JP2004273163A - Organic el element, manufacturing method thereof, and organic el panel - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子(有機エレクトロルミネッセンス素子:以下、「有機EL素子」と言う)とその製造方法および有機ELパネルに関し、特に、発光効率を向上させることのできる有機EL素子とその製造方法および有機ELパネルに関する。
【0002】
【従来の技術】
発光素子として電界発光を利用した有機EL素子を用いた有機ELパネルが注目を集めている。有機ELパネルは、バックライトが不要な自己発光型のフラットパネルであり、視野角が広く視認性の高いディスプレイを実現できる。また、必要な画素のみを発光させればよいため、液晶ディスプレイなどのバックライト型のディスプレイに比べて消費電力を少なくすることができる。また、応答性能を、今後実用化が期待されている高精細度の高速のビデオ信号にも十分対応可能な程度に高くすることもできる。
有機ELパネルに用いられる有機EL素子は、たとえば透明電極膜により形成されるアノード(陽極層)、発光層である有機層、および、たとえば金属電極膜により形成されるカソード(陰極層)が積層されて形成される。すなわち、有機材料を上下から電極(陽極および陰極)で挟み込んだ構造を有する。そして、有機層に上下の電極層から電圧を印加することにより、陽極層から正孔が、陰極層から電子がそれぞれ有機層に注入され、有機層にて正孔と電子が再結合し発光が生じる。
【0003】
このような有機EL素子においては、従来より、寿命が不十分であるという問題がある。発光のために素子に電圧を印加する有機EL素子においては、消費電力が大きいと、素子内部が発熱し、材料劣化が促進し、寿命が低下する。したがって、なるべく少ない消費電力で高い輝度で発光する素子が求められている。
そのため、たとえば発光層と正孔輸送層の間に電子ブロック層を挿入することにより、発光層から正孔輸送層への電子の移動を防止するようにした構造の提案がなされている(たとえば、特許文献1参照)。また、発光層と電子輸送層との間に正孔ブロック層を形成し、発光効率を増加させる方法も提案されている(たとえば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−175887号公報
【特許文献2】
特開2000−306676号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した電子ブロック層を挿入する方法においては、発光材料に対応して、その発光層の最低空準位より高いエネルギーを有する材料を用いて電子ブロック層を形成する必要がある。すなわち、発光色が異なるために異なる発光材料を用いる場合には、挿入する電子ブロック層の材料をも変える必要がある。そのため、フルカラーで発光する表示パネルにこの方法を適用する場合には、各色の素子に対応して電子ブロック層の材料も変える必要があり、プロセス工程が長く、複雑になるという問題が生じる。
また、いずれの方法においても、未だ有機EL素子の寿命は十分とは言えず、より高い発光効率で発光し、消費電力を低く抑え、これにより寿命が十分に長い有機EL素子が望まれている。
【0006】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、プロセス工程を大幅に複雑化することなく発光効率を高め、消費電力が少なくし寿命を長期化した有機EL素子とその製造方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、フルカラー表示が可能で発光効率が高く消費電力が少なく寿命の長い有機ELパネルを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の有機EL素子は、
少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む有機層が1層以上形成された有機EL素子であって、
前記発光層への電子の流れを抑制する電子移動制御層が前記電極層間に形成されていることを特徴とする。
【0008】
このような構成によれば、電子移動制御層により、発光に寄与しない余剰な電子の発光層への流れが抑制される。したがって、発光に寄与する有効な電子のみが発光層に注入されることとなり、素子を流れる電流が効率よく発光に供されることとなり、発光効率が向上する。その結果、発光量が同じまま消費電力を少なくすることができ、素子寿命を長期化することができる。
【0009】
好適には、本発明の有機EL素子は、陰極としての前記電極層と前記発光層との間に電子輸送層が形成され、前記電子移動制御層は、前記電子輸送層と前記発光層との間に形成され、前記電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルが、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低いことを特徴とする。
より好適には、前記電子移動制御層と前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルの差は、0eVより大きく1eV以下である。
【0010】
このような構成によれば、内部電界により電子輸送層から発光層方向に移動する電子の量が、間に介在された電子移動制御層により制御される。したがって、発光層に注入する電子の量が適切に制御される。また、この構成においては、電子輸送層と電子移動制御層との間の最低空準位の差に基づいて、電子の移動量の制御が行われる。したがって、発光層の材料に依存せずに電子の注入量を制御することができ、有機EL素子の種類に依存しない共通的な材料により電子移動制御層を形成することができる。
【0011】
好適な一例としては、本発明の有機EL素子は、前記発光層を複数有し、当該発光層各々の前記陰極としての前記電極層側に、前記電子移動制御層が形成されている。
好適な一例としては、前記電子移動制御層の厚さは、0.1〜20nmである。
また好適な一例としては、前記電子移動制御層は、α−NPD(α−ナフチルフェニルジアミン)、TPD(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)、m−TPD(N’、N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン)、1−TNATA(4,4’,4”−トリス(1−ナフチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン)、p−PMTDATA(4,4’,4”−トリス[ビフェニル−4−イル−(3−メチルフェニル(フェニル)アミノ)トリフェニルアミン]、TFATA(4,4’,4”−トリス[9,9−ジメチル−2 −フルオレニル(フェニル)アミノ] トリフェニルアミン)、TCATA(4,4’,4”−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン)、p−DPA−TDAB(1,3,5−トリス(ジフェニルアミノ)ベンゼン)、MTDAPB(1,3,5−トリス{4−メチルフェニル(フェニル)アミノ]フェニル}ベンゼン)、p−BPD(N,N’−ジ(ビフェニル−4−イル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン)、PFFA(N ,N ’−ビス(9 ,9 −ジメチル−2 −フルオレニル)−N ,N ’−ジフェニル−9 ,9 −ジメチルフルオレン−2 ,7 −ジアミン)またはFFD(N,N,N’,N’−テトラキス(9,9−ジメチル−2−フルオレニル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン)のいずれかである。
【0012】
