JP2007265637A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電子注入電極の光透過性及び安定性に優れ、かつ発光層への電子注入量を増加させて発光効率を向上させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
【解決手段】正孔注入電極と、電子注入電極と、正孔注入電極及び電子注入電極の間に設けられる発光層を含む有機層と、有機層及び電子注入電極の間に設けられる電子注入層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、電子注入電極が高仕事関数の金属薄膜から形成されており、電子注入層が、低仕事関数の金属と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とから形成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。

有機ＥＬ素子は、数十から数百ｎｍの有機層を反射電極と透光性電極で挟んだ構造を有している。有機層内部で発せられた光は、通常、透光性電極が形成されている基板側から取り出される（ボトムエミッション型）。しかしながら、基板とは反対側から光を取り出す構造のトップエミッション型は、製造工程上の優位性や薄膜トランジスタ基板における開口率の優位性から好ましい構造である。このトップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、基板と反対側に透光性電極を形成しなければならず、一般的に、透明導電性金属酸化物、もしくは半透明の金属薄膜や２種以上の金属による合金薄膜などが用いられている。この透光性電極を、陰極（電子注入電極）として用いる場合、半透明の金属薄膜や２種以上の合金薄膜を用いることが多い。これらの陰極においては、陰極自身の安定性と、内部発光を透過させる透過率の両方が求められる。Ａｕは、電極としての安定性と、透過率が非常に優れていることがわかっている。しかしながら、Ａｕ自身は、高仕事関数の金属であるため、有機層への電子注入性が悪く、Ａｕ単体では、陰極としての使用は難しい。そこで、有機層と陰極の間に、電子注入層を用いた構造が報告されている。

特許文献１においては、電子注入層と陰極構造の組み合わせとして、Ｌｉ／Ａｕ構造のような低仕事関数金属と高仕事関数金属の積層構造や、ＬｉＦ／Ａｕ構造のような低仕事関数金属のフッ化物と高仕事関数金属の積層構造の可能性が示されている。

トップエミッション型の有機ＥＬ素子において、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の陰極によく用いられているＬｉＦ／Ａｌ構造は、Ａｌの透過率が低く、透過率と電極の安定性を両立させることが困難であるため、用いることが難しい。そこで、陰極にＡｕを用いることにより、透過率と安定性が改善されると考えられる。しかしながら、Ａｕは高仕事関数の金属であるため、Ａｕ単体を陰極として用いても、有機層内への電子注入がほとんどなされず、Ａｕ陰極を用いることは困難である。

また、低仕事関数金属のフッ化物であるＬｉＦなどの絶縁物の薄膜を電子注入層として用いたＬｉＦ／Ａｕ構造などでは、ＬｉＦなどが陰極であるＡｕを形成するときに活性化されないため、電子注入性を向上させることができない。そこで、Ｌｉなどの低仕事関数金属を電子注入層として用いたＬｉ／Ａｕ構造が用いられている。

しかしながら、Ｌｉ／Ａｕ構造は、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子において用いられるＬｉＦ／Ａｌ構造に比べて、有機層への電子注入が僅かに劣っている。このようにトップエミッション型の有機ＥＬ素子において、陰極に金属薄膜を用いる場合、有機層の電子注入を向上させることは難しい。
特開２００１−２３７０７０号公報

本発明の目的は、電子注入電極の光透過性及び安定性に優れ、かつ発光層への電子の注入量を増加させて発光効率を向上させることができる有機ＥＬ素子を提供することにある。

本発明は、正孔注入電極と、電子注入電極と、正孔注入電極及び電子注入電極の間に設けられる発光層を含む有機層と、有機層及び電子注入電極の間に設けられる電子注入層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、電子注入電極が高仕事関数の金属薄膜から形成されており、電子注入層が、低仕事関数の金属と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とから形成されていることを特徴としている。

本発明に従い、電子注入層を、低仕事関数の金属と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とから形成し、この上に高仕事関数の金属薄膜からなる電子注入電極を形成することにより、発光層への電子の注入量を増加させて発光効率を向上させることができる。また、電子注入電極として、高仕事関数の金属薄膜を用いているので、光透過性及び安定性に優れた電子注入電極とすることができる。

