JPH11288786A - 光共振型有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
光共振型有機エレクトロルミネッセンス素子Info
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- JPH11288786A JPH11288786A JP11017978A JP1797899A JPH11288786A JP H11288786 A JPH11288786 A JP H11288786A JP 11017978 A JP11017978 A JP 11017978A JP 1797899 A JP1797899 A JP 1797899A JP H11288786 A JPH11288786 A JP H11288786A
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-
- H—ELECTRICITY
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
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- H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
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- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機ＥＬ素子の信頼性の向上。
【解決手段】 ガラス基板１０上に多層膜ミラー３０、
透明電極１２、有機層を成す正孔輸送層１４及び発光層
１６、金属電極ミラー２０を備え、多層膜ミラー３０と
金属電極ミラー２０とで構成される微小光共振器により
発光光の内の特定波長を増強する。微小光共振器の光学
長Ｌを共振波長の２倍に設定し、有機層の厚さを１００
ｎｍ以上、透明電極の厚さを５０ｎｍ以上又は該透明電
極のシート抵抗が３０Ω／□以下となるように設定す
る。これにより、大電流を流した場合の透明電極の発熱
が防止され、素子特性の劣化が確実に防止できる。ま
た、発光層を含む有機層の厚さが十分厚くなるのでこの
点でも素子の信頼性向上が図れる。
透明電極１２、有機層を成す正孔輸送層１４及び発光層
１６、金属電極ミラー２０を備え、多層膜ミラー３０と
金属電極ミラー２０とで構成される微小光共振器により
発光光の内の特定波長を増強する。微小光共振器の光学
長Ｌを共振波長の２倍に設定し、有機層の厚さを１００
ｎｍ以上、透明電極の厚さを５０ｎｍ以上又は該透明電
極のシート抵抗が３０Ω／□以下となるように設定す
る。これにより、大電流を流した場合の透明電極の発熱
が防止され、素子特性の劣化が確実に防止できる。ま
た、発光層を含む有機層の厚さが十分厚くなるのでこの
点でも素子の信頼性向上が図れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極間に有
機材料からなる発光層を備え、両電極から発光層にキャ
リアを注入することによって発光層を発光させ、更に、
発光光の内の特定波長を共振させて放射する光共振型有
機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子
という）に関する。
機材料からなる発光層を備え、両電極から発光層にキャ
リアを注入することによって発光層を発光させ、更に、
発光光の内の特定波長を共振させて放射する光共振型有
機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子
という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機ＥＬ素子を利用した平面ディスプレ
イや、平面光源は、次世代のディスプレイ材料として大
きな注目を浴びて研究が行われており、単純ドットマト
リクスディスプレイについては実用化のための開発が進
んでいる。有機ＥＬ素子は、陽極電極と陰極電極との間
に有機材料からなる発光層が設けられ、２つの電極から
発光層に注入された電子と正孔が層内で再結合すること
により、有機材料に応じた蛍光スペクトルの光が発生す
る。そして、この光は、指向性のない自然放出光として
有機ＥＬ素子からガラス基板を通して素子外部に放射さ
れる。
イや、平面光源は、次世代のディスプレイ材料として大
きな注目を浴びて研究が行われており、単純ドットマト
リクスディスプレイについては実用化のための開発が進
んでいる。有機ＥＬ素子は、陽極電極と陰極電極との間
に有機材料からなる発光層が設けられ、２つの電極から
発光層に注入された電子と正孔が層内で再結合すること
により、有機材料に応じた蛍光スペクトルの光が発生す
る。そして、この光は、指向性のない自然放出光として
有機ＥＬ素子からガラス基板を通して素子外部に放射さ
れる。
【０００３】このような有機ＥＬ素子において、光の指
向性を得るため、図１１に示すような微小光共振器構造
を備える有機ＥＬ素子が提案されている。この共振器構
造を備えた有機ＥＬ素子では、陽極である透明電極１２
と陰極である金属電極５０の間に有機材料からなる発光
層１６及び正孔輸送層１４を備えると共に、ガラス基板
１０と陽極電極１２との間に多層膜ミラー４０が設けら
れている。微小光共振構造は、この多層膜ミラー４０と
金属電極５０との組み合わせで構成され、多層膜ミラー
４０と金属電極５０との間隔で規定される特定の共振波
長の光が増強される。しかし、現実には、有機発光層１
６として発光スペクトルのブロードな発光材料を使用し
た場合、発光光に指向性を与えることは難しい。
向性を得るため、図１１に示すような微小光共振器構造
を備える有機ＥＬ素子が提案されている。この共振器構
造を備えた有機ＥＬ素子では、陽極である透明電極１２
と陰極である金属電極５０の間に有機材料からなる発光
層１６及び正孔輸送層１４を備えると共に、ガラス基板
１０と陽極電極１２との間に多層膜ミラー４０が設けら
