JP3242992B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
有機エレクトロルミネッセンス素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/80—Constructional details
- H10K50/805—Electrodes
- H10K50/81—Anodes
- H10K50/816—Multilayers, e.g. transparent multilayers
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流の注入によって発
光する物質のエレクトロルミネッセンスを利用して、か
かる物質を層状に形成した発光層を備えたエレクトロル
ミネッセンス素子に関し、特に発光層が有機化合物を発
光体として構成される有機エレクトロルミネッセンス素
子に関する。
光する物質のエレクトロルミネッセンスを利用して、か
かる物質を層状に形成した発光層を備えたエレクトロル
ミネッセンス素子に関し、特に発光層が有機化合物を発
光体として構成される有機エレクトロルミネッセンス素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機エレクトロルミネッセンス素子とし
て、図１に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間
に、有機蛍光体薄膜（発光層）３及び有機正孔輸送層４
が互いに積層された２層構造のものが知られている。ま
た、図２に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間
に有機電子輸送層５、発光層３及び有機正孔輸送層４が
積層され３層構造のものも知られている。有機機能層及
び電極は、いずれ素子においても透明陽極２の外側にガ
ラス基板６が配される様にガラス基板６上に順に積層さ
れている。ここで、有機正孔輸送層４は陽極２から正孔
を注入させ易くする機能と電子をブロックする機能とを
有し、有機電子輸送層５は陰極１から電子を注入させ易
くする機能を有している。陰極１から注入された電子と
陽極２から注入された正孔との再結合によって、励起子
が生じ、この励起子が放射失活する過程で光を放ち、こ
の光が透明陽極２及びガラス基板６を通過して外部に放
出される。
て、図１に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間
に、有機蛍光体薄膜（発光層）３及び有機正孔輸送層４
が互いに積層された２層構造のものが知られている。ま
た、図２に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間
に有機電子輸送層５、発光層３及び有機正孔輸送層４が
積層され３層構造のものも知られている。有機機能層及
び電極は、いずれ素子においても透明陽極２の外側にガ
ラス基板６が配される様にガラス基板６上に順に積層さ
れている。ここで、有機正孔輸送層４は陽極２から正孔
を注入させ易くする機能と電子をブロックする機能とを
有し、有機電子輸送層５は陰極１から電子を注入させ易
くする機能を有している。陰極１から注入された電子と
陽極２から注入された正孔との再結合によって、励起子
が生じ、この励起子が放射失活する過程で光を放ち、こ
の光が透明陽極２及びガラス基板６を通過して外部に放
出される。
【０００３】金属陰極１には電子注入効率の優れた仕事
関数の比較的小さな物質、例えばアルミニウム（Ａｌ）
が用いられていた。透明陽極２には、光透過性に優れシ
ート抵抗が低く、ホール注入効率の優れた仕事関数の比
較的大きな物質、例えばインジウムすず酸化物（以下、
ＩＴＯともいう）やネサなどの透明導電物質が用いられ
ていた。又、透明陽極２には仕事関数がＩＴＯより大き
いＡｕ、Ｐｔなどを用いようとした試みもあった。
関数の比較的小さな物質、例えばアルミニウム（Ａｌ）
が用いられていた。透明陽極２には、光透過性に優れシ
ート抵抗が低く、ホール注入効率の優れた仕事関数の比
較的大きな物質、例えばインジウムすず酸化物（以下、
ＩＴＯともいう）やネサなどの透明導電物質が用いられ
ていた。又、透明陽極２には仕事関数がＩＴＯより大き
いＡｕ、Ｐｔなどを用いようとした試みもあった。
