有機発光素子
【課題】有機発光素子を提供する。
【解決手段】電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子である。
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。これにより、本発明の有機発光素子は、新規な電子輸送層形成材料を利用して電子注入層を形成せずとも電子注入能が非常に改善される。その結果、通常的な電子輸送材料を使用した場合と比較して、電流効率、電力効率が向上するだけでなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて駆動電圧及び寿命特性が改善される。また、本発明の有機発光素子は、デジタル駆動（静電圧駆動）時に寿命低下が最小化しうる。
【解決手段】電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子である。
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。これにより、本発明の有機発光素子は、新規な電子輸送層形成材料を利用して電子注入層を形成せずとも電子注入能が非常に改善される。その結果、通常的な電子輸送材料を使用した場合と比較して、電流効率、電力効率が向上するだけでなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて駆動電圧及び寿命特性が改善される。また、本発明の有機発光素子は、デジタル駆動（静電圧駆動）時に寿命低下が最小化しうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に係り、さらに詳細には、新規な電子輸送材料を利用し、電子注入能が改善され、駆動電圧、発光効率及び寿命の改善された有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光型表示素子であって、視野角が広く、コントラストに優れるだけでなく、応答時間が速いという長所を有しているため、大きく注目されている。
【０００３】
有機発光素子は、ガラス基板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電材料からなるアノードを形成し、その上部に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及びカソードを積層して製造される。
【０００４】
前述したように、積層構造で構成された有機発光素子は、アノードとカソードとの間に直流電圧を印加すれば、アノードから正孔が注入され、カソードから電子が注入され、正孔は、正孔注入層及び正孔輸送層を経て発光層に移動し、電子は、電子輸送層を経て発光層に移動する。そして、発光層で正孔と電子とが再結合することによって光が発生する。
【０００５】
前記電子輸送層の形成材料としては、トリス−８−ヒドロキシキノラートアルミニウム（Ａｌｑ３）が一般的に使われる。
【０００６】
ところが、公知の電子輸送物質を利用して形成された電子輸送層を備える場合、電子注入時にバリヤによって要求輝度による電圧上昇が不回避である。したがって、新たな電子輸送物質の開発が至急望まれる状況である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、電子注入が容易になって電圧低下による消費電力が減少するだけでなく、駆動電圧、発光効率及び寿命特性を改善させた有機発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するために、本発明では、電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子を提供する。
【０００９】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００１０】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００１１】
本発明の課題はまた、第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、第２電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える有機発光素子によってなされる。
【００１２】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００１３】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００１４】
本発明による有機発光素子は、前述した単一電子輸送層以外に、第１電極、正孔注入層、発光層、第２電極を備えた構造を有する。また、本発明による有機発光素子は、２層構造を有する第１電子輸送層と第２電子輸送層とを備え、第１電極と第２電極との間に、正孔注入層及び発光層を備える。
【００１５】
また、本発明の有機発光素子は、正孔注入層をさらに備えることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有機発光素子は、新規な電子輸送材料を利用して電子注入層を形成せずとも電子注入能が非常に改善される。その結果、通常の電子輸送材料を使用した場合と比較して、電流効率、電力効率が向上するだけでなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて、駆動電圧及び寿命特性が改善される。また、本発明の有機発光素子は、静電圧駆動時に寿命の低下が最小化しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
高効率性能を有する有機発光素子を具現するためには、発光層における電荷バランスが非常に重要である。多数のキャリアが正孔（＋）である構造においては、電子（−）の電荷フロー密度を調節することが必要である。このために、本発明では、電子輸送層の形成時に下記化学式１で表示される金属化合物と電子輸送物質とを利用する。
【００１９】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００２０】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００２１】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であり、Ｙは、Ｆ、キノレート、アセトアセテートまたはハライドである。
【００２２】
前記化学式１で表示される金属化合物は、リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることが望ましい。
【００２３】
前記化学式１で表示される金属化合物の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部、特に、２５ないし５０重量部であることが望ましく、電子輸送物質の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として４０ないし８０重量部、特に、５０ないし７５重量部であることが望ましい。
【００２４】
もし、化学式１の金属化合物の含量が前記範囲を逸脱すれば、付加効果が微小であるので、望ましくない。
【００２５】
本発明による有機発光素子は、別途の電子注入層を必要とせず、かつ電子注入がさらに容易になる。
【００２６】
また、前述した電子輸送層以外に、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質を含む電子輸送層をさらに備えうる。これをさらに詳細に説明すれば、本発明の有機発光素子は、第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、第２電子輸送物質と化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える。
【００２７】
このように、２層構造の電子輸送層を備える場合には、単層の電子輸送層を使用する場合と比較して、はるかに有機的な電子注入が可能になり、これにより、駆動電圧が低下し、これにより、消費電力が大きく減少するという利点がある。
【００２８】
前記第２電子輸送層において、化学式１で表示される金属化合物の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部、特に、２５ないし５０重量部であることが望ましく、第２電子輸送物質の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として４０ないし８０重量部、特に、５０ないし７５重量部であることが望ましい。
【００２９】
前記第１電子輸送物質は、前述したように、前記電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質からなり、望ましくは、電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−４ないし１０−８ｃｍ／ｖｓの電子移動度を有し、具体的な例として、Ａｌｑ３、Ｚｎｑ２またはＢｅｂｑ２が挙げられる。
