JP2010073311A

JP2010073311A - 有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2010073311A
Application number: JP2008235877A
Authority: JP
Inventors: Toyoyasu Tadokoro; 豊康田所
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】陽極上に直接発光層を形成することで有機層の積層数を低減して製造工程を簡素化することが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも発光層３ａ，３ｂを有する有機層を陽極２と陰極４との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。発光層３ａ，３ｂは、陽極２上に直接形成され、電子移動度（μｅ）と正孔移動度（μｈ）との比（μｈ／μｅ）が０．１以上であるホスト材料と、発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含んでなることを特徴とする。発光層３ａ，３ｂは、少なくとも２層以上が積層されてなることを特徴とする。発光層３ａ，３ｂは、少なくとも１層がアミン系化合物を含んでなることを特徴とする。各発光層３ａ，３ｂは、それぞれ異なる発光色を示すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の製造簡易化に関するものである。

従来、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（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）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）。

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る。有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、視認性や低温環境下での応答性に優れているため表示の瞬間判読が必要な車両用計器などの車載表示装置に適用されることが望まれている。

また、有機ＥＬ素子としては、発光色の異なる発光層を積層し、複数色の発光の混色によって所望の発光色（例えば白色）を得る構成が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開昭５９−１９４３９３号公報特開２０００−６８０５７号公報

有機ＥＬ素子は、発光色度，駆動電圧及び発光効率などにおいて発光素子として十分な特性を得るべく、電極と前記発光層との間にキャリアの注入及び輸送を補助するキャリア注入層及びキャリア輸送層を形成してそれら特性を安定化させている。陽極と前記発光層との間には正孔（ホール）の注入及び輸送を補助する正孔注入層及び正孔輸送層が形成され、陰極と前記発光層との間には電子の注入及び輸送を補助する電子注入層及び電子輸送層が形成される。しかしながら、特に前述の複数の発光層を積層する構成においては機能層として積層される有機層の数が多く（例えば、正孔注入層，正孔輸送層，第一発光層，第二発光層及び電子輸送層を形成する場合は５層となる）、製造工程が複雑となり生産性の観点からは更なる改良が必要であるといった問題点があった。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、陽極上に直接発光層を形成することで有機層の積層数を低減して製造工程を簡素化す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。

本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも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、前記発光層は、前記陽極上に直接形成され、電子移動度（μｅ）と正孔移動度（μｈ）との比（μｈ／μｅ）が０．１以上であるホスト材料と、発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含んでなることを特徴とする。

また、前記発光層は、少なくとも２層以上が積層されてなることを特徴とする。

また、前記発光層は、少なくとも１層がアミン系化合物を含んでなることを特徴とする。

また、前記各発光層は、それぞれ異なる発光色を示すことを特徴とする。

また、前記各発光層の前記ホスト材料は、同一材料であることを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、陽極上に直接発光層を形成することで有機層の積層数を低減して製造工程を簡素化することが可能となるものである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態である有機ＥＬ素子は、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、機能層３と、陰極となる第二電極４と、を有するものである。なお、有機ＥＬ素子は、吸湿剤が塗布される封止基板を支持基板１上に配設して封止されるものであるが、図１ではこの封止基板を省略している。

支持基板１は、例えば透光性のガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第一電極２，機能層３及び第二電極４が順に積層形成される。

第一電極２は、正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法等の手段によって層状に形成した酸化物透明導電膜からなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされてなる。

機能層３は、少なくとも発光層を含む多層からなり、第一電極２上に形成されるものである。本実施形態においては、第一電極２側から順に第一の発光層（発光層）３ａ，第二の発光層（発光層）３ｂ，電子輸送層３ｃ及び電子注入層３ｄが順に積層形成されてなる。本実施形態においては、第一の発光層３ａ，第二の発光層３ｃ及び電子輸送層３ｃが有機材料からなる有機層である。

第一，第二の発光層３ａ，３ｂは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が再結合することで所定色の発光を示す機能を有し、所望の発光色に応じて種々の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。第一，第二の発光層３ａ，３ｂは電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）が０．１以上である（０．１≦μｈ／μｅ）ホスト材料に発光を呈する発光ドーパントとを少なくとも添加してなるものである。また、特に第一の発光層３ａは、第一電極２上に直接形成されるものであり、例えばＮＰＢ等のアミン系化合物をさらに含有させることで第一電極２から第一発光層３ａへの正孔の注入効率を向上させることができ好適である。また、第二の発光層３ｂはホスト材料として第一の発光層３ａのホスト材料と同一材料が用いられている。また、本実施形態においては、第一，第二の発光層３ａ，３ｂはそれぞれ異なる発光色を示し、混色によって白色の表示光が得られるものとする。

