JPH0446314B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、電気的な発光、すなわちELを用い
たEL素子に関し、更に詳しくは、発光層が２層
構造からなり、各々の層が隣接する他の層に対し
て相対的に電気陰性度が異なる少なくとも１種の
電気的発光性有機化合物の薄膜からなるEL素子
に関する。 （従来の技術） 従来のEL素子は、MnあるいはCuまたはReF₃
（Re；希土類イオン）等を付活剤として含むZnS
を発光母材とする発光層からなるものであり、該
発光層の基本構造の違いにより粉末型ELと薄膜
型ELに大きく構造的に分類される。 実用化されている素子のうち、薄膜ELは、一
般的に粉末型ELに比べ輝度が高いが、薄膜ELは
発光母材を基板に蒸着して発光層を形成している
ため、大面積素子の製造が難しく、また製造コス
トが非常に高くなる等の欠点を有していた。その
ため、最も量産性に富み、コスト的に薄膜型素子
の数十分の一程度ですむ有機バインダー中に発光
母材、すなわち、ZnSを分散させた粉末型ELが
注目されるようになつた。一般的には、EL発光
においては、発光層の厚さが薄い程発光特性が良
くなる。しかし、該粉末型ELの場合は、発光母
材が不連続の粉末であるため、発光層を薄くする
と、発光層中にピンホールが生じ易く、層厚を薄
くすることが困難であり、従つて十分な輝度特性
が得られないという大きな欠点を持つている。近
時においても、該粉末型ELの発光層内にフツ化
ビニリデン系重合体から成る中間誘電体層を配置
した改良型素子が、特開昭58−172891号公報に示
されているが、未だ発光輝度、消費電力等に十分
な性能を得るにいたつていない。一方、最近、有
機材料の化学構造や高次構造を制御して、新しく
オプテイカルおよびエレクトロニクス用材料とす
る研究開発が活発に行なわれ、EC素子、圧電性
素子、焦電性素子、非線計光学素子、強誘電性液
晶等、金属、無機材料に比肩し得るか、またはそ
れらを凌駕する有機材料が発表されている。この
ように、無機物を凌ぐ新しい機能素材としての機
能性有機材料の開発が要望される中で、分子内に
親水基と疎水基を持つアントラセン誘導体やピレ
ン誘導体の単分子層の累積膜を電極基板上に形成
したEL素子が特開昭52−35587号公報に提案され
ている。しかし、それらのEL素子は、その輝度、
消費電力等、現実のEL素子として十分な性能を
得るに至つておらず、更に、該有機EL素子の場
合、キヤリア電子あるいはホールの密度が非常に
小さく、キヤリアの再結合等による機能分子の励
起確率が非常に小さくなり、効率の良い発光が期
待できないものである。 （発明の開示） 従つて、本発明の目的は、上述のような従来技
術の欠点を解消して、低電圧駆動でも十分輝度の
高い発光が得られ、安価で、且つ製造が容易な
EL素子を提供することである。 上記本発明の目的は、EL素子の発光層を、特
定の材料を組合せて、且つ特定の構成に形成する
ことにより達成された。 すなわち、本発明は、２層構造の発光層と、該
発光層を挟持する透明電極層および背面電極層か
らなるEL素子において、第１の発光層が、上記
透明電極層に面し、且つ第２の発光層に対して相
対的に電子受容性の少なくとも１種の電気的発光
性有機化合物からなる単分子膜またはその累積膜
からなり、第２の発光層が、上記の背面電極層に
面し、且つ第１の発光層に対して相対的に電子供
与性の少なくとも１種の電気的発光性有機化合物
からなる抵抗加熱蒸着法あるいはCVD法による
堆積膜からなることを特徴とする上記EL素子で
ある。 本発明を詳細に説明すると、本発明において使
用し、主として本発明を特徴づける電気的発光性
有機化合物とは、高い発光量子効率を有し、更に
