專利名稱：有機(jī)el元件及有機(jī)el面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)EL(電致發(fā)光)元件及有機(jī)EL面板，更為詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及一種不僅能夠提高外部量子效率而不使，而且還能夠改善對(duì)比度的有機(jī)EL元件及使用該元件的有機(jī)EL面板。
背景技術(shù)：
自從1987年Tang發(fā)表利用雙層層壓構(gòu)造的設(shè)備獲得較高效率的有機(jī)EL元件以來(C.W.Tang et al.，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))，至今各種各樣的有機(jī)EL元件被開發(fā)出來，其中一些已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。
圖4是說明現(xiàn)有有機(jī)EL元件的構(gòu)造圖，通過在陽極的透明電極41上順次層壓空穴傳輸層42、空穴注入層43、發(fā)光層44、電子傳輸層45、電子注入層46，在電子注入層46上設(shè)置作為陰極的金屬電極47，而構(gòu)成元件。
圖4所示構(gòu)造的有機(jī)EL元件的量子效率以如下方法獲得。首先，從陽極和陰極來到的空穴和電子在發(fā)光層內(nèi)形成電子—空穴對(duì)，形成發(fā)光性的激發(fā)子，該發(fā)光性激發(fā)子的生成概率約為25％。另一方面，發(fā)光層內(nèi)生成的光取出到元件外部的效率，可按下式求得。這里，設(shè)n為發(fā)光層的折射率。
x＝1/2n2…………………………………………………………(1)因?yàn)槠胀ǖ陌l(fā)光層的折射率為1.6，所以，該外部取出效率約為20％。因此，從理論上講，外部量子效率的極限是發(fā)光性激發(fā)子的生成概率(約25％)與外部取出效率(約20％)的兩者之積，大約為5％。
但是，實(shí)際上有機(jī)EL元件的外部量子效率是比較低的，大約為3％，是該理論值的60％左右，因此，在為向外部取出一定亮度的光而增加流向元件的電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生除亮度劣化加劇外，耗電量增加的問題。
此外，對(duì)于實(shí)際的面板而言，由外部光線造成的顯示不易看清的對(duì)比度問題，成為實(shí)際應(yīng)用中的難題。導(dǎo)致對(duì)比度下降的原因之一是金屬電極使外部光線發(fā)生反射。
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種有機(jī)EL元件及使用該元件的有機(jī)EL面板，不僅能夠提高外部量子效率而不使亮度劣化，還能夠改善對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的。權(quán)利要求1所述的發(fā)明是一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在上述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，上述透明導(dǎo)電膜的膜厚被設(shè)定成可滿足下列公式，其中，L是從上述有機(jī)發(fā)光層至上述金屬電極的光學(xué)距離，λ是上述有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)。
L=2n+14λ(n=0,1,2,...)···(2)]]>此外，權(quán)利要求2所述前發(fā)明是一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在上述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，與上述有機(jī)EL發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)不同波長(zhǎng)的光線，被上述金屬電極和上述透明導(dǎo)電膜的至少一方或雙方所吸收，只有從上述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的波長(zhǎng)的光線從上述透明電極射出。
此外，權(quán)利要求3所述的發(fā)明是一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在上述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，上述透明導(dǎo)電膜的膜厚被設(shè)定成可滿足下列公式，其中，L是從上述有機(jī)發(fā)光層至上述金屬電極的光學(xué)距離，λ是上述有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)，L=2n+14λ(n=0,1,2,...)···(3)]]>與上述有機(jī)EL發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)不同波長(zhǎng)的光線，被上述金屬電極或者/以及上述透明導(dǎo)電膜所吸收，只有從上述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的波長(zhǎng)的光線從上述透明電極射出。
