JPS6137890A - Ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気的な発光、すなわちＥＬを用いたＥＬ素
子に関し、更に詳しくは、発光層が２層構造からなり、
各々の層が隣接する他の層に対して相対的に電気陰性度
が異なる少なくとも１種の電気的発光性有機化合物の薄
膜からなるＥＬ素子に関する。

（従来の技術） 従来のＥＬ素子は、ＭｎあるいはＣｕまたはＲｅ　Ｆ３
（Ｒｅ　；希土類イオン）等を付活剤として含むＺｎＳ
を発光母材とする発光層からなるものであり、該発光層
の基本構造の違いにより粉末型ＥＬと薄膜型ＥＬに犬き
く構造的に分類される。

実用化されている素子のうち、薄膜ＥＬは、一般的に粉
末型ＥＬに比べ輝度が高いが、薄膜ＥＬは発光母材を基
板に蒸着して発光層を形成しているため、大面積素子の
製造が難しく、また製造コストが非常に高くなる等の欠
点を有していた。

そのため、最も量産性に富み、コスト的に薄膜型素子の
数十分の一程度ですむ有機バインダー中に発光母材、す
なわち、ＺｎＳを分散させた粉末型ＥＬが注目されるよ
うになった。一般的には、ＥＬ発光においては、発光層
の厚さが薄い程発光特性が良くなる。しかし、該粉末型
ＥＬの場合は、発光母材が不連続の粉末であるため、発
光層を薄くすると、発光層中にピンホールが生じ易く、
層厚を薄くすることが困難であり、従って十分な輝度特
性が得られないという大きな欠点を持っている。遅蒔に
おいても、該粉末型ＥＬの発光層内にフッ化ビニリデン
系重合体から成る中間誘電体層を配置した改良型素子が
、特開昭５８−１７２８９１号公報に示されているが、
未だ発光輝度、消費電力等に十分な性能を得るにいたっ
ていない。一方、最近、有機材料の化学構造や高次構造
を制御して、新しくオプティカルおよびエレクトロニク
ス用材料とする研究開発が活発に行なわれ、ＥＣ素子、
圧電性素子、焦電性素子、非線計光学素子、強誘電性液
晶等、金属、無機材料に比肩し得るか、またはそれらを
凌駕する有機材料が発表されている。このように、無機
物を凌ぐ新しい機能素材としての機能性有機材料の開発
が要望される中で、分子内に親木基と疎水基を持つアン
トラセン誘導体やピレン誘導体の単分子層の累積膜を電
極基板上に形成したＥＬ素子が特開昭５２−３５５８７
号公報に提案されている。しかし、それらのＥＬ素子は
、その輝度、消費電力等、現実のＥＬ素子として十分な
性能を得るに至っておらず、更に、該有機Ｅ’Ｌ素子の
場合、キャリア電子あるいはホールの密度が非常に小さ
く、キャリアの再結合等による機能分子の励起確率が非
常に小さくなり、効率の良い発光が期待できないもので
ある。

（発明の開示） 従って、本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点
を解消して、低電圧駆動でも十分輝度の高い発光が得ら
れ、安価で、且つ製造が容易なＥＬ素子を提供すること
である。

上記本発明の目的は、ＥＬ素子の発光層を、特定の材料
を組合せて、且つ特定の構成に形成することにより達成
された。

すなわち、本発明は、２層構造の発光層と、該発光層を
挟持する少なくとも１層が透明である２層の電極層とか
らなるＥＬ素子において、第１の発光層が、第２の発光
層に対して相対的に電子受容性の少なくとも１種の電気
的発光性有機化合物からなる分子堆積膜であり、第２の
発光層が、第１の発光層に対して相対的に電子供与性の
少なくとも１種の電気的発光性有機化合物からなる分子
堆積膜膜からなることを特徴とする上記ＥＬ素子である
。

