(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガラス基板の一方の表面側に、電界を印加することによって発光する無機材料からなる第一の発光層を備えた発光素子において、上記第一のガラス基板の他方の表面上に上記第一の発光層が発光した光に励起され発光する有機材料からなる第二の発光層を設けると共に、該第二の発光層の表面に第二のガラス基板を設け、上記第二 の発光層を上記第一のガラス基板と上記第二のガラス基板とによって挟持したことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光励起により発光する発光層を有する発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴って、ＣＲＴより低消費電力で空間占有容積が少ない平面表示素子のニーズが高まっている。このような平面表示素子としては、液晶、プラズマディスプレイなどがあるが、特に最近自己発光型で表示が鮮明な電界発光素子が〔エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子〕が注目されている。
【０００３】
上記電界発光素子には、無機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子とがあり、この中でも有機ＥＬ素子は電極から注入された電荷（ホール、および電子）が発光体中で再結合して発光するという、所謂「注入発光型」であるため低電圧で駆動することができ、しかも、有機化合物の分子構造を変更することによって、任意の発光色を容易に得ることができるといった利点を有しており、これからの表示素子として非常に有望である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の有機ＥＬ素子において、素子を駆動する際に両電極間に印加した電圧は低電圧であっても、素子間にかかる電場は、１０5 Ｖ／ｃｍのオーダとなり、このように高い電場がかかると、電子なだれが生じ、絶縁破壊を起こす場合がある。
【０００５】
またそれと同時に、有機化合物からなる有機発光層は導電性がないため、キャリアの移動度は低く、抵抗値は高い。その結果、両電極間に電圧を印加し発光させると、素子抵抗による発熱が生じ、有機発光層の溶融あるいは熱分解が起こるなどして、発光色の変化が起こったり、発光しなくなるということがあった。
更に、有機発光層は主に蒸着法により製膜するので膜の状態はアモルファスであることが多く、熱的に不安定である。
【０００６】
以上のようなことが原因となり、従来のものでは素子の寿命が短いという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、素子の長寿命化を図り、高性能な発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子は、第１のガラス基板の一方の表面側に、電界を印加することによって発光する無機材料からなる第一の発光層を備えた発光素子において、上記第一のガラス基板の他方の表面上に上記第一の発光層が発光した光に励起され発光する有機材料からなる第二の発光層を設けると共に、該第二の発光層の表面に第二のガラス基板を設け、上記第二 の発光層を上記第一のガラス基板と上記第二のガラス基板とによって挟持したものである。
【０００８】
【作用】
上記のように構成することによって、以下のように作用する。
即ち、本発明の発光素子に直流電圧または、交流電圧を印加すると、第一発光層において電界発光が生じる。その光が、第二発光層に入射すると、第二発光層に用いた発光材料が入射してきた光により光励起され、発光が起こり、この光が外部に取り出される。
【０００９】
これにより、直接発光を外部に取り出す第二発光層の発光材料に高電場がかかったり、電圧をかけることにより起こる発熱が起こったりすることがない。
尚、第一発光層としては、無機材料が望ましい。
【００１０】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本発明の一例に係る発光素子の断面図が示されている。
図１において、第一のガラス基板１の一方の表面に、ホール注入電極２、第一発光層３、電子注入電極４が順に形成されており、第一のガラス基板１の他方の表面に、第二発光層５、第二のガラス基板６が第一のガラス基板１の側から順に形成されている。また、第一発光層３の両表面には、第一発光層３を挟み込む形で、第一発光層３の耐電圧性を高めるための膜７が設けられている。
【００１１】
尚、第二発光層５で発光した光は、図１の矢印Ａ方向に取り出される。
また、上記ホール注入電極２、および電子注入電極４には、それぞれリード線８が接続されており、電圧を印加できるようになっている。
上記第一のガラス基板１に用いられるガラスとしては、第一発光層３で発光した光が効率よく第二発光層５に投射するためにできるだけ透明度の高いものがよい。
【００１２】
上記ホール注入電極２としては、第一発光層３で発光した光を、第二発光層５に投射するために、透明でなければならない。ここではホール注入電極２の材料として、インジウム−スズ酸化物を用いた。
上記第一発光層３としては、熱に安定で、第二発光層５を光励起するために、第二発光層５に用いた材料よりも発光波長の短い光を呈する材料が用いられる。ここでは、第一発光層３の材料として、Ｃｅが少量添加されたＳｒＳを用いた。
【００１３】
尚、図１において、リード線８をホール注入電極２の上部表面に接続しているため、第一発光層３は、第二発光層５よりも小さいが、リード線８をホール注入電極２側面に接続することにより、第二発光層５と同じ大きさで形成することができる。
さらに、上記電子注入電極４としては、ＭｇＩｎ合金が、第一発光層３の耐電圧性を高めるための膜７にはＢａＴｉＯ3 が、それぞれ用いられている。
【００１４】
また、上記第二発光層５には、上記したように第一発光層３で発光した光で、第二発光層５の材料が励起されるように、第一発光層３に用いた材料の発光波長より、発光波長の長い有機化合物が用いられる。ここでは、第一のガラス基板１表面の半分の領域にトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（下記化１に示す）が用いられ、残りの半分の領域にフタロペリノン誘導体（下記化２に示す）が用いられている。
【００１５】
【化１】
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【００１６】
