JP6280234B2 - 有機電界発光素子及びその制作方法 - Google Patents

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Description

本発明は、有機電界発光素子技術分野に関し、具体的に有機電界発光素子及びその制作方法に関する。
有機電界発光素子(OLED)はアクティブ発光素子である。従来の主流のフラットパネルディプレイ技術の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ(TFT−LCD)と比較して、OLEDは高コントラスト、広視野角、低消費電力、より薄い体積などの長所があり、LCDに続いて次世代のプラットパネルディスプレイ技術になる見込みがあり、現在のフラットパネルディスプレイ技術の中に最も注目されている技術の一つである。
OLED素子は、陽極、正孔輸送層(HTL)、発光層(EL)、電子輸送層(ETL及び陰極からなる。その中に、従来技術に電子輸送層は常に単一の有機材料を使用するが、単一の有機材料を電子輸送層として制作されたOLED素子は、一般的に駆動電圧が高く、効率が低いので、OLED画面の消費電力が大きく、寿命が長くないなどの問題がある。有機電界発光素子に、素子の動作電圧を低下させるために、電子と正孔の間の電荷バランスを改善し、電子の注入と輸送効率を高めることは非常に必要である。従来の電子注入効率を高める技術に、電子輸送層の後に陰極の材料が接続されることを限定する必要があり、この陰極材料にある金属が含まれることが必要であり、この金属は真空中に有機錯体の金属イオンを相応な金属に還元できるため、陰極材料の選択が制限された。
本発明が解決しようとする課題は、電子注入効率が高い有機電界発光素子及びその制作方法を提供することである。
上記の技術的課題を解決するために、本発明は有機電界発光素子を提供し、この有機電界発光素子は、陽極、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層及び陰極を含み、前記電子輸送層に有機金属錯体と、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である活性金属化合物がドーピングされる。
さらに、前記有機金属錯体はキノリン金属錯体である。
さらに、前記キノリン金属錯体はAlqまたはGaqである。
さらに、前記アルカリ金属化合物はアルカリ金属窒化物またはアルカリ金属水素化ホウ素化合物であり、前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属窒化物またはアルカリ土類金属水素化ホウ素化合物であり、前記ランタニド化合物は、ランタニド窒化物またはランタニド金属水素化ホウ素化合物である。
さらに、前記アルカリ金属窒化物はLiN、NaN、KNまたはRbNを含み、アルカリ土類金属窒化物はMg、Ca、SrまたはBaを含み、前記ランタニド窒化物はLaNを含み、前記アルカリ金属水素化ホウ素化合物はLiBH、NaBHまたはKBHを含む。
さらに、前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:(0.01〜5):(0.01〜5)である。
さらに、前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:1:1である。
本発明はさらに有機電界発光素子の制作方法を提供する。この有機電界発光素子の制作方法は、ITOのガラス基板に、順により陽極グラフィックスがエッチングされ、正孔輸送層及び有機発光層が蒸着されることと、前記有機発光層に電子輸送材料、有機金属錯体、及びアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である活性金属化合物が共に蒸着されて、電子輸送層が形成されることと、前記電子輸送層に陰極が蒸着されることと、を含む。
さらに、前記有機金属錯体はキノリン金属錯体である。
さらに、前記キノリン金属錯体はAlqまたはGaqである。
さらに、前記アルカリ金属化合物はアルカリ金属窒化物またはアルカリ金属水素化ホウ素化合物であり、前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属窒化物またはアルカリ土類金属水素化ホウ素化合物であり、前記ランタニド化合物は、ランタニド窒化物またはランタニド金属水素化ホウ素化合物である。
さらに、前記アルカリ金属窒化物はLiN、NaN、KNまたはRbNを含み、アルカリ土類金属窒化物はMg、Ca、SrまたはBaを含み、前記ランタニド窒化物はLaNを含み、前記アルカリ金属水素化ホウ素化合物はLiBH、NaBHまたはKBHを含む。
さらに、前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:(0.01〜5):(0.01〜5)である。
さらに、前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:1:1である。
本発明は、電子輸送層に有機金属錯体及び活性金属化合物がドーピングされることにより、高温真空環境で活性金属化合物は活性金属を分解し、活性金属は、電子輸送材料化合物と有機金属錯体を有効的に還元し、活性金属ドープ層を形成できる。これにより、駆動電圧がより低く、効率がより高い陰極構造が得られ、また、より広い材料を陰極として使用できる。
本発明の有機電界発光素子の構造を示す概略図である。
以下、当業者がよりよく本発明を理解し、実施できるように具体的な実施例により本発明についてさらに説明するが、挙げられた実施例は本発明に対する限定ではない。
図1に示すように、本発明の有機電界発光素子は、透明基板1、透明陽極2、正孔輸送層3、有機発光層4、電子輸送層5及び陰極6を含み、また、さらに正孔注入層、電子注入層などを含むことができ、その構造が従来の有機電界発光素子と同じである。本発明は、電子輸送層に有機金属錯体及び活性金属化合物がドーピングされて電子輸送混合層が形成されるものである。その中に、有機金属錯体は熱安定性がいいキノリン金属錯体であることが好ましく、例えばAlqまたはGaqである。活性金属化合物はアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である。その中に、アルカリ金属化合物はアルカリ金属窒化物であり、例えばLiN、NaN、KNまたはRbNであり、アルカリ金属水素化ホウ素化合物でもよく、例えばLiBH、NaBHまたはKBHである。アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属窒化物でもよく、例えばMg、Ca、SrまたはBaであり、アルカリ土類金属水素化ホウ素化合物でもよい。ランタニド化合物は、ランタニド窒化物でもよく、例えばLaNであり、ランタニド金属水素化ホウ素化合物でもよい。
電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体、活性金属化合物のモル比は1:(0.01〜5):(0.01〜5)であり、1:1:1であることが好ましい。その中に、電子輸送材料は従来技術に常用の材料、例えばBphen、TPBi、Bebq2またはBepp2などを使用でき、ほかの1種の電子移動度が高い電子輸送材料、例えば公告号がCN101875637Bである中国特許に開示された下記の材料を使用してもよい。
Figure 0006280234
あるいは、公告号がCN101891673Bである中国特許に開示された下記の材料を使用してもよい。
Figure 0006280234
本発明の有機電界発光素子の制作方法は、
ITO(インジウムスズ酸化物)ガラス基板に、順により陽極グラフィックスがエッチングされ、正孔輸送層及び有機発光層が蒸着されることと、
