した状態となっている。また、発光性有機材料４のホール注入層２０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極２とゲート電極３とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、発光性有機材料４のバッファ層２５の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００２４】
次いで、サンプルＡの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）として、透明ガラス基板を用いた。また、アノード電極２及びゲート電極３の材料としてクロムを用いた。そして、真空蒸着法により、クロムで形成された櫛状の電極（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させ、これらをアノード電極及びゲート電極とした。なお、アノード電極２の厚さと比較してゲート電極３の厚さが大きくなるように真空蒸着の条件を調整することにより、アノード電極２の膜厚が３０ｎｍ、ゲート電極３の膜厚が６０ｎｍとなるようにそれぞれの電極を形成させた。また、形成させたアノード電極２及びゲート電極３の透過率は小さく（透過率：１％以下（可視透過域））、双方の電極は不透明な状態となっている。
【００２５】
次いで、透明ガラス基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面に形成させたアノード電極２及びゲート電極３を覆うように、ホール注入層２０を積層させた。ホール注入層２０の材料としてＭｏＯ３（「三酸化モリブデン」日本高純度化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚７０ｎｍのホール注入層２０を透明ガラス基板上に形成させた。次いで、ホール注入層２０の上面にバッファ層２１を積層させた。バッファ層２１の材料としてＰＥＤＯＴ（「ポリエチレンジオキシチオフェン」Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製）を使用し、スピンコート法により、膜厚３０ｎｍのバッファ層を積層させた。次いで、バッファ層２１の上面にホール輸送層２２を積層させた。ホール輸送層２２の材料としてＴＡＰＣ（1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl] cyclohexane）（「１，１−ビス（４−（Ｎ，Ｎ−ジ（パラ−トリル）アミノ）−フェニル）シクロヘキサン」東京化成工業（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層２２を積層させた。次いで、ホール輸送層２２の上面に発光層２３を積層させた。発光層２３の材料として、ＣＢＰ（4,4'-bis[9-dicarbazolyl]-2,2'-biphenyl）とＩｒ（ｐｐｙ）３（Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)）とを重量比１００：５の比率で混合したもの（「４，４'−ビス（９−カルバソリル）−ビフェニルおよびトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚３０ｎｍの発光層２３を積層させた。次いで、発光層２３の上面に電荷輸送層２４を積層させた。電荷輸送層２４の材料として、ＢＣＰ（Bathocuprione）（「バソクプロイン」関東化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚２０ｎｍの電荷輸送層２４を積層させた。
【００２６】
次いで、電荷輸送層２４の上面にバッファ層２５を形成させた。バッファ層２５として、電荷輸送層２４の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００２７】
次いで、バッファ層２５の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層２５の上面に真空蒸着法によりＡｌＮｄ膜（膜厚７０ｎｍ）を積層させた。以上のようにしてサンプルＡを作成した。
＜サンプルＢ作成＞
【００２８】
次に、サンプルＢの作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＢの物理構成について説明する。図４は、作成したサンプルＢの物理的構成を示す断面図である。図４に示すように、発光性有機材料４は、ホール注入層３０と、バッファ層３１と、ホール輸送層３２と、電荷輸送性発光層３３と、バッファ層３４とを積層させることにより形成させた。これらは、図４に示すように、ホール注入層３０の上面にバッファ層３１が積層し、バッファ層３１の上面にホール輸送層３２が積層し、ホール輸送層３２の上面に電荷輸送性発光層３３が積層し、電荷輸送性発光層３３の上面にバッファ層３４が積層した状態となっている。また、発光性有機材料４のホール注入層３０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極とゲート電極とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、発光性有機材料４のバッファ層３４の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００２９】
次いでサンプルＢの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）として透明ガラス基板を用いた。また、アノード電極及びゲート電極の材料としてクロムを用いた。そして、真空蒸着法により、クロムで形成された櫛状の電極（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させ、これらをアノード電極及びゲート電極とした。アノード電極及びゲート電極は同一条件にて作成されているため、双方の膜厚は同一である（膜厚１００ｎｍ）。なお、アノード電極及びゲート電極の透過率は小さく（透過率：１％以下（可視透過域））、双方の電極は不透明な状態となっている。