【０００４】ところが、ＩＴＯやネサは光透過率には優
れて、特にＩＴＯの仕事関数は５．０ｅＶであっても、
さらに高い発光効率が求められている。又、Ａｕ、Ｐｔ
では発光効率が全体として高くなるが陽極の光透過性が
悪く、結果として十分な光透過率を得るには極薄膜にし
なければならなく、シート抵抗が高くなってしまう問題
があった。
れて、特にＩＴＯの仕事関数は５．０ｅＶであっても、
さらに高い発光効率が求められている。又、Ａｕ、Ｐｔ
では発光効率が全体として高くなるが陽極の光透過性が
悪く、結果として十分な光透過率を得るには極薄膜にし
なければならなく、シート抵抗が高くなってしまう問題
があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】よって、比較的高い輝
度で発光が得られる有機エレクトロルミネッセンス素子
であっても、発光効率が未だ十分とはいえない。本発明
は、上述した従来の要望を満たすべくなされたものであ
って、透明陽極ラインの抵抗値の増加を抑えて、有機蛍
光体を発光効率良く発光させることができる有機エレク
トロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
度で発光が得られる有機エレクトロルミネッセンス素子
であっても、発光効率が未だ十分とはいえない。本発明
は、上述した従来の要望を満たすべくなされたものであ
って、透明陽極ラインの抵抗値の増加を抑えて、有機蛍
光体を発光効率良く発光させることができる有機エレク
トロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子は、陽極、有機化合物からなる正孔
輸送層、有機化合物からなる発光層及び陰極が順に積層
された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前
記陽極が透明な第１陽極部と前記正孔輸送層に接する前
記第１陽極部より仕事関数の高い第２陽極部とからなる
ことを特徴とする。
ルミネッセンス素子は、陽極、有機化合物からなる正孔
輸送層、有機化合物からなる発光層及び陰極が順に積層
された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前
記陽極が透明な第１陽極部と前記正孔輸送層に接する前
記第１陽極部より仕事関数の高い第２陽極部とからなる
ことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明によれば、有機正孔輸送層に対してはホ
ール注入効率の良い第２陽極が接し第１陽極によって光
透過率を維持して第１及び第２陽極の一体となった全陽
極のシート抵抗値を軽減するので、高発光効率の有機エ
レクトロルミネッセンス素子を得ることができる。
ール注入効率の良い第２陽極が接し第１陽極によって光
透過率を維持して第１及び第２陽極の一体となった全陽
極のシート抵抗値を軽減するので、高発光効率の有機エ
レクトロルミネッセンス素子を得ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明による有機エレクトロルミネッ
センス素子の実施例を図面を参照しつつ説明する。本実
施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図３に示
すように、ガラス透明基板６上に、透明な第１陽極２
ａ、該第１陽極２ａより仕事関数の高い第２陽極２ｂ、
有機正孔輸送層４、有機化合物からなる発光層３及び金
属陰極１が順に積層された２層構造を有している。ま
た、有機エレクトロルミネッセンス素子は図４に示すよ
うに、ガラス透明基板６上に、透明な第１陽極２ａ、該
第１陽極２ａより仕事関数の高い第２陽極２ｂ、有機正
孔輸送層４、有機化合物からなる発光層３、有機電子輸
送層５及び金属陰極１が順に積層された３層構造を有し
ていてもよい。
センス素子の実施例を図面を参照しつつ説明する。本実
施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図３に示
すように、ガラス透明基板６上に、透明な第１陽極２
ａ、該第１陽極２ａより仕事関数の高い第２陽極２ｂ、
有機正孔輸送層４、有機化合物からなる発光層３及び金
属陰極１が順に積層された２層構造を有している。ま
た、有機エレクトロルミネッセンス素子は図４に示すよ
