JPH0917574A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子

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JPH0917574A
JPH0917574A JP8085743A JP8574396A JPH0917574A JP H0917574 A JPH0917574 A JP H0917574A JP 8085743 A JP8085743 A JP 8085743A JP 8574396 A JP8574396 A JP 8574396A JP H0917574 A JPH0917574 A JP H0917574A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率が高く、低印加電圧にて高輝度で連
続発光させることができる、安定した有機ＥＬ素子を提
供する。 【解決手段】 陽極、有機化合物の正孔輸送層、有機化
合物の発光層、有機物の電子輸送層、電子注入層及び陰
極が順に積層される有機エレクトロルミネッセンス素子
の電子注入層にアルカリ金属化合物を含む構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【０００１】
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、電流の注入によって発
光する、物質のエレクトロルミネッセンスを利用してか
かる物質を層状に形成した発光層を備えた発光素子に関
し、とくに発光層が有機化合物を発光体として構成され
る有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ
素子と呼ぶ）に関する。
【０００３】
【０００２】
【０００４】
【従来の技術】図３に、従来のＥＬ素子の構造を示す。
図中、１は金属陰極、２は透明陽極、３は有機発光層、
４は正孔輸送層、５は有機質電子輸送層、６ａは電子注
入層、７はガラス基板をそれぞれ表している。
【０００５】
【０００３】有機ＥＬ素子としては、図３に示すよう
に、金属陰極１と透明陽極２の間に、電子注入層６ａ、
有機電子輸送層５、有機発光層３、有機正孔輸送層４が
積層されているものが知られている。
【０００６】
【０００４】正孔輸送層４は、陽極２から正孔を発光層
３へ輸送する機能と、陽極２へ流れ込もうとする電子を
ブロックする機能とを有する。電子注入層６ａは、電子
輸送層５へ電子を注入する機能を有する。電子輸送層５
は、電子注入層６ａから注入された電子を発光層３へ輸
送する機能を有している。これらのＥＬ素子において
は、金属陰極１から電子注入層６ａ、電子輸送層５を通
して発光層３へ注入された電子と、陽極２から正孔輸送
層４を通して発光層３へ注入された正孔との再結合によ
って励起子が生じる。この励起子は放射失活を起こして
消滅するが、失活する際に、失活で失うエネルギーと同
等の波長を持つ光を放射する。この放射された光が、透
明陽極２、及び陽極２の外側に配されたガラス基板７を
介して外部に放出される。
【０００７】
【０００５】図４に、従来のＥＬ素子の別の構造を示
す。図中、１は金属陰極、２は透明陽極、３は有機発光
層、４ａは第１正孔輸送層、４ｂは第２正孔輸送層、６
ａは電子注入層、７はガラス基板をそれぞれ表してい
る。
【０００８】
【０００６】図４に示すように、正孔輸送層が第１正孔
輸送層と第２正孔輸送層との積層構造されている場合が
ある。このようにすることにより、イオン化ポテンシャ
ルの配置を階段状にして、正孔を発光層に注入しやすく
する。これはすなわち正孔輸送層が１層の場合よりも電
流を流して発光させるときの電圧を低くする場合などに
使われる手段である。
【０００９】
【０００７】これらＥＬ素子の、陽極２には、インジウ
ム錫酸化物（以下ＩＴＯと呼ぶ）、錫酸化物など、仕事
関数が大きい透明導電性材料が使われる。陰極１には、
アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジ
ウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）などの単体金属、あるいはＡ
ｌ−Ｍｇ、Ａｇ−Ｍｇなどこれらの金属の合金で、仕事
関数の小さな材料が用いられる。電子注入層６ａは、陰
極材料の選択の幅を広くするために配される。電子注入
層６ａは、陰極２の材料が仕事関数が小さく、かつ抵抗
の小さい導電体薄膜を使用する場合には、省略されるこ
ともある。しかし、陰極の材料の選択の幅を広げるため
に、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢａＯなど仕事関数の小さなアル
カリ土類金属酸化物を含む材料を使用した電子注入層６
ａの挿入が検討されている。
【００１０】
【０００８】
