JP2009164070A - 有機ｅｌ素子およびこれを用いた有機ｅｌ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐電圧を高めるとともに交流電源によって適切に発光させることが可能な有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置を提供すること。
【解決手段】有機層３と、有機層３を挟む透明電極層２および金属電極層５と、を有する有機ＥＬ素子Ａ１であって、有機層３と透明電極層２および金属電極層５との間に介在する誘電体層４Ａ，４Ｂを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に照明用途に適した有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置に関する。

図４は、従来の有機ＥＬ素子の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された有機ＥＬ素子Ｘは、基板９１上に透明電極層９２、有機層９３、金属電極層９４が積層された構造とされている。基板９１は、透明なガラス製であり、透明電極層９２は、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。有機層９３は、たとえば正孔注入層９３ａ、正孔輸送層９３ｂ、発光層９３ｃ、および電子輸送層９３ｄが積層されている。正孔注入層９３ａは、透明電極層９２からの正孔を発光層９３ｃに向けて注入するための層である。正孔輸送層９３ｂは、正孔注入層９３ａからの正孔を発光層９３ｃへと輸送するための層である。発光層９３ｃは、赤色光、緑色光、青色光などを自発光する層である。電子輸送層９３ｄは、金属電極層９４からの電子を発光層９３ｃへと輸送するための層である。金属電極層９４は、たとえばＡｌからなる。発光層９３ｃが発光すると、この光は、透明電極層９２および基板９１を透して基板９１の下面から出射される。

有機ＥＬ素子Ｘは、直流電源Ｐｄによって発光する。一般的に有機ＥＬ素子Ｘの駆動電圧は２０Ｖ程度である。一方、有機ＥＬ素子Ｘを室内の照明光源として用いる場合、その照明装置は、商用の交流１００Ｖ電源に接続される。有機ＥＬ素子Ｘを適切に発光駆動させるためには、交流１００Ｖ電源を直流２０Ｖ電源に整流および変圧することが強いられていた。

特開２０００−１５０１７１号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、耐電圧を高めるとともに交流電源によって適切に発光させることが可能な有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子は、有機層と、上記有機層を挟む１対の電極と、を有する有機ＥＬ素子であって、上記有機層と上記１対の電極の少なくともいずれかとの間に介在する１以上の誘電体層を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記誘電体層の存在により上記有機層に印加される電圧を相対的に低くすることができる。また、上記１対の電極と上記誘電体層とにより、いわゆるコンデンサが構成される。これにより、上記有機ＥＬ素子は、交流電流を流すような挙動を示す。上記有機層にとって電流方向が順方向となる期間については、上記有機ＥＬ素子を発光させることができる。

本発明の第２の側面によって提供される有機ＥＬ発光装置は、それぞれが有機層とこの有機層を挟むアノード電極およびカソード電極とを有する複数の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ発光装置であって、第１接続端子および第２接続端子をさらに備えており、上記複数の有機ＥＬ素子は、上記第１接続端子に上記アノード電極が、上記第２接続端子に上記カソード電極が、それぞれ接続されたものと、上記第１接続端子に上記カソード電極が、上記第２接続端子に上記アノード電極が、それぞれ接続されたものと、を含んでいることを特徴としている。

このような構成によれば、上記第１および第２接続端子に交流電源を接続すると、上記複数の有機ＥＬ素子が、半周期ずつ発光可能である。したがって、上記有機ＥＬ発光装置として、全周期にわたって発光することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記有機層は、その厚さが１μｍ以上であり、かつ単位厚さあたりの破壊電圧が１０⁸Ｖ／ｍ以上である。このような構成によれば、１００Ｖ程度の電圧が直接印加されても、上記有機ＥＬ素子が不当に絶縁破壊するおそれが少ない。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記各有機ＥＬ素子は、上記有機層と上記アノード電極および上記カソード電極の少なくともいずれかとの間に介在する１以上の誘電体層を備える。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子の第１実施形態を示している。本実施形態の有機ＥＬ素子Ａ１は、基板１、透明電極層２、有機層３、誘電体層４Ａ，４Ｂ、および金属電極層５を備えている。有機ＥＬ素子Ａ１は、たとえば照明装置の光源として用いられる。

