JP4366106B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極と陰極間に少なくとも一層の有機化合物層を備える発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は一般的な有機発光素子の積層構造を示す模式図である。図中、1は基板、2は陽極、3は正孔輸送層、4は発光層、5は電子輸送層、6は電子注入層、7は陰極をそれぞれ表している。このような有機発光素子の電子注入効率を向上させるために、電子注入層6に、ドナー(電子供与性)ドーパントとして機能する金属を有する有機層が設けられているものもある(例えば、特許文献1参照)。また同じ目的で、電子注入層6に、金属酸化物あるいは金属塩をドーパントとして有する有機層が設けられているものもある(例えば、特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−270171号(第2頁、第9−13行、第1図)
【特許文献2】
特開平10−270172号(第2頁、第2−7行、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べた従来の発光素子では、電子注入効率を向上させるために、電子注入層に仕事関数が小さい金属や、それら金属を含む金属化合物を前記ドーパントとして用いることが望ましい。しかし仕事関数が小さい金属は一般的に反応性が高く、取り扱いが困難である。また、そのような金属を含む一部の金属化合物の中には大気中での取り扱いが可能なものもあるが、その安定性のため、電子注入層のドーパントとして有機層中に導入することが難しい場合がある。これら金属や、化合物のドーパントとしての取り扱いの難しさにより、効率の高い発光素子を、歩留まり良く、低コストで製造することが難しかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題の解決のため、本発明は、容易に入手可能で、抵抗加熱等の一般的な手法により成膜することが可能でありながら、陰極からの電子注入を向上させる作用を兼ね備えたドーパントに着目した。
【0006】
具体的には、陽極及び陰極からなる一対の電極と、前記一対の電極の間に備えられている有機化合物層とを有する有機発光素子であって、前記陰極がITOであり、前記有機化合物層は前記陰極と接し、有機化合物とドーパントとなる金属化合物とから構成され、前記金属化合物はセシウムもしくはルビジウムのカルボン酸塩の中から少なくとも一つ以上選択されていることを特徴とする。
【0007】
本発明では、有機化合物層にドープする金属化合物が、セシウム化合物、ルビジウム化合物、特に、セシウムもしくはルビジウムのカルボン酸塩から選択される。これにより、従来のドープ材料にあった取り扱いの難しさや、それに伴って生じる製造時の歩留まり低下やコストの増大を招くことなく、高効率の発光素子を提供することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、陰極に接する有機化合物層中にドープする材料として、容易に入手可能で、抵抗加熱等の一般的な手法により成膜することが可能で、かつ陰極から良好な電子注入を実現させる材料を見出した。
【0009】
本発明の、陰極に接する有機化合物層中にドープする材料としては、仕事関数の低い金属を備える金属化合物を用いることが好ましい。金属の仕事関数という観点では、アルカリ金属は、他の金属に比して、仕事関数が低い。したがって、そのようなアルカリ金属の化合物をドープ材料として選択すると、陰極からの良好な電子注入が期待できる。
【0010】
本発明者は、アルカリ金属、その中でも、カリウム、ナトリウム、リチウムよりもさらに仕事関数が低い、セシウム、ルビジウムに着目し、それらの金属化合物を、陰極に接する有機化合物層中にドープすることで、良好な電子注入性を備える発光素子を実現できることを見出した。
【0011】
本発明で用いられるセシウム化合物、ルビジウム化合物としては、塩類や有機金属化合物が用いられる。特に、セシウム金属、ルビジウム金属のカルボン酸塩、またはこの水和物は、好ましく用いることができる。カルボン酸塩の具体例としては、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、安息香酸塩、アクリル酸塩等が挙げられるが、これに限定されるものではない。これらのカルボン酸塩は、沸点、融点もしくは分解点が低く、抵抗加熱により容易に蒸着することが可能で好ましい。
【0015】
また、セシウム、ルビジウムのβ―ジケトン錯体、アルコキシドは、沸点、もしくは分解点が低く、容易に抵抗加熱蒸着できることから好適に用いることができる。β−ジケトン錯体としては、アセチルアセトネート、エチルアセトアセトネートやそれらのフッ素置換体などが挙げられるが、これに限定されるものではない。アルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、メトキシエトキシド等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0016】
