JP4208290B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子に関し、特に電荷の注入により発光する、発光効率が高い発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機発光素子は、白熱灯、蛍光灯あるいは発光ダイオード等と異なり、大面積、薄型、軽量な固体デバイスとして、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルに使用されている。
【０００３】
図４に従来の有機ＬＥＤ素子の構造の一例の断面図を示す。同図において、従来の有機ＬＥＤ素子は、ガラス基板１上に、透明電極（陽極）３、正孔輸送層４、発光層７、電子輸送層５、金属電極（陰極）６が順次積層された構成からなる。正孔輸送層４は透明電極３から注入された正孔を発光層７へ輸送すると同時に電子が透明電極３へ移動するのを阻止する。また、電子輸送層５は金属電極６から注入された電子を発光層７に輸送する。発光層７に注入された正孔と電子が発光層で再結合するときに発光する。ここで、透明電極（陽極）３にはＩＴＯなどの仕事関数が大きい材料が用いられ、金属電極（陰極）６としては、仕事関数の小さな材料が用いられる。
【０００４】
さらに、有機ＬＥＤの透明電極と正孔輸送層の間に正孔注入層を設けて発光開始電圧を低くする検討や、陰極と電子輸送層の間に電子注入層を設けて陰極材料の選択の幅を広げたり発光効率を向上させる検討が行われている。
ここで、電子注入層として金属酸化物などが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属酸化物を電子注入層として用いた場合、金属酸化物の蒸発温度は比較的高いので、この薄膜作成時の輻射熱により、既に蒸着形成されている電子輸送層や発光層等の有機膜に悪影響を与えるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、素子作製時に有機膜にダメージを与えることなく、しかも発光効率が高く、素子寿命の長い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】
即ち、本発明は、基板上に、陽極、正孔輸送層、電子輸送層、有機層、陰極を少なくとも有する発光素子において、該電子輸送層と陰極との間にＮａ ２ Ｐｃ、Ｋ ２ Ｐｃ（但し、Ｐｃはフタロシアニンを表す。）のいずれか一方のフタロシアニン化合物からなる電子注入層を更に有することを特徴とする発光素子である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子は、基板上に、少なくとも陽極、有機層、陰極を有する発光素子において、該有機層と陰極との間に金属フタロシアニンからなるフタロシアニン層を有することを特徴とする。
【００１０】
図１は本発明の発光素子の一実施態様を示す断面図である。同図において、本発明の発光素子は、透明絶縁性基板１ａ上に、陽極３、有機層８、フタロシアニン層２及び陰極６を順次積層してなるものである。
【００１１】
本発明において、透明絶縁性基板１ａには、ガラス、プラスチックフィルム等が用いられる。
陽極３に用いる陽極材料としては、仕事関数が大きなものが望ましく、例えばＩＴＯ、酸化錫、金、白金、パラジウム、セレン、イリジウム、ヨウ化銅などを用いることができる。
陰極６に用いる陰極材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、例えばＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｉｎあるいはこれらの合金等を用いることができる。
【００１２】
有機層８は、具体的には正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなり、これらの各層のなかで２つの層の機能を有する場合には１つの層を省略することができる。例えば、発光層を兼ねた電子輸送層の場合には、発光層を省略することができる。また、これらの各層は特に制限はなく、一般に用いられているものを使用することができる。
【００１３】
本発明は、有機層と陰極との間にフタロシアニン層を有することを特徴とする。フタロシアニン層は、電子注入層として機能するものであり、中心金属がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属フタロシアニンからなる層が好ましい。中心金属のアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウムまたはカリウムが好ましく、またアルカリ土類金属としては、マグネシウムまたはカルシウムが好ましい。
【００１４】
また、フタロシアニン層の層厚ｄ（ｎｍ）が０．０１≦ｄ≦５０、好ましくは０．１≦ｄ≦３０の範囲が望ましい。
フタロシアニン層は蒸着により形成するのが好ましく、この場合、フタロシアニンは蒸着温度が比較的低いので、有機層にダメージを与えずに蒸着が可能である。しかも、陰極と有機層との間にフタロシアニン層を挿入することで発光効率が向上し、低電圧で高輝度発光が得られる。特に、フタロシアニンの中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるとより効果がある。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
なお、以下の実施例において、実施例６および実施例７は本発明の実施例を示し、実施例１〜５および実施例８〜９は参考例を示す。
【００１６】
実施例１〜５および比較例１
図２は、本発明の発光素子の一実施例として有機ＬＥＤ素子を示す断面図である。
