JP5742307B2 - Organic EL device - Google Patents

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Description

本発明は、高分子型の有機EL素子に関する。   The present invention relates to a polymer organic EL element.

従来、低分子型の有機EL素子と高分子型の有機EL素子とが知られている。低分子型の有機EL素子は、陽極と陰極の間に位置する有機層が、低分子材料、換言すればLUMO値2.6eV以上を示す材料を用いて構成される。このような低分子有機層は、真空蒸着法により形成することができるため、高温耐久性が高く、長寿命な有機EL素子の形成が可能である。その反面、真空蒸着装置(真空蒸着チャンバー)が何台も連なった大型の装置が必要となるため、製造コストが非常に高くなるという問題がある。   Conventionally, a low molecular type organic EL element and a high molecular type organic EL element are known. The low molecular type organic EL element is configured using a low molecular material, in other words, a material having a LUMO value of 2.6 eV or more in an organic layer located between an anode and a cathode. Since such a low molecular organic layer can be formed by a vacuum deposition method, it is possible to form an organic EL element having a high temperature durability and a long life. On the other hand, there is a problem that the manufacturing cost becomes very high because a large-scale apparatus in which a number of vacuum deposition apparatuses (vacuum deposition chambers) are connected is necessary.

一方、高分子型の有機EL素子は、有機層が、高分子材料、換言すればLUMO値2.6eV未満を示す材料を用いて構成される。このような高分子有機層は、分子量が大きいため、真空蒸着ではなく、スピンコート法、インクジェット法などの塗布法を用いて形成される。このため、低分子型の有機EL素子に較べて、製造プロセス中における真空蒸着工程を低減し、ひいては製造コストを低くすることができる。   On the other hand, the polymer type organic EL element is constituted by using a polymer material whose organic layer exhibits a LUMO value of less than 2.6 eV in other words. Such a polymer organic layer has a large molecular weight, and thus is formed using a coating method such as a spin coating method or an ink jet method instead of vacuum deposition. For this reason, compared with a low molecular-type organic EL element, the vacuum evaporation process in a manufacturing process can be reduced, and a manufacturing cost can be made low by extension.

ところで、高分子型有機EL素子では、上記のごとく、有機層を構成する材料のLUMO値が小さいため、有機層と陰極が接する構成において、有機層と陰極との界面に非常に大きな電子注入障壁が形成されやすい。そこで、高分子型有機EL素子においては、陰極の構成材料として、有機層を構成する高分子材料のLUMO値に近い低仕事関数を有する金属、具体的にはアルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイドなどが用いられる。このような金属材料かなる陰極を備えた高分子型有機EL素子が、例えば特許文献1に開示されている。   By the way, in the polymer type organic EL element, the LUMO value of the material constituting the organic layer is small as described above. Is easily formed. Therefore, in a polymer type organic EL device, as a constituent material of the cathode, a metal having a low work function close to the LUMO value of the polymer material constituting the organic layer, specifically, an alkali metal, an alkaline earth metal, a lanthanoid Etc. are used. For example, Patent Document 1 discloses a polymer organic EL element having a cathode made of such a metal material.

特許文献1に記載の高分子発光素子は、高分子蛍光体を含む発光層を有しており、陰極がアルカリ金属、アルカリ土類金属、及びランタノイドからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属を含んでいる。このように、陰極の構成材料として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイドを採用すると、高分子蛍光体を含む発光層と陰極界面での電子注入障壁を低減することができる。   The polymer light emitting device described in Patent Document 1 has a light emitting layer containing a polymeric fluorescent substance, and the cathode is made of at least one metal selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and lanthanoids. Contains. As described above, when an alkali metal, an alkaline earth metal, or a lanthanoid is employed as the constituent material of the cathode, the electron injection barrier at the interface between the light emitting layer containing the polymeric phosphor and the cathode can be reduced.

また、特許文献1では、発光層と陰極の間に、アルカリ金属のフッ化物及び酸化物、アルカリ土類金属のフッ化物及び酸化物、並びにランタノイドのフッ化物及び酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む平均膜厚2nm以下のバッファー層を設けている。このバッファー層は、低分子型有機EL素子においても多用されているものと同様の効果を意図するものと考えられる。すなわち、発光層と陰極の界面での電気2重層形成による、電子注入特性の効果向上を目的とするものと考えられる。   In Patent Document 1, at least selected from the group consisting of fluorides and oxides of alkali metals, fluorides and oxides of alkaline earth metals, and fluorides and oxides of lanthanoids between the light emitting layer and the cathode. A buffer layer having an average film thickness of 2 nm or less containing one kind of compound is provided. This buffer layer is considered to have the same effect as that frequently used in the low-molecular-type organic EL device. That is, it is considered that the purpose is to improve the effect of electron injection characteristics by forming an electric double layer at the interface between the light emitting layer and the cathode.

特開2000−299189号公報JP 2000-299189 A

ところで、陰極の構成材料として、仕事関数が2.6eV以下の金属材料は非常に少ない。また、金属は、仕事関数が低いほど大気中での安定性が低下し、その取り扱いが難しくなる。このため、LUMO値が2.6eV未満の有機層と陰極が接する構成において、界面状態を安定としつつ、非常に大きな電子注入障壁を無くすことは困難である。   By the way, as a constituent material of the cathode, there are very few metal materials having a work function of 2.6 eV or less. In addition, the lower the work function, the lower the stability of the metal in the atmosphere, making it difficult to handle the metal. For this reason, it is difficult to eliminate a very large electron injection barrier while stabilizing the interface state in a configuration in which an organic layer having a LUMO value of less than 2.6 eV is in contact with the cathode.

このような理由から、特許文献1に記載ように、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びランタノイドから選択される陰極と発光層の間に、陰極を構成する金属材料のフッ化物や酸化物からなるバッファー層を設け、電気2重層の効果によって、電子注入障壁の低減を図ることは、素子特性(電子注入特性)向上の面で好ましい。   For this reason, as described in Patent Document 1, the cathode and the light emitting layer selected from alkali metal, alkaline earth metal, and lanthanoid are made of a fluoride or oxide of a metal material constituting the cathode. In order to improve the element characteristics (electron injection characteristics), it is preferable to provide a buffer layer and reduce the electron injection barrier by the effect of the electric double layer.

しかしながら、本発明者が鋭意検討を行ったところ、特許文献1に記載の構成において、輝度寿命の低下が確認された。すなわち、特許文献1に記載の構成では、電子注入障壁を低減して素子特性を向上することはできるものの、輝度寿命の点で問題がある。   However, as a result of intensive studies by the inventor, it has been confirmed that the luminance life is reduced in the configuration described in Patent Document 1. In other words, the configuration described in Patent Document 1 has a problem in terms of luminance life, although the device characteristics can be improved by reducing the electron injection barrier.

本発明は上記問題点に鑑み、高分子型の有機EL素子において、素子特性と輝度寿命をともに向上することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve both element characteristics and luminance life in a polymer organic EL element.

本発明者は、陽極と陰極との間に、LUMO値が2.6eV未満の有機層を少なくとも1層配置してなる有機EL素子について、鋭意検討を行った。その結果、陰極として、フッ化リチウムからなり、有機層に隣接する電子注入層と、カルシウムからなり、電子注入層に有機層と反対側で隣接する金属層を設けた構成において、輝度低下とともに、有機層内にリチウムが拡散するという知見を得た。また、輝度低下により、界面近傍にフッ化カルシウムが形成されるという知見を得た。   The present inventor has intensively studied an organic EL element in which at least one organic layer having an LUMO value of less than 2.6 eV is disposed between the anode and the cathode. As a result, the cathode is composed of lithium fluoride, an electron injection layer adjacent to the organic layer, and calcium, and the electron injection layer is provided with a metal layer adjacent to the side opposite to the organic layer. The knowledge that lithium diffuses in the organic layer was obtained. Moreover, the knowledge that calcium fluoride was formed in the vicinity of an interface by the brightness | luminance fall was acquired.