外部摂動を受け易いπ電子系を有し、電気的な励
起が可能な化合物であり、例えば、基本的には、
縮合多環芳香族炭化水素、ｐ−タ−フエニル、
２，５−ジフエニルオキサゾール、１，４−ビス
（２−メチルスチリル）−ベンゼン、キサンチン、
クマリン、アクリジン、シアニン色素、ベンゾフ
エノン、フタロシアニンおよびその金属錯体、ポ
ルフイリンおよびその金属錯体、８−ヒドロキシ
キノリンとその金属錯体、有機ルテニウム錯体、
有機稀土類錯体およびこれらの化合物の誘導体等
を挙げることができる。更に上記化合物に対して
電子受容体または電子供与体となり得る化合物と
しては、前記以外の複素環式化合物およびそれら
の誘導体、芳香族アミンおよび芳香族ポリアミ
ン、キノン構造をもつ化合物、テトラシアノキノ
ジメタンおよびテトラシアノエチレン等を挙げる
ことができる。 本発明において、第１の発光層を形成するため
に有用な化合物は、上記の如き電気的発光性化合
物を必要に応じて公知の方法で化学的に修飾し、
その構造中に少なくとも１個の疎水性部分と少な
くとも１個の親水性部分（これらはいずれも相対
的な意味においてである。）を併有させるように
した化合物であり、例えば下記の一般式（）で
表わされる化合物およびその他の化合物を包含す
る。 ［（Ｘ−R₁）_nＺ］_o−φ−R₂ （） 上記式中におけるＸは、水素原子、ハロゲン原
子、アルコキシ基、アルキルエーテル基、ニトロ
基；カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、
ケイ酸基、第１〜３アミノ基；これらの金属塩、
１〜３級アミン塩、酸塩；エステル基、スルホア
ミド基、アミド基、イミノ基、４級アミノ基およ
びそれらの塩、水酸基等であり；R₁は炭素数４
〜30、好ましくは10〜25個のアルキル基、好まし
くは直鎖状アルキル基であり；ｍは１または２、
ｎは１〜４の整数であり；Ｚは直接結合または−
Ｏ−、−Ｓ−、

【式】

【式】

【式】−CO−、−COO−等の如き連結基 （R₃は水素原子、アルキル基、アリール等の任意
の置換基である）であり；φは後に例示する如き
電場発光性化合物の残基であり；R₂はＸと同様
に、水素原子またはその他の任意の置換基であ
り；１個または複数のＸ、φおよびR₂のうち少
なくとも１個は親水性部分であり、且つ少なくと
も１個は疎水性部分である。 また、本発明において、第２の発光層を形成す
るために有用な有機化合物は、科学的に修飾され
ていることを除き、上記と同種の化合物から選択
して使用する。 第１層の形成に有用な一般式（）の化合物の
φとして好ましいもの、および第２層の形成に有
用である化合物の基本骨格、およびその他の化合
物を例示すれば、以下の通りである。（但し、以
下に例示するφ（基本骨格）は、炭素数１〜４の
アルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル
基、ハロゲン原子、ニトロ基、第１〜３級アミノ
基、水酸基、カルボアミド基、スルフオアミド基
等の一般的な置換基を有し得る。） 以上の如き発光性化合物は、本発明における
各々の発光層において単独でも混合物としても使
用できる。なお、これらの化合物は好ましい化合
物の例示であつて、同一目的が達成される限り、
他の誘導体または他の化合物でも良いのは当然で
ある。 本発明において、上記の如き発光性化合物をそ
れらの電気的陰性度に応じて、本発明のEL素子
の第１の発光層と第２の発光層に分けて使用する
ことを特徴としている。すなわち、上記の如き発
光性化合物は、それぞれ電気陰性度が異なるか
ら、それらのなかから、相対的に電子受容性であ
る前記化合物を、第１の発光層を形成するための
発光性化合物として採用し、且つそれらに対して
