(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物質の薄膜からなる発光層を含んだ有機物質の積層構造を有する電界発光素子であって、
前記発光層は、種類の異なる複数のクマリン系レーザー色素のみからなるアモルファス状の薄膜であり、その発光層には下記の構造式で示されるクマリン４５０（クマリン２）が含まれ、
【化１】
0003596084.tif 000002
これが発光中心となっていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
請求項１において、前記有機物質の積層構造は、透明基体上に、前記発光層の他に透明電極、ホール輸送層、電子輸送層、背面電極の各層を備えたことを特徴とする電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラーディスプレイ等の表示デバイスに応用される電界発光（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に、有機材料を発光層として青色のエレクトロルミネッセンスを生じる素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機材料によるエレクトロルミネッセンスが注目されている。すでに１９６６年には、アントラセン結晶による青色の発光について報告されている。このときは、まだ駆動電圧が高い（１００ボルト以上）、輝度が低い、効率が悪いなどの理由により、無機材料のエレクトロルミネッセンスに比べて発光特性に優れた面はなかった。
【０００３】
しかし、１９８７年に米国イーストマン・コダック社のタン、バンスライク両博士によって、有機材料による注入型エレクトロルミネッセンスの発光素子が発表された。その構造は金属電極／発光層（ｎ型）／正孔注入層（ｐ型）／透明電極からなる。発光層は、アルミニウムキノリン錯体、正孔注入層はジアミンである。金属電極から電子が、ジアミン層から正孔が注入され、アルミニウムキノリン錯体層とジアミン層との境界部で、エキシトンを形成後、発光しているものと考えられている（多くのエレクトロルミネッセンスの発光メカニズムは完全には解明されていない）。この素子の発光は緑色であり、駆動は直流電圧１０ボルト、輝度は１０００カンデラ／平方メートル、発光効率は１．５ルーメン／ワットを得ている。
【０００４】
このコダック社の発表以来、各方面で有機材料エレクトロルミネッセンスの研究が盛んに行われている。カラーディスプレイへの応用を目指し、ＲＧＢ三原色でそれぞれ発光する有機材料の開発し、発光安定性および輝度を向上し、低電圧で駆動できる薄型の素子構造やその製作方法などを開発する、といった目的を掲げて研究が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
有機材料エレクトロルミネッセンスによるカラーディスプレイを実現するにはＲＧＢ三原色で発光する素子が不可欠である。しかし現在の段階では、緑色の発光素子は実用レベルに達しているものの、赤色および青色の素子については実用レベルにはほど遠い特性しか得られていない。
【０００６】
とくに青色エレクトロルミネッセンスについては、発光にともなう熱緩和過程からの発熱や一重項酸素などが原因して、安定した発光すら得ることも困難な現状である。再結晶性が高い有機材料を発光層に用いると、固体化した場合に二量体等の生成により発光波長が長くなり、青色発光を実現できないし、発光してもすぐに消光してしまうなどの現象が見られる。
【０００７】
優れたエレクトロルミネッセンス特性を示す有機材料としてクマリン系レーザー色素が知られている。これは蛍光収率が大きな材料であり、緑色発光の色純度向上のためのドープ材料として使用したり、赤色発光のためのドープ材料として使用した研究報告がある。しかし、クマリン系レーザー色素を用いて安定した青色発光を実現できたという報告はない。むしろクマリン系レーザー色素は青色エレクトロルミネッセンスの材料としては適していないと見なされている。
【０００８】
例えばクマリン４５０などは、最大蛍光波長が４４６ｎｍ近辺にあり、色度としてはＲＧＢ三原色の青色に対応している。このように短波長の蛍光を発するクマリン系レーザー色素が存在するものの、一般的に単体では結晶性が高い。例えばクマリン４５０単体で蒸着膜を形成して発光層とした場合では、蒸着膜の再結晶化が起こり、望ましいアモルファス状の薄膜にはならない。そして、わずかに青色に発光が認められてものでも、その寿命は著しく短く、輝度が低くて安定しない。あるいは二量体を形成し、まったく青色に発光しないなどの結果が得られた。
【０００９】
この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、既知のクマリン系レーザー色素を用いて良好な特性で青色発光する電界発光素子を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の電界発光素子は、有機物質の薄膜からなる発光層を含んだ有機物質の積層構造を有する素子であって、前記発光層は、種類の異なる複数のクマリン系レーザー色素の混合物からなるアモルファス状の薄膜であり、その発光層にはクマリン４５０を含め、これを発光中心とすることが望ましい。
