DE112012001477B4

DE112012001477B4 - Organisches Elektrolumineszenzelement

Info

Publication number: DE112012001477B4
Application number: DE112012001477.4T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Ide; Norihiro Ito; Hiroya Tsuji; Yuko Suzuka
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: JP6089280B2; CN103460805B; TW201248964A; DE112012001477T5; CN103460805A; WO2012132842A1; TWI485899B; JPWO2012132842A1; US9012902B2; US20140014937A1

Abstract

Organisches Elektrolumineszenzelement, das eine Struktur aufweist, bei der eine Mehrzahl von Licht-emittierenden Schichten (4a, 4b), die über eine Zwischenschicht (3) ausgebildet sind, zwischen eine positive und eine negative Elektrode (1, 2) geschichtet ist, wobei die Zwischenschicht (3) eine gemischte Schicht (3a), eine erste Schicht (3b) und eine Löcherinjektionsschicht (3c) hat, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode (1) zu der negativen Elektrode (2) ausgebildet sind, wobei die gemischte Schicht (3a) eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält und wobei die erste Schicht (3b) aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht, die Elektronen abgebende Substanz metallisches Lithium enthält, die gemischte Schicht (3a) eine Schicht ist, in der das metallische Lithium gemischt mit dem organischen Elektronentransportmaterial vorliegt, die gemischte Schicht (3a) 5 bis 50 Mol-% der Elektronen abgebenden Substanz enthält, die erste Schicht (3b) eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 20 nm hat und die Löcherinjektionsschicht (3c) aus einem Elektronen aufnehmenden organischen Material besteht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches Elektrolumineszenzelement, das für Lichtquellen für Beleuchtungszwecke, Hintergrundbeleuchtungen für LCD-Bildschirme, Flachbildschirme und dergleichen verwendet werden kann.
Stand der Technik
Ein bekanntes Beispiel für Licht-emittierende organische Elemente, so genannte organische Elektrolumineszenzelemente, ist ein Element, das Folgendes aufweist: eine transparente Elektrode, die als eine positive Elektrode dient; eine Löchertransportschicht; eine Licht-emittierende Schicht (organische Licht-emittierende Schicht); eine Elektroneninjektionsschicht; und eine Elektrode, die als eine negative Elektrode dient. Diese Schichten sind in der genannten Reihenfolge auf eine Oberfläche eines transparenten Substrats geschichtet. Wenn eine Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode angelegt wird, rekombinieren die Elektronen, die über die Elektroneninjektionsschicht in die Licht-emittierende Schicht injiziert werden, mit den Löchern, die über die Löchertransportschicht in die Licht-emittierende Schicht injiziert werden. Durch diese Rekombination wird Licht in der Licht-emittierenden Schicht erzeugt, und das in der Licht-emittierenden Schicht erzeugte Licht breitet sich durch die transparente Elektrode und das transparente Substrat hindurch nach außen aus.
Ein solches organisches Elektrolumineszenzelement ist zum Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass es selbstleuchtend ist, eine relativ hohe Emissionsleistung zeigt und die Emission von Licht in verschiedenen Farbtönen ermöglicht. Insbesondere rechnet man sehr mit ihrer Verwendung als Licht-Emitter in Anzeigevorrichtungen, wie etwa Flachbildschirmen, oder als Lichtquellen, zum Beispiel als Hintergrundbeleuchtungen bei LCD-Bildschirmen und für Beleuchtungszwecke, und einige von ihnen sind bereits auf dem Markt.
Bei einem solchen organischen Elektrolumineszenzelement gibt es einen Kompromiss zwischen der Leuchtdichte und der Lebensdauer. Daher ist eine intensive Entwicklungsarbeit im Gange, die auf ein organisches Elektrolumineszenzelement abzielt, dessen Lebensdauer auch dann nicht beeinträchtigt wird, wenn die Leuchtdichte erhöht wird, um ein brillanteres Bild und/oder helleres Licht zu erhalten. Insbesondere sind organische Elektrolumineszenzelemente vorgeschlagen worden, bei denen mehrere Licht-emittierende Schichten zwischen positive und negative Elektroden geschichtet sind und die Licht-emittierenden Schichten elektrisch verbunden sind (siehe zum Beispiel die Patentdokumente 1 bis 6).
4 zeigt ein Beispiel für die Struktur eines solchen organischen Elektrolumineszenzelements. Zwischen einer Elektrode, die als eine positive Elektrode 1 dient, und einer Elektrode, die als eine negative Elektrode 2 dient, sind mehrere Licht-emittierende Schichten 4a und 4b ausgebildet. Die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b sind so aufeinander geschichtet, dass zwischen die benachbarten Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b eine Zwischenschicht 3 geschichtet ist. Diese Schichtstruktur ist auf einer Oberfläche eines transparenten Substrats 5 angeordnet. Die positive Elektrode 1 ist als eine lichtdurchlässige Elektrode ausgebildet, während die negative Elektrode 2 als eine Licht reflektierende Elektrode ausgebildet ist. Eine Elektroneninjektionsschicht und eine Löchertransportschicht, die auf beiden Seiten der Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b ausgebildet sind, sind in 4 nicht dargestellt.
Bei dieser Konfiguration ist die Zwischenschicht 3 zwischen die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b geschichtet, sodass sie miteinander elektrisch verbunden sind. Wenn zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode eine Spannung angelegt wird, emittieren die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b Licht gleichzeitig so, als ob sie miteinander in Reihe geschaltet wären. Daher ist in diesem Fall das Licht, das von dem organischen Elektrolumineszenzelement emittiert wird, die Summe des Lichts, das von den einzelnen Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b emittiert wird. Daher ist, wenn ein konstanter Strom zugeführt wird, die Leuchtdichte bei diesem organischen Elektrolumineszenzelement höher als bei einem herkömmlichen organischen Elektrolumineszenzelement. Dadurch kann das Problem des Kompromisses zwischen der Leuchtdichte und der Lebensdauer gelöst werden.
Beispiele für bekannte gängige Konfigurationen für die Zwischenschicht 3 sind unter anderem (1) BCP:Cs/V₂O₅, (2) BCP:Cs/NPD:V₂O₅, (3) In-situ-Reaktionsprodukte eines Li-Komplexes und Al, (4) Alq:Li/ITO/Löchertransportmaterialien, (5) gemischte Schichten aus einem Metall und einer organischen Verbindung, (6) Oxide von Alkalimetallen und Erdalkalimetalen, (7) Schichtstoffe aus einer N-dotierten Schicht, einer Metalloxidschicht und einer P-dotierten Schicht, und dergleichen. In den vorgenannten Formeln bedeutet das Zeichen „:” ein Gemisch aus zwei Materialien, während das Zeichen „/” einen Schichtstoff aus zwei erstgenannten Zusammensetzungen und einer letztgenannten Zusammensetzung bezeichnet.
Patentdokumente 7 und 8 beschreiben eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung mit einer unteren Elektrode, die auf einem Substrat vorliegt, einer auf der unteren Elektrode vorliegenden organischen Schicht mit mindestens einer Lichtemissionsschicht, und einer auf der organischen Schicht vorliegenden oberen Elektrode mit einer transparenten leitfähigen Schicht. Zwischen der organischen Schicht und der oberen Elektrode befindet sich eine Elektroneninjektionsschicht. Die Elektroneninjektionsschicht umfasst eine Pufferschicht mit einem isolierenden Material und eine gemischte Schicht mit einem organischen Material, das eine Elektronen transportierende Eigenschaft hat, und einem metallischen Material, das eine Elektronen injizierende Eigenschaft hat.
