JP3813616B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Description

この発明は、ホール注入電極と電子注入電極との間に少なくとも発光層と電子輸送層を含む有機層が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子に係り、特に、長期にわたって安定した発光が行なえ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。

近年、情報機器の多様化等にともなって、従来より一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力や空間占有面積が少ない平面表示素子のニーズが高まり、このような平面表示素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と略す。）が注目されている。

そして、このＥＬ素子は使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に大別され、無機ＥＬ素子においては、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている一方、有機ＥＬ素子においては、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内に注入させ、このように注入された電子とホールとを発光中心で再結合させて、有機分子を励起状態にさせ、このように励起状態にある有機分子が基底状態に戻るときに蛍光を発光するようになっている。

ここで、無機ＥＬ素子においては、上記のように高電界を作用させるため、その駆動電圧として１００〜２００Ｖと高い電圧を必要とするのに対して、上記の有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があった。また、このような有機ＥＬ素子においては、発光材料である螢光物質を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、フルカラーの表示装置等としても利用できるという期待があり、近年、このような有機ＥＬ素子について様々な研究が行なわれるようになった。

そして、上記の有機ＥＬ素子における素子構造としては、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と発光層と電子輸送層とを積層させたＤＨ構造と称される三層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と電子輸送性に富む発光層とが積層されたＳＨ−Ａ構造と称される二層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送性に富む発光層と電子輸送層とが積層されたＳＨ−Ｂ構造と称される二層構造のものが知られていた。

ここで、このような有機ＥＬ素子は、上記のように無機ＥＬ素子に比べて低電圧で駆動でき、多色化が容易であるという利点を有しているが、連続発光させた場合に、その発光時による熱によって発光層等の有機層が劣化してピンホールが発生し、これによりリーク電流が流れて、電圧と共にその輝度が低下し、最後にはショートして発光しなくなるという問題があり、無機ＥＬ素子に比べて寿命が短く、長期にわたって安定した発光が行なえないという欠点があった。

この発明は、有機ＥＬ素子における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、ホール注入電極と電子注入電極との間に少なくとも発光層を含む有機層が形成された有機ＥＬ素子において、連続発光させた場合にも輝度が低下するということが少なく、長期にわたって安定した発光が行なえる有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

この発明における有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層と電子輸送層とを含む有機層が形成されてなるものにおいて、上記ホール注入電極と有機層との間に、窒化アルミニウム，窒化タンタルから選択される少なくとも１種の窒化物で構成された絶縁性薄膜層を設けたことを特徴とする。

ここで、この発明における上記の各有機ＥＬ素子においては、そのホール注入電極に金やＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の仕事関数の大きな材料を用いるようにする一方、電子注入電極にはマグネシウム等の仕事関数の小さな材料を用いるようにし、ＥＬ光を有効に取り出すために、少なくとも一方の電極を透明にする必要があり、一般にはホール注入電極に透明で仕事関数の大きいＩＴＯを用いるようにする。また、この発明における有機ＥＬ素子の素子構造は、ホール注入電極と電子注入電極との間に少なくとも発光層を含む有機層が形成されていればよく、前記のＤＨ構造，ＳＨ−Ａ構造，ＳＨ−Ｂ構造の何れの構造のものであっても良い。

また、上記のような各材料を用いた絶縁性薄膜層を電極と発光層との間に設けるにあたっては、この有機ＥＬ素子における駆動電圧の上昇を少なくするために、この絶縁性薄膜層の膜厚を薄く均一に形成することが好ましく、上記の各材料からなる絶縁性薄膜層を設ける場合には、例えば、スパッタ法等の高エネルギー法を用い、膜形成時に基板を加熱させることが好ましい。なお、スパッタ法等の高エネルギー法で絶縁性薄膜層を発光層等が有機層の上に形成すると、これにより有機層が劣化してしまうため、このような方法で絶縁性薄膜層を設ける場合には、絶縁性薄膜層を電極上に形成した後、この絶縁性薄膜層の上に発光層等の有機層を設けるようにすることが好ましい。

また、この絶縁性薄膜層は上記のようにホール注入電極と電子注入電極の少なくとも一方の電極と発光層等の有機層との間に設ければよいが、絶縁性薄膜層をＡｌＮのように仕事関数の大きな材料で構成する場合には、ホール注入電極側に設けることがより好ましい。

