JP3852509B2 - Electroluminescent device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界発光素子及びその製造方法に関し、例えば、自発光の平面型ディスプレイであって、特に、有機薄膜を電界発光層に用いる有機電界発光カラーディスプレイ等の表示素子又は発光性デバイスに好適な電界発光素子及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、マルチメディア指向の商品を初めとして、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、瞬時に、充分な量で取り出す必要があり、そのために、ディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。
【0003】
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。
【0004】
例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。
【0005】
今日、液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとして、我々の日常使用する製品に多く用いられている。
【0006】
これらの液晶ディスプレイは液晶が低電圧駆動、低消費電力であるという特徴を生かし、小型から大容量表示デバイスに至るまで、人間と機械のインターフェースとして、表示素子の中心として研究されてきた。
【0007】
しかし、この液晶ディスプレイは自発光性でないため、バックライトを必要とし、このバックライト駆動に、液晶を駆動するよりも大きな電力を必要とするため、結果的に内蔵蓄電池等では使用時間が短くなり、使用上の制限がある。
【0008】
更に、液晶ディスプレイは、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していないことも問題である。
【0009】
また、液晶ディスプレイは、液晶分子の配向状態による表示方法であるので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまうのも大きな問題であると考えられる。
【0010】
また、駆動方式から考えれば、駆動方式の一つであるアクティブマトリクス方式は、動画を扱うに十分な応答速度を示すが、TFT(薄膜トランジスタ)駆動回路を用いるため、画素欠陥により画面サイズの大型化が困難である。
【0011】
液晶ディスプレイにおいて、別の駆動方式である単純マトリクス方式は、低コストである上に画面サイズの大型化が比較的容易であるが、動画を扱うに十分な応答速度を有していないという問題がある。
【0012】
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。
【0013】
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているが、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。
【0014】
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり、駆動には数百V必要であり、実用性に欠けている。
【0015】
しかし、技術の発展により、カラーディスプレイ表示に必要なR(赤)、G(緑)、B(青)の三原色の発光に成功はしているが、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難であり、フルカラー化は困難であると思われる。
【0016】
一方、有機化合物による電界発光現象は、1960年代前半に、強く螢光を発生するアントラセン単結晶へのキャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であったため、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。
【0017】
しかし、1987年にEastman Kodak 社のTangらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機薄膜電界発光素子を発表して以来、各方面で、R、G、Bの三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製方法等の研究開発が盛んに行われている。
【0018】
さらに、有機材料の特徴であるが、分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する、有機電界発光表示素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。
【0019】
有機電界発光素子(以下、有機EL素子と称することがある。)は、1μm以下の膜厚であり、電流を注入することにより電気エネルギーを光エネルギーに変換して面状に発光するなど、自発光型の表示デバイスとして理想的な特徴を有している。
【0020】
図34は、従来の有機EL素子10の一例を示す。この有機EL素子10は、透明基板(例えばガラス基板)6上に、ITO(Indium tin oxide)透明電極5、ホール輸送層4、発光層3、電子輸送層2、陰極(例えばアルミニウム電極)1を例えば真空蒸着法で順次成膜したものである。
【0021】
そして、陽極である透明電極5と陰極1との間に直流電圧7を選択的に印加することによって、透明電極5から注入されたキャリアとしてのホールがホール輸送層4を経て、また陰極1から注入された電子が電子輸送層2を経て移動し、電子−ホールの再結合が生じ、ここから所定波長の発光8が生じ、透明基板6の側から観察できる。
【0022】
発光層3には、例えばアントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン等の発光物質を使用してよい。これは、電子輸送層2に含有させることができる。
【0023】
図35は、別の従来例を示すものであり、発光層3を省略し、電子輸送層2に上記の如き発光物質を含有させ、電子輸送層2とホール輸送層4との界面から所定波長の発光18が生じるように構成した有機EL素子20を示すものである。
【0024】
図36は、上記の有機EL素子の具体例を示す。即ち、各有機層(ホール輸送層4、発光層3又は電子輸送層2)の積層体を陰極1と陽極5との間に配するが、これらの電極をマトリクス状に交差させてストライプ状に設け、輝度信号回路34、シフトレジスタ内蔵の制御回路35によって時系列に信号電圧を印加し、多数の交差位置(画素)にてそれぞれ発光させるように構成している。
【0025】
従って、このような構成により、ディスプレイとしては勿論、画像再生装置としても使用可能となる。なお、上記のストライプパターンをR、G、Bの各色毎に配し、フルカラー又はマルチカラー用として構成することができる。
【0026】
こうした有機EL素子を用いた、複数の画素からなる表示デバイスにおいて、発光する有機薄膜層2、3、4は一般に、透明電極5と金属電極1との間に挟まれており、透明電極5側に発光する。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような有機EL素子は、なお未解決の問題を有している。
【0028】
有機EL素子のカラーディスプレイへの応用を行う上で、R、G、Bの三原色(特にB)の安定した発光は必要不可欠な条件であるが、そのデバイス化プロセスにおいてR、G、Bの3系統で全く異なる材料系を用いた場合は、工程が煩雑極まりないものとなり、時間もかかってしまう。
【0029】
本発明の目的は、簡略かつ低コストに製造でき、かつ安定した発光が可能な素子構造を有する電界発光素子と、その製造方法を提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような実情を鋭意検討し、各色の発光領域を有する少なくとも3種の積層体において、できるだけ共通の材料を用いることにより、簡便かつ廉価にデバイスを作製できることをつきとめ、本発明に到達した。
【0031】
即ち、本発明は、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とが積層されてなる有機物質の積層体を少なくとも3種有し、これらの積層体が、共通の材料層からなる前記ホール輸送性発光層と共通の材料層からなる前記電子輸送性発光層とを有しており、少なくとも3色の発光色を呈する電界発光素子であって、前記積層体の少なくとも1種において、前記積層体間を区分する絶縁層が前記ホール輸送性発光層下に設けられており、
前記積層体のうち第1の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層 との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再 結合による青色発光を生じ、
前記積層体のうち第2の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性 発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光を生じ、
前記積層体のうち第3の積層体は、前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の 一部として形成された発光層において電子−ホールの再結合による赤色発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子に係るものである。この電界発光素子では、前記ホール輸送性発光層が短波長発光用のホール輸送性材料からなり、このホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層との間に例えばフェナントロリン誘導体からなるホールブロック層を有し、前記ホール輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による青色発光が得られる。
【0032】
本発明の電界発光素子によれば、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とが積層されてなる各積層体間で、ホール輸送性発光層及び電子輸送性発光層をそれぞれ共通の材料層で形成しているので、各色の発光色を呈する積層体を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。また、有効画素領域全面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性又は段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流も少なくすることができる。
しかも、各積層体間が絶縁層で区分されていると共に、これらの積層体のうち第1の積層体は、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間にホールブロック層を備えているので、ホール輸送性発光層において電子−ホールの再結合を効率良く生じるようにホールブロック層においてホールの輸送を効果的に制御でき、これによって、ホールブロック層に隣接するホール輸送性発光層が発光して青色の光を放出することができる。そして、ホールブロック層が存在しない第2及び第3の積層体では、電子輸送性発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光、及び赤色発光層による赤色発光を生じるので、少なくとも青色、緑色及び赤色のフルカラーの発光に対応できる電界発光素子を提供することができる。
【0033】
また、本発明は、本発明の電界発光素子を再現性良く製造する方法として、
共通の基体上において、少なくとも3種の前記積層体のそれぞれの第1電極を形成す る工程と、
前記第1電極上において、前記積層体間を区分する絶縁層を形成する工程と、
前記第1電極上において、少なくとも3種の前記積層体の形成領域を含む領域に共通 のホール輸送性発光層形成材料を成膜して短波長発光用の各ホール輸送性発光層を形成 する工程と、
前記積層体のうち青色発光を呈する第1の積層体の形成領域において、前記各ホール 輸送性発光層上にホールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上に赤色発光層を電子輸送性発光層の一部として形成する工 程と、
前記各ホール輸送性発光層を含む領域上において、少なくとも3種の前記積層体の形 成領域を含む領域に共通の電子輸送性発光層形成材料を成膜して各電子輸送性発光層を 形成する工程と、
前記各電子輸送性発光層上に、少なくとも3種の前記積層体のそれぞれの第2電極を 前記第1電極に対向して形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法も提供するものである。この製造方法では、前記積層体の少なくとも1種の領域において、前記ホール輸送性発光層上に、例えばフェナントロリン誘導体からなり、前記ホール輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による青色発光を生じさせるホールブロック層を形成する工程を有することが重要である。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明の電界発光素子及びその製造方法においては、前記積層体の少なくとも1種において、ホール輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による青色発光が得られるように、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間に例えばフェナントロリン誘導体からなるホールブロック層を形成する。