そして、これら知見から、フッ化リチウムとカルシウムとの間で置換反応が生じ、フッ化リチウムよりも分極の弱いフッ化カルシウムが生成されることで、電気2重層形成の効果が弱まって電子注入特性が劣化する。この電子注入特性の劣化により、正孔と電子の再結合中心が、初期状態よりも陰極側に近づき、発光効率が低下する(すなわち、輝度が低下する)との結論に至った。なお、再結合中心は、陽極からの正孔注入と陰極からの電子注入のバランスがとれるように設定され、通常は初期状態で有機層の中心(特に発光層の中心)に設定される。   From these findings, a substitution reaction occurs between lithium fluoride and calcium, and calcium fluoride having a polarization lower than that of lithium fluoride is generated, so that the effect of forming an electric double layer is weakened and electron injection characteristics are reduced. Deteriorates. Due to the deterioration of the electron injection characteristics, the recombination center of holes and electrons is closer to the cathode side than the initial state, leading to the conclusion that the light emission efficiency is lowered (that is, the luminance is lowered). The recombination center is set so as to balance the hole injection from the anode and the electron injection from the cathode, and is usually set at the center of the organic layer (particularly the center of the light emitting layer) in the initial state.

以下の発明は、この知見に基づくものである。なお、本発明者による鋭意検討の結果については、後述する実施形態の冒頭において説明する。   The following invention is based on this finding. In addition, the result of earnest examination by this inventor is demonstrated in the beginning of embodiment mentioned later.

上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、
陽極と陰極との間に、LUMO値が2.6eV未満の有機層を少なくとも1層配置してなる有機EL素子であって、
陰極は、有機層に接するとともに、有機層側から、電子注入層、第1金属層、第2金属層の3層構造をなし、
電子注入層は、フッ化リチウムからなり、
第1金属層は、カルシウムとアルミニウムを混合してなり、
第2金属層は、アルミニウムからなり、厚さ100nmを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
An organic EL device comprising at least one organic layer having an LUMO value of less than 2.6 eV between an anode and a cathode,
The cathode is in contact with the organic layer and has a three-layer structure of an electron injection layer, a first metal layer, and a second metal layer from the organic layer side,
The electron injection layer is made of lithium fluoride,
The first metal layer is a mixture of calcium and aluminum,
The second metal layer is Ri Do aluminum, characterized Rukoto to have a thickness of 100 nm.

これによれば、第1金属層として、仕事関数の低いカルシウム(2.87eV)を含むので、有機層と陰極界面での電子注入障壁を低減することができる。   According to this, since the first metal layer includes calcium (2.87 eV) having a low work function, the electron injection barrier at the interface between the organic layer and the cathode can be reduced.

また、第1金属層と有機層の間に、フッ化リチウムからなる電子注入層を有するので、電気2重層の効果によって、電子注入障壁をより一層低減することができる。   In addition, since the electron injection layer made of lithium fluoride is provided between the first metal layer and the organic layer, the electron injection barrier can be further reduced by the effect of the electric double layer.

また、第1金属層は、カルシウムのみを含むのではなく、第2金属層の構成材料と同じアルミニウムも含んでいる。これにより、カルシウム単体に較べて、第1金属層中におけるカルシウムの体積密度を低減することができる。また、カルシウムとアルミニウムは原子半径の差が大きく、ヒューム・ロザリーの法則からもわかるように非常に固溶しにくい(換言すれば、合金を形成しにくい)。このため、カルシウムは少なからず金属単体で存在し、第1金属層中で分散している。したがって、これら効果により、カルシウムとフッ化リチウムの反応確率を低減させる、すなわち置換反応を抑制することができる。また、第1金属層中において、カルシウムは少なからず金属単体で存在するため、カルシウム本来の特性(低仕事関数)を示す。   Further, the first metal layer does not contain only calcium but also contains the same aluminum as the constituent material of the second metal layer. Thereby, the volume density of calcium in a 1st metal layer can be reduced compared with a calcium simple substance. In addition, calcium and aluminum have a large difference in atomic radii, and as can be seen from Hume Rosary's law, they are very difficult to dissolve (in other words, it is difficult to form an alloy). For this reason, calcium is present not only in a single metal but is dispersed in the first metal layer. Therefore, by these effects, the reaction probability of calcium and lithium fluoride can be reduced, that is, the substitution reaction can be suppressed. In the first metal layer, calcium is present not only in a simple substance, but exhibits the original characteristics (low work function) of calcium.

以上から、本発明によれば、素子特性と輝度寿命をともに向上することができる。この点については、本発明者によって実際に確認されている。   As described above, according to the present invention, both the device characteristics and the luminance life can be improved. This point has been actually confirmed by the present inventors.

請求項2に記載のように、
第1金属層には、カルシウムが25vol%以上40vol%以下の範囲で含まれることが好ましい。
As claimed in claim 2,
The first metal layer preferably contains calcium in the range of 25 vol% or more and 40 vol% or less.

これによれば、カルシウムが25vol%未満の構成、40vol%を超える構成に較べて、より一層輝度寿命を向上することができる。この点については、本発明者によって実際に確認されている。   According to this, the luminance life can be further improved as compared with the configuration in which calcium is less than 25 vol% and the configuration in which calcium exceeds 40 vol%. This point has been actually confirmed by the present inventors.

なお、カルシウムが25vol%未満の場合、第1金属層中におけるカルシウムが少ないため、カルシウムの高電子注入特性の効果が低下する。その分、高駆動電圧となり、素子発熱等が影響するためと考えられる。一方、カルシウムが40vol%を超える場合、カルシウムを分散させてフッ化リチウムとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   In addition, when calcium is less than 25 vol%, since there is little calcium in a 1st metal layer, the effect of the high electron injection characteristic of calcium falls. This is considered to be due to the high driving voltage and the influence of element heat generation. On the other hand, when calcium exceeds 40 vol%, it is considered that the effect of reducing the reaction probability with lithium fluoride by dispersing calcium is weakened.

請求項3に記載のように、
第1金属層の膜厚が、1nm以上4nm以下の範囲で設定されると良い。なかでも、請求項4に記載のように、第1金属層の膜厚が、2nmで設定されることが好ましい。
As claimed in claim 3,
The film thickness of the first metal layer is preferably set in the range of 1 nm to 4 nm. Especially, as described in claim 4, it is preferable that the thickness of the first metal layer is set to 2 nm.

これによれば、第1金属層の膜厚が1nm未満の構成、4nmを超える構成に較べて、より一層輝度寿命を向上することができる。特に2nmとすると、輝度寿命を最も向上することができる。この点については、本発明者によって実際に確認されている。   According to this, compared with the structure whose film thickness of a 1st metal layer is less than 1 nm, and the structure exceeding 4 nm, a brightness | luminance lifetime can be improved further. In particular, when it is 2 nm, the luminance life can be most improved. This point has been actually confirmed by the present inventors.

なお、膜厚が4nmを超える場合、非固溶系の第1合金層においてカルシウムの偏析等が生じやすくなり、カルシウムを分散させてフッ化リチウムとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   When the film thickness exceeds 4 nm, segregation of calcium or the like is likely to occur in the non-solid solution first alloy layer, and it is considered that the effect of reducing the reaction probability with lithium fluoride by dispersing calcium is weakened. .

請求項5に記載のように、
陽極と有機層の間に、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない正孔輸送層を、陽極に接して有すると良い。
As claimed in claim 5,
Between the anode and the organic layer, a hole transport layer that does not contain a dopant having a donor property or an acceptor property is preferably in contact with the anode.

ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有した正孔輸送材料(具体的には導電性ポリマー)の場合、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを、ホスト材料であるポリマーに添加することで、導電性が発現するようになっている。このため、隣接する有機層との間に電荷移動錯体などを形成して、輝度が低下する恐れがある。これに対し、本発明では、正孔輸送層が、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しないため、輝度寿命をさらに向上することができる。   In the case of a hole transport material (specifically, a conductive polymer) containing a dopant having a donor property or an acceptor property, a dopant having a donor property or an acceptor property can be added to the polymer which is a host material, thereby providing conductivity. Is expressed. For this reason, a charge transfer complex etc. may be formed between adjacent organic layers, and there exists a possibility that a brightness | luminance may fall. On the other hand, in the present invention, since the hole transport layer does not contain a dopant having a donor property or an acceptor property, the luminance life can be further improved.

