JPH11307264A

JPH11307264A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JPH11307264A
Application number: JP10107595A
Authority: JP
Inventors: Masao Fukuyama; 正雄福山; Mutsumi Suzuki; 睦美鈴木; Yoshikazu Hori; 義和堀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率が高く駆動寿命時の輝度の低下が小
さい有機電界発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、陰極に接っして設けたバッフ
ァー層が、無機化合物と金属を含む有機電界発光素子で
ある。または、陽極に接したバッファー層が金属または
酸化性の無機化合物を含む有機電界発光素子である。こ
のような構成によれば、発光効率が高く駆動寿命時の輝
度の低下が小さい有機電界発光素子が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の表示装置と
して広範囲に利用される発光素子であって、特に低い駆
動電圧、高輝度、安定性に優れた有機電界発光素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電界発光素子は、自己発光のために液晶
素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、
旧来多くの研究者によって研究されてきた。

【０００３】現在、実用レベルに達し商品化されている
電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子
がある。

【０００４】しかし、この様な無機の電界発光素子は発
光のための駆動電圧として２００Ｖ程度必要であるた
め、広く使用されるには至っていない。

【０００５】これに対して、有機材料を用いた電界発光
素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベル
からはほど遠いものであったが、１９８７年にコダック
社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素
子により、その特性が飛躍的に進歩した。（Ａｐｐｌ.
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１巻，９１３頁，１９８７
年）彼らは、蒸着膜の構造が安定であって電子を輸送するこ
とのできる蛍光体と、正孔を輸送することのできる有機
物を積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発
光させることに成功した。

【０００６】これによって、有機電界発光素子の発光効
率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２
以上の発光が得られるようになった。

【０００７】この様な有機電界発光素子の基本的な発光
特性は、非常に優れており、現在その実用化を妨げてい
る最も大きな課題の一つは安定性の不足にある。具体的
には、発光輝度が低下したり、ダークスポットと呼ばれ
る発光しない領域が発生したり、素子の短絡により破壊
が起きてしまうことである。

【０００８】このような特性劣化の要因の一つに電極と
有機層との界面の問題が考えられ、課題を解決のために
陰極に接する有機層を改良することが検討されている。
具体的には有機発光層と陰極の間に芳香族アミン化合物
からなる界面層を設けたり（特開平６−２６７６５８号
公報）、アルカリ金属化合物を含む電子注入層を設ける
こと（特開平９−１７５７４号公報）などが開示されて
いるが、これらではまだ不十分である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発光効率が
高く駆動寿命時の輝度の低下が小さい有機電界発光素子
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰極に接して
設けたバッファー層が、無機化合物と金属を含むもので
ある有機電界発光素子である。または、陽極に接して設
けたバッファー層が、金属または酸化性の無機化合物を
含む有機電界発光素子である。このような構成によれ
ば、発光効率が高く駆動寿命時の輝度の低下が小さい有
機電界発光素子が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、一対の
電極の間に有機層を有する有機電界発光素子であって、
前記一対の電極の内の陰極に接して設けたバッファー層
が、無機化合物と金属を含むものである有機電界発光素
子である。このようなバッファー層を設けると陰極から
の電子注入が改善され発光効率が大幅に上昇する。

【００１２】このため、駆動時の輝度の低下を低減する
ことが可能となる。ここで用いられる無機化合物として
は、例えば酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、酸化錫、
酸化亜鉛などの酸化物、フッ化マグネシウム、フッ化カ
ルシウムなどのフッ化物等が挙げられる。

【００１３】また、請求項２に記載のように金属として
は還元性を有しているものであるとよい。具体的にはア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛な
どの電気的陽性の大きい金属が挙げられる。

【００１４】また、請求項３に記載のように金属として
仕事関数が４．０ｅＶ以下のものを用いるとよい。具体
的にはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、
スカンジウム、イットリウム等があり、特に、Ｌｉ、Ｍ
ｇ，Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が
好適である。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、陰極が、仕
事関数が４．０ｅＶ以上の金属または無機化合物からな
る有機電界発光素子である。通常、仕事関数が４．０ｅ
Ｖ以上の金属を用いると発光効率が低く、駆動寿命が非
常に短いものになる。しかし、上記の構成の素子では仕
事関数が４．０ｅＶ以上の安定な金属または無機化合物
を陰極に用いても発光効率が高く、駆動寿命が長い素子
が可能となる。

【００１６】具体的にはアルミニウム、銀、銅、金、
錫、インジウム、マンガン、ニッケル、白金、酸化イン
ジウム、酸化錫などが挙げられる。

【００１７】次に、請求項５記載の発明は、一対の電極
の間に有機層を有する有機電界発光素子であって、前記
一対の電極の内の陽極に接して設けたバッファー層が、
金属を含む有機電界発光素子である。このようなバッフ
ァー層を設けると、陽極からの正孔注入が容易に起き発
光効率、寿命特性の優れた素子が得られる。