【0035】
このような電界発光素子によれば、上記のホール輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による発光が得られること(即ち、ホール輸送層が電子−ホールの再結合領域である発光層を兼ねた構造であること)によって、低電圧駆動でも安定かつ高輝度の発光、特に青色発光が可能になる。
【0036】
従って、これまで、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないために困難な構造であると考えられてきた、電界発光素子(特に、低電圧駆動、自発光、薄型のアモルファス有機電界発光素子)において、ホール輸送層が発光層を兼ねると共に、長時間の安定した発光を与える長寿命な素子構造の電界発光素子を提供することができる。
【0037】
即ち、ホール輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができ、特に、青色発光に関しては顕著であり、DC駆動で10000cd/m2 以上、1/100デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度55000cd/m2 以上を得ることが可能である。
【0038】
また、青色発光素子以外でも、緑色発光、更にドーピングによる赤色発光、黄色発光、またドーピングによる色度の調節も可能である。これにより、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得ることができる有機電界青色発光素子を作製することが可能であり、材料開発における可能性と時間短縮、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができる。
【0039】
本発明による電界発光素子及びその製造方法においては、前記発光領域が主として有機ホール輸送層であり、このホール輸送層中で前記再結合を起こすためのホールブロック層を有することが望ましい。
【0041】
本発明においては、前記ホールブロック層の最高占有分子軌道レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層(特に前記ホール輸送性発光層及び前記電子輸送性発光層)のそれぞれの最高占有分子軌道レベルのうちエネルギー的に低い方の最高占有分子軌道レベル以下にあることが望ましい。
【0042】
また、前記ホールブロック層の最低非占有分子軌道レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層(特に前記ホール輸送性発光層及び前記電子輸送性発光層)のそれぞれの最低非占有分子軌道レベルのうちエネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道レベル以上にあり、かつエネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道レベル以下にあることが望ましい。
【0043】
また、前記ホールブロック層は蛍光収率の低い非発光性材料からなっていることが望ましく、複数層の積層構造であってもよい。
【0044】
更に、ホールブロック層は材料面で制限はないが、ホール輸送性発光層との界面でのエキサイプレックス(exciplex:2量体)の生成(即ち、発光効率の低下)を防止するためにも、蛍光収率の低い非発光性の材料であることが好ましい。
【0045】
前記ホール輸送性発光層が短波長発光用のホール輸送性材料からなっているのがよい。また、前記ホールブロック層に使用可能な材料としては、図4に示すフェナントロリン誘導体が好適であり、具体的に例示すれば、例えば、図5に示す構造式1、図6に示す構造式2、図7に示す構造式3、図8に示す構造式4、図9に示す構造式5、図10に示す構造式6、図11に示す構造式7、図12に示す構造式8、図13に示す構造式9、図14に示す構造式10の各材料が挙げられる。
【0046】
また、前記ホールブロック層を有しない前記積層体の少なくとも1種において、前記電子輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による緑色発光が得られることが望ましい。
【0047】
更に、前記ホールブロック層を有しない前記積層体の少なくとも1種において、電子輸送性発光層中で電子−ホールの再結合による赤色発光が得られることが望ましい。
【0048】
上記のように、発光領域中で電子−ホールの再結合による青色発光を得るための有機層をホールブロック層として積層することにより、安定かつ高輝度で低電圧駆動のホール輸送性発光層を有する有機電界発光素子を得ることができると共に、このホールブロック層のない有機材料の積層領域では電子輸送層中で電子−ホールの再結合による赤色又は緑色発光を得ることができる、少なくともR、G、Bに対応できる優れた有機電界発光素子を提供することができる。
【0049】
上記の素子は、光学的に透明な基体上に、透明電極、有機層(特に有機ホール輸送層、ホールブロック層、有機電子輸送層)及び金属電極が順次積層されていることが望ましい。
【0050】
この場合、同一基体上で前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極がマトリクスパターンを形成している有機電界発光素子として構成されているのがよい。
【0051】
これにより、上記の素子は、好適な有機電界発光素子として構成され、カラーディスプレイ用の素子としても好適なものとなる。
【0052】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【0053】
<第1の実施の形態>
図3は、本発明の第1の実施の形態による有機EL素子21の要部を示す概略断面図である。
【0054】
本実施の形態による有機EL素子21は、少なくとも3種類の各色発光用として、アモルファス有機薄膜の積層体からなる有機電界発光素子部21B(青色)、21G(緑色)、21R(赤色)をそれぞれ共通のガラス基板6上に有したものである。
【0055】
図3(A)に示す青色発光素子部21Bでは、ガラス基板6上にロウ又はライン電極としてITO(Indium Tin Oxide)やZnをドープしたインジウム酸化物等(以下、同様)からなる透明電極5をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、青色発光用のホール輸送層4a、ホール輸送性発光層4b、ホールブロック層33、電子輸送層(又は電子輸送性発光層)2、コラム電極としてのカソード電極1を真空蒸着法により積層している。
【0056】
図3(B)に示す緑色発光素子部21Gでは、ガラス基板6上にITO(Indium Tin Oxide)等からなる上記透明電極5をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、上記のホール輸送層4a、ホール輸送性発光層4b、緑色発光用の電子輸送層2、コラム電極としてのカソード電極1を真空蒸着法により積層し、上記のホールブロック層は設けない。
【0057】
図3(C)に示す赤色発光素子部21Rでは、ガラス基板6上にITO(Indium Tin Oxide)等からなる上記透明電極5をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、ホール輸送層4a、ホール輸送性発光層4b、赤色発光用の電子輸送層32、電子輸送層2、コラム電極としてのカソード電極1を真空蒸着法により積層している。
【0058】
図3の有機EL素子21の特徴は、各発光素子部21B、21G、21Rに共通のガラス基板6上において、少なくとも3種の各発光素子部に共通のロウ電極又はライン電極として透明電極5を形成し、この透明電極上において、各発光素子部を含む領域上に共通のホール輸送層形成材料からなる各ホール輸送層4a、4bを形成し、これらの各ホール輸送層を含む領域上において、各発光素子部を含む領域上に共通の電子輸送形成材料からなる各電子輸送層2を形成し、更に、これらの各電子輸送層上に、各発光素子部のそれぞれのカソード電極1を透明電極5に対向してマトリクス状パターンに形成していることである。但し、各発光素子部は特有の層構成を有しており、青色発光素子部21Bではホールブロック層33、赤色発光素子部21Rでは赤色発光層32をそれぞれストライプパターンに有している。
【0059】
従って、各発光素子部においては、発光領域がホール輸送層4(4a、4b)及び電子輸送層2をそれぞれ共通の材料で形成しているので、各色の発光色を呈するストライプ状の積層体(マトリクス)を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。しかも、有効画素領域全面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性又は段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流も少なくすることができる。
【0060】
青色発光素子部21Bは、ホール輸送層4が発光層としての性能を兼ね備えた構造として構成され、その基本構造は後述する他の実施の形態でも同様である。
【0061】
本実施の形態の素子部21Bの特徴は、上記のホールブロック層33がホール輸送層4と電子輸送層2との間に挿入されて積層されているので、ホール輸送層4中での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層4での発光が得られることである。
【0062】
図15は、上記した本実施の形態(図3(A))の積層構造をバンドモデルで模式的に示したものである。
【0063】
図15において、Al及びAl−Li(アルミニウム−リチウム)からなるカソード1及びITO透明電極5の層に示した太線(L1 、L2 )は、それぞれのメタルの凡その仕事関数であり、これらの両電極間の各層においては上部の太線l1 、l2 、l3 、l4 及び数値はそれぞれの最低非占有分子軌道(LUMO)のレベルを示し、下方の太線l5 、l6 、l7 、l8 及び数値はそれぞれの最高占有分子軌道(HOMO)のレベルを示している。但し、図15中のエネルギーレベル値は一例であって、材質によって種々に変化するものである。
【0064】
この有機EL素子においては、図15に示すように、アノードとしての透明電極5から注入されたホールhがホール輸送層4を経て移動し、一方、カソードの金属電極1から注入された電子eが電子輸送層2を経て移動し、この電子−ホールがホール輸送性発光層4において再結合して発光を生じる。
【0065】
カソードとしての金属電極1から注入される電子eは、エネルギーレベルの低い方へ移動する性質があるため、金属電極1、電子輸送層2、ホールブロック層33、ホール輸送性発光層4b、ホール輸送層4aの順に各層の最低非占有分子軌道(LUMO)レベルl1 〜l4 を経由してホール輸送性発光層4b、4aに到達することができる。
【0066】
一方、アノードとしてのITO透明電極5から注入されるホールhは、エネルギーレベルの高い方へ移動する性質があるため、ホール輸送層4a、ホール輸送性発光層4b、ホールブロック層33の順に各層の最高占有分子軌道(HOMO)レベルl5 〜l7 を経由して電子輸送層2へ移動することができる。
【0067】
しかし、図15に示す如く、ホールブロック層33の最高占有分子軌道(HOMO)レベルl7 よりも電子輸送層2の最高占有分子軌道(HOMO)レベルl8 の方がエネルギー的に低いため、注入されたホールhはホールブロック層33から電子輸送層2へ移動し難くなり、ホールブロック層33に充満するようになる。
【0068】
この結果、ホールブロック層33に充満したホールhがホール輸送層4での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層4を構成するホール輸送性発光層4a、4bの発光材料を発光させることになる。
【0069】
このように、ホールブロック層33を設けることにより、ホール輸送層4において電子−ホールの再結合を効率よく生じるようにホールブロック層33においてホールhの輸送を効果的に制御している。そして、これにより発光するホール輸送性発光層4a、4bのうち、主としてホールブロック層33に隣接するホール輸送性発光層4bによる発光にホール輸送性発光層4aの発光も加わり、図26の如き特定波長(青色)の光を放出する。
【0070】
本来、カソード電極1からの電子の注入とアノード電極5からのホールの注入とにより、電子輸送層2及びホール輸送層4はそれぞれの層において電子−ホールの再結合が生じる。従って、上記の如ホールブロック層33が存在しない場合には、電子輸送層2とホール輸送層4との界面において電子−ホールの再結合が生じ、長波長の発光しか得られない。しかし、本実施例の如くホールブロック層33を設けることにより、発光性物質が含有されているホール輸送層4を発光領域として青色発光を促進させることが可能になる。
【0071】
上記のように、ホールブロック層33はホールhの輸送を制御するためのものであり、このためには、ホールブロック層33の最高占有分子軌道(HOMO)が、ホール輸送性発光層4b及び電子輸送層2の最高占有分子軌道(HOMO)レベルのエネルギー的に低い方のレベルの最高占有分子軌道(HOMO)レベル以下にあり、かつ、ホールブロック層33の最低非占有分子軌道(LUMO)が、ホール輸送性発光層4b及び電子輸送層2の最低非占有分子軌道(LUMO)レベルの、エネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道(LUMO)レベル以上であり、エネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道(LUMO)レベル以下であればよく、上記の構成に限定されるものではない。
