JP2007134210A - Organic electroluminescent element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子に関する。 The present invention relates to an organic EL (electroluminescence) element formed by laminating an organic layer having at least a hole injection layer and a light emitting layer between an anode and a cathode.
有機材料によって形成される自発光素子である有機EL素子は、例えば、陽極となるITO(Indium Tin Oxide)等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム(Al)等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機EL素子を形成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 An organic EL element, which is a self-luminous element formed of an organic material, includes, for example, a first electrode made of ITO (Indium Tin Oxide) or the like serving as an anode, an organic layer having at least a light emitting layer, and aluminum (Al And a non-translucent second electrode made up of, for example, are formed to form the organic EL element (see, for example, Patent Document 1).
かかる有機EL素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものであり、所定の輝度で長時間発光させる長寿命化が望まれている。 Such an organic EL element emits light by injecting holes from the first electrode, and by injecting electrons from the second electrode to recombine the holes and electrons in the light emitting layer. There is a demand for extending the lifetime of emitting light at a predetermined luminance for a long time.
前記第一電極と発光層とは、そのイオン化ポテンシャルの差によって正孔の移動に対して障壁が生じ、発光駆動時における駆動電圧が高くなるという問題点があり、駆動電圧を低下させるために前記陽極と前記発光層との間に前記陽極よりもイオン化ポテンシャルが高く、前記発光層よりもイオン化ポテンシャルが低い正孔輸送性材料からなる正孔注入層を形成する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。 The first electrode and the light emitting layer have a problem that a barrier is generated against the movement of holes due to the difference in ionization potential, and the driving voltage at the time of light emission driving increases, and in order to reduce the driving voltage, A method of forming a hole injection layer made of a hole transporting material having an ionization potential higher than that of the anode and lower than that of the light emission layer between the anode and the light emitting layer is known (for example, a patent) Reference 1).
また、正孔の注入効率を向上させるために、前記第一電極を形成する際にプラズマ処理等の表面処理を施して前記第一電極の表面を活性化させ、前記第一電極のイオン化ポテンシャルを高くする方法が知られている。一般的には前記第一電極のイオン化ポテンシャルが5.0eV以上となるように表面処理がなされ、前記正孔注入層としては、イオン化ポテンシャルが5.2〜5.3eV程度の材料が用いられる。
ところで、前記第一電極を表面処理する場合、処理方法によっては前記陽極のイオン化ポテンシャルが前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高くなってしまう場合がある。従来は、かかる場合においては前記第一電極と前記正孔注入層との間における正孔の移動には影響を生じないと考えられていた。しかしながら、本願発明者は、研究開発の結果、かかる場合においても前記第一電極と前記正孔注入層とのイオン化ポテンシャルの関係に対して特に高温高輝度駆動時における発光寿命が大きく影響を受けるという問題点を見いだした。 By the way, when surface-treating the first electrode, depending on the treatment method, the ionization potential of the anode may be higher than the ionization potential of the hole injection layer. Conventionally, in such a case, it has been considered that the movement of holes between the first electrode and the hole injection layer is not affected. However, as a result of research and development, the inventor of the present application said that even in such a case, the light emission lifetime particularly during high-temperature and high-luminance driving is greatly affected by the relationship between the ionization potential of the first electrode and the hole injection layer. I found a problem.
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであって、特に高温高輝度駆動時における発光寿命を向上させることが可能な有機EL素子を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an organic EL element capable of improving the light emission lifetime particularly when driving at high temperature and high luminance.
本発明の有機ELパネルは、前記課題を解決するために、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機EL素子であって、前記陽極のイオン化ポテンシャルが前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高い値であり、前記陽極のイオン化ポテンシャルと前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの差が0.2eV以下であることを特徴とする有機EL素子。 In order to solve the above problems, the organic EL panel of the present invention is an organic EL element formed by laminating an organic layer having at least a hole injection layer and a light emitting layer between an anode and a cathode. The ionization potential is higher than the ionization potential of the hole injection layer, and the difference between the ionization potential of the anode and the ionization potential of the hole injection layer is 0.2 eV or less. element.
また、前記陽極は、イオン化ポテンシャルが5.4eVより高い値であることを特徴とする。 The anode has an ionization potential higher than 5.4 eV.
また、前記正孔注入層は、イオン化ポテンシャルが5.4eV以上であることを特徴とする。 The hole injection layer has an ionization potential of 5.4 eV or more.
