JPH101664A - 発光素子、ディスプレイおよびバックライト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気エネルギーの利用効率が高く長時間の駆
動にも安定な発光素子を提供する。 【解決手段】陽極と陰極の間に発光を司る物質からな
り、これらを合わせた膜厚が１μｍ以下、最大発光ピー
クが４００〜７００ｎｍ、発光効率が０．１ｌｍ／Ｗ以
上である発光素子において、発光を司る物質に含まれる
正孔輸送性物質が炭素、水素、窒素原子からなり、その
仕事関数が３．４ｅＶ以上６．５ｅＶ以下でガラス転移
温度または結晶転移温度が９０℃以上であることを特徴
とする発光素子、およびそれから得られたディスプレイ
およびバックライト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
光に変換できる素子であって、表示素子、フラットパネ
ルディスプレイ、照明、インテリア、標識、看板、電子
写真機などの分野に利用可能な面状発光体用の発光素
子、それを用いたディスプレイおよびバックライトに関
する。

【０００２】

【従来の技術】陰極から注入された電子と陽極から注入
された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する
際に発光するという有機積層薄膜発光素子は、薄型、低
駆動電圧下での高輝度発光、多色発光が特徴である。こ
の有機積層薄膜素子が高輝度に発光することは、コダッ
ク社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって初めて示された（Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１２）２１，ｐ．
９１３，１９８７）。

【０００３】コダック社の研究グループが提示した有機
積層薄膜発光素子の代表的な構成は、ＩＴＯガラス基板
上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層であるトリス
（８−キノリノラト）アルミニウム、そして陰極として
Ｍｇ：Ａｇを順次設けたものであり、１０Ｖ程度の駆動
電圧で１０００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光が可能であった。
この発明の特徴は、発光体であるトリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウムと陽極であるＩＴＯの間に正孔輸送
層であるジアミン化合物を設けたことにあり、これによ
って飛躍的に発光輝度が向上した。現在の有機積層薄膜
発光素子は、上記の素子構成要素の他に電子輸送層を設
けているものなど構成を変えているものもあるが、基本
的にはコダック社の構成を踏襲している。

【０００４】正孔輸送材料の具体例としては、Ｔａｎｇ
が示したポルフィリン系化合物（特公昭６４−７６３５
号公報）、Ｑ１−Ｇ−Ｑ２（Ｑ１及びＱ２は別個に窒素
原子及び少なくとも３個の炭素環−それらの少なくとも
１個は芳香族のもの−を有する基であり、Ｇはシクロア
ルキレン基、アリーレン基、アルキレン基または炭素−
炭素結合からなる連結基である）（特公平６−３２３０
７号公報）、そして、Ｎ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´
−ビス（３−フェニル）−１，１´−ビフェニル−４，
４´−ジアミン（ＴＰＤ）（特公昭５８−３２３７２号
公報）、ポリフォスファゼン誘導体（Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ， Ｊａｐａｎ Ｖｏｌ．４２，
Ｎｏ．７ ｐ．２８６１（１９９３））α−ＮＰＤ（特
開平４−２３３１９４号公報、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅ
ｐｒｉｎｔｓ， Ｊａｐａｎ Ｖｏｌ．４３， Ｎｏ．
７ ｐ．２４５２（１９９４））、ポリビニルカルバゾ
ール（ＰＶＣｚ）（Ｊ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ． Ｓｃ
ｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，ｐ．
１３５（１９９１））、ポリシラン（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５９，ｐ．２７６０，１９９１）、４，
４´，４´´−トリス（３−メチルフェニルフェニルア
ミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）（Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５（７）１５，ｐ．８０
７，１９９４）、４，４´，４´´−トリ（Ｎ−カルバ
ゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）（Ａｄｖ．Ｍ
ａｔｅｒ．６，Ｎｏ．９，６７７（１９９４），ビスト
リフェニルアミンスチリル（第５５回応用物理学会関連
連合会１９ａ−Ｈ−９（１９９４））、トリフェニルア
ミンオリゴマー（特開平７−１２６６１５号公報）、テ
トラまたはヘキサアミン誘導体（特開平７−３３１２３
８号公報）、ｔ−ＢｕＴＢＡＴＡ（日本化学会１９９５
春季年会１Ｃ１ ２８）、ＰＴＰＤＭＡ（第４２回応用
物理学会関連連合会２８ｐ−ＺＴ−２（１９９５））を
はじめ、ヒドラゾン系化合物、スチルベン系化合物、ト
リフェニルアミン系化合物、オキサジアゾール誘導体や
フタロシアニン誘導体に代表される複素環化合物、ポリ
マ系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートや
スチレン誘導体などが示されている。これら有機積層薄
膜発光素子用正孔輸送材料については、次世代表示デバ
イス研究会編集の「有機ＥＬ素子開発戦略」（サイエン
スフォーラム社、１９９２年発行）の中に示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の正孔輸
送材料を使用した場合、実用的な耐久性を有する有機積
層薄膜発光素子を得ることは難しい。その理由は、結晶
化抑制など素子の形態保持に必要な耐熱性を持ちながら
高い発光効率を発現できる正孔輸送材料がないためであ
る。例えば、ＴＰＤは真空蒸着法によって薄膜を形成し
て素子作製した後に結晶化が起こり、長期間の素子性能
維持が困難であるという問題がある（結晶化現象につい
ては、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｐ９６９
（１９９４）に述べられている）。この結晶化を抑制す
る手段として、正孔輸送材料の耐熱性（ガラス転移温
度；Ｔｇ）向上が指針として挙げられる。実際ＴＰＤの
ガラス転移温度（Ｔｇ）である６３℃より高いＴｇを持
つｍ−ＭＴＤＡＴＡ（Ｔｇ＝７５℃）は、ＴＰＤと同等
以上の素子特性を示し、結晶化も遅く素子特性も長期間
安定であることが報告されている。しかし、その耐久性
は実用性を考えるとまだ不十分である。また、近年では
高いガラス転移温度を持つα−ＮＰＤ（Ｔｇ＝９２．６
℃）、ｔ−ＢｕＴＢＡＴＡ（Ｔｇ＝２００℃）やポリマ
ー系のＰＴＰＤＭＡ（Ｔｇ＝１９１℃）、ポリフォスフ
ァゼン誘導体（Ｔｇ＝１３２℃）は、ガラス転移温度は
高く耐久性に優れることが期待できるが、実用的な素子
特性（発光効率）を発現できていない。

