JP2003115387A - 有機発光素子及びその製造方法 - Google Patents
有機発光素子及びその製造方法Info
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Abstract
極との間に、前記第1電極側から順番に、正孔輸送層
と、有機化合物により形成される発光層と、フェナント
ロリン2量体及びフェナントロリン3量体並びにそれら
の誘導体のうちのいずれかから選択される材料により形
成される電荷制御層とを含む積層構造を形成して、有機
発光素子を得る。
Description
光材料に関し、特に低分子系の有機発光素子およびその
製造方法に関する。
は、電子輸送材料もしくはホールブロック材料として化
1で示されるバソフェナントロリンや、化2で示される
バソクプロインが知られている。
動度が高いことが知られている(Shigeki Naka et al.,
Applied Physics Letters, vol.76, No.2, p197-199.
特開平5−331459)。また、電子輸送材料にセシ
ウム(Cs)をドーピングすることにより、低電圧化、
高効率化が可能なことが、例えば山形大学、株式会社ア
イメス、松下電工株式会社から報告されている(Junji
Kido et al., AppliedPhysics Letters, vol.73, No.2
0, p2866-2868; 岸上他.高分子討論会 Vol.49, No.11
(2000) p3385-3386)。
利用した素子のホールブロック材料としても注目されて
いる。
ーレベルのHOMO(最高占有分子軌道)レベルが大き
く、バンドギャップが大きいことが特徴である。
性が乏しく、例えば一般的な保存温度範囲(−40℃か
ら85℃)においてさえ、結晶化による素子特性の劣化
が発生する。
れた低分子系有機発光素子を提供することを目的とす
る。加えて、耐熱性に優れた低分子系有機発光素子の製
造方法を提供することを目的とする。
ば、(i) 第1電極と、(ii)前記第1電極に対向する第2
電極と、(iii) 前記第1電極と前記第2電極との間に形
成される積層構造であって、前記第1電極側から順番
に、正孔輸送層と、有機化合物により形成される発光層
と、フェナントロリン2量体及びフェナントロリン3量
体並びにそれらの誘導体のうちのいずれかから選択され
る材料により形成される電荷制御層とを含む積層構造と
を含む有機発光素子が提供される。
準備する工程と、(B)前記基板上に、(i) 第1電極
と、(ii)前記第1電極に対向する第2電極と、(iii) 前
記第1電極と前記第2電極との間に形成される積層構造
であって、前記第1電極側から順番に、正孔輸送層と、
有機化合物により形成される発光層と、フェナントロリ
ン2量体及びフェナントロリン3量体並びにそれらの誘
導体のうちのいずれかから選択される材料により形成さ
れる電荷制御層とを含む積層構造とを形成する工程とを
含む有機発光素子の製造方法が提供される。
ロリン2量体及びフェナントロリン3量体並びにそれら
の誘導体のうちのいずれかから選択される材料を用いて
電荷制御層を形成する。この電荷制御層は、電子輸送層
またはホールブロック層として利用することができ、素
子の性能向上に寄与する。しかも、耐熱性が良好であ
る。耐熱性に優れ、性能も高い有機発光素子を得ること
が容易になる。
果、以下の材料を用いると、耐熱性に優れた有機発光素
子(以下、「有機LED」ということがある。)が形成
可能であることを発見した。
ホールブロック材料として、化3から化5に示されるフ
ェナントロリン2量体、化6に示されるフェナントロリ
ン3量体又は化7から化10までに示されるフェナント
ロリン誘導体を用いることができる。必要に応じて、こ
れらの材料にCs等のアルカリ金属をドーピングするこ
とができる。
(1,10−フェナントロリン−2イル)ビフェニル
(DPBi)である。化4に示される化合物は、1,4
−ジ(1,10−フェナントロリン−2イル)ベンゼン
(DPB)である。化5に示される化合物は、1,5−
ジ(1,10−フェナントロリン−2イル)アントラセ
ンである。以上がフェナントロリンの2量体である。化
6に示される化合物は、1,3,5−トリ(1,10−
フェナントロリン−2イル)ベンゼンであり、フェナン
トロリンの3量体ある。化7から化10までに示される
化合物は、フェナントロリンの2量体の誘導体である。
機LEDを製造した実施例について以下に説明する。
Dについて、図1を参照して説明する。
Tin Oxide)透明導電膜3を、例えば厚さ2
00nm成膜する。透明導電膜3を所定のパターンに加
工する。この状態において、界面活性剤にて超音波洗浄
し、純水を用いてリンスを行った。
超音波洗浄工程により脱脂洗浄処理を行った。さらに、
ガラス基板1に対して紫外線を照射し、UVオゾン洗浄
を行った。その後、ガラス基板1を真空チャンバ内に取
