JP2011204646A - Organic electroluminescent element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、照明光源や液晶表示器用のバックライト、フラットパネルディスプレイなどに用いることができる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。 The present invention relates to an organic electroluminescence element that can be used in, for example, an illumination light source, a backlight for a liquid crystal display, a flat panel display, and the like.
有機エレクトロルミネッセンス素子と称される有機発光素子としては、例えば、透明な基板の一表面側に、陽極となる透明電極(透明導電膜)、ホール輸送層、発光層(有機発光層)、電子注入層、陰極となる電極との積層構造を備えたものが知られている。このような積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子では、陽極と陰極との間に電圧を印加することによって、電子注入層を介して発光層に注入された電子と、ホール輸送層を介して発光層に注入されたホールとが、発光層内で再結合して発光が起こり、発光層で発光した光が、透明電極および透明基板を通して取り出される。 As an organic light-emitting element called an organic electroluminescence element, for example, on one surface side of a transparent substrate, a transparent electrode (transparent conductive film) serving as an anode, a hole transport layer, a light-emitting layer (organic light-emitting layer), electron injection One having a layered structure of a layer and an electrode serving as a cathode is known. In the organic electroluminescence device having such a laminated structure, by applying a voltage between the anode and the cathode, electrons injected into the light emitting layer through the electron injection layer and the light emitting layer through the hole transport layer The holes injected into the light are recombined in the light emitting layer to emit light, and the light emitted from the light emitting layer is extracted through the transparent electrode and the transparent substrate.
有機エレクトロルミネッセンス素子は、自発光型の発光素子であること、比較的高効率の発光特性を示すこと、各種の色調で発光可能であること、などの特徴を有するものであり、表示装置(例えばフラットパネルディスプレイなどの発光体など)や、光源(例えば液晶表示機器用のバックライトや照明光源など)としての適用が期待されており、一部では既に実用化されている。 An organic electroluminescence element is a self-luminous light-emitting element, has a relatively high-efficiency light-emitting characteristic, and can emit light in various color tones, such as a display device (for example, It is expected to be applied as a light emitter such as a flat panel display) or a light source (for example, a backlight or an illumination light source for a liquid crystal display device), and has already been put into practical use in part.
ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基本的な積層構造は、陽極/発光層/陰極の積層構造であるが、その他、陽極/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/陰極の積層構造、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/陰極の積層構造、陽極/ホール注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極の積層構造、陽極/ホール注入層/発光層/電子注入層/陰極の積層構造など、種々の積層構造が提案されている。 Here, the basic laminated structure of the organic electroluminescence element is an anode / light emitting layer / cathode laminated structure, but in addition, an anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode laminated structure, anode / Laminated structure of hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode, anode / hole injection layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / laminated structure of anode, anode / hole injection layer / light emitting layer Various laminated structures such as a laminated structure of / electron injection layer / cathode have been proposed.
ところで、有機エレクトロルミネッセンス素子においては、陰極を透明電極(透明陰極)として、発光層で発光した光を基板側ではなく、陰極側から取り出すトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子や、陽極と陰極との両方を透明電極として、厚み方向の両面から光を取り出す両面発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子も研究開発されている(特許文献1,2)。また、この両面発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子のアプリケーションとして、太陽電池、ディスプレイ、光源などを組み合わせて付加価値を高めた新たなデバイスが考えられている。
By the way, in an organic electroluminescence element, a cathode is used as a transparent electrode (transparent cathode), and a top emission type organic electroluminescence element that takes out light emitted from a light emitting layer not from the substrate side but from the cathode side, A double-sided light emitting organic electroluminescence element that uses both as transparent electrodes and extracts light from both sides in the thickness direction has also been researched and developed (
特許文献1には、陽極と陰極との間に有機発光層を含む有機層が介在し、陰極が、仕事関数が3.8eV以下の金属により形成され有機層に接する電子注入電極層と、電子注入電極層上に形成された非晶質透明導電膜とで構成された有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
また、特許文献2には、陽極と陰極との間に発光層を備え、陽極と陰極との両方が透光性を有し、陰極が、発光層側に設けられた厚さ10nm以下且つ仕事関数が4eV以下の金属または合金からなる導電体層と、発光層側とは反対側に設けられたIZO膜からなる透明電極とで構成された有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。ここで、特許文献2には、仕事関数が4eV以下の金属として、アルカリ金属や、アルミニウム、銀などが例示されている。 In Patent Document 2, a light emitting layer is provided between an anode and a cathode, both the anode and the cathode have translucency, and the cathode is provided with a thickness of 10 nm or less provided on the light emitting layer side. An organic electroluminescence element is disclosed which is composed of a conductor layer made of a metal or alloy having a function of 4 eV or less and a transparent electrode made of an IZO film provided on the side opposite to the light emitting layer side. Here, in Patent Document 2, an alkali metal, aluminum, silver, or the like is exemplified as a metal having a work function of 4 eV or less.
