JP2003229279A

JP2003229279A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2003229279A
Application number: JP2002026746A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Suzuki; 睦美鈴木; Masao Fukuyama; 正雄福山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】有機電界発光素子の素子構成を改良すること
によって、駆動耐久性に優れた素子を実現すること。【解決手段】陽極２と陰極７からなる一対の電極とそ
の間に挟まれた少なくとも一層以上の有機層４、５、６
を有する有機電界発光素子において、陽極２と前記有機
層との間に、ある特定の化合物または特定の性質を有す
る材料からなる陽極界面薄膜層３を設ける。これによ
り、従来のものに比べて駆動耐久性、具体的には連続駆
動時の輝度低下および駆動電圧の上昇が抑制された有機
電界発光素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の表示装置と
して広範囲に利用される発光素子であって、連続駆動耐
久性に優れた有機電界発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電界発光素子は、自己発光のために液晶
素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、
古くから多くの研究者によって研究されてきた。現在実
用レベルに達した電界発光素子としては、無機材料のＺ
ｎＳを用いた素子がある。しかし、この様な無機の電界
発光素子は、発光のための駆動電圧として５０Ｖ以上が
必要であるため、広く使用されるには至っていない。

【０００３】これに対して有機材料を用いた電界発光素
子である有機電界発光素子は、従来実用的なレベルから
はほど遠いものであったが、１９８７年にイーストマン
・コダック社のシー・ダブリュ・タン（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎ
ｇ）らによって開発された積層構造素子によりその特性
が飛躍的に進歩した。彼らは蒸着膜の構造が安定で電子
を輸送することのできる蛍光体からなる層（電子輸送性
発光層）と、正孔を輸送することのできる有機物からな
る層（正孔輸送層）とを積層し、正孔と電子を蛍光体中
に注入して発光させることに成功した。これによって有
機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧
で１０００ｃｄ／ｍ²以上の発光が得られる様になっ
た。その後、電子輸送性発光層を発光層と電子輸送層に
分けるなど、素子を構成する層の機能分離が進められた
結果、現在では１００００ｃｄ／ｍ ²以上の発光特性が
得られている。

【０００４】有機電界発光素子の発光効率をさらに向上
させるため、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層を挿入
することが検討されている。正孔注入層として検討され
ている材料としては、特開昭６３−２９５６９５号公報
に記載のフタロシアニン、特開平８−３２５５６４号公
報に記載のキナクリドン誘導体、特開２０００−１５０
１６７号公報に記載のアンサンスロン誘導体などがあげ
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな有機電界発光素子は、素子作製直後においては高い
発光特性を有しているものの、駆動時の安定性が充分で
はないこと、および具体的には連続駆動するにつれて輝
度が低下したり駆動電圧が上昇するといった現象がみら
れ、実用化にあたっての課題となっている。

【０００６】本発明の目的は、有機電界発光素子の素子
構成を改良することによって、駆動耐久性の改善された
有機電界発光素子を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の有機電界発光素
子は、陽極と陰極からなる一対の電極とその間に挟まれ
た少なくとも一層以上の有機物からなる層を有し、かつ
陽極と有機層との間にある特定の化合物または、特定の
性質を有する材料からなる陽極界面薄膜層を有している
ものである。本発明により、従来のものに比べて駆動耐
久性、具体的には連続駆動時の輝度低下および駆動電圧
の上昇が抑制された有機電界発光素子が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１から３に記載の発明は、
陽極と陰極からなる一対の電極と、その間に正孔輸送層
を含む少なくとも二層以上の有機物からなる層を有し、
かつ前記陽極と有機層との間にカルバゾール環を有する
化合物から構成される陽極界面薄膜層を設けたことを特
徴とした有機電界発光素子であり、本発明により連続駆
動時の輝度低下を抑制することができる。

【０００９】請求項４から６に記載の発明は、陽極と陰
極からなる一対の電極と、その間に正孔輸送層を含む少
なくとも二層以上の有機物からなる層を有し、かつ前記
陽極と有機層との間にイミダゾール化合物、オキサジン
化合物、フェナントロリン化合物のいずれかから構成さ
れる陽極界面薄膜層を設けたことを特徴とした有機電界
発光素子であり、本発明により連続駆動時の駆動電圧上
昇を抑制することができる。