【００１１】
つぎの発明の電界発光素子では、前記発光層は、発光中心となるクマリン４５０をゲスト材料として適宜なホスト材料中に分散したアモルファス状の薄膜であり、その蛍光中心波長がクマリン４５０の蛍光波長以下であることを特徴とする。ここで前記ホスト材料としては、蛍光中心がクマリン４５０の蛍光波長よりも短波長領域側であるレーザー色素や、電子輸送性またはホール輸送性の有機材料を用いる。
【００１２】
【作用】
この発明により、発光層として、クマリン系レーザー色素を含んだアモルファス状の薄膜を形成でき、この発光層から安定に効率の良い青色発光を得ることができた。
【００１３】
【実施例】
まず最初に、この発明による電界発光素子の素子構造について、図１に従って簡単に説明する。図１に示すように、透明基板であるガラス基板１上に透明電極であるアノード電極２を形成し、その上に順次、ホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５、背面電極であるカソード電極６を積層形成する。各層の詳細は以下の実施例で説明する。
【００１４】
〔実施例１〕
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板１上にアノード電極２であるＩＴＯ（膜厚約１００ｎｍ）のＩＴＯ基板を設け、この基板上に、ＳｉＯ２蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした発光素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層３として図６に示す構造式のＴＰＤ（Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（３−メチルフェニル）４，４′−ジアミノビフェニル）を真空蒸着法により真空下で約５０ｎｍ蒸着（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）し、さらに発光層４を約５０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した後、電子輸送層５として図７に示す構造式のｔ−ｂｕｔｙｌ−ＰＢＤを約５０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した。その後、カソード電極６としてＡｌを約２ｋÅ蒸着（蒸着速度１１〜１３Å／ｓｅｃ）して、発光素子を作製した。
【００１５】
発光層４は、クマリン４４０、４４５、４５０（構造式を図２，図３，図４に示す）をそれぞれ重量比で等量、同一のＴａ蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。クマリン４４０、４４５，４５０のそれぞれの昇華点はほぼ同一温度であり、同一ボードを用いて共蒸着を行うことができる。この手法は実際の量産プロセスにおいても有意義な手法である。
【００１６】
こうして作製された有機電界青色発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長は４４７ｎｍであり、スペクトルの形状からクマリン４５０が発光中心となっていることが明らかであった。また、１５Ｖの印加電圧に対して約３００ｃｄ／ｍ２の輝度を得ることができた。
【００１７】
〔実施例２〕
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板１上にアノード電極２であるＩＴＯ（膜厚約１００ｎｍ）のＩＴＯ基板を設け、この基板に、ＳｉＯ２蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした発光素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層３としてＴＰＤ（Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（３−メチルフェニル）４，４′−ジアミノビフェニル）を真空蒸着法により真空下で約５０ｎｍ蒸着（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）し、さらに発光層４を約５０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した後、電子輸送層５としてアルミキノリノール錯体てある図５に示す構造式のＡ１ｑ３（トリス（８−キノリノール）アルミニウム）を約２０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した。その後、カソード電極６としてＡ１を約２ｋÅ蒸着（蒸着速度１１〜１３Å／ｓｅｃ）して発光素子を作製した。
【００１８】
発光層４は、レーザー色素ＱＵＩをホスト材料とし、ゲスト材料であるクマリン４５０をドープした。それぞれを別のＴａ蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。蒸着時にそれぞれの蒸着速度が２〜４Å／ｓｅｃになるように調節を行い発光層４を作製した。
【００１９】