図２では、ガラス基板１上に、陽極（透明電極）３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５ａ、電子注入層としてフタロシアニン層２そして陰極６が積層されている有機ＬＥＤ素子を示す。
【００１７】
この有機ＬＥＤ素子の作成方法について説明する。
まず、ガラス基板１上に陽極３としてＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍの厚さに形成する。
有機ＬＥＤ素子の陽極材料としては仕事関数が大きなものが望ましく、本実施例ではＩＴＯを用いる。
【００１８】
次に、正孔輸送層４としてＮ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−（１，１′−ビフエニル）−４−４′−ジアミン（以下、ＴＰＤと記す）を、電子輸送層５ａとしてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3 と記す）を順次真空蒸着法により蒸着する。ここで、ＴＰＤ、Ａｌｑ3 の膜厚はそれぞれ５０ｎｍである。
【００１９】
なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
正孔輸送層４に関しては、ＴＰＤのほかに表１〜５に表される有機材料を用いることができる。
また、電子輸送層５ａとしては、Ａｌｑ3 のほかに表６〜９に表される材料を用いることができる。
また、表１０に示されるようなドーパント色素を電子輸送層、あるいは正孔輸送層にドーピングすることもできる。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】
【表６】
【００２６】
【表７】
【００２７】
【表８】
【００２８】
【表９】
【００２９】
【表１０】
【００３０】
次に、電子注入層のフタロシアニン層２として、Ｌｉ2 Ｐｃを真空蒸着法で蒸着した。平均膜厚は０．１、０．５、１．０、５．０、２０．０ｎｍの５種類を作成した。蒸着時の真空度は２〜３×１０-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．１〜０．２ｎｍ／ｓとした。蒸着温度は３２０℃である。
【００３１】
最後に、陰極６としてＡｌを真空蒸着法を用いて２００ｎｍの厚さに形成した。このとき、成膜速度はｌｎｍ／ｓとした。
陰極材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、本実施例ではＡｌを用いた。
【００３２】
このようして作成された有機ＬＥＤ素子にＩＴＯ電極をプラス、Ａｌ電極をマイナスにして直流電圧を印加すると、ＩＴＯ電極とＡｌ電極が交差している部分から緑色の発光が得られた。
【００３３】
フタロシアニン層の平均膜厚の違う素子とフタロシアニン層を挿入していない素子の発光効率を表１１に示す。
【００３４】
【表１１】
【００３５】
図３にＬｉ2 Ｐｃをフタロシアニン層（電子注入層）として１．０ｎｍ挿入した実施例３の素子と、フタロシアニン層（電子注入層）のない比較例１の素子を初期輝度１００ｃｄ／ｍ2 で連続発光させた場合の経時変化を示す。フタロシアニン層としてＬｉ2 Ｐｃを挿入した素子は、フタロシアニン層のない素子に比べ輝度劣化が少ないことが確認できた。
このように、フタロシアニン層としてＬｉ2 Ｐｃを電子輸送層と陰極の間に挿入することによって、発光特性が向上するとともに長寿命化が可能となった。
【００３６】
実施例６〜９
次に、フタロシアニン層としてＮａ2 Ｐｃ、Ｋ2 Ｐｃ、ＭｇＰｃ、ＣａＰｃをそれぞれ１．０ｎｍの厚さに挿入した素子の２００ｃｄ／ｍ2 における発光効率を表１２に示す。
【００３７】
【表１２】
【００３８】
フタロシアニン層として中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるフタロシアニンを挿入することで発光効率の向上が確認できた。また、輝度劣化に関しても、フタロシアニン層のない素子に比べかなり良いことがわかった。
【００３９】
このように、フタロシアニン層として陰極と有機層の間に中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるフタロシアニンを挿入することで、有機ＬＥＤ素子の発光特性の向上と長寿命化が可能となった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板上に、少なくとも陽極、有機層、陰極により構成される発光素子において、前記陰極と有機層との間にフタロシアニン層を挿入することで、素子作製時に有機膜にダメージを与えることなく、発光効率が向上し、低電圧で高輝度発光が得られると同時に素子の長寿命化が可能となる。特に、フタロシアニンの中心金属がアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属であるとより効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一実施態様を示す断面図である。
【図２】本発明の発光素子の一実施例として有機ＬＥＤ素子を示す断面図である。
【図３】実施例における有機ＬＥＤ素子の輝度減衰特性を示すグラフである。
【図４】従来の有機ＬＥＤ素子の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
１ａ 透明絶縁性基板
２ フタロシアニン層
３ 透明電極（陽極）
４ 正孔輸送層
５、５ａ 電子輸送層
６ 金属電極（陰極）
７ 発光層
８ 有機層