【００３０】
次いで、透明ガラス基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面に形成させたアノード電極及びゲート電極を覆うように、ホール注入層３０を積層させた。ホール注入層３０の材料としてＭｏＯ３（「三酸化モリブデン」日本高純度化学（株）製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚６２ｎｍのホール注入層３０を透明ガラス基板上に形成させた。次いで、ホール注入層３０の上面にバッファ層３１を積層させた。バッファ層３１の材料としてＰＥＤＯＴ（「ポリエチレンジオキシチオフェン」Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製）を使用し、スピンコート法により、膜厚３０ｎｍのバッファ層を積層させた。次いで、バッファ層３１の上面にホール輸送層３２を積層させた。ホール輸送層３２の材料としてＴＰＤ（N,N'-diphenyl-N,N'- bis(3-methylphenyl) 1- 1'biphenyl- 4,4'-diamine）（「Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン」アルドリッチ社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層３２を積層させた。次いで、ホール輸送層３２の上面に電荷輸送性発光層３３を積層させた。電荷輸送性発光層３３の材料として、Ａｌｑ３（「トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍの電荷輸送性発光層３３を積層させた。
【００３１】
次いで、電荷輸送性発光層３３の上面にバッファ層３４を形成させた。バッファ層３４として、電荷輸送性発光層３３の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００３２】
次いで、バッファ層３４の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層３４の上面に真空蒸着法によりＡｌ膜（膜厚７０ｎｍ）を形成させた。以上のようにしてサンプルＢを作成した。
＜サンプルＣ作成＞
【００３３】
次に、サンプルＣの作成方法について説明する。はじめに、作成したサンプルＣの物理構成について説明する。図５は、作成したサンプルＣの物理的構成を示す断面図である。図５に示すように、発光性有機材料４は、ホール輸送層４０と、電荷輸送性発光層４１と、バッファ層４２とを積層させることにより形成させた。これらは、図５に示すように、ホール輸送層４０の上面に電荷輸送性発光層４１が積層し、電荷輸送性発光層４１の上面にバッファ層４２が積層した状態となっている。そして発光性有機材料４のホール輸送層４０は、透明基板１上に櫛状に形成されたアノード電極とゲート電極とを覆うように積層した状態となるように配置させた。また、バッファ層４２の上面に、カソード電極５を積層させて配置させた。
【００３４】
次いでサンプルＣの作成方法について説明する。透明基板１（図１参照）としてＩＴＯ基板を用いた。そして、ＩＴＯ膜を削り取り、ＩＴＯ膜の櫛状のライン（ライン幅：２μｍ、ライン間隔：１０μｍ）を透明ガラス基板上に形成させた。そしてこれらをアノード電極及びゲート電極とした。なお、アノード電極及びゲート電極の膜厚は同一（膜厚７０ｎｍ）である。なお、アノード電極及びゲート電極の透過率は大きく（透過率：８０％以上（可視透過域））双方の電極は透明な状態となっている。
【００３５】
次いで、ＩＴＯ基板（透明基板１に相当、図１参照）の表面にＩＴＯ膜により形成されているアノード電極及びゲート電極を覆うように、ホール輸送層４０を積層させた。ホール輸送層４０の材料としてＴＰＤ（「Ｎ，Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン」アルドリッチ社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのホール輸送層４０を積層させた。次いで、ホール輸送層４０の上面に電荷輸送性発光層４１を積層させた。電荷輸送性発光層４１の材料として、Ａｌｑ３（「トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム」ルミネッセンステクノロジー社製）を使用し、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍの電荷輸送性発光層３３を積層させた。次いで、電荷輸送性発光層４１の上面にバッファ層４２を形成させた。バッファ層４２として、電荷輸送性発光層４１の上面に真空蒸着法によりＬｉＦ膜（膜厚１ｎｍ）を積層させた。
【００３６】
次いで、バッファ層４２の上面にカソード電極５を形成させた。カソード電極５として、バッファ層４２の上面に真空蒸着法によりＡｌ膜（膜厚７０ｎｍ）を積層させた。以上のようにしてサンプルＣを作成した。
＜輝度測定による評価＞
【００３７】
次に、上述にて説明した作成方法により作成したサンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣについて、電極に印加させる電圧の条件を変えて発光させ、発生した光の輝度を測定することにより評価を実施した。
【００３８】
評価したサンプルとして、サンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣを使用した。そして、各々のサンプルにおけるゲート電極に印加する電圧の条件を以下のように設定した状態で、アノード電極に印加する印加電圧と輝度との関係を測定した。