本発明の詳細な説明すると、本発明において使用し、主
として本発明を特徴づける電気的発光性有機化合物とは
、高い発光量子効率を有し、更に外部摂動を受は易いπ
電子系を有し、電気的な励起が可能な化合物であり１例
えば、基本的には、縮合多環芳香族炭化水素、ｐ−ター
フェニル、２．５−ジフェニルオキサゾール、１．４−
ビス（２−メチルスチリル）−ベンゼン、キサンチン、
クマリン、アクリジン、シアニン色素、ベンゾフェノン
、フタロシアニンおよびその金属錯体、ポルフィリンお
よびその金属錯体、８−ヒドロキシキノリンとその金属
錯体、有機ルテニウム錯体、有機稀土類錯体およびこれ
らの化合物の誘導体等を挙げることが↑きる。更に上記
化合物に対して電子受容体または電子供与体となり得る
化合物としては、前記以外の複素環式化合物およびそれ
らの誘導体、芳香族アミンおよび芳香族ポリアミン、キ
ノン構造をもつ化合物、テトラシアノキノジメタンおよ
びテトラシアノエチレン等を挙げることができる。

本発明において発光層の形成に有用な化合物の基本骨格
、およびその他の化合物を例示すれば、以下の通りであ
る。（但し、以下に例示する基本骨格は、炭素数１〜４
のアルキル基、アルコキシ基、アルキルエーテル基、ハ
ロゲン原子、ニトロ基、第１〜３級アミン基、水酸基、
カルボアミド基、スルフオアミド基等の一般的な置換基
を有し得る。） （以　　下　　余　　白　　　） Ｚ＝ＮＨ１０、Ｓ　　　Ｚ＝ＣＯ，ＮＨＺ＝ＣＯ１ＮＨ
，Ｏ，５Ｚ＝ＮＨ，Ｏ，５ Ｚ＝ＮＨ１Ｏ，Ｓ　　　　　　　　　　　Ｚ＝ＮＨ，０
，５Ｚ−８１Ｓｅ　　　　Ｚ−８１ｓｅ　　　　　Ｚ−
８１ｓｅＺ＝ＮＨ１０、Ｓ　　Ｚ−ＮＨｌＱＳＺ−ＮＩ
（、Ｏ％ＳＭ＝Ｍｇ、Ｚｎ５ｓｎ１ＡＩＣＩ　　　Ｍ　
＝Ｈｚ、ＢｅｔＭｇｉＣａｔＣｄＳｎ、ＡＺＣＩ、Ｙｂ
ＣＩ Ｍ＝　Ｅｒ、　Ｔｒｒｘ　Ｓｍ、　Ｅｕ、Ｔｂ、　　　
　　Ｚ　＝　Ｏ，Ｎ基ｕ Ｍ−Ａ４　Ｇａ　ｉ　Ｉ　ｒ　ｓ　Ｔａ　ｓ　ａ＝３　
　　　Ｍ≠Ｅｒ、Ｓｍ、ＥｕＭ＝Ｚｎ、　Ｃｄ％Ｍｇ、
　ｐｂ、　ａ＝２　　　　　Ｇｄ、　Ｔｂ、　ＤｙＴｍ
、ｙｂ Ｍ＝Ｅｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ　　　　　Ｍ＝Ｅｒ、Ｓｍ
、ＥｕＴｂ、　Ｄｙ、　Ｔｍ、　Ｙｂ　　　　　　　Ｇ
ｄ、　Ｔｂ、　ＤｙＴｍ、Ｙｂ Ｚ＝０．Ｓ、Ｓｅ　Ｏ≦ｐ≦２ 以上の如き発光性化合物は、本発明における各々の発光
層において単独でも混合物としても使用できる。なお、
これらの化合物は好ましい化合物の例示であって、同一
目的が達成される限り、他の誘導体または他の化合物で
も良いのは当然である。