此外，權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件中，上述透明導(dǎo)電膜的材質(zhì)是In2O3-ZnO、In2O3-SnO2、ZnO、SnO2中的任何一種。
此外，權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求2、3所述的有機(jī)EL元件中，上述透明導(dǎo)電膜被添加雜質(zhì)，并被著色為與上述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的光線顏色相同的顏色。
此外，權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求5所述的有機(jī)EL元件中，上述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出藍(lán)色光線，上述透明導(dǎo)電膜由含有1％以下濃度的CuO、Co或者Ti中任何一種雜質(zhì)的、In2O3-ZnO、In2O3-SnO2、ZnO、SnO2中的任何一種材質(zhì)所構(gòu)成，上述透明導(dǎo)電膜吸收藍(lán)色的光線。
此外，權(quán)利要求7所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求2、3、6中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件中，上述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出藍(lán)色光線，上述金屬電極由Zn、Mo、Cr或者這些金屬的合金構(gòu)成，上述金屬電極吸收藍(lán)色的光線。
此外，權(quán)利要求8所述的發(fā)明是單色面板或局部彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件。
此外，權(quán)利要求9所述的發(fā)明是顏色轉(zhuǎn)換方式的彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求6所述的有機(jī)EL元件、藍(lán)色單色的背景光、顏色轉(zhuǎn)換濾色器。非藍(lán)色的光線被上述有機(jī)EL元件的上述透明導(dǎo)電膜吸收，在上述金屬電極上只反射上述背景光發(fā)出的藍(lán)色單色光。
此外，權(quán)利要求10所述的發(fā)明是顏色轉(zhuǎn)換方式的彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求7所述的有機(jī)EL元件、藍(lán)色單色的背景光、顏色轉(zhuǎn)換濾色器，非藍(lán)色的光線被上述金屬電極吸收，只反射上述背景光發(fā)出的藍(lán)色單色光。


圖1是說明本發(fā)明的有機(jī)EL元件的構(gòu)造的例子。
圖2是說明本發(fā)明的有機(jī)EL元件的第2個(gè)構(gòu)造的例子。
圖3是使用本發(fā)明的有機(jī)EL元件而構(gòu)成的顏色轉(zhuǎn)換方式彩色面板的截面圖。
圖4是說明現(xiàn)有的有機(jī)EL元件的構(gòu)造圖。
符號(hào)說明11、21、41透明電極，13、22、43、306空穴傳輸層，12、23、42、305空穴注入層，14、24、44、307發(fā)光層，15、25、45、308電子傳輸層，16、26、46電子注入層，17、27、304透明導(dǎo)電膜，18、28、47、303金屬電極，29、301、310基板，302 TFT，309層壓部，311、312、313顏色轉(zhuǎn)換濾色器，314凝膠體，315外周密封劑。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是一例說明在基板上形成的本發(fā)明的有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)圖，該有機(jī)EL元件具有有機(jī)EL發(fā)光部，由包含有機(jī)發(fā)光層的若干有機(jī)層構(gòu)成，具體地講，構(gòu)成為在陽極的透明電極11上，順次層壓空穴注入層12、空穴傳輸層13、發(fā)光層14、電子傳輸層15、電子注入層16，在電子注入層16上設(shè)置透明導(dǎo)電膜17，在該透明導(dǎo)電膜17上設(shè)置作為陰極金屬層的金屬電極18。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的有機(jī)EL元件時(shí)，玻璃基板可以設(shè)置在陽極的透明電極11上或者作為陰極的金屬層的金屬電極18上。
