JPH04328295A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、電流の注入によって発光する物
質のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬという）を
利用して、かかる物質を薄膜に形成したＥＬ層を備えた
ＥＬ素子に関し、特に発光物質が有機化合物である有機
ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【背景技術】この種の有機ＥＬ素子として、図１に示す
ように、金属陰極１と透明陽極２との間に、それぞれ有
機化合物からなり互いに積層された発光体薄膜からなる
ＥＬ層３及び正孔輸送層４が配された２層構造のものや
、図２に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間に
互いに積層された有機化合物からなる電子輸送層５、Ｅ
Ｌ層３及び正孔輸送層４が配された３層構造のものが知
られている。ここで、正孔輸送層４は陽極から正孔を注
入させ易くする機能と電子をブロックする機能とを有し
、電子輸送層５は陰極から電子を注入させ易くする機能
を有している。

【０００３】これら有機ＥＬ素子において、透明陽極２
の外側にはガラス基板６が配されており、金属陰極１か
ら注入された電子と透明陽極２からＥＬ層３へ注入され
た正孔との再結合によって励起子が生じ、ＥＬ層におけ
る正孔輸送層との境界面近傍にて励起子が放射失活する
過程で光を放ち、この光が透明陽極２及びガラス基板６
を介して外部に放出される（特開昭５９−１９４３９３
号公報及び特開昭６３−２９５６９５号公報参照）。

【０００４】しかしながら、上述した構成の従来の有機
ＥＬ素子は、ＥＬ層内でエネルギー消費し低電圧で発光
するけれども、ＥＬ層が５００Å以下と薄い膜厚の場合
、一般に寿命が短い。例えば、図１に示す２層構造で膜
厚３００ÅのＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を初期輝度４
００ｃｄ／ｍ２となるように連続発光させると、該素子
は１００時間以下で輝度が半減し劣化する。

【０００５】一方、ＥＬ層の膜厚を大きくすると定電圧
駆動であっても膜厚の増大とともにその輝度は減少する
。ＥＬ素子の発光原理から考えると輝度は印加電流に比
例すると考えられるが、実際は異なる。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、長期間安定して高輝度発光す
る有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【発明の構成】本発明による有機ＥＬ素子は、有機化合
物からなり互いに積層された電子輸送層、ＥＬ層及び正
孔輸送層が陰極及び陽極間に配されたものであって、電
子輸送層は、膜厚輝度減衰特性の２次極大値を生ずる膜
厚を含みかつその振幅がその収束輝度値を越える輝度を
生ずる範囲内の膜厚を有していることを特徴とする。

【０００８】

【実施例】以下に本発明による実施例を図を参照しつつ
説明する。本実施例の有機ＥＬ素子は、図２に示すもの
と同様な、一対の金属陰極１と透明陽極２との間に電子
輸送層５、ＥＬ層３及び正孔輸送層４を薄膜として積層
、成膜した３層構造のものである。例えば陰極１には、
アルミニウム、マグネシウム、インジウム、銀又は各々
の合金等の仕事関数が小さな金属からなり厚さが約１０
０〜５０００Å程度のものが用い得る。また、例えば陽
極２には、インジウムすず酸化物（以下、ＩＴＯという
）等の仕事関数の大きな導電性材料からなり厚さが１０
００〜３０００Å程度で、又は金で厚さが　８００〜１
５００Å程度のものが用い得る。

【０００９】本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層５
としては、オキサジアゾール誘導体であるＢｕ−ＰＢＤ
［２−（４´−ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−
５−（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−１，３，４−ｏｘａｄｉａ
ｚｏｌｅ］（以下、ＰＢＤという）が好ましく用いられ
得る。本発明による有機ＥＬ素子のＥＬ層３を形成する
有機蛍光化合物の具体的な例としては、アルミキノリノ
ール錯体すなわちＡｌオキシンキレート（以下、Ａｌｑ
３という）、テトラフェニルブタジエン誘導体等が用い
られ得る。ＥＬ層３の膜厚は２００Å以下で発光する限
度以上の膜厚が好ましい。正孔輸送層４には、トリフェ
ニルジアミン誘導体であるＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，
Ｎ´−ビス（３メチルフェニル）−１，１´−ビフェニ
ル−４，４´−ジアミン（以下、ＴＰＤという）が好ま
しく用いられ、更にＣＴＭ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｔｒａｎ
ｓｐｏｒｔｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　）として知ら
れる化合物を単独、もしくは混合物として用い得る。

