JP2003257672A - 有機el素子 - Google Patents

有機el素子

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JP2003257672A
JP2003257672A JP2002053080A JP2002053080A JP2003257672A JP 2003257672 A JP2003257672 A JP 2003257672A JP 2002053080 A JP2002053080 A JP 2002053080A JP 2002053080 A JP2002053080 A JP 2002053080A JP 2003257672 A JP2003257672 A JP 2003257672A
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organic
layer
electron transport
transport layer
amorphous
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JP2002053080A
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Tsuyoshi Tsujioka
強 辻岡
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アモルファス性の有機材料のみからなる有機E
L素子に比べて、大幅に寿命を向上させることが可能な
有機EL素子を提供する。 【解決手段】この有機EL素子は、ガラス基板1上に形
成された2層型陰極2と、2層型陰極2上に形成された
ペンタセン多結晶からなる電子輸送層3と、電子輸送層
3上に形成された透明陽極7とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、有機EL素子に
関し、特に、基板上に電極と有機層とが形成される有機
EL素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、情報機器の多様化に伴い、従来か
ら一般に使用されているCRTに比べて消費電力の少な
い平面表示画素として有機エレクトロルミネッセンス素
子(以下、有機EL素子という)を用いたディスプレイ
が期待されている。この有機EL素子は、電子注入電極
とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光
層の内部へと注入することによって、電子およびホール
を発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にする。
そして、この有機分子が励起状態から基底状態へと戻る
ときに蛍光を発光する。この有機EL素子では、電子輸
送層、ホール輸送層および発光層となる有機材料をそれ
ぞれ順次積層して多層構造とすることにより発光効率の
高効率化が図られている。
【0003】また、従来では、有機EL素子の長寿命化
や耐熱性などの信頼性を向上するためには、電子輸送
層、ホール輸送層および発光層などの有機材料からなる
各層自身が、結晶化しにくい安定なアモルファス性を有
することが必要であると考えられていた。このため、従
来では、有機材料の結晶化を抑制するために、有機材料
自身のガラス転移点を高温化するための研究などが活発
に行われている。たとえば、特開平9−188756号
公報、特開平10−270167号公報、特願平11−
129544号公報、特開2000−311784号公
報、特開2000−311786号公報、特開2000
−344691号公報および特開2001−16787
7号公報には、結晶化しにくい有機材料や素子の製造プ
ロセスなどが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら一般的に使用されているアモルファス性の有機材料で
は、分子間または原子間に隙間が生じるので不純物が動
きやすい。このため、電極と有機層との界面におけるキ
ャリアの注入が不安定になると考えられるので、キャリ
ア注入を均一化するのが困難になると考えられる。その
結果、アモルファス性の有機材料のみからなる従来の有
機EL素子では、寿命を向上させることが困難であると
いう問題点があった。
【0005】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の1つの目的は、
アモルファス性の有機材料のみからなる有機EL素子に
比べて、大幅に寿命を向上させることが可能な有機EL
素子を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、鋭意検討した結果、本願発明者は、結晶性の有機層
を用いることによって、大幅に寿命を向上させることが
できることを見出した。
【0007】すなわち、この発明の一の局面による有機
EL素子は、基板上に形成された第1電極と、第1電極
上に形成された結晶性の第1有機層と、第1有機層上に
形成された第2電極とを備えている。
【0008】この一の局面による有機EL素子では、上
記のように、第1電極上に結晶性の第1有機層を設ける
ことによって、アモルファス層からなる第1有機層を設
ける場合に比べて、キャリア注入が均一化されると考え
られるので、大幅に寿命を向上させることができる。な
お、この効果は、実験により確認済みである。
【0009】上記一の局面による有機EL素子におい
て、好ましくは、結晶性の第1有機層は、第1電極に接
触するように形成されている。このように構成すれば、
キャリアの流れが不均一になりやすい第1電極(無機材
料)と第1有機層(有機材料)との界面において、キャ
リア注入を均一化することができると考えられるので、
より寿命を向上させることができる。
【0010】上記の有機EL素子において、好ましく
は、結晶性の第1有機層は、電子輸送機能を有する層を
含む。このように構成すれば、電子輸送機能を有する結
