JP2007305769A - Organic el element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機EL素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an organic EL element and a method for manufacturing the same.
有機EL素子は、陽極及び陰極と、これらの間に配置された有機層とを備え、陽極からホール(正孔)、陰極から電子をそれぞれ注入し、これらホール及び電子の電荷が有機層で結合すると、有機層の有機分子が励起されて高エネルギー状態となり、有機分子が基底順位に戻るときに放出されるエネルギーを光として取出すという原理に基いて動作がなされている。この際の陽極及び陰極からの電荷の注入効率は、有機EL素子の素子電圧を決める重要な要素であり、電荷の注入効率が低いと印加電圧を高くしなければならないが、電荷の注入効率が高ければ印加電圧を低くすることが可能となる。このような有機EL素子の構造としては、陽極から光を取出すボトムエミッション構造、陰極から光を取出すトップエミッション構造に大別されている。 The organic EL device includes an anode and a cathode, and an organic layer disposed between them, injecting holes from the anode and electrons from the cathode, and combining the charges of these holes and electrons in the organic layer. Then, the organic molecules in the organic layer are excited to be in a high energy state, and the operation is performed based on the principle that the energy released when the organic molecules return to the base order is extracted as light. The charge injection efficiency from the anode and cathode at this time is an important factor for determining the device voltage of the organic EL element. If the charge injection efficiency is low, the applied voltage must be increased, but the charge injection efficiency is low. If it is high, the applied voltage can be lowered. The structure of such an organic EL element is roughly classified into a bottom emission structure in which light is extracted from the anode and a top emission structure in which light is extracted from the cathode.
上記のボトムエミッションの従来構造としては、例えば、透明基板上に透明な陽極を配置し、この陽極上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる3層の有機層を配置し、更に、この有機層上に陰極を積層した構造が知られている。上記構造の内、陰極と電子輸送層との界面に要求される性能としては、良好な電子注入性と、発光した光の内、陰極側へ放射される光を効率良く基板側へ反射させる性能を有することが望ましい。 As a conventional structure of the above bottom emission, for example, a transparent anode is disposed on a transparent substrate, and three organic layers including a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer are disposed on the anode, Furthermore, a structure in which a cathode is laminated on this organic layer is known. Among the above structures, the performance required for the interface between the cathode and the electron transport layer is good electron injectability and the ability to efficiently reflect the light emitted to the cathode side of the emitted light to the substrate side. It is desirable to have
このような性能を満足させるため、例えば、Agを20%含むMg電極を用いる構造や、陰極及び電子輸送層の間に電子注入層として、1nm程度のLiFを推積した後Alを推積した構造(下記特許文献1参照)や、同じく電子注入層としてAlq3を代表とするキレート材料を用いる構造が知られている。
In order to satisfy such performance, for example, a structure using an Mg electrode containing 20% Ag, or LiF of about 1 nm is deposited as an electron injection layer between the cathode and the electron transport layer, and then Al is deposited. A structure (see
また、下記特許文献2には、陰極と有機層との界面が、アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物に部分的に覆われた構造が開示され、有機層上に金属陰極材料とアルカリ金属等の化合物とを同時に蒸着すると、有機層上に島状にアルカリ金属化合物等が形成されることが記載されている。 Patent Document 2 below discloses a structure in which an interface between a cathode and an organic layer is partially covered with an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound, and a metal cathode material and an alkali metal are formed on the organic layer. It is described that an alkali metal compound or the like is formed in an island shape on the organic layer when the above compound is vapor-deposited simultaneously.
一方、陰極から光を取出すトップエミッションの従来構造としては、基板上に陽極を配置し、この陽極上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる有機層を配置し、更に、有機層上に透明な陰極を積層した構造が知られている。また、上記ボトムエミッション構造と同様に、陰極及び電子輸送層の間に電子注入層が配置された構造が多く採用されている。 On the other hand, as a conventional structure of top emission for extracting light from the cathode, an anode is disposed on the substrate, and an organic layer composed of a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer is disposed on the anode. A structure in which a transparent cathode is laminated on a layer is known. As in the bottom emission structure, a structure in which an electron injection layer is disposed between the cathode and the electron transport layer is often used.
上記の透明な陰極としては、In酸化物にSn若しくはZnをドープした酸化物(ITO)が一般的であるが、このような酸化物を有機層上に堆積させた場合、高活性酸素による電子注入層の汚染が避けられず、電子注入性に致命的なダメージを与えてしまうことがあった。また、透明な陰極は、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等により形成されているが、成膜時に発生する高エネルギー粒子による有機層へのダメージが問題となる。 As the transparent cathode, an oxide (ITO) in which Sn or Zn is doped into In oxide is generally used. When such an oxide is deposited on an organic layer, electrons caused by highly active oxygen are used. Contamination of the injection layer is unavoidable, and fatal damage may be caused to the electron injection property. In addition, the transparent cathode is formed by a sputtering method, an electron beam evaporation method, or the like, but there is a problem of damage to the organic layer due to high energy particles generated during film formation.