測定１：サンプルＣ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定２：サンプルＢ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定３：サンプルＡ使用。ゲート電極電圧：５ＶＤＣ（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
測定４：サンプルＡ使用。ゲート電圧：方形波形状の交流電圧（周波数：２０Ｈｚ〜１５ＭＨｚ、振幅：１０Ｖ、デューティー比：１／１２８）（カソード電極電圧：０ＶＤＣ）。
（サンプルＡ：電極の厚さ：アノード電極＜ゲート電極、電極の透明度：不透明）
（サンプルＢ：電極の厚さ：アノード電極＝ゲート電極、電極の透明度：不透明）
（サンプルＣ：電極の厚さ：アノード電極＝ゲート電極、電極の透明度：透明）
【００３９】
なお、輝度測定には「輝度計ＢＭ−３」（（株）トプコン製）を使用した。また、輝度測定時において電極に電圧を印加するための測定器として、「半導体パラメータアナライザ４１５５Ｂ」（ヒューレットパッカード社製）を使用した。
【００４０】
輝度測定結果について図６を参照して説明する。図６は、測定１〜測定４の条件にて輝度測定を行った結果を示した図である。図６に示す曲線のうち、曲線５１が測定１の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５２が測定２の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５３が測定３の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応し、曲線５４が測定４の条件で輝度測定をおこなった場合の結果に対応している。
【００４１】
図６に示すように、アノード電極に印加する電圧を増加させるに従い、発生する光の輝度が大きくなっている。また、アノード電極への印加電圧が同一である条件下では、測定４（曲線５４）、測定３（曲線５３）、測定２（曲線５２）、測定１（曲線５１）の順に発生する光の輝度が大きくなっている。そして、測定４（曲線５４）では、アノード電極の電圧が７．５Ｖである場合に、３０ａｒｂ．ｕｎｉｔ以上の輝度が得られている。さらに、発光を開始させるために必要な駆動電圧であるターンオン電圧をそれぞれの測定結果間で比較すると、測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）の条件下におけるターンオン電圧が約３Ｖであるのに対し、測定４（曲線５４）の条件下におけるターンオン電圧が約２．５Ｖとなっており、より低い電圧で発行させることが可能な状態となっている。
【００４２】
アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定１の結果（曲線５１）と比較して測定２の結果（曲線５２）において輝度が高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定１（曲線５１）：約１０ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定２（曲線５２）：約１５ａｒｂ．ｕｎｉｔ）。測定１の条件と測定２の条件との差異は、アノード電極及びゲート電極が透明であるかどうかという点にある（測定１（曲線５１）：透明、測定２（曲線５２）：不透明）。従ってこのことから、アノード電極及びゲート電極の透過率を小さくして不透明とすることにより、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４３】
また、アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定２の結果（曲線５２）と比較して測定３の結果（曲線５３）において輝度が高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定２（曲線５２）：約１５ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定３（曲線５３）：約２０ａｒｂ．ｕｎｉｔ）。測定２の条件と測定３の条件との差異は、ゲート電極３の厚さがアノード電極の厚さよりも大きいかどうかという点にある（測定２（曲線５２）：アノード電極＝ゲート電極、測定３（曲線５３）：アノード電極＜ゲート電極）。従ってこのことから、ゲート電極の厚さをアノード電極の厚さよりも大きくすることにより、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４４】
また、アノード電極の電圧（図６における横軸）を同一条件とした場合に、測定３の結果（曲線５３）と比較して測定４の結果（曲線５４）において輝度が著しく高くなっている（例えば、アノード電圧：７．５Ｖの条件において、測定３（曲線５３）：約２０ａｒｂ．ｕｎｉｔ、測定４（曲線５４）：３０ａｒｂ．ｕｎｉｔ以上）。測定３の条件と測定４の条件との差異は、ゲート電極に直流電圧を印加するか交流電圧を印加するかという点にある（測定３（曲線５３）：直流電圧、測定４（曲線５４）：交流電圧）。従ってこのことから、ゲート電極３に交流電圧を印加した場合に、有機ＥＬ素子を高い輝度にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４５】
さらに、測定１〜測定３（曲線５１〜２３）の条件である場合と比較して、測定４（曲線５４）の条件である場合にターンオン電圧が小さくなっている（測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）：約３Ｖ、測定４（曲線５４）：約２．５Ｖ）。測定１〜測定３の条件と測定４の条件との差異は、ゲート電極３に直流電圧を印加するか交流電圧を印加するかという点にある（測定１〜測定３（曲線５１〜曲線５３）：直流電圧、測定４（曲線５４）：交流電圧）。従ってこのことから、ゲート電極３に交流電圧を印加した場合に、有機ＥＬ素子を低いターンオン電圧にて発光させることが可能であることがわかった。
