JP2009212222A - Organic electroluminescent element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセント素子に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescent device.
有機エレクトロルミネッセント素子は固体蛍光性物質の電界発光現象を利用した発光デバイスであり、小型のディスプレイとして一部で実用化されている。 An organic electroluminescent element is a light-emitting device that utilizes the electroluminescence phenomenon of a solid fluorescent material, and is partially put into practical use as a small display.
有機エレクトロルミネッセント素子は発光層に用いられる材料によって、いくつかのグループに分類することが出来る。代表的なもののひとつは発光層に低分子量の有機化合物を用いる低分子有機エレクトロルミネッセント素子で、主に真空蒸着を用いて作成される。そして今一つは発光層に高分子化合物を用いる高分子有機エレクトロルミネッセント素子である。 Organic electroluminescent devices can be classified into several groups depending on the material used for the light emitting layer. One typical example is a low molecular weight organic electroluminescent device using a low molecular weight organic compound in the light emitting layer, which is mainly produced by vacuum deposition. The other is a polymer organic electroluminescent device using a polymer compound in the light emitting layer.
高分子有機エレクトロルミネッセント素子は各機能層を構成する材料を溶解した溶液を用いることでスピンコート法やインクジェット法、フラッドプリント法、ギャップコーティング法、スプレー法、LB法、印刷法等の湿式塗布法による成膜が可能であり、その簡便なプロセスから低コスト化や大面積化が期待できる技術として注目されている。 The polymer organic electroluminescent device uses a solution in which the material constituting each functional layer is dissolved, so that wet methods such as a spin coating method, an ink jet method, a flood printing method, a gap coating method, a spray method, an LB method, and a printing method are used. The film can be formed by a coating method, and has attracted attention as a technology that can be expected to reduce costs and increase the area from a simple process.
典型的な高分子有機エレクトロルミネッセント素子は陽極および陰極の間に電荷注入層、発光層等の複数の機能層を積層することで作成される。以下に代表的な高分子有機エレクトロルミネッセント素子の構成およびその作成手順を説明する。 A typical polymer organic electroluminescent device is produced by laminating a plurality of functional layers such as a charge injection layer and a light emitting layer between an anode and a cathode. Below, the structure of the typical polymer organic electroluminescent element and its preparation procedure are demonstrated.
例えば図8に示すように、まず陽極122としてのITO(インジウム錫酸化物)を成膜したガラス基板100上に電荷注入層123としてのPEDOT:PSS(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物:以下PEDTと記載する)薄膜をスピンコート法などによって成膜する。PEDTは電荷注入層として事実上の標準となっている材料であり、陽極側に配置されることでホール注入層として機能する。
For example, as shown in FIG. 8, PEDOT: PSS (mixture of polythiophene and polystyrene sulfonic acid: hereinafter referred to as PEDT) as a
PEDT層の上に発光層124としてポリフェニレンビニレン(以下PPVと表す)およびその誘導体、またはポリフルオレンおよびそれらの誘導体がスピンコート法などによって成膜される。そしてこれら発光層上に真空蒸着法、スパッタ法、あるいは湿式塗布法によって電子注入層が形成され、さらにAl(アルミニウム)やAg(銀)等を用いた陰極としての金属電極126が成膜され素子が完成する。電子注入機能を有する層としてはBa(バリウム)、Ca(カルシウム)、Mg(マグネシウム)、Li(リチウム)、Cs(セシウム)等の金属、あるいは、LiF(フッ化リチウム)、CaO(酸化カルシウム)などこれら金属のフッ化物や酸化物、CsCo3等の炭酸化物等の仕事関数の小さい材料を用いて、有機材料のLUMO(最低空軌道)に効率的に注入をおこなっている。なお、炭酸化物については、蒸着中に分解することも知られており蒸着材料として使用しても蒸着膜中でどのような組成になっているかはまだ十分にわかっていないが、酸化物として存在することも考えられる。また、有機物のマトリクスに上記材料をドープして用いることも知られている。
On the PEDT layer, polyphenylene vinylene (hereinafter referred to as PPV) and a derivative thereof, or polyfluorene and a derivative thereof are formed as a
このように高分子有機エレクトロルミネッセント素子は簡易なプロセスで作成することが出来るという優れた特徴を備えており、様々な用途への応用が期待されているが、十分に大きな発光強度を得ることが出来ない点、および長時間駆動に際しては、寿命が十分でない点が改善すべき課題となっている。 As described above, the polymer organic electroluminescent device has an excellent feature that it can be produced by a simple process, and is expected to be applied to various applications. This is a problem to be solved in that it cannot be performed and when the driving is performed for a long time, the lifetime is not sufficient.
高分子有機エレクトロルミネッセント素子の発光強度の低下、すなわち劣化は通電時間と素子を流れた電流の積に比例して進行するが、その詳細については未だ明らかになっておらず鋭意研究が進められているところである。 The decrease in the emission intensity of polymer organic electroluminescent devices, that is, the deterioration progresses in proportion to the product of the energization time and the current flowing through the device, but the details have not been clarified yet and earnest research is ongoing. It is being done.
発光強度の低下の原因については様々な推測がなされているが、発光材料そのものもしくはホール注入層、電子注入層等の機能層の電子やホールに対する安定性、励起子からの副反応、熱的な安定性、層間の界面の安定性、熱による材料の拡散、陰極材料の酸化等々種々の要因の複合によるものであると考えられている。 Various causes have been speculated about the cause of the decrease in emission intensity, but the stability of the light emitting material itself or the functional layer such as the hole injection layer and the electron injection layer to electrons and holes, side reactions from excitons, thermal It is thought to be due to a combination of various factors such as stability, stability of the interface between layers, diffusion of material by heat, oxidation of the cathode material, and the like.
高分子エレクトロルミネッセント素子においては、PEDTの劣化はその主なものの一つとして考えられている。PEDTは前述したようにポリスチレンスルホン酸とポリチオフェンという二つの高分子物質の混合物であって、前者はイオン性、後者は高分子鎖に局所的な極性がある。このような電荷の異方性に起因するクーロン相互作用により両者は緩やかな結合をし、それにより優れた電荷注入特性を発揮している。 In polymer electroluminescent devices, the degradation of PEDT is considered as one of the main ones. As described above, PEDT is a mixture of two polymer substances, polystyrene sulfonic acid and polythiophene, the former being ionic and the latter having local polarity in the polymer chain. Due to the Coulomb interaction resulting from such charge anisotropy, the two are loosely coupled, thereby exhibiting excellent charge injection characteristics.
PEDTが優れた特性を発揮する為には両者の密な相互作用が不可欠であるが、一般に高分子物質の混合物は溶媒に対する微妙な溶解性の違いにより相分離を起こしやすいものである。これはPEDTについても例外ではない。相分離を生じるということは2つの高分子の緩やかな結合は比較的容易に外れてしまうということを意味しており、PEDTが有機エレクトロルミネッセント素子中にあって、この有機エレクトロルミネッセント素子が駆動される際に不安定である可能性や、相分離の結果、結合に寄与しなかった成分、特にイオン性の成分が通電に伴う電場によって拡散し、他の機能層に望ましくない作用を及ぼす可能性があることを示している。このようにPEDTは優れた電荷注入特性を持っているが、決して安定な物質であるとは言えない。 In order for PEDT to exhibit excellent properties, close interaction between the two is indispensable. In general, however, a mixture of polymer substances tends to cause phase separation due to a subtle difference in solubility in a solvent. This is no exception for PEDT. The occurrence of phase separation means that the loose bond between the two polymers is relatively easily removed, and the PEDT is in the organic electroluminescent device, and this organic electroluminescent Possibility of instability when the device is driven, and components that did not contribute to bonding as a result of phase separation, especially ionic components, diffuse due to the electric field accompanying energization, and undesirable effects on other functional layers This indicates that there is a possibility of affecting. Thus, although PEDT has excellent charge injection characteristics, it cannot be said that it is a stable substance.
本発明者らは種々の実験の結果から、上述したようなPEDTに関連する懸念に対し、陽極と発光層との間に、PEDTに代えて、MoO3(三酸化モリブデン)を形成することにより、良好な注入特性を得ることができることを提案している(特許文献1)。 From the results of various experiments, the present inventors have responded to the concerns related to PEDT as described above by forming MoO 3 (molybdenum trioxide) instead of PEDT between the anode and the light emitting layer. It has been proposed that good injection characteristics can be obtained (Patent Document 1).
この発明により、陽極側に配されるホール注入層にまつわる課題は大きく改善されたが、陰極に仕事関数の低い金属(アルカリ金属やアルカリ土類金属)を用いて発光材料のLUMOに電子を注入しなければならないという課題は依然として残されていた。さらにこれらの金属およびその化合物は酸素や水分と容易に反応してしまい、有機材料や陰極金属とのコンタクトがとれなくなったり、放置により発光領域が縮小するという大きな課題があった。これを防止するために陰極形成後に大気にさらすことなく封止を行う必要があり、その封止の性能もきわめて厳密に行う必要がありコストの増大をも招いていた。またこれらのアルカリ金属類は駆動中に発光層に拡散するという課題も知られている。
また、本発明者らは、特許文献2において、上記酸化モリブデン類を発光層と陰極の間に設けることにより発光の均一性が得られることを記載しているが、発光効率という観点からはまだ不十分であった。
Although the present invention has greatly improved the problems associated with the hole injection layer disposed on the anode side, a low work function metal (alkali metal or alkaline earth metal) is used for the cathode to inject electrons into the LUMO of the light emitting material. The challenge of having to remain was still left. Furthermore, these metals and their compounds easily react with oxygen and moisture, and there is a big problem that the contact with the organic material and the cathode metal cannot be taken, or the light emitting region is reduced by leaving it alone. In order to prevent this, it is necessary to perform sealing without exposure to the air after forming the cathode, and it is necessary to perform the sealing performance very strictly, resulting in an increase in cost. There is also a known problem that these alkali metals diffuse into the light emitting layer during driving.
In addition, in the
一方、低分子型有機エレクトロルミネッセント素子は、高分子を発光材料として用いたデバイスより長寿命であり、商品化されつつある。しかしながら、電子注入層としてはLiFやCsFに代表されるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のハロゲン化物や炭酸塩等を単独あるいは有機電子輸送材料にドープする方法がとられている。この場合も、高分子型デバイスと同様に大気にさらすことにより著しく劣化が起こり、また連続駆動することによる、上記アルカリ金属、アルカリ土類金属の有機層との反応や拡散によってトラッピングサイトが形成され、素子の駆動電圧の上昇というような寿命に関連する問題を引きおこすと推定されている。 On the other hand, low molecular organic electroluminescent elements have a longer lifetime than devices using polymers as light emitting materials, and are being commercialized. However, as the electron injection layer, a method in which an alkali metal or alkaline earth metal halide represented by LiF or CsF, a carbonate or the like is used alone or an organic electron transport material is doped. Also in this case, as with the polymer type device, it is significantly deteriorated by exposure to the atmosphere, and trapping sites are formed by reaction and diffusion with the organic layer of the alkali metal and alkaline earth metal by continuous driving. It has been estimated that this causes a problem related to the lifetime, such as an increase in the driving voltage of the element.
