JPH0541283A - Organic el element - Google Patents

Organic el element

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JPH0541283A
JPH0541283A JP19308891A JP19308891A JPH0541283A JP H0541283 A JPH0541283 A JP H0541283A JP 19308891 A JP19308891 A JP 19308891A JP 19308891 A JP19308891 A JP 19308891A JP H0541283 A JPH0541283 A JP H0541283A
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JP
Japan
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organic film
organic
film
electrode
electrons
Prior art date
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Application number
JP19308891A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ekusa
俊 江草
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0541283A publication Critical patent/JPH0541283A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance light emitting efficiency as well as to enable light having desired wave length to be emitted by interposing an insulating thin film which is larger in band gap than each organic film, between a first and a second organic film. CONSTITUTION:When voltage is so applied that a second electrode 2 is positive, electrons are implanted into a first organic film 5 from a first electrode 6, so that positive holes are implanted into a second organic film 3 from the electrode 2. An electrical double layer is thereby formed out of the electrons and the positive holes across an insulating thin film 5. When the carrier density of the electrical double layer is made high with voltage further increased, electrons are implanted to the organic film 3 through the thin film 4 by means of tunnel effect so as to be combined with the positive holes within the organic film 3 again so as to be luminous. In addition, the positive holes are implanted into an organic film 5 through the thin film 4 by means of tunnel effect so as to be combined with the electrons within the organic film 5 again while being luminous. By this constitution, An EL element is provided, which functions ideally, is high in light emitting efficiency, and also enables light having desired wave length to be emitted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高効率の発光を可能にし
た有機EL素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic EL device capable of emitting light with high efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、表示素子や照明素子などとして用
いられる有機電界発光素子(有機EL素子)の研究開発
が盛んに行われている。例えば、九州大学の斎藤省吾
は、金属電極/芳香族色素/ポリチオフェン/透明電極
を用いた有機2層構造のEL素子を報告している(J.
J.Appl.Phys.,25,L773,198
6)。しかし、この素子では、有機膜の膜厚が1μm以
上であり、印加電圧も100V以上と高い。これに対し
て、コダック社のC.W.Tangらは、Mg・Ag/
Alq3 /ジアミン/ITOという有機2層構造で、有
機膜の膜厚を100nm以下にすることによって、印加
電圧10V以下で駆動し、実用上十分な輝度を示す素子
が得られたことを報告している(APL.51,91
3,1987)。これらのEL素子は、電子注入性の色
素と正孔注入性の色素とを組み合わせて有機2層構造と
し、有機膜をできるだけ薄くすること、電子注入側の金
属電極に仕事関数の小さいものを選ぶこと、真空蒸着法
又は昇華法によって有機膜を形成する際に電気的欠陥が
発生しないような材料を選択すること、などを主要な特
徴としている。更に、九州大学の斎藤省吾は、電子注入
層/発光層/正孔注入層という有機3層構造の素子を提
案し、発光層として高いフォトルミネセンスを示す色素
を選ぶことによって高輝度発光が得られることを示した
(J.J.Appl.Phys.,27,L269,1
988)。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of organic electroluminescent devices (organic EL devices) used as display devices, lighting devices, etc. have been actively conducted. For example, Shogo Saito of Kyushu University reports an EL device having an organic two-layer structure using a metal electrode / aromatic dye / polythiophene / transparent electrode (J.
J. Appl. Phys. , 25, L773, 198
6). However, in this element, the film thickness of the organic film is 1 μm or more, and the applied voltage is as high as 100 V or more. On the other hand, Kodak C.I. W. Tang et al.
It was reported that an element having an organic two-layer structure of Alq 3 / diamine / ITO and having an organic film thickness of 100 nm or less, driven at an applied voltage of 10 V or less, and having practically sufficient brightness was obtained. (APL.51, 91
3, 1987). These EL elements have an organic two-layer structure in which an electron injecting dye and a hole injecting dye are combined, the organic film is made as thin as possible, and a metal electrode on the electron injecting side having a small work function is selected. The main feature is that a material that does not cause an electrical defect when an organic film is formed by a vacuum deposition method or a sublimation method is selected. Furthermore, Shogo Saito of Kyushu University proposed a device having an organic three-layer structure of an electron injection layer / a light emitting layer / a hole injection layer, and by selecting a dye showing a high photoluminescence as a light emitting layer, high brightness light emission was obtained. (J. J. Appl. Phys., 27, L269, 1
988).

【0003】その他これまでに、各種の有機膜の組み合
わせによるEL素子構造、単層の有機膜であっても発光
剤と正孔注入剤とを混合することによってある程度の発
光が認められること、発光体であるAlq3 の特性劣化
に関する研究などが報告され、多くの特許出願がなされ
ている。
Others Up to now, a certain amount of light emission is observed by mixing a light emitting agent and a hole injecting agent even in the case of an EL device structure formed by combining various organic films, and even a single-layer organic film. Research on the deterioration of the characteristics of the body Alq 3 has been reported, and many patent applications have been filed.

【0004】ところで、EL素子を用いてフルカラーデ
ィスプレイを構成しようとするとき、光の3要素である
赤、緑、青(RGB)のEL素子が必要になる。このう
ち例えば青色発光は特に実現が困難であることがよく知
られている。これは、青色発光が波長にして460n
m、エネルギーにして2.7eVの高エネルギー発光で
あり、EL素子中の不純物などの影響を非常に受けやす
く、発光効率が低く、不純物準位からの間接発光(長波
長発光)が優先して起こりやすいためである。以上のよ
うに、実用的なEL素子を実現しようとすると種々の困
難がある。
By the way, in order to construct a full-color display using EL elements, red, green, and blue (RGB) EL elements, which are the three elements of light, are required. Of these, it is well known that blue light emission is particularly difficult to realize. This is because blue light has a wavelength of 460n
m is high energy emission of 2.7 eV in energy, it is very susceptible to impurities in the EL element, emission efficiency is low, and indirect emission from the impurity level (long wavelength emission) is prioritized. This is because it easily happens. As described above, there are various difficulties in realizing a practical EL element.

【0005】本発明者らはすでに、高効率の発光など所
望の特性を発揮する有機EL素子を得るための条件につ
いて提案している(特願平2−25101号)。有機膜
は一種の半導体とみなせるので、有機膜を積層した素子
においては各層の接合面における電気的特性により素子
特性が支配される。すなわち、金属電極の仕事関数と、
有機膜のエネルギーレベルとを考えたときに、各接合面
でこれらがどのような関係にあるかが重要になる。2層
構造の有機膜を有する有機EL素子において、高効率の
発光を得るためには、以下のような条件を満たし、第1
の有機膜と第2の有機膜とが障壁接合を形成することが
好ましい。
The present inventors have already proposed conditions for obtaining an organic EL device that exhibits desired characteristics such as highly efficient light emission (Japanese Patent Application No. 25101/1990). Since the organic film can be regarded as a kind of semiconductor, in the device in which the organic films are laminated, the device characteristics are governed by the electrical characteristics at the bonding surface of each layer. That is, the work function of the metal electrode,
Considering the energy level of the organic film, what relationship these have at each junction becomes important. In order to obtain highly efficient light emission in an organic EL device having an organic film having a two-layer structure, the following conditions must be satisfied:
It is preferable that the organic film and the second organic film form a barrier junction.