そのため、陰極及び電子注入層の間に、ダメージ緩和のためのバッファ層を介装させる構造が用いられている(下記特許文献3、4参照)。バッファ層としては、不透明な陰極を10nm以下程度にできる限り薄くして光透過性を持たせたものが、一般的に採用されている。
上記ボトムエミッション構造のAgを20%含むMg電極や、1nm程度のLiFを推積した後Alを推積した構造、Alq3等のキレート材料を用いる構造は、初期特性としては良好な電子注入性が得られるが、熱放置すると電子注入性が低下することがあった。これは、陰極金属(AlやMg)がキレート材料に吸着し、結果として、キレート材料を分解してしまうためと考えられている。 The Mg electrode including 20% Ag of the bottom emission structure, the structure in which Al is deposited after depositing about 1 nm of LiF, and the structure using a chelate material such as Alq3 have good electron injection properties as initial characteristics. Although it is obtained, the electron injecting property may be lowered when it is left standing. This is considered to be because the cathode metal (Al or Mg) is adsorbed on the chelate material and as a result, the chelate material is decomposed.
また、上記特許文献1のAl/LiF構造では、見かけ上、電子輸送層とAl電極との間に、極薄のLiFが存在しているが、実際は、上記特許文献2に開示されたように、有機層にLiFを堆積した時点でLiFが島状に成長し、電子輸送層の表面が露出してしまって、電子輸送層のキレート材料が陰極金属によって汚染される虞れがあった。
In addition, in the Al / LiF structure of
更に、Alのキレート材料のπ電子系への吸着ポテンシャルは1.8eV程度と比較的高いので、一旦キレート材料に陰極金属のAlが吸着してしまうと、Alが脱離しにくくなり、上述したものと同様に、その後の熱放置によって、キレート材料の分解が促進されて、電子注入性が低下する。 Furthermore, since the adsorption potential of Al chelate material to the π-electron system is relatively high at about 1.8 eV, once the cathode metal Al is adsorbed to the chelate material, it becomes difficult to desorb Al. In the same manner as above, the subsequent thermal exposure promotes the decomposition of the chelate material and decreases the electron injection property.
一方、トップエミッション構造であって、バッファ層を透明電極及び電子注入層の間に介装させた場合には、ダメージ緩和性能を向上させるべくバッファ層の厚みを増すと、光透過性が失われることがあった。すなわち、Al(5nm)/LiF(1nm)の光透過率は40%程度であるが、それ以上厚くしてもダメージ緩和性能を十分に高めることができないにも関わらず、ほとんど陰極から光が出なくなり、電流効率が半分程度に減少してしまっていた。 On the other hand, in the case of a top emission structure, when the buffer layer is interposed between the transparent electrode and the electron injection layer, the light transmittance is lost if the thickness of the buffer layer is increased to improve the damage mitigation performance. There was a thing. That is, the light transmittance of Al (5 nm) / LiF (1 nm) is about 40%, but even if it is thicker than that, the damage mitigation performance cannot be sufficiently improved, but almost no light is emitted from the cathode. The current efficiency was reduced to about half.
以上まとめると、ボトムエミッション及びトップエミッションの各構造の問題点としては、いずれも電子注入性が十分でないことであり、更に、トップエミッション構造の場合は、光透過率が不十分となることである。 In summary, the problems of the bottom emission and top emission structures are that the electron injection properties are not sufficient, and in the case of the top emission structure, the light transmittance is insufficient. .
したがって、本発明の目的は、電子注入性を十分に確保すると共に、光透過率も維持可能な有機EL素子を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic EL element capable of sufficiently ensuring electron injection and maintaining light transmittance.
上記目的を達成するため、本発明の有機EL素子は、基板上に配置された陽極と、該陽極上に配置された有機層と、該有機層上に配置された陰極とからなり、前記有機層と前記陰極との間には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを含有する介在層が、5〜50nmの厚さで形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an organic EL device of the present invention comprises an anode disposed on a substrate, an organic layer disposed on the anode, and a cathode disposed on the organic layer. Between the layer and the cathode, a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, alkaline earth metals, rare earth metals, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, Ni, Pd, Zn An intervening layer containing a metal halide made of a metal selected from the above is formed with a thickness of 5 to 50 nm.
本発明によれば、有機層及び陰極の間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属(以下、アルカリ金属等という)と、アルカリ土類金属等からなる金属ハロゲン化物とを含有した介在層を、5〜50nmの厚さで配置したので、電子注入性を十分に確保することができる。 According to the present invention, between the organic layer and the cathode, a metal selected from an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth metal (hereinafter referred to as an alkali metal) and a metal halide made of an alkaline earth metal, and the like Since the intervening layer containing is disposed with a thickness of 5 to 50 nm, the electron injecting property can be sufficiently ensured.
また、介在層を構成する金属ハロゲン化物は、構成元素である金属とハロゲン元素との間に強いイオン結合性があるので、有機層に影響を及ぼすことがなく、有機分子やキレート材料の分解を抑制することができる。 In addition, the metal halide composing the intervening layer has a strong ionic bond between the constituent element metal and the halogen element, so it does not affect the organic layer and decomposes organic molecules and chelating materials. Can be suppressed.
また、介在層を構成するアルカリ金属等は、キレート材料のπ電子系に対する吸着ポテンシャルよりも、金属ハロゲン化物に対する吸着ポテンシャルの方が高いので、仮に介在層の成膜初期に有機層中のキレート材料が表面に露出していても、選択的に金属ハロゲン化物へ取り込まれ、キレート材料が汚染される可能性を少なくすることができる。 In addition, the alkali metal, etc. constituting the intervening layer has a higher adsorption potential for metal halides than the adsorption potential of the chelate material for the π-electron system. Even if it is exposed on the surface, it can be selectively incorporated into the metal halide and the possibility of contamination of the chelating material can be reduced.