相対的に電子供与性である前記発光性化合物を第
２の発光層形成用化合物として選択すれば良い。
このような発光性化合物のなかで、電子供与性の
ものとして特に好ましい化合物は、第１〜３級ア
ミノ基、水酸基、アルコキシ基、アルキルエーテ
ル基等の電子供与性基を有するもの、あるいは窒
素ヘテロ環化合物が主たるものであり、また電子
受容性のものとしては、カルボニル基、スルホニ
ル基、ニトロ基、第４級アミノ基等の電子吸引性
基を有する化合物が主たるものである。このよう
な発光性化合物は本発明において、それぞれの発
光層においては単独または複数の混合物として使
用することができる。 本発明のEL素子を形成する他の要素、すなわ
ち透明電極層と背面電極層は、発光層を挟持する
ものであつて、従来公知のものはいずれも使用で
きるが、少なくともその１層は透明性である必要
がある。透明電極層としては、従来同様目的の透
明電極層がいずれも使用でき、好ましいものとし
ては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリエ
ステル等の透明な合成樹脂、ガラス等の如き透明
性フイルムあるいはシートの表面に酸化インジウ
ム、酸化錫、インジウム−チン−オキサイド
（ITO）等の透明導電材料を全面にあるいはパタ
ーン状に被覆したものである。一方の面に不透明
な背面電極層を使用する場合は、これらの不透明
電極層も、従来公知のものでよく、一般的且つ好
ましいものは、厚さが約0.1〜0.3μｍのアルミニ
ウム、銀、金等の蒸着膜である。また透明電極層
あるいは背面電極層の形状は、板状、ベルト状、
円筒状等任意の形状でよく、使用目的に応じて選
択することができる。また、透明電極層の厚さ
は、約0.01〜0.2μｍ程度が好ましく、この範囲以
下の厚さでは、素子自体の物理的強度や電気的性
質が不十分となり、また上記範囲以上の厚さでは
透明性や軽量性、小型性等に問題が生じるおそれ
がある。 本発明のEL素子は、上記の如き２層の電極層
の間に、前述の如き相対的に電気陰性度の異なる
電気的発光性化合物を別々に用いて２層からなる
発光層を形成することにより得られるものであ
り、形成された２層構造の発光層を構成する第１
層が、透明電極層に面し、第２層に対して相対的
に電子受容性である化合物からななる高秩序の分
子配向性をもつて配列した単分子膜あるいはその
累積膜であり、第２層が、背面電極層に面し、第
１層に対して相対的に電子供与性である化合物か
らなる分子堆積膜であることを特徴としている。 本発明において、このような第１層の単分子膜
あるいはその累積膜を形成する方法として、特に
好ましい方法は、ラングミユア・ブロジエツト法
（LB法）である。このLB法は、分子内に親水性
基と疎水性基とを有する構造の分子において、両
者のバランス（両親媒性のバランス）が適度に保
たれているとき、分子は水面上で、親水性基を下
に向けて単分子の層になることを利用して、単分
子膜またはその累積膜を形成する方法である。具
体的には水層上に展開した単分子膜が、水相上を
自由に拡散して広がりすぎないように、仕切板
（または浮子）を設けて展開面積を制限して膜物
質の集合状態を制御し、表面圧を徐々に上昇さ
せ、単分子膜あるいはその累積膜の製造に適する
表面圧を設定する。この表面圧を維持しながら静
かに清浄な基板を垂直に上昇または降下させるこ
とにより、単分子膜が基板上に移しとられる。単
分子膜は以上で製造されるが、単分子膜の累積膜
は前記の操作を繰り返すことにより所望の累積度
の累積膜として形成される。 単分子膜を基板上に移すには、上述した垂直浸
漬法の他、水平付着法、回転円筒法などの方法に
よつても可能である。水平付着法は基板を水面に
水平に接触させて移しとる方法で、回転円筒法
