JP2991450B2 - 有機膜発光素子 - Google Patents
有機膜発光素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、有機膜を用いた発光素子に係り、特に２層
以上の有機膜の組み合わせにより一画素多色発光を可能
とした有機膜発光素子に関する。
以上の有機膜の組み合わせにより一画素多色発光を可能
とした有機膜発光素子に関する。
（従来の技術） 近年、表示素子や照明素子等として用いられる有機膜
発光素子の研究開発が盛んに行われている。例えば、九
州大学の斎藤省吾は、1986年に金属電極／芳香族色素／
ポリチオフェン／透明電極を用いた有機２層構造素子を
報告している（J.J.Appl.Phys.25,L773,1986）。ここで
は、有機膜の膜厚が１μｍ以上あり、印加電圧も100Vと
大きい。これに対して、コダック社のC.W.Tang等は、Mg
・Ag/Alq3/ジアミン/ITOという有機２層構造で、有機膜
の膜厚を1000Å以下にすることによって、印加電圧10V
以下で駆動して実用上十分な輝度を示す素子が得られた
ことを報告している（APL.51,913,1987）。これらの発
光素子は、電子注入性的な色素と正孔注入性的な色素と
を組合わせて有機２層構造とすることを基本とし、有機
膜をできるだけ薄くすること、電子注入側の金属電極に
仕事関数の小さいものを選ぶこと、真空蒸着法或いは昇
華法によって有機膜を形成する際に電気的欠陥が発生し
ないような材料を選択すること、等を主要な特徴として
いる。九州大学の斎藤省吾は更に1988年には、電子注入
層／発光層／正孔注入層という有機３層構造素子を提案
し、発光層に高いフォトルミネセンスを示す色素を選ぶ
ことによって高輝度発光が得られることを示した（J.J.
Appl.Phys.,27,L269,1988）。
発光素子の研究開発が盛んに行われている。例えば、九
州大学の斎藤省吾は、1986年に金属電極／芳香族色素／
ポリチオフェン／透明電極を用いた有機２層構造素子を
報告している（J.J.Appl.Phys.25,L773,1986）。ここで
は、有機膜の膜厚が１μｍ以上あり、印加電圧も100Vと
大きい。これに対して、コダック社のC.W.Tang等は、Mg
・Ag/Alq3/ジアミン/ITOという有機２層構造で、有機膜
の膜厚を1000Å以下にすることによって、印加電圧10V
以下で駆動して実用上十分な輝度を示す素子が得られた
ことを報告している（APL.51,913,1987）。これらの発
光素子は、電子注入性的な色素と正孔注入性的な色素と
を組合わせて有機２層構造とすることを基本とし、有機
膜をできるだけ薄くすること、電子注入側の金属電極に
仕事関数の小さいものを選ぶこと、真空蒸着法或いは昇
華法によって有機膜を形成する際に電気的欠陥が発生し
ないような材料を選択すること、等を主要な特徴として
いる。九州大学の斎藤省吾は更に1988年には、電子注入
層／発光層／正孔注入層という有機３層構造素子を提案
し、発光層に高いフォトルミネセンスを示す色素を選ぶ
ことによって高輝度発光が得られることを示した（J.J.
Appl.Phys.,27,L269,1988）。
その他これまでに、各種の有機膜の組合わせによる発
光素子構造、単層の有機膜であっても、発光剤と正孔注
入剤を混合することによってある程度の発光が認められ
ること、発光体であるAiq3の特性劣化に関する研究等が
次々に報告されており、また同様の特許出願が多くなさ
れている。
光素子構造、単層の有機膜であっても、発光剤と正孔注
入剤を混合することによってある程度の発光が認められ
ること、発光体であるAiq3の特性劣化に関する研究等が
次々に報告されており、また同様の特許出願が多くなさ
れている。
（発明が解決しようとする課題） 有機膜発光素子は、発光輝度についてはほぼ実用段階
まできているが、発光効率や素子寿命，素子作成プロセ
ス等はまだまだ技術的に未解決の問題が多い。発光効率
は現状では良くて１％，通常0.1％程度である。発光効
率が低いことは発光に寄与しない電流が電極間に流れる
ことを意味し、この電流はジュール熱を発生するから素
子寿命を低下させる大きな原因となっている。したがっ
て有機膜発光素子を実用化するためには、発光効率を少
なくとも数％から10％以上まで高めることが望まれる。
まできているが、発光効率や素子寿命，素子作成プロセ
ス等はまだまだ技術的に未解決の問題が多い。発光効率
は現状では良くて１％，通常0.1％程度である。発光効
率が低いことは発光に寄与しない電流が電極間に流れる
ことを意味し、この電流はジュール熱を発生するから素
子寿命を低下させる大きな原因となっている。したがっ
て有機膜発光素子を実用化するためには、発光効率を少
なくとも数％から10％以上まで高めることが望まれる。
発光効率を高めるためには、素子構造の最適化と、用
いる材料の電気的性質の最適化が必要である。これまで
のところ、有機材料の性質に関しては、電子（正孔）輸
送性，電子（正孔）注入性，発光性といった定性的な定
義しかなされておらず、これでは素子条件が十分規定さ
れているとはいえない。
いる材料の電気的性質の最適化が必要である。これまで
のところ、有機材料の性質に関しては、電子（正孔）輸
送性，電子（正孔）注入性，発光性といった定性的な定
義しかなされておらず、これでは素子条件が十分規定さ
れているとはいえない。
本発明は、複数の有機膜の積層構造と金属電極の組合
わせにおいて、それらの各材料の電気的性質を厳密に定
義した上で、一画素多色の発光を可能とした有機膜発光
素子を提供することを目的とする。
わせにおいて、それらの各材料の電気的性質を厳密に定
義した上で、一画素多色の発光を可能とした有機膜発光
素子を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 有機膜は一種の半導体とみなせるので、有機膜を積層
した素子においては各層の接合面における電気的特性が
素子特性を支配する。すなわち金属電極の仕事関数と、
有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよび価電子帯
レベルを考えたときに、各接合面でそれぞれのエネルギ
ーレベルがどの様な関係にあるかが重要になる。本発明
はこの様な観点から、半導体モデルを用いて一画素多色
の発光素子構造を提案する。
した素子においては各層の接合面における電気的特性が
素子特性を支配する。すなわち金属電極の仕事関数と、
有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよび価電子帯
レベルを考えたときに、各接合面でそれぞれのエネルギ
ーレベルがどの様な関係にあるかが重要になる。本発明
はこの様な観点から、半導体モデルを用いて一画素多色
の発光素子構造を提案する。
すなわち本発明に係る発光素子は、電子および正孔に
対して障壁接合を構成する第１の有機膜と第２の有機膜
の積層構造と、この積層構造を挟んで第１の有機膜側に
設けられた電子注入用の第１の電極および第２の有機膜
側に設けられた正孔注入用の第２の電極と有することを
基本とする。
対して障壁接合を構成する第１の有機膜と第２の有機膜
の積層構造と、この積層構造を挟んで第１の有機膜側に
設けられた電子注入用の第１の電極および第２の有機膜
側に設けられた正孔注入用の第２の電極と有することを
基本とする。
そして本発明の第１の発光素子は、上述の基本構造に
おいて、第1,第２の電極間に第２の電極側に正のバイア
スを与えたときに、第１の電極から第１の有機膜に注入
された電子と第２の電極から第２の有機膜に注入された
正孔とが障壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積され
た電子，正孔のうち電子が第２の有機膜にトンネル注入
されて第２の有機膜内で発光再結合し、正孔が第１の有
機膜にトンネル注入されて第１の有機膜内で発光再結合
することを利用する。
おいて、第1,第２の電極間に第２の電極側に正のバイア
スを与えたときに、第１の電極から第１の有機膜に注入
された電子と第２の電極から第２の有機膜に注入された
正孔とが障壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積され
た電子，正孔のうち電子が第２の有機膜にトンネル注入
されて第２の有機膜内で発光再結合し、正孔が第１の有
機膜にトンネル注入されて第１の有機膜内で発光再結合
することを利用する。
具体的には、第1,第２の電極の仕事関数をそれぞれE
M1,EM2とし、第１の有機膜の伝導帯下端の真空準位から
のエネルギー差（以下これを単に伝導帯レベルと呼
ぶ），フェルミレベルの真空準位からのエネルギー差
（以下これを単にフェルミレベルと呼ぶ）および価電子
帯の上端の真空準位からのエネルギー差（以下これを単
に価電子帯レベルと呼ぶ）をそれぞれEC1,E1およびEV1
とし、第２の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルお
よび価電子帯レベルをそれぞれEC2,E2およびEV2とした
