JPH04328294A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - 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】

【０００１】

【技術分野】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（以下、ＥＬという）を
利用して、かかる物質を薄膜に形成したＥＬ層を備えた
ＥＬ素子に関し、特に発光物質が有機化合物である有機
ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【背景技術】この種の有機ＥＬ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、それぞれ有
機化合物からなり互いに積層された発光体薄膜からなる
ＥＬ層３及び正孔輸送層４が配された２層構造のものや
、図２に示すように、金属陰極１と透明陽極２との間に
互いに積層された有機化合物からなる電子輸送層５、Ｅ
Ｌ層３及び正孔輸送層４が配された３層構造のものが知
られている。ここで、正孔輸送層４は陽極から正孔を注
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
、電子輸送層５は陰極から電子を注入させ易くする機能
を有している。

【０００３】これら有機ＥＬ素子において、透明陽極２
の外側にはガラス基板６が配されており、金属陰極１か
ら注入された電子と透明陽極２からＥＬ層３へ注入され
た正孔との再結合によって励起子が生じ、ＥＬ層におけ
る正孔輸送層との境界面近傍にて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
を介して外部に放出される（特開昭５９−１９４３９３
号公報及び特開昭６３−２９５６９５号公報参照）。

【０００４】しかしながら、上述した構成の従来の有機
ＥＬ素子は、ＥＬ層内でエネルギー消費し低電圧で発光
するけれども、ＥＬ層が５００Å以下と薄い膜厚の場合
、一般に寿命が短い。例えば、図１に示す２層構造で膜
厚３００ÅのＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を初期輝度４
００ｃｄ／ｍ２となるように連続発光させると、該素子
は１００時間以下で輝度が半減し劣化する。

【０００５】一方、ＥＬ層の膜厚を大きくすると定電圧
駆動であっても膜厚の増大とともにその輝度は減少する
。ＥＬ素子の発光原理から考えると輝度は印加電流に比
例すると考えられるが、実際は異なる。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、長期間安定して高輝度発光す
る有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【発明の構成】本発明による有機ＥＬ素子は、有機化合
物からなり互いに積層されたＥＬ層及び正孔輸送層が陰
極及び陽極間に配された有機ＥＬ素子であって、膜厚輝
度減衰特性の２次極大値を生ずる膜厚を含みかつその振
幅がその収束輝度値を越える輝度を生ずる範囲内の膜厚
を有していることを特徴とする。

【０００８】

【実施例】以下に本発明による実施例を図を参照しつつ
説明する。本実施例の有機ＥＬ素子は、図１に示すもの
と同様な、一対の金属陰極１と透明陽極２との間にＥＬ
層３及び正孔輸送層４を薄膜として積層、成膜した２層
構造のものである。例えば陰極１には、アルミニウム、
マグネシウム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事
関数が小さな金属からなり厚さが約　１００〜５０００
Å程度のものが用い得る。また、例えば陽極２には、イ
ンジウムすず酸化物（以下、ＩＴＯという）等の仕事関
数の大きな導電性材料からなり厚さが１０００〜３００
０Å程度で、又は金で厚さが　８００〜１５００Å程度
のものが用い得る。

【０００９】本発明による有機ＥＬ素子のＥＬ層３を形
成する有機蛍光化合物の具体的な例としては、アルミキ
ノリノール錯体すなわちＡｌオキシンキレート（以下、
Ａｌｑ３という）、テトラフェニルブタジエン誘導体等
が用いられ得る。正孔輸送層４には、トリフェニルジア
ミン誘導体である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（以下、ＴＰＤという）が好ましく用い
られ、更にＣＴＭ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　）として知られる化合
物を単独、もしくは混合物として用い得る。

【００１０】発明者は、２層構造の有機ＥＬ素子のＥＬ
層膜厚、発光スペクトル及び輝度並びに視角の研究の結
果、輝度とＥＬ層膜厚の間には輝度の膜厚依存性が、輝
度の視角依存性があることを知見した。すなわち、図３
に示すように有機ＥＬ素子のガラス基板６側表面を目視
者が見る角度によって発光スペクトル及び輝度が変化す
る。目視者にとってＥＬ層内の発光源Ｐの１点から発し
た光には、図中の直接基板６へ向かう経路Ａ及び背面の
金属電極１で反射し基板６へ向かう経路Ｂの２つの光が
含まれる。この２つの経路の光は以下の数式１に示す光
路差Ｌ、さらに数式２に示す位相差ηｙを保持している
ので、互いに干渉する。（両数式中、ｎはＥＬ層３の屈
折率を、ｙは発光源Ｐから金属電極１までの距離を、θ
はＥＬ層内における表示表面の法線からそれる視角を、
λは波長をそれぞれ示す。以下、同じ）。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】よって、干渉効果としてその強度Ｉ（ｙ，
λ）は数式３の如く表せる。