【０００６】これらの事実は、正孔輸送材料の特定の特
性のみを満足しても実用的な有機積層薄膜発光素子を得
ることができないことを示している。素子特性では、一
定輝度を発光させる時の駆動電圧と電流は低い方が高性
能である。正孔輸送材料によって駆動電圧を下げるため
には、（１）正孔輸送層の薄膜化、（２）高キャリア移
動性、（３）適正なイオン化ポテンシャルが必要であ
る。また、駆動電流を下げるためには、（４）リーク電
流をなくし、効率的なキャリア再結合が行われなるよう
な素子構成にする必要がある。従って、正孔輸送材料
は、仕事関数（またはＨＯＭＯ）、キャリア移動度、ガ
ラス転移温度、分子量、可視光線透過率、ＬＵＭＯ、薄
膜形成能などの諸特性がお互いに効率よくバランスして
いることが必要で、これを満足することによって実用的
な素子特性（発光効率）が発現し、かつ長寿命の素子が
得られるのである。

【０００７】具体的には、仕事関数が適正で正孔の注入
が効率よく行え、キャリア移動度も高く、キャリアの再
結合を効率よく行える材料を使用してもガラス転移温度
が低ければ初期特性が高くても急激な輝度低下やダーク
スポットの発生が起こってしまい実用的でない。また、
いくらガラス転移温度が高くても、仕事関数が適正な値
でなかったり、キャリアの移動度が低く、キャリアの再
結合効率が低ければ、発光効率が下がるためジュール熱
の発生が増え、ガラス転移温度を高くした意味がなくな
ってしまうし、高電界による素子の局部的な絶縁破壊現
象も懸念される。その他にも真空プロセスを用いた場合
には（現状では素子性能を考慮した場合、真空プロセス
が高い性能を発現できる手法である）、本来の分子の形
状を維持したまま真空蒸着が可能であることも重要な要
件である。しかし、これらのバランスとはいかなるもの
であるかという定量的な指標やどのような材料がバラン
ス要件を満たし得るかということについては全く知見が
ないのが現状である。