電子輸送層３ｃは、電子を第二の発光層３ｂへ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ_３）等の電子輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。

電子注入層３ｄは、電子を第二電極４から取り込む機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなる。

第二電極４は、電子を注入する陰極となるものであり、電子注入層３ｄ上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗導電材料を蒸着法等の手段によって層状に形成した導電膜からなるものである。

以上の各部によって有機ＥＬ素子が構成されている。

本願発明者らは、鋭意検討した結果、正孔移動度μｈと電子移動度μｅとを所定の範囲に規定したホスト材料を採用することで第一電極２上に直接発光層３ａを形成しても有機ＥＬ素子としての特性を安定化させることが可能であることを見いだし、本発明に達した。すなわち、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）が０．１以上である（０．１≦μｈ／μｅ）ホスト材料により第一，第二の発光層３ａ，３ｂを形成することによって、第一電極２上に正孔注入層及び／あるいは正孔輸送層を介さずに第一，第二の発光層３ａ，３ｂを形成した簡素な構成であっても有機ＥＬ素子（特に白色発光素子）として十分な色度，電圧，発光効率等の特性を得ることができ、有機ＥＬ素子の生産性を向上させることができる。

以下、さらに本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。実施例１として、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料に有機材料Ａを用いて図１に示す有機ＥＬ素子を作製した。なお、有機材料Ａは、電子移動度μｅ＝３×１０^−３ｃｍ^２／Ｖｓ，正孔移動度μｈ＝２×１０^−３ｃｍ^２／Ｖｓであり、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）は０．６である（μｈ／μｅ＝０．６）。
〔有機ＥＬ素子の作製〕
ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極（陽極）２としてＩＴＯをＲＦマグネトロンスパッタで形成した。さらに形成したＩＴＯ膜をフォトエッチングにより所定のパターンに形成して第一電極２とする。その後、アセトン超音波洗浄，セミコクリーン超音波洗浄及びオゾンクリーニングを行い、支持基板１の洗浄を行った。その後、支持基板１を蒸着装置に導入し、プラズマ処理を施して第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐを５．２〜５．７ｅＶの範囲とする。さらに第一電極２上にオレンジ色発光を示す第一の発光層３ａを形成した。第一の発光層３ａは、共蒸着法により有機材料Ａをホスト材料としてアミン系化合物（例えばＮＰＢ）を２５％、オレンジ発光を示す蛍光材料（例えばルブレン）を発光ドーパントとして５％含有させて形成した。さらに、第一の発光層３ａ上に青色系の発光を示す第二の発光層３ｂを形成した。第二の発光層３ｂは、共蒸着法により有機材料Ａをホスト材料として青色発光を示す蛍光材料（例えば出光興産社製ＢＤ１０２）を発光ドーパントとして５％添加して形成した。なお、各発光ドーパントの添加量は濃度消光を起こさない程度とするのが望ましい。さらに、電子輸送層３ｃとしてＡｌｑ３を抵抗加熱真空蒸着法により２０ｎｍ積層し、電子注入層３ｄとしてＬｉＦを抵抗加熱真空蒸着法により１ｎｍ形成した。そして最後に第二電極（陰極）４としてＡｌを抵抗加熱真空蒸着法により１５０ｎｍ形成して実施例１である有機ＥＬ素子を作製し、駆動電圧，発光効率及び発光色度を測定した。

また、実施例２として、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料を有機材料Ｂに変更したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。なお、有機材料Ｂは、電子移動度μｅ＝５×１０^−４ｃｍ^２／Ｖｓ，正孔移動度μｈ＝１×１０^−３ｃｍ^２／Ｖｓであり、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）は２である（μｈ／μｅ＝２）。

また、実施例３として、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料を有機材料Ｃに変更したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。なお、有機材料Ｃは、電子移動度μｅ＝３×１０^−３ｃｍ^２／Ｖｓ，正孔移動度μｈ＝５×１０^−４ｃｍ^２／Ｖｓであり、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）は０．１６である（μｈ／μｅ＝０．１６）。

