JP2002231457A

JP2002231457A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2002231457A
Application number: JP2001026415A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Suzuki; 睦美鈴木; Masao Fukuyama; 正雄福山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: JP3690286B2

Abstract

(57)【要約】【課題】有機電界発光素子の素子構成を改良すること
によって、駆動耐久性に優れた有機電界発光素子を実現
すること。【解決手段】一対の電極とその間に挟まれた少なくと
も一層の有機層を有する有機電界発光素子において、少
なくとも一方の電極と有機層との界面に金属拡散防止帯
を設けることにより、駆動耐久性に優れた有機電界発光
素子が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の表示装置と
して広範囲に利用される発光素子であって、安定性に優
れた有機電界発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電界発光素子は、自己発光のために液晶
素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、
古くから多くの研究者によって研究されてきた。現在実
用レベルに達した電界発光素子としては、無機材料のＺ
ｎＳを用いた素子がある。しかし、この様な無機の電界
発光素子は、発光のための駆動電圧として５０Ｖ以上が
必要であるため、広く使用されるには至っていない。

【０００３】これに対して有機材料を用いた電界発光素
子である有機電界発光素子は、従来実用的なレベルから
はほど遠いものであったが、１９８７年にイーストマン
・コダック社のシー・ダブリュ・タン（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎ
ｇ）らによって開発された積層構造素子によりその特性
が飛躍的に進歩した。彼らは蒸着膜の構造が安定で電子
を輸送することのできる蛍光体からなる層（電子輸送性
発光層）と、正孔を輸送することのできる有機物からな
る層（正孔輸送層）とを積層し、両方のキャリヤーを蛍
光体中に注入して発光させることに成功した。

【０００４】これによって有機電界発光素子の発光効率
が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ²以上
の発光が得られる様になった。その後多くの研究者によ
ってその特性向上のための研究が行われ、現在では１０
０００ｃｄ／ｍ²以上の発光特性が得られている。

【０００５】有機電界発光素子を発光させるには１μｍ
未満の薄い膜に数Ｖの電圧を印加する。このとき素子に
は１ＭＶ／ｃｍ近くの強い電界がかかっており、特に電
子注入電極（陰極）と有機膜との界面には、より強い電
界が印加されているものと思われる。有機電界発光素子
の陰極には、その電子注入効率を高くするために、アル
カリ金属またはアルカリ土類金属をその構成材料の一つ
として用いるか、あるいは単独で用いることが一般的に
行われているが、これらの金属は反応性が高いため、界
面近傍の強電界によって有機膜中に拡散した場合に、有
機分子と反応するなどして、素子特性に影響を与えると
考えられる。特に連続駆動時には、強電界下に長時間さ
らされるため、金属の拡散が進行し特性を大きく変化さ
せると思われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
電界発光素子の素子構成を改良することによって、陰極
から有機膜への金属の拡散を防止し駆動耐久性に優れた
有機電界発光素子を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の有機電界発光素
子は、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層以
上の有機層を有しており、少なくとも一方の電極と有機
層との界面に金属拡散防止帯が設けられていることを特
徴としたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、一対の
電極と、前記一対の電極に挟まれた少なくとも一層以上
の有機層と、前記電極と前記有機層との界面に金属拡散
防止帯を有する有機電界発光素子であり、連続定電流駆
動時の輝度低下を抑制するという作用を有する。

【０００９】請求項２に記載の発明は、金属拡散防止帯
と接する電極がリチウム、マグネシウム、カルシウム又
はそれらの化合物を含む請求項１記載の有機電界発光素
子であり、電極にこれらの原子が含まれている場合に、
低電圧でかつ定電流駆動時の電圧変化の少ない素子を実
現することができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、金属拡散防止帯
が、それと接する電極中に含まれている金属と錯形成す
る化合物を含む請求項１又は２記載の有機電界発光素子
であり、定電流駆動時の電圧変化を少なくし、輝度低下
を抑制するという作用を有する。

