JP2004031213A

JP2004031213A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2004031213A
Application number: JP2002187940A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Suzuki; 鈴木　睦美; Masao Fukuyama; 福山　正雄
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【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素子を実現すること。
【解決手段】陽極１２と陰極１６からなる一対の電極と、その間に少なくとも発光層１４を含めた２層以上の有機物から構成される層を有した有機電界発光素子において、陰極１６または陽極１２と接する領域に電子受容性または電子供与性が強い有機物を添加した領域１７を設ける。
【選択図】　　図１

Description

【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、駆動耐久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ＺｎＳを用いた素子がある。しかし、このよう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、従来は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．Ｔａｎｇ）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、正孔と電子を蛍光体中に注入して発光させることに成功した。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／ｍ^２以上の発光が得られるようになった。その後、電子輸送性発光層を発光層と電子輸送層に分けるなど、素子を構成する層の機能分離が進められた結果、現在では１００００ｃｄ／ｍ^２以上の発光特性が得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような有機電界発光素子を実用化する上での問題点の一つとして、連続駆動時の輝度の経時低下・駆動電圧の上昇があげられる。この問題を解決するために、電荷輸送材料・発光材料・電極材料の改良、素子構成の改良等、様々な検討がなされている。
【０００５】
連続駆動時に効率が変化する要因の一つとして、素子内の電荷蓄積があげられる。素子に電圧を印加することにより電極から有機層内に電荷が注入されるが、連続して駆動すると、次第に有機層内に電荷が蓄積し素子の内部電界が変化するために、発光効率の変化や駆動電圧の上昇が起こると考えられる。また、蓄積電荷は有機層を構成する有機分子のアニオン・カチオンとして存在するため、場合によっては有機層の化学劣化を引き起こすこともある。駆動耐久性を向上させるためには、この素子内の電荷蓄積を抑制する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、有機電界発光素子に新たな素子構成を取り入れることによって、有機電界発光素子の駆動耐久性を向上させることにある。
【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、陽極と陰極からなる一対の電極と、前記陽極と陰極の間に少なくとも発光層を含めた２層以上の有機物から構成される層を有する有機電界発光素子において、前記陰極と接する領域に電子受容性が強い有機物を添加した領域を設けたことを特徴とするものである。この構成により、連続駆動による有機層内への電子の蓄積が抑制され、輝度低下や駆動電圧上昇を抑えることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極からなる一対の電極と、前記陽極と陰極の間に少なくとも発光層を含めた２層以上の有機物から構成される層を有する有機電界発光素子において、前記陽極と接する領域に電子供与性が強い有機物を添加した領域を設けたことを特徴とするものである。この構成により、連続駆動による有機層内への正孔の蓄積が抑制され、輝度低下や駆動電圧上昇を抑えることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。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。基板１１上に陽極１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、陰極１６を順次形成し、電子輸送層１５の一部に、電子受容性が強い有機物を添加した領域１７を陰極１６と接するように設けたものである。また、図２は本発明による有機電界発光素子の別の概略構成を示す断面図である。図１の場合と同様に、基板２１上に陽極２２、正孔輸送層２３、発光層２４、電子輸送層２５、陰極２６を順次形成し、正孔輸送層２３の一部に、電子供与性が強い有機物を添加した領域２７を陽極２２と接するように設けたものである。
【００１０】
基板１１、２１は、透明で表面が平滑なものであれば使用できる。一般的にはガラス、プラスティックが用いられる。また、素子作製時に支持できれば、任意の厚さの基板を使用できる。
【００１１】
陽極１２、２２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の金薄膜を用いることができる。
【００１２】
電荷輸送層は、正孔輸送層１３、２３と電子輸送層１５、２５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。正孔輸送層１３、２３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）、４、４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）などのトリフェニルアミン誘導体やチオフェン誘導体、スチルベン誘導体などを用いることができる。一方、電子輸送層１５、２５としては電子輸送性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が使用される。
【００１３】
発光層１４、２４としては数多くの化合物群が使用されるが、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。
【００１４】
陰極１６、２６は、有機膜に電子が注入できることが必要であり、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。
【００１５】
本実施の形態によれば、陰極１６または陽極２２に接する領域に、電子受容性または電子供与性の有機材料をそれぞれ添加した領域１７、２７を設けることにより、連続駆動時の輝度低下・駆動電圧上昇を抑制することができる。
【００１６】
前述のとおり、連続駆動時の輝度低下・駆動電圧上昇の要因の一つとして、素子内の電荷蓄積があげられる。素子を構成する有機層の各電荷（電子・正孔）の易動度に対して注入される電荷の量が多くなると、次第に有機層内に電荷が蓄積される。有機層の過剰な電荷をトラップする有機化合物を有機層に添加することにより、有機層を構成する有機分子がアニオン状態・カチオン状態で安定化するのを抑制し、蓄積電荷となるのを防ぐことができる。
【００１７】
陰極１６に接する領域１７に添加する有機材料としては、添加される有機層１５を主に構成している材料よりも電子受容性の強い有機材料を用いる。また、陽極２２に接する領域２７に添加する有機材料としては、添加される有機層２３を主に構成している材料よりも電子供与性の強い有機材料を用いる。電子供与性・受容性を表す指標としては、酸化電位、還元電位、イオン化ポテンシャル、電子親和力などがあげられる。
【００１８】
添加する有機材料の濃度としては、添加した有機材料同士が凝集しない程度の濃度、具体的には１０　ｍｏｌ　％以下が効果的である。また、添加する領域は、各電極から１５ｎｍ未満で、励起子が発生・再結合する領域から離れていることが望ましい。
【００１９】
なお、ここでは有機層が正孔輸送層１３、２３、発光層１４、２４、電子輸送層１５，２５の３層から構成される場合について説明したが、複数の層の有する機能を１つの層で兼ねる場合や、各層が複数の材料から構成される場合も同様に実施可能である。また、新たな機能を有する層を挿入することも可能である。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
（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を用いた。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（ＴＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。さらに発光層兼電子輸送層としてトリス（８−ヒドロキシキノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）を４０ｎｍ製膜したのち、Ａｌｑに電子受容性有機材料としてＣｏｕｍａｒｉｎ５４０（Ｅｘｃｉｔｏｎ社製）を添加した膜を１０ｎｍ製膜した。これらの材料は別々の蒸着源から蒸発させて製膜した。またＡｌｑに対するＣｏｕｍａｒｉｎ５４０の添加量は２　ｍｏｌ　％とした。さらに、陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。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。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、均一な黄緑色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は３８０時間、そのときの電圧上昇率は１１％であった。
【００２１】
（実施例２）
基板には実施例１と同様に、ＩＴＯをあらかじめ電極の形にパターニングしたものを用いた。洗浄した基板を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、ＴＰＴに電子供与性有機材料として銅フタロシアニン（東京化成製）を添加した膜を１０ｎｍ製膜した。ＴＰＴに対する銅フタロシアニンの添加量は３　ｍｏｌ　％とした。さらに正孔輸送層としてＴＰＴを４０ｎｍ、電子輸送性発光層としてＡｌｑを５０ｎｍ製膜した。続けて陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な黄緑色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は２４０時間、そのときの電圧上昇率は１４％であった。
【００２２】
（実施例３）
基板には実施例１と同様に、ＩＴＯをあらかじめ電極の形にパターニングしたものを用いた。洗浄した基板を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、ＴＰＴを５０ｎｍ製膜した。さらに発光層として（化１）に示す化合物（１）を２５ｎｍ製膜した後、Ａｌｑを２０ｎｍ製膜した。その上に、Ａｌｑに電子受容性有機材料としてＣｏｕｍａｒｉｎ５４０を添加した膜を５ｎｍ製膜した。Ａｌｑに対するＣｏｕｍａｒｉｎ５４０の添加量は２　ｍｏｌ　％とした。さらに、陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は９０時間、そのときの電圧上昇率は１６％であった。
【化１】