特に請求項6に記載のように、
正孔輸送層の構成材料として、化学式2に示す構造を有するものを採用することが好ましい。

Figure 0005742307
Especially as claimed in claim 6
As a constituent material of the hole transport layer, a material having a structure represented by Chemical Formula 2 is preferably employed.
Figure 0005742307

これによれば、塗布法によって、正孔輸送層上に高分子型の有機層を形成する際に、正孔輸送層が溶媒に溶けない。このため、有機層の構成材料の選択自由度を向上することができる。   According to this, when forming a polymer type organic layer on the hole transport layer by a coating method, the hole transport layer does not dissolve in the solvent. For this reason, the freedom degree of selection of the constituent material of an organic layer can be improved.

本発明者が検討に用いた有機EL素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the organic EL element which this inventor used for examination. TOF−SIMSによるリチウム分布の分析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of lithium distribution by TOF-SIMS. TOF−SIMSによるカルシウム分布の分析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the calcium distribution by TOF-SIMS. TOF−SIMSによるカルシウム化合物分布の分析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the calcium compound distribution by TOF-SIMS. 各実施例及び各比較例で形成した有機EL素子の構成と、初期輝度に対する耐久試験100hでの相対輝度の試験結果をまとめた図である。It is the figure which put together the structure of the organic EL element formed in each Example and each comparative example, and the test result of the relative luminance in the durability test 100h with respect to initial luminance. 第1金属層におけるカルシウムのvol%と相対輝度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between vol% of calcium in a 1st metal layer, and a relative luminance. 第1金属層の膜厚と相対輝度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of a 1st metal layer, and relative luminance. 実施例1において、TOF−SIMSによるリチウム分布の分析結果を示す図である。In Example 1, it is a figure which shows the analysis result of lithium distribution by TOF-SIMS.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, common or related elements are given the same reference numerals.

(本発明を創作するに至った経緯)
先ず、本発明者が本発明を創作するに至った経緯について説明する。
(Background to the creation of the present invention)
First, the background of the inventor's creation of the present invention will be described.

本発明者は、陽極と陰極との間に、LUMO値が2.6eV未満の有機層を少なくとも1層配置してなる高分子型の有機EL素子について、鋭意検討を行った。   The present inventor has intensively studied a polymer type organic EL element in which at least one organic layer having an LUMO value of less than 2.6 eV is disposed between an anode and a cathode.

図1は、本発明者が検討に用いた有機EL素子100の概略構成を示している。この有機EL素子100は、透明な基板10の一面に配置された陽極20、陽極20における基板10と反対の面に配置された正孔輸送層30、正孔輸送層30における陽極20と反対の面に配置された、発光層を含む有機層40、有機層40における正孔輸送層30と反対の面に配置された陰極50を有する。また、陰極50は、有機層40側から、電子注入層51、第1金属層52、第2金属層53の3層構造をなしている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an organic EL element 100 used for examination by the present inventors. The organic EL element 100 includes an anode 20 disposed on one surface of a transparent substrate 10, a hole transport layer 30 disposed on a surface of the anode 20 opposite to the substrate 10, and a surface opposite to the anode 20 of the hole transport layer 30. The organic layer 40 including the light emitting layer is disposed on the surface, and the cathode 50 is disposed on the surface of the organic layer 40 opposite to the hole transport layer 30. The cathode 50 has a three-layer structure of an electron injection layer 51, a first metal layer 52, and a second metal layer 53 from the organic layer 40 side.

具体的には、陽極20としてITOを用い、正孔輸送層30の材料として、化学式3に示す化合物1、N,N,N',N',N'',N''-Hexakis-(4'-methyl-biphenyl-4-yl)-benzene-1,3,5-triamineを用いた。

Figure 0005742307
Specifically, ITO is used as the anode 20 and the material of the hole transport layer 30 is represented by the compound 1, N, N, N ′, N ′, N ″, N ″ -Hexakis- (4 '-methyl-biphenyl-4-yl) -benzene-1,3,5-triamine was used.
Figure 0005742307

また、有機層40の材料として化合物2、詳しくはアメリカンダイソース社製Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(1,4-benzo-{2,1’,3}-thiadiazole)](ADS233YE)を用いた。さらに、陰極50を構成する電子注入層51としてフッ化リチウム(以下、LiFと示す)、第1金属層52としてカルシウム(以下、Caと示す)、第2金属層53としてアルミニウム(以下、Alと示す)を用いた。   In addition, as a material of the organic layer 40, compound 2, specifically, Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co- (1,4-benzo- {2,1 ', 3 } -thiadiazole)] (ADS233YE). Furthermore, lithium fluoride (hereinafter referred to as LiF) is used as the electron injection layer 51 constituting the cathode 50, calcium (hereinafter referred to as Ca) as the first metal layer 52, and aluminum (hereinafter referred to as Al) as the second metal layer 53. Used).

そして、このような構成の有機EL素子100を、以下に示す方法で形成した。   And the organic EL element 100 of such a structure was formed by the method shown below.

先ず、ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51としてLiFを厚さ1nm、第1金属層52としてCaを厚さ2nm、第2金属層53としてAlを厚さ100nmとなるように、順に形成した。また、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。   First, after forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 shown in the chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by vacuum deposition, A hole transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF was formed as the electron injection layer 51 in a thickness of 1 nm, Ca was formed as the first metal layer 52 in a thickness of 2 nm, and Al was formed as the second metal layer 53 in a thickness of 100 nm by a vacuum deposition method. . Finally, a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed were attached to each other with a photo-curing resin in a glove box, thereby sealing the manufactured element.

そして、このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。輝度が初期輝度に対して40%低下したサンプル(−40%)を作成し、有機EL素子100の状態分析を行った。 The organic EL device 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an environment of 85 ° C. A sample (−40%) in which the luminance decreased by 40% with respect to the initial luminance was created, and the state analysis of the organic EL element 100 was performed.

なお、分析方法及び条件は以下の通りである。
分析手法:時間飛行型2次イオン質量分析(TOF−SIMS)
分析方法:陰極表面からの深さ方向質量分析
条件:スパッタ源(Cs)、分析1次イオン(Bi)
図2は、深さ方向においてLiの分布の分析結果を、図3は、深さ方向においてCaの分布の分析結果を示す。また、図4は、初期輝度に対して40%低下したサンプル(−40%)において、深さ方向におけるCa化合物の分布の分析結果を示す。なお、図2では、初期状態のサンプルのLiを実線、40%低下したサンプルのLiを破線で示している。また、図3では、初期状態のサンプルのCaを実線、40%低下したサンプルのCaを破線で示している。なお、図2、図3に示す一点鎖線はIn、二点鎖線はAlを示している。また、図4では、フッ化カルシウム(以下、CaFと示す)を実線、炭化カルシウム(CaC)を破線、酸化カルシウム(CaO)を一点鎖線、水酸化カルシウム(CaOH)を二点鎖線で示している。また、In、Alをともに点線で示している。なお、図2〜図4において縦軸のカウント数は、検出されたイオン種の数を示す。
The analysis method and conditions are as follows.
Analysis method: Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS)
Analysis method: Depth direction mass spectrometry from cathode surface Conditions: Sputter source (Cs), Analytical primary ion (Bi)
FIG. 2 shows the analysis result of the Li distribution in the depth direction, and FIG. 3 shows the analysis result of the Ca distribution in the depth direction. FIG. 4 shows the analysis results of the Ca compound distribution in the depth direction in a sample (−40%) that is reduced by 40% with respect to the initial luminance. In FIG. 2, the sample Li in the initial state is indicated by a solid line, and the sample Li that has been reduced by 40% is indicated by a broken line. In FIG. 3, the sample Ca in the initial state is indicated by a solid line, and the sample Ca reduced by 40% is indicated by a broken line. 2 and 3, the one-dot chain line indicates In, and the two-dot chain line indicates Al. In FIG. 4, calcium fluoride (hereinafter referred to as CaF) is indicated by a solid line, calcium carbide (CaC) is indicated by a broken line, calcium oxide (CaO) is indicated by a one-dot chain line, and calcium hydroxide (CaOH) is indicated by a two-dot chain line. . Both In and Al are indicated by dotted lines. 2 to 4, the count number on the vertical axis indicates the number of detected ion species.

