WO2011093146A1 - 有機el装置 - Google Patents

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organic
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lower electrode
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弘 藤本
根岸 敏夫
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株式会社アルバック
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    • H10K2102/301Details of OLEDs
    • H10K2102/341Short-circuit prevention

Definitions

  • the present invention relates to the technology of an organic EL device, and more particularly to an organic EL device having high resistance to particles and high hole-injection and electron-injection properties.
  • An organic EL device is a self-luminous device, and has characteristics such as a wide viewing angle, high luminous efficiency, thinning, fast response speed, high contrast, and the like, and has recently been used for TV screens. In addition, various uses such as illumination and backlights have been proposed.
  • FIG. 5 shows the internal structure of a conventional organic EL device 110.
  • the organic EL device 110 includes a glass substrate 121. On the glass substrate 121, an anode electrode layer 123, an organic EL layer 125, and a cathode electrode layer 127 are formed in this order.
  • the anode electrode layer 123 and the cathode electrode layer 127 are connected to a power source 138.
  • a voltage is applied between the anode electrode layer 123 and the cathode electrode layer 127, the organic EL layer 125 emits light, and the light is emitted from the cathode electrode layer 127.
  • a glass substrate 121 is prepared (FIG. 4A), and an anode electrode layer 123 is formed on the surface thereof by sputtering or the like (FIG. 4B).
  • the glass substrate 121 is carried into an organic vapor deposition apparatus, and an organic EL layer 125 is formed on the anode electrode layer 123.
  • an organic EL layer 125 is formed on the anode electrode layer 123.
  • FIG. 4C shows a state in which the organic EL layer 125 is formed by vapor deposition with the particles 130 attached on the anode electrode layer 123.
  • the vapor deposition method since the straightness of the vapor is high, the vapor of the raw material of the organic EL layer 125 does not reach the shaded portion 131 of the particle 130 and the organic EL layer 125 is not formed.
  • the organic EL layer 125 is not formed on the electrode layer 123, and the anode electrode layer 123 is exposed.
  • the organic EL layer 125 to be formed is thinner than 1 ⁇ m, when a particle 130 having a diameter of 1 ⁇ m or more adheres, the upper end of the particle 130 protrudes onto the organic EL layer 125, and then the shadow by the particle 130 With the portion 131 present, the cathode electrode layer 127 is formed as shown in FIG.
  • the cathode electrode layer 127 In general, a material that is difficult to form by vapor deposition is employed as the material of the cathode electrode layer 127.
  • the cathode electrode layer 127 is formed by sputtering, the cathode electrode layer 127 is formed on the organic EL layer 125. In addition, it is also formed on the shadow portion 131 by the wrapping of the sputtered particles.
  • the cathode electrode layer 127 is also formed on the anode electrode layer 123 exposed at the shadow portion 131, so that the anode electrode layer 123 and the cathode electrode layer 127 are in contact with each other at the shadow portion 131.
  • a short-circuit current flows between the cathode electrode layer 127 and the anode electrode layer 123, no current flows through the organic EL layer 125 even when a voltage is applied between the anode electrode layer 123 and the cathode electrode layer 127, and light emission. I will not.
  • the present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide an organic EL device that does not become a defective product even if particles adhere to it, and a method for manufacturing the same. It is another object of the present invention to provide an organic EL device having high electron injection properties.
  • the present invention includes a lower electrode layer, an organic EL layer disposed on the lower electrode layer, and an upper electrode layer disposed on the organic EL layer,
  • This is an organic EL device in which a short circuit prevention layer having high resistance and conductivity is disposed.
  • the present invention is the organic EL device in which the lower electrode layer has an indium tin oxide film, and the short-circuit prevention layer is disposed in contact with the indium tin oxide film.
  • the organic EL layer has an electron transport layer located on a surface on the upper electrode layer side, and the upper electrode layer includes the electron injection layer in contact with the electron transport layer, and the electron A cathode electrode layer positioned on the injection layer, and the electron injection layer is made of a metal film in which any one of MoW film, Mo film, W film, and MoLi film or two or more films are stacked.
  • the present invention is an organic EL device in which the electron transporting layer has Li dispersed in an electron transporting organic thin film.
  • a lower electrode layer is formed on a substrate, an organic EL layer formed by vapor deposition is disposed on the lower electrode layer, and at least a part of the organic EL layer is formed by sputtering on the organic EL layer.
  • An organic EL device that emits light when the organic EL layer emits light when a current is applied to the organic EL layer by applying a voltage between the lower electrode layer and the upper electrode layer.
  • any one of MoWO 3-a , ZnO 3-a , and MoO 3-a is formed on the lower electrode layer.
  • This is an organic EL device manufacturing method in which a short-circuit preventing layer having one or two kinds of oxides (a is a number larger than 0 and smaller than 3) and having higher resistance and conductivity than the organic EL layer is formed.