【０００８】これが、従来技術では有機積層薄膜発光素
子特性と耐久性の両方を満足する正孔輸送材料は見い出
されていない理由である。

【０００９】本発明は、正孔輸送材料におけるかかる問
題を解決し、従来以上の低電圧、低電流下で高輝度発光
が可能で（即ち高発光効率）、耐久性に優れた素子を提
供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、陽極
と陰極の間に発光を司る物質からなり、これらを合わせ
た膜厚が１μｍ以下、最大発光ピークが４００〜７００
ｎｍ、発光効率が０．１ｌｍ／Ｗ以上である発光素子に
おいて、発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質が炭
素、水素、窒素原子からなり、その仕事関数が３．４ｅ
Ｖ以上６．５ｅＶ以下でガラス転移温度または結晶転移
温度が９０℃以上であることを特徴とする発光素子であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において陽極は、光を取り
出すために透明であれば酸化錫、酸化インジウム、酸化
錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物、ある
いは金、銀、クロム、アルミニウムなどの金属、そして
これら金属とＩＴＯとの積層物、ヨウ化銅、硫化銅など
の無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポ
リアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレ
ン、ポリエチレンまたはドーピング処理を施したこれら
の導電性ポリマ、そしてこれら導電性ポリマとＩＴＯと
の積層物など特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラ
スやネサガラスを用いることが特に望ましい。透明電極
の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいの
で特別な限定はないが、素子の消費電力の観点からは低
抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下の
ＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在で
は低抵抗基板の供給も可能になっていることから、２０
Ω／□以下の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴ
Ｏの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、
通常５００〜３０００オングストロームの間で用いられ
ることが多い。ただし、大画面ディスプレイなど現状の
低抵抗ＩＴＯの抵抗でも十分でない場合には、金属のガ
イド電極を設けることも可能である。また、ＩＴＯの基
板はソーダライムガラス、無アルカリガラス、透明樹脂
などが用いられ、また厚みも機械的強度を保つのに十分
な厚みがあればよいので、ガラスの場合は０．５ｍｍ以
上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラス
からの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラ
スの方が好ましいが、ソーダライムガラスも使用可能で
ある。この場合、ＳｉＯ２などのバリアコートを施した
ソーダライムガラスが市販されているのでこれを使用す
ることがより好ましい。透明樹脂基板の材質としては、
アクリル樹脂、ポリカーボネート、ノルボルネン誘導体
の開環重合体、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、
ポリエーテルエーテルケトン、ポリスチレン誘導体など
が上げられるが、一般的には低抵抗のＩＴＯの薄膜形成
が可能でそれに続くエッチング工程でも安定であること
が必要である事から耐熱、耐薬品性の樹脂が特に好まし
いが、表面コーティング技術を施すことによってこの問
題を解決することも可能である。ＩＴＯ膜形成方法は、
電子ビーム法、スパッタリング法、化学反応法など特に
制限を受けるものではない。また、ＩＴＯをＵＶ−オゾ
ン処理することによりＩＴＯ表面の清浄度を上げ、素子
の駆動電圧を下げたり発光特性を安定化できることは、
既に公知であるが、この事実は本発明においても適用可
能である。

【００１２】陰極は、効率よく電子を発光を司る物質ま
たは発光を司る物質に隣接する物質（例えば電子輸送
層）に供給させなくてはならないので、電極と隣接する
物質との密着性、イオン化ポテンシャルの調整などが必
要になってくる。また、長期間の使用に対して安定な性
能を維持するために大気中でも比較的安定な材料を使用
することが特に望ましいが、保護膜などを使用すること
も可能であることから、これに限定されるものではな
い。具体的にはインジウム、金、銀、アルミニウム、
鉛、マグネシウムなどの金属や希土類単体、アルカリ金
属、あるいはこれらの合金などを用いることが可能であ
るが、素子特性を考慮するとマグネシウムやリチウム、
カリウム、ナトリウムなどの低仕事関数金属を用いるこ
とが望ましい。しかし、これらの金属は非常に活性で不
安定である事から銀やアルミニウムなどとの合金を用い
ることもできる。電極の作製には、抵抗加熱法、電子ビ
ーム法、スパッタリング法、コーティング法などが用い
られ、金属を単体で蒸着することも２成分以上を同時に
蒸着することもできる。特に合金形成のためには複数の
金属を同時に蒸着すれば容易に合金電極を形成すること
が可能であるし、合金を蒸着してもよい。陰極の厚さ
は、５０ｎｍ以上あれば電極としての機能を十分果たす
が多くは通常は１００〜５００ｎｍ程度である。但し、
陰極の抵抗値や保護的な意味合いがある場合には、５０
０ｎｍ以上の電極とすることには何等問題はない。但
し、膜形成に時間がかかるのとその時に素子に当たる輻
射熱によって素子がダメージを受けるとういう問題があ
るため、通常は１００〜３００ｎｍの範囲で用いられる
ケースが多い。陰極は、単層でその機能を十分に発現で
きるものであれば、単層で用いることがプロセス上効率
がよいが、不安定な電極材料を使用する場合（多くの場
合そうであるが）には陰極の上にキャップ層を設けるこ
とができる。これは、大気中の酸素や水分など素子の劣
化要因から電極を守る意味があり、これらの物質に対し
てバリア性があるものが用いられる。また、陰極を形成
する前に有機物にドーパントをドーピングすることもで
きる。これは、陰極からの電子の注入効率を上げると共
に電子輸送層のキャリア移動度を向上させる意味があ
る。具体的には、アルカリ金属ガス、アルカリ土類金属
ガスやアンモニア蒸気に晒すことにより行うのである
が、この場合には不安定な金属を電極として使用しなく
てはならないという問題がなくなるという特徴がある。

【００１３】素子の膜厚（陽極／発光を司る物質／陰極
を合わせて）は、通常１μｍ以下である事が必要であ
る。この内訳は、陽極と陰極の厚さがそれぞれ０．２μ
ｍ程度で発光を司る有機物質の膜厚が０．６μｍ以下で
ある。有機物は、電荷の移動度が低いため、駆動電圧を
低くするためには膜厚は薄い方が好ましいが、余りに薄
いと素子の短絡現象が起こるので、経験的には、０．０
３〜０．３μｍが特に好ましい例としてあげることがで
きる。但し、この膜厚の規定で重要なことは、有機薄膜
の膜厚であって、電極が極端に厚い場合は、素子の膜厚
は１μｍを越えることもありえる。

