JPH0745864A

JPH0745864A - 面発光素子

Info

Publication number: JPH0745864A
Application number: JP18513893A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ohashi; 橋豊大; Nobuhiro Fukuda; 田信弘福; Shin Fukuda; 田伸福
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】低電圧直流で駆動できる面発光素子を提供す
る。【構成】有機蛍光物質を含む非結晶性の薄膜から成る
発光層１０と、透明又は半透明の薄膜から成り、発光層
に電気的に接続されるホール供給源２０と、導電性の薄
膜から成り、発光層に電気的に接続される電子供給源３
０と、から成る面発光素子１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面発光素子、特に、低電
圧の直流により駆動され、各種の標識、表示板その他に
広く使用できる面発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来公知の面発光素子には、例えば、米
国特許4775964 号で開示されたエレクトロルミネッセン
ス素子、ＥＬがある。このＥＬ素子の発光媒体は、蛍光
体粒子をポリマーのバインダー中に分散したものであ
る。

【０００３】然しながら、このＥＬ素子は、バインダー
が絶縁性のため直流では電流が流れず発光しないので、
このＥＬ素子の駆動には、数百ヘルツの交流を要し、か
つ実用的な輝度を得るためには40Ｖの高電圧が必要であ
るため、安価な二次電池や乾電池などで簡便に駆動する
ことができない。特殊な電源回路を設けることなく低電
圧の直流電源で駆動でき、暗所でも使用し得る面発光素
子は知られていない。

【０００４】低電圧の直流で駆動できるＬＥＤは点状の
光源であり、液晶は発光素子でないので暗所では使用で
きない。特殊な電源回路を必要とせず、低電圧の直流電
源で直接駆動できる面発光素子が安価に供給されれば極
めて好都合である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の問題点
を解決するためなされたものであり、その目的は、低電
圧の直流、特に乾電池などで直接駆動できる、安価で信
頼性の高い面発光素子を提供することである。

【０００６】

【問題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
有機蛍光物質を含む非結晶性の薄膜から成る発光層と、
透明又は半透明の薄膜から成り、発光層に電気的に接続
されるホール供給源と、導電性の薄膜から成り、発光層
に電気的に接続される電子供給源とから成る面発光素子
により容易に達成できる。

【０００７】発光層を形成する蛍光物質は、0.01以上の
蛍光量子効率を有する非結晶性の有機蛍光物質であり、
例えば、ピラジン誘導体、アルミニュームオキシンなど
の金属錯塩、クマリン６などが挙げられる。

【０００８】これらの発光層には、ホール供給源からホ
ールが、電子供給源がら電子が注入され、それらのホー
ル及び電子が発光層の内部で際結合する際発生するエネ
ルギにより蛍光物質が励起され、蛍光が発生するので、
これを利用して所望の表示を行わせるものである。

【０００９】本発明に係る面発光素子は導電性であるた
め、直流、それも低電圧の直流で直接に駆動し得るもの
であり、ＤＣ 1.5Ｖでも充分な輝度が得られる。

【００１０】以下、図面により本発明の詳細を説明す
る。図１は本発明に係る面発光素子の基本的構成を示す
説明図、図２は第一の実施例の構成を示す断面図、図３
は第二の実施例の構成を示す断面図、図４は第三実施例
の構成を示す断面図であり、図５は所定のパターンを表
示し得るよう構成した面発光素子の一例を示す断面図、
図６は本発明に係る面発光素子を応用して成る文字盤を
用いたアナログ式の腕時計の正面図、図７は図６に示し
た腕時計の一部拡大断面図、図８は本発明に係る面発光
素子を用いて構成した７セグメント型の数字表示装置の
構成を示す斜視図、図９は上記とは異なった形状の面発
光素子を示す斜視図である。

【００１１】図１中、１は面発光素子、２は充電可能な
乾電池、３は制御スイッチであり、面発光素子１は、発
光層10を挟んでその両側に積層して設けられるホール供
給源20および電子供給源30とから成る。

【００１２】これらの発光層10、ホール供給源20及び電
子供給源30は何れも導電性薄膜であり、そのため低電圧
の直流で充分な輝度が得られるものである。而して、ス
イッチ３が投入されると、ホール供給源20からはホール
が、電子供給源30からは電子が、それぞれ発光層10内に
注入され、そこで再結合するので、その放出エネルギに
より発光層10を形成する蛍光物質から蛍光が発せられ
る。