【0072】
上記のホールブロック層33は、種々の材質で形成できると共に、その厚みもその機能を保持することができる範囲で変化させてよい。その厚みは1Å〜1000Å(0.1nm〜100nm)とするのがよいが、厚みがあまり薄いと、ホールブロック能が不完全で再結合領域がホール輸送層と電子輸送層にまたがり易くなり、またあまり厚いと、膜抵抗の増加から発光しないことがある。
【0073】
緑色発光素子部21Gにおいては、上記のホールブロック層33が設けられていないために、ホールが電子輸送層2内に進入し、電子−ホール再結合が電子輸送層2内で生じるため、この電子輸送層2が発光し、図26の如き特定波長(緑色)の光を放出する。
【0074】
赤色発光素子部21Rにおいては、上記のホールブロック層33の代わりに赤色発光層32を設けているために、ホールがその発光層32内に進入し、電子−ホール再結合が発光層32内で生じるため、この発光層32が発光し、図26の如き特定波長(赤色)の光を放出する。
【0075】
上記の有機EL素子21は、図16のような真空蒸着装置11を用いて作製される。この装置の内部には、アーム12の下に固定された一対の支持手段13が設けられ、この双方の固定手段13、13の間には、透明ガラス基板6を下向きにし、マスク22をセットできるステージ機構(図示省略)が設けられている。そして、ガラス基板6及びマスク22の下方には、支軸14aに支持されたシャッター14が配置され、その下方に所定個数の各種蒸着源28を配置する。各蒸着源は、電源29による抵抗加熱方式で加熱される。この加熱には、必要に応じてEB(電子線)加熱方式等も使用される。
【0076】
上記の装置において、マスク22は画素用であり、シャッター14は蒸着材料用である。そして、シャッター14は支軸14aを中心に回動し、蒸着材料の昇華温度に合わせて、材料の蒸気流を遮断するためのものである。
【0077】
マスク22は実際には、図17に示すように3種類使用し、適宜交換して各種成膜を所定パターンに行うものである。マスク22aを用いて上記のホール輸送層4を大開口23aを介して各素子部に共通に成膜した後、マスク22bを用いてホールブロック層33をスリット状開口23bを介して青色発光素子部21Bに所定パターンに形成し、次いでマスク22cを用いて赤色発光層32をスリット状開口23cを介して赤色発光素子部21Rに所定パターンに形成し、次いでマスク22aを用いて各素子部に共通に電子輸送層2を大開口23aを介して形成し、更にマスク(図示せず)を用いて各素子部にカソード電極1をそれぞれ所定パターンに形成する。
【0078】
こうして、図17に示すように、共通のガラス基板6上の透明電極5上に各発光素子部21B、21G、21Rをそれぞれストライプ状に形成する。なお、これらのストライプは絶縁層(ここでは図示せず)によって各発光エリアに区分されている。このように、透明電極5上に同一パターンに各発光素子部を重ねて形成すると、カソード−アノード間のキャリア輸送性が向上し、両極間の電圧降下を減少させることができる。
【0079】
図1及び図2は、上記の真空蒸着装置により作製した有機EL素子21の具体例を示す図である。即ち、ガラス基板6上に、ライン電極となるITO透明電極5を上記した真空蒸着装置により蒸着後に、コラム方向に沿ってSiO2 24を所定パターンに蒸着し、このSiO2 間に透明電極5をそれぞれ画素パターンに露出させる。次いで、蒸着マスクを用いて各有機層4a、4b、33、32、2及びカラム電極として金属電極1(例えばLiF層1aとAl層1bとの積層体)を順次コラム方向にストライプパターンに形成し、マトリクスを作製する。上記した蒸着マスク22a、22b、22cは有機層4、2、33、32の形成に用いる。なお、有機層33、32は透明電極5上にライン方向に形成したが、透明電極5と直交するカラム方向に形成してもよい。
【0080】
この有機EL素子21によれば、各発光素子部においては、発光領域がホール輸送層4(4a、4b)と電子輸送層2(32)にそれぞれ独立に存在し、各発光素子部間でホール輸送層4(4a、4b)及び電子輸送層2をそれぞれ共通の材料層で形成しているので、各色の発光色を呈するストライプ状の積層体(マトリクス)を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。しかも、大面積で有機層4a、4b、2を形成しているので、絶縁層24上を含めて成膜性が向上し、カソード−アノード間の漏れ電流も少なく、安定した信頼性の高い性能を得ることができる。これは、図1(B)中に破線で示すように、絶縁層24の上面を曲面状にすれば、更に一層効果が良好となる。
【0081】
上記の真空蒸着装置11においては、上記した図1及び図2のような画素を有するもの以外に、形状、サイズを変更することができ、多数の小さい画素を個々に、或いは大きい画素を単独に形成することもできる。
【0082】
上記電界発光素子の透明電極、有機ホール輸送層、有機ホールブロック層、赤色発光層、有機電子輸送層及び金属電極は、それぞれが複数層からなる積層構造であってもよい。
【0083】
また、上記電界発光素子における各有機層は、真空蒸着以外にも、昇華又は気化を伴う他の成膜方法或いはスピンコートやキャスト等の方法で形成してもよい。
【0084】
また、上記した電界発光素子のホール輸送性発光層は、この素子の発光スペクトルの制御のために微量分子の共蒸着を行ってもよく、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体等の有機物質を微量含む有機薄膜であってもよい。
【0085】
また、上記電界発光素子は、R、G、Bの3色の発光に好適であるが、その他の発光色をも、使用する発光材料種によって得ることができる。
【0086】
また、ホール輸送材料として使用可能な材料としては、ベンジジン又はその誘導体、スチリルアミン又はその誘導体、トリフェニルメタン又はその誘導体をはじめ、ポルフィリン又はその誘導体、トリアゾール又はその誘導体、イミダゾール又はその誘導体、オキサジアゾール又はその誘導体、ポリアリールアルカン又はその誘導体、フェニレンジアミン又はその誘導体、アリールアミン又はその誘導体、オキサゾール又はその誘導体、アントラセン又はその誘導体、フルオレノン又はその誘導体、ヒドラゾン又はその誘導体、スチルベン又はその誘導体、またはポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。
【0087】
具体的には、α−ナフチルフェニルジアミン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン、4,4’,4”−トリメチルトリフェニルアミン、4,4’,4”−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラキス(p−トリル)p−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル、N−フェニルカルバゾール、4−ジ−p−トリルアミノスチルベン、ポリ(パラフェニレンビニレン)、ポリ(チオフェンビニレン)、ポリ(2,2’−チエニルピロール)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0088】
また、電子輸送性材料として使用可能な材料としては、キノリン又はその誘導体、ペリレン又はその誘導体、ビススチリル又はその誘導体、ピラジン又はその誘導体等が挙げられる。
【0089】
具体的には、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム、アントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン又はこれらの誘導体等が挙げられる。
【0090】
また、赤色発光用材料としては、BSB−BCNの他、上記電子輸送材料中にDCM、DCM2、Nile Red、フェノキサジン等をドープしたものが挙げられる。
【0091】
上記電界発光素子のアノード電極、カソード電極等の使用材料にも制限はない。
【0092】
カソード電極材料については、効率良く電子を注入するために、電極材料の真空準位からの仕事関数の小さい金属を用いるのが好ましく、アルミニウム−リチウム合金以外にも、例えば、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、銀、カルシウム、バリウム、リチウム等の低仕事関数金属を単体で、または他の金属との合金として安定性を高めて使用してもよい。
【0093】
また、アノード電極側から有機電界発光を取り出すため、後述する実施例はアノード電極には透明電極であるITOを用いたが、効率良くホールを注入するために、アノード電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えば金、二酸化スズ−アンチモン混合物、酸化亜鉛−アルミニウム混合物の電極を用いてもよい。
【0094】
また、発光材料を選択することによって、R、G、Bの三色を発光するフルカラー用、又はマルチカラー用の有機電界発光素子を作製することができる。その他、本発明はディスプレイ用としてだけでなく、光源用としても使用可能な有機電界発光素子に適用できると共に、他の光学的用途にも適用することができる。
【0095】
なお、上記した有機電界発光素子は、安定性を高めるためにゲルマニウム酸化物等で封止を行って大気中の酸素等の影響を排してもよく、また真空に引いた状態で素子を駆動してもよい。
【0096】
<第2の実施の形態>
図24は、本発明の第2の実施の形態による青色発光素子部21Bの要部を示す概略断面図である。
【0097】
本実施の形態による有機EL素子では、図3の素子と比べて、ITO透明電極5上に、ホール輸送性発光層4bを形成し、ホール輸送性発光層を単層に形成していることが異なっている。それ以外の緑色発光素子部21G、赤色発光素子部21Rは、図3の素子と同様である。
【0098】
<第3の実施の形態>
図25は、本発明の第3の実施の形態による青色発光素子部21Bの要部を示す概略断面図である。
【0099】
本実施の形態による有機EL素子では、図3の素子と比べて、ITO透明電極5上に、ホール輸送層(ホール輸送性発光層を兼ねる)4aを形成し、上記した第2の実施の形態と同様にホール輸送性発光層を単層に形成している。それ以外は、上記した第2の実施の形態と同様である。
【0100】
【実施例】
以下、本発明を実施例について更に詳細に説明する。
【0101】
実施例1
本実施例による有機EL素子21の具体的な構成をその製造方法に基づいて説明する。
【0102】
まず、30mm×36mm、12組のR、G、Bストライプの単純マトリクスを作製するために、53mm×53mmのガラス基板6に例えば膜厚約100nmのITO透明電極5を幅1.15mm、間隔0.1mmで36本形成し、コラム側にはSiO2 の真空蒸着により絶縁層24を幅0.5mm、間隔1.0mmで31本形成した。従って、1つの有機電界発光素子作製用のセルの発光領域は1.0mm×1.15mmであり、開口率は60.8%となった。
【0103】
そして、上記のITO透明電極5上に、開口部23aの面積が40.0mm×48.0mmのマスク22aを用い、ITO電極5を含む全体にホール輸送層4aとしてm−MTDATA(4,4’,4”−tris(3−methylphenylphenylamino)triphenylamine:図18の構造式のもの)を蒸着速度0.2〜0.4nm/secで真空蒸着法により真空下で30nmの厚みに蒸着した。
【0104】
次に、このホール輸送層4a上に、ホール輸送性発光層4bとして、α−NPD(α−naphtylphenyldiamine:図19の構造式のもの。これは図20(A)のα−PPD又は図20(B)のα−TPD、図20(C)のTPDでもよい。)を50nmの厚みに真空蒸着(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)して、発光性を有した2層構造のホール輸送層4を形成した。
【0105】
次に、このホール輸送層4上に、面積が1.16mm×49mmであるストライプ状開口23bを12本有するマスク22bに交換して、ITO電極5の発光領域である1.15mm×48.0mmのストライプパターンに、図4に示す一般式で表されるフェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン(2,9−dimethyl−4,7−diphenyl−1,10−phenanthroline:図6の構造式2で示されるもの)をホールブロック層33として、透明電極5上に20nmの厚み(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)に真空蒸着した。
【0106】
次に、ホール輸送層4上に、面積が1.16mm×49mmであるストライプ状開口23cを12本有するマスク22cに交換して、ITO電極5の発光領域である1.15mm×48.0mmのストライプパターンに、BSB−BCN(図23の構造式で示されるもの)を電子輸送性赤色発光材料層32として、透明電極5上に20nmの厚み(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)に真空蒸着した。
【0107】
その後、マスク開口部23aの面積が40.0mm×48.00mmのマスク22aに交換し、電子輸送層又は電子輸送性発光層2としてAlq3 (8−hydroxy quinoline aluminum:図21の構造式のもの)を40nmの厚みに真空蒸着した。
【0108】
