JPH0210693A

JPH0210693A - 有機薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH0210693A
Application number: JP63158141A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Ishiko; 雅康石子; Katsumi Tanigaki; 勝己谷垣
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-01-16

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］本発明は、おもに平面光源やデイスプレィに利用される
有機薄膜ＥＬ素子に関するものである。

［従来の技術］有機物質を原料としたＥＬ（電界発光）素子は、安価な
大面積フルカラー表示素子を実現するものとして注目を
集めている。この有１１ＥＬ素子は、−時期活発に研究
されたものの、ＺｎＳ　：　Ｈｎ系の無機薄膜ＥＬ素子
に比べて輝度が低く、特性劣化も激しかったため実用に
到らなかった。また、その駆動電圧がＤＣ１００Ｖ程度
から数ｋＶと高かったことも実用化への障害になってい
た。

ところが、最近有機薄膜を２層構造にした新しいタイプ
の有機薄膜ＥＬ素子が報告され、強い関心を集めている
（アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻、９１
３ページ、　１９８７年）。報告によれば、この有機薄
膜ＥＬ素子は、第３図に示すように、蛍光性金属キレー
ト錯体を有機蛍光体薄膜層３４に、アミン系材料を正孔
伝導を示す電荷注入層３３に使用して２層構造とし、こ
れを透明電極３２および背面電極３５で挟むことにより
；明るい緑色発光を１７たことが開示されており、６〜
７ｖの直流電圧印加で数百ｃｄ／ｍ２の輝度を得ている
。また、最大発光効率は１．５１ｍ／−と、実用レベル
に近い性能を持っている。

［発明が解決しようとする課題］前述したように、有機蛍光体薄膜と正孔伝導層との２層
構造をした有機薄膜ＥＬ素子は、初期特性としては不十
分ながらも一応実用レベルの発光特性を持っているもの
の、発光特性が異常に早く劣化するという問題点があっ
た。例えば、該素子を乾燥アルゴン中で５　ｍＡ／ｃｍ
２の一定電流で駆動したところ、初期に５０ｃｄ／ｍ２
であった輝度が、１００時間後には１５〜２０Ｃｄ／ｍ
２に低下した。

この間印加電圧は約５Ｖより１４Ｖに上昇している。こ
の劣化を防止することは、素子製造過程に充分注意して
も、さらに、素子にシールをしても困難であった。

実用化のためには、少なくとも一定電圧印加のもとて輝
度半減時間が１０００時間である必要がおり、従来の有
機薄膜Ｅｌ素子はこの点で不十分なものであると共に、
発光輝度や効率も一応実用レベルにあるものの、なおい
っそうの向上が望まれていた。

本発明は、以上述べたような従来の事情に対処してなさ
れたもので、発光特性の劣化の少ない有機薄膜ＥＬ素子
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、少なくとも一方が透明である電極間に、有機
蛍光体薄膜層と電子伝導性の半導体薄膜層とを交互に２
層以上積層した構造を有してなることを特徴とする有機
薄膜ＥＬ素子である。

本発明は、例えば第３図に示した従来の２層有機薄膜Ｅ
Ｌ素子において正孔伝導性を示す低分子有機半導体材料
からなる電荷注入層３３と、電子伝導性を示し、かつ強
い蛍光を発する金属キレート材料からなる有機蛍光体薄
膜層３４とを、それぞれ５００人程度積層し、ガラスで
充分にシールをした素子を乾燥アルゴン中でエージング
試験をすると、輝度低下・発光閾値電圧の上昇という劣
化が速い速度で生じるのを改善するためになされたもの
で、有機蛍光体薄膜と電子伝導性の半導体＠膜を積層し
た素子構造で前記劣化現象を抑えることを特徴とする。

電子伝導性の半導体薄膜の導入で劣化が大幅に抑止でき
る理由は未だ明確ではないが、おそらく次のようであろ
う。■背面電極およびガラスシール形成時に有機蛍光体
薄膜層が大気にふれ、このとき酸素や湿気を吸着するた
め有機蛍光体の発光効率が低下することと、■マグネシ
ウム等化学的活性の高い金属を使用しているため、電極
界面で電気化学反応が生じていること、および■有機蛍
光体薄膜背面での電子注入効率が低下することなどに由
来している劣化原因が除去できるからであろう。

本発明は、従来の電荷注入電極材料の代りに電子伝導性
の半導体を電子注入層として使用した結果、安定な発光
特性を有する素子が得られたことによっており、ざらに
有機蛍光体薄膜層と電子伝導性半導体薄膜を２層以上積
層することによって発光強度と効率を向上させることが
できる。

電子伝導性の半導体材料としては、無機材料と有機材料
がある。このうち無機半導体材料としては、Ｓ　ｉ　１
−ｘ　ｃｘ（０≦Ｘ≦１）が実用的に優れていた。非晶
質あるいは微結晶のＳ　＋　１−Ｘ　ｃｘｉＩ膜は大面
積成膜も容易であり、ドーピングによりＰＮ制御するこ
とも簡単である。また、通電や温度による電気特性の変
化も少なく、電極材料との電気化学的反応もない。従来
の素子は電子注入金属材料に依存していたが、本発明に
よる素子はそのような依存性が無いためアルミニウム等
の金属も使用できる。ざらに透光性も優れている。また
、有機蛍光体薄膜を形成後、真空中で連続して電子注入
層を形成することができるため素子形成後のシール工程
を大幅に短縮できる。