【００１４】素子から発せられた光を認識するために、
最大発光ピークは、４００〜７００ｎｍの間にあること
が必要である。但し、紫外光を発した場合でも蛍光体に
よって可視化される場合は、本発明における発光波長に
限定されるものではない。具体的に可視化された色と
は、赤、橙、黄、緑、青、紫色やその中間色、および白
色発光としてである。色は用途や好みによって様々であ
るため特に限定できないが、一例としてフルカラーディ
スプレイに応用する場合は、赤、青、緑の三原色を用い
ることになる。

【００１５】素子の発光効率は実用的な観点から考える
と０．１ｌｍ／Ｗ以上であることが必要である。ここで
いう発光効率は、視感発光効率η（ｌｍ／Ｗ）のことで
あり、その値は、η＝π×Ｌ_ｏ／Ｐ_ｉｎで与えられる。
ここでＬ_ｏは輝度（ｃｄ／ｍ^２）であり、Ｐ_ｉｎは単位
面積に入力された電気エネルギー（Ｗ／ｍ^２）を現す。
従って、素子の発光効率が高いほど低い消費電力で高い
輝度が得られることになり、電池で発光させた場合など
は長時間の発光が可能になるわけである。

【００１６】素子の寿命の一つの尺度として、初期輝度
が半減するまでの時間がある。素子寿命は用途によって
輝度や半減時間に対する要求が異なるため一概に規定す
るのは難しいが、通常は３００時間以上の駆動で輝度を
５０％以上維持していることが必要である場合が多い。
輝度半減時間は、初期の輝度に大きく依存するため、同
じ素子でも高輝度に発光させるとその半減時間は当然短
くなる。ただし、輝度はその用途によって規定されるも
のであることから半減時間と輝度とは独立して考えなく
てはならないものである。従って、いかなる輝度で発光
させていても輝度の半減時間は長い方が素子の安定性や
信頼性といった観点からは好ましい。一例としてフラッ
トパネルディスプレイのような用途では５０〜３００ｃ
ｄ／ｍ^２程度の輝度が必要である。従って、この範囲の
輝度で発光させて輝度半減までに３００時間以上の時間
がかかれば有用なる素子といえる。

【００１７】発光を司る物質とは、１）正孔輸送層／発
光層、２）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、３）発光
層／電子輸送層、そして、４）以上の組合わせ物質を一
層に混合した形態のいずれであってもよい。即ち、素子
構成としては、上記１）〜３）の多層積層構造の他に
４）のように発光材料と正孔輸送性物質および／または
電子輸送材料を含む層を一層設けるだけでもよい。好ま
しくは、発光を司る物質が二層以上の積層構造からな
り、その中の少なくとも一層が正孔輸送性物質からなる
ものであり、また発光を司る物質が三層以上の積層構造
からなり、その発光を司る物質が正孔注入と正孔輸送を
司る層を有しているものである。

【００１８】正孔輸送層は、炭素、水素、窒素原子から
なり、その仕事関数が３．４ｅＶ以上６．５ｅＶ以下で
ガラス転移温度または結晶転移温度が９０℃以上であ
る。即ち、正孔輸送性物質はその実用性から考えると基
本的には、芳香族化合物であることが好ましいが、窒素
原子を含むと更に好ましい。従って、炭素、水素、窒素
が本発明において必須の要件となるが、更に特性を向上
させる目的で化合物の電子状態や薄膜の形態を変化させ
るために酸素、硫黄、ハロゲン、硼素、燐、そして金属
イオン原子が含まれていてもよい。これは、正孔を輸送
するのに必要な特性を発現するのに必要な化合物の構成
であるが、これだけでは十分とは言えない。これは本発
光素子を発光させるためには、素子内に正孔を効率よく
注入できなくてはならない、そのためには仕事関数を適
切な値にして注入障壁を下げなければならない。仕事関
数の測定は、代表的には大気中紫外線光電子分光装置を
用いて行うことができるが、本発明ではその絶対値より
も各層の仕事関数の相対値が重要である。従って、測定
法は酸化還元電位測定やＵＰＳのような測定法も使用で
きる。その値としては一般的には３．４〜６．５ｅＶの
値をとるが、陽極の仕事関数の値によってその適性値は
変化する。例えば、ＩＴＯが陽極である場合には、その
仕事関数は４．７〜５．３ｅＶである場合が多いので、
正孔輸送性物質の仕事関数は４．１〜５．９であること
が正孔注入を効率よく行う意味で好ましい。一般的には
正孔輸送性物質の仕事関数が発光物質の仕事関数より低
く、陽極の仕事関数より高いことが、好適な例としてあ
げることができる。以上の要件を満たして１００ｎｍ以
下の薄膜形成ができる材料であれば、素子として一応満
足のできる初期特性を発現できる場合が多い。しかし、
実用的な耐久性を持つ素子を得るためにはこれだけの要
件を満たしていても不十分である。素子は発光しながら
光にならないエネルギーはジュール熱となって素子を局
部的に加熱することになる。その温度が材料のガラス転
移温度や結晶転移温度を越えた時には結晶化による素子
の破壊現象が見られるようになる。また、素子の屋外で
の使用時などでもかなりの高温条件で保存や駆動を強い
られることになるため、正孔輸送性物質のガラス転移温
度や結晶転移温度は、９０℃以上であることが好まし
い。さらに好ましくは１００℃以上であるが、上限は特
定されない。但し、真空蒸着を行う場合は分解すること
なく蒸着できることが必要である。従来、素子性能は高
いがガラス転移温度が低いために耐久性に問題を抱えて
いる素子は数多い。しかし、この結晶化の現象を表記す
るためには、ガラス転移温度や結晶転移温度の他にも示
差走査熱量計（ＤＳＣ）測定でアモルファス分子を測定
したときに現れる結晶化温度（Ｔｃ）が重要になる。通
常、ガラス転移温度（Ｔｇ）とＴｃの差が３０℃以上あ
ると結晶化の速度がかなり抑制されることからＴｇとＴ
ｃの差を３０℃以上にすることが耐久性向上には好都合
な材料といえ、好ましい。

