JPH0636877A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents
有機ｅｌ素子Info
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- JPH0636877A JPH0636877A JP19035392A JP19035392A JPH0636877A JP H0636877 A JPH0636877 A JP H0636877A JP 19035392 A JP19035392 A JP 19035392A JP 19035392 A JP19035392 A JP 19035392A JP H0636877 A JPH0636877 A JP H0636877A
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Landscapes
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
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- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】低電圧で高効率の発光を実現できる有機ＥＬ素
子を提供する。 【構成】電子注入用の第１の電極と、正孔注入用の第２
の電極と、これらの電極間に設けられた発光層及び少な
くとも１層のキャリア注入層とを具備した有機ＥＬ素子
において、発光層におけるキャリア移動度μLEL とキャ
リア注入層におけるキャリア移動度μCIL とが、μCIL
／μLEL ＞１０4 の関係を有する。
子を提供する。 【構成】電子注入用の第１の電極と、正孔注入用の第２
の電極と、これらの電極間に設けられた発光層及び少な
くとも１層のキャリア注入層とを具備した有機ＥＬ素子
において、発光層におけるキャリア移動度μLEL とキャ
リア注入層におけるキャリア移動度μCIL とが、μCIL
／μLEL ＞１０4 の関係を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は有機色素を含む有機膜を
用いた発光素子（ＥＬ素子）に関する。
用いた発光素子（ＥＬ素子）に関する。
【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．Ｐｈｙ
ｓ．，２５，Ｌ７７３，１９８６）。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１
００Ｖ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層構造のＥＬ素子を報告している
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３，１
９８７）。この報告によれば、有機膜の膜厚を１００ｎ
ｍ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ている。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ＥＬ素子を提案している。この
構造では、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ている
（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２７，Ｌ２６９，１
９８８）。
いられる有機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．Ｐｈｙ
ｓ．，２５，Ｌ７７３，１９８６）。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１
００Ｖ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層構造のＥＬ素子を報告している
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３，１
９８７）。この報告によれば、有機膜の膜厚を１００ｎ
ｍ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ている。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ＥＬ素子を提案している。この
構造では、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ている
（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。
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。
【０００４】また、幾つかの研究報告では、用いる有機
膜の電子又は正孔の移動度と発光輝度や発光効率との関
係が検討されている。これらの研究では、一般的に用い
られる材料系の薄膜におけるキャリア移動度は１０-6〜
１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの範囲にあることが報告され
ている。キャリアの移動度が低いと、有機膜の抵抗が高
くなるため、その分だけ印加電圧を高める必要があると
考えられている。したがってこれまでの研究では、でき
るだけキャリア移動度の高い材料又は膜構造を用いるこ
とが目標となっている。しかし、従来の有機ＥＬ素子で
は、０．１〜１％という低い発光量子効率しか得られて
いない。
膜の電子又は正孔の移動度と発光輝度や発光効率との関
係が検討されている。これらの研究では、一般的に用い
られる材料系の薄膜におけるキャリア移動度は１０-6〜
１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの範囲にあることが報告され
ている。キャリアの移動度が低いと、有機膜の抵抗が高
くなるため、その分だけ印加電圧を高める必要があると
考えられている。したがってこれまでの研究では、でき
るだけキャリア移動度の高い材料又は膜構造を用いるこ
とが目標となっている。しかし、従来の有機ＥＬ素子で
は、０．１〜１％という低い発光量子効率しか得られて
いない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低電
圧で高効率の発光を実現できる有機ＥＬ素子を提供する
ことにある。
圧で高効率の発光を実現できる有機ＥＬ素子を提供する
ことにある。
【０００６】