また、絶縁性薄膜層をホール注入電極と有機層との間に設けてＥＬ光をホール注入電極側から取り出す場合、この絶縁性薄膜層によって取り出されるＥＬ光の輝度が低下しないように、可視光の透過性に優れた絶縁性薄膜層を設けることが好ましく、この場合には、絶縁性薄膜層を透過性に優れたＡｌＮで構成することが好ましい。

この発明における有機ＥＬ素子においては、上記のような各材料を用いた絶縁性薄膜層を電極と発光層を含む有機層との間に設けるようにしたため、連続発光させた場合に、その発光時による熱によって発光層等の有機層が劣化してピンホールが発生しても、この絶縁性薄膜層によってリーク電流の発生が抑制されるようになる。

また、上記の絶縁性薄膜層としてＡｌＮ等の窒化物で構成されたものを用いると、より長期にわたって安定した発光が行なえるようになり、さらに絶縁性薄膜層をホール注入電極と有機層との間に設けて光をホール注入電極側から取り出す場合、この絶縁性薄膜層をＡｌＮで構成すると、取り出されるＥＬ光の輝度が低下するということも少なくなる。

以上詳述したように、この発明における有機ＥＬ素子においては、ＡｌＦ₃，ＢａＦ₂，ＦｅＦ₃，ＬｉＦ，ＭｇＦ₂から選択される少なくとも１種のフッ化物や、窒化アルミニウム，窒化タンタルから選択される少なくとも１種の窒化物や、Ｆｅ₂Ｏ₃，ＧｅＯ，ＧｅＯ₂，ＭｏＯ₃ ，Ｙ₂Ｏ₃から選択される少なくとも１種の酸化物からなる絶縁性薄膜層を電極と発光層等の有機層との間に設けるようにしたため、連続発光させた場合に、その発光時による熱によって発光層等の有機層が劣化してピンホールが発生しても、この絶縁性薄膜層によってリーク電流の発生が抑制され、連続発光させた場合にも輝度が低下するということが少なく、長期にわたって安定した発光が行なえるようになった。

また、上記の絶縁性薄膜層としてＡｌＮ等の窒化物で構成されたものを用いると、より長期にわたって安定した発光が行なえるようになり、さらに絶縁性薄膜層をホール注入電極と有機層との間に設けて光をホール注入電極側から取り出すにあたって、この絶縁性薄膜層をＡｌＮで構成すると、取り出されるＥＬ光の輝度が低下するということも少なく、十分な輝度のＥＬ光が安定して得られるようになった。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

以下、この発明の実施例に係る有機ＥＬ素子を添付図面に基づいて具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この実施例の有機ＥＬ素子が耐久性等の点で優れていることを明らかにする。
（実施例１）
この実施例の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラス基板１上に、透明なＩＴＯで構成された膜厚が２０００Åのホール注入電極２と、ＡｌＮで構成された膜厚が５０Åの絶縁性薄膜層３と、下記の化１に示すＮ，Ｎ’−ジフェニル−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（以下、ＭＴＰＤと略す。）に下記の化２に示すルブレンが５重量％ドープされた膜厚が５００Åのホール輸送性の発光層４と、下記の化３に示すトリス（８−キノリノール）アルミニウムで構成された膜厚が５００Åの電子輸送層５と、マグネシウム・インジウム合金で構成された膜厚が２０００Åの電子注入電極６とが順々に積層されたＳＨ−Ｂ構造になっている。

また、この実施例の有機ＥＬ素子においては、上記のホール注入電極２と電子注入電極６とにそれぞれリード線１０を接続させて電圧を印加させるようにしている。

次に、この実施例の有機ＥＬ素子を製造する方法を具体的に説明する。

まず、ガラス基板１上に上記のホール注入電極２が形成されたものを中性洗剤により洗浄した後、これをアセトン中で２０分間、エタノール中で２０分間それぞれ超音波洗浄を行なった。

そして、上記の基板をＲＦマグネトロンスパッタ装置にセットし、上記のホール注入電極２上にＡｌＮからなる絶縁性薄膜層３を形成した。なお、この絶縁性薄膜層３を形成するにあたっては、純度９９．９９９％のＡｌをターゲットに使を４００Ｗにし、成膜速度１６．７Å／分で３分間成膜を行なった。