また、本発明の有機EL素子の製造方法は、少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む1層以上の有機層と、電子の流れを抑制する電子移動制御層が配置されるように、前記電極層、前記有機層および前記電子移動制御層を形成することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の有機ELパネルは、少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む1層以上の有機層と電子の流れを抑制する電子移動制御層とが形成された有機EL素子が、基体上に複数配置された構成である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図1〜図9を参照して説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図、図2はその有機EL素子の製造工程を示すフローチャート、図3(A)は実施例1に係る緑色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図3(B)は比較のための従来の緑色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図4は実施例1に係る緑色の有機EL素子の素子を流れる電流に対する発光効率を示す図、図5は実施例1に係る緑色の有機EL素子の印加電圧に対する発光効率を示す図、図6(A)は実施例2に係る青色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図6(B)は比較のための従来の青色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図7(A)は実施例3に係る赤色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図7(B)は比較のための従来の赤色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図、図8は本発明の第2実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図、図9は本発明の第3実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図である。
【0015】
第1実施形態
本発明に係る第1実施形態の有機EL素子について、図1〜図7を参照して説明する。
第1実施形態の有機EL素子101は、図1に示す積層構造を有する。すなわち、有機EL素子101は、透明基板110上に、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム錫)透明電極120、第1および第2のホール輸送層131,132、発光層140、電子移動制御層150、電子輸送層160および金属電極170が順次積層されて構成される。
【0016】
ITO透明電極120は、陽極であり、たとえばスパッタリング法によりITO膜を成膜することにより形成される。ITO透明電極120の厚さは、好適には10〜1000nmであり、本実施形態においては200nmである。
第1のホール輸送層131および第2のホール輸送層132は、正孔(ホール)を発光層140に輸送する層である。第1のホール輸送層131は、m−TDATAの薄膜を真空蒸着法により成膜することにより形成される。第1のホール輸送層131の厚さは、好適には10〜500nmであり、本実施形態においては100nmである。また、第2のホール輸送層132は、α−NPDの薄膜であり、同じく真空蒸着法により形成される。第2のホール輸送層132の厚さは、好適には1〜100nmであり、本実施形態においては25nmである。
【0017】
発光層140は、発光材料の薄膜層であり、発光材料を真空蒸着法により成膜することにより形成される。発光層140を形成する発光材料は、その有機EL素子101の発光色に応じて選択される。たとえば緑色に発光する有機EL素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばAlq3(tris(8−hydroxyquinoline)aluminum:トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体)を、青色に発光する素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばZn(oxz)2を用いる。また、赤色に発光する素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばAlq3にDCM1という赤色の蛍光色素をドーピングした材料を用いる。発光層140の厚さは、好適には10〜100nmであり、本実施形態においては25nmである。
【0018】
電子移動制御層150は、発光層140への電子の注入量を制御するための層である。電子移動制御層150は、最低空準位(LUMO:Lowest Un−occupied Molecular Orbital)のエネルギーが電子輸送層160の最低空準位のエネルギーより低い材料を極薄い所定の厚さで堆積させることにより形成し、これにより発光層140への電子の移動量を制御する。
電子移動制御層150と電子輸送層160との最低空準位の差は、0eVより大きく1eV以下であるのが好ましく、電子移動制御層150の材料としてはそのような材料を選択すればよい。具体的には、前記電子移動制御層としては、α−NPD、TPD、m−TPD、1−TNATA、p−PMTDATA、TFATA、TCATA、p−DPA−TDAB、MTDAPB、p−BPD、PFFAまたはFFDなどの材料を用いるのが好ましい。本実施形態においては、電子移動制御層150としては正孔輸送性材料であるα−NPDを用いる。
【0019】
また、電子移動制御層150の厚さは、電子移動制御層150により適切な量の電子が発光層140に注入されるように適切な値に決められる。一般的には、電子移動制御層150の厚さは、0.1〜20nmが好適であり、より好ましくは0.1〜20nmである。本実施形態においては、1nmである。
電子移動制御層150が薄過ぎると硬化が少なく、厚過ぎると、発光層140への電子の注入量が少なくなり、発光層140での発光量が減少すると共に、発光層140における発光領域が電子移動制御層150側にずれ、発光の特性を悪化させる傾向にある。したがって、電子移動制御層150の厚さは、電子移動制御層150と電子輸送層160との最低空準位の差に基づいて適切な値に決められることが好ましい。すなわち、電子移動制御層150と電子輸送層160との最低空準位の差が小さければ電子移動制御層150の厚さは厚くし、その差が大きければ電子移動制御層150の厚さは薄くすることが好ましい。
【0020】
電子輸送層160は、電子を電子移動制御層150を介して発光層140に輸送する層であり、Alq3の薄膜を真空蒸着法により成膜することにより形成される。電子輸送層160の厚さは、好適には1〜100nmであり、本実施形態においては25nmである。
金属電極170は、陰極であり、Alを真空蒸着法により堆積させることにより形成される。Al電極170の厚さは、任意でよいが、好適には10nm以上であり、本実施形態においては200nmである。
【0021】
このような構造の有機EL素子101においては、透明電極(陽極)120とAl電極(陰極)170との間に直流電圧を印加することにより、正孔は透明電極120から第1および第2のホール輸送層131,132を経て発光層140に注入される。また、電子は金属電極170から電子輸送層160および電子移動制御層150を経て発光層140に注入される。その結果、注入された正孔および電子が発光層140で結合することにより、発光層140内の蛍光分子が励起され発光現象が生じる。
この時、発光層140への電子の注入量は、電子移動制御層150により制御される。すなわち、電子輸送層160から発光層140へ注入される電子の量が抑制され、発光層140における発光に寄与しない電子の移動が防止される。
【0022】
