JP2002015873A - 低電圧有機発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧で動作する有機発光装置を提供する。 【解決手段】 光透過性基板上に連続して、光透過性正
孔注入電極、有機正孔輸送層、有機発光層、二層境界面
構造、発光層の電子親和力よりも高い電子親和力を有す
る電子輸送層、及び電子注入電極を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に有機発光
装置に係り、特に低電圧有機発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の有機発光装置の配置において、装
置の構造は、連続した、ガラス支持体、透明導電性正孔
注入電極、有機正孔輸送層、有機発光層、有機電子輸送
層、及び電子注入電極から成る。この装置を所望の低電
圧で動作させるために、電子輸送層は、高い電子移動度
を有することが要求される。しかしながら、最も効率的
な電子輸送材料は、比較的大きな電子親和力を有する
が、発光層を形成するために通常使用される材料は、低
い電子親和力を有し、電子輸送層から発光層への電子輸
送を遮断又は妨害する。故に電子輸送層と発光層との間
の境界面の変更は、電子輸送層から発光層への電子輸送
の改善を達成するために重要である。

【０００３】さらに、有機電子輸送層の形成に使用可能
なアルミニウムキレート（Ａｌｑ）材は、比較的低い電
子移動度を有し、４×１０^５Ｖ／ｃｍの電界において
１．４×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓと低いことが報告されて
いる。正孔注入電極及び電子注入電極の両方が、各々正
孔輸送層及び電子輸送層に各々の電荷のキャリヤを完全
に注入したとしても、Ａｌｑの低い電子移動度は、有機
発光装置の効率的な動作のための２つの電極間に加える
電圧の低減を、制限する要素となる。このような装置を
実際に適用するに当たり、低電圧及び低消費電力で動作
させることは重要である。さらに、動作電圧及び消費電
力の低下は、また熱の発生の減少によって、装置の動作
安定性の改善を導くと考えられる。

【０００４】電子輸送材料の改善のために様々な努力が
成されてきた。例えば、Ｈａｍａｄａ ｅｔ ａｌ．
は、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１，３３３８
（１９９７）に、ビス（５−ヒドロキシフラボナト）ベ
リリウムがＡｌｑよりも良好な電子輸送を有することを
報告した。しかしながら、電子輸送層にこの材料を使用
した有機発光装置において２０００乃至３０００ｃｄ／
ｍ^２の輝度を形成するためには、まだ８Ｖの電圧が要求
される。

【０００５】Ｋｉｄｏ及びＭａｔｓｕｍｏｔｏは、ドー
プしていないＡｌｑと比較して電子伝導性の増加した電
子輸送層としてリチウムをドープしたＡｌｑ層について
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３，２８６６（１９
９８）に報告した。しかしながら、一般的にリチウムは
大部分の有機材料に容易に拡散し、このようなリチウム
の拡散は、非発光再結合中心を形成して、装置の寿命を
短縮すると考えられている。このことは明らかに、低電
圧有機発光装置を提供するために、Ａｌｑに替わる効率
的かつ安定な電子輸送材料の探索が重要であることを示
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低電
圧有機発光装置を提供することである。