前記有機発光層に電子輸送材料、有機金属錯体、及びアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である活性金属化合物が共に蒸着されて、電子輸送層が形成されることと、
前記電子輸送層に陰極が蒸着されることと、を含む。
本発明に、電子輸送層に有機金属錯体及び活性金属化合物がドーピングされる。その中に、電子輸送材料は、移動度が高く、有機金属錯体の熱安定性がよく、電子輸送層は移動度及び安定性を兼ねている。活性金属化合物は真空中で加熱し、活性金属を放出でき、この活性金属は、電子輸送材料化合物と有機金属錯体を有効的に還元し、Nドープ構造を形成でき、電子の注入と輸送に有利である。これにより、駆動電圧がより低く、効率がより高い陰極構造が得られる。また、本発明に、活性金属化合物が高温真空環境で活性金属を放出することにより、陰極の材料が制限されず、より広い材料を陰極として使用できる。
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bebq(15nm):Alq(100%):LiN(100%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITOである。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBebqであり、Alq(有機金属錯体)とLiN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が45nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bebq、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:1:1であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
本実施例の有機電界発光素子の制作方法は下記のようである。
(1)デザインによりITO基板に固定陽極グラフィックスがエッチングされる。
(2)洗剤超音波及び脱イオン水超音波により固定陽極グラフィックスがエッチングされたITO基板が洗浄され、赤外光の下に放置され、乾燥される。
(3)上記の処理したガラス基板が真空室に放置され、1×10−5Paまで真空引きをし、上記の陽極層膜に正孔輸送層(NPB)が継続的に蒸着され、この層の成膜速度が0.1nm/sであり、膜厚が50nmである。
(4)正孔輸送層に発光層としてAlqが蒸着され、蒸着速度が0.1nm/sであり、全体膜厚が50nmである。
(5)発光層に電子輸送層が蒸着され、蒸着時にBebq、Alq、LINが共に蒸着され、モル比が1:1:1であり、蒸着速度が0.1nm/sであり、全体膜厚が45nmである。
(6)上記の電子輸送層に素子の陰極層としてAl層が継続的に蒸着され、Al層の蒸着速度が1nm/sであり、膜厚が150nmである。
実施例1の有機電界発光素子の制作方法により下記の素子を制作する。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bphen(15nm):Alq(100%):LiN(100%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITO(インジウムスズ酸化物)である。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBphenであり、Alq(有機金属錯体)とLIN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が45nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bphen、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:1:1であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bphen(15nm):Alq(100%):KBH(50%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITO(インジウムスズ酸化物)である。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBphenであり、Alq(有機金属錯体)とKBH(アルカリ金属水素化ホウ素化合物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が35nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bphen、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:1:0.5であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bebq(15nm):Alq(1%):LiN(500%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITOである。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBebqであり、Alq(有機金属錯体)とLiN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が90nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bebq、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:0.01:5であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bebq(15nm):Alq(500%):LiN(1%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITOである。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBebqであり、Alq(有機金属錯体)とLiN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が90nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bebq、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:5:0.01であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bebq(15nm):Alq(1%):LiN(1%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITOである。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBebqであり、Alq(有機金属錯体)とLiN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が15nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bebq、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:0.01:0.01であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bebq(15nm):Alq(500%):LiN(500%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITOである。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBebqであり、Alq(有機金属錯体)とLiN(アルカリ金属窒化物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が165nmであり、AlqとLiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bebq、Alq、LiNの三つの材料の間のモル比は1:5:5であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
