JP4537207B2 - 低い仕事関数の陽極を有する電界発光素子 - Google Patents
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Description
R1−R6は独立的にニトリル;スルホニル;ニトロ;ニトリル又はニトロに置換されたアリールである。
本発明の様々な実施形態による有機EL素子は多様な方式で構成することができる。有機EL素子の一般的な構成は、対向する2個の電極とこの両電極の間に挿入された一つ以上の機能性層を含む。用語“層”とは一つの物質または二つ以上の物質の混合物のデポジット、コートまたはフィルムを意味する。図1〜6は本発明の多様な側面を実現することができる有機EL素子の例証的な断面構成を示す。前記図面において、同一な図面符号が層または構成成分を指すのに使用される。これら諸構成は本発明による有機EL素子の仕残しのない変形ではないことを注目すべきである。
本発明の一つの側面は二つの対向する電極3及び15の間に位置する一つ以上の機能性層内に一般式Iで示される少なくとも一つの化合物を含有する有機EL素子を提供する。
R1-R6は独立的に水素、ハロ、ニトリル(-CN)、ニトロ(-NO2)、スルホニル(-SO2R)、スルホキシド(-SOR)、スルホンアミド(-SO2NR)、スルホン酸塩(-SO3R)、トリフルオロメチル(-CF3)、エステル(-CO-OR)、アミド(-CO-NHRまたは-CO-NRR’)、直鎖または分枝(置換または非置換)C1-C12アルコキシ、直鎖または分枝(置換または非置換)C1-C12アルキル、芳香族または非-芳香族(置換または非置換)複素環、置換または非置換アリール、モノ-またはジ-(置換または非置換)アリール-アミン、及び(置換または非置換)アルキル-(置換または非置換)アリール-アミンで構成される群より選択される。前記置換基で、R及びR’は、例えば、置換または非置換C1-C60アルキル、置換または非置換アリール、置換または非置換5-7員複素環である。前記置換されたC1-C60アルキル、アリール及び複素環は一つ以上のアミン、アミド、エーテル及びエステル基で任意で置換される。あるいは、R1-R6は置換または非置換電子求引型置換基から独立的に選択され、このことは当業者であればよく理解できる。前記アリール基はフェニル、ビペニル、テルフェニル、ベンジル、ナフチル、アントラセニル、テトラセニル、ペンタセニル、ペリレニル及びコロネニルを含み、これらは単一的または多重的に置換され、または置換されない。
本発明の他の側面は有機EL素子を含む電子素子の作動において仮想電極の形成に関する。用語“仮想電極”とは実物電極の概念に基づいて、あたかも電極のように見える電子素子の内部領域における荷電キャリアの蓄積を意味する。前記仮想電極は実際に電極からキャリアの注入を増進または促進させる。
本発明の他の側面は、陽極3内の低い仕事関数を有する物質の使用に関する。陽極物質は相対的に高い仕事関数を有する物質から選択される反面、陰極物質は相対的に低い仕事関数を有する物質から選択されると当業界に一般に知られている。しかし、本発明の実施形態によると、有機EL素子は相対的に低い仕事関数を有する物質を使用する陽極を含む。例えば、陽極物質の仕事関数は約4.5eV以下、好ましく約4.3eV以下である。他の場合には、陽極物質の仕事関数は約3.5乃至約4.5eV、好ましく約3.8乃至約4.3eVである。陽極内使用のための物質には、例えば、アルミニウム(Al、4.28eV)、銀(Ag、4.26eV)、亜鉛(Zn、4.33eV)、ニオビウム(Nb、4.3eV)、ジルコニウム(Zr、4.05eV)、錫(Sn、4.42eV)、タンタル(Ta、4.25eV)、バナジウム(V、4.3eV)、水銀(Hg、4.49eV)、ガリウム(Ga、4.2eV)、インジウム(In、4.12eV)、カドミウム(Cd、4.22eV)、ホウ素(B、4.4eV)、ハフニウム(Hf、3.9eV)、ランタン(La、3.5eV)、ニオビウム(Nb、4.3eV)、チタニウム(Ti、4.3eV)、またはこれらのうちの一つとネオジム(Nd)またはパラジウム(Pd)との合金を含む。
本発明の他の側面は有機EL素子の陽極3内の反射物質使用に関する。本発明による有機EL素子の一つの実施形態で、陽極は高い反射率を有する一つ以上の物質で形成される。例えば、投入された光強度に対する反射された光強度の比率である反射率は約0.2、例えば、約0.4乃至1である。陽極3内使用のための反射物質は、例えば、アルミニウム、銀、金、ニッケル、クロム、モリブデン、タンタル、チタニウム及び亜鉛を含む。任意で、前記物質は可視光の実質的に全ての波長成分に対して反射率を有する。任意で、前記物質は可視光の実質的に全ての波長成分に対して同等な反射率を有する。好ましくは、陽極反射物質は、例えば、アルミニウム、銀、白金、クロム及びニッケルである。