【０００７】本発明の別の目的は、電子輸送層を改善し
た低電圧有機発光装置を提供することである。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、電子輸送層か
ら有機発光層への効率的な電子輸送を提供するために、
電子輸送層と有機発光層との間に形成される二層境界面
構造を有する低電圧有機発光装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、 ａ）基板 ｂ）基板上に形成される正孔注入電極 ｃ）正孔注入電極上に形成される有機正孔輸送層 ｄ）正孔輸送層上に形成され、電子親和力及び電子移動
度によって特徴付けられるｎ型半導体の有機発光層、 ｅ）有機発光層上に形成される二層境界面構造、 ｆ）電子輸送層から有機発光層への効率的な電子輸送を
提供する二層境界面構造上に形成され、有機発光層より
も高い電子親和力及び電子移動度によって特徴付けられ
るｎ型半導体の電子輸送層、 ｇ）電子輸送層上に形成される電子注入電極 から成る低電圧有機発光装置において達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の低電圧有機発光装置の構
成や特性をより十分に認識する為に、図１に先行技術に
従って構成される有機発光装置１００の断面図を記載す
る。図２は、本発明に従って構成される、有機発光層及
び電子輸送層との間に積層させた二層境界面構造を有す
る低電圧有機発光装置の断面図を示す。図１に示す先行
技術の装置と図２に示す本発明の装置における通常の構
成及び特徴は、対応する引用符で示してある。なお、図
１及び図２は、実物の各層の厚みは非常に薄く、また様
々な構成要素の厚みの差も非常に大きい為、図を一定の
比率の縮尺で描くことは困難であるので、特徴を誇張し
た図としてある。

【００１１】図１において、有機発光装置１００は、光
透過性正孔注入電極１０４上に形成される光透過性基板
１０２を有する。基板１０２は、ガラス又は石英とする
ことが可能であり、電極１０４は、好ましくは基板１０
２上に形成される酸化スズインジウム（ＩＴＯ）の薄層
である。

【００１２】有機正孔輸送層１１０は正孔注入電極１０
４上に形成され、有機発光層１２０は有機正孔輸送層１
１０上に形成され、及び有機電子輸送層１４０は発光層
１２０上に形成される。最後に、電子注入電極１５０が
電子輸送層１４０上に積層される。

【００１３】有機発光装置１００は、電子注入電極１５
０と正孔注入電極１０４との間に、電極１５０が電極１
０４に対してより負のポテンシャルであるように、電気
ポテンシャル（図示していない）を加えることによって
動作する。この場合、電子（負電荷のキャリヤ）は、電
極１５０から、有機電子輸送層１４０を通じて、有機発
光層１２０に注入される。同時に、正孔（正電荷のキャ
リヤ）は、電極１０４から有機正孔輸送層１１０に注入
される。電子と正孔は、層１１０と１２０の間の境界面
付近にある発光層１２０において再結合する。この電子
と正孔の再結合が、発光層１２０からの発光を生じさせ
る。光は、光透過性電極１０４及び光透過性基板１０２
とを通じて装置から放出される。

【００１４】層１１０、１２０、及び１４０を形成する
有機材料は、Ｔａｎｇ米国特許４，３５６，２４９号、
ＶａｎＳｌｙｋｅ ｅｔ ａｌ．米国特許４，５３９，
５０７号、ＶａｎＳｌｙｋｅ ｅｔ ａｌ．米国特許
４，７２０，４３２号、Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ．米国特
許４，８８５，２２１号、Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ．米国
特許４，７６９，２９２号、ＶａｎＳｌｙｋｅ ｅｔ
ａｌ．米国特許５，０４７，６８７号、ＶａｎＳｌｙｋ
ｅ ｅｔ ａｌ．米国特許５，０５９，８６２号、及び
ＶａｎＳｌｙｋｅ ｅｔ ａｌ．米国特許５，０６１，
５６９号、ここで引用によって開示されるもの、に記載
されるような材料（層の配置、従来の有機発光装置の好
適な層の厚み）の中から選択することができる。

【００１５】電子注入電極１５０だけでなく有機層１１
０，１２０、および１４０もまた、周知の真空蒸着法に
よって形成することができる。

【００１６】動作の間に装置１００から放出される光の
色又は色調は、有機発光層１２０の一部に蛍光有機材料
を含めることによって選択できる。装置１００の動作の
間に、有機正孔輸送層１１０は、正孔注入電極１０４か
ら発光層１２０に向かって正電荷のキャリヤ（正孔）を
輸送する。従って、層１１０はｐ型半導体として機能す
る。同様に、有機電子輸送層１４０は、電極１５０から
発光層１２０に向かって負電荷のキャリヤ（電子）を輸
送する。従って、層１４０は、ｎ型半導体として機能す
る。

