JP3503557B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ - Google Patents
有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイInfo
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Description
用される有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造
方法及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに
関し、特に、色合いの変化が抑制された有機エレクトロ
ルミネッセンス素子、その製造方法及び有機エレクトロ
ルミネッセンスディスプレイに関する。
(EL)素子においては、実用レベルの色度を得るため
に、ゲスト材料(ドーパント)がホスト材料に目的とす
る濃度でドープされて形成された層が発光層として使用
されている。図4は従来の有機EL素子を示す断面図で
ある。
板11上にITO(インジウム−スズ酸化物)からなる
透明電極が陽極12として形成されている。そして、陽
極12の上にホールが輸送される正孔輸送層13、ホー
ルと電子との再結合により発光する発光層14及び電子
が輸送される電子輸送層15からなる有機EL層が形成
されている。更に、電子輸送層15上に陰極16が形成
されている。なお、発光層14には、ある一定の濃度で
ゲスト材がドープされている。
においては、印加電圧の関係でホール又は電子が発光層
を抜けてしまってキャリアバランスに変化が生じること
がある。このため、電子輸送層又は正孔輸送層中でホー
ルと電子との再結合が生じ、電子輸送層又は正孔輸送層
そのものが発光することにより、色合いが変化するとい
う欠点がある。
印加電圧に応じて複数の色調を生じさせることができる
有機EL素子が開示されている(特開平8−31598
2号公報)。この公報に記載された有機EL素子におい
ては、発光層又は電子輸送層にアルミニウム錯体が使用
されている。そして、低印加電圧時には、電子輸送層
(又は電子輸送層中にドープされた蛍光色素)の発光が
得られ、高印加電圧時には、正孔輸送層(又は正孔輸送
層にドープされた蛍光色素)の発光が得られている。
ロッキング層が設けられた有機EL素子が開示されてい
る(特開平10−231476号公報、特開平10−2
31477号公報、特開平10−231478号公
報)。この公報に記載された有機EL素子においては、
ホールブロッキング材としてトリアゾール化合物が使用
されている。また、より高い発光効率及び優れた耐熱性
を得るために、正孔輸送層中にもドーパントをドープす
ることが記載されている。
8−315982号公報に記載された従来の有機EL素
子のように、電子輸送層又は正孔輸送層中で発光させる
場合には、その発光色は発光層での発光色と同等のもの
ではなくなるという問題点がある。
に記載された従来の有機EL素子のように、発光効率を
上げるためにホールブロック層を設けたとしても、発光
層を抜けブロック層で押し止められたホールが発光に寄
与している割合はあまり高いものではないので、色合い
の変化を抑制することはできない。正孔輸送層中にドー
パントをドープした場合には、色合いの変化を抑制する
ことができる場合もあるが、単にドープしただけでは、
安定してそのような変化を抑制することはできない。
発光層を抜けたホール又は電子による電子輸送層又は正
孔輸送層そのものの発光を十分に抑制することはできな
い。
のであって、電子輸送層及び正孔輸送層そのものの発光
による色合いの変化を十分に抑制することができ、常時
安定した色度を保つことができる有機エレクトロルミネ
ッセンス素子、その製造方法及び有機エレクトロルミネ
ッセンスディスプレイを提供することを目的とする。
トロルミネッセンス素子は、ドーパントがドープされ正
孔と電子との再結合により発光する発光層と、陽極から
供給されたホールを前記発光層に輸送する正孔輸送層
と、陰極から供給された電子を前記発光層に輸送する電
子輸送層と、を有する有機エレクトロルミネッセンス素
子において、前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の前
記発光層に接し、厚さが前記正孔輸送層及び/又は電子
輸送層の厚さの2/3以下である領域には、前記ドーパ
ントと同種類のドーパントが前記発光層中の濃度よりも
低い濃度でドープされていることを特徴とする。
電子輸送層の発光層に接する領域に発光層中のドーパン
