JP2000048951A

JP2000048951A - 発光素子

Info

Publication number: JP2000048951A
Application number: JP10240987A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Okamoto; 好久岡本
Original assignee: OPUTEKU KK; Optech Co Ltd
Current assignee: OPUTEKU KK; Optech Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】有機ＥＬ発光素子に可撓性を持たせ、且つ／又
は有機ＥＬ発光素子に透光性を持たせ、且つ／又は有機
ＥＬ発光素子の発光方向を基板からみて素子方向にも構
成できるようにすることにより、有機ＥＬ発光素子の用
途範囲を拡大せんとするものである。【解決手段】（１）基板に、プラスチック等の可撓性
を持つ材料を使用することで、有機ＥＬ発光素子に可撓
性を持たせる。（２）陰電極１５を、可視光帯域での光透過率を５０％
以上とすることにより、有機ＥＬ発光素子に透光性を持
たせる。（３）有機ＥＬ発光素子の構成を基板側から陰電極、発
光層、ホール輸送層、陽電極１３の順に構成すること
で、採光方向を素子上面方向とする。上記各項を実施す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機化合物を用いた有
機エレクトロルミネッセンス発光素子（以下、有機ＥＬ
素子ともいう）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機エレクトロルミネッセンス発
光素子が盛んに研究されている。これは例えば、ガラス
基板２１上に形成された錫ドープ酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ）などの透明電極（陽電極）上にテトラフェニルジア
ミン（ＴＰＤ）などのホール輸送材料を蒸着等により薄
膜とし、さらにアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）な
どの蛍光物質を発光層として積層し、さらにＭｇなどの
仕事関数の小さな金属電極（陰電極）を形成した基本構
成を有する素子で、１０Ｖ前後の電圧で数１００〜１０
００ｃｄ／ｃｍ２ときわめて高い輝度が得られることで
注目されている。

【０００３】このような有機ＥＬ素子の陰電極として用
いられる材料は、発光層へ電子を多く注入するものが有
効であり、仕事関数の小さい材料ほど陰電極として適し
ている。仕事関数の小さい材料としては種々のものがあ
るが、ＥＬ発光素子の陰電極として用いられるものとし
ては、例えば特開平４−２３３１９４号公報に記載され
ているＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ等の合金や、アルカリ金属と
仕事関数の大きな金属との組み合わせとしてＡｌＣａ、
ＡｌＬｉ等が知られている。

【０００４】しかし、有機ＥＬ素子が前記のような構造
の場合、陰電極側には透光性がないため、陽電極側から
発光光を取り出すこととなる。このため、素子後方の物
体を視認する必要があるといった用途に使用することは
できず、応用範囲を限定せざるをえなかった。

【０００５】また、有機ＥＬ素子は一般的にガラス基板
をベースに構成されており、基板自身に可撓性がないた
め、例えば曲面を有するディスプレイ、ショーウィンド
ウ等の用途には応用できず、応用範囲が限定されてしま
っていた。

【０００６】さらに、従来の構成の有機ＥＬ素子は発光
層が陰電極の基板側にあるため、主に発光光を取り出せ
るのは素子を構成した基板側のみであって、例えば有機
ＥＬ素子上に他の機能素子を作り込み、有機ＥＬ素子を
バックライトとして機能させる、といった応用は困難で
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
ＥＬ発光素子に可撓性を持たせ、且つ／又は有機ＥＬ発
光素子に透光性を持たせ、且つ／又は有機ＥＬ発光素子
の発光方向を基板からみて素子方向にも構成できるよう
にすることにより、有機ＥＬ発光素子の用途範囲を拡大
せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
の本発明により達成される。（１）基板に、プラスチック等の可撓姓を持つ材料を使
用することで、有機ＥＬ発光素子に可撓姓を持たせる。（２）陰電極を、可視光帯域での光透過率を５０％以上
とすることにより、有機ＥＬ発光素子に透光性を持たせ
る。（３）有機ＥＬ発光素子の構成を基板側から陰電極、発
光層、ホール輸送層、陽電極の順に構成することで、採
光方向を素子上面方向とする。上記各項を実施することで、可撓性を持ち、且つ／又は
透光性を持ち、且つ／又は採光方向を任意に構成できる
有機ＥＬ発光素子が実現され、もってその応用範囲の拡
大に寄与するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。

