JPH04357694A - 有機薄膜ｅｌ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】

【産業上の利用分野】本発明は電気的な発光、即ちＥＬ
（エレクトロルミネセンス）を用いたＥＬ素子に関し、
更に詳しくは二つの電極間に有機化合物層を設けたＥＬ
素子の各層の層間に成分が濃度勾配を有する傾斜構造層
を少なくとも一つ設け、低電圧駆動と耐久性の向上を実
現した有機薄膜ＥＬ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子はその発光機構の違いから　（
１）発光層内での電子や正孔の局所的な移動により発光
体を励起し、交流電界でのみ発光する真性ＥＬ型発光素
子と、　（２）電極からの電子と正孔の注入とその発光
層内での再結合により発光体を励起し発光するキャリヤ
注入型ＥＬ発光素子の２つに分けられる。　（１）の真
性ＥＬ型発光素子は一般に無機化合物を発光体とするも
のであるが、駆動に１００Ｖ以上の高い交流電界を必要
とすること、製造コストが高いこと、輝度や耐久性も不
十分である等多くの問題点を有している。（２）のキャ
リヤ注入型ＥＬ発光素子は、発光層として薄膜状有機化
合物を用いる技術が開発されてから低電圧駆動で高輝度
の発光素子が得られるようになった。これらＥＬ素子は
、例えば、特開昭　５９−１９４３９３号公報、米国特
許明細書４，７２０，４３号、Ｊｐｎ．Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．　２７，　ｐ７１３
〜７１５　に開示されており、通常、正孔注入輸送層や
電子注入層が発光層の片側あるいは両側に設けられた素
子であり５０Ｖ　以下の直流電界で高輝度に発光する。 しかしながら、従来のキャリヤ注入型ＥＬ発光素子は、
多層構造の各層を積層して形成させるため、層間の物理
的及び電気的接合性が悪く駆動電圧の上昇や耐久性が劣
る問題があった。（図２のＡ、Ｂ）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の実情に鑑みて成されたものであり、その目的は駆動電
圧の低下と耐久性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を提供する
ことにある。本発明者らは、上記目的を解決するために
層間の構造を鋭意検討した結果、層間を形成する各々の
成分が濃度勾配を持ち、層と層を簡単に積層したごとき
明瞭な界面を持たない、いわゆる傾斜構造とした場合に
上記課題が解決できることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、１
．少なくとも一方が金属電極である二つの電極間に正孔
輸送能を有する化合物層及び発光機能を有する電子輸送
性有機化合物層を積層した有機薄膜ＥＬ素子において、
前記ＥＬ素子を構成する各層間の少なくとも一つに該層
間を形成する各々の成分で濃度勾配を設けた傾斜構造層
を形成してなることを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子２．
少なくとも一方が金属電極である二つの電極間に正孔輸
送能を有する化合物層、発光機能を有する有機化合物層
及び電子輸送能を有する有機化合物層を積層した有機薄
膜ＥＬ素子において、前記ＥＬ素子を構成する各層間の
少なくとも一つに該層間を形成する各々の成分で濃度勾
配を設けた傾斜構造層を形成してなることを特徴とする
有機薄膜ＥＬ素子である。

【０００５】そして本発明の傾斜構造層は、前記素子の
各有機化合物層および電極層を積層する際に、各々独立
した電源回路を持つ蒸発用ボートを有する真空蒸着装置
で蒸発速度を調整することにより、有機化合物層の各層
間及び有機化合物層と金属電極との層間を傾斜構造層に
したことを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子が提供される。 本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、以下に示す構成を有する
素子において、該層間に各々の成分で濃度に勾配を設け
た傾斜構造層を少なくとも一層積層したものであり、例
えば （１）陽極／正孔輸送能を有する化合物層／発光機能を
有する電子輸送性有機化合物層／陰極 （２）陽極／正孔輸送能を有する化合物層／発光機能を
有する有機化合物層／電子輸送能を有する有機化合物層
／陰極 が挙げられる。

