JP2000268959A - 有機ｅｌ素子の発光色可変方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光色の色選択の自由度を容易に高くする。 【解決手段】 発光層に、流される電流の電流密度の違
いによって発光の度合いが互いに異なる複数の蛍光材料
を含有させ、発光層に電流をその電流値及び電圧値の少
なくとも一方を変化させて流すことにより電流密度を変
化させ、蛍光材料の発光の度合いを選択的に変えて発光
色を変える。様々な色の光を発光させることができるた
め、発光色の色選択の自由度を容易に高くすることがで
きる。その結果、表示パネルの画像を容易に色鮮やかに
表示することができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示パネルに用い
ることができる有機ＥＬ素子の発光方法に関し、詳しく
はその発光色を変える発光色可変方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＩＴＯ（インジウム・ティン
・オキサイド）などの透明導電材料からなる透明な陽極
層とＭｇ−Ａｇなどからなる陰極層との間に、有機質の
蛍光材料を含む発光層が直接的又は間接的に挟持された
有機ＥＬ素子がある。こうした有機ＥＬ素子では、次の
過程で発光が起こる。

【０００３】先ず、陽極層から正孔が発光層へ直接的又
は間接的に注入されるとともに、陰極層から電子が発光
層へ直接的又は間接的に注入される。発光層にそれぞれ
移ってきた正孔及び電子は再結合して、エネルギーを放
出する。発光層に含まれている蛍光材料は、その放出さ
れたエネルギーを吸収して励起するが、直ちに励起状態
から基底状態に戻る。このとき、励起状態のエネルギー
準位と基底状態のエネルギー準位との差に相当するエネ
ルギーが、光エネルギーとして放出される。こうして発
光層の外部に放出された光エネルギーは、陽極層を透過
して、発光として視認される。

【０００４】一般的には、透明基板上に陽極層が形成さ
れ、透明基板を通じて発光させている。また、先に陽極
層と陰極層との間に発光層が間接的に挟持されると述べ
たが、多くの有機ＥＬ素子では、陽極層から注入される
正孔や陰極層から注入される電子といったキャリアが発
光層に輸送されやすくなるように、陽極層と発光層との
間に正孔を輸送する正孔輸送層が設けられていたり、陰
極層と発光層との間に電子を輸送する電子輸送層が設け
られている。

【０００５】一方、特開平９−１７６６３０号公報に開
示されているように、発光層に色素をドープすることに
より、発光色の調節を行った有機ＥＬ素子がある。ま
た、発光層とは別に、電子の輸送と発光とを兼ね備えた
電子輸送層を有する有機ＥＬ素子がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の有機Ｅ
Ｌ素子の発光方法においては、それぞれ一定の電流値及
び電圧値をもつ電流を流して１種類の色の光を発光させ
るものであり、発光色の色選択の自由度が十分とは言え
なかった。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
り、発光色の色選択の自由度を容易に高くすることがで
きる有機ＥＬ素子の発光色可変方法を提供することを課
題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に記載の有機ＥＬ素子の発光色可変方法
は、陽極層と陰極層の間に発光層を備えた有機ＥＬ素子
の発光色可変方法であって、該発光層に、流される電流
の電流密度の違いによって発光の度合いが互いに異なる
複数の蛍光材料を含有させ、該発光層に電流をその電流
値及び電圧値の少なくとも一方を変化させて流すことに
より電流密度を変化させ、該蛍光材料の発光の度合いを
選択的に変えて発光色を変えることを特徴とする。

【０００８】上記課題を解決する本発明の請求項２に記
載の有機ＥＬ素子の発光色可変方法は、請求項１に記載
の有機ＥＬ素子の発光色可変方法において、前記電流密
度を１オーダ以上変化させることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】（作用・効果）本発明で用いる有
機ＥＬ素子の発光層には、流される電流の電流密度の違
いによって発光の度合いが互いに異なる複数の蛍光材料
が含有されている。それゆえ、発光層に流す電流の電流
値及び電圧値の少なくとも一方を変化させて、発光層に
流される電流の電流密度を変化させることにより、それ
ら蛍光材料の発光の度合いを選択的に変えることがで
き、結果として、発光層から発光される光の色を変える
ことができる。