上記特許文献2の構造では、陽極上に、膜厚20nm程度のMoO3膜を用いており、この上層に発光層などの機能層を形成している。そして電子注入側には、Ba、Ca、Mg、Li、Cs等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいは、LiF、CaOなどこれら金属のフッ化物や酸化物からなる中間層を有機物層に当接するように配し、電子注入層とするとともに、その上に形成されるAg、Al等の金属材料からなる電極層(陰極)とを形成し、上記中間層と電極層とからなる金属の積層構造を用いている。
このように電子注入層として反応性の高い材料を用いているため、酸化されやすく、また他層に拡散する等の問題があった。これらはすべて有機エレクトロルミネッセントデバイスの劣化の原因となっていた。また、これら金属化合物は発光層内で生成したエキシトンをトラップすることも知られており、これを阻止するためのバッファ層等を設けることが必要になる場合もあった。このように電子注入層としては仕事関数の小さい材料を用いる必要があるが、反応性が高く、不安定であり、これが連続駆動時の電圧上昇につながり、輝度低下を起こしていた。
In the structure of
As described above, since a highly reactive material is used for the electron injection layer, there is a problem that it is easily oxidized and diffuses to other layers. These all contributed to the deterioration of organic electroluminescent devices. Further, these metal compounds are known to trap exciton generated in the light emitting layer, and it may be necessary to provide a buffer layer or the like for preventing this. As described above, it is necessary to use a material having a low work function for the electron injection layer, but it has high reactivity and is unstable, which leads to an increase in voltage during continuous driving and a decrease in luminance.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、反応性が高いという欠点を持ちながらも、優れた電子注入特性を有するアルカリ金属、アルカリ土類金属およびその化合物を電子注入材料として用い、電子注入特性を安定化し、デバイスの駆動寿命を改善することのできる有機エレクトロルミネッセント素子の素子構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses an alkali metal, an alkaline earth metal and a compound thereof having an excellent electron injection property while having a defect of high reactivity as an electron injection material. An object of the present invention is to provide an element structure of an organic electroluminescent element that can stabilize injection characteristics and improve the drive life of the device.
そこで本発明は、安定な遷移金属酸化物に、電子注入材料であるアルカリ土類金属またはアルカリ金属および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物をドープすることで、安定でかつ電子注入特性に優れた電子注入層を構成できることを発見しこの点に着目してなされたものである。 Accordingly, the present invention provides a stable transition metal oxide by doping at least one compound selected from an alkaline earth metal or alkali metal that is an electron injection material and / or oxides and halides thereof. In addition, the inventors have found that an electron injection layer excellent in electron injection characteristics can be configured, and have been made paying attention to this point.
すなわち、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は、陽極および陰極と、前記陽極および陰極の間に形成された複数の機能層とを具備し、前記機能層は少なくとも1種類の有機半導体からなる発光機能を有した層と、前記陰極と前記発光機能を有した層との間に、アルカリ土類金属またはアルカリ金属および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む、少なくとも1種類の遷移金属酸化物からなる不純物含有遷移金属酸化物層を有することを特徴とする。 That is, the organic electroluminescent device of the present invention includes an anode and a cathode, and a plurality of functional layers formed between the anode and the cathode, and the functional layer is a light emitting element composed of at least one organic semiconductor. Between the layer having a function and the cathode and the layer having the light emitting function, at least one compound selected from an alkaline earth metal or an alkali metal and / or oxides or halides thereof is included. It has an impurity-containing transition metal oxide layer made of at least one kind of transition metal oxide.
この構成によれば、優れた電子注入特性をもちながらも不安定で、デバイスの駆動寿命の低い、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびその化合物を、ドープすることで、酸素に対して不安定で、単体では電子注入特性を持たない遷移金属酸化物が、安定かつ優れた電子注入特性を呈しうることを発見し、これに着目したものである。 According to this configuration, it is unstable with respect to oxygen by doping alkali metal, alkaline earth metal and its compound, which has excellent electron injection characteristics but is unstable and has a low device driving life. The present inventors have discovered that a transition metal oxide that does not have electron injection characteristics by itself can exhibit stable and excellent electron injection characteristics, and has focused on this.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、不純物含有遷移金属酸化物層としては、モリブデン酸化物にバリウムまたは酸化バリウムをドープした層が望ましい。
この構成によれば、バリウムはアルカリ土類金属の中では、安定した化合物であり、モリブデン酸化物の結晶中に入り込み易く、かつ、結晶中で動きやすいために、電子注入特性がより良好となる。
In the organic electroluminescent element, the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably a layer in which molybdenum oxide is doped with barium or barium oxide.
According to this configuration, barium is a stable compound among the alkaline earth metals, easily enters the molybdenum oxide crystal, and easily moves in the crystal, so that the electron injection characteristics are improved. .
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、不純物含有遷移金属酸化物層としては、モリブデン酸化物にリチウムまたは酸化リチウムをドープした層が望ましい。
この構成によれば、リチウムは活性の高い元素であるが、アルカリ土類金属の中では、安定した化合物であり、モリブデン酸化物の結晶中に入り込み易く、かつ、結晶中でより動きやすいために、電子注入特性がより良好となる。
In the organic electroluminescent element, the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably a layer in which molybdenum oxide is doped with lithium or lithium oxide.
According to this configuration, lithium is a highly active element, but is a stable compound among alkaline earth metals, and easily enters into the molybdenum oxide crystal and more easily moves in the crystal. As a result, the electron injection characteristics are improved.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、前記不純物含有遷移金属酸化物層は、MoO3で表されるモリブデン酸化物に対して、MoOY(Y<3)で表されるのが望ましい。
つまり、モリブデン酸化物は、MoO3で表されるモリブデン酸化物に対して、MoOY(Y<3)で表され、酸素欠損状態であるのが望ましく、これにより金属酸化物は金属に性質が近くなり、より高い導電性を有するようになる。
In the organic electroluminescent device, the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably represented by MoO Y (Y <3) with respect to the molybdenum oxide represented by MoO 3 .
That is, the molybdenum oxide is expressed by MoO Y (Y <3) with respect to the molybdenum oxide expressed by MoO 3 , and is preferably in an oxygen deficient state. It becomes closer and has higher conductivity.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、前記不純物含有遷移金属酸化物層は、前記発光機能を有した層との間に遷移金属酸化物層を介して形成されるのが望ましい。 In the organic electroluminescent element, it is preferable that the impurity-containing transition metal oxide layer is formed between the layer having a light emitting function and a transition metal oxide layer.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、前記不純物含有遷移金属酸化物を構成する遷移金属酸化物は、化学量論比MxOyで表される遷移金属酸化物に対して、MxOY(Y<y)で表される遷移金属酸化物であるのが望ましい。
ここでも、不純物含有遷移金属酸化物層は、MoO3で表されるモリブデン酸化物に対して、MoOY(Y<3)で表され、酸素欠損状態であるのが望ましく、これにより金属酸化物は金属に性質が近くなり、より高い導電性を有するようになる。
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、陽極と機能層との間に、記号Mを遷移金属とした場合に化学量論比MxOyで表される遷移金属酸化物に対して、MxOY(Y<y)で表される遷移金属酸化物を含む不純物含有遷移金属酸化物層を具備したことを特徴とする。
ここでも、不純物含有遷移金属酸化物層は、MoO3で表されるモリブデン酸化物に対して、MoOY(Y<3)で表され、酸素欠損状態であるのが望ましく、これにより金属酸化物は金属に性質が近くなりより高い導電性を有するようになる。
Further, in the organic electroluminescence element, a transition metal oxide constituting the impurity-containing transition metal oxide, the transition metal oxide represented by the stoichiometric ratio M x O y, M x O A transition metal oxide represented by Y (Y <y) is desirable.
Here again, the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably expressed as MoO Y (Y <3) with respect to the molybdenum oxide expressed as MoO 3 , and is preferably in an oxygen deficient state. Becomes closer to metal and has higher conductivity.
In the organic electroluminescent element, when the symbol M is a transition metal between the anode and the functional layer, the transition metal oxide represented by the stoichiometric ratio M x O y is M An impurity-containing transition metal oxide layer containing a transition metal oxide represented by xO Y (Y <y) is provided.
Here again, the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably expressed as MoO Y (Y <3) with respect to the molybdenum oxide expressed as MoO 3 , and is preferably in an oxygen deficient state. Becomes closer to metal and has higher conductivity.
詳細は不明であるが、遷移金属酸化物のマトリクスのなかにアルカリ金属あるいはアルカリ土類類が取り込まれ周囲の酸素原子によって水や酸素との反応が阻害された状態をとることで、大気中で、安定かつ注入特性の良好な素子構造をとることができるものと思われる。詳細は明らかではないが、不純物含有遷移金属酸化物層が、化学的に不飽和になっていることはその必要条件であると考えられる。この状態をコントロールすることは現時点ではわかっておらず、研究中であるが遷移金属酸化物に仕事関数の小さいアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属、および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物、から選ばれる少なくとも1種類の化合物をドーピングすることで、大気中でより安定化された状態をとることができるようになるものと推察される。 Details are unknown, but in the atmosphere, alkali metals or alkaline earths are taken into the transition metal oxide matrix and the reaction with water and oxygen is inhibited by surrounding oxygen atoms. It is considered that an element structure having a stable and good injection characteristic can be obtained. Although the details are not clear, it is considered necessary for the impurity-containing transition metal oxide layer to be chemically unsaturated. Controlling this state is not known at this time, and is under investigation, but the transition metal oxide is selected from alkali metals or alkaline earth metals having a low work function and / or oxides and halides thereof. It is presumed that by doping with at least one compound, a more stable state can be achieved in the atmosphere.
ここで不純物含有遷移金属酸化物とは、少なくとも1種類の遷移金属酸化物中に、アルカリ土類金属あるいはアルカリ金属、および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む化合物をいうものとする。 Here, the impurity-containing transition metal oxide includes at least one compound selected from alkaline earth metals or alkali metals and / or oxides or halides thereof in at least one kind of transition metal oxide. Refers to a compound.
