JP3757272B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極材料とその構造形成に関する。詳細には、有機薄膜に対して電子注入効率を向上させるためのランタノイド系金属を含む絶縁性化合物の超薄層と金属の二層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子用電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報社会のマンマシンインターフェイスとして有機化合物をエレクトロルミネッセンス層に使った有機エレクトロルミネッセンス素子が実用されつつある。エレクトロルミネッセンス素子とは電界発光を利用した発光デバイスであり、このような有機化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は、現在主として実用化されている受光形ディスプレイである液晶ディスプレイと比較し、自発光素子であるのでバックライトを必要としない。このため、有機エレクトロルミネッセンス素子を携帯用電子機器のディスブレィとして、または薄型のフラツトディスプレィとしての利用することが期待されている。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス素子としては、陰極として作用する金属電極と陽極として作用する透明電極との間に、有機材料からなり互いに積層された有機蛍光体薄膜及び有機正孔輸送薄膜が配置された二層構造のエレクトロルミネッセンス素子が開発されている。また、該金属電極と該透明電極との間に互いに積層された有機電子輸送薄膜、有機蛍光体薄膜および有機正孔輸送薄膜が配置された三層構造のものが開発されている。有機正孔輸送薄膜は陽極から正孔を注入させ易くする機能と電子をブロックする機能とを有し、有機電子輸送薄膜は陰極から電子を注入させ易くする機能を有している。
【０００４】
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子について、例えば、ＴａｎｇとＶａｎＳｌｙｋｅは、高輝度、低電圧駆動、小型、高効率などの特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を、アプライドフィジックスレター誌（C.W.Tang and S.A.VanSlyke:Applied Physics Letters,51(12),PP.913-915(1987)）に発表した。このデバイスは、非晶質膜が得やすい有機色素を真空蒸着により成膜し、極薄膜化することによって、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の効率を１桁向上させた画期的な報告であり、外部量子効率１％、視感発光効率１．５１ｍ／Ｗ、輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が、駆動電圧１０Ｖ以下で実現されている。また、陰極としても比較的仕事関数の小さいマグネシウム・銀合金を用いることで低電圧化を図っている。この報告より１０年以上経過した現在では、より高効率化、長寿命化されるとともに、マトリクスパネルの市販も行われている。
【０００５】
さらに、Ｔａｎｇらは発光層内にクマリン色素やピラン誘導体など蛍光量子効率の高い色素を微量混合することによる発光効率の向上を報告している（C.W.Tang S.A.VanSlyke,and C.H.Chen:Journal of Applied Physics, 65(9),PP.3610-3616(1989)）。
【０００６】
また、仲田と當摩は高効率有機エレクトロルミネッセンス素子を報告している。発光層中に蛍光量子効率の高いキナクリドン誘導体を混合すること、および陰極として仕事関数の小さいリチウムを含んだアルミニウム合金を用いることで、発光効率１２１ｍ／Ｗ、１０００００ｃｄ／ｍ2 を越える発光輝度を報告している（H.Nakada and T.Tohma:Inorganic and Organic Electroluminescence(EL96 Berlin),(Edited by R.H.Mauch and H.-E. Gumlich)PP.385-390(1996)）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、有機電界発光素子は電子とホールを注入することで、有機膜内に電子とホールの対である励起子を生成し、電子−ホール対の再結合により発光するデバイスであり、その発光強度は電子およびホールの注入量に比例する。従って、高効率の有機電界発光素子の実現には、低電圧で大きな電流を注入する必要がある。そのためには陰極材料に低電圧で電子を放出しやすい低仕事関数金属を使用することが非常に効果的である。しかしながら、例えばリチウムを含んだアルミニウム合金などの低仕事関数金属は一般に大気中において不安定であり、酸化されやすく、このため有機電界発光素子の劣化が速いという問題があり、より安定した陰極材料および構造の開発が望まれていた。
【０００８】
脇本らはこの問題を解決するために、有機層上に陰極材料としてリチウムやセシウムなどの低仕事関数金属の酸化物からなる１ｎｍ以下の極薄い膜を形成し、その上にアルミニウム電極を形成することで安定な有機電界発光素子の作製に成功している（T.Wakimoto,Y.Fukuda,K.Nagayama,A.Yokoi,H.Nakada,and M.Tsuchida:IEEE Transaction on Electron Devices,44(8),PP.1245/1248(1997)）。かかる構造により、再現性の良い高効率の有機電界発光素子の作製が可能であるとしている。
【０００９】
またＨｕｎｇらは、陰極材料として有機層とアルミニウム陰極層の間に１ｎｍ以下の極薄い膜リチウムのフッ化物層を形成した、高効率有機電界発光素子を報告している。（L.S.Hung,C.W.Tang,and M.G.Mason:Applied Physics Letter,70(2),PP.153-154(1997)）。
【００１０】
しかしながら、上記報告例のデバイスにおいては、酸化物層およびフッ化物層といった絶縁物層が極めて薄く、この絶縁物層の僅かな厚さの変化で駆動電圧が増加したり非発光部が増加するなどの問題が生じている。このように絶縁物層の厚さの変化により有機電界発光素子の特性が劇的に変化するため、大基板上での有機電界発光素子作製においては、絶縁物層厚さの均一性が極めて重要であり、より一層の作製工程上での解決が必要であるとされている。
【００１１】
本願の発明者らはこれらの問題点を解決し、低電圧で動作し同一条件での発光強度が均一な発光面を有する高品位の表示が可能なエレクトロルミネッセンス発光素子を提供するものとして、可視域で透明な性質を有する基板と、この基板上に形成された可視域で透明な性質を有する電極と、この電極上に形成された正孔輸送性を有する有機層と、この正孔輸送有機層上に形成された電子輸送と発光の性質を有する有機層と、この電子輸送と発光の性質を有する有機層上に形成されたエルビウム元素を含む電極を有する有機電界発光素子を開発し、平成１３年に特許出願した（特願２００１−８９４１２）。
【００１２】
この発明は、上記特許出願において開示した発明に続くもので、同様に低電圧で動作しかつフラツトディスプレィとしても利用可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。即ちこの発明は、従来用いられてきた陰極材料の欠点を克服し、さらに、より低電圧でより均一な発光面を有する、そしてより高品位な表示が可能な有機エレクトロルミネッセンス用電極構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属酸化物を含む電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属フッ化物を含む電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。さらに本発明は前記陰極が透明導電材料からなる有機エレクトロルミネッセンス素子である。また、前記陽極及び前記陰極の双方が透明導電材料からなる有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１４】