陰極15でなく陽極3が基板1と接触する図1〜6の構成で、陽極3内反射物質の使用によって生成された光が陰極15を通じてまたは陽極3を通じない方向に放射される。図1〜6で、陰極15を通じる放射は頂部放射と呼ばれ、陽極3及び基板1を通じる放射は底部放射と呼ばれる。任意選択で、有機EL素子10は頂部放射デザインで構成することができる。頂部放射のために、陰極15は実質的に透明である。
有機EL素子の頂部放射デザインは一般に底部放射デザインより素子の能動マトリックス駆動にさらに適している。前記能動マトリックス駆動は、図8に例示したように基板1と陽極3との間に集積回路またはトランジスタのための層31を必要とする。底部放射デザインを有する有機EL素子においては、集積回路層31が発光化合物から放射された光を少なくとも一部ブロッキングする。しかし、頂部放射デザインは陽極3下の集積回路層31の存在により影響を受けない。頂部放射デザインは集積回路層31を形成する技術、例えば、層31の口径比に影響を与える非晶質シリコンまたはポリシリコンの使用によっても影響を受けない。
有機EL素子の特定実施形態において、基板1と陽極3との間に密封層を有して水分またはその他の汚染物質が積層構造の複雑な領域内に浸透することを防止することが有利である。そのような密封層は特に基板1を構成する物質がより透過性である場合、さらに重要である。そのような物質は、例えば、アルミニウム、アルミニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、バリウム酸化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物である。前記密封層は少なくとも一つの有機サブ層及び少なくとも一つの無機サブ層を含む多重層で構成することができる。有機サブ層は、例えばポリフェニルエチレン、重合されたエポキシ化合物及び/または多環式アルカンで形成することができる。無機サブ層は、例えばシリコン窒化物、シリコン酸化物及び/またはバリウム酸化物で形成することができる。実質的に非透過性または半-透過性である物質、また、陽極物質として使用することができる場合には、陽極3自体が密封層を形成する。したがって、別途の密封層が形成される必要はない。本発明の一つの実施形態で、陽極3はアルミニウム、アルミニウム-ネオジム合金またはアルミニウム-パラジウム合金で形成され、これはまた、密封層として機能する。密封層としても機能する陽極3は基板1と陽極3との間に集積回路層31が介在したり介在せずに任意の適切な基板物質と共に使用される。
本発明の任意の有機EL素子実施形態において、陽極3及び陰極15のうちの一方または両方を多重サブ層で形成できる。図9を参照すると、例えば、図示された有機EL素子の陽極3は伝導性サブ層33及び非-伝導性サブ層35を含む。二つのサブ層において示されるとしても、陽極3は二つより多くのサブ層を有することができる。図示のように、非-伝導性サブ層35は、正孔注入層5と伝導性サブ層33との間に位置し、 陰極15に向かう側で陽極3に接触する。前記積層陽極構造における正孔注入層5は正孔移送層7(図4及び5)、発光層9(図6)、または多機能成層(図示せず)で代替することができる。他方、前記非-伝導性サブ層35は、陽極3に接触する層5、7または9と陽極3との間に挿入された別個の層と見なすことができる。
本発明の有機EL素子の多様な層はスパッタリング、電子ビーム蒸着、その他の類型である物理蒸着(Pysical Vapor Deposition)、化学蒸着(Chemical Vapor Deposition)、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレード、インクジェットプリンティング、スクリーン-プリンティング、ロール-コーティング及び熱伝達を含む任意のフィルム形成技術を利用して製造することができる。このような技術は一般に下記文献に記載されており、これら文献は本願に参照して全体的に統合される:Applied Physic Letters, 73, 18, 1998, 2561-2563; Applied Physics Letters, 78, 24, 2001, 3905-3907。当業者は層形成のための条件及び環境下における適切なフィルム形成技術を理解するであろう。
本発明の多様な側面及び特徴が以下の実施例を通じて追加的に論議される。下記の実施例は本発明の多様な側面及び特徴を例示するためのものであり、本発明の範囲を制限するわけではない。
ガラス基板(Corning7059)を約1300Åインジウム錫酸化物(ITO)でコーティングし、Fisher Co.の洗浄剤水溶液内で超音波洗浄した。洗浄されたITO層状基板を乾燥させ、プラズマ洗浄装置に移動させた。基板をアルゴン-酸素(2:1)プラズマで50Wで14mtorrで5分間追加洗浄した。その後、基板を真空蒸着チャンバーに移動させた。
ITO層を形成せず、Al2O3層も形成しないことを除いては、実施例1と同様な方法で素子を製作した。得られた構造は“ガラス基板/Al(100Å)/HAT(500Å)/NPB(400Å)/Alq3(300Å)/一般式II(200Å)/LiF(10Å)/Al(2500Å)”であった。