本発明において、−に記の如き発光性化合物をそれらの
電気的陰性度に応じて、本発明のＥＬ素子の第１の発光
層と第２の発光層に分けて使用することを特徴としてい
る。すなわち、−に記の如き発光性化合物は、それぞれ
電気陰性度が異なるから、それらのなかから、相対的に
電子受容性である前記化合物を、第１の発光層を形成す
るための発光性化合物として採用し、且つそれらに対し
て相対的に電子供与性である前記発光性化合物を第２の
発光層形成用化合物として選択すれば良い。

このような発光性化合物のなかで、電子供与性のものと
して特に好ましい化合物は、第１〜第３級アミノ基、水
酸基、アルコキシ基、アルキルエーテル基等の電子供与
性基を有するもの、あるいは窒素へテロ環化合物が主た
るものであり、また電子受容性のものとしては、カルボ
ニル基、スルホニル基、ニトロ基、第４級アミン基等の
電子吸引性基を有する化合物が主たるものである。この
ような発光性化合物は本発明において、それぞれの発光
層においては単独または複数の混合物として使用するこ
とができる。

本発明のＥＬ素子を形成する他の要素、すなわち透明電
極層と背面電極層は、発光層を挟持するものであって、
従来公知のものはいずれも使用できるが、少なくともそ
の１層は透明性である必要がある。透明電極層としては
、従来同様目的の透明電極層がいずれも使用でき、好ま
しいものとしては、例えばポリメチルメタクリレート、
ポリエステル等の透明な合成樹脂、ガラス等の如き透明
性フィルムあるいはシートの表面に酸化インジウム、酸
化錫、インジウム−チン−オキサイド（工Ｔｏ）等の透
明導電材料を全面にあるいはパターン状に被覆したもの
である。一方の面に不透明な背面電極層を使用する場合
は、これらの不透明型極層も、従来公知のものでよく、
一般的且つ好ましいものは、厚さが約Ｏ０１〜０．３１
Ｌｍのアルミニウム、銀、金等の蒸着膜である。また透
明電極層あるいは背面電極層の形状は、板状、ベルト状
、円筒状等任意の形状でよく、使用目的に応じて選択す
ることができる。また、透明電極層の厚さは、約０．０
１〜０．２用ｍ程度が好ましく、この範囲以下の厚さで
は、素子自体の物理的強度や電気的性質が不十分となり
、また上記範囲以上の厚さでは透明性や軽量性、小型性
等に問題が生じるおそれがある。

本発明のＥＬ素子は、−上記の如き２層の電極層の間に
、前述の如き相対的に電気陰性度の異なる電気的発光性
化合物を別々に用いて２層からなる発光層を形成するこ
とにより得られるものであり、形成された２層構造の発
光層を構成する第１層が、第２層に対して相対的に電子
受容性である化合物からなる分子堆積膜であり、第２層
が１、第１層に対して相対的に電子供与性である化合物
からなる分子堆積膜であごとを特徴としている。

本発明において、第１および第２の発光層を構成する分
子堆積膜を形成する方法として、特に好ましい方法は、
抵抗加熱蒸着法やＣＶＤ法であり、例えば、蒸着法では
、第１および第２の発光層として、５００Ａ程度の薄膜
が形成できる。

例えば、抵抗加熱蒸着法による場合は、材料を真空槽中
に置いたタングステンボードに入れ、基板から３０ｃｍ
以上はなし、抵抗加熱し、昇華性のものは昇華温度に設
定し、溶融性のものは融点以上の温度に設定して蒸着す
る。前真空度は、２×１０Ｔａｒｒ以下にし、蒸着前に
シャッターでふさぎ、ポートを加熱し２分はど空とばし
した後、シャッターを開いて蒸着する。

蒸着中の速度は、水晶振動子の膜厚モニターで測定しな
がら行なうが、好適な速度としては０゜ＩＡ／ｓｅｃ〜
１００Ａ／ｓｅｃの間で行なう。その際の真空度は酸化
などを防ぐために、１ＯＴｏｒｒ以下、好ましくは１Ｏ
Ｔｏｒｒ程度になるように保つことにより行なう。