【００３０】
前記第２電子輸送物質は、第１電子輸送物質と同一に電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質からなり、第１電子輸送物質と同じ組成または相異なる材料で選択しうる。そのうち、第１電子輸送物質と第２電子輸送物質とが同じ材料で構成される場合が、電荷移動度の側面でさらに望ましい。
【００３１】
前記第１電子輸送層と第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし２：１であることが望ましい。
【００３２】
本発明の一実施例による有機発光素子は、図１及び図２のような積層構造で現れる。
【００３３】
図１を参照して、基板上に第１電極、正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）が順次に形成されている。ここで、ＨＩＬは、場合によっては省略可能である。
【００３４】
前記ＨＴＬの上部に発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）及び電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とからなる電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）が形成されており、前記ＥＴＬの上部に第２電極が積層されている。
【００３５】
前記電子輸送物質の望ましい例として、Ｂｅｂｑ２があり、化学式１の金属化合物の望ましい例として、ＬｉＦがある。
【００３６】
図２を参照して、基板上に第１電極、ＨＩＬ、ＨＴＬが順次に形成されている。ここで、ＨＩＬは、場合によっては省略可能である。
【００３７】
前記ＨＴＬの上部にＥＭＬ及び第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層（ＥＴＬ１）と、第２電子輸送物質及び前述した化学式１の金属化合物を含む第２電子輸送層（ＥＴＬ２）とが形成されており、前記ＥＴＬ２の上部に第２電極が積層されている。
【００３８】
図２のような積層構造を有する有機発光素子において、ＥＴＬ１は、電荷移動速度を制御する役割を行い、ＥＴＬ２は、電子注入障壁を低める役割を行う。
【００３９】
前記ＥＴＬ１を構成する第１電子輸送物質の望ましい例としては、特に、Ｂｅｂｑ２、Ａｌｑ３またはＺｎｑ２がある。
【００４０】
前記ＥＴＬ２は、第２電子輸送物質と双極子である特性を有する化学式１の金属化合物とからなる。
【００４１】
前記金属化合物としては、ＬｉＦ、ＢａＦ、ＣｓＦ、ＮａＦまたはＬｉｑが使われ、第２電子輸送物質の望ましい例としては、Ｂｅｂｑ２、Ｚｎｑ２またはＡｌｑ３がある。
【００４２】
図１及び図２に示したように、本発明の有機発光素子は、電子注入層が不要である。
【００４３】
以下、本発明の一実施例による有機発光素子の製造方法を説明する。
【００４４】
まず、基板の上部に第１電極のアノード電極用物質をコーティングしてアノード電極を形成する。ここで、基板としては、通常的な有機ＥＬ素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板が望ましい。そして、アノード電極用物質としては、透明で伝導性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯを使用する。
【００４５】
正孔注入物質を真空熱蒸着、またはスピンコーティングして正孔注入層を選択的に形成する。
【００４６】
前記正孔注入物質としては、米国特許第４,３５６,４２９号に開示された銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物またはＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，６，ｐ.６７７（１９９４）に記載されているスターバースト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢを使用しうる。
【００４７】
ここで、前記正孔注入層の厚さは、２ｎｍないし１００ｎｍである。このうち、１０ｎｍの厚さを利用しうる。前記正孔注入層の厚さが２ｎｍ未満である場合、過度に薄くて正孔が正しく注入されないという問題点があり、前記正孔注入層の厚さが１００ｎｍを超える場合、伝導度が低下する恐れがある。
【００４８】
前記正孔注入層の上部に正孔輸送層物質を真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法のような方法によって形成しうるが、均一な膜質を得やすく、また、ピンホールが発生し難いという点で真空蒸着法によって形成することが望ましい。真空蒸着法によって正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲内で選択される。
【００４９】
前記正孔輸送層物質は、特別に制限されず、Ｎ,Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−［１,１−ビフェニル］−４,４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ,Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）が使われる。
【００５０】
次いで、前記正孔輸送層の上部に発光層が導入され、発光層材料は、特別に制限されない。ここで、発光層の形成方法としては、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を使用しうる。
【００５１】
前記発光層形成材料の具体的な例として、オキサジアゾールダイマー染料（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ）、スピロ化合物（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ,Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ,ＤＳＡ）、４,４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１,１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン、２,５,８,１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルぺリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３,３’−（１,４−フェニレン−ジ−２,１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４,４−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４,４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３,５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウムＩＩＩ（ＦＩｒＰｉｃ）、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Ｃｏｕｍａｒｉｎ ６）２,３,６,７−テトラヒドロ−１,１,７,７、−テトラメチル−１Ｈ,５Ｈ,１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９,９ａ,１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ,Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、テトラフェニルナフタセン（ルブレン）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントロリンユーロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ｄｂｍ）３（ｐｈｅｎ））、トリス［４,４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２,２’）−ビピリジン］ルテニウム（ＩＩＩ）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）３＊２（ＰＦ６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（３フッ化テノイルアセトン）３｛（Ｅｕ（ＴＴＡ）３｝、ブチル−６−（１,１,７,７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）（ＤＣＪＴＢ）（以上、赤色）を使用しうる。また、高分子発光物質としては、フェニレン系、フェニレンビニレン系、チオフェン系、フルオレン系及びスピロフルオレン系高分子のような高分子及び窒素を含む芳香族化合物を含みうるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