これまでの有機EL素子では、発光層での正孔との再結合により消費される電子より過剰な電子が発光層に注入されると、その余剰電子は、駆動電圧により発生する内部電界によりホール輸送層へ移動する。その結果、発光に必要な電子以上の電子を注入することとなり、結果的に発光効率の低下を招いていた。本実施形態の有機EL素子101においては、前述したように電子移動制御層150の作用により発光に寄与する電子のみが電子輸送層160から発光層140に注入されるため、結果的に発光効率の向上をもたらす。そしてその結果、消費電力を少なく抑えることができ、素子の寿命を長期化することができる。
【0023】
また、この時の電子移動制御層150の材料は、電子輸送層160の材料に対して最低空準位が低くなるように選択される。すなわち、発光層140の材料には依存しない。したがって、発光層140の材料が何であろうと、換言すれば、発光色が緑、青あるいは赤などと異なる種類の異なる有機EL素子101に対して、電子移動制御層150として同一の材料を用いることができる。そのため、発光層140の材料に応じて電子移動制御層150の材料を選定しなければならない場合と比較して、プロセス工程の複雑化を防ぐことができる。
【0024】
なお、本発明に係る有機ELパネルは、このような有機EL素子101であって、赤、緑および青に発色する有機EL素子を、所定のパターンで2次元マトリクス状に配置することにより形成される。パネルを構成する各有機EL素子の発光効率の向上、消費電力の低下および寿命の長期化により、パネル全体としても発光効率が向上し、消費電力が抑制され、寿命が長期化することは明白である。
【0025】
次に、有機EL素子101の製造工程について図2を参照して説明する。
まず、透明基板110上にITO膜をスパッタリング法により成膜しITO透明電極120を形成する(ステップS201)。
次に、ITO透明電極120上にm−TDATA膜を真空蒸着法により成膜し、第1のホール輸送層131を形成する(ステップS202)。
次に、第1のホール輸送層131上にα−NPD膜を真空蒸着法により成膜し、第2のホール輸送層132を形成する(ステップS203)。
次に、第2のホール輸送層132上に発光材料の薄膜を真空蒸着法により成膜し、発光層140を形成する(ステップS204)。
次に、発光層140上にα−NPDの薄膜を真空蒸着法により成膜し、電子移動制御層150を形成する(ステップS205)。
次に、電子移動制御層150上にAlq3の薄膜を真空蒸着法により成膜し、電子輸送層160を形成する(ステップS206)。
そして、電子移動制御層150上にAlを真空蒸着法により堆積させることにより、金属電極170を形成する(ステップS207)。
【0026】
第2実施形態
本発明に係る第2実施形態の有機EL素子について、図8を参照して説明する。
第2実施形態の有機EL素子102は、発光取り出し面を、第1実施形態のような基板110側ではなく、成膜面側とした有機EL素子である。
図8に示すように、有機EL素子102は、基板112上に、金属電極172、電子輸送層160、電子移動制御層150、発光層140、第2のホール輸送層132、第1のホール輸送層131および透明電極120を積層した構造である。
基板112は、光取り出し面ではないので透明である必要はない。
金属電極171は、低仕事関数を有するたとえばマグネシウム(Mg)と銀(Ag)の混合材料などの金属を、真空蒸着法などにより、たとえば5nm程度に薄く成膜して形成する。
【0027】
それ以外の各構成は、前述した第1実施形態と同じであり、また、このような構成による有機EL素子102の動作も第1実施形態と同じである。すなわち、このような構成においても、電子移動制御層150の作用により電子輸送層160から発光層140への電子の注入量が制御され、発光効率を向上させることができる。またこれにより、消費電力を抑え、素子の寿命を長期化することができる。
このように、成膜面側を光取り出し面とするような有機EL素子においても、電子輸送層160と発光層140の間に電子移動制御層150を介在させることが可能であり、本発明はこのような形態で実施してもよい。
【0028】
第3実施形態
本発明に係る第3実施形態の有機EL素子について、図9を参照して説明する。
第3実施形態の有機EL素子103は、発光層を複数有する構成の有機EL素子である。
図9に示すように、有機EL素子103は、透明基板110上に、ITO透明電極120、第1のホール輸送層131、第2のホール輸送層132、第1の発光層141、第1の電子移動制御層151、第2の発光層142、第2の電子移動制御層152、電子輸送層160および金属電極170を順次積層した構造である。
すなわち、有機EL素子102は、2つの発光層141,142を有し、その各々に対して陰極側に電子移動制御層151,152が配置された構造である。
【0029】
複数の発光層を有する有機EL素子においては、このように各発光層に対して電子移動制御層を配置してよい。各電子移動制御層について、陰極側の材料より最低空準位が低い材料を選択することにより、対応する発光層への電子の注入量を適切に抑制し制御することができ、各発光層における発光効率を向上させることができる。またこれにより、消費電力を抑え、素子の寿命を長期化することができる。
このように、複数の発光層を有する有機EL素子においても、各発光層に対して電子移動制御層を介在させることが可能であり、本発明はこのような形態で実施してもよい。
【0030】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変してよい。
前述した各実施形態の有機EL素子は、表示パネルにのみ適用されるものではない。液晶装置などのバックライトとしての照明装置など、任意の装置に適用してよい。
【0031】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【0032】
実施例1
発光層140の発光材料としてAlq3を用い、緑色に発光する有機EL素子101を形成した。すなわち、図1に示した構成において、第2のホール輸送層132と電子移動制御層150との間に、厚さ25nmのAlq3層を発光層140として配置した。
なお、この場合の有機EL素子の各層のエネルギーは、図3(A)に示す状態となる。すなわち、最低空準位(LUMO)が2.6eVの電子輸送層(Alq3層)と、同じく最低空準位が2.6eVの発光層(Alq3層)との間に、最低空準位が2.3eVの電子移動制御層(α−NPD層)が配置された構成となる。また、電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機EL素子は、図3(B)に示すように、電子輸送層と発光層(ともにAlq3層)とが隣接して配置された構成である。
【0033】
この緑色の有機EL素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機EL素子における、素子を流れる電流に対する発光効率を求めた。結果を図4に示す。図4において、横軸は有機EL素子に流れる電流を素子の面積で除した電流密度であり、縦軸は有機EL素子を流れる電流当たりの発光光量で示す発光効率である。図4に示すように、同じ電流が流れた場合には、電子移動制御層(α−NPD層)を有する本発明に係る有機EL素子の方が、電子移動制御層を具備しない従来の有機EL素子に比べて、発光輝度が高くなり発光効率が向上した。
【0034】
また、この緑色の有機EL素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機EL素子における、印加電圧に対する発光効率を求めた結果を図5に示す。図5において、横軸は有機EL素子に印加した電圧であり、縦軸は有機EL素子に流れる電流当たりの発光光量で示すところの発光効率である。図5に示すように、同じ電圧を印加した場合には、電子移動制御層(α−NPD層)を有する本発明に係る有機EL素子の方が、電子移動制御層を具備しない従来の有機EL素子に比べて発光効率が向上した。この場合、両者の間で輝度はほとんど変わらず、有機EL素子に流れる電流が電子移動制御層を有する有機EL素子の方が少なくなることにより発光効率が向上した。
いずれにしても、電子移動制御層としてのα−NPD層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【0035】