晶性の第1有機層によって電子注入の均一化を図ること
ができると考えられるので、より寿命を向上させること
ができる。この場合、結晶性の第1有機層は、縮合多環
芳香族からなる層を含むのが好ましい。このように構成
すれば、容易に、第1有機層に電子輸送機能を持たせる
ことができる。
【0011】上記の有機EL素子において、結晶性の第
1有機層と、第1電極または第2電極との間に形成され
たアモルファス性の第2有機層をさらに備える。このよ
うに構成すれば、結晶性の第1有機層上に、従来の製造
プロセスを用いて容易にアモルファス性の第2有機層を
形成することができるので、容易に多層構造の有機層を
含む有機EL素子を形成することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0013】(実施例)図1は、本発明の実施例により
作製した有機EL素子の構造を示した断面図である。図
2は、図1に示した実施例による有機EL素子の結晶性
の電子輸送層を構成するペンタセンの分子構造を示した
図である。図3は、図1に示した実施例による有機EL
素子のアモルファス性の電子輸送層を構成するAlq3
の分子構造を示した図である。図4は、図1に示した実
施例による有機EL素子の発光層を構成するNPBの分
子構造を示した図である。図5は、図1に示した実施例
による有機EL素子の発光層に含まれるルブレンの分子
構造を示した図である。図6は、図1に示した実施例に
よる有機EL素子のホール注入層を構成する1−TNA
TAの分子構造を示した図である。
【0014】まず、図1〜図6を参照して、実施例で作
製した有機EL素子の構造を説明する。実施例による有
機EL素子では、図1に示すように、ガラス基板1上
に、200nmの膜厚を有するAuからなる下層と、1
0nmの膜厚を有するSiAlLi合金(Al:45w
t%、Li:5wt%)からなる上層とにより構成され
た2層型陰極2が形成されている。なお、ガラス基板1
は、本発明の「基板」の一例であり、2層型陰極2は、
本発明の「第1電極」の一例である。
【0015】ここで、本実施例では、2層型陰極2上
に、5nmの膜厚の良好な結晶性を有するペンタセン多
結晶からなる電子輸送層3が形成されている。なお、電
子輸送層3は、本発明の「結晶性を有する第1有機層」
の一例である。また、電子輸送層3を構成するペンタセ
ンの分子構造は、図2に示されている。
【0016】また、電子輸送層3上には、20nmの膜
厚を有するAlq3からなるアモルファス性の電子輸送
層4が形成されている。電子輸送層4上には、30nm
の膜厚を有するとともに、ルブレンを5wt%でドープ
したNPBからなるアモルファス性の発光層5が形成さ
れている。発光層5上には、20nmの膜厚を有する1
−TNATAからなる下層と10nmの膜厚を有するC
uPcからなる上層とにより構成されたアモルファス性
のホール注入層6が形成されている。ホール注入層6上
には、ITOからなる透明陽極7が形成されている。な
お、電子輸送層4、発光層5およびホール注入層6は、
本発明の「第2有機層」の一例であり、透明陽極7は、
本発明の「第2電極」の一例である。また、電子輸送層
4を構成するAlq3の分子構造は、図3に示されてお
り、発光層5を構成するNPBの分子構造は、図4に示
されている。また、発光層5に含まれるルブレンの分子
構造は、図5に示されており、ホール注入層6を構成す
る1−TNATAの分子構造は、図6に示されている。
【0017】次に、図1を参照して、上記した構造を有
する実施例の有機EL素子の作成方法について説明す
る。まず、真空蒸着法を用いて、ガラス基板1上に、2
00nmの膜厚を有するAuからなる下層を形成した
後、10nmの膜厚を有するSiAlLi合金(Al:
45wt%、Li:5wt%)からなる上層をAlとL
iとを同時に蒸着することにより形成した。これによ
り、2層型陰極2を形成した。なお、SiAlLi合金
からなる上層は、電子注入を効率よく行うために形成し
た。
【0018】その後、2層型陰極2上に、結晶成長用の
下地層としてシクロヘキサン単分子層を形成した。そし
て、133×10-7Pa以下の高真空中において、5n
mの膜厚を有するペンタセン多結晶からなる均一な結晶
性を有する電子輸送層3を形成した。均一な結晶性を有
するペンタセン多結晶薄膜の成長方法は、たとえば、N
ature412号(2001年8月2日号)p517
〜p520に開示されている。なお、ペンタセンの結晶
性の評価については、上記Nature412号に開示
されているように、X線回折およびLEEM(Low
EnergyElectron Microscop
y)により行うことができる。具体的には、少なくと
も、アモルファス状態では、X線回折によるピークは観
察されない。
【0019】次に、20nmの膜厚を有するAlq3か
らなるアモルファス性の電子輸送層4、30nmの膜厚
を有するとともに、ルブレンを5wt%でドープしたN
PBからなるアモルファス性の発光層5、および、20
nmの膜厚を有する1−TNATAからなる下層と10
nmの膜厚を有するCuPcからなる上層とからなるア
モルファス性のホール注入層6を順次形成した。最後
に、スパッタ法を用いて、ホール注入層6上に、ITO
からなる透明陽極7を形成した。このようにして、図1
に示した実施例による有機EL素子を作製した。
【0020】(比較例)比較例として、図1に示したペ
ンタセン多結晶からなる電子輸送層3を形成しないこと
以外は、上記実施例と同様の有機材料および作製プロセ
スを用いて、有機EL素子を形成した。すなわち、ガラ
ス基板1上に、2層型陰極2を形成した後、2層型陰極
2上に、アモルファス性の電子輸送層4、アモルファス
性の発光層5およびアモルファス性のホール注入層6を
順次形成することによって、比較例による有機EL素子
を作製した。
【0021】上記のように作製した実施例および比較例
による有機EL素子を、輝度の初期値が300cd/m
2となる設定で発光させて、有機EL素子の寿命(輝度
半減期)を調べた。図7は、実施例および比較例による