【００１０】請求項７に記載の発明は、前記請求項１か
ら６のいずれかに記載の電界発光素子において、正孔輸
送層にトリフェニルアミン誘導体を用いたことを特徴と
したものであり、本発明によりより高効率の素子を得る
ことができる。

【００１１】請求項８に記載の発明は、陽極と陰極から
なる一対の電極と、その間に挟まれた少なくとも一層以
上の有機物からなる層を有し、かつ前記陽極と有機層の
間に陽極界面薄膜層を有しており、前記陽極界面薄膜層
を構成する材料のイオン化ポテンシャルまたは仕事関数
が、前記陽極および前記陽極界面薄膜層と接する有機層
を構成する材料のイオン化ポテンシャルまたは仕事関数
よりも大きいことを特徴とした有機電界発光素子であ
り、本発明により連続駆動時の駆動電圧上昇を大幅に抑
制することができる。

【００１２】請求項９に記載の発明は、陽極と陰極から
なる一対の電極と、その間に挟まれた少なくとも一層以
上の有機物からなる層を有し、かつ前記陽極と有機層の
間に陽極界面薄膜層を有しており、前記陽極界面薄膜層
を構成する材料の正孔易動度が前記陽極界面薄膜層と接
する有機層の正孔易動度よりも小さいことを特徴とした
有機電界発光素子であり、本発明により連続駆動時の駆
動電圧上昇を抑制することができる。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。図１は本発明による有機電界発光素
子の概略構成を示す断面図である。ガラス基板１上に陽
極２を形成し、その上に陽極界面薄膜層３、正孔輸送層
４、発光層５、電子輸送層６、陰極７を形成したもので
ある。

【００１４】陽極２には透明電極としてインジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）や半透明電極としての金薄膜を用いるこ
とができる。

【００１５】正孔輸送層４と電子輸送層６により電荷輸
送層が構成され、それぞれ、電極からの電荷の注入を容
易にし、注入された電荷を発光領域まで輸送するという
働きをする。正孔輸送層４としては、正孔輸送性の強い
材料が使用され、具体的にはＮ、Ｎ‘−ジフェニル−
Ｎ、Ｎ’−ビス(３−メチルフェニル)１，１‘-ビフェ
ニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、４、４‘−ビス
［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフ
ェニル（α−ＮＰＤ）などのトリフェニルアミン誘導体
やチオフェン誘導体、スチルベン誘導体などを用いるこ
とができる。一方、電子輸送層６としては電子輸送性の
強い材料が用いることができ、具体的にはフェナントロ
リン誘導体，オキサジアゾール誘導体やトリス（８−ヒ
ドロキシキノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）などに
代表されるキノリノール金属錯体などの使用が検討され
ている。

【００１６】発光層５としては数多くの化合物群が検討
されているが、基本的には電子・正孔の注入が可能でか
つ蛍光・りん光を有する物質であれば使用できる。ま
た、成膜性に優れた材料の中に色素を少量分散させた膜
を発光層として用いることにより、素子の高効率化、長
寿命化および発光色の調整をすることも検討されてい
る。この手法は、単独では結晶化しやすい、あるいは濃
度消光を起こしやすい蛍光色素に対して非常に有効であ
る。

【００１７】陰極７は有機膜に電子が注入できることが
必要であり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属また
はその化合物を構成材料の一つとして用いることが多
い。具体的にはリチウム、マグネシウムやカルシウム、
あるいはこれらの金属や化合物を他の金属と組み合わせ
て用いることができる。

【００１８】本実施の形態によれば、陽極２と正孔輸送
層４との間に陽極界面薄膜層３を設けることにより、連
続駆動時の輝度低下あるいは駆動電圧上昇を抑制するこ
とができ、駆動耐久性を大きく向上させることができ
る。

【００１９】この陽極界面薄膜層３を構成する主な材料
として、（化４）(化５) (化６）で表されるカルバゾー
ル環を有する化合物、特に（化７）(化９)で表される化
合物を用いることができる。

【００２０】

【化４】（Ａｒは次の（Ａ）から（Ｈ）で表される２価基を表
す。）

【００２１】

【化５】（式中、Ｒ₁は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
ハロゲン原子を表し、ｎは１〜５の整数を表す。）