  • the present invention is an organic EL device manufacturing method in which an indium tin oxide film is disposed on an upper end layer of the lower electrode layer, and the short circuit preventing layer is disposed in contact with the indium tin oxide film. .
  • the anode electrode layer and the cathode electrode layer are not short-circuited in the shaded area. Since the electron injection layer is formed without using Li, the luminous efficiency, safety, and production efficiency are high.
  • Luminance-voltage characteristics of organic EL device with MoW layer and MoWO 3-a layer laminated Luminance-voltage characteristics of one of the organic EL devices that do not have a short-circuit prevention layer One of the organic EL devices that do not have a short-circuit prevention layer.
  • Luminance-voltage characteristics of one of organic EL devices with a short-circuit prevention layer Luminous efficiency-current density characteristics of organic EL devices with a short-circuit prevention layer
  • FIG. 3 (a) shows the internal structure of the organic EL device 10 of the present invention.
  • the organic EL device 10 includes a glass substrate 21, and an insulating layer 22, a lower electrode layer (anode electrode layer) 23, a short-circuit prevention layer 24, and an organic EL layer 25 are provided on the glass substrate 21.
  • the upper electrode layer 27 is formed in this order.
  • a power source 38 When a power source 38 is connected between the lower electrode layer 23 and the upper electrode layer 27 and a voltage is applied between the lower electrode layer 23 and the upper electrode layer 27 by the power source 38 (the lower electrode layer 23 is on the positive voltage side, the upper electrode layer 27 Layer 27 is on the negative voltage side), a current flows through the organic EL layer 25, and the organic EL layer 25 emits light.
  • the organic EL device 10 is a bottom emission type light emitting device here, and light emitted from the organic EL layer 25 in the direction of the lower electrode layer 23 passes through the lower electrode layer 23 and is emitted to the outside.
  • the light emitted toward the upper electrode layer 27 is reflected by the upper electrode layer 27, returns to the lower electrode layer 23, passes through the lower electrode layer 23, and is emitted to the outside.
  • this organic EL device 10 When producing this organic EL device 10, first, a glass substrate 21 is prepared (FIG. 1A), and an insulating layer 22 made of an insulating thin film such as SiO 2 is formed on the surface thereof by sputtering or the like ( (B)), a lower electrode layer 23 made of a transparent conductive thin film such as ITO (indium tin oxide) is formed on the surface of the insulating layer 22 (FIG. (C)).
  • ITO indium tin oxide
  • the formed glass substrate 21 with the lower electrode layer 23 exposed is carried into a sputtering apparatus in which a MoW target (Mo 50 wt% -W 50 wt%) is disposed, and a sputtering gas 50 is placed in a vacuum atmosphere around the glass substrate 21.
  • % Of oxygen gas and 50% oxygen gas were sputtered in a pressure atmosphere of 4.8 to 5.0 Pa to sputter a MoW 3-a (a is from 0) on the surface of the lower electrode layer 23.
  • a short-circuit prevention layer 24 composed of a number larger than 3) is formed.
  • This short-circuit prevention layer 24 has one surface in contact with the lower electrode layer 23 and the other surface in contact with the organic EL layer 25 as described later, and MoWO 3-a (a is a number greater than 0 and smaller than 3). Is a material having a high hole injection property, so that a large amount of holes are injected into the organic EL layer 25 when a positive voltage is applied to the lower electrode layer 23.
  • the glass substrate 21 is moved from the sputtering apparatus to the organic vapor deposition apparatus, and the formation of the organic EL layer 25 is started.
  • a MoW target and an Al target are arranged, a sputtering gas is introduced into a vacuum atmosphere around the glass substrate 21, the MoW target is sputtered, and the surface of the organic EL layer 25 is made of a MoW thin film.
  • a metal electron injection layer is formed, then an Al target is sputtered, and a cathode electrode layer is formed on the electron injection layer, whereby the upper electrode layer 27 composed of the electron injection layer and the cathode electrode layer is formed into an organic EL layer. 25.
  • Reference numeral 44 in FIG. 2 is an electron injection layer made of a MoW thin film
  • reference numeral 45 is a cathode electrode layer made of an Al thin film.
  • the thickness of the electron injection layer 44 is about 10 mm.
  • the electron injection layer 44 can also be formed by a vapor deposition method. However, when the electron injection layer 44 is formed by a sputtering method, it is preferable that Li be contained in an organic thin film of an electron transport layer described later that is in contact with the electron injection layer. .
  • the Al thin film is formed by sputtering from the film formation speed.
  • the upper electrode layer 27 is formed on the surface of the organic EL layer 25 and is also formed on the shadow portion 31 of the particle 30 by the wraparound. It will be in contact with the layer exposed to the portion 31 of the.
  • the particles 30 are attached on the short-circuit prevention layer 24, and the short-circuit prevention layer 24 formed under the organic EL layer 25 is exposed in the shaded portion 31. Accordingly, the upper electrode layer 27 is in contact with the short-circuit prevention layer 24 and is not in direct contact with the lower electrode layer 23.