また、アルカリ金属等は、金属ハロゲン化物と混合することで、半導体的な特性が出現するようになっているので、電子注入性を向上させることができる。 Further, when alkali metal or the like is mixed with a metal halide, semiconducting characteristics appear, so that the electron injecting property can be improved.
更に、アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを混合させることによって、光透過性にも優れた材料とすることができるので、トップエミッション構造のように陰極から光を取り出す場合にも有効である。更に、介在層を10nm以上に比較的厚く成膜しても低抵抗であるので、有機層上にスパッタ法等により陰極を成膜する際に、緩衝層として有効に作用し、有機層へのダメージを軽減することができる。 Further, by mixing an alkali metal or the like with a metal halide, a material having excellent light transmittance can be obtained. Therefore, it is also effective in extracting light from the cathode as in the top emission structure. Furthermore, since the resistance is low even if the intervening layer is formed to a thickness of 10 nm or more, it effectively acts as a buffer layer when forming a cathode on the organic layer by sputtering or the like. Damage can be reduced.
本発明の有機EL素子においては、前記介在層には、前記金属ハロゲン化物が、少なくとも2種以上含有されていることが好ましい。これによれば、介在層に複数の金属ハロゲン化物が含有されているので、介在層を構成する他の成分であるアルカリ金属等との反応性が向上して、より安定した介在層を形成することができる。そのため、電子注入性をより十分に確保することができ、有機層中のキレート材料の分解や汚染を効果的に防止可能となる。 In the organic EL device of the present invention, the intervening layer preferably contains at least two kinds of the metal halides. According to this, since a plurality of metal halides are contained in the intervening layer, the reactivity with an alkali metal or the like that is another component constituting the intervening layer is improved, and a more stable intervening layer is formed. be able to. Therefore, the electron injection property can be more sufficiently ensured, and the decomposition and contamination of the chelate material in the organic layer can be effectively prevented.
本発明の有機EL素子においては、前記陰極は、酸化物からなる透明電極であってもよい。これによれば、陰極から光を取出す、いわゆるトップエミッション構造に好適に適用することができる。 In the organic EL device of the present invention, the cathode may be a transparent electrode made of an oxide. This can be suitably applied to a so-called top emission structure in which light is extracted from the cathode.
本発明の有機EL素子の製造方法は、基板上に陽極を形成し、該陽極上に有機層を形成し、該有機層上に陰極を形成してなる有機EL素子の製造方法において、前記有機層と前記陰極との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを、前記有機層上に交互に成膜して、5〜50nmの厚さの介在層を形成することを特徴とする。 The organic EL device manufacturing method of the present invention is the organic EL device manufacturing method in which an anode is formed on a substrate, an organic layer is formed on the anode, and a cathode is formed on the organic layer. Between a layer and the cathode, a metal selected from alkali metal, alkaline earth metal, rare earth metal, alkaline earth metal, rare earth metal, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, Ni, Pd, Zn A metal halide made of a selected metal is alternately formed on the organic layer to form an intervening layer having a thickness of 5 to 50 nm.
本発明によれば、アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを、有機層上に交互に成膜して介在層を形成するようにしたので、介在層の膜厚を調整しやすく、5〜50nmの範囲で所望厚さの介在層を容易に形成することができる。 According to the present invention, since the alkali metal or the like and the metal halide are alternately formed on the organic layer to form the intervening layer, it is easy to adjust the film thickness of the intervening layer. An intervening layer having a desired thickness within the range can be easily formed.
また、本発明の有機EL素子の製造方法のもう一つは、基板上に陽極を形成し、該陽極上に有機層を形成し、該有機層上に陰極を形成してなる有機EL素子の製造方法において、前記有機層と前記陰極との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを、前記有機層上に同時に蒸着して、5〜50nmの厚さの介在層を形成することを特徴とする。 Another method for producing an organic EL device according to the present invention is an organic EL device in which an anode is formed on a substrate, an organic layer is formed on the anode, and a cathode is formed on the organic layer. In the production method, between the organic layer and the cathode, a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, alkaline earth metals, rare earth metals, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, A metal halide made of a metal selected from Ni, Pd, and Zn is simultaneously deposited on the organic layer to form an intervening layer having a thickness of 5 to 50 nm.
本発明によれば、アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを、有機層上に同時に蒸着するようにしたので、介在層を迅速に形成することができ、製造性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the alkali metal or the like and the metal halide are vapor-deposited on the organic layer at the same time, so that the intervening layer can be formed quickly and the productivity can be improved.
本発明の有機EL素子によれば、有機層及び陰極の間に、アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを含有した介在層を5〜50nmの厚さで配置したので、キレート材料の劣化を防止すると共に、電子注入性を十分に確保でき、光透過性も維持することができる。 According to the organic EL device of the present invention, since the intervening layer containing an alkali metal and a metal halide is disposed between the organic layer and the cathode in a thickness of 5 to 50 nm, the deterioration of the chelate material is prevented. At the same time, the electron injection property can be sufficiently secured, and the light transmission property can also be maintained.
すなわち、金属ハロゲン化物の金属及びハロゲン元素間には強いイオン結合性があるので、有機分子やキレート材料の分解を促進することがなく、アルカリ金属等は、キレート材料のπ電子系に対する吸着ポテンシャルよりも、金属ハロゲン化物に対する吸着ポテンシャルの方が高いので、有機層中のキレート材料が露出しても、選択的に金属ハロゲン化物へ取り込まれキレート材料が汚染される可能性が少ない。 That is, since there is a strong ionic bond between the metal and the halogen element of the metal halide, the decomposition of the organic molecule and the chelate material is not promoted, and the alkali metal or the like is less than the adsorption potential of the chelate material to the π-electron system. However, since the adsorption potential with respect to the metal halide is higher, even if the chelate material in the organic layer is exposed, the possibility that the chelate material is contaminated by being selectively taken into the metal halide is small.
