JP3631845B2 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、対向電極の間に有機発光体を挾んだ構成からなっており、陽極からは正孔が、陰極からは電子が注入され、この注入された正孔と電子が発光体層中で再結合することにより発光するものである。
【０００３】
この様な有機ＥＬ素子としては、有機正孔注入層と有機発光・電子注入層とからなる有機層が２層のものや、この２層型の有機発光・電子注入層の機能をさらに分離して有機発光層と有機電子注入層とした３層型のものなどがある。製造方法としては、これらの各層を蒸着により成膜するもので、その膜厚は１０００オングストローム以下の薄膜である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような有機化合物からなる正孔・電子注入層は、本質的に伝導性が低く、また金属電極からの注入障壁も大きく、そのために素子の駆動に高い電界強度が必要であるという問題点があった。
【０００５】
そこで有機電子注入層の代わりに、無機半導体薄膜を用いた素子が提案され、比較的良好な特性が得られている。しかし、その製造に特別の設備を必要とすることから、コストが高くなり、更に、有機発光層を破壊せずに無機半導体薄膜を安定して積層することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の有機ＥＬ素子における有機物層は、電荷注入剤としての正孔・電子輸送性無機物微粒子と、有機発光剤とを含む構成としている。そしてこの構成によって有機物層が１層の単純な構造にでき、電荷注入が容易となり、高輝度が達成できる。そして、有機物層を薄膜に形成する困難性がなくなり、湿式法によって形成できるようになるので、製造コストが安価になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、陽極と陰極との間に有機物層を有し、有機物層に直流電圧を印加することにより発光する有機ＥＬ素子において、上記の有機物層は、有機物発光剤と、電子輸送性無機物微粒子及び／又は正孔輸送性無機物微粒子であるａ−Ｓｉ及びａ−ＳｉＣから選ばれる１種又は２種の無機物微粒子と、を含んでいる。
【０００９】
また、上記の電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子の表面に有機物発光剤がコーティングされていることが好ましい。
正孔・電子輸送性無機物微粒子として、無機電導体である非晶質セレンや、水素化非晶質ケイ素や、ＳｉＣ，ＣｄＳｅ等を用いることもできる。
【００１０】
上記のように有機物層中に、有機物発光剤と電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子とを含む構成によって、電荷注入が容易になり、高輝度を達成できる。また、有機物層を薄膜に形成する必要がなくなり、製造を容易にして安価に提供できる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明にかかる有機ＥＬ素子を模式的に示す断面図であり、透明電極基板１の上面には、金、白金、パラジウム、ＩＴＯ等の金属をスパッタリング又は蒸着などして透明電極１ａが形成してある。透明電極１ａは、発光を透過させるために、４００ｎｍ以上の波長領域で透明であることが望ましい。この透明電極１ａ上に、有機物層２が形成されている。
【００１２】
有機物層２は、有機物層を構成するバインダー３中に、有機物発光剤４及び電子輸送性無機物微粒子５及び正孔輸送性無機物微粒子６を混在させてある。電子輸送性無機物微粒子及び正孔輸送性無機物微粒子として半導体が使用されている。即ち、電子輸送性無機物微粒子として粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子５、例えば、ａ−Ｓｉが、また正孔輸送性無機物微粒子としてＰ型半導体微粒子６、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣが用いられる。また、有機物発光剤４としては低分子有機材料であるクマリン５４０が用いられている。これらをバインダー（高分子有機材料）３であるポリシロキサン中にトルエンを溶媒として分散させた上で、透明電極基板１の透明電極１ａ上に、キャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層２が形成されたものである。この場合のＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６と有機物発光剤４とバインダー３との重量比は、３：３：４：０．００４である。実際には、有機物発光剤４とバインダー３とは混然一体となっており、その中に両微粒子５，６がランダムに点在している。
【００１３】
この有機物層２の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極７としている。このようにして本発明の有機ＥＬ素子が形成されるもので、この素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約２０００ｃｄ／ｍ２であった。発光は局部的に薄膜化されたＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とに挟まれた部分（接触界面）で生じるために、従来のような薄膜形成は必要でなく、また発光に作用する表面積は厚みの分だけ従来に比して広くなり、その分高輝度が得られる。