  • the upper electrode layer 27 includes a portion that contacts the lower electrode layer 23 via the short-circuit prevention layer 24 and a portion that contacts the lower electrode layer 23 via two layers of the short-circuit prevention layer 24 and the organic EL layer 25. If the resistance value in the film thickness direction of the short-circuit prevention layer 24 is larger than the resistance value in the film thickness direction of the organic EL layer 25 and the resistance value in the film thickness direction of the organic EL layer 25 can be ignored, the upper electrode layer The resistance value between 27 and the lower electrode layer 23 becomes uniform in the plane, and the organic EL layer 25 can emit light.
  • the lower electrode layer 23 and the upper electrode layer 27 are connected via the high-conductivity thin film, resulting in a short circuit. Since the current flows, the current does not flow to the organic EL layer 25.
  • the lower electrode layer 23 and the organic EL layer 25 are insulated regardless of the presence or absence of the particles 30, and current is passed through the organic EL layer 25. Since it does not flow, the organic EL layer 25 does not emit light.
  • the short-circuit prevention layer 24 having a large resistance value in the film thickness direction is formed on the lower electrode layer 23 even though it has conductivity, and the short-circuit prevention layer 24 includes the lower electrode layer 23 and the cathode electrode layer. Since the organic EL layer 25 has a resistance value larger than the resistance value of the organic EL layer 25 in the current path between the organic EL layer 25 and the organic EL layer 25, the organic EL layer 25 emits light.
  • FIG. 6 and 7 are graphs showing the relationship between the voltage applied to the organic EL device and the current density of the flowing current.
  • the curve indicated by reference numeral P 1 in FIG. 6 shows the current density-voltage characteristics of the structure of the anode electrode layer (ITO film) / organic EL layer (NPB film) / cathode electrode layer (Ag film).
  • the luminance-voltage characteristic of the organic EL element is shown in FIG. 9, and the luminous efficiency-current density characteristic is shown in FIG.
  • the curve indicated by the symbol Q 1 in FIG. 7 is a short circuit composed of MoWO 3-a (a is a number greater than 0 and less than 3) between the anode electrode layer and the organic EL layer having a structure corresponding to the curve P 1.
  • the current density-voltage characteristics of the structure in which the prevention layer is formed (anode electrode layer (ITO film) / short-circuit prevention layer (MoWO3 -a ) / organic EL layer (NPB film) / cathode electrode layer (Ag film)))
  • the luminance-voltage characteristics of the organic EL element having the structure are shown in FIG. 11, and the characteristics of luminous efficiency-current density are shown in FIG.
  • the curve indicated by the symbol P 2 in FIG. 6 shows the structure of the anode electrode layer (ITO film) / organic EL layer (NPB film + Alq 3 film) / electron injection layer (LiF film) / cathode electrode layer (Al film).
  • FIG. 7 shows a current density-voltage characteristic, and the curve indicated by the symbol Q 2 in FIG. 7 shows that MoWO 3-a (a is a number larger than 0 and smaller than 3) between the anode electrode layer and the organic EL layer of the structure. The current density-voltage characteristics are shown when a short-circuit prevention layer made of) is formed.
  • the curves P 1 and P 2 are the curves Q 1 and Q on the high voltage side of the X axis according to the resistance value of MoWO 3-a. Although it is shifted to 2 observed from FIGS. 9-12, brightness - voltage characteristics and luminous efficiency - even current density characteristics provided MoWO 3-a, without the case of not providing much different, permissible practical I understand that there is no.
  • the anode electrode layer (ITO film) / electron injection layer (MoW film) / hole injection layer (MoWO 3-a ) / organic EL layer (NPB film) / cathode electrode layer (Ag film) are formed.
  • a positive voltage is applied to the anode electrode layer, holes are injected from the hole injection layer into the organic EL layer (here, the hole transport layer).
  • a negative voltage is applied, electrons are injected from the electron injection layer, which indicates a high hole injection property and a high electron injection property.
  • the material constituting the short-circuit prevention layer 24 was MoWO 3-a (a is a number larger than 0 and smaller than 3), but MoWO 3-a , ZnO 3-a , MoO 3-a (each a is Any thin film made of one or two kinds of metal oxides (a is a number greater than 0 and smaller than 3) may be used. These are metal oxides deficient in oxygen and have conductivity, but the resistance value is at least larger than that of the organic EL layer 25 in the circuit.
  • metal targets include alloy targets
  • a short-circuit prevention layer is formed.
  • MoWO 3-a , ZnO 3-a , and MoO 3-a have high hole injecting properties, they are arranged between the lower electrode layer 23 and the organic EL layer 25. Many holes can be injected into the organic EL layer 25.