【0006】ここで、第1、第2の電極の仕事関数をそ
れぞれEM1、EM2とし、第1の有機膜の伝導帯下端の真
空準位からのエネルギー差(以下、単に伝導帯レベルと
呼ぶ)、フェルミレベルの真空準位からのエネルギー差
(以下、単にフェルミレベルと呼ぶ)および価電子帯の
上端の真空準位からのエネルギー差(以下、単に価電子
帯レベルと呼ぶ)をそれぞれEC1、E1 およびEV1
し、第2の有機膜の伝導帯レベル、フェルミレベルおよ
び価電子帯レベルをそれぞれEC2、E2 およびEV2とし
たとき、 EM1<E1 …(1) E2 <EM2 …(2) EC1>EC2 …(3) EV1>EV2 …(4) を満たすように材料を選択する。
Here, the work functions of the first and second electrodes are E M1 and E M2 , respectively, and the energy difference from the vacuum level at the lower end of the conduction band of the first organic film (hereinafter, simply referred to as the conduction band level). E), the energy difference from the vacuum level at the Fermi level (hereinafter simply referred to as the Fermi level) and the energy difference from the vacuum level at the upper end of the valence band (hereinafter simply referred to as the valence band level). Let C1 , E 1 and E V1 and the conduction band level, Fermi level and valence band level of the second organic film be E C2 , E 2 and E V2 respectively, then E M1 <E 1 (1) E 2 <E M2 (2) E C1 > E C2 (3) E V1 > E V2 (4) The material is selected so as to satisfy.

【0007】図5にこのような条件を満たす有機EL素
子の各層が独立した状態でのバンド図を示す。図6にこ
の有機EL素子の各層が接合した状態でのバンド図を示
す。この素子では、条件式3、4によって、第1、第2
の有機膜の接合界面に電子に対する障壁及び正孔に対す
る障壁が形成される。この有機EL素子の作用を図7
(a)および(b)を参照して説明する。図7(a)は
この素子に第2の電極が正になるようにバイアス電圧を
与えたときの状態を示すバンド図である。このとき第1
の電極から第1の有機膜に電子が注入され(条件式
1)、第2の電極から第2の有機膜に正孔が注入される
(条件式2)。この結果、第1、第2の有機膜の接合界
面には電気2重層が形成される。図7(b)に示すよう
に、さらに電圧を高くして、電気2重層のキャリア密度
が高くなると、第1の有機膜の電子は第2の有機膜にト
ンネル注入され、第2の有機膜内で発光再結合する。ま
たは、第2の有機膜の正孔は第1の有機膜にトンネル注
入され、第1の有機膜内で発光再結合する。
FIG. 5 shows a band diagram in which each layer of the organic EL element satisfying such conditions is independent. FIG. 6 shows a band diagram in a state where the respective layers of this organic EL element are joined. In this element, the first and second
Barriers against electrons and holes are formed at the junction interface of the organic film. The operation of this organic EL element is shown in FIG.
A description will be given with reference to (a) and (b). FIG. 7A is a band diagram showing a state when a bias voltage is applied to this element so that the second electrode becomes positive. At this time the first
Electrons are injected from the electrode to the first organic film (conditional expression 1), and holes are injected from the second electrode to the second organic film (conditional expression 2). As a result, an electric double layer is formed at the bonding interface between the first and second organic films. As shown in FIG. 7B, when the voltage is further increased to increase the carrier density of the electric double layer, the electrons of the first organic film are tunnel-injected into the second organic film, and the second organic film is injected. Recombine within the luminescence. Alternatively, holes in the second organic film are tunnel-injected into the first organic film and are radiatively recombined in the first organic film.

【0008】以上のように、第1の有機膜と第2の有機
膜の界面における電気的な接合条件と薄膜の構造的条件
とが整っていれば、高効率の発光が得られ、かつ所定の
バンドギャップを有する分子を用いて有機膜を形成する
ことにより青色発光も容易に実現できると考えられる。
しかし、実際の素子においては、前述した理想的接合界
面を形成することは必ずしも容易ではない。以下、実際
の素子においてどのような問題が生じるかを述べる。
As described above, if the electrical bonding conditions at the interface between the first organic film and the second organic film and the structural conditions of the thin film are satisfied, highly efficient light emission can be obtained and a predetermined value can be obtained. It is considered that blue light emission can be easily realized by forming an organic film using a molecule having a band gap of.
However, in an actual device, it is not always easy to form the above-mentioned ideal bonding interface. Hereinafter, what kind of problem occurs in an actual device will be described.

【0009】第2の有機膜上に第1の有機膜を蒸着する
場合を考える。蒸着装置内部では、第2の有機膜の表面
に第1の有機膜を構成する分子が高速で衝突し、第1の
有機膜の構成分子が第2の有機膜の中へ拡散する。その
拡散深さは数10nmに達することもある。この結果、
以下のような種々の問題が生じる。
Consider a case where the first organic film is vapor-deposited on the second organic film. Inside the vapor deposition apparatus, the molecules of the first organic film collide with the surface of the second organic film at high speed, and the constituent molecules of the first organic film diffuse into the second organic film. The diffusion depth may reach several tens of nm. As a result,
The following various problems occur.