基板１は、たとえばガラスからなる透明基板である。基板１は、透明電極層２、有機層３、誘電体層４Ａ，４Ｂ、および金属電極層５を支持するとともに、有機層３からの光を下面方向に透過させるためのものである。

透明電極層２は、電源Ｐの＋極に接続されており、正孔を供給するためのアノード電極である。透明電極層２は、たとえばＩＴＯからなる。

有機層３は、正孔注入層３１、正孔輸送層３２、発光層３３、および電子輸送層３４が積層されたものである。本実施形態において有機層３の厚さは、たとえば３００ｎｍ以下とされている。正孔注入層３１は、透明電極層２から発光層３３への正孔注入効率を向上させる役割を有するものである。正孔注入層３１は、たとえば銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる。

正孔輸送層３２は、発光層３３への正孔の移動を効率良く行うとともに、発光層３３における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。正孔輸送層３２は、たとえばＮＰＢからなる。

発光層３３は、発光物質を含んでおり、透明電極層２からの正孔と金属電極層５からの電子とが再結合することにより励起子を生成する場である。上記励起子が発光層３３内を移動する過程において上記発光物質が発光する。発光層３３に含まれる発光物質の種類を選択することにより、赤色光、緑色光および青色光などを自発光するように構成されている。上記発光物質としては、たとえばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体、ジトルイルビニルビフェニル、トリ（ジベンゾイルメチル）フェナントロリンユーロピウム錯体（Ｅｕ（ＤＢＭ）₃（Ｐｈｅｎ））、およびフェニルピリジンイリジウム化合物などの蛍光またはりん光性発光物質を使用することができる。もちろん、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアルキルチオフェン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体などのような高分子発光物質を用いてもよい。

電子輸送層３４は、発光層３３への電子の移動を効率良く行うとともに、発光層３３における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。電子輸送層３４を構成する材料としては、たとえばアントラキノジメタン、ジフェニルキノン、ペリレンテトラカルボン酸、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ベンズオキサゾール、およびこれらの誘導体を用いることができる。

誘電体層４Ａ，４Ｂは、たとえばＬｉＦなどの誘電体からなる層であり、有機層３を上下から挟んでいる。すなわち、誘電体層４Ａは、透明電極層２と有機層３との間に介在しており、誘電体層４Ｂは、金属電極層５と有機層３との間に介在している。本実施形態において誘電体層４Ａ，４Ｂの厚さは、それぞれ１０ｎｍ以上とされている。

金属電極層５は、電源Ｐの−極に接続されており、電子を供給するための電極である。金属電極層５は、たとえばＡｌからなり、比較的反射率が高い層とされている。

図２は、本発明に係る有機ＥＬ発光装置の第１実施形態を示している。本実施形態の有機ＥＬ発光装置Ｂ１は、複数の有機ＥＬ素子Ａ１、絶縁層６、配線層７および１対の接続端子８を備えている。複数の有機ＥＬ素子Ａ１は、上述した構成を有しており、基板１を互いに共有している。

複数の有機ＥＬ素子Ａ１は、たとえばＳｉＯ₂からなる絶縁層６によって覆われている。本実施形態においては、複数の有機ＥＬ素子Ａ１が２つのグループに区別されている。図示された２つの有機ＥＬ素子Ａ１は、互いに異なるグループに属している。本図によく表れているように、一方の有機ＥＬ素子Ａ１の透明電極層２と他方の有機ＥＬ素子Ａ１の金属電極層５とが、配線層７によって互いに導通している。各グループに属する有機ＥＬ素子Ａ１の透明電極層２には、１対の接続端子８のいずれかが接続されている。１対の接続端子８には、交流電源Ｐａが接続されている。交流電源Ｐａは、たとえば商用電源であり、その電圧が１００Ｖ程度である。

次に、有機ＥＬ素子Ａ１および有機ＥＬ発光装置Ｂ１の作用について説明する。

有機ＥＬ素子Ａ１においては、誘電体層４Ａ，４Ｂが設けられることにより、有機層３に印加される電圧が相対的に低くなる。このため、透明電極層２と金属電極層５との間にたとえば１００Ｖの電圧が印加されても、厚さが３００ｎｍ以下の有機層３が不当に絶縁破壊してしまうことを防止することができる。また、透明電極層２および金属電極層５に挟まれた誘電体層４Ａ，４Ｂを有することにより、有機ＥＬ素子Ａ１には、いわゆるコンデンサが構成されている。このため、透明電極層２と金属電極層５との間に交流電圧を印加すると、有機層３に交流電流が流れたような挙動を示す。これにより、透明電極層２側が＋極、金属電極層５側が−極に相当する電位となったときに、発光層３３が発光する。

