有機ＥＬダイオード及び有機ＥＬダイオードの効率改善方法
【課題】従来の有機ＥＬダイオードを超える長寿命化を達成し、同時にエネルギー変換効率に優れ、低い消費電力で駆動可能な有機ＥＬダイオードを提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を達成するため、正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の基本層構成を備える有機ＥＬダイオードであって、前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とする有機ＥＬダイオード等を採用する。
【解決手段】上記課題を達成するため、正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の基本層構成を備える有機ＥＬダイオードであって、前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とする有機ＥＬダイオード等を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、有機ＥＬダイオード及び有機ＥＬダイオードの効率改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬダイオード（以下、単に「ＯＬＥＤ」と称する。）は、この技術領域で広く知られる発光素子である。図１１に示すように、典型的なＯＬＥＤ１０は、基板１２、陽極１４、正孔輸送層（ＨＴＬ）１６、有機発光層１８、電子輸送層２０と、陰極２２を含む。この他、正孔注入層１５を陽極１４と正孔輸送層１６との間に形成して用いる場合がある。また、バッファ構造（層）２１を電子輸送層２０と陰極２２との間に形成して用いる場合もある。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、一般的なＯＬＥＤ（特許文献１参照）の構成は次のようになる。ＯＬＥＤの陽極は、ＩＴＯで構成されるのが一般的である。そして、正孔注入層１５には、フッ素系ポリマーＣＦＸ（Ｘは、１または２）を用いて構成している。電子輸送層は、４，４’−Ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＮＰＢ）を用いて構成している。有機発光層は、Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔを用いて構成している。ここで、Ａｌｑ３（アルミキノリノール錯体）は、Ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍであり、Ｃ５４５Ｔは、１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］Ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎｏ［６，７，８−ｉ］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−１１−ｏｎｅ，１０−（２−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−（９ＣＩ）である。そして、電子輸送層は、Ａｌｑ３で構成している。更に、バッファ構造（層）は、ＬｉＦを用いて構成された第１バッファ層と、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を用いて構成された第２バッファ層を含むものとしている。また、陰極は、Ｌｉを３ｗｔ％程度含有したＡｌで構成することが行われている。
【０００４】
また、特許文献２に開示されているのは、ＯＬＥＤの正孔注入層は、ＩＤＥ４０６（ＩＤＥＭＩＴＳＵ社製）で構成されている。そして、陰極はアルミニウムで構成される。電子輸送層は、Ａｌｑ３より構成される。真空雰囲気下で形成したＬｉＦの薄層を、バッファ層として陰極と電子輸送層の間に積層配置している。
【０００５】
特許文献３に言うエレクトロルミネセント素子（ＯＬＥＤの別称）では、その正孔注入層には１５ｎｍ厚さのＣｕＰｃ層、正孔注入層には１５ｎｍ厚さのＮＰＢ層を採用している。そして、電子輸送層は７５ｎｍ厚さのＡｌｑ３層、バッファ層は０．５ｎｍ厚さのフッ化リチウム（ＬｉＦ）層を採用している。そして、当該ＬｉＦ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、酸化リチウム（ＬｉＯ２）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に置き換えることが可能としている。そして、陰極には、アルミニウム、又はＭｇ−Ａｇ材料を用いて構成することが開示されている。また、銀又は金の材料も陰極に用いることができることが記載されている。
【０００６】
図１２に、従来のＯＬＥＤ１０の構造の一例を示す。緑色ＯＬＥＤの製造の過程では、陰極材料は、効率よく電子注入を行い、正孔との再結合を効率よく行わせるため、通常、仕事関数の低い材料を用いて構成され、陰極と電子輸送層との間のエネルギー障壁を低下させる。例えば、Ａｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）を用いて電子輸送層２０を構成した時、例えば、陰極２２の構成材料としてカルシウム（２．９ｅＶ）とマグネシウム（３．６ｅＶ）とからなる材料等を用いることが好ましい。しかし、カルシウムとマグネシウムとからなる陰極材料は、保存と製造の過程で多くの問題を生じる。また、アルミニウムを陰極２２として用いる時、ＬｉＦ又はＬｉＯ２の無機物の薄層をバッファ層２１として、陰極２２とＡｌｑ３からなる電子輸送層２０の間に形成することも好ましい。このような電極構造は、仕事関数を効果的に低下させたものである点で好ましい。しかし、バッファ層２１としてのＬｉＦを大面積の領域に塗布しようとすると、塗布した膜厚の均一性を達成するのが困難である。よって、ＬｉＦの使用は、ＯＬＥＤの使用寿命に影響する可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６５７９６２９号
【特許文献２】米国特許第２００４／０１５７０８４号