【0010】まず、第2の有機膜中への第1の有機膜の
構成分子の拡散濃度が比較的低い場合には、図8(a)
に示すように、第2の有機膜中に第1の有機膜の構成分
子によるエネルギー準位が形成される。この場合、図8
(b)に示すように、第1の有機膜と第2の有機膜の接
合界面に電子と正孔とが蓄積し電気2重層が形成されト
ンネル注入が起きることは理想的な動作と同様である。
ただし、第2の有機膜の伝導帯へトンネル注入された電
子は、2通りの再結合経路を経由する。その一つは、理
想的な動作と同様に、第2の電極より注入された価電子
帯の正孔と直接再結合する経路である。この経路では、
第2の有機膜のバンドギャップに対応する短波長の発光
が得られる。もう一つは、伝導帯に注入された電子がい
ったん第1の有機膜の拡散によって形成された準位に遷
移し、さらに価電子帯の正孔と再結合する間接再結合経
路である。この経路では、直接再結合よりも長波長の発
光が得られる。結果的に得られる発光は2種類の発光が
混色したものになる。白色発光のように2種類以上の波
長の混色によって成立する場合には、この間接発光を利
用することもできるが、例えば純粋な青色発光を得たい
ときには障害になる。
First, when the diffusion concentration of the constituent molecules of the first organic film into the second organic film is relatively low, FIG.
As shown in, an energy level is formed in the second organic film by the constituent molecules of the first organic film. In this case,
As shown in (b), it is similar to an ideal operation that electrons and holes are accumulated at the junction interface between the first organic film and the second organic film, an electric double layer is formed, and tunnel injection occurs. is there.
However, the electrons tunnel-injected into the conduction band of the second organic film go through two recombination paths. One of them is a path for recombining directly with holes in the valence band injected from the second electrode, as in the ideal operation. In this route,
Light emission of a short wavelength corresponding to the band gap of the second organic film can be obtained. The other is an indirect recombination path in which electrons injected into the conduction band transit to the level formed by diffusion of the first organic film and then recombine with holes in the valence band. This route gives longer wavelength emission than direct recombination. The resulting emission is a mixture of two types of emission. This indirect light emission can be used when white light emission is achieved by mixing two or more kinds of wavelengths, but this is an obstacle to obtaining pure blue light emission.

【0011】次に、第2の有機膜中への第1の有機膜の
構成分子の拡散濃度が比較的高い場合には、図9(a)
に示すように、分子が衝突することによって第2の有機
膜の構造が乱れ、第2の有機膜を構成する分子と第1の
有機膜を構成する分子が同程度の濃度で混合した中間層
が形成される。この中間層では、各有機膜の構成分子に
よるエネルギー準位の密度が高い。この場合、図9
(b)に示すように、第1の電極から第1の有機膜へ注
入された電子は、接合界面に蓄積される前に、中間層の
エネルギー準位を移動して第2の有機膜側へ注入され、
第2の電極から注入された価電子帯の正孔と再結合す
る。このときにはすべて間接再結合となり、長波長の発
光しか得られない。
Next, when the diffusion concentration of the constituent molecules of the first organic film into the second organic film is relatively high, FIG.
As shown in FIG. 5, the structure of the second organic film is disturbed by the collision of the molecules, and the intermediate layer in which the molecules forming the second organic film and the molecules forming the first organic film are mixed at the same concentration Is formed. In this intermediate layer, the density of energy levels due to the constituent molecules of each organic film is high. In this case,
As shown in (b), the electrons injected from the first electrode into the first organic film move to the energy level of the intermediate layer before being accumulated at the bonding interface, and the electrons are injected into the second organic film side. Is injected into the
It recombines with the holes in the valence band injected from the second electrode. At this time, all are indirect recombination, and only long-wavelength light emission can be obtained.

【0012】さらに、有機膜積層時に分子の拡散がなく
ても、第1の有機膜の伝導帯と第2の有機膜の価電子帯
が接近しているような場合には、第1の有機膜と第2の
有機膜の接合界面に蓄積した電子と正孔とが接合界面を
通して間接再結合する可能性がある。このときの発光波
長は、第1の有機膜の伝導帯と第2の有機膜の価電子帯
のエネルギー差に相当する。
Further, even if there is no diffusion of molecules at the time of stacking the organic films, if the conduction band of the first organic film and the valence band of the second organic film are close to each other, the first organic film is formed. There is a possibility that electrons and holes accumulated at the junction interface between the film and the second organic film may be recombined indirectly through the junction interface. The emission wavelength at this time corresponds to the energy difference between the conduction band of the first organic film and the valence band of the second organic film.

【0013】以上のように、種々の要因によって界面に
おける電気的な接合条件と薄膜の構造的条件とが影響を
受けるため、理想的に動作する有機EL素子を作製する
ことは困難である。
As described above, various factors affect the electrical bonding conditions at the interface and the structural conditions of the thin film, so that it is difficult to fabricate an organic EL device that operates ideally.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、理想
的に動作し、発光効率が高く、しかも所望の波長の発光
が得られる有機EL素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an organic EL element which operates ideally, has high luminous efficiency, and can emit light of a desired wavelength.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段と作用】本発明の有機EL
素子は、相対向する第1、第2の電極と、前記第1の電
極に接して設けられた第1の有機膜と、前記第2の電極
に接して設けられた第2の有機膜とを有し、前記第1、
第2の電極間に第2の電極側に正のバイアスを与えたと
きに、前記第1、第2の電極から前記第1、第2の有機
膜にそれぞれ電子および正孔が注入され、前記第1の有
機膜に注入された電子が前記第2の有機膜にトンネル注
入されて第2の有機膜内で発光再結合するか、または前
記第2の有機膜に注入された正孔が前記第1の有機膜に
トンネル注入されて第1の有機膜内で発光再結合する有
機EL素子において、前記第1、第2の有機膜の間に、
第1および第2の有機膜よりバンドギャップの大きい絶
縁性薄膜を設けたことを特徴とするものである。
Means and Actions for Solving the Problems Organic EL of the Present Invention
The element includes first and second electrodes facing each other, a first organic film provided in contact with the first electrode, and a second organic film provided in contact with the second electrode. And the first,
When a positive bias is applied between the second electrodes on the side of the second electrode, electrons and holes are injected into the first and second organic films from the first and second electrodes, respectively. The electrons injected into the first organic film are tunnel-injected into the second organic film and radiatively recombine in the second organic film, or the holes injected into the second organic film are converted into the holes. In the organic EL element which is tunnel-injected into the first organic film and recombines by luminescence in the first organic film, between the first and second organic films,
It is characterized in that an insulating thin film having a larger band gap than the first and second organic films is provided.

【0016】図1は本発明に係る有機EL素子の断面図
である。この素子は、ガラス基板1上に第2の電極2、
第2の有機膜3、絶縁性薄膜4、第1の有機膜5、第1
の電極6が順次形成された構造を有している。
FIG. 1 is a sectional view of an organic EL device according to the present invention. This element comprises a glass substrate 1, a second electrode 2,
Second organic film 3, insulating thin film 4, first organic film 5, first
The electrode 6 has a structure in which the electrodes 6 are sequentially formed.