また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属酸化物と有機化合物とを混合した電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属フッ化物と有機化合物を混合した電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１５】
また本発明は、前記電子注入層の膜厚が３ｎｍ以下である有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。以下の説明は本発明に関する一実施の形態であり、本発明の一般的原理を図解することを目的とするものである。したがって、本発明をこの実施の形態の欄および添付図面に具体的に記載された構成のみに限定するものではない。以下の詳細な説明および図面の記載において、同様の要素は同様の参照番号により表される。
【００１７】
図１はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第一実施形態を示すものである。この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図１に示すように、ガラスや石英、または樹脂等の透明な基板１の一方の側に例えばシート抵抗が５０オーム以下のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の可視領域において透明なまたは必要な場合は半透明な電極材料による第１電極２が一般的な方法により形成されている。
【００１８】
第１電極としては、仕事関数の大きな導電性材料が望ましく、ＩＴＯの他に例えば厚さが５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の金を用いることもできる。金薄膜を用いた場合は電極は半透明となる。この第１電極２はこの形状に限定されるわけではないが、例えば所定のピッチでストライプ状（図示せず）に形成され、例えば数十〜数百μｍピッチで形成されている。第１電極２としてＩＴＯ膜を用いた場合は、望ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さで形成される。
【００１９】
第１電極２の表面には、有機材料である５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び有機材料である５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光薄膜４が積層される。
【００２０】
正孔輸送薄膜材料としては、例えばトリフェニルアミン誘導体（例えばＴＰＤ；Ｎ，Ｎ’−dipheny1−Ｎ，Ｎ’−bis（3-methy1）−１，１’−biphenyl−４，４’diamine）、ヒドラゾン誘導体、またはアリールアミン誘導体などを用いることができる。
【００２１】
また、電子輸送性発光薄膜材料としては、例えばアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ3）、オキサジアゾール誘導体、ベンゾオキサゾールチオフェン誘導体、ペリレン誘導体、またはフェナントロリン誘導体等を用いることができる。
【００２２】
正孔輸送薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜材料の薄膜形成については、例えば低分子有機材料を中心とした真空蒸着法、高分子材料を中心としたスピンコート法、キャスト法など様々な方法を用いることができる。いずれの手法にせよ、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造工程に適用が可能である。
【００２３】
なお、必要とされる正孔輸送薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜材料等の発光材料の機能に関しては、結果としてそこに注入された正孔および電子対よりなる励起子の再結合により光を生成することが可能であれば良く、より具体的には、例えば、正孔輸送機能、電子輸送機能、発光機能とその組み合わせである双極（正孔および電子）輸送機能、発光および電子輸送機能、発光および正孔輸送機能、双極輸送能および発光機能などを有する材料を必要に応じて用いることができ、また一種類の材料で上記種々の性能を併せ持つものなどの多種多様性を有したものが存在するので、適宜選択することができる。
【００２４】
そして、電子輸送性発光薄膜４の表面には、ランタノイド類の絶縁性材料からなる０．１ｎｍ〜３ｎｍ程度の超薄層の絶縁性薄膜５が積層されている。この超薄層の絶縁性薄膜５は、電子注入層としての機能を有する。即ち、トンネル効果や、電荷二重層の形成に伴う実効的電子障壁の低下により、電子注入量が増加する。
【００２５】
本明細書においてランタノイド類は、原子番号５７〜７１の１５元素、即ちランタンＬａ、セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、プロメチウムＰｍ、サマリウムＳｍ、ユウロピウムＥｕ、ガドリニウムＧｄ、テルビウムＴｂ、ジスプロシウムＤｙ、ホルミウムＨｏ、エウビウムＥｒ、ツリウムＴｍ、イッテルビウムＹｂ、ルテチウムＬｕをいう。ランタノイド類の絶縁性材料としては、例えばＬａ ２ Ｏ ３ 、Ｃｅ ２ Ｏ ３ 、Ｐｒ ２ Ｏ ３ 、Ｌｕ ２ Ｏ ３ 、などのランタノイド金属酸化物、または例えばＬａＦ ３ 、ＣｅＦ ３ 、ＰｒＦ ３ 、ＬｕＦ ３ などのランタノイド金属フッ化物を用いることができる。
【００２６】
ランタノイド類の絶縁性材料からなる絶縁性薄膜５の形成には、電子輸送性発光薄膜４にダメージを与えない蒸着法が主として使用される。その他の方法として、直流、交流、およびＥＣＲ等のスパッタ法、低温プラズマ、ＥＣＲ等のＣＶＤ法が使用可能である。
【００２７】
次に、上記絶縁性材料の表面に所定の電極材料からなる第２電極６が１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで形成される。第２電極６は、このパターンに限定されるわけではないが、例えば第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。第２電極６の形成においては、一般的にマスク蒸着を用い、電極不要部を覆った形で垂直方向より蒸着を行うことができる。また微細構造を形成する必要がある場合には、リソグラフィ法を用いて所望のパターンを形成することもできる。
【００２８】
第２電極には、仕事関数が小さな金属例えば銀、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、又はこれらの合金を用いることができる。その他、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子を用いることもできる。また必要な場合には第２電極６の電極材料として例えばＩＴＯのような透明電極材料を用いることもできる。
【００２９】
また、第２電極の材料としてエルビウムを含む材料を使用することもできる。さらに、エルビウムを含む層の上にさらにエルビウムより高い導電性を有する例えばアルミニウム、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子導電層を追加形成することも可能である。