実施例2
発光層140の発光材料としてZn(oxz)2を用い、青色に発光する有機EL素子を形成した。すなわち、図1に示した構成において、第2のホール輸送層132と電子移動制御層150との間に、厚さ25nmのZn(oxz)2層を発光層140として配置した。
なお、この場合の有機EL素子の各層のエネルギーは、図6(A)に示す状態となる。すなわち、最低空準位(LUMO)が2.6eVの電子輸送層(Alq3層)と、同じく最低空準位が2.91eVの発光層(Zn(oxz)2層)との間に、最低空準位が2.3eVの電子移動制御層(α−NPD層)が配置された構成である。
【0036】
この青色の有機EL素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の青色の有機EL素子に対して、有機EL素子を流れる電流に対する発光効率、および、印加電圧に対する発光効率を求めた。その結果、図示しないが、図4および図5に示した緑色の有機EL素子の場合と同様の結果が得られた。すなわち、いずれの場合も、電子移動制御層としてのα−NPD層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【0037】
実施例3
発光層140の発光材料としてAlq3にDCM1という赤色の蛍光色素をドーピングした材料を用い、赤色に発光する有機EL素子を形成した。すなわち、図1に示した構成において、第2のホール輸送層132と電子移動制御層150との間に、厚さ25nmの赤色発光材料の層を発光層140として配置した。
この場合の有機EL素子の各層のエネルギーは、図7(A)に示す状態となる。すなわち、発光層140のエネルギー状態は、主要材料で最低空準位が2.6eVのAlq3と、最低空準位が2.08eVのDCM1の両特性を備える状態となる。そしてこの発光層と最低空準位(LUMO)が2.6eVの電子輸送層(Alq3層)との間に、最低空準位が2.3eVの電子移動制御層(α−NPD層)が配置された構成となる。
【0038】
この赤色の有機EL素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の赤色の有機EL素子に対して、有機EL素子を流れる電流に対する発光効率、および、印加電圧に対する発光効率を求めた。その結果、図示しないが、図4および図5に示した緑色の有機EL素子の場合と同様の結果が得られた。すなわち、いずれの場合も、電子移動制御層としてのα−NPD層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【0039】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、プロセス工程を大幅に複雑化することなく発光効率を高めて消費電力を抑えて寿命を長期化した有機EL素子とその製造方法を提供することができる。
また、フルカラー表示が可能で発光効率が高く消費電力を抑えて寿命の長い有機ELパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図である。
【図2】図2は、図1に示した有機EL素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図3】図3は、図1に示した有機EL素子の実施例1に係る緑色の有機EL素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図3(A)はその緑色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図3(B)は比較のための従来の緑色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図4】図4は、図3に係る緑色の有機EL素子の素子を流れる電流に対する発光効率を示す図である。
【図5】図5は、図3に係る緑色の有機EL素子の印加電圧に対する発光効率を示す図である。
【図6】図6は、図1に示した有機EL素子の実施例2に係る青色の有機EL素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図6(A)はその青色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図6(B)は比較のための従来の青色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図7】図7は、図1に示した有機EL素子の実施例1に係る赤色の有機EL素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図7(A)はその赤色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図7(B)は比較のための従来の赤色の有機EL素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図8】図8は、本発明の第2実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図である。
【図9】図9は、本発明の第3実施形態に係る有機EL素子の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
101,102,103…有機EL素子、110,111…基板、120…透明電極、131,132…ホール輸送層、140,141,142…発光層、150,151,152…電子移動制御層、160…電子輸送層、170,171…金属電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescent device (organic electroluminescence device: hereinafter, referred to as an “organic EL device”), a method of manufacturing the same, and an organic EL panel, and particularly to an organic EL device capable of improving luminous efficiency and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a method and an organic EL panel.
[0002]
[Prior art]
An organic EL panel using an organic EL element using electroluminescence as a light emitting element has been receiving attention. The organic EL panel is a self-luminous type flat panel that does not require a backlight, and can realize a display with a wide viewing angle and high visibility. Further, since only necessary pixels need to emit light, power consumption can be reduced as compared with a backlight type display such as a liquid crystal display. In addition, the response performance can be made high enough to cope with a high-definition high-speed video signal expected to be put to practical use in the future.
