JP2007242829A

JP2007242829A - 有機ｅｌ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007242829A
Application number: JP2006062113A
Authority: JP
Inventors: Shiyouki Maeda; 将規前田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】リーク電流を抑制することが可能な有機ＥＬ素子を提供すること。
【解決手段】互いに対向配置されたアノード電極２およびカソード電極７と、アノード電極２およびカソード電極７の間に介在し、正孔注入層３、正孔輸送層４、および発光層５が積層された有機層と、を備える有機ＥＬ素子Ａであって、正孔注入層３は、そのイオン化エネルギーがアノード電極２のイオン化エネルギーと発光層５のイオン化エネルギーとの間の大きさであるＣｕＰｃおよびＮＰＢを含んでおり、かつＣｕＰｃにＮＰＢがドープされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極間に有機層を介在させ、この有機層に電界を与えることにより発光させる有機ＥＬ素子に関する。

図４は、従来の有機ＥＬ素子の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された有機ＥＬ素子Ｘは、基板９１上にアノード電極９２、正孔注入層９３、正孔輸送層９４、発光層９５、電子輸送層９６、陰極バッファ層９７、およびカソード電極９８が積層された構造とされている。基板９１は、透明なガラス製であり、アノード電極９２は、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極とされている。正孔注入層９３は、アノード電極９２からの正孔を発光層９５に向けて注入するための層であり、銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃ）からなる。正孔輸送層９４は、正孔注入層９３からの正孔を発光層９５へと輸送するための層であり、ＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）からなる。発光層９５は、有機物からなり、赤色光、緑色光、青色光などを自発光する層である。電子輸送層９６は、カソード電極９８からの電子を発光層９５へと輸送するための層である。陰極バッファ層９７は、カソード電極９８からの電子注入を安定化させるための層であり、たとえばＬｉＦからなる。カソード電極９８は、たとえばＡｌ製である。

アノード電極９２には、電源Ｐの＋極が接続される。カソード電極９８には、電源Ｐの−極が接続される。アノード電極９２とカソード電極９８との間に電圧が印加されると、発光層９５において正孔と電子とが再結合する。この再結合によって発光層９５が発光する。発光層９５から図中上方へと進行する光は、カソード電極９８によって図中下方へと反射される。この反射された光と、発光層９５から図中下方へと発せられた光とが、アノード電極９２および基板９１を透して図中下方へと出射される。このように、有機ＥＬ素子Ｘは、いわゆるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子として構成されている。

しかしながら、たとえば真空蒸着法を用いて正孔注入層９３を形成する場合、図５に示すように、厚さ方向に突出する突起９３ａが形成されてしまうことがある。これは、正孔注入層９３の材料であるＣｕＰｃが比較的結晶成長しやすい物質であるからである。このような突起９３ａを有する正孔注入層９３上に、正孔輸送層９４を形成すると、正孔輸送層９４から突起９３ａの先端が突出するおそれが大きい。正孔輸送層９４の材質であるＮＰＢも、ＣｕＰｃと同様に比較的結晶成長しやすく、突起９３ａの形状に依存せずに比較的平坦に成膜されるからである。突起９３ａが突出した状態で発光層９５を形成すると、正孔注入層９３と発光層９５とが部分的に導通してしまう。このような導通部分は、電流を集中的に流しやすいため、いわゆるリーク電流を生じる原因となる。したがって、たとえば有機ＥＬ素子Ｘを用いてディスプレイを構成した場合、クロストーク発光などの不具合を生じることとなっていた。

特開２０００−１５０１７１号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、リーク電流を抑制することが可能な有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子は、互いに対向配置されたアノード電極およびカソード電極と、上記アノード電極およびカソード電極の間に介在し、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層が積層された有機層と、を備える有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入層は、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第１および第２の正孔注入材料を含んでおり、かつ上記第１の正孔注入材料に上記第２の正孔注入材料がドープされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記第１の正孔注入材料に対して上記第２の正孔注入材料が結晶成長を妨げる不純物としてはたらく。上記正孔注入層が形成される際には、上記正孔注入層は、明確な結晶構造を有さない、アモルファス状態の組成として形成される。これにより、上記正孔注入層に顕著な突起が形成されることを抑制可能であり、上記正孔注入層と上記発光層とが直接導通することを防止することができる。したがって、上記有機ＥＬ素子のリーク電流を抑制することが可能であり、たとえば上記有機ＥＬ素子を用いたディスプレイにおけるクロストーク発光を防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の正孔注入材料は、銅フタロシアニンであり、上記第２の正孔注入材料は、ＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）である。このような構成によれば、上記正孔注入層の正孔注入効率を高めつつ、顕著な突起が形成されることを防止するのに好適である。