ところで、基板から遠い側に透明な陰極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を大面積の面状発光装置として照明用途に用いる場合、高輝度で点灯させるためには、より大きな電流を流す必要がある。しかしながら、このような有機エレクトロルミネッセンス素子では、有機層上に陰極を形成する必要があり、ガラス基板上に陰極を形成する場合に比べて成膜時の基板の温度を低くする必要があるので、透明な陰極のシート抵抗が陽極のシート抵抗や金属膜を用いた陰極のシート抵抗に比べて大きく、陰極での電位勾配が大きくなって、陰極に接続された給電用の端子部からの距離が離れるにつれて陽極と陰極との間にかかる電圧が大きくなり、輝度の面内ばらつきが大きくなってしまう。 By the way, when an organic electroluminescence element having a transparent cathode on the side far from the substrate is used as a large area planar light-emitting device for illumination, it is necessary to flow a larger current in order to light it with high luminance. However, in such an organic electroluminescence element, it is necessary to form a cathode on the organic layer, and it is necessary to lower the temperature of the substrate at the time of film formation as compared with the case of forming the cathode on a glass substrate. The sheet resistance of the transparent cathode is larger than the sheet resistance of the anode and the cathode sheet resistance using a metal film, the potential gradient at the cathode is increased, and the distance from the power supply terminal connected to the cathode is increased. As the distance increases, the voltage applied between the anode and the cathode increases, and the in-plane variation in luminance increases.
これに対して、特許文献1や特許文献2に開示された有機エレクトロルミネッセンス素子では、陰極のシート抵抗を低減することが可能となる。
On the other hand, in the organic electroluminescence elements disclosed in
しかし、特許文献1の有機エレクトロルミネッセンス素子では、陰極が、有機層(有機EL層)に接する電子注入電極層を備えているので、電子注入電極層の金属が発光層の内部まで拡散して発光層がダメージを受け、発光効率が低下するとともに寿命が短くなる可能性がある。
However, in the organic electroluminescence element of
また、特許文献2の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、陰極が、発光層に接する導電体層を備えているので、導電体層の金属が発光層の内部まで拡散して発光層がダメージを受け、発光効率が低下するとともに寿命が短くなる可能性がある。 Further, in the organic electroluminescence element of Patent Document 2, since the cathode includes a conductor layer in contact with the light emitting layer, the metal of the conductor layer diffuses to the inside of the light emitting layer, and the light emitting layer is damaged. There is a possibility that the luminous efficiency is lowered and the lifetime is shortened.
また、特許文献1の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層の金属としてアルカリ金属を採用した場合には、非晶質透明導電膜の成膜方法によっては、非晶質透明導電膜の構成元素の1つである酸素と電子注入電極層の金属とが反応し、電子注入電極層の電子注入性が低下してしまう懸念がある。
In addition, when an alkali metal is employed as the metal of the electron injection electrode layer in the organic electroluminescence element of
また、特許文献2の有機エレクトロルミネッセンス素子において導電体層の金属としてアルカリ金属を採用した場合には、IZO膜の成膜方法によっては、IZO膜の構成元素の1つである酸素と導電体層の金属とが反応し、導電体層の電子注入性が低下してしまう懸念がある。 In addition, when an alkali metal is used as the metal of the conductor layer in the organic electroluminescence element of Patent Document 2, oxygen that is one of the constituent elements of the IZO film and the conductor layer may be used depending on the method of forming the IZO film. There is a concern that this metal reacts and the electron injection property of the conductor layer is lowered.