トと同種類のドーパントが前記発光層中の濃度よりも低
い濃度でドープされているので、ホールと電子との再結
合が正孔輸送層及び/又は電子輸送層中で生じる場合に
は、発光はドーパントがドープされた領域において生じ
る。この結果、印加電圧の関係で電子及び/又はホール
が発光層を抜けたとしても、電流効率は低下せず、正孔
輸送層及び/又は電子輸送層そのものの発光が抑制され
るので、色合いの変化が安定して抑制される。
層の前記ドーパントがドープされている領域の厚さは、
夫々前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の厚さの2/
3以下であることが必要である。この理由は、ドープ
層、即ち前記ドーパントがドープされている領域が厚す
ぎると、注入効率の低下を招いてしまい、反対に薄すぎ
ると、色合いの変化の抑制効果が小さくなってしまうた
めであり、夫々前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の
厚さの2/3以下に設計することで、良好な注入効率及
び色合いの変化の抑制効果が同時に得られる。
層の前記発光層に接する領域におけるドーパント濃度が
前記発光層に近づくにつれて高くなってもよい。
ンス素子の製造方法は、陽極から供給されたホールを輸
送する正孔輸送層を形成する工程と、ドーパントがドー
プされ前記正孔輸送層から輸送された正孔と電子との再
結合により発光する発光層を前記正孔輸送層上に形成す
る工程と、陰極から供給された電子を前記発光層に輸送
する電子輸送層を形成する工程と、を有する有機エレク
トロルミネッセンス素子の製造方法において、前記正孔
輸送層を形成する工程は、前記正孔輸送層の前記発光層
に接し、厚さが前記正孔輸送層の厚さの2/3以下であ
る領域に前記ドーパントと同種類のドーパントを前記発
光層中の濃度よりも低い濃度でドーピングする工程を有
することを特徴とする。
ッセンス素子の製造方法は、陽極から供給されたホール
を輸送する正孔輸送層を形成する工程と、ドーパントが
ドープされ前記正孔輸送層から輸送された正孔と電子と
の再結合により発光する発光層を前記正孔輸送層上に形
成する工程と、陰極から供給された電子を前記発光層に
輸送する電子輸送層を形成する工程と、を有する有機エ
レクトロルミネッセンス素子の製造方法において、前記
電子輸送層を形成する工程は、前記電子輸送層の前記発
光層に接し、厚さが前記電子輸送層の厚さの2/3以下
である領域に前記ドーパントと同種類のドーパントを前
記発光層中の濃度よりも低い濃度でドーピングする工程
を有することを特徴とする。
電子輸送層の発光層に接する領域に発光層中のドーパン
トと同種類のドーパントを前記発光層中の濃度よりも低
い濃度でドーピングしているので、前述のように、色合
いの変化が抑制される。
層の前記ドーパントがドープされている領域の厚さは、
夫々前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の厚さの2/
3以下であることが必要である。この理由は、ドープ
層、即ち前記ドーパントがドープされている領域が厚す
ぎると、注入効率の低下を招いてしまい、反対に薄すぎ
ると、色合いの変化の抑制効果が小さくなってしまうた
めであり、夫々前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の
厚さの2/3以下に設計することで、良好な注入効率及
び色合いの変化の抑制効果が同時に得られる。
層の前記ドーパントがドープされている領域においてド
ーパント濃度が前記発光層に近づくにつれて高くなるよ
うに、夫々正孔輸送材料及び/又は電子輸送材料とドー
パント材料との共蒸着レートを制御してもよい。
スディスプレイは、上述の有機エレクトロルミネッセン
ス素子が搭載されていることを特徴とする。
エレクトロルミネッセンス(EL)素子について、添付
の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の第
1の実施例に係る有機EL素子を示す断面図である。
は、ガラス基板1上にITO(インジウム−スズ酸化
物)からなる透明電極が陽極2として形成されている。
また、この陽極2上にホールが輸送される正孔輸送層3
a、ホールと電子との結合により発光する発光層4及び
電子が輸送される電子輸送層5aからなる有機EL層が
形成されている。更に、電子輸送層5a上に陰極6が形
成されている。
光層4と接する領域である発光層側領域に、発光層4に
ドープされているものと同種のドーパントが発光層4よ
りも低濃度でドープされることにより、ドープ層7が形