は、円筒型の基体を水面上を回転させて単分子膜
を基体表面に移しとる方法である。前述した垂直
浸漬法では、表面が親水性の基板を水面を横切る
方向に水中から引き上げると分子の親水性基が基
板側に向いた単分子膜が基板上に形成される。前
述のように基板を上下させると、各行程ごとに１
枚ずつ単分子膜が重なつていく。成膜分子の向き
が引き上げ工程と浸漬行程で逆になるので、この
方法によると各層間は分子の親水性基と親水性
基、分子の疎水性基と疎水性基が向かい合うＹ型
膜が形成される。それに対し、水平付着法は、基
板を水面に水平に接着させて移しとる方法で、分
子の疎水性基が基板側に向いた単分子膜が基板上
に形成される。この方法では、単分子膜を累積し
ても、成膜分子の向きの交代はなく、全ての層に
おいて、疎水性基が基板側に向いたＸ型膜が形成
される。反対に全ての層において親水性基が基板
側に向いた累積膜はＺ型膜と呼ばれる。回転円筒
法は、円筒法の基本水面上を回転させて単分子膜
を基本表面に移しとる方法である。単分子膜を基
板上に移す方法は、これらに限定されるわけでな
く、即ち、大面積基板を用いる時には、基板ロー
ルから水層中に基板を押し出していく方法なども
とり得る。また、前述した親水性基、疎水性基の
基板への向きは原則であり、基板の表面処理等に
よつて変えることができる。 本発明において、第２の発光層を構成する分子
堆積膜を形成する方法として、特に好ましい方法
は、抵抗加熱蒸着法やCVD法であり、例えば、
蒸着法では、第２の発光層として、500〓程度の
薄膜が形成できる。 例えば、抵抗加熱蒸着法による場合は、材料を
真空槽中に置いたタングステンボードに入れ、基
板から30cm以上はなし、抵抗加熱し、昇華性のも
のは昇華温度に設定し、溶融性のものは融点以上
の温度に設定して蒸着する。前真空度は、２×
10^-6Torr以下にし、蒸着前にシヤツターでふさ
ぎ、ボートを加熱し２分ほど空とばしした後、シ
ヤツターを開いて蒸着する。 蒸着中の速度は、水晶振動子の膜厚モニターで
測定しながら行なうが、好適な速度としては0.1
Å／sec〜100Å／secの間で行なう。その際の真
空度は酸化などを防ぐために、10^-3Torr以下、
好ましくは10^-5Torr程度になるように保つこと
により行なう。 本発明のEL素子は、前述の如き２層の電極層
のうち、透明電極層に面する第１層として、上記
の化合物から相対的に電子受容性である化合物を
選択し、例えばLB法により、単分子膜またはそ
の累積膜を形成し、且つ、背面電極層に面する第
２層として、上記の化合物から相対的に電子供与
性である化合物を選択し、上記の如き方法により
分子堆積膜を形成し、発光層を２層構造とするこ
とにより得られる。 従来の技術の項で述べた通り、LB法によりEL
素子を形成することは公知であるが、該公知の方
法では、十分な性能のEL素子が得られず、本発
明者は、種々研究の結果、発光層を２層構造と
し、第１層の発光層を、前述の如き相対的に電子
受容性である化合物を用いて単分子膜あるいはそ
の累積膜として形成し、且つ第２層を、第１層に
対して相対的に電子供与性である化合物から分子
堆積膜として形成することにより、従来技術の
EL素子の性能が著しく向上することを知見した
ものである。 本発明の１つの態様は、第１の発光層が前記発
光性材料からなる単分子膜である態様である。こ
の態様のEL素子は、まず最初に、第２の層に対
して相対的に電子受容性である材料を、適当な有
機溶剤、例えばクロロホルム、ジクロロメタン、
ジクロロエタン等中に約10^-4〜10^-2M程度の濃度
に溶解し、該溶液を、各種の金属イオンを含有し
てもよい適当なPH（例えば、PH約１〜８）の水相
上に展開させ、溶剤を蒸発除去して単分子膜を形
成し、前述の如くのLB法で、一方の透明電極基