とき、 EM1＜E1 …（１） E2 ＜EM2 …（２） EC1＞EC2 …（３） EV1＞EV2 …（４） を満たすように材料が選択される。より具体的には、
（１）式および（２）式は、EM1−EC1およびEV2−EM2が
1eV以下、好ましくは0.5〜0.3eV以下になることを意味
し、また（３）式および（４）式は、EC1−EC2およびE
V1−EV2が好ましくは0.5eV以上、例えば1eV以上とす
る。
M1,EM2とし、第１の有機膜の伝導帯下端の真空準位から
のエネルギー差（以下これを単に伝導帯レベルと呼
ぶ），フェルミレベルの真空準位からのエネルギー差
（以下これを単にフェルミレベルと呼ぶ）および価電子
帯の上端の真空準位からのエネルギー差（以下これを単
に価電子帯レベルと呼ぶ）をそれぞれEC1,E1およびEV1
とし、第２の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルお
よび価電子帯レベルをそれぞれEC2,E2およびEV2とした
とき、 EM1＜E1 …（１） E2 ＜EM2 …（２） EC1＞EC2 …（３） EV1＞EV2 …（４） を満たすように材料が選択される。より具体的には、
（１）式および（２）式は、EM1−EC1およびEV2−EM2が
1eV以下、好ましくは0.5〜0.3eV以下になることを意味
し、また（３）式および（４）式は、EC1−EC2およびE
V1−EV2が好ましくは0.5eV以上、例えば1eV以上とす
る。
そしてバイアス電圧によって発光色制御が可能となる
ためには、 EC1−EC1＜EV1−EV2 …（５） または、 EC1−EC1＞EV1−EV2 …（６） なる条件を満たす材料が選択される。
ためには、 EC1−EC1＜EV1−EV2 …（５） または、 EC1−EC1＞EV1−EV2 …（６） なる条件を満たす材料が選択される。
また本発明の第２の発光素子は、上述した基本構造に
さらに、第２の有機膜と第２の電極との間に第３の有機
膜を介在させる。そして第1,第２の電極間に第２の電極
側に正のバイアスを与えたときに、第１の電極から第１
の有機膜に注入された電子と第２の電極から前記第３の
有機膜を介して第２の有機膜に注入された正孔とが前記
障壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，
正孔のうち電子が第１のしきい値で第２の有機膜にトン
ネル注入されて第２の有機膜内で発光再結合し、さらに
第２のしきい値で第３の有機膜に注入されて第３の有機
膜内で発光再結合する。
さらに、第２の有機膜と第２の電極との間に第３の有機
膜を介在させる。そして第1,第２の電極間に第２の電極
側に正のバイアスを与えたときに、第１の電極から第１
の有機膜に注入された電子と第２の電極から前記第３の
有機膜を介して第２の有機膜に注入された正孔とが前記
障壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，
正孔のうち電子が第１のしきい値で第２の有機膜にトン
ネル注入されて第２の有機膜内で発光再結合し、さらに
第２のしきい値で第３の有機膜に注入されて第３の有機
膜内で発光再結合する。
この様な多色発光が可能となるためには具体的には、
第１の発光素子での各材料の電気的特性の関係に加え
て、第３の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよ
び価電子帯レベルをそれぞれEC3,E3およびEV3としたと
き、 EC1−EC2＜EV1−EV2 …（７） EC2＜EC3 …（８） EV2〜EV3 …（９） EM2＜E3 …（10） を満たすように材料が選択される。
第１の発光素子での各材料の電気的特性の関係に加え
て、第３の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよ
び価電子帯レベルをそれぞれEC3,E3およびEV3としたと
き、 EC1−EC2＜EV1−EV2 …（７） EC2＜EC3 …（８） EV2〜EV3 …（９） EM2＜E3 …（10） を満たすように材料が選択される。
さらに本発明の第３の発光素子は、上述した基本構造
において、第１の電極と第１の有機膜の間に第３の有機
膜を介在させる。そして第1,第２の電極間に第２の電極
側に正のバイアスを与えたときに、第１の電極から第３
の有機膜を介して第１の有機膜に注入された電子と第２
の電極から第２の有機膜に注入された正孔とが障壁接合
の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，正孔のう
ち正孔が第１のしきい値で第１の有機膜にトンネル注入
されて第１の有機膜内で発光再結合し、さらに第２のし
きい値で第３の有機膜に注入されて第３の有機膜内で発
光再結合する。
において、第１の電極と第１の有機膜の間に第３の有機
膜を介在させる。そして第1,第２の電極間に第２の電極
側に正のバイアスを与えたときに、第１の電極から第３
の有機膜を介して第１の有機膜に注入された電子と第２
の電極から第２の有機膜に注入された正孔とが障壁接合
の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，正孔のう
ち正孔が第１のしきい値で第１の有機膜にトンネル注入
されて第１の有機膜内で発光再結合し、さらに第２のし
きい値で第３の有機膜に注入されて第３の有機膜内で発
光再結合する。
この様な多色発光が可能となるためには具体的には、
第１の発光素子での各材料の電気的特性の関係に加え
て、第３の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよ
び価電子帯レベルをそれぞれEC3,E3およびEV3としたと
き、 EC1−EC2＞EV1−EV2 …（11） EC3〜EC1 …（12） EV3＜EV1 …（13） EM1＜E3 …（14） を満たすように材料が選択される。
第１の発光素子での各材料の電気的特性の関係に加え
て、第３の有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベルおよ
び価電子帯レベルをそれぞれEC3,E3およびEV3としたと
き、 EC1−EC2＞EV1−EV2 …（11） EC3〜EC1 …（12） EV3＜EV1 …（13） EM1＜E3 …（14） を満たすように材料が選択される。
（作用） 本発明による有機膜発光素子の基本構造においては、
第1,第２の有機膜の接合界面に電子に対する障壁および
正孔に対する障壁が形成される（条件式（３），
（４））。また、第２の電極が正になるバイアスを与え
ると、第１の電極から第１の有機膜に電子が注入され
（条件式（１））、第２の電極から第２の有機膜に正孔
が注入される（条件式（２））。この結果、第1,第２の
有機膜の間の障壁接合界面には、電気二重層が形成され
る。
第1,第２の有機膜の接合界面に電子に対する障壁および
正孔に対する障壁が形成される（条件式（３），
（４））。また、第２の電極が正になるバイアスを与え
ると、第１の電極から第１の有機膜に電子が注入され
（条件式（１））、第２の電極から第２の有機膜に正孔
が注入される（条件式（２））。この結果、第1,第２の
有機膜の間の障壁接合界面には、電気二重層が形成され
る。
したがって第１の発光素子においては、バイアス電圧
があるしきい値を越えると、第１の有機膜の電子は第２
の有機膜にトンネル注入され、第２の有機膜内で発光再
結合する。またバイアスがあるしきい値を越えると、第
２の有機膜の正孔は第１の有機膜にトンネル注入され、
第１の有機膜内で発光再結合する。こうして、第１の有
機膜で決まる波長の発光と第２の有機膜で決まる波長の
発光が得られる。条件式（５）を満たすときには、第１
の有機膜から第２の有機膜への電子のトンネル注入が支
配的になり、したがってバイアス電圧を変えたときに、
第１のしきい値で第２の有機膜での発光再結合による発
光が認められ、第２のしきい値で第１および第２の有機
膜での発光が同時に認められる。条件式（６）を満すと
きにはこの関係は逆になる。
があるしきい値を越えると、第１の有機膜の電子は第２
の有機膜にトンネル注入され、第２の有機膜内で発光再
結合する。またバイアスがあるしきい値を越えると、第
２の有機膜の正孔は第１の有機膜にトンネル注入され、
第１の有機膜内で発光再結合する。こうして、第１の有
機膜で決まる波長の発光と第２の有機膜で決まる波長の
発光が得られる。条件式（５）を満たすときには、第１
の有機膜から第２の有機膜への電子のトンネル注入が支
配的になり、したがってバイアス電圧を変えたときに、
第１のしきい値で第２の有機膜での発光再結合による発
光が認められ、第２のしきい値で第１および第２の有機
膜での発光が同時に認められる。条件式（６）を満すと
きにはこの関係は逆になる。
第２の発光素子においては、第1,第２の有機膜間の障
壁接合について、電子に対する障壁が正孔に対する障壁
より低く設定され（条件式（７），（８））、また第２
の電極から第３の有機膜に注入された正孔はほとんど障
害なく第２の有機膜まで流れるように材料が選択される