【化２】
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【００１７】
上記のような構成の発光素子は、図２に示すような工程を経て作製された。以下、図を参照しながら発光素子の作製方法の説明を行う。
先ず、厚さ約０．２ｍｍ、縦横５０ｍｍ×５０ｍｍの透明な第一のガラス基板１を市販の洗剤、次にアセトンを用いて超音波洗浄し、約１１０℃の乾燥機中で乾燥を行った。
【００１８】
この上に２ｍｍ幅のストライプ状に型抜きした金属性のマスクを載せ、スパッタ法によりインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）膜を１０００Åの厚みでつけ、透明なホール注入電極２を作製した（図２ａ）。このホール注入電極２が形成されたガラス基板状に、第一発光層３として、Ｃｅを少量添加したＳｒＳの蒸着膜を形成した。さらにこの第一発光層３となるＳｒＳ：Ｃｅ膜の耐電圧性を増すための膜７として、誘電性の高いＢａＴｉＯ3 を、ＳｒＳ：Ｃｅ膜を形成する前後に、第一発光層３をサンドイッチする形で、ｒｆスパッタ法により製膜した（図２ｂ）。このＢａＴｉＯ3 膜も含めた第一発光層３の膜厚は全体で約１μｍである。
【００１９】
このようにＢａＴｉＯ3 膜により上下を挟まれた形で設けられた第一発光層３上に、先に形成したホール注入電極２のラインと直行する方向に２ｍｍ幅のストライプ型のマスクをかぶせて、ＭｇＩｎ合金を２０００Åの厚さに蒸着し、電子注入電極４を形成した（図２ｃ）。この上から封止剤として、シリコンオイルやエポキシ系の樹脂を用いて、封入してもよい。
【００２０】
上記第一発光層３を形成した側と、反対側のガラス表面上にトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体、及びフタロペリノン誘導体を面の半分の領域にそれぞれ約１０００Åの膜厚に真空蒸着した（図２ｄ）。これを第二発光層５とする。この有機層を保護するために、０．８ｍｍ厚の第二のガラス基板６を重ねて固定した（図２ｅ）。
【００２１】
このように作製した発光素子を、以下（ａ）素子と称する。
上記（ａ）素子の、ホール注入電極２と電子注入電極４の間に５ｋＨｚの交流電圧を印加することによって、先ず第一発光層３において、青緑色の電界発光が生じる。この光は透明なホール注入電極２、第一のガラス基板１を通り、第二発光層５に入射する。入射した光によって第二発光層５に用いた発光材料が光励起され、発光が生じ、第二のガラス基板６を経てトリス（８キノリノール）アルミニウム錯体の蒸着膜側からは、緑色の発光が、フタロペリノン誘導体の蒸着膜側からは黄橙色の発光が認められた。
〔比較例〕
図３に示すように、ガラス基板１１上に、ホール注入電極１２と、ホール輸送層１３と、発光層１４と、電子注入電極１５が順に形成された有機電界発光素子。
【００２２】
ホール注入電極１２の材料としてはＩＴＯが、ホール輸送層１３の材料としてはポリビニルカルバゾールが、発光層１４の材料としてはトリス（８キノリノール）アルミニウム錯体が、電子注入電極１５の材料としてはＭｇＩｎ合金がそれぞれ用いられている。
上記構成の発光素子を、以下（ｘ）素子と称する。
〔実験〕
本発明の（ａ）素子、および比較例の（ｘ）素子を用いて、発光寿命を測定したので、その結果を以下に説明する。
【００２３】
尚、ここで、発光寿命とは初期輝度の半減期のことをいう。
本発明の（ａ）素子は、駆動電圧１０Ｖ、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2 の条件で、大気中で発光寿命が、１００時間であった。
比較例の（ｘ）素子は、駆動電圧１０Ｖ、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2 の条件で、発光寿命が、約２０時間であった。
【００２４】
上記結果から明らかなように、本発明の素子構造を用いることにより、発光素子の長寿命化を図ることができた。
〔その他の事項〕
▲１▼  上記実施例に用いた第一発光層の材料以外の材料を用いることが可能である。下記表１にＳｒＳ：Ｃｅ以外に第一発光層の材料として用いることのできる発光材料と、その材料を用いた場合に使用できる第二発光層の材料を示す。
【００２５】
【表１】
0003553619.tif 000004
【００２６】
▲２▼  上記実施例においては、第一発光層の材料として、無機の発光材料を用いたが、有機材料であっても、耐電圧性が高く、熱的に安定であれば、用いることができる。
▲３▼  上記実施例においては、第二発光層に２つの種類の違う発光材料を用いたが、一種類の発光材料を用いて形成することも、或いは３つ以上の種類の違った発光材料を用いることもできる。
【００２７】
複数の発光材料を第二発光層に用いる場合、上記実施例の他、ドット単位で製膜を行うマスキング法やスクリーン印刷法によって素子の作製を行うことも可能である。
▲４▼  上記実施例においては、ホール注入電極と第二発光層の間に第一のガラス基板が設けられているが、この第一のガラス基板は必ずしも設ける必要はなく、ホール注入電極と第二発光層とが直接接触した状態、或いはホール注入電極と第二発光層とが離れた状態で構成することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光した光を外部に取り出す第二の発光層に電圧を印加しないので、第二の発光層に高電場がかかることや、素子抵抗による発熱が生じることはなく、素子の耐久性が向上するという効果を奏した。加えて、従来では、高電場、または発熱等により生じる耐久性の問題で素子に用いる色素の種類が限定されていたものが、第一の発光層で発光した光によって励起される材料を第二発光層に用いるという条件を満たしていれば、幅広く発光層に用いる蛍光性色素を選択することが出来るようになり、平面フルカラーディスプレイの選択範囲が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の断面図である。
【図２】本発明の発光素子の製造工程を示す図である。
【図３】比較例の有機電界発光素子の断面図である。
【符号の説明】
３  第一発光層
５  第二発光層
【図１】
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【図２】
0003553619.tif 000006
【図３】
0003553619.tif 000007