次に、開口部の面積が1.16mm×49mmのマスクに交換し、カソード電極1としてAl−Li(アルミニウム−リチウム合金:Li濃度約1mol%)を約0.5nmの厚みに、更にAlを約200nmの厚みに真空蒸着して、図1に示したR、G、B対応の有機EL素子21を作製した。
【0109】
次に、この実施例による有機EL素子について、素子の特性を測定し、その結果を示す。
【0110】
図26は、図1に示した実施例1による有機EL素子21の分光特性を示すグラフである。即ち、ホールブロック層として機能するバソクプロインを有する発光領域では最大発光波長は460nm、CIE色度座標上での座標は(0.155,0.11)であり、良好な青色発光を呈した。これは、発光スペクトルの形状からα−NPDからの発光であることは明らかであった。また、バソクプロインのない発光部位は、電子輸送性発光材料であるAlq3 からの発光が得られ、最大発光波長520nm、CIE(0.33,0.55)の良好な緑色発光が得られた。α−NPDとAlq3 の間にBSB−BCNを蒸着したストライプの部位は、最大発光波長635nm、CIE(0.60,0.39)の良好な赤色発光を得ることができた。
【0111】
そして輝度は、図27に示す如く、青色発光部位では、電流密度500mA/cm2 において10000cd/m2 であり、また、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は1.2lm/Wであった。緑色発光部位では、電流密度100mA/cm2 において7000cd/m2 であり、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は1.1lm/Wであった。赤色発光部位では、電流密度500mA/cm2 において5600cd/m2 であり、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は0.03lm/Wであった。
【0112】
更に、この有機EL素子をデューティ比1/100でパルス駆動したところ、電流密度5500mA/cm2の時に、直流駆動に換算するとピーク輝度55000cd/m2 であり、十分に実用に耐えることのできる高性能で高輝度の青色発光素子部を作製することができた。
【0113】
実施例2
本実施例による有機EL素子21の具体的な構成をその製造方法に基づいて説明する。
【0114】
まず、30mm×36mm、12組のR、G、Bストライプの単純マトリクスを作製するために、53mm×53mmのガラス基板6に例えば膜厚約100nmのITO透明電極5を幅1.15mm、間隔0.1mmで36本形成し、コラム側にはSiO2 の真空蒸着により絶縁層24を幅0.5mm、間隔1.0mmで31本形成した。従って、1つの有機電界発光素子作製用のセルの発光領域は1.0mm×1.15mmであり、開口率は60.8%となった。
【0115】
そして、上記のITO透明電極5上に、開口部23aの面積が40.0mm×48.0mmのマスク22aを用い、ITO電極5を含む全体にホール輸送層4aとしてm−MTDATA(4,4’,4”−tris(3−methylphenylphenylamino)triphenylamine:図18の構造式のもの)を蒸着速度0.2〜0.4nm/secで真空蒸着法により真空下で30nmの厚みに蒸着した。
【0116】
次に、このホール輸送層4a上に、ホール輸送性発光層4bとして、α−NPD(α−naphtylphenyldiamine:図19の構造式のもの。これは図20(A)のα−PPD又は図20(B)のα−TPD、図20(C)のTPDでもよい。)を50nmの厚みに真空蒸着(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)して、発光性を有した2層構造のホール輸送層4を形成した。
【0117】
次に、このホール輸送層4上に、面積が1.16mm×49mmであるストライプ状開口23bを12本有するマスク22bに交換して、ITO電極5の発光領域である1.15mm×48.0mmのストライプパターンに、図4に示す一般式で表されるフェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン(2,9−dimethyl−4,7−diphenyl−1,10−phenanthroline:図6の構造式2で示されるもの)をホールブロック層33として、透明電極5上に20nmの厚み(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)に真空蒸着した。
【0118】
次に、ホール輸送層4上に、面積が1.16mm×49mmであるストライプ状開口23cを12本有するマスク22cに交換して、ITO電極5の発光領域である1.15mm×48.0mmのストライプパターンに、DCM2(図22の構造式で示されるもの)とAlq3 (8−hydroxy quinoline aliminum:図21の構造式のもの)とをDCM2のモル比が0.5〜1%となるように、電子輸送性赤色発光材料層32として、透明電極5上に20nmの厚み(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)に共蒸着した。
【0119】
その後、マスク開口部23aの面積が40.0mm×48.00mmのマスク22aに交換し、電子輸送層又は電子輸送性発光層2としてAlq3 (8−hydroxy quinoline aluminum:図21の構造式のもの)を40nmの厚みに真空蒸着した。
【0120】
次に、開口部の面積が1.16mm×49mmのマスクに交換し、カソード電極1としてAl−Li(アルミニウム−リチウム合金:Li濃度約1mol%)を約0.5nmの厚みに、更にAlを約200nmの厚みに真空蒸着して、図1に示したR、G、B対応の有機EL素子21を作製した。
【0121】
次に、この実施例による有機EL素子について、素子の特性を測定し、その結果を示す。
【0122】
即ち、実施例1による有機EL素子21と同様、ホールブロック層として機能するバソクプロインを有する発光領域では最大発光波長は460nm、CIE色度座標上での座標は(0.155,0.11)であり、良好な青色発光を呈した。これは、発光スペクトルの形状からα−NPDからの発光であることは明らかであった。また、バソクプロインのない発光部位は、電子輸送性発光材料であるAlq3 からの発光が得られ、最大発光波長520nm、CIE(0.33,0.55)の良好な緑色発光が得られた。α−NPDとAlq3 の間にDCM2とAlq3 を共蒸着したストライプの部位は、最大発光波長645nm、CIE(0.66,0.34)の良好な赤色発光を得ることができた。
【0123】
そして輝度は、青色発光部位では、電流密度500mA/cm2 において10000cd/m2 であり、また、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は1.2lm/Wであった。緑色発光部位では、電流密度100mA/cm2 において7000cd/m2 であり、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は1.1lm/Wであった。赤色発光部位では、電流密度250mA/cm2 において160cd/m2 であり、電流密度1mA/cm2 の時の発光効率は0.04lm/Wであった。
【0124】
実施例3
本発明の第3の実施例による有機EL素子をその製造方法に基づいて説明する。
【0125】
本実施例による有機EL素子では、ホール輸送層4aを設けず、ホール輸送性発光層4bとしてα−NPD(α−naphtyl phenyl diamine:図19の構造式のもの。これは、図20(A)のα−PPD又は図20(B)のα−TPD又は(C)のTPDでもよい。)を真空蒸着法により真空下で例えば50nmの厚みに蒸着(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)しており、ホール輸送性発光層を単層に形成したこと以外は第1の実施例と同様である。
【0126】
図28は、図24に示した実施例3による有機EL素子の分光特性を示すグラフである。
【0127】
この実施例の場合は、最大発光波長(吸収ピーク)は約460nmであり、またCIE色度座標上での座標は(0.155 ,0.11)であり、良好な青色発光を呈した。緑色発光及び赤色発光については、図26と同様であった。
【0128】
そして、図29に示す如く、電流密度400mA/cm2での輝度は1400cd/m2 であった。
【0129】
発光スペクトルの形状から、青色発光部位ではα−NPDからなるホール輸送性発光層4bからの発光であることは明らかであった。
【0130】
しかも、図30のしきい値電圧特性に示す如く、電圧が5V位までは電流は殆ど流れず、5Vを過ぎて徐々に流れ始め、6V過ぎから急速に流れ出す。即ち、低電圧駆動が可能であると共に、しきい値電圧特性が良好であることを示している。
【0131】
実施例4
本発明の第4の実施例による有機EL素子をその製造方法に基づいて説明する。
【0132】
本実施例による有機EL素子では、ホール輸送性発光層4aとしてm−MTDATA(4,4’,4”−tris(3−methylphenylphenylamino)triphenylamine:図18の構造式のもの)を真空蒸着法により、真空下で50nmの厚みに蒸着(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)しており、上記した第3の実施例と同様にホール輸送性発光層を単層に形成した。
【0133】
図31は、図25に示した実施例4による有機EL素子の分光特性を示すグラフである。
【0134】
この実施例の場合は、最大発光波長(吸収ピーク)は約500nmであり、またCIE色度座標上での座標は(0.26,0.47)であり、良好な緑色発光を呈した。赤色発光については、図26と同様であった。
【0135】
そして、図32に示す如く、青色発光部位では、電流密度110mA/cm2での輝度は280cd/m2 であった。
【0136】
発光スペクトルの形状から、m−MTDATAからなるホール輸送性発光層4aからの発光であることは明らかであった。
【0137】
図33に示す電圧:輝度特性からも、低電圧での駆動が可能であり、輝度が良好である。
【0138】
上記したことから明らかなように、本発明に基づく各実施例1〜4の有機EL素子は、ホールブロック層33をホール輸送性発光材料4a及び/又は4bと電子輸送層2との間に設けることにより、ホール輸送層での電子−ホールの再結合が十分となって発光層を兼ねることができ、効率の高い安定した発光を得ることができる。
【0139】
また、実施例1、2の如き青色発光だけでなく、実施例4で示したような緑色発光や、更にはドーピングによる赤色発光、ドーピングによる色度の調節も可能であった。
【0140】
上記した各実施例により、既存の材料を用いても、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得られる有機EL素子を作製することが可能であることが示され、材料開発における可能性と時間短縮を実現でき、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができるものと考えられる。
【0141】
【発明の作用効果】
本発明は、上述した如く、ホール輸送性発光層及び電子輸送性発光層とが積層されてなる各積層体間で、ホール輸送性発光層及び電子輸送性発光層をそれぞれ共通の材料層で形成しているので、各色の発光色を呈する積層体を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。また、有機画素領域全面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性又は段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流を少なくすることができる。
【0142】
そして、特に、ホール輸送性有機材料中に電子−ホールの再結合による発光が得られるようにしたこと(例えば、フェナントロリン誘導体からなるホールブロック層を、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間に挿入する構造)によって、従来、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないことで困難な構造であると考えられてきた、ホール輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができる。特に、青色発光に関しては顕著であり、DC駆動で10000cd/m2以上、1/100デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度55000cd/m2以上を得ることが可能である。
そして、ホールブロック層が存在しない第2及び第3の積層体では、電子輸送性発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光、及び赤色発光層による赤色発光を生じるので、少なくとも青色、緑色及び赤色のフルカラーの発光に対応できる電界発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による有機EL素子の要部についてアノードと直交する断面図(A)、アノードに沿う断面図(B)((A)の(B)−(B)線断面図)である。
【図2】同、有機EL素子の概略分解斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による有機EL素子の要部の概略断面図であって、(A)は青色発光素子部、(B)は緑色発光素子部、(C)は赤色発光素子部である。