【００１３】従って、この面発光素子１の何れかの面
に、所望のパターンを印刷した透明又は半透明の表示板
を設けておけば、暗所でもその上のパターンが明瞭に表
示されるものである。この様な表示板の例としては、例
えば、腕時計、置時計などの文字盤、計測器、玩具、ゲ
ーム機、車両用のダッシュボード、ラップトップ型のワ
ードプロセッサや計算機、携帯用又は定置型の電話機、
電卓、カウンタ、レジスター、計数器、電子メモなどの
標識又は表示、建造物内に設けられる非常用の表示板、
夜間屋外で使用されるキャンプ用品や釣具、自転車、乳
母車、作業服や停止車両などの標識、地下道や映画館、
庭園などの暗所で使用する表示板、交通標識、広告塔、
各種のディスプレイ、テレビなどに広く利用できるもの
である。

【００１４】又、この面発光素子１自体を適宜の形状、
例えば７セグメント型の数字表示装置のセグメントなど
としておき、これを利用して数字その他各種の表示を行
うことができる。又、多数の微小素子をモザイク状に配
置すれば、ビデオ画像を表示し得るようになる。本発明
に係る面発光素子は、自己発光型であり、様々な色調の
表示板やマスクと組合せ得るので、多彩なカラー表示が
可能である。

【００１５】ホール供給源は、透明又は半透明の陽極層
から成る単純な単層構造体とすることもでき、陽極層と
ホール輸送層とから成る二層構造体とすることもでき
る。電子供給源も、陰極層のみから成る単純な単層構造
体とすることができ、陰極層と電子輸送層とから成る二
層構造体とすることも可能である。而して、これらの組
合せは自由であり、全て実用に供し得るものである。

【００１６】図２に示した実施例は、ホール供給源20を
ホール輸送層21と陽極層22とから成る二層構造とし、電
子供給源30を電子輸送層31と陰極層32とから成る二層構
造としたものである。

【００１７】本実施例に於いては、発光層11は、例え
ば、ピラジン誘導体など、0.01以上の蛍光量子効率を有
する非結晶性の有機蛍光物質の薄膜から構成される。こ
の発光層11は膜厚が極めて薄いものであっても充分な輝
度が得られる。

【００１８】ホール輸送層21は、例えば、ジアミン誘導
体やアモルファスＳｉＣなどの10^-6ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上
のホール移動度を有する非結晶性半導体により形成し得
る。積層方法としては、真空蒸着法、放電分解法が挙げ
られる。又、膜厚は0.05μｍ以下、望ましくは、0.02〜
0.04μｍとすることが推奨される。

【００１９】陽極層21は、ホールの注入効率が良く、仕
事関数が４ｅＶ以上の透明若しくは半透明の材料により
構成される。この様な材料としては、例えばインジュー
ム錫酸化物が挙げられる。積層には真空蒸着又はスプレ
ー法が用いられる。又、その膜厚は、0.05〜0.15μｍ、
特に0.1 μｍ程度とすることが望ましい。

【００２０】電子輸送層31には、例えば、オキサジアゾ
ール誘導体などの10^-6ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の電子移動度
を有する有機化合物が用いられる。

【００２１】陰極層32は、４ｅＶ以上の仕事関数を有す
る金属又は合金、例えばＭｇ−Ａｇ合金により構成す
る。積層には二元の真空蒸着が適切である。膜厚は0.3
μｍ以下、望ましくは、0.25〜0.15μｍとする。

【００２２】本実施態様は、発光層10内に注入されたホ
ール及び電子が、発光層10内に閉じ込められるので、発
光層10内で再結合する効率が高く、従って、発光層10を
極めて薄くできる等の利点がある。

【００２３】次に、図３により本発明に係る第二実施例
に就いて説明する。この実施例は、ホール供給源20を、
ホール輸送層21と陽極層22とから成る二層構造とする
が、電子供給源30は陰極層33のみから成る単層構造とし
たものである。本実施例に於いては、発光層12は、蛍光
量子効率のみならず、高い電子移動度を有する材料で製
造する必要がある。

【００２４】このため、第一実施例で用いたピラジン誘
導体などに、オキサジアゾールなどを混合して使用して
もよいが、例えばアルミニュームオキシンなどを使用す
ることが推奨される。この物質は、0.01以上の蛍光量子
効率と、10^-6ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の電子移動度とを有
し、真空蒸着により均一な発光層を容易に形成し得る。
膜厚は0.05μｍ以下、0.02〜0.04μｍとすることがが望
ましい。