り付け、1.33×10-4Pa(1×10-6Torr)
まで排気する。真空チャンバ内には、有機材料を充填し
たタンタル製の蒸着ボートと、所定のパターンで成膜す
るための金属製薄板マスクを設置しておく。蒸着ボート
に電流を流すことにより有機材料を加熱し蒸着・成膜を
行った。
ら、銅フタロシアニン(CuPc)を22nm成膜し、
ホール注入層5を形成した。次に、N,N'−ジ(α−
ナフチル)−N,N'−ジフェニル−1,1'−ビフェニ
ル−4,4'−ジアミン(αNPD)を34nmの厚さ
成膜してホール輸送層7を形成し、4,4'−ビス
(2,2'−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVB
i)を23nmの厚さ成膜して青色発光層11を形成し
た。
リノラト)アルミニウム錯体(Alq3 )を発光層用の
材料として用いると、緑色発光層を形成することができ
る。
り、電荷制御層を形成する。フェナントロリンの2量体
として化4で示される1,4'−ジ(1,10−フェナ
ントロリン−2イル)ベンゼン(DPB)を47nm成
膜し、電荷制御層15を形成した。フェナントロリンの
2量体としては、例えば、化3又は化5で示す化合物を
用いることもできる。
ば、化6で示す化合物を用いることができる。その他、
フェナントロリンの2量体の誘導体、例えば化7から化
10で示される化合物を用いることもできる。
バから基板を取り出し、金属成膜用チャンバに基板を取
り付けた。成膜した有機材料の劣化を防止するため、大
気に触れることなく真空一貫工程により基板を移動させ
た。金属成膜用チャンバには、陰極用材料と陰極パター
ン用の金属製薄板マスクとを設置した。すなわち、基板
上に電極の形状に合わせた開口を有するマスクを設け、
その上から陰極材料を蒸着した。有機材料と同様に、1
×10-6Torr(1.33×10-4Pa)の真空度に
おいて成膜を行った。金属製のチャンバ内において、フ
ッ化リチウム(LiF)層17を0.1nm成膜した。
次いでアルミニウム(Al)層19を100nm成膜
し、陰極21を形成した。Liは電極の安定化のために
用いられ、Alと共蒸着しても良い。
で、その影響を避けるため、成膜後のガラス基板1を不
活性なガス、例えばN2 ガスで満たされたグローブボッ
クスに移動した。有機LEDと別のガラス板とを紫外線
硬化型接着材を用いて接着し、パッケージを形成した。
3と陰極21とにDC電源23を接続した。
にDC電源23により電流を流すと、ガラス基板1側か
らの発光が観測された。より詳細には、陰極21から注
入された電子が電荷制御層15内を通り青色発光層11
に向かう。一方、陽極3から注入された正孔がホール輸
送層5とホール注入層7を通り青色発光層11に向か
う。青色発光層11内において、電子と正孔とが会合し
て励起子が発生する。励起子から青色の波長を有する発
光が観測される。発光は、ガラス基板1の正面側(積層
構造を設けていない側)から観測される。尚、電荷制御
層15としてイオン化ポテンシャルが高い材料を選択す
ると、正孔のブロック機能が高くなり、ホールブロック
材料として機能する。第1実施例においては、電荷制御
層15は、電子輸送機能とホールブロック機能とを有し
ている。
に関して、正面方向(ガラス基板1の表面の法線方向)
から測定した輝度を、ミノルタカメラ社製の輝度測定装
置CS−100を用いて測定した。電流値と電圧値とか
ら初期効率を計算した。
Dについて説明する。基板の種類と基板洗浄法に関して
は、第1実施例の場合と同じである。ホール注入層とし
て銅フタロシアニン(CuPc)を22nm成膜した。
次に、ホール輸送層としてαNPDを34nm成膜し
た。青色発光層としてDPVBiを23nm成膜した。
次いで、電荷制御層として、化3に示すDPBiを47
nm成膜した。第2実施例においても、電荷制御層は電
子輸送機能とホールブロック機能とを有している。陰極
を成膜した後のパッケージ工程は、第1実施例と同様の
工程を適用した。測定手段および測定方法も同じであ
る。
よる有機LEDとの比較のために、電荷制御層として化
1に示すバソフェナントロリン(Bphen)を47n
m成膜した(第1比較例)。陰極を成膜した後のパッケ
ージ工程は、第1および第2実施例と同様の工程を適用
した。測定手段および測定方法も同じである。
は、電荷制御層用の材料として、いずれもフェナントロ
リンの2量体又は3量体を用いている。化7から化10
までに示す誘導体を用いても良い。
2実施例による有機LEDの初期特性を示す。併せて、
第1比較例による有機LEDの初期特性も示す。図2
は、有機LEDの電流密度の印加電圧依存性を示す図で
ある。図3は、有機LEDの輝度の印加電圧依存性を示
す図である。図4は、有機LEDの効率の印加電圧依存
性を示す図である。
による有機LEDの電流密度は、第1比較例による有機
LEDと同様に、印加電圧2.5V付近から急激に立ち