前記発光層の厚さは、１０ｎｍないし５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍないし１２０ｎｍであることが望ましい。このうちでも、特に、青色発光層の厚さは、７０ｎｍでありうる。もし、発光層の厚さが１０ｎｍ未満である場合には、漏れ電流が増加して効率が低下し、寿命が減少し、５００ｎｍを超える場合には、駆動電圧の上昇幅が高まって、望ましくない。
【００５３】
場合によっては、前記発光層は、発光層ホストに前記発光ドーパントをさらに付加して製造することもある。蛍光発光型ホストの材料としては、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９,１０−ジ（ナフティ−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）、３−Ｔｅｒｔ−ブチル−９,１０−ジ（ナフティ−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジメチルフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジメチルフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、Ｔｅｒｔ（９,９−ジアリールフルオレン）（ＴＤＡＦ）、２−（９,９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９,９’−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２,７−ビス（９,９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９,９’−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９,９−ジアリールフルオレン）（ＢＤＡＦ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）が使われ、リン光型ホストの材料としては、１,３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１,３,５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４,４’,４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４,４’−ビス（９−カルバゾリル）−２,２’−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ジ−トリル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９,９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）が使われる。
【００５４】
このとき、ドーパントの含量は、発光層形成材料によって可変的であるが、一般的に、発光層形成材料（ホストとドーパントとの総量）１００重量部を基準として３ないし８０重量部であることが望ましい。もし、ドーパントの含量が前記範囲を逸脱すれば、ＥＬ素子の発光特性が低下して望ましくない。本発明で、例えば、ＤＰＡＶＢｉ（４,４’−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル）が使われ、蛍光ホストとしては、ＡＤＮ（９,１０−ジ（ナフ−２−チル）アントラセン）またはＴＢＡＤＮ（３−Ｔｅｒｔ−ブチル−９,１０−ジ（ナフ−２−チル）アントラセン）が使われる。
【００５５】
【化１】
【００５６】
次いで、電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とを真空蒸着法によって積層して電子輸送層を形成する。
【００５７】
前記電子輸送物質としては、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上、特に、１０−３ないし１０−８ｃｍ／Ｖの値を有する電子輸送物質を利用する。
【００５８】
もし、電子輸送層の電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ未満である場合、発光層への電子注入が十分であるので、電荷バランスの側面で望ましくない。
【００５９】
前記電子輸送層形成物質としては、下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を使用する。
【００６０】
【化２】
【００６１】
また、本発明では、電子注入層を形成せずとも電子注入能に優れているが、電子輸送層の上部にカソードからの電子の注入を容易にする機能を有する物質である電子注入層を積層する場合、電子注入能がはるかに改善される。
【００６２】
電子注入層の形成時に、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯなどの物質を利用しうる。前記電子輸送層、電子注入層の蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲内で選択される。
【００６３】
最後に、電子注入層の上部に第２電極のカソード形成用金属を用いて真空蒸着法やスパッタリング法などの方法によってカソードを形成する。ここで、カソード形成用金属としては、低い仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を使用しうる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）が挙げられる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型カソードを使用することもある。
【００６４】
本発明の他の一実施例による有機発光素子の製造方法を説明すれば、次の通りである。
【００６５】
図２のように、２層構造の電子輸送層を備える有機発光素子は、発光層の上部に第１電子輸送物質を真空蒸着法によって積層して第１電子輸送層を形成し、前記第１電子輸送層の上部に第２電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とを真空蒸着法によって積層して第２電子輸送層を形成することを経ることを除いては、前述した有機発光素子の製造方法と同一に実施する。
【００６６】
以下、本発明を下記の実施例を例として説明するが、本発明が下記の実施例にのみ限定されるものではない。
【００６７】
実施例１：有機発光素子の製作例
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ２（１２００Å）のＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０.７ｍｍのサイズに切断してイソプロピルアルコール及び純水中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄して使用した。
【００６８】
前記基板の上部に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を利用して、正孔注入層を５ｎｍの厚さに形成した。
【００６９】
前記正孔注入層の上部にＮＰＢを真空蒸着して正孔輸送層を６０ｎｍの厚さに形成した。前記のように、正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層の上部にホストであるＡｌｑ３ １００重量部、ドーパントであるクマリン６を１０重量部を使用して、これを真空蒸着して発光層を形成した。
【００７０】
その後、前記発光層の上部にＬｉＦ ２５重量部とＢｅｂｑ２ ７５重量部とを真空蒸着して３５ｎｍの厚さの電子輸送層（ＥＴＬ）を形成した。
【００７１】
前記電子輸送層の上部にＡｌ ３０００Å（カソード）を順次に真空蒸着してＡｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。
【００７２】
実施例２：有機発光素子の製作例
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２ ５０重量部とを真空蒸着して電子輸送層を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００７３】
実施例３：有機発光素子の製作例
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ２（１２００Å）のＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０.７ｍｍのサイズに切断してイソプロピルアルコール及び純水中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄して使用した。