また、特許文献1,2のように、陰極において有機層に接する層がアルカリ金属により形成されたものでは、電子注入性能が必ずしも十分ではなく、より一層の発光効率の向上および駆動電圧の低電圧化が望まれている。
In addition, as in
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、長寿命化を図れ、且つ、発光効率の向上を図れるとともに駆動電圧の低電圧化を図れる有機エレクトロルミネッセンス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 reasons, and an object thereof is to provide an organic electroluminescence element capable of extending the lifetime, improving the light emission efficiency and reducing the drive voltage. Is.
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板と、前記基板の一表面側に形成された陽極と、前記陽極における前記基板側とは反対側に形成され少なくとも発光層を含む有機EL層と、前記有機EL層における前記陽極側とは反対側に形成された陰極とを有し、前記陰極は、前記有機EL層の厚み方向において積層された第1の透明導電膜と金属薄膜からなる透光性薄膜と第2の透明導電膜との積層膜により構成され、前記金属薄膜は、銀、インジウム、金、マグネシウム、錫の群から選択される2種類以上の金属からなることを特徴とする。 The organic electroluminescence element of the present invention includes a substrate, an anode formed on one surface side of the substrate, an organic EL layer formed on the anode opposite to the substrate side and including at least a light emitting layer, and the organic A light-transmitting thin film comprising a first transparent conductive film and a metal thin film laminated in the thickness direction of the organic EL layer. And the second transparent conductive film, wherein the metal thin film is made of two or more kinds of metals selected from the group consisting of silver, indium, gold, magnesium, and tin.
この有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記金属薄膜は、前記第1の透明導電膜の金属からなる構成元素を含んでいることが好ましい。 In this organic electroluminescence element, it is preferable that the metal thin film contains a constituent element made of a metal of the first transparent conductive film.
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、長寿命化を図れ、且つ、発光効率の向上を図れるとともに駆動電圧の低電圧化を図れる。 In the organic electroluminescence device of the present invention, the lifetime can be extended, the luminous efficiency can be improved, and the driving voltage can be lowered.
本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図1に示すように、陽極1と陰極2との間に、陽極1側から順に、ホール注入層3、ホール輸送層4、発光層5、電子輸送層6、電子注入層7を備えている。ここにおいて、この有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極1を基板10の一表面側に積層してあり、陽極1における基板10側とは反対側で陰極2が陽極1に対向している。この有機エレクトロルミネッセンス素子では、基板10を透明な基板(透光性基板)により構成し、陽極1を透明電極により構成するとともに陰極2を発光層5からの光に対して透明な構成としてあり、基板10の他表面および陰極2における発光層5側とは反対の表面を光出射面として用いる。
As shown in FIG. 1, the organic electroluminescence device of this embodiment is arranged between an
基板10を構成する透光性基板は、無色透明な基板に限らず、多少の着色がなされたものでもよい。ここにおいて、基板10を構成する透光性基板としては、ソーダライムガラス基板や無アルカリガラス基板などのガラス基板を用いているが、ガラス基板に限らず、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などにより形成されたプラスチックフィルムやプラスチック基板などを用いればよい。ここで、ガラス基板は、すりガラス状のものでもよい。また、基板10は、当該基板10内に当該基板10の母材とは屈折率の異なる粒子、粉体、泡などを含有させることによって、光拡散性を付与したものでもよい。また、基板10を通さずに光を射出させる場合、基板10は、必ずしも光透過性を有するものでなくてもかまわず、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性、寿命特性などを損なわない限り、任意の材料により形成されたものを使用することができる。特に、通電時の有機エレクトロルミネッセンス素子の発熱による温度上昇を軽減するために、基板10として、ガラスやプラスチックに比べて熱伝導性の高い材料により形成されたもの(例えば、金属基板、ホーロー基板、窒化アルミニウム基板など)を使用すれば、放熱性の向上による高輝度化および長寿命化を図れる。
