JP2007242829A - 有機el素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リーク電流を抑制することが可能な有機EL素子を提供すること。
【解決手段】互いに対向配置されたアノード電極2およびカソード電極7と、アノード電極2およびカソード電極7の間に介在し、正孔注入層3、正孔輸送層4、および発光層5が積層された有機層と、を備える有機EL素子Aであって、正孔注入層3は、そのイオン化エネルギーがアノード電極2のイオン化エネルギーと発光層5のイオン化エネルギーとの間の大きさであるCuPcおよびNPBを含んでおり、かつCuPcにNPBがドープされている。
【選択図】 図1
【解決手段】互いに対向配置されたアノード電極2およびカソード電極7と、アノード電極2およびカソード電極7の間に介在し、正孔注入層3、正孔輸送層4、および発光層5が積層された有機層と、を備える有機EL素子Aであって、正孔注入層3は、そのイオン化エネルギーがアノード電極2のイオン化エネルギーと発光層5のイオン化エネルギーとの間の大きさであるCuPcおよびNPBを含んでおり、かつCuPcにNPBがドープされている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、一対の電極間に有機層を介在させ、この有機層に電界を与えることにより発光させる有機EL素子に関する。
図4は、従来の有機EL素子の一例を示している(たとえば、特許文献1参照)。同図に示された有機EL素子Xは、基板91上にアノード電極92、正孔注入層93、正孔輸送層94、発光層95、電子輸送層96、陰極バッファ層97、およびカソード電極98が積層された構造とされている。基板91は、透明なガラス製であり、アノード電極92は、たとえばITO(Indium Tin Oxide)からなる透明電極とされている。正孔注入層93は、アノード電極92からの正孔を発光層95に向けて注入するための層であり、銅フタロシアニン(以下、CuPc)からなる。正孔輸送層94は、正孔注入層93からの正孔を発光層95へと輸送するための層であり、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)からなる。発光層95は、有機物からなり、赤色光、緑色光、青色光などを自発光する層である。電子輸送層96は、カソード電極98からの電子を発光層95へと輸送するための層である。陰極バッファ層97は、カソード電極98からの電子注入を安定化させるための層であり、たとえばLiFからなる。カソード電極98は、たとえばAl製である。
アノード電極92には、電源Pの+極が接続される。カソード電極98には、電源Pの−極が接続される。アノード電極92とカソード電極98との間に電圧が印加されると、発光層95において正孔と電子とが再結合する。この再結合によって発光層95が発光する。発光層95から図中上方へと進行する光は、カソード電極98によって図中下方へと反射される。この反射された光と、発光層95から図中下方へと発せられた光とが、アノード電極92および基板91を透して図中下方へと出射される。このように、有機EL素子Xは、いわゆるボトムエミッション型の有機EL素子として構成されている。
しかしながら、たとえば真空蒸着法を用いて正孔注入層93を形成する場合、図5に示すように、厚さ方向に突出する突起93aが形成されてしまうことがある。これは、正孔注入層93の材料であるCuPcが比較的結晶成長しやすい物質であるからである。このような突起93aを有する正孔注入層93上に、正孔輸送層94を形成すると、正孔輸送層94から突起93aの先端が突出するおそれが大きい。正孔輸送層94の材質であるNPBも、CuPcと同様に比較的結晶成長しやすく、突起93aの形状に依存せずに比較的平坦に成膜されるからである。突起93aが突出した状態で発光層95を形成すると、正孔注入層93と発光層95とが部分的に導通してしまう。このような導通部分は、電流を集中的に流しやすいため、いわゆるリーク電流を生じる原因となる。したがって、たとえば有機EL素子Xを用いてディスプレイを構成した場合、クロストーク発光などの不具合を生じることとなっていた。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、リーク電流を抑制することが可能な有機EL素子およびその製造方法を提供することをその課題とする。
本発明の第1の側面によって提供される有機EL素子は、互いに対向配置されたアノード電極およびカソード電極と、上記アノード電極およびカソード電極の間に介在し、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層が積層された有機層と、を備える有機EL素子であって、上記正孔注入層は、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第1および第2の正孔注入材料を含んでおり、かつ上記第1の正孔注入材料に上記第2の正孔注入材料がドープされていることを特徴としている。
このような構成によれば、上記第1の正孔注入材料に対して上記第2の正孔注入材料が結晶成長を妨げる不純物としてはたらく。上記正孔注入層が形成される際には、上記正孔注入層は、明確な結晶構造を有さない、アモルファス状態の組成として形成される。これにより、上記正孔注入層に顕著な突起が形成されることを抑制可能であり、上記正孔注入層と上記発光層とが直接導通することを防止することができる。したがって、上記有機EL素子のリーク電流を抑制することが可能であり、たとえば上記有機EL素子を用いたディスプレイにおけるクロストーク発光を防止することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第1の正孔注入材料は、銅フタロシアニンであり、上記第2の正孔注入材料は、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)である。このような構成によれば、上記正孔注入層の正孔注入効率を高めつつ、顕著な突起が形成されることを防止するのに好適である。