【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、電子注入用の第１の電極と、正孔注入用の第２
の電極と、これらの電極間に設けられた発光層及び少な
くとも１層のキャリア注入層とを具備した有機ＥＬ素子
において、発光層におけるキャリア移動度μLEL とキャ
リア注入層におけるキャリア移動度μCIL とが、 μCIL ／μLEL ＞１０4 の関係を有することを特徴とするものである。
素子は、電子注入用の第１の電極と、正孔注入用の第２
の電極と、これらの電極間に設けられた発光層及び少な
くとも１層のキャリア注入層とを具備した有機ＥＬ素子
において、発光層におけるキャリア移動度μLEL とキャ
リア注入層におけるキャリア移動度μCIL とが、 μCIL ／μLEL ＞１０4 の関係を有することを特徴とするものである。
【０００７】本発明の有機ＥＬ素子においては、キャリ
ア注入層におけるキャリア移動度μCIL が１０-2ｃｍ2
／Ｖ・ｓｅｃを超えることが好ましい。なお、有機膜中
のキャリア移動度は、一般にＴＯＦ法（Ｔｉｍｅ ｏｆ
Ｆｌｉｇｈｔ）法によって測定できる。
ア注入層におけるキャリア移動度μCIL が１０-2ｃｍ2
／Ｖ・ｓｅｃを超えることが好ましい。なお、有機膜中
のキャリア移動度は、一般にＴＯＦ法（Ｔｉｍｅ ｏｆ
Ｆｌｉｇｈｔ）法によって測定できる。
【０００８】本発明において、発光層（ＬＥＬ）とは、
電極から直接又はキャリア注入層を介して注入された電
子と正孔とが再結合して発光する領域を意味する。キャ
リア注入層（ＣＩＬ）は電子注入層（ＥＩＬ）と正孔注
入層（ＨＩＬ）とに分類される。電子注入層とは、第１
の電極と発光層との間に設けられ、第１の電極から電子
が注入され、さらに電子を発光層へ注入させる領域を意
味する。正孔注入層とは、第２の電極と発光層との間に
設けられ、第２の電極から正孔が注入され、さらに正孔
を発光層へ注入させる領域を意味する。
電極から直接又はキャリア注入層を介して注入された電
子と正孔とが再結合して発光する領域を意味する。キャ
リア注入層（ＣＩＬ）は電子注入層（ＥＩＬ）と正孔注
入層（ＨＩＬ）とに分類される。電子注入層とは、第１
の電極と発光層との間に設けられ、第１の電極から電子
が注入され、さらに電子を発光層へ注入させる領域を意
味する。正孔注入層とは、第２の電極と発光層との間に
設けられ、第２の電極から正孔が注入され、さらに正孔
を発光層へ注入させる領域を意味する。
【０００９】本発明の有機ＥＬ素子は、電子注入用の第
１の電極と正孔注入用の第２の電極との間に、単層又は
複数層のキャリア注入層と発光層とを形成した構造を有
する。本発明に係る有機ＥＬ素子の一般的な構造を図１
に示す。図１の有機ＥＬ素子は、上から見て、電子注入
用の第１の電極１、電子注入層（ＥＩＬ）２、発光層
（ＬＥＬ）３、正孔注入層（ＨＩＬ）４、正孔注入用の
第２の電極５、およびガラス基板６で構成されている。
光はガラス基板６側から取り出される。
１の電極と正孔注入用の第２の電極との間に、単層又は
複数層のキャリア注入層と発光層とを形成した構造を有
する。本発明に係る有機ＥＬ素子の一般的な構造を図１
に示す。図１の有機ＥＬ素子は、上から見て、電子注入
用の第１の電極１、電子注入層（ＥＩＬ）２、発光層
（ＬＥＬ）３、正孔注入層（ＨＩＬ）４、正孔注入用の
第２の電極５、およびガラス基板６で構成されている。
光はガラス基板６側から取り出される。
【００１０】なお本発明では、発光層と電子注入層との
２層構造、又は発光層と正孔注入層との２層構造も考え
られる。この場合、発光層はそれぞれ正孔注入性および
電子注入性を有する。キャリア注入層は有機材料ではな
く、無機材料で構成してもよい。また、第１の電極と電
子注入層との間の電子注入障壁、および第１の電極と発
光層との間に複数の有機膜が形成されている場合におけ
るこれらの有機膜間の電子注入障壁は小さく設計されて
いることが好ましい。同様に、第２の電極と正孔注入層
との間の正孔注入障壁、および第２の電極と発光層との
間に複数の有機膜が形成されている場合におけるこれら
の有機膜間の正孔注入障壁は小さく設計されていること
が好ましい。さらに、ＲＧＢ各色で発光波長を自由に設
定しようとすると、有機膜のバンドギャップが最大で
３．０〜３．５ｅＶ程度に広がる。このような範囲のバ
ンドギャップを有する有機膜に対して電子注入および正
孔注入を可能にするためには、第１の電極としてできる
だけ仕事関数の小さいもの、第２の電極としてできるだ
け仕事関数の大きいものを選択することが好ましい。
２層構造、又は発光層と正孔注入層との２層構造も考え
られる。この場合、発光層はそれぞれ正孔注入性および
電子注入性を有する。キャリア注入層は有機材料ではな
く、無機材料で構成してもよい。また、第１の電極と電
子注入層との間の電子注入障壁、および第１の電極と発
光層との間に複数の有機膜が形成されている場合におけ
るこれらの有機膜間の電子注入障壁は小さく設計されて
いることが好ましい。同様に、第２の電極と正孔注入層
との間の正孔注入障壁、および第２の電極と発光層との
間に複数の有機膜が形成されている場合におけるこれら
の有機膜間の正孔注入障壁は小さく設計されていること
が好ましい。さらに、ＲＧＢ各色で発光波長を自由に設
定しようとすると、有機膜のバンドギャップが最大で
３．０〜３．５ｅＶ程度に広がる。このような範囲のバ
ンドギャップを有する有機膜に対して電子注入および正
孔注入を可能にするためには、第１の電極としてできる
だけ仕事関数の小さいもの、第２の電極としてできるだ
け仕事関数の大きいものを選択することが好ましい。
【００１１】図１の有機ＥＬ素子の動作を図２〜図４を
参照して概略的に説明する。図２に図１の有機ＥＬ素子
の接合状態を示す。また、図３に第１の電極に負の電圧
を印加した状態を示す。このとき第１の電極から電子注
入層へ電子が注入され、電子注入層では電子の移動度が
高いため、電子は速やかに発光層に達する。一方、第２
の電極から正孔注入層へ正孔が注入され、正孔注入層で
は正孔の移動度が高いため、正孔は速やかに発光層に達
する。さらに高い電圧を印加すると、図４に示すよう
に、発光層ではキャリアの移動度が低いため、電子が蓄
積され電子密度が高い空間電荷層が形成されるととも
に、正孔が蓄積されて正孔密度が高い空間電荷層が形成
される。そして、発光層に形成された電子と正孔との空
間電荷層の間で再結合が起き、有機膜から発光が得られ
る。両者の再結合速度はあまり大きくないので、発光効
率を高めるためには、電子と正孔とを発光層内にできる
だけ長時間閉じ込めることが好ましい。いま、発光層で
のキャリアの滞留時間をτLEL 、キャリア注入層でのキ