An organic EL element used in an organic EL panel has, for example, an anode (anode layer) formed by a transparent electrode film, an organic layer as a light emitting layer, and a cathode (cathode layer) formed by a metal electrode film, for example. Formed. That is, it has a structure in which an organic material is sandwiched between electrodes (anode and cathode) from above and below. Then, by applying a voltage to the organic layer from the upper and lower electrode layers, holes are injected from the anode layer and electrons are injected from the cathode layer into the organic layer, and the holes and electrons are recombined in the organic layer to emit light. Occurs.
[0003]
In such an organic EL element, there is a problem that the life is insufficient as compared with the conventional art. In an organic EL device that applies a voltage to the device for light emission, if the power consumption is large, the inside of the device generates heat, material deterioration is promoted, and the life is shortened. Therefore, there is a need for an element that emits light with high luminance with low power consumption.
Therefore, for example, a structure has been proposed in which an electron blocking layer is inserted between the light emitting layer and the hole transport layer to prevent the transfer of electrons from the light emitting layer to the hole transport layer (for example, Patent Document 1). In addition, a method has been proposed in which a hole blocking layer is formed between a light emitting layer and an electron transport layer to increase luminous efficiency (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-175887
[Patent Document 2]
JP 2000-306676 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described method of inserting the electron block layer, it is necessary to form the electron block layer using a material having energy higher than the lowest empty level of the light emitting layer corresponding to the light emitting material. That is, when different light emitting materials are used due to different light emission colors, it is necessary to change the material of the inserted electron block layer. Therefore, when this method is applied to a display panel that emits light in full color, it is necessary to change the material of the electron block layer in accordance with the element of each color, which causes a problem that the process steps are long and complicated.
Further, in any of the methods, the life of the organic EL element cannot be said to be sufficient yet, and an organic EL element which emits light with higher luminous efficiency, suppresses power consumption, and thereby has a sufficiently long life is desired. .
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to increase the luminous efficiency without significantly complicating the process steps, to reduce the power consumption and extend the life of the organic compound. An object of the present invention is to provide an EL element and a manufacturing method thereof.
Another object of the present invention is to provide an organic EL panel which can perform full color display, has high luminous efficiency, consumes little power, and has a long life.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an organic EL device of the present invention comprises:
An organic EL device in which at least one organic layer including a light-emitting layer is formed between electrode layers each formed of a transparent electrode,
An electron transfer control layer for suppressing the flow of electrons to the light emitting layer is formed between the electrode layers.