有機ＥＬ発光装置Ｂ１においては、交流電源Ｐａに対してアノード電極である透明電極層２とカソード電極である金属電極層５とが互いに逆性の関係で接続された２つのグループの有機ＥＬ素子Ａ１が存在する。一方のグループに属する有機ＥＬ素子Ａ１は、交流電源Ｐａの周期の半分にあたる時間率で発光する。他方のグループに属する有機ＥＬ素子Ａ１は、交流電源Ｐａの周期のうち一方のグループが発光しない期間に発光する。これにより、有機ＥＬ発光装置Ｂ１は、交流電源Ｐａの全周期にわたって発光することができる。以上より、有機ＥＬ発光装置Ｂ１は、たとえば商用の交流１００Ｖ電源を直接接続して用いることが可能であり、たとえば屋内の照明装置として用いるのに適している。

図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置の第２実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本実施形態の有機ＥＬ発光装置Ｂ２は、上述した実施形態の有機ＥＬ素子Ａ１とは異なる構成である複数の有機ＥＬ素子Ａ２を備えている。

有機ＥＬ素子Ａ２は、基板１、透明電極層２、有機層３、および金属電極層５を備える一方、上述した実施形態で述べた誘電体層４Ａ，４Ｂを備えていない。本実施形態においえては、有機層３の厚さが１μｍ以上とされている。また、有機層３を形成する材質の耐電圧は、１０⁸Ｖ／ｍ以上である。これにより、有機層３の耐電圧が１００Ｖ以上とされている。

このような実施形態によっても、有機ＥＬ発光装置Ｂ１を商用の交流１００Ｖ電源である交流電源Ｐａによって、その全周期にわたって発光させることができる。有機ＥＬ素子Ａ２は、１００Ｖの電圧が直接印加されても不当に絶縁破壊するおそれが少ない。

本発明に係る有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明で言う誘電体層は、有機層の両側に設けられるものに限定されず、有機層の片側に設けられる構成であってもよい。

本発明に係る有機ＥＬ素子の第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係る有機ＥＬ発光装置の第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係る有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ発光装置の第２実施形態を示す断面図である。 従来の有機ＥＬ素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 有機ＥＬ素子
Ｂ１，Ｂ２ 有機ＥＬ発光装置
１ 基板
２ 透明電極層（アノード電極）
３ 有機層
４Ａ，４Ｂ 誘電体層
５ 金属電極層（カソード電極）
６ 絶縁層
７ 配線層
８ （第１および第２）接続端子
３１ 正孔注入層
３２ 正孔輸送層
３３ 発光層
３４ 電子輸送層

Claims (4)

1. 有機層と、
   上記有機層を挟む１対の電極と、
   を有する有機ＥＬ素子であって、
   上記有機層と上記１対の電極の少なくともいずれかとの間に介在する１以上の誘電体層を備えることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
2. それぞれが有機層とこの有機層を挟むアノード電極およびカソード電極とを有する複数の有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ発光装置であって、
   第１接続端子および第２接続端子をさらに備えており、
   上記複数の有機ＥＬ素子は、
   上記第１接続端子に上記アノード電極が、上記第２接続端子に上記カソード電極が、それぞれ接続されたものと、
   上記第１接続端子に上記カソード電極が、上記第２接続端子に上記アノード電極が、それぞれ接続されたものと、を含んでいることを特徴とする、有機ＥＬ発光装置。
3. 上記有機層は、その厚さが１μｍ以上であり、かつ単位厚さあたりの破壊電圧が１０⁸Ｖ／ｍ以上である、請求項２に記載の有機ＥＬ発光装置。
4. 上記各有機ＥＬ素子は、上記有機層と上記アノード電極および上記カソード電極の少なくともいずれかとの間に介在する１以上の誘電体層を備える、請求項２または３に記載の有機ＥＬ発光装置。

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