JP5388375B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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この構成によれば、両極性伝導性金属酸化物によって中間層が形成されることによって、中間層とそれに接する発光機能を有する層(有機層)との電気的な接続状態を向上させることができ、あるいは、中間層内での電荷分離をより効率よく行うことができ、全体として発光層間に配する層をより少ない状態で駆動電圧を低減できるとともに、かつ安定した特性を示すことのできる有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
この構成によれば、導電性有機材料が多数のキャリアを有するため、キャリア輸送性に優れる、電荷分離能に優れる、導電率が高く抵抗が小さい、隣接する有機層に良好にキャリア注入を行うことができる等の優れた点を有し、中間層とそれに接する有機層との電気的な接続状態を向上させることができるとともに、導電性有機材料がキャリアの輸送を促進するとともに電荷分離を効率的に行うことができ、低電圧駆動でかつ特性の安定した有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することが可能となる。
この構成によれば、中間層を、電気的特性が異なる少なくとも2層の両極性伝導性金属酸化物の積層膜で構成することにより、陽極側にある層を、他の一層よりも電子輸送性・電子注入性に優れたものとし、陰極側にある層を、他の一層よりもホール輸送性・ホール注入性に優れたものとすることが可能となり、中間層とそれに接する有機層との電気的な接続状態を向上させることができ、また、2層がそれぞれホールおよび電子の輸送に寄与するとともに、これらの層の界面でホールと電子の授受が可能となるために電荷分離能を高く得ることが可能となって、中間層内での電荷分離をより効率よく行うことができ、特性および安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
この構成によれば、中間層を、電気的特性が異なる少なくとも異なる2つの両極性伝導性金属酸化物の混合層で構成することにより、材料の界面でホールと電子の授受が可能となって、電荷分離能を高く得ることができ、中間層とそれに接する有機層との電気的な接続状態を向上させることができるとともに、2つの両極性伝導性金属酸化物がそれぞれホールおよび電子の輸送に寄与することで、中間層内での電荷分離をより効率よく行うことができ、特性および安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
この構成によれば、安定して所望の混合比の混合層を得ることができる。また、蒸着によって成膜する場合、下地表面の荒れを低減することができるため、界面状態を良好に維持することができ、電気的にも光学的にも損失を最小限に抑えることができる。
この発明によれば、互いに異なる元素がそれぞれホールおよび電子の輸送に寄与することで、中間層内での電荷分離をより効率よく行うことができ、特性および安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
この発明によれば、互いに同一元素で組成比が異なる両極性伝導性金属酸化物がそれぞれホールおよび電子の輸送に寄与することで、中間層内での電荷分離をより効率よく行うことができ、特性および安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
この構成によれば、中間層とそれに接する有機層との電気的な接続状態をより向上させることができるとともに、界面の安定性を向上させることができ、より特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることが可能となる。
図1は本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示すものであり、陽極1となる電極と陰極2となる電極の間に複数の発光層4a,4bを、隣接する発光層4a,4bの間に透光性の中間層3を介在させた状態で積層し、これを透光性な基板5の表面に積層したものであり、陽極1は透光性の電極として、陰極2は光反射性の電極として形成している。図1の実施の形態では、発光層4は発光層4a,4bの2層の積層構成に形成しているが、中間層3を介してさらに多層に積層した積層構成であってもよい。発光層4の積層数の範囲は特に限定されるものではないが、層数が増大すると光学的及び電気的な素子設計の難易度が増大するので、5層程度が上限である。尚、図1において、発光層4a,4bと陽極1や陰極2の間にホール注入層やホール輸送層、電子輸送層や電子注入層を配してもよいが、これらの図示は省略する。図2(a)および(b)は、有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略平面図およびA−A断面図である。