【００３０】
第２電極６の形成の後、適宜保護層（図示せず）を積層する。この保護層はフェノール、エポキシ等の樹脂等で形成することができ、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、ランタノイド類の絶縁性薄膜５、及び第２電極６を外気から遮断する。また、有機電界発光素子を外気から遮断する方法については、基板１と封止缶、ガラスあるいは樹脂等を貼り合わせて、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを封入することでも可能である。
【００３１】
ここで薄膜形成のための蒸着工程の例としては、例えば、真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒで、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、及び第２電極６を１ｎｍ／秒の蒸着速度で成膜することができる。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４の形成は、蒸着以外に例えばスピンコート法などその他の薄膜形成技術により形成することもできる。第２電極６の形成は、上記蒸着以外にスパッタリングやその他の任意の真空薄膜形成技術により形成しても良い。
【００３２】
上記構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の第１電極２を陽極とし、第２電極６を陰極として直流電圧を加えると、第１電極２から正孔輸送薄膜３を介して電子輸送性発光薄膜４に正孔が注入され、他方、第２電極６からはランタノイド類の絶縁性薄膜５を介して電子輸送性発光薄膜４に電子が注入される。電子輸送性発光薄膜４において注入された正孔と電子の再結合が生じ、再結合によって生成された励起子が励起状態から基底状態へ落ちるときに発光が生ずる。なお、電子輸送性発光薄膜４の分子構造を適宜選択し、励起状態と基底状態のエネルギー差を変えることにより赤、青、緑など種々の発光色を得ることができる。
【００３３】
図２はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第二実施形態を示すもので、第一実施形態の逆構造となっている。つまり、この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図２に示すように、基板１の一方の側に所定の電極材料による第２電極６が形成されている。第２電極６は、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例えば数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００３４】
第２電極６の表面には、ランタノイド類の絶縁性材料からなる適宜０．１ｎｍ〜３ｎｍ程度の超薄層の絶縁性薄膜５が積層されている。そして、この絶縁性薄膜５の表面には、５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光薄膜４、及び５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３が積層されている。正孔輸送薄膜３の表面には、所定の電極材料からなる第１電極２を、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第２電極６と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。
【００３５】
第２電極６、ランタノイド類絶縁性薄膜５、電子輸送性発光薄膜４、正孔輸送薄膜３、そして第１電極２の形成は、上記第一実施形態の場合と同様の方法により行うことができる。
【００３６】
図３はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第三実施形態を示すものである。この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図３に示すように、基板１の一方の側に例えばＩＴＯ等の所定の電極材料による第１電極２が形成されている。第１電極２は、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例えば数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００３７】
第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料４からなる電子輸送性発光薄膜４が積層されている。そして、電子輸送性発光薄膜４の表面には、適宜０．１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さで、ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７が積層されている。
【００３８】
ランタノイド類の絶縁性材料としては例えばランタノイド類の酸化物またはランタノイド類のフッ化物を用いることができる。有機化合物としてはランタノイド類の絶縁性材料と混合して使用した場合に電子注入作用のある任意の有機化合物を用いることができる。次にランタノイド類の絶縁性薄膜５が、そして所定の電極材料からなる第２電極６が、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。
【００３９】
なお図３に示すように、ランタノイド類の絶縁性薄膜５を含めるか否かについては選択可能である。ランタノイド類の絶縁性薄膜５は含めずに、順次、基板１、第１電極２、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜材料４、ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７、および第２電極６が形成されている積層構造とすることも可能である。
【００４０】
ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７の使用は、これにより、混合薄膜のＬＵＭＯレベルが金属の仕事関数により実効的に低減され、その結果電子注入量が増加する。また一般的に酸化や密着性等の問題により、有機膜／陰極界面は不安定であるが、ランタノイド類絶縁性材料との混合により安定性が増加する。
【００４１】
第２電極６、絶縁性薄膜５、電子輸送性発光薄膜４、正孔輸送薄膜３、そして第１電極２の形成は、上記第一実施形態の場合と同様の方法により行うことができる。ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物との混合薄膜７を形成するには、例えば、下部の電子輸送性発光薄膜４にダメージを与えない方法として、有機材料とランタノイド金属等の二元の蒸着源を用いた共蒸着法が主として使用される。その他の方法としては、直流、交流、およびＥＣＲ等の二元スパッタ法が使用可能である。
【００４２】