図2、図3では、それぞれ初期状態のサンプルにおいても分布(Li又はCa)に幅が存在するが、深さ方向分析時のスパッタ源イオンによる打ち込み(ノックオン)による影響であるため、実際の拡散を示すものではない。   In FIGS. 2 and 3, the distribution (Li or Ca) also has a width in the sample in the initial state, but because of the influence by the sputter source ion (knock-on) during the depth direction analysis, the actual diffusion It does not indicate.

図3に示すように、Caは、初期状態と輝度低下とで、深さ方向における分布の変化は殆ど見られない。すなわち、Caが拡散していないことがわかる。一方、図2に示すように、Liは、初期状態に較べ、輝度低下により有機層40側に分布が広がっている。すなわち、輝度低下とともに有機層40内にLiが拡散することが判明した。   As shown in FIG. 3, Ca hardly shows a change in the distribution in the depth direction between the initial state and the luminance reduction. That is, it can be seen that Ca is not diffused. On the other hand, as shown in FIG. 2, the distribution of Li spreads toward the organic layer 40 due to a decrease in luminance as compared with the initial state. That is, it has been found that Li diffuses into the organic layer 40 as the luminance decreases.

また、図4に示すように、輝度が低下した状態で、陰極50と有機層40の界面付近には、CaFが顕著に存在することが確認された。   Further, as shown in FIG. 4, it was confirmed that CaF was remarkably present in the vicinity of the interface between the cathode 50 and the organic layer 40 in a state where the luminance was lowered.

以上の分析結果から、耐久中には、陰極50と有機層40の界面において、下記に示す置換反応が進行するものと考えられる。
(耐久中の反応式)2LiF+Ca2+⇒CaF+2Li
この反応により、界面のLiFの少なくとも一部がCaと反応して、CaFに置換される。LiとCaの電気陰性度は、それぞれ0.98と1.00であり、このLi<Caという関係からCaFのほうがLiFに比べて分極が弱い。
From the above analysis results, it is considered that the substitution reaction shown below proceeds at the interface between the cathode 50 and the organic layer 40 during durability.
(Duration reaction formula) 2LiF + Ca 2+ ⇒CaF 2 + 2Li +
By this reaction, at least a part of LiF at the interface reacts with Ca and is replaced with CaF 2 . The electronegativity of Li and Ca is 0.98 and 1.00, respectively. From this relationship Li <Ca, CaF 2 is less polarized than LiF.

このため、界面のフッ化物が、分極の弱いCaFに変化すると、電気2重層形成の効果が弱くなり、電子注入特性が悪化する。そして、電子注入特性の悪化によって電子注入量が低下し、正孔と電子の再結合中心が陰極50側にずれることにより、発光効率が低下する(すなわち、輝度が低下する)ものと考えられる。 For this reason, when the fluoride at the interface changes to CaF 2 having a weak polarization, the effect of forming the electric double layer becomes weak, and the electron injection characteristics deteriorate. It is considered that the electron injection amount is reduced due to the deterioration of the electron injection characteristics, and the recombination center of holes and electrons is shifted to the cathode 50 side, so that the light emission efficiency is reduced (that is, the luminance is reduced).

なお、再結合中心は、陽極20からの正孔注入と陰極50からの電子注入のバランスがとれるように設定され、通常は初期状態で有機層40の中心(特に発光層の中心)に設定される。   The recombination center is set so as to balance the hole injection from the anode 20 and the electron injection from the cathode 50, and is usually set at the center of the organic layer 40 (particularly the center of the light emitting layer) in the initial state. The

このように、本発明者は、陰極50と有機層40との界面において、フッ化物(LiF)の置換反応が進行することにより、電子注入特性が悪化し、ひいては輝度寿命が低下するとの結論に至った。そして、電子注入特性の悪化を抑制するために、LiFとCaの反応確率を低減させることを着想した。   As described above, the present inventor concluded that the substitution reaction of fluoride (LiF) proceeds at the interface between the cathode 50 and the organic layer 40, thereby deteriorating the electron injection characteristics and thus the luminance life. It came. Then, in order to suppress the deterioration of the electron injection characteristics, the idea was to reduce the reaction probability of LiF and Ca.

なお、電子注入特性の悪化を抑制するために、反応後のフッ化物のほうが分極が大きくなるような金属を第1金属層52に用いることも考えられる。しかしながら、この場合、2つの問題が生じるため、現実的ではない。   In order to suppress the deterioration of the electron injection characteristics, it is conceivable to use a metal for the first metal layer 52 in which the fluoride after the reaction has a larger polarization. In this case, however, two problems arise, which is not realistic.

1つ目の問題点として、電子注入層51に用いるフッ化物の金属元素よりも電気陰性度の小さい元素を第1金属層52に選択しなければならない点にある。このため、第1金属層52の材料として、仕事関数が非常に小さい元素を採用する可能性が高い。仕事関数が低いとその安定性も低いため、取り扱いが非常に難しい。   The first problem is that an element having a lower electronegativity than the metal element of the fluoride used for the electron injection layer 51 must be selected for the first metal layer 52. For this reason, there is a high possibility that an element having a very small work function is adopted as the material of the first metal layer 52. If the work function is low, its stability is also low, so it is very difficult to handle.

2つ目の問題点として、第1金属層52に比較的安定な、すなわち仕事関数が大きい材料を選択した場合、電子注入層51に用いるフッ化物の金属は、第1金属層52の材料の仕事関数よりも大きいものを採用することとなる。この場合、フッ化物の金属元素の電気陰性度が大きくなる可能性が高い。電気陰性度が大きいと、フッ化物の分極が小さくなり、電気2重層形成の効果が低下してしまう。すなわち、素子特性(電子注入特性)が低下する。   As a second problem, when a material that is relatively stable, that is, a work function is large, is selected for the first metal layer 52, the fluoride metal used for the electron injection layer 51 is the same as the material of the first metal layer 52. A value larger than the work function is adopted. In this case, there is a high possibility that the electronegativity of the metal element of the fluoride is increased. When the electronegativity is large, the polarization of fluoride is reduced, and the effect of forming an electric double layer is reduced. That is, element characteristics (electron injection characteristics) are deteriorated.

以下に示す実施形態は、これら知見に基づくものである。以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   The embodiment described below is based on these findings. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本実施形態に係る有機EL素子100の概略構成(構成要素)は、上記図1に示した試作品と同じである。したがって、図示は省略する。該試作品と異なる点は、主として、有機層40側から、電子注入層51、第1金属層52、第2金属層53の3層構造をなす陰極50の構成材料にある。
(First embodiment)
The schematic configuration (component) of the organic EL element 100 according to the present embodiment is the same as the prototype shown in FIG. Therefore, illustration is omitted. The difference from the prototype is mainly the constituent material of the cathode 50 having a three-layer structure of the electron injection layer 51, the first metal layer 52, and the second metal layer 53 from the organic layer 40 side.

有機EL素子10において、ガラス等からなる透明な基板10の一面に、透明又は半透明の陽極20が形成されている。この陽極20の構成材料としては、透明又は半透明であり、電極を形成することのできる周知の導電性物質を採用することができる。本実施形態では、酸化インジウム錫(ITO)からなる陽極20を採用している。   In the organic EL element 10, a transparent or translucent anode 20 is formed on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like. As a constituent material of the anode 20, a known conductive substance that is transparent or translucent and can form electrodes can be used. In this embodiment, an anode 20 made of indium tin oxide (ITO) is employed.

陽極20における基板10と反対の面には、正孔輸送層30が配置されている。この正孔輸送層30の材料としては、特に限定されるものではないが、好ましくはドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない材料を採用すると良い。ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有した正孔輸送材料(具体的には導電性ポリマー)の場合、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを、ホスト材料であるポリマーに添加することで、導電性が発現するようになっている。このような導電性ポリマーでは、ドーパントが有機層40に拡散して、有機層40を構成する高分子との間に電荷移動錯体などを形成し、これにより輝度が低下する恐れがあるからである。   A hole transport layer 30 is disposed on the surface of the anode 20 opposite to the substrate 10. The material of the hole transport layer 30 is not particularly limited, but a material that does not contain a dopant having a donor property or an acceptor property is preferably adopted. In the case of a hole transport material (specifically, a conductive polymer) containing a dopant having a donor property or an acceptor property, a dopant having a donor property or an acceptor property can be added to the polymer which is a host material, thereby providing conductivity. Is expressed. This is because in such a conductive polymer, the dopant diffuses into the organic layer 40 to form a charge transfer complex or the like with the polymer constituting the organic layer 40, which may reduce the luminance. .

