JP2006185659A - 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】 ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子において、電子注入電極の光透過率が高く、かつ発光効率が高い有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
【解決手段】 ホール注入電極と電子注入電極の間に、発光層を含む有機層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、有機層と電子注入電極の間に、ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層が設けられており、電子注入電極が、電子注入層の上に設けられる、電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る金属からなる第１の金属薄膜と、該第１の金属薄膜上に設けられる、金を含む第２の金属薄膜とから構成されていることを特徴としている。
【選択図】 図１
【解決手段】 ホール注入電極と電子注入電極の間に、発光層を含む有機層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、有機層と電子注入電極の間に、ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層が設けられており、電子注入電極が、電子注入層の上に設けられる、電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る金属からなる第１の金属薄膜と、該第１の金属薄膜上に設けられる、金を含む第２の金属薄膜とから構成されていることを特徴としている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、より詳細には、基板と反対側から発光を取り出すトップエミッション構造の有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
近年、情報機器の多様化等に伴って、従来から一般的に使用されている陰極線管（ＣＲＴ）と比較して消費電力が少なく、かつ容積の小さい平面表示素子の需要が高くなってきている。このような平面表示素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）が注目されている。このＥＬ素子は材料によって、２種類に大別される。すなわち、発光層が無機材料から形成されている無機ＥＬ素子と、発光層が有機材料から形成されている有機ＥＬ素子に大別される。無機ＥＬ素子は、高い駆動電圧を必要とするのに対し、有機ＥＬ素子は、低い電圧により駆動可能という利点がある。
一般的に、有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、発光層などを含む有機層を備えている。ホール注入電極と電子注入電極の間に電圧を印加すると、ホール注入電極からホールが注入され、電子注入電極から電子が注入される。注入されたホールと電子は、発光層まで到達し、再結合する。ホールと電子が再結合する際に、発光層内に存在する発光材料の分子は励起状態になり、この励起された分子が基底状態に戻るとき、
蛍光またはリン光を発光する。
蛍光またはリン光を発光する。
通常、発光した光は、透明電極が形成されている基板側から取り出される。しかしながら、有機ＥＬ素子を、例えばディスプレイなどに用いる場合には、製造工程上の優位さや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板における開口率の優位さなどから、基板とは反対側の電子注入電極側から光を取り出す方が好ましい。
そこで、近年、電子注入電極を透明にすることが研究されている。透明な電子注入電極の材料としては、例えば、リチウム、ナトリウム及びカリウムなどのアルカリ金属やマグネシウムなどのアルカリ土類金属のような仕事関数の小さい材料などが挙げられる。しかしながら、アルカリ金属やアルカリ土類金属は、大気中で不安定な金属である。従って、これら不安定な金属からなる電極材料を用いた有機ＥＬ素子は、その不安定性が素子の寿命に影響する。比較的優れた素子特性を示すマグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）においても、素子寿命は実用化のレベルには達していない。
そこで、大気中において安定な透明電子注入電極が、種々提案されている。
例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）と、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）との積層構造を有する透明な電子注入電極が開示されている。
しかしながら、特許文献１〜３に記載の有機ＥＬ素子においては、電子注入電極の光透過率及び導電率が低く、かつ素子寿命も短かった。また、ＩＴＯやＩＺＯなどの薄膜は、通常ＲＦスパッタ法などにより形成されており、その際、ＭｇＡｇからなる金属薄膜やその下の有機層が、スパッタダメージを受けるので、電極にＭｇＡｇからなる金属薄膜を用いた有機ＥＬ素子においては、発光効率が低下するなどの問題があった。
特許文献４には、無機化合物と有機電子輸送材料の共蒸着膜と、透明電極との積層構造を有する透明な電子注入電極が開示されている。特許文献４に記載の有機ＥＬ素子においては、電子注入電極の光透過率が、高くなるものの、透明電極を形成する時のスパッタダメージを低減することはできず、発光効率が低下するなどの問題を生じていた。
特許文献５には、アルミニウム（Ａｌ）またはマグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）と、金（Ａｕ）との積層構造を有する光透過率が高い透明な電子注入電極が開示されている。
上記のように、金（Ａｕ）からなる薄膜を積層することにより、光透過率の高い電子注入電極を形成することができる。
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子においては、有機層と電子注入電極の間に、電子注入層が設けられる場合があり、このような電子注入層として、ＬｉまたはＣｓからなる金属薄膜を形成する場合がある。本発明者らは、このようなＬｉまたはＣｓからなる電子注入層の上に、金（Ａｕ）からなる金属薄膜を形成すると、駆動電圧が高くなり、発光効率が悪くなるという問題を見出した。
特開平８−１８５９８４号公報
特開平１０−１６２９５９号公報