【０００６】さらに以下、図面に沿って本発明を詳細に
説明する。図１のＡ及びＣは、本発明の有機薄膜ＥＬ素
子の断面図である。１はガラス基板であり、２は基板上
に形成された透明な陽極である。透明な陽極２は金、白
金、パラジウム等の金属の蒸着薄膜又はスズ、インジウ
ム−スズ等の酸化膜であり、発光を取り出すために可視
光線に対して透明であることが望ましい。３は正孔輸送
能を有する化合物層であり、４は発光機能を有する電子
輸送性有機化合物層である。８は層３の成分と層４の成
分が連続して変化する濃度勾配が設けられている、いわ
ゆる傾斜構造層の部分である。また７は陰極であり、金
属の真空蒸着により形成される。陰極７に用いられる金
属は、真空蒸着可能な固体の金属であればあらゆる金属
が使用され得るが、特に仕事関数の小さな金属又は仕事
関数の小さな金属と安定な金属との共蒸着が望ましい。 ９は層４の成分と層７の成分との傾斜構造層の部分であ
る。また図１のＢおよびＤは、本発明の他の有機薄膜Ｅ
Ｌ素子の断面図であり、形成する層の１〜３は、前記Ａ
及びＣに示すものと同様である。５は発光機能を有する
有機化合物層であり、１０は層３の成分と層５の成分と
の傾斜構造層の部分である。６は電子輸送能を有する有
機化合物層であり、１１は層５の成分と層６の成分との
傾斜構造層の部分である。７は陰極であり、前記Ａ及び
Ｃと同様の金属で構成され、１２は層６の成分と層７の
成分との傾斜構造層の部分である。尚本発明のＥＬ素子
は、いっそうの正孔輸送効率を向上させるためにはＥＬ
素子陽極２と正孔輸送能を有する化合物層３の層間に傾
斜構造層を設けてもよい。

【０００７】本発明に使用する正孔輸送能を有する化合
物としては、真空蒸着可能なポリビニルカルバゾールの
オリゴマーやＮ，Ｎ−ジフェニルトルイジンとケトン類
の縮合物等のような正孔輸送能の優れた物質が挙げられ
る。 さらに単一有機化合物の例としては、トリフェニルアミ
ン誘導体、スチルベン誘導体類、オキサジアゾール誘導
体類等が挙げられるが、本発明に使用する有機化合物は
、これらに限定するものではない。更に、有機化合物は
、正孔輸送能や結晶化防止、安定性を改良する目的で混
合して使用しても良い。

【０００８】一方、本発明に用いる発光機能を有する有
機化合物としては、例えばオキシン金属錯体やペリレン
誘導体、ポリフェニルシクロペンタジエン、フタロペリ
ノン誘導体及びトリフェニルアミン誘導体等があり、そ
の他多くの有機化合物が挙げられるが、本発明はこれら
に限定するものではない。

【０００９】上述した正孔輸送能を有する化合物層３単
独の厚さは、１０００Å未満、好ましくは１０Å〜５０
０　Åであり、１０００Åを越えると著しく駆動電圧が
高くなり、本発明の目的に反する。また正孔輸送能を有
する化合物層３と発光機能を有する電子輸送性有機化合
物層４の層間で形成される傾斜構造層８、又は正孔輸送
を有する化合物層３と発光機能を有する有機化合物層５
の層間で形成される傾斜構造層１０部分の厚さは、５Å
〜１０００Å、好ましくは１０Å〜５００　Åである。 厚さが５Å未満では物理的強度が乏しく、１０００Åを
越えると著しく駆動電圧が高くなり、本発明の目的に反
する。