  • the resistance value in the film thickness direction of the short-circuit prevention layer 24 needs to be at least larger than the resistance value in the film thickness direction of the organic EL layer 25. In practice, however, the resistance value is 10 10 ⁇ / ⁇ to 10 17 ⁇ / It has been found that a high resistance value of ⁇ is sufficient.
  • a metal layer made of a MoW film is formed as the electron injection layer 44.
  • a film may be formed as the electron injection layer 44.
  • the organic thin films of the hole transport layer 41, the light emitting layer 42, and the electron transport layer 43 are laminated in this order on the surface of the short-circuit prevention layer 24 that is a hole injection layer.
  • the organic EL layer 25 is configured.
  • the electron transport layer 43 is in contact with the electron injection layer 44, generates an organic compound vapor by a vapor deposition method, and generates Li vapor together with the organic compound vapor when forming an organic thin film constituting the electron transport layer 43. Then, the organic compound vapor and Li vapor can reach the light emitting layer 42 to form the electron transport layer 43 made of an organic thin film containing Li, and the electron injection layer 44 can be formed thereon. In this case, the electron injection efficiency of the electron injection layer 44 into the electron transport layer 43 is increased.
  • an electron injection layer 44 made of MoW instead of the electron injection layer 44 made of MoW, an electron injection layer 44 made of LiF may be provided.
  • the MoW film is excellent in terms of high safety and productivity without using Li.
  • a W film, a Mo film, and a Mo film containing Li can also be used for the electron injection layer 44. These can be formed by sputtering or vapor deposition. The MoW film and the MoLi film can be vapor-deposited by separately generating constituent vapors in the same vacuum chamber.
  • the electron injection layer 44 protects the organic EL layer 25 when the cathode electrode layer 45 is formed on the surface of the electron injection layer 44 by sputtering. It also becomes a protective film.
  • a bottom emission type organic EL light emitting device or an organic EL display device is used.
  • this is a top emission type light emitting device in which light emitted from the organic EL layer 25 passes through the cathode electrode layer and is emitted to the outside. May be.
  • the substrate may be an opaque metal plate, as shown in FIG. 3B, between the substrate 21 and the lower electrode layer 23 (here, between the insulating layer 22 and the lower electrode layer 23).