The light-transmitting substrate constituting the
ここで、陽極1は、発光層5中にホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が4eV以上6eV以下のものを用いるのが好ましい。このような陽極1の電極材料としては、例えば、ヨウ化銅、ITO、酸化錫、酸化亜鉛、IZOなど、PEDOT、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極1は、基板10の上記一表面側に、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法などによって薄膜として形成すればよい。また、陽極1としてITO基板などの導電性を有する透光性基板を用いれば、上述の基板10は特に設ける必要はない。
Here, the
また、発光層5において発光した光を陽極1を透過させて外部に放射させるためには、陽極1の光透過率を70%以上にすることが好ましい。さらに、陽極1のシート抵抗は数百Ω/□以下とすることが好ましく、特に好ましくは100Ω/□以下とするものである。ここで、陽極1の膜厚は、陽極1の光透過率、シート抵抗などの特性を上記のように制御するために材料により異なるが、500nm以下、好ましくは10〜200nmの範囲で設定するのがよい。
In order to transmit the light emitted from the
ホール注入層3に用いられる材料は、ホール注入性の有機材料、金属酸化物、いわゆるアクセプタ系の有機材料あるいは無機材料、p−ドープ層などを用いて形成することができる。ホール注入性の有機材料とは、ホール輸送性を有し、また仕事関数が5.0〜6.0eV程度であり、陽極1との強固な密着性を示す材料などがその例であり、例えば、CuPc、スターバーストアミンなどがその例である。また、ホール注入性の金属酸化物とは、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、錫、ガリウム、チタン、アルミニウムのいずれかを含有する金属酸化物である。また、1種の金属のみの酸化物ではなく、例えばインジウムと錫、インジウムと亜鉛、アルミニウムとガリウム、ガリウムと亜鉛、チタンとニオブなど、上記のいずれかの金属を含有する複数の金属の酸化物であっても良い。この場合、各金属の酸化数や複数の金属の混合比率は、当該金属酸化物の膜質や熱安定性、電気的特性が好ましい範囲内となるように任意に設定することが可能である。また、これらの材料からなるホール注入層は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法などの湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
The material used for the
また、アクセプタ系の有機材料あるいは無機材料とは、電子受容性の物質であり、例えば、フッ素やシアノ基、ホウ素を分子内に保有する有機物質、あるいはルイス酸を分子内に有したり、ルイス酸との錯体を形成したりしている物質、例えば、F4TCNQ(テトラフルオロテトラシアノキノジメタン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、TTN(テトラチアナフタセン)、HAT−CN6(ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボンニトリル)、DDQ(ジクロロジシアノキノン)、CF2TCNQ(ジフルオロメチルテトラシアノキノジメタン)、TBPAH(トリス(4−ブロモフェニル)アルミニウムヘキサクロロアンチモンサン)などや、一部の蛍光色素などを挙げることができる。これらの材料は、既に略称名までが一般に知られているものもあるが、他の材料でも同等の性質を有するものであれば、特に限定せずに好適に用いることができる。また、上述の金属酸化物や所謂ルイス酸である塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化銅などのハロゲン、燐酸などの酸なども用いることができる。 An acceptor-based organic material or inorganic material is an electron-accepting substance, for example, an organic substance having fluorine, a cyano group, or boron in the molecule, a Lewis acid in the molecule, a Lewis acid, Substances forming a complex with an acid, for example, F 4 TCNQ (tetrafluorotetracyanoquinodimethane), TCNQ (tetracyanoquinodimethane), TTN (tetrathianaphthacene), HAT-CN 6 ( Hexaazatriphenylene hexacarboxylic nitrile), DDQ (dichlorodicyanoquinone), CF 2 TCNQ (difluoromethyltetracyanoquinodimethane), TBPAH (tris (4-bromophenyl) aluminum hexachloroantimonysan), and some fluorescent dyes And so on. Some of these materials are generally known up to abbreviated names, but other materials can be suitably used without particular limitation as long as they have equivalent properties. In addition, the above-described metal oxides, so-called Lewis acids such as iron chloride, iron bromide, copper iodide, and other acids, and phosphoric acid can be used.