次に実際に試作した第一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の動作例について説明する。透明基板１上に第１の電極２としてＩＴＯ膜を形成し、その表面に正孔輸送薄膜３としてトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）を厚さ５０ｎｍ形成した。そして、このＴＰＤ膜の表面に電子輸送性発光薄膜４としてアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ3 ）を厚さ５０ｎｍ形成した。さらに、この電子輸送性発光薄膜４の表面にランタノイド類の絶縁性材料（ＣｅＦ３、ＰｒＦ３、ＬｕＦ３）、またはＬｉＦによる絶縁層５を厚さ１ｎｍ形成し、そしてその表面に第２の電極６としてアルミニウムを厚さ７０ｎｍ形成した。このようにして形成した有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−印加電圧特性および発光輝度−電流密度特性を図４および図５に示す。また比較のため、ランタノイド類絶縁性材料層を含まず、電子輸送性発光薄膜４表面に直接アルミニウムを第２の電極６として形成した試料を作成した。
【００４３】
試作した有機エレクトロルミネッセンス素子についてＩＴＯ電極側を正に、Ａｌ電極側を負に電圧印加した場合の印加電圧と電流密度との関係の測定結果を図４に示す。図４に示すように２Ｖ以下の低電圧より電流が観測され、およそ２．５Ｖにおいて電流は急峻な立ち上がりを示した。図４は同一電圧における電流値が、ランタノイド系絶縁層薄膜材料を挟まない場合（Ａｌ電極のみ）に比べて、一桁以上大きく向上したことを示している。
【００４４】
また、発光は２．８Ｖから得られ、１０Ｖ以下の電圧で１０，０００ｃｄ／ｍ2 の発光輝度が得られることがわかった。そして、素子全体に渡って輝度は均一であった。また図５に示すように、ランタノイド系絶縁層薄膜材料を挟まない場合（Ａｌ電極のみ）に比べて、同一の電流密度において概ね２倍の発光輝度が得られた。
【００４５】
上記動作例においては第一実施の形態の場合についてのみ示したが、第二実施の形態および第三実施の形態においても、第一実施の形態と同様の低電圧で動作および均一な発光面と高い発光輝度が得られることがわかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、互いに積層された蛍光体発光層及び正孔輸送層が陰極及び陽極間に配され、該発光層と該陰極との間にランタノイド金属化合物等を含む電子注入層を設けた構成の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、２．８Ｖと低電圧で動作し、しかも同一条件での発光強度が表示パネル全面において均一な発光面を有し、さらに１０Ｖ以下の動作電圧で１０，０００ｃｄ／ｍ2 の高い発光輝度が得られ、高品位の表示が可能な有機エレクトロルミネセンス素子を提供することが可能となった。
【００４７】
以上本発明のいくつかの実施の形態について図示しまた説明したが、ここに記載された本発明の実施の形態は単なる一例であり、本発明の技術的範囲を逸脱せずに、種々の変形が可能能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図２】この発明の第二実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図３】この発明の第三実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図４】この発明における一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度と印加電圧の特性を示すグラフである。
【図５】この発明における一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の発光輝度と電流密度の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … 第１電極
３ … 正孔輸送薄膜
４ … 電子輸送性発光薄膜
５ … 絶縁性薄膜
６ … 第２電極
７ … 絶縁性薄膜材料と有機化合物の混合薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極材料とその構造形成に関する。詳細には、有機薄膜に対して電子注入効率を向上させるためのランタノイド系金属を含む絶縁性化合物の超薄層と金属の二層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子用電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報社会のマンマシンインターフェイスとして有機化合物をエレクトロルミネッセンス層に使った有機エレクトロルミネッセンス素子が実用されつつある。エレクトロルミネッセンス素子とは電界発光を利用した発光デバイスであり、このような有機化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は、現在主として実用化されている受光形ディスプレイである液晶ディスプレイと比較し、自発光素子であるのでバックライトを必要としない。このため、有機エレクトロルミネッセンス素子を携帯用電子機器のディスブレィとして、または薄型のフラツトディスプレィとしての利用することが期待されている。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス素子としては、陰極として作用する金属電極と陽極として作用する透明電極との間に、有機材料からなり互いに積層された有機蛍光体薄膜及び有機正孔輸送薄膜が配置された二層構造のエレクトロルミネッセンス素子が開発されている。また、該金属電極と該透明電極との間に互いに積層された有機電子輸送薄膜、有機蛍光体薄膜および有機正孔輸送薄膜が配置された三層構造のものが開発されている。有機正孔輸送薄膜は陽極から正孔を注入させ易くする機能と電子をブロックする機能とを有し、有機電子輸送薄膜は陰極から電子を注入させ易くする機能を有している。
【０００４】
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子について、例えば、ＴａｎｇとＶａｎＳｌｙｋｅは、高輝度、低電圧駆動、小型、高効率などの特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を、アプライドフィジックスレター誌（C.W.Tang and S.A.VanSlyke:Applied Physics Letters,51(12),PP.913-915(1987)）に発表した。このデバイスは、非晶質膜が得やすい有機色素を真空蒸着により成膜し、極薄膜化することによって、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の効率を１桁向上させた画期的な報告であり、外部量子効率１％、視感発光効率１．５１ｍ／Ｗ、輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が、駆動電圧１０Ｖ以下で実現されている。また、陰極としても比較的仕事関数の小さいマグネシウム・銀合金を用いることで低電圧化を図っている。この報告より１０年以上経過した現在では、より高効率化、長寿命化されるとともに、マトリクスパネルの市販も行われている。
【０００５】
さらに、Ｔａｎｇらは発光層内にクマリン色素やピラン誘導体など蛍光量子効率の高い色素を微量混合することによる発光効率の向上を報告している（C.W.Tang S.A.VanSlyke,and C.H.Chen:Journal of Applied Physics, 65(9),PP.3610-3616(1989)）。
【０００６】