成されている。即ち、電子輸送層5aは、発光層4側に
ドーパントを含んだドープ層7と、陰極6側にド−パン
トを含まず電子輸送材料単独層9とにより構成されてい
る。なお、このときのドープ量は蒸着レートで制御され
たものである。ここで、発光層4及びドープ層7中のド
ープ量は、使用される材料によって異なり、特に限定さ
れるものではないが、発光層4中のドープ量は体積率で
1〜10%、ドープ層7中のドープ量は体積率で0.6
〜6%程度とすることが好ましい。例えば、発光層4の
ドープ量を5%とするとき、電子輸送層5aの発光層4
に接するドープ層7中のドープ量を3%とする。なお、
本実施例では、各構成の厚みは、ガラス基板1を1.1
mm、陽極2を250nm、正孔輸送層3aを50n
m、発光層4を50nm、電子輸送層5aを40nm、
陰極6を100nm、電子輸送層5a内に形成されるド
ープ層7を15nmとしている。なお、図1中のp、q
及びrは、夫々電子輸送材料単独層9とドープ層7との
境界、ドープ層7と発光層4との境界、発光層4と正孔
輸送層3aとの境界を示している。
ては、電子輸送層5aのドープ層7に、発光層4のもの
と同種のドーパントが低濃度でドープされているので、
ドープ層7がホールブロック層を兼ねて機能する。従っ
て、ホールと電子との再結合が電子輸送層5a中で生じ
る場合には、発光はドープ層7において生じる。この結
果、印加電圧の関係でホールが発光層4を抜けたとして
も、電流効率は低下せず、電子輸送層5aそのものの発
光が抑制されるので、色合いの変化が安定して抑制され
る。
キャリアバランスが変化しても、色合いの変化が抑制さ
れる。これにより、有機EL素子の色純度が安定し、長
期的信頼性が得られる。
ープされたドープ層7の厚さは、注入効率の低下を防止
するために、電子輸送層5aの厚さの2/3以下である
ことが好ましい。ドープ層7の厚さを電子輸送層5aの
厚さの2/3より大きくした場合、輝度が20%程度低
下する。
る方法について説明する。
ム−スズ酸化物)からなる透明電極を陽極2として形成
する。次に、この陽極2上にホールが輸送される正孔輸
送層3a、ホールと電子との再結合により発光する発光
層4及び電子が輸送される電子輸送層5aを順次形成す
ることにより、有機EL層を形成する。このとき、発光
層4を形成した後に、発光層4で用いているドーパント
と同種のものを電子輸送材料と共蒸着することでドープ
層7を形成し、続いて電子輸送材料のみを蒸着すること
で電子輸送層5aを形成する。
機EL素子の色合いの変化について説明する。図2は横
軸に印加電圧をとり、縦軸にCIE色度座標のX座標を
とって両者の関係を示すグラフ図である。図2において
は、電子輸送層5の発光層側領域にドーパントがドープ
されてホールブロック層を兼ねるドープ層7が形成され
たものを本発明の第1実施例における実施例1−1とし
て△で示している。また、この実施例1−1よりもドー
プ層の厚さが厚いもの(ドープ層7:25nm)を本発
明の実施例1−2として■で示している。これらに対
し、電子輸送層及び正孔輸送層にドーパントがドープさ
れていないものを従来例として○で示している。なお、
図2中の数値はCIE色度座標のX座標及びY座標を示
している。
を比較すると、第1実施例において、印加電圧が増加し
ても色合いの変化が抑制されている。また、第1実施例
と第2実施例とを比較すると、ドープ層が厚い第2実施
例において、より一層色合いの変化が抑制されている。
るものではなく、正孔輸送層の発光層に接する領域であ
る発光層側領域にドープ層が形成されていてもよい。図
3は本発明の第2の実施例に係る有機EL素子を示す断
面図である。なお、図3に示す第2の実施例において、
図1に示す第1の実施例と同一の構成要素には、同一の
符号を付してその詳細な説明は省略する。
輸送層3bが形成されている。この正孔輸送層3bの発
光層4と接する発光層側領域には、発光層4にドープさ
れたものと同種のドーパントが発光層4よりも低濃度に
ドープされることにより、ドープ層8が形成されてい
る。なお、このドーピングは、第1の実施例におけるド
ープ層7の形成と同様に、共蒸着により行われる。即
ち、陽極の形成後、正孔輸送材料単独層10を形成し、
その後、正孔輸送材料及びドーパントを共蒸着させたド
ープ層8を形成することにより、正孔輸送層3bは構成
されている。一方、電子輸送層5bには、ドープ層は形
成されていない。ここで、発光層4及び正孔輸送層中の
ドープ量は、使用される材料によって異なり、特に限定
されるものではないが、発光層4中のドープ量は体積率
で1〜10%、正孔輸送層中のドープ量は体積率で0.