れている。微小光共振構造は、この多層膜ミラー４０と
金属電極５０との組み合わせで構成され、多層膜ミラー
４０と金属電極５０との間隔で規定される特定の共振波
長の光が増強される。しかし、現実には、有機発光層１
６として発光スペクトルのブロードな発光材料を使用し
た場合、発光光に指向性を与えることは難しい。
【０００４】これに対し、光学長を規定する多層膜ミラ
ー４０と金属電極５０との間隔や、共振波長の位置を精
密に制御し、光学長を目的波長の１．５倍とすることで
素子前方への光の指向性が高まることが報告されている
（特開平９−１８０８８３号公報）。
ー４０と金属電極５０との間隔や、共振波長の位置を精
密に制御し、光学長を目的波長の１．５倍とすることで
素子前方への光の指向性が高まることが報告されている
（特開平９−１８０８８３号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光学長が１．
５波長の上述のような有機ＥＬ素子では、陽極である透
明電極の厚さが３０ｎｍ程度であった。
５波長の上述のような有機ＥＬ素子では、陽極である透
明電極の厚さが３０ｎｍ程度であった。
【０００６】透明電極は、導電率の高いＩＴＯ（Indium
tin oxid）であっても、そのシート抵抗は３０Ω／□
もあり、ジュール熱の発生が避けられない。例えば、こ
のような有機ＥＬ素子を液晶表示装置の高輝度バックラ
イトとして用いる場合には、最も高効率の素子でも約１
００ｍＡ／ｃｍ2以上の大電流を素子に流さなくてはな
らない。ディスプレイ等として用いられる場合の通常の
駆動条件は１０ｍＡ／ｃｍ2以下であり、これと比較し
て異常に大きい電流を流すと、ＩＴＯ電極における発熱
は避けることができない。そして、有機ＥＬ素子の劣化
が温度依存性を備えており、高温ほど劣化は激しくな
る。経験的には駆動電流を１０倍とすると素子寿命は１
／１０になってしまう。
tin oxid）であっても、そのシート抵抗は３０Ω／□
もあり、ジュール熱の発生が避けられない。例えば、こ
のような有機ＥＬ素子を液晶表示装置の高輝度バックラ
イトとして用いる場合には、最も高効率の素子でも約１
００ｍＡ／ｃｍ2以上の大電流を素子に流さなくてはな
らない。ディスプレイ等として用いられる場合の通常の
駆動条件は１０ｍＡ／ｃｍ2以下であり、これと比較し
て異常に大きい電流を流すと、ＩＴＯ電極における発熱
は避けることができない。そして、有機ＥＬ素子の劣化
が温度依存性を備えており、高温ほど劣化は激しくな
る。経験的には駆動電流を１０倍とすると素子寿命は１
／１０になってしまう。
【０００７】また、例えば、１９９４年、１０月１０日
のApply Physics Letter 65(15)「Sharply directed em
ission in organic electroluminescent diodes with a
n optical-microcavity structure」には、特殊な発光
材料（希土類元素を含む金属錯体）を用いることによ
り、ＩＴＯ陽極電極の厚さについては１５８ｎｍと、従
前と同程度の構成で、素子前方への光の高指向性が実現
されることが報告されている。
のApply Physics Letter 65(15)「Sharply directed em
ission in organic electroluminescent diodes with a
n optical-microcavity structure」には、特殊な発光
材料（希土類元素を含む金属錯体）を用いることによ
り、ＩＴＯ陽極電極の厚さについては１５８ｎｍと、従
前と同程度の構成で、素子前方への光の高指向性が実現
されることが報告されている。
【０００８】ところが、この文献に示される特殊な発光
材料はその発光効率が低く、化学的にも不安定であり、
高輝度、高効率な素子は得られていない。更に、有機層
の合計膜厚が１００ｎｍ以下であり、欠陥等に基づく絶
縁耐圧等、素子の信頼性が低く有機層での局所的な短絡
破壊の確率が高く現実的ではない。
材料はその発光効率が低く、化学的にも不安定であり、
高輝度、高効率な素子は得られていない。更に、有機層
の合計膜厚が１００ｎｍ以下であり、欠陥等に基づく絶
縁耐圧等、素子の信頼性が低く有機層での局所的な短絡
破壊の確率が高く現実的ではない。
【０００９】以上のように、光共振型有機ＥＬ素子は依
然として最適化されておらず、高い発光効率の発光材料
を用い、大電流での信頼性の高い共振型の有機ＥＬ素子
は得られていない。また、素子前方への十分な光の指向
性も実現されていない。
然として最適化されておらず、高い発光効率の発光材料
を用い、大電流での信頼性の高い共振型の有機ＥＬ素子
は得られていない。また、素子前方への十分な光の指向
性も実現されていない。
【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、有機ＥＬ素子において発光効率の向上
と、素子の信頼性の向上を図ることを目的とする。
れたものであり、有機ＥＬ素子において発光効率の向上
と、素子の信頼性の向上を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、陽極としての透
明電極と、陰極電極としての金属電極ミラーとの間に、
発光層を含む有機層を備え、基板と前記透明電極との間
に、屈折率の異なる複数種類の層が交互に積層されて構
成された多層膜ミラーを備え、２つの前記電極から前記
発光層に正孔と電子を注入して前記発光層を発光させ、
前記多層膜ミラーと前記金属電極ミラーとで構成される
微小光共振器により発光光の内の特定波長を増強する有
機エレクトロルミネッセンス素子であり、前記微小光共
振器の光学長が増強目的波長の２倍とする。
に、本発明の光共振型有機ＥＬ素子は、陽極としての透
明電極と、陰極電極としての金属電極ミラーとの間に、
発光層を含む有機層を備え、基板と前記透明電極との間
に、屈折率の異なる複数種類の層が交互に積層されて構
成された多層膜ミラーを備え、２つの前記電極から前記
発光層に正孔と電子を注入して前記発光層を発光させ、