（条件式（９），（10））。これによって、バイアスを
与えたときに第1,第２の有機膜間の障壁接合に蓄積され
て電気二重層を形成するキャリアのうち電子が第２の有
機膜にトンネル注入されて、第２の有機膜で発光再結合
する。第２の有機膜の膜厚がキャリアの平均自由行程よ
り薄ければ、さらにバイアスが上昇すると多くの電子は
第３の有機膜まで流れて第３の有機膜内で発光再結合す
る。これにより、バイアスにより発光色が制御される多
色発光素子が得られる。
壁接合について、電子に対する障壁が正孔に対する障壁
より低く設定され（条件式（７），（８））、また第２
の電極から第３の有機膜に注入された正孔はほとんど障
害なく第２の有機膜まで流れるように材料が選択される
（条件式（９），（10））。これによって、バイアスを
与えたときに第1,第２の有機膜間の障壁接合に蓄積され
て電気二重層を形成するキャリアのうち電子が第２の有
機膜にトンネル注入されて、第２の有機膜で発光再結合
する。第２の有機膜の膜厚がキャリアの平均自由行程よ
り薄ければ、さらにバイアスが上昇すると多くの電子は
第３の有機膜まで流れて第３の有機膜内で発光再結合す
る。これにより、バイアスにより発光色が制御される多
色発光素子が得られる。
第３の発光素子においては、第1,第２の有機膜間の障
壁接合について、正孔に対する障壁が電子に対する障壁
より低く設定され（条件式（11），（12））、また第１
の電極から第３の有機膜に注入された電子はほとんど障
害なく第２の有機膜まで流れるように材料が選択される
（条件式（13），（14））。これによって、バイアスを
与えたときに第1,第２の有機膜間の障壁接合に蓄積され
て電気二重層を形成するキャリアのうち正孔が第１の有
機膜にトンネル注入されて、第１の有機膜で発光再結合
し、さらにバイアスが上昇すると多くの正孔は第３の有
機膜まで流れて第３の有機膜内で発光再結合する。これ
により、バイアスにより発光色が制御される多色発光素
子が得られる。
壁接合について、正孔に対する障壁が電子に対する障壁
より低く設定され（条件式（11），（12））、また第１
の電極から第３の有機膜に注入された電子はほとんど障
害なく第２の有機膜まで流れるように材料が選択される
（条件式（13），（14））。これによって、バイアスを
与えたときに第1,第２の有機膜間の障壁接合に蓄積され
て電気二重層を形成するキャリアのうち正孔が第１の有
機膜にトンネル注入されて、第１の有機膜で発光再結合
し、さらにバイアスが上昇すると多くの正孔は第３の有
機膜まで流れて第３の有機膜内で発光再結合する。これ
により、バイアスにより発光色が制御される多色発光素
子が得られる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は一実施例の発光素子断面構造を示す。この素
子は、上から見て第１の電極（M1）5,第１の有機膜
（O1）4,第２の有機膜（O2）３および第２の電極（M2）
２により構成されている。第２の電極２はこの実施例で
はガラス基板１に形成されたITO等の透明電極であっ
て、光は基板１側から取出される。透明電極として化合
物半導体を用いてもよい。この素子の製造プロセスは、
後に具体的に説明するが、基板上に真空蒸着法，真空昇
華法等によって順次膜を積層形成する。
子は、上から見て第１の電極（M1）5,第１の有機膜
（O1）4,第２の有機膜（O2）３および第２の電極（M2）
２により構成されている。第２の電極２はこの実施例で
はガラス基板１に形成されたITO等の透明電極であっ
て、光は基板１側から取出される。透明電極として化合
物半導体を用いてもよい。この素子の製造プロセスは、
後に具体的に説明するが、基板上に真空蒸着法，真空昇
華法等によって順次膜を積層形成する。
第２図は、この発光素子を構成する各層がそれぞれ独
立した状態でのバンド図を示す。第１の有機膜４の伝導
帯レベルをEC1,フェルミレベルをE1,価電子帯レベルをE
V1とし、第２の有機膜３の伝導帯レベルをEC2,フェルミ
レベルをE2,価電子帯レベルをEV2としたとき、図示のよ
うに、EC1＞EC2,EV1＞EV2なる材料が選ばれている。ま
た第１の電極５は、仕事関数EM1が、EM1＜E1であり、第
１の有機膜４に対して電子を注入しやすい関係に選ばれ
ている。第２の電極２は、仕事関数EM2が、EM2＞E2であ
り、第２の有機膜３に対して正孔を注入しやすい関係に
選ばれている。
立した状態でのバンド図を示す。第１の有機膜４の伝導
帯レベルをEC1,フェルミレベルをE1,価電子帯レベルをE
V1とし、第２の有機膜３の伝導帯レベルをEC2,フェルミ
レベルをE2,価電子帯レベルをEV2としたとき、図示のよ
うに、EC1＞EC2,EV1＞EV2なる材料が選ばれている。ま
た第１の電極５は、仕事関数EM1が、EM1＜E1であり、第
１の有機膜４に対して電子を注入しやすい関係に選ばれ
ている。第２の電極２は、仕事関数EM2が、EM2＞E2であ
り、第２の有機膜３に対して正孔を注入しやすい関係に
選ばれている。
第３図は、これらの各層が接合された発光素子の熱平
衡状態でのバンド図である。熱平衡状態では系のフェル
ミレベルが一致する。したがって第２図に示す電極の仕
事関数および有機膜の各エネルギーレベルの大小関係か
ら、第３図に示すように、第１の電極５と第１の有機膜
４の間は第１の電極５から電子が注入しやすい接合が形
成される。第２の電極２と第２の有機膜３の間は第２の
電極２から正孔が注入しやすい接合が形成される。第１
の有機膜４と第２の有機膜３の間には、伝導帯にΔEC＝
EC1−EC2なる障壁が形成され、価電子帯にはΔEV＝EV1
−EV2なる障壁が形成される。
衡状態でのバンド図である。熱平衡状態では系のフェル
ミレベルが一致する。したがって第２図に示す電極の仕
事関数および有機膜の各エネルギーレベルの大小関係か
ら、第３図に示すように、第１の電極５と第１の有機膜
４の間は第１の電極５から電子が注入しやすい接合が形
成される。第２の電極２と第２の有機膜３の間は第２の
電極２から正孔が注入しやすい接合が形成される。第１
の有機膜４と第２の有機膜３の間には、伝導帯にΔEC＝
EC1−EC2なる障壁が形成され、価電子帯にはΔEV＝EV1
−EV2なる障壁が形成される。
この実施例の発光素子の動作原理を第４図を用いて説
明する。第４図（ａ）は、第１の電極５に対して第２の
電極２に正のあるバイアス電圧V1を印加したときの素子
のバンド図である。第１の電極５からは第１の有機膜４
に電子が注入され、第２の電極２からは第２の有機膜３
に正孔が注入されて、これらの電子，正孔は第1,第２の
有機膜3,4の障壁接合界面に蓄積される。この蓄積され
たキャリアは、電気二重層を形成することになる。この
電気二重層の厚みは、色素の分子間距離（約10Å）であ
るから、結果としてここに大きい電界が発生する。そし
て第４図（ｂ）に示すようにバイアス電圧があるしきい
値を越えてV2になると、電気二重層を形成するキャリア
は障壁接合を通して隣接層にトンネル注入される。第２
の有機膜３から第１の有機膜４に注入された正孔は、第
１の有機膜４内で多数キャリアである電子と再結合し、
これにより第１の波長λ１の発光が得られる。第１の有
機膜４から第２の有機膜３に注入された電子は、第２の
有機膜３内で多数キャリアである正孔と再結合し、これ
により第２の波長λ２の発光が得られる。
明する。第４図（ａ）は、第１の電極５に対して第２の
電極２に正のあるバイアス電圧V1を印加したときの素子
のバンド図である。第１の電極５からは第１の有機膜４
に電子が注入され、第２の電極２からは第２の有機膜３
に正孔が注入されて、これらの電子，正孔は第1,第２の
有機膜3,4の障壁接合界面に蓄積される。この蓄積され
たキャリアは、電気二重層を形成することになる。この
電気二重層の厚みは、色素の分子間距離（約10Å）であ
るから、結果としてここに大きい電界が発生する。そし
て第４図（ｂ）に示すようにバイアス電圧があるしきい
値を越えてV2になると、電気二重層を形成するキャリア
は障壁接合を通して隣接層にトンネル注入される。第２
の有機膜３から第１の有機膜４に注入された正孔は、第
１の有機膜４内で多数キャリアである電子と再結合し、
これにより第１の波長λ１の発光が得られる。第１の有
機膜４から第２の有機膜３に注入された電子は、第２の
有機膜３内で多数キャリアである正孔と再結合し、これ
により第２の波長λ２の発光が得られる。
第１の波長の発光と第２の波長の発光のいずれが支配
的になるかは、第1,第２の有機膜4,3の障壁接合の電子
に対する障壁高さΔECと、正孔に対する障壁高さΔEVの
関係によって決まる。したがって材料を選択することに
よって、 あるしきい値で第1,第２の波長光が同時に得られる発
光素子、 第１のしきい値では第１の波長の発光のみとし、第２
のしきい値で多重発光を得る多色発光素子、 第１のしきい値では第２の波長の発光のみとし、第２
のしきい値で多重発光を得る多色発光素子、 のいずれも得ることができる。
的になるかは、第1,第２の有機膜4,3の障壁接合の電子
に対する障壁高さΔECと、正孔に対する障壁高さΔEVの
関係によって決まる。したがって材料を選択することに
