JP4132459B2 - 有機電子発光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機電子発光素子（エレクトロルミネッセンス デバイス；ＥＬ ｄｅｖｉｃｅ）に係り、特にスピンコーティング方法で電子輸送層を形成することにより、製造工程が単純化された有機電子発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ素子は自発発光型表示素子であり、視野角が広くてコントラストに優れるだけでなく、応答時間が短いという長所を有するために、次世代の表示素子として注目を浴びている。
【０００３】
ＥＬ素子は発光層形成用物質によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに区分される。ここで、有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答時間特性が優秀で、多色化が可能であるとの長所を有している。
【０００４】
図１は一般的な有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。図面を参照すれば、基板１１の上部にアノード１２が形成されている。そして、このアノード１２の上部にはホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５及びカソード１６が順次に形成されている。ここで、ホール輸送層１３、発光層１４及び電子輸送層１５は有機化合物よりなる有機薄膜である。
【０００５】
前述したような構造を有する有機ＥＬ素子の駆動原理は次の通りである。前記アノード１２及びカソード１６との間に電圧を加えると、アノード１２から注入されたホールはホール輸送層１３を経て発光層１４に移動する。一方、電子はカソード１６から電子輸送層１５を経て発光層１４に注入され、発光層１４の領域でキャリアが再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成する。この励起子が励起状態から基底状態に変化し、これによって発光層の蛍光性分子が発光することで画像が形成される。
【０００６】
一方、前記電子輸送層は、通常、キノリノ錯体（ｑｕｉｎｏｌｉｎｏ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ベンゾキノリノール錯体（ｂｅｎｚｏｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ ｃｏｍｐｌｅｘ）、１，３，４-オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体などを使用して形成する。
【０００７】
電子輸送層を形成する際、工程の簡便さ、時間、コスト面で蒸着法より優れているスピンコーティング法を用いることが望ましいが、前記化合物で電子輸送層を形成する場合、スピンコーティング方法は使用できず蒸着法を使用しなくてはならない。これは前記化合物をスピンコーティングで形成すると、使用する溶媒により発光層が溶解して、損傷が起こるからである。そうなれば、発光層の上部に良好な電子輸送層を形成することが困難になり、発光効率が劣化することに加え、製造工程においても時間およびコスト面で不利益が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、スピンコーティング方法で電子輸送層を形成することによって、製造工程が単純化された有機電子発光素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、大部分の発光層形成材料がメタノールなどのアルコール溶媒にほとんど溶解しない点に着目し、本発明を完成させた。
【００１０】
従って本発明の前記目的は、基板の上部にアノード電極用の物質をコーティングし、アノード電極を形成する工程と、前記アノード電極の上部に、ホール輸送性発光層形成用組成物をスピンコーティングして、ホール輸送性発光層を形成する工程と、前記ホール輸送性発光層の上部に、アルコール溶解性高分子を５０〜９９．９重量％、及び電子輸送機能材料を０．１〜５０重量％を含む電子輸送層形成用組成物を、アルコール溶媒に溶解し、スピンコーティングした後、乾燥して、電子輸送層を形成する工程と、前記電子輸送層の上部にカソード形成用の金属を全体として真空蒸着またはスパッタリングしてカソードを形成する工程と、からなり、前記アルコール溶解性高分子は、ポリエチレンオキシド、反復単位当りの平均イオン含量が０．０１〜５０％であるポリスチレンスルホン酸のリチウム塩ならびにそのナトリウム塩、及び過フッ素化されたイオン交換パウダーのリチウム塩ならびにそのナトリウム塩からなる群から選択された少なくとも１つである、有機電子発光素子の製造方法によって達成することができる。
【００１２】
さらに本発明は、前記電子輸送機能材料が下記構造式で示される化合物からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする前記有機電子発光素子である。
【００１３】
【化２】
Figure 0004132459
【００１４】