前記多層膜ミラーと前記金属電極ミラーとで構成される
微小光共振器により発光光の内の特定波長を増強する有
機エレクトロルミネッセンス素子であり、前記微小光共
振器の光学長が増強目的波長の２倍とする。
【００１２】この微小光共振器の「光学長」は、多層膜
ミラーへの光の浸み込み分と、有機層の光学的厚さとに
よって決まる（文献Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８０
（１９９６）６９５４）。この光学長を増強目的波長λ
の２倍とすることで、陽極である透明電極及び有機層の
厚さを素子の特性上、適正な厚さとすることを可能とし
ている。
ミラーへの光の浸み込み分と、有機層の光学的厚さとに
よって決まる（文献Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８０
（１９９６）６９５４）。この光学長を増強目的波長λ
の２倍とすることで、陽極である透明電極及び有機層の
厚さを素子の特性上、適正な厚さとすることを可能とし
ている。
【００１３】具体的には、有機層の厚さを１００ｎｍ以
上、前記透明電極の厚さを５０ｎｍ以上又は該透明電極
のシート抵抗が３０Ω／□以下となるように設定するこ
とを特徴とする。有機層の厚さを１００ｎｍ以上とする
ことで、有機層の信頼性を向上する。透明電極の厚さを
５０ｎｍ以上又はシート抵抗が３０Ω／□以下となるよ
うに設定することで、素子に大電流を流しても発熱を抑
制することが可能となり、発熱による素子の特性劣化を
防止すると共に、大電流駆動が可能となり高輝度の照明
装置として利用することも容易となる。
上、前記透明電極の厚さを５０ｎｍ以上又は該透明電極
のシート抵抗が３０Ω／□以下となるように設定するこ
とを特徴とする。有機層の厚さを１００ｎｍ以上とする
ことで、有機層の信頼性を向上する。透明電極の厚さを
５０ｎｍ以上又はシート抵抗が３０Ω／□以下となるよ
うに設定することで、素子に大電流を流しても発熱を抑
制することが可能となり、発熱による素子の特性劣化を
防止すると共に、大電流駆動が可能となり高輝度の照明
装置として利用することも容易となる。
【００１４】また、本発明において、前記増強目的波長
を前記発光層の発光ピーク波長から短波長側に約３０ｎ
ｍの範囲とすることが好適である。
を前記発光層の発光ピーク波長から短波長側に約３０ｎ
ｍの範囲とすることが好適である。
【００１５】発光層の発光ピーク波長から３０ｎｍより
も離れると、十分な発光強度が得られなかったり高い指
向性が得られないためであり、十分な発光強度で、かつ
指向性の高い光を素子から射出可能とするためには、こ
のような条件に設定することが好適である。
も離れると、十分な発光強度が得られなかったり高い指
向性が得られないためであり、十分な発光強度で、かつ
指向性の高い光を素子から射出可能とするためには、こ
のような条件に設定することが好適である。
【００１６】透明電極の光学的厚さは、例えばλ／２に
設定することがより好適である。なお、ここで膜の光学
的厚さＬは、実際の膜の厚さＤに対し、Ｌ＝Ｄ×ｎ
（ｎ：屈折率）で示される厚さである。このように設定
すれば、例えば増強目的波長λ＝５００ｎｍの場合、透
明電極の実際の厚さは約１２９ｎｍになり（実際の厚さ
は光学的厚さをその屈折率（ここでは１．９３）で割っ
た値）、シート抵抗として１５Ω／□程度が達成され
る。
設定することがより好適である。なお、ここで膜の光学
的厚さＬは、実際の膜の厚さＤに対し、Ｌ＝Ｄ×ｎ
（ｎ：屈折率）で示される厚さである。このように設定
すれば、例えば増強目的波長λ＝５００ｎｍの場合、透
明電極の実際の厚さは約１２９ｎｍになり（実際の厚さ
は光学的厚さをその屈折率（ここでは１．９３）で割っ
た値）、シート抵抗として１５Ω／□程度が達成され
る。
【００１７】また、有機ＥＬ素子の発光色純度をより高
めるためには、有機層を構成する発光材料として、発光
スペクトルの幅の狭いものを利用することが好ましい。
例えば、半値幅が８０ｎｍ程度以下のキナクリドン等の
発光材料を用いることが好ましい。
めるためには、有機層を構成する発光材料として、発光
スペクトルの幅の狭いものを利用することが好ましい。
例えば、半値幅が８０ｎｍ程度以下のキナクリドン等の
発光材料を用いることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１９】図１は、実施形態に係る微小光共振型有機
ＥＬ素子の構成を示す図である。本実施形態の有機ＥＬ
素子は、ガラス基板１０上に屈折率の異なる２種類の層
が複数層積層されて構成された多層膜ミラー（誘電体ミ
ラー）３０が形成されている。この多層膜ミラー３０上
には、陽極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxid）、Ｓｎ
Ｏ2、ｌｎ2Ｏ3などを用いた透明電極１２が形成されて
いる。また透明電極１２上には発光層１６及び正孔輸送
層１４を含む有機層が形成され、有機層の上に陰極電極
としてＡｇ、ＭｇＡｇやＡｌＬｉ、さらにはＬｉＦを介
在させたＡｌ等からなる金属電極ミラー２０が形成され
ている。
ＥＬ素子の構成を示す図である。本実施形態の有機ＥＬ
素子は、ガラス基板１０上に屈折率の異なる２種類の層
が複数層積層されて構成された多層膜ミラー（誘電体ミ
ラー）３０が形成されている。この多層膜ミラー３０上
には、陽極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxid）、Ｓｎ
Ｏ2、ｌｎ2Ｏ3などを用いた透明電極１２が形成されて
いる。また透明電極１２上には発光層１６及び正孔輸送
層１４を含む有機層が形成され、有機層の上に陰極電極
としてＡｇ、ＭｇＡｇやＡｌＬｉ、さらにはＬｉＦを介
在させたＡｌ等からなる金属電極ミラー２０が形成され
ている。
【００２０】微小光共振器は、多層膜ミラー３０と、金
属電極ミラー２０とによって構成され、この共振器の光
学長は、光の多層膜ミラー３０への浸み込み分と、透明
電極１２及び有機層の光学的厚みの和である。そして、
