JPH01243393A - 有機薄膜発光素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野Ｊ 、　本発明は、安価で発光効率の扁い、有機薄膜発光素
子とその製造方法に関するものでるる。

〔従来の技術〕

電界発光（エレクトロルミネ七ンス］は多くノ吻賀で認
められる。４９に有機物？原料とした電界発光素子は安
価で大面積表示素子として注目されている。有機物は更
に次のような特徴を持り◇即ち、４０チを越す螢光量子
効率を示す材料が多い〇また１過当な材料辿択で谷撞螢
光色を得ることが可能である。近年、分子レベルの材料
設計可能となり、螢光有機物をオリ用した有機＃模発元
素子の発展も期待されている。このような特徴を持つ有
機薄膜発光素子の基本的な構造を第３図に示す。

ガラス等の透光性全似３１上にＩ’ｌ”０などの透明電
極３２を形成し、その後電荷（電子あるいは正孔）注入
層３３を形成する。次に発光層３４を形成し最後に裏面
電極３５を形成する。発光は通常２ｖから２０Ｖ前後の
直流電圧印加で観劇される。

この素子の発光ａｍは不明な所が残っているが、通常、
仄のように考えられている。卯ち、発光層（螢光平し−
ト錯体等、ａ合多環芳香族系の多結晶薄膜）に注入され
た正孔と電子が再結合し、分子内にニー？、７）ンを生
成する。そのエキシトンの主に一凰項が発光にあずかる
（例えば、林、蒼藤省吾１Ｍ機色素を用いたエレクトロ
ルミネｔンス材料」０機能材料１２月号、３６ページ、
１９８７年）０索子の製造方法は真空蒸着法、ラングミ
ーア・グロジェ、ト法が報告されている。

〔本発明が解決しようとする線題〕

第３図に示すような、従来提案されている二層型有機薄
膜発光素子の発光特性は近年著しい進展を示している（
例えば、アプライド・フィジイ。

クス・レター、５１巻、９１３ページ（１９８７））。

しかし、実用的なｊｉｆＬ度を得るため１００　ｍＡ／
α２程度の電流密度が心安であるため、大面核化ととも
にジュール熱損による影響を無視できなくなる。

例えば、電極等の発熱による素子劣化（発光輝度の低下
や１ｌｉｌＴ＃ｉりなどがある。また電流ｖ！！ｉ度が
為いと素子駆動回路の負担も高くなる。例えはジュール
損による効率の低下やＩＣ化・為密嵐実装が困難になる
。

以上述べたように、平面発光型表示装置への応用を考え
た場合、電流重置の低減、即ち発光効率の１〜２桁改讐
が是非とも心安である。

〔味題を解決するための＋段」 前述のＳ題を解決するために本発明は、少なくとも一刀
が透明である一対の電極間に有機電界発光溝膜層を挾持
してなる有機薄膜発光素子に於いて、前記有機電界発光
溝膜層が電子伝尋性層と正孔伝導性層を交互に二層以上
積層してなることを特徴とする構造とした。このとき各
電子伝専性層および正孔伝導性層の層厚は２０〜１００
０λの範囲である。更に各電子伝尋性層および正孔伝導
性層からなる横／Ｉ膜の少なくとも一層に、アルカリ金
椙、アルカリ土類金槁、ハロゲン、カルコゲン元素の甲
よシ少なくとも１つを重加している。

また、本発明の有機薄膜発光素子に用いた有機電界発光
溝膜層、すなわち、アルカリ金属、アルカリ土類金極、
ハロゲン、カルコゲンの少なくとも１つが象加してなる
多＃構造の有機電界発光溝膜層を製造する方法には１０
　　’Ｊ：’ｏｒｒ以下の高真空中で蒸層形成する方法
を採っている。

〔作用〕

！３図に示すような２増型Ｍ機薄膜発光素子に於いて、
発光領域はｉｔＡ台多環芳香族分子の多結晶薄膜である
発光層のわずか１００〜３００Ａであル（剣先ばタンク
、アプライド・フィジイ、クス・レター、５１巻、９１
３ページ（１９８７））。

この理由は次のよ５に考えられている。まず、分子性Ｍ
１１！物の電気伝導は分子間の電子伝専脣性で律速され
ている。分子間はファンデ１ワールスカでゆるくＭ台し
ているだけで６９、分子間の千ヤリア移＃＆裏困雌であ
る。移動度は極めて小さく、その拡敵距ｍはわずか５０
〜３００人である。分子内で正孔と電子が再結合してニ
ー？７トンが生成され、これが発光の源となりている有
機薄膜発光素子では、上述のとと＜ａａ距随が坦かいた
めに発光領域も小さくなっている。