また、仲田と當摩は高効率有機エレクトロルミネッセンス素子を報告している。発光層中に蛍光量子効率の高いキナクリドン誘導体を混合すること、および陰極として仕事関数の小さいリチウムを含んだアルミニウム合金を用いることで、発光効率１２１ｍ／Ｗ、１０００００ｃｄ／ｍ2 を越える発光輝度を報告している（H.Nakada and T.Tohma:Inorganic and Organic Electroluminescence(EL96 Berlin),(Edited by R.H.Mauch and H.-E. Gumlich)PP.385-390(1996)）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、有機電界発光素子は電子とホールを注入することで、有機膜内に電子とホールの対である励起子を生成し、電子−ホール対の再結合により発光するデバイスであり、その発光強度は電子およびホールの注入量に比例する。従って、高効率の有機電界発光素子の実現には、低電圧で大きな電流を注入する必要がある。そのためには陰極材料に低電圧で電子を放出しやすい低仕事関数金属を使用することが非常に効果的である。しかしながら、例えばリチウムを含んだアルミニウム合金などの低仕事関数金属は一般に大気中において不安定であり、酸化されやすく、このため有機電界発光素子の劣化が速いという問題があり、より安定した陰極材料および構造の開発が望まれていた。
【０００８】
脇本らはこの問題を解決するために、有機層上に陰極材料としてリチウムやセシウムなどの低仕事関数金属の酸化物からなる１ｎｍ以下の極薄い膜を形成し、その上にアルミニウム電極を形成することで安定な有機電界発光素子の作製に成功している（T.Wakimoto,Y.Fukuda,K.Nagayama,A.Yokoi,H.Nakada,and M.Tsuchida:IEEE Transaction on Electron Devices,44(8),PP.1245/1248(1997)）。かかる構造により、再現性の良い高効率の有機電界発光素子の作製が可能であるとしている。
【０００９】
またＨｕｎｇらは、陰極材料として有機層とアルミニウム陰極層の間に１ｎｍ以下の極薄い膜リチウムのフッ化物層を形成した、高効率有機電界発光素子を報告している。（L.S.Hung,C.W.Tang,and M.G.Mason:Applied Physics Letter,70(2),PP.153-154(1997)）。
【００１０】
しかしながら、上記報告例のデバイスにおいては、酸化物層およびフッ化物層といった絶縁物層が極めて薄く、この絶縁物層の僅かな厚さの変化で駆動電圧が増加したり非発光部が増加するなどの問題が生じている。このように絶縁物層の厚さの変化により有機電界発光素子の特性が劇的に変化するため、大基板上での有機電界発光素子作製においては、絶縁物層厚さの均一性が極めて重要であり、より一層の作製工程上での解決が必要であるとされている。
【００１１】
本願の発明者らはこれらの問題点を解決し、低電圧で動作し同一条件での発光強度が均一な発光面を有する高品位の表示が可能なエレクトロルミネッセンス発光素子を提供するものとして、可視域で透明な性質を有する基板と、この基板上に形成された可視域で透明な性質を有する電極と、この電極上に形成された正孔輸送性を有する有機層と、この正孔輸送有機層上に形成された電子輸送と発光の性質を有する有機層と、この電子輸送と発光の性質を有する有機層上に形成されたエルビウム元素を含む電極を有する有機電界発光素子を開発し、平成１３年に特許出願した（特願２００１−８９４１２）。
【００１２】
この発明は、上記特許出願において開示した発明に続くもので、同様に低電圧で動作しかつフラツトディスプレィとしても利用可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。即ちこの発明は、従来用いられてきた陰極材料の欠点を克服し、さらに、より低電圧でより均一な発光面を有する、そしてより高品位な表示が可能な有機エレクトロルミネッセンス用電極構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属酸化物を含む電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属フッ化物を含む電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。さらに本発明は前記陰極が透明導電材料からなる有機エレクトロルミネッセンス素子である。また、前記陽極及び前記陰極の双方が透明導電材料からなる有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１４】
また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属酸化物と有機化合物とを混合した電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。また本発明は、陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記陰極との間にランタノイド金属フッ化物と有機化合物を混合した電子注入層を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１５】
また本発明は、前記電子注入層の膜厚が３ｎｍ以下である有機エレクトロルミネッセンス素子である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。以下の説明は本発明に関する一実施の形態であり、本発明の一般的原理を図解することを目的とするものである。したがって、本発明をこの実施の形態の欄および添付図面に具体的に記載された構成のみに限定するものではない。以下の詳細な説明および図面の記載において、同様の要素は同様の参照番号により表される。
【００１７】
図１はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第一実施形態を示すものである。この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図１に示すように、ガラスや石英、または樹脂等の透明な基板１の一方の側に例えばシート抵抗が５０オーム以下のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の可視領域において透明なまたは必要な場合は半透明な電極材料による第１電極２が一般的な方法により形成されている。
【００１８】
第１電極としては、仕事関数の大きな導電性材料が望ましく、ＩＴＯの他に例えば厚さが５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の金を用いることもできる。金薄膜を用いた場合は電極は半透明となる。この第１電極２はこの形状に限定されるわけではないが、例えば所定のピッチでストライプ状（図示せず）に形成され、例えば数十〜数百μｍピッチで形成されている。第１電極２としてＩＴＯ膜を用いた場合は、望ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さで形成される。
【００１９】
第１電極２の表面には、有機材料である５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び有機材料である５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光薄膜４が積層される。
【００２０】
正孔輸送薄膜材料としては、例えばトリフェニルアミン誘導体（例えばＴＰＤ；Ｎ，Ｎ’−dipheny1−Ｎ，Ｎ’−bis（3-methy1）−１，１’−biphenyl−４，４’diamine）、ヒドラゾン誘導体、またはアリールアミン誘導体などを用いることができる。
【００２１】
また、電子輸送性発光薄膜材料としては、例えばアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ3）、オキサジアゾール誘導体、ベンゾオキサゾールチオフェン誘導体、ペリレン誘導体、またはフェナントロリン誘導体等を用いることができる。
【００２２】