【００１４】

【数３】

【００１５】ＥＬ層中での発光強度ｆ（ｙ）の分布は、
図４に示すように正孔輸送層４の境界面においては強く
金属電極１に向かうほど減少し、膜厚に関する指数関数
分布として数式４の如く表せ、ＥＬ層全体としては数式
５の如く正規化できる（両数式中、ｄは発光源から金属
電極までの距離を、εは発光強度分布パラメータを、ｋ
は定数をそれぞれ示す。以下、同じ）。

【００１６】

【数４】

【００１７】

【数５】

【００１８】発光源自体の発光スペクトルの強度分布Ｆ
（λ）は発光体特有の波長λの関数として表せる。よっ
て、目視者によって実際に観察されるＥＬ素子の発光強
度Ｔ（λ，θ，ｄ）は数式６のように表せる。

【００１９】

【数６】

【００２０】ここで、ＥＬ素子の発光強度Ｔ（λ，θ，
ｄ）を確認するために、膜厚（ｙ＝ｄ）６０００Åとし
発光強度分布パラメータεを２００Åと一定にしたＡｌ
ｑ３からなるＥＬ層を含む有機ＥＬ素子を作成し、視角
θを０°から７５°まで種々変化させてその発光強度の
試験を行った。図５は、発光波長に対する発光強度分布
を示す。かかる発光強度分布と上記数式６の発光強度Ｔ
（λ，θ，ｄ）とが略一致することが確認された。図か
ら明らかなように、目視者にとっては視角０°から７５
°までＥＬ素子表示面を見る方向によって色彩が順次異
なるように見える。

【００２１】さらに、実用に沿うように、波長λに対し
て特定値で感応する目視者または光検出器の視感度特性
Ｅ（λ）を考慮する。例えば視感度特性Ｅ（λ）を正規
分布とすると、かかる感度特性内おけるＥＬ素子の輝度
特性Ｌ（ｄ）は、数式７のようにｄの関数として表せる
（Ｋは定数を示す。）

【００２２】

【数７】

【００２３】図６は、Ａｌｑ３からなるＥＬ層（θ＝０
，ｎ＝１．７）についてその膜厚を０Åから８０００Å
にわたって変化させ計算した場合の膜厚に対する輝度／
電流特性の膜厚輝度減衰（特性）曲線を示し、この減衰
曲線が有機ＥＬ素子における輝度の膜厚依存性を示して
いる。かかる有機ＥＬ素子の輝度の膜厚依存性を確認す
るための有機ＥＬ素子を作成し試験を行うと、図７に示
すような減衰特性の結果が得られる。試験した複数の有
機ＥＬ素子は膜厚５００ÅのＴＰＤの正孔輸送層と膜厚
１１５０Åから７７２５ÅのＡｌｑ３のＥＬ層との２層
構造を有するものである。図示するように、かかる有機
ＥＬ素子は、図６と同様に、最小膜厚かつ最大輝度を示
しこれを１次極大値として順次次数が増加（膜厚増加）
するにつれて周期的に輝度の極大値が現れ、この極大値
が減少する膜厚輝度減衰曲線の特性すなわち、輝度の膜
厚依存性を示している。なお、図７の膜厚輝度減衰曲線
は、これら有機ＥＬ素子に膜厚５００ÅのＴＰＤ正孔輸
送層を用いているために特性曲線全体が図６のものに比
して図の右方に変移している。

【００２４】かかる有機ＥＬ素子の内、好適な実施例は
、図６から明らかなようにＡｌｑ３のＥＬ層の厚さを２
次極大値Ｃに対応する２０００ű３００Åとした有機
ＥＬ素子である。この膜厚範囲のＥＬ層とすることによ
って、輝度を確保しつつ高印加電流に耐えるＥＬ層を得
ることができる。すなわち、このＥＬ層の膜厚範囲は、
図６に示すＥＬ層材質に応じた膜厚に対する輝度／電流
特性の膜厚輝度減衰曲線の２番目に高い輝度の２次極大
値振幅がその収束する輝度値（収束輝度値）を越える範
囲Ｄであり、特にＥＬ層を膜厚輝度減衰曲線における２
番目に高い輝度を示す２次極大値近傍に対応する膜厚と
することにより高信頼性かつ高輝度の有機ＥＬ素子が得
られ、好ましい。