【0017】本発明の有機EL素子では、第1、第2の
電極の仕事関数をそれぞれEM1、EM2とし、第1の有機
膜のバンドギャップをEg1、伝導帯レベル、フェルミレ
ベルおよび価電子帯レベルをそれぞれEC1、E1 および
V1、第2の有機膜のバンドギャップをEg2、伝導帯レ
ベル、フェルミレベルおよび価電子帯レベルをそれぞれ
C2、E2 およびEV2、絶縁性薄膜のバンドギャップを
g3、価電子帯レベル、フェルミレベル、伝導帯レベル
をそれぞれEV3、E3 、EC3とすると、 EM1<E1 …(1) E2 <EM2 …(2) EC1>EC2 …(3) EV1>EV2 …(4) EC1>EC3 …(5) EC2>EC3 …(6) EV3>EV1 …(7) EV3>EV2 …(8) を満たすように材料が選択される。
In the organic EL device of the present invention, the work functions of the first and second electrodes are E M1 and E M2 , respectively, and the band gap of the first organic film is E g1 , the conduction band level, the Fermi level and the valence. The electron band levels are E C1 , E 1 and E V1 , the band gap of the second organic film is E g2 , the conduction band level, the Fermi level and the valence band level are E C2 , E 2 and E V2 , respectively, and the insulating property. If the band gap of the thin film is E g3 , and the valence band level, Fermi level, and conduction band level are E V3 , E 3 , and E C3 , respectively, then E M1 <E 1 … (1) E 2 <E M2 … (2) E C1 > E C2 (3) E V1 > E V2 (4) E C1 > E C3 (5) E C2 > E C3 (6) E V3 > E V1 (7) E V3 > E V2 The material is selected so as to satisfy (8).

【0018】より具体的には、(1)式および(2)式
において、EM1−EC1およびEV2−EM2を1eV以下、
好ましくは0.5〜0.3eV以下にすることを意味す
る。また、(3)式および(4)式において、EC1−E
C2およびEV1−EV2を0.5eV以上、さらには1eV
以上とすることが好ましい。また、(5)〜(8)式を
満たせば、必然的にEg3>Eg1、Eg3>Eg2となり、絶
縁性薄膜のバンドギャップは、第1および第2の有機膜
のいずれのバンドギャップよりも大きくなる。
More specifically, in the formulas (1) and (2), E M1 -E C1 and E V2 -E M2 are 1 eV or less,
It preferably means 0.5 to 0.3 eV or less. Further, in the expressions (3) and (4), E C1 −E
C2 and E V1- E V2 are 0.5 eV or more, and further 1 eV
The above is preferable. Further, if the formulas (5) to (8) are satisfied, E g3 > E g1 and E g3 > E g2 are inevitably obtained, and the band gap of the insulating thin film is the band of either the first organic film or the second organic film. It will be larger than the gap.

【0019】図2に本発明に係る有機EL素子を構成す
る各層がそれぞれ独立した状態でのバンド図を示す。図
3にこれらの各層を接合した状態でのバンド図を示す。
この有機EL素子の動作原理を図4(a)および(b)
を参照して説明する。図4(a)に示すように、第2の
電極が正となるようにバイアス電圧を印加すると、第1
の電極から第1の有機膜に電子が注入され、第2の電極
から第2の有機膜に正孔が注入される。第1の有機膜と
絶縁性薄膜との界面および第2の有機膜と絶縁性薄膜と
の界面には障壁があるため、注入された電子は前者の界
面に、注入された正孔は後者の界面に蓄積される。した
がって、電子と正孔とにより絶縁性薄膜を隔てて電気2
重層が形成される。この電気2重層には強い電界が誘起
されており、電子および正孔はトンネル注入されやすい
状態にある。図4(b)に示すように、さらに電圧を高
くして、電気2重層のキャリア密度が高くなると、電子
が絶縁性薄膜を通して第2の有機膜へトンネル注入さ
れ、第2の有機膜中の正孔と発光再結合し、または正孔
が絶縁性薄膜を通して第1の有機膜へトンネル注入さ
れ、第1の有機膜中の電子と発光再結合する。
FIG. 2 shows a band diagram in which each layer constituting the organic EL device according to the present invention is independent. FIG. 3 shows a band diagram in the state where these respective layers are joined.
The operating principle of this organic EL element is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
Will be described. As shown in FIG. 4A, when the bias voltage is applied so that the second electrode becomes positive,
Electrons are injected from the electrode to the first organic film, and holes are injected from the second electrode to the second organic film. Since there are barriers at the interface between the first organic film and the insulating thin film and the interface between the second organic film and the insulating thin film, the injected electrons are at the former interface and the injected holes are at the latter. Accumulates at the interface. Therefore, the electrons and the holes separate the insulating thin film and generate electricity.
A multilayer is formed. A strong electric field is induced in this electric double layer, and electrons and holes are easily tunnel-injected. As shown in FIG. 4B, when the voltage is further increased and the carrier density of the electric double layer is increased, electrons are tunnel-injected into the second organic film through the insulating thin film, and the electrons in the second organic film The holes are radiatively recombined with each other, or the holes are tunnel-injected into the first organic film through the insulating thin film and radiatively recombined with the electrons in the first organic film.

【0020】本発明の有機EL素子では、第1の有機膜
と第2の有機膜との間に絶縁性薄膜が設けられているた
め、上部の有機膜を蒸着により形成する際、その構成分
子が下部の有機膜中へ拡散するのを防止できる。このた
め、下部の有機膜中に上部の有機膜の構成分子によるエ
ネルギー準位が形成されることがなく、このようなエネ
ルギー準位の形成に起因する長波長の発光が防止され
る。さらに、電子と正孔とが前述したように絶縁性薄膜
を隔てて蓄積されるので、これらの電子と正孔が接合界
面を通して間接再結合するおそれがなく、前述したよう
な直接遷移発光のみからなる理想的な動作を実現でき
る。したがって、発光効率を高めることができ、しかも
所定のバンドギャップを有する有機分子を用いることに
より、所望の発光波長例えば青色発光を実現することも
容易である。
In the organic EL device of the present invention, since the insulating thin film is provided between the first organic film and the second organic film, when the upper organic film is formed by vapor deposition, its constituent molecules are formed. Can be prevented from diffusing into the lower organic film. Therefore, an energy level due to the constituent molecules of the upper organic film is not formed in the lower organic film, and long-wavelength light emission due to the formation of such an energy level is prevented. Furthermore, since the electrons and holes are accumulated through the insulating thin film as described above, there is no risk of these electrons and holes being recombined indirectly through the junction interface, and only by the direct transition light emission as described above. It is possible to realize the ideal operation. Therefore, it is possible to increase the light emission efficiency, and it is also easy to realize a desired light emission wavelength, for example, blue light emission, by using the organic molecule having a predetermined band gap.