【特許文献３】米国特許第５７７６６２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のことから、本件発明において、従来のＯＬＥＤを超える長寿命化を達成し、同時に、従来を超えるエネルギー効率を示し、より低い消費電力で駆動可能なＯＬＥＤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため、以下のような有機ＥＬダイオード及び有機ＥＬダイオードの効率改善方法を採用する。
【００１０】
本件発明に係る有機ＥＬダイオード： 本件発明に係る有機ＥＬダイオードの基本層構成は、正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の層構成を備え、前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
前記有機ＥＬダイオードは、銀、金等の貴金属層と、フッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料（Ａｌｑ３：ＣｓＦと表示する場合がある）を含むものと言える。そして、この貴金属層は、スパッタリング堆積法によって積層形成することができる。前記貴金属の仕事関数は、実質的に４．２ｅＶ以上である。
【００１２】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなり、前記第２バッファ層は、ＣｕＰｃを主成分として構成されたものとすることが好ましい。ここで、明記しておくが、複数層のバッファ層を設ける場合には、有機発光層と接する側のバッファ層から順に、第１バッファ層、第２バッファ層、第３バッファ層と称することとする。このようにＣｕＰｃで構成したバッファ層を設けるのは、陰極をスパッタリングで形成する過程で、ドープされたＡｌｑ３層の表面の物理的損傷及び粗さが、陰極形成に与える影響を軽減するため、ドープされたＡｌｑ３層の上に、予めＣｕＰｃで構成したバッファ層を追加形成することが好ましいからである。
【００１３】
また、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層は、前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はＡｌｑ３を用いて構成され、前記第２バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなるものとすることも好ましい。
【００１４】
そして、より好ましくは第２バッファ層と陰極との間に、ＣｕＰｃを主成分として構成された第３バッファ層を備えるものとすることも好ましい。上述と同様に、陰極をスパッタリングで形成する過程で、ドープされたＡｌｑ３層の表面の物理的損傷及び粗さが、陰極形成に与える影響を軽減するため、予めＣｕＰｃで構成したバッファ層を追加形成することが好ましいからである。
【００１５】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層の構成に、ホスト材料であるＡｌｑ３に異種成分をドープして用いる場合には、ドープ種としてＣｓＦを用いる事が好ましい。
【００１６】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記陰極は、貴金属である銀、金、白金よりなる群より選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて構成したものであることが好ましい。
【００１７】
また、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記電子供給層を構成する電子輸送層は、Ａｌｑ３を主成分として用いて構成する事が好ましい。
【００１８】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記正孔供給層は、前記有機発光層に隣接した正孔輸送層及び陽極を含むものである。
【００１９】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードにおいて、前記正孔輸送層と前記陽極との間に正孔注入層を設けることが好ましい。
【００２０】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法： 本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法は、上記のいずれかに記載の有機ＥＬダイオードの構成から、その効率改善方法は容易に理解できる。
【００２１】
即ち、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法は、実質的に透明で光透過性のある基板を用意し、前記基板の上に陽極を形成し、その上に正孔輸送層を形成し、その上に有機発光層を形成し、その上に電子輸送層を形成し、その上に前記陰極と前記電子輸送層間のエネルギー障壁を減少させるためホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分で少なくとも１層のバッファ層を形成し、前記バッファ層の上に仕事関数が４．２ｅＶ以上の貴金属成分で陰極を構成する各ステップを含むことを特徴としたものである。
【００２２】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記基板の上に陽極を形成し、正孔輸送層を形成する前に、陽極上に正孔注入層を形成することが好ましい。
【００２３】
上記本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記バッファ層に対するドープ種は、ＣｓＦであることが好ましい。
【００２４】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法前記バッファ層（第１バッファ層）の形成と前記陰極形成の間に、更にＣｕＰｃを主成分として構成した材料で第２バッファ層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む事が好ましい。
【００２５】
