JPH10177896A

JPH10177896A - 有機発光素子

Info

Publication number: JPH10177896A
Application number: JP10000455A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakayama; 隆博中山; Shintaro Hattori; 紳太郎服部; Yuzo Ito; 雄三伊藤; Atsushi Tsunoda; 角田　　敦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】スペクトル幅が比較的狭く、発光特性が改善さ
れた有機発光素子を提供することにある。【解決手段】情報通信分野で用いられる電気−光変換の
発光素子である。この発光素子は、透明基体１上に半透
明反射層２を有し、その半透明反射層上に透明導電層３
が配置され、その透明導電層上に有機薄膜からなる発光
層５が設けられており、その上に電極７が形成されてい
る。前記半透明反射層２は発光層５での発光の１部を透
明基体１側に透過し、発光の１部を発光層５側に反射す
る反射機能を有し、半透明反射層２は発光層背面の電極
７との間で光共振器として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示素子、通信用
発光デバイス、情報ファイル用読／書ヘッド、印刷装置
などに利用される有機発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の有機発光素子は、例えば、酸化錫
インジウム等の透明電極を有する透明基板間に、有機発
光体と電気絶縁性の結合剤とからなる発光体を介在さ
せ、前記電極の陽極電極と発光体域との間にポルフィリ
ン系化合物層を形成した有機エレクトロルミネセンスセ
ルが提案されている（特開昭５７−５１７８１号公
報）。該有機エレクトロルミネセンスセルは、両電極間
に印加される信号電界に基づき、ポルフィリン系化合物
からなる正孔注入体により正孔が注入されて、発光する
ものである。

【０００３】なお、上述のように、本発明は有機材料を
発光層に用いている有機エレクトロルミネセンスに関す
るものであるが、これと類似の技術として、ＺｎＳ：Ｍ
ｎなどの無機材料を発光層に用いている無機エレクトロ
ルミネセンスに関する技術がある。このような無機エレ
クトロルミネセンスの代表的な例が、例えば特開平２−
４６６９５号に開示されている。しかし、無機エレクト
ロルミネセンスは、発光層内を走るホットエレクトロン
によって、発光中心を衝突励起しているのに対し、有機
エレクトロルミネセンスは、電荷の再結合により発光す
るデバイスであり、むしろ発光ダイオ−ドに近いもので
ある。そのために、素子の膜厚も１桁以上異なり、本発
明の微小共振器構造の効果の発現に関する面における関
連性は小さい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした有機薄膜を用
いた発光素子は安価に提供できると云う特長を有してい
るが、スペクトルの半値幅が広いために用途は表示パネ
ルに限られ、また、各材料毎に各一色の発光しか得られ
ないため、単一材料では単色のディスプレイしか作製で
きなかった。

【０００５】本発明の目的は、スペクトル幅と発光特性
を改善した有機発光素子を提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、上記有機発光
素子用の基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次のとおりである。

【０００８】本発明の有機発光素子は、透明な基体と、
該基体上に設けられた発光機能を有する有機薄膜からな
る発光層と、該発光層の、上記基体と反対側の面に設け
られた金属電極と、上記発光層と上記基体との間に設け
られた半透明反射膜を備えている。また、上記半透明反
射膜と上記金属電極との間に光の微小共振器が構成され
ている。

【０００９】本発明においては、透明電極と基体との間
に半透明反射膜を設置し、該半透明反射膜と背面電極す
なわち上記金属電極との間に光の微小共振器を構成する
ようにしている。ここで、上記半透明反射膜と背面電極
すなわち上記金属電極との間の光学的距離が、発光波長
のそれと同じかその整数倍またはその半整数倍であるこ
とが好ましい。それによって、発光スペクトルの半値幅
が縮小される。また、発光効率が向上し、可干渉光の発
生の割合が増大するなど、発光特性を向上できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕図１は、本発明の一実施例の発光素子の
構造を示す模式断面図である。