よって、 あるしきい値で第1,第２の波長光が同時に得られる発
光素子、 第１のしきい値では第１の波長の発光のみとし、第２
のしきい値で多重発光を得る多色発光素子、 第１のしきい値では第２の波長の発光のみとし、第２
のしきい値で多重発光を得る多色発光素子、 のいずれも得ることができる。
第５図（ａ）（ｂ）は、EC1−EC2＜EV1−EV2を満すよ
うに材料が選択された多色発光素子の動作を説明するた
めのバンド図である。先の原理説明から明らかなように
バイアス電圧Ｖによって電子，正孔がそれぞれ注入され
て電気二重層が形成されるが、バイアス電圧Ｖが第１の
しきい値Vth1を越えると、第５図（ａ）に示すように第
１の有機膜から電子が第２の有機膜にトンネル注入さ
れ、第２の有機膜で発光再結合して波長λ２の発光が生
じる。さらにバイアス電圧Ｖを上げてこれが第２のしき
い値Vth2を越えると、第５図（ｂ）に示すように第２の
有機膜から第１の有機膜への正孔のトンネル注入も始ま
り、第１の有機膜で発光再結合して波長λ１の発光が重
なる。
うに材料が選択された多色発光素子の動作を説明するた
めのバンド図である。先の原理説明から明らかなように
バイアス電圧Ｖによって電子，正孔がそれぞれ注入され
て電気二重層が形成されるが、バイアス電圧Ｖが第１の
しきい値Vth1を越えると、第５図（ａ）に示すように第
１の有機膜から電子が第２の有機膜にトンネル注入さ
れ、第２の有機膜で発光再結合して波長λ２の発光が生
じる。さらにバイアス電圧Ｖを上げてこれが第２のしき
い値Vth2を越えると、第５図（ｂ）に示すように第２の
有機膜から第１の有機膜への正孔のトンネル注入も始ま
り、第１の有機膜で発光再結合して波長λ１の発光が重
なる。
第６図（ａ）（ｂ）は、EC1−EC2＞EV1−EV2を満すよ
うに材料が選択された多色発光素子の動作を説明するた
めのバンド図である。この場合は第５図と逆に、第１の
しきい値Vth1で第１の有機膜での発光（波長λ１）が生
じ、第２のしきい値Vth2で第２の有機膜での発光（波長
λ２）が重なる。なお第６図での第1,第２のしきい値Vt
h1,Vth2、波長λ1,λ２は第５図でのそれらとは一般に
は同じではない。
うに材料が選択された多色発光素子の動作を説明するた
めのバンド図である。この場合は第５図と逆に、第１の
しきい値Vth1で第１の有機膜での発光（波長λ１）が生
じ、第２のしきい値Vth2で第２の有機膜での発光（波長
λ２）が重なる。なお第６図での第1,第２のしきい値Vt
h1,Vth2、波長λ1,λ２は第５図でのそれらとは一般に
は同じではない。
なおこの実施例の発光素子におけるような各接合面で
のエネルギーレベルの大小関係を設定した材料を選択す
るに当たっては、そのエネルギーレベルの大小関係を測
定する方法が必要である。これは、次に説明するような
本発明者等が発見した方法を用いればよい。
のエネルギーレベルの大小関係を設定した材料を選択す
るに当たっては、そのエネルギーレベルの大小関係を測
定する方法が必要である。これは、次に説明するような
本発明者等が発見した方法を用いればよい。
第15図に示すように、金属電極11/シリコン12/シリコ
ン酸化膜13/有機膜14/金属電極15からなる素子を形成す
る。この素子に第16図に示すような三角波電圧を印加
し、その時の素子の変位電流を測定する。いま素子の容
量をＣとすれば、変位電流は、 Ｉ＝Ｃ・dV/dt で表される。第15図の素子で有機膜14がない場合を考え
ると、素子は通常知られたMOS素子となり、その容量は
シリコン酸化膜13によって決まる。これに対して有機膜
14がある場合には、有機膜14のフェルミレベルと金属電
極15の仕事関数の大小関係によって次のような変位電流
が観測される。
ン酸化膜13/有機膜14/金属電極15からなる素子を形成す
る。この素子に第16図に示すような三角波電圧を印加
し、その時の素子の変位電流を測定する。いま素子の容
量をＣとすれば、変位電流は、 Ｉ＝Ｃ・dV/dt で表される。第15図の素子で有機膜14がない場合を考え
ると、素子は通常知られたMOS素子となり、その容量は
シリコン酸化膜13によって決まる。これに対して有機膜
14がある場合には、有機膜14のフェルミレベルと金属電
極15の仕事関数の大小関係によって次のような変位電流
が観測される。
（ａ）金属電極15の仕事関数と有機膜14のフェルミレベ
ルが略等しい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は電子，正孔
いずれに対しても高い障壁を持つ接合となる。したがっ
て有機膜14は絶縁体とみなせるため、素子容量はシリコ
ン酸化膜と有機膜の直列容量となり、MOS素子のそれよ
り小さい一定値を示す。これにより、第16図のように三
角波電圧を素子に印加したときの変位電流は、第17図に
示すような一定の小さい値を示す。
ルが略等しい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は電子，正孔
いずれに対しても高い障壁を持つ接合となる。したがっ
て有機膜14は絶縁体とみなせるため、素子容量はシリコ
ン酸化膜と有機膜の直列容量となり、MOS素子のそれよ
り小さい一定値を示す。これにより、第16図のように三
角波電圧を素子に印加したときの変位電流は、第17図に
示すような一定の小さい値を示す。
（ｂ）金属電極15の仕事関数が有機膜14のフェルミレベ
ルより小さい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は、金属電極
15から有機膜14に対して電子が注入されやすい接合を形
成する。したがって第15図の三角波電圧を素子に印加し
たとき、金属電極15側が負になると金属電極15から有機
膜14に電子が注入され、この電子は有機膜14と酸化膜13
の界面に蓄積される。この状態では素子容量は酸化膜13
で決まる値となり、第18図に示すように変位電流はMOS
素子のレベルまで増加する。印加電圧が金属電極15側が
正になる極性では、有機膜14内の電子は金属電極15に流
れ去り、変位電流は有機膜14が絶縁体であるとした場合
の小さい値まで減少する。
ルより小さい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は、金属電極
15から有機膜14に対して電子が注入されやすい接合を形
成する。したがって第15図の三角波電圧を素子に印加し
たとき、金属電極15側が負になると金属電極15から有機
膜14に電子が注入され、この電子は有機膜14と酸化膜13
の界面に蓄積される。この状態では素子容量は酸化膜13
で決まる値となり、第18図に示すように変位電流はMOS
素子のレベルまで増加する。印加電圧が金属電極15側が
正になる極性では、有機膜14内の電子は金属電極15に流
れ去り、変位電流は有機膜14が絶縁体であるとした場合
の小さい値まで減少する。
（ｃ）金属電極15の仕事関数が有機膜14のフェルミレベ
ルより大きい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は、金属電極
15から有機膜14に対して正孔が注入されやすい接合を形
成する。したがって第15図の三角波電圧を素子に印加し
たとき、金属電極15側が正になると金属電極15から有機
膜14に正孔が注入され、この正孔は有機膜14と酸化膜13
の界面に蓄積される。この状態では素子容量は酸化膜13
で決まる値となり、第19図に示すように変位電流はMOS
素子のレベルまで増加する。印加電圧が金属電極15側が
負になる極性では、有機膜14内の正孔は金属電極15に流
れ去り、変位電流は有機膜14が絶縁体であるとした場合
の小さい値まで減少する。
ルより大きい場合 この場合、金属電極15と有機膜14の接合は、金属電極
15から有機膜14に対して正孔が注入されやすい接合を形
成する。したがって第15図の三角波電圧を素子に印加し
たとき、金属電極15側が正になると金属電極15から有機
膜14に正孔が注入され、この正孔は有機膜14と酸化膜13
の界面に蓄積される。この状態では素子容量は酸化膜13
で決まる値となり、第19図に示すように変位電流はMOS
素子のレベルまで増加する。印加電圧が金属電極15側が
負になる極性では、有機膜14内の正孔は金属電極15に流
れ去り、変位電流は有機膜14が絶縁体であるとした場合
の小さい値まで減少する。
以上は、金属電極と有機膜の間の関係であるが、次に
第15図の素子構造における有機膜14の部分を第1,第２の
有機膜の積層構造として同様の変位電流測定を行う。こ
れにより、二つの有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベ
ル，価電子帯レベルの関係が明らかになる。
第15図の素子構造における有機膜14の部分を第1,第２の
有機膜の積層構造として同様の変位電流測定を行う。こ
れにより、二つの有機膜の伝導帯レベル，フェルミレベ
ル，価電子帯レベルの関係が明らかになる。
例えば、第15図の素子構造に於いて、有機膜14の金属
電極15に接する部分が第１の有機膜141であり、その下