【００７４】
前記基板の上部にＣｕＰｃを利用して正孔注入層を５ｎｍの厚さに形成した。
【００７５】
前記正孔注入層の上部にＮＰＢを真空蒸着して正孔輸送層を６０ｎｍの厚さに形成した。前記のように、正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層の上部にホストであるＡｌｑ３ １００重量部のドーパントであるクマリン６ １０重量部使用して、これを真空蒸着して発光層を形成した。
【００７６】
その後、前記発光層の上部にＢｅｂｑ２を真空蒸着して１０ｎｍの厚さの第１電子輸送層（ＥＴＬ１）を形成した。
【００７７】
前記ＥＴＬ１の上部にＬｉＦ ２５重量部とＢｅｂｑ２ ７５重量部とを真空蒸着して１５ｎｍの厚さの第２電子輸送層（ＥＴＬ２）を形成した。
【００７８】
前記ＥＴＬ２の上部にＡｌ ３０００Å（カソード）を順次に真空蒸着してＡｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。
【００７９】
実施例４：有機発光素子の製作例
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２ ５０重量部とを真空蒸着してＥＴＬ２を形成したことを除いては、実施例３と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００８０】
比較例１：有機発光素子の製作例
電子輸送層の形成時にＡｌｑ３を利用したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００８１】
前記実施例１及び比較例１によって製作された有機発光素子の電流密度による電力効率を調べ、その結果は、図３に示した。
【００８２】
図３を参照して、実施例１の有機発光素子は、比較例１の場合と比較して電力効率特性が改善されるということが分かった。
【００８３】
前記実施例２及び比較例１によって製作された有機発光素子の電圧による電流密度及び電流密度による電流効率を測定して、図４及び図５にそれぞれ表した。
【００８４】
図４及び図５を参照すると、実施例２の有機発光素子は、比較例１の場合と比較して電流密度及び電流効率特性が向上するということが確認できた。
【００８５】
前記実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性及び輝度変化を調べて、図６及び図７にそれぞれ表した。
【００８６】
図６及び図７を参照して、実施例３の有機発光素子は、比較例１の場合に比べて、電流密度特性及び輝度変化が向上するということが分かった。
【００８７】
前記実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、輝度による効率特性、電圧による電流密度特性（Ｖ−Ｉ特性）及び電圧による輝度（Ｖ−Ｌ）特性を調べて、図８ないし図１０にそれぞれ表した。
【００８８】
図８ないし図１０を参照して、実施例４の有機発光素子は、比較例１の場合に比べて、効率、Ｖ−Ｉ及びＶ−Ｌ特性が改善されるということが分かった。
【００８９】
前記のような実施例を通じて、当業者ならば、本発明の技術的思想を利用する多様な電子素子または装置を製造できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施例によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、電子装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施例による有機発光素子の積層構造を示す図面である。
【図２】本発明の他の一実施例による有機発光素子の積層構造を示す図面である。
【図３】本発明の一実施例による有機発光素子において、電流密度による電力効率を示す図面である。
【図４】本発明の一実施例による有機発光素子において、電圧による電流密度を示す図面である。
【図５】本発明の一実施例による有機発光素子において、電流密度による電流効率を示す図面である。
【図６】本発明による実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性を調べて示す図面である。
【図７】本発明による実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による輝度変化を調べて示す図面である。
【図８】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、輝度による効率特性を示す図面である。
【図９】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す図面である。
【図１０】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による輝度（Ｖ−Ｌ）特性を示す図面である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に係り、さらに詳細には、新規な電子輸送材料を利用し、電子注入能が改善され、駆動電圧、発光効率及び寿命の改善された有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光型表示素子であって、視野角が広く、コントラストに優れるだけでなく、応答時間が速いという長所を有しているため、大きく注目されている。
【０００３】
有機発光素子は、ガラス基板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電材料からなるアノードを形成し、その上部に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及びカソードを積層して製造される。
【０００４】
前述したように、積層構造で構成された有機発光素子は、アノードとカソードとの間に直流電圧を印加すれば、アノードから正孔が注入され、カソードから電子が注入され、正孔は、正孔注入層及び正孔輸送層を経て発光層に移動し、電子は、電子輸送層を経て発光層に移動する。そして、発光層で正孔と電子とが再結合することによって光が発生する。
【０００５】
前記電子輸送層の形成材料としては、トリス−８−ヒドロキシキノラートアルミニウム（Ａｌｑ３）が一般的に使われる。
【０００６】
ところが、公知の電子輸送物質を利用して形成された電子輸送層を備える場合、電子注入時にバリヤによって要求輝度による電圧上昇が不回避である。したがって、新たな電子輸送物質の開発が至急望まれる状況である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、電子注入が容易になって電圧低下による消費電力が減少するだけでなく、駆動電圧、発光効率及び寿命特性を改善させた有機発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するために、本発明では、電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子を提供する。
【０００９】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００１０】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００１１】
本発明の課題はまた、第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、第２電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える有機発光素子によってなされる。
【００１２】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００１３】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００１４】
本発明による有機発光素子は、前述した単一電子輸送層以外に、第１電極、正孔注入層、発光層、第２電極を備えた構造を有する。また、本発明による有機発光素子は、２層構造を有する第１電子輸送層と第２電子輸送層とを備え、第１電極と第２電極との間に、正孔注入層及び発光層を備える。
【００１５】
また、本発明の有機発光素子は、正孔注入層をさらに備えることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有機発光素子は、新規な電子輸送材料を利用して電子注入層を形成せずとも電子注入能が非常に改善される。その結果、通常の電子輸送材料を使用した場合と比較して、電流効率、電力効率が向上するだけでなく、発光層に注入される電荷バランスが調節されて、駆動電圧及び寿命特性が改善される。また、本発明の有機発光素子は、静電圧駆動時に寿命の低下が最小化しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