本実施形態ではこの光学長を増強目的波長（共振波長）
λの２倍に設定し、透明電極１２の厚さを５０ｎｍ以上
又はこの透明電極１２のシート抵抗が３０Ω／□以下と
なるような厚さとする。更に有機層の合計厚み（ここで
は発光層１６と正孔輸送層１４と合計厚み）を１００ｎ
ｍ以上に設定する。
属電極ミラー２０とによって構成され、この共振器の光
学長は、光の多層膜ミラー３０への浸み込み分と、透明
電極１２及び有機層の光学的厚みの和である。そして、
本実施形態ではこの光学長を増強目的波長（共振波長）
λの２倍に設定し、透明電極１２の厚さを５０ｎｍ以上
又はこの透明電極１２のシート抵抗が３０Ω／□以下と
なるような厚さとする。更に有機層の合計厚み（ここで
は発光層１６と正孔輸送層１４と合計厚み）を１００ｎ
ｍ以上に設定する。
【００２１】従来のように光学長１．５λで透明電極を
３０ｎｍ程度とした場合、透明電極としてＩＴＯを用い
てもシート抵抗は３０Ω／□以上となる。これに対し、
本実施形態のように光学長を増強目的波長λの２倍と
し、透明電極１２を厚さ５０ｎｍ以上又はシート抵抗３
０Ω／□以下となるように設定する。
３０ｎｍ程度とした場合、透明電極としてＩＴＯを用い
てもシート抵抗は３０Ω／□以上となる。これに対し、
本実施形態のように光学長を増強目的波長λの２倍と
し、透明電極１２を厚さ５０ｎｍ以上又はシート抵抗３
０Ω／□以下となるように設定する。
【００２２】特に、透明電極１２の厚さは、λ／２とす
ることが好ましい。このように透明電極１２の厚さをλ
／２とすると、その抵抗を半分とすることができ、ＩＴ
Ｏを用いた透明電極１２の場合に発生するジュール熱
は、単純計算でも１／４に低減することができる。図２
は、従来のようにＩＴＯ透明電極をλ／４以下とした場
合の素子と、本実施形態のように透明電極１２としてＩ
ＴＯを用い、その厚さをλ／２とした場合の素子におけ
る輝度電流特性を示している。従来の素子は、大電流を
流すとジュール熱により素子の劣化が起こり、輝度が低
下しているが、本実施形態の素子では、大電流を流して
も、素子の劣化はほとんどなく、電流量の増大に応じて
高い発光輝度が得られている。このように透明電極１２
を十分低いシート抵抗が得られるように厚くすることに
より、素子の温度上昇を確実に抑えることができ、熱に
よる素子劣化を抑制し、安定に高輝度で長時間発光させ
ることが可能となる。
ることが好ましい。このように透明電極１２の厚さをλ
／２とすると、その抵抗を半分とすることができ、ＩＴ
Ｏを用いた透明電極１２の場合に発生するジュール熱
は、単純計算でも１／４に低減することができる。図２
は、従来のようにＩＴＯ透明電極をλ／４以下とした場
合の素子と、本実施形態のように透明電極１２としてＩ
ＴＯを用い、その厚さをλ／２とした場合の素子におけ
る輝度電流特性を示している。従来の素子は、大電流を
流すとジュール熱により素子の劣化が起こり、輝度が低
下しているが、本実施形態の素子では、大電流を流して
も、素子の劣化はほとんどなく、電流量の増大に応じて
高い発光輝度が得られている。このように透明電極１２
を十分低いシート抵抗が得られるように厚くすることに
より、素子の温度上昇を確実に抑えることができ、熱に
よる素子劣化を抑制し、安定に高輝度で長時間発光させ
ることが可能となる。
【００２３】また、有機ＥＬ素子内での局所的な短絡破
壊を回避し、素子の信頼性を確保するために、有機層全
体の厚みは１００ｎｍ以上とする。
壊を回避し、素子の信頼性を確保するために、有機層全
体の厚みは１００ｎｍ以上とする。
【００２４】図３は、光学長が１．５λの共振型有機Ｅ
Ｌ素子と、本実施形態のように光学長を２λとした共振
型有機ＥＬ素子の作用の違いを概念的に示している。図
３（ａ）のように光学長１．５λの素子では、透明電極
１２が薄いためその抵抗が高くなり、合わせて有機層が
薄いため、電極層の突起や埃などの付着物が存在してい
ると、透明電極１２と金属電極５０とが局部的に短絡す
る可能性もある。従来の素子の寿命が短いのは、このよ
うな短絡が駆動時間の経過に伴って発生することも理由
の一つである。これに対して図３（ｂ）のように本実施
形態の素子は光学長２λで透明電極１２及び有機層も上
述のように十分厚いため、埃の存在や電極層の突起など
が存在しても、それにより電極間が短絡する可能性が低
い。この様な理由によっても、本実施形態の素子では、
上述のように素子寿命を長くすることが可能となってい
る。
Ｌ素子と、本実施形態のように光学長を２λとした共振
型有機ＥＬ素子の作用の違いを概念的に示している。図
３（ａ）のように光学長１．５λの素子では、透明電極
１２が薄いためその抵抗が高くなり、合わせて有機層が
薄いため、電極層の突起や埃などの付着物が存在してい
ると、透明電極１２と金属電極５０とが局部的に短絡す
る可能性もある。従来の素子の寿命が短いのは、このよ
うな短絡が駆動時間の経過に伴って発生することも理由
の一つである。これに対して図３（ｂ）のように本実施
形態の素子は光学長２λで透明電極１２及び有機層も上
述のように十分厚いため、埃の存在や電極層の突起など
が存在しても、それにより電極間が短絡する可能性が低
い。この様な理由によっても、本実施形態の素子では、
上述のように素子寿命を長くすることが可能となってい
る。
【００２５】ここで、光学長を２λとする場合、光学長
Ｌ＝ｍ・λ／２から、利用する共振モードｍは、４、つ
まり、４次モードとなる。この場合、図４に示すよう
に、低次の発光ピーク（低次モード）、例えばｍ＝３、
５の共振モードが利用モードの近くに発生する。そし
て、４次の増強目的波長を用いる発光材料の発光スペク
トルの短波長側の急峻な領域に重なるように設定する
と、３次モードの共振波長が４次モードの長波長側に現
れる。そこで、発光層１６に用いる発光材料としては、
このような他の低次モードがその発光スペクトル内に入
らないように、元のスペクトルの幅が狭いものを用いる
ことが好ましい。つまり、発光材料としては、発光スペ
クトルの半値幅（最大ピーク値が半分の値になるまでの
幅）が小さいものを用いる。