6〜6%程度とすることが好ましい。1例として、発光
層のドープ量を5%とするとき、電子輸送層の発光層に
接する領域のドープ量を3%とする。なお、本実施例で
は、各構成の厚みは、ガラス基板1を1.1mm、陽極
2を250nm、正孔輸送層3bを50nm、発光層4
を50nm、電子輸送層5bを40nm、陰極6を10
0nm、正孔輸送層3b内に形成されるドープ層8を3
0nmとしている。
ては、正孔輸送層3bのドープ層8に、発光層4のもの
と同種のドーパントが低濃度でドープされているので、
ドープ層8が電子ブロック層を兼ねて機能する。従っ
て、ホールと電子との再結合が正孔輸送層3b中で生じ
る場合には、発光はドープ層8において生じる。この結
果、印加電圧の関係で電子が発光層4を抜けたとして
も、電流効率は低下せず、正孔輸送層3bそのものの発
光が抑制されるので、色合いの変化が安定して抑制され
る。
と同様の理由により、正孔輸送層3bのそれの2/3以
下であることが好ましい。
のドーパント濃度は均一であってもよく、不均一であっ
てもよい。図5(a)乃至(d)は第1の実施例におけ
るドープ層7及び発光層4中の種々のドーパント濃度プ
ロファイルを示すグラフ図である。
パント濃度は、例えば図5(a)に示すように、発光層
4中のドーパント濃度より低い一定の値をとってもよ
い。また、図5(b)に示すように、発光層4に近づく
に連れて高くなるような濃度プロファイルを設けること
もできる。このような濃度プロファイルを設定すること
によって、電子輸送層5aにおける電子の注入効率を下
げずに、発光層4と同色に発光させることができるの
で、より一層有効である。更に、図5(b)に示す濃度
プロファイルでは、ドープ層7と発光層4との境界qで
ドーパント濃度が不連続となっているが、図5(c)に
示すように、連続していてもよい。ドープ層7と発光層
4との境界qで両層中のドープ量は等しいが、ドープ層
7全体のドープ量は発光層4全体のドープ量よりも少な
くなっている。更にまた、ドープ層7中のドーパント濃
度プロファイルは、必ずしも直線状である必要はなく、
図5(d)に示すような曲線状又は図5(e)に示すよ
うな部分的に一定の濃度領域を含む階段状であってもよ
い。また、発光層4中のドーパント濃度は、ドープ層7
中のドーパント濃度よりも高ければ、図5(f)に示す
ように、層内で均一でなくてもよい。
く、これらの例に限定されるものではない。
送層3b内に形成されるドープ層8においても、正孔輸
送層3bの発光層4側のドーパントの濃度が高くなるよ
うに、第1の実施例における電子輸送層5a内に形成さ
れるドープ層7と同様な濃度プロファイルとすることが
できる。更に、発光層4の両側に正孔輸送層及び電子輸
送層を設け、各々のドープ層において発光層側のドーパ
ントの濃度が高くなるように、前述の濃度プロファイル
と同様な濃度プロファイルとすることができる。
電子輸送層、ドーパント、陽極、陰極及び基板の材料
は、特に限定されるものではなく、一般的に使用されて
いるものは使用可能である。また、本発明における正孔
輸送層には、正孔注入層が、電子輸送層には、電子注入
層が各々含まれていてもよく、この場合、正孔注入層は
正孔輸送層の陽極側に、電子注入層は電子輸送層の陰極
側に各々配置される。
機ELディスプレイに搭載されて使用される。
正孔輸送層及び/又は電子輸送層の発光層に接する領域
に発光層中のドーパントと同種類のドーパントが発光層
中の濃度よりも低い濃度でドープされているので、ホー
ルと電子との再結合が正孔輸送層及び/又は電子輸送層
中で生じる場合には、発光はドーパントがドープされた
領域において生じ、印加電圧の関係で電子及び/又はホ
ールが発光層を抜けたとしても、電流効率は低下せず、
正孔輸送層及び/又は電子輸送層そのものの発光を抑制
することができる。従って、色合いの変化を安定して抑
制することができる。つまり、正孔輸送層及び/又は電
子輸送層が発光する場合であっても、電流効率を低下さ
せることなく発光層と同色(単一の色調)に発光させる
ことができる。
す断面図である。
色度座標のX座標との関係を示すグラフ図である。
す断面図である。
係る有機EL素子の発光層4及びドープ層7中のドーパ
ント濃度プロファイルを示すグラフ図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 ドーパントがドープされ正孔と電子との
