JPH097762A - 端面発光有機薄膜el素子 - Google Patents

端面発光有機薄膜el素子

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JPH097762A
JPH097762A JP7172775A JP17277595A JPH097762A JP H097762 A JPH097762 A JP H097762A JP 7172775 A JP7172775 A JP 7172775A JP 17277595 A JP17277595 A JP 17277595A JP H097762 A JPH097762 A JP H097762A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性及び耐久性が優れた高輝度有機薄膜E
L素子を得る。 【構成】 仕事関数の大きい反射電極と小さい反射電極
に発光層を設け,端面発光型の有彩色の有機薄膜EL素
子とした。また,これを積層することでR,G,B等の
複数色の有機薄膜EL素子を得る。更に,一定の混合比
率のAl2O3とSiO2を該端面発光有機EL素子に
積層せしめることにより,耐久性が著しく向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、端面発光有機薄膜EL素
子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】1966年Helfrich等は、蛍光を発する有機
半導体に電子的キャリヤーを注入し、その中で電子と正
孔の再結合が起これば発光が得られると考え、アントラ
センの単結晶にキャリヤーを注入することに成功し、蛍
光スペクトルに一致したEL発光を観測した。その後、19
86年九州大と米国ベル研究所の共同研究チームにより、
ペリレン蒸着膜が発光層に使われ、昼間でも肉眼で認め
られるELが観測された。
【0003】1987年イーストマンコダック社のTang等に
より、ペリレン蒸着膜より、電子輸送能に優れているAl
q3蒸着膜を用い、トリフェニルアジシミン誘導体との
界面にp-n接合が良好に形成され、更に陰極材料に電子
を放出しやすいMg/In合金を使った高輝度EL(dc l0V l0
00cd/m2)が発表された。この発表を機会に、有機薄膜
EL素子に関する研究は急速に進み、応用物理学会、日本
化学会、高分子学会等の研究発表件数が増加してきた。
【0004】以上の有機薄膜EL素子の発光原理は、強い
蛍光を持つ有機色素の薄膜の両端に電極を取り付け、直
流電圧を印加することにより、仕事関数が小さい材料を
用いた陰極から電子を、仕事関数が大きい材料を用いた
陽極から正孔が注入され、注入された電子と正孔は薄膜
中を移動し、発光再結合する事によって光を発するもの
である。このときの発光再結合する過程は、 1) 注入された電子は価電子バンドの正孔と直接再結合
をし発光する、 2) 一度発光中心に捕獲された後に正孔と発光再結合す
る、 3) 非発光中心を介して正孔と再結合し熱を放出して熱
平衡状態にはいる、 これらのどれかの過程、または複数の過程を通って基底
状態に戻る。発光再結合の非発光再結合に対する割合が
大きいほど発光の内部量子効率が高く、その結果、輝度
が高くなる。そして、この発光が薄膜有機薄膜EL素子の
端面または透明電極を通して面発光として現れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一方、大きな輝度を有
するEL素子でのマルチカラー化、フルカラー化は達成さ
れていなかった。特に、有彩色の複数色を発光せしめる
高信頼性を有する素子の構造については未だ検討が不十
分であった。
【0006】一方、一般的な技術課題、例えば、発光輝
度、駆動電圧等の種々の問題は改善されつつあるが、残
された最大の課題は素子の長期寿命特性の向上である。
このためには、生産技術的に、素子の封止技術の確立が
最大の課題である。更に、外部発光効率の一層の向上を
図りつつ、凝集構造の経時劣化や化学劣化を起こしにく
い構造、そして、これらに適した薄膜材料の探索が望ま
れている。上記の素子の劣化の原因は酸素の吸着による
表面の電子状態の変化、及び水分の吸着による有機薄膜
層の凝集による化学劣化を起こすものと考えられてい
る。これを防止するためには、一定の無機酸化膜により
素子外周に防湿層を形成することが効果的である。しか
し、その材料と組成の面で不明確な点が多かった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
l)外部発光効率の向上 本発明に係る単色の端面発光有機薄膜EL素子の構造の
一例を図1に示し、三層構成の端面発光有機薄膜EL素子
にかかる一例を図2に示す。これらの構造は、端面発光
せしめる部位を除き、全て、反射金属層に覆う構造にな
っている。このような構造を形成することにより、発光
によって生じた光をマイクロキャビティーとして閉じこ
めることができ、一方から強い光を取り出し得ることを
見出したものである。
【0008】マイクロキャビティは、発光の光の干渉効