また、前記陽極は、その表面がプラズマ処理されてなることを特徴とする。 The anode is characterized in that the surface thereof is plasma-treated.
発明は、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機EL素子に関するものであり、特に高温高輝度駆動時における発光寿命を向上させることが可能となるものである。 The present invention relates to an organic EL device in which an organic layer having at least a hole injection layer and a light-emitting layer is laminated between an anode and a cathode, and can particularly improve the light emission lifetime during high-temperature and high-luminance driving. It is possible.
以下、ドットマトリクス型の有機ELパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。 Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a dot matrix type organic EL panel will be described with reference to the accompanying drawings.
図1において、有機ELパネルAは、支持基板1と、第一電極(陽極)2と、絶縁層3と、隔壁部4と、有機層5と、第二電極(陰極)6と、封止部材7とから主に構成されている。
In FIG. 1, an organic EL panel A includes a
支持基板1は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。
The
第一電極2は、例えばITO等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板1上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極2は、図1(a)に示すように陽極配線部2a及び陽極部2bを有しており、陽極配線部2aは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部2cを備える。また、第一電極2は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されており、そのイオン化ポテンシャルIp1が、少なくとも5.4eVより高い値であり、さらに後述する正孔注入輸送層のイオン化ポテンシャルIp2よりも高くなるように形成されている。
The
絶縁層3は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板1上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層3は、第一電極2の各陽極部2bの間に形成されるとともに第一電極2と若干重なるように形成され、第一電極2と後述する第二電極との間を絶縁するものである。
The insulating
隔壁部4は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が逆テーパー状に形成される。隔壁部4は第一電極2及び絶縁層3上においては陽極部2bと略直角に交わるように形成され、また、支持基板1上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図1(a)に示すように支持基板1の有機EL素子形成面側から見て円弧状となるように形成される。
The partition wall portion 4 is made of, for example, a phenol-based insulating material, and has a cross section formed in a reverse taper shape by means such as a photolithography method. The partition wall portion 4 is formed on the
有機層5は、第一電極2及び絶縁層3上に形成されるものであり、図2に示すように、正孔注入輸送層(正孔注入層)5a,発光層5b,電子輸送層5c及び電子注入層5dを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚80〜280nm程度の層状となるものである。
The
正孔注入輸送層5aは、第一電極2から正孔を取り込み発光層5cへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚20〜80nm程度の層状に形成してなる。正孔注入輸送層5aは、前記正孔輸送材料として、そのイオン化ポテンシャルIp2が5.4eV以上である材料が用いられる。また、正孔注入輸送層5aは、プラズマ処理された後の第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差が0.2以下(Ip1−Ip2≦0.2)となるように前記正孔輸送材料が選択されている。また、正孔注入輸送層5aは、ガラス転移温度が85℃以上(さらに好ましくは100℃以上)となっている。
The hole injecting and transporting layer 5a has a function of capturing holes from the
発光層5bは、図2に示すようにホスト材料5eにゲスト材料として少なくとも蛍光材料5fを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚20〜60nm程度の層状に形成してなる。ホスト材料5eは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体等からなる。また、ホスト材料5eは、ガラス転移温度が85℃以上(さらに好ましくは100℃以上)となっている。蛍光材料5fは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青緑色発光を示す出光興産株式会社製のBD102からなる。なお、蛍光材料5fのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、発光層5bにおける濃度が2〜8%となるように蛍光材料5fが添加されている。
As shown in FIG. 2, the
電子輸送層5dは、電子を発光層5bへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール(Alq3)等の電子移動度の高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚20〜60nm程度の層状に形成してなる。
The electron transport layer 5d has a function of transmitting electrons to the
電子注入層5eは、第二電極6から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム(LiF)を蒸着法等の手段によって膜厚1nm程度の層状に形成してなる。
The
第二電極6は、アルミニウム(Al)やマグネシウム銀(Mg:Ag)等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚50〜200nm程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部4によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部6a及び透明電極2に略直角に交わる陰極部6bが形成される(図1(a)参照)。また、陰極配線部6aは接続配線部8に電気的に接続されている。接続配線部8aは、第一電極2とともに形成されるものであり、同一材料のITOからなるものである。また、接続配線部8は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部8aが形成されている。