さらに本発明は、前記電子輸送機能材料がトリフルオロメタンスルホン酸リチウム、塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドリチウムからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする前記有機電子発光素子の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、アルコール溶媒に溶解する電子輸送層形成用組成物を構成し、この電子輸送層形成用組成物をスピンコーティングして電子輸送層を形成した点にその特徴がある。ここで電子輸送層形成用組成物は、アルコール中で安定で、かつ溶解可能なようにその組成を構成したものであって、前述したアルコール溶解性高分子と電子輸送機能材料とを含んでいる。
【００１６】
アルコール溶解性高分子としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリエチレンオキシドのような非イオン性高分子、または反復単位当り平均イオン含量が０．０１〜５０％のポリスチレンスルホン酸のリチウム塩、そのナトリウム塩、過フッ素化されたイオン交換パウダー（ｐｅｒ ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｐｏｗｄｅｒ：ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）、アルドリッチ社）のリチウム塩、そのナトリウム塩のようなイオン性高分子が望ましい。
【００１７】
さらに電子輸送機能材料は、電子輸送機能を有している物質ならば全て使用できるが、具体的には８-ヒドロキシキノリノ-アルミニウム、ベンゾキノリノール錯体、１，３，４-オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体が挙げられ、望ましくは下記構造式のトリス（８−キノリノレート）アルミニウム（ＡＩＱ）、３−（４−ビフェニリル）−（４−フェニル）−５−（ターブチルフェニル）１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、２−（４−ジフェニリル−５−（４−ターブチルフェニル）１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、Ｂｅｂｑ2、及びＭＥＰＨＰＨである。
【００１８】
【化３】
Figure 0004132459
【００１９】
さらにトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、テトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）なども望ましい。
【００２０】
前記アルコール溶解性高分子と電子輸送機能材料の混合重量比は５０：５０〜９９．９：０．１である。ここで、アルコール溶解性高分子の含量が前記範囲を外れると、膜の形成が難しい。
【００２１】
以下、本発明に係る有機電子発光素子の製造方法を詳しく説明する。まず、基板の上部にアノード電極用の物質をコーティングする。ここで、基板としては通常の有機ＥＬ素子において用いられる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板が望ましい。そして、アノード電極用物質としては、透明で伝導性に優れた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを使用する。
【００２２】
前記アノード電極の上部にホール輸送層形成用組成物をスピンコーティングしてホール輸送層を形成する。
【００２３】
前記ホール輸送層の形成物質は特に制限されなく、具体的な例としてポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリ（ｐ-フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）などがある。ここで、ＰＶＫとＰＰＶはホール輸送性材料であるが、発光材料としても使用しうる。即ち、ＰＶＫとＰＰＶを用いるとホール輸送性発光層を形成しうる。勿論、場合に応じて別の発光層をさらに形成することもできる。
【００２４】
本発明に係る電子輸送層形成用組成物はアルコール溶解性高分子５０〜９９．９重量％と電子輸送機能材料０．１〜５０重量％を混合した後、この混合物をアルコール溶媒に溶解することによって製造される。ここで、アルコール溶媒としてはメタノール、２-メトキシエタノールなどが好適である。
【００２５】
前記ホール輸送性発光層の上部に前記電子輸送層形成用組成物をスピンコーティングする。次いで、前記結果物を乾燥して電子輸送層を形成する。その後、前記電子輸送層の上部にカソード形成用の金属を全体として真空蒸着またはスパッタリングしてカソードを形成することによって、有機ＥＬが完成される。ここで、カソード形成用の金属としてＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇ／Ａｇ、Ａｌ／Ｌｉなどが用いられる。
【００２６】