が第２の有機膜142であるとする。そして金属電極15か
ら第１の有機膜141に電子が注入されるとする。これは
先の有機膜が単層の素子で調べられている。もし、変位
電流が金属電極15側が負の状態でMOS素子レベルまで流
れてるとすれば、第１の有機膜141に注入された電子は
さらに第２の有機膜142まで注入されている事になる。
これにより、第２の有機膜142は伝導帯レベルが第１の
有機膜141のそれより低いことが分かる。この様なMOS素
子レベルの変位電流が観測されないならば、第２の有機
膜142は伝導帯レベルが第１の有機膜141のそれより高い
ことが分かる。
電極15に接する部分が第１の有機膜141であり、その下
が第２の有機膜142であるとする。そして金属電極15か
ら第１の有機膜141に電子が注入されるとする。これは
先の有機膜が単層の素子で調べられている。もし、変位
電流が金属電極15側が負の状態でMOS素子レベルまで流
れてるとすれば、第１の有機膜141に注入された電子は
さらに第２の有機膜142まで注入されている事になる。
これにより、第２の有機膜142は伝導帯レベルが第１の
有機膜141のそれより低いことが分かる。この様なMOS素
子レベルの変位電流が観測されないならば、第２の有機
膜142は伝導帯レベルが第１の有機膜141のそれより高い
ことが分かる。
価電子帯レベルについても、正孔注入を利用した同様
の変位電流測定によって大小関係が分かる。
の変位電流測定によって大小関係が分かる。
第１図の素子構造を用いた有機多色発光素子のより具
体的な実施例を次に説明する。
体的な実施例を次に説明する。
実施例１ 第１図の素子において、 第１の電極5:エルビウム膜 第１の有機膜4: 第２の有機膜3:ビピレニル 第２の電極2:ITO膜 を用いた。
この材料系が第２図の条件を満し、かつEC1−EC2＜E
V1−EV2なる条件を満すことは、先に説明した変位電流
測定法によって確認されている。素子作成プロセスは次
の通りである。ITO膜が形成されたガラス基板上にま
ず、真空昇華法（真空度〜10-6Torr）によって第２の有
機膜を1000Å形成し、その上に同様に真空昇華法によっ
て第１の有機膜を1000Å形成し、最後に真空蒸着法によ
ってエルビウム膜を1000Å形成する。
V1−EV2なる条件を満すことは、先に説明した変位電流
測定法によって確認されている。素子作成プロセスは次
の通りである。ITO膜が形成されたガラス基板上にま
ず、真空昇華法（真空度〜10-6Torr）によって第２の有
機膜を1000Å形成し、その上に同様に真空昇華法によっ
て第１の有機膜を1000Å形成し、最後に真空蒸着法によ
ってエルビウム膜を1000Å形成する。
得られた素子にITO電極が正になるバイアスを印加す
ると、3Vで5mAの電流が流れ、輝度500Cd/m2の橙色発光
が見られた。これは、第１の有機膜での発光である。バ
イアス電圧を15Vまで上げると、輝度は200Cd/m2まで上
昇し、発光色は黄緑色に変化した。これは第２の有機膜
による青色発光が混色した結果である。
ると、3Vで5mAの電流が流れ、輝度500Cd/m2の橙色発光
が見られた。これは、第１の有機膜での発光である。バ
イアス電圧を15Vまで上げると、輝度は200Cd/m2まで上
昇し、発光色は黄緑色に変化した。これは第２の有機膜
による青色発光が混色した結果である。
実施例２ 第１図の素子において、 第１の電極5:エルビウム膜 第１の有機膜4: 第２の有機膜3: 第２の電極2:ITO膜 を用いた。
素子作成プロセスおよび各層の膜厚は実施例１と同様
である。
である。
得られた素子にITO電極が正になるバイアス電圧を印
加して、5Vで黄色の発光がみとめられた。これは第１の
有機膜４での発光による。さらにバイアス電圧を15Vま
で上げると発光色は赤橙色に変化した。これは第２の有
機膜３での発光が重なった結果である。
加して、5Vで黄色の発光がみとめられた。これは第１の
有機膜４での発光による。さらにバイアス電圧を15Vま
で上げると発光色は赤橙色に変化した。これは第２の有
機膜３での発光が重なった結果である。
第１図は２層の有機膜を用いた多色発光素子の実施例
であるが、これを基本として更に第３の有機膜を組み合
わせて多色発光素子を作ることができる。その様な実施
例を次に説明する。
であるが、これを基本として更に第３の有機膜を組み合
わせて多色発光素子を作ることができる。その様な実施
例を次に説明する。
第７図はその様な実施例の有機膜多色発光素子の断面
図である。第１図と異なりこの実施例では、第２の有機
膜３と第２の電極２との間に第３の有機膜６が挟まれて
いる。
図である。第１図と異なりこの実施例では、第２の有機
膜３と第２の電極２との間に第３の有機膜６が挟まれて
いる。
第８図は、第７図の素子の各層の仕事関数その他の電
気的特性を示す。第１の電極5,第１の有機膜4,第２の有
機膜3,第２の電極２の材料特性相互間の関係は、第１図
の実施例と基本的に同じである。ただし、第１の有機膜
４と第２の有機膜３のエネルギレベルについて、 EC1−EC2＜EV1−EV2 なる関係に設定されている。第３の有機膜６について
は、第２の有機膜３および第２の電極２との関係で、伝
導帯レベルEC3,フェルミレベルE3および価電子帯レベル
EV3が次のように設定されている。
気的特性を示す。第１の電極5,第１の有機膜4,第２の有
機膜3,第２の電極２の材料特性相互間の関係は、第１図
の実施例と基本的に同じである。ただし、第１の有機膜
４と第２の有機膜３のエネルギレベルについて、 EC1−EC2＜EV1−EV2 なる関係に設定されている。第３の有機膜６について
は、第２の有機膜３および第２の電極２との関係で、伝
導帯レベルEC3,フェルミレベルE3および価電子帯レベル
EV3が次のように設定されている。
EC3＞EC2 EV3〜EV2 E3 ＜EM2 したがってこれらの層が接合された素子の熱平衡状態
でのバンド図は、第９図のようになる。第1,第２の有機
膜4,3間に電子および正孔いずれに対しても障壁が形成
されることは先の実施例と同様である。ただし伝導帯側
の電子に対する障壁ΔECが価電子帯側の正孔に対する障
壁ΔEVより小さくなっている。第２の有機膜３の膜厚は
キャリアの平均自由行程より薄く、第２の有機膜３から
第３の有機膜６への電子の流れに対しては障壁は形成さ
れない。また第２の電極２から第３の有機膜６には正孔
が注入され易く、第３の有機膜６に注入された正孔はほ
とんど障害なく第２の有機膜３まで流れ得るようになっ
ている。
でのバンド図は、第９図のようになる。第1,第２の有機
膜4,3間に電子および正孔いずれに対しても障壁が形成
されることは先の実施例と同様である。ただし伝導帯側
の電子に対する障壁ΔECが価電子帯側の正孔に対する障
壁ΔEVより小さくなっている。第２の有機膜３の膜厚は
キャリアの平均自由行程より薄く、第２の有機膜３から
第３の有機膜６への電子の流れに対しては障壁は形成さ
れない。また第２の電極２から第３の有機膜６には正孔
が注入され易く、第３の有機膜６に注入された正孔はほ
とんど障害なく第２の有機膜３まで流れ得るようになっ
ている。
この発光素子での多色発光の動作を第10図を用いて説
明する。先の実施例と同様のバイアスを印加することに
より、第１の電極５から第１の有機膜４に電子が注入さ
れ、第２の電極２から第３の有機膜６を介して第２の有
機膜３に正孔が注入されて、第1,第２の有機膜4,3の間
の障壁接合に電気二重層が形成される。バイアス電圧が
第１のしきい値Vth1を越えると、第10図（ａ）に示すよ
うに第１の有機膜４から第２の有機膜３に電子がトンネ
ル注入され、第２の有機膜３内で正孔と再結合して発光
する。さらにバイアス電圧を高くしてしきい値Vth2を越
えると、第10図（ｂ）に示すように第１の有機膜４から
第２の有機膜３に注入される電子の多くが再結合されず
に第３の有機膜６まで注入され、第３の有機膜６内で正
孔と再結合して発光する。すなわち低バイアス条件では
バンドギャップの広い第２の有機膜３からの短波長発光
が得られ、高バイアスではこれにバンドギャップの狭い
第３の有機膜６からの長波長発光が混色した発光とな
る。例えば第２の有機膜３を青色発光剤とし、第３の有
機膜６を黄色発光剤とすれば、低印加電圧では青色発光
となり、高印加電圧では白色発光となる。
明する。先の実施例と同様のバイアスを印加することに
より、第１の電極５から第１の有機膜４に電子が注入さ
れ、第２の電極２から第３の有機膜６を介して第２の有
機膜３に正孔が注入されて、第1,第２の有機膜4,3の間
の障壁接合に電気二重層が形成される。バイアス電圧が
第１のしきい値Vth1を越えると、第10図（ａ）に示すよ
うに第１の有機膜４から第２の有機膜３に電子がトンネ
ル注入され、第２の有機膜３内で正孔と再結合して発光
する。さらにバイアス電圧を高くしてしきい値Vth2を越
えると、第10図（ｂ）に示すように第１の有機膜４から
第２の有機膜３に注入される電子の多くが再結合されず
に第３の有機膜６まで注入され、第３の有機膜６内で正
孔と再結合して発光する。すなわち低バイアス条件では
バンドギャップの広い第２の有機膜３からの短波長発光
が得られ、高バイアスではこれにバンドギャップの狭い