【００１０】従って、本発明では、複数の蛍光材料を適
切に選択するとともに、発光層に流す電流の電流値及び
電圧値の少なくとも一方を適切に変化させることによ
り、様々な色の光を発光させることができるため、発光
色の色選択の自由度を容易に高くすることができる。こ
のように本発明によれば、表示パネルの画像を容易に色
鮮やかに表示することができるようになる。 （実施の形態）有機ＥＬ素子の積層構造は特に限定され
るものではない。例えば、先述したように、透明基板上
に、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる透明な陽極層
と、蛍光材料を含む発光層と、Ｍｇ−Ａｇなどからなる
陰極層とが順に形成された構造であってもよいし、透明
又は不透明な基板上に、Ｍｇ−Ａｇなどからなる陰極層
と、前記複数の蛍光材料を含む発光層と、ＩＴＯなどの
透明導電材料からなる透明な陽極層とが順に形成された
構造であってもよい。

【００１１】陽極層については、その材料で特に限定さ
れるものではないが、仕事関数の高い材料を用いること
が好ましい。仕事関数の高い材料からなる陽極層は、正
孔を放出しやすく、正孔を効率よく注入することができ
る。陰極層についても、その材料で特に限定されるもの
ではないが、仕事関数の低い材料を用いることが好まし
い。仕事関数の低い材料からなる陰極層は、電子を放出
しやすく、電子を効率よく注入することができる。

【００１２】また、透明な陽極層の透明導電材料として
は、ＩＴＯの他にＡＺＯ（Ａｌ添加ＺｎＯ）やＳｎＯ₂
なども挙げることができる。ここに挙げたいずれの材料
からなる層も、スパッタリング法などの蒸着法によって
形成することができる。一方、陰極層の材料としては、
Ｍｇ−Ａｇの他にＡｌなどの導電性金属を挙げることが
できる。ここに挙げたいずれの材料からなる層も、スパ
ッタリング法などの蒸着法によって形成することができ
る。

【００１３】ここで、陽極層をＭｇ−Ａｇなどの不透明
な導電材料から形成したり、陰極層をＩＴＯなどの透明
導電材料から形成してもよいが、現状の材料では仕事関
数の点からあまり好ましいとは言えない。発光層の材料
については、流される電流の電流密度の違いによって発
光の度合いが互いに異なる複数の蛍光材料を含有させる
他は特に限定されるものではない。それら複数の蛍光材
料のみからなっていてもよいし、他の有機材料中にそれ
ら複数の蛍光材料を含有させてもよい。また、第１蛍光
有機材料と第２蛍光有機材料との含有量の比率について
は特に限定されるものではない。前者の含有形態におい
ては、第１蛍光有機材料に第２蛍光有機材料をドープし
たものであってもよい。これら複数の蛍光材料について
は、その種類で特に限定されるものではなく、公知の材
料を用いることができる。

【００１４】特に本発明では、前記複数の蛍光材料は、
それぞれ所定の最高被占軌道のエネルギー準位（ＨＯＭ
Ｏ準位）及び最低空軌道のエネルギー準位（ＬＵＭＯ準
位）をもち、かつ電子と正孔との再結合に伴って所定の
波長の第１可視光を発光できる第１蛍光有機材料と、該
第１蛍光有機材料よりも低いＨＯＭＯ準位と高いＬＵＭ
Ｏ準位をもち、かつ電子と正孔との再結合に伴って第１
可視光よりも長い波長をもつ第２可視光を発光できる第
２蛍光有機材料とであることが好ましい。これらの第１
蛍光有機材料及び第２蛍光有機材料を発光層に含有させ
ることにより、適切なポテンシャル準位をとりつつ、蛍
光材料の発光の度合いを選択的に変えて発光色を変える
ことができる。従って、発光特性と発光色選択性との両
方を向上させることができる。

