JP4323825B2

JP4323825B2 - 有機発光素子

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Publication number: JP4323825B2
Application number: JP2003032319A
Authority: JP
Inventors: 精二真下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004241360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機発光素子に関し、詳しくは有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
【０００３】
有機発光素子は、ガラス基板／陽極／有機層／陰極の構成が一般的であり、陽極としてＩＴＯなどの透明導電膜を、また陰極を反射電極として用いて、基板側から発光を取り出している。
【０００４】
しかし、最近は陽極を反射電極として用い、陰極を透明にして発光を陰極側から取り出す検討も行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、反射電極となる陽極材料として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄの代わりに、周期律表の５族または６族に属する金属を用いることが示されている。しかしながら、５族または６族に属する金属は反射率がそれほど高くなく、効率的に発光を取り出すことができない。
【０００６】
また、特許文献２では反射電極上に可視光に対して透明な陽極を構成することが示されている。しかしながら、電極のパターニングを行う場合、異なる材料をエッチングする必要があるため、工程が複雑になるなどの問題ある。
【０００７】
本発明者はこのような先行技術に対して、陰極側から発光を取り出す構成の発光素子において、効率的に発光を取り出すために陽極材料に求められる条件として、可視域での反射率が高いことだけでなく、有機層へのホール注入性がよいことにも注目をした。というのも、陽極として用いられてきた材料は有機層へのホール注入性をあげるため、仕事関数の高い材料が用いられてきたが、反射率が７０％以上のものはこれまでほとんどなかった。一方、反射率が高いＡｌ、Ａｇなどは仕事関数が低く、有機層へのホール注入性が悪いため、陽極には適さない。つまり、反射率及びホール注入性の両方を満足できる陽極材料を用いた有機発光素子の開発が行われていなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、極めて高効率で高輝度の光出力を有する有機発光素子を提供することにある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−４３９８０号公報（第４頁）
【特許文献２】
特開２００１−２９１５９５号公報（第３頁）
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は陽極及び陰極とを有し、前記陽極と前記陰極間に挟持された一または複数の有機化合物からなる層を少なくとも有する有機発光素子において、前記陽極は、主成分金属と少なくとも一種類の副成分化合物とからなる単一の層であり、かつ反射率が７０％以上である反射電極であることを特徴とする有機発光素子を提供する。本発明における反射率とは、波長が４５０〜６５０ｎｍの光に対する反射率のことをいう。
【００１１】
また本発明において、主成分金属がＡｇあるいはＡｌであることを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００１２】
また本発明において、副成分化合物は金属酸化物であることを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００１３】
また本発明において、金属酸化物がＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれかの酸化物であることを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００１４】
また本発明において、発光素子は発光が前記陰極側から放出されることを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００１５】
また本発明は、有機発光素子の製造方法であって、基材上に主成分金属と副成分化合物とからなる陽極を形成する工程と前記陽極上に有機層を形成する工程と前記有機層を形成する工程後に陰極を形成する工程を有し、前記陽極は反射率が７０％以上であることを特徴とする有機発光素子の製造方法も提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について説明する。
【００１７】
図１に本発明における有機発光素子の構成の一例を示す。
【００１８】
基材１上に陽極２、有機層３、陰極４が形成されている。基材１は本実施形態においては、ガラス等の非フレキシブルな基板である。有機層３はホール輸送層３１、発光層３２、電子輸送層３３から構成されている。有機層の構成はこれに限られるものではなく、発光層を兼ねた輸送層を用いることで有機層を２層構成にしたり、あるいはホール注入層や電子注入層を設けることで、有機層の構成を４層、５層構成にするなど目的に応じて層構成を決める必要がある。
【００１９】
陽極２は、反射率が７０％以上ある材料を用いる。具体的には、ＡｇあるいはＡｌ等が主成分金属となっており、これに少なくとも副成分化合物が含まれている。ここでいう化合物とは、例えば金属酸化物である。好ましくは、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎなどから選択される材料の酸化物である。ＡｇあるいはＡｌがベースになっているため、反射率が高くなっている。陽極の組成比に関しては、反射率、ホール注入性および膜安定性を考慮して決定することが望ましいが、ＡｇあるいはＡｌの含有率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上である。
【００２０】
ここで、反射率の測定方法について説明する。６０×２５のガラス基板上に陽極材料の成膜を行い、日立製の分光光度計Ｕ−３０１０を用いて反射率の測定を行う。
【００２１】
本実施形態において陽極の反射率は良好な発光効率を維持するため７０％以上であることが好ましい。さらに、８０％以上では発光効率の向上ができ、より好ましくは９０％以上であり、陽極側への発光のほとんどを反射できるようになるため発光効率の大幅な向上が可能となる。
【００２２】
ホール輸送層に関しては、表１と５に表される有機材料を用いることができる。
【００２３】
また、有機材料だけではなく、無機材料を用いてもよい。用いられる無機材料としては、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣなどがあげられる。
【００２４】
電子輸送層、発光層としては、表２に表される材料を用いることができる。
【００２５】
また、表３に示されているようなドーパント色素を電子輸送層やホール輸送層にドーピングすることもできる。あるいは発光層として、これらの材料を例えば表４に示されるような電子輸送性材料、あるいはホール輸送性材料にドーピングした層を電子輸送層とホール輸送層の間に設けても良い。また、表６で示されているようなポリマー系材料を用いることもできる。
【００２６】
以上に挙げた、ホール輸送材料、電子輸送材料、発光性材料はあくまで代表的なものであり、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００２７】
また、有機層の厚みは１０μｍより薄く、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．０１〜０．５μｍの厚みに薄膜化することが好ましい。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
【表５】