ャリアの滞留時間をτCIL とすると、 τLEL ＞＞τCIL とすれば、再結合効率が向上する。ここで、τ＝ｄ／μ
・Ｅ（ｄは膜厚、Ｅは電界強度）であるから、上式は ｄLEL ／μLEL ＞＞ｄCIL ／μCIL
参照して概略的に説明する。図２に図１の有機ＥＬ素子
の接合状態を示す。また、図３に第１の電極に負の電圧
を印加した状態を示す。このとき第１の電極から電子注
入層へ電子が注入され、電子注入層では電子の移動度が
高いため、電子は速やかに発光層に達する。一方、第２
の電極から正孔注入層へ正孔が注入され、正孔注入層で
は正孔の移動度が高いため、正孔は速やかに発光層に達
する。さらに高い電圧を印加すると、図４に示すよう
に、発光層ではキャリアの移動度が低いため、電子が蓄
積され電子密度が高い空間電荷層が形成されるととも
に、正孔が蓄積されて正孔密度が高い空間電荷層が形成
される。そして、発光層に形成された電子と正孔との空
間電荷層の間で再結合が起き、有機膜から発光が得られ
る。両者の再結合速度はあまり大きくないので、発光効
率を高めるためには、電子と正孔とを発光層内にできる
だけ長時間閉じ込めることが好ましい。いま、発光層で
のキャリアの滞留時間をτLEL 、キャリア注入層でのキ
ャリアの滞留時間をτCIL とすると、 τLEL ＞＞τCIL とすれば、再結合効率が向上する。ここで、τ＝ｄ／μ
・Ｅ（ｄは膜厚、Ｅは電界強度）であるから、上式は ｄLEL ／μLEL ＞＞ｄCIL ／μCIL
【００１２】と書き直せる。τLEL を大きくするために
は、膜厚ｄLEL を大きくすることも考えられる。しか
し、有機ＥＬ素子の場合、ｄを大きくすると有効な電界
強度を得るための駆動電圧が非常に大きくなるため、現
実的ではない。一般に、ｄは１０-5ｃｍ程度に設定され
る。本発明では、μLEL ＜μCIL ／１０4 とすることに
より、τLEL ＞１０4 ・τCIL となり再結合効率の向上
が実現される。
は、膜厚ｄLEL を大きくすることも考えられる。しか
し、有機ＥＬ素子の場合、ｄを大きくすると有効な電界
強度を得るための駆動電圧が非常に大きくなるため、現
実的ではない。一般に、ｄは１０-5ｃｍ程度に設定され
る。本発明では、μLEL ＜μCIL ／１０4 とすることに
より、τLEL ＞１０4 ・τCIL となり再結合効率の向上
が実現される。
【００１３】さらに、μCIL を例えば１０-2ｃｍ2 ／Ｖ
・ｓｅｃ未満とする場合について考える。素子に印加さ
れる電界強度Ｅは一般に１０6 Ｖ／ｃｍであるから、こ
の場合上式よりτCIL は１０-9ｓｅｃ程度と見積もられ
る。また本発明の有機ＥＬ素子では概略τLEL ＞１０4
・τCIL であるため、τLEL は１０-5ｓｅｃ以上とな
る。一方、有機膜内でキャリアが再結合する速度は、一
般に１０-6ｓｅｃのオーダーである。したがって、キャ
リアが発光層内に存在する時間τLEL が前述したように
１０-5ｓｅｃ以上であれば、キャリアが再結合するのに
十分な時間が確保される。そして、発光層に電子と正孔
とが高密度に存在するため再結合確率が上昇し、発光効
率が向上する。このため、発光層の膜厚を薄くできる効
果も得られる。
・ｓｅｃ未満とする場合について考える。素子に印加さ
れる電界強度Ｅは一般に１０6 Ｖ／ｃｍであるから、こ
の場合上式よりτCIL は１０-9ｓｅｃ程度と見積もられ
る。また本発明の有機ＥＬ素子では概略τLEL ＞１０4
・τCIL であるため、τLEL は１０-5ｓｅｃ以上とな
る。一方、有機膜内でキャリアが再結合する速度は、一
般に１０-6ｓｅｃのオーダーである。したがって、キャ
リアが発光層内に存在する時間τLEL が前述したように
１０-5ｓｅｃ以上であれば、キャリアが再結合するのに
十分な時間が確保される。そして、発光層に電子と正孔
とが高密度に存在するため再結合確率が上昇し、発光効
率が向上する。このため、発光層の膜厚を薄くできる効
果も得られる。
【００１４】また、本発明の有機ＥＬ素子では、素子抵
抗はキャリア移動度の逆数に比例するので、少なくとも
キャリア注入層の素子抵抗を低減でき、これによって動
作電圧を低減できる。さらに、本発明の有機ＥＬ素子で
は、キャリア注入層と発光層とのキャリア移動度の大小
関係によって電子と正孔との同時注入を可能にしている
ため、有機膜の電気的接合条件に関してそれほど厳しい
条件が要求されることはない。一般に、有機膜の電気的
接合条件を制御することは困難であるため、本発明の有
機ＥＬ素子は使用する材料の選択、製造条件などの点で
有利である。
抗はキャリア移動度の逆数に比例するので、少なくとも
キャリア注入層の素子抵抗を低減でき、これによって動
作電圧を低減できる。さらに、本発明の有機ＥＬ素子で
は、キャリア注入層と発光層とのキャリア移動度の大小
関係によって電子と正孔との同時注入を可能にしている
ため、有機膜の電気的接合条件に関してそれほど厳しい
条件が要求されることはない。一般に、有機膜の電気的
接合条件を制御することは困難であるため、本発明の有
機ＥＬ素子は使用する材料の選択、製造条件などの点で
有利である。
【００１５】本発明の有機ＥＬ素子を実現するために
は、素子を構成する各有機膜における電子および正孔の
移動度を制御する必要がある。その制御の仕方に応じ
て、以下に示すように種々の素子構造が考えられる。
は、素子を構成する各有機膜における電子および正孔の
移動度を制御する必要がある。その制御の仕方に応じ
て、以下に示すように種々の素子構造が考えられる。
【００１６】（Ａ）有機膜中のキャリア移動度は、結晶
構造を有する場合には高くアモルファス構造を有する場
合には低いという性質を利用して、単一の有機化合物を
用い、発光層をアモルファス構造の領域とし、キャリア
注入層を結晶構造の領域とした素子構造。（Ｂ）キャリ
ア移動度の異なる複数種の有機膜を積層した素子構造。
（Ｃ）発光層が連続した井戸型ポテンシャル構造のバン
ドを持つ素子構造。
構造を有する場合には高くアモルファス構造を有する場
合には低いという性質を利用して、単一の有機化合物を
用い、発光層をアモルファス構造の領域とし、キャリア
注入層を結晶構造の領域とした素子構造。（Ｂ）キャリ
ア移動度の異なる複数種の有機膜を積層した素子構造。
（Ｃ）発光層が連続した井戸型ポテンシャル構造のバン
ドを持つ素子構造。
【００１７】（Ａ）の素子構造を有する有機ＥＬ素子に
ついて、より詳細に説明する。この有機ＥＬ素子は、た
とえば図１に示すような構造を有する。この素子構造を
有する有機ＥＬ素子は、１種類の有機化合物を用い、成
膜条件を制御して、結晶構造を有する有機膜、アモルフ
ァス構造を有する有機膜（発光層）、結晶構造を有する