【0021】本発明において、絶縁性薄膜の膜厚は、キ
ャリアのトンネル注入を効率よく起こすためにできるだ
け薄いほうがよく、10nm以下、好ましくは2.5n
m以下、さらに好ましくは1nm程度がよい。逆に、こ
の絶縁性薄膜の膜厚の下限は特に限定されず、均一な膜
が形成できるならば膜厚0.5nm程度の単分子膜であ
ってもよい。絶縁性薄膜を構成する材料は、上部の有機
膜を形成する際に損傷を受けないように、熱的・機械的
耐性の高いことが要求されるので、有機高分子化合物を
用いることが好ましい。この絶縁性薄膜の製造方法は、
薄く均一な薄膜を形成できる方法であるならば特に限定
されず、例えばラングミュア・ブロジェット法、蒸着法
などが用いられる。蒸着法では、高分子化合物を直接蒸
着してもよいし、モノマーを蒸着し基板上で反応させて
高分子薄膜を得る蒸着重合法を用いてもよい。
In the present invention, the thickness of the insulating thin film is preferably as thin as possible in order to efficiently cause tunnel injection of carriers, and is preferably 10 nm or less, preferably 2.5 n.
m or less, and more preferably about 1 nm. On the contrary, the lower limit of the film thickness of the insulating thin film is not particularly limited, and a monomolecular film having a film thickness of about 0.5 nm may be used as long as a uniform film can be formed. The material forming the insulating thin film is required to have high thermal and mechanical resistance so as not to be damaged when forming the organic film on the upper side, and therefore it is preferable to use an organic polymer compound. The method of manufacturing this insulating thin film is
The method is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a thin and uniform thin film, and for example, the Langmuir-Blodgett method, the vapor deposition method and the like are used. In the vapor deposition method, a polymer compound may be directly vapor deposited, or a vapor deposition polymerization method in which a monomer is vapor deposited and reacted on a substrate to obtain a polymer thin film.

【0022】なお、本発明の有機EL素子において、
(1)〜(8)式を満たすような材料を選択するにあた
っては、各接合面でのエネルギーレベルの大小関係を測
定する方法が必要である。これは、次に述べるような変
位電流法を用いればよい。
In the organic EL device of the present invention,
In selecting a material that satisfies the expressions (1) to (8), it is necessary to use a method of measuring the magnitude relationship of energy levels at each joint surface. For this, the displacement current method as described below may be used.

【0023】図10(a)、(b)にそれぞれ前記変位
電流法で用いられる素子の断面図、および印加される電
圧の波形図を示す。すなわち、この変位電流法は、金属
電極11/シリコン12/シリコン酸化膜13/有機膜
14/金属電極15からなる素子を形成し、この素子に
三角波電圧を印加し、そのときの素子の変位電流を測定
するものである。いま、素子の容量をCとすれば、変位
電流は、 I=C・dV/dt
10 (a) and 10 (b) show a sectional view of an element used in the displacement current method and a waveform diagram of an applied voltage, respectively. That is, this displacement current method forms an element composed of the metal electrode 11 / silicon 12 / silicon oxide film 13 / organic film 14 / metal electrode 15, applies a triangular wave voltage to this element, and changes the displacement current of the element at that time. Is measured. Now, assuming that the capacitance of the element is C, the displacement current is I = C · dV / dt

【0024】で表される。前述した素子構造において有
機膜14がない場合を考えると、素子は通常知られたM
OS素子となり、その容量はシリコン酸化膜13によっ
て決まる。これに対して、有機膜14がある場合には、
有機膜14のフェルミレベルと金属電極15の仕事関数
の大小関係によって次のような変位電流が観測される。
なお、ここで前記金属電極15の仕事関数をEM 、有機
膜14の伝導帯レベルをEC 、価電子帯レベルをEV
する。 (a)金属電極15の仕事関数と有機膜14のフェルミ
レベルとがほぼ等しい場合。
It is represented by Considering the case where the organic film 14 is not provided in the above-mentioned device structure, the device is generally known as M
It becomes an OS element, and its capacity is determined by the silicon oxide film 13. On the other hand, when the organic film 14 is provided,
The following displacement current is observed depending on the magnitude relationship between the Fermi level of the organic film 14 and the work function of the metal electrode 15.
The work function of the metal electrode 15 is E M , the conduction band level of the organic film 14 is E C , and the valence band level is E V. (A) When the work function of the metal electrode 15 and the Fermi level of the organic film 14 are substantially equal.

【0025】この場合、金属電極15と有機膜14との
接合は電子、正孔のいずれに対しても高い障壁を持つ接
合となる。有機膜14は絶縁膜とみなせるため、素子容
量はシリコン酸化膜13と有機膜14との直列容量とな
り、MOS素子のそれより小さい一定値を示す。したが
って、三角波電圧を印加したときの変位電流は、図11
に示したように電圧によらず一定の小さい値を示す。 (b)金属電極15の仕事関数が有機膜14のフェルミ
レベルより小さい場合。
In this case, the junction between the metal electrode 15 and the organic film 14 has a high barrier against both electrons and holes. Since the organic film 14 can be regarded as an insulating film, the device capacitance becomes a serial capacitance of the silicon oxide film 13 and the organic film 14, and shows a constant value smaller than that of the MOS device. Therefore, the displacement current when the triangular wave voltage is applied is shown in FIG.
As shown in, it shows a constant small value regardless of the voltage. (B) The work function of the metal electrode 15 is smaller than the Fermi level of the organic film 14.

【0026】この場合、金属電極15と有機膜14と
は、金属電極15から有機膜14へ電子が注入されやす
い接合を形成する。したがって、前記三角波電圧を印加
した場合、金属電極15側が負になるとき、金属電極1
5から有機膜14へ電子が注入され、この電子は有機膜
14とシリコン酸化膜13との界面に蓄積される。この
状態では、素子容量はシリコン酸化膜13で決まる値と
なり、変位電流はMOS素子のレベルまで増加する。一
方、金属電極15側が正になるとき、有機膜14内の電
子は金属電極15に流れ去り、変位電流は有機膜14が
絶縁体であるとみなせる場合と同程度の小さい値まで減
少する。このとき、図12に示されるように上述した電
子の注入が始まる電圧をVth1 、フラットバンド電位を
FBとすると、有機膜に印加されている電圧V
th,orgは、 Vth,org=Vth1 [Cox/(Cox+Corg )](Vth1 −VFB) (ただし、Corg は有機膜14の容量、Coxはシリコン
酸化膜13の容量。)
In this case, the metal electrode 15 and the organic film 14 form a junction in which electrons are easily injected from the metal electrode 15 to the organic film 14. Therefore, when the triangular wave voltage is applied and the metal electrode 15 side becomes negative, the metal electrode 1
Electrons are injected from 5 into the organic film 14, and the electrons are accumulated at the interface between the organic film 14 and the silicon oxide film 13. In this state, the element capacitance has a value determined by the silicon oxide film 13, and the displacement current increases to the level of the MOS element. On the other hand, when the side of the metal electrode 15 becomes positive, the electrons in the organic film 14 flow away to the metal electrode 15, and the displacement current decreases to a value as small as when the organic film 14 can be regarded as an insulator. At this time, assuming that the voltage at which the above-mentioned electron injection starts is V th1 and the flat band potential is V FB as shown in FIG. 12, the voltage V applied to the organic film is
th, org is V th, org = V th1 [C ox / (C ox + C org )] (V th1 −V FB ) (where C org is the capacitance of the organic film 14 and C ox is the silicon oxide film 13). capacity.)