Dokumente des Standes der Technik
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 2003-272860 A
Patentdokument 2: JP 2005-135600 A
Patentdokument 3: JP 2006-332048 A
Patentdokument 4: JP 2006-173550 A
Patentdokument 5: JP 2006-49393 A
Patentdokument 6: JP 2004-281371 A
Patentdokument 7: US 2006/0220534 A1
Patentdokument 8: JP 2006-351398 A

Kurze Darstellung der Erfindung
Probleme, die von der Erfindung gelöst werden sollen
Wie jedoch vorstehend dargelegt worden ist, kann das Ausbilden einer Zwischenschicht, die mehrere Licht-emittierende Schichten voneinander trennt, zu einem Anstieg der Betriebsspannung und einem unerwünschten Anstieg der Spannung führen und auch Fehler verursachen, wie etwa Kurzschlüsse infolge einer Qualitätsminderung der Schicht.
Insbesondere besteht im Fall der Zwischenschicht des Typs (1) die Gefahr von Fehlern, die durch Kurzschlüsse infolge einer schlechten Qualität der V₂O₅-Schicht verursacht werden.
Im Fall des Typs (2) kann das Problem eines Anstiegs der Spannung bestehen, der von den Nebenreaktionen zwischen den beiden Schichten verursacht wird. Es wurde zum Beispiel berichtet, dass Moleküle der Lewis-Säure mit dem Elektronentransportmaterial reagieren und Alkalimetalle mit dem Löchertransportmaterial als Lewis-Basen reagieren, was zu einem Anstieg der Betriebsspannung führt [siehe „Multiphoton organic EL devices for illumination” („Organische Mehrphotonen-EL-Elemente für Beleuchtungszwecke”), Tagung der Forschungsgruppe für elektrische und elektronische Eigenschaften von Polymeren und organischen Verbindungen, Gesellschaft für Polymerwissenschaft, 9. Dezember 2005].
Im Fall des Typs (3) besteht gelegentlich das Problem, dass die organische Ligandenkomponente eines Li-Komplexes, der zum Herstellen eines In-situ-Reaktionsprodukts verwendet wird, ungünstige Auswirkungen auf die Eigenschaften des Elements hat.
Im Fall des Typs (4) ist die Löcherinjektion von ITO als einer Zwischenschicht in das Löchertransportmaterial nicht immer günstig und führt gelegentlich zu Problemen bei der Betriebsspannung und den Eigenschaften des Elements. Und da der spezifische Widerstand von ITO kleiner ist, können elektrische Ladungen auf der ITO-Oberfläche zu Stellen wandern, an denen eine Emission nicht erwünscht ist, was zu einer Lichtemission von anderen als den gewünschten Lumineszenzbereichen führt.
Da im Fall des Typs (5) die Zwischenschicht durch Mischen eines organischen Stoffs mit einem Metall, zum Beispiel einer Metallverbindung, wie etwa Metalloxid, hergestellt wird, besteht die Gefahr einer Verschlechterung der thermischen Beständigkeit der Zwischenschicht und somit einer Zersetzung der Zwischenschicht, insbesondere wenn ein großer Strom in sie eingespeist wird.
Im Fall des Typs (6) ist die Leistungsfähigkeit der Zwischenschicht aus einem Metalloxid, das ein Alkali- oder Erdalkalimetall enthält, nicht völlig ausreichend. Daher muss praktisch eine Schicht aus einer anderen Substanz als das Metalloxid, das ein Alkali- oder Erdalkalimetall enthält, beim Herstellen des Schichtstoffs verwendet werden, wodurch die Struktur der Zwischenschicht komplizierter wird und die Herstellung der Schicht erschwert wird.
Im Fall des Typs (7) wird offenbart, dass eine Schicht zum Vermeiden der Diffusion des Metalloxids ausgebildet wird, um eine gegenseitige Diffusion der P- und N-Dotanden in der Zwischenschicht zu vermeiden. Unter dem Aspekt der OLED-Konstruktion entspricht jedoch das Einbauen einer Schicht, die nur aus einem Metalloxid besteht, als die Zwischenschicht der zusätzlichen Verwendung einer Komponente, die eine höhere Brechzahl als der organische Hauptstoff in der OLED hat. In diesem Fall wird die Brechzahl in dem Zwischenbereich sehr unstetig (Differenz von 0,2 oder mehr), was unter optischen Aspekten zu einem Anstieg der optischen Interferenz infolge der Differenz bei der Brechzahl führt und dadurch das Entwerfen von optischen Bauelementen erschwert wird. Daher ist ein solches System unter dem Aspekt der Emissionseigenschaften, wie etwa der Emissionsleistung, nicht zweckmäßig.
Darüber hinaus besteht in den Fällen der Typen (1) und (4) die Gefahr, dass Fehler um die Zwischenschicht herum durch mechanische Spannungen in der Schicht, die die Zwischenschicht bildet, verstärkt werden können, insbesondere wenn das organische Elektrolumineszenzelement ein Element mit einer großen Fläche ist.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, haben organische Elektrolumineszenzelemente, die mehrere Licht-emittierende Schichten haben, die über Zwischenschichten aufeinander geschichtet sind, verschiedene Probleme, wie etwa Beständigkeit und Lebensdauer, und daher besteht zurzeit Bedarf an einer Zwischenschicht, die diese Probleme überwindet.
In Anbetracht der vorgenannten Probleme ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein organisches Elektrolumineszenzelement zur Verfügung zu stellen, das eine verbesserte Zwischenschicht hat und somit eine hervorragende Langzeitbeständigkeit und hervorragende Lebensdauer-Eigenschaften hat.
Mittel zur Lösung der Probleme
Das organische Elektrolumineszenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein organisches Elektrolumineszenzelement, das eine Struktur hat, bei der eine Vielzahl von Licht-emittierenden Schichten, die über eine Zwischenschicht ausgebildet sind, zwischen eine positive und eine negative Elektrode geschichtet ist. Die Zwischenschicht hat eine gemischte Schicht, eine erste Schicht und eine Löcherinjektionsschicht, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode ausgebildet sind. Die gemischte Schicht enthält eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial. Die erste Schicht besteht aus einem organischen Elektronentransportmaterial. Die Elektronen abgebende Substanz enthält metallisches Lithium. Die gemischte Schicht ist eine Schicht, in der das metallische Lithium gemischt mit dem organischen Elektronentransportmaterial vorliegt. Die gemischte Schicht enthält 5 bis 50 Mol-% der Elektronen abgebenden Substanz. Die erste Schicht hat eine Dicke in dem Bereich von 0,2 bis 20 nm, und die Löcherinjektionsschicht besteht aus einem Elektronen aufnehmenden organischen Material.
Das Elektronen aufnehmende organische Material ist vorzugsweise 1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylen-hexacarbonitril.