更に、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記電子輸送層形成と前記バッファ層（第２バッファ層）形成との間に、更に第１バッファ層としてＡｌｑ３で構成した層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む事が好ましい。
【００２６】
そして、上述の第２バッファ層の形成と陰極の形成との間に、ＣｕＰｃより構成される第３バッファ層を形成する工程を含むことが更に好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有し、このような貴金属で陰極を構成することで、ＯＬＥＤの長寿命化が可能となる。そして、この貴金属の仕事関数は４．２ｅＶ以上であり電子輸送のエネルギー障壁はむしろ高くなる。しかし、貴金属で構成した陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするため、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料を配することで、電子輸送が従来のＯＬＥＤを超えるものとなる。その結果、本件発明に係るＯＬＥＤは良好なエネルギー効率を備えているため、従来のＯＬＥＤと同等の発光状態及び色調であれば、より低い消費電力で駆動可能なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本件発明に係るＯＬＥＤの技術的特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態及び実施例を例示し、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２９】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有している。この貴金属の仕事関数は、４．２ｅＶ以上である。このように貴金属を電極材料として使用する主な利点は、前記陰極が酸化されにくく、腐食環境に置かれても侵食を受けにくい点にある。そして、本件発明に係るＯＬＥＤにおいては、陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするために、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）、又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料を電子輸送層と陰極との間に用いることが好ましい。
【００３０】
本件発明で表されたＯＬＥＤの実施形態の一つを図１に示す。前記ＯＬＥＤ１００は、実質的に透明な基板１１２に形成された陽極１１４、前記陽極上に形成された正孔注入層１１５、正孔輸送層１１６、有機発光層１１８、Ａｌｑ３をホスト材料として構成した電子輸送層１２０、Ａｌｑ３をホスト材料としてフッ化アルカリをドープした素材で構成した第１バッファ層１２１、及び銀を主成分とした陰極１２２から成るものである。
【００３１】
また、本件発明でに係るＯＬＥＤの他の実施形態を図２に示す。このＯＬＥＤ１００’の主な層構成は、図１に示したものと同様であるが、第１バッファ層１２１と陽極１２２との間に第２バッファ層１２３を設けた点が異なる。そして、係る場合の第２バッファ層１２３は、ＣｕＰｃによって構成することが好ましい。
【００３２】
以下に示す２つの実施例に係るＯＬＥＤの層構成も、図１と図２とに示したいずれかの層構成を採用することになる。従って、上述の層構成を基本として、本件発明の技術的思想の範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る微差の範囲の変更や、容易に考え得る要素を付加することは可能である。例えば、正孔輸送層１１６は、以下の実施例で示した以外に、ＮＰＢに代えて、２，６−Ｂｉｓ（ｄｉ−ｐ−ｔｏｌｙｌａｍｉｎｅ）ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅの芳香族第三アミンを用いる事が出来る。同様に、陰極は、銀に代えて、金又は白金を用いることができる。
【００３３】
以上のことから、より上位概念的に捉えれば、本件発明に係るＯＬＥＤの一般構造は、図３に示すように捉えることが出来る。この図３から分かるように、本件発明に係るＯＬＥＤ１００の基本的構成は、基板１１２の上に形成された正孔供給層２００、有機発光層１１８、電子輸送層１２０と、電子輸送層の上に形成された電子供給層１３０を含むのである。そして、ここで言う正孔供給層２００は、有機発光層１１８に正孔を供給するための層であり、少なくとも陽極１１４と正孔輸送層１１６とを含むものとして考えている。そして、更に、当該正孔供給層２００は、正孔注入層１１５を含むことも好ましく、図面には当該正孔注入層１１５を含むものとして表示している。
【００３４】
電子供給層１３０の層構成は、陰極１２２と第１バッファ層１２１（図３では図示を省略）とを含む。陰極１２２は、銀、金又は白金等の仕事関数が４．２ｅＶ以下の貴金属によって構成されることができる。第１バッファ層１２１は、ホスト材料であるＡｌｑ３に、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープした素材で構成することが好ましい。また、電子供給層１３０は、陰極１２２と第１バッファ層１２１の間に形成された第２バッファ層１２３（図３では図示を省略）を設けることも可能である。そして、当該第２バッファ層１２３は、例えばＣｕＰｃの材料を用いて構成する事が好ましい。
【００３５】
また、図２に示された実施形態では、電子輸送層１２０、第１バッファ層１２１と第２バッファ層１２３とを配することで、電子輸送を効果的に行う層を構成することができる。このとき電子輸送層１２０、第１バッファ層１２１、第２バッファ層１２３を含めて、図４に示すように電子輸送層１１９として捉えることも可能であり、電子輸送層１２０の存在が明記されない状態で、直接有機発光層１１８の上に隣接配置したように表すことも可能である。
【００３６】
また、図１に示すように、実施形態の陰極１２２、第１バッファ層１２１と電子輸送層１２０は、有機発光層１１８を提供できる電子供給層を構成したと捉えることが出来る。同様に、図２に示した他の実施形態では、陰極１２２、第１バッファ層１２１、第２バッファ層１２３と、電子輸送層１２０も電子供給層を構成したと捉えることが出来る。同様に、図３に示されるもう一つの実施例の電子供給層１３０と電子輸送層１２０と、図４に示したもう一つの実施形態として陰極１２２と電子輸送層１２０とが電子供給層を構成したと捉えることも出来る。