【００１５】また、第１蛍光有機材料及び第２蛍光有機
材料には、陽極層及び陰極層に対して仕事関数の整合性
をとりやすくなるように、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準
位において、それぞれ適切なエネルギー準位を有する蛍
光有機材料を用いることが好ましい。例えば、陽極層が
４．９ｅＶの仕事関数をもつＩＴＯよりなり、かつ陰極
層が３．７ｅＶの仕事関数をもつＡｌよりなる場合に
は、第１蛍光有機材料として、ＨＯＭＯ準位が５．８ｅ
ＶでＬＵＭＯ準位が３．０ｅＶのＡｌｑ₃（化学式１）
を挙げることができ、また第２蛍光有機材料として、Ｈ
ＯＭＯ準位が５．６ｅＶでＬＵＭＯ準位が３．５ｅＶの
ＤＣＭ２（化学式２）を挙げることができる。Ａｌｑ₃
は緑色の光を発光することができ、ＤＣＭ２は赤色の光
を発光することができる。

【００１６】

【化１】

【００１７】

【化２】

【００１８】さらに、発光層は、発光だけでなく、電子
を輸送する電子輸送機能を有していてもよい。その電子
輸送機能は、第１蛍光有機材料及び第２蛍光有機材料の
少なくとも一方が担っていてもよいし、第１蛍光有機材
料及び第２蛍光有機材料の他の有機材料が担っていても
よい。一方、陽極層となる電極層と発光層との間に正孔
注入層や正孔輸送層を介装するとともに、陰極層となる
電極層と発光層との間に電子注入層や電子輸送層などを
介装することが好ましい。これらの層も、陽極層及び陰
極層に対して仕事関数の整合性をとりやすくなるよう
に、それぞれ適切なＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を有
する材料を用いることが好ましい。なお、発光層が電子
を輸送する機能を有する場合には、電子輸送層を別に設
けなくてもよい。

【００１９】正孔注入層は、銅フタロシアニン（ＣｕＰ
ｃ）や、ＶＯ_X、ＭＯ_X、ＲｕＯ_Xなどから形成すること
ができる。正孔輸送層は、イオン化ポテンシャルが低い
材料から形成することが好ましく、また発光層が効率よ
く発光できるように、キャリアブロック層となることが
好ましい。こうした材料として、トリフェニルジアミン
誘導体などの第３級アミン誘導体や、ＭＴＤＡＴＡ、ヒ
ドラゾン、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ；化学式
３）などを挙げることができる。

【００２０】

【化３】

【００２１】例えば陽極層がＩＴＯよりなる場合、正孔
注入層及び正孔輸送層には、仕事関数から４．９ｅＶ以
上のＨＯＭＯ準位を有する材料を用いることが好まし
い。こうした正孔注入層の材料として、例えば銅フタロ
シアニン（４．８ｅＶ）を挙げることができる。また、
正孔輸送層の材料として、例えばＰＶＣｚ（５．９ｅ
Ｖ）を挙げることができる。

【００２２】一方、電子注入層はＬｉＦなどから形成す
ることができる。電子輸送層は、高い電子輸送能を有す
る材料から形成することが好ましい。また、それ自体が
発光層となる材料を用いてよい。こうした材料として、
アルミニウムキノリノール錯体を挙げることができる。
以上に挙げた有機ＥＬ素子を構成する各層は、真空蒸着
法、ラングミュアブロジェット蒸着法、有機分子線エピ
タキシ法など公知の蒸着方法を用いて形成することがで
きる。また、各層の厚さについても特に限定されるもの
ではなく、所望の発光特性が得られるように適切に選択
する。