この構成によれば、優れた電子注入特性をもちながらも不安定で、デバイスの駆動寿命の低い、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびその化合物を、遷移金属酸化物にドープすることで、安定かつ優れた電子注入特性を有する有機エレクトロルミネッセント素子構造を提供することができるものである。 According to this configuration, the transition metal oxide can be stably and stably doped with an alkali metal, an alkaline earth metal, or a compound thereof, which has excellent electron injection characteristics but is unstable and has a low device driving life. An organic electroluminescent element structure having excellent electron injection characteristics can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
(実施の形態1)
図1に本発明の実施の形態1の高分子有機エレクトロルミネッセント素子の基本的構造について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 illustrates a basic structure of a polymer organic electroluminescent element according to Embodiment 1 of the present invention.
本実施の形態では、図1にその構造概略説明図を示すように、陰極と発光機能を有する層との間に、アルカリ土類金属またはアルカリ金属および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む、少なくとも1種類の遷移金属酸化物からなる不純物含有遷移金属酸化物層を介在させることで、安定でかつ電子注入特性に優れた電子注入層を提供することを特徴とするものである。すなわち、ボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を構成するもので、透光性のガラス基板1上に形成された酸化インジウム錫(ITO)層からなる陽極2上に、電荷(正孔)注入層3として酸化モリブデン薄膜、発光層4としての高分子材料を順次積層し、この上にさらに、電子注入層5としての不純物含有遷移金属酸化物層5としてバリウム含有酸化モリブデン層を形成すると共にこの上層にアルミニウム層からなる陰極6を順次積層したことを特徴とするものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1 which is a schematic diagram of the structure, an alkaline earth metal or alkali metal and / or oxide or halide thereof is selected between the cathode and the layer having a light emitting function. By providing an impurity-containing transition metal oxide layer comprising at least one kind of transition metal oxide containing at least one kind of compound, a stable and excellent electron injection layer is provided. It is what. That is, it constitutes a bottom emission type organic electroluminescent element, and charges (holes) are injected onto an
すなわち、本実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子は、図1に示すように、透光性のガラス材料からなる基板1と、この基板1上に形成された陽極2としてのITO薄膜と、更にこの上層に形成された電荷注入層3としての金属酸化物薄膜と、高分子材料からなる発光層4と、バリウム含有の酸化モリブデン層で構成された不純物含有遷移金属酸化物層5と、アルミニウム層からなる陰極6とで構成される。
That is, as shown in FIG. 1, the organic electroluminescent element of the present embodiment includes a substrate 1 made of a translucent glass material, an ITO thin film as an
上記有機エレクトロルミネッセント素子の陽極2をプラス極として、また陰極6をマイナス極として直流電圧または直流電流を印加すると、塗布法で形成された高分子膜からなる発光層4には、陽極2から電荷注入層3を介してホールが注入されるとともに陰極6から電子が注入される。発光層4では、このようにして注入されたホールと電子とが再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際に発光現象が起る。
When a direct current voltage or direct current is applied with the
本実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子によれば、電子注入層を、バリウムドープの酸化モリブデン(MoO3)で構成しているため、安定化と注入特性の向上をはかることができる。従って、発光特性の向上および長寿命化を図ることが可能となり、信頼性の高いボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を構成することができる。 According to the organic electroluminescent element of the present embodiment, since the electron injection layer is made of barium-doped molybdenum oxide (MoO 3 ), stabilization and injection characteristics can be improved. Accordingly, it is possible to improve the light emission characteristics and extend the lifetime, and it is possible to configure a highly reliable bottom emission type organic electroluminescent element.
(実施の形態2)
図2に本発明の実施の形態2の高分子有機エレクトロルミネッセント素子の基本的構造について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 illustrates a basic structure of the polymer organic electroluminescent element according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態と前記実施の形態1の有機エレクトロルミネッセント素子との差は、図1に示した前記実施の形態1の有機エレクトロルミネッセント素子の発光層4と電子注入層としての不純物含有遷移金属酸化物層5との間に、図2に示すように、膜厚5nm程度の酸化モリブデンからなる遷移金属酸化物層7を介在させた点である。他部については前記実施の形態1の有機エレクトロルミネッセント素子と同様に形成されている。
The difference between the present embodiment and the organic electroluminescent element of the first embodiment is that the
すなわち、本実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子は、図2に示すように、透光性のガラス材料からなる基板1と、この基板1上に形成された陽極2としての酸化インジウム錫(ITO)薄膜と、更にこの上層に形成された電荷注入層3としての金属酸化物薄膜と、高分子材料からなる発光層4と、酸化モリブデンからなる遷移金属酸化物層7と、バリウム含有の酸化モリブデン層で構成された不純物含有遷移金属酸化物層5と、アルミニウム層からなる陰極6とで構成される。
That is, as shown in FIG. 2, the organic electroluminescent element of the present embodiment includes a substrate 1 made of a light-transmitting glass material and indium tin oxide (as an
この場合も、上記有機エレクトロルミネッセント素子の陽極2をプラス極として、また陰極6をマイナス極として直流電圧または直流電流を印加すると、塗布法で形成された高分子膜からなる発光層4には、陽極2から電荷注入層3を介してホールが注入されるとともに陰極6から電子が注入される。ここで遷移金属酸化物層7は薄いホールブロッキング層として作用する。発光層4では、このようにして注入されたホールと電子とが再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際に発光現象が起る。
Also in this case, when a direct current voltage or direct current is applied with the
本実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子によれば、実施の形態1による作用効果に加え、電子注入層として、バリウムドープの酸化モリブデンに加え、ノンドープの酸化モリブデン層を積層し、この酸化モリブデン層を発光層との間に介在させているため、より安定で注入特性の高いものとなる。従って、発光特性の向上および長寿命化を図ることが可能となり、信頼性の高い有機エレクトロルミネッセント素子を構成することができる。ここでノンドープの酸化モリブデン層の膜厚は、5nmに限定されることなく、素子として必要とされる特性に応じて変更すればよいことはいうまでもない。 According to the organic electroluminescent element of the present embodiment, in addition to the operational effects of the first embodiment, in addition to barium-doped molybdenum oxide, a non-doped molybdenum oxide layer is stacked as an electron injection layer. Since the layer is interposed between the light emitting layer, it is more stable and has high injection characteristics. Accordingly, it is possible to improve the light emission characteristics and extend the lifetime, and it is possible to configure a highly reliable organic electroluminescent element. Here, it goes without saying that the film thickness of the non-doped molybdenum oxide layer is not limited to 5 nm and may be changed according to the characteristics required for the element.
以下実施例の説明に先立ち、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を構成する各要素について説明する。
(電子注入層)
アルカリ土類金属またはアルカリ金属および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む、少なくとも1種類の遷移金属酸化物層からなる不純物含有遷移金属酸化物層を用いる。
この構成により、陰極材料が反応性の高い材料であってもこの不純物含有遷移金属酸化物層がバリア層として作用し、陰極側から反応性物質が流れてきて発光層の劣化を招くことを抑制できる。また、MoO3のような遷移金属酸化物に不純物を添加した物質を、有機エレクトロルミネッセント素子に適用した場合、電荷の注入が効率よくなされる。また、1μm以下の薄膜で用いる場合、電圧降下の影響が少なく、両電極間に印加される電界が発光層にかかり、高輝度特性を得ることが可能となる。また不純物含有遷移金属酸化物は電子注入能力、電子輸送性、あるいは正孔ブロック性等の性質をもつため、単層で高機能を得ることができ、素子構成の簡素化を実現することが可能となる。したがって良好な電子注入を実現することができ、発光領域を制御することができる。このため、従来はインターレイヤー(中間層)を介在させ、発光領域を発光層とインターレーヤーとの界面になるように制御していたが、発光領域に制限を加える必要がなくなりホールと電子の注入バランスをとるための分子設計が容易になり、発光効率が向上し、素子寿命の向上をはかることができる。
Prior to the description of the embodiments, each element constituting the organic electroluminescent device of the present invention will be described.
(Electron injection layer)
An impurity-containing transition metal oxide layer comprising at least one transition metal oxide layer containing at least one compound selected from alkaline earth metals or alkali metals and / or oxides and halides thereof is used.
With this configuration, even if the cathode material is a highly reactive material, this impurity-containing transition metal oxide layer acts as a barrier layer, suppressing the flow of reactive substances from the cathode side and leading to deterioration of the light-emitting layer. it can. In addition, when a substance obtained by adding an impurity to a transition metal oxide such as MoO 3 is applied to an organic electroluminescent element, charge injection is efficiently performed. Further, when used in a thin film of 1 μm or less, the influence of voltage drop is small, and an electric field applied between both electrodes is applied to the light emitting layer, and high luminance characteristics can be obtained. Impurity-containing transition metal oxides have properties such as electron injection capability, electron transport properties, and hole blocking properties, so that high functionality can be obtained with a single layer and the device configuration can be simplified. It becomes. Therefore, good electron injection can be realized and the light emitting region can be controlled. For this reason, in the past, an interlayer (intermediate layer) was interposed, and the emission region was controlled to be the interface between the emission layer and the interlayer, but there was no need to limit the emission region, and holes and electrons were injected. Molecular design for balancing is facilitated, luminous efficiency is improved, and device lifetime can be improved.
また、本発明の電子注入層は、仕事関数の小さいアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープすることによって構成される。具体的には、Ca,Ba、Li、Cs等が挙げられるがこれに限定されるものではない。これらの金属以外にもそれらの酸化物、例えばCaO、BaO、Li2O、Cs2O3、MgOや、LiF等のハロゲン化物も含まれる。これらを遷移金属酸化物にドープすると、空気や酸素に対して安定化されこれらの化合物が単体で持つ不安定さを防止することが可能となる。さらには遷移金属酸化物マトリクスにて周りが覆われているため他層への拡散が起こりにくくなり、発光効率や駆動寿命に悪影響を与えることが少なくなる。一般には、電子の放出が起こりにくくなることも予想されるが本発明の場合は、種々の実験の結果、そのような副作用が少なく良好な電子放出性を示した。従って本発明の素子構造を用いることにより、従来必要であった、有機物からなる電子輸送層や、低仕事関数のアルカリ金属等からなる層を配することが不要となり、ロバストな素子を得ることが出来る。 The electron injection layer of the present invention is constituted by doping an alkali metal or alkaline earth metal having a small work function. Specific examples include Ca, Ba, Li, and Cs, but are not limited thereto. In addition to these metals, oxides thereof, for example, halides such as CaO, BaO, Li 2 O, Cs 2 O 3 , MgO, and LiF are also included. When these are doped into transition metal oxides, they are stabilized against air and oxygen, and it is possible to prevent instability of these compounds alone. Furthermore, since the periphery is covered with the transition metal oxide matrix, diffusion to other layers hardly occurs, and the light emission efficiency and the driving life are less adversely affected. In general, it is expected that electron emission is less likely to occur, but in the case of the present invention, as a result of various experiments, the electron emission property was good with few such side effects. Therefore, by using the element structure of the present invention, it is not necessary to arrange an electron transport layer made of an organic material or a layer made of an alkali metal having a low work function, which has been conventionally required, and a robust element can be obtained. I can do it.
