JP2004335204A

JP2004335204A - 有機電界発光素子の作製方法、有機電界発光素子、及び有機電界発光層

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Publication number: JP2004335204A
Application number: JP2003127368A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okada; 裕之岡田; Masanori Oe; 政憲大榮; Shigeki Naka; 茂樹中; Hiroyoshi Mekawa; 博義女川
Original assignee: Toyama University
Current assignee: Toyama University
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: JP3951022B2

Abstract

【課題】高信頼性及び高性能のデバイスを提供することができるとともに、微細な加工技術を伴う新規な有機電界発光素子の作製方法、及びその方法によって得られた新規な有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】可視光波長領域で透明な基板１１上に第１の電極１２を形成する。次いで、第１の電極１２上に、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなる発光層１３を形成する。次いで、発光層１３上に第２の電極１４を形成し、有機電界発光素子１０を得る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子の作製方法、及びその有機電界発光素子、並びに前記有機電界発光素子に使用する有機電界発光層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機電界発光素子は、Ｔａｎｇ及びＶａｎＳｌｙｋｅによる“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第５１巻、９１３頁（１９８７年）”の報告以来、活発に研究開発が行われ、現在においては、カーオーディオ、車載パネル、及び携帯端末などにおいて商品化されるにまで至っている。前記有機電界発光素子を構成する有機薄膜は、低分子系有機材料を蒸着法を用いて形成する、あるいは高分子有機材料を溶液塗布法を用いて形成することによって得ている。
【０００３】
低分子系有機材料の蒸着法は現在実用化されている方法であり、高分子系有機材料の溶液塗布法と比較して、高い信頼性を有するデバイスの作製が可能であり、複数層の積層構造を簡易に形成することができ、高輝度及び高効率のデバイスを実現することができる。しかしながら、パターニングの際には蒸着用マスクを用いる必要があり、高精細化及び大面積化の妨げとなっていた。
【０００４】
一方、高分子系有機材料の塗布法は、上述したように、低分子系有機材料の蒸着法と比較して、得られたデバイスの信頼性及び特性などは劣るものの、例えばインクジェット法と組み合わせることにより、十分高精細な発光領域の形成が可能であり、数十インチクラスのディスプレイに対して適用することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、蒸着法及び塗布法には一長一短があり、特に次世代の有機電界発光素子の実現に向けて、高信頼性及び高性能のデバイスを提供することができ、さらには微細な加工技術を伴う新規な有機電界発光素子の作製技術の確立が望まれていた。
【０００６】
本発明は、高信頼性及び高性能のデバイスを提供することができるとともに、微細な加工技術を伴う新規な有機電界発光素子の作製方法、及びその方法によって得られた新規な有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現すべく、本発明は、
可視光波長領域で透明な基板を準備する工程と、
前記基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極上に、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなる発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第２の電極を形成する工程と、を具えることを特徴とする、有機電界発光素子の作製方法に関する。
【０００８】
また、本発明は、
可視光波長領域で透明な基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなる発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を具えることを特徴とする、有機電界発光素子に関する。
【０００９】
なお、上記低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料とは、それぞれ分子量が１０，０００以下の有機材料を意味するものである。
【００１０】
従来、有機電界発光素子においては、発光層を挟み込むようにして、正孔輸送層及び電子輸送層を別個独立した層として形成していた。したがって、一対の電極間に挟まれた発光層部分は複数の層が積層された多層膜構造を呈していた。例えば、上述した塗布法によって有機電界発光素子を作製する場合、発光層自体は塗布法によって形成するものの、正孔輸送層や電子輸送層は蒸着法を用いることによって作製していた。
【００１１】
これに対して、本発明によれば、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物を準備し、この混合物から発光層を形成するようにしている。この結果、有機電界発光素子の、発光層部分は単独の発光層のみから構成されるようになる。したがって、前記混合物を所定の有機溶媒などに溶解させれば、前記有機電界発光素子の前記発光層部分を塗布法のみを用いて形成することができるようになる。結果として、微細なパターニングを行うことができ、微細な加工技術を実現することができる。
【００１２】
また、前記低分子系有機正孔輸送材料、前記低分子系有機電子輸送材料、及び前記低分子系有機発光材料を蒸着法で使用している低分子系材料から構成すれば、前記有機電界発光素子の、さらにはこの素子を有するデバイスの信頼性及び性能を向上させることもできるようになる。
【００１３】
結果として、本発明によれば、次世代の有機電界発光素子の実現に向けて、高信頼性及び高性能のデバイスを提供することができ、さらには微細な加工技術を伴う新規な有機電界発光素子の作製技術を提供することができる。
【００１４】
本発明の詳細及びその他の特徴、利点については以下の発明の実施の形態で説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
図１は、本発明の有機電界発光素子の一例を示す構成図である。図１に示す有機電界発光素子１０は、可視光波長領域で透明な基板１１上において、可視光波長領域で透明な電極１２、発光層１３、及び金属電極１４が順次に積層されている。
【００１６】
発光層１３は、分子量が１０，０００以下の、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物から形成する。具体的には、前記混合物を有機溶媒などに溶解させて溶液状とし、この混合物溶液を基板１１上において透明電極１２を覆うように塗布法によって形成することができる。前記塗布法としては、スピンコート法、インクジェット法、スプレイ法、及びマイクログラビア法などを例示することができる。このような塗布法を用いることにより、微細なパターニングを行うことができ、微細な加工技術を実現することができる。