有機膜を順次形成することにより製造できる。前述した
ＴＯＦ法によって測定された各有機膜のキャリア移動度
は、アモルファス構造の有機膜では１０-10 〜１０-4ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、結晶構造の有機膜では１０-5〜１０
2 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの範囲の値となる。したがって、
適切な材料を選択して、このような構造を採用すれば、
本発明の条件を満たすことができる。
ついて、より詳細に説明する。この有機ＥＬ素子は、た
とえば図１に示すような構造を有する。この素子構造を
有する有機ＥＬ素子は、１種類の有機化合物を用い、成
膜条件を制御して、結晶構造を有する有機膜、アモルフ
ァス構造を有する有機膜（発光層）、結晶構造を有する
有機膜を順次形成することにより製造できる。前述した
ＴＯＦ法によって測定された各有機膜のキャリア移動度
は、アモルファス構造の有機膜では１０-10 〜１０-4ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、結晶構造の有機膜では１０-5〜１０
2 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの範囲の値となる。したがって、
適切な材料を選択して、このような構造を採用すれば、
本発明の条件を満たすことができる。
【００１８】（Ｂ）の素子構造を有する有機ＥＬ素子に
ついてより詳細に説明する。この有機ＥＬ素子は、たと
えば電子注入用の第１の電極と正孔注入用の第２の電極
との間に第１の電極側から第１〜第ｎの有機膜の積層構
造を挟んだ構造を有する。この素子では、キャリア移動
度の異なる複数の有機材料が組み合わせて用いられてい
る。ここで、第ｍ番目の有機膜を発光層とする。いま、
第ｉ番目の有機膜について電子の移動度をμe i 、正孔
の移動度をμh i とすると、電子の移動度に関してμe
i ／μe m ＞１０4 （ｉ＝１〜ｍ−１）、正孔の移動
度に関してμh i／μh m ＞１０4 （ｉ＝ｎ〜ｍ＋１）
という関係を満たしている。
ついてより詳細に説明する。この有機ＥＬ素子は、たと
えば電子注入用の第１の電極と正孔注入用の第２の電極
との間に第１の電極側から第１〜第ｎの有機膜の積層構
造を挟んだ構造を有する。この素子では、キャリア移動
度の異なる複数の有機材料が組み合わせて用いられてい
る。ここで、第ｍ番目の有機膜を発光層とする。いま、
第ｉ番目の有機膜について電子の移動度をμe i 、正孔
の移動度をμh i とすると、電子の移動度に関してμe
i ／μe m ＞１０4 （ｉ＝１〜ｍ−１）、正孔の移動
度に関してμh i／μh m ＞１０4 （ｉ＝ｎ〜ｍ＋１）
という関係を満たしている。
【００１９】図５にこの有機ＥＬ素子の接合状態を示
す。またこの有機ＥＬ素子の作用を図６を参照して説明
する。まず第１の電極Ｍ1 に負の電圧を印加する。第１
の電極Ｍ1 から電子が第１の有機膜Ｏ1 、第２の有機膜
Ｏ2 の順に注入され、さらに第ｍの有機膜Ｏm に注入さ
れる。第ｍの有機膜Ｏm 中における電子の移動度が低い
ために、電子は第ｍの有機膜Ｏm に蓄積され、電子密度
が高い空間電荷層が形成される。一方、第２の電極Ｍ2
から正孔が第ｎの有機膜Ｏn 、第ｎ−１の有機膜Ｏn-1
の順に注入され、さらに第ｍの有機膜Ｏm に注入され
る。第ｍの有機膜Ｏm 中における正孔の移動度が低いた
めに、正孔は第ｍの有機膜Ｏm に蓄積され、正孔密度が
高い空間電荷層が形成される。そして、第ｍの有機膜Ｏ
m に形成された電子と正孔との空間電荷層の間で再結合
が起き、発光が得られる。すなわち、第ｍの有機膜Ｏm
に注入された電子と正孔とが、隣接する層へ流れ去る速
度よりも再結合する速度が高いため、発光効率が向上す
る。
す。またこの有機ＥＬ素子の作用を図６を参照して説明
する。まず第１の電極Ｍ1 に負の電圧を印加する。第１
の電極Ｍ1 から電子が第１の有機膜Ｏ1 、第２の有機膜
Ｏ2 の順に注入され、さらに第ｍの有機膜Ｏm に注入さ
れる。第ｍの有機膜Ｏm 中における電子の移動度が低い
ために、電子は第ｍの有機膜Ｏm に蓄積され、電子密度
が高い空間電荷層が形成される。一方、第２の電極Ｍ2
から正孔が第ｎの有機膜Ｏn 、第ｎ−１の有機膜Ｏn-1
の順に注入され、さらに第ｍの有機膜Ｏm に注入され
る。第ｍの有機膜Ｏm 中における正孔の移動度が低いた
めに、正孔は第ｍの有機膜Ｏm に蓄積され、正孔密度が
高い空間電荷層が形成される。そして、第ｍの有機膜Ｏ
m に形成された電子と正孔との空間電荷層の間で再結合
が起き、発光が得られる。すなわち、第ｍの有機膜Ｏm
に注入された電子と正孔とが、隣接する層へ流れ去る速
度よりも再結合する速度が高いため、発光効率が向上す
る。
【００２０】前述したように本発明の有機ＥＬ素子で
は、キャリア注入層と発光層とのキャリア移動度の大小
関係によって電子と正孔との同時注入を可能にしている
ため、有機膜の電気的接合条件に関してそれほど厳しい
条件が要求されることはないため、素子の設計が容易に
なる。ただし、動作電圧を低減するためには、さらに電
極と有機膜との間および有機膜と有機膜との間の電気的
接合が最適化されていることが好ましい。
は、キャリア注入層と発光層とのキャリア移動度の大小
関係によって電子と正孔との同時注入を可能にしている
ため、有機膜の電気的接合条件に関してそれほど厳しい
条件が要求されることはないため、素子の設計が容易に
なる。ただし、動作電圧を低減するためには、さらに電
極と有機膜との間および有機膜と有機膜との間の電気的
接合が最適化されていることが好ましい。
【００２１】さらに、（Ｂ）の素子構造を有する有機Ｅ
Ｌ素子において、キャリア注入層を結晶構造を有する有
機膜で形成してキャリア移動度を高めれば、素子抵抗を
低減して動作電圧を低減できる。
Ｌ素子において、キャリア注入層を結晶構造を有する有
機膜で形成してキャリア移動度を高めれば、素子抵抗を
低減して動作電圧を低減できる。
【００２２】（Ｃ）の構造を有する有機ＥＬ素子につい
てより詳細に説明する。この有機ＥＬ素子では、図５に
図示した有機ＥＬ素子における発光層（第ｍ層）が、２
種の有機膜ｍ１、ｍ２の交互積層体で構成されている。
２種の有機膜に関して、各々のバンドギャップを
Ｅgm1 、Ｅgm2 とし、各々の価電子帯、伝導帯の真空準
位からのエネルギー差をＥVm1 、ＥCm1 、ＥVm2 、Ｅ