【００１８】さらに、請求項６に記載のように含有する
金属は仕事関数が４．０ｅＶ以上であるとよい。具体的
には、アルミニウム、銀、銅、金、錫、インジウム、マ
ンガン、ニッケル、白金、などが挙げられる。

【００１９】また、請求項７記載の発明は、一対の電極
の間に有機層を有する有機電界発光素子であって、前記
一対の電極の内の陽極に接して設けたバッファー層が、
酸化性の無機化合物を含む有機電界発光素子である。酸
化性の無機化合物としては、過マンガン酸化合物、クロ
ム酸化合物、過酸化物、酸化性金属塩、酸化性酸化物な
どが挙げられる。

【００２０】また、請求項８記載の発明は、一対の電極
が、いずれも可視光領域での光透過率が２０％以上であ
る有機電界発光素子であり、発光効率が高く寿命特性の
優れた透過型の発光素子が可能となる。電極としては具
体的には透明電極であるＩＴＯや酸化錫のほかに金属の
薄膜を用いることができる。

【００２１】なお、上記バッファー層の形成方法として
は真空蒸着法による方法が好適であるが、他の薄膜形成
方法を用いてもよい。また、上記バッファー層の膜厚は
非常に薄くても効果があり、０．１ｎｍ以上あればよ
い。

【００２２】また、発光材としては各種の蛍光性金属錯
体化合物、オキサゾール誘導体やスチリル誘導体などの
蛍光性有機化合物、ポリパラフェニレンビニレンなどの
蛍光性高分子化合物など各種の蛍光材料を用いることが
できる。

【００２３】また、発光層にキナクリドン系化合物やク
マリン系化合物、ルブレン、ペリレンなど縮合多環化合
物などの各種蛍光材料をドーパントとして添加すること
によりさらに高効率、高輝度、高信頼性の有機電界発光
素子を作製することができる。

【００２４】また本発明の素子構造としては、陰極また
は陽極に接してバッファー層が設けられていればどのよ
うなものでもよく、バッファー層は陰極及び陽極の両方
に用いても、片方のみに用いてもよい。陰極に接して設
けたバッファー層のみを用いた場合の一例を示すと以下
のようになる。また、通常は基板上に陽極から陰極の順
に積層するが、これとは逆に基板上に陰極から陽極の順
に積層してもよい。

【００２５】陽極／発光層／バッファー層／陰極陽極／正孔輸送層／発光層／バッファー層／陰極陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／バッファー層
／陰極陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／バッファー層
／陰極陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／
バッファー層／陰極以下に、本発明を具体的な実施の形態によりに説明す
る。以下の実施の形態では、正孔輸送材として（化１）
で示す無置換トリフェニルアミン四量体（ＴＰＴ）を、
発光材としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム
（以下Ａｌｑという。）を用い、陽極、正孔輸送層、発
光層、陰極の順に積層した素子の構成を代表的に示す
が、本発明はこの構成に限定されるものではもちろんな
い。

【００２６】

【化１】

【００２７】（実施の形態１）本実施の形態の電界発光
素子は、図１に示すように、ガラス基板１上に透明電極
２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、
正孔輸送層３、発光層４、陰極バッファー層５、陰極６
の順に蒸着して作製した構成を有する。

【００２８】まず、十分に洗浄したガラス基板（ＩＴＯ
電極は成膜済み）、ＴＰＴ、Ａｌｑ、一酸化シリコン、
アルミニウム及びリチウムを蒸着装置にセットした。

【００２９】ついで、２×１０^-6ｔｏｒｒまで排気した
後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し
正孔輸送層を５０ｎｍ形成した。ついで、セットした発
光材のＡｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２
５ｎｍの発光層を形成した。次に、一酸化シリコンとリ
チウムを異なる蒸着源より蒸着し、一酸化シリコンとリ
チウムとからなる陰極バッファー層を５ｎｍ積層した。
その後、アルミニウムの蒸着を０．５ｎｍ／秒の速度で
行い、その厚さを１５０ｎｍとした。なお、これらの蒸
着はいずれも真空を破らずに連続して行い、膜厚は水晶
振動子によってモニターした。

【００３０】そして、素子作製後、直ちに乾燥窒素中で
電極の取り出しを行い、引続き特性測定を行った。ここ
で、得られた素子の発光効率は、発光輝度５００ｃｄ／
ｍ²の場合の値で定義した。また、駆動寿命は初期輝度
を１０００ｃｄ／ｍ²として一定電流で駆動したとき
に、輝度が初期の半分の５００ｃｄ／ｍ²になる間での
時間で定義した。

