JP3935886B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
PhD thesis,Eindhoven,2000
(1)PSS/PEDOT以外にも、数多くのSを構成元素としてもつ有機材料を用いた有機EL素子では、Sを含有する層中で非金属の硫黄化合物又は単体Sが形成され、それらが他の層中へ移動していること、
(2)電子注入電極/有機層界面に移動した非金属の硫黄化合物又は単体Sが、電子注入電極と酸化還元反応等の化学反応を起して新たな金属硫黄化合物を形成し、素子劣化の要因になっていること、
(3)電圧を印加すると酸化還元反応が促進され、未電圧印加時と比べて桁違いに速いスピードで劣化が進行すること、
を見出した。
すなわち、有機層中に含有される有機分子の一部が、層中の溶存不純物(例えば酸素や水分や有機溶媒等)と化学反応(脱硫黄反応、脱硫黄化合物反応)することや、素子への電圧印加や素子作製時の熱等のストレスによって解離し、新たな非金属の硫黄化合物又は単体Sを生成する。生成された硫黄化合物又は単体Sは、拡散により他の層中へ移動する。
(1)Sを含有する層を有する有機EL素子において、Sを含有する層中へAg,Mg又はそれらの合金をドーピングすると、他層への非金属の硫黄化合物又は単体Sの拡散がドーピングしない時と比べて抑制されること、
(2)その結果、素子への電圧印加時に生じる非金属の硫黄化合物又は単体Sのエレクトロマイグレーションによる有機層/電子注入電極界面への移動が抑制されること、
を見出した。
・Sを含有する層中、又は電子注入電極とSを含有する層との間のいずれか1種の有機層中に、Ag,Mg又はそれらの合金が存在すると、これら金属が非金属の硫黄化合物又は単体Sと化学反応し新たな硫黄化合物が形成される。この硫黄化合物の拡散係数又は化学ポテンシャルの勾配が非金属の硫化化合物又は単体Sと比べて小さい為、結果として拡散速度が小さくなると思われる。
・プラス電荷を持つ非金属の硫黄化合物又は単体SがAg,Mg又はそれらの合金と化学反応し、電荷を持たないもしくは非金属の硫黄化合物又は単体Sと比べて電荷量が少ない新たな硫黄化合物が生成される。
・その結果エレクトロマイグレーションによる有機層/電子注入電極界面への移動する量が減少したと思われる。
図1は、本発明の有機EL素子の実施の形態1を示す層構成要部の概略断面図である。
この実施の形態1の特徴は、ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に発光層を含む1種以上の有機層を有し、有機層がSを含有する層を含み、その層中にAg,Mg又はそれらの合金がドーピングされていることにある。
(1)基板/ホール注入電極/ドーピングS含有ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入電極
(2)基板/電子注入電極/電子輸送性発光層/ドーピングS含有ホール輸送層/ホール注入電極
(3)基板/電子注入電極/電子輸送層/発光層/ドーピングS含有ホール輸送層/ホール注入電極
(4)基板/ホール注入電極/ホール輸送層/ドーピングS含有電子輸送性発光層/電子注入電極
(6)基板/電子注入電極/ドーピングS含有電子輸送性発光層/ホール輸送層/ホール注入電極
(7)基板/電子注入電極/電子輸送層/ドーピングS含有発光層/ホール輸送層/ホール注入電極
(8)基板/ホール注入電極/ホール輸送層/発光層/ドーピングS含有電子輸送層/電子注入電極
(9)基板/電子注入電極/ドーピングS含有電子輸送層/発光層/ホール輸送層/ホール注入電極
上記層構成例は、例示であり、Sを含有する層にAg,Mg又はそれらの合金がドーピングされていればいかなる構成であってもよく、上記構成に限定されるものではない。
本発明で用いられる基板は、積層面が絶縁性物質で構成されていれば特に限定されるものではない。しかし、基板側から光を取り出す場合には、光透過率の高い材料からなる基板が通常使用される。
具体的には、金属(金、白金、ニッケル等)、透明電極材料[インジウムと錫からなる酸化物(ITO)、インジウムと亜鉛からなる酸化物(IDIXO)、酸化錫等]、ポリアニリン等が挙げられる。ホール注入電極側から光を取り出す場合には、光透過率の高い材料が通常使用される。そのような材料として、ITO、IDIXO、酸化スズ、金及びポリアニリンが挙げられる。
具体的には、K、Li、Na、Mg、La、Ce、Ca、Sr、Ba、Al、Ag、In、Sn、Zn及びZr等の金属の単体又はこれらの合金が挙げられる。また、これらの合金は、電極としての安定性が向上するため好ましい。
(1)発光層
(2)ホール輸送層/発光層
(3)発光層/電子輸送層
(4)ホール輸送層/発光層/電子輸送層
(5)ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層