また、この不純物含有遷移金属酸化物層の厚さは1nm以上1μm以下であるのが望ましい。
1μmを超えると透過率が低くなってしまい、通常、表示装置で求められる透過率として例えば60%を確保するのが難しくなってしまう。また成膜時間も考慮すると望ましいのは500nm以下となっている。また、薄い場合、膜状になっていなくても、平均的な厚さが1nm程度の膜であると、海綿状であっても上述したのと同等の効果を得ることができる。1nmよりも薄い膜の場合は、十分な金属酸化物としての効果を得ることができない。
The thickness of the impurity-containing transition metal oxide layer is preferably 1 nm or more and 1 μm or less.
If it exceeds 1 μm, the transmittance will be low, and it will usually be difficult to ensure, for example, 60% as the transmittance required for the display device. In consideration of the film formation time, it is preferably 500 nm or less. In the case of a thin film, even if it is not in the form of a film, if the film has an average thickness of about 1 nm, the same effect as described above can be obtained even if it is spongy. In the case of a film thinner than 1 nm, a sufficient effect as a metal oxide cannot be obtained.
また、素子に要求される特性からも、この不純物含有遷移金属酸化物層の透過率は60%以上であるのが望ましい。
この構成により、十分な発光光量を維持することができる。透過率が60%に満たない場合、発光光量が低下してしまうという問題がある。
Also, from the characteristics required for the device, the transmittance of the impurity-containing transition metal oxide layer is desirably 60% or more.
With this configuration, a sufficient amount of emitted light can be maintained. When the transmittance is less than 60%, there is a problem that the amount of emitted light decreases.
また、本発明に電子注入層として用いられる不純物含有遷移金属酸化物層は、仕事関数が4から6eVのものが好ましく用いられる。
この構成により、良好なオーミックコンタクトを形成することができる。仕事関数が4eVに満たない場合、反応性が高くなる傾向にあり、本発明の特徴である大気中での安定化すなわち水分等の反応性物質の影響を低減することが難しく、良好な発光が得られなくなる場合がある。また詳細なメカニズムは明らかではないが、6eVを越えると陰極との仕事関数差が大きくなるためか、良好な発光が得られなくなる。
The impurity-containing transition metal oxide layer used as the electron injection layer in the present invention preferably has a work function of 4 to 6 eV.
With this configuration, a good ohmic contact can be formed. When the work function is less than 4 eV, the reactivity tends to be high, and it is difficult to reduce the influence of the reactive substance such as moisture or the like, which is a feature of the present invention. It may not be obtained. Moreover, although the detailed mechanism is not clear, if it exceeds 6 eV, the work function difference from the cathode becomes large, so that good light emission cannot be obtained.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、不純物含有遷移金属酸化物層は、比抵抗が1*10exp7Ωm以下であるのが望ましい。
この構成により、デバイスとしての遷移金属酸化物層そのものに起因する電圧降下を抑制でき、高輝度の発光が可能となる。
In the organic electroluminescent element, the impurity-containing transition metal oxide layer preferably has a specific resistance of 1 * 10exp7Ωm or less.
With this configuration, it is possible to suppress a voltage drop caused by the transition metal oxide layer itself as a device and to emit light with high luminance.
なお、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、前記遷移金属酸化物層としては、酸化モリブデン層を用いることが望ましい。
酸化モリブデン層は金属酸化物ではありながら、比抵抗が小さいため、電圧降下もなく、信頼性の高い発光が可能となる。また、陰極に反応性物質を用いることなく良好なコンタクト性を得ることができるため、陰極が単層構造であってもよく、より薄膜化をはかることが可能となる。また、バリア性も高く、平滑な表面を得ることができるため、発光層の均一性を得ることが可能となる。ここで酸化モリブデン(MoOx)はMoO3に限定されることなく、価数の異なるものも有効である。
なお、亜鉛は近年、典型元素に分類されることがあるが、本発明の遷移金属元素に含まれるものとして取り扱うものとする。
In the organic electroluminescent element, it is desirable to use a molybdenum oxide layer as the transition metal oxide layer.
Although the molybdenum oxide layer is a metal oxide, its specific resistance is small, so that there is no voltage drop and highly reliable light emission is possible. In addition, since a good contact property can be obtained without using a reactive substance for the cathode, the cathode may have a single layer structure, and a thinner film can be achieved. In addition, since the barrier property is high and a smooth surface can be obtained, the uniformity of the light emitting layer can be obtained. Here, molybdenum oxide (MoOx) is not limited to MoO 3 , but those having different valences are also effective.
In addition, although zinc may be classified as a typical element in recent years, it is assumed that it is included in the transition metal element of the present invention.
また、前記遷移金属酸化物層としては、酸化モリブデンのほか、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化亜鉛等を用いることができる。ここで酸化物は化学量論比で規定されている組成でなく、価数の異なるもの、即ち酸素欠陥を有する化合物が望ましい。酸化数や、組成はXPS(X線光電子分光)分析によって知ることが出来る。 In addition to molybdenum oxide, tungsten oxide, nickel oxide, vanadium oxide, titanium oxide, zinc oxide, or the like can be used for the transition metal oxide layer. Here, the oxide is not a composition defined by the stoichiometric ratio, but is preferably a compound having a different valence, that is, a compound having an oxygen defect. The oxidation number and composition can be known by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis.
本発明の効果を発現するためには、上記遷移金属酸化物類に、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびそれらの酸化物を含む化合物をドーピングすることが必要である。用いられる材料としては、バリウム、カルシウム、リチウム、セシウム等の単体金属、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化セシウム等の酸化物、フッ化リチウム、フッ化カルシウム等のハロゲン化物などがあげられるがこれに限ったものではない。また、酸化物やハロゲン化物のほか、炭酸セシウムなどの炭酸化物も有効であるが、蒸着などの成膜工程中で酸化物となってしまうことがある。 In order to exhibit the effects of the present invention, it is necessary to dope the transition metal oxides with a compound containing an alkali metal, an alkaline earth metal, or an oxide thereof. Examples of the material used include simple metals such as barium, calcium, lithium and cesium, oxides such as barium oxide, calcium oxide, lithium oxide and cesium oxide, and halides such as lithium fluoride and calcium fluoride. It is not limited to this. In addition to oxides and halides, carbonates such as cesium carbonate are also effective, but they may become oxides during film formation processes such as vapor deposition.
また、遷移金属酸化物にドーピングする場合、その濃度は薄膜の形成条件に依存するが、おおむね1%から50重量%である。ドーピングを行なわない場合でも通常の蒸着やスパッタの条件では、化学量論より酸素欠損になる場合が多い。ドーピングを行った場合は、ドーピング元素の酸化状態と遷移金属酸化物の酸化状態とを区別することは困難であるが、本発明の効果を発揮するためには、金属と酸素の組成比を酸素欠損状態にコントロールすることが重要である。酸素欠損の程度が大きくなると、金属酸化物は金属に性質が近くなりより導電性を有するようになる。完全に酸素がない状態は金属の性質を示すため、本発明の効果は得られない。
すなわち、アルカリ金属等は酸化や水との反応が起こりやすくなり空気中での安定的な駆動ができなくなる。この状態をコントロールすることは現時点ではわかっておらず、研究中であるが遷移金属酸化物に仕事関数の小さいアルカリ金属をドーピングすることでアルカリ金属を電子注入層として用いた素子でも大気中でより安定化された状態をとることができるようになった。恐らく、遷移金属酸化物のマトリクスのなかにアルカリ金属類が取り込まれ周囲の酸素原子によって水や酸素との反応が阻害されているためと思われるが詳細は明らかではない。化学的に不飽和になっていることはその必要条件であると考えられる。
In addition, when doping a transition metal oxide, its concentration depends on the thin film formation conditions, but is generally 1% to 50% by weight. Even when doping is not performed, oxygen vacancies are often caused by stoichiometry under normal deposition and sputtering conditions. When doping is performed, it is difficult to distinguish between the oxidation state of the doping element and the oxidation state of the transition metal oxide. However, in order to exert the effect of the present invention, the composition ratio of the metal and oxygen is set to oxygen. It is important to control the defect state. As the degree of oxygen vacancies increases, the metal oxide becomes closer to the metal and becomes more conductive. Since the state completely free of oxygen shows the properties of metal, the effect of the present invention cannot be obtained.
That is, an alkali metal or the like is liable to oxidize or react with water and cannot be stably driven in the air. Control of this state is not known at this time, and research is underway, but devices that use alkali metal as an electron injection layer by doping a transition metal oxide with an alkali metal having a low work function are more effective in the atmosphere. It became possible to take a stabilized state. Probably because alkali metals are taken into the transition metal oxide matrix and the reaction with water and oxygen is hindered by surrounding oxygen atoms, the details are not clear. It is considered necessary to be chemically unsaturated.
(発光層・中間(IL)層)
ホール注入層の上には、有機半導体材料を塗布して、発光層を形成する。この際、発光層とホール注入層の間にホールブロッキング層として、中間層を設けると発光効率の点で好ましい。このホールブロッキング層としては、ポリフルオレン系の高分子材料で発光層に用いる材料よりLUMOレベルが高いTFB等が用いられるが、これに限ったものではない。発光層としては、ポリフルオレン系、ポリフェニレンビニレン系、ペンダント型、デンドリマー型、塗布型の低分子系を含め、溶媒に溶解させ、塗布して薄膜を形成出来るものであれば種類を問わない。
(Light emitting layer / intermediate (IL) layer)
On the hole injection layer, an organic semiconductor material is applied to form a light emitting layer. In this case, it is preferable in terms of luminous efficiency to provide an intermediate layer as a hole blocking layer between the light emitting layer and the hole injection layer. As the hole blocking layer, a polyfluorene-based polymer material having a LUMO level higher than that of the material used for the light emitting layer is used. However, the hole blocking layer is not limited to this. The light emitting layer may be of any type as long as it can be dissolved in a solvent and coated to form a thin film, including polyfluorene-based, polyphenylene vinylene-based, pendant-type, dendrimer-type, and coating-type low molecular weight types.