再結合により発光する発光層と、陽極から供給されたホ
ールを前記発光層に輸送する正孔輸送層と、陰極から供
給された電子を前記発光層に輸送する電子輸送層と、を
有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前
記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の前記発光層に接
し、厚さが前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の厚さ
の2/3以下である領域には、前記ドーパントと同種類
のドーパントが前記発光層中の濃度よりも低い濃度でド
ープされていることを特徴とする有機エレクトロルミネ
ッセンス素子。 - 【請求項2】 前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の
前記発光層に接する領域におけるドーパント濃度が前記
発光層に近づくにつれて高くなることを特徴とする請求
項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項3】 陽極から供給されたホールを輸送する正
孔輸送層を形成する工程と、ドーパントがドープされ前
記正孔輸送層から輸送された正孔と電子との再結合によ
り発光する発光層を前記正孔輸送層上に形成する工程
と、陰極から供給された電子を前記発光層に輸送する電
子輸送層を形成する工程と、を有する有機エレクトロル
ミネッセンス素子の製造方法において、前記正孔輸送層
を形成する工程は、前記正孔輸送層の前記発光層に接
し、厚さが前記正孔輸送層の厚さの2/3以下である領
域に前記ドーパントと同種類のドーパントを前記発光層
中の濃度よりも低い濃度でドーピングする工程を有する
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の
製造方法。 - 【請求項4】 陽極から供給されたホールを輸送する正
孔輸送層を形成する工程と、ドーパントがドープされ前
記正孔輸送層から輸送された正孔と電子との再結合によ
り発光する発光層を前記正孔輸送層上に形成する工程
と、陰極から供給された電子を前記発光層に輸送する電
子輸送層を形成する工程と、を有する有機エレクトロル
ミネッセンス素子の製造方法において、前記電子輸送層
を形成する工程は、前記電子輸送層の前記発光層に接
し、厚さが前記電子輸送層の厚さの2/3以下である領
域に前記ドーパントと同種類のドーパントを前記発光層
中の濃度よりも低い濃度でドーピングする工程を有する
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の
製造方法。 - 【請求項5】 前記正孔輸送層を形成する工程は、前記
正孔輸送層の前記発光層に接し、厚さが前記正孔輸送層
の厚さの2/3以下である領域に前記ドーパントと同種
類のドーパントを前記発光層中の濃度よりも低い濃度で
ドーピングする工程を有することを特徴とする請求項4
に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方
法。 - 【請求項6】 前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層の
前記ドーパントがドープされている領域においてドーパ
ント濃度が前記発光層に近づくにつれて高くなるよう
に、夫々正孔輸送材料及び/又は電子輸送材料とドーパ
ント材料との共蒸着レートを制御することを特徴とする
請求項3乃至5のいずれか1項に記載の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子の製造方法。 - 【請求項7】 請求項1又は2に記載の有機エレクトロ
ルミネッセンス素子が搭載されていることを特徴とする
有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000029664A JP3503557B2 (ja) | 1999-03-02 | 2000-02-07 | 有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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