JP2004031214A

JP2004031214A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2004031214A
Application number: JP2002187941A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Suzuki; 鈴木　睦美; Masao Fukuyama; 福山　正雄
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】有機電界発光素子の素子構成を改良することによって、駆動耐久性に優れた素子を実現すること。
【解決手段】基板１の両面に第１の陽極１２、第２の陽極２２と、少なくとも第１の発光層１４、第２の発光層２４を含む有機層と、第１の陰極１６、第２の陰極２６とを順次積層して、２つの電界発光素子１０、２０を構成し、それぞれの陽極と陰極の間に電圧を印加する。または、基板の片面に第１の陰極、有機層、陽極、有機層、第２の陰極を順次積層して、共有の陽極に対して第１の陰極、第２の陰極のそれぞれに電圧を印加して駆動する。これにより、素子にかかる負荷を軽減することができ、連続駆動時の輝度低下を抑制することができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の表示装置として広範囲に利用される有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、古くから多くの研究者によって研究されてきた。現在実用レベルに達した電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子がある。しかし、このような無機の電界発光素子は、発光のための駆動電圧として５０Ｖ以上が必要であるため、広く使用されるには至っていない。
【０００３】
これに対して有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来実用的なレベルからはほど遠いものであったが、１９８７年にイーストマン・コダック社のシー・ダブリュ・タン（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ）らによって開発された積層構造素子によりその特性が飛躍的に進歩した。彼らは蒸着膜の構造が安定で電子を輸送することのできる蛍光体からなる層（電子輸送性発光層）と、正孔を輸送することのできる有機物からなる層（正孔輸送層）とを積層し、正孔と電子を蛍光体中に注入して発光させることに成功した。これによって有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ^２以上の発光が得られるようになった。その後、電子輸送性発光層を発光層と電子輸送層に分けるなど、素子を構成する層の機能分離が進められた結果、現在では１００００ｃｄ／ｍ^２以上の発光特性が得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような有機電界発光素子を実用化する上での問題点の一つとして、連続駆動時の輝度の経時低下があげられる。この問題を解決するために、電荷輸送材料・発光材料・電極材料の改良、素子構成の改良等、様々な検討がなされている。
【０００５】
本発明の目的は、有機電界発光素子に新たな素子構成を取り入れることによって、連続駆動時の輝度低下を抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機電界発光素子は、基板の一方の面に第１の陽極と、少なくとも第１の発光層を含む有機層と、第１の陰極とを順次積層し、前記基板の他方の面に第２の陽極と、少なくとも第２の発光層を含む有機層と、第２の陰極とを順次積層して、複数の電界発光素子を積層したことを特徴とするものである。この構成により、第１の陽極および第１の陰極との間、および第２の陽極と第２の陰極との間にそれぞれ電圧を印加して駆動することにより、一つの有機電界発光素子の中の２箇所から発光させることができるので、発光連続駆動時の輝度低下を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明の有機電界発光素子は、前記第１の陰極または第２の陰極の一方のみが透明または半透明であることを特徴とするものである。この構成により、有機電界発光素子の一方の面から光を効率よく外部に取り出すことができる。
【０００８】
また、本発明の有機電界発光素子は、前記第１の陰極または前記第２の陰極の両方に反射率の高い金属電極を用いることを特徴とするものである。この構成により、光を有機電界発光素子内に閉じ込めた状態で、光を素子の端面から取り出すことができる。
【０００９】
