JP2003347060A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機発光層への電子注入性能を向上させて、
発光効率を高めることができる有機電界発光素子を提供
する。 【解決手段】 陽極１と陰極２の間に、有機発光層３と
電子輸送層４を、電子輸送層４が陰極２の側に配置され
るように設けた有機電界発光素子に関する。電子輸送層
４を電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合
物とセシウムとから形成する。セシウムは仕事関数が低
く、陰極から電子を電子輸送層に容易に注入することが
できると共に、電子輸送層を形成する有機化合物は電子
移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上であって、効率良く
電子を輸送することができ、有機発光層への電子注入性
能を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明光源など
に用いられる有機電界発光素子に関するものであり、詳
しくは、陽極と陰極の間に有機発光層と電子輸送層を設
けた有機電界発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネルディスプレイ、液晶表示
機用バックライト、照明光源などに用いられる発光体と
して、フラットパネルディスプレイの薄型化、液晶表示
機を備える電子機器の小型化や薄型化、あるいは照明器
具の形状の自由化などのために、薄く、軽量であり、か
つ高効率であるものが近年ますます要求されるようにな
っている。そしてこのような要求に応じることができる
ものとして、有機電界発光素子（有機エレクトロルミネ
ッセンス素子）が注目されている。

【０００３】有機電界発光素子が低電圧で発光すること
は、イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらに
より、電極間に二層の薄膜を積層した構成の素子におい
て初めて示された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，
５１，１２，９１３（１９８７））。そしてこれ以降、
有機電界発光素子は、電池などの１０Ｖ程度の低電圧で
１００〜１０００００ｃｄ／ｍ^２程度の高輝度の発光が
可能なこと、蛍光物質を構成する材料の組み合せで多数
の色を発光させることが可能なこと、非常に薄い面発光
体として使用可能なこと、などから産業界で注目され、
素子構成に改良を加えた種々の薄膜構成の有機電界発光
素子が検討されている。

【０００４】ここで、有機電界発光素子の基本的な素子
構成は、陽極／有機発光層／陰極であるが、その他、陽
極／ホール輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極の構
成、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／有機発光層／
電子輸送層／陰極の構成、陽極／ホール注入層／有機発
光層／電子輸送層／電子注入層／陰極の構成、陽極／ホ
ール注入層／有機発光層／電子注入層／陰極の構成な
ど、種々の構成のものが挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そして、有機電界発光
素子の発光効率を向上させることを目的として、上記の
各層を最適化することの検討が従来から種々行なわれて
いる。この検討の中で、有機電界発光素子において発光
効率が悪い原因の一つとして、陰極側から有機発光層へ
の電子注入能力が低いということが挙げられている。つ
まり、有機発光層への電子の注入量がホールの注入量よ
り少なく、再結合領域でのホールと電子のバランスが最
適でないことが問題になるのであり、有機発光層への電
子の注入性能を向上させることが発光効率を高めること
の一つの手段である。

【０００６】そこで、特開平７−２６８３１７号公報で
は、陰極に隣接する部位に有機物と金属との共蒸着層を
設けることによって、有機発光層への電子注入性を向上
させる試みがなされている。しかし、このものにあっ
て、有機物と共蒸着する金属としてリチウム、ナトリウ
ム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどが挙げら
れているが、これらの金属は仕事関数が大きいため、発
光効率を高める効果を十分に得ることができないもので
あった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、有機発光層への電子注入性能を向上させて、発光
効率を高めることができる有機電界発光素子を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
有機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、有機発光層と
電子輸送層を、電子輸送層が陰極の側に配置されるよう
に設けた有機電界発光素子において、電子輸送層を電子
移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合物とセシ
ウムとから形成して成ることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合
物として、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及
びこれらの誘導体、ＴＰＢｉ、シロール化合物、トリア
ゾール化合物から選ばれるものを用いて成ることを特徴
とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１１】本発明に係る有機電界発光素子は、陽極１
と陰極２の間に有機発光層３と電子輸送層４とを備えた
ものである。そして図１は有機電界発光素子の一例を示
すものであり、基板１０の表面上に透明導電膜などから
なる陽極１を積層し、陽極１の表面上にホール輸送層１
１を介して有機発光層３を積層すると共に、さらにこの
有機発光層３の上に電子輸送層４を介して陰極２が積層
してある。これを基本構成として有機電界発光素子、す
なわち有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素
子）を形成することができるものであり、陽極１に正電
圧を、陰極２に負電圧を印加すると、電子輸送層４を介
して有機発光層３に注入された電子と、ホール輸送層１
１を介して有機発光層３に注入されたホールとが、有機
発光層３内、又は有機発光層３とホール輸送層１１の界
面等にて再結合して発光が起こるものである。ここで、
有機発光層３を複数層に形成することによって、任意の
色調において発光効率の高い有機電界発光素子を得るこ
とができ、特に白色など、単一の発光性有機材料からな
る単一層の有機発光層３では実現が難しい発光色を容易
に、かつ必要に応じて任意に得ることが可能になるもの
である。

