JPH11354279A

JPH11354279A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JPH11354279A
Application number: JP10160794A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Kawamura; 久幸川村
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に作製できるとともに有機化合物の劣化
を防止できかつ高効率な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１１に沿って対向する電極１
２，１３に有機発光部２１を挟持させた有機ＥＬ素子に
おいて、有機発光部２１を単層に形成することで、電極
１２，１３間の距離が短くても簡単に作製でき、有機発
光部２１に電荷注入補助剤を含有させることで、発光効
率を高めることができる。また、電極１２，１３は絶縁
基板１１に沿って対向配置されているため、一回の成膜
で同時に形成できる。さらに、電極１２，１３を形成し
た後に有機発光部２１を形成できるので、有機発光部２
１が高温に晒されることがなくなり、劣化を防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
し、詳しくは、絶縁基板上に並べて配置された電極間で
発光を生じる有機ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【背景技術】電界発光を利用したＥＬ素子は、自己発光
であるため視認性が高いうえ、完全固体素子であるため
耐衝撃性に優れていることから、各種表示装置における
発光素子としての利用が注目されている。特に、発光材
料として有機化合物を用いた有機ＥＬ素子は、駆動電圧
が大幅に低くて済むうえに小型化が容易であるため、実
用化に向けての研究開発が盛んに行われている。

【０００３】有機ＥＬ素子は、一対の電極で有機発光層
を挟持した（陽極／有機発光層／陰極）積層型の素子構
成を基本とし、これに、正孔注入層、正孔輸送層、電子
注入層、電子輸送層等の有機化合物からなる層を適宜設
けたものが知られている。具体的には、陽極／正孔注入
層／有機発光層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層
／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極等の素子
構成がある。

【０００４】このような有機ＥＬ素子は、通常、絶縁基
板上に電極金属を蒸着して形成した陽極の上に、有機発
光層を含む有機化合物層を蒸着し、この上に陰極となる
電極金属を蒸着して形成される。この方法では、電極金
属を二回蒸着しなければならない上に、これらの二回の
蒸着の間に有機化合物の蒸着を行わなければならない。
すなわち、有機化合物と電極金属とでは蒸着条件が異な
るため、プロセスが複雑になり、生産性が悪いという問
題があった。また、陰極を形成するために、融点の高い
電極金属を有機化合物層の上に蒸着しなければならない
ので、有機化合物層が高温に晒されて、有機化合物層、
特に、有機発光層が劣化し、ダークスポットが発生しや
すくなるおそれがあった。

【０００５】このような問題点を解決するものとして、
絶縁基板上に１μｍ程度の隙間を介して対向する複数対
の電極を並設し、この電極付き基板に対して斜めの方向
から正孔輸送材料や電子輸送材料等の有機化合物を各電
極の側面に向かって順次蒸着して、電極間の隙間に絶縁
基板に沿って正孔輸送層や電子輸送層等を重ねる方法が
提案されている（特開平１０−５０４７７号公報）。こ
の方法では、電極上に有機化合物を蒸着するだけで、電
極と有機化合物層とを積層した構造を形成できるため、
生産性がよく、有機化合物層の劣化を防止できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極間
の距離は１μｍ程度であるため、この１μｍの隙間に有
機化合物層からなる多層構造を形成するのは困難であっ
た。これに対して、電極間に有機発光層のみを設けて単
層構造にする方法が考えられるが、有機発光層のみの有
機ＥＬ素子は、電荷の注入効率が悪いために発光効率が
低く、実用的でなかった。

【０００７】本発明の目的は、容易に作製できるととも
に有機化合物の劣化を防止でき、かつ、高効率な有機Ｅ
Ｌ素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の有機ＥＬ素子
は、絶縁基板上に設けられて当該絶縁基板に沿って対向
する少なくとも一対の電極と、これらの対向する電極に
挟持された有機発光部とを備え、この有機発光部は、電
荷注入補助剤を含有して単層に形成されていることを特
徴とする。ここで、電荷注入補助剤とは、電極から有機
発光部への電荷の注入を補助するものであり、例えば、
正孔注入補助剤、電子注入補助剤等を挙げることができ
る。