【図4】同、ホールブロック層に使用可能なフェナントロリン誘導体の一般式を示す図である。
【図5】同、フェナントロリン誘導体の構造式1を示す図である。
【図6】同、フェナントロリン誘導体の構造式2を示す図である。
【図7】同、フェナントロリン誘導体の構造式3を示す図である。
【図8】同、フェナントロリン誘導体の構造式4を示す図である。
【図9】同、フェナントロリン誘導体の構造式5を示す図である。
【図10】同、フェナントロリン誘導体の構造式6を示す図である。
【図11】同、フェナントロリン誘導体の構造式7を示す図である。
【図12】同、フェナントロリン誘導体の構造式8を示す図である。
【図13】同、フェナントロリン誘導体の構造式9を示す図である。
【図14】同、フェナントロリン誘導体の構造式10を示す図である。
【図15】同、実施の形態による有機EL素子の積層構造を模式的に示すバンドモデル図である。
【図16】同、実施の形態に使用する真空蒸着装置の概略断面図である。
【図17】同、実施の形態に使用する蒸着マスクと作製された有機EL素子の概略平面図である。
【図18】同、実施の形態に使用するm−MTDATA(ホール輸送性発光材料)の構造式を示す図である。
【図19】同、実施の形態に使用するα−NPD(ホール輸送性発光材料)の構造式を示す図である。
【図20】同、実施の形態に使用可能な他のホール輸送性発光材料を示し、(A)はα−PPDの構造式、(B)はα−TPDの構造式、(C)はTPDの構造式を示す図である。
【図21】同、実施の形態に使用したAlq3 (電子輸送材料)の構造式を示す図である。
【図22】本発明の実施例に使用したDCM2(電子輸送性発光材料)の構造式を示す図である。
【図23】本発明の他の実施例に使用したBSB−BCN(電子輸送性発光材料)の構造式を示す図である。
【図24】本発明の第2の実施の形態による有機EL素子の要部の概略断面図である。
【図25】本発明の第3の実施の形態による有機EL素子の要部の概略断面図である。
【図26】本発明の第1の実施例による有機EL素子の分光特性を示すグラフである。
【図27】同、第1の実施例による有機EL素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図28】本発明の他の実施例による有機EL素子の分光特性を示すグラフである。
【図29】同、他の実施例による有機EL素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図30】同、他の実施例による有機EL素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図31】本発明の他の実施例による有機EL素子の分光特性を示すグラフである。
【図32】同、他の実施例による有機EL素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図33】同、他の実施例による有機EL素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図34】従来の有機EL素子の一例を示す概略断面図である。
【図35】同他の有機EL素子の一例を示す概略断面図である。
【図36】同有機EL素子の具体例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1…金属電極(カソード)、2…電子輸送層、4…ホール輸送層、
4a、4b…ホール輸送性発光層、5…ITO透明電極(アノード)、
6…ガラス基板、10、20、21…有機EL素子、
21R…赤色発光素子部、21G…緑色発光素子部、
21B…青色発光素子部、22、22a、22b、22c…蒸着マスク、
24…絶縁層、32…赤色発光層、33…ホールブロック層、
e…電子、h…ホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electroluminescent element and a manufacturing method thereof, for example, a self-luminous flat display, and particularly suitable for a display element or a luminescent device such as an organic electroluminescent color display using an organic thin film as an electroluminescent layer. The present invention relates to an electroluminescent element and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the importance of human-machine interfaces has been increasing, especially in multimedia-oriented products. In order for humans to operate a machine more comfortably and efficiently, it is necessary to extract information from the machine to be operated in a succinct, instantaneous, and sufficient amount without error. Research has been conducted on display elements.
[0003]
In addition, with the miniaturization of machines, the demand for miniaturization and thinning of display elements is increasing day by day.
[0004]
For example, downsizing of laptop information processing devices that are integrated with display elements, such as notebook personal computers and notebook word processors, has made remarkable progress, and as a result, technologies related to liquid crystal displays that are display elements Innovation is also great.
[0005]
Today, liquid crystal displays are used as interfaces for various products, and are often used not only in laptop-type information processing equipment but also in products that we use everyday, such as small TVs, watches, and calculators. .
[0006]
These liquid crystal displays have been studied as the center of display elements as a human-machine interface, ranging from small to large capacity display devices, taking advantage of the low-voltage driving and low power consumption of liquid crystals.
[0007]
However, since this liquid crystal display is not self-luminous, it requires a backlight, and this backlight drive requires more power than driving the liquid crystal. There are restrictions on use.
[0008]
Furthermore, since the viewing angle is narrow, the liquid crystal display is not suitable for a large display element such as a large display.
[0009]
In addition, since the liquid crystal display is a display method based on the alignment state of liquid crystal molecules, it is considered that the contrast changes depending on the angle even in the viewing angle.
[0010]
From the viewpoint of the driving method, the active matrix method, which is one of the driving methods, exhibits a response speed sufficient for handling moving images. However, since a TFT (thin film transistor) driving circuit is used, the screen size is increased due to pixel defects. Is difficult.
[0011]
In a liquid crystal display, the simple matrix method, which is another driving method, is low in cost and relatively easy to increase the screen size, but has a problem that it does not have a response speed sufficient for handling moving images. is there.
[0012]
On the other hand, plasma display elements, inorganic electroluminescent elements, organic electroluminescent elements and the like have been studied as self-luminous display elements.
[0013]
A plasma display element uses plasma emission in a low-pressure gas for display and is suitable for an increase in size and capacity, but has problems in terms of thickness reduction and cost. In addition, a high voltage AC bias is required for driving, which is not suitable for portable devices.
[0014]
As the inorganic electroluminescent element, a green light emitting display or the like has been commercialized. However, like the plasma display element, it is AC bias driving, and requires several hundred volts for driving, and lacks practicality.
[0015]
However, with the development of technology, we have succeeded in emitting the three primary colors R (red), G (green), and B (blue) necessary for color display, but because of inorganic materials, light emission by molecular design etc. It is difficult to control the wavelength and the like, and it seems difficult to achieve full color.
[0016]
On the other hand, the electroluminescence phenomenon due to organic compounds has been studied for a long time since the discovery of the light emission phenomenon due to carrier injection into anthracene single crystals that generate strong fluorescence in the early 1960s. And since it was a single crystal, it was carried out as a basic study of carrier injection into an organic material.