【００２５】ホール供給源20の構成は、前述の第一実施
例と同様で良い。即ち、ホール輸送層21は、例えば、ジ
アミン誘導体やアモルファスＳｉＣなどの10^-6ｃｍ²／
Ｖ・ｓ以上のホール移動度を有する非結晶性半導体によ
り形成し得る。積層方法としては、真空蒸着法、放電分
解法が挙げられる。又、膜厚は0.05μｍ以下、望ましく
は、0.02〜0.04μｍとする。陽極層21は、ホールの注入
効率が良く、仕事関数が４ｅＶ以上の透明若しくは半透
明の材料により構成される。この様な材料としては、例
えばインジューム錫酸化物が挙げられる。積層には真空
蒸着又はスプレー法が用いられる。又、その膜厚は、0.
05〜0.15μｍ、特に0.1 μｍ程度とすることが望まし
い。

【００２６】陰極層33は、４ｅＶ以上の仕事関数を有す
る金属又は合金、例えばＭｇ−Ａｇ合金により構成す
る。積層には二元の真空蒸着が適切である。膜厚は0.3
μｍ以下、望ましくは、0.25〜0.15μｍとする。

【００２７】図４に示された第三実施例に於いては、ホ
ール供給源及び電子供給源は何れも単層構造体であり、
それぞれ、陽極層23及び陰極層33から成る。

【００２８】本実施例に於いては、発光層13は、蛍光量
子効率および電子移動度に加えて、高いホール移動度を
有する材料で製造する必要がある。このため、強い蛍光
性を有する非結晶性の有機蛍光物質と、高いホール輸送
能を有する有機化合物と、電子輸送能を有する有機化合
物とを混合して目的を達成する。

【００２９】強い蛍光性を有する非結晶性の有機蛍光物
質としてはがピラジン誘導体が、高いホール輸送能を有
する有機化合物としてポリビニールカルバゾールが、
又、強力な電子輸送能を有する有機化合物としてオキサ
ジアゾールが挙げられる。

【００３０】これらを適宜に混合し、塗布法により、0.
01以上の蛍光量子効率と、10^-6ｃｍ ²／Ｖ・ｓ以上のホ
ール移動度及び電子移動度を有する薄膜を形成する。こ
の場合、膜厚は0.1 μｍ以下、望ましくは、0.05〜0.08
μｍ程度とする。この方法は、安価に実施できる塗布法
が採用できること、真空蒸着などで薄膜化できない有機
材料などを利用できる利点がある。

【００３１】叙上の説明から図３に示した第二実施例の
ものとは逆に、ホール供給源20を単層構造とし、電子供
給源30を二層構造とすることが可能なことが理解されよ
う。この場合、発光層10は、0.01以上の蛍光量子効率
と、10^-6ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上のホール移動度を有する非
結晶性の薄膜とする必要がある。

【００３２】次に、図５に示した面発光素子７に就いて
説明する。これは、図３に示した面発光素子５の陽極側
に表示板70を設け、陰極側には保護板75を接着剤76によ
り接着し、更に側面の保護を兼ねて、接着剤77により表
示板70と面発光素子５とを保護板75に接着して成るもの
である。

【００３３】表示板70は表面に所望のパターン71、72、
73及び74を有する導電性又は非導電性の半透明板であ
る。この表示板70の厚みは、ガラス製の場合は 500μ
ｍ、合成樹脂製の場合は 250μｍ程度とすることが望ま
しい。パターンの印刷にはスクリーン印刷等の通常の印
刷方法が適用できる。保護板75は、例えば銅板などの金
属製で良く、導電性接着剤76により陰極層33に電気的に
接続される。

【００３４】この面発光素子７を使用するときは、所望
の電源の陽極端子に陽極層22を、陰極端子に保護板77を
接続し、約1.5 ＶのＤＣ電圧を印加する。然るときは、
陽極層22にホールが供給され、保護板75及び導電性接着
剤76を介して陰極層33に電子が供給され、それらが発光
層12内で再結合するので、発光層12が明るく発光する。
輝度は電流密度で決定され、蛍光スペクトルは蛍光物質
により定まる。

【００３５】パターン71〜74は、例えば、黒色又は透明
な明色インキで表示板70の表面に印刷されており、この
ため、発光層12が発光すると、明るい照明野の中にパタ
ーン71〜74が鮮明に浮かび上がって見えるようになるの
で、この面発光素子７は、所望の標識又は表示器として
利用できるものである。

【００３６】このような表示板の好適な応用例の一つ
は、例えば、アナログ型腕時計の文字盤である。以下、
図６により説明する。図中、８は腕時計を示す。

【００３７】腕時計８は、ケース80、図５に示したのと
同様な文字盤付の面発光素子81、時針82、分針83、ムー
ブメント84、制御回路85、発光制御ボタン86その他から
構成されており、発光制御ボタン86が押圧されると、制
御回路85から面発光素子７に所定の直流電圧が供給さ
れ、面発光素子７が発光するので、暗所でも文字板 811
上の数字 812及び目盛 813を明瞭に見ることができ、
又、時針82及び分針83のシルエットも確実に認識し得る
ものである。