【００１４】
次に、本実施例の有機ＥＬ素子の製造方法の他の例について説明する。透明電極が形成してある透明電極基板の上面に有機物層を形成するに際して、先ず、粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉと、Ｐ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣと、有機物発光剤としてクマリン５４０とを、バインダー３であるポリシロキサン中にエチルカルビトールを溶媒として分散させて印刷用インクを用意した。印刷に際してはフレキソ印刷機を使用し、版にはメッシュ数４００のブチルゴム系のものを用いた。この印刷機で、透明電極基板の透明電極上に、上記の印刷用インクで印刷し、約１．４μｍの膜厚の有機物層を形成した。
【００１５】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極を形成して、図１に示すのと実質的に同一構成の素子を製造した。この素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約５００ｃｄ／ｍ２であった。
【００１６】
（実施例２）
次に、図示しないが第２の実施例について説明する。この実施例において、透明電極上に形成される有機物層は、粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉと、有機物発光剤としてクマリン５４０とを、正孔輸送性を持つバインダーであるポリメチルフェニルシラン中にトルエンを溶媒として分散させた上で、透明電極上にキャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層が形成されたものである。すなわち、前実施例の正孔輸送性無機物微粒子（Ｐ型半導体）に代えてバインダー自体に正孔輸送性を持たせたものである。この場合のＮ型半導体微粒子と有機物発光剤とバインダーとの重量比は、６：４：０．００４である。
【００１７】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極としている。このようにして製造された本発明の有機ＥＬ素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約１８００ｃｄ／ｍ２であった。
【００１８】
（実施例３）
図２に第３の実施例を示している。構成上相違点のない部分については図１と同じ符号を付与している。この実施例で透明電極１ａ上に形成される有機物層２は、電子輸送性無機物微粒子５及び正孔輸送性無機物微粒子６の表面に有機物発光剤８をコーティングさせて用いている。即ち、シアニン色素の濃厚水溶液中に、Ｎ型半導体微粒子５、例えば、ａ−Ｓｉと、Ｐ型半導体微粒子６、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣとを浸漬し、それぞれの表面にコーティングした（Ｊ凝集体を形成せしめた）。
【００１９】
Ｊ凝集体について説明すると、色素が数分子集まって形成される分子集合体であり、いわば、ミニマムな結晶体とみなすことができる。ある特殊な構造を持つシアニン色素などで生じる。そして、この凝集体は、励起状態での相互作用が強く、共鳴蛍光即ち半値幅の狭い蛍光を発し、また蛍光量子効率も非常に高いという特徴を持つものである。
【００２０】
有機物発光剤８のＪ凝集体を表面に形成せしめたＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とをバインダー３中に分散させた上で、透明電極１ａ上にキャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層２が形成されたものである。この場合のＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とバインダー３との重量比は、３：３：４である。
【００２１】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極７としている。このようにして製造された本発明の有機ＥＬ素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、Ｊ凝集体に特有な半値幅の狭い共鳴蛍光が得られ、その時の輝度は約２００ｃｄ／ｍ２であった。
【００２２】
第１の実施例のように無機物微粒子表面がコーティングされていない場合、電子輸送性微粒子と正孔輸送性微粒子とが直接接触するおそれがある。両微粒子の間に有機物発光剤が介在していれば発光を生じるが、このように両微粒子が直接接触して短絡してしまうとその部分に発光を生じ得ない。そこで本実施例では、微粒子の表面を有機物発光剤でコーティングすることにより、両微粒子が直接接触することを防ぎ、このコーティング部分が発光するようにした。
【００２３】