また、p−ドープ層とは、ホール注入性あるいはその他の有機材料、例えば、トリアリールアミン誘導体(NPD、TPD、2−TANTAなど)、ビフェニル誘導体、アントラセン誘導体、ナフタレン誘導体などの芳香族誘導体、アニリン誘導体、チオフェン誘導体などに、当該材料から電子を受容する上述のアクセプタ系の材料を混合したもの、あるいは一部に含有したものである。有機物に対する当該有機物から電子を受容する材料の混合比率は、材料の種類に応じて適宜設定されるが、0.1〜80mol%の範囲が好ましく、より好ましくは、1〜50mol%である。なお、ホール注入層3の厚みは特に限定するものではないが、1〜100nm程度の範囲で設定するのが好ましい。
The p-doped layer refers to hole injection or other organic materials such as triarylamine derivatives (NPD, TPD, 2-TANTA, etc.), biphenyl derivatives, anthracene derivatives, naphthalene derivatives, and other aromatic derivatives, aniline. A derivative, a thiophene derivative, or the like mixed with the above-described acceptor-based material that accepts electrons from the material, or partially contained. The mixing ratio of the material that accepts electrons from the organic material to the organic material is appropriately set according to the type of the material, but is preferably in the range of 0.1 to 80 mol%, and more preferably 1 to 50 mol%. The thickness of the
また、ホール輸送層4に用いる材料は、例えば、ホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)、2−TNATA、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)、スピロ−NPD、スピロ−TPD、スピロ−TAD、TNBなどを代表例とする、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などを挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。
Moreover, the material used for the
発光層5の材料としては、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えばアントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体および各種の蛍光色素など、上述の材料系およびその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、上述の化合物に代表される蛍光発光を生じる化合物のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば燐光発光を生じる燐光発光材料、およびそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。また、これらの材料からなる発光層は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
As a material of the
また、電子輸送層6に用いる材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Alq3などの電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体などのヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。
The material used for the
また、電子注入層7の材料は、例えば、フッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどの金属フッ化物、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどに代表される金属塩化物などの金属ハロゲン化物や、アルミニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、タンタル、タングステン、マンガン、モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、シリコンなどの各種金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物など、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコン、酸窒化シリコン、窒化ホウ素などの絶縁物となるものや、酸化シリコンなどをはじめとする珪素化合物、炭素化合物などから任意に選択して用いることができる。これらの材料は、真空蒸着法やスパッタ法などにより形成することで薄膜状に形成することができる。
The material of the
また、電子注入層7は、少なくとも1種類の有機材料からなる材料を用いて形成することができる。この有機材料は、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能であるが、陰極7から当該電子注入層5へ電子の注入が可能であり、かつ、電子輸送性を有する材料が好ましい。
The
また、電子注入層7は、1種類の有機材料により形成される層に限定されるものではなく、1種類の有機材料に、例えば、セシウム、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、ルビジウム、サマリウム、イットリウムなど、仕事関数の低い、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の酸化物、フッ化、塩化物やハロゲン化物などを混合することによって形成される層であってもよい。
Further, the
また、電子注入層7は、有機材料にアルミニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、タンタル、タングステン、マンガン、モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛などの各種の金属や、その酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物など、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化炭素、酸窒化シリコン、窒化ホウ素や、酸化シリコンなどをはじめとする珪素化合物、炭素化合物などを混合することによって形成される層であってもよい。