本発明の有機エレクトロルミネッセント素子において、この発光機能を有した層は高分子化合物および低分子化合物のいずれでもよい。 In the organic electroluminescent device of the present invention, the layer having the light emitting function may be either a high molecular compound or a low molecular compound.
また、上記有機エレクトロルミネッセント素子において、前記発光機能を有した層がフルオレン環を含む高分子化合物であってもよい。ここでフルオレン環を含む高分子化合物とは、フルオレン環に所望の基が結合してポリマーを構成しているものをいう。種々の基を結合した高分子化合物が市販されている。 In the organic electroluminescent element, the layer having the light emitting function may be a polymer compound including a fluorene ring. Here, the polymer compound containing a fluorene ring refers to a compound in which a desired group is bonded to the fluorene ring to form a polymer. Polymer compounds having various groups bonded thereto are commercially available.
また、低分子エレクトロルミネッセントデバイスとしては、基板/陽極/ホール注入層/ホール輸送層/電子ブロッキング層/発光層(ドーピング材料を含む)/ホールブロッキング層/電子輸送層/電子注入層/陰極の層構成が代表的な構造としてあげられるが、種々のバリエーションがあり、例えば光を基板と反対方向から取り出すトップエミッション型(この場合は、陽極として高反射率の銀合金やアルミ合金を用いることが好ましい)陽極と陰極の配置を逆にしたリバース構造型、それのトップエミッション型等があり、材料としても蛍光発光材料、燐光発光材料等種々の化合物を用いる場合に適用可能である。 In addition, as a low molecular electroluminescent device, substrate / anode / hole injection layer / hole transport layer / electron blocking layer / light emitting layer (including doping material) / hole blocking layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode There are various variations, for example, a top emission type that extracts light from the opposite direction of the substrate (in this case, a silver alloy or aluminum alloy with high reflectivity is used as the anode) There are a reverse structure type in which the arrangement of the anode and the cathode is reversed, a top emission type thereof, and the like, which can be applied when various compounds such as a fluorescent light emitting material and a phosphorescent light emitting material are used.
なお、本発明の電子注入層は、発光層が高分子材料で構成される、上記高分子型エレクトロルミネッセント素子のみならず、発光層が低分子材料で構成される、低分子型エレクトロルミネッセント素子にも好ましく用いられる。低分子型に適用する場合は、有機物からなる電子輸送層を置き換えることが可能である。このことにより陰極や電子注入のために用いられている酸化されやすい金属層や金属ハロゲン化物を除去することが可能となる。 The electron injection layer of the present invention is not limited to the above-described polymer type electroluminescent device in which the light emitting layer is made of a polymer material, but also a low molecular weight type electroluminescent device in which the light emitting layer is made of a low molecular material. It is also preferably used for nescent elements. In the case of application to a low molecular type, it is possible to replace an electron transport layer made of an organic substance. This makes it possible to remove metal layers and metal halides that are easily oxidized and are used for cathode and electron injection.
(陰極)
陰極としては、本発明の電子注入層とオーミックコンタクトをとることのできる材料が好ましい。一般的な、AlやAg、Auに代表される金属、ITO、IZOに代表される透明導電性酸化物等は好ましく用いられる。
(cathode)
As the cathode, a material capable of making an ohmic contact with the electron injection layer of the present invention is preferable. Common metals such as Al, Ag, and Au, transparent conductive oxides such as ITO, and IZO are preferably used.
(封止)
本発明のデバイスには封止を行うことが好ましい。従来のエレクトロルミネッセントデバイスにおいては、できるだけ水分透湿性の小さい封止樹脂を用いることや、素子上に形成した薄膜層による膜封止や乾燥剤を封入する等、信頼性の確保のために多大なコストを要していた。本発明によれば簡便なデバイスの封止は必要であるが、従来の封止方法によりコストを低減することができる。簡便な封止材料としては既存の材料のなかから広く選択することができる。
(Sealing)
It is preferable to seal the device of the present invention. In conventional electroluminescent devices, to ensure reliability, such as using a sealing resin with as low a moisture permeability as possible, sealing a film with a thin film layer formed on the element, and encapsulating a desiccant It was very expensive. According to the present invention, simple device sealing is necessary, but the cost can be reduced by a conventional sealing method. A simple sealing material can be widely selected from existing materials.
(製膜方法)
また、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子を構成する機能層のうち、不純物含有遷移金属酸化物層および遷移金属酸化物層の成膜については上記方法に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱CVD法、プラズマCVD法、MOCVD法などのドライプロセスが望ましい。
このようなドライプロセスにおいては、基板温度を制御するのが望ましいことが、実験結果からわかっている。基板温度を60から100℃とすることで、輝度の向上および発光開始電圧の低下を達成することができる。
さらにまた、共蒸着で第1層を成膜し、次にアルカリ金属、アルカリ土類金属類を含まずに遷移金属酸化物層のみ成膜する、連続形成法も有効である。
また、共蒸着で、徐々にアルカリ金属、アルカリ土類金属類を減らし組成傾斜膜を成膜するようにしてもよい。
また、遷移金属酸化物とアルカリ金属、アルカリ土類金属類とからなる複数のターゲットを用いて共スパッタ法で形成するのも有効である。
膜厚としては、電子注入性を損なわない範囲にとるのが望ましいが、数nmから50nmが好ましい。また、金属成分が多くなると透過率は低くなるため、より薄くする必要がある。
また、酸化物のナノ粒子等を適用することも出来る。この場合は、ゾルゲル法、ラングミュア・ブロジェット法(LB法)、レイヤーバイレイヤー法、スピンコート法、インクジェット法、ディップコーティング法、スプレー法などの湿式法などからも適宜選択可能であり、結果的に本発明の効果を奏効し得るように形成可能な方法であれば、いかなるものでもよいことはいうまでもない。
(Film forming method)
Further, among the functional layers constituting the organic electroluminescent device of the present invention, the film formation of the impurity-containing transition metal oxide layer and the transition metal oxide layer is not limited to the above method, but a vacuum evaporation method Desirable are dry processes such as electron beam evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, reactive sputtering, ion plating, laser ablation, thermal CVD, plasma CVD, and MOCVD.
Experimental results have shown that it is desirable to control the substrate temperature in such a dry process. By setting the substrate temperature to 60 to 100 ° C., it is possible to achieve an improvement in luminance and a decrease in the light emission starting voltage.
Furthermore, a continuous formation method is also effective in which the first layer is formed by co-evaporation, and then only the transition metal oxide layer is formed without containing alkali metals and alkaline earth metals.
Alternatively, the composition gradient film may be formed by co-evaporation with gradually decreasing the alkali metal and alkaline earth metal.
In addition, it is also effective to form by a co-sputtering method using a plurality of targets made of a transition metal oxide, an alkali metal, and an alkaline earth metal.
The film thickness is preferably within a range that does not impair the electron injection property, but is preferably several nm to 50 nm. Moreover, since the transmittance | permeability will become low when a metal component increases, it needs to be made thinner.
In addition, oxide nanoparticles or the like can also be applied. In this case, the sol-gel method, Langmuir-Blodgett method (LB method), layer-by-layer method, spin coating method, inkjet method, dip coating method, spray method, etc. can be selected as appropriate. Needless to say, any method can be used as long as it can be formed so as to achieve the effects of the present invention.
本発明の機能層(発光層、或いは、必要に応じて形成される正孔注入層、電子注入層)を高分子材料で形成する場合、スピンコーティング法や、キャスティング法や、ディッピング法や、バーコート法や、ロールを用いた印刷法、インクジェット法、ノズルコーティング法等の湿式成膜法であってもよい。これにより、大規模な真空装置が不要であるため、安価な設備で成膜が可能となるとともに、容易に大面積の有機エレクトロルミネッセント素子の作成が可能となるとともに、有機エレクトロルミネッセント素子の各層間の密着性が向上するため、素子における短絡を抑制することができ、安定性の高い有機エレクトロルミネッセント素子を形成することができる。 When the functional layer of the present invention (light emitting layer or hole injection layer or electron injection layer formed as necessary) is formed of a polymer material, a spin coating method, a casting method, a dipping method, a bar A wet film forming method such as a coating method, a printing method using a roll, an ink jet method, or a nozzle coating method may be used. This eliminates the need for a large-scale vacuum apparatus, so that it is possible to form a film with an inexpensive facility, and it is possible to easily create an organic electroluminescent element with a large area, and also an organic electroluminescent device. Since the adhesion between each layer of the element is improved, a short circuit in the element can be suppressed, and a highly stable organic electroluminescent element can be formed.
なお、ガラス基板100は無色透明なガラスの一枚板である。ガラス基板100としては、例えば透明または半透明のソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の遷移金属酸化物ガラス、無機フッ化物ガラス等の無機ガラスを用いることができる。
The
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態の有機エレクトロルミネッセント素子を用いた表示装置について説明する。この実施の形態は、トップエミッション型の高分子有機エレクトロルミネッセント表示装置の一例である。
まず、有機エレクトロルミネッセント素子を用いた表示装置について説明する。本実施の形態の表示装置は、基本的には、機能層として、陰極6側に酸化バリウム含有酸化モリブデン層(電子注入層)5を介在させた図1に示した実施の形態1の有機エレクトロルミネッセント素子と同様の発光装置を用いてアクティブマトリックス型の表示装置を構成したものである。この表示装置は、図4にこのアクティブマトリックス型の表示装置の等価回路図、図5にレイアウト説明図、図6に断面図、図7に上面説明図を示すように、各画素に駆動回路を形成したアクティブマトリックス型の表示装置を構成するものである。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a display device using the organic electroluminescent element of the embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an example of a top emission type polymer organic electroluminescent display device.