−更に、前述したように分子性有機物は分子間で伝導が
律速され、高抵抗を示す。夾用輝度レベルの電流密度を
得るためには、高電界印加で強制的に分子向伝尋を生じ
させなけれはならなかった。

しかしながら、正孔と電子の再結合で生じるエキシトン
は高電界中はどその生成−率は低下する。

更に二千シトン解Ｒ１確率も増加する。このため、電圧
を高くするにつれ、発光効率も低下した。

以上の考察を基に、各抛実験検討をおこない、本発明に
致った。即ち本発明は発光層を膜厚２０１０００ＡＩ／
）＠、子伝導性層と正孔伝導性層の積層構造とした。こ
のように多層としであるため実質的な発光領域は大＠に
広がった。

更に発光層に不純物を范加した。この不純物のｈ≦）Ｊ
ｌは分子間バリヤーの低下を促し、またトラ。

ブレベルの世上という効果があった。移動度も大幅に増
力口した。これにより、低電界よ〕充分なキャリアが効
率よく流せるようになり、エキ７トン生成効率の向上、
二千シトン解離確率の低減が可能となつた。史に１！他
からのキャリア圧入効率も大幅に向上した。各層の膜厚
が１００ＯＡをこえると、非発光である領域が生じて不
適であった。

上記の不純物はアルカリ金橋、アルカリ土類金楓あるい
はハロゲン、カルコゲン元素等、化学的に活性であり、
従来のＡ空蒸着やラングミュアプロジェット法では酸系
や水分の影響で重加が困難であった。不純物を有効に添
加する方法を恢村した結果本発明による有機薄膜発光素
子の有機電界発光溝膜層を１０　　Ｔｏｒｒ以下の高真
空中で製造すればよいことがわかった。この真空下であ
れば、残ｖＭ＃に素は他めて少ない上、不純物を添加し
た薄膜層形成時に酸素取り込みが極めて少ない。このた
め、添加した不純物が有効に働いている。

以上述べたように、本発明により、有機薄膜発光素子の
発光効率は従来より大幅な向上が認められた。即ち世い
電Ｒ￥！ｆｆでも実用的な輝度が優られた。本発明によ
シ、有機薄膜発光素子が実用化に向けて大きく前進する
ことができた。

〔実施例〕

以下実施例に従゛って本発明の有機ｍ暎発光素子とその
製造方法を詳細忙説明する。

第１図においてガラス基板ｌ上圧約２００ＯＡのＩＴＯ
（酸化インジウム・スズ）透明電極２をマグネトロンス
パ、りで形成する。その後フォトレジスト工程および工
、チングで適当な形の電極パターンを形成す。アセトン
およびアルコールによる充分な洗浄をおこなう。有機電
界発光薄＠Ｉ’ｔ１４のＪし成は第２図に示す、超高真
窒博膜形成装置でおこなう。この装置は蒸着４２１と準
備室２２０２つに分れており、蒸Ｒ４２１は常に１Ｏ−
８Ｔｏｒｒ台に保たれている。

まず、充分に洗浄した電極付き基板を準備室２２１ｃ４
人し、１０Ｔｏｒｒ以下まで排気する。次にこの準備室
２２の中で加熱ヒータ２６にょシ、基板を３００℃まで
加熱し充分な脱ガスをおこなう。ｍガスが終了後、セパ
レージ、ンバルフ２５を開き、蒸Ｎ４２１に導入する。

蒸着槽内に設置した後は基板加熱は全くおこなっていな
い。各蒸着原料は襟化ホウ素のルツボ２３に入れ、抵抗
加熱で蒸発させている。蒸着槽２１は液体窒素の７−ラ
クドでかこまれ、残留ガスおよび再蒸発分子による影響
を少なくしている。各原料の蒸発速度は水晶撮動子でモ
ニターし制御している。本実施列では正孔伝導性層３ａ
として を使用し、不純物としてＳｅを利用した。また、電子伝
導性層３ｂとして を使用し、不純物としてＮａを利用した。

各物質の蒸着はシャ、ター２４および２７テｌｔｉｉｊ
１ＭＩしている。尚、各原料は蒸着に先立ち、蒸発が無
視できる程度にルツボな原熱し、充分なガス出しがおこ
なわれている。まず第１の工程として正孔伝４注層３ａ
を５ＯＡ形成する。このときＳｅの添加量が０．５ｍｏ
１％になるようにｓｅ蒸発賞を制御した。次に第２の工
程として電子伝導性層３ｂを５ＯＡ形成する。このとき
Ｎａの添カ０蓋が１ｍｏ１％前後になるようＫＮａ然発
量を制御した。