Cm2 としたとき、これらの２種の有機膜としては、 Ｅgm1 ＜Ｅgm2 ＥCm1 ＞ＥCm2 E Vm1 ＜ＥVm2 という関係が成立するものが選択される。なお、 ＥCm1 −ＥCm2 ≦０．４ｅＶ ＥVm2 −ＥVm1 ≦０．４ｅＶ であることが好ましい。
てより詳細に説明する。この有機ＥＬ素子では、図５に
図示した有機ＥＬ素子における発光層（第ｍ層）が、２
種の有機膜ｍ１、ｍ２の交互積層体で構成されている。
２種の有機膜に関して、各々のバンドギャップを
Ｅgm1 、Ｅgm2 とし、各々の価電子帯、伝導帯の真空準
位からのエネルギー差をＥVm1 、ＥCm1 、ＥVm2 、Ｅ
Cm2 としたとき、これらの２種の有機膜としては、 Ｅgm1 ＜Ｅgm2 ＥCm1 ＞ＥCm2 E Vm1 ＜ＥVm2 という関係が成立するものが選択される。なお、 ＥCm1 −ＥCm2 ≦０．４ｅＶ ＥVm2 −ＥVm1 ≦０．４ｅＶ であることが好ましい。
【００２３】図７にこの有機ＥＬ素子の発光層の接合状
態を示す。２種の有機膜ｍ1 、ｍ2が交互に積層される
ことによって、価電子帯および伝導帯は、浅い井戸型ポ
テンシャルが連続したバンド構造となる。図５と同様
に、第１の電極（図示せず）から第１〜第ｍ−１の有機
膜（図示せず）を通して有機膜ｍ1 に電子が注入される
と、隣接する有機膜ｍ2 との間の低い電子注入障壁の存
在のため、電子は障壁の直前である程度の密度で蓄積す
る。蓄積密度が上昇し障壁を乗り越えることができる電
界が印加されると、電子は有機膜ｍ2 に注入される。有
機膜ｍ2 に注入された電子は隣接する有機膜ｍ1 との間
に障壁がないため、そのまま次の有機膜ｍ1 に注入さ
れ、再び電子の蓄積が起こる。このように連続的に形成
された障壁で次々に蓄積が起き、全体としては電子の空
間電荷層が形成される。一方、第２の電極（図示せず）
から第ｎ〜第ｍ＋１の有機膜（図示せず）を通して有機
膜ｍ1に正孔が注入されると、隣接する有機膜ｍ1 との
間の低い正孔注入障壁の存在のため、正孔は障壁の直前
である程度の密度で蓄積する。蓄積密度が上昇し障壁を
乗り越えることができる電界が印加されると、正孔は有
機膜ｍ2 に注入される。有機膜ｍ2 に注入された正孔は
隣接する有機膜ｍ1 との間に障壁がないため、そのまま
次の有機膜ｍ1 に注入され、再び正孔の蓄積が起こる。
このように連続的に形成された障壁で次々に蓄積が起
き、全体としては正孔の空間電荷層が形成される。そし
て、有機膜ｍ1 では電子と正孔との空間電荷層が重なっ
ており、再結合発光が起こる。このときの発光波長はＥ
gm1 に対応する。
態を示す。２種の有機膜ｍ1 、ｍ2が交互に積層される
ことによって、価電子帯および伝導帯は、浅い井戸型ポ
テンシャルが連続したバンド構造となる。図５と同様
に、第１の電極（図示せず）から第１〜第ｍ−１の有機
膜（図示せず）を通して有機膜ｍ1 に電子が注入される
と、隣接する有機膜ｍ2 との間の低い電子注入障壁の存
在のため、電子は障壁の直前である程度の密度で蓄積す
る。蓄積密度が上昇し障壁を乗り越えることができる電
界が印加されると、電子は有機膜ｍ2 に注入される。有
機膜ｍ2 に注入された電子は隣接する有機膜ｍ1 との間
に障壁がないため、そのまま次の有機膜ｍ1 に注入さ
れ、再び電子の蓄積が起こる。このように連続的に形成
された障壁で次々に蓄積が起き、全体としては電子の空
間電荷層が形成される。一方、第２の電極（図示せず）
から第ｎ〜第ｍ＋１の有機膜（図示せず）を通して有機
膜ｍ1に正孔が注入されると、隣接する有機膜ｍ1 との
間の低い正孔注入障壁の存在のため、正孔は障壁の直前
である程度の密度で蓄積する。蓄積密度が上昇し障壁を
乗り越えることができる電界が印加されると、正孔は有
機膜ｍ2 に注入される。有機膜ｍ2 に注入された正孔は
隣接する有機膜ｍ1 との間に障壁がないため、そのまま
次の有機膜ｍ1 に注入され、再び正孔の蓄積が起こる。
このように連続的に形成された障壁で次々に蓄積が起
き、全体としては正孔の空間電荷層が形成される。そし
て、有機膜ｍ1 では電子と正孔との空間電荷層が重なっ
ており、再結合発光が起こる。このときの発光波長はＥ
gm1 に対応する。
【００２４】この有機ＥＬ素子の発光層では、低い障壁
が連続的に形成されているため、見掛上キャリアの移動
度が小さくなり、空間電荷層が形成されてキャリアが効
率よく再結合する。したがって、２種の有機膜ｍ1 、ｍ
2 におけるキャリア移動度は必ずしも低い必要はなく、
キャリア移動度の高いものを用いても差支えない。
が連続的に形成されているため、見掛上キャリアの移動
度が小さくなり、空間電荷層が形成されてキャリアが効
率よく再結合する。したがって、２種の有機膜ｍ1 、ｍ
2 におけるキャリア移動度は必ずしも低い必要はなく、
キャリア移動度の高いものを用いても差支えない。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）
【００２６】図１に本実施例における有機ＥＬ素子を示
す。この素子は、Ｓｍ・Ａｕ合金からなる第１の電極１
およびＩＴＯ膜からなる第２の電極５の間に、下記化学
式（１）で示される有機化合物を用いて、結晶構造を有
する電子注入層（ＥＩＬ）２、アモルファス構造を有す
る発光層（ＬＥＬ）３、および結晶構造を有する正孔注
入層（ＨＩＬ）４の３つの領域が形成されている。
す。この素子は、Ｓｍ・Ａｕ合金からなる第１の電極１
およびＩＴＯ膜からなる第２の電極５の間に、下記化学
式（１）で示される有機化合物を用いて、結晶構造を有
する電子注入層（ＥＩＬ）２、アモルファス構造を有す
る発光層（ＬＥＬ）３、および結晶構造を有する正孔注
入層（ＨＩＬ）４の３つの領域が形成されている。
【００２７】
【化１】
【００２８】この素子は、以下のようにして作製され
た。アルカリ成分を含まないガラス基板６上にスパッタ
法によりＩＴＯ膜を２００ｎｍの厚さに形成する。次い
で、このＩＴＯ膜の形成された基板をＭＢＥ装置内にセ
ットし、１０-10 ｔｏｒｒの超高真空に真空引きし、
（１）式の有機化合物を０．０１ｎｍ／ｓｅｃの成膜速
度で成膜する。この際、基板温度４０℃で結晶膜を５０
ｎｍの厚さに成膜し、基板温度を−３０℃に変えてアモ
ルファス膜を２０ｎｍの厚さに成膜し、再び基板温度を
４０℃に戻して結晶膜を５０ｎｍの厚さに成膜する。最
後に、真空蒸着法によりＳｍ・Ａｕ合金を１００ｎｍの
厚さに形成する。
た。アルカリ成分を含まないガラス基板６上にスパッタ
法によりＩＴＯ膜を２００ｎｍの厚さに形成する。次い
で、このＩＴＯ膜の形成された基板をＭＢＥ装置内にセ
ットし、１０-10 ｔｏｒｒの超高真空に真空引きし、
（１）式の有機化合物を０．０１ｎｍ／ｓｅｃの成膜速
度で成膜する。この際、基板温度４０℃で結晶膜を５０
ｎｍの厚さに成膜し、基板温度を−３０℃に変えてアモ