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子に関し、特に電荷の注入により発光する、発光効率が高い発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機発光素子は、白熱灯、蛍光灯あるいは発光ダイオード等と異なり、大面積、薄型、軽量な固体デバイスとして、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルに使用されている。
【０００３】
図４に従来の有機ＬＥＤ素子の構造の一例の断面図を示す。同図において、従来の有機ＬＥＤ素子は、ガラス基板１上に、透明電極（陽極）３、正孔輸送層４、発光層７、電子輸送層５、金属電極（陰極）６が順次積層された構成からなる。正孔輸送層４は透明電極３から注入された正孔を発光層７へ輸送すると同時に電子が透明電極３へ移動するのを阻止する。また、電子輸送層５は金属電極６から注入された電子を発光層７に輸送する。発光層７に注入された正孔と電子が発光層で再結合するときに発光する。ここで、透明電極（陽極）３にはＩＴＯなどの仕事関数が大きい材料が用いられ、金属電極（陰極）６としては、仕事関数の小さな材料が用いられる。
【０００４】
さらに、有機ＬＥＤの透明電極と正孔輸送層の間に正孔注入層を設けて発光開始電圧を低くする検討や、陰極と電子輸送層の間に電子注入層を設けて陰極材料の選択の幅を広げたり発光効率を向上させる検討が行われている。
ここで、電子注入層として金属酸化物などが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属酸化物を電子注入層として用いた場合、金属酸化物の蒸発温度は比較的高いので、この薄膜作成時の輻射熱により、既に蒸着形成されている電子輸送層や発光層等の有機膜に悪影響を与えるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、素子作製時に有機膜にダメージを与えることなく、しかも発光効率が高く、素子寿命の長い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】
即ち、本発明は、基板上に、陽極、正孔輸送層、電子輸送層、有機層、陰極を少なくとも有する発光素子において、該電子輸送層と陰極との間にＮａ ２ Ｐｃ、Ｋ ２ Ｐｃ（但し、Ｐｃはフタロシアニンを表す。）のいずれか一方のフタロシアニン化合物からなる電子注入層を更に有することを特徴とする発光素子である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子は、基板上に、少なくとも陽極、有機層、陰極を有する発光素子において、該有機層と陰極との間に金属フタロシアニンからなるフタロシアニン層を有することを特徴とする。
【００１０】
図１は本発明の発光素子の一実施態様を示す断面図である。同図において、本発明の発光素子は、透明絶縁性基板１ａ上に、陽極３、有機層８、フタロシアニン層２及び陰極６を順次積層してなるものである。
【００１１】
本発明において、透明絶縁性基板１ａには、ガラス、プラスチックフィルム等が用いられる。
陽極３に用いる陽極材料としては、仕事関数が大きなものが望ましく、例えばＩＴＯ、酸化錫、金、白金、パラジウム、セレン、イリジウム、ヨウ化銅などを用いることができる。
陰極６に用いる陰極材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、例えばＡｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｉｎあるいはこれらの合金等を用いることができる。
【００１２】
有機層８は、具体的には正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなり、これらの各層のなかで２つの層の機能を有する場合には１つの層を省略することができる。例えば、発光層を兼ねた電子輸送層の場合には、発光層を省略することができる。また、これらの各層は特に制限はなく、一般に用いられているものを使用することができる。
【００１３】
本発明は、有機層と陰極との間にフタロシアニン層を有することを特徴とする。フタロシアニン層は、電子注入層として機能するものであり、中心金属がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属フタロシアニンからなる層が好ましい。中心金属のアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウムまたはカリウムが好ましく、またアルカリ土類金属としては、マグネシウムまたはカルシウムが好ましい。
【００１４】
また、フタロシアニン層の層厚ｄ（ｎｍ）が０．０１≦ｄ≦５０、好ましくは０．１≦ｄ≦３０の範囲が望ましい。
フタロシアニン層は蒸着により形成するのが好ましく、この場合、フタロシアニンは蒸着温度が比較的低いので、有機層にダメージを与えずに蒸着が可能である。しかも、陰極と有機層との間にフタロシアニン層を挿入することで発光効率が向上し、低電圧で高輝度発光が得られる。特に、フタロシアニンの中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるとより効果がある。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
なお、以下の実施例において、実施例６および実施例７は本発明の実施例を示し、実施例１〜５および実施例８〜９は参考例を示す。
【００１６】
実施例１〜５および比較例１
図２は、本発明の発光素子の一実施例として有機ＬＥＤ素子を示す断面図である。
図２では、ガラス基板１上に、陽極（透明電極）３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５ａ、電子注入層としてフタロシアニン層２そして陰極６が積層されている有機ＬＥＤ素子を示す。
