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

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JPH10340781A
JPH10340781A JP9106180A JP10618097A JPH10340781A JP H10340781 A JPH10340781 A JP H10340781A JP 9106180 A JP9106180 A JP 9106180A JP 10618097 A JP10618097 A JP 10618097A JP H10340781 A JPH10340781 A JP H10340781A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性に優れる青色有機EL素子を作製する. 【解決手段】 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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,有機エレクトロル
ミネッセンス素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年,エレクトロルミネッセンス素子
(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。
【0003】このEL素子には,発光材料に無機化合物
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。
【0004】有機EL素子の構造は,透明基板上に陽極
/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。
【0005】例えば,(1)正孔輸送物質と,電子輸送
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))
【0006】
【化16】
【0007】また,(2)正孔輸送物質と,電子輸送物
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。
【0008】これまでに,青色発光材料としては,ジス
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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した様にこれまで
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。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々検討の
結果,ある種の化合物、即ち、式I で表される化合物I
【0011】
【化17】
【0012】(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:
【0013】
【化18】
【0014】若しくは式III で表される化合物III :
【0015】
【化19】
【0016】またはそれらの誘導体またはそれらの混合
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。
【0017】これを利用し,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。
【0018】また,別の利用法として,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。
【0019】
【発明の実施の形態】次に本発明について詳細に述べ
る。
【0020】透明基板としては,ガラス又は透明樹脂
(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。
【0021】基板側の電極としては,透明電極にする必
要があり,例えばIndium Tin Oxide
(ITO)が使用できる。
【0022】図2に示すような透明電極9/正孔輸送層
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。
【0023】図1に示すような透明電極3/発光層2/
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。
【0024】それぞれの場合に,背面電極としては,M
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。
【0025】
【実施例】以下,本発明を具体例により説明する。
【0026】実施例1 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。
【0027】この素子に電流を流したところ,12Vで
青色に発光した。
【0028】実施例2 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。
【0029】この素子に電流を流したところ,15Vで
青色に発光した。
【0030】実施例3 1,2ージクロロエタンに,前記の化合物I (nは平均
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。
【0031】次にITOの透明電極が形成されたガラス
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。
【0032】次に,該塗布基板の中央部に直径10mm
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。
【0033】次に,中央部のみ発光層と同様の直径5m
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。
【0034】中央部に形成された円盤状の電極およびび
発光層の寸法精度は5μm以下であった。
【0035】また,作成された素子は,DC18Vを印
加したところ明瞭な青色の発光が認められた。
【0036】
【発明の効果】以上述べた如く,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用いることにより,青色有機EL
素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい単層型素子の構造を示す断面
図である。
【図2】本発明の好ましい積層型素子の構造を示す断面
図である。
【符号の説明】
1…背面電極 2…発光層 3…透明電極(ITO) 4…ガラス基板 5…背面電極 6…電子移動層 7…発光層 8…正孔移動層 9…透明電極(ITO) 10…ガラス基板

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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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