JP4487269B2 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（電界発光）素子に関し、より詳しくは有機ＥＬ素子の正孔注入層に関するものである。

有機ＥＬ（電界発光）素子において、電荷が陰極と陽極の間に形成された有機発光層に注入されると、正孔と電子が対を形成し、そして正孔と電子の対が消滅することによって光が発光する。有機ＥＬ素子は、低駆動電圧と低消費電力を有する次世代のディスプレイ装置として、注目を集めている。

以下に、従来技術の有機ＥＬ素子とその製造方法を添付図面を参照して説明する。

図１は従来技術の有機ＥＬ素子を示している。図１に示すように、まず第一電極として陽極２を透明基板１の上に形成する。このとき、陽極２はＩＴＯ（インジウム−スズ−酸化物）で形成される。その後、ＨＩＬ（正孔注入層）３を陽極２の上に形成する。この場合、ＨＩＬ３は一般に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）で形成される。

続いて、ＨＴＬ（正孔輸送層）４をＨＩＬ３の上に形成する。ＨＴＬ４はＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）又は４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（ＮＰＤ）で形成される。

次に、有機発光層５をＨＴＬ４の上に形成する。このとき、必要に応じてドーパントを添加し得る。それから、ＥＴＬ（電子輸送層）６及びＥＩＬ（電子注入層）７を有機発光層５の上に連続して形成する。ＥＩＬ７はＬｉＦまたはＬｉ₂Ｏで形成される。その後、第
二電極として陰極８をＥＩＬ７の上に形成し、有機ＥＬ素子の製造プロセスが完結する。

しかしながら、従来技術の有機ＥＬ素子は以下の不利点を有する。
従来技術の有機ＥＬ素子は低発光効率及び短寿命の問題を有している。従来技術の有機ＥＬ素子を高圧電流で駆動させると、陽極２とＨＩＬ３の間に熱応力が発生する。このように、素子の寿命は熱応力によって短くなる。

また、ＨＩＬ３に用いた有機材料が正孔の優れた運動性を有するため、正孔−電子電荷バランスが失われ、量子効率が低下する。すなわち、低電圧駆動が要求される有機ＥＬ素子の場合、発光効率の増加のために量子効率を改善することが必要となる。この点において、従来技術のＨＩＬに用いた有機材料は、量子効率の改善には適していない。

したがって、本発明は従来技術の限界と不利点に起因する１つ以上の問題を実質的に除去する有機ＥＬ素子を対象とする。
本発明の目的は、優れた発光効率と長寿命を得る有機ＥＬ素子を提供することである。

本発明のさらなる有利点、目的及び特徴は、部分的に以下の説明に記述され、部分的に以下の説明を検討すれば当業者には明らかであり、若しくは発明の実施から習得し得る。本発明の目的と他の有利点は、ここに書かれた説明において特に指摘された構造、及び請求項、及び添付図面によって、理解し到達し得る。

ここに具体化され広く記述された本発明の趣旨にしたがって、上記目的と他の利点を得るために、有機ＥＬ素子は第一電極と第二電極の間に形成された有機多層を含み、該有機多層は、第一電極の上に形成され、且つ、有機材料から選択された少なくとも１種と無機材料から選択された少なくとも１種の混合物で形成された正孔注入層、正孔注入層の上の少なくとも一層を有する正孔輸送層、及び正孔輸送層の上に形成された発光層を含む。

さらに、有機ＥＬ素子は、発光層の上に形成された電子輸送層、並びに電子輸送層の上に形成された電子注入層を含む。
このとき、正孔注入層の有機材料は、芳香族アミン群から選択されるいずれか一種である。
また、正孔注入層の有機材料は、下記の化学式１にて表される。

ここで、化学式１のｎは１乃至４の正数を表し、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つは置換されているか又は置換されていない芳香族基から選択される。
また、前記Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基（biphenyly）、ビフェニレニル基、フェナントレニル基、フルオ
レニル基、テルフェニリル基（terphenylyl）及びアントラセニル基の一種である。
また、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の置換基はメチル基、エチル基、プロピル基、第三ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ジメチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニル基、フッ素基、塩素原子、臭素原子及びジフェニルアミン基の一種である。

また、正孔注入層の有機材料は下記化学式２乃至７で表されるもののいずれか一種である。

一方、正孔注入層の無機材料は、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａ族から選択されるハロゲン化物化合物又は酸化物化合物のいずれか一種で形成される。
このとき、ハロゲン化物化合物は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ及びＦｒＦのいずれか一つであり、酸化物化合物はＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｃａ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂のいずれか一種である。

また、正孔注入層は有機材料からなる少なくとも一つの第一層と無機材料からなる少なくとも一つの第二層で形成され、第一層と第二層は交互に積層される。
このとき、第一層と第二層の各々は約０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さにて形成される。
同時に、正孔注入層は約０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの全体厚さにて形成される。

また、正孔注入層は、有機材料から選択された少なくとも一種と無機材料から選択された少なくとも一種との混合物で形成される。
このとき、混合物は有機材料Ｘと無機材料Ｙを１００乃至１対１の組成比、又は、１対１００乃至１の組成比で含む。
また、混合物は、厚さ方向に勾配を形成する有機材料組成Ｘ値、又は、厚さ方向に勾配を形成する無機材料組成Ｙ値を有する。
このとき、有機材料組成Ｘ値は第一電極との界面でＸ＝０を得、正孔輸送層との界面でＸ＝１を得、したがって、第一電極との界面と正孔輸送層との界面の間で１＞Ｘ＞０を維持する。
また、無機材料組成Ｙ値は第一電極との界面でＹ＝０を得、正孔輸送層との界面でＹ＝１を得、したがって、第一電極との界面と正孔輸送層との界面の間で１＞Ｙ＞０を維持する。

一方、正孔注入層は２つの層で形成され、各層は異なる材料で形成される。

本発明における前述の概略的な説明と後述の詳細な説明のどちらも典型的及び説明的であって、権利請求されるような発明のさらなる説明を提供することを意図したものであることが理解される。

本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本願に組み入れられそして本願の一部を構成する添付図面は、本発明の実施態様を説明し、及び記載と合わせて本発明の原理を説明する役割を果たす。図において：
図１は一般的な有機ＥＬ素子を示す図である；
図２及び図３は本発明の有機ＥＬ素子を示す図である；
図４は本発明の有機ＥＬ素子の発光効率を示すグラフである；そして
図５は本発明の有機ＥＬ素子の寿命を示すグラフである。

本発明の好ましい実施態様が詳細に言及され、それらの実施例は添付の図面にて示される。可能な限り、同一の参照番号が、同一又は類似部分を言及するために、一連の図面中に用いられる。

以下、本発明の好ましい実施態様の有機ＥＬ素子を添付図面を参照して説明する。

図２及び図３は本発明の有機ＥＬ素子を示している。図２及び図３に示すように、第一電極として陽極１２を透明基板１１の上に形成する。このとき、陽極１２はＩＴＯ（インジウム−スズ−酸化物）で形成される。

次に、ＨＩＬ（正孔注入層１３）を陽極１２の上に形成する。このとき、ＨＩＬ１３は、有機材料から選択される少なくとも一種と無機材料から選択される少なくとも一種の混合物で形成される。この状態において、ＨＩＬ１３の有機材料は、芳香族アミン群から選択されるいずれか一種であり、下記化学式１にて表される。

（ここで、ｎは１乃至４の整数を表し、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つは置換されている又は置換されていない芳香族基から選択される。

また、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基（biphenyly）、ビフェニレニル基、フェナントレニル基、フルオレニ
ル基、テルフェニリル基（terphenylyl）及びアントラセニル基の一種であり得る。そし
て、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の置換基は、メチル基、エチル基、プロピル基、第三ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ジメチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニル基、フッ素基、塩素原子、臭素原子及びジフェニルアミン基の一種であり得る。

たとえば、ＨＩＬ１３は下記化学式２乃至７で表されるもののいずれか一種であり得る。

一方、ＨＩＬ１３は、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａ族から選択されるハロゲン化物化合物又は酸化物化合物のいずれか一種で形成される。このとき、ハロゲン化物化合物は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ又はＦｒＦのいずれか一種であり得る。また、酸化物化合物はＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃
又はＳｉＯ₂であり得る。

また、ＨＩＬ１３は有機材料からなる少なくとも一つの第一層と無機材料からなる少なくとも一つの第二層で形成され得る。このとき、第一層と第二層は交互に積層される。また、第一層と第二層の各々は約０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さにて形成される。同時に、ＨＩＬ１３は約０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの全体厚さにて形成される。

また、ＨＩＬ１３は、有機材料から選択された少なくとも一種と無機材料から選択された少なくとも一種の混合物で形成される。すなわち、ＨＩＬ１３は共積層による有機材料と無機材料の混合法にて形成される。このとき、無機材料は混合物の１乃至９０％である。このとき、ＨＩＬ１３は約０．１乃至３００ｎｍの全体厚さで維持される。

