JPH0212795A - 有機薄膜ｅｌ素子とその製造方法 - 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） 本発明は平面光源やデイスプレィに利用される有機薄膜
ＥＬ素子とその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 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。この有機ＥＬ素子は一時期活発に研究されたも
のの、ＺｎＳ：Ｍｎ系の無機薄膜ＥＬ素子に比べ輝度が
低く、特性劣化も激しかったため実用にいたらなかった
。また、その駆動電圧がＤＣ１００Ｖ程度と高かった事
も実用化への障害になっていた。

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、第５１巻、第
９１３ページ、１９８７年）。第５図に示すように蛍光
性金属キレート錯体を有機蛍光体薄膜層３４に、アミン
系材料を正孔注入層３３に使用して明るい緑色発光を得
たと報告している。発光過程は次のように考えられてい
る。即ち、正孔伝導性の正孔注入層３３から電子伝導性
の有機蛍光体薄膜層３４に正孔が注入されることにより
有機蛍光体層内に一重項励起子が生成され、これが源と
なり発光が生じている。

この素子は６〜７■の直流電圧印加で約１００ｃｄ／ｍ
２の輝度を示す。更に、最大発光効率はＬＯｆｊ：ｍＮ
Ｊ程度と、優れた性能を持っている。

（発明が解決しようとする課題） 前述したように、有機蛍光体薄膜と正孔注入層が２層積
層した構造を有している有機薄膜ＥＬ素子は、明るい緑
色発光を示している。しかし、この有機薄膜ＥＬ素子に
は次に示すような課題があった。第一に、効率、発光輝
度が実用レベルに達していない。例えば従来の有機薄膜
ＥＬ素子は１０数ｃｍ角で全面発光（約１００ｃｄ／ｍ
２前後の輝度）させた場合１０ワット以上の電力を必要
とした。この電力の大部分は熱となり、効率を向上させ
なければヒートパネルとなってしまう。

次に、動作温度や駆動電流を高くすると著しく発光輝度
劣化が加速された。このように有機薄膜ＥＬ素子の実用
化には素子の高効率・高輝度化と発光特性劣化を防止す
ることが重要である。しかし、従来これら課題解決が困
難であった。

（課題を解決するための手段） 前述の問題点を解決するため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少なくとも
有機蛍光体薄膜層と正孔注入層とが積層されている有機
薄膜ＥＬ素子において、前記正孔注入層を構成する材料
が、無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニン
であることを特徴とした有機薄膜ＥＬ素子である。

ここで無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニ
ンの膜厚は１０人から２００ＯＡである。

更に本発明が提供するもう一つの発明は、少なくとも一
方が透明である一対の電極間に有機蛍光体薄膜層と無金
属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニンを積層し
た構造を有する有機薄膜ＥＬ素子の製造方法において、
前記無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニン
を成膜する温度が０°Ｃから４５０°Ｃの範囲であるこ
とを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子の製造方法である。

（作用） 従来の有機薄膜ＥＬ素子の問題点を鋭意調査した結果、
次の２点が明らかになった。第１に、従来２層構造をし
た有機薄膜ＥＬ素子の発光は有機蛍光体薄膜層内で電子
と正孔が再結合することにより生成された一重項励起子
が源となっている。しかし、従来の有機薄膜ＥＬ素子に
於て発光効率や発光輝度が充分でない原因は有機薄膜Ｅ
Ｌ素子を構成する正孔注入層の有機蛍光体薄膜層への正
孔注入効率が低いことであった。第２に、有機薄膜ＥＬ
素子を構成する正孔注入層が通電によるジュール熱及び
電気化学反応により変質していることが主な劣化原因で
あることが判明した。従って、従来の有機薄膜ＥＬ素子
の課題解決には正孔注入効率が高く、高い電流密度を通
電しても安定な新しい正孔注入材料を探索する必要があ
った。

そこで新しい材料を探索した結果、正孔注入層を構成す
る材料として無金属フタロシアニンあるいは金属フタロ
シアニンが優れた性能を有していることを発見し、本発
明に至った。

無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニンを正
孔注入層として使用することにより高効率・高輝度化及
び劣化防止が可能になった理由として、次のように考え
ている。

無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニンは仕
事関数が比較的大きく、かつ有機物としては比較的正孔
密度の高い薄膜形成が可能である故に従来の電荷注入層
を構成する材料に比べ有機蛍光体薄膜層に正孔が注入さ
れ易くなった。

方、無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニン
蒸着膜は電子に対してはブロッキング接触となるため、
有機蛍光体薄膜がらの電子注入が抑圧される。

以上述べたように、無金属フタロシアニンあるいは金属
フタロシアニン蒸着膜を電荷注入層として使用すると正
孔注入効率を高くすることが可能となり、その結果発光
効率と発光輝度を高くできたと考える。ただし第２図に
示すように無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシ
アニンの膜厚が１０Å以下であると発光効率の低下およ
び発光が不均一となり不適当であった。無金属フタロシ
アニンあるいは金属フタロシアニンの膜厚が２０００Ａ
以上であると有機蛍光体薄膜で生じた光が殆ど無金属フ
タロシアニンあるいは金属フタロシアニン層で吸収され
、光取り出し効率が大幅に低下した。更に発光開始電圧
も上昇し不適当であった。

尚、無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニン
薄膜は、熱に対して非常に安定であるとともに数Ａ／ａ
ｍ２の電流にも安定であることが知られている。この優
れた性質により、従来問題となっていた劣化も大幅に低
下させることができたと考える。