高効率性能を有する有機発光素子を具現するためには、発光層における電荷バランスが非常に重要である。多数のキャリアが正孔（＋）である構造においては、電子（−）の電荷フロー密度を調節することが必要である。このために、本発明では、電子輸送層の形成時に下記化学式１で表示される金属化合物と電子輸送物質とを利用する。
【００１９】
［化学式１］
ＸａＹｂ
【００２０】
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、ａは、１ないし３の整数であり、ｂは、１ないし３の整数である。
【００２１】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であり、Ｙは、Ｆ、キノレート、アセトアセテートまたはハライドである。
【００２２】
前記化学式１で表示される金属化合物は、リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることが望ましい。
【００２３】
前記化学式１で表示される金属化合物の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部、特に、２５ないし５０重量部であることが望ましく、電子輸送物質の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として４０ないし８０重量部、特に、５０ないし７５重量部であることが望ましい。
【００２４】
もし、化学式１の金属化合物の含量が前記範囲を逸脱すれば、付加効果が微小であるので、望ましくない。
【００２５】
本発明による有機発光素子は、別途の電子注入層を必要とせず、かつ電子注入がさらに容易になる。
【００２６】
また、前述した電子輸送層以外に、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質を含む電子輸送層をさらに備えうる。これをさらに詳細に説明すれば、本発明の有機発光素子は、第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、第２電子輸送物質と化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える。
【００２７】
このように、２層構造の電子輸送層を備える場合には、単層の電子輸送層を使用する場合と比較して、はるかに有機的な電子注入が可能になり、これにより、駆動電圧が低下し、これにより、消費電力が大きく減少するという利点がある。
【００２８】
前記第２電子輸送層において、化学式１で表示される金属化合物の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部、特に、２５ないし５０重量部であることが望ましく、第２電子輸送物質の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として４０ないし８０重量部、特に、５０ないし７５重量部であることが望ましい。
【００２９】
前記第１電子輸送物質は、前述したように、前記電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質からなり、望ましくは、電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−４ないし１０−８ｃｍ／ｖｓの電子移動度を有し、具体的な例として、Ａｌｑ３、Ｚｎｑ２またはＢｅｂｑ２が挙げられる。
【００３０】
前記第２電子輸送物質は、第１電子輸送物質と同一に電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ以上である電子輸送物質からなり、第１電子輸送物質と同じ組成または相異なる材料で選択しうる。そのうち、第１電子輸送物質と第２電子輸送物質とが同じ材料で構成される場合が、電荷移動度の側面でさらに望ましい。
【００３１】
前記第１電子輸送層と第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし２：１であることが望ましい。
【００３２】
本発明の一実施例による有機発光素子は、図１及び図２のような積層構造で現れる。
【００３３】
図１を参照して、基板上に第１電極、正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）、正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）が順次に形成されている。ここで、ＨＩＬは、場合によっては省略可能である。
【００３４】
前記ＨＴＬの上部に発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）及び電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とからなる電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ）が形成されており、前記ＥＴＬの上部に第２電極が積層されている。
【００３５】
前記電子輸送物質の望ましい例として、Ｂｅｂｑ２があり、化学式１の金属化合物の望ましい例として、ＬｉＦがある。
【００３６】
図２を参照して、基板上に第１電極、ＨＩＬ、ＨＴＬが順次に形成されている。ここで、ＨＩＬは、場合によっては省略可能である。
【００３７】
前記ＨＴＬの上部にＥＭＬ及び第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層（ＥＴＬ１）と、第２電子輸送物質及び前述した化学式１の金属化合物を含む第２電子輸送層（ＥＴＬ２）とが形成されており、前記ＥＴＬ２の上部に第２電極が積層されている。
【００３８】
図２のような積層構造を有する有機発光素子において、ＥＴＬ１は、電荷移動速度を制御する役割を行い、ＥＴＬ２は、電子注入障壁を低める役割を行う。
【００３９】
前記ＥＴＬ１を構成する第１電子輸送物質の望ましい例としては、特に、Ｂｅｂｑ２、Ａｌｑ３またはＺｎｑ２がある。
【００４０】
前記ＥＴＬ２は、第２電子輸送物質と双極子である特性を有する化学式１の金属化合物とからなる。
【００４１】
前記金属化合物としては、ＬｉＦ、ＢａＦ、ＣｓＦ、ＮａＦまたはＬｉｑが使われ、第２電子輸送物質の望ましい例としては、Ｂｅｂｑ２、Ｚｎｑ２またはＡｌｑ３がある。
【００４２】
図１及び図２に示したように、本発明の有機発光素子は、電子注入層が不要である。
【００４３】
以下、本発明の一実施例による有機発光素子の製造方法を説明する。
【００４４】
まず、基板の上部に第１電極のアノード電極用物質をコーティングしてアノード電極を形成する。ここで、基板としては、通常的な有機ＥＬ素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板が望ましい。そして、アノード電極用物質としては、透明で伝導性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯを使用する。
【００４５】
正孔注入物質を真空熱蒸着、またはスピンコーティングして正孔注入層を選択的に形成する。
【００４６】
前記正孔注入物質としては、米国特許第４,３５６,４２９号に開示された銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物またはＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ，６，ｐ.６７７（１９９４）に記載されているスターバースト型アミン誘導体類であるＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＰＢを使用しうる。
【００４７】
ここで、前記正孔注入層の厚さは、２ｎｍないし１００ｎｍである。このうち、１０ｎｍの厚さを利用しうる。前記正孔注入層の厚さが２ｎｍ未満である場合、過度に薄くて正孔が正しく注入されないという問題点があり、前記正孔注入層の厚さが１００ｎｍを超える場合、伝導度が低下する恐れがある。
【００４８】
前記正孔注入層の上部に正孔輸送層物質を真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法のような方法によって形成しうるが、均一な膜質を得やすく、また、ピンホールが発生し難いという点で真空蒸着法によって形成することが望ましい。真空蒸着法によって正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲内で選択される。
【００４９】
前記正孔輸送層物質は、特別に制限されず、Ｎ,Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−［１,１−ビフェニル］−４,４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ,Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）が使われる。
【００５０】