更に、アルカリ金属等は、金属ハロゲン化物と混合することで、半導体的な特性が出現するので電子注入性を向上でき、また、光透過性にも優れた材料となるので、トップエミッション構造にも、効果的に適用できる。 Furthermore, when alkali metals are mixed with metal halides, semiconducting properties appear, so that the electron injection property can be improved and the material has excellent light transmission. Can be applied effectively.
以下、図1を参照して、本発明の有機EL素子の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the organic EL device of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示すように、この有機EL素子は、透明な基板1と、この透明な基板1上に配置された陽極2と、この基板1上に配置された有機層10と、この有機層10上に配置された陰極3とを有しており、更に、有機層10と陰極3との間に介在層20が配置された構造をなしている。
As shown in FIG. 1, the organic EL element includes a
基板1は、有機層10で発光した光を透過させるために透光性を有しており、その材料として例えば、ガラスや、透明な合成樹脂が好適に用いられる。
The
基板1上には、透明な陽極2が配置されている。この陽極2は、後述する有機層10の発光層13から発光した光を透過させるため、透明性の高い材料が用いられ、例えば、正孔の注入効率がよく表面抵抗も低い、InとSnの酸化物であるITO等が好適に用いられる。陽極2は、例えば、基板1上にスパッタ法、蒸着等により成膜した後、フォトリソグラフ法等によってパターン化することにより形成できる。なお、この実施形態の場合、陽極2が透明で陰極3を不透明として陽極2側から光を取り出す、いわゆるボトムエミッション構造をなしているが、陽極2が不透明で陰極3を透明として陰極3側から光を取り出す、いわゆるトップエミッション構造とすることも可能である。
A transparent anode 2 is disposed on the
陽極2上には、有機層10が配置されている。この実施形態の場合、有機層10は、正孔注入層11、正孔輸送層12、発光層13、電子輸送層14が、順次積層された構造をなしている。
An
正孔注入層11は、陽極2からの正孔注入効率を維持するためのもので、この正孔注入層11上に、正孔を発光層13に円滑に移動させるための正孔輸送層12が形成されている。正孔輸送層12は、特に限定されないが、例えば、テトラアリールベンジシン化合物(テトラアリールジアミンないしテトラフェニルジアミン:TPD)、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等の化合物から好ましい組合せを適宜選択して用いることができる。
The
正孔輸送層12上には、発光層13が形成される。発光層13としては、特に限定されないが、例えば青色ないし緑色の発光を得る場合には、例えば、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。
A
発光層13上には、陰極3から発光層13に電子を円滑に移動させるための電子輸送層14が形成されている。この電子輸送層14としては、特に限定されないが、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム等の有機金属錯体からなるキレート材料を用いることができる。
On the
上記正孔注入層11、正孔輸送層12、有機発光層13、電子輸送層13は、蒸着等の公知の手段で形成することができる。
The
有機層10上には介在層20が配置され、この介在層20を介して陰極3が配置されている。陰極3は、陽極2と同様に、スパッタ、蒸着等により成膜され、必要に応じてフォトリソグラフパターン法等によってパターン形成される。陰極3としては、電子注入効率がよく、発光層13で発光した光を基板1方向へ反射させることができる金属膜等が用いられ、例えば、Al、Mg―Ag合金、Al−Li合金等が好ましく用いられる。また、前述したように、陽極2を不透明とし陰極3を透明として、陰極3から光を取り出す、いわゆるトップエミッション構造の場合は、InとSnの酸化物であるITO等が好適に用いられる。
An intervening
そして、有機層10の電子輸送層14と陰極3との間に配置された介在層20は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属(アルカリ金属等)と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを含有して構成されている。また、介在層20は、有機層10の電子輸送層14上に、5〜50nmの厚さ、好ましくは10〜40nmの厚さで配置されている。
And the intervening
このように、電子輸送層14と陰極3との間に、アルカリ金属等と、金属ハロゲン化物とを含有した介在層を、5〜50nmの厚さで配置したので、電子注入性を十分に確保することができる。
Thus, since the intervening layer containing an alkali metal or the like and a metal halide is disposed between the
すなわち、介在層20を構成する金属ハロゲン化物は、構成元素である金属及びハロゲン元素間に強いイオン結合性があるので、有機分子やキレート材料の分解を促進することがない。
That is, the metal halide constituting the intervening
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、キレート材料のπ電子系に対する吸着ポテンシャルが0.5eV、金属ハロゲン化物に対する吸着ポテンシャルが1.5eVであり、金属ハロゲン化物に対する吸着ポテンシャルの方が高くなっている。そのため、仮に介在層20の成膜初期に電子輸送層14のキレート材料が表面に露出していても、アルカリ金属等は、選択的に金属ハロゲン化物へ取り込まれるので、キレート材料が汚染される可能性を少なくすることができる。
Alkali metal and alkaline earth metal have an adsorption potential of 0.5 eV for the π-electron system of the chelate material and an adsorption potential of 1.5 eV for the metal halide, and the adsorption potential for the metal halide is higher. Yes. Therefore, even if the chelate material of the
このように、介在層20を構成するアルカリ金属等と金属ハロゲン化物とは、互いの結合力が強いので、キレート材料に影響を及ぼしたりすることがなく、有機層10と陰極3とを十分に分離して、陰極金属であるAl等のキレート材料に及ぼす影響を少なくすることができる。そのため、有機層10の発光効率や耐久性等を長期間に亘って維持することができる。