HAT正孔注入層を形成しないことを除いて、実施例1と同一な方式で素子を製作した。得られた素子の構造は“ガラス基板/ITO(1300Å)/Al(100Å)/Al2O3(20Å)/NPB(400Å)/Alq3(300Å)/一般式II(200Å)/LiF(10Å)/Al(2500Å)”であった。20Vの順方向電界を前記素子に加えた時、発光は観察されなかった 。順方向電界を印加する間の電流密度は0.1mA/cm2未満であった。
ITOとNPBとの間にアルミニウム及びアルミニウム酸化物層を形成しなかったことを除いては、実施例1と同一な方式で素子を製作した。結果構造は“ガラス基板/ITO(1300Å)/HAT(500Å)/NPB(400Å)/Alq3(300Å)/一般式II(200Å)/LiF(10Å)/Al(2500Å)”であった。5.37Vの順方向電界を得られた素子に加えた時、1931 CIE 色座標でx=0.345、y=0.553に相当する緑色発光が観察された。作動中の電流密度は50mA/cm2であった。100mA/cm2一定の直流電流密度で、初期輝度3399nitが80%水準に落ちるまでかかる時間は23時間であった。
アルミニウム及びアルミニウム酸化物の代りに100Å厚さの銀を半透明陽極として形成したことを除いては、実施例1と同一な方式で素子を製作した。得られた素子の構造は“ガラス基板/ITO(1300Å)/Ag(100Å)/HAT(500Å)/NPB(400Å)/Alq3(300Å)/一般式II(200Å)/LiF(10Å)/Al(2500Å)”であった。5.1Vの順方向電界を得られた素子に加えた時、1931 CIE 色座標でx=0.420、y=0.516に相当する800nit明るさの発光が観察された。作動中の電流密度は50mA/cm2であった。
ITO層を形成しないことを除いては、実施例1と同一な方式で素子を製作した。結果構造は“ガラス基板/Ag(100Å)/HAT(500Å)/NPB(400Å)/Alq3(300Å)/一般式II(200Å)/LiF(10Å)/Al(2500Å)”であった。順方向電界を得られた素子に加えた時、可視光が観察された。
約1300Åのインジウム錫酸化物(ITO)でコーティングされたガラス基板(Corning 7059)をFisher Co.の洗浄剤水溶液内で超音波洗浄した。洗浄されたITO層状基板を乾燥し、プラズマ洗浄装置に移動した。基板を50Wで14mtorr下で15分間アルゴン-酸素(2:1)プラズマで追加的に洗浄した。その後、基板を真空蒸着チャンバーに移動させた。
1600Å厚さのNPBをHATの代りに形成したことを除いては、実施例7と同一な方式で素子を製作した。得られた素子の構造は“ガラス基板/ITO(1300Å)/NPB(1600Å)/Al(500Å)”であった。順方向電界を素子に加えた時、約1Vの電位差で電流が観察された。電圧-電流関係を図10に示す。
500Åのアルミニウム層をITO層の代わりに陽極として形成したことを除いては、実施例7と同一な方式で素子を製作した。得られた構造は“ガラス基板/Al(500Å)/HAT(2000Å)/Al(500Å)”であった。順方向電界を素子に加えた時、0V直上の電位差で電流が観察された。電圧-電流関係を図11に示す。
2000Å厚さのNPBをHATの代りに形成したことを除いて、実施例9と同一な方式で素子を製作した。結果素子の構造は“ガラス基板/Al(500Å)/NPB(2000Å)/Al(500Å)”であった。順方向電界を素子に加えた時、20Vを超える電位差でも電流が観察されなかった。電圧-電流関係を図11に示す。
“ガラス基板/Al(500Å)/HAT(2000Å)/Al(500Å)”の構造を有する実施例9で製作された素子に、実施例9と反対極性で電位を加え、ここでガラス基板とHATとの間に位置したアルミニウムは陰極として作用し、HAT上に位置したアルミニウムは陽極として作用した。順方向電界の印加時、0V直上で電流が流れ始めた。電圧-電流関係を図12に示す。結果は、実施例9の結果が共に、アルミニウム層がHAT層上または下に蒸着されるか、HAT層がアルミニウム層に正孔をその中へ注入させるようにすることを示す。
“ガラス基板/Al(500Å)/NPB(2000Å)/Al(500Å)”の構成を有する比較例4で製作された素子に、比較例4と反対極性で電位を加え、ここでガラス基板とNPB層との間に位置したアルミニウムは陰極として作用し、HAT上に位置したアルミニウムは陽極として作用した。順方向電界を印加した時、20V以上の電位差で電流は観察されなかった。電圧-電流関係を図12に示す。
本出願は2002年12月11日に出願された大韓民国特許出願第2002-78809号に基づいた外国優先権を主張し、これは本願に参考として全体的に統合される。
3 陽極
5 正孔注入層
7 正孔移送層
9 発光層
11 電子移送層
13 電子注入層
15 陰極
Claims (23)