板上に移し取つて第１層とし、十分に乾燥し、次
いで、このように形成した第１層に対して相対的
に電子供与性である材料を、前記の如き分子堆積
法により、堆積膜として第２層を形成し、次い
で、この第２の層の表面に、例えばアルミニウ
ム、銀、金等の電極材料を、好ましくは蒸着等に
より蒸着させて背面電極層を形成することによつ
て得られる。 このようにして得られたEL素子の２層からな
る発光層の厚さは、使用した材料の種類によつて
異なるが、一般的には約0.01〜1μｍの厚さが好ま
しい。 また、別の重要な態様は、本発明のEL素子の
発光層を構成する第１層を、上記の単分子膜の累
積膜とする態様である。該態様は、前記のLB法
を用いることにより、上記の如き単分子膜を種々
の方法で必要な層数まで累積し、次いで第２層を
上記を如くに形成することによつて得られる。 このようにして得られる本発明のEL素子の発
光層の厚さは、任意に変更することができるが、
本発明においては、第１層の単分子膜の累積数を
約４〜200とし、第２層の厚さを約0.01〜0.5μｍ
とし、発光層全体の厚さを約0.02〜1μｍとするの
が好適である。 なお、基板として使用する一方の電極層あるい
は両方の電極層と発光層との接着は、LB法およ
び分子堆積法においては十分に強固なものであ
り、発光層が剥離したり剥落したりすることはな
いが、接着力を強化する目的で、基板表面をあら
かじめ処理しておいたり、あるいは基板と発光層
との間に適当な接着剤層を設けてもよい。更に、
LB法において、発光層の形成用材料の種類や使
用する水層のPH、イオン種、水温、単分子膜の転
移速度あるいは単分子膜の表面圧等の種々の条件
を調節によつても接着力を強化することができ
る。 以上の如くして形成されたEL素子は、そのま
までは空気中の湿気や酸素の影響でその性能が劣
化することがあるので、従来公知の手段で耐湿、
耐酸素性の密封構造とするのが望ましい。 以上の如き本発明のEL素子は、その発光層の
構造が、超薄膜であり、且つ第１層が、EL素子
の作動上必要な高度の分子秩序性と機能を有して
おり、且つ、第２層と第１層とが、種々の電気的
相互作用を行なうことにより、優れた発光性能を
発揮するものである。 更に、本発明のEL素子の発光層は、第１図に
図解的に示すように、従来技術の単一層からなる
発光層とは異なり、第２図に図解的に示すよう
に、第１の発光層と第２の発光層とが均一な界面
を有しているので、それらの電気陰性度の異なる
２層間での各種相互用が極めて容易であり、従来
技術では達成しえない程度の優れた発光性能を発
揮するもである。すなわち、第１の発光層と第２
の発光層との電気陰性度の差等を種々変更するこ
とによつて、発光強度を向上させたり、あるいは
発光色を任意に変更でき、また、その耐用寿命も
著しく延長させることができる。 更に、従来技術では、発光性が優れているが、
成膜性や膜強度が不十分な材料は実質上使用でき
なかつたが、本発明においては、このような成膜
性や膜強度が劣るが、発光性に優れた材料でも、
いずれか一方の層に成膜性に優れた材料を使用す
ることによつて、発光性、成膜性および膜強度の
いずれもが優れた発光層を得ることができる。 以上の本発明のEL素子は、その発光層に好適
な電界等の電気エネルギーが作用するように、電
極層間に、交流またはパネルあるいは直流電流等
の電気エネルギーを印加することにより、優れた
EL発光を示すものである。 次に実施例をあげて本発明を更に具体的に説明
する。なお、文中部とあるのは重量基準である。 実施例 １ 50mm角のガラス板の表面上にスパツタリング法
により膜厚1500ÅのITO層を蒸着して、透明電極
を形成した。この成膜基板を充分洗浄後、Joyce
−Loebel社製のLangmuir−Trough4の４×