Das organische Elektrolumineszenzelement hat vorzugsweise weiterhin eine zweite Schicht, die aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht und zwischen der positiven Elektrode und der gemischten Schicht ausgebildet ist. Das organische Elektronentransportmaterial, das in der gemischten Schicht enthalten ist, das organische Elektronentransportmaterial, das die erste Schicht bildet, und das organische Elektronentransportmaterial, das die zweite Schicht bildet, sind das gleiche Material.
Darüber hinaus ist ein organisches Elektrolumineszenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung ein organisches Elektrolumineszenzelement, das eine Struktur hat, bei der eine Vielzahl von Licht-emittierenden Schichten, die über eine Zwischenschicht ausgebildet sind, zwischen eine positive und eine negative Elektrode geschichtet ist. Die Zwischenschicht hat eine Elektroneninjektionsschicht und eine Löcherinjektionsschicht, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode ausgebildet sind. Die Elektroneninjektionsschicht enthält eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial. Wenn der Gehalt der Elektronen abgebenden Substanz mit C1 bezeichnet wird und der Gehalt des organischen Elektronentransportmaterials mit C2 bezeichnet wird, wird der Wert von C1/C2 zu einem mittleren Bereich der Zwischenschicht hin größer als an deren Enden, die sich in der Nähe der positiven Elektrode bzw. der negativen Elektrode befinden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine direkte Reaktion der gemischten Schicht, die eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält, mit der Löcherinjektionsschicht zu unterdrücken und ein Vermischen zwischen der gemischten Schicht und der Löcherinjektionsschicht an deren Grenzfläche und eine Diffusion von Materialien zwischen den Schichten während des Betriebs zu verhindern. Daher ist es möglich, ein organisches Elektrolumineszenzelement zu erhalten, das eine hervorragende Langzeitbeständigkeit und hervorragende Lebensdauer-Eigenschaften hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht, die die Schichtstruktur eines organischen Elektrolumineszenzelements in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die die Schichtstruktur eines organischen Elektrolumineszenzelements in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die 3(a) und 3(b) zeigen die schematische Konfiguration eines organischen Elektrolumineszenzelements, das in einem Beispiel hergestellt wird. 3(a) ist eine Draufsicht, während 3(b) eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 3(a) ist.
4 ist eine schematische Schnittansicht, die die Schichtstruktur eines Beispiels für ein herkömmliches organisches Elektrolumineszenzelement zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
1 zeigt die Schichtstruktur eines organischen Elektrolumineszenzelements gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Licht-emittierende Schichten (die auch als „organische Licht-emittierende Schichten” bezeichnet werden) 4 und eine Zwischenschicht 3 zwischen einer Elektrode, die als eine positive Elektrode 1 dient, und einer Elektrode ausgebildet sind, die als eine negative Elektrode 2 dient. Die Licht-emittierenden Schichten 4 haben mehrere Licht-emittierende Schichten 4a und 4b, wobei die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b in der Richtung aufeinander geschichtet werden, in der die positive Elektrode 1 und die negative Elektrode 2 aufeinander geschichtet werden, und die Zwischenschicht 3 zwischen die benachbarten Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b geschichtet wird. Darüber hinaus ist eine Elektrode (in 1 die positive Elektrode 1) auf der Oberfläche eines transparenten Substrats 5 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die positive Elektrode 1 als eine lichtdurchlässige Elektrode ausgebildet, während die negative Elektrode 2 als eine Licht reflektierende Elektrode ausgebildet ist.
Bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die beiden Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b als die Licht-emittierenden Schichten 4 über die Zwischenschicht 3 ausgebildet, aber es können auch eine oder mehrere Licht-emittierende Schichten 4 aufeinander geschichtet werden, zwischen die eine oder mehrere zusätzliche Zwischenschichten 3 geschichtet werden. Die Anzahl der aufeinander geschichteten Licht-emittierenden Schichten 4 ist zwar nicht besonders beschränkt, aber da eine steigende Anzahl von Schichten zu einer steigenden Komplexität der optischen und elektrischen Konfiguration des Elements führt, ist die Anzahl der aufeinander geschichteten Licht-emittierenden Schichten 4 vorzugsweise 5 oder kleiner. Ähnlich wie bei den üblichen organischen Elektrolumineszenzelementen können zwischen der Licht-emittierenden Schicht 4a oder 4b und der positiven Elektrode 1 oder der negativen Elektrode 2 eine Zwischenschicht und bei Bedarf auch eine Löcherinjektionsschicht, eine Löchertransportschicht, eine Elektronentransportschicht, eine Elektroneninjektionsschicht oder dergleichen (diese Schichten sind in 1 nicht dargestellt) ausgebildet werden.
Wie in 1 gezeigt ist, wird bei dem organischen Elektrolumineszenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung die Zwischenschicht 3 von einer gemischten Schicht 3a, einer ersten Schicht 3b aus einem organischen Elektronentransportmaterial und einer Löcherinjektionsschicht 3c gebildet, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode 1 zu der negativen Elektrode 2 aufeinander geschichtet sind.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, ist die gemischte Schicht 3 eine Schicht, die eine Elektronen abgebende Substanz, die die Funktion hat, Elektronen zu injizieren, und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält.
Die Elektronen abgebende Substanz, die in der gemischten Schicht 3a enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt, und es kann zum Beispiel ein Metall mit einer Austrittsarbeit von 3,7 eV oder weniger verwendet werden. Typische Beispiele hierfür sind Alkali-, Erdalkali- und Seltenerdmetalle, wie etwa Cer, Lithium, Natrium, Magnesium, Kalium, Rubidium, Samarium, Yttrium und Cäsium; Perylen; TTF (Tetrathiafulvalen); TTT (Tetrathionaphthacen) und Tetrakis(1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin)-Diwolfram (II), das in JP 2009-521109 A beschrieben ist, und dergleichen.
Das organische Elektronentransportmaterial, das in der gemischten Schicht 3a enthalten ist, ist zum Beispiel 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin (BCP), der Aluminiumkomplex Tris(8-hydroxychinolinato)aluminium (Alq3), der Aluminiumkomplex Bis(2-methyl-8-chinolinat)-4-(phenylphenolato)aluminium (BAlq), Phenanthrolin-Derivate, Pyridin-Derivate, Tetrazin-Derivate, Oxadiazol-Derivate und dergleichen.
Die Dicke der gemischten Schicht 3a ist zwar nicht besonders beschränkt, beträgt aber vorzugsweise 0,5 bis 20 nm. Die gemischte Schicht 3a zeigt ihre Funktion ausreichend, wenn die Dicke in diesem Bereich liegt.
Der Gehalt der Elektronen abgebenden Substanz in der gemischten Schicht 3a beträgt vorzugsweise 5 bis 50 Mol-%, bezogen auf die gesamte gemischte Schicht 3a, während der Gehalt des organischen Elektronentransportmaterials vorzugsweise 95 bis 50 Mol-%, bezogen auf die gesamte gemischte Schicht 3a, beträgt. Wenn die Gehalte in den vorgenannten Bereichen liegen, kann eine direkte Reaktion zwischen der gemischten Schicht 3a und der nachstehend beschriebenen Löcherinjektionsschicht 3c effektiver unterdrückt werden. Außerdem ist es möglich, ein Vermischen zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c an deren Grenzfläche und eine Diffusion von Materialien zwischen den Schichten während des Betriebs effektiver zu verhindern.