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での電子注入層の材料を使用した素子では、十分な発光
特性を得られておらず、また、連続発光による輝度の減
衰も大きい、という問題があった。
【００１２】
【０００９】
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、陽極、有機化
合物の正孔輸送層、有機化合物の発光層、有機物の電子
輸送層、電子注入層及び陰極が順に積層されてなる有機
エレクトロルミネッセンス素子であって、前記電子注入
層にアルカリ金属化合物を含むことを特徴とする。
【００１４】
【００１０】
【００１５】
【作用】本発明によれば発光層と陰極層の間に挿入され
た電子注入層の材料に、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｎａ、Ｋな
どのアルカリ金属を含む化合物のうち、少なくともいず
れか１つを含む材料を使用することにより、前記アルカ
リ金属化合物の仕事関数が小さいため、膜厚を最適化す
ることにより、素子を高い輝度で発光させることができ
る。また、前記アルカリ金属の化合物は、単体のアルカ
リ金属に比して化学的に安定であるので、特性の再現性
が高く、低印加電圧にて高輝度で連続発光させることが
できる有機ＥＬ素子を安定的に得ることができる。
【００１６】
【００１１】
【００１７】
【実施例】以下に本発明を図面を参照しながら説明す
る。
【００１８】図１に本発明の有機ＥＬ素子を示す。図
中、１は金属陰極、２は陽極、３は発光層、４は正孔輸
送層、５は電子輸送層、６ｂは本発明の電子注入層、７
はガラス基板を示している。
【００１９】
【００１２】図１に示されるように、本発明の有機ＥＬ
素子は、ガラス基板７上に陽極２、有機化合物からなる
正孔輸送層４、有機化合物からなる発光層３、電子注入
層６ｂ、及び金属陰極１が順に積層された構造を有して
いる。
【００２０】
【００１３】ここで電子注入層６ｂは、アルカリ金属
（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）の化合物、特にアルカ
リ金属の酸化物、過酸化物、複合酸化物、ハロゲン化
物、窒化物、アルカリ金属塩を含んでおり、例えば、Ｌ
ｉ2 Ｏ、Ｌｉ2 Ｏ2 、Ｒｂ2 Ｏ、Ｃｓ2 Ｏ、Ｒｂ
2 Ｏ2 、Ｃｓ2 Ｏ2 、ＬｉＡｌＯ2 、ＬｉＢＯ2 、Ｌｉ
Ｃｌ、ＲｂＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＡｌＯ2 、ＮａＷＯ4 、
Ｋ2 ＳｉＯ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 などが用いられる。これら
の材料は、仕事関数が非常に小さく、絶縁体として機能
するが、その膜厚を最適化することにより、素子を高い
輝度で発光させることができる。また、これらの材料は
化学的に安定で、したがってハンドリングが容易であ
り、ひいては素子の特性の再現性が高く、高い特性を持
つ素子を安定的に作り出すことができる。
【００２１】
【００１４】電子注入層６ｂの膜厚は、電子注入効果が
得られる平均膜厚１オングストローム以上が必要であ
る。また、有機ＥＬ素子は、前述したように、発光層で
正孔と電子が再結合して発光する。すなわち電流が流れ
ないと発光しない。電子注入層に使用される物質は基本
的に絶縁体であるため、その膜厚は、電流が流れるのを
大きく阻害しない２００オングストローム以下とするこ
とが望ましい。
【００２２】
【００１５】陽極１には、ＩＴＯ、あるいは錫酸化物な
ど、仕事関数が大きい透明電極材料が用いられる。陰極
２には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ａｇの単体金属、もしくは
これらの合金などが一般には使用されるが、原理的に
は、陰極材料の仕事関数よりも陽極の仕事関数のほうが
大きいという条件を満たす材料ならば使用できる。ただ
し、その際には、陽極もしくは陰極のどちらか一方、も
しくは両方が透明電極である必要がある。
【００２３】
【００１６】発光層３には蛍光を発する有する物質が用
いられる。特に量子収率の高いものが望ましく、例え
ば、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体（Ａｌ
ｑ3 ）などが使用される。
【００２４】
【００１７】また、発光層３には、キャリア輸送性を有
する有機ホスト剤と、キャリア再結合に応じて発光する
能力を持つ、もしくはホスト剤物質からのエネルギー移
動によって発光する能力を持つ有機ゲスト剤とから構成
された、いわゆるゲストホスト型の発光層でも良い。例
えばホスト物質のＡｌｑ3 などに、ゲスト物質であるク
マリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘導体、あるい
はキナクリドン誘導体などを添加したものが使用でき