第３の有機膜６からの長波長発光が混色した発光とな
る。例えば第２の有機膜３を青色発光剤とし、第３の有
機膜６を黄色発光剤とすれば、低印加電圧では青色発光
となり、高印加電圧では白色発光となる。
第11図は、３層有機膜を用いた別の実施例の多色発光
素子である。この実施例では、第１の電極５と第１の有
機膜４の間に第３の有機膜６が設けられている。
素子である。この実施例では、第１の電極５と第１の有
機膜４の間に第３の有機膜６が設けられている。
第12図は各層の接合前のエネルギーレベルである。第
１の有機膜４と第２の有機膜３のエネルギレベルについ
ては、第７図のそれと逆に EC1−EC2＞EV1−EV2 なる関係に設定されている。また第３の有機膜６につい
ては、第１の有機膜４および第１の電極２との関係で、
伝導帯レベルEC3,フェルミレベルE3および価電子帯レベ
ルEV3が次のように設定されている。
１の有機膜４と第２の有機膜３のエネルギレベルについ
ては、第７図のそれと逆に EC1−EC2＞EV1−EV2 なる関係に設定されている。また第３の有機膜６につい
ては、第１の有機膜４および第１の電極２との関係で、
伝導帯レベルEC3,フェルミレベルE3および価電子帯レベ
ルEV3が次のように設定されている。
EC3〜EC1 EV3＜EV2 E3 ＞EM1 したがってこれらの層が接合された素子の熱平衡状態
でのバンド図は、第13図のようになる。第1,第２の有機
膜4,3間に電子および正孔いずれに対しても障壁が形成
されることは先の実施例と同様である。ただし伝導帯側
の電子に対する障壁ΔECが価電子帯側の正孔に対する障
壁ΔEVより大きくなっている。第２の有機膜３の膜厚は
キャリアの平均自由行程より薄く、第２の有機膜３から
第３の有機膜６への正孔の流れに対しては障壁は形成さ
れない。また第１の電極５から第３の有機膜６には電子
が注入され易く、第３の有機膜６に注入された電子はほ
とんど障害なく第２の有機膜３まで流れ得るようになっ
ている。
でのバンド図は、第13図のようになる。第1,第２の有機
膜4,3間に電子および正孔いずれに対しても障壁が形成
されることは先の実施例と同様である。ただし伝導帯側
の電子に対する障壁ΔECが価電子帯側の正孔に対する障
壁ΔEVより大きくなっている。第２の有機膜３の膜厚は
キャリアの平均自由行程より薄く、第２の有機膜３から
第３の有機膜６への正孔の流れに対しては障壁は形成さ
れない。また第１の電極５から第３の有機膜６には電子
が注入され易く、第３の有機膜６に注入された電子はほ
とんど障害なく第２の有機膜３まで流れ得るようになっ
ている。
第14図はこの発光素子での多色発光の動作を示すバン
ド図である。バイアス印加により、第1,第２の有機膜4,
3間の障壁接合部に電気二重層が形成されることは先の
実施例と同様である。バイアス電圧が第１のしきい値Vt
h1を越えると、第14図（ａ）に示すように第２の有機膜
３の正孔が第１の有機膜４にトンネル注入され、第１の
有機膜４内で発光再結合する。さらにバイアスを高くし
てしきい値Vth2を越えると、第14図（ｂ）に示すように
多くの正孔は第３の有機膜６まで注入され、第３の有機
膜６で発光再結合する。したがってこの実施例でも、バ
イアスにより発光色が制御される多色発光が可能とな
る。第７図および第11図の素子構造での具体的な実施例
を次に説明する。
ド図である。バイアス印加により、第1,第２の有機膜4,
3間の障壁接合部に電気二重層が形成されることは先の
実施例と同様である。バイアス電圧が第１のしきい値Vt
h1を越えると、第14図（ａ）に示すように第２の有機膜
３の正孔が第１の有機膜４にトンネル注入され、第１の
有機膜４内で発光再結合する。さらにバイアスを高くし
てしきい値Vth2を越えると、第14図（ｂ）に示すように
多くの正孔は第３の有機膜６まで注入され、第３の有機
膜６で発光再結合する。したがってこの実施例でも、バ
イアスにより発光色が制御される多色発光が可能とな
る。第７図および第11図の素子構造での具体的な実施例
を次に説明する。
実施例３ 第７図の素子において、 第１の有機膜4:ビス（ジシアノ−９−フルオレノニル）
エタン 第２の有機膜3:ビピレニル 第３の有機膜6:ビコロネニル 第１の電極5:エルビウム 第２の電極:ITO を用いた。この材料系が第８図に示した条件を満たすこ
とは変位電流測定法により確認されている。素子作成プ
ロセスは、先の実施例で説明したのと同様である。
エタン 第２の有機膜3:ビピレニル 第３の有機膜6:ビコロネニル 第１の電極5:エルビウム 第２の電極:ITO を用いた。この材料系が第８図に示した条件を満たすこ
とは変位電流測定法により確認されている。素子作成プ
ロセスは、先の実施例で説明したのと同様である。
得られた素子にバイアスを印加すると、5Vで約5mAの
電流が流れ、輝度1000Cd/m2の青色発光が得られた。こ
の発光は第２の有機膜３によるものである。バイアス電
圧を15Vまで上げると、電流は約20mA流れ、輝度2000Cd/
m2の白黄色発光が得られた。これは、第３の有機膜６の
橙色発光が第２の有機膜３による青色発光と混色したも
のである。
電流が流れ、輝度1000Cd/m2の青色発光が得られた。こ
の発光は第２の有機膜３によるものである。バイアス電
圧を15Vまで上げると、電流は約20mA流れ、輝度2000Cd/
m2の白黄色発光が得られた。これは、第３の有機膜６の
橙色発光が第２の有機膜３による青色発光と混色したも
のである。
実施例４ 第11図の素子において、 第１の有機膜4: 第２の有機膜3: 第３の有機膜6: 第１の電極5:エルビウム 第２の電極:ITO を用いた。この材料系が第12図に示した条件を満たすこ
とは変位電流測定法により確認されている。素子作成プ
ロセスは、先の実施例で説明したのと同様である。
とは変位電流測定法により確認されている。素子作成プ
ロセスは、先の実施例で説明したのと同様である。
得られた素子にバイアスを印加すると、5Vで約5mAの
電流が流れ、輝度1000Cd/m2の黄色発光が得られた。こ
の発光は第２の有機膜３によるものである。バイアス電
圧を15Vまで上げると、電流は約20mA流れ、輝度2000Cd/
m2の赤橙色発光が得られた。これは、第３の有機膜６の
赤色発光が第２の有機膜３による黄色発光と混色したも
のである。
電流が流れ、輝度1000Cd/m2の黄色発光が得られた。こ
の発光は第２の有機膜３によるものである。バイアス電
圧を15Vまで上げると、電流は約20mA流れ、輝度2000Cd/
m2の赤橙色発光が得られた。これは、第３の有機膜６の
赤色発光が第２の有機膜３による黄色発光と混色したも
のである。
以上の実施例では、２層の有機膜積層構造においてそ
の２層が共に発光層である場合、および３層の有機膜積
層構造においてそのうち２層が発光層である場合，すな
わち二色発光の場合のみ説明したが、これらの原理を応
用拡大して更に発光層を多くした多色発光素子を得るこ
とができる。
の２層が共に発光層である場合、および３層の有機膜積
層構造においてそのうち２層が発光層である場合，すな
わち二色発光の場合のみ説明したが、これらの原理を応
用拡大して更に発光層を多くした多色発光素子を得るこ
とができる。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、複数の有機膜の組
合わせによって、バイアスにより発光色を制御できる一
画素多色の発光素子を得ることができる。
合わせによって、バイアスにより発光色を制御できる一
画素多色の発光素子を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の有機膜発光素子を示す断面
図、 第２図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第３図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第４図（ａ）（ｂ）はその素子の動作原理を説明するた
めのバンド図、 第５図（ａ）（ｂ）は第２の有機膜の発光が支配的であ
る場合の動作を説明するためのバンド図、 第６図（ａ）（ｂ）は第１の有機膜の発光が支配的であ
る場合の動作を説明するためのバンド図、 第７図は他の実施例の有機膜発光素子を示す断面図、 第８図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第９図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第10図（ａ）（ｂ）はその素子の動作を説明するための
バンド図、 第11図はさらに他の実施例の有機膜発光素子を示す断面
図、 第12図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第13図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第14図（ａ）（ｂ）はその素子の動作を説明するための
バンド図、 第15図は有機膜の材料特性を知るための変位電流測定法