また、実施例４として、第一の発光層３ａのホスト材料を有機材料Ｄに変更したほかは、実施例1と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。なお、有機材料Ｄは、電子移動度μｅ≦１×１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ，正孔移動度μｈ=３×１０^−３ｃｍ^２／Ｖｓであり、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）は、３００以上である（μｈ／μｅ≧３００）。

また、比較例１として、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料を有機材料Ｅに変更したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。なお、有機材料ＥはＡｌｑ_３であり、電子移動度μｅ＝５×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ，正孔移動度μｈ＜１×１０^−８ｃｍ^２／Ｖｓであり、電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）は０．００２より小さい（μｈ／μｅ＜０．００２）。

実施例１〜４及び比較例１における発光輝度３２０００ｃｄ／ｍ^２で発光駆動させた際の駆動電圧，発光効率及びＣＩＥ色度座標におけるｘ値，ｙ値を図２に示す。また、実施例１〜４及び比較例１におけるホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）と駆動電圧との関係を図３に示し、また、実施例１〜４及び比較例１におけるホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）と発光効率との関係を図４に示す。また、実施例１〜４及び比較例１におけるホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）とＣＩＥ色度座標におけるｘ値及びｙ値との関係を図５に示す。図２に示すように、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料に電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈ／μｅ）内となる有機材料Ａ〜Ｄを適用した実施例１〜４は、第一電極２に直接第一の発光層３ａを形成する簡素な積層構造であっても低電圧及び高効率を示し、また、ＣＩＥ色度座標におけるｘ値及びｙ値を白色を示す範囲内とすることができ、白色発光素子として十分な特性を得ることが可能となっている。これに対し、発光層のホスト材料として電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈ／μｅ）外となる有機材料Ｅを用いた比較例１は、実施例１〜４と比較して駆動電圧が高く、発光効率が低下し、発光色度が所望の値とならずに白色光を得ることができず、白色発光素子としての特性が悪化している。また、図３〜図５によれば、ホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈ／μｅ）内であれば、白色発光素子として十分な特性を得ることができることが示されている。したがって、本発明のように第一，第二の発光層３ａ，３ｂを形成することにより積層構造を簡素化しても有機ＥＬ素子の特性を十分に保つことができ、生産性が大きく改善されることは図２〜図５も明らかである。また、実施例１〜４における駆動時間と発光輝度との関係を図６に示す。図６によれば、第一，第二の発光層３ａ，３ｂのホスト材料を同一材料とした実施例１〜３は、異なるホスト材料を用いた実施例４と比較して駆動時間の経過に伴う輝度低下を抑制することが可能となっている。したがって、複数の発光層３ａ，３ｂを積層する構造において、各発光層３ａ，３ｂのホスト材料を同一材料とすることで寿命特性が改善されることが分かる。

本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。本発明の実施例１〜４及び比較例１の試験結果を示す図。本発明の実施例１〜４及び比較例１における第一，第二の発光層のホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）と駆動電圧との関係を示す図。本発明の実施例１〜４及び比較例１における第一，第二の発光層のホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの比（μｈ／μｅ）と発光効率との関係を示す図。本発明の実施例１〜４及び比較例１における第一、第二の発光層のホスト材料の電子移動度とμｅと正孔移動度μｈとの比(μｈ／μｅ)とＣＩＥ色度座標におけるｘ値及びｙ値との関係を示す図。本発明の実施例１〜４における駆動時間と発光輝度との関係を示す図。

符号の説明

１支持基板
２第一電極（陽極）
３機能層
３ａ第一の発光層
３ｂ第二の発光層
３ｃ電子輸送層
３ｄ電子注入層
４第二電極（陽極）

Claims

少なくとも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、
前記発光層は、前記陽極上に直接形成され、電子移動度（μｅ）と正孔移動度（μｈ）との比（μｈ／μｅ）が０．１以上であるホスト材料と、発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含んでなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記発光層は、少なくとも２層以上が積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記発光層は、少なくとも１層がアミン系化合物を含んでなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
前記各発光層は、それぞれ異なる発光色を示すことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
前記各発光層の前記ホスト材料は、同一材料であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。