JPH02139892A - 有機薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
有機薄膜ｅｌ素子Info
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- JPH02139892A JPH02139892A JP63291284A JP29128488A JPH02139892A JP H02139892 A JPH02139892 A JP H02139892A JP 63291284 A JP63291284 A JP 63291284A JP 29128488 A JP29128488 A JP 29128488A JP H02139892 A JPH02139892 A JP H02139892A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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。
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〕
本発明は平面光源やデイスプレィ等に使用される有機薄
膜ＥＬ素子に関するものである。
膜ＥＬ素子に関するものである。
有機物質を原料としたＥＬ（電界発光）素子は、安価な
大面積フルカラー表示素子を実現するものとして注目を
集めた。例えばアントラセンやペリレンをＬＢ法や真空
蒸着法等で薄膜化し、直流駆動の有機薄膜ＥＬ素子が製
造され、その発光特性が研究されている。しかし、従来
の有機薄膜ＥＬ素子は駆動電圧が高く、その発光輝度・
効率が無機薄膜ＥＬ素子のそれと比べ低かった。また、
発光特性の劣化も著しく実用レベルのものはできなかっ
た。
大面積フルカラー表示素子を実現するものとして注目を
集めた。例えばアントラセンやペリレンをＬＢ法や真空
蒸着法等で薄膜化し、直流駆動の有機薄膜ＥＬ素子が製
造され、その発光特性が研究されている。しかし、従来
の有機薄膜ＥＬ素子は駆動電圧が高く、その発光輝度・
効率が無機薄膜ＥＬ素子のそれと比べ低かった。また、
発光特性の劣化も著しく実用レベルのものはできなかっ
た。
ところが、最近有機薄膜を２層構造にした新しいタイプ
の有機薄膜ＥＬ素子が報告され強い関心を集めている（
アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻、９１３
ページ、１９８７年）。この新しいタイプの有機薄膜Ｅ
Ｌ素子は、第３図に示すように、強い蛍光を発する金属
キレート錯体を有機蛍光体薄膜２４に使用し、アミン系
材料を正孔伝導性有機物の正孔注入層２３に使用してお
り、明るい緑色発光が得られる。６〜７■の直流印加で
数１００ｃｄ／ｍ”の輝度を得ている。最大発光効率は
１．５ρｍ／Ｗと、実用レベルに近い性能を持っている
。
の有機薄膜ＥＬ素子が報告され強い関心を集めている（
アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻、９１３
ページ、１９８７年）。この新しいタイプの有機薄膜Ｅ
Ｌ素子は、第３図に示すように、強い蛍光を発する金属
キレート錯体を有機蛍光体薄膜２４に使用し、アミン系
材料を正孔伝導性有機物の正孔注入層２３に使用してお
り、明るい緑色発光が得られる。６〜７■の直流印加で
数１００ｃｄ／ｍ”の輝度を得ている。最大発光効率は
１．５ρｍ／Ｗと、実用レベルに近い性能を持っている
。
前述したように、有機蛍光体薄膜と有機物の正孔注入層
が２層積層した構造を有している新しい有機薄膜ＥＬ素
子は、最大発光輝度が１０００ｃ ｄ ／ ｍ ２以上
の明るい緑色発光を示す。しかし、この素子は電流駆動
型であるために上記の輝度を得るために１００ ｍＡ／
ｃｍ２以上の電流を流さなければならない。この結果電
極部での電力損（ジュール熱）が、素子サイズが大きく
なるほど無視できないほどに増大し、全体としての効率
低下を招いていた。またこの有機薄膜ＥＬ素子で発生し
たジュール熱は素子劣化を速め、この素子の実用化を困
難にしている。更に、電圧印加時間の経過とともに素子
に流れ、る電流が減少し、この結果発光輝度が低下して
いった。
が２層積層した構造を有している新しい有機薄膜ＥＬ素
子は、最大発光輝度が１０００ｃ ｄ ／ ｍ ２以上
の明るい緑色発光を示す。しかし、この素子は電流駆動
型であるために上記の輝度を得るために１００ ｍＡ／
ｃｍ２以上の電流を流さなければならない。この結果電
極部での電力損（ジュール熱）が、素子サイズが大きく
なるほど無視できないほどに増大し、全体としての効率
低下を招いていた。またこの有機薄膜ＥＬ素子で発生し
たジュール熱は素子劣化を速め、この素子の実用化を困
難にしている。更に、電圧印加時間の経過とともに素子
に流れ、る電流が減少し、この結果発光輝度が低下して
いった。