【００１７】図２において、本発明の低電圧有機発光装
置２００は、光透過性基板２０２、基板上に形成される
光透過性正孔注入電極２０４、及び正孔注入電極２０４
上に形成される有機正孔輸送層２１０を有する。有機発
光層２２０は、先行技術の装置１００の発光層１２０を
形成する発光材料と実質的に同一である正孔輸送層２１
０上に形成される。有機発光層２２０は、装置によって
放出される光の色若しくは色調を選択するためにドーパ
ントと呼ばれる蛍光材料も含有することができ、又はド
ープしていない電子輸送材料で形成される層とすること
ができる。本発明の装置２００が動作する間に、発光層
２２０における電子と正孔の再結合は、前述のように発
光を生じる。

【００１８】二層境界面構造２３０は、アルカリ金属フ
ッ化物境界層２３２、好ましくはフッ化リチウム層を含
み、有機発光層上に及び接触して真空蒸着によって形成
され、アルミニウム境界層２３４が境界層２３２上に真
空蒸着によって形成される。境界層２３２を形成するた
めに使用される他のアルカリ金属フッ化物は、フッ化ナ
トリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、及びフ
ッ化セシウムを含む。アルカリ金属フッ化物境界層の好
ましい厚みは、０．１乃至１．５ｎｍの範囲である。ア
ルミニウム境界層の好ましい厚みの範囲は、０．１乃至
２ｎｍである。

【００１９】電子輸送層２４０は、アルミニウム境界層
２３４上に及び接触して形成される。電子注入電極２５
０は、電子輸送層２４０上に真空蒸着によって形成され
る。

【００２０】「従来の技術」に示したように、従来技術
の装置１００における層１４０のような電子輸送層を通
じた電子輸送は、特に、典型的に３０乃至１００ｎｍの
範囲にある有機電子輸送層１４０の層の厚みにおいて
は、低い電子の移動度によって制限される。従って、電
子輸送材料、すなわち、電子輸送層の構成に対して電子
輸送性（例えば、電子移動度）を改善したｎ型半導体の
発見が期待されてきた。現在、予期せぬことに、金属を
含むフタロシアニン材料が、従来使用されてきたアルミ
ニウムキレート材、例えばアルミニウムトリオキシン
（aluminum trioxine）材と比較して実質的に改善され
た電子輸送性を有することが発見された。銅フタロシア
ニンは、本発明に従った発光装置２２０の電子輸送層２
４０の形成に特に好ましい材料である。電子輸送層２４
０の形成に対して別の非常に好ましい材料は、酸素不足
であるように調製したときの酸化亜鉛（短縮型でＺｎＯ
_１−ｘと記載される）である。

【００２１】銅フタロシアニン又は酸化亜鉛から形成さ
れる電子輸送層は、電極間にある分離した層において電
子輸送性の実質的な改善を示したが、このような電子輸
送層に現われる特性は、そのような層が、アルミニウム
トリオキシン材から造られる発光層２２０のような有機
発光層上に直接形成されるときには、実質的に低下す
る。次に、エネルギーレベル障壁として知られるポテン
シャル障壁は、改善された電子輸送層及び発光層との間
の境界面で形成されると考えられる。第一のｎ型半導体
（銅フタロシアニン又は酸化亜鉛）から第二のｎ型半導
体（アルミニウムトリオキシン）への効率的な電子輸送
に対するこのような障壁は、アルミニウムトリオキシン
の電子親和力と比較して銅フタロシアニン又は酸化亜鉛
の実質的により高い電子親和力に帰することができると
考えられる。

【００２２】次に、改善された電子輸送層２４０及び有
機発光層２２０との間に挿入された二層境界面構造２３
０は、電子輸送層２４０から境界面構造２３０を通じて
発光層２２０までの効率的な電子輸送を提供することを
発見した。図３、４、及び５に示される装置の動作結果
の再吟味から明らかになるが、改善された電子輸送層２
４０と二層境界面構造との組み合わせは、低い駆動電圧
で動作させることができる有機発光装置を提供する。