【００４６】
なお、今回の測定では、サンプルとして使用したサンプルＡ、サンプルＢ、及びサンプルＣにおける発光性有機材料４の種類を異なる構成とした。そのため、上述における輝度の差異は発光性有機材料４の違いに起因することが想起される。しかしながら、別途実験により、電極構造を同一条件とした状態で各々の発光性有機材料４に電圧を印加した場合に、ほぼ同一の輝度が得られることを確認している。よって、上述の輝度の相違の理由は、単純に電極構造に起因するものであると判断できる。
【００４７】
以上説明したように、透明基板１上にアノード電極２とゲート電極３とをプレーナ状に櫛状に配置させ、ゲート電極３の厚さをアノード電極２の厚さよりも大きくなるように調整し、アノード電極２とゲート電極３のうち少なくとも一つの透過率を低くして不透明とし、ゲート電極３に対して交流電圧を印加して発光性有機材料４を発光させることによって、従来の二端子有機ＥＬ素子と比較して、高い輝度で且つ低いターンオン電圧にて有機ＥＬ素子１０を発光させることが可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】有機ＥＬ素子１０の物理構成を示す断面図である。
【図２】有機ＥＬ素子１０の電気的構成図である。
【図３】作成した有機ＥＬ素子１０（サンプルＡ）の物理的構成を示す断面図である。
【図４】作成したサンプルＢの物理的構成を示す断面図である。
【図５】作成したサンプルＣの物理的構成を示す断面図である。
【図６】三端子有機ＥＬ素子の輝度測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 透明基板
２ アノード電極
３ ゲート電極
４ 発光性有機材料
５ カソード電極
２０ ホール注入層
２１ バッファ層
２２ ホール輸送層
２３ 発光層
２４ 電荷輸送層
２５ バッファ層
３０ ホール注入層
３１ バッファ層
３２ ホール輸送層
３３ 電荷輸送性発光層
３４ バッファ層
４０ ホール輸送層
４１ 電荷輸送性発光層
４２ バッファ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面にプレーナ状に配置されたアノード電極及びゲート電極であって、双方の電極が交互に櫛状に配置されたアノード電極及びゲート電極と、
前記透明基板における前記アノード電極と前記ゲート電極とが配置されている面に積層される有機材料であって、発光性を有する材料を少なくとも含む有機材料である発光性有機材料と、
前記発光性有機材料における前記透明基板と接する面の反対側の面に積層されるカソード電極とからなるプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子であって、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加し、前記ゲート電極と前記カソード電極との間に交流電圧を印加することにより、前記発光性有機材料を発光させることを特徴とするプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ゲート電極の厚さが前記アノード電極の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記アノード電極及び前記ゲート電極のうち少なくとも一方が不透明であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面にプレーナ状に配置されたアノード電極及びゲート電極であって、双方の電極が交互に櫛状に配置されたアノード電極及びゲート電極と、
前記透明基板における前記アノード電極と前記ゲート電極とが配置されている面に積層される有機材料であって、発光性を有する材料を少なくとも含む有機材料である発光性有機材料と、
前記発光性有機材料における前記透明基板と接する面の反対側の面に積層されるカソード電極とからなるプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子であって、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加し、前記ゲート電極と前記カソード電極との間に交流電圧を印加することにより、前記発光性有機材料を発光させることを特徴とするプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ゲート電極の厚さが前記アノード電極の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記アノード電極及び前記ゲート電極のうち少なくとも一方が不透明であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレーナ電極を有する有機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２３０９８９（Ｐ２００９−２３０９８９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７３７３７（Ｐ２００８−７３７３７）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【出願人】（５０３３１５２４１）
【出願人】（５０１３５５８９４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【出願人】（５０３３１５２４１）
【出願人】（５０１３５５８９４）
【Ｆターム（参考）】
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