こうして作製された発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長４４６ｎｍであり、スペクトルの形状からクマリン４５０が発光中心となっていることが明らかであった。また、１４Ｖの印加電圧に対して約２８０ｃｄ／ｍ２の輝度を得ることができた。
【００２０】
〔実施例３〕
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板１上にアノード電極２であるＩＴＯ（膜厚約１００ｎｍ）のＩＴＯ基板を設け、この基板上に、ＳｉＯ２蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層３としてＴＰＤ（Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（３−メチルフェニル）４，４′−ジアミノビフェニル）を真空蒸着法により真空下で約５０ｎｍ蒸着（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）し、さらに発光層４を約５０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した後、電子輸送層５としてｔ−ｂｕｔｙ１−ＰＢＤを約５０ｎｍ（蒸着速度２〜４Å／ｓｅｃ）蒸着した。その後、カソード電極６としてＡ１を約２ｋÅ蒸着（蒸着速度１１〜１３Å／ｓｅｃ）して、発光素子を作製した。
【００２１】
発光層４は、亜鉛錯体である図８に示す構造式のＺｎ（ｏｘｚ）２をホスト材料とし、ゲスト材料であるクマリン４５０をドープした。それぞれを別のＴａ蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。蒸着時にそれぞれの蒸着速度が２〜４Å／ｓｅｃになるように調節を行い発光層４を作製した。
【００２２】
こうして作製された有機電界青色発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長は４４６ｎｍであり、スペクトルの形状からクマリン４５０が発光中心となっていることが明らかであった。また、１４Ｖの印加電圧に対して約４００ｃｄ／ｍ２の輝度を得ることができた。
【００２３】
〔他の実施態様〕
前記の各実施例において、アノード電極２、電子輸送層５、ホール輸送層３、カソード電極６の材料は上記に限るものではなく、例えばホール輸送層３であるならばベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体等のホール輸送性有機物質を用いても良い。同様に、電子輸送層５にはペリレン誘導体、クマリン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体等の電子輸送性有機物質を用いても良い。カソード電極６の材料については、効率良く電子を注入するために、電極材料の真空準位からの仕事関数の小さい金属を用いるのが好ましく、例えば、Ｉｎ，Ｍｇ，Ａｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｌｉ等の低仕事関数金属を単体で、または他の金属との合金として安定性を高めて使用しても良い。本発明においてはアノード電極６の側から有機電界青色発光を取り出すため、アノード電極６には透明電極であるＩＴＯを用いたが、もちろん効率良くホールを注入するために、アノード電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばＡｕ、ＳｎＯ２＋Ｓｂ、ＺｎＯ＋Ａ１等の電極を用いても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本来結晶性が高く、薄膜化することにより二量体等を生じ、発光波長が長波長化すると考えられていたクマリン系レーザー色素を用いても青色発光が可能であることが明らかになった。
【００２５】
これにより一般的によく知られた、クマリン系の短波長レーザー色素等を用いても、青色発光を得ることができ、材料開発における可能性と時間短縮、また、新たな共蒸着系の指針を示すことができたと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用した発光素子の構造を示す概略図。
【図２】クマリン４５０の構造式。
【図３】クマリン４４５の構造式。
【図４】クマリン４４０の構造式。
【図５】Ａ１ｑ３の構造式。
【図６】ＴＰＤの構造式。
【図７】ｔ−Ｂｕ−ＰＢＤの構造式。
【図８】
Ｚｎ（ｏｘｚ）２の構造式。
【符号の説明】
１…透明基板
２…透明電極（アノード電極）
３…ホール輸送層
４…発光層
５…電子輸送層
６…背面電極（カソード電極）
【図１】
0003596084.tif 000003
【図２】
0003596084.tif 000004
【図３】
0003596084.tif 000005
【図４】
0003596084.tif 000006
【図５】
0003596084.tif 000007
【図６】
0003596084.tif 000008
【図７】
0003596084.tif 000009
【図８】
0003596084.tif 000010