本発明において、低仕事関数の金属は、３．０ｅＶ以下の仕事関数の金属であることが好ましい。さらには、２．２〜３．０ｅＶの範囲内の仕事関数を有することが好ましい。

本発明において、低仕事関数の金属としては、例えば、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｃａなどが挙げられる。従って、低仕事関数の金属のフッ化物としては、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ_２などが挙げられる。また、低仕事関数の金属の酸化物としては、Ｌｉ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ、ＣａＯなどが挙げられる。

本発明において、電子注入層は、低仕事関数の金属の薄膜と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜とを積層して形成されたものであることが好ましい。この場合、低仕事関数の金属の薄膜の上に、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜を積層させたものであってもよいし、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜の上に低仕事関数の金属の薄膜を積層させたものであってもよい。従って、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜が電子注入電極と接していてもよいし、低仕事関数の金属の薄膜が電子注入電極と接していてもよい。

また、本発明において、電子注入層は、低仕事関数の金属と低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とを混合させた薄膜であってもよい。このような薄膜は、例えば、低仕事関数の金属と低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物を共蒸着することにより形成することができる。

本発明において、高仕事関数の金属は、４．０ｅＶ以上の仕事関数の金属であることが好ましい。さらには、４．０〜５．６ｅＶの範囲内の仕事関数を有することが好ましい。高仕事関数の金属の具体例としては、Ａｕ及びＡｇなどが挙げられる。

本発明において、電子注入層における低仕事関数の金属の薄膜の膜厚は、１〜５ｎｍの範囲であることが好ましい。また、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜の膜厚は、０．５〜２ｎｍの範囲であることが好ましい。また、電子注入層を、低仕事関数の金属と低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とを混合した薄膜から形成する場合、その膜厚は１〜５ｎｍの範囲であることが好ましい。なお、本発明において、薄膜の膜厚が非常に薄い場合、島状に点在する不連続な薄膜であってもよい。

本発明において、電子注入電極の膜厚は、光透光性を有する範囲であれば特に限定されるものではないが、例えば、１０〜３０ｎｍの範囲であることが好ましい。

本発明に従えば、電子注入電極の光透過性及び安定性を高めることができ、かつ発光層への電子の注入量を増加させて発光効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す素子構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。ガラス基板１の上にＡｌからなる反射層２（膜厚１００ｎｍ）を形成し、その上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる正孔注入電極３（膜厚２０ｎｍ）を形成し、その上に正孔輸送層４（膜厚５ｎｍ）を形成した。

正孔輸送層４の上に、オレンジ色発光層５（膜厚３０ｎｍ）及び青色発光層６（膜厚３０ｎｍ）をこの順に形成した。オレンジ色発光層５と青色発光層６とから白色発光層が構成されている。この白色発光層の上に、電子輸送層７（膜厚１０ｎｍ）を形成した。

電子輸送層７の上に、２層目の電子注入層８としてＬｉ層（膜厚２ｎｍ）を形成し、その上に２層目の電子輸送層９としてＬｉＦ層（膜厚１ｎｍ）を形成した。その上に電子注入電極１０としてＡｕ層（膜厚２０ｎｍ）を形成した。

電子注入電極１０の上には、バッファー層１１（膜厚３５０ｎｍ）とＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）層１２（膜厚１１０ｎｍ）を形成した。

ＩＺＯ膜１２は、図１に示す有機ＥＬ素子を表示ディスプレイにした場合において、画素発光部以外の周辺部において、電子注入電極１０と接続されている。これによって、電子注入電極１０による抵抗の増加を抑制する補助電極としての役割を果たしている。

また、バッファー層１１は、素子内の光学距離を調整するため設けられている。

正孔輸送層４を形成する正孔輸送材料、オレンジ色発光層５のホスト材料、及びバッファー１１を形成する材料として、ＮＰＢを用いた。

オレンジ色発光層５の第１のドーパントとしては、ｔＢｕＤＰＮを２０重量％となるように用い、第２のドーパントとしては、ＤＢｚＲを３重量％となるように用いた。

青色発光層６のホスト材料としては、ＴＢＡＤＮを用いた。青色発光層の第１のドーパント材料としては、ＮＰＢを１０重量％となるように用い、第２のドーパントとしては、ＴＢＰを２．５重量％となるように用いた。

