JPS6144986A - 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、すなわぢＥＬを用いたＥＬ素
子に関し、更に詳しくは、発光層が３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Ｚｎ
Ｓ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に大
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全発光おいては、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！
Ｊ！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
。近時においても、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、Ｅ
Ｃ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５２−３
５５８７号公報に提案されている。しかし、それらのＥ
Ｌ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ＥＬ
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、３層積層構造の発光層と、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
からなるＥＬ素子において、上記の第１の発光層が、第
２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盛分子堆積膜からな
り、第２の発光層が第１の発光層に対して相対的に電子
受容性であり、同時に第３層に対し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
子堆積膜からなり、且つ第３層が第２層に対し相対的に
電子受容性である少なくとも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“す、
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できる。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、第゛ｌ−第３の発光層を形成するため
に有用な化合物は、上記の如き電気的発光性化合物から
それらの電気的陰性度に応じて適切に選択して使用する
。

第１〜第３層の形成に有用である化合物の基本骨格、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級アミノ基、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−ＮＨｌｏ、Ｓ　　　Ｚ＝ＣＯ，ＮＨＺ＝ＣＯ，ＮＨ
，Ｏ，５Ｚ＝ＮＨ，Ｏ，５ Ｚ＝ＮＨ，０、Ｓ　　　　　　　　　　　　Ｚ＝ＮＨ，
Ｑ、５Ｚ＝Ｓ、Ｓｅ　　　　　Ｚ＝Ｓ、　Ｓｅ　　　　
　　　Ｚ＝Ｓｔ　５ｅＺ＝ＮＨ，ＯｌＳ　　　Ｚ＝ＮＨ
，Ｑ　Ｓ　　Ｚ＝ＮＨ，Ｏ１ＳＭ＝Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎｘ
ＡｔＣｔＭ−＝Ｈｚ、Ｂｅ＋Ｍｇ、ＣａｔＣｄＳｎ、Ａ
ｔＣ１，ＹｂＣＩ Ｍ＝　Ｅｒ、　Ｔｒｒ４　Ｓｍ、　Ｅｕ、　Ｔｂ、　　
　　Ｚ　＝　０．　Ｎ”Ｍ≠Ａ４　　Ｇａｖ　　Ｉｒｓ
　Ｔａ、ａ＝３　　　　　　Ｍ＝Ｅｒ、Ｓｍ、Ｅｕ止Ｚ
ｎ、−Ｃｄ、Ｍｇ、ｐｂ、ａ＝２　　　　　Ｇｄ、Ｔｂ
、ＤｙＴｍ、Ｙｂ Ｍ−Ｅｒ　、Ｓｍ　ＩＥｕ　、Ｇｄ　　　’　　Ｍ＝　
Ｅｒ％　Ｓｍｓ　ＥｕＴｂ、Ｄｙ、Ｔｍ、Ｙｂ　　　　
　　　Ｇｄ、Ｔｂ、ＤｙＴｍ、Ｙｂ Ｚ＝Ｏ，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。

本発明においては、上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〜第３
の発光層に分けて使用して発光層を３層の積層構造とし
たことを特徴としている。

すなわち、上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、１種のまたは複数の晶記化合物を第
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
たときには、これら採用した発光性化合物とは、その電
気的陰性度の異なる前記発光性化合物を第３の発光層形
成用化合物として選択し、且つそれら選択した化合物の
中間的な電気陰性度の化合物を、＃Ｉ２の発光層形成用
化合物として選択し使用すればよい。

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７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級アミノ基等の
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２層の
電極層は１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居は透
明性である必要がある。透明電極としては、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（ＩＴｏ）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
の面に不透明電極を使用する場合は、これらの不透明電
極も、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０．１〜０．３ＪＬｍのアルミニウム、銀
、金等の蒸着膜である。また透明電極あるいは不透明電
極の形状は、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
明電極の厚さは、約０．０１〜０゜２１Ｌｍ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。

本発明において、第１〜第３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、そ
れぞれ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、２Ｘ１０−’　Ｔｏｒ
ｒ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０６１λ／ｓｅｃ〜
１００人／５ｅ−ｃの間で行なう。その際の真空度は酸
化などを防ぐために、１０”−３Ｔｏｒｒ以下、好まし
くは１０−３Ｔｏｒｒ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、前述の如き発光層形成用材料を好
ましくは上述の如き分子堆積膜により、前述の如き２層
の電極層の間にそれぞれ電気陰性度の異なる化合物から
、３層構造として形成することによって得られるもので
ある。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、本発明者は、種々研究の結
果、発光層を３層構造とし、第１〜第３層を、前述の如
き電気陰性度の異なる化合物を用いて分子堆積膜として
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。