また、本発明の有機電界発光素子は、基板の片面に第１の陰極と、少なくとも第１の発光層を含む有機層と、陽極と、少なくとも第２の発光層を含む有機層と、第２の陰極とを順次積層して複数の電界発光素子を積層したことを特徴とするものである。この構成により、陽極と第１の陰極および第２の陰極との間にそれぞれ電圧を印加して駆動することにより、一つの有機電界発光素子の中の２箇所から発光させることができるので、連続駆動時の輝度低下を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の有機電界発光素子は、前記第１の発光層を含む有機層と、前記第２の発光層を含む有機層とで使用する有機材料を異にしたことを特徴とするものである。この構成により、それぞれの発光スペクトルを合成した光を取り出すことができ、また、複数の電界発光素子に印加する電圧をそれぞれ独立に制御できるため、合成する光の割合を変化させ、発光色の色調を任意に変化させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の概略構成を示す断面図である。基板１の一方の面に、第１の陽極１２と、第１の正孔輸送層１３と、第１の発光層１４と、第１の電子輸送層１５と、第１の陰極１６とを順次積層して第１の電界発光素子１０を構成し、基板１の他方の面に、第２の陽極２２と、第２の正孔輸送層２３と、第２の発光層２４と、第２の電子輸送層２５と、第２の陰極２６とを順次積層して第２の電界発光素子２０を構成したものである。
【００１２】
基板１には、透明で表面が平滑なものであれば使用できる。一般的にはガラス、プラスティックが用いられる。素子作製時に支持できれば、任意の厚さの基板を使用できるが、片側の陰極からのみ光の取り出しを行う場合は薄い基板、具体的には０．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
陽極１２、２２には、透明電極としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や半透明電極としての金薄膜を用いることができる。
【００１４】
正孔輸送層１３、２３と電子輸送層１５、２５とにより電荷輸送層が構成され、それぞれ電極からの電荷の注入を容易にし、注入された電荷を発光領域まで輸送するという働きをする。正孔輸送層１３、２３としては、正孔輸送性の強い材料が使用され、具体的にはＮ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、４、４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）などのトリフェニルアミン誘導体やチオフェン誘導体、スチルベン誘導体などを用いることができる。一方、電子輸送層１５、２５としては、電子輸送性の強い材料が用いることができ、具体的にはフェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体やトリス（８−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）などに代表されるキノリノール金属錯体などが使用できる。
【００１５】
発光層１４、２４としては、従来から数多くの化合物群が検討されているが、基本的には電子・正孔の注入が可能でかつ蛍光・りん光を有する物質であれば使用できる。また、成膜性に優れた材料の中に色素を少量分散させた膜を発光層として用いることにより、素子の高効率化、長寿命化および発光色の調整をすることも検討されている。この手法は、単独では結晶化しやすい、あるいは濃度消光を起こしやすい蛍光色素に対して非常に有効である。
【００１６】
陰極１６、２６は、有機膜に電子が注入できることが必要であり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはその化合物を構成材料の一つとして用いることが多い。具体的にはリチウム、マグネシウムやカルシウム、あるいはこれらの金属や化合物を他の金属と組み合わせて用いることができる。また、これらの電極の厚さを薄くすることにより、透過率の高い陰極を得ることもできる。この場合、電極の厚さが減ることにより抵抗が大きくなることがあるため、補助電極を用いたり、ＩＴＯなどの透明電極を積層することにより、抵抗を下げることができる。
【００１７】
第１の陰極１６または第２の陰極２６のいずれか一方を透明または半透明の透過率の高いものにすることで、光を効率よく素子の外部に取り出すことができる。例えば図１において、第２の電界発光素子２０の陰極２６を透過率の高いものにした場合、第１の電界発光素子１０および第２の電界発光素子２０のそれぞれで発生した光は、第１の電界発光素子１０の陰極１６で反射され、あるいは直接第２の電界発光素子２０の陰極２６を通して素子の外部に取り出すことができる。このような有機電界発光素子構成を取ることにより、一つの有機電界発光素子の中に２箇所の発光領域を設けることができるので、発光層にかかる負荷、具体的には発光時の発光領域内の励起子密度が小さくなり、連続点灯時の効率（輝度）低下を抑制できる。特に２０００ｃｄ／ｍ^２以上の高輝度領域において効果が顕著に現れる。
【００１８】
また、第１の電界発光素子１０と第２の電界発光素子２０の陰極１６、２６に共に反射率の高い金属電極を用いることで、光を素子・基板内に閉じ込め、素子端面から取り出すことも可能である。基板端面の形状を工夫することにより、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１９】