[0008]
According to such a configuration, the flow of surplus electrons that do not contribute to light emission to the light emitting layer is suppressed by the electron transfer control layer. Therefore, only effective electrons contributing to light emission are injected into the light emitting layer, and the current flowing through the element is efficiently provided for light emission, and the light emission efficiency is improved. As a result, power consumption can be reduced with the same light emission amount, and the element life can be prolonged.
[0009]
Preferably, in the organic EL device of the present invention, an electron transport layer is formed between the electrode layer serving as a cathode and the light emitting layer, and the electron transfer control layer is formed of the electron transport layer and the light emitting layer. The energy level of the lowest vacancy of the electron transfer control layer is lower than the energy level of the lowest vacancy of the electron transport layer.
More preferably, the difference between the energy levels of the lowest vacancies of the electron transfer control layer and the electron transport layer is more than 0 eV and 1 eV or less.
[0010]
According to such a configuration, the amount of electrons moving from the electron transport layer toward the light emitting layer due to the internal electric field is controlled by the electron transfer control layer interposed therebetween. Therefore, the amount of electrons injected into the light emitting layer is appropriately controlled. Further, in this configuration, the amount of electron transfer is controlled based on the difference in the lowest empty level between the electron transport layer and the electron transfer control layer. Therefore, the amount of injected electrons can be controlled without depending on the material of the light emitting layer, and the electron transfer control layer can be formed with a common material that does not depend on the type of the organic EL element.
[0011]
As a preferred example, the organic EL device of the present invention has a plurality of the light emitting layers, and the electron transfer control layer is formed on each of the light emitting layers on the side of the electrode layer as the cathode.
As a preferred example, the thickness of the electron transfer control layer is 0.1 to 20 nm.
As a preferred example, the electron transfer control layer is formed of α-NPD (α-naphthylphenyldiamine), TPD (N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl) -1,1 ′). -Biphenyl 4,4'-diamine), m-TPD (N ', N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenyl- [1,1'-biphenyl] -4,4'-diamine ), 1-TNATA (4,4 ', 4 "-tris (1-naphthylphenylphenylamino) triphenylamine), p-PMTDATA (4,4', 4" -tris [biphenyl-4-yl- (3 -Methylphenyl (phenyl) amino) triphenylamine], TFATA (4,4 ′, 4 ″ -tris [9,9-dimethyl-2-fluorenyl (phenyl) amino] triphenylamine), TCA A (4,4 ', 4 "-tris (carbazol-9-yl) triphenylamine), p-DPA-TDAB (1,3,5-tris (diphenylamino) benzene), MTDAPB (1,3,5 -Tris {4-methylphenyl (phenyl) amino] phenyl} benzene), p-BPD (N, N'-di (biphenyl-4-yl) -N, N'-diphenyl- [1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine), PFFA (N, N'-bis (9,9-dimethyl-2-fluorenyl) -N, N'-diphenyl-9,9-dimethylfluorene-2,7-diamine) or FFD (N, N, N ', N'-tetrakis (9,9-dimethyl-2-fluorenyl)-[1,1'-biphenyl] -4,4'-diamine).
[0012]
Further, in the method for manufacturing an organic EL device of the present invention, at least one of the electrode layers formed of a transparent electrode includes at least one organic layer including a light emitting layer and an electron transfer control layer for suppressing electron flow. In this case, the electrode layer, the organic layer, and the electron transfer control layer are formed.
[0013]
In addition, the organic EL panel of the present invention has an organic EL panel in which at least one is formed of a transparent electrode, and at least one organic layer including a light emitting layer and an electron transfer control layer for suppressing the flow of electrons are formed between electrode layers. In this configuration, a plurality of EL elements are arranged on a base.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the structure of an organic EL device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the organic EL device, and FIG. FIG. 3B is a schematic view showing the energy of each layer of the organic EL element, FIG. 3B is a schematic view showing the energy of each layer of a conventional green organic EL element for comparison, and FIG. 4 is a green organic EL according to Example 1. FIG. 5 is a diagram showing the luminous efficiency with respect to the current flowing through the device, FIG. 5 is a diagram showing the luminous efficiency with respect to the applied voltage of the green organic EL device according to the first embodiment, and FIG. FIG. 6B is a schematic diagram showing the energy of each layer of the EL element, FIG. 6B is a schematic diagram showing the energy of each layer of a conventional blue organic EL element for comparison, and FIG. Schematic diagram showing the energy of each layer of the organic EL element, 7 (B) is a schematic view showing the energy of each layer of the conventional red organic EL element for comparison, FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the structure of the organic EL element according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of an organic EL device according to a third embodiment of the present invention.