さらに、本発明の発光素子は、陰極に接して設ける有機化合物層を20nm以上の膜厚で有することを特徴とする。本発明の有機化合物層は、陰極からの良好な電子注入を実現する金属化合物がドープされているため、該有機化合物層の膜厚を20nm以上としても、低電圧駆動が可能である。有機化合物層を20nm以上とすることで、素子への電子注入性の安定化が図れる。特に本発明をトップエミッション素子へ適用する場合、陰極に接して設けられる有機化合物層が20nm以上の膜厚を有していることから、有機化合物層の上に形成される透明電極の成膜ダメージを軽減でき、発光特性及び信頼性に優れたトップエミッション型発光素子を提供できる。
【0017】
【実施例】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、本実施形態に限られない。
【0018】
(参考例1)
本参考例では、金属化合物としてCH3CO2Rbを用いた例を示す。図2は参考例1に記載した有機発光素子の積層構造を示す模式図である。図中、10は透明基板、11は陽極透明電極、12は正孔輸送層、13は発光層、14は有機化合物層、15は陰極をそれぞれ表している。
【0019】
透明基板10上に酸化錫インジウム(ITO)をスパッタ法にて120nmの膜厚で成膜し、透明な陽極電極11を得た。その後、該基板をアセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄し、次いでIPAで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、UV/オゾン洗浄した。
【0020】
次いで、真空蒸着装置[真空機工社製]を用いて、洗浄後の該基板を上に正孔輸送性を有する下記化学式1:
【0021】
【化1】
で表されるα−NPDを真空蒸着法により35nmの膜厚で成膜し正孔輸送層12を形成した。蒸着時の真空度は、1.0×10−6Torr、成膜速度は、0.2〜0.3nm/secの条件で成膜した。次に、前記正孔輸送層12の上に、下記化学式2:
【0022】
【化2】
で表される、アルミキレート錯体(以下Alq3という)を真空着法により15nmの膜厚で成膜し、発光層13を、正孔輸送層12を成膜するときと同じ条件で形成した。次に、前記発光層13の上に、有機化合物層14として、Alq3とCH3CO2Csを膜厚比9:1の割合で混合されるよう、各々の蒸着速度を調整して35nmの厚さに成膜した。最後に、前記有機化合物層14の上に陰極電極15として、アルミニウム(Al)を蒸着速度1nm/secの条件で150nm蒸着した。
【0023】
このようにして、透明基板10上に、陽極電極11、正孔輸送層12、発光層13、有機化合物層14、および陰極電極15を設け、発光素子を得た。続いて、この発光素子において、ITOを陽極電極11、アルミニウムを陰極電極15として、直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。 その結果この素子は、輝度100cd/m2を得るのに必要な電圧と電流密度がそれぞれ3.2Vと4.5mA/cm2であり、その時の電力効率は2.2lm/Wであった。
【0024】
(比較例1)
参考例1と同様な条件にて、有機化合物層14に導入する金属化合物としてCH3CO2Rbを用いた。それ以外は、参考例1と同様な方法で素子を作製した。得られた素子に直流電圧を印加して発光特性を調べた。その結果この素子は、輝度100cd/m2を得るのに必要な電圧と電流密度がそれぞれ5.2Vと10mA/cm2であり、その時の電力効率は0.6lm/Wであった。
【0025】
上記、実施例1及び比較例1より、本発明の発光素子で使用するドーパントとなる金属化合物は、容易に入手可能で、抵抗加熱等の一般的な手法により成膜することが可能であった。また、本発明の金属化合物をドーパントとする有機化合物層を備えた発光素子は、陰極から良好な電子注入がなされ、高い発光効率を示した。
【0026】
(実施例1)
本実施例は、陽極に、反射電極として機能するクロム(Cr)、陰極に、透明な発光取り出し電極として機能するインジウム錫酸化物(ITO)を用いた発光素子、すなわちトップエミッション型素子への適用例を示す。
【0027】
図3は実施例1に示す発光素子の積層構造を示す模式図である。図中、20は陽極側の基板であり、21は正孔注入用の陽極であり、反射電極であるクロム(Cr)を示し、22は正孔輸送層、23は発光層、24は電子輸送層、25は有機化合物層、26は発光取り出し用の陰極透明電極であるITOを示している。
【0028】
基板20上にクロム(Cr)をスパッタ法にて200nmの膜厚で成膜し、陽極電極21を得た。その後、該基板にUV/オゾン洗浄を施した。続いて、参考例1と同様な条件にて、陽極電極21であるクロム(Cr)の上にまず正孔輸送層22としてα―NPDを50nmの膜厚で成膜し、その上に発光層23として、下記化学式3:
【0029】
【化3】
で表されるクマリン6(1.0wt%)とAlq3の共蒸着膜を30nmの膜厚で成膜した。次に、電子輸送層24として、下記化学式4:
【0030】
【化4】