次いで、前記正孔輸送層の上部に発光層が導入され、発光層材料は、特別に制限されない。ここで、発光層の形成方法としては、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、ＬＢ法のような方法を使用しうる。
【００５１】
前記発光層形成材料の具体的な例として、オキサジアゾールダイマー染料（Ｂｉｓ−ＤＡＰＯＸＰ）、スピロ化合物（Ｓｐｉｒｏ−ＤＰＶＢｉ,Ｓｐｉｒｏ−６Ｐ）、トリアリールアミン化合物、ビス（スチリル）アミン（ＤＰＶＢｉ,ＤＳＡ）、４,４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１,１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）、ペリレン、２,５,８,１１−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチルぺリレン（ＴＰＢｅ）、９Ｈ−カルバゾール−３,３’−（１,４−フェニレン−ジ−２,１−エテン−ジイル）ビス［９−エチル−（９Ｃ）］（ＢＣｚＶＢ）、４,４−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、４,４’−ビス［４−（ジフェニルアミノ）スチリル］ビフェニル（ＢＤＡＶＢｉ）、ビス（３,５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウムＩＩＩ（ＦＩｒＰｉｃ）、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−（ジエチルアミノ）クマリン（Ｃｏｕｍａｒｉｎ ６）２,３,６,７−テトラヒドロ−１,１,７,７、−テトラメチル−１Ｈ,５Ｈ,１１Ｈ−１０−（２−ベンゾチアゾリル）キノリジノ−［９,９ａ,１ｇｈ］クマリン（Ｃ５４５Ｔ）、Ｎ,Ｎ’−ジメチル−キナクリドン（ＤＭＱＡ）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、テトラフェニルナフタセン（ルブレン）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（２−ベンゾ［ｂ］チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（ジベンゾイルメタン）フェナントロリンユーロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ｄｂｍ）３（ｐｈｅｎ））、トリス［４,４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−（２,２’）−ビピリジン］ルテニウム（ＩＩＩ）錯体（Ｒｕ（ｄｔｂ−ｂｐｙ）３＊２（ＰＦ６））、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、Ｅｕ（３フッ化テノイルアセトン）３｛（Ｅｕ（ＴＴＡ）３｝、ブチル−６−（１,１,７,７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）（ＤＣＪＴＢ）（以上、赤色）を使用しうる。また、高分子発光物質としては、フェニレン系、フェニレンビニレン系、チオフェン系、フルオレン系及びスピロフルオレン系高分子のような高分子及び窒素を含む芳香族化合物を含みうるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
前記発光層の厚さは、１０ｎｍないし５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍないし１２０ｎｍであることが望ましい。このうちでも、特に、青色発光層の厚さは、７０ｎｍでありうる。もし、発光層の厚さが１０ｎｍ未満である場合には、漏れ電流が増加して効率が低下し、寿命が減少し、５００ｎｍを超える場合には、駆動電圧の上昇幅が高まって、望ましくない。
【００５３】
場合によっては、前記発光層は、発光層ホストに前記発光ドーパントをさらに付加して製造することもある。蛍光発光型ホストの材料としては、トリス（８−ヒドロキシ−キノリナート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、９,１０−ジ（ナフティ−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）、３−Ｔｅｒｔ−ブチル−９,１０−ジ（ナフティ−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジメチルフェニル（ＤＰＶＢｉ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジメチルフェニル（ｐ−ＤＭＤＰＶＢｉ）、Ｔｅｒｔ（９,９−ジアリールフルオレン）（ＴＤＡＦ）、２−（９,９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９,９’−スピロビフルオレン（ＢＳＤＦ）、２,７−ビス（９,９’−スピロビフルオレン−２−イル）−９,９’−スピロビフルオレン（ＴＳＤＦ）、ビス（９,９−ジアリールフルオレン）（ＢＤＡＦ）、４,４’−ビス（２,２−ジフェニル−エテン−１−イル）−４,４’−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル（ｐ−ＴＤＰＶＢｉ）が使われ、リン光型ホストの材料としては、１,３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、１,３,５−トリス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｔＣＰ）、４,４’,４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、４,４’−ビス（９−カルバゾリル）−２,２’−ジメチル−ビフェニル（ＣＢＤＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ジメチル−フルオレン（ＤＭＦＬ−ＣＢＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−４ＣＢＰ）、４,４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−９,９−ジ−トリル−フルオレン（ＤＰＦＬ−ＣＢＰ）、９,９−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）フルオレン（ＦＬ−２ＣＢＰ）が使われる。
【００５４】
このとき、ドーパントの含量は、発光層形成材料によって可変的であるが、一般的に、発光層形成材料（ホストとドーパントとの総量）１００重量部を基準として３ないし８０重量部であることが望ましい。もし、ドーパントの含量が前記範囲を逸脱すれば、ＥＬ素子の発光特性が低下して望ましくない。本発明で、例えば、ＤＰＡＶＢｉ（４,４’−ビス［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］ビフェニル）が使われ、蛍光ホストとしては、ＡＤＮ（９,１０−ジ（ナフ−２−チル）アントラセン）またはＴＢＡＤＮ（３−Ｔｅｒｔ−ブチル−９,１０−ジ（ナフ−２−チル）アントラセン）が使われる。
【００５５】
【化１】
【００５６】
次いで、電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とを真空蒸着法によって積層して電子輸送層を形成する。
【００５７】
前記電子輸送物質としては、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上、特に、１０−３ないし１０−８ｃｍ／Ｖの値を有する電子輸送物質を利用する。
【００５８】
もし、電子輸送層の電子移動度が１０−８ｃｍ／Ｖ未満である場合、発光層への電子注入が十分であるので、電荷バランスの側面で望ましくない。
【００５９】
前記電子輸送層形成物質としては、下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を使用する。
【００６０】
【化２】
【００６１】
また、本発明では、電子注入層を形成せずとも電子注入能に優れているが、電子輸送層の上部にカソードからの電子の注入を容易にする機能を有する物質である電子注入層を積層する場合、電子注入能がはるかに改善される。
【００６２】
電子注入層の形成時に、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯなどの物質を利用しうる。前記電子輸送層、電子注入層の蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般的に、正孔注入層の形成とほぼ同じ条件範囲内で選択される。
【００６３】
