JP4752457B2

JP4752457B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP4752457B2
Application number: JP2005327137A
Authority: JP
Inventors: 豊康田所
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: JP2007134210A

Description

本発明は、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。

有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものであり、所定の輝度で長時間発光させる長寿命化が望まれている。

前記第一電極と発光層とは、そのイオン化ポテンシャルの差によって正孔の移動に対して障壁が生じ、発光駆動時における駆動電圧が高くなるという問題点があり、駆動電圧を低下させるために前記陽極と前記発光層との間に前記陽極よりもイオン化ポテンシャルが高く、前記発光層よりもイオン化ポテンシャルが低い正孔輸送性材料からなる正孔注入層を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、正孔の注入効率を向上させるために、前記第一電極を形成する際にプラズマ処理等の表面処理を施して前記第一電極の表面を活性化させ、前記第一電極のイオン化ポテンシャルを高くする方法が知られている。一般的には前記第一電極のイオン化ポテンシャルが５．０ｅＶ以上となるように表面処理がなされ、前記正孔注入層としては、イオン化ポテンシャルが５．２〜５．３ｅＶ程度の材料が用いられる。
特開昭５９−１９４３９３号公報

ところで、前記第一電極を表面処理する場合、処理方法によっては前記陽極のイオン化ポテンシャルが前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高くなってしまう場合がある。従来は、かかる場合においては前記第一電極と前記正孔注入層との間における正孔の移動には影響を生じないと考えられていた。しかしながら、本願発明者は、研究開発の結果、かかる場合においても前記第一電極と前記正孔注入層とのイオン化ポテンシャルの関係に対して特に高温高輝度駆動時における発光寿命が大きく影響を受けるという問題点を見いだした。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであって、特に高温高輝度駆動時における発光寿命を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

本発明の有機ＥＬ素子は、前記課題を解決するために、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記陽極のイオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ以上であって、かつ、前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高い値であり、前記陽極のイオン化ポテンシャルと前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの差が０．１ｅＶ以下であることを特徴とする。

また、前記陽極は、その表面がプラズマ処理されてなることを特徴とする。

発明は、少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子に関するものであり、特に高温高輝度駆動時における発光寿命を向上させることが可能となるものである。

以下、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。

図１において、有機ＥＬパネルＡは、支持基板１と、第一電極（陽極）２と、絶縁層３と、隔壁部４と、有機層５と、第二電極（陰極）６と、封止部材７とから主に構成されている。

支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極２は、例えばＩＴＯ等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極２は、図１（ａ）に示すように陽極配線部２ａ及び陽極部２ｂを有しており、陽極配線部２ａは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部２ｃを備える。また、第一電極２は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されており、そのイオン化ポテンシャルＩｐ１が、少なくとも５．４ｅＶより高い値であり、さらに後述する正孔注入輸送層のイオン化ポテンシャルＩｐ２よりも高くなるように形成されている。

絶縁層３は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板１上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層３は、第一電極２の各陽極部２ｂの間に形成されるとともに第一電極２と若干重なるように形成され、第一電極２と後述する第二電極との間を絶縁するものである。

隔壁部４は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が逆テーパー状に形成される。隔壁部４は第一電極２及び絶縁層３上においては陽極部２ｂと略直角に交わるように形成され、また、支持基板１上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図１（ａ）に示すように支持基板１の有機ＥＬ素子形成面側から見て円弧状となるように形成される。

有機層５は、第一電極２及び絶縁層３上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入輸送層（正孔注入層）５ａ，発光層５ｂ，電子輸送層５ｃ及び電子注入層５ｄを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚８０〜２８０ｎｍ程度の層状となるものである。

正孔注入輸送層５ａは、第一電極２から正孔を取り込み発光層５ｃへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍ程度の層状に形成してなる。正孔注入輸送層５ａは、前記正孔輸送材料として、そのイオン化ポテンシャルＩｐ２が５．４ｅＶ以上である材料が用いられる。また、正孔注入輸送層５ａは、プラズマ処理された後の第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差が０．２以下（Ｉｐ１−Ｉｐ２≦０．２）となるように前記正孔輸送材料が選択されている。また、正孔注入輸送層５ａは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。