また、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない材料としては、比較的分子量が小さく、ホール輸送性も高いトリフェニルアミン誘導体材料を採用することができる。本実施形態では、上記した化学式3に示す化合物1からなる正孔輸送層30を採用している。この化合物1は、低分子であるため、例えば、真空蒸着法により形成することができる。また、塗布法によって、正孔輸送層30上に高分子型の有機層40を形成する際に、正孔輸送層30が溶媒に溶けない。このため、有機層40の構成材料の選択自由度を向上することができる。なお、化合物1については、本出願人による先願(特開2010−192587号公報、特開2005−276802号公報、その他多数)に示されているため、詳細な説明は割愛する。   In addition, as a material that does not contain a dopant having a donor property or an acceptor property, a triphenylamine derivative material having a relatively small molecular weight and a high hole transport property can be employed. In the present embodiment, the hole transport layer 30 made of the compound 1 shown in the above chemical formula 3 is employed. Since this compound 1 is a low molecule, it can be formed by, for example, a vacuum deposition method. Further, when the polymer type organic layer 40 is formed on the hole transport layer 30 by a coating method, the hole transport layer 30 does not dissolve in the solvent. For this reason, the freedom degree of selection of the constituent material of the organic layer 40 can be improved. The compound 1 is shown in a prior application by the present applicant (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-192587, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-276802, and many others), and detailed description thereof is omitted.

有機層40は、発光層を含む。また、例えばポリフルオレン系などの、LUMO値が2.6eV未満の高分子材料からなる。この有機層40は、単層(発光層のみ)、複数層を積層してなる構成のいずれも採用することができる。一般的にLUMO値2.6eV未満を示す材料は、LUMO値が2.6eV以上の材料よりも分子量が大きく、高分子であるため、真空蒸着法により形成することができない。このため、スピンコート法、インクジェット法、印刷法、ディップコート法、スプレー法等を用いて形成される。この結果、低分子材料からなる有機層40を採用する構成に較べて、有機EL素子100の製造プロセス中における真空蒸着工程を低減し、ひいては製造コストを低くすることができる。   The organic layer 40 includes a light emitting layer. Further, it is made of a polymer material having a LUMO value of less than 2.6 eV, such as polyfluorene. As the organic layer 40, either a single layer (only a light emitting layer) or a structure in which a plurality of layers are laminated can be adopted. In general, a material exhibiting an LUMO value of less than 2.6 eV has a higher molecular weight than a material having an LUMO value of 2.6 eV or more, and is a polymer, so that it cannot be formed by a vacuum deposition method. For this reason, it is formed using a spin coat method, an ink jet method, a printing method, a dip coat method, a spray method or the like. As a result, as compared with the configuration employing the organic layer 40 made of a low molecular material, the vacuum deposition step in the manufacturing process of the organic EL element 100 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

陰極50は、有機層40に接するとともに、有機層40側から、電子注入層51、第1金属層52、第2金属層53の3層構造をなす。   The cathode 50 is in contact with the organic layer 40 and has a three-layer structure of an electron injection layer 51, a first metal layer 52, and a second metal layer 53 from the organic layer 40 side.

電子注入層51は、有機層40との界面で電気2重層を形成し、これにより電子注入障壁を低減できる材料を採用することができる。このような材料としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物がある。本実施形態では、電子注入層51が、アルカリ金属のフッ化物であるLiFからなる。   As the electron injection layer 51, a material capable of forming an electric double layer at the interface with the organic layer 40 and thereby reducing the electron injection barrier can be employed. Such materials include alkali metal or alkaline earth metal fluorides. In the present embodiment, the electron injection layer 51 is made of LiF, which is an alkali metal fluoride.

第1金属層52は、高分子材料(LUMO値が2.6eV未満の材料)からなる有機層40との界面で、電子注入障壁を低減できる材料を採用することができる。このような材料としては、仕事関数が小さい金属(換言すれば有機層40の高分子のLUMO値に近い仕事関数をもつ金属)、具体的にはアルカリ金属又はアルカリ土類金属がある。本実施形態では、第1金属層52が、アルカリ土類金属であるCa(仕事関数2.87eV)を含んでいる。   For the first metal layer 52, a material that can reduce the electron injection barrier at the interface with the organic layer 40 made of a polymer material (a material having a LUMO value of less than 2.6 eV) can be used. As such a material, there is a metal having a small work function (in other words, a metal having a work function close to the LUMO value of the polymer of the organic layer 40), specifically, an alkali metal or an alkaline earth metal. In the present embodiment, the first metal layer 52 includes Ca (work function 2.87 eV) which is an alkaline earth metal.

また、本実施形態では、マトリクス中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を分散させて、電子注入層51を形成するアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物との反応確率を低減させるため、第1金属層52がマトリクスを含む。   In the present embodiment, the alkali metal or alkaline earth metal is dispersed in the matrix to reduce the reaction probability with the alkali metal or alkaline earth metal fluoride forming the electron injection layer 51. The metal layer 52 includes a matrix.

このマトリクスに用いる材料としては、安定的にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を分散維持でき、且つ、電極材料としての導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。この点を考慮すると、金属材料及び導電性ポリマーなどが考えられる。   The material used for the matrix is not particularly limited as long as it can stably maintain the dispersion of alkali metal or alkaline earth metal and has conductivity as an electrode material. Considering this point, metal materials, conductive polymers, and the like are conceivable.

導電性ポリマーの場合、一般的にはホスト材料(ポリマー)に対し、ドナーやアクセプターに相当するゲスト物質を添加する。このようにゲスト物質を添加すると、ホスト材料にキャリアーが生じ、導電性が発現する。しかしながら、ドナーやアクセプターが有機層40内に拡散することで、有機層40の高分子と電荷移動錯体分子を形成し、これにより輝度寿命が低下する恐れがある。したがって、マトリクスとしては、金属材料が好ましく、なかでも、仕事関数が比較的大きいことで大気中での安定性を有しており、且つ、良好な導電性を有するものが良い。   In the case of a conductive polymer, generally a guest substance corresponding to a donor or an acceptor is added to a host material (polymer). When the guest substance is added in this manner, carriers are generated in the host material and conductivity is exhibited. However, the diffusion of donors and acceptors into the organic layer 40 may form charge transfer complex molecules with the polymer of the organic layer 40, which may reduce the luminance lifetime. Therefore, the matrix is preferably a metal material, and in particular, a matrix having a relatively high work function and having stability in the atmosphere and good conductivity is preferable.

また、金属の混合物は、多くの金属の組み合わせにおいて固溶体をなす。この固溶体とは、マトリクスの金属原子位置に、添加した金属原子が置換した構造をなしたものである。このように固溶体を形成した場合に問題となるのが、合金としての性質に変化する点である。上記した第1金属層52において、固溶体が形成されると、アルカリ金属やアルカリ土類金属単独の特性、すなわち低仕事関数を活かすことができなくなる。この点を考慮すると、マトリクスとして用いる金属材料と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属との組み合わせを、固溶体を形成しない組み合わせとすることが好ましい。   Also, the metal mixture forms a solid solution in many metal combinations. This solid solution has a structure in which an added metal atom is substituted at a metal atom position of a matrix. When the solid solution is formed in this way, the problem is that it changes to properties as an alloy. When a solid solution is formed in the first metal layer 52 described above, the characteristics of the alkali metal or alkaline earth metal alone, that is, the low work function cannot be utilized. Considering this point, it is preferable that the combination of the metal material used as the matrix and the alkali metal or alkaline earth metal is a combination that does not form a solid solution.