本発明の第２の側面によって提供される有機ＥＬ素子の製造方法は、基板にアノード電極を形成する工程と、上記アノード電極上に、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層を有する有機層を形成する工程と、上記有機層上にカソード電極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、上記正孔注入層を形成する工程においては、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第１および第２の正孔注入材料を用い、かつ上記第１の正孔注入材料に上記第２の正孔注入材料をドープすることを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子を適切に製造することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の正孔注入材料としては、銅フタロシアニンを用い、上記第２の正孔注入材料としては、ＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）を用いる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子の一例を示している。本実施形態の有機ＥＬ素子Ａは、基板１、アノード電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、およびカソード電極７を備えている。有機ＥＬ素子Ａは、基板１の図中下面から光を出射する、いわゆるボトムエミッション型の有機Ｅｌ素子として構成されている。

基板１は、たとえばガラスからなる透明基板である。基板１は、アノード電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、およびカソード電極７を支持するためのものである。

アノード電極２は、電源Ｐの＋極に接続されており、正孔を供給するための電極である。アノード電極２は、たとえばＩＴＯからなる透明電極とされている。アノード電極２の表面は、たとえば研磨処理が施されており、比較的平坦な面とされている。

正孔注入層３は、アノード電極２から発光層５への正孔注入効率を向上させる役割を有するものである。正孔注入層３は、ホストとしてのＣｕＰｃにドーパントとしてのＮＰＢがドープされた材質からなる。ＣｕＰｃは、本発明で言う第１の正孔注入材料の一例であり、ＮＰＢは、本発明で言う第２の正孔注入材料の一例である。ＮＰＢのドープ量は、５〜１０％程度が好ましい。

正孔輸送層４は、発光層５への正孔の移動を効率良く行うとともに、発光層５における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。正孔輸送層４は、たとえばＮＰＢからなる。

発光層５は、発光物質を含んでおり、アノード電極２からの正孔とカソード電極７からの電子とが再結合することにより励起子を生成する場である。上記励起子が発光層５内を移動する過程において上記発光物質が発光する。発光層５に含まれる発光物質の種類を選択することにより、赤色光、緑色光および青色光などを自発光するように構成されている。上記発光物質としては、たとえばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体、ジトルイルビニルビフェニル、トリ（ジベンゾイルメチル）フェナントロリンユーロピウム錯体（Ｅｕ（ＤＢＭ）₃（Ｐｈｅｎ））、およびフェニルピリジンイリジウム化合物などの蛍光またはりん光性発光物質を使用することができる。もちろん、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアルキルチオフェン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体などのような高分子発光物質を用いてもよい。

電子輸送層６は、発光層５への電子の移動を効率良く行うとともに、発光層５における電子と正孔との再結合効率を高める役割を有するものである。電子輸送層６を構成する材料としては、たとえばアントラキノジメタン、ジフェニルキノン、ペリレンテトラカルボン酸、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ベンズオキサゾール、およびこれらの誘導体を用いることができる。電子輸送層６上には、陰極バッファ層８１が形成されている。陰極バッファ層８１は、たとえばＬｉＦからなり、電子の注入効率を高めるための層である。なお、電子輸送層６と陰極バッファ層８１との間に電子注入層をさらに形成してもよい。

カソード電極７は、電源Ｐの−極に接続されており、電子を供給するための電極である。カソード電極７は、たとえばＡｌからなり、比較的反射率が高い層とされている。

次に、有機ＥＬ素子Ａの製造方法の一例について、以下に説明する。

まず、ガラス製の基板１上に、ＩＴＯからなるアノード電極２を形成する。このアノード電極２上に、たとえば真空蒸着法によってＣｕＰｃを成膜しつつ、ＮＰＢをドーパントとしたドープを施す。これによりＮＰＢがドープされたＣｕＰｃからなる正孔注入層３を形成する。次に、正孔注入層３上にＮＰＢからなる正孔輸送層４を真空蒸着法により形成する。また、正孔輸送層４上に発光層５を真空蒸着法により形成する。さらに、発光層５上に、電子輸送層６、陰極バッファ層８１を真空蒸着法により形成する。そして、Ａｌからなるカソード電極７を形成する。以上の工程により、有機ＥＬ素子Ａを製造することができる。

次に、有機ＥＬ素子Ａの作用について説明する。

図２は、有機ＥＬ素子Ａの正孔注入層３、正孔輸送層４、および発光層５の積層部分を示している。正孔注入層３を形成する際には、ホストとしてのＣｕＰｃにドーパントとしてのＮＰＢがドープされる。正孔注入層３の形成において、正孔注入材料のひとつであるＮＰＢをドーパントして用いることは、たとえば発光量を向上させるために正孔注入層３に対して蛍光材料をドーパントとしたドープを施すこととは、全く異なる。すなわち、ドーパントとしてのＮＰＢは、ＣｕＰｃの結晶成長に対しては不純物としてはたらく。この不純物によってＣｕＰｃの結晶成長を意図的に阻害することができる。