【００１１】請求項４に記載の発明は、金属拡散防止帯
が、フェナントロリン誘導体、ビピリジン誘導体、ポル
フィリン誘導体、フタロシアニン誘導体又はオキシン誘
導体のいずれかを含む請求項１、２又は３記載の有機電
界発光素子であり、金属と錯形成しやすい分子を用いる
ことにより、より定電流駆動時の輝度低下・電圧変化を
抑制することができるという作用を有する。

【００１２】請求項５に記載の発明は、金属拡散防止帯
が一つの層から構成されており、その厚さが５nm以下で
ある請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素
子であり、金属拡散防止体の厚さを薄くすることによ
り、より駆動電圧の低い素子を実現することができると
いう作用を有する。

【００１３】請求項６に記載の発明は、金属拡散防止帯
が島状に形成されている請求項１ないし４のいずれか記
載の有機電界発光素子であり、電極から有機層へ電荷の
注入がスムーズになり駆動電圧の低い素子が得られると
いう作用を有する。

【００１４】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００１５】（実施の形態１）図１は本発明による有機
電界発光素子の概略構成を示す断面図である。ガラス基
板１上に陽極２を形成し、その上に正孔注入層３、正孔
輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、金
属拡散防止帯８、陰極９を形成したものである。正孔注
入層と正孔輸送層、電子輸送層と電子注入層はそれぞれ
一つの層で兼ねることができる。さらに発光層と正孔注
入輸送層、発光層と電子注入輸送層を兼ねることもでき
る。

【００１６】陽極２には透明電極としてインジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）や半透明電極として金薄膜を用いること
ができる。

【００１７】電荷注入輸送層は、正孔注入輸送層と電子
注入輸送層に大別される。それぞれ、電極からの電荷の
注入を容易にし、注入された電荷を発光領域まで輸送す
るという働きをする。電荷注入層と電荷輸送層を一つの
材料で兼ねる場合と別々の材料を用いる場合とがある。

【００１８】正孔注入層３のための材料としては、陽極
からの正孔の注入を容易にするため、ＨＯＭＯレベルの
小さい材料が使用される。具体的には、銅フタロシアニ
ン（ＣｕＰｃ）やトリス｛４−[（３-メチルフェニル）
フェニルアミノ]フェニル｝アミン（ｍ−ＭＴＤＡＴ
Ａ）などがあげられる。

【００１９】また正孔輸送層４としては、正孔輸送性の
強い材料が使用され、具体的にはＮ、Ｎ‘−ジフェニル
−Ｎ、Ｎ’−ビス(３−メチルフェニル)１，１‘-ビフ
ェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）などのトリフェ
ニルアミン誘導体などを用いることができる。

【００２０】一方、電子輸送層６としては電子輸送製の
強い材料が用いることができ、具体的にはフェナントロ
リン誘導体，オキサジアゾール誘導体やトリス（８−ヒ
ドロキシキノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）などに
代表されるキノリノール金属錯体などの使用が検討され
ている。

【００２１】さらに電子注入層７としてはポルフィリン
誘導帯や上記電子輸送材料と金属との混合膜を用いるこ
とが検討されている。

【００２２】発光層５としては数多くの化合物群が検討
されているが、基本的には電子・正孔の注入が可能でか
つ蛍光・りん光を有する物質であれば使用できる。ま
た、成膜性に優れた材料の中に色素を少量分散させた膜
を発光層として用いることにより、素子の高効率化、長
寿命化および発光色の調整をすることも検討されてい
る。この手法は、単独では結晶化しやすい、あるいは濃
度消光を起こしやすい蛍光色素に対して非常に有効であ
る。

【００２３】陰極９は有機膜に電子が注入できることが
必要であり、従来の技術の項で述べたようなアルカリ金
属またはアルカリ土類金属またはその化合物を構成材料
の一つとして用いることが多い。具体的にはリチウム、
マグネシウムやカルシウム、あるいはこれらの金属や化
合物を他の金属と組み合わせて用いることができる。