【0027】である。ここで、このVth,orgは近似的
に、金属電極15から有機膜14への電子注入に対する
障壁高さ(EM −EC )に相当する。したがって、EM
が既知であれば、Vth1 およびVFBを測定することによ
り、EC を求めることができる。さらに、EC が求めら
れれば、光学測定によって有機膜14のバンドギャップ
を測定することによりEV も求めることができる。 (c)金属電極15の仕事関数が有機膜14のフェルミ
レベルより大きい場合。
[0027] Here, the V th, org is approximately equivalent metal electrode 15 to the barrier height for electron injection into the organic film 14 (E M -E C). Therefore, E M
If is known, E C can be obtained by measuring V th1 and V FB . Further, if E C is obtained, E V can also be obtained by measuring the band gap of the organic film 14 by optical measurement. (C) When the work function of the metal electrode 15 is higher than the Fermi level of the organic film 14.

【0028】この場合、金属電極15と有機膜14と
は、金属電極15から有機膜14へ正孔が注入されやす
い接合を形成する。したがって、前記三角波電圧を印加
した場合、金属電極15側が正になるとき、金属電極1
5から有機膜14へ正孔が注入され、この正孔は有機膜
14とシリコン酸化膜13との界面に蓄積される。この
状態では、素子容量はシリコン酸化膜13で決まる値と
なり、図13に示すように変位電流はMOS素子のレベ
ルまで増加する。一方、金属電極15側が負になると
き、有機膜14内の正孔は金属電極15に流れ去り、変
位電流は有機膜14が絶縁体であるとみなせる場合と同
程度の小さい値まで減少する。また、このときは、正孔
の注入が始まる電圧Vth2 およびVFBを測定することに
よりEV を求めることができ、さらに有機膜14のバン
ドギャップを測定することによりECを求めることがで
きる。
In this case, the metal electrode 15 and the organic film 14 form a junction in which holes are easily injected from the metal electrode 15 to the organic film 14. Therefore, when the triangular wave voltage is applied and the metal electrode 15 side becomes positive, the metal electrode 1
Holes are injected from 5 to the organic film 14, and the holes are accumulated at the interface between the organic film 14 and the silicon oxide film 13. In this state, the element capacitance has a value determined by the silicon oxide film 13, and the displacement current increases to the level of the MOS element as shown in FIG. On the other hand, when the side of the metal electrode 15 becomes negative, the holes in the organic film 14 flow away to the metal electrode 15, and the displacement current decreases to a value as small as when the organic film 14 can be regarded as an insulator. Further, at this time, E V can be obtained by measuring the voltages V th2 and V FB at which the injection of holes starts, and E C can be obtained by further measuring the band gap of the organic film 14. ..

【0029】なお、上記の有機膜14が非常に広いバン
ドギャップを有するときは、金属電極15の仕事関数と
有機膜14のフェルミレベルの大小に関係なく、金属電
極15と有機膜14との接合は電子、正孔のいずれに対
しても高い障壁を持つ接合となる。この場合、金属電極
15として、EM の小さな金属例えばMg(EM は約
3.0eV)を用いても、EM の大きな金属例えばAu
(EM は約5.0eV)を用いても、有機膜は絶縁膜と
みなせるため、三角波電圧を印加したときの変位電流は
一定の小さい値を示す。したがって、金属電極15の仕
事関数に関係なく常にこのような変位電流の得られる有
機膜14はバンドギャップが広く、本発明の素子構造に
おける絶縁性薄膜として適用することができる。
When the organic film 14 has a very wide band gap, the metal electrode 15 and the organic film 14 are bonded to each other regardless of the work function of the metal electrode 15 and the Fermi level of the organic film 14. Is a junction having a high barrier against both electrons and holes. In this case, even if a metal having a small E M such as Mg (E M is about 3.0 eV) is used as the metal electrode 15, a metal having a large E M , such as Au, is used.
Even when (E M is about 5.0 eV) is used, the organic film can be regarded as an insulating film, so that the displacement current when a triangular wave voltage is applied shows a constant small value. Therefore, regardless of the work function of the metal electrode 15, the organic film 14 that can always obtain such a displacement current has a wide band gap and can be applied as an insulating thin film in the device structure of the present invention.

【0030】以上は、金属電極と有機膜との間の関係で
あるが、前述した素子構造の有機膜部分を有機膜と絶縁
性薄膜との積層構造として同様の測定を行えば、両者の
伝導帯レベル、フェルミレベル、価電子帯レベルの関係
が明らかになる。
The above is the relationship between the metal electrode and the organic film, but if the same measurement is performed with the organic film portion of the element structure described above as a laminated structure of the organic film and the insulating thin film, the conduction of the two is conducted. The relationship between the band level, the Fermi level, and the valence band level becomes clear.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1

【0032】本実施例における有機EL素子は図1に示
すように、ガラス基板1上にITO膜からなる第2の電
極2、化1で示されるS144からなる第2の有機膜
3、化2で示されるポリイソブチルメタクリレートから
なる絶縁性薄膜4、化3で示されるDNIBPOからな
る第1の有機膜5、サマリウム(Sm)からなる第1の
電極6が順次形成された構成を有している。
As shown in FIG. 1, the organic EL element in this embodiment has a second electrode 2 made of an ITO film on a glass substrate 1, a second organic film 3 made of S144 shown in Chemical formula 1, and a chemical formula 2. The insulating thin film 4 made of polyisobutylmethacrylate shown in FIG. 1, the first organic film 5 made of DNIBPO shown in Chemical formula 3, and the first electrode 6 made of samarium (Sm) are sequentially formed. ..