The
なお、本実施形態では、陽極1と陰極2との間に介在するホール注入層3とホール輸送層4と発光層5と電子輸送層6と電子注入層7とで、有機EL層8を構成しているが、有機EL層8は、少なくとも発光層5を備えていればよい。
In this embodiment, the
また、陰極2は、発光層5中に電子を注入するための電極であり、LUMO(LowestUnoccupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が1.9eV以上5eV以下の材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、陰極2を透明電極として陰極2側から光を取りだす(陽極1と陰極2との両方から光を取り出す場合も含む)ので、陰極2の光透過率を70%以上にすることが好ましい。
The cathode 2 is an electrode for injecting electrons into the
ところで、陰極2は、有機EL層8の形成後に成膜するので、有機EL層8の耐熱温度などに起因して成膜温度を高くすることが制限されてしまい、陰極2を単層の透明導電膜のみにより構成する場合には、陰極2のシート抵抗が高くなってしまう。これに対して、本実施形態における陰極2は、有機EL層8の厚み方向において積層された第1の透明導電膜2aと金属薄膜からなる透光性薄膜2bと第2の透明導電膜2cとの積層膜により構成されている。
By the way, since the cathode 2 is formed after the
ここで、第1の透明導電膜2aおよび第2の透明導電膜2cの材料としては、周知の透明電極材料を採用することができる。例えば、ITO、IZOなどの酸化インジウム系の材料(インジウムを母材とするもの)や、AZO、GZOなどの酸化亜鉛系の材料(亜鉛を母材とするもの)や、FTO、ATOなどの酸化錫系の材料(錫を母材とするもの)などが挙げられる。他にも、酸化モリブデンや酸化チタンなどの光を透過する性質を有し、比抵抗が105Ωcm程度の高抵抗な透明電極材料も用いることができる。第1の透明導電膜2aおよび第2の透明導電膜2cの厚みは、材料により異なるが、それぞれ100nm以下が望ましい。特に、比抵抗が10−1Ωcm以上の場合には、50nm以下であることがより好ましい。
Here, as a material of the first transparent
第2の透明導電膜2cの成膜方法としては、スパッタ法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法などを適宜採用することができる。 As a method for forming the second transparent conductive film 2c, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, an ion plating method, or the like can be appropriately employed.
一方、第1の透明導電膜2aの成膜方法として、平行平板型の直流または高周波マグネトロンスパッタ法やイオンプレーティング法を採用した場合には、プラズマやスパッタ現象などに起因して有機EL層8にダメージが発生して有機エレクトロルミネッセンス素子の特性が低下する懸念がある。
On the other hand, when a parallel plate type direct current or high frequency magnetron sputtering method or ion plating method is adopted as a method of forming the first transparent
そこで、第1の透明導電膜2aの成膜方法としては、成膜時に下地である有機EL層8に与えるダメージを低減するために、平行平板型の直流または高周波マグネトロンスパッタ法やイオンプレーティング法に比べて成膜エネルギーの低い成膜方法が好ましく、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ加熱蒸着法、対向ターゲット式スパッタ法を採用することが好ましい。
Therefore, as a method for forming the first transparent
成膜エネルギーは、成膜方法の種別に限らず、成膜装置の構造、第1の透明導電膜2aの材料や、比抵抗、光透過率などの特性などにより異なるが、例えば、抵抗加熱蒸着法による酸化モリブデンの成膜エネルギーは0.001eV程度、電子ビーム蒸着法による酸化チタンの成膜エネルギーは0.02eV程度であるのに対して、平行平板型の直流または高周波マグネトロンスパッタ法による酸化モリブデンの成膜エネルギーは300eV程度、平行平板型の直流または高周波マグネトロンスパッタ法による酸化チタンの成膜エネルギーは400eV程度であり、成膜エネルギーを十分に小さくできる。
The film formation energy is not limited to the type of film formation method, but varies depending on the structure of the film formation apparatus, the material of the first transparent
上述の成膜エネルギーの値は、Pfeiffer社製の型番PPM442のエネルギー分析装置を用いて成膜時の雰囲気中における気体分子(成膜材料の粒子)の運動エネルギーを解析することで導出した値である。ここで、スパッタ法のように成膜時の雰囲気中にアルゴンや酸素などのように成膜材料(膜形成材料)以外の分子が共存する場合には、雰囲気中の各分子のうち、最も高いエネルギーを有する分子のエネルギーを成膜エネルギーとしている。 The value of the film formation energy described above is a value derived by analyzing the kinetic energy of gas molecules (particles of the film formation material) in the atmosphere at the time of film formation using an energy analyzer of model number PPM442 manufactured by Pfeiffer. is there. Here, when molecules other than the film forming material (film forming material) such as argon and oxygen coexist in the atmosphere during film formation as in the sputtering method, the highest of the molecules in the atmosphere. The energy of molecules having energy is used as film formation energy.