特開２００１−２９１５９５号公報
特開２０００−２６０５７２号公報
特開２００３−４５６７３号公報
本発明の目的は、ＬｉまたはＣｓからなる電子注入層が設けられた有機ＥＬ素子において、電子注入電極の光透過率が高く、かつ発光効率が高い有機ＥＬ素子を提供することにある。
本発明は、ホール注入電極と電子注入電極の間に、発光層を含む有機層を備える有機ＥＬ素子であって、有機層と電子注入電極の間に、ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層が設けられており、電子注入電極が、電子注入層の上に設けられる、電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る金属からなる第１の金属薄膜と、該第１の金属薄膜の上に設けられる金を含む第２の金属薄膜とから構成されていることを特徴としている。
本発明においては、ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層の上に、電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る第１の金属薄膜を設け、その上に金を含む第２の金属薄膜を設けている。このように、電子注入層の上に、電子注入層を構成する金属と合金化し得る金属からなる第１の金属薄膜を設けられることにより、駆動電圧を低くすることができ、発光効率を向上させることができる。
本発明において、電子注入層は、０．１〜１．５ｎｍの範囲内の厚みとなるように堆積させて形成することが好ましい。通常は、ＬｉまたはＣｓ単体を堆積させて形成するが、その厚みは非常に薄いものであるので、後述するように、第１の金属薄膜と合金化されやすい。この場合、合金化されている領域を電子注入層と考えることができる。電子注入層の厚みを０．１〜０．６ｎｍ程度の厚みとなるように堆積させた場合には、全体が連続しておらず、不連続な島状の状態で形成される場合があるが、本発明においては、このような独立した島状の領域や部分的に連続した島状の領域も電子注入層である。
本発明における第１の金属薄膜は、電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る金属からなる。これらの金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ビスマス（Ｂｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などが挙げられる。
第１の金属薄膜の膜厚は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは３〜７ｎｍの範囲内である。第１の金属薄膜の膜厚が薄すぎると、駆動電圧を低下させ、発光効率を高めるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。第１の金属薄膜の膜厚が厚すぎると、光透過率が低下し、発光を十分に取出すことができない場合がある。
本発明において、電子注入層及び第１の金属薄膜の膜厚は、上記のように非常に薄いものであり、かつ電子注入層と合金化し得る金属から形成されているので、第１の金属薄膜は、電子注入層との界面において、電子注入層のＬｉまたはＣｓと合金化されていてもよい。
第２の金属薄膜の膜厚は、２０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５〜１５ｎｍの範囲である。第２の金属薄膜の膜厚が厚すぎると、可視光域における光透過率が低下し、効率良く光を取り出すとこができない場合がある。また、第２の金属薄膜の膜厚が薄すぎると、導電性が不十分となり、安定した発光が得られない場合がある。
第２の金属薄膜は、好ましくは金単体から形成され、合金から形成される場合には、金の含有量が、５重量％以上であることが好ましい。
本発明における電子注入層、第１の金属薄膜、及び第２の金属薄膜は、有機エレクトロルミネッセンス素子において、各層を形成する一般的な方法で形成することができる。従って、例えば、ＲＦスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法などの各種スパッタ法、及び真空蒸着法などで形成することができる。
本発明におけるホール注入電極は、特に限定されるものではなく、従来より一般的に用いられているホール注入電極を用いることができ、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電性金属酸化物から形成することができる。
本発明における有機層は、ホール注入電極と電子注入電極の間に設けられるものであり、発光層を含むものである。発光層以外に、電子輸送層、ホール輸送層、電子注入層、及びホール注入層などのキャリア輸送層及びキャリア注入層を適宜設けることができる。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、トップエミッション構造に適した有機エレクトロルミネッセンス素子である。従って、発光層において発光した光は、少なくとも電子注入電極側から取り出されることが好ましい。この場合、基板側からも光が取り出される構造となっていてもよい。
また、本発明において、発光層は、複数の発光層から構成されていてもよい。例えば、青色発光層とオレンジ色発光層を積層して設けることにより、白色発光する素子であってもよい。
本発明によれば、電子注入電極の光透過率が高く、かつ発光効率が高い有機ＥＬ素子とすることができる。
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能なものである。
（実施例１）
ガラス基板の上に、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極（陽極）、ＣｕＰｃからなるホール注入層、ＮＰＢからなるホール輸送層、Ａｌｑからなる発光層、Ｌｉからなる電子注入層、Ａｇからなる第１の金属薄膜、及びＡｕからなる第２の金属薄膜をこの順に形成した有機ＥＬ素子を作製した。
ガラス基板の上に、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極（陽極）、ＣｕＰｃからなるホール注入層、ＮＰＢからなるホール輸送層、Ａｌｑからなる発光層、Ｌｉからなる電子注入層、Ａｇからなる第１の金属薄膜、及びＡｕからなる第２の金属薄膜をこの順に形成した有機ＥＬ素子を作製した。
ホール注入層の厚みは１０ｎｍであり、ホール輸送層の厚みは５０ｎｍであり、発光層の厚みは７０ｎｍであり、電子注入層の厚みは１ｎｍであり、第１の金属薄膜の厚みは５ｎｍであり、第２の金属薄膜の厚みは１５ｎｍである。なお、この有機ＥＬ素子において、電子注入電極（陰極）は、第１の金属薄膜及び第２の金属薄膜から構成されている。