(比較例1)
実施例1の有機電界発光素子の制作方法により下記の素子を制作する。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bphen(15nm):Alq(100%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITO(インジウムスズ酸化物)である。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBphenであり、Alq(有機金属錯体)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が30nmであり、AlqのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bphen、Alqの二つの材料の間のモル比は1:1であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
(比較例2)
実施例1の有機電界発光素子の制作方法により下記の素子を制作する。
ITO(150nm)/NPB(50nm)/Alq(50nm)/Bphen(15nm):LiN(100%)/Al(150nm)
その中に、陽極はITO(インジウムスズ酸化物)である。正孔輸送層の材料はNPBであり、膜厚が50nmである。有機発光層の材料はAlqであり、膜厚が50nmである。電子輸送層を構成した材料はBphenであり、LiN(アルカリ/アルカリ土類金属/ランタニド金属化合物)がドーピングされるものである。電子輸送層の全体膜厚が30nmであり、LiNのBebqに対する比はそれぞれにモル比で示され、すなわち、Bphen、Alqの二つの材料の間のモル比は1:1であり、陰極材料はAlであり、膜厚が150nmである。
1000cd/mの光度で、実施例と比較例の素子性能は下記のようである。
Figure 0006280234
以上の表から分かるように、比較例1、2で制作された素子と比べて、実施例1−7で制作された素子は、より低い駆動電圧及びより高い電流効率を有する。高移動度の電子輸送材料、有機金属錯体、アルカリ/アルカリ土類金属/ランタニド金属化合物が共に蒸着されて形成された電子輸送層は、電子輸送材料、有機金属錯体あるいはアルカリ/アルカリ土類金属/ランタニド金属化合物により形成された電子輸送層よりいい素子性能を有する、と確認できる。
本発明は、活性金属化合物が加熱されて放出した活性金属の性質を利用したものであり、当業者は、上記に実施例によればほかに挙げられていない活性金属化合物が同様に本発明に応用できると分かる。
上記の実施例は本発明で挙げられている比較的に好ましい実施例に過ぎず、本発明の保護範囲はこれに限定されていない。当業者が本発明に基づき行った同等代替または変換はいずれもれ本発明の保護範囲内に含まれている。本発明の保護範囲は、請求の範囲に基づくものである。

Claims (10)

  1. 陽極、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層及び陰極を含む有機電界発光素子であって、前記電子輸送層は、電子輸送材料、有機金属錯体と活性金属化合物からなる。内、電子輸送材料に有機金属錯体と活性金属化合物がドーピングされる。
    内、活性金属化合物は、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である
    前記アルカリ金属化合物は、アルカリ金属窒化物またはアルカリ金属水素化ホウ素化合物であり、前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属窒化物またはアルカリ土類金属水素化ホウ素化合物であり、前記ランタニド化合物は、ランタニド窒化物またはランタニド金属水素化ホウ素化合物である。
    前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は、1:(0.01〜5):(0.01〜5)であることを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記有機金属錯体はキノリン金属錯体であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記キノリン金属錯体はAlqまたはGaqであることを特徴とする請求項2に記載の有機電界発光素子。
  4. 前記アルカリ金属窒化物はLiN、NaN、KNまたはRbNを含み、アルカリ土類金属窒化物はMg、Ca、SrまたはBaを含み、前記ランタニド窒化物はLaNを含み、前記アルカリ金属水素化ホウ素化合物はLiBH、NaBHまたはKBHを含むことを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子。
  5. 前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:1:1であることを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子。
  6. ITOのガラス基板に、順により陽極グラフィックスがエッチングされ、正孔輸送層及び有機発光層が蒸着されることと、
    前記有機発光層に電子輸送材料、有機金属錯体、及びアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物またはランタニド化合物である活性金属化合物が共に蒸着されて、電子輸送層が形成されることと、
    前記電子輸送層に陰極が蒸着されることと、
    前記アルカリ金属化合物は、アルカリ金属窒化物またはアルカリ金属水素化ホウ素化合物であり、前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属窒化物またはアルカリ土類金属水素化ホウ素化合物であり、前記ランタニド化合物は、ランタニド窒化物またはランタニド金属水素化ホウ素化合物であることと、
    前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は、1:(0.01〜5):(0.01〜5)であることを特徴とする有機電界発光素子の制作方法。
  7. 前記有機金属錯体はキノリン金属錯体であることを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子の制作方法。
  8. 前記キノリン金属錯体はAlqまたはGaqであることを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子の制作方法。
  9. 前記アルカリ金属窒化物はLiN、NaN、KNまたはRbNを含み、アルカリ土類金属窒化物はMg、Ca、SrまたはBaを含み、前記ランタニド窒化物はLaNを含み、前記アルカリ金属水素化ホウ素化合物はLiBH、NaBHまたはKBHを含むことを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子の制作方法。
  10. 前記電子輸送層の電子輸送材料、有機金属錯体及び活性金属化合物のモル比は1:1:1であることを特徴とする請求項に記載の有機電界発光素子の制作方法。
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