Ｌ＝ｍ・λ／２から、利用する共振モードｍは、４、つ
まり、４次モードとなる。この場合、図４に示すよう
に、低次の発光ピーク（低次モード）、例えばｍ＝３、
５の共振モードが利用モードの近くに発生する。そし
て、４次の増強目的波長を用いる発光材料の発光スペク
トルの短波長側の急峻な領域に重なるように設定する
と、３次モードの共振波長が４次モードの長波長側に現
れる。そこで、発光層１６に用いる発光材料としては、
このような他の低次モードがその発光スペクトル内に入
らないように、元のスペクトルの幅が狭いものを用いる
ことが好ましい。つまり、発光材料としては、発光スペ
クトルの半値幅（最大ピーク値が半分の値になるまでの
幅）が小さいものを用いる。
【００２６】例えば、半値幅が８０ｎｍ以下のものを用
いることが好ましい。このような条件を満たす発光材料
としては、例えば化学式（１）のようなキナクリドン
（半値幅８０ｎｍ）が挙げられる。
いることが好ましい。このような条件を満たす発光材料
としては、例えば化学式（１）のようなキナクリドン
（半値幅８０ｎｍ）が挙げられる。
【００２７】
【化１】 図５は、５３５ｎｍを増強目的波長とし、発光層として
上記キナクリドンを含む発光材料を用い、有機層を１４
０ｎｍ、ＩＴＯ電極を１５０ｎｍの厚さに設定した場合
における波長と発光強度（左縦軸）の関係を示してい
る。また、図６は、５００ｎｍを増強目的波長とし、発
光層としてＡｌｑを用い、有機層を１１５ｎｍ、ＩＴＯ
電極を１５０ｎｍの厚さに設定し、かつ多層膜ミラーを
構成するＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とをそれぞれ４層ずつと
した場合における波長と発光強度（左縦軸）の関係を示
している。なお、図５及び図６の右縦軸は、ｍ＝５、
４、３についての共振強度（任意単位a.u.）を示してい
る。
上記キナクリドンを含む発光材料を用い、有機層を１４
０ｎｍ、ＩＴＯ電極を１５０ｎｍの厚さに設定した場合
における波長と発光強度（左縦軸）の関係を示してい
る。また、図６は、５００ｎｍを増強目的波長とし、発
光層としてＡｌｑを用い、有機層を１１５ｎｍ、ＩＴＯ
電極を１５０ｎｍの厚さに設定し、かつ多層膜ミラーを
構成するＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とをそれぞれ４層ずつと
した場合における波長と発光強度（左縦軸）の関係を示
している。なお、図５及び図６の右縦軸は、ｍ＝５、
４、３についての共振強度（任意単位a.u.）を示してい
る。
【００２８】図５に点線で示すように、キナクリドンの
発光スペクトルは６５０ｎｍ以下で半値幅は８０ｎｍ以
下であり、７２０ｎｍ付近に発生する３次ピークと重な
らない。従って、最終的に得られる共振型の有機ＥＬ素
子の発光スペクトルは、図５に一点鎖線で示すように、
設定した５３５ｎｍ付近の波長が選択的に増強されたも
のとなる。一方、下記化学式（２）に示すようなアルミ
キノリノール錯体（Ａｌｑ）の場合、図６の点線に示す
ようにその発光スペクトルは半値幅が大きく、また６５
０ｎｍ付近にもスペクトルが存在している。そして、そ
の発光スペクトル内に３次モードの共振波長が入ってし
まっている。従って、発光層としてＡｌｑを用いた光共
振型有機ＥＬ素子では、図６の一点鎖線に示すように３
次モードの共振波長も発光し、このため色純度が低くな
る。また、前方への高指向性が得られなくなる。
発光スペクトルは６５０ｎｍ以下で半値幅は８０ｎｍ以
下であり、７２０ｎｍ付近に発生する３次ピークと重な
らない。従って、最終的に得られる共振型の有機ＥＬ素
子の発光スペクトルは、図５に一点鎖線で示すように、
設定した５３５ｎｍ付近の波長が選択的に増強されたも
のとなる。一方、下記化学式（２）に示すようなアルミ
キノリノール錯体（Ａｌｑ）の場合、図６の点線に示す
ようにその発光スペクトルは半値幅が大きく、また６５
０ｎｍ付近にもスペクトルが存在している。そして、そ
の発光スペクトル内に３次モードの共振波長が入ってし
まっている。従って、発光層としてＡｌｑを用いた光共
振型有機ＥＬ素子では、図６の一点鎖線に示すように３
次モードの共振波長も発光し、このため色純度が低くな
る。また、前方への高指向性が得られなくなる。
【００２９】
【化２】 なお、赤色発光素子に関しては、低次モードが近赤外域
（７００ｎｍ以上）の発光となるため、半値幅が大きい
発光材料を用いても視覚（人間の目には見えない光）上
大きな問題にはならない。
（７００ｎｍ以上）の発光となるため、半値幅が大きい
発光材料を用いても視覚（人間の目には見えない光）上
大きな問題にはならない。
【００３０】発光層１６の材料としては、例えば、青色
発光の場合には化学式（３）に示すペリレン、化学式
（４）に示すオキサジアゾール系、化学式（５）に示す
ジスチルアリレーン系を用いることができる。赤色系で
は、化学式（６）に示すフタロシアニンや化学式（７）
に示すＤＣＭ２（５）を用いることができる。
発光の場合には化学式（３）に示すペリレン、化学式
（４）に示すオキサジアゾール系、化学式（５）に示す
ジスチルアリレーン系を用いることができる。赤色系で
は、化学式（６）に示すフタロシアニンや化学式（７）
に示すＤＣＭ２（５）を用いることができる。
【００３１】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】 また、発光層１６とともに有機層を構成する正孔輸送層
１４は、主として芳香族アミン系材料、例えば、化学式
（８）に示されるＴＰＴＥ（トリフェニルアミン４量
体）や、α−ＮＰＢ（Bis [N-(1-naphthyl)-N-phenyl]
benzidine）等が好適である。
１４は、主として芳香族アミン系材料、例えば、化学式
（８）に示されるＴＰＴＥ（トリフェニルアミン４量
体）や、α−ＮＰＢ（Bis [N-(1-naphthyl)-N-phenyl]
benzidine）等が好適である。
【００３２】
【化８】 また、発光層と正孔輸送層によって有機層を構成してい
るが、発光層への電子の注入をより容易とするために、