果により生じ、この干渉効果による輝度の増加は、有機
層の厚さに強く依存する。具体的には、0.04〜0.08μm
で輝度の極大が認められた。
【0009】次に反射電極(1)は仕事関数の大きい材
料からなり、具体的にはAu、Au:Ag、SnO2、ITO、Pt、
Se、Te等が該当する。反射電極(2)は仕事関数の小さ
い材料からなり、具体的にはNa、Na:K、Li、Mg、Mg:A
g、Ca、等が該当する。
【0010】このような結果を基に図1の端面発光有機
薄膜EL素子を作成し、この素子の「輝度-電流特性」
を測定し、結果を図3に示す。同一発光層で形成したE
L素子を面方向から測定した結果は単位面積あたり10mA
の電流密度で赤色と緑色が800cd/m2、青色は200cd/m2で
あった。
【0011】発光層を構成する材料としては、Alq3(Alq
3:tris(8−hydroxyquinoline)aluminium)、シンカシ
ャレッドB、DCM(DCM:ジシアノメチレンピラン
誘導体)やDPVBi (DPVBi:4,4’-bis‐diphenylvinylbi
phenyl)が例示できる。これらは、単体又は複数の発光
材料を組み合わせて、発光層を構成することができた。
また、単色または複数の素子をいかなる順序で積層せし
めても上記効果は変化無いことを確認した。
【0012】一方、発光層と組み合わせて用いる正孔層
を構成する正孔輸送材料の要件は非晶性の材料であっ
て、同時に、大面積薄膜形成能が高いこと、薄膜中のキ
ャリヤ移動度が高いことが求められる。この材料として
電子写真感光体材料、例えばTPD(m) (TPD
(m):N,N’-diphenyl-N,N’-bis(3‐methyl-phenyl)-
1,1-diphenyl-4,4’-diamine)が使用できる。不純物を
含むとキャリヤ再結合によって生じた励起子のエネルギ
ーを奪い、いわゆるクエンチャーとして作用するため、
この正孔輸送材料は、再結晶法や昇華法により充分な精
製が必要である。
【0013】2)封止技術の改良 上述のように素子の劣化の原因は酸素の吸着による発光
体表面の電子状態の変化、水分の吸着による有機薄膜層
に凝集による化学劣化を起こすといる原因に着目して材
料選定を行った。この結果、酸素の進入の防止にはSi
O2が効果的であり、水分の進入の防止にはAl2O3が
効果的であることが判った。
【0014】この結果を背景として、これらを混合せし
めて、封止層として最適な混合比を調べた。この結果を
図4に示す。なお、図4にかかる試験内容は、混合モル
比と輝度半減期の関係を求めたものである。試験条件
は、60℃90%の恒温恒湿下にて、連続的にDC10mA/cm2を
通電したものである。
【0015】SiO2とAl2O3の混合モル比が2乃至
4対8乃至6において特に封止層としての特性が優れ、
望ましくは3対7になったとき特に優れていることが判
った。
【0016】また、2つの材料の層構成は、積層構造・
混合層構造ともに同様な効果を奏することも判明した。
【0017】
【実施例】更に本発明の内容を明確にすべく実施例を挙
げて説明する。
【0018】実施例1 図5は本発明に係る端面発光有機薄膜EL素子の組立の
フローを示すものである。厚さ1.1mmのガラス基板を超
音波洗浄により充分洗浄後、ITOを0.2μmの膜厚にて
スパッタ成膜した。このITOの電極を形成すべくエッ
チングによりパターニングを行った。次いで、この上に
反射電極として、Au:Ag(10:1)を0.1μmの膜厚
にて、スパッタ成膜した。
【0019】次いで、正孔輸送層及び発光層を形成し
た。具体的には、高真空下で窒素ガスの予熱を十分に行
った昇華精製装置で精製したTPD(m)をタングステ
ンボードに装荷して、抵抗加熱法で0.05μmの膜厚で成
膜した。そして、この上に昇華精製されたAlq3に対しD
CMを1.0wt%添加した蛍光色素を石英ボードに装荷し
て、抵抗加熱法で0.04μmの膜厚で成膜した。尚、正孔
輸送層及び発光層を所定形状に成膜するために、ステン
レス等薄板によりマスキングを行う。
【0020】更に、反射電極を形成する。具体的には、
仕事関数の小さい材料であるMg:Ag(10:1)を直流ス
パッタ装置を使用して0.1μmの膜厚で成膜した。MgにAg
を添加するのは、反射効率の向上と電極劣化を防止する
効果があるためである。
【0021】反射電極まで形成した積層体全体に耐久性
を向上させる目的でAl2O3:SiO2(7mol:3mol)を高
周波スパッタリング法で0.2μmの膜厚にて成膜した。
【0022】最後に、光の導出口以外を0.2μmの膜厚に
なるように金属クロムからなる薄膜で覆った。
【0023】この様にして得られた端面発光有機薄膜E
L素子の透明電極と背面電極に電圧を印加し駆動させた
ところ、赤色(x=0.67、y=0.33)で輝度が従来の面発光
装置の約100倍の発光が達成された。
【0024】実施例2 図6は本発明に係るRGB三原色の三層構成の端面発光
有機薄膜EL素子の組立のフローを示すものである。
【0025】厚さ1.1mmのガラス基板を超音波洗浄によ