【００３１】その結果、本実施の形態においては、発光
特性は１．５ｌｍ／Ｗ、駆動寿命は６００時間であっ
た。

【００３２】一方、比較のために、陰極バッファー層を
設けない以外は同様にして有機電界発光素子を作製し、
特性を調べた。その結果、発光効率は０．３ｌｍ／Ｗ、
駆動寿命は１時間以下であった。

【００３３】以上より、本実施の形態の有機電界発光素
子は、発光効率、駆動寿命が大幅に改善されていること
が確認された。

【００３４】（実施の形態２）本実施の形態では、陰極
バッファー層として（表１）に示した無機化合物と金属
の混合膜を用いた以外は、実施の形態１と同様に有機電
界発光素子を作製し、その特性を評価した。

【００３５】その結果を、以下の（表１）に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】（表１）より、本実施の形態の有機電界発
光素子は、発光効率、駆動寿命が大幅に改善されている
ことが確認された。

【００３８】（実施の形態３）本実施の形態の電界発光
素子は、図２に示すように、ガラス基板１上に透明電極
２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、
陽極バッファー層７、正孔輸送層３、発光層４、陰極６
の順に蒸着して作製した構成を有する。

【００３９】まず、十分に洗浄したガラス基板（ＩＴＯ
電極は成膜済み）、ＴＰＴ、Ａｌｑ、銀、アルミニウム
及びリチウムを蒸着装置にセットした。

【００４０】ついで、２×１０^-6ｔｏｒｒまで排気した
後、ＴＰＴと銀を異なる蒸着源より蒸着し、ＴＰＴと銀
からなる陽極バッファー層７を５ｎｍ積層した。次に
０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔
輸送層を５０ｎｍ形成した。ついで、セットした発光材
のＡｌｑを０．１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚２５ｎ
ｍの発光層を形成した。その後、アルミニウム（Ａｌ）
とリチウム（Ｌｉ）を異なる蒸着源より蒸着し、厚さ１
５０ｎｍのＡｌＬｉ陰極を形成した。なお、これらの蒸
着はいずれも真空を破らずに連続して行い、膜厚は水晶
振動子によってモニターした。

【００４１】そして、素子作製後、直ちに乾燥窒素中で
電極の取り出しを行い、引続き特性測定を行った。ここ
で、得られた素子の発光効率は、発光輝度５００ｃｄ／
ｍ²の場合の値で定義した。また、駆動寿命は初期輝度
１０００ｃｄ／ｍ²として一定電流で駆動したときに、
輝度が初期の半分の５００ｃｄ／ｍ²になる間での時間
で定義した。

【００４２】その結果、本実施の形態においては、発光
特性は２．０ｌｍ／Ｗ、駆動寿命は１０１０時間であっ
た。

【００４３】一方、比較のために、陽極バッファー層を
設けない以外は同様にして有機電界発光素子を作製し、
特性を調べた。

【００４４】その結果、発光効率は１．０ｌｍ／Ｗ、駆
動寿命は５００時間であった。以上より、本実施の形態
の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が大幅に改
善されていることが確認された。

【００４５】（実施の形態４）本実施の形態では、陽極
バッファー層として（表２）に示した化合物を用いた以
外は、実施の形態３と同様に有機電界発光素子を作製
し、その特性を評価した。

【００４６】その結果を、以下の（表２）に示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】（表２）より、本実施の形態の有機電界発
光素子は、発光効率、駆動寿命が大幅に改善されている
ことが確認された。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発光効
率が高く駆動寿命時の輝度の低下が小さい有機電界発光
素子が得られるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における有機電界発光素子
の構成を示す図

【図２】本発明の実施の形態における有機電界発光素子
の構成を示す図

【符号の説明】

１ガラス基板２透明電極３正孔輸送層４発光層５陰極バッファー層６陰極７陽極バッファー層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極の間に有機層を有する有機電
界発光素子であって、前記一対の電極の内の陰極に接し
て設けたバッファー層が、無機化合物と金属を含むもの
である有機電界発光素子。
【請求項２】金属が還元性を有しているものである請
求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】金属の仕事関数が４．０ｅＶ以下のもの
である請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項４】陰極が、仕事関数が４．０ｅＶ以上の金
属または無機化合物からなる請求項１から３のいずれか
に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】一対の電極の間に有機層を有する有機電
界発光素子であって、前記一対の電極の内の陽極に接し
て設けたバッファー層が、金属を含むものである有機電
界発光素子。
【請求項６】金属が仕事関数が４．０ｅＶ以上のもの
である請求項５記載の有機電界発光素子。
【請求項７】一対の電極の間に有機層を有する有機電
界発光素子であって、前記一対の電極の内の陽極に接し
て設けたバッファー層が、酸化性を有する無機化合物を
含むものである有機電界発光素子。
【請求項８】一対の電極が、いずれも可視光領域での
光透過率が２０％以上である請求項１から７のいずれか
に記載の有機電界発光素子。