【００１２】ここで本発明では、上記の電子輸送層４を
電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合物と
セシウム（Ｃｓ）とから形成するようにしてある。セシ
ウムはイオン化エネルギーが比較的小さく、仕事関数が
低い。このため、陰極２から電子を電子輸送層４に容易
に注入することができるものであり、しかも電子輸送層
４を形成する有機化合物は電子移動度が１０^−５ｃｍ^２
／Ｖｓ以上であって、電子輸送層４から効率良く電子を
有機発光層３に送ることができるものであり、電子注入
性に優れた素子を作製することができるものである。こ
の結果、有機発光層３へのホールの注入量と電子の注入
量のバランスを良好なものにして、有機発光層３を効率
良く発光させることができるものであり、初期発光特性
に優れた有機電界発光素子を得ることができるものであ
る。電子輸送層４を形成する有機化合物の電子移動度は
高いほど好ましく、上限値は特に設定されないが、１０
^２ｃｍ^２／Ｖｓ程度が入手の可能性などのうえから実質
上の上限である。有機化合物とセシウムの比率は、モル
比で、１：２０〜２０：１の範囲が好ましく、より好ま
しくは１：３〜３：１である。

【００１３】電子輸送層４を形成する電子移動度が１０
^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合物としては、特に限定
されるものではないが、バソクプロイン、バソフェナン
トロリン、及びこれらの誘導体、ＴＰＢｉ（２，２′，
２″−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−
フェニル−１Ｈ−ベンツイミダゾール］）、シロール化
合物、トリアゾール化合物などから選ばれるものを用い
ることができるものであり、効率良く有機発光層３に電
子を輸送する効果を高く得ることができるものである。
これらは一種を単独で用いる他、複数種を併用すること
もできる。

【００１４】有機電界発光素子を構成する他の部材、例
えば、積層された素子を保持する基板１０、陽極１、陰
極２、有機発光層３、ホール輸送層１１等には、従来か
ら使用されている公知のものを適宜使用することができ
る。

【００１５】上記の基板１０としては、有機発光層３で
発光された光が基板１０を通して出射されるものである
場合には、光透過性を有するものが使用されるが、無色
透明のものの他に、多少着色されているものや、スリガ
ラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガ
ラス、無アルカリガラスなどの透明ガラス板、ポリエス
テル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ樹脂、フ
ッ素系樹脂などの樹脂から任意の方法で作製されたプラ
スチックフィルムやプラスチック板などを用いることが
できる。またさらに、基板１０内に基板１０の母材と屈
折率の異なる粒子、粉体、泡等を含有することによっ
て、光拡散効果を有するものを使用することも可能であ
る。さらに基板１０には公知の光散乱層、マイクロレン
ズ、プリズム等を配置して設けてもよい。

【００１６】上記の陽極１は有機発光層３にホールを注
入するための電極であり、この陽極１としては、仕事関
数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこ
れらの混合物からなる電極材料を用いるのが好ましく、
特に仕事関数が４ｅＶ以上の電極材料を用いるのが好ま
しい。このような電極材料としては、具体的には、金な
どの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸
化物）等の導電性透明材料があげられる。例えばこれら
の電極材料を基板１０の上に真空蒸着法やスパッタリン
グ法等の方法で成膜することによって、陽極１を薄膜と
して作製することができる。有機発光層３における発光
を陽極１を透過させて基板１０から外部に照射する場合
には、陽極１の光透過率を７０％以上にすることが好ま
しい。また、陽極１のシート抵抗は数百Ω／□以下であ
ることが好ましく、特に１００Ω／□以下であることが
好ましい。さらに陽極１の膜厚は、陽極１の光透過率、
シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材
料により異なるが、通常５００ｎｍ以下に設定するのが
好ましく、より好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲であ
る。

【００１７】上記の陰極２は、有機発光層３に電子を注
入するための電極であり、この陰極２としては、仕事関
数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの
混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事
関数が５ｅＶ以下の電極材料を用いるのが好ましい。こ
のような電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金
属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土
類金属等や、これらと他の金属との合金などを用いるこ
とができるものであり、例えばナトリウム、ナトリウム
−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウ
ム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アル
ミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などを例
として挙げることができる。これらの他にアルミニウ
ム、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物なども使用可能である。ま
たアルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化
物、あるいは金属酸化物を下地として用い、上記の仕事
関数が５ｅＶ以下である材料（あるいはこれらを含有す
る合金）を１層以上積層して陰極２を作製することもで
きる。例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金
属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、Ａ
ｌ_２Ｏ_３／Ａｌの積層などを例として挙げることができ
る。またＩＴＯ、ＩＺＯなどに代表される透明電極で陰
極２を作製し、有機発光層３で発光した光を陰極２の側
から取り出す構成に形成するようにしてもよい。