有機電子発光素子は前述したような順序、即ちアノード／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／カソードの順に製造してもよく、その反対の順序、即ちカソード／電子輸送層／発光層／ホール輸送層／アノードの順に製造してもよい。
【００２７】
【実施例】
実施例１
ガラス基板上にＩＴＯ電極を形成した後、その上部に、下記構造式で示されるＭＥＨＰＰＶ０．１ｇをクロロベンゼン５ｇに溶解した発光層形成用組成物をスピンコーティングして６００Åの厚さの発光層を形成した。
【００２８】
【化４】
Figure 0004132459
【００２９】
これとは別に、ポリビニルピロリドン０．０１ｇとＡｌＱ０．００５ｇを混合した後、メタノール１．０ｇを加えて電子輸送層形成用組成物を調整した。前記発光層の上部に、調整した電子輸送層形成用組成物をスピンコーティングした後、乾燥して３００Åの厚さの電子輸送層を形成した。それから、前記電子輸送層の上部にＡｌとＬｉとを共に真空蒸着して１２００Åの厚さのアルミニウム・リチウム電極を形成することによって有機電子発光素子を製造した。
【００３０】
実施例２
電子輸送層形成用組成物の製造時、ポリビニルピロリドンとＡｌＱの代わりにポリエチレンオキシドとＬｉＣＦ3ＳＯ3を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で有機電子発光素子を製造した。
【００３１】
実施例３
電子輸送層形成用組成物の製造時、ポリビニルピロリドンとＡｌＱの代わりにポリビニルピリジンとＬｉＣＦ3ＳＯ3を使用したことを除いては、実施例１と同様な方法で有機電子発光素子を製造した。
【００３２】
比較例
電子輸送層を形成しないことを除いては、実施例１と同様な方法でガラス電子発光素子を製造した。
【００３３】
前記実施例１-３及び比較例によって製造された有機電子発光素子の駆動開始電圧、発光輝度及びカラー特性を調べて下記表１に示した。
【００３４】
【表１】
Figure 0004132459
【００３５】
前記表１から、実施例１〜３によって製造された有機電子発光素子は、比較例の場合に比べて駆動開始電圧が低く、発光輝度特性が向上されることが分かった。
【００３６】
そして、実施例１〜３によって製造された有機電子発光素子はオレンジ色が具現でき、比較例によって製造された有機電子発光素子はオレンジ-レッド色が具現できた。
【００３７】
一方、実施例１〜３によれば、電子輸送層をスピンコーティング法で形成するので、蒸着法に比べ、その製造工程が非常に簡単で容易なだけでなく、コスト及び時間の短縮が可能になった。また、電子輸送層の形成時に使われた溶媒、即ちメタノールによる発光層の損傷も全く生じなかった。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る有機電子発光素子は、スピンコーティング法によって発光層及び電子輸送層形成を同工程で製造でき、さらに発光層の上部に発光層を損傷することなく、良好な界面接着力及び界面抵抗などの界面特性を持つ電子輸送層を形成できることから、従来法に比べ製造工程面、時間、コスト面で優れているだけでなく、発光効率が著しく改善される極めて優れた特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の有機電子発光素子の構造を示す図面である。
【付号の説明】
１１・・・基板
１２・・・アノード
１３・・・ホール輸送層
１４・・・発光層
１５・・・電子輸送層
１６・・・カソード

Claims (3)

  1. 基板の上部にアノード電極用の物質をコーティングし、アノード電極を形成する工程と、
    前記アノード電極の上部に、ホール輸送性発光層形成用組成物をスピンコーティングして、ホール輸送性発光層を形成する工程と、
    前記ホール輸送性発光層の上部に、アルコール溶解性高分子を５０〜９９．９重量％、及び電子輸送機能材料を０．１〜５０重量％を含む電子輸送層形成用組成物を、アルコール溶媒に溶解し、スピンコーティングした後、乾燥して、電子輸送層を形成する工程と、
    前記電子輸送層の上部にカソード形成用の金属を全体として真空蒸着またはスパッタリングしてカソードを形成する工程と、
    からなり、
    前記アルコール溶解性高分子は、ポリエチレンオキシド、反復単位当りの平均イオン含量が０．０１〜５０％であるポリスチレンスルホン酸のリチウム塩ならびにそのナトリウム塩、及び過フッ素化されたイオン交換パウダーのリチウム塩ならびにそのナトリウム塩からなる群から選択された少なくとも１つである、有機電子発光素子の製造方法。
  2. 前記電子輸送機能材料は、下記構造式で示される化合物からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の有機電子発光素子の製造方法。
    Figure 0004132459
  3. 前記電子輸送機能材料がトリフルオロメタンスルホン酸リチウム、塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドリチウムからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の有機電子発光素子の製造方法。
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