【００２４】本発明によれば、上記電子注入層（または
電子注入輸送層）と陰極９の間に金属拡散防止帯８を設
けることにより、連続定電流駆動時の輝度低下や電圧上
昇を抑制することができる。この金属拡散防止帯は均一
な層であってもよいし、不均一な島状に形成されていて
もよいが、防止帯の領域としては０．１ｎｍから５ｎｍ
程度が望ましい。この金属拡散防止帯には金属と相互作
用を有するような材料を用いることができる。特に金属
と錯化合物を形成することのできるフェナントロリン誘
導体、ビピリジン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロ
シアニン誘導体、オキシン誘導体などを用いることによ
って、より効率的に陰極からの金属の拡散を防ぐことが
できる。なお、これらの材料は他の材料と混合して用い
てもよい。混合して用いる場合、前述した化合物が５０
％以上含まれていることが望ましい。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００２６】（実施例１）基板にはガラス上に透明な陽
極としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形
成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基
板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置
内にセットし、１０^-4Ｐａまで排気した。その後、正孔
注入輸送層としてN,N'-ビス[4'-(N,N-ジフェニルアミ
ノ)-4-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（Ｔ
ＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。その後、発光層としてＮ，
Ｎ‘−ビス（１−ピレニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス(ｏ−ト
リル)−ｍ−フェニレンジアミンを２５ｎｍ製膜した。

【００２７】さらに、電子注入輸送層としてＡｌｑを２
５ｎｍ製膜した後、バソクプロイン（東京化成製）を
０．５ｎｍ製膜し、金属拡散防止帯とした。その後、陰
極としてＡｌＬｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、
素子を作成した。ＡｌＬｉ混合膜はアルミニウムとリチ
ウムをそれぞれ独立な蒸着元から蒸発させる強蒸着法に
よって作製した。これらの製膜は一度も真空を破ること
なく、連続して行った。

【００２８】なお、膜厚は水晶振動子によってモニター
した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出し
を行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電
圧を印加したところ、均一な緑色の発光が得られた。こ
の素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／
ｍ²で連続駆動（定電流）したところ、輝度が初期の半
分である５００ｃｄ／ｍ²になるのに要する時間（輝度
半減期）は６０ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電
圧上昇分は１．９Ｖであった。

【００２９】（実施例２）発光層として（化１）に示す
ジスチリルアリーレン誘導体（１）を用いたこと以外は
第１の実施例と同様に素子を作製した。

【００３０】

【化１】得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青緑色の
発光が得られた。この素子を乾燥窒素中において、初期
輝度１０００ｃｄ／ｍ²で連続駆動（定電流）したとこ
ろ、輝度半減期は１８０ｈであった。また、５００ｈ駆
動後の電圧上昇分は３．０Ｖであった。

【００３１】（実施例３）金属拡散防止帯として５、１
０、１５、２０−テトラフェニル−２１Ｈ、２３Ｈ-ポ
ルフィンを用いたこと以外は第１の実施例と同様に素子
を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均
一な緑色の発光が得られた。この素子を乾燥窒素中にお
いて、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²で連続駆動（定電
流）したところ、輝度半減期は７５ｈであった。また、
５００ｈ駆動後の電圧上昇分は２．６Ｖであった。

【００３２】（実施例４）金属拡散防止帯として４、４
‘−ジフェニル−２、２‘−ジピリジンを用いたこと以
外は第１の実施例と同様に素子を作製した。得られた素
子に電圧を印加したところ、均一な緑色の発光が得られ
た。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００
ｃｄ／ｍ²で連続駆動（定電流）したところ、輝度半減
期は５０ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電圧上昇
分は３．３Ｖであった。

【００３３】（実施例５）基板にはガラス上に透明な陽
極としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形
成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基
板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置
内にセットし、１０^-4Ｐａまで排気した。その後、正孔
注入輸送層としてN,N'-ビス[4'-(N,N-ジフェニルアミ
ノ)-4-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（Ｔ
ＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。その後、発光層としてＮ，
Ｎ‘−ビス（１−ピレニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス(ｏ−ト
リル)−ｍ−フェニレンジアミンを２５ｎｍ製膜した。

【００３４】さらに、電子注入輸送層としてＡｌｑを２
５ｎｍ製膜した後、バソクプロイン（東京化成製）を
０．２ｎｍ製膜し、金属拡散防止帯とした。その後、陰
極としてＣａを１０ｎｍ製膜した後、Ａｌを１５０ｎｍ
の厚さで製膜し、素子を作成した。これらの製膜は一度
も真空を破ることなく、連続して行った。