  • the reflective layer 32 made of a metal film such as Ag is provided
  • the cathode electrode layer 45 in the upper electrode layer 27 is made of an indium / zinc oxide film (IZO), SnO 2-b (b is larger than 0 and larger than 2 ).
  • the film may be composed of a transparent conductive layer composed of any one kind of film or a MoWO 3-a (a is a number greater than 0 and less than 3) film or a laminated film of two or more kinds.
  • the organic EL device 10 includes a wide range of organic EL devices such as an organic EL display device that displays characters and images, organic EL illumination that emits illumination light by light emission from the organic EL layer, and a liquid crystal backlight.
  • Organic EL device 23 Lower electrode layer (anode electrode layer) 24 & Short-circuit prevention layer 25 & Organic EL layer 27 ?? Upper electrode layer 44 ; Electron injection layer 45 ; Cathode electrode layer

Abstract

 パーティクルによって不良にはならない有機EL装置を提供する。また、電子注入効率が高い電子注入層を有する有機EL装置を提供する。 下部電極層23上に短絡防止層24を形成した後、その表面に有機EL層25と上部電極層27とを形成する。下部電極層23は短絡防止層24で覆われているから、短絡防止層24上にパーティクル30が付着した状態で有機EL層25が形成された場合、パーティクル30の陰の部分31には短絡防止層24が露出し、有機EL層25上に形成する上部電極層27は下部電極層23とは接触しない。短絡防止層24は高抵抗で導電性を有しており、得られた有機EL装置10には短絡電流が流れずに正常に発光する。有機EL層25の上端に電子輸送層に接触して、MoW等の電子注入層を設けておくと、発光効率が向上する。

Description

有機EL装置
 本発明は有機EL装置の技術に関し、特に、パーティクルに対する耐性が高く、また正孔注入性と電子注入性が高い有機EL装置に関する。
 有機EL装置は自発光型の装置であり、視野角が広い、発光効率が高い、薄くできる、応答速度が速い、コントラストが高い、等の特徴を有しており、近年ではTVの画面に用いる他、照明やバックライト等種々の用途が提案されている。
 図5には、従来技術の有機EL装置110の内部構造が示されている。
 この有機EL装置110はガラス基板121を有しており、ガラス基板121上には、アノード電極層123と、有機EL層125と、カソード電極層127とがこの順序で形成されている。
 アノード電極層123とカソード電極層127は電源138に接続されており、アノード電極層123とカソード電極層127との間に電圧を印加すると有機EL層125が発光し、その光がカソード電極層127を透過してカソード電極層127の上方に放出されるか(トップエミッション型)、又は、アノード電極層123とガラス基板121とを透過してガラス基板121の下方に向けて放出される(ボトムエミッション型)ようになっている。
 このような有機EL装置110を作成する場合、先ず、ガラス基板121を用意し(図4(a))、その表面にスパッタリング法等によってアノード電極層123を形成する(同図(b))。
 次いで、そのガラス基板121を有機蒸着装置中に搬入し、アノード電極層123上に有機EL層125を形成する。
 このとき、移動中や有機蒸着装置内で発生したパーティクルがアノード電極層123上に付着すると、その状態で有機EL層125の成膜が開始されてしまう。
 同図(c)は、アノード電極層123上にパーティクル130が付着した状態で蒸着法によって有機EL層125が形成された状態を示している。
 蒸着法では、蒸気の直進性は高いため、パーティクル130の陰の部分131には有機EL層125の原料物質の蒸気は到達せず、有機EL層125は形成されないから、陰の部分131のアノード電極層123上には有機EL層125は形成されず、アノード電極層123が露出した状態になる。
 形成する有機EL層125は膜厚が1μmよりも薄いため、径が1μm以上のパーティクル130が付着すると、パーティクル130の上端は有機EL層125上に突き出されており、次いで、パーティクル130による陰の部分131が存する状態で、同図(d)に示すように、カソード電極層127が形成される。
 一般に、カソード電極層127の材料には蒸着法によって形成することが困難な物質が採用されており、スパッタリング法によってカソード電極層127を形成すると、カソード電極層127は有機EL層125上に形成される他、スパッタリング粒子の回り込みにより、陰の部分131上にも形成される。
 従って、カソード電極層127は、陰の部分131で露出するアノード電極層123上にも形成されることになるから、陰の部分131に於いて、アノード電極層123とカソード電極層127とが接触し、カソード電極層127とアノード電極層123との間に短絡電流が流れるから、アノード電極層123とカソード電極層127の間に電圧を印加しても有機EL層125に電流が流れず、発光しなくなってしまう。
