JP2004127557A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】陰極として、Ｃａに対してＯ濃度の混合割合を最適化して発光効率を向上させる構造の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】透明な基板２上に陽極３と、有機発光層４、５と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極６とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子１において、陰極６は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなる。
【選択図】 図１
【解決手段】透明な基板２上に陽極３と、有機発光層４、５と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極６とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子１において、陰極６は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の発光効率向上に係り、特にその陰極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、エリアカラーの車載オーディオ用表示パネルが実用化され、フルカラーを用いた携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に用いられている。そして、有機ＥＬ素子は、一般的には陽極、有機発光層、陰極とを順次積層して構成されている。この陽極と陰極間に電流を流すことにより、有機発光層で発光が生じ、一方の電極を透明にすることにより外部に光を取り出すことができる。
【０００３】
この有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があり、発光材料となる蛍光物質を選択することによって適当な色彩に発光させることができるため、フルカラー表示装置として利用できる期待があり、様々な研究が行われるようになった。
【０００４】
一般に、図２に示すように、有機ＥＬ素子は、ガラス基板２上に陽極３、正孔注入層４と電子輸送性発光層７とからなる有機発光層、陰極６が積層された構造を持つ。有機発光層は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層等が積層された多層構造とすることもできる。有機発光層の例としては、正孔注入層に銅フタロシアニン、正孔輸送層にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４‘−ジアミン、蛍光体層にトリス（８−キノリノール）アルミニウムをそれぞれ用いたものが挙げられる。これらの有機層はいずれも低分子の化合物であり、各層は、０．０１〜０．１μｍの厚さで抵抗加熱方式の真空蒸着法により積層される。
陽極３は、スパッタ法、真空蒸着法によりＩＴＯを数１０〜数１００ｎｍ積層して形成される。また、陰極６は、抵抗加熱を利用した真空蒸着法によりＡｌ、Ｍｇ／Ａｇ等を数１０〜数１００ｎｍ積層して形成される。
【０００５】
このため、低分子化合物を用いた有機ＥＬ素子の製造方法では、有機発光層と陽極３及び陰極６の金属電極を形成するための高価な真空蒸着装置を必要とし、蒸着時の加熱による材料劣化のために生じる発光特性の低下や生産性が低く、製造コストが高いといった問題点があった。
【０００６】
これに対して、有機発光層として高分子化合物を用いることが提案された。
有機発光層として高分子を用いるもので、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニールカルバゾール等の高分子中に低分子の蛍光色素を溶解分散させたものや、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ピリフェニレンビニレン誘導体、ポリアルキルフルオレン誘導体等の高分子蛍光体が用いられる。
これらの高分子蛍光体は、溶液に可溶とすることでスピンコート、フレキソ印刷等の湿式法で成膜することができる。
このように、有機発光層に高分子化合物を用いた場合には、有機発光層がスピンコート法以外にフレキソ印刷等の湿式法等で形成できるため、真空蒸着装置のような高価な装置が不要となり、低コスト化が図れ、大面積化も容易であるといった利点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１８５３６２（第２−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、陰極として、一般的には、Ｃａ／Ａｇが用いられるが、成膜時のＯ濃度とＣａの混合割合により発光効率が影響されるといった問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、陰極としてＣａに対して、Ｏ濃度の混合割合を最適化して発光効率を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、透明な基板上に陽極と、有機発光層と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記陰極は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
第２の発明は、前記Ｏは、前記Ｃａに対して１７．２〜５０ａｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子について図１を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を示し、（Ａ）は上方から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ断面図である。