【００３５】なお、膜厚は水晶振動子によってモニター
した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出し
を行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電
圧を印加したところ、均一な緑色の発光が得られた。こ
の素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／
ｍ²で連続駆動（定電流）したところ、輝度が初期の半
分である５００ｃｄ／ｍ²になるのに要する時間（輝度
半減期）は４０ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電
圧上昇分は２．９Ｖであった。

【００３６】（実施例６）基板にはガラス上に透明な陽
極としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形
成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基
板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置
内にセットし、１０^-4Ｐａまで排気した。その後、正孔
注入輸送層としてN,N'-ビス[4'-(N,N-ジフェニルアミ
ノ)-4-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（Ｔ
ＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。その後、発光層としてＮ，
Ｎ‘−ビス（１−ピレニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス(ｏ−ト
リル)−ｍ−フェニレンジアミンを２５ｎｍ製膜した。

【００３７】さらに、電子注入輸送層としてＡｌｑを２
５ｎｍ製膜した後、４、７−ジフェニル−１、１０-フ
ェナンスロリンを０．０１ｎｍ／ｓの蒸着速度で３０秒
間堆積し、金属拡散防止帯とした。その後、陰極として
ＡｌＬｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作
成した。ＡｌＬｉ混合膜はアルミニウムとリチウムをそ
れぞれ独立な蒸着元から蒸発させる強蒸着法によって作
製した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連
続して行った。

【００３８】なお、膜厚は水晶振動子によってモニター
した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出し
を行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電
圧を印加したところ、均一な緑色の発光が得られた。こ
の素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／
ｍ²で連続駆動（定電流）したところ、輝度が初期の半
分である５００ｃｄ／ｍ²になるのに要する時間（輝度
半減期）は９５ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電
圧上昇分は２．１Ｖであった。

【００３９】（比較例１）比較例１として、金属拡散防
止帯を設けなかったこと以外は第１の実施例と同様に素
子を作製した。この素子に電圧を印加したところ、均一
な緑色の発光が得られた。初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²
で連続駆動（定電流）したときの輝度半減期は１８ｈ、
５００ｈ駆動後の電圧上昇分は４．１Ｖであった。

【００４０】（比較例２）比較例２として、金属拡散防
止帯を設けなかったこと以外は第２の実施例と同様に素
子を作製した。この素子に電圧を印加したところ、均一
な青緑色の発光が得られた。初期輝度１０００ｃｄ／ｍ
²で連続駆動（定電流）したところ。輝度が半分である
５００ｃｄ／ｍ²になるのに要する時間（輝度半減期）
は１１０ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電圧上昇
分は３．７Ｖであった。

【００４１】第１から第６の実施例および比較例１、２
に示した結果より、本実施例で得られた素子は比較例で
得られた素子よりも駆動耐久性に優れていることが明ら
かになった。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、駆動耐久
性に優れた有機電界発光素子が得られるという有利な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電界発光素子の構成の断面図

【符号の説明】

１ガラス基板２陽極３正孔注入層４正孔輸送層５発光層６電子輸送層７電子注入層８金属拡散防止帯９陰極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極と、前記一対の電極に挟まれ
た少なくとも一層以上の有機層と、前記電極と前記有機
層との界面に金属拡散防止帯を有する有機電界発光素
子。
【請求項２】金属拡散防止帯と接する電極がリチウ
ム、マグネシウム、カルシウム又はそれらの化合物を含
む請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】金属拡散防止帯が、それと接する電極中
に含まれている金属と錯形成する化合物を含む請求項１
又は２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】金属拡散防止帯が、フェナントロリン誘
導体、ビピリジン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロ
シアニン誘導体又はオキシン誘導体のいずれかを含む請
求項１、２又は３記載の有機電界発光素子。
【請求項５】金属拡散防止帯が一つの層から構成され
ており、その厚さが５nm以下である請求項１ないし４の
いずれか記載の有機電界発光素子。
【請求項６】金属拡散防止帯が島状に形成されている
請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素子。