【００２３】本発明では、発光層に電流をその電流値及
び電圧値の少なくとも一方を変化させて流すことによ
り、蛍光材料の発光の度合いを選択的に変えて発光色を
変える。例えば、発光層が第１蛍光有機材料であるＡｌ
ｑ₃に第２蛍光有機材料であるＤＣＭ２がドープされて
成る場合、その発光層に電流をその電流値及び電圧値の
少なくとも一方を変化させて流すことにより、次のよう
に発光色を変えることができる。

【００２４】電流値及び電圧値の両方が小さく電流密度
が低いときには、第１蛍光有機材料が選択的に発光して
緑色となる。電流値及び電圧値の少なくとも一方が大き
く電流密度が大きいときには、第１蛍光有機材料及び第
２蛍光有機材料の両方が発光して、緑色と赤色が合わさ
って黄色となる。本発明では、前記電流値及び前記電圧
値の少なくとも一方を１オーダ以上変化させることが好
ましい。このように電流値及び電圧値を変化させること
により、発光層に流される電流の電流密度を十分に変化
させることができる。その結果、蛍光材料の発光の度合
いを十分に変えることができ、発光色を十分に変えるこ
とができるようになる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）本実施例で用いる有機ＥＬ素子は、図１に
示すように、透明ガラスよりなる透明基板１０（板厚
１．１ｍｍ）上に形成され、ＩＴＯよりなる陽極層１２
（層厚１３０ｎｍ）と、ＰＶＣｚ（ＰＶＫ）よりなる正
孔輸送層１４（層厚２０ｎｍ）と、Ａｌｑ₃にＤＣＭ２
をドープしてなる発光層１６（層厚６０ｎｍ）と、フッ
化リチウムよりなる電子注入層１８（層厚０．５ｎｍ）
と、アルミニウムよりなる陰極層２０（層厚１５０ｎ
ｍ）とから構成されるものである。この有機ＥＬ素子の
エネルギーレベルダイアグラムを図２（ａ）に示す。

【００２６】この有機ＥＬ素子は、一面に開口をもつ箱
状の被包部材（図示せず）により密封されている。この
被包部材は、ステンレス（ＳＵＳ）より形成されている
もので、その開口の周縁にフランジ状の突出部が形成さ
れており、その突出部と透明基板１０とが重ね合わせら
れて接着剤で接着されている。また、有機ＥＬ素子と被
包部材との間には空間部（図示せず）が形成されてお
り、その空間部には窒素ガスが封入されている。この有
機ＥＬ素子は、次の手順で作製した。 ［有機ＥＬ素子の形成］先ず、透明基板１０を用意し、
その透明基板１０上にスパッタリング法により陽極層１
２を形成した。陽極層１２の表面上に正孔輸送層１４を
スピンコート法により形成した。

【００２７】続いて、正孔輸送層１４上に、発光層１
６、電子注入層１８及び陰極層をそれぞれ真空蒸着法に
より順に形成した。 ［有機ＥＬ素子の密封］透明基板及び被包部材の少なく
とも一方の接着面に、紫外線が照射されると硬化する接
着剤を塗布し、それらの接着面の間に隙間なく接着剤が
介在するように、窒素ガスの雰囲気中で透明基板及び被
包部材の接着面を重ね合わせた。