発光層５ｂは、図２に示すようにホスト材料５ｅにゲスト材料として少なくとも蛍光材料５ｆを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。ホスト材料５ｅは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体等からなる。また、ホスト材料５ｅは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。蛍光材料５ｆは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青緑色発光を示す出光興産株式会社製のＢＤ１０２からなる。なお、蛍光材料５ｆのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、発光層５ｂにおける濃度が２〜８％となるように蛍光材料５ｆが添加されている。

電子輸送層５ｄは、電子を発光層５ｂへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子移動度の高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

電子注入層５ｅは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第二電極６は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部４によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部６ａ及び透明電極２に略直角に交わる陰極部６ｂが形成される（図１（ａ）参照）。また、陰極配線部６ａは接続配線部８に電気的に接続されている。接続配線部８ａは、第一電極２とともに形成されるものであり、同一材料のＩＴＯからなるものである。また、接続配線部８は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部８ａが形成されている。

以上のように、支持基板１上に第一電極２と絶縁層３と隔壁部４と有機層５と第二電極６とを順次積層して、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる発光画素がマトリクス状に設けられた有機ＥＬ素子が得られる。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる成型ガラスあるいは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材７は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤７ａを介して支持基板１上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板１とで前記有機ＥＬ素子を封止する。封止部材７は、第一電極２の陽極端子部２ｃおよび第二電極６に接続される陰極端子部８ａが外部に露出するように支持基板１よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材は、平板状であってもよく、その場合、前記封止部材はスペーサーを介して支持基板上に配設される。

以上のように、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素がマトリクス状に設けられた前記有機ＥＬ素子を表示部とするドットマトリクス型の有機ＥＬパネルＡが得られる。この有機ＥＬパネルＡは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが発光層５ｂにて再結合することによって青緑色の発光を得るものである。また、有機ＥＬパネルＡはストライプ状に形成された複数の陽極部２ｂと複数の陰極部６ｂのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で駆動するものである。

図３は、上記の構成にて得られた実施例と実施例と対比するための比較例に対して後述する高温動作試験にて評価した結果を示す図である。なお、縦軸は初期輝度Ｌ０に対する現在の発光輝度Ｌの比（Ｌ／Ｌ０）を示しており、横軸は駆動時間を示している。

特性Ｓ１は、実施例１の試験結果を示すものである。実施例１は、有機ＥＬパネルＡとして、第一電極２を膜厚１００ｎｍ，線幅２９０μｍ，線間４０μｍ及び本数１２８本にて形成し、陰極８を膜厚１００ｎｍ，線幅２９０μｍ，線間４０μｍ及び本数６４本にて形成してなるものであり、６４×１２８の青緑色によるモノカラー表示が可能なものである。また、実施例１は、第一電極２をプラズマ処理によってイオン化ポテンシャルＩｐ１が５．６ｅＶとなるように形成し、正孔注入輸送層５ａを、イオン化ポテンシャルＩｐ２が５．４３ｅＶである正孔輸送性材料にて形成してなる。すなわち、実施例１における第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．１７ｅＶ（Ｉｐ１−Ｉｐ２＝０．１７ｅＶ）としている。なお、実施例及び比較例における各イオン化ポテンシャルの値は、理研計器株式会社製のＡＣ−２によって測定されたものである。

特性Ｓ２は、実施例２の試験結果を示すものである。実施例２は、正孔注入輸送層５ａを、イオン化ポテンシャルＩｐ２が５．５ｅＶである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．１ｅＶ（Ｉｐ１−Ｉｐ２＝０．１ｅＶ）とするほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬパネルＡを形成したものである。