 また、カソード電極層127をスパッタ法で形成する場合、有機EL層125がダメージを受け、電子注入性の低下により、発光特性が悪化するという問題がある。
 有機EL装置中に金属酸化物薄膜や金属薄膜を形成する先行技術には下記のようなものがある。
2005-259550号公報
 本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その課題は、パーティクルが付着しても不良品にならない有機EL装置、及びその製造方法を提供することにある。
 また、電子注入性が高い有機EL装置を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明は、下部電極層と、前記下部電極層上に配置された有機EL層と、前記有機EL層上に配置された上部電極層とを有し、前記下部電極層と前記上部電極層との間に電圧を印加して前記有機EL層に電流を流すと前記有機EL層が発光する有機EL装置であって、前記下部電極層と前記有機EL層との間には、MoWO3-a、ZnO3-a、又はMoO3-aのいずれか一種又は二種の酸化物(aは0より大きく3よりも小さい数)から成り、前記有機EL層よりも高抵抗で導電性を有する短絡防止層が配置された有機EL装置である。
 また、本発明は、前記下部電極層はインジウム・スズ酸化物膜を有し、前記短絡防止層は前記インジウム・スズ酸化物膜に接触して配置された有機EL装置である。
 また、本発明は、前記有機EL層は、前記上部電極層側の表面に位置する電子輸送層を有し、前記上部電極層は、前記電子輸送層と接触した前記電子注入層と、前記電子注入層上に位置するカソード電極層とを有し、前記電子注入層は、MoW膜、Mo膜、W膜、MoLi膜のいずれか一種の膜又は二種以上の膜が積層された金属膜から成る有機EL装置である。
 また、本発明は、前記電子輸送層は電子輸送性の有機物薄膜にLiが分散された有機EL装置である。
 また、本発明は、基板上に下部電極層を形成し、前記下部電極層上に蒸着法で形成した有機EL層を配置し、前記有機EL層上に、その少なくとも一部をスパッタ法で形成して上部電極層を配置し、前記下部電極層と前記上部電極層との間に電圧を印加して前記有機EL層に電流を流すと前記有機EL層が発光する有機EL装置を製造する有機EL装置製造方法であって、前記下部電極層を形成した後前記有機EL層を形成する前に、前記下部電極層上に、MoWO3-a、ZnO3-a、又はMoO3-aのいずれか一種又は二種の酸化物(aは0より大きく3よりも小さい数)から成り、前記有機EL層よりも高抵抗で導電性を有する短絡防止層を形成する有機EL装置製造方法である。
 また、本発明は、前記下部電極層の上端層にはインジウム・スズ酸化物膜を配置し、前記短絡防止層は前記インジウム・スズ酸化物膜に接触して配置する有機EL装置製造方法である。
 パーティクルが付着しても、その陰の部分でアノード電極層とカソード電極層が短絡することがない。
 Liを用いずに電子注入層が形成されるので発光光率、安全性、生産効率が高い。
(a)~(g):本発明の有機EL装置の製造工程を説明するための図 本発明の有機EL装置の上部電極層の構造と有機EL層の構造を説明するための図 本発明の有機EL装置の構造を説明するための図 (a):ボトムエミッション型 (b):トップエミッション型 (a)~(d):従来技術の有機EL装置の製造工程を説明するための図 従来技術の有機EL装置の構造を説明するための図 短絡防止層を有さない有機EL装置の電流密度-電圧特性 短絡防止層を有する有機EL装置の電流密度-電圧特性 MoW層とMoWO3-a層を積層させた有機EL装置の電流密度-電圧特性 短絡防止層を有さない有機EL装置のうちの一つの輝度-電圧特性 短絡防止層を有さない有機EL装置のうちの一つの発光効率-電流密度特性 短絡防止層を有する有機EL装置のうちの一つの輝度-電圧特性 短絡防止層を有する有機EL装置のうちの一つの発光効率-電流密度特性
 図3(a)には、本発明の有機EL装置10の内部構造が示されている。
 この有機EL装置10は、ガラス基板21を有しており、ガラス基板21上には、絶縁層22と、下部電極層(アノード電極層)23と、短絡防止層24と、有機EL層25と、上部電極層27とがこの順序で形成されている。
 下部電極層23と上部電極層27の間に電源38を接続し、電源38によって下部電極層23と上部電極層27との間に電圧を印加すると(下部電極層23が正電圧側、上部電極層27が負電圧側)、有機EL層25に電流が流れ、有機EL層25が発光する。
 この有機EL装置10は、ここではボトムエミッション型の発光装置であり、有機EL層25の発光光のうち、下部電極層23方向に放射された光は下部電極層23を透過して外部に放射され、上部電極層27方向に放射された光は上部電極層27で反射し、下部電極層23方向に戻って下部電極層23を透過して外部に放射される。
 この有機EL装置10を作成する場合、先ず、ガラス基板21を用意し(図1(a))、その表面にスパッタリング法等によって、SiO2等の絶縁物薄膜から成る絶縁層22を形成し(同図(b))、絶縁層22の表面にITO(インジウム・錫酸化物)等の透明な導電性薄膜から成る下部電極層23を形成する(同図(c))。
 次いで、形成した下部電極層23が露出したガラス基板21を、MoWターゲット(Mo50重量%-W50重量%)が配置されたスパッタリング装置内に搬入し、ガラス基板21周囲の真空雰囲気中にスパッタリングガス50%と酸素ガス50%を導入しながら、4.8~5.0Paの圧力雰囲気中でMoWターゲットをスパッタリングして下部電極層23の表面に、膜厚500ÅのMoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)から成る短絡防止層24を形成する。
 この短絡防止層24は片面が下部電極層23と接触し、後述するように他の片面が有機EL層25と接触しており、MoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)は正孔注入性が高い材料であるから、下部電極層23に正電圧が印加されたときに、有機EL層25に多量の正孔を注入するようになっている。