【００１９】正孔輸送性物質の分子量は、１５００以下
であることが好ましい。この理由は、本発明における素
子が高い素子特性を発現できる真空蒸着プロセスで作製
されることを基本に考えているためである。即ち、分子
量が大きすぎると化学構造を維持したまま薄膜形成をす
ることが困難になるためである。例えば、重量平均分子
量が７０万程度のポリビニルカルバゾールは、真空蒸着
によって薄膜を形成し素子特性も発現するが、蒸着薄膜
の分子量はかなり低下している。しかし、コーティング
技術やＣＶＤ、蒸着重合で薄膜を形成する場合には特に
分子量は制限されない。むしろ、分子量が高すぎると溶
媒への溶解性が低くなりすぎてコーティングができない
といった問題が起こることがある。

【００２０】本発明で重要なことは、以上の要件が満た
された場合に、素子性能と耐久性を合せ持った素子を得
ることが可能であるということを見い出した点にある。
これらの要件を満した代表的化合物として、ビスカルバ
ゾリル骨格を有する化合物を含有せしめることが好まし
い。具体例としては、ビス（フェニルカルバゾール）、
ビス（ｏ−メチルフェニルカルバゾール）、ビス（ｍ−
メチルフェニルカルバゾール）、ビス（ｐ−メチルフェ
ニルカルバゾール）、ビス（ｏ−メトキシフェニルカル
バゾール）、ビス（ｍ−メトキシフェニルカルバゾー
ル）、ビス（ｐ−メトキシフェニルカルバゾール）、ビ
ス（ｏ−ヒドロキシカルバゾール）、ビス（ｍ−ヒドロ
キシカルバゾール）、ビス（ｐ−ヒドロキシカルバゾー
ル）、ビス（ナフチルカルバゾール）、ビス（メチルナ
フチルカルバゾール）、ビス（フェナントロリルカルバ
ゾール）、ビス（エチルカルバゾール）、ビス（フェニ
ルイミノジベンジル）、ビス（ｍ−メチルフェニルイミ
ノジベンジル）、トリス（フェニルカルバゾール）、ト
リス（メチルフェニルカルバゾール）、トリス（ナフチ
ルカルバゾール）、トリス（メチルナフチルカルバゾー
ル）、トリス（フェナントロリルカルバゾール）、トリ
ス（エチルカルバゾール）、トリス（フェニルイミノジ
ベンジル）、トリス（ｍ−メチルフェニルイミノジベン
ジル）などを挙げることができる。これらの化合物は単
独でも、フタロシアニン、金属フタロシアニン、ポルフ
ィリン化合物、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ｔ−ＢｕＴＢＡＴ
Ａ、ＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡなどの単量体やポリア
ニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオールなどの
高分子化合物などの既知の正孔輸送性物質と積層または
混合しても使用できる。

【００２１】積層を行った場合は、陽極に接する正孔輸
送性物質の仕事関数は、陽極と発光物質の中間値をとる
ことが好ましく、それぞれの仕事関数は、二層タイプの
場合、陽極＜第１正孔輸送層＜第２正孔輸送層＜発光層
の順になることが好ましい。三層構造も好ましい形態と
してあげることができるが、この時のそれぞれの仕事関
数の関係は、陽極＜第１正孔輸送層＜第２正孔輸送層＜
第３正孔輸送層＜発光層の順になることが好ましい。こ
れら積層タイプの正孔輸送層における具体的な第１正孔
輸送性物質（正孔注入材料とも呼ばれる）としては、フ
タロシアニン、金属フタロシアニン、ポルフィリン化合
物、ｍ−ＭＴＤＡＴＡなどの化合物が好適に用いられる
がこれらに限定されるものではない。