【００１１】硝子基板１上に、ＴｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜と
を積層した半透明反射膜２が形成されている。該半透明
反射膜２上に、透明導電膜（Ｉndium Ｔin Ｏxide：Ｉ
ＴＯ膜）３を形成し、その上にトリフェニルジアミン誘
導体（ＴＡＤ）からなるホール注入層４、アルミキレー
トの発光層５、オキシジアゾール誘導体（ＰＢＤ）の電
子注入層６、Ａｇ−Ｍｇ金属電極７が順次形成されてい
る。なお、透明導電膜３、ホール注入層４、発光層５お
よび電子注入層６のそれぞれの膜厚と屈折率との積から
得られる光学的距離の和は、アルミキレートのエレクト
ロルミネセント（ＥＬ）発光のピーク波長である５３０
ｎｍと一致させる。これによって本発明の共振器が構成
される。

【００１２】図１において、ホール注入層４および電子
注入層６は、高性能な特性を要求しない場合には必須で
はなく、これらのいずれかまたは両方を省略して用いる
ことができる。その際には、透明導電膜３からホールが
注入され、また、金属電極７から電子が注入され、本発
明の発光素子が得られるが、ホール注入層４および電子
注入層６を設けた方がより好ましい。

【００１３】前記半透明反射膜２の反射率は発光層５の
材料の性能と、素子の用途によって選択される。その反
射率の上限は光共振器が自己破壊することなく蓄積でき
るエネルギーの限界により制限される。透過率で５０〜
０.１％、反射率で５０〜９９.９％である。少なくとも
１０μＷ／ｃｍ²の出射光を得るためには、取り出す光
の透過率で０.１％よりは小さくできない。また、反射
率では９９.９％が限度である。反射率を小さくし過ぎ
ると光共振器としての性質を失うため、５０％を下廻る
反射率のものを用いると、十分なスペクトル幅の減少を
得ることができない。

【００１４】上記において発光層５としてはアルミキレ
ートを用いたが、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナ
フタレン誘導体，クマリン誘導体，オキサジアゾール，
ビスベンゾキサゾリン，アルダジン，ピラジン誘導体，
ジスチルベンゼン誘導体，ポリフェニル誘導体，ビスス
チルアントラセン誘導体，キレート金属錯体等が用いら
れる。

【００１５】上記の有機薄膜は蒸着、塗布、化学反応に
よる成長、ラングミュア・ブロジェット法等により作製
することができる。また、複数の有機材料を混合して用
いることもできる。

【００１６】図２は、従来構造の有機ＥＬ素子の構造を
示す模式断面図である。即ち、図１の構造から半透明反
射膜２を除いた構造となっている。

【００１７】図３は、図１の素子と、図２の素子の、発
光スペクトルを比較したスペクトル図である。図１の素
子のスペクトルＡは、図２の素子のスペクトルＢより半
値幅が小さい。これは、半透明反射膜２によって、素子
内部で発光を共振させることにより、共振周波数の電磁
波を選択的に発生させた結果によるものである。このよ
うに、発光を共振させることにより、発光スペクトルの
半値幅の減少、発光効率の向上、可干渉光の発生などの
効果を得ることができる。この共振器の共振器部分の光
学的な距離を発光波長により近く合わせることにより、
より大きな効果を得ることができる。

【００１８】図４は、上記共振器部分の光学的な距離
と、発光スペクトルの半値幅の関係を示すグラフであ
る。これは、図１の素子構造において、ホール注入層４
の膜厚のみを変えた素子を用いて測定した結果で、半透
明反射膜２の無い場合の半値幅を１００としている。光
学的距離が発光のピーク波長と一致する５３０ｎｍ付近
で最も半値幅が小さく、５３０ｎｍから外れるに従って
急速に大きくなる。図３の半透明反射膜２がない素子
（スペクトルＢ）では、発光強度が５３０ｎｍの発光強
度の約１／２になる波長は４８０ｎｍと５８０ｎｍであ
ることが分かる。この範囲は、図４において半値幅の減
少が見られる範囲と対応している。

【００１９】共振効果が得られるのは、光学的な距離が
取り出される発光のピーク波長の０.９〜１.１倍の範囲
にある時である。この範囲は、図４において半値幅の減
少が見られる波長領域と対応している。

【００２０】本実施例においては、発光層材料としてア
ルミニウムキレートを単体で用いたが、電子−ホール結
合により発光を示す有機材料であれば、単体に限らず、
混合体や積層構造でも用いることができる。