無機半導体材料としてはＳｉ１−ｘ　Ｃｘ以外にＣｕＩ
、　　ＣｕＳやＧａＡＳ、　ＺｎＴｅなどＩＩＩ−Ｖ、
　ＩＩ−Ｖｌ族化合物をはじめとする、各種Ｎ型無機半
導体を使用することができる。

電子伝導性有機半導体材料としては、キノン構造を有す
る化合物、テトラシアノジメタン、テトラシアノエチレ
ン、ペリレン、臭素錯体、ＴＣＮＱおよびその誘導体等
、電子伝導性のものならば使用することが可能である。

従来の有機薄膜ＥＬ素子は直流低駆動電圧という特徴が
あり、また、有機蛍光体材料を使用しているため多色発
光が容易と期待されていたものの、信頼性・寿命が十分
でなかった。本発明では、Ｎ型無機あるいは有機半導体
薄膜より安定にキャリアを注入することにより有機薄膜
ＥＬ素子の特徴を生かしたまま、従来より大幅に信頼性
を高めた素子を提供することが可能となった。有機蛍光
体薄膜層を形成する材料は強い蛍光を示す有機化合物で
あれば一般に使用することができる。例えば、アルミニ
ウムのキノリンキレート錯体をはじめ、銅、カドミウム
、マグネシウム等のキノリン鏡体や、金属フタロシアニ
ン錯体等や、アントラセン、テトラセン、ナフタセン等
の縮合多環化合物全般とその誘導体が使用できる。

背面電極としては、アルミニウムのほか、マグネシウム
、インジウム、スズ、金、白金や銀が使用可能である。

［実施例］以下実施例によって本発明の詳細な説明する。

実施例１第１図に示すように、ガラス基板１上に透明電極２　（
ＩＴＯ）、有機蛍光体薄膜層３．５１１−ｘ　ｃ。

半導体薄膜層４、背面電極５を順次積層し、シール用カ
バー６をかける。Ｓ　１１−ｘ　ｃｘ（０≦Ｘ≦１）は
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法で形成した。電気伝導率は１０
−３〜１０１Ｓ１０１Ｓ−程度のＮ型半導体薄膜である
。膜厚は１００〜１０００人であり、はとんど透明であ
る。有機蛍光体薄膜３の膜厚は５０〜ｉ　ｏｏｏ人形酸
形成。ここで使用した材料は蛍光性金属キノリンキレー
ト錯体で、その化学式は次のようである。

背面電極５の材料はアルミニウムで、電子ビーム蒸着で
約２０００人形成した。

この素子にＩＴＯ側を正、アルミニウム側を負として約
１０Ｖの直流電圧を印加することにより、約５００Ｃｄ
／ｍ２の明るい緑色発光を得ることができた。また定電
圧印加の状態で１００時間エージングを行ったところ、
輝度低下は１０％程度であり、格段に安定性が向上した
。また、周囲温度が７０℃、湿度が６０％ＲＨであって
も劣化は非常に少なかった。

発光閾値電圧も従来の素子に比べて低くなっていた。

実施例２第２図に示すように、ガラス基板２１の上に透明電極２
２を形成し、十分に脱脂洗浄する。基板表面にゴミ等が
付着しないように注意しながら、成膜装置に導入する。

その後、有機蛍光体薄膜層２３ａ、　２３ｂとテトラシ
アノエチレン半導体薄膜層２４ａ、　２４ｂを交互に４
層積層した。最後に背面電極２５を蒸着して素子が完成
する。

ここで有機蛍光体としては、実施例１と同じトリス（８
−オキシキノリン）アルミニウムを使用した。また電子
伝導性半導体薄膜としてテトラシアノエチレンを使用し
た。それぞれの膜厚は２００人、１００人であった。

この素子に６■の直流電圧を印加したところ、約５００
Ｃｄ／ｍ２の発光を示した。このときの電流は約３　ｍ
Ａ／ＣｌｌＩ２であった。また定電圧印加の状態で１０
０時間エージングを行ったところ、輝度低下は１０％程
度であり、格段に安定性が向上した。また、周囲温度が
７０’Ｃ１湿度が６０％ＲＨであっても劣化は非常に少
なかった。発光閾値電圧も従来の素子に比べて低くなっ
ていた。

［発明の効果］以上説明したように、本発明による有機薄膜ＥＬ素子は
従来の有機薄膜ＥＬ素子に比べて、発光特性の劣化が少
なく、即ち発光特性が向上したものであると共に、非常
に安定なものである。また、従来の有機薄膜ＥＬ素子に
比べて、低電圧で有効に電子を注入できるようになった
ため、駆動電圧を低くすることができる。例えば、ＤＣ
６Ｖでも実用レベルの輝度が得られる。

このように、本発明により有機簿膜ＥＬ素子を実用レベ
ルまで引き上げることができ、安価、かつ大面積のＥＬ
素子を実現するものとしてその工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
別の一実施例の断面図、第３図は従来の有機薄膜ＥＬ素
子の断面図である。１　、２１．３１・・・ガラス基板２．２２．３２・・・透明電極３、　２３ａ、　　２３ｂ、　３４・・・有機蛍光体薄
膜層４・・・Ｓ’１−ｘ　ＣＸ半導体薄膜層５、２５．
３５・・・背面電極６・・・シール用カバー２４ａ、２４ｂ・・・テトラシアノエチレン半導体薄膜
層３３・・・電荷注入層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　少なくとも一方が透明である一対の電極間に、
有機蛍光体薄膜層と電子伝導性の半導体薄膜層とを交互
に２層以上積層した構造を有してなることを特徴とする
有機薄膜ＥＬ素子。