本発明のＥＬ素子は、前述の如き２層の電極層のうち、
第１層として、上記の化合物から相対的に電子受容性で
ある化合物を選択し、且つ第２層として、上記の如き化
合物から、第１層に対して、相対的に電子供与性である
化合物を選択し、同様に分子堆積膜を形成し、発光層を
２層構造とすることにより得られる。

従来の技術では、分子堆積法によりＥＬ素子を形成する
ことは公知であるが、該公知の方法では、十分な性能の
ＥＬ素子が得られず、木発明者は、種々研究の結果、発
光層を２層構造とし、第１層の発光層を、前述の如き相
対的に電子受容性である化合物を用いて、分子堆積膜と
して形成し、且つ第２層を、第１層に対して相対的に電
子供与性である化合物から、同様に分子堆積膜として形
成することにより、従来技術のＥＬ素子の性能が著しく
向上することを知見したものである。

このようにして得られる本発明のＥＬ素子の発光層の厚
さは、任意に変更することができるが、本発明において
は、第１層の厚さを約０．０１〜０．５庚ｍとし、第２
層の厚さを約０．０１〜０．５ｇｍとし、発光層全体の
厚さを約０．０２〜１μｍとするのが好適である。

なお、基板として使用する一方の電極層あるいは両方の
電極層と発光層との接着は、分子堆積法においては十分
に強固なものであり、発光層が剥離したり剥落したりす
ることはないが、接着力を強化する目的で、基板表面を
あらかじめ処理しておいたり、あるいは基板と発光層と
の間に適当な接着剤層を設けてもよい。

以上の如くして形成されたＥＬ素子は、そのままでは空
気中の湿気や酸素の影響でその性能が劣化することがあ
るので、従来公知の手段で耐湿、耐酸素性の密封構造と
するのが望ましい。

以−ヒの如き本発明のＥＬ素子は、その発光層の構造が
、超薄膜であり、且つ、第１層と第２層とが、種々の電
気的相互作用を行なうことにより、優れた発光性能を発
揮するものである。

更に、本発明のＥＬ素子の発光層は、第１図に図解的に
示すように、従来技術の単一層からなる発光層とは異な
り、第２図に図解的に示すように、第１の発光層と第２
の発光層とが均一な界面を有しているので、それらの電
気陰性度の異なる２層間での各種相互作用が極めて容易
であり、従来技術では達成しえない程度の優れた発光性
能を発揮するものである。すなわち、第１の発光層と第
２の発光層との電気陰性度の差等を種々変更することに
よって、発光強度を向上させたり、あるいは発光色を任
意に変更でき、また、その耐用寿命も著しく延長させる
ことができる。

更に、従来技術では、発光性が優れているが、成膜性や
膜強度が不十分な材料は実質」１使用できなかったが、
本発明においては、このような成膜性や膜強度が劣るが
、発光性に優れた材料でも、いずれか一方の層に成膜性
に優れた材料を使用することによって、発光性、成膜性
および膜強度のいずれもが優れた発光層を得ることがで
きる。

以上の本発明のＥＬ素子は、その発光層に好適な電界等
の電気エネルギーが作用するように、電極層間に、交流
またはパルスあるいは直流電流等の電気エネルギーを印
加することにより、優れたＥＬ全発光示すものである。

次に実施例をあげて本発明を更に具体的に説明する。な
お、文中部とあるのは重量基準である。

実施例１ ５０ｍｍ角のガラス板の表面上にスパッタリング法によ
り膜厚１５００人のＩＴＯ層を蒸着して、透明電極を形
成した。

次に、抵抗加熱蒸着装置を用いて、上記の透明電極基板
上に、カルバゾール（Ａ）　　（ｍｐ、　２４５°Ｃ）
を５５０人の膜厚に蒸着させた。この蒸着は、蒸着槽を
一度１０　　Ｔｏｒｒの真空度まで減圧し、抵抗加熱ボ
ード（Ｍ　ｏ　）の温度を徐々に上げてゆき、蒸着速度
５Ａ／ｓｅｃとなるように、カルバゾールを入れたボー
ドに流れる電流を調節してへ着膜を形成した。薄着時の
真空度は、９Ｘ１０−’Ｔａｒｒであった。また、基板
ホルダーの温度は、２０’Ｃ！の水を循環させて一定に
保った。