10^-4molのKIを含みPH6.5に調製された水相中に
浸漬した。次に、 上記化合物(A)をクロロホルムに溶かした
（10mol^-3／）後、上記水相上に展開させた。
溶媒のクロロホルムを蒸発除去後、表面圧を高め
て（30dync／cm）、上記色素分子を膜状に析出さ
せた。その後、表面圧を一定に保ちながら、該成
膜基板を、水面を横切る方向に静かに上下させ
（上下速度２cm／min）、色素単分子膜を基板上に
移し取り、６層に累積した単分子累積膜を作成し
た。この累積工程において、該基板を水槽から引
きあげる都度、30分間以上放置して基板に付着し
ている水分を蒸発除去した。 次に、抵抗加熱蒸着装置を用いて、上記の単分
子の累積膜を設けた透明電極基板上に、アントラ
セン(B)を500Åの膜厚に蒸着させた。この蒸着は、
蒸着槽を一度10^-6Torrの真空度まで減圧した後、
抵抗加熱ボード（M₀）の温度を除々に上げてゆ
き、蒸着速度５Å／secとなるように、アントラ
センを入れたボードに流れる電流を調節して蒸着
膜を形成した。蒸着時の真空度は、９×
10^-6Torrであつた。また、基板ホルダーの温度
は、20℃の水を循環させて一定に保つた。 最後に、上記のように形成された薄膜を蒸着槽
に入れて、該槽を一度10^-6Torrの真空度まで減
圧した後、真空度10^-5Torrに調整して蒸着速度
20Å／secで、1500Åの膜厚でA1を薄膜上に蒸着
して背面電極とした。作成されたEL素子を図３
に例示したように、シールガラスでシールしたの
ち、従来方法に従つて、精製および脱気、脱水さ
れたシリコンオイルをシール中に注入して、本発
明のEL発光セルを形成した。これらのEL発光セ
ルに10V、400Hzの交流電圧を印加したところ、
電流密度0.09ｍＡ／cm²で輝度15ft／ＬのEL発光を
示した。 上記の本発明のEL素子は、従来例のZnSを発
光母体としたEL素子と比較し、駆動電圧が低く、
発光輝度特性の良いEL素子であつた。 比較例 １ 実施例１において、第２層を形成しなかつたこ
とを除いて、他は実施例１と同様にして比較用の
EL素子を得、且つ実施例１と同様に評価したと
ころ、電流密度0.2ｍＡ／cm²で輝度1ft−Ｌ以下で
あつた。 実施例 ２ 実施例１における化合物ＡおよびＢに代えて、
下記化合物ＣおよびＤを使用し、 他は実施例１と同様にして、本発明のEL素子
（但し、累積数は６）を得、実施例１と同一条件
で評価したところ、電流密度0.11ｍＡ／cm²で、輝
度（Ft−Ｌ）は18であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術のLB法によるEL素子を図解
的に示したものであり、第２図は、本発明のEL
素子を図解的に示したものであり、第３図は本発
明のEL素子の断面を図解的に示したものである。 １；透明電極、２；発光層、３；背面電極、
４；発光性化合物、５；発光性化合物、６；シー
ルガラス、７；シリコン絶縁油、８；ガラス板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２層構造の発光層と、該発光層を挟持する透
   明電極層および背面電極層からなるEL素子にお
   いて、第１の発光層が、上記透明電極層に面し、
   且つ第２の発光層に対して相対的に電子受容性の
   少なくとも１種の電気的発光性有機化合物からな
   る単分子膜またはその累積膜からなり、第２の発
   光層が、上記の背面電極層に面し、且つ第１の発
   光層に対して相対的に電子供与性の少なくとも１
   種の電気的発光性有機化合物からなる抵抗加熱蒸
   着法あるいはCVD法による堆積膜からなること
   を特徴とする上記EL素子。