JP3645642B2 - 有機エレクトロルミネセンス素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機エレクトロルミネセンス素子に係り、特に長寿命で低コストの有機エレクトロルミネセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子は、薄形の新しい発光源として注目されている。従来の有機ＥＬ素子は、図２に示す如く、ガラス基板に約１０００〜２０００ÅのＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）からなる透明電極を形成したＩＴＯ基板１上に、ホール注入層２−１、ホール輸送層２−２、発光層３、電子注入輸送層４、陰極５等を形成することにより構成される。
【０００３】
ホール注入層２−１としては、例えばｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４、４′、４″−Ｔｒｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）、ポリ（チオフェン−２．５−ジイル）、フタロシアニアン等を使用する。
【０００４】
ホール輸送層２−２としては、例えば下記化１で示されるテトラアリールジアミン誘導体を使用する。
【０００５】
【化１】

（化１において、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ 及びＲ₄ はそれぞれアリール基、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基又はハロゲン原子を表す。ｒ１、ｒ２、ｒ３及びｒ４は、それぞれ０又は１〜５の整数である。Ｒ₅ 及びＲ₆ は、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基又はハロゲン原子を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。ｒ５及びｒ６は、それぞれ０又は１〜４の整数である。）
【０００６】
発光層３としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の金属錯体色素や前記化１で示すテトラアリールジアミン誘導体と前記トリス（８−キノリノラト）アルミニウムの混合物等が使用される。この外テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネル、１２−フタロペリノン誘導体、キナクリドン、ルブレン、クマリン、スチリン系色素等の有機蛍光体等が使用される。
【０００７】
電子注入輸送層４としては、例えば前記トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の金属錯体色素、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオロレン誘導体等が使用される。
【０００８】
陰極５としては仕事関数の小さい材料、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎあるいはこれらの２種以上を含む合金、例えばＭｇＡｇ（例えば重量比１０：１）を使用する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前記の如く構成された有機ＥＬ素子は、ホール注入層２−１としてｍ−ＭＴＤＡＴＡ等を使用し、またホール輸送層２−２としてテトラアリールジアミン誘導体等を使用しているが、これらの有機化合物はいずれも非常に高価なものであり、そのためこれを使用した有機ＥＬ素子はこれまた高価なものにならざるを得なかった。
【００１０】
従って本発明の目的は、このような高価なｍ−ＭＴＤＡＴＡやテトラアリールジアミン誘導体等の有機化合物をホール注入層やホール輸送層として使用しない、しかも寿命の長い有機ＥＬ素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ素子では、電極と発光層の間に、透明電極材料と無機半導体の混合物からなる無機材料層を形成し、該無機材料層の抵抗率を２０Ω・ｃｍ以下にする。
【００１２】
これにより非常に高価なｍ−ＭＴＤＡＴＡやさらにテトラアリールジアミン誘導体等を使用することなく、しかも無機材料層を形成することにより寿命の長い有機ＥＬ素子を安価に構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１にもとづき説明する。図１において他図と同記号は同一部分を示し、１はＩＴＯ基板、２−０はホール注入輸送層、５は陰極、６は電子注入輸送層兼発光層である。
【００１４】
ＩＴＯ基板１は、例えば透明なガラス基板上にＩＴＯの透明電極を２０００Å形成したものである。
ホール注入輸送層２−０は、ＩＴＯ基板１上にマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯとＳｉを同時蒸着したものであり無機材料層である。この場合、Ｓｉの割合は６０ｖｏｌ％以下、好ましくは２０ｖｏｌ％以下であって、５０Å〜１０００Å程度の膜厚にスパッタリングする。その後低抵抗化するためにＮ₂ 雰囲気中で１００〜５００℃で数分〜１０時間熱処理した。
【００１５】
この熱処理後のホール注入輸送層２−０の上に、電子注入輸送層兼発光層６となるトリス（８−キノリノラト）アルミニウムを抵抗加熱により、１×１０^-4Ｐａの減圧下で、蒸着速度０．１〜０．２ｎｍ／ｓｅｃで約１１００Å蒸着した。
【００１６】
そしてこの電子注入輸送層兼発光層６の上に、陰極５となるＭｇＡｇ電極を形成するため、１×１０^-4Ｐａの減圧下でＭｇＡｇ（重量比１０：１）を蒸着速度０．２〜０．３ｎｍ／ｓｅｃで約２０００Å共蒸着した。このようにして図１に示す有機ＥＬ素子を得た。
【００１７】
ＩＴＯのＳｉ含有量と抵抗率は、図３に示す如き特性を有する。Ｓｉ含有量が約６０ｖｏｌ％のとき抵抗率は２０Ω・ｃｍであり、２０ｖｏｌ％以下のとき約１０Ω・ｃｍ以下となり、抵抗率は大きく低下する。
【００１８】