まずその実施の形態1は、中間層3が図3に示すように両極性伝導性金属酸化物層3MOと金属層3Mとの積層構造を有して構成されるものである。なおこの金属層3Mは金属酸化物層であってもよい。
次に、実施の形態2は、中間層3が図4に示すように両極性伝導性金属酸化物層3MOと導電性有機材料層3Oとの積層構造を有して構成されるものである。
次に、実施の形態3は、中間層3が図5に示すように2つの異なる両極性伝導性金属酸化物3MOa、3MObの各層の積層構造を有して構成されるものである。
次に、実施の形態4は、中間層3が図6に示すように2つの両極性伝導性金属酸化物MOa、MObとの混合層で構成されるものである。この混合層2の形態の一例を図6(a)乃至(c)にそれぞれ示す。図6(a)および(b)に示すように、混合形態としては、粒子状の異なる両極性伝導性金属酸化物3MOa、3MObが島状に混合されて(図6(a))積層方向に垂直な方向に各物質が規則的に配列され(図6(b))ていてもよいし、また図6(c)に示すように、不定形の両極性伝導性金属酸化物3MOa、3MObが島状に混合されていてもよい。
まず、ここで両極性伝導性金属酸化物とは、成膜条件あるいは混合物によって、キャリア輸送能が変化する化合物を意味し、一般的に用いられる用語で両性金属として知られるアルミ等の酸化物のみを意味するものではない。両極性伝導性金属酸化物を中間層3の成分とすることによって、中間層3はホールおよび電子の両キャリアを輸送可能となり、中間層3を介して複数の発光層が電気的に接続されることが可能となる。結果として、本発明のような発光層を複数備える素子の駆動電圧を低減させることが可能となる。
O2、InGaO3(ZnO)x、NiO、ZnORh2O3などが挙げられる。これらの金属からなる両極性伝導性金属酸化物を中間層3の構成成分とすることによって、中間層3とそれに隣接する層との電気的なあるいは形態的な安定性を高めることが可能である。
金属または金属酸化物からなる層3Mを両極性伝導性金属酸化物3MOと積層することにより、中間層とそれに接する有機層との電気的な接続状態を向上させることができるが、両極性伝導性金属酸化物層3MOの陽極側に積層する場合には、隣接する有機層に効率よく電子を注入できる金属もしくは金属酸化物からなる層3Mを積層することが好ましく、また両極性伝導性金属酸化物層3MOの陰極側に積層する場合には、隣接する有機層に効率よくホールを注入できる金属もしくは金属酸化物からなる層3Mを積層することが好ましい。また、前記金属が含まれるインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物なども好適に用いることができる。効率よくホールを注入できる金属もしくは金属酸化物とは、たとえば5eV以上のものであり、たとえば、金や白金、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、インジウム酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などなどが挙げられる。
また、混合物の量や種類が異なる混合成膜両極性伝導性金属酸化物は、蒸着法、スパッタ法、塗布法などで容易に形成することができることから、取り扱いが容易でかつ下地へのダメージが少ないという特徴がある。
(従来例1)
厚み110nmのITOが陽極1として図2(a)のパターンのように成膜された0.7mm厚のガラス基板5を用意した。ITOの幅は、5mmである。陽極を形成するITOのシート抵抗は、約12Ω/□である。これを洗剤、イオン交換水、アセトンで各10分間超音波洗浄をした後、IPA(イソプロピルアルコール)で蒸気洗浄して乾燥し、さらにUV/O3処理した。次に、この基板を真空蒸着装置にセットし、1×10-4Pa以下の減圧雰囲気下で、ITOの上にホール注入層として、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)と酸化モリブデン(MoO3)の共蒸着体(モル比1:1)を30nmの膜厚で蒸着した。次にこの上にホール輸送層として、α−NPDを40nmの膜厚で蒸着した。次いで、ホール輸送層の上に、発光層としてAlq3にルブレンを7質量%共蒸着した層を40nmの膜厚で形成した。次にこの上に電子輸送層としてAlq3を単独で30nm成膜した。続いて、LiFを0.5nm成膜した。これらの膜の成膜パターンは図2(a)の4aの通りである。この後、図2(a)のパターンで陰極2となるアルミニウムを0.4nm/sの蒸着速度で5mm幅、100nm厚に蒸着し、発光層が1層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。尚、有機エレクトロルミネッセンス素子の形状は図2(a)および図2(b)に示すとおりである(図2(a)および図2(b)において有機膜4a、4bはホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層などからなる。なお、中間層3および有機膜4bは、下記実施例および比較例のみに存在し、従来例1、2には用いていない)。