【００２５】さらに、視角の変化は膜厚が変化すること
と等しいので、ＥＬ層を膜厚輝度減衰曲線における２次
極大値近傍に対応する膜厚と設定することにより、視角
が多少変化しても輝度の変化が小さい高輝度の有機ＥＬ
素子が得られる。図８は、上記したＴＰＤ正孔輸送層及
びＡｌｑ３ＥＬ層の２層構造の有機ＥＬ素子の各々につ
いて、視角度に対する輝度／電流の相対値を測定した結
果を示す。図から明らかなように、１次、２次及び３次
極大値に対応する膜厚１１５０Å、２５００Å及び４５
６５Åを有する有機ＥＬ素子は、視角の増加に従って輝
度が増加する視角による依存が少ない傾向にあることが
分かる。よって、膜厚輝度減衰曲線における各々の振幅
の極大値に対応するＥＬ層膜厚であれば、輝度及び発光
スペクトルの視角依存性が小さくなり視角による色彩の
変化も小さい有機ＥＬ素子が得られる。ＥＬ層を膜厚輝
度減衰曲線における２番目に高い輝度を示す２次極大値
近傍に対応する膜厚とする上記実施例も、輝度の視角依
存性が小さい。

【００２６】ここで、実施例として膜厚輝度減衰曲線に
おける２次極大値近傍に対応する膜厚とする有機ＥＬ素
子が好ましいのは、１次極大値の膜厚のＥＬ層は上記し
たように薄いために有機ＥＬ素子の寿命が短いものとな
ってしまい、３次極大値以上のものは輝度／電流が低く
なってしまう為である。すなわち、２次極大値の膜厚を
有する上記実施例が、有機ＥＬ素子の寿命と輝度の均衡
がとれた高信頼性かつ高輝度の有機ＥＬ素子であるから
である。

【００２７】さらに、本発明は、上記実施例のＡｌｑ３
のＥＬ層に限らず、ＥＬ層材質に応じた図６に示す膜厚
に対する輝度／電流特性の膜厚輝度減衰曲線から２次極
大値振幅に対応するＥＬ層膜厚値を得ることが出来る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による有機
ＥＬ素子は、ＥＬ層が膜厚輝度減衰曲線の２番目に高い
輝度の２次極大値の振幅がその収束する輝度値を越える
範囲内の膜厚を有しているので、耐久性を向上させつつ
低電圧にて効率良く高輝度で発光させることができる。 さらに、本発明によれば、スペクトルの視角依存性が小
さいために、視角による色彩の変化も小さい高信頼性か
つ高輝度の有機ＥＬ素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２層構造の有機ＥＬ素子を示す構造図である。

【図２】３層構造の有機ＥＬ素子を示す構造図である。

【図３】２層構造の有機ＥＬ素子における光の干渉を説
明する部分拡大断面図である。

【図４】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の膜厚
発光強度分布を説明するグラフである。

【図５】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の波長
発光強度分布を説明するグラフである。

【図６】２層構造の有機ＥＬ素子におけるＥＬ層の単体
層の膜厚輝度減衰曲線を説明するグラフである。

【図７】ＥＬ層及び正孔輸送層の２層構造の有機ＥＬ素
子における実測した膜厚輝度減衰曲線を示すグラフであ
る。

【図８】ＥＬ層及び正孔輸送層の２層構造の有機ＥＬ素
子における実測した視角度輝度特性曲線を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１……金属陰極 ２……透明陽極 ３……ＥＬ層 ４……正孔輸送層 ５……電子輸送層 ６……ガラス基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機化合物からなり互いに積層された
   エレクトロルミネッセンス層及び正孔輸送層が陰極及び
   陽極間に配された有機エレクトロルミネッセンス素子で
   あって、前記エレクトロルミネッセンス層は、膜厚輝度
   減衰特性の２次極大値を生ずる膜厚を含みかつその振幅
   がその収束輝度値を越える輝度を生ずる範囲内の膜厚を
   有してい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。
2. 【請求項２】　　前記エレクトロルミネッセンス層は、
   前記膜厚輝度減衰特性の２次極大値を生ずる膜厚のみを
   有している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。
3. 【請求項３】　　前記正孔輸送層はトリフェニルジアミ
   ン誘導体からなり、さらに前記エレクトロルミネッセン
   ス層はアルミキノリノール錯体からなり、前記収束輝度
   値を越える輝度を生ずる範囲が２０００ű３００Åで
   ある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。