次に、上記の基板を真空蒸着装置にセットし、ルブレンがＭＴＰＤに対して５重量％の濃度になるようにして、これらを真空中で上記の絶縁性薄膜層３上に共蒸着させて発光層４を形成した後、この発光層４上にトリス（８−キノリノール）アルミニウムを真空蒸着させて電子輸送層５を形成し、最後に、この電子輸送層５上にマグネシウム・インジウム合金からなる電子注入電極６を真空蒸着により形成した。なお、これらの真空蒸着は、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温度２０℃、各層の蒸着速度２Å／秒の条件で行なった。
（実施例２及び参考例１）
実施例２及び参考例１においては、上記実施例１の有機ＥＬ素子における絶縁性薄膜層３だけを変更させるようにした。

そして、絶縁性薄膜層３を設けるにあたり、実施例２においては、実施例１と同様にＲＦマグネトロンスパッタ装置を用い、純度９９．９９％のＴａをターゲットに使用して、ホール注入電極２上にＴａＮで構成された膜厚が５０Åの絶縁性薄膜層３を設けるようにした。また、参考例１においては、前記のホール注入電極２上に真空蒸着によってＳｉＯで構成された膜厚が５０Åの絶縁性薄膜層３を設けるようにした。なお、このＳｉＯの絶縁性薄膜層３を形成するにあたっては、ホール注入電極２が形成されたガラス基板１を真空蒸着装置にセットし、純度９９．９％のＳｉＯ粉末をモリブデンボートに入れ抵抗加熱法により、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温度２０℃、蒸着速度１６．７Å／分の条件で３分間成膜を行なった。
（比較例１）
この比較例の有機ＥＬ素子においては、図２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子における絶縁性薄膜層３を設けないようにし、それ以外については、実施例１の場合と同様にして、ガラス基板１上にホール注入電極２と、ホール輸送性の発光層４と、電子輸送層５と、電子注入電極６とを順々に積層された構造になっている。

次に、上記実施例１，２、参考例１及び比較例１の各有機ＥＬ素子をそれぞれ乾燥空気中で１０ｍＡ／ｃｍ2 の定電流により連続発光させ、各有機ＥＬ素子の発光開始時及び１０００時間発光後における輝度を測定すると共に、発光開始時に対する１０００時間発光後における輝度の割合を求め、これらの結果を下記の表１に示した。

また、上記比較例１の有機ＥＬ素子においては、９２時間発光後においてその輝度が半減していた。

上記の結果から明らかなように、上記実施例１，２及び参考例１に示すようにホール注入電極２と発光層３との間に絶縁性薄膜層３を設けた有機ＥＬ素子は、絶縁性薄膜層３を設けていない比較例１の有機ＥＬ素子に比べて長期にわたって安定した発光が行なえ、またＡｌＮやＴａＮの窒化物からなる絶縁性薄膜層３を設けた実施例１，２の有機ＥＬ素子は、ＳｉＯからなる絶縁性薄膜層３を設けた参考例１の有機ＥＬ素子より長期にわたって安定した発光が行なえるようになっていた。

なお、上記の各実施例においては、ＳＨ−Ｂ構造になった有機ＥＬ素子の例を示しただけであるが、ＳＨ−Ａ構造やＤＨ構造になった有機ＥＬ素子においても同様の結果が得られる。

また、上記の各実施例においては、ガラス基板１上に形成されたホール注入電極２上に絶縁性薄膜層３を形成し、この絶縁性薄膜層３の上に発光層４を設けるようにしたが、絶縁性薄膜層３を電子注入電極６側に設けることも可能であり、図示していないが、基板上に形成された電子注入電極の上に絶縁性薄膜層を形成し、この絶縁性薄膜層の上に発光層等の有機層を設けるようにしてもよい。

この発明の実施例１，２及び参考例１における有機ＥＬ素子の状態を示した概略図である。 比較例１における有機ＥＬ素子の状態を示した概略図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ ホール注入電極
３ 絶縁性薄膜層
４ 発光層
５ 電子輸送層
６ 電子注入電極

Claims (1)

1. ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層と電子輸送層とを含む有機層が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記ホール注入電極と有機層との間に、窒化アルミニウム，窒化タンタルから選択される少なくとも１種の窒化物で構成された絶縁性薄膜層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。