うに、ガラス透明基板６上に、透明な第１陽極２ａ、該
第１陽極２ａより仕事関数の高い第２陽極２ｂ、有機正
孔輸送層４、有機化合物からなる発光層３、有機電子輸
送層５及び金属陰極１が順に積層された３層構造を有し
ていてもよい。
【０００９】陰極１には、アルミニウム、マグネシウ
ム、インジウム、銀又は各々の合金例えば、Ｉｎ−Ｌ
ｉ，Ｍｇ−Ｓｒ，Ａｌ−Ｓｒ等の仕事関数が小さな金属
（例えば、Ａｌ−Ｌｉ合金の仕事関数＝約３．０ｅＶ）
からなり厚さが約 100〜5000オングストローム程度のも
のを用い得る。また、第１陽極２ａには、ＩＴＯ等の仕
事関数の大きな導電性材料（ＩＴＯの仕事関数＝約５．
０ｅＶ）からなり厚さが1000〜3000オングストローム程
度のものを用い得る。
ム、インジウム、銀又は各々の合金例えば、Ｉｎ−Ｌ
ｉ，Ｍｇ−Ｓｒ，Ａｌ−Ｓｒ等の仕事関数が小さな金属
（例えば、Ａｌ−Ｌｉ合金の仕事関数＝約３．０ｅＶ）
からなり厚さが約 100〜5000オングストローム程度のも
のを用い得る。また、第１陽極２ａには、ＩＴＯ等の仕
事関数の大きな導電性材料（ＩＴＯの仕事関数＝約５．
０ｅＶ）からなり厚さが1000〜3000オングストローム程
度のものを用い得る。
【００１０】特に、第２陽極２ｂには、例えば表１に示
すホール注入効率のより高い材料を光透過率９０％以上
有する様に極薄く積層したものを用いる。
すホール注入効率のより高い材料を光透過率９０％以上
有する様に極薄く積層したものを用いる。
【００１１】
【表１】 膜厚制御による光透過率について、一般に屈折率ｎ、吸
収率ｋの物質（表１の金属も含む）からなる膜厚ｄの陽
極等の膜の透過率Ｔ及び反射率Ｒは、干渉及び多重反射
も考えて垂直入射に対して下記数式１〜６で与えられ
る。
収率ｋの物質（表１の金属も含む）からなる膜厚ｄの陽
極等の膜の透過率Ｔ及び反射率Ｒは、干渉及び多重反射
も考えて垂直入射に対して下記数式１〜６で与えられ
る。
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】
【数５】
【００１７】
【数６】
【００１８】これらは複雑な式であるので、実際には種
々の近似式が用いられ、膜の多重反射だけ考え干渉を無
視する場合はＴ及びＲは数式７，８で近似できる。
々の近似式が用いられ、膜の多重反射だけ考え干渉を無
視する場合はＴ及びＲは数式７，８で近似できる。
【００１９】
【数７】
【００２０】
【数８】
【００２１】ただし、α=4πk/λである。さらに、Ｒｏ
が小さく多重反射も無視できる場合は、Ｔ及びＲは数式
９で近似できる（桑原五郎“光学技術”共立出版
(株），昭和５９年９月１０日、第551頁参照）。
が小さく多重反射も無視できる場合は、Ｔ及びＲは数式
９で近似できる（桑原五郎“光学技術”共立出版
(株），昭和５９年９月１０日、第551頁参照）。
【００２２】
【数９】
【００２３】よって、光透過率９０％以上とする第２陽
極２ｂは、上記数式１，７又は９に基づいて、これらを
満たすＴ≧0.9となる範囲の膜厚ｄを有するものが好ま
しい。このように、本実施例の有機エレクトロルミネッ
センス素子は、その陽極において透明導電膜即ち第１陽
極２ａの上に、ホール注入効率の良い仕事関数の大きな
物質即ち第２陽極２ｂを、光透過率９０％以上有する様
に極薄く積層したことを特徴とする。
極２ｂは、上記数式１，７又は９に基づいて、これらを
満たすＴ≧0.9となる範囲の膜厚ｄを有するものが好ま
しい。このように、本実施例の有機エレクトロルミネッ
センス素子は、その陽極において透明導電膜即ち第１陽
極２ａの上に、ホール注入効率の良い仕事関数の大きな
物質即ち第２陽極２ｂを、光透過率９０％以上有する様
に極薄く積層したことを特徴とする。
【００２４】本実施例によれば、有機正孔輸送層に対し
てはホール注入効率の良い第２陽極２ｂが接し第１陽極
２ａによってシート抵抗を低くできる。又、従来と同様
のＩＴＯを用いた場合の約８０％以上の光透過率が得ら
れる。 （実施例１）図３に示す２層構造の有機エレクトロルミ
ネッセンス素子を作成した。
てはホール注入効率の良い第２陽極２ｂが接し第１陽極
２ａによってシート抵抗を低くできる。又、従来と同様
のＩＴＯを用いた場合の約８０％以上の光透過率が得ら
れる。 （実施例１）図３に示す２層構造の有機エレクトロルミ
ネッセンス素子を作成した。