Thus, since the alkali metal etc. and metal halide which comprise the intervening
また、アルカリ金属等は、金属ハロゲン化物と混合することで、半導体的な特性が出現するようになっているので、電子注入性を向上させることができる。すなわち、金属ハロゲン化物は絶縁物に近いため、アルカリ金属と金属ハロゲン化物とを混合して混合層とすると、仕事関数をアルカリ金属と金属ハロゲン化物との間の値に制御して、アルカリ金属の仕事関数を低下させることができ、それによって電子輸送層14への電子注入性を向上させることが可能となる。
Further, when alkali metal or the like is mixed with a metal halide, semiconducting characteristics appear, so that the electron injecting property can be improved. That is, since the metal halide is close to an insulator, when the alkali metal and the metal halide are mixed to form a mixed layer, the work function is controlled to a value between the alkali metal and the metal halide, The work function can be lowered, and thereby the electron injection property to the
更に、金属ハロゲン化物は透明であるから、アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを混合させると、光透過性にも優れた材料とすることができるので、トップエミッション構造のように陰極から光を取り出す場合にも有効となる。更に、介在層20を10nm以上に比較的厚く成膜しても、低抵抗であるので、有機層上にスパッタ法等により陰極を成膜する際に、緩衝層として有効に作用し、有機層へのダメージを軽減することができる。
Furthermore, since the metal halide is transparent, when an alkali metal or the like and a metal halide are mixed, a material having excellent light transmission can be obtained, and light is extracted from the cathode as in the top emission structure. It is also effective in some cases. Furthermore, even if the intervening
なお、介在層20が5nmよりも薄いと、有機層10と陰極3との分離性能を十分に発揮することができなくなり、50nmよりも厚いと、トップエミッション構造に適用する場合に、光透過性が低下するので好ましくない。
In addition, when the intervening
また、介在層20には、前記金属ハロゲン化物が、少なくとも2種以上含有されていることが好ましい。これによれば、介在層20には複数の金属ハロゲン化物が含有しているので、介在層20を構成する他の成分であるアルカリ金属等との反応性が向上して、より安定した介在層20を形成することができる。そのため、電子注入性をより十分に確保することができ、有機層10の分解や汚染を効果的に防止できる。
In addition, the intervening
なお、上記有機EL素子は、有機層10が4層構造をなしているが、各種の層構造が採用可能であり、例えば以下のような層構造でもあってもよい。
In the organic EL element, the
(1)陽極2―有機層10(発光層13のみ)―陰極3
(2)陽極2―有機層10(正孔輸送層12―発光層13)―陰極3
(3)陽極2―有機層10(正孔注入層11−正孔輸送層12―発光層13)―陰極3
(4)陽極2―有機層10(発光層13−電子輸送層14)−陰極3
(5)陽極2―有機層10(正孔輸送層12−発光層13−電子輸送層14)−陰極3
以上説明した有機EL素子は、例えば、次のようにして製造される。
(1) Anode 2—organic layer 10 (
(2) Anode 2—organic layer 10 (
(3) Anode 2—organic layer 10 (
(4) Anode 2—organic layer 10 (
(5) Anode 2—organic layer 10 (
The organic EL element demonstrated above is manufactured as follows, for example.
すなわち、まず、基板1上にスパッタ法等により陽極2を形成し、該陽極2上に、正孔注入層11、正孔輸送層12、発光層13、電子輸送層14を、蒸着等により順次形成して有機層10を形成する。そして、有機層10上に、アルカリ金属等と、金属ハロゲン化物とからなる介在層20を形成する。
That is, first, the anode 2 is formed on the
この際の介在層20の形成方法としては、(a)アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを、有機層10上に交互に成膜して、5〜50nmの厚さの介在層20を形成する方法、(b)アルカリ金属等と金属ハロゲン化物とを、有機層10上に同時に蒸着して、5〜50nmの厚さの介在層20を形成する方法等が好ましく採用される。
As a method for forming the intervening
上記(a)の形成方法の場合は、介在層20の膜厚を調整しやすく、5〜50nmの範囲で所望厚さの介在層20を容易に形成することができ、上記(b)の形成方法の場合は、介在層20を迅速に形成することができ、製造性を向上させることが可能となる。
In the case of the formation method of (a), it is easy to adjust the thickness of the intervening
こうして形成された介在層20上に、陰極3をスパッタ法等により形成して、有機EL素子が製造される。
On the intervening
(1)実施例及び比較例の有機EL素子の作製
実施例1
図1に示す有機EL素子であって、陽極2から光を取り出すボトムエミッション構造の有機EL素子を作製した。
(1) Production of organic EL elements of Examples and Comparative Examples Example 1
The organic EL element shown in FIG. 1 having a bottom emission structure in which light is extracted from the anode 2 was produced.