電子輸送層７を形成する電子輸送材料としては、Ａｌｑ_３を用いた。

ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。

ｔＢｕＤＰＮは、５，１２−ビス（４−ターシャリー−ブチルフェニル）ナフタセンであり、以下の構造を有している。

ＤＢｚＲは、５，１２−ビス｛４−（６−メチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル｝−６，１１−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。

ＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。

ＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。

Ａｌｑ_３は、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。

（実施例２）
上記実施例１において、１層目の電子注入層８として、ＬｉＦ層（膜厚１ｎｍ）を形成し、２層目の電子注入層９として、Ｌｉ層（膜厚２ｎｍ）を形成する以外は、上記実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

（比較例１）
上記実施例１において、電子注入層をＬｉ層のみからなる単層構造とする以外は、上記実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

図２は、実施例１及び２並びに比較例１の有機ＥＬ素子の電流密度−電圧特性を示す図である。図３は、実施例１及び２並びに比較例１の外部量子収率−電圧特性を示す図である。図４は、実施例１及び２並びに比較例１の発光スペクトルを示す図である。

図２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子注入層としてＬｉ単層を使用した比較例１の有機ＥＬ素子に比べて、駆動電圧が高くなっている。しかしながら、図３に示すように、外部量子収率においては、実施例１は比較例１より約０．６％向上している。また、図４に示すように、発光スペクトルは、オレンジ色の発光が青色発光より相対的に強く出ている。実施例１における構造においては、電子注入が向上することにより、オレンジ色発光が強くなっている。これらの結果から、実施例１におけるＬｉ／ＬｉＦ構造の電子注入層は、Ｌｉ単層の電子注入層に比べ、電子注入を向上させ、発光効率を向上させていることがわかる。

実施例２の有機ＥＬ素子においては、図２に示すように、実施例１と異なり、電子注入層にＬｉ単層を使用した比較例１の素子に比べて、駆動電圧はほとんど変化していない。また、図３に示すように、外部量子収率において、比較例１より約１％、実施例１よりもさらに約０．３％向上している。また、図４に示すように、実施例２の発光スペクトルは、オレンジ色の発光が青色発光より相対的に非常に強く出ている。これらの結果から、実施例２におけるＬｉＦ／Ｌｉ構造の電子注入層は、比較例１のＬｉ単層及び実施例のＬｉ／ＬｉＦ構造の電子注入層に比べて、電子注入を向上させ、発光効率を向上させていることがわかる。

上記実施例１及び２においては、低仕事関数の金属の薄膜と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜とを積層して形成した電子注入層の例を示したが、低仕事関数の金属と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物を混合させた薄膜を電子注入層として用いても、上記と同様の効果を得ることができる。

本発明に従う一実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図。 本発明に従う実施例１及び実施例２における電流密度−電圧特性を示す図。 本発明に従う実施例１及び実施例２における外部量子収率−電圧特性を示す図。 本発明に従う実施例１及び実施例２の発光スペクトルを示す図。

符号の説明

１…基板
２…反射層
３…正孔注入電極
４…正孔輸送層
５…オレンジ色発光層
６…青色発光層
７…電子輸送層
８…１層目の電子注入層
９…２層目の電子注入層
１０…電子注入電極
１１…バッファー層
１２…ＩＺＯ膜

Claims (7)

1. 正孔注入電極と、電子注入電極と、前記正孔注入電極及び前記電子注入電極の間に設けられる発光層を含む有機層と、前記有機層及び前記電子注入電極の間に設けられる電子注入層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記電子注入電極が高仕事関数の金属薄膜から形成されており、前記電子注入層が、低仕事関数の金属と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物とから形成されてい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. 前記低仕事関数の金属が、３．０ｅＶ以下の仕事関数の金属であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記高仕事関数の金属が、４．０ｅＶ以上の仕事関数の金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記電子注入層が、低仕事関数の金属の薄膜と、低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜とを積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜が、前記低仕事関数の金属の薄膜の上に設けられており、前記電子注入電極と接するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 前記低仕事関数の金属の薄膜が、前記低仕事関数の金属のフッ化物または酸化物の薄膜の上に設けられており、前記電子注入電極と接するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記発光層から発光した光が、少なくとも前記電子注入電極側から取り出されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。