【００２５】まず、スパッタ法によりガラス基板上にＩ
ＴＯを約1000オングストローム膜厚で２ｍｍ幅で形成し
透明な第１陽極部とした後、その上にＡｕを膜厚２０オ
ングストロームで形成し第２陽極部とし陽極を成膜し
た。この透明な複合陽極を積層した基板上にＮ，Ｎ´−
ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ビス（３メチルフェニル）−
１，１´−ビフェニル−４，４´−ジアミン（TPD）か
らなる有機正孔輸送層と、トリス（８−キノリノール）
アルミニウム（Alq3）からなる有機発光層をそれぞれ約
５００オングストローム膜厚で形成した後、複合陽極ラ
インと直交する方向にＡｌ−Ｌｉ合金を約1000オングス
トロームの膜厚で２ｍｍ幅で形成し金属陰極とし、２ｍ
ｍ×２ｍｍの面積の有機エレクトロルミネッセンス素子
を作製した。
ＴＯを約1000オングストローム膜厚で２ｍｍ幅で形成し
透明な第１陽極部とした後、その上にＡｕを膜厚２０オ
ングストロームで形成し第２陽極部とし陽極を成膜し
た。この透明な複合陽極を積層した基板上にＮ，Ｎ´−
ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−ビス（３メチルフェニル）−
１，１´−ビフェニル−４，４´−ジアミン（TPD）か
らなる有機正孔輸送層と、トリス（８−キノリノール）
アルミニウム（Alq3）からなる有機発光層をそれぞれ約
５００オングストローム膜厚で形成した後、複合陽極ラ
インと直交する方向にＡｌ−Ｌｉ合金を約1000オングス
トロームの膜厚で２ｍｍ幅で形成し金属陰極とし、２ｍ
ｍ×２ｍｍの面積の有機エレクトロルミネッセンス素子
を作製した。
【００２６】作製した実施例１の素子の印加電圧−輝度
特性のグラフを図５の実線Ａに示す。また、ここで図５
に示す一点鎖線Ｃは陽極がＩＴＯのみからなる以外は実
施例１と同様に作成した比較例の従来の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子の印加電圧−輝度特性を示す。図示
するように、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子
構造の場合に比べ、駆動電圧が低かった。また、本実施
例１は注入電流密度３００cd/ｍ2時の発光効率が３．２
(lm/W)であったが、従来の有機エレクトロルミネッセン
ス素子の発光効率３．０（lm/W)より向上した。 （実施例２）実施例１の第２陽極部のＡｕの代わりにＰ
ｔを用い、他は全く同様な有機エレクトロルミネッセン
ス素子を作製した。
特性のグラフを図５の実線Ａに示す。また、ここで図５
に示す一点鎖線Ｃは陽極がＩＴＯのみからなる以外は実
施例１と同様に作成した比較例の従来の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子の印加電圧−輝度特性を示す。図示
するように、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子
構造の場合に比べ、駆動電圧が低かった。また、本実施
例１は注入電流密度３００cd/ｍ2時の発光効率が３．２
(lm/W)であったが、従来の有機エレクトロルミネッセン
ス素子の発光効率３．０（lm/W)より向上した。 （実施例２）実施例１の第２陽極部のＡｕの代わりにＰ
ｔを用い、他は全く同様な有機エレクトロルミネッセン
ス素子を作製した。
【００２７】作製した素子の印加電圧−輝度特性を図５
の破線Ｂに示す。図示する様に、従来の構造に比べ駆動
電圧が低かった。また、本実施例２は注入電流密度３０
０cd/ｍ2時の発光効率が３．６(lm/W)であったが、従来
の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率３．０
（lm/W)より向上した。
の破線Ｂに示す。図示する様に、従来の構造に比べ駆動
電圧が低かった。また、本実施例２は注入電流密度３０
０cd/ｍ2時の発光効率が３．６(lm/W)であったが、従来
の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率３．０
（lm/W)より向上した。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機エレ