なお、正孔・電子輸送性無機物微粒子として、無機電導体である非晶質セレンや、水素化非晶質ケイ素や、ＳｉＣ，ＣｄＳｅ等を用いることができる。
【００２４】
有機物層の成膜の方法は、上に述べたキャスト法やフレキソ印刷法に限られるものでなく、スピンコート法や、スクリーン印刷法等も可能であり、製造の容易さの点から湿式の方法を採用することが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
有機物層中に、電荷注入剤としての正孔又は電子輸送性無機物微粒子と、有機発光剤とを含む構成であるので、高い電界強度を要しなくて電極からの電荷注入が容易である。また、発光は正孔・電子輸送性無機物微粒子相互間の局部的に薄膜化された接触界面で生じるために、発光層の表面積が広く得られ、その分高輝度が得られる。また、有機物層を薄膜化する必要がなく、１層構造にできるので、製造が容易になり、安価に提供できる。
【００２６】
また、電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子の表面に有機物発光剤をコーティングすると、短絡により発光不能となる部分が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ 陽極
２ 有機物層
４，８ 有機発光剤
５ 電子輸送性無機物微粒子
６ 正孔輸送性無機物微粒子
７ 陰極
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、対向電極の間に有機発光体を挾んだ構成からなっており、陽極からは正孔が、陰極からは電子が注入され、この注入された正孔と電子が発光体層中で再結合することにより発光するものである。
【０００３】
この様な有機ＥＬ素子としては、有機正孔注入層と有機発光・電子注入層とからなる有機層が２層のものや、この２層型の有機発光・電子注入層の機能をさらに分離して有機発光層と有機電子注入層とした３層型のものなどがある。製造方法としては、これらの各層を蒸着により成膜するもので、その膜厚は１０００オングストローム以下の薄膜である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような有機化合物からなる正孔・電子注入層は、本質的に伝導性が低く、また金属電極からの注入障壁も大きく、そのために素子の駆動に高い電界強度が必要であるという問題点があった。
【０００５】
そこで有機電子注入層の代わりに、無機半導体薄膜を用いた素子が提案され、比較的良好な特性が得られている。しかし、その製造に特別の設備を必要とすることから、コストが高くなり、更に、有機発光層を破壊せずに無機半導体薄膜を安定して積層することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の有機ＥＬ素子における有機物層は、電荷注入剤としての正孔・電子輸送性無機物微粒子と、有機発光剤とを含む構成としている。そしてこの構成によって有機物層が１層の単純な構造にでき、電荷注入が容易となり、高輝度が達成できる。そして、有機物層を薄膜に形成する困難性がなくなり、湿式法によって形成できるようになるので、製造コストが安価になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、陽極と陰極との間に有機物層を有し、有機物層に直流電圧を印加することにより発光する有機ＥＬ素子において、上記の有機物層は、有機物発光剤と、電子輸送性無機物微粒子及び／又は正孔輸送性無機物微粒子であるａ−Ｓｉ及びａ−ＳｉＣから選ばれる１種又は２種の無機物微粒子と、を含んでいる。
【０００９】
また、上記の電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子の表面に有機物発光剤がコーティングされていることが好ましい。
正孔・電子輸送性無機物微粒子として、無機電導体である非晶質セレンや、水素化非晶質ケイ素や、ＳｉＣ，ＣｄＳｅ等を用いることもできる。
【００１０】
上記のように有機物層中に、有機物発光剤と電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子とを含む構成によって、電荷注入が容易になり、高輝度を達成できる。また、有機物層を薄膜に形成する必要がなくなり、製造を容易にして安価に提供できる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明にかかる有機ＥＬ素子を模式的に示す断面図であり、透明電極基板１の上面には、金、白金、パラジウム、ＩＴＯ等の金属をスパッタリング又は蒸着などして透明電極１ａが形成してある。透明電極１ａは、発光を透過させるために、４００ｎｍ以上の波長領域で透明であることが望ましい。この透明電極１ａ上に、有機物層２が形成されている。
【００１２】