従って、素子発光効率を更に向上させ、且つ劣化速度を
低下させることがこの有機薄膜ＥＬ素子の実用化の上で
非常に重要である。しかし、従来の技術ではこれらの問
題解決が困難であった。
低下させることがこの有機薄膜ＥＬ素子の実用化の上で
非常に重要である。しかし、従来の技術ではこれらの問
題解決が困難であった。
本発明は上述の点を鑑みてなされたもので、発光効率、
信頼性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を提供することを目的
としている。
信頼性に優れた有機薄膜ＥＬ素子を提供することを目的
としている。
前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、少なくとも一方が透明である一対の電極間に順次Ｐ型
無機半導体薄膜層、正孔伝導性の有機薄膜層および有機
蛍光体薄膜層を積層した構造を有する事を特徴とした有
機薄膜ＥＬ素子である。
、少なくとも一方が透明である一対の電極間に順次Ｐ型
無機半導体薄膜層、正孔伝導性の有機薄膜層および有機
蛍光体薄膜層を積層した構造を有する事を特徴とした有
機薄膜ＥＬ素子である。
２層構造の有機薄膜ＥＬ素子の発光メカニズムは次のよ
うであると考えられている。即ち、ＩＴＯなどの正孔注
入電極から有機の正孔注入層に正孔が注入され、その層
を伝導して有機蛍光体薄膜層に正孔が注入される。一方
、仕事関数の低い金属を主体とした電子注入電極から電
子が有機蛍光体薄膜層に注入される。注入された電子は
有機蛍光体薄膜層を伝導し、有機の正孔注入層との界面
で正孔と再結合して一重項励起子を生成する。この結果
発光が生じる。発光スペクトルは有機蛍光体薄膜層の蛍
光スペクトルと一致し、前記−重項励起子は有機蛍光体
薄膜層で生成されていることが確認されている。
うであると考えられている。即ち、ＩＴＯなどの正孔注
入電極から有機の正孔注入層に正孔が注入され、その層
を伝導して有機蛍光体薄膜層に正孔が注入される。一方
、仕事関数の低い金属を主体とした電子注入電極から電
子が有機蛍光体薄膜層に注入される。注入された電子は
有機蛍光体薄膜層を伝導し、有機の正孔注入層との界面
で正孔と再結合して一重項励起子を生成する。この結果
発光が生じる。発光スペクトルは有機蛍光体薄膜層の蛍
光スペクトルと一致し、前記−重項励起子は有機蛍光体
薄膜層で生成されていることが確認されている。
有機薄膜ＥＬ素子の発光効率を向上させるには、正孔及
び電子注入電極から正孔注入層及び有機蛍光体薄膜層へ
の電荷注入効率、正孔注入層及び有機蛍光体薄膜層内で
の電荷輸送効率、有機蛍光体薄膜層内での励起子生成及
び発光遷移確率を高めることが重要である。この点をふ
まえ更に発光効率の高い有機薄膜ＥＬ素子を鋭意研究し
た。
び電子注入電極から正孔注入層及び有機蛍光体薄膜層へ
の電荷注入効率、正孔注入層及び有機蛍光体薄膜層内で
の電荷輸送効率、有機蛍光体薄膜層内での励起子生成及
び発光遷移確率を高めることが重要である。この点をふ
まえ更に発光効率の高い有機薄膜ＥＬ素子を鋭意研究し
た。
キャリアー（正孔または電子）密度及び移動度がともに
有機の正孔注入層より格段に優れた無機物の低抵抗Ｐ型
薄膜半導体を有機薄膜ＥＬ素子の正孔注入層として使用
し、正孔注入電極からの正孔注入効率及び正孔注入層内
の正孔輸送効率を高める事が可能となった。低抵抗Ｐ型
薄膜半導体材料としては非晶質あるいは微結晶のＳｉ。
有機の正孔注入層より格段に優れた無機物の低抵抗Ｐ型
薄膜半導体を有機薄膜ＥＬ素子の正孔注入層として使用
し、正孔注入電極からの正孔注入効率及び正孔注入層内
の正孔輸送効率を高める事が可能となった。低抵抗Ｐ型
薄膜半導体材料としては非晶質あるいは微結晶のＳｉ。
５ｉ１−ｘＣｘ等がある。
しかしこの無機の低抵抗Ｐ型半導体を使用した場合、有
機薄膜ＥＬ素子の発光効率を十分高めることができなか
った。
機薄膜ＥＬ素子の発光効率を十分高めることができなか
った。
この無機の低抵抗Ｐ型半導体層と有機蛍光体薄膜層との
界面に有機の正孔注入層を挿入すると、有機薄膜Ｅｌ−
素子の発光効率は格段に向上した。
界面に有機の正孔注入層を挿入すると、有機薄膜Ｅｌ−
素子の発光効率は格段に向上した。
この正孔伝導性の有機薄膜層（有機正孔注入層）を挿入
することによる発光効率向上のメカニズムは明確ではな
いが、次にように考えている。即ち、有機蛍光体薄膜層
と無機のＰを半導体薄膜層との界面に正孔伝導性有機薄
膜層が無い場合、界面でのエネルギーポテンシャルの関
係から有機蛍光体薄膜層の界面の電子が無機の低抵抗Ｐ
型半導体側に流れやすくなった。その結果Ｐ型無機半導
体薄膜層の界面に近いところの有機蛍光体薄膜層内で電
子密度が低下し、電子・正孔再結合が少なくなった。
することによる発光効率向上のメカニズムは明確ではな
いが、次にように考えている。即ち、有機蛍光体薄膜層
と無機のＰを半導体薄膜層との界面に正孔伝導性有機薄