【００２３】

【実施例】以下の例は、本発明のさらなる理解のために
与えられる。簡潔さの目的のために、形成される材料や
層は、以下で与えられるように短縮して書いてある。

【００２４】ＮＰＢ： ４，４−ビス−［（１−ナフチ
ル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（4,4'-bis-[(1
-naphthyl)-N-phenylamino]-bi-phenyl）、正孔輸送層
１１０、２１０の形成に使用した。

【００２５】Ａｌｑ：トリス（８−キノリナト−Ｎ１，
０８）−アルミニウム（tris（8-quinolinato-N1,08）-
aluminum）、電子輸送層１４０だけでなく発光層１２０
および２２０の形成に使用した。

【００２６】ＬｉＦ：フッ化リチウム、境界層２３２の
形成に使用した。

【００２７】Ａｌ：アルミニウム、境界層２３４の形成
に使用した。

【００２８】ＣｕＰｃ：銅フタロシアニン、電子輸送層
２４０の形成に使用した。

【００２９】ＭｇＡｇ：体積比率１０：１のマグネシウ
ム及び銀、電子注入電極１５０及び２５０の形成に使用
した。

【００３０】Ｉ 先行技術の有機発光装置（図１）の調
製 ａ）光透過性ＩＴＯでコートしたガラス板を、商業用の
洗剤中で超音波洗浄し、脱塩化した水で濯ぎ、トルエン
蒸気中で脱脂し、強酸化剤に接触させた。

【００３１】ｂ）厚さ９０ｎｍのＮＰＢの正孔輸送層
を、従来の熱的な真空蒸着でＩＴＯ上に積層させた。

【００３２】ｃ）厚さ７５ｎｍのＡｌｑの電子輸送層
を、従来の熱的な真空蒸着でＮＰＢ層上に積層させた。

【００３３】ｄ）厚さ２００ｎｍのＭｇＡｇ電子注入電
極を、従来の２つの源（Ｍｇ及びＡｌ）からの熱的な真
空共蒸着でＡｌｑ層上に積層させた。

【００３４】この先行技術の装置における上述の構造
は、図３、４、及び５に、ＮＰＢ（９０）／Ａｌｑ（７
５）／ＭｇＡｇとして短縮して記載している。

【００３５】ＩＩ 低電圧有機発光装置（図２）の調製 ａ）光透過性ＩＴＯでコートしたガラス板を、商業用の
洗剤中で超音波洗浄し、脱塩化した水で濯ぎ、トルエン
蒸気中で脱脂し、強酸化剤に接触させた。

【００３６】ｂ）厚さ１２０ｎｍのＮＰＢの正孔輸送層
を、従来の熱的な真空蒸着でＩＴＯ上に積層させた。

【００３７】ｃ）厚さ３５ｎｍのＡｌｑの発光（及び電
子輸送）層を、従来の熱的な真空蒸着でＮＰＢ層上に積
層させた。

【００３８】ｄ）厚さ０．３ｎｍのＬｉＦ境界層を、従
来の熱的な真空蒸着でＡｌｑ層上に積層させた。

【００３９】ｅ）厚さ０．６ｎｍのＡｌ境界層を、従来
の熱的な真空蒸着でＬｉＦ境界層上に積層させた。

【００４０】ｆ）厚さ４０ｎｍのＣｕＰｃ電子輸送層
を、従来の熱的な真空蒸着でＡｌ境界層上に積層させ
た。

【００４１】ｇ）厚さ２００ｎｍのＭｇＡｇ電子注入電
極を、従来の２つの源（Ｍｇ及びＡｌ）からの熱的な真
空共蒸着でＣｕＰＣ層上に積層させた。

【００４２】この低電圧装置における上述の構造は、図
３、４、及び５に、ＮＰＢ（１２０）／Ａｌｑ（３５）
／ＬｉＦ／Ａｌ／ＣｕＰｃ（４０）／ＭｇＡｇとして短
縮して記載している。