【００２３】
（実施例４）
基板には実施例１と同様に、ＩＴＯをあらかじめ形にパターニングしたものを用いた。洗浄した基板を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、ＴＰＴに電子供与性有機材料として銅フタロシアニンを添加した膜を５ｎｍ製膜した。ＴＰＴに対する銅フタロシアニンの添加量は３　ｍｏｌ　％とした。さらに正孔輸送層としてＴＰＴを４５ｎｍ、発光層として化合物（１）を２５ｎｍ、電子輸送層としてＡｌｑを２５ｎｍ製膜した。続けて陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は１１０時間、そのときの電圧上昇率は１５％であった。
【００２４】
（比較例１）
基板には実施例１と同様に、ＩＴＯをあらかじめ電極の形にパターニングしたものを用いた。洗浄した基板を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、正孔輸送層としてＴＰＴを５０ｎｍ、電子輸送性発光層としてＡｌｑを５０ｎｍ製膜した。さらに陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な黄緑色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は１５０時間、そのときの電圧上昇率は１７％であった。
【００２５】
（比較例２）
基板には実施例１と同様に、ＩＴＯをあらかじめ電極の形にパターニングしたものを用いた。洗浄した基板を材料と一緒に真空装置内にセットし、１０^−４Ｐａまで排気した。その後正孔輸送層としてＴＰＴを５０ｎｍ、発光層として化合物（１）を２５ｎｍ、電子輸送層としてＡｌｑを２５ｎｍ製膜した。さらに、陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が観測された。初期輝度２０００ｃｄ／ｍ^２で定電流駆動したところ、輝度が半分の１０００ｃｄ／ｍ^２になるのに要した時間は７０時間、そのときの電圧上昇率は２０％であった。
【００２６】
以上の実施例および比較例の結果から、電極に接する有機層に電子受容性あるいは電子供与性の有機物を添加することによって、連続駆動時の輝度低下・電圧上昇が抑制されることがわかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極からなる一対の電極と、その間に少なくとも発光層を含めた２層以上の有機物から構成される層を有し、電極と接する領域に電子受容性または電子供与性が強い有機物を添加した領域を設けたことを特徴とするものであり、従来の素子に比べて駆動耐久性に優れた有機電界発光素子、具体的には連続駆動時の輝度低下・駆動電圧の上昇が抑制さ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】本発明の実施の形態における電界発光素子の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態における電界発光素子の別の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１１　基板
１２　陽極
１３　正孔輸送層
１４　発光層
１５　電子輸送層
１６　陰極
１７　電子輸送層に電子受容性分子を添加した領域
２１　基板
２２　陽極
２３　正孔輸送層
２４　発光層
２５　電子輸送層
２６　陰極
２７　正孔輸送層に電子供与性分子を添加した領域

Claims

陽極と陰極からなる一対の電極と、前記陽極と陰極の間に少なくとも発光層を含めた２層以上の有機物から構成される層を有する有機電界発光素子において、前記陰極と接する領域に電子受容性が強い有機物を添加した領域を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。
陽極と陰極からなる一対の電極と、前記陽極と陰極の間に少なくとも発光層を含めた２層以上の有機物から構成される層を有する有機電界発光素子において、前記陽極と接する領域に電子供与性が強い有機物を添加した領域を設けたことを特徴とする有機電界発光素子。