JP2006114918A - 有機発光素子，有機発光表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正孔輸送層と正孔注入層の厚さ比を調節して漏れ電流を減少させることが可能な有機発光素子を提供する。
【解決手段】有機発光素子は，第１電極，正孔注入層，正孔輸送層，発光層および第２電極を含み，正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比が１：１〜１：１０であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は，有機発光素子に係り，より詳しくは，正孔注入層に起因した漏れ電流を減少させることが可能な有機発光素子に関する。

有機発光素子は，蛍光またはリン光有機膜に電流を流すと，電子と正孔が有機膜で結合しながら発光する現像を用いた自発光型ディスプレイであって，部品が簡素で製作工程が簡単な軽量構造を持っており，高画質に広視野角を確保することができる。さらに，有機発光素子は，動画像の完璧な実現および高色純度の実現が可能であるうえ，低消費電力や低電圧駆動などによって電子機器に適した電気的特性を持っている。

このような有機発光素子は，有機膜として正孔輸送層，発光層，電子輸送層などを含む。正孔輸送層，発光層，電子輸送層などの有機膜の厚さによって素子の効率，駆動電圧，色座標などが非常に変わってくる。

有機膜のうち正孔輸送層は，その形成材料の特性によって逆バイアス（ｒｅｖｅｒｓｅ
ｂｉａｓ）状態における漏れ電流（ｌｏｆｆ）が大きい場合，ブラックカラーを正しく表現することができず，素子特性のテスト容易性が低下するという問題点があった。

そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，正孔輸送層と正孔注入層の厚さ比を調節して漏れ電流を減少させることが可能な有機発光素子および有機発光表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，第１電極，正孔注入層，正孔輸送層，発光層および第２電極を含み，正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比が１：１〜１：１０であることを特徴とする，有機発光素子を提供する。

本発明では，正孔注入層と正孔輸送層間の相対的な厚さ比により，正孔輸送物質の漏れ電流減少効果を得ることができる。

好適な正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比は１：１〜１：１０であり，１：４〜１：８であってもよい。もし正孔注入層に対する正孔輸送層の厚さが範囲を超過する場合には，駆動電圧が過上昇し，もし正孔注入層に対する正孔輸送層の厚さが範囲未満の場合には，漏れ電流が増加して好ましくない。

正孔注入層の厚さを５０〜８００Åとし，正孔輸送層の厚さを５０〜１５００Åとしてもよい。

正孔注入層は，移動度が１ｅ^―３ｃｍ^２／Ｖｓ以上，特に２×ｅ^―３ｃｍ^２／Ｖｓ〜５×ｅ^―２ｃｍ^２／Ｖｓであり，ＬＵＭＯエネルギー準位が２．７ｅＶ以下，特に１．７ｅＶ〜２．５ｅＶであり，ＨＯＭＯエネルギー準位が５．０ｅＶ以上，特に５．１〜５．７ｅＶである正孔注入物質からなる。上記正孔注入物質は，銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）またはｍ−ＴＤＡＴＡであってもよい。

正孔輸送層は，移動度が１ｅ^―４ｃｍ^２／Ｖｓ以上，特に２×ｅ^―４ｃｍ^２／Ｖｓ〜５×ｅ^―３ｃｍ^２／Ｖｓであり，ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位が３．３ｅＶ以下，特に２．０〜３．１ｅＶであり，ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位が５．０ｅＶ以上，特に５．２〜５．９ｅＶである正孔輸送物質であってもよい。

上述した特性を満足する正孔輸送物質の例は，特に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（ＴＰＤ），またはＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）であってもよい。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上記有機発光素子を備えた有機発光表示装置が提供される。

本発明の有機発光素子は，正孔注入層と正孔輸送層の相対的な厚さ比の調節により，正孔注入物質による漏れ電流を減少させることができ，これにより電気的特性および不良検出力も改善させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

次に，図１を参照して本発明の一実施形態に係る有機発光素子の製造方法を説明する。まず，基板の上部に第１電極としてのアノード用物質をコートしてアノードを形成する。ここで，基板としては，通常の有機発光素子で用いられる基板を使用するが，透明性，表面平滑性，取扱容易性および防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板を使用してもよい。アノード用物質としては，透明で伝導性に優れた酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ），酸化錫（ＳｎＯ_２），酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを使用する。

アノードの上部に正孔注入層物質を真空熱蒸着またはスピンコートして正孔注入層を選択的に形成する。ここで，正孔注入層の厚さは５０〜８００Åであることが好ましく，特に５０〜１５０Åであることがさらに好ましい。もし正孔注入層の厚さが５０Å未満の場合には，寿命および信頼性が低下し，もし正孔注入層の厚さが８００Å超過の場合には，駆動電圧が上昇するため好ましくない。