有機物層２は、有機物層を構成するバインダー３中に、有機物発光剤４及び電子輸送性無機物微粒子５及び正孔輸送性無機物微粒子６を混在させてある。電子輸送性無機物微粒子及び正孔輸送性無機物微粒子として半導体が使用されている。即ち、電子輸送性無機物微粒子として粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子５、例えば、ａ−Ｓｉが、また正孔輸送性無機物微粒子としてＰ型半導体微粒子６、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣが用いられる。また、有機物発光剤４としては低分子有機材料であるクマリン５４０が用いられている。これらをバインダー（高分子有機材料）３であるポリシロキサン中にトルエンを溶媒として分散させた上で、透明電極基板１の透明電極１ａ上に、キャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層２が形成されたものである。この場合のＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６と有機物発光剤４とバインダー３との重量比は、３：３：４：０．００４である。実際には、有機物発光剤４とバインダー３とは混然一体となっており、その中に両微粒子５，６がランダムに点在している。
【００１３】
この有機物層２の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極７としている。このようにして本発明の有機ＥＬ素子が形成されるもので、この素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約２０００ｃｄ／ｍ２であった。発光は局部的に薄膜化されたＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とに挟まれた部分（接触界面）で生じるために、従来のような薄膜形成は必要でなく、また発光に作用する表面積は厚みの分だけ従来に比して広くなり、その分高輝度が得られる。
【００１４】
次に、本実施例の有機ＥＬ素子の製造方法の他の例について説明する。透明電極が形成してある透明電極基板の上面に有機物層を形成するに際して、先ず、粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉと、Ｐ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣと、有機物発光剤としてクマリン５４０とを、バインダー３であるポリシロキサン中にエチルカルビトールを溶媒として分散させて印刷用インクを用意した。印刷に際してはフレキソ印刷機を使用し、版にはメッシュ数４００のブチルゴム系のものを用いた。この印刷機で、透明電極基板の透明電極上に、上記の印刷用インクで印刷し、約１．４μｍの膜厚の有機物層を形成した。
【００１５】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極を形成して、図１に示すのと実質的に同一構成の素子を製造した。この素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約５００ｃｄ／ｍ２であった。
【００１６】
（実施例２）
次に、図示しないが第２の実施例について説明する。この実施例において、透明電極上に形成される有機物層は、粒径約０．３μｍのＮ型半導体微粒子、例えば、ａ−Ｓｉと、有機物発光剤としてクマリン５４０とを、正孔輸送性を持つバインダーであるポリメチルフェニルシラン中にトルエンを溶媒として分散させた上で、透明電極上にキャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層が形成されたものである。すなわち、前実施例の正孔輸送性無機物微粒子（Ｐ型半導体）に代えてバインダー自体に正孔輸送性を持たせたものである。この場合のＮ型半導体微粒子と有機物発光剤とバインダーとの重量比は、６：４：０．００４である。
【００１７】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極としている。このようにして製造された本発明の有機ＥＬ素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、青緑色の発光が得られ、その時の輝度は約１８００ｃｄ／ｍ２であった。
【００１８】
（実施例３）
図２に第３の実施例を示している。構成上相違点のない部分については図１と同じ符号を付与している。この実施例で透明電極１ａ上に形成される有機物層２は、電子輸送性無機物微粒子５及び正孔輸送性無機物微粒子６の表面に有機物発光剤８をコーティングさせて用いている。即ち、シアニン色素の濃厚水溶液中に、Ｎ型半導体微粒子５、例えば、ａ−Ｓｉと、Ｐ型半導体微粒子６、例えば、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣとを浸漬し、それぞれの表面にコーティングした（Ｊ凝集体を形成せしめた）。
【００１９】
Ｊ凝集体について説明すると、色素が数分子集まって形成される分子集合体であり、いわば、ミニマムな結晶体とみなすことができる。ある特殊な構造を持つシアニン色素などで生じる。そして、この凝集体は、励起状態での相互作用が強く、共鳴蛍光即ち半値幅の狭い蛍光を発し、また蛍光量子効率も非常に高いという特徴を持つものである。
【００２０】