なお、本実施の形態１において、第１の電界発光素子１０と第２の電界発光素子２０に用いる有機材料（正孔輸送層、電子輸送層、発光層）は同じでも異なっていても良い。例えば第１の電界発光素子１０と第２の電界発光素子２０で異なる発光層を用いた場合、それぞれの発光スペクトルを合成した光を発光として取り出すことができる。しかも第１の電界発光素子１０と第２の電界発光素子２０に印加する電圧を独立に制御できるため、合成する光の割合を変化させることにより、発光色の色調を任意に変化させることができる。
【００２０】
また、使用する有機材料の特性に応じて、各層を多層化したり、あるいは複数の層の機能を一つの層で兼ねても良い。さらに、正孔阻止層などの他の機能を有する層を挿入しても良い。
【００２１】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の概略構成を示す断面図である。基板１の片面に、第１の陰極１６と、第１の電子輸送層１５と、第１の発光層１４と、第１の正孔輸送層１３と、陽極２とを順次積層して第１の電界発光素子１０を構成し、さらにその上に第２の正孔輸送層２３と、第２の発光層２４と、第２の電子輸送層２５と、第２の陰極２６とを順次積層して、陽極２を第１の電界発光素子１０と共有する第２の電界発光素子２０を構成したものである。各構成要素（陽極、正孔輸送層、電子輸送層、発光層、陰極）には、実施の形態１で説明したと同様な材料を用いることができる。また、第１の電界発光素子１０と第２の電界発光素子２０とで用いる発光層が同じでも異なっていても良いこと、あるいは使用する有機材料の特性に合わせて第１の素子１０、第２の素子２０の素子構成を変更しても良いことは、実施の形態１の場合と同様である。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
（実施例１）
まず、上記実施の形態１に対応する具体例について説明する。基板１には、ガラスの両面に透明な陽極１２、２２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）を予め形成して、電極の形にパターニングしたものを用いた。この基板１を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０^−４Ｐａまで排気した。その後、基板１の一方の面に、正孔輸送層１３としてＮ，Ｎ’−ビス［４’−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−４−ビフェニリル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。さらにその上に、発光層兼電子輸送層１４，１５として（化１）に示すＡｌｑを５０ｎｍ製膜した。さらにその上に、陰極１６としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜して、第１の電界発光素子１０を作成した。ここで一旦真空を破り、第１の電界発光素子１０の裏面に蒸着ができるように基板１をセットし直す。再度１０^−４Ｐａまで排気した後、正孔輸送層２３としてＴＰＴを５０ｎｍ、発光層兼電子輸送層２４，２５としてＡｌｑを５０ｎｍ製膜し、その後、陰極２６としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１０ｎｍの厚さで製膜して、第２の電界発光素子２０を作成した。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。第１の電界発光素子１０、第２の電界発光素子２０のそれぞれの陰極と陽極との間に電圧を印加したところ、第２の電界発光素子２０の陰極２６側から均一な黄緑色の発光が見られた。この素子を乾燥窒素中において、第１の電界発光素子１０を電流密度４０ｍＡ／ｃｍ^２で駆動し、輝度１０００ｃｄ／ｍ^２となるように第２の電界発光素子２０の電流密度を調節して連続駆動したところ、輝度が５００ｃｄ／ｍ^２になるまでに要した時間は６５０時間であった。
【化１】

【００２３】
（実施例２）
上記実施例１において、第１の電界発光素子１０の発光層１４として（化２）に示す化合物（１）を使用し、電子輸送層１５としてＡｌｑを使用し、第２の電界発光素子２０の発光層兼電子輸送層２４，２５としてＡｌｑを用いたこと以外は実施例１と同様にして素子を作成した。第１の電界発光素子１０の陰極１６と陽極１２との間、および第２の電界発光素子２０の陰極２６と陽極２２との間に電圧を印加したところ、均一な青緑色の発光が見られた。また、第１の電界発光素子１０に印加する電圧を固定して第２の電界発光素子２０に印加する電圧を独立に変化させたところ、発光色は青色から青緑色まで連続的に変化した。
【化２】

【００２４】
（実施例３）