- 前記化合物がマイナス0.6Vから0Vまでの範囲にある還元電位を有することを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記機能性層が前記一般式Iの化合物を1wt%から100wt%までの範囲にある量で含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記機能性層が0.1nmから10,000nmまでの厚さを有することを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陰極と前記機能性層との間に発光層を追加的に含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 基板を追加的に含み、前記陽極が前記基板と前記機能性層との間に位置することを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陽極が透明物質を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陽極が金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 基板を追加的に含み、前記陰極が前記基板と前記機能性層との間に位置することを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陰極が透明物質を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陽極が不透明物質を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 前記陽極が、0.3から1までの反射率を有する、反射物質を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。
- 基板を追加的に含み、前記陰極が前記基板と前記機能性層との間に位置することを特徴とする、請求項13に記載の素子。
- 前記陽極はアルミニウムまたは銀を含み仕事関数が4.5eV以下の伝導性物質で実質的に構成され;
前記陰極が伝導性物質で実質的に構成され;
前記機能性層が前記陽極と陰極との間に位置する少なくとも一つの発光層を含み、
前記陽極の一部または陰極の一部は、前記少なくとも一つの発光層に向いているバッファー層であり、
前記陽極は前記少なくとも一つの発光層に向かって正孔を注入するように配列されるが、前記陰極は前記少なくとも一つの発光層に向かって電子を注入するように配列され;
前記バッファー層は少なくとも一つの実質的に非-伝導性である物質で構成されることを特徴とする、 請求項1に記載の素子。 - 前記陽極がアルミニウムを含み、前記陽極の一部である前記バッファー層がアルミニウム酸化物を含むことを特徴とする、請求項15に記載の素子。
- 前記陰極の一部が前記少なくとも一つの発光層に向いているバッファー層であることを特徴とする、請求項16に記載の素子。
- 前記バッファー層が正孔を通過させるのに十分な実質的に薄い厚さを有することを特徴とする、請求項15に記載の素子。
- 前記バッファー層が5Åから40Åまでの厚さを有することを特徴とする、請求項15に記載の素子。
- 前記バッファー層が10Åから20Åまでの厚さを有することを特徴とする、請求項15に記載の素子。
- 前記少なくとも一つの実質的に非-伝導性である物質がアルミニウム酸化物、チタニウム酸化物、亜鉛酸化物、ルテニウム酸化物、ニッケル酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、マグネシウム酸化物、カルシウム酸化物、ストロンチウム酸化物、バナジウム酸化物、イットリウム酸化物、リチウム酸化物、セシウム酸化物、クロム酸化物、シリコン酸化物、バリウム酸化物、マンガン酸化物、コバルト酸化物、銅酸化物、プラセオジム酸化物、タングステン酸化物、ゲルマニウム酸化物、カリウム酸化物、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、メタホウ酸リチウム(LiBO2)、珪酸カリウム(K2SiO3)、シリコン-ゲルマニウム酸化物、チタン酸バリウム、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ホウ素(BN)、元素周期律表の3族と4族に属する元素の窒化物、硫化亜鉛(ZnS)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、燐化ガリウム(GaP)、及び窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択されることを特徴とする、請求項15に記載の素子。
- 請求項1乃至22のうちのいずれか一項に記載の電界発光素子;及び前記電界発光素子に連結された電子回路を含むことを特徴とする、ディスプレイ。
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