由發(fā)光層14發(fā)出的光線中，射向空穴傳輸層13側(cè)的光線，透過空穴傳輸層13及空穴注入層12，從透明電極11被取出至外部，同時(shí)，射向電子傳輸層15側(cè)的光線透過電子傳輸層15、電子注入層16及透明導(dǎo)電膜17，被金屬電極18反射而返回元件內(nèi)部。因此，如果能使該反射光不在元件內(nèi)部減弱而取出至外部，就能夠提高外部量子效率。
換言之，假設(shè)構(gòu)成元件的電子傳輸層15、電子注入層16及透明導(dǎo)電膜17的各層厚度為di(i＝1、2、3)、折射率為ni(i＝1、2、3)，那么從發(fā)光層14至金屬電極18的光學(xué)距離L可通過下式求得，該式是上述各層光學(xué)距離之和。
L=Σinidi···(4)]]>
光線在金屬電極18與透明導(dǎo)電膜17的界面發(fā)生反射時(shí)，由于光的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)，因此，將光的波長(zhǎng)設(shè)為λ，光線在元件內(nèi)部加強(qiáng)的條件就變?yōu)長(zhǎng)=2n+14λ(n=0,1,2···)···(5)]]>由于使用金屬電極18作為陰極，在與發(fā)光層14之間介入電子傳輸層15、電子注入層16及透明導(dǎo)電膜17，所以如果將這些層形成的光學(xué)距離設(shè)計(jì)成滿足公式(5)，就可以提高外部量子效率。
但是，需要使電子注入層16的厚度減少到0.5～1nm左右，此外若加厚電子傳輸層15的厚度，會(huì)出現(xiàn)元件亮度劣化越發(fā)明顯的問題。因此，在本發(fā)明的有機(jī)EL元件中，通過在電子注入層16與金屬電極18之間設(shè)置透明導(dǎo)電膜17，設(shè)定透明導(dǎo)電膜17的膜厚，使金屬電極18所反射的光線滿足上述的干涉條件，使光線在元件內(nèi)部，不減強(qiáng)度地取出至外部，就可提高外部量子效率。
這樣調(diào)節(jié)透明導(dǎo)電膜17的膜厚來設(shè)定光學(xué)距離，使外部量子效率達(dá)到最大的方法，不僅適用于利用單色背景光使其發(fā)光的單色面板或局部彩色面板，對(duì)于采用顏色轉(zhuǎn)換法，即通過顏色轉(zhuǎn)換層接受單色背景光發(fā)出的光，并使其變換為RGB三色發(fā)光的方法的彩色面板尤其適用。
此外，有機(jī)EL面板的實(shí)際應(yīng)用中存在由于外部光線而導(dǎo)致對(duì)比度下降的問題，其原因在于，外部光線直接被金屬層所反射。根據(jù)公式(5)可知，干涉導(dǎo)致波長(zhǎng)加強(qiáng)的光受到限定，只有特定波長(zhǎng)的光線才被反射，因此，波長(zhǎng)不滿足公式(5)的光線的反射強(qiáng)度減小，有助于本發(fā)明的有機(jī)EL元件提高有機(jī)EL面板的對(duì)比度。
此外，為改善對(duì)比度，通過以下方式十分有效，即，層壓透明導(dǎo)電膜與金屬層，構(gòu)成反射層，使該反射層內(nèi)的透明導(dǎo)電膜著色成發(fā)光色，形成非發(fā)光色無法反射的構(gòu)造，或者將金屬層的材料選擇成具有吸收非發(fā)光色特性的材料。這樣，就有以下方法使光線取出至透明電極外，即，在透明導(dǎo)電膜與金屬層的層壓部吸收不要波長(zhǎng)的光線的方法，和讓金屬層材料吸收的方法。此外，在這種情況下，優(yōu)選以下方式構(gòu)成各層，即，使介于金屬電極與發(fā)光層之間的層形成的光學(xué)距離滿足公式(5)的方式，但是并非局限于此。
尤其是在顏色轉(zhuǎn)換方式彩色面板中，由于背景光是藍(lán)色，所以與紅色相比，使用對(duì)藍(lán)色反射系數(shù)較大的金屬作為反射金屬就非常有效，具體地講就是可以使用Zn、Mo、Cr。此外，使透明導(dǎo)電膜變?yōu)樗{(lán)色的方法，可以通過在構(gòu)成透明導(dǎo)電膜的氧化物層中，僅添加1％以下量的CuO、Co、Ti，即可實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的有機(jī)EL元件的構(gòu)造除了圖1所示的構(gòu)造之外，也可以是圖2所示的構(gòu)造。