【００１０】（実施例１）図１は、本発明の有機ＥＬ発
光素子の一つの構成を示した模式図である。可撓性を持
った透明基板１１上に、陽電極１２、正孔注入・輸送層
１３、発光および電子注入輸送層１４および陰電極１５
が形成されている。

【００１１】本実施例では、可撓性を持った透明基板１
１としてボリエチレンテレフタレートを主成分とする基
板を用いた。ここで、透明基板の材料は前記に限定され
るものではなく、ＰＥＳやＰＭＭＡなど他の材料を用い
ても問題無い。

【００１２】本発明のＥＬ素子は、図示例に限らず、種
々の構成とすることができ、例えば発光層と陰電極との
間に電子注入輸送層を介在させた構成とすることもでき
る。

【００１３】陰電極は蒸着やスパッタ法により成膜し、
発光層等の有機物層は真空蒸着等により、陽電極は上記
の方法により成膜することができるが、これらの膜のそ
れぞれは、必要に応じてマスク蒸着または膜形成後にエ
ッチングなどの方法によってパターニングでき、これに
よって、所望の発光パターンを得ることができる。さら
には、基板が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であって、そ
のパターンに応じて各膜を形成することでそのまま表示
および駆動パターンとすることもできる。最後に、Ｓｉ
ＯＸ等の無機材料、テフロン等の有機材料からなる保護
層を形成すればよい。

【００１４】陰電極の構成材料としては、電子注入を効
果的に行うために、低仕事関数の物質として、例えば、
Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等の金属元素
単体、または安定性を向上させるためにそれらを含む２
成分、３成分の合金系を用いることが好ましい。合金系
としては、例えばＡｇ・Ｍｇ（Ａｇ：１〜２０ａｔ
％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．５〜１０ａｔ％）、Ｉｎ
・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０ａｔ％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃ
ａ：５〜２０ａｔ％）等が好ましい。

【００１５】また、陰電極薄膜の厚さは、電子注入を十
分行える一定以上の厚さとすればよく、５０ｎｍ以上、
好ましくは１００ｎｍ以上とすればよい。また、その上
限値には特に制限はないが、通常膜厚は１００〜５００
ｎｍ程度とすればよい。

【００１６】保護層は、透明であっても不透明であって
もよく、透明とする場合には、透明な材料（例えばＳｉ
Ｏ２、ＳＩＡＬＯＮ等）を選択して用いるか、あるいは
厚さを制御して透明（好ましくは発光光の透過率が８０
％以上）となるようにすればよい。一般に、保護層の厚
さは５０〜１２００ｎｍ程度とする。保護層の形成方法
については特に限定するものではなく、蒸着等でもよい
が、スパッタ法によれば、陰電極との連続製膜が可能で
ある。

【００１７】次に、本発明のＥＬ素子に設けられる有機
物層について述べる。

【００１８】発光層は、正孔（ホール）および電子の注
入機能、それらの輸送機能、正孔と電子の再結合により
励起子を生成させる機能を有する。発光層には比較的電
子的にニュートラルな化合物を用いることが好ましい。

【００１９】電荷輸送層は、陽電極からの正孔の注入を
容易にする機能、正孔を輸送する機能および電子を妨げ
る機能を有し、正孔注入輸送層とも称される。

【００２０】このほか、必要に応じ、例えば発光層に用
いる化合物の電子注入輸送機能がさほど高くないときな
ど、前述のように、発光層と陰電極との間に、陰電極か
らの電子の注入を容易にする機能、電子を輸送する機能
および正孔を妨げる機能を有する電子注入輸送層を設け
てもよい。

【００２１】正孔注入輸送層および電子注入輸送層は、
発光層へ注入される正孔や電子を増大・閉じ込めさせ、
再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

【００２２】なお、正孔注入輸送層および電子注入輸送
層は、それぞれにおいて、注入機能を持つ層と輸送機能
を持つ層とに別個に設けてもよい。

【００２３】発光層の厚さ、正孔注入輸送層の厚さおよ
び電子注入輸送層の厚さは特に限定されず、形成方法に
よっても異なるが、通常、５〜１００ｎｍ程度、特に１
０〜１００ｎｍとすることが好ましい。