ルファス膜を２０ｎｍの厚さに成膜し、再び基板温度を
４０℃に戻して結晶膜を５０ｎｍの厚さに成膜する。最
後に、真空蒸着法によりＳｍ・Ａｕ合金を１００ｎｍの
厚さに形成する。
【００２９】予め、式（１）の有機化合物について結晶
膜とアモルファス膜とを作製し、ＴＯＦ法によりキャリ
ア（電子および正孔）の移動度を測定したところ、結晶
膜では約１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、アモルファス膜で
は約１０-10 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。この素子に
１５Ｖの電圧を印加すると、１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流
が流れ、波長５００ｎｍの青緑色の発光が１０００ｃｄ
／ｃｍ2 の輝度で得られた。
膜とアモルファス膜とを作製し、ＴＯＦ法によりキャリ
ア（電子および正孔）の移動度を測定したところ、結晶
膜では約１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、アモルファス膜で
は約１０-10 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。この素子に
１５Ｖの電圧を印加すると、１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流
が流れ、波長５００ｎｍの青緑色の発光が１０００ｃｄ
／ｃｍ2 の輝度で得られた。
【００３０】比較のために、第１の電極および第２の電
極間に式（１）の有機化合物を用いた膜厚１５０ｎｍの
アモルファス構造の単一層の有機膜が形成された素子を
作製した。比較例の有機ＥＬ素子では、実施例１の素子
と同一の電流密度を得るためには約３倍の動作電圧が必
要であり、発光輝度も低下した。また、比較例の素子で
は短絡の確率が増加し、短絡が生じない場合でも寿命が
大幅に減少した。 （実施例２）
極間に式（１）の有機化合物を用いた膜厚１５０ｎｍの
アモルファス構造の単一層の有機膜が形成された素子を
作製した。比較例の有機ＥＬ素子では、実施例１の素子
と同一の電流密度を得るためには約３倍の動作電圧が必
要であり、発光輝度も低下した。また、比較例の素子で
は短絡の確率が増加し、短絡が生じない場合でも寿命が
大幅に減少した。 （実施例２）
【００３１】図９に本実施例の有機ＥＬ素子を示す。こ
の素子は、上から見てＡｌからなる第１の電極Ｍ1 １、
電子注入層２として下記化学式（２）の有機化合物から
なる第１の有機膜Ｏ1 、発光層３として下記化学式
（３）の有機化合物からなる第２の有機膜Ｏ2 、正孔注
入層４として下記化学式（４）の有機化合物からなる第
３の有機膜Ｏ3 、ＩＴＯ膜からなる第２の電極Ｍ2 ５お
よびガラス基板６で構成されている。
の素子は、上から見てＡｌからなる第１の電極Ｍ1 １、
電子注入層２として下記化学式（２）の有機化合物から
なる第１の有機膜Ｏ1 、発光層３として下記化学式
（３）の有機化合物からなる第２の有機膜Ｏ2 、正孔注
入層４として下記化学式（４）の有機化合物からなる第
３の有機膜Ｏ3 、ＩＴＯ膜からなる第２の電極Ｍ2 ５お
よびガラス基板６で構成されている。
【００３２】
【化２】
【００３３】
【化３】
【００３４】
【化４】
【００３５】この素子は以下のようにして作製された。
アルカリ成分を含まないガラス基板６上にスパッタ法に
よりＩＴＯ膜を２００ｎｍの厚さに形成した。次いで、
このＩＴＯ膜の形成された基板を高真空蒸着装置にセッ
トし、１０-8ｔｏｒｒまで真空引きし、基板温度２５℃
で式（４）の有機化合物を０．０１ｎｍ／ｓｅｃの速度
で５０ｎｍの厚さに成膜する。次に式（３）の有機化合
物を３０ｎｍの厚さに成膜する。さらに式（２）の有機
化合物を５０ｎｍの厚さに成膜する。これらの最後に、
真空蒸着法によりＡｌ膜を１００ｎｍの厚さに形成す
る。
アルカリ成分を含まないガラス基板６上にスパッタ法に
よりＩＴＯ膜を２００ｎｍの厚さに形成した。次いで、
このＩＴＯ膜の形成された基板を高真空蒸着装置にセッ
トし、１０-8ｔｏｒｒまで真空引きし、基板温度２５℃
で式（４）の有機化合物を０．０１ｎｍ／ｓｅｃの速度
で５０ｎｍの厚さに成膜する。次に式（３）の有機化合
物を３０ｎｍの厚さに成膜する。さらに式（２）の有機
化合物を５０ｎｍの厚さに成膜する。これらの最後に、
真空蒸着法によりＡｌ膜を１００ｎｍの厚さに形成す
る。
【００３６】予め、ＴＯＦ法によりキャリア（電子およ
び正孔）の移動度を測定したところ、第１の有機膜Ｏ1
の電子移動度は約１０-3ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、第２の有
機膜Ｏ2 の電子移動度は約１０-8ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、
第２の有機膜Ｏ2 の正孔移動度は約１０-10 ｃｍ2 ／Ｖ
・ｓｅｃ、第３の有機膜Ｏ3 の正孔移動度は約１０-4ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。
び正孔）の移動度を測定したところ、第１の有機膜Ｏ1
の電子移動度は約１０-3ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、第２の有
機膜Ｏ2 の電子移動度は約１０-8ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ、
第２の有機膜Ｏ2 の正孔移動度は約１０-10 ｃｍ2 ／Ｖ
・ｓｅｃ、第３の有機膜Ｏ3 の正孔移動度は約１０-4ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃであった。
【００３７】また、本実施例においては、電子注入およ
び正孔注入を考慮して、以下に示すように各電極と各有
機膜とのエネルギー準位が最適化されている。ここで、
第１の電極Ｍ1 および第２の電極Ｍ2 の仕事関数を
ＥM1、ＥM2、第１の有機膜Ｏ1 についてバンドギャップ
をＥg1、価電子帯および伝導帯の真空準位からのエネル
ギー差をＥV1、ＥC1、第２の有機膜Ｏ2 についてバンド
ギャップをＥg2、価電子帯および伝導帯の真空準位から
のエネルギー差をＥV2、ＥC2、第３の有機膜Ｏ3 につい
てバンドギャップをＥg3、価電子帯および伝導帯の真空
準位からのエネルギー差をＥV3、ＥC3とする。
び正孔注入を考慮して、以下に示すように各電極と各有
機膜とのエネルギー準位が最適化されている。ここで、