このティクルを２０回〈９返す。その後電子ビーム蒸着
で有機電界発光溝膜層４の上圧１０００ＡのＡＪ電他を
形成する。このとき基板加熱は全くお仁なっていない。

最後に素子保護用の樹脂６でおおい完了する。

この素子の電極間ＫＩ　ＯＶの直流電圧を印力口しり）
−ｔ口２．００〜３００　ｃｄ　／　ｍ２　０発光カー
−められた。このときのＩＥ＆密度４よｏ、ｓｍＡ／口
　であった０ 尚、正孔伝轡性層は芳香族分子系の７　ミン系であれば
効果がみとめられた。下記にその一例を示すＯ （５）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔ
６）◎ 電子伝導性層はアントラセン。テトラセン、キノリン、
テトラセフ等やその誘導体および金属錯体得、有機色素
であっても、本発明の効果は陥められた。

また、有機電界発光薄膜噛に添加する物質し四ｅ以外に
Ｂ、Ｔｅ、Ｃ１化＋　’ｍｌ　−Ｂ　ｒ化合物、１化合
物であっても同様であった。更ＫＮａ以外にＫ。

Ｍｇ、Ｃａ、ＳＰ　、Ｂａ　であっても同様でめった。

〔発明の幼果」 従来のＭ４！！薄膜発光素子は低電圧発光を示したが、
電流駆動による発光であった。それゆえ、ジェール熱慣
を始め、大面横比に対する問題が多かった。本発明は有
機簿膜を使用した平面発光型表示装置実損に恵賛である
、線光効率の向上（％に、低電流＠度で＾い輝度を得る
）が可能な有機薄膜発光素子とそのＪＪＩ！造刀法を方
法した。本発明の効果は以下のとおりである。まず発光
層を多層とすることで、従来よシ発光に関与する鎖酸を
広げた。

更に発光層へのキャリア注入効率及び再結合ｆ４率の向
上とエキ７トン解Ｒ確率の低下を図るため不細物を市〃
０した。た疋し不純物としてアルカリ金槁、フルカリ土
類金属やハロゲン、カルコゲ７元系を使用しているため
、酸素や水分などから影響を充分たちきらなければなら
ない。そのため、発光層を１０　　Ｔｏｒｒ以下の真空
中で製造している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である１機薄膜発光素子の概
念的なＷ＋面構造を表わす。ζこで４の有機電界発光薄
膜は正孔伝専性層３ａと電子伝尋性層３ｂを交互に積層
した構造よシなっている。 第２図は本発明の一実施例である有機簿膜発光素子の製
造に使用した有機薄膜製造用高真空装置の概略図である
。 第３図は従来の有機簿膜発光素子の概念的な断面構造を
示す。 １．３１・・・・・・ガラス基板、２．３２・・・・・
・透明電極、３ａ・・・・・・正孔伝専性層、３ｂ・・
・・・・電子伝導性ｌ−１５，３５・・・・・・電極、
６・・・・・・保’ｔ＊ＨＩｘ。 代理人　５Ｐ理士　　内　原　　　晋 損

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも一方が透明である一対の電極間に有
   機電界発光溝膜層を挾持してなる有機薄膜発光素子に於
   いて、前記有機電界発光薄膜層が薄い電子伝導性層と正
   孔伝導性層を交互に二層以上積層してなり、かつ、前記
   有機電界発光薄膜層を構成する電子伝導性層および正孔
   伝導性層からなる横層膜の少なくとも一層に、アルカリ
   金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、カルコゲン元素の
   中より少なくとも１つを添加したことを特徴とする有機
   薄膜発光素子。
2. （２）　少なくとも一方が透明である一対の電極間に、
   アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、カルコゲ
   ンのうち少なくとも１以上が添加してなる多層構造の有
   機電界発光薄膜層を積層してなる有機薄膜発光素子の製
   造方法に於いて、前記アルカリ並属、アルカリ土類金属
   、ハロゲン、カルコゲンのうち少なくとも１以上が添加
   してなる多積構造の有機電界発光薄膜層を１０＾−＾７
   Ｔｏｒｒ以下の高真空中で形成することを特徴とする有
   機薄膜発光素子の製造方法。