[0015]
First embodiment
An organic EL device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
[0016]
The ITO
The first
[0017]
The
[0018]
The electron
The difference in the lowest vacancy between the electron
[0019]
Further, the thickness of the electron
If the electron
[0020]
The
The
[0021]
In the
At this time, the amount of electrons injected into the
[0022]
In the conventional organic EL element, when an excess electron is injected into the light emitting layer than electrons consumed by recombination with holes in the light emitting layer, the surplus electrons are converted into holes by an internal electric field generated by a driving voltage. Move to transport layer. As a result, electrons more than necessary for light emission are injected, and as a result, the luminous efficiency is reduced. In the
[0023]
At this time, the material of the electron
[0024]
The organic EL panel according to the present invention is such an
[0025]
Next, a manufacturing process of the
First, an ITO film is formed on the
Next, an m-TDATA film is formed on the ITO
Next, an α-NPD film is formed on the first
Next, a thin film of a light emitting material is formed on the second
Next, a thin film of α-NPD is formed on the
Next, a thin film of Alq3 is formed on the electron
Then, a
[0026]
Second embodiment
An organic EL device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
As shown in FIG. 8, the
The
The metal electrode 171 is formed by forming a metal having a low work function, for example, a mixed material of magnesium (Mg) and silver (Ag) into a thin film of, for example, about 5 nm by a vacuum evaporation method or the like.
[0027]
Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the operation of the
As described above, even in an organic EL device in which the film formation surface side is a light extraction surface, the electron
[0028]
Third embodiment
An organic EL device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
As shown in FIG. 9, an
That is, the
[0029]
In an organic EL device having a plurality of light-emitting layers, an electron transfer control layer may be provided for each light-emitting layer as described above. For each electron transfer control layer, by selecting a material having a lower minimum empty level than the material on the cathode side, it is possible to appropriately control and control the amount of electrons injected into the corresponding light emitting layer. Luminous efficiency can be improved. In addition, power consumption can be suppressed and the life of the element can be prolonged.
Thus, even in an organic EL device having a plurality of light emitting layers, an electron transfer control layer can be interposed for each light emitting layer, and the present invention may be embodied in such a form.
[0030]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be variously modified within the scope of the present invention.
The organic EL element of each embodiment described above is not applied only to a display panel. The present invention may be applied to an arbitrary device such as a lighting device as a backlight such as a liquid crystal device.
[0031]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on more detailed examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0032]
Example 1
Using Alq3 as the light emitting material of the
Note that the energy of each layer of the organic EL element in this case is as shown in FIG. That is, the lowest empty level (LUMO) is 2.6 eV between the electron transporting layer (Alq3 layer) and the light emitting layer also having the lowest empty level of 2.6 eV (Alq3 layer). .3 eV electron transfer control layer (α-NPD layer). In addition, a conventional green organic EL element having no electron transfer control layer has a configuration in which an electron transport layer and a light emitting layer (both
[0033]
Luminous efficiencies with respect to current flowing through the green organic EL element and a conventional green organic EL element not provided with an electron transfer control layer for comparison were determined. FIG. 4 shows the results. In FIG. 4, the horizontal axis represents the current density obtained by dividing the current flowing through the organic EL element by the area of the element, and the vertical axis represents the luminous efficiency represented by the amount of emitted light per current flowing through the organic EL element. As shown in FIG. 4, when the same current flows, the organic EL device according to the present invention having the electron transfer control layer (α-NPD layer) is better than the conventional organic EL device having no electron transfer control layer. The light emission luminance was higher than the device, and the light emission efficiency was improved.
[0034]
FIG. 5 shows the results of the luminous efficiencies of the green organic EL device and the conventional green organic EL device not provided with the electron transfer control layer for comparison with respect to the applied voltage. In FIG. 5, the horizontal axis represents the voltage applied to the organic EL element, and the vertical axis represents the luminous efficiency indicated by the amount of emitted light per current flowing through the organic EL element. As shown in FIG. 5, when the same voltage is applied, the organic EL device according to the present invention having the electron transfer control layer (α-NPD layer) is better than the conventional organic EL device having no electron transfer control layer. The luminous efficiency was improved as compared with the device. In this case, the luminance hardly changed between the two, and the current flowing in the organic EL element was smaller in the organic EL element having the electron transfer control layer, so that the luminous efficiency was improved.
In any case, it was confirmed that the luminous efficiency was improved by inserting the α-NPD layer as the electron transfer control layer.
[0035]
Example 2
Zn (oxz) as a light emitting material of the
Note that the energy of each layer of the organic EL element in this case is as shown in FIG. That is, the electron transport layer (Alq3 layer) having the lowest empty level (LUMO) of 2.6 eV and the light emitting layer (Zn (oxz)) also having the lowest empty level of 2.91 eV.2In this configuration, an electron transfer control layer (α-NPD layer) having a minimum empty level of 2.3 eV is disposed between the electron transfer control layer and the layer.
[0036]
For the blue organic EL element and the conventional blue organic EL element not provided with the electron transfer control layer for comparison, the luminous efficiency with respect to the current flowing through the organic EL element and the luminous efficiency with respect to the applied voltage were determined. Was. As a result, although not shown, the same results as those of the green organic EL elements shown in FIGS. 4 and 5 were obtained. That is, in any case, it was confirmed that the luminous efficiency was improved by inserting the α-NPD layer as the electron transfer control layer.
[0037]
Example 3
As a light emitting material of the
In this case, the energy of each layer of the organic EL element is in the state shown in FIG. That is, the energy state of the light-emitting
[0038]
For the red organic EL element and the conventional red organic EL element not provided with the electron transfer control layer for comparison, the luminous efficiency with respect to the current flowing through the organic EL element and the luminous efficiency with respect to the applied voltage were determined. Was. As a result, although not shown, the same results as those of the green organic EL elements shown in FIGS. 4 and 5 were obtained. That is, in any case, it was confirmed that the luminous efficiency was improved by inserting the α-NPD layer as the electron transfer control layer.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an organic EL device having an increased luminous efficiency, reduced power consumption, and a longer life, without significantly complicating the process steps, and a method for manufacturing the same.