ここで、固溶体を形成する条件は、ヒューム・ロザリーの法則で示される。この法則は、マトリクスを構成する金属元素の原子半径をR0、添加されるアルカリ金属又はアルカリ土類金属元素の原子半径をR1とすると、次式(数式1)で示される。
(数1){|R0−R1|/R0}×100≦15
そして、2つの金属元素が数式1の関係を満たすと、固溶体を形成しやすいことを示している。例えば、AgとMgの場合、数式1の左辺の値が6%程度となり、固溶体を形成しやすい組み合わせであることがわかる。また、CrとMgの場合、数式1の左辺が7%程度となり、この組み合わせも固溶体を形成しやすいことがわかる。また、AlとLiの場合、数式1の左辺の値が21%であり、固溶体を形成しにくいことがわかる。数式1から、2つの金属元素の原子半径の差が大きいと、固溶体を形成しにくい。
Here, the conditions for forming a solid solution are indicated by Hume Rosary's law. This rule is expressed by the following equation (Equation 1), where R0 is the atomic radius of the metal element constituting the matrix and R1 is the atomic radius of the added alkali metal or alkaline earth metal element.
(Expression 1) {| R0−R1 | / R0} × 100 ≦ 15
And when two metal elements satisfy | fill the relationship of Numerical formula 1, it has shown that it is easy to form a solid solution. For example, in the case of Ag and Mg, the value on the left side of Formula 1 is about 6%, which indicates that the combination is easy to form a solid solution. In the case of Cr and Mg, the left side of Equation 1 is about 7%, and it can be seen that this combination also easily forms a solid solution. In the case of Al and Li, the value on the left side of Equation 1 is 21%, which indicates that it is difficult to form a solid solution. From Formula 1, if the difference in atomic radius between two metal elements is large, it is difficult to form a solid solution.

本実施形態では、以上の点を踏まえて、マトリクスを構成する金属元素をAlとしている。Alの場合、仕事関数が大きく(4.28eV)、大気中で安定であるので、取り扱いも容易である。また、良好な導電性も有する。さらには、Au、Ag、Ptなどに較べて安価である。また、AlとCaの組み合わせでは、数式1の左辺の値が44%程度と非常に大きな値を示す。このため、非常に固溶しにくいため、第1金属層52中において、Caを金属単体で保持するとともに、Caを分散させることができる。このように、本実施形態では、第1金属層52が、CaとAlを混合してなる。   In the present embodiment, based on the above points, the metal element constituting the matrix is Al. In the case of Al, since the work function is large (4.28 eV) and stable in the air, handling is easy. It also has good conductivity. Furthermore, it is less expensive than Au, Ag, Pt and the like. Moreover, in the combination of Al and Ca, the value of the left side of Formula 1 shows a very large value of about 44%. For this reason, since it is very difficult to dissolve, Ca can be held in the first metal layer 52 as a single metal and Ca can be dispersed. Thus, in this embodiment, the 1st metal layer 52 mixes Ca and Al.

また、本実施形態では、第1金属層52に、Caが25vol%以上40vol%以下の範囲で含まれている。また、第1金属層52の膜厚が、1nm以上4nm以下の範囲内、より好ましくは2nmで設定されている。   In the present embodiment, Ca is contained in the first metal layer 52 in the range of 25 vol% or more and 40 vol% or less. The film thickness of the first metal layer 52 is set in the range of 1 nm to 4 nm, more preferably 2 nm.

第2金属層53の構成材料としては、陰極50を構成する下層(第1金属層52及び電子注入層51)を保護できるように大きな仕事関数を有し、且つ、導電性に優れた材料を用いることができる。このような材料としては、例えばAl、Au、Ag、Ptなどがある。なかでも、Alは、コストの点でも好ましい。本実施形態では、第2金属層53が、Alからなる。   As a constituent material of the second metal layer 53, a material having a large work function and excellent conductivity so as to protect the lower layer (the first metal layer 52 and the electron injection layer 51) constituting the cathode 50 is used. Can be used. Examples of such a material include Al, Au, Ag, and Pt. Among these, Al is preferable in terms of cost. In the present embodiment, the second metal layer 53 is made of Al.

次に、本実施形態に係る有機EL素子100の作用及び効果について説明する。   Next, functions and effects of the organic EL element 100 according to this embodiment will be described.

本実施形態では、陰極50を構成する第1金属層52が、Ca(仕事関数2.87eV)を有している。このため、高分子材料(LUMO値2.6eV未満)からなる有機層40の界面での電子注入障壁を低減することができる。   In the present embodiment, the first metal layer 52 constituting the cathode 50 has Ca (work function 2.87 eV). For this reason, it is possible to reduce the electron injection barrier at the interface of the organic layer 40 made of a polymer material (LUMO value less than 2.6 eV).

また、第1金属層52と有機層40の間に、LiFからなる電子注入層51を有する。したがって、電気2重層形成の効果により、有機層40との界面での電子注入障壁をより一層低減することができる。   In addition, an electron injection layer 51 made of LiF is provided between the first metal layer 52 and the organic layer 40. Therefore, the electron injection barrier at the interface with the organic layer 40 can be further reduced by the effect of forming the electric double layer.

また、第1金属層52は、Caのみを含むのではなく、第2金属層53の構成材料と同じAlも含んでいる。このため、Ca単体に較べて、第1金属層52中におけるCaの体積密度(第1金属層52においてCaが占める割合)が小さい。したがって、Caのみからなる第1金属層52に較べて、CaとLiFの反応確率を低減する、すなわち置換反応を抑制することができる。   Further, the first metal layer 52 does not contain only Ca, but also contains the same Al as the constituent material of the second metal layer 53. For this reason, the volume density of Ca in the first metal layer 52 (the proportion of Ca in the first metal layer 52) is smaller than that of Ca alone. Therefore, compared with the first metal layer 52 made of only Ca, the reaction probability of Ca and LiF can be reduced, that is, the substitution reaction can be suppressed.

また、CaとAlは原子半径の差が大きく、上記した数式1(ヒューム・ロザリーの法則)からもわかるように、非常に固溶しにくい。このため、第1金属層52中において、Caは少なからず金属単体で存在し、Al中で分散している。したがって、第1金属層52中において、金属単体で存在するCaにより、有機層40の界面での電子注入障壁を低減することができる。   Further, Ca and Al have a large difference in atomic radius, and as can be seen from Equation 1 (Fume Rosary's law), it is very difficult to dissolve. For this reason, in the first metal layer 52, Ca is present in a small amount as a single metal and is dispersed in Al. Therefore, the electron injection barrier at the interface of the organic layer 40 can be reduced by Ca existing in the first metal layer 52 as a single metal.

以上から、本実施形態によれば、素子特性(電子注入特性)と輝度寿命をともに向上することができる。   As described above, according to the present embodiment, both element characteristics (electron injection characteristics) and luminance life can be improved.

なお、第1金属層52を構成する金属の組み合わせとして、固溶体を形成しにくい組み合わせを採用するため、マトリクスに添加されるアルカリ金属又はアルカリ土類金属元素の析出や、層分離等が生じることも考えられる。   In addition, since the combination which is hard to form a solid solution is employ | adopted as a combination of the metal which comprises the 1st metal layer 52, precipitation of the alkali metal or alkaline-earth metal element added to a matrix, layer separation, etc. may arise. Conceivable.

このため、より好ましい形態として、第1金属層52が、Caを25vol%以上40vol%以下の範囲で含むと良い。これによれば、Caが25vol%未満の構成、40vol%を超える構成に較べて、より一層輝度寿命を向上することができる。   For this reason, as a more preferable form, the first metal layer 52 may contain Ca in the range of 25 vol% or more and 40 vol% or less. According to this, the luminance life can be further improved as compared with the configuration in which Ca is less than 25 vol% and the configuration in which Ca exceeds 40 vol%.

なお、Caが25vol%未満の場合、第1金属層52中にCaが少ないため、低仕事関数を有するCaの高電子注入特性の効果が低下し、その分高駆動電圧となり、素子発熱等が影響するためと考えられる。一方、Caが40vol%を超える場合、Caが多く、Caを分散させてLiFとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   In addition, when Ca is less than 25 vol%, since there is little Ca in the first metal layer 52, the effect of high electron injection characteristics of Ca having a low work function is reduced, and accordingly, a high driving voltage is generated, and element heat generation or the like occurs. It is thought to influence. On the other hand, when Ca exceeds 40 vol%, it is thought that there is much Ca and the effect of dispersing Ca and reducing the reaction probability with LiF is weakened.