なお、第1の透明導電膜2aは、成膜エネルギーが10eV以下の気相法で成膜することが好ましく、上述の抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ加熱蒸着法、マグネトロンスパッタ法であれば、この条件を満足することができる。また、平行平板型の直流スパッタ法であっても、スパッタガスとしてアルゴンガス以外のガス(例えば、クリプトンガス、キセノンガスなど)を採用したり、成膜時の圧力を高くしたり、ターゲットと基板10との距離を100mm以上にすることで、成膜エネルギーを10eV以下に制御して成膜することも可能である。また、成膜エネルギーを小さくして有機EL層8のダメージを低減するという観点からは、対向ターゲット式スパッタ法よりも、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ加熱蒸着法のほうが好ましく、第1の透明導電膜2aの特性(導電性、透過率)を向上する観点からは、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ加熱蒸着法よりも、対向ターゲット式スパッタ法が好ましい。また、成膜方法にもよるが、成膜中に発生する電子や紫外線などについては、成膜装置内に、それらを遮断するためのフィルタや金属メッシュや、反射させるための反射板などを適宜配置して有機EL層8に到達しないようにすることが好ましい。
The first transparent
上述の第1の透明導電膜2aと第2の透明導電膜2cとは、同じ材料を採用してもよいし、互いに異なる材料を採用してもよい。また、第1の透明導電膜2aと第2の透明導電膜2cとは、同じ厚みに形成してもよいし、互いに異なる厚みに形成してもよい。
The first transparent
また、透光性薄膜2bを構成する金属薄膜は、銀、インジウム、金、マグネシウム、錫の群から選択される2種類以上の金属により形成すればよく、例えば、銀とマグネシウムとを採用すればよい。金属薄膜からなる透光性薄膜2bは、スパッタ法により成膜しているが、スパッタ法に限らず、例えば、共蒸着法などにより成膜してもよい。ただし、スパッタ法により成膜したほうが、透光性薄膜2bと下地である第1の透明導電膜2aとの密着性が向上し、信頼性が向上する。
Moreover, the metal thin film which comprises the translucent thin film 2b should just be formed with 2 or more types of metals selected from the group of silver, indium, gold | metal | money, magnesium, and tin, for example, if silver and magnesium are employ | adopted. Good. The translucent thin film 2b made of a metal thin film is formed by sputtering, but is not limited to sputtering, and may be formed by, for example, co-evaporation. However, when the film is formed by the sputtering method, the adhesion between the translucent thin film 2b and the first transparent
ここにおいて、透光性薄膜2bを構成する金属薄膜の膜厚は、1〜10nmの範囲で設定することが好ましい。なお、陰極2の平面積や、金属薄膜の材料、成膜方法などにもよるが、金属薄膜の膜厚を1nmよりも薄くすると、金属薄膜が島状になりやすくなって金属薄膜の抵抗値が大きくなりすぎる。また、金属薄膜の膜厚が10nmよりも厚くなると光透過率が低くなりすぎてしまう。 Here, it is preferable to set the film thickness of the metal thin film which comprises the translucent thin film 2b in the range of 1-10 nm. Although depending on the flat area of the cathode 2, the material of the metal thin film, the film forming method, etc., if the metal thin film is made thinner than 1 nm, the metal thin film tends to be island-like and the resistance value of the metal thin film is reduced. Is too big. Moreover, when the film thickness of the metal thin film is thicker than 10 nm, the light transmittance becomes too low.
