JPH0794278A - 有機薄膜発光素子 - Google Patents

有機薄膜発光素子

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JPH0794278A
JPH0794278A JP5233973A JP23397393A JPH0794278A JP H0794278 A JPH0794278 A JP H0794278A JP 5233973 A JP5233973 A JP 5233973A JP 23397393 A JP23397393 A JP 23397393A JP H0794278 A JPH0794278 A JP H0794278A
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JP
Japan
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light emitting
injection layer
organic thin
thin film
charge injection
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JP5233973A
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Yotaro Shiraishi
洋太郎 白石
Osamu Nabeta
修 鍋田
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301Details of OLEDs
    • H10K2102/351Thickness
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/35Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】画素アレーからなる有機薄膜発光素子において
各画素を共通の一定電圧で駆動する。 【構成】有機薄膜発光素子画素の所望輝度を最小の電流
密度で実現する発光層の膜厚を選定し、次いで電荷注入
層の膜厚を調整して各画素の駆動電圧を一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は有機薄膜発光素子の積
層構造に係り、特に制御された膜厚を有する発光層と電
荷注入層に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のブラウン管に代わるフラットディ
スプレイの需要の急増に伴い、各種表示素子の開発及び
実用化が精力的に進められている。エレクトロルミネセ
ンス素子(電場発光素子)もこうしたニ−ズに即するも
のであり、特に全固体の自発発光素子として、他のディ
スプレイにはない高解像度及び高視認性により注目を集
めている。現在、実用化されているものは、発光層にZ
nS/Mn系を用いた無機材料からなる電場発光素子で
ある。しかるに、この種の無機電場発光素子は発光に必
要な駆動電圧が100V以上と高いため駆動方法が複雑
となり製造コストが高いといった問題点がある。また、
青色発光の効率が低いため、フルカラ−化が困難であ
る。これに対して、有機材料を用いた薄膜薄膜電場発光
素子(以下有機薄膜発光素子という)は、発光に必要な
駆動電圧が大幅に低減でき、かつ各種発光材料の適用に
よりフルカラ−化の可能性を充分に持つことから、近年
研究が活発化している。
【0003】特に、電極/正孔注入層/発光層/電極か
らなる積層型において、発光剤にトリス(8−ヒドロキ
シキノリン)アルミニウムを、正孔注入剤に1,1−ビ
ス(4−N,N−ジトリルアミノフェニル)シクロヘキ
サンを用いることにより、10V以下の印加電圧で10
00cd/m2 以上の輝度が得られたという報告がなさ
れて以来開発に拍車がかけられた(Appl.Phys.Lett. 5
1,913,(1987))。
【0004】現在フルカラー化を目指して三原色各色の
発光物質の開発が進められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように有機薄膜
発光素子は次世代のフルカラーフラットディスプレー素
子としての可能性を強く示唆しているが実際の素子製作
には解決しなければならない多くの課題を抱えている。
その一つは同一基板上の赤青緑の各画素の駆動電圧特性
即ち電圧−輝度特性にばらつきがあることである。
【0006】各画素における電圧−電流密度特性ならび
に電流密度−輝度特性がそれぞれ異なるため同一の素子
構造では所望の輝度を得るための駆動電圧に差異を生じ
る。このために駆動電圧回路が複雑になるという問題が
ある。本発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、各
画素の素子構造を変化させることにより、各画素に対し
て所望の輝度を実現しながら全画素を一定の駆動電圧で
駆動することが可能な有機薄膜発光素子を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は駆動電圧の