最後に、電子注入層の上部に第２電極のカソード形成用金属を用いて真空蒸着法やスパッタリング法などの方法によってカソードを形成する。ここで、カソード形成用金属としては、低い仕事関数を有する金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を使用しうる。具体的な例としては、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）が挙げられる。また、前面発光素子を得るために、ＩＴＯ、ＩＺＯを使用した透過型カソードを使用することもある。
【００６４】
本発明の他の一実施例による有機発光素子の製造方法を説明すれば、次の通りである。
【００６５】
図２のように、２層構造の電子輸送層を備える有機発光素子は、発光層の上部に第１電子輸送物質を真空蒸着法によって積層して第１電子輸送層を形成し、前記第１電子輸送層の上部に第２電子輸送物質と前述した化学式１の金属化合物とを真空蒸着法によって積層して第２電子輸送層を形成することを経ることを除いては、前述した有機発光素子の製造方法と同一に実施する。
【００６６】
以下、本発明を下記の実施例を例として説明するが、本発明が下記の実施例にのみ限定されるものではない。
【００６７】
実施例１：有機発光素子の製作例
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ２（１２００Å）のＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０.７ｍｍのサイズに切断してイソプロピルアルコール及び純水中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄して使用した。
【００６８】
前記基板の上部に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を利用して、正孔注入層を５ｎｍの厚さに形成した。
【００６９】
前記正孔注入層の上部にＮＰＢを真空蒸着して正孔輸送層を６０ｎｍの厚さに形成した。前記のように、正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層の上部にホストであるＡｌｑ３ １００重量部、ドーパントであるクマリン６を１０重量部を使用して、これを真空蒸着して発光層を形成した。
【００７０】
その後、前記発光層の上部にＬｉＦ ２５重量部とＢｅｂｑ２ ７５重量部とを真空蒸着して３５ｎｍの厚さの電子輸送層（ＥＴＬ）を形成した。
【００７１】
前記電子輸送層の上部にＡｌ ３０００Å（カソード）を順次に真空蒸着してＡｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。
【００７２】
実施例２：有機発光素子の製作例
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２ ５０重量部とを真空蒸着して電子輸送層を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００７３】
実施例３：有機発光素子の製作例
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ２（１２００Å）のＩＴＯガラス基板を５０ｍｍ×５０ｍｍ×０.７ｍｍのサイズに切断してイソプロピルアルコール及び純水中で各５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄して使用した。
【００７４】
前記基板の上部にＣｕＰｃを利用して正孔注入層を５ｎｍの厚さに形成した。
【００７５】
前記正孔注入層の上部にＮＰＢを真空蒸着して正孔輸送層を６０ｎｍの厚さに形成した。前記のように、正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層の上部にホストであるＡｌｑ３ １００重量部のドーパントであるクマリン６ １０重量部使用して、これを真空蒸着して発光層を形成した。
【００７６】
その後、前記発光層の上部にＢｅｂｑ２を真空蒸着して１０ｎｍの厚さの第１電子輸送層（ＥＴＬ１）を形成した。
【００７７】
前記ＥＴＬ１の上部にＬｉＦ ２５重量部とＢｅｂｑ２ ７５重量部とを真空蒸着して１５ｎｍの厚さの第２電子輸送層（ＥＴＬ２）を形成した。
【００７８】
前記ＥＴＬ２の上部にＡｌ ３０００Å（カソード）を順次に真空蒸着してＡｌ電極を形成することによって、有機発光素子を完成した。
【００７９】
実施例４：有機発光素子の製作例
リチウムキノレート５０重量部とＢｅｂｑ２ ５０重量部とを真空蒸着してＥＴＬ２を形成したことを除いては、実施例３と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００８０】
比較例１：有機発光素子の製作例
電子輸送層の形成時にＡｌｑ３を利用したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施して有機発光素子を完成した。
【００８１】
前記実施例１及び比較例１によって製作された有機発光素子の電流密度による電力効率を調べ、その結果は、図３に示した。
【００８２】
図３を参照して、実施例１の有機発光素子は、比較例１の場合と比較して電力効率特性が改善されるということが分かった。
【００８３】
前記実施例２及び比較例１によって製作された有機発光素子の電圧による電流密度及び電流密度による電流効率を測定して、図４及び図５にそれぞれ表した。
【００８４】
図４及び図５を参照すると、実施例２の有機発光素子は、比較例１の場合と比較して電流密度及び電流効率特性が向上するということが確認できた。
【００８５】
前記実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性及び輝度変化を調べて、図６及び図７にそれぞれ表した。
【００８６】
図６及び図７を参照して、実施例３の有機発光素子は、比較例１の場合に比べて、電流密度特性及び輝度変化が向上するということが分かった。
【００８７】
前記実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、輝度による効率特性、電圧による電流密度特性（Ｖ−Ｉ特性）及び電圧による輝度（Ｖ−Ｌ）特性を調べて、図８ないし図１０にそれぞれ表した。
【００８８】
図８ないし図１０を参照して、実施例４の有機発光素子は、比較例１の場合に比べて、効率、Ｖ−Ｉ及びＶ−Ｌ特性が改善されるということが分かった。
【００８９】
前記のような実施例を通じて、当業者ならば、本発明の技術的思想を利用する多様な電子素子または装置を製造できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施例によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、電子装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施例による有機発光素子の積層構造を示す図面である。
【図２】本発明の他の一実施例による有機発光素子の積層構造を示す図面である。
【図３】本発明の一実施例による有機発光素子において、電流密度による電力効率を示す図面である。
【図４】本発明の一実施例による有機発光素子において、電圧による電流密度を示す図面である。
【図５】本発明の一実施例による有機発光素子において、電流密度による電流効率を示す図面である。
【図６】本発明による実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性を調べて示す図面である。
【図７】本発明による実施例３及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による輝度変化を調べて示す図面である。
【図８】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、輝度による効率特性を示す図面である。
【図９】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による電流密度特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す図面である。
【図１０】本発明の実施例４及び比較例１によって製造された有機発光素子において、電圧による輝度（Ｖ−Ｌ）特性を示す図面である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子：
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、
Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、
ａは、１ないし３の整数であり、
ｂは、１ないし３の整数である。