【００３７】
本件発明で表されたＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤ間の効能の差異を比較するため、以下に実施例と比較例とを挙げる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１に係るＯＬＥＤの層構成は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００３９】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０〜３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０〜６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ １０ｎｍ
バッファ層： Ａｌｑ３：ＣｓＦ ２０ｎｍ
陰極： Ａｇ １００ｎｍ
【実施例２】
【００４０】
実施例２に係るＯＬＥＤの層構成は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／第１バッファ層／第２バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、第１バッファ層／第２バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００４１】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０−３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０−６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ １０ｎｍ
第１バッファ層： Ａｌｑ３：ＣｓＦ ２０ｎｍ
第２バッファ層： ＣｕＰｃ １０ｎｍ
陰極： Ａｇ １００ｎｍ
【比較例】
【００４２】
この比較例に係るＯＬＥＤの層構成は、図１２に示す層構成を備え、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、第１バッファ層／第２バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００４３】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０−３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０−６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ ３０ｎｍ
バッファ層： ＬｉＦ ０．９５ｎｍ
陰極： Ａｌ １００ｎｍ
【００４４】
なお、Ｆ４は、Ｆ４−ＴＣＮＱの略であり、約２％の重量濃度のＰ型ドーパントを含むものである。ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔは、ホスト材料としてＡｌｑ３とＮＰＢとを１：１の重量比とし、緑色を発光させるためのドーパント材料として１ｗｔ％のＣ５４５Ｔが混入するよう、共蒸着して形成したものである。
【００４５】
以下、上記実施例と比較例との対比した評価結果に関して説明する。
【００４６】
Ａ．電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）
図５で表しているのは、電流密度と印加電圧との関係図である。なお、図５〜図１０のＡ、Ｂ、Ｃとして示した各曲線は、実施例１、比較例、実施例２の評価結果をそれぞれ示している。ここで、図５に示すように、実施例１と実施例２の電流密度は、比較例より良い電流効率を示していることが理解できる。比較例で、実施例と同程度の電流密度を得ようとすれば、約２０％程度の電圧を上げて印可しなければ、同レベルの電流密度に達しない。例えば、電流密度を１４ｍＡ／ｃｍ２としたいとき、比較例の場合には６Ｖの電圧を必要とする。これに対し実施例２は５．１Ｖ、実施例１は４．８Ｖで済むことになり、消費電力を削減することが可能となる。
【００４７】
Ｂ．輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ；ｃｄ／ｍ２）
図６で表しているのは、輝度と印加電圧との関係図である。図６に示すように、同一の印可電圧であれば、実施例１と実施例２の発光効率が、比較例より高いことが分かる。比較例では、実施例と同程度の輝度を得ようとすれば、約２０％程度電圧を上昇させて印可しなければ、同レベルの輝度を得ることが出来ない。約２０％の電圧を加えなければ、同じ電流密度に達しない。例えば、輝度を１５００ｃｄ／ｍ２としたいとき、比較例の場合には６Ｖの電圧印可を必要とする。これに対し、実施例２は５．１Ｖ、実施例１は４．８Ｖで済むことになり、低電圧で省電力で高い発光輝度を得ることが出来る。
【００４８】
Ｃ．電流効率（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ； ｃｄ／Ａ）
図７には電流効率と輝度との関係を示し、図８には電流効率と印加電圧との関係を示している。図７から分かるように、輝度を１０００（ｎｉｔ＝ｃｄ／ｍ２）としようとするとき、実施例１と実施例２の電流効率は、比較例より約１２％程度高いため、１Ａあたりの輝度が高いことが分かる。そして、例えば、輝度が２０００（ｎｉｔ＝ｃｄ／ｍ２）とする場合には、比較例の電流効率は１１．８（ｃｄ／Ａ）であり図８によれば６．３Ｖの印可電圧が必要となる。これに対して、実施例２の電流効率は１３．５（ｃｄ／Ａ）であり図８より必要な印可電圧は５．２Ｖで済むことがわかる。同様に、実施例１の電流効率は１３（ｃｄ／Ａ）であり図８より必要な印可電圧は４．８Ｖで済むことがわかる。従って、図７及び図８より、同じ輝度を得ようとする限り、実施例１と実施例２との電流効率は、比較例より好ましく、必要な印可電圧も低くなるため、消費電力の削減に大きく寄与する。