ホール注入層を酸化モリブデン10nm、ホール輸送層をα−NPD 60nmとしたこと以外は従来例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
上記従来例と同等のITO陽極付きの基板を用い、従来例と同様にして、α−NPDとMoO3の共蒸着体を30nmの膜厚で蒸着してホール注入層を形成し、さらにα−NPDを40nmの膜厚で蒸着してホール輸送層を形成した。次いで、ホール輸送層の上に、発光層としてAlq3にルブレンを7質量%共蒸着した層を40nmの膜厚で形成した。次にこの上に電子輸送層としてAlq3を単独で30nm成膜した。次いで中間層を、AlとLiとのモル比1:2の合金を5nm厚に蒸着し、続いて酸化タンタルを10nmの膜厚にスパッタで形成した。
中間層を、MoO3とLi(仕事関数2.9eV)をモル比1:0.25の割合で5nm厚に蒸着し、続いてWO3を20nm厚に蒸着することによって形成した。これ以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
1層目の有機層に関し、ホール注入層を酸化モリブデン10nm、ホール輸送層をα−NPD 60nmとした。また、電子輸送層と中間層との間に、Alq3とLiとの共蒸着膜を10nm厚に蒸着した。中間層としては、10nm厚のMoO3をスパッタで成膜し、さらに10nm厚のMoO3を蒸着で成膜したものを形成した。2層目の有機層に関し、ホール注入層は設けず、ホール輸送層をα−NPD 60nmとした。これ以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層として、0.5nmのLiを蒸着で、10nm厚のMoO3をスパッタで成膜し、次いで1nmのAlおよび10nm厚のMoO3を蒸着で成膜したものを形成した。これ以外は実施例3と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、1nm厚のLi、20nm厚のZnO、3nm厚のV2O5蒸着膜としたこと以外は実施例3と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、ZnOとLiのモル比1:0.1の共蒸着膜5nm、ZnOの膜10nm、MoO3の蒸着膜5nmとして形成したこと以外は実施例3と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、CuInO2とナトリウムとの共蒸着層10nm、MoO3とZnOの共スパッタ膜10nmとしたこと以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、Alq3とLiのとの共蒸着膜5nm、ZnOのスパッタ膜15nm、金1nmとしたこと以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、Alq3とLiとの共蒸着層10nm、MoO3とα-NPDの共蒸着層10nmの積層体として形成したこと以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、MoO3とLiとNPDの共蒸着層20nmとしたこと以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層を、ZnO単独層としてスパッタで20nmに形成したこと以外は実施例1と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
中間層であるMoO3を10nmすべてスパッタで形成したこと以外は実施例3と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
以上の結果から、本発明の中間層構成を持つように構成することで、駆動電圧の低減を図ることが可能となることがわかった。
2 陰極
3 中間層
4a,4b 発光層
5 基板
Claims (2)
- 陽極と陰極の間に、中間層を介して積層された複数の発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記中間層が、電気的特性が異なる少なくとも2層の両極性伝導性金属酸化物の積層膜を含んで形成され、
前記両極性伝導性金属酸化物がバナジウム、モリブデン、レニウム、タングステン、ニッケル、亜鉛、銅、インジウム、ストロンチウム、スズ、ニオブ、タンタルから選ばれる金属の酸化物からなり、
少なくとも2層の前記積層膜において、前記両極性伝導性金属酸化物は、互いに同一元素で組成比が異なるものであることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記両極性伝導性金属酸化物がZnO、CuInO 2 、SrCu 2 O 2 、MoO 3 、V 2 O 5 、Ta 2 O 5 、CuYO 2 、CuAlO 2 、CuGaO 2 、AgInO 2 、InGaO 3 (ZnO) x 、NiO、ZnORh 2 O 3 から選定される有機エレクトロルミネッセンス素子。
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