【００３８】次に、図７に就いて説明する。９は７セグ
メント型の数字表示器である。これは基板90の上に７個
の面発光素子を日の字（８の字）状に配置し、それらを
制御回路92により制御するようにしたものである。この
場合の面発光体素子は、各要素素子をそれぞれ所要の形
状としても良いが、例えばホール供給源又は電子供給
源、更には、陽極層又は陰極層の何れかを所望の形状と
すれば足りるものである。例えば、陰極は全ての素子に
共通な平板とし、その上に面発光体素子の他の要素を個
別に設けても良いものである。この表示器の作用は最早
説明を要しないであろう。

【００３９】この表示器は、自己発光式であるから液晶
式などのものより見やすく、暗い所でも使用できるもの
であり、輝度の調整も供給電流密度を制御すれば簡単に
調節し得るものであり、又、面発光素子であるから、制
御回路が簡単で、安価に構成できるので、液晶式の数字
表示器などに代わりに広く利用し得るものである。

【００４０】この図から、極微小型の面発光素子を多
数、一平面上にモザイク状に配置し、各素子に供給する
電流を個別に制御し得るように構成すれば、静止画像の
みでなく動画像を表示し得ることは直ちに理解されよ
う。又、その場合、近接して設けられる画素の色彩をＲ
ＧＢとしておけば、カラー画像が得られる。

【００４１】［製造試験例Ｉ］以下、本発明に係る面発
光素子の製造試験の結果に就いて説明する。次の工程に
より、時計の文字盤を製造した。厚さ500 μｍのガラス板に、インジューム錫酸化物
を0.1 μｍの厚さでコートし、陽極層を形成し、所定の
形状に切断する。サンドプラスト法で、ガラス板に指針軸の貫通孔を
開け、面発光素子の基板を得る。基板をクリーニングする。この基板を金属マスク上に乗せ、真空蒸着法で、厚
さ0.05μｍのトリフェニルジアミン誘導体の有機薄膜を
積層し、ホール輸送層を形成する。その上アルミニュームオキシン誘導体の有機薄膜を
0.05μｍ積層し、発光層を形成する。更に、その上に、真空蒸着法で、厚さ0.2 μｍの10
Ｍｇ−１Ａｇの合金薄膜を積層し、電子輸送層を形成す
る。その上の数箇所にＡｇペーストを塗布し、その上に
銅板をのせ接着し、陰極層を形成する。その銅板の周辺にエポキシ樹脂を塗布する。基板の反対側の面に、文字やマーカ等を印刷する。この文字盤の陽極層と陰極層の間に乾電池の直流1.5 Ｖ
の電圧を印加すると、十分明るく面状に発光することが
確認された。これより、低い直流電圧で直接駆動できる
面状に発光する文字盤が得られた。

【００４２】［製造試験例II］以下、本発明に係る面発
光素子の製造試験の結果に就いて説明する。次の工程に
より、時計の文字盤を製造した。厚さ500 μｍのガラス板に、インジューム錫酸化物
を0.1 μｍの厚さでコートし、陽極層を形成し、所定の
形状に切断する。サンドプラスト法で、ガラス板に指針軸の貫通孔を
開け、面発光素子の基板を得る。基板をクリーニングする。ポリビニルカルバゾールとオキサジアゾール（Ｂｕ
−ＰＢＤ又はＢＮＤ）トテトラメチルフェニルビニルピ
ラジンを溶液中で混合し、これをこの基板に塗布し、厚
さ0.1 μｍの薄膜を形成し発光層を形成する。更に、その上に、真空蒸着法で、厚さ0.2 μｍの10
Ｍｇ−１Ａｇの合金薄膜を積層し、電子輸送層を形成す
る。その上の数箇所にＡｇペーストを塗布し、その上に
銅板をのせ接着し、陰極層を形成する。その銅板の周辺にエポキシ樹脂を塗布する。基板の反対側の面に、文字やマーカ等を印刷する。この文字盤の陽極層と陰極層の間に乾電池の直流1.5 Ｖ
の電圧を印加すると、十分明るく面状に発光することが
確認された。これより、低い直流電圧で直接駆動できる
面状に発光する文字盤が得られた。

【００４３】本発明は叙上の如く構成されるから、本発
明によるときは、極めて低い直流電圧で駆動でき、高い
輝度で発光する面発光素子を安価且つ大量に提供し得る
ものである。