本発明の第2の側面によって提供される有機EL素子の製造方法は、基板にアノード電極を形成する工程と、上記アノード電極上に、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層を有する有機層を形成する工程と、上記有機層上にカソード電極を形成する工程と、を有する有機EL素子の製造方法であって、上記正孔注入層を形成する工程においては、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第1および第2の正孔注入材料を用い、かつ上記第1の正孔注入材料に上記第2の正孔注入材料をドープすることを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第1の側面によって提供される有機EL素子を適切に製造することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第1の正孔注入材料としては、銅フタロシアニンを用い、上記第2の正孔注入材料としては、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)を用いる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1は、本発明に係る有機EL素子の一例を示している。本実施形態の有機EL素子Aは、基板1、アノード電極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、およびカソード電極7を備えている。有機EL素子Aは、基板1の図中下面から光を出射する、いわゆるボトムエミッション型の有機El素子として構成されている。
基板1は、たとえばガラスからなる透明基板である。基板1は、アノード電極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、およびカソード電極7を支持するためのものである。
アノード電極2は、電源Pの+極に接続されており、正孔を供給するための電極である。アノード電極2は、たとえばITOからなる透明電極とされている。アノード電極2の表面は、たとえば研磨処理が施されており、比較的平坦な面とされている。
正孔注入層3は、アノード電極2から発光層5への正孔注入効率を向上させる役割を有するものである。正孔注入層3は、ホストとしてのCuPcにドーパントとしてのNPBがドープされた材質からなる。CuPcは、本発明で言う第1の正孔注入材料の一例であり、NPBは、本発明で言う第2の正孔注入材料の一例である。NPBのドープ量は、5〜10%程度が好ましい。
正孔輸送層4は、発光層5への正孔の移動を効率良く行うとともに、発光層5における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。正孔輸送層4は、たとえばNPBからなる。
発光層5は、発光物質を含んでおり、アノード電極2からの正孔とカソード電極7からの電子とが再結合することにより励起子を生成する場である。上記励起子が発光層5内を移動する過程において上記発光物質が発光する。発光層5に含まれる発光物質の種類を選択することにより、赤色光、緑色光および青色光などを自発光するように構成されている。上記発光物質としては、たとえばトリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体、ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体、ジトルイルビニルビフェニル、トリ(ジベンゾイルメチル)フェナントロリンユーロピウム錯体(Eu(DBM)3(Phen))、およびフェニルピリジンイリジウム化合物などの蛍光またはりん光性発光物質を使用することができる。もちろん、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリアルキルチオフェン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体などのような高分子発光物質を用いてもよい。
電子輸送層6は、発光層5への電子の移動を効率良く行うとともに、発光層5における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。電子輸送層6を構成する材料としては、たとえばアントラキノジメタン、ジフェニルキノン、ペリレンテトラカルボン酸、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ベンズオキサゾール、およびこれらの誘導体を用いることができる。電子輸送層6上には、陰極バッファ層81が形成されている。陰極バッファ層81は、たとえばLiFからなり、電子の注入効率を高めるための層である。なお、電子輸送層6と陰極バッファ層81との間に電子注入層をさらに形成してもよい。
カソード電極7は、電源Pの−極に接続されており、電子を供給するための電極である。カソード電極7は、たとえばAlからなり、比較的反射率が高い層とされている。
次に、有機EL素子Aの製造方法の一例について、以下に説明する。
まず、ガラス製の基板1上に、ITOからなるアノード電極2を形成する。このアノード電極2上に、たとえば真空蒸着法によってCuPcを成膜しつつ、NPBをドーパントとしたドープを施す。これによりNPBがドープされたCuPcからなる正孔注入層3を形成する。次に、正孔注入層3上にNPBからなる正孔輸送層4を真空蒸着法により形成する。また、正孔輸送層4上に発光層5を真空蒸着法により形成する。さらに、発光層5上に、電子輸送層6、陰極バッファ層81を真空蒸着法により形成する。そして、Alからなるカソード電極7を形成する。以上の工程により、有機EL素子Aを製造することができる。
次に、有機EL素子Aの作用について説明する。
図2は、有機EL素子Aの正孔注入層3、正孔輸送層4、および発光層5の積層部分を示している。正孔注入層3を形成する際には、ホストとしてのCuPcにドーパントとしてのNPBがドープされる。正孔注入層3の形成において、正孔注入材料のひとつであるNPBをドーパントして用いることは、たとえば発光量を向上させるために正孔注入層3に対して蛍光材料をドーパントとしたドープを施すこととは、全く異なる。すなわち、ドーパントとしてのNPBは、CuPcの結晶成長に対しては不純物としてはたらく。この不純物によってCuPcの結晶成長を意図的に阻害することができる。
結晶成長が阻害されたCuPcは、いわゆるアモルファス状態に近い組成のものとして形成される。これにより、正孔注入層3において局部的に結晶成長が進行してしまうことを回避可能であり、正孔注入層3を比較的平坦な形状に形成することができる。本実施形態においては、たとえば図5に示された従来技術による例のように、発光層5に至るほどの大きさの突起が形成されるおそれが小さい。これにより、正孔注入層3と発光層5とが直接導通することを防止することができる。したがって、有機EL素子Aのリーク電流を抑制することが可能であり、たとえば有機EL素子Aを用いたディスプレイにおいてクロストーク発光などが生じるおそれを小さくすることができる。
