JP4981242B2

JP4981242B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP4981242B2
Application number: JP2003359760A
Authority: JP
Inventors: ミュンソプキム; ウォンジュンソン
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2023-10-20
Also published as: KR100662297B1; JP2004139991A; CN1498048A; KR20040035193A; US20040081855A1; US7064484B2; CN1498048B

Description

本発明は、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子に関するものである。

一般的に有機ＥＬ素子は、電子注入電極(陰極)と正孔注入電極(陽極)との間に形成された有機発光層により光を放出する素子である。有機ＥＬ素子は、低電圧で駆動可能であり、電力消費が少ないという長所を有する。

図５は、一般的なトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。図１に示すように、透明基板１上に陽極２が形成される。通常、陽極２は、ＩＴＯ（indium tin oxide）により形成される。次いで、陽極２上に正孔注入層（ＨＩＬ：hole injecting layer）３が形成される。正孔注入層３は、ＣｕＰｃ（copper phthalocyanine）により約１０〜３０ｎｍの厚さに形成される。次いで、正孔注入層３上に正孔輸送層（ＨＴＬ：hole transport layer）４が形成される。正孔輸送層４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：N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1-1'-biphenyl)4,4'-diamine)、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：4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl）により約３０〜６０ｎｍの厚さに形成される。

次いで、正孔輸送層４上に有機発光層５が形成され、有機発光層５上には、電子輸送層（ＥＴＬ：electron transport layer）６及び電子注入層（ＥＩＬ：electron injecting layer）７が順次形成される。電子注入層７は、ＬｉＦやＬｉ₂Ｏにより約５オングすとローム（０．５ｎｍ）の厚さに形成されるか、またはＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属により約２００オングストローム（２０ｎｍ）の厚さに形成される。そして、電子注入層７上に陰極８が形成される。陰極８は、ＩＴＯやＩＺＯ（indium zinc oxide）により約１０００オングストローム（１００ｎｍ）の厚さに形成される。このように、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子は、有機発光層から放出された光が陰極側に透過するものであるため、陰極は、ＩＴＯやＩＺＯのような透明材料により形成されている。

ＩＴＯやＩＺＯの酸化膜は温度に対して非常に鋭敏であり、陰極形成時、酸化膜の良好な電気光学的特性のために基板の温度を約２００〜３００℃に維持する必要がある。しかし、有機発光層のような有機物は高温に弱いため、陰極形成時、基板の温度は１００℃程度に維持しなげればならない。その結果、酸化膜からなる陰極の電気光学的特性が劣化するという問題が発生する。

本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、電気光学的特性を向上させたトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る有機ＥＬ素子は、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子において、基板と、該基板上に形成された第１電極と、該第１電極上に形成された有機発光層と、該有機発光層上に形成され、前記有機発光層からの光を上側に透過させて、２つの金属薄膜と１つまたは２つの透明薄膜が積層され、総層数が３層または４層であり、前記金属薄膜及び前記透明薄膜が交互に積層された第２電極と、前記第２電極上に形成される４層構造の保護膜とを備え、前記保護膜の第１層は、フッ素を含有する高分子、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択された材料により形成され、前記保護膜の第２層は、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯ ₂ 、及びＳｉ _x Ｎ _y から選択された材料により形成され、前記保護膜の第３層は、前記保護膜の第１層及び第２層の応力を低減させるために、エポキシ系、アクリル系、またはシリコン化合物のシール材により形成され、前記保護膜の第４層は、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、及びフッ素系高分子から選択された材料により形成されることを特徴とする。

以上により、本発明によれば、電極が複数の透明薄膜を積層することによって形成されるため、低温でも電極を形成することが可能となり、電極の電気光学的特性を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態における構成及び作用を、添付の図面を参照して説明する。図１〜図４の各図は、それぞれ本発明の好ましい一実施形態におけるトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。図１及び図２は、第１電極が陽極であり、第２電極が透明陰極である素子を示し、図３及び図４は第１電極が陰極であり、第２電極が透明陽極である素子を示すものである。

図１及び図２に示すように、まず基板１１上に陽極１２が形成される。陽極１２はＩＴＯからなり、約１００ｎｍの厚さに形成される。そして、陽極１２上に正孔注入層（ＨＩＬ）１３及び正孔輸送層（ＨＴＬ）１４が順次形成される。正孔注入層１３はＣｕＰｃなどからなり、約２５ｎｍの厚さに形成され、正孔輸送層１４はＮＰＤからなり、約３５ｎｍの厚さに形成される。次いで、正孔輸送層１４上に発光層１５が形成される。この例では、Ｃｏ₆が１％程度ドーピングされた8-ヒドロキシキノリンアルミニウム(hydroxyquinoline aluminum)(Ａｌｑ₃)からなり、約２５ｎｍの厚さを有する緑色発光層が形成される。次に、発光層１５上に電子輸送層（ＥＴＬ）１６及び電子注入層（ＥＩＬ）１７が形成される。電子輸送層１６は、Ａｌｑ₃により約３５ｎｍの厚さに形成され、電子注入層１７はＬｉ₂Ｏにより約０．５ｎｍの厚さに形成される。