【００１８】陰極２は、例えば上記の電極材料を、真空
蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成
することによって作製することができる。また、有機発
光層３における発光を陽極１を透過させて外部に照射す
る場合には、陰極２の光透過率を１０％以下にすること
が好ましく、逆に有機発光層３における発光を陰極２を
透過させて外部に照射する場合には、陰極２の光透過率
を７０％以上にすることが好ましい。ここで、陰極２の
膜厚は、陰極２の光透過率等の特性を上記のように制御
するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下
に設定するのが好ましく、好ましくは１００〜２００ｎ
ｍの範囲とするのがよい。また陰極２を金属の蒸着で形
成する際に、蒸発源からの輻射熱の影響を抑えるために
は、さらに薄い５０〜１００ｎｍの範囲とするのがよ
く、蒸着速度を速くした場合にはこの厚みより厚くても
かまわない。さらにより好ましくは厚みを２５〜５０ｎ
ｍの範囲とするのがよい。なぜならば、発光面積が大き
くなると、短絡による発光停止という問題が生じ易くな
るが、陰極２の金属の膜厚を薄くすることによって短絡
部分の陰極２の金属が短絡時の刺激により取り除かれ、
その部分のみが光らなくなるオープンモードとなり、発
光部分全体の発光停止という不良を少なくすることがで
きるのである。さらに、陰極２の上にＡｌ等の金属をス
パッタで積層したり、フッ素系化合物、フッ素系高分
子、その他の有機分子など高分子を、蒸着、スパッタ、
ＣＶＤ、プラズマ重合、塗布した後に紫外線硬化させる
方法、熱硬化、その他の方法で形成することも可能であ
る。

【００１９】上記のホール輸送層１１を構成する材料と
しては、ホールを輸送する能力を有し、陽極１からのホ
ール注入効果を有するとともに、有機発光層３や発光性
有機化合物に対して優れたホール注入効果を有し、さら
に電子のホール輸送層１１への移動を防止し、かつ薄膜
形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体的
にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、
ポルフィリン誘導体、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）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−
フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香
族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、
トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベ
ン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾー
ル、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，
４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニ
ルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、
及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレ
ンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高
分子など、高分子材料が挙げられるが、これらに限定さ
れるものではない。

【００２０】上記の有機発光層３は、ホスト有機化合物
に発光性有機化合物（蛍光物質）を分散してドープされ
た有機材料よりなるものである。有機発光層３を構成す
るホスト有機化合物としては、電子輸送性の材料、ホー
ル輸送性の材料のいずれとも使用することができるもの
であり、既述のホール輸送層１１を構成するホール輸送
材料や、電子輸送層４を構成する電子輸送材料を用いる
ことができる。

【００２１】有機発光層３に用いる発光性有機化合物と
しては、公知の任意のものを挙げることができる。例え
ば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、
コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレ
ン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエ
ン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリ
ン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属
錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニ
ウム錯体、トリス（４-メチル−８−キノリナート）ア
ルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナ
ート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベ
ンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４
−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエ
ニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレ
ン、ジスチルベンゼン誘導体、ジスチルアリーレン（Ｄ
ＳＡ）誘導体、及びこれらの発光性有機化合物を分子内
に有するものであるが、これに限定されるものではな
い。またこれらの化合物に代表される蛍光色素由来の化
合物のみならず、三重項状態からの燐光発光が可能な材
料およびこれらからなる基を分子内の一部分に有する化
合物も好適に用いることができる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００２３】（実施例１）基板１０として、厚み０．７
ｍｍの透明ガラス板を用い、この基板１０の一方の表面
に、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）をスパッタして
シート抵抗７Ω／□の透明電極からなる陽極１を形成し
た。そしてこれをアセトン、純水、イソプロピルアルコ
ールで１５分間超音波洗浄した後、乾燥させた。

【００２４】次に、この基板１０を真空蒸着装置にセッ
トし、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^−４Ｐ
ａ）の減圧下、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ
−フェニル−アミノ］ビフェニル（株式会社同仁化学研
究所製：以下α−ＮＰＤと略す）を１〜２Å／ｓの蒸着
速度で３００Å厚に蒸着し、陽極１の上にホール輸送層
１１を形成した。