また、第1金属層52の厚さを1nm以上4nm以下の範囲内とすると良い。これによれば、厚さが1nm未満、4nmを超える構成に較べて、より一層輝度寿命を向上することができる。特に第1金属層52の厚さを2nmとすると、輝度寿命を最も向上することができる。   The thickness of the first metal layer 52 is preferably in the range of 1 nm to 4 nm. According to this, compared with the structure whose thickness is less than 1 nm and exceeds 4 nm, the luminance life can be further improved. In particular, when the thickness of the first metal layer 52 is 2 nm, the luminance life can be most improved.

なお、膜厚が4nmを超えると、厚膜とすることで非固溶系の第1金属層52においてCaの偏析等が生じやすくなり、Caを分散させてLiFとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   If the film thickness exceeds 4 nm, the thick film tends to cause segregation of Ca in the non-solid solution first metal layer 52, and the effect of dispersing Ca and reducing the reaction probability with LiF. It seems to be weakened.

次に、上記構成を採用した根拠について、実施例1〜4及び比較例1〜7を参照して説明する。   Next, the grounds for adopting the above configuration will be described with reference to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7.

(比較例1)
この比較例1は、本発明を創作するに至った経緯の説明で示した試作品と同じ構成である。具体的には、ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2、すなわちアメリカンダイソース社製Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(1,4-benzo-{2,1’,3}-thiadiazole)](ADS233YE)、を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51としてLiFを厚さ1nm、第1金属層52としてCaを厚さ2nm、第2金属層53としてAlを厚さ100nmとなるように、順に形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 1)
This Comparative Example 1 has the same configuration as the prototype shown in the description of the process leading to the creation of the present invention. Specifically, after forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 shown in the chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. Thus, a hole transport layer 30 was obtained. Next, the compound 2 described above, that is, Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co- (1,4-benzo- {2,1 ', 3} -thiadiazole) manufactured by American Dye Source Co., Ltd. ] (ADS233YE), a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40,000 is purified and dissolved in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is applied onto the hole transport layer 30 by spin coating. To do. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF was formed as the electron injection layer 51 in a thickness of 1 nm, Ca was formed as the first metal layer 52 in a thickness of 2 nm, and Al was formed as the second metal layer 53 in a thickness of 100 nm by a vacuum deposition method. . Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(実施例1)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ2nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
Example 1
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF having a thickness of 1 nm is formed as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, and then Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例2)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 2)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF having a thickness of 1 nm was formed as the electron injection layer 51 by a vacuum evaporation method, and then Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum evaporation method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例3)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:6の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ2nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 3)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, after forming LiF with a thickness of 1 nm as the electron injection layer 51 by a vacuum deposition method, both Ca and Al are vapor-deposited at a deposition rate ratio of 1: 6, whereby a thickness of 2 nm containing Ca and Al is obtained. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(実施例2)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを2:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ2nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Example 2)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, after forming LiF with a thickness of 1 nm as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 2: 3, so that the thickness of Ca and Al is 2 nm. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(実施例3)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ1nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Example 3)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF having a thickness of 1 nm is formed as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, and then Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(実施例4)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ4nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
Example 4
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, after forming LiF having a thickness of 1 nm as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3, so that the thickness of 4 nm including Ca and Al is increased. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例4)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ10nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 4)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, after forming LiF with a thickness of 1 nm as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3, so that the thickness of Ca and Al is 10 nm. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例5)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ20nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 5)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF having a thickness of 1 nm is formed as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, and then Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例6)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、上記化学式3に示す化合物1を真空蒸着法により60nmの厚さで形成して、正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを7:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ2nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 6)
After forming ITO as the anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, the compound 1 represented by the above chemical formula 3 is formed with a thickness of 60 nm by a vacuum deposition method. A transport layer 30 was obtained. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, after forming LiF having a thickness of 1 nm as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, both Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 7: 3, so that a thickness of 2 nm including Ca and Al is obtained. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

(比較例7)
ガラス等からなる透明な基板10の一面上に陽極20としてのITOを150nmの厚さで形成した後、PEDOT/PSSを水に分散させた塗布液を用いて、スピンコート法により陽極20上に塗布し、120℃で乾燥させることにより厚さ60nmの正孔輸送層30とした。次に、上記した化合物2を精製して重量平均分子量40000とした高分子発光材料を、キシレン溶媒に溶解させて塗布液を形成し、この塗布液を正孔輸送層30の上にスピンコート法で塗布する。そして、120℃で乾燥させることにより、厚さ100nmの有機層40(発光層)とした。次に、真空蒸着法により、電子注入層51として厚さ1nmのLiFを形成した後、CaとAlを1:3の蒸着速度比でともに蒸着することにより、CaとAlを含む厚さ2nmの第1金属層52を形成した。次いで、真空蒸着法により、第2金属層53として厚さ100nmのAlを形成した。そして、最後にグローブボックス中で金属缶(図示略)と素子が形成された基板10とを光硬化樹脂で貼り合わせることで、作製素子を封止した。
(Comparative Example 7)
After forming ITO as an anode 20 with a thickness of 150 nm on one surface of a transparent substrate 10 made of glass or the like, a spin coat method is used to apply a coating solution in which PEDOT / PSS is dispersed in water. The positive hole transport layer 30 having a thickness of 60 nm was obtained by coating and drying at 120 ° C. Next, a polymer light emitting material having a weight average molecular weight of 40000 is purified by dissolving the above-described compound 2 in a xylene solvent to form a coating solution, and this coating solution is formed on the hole transport layer 30 by a spin coating method. Apply with. And it was set as the organic layer 40 (light emitting layer) of thickness 100nm by making it dry at 120 degreeC. Next, LiF having a thickness of 1 nm is formed as the electron injection layer 51 by vacuum deposition, and then Ca and Al are vapor-deposited together at a deposition rate ratio of 1: 3. A first metal layer 52 was formed. Next, Al having a thickness of 100 nm was formed as the second metal layer 53 by a vacuum deposition method. Finally, the fabricated element was sealed by bonding a metal can (not shown) and the substrate 10 on which the element was formed with a photocurable resin in a glove box.

このようにして形成した有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を実施した。 The organic EL element 100 thus formed was subjected to a durability test at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an 85 ° C. environment.

図5は、実施例1〜4及び比較例1〜7の各構成と、耐久試験の評価結果をまとめたものである。なお、評価結果は、初期状態の輝度に対する耐久試験100h後の相対輝度を表したものである。   FIG. 5 summarizes the configurations of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 and the evaluation results of the durability test. The evaluation result represents the relative luminance after the durability test 100 h with respect to the luminance in the initial state.

また、図6は、正孔輸送層30として上記化学式3に示す化合物1を用い、且つ、第1金属層52の厚さを2nmとしたときの、第1金属層52の組成、すなわちCaのvol%(体積%)と、相対輝度との関係を示している。具体的には、実施例1,2と比較例1,3,6の結果を示している。また、第1金属層52を有さない、すなわちCaが0vol%の状態を示す比較例2の結果もあわせて示している。   FIG. 6 shows the composition of the first metal layer 52 when the compound 1 shown in the chemical formula 3 is used as the hole transport layer 30 and the thickness of the first metal layer 52 is 2 nm. The relationship between vol% (volume%) and relative luminance is shown. Specifically, the results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 3, and 6 are shown. Moreover, the result of the comparative example 2 which does not have the 1st metal layer 52, ie, shows the state of Ca being 0 vol%, is also shown.

図6から明らかなように、第1金属層52のうち、Caを25vol%以上40vol%以下(Alを60vol%以上75vol%以下)の範囲内とすると、相対輝度、すなわち輝度寿命をより一層向上できる。具体的には相対輝度を0.8以上とすることができる。   As apparent from FIG. 6, when the Ca content in the first metal layer 52 is in the range of 25 vol% or more and 40 vol% or less (Al is in the range of 60 vol% or more and 75 vol% or less), the relative luminance, that is, the luminance life is further improved. it can. Specifically, the relative luminance can be 0.8 or more.