一定化を図るために鋭意研究を重ねた結果、発光層には
所望の発光輝度を最小の電流密度で達成することを可能
にする最適膜厚が存在すること、および電荷注入層の膜
厚により有機薄膜発光素子の輝度/電流密度特性に変化
がないことを見いだしこの知見に基づいて本発明をなす
に至った。
【0008】上述の目的はこの発明によれば有機薄膜を
用いる電場発光素子であって、画素のアレーからなり、
各画素は(1)絶縁性支持体と、(2)正極と、(3)
発光層と、(4)電荷注入層と、(5)負極を包含し、
絶縁性支持体は素子の支持体であり、発光層は所定の波
長の発光を行う発光物質を含んで所望の発光層輝度を最
小の電流密度で実現する膜厚を有し、電荷注入層は正孔
注入層と電子注入層のうちの少なくとも一つからなり、
電荷注入層は膜厚により電荷注入層に印加される電圧を
調節し、正極と負極は画素の駆動電圧が印加されるもの
であるとすることにより達成される。
【0009】
【作用】図4は有機薄膜発光素子につき発光物質をパラ
メータとしたときの輝度/電流密度の発光層膜厚依存性
を示す線図である。所望の輝度を最小の電流密度で達成
する最適発光層膜厚が存在することがわかる。図5は有
機薄膜発光素子につき発光物質をパラメータとしたとき
の輝度/電流密度の電荷注入層膜厚依存性を示す線図で
ある。電荷注入層の膜厚の如何に係わらず有機薄膜発光
素子の輝度/電流密度は変わらないことがわかる。
【0010】図6は有機薄膜発光素子につき所定の電流
密度における電荷注入層電圧の電荷注入層膜厚依存性を
示す線図である。電荷注入層の膜厚に比例して電荷注入
層の電圧が変化することがわかる。以上のようにして有
機薄膜発光素子を所望の輝度において最小の電流密度で
発光させる発光層膜厚が存在しこの膜厚と電流密度で規
定される発光層電圧が一義的に決まる。電荷注入層の電
圧は上記電流密度において電荷注入層の膜厚により決ま
るから電荷注入層の膜厚を調整して素子の輝度/電流密
度特性に影響をあたえることなく画素の駆動電圧を一定
にすることが可能となる。
【0011】
【実施例】図1はこの発明の実施例に係る有機薄膜発光
素子を示す断面図である。図2はこの発明の異なる実施
例に係る有機薄膜発光素子を示す断面図である。図3は
この発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜発光素子
を示す断面図である。
【0012】1は絶縁性基板、2は正極、3は正孔注入
層、4は発光層、5電子注入層は、6は負極、7は電源
である。絶縁性基板1は素子の支持体でガラス,樹脂等
が用いられる。正極2は効率良く正孔を注入し、低抵抗
で可視光に対して透明で環境安定性が高いことが必要で
ある。正極としてはインジウムスズ酸化物(ITO),
酸化スズ(SnO2 ),酸化亜鉛等の透明導電膜やポリ
ピロール,ポリチオフェンなどの導電性高分子が用いら
れる。成膜方法は抵抗加熱蒸着、電子ビ−ム蒸着、スパ
ッタ法,キャスティング,電解重合.化学重合法が用い
られる。正極2の膜厚は透明性を持たせるために、10
〜500nmの厚さにすることが望ましい。
【0013】正孔注入層3は正孔を効率良く輸送し、且
つ注入することが必要で発光した光の発光極大波長領域
においてできるだけ透明であることが望ましい。成膜方
法としてスピンコ−ト、キャスティング、LB法、抵抗
加熱蒸着、電子ビ−ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一
般的である。膜厚は10〜500nmの厚さであり好適
にはl0ないし100nmの最適値に設定される。正孔
注入物質としては化学式(I−1)ないし化学式(I−
7)に示す有機物質またはその誘導体が用いられる。
【0014】代表的な正孔注入物質が以下に示される。
【0015】
【化1】
【0016】発光層4は正孔注入層3または正極2から
注入された正孔と、負極6または電子注入層5より注入
された電子の再結合により効率良く発光を行う。成膜方
法はスピンコ−ト、キャスティング、LB法、抵抗加熱
蒸着、電子ビ−ム蒸着、分子線エピタキシ等があるが抵
抗加熱蒸着、分子線エピタキシが好ましい。膜厚は10
ないし500nmであるが好適には10ないし100n
mの最適値に設定される。発光物質としては化学式(II
−1)ないし化学式(II−5)に示すような有機物質ま
たはその誘導体が用いられる。
【0017】
【化2】
【0018】負極6は電子を効率良く有機層に注入する
ことが必要である。成膜方法としては抵抗加熱蒸着,電
子ビーム蒸着,スパッタ法が用いられる。負極用材料と
しては、仕事関数の小さいMg,Ag,In,Ca,A
l等およびこれらの合金,積層体等が用いられる。電子
注入層5は電子を効率良く輸送し、且つ注入することが
必要で発光した光の発光極大波長領域においてできるだ
け透明であることが望ましい。成膜方法としてスピンコ
−ト、キャスティング、LB法、抵抗加熱蒸着、電子ビ
−ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。膜厚
は5〜500nmの厚さであり好適にはl0ないし10