【００４９】
Ｄ．Ｘ軸の色度座標図（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ＣＩＥＸ）
図９には、１９３１ ＣＩＥＸ値と電圧との関係を示している。図９から分かるように、実施例１と実施例２の１９３１ ＣＩＥＸ値は、印加電圧が４Ｖの時、比較例はＣＩＥＸ＝０．２９、実施例１と実施例２は、ＣＩＥＸ＝０．２８でほぼ同程であるが、全体的に比較例より僅かに低くなっている。この結果、ＣＩＥＸ値において、従来のＯＬＥＤと同等の色度の再現が可能であることが分かる。なお、１９３１ ＣＩＥＸとは、国際照明委員会（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ：ＣＩＥ）が、色を数値で表わす方法として、１９３１年にＸＹＺ（Ｙｘｙ）表色系として制定したもので、ＸＹＺ表色系色度図（横軸方向がｘ、縦軸方向がｙで、無彩色は色度図の中心にあり、彩度は周辺になるほど高くなるとした図である。）を基準として、Ｙが反射率で明度に対応し、ｘｙが色度を表すものであり、１９３１ ＣＩＥＸ（図面中では単に「ＣＩＥＸ」と表示）は、ｘの測定値を意味する。大まかに言えば、ｘの値が高いほど赤に、ｘの値が小さいほど緑〜青に近づいて行く。
【００５０】
Ｅ．Ｙ軸の色度座標図（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ＣＩＥｙ）
図１０は、１９３１ ＣＩＥｙ値と電圧との関係図である。図１０から分かるように、実施例１と実施例２の１９３１ ＣＩＥｙ値は、比較例とほぼ一致している。例えば、印加電圧が４Ｖのときをみれば、比較例のＣＩＥｙと実施例１とのＣＩＥｙ＝０．６４であり、実施例２のＣＩＥｙ＝０．６５である。この結果、ＣＩＥｙ値において、従来のＯＬＥＤと同等の色度の再現が可能であることが分かる。なお、１９３１ ＣＩＥｙ（図面中では単に「ＣＩＥｙ」と表示）は、ｙの測定値を意味する。大まかに見れば、このｙの値が高いほど緑に、ｙの値が小さいほど青に近づいて行く。
【００５１】
以上の評価結果から分かるように、本件発明に係る実施例１と実施例２は、比較例である従来のＯＬＥＤに比べ、消費電力を削減する事の出来る良好なＯＬＥＤであることが理解できる。そして、本件発明に係るＯＬＥＤの呈する色度は、ＸＹＺ表色系色度図において、従来のＯＬＥＤとほぼ同等であることが理解できる。しかし、本件発明に係るＯＬＥＤは、従来のＯＬＥＤと同等の色調の発光を得ようとすれば、陰極と電子輸送層との間のエネルギー障壁を低下させ、陰極から効率よく電子注入を行うことが出来るため、正孔と電子との再結合を効率よく行わせることが出来るため、印可電圧が低くとも、エネルギー利用効率に優れるため良好な電流密度を示し、低消費電力で高い発光輝度を得ることが可能となる。以下の表１では、本件発明に係るＯＬＥＤと、従来のＯＬＥＤとの全体的な性能を対比して掲載した比較表である。なお、この表１においては、輝度が２０００ｃｄ／ｍ２の場合を用いて比較している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
以上、本件発明に係るＯＬＥＤの好適な実施例を例示したが、これは本件発明を限定するものではなく、本件発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る変更や要素付加を行うことは可能であり、本件の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有し、貴金属を電極材料として使用すると、前記陰極が酸化されにくく、腐食環境に置かれても侵食を受けにくいためＯＬＥＤの長寿命化が可能となり、フラットディスプレイパネルの製造に応用することで、長寿命化した有機ＥＬディスプレイパネルの供給が可能となる。しかも、本件発明に係るＯＬＥＤは、陰極に本来高い仕事関数を示す貴金属を用いると、電子供給の効率が低下することを防止するため、陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするため、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料をバッファ層として電子輸送層と陰極との間に用いて欠点を解決した。この本件発明に係るＯＬＥＤは、その製造工程に特殊な製造方法を要するものではなく、従来の公知の技術を用いて製造することが可能であるため、製造的見地から見ても新たな製造設備の費用投資を必要とせず好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本件発明に係るＯＬＥＤの１実施形態の層構成を示す断面模式図である。
【図２】本件発明に係るＯＬＥＤの１実施形態の層構成を示す断面模式図である。
【図３】本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。
【図４】本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。
【図５】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流密度と印加電圧のと関係）を示すグラフである。
【図６】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（輝度と印加電圧との関係）を示すグラフである。本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。 を図示している。
【図７】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流効率と輝度との関係）を示すグラフである。
【図８】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流効率と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図９】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（１９３１ ＣＩＥのＸ軸の色度座標と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図１０】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（１９３１ ＣＩＥのＸ軸の色度座標と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図１１】従来の代表的ＯＬＥＤの層構成を示す断面模式図である。