有機材料と無機材料の混合物の場合、有機材料組成Ｘ値は厚さ方向に勾配を有し得、或いは、無機材料組成Ｙ値は厚さ方向に勾配を有し得る。すなわち、有機材料組成Ｘ値は陽極１２との界面でＸ＝０を得、ＨＴＬ（正孔輸送層）１４との界面でＸ＝１を得、したがって、陽極１２との界面とＨＴＬ１４との界面の間で１＞Ｘ＞０を維持する。また、無機材料組成Ｙ値は陽極１２との界面でＹ＝０を得、ＨＴＬ１４との界面でＹ＝１を得、したがって、陽極１２との界面とＨＴＬ１４との界面の間で１＞Ｙ＞０を維持する。このとき、ＨＩＬ１３の全体厚さはを約０．１乃至３００ｎｍの範囲に維持することが求められる。

その結果、ＨＩＬ１３は有機材料と無機材料の混合物にて形成される。それゆえ、ＨＩＬ１３と陽極１２の間の熱応力を減少させること、及び、正孔の運動性が減少することによる正孔−電子電荷バランスが維持されることが可能となり、それにより、有機ＥＬ素子における優れた発光効率と長寿命が得られる。

本発明の好ましい実施態様において、ＨＩＬ１３の有機材料は、ＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）が用いられ、ＨＩＬ１３の無機材料はＬｉＦが用いられる。このとき、ＮＰＤとＬｉＦの組成比率は５対１である。また、ＨＩＬ１３は約３０ｎｍの厚さにて形成される。

続いて、ＨＴＬ１４をＨＩＬ１３の上に形成する。ＨＴＬ１４はＮ，Ｎ’−ジフェニル−
Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）又は４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（ＮＰＤ）にて形成される。図２に示すように、ＨＴＬ１４は、第一ＨＴＬ１４ａ及び第二ＨＴＬ１４ｂを有する二層構造にて形成され得る。又は、図３に示すように、ＨＴＬ１４は一層構造にて形成され得る。ＨＴＬ１４が二層を有する場合、各層は異なる材料で形成される。

本発明の好ましい実施態様において、第一ＨＴＬ１４ａをＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）にて厚さ約３５ｎｍにて形成する。その上に、第二ＨＴＬ１４ｂをＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）にて厚さ約４０ｎｍにて形成する。その後、有機発光層１５をＨＴＬ１４の上に厚さ約２５ｎｍにて形成する。このとき、必要であればドーパントを添加し得る。緑色発光のために、クマリン（Ｃｏｕｍｉｎｅ）誘導体（Ｃ５４５Ｔ）をＡｌｑ３（８−ヒドロキシキノリン アルミニウム）に約１％ドープする。

次に、ＥＴＬ（電子輸送層）１６及びＥＩＬ（電子注入層）１７を連続して有機発光層１５の上に形成する。ＥＴＬをＡｌｑ３（８−ヒドロキシキノリン アルミニウム）にて厚さ約３５ｎｍにて形成し、ＥＩＬ１７をＬｉＦにて厚さ約０．５ｎｍにて形成する。このとき、ＥＴＬ１６及びＥＩＬ１７は素子の種類によって省略され得る。その後、第二電極として陰極１８をＥＩＬ１７の上に形成し、有機ＥＬ素子を製造する。このとき、陰極１８はアルミニウムＡｌにて厚さ約２００ｎｍにて形成される。

図４は本発明の有機ＥＬ素子の発光効率と従来技術のものとを比較したグラフを示したものであり、図５は有機ＥＬ素子の寿命と従来技術のものとを比較したグラフを示したものである。図４及び図５中に示された従来技術においては、有機材料のＮＰＤのみをＨＩＬ（正孔注入層）に使用している。

図４に示すように、本発明の光度は従来技術のものよりも優れている。すなわち、本発明の輝度は同じ電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）において従来技術のものよりも優れている。

図５に示すように、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²における本発明の作動時間は従来技術のも
のよりも長い。

５０００ｎｉｔｓの条件における有機ＥＬ素子の発光効率を比較すると、本発明は約２１．１ｃｄ／Ａの量子効率を得、従来技術では約１３．７ｃｄ／Ａの量子効率を得る。

５０ｍＡ／ｃｄ²の条件における有機ＥＬ素子の寿命を比較すると、本発明は約１００時
間の作動時間を得、従来技術では約４０時間の作動時間を得る。

上述の通り、本発明の有機ＥＬ素子は下記の有利点を有する。

本発明の有機ＥＬ素子は、陽極とＨＩＬの間の熱応力を減少させることにより、優れた光度と長寿命を得ることが可能である。

また、正孔−電子電荷バランスが維持されるため、量子効率の改善が可能となり、それにより有機ＥＬ素子の発光効率が改善される。

本発明において多様な変更及び変形を為すことが可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、添付された請求項及びその均等物の範囲内で定まるこ
とを条件にこの発明の変更及び変形を包含することを、意味するものである。