[0017]
However, since Tang et al. Of Eastman Kodak in 1987 announced an organic thin film electroluminescent device having an amorphous light emitting layer capable of low voltage drive and high luminance emission, R, G, B in various directions. Research and development of these three primary colors, such as light emission, stability, brightness increase, layered structure, and production method, are actively conducted.
[0018]
Furthermore, as a characteristic of organic materials, various new materials have been invented by molecular design, etc., and have excellent characteristics such as direct current low voltage driving, thinness, self-luminous property, etc. Applied research is also being actively conducted.
[0019]
An organic electroluminescent element (hereinafter sometimes referred to as an organic EL element) has a film thickness of 1 μm or less, and converts electric energy into light energy by injecting a current to emit light in a planar shape. It has ideal characteristics as a light-emitting display device.
[0020]
FIG. 34 shows an example of a conventional
[0021]
Then, by selectively applying a
[0022]
For the
[0023]
FIG. 35 shows another conventional example, in which the
[0024]
FIG. 36 shows a specific example of the organic EL element. That is, a laminate of each organic layer (
[0025]
Therefore, with such a configuration, it can be used not only as a display but also as an image reproducing apparatus. Note that the above-described stripe pattern can be arranged for each color of R, G, and B, and can be configured for full color or multicolor.
[0026]
In a display device composed of a plurality of pixels using such an organic EL element, the organic thin film layers 2, 3, and 4 that emit light are generally sandwiched between the
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
However, the organic EL elements as described above still have unsolved problems.
[0028]
The three primary colors of R, G, and B when applying organic EL elements to color displays(Especially B)Stable light emission is an indispensable condition. However, in the device fabrication process, when completely different material systems R, G, and B are used, the process is not complicated and takes time.
[0029]
An object of the present invention is to provide an electroluminescent element having an element structure that can be manufactured simply and at low cost and capable of stable light emission, and a method for manufacturing the same.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively studied the above situation, and found that a device can be easily and inexpensively manufactured by using a common material as much as possible in at least three kinds of laminated bodies having light emitting regions of respective colors. The invention has been reached.
[0031]
That is, the present invention has at least three kinds of organic material laminates in which a hole transporting light emitting layer and an electron transporting light emitting layer are laminated, and these laminates are composed of a common material layer. An electroluminescent element having at least three emission colors, the electroluminescent light emitting layer comprising the common light emitting layer and the electron transporting light emitting layer made of a common material layer, wherein at least one of the laminated bodies, An insulating layer for separating the gaps is provided under the hole transporting light emitting layer.And
Of the laminates, the first laminate includes the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer. A hole blocking layer, and in the hole-transporting light-emitting layer, electron-hole recycling is performed. Blue light emission due to bonding,
The second stacked body of the stacked bodies has the electron transporting property in contact with the hole transporting light emitting layer. In the light emitting layer, green light emission occurs due to electron-hole recombination,
A third stacked body of the stacked bodies includes an electron transporting light emitting layer on the hole transporting light emitting layer. Red light emission is generated by recombination of electrons and holes in the light emitting layer formed as a part
It is characterized byThe present invention relates to an electroluminescent element. In this electroluminescent device, the hole transporting light emitting layer is made of a hole transporting material for short wavelength light emission, and a hole blocking layer made of a phenanthroline derivative, for example, between the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer. In the hole transporting light emitting layer, blue light emission can be obtained by electron-hole recombination.
[0032]
According to the electroluminescent device of the present invention, the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer are used as a common material layer between the respective laminates in which the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer are laminated. Therefore, it is possible to easily and cost-effectively produce a laminate that exhibits each color of light emission by a simple process. Further, by forming the common layers on the entire effective pixel area with a large aperture mask, the film forming property or the step coverage is improved, and the leakage current between the cathode and the anode can be reduced.
In addition, the laminates are divided by insulating layers, and the first laminate of these laminates includes a hole block layer between the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer. Therefore, it is possible to effectively control the hole transport in the hole blocking layer so that electron-hole recombination is efficiently generated in the hole transporting light emitting layer. Light can be emitted to emit blue light. In the second and third laminates in which no hole blocking layer is present, green light emission due to electron-hole recombination and red light emission due to the red light emitting layer occur in the electron transporting light emitting layer, so that at least blue, green and It is possible to provide an electroluminescent element capable of supporting red full color light emission.
[0033]
Further, the present invention provides a method for producing the electroluminescent device of the present invention with good reproducibility,
At least three types of the laminates on a common substrateEach ofForming a first electrode of
Forming an insulating layer separating the stacked bodies on the first electrode;
On the first electrode, at least three kinds of the laminatesFormation areaForming a common hole-transporting light-emitting layer forming material in a region including, and forming each hole-transporting light-emitting layer for short wavelength light emission,
In the formation region of the first laminate that emits blue light in the laminate, the holes Forming a hole blocking layer on the transporting light emitting layer;
A process for forming a red light emitting layer as a part of the electron transporting light emitting layer on the hole transporting light emitting layer. About
On the region including each of the hole transporting light emitting layers, at least three kinds of the laminatesForm of Growth areaForming a common electron-transporting light-emitting layer forming material in a region including the material to form each electron-transporting light-emitting layer;
Forming a second electrode of each of the at least three types of the stacked body on each of the electron-transporting light emitting layers so as to face the first electrode;
There is also provided a method for manufacturing an electroluminescent element having the following. In this manufacturing method, in at least one region of the laminate, the hole-transporting light-emitting layer is made of, for example, a phenanthroline derivative, and blue light emission is generated by electron-hole recombination in the hole-transporting light-emitting layer. Forming a hole blocking layerThis is very important.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the electroluminescent device and the method for producing the same according to the present invention, in at least one of the laminates, a hole transporting light emitting layer is formed so that blue light emission can be obtained by electron-hole recombination in the hole transporting light emitting layer. A hole blocking layer made of, for example, a phenanthroline derivative is formed between the electron transporting light emitting layer.
[0035]
According to such an electroluminescent device, the hole transport property described above is used.Luminescent layerLight emission due to electron-hole recombination is obtained (ie, the hole transport layer also serves as a light-emitting layer that is an electron-hole recombination region). Light emission, particularly blue light emission.
[0036]
Therefore, an electroluminescent element (especially a low-voltage driven, self-luminous, thin amorphous organic electroluminescent element, which has been considered to be a difficult structure due to the absence of an electron transport material having excellent non-luminous properties until now. ), The hole transport layer can also serve as the light emitting layer, and can provide an electroluminescent device having a long-life element structure that provides stable light emission for a long time.
[0037]
That is, even in an organic electroluminescent device in which the hole transport layer is a light emitting layer, stable light emission with high luminance and high efficiency can be obtained. Particularly, blue light emission is remarkable, and is 10000 cd / m by DC driving.2As described above, the peak luminance of 55000 cd / m in terms of direct current is also obtained by pulse driving at a 1/100 duty ratio.2It is possible to obtain the above.
[0038]
In addition to blue light-emitting elements, green light emission, red light emission by doping, yellow light emission, and chromaticity adjustment by doping are also possible. As a result, it is possible to produce an organic electric field blue light-emitting element capable of obtaining blue light emission with excellent chromaticity with high luminance, possibility of material development and time reduction, and a new light-emitting material system and Design guidelines for electron transport materials can be provided.
[0039]
In the electroluminescent device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is preferable that the light emitting region is mainly an organic hole transport layer, and has a hole block layer for causing the recombination in the hole transport layer.
[0041]
In the present inventionIn addition, the highest occupied molecular orbital level of the hole block layer is formed by contacting each organic layer stacked on both sides of the hole block layer (in particular, the hole transport layer).Sexual luminescenceLayer and said electron transportSexual luminescenceIt is desirable that it is below the highest occupied molecular orbital level of the lower energetically of the highest occupied molecular orbital level of each layer.
[0042]
In addition, the lowest unoccupied molecular orbital level of the hole blocking layer is determined so that each organic layer stacked on both sides of the hole blocking layer (particularly the hole transport layer)Sexual luminescenceLayer and said electron transportSexual luminescenceIt is desirable that the energy level is not less than the lowest unoccupied molecular orbital level of the lower energy level among the lowest unoccupied molecular orbital levels of the layer) and lower than the lowest unoccupied molecular orbital level of the higher energy level.
[0043]
The hole blocking layer is preferably made of a non-light emitting material having a low fluorescence yield, and may have a multilayer structure.
[0044]
Furthermore, although the hole blocking layer is not limited in terms of material, in order to prevent the formation of exciplex (dimer) at the interface with the hole transporting light emitting layer (that is, decrease in luminous efficiency) A non-light emitting material with low fluorescence yield is preferred.
[0045]
Said hoLight transport layerIs preferably made of a hole transporting material for short wavelength light emission. Further, as a material that can be used for the hole blocking layer, a phenanthroline derivative shown in FIG. 4 is suitable. Specifically, for example,
[0046]
Also, the aboveDoes not have a hole blocking layerIn at least one of the laminates, the electron transport propertyLuminescent layerAmong them, it is desirable to obtain green light emission by electron-hole recombination.
[0047]
Furthermore, theDoes not have a hole blocking layerIn at least one of the laminates, the electron transport propertyLuminescent layerAmong them, it is desirable to obtain red light emission by electron-hole recombination.
[0048]
As described above, an organic layer for obtaining blue light emission by electron-hole recombination in the light emitting region is laminated as a hole blocking layer, thereby providing a hole transporting light emitting layer that is stable, high brightness, and driven at a low voltage. An organic electroluminescence device can be obtained, and in the stacked region of the organic material without the hole blocking layer, red or green light emission can be obtained by electron-hole recombination in the electron transport layer, at least R, G, It is possible to provide an excellent organic electroluminescence device that can cope with B.