クトロルミネッセンス素子によれば、有機正孔輸送層へ
のホールの注入が効率の良い第２陽極より行なわれ、ま
た、第２陽極が極薄い膜であるため、光透過率が高いた
め発光効率が向上する。また、陽極全体の膜面方向の電
気伝導は第２陽極が極薄であっても第１陽極により安定
に行われる。即ち、陽極全体のシート抵抗が低く安定で
ある。よって、本発明の有機エレクトロルミネッセンス
素子は、ホール注入効率が高くかつシート抵抗が低く安
定である陽極の構造を有し、製造工程が容易で高発光効
率となる。
クトロルミネッセンス素子によれば、有機正孔輸送層へ
のホールの注入が効率の良い第２陽極より行なわれ、ま
た、第２陽極が極薄い膜であるため、光透過率が高いた
め発光効率が向上する。また、陽極全体の膜面方向の電
気伝導は第２陽極が極薄であっても第１陽極により安定
に行われる。即ち、陽極全体のシート抵抗が低く安定で
ある。よって、本発明の有機エレクトロルミネッセンス
素子は、ホール注入効率が高くかつシート抵抗が低く安
定である陽極の構造を有し、製造工程が容易で高発光効
率となる。
【図１】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
断面図である。
【図２】有機エレクトロルミネッセンス素子の概略部分
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明による有機エレクトロルミネッセンス素
子の概略部分断面図である。
子の概略部分断面図である。
【図４】本発明による有機エレクトロルミネッセンス素
子の概略部分断面図である。
子の概略部分断面図である。
【図５】本発明による実施例及び比較例の有機エレクト
ロルミネッセンス素子の印加電圧−輝度特性を示すグラ
フである。
ロルミネッセンス素子の印加電圧−輝度特性を示すグラ
フである。
１ 陰極 ２ａ 第１陽極部 ２ｂ 第２陽極部 ３ 有機発光層 ４ 有機正孔輸送層 ５ 有機電子輸送層 ６ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 輝一 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パ イオニア株式会社 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平４−14795（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−307997（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 33/10 - 33/28
Claims (3)
- 【請求項１】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、
有機化合物からなる発光層及び陰極が順に積層され、前
記陽極が透明な第１陽極部と前記正孔輸送層に接する前
記第１陽極部より仕事関数の高い金属からなる第２陽極
部とからなる有機エレクトロルミネッセンス素子であっ
て、前記第２陽極部は透過率が９０％以上の薄膜である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項２】 前記陰極及び前記発光層間に有機電子輸
送層が配されたことを特徴とする請求項１記載の有機エ
レクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項３】 前記第２陽極部は、下記数式４及び９ 【数４】 【数９】 （式中、Ｔは透過率、ｄは前記金属の膜厚、λは発光の
波長、ｎは前記金属の屈折率、ｋは前記金属の屈吸収
率、αは4πk/λを表す）を満たし、かつＴ≧0.9となる
範囲の膜厚ｄを有することを特徴とする請求項１又は２
記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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1992
- 1992-06-17 JP JP15810192A patent/JP3242992B2/ja not_active Expired - Fee Related
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