圖2是說明將有機(jī)EL元件的下部電極作為陽極的情況下的構(gòu)造圖，其構(gòu)成為，在基板29上順次層壓金屬電極28、陽極的透明導(dǎo)電膜27、空穴注入層23、空穴傳輸層22、發(fā)光層24、電子傳輸層25、電子注入層26和陰極的透明電極21。此處，電子注入層26和陰極的透明電極21部分的構(gòu)造可認(rèn)為是如下結(jié)構(gòu)，即，通過堿、堿土金屬的氧化物、氟化物、硼化物、氯化物的超薄膜形成電子注入層26，在該層之上堆積Al等金屬的超薄膜，再在其上設(shè)置In2O3-ZnO氧化層(IZO)的結(jié)構(gòu)，或者在電子注入層26之上直接堆積由IZO等透明氧化物構(gòu)成的透明電極21的結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明除了適用于圖1及圖2所示的層構(gòu)造的有機(jī)EL元件之外，還可以適用于，例如作為不具有空穴傳輸層結(jié)構(gòu)等的現(xiàn)有有機(jī)EL元件結(jié)構(gòu)提出的所有有機(jī)EL元件。
圖3是用本發(fā)明的有機(jī)EL元件構(gòu)成的顏色轉(zhuǎn)換方式彩色面板的截面圖。在具有TFT302的基板301上，堆積Cr(5nm)/Pt(100nm)作為反射金屬的金屬電極303，然后在其上堆積In2O3-ZnO氧化層(IZO折射率為2.2)作為陽極的透明導(dǎo)電膜304。此處所使用的作為反射金屬的金屬電極303，如果其凹凸是4nm以下的導(dǎo)電體金屬或者合金，則不限于Cr/Pt的層壓體。此外，IZO的成膜雖是通過濺射法進(jìn)行的，也可以使用電子束蒸發(fā)法或電阻加熱蒸發(fā)法等其它成膜方法。
利用電阻加熱蒸發(fā)法，在該透明導(dǎo)電膜304上順次堆積空穴注入層305、空穴傳輸層306、發(fā)光層307，并層壓20nm的8-羥基喹啉鋁配位化合物(Alq3)作為電子傳輸層308。
電子注入層與上部透明電極的層壓部309構(gòu)成為，在堆積0.5nm的LiF作為電子注入層之后，在上部透明電極上堆積1nm的Al與220nm的IZO，最后堆積300nm的SiON作為保護(hù)膜。
該構(gòu)造的有機(jī)EL元件的光學(xué)距離，在構(gòu)成作為陽極下部電極的IZO的透明導(dǎo)電膜304、空穴注入層305、空穴傳輸層306和金屬電極303的Pt膜之間進(jìn)行調(diào)整。由于顏色轉(zhuǎn)換方式背景光的波長(zhǎng)為470nm，空穴注入層305堆積了80nm，空穴傳輸層306堆積了20nm，因此，將有機(jī)物的折射率設(shè)為1.85，根據(jù)公式(5)的干涉條件，IZO膜厚就會(huì)被設(shè)為183nm。此外，在作為構(gòu)成下部電極的透明導(dǎo)電膜304的IZO膜中添加0.6％的CuO，就會(huì)使其成為藍(lán)色。
在這樣形成元件的基板301上設(shè)置保護(hù)層316，使其與預(yù)先制成的RGB顏色轉(zhuǎn)換濾色器311、312、313的基板310相互相對(duì)合攏，在其空隙內(nèi)填充著凝膠體314的狀態(tài)下，在元件外周，用外周密封劑315使其密封從而完成面板制作。這里，顏色轉(zhuǎn)換濾色器是一種設(shè)置有彩色濾色器或者/以及熒光濾色器的濾色器。
將本實(shí)施例中所示構(gòu)造的面板的特性與現(xiàn)有構(gòu)造的面板的特性進(jìn)行比較，結(jié)果表明，外部取出效率可從2.0％提高至3.0％，在相同亮度下通過的電流可以減少至三分之二。而且獲得1000Lx以下，100cd/m2時(shí)的對(duì)比度200∶1。
此外，利用單色面板或局部彩色面板進(jìn)行同樣的比較實(shí)驗(yàn)，也獲得同樣效果。
作為透明導(dǎo)電膜材料，即使使用膜厚為201nm的In2O3-SnO2(ITO)(折射率為2.0)代替In2O3-ZnO，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的比較，仍然可以獲得與實(shí)施例1相同的效果。該ITO膜可以通過濺射法、蒸鍍法、CVD法等方法進(jìn)行成膜。此外，即使在利用ZnO或者SnO2作為透明導(dǎo)電膜材料，來調(diào)整光學(xué)距離的情況下，也獲得相同的結(jié)果。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在有機(jī)EL元件的金屬電極的發(fā)光層側(cè)的一面，該透明導(dǎo)電膜的膜厚被調(diào)整，金屬電極所反射的光線在元件內(nèi)部干涉加強(qiáng)，所以能夠提高外部量子效率而不使亮度劣化。而且，由于特定波長(zhǎng)的光線通過金屬電極與透明導(dǎo)電膜被吸收，所以能夠改善對(duì)比度。因此，可以提供一種有機(jī)EL元件及使用該元件的有機(jī)EL面板，不僅能夠提高外部量子效率而不使亮度劣化，還能夠改善對(duì)比度。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在所述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，所述透明導(dǎo)電膜的膜厚被設(shè)定成可滿足下列公式，其中，L是從所述有機(jī)發(fā)光層至所述金屬電極的光學(xué)距離，λ是所述有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)。L=2n+14λ--(n=0,1,2,...)·····························(6)]]>