【００２２】本発明の正孔輸送性物質の薄膜形成は、主
に真空蒸着法によって行われるが、電子ビーム蒸着、ス
パッタリング、分子積層法、溶液からのコーティングも
可能である。コーティングの場合、本発明の正孔輸送性
物質単独でのコーティングも可能であるが、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ（Ｎ−ビ
ニルカルバゾール）、ポリメチルメタクリレート、ポリ
ブチルメタクリレート、ノルボルネン誘導体の開環重合
体、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキ
シド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フ
ェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビ
ニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性
樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユ
リア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ア
ルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などと共に
溶媒に溶解または分散させてコーティングすることも可
能である。正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を考慮すると
素子のリーク電流が増え出す「限界膜厚」まで薄くする
ことが望ましいが、素子の耐久性を考慮すると「限界膜
厚」より厚くすることが好ましい。好ましい正孔輸送層
の膜厚は、ＩＴＯ基板の表面粗さや正孔輸送層の構成物
質などによって変るので限定できないが、経験的には１
０〜５００ｎｍ程度が好ましく、更に好ましくは２０〜
２００ｎｍ程度であることが多い。

【００２３】発光層材料は主に以前から発光体として知
られていたアントラセンやピレン、そして前述のトリス
（８−キノリノラト）アルミニウム及びその誘導体の他
にも、例えば、ビススチリルアントラセン誘導体、テト
ラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサ
ジアゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ピロロ
ピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン
誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジ
ン誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘
導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフ
ェン誘導体などが使用できる。また発光層にはドーパン
トと称する化合物が微量添加されていてもよく、具体的
にはルブレン、キナクリドン誘導体、フェノキサゾン６
６０、ジシアノメチレンスチリリルピラン誘導体、ペリ
ノン、ペリレン、クマリン誘導体、ジアザインダセン系
誘導体、ジメチルアミノピラジンジカルボニトリル、ピ
ラジンジカルボニトリル誘導体、ＮｉｌｅＲｅｄ、ロー
ダミン誘導体などの蛍光物質が使用できる。発光層の形
成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリ
ング、分子積層法、コーティング法など特に限定される
ものではないが、通常は、抵抗加熱蒸着法が簡便なこと
から使用される場合が多い。発光層の厚みは、発光を司
る物質の抵抗値にもよるので限定することはできない
が、経験的には１０〜１０００ｎｍの間から選ばれる。
トリス（８−キノリノラト）アルミニウムの場合、膜厚
は２０〜２００ｎｍが好ましく、３０〜１５０ｎｍがよ
り好ましい。

【００２４】電子輸層物質としては、電界を与えられた
電極間において陰極からの電子を効率良く輸送すること
が必要で、電子注入効率が高く、注入された電子を効率
良く輸送することが望ましい。そのためには電子親和力
が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に
優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発
生しにくい物質であることが要求される。このような条
件を満たす物質として電子輸送能を持つ発光物質として
知られているトリス（８−キノリノラト）アルミニウム
などのオキシン錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導
体、ナフタレン、クマリン、オキサジアゾール誘導体、
アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導
体、そしてフェナントロリン誘導体などがあるが特に限
定されるものではない。そして、該電子輸層物質は単
独、積層、混合いずれの形態も取り得ることが可能であ
り、発光層や陰極との組み合わせで最適な形態を取り得
る。

【００２５】かくして得られた本発明の発光素子を用い
て常法によりマトリックスおよび／またはセグメント方
式によって表示するディスプレイまたはバックライトが
製造できる。ディスプレイはアクティブマトリックスま
たは単純マトリックスのどちらの駆動方法でも使用でき
る。この場合も、正孔輸送材料のガラス転移温度は重要
であり、高いほど瞬間輝度を高くすることができるた
め、ディスプレイの高輝度や寿命に対して良い結果を与
える。バックライトの場合は瞬間輝度は必要ないが通
常、液晶ディスプレイ用のバックライトとして使用する
場合は比較的高輝度の連続発光を必要とする。従ってこ
のような場合も、耐久性を考えるとガラス転移温度が高
いことが望ましい。ディスプレイトとしては、任意の形
に形成された部分を順次または独立に発光させてもよ
い。バックライトとしては白色でもその他の色で発光さ
せて、様々な表示部を見易くさせる用途として用いるこ
とができる。

【００２６】

【実施例】以下に実施例および比較例をあげて本発明を
説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるも
のではない。