なお、Caが25vol%未満の場合、第1金属層52中にCaが少ないため、低仕事関数を有するCaの高電子注入特性の効果が低下し、その分高駆動電圧となり、素子発熱等が影響するためと考えられる。一方、Caが40vol%を超える場合、Caを分散させてLiFとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   In addition, when Ca is less than 25 vol%, since there is little Ca in the first metal layer 52, the effect of high electron injection characteristics of Ca having a low work function is reduced, and accordingly, a high driving voltage is generated, and element heat generation or the like occurs. It is thought to influence. On the other hand, when Ca exceeds 40 vol%, it is considered that the effect of dispersing Ca and reducing the reaction probability with LiF is weakened.

また、図7は、正孔輸送層30として上記化学式3に示す化合物1を用い、且つ、第1金属層5の組成を、Ca:25vol%、Al:75vol%としたときの、第1金属層52の厚さと相対輝度(輝度寿命)との関係を示している。具体的には、実施例1,3,4と比較例4,5の結果を示している。また、第1金属層52を有さない、すなわち膜厚0nmの状態を示す比較例2の結果もあわせて示している。   FIG. 7 shows the first metal when the compound 1 shown in the chemical formula 3 is used as the hole transport layer 30 and the composition of the first metal layer 5 is Ca: 25 vol% and Al: 75 vol%. The relationship between the thickness of the layer 52 and relative luminance (luminance lifetime) is shown. Specifically, the results of Examples 1, 3, 4 and Comparative Examples 4, 5 are shown. Further, the result of Comparative Example 2 that does not have the first metal layer 52, that is, shows a state of a film thickness of 0 nm is also shown.

図7から明らかなように、第1金属層52の厚さを1nm以上4nm以下の範囲内とすると、相対輝度(輝度寿命)を、より一層向上できる。具体的には、相対輝度を0.8以上とすることができる。特に第1金属層52の厚さを2nmとすると、輝度寿命を最も向上することができるので好ましい。   As is clear from FIG. 7, when the thickness of the first metal layer 52 is in the range of 1 nm or more and 4 nm or less, the relative luminance (luminance life) can be further improved. Specifically, the relative luminance can be 0.8 or more. In particular, the thickness of the first metal layer 52 is preferably 2 nm because the luminance life can be most improved.

なお、膜厚が4nmを超えると相対輝度が低下するのは、厚膜とすることで非固溶系の第1金属層52においてCaの偏析等が生じやすくなり、Caを分散させてLiFとの反応確率を低減させる効果が弱まるためと考えられる。   The relative luminance decreases when the film thickness exceeds 4 nm. The thick film facilitates segregation of Ca in the non-solid solution first metal layer 52, and Ca is dispersed to form LiF. This is probably because the effect of reducing the reaction probability is weakened.

また、図5に示すように、実施例1と比較例7の評価結果から、正孔輸送層30として、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない材料を用いたほうが、輝度寿命を向上できる点も明らかである。   Further, as shown in FIG. 5, from the evaluation results of Example 1 and Comparative Example 7, it is possible to improve the luminance life by using a material that does not contain a dopant having a donor property or an acceptor property as the hole transport layer 30. The point is also clear.

なお、比較例7のように、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパント(比較例7ではPSS)を含有した正孔輸送材料(具体的には導電性ポリマー)を用いると、ドーパントが有機層40に拡散して、有機層40を構成する高分子との間に電荷移動錯体などを形成し、これにより輝度が低下するものと考えられる。これに対し、実施例1のように、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない材料を用いて正孔輸送層30を構成すると、輝度寿命を向上することができる。   As in Comparative Example 7, when a hole transport material (specifically, a conductive polymer) containing a dopant having a donor property or an acceptor property (PSS in Comparative Example 7) is used, the dopant is added to the organic layer 40. It is considered that a diffusion is caused to form a charge transfer complex or the like with the polymer constituting the organic layer 40, thereby reducing the luminance. On the other hand, when the hole transport layer 30 is formed using a material that does not contain a dopant having donor properties or acceptor properties as in Example 1, the luminance lifetime can be improved.

図8は、上記した実施例1に示す有機EL素子100を、85℃環境下でのDC駆動による800cd/mの初期輝度にて耐久試験を100h実施し、初期状態と耐久試験後(相対輝度0.85)について状態分析を行った結果を示している。具体的には、深さ方向においてLiの分布の分析結果を示している。なお、分析方法及び条件は、上記した図2と同じである。 FIG. 8 shows that the organic EL device 100 shown in Example 1 was subjected to an endurance test for 100 hours at an initial luminance of 800 cd / m 2 by DC driving in an environment of 85 ° C. The result of state analysis for luminance 0.85) is shown. Specifically, the analysis result of the distribution of Li in the depth direction is shown. The analysis method and conditions are the same as those in FIG.

図8では、初期状態のサンプルのLiを実線、40%低下したサンプルのLiを破線で示している。なお、一点鎖線はIn、二点鎖線はAlを示している。図8から明らかなように、図2と比較して、有機層40側へのLiの拡散が顕著に抑制されていることがわかる。   In FIG. 8, Li in the sample in the initial state is indicated by a solid line, and Li of the sample that has been reduced by 40% is indicated by a broken line. The alternate long and short dash line indicates In, and the alternate long and two short dashes line indicates Al. As is apparent from FIG. 8, it can be seen that the diffusion of Li toward the organic layer 40 side is significantly suppressed as compared with FIG.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

20・・・陽極
30・・・正孔輸送層
40・・・有機層
50・・・陰極
51・・・電子注入層
52・・・第1金属層
53・・・第2金属層
100・・・有機EL素子
20 ... anode 30 ... hole transport layer 40 ... organic layer 50 ... cathode 51 ... electron injection layer 52 ... first metal layer 53 ... second metal layer 100 ...・ Organic EL device

Claims (6)

陽極と陰極との間に、LUMO値が2.6eV未満の有機層を少なくとも1層配置してなる有機EL素子であって、
前記陰極は、前記有機層に接するとともに、前記有機層側から、電子注入層、第1金属層、第2金属層の3層構造をなし、
前記電子注入層は、フッ化リチウムからなり、
前記第1金属層は、カルシウムとアルミニウムを混合してなり、
前記第2金属層は、アルミニウムからなり、厚さ100nmを有することを特徴とする有機EL素子。
An organic EL device comprising at least one organic layer having an LUMO value of less than 2.6 eV between an anode and a cathode,
The cathode is in contact with the organic layer and has a three-layer structure of an electron injection layer, a first metal layer, and a second metal layer from the organic layer side,
The electron injection layer is made of lithium fluoride,
The first metal layer is a mixture of calcium and aluminum,
It said second metal layer, Ri Do aluminum, organic EL element characterized Rukoto to have a thickness of 100 nm.
前記第1金属層には、カルシウムが25vol%以上40vol%以下の範囲で含まれていることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。   2. The organic EL device according to claim 1, wherein the first metal layer contains calcium in a range of 25 vol% or more and 40 vol% or less. 前記第1金属層の膜厚が、1nm以上4nm以下の範囲で設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機EL素子。   3. The organic EL element according to claim 1, wherein the film thickness of the first metal layer is set in a range of 1 nm to 4 nm. 前記第1金属層の膜厚が、2nmで設定されていることを特徴とする請求項3に記載の有機EL素子。   The organic EL element according to claim 3, wherein the thickness of the first metal layer is set to 2 nm. 前記陽極と前記有機層の間に、ドナー性又はアクセプター性を有するドーパントを含有しない正孔輸送層を、前記陽極に接して有することを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の有機EL素子。   The hole transport layer which does not contain the dopant which has donor property or acceptor property between the said anode and the said organic layer is provided in contact with the said anode, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Organic EL element. 前記正孔輸送層の構成材料は、化学式1に示す構造を有することを特徴とする請求項5に記載の有機EL素子。
Figure 0005742307
6. The organic EL device according to claim 5, wherein the constituent material of the hole transport layer has a structure represented by Chemical Formula 1.
Figure 0005742307
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