(6)ホール注入層/ホール輸送層/発光層/ホールブロック層/電子輸送層
発光層には、発光材料以外の材料が含まれていてもよい。例えば、電子輸送材料を含む電子輸送性発光層、ホール輸送材料を含むホール輸送性発光層としてもよい。
有機層の各層の膜厚は、通常1〜1000nm程度である。
図2は、本発明の有機EL素子の実施の形態2を示す層構成要部の概略断面図である。
この実施の形態2の特徴は、ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に発光層を含む1種以上の有機層を有し、有機層がSを含有する層と金属又はその酸化物がドーピングされた層を含み、電子注入電極とSを含む層との間に金属又はその酸化物がドーピングされた層が位置することにある。
(1)基板/ホール注入電極/S含有ホール輸送層/ドーピング発光層/電子輸送層/電子注入電極
(2)基板/ホール注入電極/S含有ホール輸送層/発光層/ドーピング電子輸送層/電子注入電極
(3)基板/電子注入電極/ドーピング電子輸送性発光層/S含有ホール輸送層/ホール注入電極
(4)基板/電子注入電極/電子輸送層/ドーピング発光層/S含有ホール輸送層/ホール注入電極
(6)基板/ホール注入電極/ホール輸送層/S含有発光層/ドーピング電子輸送層/電子注入電極
(7)基板/電子注入電極/ドーピング電子輸送層/S含有発光層/ホール輸送層/ホール注入電極
上記層構成例は、例示であり、Sを含有する層と電子注入電極との間の有機層中に金属又はその酸化物がドーピングされていればいかなる構成であってもよく、上記構成に限定されるものではない。
本発明の有機EL素子として、次のようにして2層型の素子を作製した。
まず、ガラス基板上に、スパッタリング法により、ホール注入電極となるITO膜を、膜厚が100nmになるように形成した。得られたITO膜のシート抵抗は10Ω/□以下であった。
金属ドーピングS含有ホール輸送層(Ag、PEDOT/PSS)の代わりに合金ドーピングS含有ホール輸送層[Ag・Mg(0.01mg・0.09mg)、PEDOT/PSS]を形成したこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を得た。
本発明の有機EL素子として、次のようにして2層型の素子を作製した。
まず、ガラス基板上に、スパッタリング法により、ホール注入電極となるITOを膜厚が100nmになるように形成した。得られたITO膜のシート抵抗は10Ω/□以下であった。
金属ドーピング電子輸送性発光層(Ag、MEH−PPV)の代わりに合金ドーピング電子輸送性発光層[Ag−Mg(0.01mg−0.09mg)、MEH−PPV]を形成したこと以外は、実施例3と同様にして有機EL素子を得た。
金属ドーピングホール輸送層(Al、PEDOT/PSS)の代わりにホール輸送層(PEDOT/PSS)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を得た。
本発明の有機EL素子として、次のようにして2層型の素子を作製した。
まず、ガラス基板上に、スパッタリング法により、ホール注入電極となるITOを膜厚が100nmになるように形成した。得られたITO膜のシート抵抗は10Ω/□以下であった。
金属ドーピングS含有電子輸送性発光層(Ag、PHT)の代わりに合金ドーピング電子輸送性発光層[Ag・Mg(0.01mg・0.09mg)、PHT]を形成したこと以外は、実施例5と同様にして有機EL素子を得た。
金属ドーピングS含有電子輸送性発光層(Ag、PHT)の代わりに電子輸送性S含有発光層(PHT)を形成したこと以外は、実施例5と同様にして有機EL素子を得た。
2、7 ホール注入電極
3、8 S含有ホール輸送層
4、9 電子輸送性発光層
5、10 電子注入電極
Claims (3)
- ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に発光層を含む1種以上の有機層を有し、有機層が、Sを含有する層を含み、その層中にAg,Mg又はそれらの合金がドーピング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。
- 前記Ag,Mg又はそれらの合金がドーピングされた層が、0.001〜10重量%のドーパントの濃度でAg,Mg又はそれらの合金を含む請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記Sを含有する層が、少なくともPSS又はPEDOTを含む有機層である請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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