図１は一般的な有機ＥＬ素子を示す図である。 図２は本発明の有機ＥＬ素子を示す図である。 図３は本発明の有機ＥＬ素子を示す図である。 図４は本発明の有機ＥＬ素子の発光効率を示すグラフである。 図５は本発明の有機ＥＬ素子の寿命を示すグラフである。

符号の説明

１、１１・・・基板
２、１２・・・陽極（第一電極）
３、１３・・・正孔注入層（ＨＩＬ）
４、１４（１４ａ、１４ｂ）・・・正孔輸送層（ＨＴＬ）
１４ａ・・・第一正孔輸送層（第一ＨＴＬ）
１４ｂ・・・第二正孔輸送層（第二ＨＴＬ）
５、１５・・・有機発光層
６、１６・・・電子輸送層（ＥＴＬ）
７、１７・・・電子注入層（ＥＩＬ）
８、１８・・・陰極（第二電極）

Claims (13)

1. 第一電極と第二電極の間に有機多層を有する有機ＥＬ素子であって、該有機多層は、
   第一電極の上に形成され、且つ、有機材料から選択された少なくとも一種と無機材料から選択された少なくとも一種との混合物から形成された正孔注入層；
   該正孔注入層の上の少なくとも一層を有する正孔輸送層；及び
   該正孔輸送層の上に形成された発光層からなり、
   ここで、前記正孔注入層の有機材料は芳香族アミン群から選択されるいずれか一種であり、前記正孔注入層の無機材料は、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａ族から選択されるハロゲン化物化合物又は酸化物化合物のいずれか一種であり、
   ここで、前記正孔注入層の前記混合物は、厚さ方向に勾配を形成する有機材料組成Ｘ値を有するものであるか又は厚さ方向に勾配を形成する無機材料組成Ｙ値を有するものであることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
2. 前記発光層の上に形成された電子輸送層、及び、該電子輸送層の上に形成された電子注入層を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記正孔注入層の有機材料が下記化学式１
   

   

   （ここで、化学式１のｎは１乃至４の正数を表し、Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つは置換されているか又は置換されていない芳香族基から選択される。）で表されることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の少なくともいずれか一つがフェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基（biphenyly）、ビフェニレニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基
   、テルフェニリル基（terphenylyl）及びアントラセニル基の一種であることを特徴とす
   る、請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記Ａｒ１、Ａｒ２及びＡｒ３の置換基がメチル基、エチル基、プロピル基、第三ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ジメチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニル基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びジフェニルアミン基の一種であることを特徴とする、請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記正孔注入層の有機材料が下記化学式２乃至７で表されるもののいずれか一種であることを特徴とする、請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
   

   

   

   

   

   

   
7. 前記ハロゲン化物化合物が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ及びＦｒＦのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記酸化物化合物がＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂のいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
9. 第一電極と第二電極の間に有機多層を有する有機ＥＬ素子であって、該有機多層は、
   有機材料からなる第一層と無機材料からなる第二層を含む正孔注入層；
   該正孔注入層の上の少なくとも一層を有する正孔輸送層；及び
   該正孔輸送層の上に形成された発光層からなり、
   ここで、前記正孔注入層の有機材料は芳香族アミン群から選択されるいずれか一種であり、前記正孔注入層の無機材料は、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａ族から選択されるハロゲン化物化合物又は酸化物化合物のいずれか一種である
   ことを特徴とする、有機ＥＬ素子。
10. 前記第一層及び前記第二層の各々が０．１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さにて形成されることを特徴とする、請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
11. 前記正孔注入層が、少なくとも二つの第一層と少なくとも二つの第二層を含み、該第一層と該第二層が交互に積層されることを特徴とする、請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
12. 前記有機材料組成Ｘ値が前記第一電極との界面でＸ＝０を得、前記正孔輸送層との界面でＸ＝１を得、これにより、第一電極との界面と正孔輸送層との界面の間で１＞Ｘ＞０を維持することを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
13. 前記無機材料組成Ｙ値が前記第一電極との界面でＹ＝０を得、前記正孔輸送層との界面でＹ＝１を得、これにより、第一電極との界面と正孔輸送層との界面の間で１＞Ｙ＞０を維持することを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。

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