0nmの最適値に設定される。電子注入層質としては化
学式(III −1)ないし化学式(III −3)に示すよう
な有機物質またはその誘導体が用いられる。
【0019】代表的な電子注入物質が以下に示される。
【0020】
【化3】
【0021】実施例1 図1はこの発明の実施例に係る有機薄膜発光素子を示す
断面図である。この有機薄膜発光素子は赤,緑,青の各
画素を有する。厚さ1.1mmのガラス基板1上に膜厚
約100nm,線幅2mm,線間隔1mmのITO からな
るストライプ状の正極2を電子ビーム蒸着法にて設け
た。
【0022】正孔注入物質としては化学式(I−1)に
示される化合物を用いた。負極はMgIn合金を用いた。正
孔注入層と発光層と負極の成膜には抵抗加熱蒸着法を用
いた。発光物質,正孔注入層膜厚,発光層膜厚,輝度,
電流密度が表1に示される。駆動電圧は8Vを印加し
た。
【0023】
【表1】
【0024】実施例2 図2はこの発明の異なる実施例に係る有機薄膜発光素子
を示す断面図である。この有機薄膜発光素子は緑,青の
各画素を有する。厚さ1.1mmのガラス基板1上に膜
厚約100nm,線幅2mm,線間隔1mmのITO から
なるストライプ状の正極2を電子ビーム蒸着法にて設け
た。
【0025】電子注入物質は化学式(III −1)に示さ
れる化合物を用いた。負極はMgIn合金を用いた。電子注
入層と発光層と負極の成膜には抵抗加熱蒸着法を用い
た。発光物質,正孔注入層膜厚,発光層膜厚,輝度,電
流密度が表2に示される。駆動電圧は8Vを印加した。
【0026】
【表2】
【0027】実施例3 図3はこの発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜発
光素子を示す断面図である。この有機薄膜発光素子は
赤,緑,青の各画素を有する。厚さ1.1mmのガラス
基板1上に膜厚約100nm,線幅2mm,線間隔1m
mのITO からなるストライプ状の正極2を電子ビーム蒸
着法にて設けた。
【0028】正孔注入物質には化学式(I−1)に示す
化合物を用いた。電子注入物質は化学式(III −1)に
示される化合物を用いた。負極はMgIn合金を用いた。正
孔注入層と電子注入層と発光層と負極の成膜には抵抗加
熱蒸着法を用いた。発光物質,正孔注入層膜厚,電子注
入層膜厚,発光層膜厚,輝度,電流密度が表3に示され
る。駆動電圧は10Vを印加した。
【0029】
【表3】
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、有機薄膜を用いる電
場発光素子であって、画素のアレーからなり、各画素は
(1)絶縁性支持体と、(2)正極と、(3)発光層
と、(4)電荷注入層と、(5)負極を包含し、絶縁性
支持体は素子の支持体であり、発光層は所定の波長の発
光を行う発光物質を含んで所望の発光層輝度を最小の電
流密度で実現する膜厚を有し、電荷注入層は正孔注入層
と電子注入層のうちの少なくとも一つからなり、電荷注
入層は膜厚により電荷注入層に印加される電圧を調節
し、正極と負極は画素の駆動電圧が印加されるものであ
るとするので、発光層の最適膜厚において最小電流密度
で規定される発光層電圧が一義的に決まる。電荷注入層
の電圧は上記電流密度において電荷注入層の膜厚により
調節されるから電荷注入層の膜厚を調整することにより
素子の輝度/電流密度特性に影響をあたえることなく画
素の駆動電圧を一定にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る有機薄膜発光素子を示
す断面図
【図2】この発明の異なる実施例に係る有機薄膜発光素
子を示す断面図
【図3】この発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜
発光素子を示す断面図
【図4】有機薄膜発光素子につき発光物質をパラメータ
としたときの輝度/電流密度の発光層膜厚依存性を示す
線図
【図5】有機薄膜発光素子につき発光物質をパラメータ
としたときの輝度/電流密度の電荷注入層膜厚依存性を
示す線図
【図6】有機薄膜発光素子につき所定の電流密度におけ
る電圧の電荷注入層膜厚依存性を示す線図
【符号の説明】
1 基板 2 正極 3 正孔注入層 4 発光層 5 電子注入層 6 負極 7 電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機薄膜を用いる電場発光素子であって、
    画素のアレーからなり、各画素は (1)絶縁性基板と、 (2)正極と、 (3)発光層と、 (4)電荷注入層と、 (5)負極を包含し、 絶縁性基体は素子の支持体であり、 発光層は所定の波長の発光を行う発光物質を含んで所望
    の発光輝度を最小の電流密度で実現する膜厚を有し、 電荷注入層は正孔注入層と電子注入層のうちの少なくと
    も一つからなり、電荷注入層は膜厚により電荷注入層に
    印加される電圧を調節し、 正極と負極は画素の駆動電圧が印加されるものであるこ
    とを特徴とする有機薄膜発光素子。
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