正孔注入層を形成する正孔注入物質としては，特に制限されず，銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）またはスターバースト型アミン類のＴＣＴＡ，ｍ−ＭＴＤＡＴＡなどを使用することができる。

本発明で使用される正孔注入物質として，本特許に参照として統合された韓国特許公開公報２００４−００６５６６７号，米国特許第５，８３７，１６６号および同第６，０７４，７３４号に開示された正孔注入物質を使用することも可能である。

過程によって形成された正孔注入層の上部に正孔輸送物質を真空熱蒸着またはスピンコートして正孔輸送層を選択的に形成する。正孔輸送物質としては，特に制限されず，例えば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（ＴＰＤ），Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）などを使用することができる。ここで，正孔輸送層の厚さは５０〜１５００Åであることが好ましく，特に２００〜１２００Åであることがより好ましい。もし正孔輸送層の厚さが５０Å未満の場合には正孔輸送能力が低下し，もし正孔輸送層の厚さが１５００Å超過の場合には駆動電圧が上昇するため好ましくない。

次いで，正孔輸送層の上部に発光層を形成する。発光層の形成材料は，特に制限されないが，本発明では，リン光材料を単独で使用することが好ましい。このようなリン光材料の例として，Ｉｒ（ｐｐｙ）_３（ｐｐｙはフェニルピリジンの略語である）（緑色），（４，６−Ｆ２ｐｐｙ）_２Ｉｒｐｉｃ（参照文献：Ｃｈｉｈａｙａ Ａｄａｃｈｉ ｅｔｃ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７９，２０８２〜２０８４，２００１）などがある。

上記発光層は，このようなリン光材料をドーパントとして使用し，その他に通常のホスト（例えばＣＢＰ）をさらに含むこともできる。この際，ドーパントの含量は，発光層の総重量（すなわち，ドーパントとホストの総重量）１００重量部を基準として０．２〜３重量部であることが好ましい。もしドーパントの含量が０．２重量部未満の場合には，効率が悪くなり，駆動電圧が上昇し，もしドーパントの含量が３重量部超過の場合には，寿命が短くなるため好ましくない。発光層上に正孔ブロッキング用物質を形成してもよく，正孔ブロッキング物質を使用しなくてもよい。

正孔ブロッキング用物質を使用する場合には，発光層上に正孔ブロッキング用物質を真空蒸着またはスピンコートして正孔ブロッキング層を選択的に形成する。この際，使用する正孔ブロッキング層用物質は，特に制限されないが，電子輸送能力を有し且つ発光化合物より高いイオン化ポテンシャルを持たなければならない，例えばＢａｌｑ，ＢＣＰ，ＴＰＢＩなどが例示される。正孔ブロッキング層の厚さは３０〜７０Åであることが好ましい。もし正孔ブロッキング層の厚さが３０Å未満の場合には，正孔ブロッキング特性をよく実現することができず，もし正孔ブロッキング層の厚さが７０Å超過の場合には，駆動電圧が上昇するため好ましくない。

発光層上に正孔ブロッキング用物質を用いて正孔ブロッキング層を形成する場合，真空蒸着またはスピンコート法を用いる。

正孔ブロッキング層上に真空蒸着法またはスピンコート法を用いて電子輸送層を形成する。電子輸送層を形成する電子輸送物質は，特に制限されず，例えばＡｌｑ３を使用することができる。電子輸送層の厚さは１５０〜６００Åであることが好ましい。もし電子輸送層の厚さが１５０Å未満の場合には，電子輸送能力が低下し，もし電子輸送層の厚さが６００Å超過の場合には，駆動電圧が上昇するため好ましくない。

また，電子輸送層上に電子注入層が選択的に積層できる。電子注入層形成材料としては，ＬｉＦ，ＮａＣｌ，ＣｓＦ，Ｌｉ_２Ｏ，ＢａＯ，Ｌｉｑなどの物質を使用することができる。電子注入層の厚さは５〜２０Åであることが好ましい。もし電子注入層の厚さが５Å未満の場合には，効果的な電子注入層としての役割が果たせないため駆動電圧が高く，もし電子注入層の厚さが２０Å超過の場合には，駆動電圧が高いため好ましくない。

その後，電子注入層の上部に第２電極としてのカソード用金属を真空熱蒸着して第２電極としてのカソードを形成することにより，有機発光素子が完成される。カソード金属としては，リチウム（Ｌｉ），マグネシウム（Ｍｇ），アルミニウム（Ａｌ），アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ），カルシウム（Ｃａ），マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ），マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などが用いられる。