【００２４】正孔注入輸送層の厚さおよび電子注入輸送
層の厚さは、再結合・発光領域の設計によるが、発光層
の厚さと同程度もしくは１／１０〜１０倍程度とすれば
よい。電子もしくは正孔の、各々の注入層と輸送層を分
ける場合は、注入層は１ｎｍ以上、輸送層は２０ｎｍ以
上とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚
さの上限は、通常、注入層で１００ｎｍ程度、輸送層で
１００ｎｍ程度である。このような膜厚については注入
輸送層を２層設けるときも同じである。

【００２５】また、組み合わせる発光層や電子注入輸送
層や正孔注入輸送層のキャリア移動度やキャリア密度
（イオン化ポテンシャル・電子親和力により決まる）を
考慮しながら、膜厚をコントロールすることで、再結合
領域・発光領域を自由に設計することが可能であり、発
光色の設計や、両電極の干渉効果による発光輝度・発光
スペクトルの制御や、発光の空間分布の制御を可能にで
きる。

【００２６】本発明のＥＬ素子の発光層には発光機能を
有する化合物である蛍光性物質を含有させる。この蛍光
性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９２号
公報等に開示されているようなトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム等の金属錯体色素が挙げられる。この
他、これに加え、あるいは単体で、キナクリドン、クマ
リン、ルブレン、スチリル系色素、その他テトラフェニ
ルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１
２−フタロペリノン誘導体等を用いることもできる。発
光層は電子注入輸送層を兼ねたものであってもよく、こ
のような場合はトリス（８−キノリノラト）アルミニウ
ム等を使用することが好ましい。これらの蛍光性物質を
蒸着等すればよい。

【００２７】また、必要に応じて設けられる電子注入輸
送層には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等
の有機金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘
導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、
ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いることができる。
上述のように、電子注入輸送層は発光層を兼ねたもので
あってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム等を使用することが好ましい。電子
注入輸送層の形成も発光層と同様に蒸着等によればよ
い。

【００２８】なお、電子注入輸送層を電子注入層と電子
輸送層とに分けて設層する場合は、電子注入輸送層用の
化合物のなかから好ましい組合せを選択して用いること
ができる。このとき、陰電極側から電子親和力の値の大
きい化合物の層の順に積層することが好ましい。このよ
うな積層順については電子注入輸送層を２層以上設ける
ときも同様である。

【００２９】また、正孔注入輸送層には、例えば、特開
昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４
号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６
８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５
−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公
報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００
１７２号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されて
いる各種有機化合物を用いることができる。例えば、テ
トラアリールベンジシン化合物（テトラアリールジアミ
ンないしテトラフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三
級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、ト
リアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有
するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等であ
る。これらの化合物は２種以上を併用してもよく、併用
するときは別層にして積層したり、混合したりすればよ
い。

【００３０】正孔注入輸送層を正孔注入層と正孔輸送層
とに分けて設層する場合は、正孔注入輸送層用の化合物
のなかから好ましい組合せを選択して用いることができ
る。このとき、陽電極（ＩＴＯ等）側からイオン化ポテ
ンシャルの小さい化合物の層の順に積層することが好ま
しい。また陽電極表面には薄膜性の良好な化合物を用い
ることが好ましい。このような積層順については、正孔
注入輸送層を２層以上設けるときも同様である。このよ
うな積層順とすることによって、駆動電圧が低下し、電
流リークの発生やダークスポットの発生・成長を防ぐこ
とができる。また、素子化する場合、蒸着を用いている
ので１〜１０ｎｍ程度の薄い膜も、均一かつピンホール
フリーとすることができるため、正孔注入層にイオン化
ポテンシャルが小さく、可視部に吸収をもつような化合
物を用いても、発光色の色調変化や再吸収による効率の
低下を防ぐことができる。