る。その際、ホスト物質には、サイクリックボルタンメ
トリ（ＣＶ）において、酸化側及び還元側共に電位の絶
対値が大きなものが使用される。ゲスト物質には、ＣＶ
において酸化側、還元側共に電位の絶対値がホスト物質
のそれよりも小さいものが使用される。また、ゲスト物
質の励起波長スペクトル分布と、ホスト物質の蛍光波長
スペクトル分布との重なり部分が大きいほど発光効率が
良い。ゲスト物質は、蛍光量子収率の高い蛍光物質から
選ばれ、フォトルミネッセンスの濃度消光を考慮する
と、発光層内において、ホスト物質の０．０１〜１．０
％の濃度で含有されていることが好ましい。
【００２５】
【００１８】正孔輸送層４には、Carrier Transporting
Materials（ＣＴＭ）として知られる、正孔を輸送する
能力を有する化合物を、単独、または混合物、積層物と
して用いる。例えばＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−
ビス（３メチルフェニル）−１，１´−ビフェニル−
４，４´−ジアミン（ＴＰＤ）、銅フタロシアニン、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（ＭＴＤＡＴ
Ａ）などを使用することができる。
【００２６】
【００１９】電子輸送層５には、電子を輸送する能力を
持つ化合物を単独、または混合物、積層物として使用す
ることができる。例えば、Ｂｕ−ＰＢＤ［２−（４´−
ターシャリーブチルフェニル）−５−（ビフェニル）−
１，３，４−オキサジアゾール］、Ａｌｑ3 、ペリレン
誘導体が使用される。
【００２７】
【００２０】図２に本発明の別の実施例の有機ＥＬ素子
を示す。図中、１は金属陰極、２は陽極、３は発光層、
４ａは第１正孔輸送層、４ｂは第２正孔輸送層、６ｂは
本発明の電子注入層、７はガラス基板を示している。
【００２８】
【００２１】具体的に、表１に示す蒸着速度、作成方法
により図２の構造のＥＬ素子を作成した。このＥＬ素子
は、ガラス基板７上にストライプ状に形成されたＩＴＯ
陽極２の上に、ＭＴＤＡＴＡからなる第１正孔輸送層４
ａを膜厚３００オングストロームで、ＴＰＤからなる第
２正孔輸送層４ｂを膜厚３００オングストロームで、Ａ
ｌｑ3 からなる発光層３を膜厚５５０オングストローム
で、Ｌｉ2 Ｏからなる電子注入層６ｂを膜厚を各種変更
して、Ａｌからなる陰極２を膜厚１５００オングストロ
ームで、それぞれ順に積層したもので、電子注入層６ｂ
のＬｉ2 Ｏ平均膜厚をそれぞれ１、４、８、１２、２２
オングストロームに設定した５種類のＥＬ素子を作成し
た。比較例として、Ｌｉ2 Ｏ電子注入層を発光層と陰極
の間に設けないＥＬ素子、図３の構造のＥＬ素子におけ
る電子注入層６ａとして、アルカリ土類金属であるＳｒ
Ｏを使用し、ＳｒＯ膜厚をそれぞれ１、５、１０オング
ストロームに設定した４種類のＥＬ素子を同条件にて作
成した。
【００２９】
【００２２】
【００３０】
【表１】
【００３１】
【００２３】ＭＴＤＡＴＡの第１正孔輸送層は、融点、
ガラス転移点が高く、すなわち耐熱性が高い。また結晶
化が長期間起きないため薄膜形成性に優れており、導電
性も良いので、電流印加時の発熱を抑制することができ
る。また、ＥＬの量子効率を向上させることができる。
【００３２】
【００２４】表２に電子注入層がＬｉ2 Ｏである５種の
ＥＬ素子の輝度−発光特性を、表３に、電子注入層にＳ
ｒＯを使用したときのＥＬ素子の輝度−発光特性を示
す。
【００３３】
【００２５】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【００２６】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【００２７】図５に、それらのＥＬ素子の連続発光試験
による、輝度減衰特性を示す。ここで、グラフの縦軸は
経過時輝度Ｌ／初期輝度Ｌ0 の輝度比［Ｌ／Ｌ0 ］を、
横軸は対数軸で経過時間をそれぞれ表している。ここ
で、この連続発光試験の際の初期輝度Ｌ0 は３００ｃｄ
／ｍ2 である。
【００３８】
【００２８】以上の結果より、Ｌｉ2 Ｏ電子注入層を１
〜２２オングストロームの厚さで挿入した本実施例は、
電子注入層を挿入しない、もしくは電子注入層にＳｒＯ
を使用した比較例に比べ、発光特性、寿命の向上が見ら
れ、Ｌｉ2 Ｏ電子注入層膜厚が８オングストロームのと
きに、特に顕著な効果が得られる。また、表２より、電
子注入層の膜厚は輝度３００ｃｄ／ｍ2 時の発光効率が
約１．０(1m/w)以上の値が得られる１〜３０オングスト
ロームで有効である。
【００３９】
【００２９】また、さらに別の実施例として、図２の構
造のＥＬ素子で電子注入層６をそれぞれＬｉ2 Ｏ2 、Ｌ
ｉＡｌＯ2 、ＬｉＢＯ2 、ＬｉＣｌ、Ｃｓ2 Ｏ、ＮａＣ
ｌ、Ｎａ2 ＷＯ4 、ＫＡｌＯ2 、Ｋ2 ＳｉＯ3 、ＲｂＣ
ｌ、Ｌｉ2 ＣＯ3 とし、その膜厚をそれぞれ１０、２