本発明の有機発光素子は，アノード，正孔注入層，正孔輸送層，発光層，電子輸送層，電子注入層，カソードの必要に応じて１層または２層の中間層をさらに形成することも可能である。

上述したように，本発明に係る有機発光素子は，各種表示装置などに備えられることも可能である。次に，本発明に係る有機発光素子を備えた有機発光表示装置の一具現例として，薄膜トランジスタを備えた有機発光表示装置の一例を図２を参照して説明する。

図２によれば，基板１０およびバッファ層１１が形成されている。基板１０は，ガラス材基板，メタル基板，または絶縁性高分子からなる基板である。特に，フレキシブルな平板表示装置を得るために，基板１０は，メタルホイルなどのメタル基板または絶縁性高分子からなる基板であることが好ましく，その中でも，結晶化工程に対する耐久性を考慮するとき，メタル基板がより好ましい。メタル基板は，鉄，クロム，ニッケル，炭素およびマンガンよりなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。より具体的に，メタル基板は，例えばステンレススチール，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｉｎｖａｒ合金，Ｉｎｃｏｎｅｌ合金，およびＫｏｂａｒ合金などを含むことができる。基板１０上には，平坦化のために選択的に，酸化シリコンおよび／または窒化シリコンからなるバッファ層１１をさらに備えてもよい。

バッファ層１１上に薄膜トランジスタＴＦＴの半導体活性層３１を形成する。薄膜トランジスタＴＦＴは，駆動ＴＦＴであるが，必ずしもこれに限定されるのではなく，回路がより複雑になる場合には別のスイッチングＴＦＴであってもよい。

半導体活性層３１は，シリコンなどの無機半導体層であり，あるいはペンタセンなどの有機半導体層である。

半導体活性層３１の形成後には，半導体活性層３１のチャネル領域に対応する領域の上部にゲート絶縁膜３２を介してゲート電極３３を配置し，全体基板を覆うように層間絶縁膜３４を形成する。

その後，層間絶縁膜３４にコンタクトホール３４ａを形成し，ソース／ドレイン電極３５を層間絶縁膜３４上に形成する。ソース／ドレイン電極３５は，コンタクトホールを介して半導体活性層３１にコンタクトされる。

薄膜トランジスタＴＦＴの構造は，必ずしも図２に示した実施例に限定されず，ボトムゲート構造など様々な薄膜トランジスタ構造が全て適用可能である。

このように薄膜トランジスタＴＦＴが形成された後には，この薄膜トランジスタＴＦＴを覆うように平坦化膜３６を形成するが，この平坦化膜３６は，上述した絶縁膜のように有機物および／または無機物の単一または複合層で形成することができる。

この平坦化膜３６にビアホール３６ａを形成した後，上述したように，有機発光素子ＯＬＥＤの第１電極層２１を平坦化膜３６上に形成する。これにより，第１電極層２１は薄膜トランジスタＴＦＴのソース／ドレイン電極３５のいずれか一方に連結される。

次いで，平坦化膜３６および第１電極層２１を覆うように画素定義膜３７を形成した後，画素定義膜３７に，第１電極層２１の所定の部分が露出するように開口３７ａを形成する。画素定義膜３７も，上述した平坦化膜３６と同様に，有機物および／または無機物の単一または複合層で形成することができるが，表面の平坦度を高めるためには有機物で形成することが好ましい。

このように露出した第１電極層２１上に，上述したように有機発光層２２および第２電極層２３を順次形成する。有機発光層２２とは，上述したような正孔注入層，正孔輸送層，発光層などを含む。

第１電極層２１はアノード電極の機能を行い，第２電極層２３はカソード電極の機能を行うことができる。第１電極層２１は各画素の大きさに対応するようにパターニングでき，第２電極層２３は全体画素を覆うように形成できる。

第１電極層２１，有機発光層２２および第２電極層２３を成す物質，層厚形成方法などは，上述を参照する。このように有機発光素子（ＯＬＥＤ）を形成した後には，その上部を密封して外気から遮断する。

以上，本発明に係る有機発光表示装置を図２に示したアクティブマトリックス有機発光表示装置（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）を参照して説明したが，これは本発明を説明するための例示に過ぎず，パッシブマトリックス有機発光表示装置（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ）など様々な変形例が可能である。