ガラス製の基板1上に、無定形のIn2O3:ZnO(ZnOモル比で5%)からなるITOを、スパッタ法によって200nmの厚さで成膜した。このITO上に、2mmライン、0.5mmピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いて、通常のフォトプロセスにて、陽極2を形成するためのパターンニングを行い、陽極2を形成した。そして、陽極2の表面を酸素プラズマにて、室温でクリーニングした。
On the
次いで、透明な陽極2を形成した基板1を、抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔注入層11、正孔輸送層12、発光層13、電子輸送層14を、真空を破らずに順次成膜して有機層10を形成した。成膜に際して真空槽内圧は1×10−4Paまで減圧した。正孔注入層11としては、銅フタロシアニン(CuPc)を100nm積層した。正孔輸送層12としては、4,4’―ビス[N―(1−ナフチル)―N―フェニルアミノ]ビフェニル(α−NPD)を20nm積層した。発光層13としては、4,4’―ビス(2,2’―ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)を30nm積層した。電子輸送層14としては、アルミキレート(Alq)を20nm積層した。
Next, the
上記有機層10を成膜後、有機層10上に介在層20を形成した。すなわち、金属としてアルカリ土類金属であるCaを選択し、金属ハロゲン化物としてMgF2を選択した介在層20を、上記抵抗加熱蒸着装置にて蒸着により成膜した。より詳しくは、電子輸送層14上に、MgF2を1nm蒸着して成膜し、その上にCaを1nm蒸着して成膜するというサイクルを20回繰り返して、40nmの厚さの介在層20を形成した。
After the
そして、介在層20上にAlを200nm積層して陰極3を形成した。
Then, a cathode 3 was formed by laminating 200 nm of Al on the intervening
実施例2
介在層20の構成以外は、実施例1と同様のボトムエミッション構造の有機EL素子を作製した。
Example 2
Except for the configuration of the intervening
すなわち、介在層20を構成する金属ハロゲン化物として、MgF2に加えて、更に、CaF2を加えたものを用いた。具体的には電子輸送層14上に、MgF2とCaF2が分子比で1:1となるフッ化物膜を、共蒸着法にて1nmで成膜し、更にその上にCaを1nm蒸着して成膜するというサイクルを20回繰り返して、40nmの厚さの介在層20を形成した。
That is, as the metal halide constituting the intervening
実施例3
陰極3から光を取り出すトップエミッション構造の有機EL素子を作製した。この場合、陽極2及び陰極3の構成が異なる以外は、実施例1と同様の構成となっている。
Example 3
An organic EL element having a top emission structure in which light is extracted from the cathode 3 was produced. In this case, the configuration is the same as in Example 1 except that the configurations of the anode 2 and the cathode 3 are different.
すなわち、陽極2として、CrBをスパッタ法によって200nmの厚さで成膜してパターンニングを施して不透明な陽極2を形成した。一方、陰極3としては、無定形のIn2O3:ZnO(ZnOモル比で5%)からなるITOを、スパッタ法によって100nmの厚さで成膜して透明な陰極3を形成した。 That is, as the anode 2, CrB was formed to a thickness of 200 nm by sputtering and patterned to form an opaque anode 2. On the other hand, as the cathode 3, a transparent cathode 3 was formed by depositing ITO made of amorphous In 2 O 3 : ZnO (5% by ZnO molar ratio) with a thickness of 100 nm by a sputtering method.
比較例1
介在層20が形成されていない代わりに、LiFからなる層を形成した以外は、上記実施例1と同様のボトムエミッション構造の有機EL素子を作製した。
Comparative Example 1
An organic EL element having a bottom emission structure similar to that of Example 1 was prepared except that a layer made of LiF was formed instead of the intervening
すなわち、電子輸送層14上に、透明な陽極2のラインと垂直に、2mmライン、0.5mmピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いて、0.5nmの厚さのLiF層を、上記抵抗加熱蒸着装置にて蒸着により成膜した。
That is, a LiF layer having a thickness of 0.5 nm is formed on the
比較例2
介在層20が形成されていない代わりに、Mgからなる層を形成した以外は、上記実施例3と同様のトップエミッション構造の有機EL素子を作製した。
Comparative Example 2
An organic EL element having a top emission structure similar to that of Example 3 was fabricated except that a layer made of Mg was formed instead of the intervening
すなわち、電子輸送層14上に、陽極2のラインと垂直に、2mmライン、0.5mmピッチのストライプパターンが得られるマスクを用いて、10nmの厚さで、20質量%のAgを含むMg層を、上記抵抗加熱蒸着装置にて蒸着により成膜した。
That is, on the
(2)実施例及び比較例の有機EL素子の性能評価
次に、上記実施例1〜3、及び、比較例1、2について、所定電圧を印加したときの電流密度の変動、及び、発光時の電流効率を評価した。
(2) Performance Evaluation of Organic EL Elements of Examples and Comparative Examples Next, for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, fluctuations in current density when a predetermined voltage is applied, and light emission The current efficiency was evaluated.
試験例1
上記実施例1及び比較例1の各有機EL素子の、電流密度(A/cm2)―駆動電圧(V)の関係を測定して、その結果を図2に示した。また、エレクトロルミネッセンス(EL)光出力と駆動電流を測定し、発光時の電流効率(cd/A)を求めた。
Test example 1
The relationship between the current density (A / cm 2 ) and the driving voltage (V) of each organic EL element of Example 1 and Comparative Example 1 was measured, and the result is shown in FIG. In addition, the electroluminescence (EL) light output and the drive current were measured to determine the current efficiency (cd / A) during light emission.