次いで、電子注入層１７上に陰極１８が形成される。本実施形態において、陰極１８は、金属材料からなる第１層と透明薄膜材料からなる第２層とを交互に積層することによって形成されるものである。第１層を形成する金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｍｇなどの金属、またはＡｌ：Ｌｉ、Ａｇ：Ｍｇ、Ａｇ：Ｌｉなどの合金から選択することができる。また、第２層を形成する透明薄膜材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂などのような酸化物、またはＳｉ₃Ｎ₄などのような窒化物から選択することができる。このとき、交互に積層される層の総数は、１〜１００層程度にすることができる。

このように陰極を多層化する理由は次の通りである。例えば、ＩＴＯの透過率が約９０％、約１０ｎｍの厚さを有するＡｇの透過率が約６５％、５ｎｍの厚さを有するＡｇの透過率が約９５％である場合、陰極の電気伝導度が同一ならば、Ag(10nm)／ITO(100nm)からなる陰極の透過率は約０．５８５(０．６５×０．９０＝０．５８５)になり、Ag(5nm)／ITO(50nm)／Ag(5nm)／ITO(50nm)からなる陰極の透過率は約０．７３(０．９５×０．９０×０．９５×０．９０＝０．７３)になる。このように、陰極を多層化することによって、陰極の電気光学的特性が向上することが分かる。陰極が同一の厚さ及び比抵抗を有する場合、多層化された陰極の透過率は増大する。例えば、Ａｇ層の総厚さが同一であっても、陰極の透過率はＡｇ層の数に応じて増大し、Ａｇ層の数が同一であっても、陰極の透過率スペクトルはＡｇ層の厚さ分布に応じて変化する。

従って、本発明の好ましい実施形態において、陰極１８は次のような構造を有するものである。即ち、本発明に係る陰極は、Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)の１０層を有する。この場合、陰極の透過率は約８０％であり、良好な電気伝導度を有している。また、本発明に係る陰極は、表面乱反射及び透湿を防ぐため、図２に示すような構造を有していてもよい。即ち、陰極は、ITO(20nm)／TiO₂(10nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／TiO₂(10nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／TiO₂(10nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)の１０層を有していてもよい。

このような構造で透明陰極１８を形成した後、この陰極１８上に、ガスの浸透を防ぐための透明な多層保護膜１９を形成する。この保護膜１９は、４層の透明薄膜が積層された構造を有している。

保護膜１９の第１層は、ポリクロロトリフルオロエチレン(polychlorotrifluoro ethylene)、ポリジクロロトリフルオロエチレン(polydichlorotrifluoro ethylene)などのフッ素を含有する高分子から選択された材料により形成される。または、第１層の材料として、クロロトリフルオロエチレンやジクロロトリフルオロエチレンの共重合体を使用することもできる。第１層を形成するこれらの材料は、物理気相成長（ＰＶＤ：physical vapor deposition)法により積層される。

これらの材料の他、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールルジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択した材料を使用してもよい。

保護膜１９の第２層は、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ_xＮ_yなどのシリコン化合物により形成され、特に好ましくはＳｉＯ₂、Ｓｉ_xＮ_yが使用される。

保護膜１９の第３層を形成する材料は、機械的特性と保護膜としての特性を備え、保護膜１９の第１層及び第２層の応力を低減するために、エポキシ系、アクリル系、及びシリコン化合物のシール材が好適である。特に、エポキシ系の材料であるトリメチルプロパントリアクリレート(trimethyl propane triacrylate)やジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(ditrimethylol propane tetraacrylate)などのようなトリメチルアクリレート(trimethyl acrylate)、または1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(1,6-hexanediol-diacrylate)や1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート(1,6-hexanediol dimethacrylate)などのような長鎖形のアクリレートが好ましい。

また、完全に透明な層を形成するためには、シリコン化合物のシール材が好適である。特に、室温硬化剤であるＲＴ−ガラスやシリコーンシーラントなどが好ましい。このようなシリコン化合物は、スプレー法、スピンコーティング法、またはドクターブレード法により積層される。