特性Ｓ３は、比較例１試験結果を示すものである。比較例１は、正孔注入輸送層５ａを、イオン化ポテンシャルＩｐ２が５．２ｅＶである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．４ｅＶ（Ｉｐ１−Ｉｐ２＝０．４ｅＶ）とするほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬパネルＡを形成したものである。

特性Ｓ４は、比較例２の試験結果を示すものである。比較例２は、正孔注入輸送層５ａを、イオン化ポテンシャルＩｐ２が５．２ｅＶである正孔輸送性材料（ただし比較例１における正孔輸送性材料とは異なるもの）にて形成し、第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．４ｅＶ（Ｉｐ１−Ｉｐ２＝０．４ｅＶ）とするほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬパネルＡを形成したものである。

特性Ｓ５は、比較例３の試験結果を示すものである。比較例３は、正孔注入輸送層５ａを、イオン化ポテンシャルＩｐ２が５．３８ｅＶである正孔輸送性材料にて形成し、第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．２２ｅＶ（Ｉｐ１−Ｉｐ２＝０．２２ｅＶ）とするほかは、実施例１と同様にして有機ＥＬパネルＡを形成したものである。

前記高温動作試験としては、実施例１，２及び比較例１〜３の各有機ＥＬモジュールを８５℃の恒温槽に設置し、初期輝度Ｌ０を１０００ｃｄ／ｍ２として全点灯表示し、発光輝度Ｌが初期輝度Ｌ０から半減する（Ｌ／Ｌ０=０．５）までの時間を測定した。

図３からも明らかなように、実施例１，２は、比較例１〜３に対して発光輝度が初期輝度から半減するまでの時間が長くなっている。また、図４は、実施例１，２及び比較例１〜３の試験結果より得られた正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルと発光寿命との関係を示している。なお、図４において、縦軸は現在の発光輝度Ｌが初期輝度Ｌ０から半減するまでの時間を示しており、横軸は正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルの値を示している。この図４からも明らかなように、本発明のように、第一電極２のイオン化ポテンシャルＩｐ１と正孔注入輸送層５ａのイオン化ポテンシャルＩｐ２との差を０．２ｅＶ以下（Ｉｐ１−Ｉｐ２≦０．２ｅＶ）とすることにより、雰囲気が８５℃であり初期輝度Ｌ０が１０００ｃｄ／ｍ２である高温高輝度発光駆動において有機ＥＬ素子の発光寿命を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルＡであったが、本発明は、セグメント型の有機ＥＬパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。

また、本実施形態の有機ＥＬパネルＡは、第一電極２と発光層５ｂとの間に正孔注入輸送層５ａを積層形成する構成であったが、本発明においては、陽極と発光層との間に正孔注入層及び正孔輸送層が順次積層形成されるものであってもよい。

また、本実施形態の有機ＥＬパネルＡにおいて、発光層５ｂは、ホスト材料５ｅに青緑色にて発光する蛍光材料５ｆをドープするものであったが、本発明は、ホスト材料にドープする蛍光材料は他の発光色にて発光するものであってもよい。

本発明が適用された有機ＥＬパネルを示す図。同上の有機層を示す拡大断面図。同上有機ＥＬパネルの実施例及び比較例の高温動作試験の結果を示す図。同上有機ＥＬパネルの実施例及び比較例の正孔注入輸送層のイオン化ポテンシャルと発光寿命との関係を説明する図。

符号の説明

Ａ有機ＥＬパネル
１支持基板
２第一電極（陽極）
３絶縁層
５有機層
５ａ正孔注入輸送層（正孔注入層）
５ｂ発光層
５ｃ電子輸送層
５ｄ電子注入層
５ｅホスト材料
５ｆ蛍光材料
６第二電極（陰極）

Claims

少なくとも正孔注入層及び発光層を有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
前記陽極のイオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ以上であって、かつ、前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルよりも高い値であり、前記陽極のイオン化ポテンシャルと前記正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの差が０．１ｅＶ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記陽極は、その表面がプラズマ処理されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。