【図１２】従来の代表的ＯＬＥＤの層構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１００、１００’ 有機ＥＬダイオード（ＯＬＥＤ）
１２、１１２ 基板
１４、１１４ 陽極
１５、１１５ 正孔注入層
１６、１１６ 正孔輸送層
１８、１１８ 有機発光層
２０、１２０ 電子輸送層
２１ バッファ構造
２２ 陰極
１１９ 電子輸送層
１２１ 第１バッファ層
１２２ 陰極
１２３ 第２バッファ層
１３０ 電子供給層
２００ 正孔供給層
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、有機ＥＬダイオード及び有機ＥＬダイオードの効率改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬダイオード（以下、単に「ＯＬＥＤ」と称する。）は、この技術領域で広く知られる発光素子である。図１１に示すように、典型的なＯＬＥＤ１０は、基板１２、陽極１４、正孔輸送層（ＨＴＬ）１６、有機発光層１８、電子輸送層２０と、陰極２２を含む。この他、正孔注入層１５を陽極１４と正孔輸送層１６との間に形成して用いる場合がある。また、バッファ構造（層）２１を電子輸送層２０と陰極２２との間に形成して用いる場合もある。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、一般的なＯＬＥＤ（特許文献１参照）の構成は次のようになる。ＯＬＥＤの陽極は、ＩＴＯで構成されるのが一般的である。そして、正孔注入層１５には、フッ素系ポリマーＣＦＸ（Ｘは、１または２）を用いて構成している。電子輸送層は、４，４’−Ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＮＰＢ）を用いて構成している。有機発光層は、Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔを用いて構成している。ここで、Ａｌｑ３（アルミキノリノール錯体）は、Ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍであり、Ｃ５４５Ｔは、１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］Ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎｏ［６，７，８−ｉ］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−１１−ｏｎｅ，１０−（２−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１，１，７，７−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−（９ＣＩ）である。そして、電子輸送層は、Ａｌｑ３で構成している。更に、バッファ構造（層）は、ＬｉＦを用いて構成された第１バッファ層と、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を用いて構成された第２バッファ層を含むものとしている。また、陰極は、Ｌｉを３ｗｔ％程度含有したＡｌで構成することが行われている。
【０００４】
また、特許文献２に開示されているのは、ＯＬＥＤの正孔注入層は、ＩＤＥ４０６（ＩＤＥＭＩＴＳＵ社製）で構成されている。そして、陰極はアルミニウムで構成される。電子輸送層は、Ａｌｑ３より構成される。真空雰囲気下で形成したＬｉＦの薄層を、バッファ層として陰極と電子輸送層の間に積層配置している。
【０００５】
特許文献３に言うエレクトロルミネセント素子（ＯＬＥＤの別称）では、その正孔注入層には１５ｎｍ厚さのＣｕＰｃ層、正孔注入層には１５ｎｍ厚さのＮＰＢ層を採用している。そして、電子輸送層は７５ｎｍ厚さのＡｌｑ３層、バッファ層は０．５ｎｍ厚さのフッ化リチウム（ＬｉＦ）層を採用している。そして、当該ＬｉＦ層は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、酸化リチウム（ＬｉＯ２）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に置き換えることが可能としている。そして、陰極には、アルミニウム、又はＭｇ−Ａｇ材料を用いて構成することが開示されている。また、銀又は金の材料も陰極に用いることができることが記載されている。
【０００６】
図１２に、従来のＯＬＥＤ１０の構造の一例を示す。緑色ＯＬＥＤの製造の過程では、陰極材料は、効率よく電子注入を行い、正孔との再結合を効率よく行わせるため、通常、仕事関数の低い材料を用いて構成され、陰極と電子輸送層との間のエネルギー障壁を低下させる。例えば、Ａｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）を用いて電子輸送層２０を構成した時、例えば、陰極２２の構成材料としてカルシウム（２．９ｅＶ）とマグネシウム（３．６ｅＶ）とからなる材料等を用いることが好ましい。しかし、カルシウムとマグネシウムとからなる陰極材料は、保存と製造の過程で多くの問題を生じる。また、アルミニウムを陰極２２として用いる時、ＬｉＦ又はＬｉＯ２の無機物の薄層をバッファ層２１として、陰極２２とＡｌｑ３からなる電子輸送層２０の間に形成することも好ましい。このような電極構造は、仕事関数を効果的に低下させたものである点で好ましい。しかし、バッファ層２１としてのＬｉＦを大面積の領域に塗布しようとすると、塗布した膜厚の均一性を達成するのが困難である。よって、ＬｉＦの使用は、ＯＬＥＤの使用寿命に影響する可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６５７９６２９号
【特許文献２】米国特許第２００４／０１５７０８４号