【００３３】
【表６】

【００３４】
陰極４は薄膜の電子注入金属層４１と透明導電層４２の積層構造である。あるいは、電子注入性に優れた有機層上に設ける場合には透明導電層のみでもよい。
【００３５】
この発光素子にＤＣ電圧を印加することにより、陰極を通して有機発光素子からの良好な発光を確認することができる。
【００３６】
このように、本発明は陽極を反射電極として用いることで、陰極側から発光を取り出す素子において、陽極をＡｇあるいはＡｌを主成分金属とし、これに少なくとも副成分化合物を含む電極を用いることにより、７０％以上の反射率が得られるようになるため、発光を効率よく取り出せると同時に有機層へのホール注入性も向上し、有機発光素子の素子特性を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００３７】
更に、本実施形態の有機発光素子を表示装置（例えばディスプレイ）として用いる場合、光取出し側に例えば円偏光板等の視認性向上部材を設けるとしても、陽極の反射率が非常に高いために、明るさを損なわないという効果もある。
【００３８】
なお、上述基材とは非フレキシブルな部材の他に、フレキシブルな基材例えばＰＥＴ等を用いてもよい。
【００３９】
（実施例１）
以下に、図面に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００４０】
図２は本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。図２は基材上にＡｇ−ＳｎＯ_２を陽極２として、ＤＣスパッタリングにより成膜する。組成比（重量比）はＡｇ：ＳｎＯ_２＝９７：３である。陽極の膜厚は１５０ｎｍである。また、この膜の反射率を測定したところ波長４５０ｎｍにおいて８６％であった。次に、フォトリソグラフィー技術により、陽極をパターニングする。今回はウェットエッチングにより所望の形状に加工した。陽極のパターニングにはドライエッチングを用いてもよい。
【００４１】
次に、図２に示すように、陽極と陰極のショートを防止するための絶縁層を設ける。本実施例では、絶縁層の材料としてＳｉＯ_２を用いた。陽極上にスパッタリング法により１５０ｎｍ成膜する。絶縁層の材料、膜厚および成膜方法はこれらに限定されるものではない。陽極上の発光領域に相当する部分のＳｉＯ_２をフォトリソグラフィー法により加工する。今回はフッ酸系のエッチャントによりウェットエッチングを行った。ＳｉＯ_２の加工はこの他ドライエッチングやリフトオフ法などを用いてもよい。本実施例では絶縁層を設けたが必ずしも必要な層というわけではない。
【００４２】
次に、ホール輸送層３１としてＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４−４’−ジアミン（以下ＴＰＤ）を、発光層を兼ねる電子輸送層３３としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑ３）を順次真空蒸着法により先程加工し陽極が露出した部分を完全に覆うように蒸着マスクを介して基材に蒸着する。ここで、ＴＰＤ、Ａｌｑ３の膜厚はそれぞれ５０ｎｍである。なお、蒸着時の真空度は２×１０−６Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００４３】
次に、陰極の構成要素である電子注入金属層４１としてまずＡｌＬｉを真空蒸着法により５ｎｍ成膜する。Ａｌに対するＬｉの含有率は１．５ｗｔ％である。陰極蒸着時の真空度は１×１０−５Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．５ｎｍ／ｓとした。
【００４４】
最後に、透明導電層４２である透明導電膜としてＩＴＯをＤＣスパッタリングにより１５０ｎｍ成膜する。透明導電膜の材料、膜厚および成膜方法はこれに限るものではない。ここで、陰極の透過率を測定したところ、波長４５０ｎｍにおいて５６％であった。
【００４５】
ここで、比較例１として陽極にＡｇ単体を用いた素子を作成した。陽極にＡｇを用いた以外は実施例１と同じプロセス条件で素子を作成した。ここで、今回用いたＡｇの反射率は波長４５０ｎｍで９６％であった。
【００４６】
実施例１及び比較例１の素子の特性を表７に示す。
【００４７】
【表７】