最後に、保護膜１９の第４層は、大気の浸透を防ぎかつ機械的特性を有するために、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：polyethylene terephthalate）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyle methacrylate）、またはフッ素系高分子により形成される。

図３及び図４は、第１電極が陰極であり、第２電極が透明陽極である素子を示す図である。図３及び図４に示す実施形態は、図１及び図２に示す実施形態と同様の材料を使用するため、詳細な説明は省略する。

図３及び図４に示すように、まず基板２１上に陰極２２が形成される。陰極２２はＡｌまたはＡｇからなり、約２００ｎｍの厚さに形成される。次いで、陰極２２上に電子注入層（ＥＩＬ）２３及び電子輸送層（ＥＴＬ）２４が順次形成される。また、電子輸送層２４上に発光層２５、正孔輸送層（ＨＴＬ）２６、及び正孔注入層（ＨＩＬ）２７が順次形成される。

次に、正孔注入層２７上に透明陽極２８が形成される。本実施形態において、陽極２８は、金属材料からなる第１層と透明薄膜材料からなる第２層とを交互に積層することによって形成されるものである。第１層を形成する金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｍｇなどの金属、またはＡｌ：Ｌｉ、Ａｇ：Ｍｇ、Ａｇ：Ｌｉなどの合金から選択することができる。また、第２層を形成する透明薄膜材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂などのような酸化物、またはＳｉ₃Ｎ₄などのような窒化物から選択することができる。このとき、陽極を形成する層の総数は、１〜１００層程度にすることができる。このように、陽極を多層化することによって、陽極の電気光学的特性が向上することが分かる。

従って、本発明の好ましい実施形態において、陽極２８は次のような構造を有するものである。即ち、本発明に係る陽極は、ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)の９層を有する。この場合、陽極の透過率は約８０％であり、良好な電気伝導度を有している。また、本発明に係る陽極は、表面乱反射及び透湿を防ぐため、図４に示すような構造を有していてもよい。即ち、陽極は、ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／ITO(20nm)／Ag(2nm)／TiO₂(10nm)／Ag(2nm)／TiO₂(10nm)の１１層を有していてもよい。

このような構造で透明陽極２８を形成した後、この陽極２８上に、ガスの浸透を防ぐための透明な多層保護膜２９を形成する。この保護膜１９は、４層の透明薄膜が積層された構造を有している。また、保護膜の材料は、図１及び図２に示す実施形態における材料と同一であるため、詳細な説明は省略する。

以上説明した内容を通じて、当業者であれば本発明の技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能である。従って、本発明の技術的範囲は、実施形態に記載された内容に限定されず、特許請求の範囲により決められるべきである。

本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。本発明の一実施形態におけるトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。一般的なトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を示す構造断面図である。

符号の説明

１１，２１基板
１２陽極（第１電極）
１３，２７正孔注入層（ＨＩＬ）
１４，２６正孔輸送層（ＨＴＬ）
１５，２５発光層
１６，２４電子輸送層（ＥＴＬ）
１７，２３電子注入層（ＥＩＬ）
１８透明陰極（第２電極）
１９，２９保護膜
２２陰極（第１電極）
２８透明陽極（第２電極）

Claims

トップエミッション方式の有機ＥＬ素子において、
基板と、
該基板上に形成された第１電極と、
該第１電極上に形成された有機発光層と、
該有機発光層上に形成され、前記有機発光層からの光を上側に透過させて、２つの金属薄膜と１つまたは２つの透明薄膜が積層され、総層数が３層または４層であり、前記金属薄膜及び前記透明薄膜が交互に積層された第２電極と、
前記第２電極上に形成される４層構造の保護膜と
を備え、
前記保護膜の第１層は、フッ素を含有する高分子、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、1,3-ブチレングリコールアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリス(2-ヒドロキシルエチル)イソシアヌル酸トリアクリレート、及びトリメチロールプロパントリアクリレートから選択された材料により形成され、
前記保護膜の第２層は、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯ ₂ 、及びＳｉ _x Ｎ _y から選択された材料により形成され、
前記保護膜の第３層は、前記保護膜の第１層及び第２層の応力を低減させるために、エポキシ系、アクリル系、またはシリコン化合物のシール材により形成され、
前記保護膜の第４層は、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、及びフッ素系高分子から選択された材料により形成される
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記第１電極は、ＩＴＯ、Ａｌ、及びＡｇから選択された材料により形成されることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
前記有機発光層は、前記第１電極または前記第２電極から順次形成された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層を含むことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
前記金属薄膜は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ａｇ：Ｍｇ、及びＡｇ：Ｌｉから選択された材料により形成され、前記透明薄膜は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、及びＳｉ₃Ｎ₄から選択された材料により形成されることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。