【0033】この有機EL素子は以下のようにして作製
された。まず、ガラス基板1上にスパッタ法により第2
の電極2としてシート抵抗10Ω/cm2 のITO膜を
形成した。さらに、真空昇華法により真空度約10-6
orrでS144を昇華させて、膜厚100nmの第2
の有機膜3を形成した。次に、分子量10万のポリイソ
ブチルメタクリレート(PIBM)をトルエンに溶解
し、LBトラフの水面上に展開し、可動バリアによって
表面圧が12dyn/cmになるまで圧縮した。この
後、第2の有機膜を形成した基板を累積装置に取り付
け、水面上の単分子膜を垂直に横切るように5mm/m
inの速度で沈め、次に同じ速度で基板を水中から水面
上に上昇させて取り出した。この操作によりPIBM単
分子膜を2層累積し、絶縁性薄膜4を形成した。この絶
縁性薄膜4の膜厚は2.2nmであった。つづいて、基
板を十分に乾燥させた後、真空昇華法により絶縁性薄膜
4上にDNIBPOを昇華させて、膜厚100nmの第
1の有機膜5を形成した。最後に、真空蒸着法によりS
mを蒸着し、膜厚100nmの第1の電極6を形成し
た。本発明の有機EL素子を構成する各層が(1)〜
(8)式の関係を満たすことは、前述した変位電流法に
より確認された。
This organic EL device was produced as follows. First, the glass substrate 1 is sputtered to form a second
Sheet resistance of 10 Ω / cm 2 as the electrode 2 of The ITO film of was formed. Furthermore, the degree of vacuum is about 10 -6 T by the vacuum sublimation method.
Sublimate S144 by orr to obtain a second film with a thickness of 100 nm.
The organic film 3 of was formed. Next, polyisobutyl methacrylate (PIBM) having a molecular weight of 100,000 was dissolved in toluene, spread on the water surface of the LB trough, and compressed by a movable barrier until the surface pressure became 12 dyn / cm. After that, the substrate on which the second organic film was formed was attached to the accumulator, and 5 mm / m was formed so as to vertically cross the monomolecular film on the water surface.
The substrate was submerged at a rate of in, and then the substrate was lifted from the water to the surface of the water at the same rate and taken out. By this operation, two PIBM monomolecular films were accumulated to form the insulating thin film 4. The film thickness of this insulating thin film 4 was 2.2 nm. Subsequently, after the substrate was sufficiently dried, DNIBPO was sublimated on the insulating thin film 4 by the vacuum sublimation method to form the first organic film 5 having a film thickness of 100 nm. Finally, the S
m was vapor-deposited to form a first electrode 6 having a film thickness of 100 nm. Each layer constituting the organic EL device of the present invention comprises (1) to
It was confirmed by the above-mentioned displacement current method that the relation of the expression (8) was satisfied.

【0034】[0034]

【化1】 [Chemical 1]

【0035】[0035]

【化2】 [Chemical 2]

【0036】[0036]

【化3】 [Chemical 3]

【0037】第2の有機膜中への第1の有機膜の構成分
子の拡散の有無は吸収スペクトルにより確認できる。ま
た、間接発光の有無はフォトルミネッセンス(PL)ス
ペクトルにより確認できる。これらの測定は、石英基板
上に、透明電極、第2の有機膜、絶縁性薄膜、および第
1の有機膜を形成した状態で行った。
Whether or not the constituent molecules of the first organic film diffuse into the second organic film can be confirmed by the absorption spectrum. The presence or absence of indirect light emission can be confirmed by a photoluminescence (PL) spectrum. These measurements were performed in a state where the transparent electrode, the second organic film, the insulating thin film, and the first organic film were formed on the quartz substrate.

【0038】吸収スペクトルでは、以下のような評価が
できる。すなわち、第2の有機膜中に第1の有機膜の構
成分子が拡散し、第2の有機膜の構成分子と基底状態で
相互作用していれば、吸収スペクトルの長波長側に第2
の有機膜の構成分子から第1の有機膜の構成分子への電
子遷移に基づく新たな電荷移動吸収が現れる。
The absorption spectrum can be evaluated as follows. That is, if the constituent molecules of the first organic film are diffused in the second organic film and interact with the constituent molecules of the second organic film in the ground state, the second wavelength is on the long wavelength side of the absorption spectrum.
A new charge transfer absorption based on the electronic transition from the constituent molecule of the organic film to the constituent molecule of the first organic film appears.

【0039】PLスペクトルでは、以下のような評価が
できる。すなわち、設計通りの素子が作製されている場
合、光の照射により第2の有機膜が励起されて電子−正
孔対(エキシトン)が生成され、エキシトンは直接遷移
によってS144膜のバンドギャップに相当する波長4
70nmの発光が起こる。しかし、第2の有機膜中に第
1の有機膜の構成分子が拡散し、間接発光準位を形成し
ている場合には、エキシトンの電子がいったん間接準位
に遷移し、さらに正孔と再結合するため、間接発光が起
こる。このときの発光波長は、第1の有機膜の伝導帯と
第2の有機膜の価電子帯のエネルギー差に相当する。
The PL spectrum can be evaluated as follows. That is, when the device as designed is manufactured, the second organic film is excited by light irradiation to generate an electron-hole pair (exciton), and the exciton corresponds to the band gap of the S144 film by direct transition. Wavelength 4
Emission of 70 nm occurs. However, when the constituent molecules of the first organic film diffuse into the second organic film to form the indirect light emission level, the exciton electrons once transit to the indirect level and then become holes. Because of recombination, indirect light emission occurs. The emission wavelength at this time corresponds to the energy difference between the conduction band of the first organic film and the valence band of the second organic film.

【0040】本実施例の素子については、吸収スペクト
ルでは電荷移動吸収は観測されず、PLスペクトルでは
直接遷移に基づく発光のみが観測され間接発光は観測さ
れなかった。これらの結果から、本実施例の素子では、
第2の有機膜中へ第1の有機膜の構成分子が拡散してい
ないことがわかる。
Regarding the device of this example, no charge transfer absorption was observed in the absorption spectrum, and only the light emission based on the direct transition was observed and the indirect light emission was not observed in the PL spectrum. From these results, in the device of this example,
It can be seen that the constituent molecules of the first organic film do not diffuse into the second organic film.

【0041】また、本実施例の素子について、EL素子
としての動作を評価するためにITO電極が正となるよ
うにバイアス電圧を印加すると、20Vで50mA/c
2 の電流が流れ、発光波長470nm、輝度1000
cd/cm2 の電界発光が得られ、青色発光を実現でき
た。
Further, regarding the element of this embodiment, an EL element
The ITO electrode becomes positive in order to evaluate the operation as
If a bias voltage is applied, the voltage will be 50mA / c at 20V.
m2 Current flows, emission wavelength 470 nm, brightness 1000
cd / cm2 The electric field emission of
It was

【0042】比較例として絶縁性薄膜を形成しない以外
は実施例と同一の構成を有する有機EL素子を作製し
た。この素子の場合、PLスペクトルでは、直接遷移に
よるS144膜のバンドギャップに相当する波長470
nmの発光とともに、その長波長側に波長600nmの
強い間接発光が観測された。この測定結果から、第2の
有機膜上に第1の有機膜を蒸着により形成する際に、第
1の有機膜の構成分子が第2の有機膜中に拡散している
と推定される。また、実施例と同一の条件でEL素子と
しての動作を評価したところ、470nmの電界発光は
観測されず、600nmの間接発光に対応する電界発光
のみが観測され、青色発光を実現できなかった。 実施例2
As a comparative example, an organic EL element having the same structure as that of the example except that the insulating thin film was not formed was prepared. In the case of this element, the PL spectrum shows a wavelength 470 corresponding to the band gap of the S144 film due to direct transition.
Along with the emission of nm, strong indirect emission of wavelength 600 nm was observed on the long wavelength side. From this measurement result, it is estimated that the constituent molecules of the first organic film are diffused into the second organic film when the first organic film is formed on the second organic film by vapor deposition. Further, when the operation as an EL element was evaluated under the same conditions as in the example, no electroluminescence at 470 nm was observed, only electroluminescence corresponding to indirect emission at 600 nm was observed, and blue emission could not be realized. Example 2