【特許文献３】米国特許第５７７６６２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のことから、本件発明において、従来のＯＬＥＤを超える長寿命化を達成し、同時に、従来を超えるエネルギー効率を示し、より低い消費電力で駆動可能なＯＬＥＤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため、以下のような有機ＥＬダイオード及び有機ＥＬダイオードの効率改善方法を採用する。
【００１０】
本件発明に係る有機ＥＬダイオード： 本件発明に係る有機ＥＬダイオードの基本層構成は、正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の層構成を備え、前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
前記有機ＥＬダイオードは、銀、金等の貴金属層と、フッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料（Ａｌｑ３：ＣｓＦと表示する場合がある）を含むものと言える。そして、この貴金属層は、スパッタリング堆積法によって積層形成することができる。前記貴金属の仕事関数は、実質的に４．２ｅＶ以上である。
【００１２】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなり、前記第２バッファ層は、ＣｕＰｃを主成分として構成されたものとすることが好ましい。ここで、明記しておくが、複数層のバッファ層を設ける場合には、有機発光層と接する側のバッファ層から順に、第１バッファ層、第２バッファ層、第３バッファ層と称することとする。このようにＣｕＰｃで構成したバッファ層を設けるのは、陰極をスパッタリングで形成する過程で、ドープされたＡｌｑ３層の表面の物理的損傷及び粗さが、陰極形成に与える影響を軽減するため、ドープされたＡｌｑ３層の上に、予めＣｕＰｃで構成したバッファ層を追加形成することが好ましいからである。
【００１３】
また、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層は、前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はＡｌｑ３を用いて構成され、前記第２バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなるものとすることも好ましい。
【００１４】
そして、より好ましくは第２バッファ層と陰極との間に、ＣｕＰｃを主成分として構成された第３バッファ層を備えるものとすることも好ましい。上述と同様に、陰極をスパッタリングで形成する過程で、ドープされたＡｌｑ３層の表面の物理的損傷及び粗さが、陰極形成に与える影響を軽減するため、予めＣｕＰｃで構成したバッファ層を追加形成することが好ましいからである。
【００１５】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記バッファ層の構成に、ホスト材料であるＡｌｑ３に異種成分をドープして用いる場合には、ドープ種としてＣｓＦを用いる事が好ましい。
【００１６】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記陰極は、貴金属である銀、金、白金よりなる群より選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて構成したものであることが好ましい。
【００１７】
また、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記電子供給層を構成する電子輸送層は、Ａｌｑ３を主成分として用いて構成する事が好ましい。
【００１８】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの前記正孔供給層は、前記有機発光層に隣接した正孔輸送層及び陽極を含むものである。
【００１９】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードにおいて、前記正孔輸送層と前記陽極との間に正孔注入層を設けることが好ましい。
【００２０】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法： 本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法は、上記のいずれかに記載の有機ＥＬダイオードの構成から、その効率改善方法は容易に理解できる。
【００２１】
即ち、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法は、実質的に透明で光透過性のある基板を用意し、前記基板の上に陽極を形成し、その上に正孔輸送層を形成し、その上に有機発光層を形成し、その上に電子輸送層を形成し、その上に前記陰極と前記電子輸送層間のエネルギー障壁を減少させるためホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分で少なくとも１層のバッファ層を形成し、前記バッファ層の上に仕事関数が４．２ｅＶ以上の貴金属成分で陰極を構成する各ステップを含むことを特徴としたものである。
【００２２】
本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記基板の上に陽極を形成し、正孔輸送層を形成する前に、陽極上に正孔注入層を形成することが好ましい。
【００２３】
上記本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記バッファ層に対するドープ種は、ＣｓＦであることが好ましい。
【００２４】
そして、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法前記バッファ層（第１バッファ層）の形成と前記陰極形成の間に、更にＣｕＰｃを主成分として構成した材料で第２バッファ層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む事が好ましい。
【００２５】