【００１１】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子１は、ガラス基板２上にストライプ状のＩＴＯからなる陽極３と、チオフェン系導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる正孔注入層４と、イリジウム錯体からなる高分子発光層５と、１７．２〜５０ａｔ％の範囲のＯを含むＣａ上にＡｇを積層した陽極３に直交するストライプ状の陰極６とからなる。
その動作は、従来と同様である。
【００１２】
次に、その製造方法について説明する。
ＲＦスパッタ法により、ガラス基板２上にメタルマスクを用いて厚さ３００ｎｍ、５ｍｍ×３０ｍｍのストライプ状のＩＴＯからなる陽極３を形成する。この際の陽極３の比抵抗は、５×１０−４Ω・ｃｍである。この後、図示しないＲＦスパッタ装置内から取り出し、図示しないアッシング装置を用いて、酸素プラズマにより４００Ｗ、１分間のアッシングを行う。
【００１３】
次に、スピンコート法により、ガラス基板２に形成された陽極３上に厚さ６０ｎｍのチオフェン系導電性高分子を塗布した後、２００℃で加熱乾燥して正孔注入層４を形成する。更に、スピンコート法により、正孔注入層４上にホストポリマーであるＰＶＫに３０ｗｔ％の高分子系電子輸送材料ＰＢＤと緑色の燐光発光材料である２．５ｗｔ％のイリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）とをクロロホルムに溶かした溶液を塗布し、１１０℃で過熱乾燥して高分子発光層５を形成する。
【００１４】
次に、真空蒸着装置内に陽極３、正孔注入層４及び高分子発光層５が形成されたガラス基板２を素早く導入すると共に、Ｗボート（タングステンボート）及びＢＮボート（ボロンナイトライトボート）をセットし、ＷボートにはＣａを収納し、ＢＮボートにはＡｇを収納し、到達真空度４×１０−７Ｔｏｒｒまで排気した後、Ｏを導入しながら、Ｗボートの抵抗加熱を行って、高分子発光層５上に厚さ４０ｎｍのＯとＣａとを所定割合にした化合物を形成する。
引き続いて、蒸着レート２ｎｍ／ｓで厚さ３００ｎｍのＡｇを蒸着して、ＯとＣａとを所定割合にした化合物とＡｇとからなる陰極６を形成する。こうして、有機ＥＬ素子１を作製することができる。
【００１５】
次に、陰極６を構成するＯとＣａとを所定割合にした化合物と発光効率との関係について調べた。
この際、Ａｇはそのままにして、ＣａとＯ濃度の混合割合の単位をａｔ％として、ＣａとＯの比がそれぞれ５０：５０をサンプル１、６０：４０をサンプル２、６６．７：３３．３をサンプル３、８２．８：１７．２をサンプル４として各有機ＥＬ素子のサンプルを作製した。
ここで、ＣａとＯの組成分析については、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて行った。
また、発光効率は、有機ＥＬ素子１に電圧を印加して、その際の電流及び輝度を測定して行った。
その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１に示すように、サンプル１〜４では、３Ｖの低電圧から発光が開始し、輝度も高く、発光効率も１６．２〜２２．１ｃｄ／Ａの安定した高い値が得られた。
しかし、蒸着前にＷボートを十分加熱して、ＷボートやＣａからの脱ガスを行って有機ＥＬ素子を作製した時には、即ち、Ｏを導入しない状態の時には、７Ｖ程度の高い電圧での発光が観測され、電流も流れ過ぎ、発光効率が減少してしまった。また、Ｏ濃度が５０ａｔ％以上では発光効率は低下した。
以上のように、本発明の実施形態によれば、陰極６として、Ｃａに対してのＯ濃度が１７．２〜５０ａｔ％である化合物を用いているので、発光効率が高く、輝度の高い有機ＥＬ素子１が得られる。
【００１８】
なお、陽極３の材料としては、ＩＴＯの代わりに酸化インジウムに酸化亜鉛が含まれているＩＺＯ（Ｉ２Ｏ３にＺｎＯ２が１０ｗｔ％添加されたもの）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、二酸化スズ−アンチモン混合物（ＳｎＯ２＋Ｓｂ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛−アルミニウム混合物（ＺｎＯ＋Ａｌ）やこれらに微量の添加物を含んだもの、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属、或いはこれらに微量の添加物を含んだもの、又は混合物を用いても良い。また、これらの積層体でも良い。
陰極６は、電子輸送層に電子を注入するもので仕事関数の小さな銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属やこれらの合金でも良い。また、陽極３を下部電極として用いた場合、発光光をより効率よく取り出すために透明導電性膜の下に反射膜となる金属、あるいは合金を薄く成膜しても良い。そのときの上部電極陽極となり発光光が透過できる程度の透過率を持っているものであれば良い。
なお、本発明の実施形態では、有機発光層は、正孔注入層４と高分子発光層５とからなるが、正孔注入層４がなくても良い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、透明な基板上に陽極と、有機発光層と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記陰極は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなるので、発光効率が高く、輝度の高い有機ＥＬ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を示し、（Ａ）は上方から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ断面図である。