上がっていることがわかる。第1実施例および第2実施
例による有機LEDと、第1比較例による有機LEDの
特性とに大きな違いはない。
による有機LEDの輝度は、第1比較例による有機LE
Dと同様に印加電圧2.5V付近から急激に立ち上がっ
ていることがわかる。第1実施例および第2実施例の有
機LEDと第1比較例による有機LEDとの間に特性
上、さほどの違いはない。
による有機LEDの効率は、印加電圧2.5V付近から
急激に大きくなることがわかる。印加電圧が3Vから4
Vまでの間においては3.5から4程度の高い効率を維
持している。印加電圧が3Vから4Vまでの間において
は、第1比較例による有機LEDの効率が最も高く、第
2実施例による有機LED、第1実施例による有機LE
Dの順となっている。
有機LEDの電気光学特性をまとめた表である。
実施例による有機LEDの発光開始電圧(輝度が1cd
/m2 における電圧として規定した。)は、第1比較例
と同様に2.7Vである。輝度が300cd/m2 とな
る電流密度は、第1比較例による有機LEDにおいては
7.6mA/cm2 であり、その時の電圧は3.4Vで
ある。効率は4cd/Aである。第1実施例による有機
LEDにおいては輝度が300cd/m2 となる電流密
度は8.2mA/cm2 であり、その時の電圧は3.8
Vである。効率は4cd/Aである。第2実施例による
有機LEDにおいては輝度が300cd/m2 となる電
流密度は7.7mA/cm2 であり、その時の電圧は
3.5Vである。効率は4cd/Aである。
の差はほとんどない。
EDと第1比較例による有機LEDとの耐熱性について
図5から図7までを参照して説明する。
と、第1比較例による有機LEDとを85℃の恒温槽中
に入れ、耐熱性試験を行った。
LEDにおいては、85℃の耐熱性試験を開始してから
24時間後には初期の試料に比べて同じ電圧における輝
度と効率とが大幅に低下した。すなわち、同じ輝度が得
られる電圧は高くなった。
LEDにおいては、85℃における耐熱性試験を開始し
てから313時間経過後であっても、輝度の変化はわず
かであった。すなわち、同じ輝度を得るのに必要な印加
電圧の増加率は、第1比較例の場合よりも小さかった。
効率も低下はしたが、第1比較例による有機LEDの場
合に比べると低下の割合は小さい。
LEDにおいては、85℃における耐熱性試験を開始し
てから313時間経過後であっても、輝度と効率の変化
の度合いは非常にわずかであった。すなわち、第2実施
例による有機LEDでは、電圧の上昇、効率の低下もほ
とんどなく、初期の特性を維持することがわかる。
ぞれを電荷制御層材料(電子輸送層材料)として用いた
場合の初期特性(電流密度、輝度および効率)にそれほ
ど大きな差はない。これに対して、耐熱性試験を行った
場合には、熱による特性の変化の度合いは、Bphen
を用いた比較例の有機LEDが最も大きく、DPBiを
用いた有機LEDが最も小さいことがわかる。
一般的なBphenを用いた場合と、DPB又はDPB
iを用いた場合とでは、初期特性にはほとんど差がでな
いが、耐熱性については、DPB又はDPBiを用いた
場合の方がBphenを用いた場合よりも優れているこ
とがわかる。
第2実施例において用いたBphen、DPB、および
DPBiのそれぞれと、セシウム(Cs)とを共蒸着さ
せた層を電荷制御層として用いた例を、第2比較例なら
びに第3および第4実施例として説明する。
は、電荷制御層としてバソフェナントリン(Bphe
n)とアルカリ金属のセシウム(Cs)とを共蒸着して
47nmの厚さの層を形成した。Csの量は、Bphe
nに対してモル比としてBphen:Cs=3:1とし
た。また、陰極としては厚さ100nmのAl層を用い
た。
個々に加熱蒸発させ、基板上に成長させる方法である。
この方法を用いると、蒸着源ごとに蒸着速度を決定する
ことができ、組成制御が容易に行える。
である。
は、それぞれ第1実施例と第2実施例とに対応してい
る。第3実施例および第4実施例による技術と第1およ
び第2実施例による技術との相違点は、第3実施例およ
び第4実施例による技術では、電荷制御層としてバソフ
ェナントリン(Bphen)とアルカリ金属のセシウム
(Cs)とを共蒸着して47nmの厚さの層を形成して
いる点である。Csの量は、Bphenに対してモル比
としてBphen:Cs=3:1とした。
とによる有機LEDについての電気光学特性を示す。表
2は表1に対応する表である。
Csをドーピングした場合でも、Csをドーピングして
いないものとほぼ同様の電気光学特性を得ることができ
る。
d/cm2 になる電圧)は、2.6から2.7Vであ
り、表1の値とほぼ同じであった。300cd/cm2
における電流密度は、第3実施例および第4実施例によ
る有機LEDの方が、第1実施例および第2実施例によ
る有機LEDよりも高い電流密度を有する。特に第4実