Die Elektronen abgebende Substanz, die in der gemischten Schicht 3a enthalten ist, kann weitgehend gleichmäßig in die gesamte gemischte Schicht 3a eingemischt werden oder kann in bestimmte Bereiche der gemischten Schicht 3a eingemischt oder geschichtet werden, zum Beispiel in den Bereich in der Nähe des Zwischenbereichs von 3a oder des Bereichs in der Nähe der Grenzfläche zu einen benachbarten ersten Schicht 3b aus einem organischen Elektronentransportmaterial. Bei diesen Konfigurationen ist es möglich, die Eigenschaften der gemischten Schicht 3a, die für die Zwischenschicht 3 gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, durch die Wechselwirkung zwischen der Elektronen abgebenden Substanz und dem organischen Elektronentransportmaterial, das die gemischte Schicht 3a bildet, zum Ausdruck zu bringen.
Beispiele für das organische Elektronentransportmaterial zur Verwendung in der ersten Schicht 3b sind diejenigen, die für das in der gemischten Schicht 3a enthaltene organische Elektronentransportmaterial angegeben worden sind.
Die erste Schicht 3b, die eine Elektronentransportschicht ist, hat eine Dicke von 0,2 bis 20 nm. Wenn die Dicke der ersten Schicht 3b in dem vorgenannten Bereich liegt, kann eine direkte Reaktion zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c unterdrückt werden und ein Vermischen zwischen den Schichten 3a und 3c an deren Grenzfläche und eine Diffusion von Materialien zwischen den Schichten während des Betriebs können verhindert werden. Dadurch ist es möglich, ein organisches Elektrolumineszenzelement zu erhalten, das eine hervorragende Langzeitbeständigkeit und hervorragende Lebensdauer-Eigenschaften hat, und ein organisches Elektrolumineszenzelement zu erhalten, das eine niedrigere Betriebsspannung hat und eine hervorragende Langzeitbeständigkeit und hervorragende Lebensdauer-Eigenschaften insbesondere durch genaueres Steuern der Dicke hat. Die Dicke der ersten Schicht 3b beträgt besser 0,5 bis 5 nm und am besten 2 bis 5 nm.
Hingegen besteht die Löcherinjektionsschicht 3c vorzugsweise nur aus einem Elektronen aufnehmenden organischen Material (auch als „Lewis-Säure” bezeichnet). Das Elektronen aufnehmende organische Material in der Löcherinjektionsschicht 3c ist nicht besonders beschränkt und kann zum Beispiel ein Pyrazin-Derivat sein, das durch die Strukturformel der folgenden Formel (1) dargestellt ist: Formel (1):
Hier steht Ar für eine Arylgruppe und R steht für ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Alkyloxy- oder Dialkylamingruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 1 bis 10, F, Cl, Br, I oder CN.
Die Elektronen aufnehmende Substanz der Löcherinjektionsschicht ist besonders bevorzugt ein Hexaazatriphenylen-Derivat, das durch die Strukturformel der folgenden Formel (2) dargestellt ist: Formel (2):
Hier steht R steht für ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Alkyloxy- oder Dialkylamingruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 1 bis 10, F, Cl, Br, I oder CN.
Die Dicke der Löcherinjektionsschicht 3c ist zwar nicht besonders beschränkt, wird aber vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,5 bis 20 nm gewählt, da die Löcherinjektionsleistung entsprechend eingestellt und gewährleistet werden kann, wenn die Dicke in dem vorgenannten Bereich liegt.
Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen dem LUMO1 (LUMO: niedrigstes unbesetztes Molekülorbital) des organischen Elektronentransportmaterials, das die erste Schicht 3b bildet, und dem LUMO2 des Elektronen aufnehmenden organischen Materials, das die Löcherinjektionsschicht 3c bildet (der Absolutwert ist |LUMO1 – LUMO2|) kleiner ist, können die Elektronen, die von der Löcherinjektionsschicht 3c bereitgestellt werden, effizienter zu der gemischten Schicht 3a transportiert werden. Daher ist der Wert von |LUMO1 – LUMO2| vorzugsweise 1,5 eV oder kleiner, besser 0,8 eV oder kleiner. Unter dem vorgenannten Aspekt ist eine Kombination aus der ersten Schicht 3b, zum Beispiel aus BCP (LUMO: –3,2 eV) und der Löcherinjektionsschicht 3c, zum Beispiel aus 1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylen-hexacarbonitril (LUMO: –4,0 eV), das durch die Strukturformel der folgenden Formel (3) dargestellt ist, besonders bevorzugt, da der Wert von |LUMO1 – LUMO2| kleiner ist. Formel (3):
Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird bei der Herstellung der Zwischenschicht 3, die die gemischte Schicht 3a, die erste Schicht 3b und die Löcherinjektionsschicht 3c hat, zunächst die gemischte Schicht 3a, die eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält, auf der Licht-emittierenden Schicht 4 ausgebildet, die sich in der Nähe der positiven Elektrode 1 befindet. Dann wird die erste Schicht 3b, die aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht, auf der Oberfläche der gemischten Schicht 3a ausgebildet, und zusätzlich wird die Löcherinjektionsschicht 3c, die aus einem Löcherinjektionsmaterial besteht, auf der Oberfläche der ersten Schicht 3b ausgebildet. Das Verfahren zum Ausbilden der gemischten Schicht 3a, der ersten Schicht 3b und der Löcherinjektionsschicht 3c ist zwar nicht besonders beschränkt, aber bevorzugt wird das Verfahren der Aufdampfung im Vakuum, da es eine sehr exakte Steuerung der Dicke ermöglicht. Wenn zum Beispiel eine Elektronentransportschicht auf der Oberfläche der Licht-emittierenden Schicht 4 ausgebildet wird, wird die Zwischenschicht 3 auf der Licht-emittierenden Schicht 4 ausgebildet, während die Elektronentransportschicht zwischen die Zwischenschicht 3 und die Licht-emittierende Schicht 4 geschichtet wird.
Als die Materialien für die Licht-emittierende Schicht 4 können alle Materialien verwendet werden, die als die Materialien für organische Elektrolumineszenzelemente bekannt sind. Beispiele hierfür sind unter anderem Anthracen, Naphthalen, Pyren, Tetracen, Coronen, Perylen, Phthaloperylen, Naphthaloperylen, Diphenylbutadien, Tetraphenylbutadien, Cumarin, Oxadiazol, Bisbenzoxazolin, Bisstyryl, Cyclopentadien, Chinolin-Metallkomplexe, der Aluminiumkomplex Tris(8-hydroxychinolinato)aluminium (Alq3), der Aluminiumkomplex Tris(4-methyl-8-chinolinato)aluminium, der Aluminiumkomplex Tris(5-phenyl-8-chinolinato)aluminium, Aminochinolin-Metallkomplexe, Benzochinolin-Metallkomplexe, Tri-(p-terphenyl-4-yl)amin, 1-Aryl-2,5-di(2-thienyl)pyrrol-Derivate, Pyran, Chinacridon, Rubren, Distyrylbenzen-Derivate, Distyrylarylen-Derivate, Distyrylamin-Derivate, verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe, die vorgenannten Materialien und deren Derivate. Licht-emittierende Materialien, die aus diesen Verbindungen ausgewählt sind, können in entsprechenden Kombinationen verwendet werden. Außer den fluoreszierenden Verbindungen, wie etwa den vorgenannten Verbindungen, können auch Materialien, die Licht von einem Spin-Multiplett emittieren, wie etwa phosphoreszierende Stoffe, die phosphoreszierendes Licht emittieren, und Verbindungen, die eine solche Einheit im Molekül enthalten, vorteilhaft verwendet werden. Die organische Schicht aus einem solchen Material kann mit einem Trockenverfahren, wie etwa Aufdampfung oder Übertragung, oder mit einem Nassverfahren, wie etwa Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung, Spritzbeschichtung oder Tiefdruck, hergestellt werden. Bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, können die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4a und 4b aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen.