[0049]
In the above element, it is desirable that a transparent electrode, an organic layer (in particular, an organic hole transport layer, a hole block layer, an organic electron transport layer) and a metal electrode are sequentially laminated on an optically transparent substrate.
[0050]
In this case, it is preferable that the transparent electrode, the organic layer, and the metal electrode be configured as an organic electroluminescent element in which a matrix pattern is formed on the same substrate.
[0051]
Thereby, said element is comprised as a suitable organic electroluminescent element, and will also become a suitable thing as an element for color displays.
[0052]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0053]
<First Embodiment>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a main part of the
[0054]
The
[0055]
In the blue light emitting
[0056]
In the green light emitting
[0057]
In the red light emitting
[0058]
The
[0059]
Accordingly, in each light emitting element portion, the light emitting region is formed by forming the hole transport layer 4 (4a, 4b) and the
[0060]
The blue light emitting
[0061]
The
[0062]
FIG. 15 schematically shows the laminated structure of the above-described embodiment (FIG. 3A) using a band model.
[0063]
In FIG. 15, a thick line (L) shown in the layer of
[0064]
In this organic EL element, as shown in FIG. 15, the holes h injected from the
[0065]
Since the electrons e injected from the
[0066]
On the other hand, the hole h injected from the ITO
[0067]
However, as shown in FIG. 15, the highest occupied molecular orbital (HOMO) level l of the
[0068]
As a result, the hole h filled in the
[0069]
Thus, by providing the
[0070]
Originally, electron injection from the
[0071]
As described above, the
[0072]
The
[0073]
In the green light emitting
[0074]
In the red light emitting
[0075]
Said
[0076]
In the above apparatus, the mask 22 is for pixels, and the
[0077]
In practice, three types of masks 22 are used, as shown in FIG. After the
[0078]
In this way, as shown in FIG. 17, each light emitting
[0079]
1 and 2 are diagrams showing a specific example of the
[0080]
According to this
[0081]
In the
[0082]
The transparent electrode, organic hole transporting layer, organic hole blocking layer, red light emitting layer, organic electron transporting layer, and metal electrode of the electroluminescent element may each have a laminated structure composed of a plurality of layers.
[0083]
Further, each organic layer in the electroluminescent element may be formed by other film forming methods involving sublimation or vaporization, or methods such as spin coating and casting, in addition to vacuum deposition.
[0084]
In addition, the hole transporting light emitting layer of the above electroluminescent device may be subjected to co-evaporation of trace molecules for controlling the emission spectrum of the device, and includes a small amount of organic substances such as perylene derivatives and coumarin derivatives. An organic thin film may be sufficient.
[0085]
The electroluminescent element is suitable for light emission of three colors of R, G, and B, but other luminescent colors can be obtained depending on the type of luminescent material used.
[0086]
Examples of materials that can be used as hole transport materials include benzidine or its derivatives, styrylamine or its derivatives, triphenylmethane or its derivatives, porphyrin or its derivatives, triazole or its derivatives, imidazole or its derivatives, oxadi Azole or derivative thereof, polyarylalkane or derivative thereof, phenylenediamine or derivative thereof, arylamine or derivative thereof, oxazole or derivative thereof, anthracene or derivative thereof, fluorenone or derivative thereof, hydrazone or derivative thereof, stilbene or derivative thereof, or Examples include heterocyclic conjugated monomers, oligomers, polymers and the like such as polysilane compounds, vinylcarbazole compounds, thiophene compounds, and aniline compounds.
[0087]
Specifically, α-naphthylphenyldiamine, porphyrin, metal tetraphenylporphyrin, metal naphthalocyanine, 4,4 ′, 4 ″ -trimethyltriphenylamine, 4,4 ′, 4 ″ -tris (3-methylphenylphenyl Amino) triphenylamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (p-tolyl) p-phenylenediamine, N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminobiphenyl, N— Examples include, but are not limited to, phenylcarbazole, 4-di-p-tolylaminostilbene, poly (paraphenylene vinylene), poly (thiophene vinylene), poly (2,2′-thienylpyrrole), and the like. .
[0088]
Examples of materials that can be used as the electron transporting material include quinoline or a derivative thereof, perylene or a derivative thereof, bisstyryl or a derivative thereof, pyrazine or a derivative thereof.
[0089]
Specific examples include 8-hydroxyquinoline aluminum, anthracene, naphthalene, phenanthrene, pyrene, chrysene, perylene, butadiene, coumarin, acridine, stilbene, and derivatives thereof.
[0090]
In addition to BSB-BCN, examples of the red light emitting material include those obtained by doping the electron transport material with DCM, DCM2, Nile Red, phenoxazine, or the like.
[0091]
There are no restrictions on the materials used for the anode electrode and cathode electrode of the electroluminescent element.
[0092]
For the cathode electrode material, in order to inject electrons efficiently, it is preferable to use a metal having a small work function from the vacuum level of the electrode material. In addition to the aluminum-lithium alloy, for example, aluminum, indium, magnesium, A low work function metal such as silver, calcium, barium, or lithium may be used alone or as an alloy with another metal with increased stability.
[0093]
In addition, in order to take out organic electroluminescence from the anode electrode side, ITO, which is a transparent electrode, was used for the anode electrode described later. However, in order to inject holes efficiently, the anode electrode material from the vacuum level was used. An electrode having a high work function, for example, gold, a tin dioxide-antimony mixture, or a zinc oxide-aluminum mixture may be used.
[0094]
In addition, by selecting a light emitting material, an organic electroluminescent element for full color or multicolor that emits three colors of R, G, and B can be manufactured. In addition, the present invention can be applied to an organic electroluminescent element that can be used not only for a display but also for a light source, and can also be applied to other optical uses.
[0095]
The organic electroluminescent device described above may be sealed with germanium oxide or the like in order to enhance stability to eliminate the influence of oxygen in the atmosphere, and the device is driven in a vacuum state. May be.
[0096]
<Second Embodiment>
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the blue light emitting
[0097]
In the organic EL device according to the present embodiment, the hole transporting light emitting layer 4b is formed on the ITO
[0098]
<Third Embodiment>
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the blue light emitting
[0099]
In the organic EL device according to the present embodiment, a hole transport layer (also serving as a hole transport light-emitting layer) 4a is formed on the ITO
[0100]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0101]
Example 1
A specific configuration of the
[0102]
First, in order to fabricate a simple matrix of 30 mm × 36 mm and 12 sets of R, G, B stripes, an ITO
[0103]
Then, on the ITO
[0104]
Next, on the
[0105]
Next, on the
[0106]
Next, on the
[0107]
Thereafter, the mask opening 23a is replaced with a
[0108]
Next, the area of the opening is replaced with a mask having a size of 1.16 mm × 49 mm, and Al—Li (aluminum-lithium alloy: Li concentration of about 1 mol%) is used as the
[0109]
Next, the characteristics of the organic EL device according to this example are measured and the results are shown.
[0110]
FIG. 26 is a graph showing the spectral characteristics of the
[0111]
As shown in FIG. 27, the luminance is such that the current density is 500 mA / cm in the blue light emitting region.210,000 cd / m2And a current density of 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 1.2 lm / W. In the green light emitting part, the current density is 100 mA / cm.27000 cd / m2The current density is 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 1.1 lm / W. In the red light emitting region, the current density is 500 mA / cm.25600 cd / m2The current density is 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 0.03 lm / W.
[0112]
Further, when this organic EL element is pulse-driven with a duty ratio of 1/100, the current density is 5500 mA / cm.2When converted to DC drive, the peak brightness is 55000cd / m2Thus, a high-performance and high-brightness blue light-emitting element portion that can sufficiently withstand practical use could be produced.
[0113]
Example 2
A specific configuration of the
[0114]
First, in order to fabricate a simple matrix of 30 mm × 36 mm and 12 sets of R, G, B stripes, an ITO
[0115]
Then, on the ITO
[0116]
Next, on the
[0117]
Next, on the
[0118]
Next, on the
[0119]
Thereafter, the mask opening 23a is replaced with a
[0120]
Next, the area of the opening is replaced with a mask having a size of 1.16 mm × 49 mm, and Al—Li (aluminum-lithium alloy: Li concentration of about 1 mol%) is used as the
[0121]
Next, the characteristics of the organic EL device according to this example are measured and the results are shown.
[0122]
That is, like the
[0123]
The luminance is a current density of 500 mA / cm in the blue light emitting region.210,000 cd / m2And a current density of 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 1.2 lm / W. In the green light emitting part, the current density is 100 mA / cm.27000 cd / m2The current density is 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 1.1 lm / W. In the red light emitting region, the current density is 250 mA / cm.2160 cd / m2The current density is 1 mA / cm2 The luminous efficiency at that time was 0.04 lm / W.
[0124]
Example 3
An organic EL device according to a third embodiment of the present invention will be described based on its manufacturing method.
[0125]
In the organic EL device according to the present example, the
[0126]
FIG. 28 is a graph showing the spectral characteristics of the organic EL device according to Example 3 shown in FIG.
[0127]
In the case of this example, the maximum emission wavelength (absorption peak) was about 460 nm, and the coordinates on the CIE chromaticity coordinates were (0.155, 0.11), and good blue emission was exhibited. About green light emission and red light emission, it was the same as that of FIG.
[0128]
As shown in FIG. 29, the current density is 400 mA / cm.2The brightness at 1400cd / m2Met.
[0129]
From the shape of the emission spectrum, it was clear that light was emitted from the hole transporting light emitting layer 4b made of α-NPD at the blue light emitting portion.
[0130]
In addition, as shown in the threshold voltage characteristics of FIG. 30, almost no current flows until the voltage reaches about 5V, and gradually begins to flow past 5V, and then quickly flows out from over 6V. That is, it indicates that low voltage driving is possible and that the threshold voltage characteristics are good.