本発明のＥＬ素子は、まず最初に、中間層として形成す
べき第２層に対して相対的に電子供与性である材料を、
上記の如き分子堆積法により分子堆積膜として形成して
第１層とし、次いで、このように形成した第１層に対し
て相対的に電子受容供性であり、同時に第３層に対して
相対的に電子供与性である材料から、上記の如き分子堆
積法によって分子堆積膜を形成して第２層とし、該第２
層の表面に、同様にして、第２層に対して相対的に電子
受容性の化合物から第３層を形成し、最後に、例えばア
ルミニウム、銀、金等の電極材料を、好ましくは蒸着等
により蒸着させて背面電極層を形成することによって得
られる。　このようにして得られたＥＬ素子薄膜からな
る発光層の厚さは、使用した材料の種類によって異なる
が、一般的には、第１層が約０．０１〜０．４７ｚｍの
厚さで、第２層が約ｏ、ｏｉ〜０．４ｇｍの厚さで、且
つ第３層が約０．０１〜０．４１Ｌｍの厚さであるのが
好適である。

なお、基板として使用する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」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。

以上の如き本発明のＥＬ素子は、その発光層の構造が、
超薄膜であり、優れた発光性能を有するものである。

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〜第３の発光層
とが均一な界面を有して夫々積層されているので、それ
らの電気陰性度の異なる３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〜第３
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上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、少なくとも１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発光を示すものである。

次に実施例をあげて本発ｉ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 ５０ｖ角のガラス板の表面上にスパッタリング法により
膜厚１５００λのＩＴＯ層を蒸着して、透明電極を形成
した。

次いで、抵抗加熱ボード−を用いて、上記の透明電極基
板上に、トリフェニルアミン（Ａ）　　（ｍｐ、１２７
℃）を２５０人の膜厚に蒸着させて第１層とした。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（ＭＯ）の温度を徐々に上げて
ゆき、１２７℃の温度に一定に保ち、更に、排気速度を
調整して、真空度を９　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒに保ち
、蒸着速度５λ／ｓｅｃとなるように、トリフェニルア
ミンを入れたボードに流れる電流を調節して蒸着膜を形
成した。

蒸着時の真空度は、９　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒであっ
た。

また、基板ホルダーの温度は、２０℃の水を循環させて
一定に保った。

次ぎに、上記と同様にして、アントラセン（Ｂ、）　　
（ｍ　ｐ　、　２’　１６℃）を５５０λの膜厚に蒸着
させて第２層とした。

更に、上記と同様にして、アントラキノン（Ｄ）（ｍｐ
、２８６℃）を２５０人の膜厚に蒸着させて第３層とし
た。

最後に、上記のように形成された薄膜を有する基板を蒸
着槽に入れて、鉄槽を一度１０Ｔｏｒｒの真空度まで減
圧した後、真空度１０↑ｏｒｒに調整して蒸着速度２０
λ／ｓｅｃで、１５００λの膜厚でＡｌ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。これらのＥＬ発光セルにｔｏｖ、４００　Ｈｚｆ
）交流電圧を印加したところ、電流密度０．１２ｍＡ　
／　ｃ　ｍ’　テ輝度２３．２ｆｔ−Ｉ４）ＥＬ発光が
観察された。

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、発光性化合物として化合物Ａのみを
使用し、且つ単一層にしたことを除いて、他は実施声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．ｌＯｍＡ／ｃゴで輝
度１ｆｔ−Ｉ、以下であった。

実施例２ 実施例１における化合物Ａ、ＢおよびＣに代えて、下記
化合物り、ＥおよびＦを使用し、Ｄ　　　　　　Ｅ　　
　　　　Ｆ 他は実施例１と同様にして、本発明のＥＬ素子（但し、
各々の累積数は７）を得、実施例１と同一条件で評価し
たところ、電流密度０．１２腸Ａ／Ｃゴで、輝度（Ｆｔ
−Ｌ）は２３．４であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の分子堆積法による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；発光°性化合物７；シールガラス　　　
８：シリコン絶縁油９；ガラス板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　３層積層構造の発光層と、該発光層を挟持する少なく
   とも１層が透明である２層の電極層からなるＥＬ素子に
   おいて、上記の第１の発光層が、第２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り、第２の発光層が
   第１の発光層に対して相対的に電子受容性であり、同時
   に第３層に対し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り、
   且つ第３層が第２層に対し相対的に電子受容性である少
   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。