 短絡防止層24を形成した後、ガラス基板21をスパッタリング装置から有機蒸着装置に移動させ、有機EL層25の形成を開始する。
 このとき、移動中や有機蒸着装置内で発生したパーティクル30が短絡防止層24の表面に付着し、その状態で(同図(e))有機EL層25が形成されると、パーティクル30の陰の部分31には有機EL層25は形成されず、短絡防止層24の表面が露出する(同図(f))
 有機EL層25を形成した後、有機蒸着装置からスパッタリング装置内にガラス基板21を移動させる。
 そのスパッタリング装置内には、MoWターゲットとAlターゲットが配置されており、ガラス基板21周囲の真空雰囲気中にスパッタリングガスを導入し、MoWターゲットをスパッタリングし、有機EL層25の表面にMoW薄膜から成る金属製の電子注入層を形成し、次いで、Alターゲットをスパッタリングし、電子注入層上にカソード電極層を形成することで、電子注入層とカソード電極層とから成る上部電極層27を有機EL層25上に形成する。
 図2の符号44はMoW薄膜から成る電子注入層であり、符号45は、Al薄膜から成るカソード電極層である。電子注入層44の膜厚は10Å程度である。
 電子注入層44は蒸着法によっても形成することができるが、電子注入層44をスパッタ法によって形成する場合、電子注入層と接触する後述の電子輸送層の有機薄膜中にLiを含有させるとよい。Al薄膜は、成膜速度から、スパッタリング法によって形成される。
 このように、上部電極層27は、少なくとも一層がスパッタリング法によって形成されるため、有機EL層25の表面に形成される他、回り込みによって、パーティクル30の陰の部分31上にも形成され、陰の部分31に露出した層と接触してしまう。
 本発明では、パーティクル30は短絡防止層24上に付着しており、その陰の部分31には、有機EL層25の下層に形成された短絡防止層24が露出している。従って、上部電極層27は短絡防止層24と接触し、下部電極層23とは直接接触しない。
 上部電極層27は、短絡防止層24を介して下部電極層23に接触する部分と、短絡防止層24と有機EL層25の二層を介して下部電極層23に接触する部分とが形成されており、短絡防止層24の膜厚方向の抵抗値が有機EL層25の膜厚方向の抵抗値よりも大きく、有機EL層25の膜厚方向の抵抗値が無視できる場合は、上部電極層27と下部電極層23の間の抵抗値は、面内で均一になり、有機EL層25は発光できる。
 他方、下部電極層23上に低抵抗の高導電性薄膜が形成されている場合は、下部電極層23と上部電極層27とは高導電性薄膜を介して接続されて短絡してしまい、短絡電流が流れてしまうため、電流が有機EL層25に流れなくなってしまう。
 逆に下部電極層23上に絶縁性薄膜が形成されている場合は、パーティクル30の有無に拘わらず、下部電極層23と有機EL層25との間は絶縁され、有機EL層25に電流が流れないから有機EL層25は発光しなくなってしまう。
 本発明では、導電性を有していても膜厚方向の抵抗値が大きい短絡防止層24が下部電極層23上に形成されており、短絡防止層24は、下部電極層23とカソード電極層45との間の電流経路中で有機EL層25の抵抗値よりも大きな抵抗値を有するので、有機EL層25にも電流が流れ、有機EL層25は発光する。
 図6、7は、有機EL装置に印加する電圧と流れる電流の電流密度の関係を示すグラフである。
 図6の符号P1で示す曲線は、アノード電極層(ITO膜)/有機EL層(NPB膜)/カソード電極層(Ag膜)の構造の電流密度-電圧特性を示しており、その構造の有機EL素子の輝度-電圧特性は図9に示し、発光効率-電流密度の特性は図10に示した。
 図7の符号Q1で示す曲線は、上記曲線P1に対応する構造のアノード電極層と有機EL層の間に、MoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)から成る短絡防止層を形成した構造(アノード電極層(ITO膜)/短絡防止層(MoWO3-a)/有機EL層(NPB膜)/カソード電極層(Ag膜))の、電流密度-電圧特性を示しており、その構造の有機EL素子の輝度-電圧特性は図11に示し、発光効率-電流密度の特性は、図12に示した。
 また、図6の符号P2で示す曲線は、アノード電極層(ITO膜)/有機EL層(NPB膜+Alq3膜)/電子注入層(LiF膜)/カソード電極層(Al膜)の構造の電流密度-電圧特性を示しており、図7の符号Q2で示す曲線は、その構造のアノード電極層と有機EL層の間に、MoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)から成る短絡防止層を形成した場合の、電流密度-電圧特性を示している。
 曲線P1と曲線Q1の比較と、曲線P2と曲線Q2の比較から、MoWO3-aの抵抗値によって、曲線P1、P2はX軸の高電圧側の曲線Q1、Q2にシフトしていることが認められるが、図9~図12から、輝度-電圧特性や発光効率-電流密度特性はMoWO3-aを設けても、設けない場合と大差なく、実用上差し支えないことが分かる。
 なお、図8は、アノード電極層(ITO膜)/電子注入層(MoW膜)/正孔注入層(MoWO3-a)/有機EL層(NPB膜)/カソード電極層(Ag膜)を形成した場合であり、ダイオード構造が得られず、有機EL層(ここでは正孔輸送層)には、アノード電極層に正電圧が印加された場合には正孔注入層から正孔が注入され、負電圧が印加された場合には電子注入層から電子が注入されており、正孔注入性の高さと電子注入性の高さが示されている。
 上記短絡防止層24を構成する材料は、MoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)であったが、MoWO3-a、ZnO3-a、MoO3-a(それぞれaは0より大きく3よりも小さい数)のいずれか一種又は二種の金属酸化物(aは0より大きく3よりも小さい数)から成る薄膜であればよい。これらは酸素欠損した金属酸化物であり、導電性を有するが抵抗値は回路中で少なくとも有機EL層25よりも大きい。