Die Dicke der Licht-emittierenden Schicht 4 ist zwar nicht besonders beschränkt, beträgt aber vorzugsweise 0,5 bis 20 nm.
Für die übrigen Komponenten, die das organische Elektrolumineszenzelement von 1 bilden, d. h. das Substrat 5, das das Schicht-Element hält, die positive Elektrode 1, die negative Elektrode 2 und andere Komponenten, können Materialien, die bisher normalerweise verwendet worden sind, unverändert zum Einsatz kommen.
Insbesondere besteht das Substrat 5 aus einem lichtdurchlässigen Material, wenn das Substrat 5 Licht durchlassen muss. In diesem Fall kann das Substrat 5 transparent oder farblos, leicht gefärbt oder getrübt wie Mattglas sein. Beispiele für das Substrat sind transparente Glasplatten, wie etwa Sodakalkglas und alkalifreies Glas, und Kunststofffolien und -platten, die mit einem beliebigen Verfahren aus Kunststoffen, wie etwa Polyester, Polyolefin, Polyamid, Epoxidharzen, Fluorharzen und dergleichen, hergestellt sind. Darüber hinaus kann auch ein Substrat 5 mit einer Lichtdiffusionswirkung verwendet werden, das zum Beispiel dadurch hergestellt wird, dass Teilchen, Pulver oder Schäume, die eine andere Brechzahl als das Substrat 5 haben, zugegeben werden oder dass eine Form auf der Oberfläche hergestellt wird. Wenn kein Licht durch das Substrat 5 emittiert werden soll, darf das Substrat 5 kein Licht durchlassen. Es kann jedes Substrat 5 verwendet werden, wenn die Emissionseigenschaften, Lebensdauer-Eigenschaften und dergleichen des Elements nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere kann ein hoch wärmeleitendes Substrat 5 verwendet werden, um den Temperaturanstieg des Elements durch die während des Betriebs erzeugte Wärme niedrig zu halten.
Die positive Elektrode 1, die eine Elektrode zum Injizieren von Löchern in die Licht-emittierende organische Schicht 4 ist, besteht vorzugsweise aus einem Elektrodenmaterial, das aus Metallen, Legierungen und elektrisch leitenden Verbindungen gewählt ist, die eine höhere Austrittsarbeit haben, und Gemischen aus diesen. Besser wird ein Elektrodenmaterial verwendet, das eine Austrittsarbeit von 4 eV oder mehr hat. Beispiele für das Material für die positive Elektrode 1 sind Metalle, wie etwa Gold; CuI, ITO (Indium-Zinnoxid), SnO₂, ZnO und IZO (Indium-Zinkoxid); leitende Polymere, wie etwa PEDOT und Polyanilin; leitende Polymere, die zum Beispiel mit einem beliebigen Akzeptor dotiert sind; und leitende lichtdurchlässige Materialien, wie etwa Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Die positive Elektrode 1 kann zum Beispiel durch Ausbilden einer Dünnschicht aus mindestens einem dieser Elektrodenmaterialien auf der Oberfläche des Substrats 5 mit einem Verfahren wie Aufdampfung im Vakuum, Sputtern oder Beschichten hergestellt werden. Damit sich das Licht, das in der Licht-emittierenden organischen Schicht 4 erzeugt wird, über die positive Elektrode 1 nach außen ausbreiten kann, hat die positive Elektrode 1 vorzugsweise eine Lichtdurchlässigkeit von 70% oder mehr. Die positive Elektrode 1 hat vorzugsweise einen Schichtwiderstand von mehreren Hundert Ω/☐ oder weniger, besonders bevorzugt von 100 Ω/☐ oder weniger. Die Dicke der positiven Elektrode 1 hängt zwar von den verwendeten Materialien ab, aber sie wird vorzugsweise in dem Bereich von 500 nm oder weniger, besser in dem Bereich von 10 bis 200 nm, gewählt, um die Eigenschaften der positiven Elektrode 1, wie etwa Lichtdurchlässigkeit und Schichtwiderstand, in den vorgenannten Bereichen zu steuern.
Die negative Elektrode 2, die eine Elektrode zum Injizieren von Elektronen in die Licht-emittierende organische Schicht 4 ist, besteht vorzugsweise aus einem Elektrodenmaterial, das aus Metallen, Legierungen oder elektrisch leitenden Verbindungen gewählt ist, die eine niedrige Austrittsarbeit haben, und Gemischen aus diesen. Besser wird ein Elektrodenmaterial verwendet, das eine Austrittsarbeit von 5 eV oder weniger hat. Beispiele für das Elektrodenmaterial für die negative Elektrode 2 sind Alkalimetalle, Alkalimetallhalogenide, Alkalimetalloxide, Erdalkalimetalle und dergleichen sowie deren Legierungen mit anderen Metallen, und spezielle Beispiele hierfür sind Natrium, Natrium-Kalium-Legierungen, Lithium, Magnesium, Magnesium-Silber-Gemische, Magnesium-Indium-Gemische, Aluminium-Lithium-Legierungen und Ai/LIF-Gemische. Außerdem können zum Beispiel auch Aluminium und Al/Al₂O₃-Gemische verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Alkalimetalloxid, ein Alkalimetallhalogenid oder ein Metalloxid als eine Unterschicht für die negative Elektrode 2 verwendet werden, und darauf können eine oder mehrere Schichten aus leitenden Materialien, wie etwa Metallen, ausgebildet werden. Beispiele hierfür sind Alkalimetall/Al-Schichtstoffe, Alkalimetallhalogenid/Erdalkalimetall/Al-Schichtstoffe, Alkalimetalloxid/Al-Schichtstoffe und dergleichen. Alternativ kann eine transparente Elektrode, wie etwa ITO oder IZO, zur Emission des Lichts von der Seite der negativen Elektrode 2 zum Einsatz kommen. Die Schicht aus der organischen Substanz an der Grenzfläche zu der negativen Elektrode 2 kann mit einem Alkali- oder Erdalkalimetall, wie etwa Lithium, Natrium, Cäsium oder Calcium, dotiert werden.
