JPH10340781A - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法 - Google Patents
有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法Info
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Abstract
光層/電子輸送層/背面電極の構造を有する有機エレク
トロルミネッセンス素子において,発光層がフルオレン
骨格を有するモノマー,オリゴマー,ポリマーを使用し
た有機エレクトロルミネッセンス素子で青色発光が実現
する。また,透明基板上に透明電極/発光層/背面電極
の構造を有する有機EL素子において,発光層として,
電子輸送物質を発光物質としての現像可能な光硬化性樹
脂にドーピングさせることにより,有機LED(EL)
膜のフォトリソグラフィーパターニングが可能なフルカ
ラー化に向けた微細な青色発光セグメントが実現でき
る。
Description
ミネッセンス素子に関するものである。
(以下,EL素子と略称)は,自己発光のため視認性が
高く,完全固体素子のため耐衝撃性に優れる等の特徴を
有し,各種表示装置に於ける発光素子として注目されて
いる。また,R(赤)G(緑)B(青)各色の発光が可
能な薄膜面発光デバイスであることから,フルカラーフ
ラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。
を用いる無機EL素子と,有機化合物を用いる有機EL
素子があり,有機EL素子は作動電圧を大幅に低くし得
るため,実用化研究が積極的に進められている。
/発光層/陰極が構成された構造が基本であり,この基
本構造に正孔注入層や電子注入層が適宜設けられたもの
がある。例えば,陽極/正孔注入層/発光層/陰極や,
陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極等の構造
であり,正孔注入層は陽極より注入される正孔を発光層
に伝達する機能を有し,電子輸送層は陰極より注入され
る電子を発光層に伝達する機能を有する。正孔注入層を
発光層と陽極との間に介在させることにより,より低い
作動電圧で多くの正孔が発光層に注入されると共に,発
光層に陰極または電子輸送層より注入される電子が発光
層と正孔注入層の界面に存在する電子の障壁により発光
層内の界面に蓄積され,発光効率が上がることを利用し
たものである。(「アプライド・フィジックス・レター
ズ」第51巻,第913ページ(1987年)) また,有機EL素子の基本構造(陽極/発光層/陰極)
のものにも種々のものがある。
物質と,正孔と電子の再結合に応答して発光する発光物
質とを混合した発光層からなる素子であり,正孔輸送物
質としてポリ・ビニル・カルバゾール(PVK)を,電
子輸送物質としてPBDと呼ばれるオキサジアゾール誘
導体を,発光物質としてクマリン誘導体を用いて高輝度
の緑色発光を実現したことが開示されている。(「応用
物理」第61巻,第1044ページ(1992年))
質と,蛍光物質とを,正孔も電子も輸送しないマトリッ
クス物質にドープした発光層からなる素子であり,正孔
輸送物質としてTPDを,電子輸送物質としてアルミニ
ウム・オキシン錯体を,発光物質としてクマリン誘導体
を,マトリックスとしてポリメチレンメタアクリレート
(PMMA)を用いて高輝度の緑色発光を実現したこと
が開示されている。(「アプライド・フィジクス・レタ
ーズ」第61巻,第761ページ(1992年)) しかし,これらの素子作製にあたり,青色及び赤色発光
のための発光材料の開発が遅れており,長寿命のフルカ
ラーディスプレイの実現に至っていない。
チリルアリーレン誘導体,ポリアルキルフルオレン,ポ
リメチルフェニルシラン,ポリパラフェニレン,ポリジ
ヘプチルオキシフェニレン,亜鉛錯体;(Zn(ox
z)2;oxz=オキサゾール),オキサジアゾール誘
導体,テトラフェニルシクロペンタジエン,テトラフェ
ニルブタジエン等がある。
の有機エレクトロルミネッセンス素子製造において,青
色発光有機LED(EL)膜の素子の耐熱性に問題点が
あったことから,青色の素子の寿命に困難を抱えてい
た。
結果,ある種の化合物、即ち、式I で表される化合物I
:
ある。) 若しくは式IIで表される化合物II:
物が,青色の発光を示し,電子輸送物質のドーピング
(分子分散)が可能で,かつフォトリソグラフィーパタ
ーニングが可能で耐熱性がある物質であることを発見し
た。
孔輸送層/発光層/電子輸送層/背面電極の構造を有す
る有機EL素子を以下のように作製し,青色発光を確認
するに至った。正孔輸送層にPVK使用時は,PVKを
有機溶媒に溶解し,ITO付き透明基板上に塗布乾燥し
てPVK薄膜を作製し,発光層として前記の化合物I若
しくはII若しくはIII またはそれらの誘導体またはそれ
らの混合物を適度な溶媒に溶解し,PVK膜上に塗布
し,さらにAlq,PPCP(1,2,3,4,5−ペ
ンタフェニル−1,3−シクロペンタジエン),PBD
等の電子輸送層を蒸着し,その上に陰極の金属電極を蒸
着した。正孔輸送層にTPD(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)またはその誘導体を使
用する時は,TPDまたはその誘導体を蒸着し,つい
で,前記の化合物I 若しくはII若しくはIII またはそれ