【００２２】

【化６】（式中、Ｒ₂は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
ハロゲン原子を表し、Ａは窒素原子、炭素原子、置換ま
たは無置換の芳香族炭化水素環を表し、ｍは３または４
を示す。）

【００２３】カルバゾール環は他のカルバゾール環と会
合状態を作りやすいため、薄膜にした際に緻密な膜を形
成しやすいと考えられる。有機膜中には電荷を輸送する
ために強い電界が発生しているため、素子中にイオン性
の不純物が含まれる場合、これらの不純物が膜中を移動
し蓄積する可能性がある。しかし、このような緻密な膜
を陽極界面に挿入することにより、ＩＴＯ表面のイオン
性不純物、特に連続駆動時の輝度低下の一要因としてあ
げられるインジウムイオンの膜中への拡散を抑制するこ
とができる。さらに、イミダゾール化合物、オキサジン
化合物、フェナントロリン化合物を用いることによって
も同様な効果が得られる。

【００２４】また、陽極界面薄膜層３を構成する主な材
料として、イオン化ポテンシャルまたは仕事関数が陽極
２および陽極界面薄膜層３と接する有機層を構成する材
料のイオン化ポテンシャルまたは仕事関数よりも大きい
材料を用いることができる。このような材料を陽極界面
薄膜層３に用いると、陽極界面付近に強い電界が形成さ
れる。このことにより、陽極２から有機層への正孔の注
入が容易になり、連続駆動による陽極界面状態の変化の
影響を受けにくくなると考えられる。陽極界面薄膜層３
に陽極界面薄膜層３と接する有機層の正孔易動度よりも
小さい正孔易動度を有する材料を用いることによって
も、同様の効果を得ることができる。

【００２５】この陽極界面薄膜層３は適当な２種類以上
の材料を混合して用いてもよい。製膜は一般的に用いら
れる手法、具体的には真空蒸着法（抵抗加熱・電子ビー
ム・スパッタリングなど）や湿式の製膜法（キャスト法
・スピンコート法など）を用いることができる。

【００２６】本発明による陽極界面薄膜層３は１〜５０
ｎｍの膜厚のものが使用できるが、より高い効果を得る
ためには1〜１０ｎｍの膜厚にするのが望ましい。

【００２７】なお、ここでは有機層が正孔輸送層４、発
光層５、電子輸送層６の３層から構成される場合につい
て説明したが、２つの層の有する機能を１つの層で兼ね
る場合や、各層が複数の材料から構成される場合も同様
に実施可能である。また、新たな機能を有する層を挿入
する事も可能である。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。（実施例１）基板にはガラス上に透明な陽極としてイン
ジウム錫酸化膜（ＩＴＯ仕事関数４．８ｅＶ）をあら
かじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用い
た。この基板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒
に真空装置内にセットし、１０^-4Ｐａまで排気した。そ
の後、陽極界面薄膜層として（化７）に示す化合物
（１）（イオン化ポテンシャル６．０ｅＶ）を５ｎｍ
製膜した。さらにその上に正孔輸送層としてＮ，Ｎ’−
ビス［４’−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−４−ビフ
ェニリル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ
イオン化ポテンシャル５．４ｅＶ）を５０ｎｍ製膜
した。その後、発光層兼電子輸送層として（化８）に示
すＡｌｑを５０ｎｍ製膜した。その後、陰極としてＡｌ
/Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作成
した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連続
して行った。なお、膜厚は水晶振動子によってモニター
した。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出し
を行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電
圧を印加したところ、均一な黄緑色の発光が見られた。
この素子を乾燥窒素中において、電流密度５０ｍＡ／ｃ
ｍ²で駆動したところ、輝度１３６０ｃｄ/ｍ²、電圧
６．３Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ ²で
５００時間定電流駆動した時の輝度は７５０ｃｄ／
ｍ²、電圧は６．５Ｖであった。

【００２９】

【化７】

【００３０】

【化８】

【００３１】（実施例２）陽極界面薄膜層に（化９）に
示す化合物（２）を用いること以外は実施例１と同様に
素子を作製した。この素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²
で駆動したところ，輝度１５５０ｃｄ／ｍ²、電圧６．
８Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²で５０
０時間定電流駆動した時の輝度は７８０ｃｄ／ｍ²、電
圧は７．１Ｖであった。