有機EL素子の輝度と時間との関係を示したグラフであ
る。図7の縦軸には、輝度(cd/m2)がとられてお
り、横軸には、時間(h)がとられている。また、図7
中の実線は、実施例による有機EL素子の輝度と時間と
の関係を示しており、破線は、比較例による有機EL素
子の輝度と時間との関係を示している。
【0022】図7に示すように、アモルファス性の有機
層(4〜6)のみからなる比較例による有機EL素子で
は、初期の輝度劣化が大きく、輝度が150cd/m2
となる輝度半減期が500時間であった。その一方、ペ
ンタセン多結晶からなる結晶性の電子輸送層(有機層)
3を含む実施例による有機EL素子では、初期の輝度劣
化がほとんどなく、輝度半減期が比較例による有機EL
素子と比べて大幅に長い時間が得られることがわかっ
た。これにより、有機層の結晶化が寿命に悪影響を及ぼ
すという従来の考えとは異なり、結晶性の有機層を設け
ることによって、有機EL素子の寿命が大幅に向上する
ことが判明した。
【0023】実施例では、上記のように、2層型陰極2
上に良好な結晶性を有するペンタセン多結晶からなる電
子輸送層3を形成することによって、アモルファス性の
有機層のみからなる場合に比べて、キャリアの流れが不
均一になりやすい2層型陰極2(無機材料)と電子輸送
層3(有機材料)との界面において、キャリア注入をよ
り均一化することができると考えられるので、大幅に寿
命を向上させることができる。
【0024】また、上記した実施例の作製プロセスで
は、ペンタセン多結晶からなる電子輸送層3上に、従来
から知られたアモルファス性の有機層(電子輸送層4、
発光層5およびホール注入層6)を順次形成することに
よって、従来の作製プロセスを用いて容易に電子輸送層
3上に、アモルファス性の有機層(4〜6)を形成する
ことができる。その結果、作製プロセスがそれほど複雑
になることなく、多層構造の有機層(3〜6)を含む実
施例による有機EL素子を形成することができる。
【0025】なお、今回開示された実施例は、すべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明では
なく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の
範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含ま
れる。
【0026】たとえば、上記実施例では、結晶性を有す
るペンタセン多結晶からなる電子輸送層3を形成した
が、本発明はこれに限らず、結晶性を有する他の材料か
らなる電子輸送層を形成してもよい。この場合、結晶性
を有する縮合多環芳香族からなる電子輸送層を形成する
のが好ましい。
【0027】また、上記実施例では、電子輸送層3のみ
に結晶層を用いたが、本発明はこれに限らず、他の有機
層に結晶層を用いてもよい。ただし、基板側電極に接す
る有機層に結晶層を用いることにより、キャリア注入を
より均一化することができる。
【0028】また、上記実施例では、電子輸送層3のみ
に結晶層を用いたが、本発明はこれに限らず、全ての有
機層に良好な結晶性を有する結晶層を用いてもよい。こ
の場合、電子輸送層3のみに結晶層を用いる場合に比べ
て、有機EL素子の寿命をより向上することができる。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、アモル
ファス性の有機材料のみからなる有機EL素子に比べ
て、大幅に寿命を向上させることが可能な有機EL素子
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例により作製した有機EL素子の
構造を示した断面図である。
【図2】図1に示した実施例による有機EL素子の結晶
性の電子輸送層を構成するペンタセンの分子構造を示し
た図である。
【図3】図1に示した実施例による有機EL素子のアモ
ルファス性の電子輸送層を構成するAlq3の分子構造
を示した図である。
【図4】図1に示した実施例による有機EL素子の発光
層を構成するNPBの分子構造を示した図である。
【図5】図1に示した実施例による有機EL素子の発光
層に含まれるルブレンの分子構造を示した図である。
【図6】図1に示した実施例による有機EL素子のホー
ル注入層を構成する1−TNATAの分子構造を示した
図である。
【図7】実施例および比較例による有機EL素子の輝度
と時間との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
1 ガラス基板(基板) 2 2層型陰極(第1電極) 3 電子輸送層(第1有機層) 4 電子輸送層(第2有機層) 5 発光層(第2有機層) 6 ホール注入層(第2有機層) 7 透明陽極(第2電極)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された第1電極と、 前記第1電極上に形成された結晶性の第1有機層と、 前記第1有機層上に形成された第2電極とを備えた、有
    機EL素子。
  2. 【請求項2】 前記結晶性の第1有機層は、前記第1電
    極に接触するように形成されている、請求項1に記載の
    有機EL素子。
  3. 【請求項3】 前記結晶性の第1有機層は、電子輸送機
    能を有する層を含む、請求項1または2に記載の有機E
    L素子。
  4. 【請求項4】 前記結晶性の第1有機層は、縮合多環芳
    香族からなる層を含む、請求項3に記載の有機EL素
    子。
  5. 【請求項5】 前記結晶性の第1有機層と、前記第1電
    極または前記第2電極との間に形成されたアモルファス
    性の第2有機層をさらに備える、請求項1〜4のいずれ
    か1項に記載の有機EL素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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