図2を参照すると、実施例1(図中、A1で示す)、及び、比較例1(図中、B1で示す)ともに、ほぼ同じ電流密度であることが分かる。また、電流効率は、実施例1及び比較例1ともに、4.5cd/Aであり、優劣は認められなかった。 Referring to FIG. 2, it can be seen that Example 1 (indicated by A1 in the figure) and Comparative Example 1 (indicated by B1 in the figure) have substantially the same current density. Moreover, current efficiency was 4.5 cd / A in both Example 1 and Comparative Example 1, and superiority or inferiority was not recognized.
試験例2
上記実施例1及び比較例1の各有機EL素子を、85℃の温度で200時間放置した後の、電流密度(A/cm2)―駆動電圧(V)の関係を測定して、その結果を図3に示した。また、エレクトロルミネッセンス(EL)光出力と駆動電流を測定し、発光時の電流効率(cd/A)を求めた。
Test example 2
The relationship between the current density (A / cm 2 ) and the drive voltage (V) was measured after leaving the organic EL elements of Example 1 and Comparative Example 1 at a temperature of 85 ° C. for 200 hours, and the result Is shown in FIG. In addition, the electroluminescence (EL) light output and the drive current were measured to determine the current efficiency (cd / A) during light emission.
図3を参照すると、比較例1(B1)は、試験例1と比べて電流密度が約1/8に減少してしまうのに対し、実施例1(A1)では、試験例1と比べて電流密度の低下は10%以下に留まっていることが分かる。したがって、介在層20による、キレート材料の分解や汚染の防止効果がはっきりと確認できた。
Referring to FIG. 3, in Comparative Example 1 (B1), the current density is reduced to about 1/8 compared to Test Example 1, whereas in Example 1 (A1), compared to Test Example 1. It can be seen that the decrease in current density remains below 10%. Therefore, the effect of preventing the chelate material from being decomposed and contaminated by the intervening
また、比較例1の電流効率は、0.5cd/Aまで低下してしまうのに対して、実施例1の電流効率は、3.5cd/Aと比較的低い低下に留まっていることが明らかとなった。そのため、介在層20により有機EL素子の発光効率を維持できることが分かった。
In addition, the current efficiency of Comparative Example 1 decreases to 0.5 cd / A, whereas the current efficiency of Example 1 clearly remains at a relatively low decrease of 3.5 cd / A. It became. Therefore, it was found that the light emission efficiency of the organic EL element can be maintained by the intervening
試験例3
金属ハロゲン化物としてMgF2とCaF2の2種類を含んだ介在層20を有する実施例2について、上記試験例2と同様に、85℃の温度で200時間放置した後の、電流密度(A/cm2)―駆動電圧(V)の関係を測定た。また、エレクトロルミネッセンス(EL)光出力と駆動電流を測定し、発光時の電流効率(cd/A)を求めた。
Test example 3
For Example 2 having the intervening
図示は省略するが、その電流密度は、試験例2における実施例1とほぼ同様な水準を維持することができた。また、金属ハロゲン化物が一種の実施例1の場合、85℃で200時間放置後の電流効率がやや低下したのに対し(試験例2参照)、実施例2の電流効率は、4.2cd/Aと、試験例1と比べて、ほとんど低下していないことが分かった。このように、金属ハロゲン化物を2種以上含有すれば、キレート材料の分解や汚染をより効果的に防止して、長期に亘って有効に作用することが理解できる。 Although illustration is omitted, the current density was able to maintain the same level as Example 1 in Test Example 2. Further, in the case of Example 1 where the metal halide is a kind, the current efficiency after being left at 85 ° C. for 200 hours is slightly decreased (see Test Example 2), whereas the current efficiency of Example 2 is 4.2 cd / Compared with A and Test Example 1, it was found that there was almost no decrease. Thus, it can be understood that if two or more kinds of metal halides are contained, decomposition and contamination of the chelate material are more effectively prevented, and the effect is effective over a long period of time.
なお、試験例2において、実施例1の電流効率が3.5cd/Aと低下した理由については、次のように考えられる。すなわち、金属ハロゲン化物であるMgF2を、有機層10の電子輸送層14上に蒸着したときに、上記特許文献2に示されたように、MgF2が島状に成長して、電子輸送層14全体が被覆されずに部分的に露出してしまうので、その後成膜するCaによる電子輸送層14への汚染がある程度避けられないためである。なお、MgF2が島状に成長する理由としては、分散状態と凝集状態のエネルギーを比較したときに、凝集状態でのエネルギーが非常に小さいため、MgF2が自然と凝集して、図4(a)に示すように島状となるものと推察される。
In Test Example 2, the reason why the current efficiency of Example 1 decreased to 3.5 cd / A is considered as follows. That is, when MgF 2 which is a metal halide is deposited on the
これに対して、実施例2の金属ハロゲン化物を複数用いた場合における、電流効率の低下抑制のメカニズムは、次のように推察される。 On the other hand, the mechanism for suppressing the decrease in current efficiency when using a plurality of metal halides of Example 2 is presumed as follows.
すなわち、上述したようにMgF2単体の場合は、図4(a)に示すように、島状に成長するが(図4(a)中、符号S参照)、MgF2とCaF2の混合物の場合においては、単体の場合に比べてエネルギー差が小さいので、図4(b)に示すように、単体よりも小さな島Wとなって成長が進むものと考えられる。 That is, as described above, in the case of MgF 2 alone, as shown in FIG. 4 (a), it grows in an island shape (see symbol S in FIG. 4 (a)), but the mixture of MgF 2 and CaF 2 In this case, since the energy difference is smaller than that in the case of a single body, it is considered that the growth proceeds as an island W smaller than the single body as shown in FIG.