０、３０、４０、５０、６０、８０、１００オングスト
ロームに設定したものをそれぞれ作成した。表４、表５
にはそれぞれのＥＬ素子の輝度−発光特性を示す。
【００４０】
【００３０】
【００４１】
【表４】
【００４２】
【００３１】
【００４３】
【表５】
【００４４】
【００３２】表４、表５から、これらのアルカリ金属化
合物を電子注入層に使用した場合にも効果があることが
認められ、表４、表５より、電子注入層の膜厚は、１〜
１００オングストロームにおいて、高い発光効率が得ら
れることがわかる。
【００４５】
【００３３】
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、陽極、有機化合物から
なる正孔輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合
物からなる電子輸送層、電子注入層及び陰極が順に積層
されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、電子注入層にアルカリ金属化合物を含む材料を使用
したので、電極形成材料の幅を拡大し、素子作成時にお
けるハンドリングを容易にし、低印加電圧で高輝度発光
させることができ、その寿命も長くし、素子の特性の再
現性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の構造を示す構造図である。
【図２】本発明の別の実施例のＥＬ素子の構造を示す構
造図である。
【図３】従来のＥＬ素子の構造を示す構造図である。
【図４】従来の別のＥＬ素子の構造を示す構造図であ
る。
【図５】本発明のＥＬ素子の輝度減衰特性を示すグラフ
である。
【主要部分の符号の説明】
１・・・陰極 ２・・・陽極 ３・・・発光層 ４・・・有機正孔輸送層 ５・・・電子輸送層 ６・・・電子注入層 ７・・・ガラス基板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電材料からなる陽極、有機化合物から
    なる正孔輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合
    物からなる電子輸送層、電子注入層、及び導電材料から
    なる陰極が順に積層されてなる有機エレクトロルミネッ
    センス素子であって、前記電子注入層にアルカリ金属化
    合物を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセ
    ンス素子。
  2. 【請求項２】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、アルカリ金属の酸化物、過酸化物、複合酸化
    物、ハロゲン化物、窒化物、アルカリ金属塩のうちの少
    なくともいずれか一つから選択されることを特徴とする
    請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 【請求項３】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、リチウム化合物であることを特徴とする請求
    項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 【請求項４】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、ナトリウム化合物であることを特徴とする請
    求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 【請求項５】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、カリウム化合物であることを特徴とする請求
    項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 【請求項６】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、ルビジウム化合物であることを特徴とする請
    求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 【請求項７】 前記電子注入層に含まれるアルカリ金属
    化合物は、セシウム化合物であることを特徴とする請求
    項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 【請求項８】 前記電子注入層は、平均膜厚が１〜２０
    ０オングストロームであることを特徴とする請求項１に
    記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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