Die negative Elektrode 2 kann zum Beispiel durch Ausbilden einer Dünnschicht aus mindestens einem dieser Elektrodenmaterialien mit einem Verfahren wie Aufdampfung im Vakuum oder Sputtern hergestellt werden. Wenn das Licht, das in der Licht-emittierenden Schicht 4 erzeugt wird, über die positive Elektrode 1 nach außen emittiert werden soll, hat die negative Elektrode 2 vorzugsweise eine Lichtdurchlässigkeit von 10% oder weniger. Wenn die negative Elektrode 2 hingegen als eine transparente Elektrode dienen soll, die es ermöglicht, dass sich das Licht über die negative Elektrode 2 nach außen ausbreiten kann (oder wenn sowohl die positive Elektrode 1 als auch die negative Elektrode 2 eine Ausbreitung des Lichts nach außen ermöglichen), hat die negative Elektrode 2 vorzugsweise eine Lichtdurchlässigkeit von 70% oder mehr. Die Dicke der negativen Elektrode 2 hängt zwar von den verwendeten Materialien ab, aber sie beträgt in diesem Fall normalerweise 500 nm oder weniger und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 100 bis 200 nm, um die Eigenschaften der negativen Elektrode 2, wie etwa Lichtdurchlässigkeit, zu steuern.
Bei diesem organischen Elektrolumineszenzelement, das in der vorstehend beschrieben Weise hergestellt wird, sind mehrere Licht-emittierende Schichten 4 (4a und 4b) aufeinander geschichtet, während eine Zwischenschicht 3 dazwischen geschichtet ist. Die mehreren Licht-emittierenden Schichten 4 emittieren Licht, während sie über die Zwischenschicht 3 elektrisch verbunden sind. Somit kann Licht mit einer hohen Leuchtdichte emittiert werden.
In der Zwischenschicht 3 ist die erste Schicht 3b, die aus einem organischen Elektronentransportmaterial mit einer Dicke von 0,2 bis 20 nm besteht, zwischen die gemischte Schicht 3a, die eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält, und die Löcherinjektionsschicht 3c geschichtet. Dadurch ist es problemlos möglich, eine direkte Reaktion zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c zu unterdrücken und ein Vermischen zwischen der gemischten Schicht und der Löcherinjektionsschicht an deren Grenzfläche und eine Diffusion von Materialien der beiden Schichten während des Betriebs zu verhindern. Somit kann ein organisches Elektrolumineszenzelement erhalten werden, das eine hervorragende Langzeitbeständigkeit und hervorragende Lebensdauer-Eigenschaften hat. Die Verwendung von organischen Substanzen und der Verzicht auf ein Metalloxid in allen Schichten der Zwischenschicht sind insofern vorteilhafter als die Verwendung eines Metalloxids, als keine Differenz in der Größe der Brechzahl entsteht und es möglich ist, die Betriebsspannung zu verringern.
Wie in 2 gezeigt ist, kann das erfindungsgemäße organische Elektrolumineszenzelement weiterhin eine zweite Schicht 6 aus einem organischen Elektronentransportmaterial zwischen der positiven Elektrode 1 und der gemischten Schicht 3a haben. Die zweite Schicht 6 aus einem organischen Elektronentransportmaterial kann über oder unter der Licht-emittierenden Schicht 4a ausgebildet werden, wenn sie sich zwischen der positiven Elektrode 1 und der gemischten Schicht 3a befindet. Wie in 2 gezeigt ist, ist die zweite Schicht 6 vorzugsweise zwischen die Licht-emittierende Schicht 4a und die gemischte Schicht 3a geschichtet. Wenn das organische Elektronentransportmaterial, das in der gemischten Schicht 3a enthalten ist, das organische Elektronentransportmaterial der ersten Schicht 3b und das organische Elektronentransportmaterial der zweiten Schicht 6 alle das gleiche Material sind, hat das organische Elektrolumineszenzelement eine noch bessere Langzeitbeständigkeit und noch besser Lebensdauer-Eigenschaften.
Wenn alle organischen Elektronentransportmaterialien gleich sind, ist es möglich, bei der Aufdampfung des organischen Elektronentransportmaterials die Häufigkeit der Operationen zu verringern, die für einen Austausch der Aufdampfquelle erforderlich sind. Wenn das organische Elektronentransportmaterial der gemischten Schicht 3a ein anderes organisches Elektronentransportmaterial als das in der ersten Schicht 3b und der zweiten Schicht 6 ist, sollten die Aufdampfquellen beim Aufdampfen ausgewechselt werden. Wenn hingegen alle organischen Elektronentransportmaterialien gleich sind, ist es möglich, Schichten aus dem organischen Elektronentransportmaterial kontinuierlich durch Aufdampfung auszubilden und eine Schicht aus einem Elektronen abgebenden Material nur in einem bestimmten Bereich durch Aufdampfung auszubilden. Somit ermöglicht die Verwendung eines In-line-Verfahrens zur Schichtbildung durch kontinuierliche Aufdampfung, wie etwa des Verfahrens, das zum Beispiel in JP 2002-348659 A beschrieben ist, die Herstellung einer leicht steuerbaren Zwischenschicht-Struktur, und daher ist dieses Verfahren für die Massenproduktion geeignet.
Ein organisches Elektrolumineszenzelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Konfiguration haben, bei der die Zwischenschicht 3 eine Elektroneninjektionsschicht 7 und eine Löcherinjektionsschicht 3c hat, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode ausgebildet sind, und die Elektroneninjektionsschicht 7 eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält. In diesem Fall entsprechen zum Beispiel bei dem in 1 gezeigten organischen Elektrolumineszenzelement die gemischte Schicht 3a und die erste Schicht 3b der Elektroneninjektionsschicht 7. Alternativ entsprechen bei dem in 2 gezeigten organischen Elektrolumineszenzelement die zweite Schicht 6, die gemischte Schicht 3a und die erste Schicht 6 der Elektroneninjektionsschicht 7. Somit ist die hier verwendete Elektroneninjektionsschicht 7 eine Schicht, die mindestens die gemischte Schicht 3a und die erste Schicht 3b umfasst, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode ausgebildet sind.
Wenn der Gehalt der Elektronen abgebenden Substanz mit C1 bezeichnet wird und der Gehalt des organischen Elektronentransportmaterials mit C2 bezeichnet wird (C1 und C2 können auf Masse oder Mol basieren), wird der Wert von C1/C2 in dem mittleren Bereich der Zwischenschicht 3 größer als an deren Enden, die sich in der Nähe des Anschlussbereichs der Zwischenschicht 3 auf der Seite der positiven Elektrode bzw. des Anschlussbereichs auf der Seite der negativen Elektrode befinden.
Das Ende in der Nähe der positiven Elektrode, das Ende in der Nähe der negativen Elektrode und der mittlere Bereich der Zwischenschicht 3 sind Bereiche, die nachstehend beschrieben werden. Und zwar ist das Ende in der Nähe der positiven Elektrode der Zwischenschicht 3 ein Bereich, der 0 bis 0,5 nm vertikal von der Stirnseite in der Nähe der positiven Elektrode der Zwischenschicht 3 entfernt ist, während das Ende in der Nähe der negativen Elektrode der Zwischenschicht 3 ein Bereich ist, der 0 bis 0,5 nm vertikal von der Stirnseite in der Nähe der negativen Elektrode der Zwischenschicht 3 entfernt ist. Der mittlere Bereich der Zwischenschicht 3 umfasst alle Bereiche außer den Enden in der Nähe der positiven Elektrode bzw. der negativen Elektrode.
Wenn das organische Elektrolumineszenzelement eine solche Konfiguration hat, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist es möglich, eine direkte Reaktion zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c, die nachstehend beschrieben werden, problemlos zu unterdrücken. Außerdem ist es möglich, ein Vermischen zwischen der gemischten Schicht und der Löcherinjektionsschicht an deren Grenzfläche und eine Diffusion der Materialien der beiden Schichten während des Betriebs leichter zu unterdrücken.