【００１０】更に、発光機能を有する電子輸送性有機化
合物層４又は発光機能を有する有機化合物層５単独の厚
さは１０００Å未満、好ましくは５０Å〜５００　Åで
あり、１０００Å越えると著しく駆動電圧が高くなり、
本発明の目的に反する。また本発明の電子輸送能を有す
る有機化合物層６は、１０００Å未満、好ましくは５０
Å〜５００　Åである。厚さが１０００Åを越えると著
しく駆動電圧が高くなり、本発明の目的に反する。そし
て発光機能を有する有機化合物層５と電子輸送能を有す
る有機化合物層６で形成される傾斜構造層１１部分の厚
さは、物理的強度及び駆動電圧の点から前記傾斜構造層
８又は１０と同様であることが好ましい。尚電子輸送能
を有する有機化合物層６の厚みが１００　Å以下の際に
は、傾斜構造層１１部分の厚さが２００　Å〜５００　
Åであることが好ましい。発光機能を有する電子輸送性
有機化合物層４と陰極７の層間で形成される傾斜構造層
９、又は電子輸送能を有する有機化合物層６と陰極７の
層間で形成される傾斜構造層１２部分の厚さは、５Å〜
５００　Å、好ましくは１０Å〜１００　Åである。そ
して厚みが５Å未満では層間の密着効果が悪く、また５
００　Åを超える厚さであっても大きなメリットはない
。

【００１１】本発明の傾斜構造層とは、電極間に設けら
れた各層間を形成する各々の成分が連続して変化した濃
度勾配を持ち、層と層とを単に積層したごとき明瞭な境
界を持たないものである。そして連続して変化した濃度
勾配とは、一方の層である成分濃度が一定で他方の層の
成分濃度が連続的に増加又は減少するか、又は双方の層
の中間を境に各層へ向かって成分濃度が増加又は減少す
るものであってもよい。本発明の傾斜構造層を得る方法
としては、真空中で一方の層の成分を一定時間で蒸着さ
せながら、他方の層の成分の蒸着時間を連続的に変化さ
せる。又は双方の層の成分の蒸着時間を連続して変化さ
せる方法で行うこともできる。

【００１２】更に、各有機化合物層の厚さは、駆動電圧
に直接影響するので、出来る限り薄くした方が駆動電圧
が低くなるので好ましいが、反面絶縁破壊電圧も低下す
る傾向があり、素子全体の有機化合物層の総厚さは、目
的に応じて選択してよく限定するものではない。次いで
、本発明の陰極７は、真空蒸着することによって透明な
陰極が形成されることが好ましく、厚さは特に限定する
ものではない。

【００１３】本発明で得られたＥＬ素子は、主にフラッ
トパネル、液晶表示使用分野、その他ＬＣＤ用バックラ
イト、大画面ディスプレイ及びテレビジョンなどに用い
られる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。 実施例１ 陽極として、インジウム−スズ酸化物をコートしたガラ
ス（松崎真空社製、以下ＩＴＯ　という）をアセトン中
で１０分間超音波洗浄した。次いでエタノール中で５分
間煮沸後取り出し乾燥窒素ガスを吹き付けて乾燥した後
、真空装置内にセットした。つぎに正孔輸送能を有する
有機化合物としてＮ，Ｎ’−　ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−
（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）を、発光機能
を有する電子輸送性有機化合物としてオキシンのアルミ
ニウム錯体（　以下Ａｌｑ３という）　を用い、さらに
陰極材料としてマグネシウムおよび銀を真空装置内の各
々独立した電源回路を有する抵抗加熱ボートにそれぞれ
投入して、真空装置内の真空度を３×１０−６ｔｏｒｒ
とした。まづＩＴＯ　の面にＴＰＤ　のボートを加熱し
て１．０　Å／Ｓｅｃの一定した蒸着速度でＴＰＤを５
０Å蒸着し、正孔輸送能を有する有機化合物層を形成し
た。さらにＴＰＤ　は、１．０　Å／Ｓｅｃ　の一定し
た蒸着速度で蒸着を継続しながらＡｌｑ３の蒸着を開始
した。Ａｌｑ３の蒸着速度は、０Å／Ｓｅｃから徐々に
増加させＴＰＤ　とＡｌｑ３の成分濃度に勾配を設けた
傾斜構造層の部分が１９０　Åの製膜時では、Ａｌｑ３
の蒸着速度が１０Å／Ｓｅｃであった。この時点でＴＰ
Ｄ　の加熱を低下させて傾斜構造層の部分が　２００Å
の製膜時でＴＰＤ　の蒸着を停止した。引続きＡｌｑ３
は、単独で蒸着を継続して発光機能を有する電子輸送性
有機化合物層を　２００Å形成した。 次いで、マグネシウムと銀を共蒸着して２０００Åの陰
極を形成した。得られた素子は、ＩＴＯ　側を陽極とし
上述した陰極に直流電圧をかけると緑色の発光を呈した
。また駆動電圧１５Ｖ、電流密度１１０　ｍＡ／ｃｍ２
では９４５ｃｄ／ｍ２の発光輝度を示した。また、この
素子は大気中でも作動させることが可能であった。更に
、この素子を充分に乾燥した空気中で電流密度６ｍＡ／
ｃｍ２で輝度５０ｃｄ／ｍ２　の条件で駆動させたが、
４８時間経過後の輝度の低下は観測されなかった。