【０００９】本発明においては、電極に挟持される有機
発光部が単層に形成されているので、電極の間の部分に
多層構造を形成する必要がないから、電極間の距離が短
くても素子を簡単に作製できる。また、有機発光部に
は、電荷注入補助剤が含まれているため、有機発光部の
電荷の注入効率を向上させることができるから、単層で
も発光効率を高めることができる。そして、電極は、
絶縁基板上に対向して設けられているので、一回の成膜
で同時に形成できるから、簡単に作製できる。さらに、
電極を形成した後に有機発光部を設けることができるの
で、有機発光部が高温に晒されることがなくなるので、
有機発光部の劣化を確実に防止できる。

【００１０】以上において、絶縁基板上には、電極を覆
う単層の有機発光層が設けられ、当該有機発光層により
有機発光部が構成されていることが望ましい。すなわ
ち、複数の電極上に跨って有機発光層を成膜すれば、対
向する電極間の隙間にも有機発光層の一部が形成される
ので、電極間の距離が短くても簡単に有機発光部を形成
できる。

【００１１】また、有機発光部は、電荷注入補助剤を
０．１〜２０ｗｔ％含有することが望ましい。電荷注入
補助剤が有機発光部全体の０．１ｗｔ％未満であると、
電荷注入効率を十分に向上させることができないおそれ
があり、２０ｗｔ％を越えると、電荷注入補助剤が消光
因子となる場合が生じる。この電荷注入補助剤の含有量
は、好ましくは、有機発光部全体の０．１〜５ｗｔ％で
ある。含有量をこの範囲とすることで、電荷輸送のトラ
ップを大幅に抑制できるとともに、生成した励起子の消
光因子となることがほとんどなくなることから、低電圧
でも高い発光効率が得られる。

【００１２】以上において、電極には、駆動素子が設け
られていることが望ましい。すなわち、本発明では、対
向する電極間の距離は、有機発光部の幅に相当するの
で、有機発光部において正孔および電子を再結合させる
ためには、比較的短い距離、例えば１μｍ程度にする必
要がある。この有機発光部の光を、絶縁基板と直交する
方向に取り出す場合、電極の間から光を取り出すことに
なるので、例えば、電極間距離が１μｍ程度の場合、発
光が取り出される部分の幅は１μｍ程度となる。従っ
て、一対の電極で所定の発光面積を確保するためには、
前述した幅狭の有機発光部を発光面となる部分に密に設
ければよい。このように有機発光部を密に設けると、有
機発光部を挟持する電極の対向部分の面積が大きくなる
ため、駆動電圧が高くなって消費電力が増加する。これ
に対して、電極に駆動素子を設ければ、比較的低電圧で
駆動できるので、消費電力を低減させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。図１には、本実施形態の有機Ｅ
Ｌ素子１が示されている。この有機ＥＬ素子１は、絶縁
基板１１と、この絶縁基板１１上に設けられた一対の電
極１２，１３と、これらの電極１２，１３を覆う単層の
有機発光層２０とを備えている。電極１２，１３は、そ
れぞれ櫛歯状に形成されて基板１１上に対向配置され、
互いの歯が平行かつ交互に並ぶように組み合わせた状態
で並設されている。

【００１４】有機発光層２０は、電荷注入補助剤を含む
有機化合物からなる単層膜であり、絶縁基板１１の一方
の面の略全面に設けられ、図２にも示すように、電極１
２，１３は、当該有機発光層２０に封入されている。こ
のような有機発光層２０のうち電極１２，１３に挟持さ
れた部分は有機発光部２１とされ、これにより、有機発
光部２１は、電荷注入補助剤を含有した単層膜となって
いる。本実施形態の有機ＥＬ素子１の駆動にあたって
は、電極１２，１３に電圧を印加して有機発光部２１を
発光させる。この有機発光部２１から放出される光は、
絶縁基板１１と直交する方向、例えば、有機発光層２０
側、或いは、絶縁基板１１側から取り出すことができ
る。