First, a display device using an organic electroluminescent element will be described. The display device according to the present embodiment basically has the organic electroluminescence according to the first embodiment shown in FIG. 1 in which a barium oxide-containing molybdenum oxide layer (electron injection layer) 5 is interposed on the
この表示装置140は、図4に等価回路図、図5に画素のレイアウト説明図を示すように、画素を形成する有機エレクトロルミネッセント素子(エレクトロルミネッセント)110およびスイッチングトランジスタ130、光検出素子としてのカレントトランジスタ120とからなる2つの薄膜トランジスタ(TFT:T1,T2)とコンデンサCとからなる駆動回路を上下左右に複数個配列し、左右方向に並んだ各駆動回路の第1のTFT(T1)のゲート電極を走査線143に接続して走査信号を与え、また上下方向に並んだ各駆動回路の第1のTFTのドレイン電極をデータ線に接続し、発光信号を供給するように構成されている。エレクトロルミネッセント素子(エレクトロルミネッセント)の一端には駆動用電源(図示せず)が接続され、コンデンサCの一端は接地されている。143は走査線、144は信号線、145は共通給電線、147は走査線ドライバ、148は信号線ドライバ、149は共通給電線ドライバである。
As shown in an equivalent circuit diagram in FIG. 4 and a layout explanatory diagram of a pixel in FIG. 5, the
図6は有機エレクトロルミネッセント素子の断面説明図(図6は図5のA−A断面図である)、図7はこの表示装置の上面説明図であり、駆動用のTFT(図示せず)を形成したガラス基板100に、陽極(Al)112、酸化モリブデン層(遷移金属酸化物層)113、有機バッファ層(電荷ブロック層)(図示せず)、発光層114(赤色発光層R,緑色発光層G,青色発光層B)、酸化バリウム含有酸化モリブデン層115、陰極116を形成してトップエミッション型の有機エレクトロルミネッセント素子を形成している。構造としては、陽極および電荷注入層は個別に形成され、発光層は画素規制層117としての酸化シリコン層からなる突出部で開口面積を規定され、陰極116は、陽極に直交する方向に走行するストライプ状に形成されている。なおこの駆動用のTFTは、例えばガラス基板100上に有機半導体層(高分子層)を形成し、これを、ゲート絶縁膜で被覆しこの上にゲート電極を形成すると共にゲート絶縁膜に形成したスルーホールを介してソース・ドレイン電極を形成してなるものである。そして、この上にポリイミド膜などを塗布して絶縁層(平坦層)を形成し、その上部に陽極(ITO)112、酸化モリブデン層、電子ブロック層、発光層などの有機半導体層、酸化バリウム含有酸化モリブデン層115、陰極116(Al超薄膜、ITO)を形成して有機エレクトロルミネッセント素子を形成した構造を有している。なお、図7では、コンデンサや配線については省略したが、これらも同じガラス基板上に形成されている。このようなTFTと有機エレクトロルミネッセント素子からなる画素が同一基板上に複数個マトリクス状に形成されてアクティブマトリクス型の表示装置を構成している。
6 is a cross-sectional view of the organic electroluminescent element (FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5), and FIG. 7 is a top view of the display device, and a driving TFT (not shown). ) Formed on a
製造に際しては図5に示すように、ガラス基板100上に形成された走査線143、信号線144、スイッチングTFT130、画素電極を構成するアルミニウムのパターンからなる電極112などの上に画素規制層117を形成し、その後開口部を設ける。
そしてこの上層に、全面に遷移金属酸化物層113を蒸着によって形成する。
この後、インクジェット法によって必要に応じてバッファ層としてTFBを塗布する。このTFB層は遷移金属酸化物層と同様に全面に塗布してもよいし、開口部に対応する部分だけに塗布してもよい。
そして、乾燥工程を経て、開口部に対応する位置にインクジェット法によって所望の色(RGBのいずれか)に対応する高分子有機エレクトロルミネッセント材料を塗布し、発光層114を形成する。
さらに、共蒸着法などにより酸化バリウム含有酸化モリブデン層115を成膜し、最後に表示画素141が配置されている領域に対して陰極116を形成する。
At the time of manufacture, as shown in FIG. 5, a
A transition
Thereafter, TFB is applied as a buffer layer as required by an ink jet method. This TFB layer may be applied to the entire surface in the same manner as the transition metal oxide layer, or may be applied only to a portion corresponding to the opening.
Then, after a drying process, a polymer organic electroluminescent material corresponding to a desired color (any of RGB) is applied to a position corresponding to the opening by an ink jet method to form the
Further, a barium oxide-containing
この構成によれば、高速駆動が可能で信頼性の高い表示装置を提供することができる。発光層と陽極との間に、一体的に形成された遷移金属の酸化物である酸化モリブデン層が介在しているため、クロストークがなく、発光層は酸化モリブデン層により平滑化され、高精度にサイズが制御された、内表面を持つ凹部に充填されている。このためインクジェット法により、位置ずれも無く確実に発光層を形成することができ、膜厚およびサイズが高精度に制御された発光層を得ることができる。また、発光層の上層にも一体形成された酸化モリブデン層が、形成されているため、陰極を形成する際にスパッタダメージを受けたり、パターニング工程におけるプラズマダメージを受けたりすることもない。
従って、発光層が均一に形成された表面に形成されると共に、表面も平滑な状態を維持できることになり、発光層が均一に形成され、電界集中もなく、陽極および陰極によって印加される電界が均一に発光層に付与され、良好な発光特性を得ることができる。また各発光層が均一に形成されることになり、発光特性のばらつきもなく良好な発光特性を得ることができる。
また、陰極116の成膜時あるいはパターニング時においては、発光層は、少なくとも酸化バリウム含有酸化モリブデン層116で覆われているため、スパッタダメージあるいはプラズマダメージから保護され、信頼性の高い膜形成が可能となる。ここでは図6に示すように酸化バリウム含有酸化モリブデン層116および下層側の酸化モリブデン層(電荷注入層)113は発光層114を覆うように発光層114のパターンよりも大きく一体的に形成されている。
According to this configuration, a display device that can be driven at high speed and has high reliability can be provided. Since the molybdenum oxide layer, which is an integrally formed transition metal oxide, is interposed between the light emitting layer and the anode, there is no crosstalk, and the light emitting layer is smoothed by the molybdenum oxide layer, resulting in high accuracy. The concave portion having the inner surface is controlled in size. For this reason, the light emitting layer can be reliably formed without positional deviation by the ink jet method, and the light emitting layer whose film thickness and size are controlled with high accuracy can be obtained. Further, since the molybdenum oxide layer formed integrally with the upper layer of the light emitting layer is formed, there is no spatter damage or plasma damage in the patterning process when the cathode is formed.
Therefore, the light emitting layer is formed on the uniformly formed surface, and the surface can be maintained in a smooth state. The light emitting layer is uniformly formed, there is no electric field concentration, and the electric field applied by the anode and the cathode is reduced. It is uniformly applied to the light emitting layer, and good light emission characteristics can be obtained. Further, each light emitting layer is formed uniformly, and good light emission characteristics can be obtained without variation in light emission characteristics.
Further, when the
次にエレクトロルミネッセント素子を2次元的に複数配置した発光装置を用いた照明装置の例を、図5を援用して説明する。2次元的に配置されたエレクトロルミネッセント素子110について、例えば全てのエレクトロルミネッセント素子を一斉に点灯/消灯するような構成は極めて容易に実現できる。ただしこのように一斉に点灯/消灯するような構成であっても、少なくとも一方の電極(例えばAlで構成される画素電極(図6の陽極112参照))は個々のエレクトロルミネッセント素子単位に分離した構成とすることが望ましい。これは何らかの要因によって表示画素141に欠陥があったとしても、欠陥が当該表示画素141に留まるため、照明装置全体の製造歩留まりを向上させることができるからである。このような構成を有する照明装置は、例えば家庭における一般的な照明器具に応用することができる。この場合に照明装置を極めて薄く構成することができるから、天井のみならず壁面にも容易に設置することができるようになる。
Next, an example of a lighting device using a light emitting device in which a plurality of electroluminescent elements are two-dimensionally arranged will be described with reference to FIG. For the
また、2次元的に配置されたエレクトロルミネッセント素子は任意のデータを供給することで、その発光パターンを簡単に制御することができ、かつ本発明に係るエレクトロルミネッセント素子は、その発光領域を例えば40μm角程度のサイズで構成できるから、照明装置にデータを供給してパネル型の表示装置と兼用するようなアプリケーションを構成できる。もちろんこの場合には表示画素141は位置に応じて赤色、緑色、青色に塗り分けられている必要があるが、インクジェット法を用いることにより、極めて容易に多色化が可能となる。
In addition, the light emission pattern of the electroluminescent device arranged two-dimensionally can be easily controlled by supplying arbitrary data, and the electroluminescent device according to the present invention can emit light. Since the area can be configured with a size of about 40 μm square, for example, an application can be configured in which data is supplied to the lighting device and also used as a panel type display device. Of course, in this case, the
従来は照明装置と表示装置を比較したときに、その発光輝度は照明装置の方が大きいものであった。しかしながら本発明に係るエレクトロルミネッセント素子110は十分に大きく面積をとることができ、極めて高い発光輝度を有しているため、照明装置と表示装置を兼用することができる。この場合、照明装置と表示装置ではその機能の違い(すなわち使用モード)に起因して発光輝度を調整する機構が必要となるが、この機構は例えば前記実施の形態2に示した構成を採用し駆動電流を制御して各エレクトロルミネッセント素子の発光輝度を調整することで実現できる。即ち照明装置として使用する場合は全てのエレクトロルミネッセント素子をより大きな電流で駆動し、表示装置として使用する場合は小電流でかつ階調に応じて制御された電流値で(すなわち画像データに応じて)各エレクトロルミネッセント素子を駆動すればよい。このようなアプリケーションにおいて、照明装置として機能する場合の電源と、表示装置として機能する場合の電源は単一のものとしてもよいが、駆動電流を制御する、例えばディジタル−アナログ変換器のダイナミックレンジが大きく、表示装置として使用する際の階調数が不足するような場合には、図4および図5に示す共通給電線145に接続された電源(図示せず)を使用モードに応じて切り替えるような構成とすることが望ましい。もちろん照明装置としての使用モードにおいても、明るさの制御が必要な態様(すなわち調光機能を有する照明装置)にあっては、先に説明した階調に応じた電流値制御によって容易に対応することができる。また本発明のエレクトロルミネッセント素子は、ガラス基板100の上のみならず例えばPETなどの樹脂基板上にも形成できることから、様々なイルミネーション用の照明装置としても応用することができる。
Conventionally, when a lighting device and a display device are compared, the light emission luminance of the lighting device is larger. However, since the
なお、薄膜トランジスタを有機トランジスタで構成してもよい。また薄膜トランジスタ上に有機エレクトロルミネッセント素子を積層した構造、あるいは有機エレクトロルミネッセント素子上に薄膜トランジスタを積層した構造なども有効である。 Note that the thin film transistor may be an organic transistor. A structure in which an organic electroluminescent element is stacked on a thin film transistor or a structure in which a thin film transistor is stacked on an organic electroluminescent element is also effective.
加えて、高画質のエレクトロルミネッセント表示装置を得るために、有機エレクトロルミネッセント素子を形成したエレクトロルミネッセント基板と、TFT、コンデンサ、配線などを形成したTFT基板とを、エレクトロルミネッセント基板の電極とTFT基板の電極とが接続バンクを用いて接続されるように貼り合わせるようにしてもよい。 In addition, in order to obtain a high-quality electroluminescent display device, an electroluminescent substrate on which an organic electroluminescent element is formed and a TFT substrate on which a TFT, a capacitor, wiring, and the like are formed are electroluminescent. The electrodes on the cent substrate and the electrodes on the TFT substrate may be bonded together using a connection bank.