The second electrode 6 is formed by forming a conductive material such as aluminum (Al) or magnesium silver (Mg: Ag) into a layer having a thickness of about 50 to 200 nm by means such as vapor deposition. As a result, the arc-shaped cathode wiring portion 6a and the
以上のように、支持基板1上に第一電極2と絶縁層3と隔壁部4と有機層5と第二電極6とを順次積層して、陽極部2bと陰極部6bの対向箇所からなる発光画素がマトリクス状に設けられた有機EL素子が得られる。
As described above, the
封止部材7は、例えばガラス材料からなる成型ガラスあるいは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材7は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤7aを介して支持基板1上に気密的に配設することで、封止部材7と支持基板1とで前記有機EL素子を封止する。封止部材7は、第一電極2の陽極端子部2cおよび第二電極6に接続される陰極端子部8aが外部に露出するように支持基板1よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材は、平板状であってもよく、その場合、前記封止部材はスペーサーを介して支持基板上に配設される。
The sealing member 7 is formed by forming a molded glass or flat plate member made of, for example, a glass material into a concave shape by an appropriate method such as sandblasting, cutting, and etching. The sealing member 7 is hermetically disposed on the
以上のように、陽極部2bと陰極部6bの対向箇所からなる画素がマトリクス状に設けられた前記有機EL素子を表示部とするドットマトリクス型の有機ELパネルAが得られる。この有機ELパネルAは、第一電極2からの正孔と第二電極6からの電子とが発光層5bにて再結合することによって青緑色の発光を得るものである。また、有機ELパネルAはストライプ状に形成された複数の陽極部2bと複数の陰極部6bのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部2bと陰極部6bの対向箇所からなる画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で駆動するものである。
As described above, the dot matrix type organic EL panel A using the organic EL element in which the pixels formed of the opposed portions of the anode portion 2b and the
図3は、上記の構成にて得られた実施例と実施例と対比するための比較例に対して後述する高温動作試験にて評価した結果を示す図である。なお、縦軸は初期輝度L0に対する現在の発光輝度Lの比(L/L0)を示しており、横軸は駆動時間を示している。 FIG. 3 is a diagram showing a result of evaluation in a high-temperature operation test described later with respect to an example obtained by the above configuration and a comparative example for comparison with the example. The vertical axis indicates the ratio (L / L0) of the current light emission luminance L to the initial luminance L0, and the horizontal axis indicates the drive time.
特性S1は、実施例1の試験結果を示すものである。実施例1は、有機ELパネルAとして、第一電極2を膜厚100nm,線幅290μm,線間40μm及び本数128本にて形成し、陰極8を膜厚100nm,線幅290μm,線間40μm及び本数64本にて形成してなるものであり、64×128の青緑色によるモノカラー表示が可能なものである。また、実施例1は、第一電極2をプラズマ処理によってイオン化ポテンシャルIp1が5.6eVとなるように形成し、正孔注入輸送層5aを、イオン化ポテンシャルIp2が5.43eVである正孔輸送性材料にて形成してなる。すなわち、実施例1における第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.17eV(Ip1−Ip2=0.17eV)としている。なお、実施例及び比較例における各イオン化ポテンシャルの値は、理研計器株式会社製のAC−2によって測定されたものである。
Characteristic S1 shows the test result of Example 1. In Example 1, as the organic EL panel A, the
特性S2は、実施例2の試験結果を示すものである。実施例2は、正孔注入輸送層5aを、イオン化ポテンシャルIp2が5.5eVである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.1eV(Ip1−Ip2=0.1eV)とするほかは、実施例1と同様にして有機ELパネルAを形成したものである。
The characteristic S2 shows the test result of Example 2. In Example 2, the hole injection transport layer 5a is formed of a hole transport material having an ionization potential Ip2 of 5.5 eV, and the ionization potential Ip1 of the
特性S3は、比較例1試験結果を示すものである。比較例1は、正孔注入輸送層5aを、イオン化ポテンシャルIp2が5.2eVである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.4eV(Ip1−Ip2=0.4eV)とするほかは、実施例1と同様にして有機ELパネルAを形成したものである。
Characteristic S3 shows the test result of Comparative Example 1. In Comparative Example 1, the hole injection transport layer 5a is formed of a hole transport material having an ionization potential Ip2 of 5.2 eV, and the ionization potential Ip1 of the
特性S4は、比較例2の試験結果を示すものである。比較例2は、正孔注入輸送層5aを、イオン化ポテンシャルIp2が5.2eVである正孔輸送性材料(ただし比較例1における正孔輸送性材料とは異なるもの)にて形成し、第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.4eV(Ip1−Ip2=0.4eV)とするほかは、実施例1と同様にして有機ELパネルAを形成したものである。
Characteristic S4 indicates the test result of Comparative Example 2. In Comparative Example 2, the hole injecting and transporting layer 5a is formed of a hole transporting material having an ionization potential Ip2 of 5.2 eV (however, different from the hole transporting material in Comparative Example 1). The organic EL panel A was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the difference between the ionization potential Ip1 of the