【００１５】実施例２ 実施例１と同様の材料を用いて、同様の操作を行い、Ｉ
ＴＯ　ガラス表面に正孔輸送能を有する有機化合物層を
２００　Å、傾斜構造層を１００　Å、発光機能を有す
る電子輸送性有機化合物層を２００　Å及び陰極を２０
００Åを形成して、有機薄膜ＥＬ素子とした。得られた
素子は、ＩＴＯ　側を陽極とし上述した陰極に直流電圧
をかけると緑色の発光を呈した。また駆動電圧２１Ｖ、
電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２　では１０００ｃｄ／ｍ２
　の発光輝度を示した。また、この素子は大気中でも作
動させることが可能であった。更に、この素子を充分に
乾燥した窒素中で電流密度５ｍＡ／ｃｍ２で輝度５０ｃ
ｄ／ｍ２　の条件で駆動させたが、４８時間経過後の輝
度の低下は観測されなかった。

【００１６】比較例１ 実施例１の装置で同様の材料を用いて、ＩＴＯ　ガラス
表面に正孔輸送能を有する有機化合物層を２５０　Å、
発光機能を有する電子輸送性有機化合物層を２５０　Å
及び陰極を２０００Å真空蒸着して有機薄膜ＥＬ素子を
作製した。この素子は、１３Ｖで緑色の発光を呈したが
、数秒で電極が破壊した。

【００１７】比較例２ 実施例１の装置で同様の材料を用いて、ＩＴＯ　ガラス
表面に正孔輸送能を有する有機化合物層５００　Å、発
光機能を有する電子輸送性有機化合物層を８００　Å及
び陰極を２０００Å真空蒸着して有機薄膜ＥＬ素子を作
製した。この素子は、駆動電圧４６Ｖ、電流密度１１０
　ｍＡ／ｃｍ２で輝度９２５ｃｄ／ｍ２の緑色発光を呈
した。しかし、２１Ｖでは輝度２ｃｄ／ｍ２　以下の発
光であった。また、陰極端子引出しのため、陰極金属表
面に銀ペーストを塗布し、陰極端子を接合する作業中、
蒸着した陰極金属が発光機能を有する電子輸送性有機化
合物層から簡単に剥離してしまった。