更に、発光層と金属電極ミラーとの間に有機材料を用い
た電子輸送層を形成したり、或いは、アルカリ金属又は
アルカリ土類金属の酸化物やフッ化物からなる電子注入
層を形成することが好適である。
るが、発光層への電子の注入をより容易とするために、
更に、発光層と金属電極ミラーとの間に有機材料を用い
た電子輸送層を形成したり、或いは、アルカリ金属又は
アルカリ土類金属の酸化物やフッ化物からなる電子注入
層を形成することが好適である。
【００３３】また、本実施形態では、増強目的波長を上
述のような発光層の発光ピーク波長の短波長側約３０ｎ
ｍ程度とする。これは、以下のような理由による。
述のような発光層の発光ピーク波長の短波長側約３０ｎ
ｍ程度とする。これは、以下のような理由による。
【００３４】増強目的波長は、共振器（有機ＥＬ素子）
と共振している波長（共振波長）であり、その波長は見
る角度によって変化する。例えば、図７に示すように、
観察方向が共振器の正面（θ＝０゜）から斜め方向（例
えばθ＝３０゜、６０゜）になると短波長側へシフトす
る。そのため、発光層の発光ピークから大きく離れた位
置に増強目的波長を設定すると、発光強度（増強した光
の強度）が低下したり、全体としての指向性がなくなっ
たりしてしまう。例えば、発光層の発光スペクトルが、
図８（ａ）に実線で示すような特性である場合に、増強
目的波長を発光ピークから短波長側に３０ｎｍより大き
い（α）の位置に設定すると、図８（ｂ）に示すよう
に、共振型有機ＥＬ素子からの射出光の指向性は維持さ
れるが、素子正面での発光強度が非常に小さくなってし
まう。反対に、図８（ａ）の位置（β）のように増強目
的波長を発光ピークから長波長側に設定した場合、図８
（ｃ）に示すように、指向性が失われてしまう。また、
増強目的波長を発光ピークから長波長側に大きく離す
と、その領域では発光層の発光スペクトル自体が小さい
ため、素子正面での発光高強度自体も小さくなってしま
う。
と共振している波長（共振波長）であり、その波長は見
る角度によって変化する。例えば、図７に示すように、
観察方向が共振器の正面（θ＝０゜）から斜め方向（例
えばθ＝３０゜、６０゜）になると短波長側へシフトす
る。そのため、発光層の発光ピークから大きく離れた位
置に増強目的波長を設定すると、発光強度（増強した光
の強度）が低下したり、全体としての指向性がなくなっ
たりしてしまう。例えば、発光層の発光スペクトルが、
図８（ａ）に実線で示すような特性である場合に、増強
目的波長を発光ピークから短波長側に３０ｎｍより大き
い（α）の位置に設定すると、図８（ｂ）に示すよう
に、共振型有機ＥＬ素子からの射出光の指向性は維持さ
れるが、素子正面での発光強度が非常に小さくなってし
まう。反対に、図８（ａ）の位置（β）のように増強目
的波長を発光ピークから長波長側に設定した場合、図８
（ｃ）に示すように、指向性が失われてしまう。また、
増強目的波長を発光ピークから長波長側に大きく離す
と、その領域では発光層の発光スペクトル自体が小さい
ため、素子正面での発光高強度自体も小さくなってしま
う。
【００３５】ここで、発光層の材料として発光ピークの
短波長側が急峻な特性を有するほど、共振させて得らる
発光光の指向性が高くなる。上述のように本実施形態で
は、発光層の材料としてできるだけ急峻な発光特性を備
える発光材料を用いるので、発光ピークから３０ｎｍよ
り短波長側に離れた所では、発光層自体の発光スペクト
ルの強度が極端に小さく、この様な波長を増強目的波長
としても十分な発光強度が得られない。例えば、図５に
おいて、キナクリドンＱｄの発光ピーク波長は５４０ｎ
ｍで、ここから３０ｎｍだけ短波長側は５１０ｎｍにな
るが、この位置では元の発光スペクトルの発光強度が、
ピーク強度の３０分の１しかない。従って、増強目的波
長は発光ピーク波長から短波長側に３０ｎｍ以内の範囲
に設定しておくことが好ましい。
短波長側が急峻な特性を有するほど、共振させて得らる
発光光の指向性が高くなる。上述のように本実施形態で
は、発光層の材料としてできるだけ急峻な発光特性を備
える発光材料を用いるので、発光ピークから３０ｎｍよ
り短波長側に離れた所では、発光層自体の発光スペクト
ルの強度が極端に小さく、この様な波長を増強目的波長
としても十分な発光強度が得られない。例えば、図５に
おいて、キナクリドンＱｄの発光ピーク波長は５４０ｎ
ｍで、ここから３０ｎｍだけ短波長側は５１０ｎｍにな
るが、この位置では元の発光スペクトルの発光強度が、
ピーク強度の３０分の１しかない。従って、増強目的波
長は発光ピーク波長から短波長側に３０ｎｍ以内の範囲
に設定しておくことが好ましい。
【００３６】また、発光ピーク波長から長波長側に３０
ｎｍ程度の範囲内に増強目的波長を設定すると、発光自
体は得られるが、上述の図８（ｃ）のように指向性が得
られなくなってしまう。図９はこの様子をより具体的に
示している。図９（ａ）のように、増強目的波長を発光
層の長波長側に設定した場合、上述のように観察方向が
変化して増強目的波長の射出光の波長が短波長側にシフ
トすると、そのシフトした増強目的波長の短波長側には
発光層の元の発光スペクトルの発光ピークに重なって発
光強度の高い領域が存在することとなる。従って、図９
（ａ）及び（ｂ）に示されるように、共振型有機ＥＬ素
子正面（θ＝０゜）で観察される発光強度に対し、斜め
の角度（例えば、θ＝３０゜、４５゜、６０゜）での発
光強度も高くなってしまう。つまり、斜めの角度から見
た際に、増強目的波長以外の高い発光強度を有する波長
の光が見えてしまい、素子前方への十分な指向性が得ら
れないこととなる。よって、この様な場合には、十分な
指向性を得るために素子から射出される光を別途分光す
る必要が発生する。
ｎｍ程度の範囲内に増強目的波長を設定すると、発光自
体は得られるが、上述の図８（ｃ）のように指向性が得
られなくなってしまう。図９はこの様子をより具体的に
示している。図９（ａ）のように、増強目的波長を発光
層の長波長側に設定した場合、上述のように観察方向が
変化して増強目的波長の射出光の波長が短波長側にシフ