【００３１】正孔注入輸送層は、発光層等と同様に上記
の化合物を蒸着すればよい。

【００３２】本発明において、陽電極として用いられる
透明電極は、好ましくは発光した光の透過率が８０％以
上となるように陽電極の材料および厚さを決定すること
が好ましい。具体的には、例えば、錫ドープ酸化インジ
ウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺ
Ｏ）、ＳｎＯ２、ドーパントをドープしたポリピロール
などを陽電極に用いることが好ましい。また、陽電極の
厚さは１０〜５００ｎｍ程度とすることが好ましい。ま
た、素子の信頼性を向上させるために駆動電圧が低いこ
とが必要である。

【００３３】基板材料としては、可撓性のある樹脂等の
透明ないし半透明材料を用いる。また、基板に色フィル
ター膜や蛍光性物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反
射膜を用いて発光色をコントロールしてもよい。

【００３４】本発明の有機ＥＬ素子は、通常、直流駆動
型のＥＬ素子として用いられるが、交流駆動またはパル
ス駆動とすることもできる。印加電圧は、通常、５〜２
０Ｖ程度とされる。

【００３５】本発明の有機ＥＬ素子は、素子自身が可撓
性を有するため、例えば曲面を持つウィンドウディスプ
レイ等への応用が可能となり、有機ＥＬ素子の応用用途
を拡大する効果がある。

【００３６】（実施例２）次に、本発明の他の実施の形
態を説明する。図２は、本発明に係る他の実施例を説明
するための模式図である。本実施例に於いては、ガラ
ス、樹脂等を用いた透明基板２１上に、陽電極２２、正
孔注入・輸送層２３、発光および電子注入輸送層２４、
陰電極２５が形成されている。本実施例に於いては、陰
電極２５は二層から構成されており、発光層に接する側
には膜厚５ｎｍのマグネシウムと銀の合金層２６が、逆
側にはＩＴＯ透明電極層２７が形成されている。ここ
で、発光層に接する側のマグネシウムと銀の合金層２６
の膜厚は１ｎｍから２０ｎｍ、望ましくは３ｎｍから１
０ｎｍの範囲で設定すればよい。また、逆側の透明電極
層２７としては、錫ドープの酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ）、亜鉛ドープの酸化インジウム（ＩＺＯ）、又はア
ンチモンドープの酸化錫、及び、金等の電極材料を可視
光の透過率が５０％以上となるように極めて薄く形成す
る等で作成した透明電極を用いることが出来る。

【００３７】本実施例に於いては、陰電極の構成を上記
のようにしたことで素子に透光性を持たせることが出来
る。なお、本実施例に於いては基板の選択は可撓性のあ
るものに限定されるものではない。前記の陰電極の構成
以外の他の膜に関しては、実施例１と同様のブロセスで
形成することが出来る。

【００３８】本実施例の方法を用いることで、有機ＥＬ
素子に透光性を持たせることが可能となり、例えば商品
展示用のボックスなどに用いて、内部の商品を見せつつ
イルミネーションするといった応用が可能となり、有機
ＥＬ素子の応用範囲を拡大することが出来る。

【００３９】（実施例３）次に、本発明の他の実施の形
態を説明する。図３は、本発明に係る他の実施例を説明
するための模式図である。本実施例に於いては、ガラ
ス、樹脂等を用いた透明基板３１上に、陰電極３２、正
孔注入・輸送層３３、発光および電子注入輸送層３４、
陽電極３５が形成されている。

【００４０】本実施例に於いては、陰電極を基板側に形
成することによって、発光光の射出方向を一般の有機Ｅ
Ｌ素子と逆方向にすることが出来、例えば有機ＥＬ素子
上に他の機能素子を作り込み、そのパックライトとして
利用する等の応用が可能となる。なお、各膜の構成に関
しては、実施例１または実施例２と同様のプロセスで形
成することが出来る。

【００４１】また、本実施例の方法を用いることで、最
初に基板上にＩＴＯ等の透明電極を形成する事が可能と
なり、プロセス上もメリットが大きい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、有機ＥＬ発光素子に可
撓性を持たせ、且つ／又は有機ＥＬ発光素子に透光性を
持たせ、且つ／又は有機ＥＬ発光素子の発光方向を基板
からみて素子方向にも構成できるようにすることによ
り、有機ＥＬ発光素子の用途範囲の拡大が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の例を示す概念図。