【００１５】次に、各構成要素について具体的に説明す
る。（１）有機発光層有機発光層２０を主に構成する発光材料としては、通常
の有機ＥＬ素子において発光材料として用いられるもの
を適宜選択して使用することができ、例えば、ポリビニ
ルカルバゾール等を採用できる。有機発光層２０は、電
荷注入補助剤を０．１〜２０ｗｔ％含有するものであ
り、この電荷注入補助剤の含有量は、好ましくは、０．
１〜５ｗｔ％である。有機発光層に含有させる電荷注入
補助剤としては、前述した発光材料よりもイオン化ポテ
ンシャル（Ｉｐ）が小さい正孔注入補助剤、前述した発
光材料よりもアフィニティレベル（以下、Ａｆという）
が大きい電子注入補助剤等を採用できる。これらの補助
剤は、単独で用いてもよく、複数種類を混合して用いて
もよい。

【００１６】例えば、発光材料としてポリビニルカルバ
ゾールを用いた場合、正孔注入補助剤としては、芳香族
アミン類、アニリン類、ポリアニリン類、ピロール類、
ポリチオフェン類、スチリルアミン類、フェロセン、Ｌ
ｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、ＴｉＯ₂、金属ポルフィン
類

【００１７】

【化１】

【００１８】等を採用できる。前記スチリルアミン類と
しては、

【００１９】

【化２】

【００２０】等があり、金属ポルフィリン類の金属とし
ては、マグネシウム、亜鉛、銅、ニッケル、鉄等を挙げ
ることができる。

【００２１】また、発光材料としてポリビニルカルバゾ
ールを用いた場合、電子注入補助剤としては、多環芳香
族類、ペリレン誘導体、キノン化合物、ＴＣＮＱ（７，
７，８，８−テトラシアノキノンジメタン）誘導体、ア
ート錯体、ボラン誘導体、

【００２２】

【化３】

【００２３】Ｐｈ₃Ｂ等を採用できる。このような有機
発光層２０は、電極１２，１３の上に、発光材料および
電荷注入補助剤からなる薄膜を成膜することにより形成
でき、この有機発光層２０の成膜により単層の有機発光
部２１を形成できる。有機発光層２０を成膜する方法
は、特に制限されないが、スピンコート法、蒸着法等を
採用できる。

【００２４】（２）絶縁基板絶縁基板１１は、電極１２，１３を短絡させることなく
平面的に配置するためのものであり、その材質は、特に
制限されないが、例えば、ガラス、石英、ポリカーボネ
ート、ポリエーテルスルフォン、アクリル樹脂等を採用
できる。当該絶縁基板１１を通じて有機発光部２１の発
光を取り出す場合には、絶縁基板を透光性を有する材料
により形成することが好ましい。また、有機発光層２０
側から有機発光部２１の発光を取り出す場合には、絶縁
基板１１の有機発光部２１側の面の光の反射率が５０％
以上であることが好ましい。この場合、図３に示すよう
に、絶縁基板１１の有機化合物層２０側の面１１Ａを粗
面にして反射率を高めるようにしてもよい。或いは、図
４に示すように、ガラス等からなる透光基板１１０と、
鏡面１１１Ａを備えた反射板１１１と積層して反射率を
向上させてもよい。

【００２５】（３）電極電極１２，１３の材質は、有機化合物層２０に電荷を注
入できるものであれば特に限定されず、例えば、Ａｌ、
Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎａ，Ｂａ等の金属、Ａ
ｌ−Ｌｉ、Ｍｇ：Ａｇ等の合金等を用いることができ
る。このような電極１２，１３は、絶縁基板１１上に電
極金属からなる薄膜を蒸着法等により成膜し、エッチン
グ等により各電極１２，１３のパターンを形成すること
により作製できる。有機発光部２１を挟持する対になっ
た電極１２，１３間の距離Ｄ（図１参照）は、有機発光
部２１の幅に対応するため、電極１２，１３が導通しな
い距離にするとともに各電極１２，１３から注入される
正孔および電子の再結合が可能な距離とする。具体的に
は、電極１２，１３間の距離Ｄは、５０ｎｍ〜１μｍと
することが好ましい。