【００３２】

【化９】

【００３３】（実施例３）陽極界面薄膜層として（化１
０）に示す化合物（３）を用いること以外は実施例１と
同様に素子を作製した。この素子を電流密度５０ｍＡ／
ｃｍ²で駆動したところ、輝度１３９０ｃｄ／ｍ²、電圧
６．５Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²で
５００時間定電流駆動したときの輝度は７５０ｃｄ／ｍ
²、電圧は６．８Ｖであった。

【００３４】

【化１０】

【００３５】（実施例４）陽極界面薄膜層としてレーザ
ー色素のナイルレッドを用いること以外は実施例１と同
様に素子を作製した。この素子を電流密度５０ｍＡ／ｃ
ｍ²で駆動したところ、輝度１３１０ｃｄ／ｍ²、電圧
６．４Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²で
５００時間定電流駆動したときの輝度は６８０ｃｄ／ｍ
²、電圧は６．６Ｖであった。

【００３６】（実施例５）陽極界面薄膜層として（化１
１）に示すバソクプロインを用いること以外は実施例１
と同様に素子を作製した。この素子を電流密度５０ｍＡ
／ｃｍ²で駆動したところ、輝度１４００ｃｄ／ｍ²、電
圧６．２Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²
で５００時間定電流駆動したときの輝度は７２０ｃｄ／
ｍ²、電圧は６．６Ｖであった。

【００３７】

【化１１】

【００３８】（実施例６）基板にはガラス上に透明な陽
極としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形
成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基
板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置
内にセットし、１０^-4Ｐａまで排気した。その後、陽極
界面薄膜層として化合物（１）を５ｎｍ製膜した。さら
にその上に正孔輸送層としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜し
た。その後、発光層としてＡｌｑにレーザー色素である
ＤＣＭを１ｍｏｌ％添加した混合層を２５ｎｍ、電子輸
送層としてＡｌｑを２５ｎｍ製膜した。ＡｌｑとＤＣＭ
の混合層は２種類の材料をそれぞれ独立な蒸着元から蒸
発させる共蒸着法によって作製した。これらの製膜は一
度も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚
は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ち
に乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測
定を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、均
一な橙色の発光が得られた。この素子を電流密度５０ｍ
Ａ／ｃｍ²で駆動したところ、輝度２０７０ｃｄ／ｍ²、
電圧６．４Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ
²で５００時間定電流駆動したときの輝度は１１３０ｃ
ｄ／ｍ²、電圧は６．５Ｖであった。

【００３９】（実施例７）ガラス上に透明な陽極として
インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電
極の形にパターニングした基板を充分に洗浄した後、蒸
着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０^-4Ｐａ
まで排気した。その後、陽極界面薄膜層として（化１
２）に示す化合物（４）（正孔易動度５×１０^-6ｃｍ
²／Ｖ・ｓｅｃ）を５ｎｍ製膜した。さらにその上に正
孔輸送層として（化１３）に示す化合物（５）（正孔易
動度３×１０^-5ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ）を５０ｎｍ製膜
した。その後、電子輸送性発光層としてＡｌｑを製膜し
た。その後、陰極としてＡｌ／Ｌｉ混合膜を１５０ｎｍ
の厚さで製膜し、素子を作製した。これらの製膜は一度
も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚は
水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに
乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定
を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、均一
な黄緑色の発光が得られた。この素子を電流密度５０ｍ
Ａ／ｃｍ²で駆動したところ、輝度１３００ｃｄ／ｍ²、
電圧６．１Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ
²で５００時間定電流駆動したときの輝度は７３０ｃｄ
／ｍ²、電圧は６．３Ｖであった。

【００４０】

【化１２】

【００４１】

【化１３】

【００４２】（比較例１）比較例１として、陽極界面薄
膜層を設けなかったこと以外は実施例1と同様に素子を
作製した。この素子に電圧を印加したところ、均一な黄
緑色の発光が得られた。この素子を電流密度５０ｍＡ／
ｃｍ²で駆動したところ、輝度１１７０ｃｄ／ｍ²、電圧
６．５Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²で
５００時間定電流駆動したときの輝度は５００ｃｄ／ｍ
²、電圧は７．２Ｖであった。