そして、金属ハロゲン化物上にCa等の金属を成膜した際には、MgF2単体の場合においては大きな島Sへの成膜なので、Caとの接触面積が少なく、分子レベルでの混合があまり進まない。これに対して、MgF2とCaF2の混合物の場合、複数の小さな島WへCaを成膜するので、Caとの接触面積が多くなり、金属と金属ハロゲン化物との混合がスムーズになされるようになる。したがって、有機層10の電子輸送層14への汚染をより確実に防止されるので、電流効率の低下を抑制できたものと推察される。
When a metal such as Ca is formed on the metal halide, the film is formed on a large island S in the case of MgF 2 alone, so that the contact area with Ca is small and mixing at the molecular level is not so much. Not proceed. On the other hand, in the case of a mixture of MgF 2 and CaF 2 , since Ca is formed on a plurality of small islands W, the contact area with Ca increases, and the metal and metal halide are mixed smoothly. It becomes like this. Therefore, since the contamination to the
試験例4
上記実施例3及び比較例2のトップエミッション構造の各有機EL素子の、電流密度(A/cm2)―駆動電圧(V)の関係を測定して、その結果を図5に示した。また、比較のため、ボトムエミッション構造の比較例1の測定結果も図5に併せて示した。また、エレクトロルミネッセンス(EL)光出力と駆動電流を測定し、発光時の電流効率(cd/A)を求めた。
Test example 4
The relationship between the current density (A / cm 2 ) and the drive voltage (V) of each organic EL element having the top emission structure of Example 3 and Comparative Example 2 was measured, and the result is shown in FIG. For comparison, the measurement result of Comparative Example 1 having a bottom emission structure is also shown in FIG. In addition, the electroluminescence (EL) light output and the drive current were measured to determine the current efficiency (cd / A) during light emission.
図5を参照すると、トップエミッション構造の比較例2(図中、B2で示す)は、ボトムエミッション構造の比較例1(B1)に比べて素子抵抗が高く、電流が1桁以上流れにくくなっているのが分かる。これに対して、トップエミッション構造の実施例3(図中、A3で示す)の場合、比較例1(B1)に比べて、電流密度は40%の低下に留まっていることが理解できる。また、電流効率は、比較例2の場合、1.5cd/Aであるのに対し、実施例3の場合は、3.5cd/Aと優れていることが分かった。このように本発明の有機EL素子によれば、ボトムエミッション構造のみならず、トップエミッション構造にも適用することができ、キレート材料の分解や汚染を効果的に防止することができる。 Referring to FIG. 5, the comparative example 2 (indicated by B2 in the figure) of the top emission structure has a higher element resistance than the comparative example 1 (B1) of the bottom emission structure, and the current is less likely to flow by one digit or more. I can see that In contrast, in Example 3 (indicated by A3 in the figure) having a top emission structure, it can be understood that the current density is only 40% lower than that in Comparative Example 1 (B1). In addition, it was found that the current efficiency was 1.5 cd / A in the case of Comparative Example 2 and 3.5 cd / A in the case of Example 3. As described above, according to the organic EL element of the present invention, it can be applied not only to the bottom emission structure but also to the top emission structure, and decomposition and contamination of the chelate material can be effectively prevented.
本発明は、電子注入性を十分に確保すると共に、光透過率も維持可能な有機EL素子として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an organic EL element that can sufficiently ensure electron injectability and can maintain light transmittance.
1 基板
2 陽極
3 陰極
10 有機層
11 正孔注入層
12 正孔輸送層
13 発光層
14 電子輸送層
20 介在層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記有機層と前記陰極との間には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを含有する介在層が、5〜50nmの厚さで形成されていることを特徴とする有機EL素子。 In an organic EL device comprising an anode disposed on a substrate, an organic layer disposed on the anode, and a cathode disposed on the organic layer,
Between the organic layer and the cathode, a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, alkaline earth metals, rare earth metals, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, Ni, Pd An organic EL device, wherein an intervening layer containing a metal halide made of a metal selected from Zn is formed with a thickness of 5 to 50 nm.
前記有機層と前記陰極との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを、前記有機層上に交互に成膜して、5〜50nmの厚さの介在層を形成することを特徴とする有機EL素子の製造方法。 In the method for producing an organic EL device, an anode is formed on a substrate, an organic layer is formed on the anode, and a cathode is formed on the organic layer.
Between the organic layer and the cathode, a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, alkaline earth metals, rare earth metals, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, Ni, Pd, A method for producing an organic EL element, wherein metal halides made of metal selected from Zn are alternately formed on the organic layer to form an intervening layer having a thickness of 5 to 50 nm.
前記有機層と前記陰極との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれた金属と、アルカリ土類金属、希土類金属、Ag、Al、Cd、Cu、Mn、Ni、Pd、Znから選ばれた金属からなる金属ハロゲン化物とを、前記有機層上に同時に蒸着して、5〜50nmの厚さの介在層を形成することを特徴とする有機EL素子の製造方法。 In the method for producing an organic EL device, an anode is formed on a substrate, an organic layer is formed on the anode, and a cathode is formed on the organic layer.
Between the organic layer and the cathode, a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, alkaline earth metals, rare earth metals, Ag, Al, Cd, Cu, Mn, Ni, Pd, A method for producing an organic EL device, wherein a metal halide comprising a metal selected from Zn is vapor-deposited simultaneously on the organic layer to form an intervening layer having a thickness of 5 to 50 nm.
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