【００２６】電極１２，１３の形状および配置は特に制
限されないが、発光面積を確保するためには、線状の電
極１２，１３を密に形成することが好ましい。なお、電
極１２，１３は、図１に示した櫛歯状のものに限定され
ず、例えば、図５に示すように、電極１２，１３をそれ
ぞれ渦巻き状に形成して互いに重ならないように組み合
わせて配置してもよい。また、電極１２，１３は、断面
形状が矩形となるように形成してもよいが、図６に示す
ように、断面形状が三角形の山状に形成してもよい。こ
のようにすると、有機発光層２０側から光を取り出す場
合、光が取り出される部分の面積を拡張でき、隣接する
有機発光部２１の発光が電極１２，１３で隔てられるこ
とがほとんどなくなるので、発光面全体で均一な発光が
得られる。

【００２７】このような有機ＥＬ素子１は、アクティブ
マトリクス駆動法により駆動することができる。すなわ
ち、図７に一部示すように、マトリクス状に配置された
走査ライン３１および信号ライン３２の各交点に、有機
ＥＬ素子１により構成した画素を設ける。各画素には、
ＴＦＴ（Thin Film Transistor）からなる二つの駆動
素子Ｔ1 ，Ｔ2 、および、電荷を蓄積するための駆動素
子であるキャパシタＣs を設けてアクティブ回路３を形
成する。

【００２８】このような発光装置では、走査ライン３１
と同時に信号ライン３２を選択したとき、同時に選択さ
れたアドレス用ＴＦＴである駆動素子Ｔ1 は通電状態と
なるため、キャパシタＣs に電荷が蓄積される。図示し
ない次の走査ラインが選択されて駆動素子Ｔ1 が非通電
状態になると、キャパシタＣs の電荷蓄積によって生じ
た電位により、ＥＬ駆動用ＴＦＴである駆動素子Ｔ2 は
通電状態を持続するため、継続して発光させることがで
きる。このように駆動素子Ｔ1 ，Ｔ2 を用いて画素毎に
駆動させることで、省電力および高効率化を実現でき
る。なお、駆動素子は、ＴＦＴに限定されず、例えば、
ＭＩＭ（Metal InsulatorMetal）等の他の駆動素子を
用いてもよく、駆動素子の種類は実施にあたって適宜選
択すればよい。

【００２９】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。すなわち、電極１２，１３に挟持され
る有機発光部２１が単層に形成されているので、電極１
２，１３の間の部分に多層構造を形成する必要がないか
ら、電極間１２，１３の距離が短くても素子１を簡単に
作製できる。そして、有機発光部１２には、電荷注入補
助剤が含まれているため、単層でも優れた発光効率が得
られる。さらに、電極１２，１３は、絶縁基板１１上に
一回の成膜を行うだけで簡単に形成できる。また、電極
１２，１３を形成した後に有機発光層２０を設けて有機
発光部２１を形成するので、有機発光部２１が高温に晒
されることがないから、有機発光部２１の劣化を確実に
防止できる。

【００３０】有機発光部２１は有機発光層２０により構
成されているので、複数の電極１２，１３の上に跨って
有機発光層２０を成膜するだけで、電極１２，１３間の
距離が短くても、つまり、幅狭な有機発光部２１でも簡
単に形成できる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明の効果を、具体的な実施例に基
づいて説明する。〔実施例１〕本実施例１は、前記実施形態に基づいて図
１に示した構造の有機ＥＬ素子を作製する実験である。
予め、絶縁基板上に、図１に示すような櫛歯状のパター
ンの電極を不活性雰囲気中で形成した。なお、図１にお
いて、電極間の距離Ｄを０．５μｍ、櫛歯状電極の歯の
部分の長さＬを１００μｍ、電極の歯の先端と対向する
電極との距離Ｐを１０μｍとした。また、発光材料とし
てのポリビニルカルバゾールのＴＨＦ（テトラヒドロフ
ラン）溶液（４０ｗｔ％）と、電子注入補助剤であるナ
フタレン−ナトリウム（前記化２参照）のＴＨＦ溶液
（５ｗｔ％）とを等量混合して混合液を作製した。な
お、ポリビニルカルバゾールのＡｆは３．０ｅＶ、ナフ
タレン−ナトリウムのＡｆは４．２ｅＶである。

【００３２】この混合液をスピンコータにより前述した
電極付き絶縁基板上に塗布して薄膜を形成し、有機発光
層を成膜した。このとき、混合液は、電極の上に塗布さ
れるとともに、隣接する電極間の隙間にも充填され、有
機発光層の一部からなる有機発光部が形成された。次い
で、この有機発光層付きの基板を８０℃で１５分加熱
し、室温まで冷却して本実施例１の有機ＥＬ素子を得
た。この有機ＥＬ素子に電圧を印加したところ、印加電
圧１２０Ｖで発光が観測された。