【図２】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１…有機エレクトロルミネッセンス素子、２…ガラス基板（基板）、３…陽極、４…正孔注入層、５…高分子発光層、６…陰極
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の発光効率向上に係り、特にその陰極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、エリアカラーの車載オーディオ用表示パネルが実用化され、フルカラーを用いた携帯端末機器やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に用いられている。そして、有機ＥＬ素子は、一般的には陽極、有機発光層、陰極とを順次積層して構成されている。この陽極と陰極間に電流を流すことにより、有機発光層で発光が生じ、一方の電極を透明にすることにより外部に光を取り出すことができる。
【０００３】
この有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があり、発光材料となる蛍光物質を選択することによって適当な色彩に発光させることができるため、フルカラー表示装置として利用できる期待があり、様々な研究が行われるようになった。
【０００４】
一般に、図２に示すように、有機ＥＬ素子は、ガラス基板２上に陽極３、正孔注入層４と電子輸送性発光層７とからなる有機発光層、陰極６が積層された構造を持つ。有機発光層は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子注入層等が積層された多層構造とすることもできる。有機発光層の例としては、正孔注入層に銅フタロシアニン、正孔輸送層にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４‘−ジアミン、蛍光体層にトリス（８−キノリノール）アルミニウムをそれぞれ用いたものが挙げられる。これらの有機層はいずれも低分子の化合物であり、各層は、０．０１〜０．１μｍの厚さで抵抗加熱方式の真空蒸着法により積層される。
陽極３は、スパッタ法、真空蒸着法によりＩＴＯを数１０〜数１００ｎｍ積層して形成される。また、陰極６は、抵抗加熱を利用した真空蒸着法によりＡｌ、Ｍｇ／Ａｇ等を数１０〜数１００ｎｍ積層して形成される。
【０００５】
このため、低分子化合物を用いた有機ＥＬ素子の製造方法では、有機発光層と陽極３及び陰極６の金属電極を形成するための高価な真空蒸着装置を必要とし、蒸着時の加熱による材料劣化のために生じる発光特性の低下や生産性が低く、製造コストが高いといった問題点があった。
【０００６】
これに対して、有機発光層として高分子化合物を用いることが提案された。
有機発光層として高分子を用いるもので、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニールカルバゾール等の高分子中に低分子の蛍光色素を溶解分散させたものや、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ピリフェニレンビニレン誘導体、ポリアルキルフルオレン誘導体等の高分子蛍光体が用いられる。
これらの高分子蛍光体は、溶液に可溶とすることでスピンコート、フレキソ印刷等の湿式法で成膜することができる。
このように、有機発光層に高分子化合物を用いた場合には、有機発光層がスピンコート法以外にフレキソ印刷等の湿式法等で形成できるため、真空蒸着装置のような高価な装置が不要となり、低コスト化が図れ、大面積化も容易であるといった利点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１８５３６２（第２−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、陰極として、一般的には、Ｃａ／Ａｇが用いられるが、成膜時のＯ濃度とＣａの混合割合により発光効率が影響されるといった問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、陰極としてＣａに対して、Ｏ濃度の混合割合を最適化して発光効率を向上させる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、透明な基板上に陽極と、有機発光層と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記陰極は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
第２の発明は、前記Ｏは、前記Ｃａに対して１７．２〜５０ａｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子について図１を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を示し、（Ａ）は上方から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ断面図である。
【００１１】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子１は、ガラス基板２上にストライプ状のＩＴＯからなる陽極３と、チオフェン系導電性高分子（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）からなる正孔注入層４と、イリジウム錯体からなる高分子発光層５と、１７．２〜５０ａｔ％の範囲のＯを含むＣａ上にＡｇを積層した陽極３に直交するストライプ状の陰極６とからなる。
その動作は、従来と同様である。
【００１２】
次に、その製造方法について説明する。
ＲＦスパッタ法により、ガラス基板２上にメタルマスクを用いて厚さ３００ｎｍ、５ｍｍ×３０ｍｍのストライプ状のＩＴＯからなる陽極３を形成する。この際の陽極３の比抵抗は、５×１０−４Ω・ｃｍである。この後、図示しないＲＦスパッタ装置内から取り出し、図示しないアッシング装置を用いて、酸素プラズマにより４００Ｗ、１分間のアッシングを行う。