有機物発光剤８のＪ凝集体を表面に形成せしめたＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とをバインダー３中に分散させた上で、透明電極１ａ上にキャスト法により成膜することにより、膜厚約１μｍの有機物層２が形成されたものである。この場合のＮ型半導体微粒子５とＰ型半導体微粒子６とバインダー３との重量比は、３：３：４である。
【００２１】
この有機物層の上に、合金Ａｇ：Ｍｇを蒸着して陰極７としている。このようにして製造された本発明の有機ＥＬ素子に、１０Ｖの直流電圧をかけたところ、Ｊ凝集体に特有な半値幅の狭い共鳴蛍光が得られ、その時の輝度は約２００ｃｄ／ｍ２であった。
【００２２】
第１の実施例のように無機物微粒子表面がコーティングされていない場合、電子輸送性微粒子と正孔輸送性微粒子とが直接接触するおそれがある。両微粒子の間に有機物発光剤が介在していれば発光を生じるが、このように両微粒子が直接接触して短絡してしまうとその部分に発光を生じ得ない。そこで本実施例では、微粒子の表面を有機物発光剤でコーティングすることにより、両微粒子が直接接触することを防ぎ、このコーティング部分が発光するようにした。
【００２３】
なお、正孔・電子輸送性無機物微粒子として、無機電導体である非晶質セレンや、水素化非晶質ケイ素や、ＳｉＣ，ＣｄＳｅ等を用いることができる。
【００２４】
有機物層の成膜の方法は、上に述べたキャスト法やフレキソ印刷法に限られるものでなく、スピンコート法や、スクリーン印刷法等も可能であり、製造の容易さの点から湿式の方法を採用することが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
有機物層中に、電荷注入剤としての正孔又は電子輸送性無機物微粒子と、有機発光剤とを含む構成であるので、高い電界強度を要しなくて電極からの電荷注入が容易である。また、発光は正孔・電子輸送性無機物微粒子相互間の局部的に薄膜化された接触界面で生じるために、発光層の表面積が広く得られ、その分高輝度が得られる。また、有機物層を薄膜化する必要がなく、１層構造にできるので、製造が容易になり、安価に提供できる。
【００２６】
また、電子輸送性無機物微粒子又は正孔輸送性無機物微粒子の表面に有機物発光剤をコーティングすると、短絡により発光不能となる部分が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ 陽極
２ 有機物層
４，８ 有機発光剤
５ 電子輸送性無機物微粒子
６ 正孔輸送性無機物微粒子
７ 陰極
Claims (2)
- 陽極と陰極との間に有機物層を有し、上記有機物層に直流電圧を印加することにより発光する有機ＥＬ素子において、
上記有機物層は、有機物発光剤と、電子輸送性無機物微粒子及び／又は正孔輸送性無機物微粒子であるａ−Ｓｉ及びａ−ＳｉＣから選ばれる１種又は２種の無機物微粒子と、を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 請求項１において、上記電子輸送性無機物微粒子又は上記正孔輸送性無機物微粒子の表面に有機物発光剤がコーティングされていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
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|---|---|---|---|
| JP14949996A JP3631845B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 有機ｅｌ素子 |
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| JP14949996A JP3631845B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 有機ｅｌ素子 |
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|---|---|
| JPH09328680A JPH09328680A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3631845B2 true JP3631845B2 (ja) | 2005-03-23 |
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ID=15476499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP14949996A Expired - Fee Related JP3631845B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 有機ｅｌ素子 |
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1996
- 1996-06-11 JP JP14949996A patent/JP3631845B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09328680A (ja) | 1997-12-22 |
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