らの誘導体またはそれらの混合物を蒸着し,更にAl
q,PPCP,PBD等の電子輸送層を蒸着し,その上
に陰極の金属電極を蒸着した。いずれも,直流を流すこ
とにより,青色発光を確認した。
明電極/発光層/背面電極の構造を有する有機EL素子
において,発光層として,電子輸送性物質を,マトリッ
クスとして前記の化合物I 若しくはII若しくはIII また
はそれらの誘導体またはそれらの混合物にドーピングさ
せることにより,有機LED(EL)膜のフォトリソグ
ラフィーパターニングが可能となり,フルカラー化に向
けた微細な青色発光セグメントの配列が実現できること
を見つけ発明に至った。また,このマトリックスは,熱
的に安定なものであり,かつ薄膜性に優れ均一で緻密な
膜が形成でき,電極形成時にピンホールが発生しにくい
ことから,耐熱性(長寿命化)も期待できる。また,耐
久性を良くすることを目的として,水分や酸素を遮断す
るために樹脂で封止したり,酸化ゲルマニウムの薄膜を
蒸着するということもできる。
る。
(例えばポリエーテルスルホン,ポリアリレート)の基
板が使用可能である。
要があり,例えばIndium Tin Oxide
(ITO)が使用できる。
8/発光層7/電子輸送層6/背面電極5の構造を有す
る有機EL素子においては,正孔輸送層8としては,P
VK,TPD,TPDの誘導体を使用し,膜作製におい
ては,塗布,蒸着いずれでも使用化合物に相応しい方法
で良い。PVKであれば,蒸着は困難を伴うので,ジク
ロロエタン,ジクロロメタン等の溶解できる溶媒を使用
し,1〜3wt%溶液とし,ディップまたはスピンコー
トで塗布する。TPD,TPDの誘導体を使用する時
は,抵抗加熱蒸着法を用い,150℃〜250℃で真空
蒸着を行う。次に発光層7は,前記の化合物I 若しくは
II若しくはIII またはそれらの誘導体をPVK使用時は
塗布で,TPD等の低分子物質使用時は蒸着により,そ
れぞれ製膜する。塗布の場合は,発光層化合物をPVK
を溶かさないあるいはPVKの溶解度の低い有機溶媒に
溶解し,ディップまたはスピンコートで塗布し乾燥す
る。この場合,トルエン,プロピレングリコールモノメ
チルエーテルアセテイト等の1〜3wt%溶液が相応し
い。電子輸送層6はアルミ・オキシン錯体(Alq),
オキサジアゾール誘導体等が使用でき,抵抗加熱蒸着で
150〜250℃で製膜する。蒸着時の真空度はいずれ
の蒸着時も6.0 x10-6から5.0 x10-5Torrが相応し
い。それぞれの膜厚は,正孔輸送層8が100〜100
0オングストローム,発光層7が300〜1500オン
グストローム,そして電子輸送層6が100〜1000
オングストロームである。それ以下であると絶縁性が悪
く,それ以上であると電圧を印加しても電流が流れにく
くなる。
背面電極1の構造を有する有機EL素子においては,発
光層2としては,電子輸送物質を,マトリックスとして
前記の化合物I 若しくはII若しくはIII またはそれらの
誘導体にドーピングさせた層であり,電子輸送物質は,
マトリックスに分子分散して安定なものであれば種類は
問わない。具体的には,電子輸送物質としてはアルミ・
オキシン錯体(Alq),オキサジアゾール誘導体等が
使用できる。電子輸送材料を添加する場合の添加量は,
物質により大きく異なるが,概ね0.01重量%から6
0重量%の間である。一般に好ましくは20〜30重量
%前後である。マトリックス化合物,電子輸送物質,か
つ,時に正孔輸送物質をそれら全てを溶解する有機溶媒
に,たとえば,ジクロロエタン,ジクロロメタンに1〜
3wt%で溶解し,ディップまたはスピンコートにて塗
布し乾燥して製膜する。また,発光層2の膜厚は,50
0〜3000オングストロームが相応しい。これより薄
いと絶縁性が悪く,厚いと発光しにくくなる。微細パタ
ーニングを要する場合は,所定のマスクを用いて紫外線
にて露光すればよい。光量は50〜400mjである。
gAg,AlLi,Al等の薄膜が使用できる。真空度
は6.0 x10-6から5.0 x10-5Torrが相応しい。
の構造を有する有機EL素子においては,以下のように
素子を形成した。ITOの透明電極が形成されたガラス
基板を洗浄し,正孔輸送層としては,PVKを1,2ー
ジクロロエタンに溶解し,スピンコート法により500
オングストロームで製膜する。さらに,その上に,発光
層としては,前記の化合物I (nは平均で3〜4であ
る)をトルエンに溶解したものを作製し,スピンコート
により1000オングストロームで塗布する。次に,電
子輸送層としてアルミ・オキシン錯体(Alq)の50
0オングストロームを蒸着で製膜する。その上に背面電
極としてMgを100オングストローム,ついでAlを
1000オングストロームで蒸着した。
青色に発光した。
の構造を有する有機EL素子においては,以下のように
素子を形成した。ITOの透明電極が形成されたガラス
基板を洗浄し,正孔輸送層としては,TPDを500オ
ングストロームで蒸着する。さらに,その上に,発光層
としては,前記の化合物I (nは平均で3〜4である)
を1000オングストロームで蒸着する。次に,電子輸
送層としてアルミ・オキシン錯体(Alq)の500オ
ングストロームを蒸着で製膜する。その上に背面電極と
してMgを100オングストローム,ついでAlを10
00オングストロームで蒸着した。
青色に発光した。
で3〜4である)と,Alq(アルミニウムオキシン錯
体)(化合物I の50重量%添加)とを加え,混合撹拌