【請求項２】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記化学式１で、Ｙは、キノレート、アセトアセテート、またはハライドであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記化学式１で表示される金属化合物は、リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記化学式１で表示される金属化合物の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記電子輸送物質は、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記電子輸送物質は、下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【化１】
【請求項８】
前記素子は、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、第２電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記素子は、正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、
第２電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える有機発光素子：
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、
Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、
ａは、１ないし３の整数であり、
ｂは、１ないし３の整数である。
【請求項１１】
第１電子輸送物質は、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記第１電子輸送物質は、電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−４ないし１０−８ｃｍ／ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記第１電子輸送層と前記第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし２：１であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記電子輸送物質は、
下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【化２】
【請求項１５】
前記第２電子輸送層で、化学式１で表示される金属化合物の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１６】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１７】
前記化学式１で、Ｙは、Ｆ、キノレート、アセトアセテート、塩化物または臭化物であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１８】
前記化学式１で表示される金属化合物は、
リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１９】
前記素子は、第１電極、正孔輸送層、発光層、第１電子輸送層、第２電子輸送層及び第２電極を備えることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項２０】
前記素子は、正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の有機発光素子。
【請求項１】
電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む電子輸送層を備える有機発光素子：
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、
Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、
ａは、１ないし３の整数であり、
ｂは、１ないし３の整数である。
【請求項２】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記化学式１で、Ｙは、キノレート、アセトアセテート、またはハライドであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記化学式１で表示される金属化合物は、リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記化学式１で表示される金属化合物の含量は、電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記電子輸送物質は、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記電子輸送物質は、下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【化１】
【請求項８】
前記素子は、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、第２電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記素子は、正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
第１電子輸送物質を含む第１電子輸送層と、
第２電子輸送物質と下記化学式１で表示される金属化合物とを含む第２電子輸送層と、を備える有機発光素子：
［化学式１］
ＸａＹｂ
Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属であり、
Ｙは、７族元素またはＣ１−Ｃ２０有機グループであり、
ａは、１ないし３の整数であり、
ｂは、１ないし３の整数である。
【請求項１１】
第１電子輸送物質は、電子移動度が電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−８ｃｍ／Ｖ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記第１電子輸送物質は、電場８００〜１０００（Ｖ／ｃｍ）１／２で１０−４ないし１０−８ｃｍ／ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記第１電子輸送層と前記第２電子輸送層との厚さ比は、１：１ないし２：１であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記電子輸送物質は、
下記化学式２で表示されるビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム（Ｂｅｂｑ２）、その誘導体、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）または（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【化２】
【請求項１５】
前記第２電子輸送層で、化学式１で表示される金属化合物の含量は、第２電子輸送層総量１００重量部を基準として２０ないし６０重量部であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１６】
前記化学式１で、Ｘは、リチウム（Ｌｉ）セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはイッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１７】
前記化学式１で、Ｙは、Ｆ、キノレート、アセトアセテート、塩化物または臭化物であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１８】
前記化学式１で表示される金属化合物は、
リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、リチウムアセトアセテート、マグネシウムアセトアセテート、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化ナトリウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項１９】
前記素子は、第１電極、正孔輸送層、発光層、第１電子輸送層、第２電子輸送層及び第２電極を備えることを特徴とする請求項１０に記載の有機発光素子。
【請求項２０】
前記素子は、正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の有機発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１２４１３８（Ｐ２００９−１２４１３８Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７８４１５（Ｐ２００８−２７８４１５）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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