特性S5は、比較例3の試験結果を示すものである。比較例3は、正孔注入輸送層5aを、イオン化ポテンシャルIp2が5.38eVである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.22eV(Ip1−Ip2=0.22eV)とするほかは、実施例1と同様にして有機ELパネルAを形成したものである。
Characteristic S5 shows the test result of Comparative Example 3. In Comparative Example 3, the hole injection / transport layer 5a is formed of a hole transport material having an ionization potential Ip2 of 5.38 eV, and the ionization potential Ip1 of the
前記高温動作試験としては、実施例1,2及び比較例1〜3の各有機ELモジュールを85℃の恒温槽に設置し、初期輝度L0を1000cd/m2として全点灯表示し、発光輝度Lが初期輝度L0から半減する(L/L0=0.5)までの時間を測定した。
As the high-temperature operation test, each of the organic EL modules of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 is installed in a constant temperature bath of 85 ° C., and is lit up with an initial luminance L0 of 1000 cd /
図3からも明らかなように、実施例1,2は、比較例1〜3に対して発光輝度が初期輝度から半減するまでの時間が長くなっている。また、図4は、実施例1,2及び比較例1〜3の試験結果より得られた正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルと発光寿命との関係を示している。なお、図4において、縦軸は現在の発光輝度Lが初期輝度L0から半減するまでの時間を示しており、横軸は正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルの値を示している。この図4からも明らかなように、本発明のように、第一電極2のイオン化ポテンシャルIp1と正孔注入輸送層5aのイオン化ポテンシャルIp2との差を0.2eV以下(Ip1−Ip2≦0.2eV)とすることにより、雰囲気が85℃であり初期輝度L0が1000cd/m2である高温高輝度発光駆動において有機EL素子の発光寿命を向上させることが可能となる。
As is clear from FIG. 3, in Examples 1 and 2, the time until the emission luminance is reduced by half from the initial luminance is longer than in Comparative Examples 1 to 3. FIG. 4 shows the relationship between the ionization potential and the emission lifetime of the hole injection transport layer 5a obtained from the test results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3. In FIG. 4, the vertical axis indicates the time until the current emission luminance L is halved from the initial luminance L0, and the horizontal axis indicates the ionization potential value of the hole injection transport layer 5a. As apparent from FIG. 4, as in the present invention, the difference between the ionization potential Ip1 of the
なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ELパネルAであったが、本発明は、セグメント型の有機ELパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。 Although the present embodiment is a dot matrix type organic EL panel A, the present invention can be applied to a segment type organic EL panel and can also be applied to active driving.
また、本実施形態の有機ELパネルAは、第一電極2と発光層5bとの間に正孔注入輸送層5aを積層形成する構成であったが、本発明においては、陽極と発光層との間に正孔注入層及び正孔輸送層が順次積層形成されるものであってもよい。
Further, the organic EL panel A of the present embodiment has a configuration in which the hole injection transport layer 5a is formed between the
また、本実施形態の有機ELパネルAにおいて、発光層5bは、ホスト材料5eに青緑色にて発光する蛍光材料5fをドープするものであったが、本発明は、ホスト材料にドープする蛍光材料は他の発光色にて発光するものであってもよい。
Further, in the organic EL panel A of the present embodiment, the
A 有機ELパネル
1 支持基板
2 第一電極(陽極)
3 絶縁層
5 有機層
5a 正孔注入輸送層(正孔注入層)
5b 発光層
5c 電子輸送層
5d 電子注入層
5e ホスト材料
5f 蛍光材料
6 第二電極(陰極)
A
3 Insulating
5b Light emitting layer 5c Electron transport layer 5d
Claims (4)
前記陽極のイオン化ポテンシャルが前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高い値であり、前記陽極のイオン化ポテンシャルと前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの差が0.2eV以下であることを特徴とする有機EL素子。 An organic EL element formed by laminating an organic layer having at least a hole injection layer and a light emitting layer between an anode and a cathode,
The ionization potential of the anode is higher than the ionization potential of the hole injection layer, and the difference between the ionization potential of the anode and the ionization potential of the hole injection layer is 0.2 eV or less. Organic EL element.
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