【００１０】発明者は、３層構造の有機ＥＬ素子の電子
輸送層及びＥＬ層の合計膜厚、発光スペクトル及び輝度
並びに視角の研究の結果、輝度と電子輸送層膜厚の間に
は輝度の膜厚依存性が、輝度の視角依存性があることを
知見した。すなわち、図３に示すように有機ＥＬ素子の
ガラス基板６側表面を目視者が見る角度によって発光ス
ペクトル及び輝度が変化する。目視者にとってＥＬ層内
の発光源Ｐの１点から発した光には、図中の直接基板６
へ向かう経路Ａ及び背面の金属電極１で反射し基板６へ
向かう経路Ｂの２つの光が含まれる。この２つの経路の
光は以下の数式１に示す光路差Ｌ、さらに数式２に示す
位相差ηｙを保持しているので、互いに干渉する。（両
数式中、ｎはＥＬ層３の屈折率を、ｙは発光源Ｐから金
属電極１までの距離を、θはＥＬ層内における表示表面
の法線からそれる視角を、λは波長をそれぞれ示す。以
下、同じ）。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】よって、干渉効果としてその強度Ｉ（ｙ，
λ）は数式３の如く表せる。

【００１４】

【数３】

【００１５】ＥＬ層中での発光強度ｆ（ｙ）の分布は、
図４に示すように正孔輸送層４の境界面においては強く
金属電極１に向かうほど減少し、膜厚に関する指数関数
分布として数式４の如く表せ、ＥＬ層全体としては数式
５の如く正規化できる（両数式中、ｄは発光源から金属
電極までの距離を、εは発光強度分布パラメータを、ｋ
は定数をそれぞれ示す。以下、同じ）。

【００１６】

【数４】

【００１７】

【数５】

【００１８】発光源自体の発光スペクトルの強度分布Ｆ
（λ）は発光体特有の波長λの関数として表せる。よっ
て、目視者によって実際に観察されるＥＬ素子の発光強
度Ｔ（λ，θ，ｄ）は数式６のように表せる。

【００１９】

【数６】

【００２０】ここで、ＥＬ素子の発光強度Ｔ（λ，θ，
ｄ）を確認するために、合計膜厚（ｙ＝ｄ）６０００Å
とし発光強度分布パラメータεを２００Åと一定にした
ＰＢＤからなる電子輸送層及びＡｌｑ３からなるＥＬ層
を含む有機ＥＬ素子を作成し、視角θを０°から７５°
まで種々変化させてその発光強度の試験を行った。図５
は、発光波長に対する発光強度分布を示す。かかる発光
強度分布と上記数式６の発光強度Ｔ（λ，θ，ｄ）とが
略一致することが確認された。図から明らかなように、
目視者にとっては視角０°から７５°までＥＬ素子表示
面を見る方向によって色彩が順次異なるように見える。

【００２１】さらに、実用に沿うように、波長λに対し
て特定値で感応する目視者または光検出器の視感度特性
Ｅ（λ）を考慮する。例えば視感度特性Ｅ（λ）を正規
分布とすると、かかる感度特性内おける電子輸送層及び
ＥＬ素子の輝度特性Ｌ（ｄ）は、数式７のようにｄの関
数として表せる（Ｋは定数を示す。）

【００２２】

【数７】

【００２３】図６は、ＰＢＤからなる電子輸送層及びＡ
ｌｑ３からなるＥＬ層（θ＝０，ｎ＝１．７）について
これらの合計膜厚の内、電子輸送層を０Åから８０００
Åにわたって変化させ計算した場合の膜厚に対する輝度
／電流特性の膜厚輝度減衰（特性）曲線を示しており、
この減衰曲線が有機ＥＬ素子における輝度の膜厚依存性
を示している。

【００２４】かかる有機ＥＬ素子の輝度の膜厚依存性を
確認するための有機ＥＬ素子を作成し試験を行うと、図
６と同様な減衰特性の結果が得られる。かかる有機ＥＬ
素子は、図６に示すように、最小膜厚かつ最大輝度を示
しこれを１次極大値として順次次数が増加（膜厚増加）
するにつれて周期的に輝度の極大値が現れ、この極大値
が減少する膜厚輝度減衰曲線の特性すなわち、輝度の電
子輸送層の膜厚依存性を示している。なお、実測した膜
厚輝度減衰曲線は、有機ＥＬ素子に膜厚５００ÅのＴＰ
Ｄ正孔輸送層を用いているために特性曲線全体が計算に
よる図６のものに比して変移する。

【００２５】かかる有機ＥＬ素子の内、好適な実施例は
、図６から明らかなようにＡｌｑ３のＥＬ層膜厚を２０
０Åと固定し、電子輸送層の厚さを２次極大値Ｃに対応
する２０００ű３００Åとした有機ＥＬ素子である。 この膜厚範囲の電子輸送層とすることによって、輝度を
確保しつつ高印加電流からＥＬ層を守ることができる。 すなわち、この膜厚範囲は、図６に示す電子輸送層及び
ＥＬ層材質に応じた膜厚に対する輝度／電流特性の膜厚
輝度減衰曲線の２番目に高い輝度の２次極大値振幅がそ
の収束する輝度値（収束輝度値）を越える範囲Ｄであり
、特に電子輸送層を膜厚輝度減衰曲線における２番目に
高い輝度を示す２次極大値近傍に対応する膜厚とするこ
とにより高信頼性かつ高輝度の有機ＥＬ素子が得られ、
好ましい。