り充分洗浄後、ITOを0.2μmの膜厚にてスパッタ成膜
した。このITOの電極を形成すべくエッチングにより
パターニングを行った。次いで、この上に反射電極とし
て、Au:Ag(10:1)を0.1μmの膜厚にて、スパッ
タ成膜した。更に実施例1と同様に正孔輸送層と赤色発
光層を形成し、その上に反射電極を形成した。この上に
絶縁層としてSiO2を0.2μmの膜厚で成膜し、赤色のEL
素子を形成した。
【0026】上記の操作を繰り返し、緑色のEL素子、
青色のEL素子を順次積層した。
【0027】最後に、上記の3原色のEL素子全体にAl
2O3:SiO2(7mol:3mol)を高周波スパッタリング法
で0.2μmの膜厚にて成膜し、光の導出口以外を0.2μmの
膜厚になるように金属クロムからなる薄膜で覆った。
【0028】この様にして得られた端面発光有機薄膜E
L素子の透明電極と背面電極に電圧を印加し駆動させた
ところ、図7のような色度座標を有するフルカラーEL
素子が得られ、同時に全体のホワイトバランスも(x=0.
36、y=0.38)となった。そして、輝度の面でも単光色で
の輝度同様、従来の面発光装置の約100倍の発光が達成
された(図8)。
【0029】
【発明の作用並びに効果】本発明に依れば、耐久性の優
れ、同時に従来の面発光に対し、100倍もの高輝度のE
L素子を得ることができる。また、単色のみならず、複
数色の発光もその性能を低下させることなく駆動可能な
ため、フルカラー表示をも得ることができるという効果
を奏するものである。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る1層構成(単色)の端面発光有機
薄膜EL素子の断面構造を示す。
【図2】本発明に係る3層構成(三原色)の端面発光有
機薄膜EL素子の断面構造を示す。
【図3】本発明に係る一層構成の端面発光有機薄膜EL素
子の「輝度−電流密度特性」を示す図である。
【図4】防湿層に使用される「輝度半減期−SiO2とAl2O
3の混合モル比」の関係を示す図である。
【図5】本発明に係る一層構成の端面発光有機薄膜EL素
子の組立のフローを示す図である。
【図6】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜EL素
子の組立のフローを示す図である。
【図7】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜EL素
子の各層の色度を示す図である。
【図8】本発明に係る三層構成の端面発光有機薄膜EL素
子の三色を併せた「輝度−電流密度特性」を示す図であ
る。
【符号の説明】
11 ガラス基板 12 透明導電膜 13 反射電極(1) 14 正孔輸送層 15 発光層 16 反射電極(2) 17 防湿層 18 反射金属 21 ガラス基板 22 透明導電膜 23 反射電極(1) 24 正孔輸送層 25 R発光層 26 反射電極(2) 27 絶縁膜 28 G発光層 29 B発光層 210 防湿層 211 反射金属

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明導電膜付ガラス基板上に、仕事関数の
    大きい反射電極と小さい反射電極を設け、該電極間に有
    機薄膜層を挟持した有機薄膜EL素子において、該有機薄
    膜EL素子の一方又は複数の端面を除いて金属層が形成し
    てなることを特徴とする端面発光有機薄膜EL素子。
  2. 【請求項2】透明導電膜付ガラス基板上に、仕事関数の
    大きい反射電極と小さい反射電極を設け、該電極間に複
    数の有機薄膜層を挟持した有機薄膜EL素子において、該
    有機薄膜EL素子の一方又は複数の端面を除いて金属層が
    形成してなることを特徴とする積層型の端面発光有機薄
    膜EL素子。
  3. 【請求項3】上記有機薄膜EL素子において、Al2O3とSiO
    2の混合薄膜層を備えてなることを特徴とする請求項1
    または請求項2の端面発光有機薄膜EL素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000353590A (ja) * 1999-06-11 2000-12-19 Futaba Corp 有機el発光素子
JP2002050467A (ja) * 2000-07-31 2002-02-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置
JP2002083677A (ja) * 2000-09-05 2002-03-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置及び液晶表示装置
JP2006278494A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Fuji Photo Film Co Ltd 光出射装置及び光出射方法

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