膜層が無い場合、界面でのエネルギーポテンシャルの関
係から有機蛍光体薄膜層の界面の電子が無機の低抵抗Ｐ
型半導体側に流れやすくなった。その結果Ｐ型無機半導
体薄膜層の界面に近いところの有機蛍光体薄膜層内で電
子密度が低下し、電子・正孔再結合が少なくなった。
しかし界面にバンドギャップが広く、比較的高抵抗な正
孔伝導性有機薄膜を挿入することにより電子を有機蛍光
体薄膜層界面に多量に蓄積させることができるようにな
った。その結果有機蛍光体薄膜層内での電子・正孔再結
合が多くなった。
孔伝導性有機薄膜を挿入することにより電子を有機蛍光
体薄膜層界面に多量に蓄積させることができるようにな
った。その結果有機蛍光体薄膜層内での電子・正孔再結
合が多くなった。
本発明により、従来の有機薄膜ＥＬ素子に比べ効率は２
から５倍改善された。従来よりも少ない電流で発光する
ため、ジュール熱の発生量が少なくなった。この結果、
素子発熱にともなう発光特性の劣化も少なくなった。
から５倍改善された。従来よりも少ない電流で発光する
ため、ジュール熱の発生量が少なくなった。この結果、
素子発熱にともなう発光特性の劣化も少なくなった。
なお、挿入する正孔伝導性の有機薄膜層の厚さは２ＯＡ
から２００ ＯＡの間であれば充分に効果が認められた
。有機薄膜の厚さが２ＯＡ未満であるとトンネル電流が
流れはじめ有機薄膜層挿入の効果がなくなった。一方有
機薄膜層の厚さが２０００Ａ以上であると、この有機薄
膜層での電力損失が無視できなくなる。
から２００ ＯＡの間であれば充分に効果が認められた
。有機薄膜の厚さが２ＯＡ未満であるとトンネル電流が
流れはじめ有機薄膜層挿入の効果がなくなった。一方有
機薄膜層の厚さが２０００Ａ以上であると、この有機薄
膜層での電力損失が無視できなくなる。
また、従来の素子では通電により電極と有機正孔注入層
の界面に電荷のトラップ層が形成され、これが原因で素
子に流せる電流が減少し、発光も低下した。しかし、本
発明による有機薄膜ＥＬ素子では上記のような減少は極
めて少なく、長時間素子を安定に発光させることが可能
であった。
の界面に電荷のトラップ層が形成され、これが原因で素
子に流せる電流が減少し、発光も低下した。しかし、本
発明による有機薄膜ＥＬ素子では上記のような減少は極
めて少なく、長時間素子を安定に発光させることが可能
であった。
以下実施例を以て、本発明の詳細な説明する。
有機蛍光体としてトリスく８−ハイドロキシキノリン）
アルミニウムを用いた。第１図に示すように、ガラス基
板１上に透明電極２を形成してから無機半導体薄膜層３
としてｐ型の低抵抗アモルファス５ｉＸ−１ｃｘを１０
ＯＡ形成した。次に正孔伝導性の有機薄膜層４として１
，１−ビス（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニル）シ
クロヘキサンを無機半導体薄膜層上に３５ＯＡ蒸着した
。
アルミニウムを用いた。第１図に示すように、ガラス基
板１上に透明電極２を形成してから無機半導体薄膜層３
としてｐ型の低抵抗アモルファス５ｉＸ−１ｃｘを１０
ＯＡ形成した。次に正孔伝導性の有機薄膜層４として１
，１−ビス（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニル）シ
クロヘキサンを無機半導体薄膜層上に３５ＯＡ蒸着した
。
その後有機蛍光体薄膜５と背面金属電極６をそれぞれ７
００Ａ 、２００ＯＡ形成して有機薄膜ＥＬ素子が完成
する。
００Ａ 、２００ＯＡ形成して有機薄膜ＥＬ素子が完成
する。
この素子の発光特性を乾燥窒素中で測定したところ、第
２図に示すように、約８Ｖの直流電圧の印加で３００
ｃｄ／ｍ２の発光が得られた。従来の素子に比べ発光輝
度・効率が改善されていることがわかる。この有機薄膜
ＥＬ素子を電流密度１ ｍＡ／−の状態でエージング試
験をしたところ輝度半減時間は１０００時間以上であっ
た。従来の素子では１００から３００時間であったから
、この素子の信顆性は大幅に改善されている。
２図に示すように、約８Ｖの直流電圧の印加で３００
ｃｄ／ｍ２の発光が得られた。従来の素子に比べ発光輝
度・効率が改善されていることがわかる。この有機薄膜
ＥＬ素子を電流密度１ ｍＡ／−の状態でエージング試
験をしたところ輝度半減時間は１０００時間以上であっ
た。従来の素子では１００から３００時間であったから
、この素子の信顆性は大幅に改善されている。
本発明はトリス（８−ハイドロキシキノリン）アルミニ
ウム有機蛍光体ばかりでなく他の有機蛍光体でも同様な
効果が認められた。また低抵抗のＰ型無機半導体薄膜材
料もアモルファスＳ ｉ Ｘ−ＩＣＸばかりでなく他に
ＳｉやＣｕ １．ＺｎＴｅ等でも同様な効果が認められ
た。更に正孔伝導性の有機薄膜層材料も本実施例で使用
した１、１−ビス（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニ
ル）シクロヘキサン以外に、他のジアミン形の誘導体や
トリフェニルメタン系等の正孔伝導性有機物で効果が認
められた。
ウム有機蛍光体ばかりでなく他の有機蛍光体でも同様な
効果が認められた。また低抵抗のＰ型無機半導体薄膜材
料もアモルファスＳ ｉ Ｘ−ＩＣＸばかりでなく他に
ＳｉやＣｕ １．ＺｎＴｅ等でも同様な効果が認められ
た。更に正孔伝導性の有機薄膜層材料も本実施例で使用
した１、１−ビス（４−Ｎ、Ｎ−ジトリルアミノフェニ
ル）シクロヘキサン以外に、他のジアミン形の誘導体や
トリフェニルメタン系等の正孔伝導性有機物で効果が認
められた。
このように本発明で重要な点は、低抵抗のＰ型無機半導
体薄膜層、正孔導電性の有機薄膜層および有機蛍光体薄
膜層を順次積層した構造を有することを特徴とした有機
薄膜ＥＬ素子であり、有機薄膜ＥＬ素子を構成する材料
そのものを限定するものではない。
体薄膜層、正孔導電性の有機薄膜層および有機蛍光体薄
膜層を順次積層した構造を有することを特徴とした有機
薄膜ＥＬ素子であり、有機薄膜ＥＬ素子を構成する材料
そのものを限定するものではない。
以上説明したように本発明により発光特性及び信顆性を
大幅に改善することができた。
大幅に改善することができた。
このように、本発明により有機薄膜ＥＬ素子を実用レベ
ルまで引き上げることができ、その工業的価値は高い。
ルまで引き上げることができ、その工業的価値は高い。
第１図は本発明の実施例に使用した有機薄膜ＥＬ素子の
断面構造を示す図、第２図は本発明により製造した有機
薄膜ＥＬ素子の発光特性を従来素子と比軸して示した図
、第３図は従来の有機薄膜ＥＬ素子の断面構造を示した
図である。 １・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・Ｐ型
無機半導体薄膜層、４・・・正孔伝導性の有機薄膜層、
５．２４・・・有機蛍光体薄膜層、６・・・背面電極、
２３・・・有機正孔注入層。
断面構造を示す図、第２図は本発明により製造した有機
薄膜ＥＬ素子の発光特性を従来素子と比軸して示した図
、第３図は従来の有機薄膜ＥＬ素子の断面構造を示した
図である。 １・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・Ｐ型
無機半導体薄膜層、４・・・正孔伝導性の有機薄膜層、
５．２４・・・有機蛍光体薄膜層、６・・・背面電極、
２３・・・有機正孔注入層。
Claims (1)
- １）少なくとも一方が透明である一対の電極間に順次Ｐ
型無機半導体薄膜層、正孔伝導性の有機薄膜層および有
機蛍光体薄膜層を積層した構造を有する事を特徴とした
有機薄膜ＥＬ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29128488A JP2666428B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 有機薄膜ｅｌ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29128488A JP2666428B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 有機薄膜ｅｌ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139892A true JPH02139892A (ja) | 1990-05-29 |
| JP2666428B2 JP2666428B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17766885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29128488A Expired - Lifetime JP2666428B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | 有機薄膜ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666428B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02207488A (ja) * | 1989-02-07 | 1990-08-17 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 薄膜型発光素子 |
| EP0397889A1 (en) * | 1988-11-21 | 1990-11-22 | MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. | Light-emitting element |
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