【００２６】さらに、視角の変化は膜厚が変化すること
と等しいので、電子輸送層を膜厚輝度減衰曲線における
２次極大値近傍に対応する膜厚と設定することにより、
視角が多少変化しても輝度の変化が小さい高輝度の有機
ＥＬ素子が得られる。図７は、上記したＰＢＤ電子輸送
層及びＡｌｑ３ＥＬ層及びＴＰＤ正孔輸送層の３層構造
の有機ＥＬ素子の各々について、視角度に対する輝度／
電流の相対値を測定した結果を示す。試験した複数の有
機ＥＬ素子は、膜厚５００ÅのＴＰＤの正孔輸送層、膜
厚２００ÅのＡｌｑ３のＥＬ層、及びが膜厚６５０Åか
ら７２２５ÅのＰＢＤの電子輸送層の３層構造を有する
ものである。図から明らかなように、１次、２次及び３
次極大値に対応する電子輸送層膜厚６５０Å、２０００
Å及び４０６５Åを有する有機ＥＬ素子は、視角の増加
に従って輝度が増加する視角による依存が少ない傾向に
あることが分かる。よって、膜厚輝度減衰曲線における
各々の振幅の極大値に対応するＥＬ層及び電子輸送層膜
厚であれば、輝度及び発光スペクトルの視角依存性が小
さくなり視角による色彩の変化も小さい有機ＥＬ素子が
得られる。電子輸送層を膜厚輝度減衰曲線における２番
目に高い輝度を示す２次極大値近傍に対応する膜厚とす
る上記実施例も、輝度の視角依存性が小さい。

【００２７】ここで、実施例として膜厚輝度減衰曲線に
おける２次極大値近傍に対応する電子輸送層膜厚とする
有機ＥＬ素子が好ましいのは、１次極大値の膜厚の電子
輸送層は薄いためにＥＬ層を保護するに十分な厚さが確
保出来ず有機ＥＬ素子の寿命が短いものとなってしまい
、３次極大値以上のものは輝度／電流値が低くなってし
まう為である。すなわち、２次極大値の膜厚を有する上
記実施例が、有機ＥＬ素子の寿命と輝度の均衡がとれた
高信頼性かつ高輝度の有機ＥＬ素子であるからである。 電子輸送層膜厚を変化させているのは、電子輸送層材料
がＥＬ層材料よりも比抵抗が小さく、即ち導電性が良い
ので、ＥＬ層膜厚を変化させ駆動電流を増加させなくと
もすむからである。

【００２８】さらに、本発明は、上記実施例の電子輸送
層材料及びＥＬ層材料に限らず、電子輸送層材料及びＥ
Ｌ層材質に応じた図６に示す膜厚に対する輝度／電流特
性の膜厚輝度減衰曲線から２次極大値振幅に対応する電
子輸送層膜厚値を得ることが出来る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による互い
に積層された電子輸送層、ＥＬ層及び正孔輸送層からな
る有機ＥＬ素子は、電子輸送層は、膜厚輝度減衰曲線の
２番目に高い輝度の２次極大値の振幅がその収束する輝
度値を越える範囲内の膜厚を有しているので、耐久性を
向上させつつ低電圧にて効率良く高輝度で発光させるこ
とができる。本発明によれば、発光スペクトルの視角依
存性が小さいために視角による色彩の変化も小さい高信
頼性かつ高輝度有機ＥＬ素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２層構造の有機ＥＬ素子を示す構造図である。

【図２】３層構造の有機ＥＬ素子を示す構造図である。

【図３】２層構造の有機ＥＬ素子における光の干渉を説
明する部分拡大断面図である。

【図４】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の膜厚
発光強度分布を説明するグラフである。

【図５】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の波長
発光強度分布を説明するグラフである。

【図６】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の単体
層の膜厚輝度減衰曲線を説明するグラフである。である
。

【図７】ＥＬ層及び正孔輸送層の２層構造の有機ＥＬ素
子における実測した視角度輝度特性曲線を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１……金属陰極 ２……透明陽極 ３……ＥＬ層 ４……正孔輸送層 ５……電子輸送層 ６……ガラス基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機化合物からなり互いに積層された
   電子輸送層、エレクトロルミネッセンス層及び正孔輸送
   層が陰極及び陽極間に配された有機エレクトロルミネッ
   センス素子であって、前記電子輸送層は、膜厚輝度減衰
   特性の２次極大値を生ずる膜厚を含みかつその振幅がそ
   の収束輝度値を越える輝度を生ずる範囲内の膜厚を有し
   ていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス
   素子。
2. 【請求項２】　　前記電子輸送層は、前記膜厚輝度減衰
   特性の２次極大値を生ずる膜厚のみを有していることを
   特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセン
   ス素子。
3. 【請求項３】　　前記エレクトロルミネッセンス層はア
   ルミキノリノール錯体からなり、前記正孔輸送層はトリ
   フェニルジアミン誘導体からなり、さらに前記電子輸送
   層はオキサジアゾール誘導体からなり、前記収束輝度値
   を越える輝度を生ずる範囲が２０００ű３００Åであ
   ることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミ
   ネッセンス素子。