次に、蒸着槽を常圧に戻した後、蒸着化合物をアントラ
セフ　（Ｂ）　　（ｍｐ、　２１６°Ｃ）に交換した。

蒸着槽を１０　　Ｔｏｒｒの真空度まで減圧し後、真空
度が９　Ｘ　１０−５Ｔａｒｔになるように、抵抗加熱
ボード（Ｍｏ）の温度を調節して、蒸着速度５λ／ｓｅ
ｃで、５５０人の膜厚でアントラセンを前記蒸着膜上に
蒸着した。ボード材は前記と同様にＭｏであり、蒸着時
の真空度は、９　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔ　ｏｒｒであった。

また、基板ホルダーの温度は、２０’０の水を循環させ
て一定に保った。

最後に、上記のように形成された薄膜を蒸着槽に入れて
、核種を一度１０−’　Ｔｏｒｒの真空度まで減圧した
後、真空度１０Ｔｏｒｒに調整して慕情速度２０　Ａ　
／　Ｓｅｅ　テ、１５００λの膜厚でＡ１を該薄膜上に
蒸着して背面電極とした。作成されたＥＬ素子を図３に
例示したように、シールガラスでシールしたのち、従来
方法に従って、精製および脱気、脱水されたシリコンオ
イルをシール中に注入して、本発明のＥＬ発光セルを形
成した。このＥＬ発光セルに、２０Ｖ、４００Ｈｚの交
流電圧を印加したところ、電流密度０．０８ｍＡ／ｃ♂
で輝度２０ｆｔ−ＬのＥＬ全発光示した。

なお、上記ＥＬ素子の作成は、ＣＶＤ法等によっても可
能である。

上記の本発明のＥＬ素子は、従来例のＺｎＳを発光母体
としたＥＬ素子と比較し、駆動電圧が低く、発光輝度特
性の良いＥＬ素子であった。

比較例１ 実施例１において、第１層を形成しなかったことを除い
て、他は実施例１と同様にして比較用のＥＬ素子を得、
且つ実施例１と同様に評価したところ、電流密度０　、
１　ｍＡ／ｃｍ’ｔ’師度１０ｆｔ−Ｌ以下であった。

実施例２ 実施例１における化合物ＡおよびＢに代えて、下記化合
物ＣおよびＤを使用し、 ＣＤ 他は実施例１と同様にして、本発明のＥＬ素子を得、実
施例１と同一条件で評価したところ、電流密度０　、１
１　ｍＡ／ｃｍ２で、輝度（Ｆｔ−Ｌ）は２Ｂであった
・

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術によるＥＬ素子を図解的に示したも
のであり、第２図は、本発明のＥＬ素子を図解的に示し
たものであり、第３図は本発明のＥＬ素子の断面を図解
的に示したものである。 １；透明電極　　　　　２：発光層 ３：背面電極　　　　　４；発光性化合物５；発光性化
合物　　　６；シールガラス７；シリコン絶縁油　　８
ニガラス板 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２層構造の発光層と、該発光層を挟持する少なくとも１
   層が透明である２層の電極層とからなるＥＬ素子におい
   て、第１の発光層が、第２の発光層に対して相対的に電
   子受容性の少なくとも１種の電気的発光性有機化合物か
   らなる分子堆積膜であり、第２の発光層が、第１の発光
   層に対して相対的に電子供与性の少なくとも１種の電気
   的発光性有機化合物からなる分子堆積膜からなることを
   特徴とする上記ＥＬ素子。