【００２７】実施例１ ３×４cmに切り出したＩＴＯ基板（１５Ω／□，ＥＢ蒸
着品、仕事関数４．８７ｅＶ）を所定の形状にエッチン
グした後、アセトン、“Ｓｅｍｉｃｏ５６Ｃｌｅａｎ”
で超音波洗浄し、続いてイオン交換水に浸し、イソプロ
ピルアルコールで超音波洗浄してから熱メタノールに浸
した。そして、洗浄されたＩＴＯ基板にＵＶ−オゾン処
理を施してから真空蒸着装置に装着し、２×１０^−４Ｐ
ａまで減圧にした。ビス（ｍ−メチルフェニルカルバゾ
ール）（分子量５１２、仕事関数５．６６ｅＶ、ガラス
転移温度９０．４℃、結晶化温度１６８℃）を１００ｎ
ｍ、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（仕事関
数５．８４ｅＶ）を１００ｎｍ順次蒸着して積層したの
ち、５ｍｍ角の素子が得られるようにマスクを交換し
た。この状態でリチウムを１ｎｍ、アルミニウムを２０
０ｎｍ蒸着して素子とした。本素子を大気中、４０ｍＡ
／ｃｍ^２の定電流で２時間エージング処理を施した。本
素子を真空セル中、４ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動したと
ころ、最大発光ピーク５１２ｎｍ、初期輝度４６ｃｄ／
ｍ^２（５．０３Ｖ）で発光効率０．７１ｌｍ／Ｗであっ
たものが、３０３時間の発光で輝度は３６ｃｄ／ｍ
^２（６．６８Ｖ）であった。

【００２８】実施例２ ３×４ｃｍに切り出したＩＴＯ基板（１５Ω／□，ＥＢ
蒸着品、仕事関数４．８７ｅＶ）を所定の形状にエッチ
ングした後、アセトン、“Ｓｅｍｉｃｏ５６Ｃｌｅａ
ｎ”で超音波洗浄し、続いてイオン交換水に浸し、イソ
プロピルアルコールで超音波洗浄してから熱メタノール
に浸した。そして、洗浄されたＩＴＯ基板にＵＶ−オゾ
ン処理を施してから真空蒸着装置に装着し、２×１０
^−４Ｐａまで減圧にした。銅フタロシアニン（仕事関数
５．２８ｅＶ）を２０ｎｍ、ビス（ｍ−メチルフェニル
カルバゾール）を１００ｎｍ、トリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウムを１３０ｎｍ順次蒸着して積層したの
ち、５ｍｍ角の素子が得られるようにマスクを交換し
た。この状態でリチウムを１ｎｍ、アルミニウムを２０
０ｎｍ蒸着して素子とした。本素子を大気中、４０ｍＡ
／ｃｍ^２の定電流で２時間エージング処理を施した。本
素子を真空セル中、４ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動したと
ころ、最大発光ピーク５１０ｎｍ、初期輝度８０ｃｄ／
ｍ^２（８．０２Ｖ）で発光効率０．７８ｌｍ／Ｗであっ
たものが、３０２時間の発光で輝度は５４ｃｄ／ｍ
^２（８．３１Ｖ）であった。

【００２９】実施例３ 実施例２でエージング処理を施さなかった以外は同様に
して得られた素子を真空セル中、４ｍＡ／ｃｍ^２で定電
流駆動したところ、最大発光ピーク５１０ｎｍ、初期輝
度１１８ｃｄ／ｍ^２（７．７７Ｖ）で発光効率１．１９
ｌｍ／Ｗであったものが、３０２時間の発光で輝度は６
２ｃｄ／ｍ^２（８．１５Ｖ）であった。

【００３０】実施例４ 実施例２で得られた素子を１０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆
動したところ、最大発光ピーク５１０ｎｍ、初期輝度２
１７ｃｄ／ｍ^２（８．９５Ｖ）で発光効率０．７６ｌｍ
／Ｗであったものが、３０２時間の発光で輝度は１１０
ｃｄ／ｍ^２（９．４９Ｖ）であった。

【００３１】実施例５ ３×４ｃｍに切り出したＩＴＯ基板（１５Ω／□，ＥＢ
蒸着品、仕事関数４．８７ｅＶ）を所定の形状にエッチ
ングした後、アセトン、“Ｓｅｍｉｃｏ５６Ｃｌｅａ
ｎ”で超音波洗浄し、続いてイオン交換水に浸し、イソ
プロピルアルコールで超音波洗浄してから熱メタノール
に浸した。そして、洗浄されたＩＴＯ基板にＵＶ−オゾ
ン処理を施してから真空蒸着装置に装着し、２×１０
^−４Ｐａまで減圧にした。ビス（ナフチルカルバゾー
ル）（分子量５８４．７、仕事関数５．７９ｅＶ、ガラ
ス転移温度１４６．６℃）を２７０ｎｍ、トリス（８−
キノリノラト）アルミニウムを１００ｎｍ順次蒸着して
積層したのち、５ｍｍ角の素子が得られるようにマスク
を交換した。この状態でマグネシウムを５０ｎｍ、アル
ミニウムを１５０ｎｍ、マグネシウムを１００ｎｍ、ア
ルミニウムを１５０ｎｍ蒸着して素子とした。本素子を
大気中、４０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で２時間エージング
処理を施した。本素子を真空セル中、４ｍＡ／ｃｍ^２で
定電流駆動したところ、発光中心波長５１２ｎｍ、初期
輝度３５ｃｄ／ｍ^２（１０．９４Ｖ）で発光効率０．２
５ｌｍ／Ｗであったものが、３０２時間の発光で輝度は
２０ｃｄ／ｍ^２（１２．１９Ｖ）であった。