【００１７】
なお、本発明における塗布法は上記具体例に限定されるものではなく、その他の方法も適宜使用することができる。さらに、塗布法だけでなく、その他の形成方法、例えば混合物溶液を作製することなく、バルク状の混合物を準備することによって、蒸着法で発光層１３を形成することもできる。
【００１８】
発光層１３の厚さは特に限定されるものではないが、５０ｎｍ〜１５０ｎｍに形成することが好ましい。
【００１９】
また、上述した低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料を従来の蒸着法で使用している低分子系材料から構成すれば、前記有機電界発光素子の、さらにはこの素子を有するデバイスの信頼性及び性能を向上させることもできるようになる。
【００２０】
前記低分子系有機正孔輸送材料としては、膜形成後に非晶質性を示す材料を用いることが好ましく、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４−ジアミン（ＴＰＤ）、又はビス［Ｎ−（１，ナフチル）−ン−フェニル］ベンジテン（α−ＮＰＤ）などのアミン系誘導体を用いることが好ましい。特には、ＴＰＤを用いることが好ましい。
【００２１】
前記有機電子輸送材料としては、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ｔＢｕ−ＰＢＤ）、２，９―ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）、２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニシロール（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）、及び４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニル（ＣＢＰ）を用いることが好ましく、特には、ｔＢｕ−ＰＢＤ、ＢＣＰ、及びＣＢＰより選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００２２】
前記有機発光材料としては、有機色素及び燐光材料の他、デンドリマー系材料などの任意の発光材料を用いることができる。
【００２３】
また、前記混合物中には、同じく４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニル（ＣＢＰ）などのホスト材料を含有させることもできる。
【００２４】
透明電極１２及び金属電極１４は蒸着法などの公知の方法を用いることによって形成することができる。
【００２５】
透明電極１２は、インジュウム酸化物とスズ酸化物との混合物であるＩＴＯや、インジュウム酸化物と亜鉛酸化物との混合物であるＩＺＯなどから構成することができる。
【００２６】
金属電極１４は、Ａｌ、Ｃｓ、Ｅｒなどの金属や、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＭｇ、ＣｓＴｅなどの合金、あるいはＣａ／Ａｌ、ＭｇＡｌ、Ｌｉ／Ａｌ、Ｃｓ／Ａｌ、Ｃｓ_２Ｏ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ、ＥｒＦ_３／Ａｌなどの積層構造体から構成することができる。
【００２７】
なお、透明電極１２及び金属電極１４はいずれを陽極及び陰極に設定することができる。
【００２８】
図１に示す有機電界発光素子１０においては、基板１１側に透明電極１２が設けられており、発光層１３に対して、基板１１と反対側に金属電極１４が設けられている。したがって、発光層１３から生成及び発せられた光は透明電極１２を介して透明基板１１から出射されるようになる。
【００２９】
図２は、本発明の有機電界発光素子のその他の例を示す構成図である。図２に示す有機電界発光素子において、図１に示すものと同様な構成要素については同じ参照数字を用いて表している。
【００３０】
図２に示す有機電界発光素子２０においては、透明電極１２及び金属電極１４の位置が逆転している以外は、図１に示す有機電界発光素子１０と同じである。
この場合は、発光層１３から生成及び発せられた光は、金属電極１４で反射され、透明電極１２を介して、透明基板１１と反対の側から出射されるようになる。
【００３１】
なお、図２に示す有機電界発光素子２０においては、生成した光を基板と反対の側から出射させるので、基板自体は必ずしも透明である必要はない。したがって、基板自体を金属から構成し、金属電極としての機能を付与することにより、別個独立した金属電極の形成を省略することもできる。
【００３２】
また、図１及び図２の変形例として、上下に設けた電極を総て透明電極とし、基板側及び基板と反対側の双方から生成した光を取り出すこともできる。さらに、図１及び図２においては、透明電極１２及び金属電極１４を平板状に形成しているが櫛形状に形成することもできる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
ガラスからなる透明基板を準備し、この基板表面に紫外線オゾンクリーナ処理を約２５分間実施した。次いで、正孔輸送材料としてのＴＰＤ、所定の電子輸送材料、及び緑色発光剤であるクマリン６（Ｃ６）を、ＴＰＤ：有機電子輸送材料：Ｃ６＝４０：１６０：１で混合し、１，２−ジクロロエタン溶媒中に溶解して、混合物溶液を調整した。
溶液中における前記混合物の割合は１重量％から２重量％に調節した。
【００３４】
次いで、前記透明基板上にＩＴＯ電極を厚さ１００ｎｍに形成し、次いで、前記混合物溶液を前記ＩＴＯ電極を覆うようにして厚さ１０４ｎｍ〜１０９ｎｍに形成し、所定時間ベークして発光層を形成した。次いで、前記発光層上にＬｉＦ／Ａｌ電極を厚さ１／７０ｎｍに形成し、図１に示すような有機電界発光素子を形成した。
【００３５】
図３は、有機電子輸送材料毎の、電流密度−電圧特性を示すグラフであり、図４は、有機電子輸送材料毎の、輝度−電流密度特性を示すグラフである。図３及び図４から明らかなように、有機電子輸送材料として、ｔＢｕ−ＰＢＤ、ＢＣＰ、及びＣＢＰを用いた場合は、ｔＢｕ−ＰＢＤの場合が最も輝度が高く、最高輝度が１６４０ｃｄ／ｍ^２（電流密度１８０ｍＡ／ｃｍ^２）であることが判明した。また、ＢＣＰ及びＣＢＰの最高輝度は、それぞれ３３４ｃｄ／ｍ^２（電流密度１５５ｍＡ／ｃｍ^２）及び３４６ｃｄ／ｍ^２（電流密度３１８ｍＡ／ｃｍ^２）であった。
【００３６】
なお、電子輸送材料としてＰｙＰｙＳＰｙＰｙ及びＢｐｈｅｎを用いた際の最高輝度は、それぞれ８３ｃｄ／ｍ^２、２７ｃｄ／ｍ^２であった。
【００３７】
以上、具体例を示しながら発明の実施に形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範疇においてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高信頼性及び高性能のデバイスを提供することができるとともに、微細な加工技術を伴う新規な有機電界発光素子の作製方法、及びその方法によって得られた新規な有機電界発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機電界発光素子の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の有機電界発光素子の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明の有機電界発光素子の、電流密度−電圧特性を示すグラフである。
【図４】本発明の有機電界発光素子の、輝度−電流密度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、２０有機電界発光素子
１１透明基板
１２透明電極
１３発光層
１４金属電極