結晶成長が阻害されたＣｕＰｃは、いわゆるアモルファス状態に近い組成のものとして形成される。これにより、正孔注入層３において局部的に結晶成長が進行してしまうことを回避可能であり、正孔注入層３を比較的平坦な形状に形成することができる。本実施形態においては、たとえば図５に示された従来技術による例のように、発光層５に至るほどの大きさの突起が形成されるおそれが小さい。これにより、正孔注入層３と発光層５とが直接導通することを防止することができる。したがって、有機ＥＬ素子Ａのリーク電流を抑制することが可能であり、たとえば有機ＥＬ素子Ａを用いたディスプレイにおいてクロストーク発光などが生じるおそれを小さくすることができる。

特に、第１の正孔注入材料としてのＣｕＰｃに対して、第２の正孔注入材料としてのＮＰＢをドープすることは、正孔注入層３の結晶成長を意図的に阻害して、顕著な突起が形成されることを防止するのに好適である。また、ＣｕＰｃおよびＮＰＢを用いれば、正孔注入層３による正孔注入の効率向上効果を適切に発揮させることができる。

以下、有機ＥＬ素子Ａの実施例１〜３、およびこれの比較例を作製し、これらの素子の特性を測定した。

実施例１〜３においては、上述した有機ＥＬ素子Ａの製造方法において、正孔注入層３を形成する際のＮＰＢのドープ量を、ＣｕＰｃに対してそれぞれ２％、５％、１０％とした。一方、比較例においては、ＣｕＰｃのみからなる正孔注入層とした。実施例１〜３おおび比較例における正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、陰極バッファ層８１、およびカソード電極７の厚さは、それぞれ１００Å、４００Å、４００Å、２００Å、５Å、１５００Åとした。

実施例１〜３および比較例１の有機ＥＬ素子のそれぞれに、逆バイアスとなる−１５Ｖの電圧を印加したときのリーク電流を測定した。その測定結果を、図３に示す。

図３に示すように、比較例においては、−２５７ｎＡのリーク電流が生じた。これに対し、実施例１〜３では、それぞれのリーク電流が、−２４４ｎＡ、−１９ｎＡ、−０．８６ｎＡと減少した。これは、正孔注入層３にドープされたＮＰＢのドープ量を増やすことにより、ＣｕＰｃの結晶成長が阻害され、正孔注入層３に大きな突起が形成されることが抑制されたためであると考えられる。有機ＥＬ素子Ａのリーク電流を適切に抑制するには、ＣｕＰｃに対するＮＰＢのドープ量を概ね５〜１０％とすることが好ましいことが分かった。

本発明に係る有機ＥＬ素子およびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る有機ＥＬ素子およびその製造方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明でいう第１および第２の正孔注入材料としては、正孔注入の効率向上効果を発揮しつつ、第２の正孔注入材料が第１の正孔注入材料の結晶成長を阻害するものを用いればよい。このような第１および第２の正孔注入材料としては、上述したＣｕＰｃとＮＰＢとの組み合わせのほかに、第１の正孔注入材料としてＣｕＰｃを用い、第２の正孔注入材料としてトリフェニルジアミン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、およびスピロ誘導体のいずれかを用いる組み合わせがある。

本発明に係る有機ＥＬ素子の一例を示す断面図である。図１に示す有機ＥＬ素子の要部拡大断面図である。実施例および比較例のリーク電流測定結果を示すグラフである。従来の有機ＥＬ素子の一例を示す断面図である。図４に示す有機ＥＬ素子の要部拡大断面図である。

符号の説明

Ａ有機ＥＬ素子
１基板
２アノード電極
３正孔注入層
４正孔輸送層
５発光層
６電子輸送層
７カソード電極

Claims

互いに対向配置されたアノード電極およびカソード電極と、
上記アノード電極およびカソード電極の間に介在し、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層が積層された有機層と、
を備える有機ＥＬ素子であって、
上記正孔注入層は、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第１および第２の正孔注入材料を含んでおり、かつ上記第１の正孔注入材料に上記第２の正孔注入材料がドープされていることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
上記第１の正孔注入材料は、銅フタロシアニンであり、上記第２の正孔注入材料は、ＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
基板にアノード電極を形成する工程と、
上記アノード電極上に、正孔注入層、正孔輸送層、および発光層を有する有機層を形成する工程と、
上記有機層上にカソード電極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、
上記正孔注入層を形成する工程においては、そのイオン化エネルギーが上記アノード電極のイオン化エネルギーと上記発光層のイオン化エネルギーとの間の大きさである第１および第２の正孔注入材料を用い、かつ上記第１の正孔注入材料に上記第２の正孔注入材料をドープすることを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。
上記第１の正孔注入材料としては、銅フタロシアニンを用い、上記第２の正孔注入材料としては、ＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）を用いる、請求項３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。