【００２８】次いで、紫外線ランプを用意し、その紫外
線ランプから発せられた紫外線を、有機ＥＬ素子をマス
クで遮蔽して接着剤に照射した。その結果、接着剤が硬
化して、有機ＥＬ素子が密封された。 （比較例１）発光層をＡｌｑ₃のみから形成した他は実
施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。この有機
ＥＬ素子のエネルギーレベルダイアグラムを図２（ｂ）
に併せて示す （比較例２）発光層をＤＣＭ２のみから形成した他は実
施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。 ［有機ＥＬ素子の発光色可変試験］上記実施例１並びに
比較例１及び比較例２の有機ＥＬ素子について、各有機
ＥＬ素子の発光層に流す電流の電流値を適切に設定し
て、その電流の電流密度を先ず８．３ｍＡ／ｃｍ²とし
てそれぞれ発光させた。次いで、発光層に流す電流値を
適切に設定して、その電流密度を８３．３ｍＡ／ｃｍ²
として有機ＥＬ素子を発光させた。これら２つの電流密
度で発光させたとき、発光輝度を輝度計により測定し、
外部量子効率を算出した。その測定結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】 また、上記実施例１並びに比較例１及び比較例２の有機
ＥＬ素子から発光された光について、４００〜８００ｎ
ｍの波長領域におけるスペクトル強度を分光器を用いて
測定した。ここでは、実施例１の有機ＥＬ素子の測定結
果のみを図３に示す。また、各有機ＥＬ素子のスペクト
ル強度が最大（ピーク）となる波長の大きさ（ＥＬピー
ク波長）を表１にそれぞれ示す。

【００３０】さらに、有機ＥＬ素子から発光された光の
色度を算出した。その測定結果を、図４のＸＹＺ表色系
色度図ＣＩＥ（１９３１）に重ねて示す。比較例１の有
機ＥＬ素子（ＤＣＭ２を含有させていない）では、ＰＶ
Ｃｚがキャリアブロック層となり、Ａｌｑ₃由来の緑色
の発光のみが視認される。それに対し、実施例１の有機
ＥＬ素子においては、電流密度を８．３ｍＡ／ｃｍ²と
したとき、黄色光の発光が視認された。この黄色光は、
比較例１及び比較例２の各有機ＥＬ素子から発光される
光の発光スペクトルから、Ａｌｑ₃（５３５ｎｍ）とＤ
ＣＭ２（６１０ｎｍ）とを由来として発光された光であ
ることわかる。

【００３１】また、電流密度を８３．３ｍＡ／ｃｍ²と
したとき、緑色の発光が視認された。この緑色光は、Ａ
ｌｑ₃による発光の輝度がＤＣＭ２よりも相対的に増加
して発光された光であることを示している。さらに、黄
色と緑色との間での発光色の変化は、可逆的に起こるこ
ともわかった。このような発色光の変化は次のようにし
て起こっていると考えられる。

【００３２】低電流値においては、エネルギー的に低い
ところに位置するＤＣＭ２の電子準位に多くのキャリア
が注入されるが、電流値が上がるに従い、エネルギー的
に高い準位にあるＡｌｑ₃にキャリアが注入されるよう
になり、Ａｌｑ₃からの発光が強くなる。従って、電流
値の上昇とともに短波長側へと発光色の変化を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１で用いる有機ＥＬ素子を概略的に示
す縦断面図である。

【図２】 実施例１及び比較例１で用いる各有機ＥＬ素
子のエネルギーレベルダイアグラムを模式的に示す縦断
面図である。

【図３】 実施例１において、有機ＥＬ素子で発光した
光の波長とスペクトル強度との関係を示すグラフであ
る。

【図４】 実施例１において、有機ＥＬ素子で発光した
光のＸＹＺ表色系色度図ＣＩＥ（１９３１）における色
座標変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：透明基板 １２：陽極層 １４：正孔輸送層 １
６：電子注入層 １８：陰極層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極層と陰極層の間に発光層を備えた有
   機ＥＬ素子の発光色可変方法であって、 該発光層に、流される電流の電流密度の違いによって発
   光の度合いが互いに異なる複数の蛍光材料を含有させ、
   該発光層に電流をその電流値及び電圧値の少なくとも一
   方を変化させて流すことにより電流密度を変化させ、該
   蛍光材料の発光の度合いを選択的に変えて発光色を変え
   ることを特徴とする有機ＥＬ素子の発光色可変方法。
2. 【請求項２】 前記電流密度を１オーダ以上変化させる
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の発光色可変方法。