2.一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在所述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，與所述有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)不同波長(zhǎng)的光線，被所述金屬電極和所述透明導(dǎo)電膜的至少一方或雙方所吸收，只有從所述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的波長(zhǎng)的光線從所述透明電極射出。
3.一種有機(jī)EL元件，具有在金屬電極與透明電極之間包含有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL發(fā)光部，其特征在于，透明導(dǎo)電膜被設(shè)置在所述金屬電極的有機(jī)EL發(fā)光部側(cè)的一面，所述透明導(dǎo)電膜的膜厚被設(shè)定成可滿足下列公式，其中，L是從所述有機(jī)發(fā)光層至所述金屬電極的光學(xué)距離，λ是所述有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)，L=2n+14λ--(n=0,1,2,...)····························(7)]]>與所述有機(jī)EL發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)不同波長(zhǎng)的光線，被所述金屬電極或者/以及所述透明導(dǎo)電膜所吸收，只有從所述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的波長(zhǎng)的光線從所述透明電極射出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜的材質(zhì)是In2O3-ZnO、In2O3-SnO2、ZnO、SnO2中的任何一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的有機(jī)EL元件，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜被添加雜質(zhì)，并被著色為與所述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出的光線顏色相同的顏色。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)EL元件，其特征在于，所述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出藍(lán)色光線，所述透明導(dǎo)電膜由含有1％以下濃度的CuO、Co或者Ti中任何一種雜質(zhì)的、In2O3-ZnO、In2O3-SnO2、ZnO、SnO2中的任何一種材質(zhì)所構(gòu)成，所述透明導(dǎo)電膜吸收藍(lán)色的光線。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3、6中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件，其特征在于，所述有機(jī)EL發(fā)光層發(fā)出藍(lán)色光線，所述金屬電極由Zn、Mo、Cr或者這些金屬的合金構(gòu)成，所述金屬電極吸收藍(lán)色的光線。
8.一種單色面板或局部彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的有機(jī)EL元件。
9.一種顏色轉(zhuǎn)換方式的彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求6所述的有機(jī)EL元件、藍(lán)色單色的背景光、顏色轉(zhuǎn)換濾色器，非藍(lán)色的光線被所述有機(jī)EL元件的所述透明導(dǎo)電膜吸收，在所述金屬電極上只反射所述背景光發(fā)出的藍(lán)色單色光。
10.一種顏色轉(zhuǎn)換方式的彩色面板，其特征在于，具有權(quán)利要求7所述的有機(jī)EL元件、藍(lán)色單色的背景光、顏色轉(zhuǎn)換濾色器，非藍(lán)色的光線被所述金屬電極吸收，只反射所述背景光發(fā)出的藍(lán)色單色光。
全文摘要
由In
文檔編號(hào)H05B33/28GK1685772SQ0382351
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者木村浩 申請(qǐng)人:富士電機(jī)控股株式會(huì)社