【００４３】各々の有機発光装置は、ＩＴＯ正孔注入電
極（１０４、２０４）が対応する電子注入電極（１５
０、２５０）に対して正であるように、装置の電極間に
可変の駆動電圧を加えて試験した。

【００４４】図３は、本発明の装置（線ａ）及び従来技
術の装置（線ｂ）に対する電流密度−駆動電圧の関係を
示す。本発明の装置は、従来技術の装置よりも特定の電
流密度に到達するために必要とする駆動電圧が実質的に
低いことが明白である。

【００４５】図４は、本発明の装置（線ａ）及び従来技
術の装置（線ｂ）に対する輝度−電流密度の関係を示
す。この図の提示において、本発明の装置は、各電流密
度のおける輝度が、先行技術の装置の輝度とほとんど同
一であることを示す。

【００４６】図５は、本発明の装置（線ａ）及び従来技
術の装置（線ｂ）に対する輝度−駆動電圧の関係を示
す。本発明の低電圧有機発光装置の低電圧特性（付随し
て消費電力及び／又は電力の浪費の減少）が明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】最近の先行技術に従って構成される有機発光装
置の断面図を示す。

【図２】本発明に従って構成される、有機発光層及び電
子輸送層との間に積層させた二層境界面構造を有する低
電圧有機発光装置の断面図を示す。

【図３】図１に示す従来技術の装置及び図２に示す本発
明の装置の電流密度と駆動電圧の関係を示すグラフであ
る。

【図４】図１に示す従来技術の装置及び図２に示す本発
明の装置の輝度と電流密度の関係を示す。

【図５】図１に示す従来技術の装置及び図２に示す本発
明の装置の輝度と駆動電圧の関係を示す。

【符号の説明】

１００ 従来の有機発光装置 １０２ 従来の有機発光装置の光透過性基板 １０４ 従来の有機発光装置の光透過性正孔注入電極 １１０ 従来の有機発光装置の有機正孔輸送層 １２０ 従来の有機発光装置の有機発光層 １４０ 従来の有機発光装置の有機電子輸送層 １５０ 従来の有機発光装置の電子注入電極 ２００ 本発明における低電圧有機発光装置 ２０２ 低電圧有機発光装置の光透過性基板 ２０４ 低電圧有機発光装置の光透過性正孔注入電極 ２１０ 低電圧有機発光装置の有機正孔輸送層 ２２０ 低電圧有機発光装置の有機発光層 ２３０ 低電圧有機発光装置の二層境界面構造 ２３２ 低電圧有機発光装置のアルカリ金属フッ化物境
界層 ２３４ 低電圧有機発光装置のアルミニウム境界層 ２４０ 低電圧有機発光装置の電子輸送層 ２５０ 低電圧有機発光装置の電子注入電極 （ａ） 本発明における低電圧有機発光装置 （ｂ） 従来の有機発光装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材と、該基材上に形成される正孔注入
   電極と、該正孔注入電極上に形成される有機正孔輸送層
   と、該有機正孔輸送層上に形成されるｎ型半導体である
   有機発光層と、該有機発光層上に形成される二層境界面
   構造と、該二層境界面構造上に形成され前記有機発光層
   よりも高い電子親和力及び電子移動度を有するｎ型半導
   体である電子輸送層と、該電子輸送層上に形成される電
   子注入電極と、を有する低電圧有機発光装置。
2. 【請求項２】 前記電子輸送層の材料は、銅フタロシア
   ニンを含む請求項１記載の低電圧有機発光装置。
3. 【請求項３】 前記二層境界構造は、前記有機発光層と
   接触するアルカリ金属フッ化物の薄層、及び該アルカリ
   金属フッ化物の薄層上に形成され前記電子輸送層と接触
   するアルミニウムの薄層を含む請求項１記載の低電圧有
   機発光装置。