Further, it is possible to provide an organic EL panel which can perform full color display, has high luminous efficiency, suppresses power consumption, and has a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of an organic EL device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the organic EL device shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an energy state of each layer of a green organic EL element according to Example 1 of the organic EL element shown in FIG. 1, and FIG. 3 (A) shows the green organic EL element; FIG. 3B is a schematic diagram showing the energy of each layer of a conventional green organic EL element for comparison.
FIG. 4 is a diagram showing luminous efficiency with respect to a current flowing through the green organic EL device shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing luminous efficiency with respect to an applied voltage of the green organic EL element shown in FIG. 3;
6 is a diagram showing the energy state of each layer of the blue organic EL device according to Example 2 of the organic EL device shown in FIG. 1, and FIG. 6 (A) is the blue organic EL device; FIG. 6B is a schematic diagram showing the energy of each layer of a conventional blue organic EL element for comparison.
FIG. 7 is a diagram showing the energy state of each layer of the red organic EL element according to Example 1 of the organic EL element shown in FIG. 1, and FIG. 7 (A) is the red organic EL element; FIG. 7B is a schematic diagram showing the energy of each layer of a conventional red organic EL element for comparison.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of an organic EL device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of an organic EL device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 102, 103: Organic EL element, 110, 111: Substrate, 120: Transparent electrode, 131, 132: Hole transport layer, 140, 141, 142: Light emitting layer, 150, 151, 152: Electron transfer control layer, 160 ... Electron transport layer, 170,171 ... Metal electrode
Claims (11)
前記発光層への電子の流れを抑制する電子移動制御層が前記電極層間に形成されていることを特徴とする
有機EL素子。An organic EL device in which at least one organic layer including a light-emitting layer is formed between electrode layers each formed of a transparent electrode,
An organic EL device, wherein an electron transfer control layer for suppressing the flow of electrons to the light emitting layer is formed between the electrode layers.
前記電子移動制御層は、前記電子輸送層と前記発光層との間に形成され、
前記電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルは、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低いことを特徴とする
請求項1に記載の有機EL素子。An electron transport layer is formed between the electrode layer as a cathode and the light emitting layer,
The electron transfer control layer is formed between the electron transport layer and the light emitting layer,
The organic EL device according to claim 1, wherein an energy level of a lowest vacancy of the electron transfer control layer is lower than an energy level of a lowest vacancy of the electron transport layer.
請求項2に記載の有機EL素子。3. The organic EL device according to claim 2, wherein a difference between energy levels of a lowest vacancy of the electron transfer control layer and the electron transport layer is greater than 0 eV and 1 eV or less. 4.
請求項2または3に記載の有機EL素子。4. The organic EL device according to claim 2, comprising a plurality of the light emitting layers, wherein the electron transfer control layer is formed on each of the light emitting layers on the side of the electrode layer.
請求項1〜4のいずれかに記載の有機EL素子。The organic EL device according to claim 1, wherein a thickness of the electron transfer control layer is 0.1 to 20 nm.
請求項1〜5のいずれかに記載の有機EL素子。The electron transfer control layer is any one of α-NPD, TPD, m-TPD, 1-TNATA, p-PMTDATA, TFATA, TCATA, p-DPA-TDAB, MTDAPB, p-BPD, PFFA or FFD. Item 6. The organic EL device according to any one of Items 1 to 5.
有機EL素子の製造方法。The electrode layer, the organic layer and the organic layer including at least one organic layer including a light emitting layer and an electron transfer control layer for suppressing the flow of electrons are disposed between at least one of the electrode layers formed by the transparent electrodes. A method for manufacturing an organic EL device, comprising forming the electron transfer control layer.
前記電子移動制御層を、前記電子輸送層と前記発光層との間に配置し、当該電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルが、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低くなるように形成することを特徴とする
請求項7に記載の有機EL素子の製造方法。Forming an electron transport layer that supplies electrons to the light emitting layer between the electrode layer as a cathode and the light emitting layer,
The electron transfer control layer is disposed between the electron transport layer and the light emitting layer, and the energy level of the lowest empty level of the electron transfer control layer is higher than the energy level of the lowest empty level of the electron transport layer. 8. The method according to claim 7, wherein the organic EL device is formed so as to be lower.
請求項8に記載の有機EL素子の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein a plurality of the light emitting layers are formed, and the electron transfer control layer is formed on each of the light emitting layers on the side of the electrode layer as the cathode.
請求項7〜9いずれかに記載の有機EL素子。The organic EL device according to claim 7, wherein the electron transfer control layer is formed with a thickness of 0.1 to 20 nm.
有機ELパネル。A plurality of organic EL elements in which at least one organic layer including a light emitting layer and an electron transfer control layer for suppressing electron flow are formed between electrode layers each having at least one formed of a transparent electrode, are arranged on a substrate. Organic EL panel.
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