[0131]
Example 4
An organic EL device according to a fourth embodiment of the present invention will be described based on its manufacturing method.
[0132]
In the organic EL device according to this example, m-MTDATA (4,4 ′, 4 ″ -tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine: having the structural formula of FIG. 18) is used as the hole transporting light emitting
[0133]
FIG. 31 is a graph showing the spectral characteristics of the organic EL element according to Example 4 shown in FIG.
[0134]
In the case of this example, the maximum emission wavelength (absorption peak) was about 500 nm, and the coordinates on the CIE chromaticity coordinates were (0.26, 0.47), and good green emission was exhibited. About red light emission, it was the same as that of FIG.
[0135]
As shown in FIG. 32, the current density is 110 mA / cm at the blue light emitting region.2The brightness at 280cd / m2Met.
[0136]
From the shape of the emission spectrum, it was clear that the emission was from the hole transporting light emitting
[0137]
From the voltage: brightness characteristics shown in FIG. 33, driving at a low voltage is possible and the luminance is good.
[0138]
As is apparent from the above description, in each of the organic EL elements of Examples 1 to 4 according to the present invention, the
[0139]
Further, not only blue light emission as in Examples 1 and 2, but also green light emission as shown in Example 4, red light emission by doping, and chromaticity adjustment by doping were possible.
[0140]
Each example described above shows that it is possible to produce an organic EL element that can obtain blue light emission with excellent luminance even at high brightness even when using an existing material. It is considered that the time can be shortened and design guidelines for new light emitting material systems and electron transport materials can be shown.
[0141]
[Effects of the invention]
As described above, the present inventionSexual luminescenceLayer and electron transportSexual luminescencelayerAnd are stackedHole transport between each laminateSexual luminescenceLayer and electron transportSexual luminescenceSince the layers are each formed of a common material layer, a laminated body exhibiting each luminescent color can be easily and inexpensively manufactured by a simple process. Further, by forming the common layers on the entire surface of the organic pixel region with a large opening mask, the film forming property or the step coverage is improved, and the leakage current between the cathode and the anode can be reduced.
[0142]
In particular, light emission by electron-hole recombination can be obtained in a hole transporting organic material (for example, a hole blocking layer made of a phenanthroline derivative, a hole transporting light emitting layer, an electron transporting light emitting layer, and In the organic electroluminescence device in which the hole transport layer is a light-emitting layer, which has been conventionally considered to be a difficult structure due to the absence of an electron transport material having excellent non-light-emitting properties due to the structure inserted between Stable light emission with high luminance and high efficiency can be obtained. In particular, blue light emission is remarkable, and is 10000 cd / m with DC drive.2As described above, the peak luminance of 55000 cd / m in terms of direct current is also obtained by pulse driving at a 1/100 duty ratio.2It is possible to obtain the above.
In the second and third laminates in which no hole blocking layer is present, green light emission due to electron-hole recombination and red light emission due to the red light emitting layer occur in the electron transporting light emitting layer, so that at least blue, green and It is possible to provide an electroluminescent element capable of supporting red full color light emission.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view (A) orthogonal to an anode of a main part of an organic EL element according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view along the anode (B) (cross-sectional view along (B)-(B) in (A). ).
FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the organic EL element.
3A and 3B are schematic cross-sectional views of the main part of the organic EL element according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a blue light-emitting element part, FIG. 3B is a green light-emitting element part, and FIG. It is a red light emitting element part.
FIG. 4 is a diagram showing a general formula of a phenanthroline derivative that can be used for the hole blocking layer.
FIG. 5 is a diagram showing the
FIG. 6 is a diagram showing the
FIG. 7 is a diagram showing the
FIG. 8 shows the
FIG. 9 is a diagram showing the
FIG. 10 is a diagram showing the
FIG. 11 shows the
FIG. 12 is a diagram showing the
FIG. 13 is a diagram showing the
FIG. 14 is a diagram showing the
FIG. 15 is a band model diagram schematically showing a laminated structure of organic EL elements according to the embodiment.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a vacuum vapor deposition apparatus used in the embodiment.
FIG. 17 is a schematic plan view of the vapor deposition mask used in the embodiment and the produced organic EL element.
FIG. 18 is a diagram showing a structural formula of m-MTDATA (hole transporting light-emitting material) used in the embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a structural formula of α-NPD (hole transporting light-emitting material) used in the embodiment.
FIG. 20 shows another hole-transporting light-emitting material that can be used in the embodiment, in which (A) is the structural formula of α-PPD, (B) is the structural formula of α-TPD, and (C) is the TPD. It is a figure which shows these structural formulas.
FIG. 21 shows Alq used in the embodiment.ThreeIt is a figure which shows the structural formula of (electron transport material).
FIG. 22 is a diagram showing a structural formula of DCM2 (electron transporting light-emitting material) used in Examples of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing a structural formula of BSB-BCN (electron transporting light-emitting material) used in another example of the present invention.
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a substantial part of an organic EL element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of a main part of an organic EL element according to a third embodiment of the invention.
FIG. 26 is a graph showing the spectral characteristics of the organic EL device according to the first example of the invention.
FIG. 27 is a graph showing current-luminance characteristics of the organic EL element according to the first example.
FIG. 28 is a graph showing spectral characteristics of an organic EL device according to another example of the present invention.
FIG. 29 is a graph showing current-luminance characteristics of organic EL elements according to other examples.
FIG. 30 is a graph showing voltage-luminance characteristics of organic EL elements according to other examples.
FIG. 31 is a graph showing the spectral characteristics of an organic EL device according to another example of the present invention.
FIG. 32 is a graph showing current-luminance characteristics of organic EL elements according to other examples.
FIG. 33 is a graph showing voltage-luminance characteristics of organic EL elements according to other examples.
FIG. 34 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional organic EL element.
FIG. 35 is a schematic cross-sectional view showing an example of the other organic EL element.
FIG. 36 is a schematic perspective view showing a specific example of the organic EL element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
4a, 4b ... hole transporting light emitting layer, 5 ... ITO transparent electrode (anode),
6 ... Glass substrate, 10, 20, 21 ... Organic EL element,
21R ... Red light emitting element part, 21G ... Green light emitting element part,
21B ... Blue light emitting element part, 22, 22a, 22b, 22c ... Evaporation mask,
24 ... insulating layer, 32 ... red light emitting layer, 33 ... hole blocking layer,
e ... Electronic, h ... Hall
Claims (2)
前記積層体のうち第1の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層 との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再 結合による青色発光を生じ、
前記積層体のうち第2の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性 発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光を生じ、
前記積層体のうち第3の積層体は、前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の 一部として形成された発光層において電子−ホールの再結合による赤色発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子。It has at least three kinds of organic material laminates in which a hole transporting light emitting layer and an electron transporting light emitting layer are laminated, and these laminates are common to the hole transporting light emitting layer made of a common material layer. An electroluminescent element having at least three emission colors, wherein the insulating layer separates between the stacked bodies in at least one of the stacked bodies. Is provided under the hole transporting light emitting layer ,
The first stacked body of the stacked bodies includes a hole blocking layer between the hole transporting light emitting layer and the electron transporting light emitting layer, and blue color due to electron-hole recombination in the hole transporting light emitting layer. Causing luminescence,
The second stacked body among the stacked bodies generates green light emission by electron-hole recombination in the electron transporting light emitting layer in contact with the hole transporting light emitting layer ,
The third stacked body among the stacked bodies emits red light by electron-hole recombination in a light emitting layer formed as a part of the electron transporting light emitting layer on the hole transporting light emitting layer.
An electroluminescent element characterized by the above .
共通の基体上において、少なくとも3種の前記積層体のそれぞれの第1電極を形成す る工程と、
前記第1電極上において、前記積層体間を区分する絶縁層を形成する工程と、
前記第1電極上において、少なくとも3種の前記積層体の形成領域を含む領域に共通 のホール輸送性発光層形成材料を成膜して短波長発光用の各ホール輸送性発光層を形成 する工程と、
前記積層体のうち青色発光を呈する第1の積層体の形成領域において、前記各ホール 輸送性発光層上にホールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上に赤色発光層を電子輸送性発光層の一部として形成する工 程と、
前記各ホール輸送性発光層を含む領域上において、少なくとも3種の前記積層体の形 成領域を含む領域に共通の電子輸送性発光層形成材料を成膜して各電子輸送性発光層を 形成する工程と、
前記各電子輸送性発光層上に、少なくとも3種の前記積層体のそれぞれの第2電極を 前記第1電極に対向して形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法。It has at least three kinds of organic material laminates in which a hole transporting light emitting layer and an electron transporting light emitting layer are laminated, and these laminates are common to the hole transporting light emitting layer made of a common material layer. A method for producing an electroluminescent element having at least three luminescent colors, comprising the electron-transporting luminescent layer comprising a material layer,
Forming a first electrode of each of at least three types of the laminate on a common substrate;
Forming an insulating layer separating the stacked bodies on the first electrode;
Forming a hole transporting light emitting layer forming material common to a region including the formation region of at least three types of the stacked body on the first electrode to form each hole transporting light emitting layer for short wavelength light emission; When,
Forming a hole blocking layer on each of the hole transporting light emitting layers in the formation region of the first stacked body that emits blue light in the stacked body; and
And a red light-emitting layer as engineering formed as part of the electron transport light-emitting layer to the hole transporting light-emitting layer,
On a region including the respective hole transporting light-emitting layer, forming a by forming a common electron transport light-emitting layer forming material in a region including a shape forming region of the at least three of said laminate each electron transport light-emitting layer And a process of
Forming a second electrode of each of the at least three types of the stacked body on each of the electron-transporting light-emitting layers so as to face the first electrode.
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