ＣｕＰｃ、ＮＰＢ、及びＡｌｑは、以下の化合物である。
・ＣｕＰｃ：銅フタロシアニン
・ＮＰＢ：ビス｛Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル｝ベンジジン
・Ａｌｑ：トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体
・ＣｕＰｃ：銅フタロシアニン
・ＮＰＢ：ビス｛Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル｝ベンジジン
・Ａｌｑ：トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体
上記の有機ＥＬ素子は、具体的には以下のようにして作製した。まず、ガラス基板上にＩＴＯ膜が形成された基板を、中性洗剤により洗浄した後、純水中で１分間、エタノール中で１０分間それぞれ超音波洗浄を行った後、オゾンクリーナーにて表面の洗浄を行った。その後、基板のＩＴＯ膜からなるホール注入電極の上に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子注入層、第１の金属薄膜、及び第２の金属薄膜をこの順で真空蒸着法により形成して積層した。蒸着は、いずれの薄膜についても、真空度１×１０-6Ｔｏｒｒ、基板温度制御なしの条件で行った。
（比較例１）
実施例１において、Ａｇからなる第１の金属薄膜の膜厚を２０ｎｍとし、Ａｕからなる第２の金属薄膜を形成しない以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１において、Ａｇからなる第１の金属薄膜の膜厚を２０ｎｍとし、Ａｕからなる第２の金属薄膜を形成しない以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
（比較例２）
実施例１において、Ａｇからなる第１の金属薄膜を形成せずに、電子注入層の上に直接Ａｕからなる第２の金属薄膜を膜厚２０ｎｍとなるように形成する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１において、Ａｇからなる第１の金属薄膜を形成せずに、電子注入層の上に直接Ａｕからなる第２の金属薄膜を膜厚２０ｎｍとなるように形成する以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
〔発光特性の評価〕
実施例１及び比較例１〜２において作製した有機ＥＬ素子に、電圧を印加し、発光特性を評価した。ホール注入電極をプラス、電子注入電極をマイナスにバイアスして電圧を印加した。
実施例１及び比較例１〜２において作製した有機ＥＬ素子に、電圧を印加し、発光特性を評価した。ホール注入電極をプラス、電子注入電極をマイナスにバイアスして電圧を印加した。
実施例１及び比較例１〜２の各有機ＥＬ素子において、発光面積３ｍｍ×３ｍｍで、Ａｌｑによる緑色の均一な発光が得られた。発光効率は、実施例１において３．６ｃｄ／Ａであり、比較例１において３．８ｃｄ／Ａであり、比較例２において３．５ｃｄ／Ａであった。また、１０ｍＡ／ｃｍ2時の駆動電圧は、実施例１において５．２Ｖであり、比較例１において５．２Ｖであり、比較例２において９．８Ｖであった。
従って、実施例１の有機ＥＬ素子は、比較例２の有機ＥＬ素子に比べ、駆動電圧が低くなっていることがわかる。
実施例１及び比較例１の発光スペクトルを図１に示す。図１に示すように、比較例１に比べ、実施例１の有機ＥＬ素子は、発光スペクトルの幅が広く、視野角依存性が小さいことがわかる。これは、実施例１においては、Ａｕからなる第２の金属薄膜が設けられており、このため、光透過率が高くなっていることによるものである。
Claims (5)
- ホール注入電極と電子注入電極の間に、発光層を含む有機層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機層と前記電子注入電極の間に、ＬｉまたはＣｓを含む電子注入層が設けられており、前記電子注入電極が、前記電子注入層の上に設けられる、前記電子注入層を構成するＬｉまたはＣｓと合金化し得る金属からなる第１の金属薄膜と、該第１の金属薄膜上に設けられる金を含む第２の金属薄膜とから構成されてい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。 - 発光した光が、少なくとも電子注入電極側から取り出されることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第１の金属薄膜が、銀から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第１の金属薄膜の膜厚が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第２の金属薄膜の膜厚が、２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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| JP2004375902A JP2006185659A (ja) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004375902A Pending JP2006185659A (ja) | 2004-03-26 | 2004-12-27 | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2004
- 2004-12-27 JP JP2004375902A patent/JP2006185659A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8119256B2 (en) | 2007-07-03 | 2012-02-21 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Organic light emitting device |
| JP2011141981A (ja) * | 2010-01-06 | 2011-07-21 | Toppan Printing Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法 |
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