次に、上記実施の形態２に対応する具体例について説明する。基板１を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０^−４Ｐａまで排気した。その後、陰極１６としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、その上に発光層兼電子輸送層１４，１５としてＡｌｑを、正孔輸送層１３としてＴＰＴをそれぞれ５０ｎｍ製膜した。さらにその上に、発光層兼電子輸送層１４、１５としてＡｌｑを５０ｎｍ製膜し、その上に、ＴＰＴを正孔輸送層１３として５０ｎｍ製膜し、バッファ層として銅フタロシアニンを１０ｎｍ製膜した後、一旦真空を破り、基板をスパッタ装置にセットし直し、陽極２としてＩＴＯを３０ｎｍ製膜して、第１の電界発光素子１０を作製した。基板を再度真空装置内にセット・排気を行い、正孔輸送層２３としてＴＰＴを５０ｎｍ、電子輸送層兼発光層２４，２５としてＡｌｑを５０ｎｍ、陰極２６としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１０ｎｍの厚さで製膜し、第２の電界発光素子２０を作成した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。第１の電界発光素子１０の陰極１６および第２の電界発光素子２０の陰極２６に、それぞれ陽極２に対して負の電圧を印加したところ、第２の電荷発光素子２０の陰極２６側から均一な黄緑色の発光が見られた。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が５００ｃｄ／ｍ^２になるまでに要した時間は３５０時間であった。
【００２５】
（比較例１）
基板には、ガラスの片面に透明な陽極としてＩＴＯを予め形成して、電極の形にパターニングしたものを用いた。この基板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０^−４Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜し、発光層兼電子輸送層としてＡｌｑを５０ｎｍ製膜した。その後、陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜して、単一の有機電界発光素子を作成した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。素子に電圧を印加したところ、均一な黄緑色の発光が見られた。この素子を乾燥窒素中において、輝度１０００ｃｄ／ｍ^２となるように電流密度を調節して連続駆動したところ、輝度が５００ｃｄ／ｍ^２になるまでに要した時間は３００時間であった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機電界発光素子は、基板の両面にそれぞれ陽極、少なくとも発光層を含む有機層、陰極を順次積層して、複数の電界発光素子を積層し、または、基板の片面に第１の陰極、少なくとも第１の発光層を含む有機層、陽極、少なくとも第２の発光層を含む有機層、第２の陰極を順次積層して、複数の電界発光素子を積層したものであり、一つの有機電界発光素子の中に２箇所の発光領域を設けることが可能となり、従来の素子に比べて連続駆動時の素子にかかる負荷が軽減し、輝度低下を抑制することができるので、連続駆動時の耐久性を向上させることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における有機電界発光素子の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態２における有機電界発光素子の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１　基板
２　陽極
１０　第１の電界発光素子
１２　第１の陽極
１３　第１の正孔輸送層
１４　第１の発光層
１５　第１の電子輸送層
１６　第１の陰極
２０　第２の電界発光素子
２２　第２の陽極
２３　第２の正孔輸送層
２４　第２の発光層
２５　第２の電子輸送層
２６　第２の陰極

Claims

基板の一方の面に第１の陽極と、少なくとも第１の発光層を含む有機層と、第１の陰極とを順次積層し、前記基板の他方の面に第２の陽極と、少なくとも第２の発光層を含む有機層と、第２の陰極とを順次積層して、複数の電界発光素子を積層したことを特徴とする有機電界発光素子。
前記第１の陰極または第２の陰極の一方のみが透明または半透明であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
前記第１の陰極または前記第２の陰極の両方に反射率の高い金属電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
基板の片面に第１の陰極と、少なくとも第１の発光層を含む有機層と、陽極と、少なくとも第２の発光層を含む有機層と、第２の陰極とを順次積層して複数の電界発光素子を積層したことを特徴とする有機電界発光素子。
前記第１の発光層を含む有機層と、前記第２の発光層を含む有機層とで使用する有機材料を異にしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の有機電界発光素子。