【００４８】
実施例１の素子は比較例１の素子と比べると明からに素子特性が向上していることが確認できた。
【００４９】
このように、陽極を反射電極として用いて、陰極側から発光を取り出す素子において、反射率の高いＡｇと金属酸化物の混合物を陽極として用いることにより、８５％以上の反射率を持つと同時に有機層へのホール注入性の飛躍的な向上が可能となった。
【００５０】
（実施例２−６）
陽極材料のみ以下の材料に変えて、同様に有機発光素子を作成し評価したところ表８のような結果となった。
【００５１】
【表８】

【００５２】
このように、陽極材料としてＡｇ、Ａｌベースの材料にＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等の酸化物を含有することで、可視域における反射率が７０％以上を維持しつつホールの注入性が良い陽極を提供することが可能となったため、発光の取り出し効率が向上すると同時に有機層への発光効率の高い素子を作成することが可能となった。
【００５３】
【発明の効果】
このように、本発明により、反射率が高くかつホール注入性の高い陽極が開発でき、有機発光素子の素子特性を飛躍的に向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における有機発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】実施例１における有機発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１基材
２陽極
３有機層
４陰極
５絶縁層
３１ホール輸送層
３２発光層
３３電子輸送層

Claims

陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持され、かつ、前記陽極と接する一または複数の有機化合物からなる層とを少なくとも有し、前記陰極側から光を放出する有機発光素子において、前記陽極は、主成分金属としてＡｇまたはＡｌ、および、副成分化合物として少なくともＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれかの金属酸化物を含む単一の層であって、前記主成分金属の組成比率が７０％以上であり、かつ反射率が７０％以上である反射電極であることを特徴とする有機発光素子。
前記主成分金属の組成比率が８０％以上９８％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
前記主成分金属がＡｇであり、副成分化合物がＺｎの酸化物であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の有機発光素子。
有機発光素子の製造方法であって、基板上に主成分金属と副成分化合物とからなる陽極を形成する工程と、前記陽極に接して一または複数の有機化合物からなる層を形成する工程と、前記一または複数の有機化合物からなる層を形成する工程後に陰極を形成する工程と、を有し、前記陽極は、主成分金属としてＡｇまたはＡｌ、および、副成分化合物として少なくともＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎのいずれかの金属酸化物を含む単一の層であって、前記主成分金属の組成比率が７０％以上であり、かつ反射率が７０％以上であることを特徴とする有機発光素子の製造方法。
前記主成分金属の組成比率が８０％以上９８％以下であることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子の製造方法。