トすると、そのシフトした増強目的波長の短波長側には
発光層の元の発光スペクトルの発光ピークに重なって発
光強度の高い領域が存在することとなる。従って、図９
（ａ）及び（ｂ）に示されるように、共振型有機ＥＬ素
子正面（θ＝０゜）で観察される発光強度に対し、斜め
の角度（例えば、θ＝３０゜、４５゜、６０゜）での発
光強度も高くなってしまう。つまり、斜めの角度から見
た際に、増強目的波長以外の高い発光強度を有する波長
の光が見えてしまい、素子前方への十分な指向性が得ら
れないこととなる。よって、この様な場合には、十分な
指向性を得るために素子から射出される光を別途分光す
る必要が発生する。
【００３７】以上のことから、発光層の発光ピークの短
波長側３０ｎｍ以内に増強目的波長を設定することによ
り、十分な発光強度と指向性が得られる。
波長側３０ｎｍ以内に増強目的波長を設定することによ
り、十分な発光強度と指向性が得られる。
【００３８】
【実施例】図１０は、本発明の有機ＥＬ素子の実施例を
示している。図１０に示す有機ＥＬ素子は、まず、洗浄
したガラス基板上に、マグネトロンスパッタ法によって
屈折率の異なるＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とを交互に形成し
（交互に４回、計８層）、多層膜ミラーを形成した。こ
こで、ストップバンド（多層膜ミラーの光反射波長領
域）の中心波長は、５７０ｎｍに設定し、ＳｉＯ2膜と
ＴｉＯ2膜はそれぞれ９７ｎｍ、６０ｎｍの厚さとし
た。このようにして得られた多層膜ミラーの反射率は約
９０％であった。
示している。図１０に示す有機ＥＬ素子は、まず、洗浄
したガラス基板上に、マグネトロンスパッタ法によって
屈折率の異なるＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とを交互に形成し
（交互に４回、計８層）、多層膜ミラーを形成した。こ
こで、ストップバンド（多層膜ミラーの光反射波長領
域）の中心波長は、５７０ｎｍに設定し、ＳｉＯ2膜と
ＴｉＯ2膜はそれぞれ９７ｎｍ、６０ｎｍの厚さとし
た。このようにして得られた多層膜ミラーの反射率は約
９０％であった。
【００３９】次に、この多層膜ミラーの上に陽極電極と
してＩＴＯ電極をλ／４（膜厚１５０ｎｍ）の厚さに形
成した。次に、真空度１０-7torrの真空蒸着法で、正孔
輸送層としてトリフェニルアミン四量体（ＴＰＴＥ）を
６０ｎｍ形成した。更に、発光層としてアルミキノリノ
ール錯体（Ａｌｑ）及びキナクリドン（Ｑｄ）の共蒸着
層を２０ｎｍ形成し、次に電子輸送層としてＡｌｑだけ
のＡｌｑ層３５ｎｍ形成し、この共蒸着層とＡｌｑ層と
を発光層とした。キナクリドンとしては、信頼性の高い
メチル化されたものを用いた（化学式（１）参照）。最
後に、この発光層の上にＭｇＡｇミラー電極を１５０ｎ
ｍ形成した。
してＩＴＯ電極をλ／４（膜厚１５０ｎｍ）の厚さに形
成した。次に、真空度１０-7torrの真空蒸着法で、正孔
輸送層としてトリフェニルアミン四量体（ＴＰＴＥ）を
６０ｎｍ形成した。更に、発光層としてアルミキノリノ
ール錯体（Ａｌｑ）及びキナクリドン（Ｑｄ）の共蒸着
層を２０ｎｍ形成し、次に電子輸送層としてＡｌｑだけ
のＡｌｑ層３５ｎｍ形成し、この共蒸着層とＡｌｑ層と
を発光層とした。キナクリドンとしては、信頼性の高い
メチル化されたものを用いた（化学式（１）参照）。最
後に、この発光層の上にＭｇＡｇミラー電極を１５０ｎ
ｍ形成した。
【００４０】以上のようにして得られた有機ＥＬ素子の
ＩＴＯ電極とＭｇＡｇミラー電極間に５Ｖ直流電圧を印
加したところ、素子前方（図１０の下方）に指向性を有
する緑色発光光が得られた。駆動電圧を挙げて、発光層
への注入電流を５００ｍＡ／ｃｍ2（１５Ｖ）にする
と、３００００ｃｄ／ｍ2の輝度が得られ、素子前方へ
の指向性は維持された。また、素子の輝度半減寿命は１
０時間を達成することができた。
ＩＴＯ電極とＭｇＡｇミラー電極間に５Ｖ直流電圧を印
加したところ、素子前方（図１０の下方）に指向性を有
する緑色発光光が得られた。駆動電圧を挙げて、発光層
への注入電流を５００ｍＡ／ｃｍ2（１５Ｖ）にする
と、３００００ｃｄ／ｍ2の輝度が得られ、素子前方へ
の指向性は維持された。また、素子の輝度半減寿命は１
０時間を達成することができた。
【００４１】なお、以上の実施形態、実施例において発
光層の有機材料としては、低分子系材料に限らず、例え
ば、ポリパラフェニレンビニレンのような高分子系材料
を用いることも可能である。
光層の有機材料としては、低分子系材料に限らず、例え
ば、ポリパラフェニレンビニレンのような高分子系材料
を用いることも可能である。
【００４２】更に、本発明では、上記本実施形態に係る
有機ＥＬ素子を有機材料や無機材料化合物からなる保護
膜で覆う、更に不活性ガスで素子を封入するなどによ
り、素子の信頼性を一層高めることができる。なお、素
子の封止にあたっては、不活性ガスの封入に限らず、シ
リコン系やフッ素系の液体を封入してもよい。
有機ＥＬ素子を有機材料や無機材料化合物からなる保護
膜で覆う、更に不活性ガスで素子を封入するなどによ
り、素子の信頼性を一層高めることができる。なお、素
子の封止にあたっては、不活性ガスの封入に限らず、シ
リコン系やフッ素系の液体を封入してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、多層膜
ミラーと金属電極ミラーとで構成される微小光共振器の
光学長を増強目的波長の２倍とする。これにより、設計
上、透明電極を厚くすることが可能となり、大電流を流
した場合の透明電極の発熱が防止され、電流許容量は５
〜１０倍程度となり、透明電極の発熱による素子特性の
劣化が確実に防止できる。また、発光層を含む有機層の
厚さを１００ｎｍと十分な厚さとすることも可能とな
り、この点からも素子の信頼性向上が図れる。
ミラーと金属電極ミラーとで構成される微小光共振器の
光学長を増強目的波長の２倍とする。これにより、設計
上、透明電極を厚くすることが可能となり、大電流を流
した場合の透明電極の発熱が防止され、電流許容量は５