【００１８】実施例３ 実施例１の装置で同様の材料を用い、ＩＴＯ　ガラス表
面に正孔輸送能を有する有機化合物層を４００　Åと発
光機能を有する電子輸送性有機化合物層を６００　Åを
蒸着後、Ａｌｑ３と陰極金属の層間に１００　Åの傾斜
構造層を形成し、次いで、陰極を２０００Å真空蒸着し
て有機薄膜ＥＬ素子を作製した。この素子は、駆動電圧
３０Ｖ、電流密度１００　ｍＡ／ｃｍ２で輝度９５０ｃ
ｄ／ｍ２の緑色の発光を呈した。この素子は、陰極金属
表面にセロハンテープを貼り剥離すると、有機化合物層
部分が陰極金属に付着していた。更に、銀ペースト接合
にて陰極端子引出し時にも剥離しなかった。

【００１９】実施例４ 実施例１と同様にして、ＩＴＯ　ガラス表面に正孔輸送
能有する有機化合物層を２００　Å、５０Åの傾斜構造
層を形成し、さらに発光機能を有する電子輸送性有機化
合物層２００　Åを蒸着後、Ａｌｑ３と陰極金属の層間
に５０Åの傾斜構造層を形成し、次いで、陰極金属２０
００Åを真空蒸着して有機薄膜ＥＬ素子とした。得られ
た素子は、ＩＴＯ　側を陽極とし上述した陰極に直流電
圧をかけると緑色の発光を呈した。駆動電圧１９Ｖ、電
流密度１００ｍＡ／ｃｍ２　では１０５０ｃｄ／ｍ２　
の発光輝度を示した。また、この素子は大気中でも作動
させることが可能であった。更に、この素子を充分に乾
燥した窒素中で電流密度５ｍＡ／ｃｍ２で輝度５０ｃｄ
／ｍ２　の条件で駆動させたが、４８時間経過後の輝度
の低下は観測されなかった。またこの素子は、銀ペース
ト接合にて陰極端子引出し時に陰極部分での剥離を起こ
さなかった。

【００２０】

【発明の効果】本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、その素子
を構成する多層の各層間の少なくとも一つにを明瞭な界
面を持たない、いわゆる傾斜構造層を設けたことから、
各層間の接合性が改良され、しかも接合面積の拡大によ
り電子等キャリヤの注入性が改良され、さらに低電圧駆
動と耐久性の向上を実現し得るなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、本発明に係る有機
薄膜ＥＬ素子の一例を示す断面図である。

【図２】図２のＡ及Ｂは、従来の有機薄膜ＥＬ素子の一
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　ガラス基板 ２　　陽極 ３　　正孔輸送能を有する化合物層 ４　　発光機能を有する電子輸送性有機化合物層５　　
発光機能有する有機化合物層 ６　　電子輸送能を有する有機化合物層７　　陰極 ８　　正孔輸送能を有する化合物層と発光機能を有する
電子輸送性有機化合物層の傾斜構造層 ９　　発光機能を有する電子輸送性有機化合物層と陰極
の傾斜構造層 １０　　正孔輸送能を有する化合物層と発光機能を有す
る有機化合物層の傾斜構造層 １１　　発光機能を有する有機化合物層と電子輸送能を
有する有機化合物層の傾斜構造層 １２　　電子輸送能を有する有機化合物層と陰極の傾斜
構造層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも一方が金属電極である二つ
   の電極間に正孔輸送能を有する化合物層及び発光機能を
   有する電子輸送性有機化合物層を積層した有機薄膜ＥＬ
   素子において、前記ＥＬ素子を構成する各層間の少なく
   とも一つに該層間を形成する各々の成分で濃度勾配を設
   けた傾斜構造層を形成してなることを特徴とする有機薄
   膜ＥＬ素子。
2. 【請求項２】　　少なくとも一方が金属電極である二つ
   の電極間に正孔輸送能を有する化合物層、発光機能を有
   する有機化合物層及び電子輸送能を有する有機化合物層
   を積層した有機薄膜ＥＬ素子において、前記ＥＬ素子を
   構成する各層間の少なくとも一つに該層間を形成する各
   々の成分で濃度勾配を設けた傾斜構造層を形成してなる
   ことを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子。