第１の電極Ｍ1 および第２の電極Ｍ2 の仕事関数を
ＥM1、ＥM2、第１の有機膜Ｏ1 についてバンドギャップ
をＥg1、価電子帯および伝導帯の真空準位からのエネル
ギー差をＥV1、ＥC1、第２の有機膜Ｏ2 についてバンド
ギャップをＥg2、価電子帯および伝導帯の真空準位から
のエネルギー差をＥV2、ＥC2、第３の有機膜Ｏ3 につい
てバンドギャップをＥg3、価電子帯および伝導帯の真空
準位からのエネルギー差をＥV3、ＥC3とする。
【００３８】図１０に本実施例の素子の接合状態を示
す。ＥM1−ＥC1≦０．６ｅＶ、ＥC1−ＥC2≦０．６ｅＶ
であり、第１の電極Ｍ1 から第１の有機膜Ｏ1 を介して
第２の有機膜Ｏ2 へ電子が注入されやすい関係になって
いる。同様に、ＥV3−ＥM2≦０．６ｅＶ、ＥV2−ＥV3≦
０．６ｅＶであり、第２の電極Ｍ2 から第３の有機膜Ｏ
3 を介して第２の有機膜Ｏ2 へ正孔が注入されやすい関
係になっている。図１１に示すように、この素子におい
ても前述した原理にしたがって発光が起こる。この素子
に１０Ｖの電圧を印加すると、１００ｍＡ／ｃｍ2 の電
流が流れ、波長５００ｎｍの青緑色の発光が２０００ｃ
ｄ／ｃｍ2 の輝度で得られた。 （実施例３）
す。ＥM1−ＥC1≦０．６ｅＶ、ＥC1−ＥC2≦０．６ｅＶ
であり、第１の電極Ｍ1 から第１の有機膜Ｏ1 を介して
第２の有機膜Ｏ2 へ電子が注入されやすい関係になって
いる。同様に、ＥV3−ＥM2≦０．６ｅＶ、ＥV2−ＥV3≦
０．６ｅＶであり、第２の電極Ｍ2 から第３の有機膜Ｏ
3 を介して第２の有機膜Ｏ2 へ正孔が注入されやすい関
係になっている。図１１に示すように、この素子におい
ても前述した原理にしたがって発光が起こる。この素子
に１０Ｖの電圧を印加すると、１００ｍＡ／ｃｍ2 の電
流が流れ、波長５００ｎｍの青緑色の発光が２０００ｃ
ｄ／ｃｍ2 の輝度で得られた。 （実施例３）
【００３９】実施例２の第１の有機膜Ｏ1 と第３の有機
膜Ｏ3 とを結晶化させた有機ＥＬ素子を作製した。具体
的には、第１の有機膜Ｏ1 および第３の有機膜Ｏ3 の成
膜時に、基板温度を５０℃に上昇させて膜成長速度を
０．００２ｎｍ／ｓｅｃに減少させ、ゆっくりと成長さ
せた。
膜Ｏ3 とを結晶化させた有機ＥＬ素子を作製した。具体
的には、第１の有機膜Ｏ1 および第３の有機膜Ｏ3 の成
膜時に、基板温度を５０℃に上昇させて膜成長速度を
０．００２ｎｍ／ｓｅｃに減少させ、ゆっくりと成長さ
せた。
【００４０】予めこのような条件で成膜された有機膜の
キャリア移動度をＴＯＦ法により測定したところ、第１
の有機膜Ｏ1 の電子移動度は約１０0 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅ
ｃ、第３の有機膜Ｏ3 の正孔移動度は約１０-1ｃｍ2 ／
Ｖ・ｓｅｃであった。この素子では、動作電圧を実施例
２の約１／２に低減することができた。 （実施例４）
キャリア移動度をＴＯＦ法により測定したところ、第１
の有機膜Ｏ1 の電子移動度は約１０0 ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅ
ｃ、第３の有機膜Ｏ3 の正孔移動度は約１０-1ｃｍ2 ／
Ｖ・ｓｅｃであった。この素子では、動作電圧を実施例
２の約１／２に低減することができた。 （実施例４）
【００４１】図１２に本実施例の有機ＥＬ素子を示す。
この素子は、上から見てＡｌからなる第１の電極Ｍ
1 １、電子注入層２として前記化学式（２）の有機化合
物からなる第１の有機膜Ｏ1 、下記化学式（５）の有機
化合物からなる有機膜Ｏ21３1 と下記化学式（６）の有
機化合物からなる有機膜Ｏ22３2 とが交互に積層された
発光層３、正孔注入層４として前記化学式（４）の有機
化合物からなる第３の有機膜Ｏ3 、ＩＴＯ膜からなる第
２の電極Ｍ2 ５およびガラス基板６で構成されている。
この素子は、上から見てＡｌからなる第１の電極Ｍ
1 １、電子注入層２として前記化学式（２）の有機化合
物からなる第１の有機膜Ｏ1 、下記化学式（５）の有機
化合物からなる有機膜Ｏ21３1 と下記化学式（６）の有
機化合物からなる有機膜Ｏ22３2 とが交互に積層された
発光層３、正孔注入層４として前記化学式（４）の有機
化合物からなる第３の有機膜Ｏ3 、ＩＴＯ膜からなる第
２の電極Ｍ2 ５およびガラス基板６で構成されている。
【００４２】
【化５】
【００４３】
【化６】
【００４４】この素子は、発光層３以外は実施例３と同
様にして作製された。発光層３は以下のようにして作製
された。０．０１ｎｍ／ｓｅｃの膜成長速度で、有機膜
Ｏ21３−１を３ｎｍの厚さに形成し、次に有機膜Ｏ22３
−２を３ｎｍの厚さに形成する。これらの工程を５回繰
り返し、さらに有機膜Ｏ21３−１を３ｎｍの厚さに形成
する。このようにして作製された発光層３は結晶構造を
有する。なお、発光層３を構成する２種の有機膜Ｏ21３
−１、Ｏ22３−２に関してはいずれも、電子および正孔
の移動度がともに１０-2ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であ
る。
様にして作製された。発光層３は以下のようにして作製
された。０．０１ｎｍ／ｓｅｃの膜成長速度で、有機膜
Ｏ21３−１を３ｎｍの厚さに形成し、次に有機膜Ｏ22３
−２を３ｎｍの厚さに形成する。これらの工程を５回繰
り返し、さらに有機膜Ｏ21３−１を３ｎｍの厚さに形成
する。このようにして作製された発光層３は結晶構造を
有する。なお、発光層３を構成する２種の有機膜Ｏ21３
−１、Ｏ22３−２に関してはいずれも、電子および正孔
の移動度がともに１０-2ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であ
る。
【００４５】図１３に本実施例の素子の接合状態を示
す。発光層を構成する２種の有機膜Ｏ21、Ｏ22に関し
て、各々のバンドギャップをＥg21 、Ｅg22 とし、各々
の価電子帯、伝導帯の真空準位からのエネルギー差をＥ
V21 、ＥC21 、ＥV22 、ＥC22 とする。本実施例の素子
では、Ｅg21 ＝２．１ｅＶ、Ｅg22 ＝２．５ｅＶ、Ｅ
V21＝５．８ｅＶ、ＥC21 ＝３．７ｅＶ、ＥV22 ＝６．
０ｅＶ、ＥC22 ＝３．５ｅＶとなっている。すなわち、
発光層のバンドは連続した浅い井戸型ポテンシャル構造
を形成している。また、予めＴＯＦ法によりこのような
連続した井戸型ポテンシャル構造を持つ発光層のキャリ
ア（電子および正孔）の移動度を測定したところ、電子
移動度、正孔移動度ともに１０-6ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃで
あった。図１４に示すように、この素子においても前述
した原理にしたがって発光が起こる。この素子に５Ｖの
電圧を印加すると、５０ｍＡ／ｃｍ2 の電流が流れ、波
長５５０ｎｍの緑色の発光が３０００ｃｄ／ｃｍ2 の輝
度で得られた。
す。発光層を構成する２種の有機膜Ｏ21、Ｏ22に関し
て、各々のバンドギャップをＥg21 、Ｅg22 とし、各々
の価電子帯、伝導帯の真空準位からのエネルギー差をＥ
V21 、ＥC21 、ＥV22 、ＥC22 とする。本実施例の素子
では、Ｅg21 ＝２．１ｅＶ、Ｅg22 ＝２．５ｅＶ、Ｅ
V21＝５．８ｅＶ、ＥC21 ＝３．７ｅＶ、ＥV22 ＝６．
０ｅＶ、ＥC22 ＝３．５ｅＶとなっている。すなわち、
発光層のバンドは連続した浅い井戸型ポテンシャル構造
を形成している。また、予めＴＯＦ法によりこのような
連続した井戸型ポテンシャル構造を持つ発光層のキャリ
ア（電子および正孔）の移動度を測定したところ、電子
移動度、正孔移動度ともに１０-6ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃで
あった。図１４に示すように、この素子においても前述
した原理にしたがって発光が起こる。この素子に５Ｖの
電圧を印加すると、５０ｍＡ／ｃｍ2 の電流が流れ、波
長５５０ｎｍの緑色の発光が３０００ｃｄ／ｃｍ2 の輝
度で得られた。
【００４６】比較のために、有機膜Ｏ21のみにより発光
層が形成された素子を作製した。比較例の有機ＥＬ素子
では、実施例４と同一の印加電圧でほぼ同程度の電流が
流れたが、発光輝度が２００ｃｄ／ｃｍ2 と大幅に低下
した。これは、比較例の素子では発光層にキャリアを滞
留させる作用が得られず、キャリアが再結合せずに対向
電極へ流れ去る確率が増えたためである。
層が形成された素子を作製した。比較例の有機ＥＬ素子
では、実施例４と同一の印加電圧でほぼ同程度の電流が
流れたが、発光輝度が２００ｃｄ／ｃｍ2 と大幅に低下
した。これは、比較例の素子では発光層にキャリアを滞
留させる作用が得られず、キャリアが再結合せずに対向
電極へ流れ去る確率が増えたためである。
【００４７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば高効
率の有機ＥＬ素子を提供できる。
率の有機ＥＬ素子を提供できる。
【図１】本発明に係る有機ＥＬ素子の概略構成図。
【図２】同素子の接合状態を示すエネルギーバンド図。
【図３】同素子の作用を示すエネルギーバンド図。
【図４】同素子の作用を示すエネルギーバンド図。
【図５】本発明に係る他の有機ＥＬ素子の接合状態を示
すエネルギーバンド図。
すエネルギーバンド図。
【図６】同素子の作用を示すエネルギーバンド図。
【図７】本発明に係るさらに他の有機ＥＬ素子を構成す
る発光層の接合状態を示すエネルギーバンド図。
る発光層の接合状態を示すエネルギーバンド図。
【図８】同素子の作用を示す発光層のエネルギーバンド
図。
図。
【図９】本発明の実施例２における有機ＥＬ素子の概略
構成図。
構成図。
【図１０】同素子の接合状態を示すエネルギーバンド
図。
図。
【図１１】同素子の作用を示すエネルギーバンド図。
【図１２】本発明の実施例３における有機ＥＬ素子の概
略構成図。
略構成図。
【図１３】同素子の接合状態を示すエネルギーバンド
図。
図。
【図１４】同素子の作用を示すエネルギーバンド図。
Claims (2)
- 【請求項１】 電子注入用の第１の電極と、正孔注入用
の第２の電極と、これらの電極間に設けられた発光層及
び少なくとも１層のキャリア注入層とを具備した有機Ｅ
Ｌ素子において、発光層におけるキャリア移動度μLEL
とキャリア注入層におけるキャリア移動度μCIL とが、 μCIL ／μLEL ＞１０4 の関係を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 【請求項２】 キャリア注入層におけるキャリア移動度
が μCIL ＞１０-2ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
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|---|---|---|---|
| JP19035392A JP3237905B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 有機ｅｌ素子 |
| EP19930300038 EP0553950A3 (en) | 1992-01-07 | 1993-01-05 | Organic electroluminescent device |
| US08/000,884 US5343050A (en) | 1992-01-07 | 1993-01-05 | Organic electroluminescent device with low barrier height |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19035392A JP3237905B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 有機ｅｌ素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636877A true JPH0636877A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3237905B2 JP3237905B2 (ja) | 2001-12-10 |
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ID=16256783
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| JP19035392A Expired - Fee Related JP3237905B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-07-17 | 有機ｅｌ素子 |
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-
1992
- 1992-07-17 JP JP19035392A patent/JP3237905B2/ja not_active Expired - Fee Related
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