【００１３】
次に、スピンコート法により、ガラス基板２に形成された陽極３上に厚さ６０ｎｍのチオフェン系導電性高分子を塗布した後、２００℃で加熱乾燥して正孔注入層４を形成する。更に、スピンコート法により、正孔注入層４上にホストポリマーであるＰＶＫに３０ｗｔ％の高分子系電子輸送材料ＰＢＤと緑色の燐光発光材料である２．５ｗｔ％のイリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）とをクロロホルムに溶かした溶液を塗布し、１１０℃で過熱乾燥して高分子発光層５を形成する。
【００１４】
次に、真空蒸着装置内に陽極３、正孔注入層４及び高分子発光層５が形成されたガラス基板２を素早く導入すると共に、Ｗボート（タングステンボート）及びＢＮボート（ボロンナイトライトボート）をセットし、ＷボートにはＣａを収納し、ＢＮボートにはＡｇを収納し、到達真空度４×１０−７Ｔｏｒｒまで排気した後、Ｏを導入しながら、Ｗボートの抵抗加熱を行って、高分子発光層５上に厚さ４０ｎｍのＯとＣａとを所定割合にした化合物を形成する。
引き続いて、蒸着レート２ｎｍ／ｓで厚さ３００ｎｍのＡｇを蒸着して、ＯとＣａとを所定割合にした化合物とＡｇとからなる陰極６を形成する。こうして、有機ＥＬ素子１を作製することができる。
【００１５】
次に、陰極６を構成するＯとＣａとを所定割合にした化合物と発光効率との関係について調べた。
この際、Ａｇはそのままにして、ＣａとＯ濃度の混合割合の単位をａｔ％として、ＣａとＯの比がそれぞれ５０：５０をサンプル１、６０：４０をサンプル２、６６．７：３３．３をサンプル３、８２．８：１７．２をサンプル４として各有機ＥＬ素子のサンプルを作製した。
ここで、ＣａとＯの組成分析については、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて行った。
また、発光効率は、有機ＥＬ素子１に電圧を印加して、その際の電流及び輝度を測定して行った。
その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
表１に示すように、サンプル１〜４では、３Ｖの低電圧から発光が開始し、輝度も高く、発光効率も１６．２〜２２．１ｃｄ／Ａの安定した高い値が得られた。
しかし、蒸着前にＷボートを十分加熱して、ＷボートやＣａからの脱ガスを行って有機ＥＬ素子を作製した時には、即ち、Ｏを導入しない状態の時には、７Ｖ程度の高い電圧での発光が観測され、電流も流れ過ぎ、発光効率が減少してしまった。また、Ｏ濃度が５０ａｔ％以上では発光効率は低下した。
以上のように、本発明の実施形態によれば、陰極６として、Ｃａに対してのＯ濃度が１７．２〜５０ａｔ％である化合物を用いているので、発光効率が高く、輝度の高い有機ＥＬ素子１が得られる。
【００１８】
なお、陽極３の材料としては、ＩＴＯの代わりに酸化インジウムに酸化亜鉛が含まれているＩＺＯ（Ｉ２Ｏ３にＺｎＯ２が１０ｗｔ％添加されたもの）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、二酸化スズ−アンチモン混合物（ＳｎＯ２＋Ｓｂ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛−アルミニウム混合物（ＺｎＯ＋Ａｌ）やこれらに微量の添加物を含んだもの、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属、或いはこれらに微量の添加物を含んだもの、又は混合物を用いても良い。また、これらの積層体でも良い。
陰極６は、電子輸送層に電子を注入するもので仕事関数の小さな銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属やこれらの合金でも良い。また、陽極３を下部電極として用いた場合、発光光をより効率よく取り出すために透明導電性膜の下に反射膜となる金属、あるいは合金を薄く成膜しても良い。そのときの上部電極陽極となり発光光が透過できる程度の透過率を持っているものであれば良い。
なお、本発明の実施形態では、有機発光層は、正孔注入層４と高分子発光層５とからなるが、正孔注入層４がなくても良い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、透明な基板上に陽極と、有機発光層と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記陰極は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなるので、発光効率が高く、輝度の高い有機ＥＬ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を示し、（Ａ）は上方から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ断面図である。
【図２】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１…有機エレクトロルミネッセンス素子、２…ガラス基板（基板）、３…陽極、４…正孔注入層、５…高分子発光層、６…陰極
Claims (2)
- 透明な基板上に陽極と、有機発光層と、ＣａとＡｇの２層からなる陰極とが順次積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記陰極は、前記ＣａとＯとを所定割合にした化合物からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記Ｏは、前記Ｃａに対して１７．２〜５０ａｔ％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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2002
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