 これらの金属酸化物は、金属ターゲット(金属ターゲットには、合金ターゲットが含まれる)が、真空槽中にArとO2が同じ体積導入されて4.8~5Paの圧力にされた真空雰囲気中でスパッタリングされ、短絡防止層が形成されている。
 また、MoWO3-a、ZnO3-a、MoO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)はホール注入性が高いので、下部電極層23と有機EL層25の間に配置すると、有機EL層25にホールを多く注入させることができる。
 上記短絡防止層24の膜厚方向の抵抗値は、少なくとも有機EL層25の膜厚方向の抵抗値よりも大きいことが必要であるが、実際には、1010Ω/□~1017Ω/□の高抵抗値であればよいことが分かっている。
 また、上記実施例では、電子注入層44として、MoW膜から成る金属層を形成したが、Mo膜、W膜、Li含有Mo膜、SnO2-b(bは0より大きく2よりも小さい数)膜を電子注入層44として形成してもよい。
 上記実施例では、図2に示すように、正孔注入層である短絡防止層24の表面に、正孔輸送層41、発光層42、電子輸送層43の各有機薄膜がこの順序で積層されて、有機EL層25が構成されている。
 電子輸送層43は電子注入層44と接触しており、蒸着法によって有機化合物蒸気を発生させ、電子輸送層43を構成する有機薄膜を形成する際に、有機化合物蒸気と一緒にLi蒸気を発生させ、有機化合物蒸気とLi蒸気を発光層42上に到達させて、Liを含有する有機薄膜から成る電子輸送層43を形成し、その上に電子注入層44を形成することができる。この場合、電子注入層44の電子輸送層43への電子注入効率が高くなる。
 また、MoWから成る電子注入層44に替え、LiFから成る電子注入層44を設けてもよい。しかし、Liを用いず、安全性や生産性が高い点ではMoW膜が優れている。
 MoW膜の他には、W膜、Mo膜、Liを含有するMo膜(MoLi膜)を電子注入層44に用いることもできる。これらはスパッタ法でも蒸着法によっても形成することができる。MoW膜やMoLi膜は、構成成分の蒸気を同一真空槽内で別々に発生させて蒸着することができる。
 MoW膜やMoLi膜の電子注入層44を蒸着法によって形成した場合は、電子注入層44の表面にカソード電極層45をスパッタ法で形成する際に、電子注入層44が有機EL層25を保護する保護膜にもなる。
 上記実施例ではボトムエミッション型の有機EL発光装置又は有機EL表示装置であったが、有機EL層25の発光光がカソード電極層を透過して外部に放射されるトップエミッション型の発光装置であってもよい。
 トップエミッション型の場合、基板は不透明な金属板でよく、図3(b)に示すように、その基板21と下部電極層23との間(ここでは絶縁層22と下部電極層23の間)に、Ag等の金属膜から成る反射層32を設け、上部電極層27中のカソード電極層45を、インジウム・亜鉛酸化物膜(IZO)、SnO2-b(bは0より大きく2よりも小さい数)膜、MoWO3-a(aは0より大きく3よりも小さい数)膜のいずれか一種の膜又は二種以上の積層膜から成る透明導電層で構成させることができる。
 なお、上記有機EL装置10は、文字、画像を表示する有機EL表示装置や、有機EL層の発光により照明光を放射する有機EL照明、液晶のバックライト等、有機EL装置を広く含む。
10……有機EL装置
23……下部電極層(アノード電極層)
24……短絡防止層
25……有機EL層
27……上部電極層
44……電子注入層
45……カソード電極層

Claims (6)

  1.  下部電極層と、
     前記下部電極層上に配置された有機EL層と、
     前記有機EL層上に配置された上部電極層とを有し、
     前記下部電極層と前記上部電極層との間に電圧を印加して前記有機EL層に電流を流すと前記有機EL層が発光する有機EL装置であって、
     前記下部電極層と前記有機EL層との間には、
     MoWO3-a、ZnO3-a、又はMoO3-aのいずれか一種又は二種の酸化物(aは0より大きく3よりも小さい数)から成り、前記有機EL層よりも高抵抗で導電性を有する短絡防止層が配置された有機EL装置。
  2.  前記下部電極層はインジウム・スズ酸化物膜を有し、
     前記短絡防止層は前記インジウム・スズ酸化物膜に接触して配置された請求項1記載の有機EL装置。
  3.  前記有機EL層は、前記上部電極層側の表面に位置する電子輸送層を有し、
     前記上部電極層は、前記電子輸送層と接触した前記電子注入層と、前記電子注入層上に位置するカソード電極層とを有し、
     前記電子注入層は、MoW膜、Mo膜、W膜、MoLi膜のいずれか一種の膜又は二種以上の膜が積層された金属膜から成る請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の有機EL装置。
  4.  前記電子輸送層は電子輸送性の有機物薄膜にLiが分散された請求項3記載の有機EL装置。
  5.  基板上に下部電極層を形成し、
     前記下部電極層上に蒸着法で形成した有機EL層を配置し、
     前記有機EL層上に、その少なくとも一部をスパッタ法で形成して上部電極層を配置し、
     前記下部電極層と前記上部電極層との間に電圧を印加して前記有機EL層に電流を流すと前記有機EL層が発光する有機EL装置を製造する有機EL装置製造方法であって、
     前記下部電極層を形成した後前記有機EL層を形成する前に、前記下部電極層上に、MoWO3-a、ZnO3-a、又はMoO3-aのいずれか一種又は二種の酸化物(aは0より大きく3よりも小さい数)から成り、前記有機EL層よりも高抵抗で導電性を有する短絡防止層を形成する有機EL装置製造方法。
  6.  前記下部電極層の上端層にはインジウム・スズ酸化物膜を配置し、前記短絡防止層は前記インジウム・スズ酸化物膜に接触して配置する請求項5記載の有機EL装置製造方法。
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