【0043】絶縁性薄膜としてPIBM膜を用いる代わ
りに、基板温度を−100℃に設定し、真空中でポリイ
ソプロピレンを直接加熱して昇華させることにより絶縁
性薄膜を形成した以外は、実施例1と同様にして有機E
L素子を作製した。絶縁性薄膜の膜厚は4nmであり、
平均分子量5000の高分子で構成されていた。
Instead of using the PIBM film as the insulating thin film, the substrate temperature was set to −100 ° C., and the insulating thin film was formed by directly heating and sublimating polyisopropylene in vacuum. Organic E as in 1
An L element was produced. The thickness of the insulating thin film is 4 nm,
It was composed of a polymer having an average molecular weight of 5000.

【0044】得られた素子にITO電極が正になるよう
にバイアス電圧を印加すると、50Vで50mA/cm
2 の電流が流れ、発光波長470nm、輝度1000c
d/cm2 の発光が得られ、青色発光を実現できた。
When a bias voltage was applied to the obtained device so that the ITO electrode was positive, 50 mA / cm at 50V.
2 Current flows, emission wavelength 470 nm, brightness 1000c
d / cm 2 It was possible to obtain blue light emission.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、理
想的に動作し、発光効率が高く、しかも所望の波長の発
光が得られる有機EL素子を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide an organic EL element that operates ideally, has high luminous efficiency, and can emit light of a desired wavelength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る有機EL素子の断面図。FIG. 1 is a sectional view of an organic EL element according to the present invention.

【図2】本発明に係る有機EL素子を構成する各層がそ
れぞれ独立した状態でのバンド図。
FIG. 2 is a band diagram in which each layer constituting the organic EL element according to the present invention is independent.

【図3】本発明に係る有機EL素子を構成する各層が接
合した状態でのバンド図。
FIG. 3 is a band diagram showing a state in which layers constituting an organic EL element according to the present invention are joined.

【図4】(a)および(b)は本発明に係る有機EL素
子の動作原理を説明するバンド図。
4 (a) and 4 (b) are band diagrams explaining the operation principle of the organic EL element according to the present invention.

【図5】従来の有機EL素子を構成する各層がそれぞれ
独立した状態でのバンド図。
FIG. 5 is a band diagram in which each layer constituting the conventional organic EL element is independent.

【図6】従来の有機EL素子を構成する各層が接合した
状態でのバンド図。
FIG. 6 is a band diagram showing a state in which layers constituting a conventional organic EL element are joined.

【図7】(a)および(b)は従来の有機EL素子の理
想的な動作原理を説明するバンド図。
7 (a) and 7 (b) are band diagrams explaining an ideal operation principle of a conventional organic EL element.

【図8】(a)および(b)は従来の有機EL素子で第
2の有機膜中へ第1の有機膜の構成分子が低濃度に拡散
した場合の動作原理を説明するバンド図。
8 (a) and 8 (b) are band diagrams for explaining the operation principle when the constituent molecules of the first organic film are diffused into the second organic film at a low concentration in the conventional organic EL device.

【図9】(a)および(b)は従来の有機EL素子で第
2の有機膜中へ第1の有機膜の構成分子が高濃度に拡散
した場合の動作原理を説明するバンド図。
9 (a) and 9 (b) are band diagrams for explaining the operation principle when the constituent molecules of the first organic film are diffused into the second organic film at a high concentration in the conventional organic EL device.

【図10】(a)は変位電流法で用いられる素子の断面
図、(b)は変位電流法で印加される電圧の波形図。
10A is a sectional view of an element used in the displacement current method, and FIG. 10B is a waveform diagram of a voltage applied by the displacement current method.

【図11】金属電極の仕事関数と有機膜のフェルミレベ
ルとがほぼ等しい場合に、三角波電圧を印加したときの
変位電流を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a displacement current when a triangular wave voltage is applied when the work function of the metal electrode and the Fermi level of the organic film are substantially equal.

【図12】金属電極の仕事関数と有機膜のフェルミレベ
ルより小さい場合に、三角波電圧を印加したときの変位
電流を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a displacement current when a triangular wave voltage is applied when the work function of the metal electrode is smaller than the Fermi level of the organic film.

【図13】金属電極の仕事関数と有機膜のフェルミレベ
ルより大きい場合に、三角波電圧を印加したときの変位
電流を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a displacement current when a triangular wave voltage is applied when the work function of the metal electrode is larger than the Fermi level of the organic film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガラス基板、2…第2の電極、3…第2の有機膜、
4…絶縁性薄膜、5…第1の有機膜、6…第1の電極。
1 ... glass substrate, 2 ... second electrode, 3 ... second organic film,
4 ... Insulating thin film, 5 ... 1st organic film, 6 ... 1st electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対向する第1、第2の電極と、前記第
1の電極に接して設けられた第1の有機膜と、前記第2
の電極に接して設けられた第2の有機膜とを有し、前記
第1、第2の電極間に第2の電極側に正のバイアスを与
えたときに、前記第1、第2の電極から前記第1、第2
の有機膜にそれぞれ電子および正孔が注入され、前記第
1の有機膜に注入された電子が前記第2の有機膜にトン
ネル注入されて第2の有機膜内で発光再結合するか、ま
たは前記第2の有機膜に注入された正孔が前記第1の有
機膜にトンネル注入されて第1の有機膜内で発光再結合
する有機EL素子において、前記第1、第2の有機膜の
間に、第1および第2の有機膜よりバンドギャップの大
きい絶縁性薄膜を設けたことを特徴とする有機EL素
子。
1. A first and a second electrode facing each other, a first organic film provided in contact with the first electrode, and the second electrode.
A second organic film provided in contact with the first electrode, and when a positive bias is applied to the second electrode side between the first and second electrodes, the first and second electrodes are formed. From the electrode to the first and second
Electrons and holes are respectively injected into the organic film, and the electrons injected into the first organic film are tunnel-injected into the second organic film to recombine radiatively in the second organic film, or In the organic EL device in which the holes injected into the second organic film are tunnel-injected into the first organic film to recombine in the first organic film by light emission, An organic EL device characterized in that an insulating thin film having a band gap larger than those of the first and second organic films is provided therebetween.
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