〜１０倍程度となり、透明電極の発熱による素子特性の
劣化が確実に防止できる。また、発光層を含む有機層の
厚さを１００ｎｍと十分な厚さとすることも可能とな
り、この点からも素子の信頼性向上が図れる。
【００４４】また、増強目的波長を発光層の発光ピーク
波長から短波長側に約３０ｎｍの範囲とすることで、十
分な発光強度で、かつ指向性の高い発光光を素子から射
出することが可能となる。
波長から短波長側に約３０ｎｍの範囲とすることで、十
分な発光強度で、かつ指向性の高い発光光を素子から射
出することが可能となる。
【図１】 本発明の実施形態１に係る微小光共振型有機
ＥＬ素子の構成を示す図である。
ＥＬ素子の構成を示す図である。
【図２】 本発明と従来の有機ＥＬ素子の輝度電流特性
を比較する図である。
を比較する図である。
【図３】 本発明と従来の有機ＥＬ素子の構造の違いに
よる特性の違いを説明する概念図である。
よる特性の違いを説明する概念図である。
【図４】 本実施形態に係る微小光共振型有機ＥＬ素子
の発光層の発光スペクトルと共振波長との位置関係を示
す図である。
の発光層の発光スペクトルと共振波長との位置関係を示
す図である。
【図５】 発光層としてキナクリドンを用いた場合の微
小光共振型有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図であ
る。
小光共振型有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図であ
る。
【図６】 発光層としてアルミキノリノール錯体を用い
た場合の微小光共振型有機ＥＬ素子の発光スペクトルを
示す図である。
た場合の微小光共振型有機ＥＬ素子の発光スペクトルを
示す図である。
【図７】 発光層の発光スペクトルとその角度依存性を
示す図である。
示す図である。
【図８】 発光層の発光スペクトルのピーク波長に対し
設定する増強目的波長の位置と該位置に応じて得られる
射出光の特性を説明する図である。
設定する増強目的波長の位置と該位置に応じて得られる
射出光の特性を説明する図である。
【図９】 発光層の発光スペクトルのピーク波長の長波
長側に増強目的波長を設定した場合に得られる射出光の
発光強度及び指向性を説明する図である。
長側に増強目的波長を設定した場合に得られる射出光の
発光強度及び指向性を説明する図である。
【図１０】 本発明の実施例に係る微小光共振型有機Ｅ
Ｌ素子の構成を示す図である。
Ｌ素子の構成を示す図である。
【図１１】 一般的な微小光共振型有機ＥＬ素子の構成
を示す図である。
を示す図である。
１０ ガラス基板、１２ 透明電極（陽極）、１４ 正
孔輸送層、１６ 発光層、２０ 金属電極ミラー（陰
極）、３０ 多層膜ミラー。
孔輸送層、１６ 発光層、２０ 金属電極ミラー（陰
極）、３０ 多層膜ミラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤川 久喜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 多賀 康訓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 陽極としての透明電極と、陰極電極とし
ての金属電極ミラーとの間に、発光層を含む有機層を備
え、 基板と前記透明電極との間に、屈折率の異なる複数種類
の層が交互に積層されて構成された多層膜ミラーを備
え、 ２つの前記電極から前記発光層に正孔と電子を注入して
前記発光層を発光させ、前記多層膜ミラーと前記金属電
極ミラーとで構成される微小光共振器により発光光の内
の特定波長を増強する有機エレクトロルミネッセンス素
子であり、 前記微小光共振器の光学長が増強目的波長の２倍で、 前記有機層の厚さを１００ｎｍ以上、 前記透明電極の厚さを５０ｎｍ以上又は該透明電極のシ
ート抵抗が３０Ω／□以下となるように設定することを
特徴とする光共振型有機エレクトロルミネッセンス素
子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光共振型有機エレクト
ロルミネッセンス素子において、 前記増強目的波長は、前記発光層の発光ピーク波長から
短波長側に約３０ｎｍの範囲であることを特徴とする光
共振型有機エレクトロルミネッセンス素子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP11017978A JPH11288786A (ja) | 1998-02-04 | 1999-01-27 | 光共振型有機エレクトロルミネッセンス素子 |
| US09/243,479 US6406801B1 (en) | 1998-02-04 | 1999-02-03 | Optical resonator type organic electroluminescent element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2369298 | 1998-02-04 | ||
| JP10-23692 | 1998-02-04 | ||
| JP11017978A JPH11288786A (ja) | 1998-02-04 | 1999-01-27 | 光共振型有機エレクトロルミネッセンス素子 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH11288786A true JPH11288786A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=26354584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11017978A Pending JPH11288786A (ja) | 1998-02-04 | 1999-01-27 | 光共振型有機エレクトロルミネッセンス素子 |
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