またこの遷移金属酸化物層は、積層方向の比抵抗が、面方向の比抵抗の3分の1程度となるように成膜される。また、膜厚を従来では考えられなかった厚さである膜厚40nmとすることにより、厚膜のMoO3層によって表面の平坦化および平滑化をはかった上で、良好に発光領域の面積を規制するように構成している。 The transition metal oxide layer is formed so that the specific resistance in the stacking direction is about one third of the specific resistance in the plane direction. In addition, by setting the film thickness to 40 nm, which has not been considered in the past, the surface of the light emitting region can be satisfactorily reduced after the surface is smoothed and smoothed by the thick MoO 3 layer. It is configured to regulate.
ここでは酸化バリウム含有遷移金属酸化物層115としての厚い酸化バリウム含有MoO3層とAl層からなる、陽極である112との間にTFBからなるバッファ層(電子ブロック層)を介在させるようにしたが、このバッファ層はなくてもよい。
また、画素規制層117上に酸化バリウム含有遷移金属酸化物層115を形成するようにしてもよい。
Here, a buffer layer (electronic block layer) made of TFB is interposed between the thick barium oxide-containing MoO 3 layer as the barium oxide-containing transition
Further, the barium oxide-containing transition
なお、実施の形態3の変形例として、カラー表示装置における、色の塗り分けを行なう方法について説明する。
この例では、薄膜トランジスタを形成した基板を用いて、RGBの塗り分けを行った。TFT基板には、絶縁性の有機材料にて平坦化膜を形成した。その基板上に、透明電極としてITOをスパッタ法で形成しその後、実施の形態3と同様にSiNにて画素規制層をそれぞれの厚みで形成し、所望の発光領域になるようにドライエッチングする。
Note that, as a modification of the third embodiment, a method of performing color separation in a color display device will be described.
In this example, RGB is separately applied using a substrate on which a thin film transistor is formed. A planarizing film was formed on the TFT substrate with an insulating organic material. On the substrate, ITO is formed as a transparent electrode by a sputtering method, and then pixel restricting layers are formed with respective thicknesses using SiN as in the third embodiment, and dry etching is performed so that a desired light emitting region is obtained.
そしてこのTFT基板を用いて、RGBの塗り分けを行った。TFT基板には、絶縁性の有機材料にて平坦化膜を形成した。その基板上に、透明電極としてITOをスパッタ法で形成しその後、実施例1と同様にSiONにて画素規制層をそれぞれの厚みで形成し、所望の発光領域になるようにドライエッチングを行った。その後、ポリイミドからなるバンクを画素列毎に形成した。これによりバンクで素子の列ごとにストライプ状に分割された基板を得た。また、この場合のバンクは順テーパの形状をとった。その基板を用いて、エレクトロルミネッセント素子を形成した。すなわちホール注入層としてPEDT:PSSの代わりに酸化モリブデン・タングステンを酸素雰囲気中、共スパッタ法にて50nm形成した。酸化モリブデン・タングステンは、バンク形成前に全体にスパッタした。これは、PEDTに比べて横方向の抵抗が低く、クロストークが生じないとの特徴があるため、このような使い方が出来る。次にバンクで分割された列毎に、インターレーヤーとしてTFBを20nmの厚さになるようにディスペンサーを用いて塗布を行った。それを乾燥、ベーキングしたあとに、発光層として、同様にディスペンサーを用いて、バンクで分割されたそれぞれの列に赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料のインクを調合し、平均で80nmの厚みになるように塗布を行った。その後、電子注入層として本発明の酸化モリブデンと酸化バリウムを、抵抗加熱蒸着装置によって蒸着した。基板温度は100℃とし厚みを50nmになるように製膜した。その後、陰極としてアルミニウムを100nmを真空蒸着した。電子注入層および陰極は画素のすべてを覆うように形成した。 Then, using this TFT substrate, RGB was separately applied. A planarizing film was formed on the TFT substrate with an insulating organic material. On the substrate, ITO was formed as a transparent electrode by a sputtering method, and then a pixel regulating layer was formed with SiON in each thickness in the same manner as in Example 1, and dry etching was performed so as to obtain a desired light emitting region. . Thereafter, a bank made of polyimide was formed for each pixel column. As a result, a substrate was obtained that was divided into stripes for each column of elements in the bank. In this case, the bank has a forward tapered shape. An electroluminescent element was formed using the substrate. That is, as the hole injection layer, molybdenum oxide / tungsten instead of PEDT: PSS was formed to 50 nm in an oxygen atmosphere by co-sputtering. Molybdenum oxide / tungsten was entirely sputtered before forming the bank. This is characterized by low lateral resistance compared to PEDT and no crosstalk, so that it can be used in this way. Next, for each row divided by the bank, TFB was applied as an interlayer using a dispenser so as to have a thickness of 20 nm. After drying and baking it, using a dispenser in the same manner as the light emitting layer, inks of red light emitting material, green light emitting material, and blue light emitting material are prepared in each row divided by the bank, and the average is 80 nm. Application was performed so as to obtain a thickness. Thereafter, the molybdenum oxide and barium oxide of the present invention were deposited as an electron injection layer by a resistance heating vapor deposition apparatus. The substrate temperature was 100 ° C., and the thickness was 50 nm. Thereafter, 100 nm of aluminum was vacuum deposited as a cathode. The electron injection layer and the cathode were formed so as to cover all of the pixels.
得られた試料の一部のTFTを外部回路で動作させ発光状態と寿命を評価した。得られた試料の一部のTFTを外部回路で動作させ発光状態と寿命を評価した。
その結果、大気中において動作させても十分な輝度と発光効率が得られ、数時間駆動させても著しい劣化は起こらなかった。
A part of the TFT of the obtained sample was operated by an external circuit, and the light emission state and the lifetime were evaluated. A part of the TFT of the obtained sample was operated by an external circuit, and the light emission state and the lifetime were evaluated.
As a result, sufficient luminance and light emission efficiency were obtained even when operated in the atmosphere, and no significant deterioration occurred even when operated for several hours.
(実施の形態4)
(照明装置)
(Embodiment 4)
(Lighting device)
照明装置の例として、ITOを設けた30cm角のガラス基板に酸化モリブデンを100nmの厚みにスパッタし、その後、高分子型の白色発光材料を100nmの厚みになるようにスピンコートした。引き続き、電子注入層として本発明の酸化亜鉛にフッ化リチウムを10%共蒸着しその後Agを陰極として100nm形成した。
このようにして得られた試料にDCを10V印加したところ均一な発光が得られ、封止がない状態でもショートやダークスポットの生成をすることなく1時間安定に駆動した。
As an example of a lighting device, molybdenum oxide was sputtered to a thickness of 100 nm on a 30 cm square glass substrate provided with ITO, and then a polymer type white light emitting material was spin-coated to a thickness of 100 nm. Subsequently, 10% of lithium fluoride was co-deposited on the zinc oxide of the present invention as an electron injection layer, and then 100 nm was formed with Ag as the cathode.
When 10 V of DC was applied to the sample thus obtained, uniform light emission was obtained, and the sample was stably driven for 1 hour without generating a short circuit or a dark spot even without sealing.
次に本発明の実施例について説明する。
構造としては図1に示したものと同様であり、実施の形態1に対応する例であり、図1を参照しつつ説明する。
本実施例1の有機エレクトロルミネッセント発光装置は、厚さ0.71mmのコーニング7029#と指称されているガラス製の基板1と、この上層に形成された厚さ80nmのITO薄膜からなる陽極2と、この陽極2の上層に形成された厚さ50nmのPEDTからなる電荷注入層3と、電荷注入層3上に形成された、ポリフルオレンとトリフェニルアミン誘導体との共重合ポリマーであるTFB(poly 2,7-9,9-di-n-octylfluorene_-alt-1,4-phenylene-4-sec-butylphenylimino-1,4-phenylene)_を20nmからなるインターレイヤー4−1とPPV系の材料である厚さ80nmのポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]からなる発光層4と、発光層4上に形成された厚さ20nmのバリウム含有酸化モリブデン層と厚さ80nmのアルミニウム層とからなる陰極6とで構成されている。このようにして作製した試料を試料103とした。
Next, examples of the present invention will be described.
The structure is the same as that shown in FIG. 1, which is an example corresponding to the first embodiment, and will be described with reference to FIG.
The organic electroluminescent light emitting device of Example 1 is a glass substrate 1 designated as Corning 7029 # having a thickness of 0.71 mm, and an anode made of an ITO thin film having a thickness of 80 nm formed thereon. 2, a
ここで電荷(ホール)注入層3としてのPEDTはH.C.Stark製のCH8000を用いた。PEDTはスピンコートを用いて塗布し、200℃にてベークした。ベーク後の厚みは60nmであった。その後、インターレイヤーとしてTFBを20nmの厚みになるようスピンコートし、180℃でベークした後、発光層4を塗布した。
引き続き電子注入層5として下表に示す材料を真空蒸着し、陰極6としてAlを蒸着した。
Here, PEDT as the charge (hole)
Subsequently, the materials shown in the table below were vacuum deposited as the
得られた試料を101−105とした。これらの試料のIV特性を測定し、大気中にだして、1時間定電流駆動を行い、その時の電圧を測定した。 The obtained sample was set to 101-105. The IV characteristics of these samples were measured, put into the atmosphere, driven at a constant current for 1 hour, and the voltage at that time was measured.
以下、上述の方法で作製した実施例の結果を下表1に示す。
ここでは常温にて100mA/cm2の一定電流での駆動電圧の差をとった。(電圧上昇1)
同上の条件でそれぞれの初期輝度が半減するまでの時間(寿命2)
これらの有機エレクトロルミネッセント発光装置の半減寿命はそれぞれ、10hr、14hr、50hr、60hr、45hrであった。ここで半減寿命は初期輝度10000cdとし、定電流駆動下で輝度変化を測定した。
Here, a difference in driving voltage at a constant current of 100 mA / cm 2 at room temperature was taken. (Voltage increase 1)
Time until each initial brightness is halved under the same conditions as above (lifetime 2)
The half lives of these organic electroluminescent light emitting devices were 10 hr, 14 hr, 50 hr, 60 hr, and 45 hr, respectively. Here, the half life was an initial luminance of 10,000 cd, and the luminance change was measured under constant current driving.