施例による有機LEDにおいて、電流密度が高い値を示
すことがわかる。
きる印加電圧は、第3実施例および第4実施例による有
機LEDの方が、第1実施例および第2実施例による有
機LEDよりも低い値を示す。効率は第3実施例および
第4実施例による有機LEDの方が、第1実施例および
第2実施例による有機LEDよりも低い。
ングした電荷制御層を用いることにより、有機LEDの
低電圧動作が可能になることがわかった。
Dについて、図8を参照して説明する。
15とは別にAlq3 を用いで電子輸送層を形成した場
合を例示している。この場合には、図1に示す構造に加
えて、例えば、ホールブロック層として機能する厚さ1
0nmの電荷制御層15と陰極21との間に、厚さ40
nmの電子輸送層25が形成された構造を有している。
電荷制御層15としては、例えばフェナントロリンの2
量体や3量体を用いることができる。
御層(ホールブロック層)とを別個に設けるので、所望
の特性を得るための素子構造を設計する際の自由度が増
すという利点がある。
て電子輸送層又はホールブロック層として機能する電荷
制御層の材料として、フェナントロリンの2量体もしく
は3量体又はこれらの誘導体を用いると、有機LEDの
耐熱性を向上させることができる。従って、有機LED
の信頼性が向上する。さらに、フェナントロリンの2量
体又は3量体を用いた電荷制御層にアルカリ金属をドー
ピングすることにより、低い印加電圧でも発光させるこ
とができる。
が、本発明はこれらに制限されるものではない。その
他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者には自明あろう。
ルブロック層として機能する電荷制御層の材料として、
フェナントロリンの2量体もしくは3量体又はこれらの
誘導体を用いると、有機LEDの耐熱性が向上する。従
って、有機LEDの信頼性も向上する。さらに、フェナ
ントロリンの2量体もしくは3量体またはこれらの誘導
体を用いた電荷制御層にアルカリ金属をドーピングする
ことにより、低い印加電圧でも発光させることができ
る。
る有機LEDの構造を示す断面図である。
よる有機LEDの電流密度の印加電圧依存性を示す図で
ある。
よる有機LEDの輝度の印加電圧依存性を示す図であ
る。
よる有機LEDの効率の印加電圧依存性を示す図であ
る。
と効率との印加電圧依存性を、熱処理前と熱処理後で比
較した図である。
と効率との印加電圧依存性を、熱処理前と熱処理後で比
較した図である。
と効率との印加電圧依存性を、熱処理前と熱処理後で比
較した図である。
を示す断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 第1電極と、 前記第1電極に対向する第2電極と、 前記第1電極と前記第2電極との間に形成される積層構
造であって、前記第1電極側から順番に、正孔輸送層
と、有機化合物により形成される発光層と、フェナント
ロリン2量体及びフェナントロリン3量体並びにそれら
の誘導体のうちのいずれかから選択される材料により形
成される電荷制御層とを含む積層構造とを含む有機発光
素子。 - 【請求項2】 さらに、前記電荷制御層と前記第2電極
との間に形成される電子輸送層を含む請求項1に記載の
有機発光素子。 - 【請求項3】 さらに、前記第1電極と前記正孔輸送層
との間に形成される正孔注入層を備える請求項1又は2
に記載の有機発光素子。 - 【請求項4】 前記電荷制御層にアルカリ金属がドーピ
ングされている請求項1から3までのいずれか1項に記
載の有機発光素子。 - 【請求項5】 (A)基板を準備する工程と、 (B)前記基板上に、(i) 第1電極と、(ii)前記第1電
極に対向する第2電極と、(iii) 前記第1電極と前記第
2電極との間に形成される積層構造であって、前記第1
電極側から順番に、正孔輸送層と、有機化合物により形
成される発光層と、フェナントロリン2量体及びフェナ
ントロリン3量体並びにそれらの誘導体のうちのいずれ
かから選択される材料により形成される電荷制御層とを
含む積層構造とを形成する工程とを含む有機発光素子の
製造方法。 - 【請求項6】 前記工程(B)が、さらに、前記電荷制
御層と前記第2電極との間に電子輸送層を形成するサブ
工程を含む請求項5に記載の有機発光素子の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001308786A JP2003115387A (ja) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | 有機発光素子及びその製造方法 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JP2003115387A (ja) |
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