正孔輸送薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜材料の薄膜形成については、例えば低分子有機材料を中心とした真空蒸着法、高分子材料を中心としたスピンコート法、キャスト法など様々な方法を用いることができる。いずれの手法にせよ、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造工程に適用が可能である。
【００２３】
なお、必要とされる正孔輸送薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜材料等の発光材料の機能に関しては、結果としてそこに注入された正孔および電子対よりなる励起子の再結合により光を生成することが可能であれば良く、より具体的には、例えば、正孔輸送機能、電子輸送機能、発光機能とその組み合わせである双極（正孔および電子）輸送機能、発光および電子輸送機能、発光および正孔輸送機能、双極輸送能および発光機能などを有する材料を必要に応じて用いることができ、また一種類の材料で上記種々の性能を併せ持つものなどの多種多様性を有したものが存在するので、適宜選択することができる。
【００２４】
そして、電子輸送性発光薄膜４の表面には、ランタノイド類の絶縁性材料からなる０．１ｎｍ〜３ｎｍ程度の超薄層の絶縁性薄膜５が積層されている。この超薄層の絶縁性薄膜５は、電子注入層としての機能を有する。即ち、トンネル効果や、電荷二重層の形成に伴う実効的電子障壁の低下により、電子注入量が増加する。
【００２５】
本明細書においてランタノイド類は、原子番号５７〜７１の１５元素、即ちランタンＬａ、セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、プロメチウムＰｍ、サマリウムＳｍ、ユウロピウムＥｕ、ガドリニウムＧｄ、テルビウムＴｂ、ジスプロシウムＤｙ、ホルミウムＨｏ、エウビウムＥｒ、ツリウムＴｍ、イッテルビウムＹｂ、ルテチウムＬｕをいう。ランタノイド類の絶縁性材料としては、例えばＬａ ２ Ｏ ３ 、Ｃｅ ２ Ｏ ３ 、Ｐｒ ２ Ｏ ３ 、Ｌｕ ２ Ｏ ３ 、などのランタノイド金属酸化物、または例えばＬａＦ ３ 、ＣｅＦ ３ 、ＰｒＦ ３ 、ＬｕＦ ３ などのランタノイド金属フッ化物を用いることができる。
【００２６】
ランタノイド類の絶縁性材料からなる絶縁性薄膜５の形成には、電子輸送性発光薄膜４にダメージを与えない蒸着法が主として使用される。その他の方法として、直流、交流、およびＥＣＲ等のスパッタ法、低温プラズマ、ＥＣＲ等のＣＶＤ法が使用可能である。
【００２７】
次に、上記絶縁性材料の表面に所定の電極材料からなる第２電極６が１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで形成される。第２電極６は、このパターンに限定されるわけではないが、例えば第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。第２電極６の形成においては、一般的にマスク蒸着を用い、電極不要部を覆った形で垂直方向より蒸着を行うことができる。また微細構造を形成する必要がある場合には、リソグラフィ法を用いて所望のパターンを形成することもできる。
【００２８】
第２電極には、仕事関数が小さな金属例えば銀、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、又はこれらの合金を用いることができる。その他、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子を用いることもできる。また必要な場合には第２電極６の電極材料として例えばＩＴＯのような透明電極材料を用いることもできる。
【００２９】
また、第２電極の材料としてエルビウムを含む材料を使用することもできる。さらに、エルビウムを含む層の上にさらにエルビウムより高い導電性を有する例えばアルミニウム、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子導電層を追加形成することも可能である。
【００３０】
第２電極６の形成の後、適宜保護層（図示せず）を積層する。この保護層はフェノール、エポキシ等の樹脂等で形成することができ、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、ランタノイド類の絶縁性薄膜５、及び第２電極６を外気から遮断する。また、有機電界発光素子を外気から遮断する方法については、基板１と封止缶、ガラスあるいは樹脂等を貼り合わせて、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを封入することでも可能である。
【００３１】
ここで薄膜形成のための蒸着工程の例としては、例えば、真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒで、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、及び第２電極６を１ｎｍ／秒の蒸着速度で成膜することができる。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４の形成は、蒸着以外に例えばスピンコート法などその他の薄膜形成技術により形成することもできる。第２電極６の形成は、上記蒸着以外にスパッタリングやその他の任意の真空薄膜形成技術により形成しても良い。
【００３２】
上記構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の第１電極２を陽極とし、第２電極６を陰極として直流電圧を加えると、第１電極２から正孔輸送薄膜３を介して電子輸送性発光薄膜４に正孔が注入され、他方、第２電極６からはランタノイド類の絶縁性薄膜５を介して電子輸送性発光薄膜４に電子が注入される。電子輸送性発光薄膜４において注入された正孔と電子の再結合が生じ、再結合によって生成された励起子が励起状態から基底状態へ落ちるときに発光が生ずる。なお、電子輸送性発光薄膜４の分子構造を適宜選択し、励起状態と基底状態のエネルギー差を変えることにより赤、青、緑など種々の発光色を得ることができる。
【００３３】
図２はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第二実施形態を示すもので、第一実施形態の逆構造となっている。つまり、この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図２に示すように、基板１の一方の側に所定の電極材料による第２電極６が形成されている。第２電極６は、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例えば数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００３４】
第２電極６の表面には、ランタノイド類の絶縁性材料からなる適宜０．１ｎｍ〜３ｎｍ程度の超薄層の絶縁性薄膜５が積層されている。そして、この絶縁性薄膜５の表面には、５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光薄膜４、及び５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３が積層されている。正孔輸送薄膜３の表面には、所定の電極材料からなる第１電極２を、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第２電極６と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。
【００３５】
第２電極６、ランタノイド類絶縁性薄膜５、電子輸送性発光薄膜４、正孔輸送薄膜３、そして第１電極２の形成は、上記第一実施形態の場合と同様の方法により行うことができる。