特に、第1の正孔注入材料としてのCuPcに対して、第2の正孔注入材料としてのNPBをドープすることは、正孔注入層3の結晶成長を意図的に阻害して、顕著な突起が形成されることを防止するのに好適である。また、CuPcおよびNPBを用いれば、正孔注入層3による正孔注入の効率向上効果を適切に発揮させることができる。
以下、有機EL素子Aの実施例1〜3、およびこれの比較例を作製し、これらの素子の特性を測定した。
実施例1〜3においては、上述した有機EL素子Aの製造方法において、正孔注入層3を形成する際のNPBのドープ量を、CuPcに対してそれぞれ2%、5%、10%とした。一方、比較例においては、CuPcのみからなる正孔注入層とした。実施例1〜3おおび比較例における正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、陰極バッファ層81、およびカソード電極7の厚さは、それぞれ100Å、400Å、400Å、200Å、5Å、1500Åとした。
実施例1〜3および比較例1の有機EL素子のそれぞれに、逆バイアスとなる−15Vの電圧を印加したときのリーク電流を測定した。その測定結果を、図3に示す。
図3に示すように、比較例においては、−257nAのリーク電流が生じた。これに対し、実施例1〜3では、それぞれのリーク電流が、−244nA、−19nA、−0.86nAと減少した。これは、正孔注入層3にドープされたNPBのドープ量を増やすことにより、CuPcの結晶成長が阻害され、正孔注入層3に大きな突起が形成されることが抑制されたためであると考えられる。有機EL素子Aのリーク電流を適切に抑制するには、CuPcに対するNPBのドープ量を概ね5〜10%とすることが好ましいことが分かった。
本発明に係る有機EL素子およびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る有機EL素子およびその製造方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本発明でいう第1および第2の正孔注入材料としては、正孔注入の効率向上効果を発揮しつつ、第2の正孔注入材料が第1の正孔注入材料の結晶成長を阻害するものを用いればよい。このような第1および第2の正孔注入材料としては、上述したCuPcとNPBとの組み合わせのほかに、第1の正孔注入材料としてCuPcを用い、第2の正孔注入材料としてトリフェニルジアミン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、およびスピロ誘導体のいずれかを用いる組み合わせがある。
A 有機EL素子
1 基板
2 アノード電極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 カソード電極
1 基板
2 アノード電極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 カソード電極
Claims (4)
- 互いに対向配置されたアノード電極およびカソード電極と、
上記アノード電極およびカソード電極の間に介在し、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層が積層された有機層と、
を備える有機EL素子であって、
上記正孔注入層は、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第1および第2の正孔注入材料を含んでおり、かつ上記第1の正孔注入材料に上記第2の正孔注入材料がドープされていることを特徴とする、有機EL素子。 - 上記第1の正孔注入材料は、銅フタロシアニンであり、上記第2の正孔注入材料は、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)である、請求項1に記載の有機EL素子。
- 基板にアノード電極を形成する工程と、
上記アノード電極上に、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層を有する有機層を形成する工程と、
上記有機層上にカソード電極を形成する工程と、を有する有機EL素子の製造方法であって、
上記正孔注入層を形成する工程においては、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第1および第2の正孔注入材料を用い、かつ上記第1の正孔注入材料に上記第2の正孔注入材料をドープすることを特徴とする、有機EL素子の製造方法。 - 上記第1の正孔注入材料としては、銅フタロシアニンを用い、上記第2の正孔注入材料としては、NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)を用いる、請求項3に記載の有機EL素子の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006062113A JP2007242829A (ja) | 2006-03-08 | 2006-03-08 | 有機el素子およびその製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013136039A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Cambridge Display Technology Limited | Optoelectronic device |
-
2006
- 2006-03-08 JP JP2006062113A patent/JP2007242829A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013136039A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Cambridge Display Technology Limited | Optoelectronic device |
US9461262B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-10-04 | Cambridge Display Technology Limited | Optoelectronic device |
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