【００１７】
この有機ＬＥＤ素子の作成方法について説明する。
まず、ガラス基板１上に陽極３としてＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍの厚さに形成する。
有機ＬＥＤ素子の陽極材料としては仕事関数が大きなものが望ましく、本実施例ではＩＴＯを用いる。
【００１８】
次に、正孔輸送層４としてＮ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−（１，１′−ビフエニル）−４−４′−ジアミン（以下、ＴＰＤと記す）を、電子輸送層５ａとしてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3 と記す）を順次真空蒸着法により蒸着する。ここで、ＴＰＤ、Ａｌｑ3 の膜厚はそれぞれ５０ｎｍである。
【００１９】
なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
正孔輸送層４に関しては、ＴＰＤのほかに表１〜５に表される有機材料を用いることができる。
また、電子輸送層５ａとしては、Ａｌｑ3 のほかに表６〜９に表される材料を用いることができる。
また、表１０に示されるようなドーパント色素を電子輸送層、あるいは正孔輸送層にドーピングすることもできる。
【００２０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
次に、電子注入層のフタロシアニン層２として、Ｌｉ2 Ｐｃを真空蒸着法で蒸着した。平均膜厚は０．１、０．５、１．０、５．０、２０．０ｎｍの５種類を作成した。蒸着時の真空度は２〜３×１０-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．１〜０．２ｎｍ／ｓとした。蒸着温度は３２０℃である。
【００３１】
最後に、陰極６としてＡｌを真空蒸着法を用いて２００ｎｍの厚さに形成した。このとき、成膜速度はｌｎｍ／ｓとした。
陰極材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、本実施例ではＡｌを用いた。
【００３２】
このようして作成された有機ＬＥＤ素子にＩＴＯ電極をプラス、Ａｌ電極をマイナスにして直流電圧を印加すると、ＩＴＯ電極とＡｌ電極が交差している部分から緑色の発光が得られた。
【００３３】
フタロシアニン層の平均膜厚の違う素子とフタロシアニン層を挿入していない素子の発光効率を表１１に示す。
【００３４】
【表１１】
図３にＬｉ2 Ｐｃをフタロシアニン層（電子注入層）として１．０ｎｍ挿入した実施例３の素子と、フタロシアニン層（電子注入層）のない比較例１の素子を初期輝度１００ｃｄ／ｍ2 で連続発光させた場合の経時変化を示す。フタロシアニン層としてＬｉ2 Ｐｃを挿入した素子は、フタロシアニン層のない素子に比べ輝度劣化が少ないことが確認できた。
このように、フタロシアニン層としてＬｉ2 Ｐｃを電子輸送層と陰極の間に挿入することによって、発光特性が向上するとともに長寿命化が可能となった。
【００３６】
実施例６〜９
次に、フタロシアニン層としてＮａ2 Ｐｃ、Ｋ2 Ｐｃ、ＭｇＰｃ、ＣａＰｃをそれぞれ１．０ｎｍの厚さに挿入した素子の２００ｃｄ／ｍ2 における発光効率を表１２に示す。
【００３７】
【表１２】
フタロシアニン層として中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるフタロシアニンを挿入することで発光効率の向上が確認できた。また、輝度劣化に関しても、フタロシアニン層のない素子に比べかなり良いことがわかった。
【００３９】
このように、フタロシアニン層として陰極と有機層の間に中心金属がアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属であるフタロシアニンを挿入することで、有機ＬＥＤ素子の発光特性の向上と長寿命化が可能となった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板上に、少なくとも陽極、有機層、陰極により構成される発光素子において、前記陰極と有機層との間にフタロシアニン層を挿入することで、素子作製時に有機膜にダメージを与えることなく、発光効率が向上し、低電圧で高輝度発光が得られると同時に素子の長寿命化が可能となる。特に、フタロシアニンの中心金属がアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属であるとより効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一実施態様を示す断面図である。
【図２】本発明の発光素子の一実施例として有機ＬＥＤ素子を示す断面図である。
【図３】実施例における有機ＬＥＤ素子の輝度減衰特性を示すグラフである。
【図４】従来の有機ＬＥＤ素子の構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
１ａ 透明絶縁性基板
２ フタロシアニン層
３ 透明電極（陽極）
４ 正孔輸送層
５、５ａ 電子輸送層
６ 金属電極（陰極）
７ 発光層
８ 有機層
Claims (2)
- 基板上に、陽極、正孔輸送層、電子輸送層、有機層、陰極を少なくとも有する発光素子において、該電子輸送層と陰極との間にＮａ ２ Ｐｃ、Ｋ ２ Ｐｃ（但し、Ｐｃはフタロシアニンを表す。）のいずれか一方のフタロシアニン化合物からなる電子注入層を更に有することを特徴とする発光素子。
- 前記陰極がＡｌで構成される請求項１記載の発光素子。
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