【００３２】比較例１ ３×４ｃｍに切り出したＩＴＯ基板（１５Ω／□，ＥＢ
蒸着品、仕事関数４．８７ｅＶ）を所定の形状にエッチ
ングした後、アセトン、“Ｓｅｍｉｃｏ５６Ｃｌｅａ
ｎ”で超音波洗浄し、続いてイオン交換水に浸し、イソ
プロピルアルコールで超音波洗浄してから熱メタノール
に浸した。そして、洗浄されたＩＴＯ基板にＵＶ−オゾ
ン処理を施してから真空蒸着装置に装着し、２×１０
^−４Ｐａまで減圧にした。銅フタロシアニンを２０ｎ
ｍ、Ｎ，Ｎ´−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ´−ジ
フェニル−４，４´−ジフェニルアミン（ＴＰＤ）（仕
事関数５．６３ｅＶ、ガラス転移温度６３℃）を２５０
ｎｍ、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを１０
０ｎｍ順次蒸着して積層したのち、５ｍｍ角の素子が得
られるようにマスクを交換した。この状態で順次マグネ
シウムを１５０ｎｍ、アルミニウムを１５０ｎｍ、マグ
ネシウムを１００ｎｍ、アルミニウムを１５０ｎｍ蒸着
して素子とした。本素子を真空セル中、４ｍＡ／ｃｍ^２
で定電流駆動したところ、最大発光ピーク５１０ｎｍ、
初期輝度１１４ｃｄ／ｍ^２（６．２８Ｖ）で発光効率
１．４２ｌｍ／Ｗであったものが、６７時間経過以降に
発光が観測されなくなった。

【００３３】比較例２ 比較例１において駆動電流が８ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆
動以外は同様にしたところ、最大発光ピーク５１０ｎ
ｍ、初期輝度２４３ｃｄ／ｍ^２（６．８５Ｖ）で発光効
率１．３９ｌｍ／Ｗであったものが、６７時間経過以降
に発光が観測されなくなった。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、特定の正孔輸送性物質を使用
することにより、高輝度、高発光効率で、しかも耐久性
に優れた有機積層薄膜発光素子を提供できるものであ
る。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極と陰極の間に発光を司る物質からな
   り、これらを合わせた膜厚が１μｍ以下、最大発光ピー
   クが４００〜７００ｎｍの間にあり、発光効率が０．１
   ｌｍ／Ｗ以上である発光素子において、前記発光を司る
   物質に含まれる正孔輸送性物質が炭素、水素、窒素原子
   からなり、その仕事関数が３．４ｅＶ以上６．５ｅＶ以
   下でガラス転移温度または結晶転移温度が９０℃以上で
   あることを特徴とする発光素子。
2. 【請求項２】発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質
   の分子量が１５００以下であることを特徴とする請求項
   １記載の発光素子。
3. 【請求項３】発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質
   の仕事関数が４．１〜５．９であることを特徴とする請
   求項１記載の発光素子。
4. 【請求項４】ガラス転移温度または結晶転移温度が１０
   ０℃以上であることを特徴とする請求項１記載の発光素
   子。
5. 【請求項５】発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質
   の仕事関数が発光物質の仕事関数より低く陽極の仕事関
   数より高いことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
6. 【請求項６】発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質
   のガラス転移温度と結晶化温度の差が３０℃以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
7. 【請求項７】発光を司る物質に含まれる正孔輸送性物質
   がビスカルバゾリル骨格を有することを特徴とする請求
   項１記載の発光素子。
8. 【請求項８】発光を司る物質が二層以上の積層構造から
   なり、その中の少なくとも一層が正孔輸送性物質からな
   ることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の発光
   素子。
9. 【請求項９】発光を司る物質が三層以上の積層構造から
   なり、その発光を司る物質が正孔注入と正孔輸送を司る
   層を有していることを特徴とする請求項１〜６いずれか
   に記載の発光素子。
10. 【請求項１０】発光素子の輝度半減時間が３００時間以
    上であることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載
    の発光素子。
11. 【請求項１１】請求項１〜９いずれかに記載の発光素子
    を用いることを特徴とするマトリックスおよび／または
    セグメント方式によって表示するディスプレイ。
12. 【請求項１２】請求項１〜９いずれかに記載の発光素子
    を用いることを特徴とするバックライト。