【図２】本発明の他の実施の例を示す概念図。

【図３】本発明の他の実施の例を示す概念図。

【符号の説明】

１１可撓性を持った透明基板１２陽電極１３正孔注入・輸送層１４発光および電子注入輸送層１５陰電極２１透明基板２２陽電極２３正孔注入・輸送層２４発光および電子注入輸送層２５陰電極２６マグネシウムと銀の合金層２７透明電極層３１透明基板３２陰電極３３正孔注入・輸送層３４発光および電子注入輸送層３５陽電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰電極と陽電極の間に発光層を有する有
機エレクトロルミネッセンス発光素子であって、素子を
形成する基板が可撓性を有することを特徴とする発光素
子。
【請求項２】該基板は、可撓性を有する樹脂等の透明
基板であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】該陰電極及び陽電極は、透光性を有する
ことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項４】該陰電極は、錫ドープの酸化インジウム
（ＩＴＯ）、亜鉛ドープの酸化インジウム（ＩＺＯ）、
又はアンチモンドープの酸化錫、及び、金等の電極材料
を可視光の透過率が５０％以上となるように、極めて薄
く形成する等で作成した透明電極と発光層の間に、透光
性を損なわない膜厚を有し且つ仕事関数の小さな材料を
形成したものであることを特徴とする請求項３記載の発
光素子。
【請求項５】該陰電極に用いられる、該仕事関数の小
さな材料は、マグネシウムと銀の合金であることを特徴
とする請求項４記載の発光素子。
【請求項６】該陰電極に用いられるマグネシウムと銀
の合金層の膜厚は、１ｎｍから２０ｎｍの範囲、望まし
くは３ｎｍから１０ｎｍの範囲内であることを特徴とす
る請求項５記載の発光素子。
【請求項７】該陽電極は、錫ドープの酸化インジウム
（ＩＴＯ）、亜鉛ドープの酸化インジウム（ＩＺＯ）、
又はアンチモンドープの酸化錫等の金属酸化物導電体、
或いはドーパントを加えたポリピロール、ポリアニリン
等の有機導電体であることを特徴とする請求項３記載の
発光素子。
【請求項８】陰電極と陽電極の間に発光層を有する有
機エレクトロルミネッセンス発光素子であって、素子を
形成する基板側からの構成が陰電極、発光層、陽電極の
順に形成されたことを特徴とする発光素子。
【請求項９】該陰電極及び陽電極は、透光性を有する
ことを特徴とする請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】該陰電極は、基板上に形成された錫ド
ープの酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープの酸化イ
ンジウム（ＩＺＯ）、又はアンチモンドープの酸化錫、
及び、金等の電極材料を可視光の透過率が５０％以上と
なるように、極めて薄く形成する等で作成した透明電極
上に、透光性を損なわない膜厚を有し且つ仕事関数の小
さな材料を形成したものであることを特徴とする請求項
９記載の発光素子。
【請求項１１】該陰電極に用いられる、該仕事関数の
小さな材料は、マグネシウムと銀の合金であることを特
徴とする請求項１０記載の発光素子。
【請求項１２】該陰電極に用いられるマグネシウムと
銀の合金層の膜厚は、１ｎｍから２０ｎｍの範囲、望ま
しくは３ｎｍから１０ｎｍの範囲内であることを特徴と
する請求項１１記載の発光素子。
【請求項１３】該陽電極は、錫ドープの酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープの酸化インジウム（ＩＺ
Ｏ）、又はアンチモンドープの酸化錫等の金属酸化物導
電体、或いはドーパントを加えたポリピロール、ポリア
ニリン等の有機導電体であることを特徴とする請求項９
記載の発光素子。
【請求項１４】該基板は、ガラス、透明樹脂等の透明
基板であることを特徴とする請求項８記載の発光素子。
【請求項１５】該基板は、可撓性を有することを特徴
とする請求項８記載の発光素子。
【請求項１６】該基板は、可撓性を有する樹脂等の透
明基板であることを特徴とする請求項１４及び請求項１
５記載の発光素子。