を示す図、 第16図は印加電圧波形を示す図、 第17図は有機膜がない場合の変位電流−電圧特性を示す
図、 第18図は電極−有機膜接合が電子注入性である場合の変
位電流−電圧特性を示す図、 第19図は電極−有機膜接合が正孔注入性である場合の変
位電流−電圧特性を示す図である。 １……ガラス基板、２……第２の電極、３……第２の有
機膜、４……第１の有機膜、５……第１の電極、６……
第３の有機膜。
図、 第２図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第３図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第４図（ａ）（ｂ）はその素子の動作原理を説明するた
めのバンド図、 第５図（ａ）（ｂ）は第２の有機膜の発光が支配的であ
る場合の動作を説明するためのバンド図、 第６図（ａ）（ｂ）は第１の有機膜の発光が支配的であ
る場合の動作を説明するためのバンド図、 第７図は他の実施例の有機膜発光素子を示す断面図、 第８図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第９図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第10図（ａ）（ｂ）はその素子の動作を説明するための
バンド図、 第11図はさらに他の実施例の有機膜発光素子を示す断面
図、 第12図はその素子の各層の接合前の電気的特性を示すバ
ンド図、 第13図はその素子の熱平衡状態でのバンド図、 第14図（ａ）（ｂ）はその素子の動作を説明するための
バンド図、 第15図は有機膜の材料特性を知るための変位電流測定法
を示す図、 第16図は印加電圧波形を示す図、 第17図は有機膜がない場合の変位電流−電圧特性を示す
図、 第18図は電極−有機膜接合が電子注入性である場合の変
位電流−電圧特性を示す図、 第19図は電極−有機膜接合が正孔注入性である場合の変
位電流−電圧特性を示す図である。 １……ガラス基板、２……第２の電極、３……第２の有
機膜、４……第１の有機膜、５……第１の電極、６……
第３の有機膜。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−109294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231897（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231898（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41195（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115486（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230583（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H05B 33/00
Claims (11)
- 【請求項１】電子および正孔に対して障壁接合を構成す
る第１の有機膜と第２の有機膜の積層構造と、この積層
構造を挟んで第１の有機膜側に設けられた電子注入用の
第１の電極および第２の有機膜側に設けられた正孔注入
用の第２の電極とを有し、 前記第1,第２の電極間に第２の電極側に正のバイアスを
与えたときに、前記第１の電極から前記第１の有機膜に
注入された電子と前記第２の電極から前記第２の有機膜
に注入された正孔とが前記障壁接合の界面に蓄積され、
これらの蓄積された電子，正孔のうち電子が前記第２の
有機膜にトンネル注入されて第２の有機膜内で発光再結
合し、正孔が前記第１の有機膜にトンネル注入されて第
１の有機膜内で発光再結合する、 ことを特徴とする有機膜発光素子。 - 【請求項２】前記第1,第２の電極の仕事関数をそれぞれ
EM1,EM2とし、 前記第１の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC1,E1およびEV1とし、 前記第２の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC2,E2およびEV2としたとき、 EM1＜E1 E2＜EM2 EC1＞EC2 EV1＞EV2 を満たし、かつ EC1−EC2＜EV1−EV2 を満たすように材料が選択されていることを特徴とする
請求項１記載の有機膜発光素子。 - 【請求項３】前記第1,第２の電極の仕事関数をそれぞれ
EM1,EM2とし、 前記第１の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC1,E1およびEV1とし、 前記第２の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC2,E2およびEV2としたとき、 EM1＜E1 E2＜EM2 EC1＞EC2 EV1＞EV2 を満たし、かつ EC1−EC2＞EV1−EV2 を満たすように材料が選択されていることを特徴とする
請求項１記載の有機膜発光素子。 - 【請求項４】電子および正孔に対して障壁接合を構成す
る第１の有機膜と第２の有機膜の積層構造と、この積層
構造を挟んで第１の有機膜側に設けられた電子注入用の
第１の電極および第２の有機膜側に第３の有機膜を介し
て設けられた正孔注入用の第２の電極とを有し、 前記第1,第２の電極間に第２の電極側に正のバイアスを
与えたときに、前記第１の電極から前記第１の有機膜に
注入された電子と前記第２の電極から前記第３の有機膜
を介して前記第２の有機膜に注入された正孔とが前記障
壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，正
孔のうち電子が前記第２の有機膜にトンネル注入されて
第２の有機膜内で発光再結合し、さらに第３の有機膜に
注入されて第３の有機膜内で発光再結合する、 ことを特徴とする有機膜発光素子。 - 【請求項５】前記第1,第２の電極の仕事関数をそれぞれ
EM1,EM2とし、 前記第１の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC1,E1およびEV1とし、 前記第２の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC2,E2およびEV2とし、 前記第３の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC3,E3およびEV3としたとき、 EM1＜E1 E2＜EM2 EC1＞EC2 EV1＞EV2 を満たし、かつ EC1−EC2＜EV1−EV2 EC2＜EC3 EV2〜EV3 EM2＜E3 を満たすように材料が選択されていることを特徴とする
請求項４記載の有機膜発光素子。 - 【請求項６】電子および正孔に対して障壁接合を構成す
る第１の有機膜と第２の有機膜の積層構造と、この積層
構造を挟んで第１の有機膜側に第３の有機膜を介して設
けられた電子注入用の第１の電極および第２の有機膜側
に設けられた正孔注入用の第２の電極とを有し、 前記第1,第２の電極間に第２の電極側に正のバイアスを
与えたときに、前記第１の電極から前記第３の有機膜を
介して前記第１の有機膜に注入された電子と前記第２の
電極から前記第２の有機膜に注入された正孔とが前記障
壁接合の界面に蓄積され、これらの蓄積された電子，正
孔のうち正孔が前記第１の有機膜にトンネル注入されて
第１の有機膜内で発光再結合し、さらに第３の有機膜に
注入されて第３の有機膜内で発光再結合する、 ことを特徴とする有機膜発光素子。 - 【請求項７】前記第1,第２の電極の仕事関数をそれぞれ
EM1,EM2とし、 前記第１の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC1,E1およびEV1とし、 前記第２の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC2,E2およびEV2とし、 前記第３の有機膜の伝導帯の下端，フェルミレベルおよ
び価電子帯の上端の真空準位からのエネルギー差をそれ
ぞれEC3,E3およびEV3としたとき、 EM1＜E1 E2＜EM2 EC1＞EC2 EV1＞EV2 を満たし、かつ EC1−EC2＞EV1−EV2 EC2〜EC3 EV2＜EV3 EM2＜E3 を満たすように材料が選択されていることを特徴とする
請求項６記載の有機膜発光素子。 - 【請求項８】電子注入用の第１の電極と正孔注入用の第
２の電極の間に、各層に固有の色で発光する複数層の有
機膜が挟まれた構造を有し、前記第1,第２の電極間に第
２の電極側に正のバイアスを与えたときに、バイアス電
圧に応じて発光する層の数が積層方向に順次増減するよ
うに前記複数層の有機膜の材料と膜厚が選択されている
ことを特徴とする有機膜発光素子。 - 【請求項９】前記複数の有機膜は、電子および正孔に対
して障壁接合が形成される第１の有機膜と第２の有機膜
の積層構造を含み、前記バイアス電圧の印加によって前
記第１の有機膜と第２の有機膜の界面に電子および正孔