して溶解し1.5重量%の溶液を作製した。
基板を洗浄し,上記溶液をスピンコート法にて全面塗布
し,80℃にて30秒乾燥し,1000オングストロー
ムの膜を製膜した。
の円盤状マスクをセットし,200〜1000mjの紫
外線露光を行った後,該塗布基板を1,2ージクロロエ
タンに浸漬し,中央部のみに発光層を形成した。
mの円盤状マスクをセットし蒸着法により背面電極とし
てMg100オングストロームついでAlを1000オ
ングストローム形成し,中央部に直径5mmの円盤状電
極が形成された有機EL素子を完成させた。
発光層の寸法精度は5μm以下であった。
加したところ明瞭な青色の発光が認められた。
合物I 若しくはII若しくはIII またはそれらの誘導体ま
たはそれらの混合物を用いることにより,青色有機EL
素子が実現できる。
図である。
図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 透明基板上に透明電極/正孔輸送層/発
光層/電子輸送層/背面電極の構造を有する有機エレク
トロルミネッセンス素子において,発光層が式Iで表さ
れる化合物I : 【化1】 (ただし、式中、nは1〜140の範囲である。) 若しくは式IIで表される化合物II: 【化2】 若しくは式III で表される化合物III : 【化3】 または、それらの誘導体、またはそれらの混合物から成
ることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素
子。 - 【請求項2】 透明基板上に,透明電極/発光層/背面
電極の構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子
において,発光層が式I で表される化合物I: 【化4】 (ただし、式中、nは1〜140の範囲である。) 若しくは式IIで表される化合物II: 【化5】 若しくは式III で表される化合物III : 【化6】 またはそれらの誘導体、または、それらの混合物と,電
子輸送材料とから成ることを特徴とする有機エレクトロ
ルミネッセンス素子。 - 【請求項3】 請求項1において,正孔輸送層がPVK
またはTPD,または,それらの誘導体から成り,電子
輸送層がAlqまたはPBDまたはPPCPまたはオキ
サジアゾール誘導体から成ることを特徴とする有機エレ
クトロルミネッセンス素子。 - 【請求項4】 請求項2において,電子輸送材料がAl
qまたはPBDまたはPPCPまたはオキサジアゾール
誘導体であることを特徴とする有機エレクトロルミネッ
センス素子。 - 【請求項5】 請求項1〜4において,背面電極がMg
AgまたはAlLi合金薄膜,またはMgとAlの二層
膜であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセン
ス素子。 - 【請求項6】 透明基板上に透明電極を形成し,その上
にTPDまたはその誘導体を抵抗加熱法により正孔輸送
層を蒸着形成し,その上に式I で表される化合物I : 【化7】 (ただし、式中、nは1〜140の範囲である。) 若しくは式IIで表される化合物II: 【化8】 若しくは式III で表される化合物III : 【化9】 または,それらの誘導体,または,それらの混合物を抵
抗加熱法により発光層を蒸着形成し,その上にAlq,
PBDまたはPPCPを抵抗加熱法により電子輸送層を
蒸着形成し,その上に背面電極を形成することを特徴と
する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 【請求項7】 透明基板上に透明電極を形成し,その上
にPVKを有機溶媒に溶解したものを塗布乾燥し正孔輸
送層を形成し,その上に式I で表される化合物I : 【化10】 (ただし、式中、nは1〜140の範囲である。) 若しくは式IIで表される化合物II: 【化11】 若しくは式III で表される化合物III : 【化12】 または,それらの誘導体,または,それらの混合物を抵
抗加熱法により発光層として蒸着形成し,その上にAl
q,PBDまたはPPCPを抵抗加熱法により電子輸送
層として蒸着形成し,その上に背面電極を形成すること
を特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造
方法。 - 【請求項8】 透明基板上に透明電極を形成し,その上
に式I で表される化合物I : 【化13】 (ただし、式中、nは1〜140の範囲である。) 若しくは式IIで表される化合物II: 【化14】 若しくは式III で表される化合物III : 【化15】 または,それらの誘導体,または,それらの混合物,ま
たはそれと電子輸送物質(Alq,PBDまたはPPC
P)を溶媒にて溶解混合し,該溶媒を塗布乾燥して発光
層を形成し,その上に背面電極を形成することを特徴と
する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 【請求項9】 請求項8において,発光層形成後,所定
のパターンを有するマスクを用いて露光した後に,ジク
ロロエタンを用い発光層を所定のパターンにエッチング
し,その上に背面電極を形成することを特徴とする有機
エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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