本発明の他の実施の形態を次に説明する。前記実施の形態では、電極と発光層の間に無機材料層を形成するときＩＴＯ及びＳｉを同時に蒸着したが、このＳｉの代わりにＳｉ−Ｂを使用することができる。この場合、Ｓｉ及びＢのそれぞれの粉末を、Ｂの量が０．０１〜２０ｗｔ％に混合した混合ターゲットを作製してＩＴＯとＢを含むＳｉとのホール注入輸送層を形成することができる。
【００１９】
また、この無機材料層の形成に際して、Ａｒガス中にＮ₂ ガスを混合して（混合比０．１〜１００ｖｏｌ％）蒸着を行うことにより、ＩＴＯとＮを含むＳｉとのホール注入輸送層を形成することができる。またＯ₂ を０．１〜２０ｖｏｌ％Ａｒガス中に混合することにより、ＩＴＯとＯを含むＳｉとのホール注入輸送層を形成することができる。
【００２０】
ＩＴＯの代わりにＩｎ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯまたはＳｎＯ₂ の少なくとも１種を使用することもできるし、Ｓｉの代わりにＧｅまたはＧａを使用することもできる。またこのＳｉまたはＧｅ、ＧａにＢ、Ｃ、Ｎ、ＯまたはＰの少なくとも１種を含有させることができる。
【００２１】
なお、電子注入輸送層兼発光層の代りに、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の金属錯体色素とテトラアリールジアミン誘導体の混合物からなる発光層と、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムからなる電子注入輸送層を使用することができる。
【００２２】
発光層にはこの外に、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネル、１２−フタロペリノン誘導体、キナクリドン、ルブレン、クマリン、スチリル系色素等の有機蛍光体等が使用できる。またそれらを発光層にドープすることもできる。
【００２３】
電子注入輸送層としては、例えば前記トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の金属錯体色素、オキサジアゾール誘導体、ぺリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオロレン誘導体等が使用できる。
【００２４】
また陰極５としては例えばＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎあるいはこれらを２種類以上を含む合金が使用できる。
このようにして得られた有機ＥＬ素子では、その無機材料層の抵抗率を測定したところ２０Ω・ｃｍ〜１Ω・ｃｍであった。抵抗率は低い程良く、特に２０Ω・ｃｍ以上の場合は駆動電圧が高くなるため、大きな電源電圧が必要となって消費電力が大きくなったり、絶縁破壊に至ることもある。また電流値も減少するため発光輝度が低下するものとなる。しかし本発明ではこのような問題はない。
【００２５】
また１０ｍＡ／ｃｍ² の定電流駆動において、初期輝度２７０ｃｄ／ｍ² 、電圧７Ｖ、輝度半減期が５０００時間の有機ＥＬ素子を得た。
この場合、従来の有機ＥＬ素子の半減期が２５００時間であるのに比較して、長寿命のものを得ることができ、また従来の無機材料層を使用した有機ＥＬ素子の初期値が１００ｃｄ／ｍ² であるのに比べ、これまた輝度の明るい有機ＥＬ素子を提供することができた。
【００２６】
しかも無機材料層を使用したので、有機材料層に比較してそのコストを大幅に抑えることが可能となった。
さらにＩＴＯ膜上に直接発光層を形成すると両者は密着性が良くなく、発光層の膜質も劣化しやすく、ダークスポットやリークが発生し易い。しかし両者の間にＩＴＯ＋Ｓｉ、Ｇｅ等の、つまりＩＴＯ、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ等の透明電極材料と無機半導体の混合物からなる無機材料層を形成することにより、ＩＴＯ膜等の電極層と発光層との間にダークスポットやリークが発生することなく、ＩＴＯ等の電極層と発光層の接続状態は良好なものとなる。しかも良好な透明状態も保持することができる。また入手し易い材料で構成できる。
【００２７】
ＳｉやＧｅにＢのような第３族元素やＰのような第５族元素を使用することによりさらに抵抗値を低下することができる。また、Ｃ、Ｎ、Ｏを使用することにより膜質を安定することができる。従って、Ｂ、Ｐの少なくとも１つと、Ｃ、Ｎ、Ｏの少なくとも１つをそれぞれ添加すれば、抵抗値の低下した安定な膜質のものを提供することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば無機材料層の抵抗値を２０Ω・ｃｍ以下にしたので駆動電圧を高くすることなく、発光輝度の良好な有機ＥＬ素子を得ることができた。
【００２９】
しかも、発光寿命の長い有機ＥＬ素子を得ることができた。
さらに無機材料層として、入手し易いものを使用して有機ＥＬ素子を構成することができるので、安価な有機ＥＬ素子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態図である。
【図２】従来例説明図である。
【図３】ＩＴＯのＳｉ含有量と抵抗率特性図である。
【符号の説明】
１ ＩＴＯ基板
２−０ ホール注入輸送層
２−１ ホール注入層
２−２ ホール輸送層
３ 発光層
４ 電子注入輸送層
５ 陰極
６ 電子注入輸送層兼発光層

Claims (3)

1. 電極と発光層の間に、透明電極材料と無機半導体の混合物からなる無機材料層を形成し、該無機材料層の抵抗率が２０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
2. 前記透明電極材料は、ＩＴＯ、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯの少なくとも１つ又はこれらの複数の混合物からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
3. 前記無機半導体は、Ｓｉ又はＧｅあるいはＳｉ又はＧｅにＢ、Ｐ、Ｃ、Ｎ、Ｏのうち少なくとも１つを添加したものであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネセンス素子。

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