更に、無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニ
ン蒸着薄膜上にトリス（８，ハイドロキシキノリツール
）アルミニウム、ペリレン、アントラセン、テトラセン
、コロネン等有機蛍光体薄膜を蒸着形成すると、低温に
おいて有機蛍光体薄膜の結晶性が改善し、発光効率アッ
プに寄与するという効果もあった。ここで第３図に示す
ように無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシアニ
ン蒸着薄膜形成時の基板温度が０°Ｃから４５０°Ｃで
ある場合に特に効果があった。

本発明に使用できる金属フタロシアニンの金属（実施例
） 以下実施例を以て本発明の詳細な説明する。

［実施例１］ 第１図に本実施例１で用いた有機薄膜ＥＬ素子の断面構
造の概略図を示す。

有機蛍光体として充分高純度なトリス（８−ハイドロキ
シキノリツール）アルミニムを用いた。まず充分に脱脂
・洗浄した透明電極２付ガラス基板１を真空蒸着機に入
れる。正孔注入層として、無金属のフタロシアニンを約
２００人毎秒１人の速度で蒸着し、無金属フタロシアニ
ン薄膜層３とする。尚、蒸着中の基板温度は約８５°Ｃ
であった。ひきつづきトリス（８゜ハイドロキシキノリ
ツール）アルミニウム金属錯体を有機蛍光体薄膜層４と
して６００人蒸着口た。電子ビーム法で銀・マグネシウ
ム電極５を３００ＯＡ形成し、有機薄膜ＥＬ素子が完成
する。この素子の発光特性を測定したところ、約５■の
直流電圧印加で２００ｃｄ／ｍ２の発光が得られた。こ
のときの最大発光効率は３．０ｅｒｒｄＷであった。こ
れは従来の有機薄膜ＥＬ素子より約２倍発光特性が改善
された。更に１ｍＡ／ｃｍ２で連続発光させたところ１
０００時間以上安定な発光が観測できた。従来素子より
数倍寿命が延びている。

本発明はトリス（８−ハイドロキシキノリツール）アル
ミニウム蛍光体ばかりでなく他の有機蛍光体でも同様の
効果が認められた。また、鉄、ニッケル、銅、コバルト
などの金属フタロシアニンを無金属フタロシアニンの代
わりに使用しても同様な効果があった。すなわち、本発
明で重要な点は、無金属フタロシアニンあるいは金属フ
タロシアニンを電荷注入層に使用した有機薄膜ＥＬ素子
で発光効率、輝度の向上及び劣化の抑制ができることで
ある。有機蛍光体材料そのものを限定するものではない
。

［実施例２１ 第４図に本実施例２で用いた有機薄膜ＫＬ素子の断面構
造の概略図を示す。

実施例１と同様に透明電極ＩＴＯが付いているガラス基
板２１を充分に脱脂・洗浄した後、基板を真空装置にい
れる。その後、正孔注入層として、高純度のコバルトフ
タロシアニンを２０ＯＡ毎秒１人の速度で蒸着する。尚
、蒸着中の基板温度は約１００°Ｃであった。ひきつづ
きトリス（８−ハイドロキシキノリツール）アルミニウ
ム金属錯体を有機蛍光体薄膜層２４として６００人蒸着
口た。更に、電子注入層２５としてペリレン・テトラカ
ーポリツク誘導体を２０ＯＡ毎秒１人の速度で蒸着する
。最後に、電子ビーム法で銀・マグネシウム電極２６を
３０００人形成し、有機薄膜ＥＬ素子が完成する。この
素子の発光特性を測定したところ、約５ｖの直流電圧印
加で２００ｃｄ／ｍ２の発光が得られた。このときの最
大発光効率は３．０１！ｒｒｄＷであった。これは従来
の有機薄膜ＥＬ素子より２倍以上発光特性が改善された
。更に１ｍＡ／ｃｍ２で連続発光させたところ１０００
時間以上安定な発光が観測できた。

従来素子より数倍寿命が延びている。

尚、表１に示した、他の金属フタロシアニンを使用して
も同様な効果が認められた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明により、従来の有機薄膜ＥＬ
素子に比べ、発光特性が向上し、高輝度・高効率化が達
成できた。また従来問題であった発光の劣化をかなり抑
えることが可能になった。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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１に於ける有機薄膜ＥＬ素子の断
面構造を示す図である。 第２図は無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシア
ニンの膜厚による有機薄膜ＥＬ素子の発光効率の変化を
示す図である。 第３図は無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシア
ニンの蒸着時の基板温度による有機薄膜ＥＬ素子の発光
効率の変化を示す図である。 第４図は本発明実施例２に於ける有機薄膜ＥＬ素子の断
面構造を示す図である。 第５図は代表的な有機薄膜ＥＬ素子の断面構造を示す図
である。 １、２１．３１・・・ガラス基板、２．２２．３２・・
・透明電極、３３・・・正孔注入層、３・・・無金属フ
タロシアニン薄膜層、２３・・・コバルトフタロシアニ
ン薄膜層、２５・・・電子注入層、４．２４．３４・・
・有機蛍光体薄膜層、５．２６．３５・・・背面電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　少なくとも一方が透明である一対の電極間に少な
   くとも有機蛍光体薄膜層と正孔注入層とが積層されてい
   る有機薄膜ＥＬ素子において、前記正孔注入層を構成す
   る材料が、無金属フタロシアニンあるいは金属フタロシ
   アニンであることを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子 ２）　前記正孔注入層の厚さが１０Åから２０００Åの
   範囲であることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
   の有機薄膜ＥＬ素子 ３）　少なくとも一方が透明である一対の電極間に有機
   蛍光体薄膜層と無金属フタロシアニンあるいは金属フタ
   ロシアニンを積層した構造を有する有機薄膜ＥＬ素子の
   製造方法において、前記無金属フタロシアニンあるいは
   金属フタロシアニンを成膜する温度が０℃から４５００
   ℃の範囲であることを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子の製
   造方法。