以下，本発明を下記実施例によって説明するが，本発明は下記実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
アノードは，コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）１５Ω／ｃｍ^２（１２００Å）のＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍのサイズに切ってイソプロピルアルコールと純水中で各５分間超音波洗浄した後，３０分間ＵＶ，オゾン洗浄して使用した。

基板上に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を真空蒸着して正孔注入層を１００Åの厚さに形成した。その後，正孔注入層上にＮＰＢを８００Åの厚さに真空蒸着して正孔輸送層を形成した。この際，正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を１：８とした。

正孔輸送層上にＣＢＰとＩｒｐｐｙを蒸着して約４００Åの厚さに発光層を形成した。次いで，発光層上に電子輸送物質Ａｌｑ３を蒸着して厚さ２５０Åの電子輸送層を形成した。

電子輸送層上に厚さ１０ÅのＬｉＦ（電子注入層）と厚さ１０００ÅのＡｌ（カソード）を順次真空蒸着してＬｉＦ／Ａｌ電極を形成して有機発光素子を製造した。

（実施例２）
正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を１：１とした以外は，実施例１と同様の方法で行って有機発光素子を完成した。

（実施例３）
正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を１：１０とした以外は，実施例１と同様の方法によって行って有機発光素子を完成した。

（比較例１）
正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を８：２とした以外は，実施例１と同様の方法によって行って有機発光素子を完成した。

（比較例２）
正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を１：０．５とした以外は，実施例１と同様の方法によって行って有機発光素子を完成した。

（比較例３）
正孔注入層と正孔輸送層の厚さ比を１：１０．５とした以外は，実施例１と同様の方法によって行って有機発光素子を完成した。

実施例１および比較例１によって製造された有機発光素子において，電流−電圧特性および漏れ電流特性を調査し，図３および図４にそれぞれ示した。

図３より，実施例１に係る有機発光素子はオフ領域で漏れ電流が減少することが分かる。また，図４より，実施例１に係る有機発光素子は比較例１の場合に比べて漏れ電流が減少することが分かる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，有機発光素子に適用可能であり，より詳しくは正孔注入層に起因した漏れ電流を減少させることが可能な有機発光素子に適用可能である。

本発明の実施形態に係る有機発光素子の構造を示す図である。 同実施の形態に係る有機発光素子を備えた有機発光表示装置の一例の構造を示す図である。 本発明の実施例１および比較例１によって製造された有機発光素子における電流−電圧特性を示すグラフである。 本発明の実施例１および比較例１によって製造された有機発光素子における漏れ電流特性を調査して示すグラフである。

符号の説明

１０ 基板
１１ バッファ層
２１ 有機発光素子の第１電極層
２２ 有機発光層
２３ 第２電極層
３１ 半導体活性層
３２ ゲート絶縁膜
３３ ゲート電極
３４ 層間絶縁膜
３４ａ コンタクトホール
３５ ソース／ドレイン電極
３６ 平坦化膜
３６ａ ビアホール
３７ 画素定義膜
３７ａ 開口

Claims (9)

1. 第１電極，正孔注入層，正孔輸送層，発光層および第２電極を含み，
   前記正孔注入層と前記正孔輸送層の厚さ比が１：１〜１：１０であることを特徴とする，有機発光素子。
2. 前記正孔注入層と前記正孔輸送層の厚さ比が１：４〜１：８であることを特徴とする，請求項１に記載の有機発光素子。
3. 前記正孔注入層の厚さが５０〜８００Åであり，前記正孔輸送層の厚さが５０〜１５００Åであることを特徴とする，請求項１に記載の有機発光素子。
4. 前記正孔注入層が，移動度１ｅ^―３ｃｍ^２／Ｖｓ以上，ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ
   Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位２．７ｅＶ以下，ＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位５．０ｅＶ以上の正孔注入物質からなることを特徴とする，請求項１に記載の有機発光素子。
5. 前記正孔注入物質が銅フタロシアニンまたは下記構造式のｍ−ＴＤＡＴＡであることを特徴とする，請求項４に記載の有機発光素子。
   
6. 前記正孔輸送層が，移動度１ｅ^―４ｃｍ^２／Ｖｓ以上，ＬＵＭＯエネルギー準位３．３ｅＶ以下，ＨＯＭＯエネルギー準位５．０ｅＶ以上の正孔輸送物質からなることを特徴とする，請求項１に記載の有機発光素子。
7. 前記正孔輸送物質が，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（ＴＰＤ），またはＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）であることを特徴とする，請求項５に記載の有機発光素子。
8. 前記発光層がリン光材料を含むことを特徴とする，請求項１に記載の有機発光素子。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機発光素子を備えたことを特徴とする，有機発光表示装置。