上記から、本発明の試料は、初期の駆動電圧は比較例と大差ないのに対し、大気中で駆動した後の電圧上昇は小さいことがわかる。これは比較例において大気中の劣化は、陰極の電子注入層(EIL)に用いたアルカリ金属、アルカリ土類金属もしくはそのハロゲン化物が酸化されることによって有機材料との界面での電子注入が阻害されるのに対し、本発明の試料はMoO3のマトリクス中にドープされることによって不安定なBaやLiの周りが安定な遷移金属酸化物によって保護されており、その効果によって大気中の水分から電子注入しやすい、すなわち酸化されやすい性質が抑えられていることがわかる。また電子の放出能力に関してはMoO3マトリクスにドープされることによってやや効率が落ちるものの依然として高い効率を維持していることがわかる。
ここで“ドープされる”とは、結晶格子中で、不純物として含まれていることをいうものとする。
From the above, it can be seen that the initial drive voltage of the sample of the present invention is not significantly different from that of the comparative example, but the voltage increase after being driven in the atmosphere is small. This is because the deterioration in the atmosphere in the comparative example hinders the electron injection at the interface with the organic material due to the oxidation of the alkali metal, alkaline earth metal or its halide used for the electron injection layer (EIL) of the cathode. On the other hand, the sample of the present invention is protected by a stable transition metal oxide around unstable Ba and Li by being doped into a matrix of MoO 3 , and the effect is effective for moisture in the atmosphere. It can be seen that the property of being easy to inject electrons, that is, being easily oxidized, is suppressed. It can also be seen that the electron emission capability is still maintained at a high efficiency although the efficiency is slightly lowered by doping the MoO 3 matrix.
Here, “doped” means being contained as an impurity in the crystal lattice.
次に、実施例2について説明する。本実施例では、図1に示したように、実施例1の有機エレクトロルミネッセント素子からホール注入層3をPEDTからMoO3の真空蒸着膜にする以外は、試料101−105と同様にして201−205を作製した。MoO3は抵抗加熱蒸着を用い膜厚を50nmとした。得られた試料を実施例1と同様な評価を行い特に駆動時の電圧上昇についてデータを取得した。
その結果、本発明の試料203−205については電圧上昇は約1Vであり、実施例1の場合の2.5Vおよび3Vに対して大きく改善されたのに対し、比較試料については約7Vと大きな改善は見られなかった。駆動寿命についても同様であった。
Next, Example 2 will be described. In this example, as shown in FIG. 1, the
As a result, the voltage increase was about 1 V for the sample 203-205 of the present invention, which was greatly improved with respect to 2.5 V and 3 V in the case of Example 1, whereas it was as large as about 7 V for the comparative sample. There was no improvement. The same applies to the driving life.
次に、実施例3について説明する。本実施例では、実施例2の有機エレクトロルミネッセント素子の電子注入層の形成方法を変更したものである。また、本実施例では、図3に示すように、ガラス基板1側に陰極6が形成されている点で、積層方向が逆となっている。本実施例ではガラス基板1上に陰極としてITO薄膜を形成したITO基板上に、真空蒸着によりMoO3を50nm蒸着した。他については、実施例1および2と同様である。重複箇所については説明を省略する。
Next, Example 3 will be described. In this example, the method for forming the electron injection layer of the organic electroluminescent element of Example 2 was changed. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the lamination direction is reversed in that the
ここでは、試料301について基板温度を上げることなく真空蒸着によりMoO3を50nm蒸着した。試料302については蒸着装置内の基板温度を50℃に設定し蒸着を開始した。試料303については、基板温度を100℃に設定して蒸着した。同様に試料304においては、MoO3とLi2Oを共蒸着する以外試料301と同様にして作製した。共蒸着のレートはMoO3とLi2O=4:1とした。試料305−306については、基板温度を試料302−303と同様に設定し、MoO3とLi2Oを共蒸着した。 Here, with respect to the sample 301, MoO 3 was deposited by 50 nm by vacuum deposition without increasing the substrate temperature. For sample 302, the substrate temperature in the vapor deposition apparatus was set to 50 ° C., and vapor deposition was started. Sample 303 was deposited with the substrate temperature set at 100 ° C. Similarly, a sample 304 was produced in the same manner as the sample 301 except that MoO 3 and Li 2 O were co-evaporated. The rate of co-evaporation was MoO 3 and Li 2 O = 4: 1. For Samples 305-306, the substrate temperature was set similarly to Samples 302-303, and MoO 3 and Li 2 O were co-evaporated.
このようにして電子注入層5を形成し、得られた蒸着基板に発光材料として、ポリフルオレン骨格の発光材料を65nmスピンコートし180℃にてベークし、発光層3を形成し、この後に陽極2として金(Au)を100nm蒸着した。得られた試料301−306について、ITO薄膜側を陰極6とし、Auを陽極2として電圧を印加した。その結果、基板温度が高いほど発光開始電圧が低く、輝度も高かった。これは、基板温度が高いほどMoO3の荷電子帯の上に欠陥準位が多く形成されたためと考えられる。そしてこの欠陥準位を、ITO薄膜(陰極)から注入された電子が伝って発光層4のLUMOに注入されると考えられる。
In this way, the
上記のように、本発明の電子注入層を用いると、電圧を印加したときに流れる電流値が大幅に増加していることがわかる。これは、MoO3にLi2Oをドープしたことによる効果であることは明らかであり、基板温度を50℃以上とするのが望ましく、さらに望ましくは100℃以上である。基板温度を50℃以上としたとき電流値は室温の場合の4倍以上であった。このように共蒸着に際しては基板温度が高いほどその効果は大きくなることがわかる。 As described above, it can be seen that when the electron injection layer of the present invention is used, the value of the current flowing when a voltage is applied is greatly increased. This is clearly the effect of doping MoO 3 with Li 2 O, and the substrate temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. When the substrate temperature was 50 ° C. or higher, the current value was four times or more that at room temperature. Thus, it can be seen that the effect of co-evaporation increases as the substrate temperature increases.
なお、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、中間層として電子ブロック層、正孔ブロック層など、他の機能層を介在させるようにしてもよい。例えば、前記実施の形態1においては、電荷(正孔)注入層としての酸化モリブデン薄膜3と発光層4との間に高分子材料からなるインターレイヤー(中間層)を形成してもよい。この場合は、上記構成は、透光性のガラス基板1上に形成された酸化インジウム錫(ITO)層からなる陽極2上に、電荷注入層3として酸化モリブデン薄膜、電子ブロッキング機能を有する高分子材料であるインターレーヤ層、発光層4としての高分子材料を順次積層し、この上にさらに、電子注入層5としての不純物含有遷移金属酸化物層5としてバリウム含有酸化モリブデン層を形成すると共にこの上層にアルミニウム層からなる陰極6を順次積層する構造となる。この構成によれば、さらなる特性向上をはかることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, You may make it interpose other functional layers, such as an electron block layer and a hole block layer, as an intermediate | middle layer. For example, in the first embodiment, an interlayer (intermediate layer) made of a polymer material may be formed between the molybdenum oxide
以上の結果から、本発明に記した遷移金属酸化物の電荷注入層を用い、さらにそれよりも仕事関数の小さい金属または金属酸化物をドープした注入層をもちいることにより有機材料のLUMOレベルに効率よく電子が注入されること、また、その注入層を用いたデバイスは封止膜を用いずとも空気中においても安定動作することを見出した。 Based on the above results, the transition metal oxide charge injection layer described in the present invention was used, and the injection layer doped with a metal or metal oxide having a lower work function was used to achieve the LUMO level of the organic material. It has been found that electrons are efficiently injected, and that a device using the injection layer operates stably in the air without using a sealing film.
本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は、有機エレクトロルミネッセント素子において、特に電子注入特性の向上を図るとともに長寿命の有機エレクトロルミネッセント素子を提供することが可能となり、例えばテレビ、ディスプレイの多色発光を必要とするアプリケーションのみならず単色発光を利用する露光デバイス、プリンタ、ファクシミリなどに適用が可能である。 The organic electroluminescent device of the present invention can improve the electron injection characteristics and provide a long-life organic electroluminescent device in the organic electroluminescent device. The present invention can be applied not only to applications that require multicolor light emission, but also to exposure devices, printers, facsimiles, and the like that use single color light emission.
1 ガラス基板
2 陽極
3 ホール注入層
4 発光機能を有した層
5 電子注入層
6 陰極
7 遷移金属酸化物層
100 ガラス基板
112 陽極
113 遷移金属酸化物層
114 発光層
115 不純物含有酸化モリブデン層
116 陰極
117 画素規制部
118 隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記機能層は少なくとも1種類の有機半導体からなる発光機能を有した層と、前記陰極と前記発光機能を有した層との間に、アルカリ土類金属またはアルカリ金属および/またはそれらの酸化物、ハロゲン化物から選ばれる少なくとも1種類の化合物を含む、少なくとも1種類の遷移金属酸化物からなる不純物含有遷移金属酸化物層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 An anode and a cathode, and a plurality of functional layers formed between the anode and the cathode,
The functional layer is composed of at least one organic semiconductor layer having a light emitting function, and between the cathode and the layer having the light emitting function, an alkaline earth metal or an alkali metal and / or an oxide thereof, An organic electroluminescent device comprising an impurity-containing transition metal oxide layer comprising at least one transition metal oxide containing at least one compound selected from halides.
前記不純物含有遷移金属酸化物層が、モリブデン酸化物にバリウムまたは酸化バリウムをドープした層である有機エレクトロルミネッセント素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1,
The organic electroluminescent device, wherein the impurity-containing transition metal oxide layer is a layer in which molybdenum oxide is doped with barium or barium oxide.
前記モリブデン酸化物は、MoO3で表されるモリブデン酸化物に対して、MoOY(Y<3)で表されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 The organic electroluminescent device according to claim 2,
The organic electroluminescent element, wherein the molybdenum oxide is represented by MoO Y (Y <3) with respect to the molybdenum oxide represented by MoO 3 .
前記不純物含有遷移金属酸化物層は、前記発光機能を有した層との間に遷移金属酸化物層を介して形成された有機エレクトロルミネッセント素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1,
The said impurity containing transition metal oxide layer is an organic electroluminescent element formed through the transition metal oxide layer between the layers which have the said light emission function.
前記不純物含有遷移金属酸化物を構成する遷移金属酸化物は、化学量論比MxOyで表される遷移金属酸化物に対して、MxOY(Y<y、M:遷移金属)で表される遷移金属酸化物であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1,
The transition metal oxide constituting the impurity-containing transition metal oxide is M x O Y (Y <y, M: transition metal) with respect to the transition metal oxide represented by the stoichiometric ratio M x O y. The organic electroluminescent element characterized by being a transition metal oxide represented by these.
Priority Applications (1)
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