【００２１】また、共振した発光を安定させるために
は、素子の温度を一定に保つ機構を設けることが重要で
ある。

【００２２】素子構造や半透明反射膜２の構成材料によ
って、透過率および反射率の最適値が異なるが、吸収率
については０に近いほど望ましい。

【００２３】半透明反射膜２としては、パターニングを
施し、一部に発光を取り出す窓を有する金属の全反射膜
を用いることもできる。また、横方向に発光が漏れにく
い素子構造とすることにより、発光特性を更に向上する
ことができる。

【００２４】本実施例では、共振器としての光学的距離
が発光波長と同じ場合について説明したが、理論的には
発光波長の２倍，３倍，…ｎ倍と整数倍の場合、及び１
／２，３／２，…など半整数倍の場合にも同様の共振の
効果を得ることができる。

【００２５】また、本実施例では、上下の鏡面での反射
による光の位相シフトの総計が０または１波長である場
合について示しているが、金属面で１／２波長シフト
し、半透明反射膜で波長シフトがない素子構成の場合
は、光学的距離が発光波長の１／４，３／４，５／４、
……倍の時に共振させることができる。

【００２６】しかし、実際の素子においては、素子作成
に由来して共振の生ずる鋭さにぼやけが生ずる。そのた
めに上記効果は膜厚が小さいほど鋭く、倍数が大きくな
るに従って共振の出方が不明瞭となるので、１０倍程度
が実用上の限界である。

【００２７】本実施例の構造の素子は、電荷注入により
電界発光を生じさせ、また、透明基板側から照射する光
により発光層に螢光を発生させて、電界発光と同様の半
値幅の狭い発光スペクトルを生じさせることができる。
この場合には、透明電極および発光層以外の有機薄膜は
省略することも可能である。

【００２８】〔実施例２〕図５に光励起による発光を
利用した共振器素子の模式断面図を示す。

【００２９】全反射金属膜８とＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の積層
体からなる半透明反射膜２との間に、有機蛍光薄膜９と
してアルミキレートが挾まれた構造に形成した。これ
に、半透明反射膜２側から波長４０６ｎｍの光を照射す
ることにより有機蛍光薄膜９から可視光を取り出すこと
ができる。

【００３０】図６に前記有機蛍光薄膜（アルミキレー
ト）の膜厚と発光スペクトルの関係を示す。アルミキレ
ートの膜厚により発光ピークの位置、半値幅、強度を変
えることができる。また、半透明反射膜の反射特性を変
えることによっても発光スペクトルの形状を変えること
ができる。

【００３１】本発明の有機発光素子は、光共振器の効果
により発光スペクトルの半値幅の縮小、発光効率の向
上、可干渉光の発生など発光特性を向上することができ
る。

【００３２】上記有機発光素子は、これまでのＧａＡ
ｓ，ＳｉＣ，ＺｎＳｅ等の無機半導体により作製されて
きた発光ダイオードや半導体レーザーの代替として用い
ることができ、光通信素子、情報表示パネル、光記録フ
ァイルの読み／書き用ヘッド、レーザープリンタの光ヘ
ッドとしての利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例の発光素子の構造を
示す模式断面図である。

【図２】図２は、従来の発光素子の構造を示す模式断面
図である。

【図３】図３は、図１の素子と図２の素子との発光スペ
クトルの比較図である。

【図４】図４は、本発明の一実施例の半透明反射膜を有
する発光素子の共振器部分の光学的な距離と発光スペク
トルの半値幅の関係を示すグラフである。

【図５】図５は、本発明の一実施例の発光素子の構造を
示す模式断面図である。

【図６】図６は、有機蛍光膜（アルミキレート）の膜厚
と発光スペクトルの関係を示すスペクトル図である。

【符号の説明】

１硝子基体２半透明反射膜３透明導電膜４ホ−ル注入層５発光層６電子注入層７金属電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角田敦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基体と、該基体上に設けられた発光
機能を有する有機薄膜からなる発光層と、該発光層の、
上記基体と反対側の面に設けられた金属電極と、上記発
光層と上記基体との間に設けられた半透明反射膜を有
し、該反射膜と上記金属電極との間に光の微小共振器が
構成されていることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】請求項１に記載の有機発光素子において、
上記半透明反射膜は、誘電体の多層膜から成り、上記半
透明反射膜と上記金属電極との間に透明導電膜を有する
ことを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】請求項２に記載の有機発光素子において、
上記反射膜と上記金属電極との間の光学的距離を、発光
波長のそれと同じかその整数倍またはその半整数倍とし
たことを特徴とする有機発光素子。