【００２５】次に、ホール輸送層１１の上に、α−ＮＰ
Ｄに発光性有機化合物としてルブレン（アクロス社製：
化学式１）を１質量％ドープした黄色発光層を１００Å
厚で蒸着し、さらにこの上に、ジスチリルビフェニル誘
導体（出光興産社製「ＤＰＶＢｉ」：化学式２）に、発
光性有機化合物として末端にカルバゾリル基を有するＤ
ＳＡ誘導体（出光興産社製「ＢＣｚＶＢｉ」：化学式
３）を１２質量％ドープした青色発光層を５００Å厚で
蒸着し、黄色発光層と青色発光層からなる有機発光層３
を形成した。

【００２６】

【化１】

【００２７】次に、有機発光層３の上に、バソクプロイ
ン（株式会社同仁化学研究所製：電子移動度１０^−４ｃ
ｍ^２／Ｖｓ）とＣｓをモル比１：１で共蒸着して膜厚１
００Åの電子輸送層４を形成した。そして最後に、電子
輸送層４の上にＡｌを１０Å／ｓの蒸着速度で１５００
Åの厚みに蒸着して陰極２を形成した。

【００２８】この後、これらの各層を蒸着して形成した
基板１０を露点−７６℃以下のドライ窒素雰囲気のグロ
ーブボックスに大気に曝露することなく搬送した。一
方、通気性を有する袋に吸水剤として酸化バリウムの粉
末を入れてこれをガラス製の封止板に粘着剤で貼り付け
ると共に封止板の外周部に紫外線硬化樹脂製のシール剤
を塗布したものを予め用意した。そしてグローブボック
ス内において基板１０に封止板をシール剤で貼り合わ
せ、ＵＶ照射してシール剤を硬化させることによって封
止板で各層を封止した有機電界発光素子を得た。

【００２９】（実施例２）バソクプロインの代りに、バ
ソフェナントロリン（株式会社同仁化学研究所製：電子
移動度１０^−４ｃｍ^２／Ｖｓ）を用い、バソフェナント
ロリンとＣｓをモル比１：１で共蒸着して膜厚１００Å
の電子輸送層４を形成するようにした他は、実施例１と
同様にして有機電界発光素子を得た。

【００３０】（比較例１）バソクプロインの代りに、ト
リス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体
（株式会社同仁化学研究所製：電子移動度１０^−６ｃｍ
^２／Ｖｓ）を用い、トリス（８−ヒドロキシキノリナー
ト）アルミニウム錯体とＣｓをモル比１：１で共蒸着し
て膜厚１００Åの電子輸送層４を形成するようにした他
は、実施例１と同様にして有機電界発光素子を得た。

【００３１】（比較例２）バソクプロイン（株式会社同
仁化学研究所製：電子移動度１０^−４ｃｍ^２／Ｖｓ）と
Ｎａをモル比１：１で共蒸着して膜厚１００Åの電子輸
送層４を形成するようにした他は、実施例１と同様にし
て有機電界発光素子を得た。

【００３２】上記のようにして実施例１〜２及び比較例
１〜２で得た有機電界発光素子を電源（東陽テクニカ社
製「ＫＥＩＴＨＬＥＹ２３６モデル」）に接続し、発光
輝度を輝度計（ミノルタ社製「ＬＳ−１１０」）で測定
した。その結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る有
機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、有機発光層と電
子輸送層を、電子輸送層が陰極の側に配置されるように
設けた有機電界発光素子において、電子輸送層を電子移
動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合物とセシウ
ムとから形成するようにしたので、セシウムは仕事関数
が低く、陰極から電子を電子輸送層に容易に注入するこ
とができると共に、電子輸送層を形成する有機化合物は
電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上であって、効率
良く電子を輸送することができるものであり、有機発光
層への電子注入性能を向上させて、有機発光層へのホー
ルの注入量と電子の注入量のバランスを良好なものにす
ることができ、有機発光層の発光効率を高めることがで
きるものである。

【００３５】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合
物として、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及
びこれらの誘導体、ＴＰＢｉ、シロール化合物、トリア
ゾール化合物から選ばれるものを用いるようにしたの
で、効率良く有機発光層に電子を輸送する効果を高く得
ることができ、有機発光層の発光効率を高めることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 陽極 ２ 陰極 ３ 有機発光層 ４ 電子輸送層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城戸 淳二 山形県米沢市中央２丁目６番６号 サンロ ード米沢中央408 (72)発明者 椿 健治 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 近藤 行廣 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 岸上 泰久 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 井出 伸弘 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 横川 弘 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB03 DB03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極と陰極の間に、有機発光層と電子輸
   送層を、電子輸送層が陰極の側に配置されるように設け
   た有機電界発光素子において、電子輸送層を電子移動度
   が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上の有機化合物とセシウムと
   から形成して成ることを特徴とする有機電界発光素子。
2. 【請求項２】 電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上
   の有機化合物として、バソクプロイン、バソフェナント
   ロリン、及びこれらの誘導体、ＴＰＢｉ、シロール化合
   物、トリアゾール化合物から選ばれるものを用いて成る
   ことを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。