【００３６】
図３はこの発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第三実施形態を示すものである。この実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図３に示すように、基板１の一方の側に例えばＩＴＯ等の所定の電極材料による第１電極２が形成されている。第１電極２は、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例えば数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００３７】
第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料４からなる電子輸送性発光薄膜４が積層されている。そして、電子輸送性発光薄膜４の表面には、適宜０．１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さで、ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７が積層されている。
【００３８】
ランタノイド類の絶縁性材料としては例えばランタノイド類の酸化物またはランタノイド類のフッ化物を用いることができる。有機化合物としてはランタノイド類の絶縁性材料と混合して使用した場合に電子注入作用のある任意の有機化合物を用いることができる。次にランタノイド類の絶縁性薄膜５が、そして所定の電極材料からなる第２電極６が、適宜１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形成されている。
【００３９】
なお図３に示すように、ランタノイド類の絶縁性薄膜５を含めるか否かについては選択可能である。ランタノイド類の絶縁性薄膜５は含めずに、順次、基板１、第１電極２、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜材料４、ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７、および第２電極６が形成されている積層構造とすることも可能である。
【００４０】
ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物の混合薄膜７の使用は、これにより、混合薄膜のＬＵＭＯレベルが金属の仕事関数により実効的に低減され、その結果電子注入量が増加する。また一般的に酸化や密着性等の問題により、有機膜／陰極界面は不安定であるが、ランタノイド類絶縁性材料との混合により安定性が増加する。
【００４１】
第２電極６、絶縁性薄膜５、電子輸送性発光薄膜４、正孔輸送薄膜３、そして第１電極２の形成は、上記第一実施形態の場合と同様の方法により行うことができる。ランタノイド類の絶縁性材料と有機化合物との混合薄膜７を形成するには、例えば、下部の電子輸送性発光薄膜４にダメージを与えない方法として、有機材料とランタノイド金属等の二元の蒸着源を用いた共蒸着法が主として使用される。その他の方法としては、直流、交流、およびＥＣＲ等の二元スパッタ法が使用可能である。
【００４２】
次に実際に試作した第一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の動作例について説明する。透明基板１上に第１の電極２としてＩＴＯ膜を形成し、その表面に正孔輸送薄膜３としてトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）を厚さ５０ｎｍ形成した。そして、このＴＰＤ膜の表面に電子輸送性発光薄膜４としてアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ3 ）を厚さ５０ｎｍ形成した。さらに、この電子輸送性発光薄膜４の表面にランタノイド類の絶縁性材料（ＣｅＦ３、ＰｒＦ３、ＬｕＦ３）、またはＬｉＦによる絶縁層５を厚さ１ｎｍ形成し、そしてその表面に第２の電極６としてアルミニウムを厚さ７０ｎｍ形成した。このようにして形成した有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−印加電圧特性および発光輝度−電流密度特性を図４および図５に示す。また比較のため、ランタノイド類絶縁性材料層を含まず、電子輸送性発光薄膜４表面に直接アルミニウムを第２の電極６として形成した試料を作成した。
【００４３】
試作した有機エレクトロルミネッセンス素子についてＩＴＯ電極側を正に、Ａｌ電極側を負に電圧印加した場合の印加電圧と電流密度との関係の測定結果を図４に示す。図４に示すように２Ｖ以下の低電圧より電流が観測され、およそ２．５Ｖにおいて電流は急峻な立ち上がりを示した。図４は同一電圧における電流値が、ランタノイド系絶縁層薄膜材料を挟まない場合（Ａｌ電極のみ）に比べて、一桁以上大きく向上したことを示している。
【００４４】
また、発光は２．８Ｖから得られ、１０Ｖ以下の電圧で１０，０００ｃｄ／ｍ2 の発光輝度が得られることがわかった。そして、素子全体に渡って輝度は均一であった。また図５に示すように、ランタノイド系絶縁層薄膜材料を挟まない場合（Ａｌ電極のみ）に比べて、同一の電流密度において概ね２倍の発光輝度が得られた。
【００４５】
上記動作例においては第一実施の形態の場合についてのみ示したが、第二実施の形態および第三実施の形態においても、第一実施の形態と同様の低電圧で動作および均一な発光面と高い発光輝度が得られることがわかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、互いに積層された蛍光体発光層及び正孔輸送層が陰極及び陽極間に配され、該発光層と該陰極との間にランタノイド金属化合物等を含む電子注入層を設けた構成の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、２．８Ｖと低電圧で動作し、しかも同一条件での発光強度が表示パネル全面において均一な発光面を有し、さらに１０Ｖ以下の動作電圧で１０，０００ｃｄ／ｍ2 の高い発光輝度が得られ、高品位の表示が可能な有機エレクトロルミネセンス素子を提供することが可能となった。
【００４７】
以上本発明のいくつかの実施の形態について図示しまた説明したが、ここに記載された本発明の実施の形態は単なる一例であり、本発明の技術的範囲を逸脱せずに、種々の変形が可能能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図２】この発明の第二実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図３】この発明の第三実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電極構造の断面図である。
【図４】この発明における一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度と印加電圧の特性を示すグラフである。
【図５】この発明における一実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の発光輝度と電流密度の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … 第１電極
３ … 正孔輸送薄膜
４ … 電子輸送性発光薄膜
５ … 絶縁性薄膜
６ … 第２電極
７ … 絶縁性薄膜材料と有機化合物の混合薄膜
Claims (2)
- 陽極と、有機化合物からなる正孔輸送層と、有機化合物からなる発光層と、そして陰極とが順次積層されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層と前記陰極との間に前記陰極と接してランタノイド金属フッ化物を含む電子注入層を設け、