Claims

可視光波長領域で透明な基板を準備する工程と、
前記基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極上に、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなる発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第２の電極を形成する工程と、を具えることを特徴とする、有機電界発光素子の作製方法。
前記混合物中に有機ホスト材料を含有させたことを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記混合物は有機溶媒中に溶解して溶液状とし、得られた混合物溶液を前記第１の電極上に塗布することによって前記膜体を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記混合物溶液の塗布は、スピンコート法、インクジェット法、スプレイ法、及びマイクログラビア法の少なくとも一つの方法を用いて実施することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記第１の電極は可視光波長領域で透明な電極からなり、前記第２の電極は金属電極からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記第１の電極は金属電極からなり、前記第２の電極は可視光波長領域で透明な電極からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記第１の電極は櫛形状を呈することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記低分子系有機正孔輸送材料は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］―４，４―ジアミンであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記低分子系有機電子輸送材料は、２―（４―ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２，９―ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、及び４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記低分子系有機発光材料は、有機色素又は燐光材料であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
前記有機ホスト材料は、４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の有機電界発光素子の作製方法。
可視光波長領域で透明な基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された、低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなる発光層と、
前記発光層上に形成された第２の電極と、を具えることを特徴とする、有機電界発光素子。
前記混合物中に有機ホスト材料を含有させたことを特徴とする、請求項１２に記載の有機電界発光素子。
前記第１の電極は可視光波長領域で透明な電極からなり、前記第２の電極は金属電極からなることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の有機電界発光素子。
前記第１の電極は金属電極からなり、前記第２の電極は可視光波長領域で透明な電極からなることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の有機電界発光素子。
前記第１の電極は櫛形状を呈することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一に記載の有機電界発光素子。
前記低分子系有機正孔輸送材料は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］―４，４―ジアミンであることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか一に記載の有機電界発光素子。
前記低分子系有機電子輸送材料は、２―（４―ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２，９―ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、及び４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか一に記載の有機電界発光素子。
前記低分子系有機発光材料は、有機色素又は燐光材料であることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか一に記載の有機電界発光素子。
前記有機ホスト材料は、４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルであることを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれか一に記載の有機電界発光素子。
低分子系有機正孔輸送材料、低分子系有機電子輸送材料、及び低分子系有機発光材料の混合物からなることを特徴とする、有機電界発光層。
前記混合物中に有機ホスト材料を含有させたことを特徴とする、請求項２１に記載の有機電界発光層。
前記低分子系有機正孔輸送材料は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］―４，４―ジアミンであることを特徴とする、請求項２１又は２２に記載の有機電界発光層。
前記低分子系有機電子輸送材料は、２―（４―ビフェニル）−５−（ｐ−ｔブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２，９―ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン、及び４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか一に記載の有機電界発光層。
前記低分子系有機発光材料は、有機色素又は燐光材料であることを特徴とする、請求項２１〜２４のいずれか一に記載の有機電界発光層。
前記有機ホスト材料は、４，４’−ビス（９−カルバゾール）−ビフェニルであることを特徴とする、請求項２１〜２５のいずれか一に記載の有機電界発光層。