【００４４】尚、本発明の構成は、叙上の実施例に限定
されるものでなく、発光層、ホール供給源、電子供給源
の組成、形状、配置、制御方法などの構成は、この素子
の使用目的及び要求される発光効率、駆動電圧、発光色
などの諸条件に応じて、本発明の目的の範囲で自由に設
計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面発光素子の基本的構成を示す説
明図である。

【図２】第一の実施例の構成を示す断面図である。

【図３】第二の実施例の構成を示す断面図である。

【図４】第三実施例の構成を示す断面図である。

【図５】所定のパターンを表示し得るよう構成した面発
光素子の一例を示す断面図である。

【図６】本発明に係る面発光素子を応用して成る文字盤
を用いたアナログ式の腕時計の正面図である。

【図７】図６に示した腕時計の一部拡大断面図である。

【図８】本発明に係る面発光素子を用いて構成した７セ
グメント型の数字表示装置の構成を示す斜視図である。

【図９】上記とは異なった形状の面発光素子を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１、４、５、６、７・・・面発光素子２・・・・・・・・・・・乾電池３・・・・・・・・・・・制御スイッチ 10、11、12、13、14・・・発光層 20・・・・・・・・・・・ホール供給源 21・・・・・・・・・・・ホール輸送層 22、23・・・・・・・・・陽極層 30・・・・・・・・・・・電子供給源 31・・・・・・・・・・・電子輸送層 32、33・・・・・・・・・陰極層 50・・・・・・・・・・・保護層 70・・・・・・・・・・・表示板 100・・・・・・・・・・・面発光素子 110・・・・・・・・・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機蛍光物質を含む非結晶性薄膜から成る
発光層 (10、11、12、13、14) と、透明又は半透明の薄膜から成り、発光層 (10、11、12、
13、14) に電気的に接続さたホール供給源(20)と、導電性の薄膜から成り、発光層 (10、11、12、13、14)
に電気的に接続された電子供給源(30)と、から成る面発光素子(1、 4、 5、 6、 7、 8、100)。
【請求項２】発光層(11)が、有機蛍光物質から成る非結
晶性の単層構造体であり、ホール供給源(20)が、ホール輸送能を有する非結晶性半
導体から成り発光層(11)の一方の面に積層されたホール
輸送層(21)と、ホール輸送層(21)の上に積層された陽極
層(22)とから成る二層構造体であり、電子供給源(30)が、電子輸送能を有する有機化合物から
成り発光層(11)の他の一方の面に積層された非結晶性の
電子輸送層(31)と、導電性物質から成り電子輸送層(31)
の上に積層された陰極層(32)とから成る二層構造体であ
る、請求項１に記載の面発光素子 (4)。
【請求項３】発光層(12)が、有機蛍光物質を含む電子移
動度の高い非結晶性の薄膜から成る単層構造体であり、ホール供給源(20)が、ホール輸送能を有する非結晶性半
導体から成り発光層(12)の一方の面に積層されたホール
輸送層(21)と、ホール輸送層(21)の上に積層された陽極
層(22)とから成る二層構造体であり、電子供給源(30)が、導電性物質から成り発光層(12)の上
に積層された陰極層(33)から成る単層構造体である、請
求項１に記載の面発光素子 (5)。
【請求項４】発光層(13)が、有機蛍光物質と、ホール輸
送能を有する有機化合物と、電子輸送能を有する有機化
合物との混合物から成る非結晶性の単層構造体であり、ホール供給源(20)が、発光層(13)の一方の面に積層され
た陽極層(22)から成る単層構造体であり、電子供給源(30)が、導電性物質から成り発光層(13)の上
に積層された陰極層(33)から成る単層構造体である、請
求項１に記載の面発光素子 (6)。
【請求項５】発光層(13)を形成する有機蛍光物質がピラ
ジン誘導体であり、ホール輸送能を有する有機化合物が
ポリビニールカルバゾールであり、電子輸送能を有する
有機化合物がオキサジアゾールである、請求項５に記載
の面発光素子 (6)。
【請求項６】発光層(13)の厚さが0.1 μｍ以下である請
求項６に記載の面発光体素子 (6)。
【請求項７】ホール供給源(20)の上に、少なくともその
一部が透明又は半透明の薄膜から成り、表示すべきパタ
ーンが設けられたパターン表示板(70)を積層した請求項
１乃至７の何れか一に記載の面発光素子 (7)。
【請求項８】共通の基板 (110)の上に、発光層(14)によ
り所望のパターンを描出し、その発光層(14)を挟んでそ
の両側に夫々ホール供給源(20)及び電子供給源(30)を設
けて成る請求項１に記載の面発光素子 (100)。