【００３３】〔実施例２〕本実施例２では、前記実施例
１において、ナフタレン−ナトリウムＴＨＦ溶液を、ポ
リビニルカルバゾールＴＨＦ溶液の３倍量混合して混合
液とした以外は、前記実施例１と同様にして有機ＥＬ素
子を得た。本実施例２の有機ＥＬ素子に電圧を印加した
ところ、印加電圧１８０Ｖで発光が観測された。この結
果より、有機発光部における電子注入補助剤の含有量が
２０ｗｔ％を越えると、素子性能が若干低下することが
わかる。

【００３４】〔比較例１〕本比較例１では、前記実施例
１において、ナフタレン−ナトリウムＴＨＦ溶液を単な
るＴＨＦ溶液とした以外は、前記実施例１と同様にして
有機ＥＬ素子を得た。本比較例１の有機ＥＬ素子に電圧
を印加したところ、印加電圧２３０Ｖで発光が確認され
た。この結果より、電子注入補助剤を省略すると、発光
効率が著しく低下することがわかる。

【００３５】〔比較例２〕本比較例２では、前記実施例
１において、ナフタレン−ナトリウムＴＨＦ溶液をポリ
スチレンのＴＨＦ溶液（５ｗｔ％）とした以外は、前記
実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。なお、ポリ
スチレンのＡｆは、２．８ｅＶである。本比較例２の有
機ＥＬ素子に電圧を印加したところ、印加電圧２３０Ｖ
で発光が確認された。この結果より、ポリスチレンは、
Ａｆがポリビニルカルバゾールよりも小さく、電荷注入
補助剤（電子注入補助剤）とならないことから、発光効
率の向上を図れないことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
絶縁基板に沿って対向する電極に有機発光部を挟持させ
た有機ＥＬ素子において、この有機発光部を単層に形成
することで、電極の間の部分に多層構造を形成する必要
がなくなるから、電極間の距離が短くても素子を簡単に
作製できる。また、有機発光部には、電荷注入補助剤が
含まれているため、有機発光部の電荷の注入効率を向上
させることができるから、発光効率を高めることができ
る。そして、電極は、絶縁基板上に対向して設けられて
いるので、一回の成膜で同時に形成できるから、簡単に
作製できる。さらに、電極を形成した後に有機発光部を
設けることができるので、有機発光部が高温に晒される
ことがなくなるから、有機発光部の劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を一部破断して示す平面
図。

【図２】前記実施形態の有機ＥＬ素子を示す断面図。

【図３】本発明の他の有機ＥＬ素子を示す断面図。

【図４】本発明のさらに他の有機ＥＬ素子を示す断面
図。

【図５】本発明の有機ＥＬ素子の他の電極配置を示す平
面図。

【図６】本発明のさらにまた他の有機ＥＬ素子を示す断
面図。

【図７】本発明の有機ＥＬ素子を駆動するアクティブ回
路を示す模式図。

【符号の説明】

１有機ＥＬ素子１１絶縁基板１２，１３電極２０有機発光層２１有機発光部Ｔ1 駆動素子（アドレス用ＴＦＴ）Ｔ2 駆動素子（ＥＬ駆動用ＴＦＴ）Ｃs キャパシタ（駆動素子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に設けられて当該絶縁基板に
沿って対向する少なくとも一対の電極と、これらの対向する電極に挟持された有機発光部とを備
え、この有機発光部は、電荷注入補助剤を含有して単層に形
成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッ
センス素子。
【請求項２】請求項１に記載した有機エレクトロルミ
ネッセンス素子において、前記絶縁基板上には、前記電極を覆う単層の有機発光層
が設けられ、当該有機発光層により前記有機発光部が構成されている
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載した有機
エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機発光部は、前記電荷注入補助剤を０．１〜２０
ｗｔ％含有することを特徴とする有機エレクトロルミネ
ッセンス素子。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれかに
記載した有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記電極には、駆動素子が設けられていることを特徴と
する有機エレクトロルミネッセンス素子。