また、透光性薄膜2bを構成する金属薄膜の材料は、下地である第1の透明導電膜2aの金属からなる構成元素を含んでいることが望ましい。例えば、第1の透明導電膜2aの材料がITOなどの酸化インジウム系の材料の場合には、金属薄膜の材料としてインジウムを含んでいることが望ましく、第1の透明導電膜2aの材料がFTOなどの酸化錫系の材料の場合には、金属薄膜の材料として錫を含んでいることが望ましい。
Moreover, it is desirable that the material of the metal thin film constituting the translucent thin film 2b contains a constituent element made of the metal of the first transparent
本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、基板10と、基板10の上記一表面側に形成された陽極1と、陽極1における基板10側とは反対側に形成され少なくとも発光層5を含む有機EL層8と、有機EL層8における陽極1側とは反対側に形成された陰極2とを有し、陰極2が、有機EL層8の厚み方向において積層された第1の透明導電膜2aと金属薄膜からなる透光性薄膜2bと第2の透明導電膜2cとの積層膜により構成され、当該金属薄膜が、銀、インジウム、金、マグネシウム、錫の群から選択される2種類以上の金属からなるので、陰極2の低抵抗化を図りながらも、陰極2から発光層5側への金属の拡散を抑制することができ、長寿命化を図れ、且つ、発光効率の向上を図れるとともに駆動電圧の低電圧化を図れる。しかして、有機エレクトロルミネッセンス素子の高輝度化を図りながらも、輝度むらを低減することが可能となる。
In the organic electroluminescence element of the present embodiment, the
また、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、陰極2における透光性薄膜2bを構成する金属薄膜が、第1の透明導電膜2aの金属からなる構成元素を含んでいるようにすれば、通電時の金属の拡散が、より抑制され、陰極2の長期信頼性が向上し、結果的に、信頼性の高い有機エレクトロルミネッセンス素子となる。
Moreover, in the organic electroluminescent element of this embodiment, if the metal thin film which comprises the translucent thin film 2b in the cathode 2 contains the structural element which consists of the metal of the 1st transparent
また、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、陰極2の第1の透明導電膜2aの成膜方法として、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ加熱蒸着法、対向ターゲット式スパッタ法を採用することにより、第1の透明導電膜2aの成膜時の下地である有機EL層8のダメージを低減でき、第1の透明導電膜2aと有機EL層8との良好な界面を形成することができるから、界面付近にトラップが形成されるのを抑制することができ、電子注入性能の低下を抑制することが可能となり、結果的に発光効率の向上を図ることが可能となる。
Moreover, in the organic electroluminescent element of this embodiment, the resistance heating vapor deposition method, the electron beam vapor deposition method, the laser heating vapor deposition method, and the counter target type sputtering method are used as the film formation method of the first transparent
ところで、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の積層構造などは、本発明の技術思想に反しない限り、適宜、変更可能であり、例えば、陽極1と陰極2の間に、複数の発光層5を設けることで白色光が得られるようにしてもよい。この場合、例えば、複数の発光層5として、青色正孔輸送性発光層と、緑色電子輸送性発光層と、赤色電子輸送性発光層との積層構造を備えてもよいし、青色電子輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を備えてもよいし、陽極1と陰極2とで挟んで電圧を印加すれば発光する機能を有する有機EL層8を1つの発光ユニットとして、複数の発光ユニットを光透過性および導電性を有する中間層を介して積層して電気的に直列接続したマルチユニット構造(つまり、1つの陽極1と1つの陰極2との間に、厚み方向に重なる複数の発光ユニットを備えた構造)を採用してもよい。また、発光層5を1つだけ備えた単層型の有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層5に複数の発光材料を含有させて白色光などの混色光を得るようにしてもよい。
By the way, the laminated structure of the organic electroluminescence element of the present invention can be appropriately changed unless it is contrary to the technical idea of the present invention. For example, a plurality of light emitting
また、上述の陰極2の積層構造を陽極1にも適用してもよい。ただし、基板10がガラス基板などのプラスチックに比べて耐熱性の高い基板の場合には、成膜時の基板温度の制約が少なくなるので、透明導電膜の成膜温度を高くすることにより、陰極2よりも容易に低抵抗化を図れる。
The laminated structure of the cathode 2 described above may also be applied to the
1 陽極
2 陰極
3 ホール注入層
4 ホール輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 有機EL層
10 基板
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