が蓄積された電気二重層が形成され、あるしきい値で第
１の有機膜から第２の有機膜への電子注入による発光再
結合が生じ、他のしきい値で第２の有機膜から第１の有
機膜への正孔注入による発光再結合が生じる請求項８記
載の有機膜発光素子。 - 【請求項１０】前記複数の有機膜は、電子および正孔に
対して障壁接合が形成される，前記第１の電極側の第１
の有機膜と前記第２の電極側の第２の有機膜の積層構
造、およびこの積層構造と前記第２の電極との間に設け
られた第３の有機膜を有し、前記バイアス電圧の印加に
よって前記第１の有機膜と第２の有機膜の界面に電子お
よび正孔が蓄積された電気二重層が形成され、第１のし
きい値で第１の有機膜から第２の有機膜への電子注入に
よる第２の有機膜での発光再結合が生じ、第２のしきい
値で第２の有機膜から第３の有機膜への電子注入による
第３の有機膜での発光再結合が生じる請求項８記載の有
機膜発光素子。 - 【請求項１１】前記複数の有機膜は、電子および正孔に
対して障壁接合が形成される，前記第１の電極側の第１
の有機膜と前記第２の電極側の第２の有機膜の積層構
造、およびこの積層構造と前記第１の電極との間に設け
られた第３の有機膜を有し、前記バイアス電圧の印加に
よって前記第１の有機膜と第２の有機膜の界面に電子お
よび正孔が蓄積された電気二重層が形成され、第１のし
きい値で第２の有機膜から第１の有機膜への正孔注入に
よる第１の有機膜での発光再結合が生じ、第２のしきい
値で第１の有機膜から第３の有機膜への電子注入による
第３の有機膜での発光再結合が生じる請求項８記載の有
機膜発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2510190A JP2991450B2 (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | 有機膜発光素子 |
| EP90303351A EP0390551B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Organic electroluminescent device |
| DE69027697T DE69027697T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Organische elektrolumineszente Vorrichtung |
| US07/921,379 US5294810A (en) | 1989-03-31 | 1992-07-30 | Organic electroluminescent device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2510190A JP2991450B2 (ja) | 1990-02-06 | 1990-02-06 | 有機膜発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03230584A JPH03230584A (ja) | 1991-10-14 |
| JP2991450B2 true JP2991450B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=12156534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2510190A Expired - Fee Related JP2991450B2 (ja) | 1989-03-31 | 1990-02-06 | 有機膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991450B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8558450B2 (en) | 2008-07-28 | 2013-10-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Color conversion film using polymeric dye, and multicolor light-emitting organic EL device using same |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992005131A1 (en) * | 1990-09-20 | 1992-04-02 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Organic electroluminescent element |
| US6559473B1 (en) * | 1994-08-05 | 2003-05-06 | Hoechst Japan Limited | Light-emitting diodes with hetero-PN-junction |
| GB9805476D0 (en) | 1998-03-13 | 1998-05-13 | Cambridge Display Tech Ltd | Electroluminescent devices |
| WO2000041443A1 (fr) | 1998-12-28 | 2000-07-13 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Dispositif electroluminescent organique |
| TW536836B (en) | 2000-05-22 | 2003-06-11 | Semiconductor Energy Lab | Light emitting device and electrical appliance |
| US7339317B2 (en) | 2000-06-05 | 2008-03-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting device having triplet and singlet compound in light-emitting layers |
| US6489638B2 (en) | 2000-06-23 | 2002-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device |
| US6905784B2 (en) | 2000-08-22 | 2005-06-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device |
| US6864628B2 (en) | 2000-08-28 | 2005-03-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device comprising light-emitting layer having triplet compound and light-emitting layer having singlet compound |
| JP2002289360A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Univ Toyama | 有機電界発光素子 |
| KR101588030B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2016-02-12 | 코닌클리케 필립스 엔.브이. | 전하 캐리어 주입을 조정할 수 있는 유기 발광 디바이스 |
| CN102084718B (zh) | 2009-08-19 | 2013-02-20 | 夏普株式会社 | 色变换层及其制造方法 |
| JP5263460B1 (ja) | 2012-06-12 | 2013-08-14 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 光散乱層用樹脂組成物、光散乱層、および有機エレクトロルミネッセンス装置 |
-
1990
- 1990-02-06 JP JP2510190A patent/JP2991450B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8558450B2 (en) | 2008-07-28 | 2013-10-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Color conversion film using polymeric dye, and multicolor light-emitting organic EL device using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03230584A (ja) | 1991-10-14 |
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