前記陰極としてアルミニウムを用いることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記電子注入層の膜厚が３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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| JP4002949B2 (ja) * | 2004-03-17 | 2007-11-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 両面発光有機ｅｌパネル |
| JP4684042B2 (ja) * | 2004-08-04 | 2011-05-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 発光素子、発光装置および電子機器 |
| EP1624502B1 (en) | 2004-08-04 | 2015-11-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting element, display device, and electronic appliance |
| CN101841002B (zh) * | 2004-09-24 | 2011-11-16 | 株式会社半导体能源研究所 | 发光器件 |
| JP2006261611A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセント素子及び表示装置 |
| US8420227B2 (en) | 2005-03-23 | 2013-04-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Composite material, light emitting element and light emitting device |
| JP5288150B2 (ja) * | 2005-10-24 | 2013-09-11 | 株式会社スリーボンド | 有機ｅｌ素子封止用熱硬化型組成物 |
| WO2007063782A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| EP1793264A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| JP4770699B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2011-09-14 | ソニー株式会社 | 表示素子 |
| EP1804114B1 (en) | 2005-12-28 | 2014-03-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| EP1816508A1 (en) | 2006-02-02 | 2007-08-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| KR100792139B1 (ko) * | 2006-02-06 | 2008-01-04 | 주식회사 엘지화학 | 전자주입층으로서 무기절연층을 이용한 유기발광소자 및이의 제조 방법 |
| EP1826605A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| EP1826606B1 (en) | 2006-02-24 | 2012-12-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device |
| EP1843411A1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-10 | Toppoly Optoelectronics Corp. | System for displaying images including electroluminescent device and method for fabricating the same |
| US20070236140A1 (en) * | 2006-04-05 | 2007-10-11 | Hsiang-Lun Hsu | System for displaying images including electroluminescent device and method for fabricating the same |
| CN1901243B (zh) * | 2006-07-25 | 2010-08-11 | 清华大学 | 一种有机电致发光器件 |
| US20080024059A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Tpo Displays Corp. | System for displaying images incluidng electroluminescent device and method for fabricating the same |
| US9159888B2 (en) | 2007-01-22 | 2015-10-13 | Cree, Inc. | Wafer level phosphor coating method and devices fabricated utilizing method |
| PL1986473T3 (pl) * | 2007-04-03 | 2017-07-31 | Tsinghua University | Organiczne urządzenie elektroluminescencyjne |
| KR100970888B1 (ko) * | 2009-10-07 | 2010-07-16 | 주식회사 유니나 | 손 소독기 |
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| KR101880184B1 (ko) * | 2011-02-14 | 2018-07-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 발광장치 |
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| JP3684826B2 (ja) * | 1997-04-04 | 2005-08-17 | 三菱化学株式会社 | 有機電界発光素子 |
| JP2000012234A (ja) * | 1998-06-19 | 2000-01-14 | Tdk Corp | 有機ｅｌ素子 |
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| US6656608B1 (en) * | 1998-12-25 | 2003-12-02 | Konica Corporation | Electroluminescent material, electroluminescent element and color conversion filter |
| JP4622022B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2011-02-02 | 住友化学株式会社 | 高分子発光素子ならびにそれを用いた表示装置および面状光源 |
| JP2001176673A (ja) * | 1999-12-14 | 2001-06-29 | Tdk Corp | 有機ｅｌ素子 |
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