【００４３】（比較例２）比較例２として、陽極界面薄
膜層を設けなかったこと以外は実施例５と同様に素子を
作製した。この素子に電圧を印加したところ、均一な橙
色の発光が得られた。この素子を電流密度５０ｍＡ／ｃ
ｍ²で駆動したところ、輝度１８８０ｃｄ／ｍ²、電圧
６．６Ｖであった。さらに電流密度５０ｍＡ／ｃｍ²で
５００時間定電流駆動したときの輝度は１０４０ｃｄ／
ｍ²、電圧は７．１Ｖであった。

【００４４】実施例１から５および比較例１、２に示し
た結果より、本実施例で得られた素子は連続駆動時の輝
度低下および電圧上昇が抑制されていることが分かっ
た。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、連続駆動
時の耐久性を向上させることが可能になるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における電界発光素子の構
成の断面図

【符号の説明】

１基板２陽極３陽極界面薄膜層４正孔輸送層５発光層６電子輸送層７陰極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に正孔輸送層を含む少なくとも二層以上の有機物から
なる層を有した有機電界発光素子において、前記陽極と
正孔輸送層との間に陽極界面薄膜層を有しており、前記
陽極界面薄膜層がカルバゾール環を有する化合物である
ことを特徴とした有機電界発光素子。
【請求項２】前記陽極界面薄膜層が（化１）で表され
る化合物であることを特徴とした請求項１に記載の有機
電界発光素子。【化１】（Ａｒは次の（Ａ）から（Ｈ）で表される２価基を表
す。）【化２】（式中、Ｒ₁は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
ハロゲン原子を表し、ｎは１〜５の整数を表す。）
【請求項３】前記陽極界面薄膜層が下記一般式で表さ
れることを特徴とした請求項１に記載の有機電界発光素
子。【化３】（式中、Ｒ₂は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
ハロゲン原子を表し、Ａは窒素原子、炭素原子、置換ま
たは無置換の芳香族炭化水素環を表し、ｍは３または４
を示す。）
【請求項４】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に正孔輸送層を含む少なくとも二層以上の有機物から
なる層を有した有機電界発光素子において、前記陽極と
正孔輸送層との間に陽極界面薄膜層を有しており、前記
陽極界面薄膜層がイミダゾール化合物であることを特徴
とした有機電界発光素子。
【請求項５】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に正孔輸送層を含む少なくとも二層以上の有機物から
なる層を有した有機電界発光素子において、前記陽極と
正孔輸送層との間に陽極界面薄膜層を有しており、前記
陽極界面薄膜層がオキサジン化合物であることを特徴と
した有機電界発光素子。
【請求項６】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に正孔輸送層を含む少なくとも二層以上の有機物から
なる層を有した有機電界発光素子において、前記陽極と
正孔輸送層との間に陽極界面薄膜層を有しており、前記
陽極界面薄膜層がフェナントロリン化合物であることを
特徴とした有機電界発光素子。
【請求項７】前記陽極界面薄膜層と接する正孔輸送層
がトリフェニルアミン誘導体であることを特徴とした請
求項１から６のいずれかに記載の有機電界発光素子。
【請求項８】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に挟まれた少なくとも一層以上の有機物からなる層を
有した有機電界発光素子において、前記陽極と有機層と
の間に陽極界面薄膜層を有しており、前記陽極界面薄膜
層を構成する材料のイオン化ポテンシャルまたは仕事関
数が、前記陽極および前記陽極界面薄膜層と接する有機
層を構成する材料のイオン化ポテンシャルまたは仕事関
数よりも大きいことを特徴とした有機電界発光素子。
【請求項９】陽極と陰極からなる一対の電極と、その
間に挟まれた少なくとも一層以上の有機物からなる層を
有した有機電界発光素子において、前記陽極と有機層と
の間に陽極界面薄膜層を有しており、前記陽極界面薄膜
層を構成する材料の正孔易動度が前記陽極界面薄膜層と
接する有機層の正孔易動度よりも小さいことを特徴とし
た有機電界発光素子。