で表される、フェナントロリン化合物を10nm成膜した。そして、有機化合物層25として、化学式2で表されるフェナントロリン化合物とCH3CO2Csを膜厚比9:1の割合で混合されるよう、各々の蒸着速度を調整して40nmの厚さに成膜した。続いて、有機化合物層25まで成膜した基板を、別のスパッタ装置(大阪真空製)へ移動させ、前記有機化合物層25上にインジウム錫酸化物(ITO)をスパッタ法にて150nm成膜し、透明な発光取り出し陰極電極26を得た。
【0031】
このようにして、基板20上に、陽極電極21、正孔輸送層22、発光層23、電子輸送層24、有機化合物層25、および陰極電極26を設け、発光素子を得た。本実施例において、電子注入層24は、ホールブロッキング層としての機能も兼ね備えている。
【0032】
上記作製手順により得られた有機発光素子に直流電圧を印加し、発光特性を調べた。その結果この素子は、輝度100cd/m2を得るのに必要な電圧と電流密度がそれぞれ3.3Vと2.3mA/cm2であり、その時の視感効率は4.2lm/Wであった。
【0033】
(参考例2−6)
実施例1と同様な条件にて、有機化合物層25へ導入する金属化合物としてCH3CO2Csの代わりにそれぞれ、CsOH、RbBr、Cs2NbF7、ルビジウム2,4−ペンタジオネート、セシウムメトキシドを用いた。それ以外は、実施例1と同様な方法で素子を作製した。得られた素子に直流電圧を印加して発光特性を調べた。その結果を表1に示す。なお、表1において、実施例2−7は実施例1、参考例2−6である。
【0034】
(比較例2)
本比較例は、有機化合物層に金属化合物をドープしなかった場合に関する。
【0035】
実施例1と同様な条件にて、有機化合物層25に金属化合物を導入せず、化学式2に示されるフェナントロリン化合物のみで有機化合物層25を構成した素子を、実施例1と同様な方法で作製した。得られた素子に直流電圧を印加し、発光特性を調べた。その結果この素子は、輝度100cd/m2を得るのに必要な電圧と電流密度がそれぞれ、13.5Vと17.5mA/cm2であり、そのときの視感効率は、0.13lm/Wであった。
【0036】
(比較例3)
本比較例は、有機化合物層の膜厚を10nmとし、それ以外は、実施例1と同様な条件、方法にて素子を作製した。得られた素子に直流電圧を印加して発光特性を調べた。その結果この素子は、輝度100cd/m2を得るのに必要な電圧と電流密度がそれぞれ、4.2Vと3.9mA/cm2であり、そのときの視感効率は、1.9lm/Wであった。
【0037】
上記本発明の実施例1および参考例2−6および比較例2−3の結果を表1にまとめた。繰り返しになるが、表1において、実施例2−7は実施例1、参考例2−6である。本発明の発光素子で使用するドーパントとなる金属化合物は、容易に入手可能で、抵抗加熱等の一般的な手法により成膜することが可能であり、トップエミッション型の発光素子に適用した場合も、陰極と発光の取り出し電極の二つの機能を兼ね備えた透明電極から、良好な電子注入を実現できた。また、本発明の有機化合物層は、20nm以上の膜厚を備えていることから、透明電極(例えばITO)成膜時のダメージに起因する、素子特性低下を軽減できた。本発明の金属化合物をドーパントする有機化合物層を備えたトップエミッション型の発光素子は、高い発光効率を示した。
【0038】
【表1】
【0039】
なお、本発明の有機発光素子は真空蒸着法以外の、例えばインクジェット法やスピンコート法などの成膜方法によって作製することも可能である。また、本発明の発光素子で使用されるセシウム化合物、ルビジウム化合物は他のドーパントと組み合わせて使用することも可能であり、組み合わせて使用されるドーパントは本発明で使用される他のセシウム化合物、ルビジウム化合物でもよく、また本発明で使用されるセシウム化合物、ルビジウム化合物ではなくてもよい。
【0040】
【発明の効果】
本発明の金属化合物をドーパントとして有する有機化合物層により、高い発光効率を有する発光素子を、歩留まり良く低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図2】本発明および比較例の発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図3】本発明および比較例の発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 基板
2 陽極
3 正孔輸送層
4 発光層
5 電子輸送層
6 電子注入層
7 陰極
10 透明基板
11 陽極透明電極(ITO)
12 正孔輸送層
13 発光層
14 有機化合物層
15 陰極(アルミニウム)
20 基板
21 陽極(クロム)
22 正孔輸送層
23 発光層
24 電子輸送層
25 有機化合物層
26 陰極透明電極(ITO)
Claims (1)
- 陽極及び陰極からなる一対の電極と、前記一対の電極の間に備えられている有機化合物層とを有する有機発光素子であって、前記陰極がITOであり、前記有機化合物層は前記陰極と接し、有機化合物とドーパントとなる金属化合物とから構成され、前記金属化合物はセシウムもしくはルビジウムのカルボン酸塩の中から少なくとも一つ以上選択されていることを特徴とする有機発光素子。
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