Als die übrige Konfiguration des erfindungsgemäßen organischen Elektrolumineszenzelements kann jede Konfiguration verwendet werden, wenn sie die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Zum Beispiel können, wie vorstehend dargelegt worden ist, eine Löcherinjektionsschicht, eine Löchertransportschicht, eine Elektronentransportschicht, eine Elektroneninjektionsschicht oder dergleichen, die in 1 nicht dargestellt sind, bei Bedarf zwischen der Licht-emittierenden Schicht 4a oder 4b und der positiven Elektrode 1 oder der negativen Elektrode 2 ausgebildet werden. In diesem Fall werden die Löcherinjektionsschicht und die Elektroneninjektionsschicht als andere Schichten als die Zwischenschicht 3 ausgebildet.
Wenn eine Löchertransportschicht in dem organischen Elektrolumineszenzelement ausgebildet wird, kann das Material für die Schicht zum Beispiel aus der Gruppe von Löchertransport-Verbindungen gewählt werden. Bevorzugt werden aromatische tertiäre Amin-Verbindungen als die Verbindungen verwendet. Typische Beispiele hierfür sind Arylamin-Verbindungen; Amin-Verbindungen, die eine Carbazolgruppe enthalten; und Amin-Verbindungen, ein Fluoren-Derivat enthalten, wie etwa 4,4'-Bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl (α-NPD), N,N'-Bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin (TPD), 2-TNATA, 4,4',4''-Tris(N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino)triphenylamin (MTDATA), 4,4'-N,N'-Dicarbazol-biphenyl (CBP), Spiro-NPD, Spiro-TPD, Spiro-TAD und TNB, und dergleichen. Außerdem können alle hinlänglich bekannten Löchertransportmaterialien verwendet werden.
Wenn alternativ eine Löcherinjektionsschicht in dem organischen Elektrolumineszenzelement ausgebildet werden soll, sind die Materialien, die für diese Schicht verwendet werden können, die Materialien, die denen ähnlich sind, die für die Löchertransportschicht verwendet werden; Tetrafluor-tetracyano-chinodimethan (F4-TCNQ) und dergleichen, und diese Materialien können als eine Kombination aus zwei oder mehr Materialien zum Einsatz kommen.
Wenn solche Löcherinjektionsschichten zwischen der Licht-emittierenden Schicht 4b und der negativen Elektrode 2 sowie zwischen der Licht-emittierenden Schicht 4a und der positiven Elektrode 1 ausgebildet werden, wird der Wirkungsgrad der Löcherinjektion aus der Löcherinjektionsschicht 3c in die Löchertransportschicht verbessert und der Widerstand gegen den Ladungstransport mit der ersten Schicht 3b nimmt ab. Dadurch werden die Langzeitbeständigkeit und die Lebensdauer-Eigenschaften des organischen Elektrolumineszenzelements weiter verbessert. Auch in diesem Fall ist die Verbesserung noch deutlicher, wenn der Wert von |LUMO1 – LUMO2| 0,8 eV beträgt.
Wenn eine Elektronentransportschicht in dem organischen Elektrolumineszenzelement ausgebildet werden soll, können die Materialien, die für die Schicht verwendet werden sollen, aus der Gruppe der Elektronentransport-Verbindungen gewählt werden. Typische Beispiele für diese Verbindungen sind Metallkomplexe, die als Elektronentransportmaterialien bekannt sind, wie etwa der Aluminiumkomplex Tris(8-hydroxychinolinato)aluminium (Alq3); Verbindungen, die einen Heteroring enthalten, wie etwa Phenanthrolin, Pyridin, Tetrazin und Oxadiazol-Derivate; und dergleichen. Darüber hinaus können alle allgemein bekannten Elektronentransportmaterialien verwendet werden.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben.
Beispiel 1
Zunächst wurde, wie durch die Struktur von 3 dargestellt ist, ein Glassubstrat 5 mit einer Dicke von 0,7 mm hergestellt, auf das eine ITO-Schicht als die positive Elektrode 1 geschichtet wurde, die eine Dicke von 150 nm, eine Breite von 5 mm und einen Schichtwiderstand von etwa 10 Ω/☐ hat. Das Substrat 5 wurde zuvor mit einem Reinigungsmittel, Ionenaustauschwasser und Aceton jeweils 10 Minuten unter Ultraschallbestrahlung gereinigt, mit IPA-Dampf (IPA: Isopropylalkohol) gereinigt, getrocknet und außerdem einer UV/O₃-Behandlung unterzogen.
Dann wurde das Substrat 5 in einem Vakuumverdampfer fixiert, und auf der Oberfläche der positiven Elektrode 1, die auf dem Substrat 5 ausgebildet war, wurde durch Co-Aufdampfung in einer Atmosphäre mit reduziertem Druck von 1 × 10^–4 Pa oder weniger eine Schicht aus 4,4'-Bis[N-(naphthyl-N-phenyl-amino]biphenyl (α-NPD) und Tetrafluor-tetracyano-chinodimethan (F4-TCNQ) (Molverhältnis 1:1) mit einer Dicke von 30 nm als eine Löcherinjektionsschicht ausgebildet. Dann wurde eine Schicht aus α-NPD mit einer Dicke von 30 nm als eine Löchertransportschicht durch Aufdampfung auf der durch Co-Aufdampfung hergestellten Schicht ausgebildet.
Anschließend wurde durch Co-Aufdampfung auf der Löchertransportschicht eine Schicht aus Alq3 und Chinacridon (3 Masse-%) mit einer Dicke von 30 nm als die Licht-emittierende Schicht 4a ausgebildet. Dann wurde auf der Licht-emittierenden Schicht 4 eine Schicht aus reinem BCP mit einer Dicke von 60 nm als eine Elektronentransportschicht ausgebildet.
Die Zwischenschicht 3 wurde wie folgt hergestellt. Zunächst wurde eine gemischte Schicht aus Li und BCP in einem Molverhältnis von 1:1 mit einer Dicke von 10 nm auf der Elektronentransportschicht ausgebildet, um eine gemischte Schicht 3a zu erhalten, die eine Elektronen abgebende Substanz (Li) und ein organisches Elektronentransportmaterial (BCP) enthielt.
Dann wurde auf der gemischten Schicht 3a eine Schicht aus BCP mit einer Dicke von 5 nm hergestellt, um eine erste Schicht 3b aus einem organischen Elektronentransportmaterial zu erhalten.
Anschließend wurde als die Löcherinjektionsschicht 3c eine Schicht aus 1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylen-hexacarbonitril (HAT-CN6), die durch die Formel (3) dargestellt ist, mit einer Dicke von 20 nm auf der ersten Schicht 3b ausgebildet, um die Zwischenschicht 3 zu erhalten.
Dann wurde als eine Löchertransportschicht eine Schicht aus α-NPD mit einer Dicke von 40 nm durch Aufdampfung auf der Zwischenschicht 3 ausgebildet, und als die Licht-emittierende Schicht 4b wurde durch Co-Aufdampfung auf der Löchertransportschicht eine Schicht aus Alq3 and Chinacridon (7 Masse-%) mit einer Dicke von 30 nm ausgebildet.
Anschließend wurde als eine Elektronentransportschicht eine Schicht aus reinem BCP mit einer Dicke von 40 nm auf der Licht-emittierenden Schicht 4b ausgebildet, und darauf wurde eine Schicht aus BCP und Li in einem Molverhältnis von 2:1 mit einer Dicke von 20 nm hergestellt.
Wie es durch die Struktur von 3 dargestellt ist, wurde dann eine Schicht aus Aluminium mit einer Breite von 5 mm und einer Dicke von 100 nm als die negative Elektrode 2 durch Aufdampfung mit einer Aufdampfgeschwindigkeit von 0,4 nm/s ausgebildet.
Auf diese Weise wurde ein organisches Elektrolumineszenzelement mit der in 1 gezeigten Struktur hergestellt, d. h. mit zwei Licht-emittierenden Schichten 4 und einer Zwischenschicht 3, die zwischen diesen beiden Licht-emittierenden Schichten 4 ausgebildet ist. In der Figur sind die Löcherinjektionsschicht, die Löchertransportschicht und die Elektronentransportschicht nicht dargestellt.
BCP hat ein LUMO von –3,2 eV, während HAT-CN6 [Formel (3)] ein LUMO von –4,0 eV hat. Somit beträgt der Wert von |LUMO1 – LUMO2| 0,8 eV.
Beispiel 2
Es wurde ein organisches Elektrolumineszenzelement in einer ähnlichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung der gemischten Schicht 3a der Zwischenschicht 3 zunächst eine Schicht aus BCP mit einer Dicke von 9 nm auf der Elektronentransportschicht ausgebildet wurde und darauf eine Schicht aus Li mit einer Dicke von 1 nm ausgebildet wurde, um eine gemischte Schicht 3a zu erhalten, die eine Elektronen abgebende Substanz (Li) und ein organisches Elektronentransportmaterial (BCP) enthielt.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein organisches Elektrolumineszenzelement in einer ähnlichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine erste Schicht 3b aus einem organischen Elektronentransportmaterial ausgebildet wurde.
Insbesondere wurde bei der Herstellung der Zwischenschicht 3 des Vergleichsbeispiels 1 eine Schicht aus HAT-CN6 als eine Schicht 3c aus dem Löcherinjektionsmaterial mit einer Dicke von 20 nm direkt auf der gemischten Schicht 3a ausgebildet, ohne eine Schicht aus BCP auf der gemischten Schicht 3a auszubilden, um eine Zwischenschicht 3 zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde ein organisches Elektrolumineszenzelement in einer ähnlichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine erste Schicht 3b aus einem organischen Elektronentransportmaterial ausgebildet wurde.
Insbesondere wurde bei der Herstellung der Zwischenschicht 3 des Vergleichsbeispiels 2 eine Schicht aus HAT-CN6 als eine Schicht 3c aus dem Löcherinjektionsmaterial mit einer Dicke von 20 nm direkt auf der gemischten Schicht 3a ausgebildet, ohne eine Schicht aus BCP auf der gemischten Schicht 3a auszubilden, um eine Zwischenschicht 3 zu erhalten.

In die in den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten organischen Elektrolumineszenzelemente wurde jeweils ein Strom von 4 mA/cm² eingespeist und die Betriebsspannung wurde ermittelt. Es wurde auch der Zeitraum ermittelt, bis die Leuchtdichte von ihrem Anfangswert auf 80% ihres Anfangswerts gesunken war, wenn ein Strom von 40 mA/cm² eingespeist wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1

	Betriebsspannung	Zeitraum, bis die Leuchtdichte auf 80% gesunken war
Beispiel 1	10,2 V	200 Stunden
Beispiel 2	10,4 V	180 Stunden
Vergleichsbeispiel 1	10,2 V	110 Stunden
Vergleichsbeispiel 2	10,6 V	70 Stunden

Wenn die Betriebsspannungen bei dem selben Strom verglichen werden, so haben die organischen Elektrolumineszenzelemente der Beispiele 1 und 2 Betriebsspannungen, die niedriger als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind, und die organischen Elektrolumineszenzelemente der Beispiele 1 und 2 haben jeweils eine Lebensdauer, die von dem Zeitraum bestimmt wird, bis die Leuchtdichte auf 80% absinkt, die länger als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2 ist. Darüber hinaus sind nach dem Einspeisen von Strom keine Fehler zu beobachten. Bei den organischen Elektrolumineszenzelementen der Beispiele 1 und 2 enthält also die Zwischenschicht 3 die erste Schicht 3b, die aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht. Dadurch ist es möglich, eine direkte Reaktion zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c problemlos zu unterdrücken. Außerdem ist es möglich, ein Vermischen zwischen der gemischten Schicht 3a und der Löcherinjektionsschicht 3c an deren Grenzfläche und eine Diffusion von Materialien der Schichten während des Betriebs problemlos zu verhindern. Aus diesem Grund zeigen sie eine verbesserte Langzeitbeständigkeit und bessere Lebensdauer-Eigenschaften.
Bezugszeichenliste

1: Positive Elektrode
2: Negative Elektrode
3: Zwischenschicht
3a: Gemischte Schicht
3b: Erste Schicht
3c: Löcherinjektionsschicht
4: Licht-emittierende Schicht
6: Zweite Schicht
7: Elektroneninjektionsschicht

Claims

Organisches Elektrolumineszenzelement, das eine Struktur aufweist, bei der eine Mehrzahl von Licht-emittierenden Schichten (4a, 4b), die über eine Zwischenschicht (3) ausgebildet sind, zwischen eine positive und eine negative Elektrode (1, 2) geschichtet ist, wobei die Zwischenschicht (3) eine gemischte Schicht (3a), eine erste Schicht (3b) und eine Löcherinjektionsschicht (3c) hat, die in der genannten Reihenfolge von der positiven Elektrode (1) zu der negativen Elektrode (2) ausgebildet sind, wobei die gemischte Schicht (3a) eine Elektronen abgebende Substanz und ein organisches Elektronentransportmaterial enthält und wobei die erste Schicht (3b) aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht, die Elektronen abgebende Substanz metallisches Lithium enthält, die gemischte Schicht (3a) eine Schicht ist, in der das metallische Lithium gemischt mit dem organischen Elektronentransportmaterial vorliegt, die gemischte Schicht (3a) 5 bis 50 Mol-% der Elektronen abgebenden Substanz enthält, die erste Schicht (3b) eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 20 nm hat und die Löcherinjektionsschicht (3c) aus einem Elektronen aufnehmenden organischen Material besteht.
Organisches Elektrolumineszenzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronen aufnehmende organische Material 1,4,5,8,9,11-Hexaazatriphenylen-hexacarbonitril ist.
Organisches Elektrolumineszenzelement nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine zweite Schicht (6) aufweist, die aus einem organischen Elektronentransportmaterial besteht und zwischen die positive Elektrode (1) und die gemischte Schicht (3a) geschichtet ist, wobei das organische Elektronentransportmaterial, das in der gemischten Schicht (3a) enthalten ist, das organische Elektronentransportmaterial, das die erste Schicht (3b) bildet, und das organische Elektronentransportmaterial, das die zweite Schicht (6) bildet, das gleiche Material sind.