更に、本件発明に係る有機ＥＬダイオードの効率改善方法において、前記電子輸送層形成と前記バッファ層（第２バッファ層）形成との間に、更に第１バッファ層としてＡｌｑ３で構成した層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む事が好ましい。
【００２６】
そして、上述の第２バッファ層の形成と陰極の形成との間に、ＣｕＰｃより構成される第３バッファ層を形成する工程を含むことが更に好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有し、このような貴金属で陰極を構成することで、ＯＬＥＤの長寿命化が可能となる。そして、この貴金属の仕事関数は４．２ｅＶ以上であり電子輸送のエネルギー障壁はむしろ高くなる。しかし、貴金属で構成した陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするため、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料を配することで、電子輸送が従来のＯＬＥＤを超えるものとなる。その結果、本件発明に係るＯＬＥＤは良好なエネルギー効率を備えているため、従来のＯＬＥＤと同等の発光状態及び色調であれば、より低い消費電力で駆動可能なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本件発明に係るＯＬＥＤの技術的特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態及び実施例を例示し、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２９】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有している。この貴金属の仕事関数は、４．２ｅＶ以上である。このように貴金属を電極材料として使用する主な利点は、前記陰極が酸化されにくく、腐食環境に置かれても侵食を受けにくい点にある。そして、本件発明に係るＯＬＥＤにおいては、陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするために、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）、又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料を電子輸送層と陰極との間に用いることが好ましい。
【００３０】
本件発明で表されたＯＬＥＤの実施形態の一つを図１に示す。前記ＯＬＥＤ１００は、実質的に透明な基板１１２に形成された陽極１１４、前記陽極上に形成された正孔注入層１１５、正孔輸送層１１６、有機発光層１１８、Ａｌｑ３をホスト材料として構成した電子輸送層１２０、Ａｌｑ３をホスト材料としてフッ化アルカリをドープした素材で構成した第１バッファ層１２１、及び銀を主成分とした陰極１２２から成るものである。
【００３１】
また、本件発明でに係るＯＬＥＤの他の実施形態を図２に示す。このＯＬＥＤ１００’の主な層構成は、図１に示したものと同様であるが、第１バッファ層１２１と陽極１２２との間に第２バッファ層１２３を設けた点が異なる。そして、係る場合の第２バッファ層１２３は、ＣｕＰｃによって構成することが好ましい。
【００３２】
以下に示す２つの実施例に係るＯＬＥＤの層構成も、図１と図２とに示したいずれかの層構成を採用することになる。従って、上述の層構成を基本として、本件発明の技術的思想の範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る微差の範囲の変更や、容易に考え得る要素を付加することは可能である。例えば、正孔輸送層１１６は、以下の実施例で示した以外に、ＮＰＢに代えて、２，６−Ｂｉｓ（ｄｉ−ｐ−ｔｏｌｙｌａｍｉｎｅ）ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅの芳香族第三アミンを用いる事が出来る。同様に、陰極は、銀に代えて、金又は白金を用いることができる。
【００３３】
以上のことから、より上位概念的に捉えれば、本件発明に係るＯＬＥＤの一般構造は、図３に示すように捉えることが出来る。この図３から分かるように、本件発明に係るＯＬＥＤ１００の基本的構成は、基板１１２の上に形成された正孔供給層２００、有機発光層１１８、電子輸送層１２０と、電子輸送層の上に形成された電子供給層１３０を含むのである。そして、ここで言う正孔供給層２００は、有機発光層１１８に正孔を供給するための層であり、少なくとも陽極１１４と正孔輸送層１１６とを含むものとして考えている。そして、更に、当該正孔供給層２００は、正孔注入層１１５を含むことも好ましく、図面には当該正孔注入層１１５を含むものとして表示している。
【００３４】
電子供給層１３０の層構成は、陰極１２２と第１バッファ層１２１（図３では図示を省略）とを含む。陰極１２２は、銀、金又は白金等の仕事関数が４．２ｅＶ以下の貴金属によって構成されることができる。第１バッファ層１２１は、ホスト材料であるＡｌｑ３に、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープした素材で構成することが好ましい。また、電子供給層１３０は、陰極１２２と第１バッファ層１２１の間に形成された第２バッファ層１２３（図３では図示を省略）を設けることも可能である。そして、当該第２バッファ層１２３は、例えばＣｕＰｃの材料を用いて構成する事が好ましい。
【００３５】
また、図２に示された実施形態では、電子輸送層１２０、第１バッファ層１２１と第２バッファ層１２３とを配することで、電子輸送を効果的に行う層を構成することができる。このとき電子輸送層１２０、第１バッファ層１２１、第２バッファ層１２３を含めて、図４に示すように電子輸送層１１９として捉えることも可能であり、電子輸送層１２０の存在が明記されない状態で、直接有機発光層１１８の上に隣接配置したように表すことも可能である。
【００３６】
また、図１に示すように、実施形態の陰極１２２、第１バッファ層１２１と電子輸送層１２０は、有機発光層１１８を提供できる電子供給層を構成したと捉えることが出来る。同様に、図２に示した他の実施形態では、陰極１２２、第１バッファ層１２１、第２バッファ層１２３と、電子輸送層１２０も電子供給層を構成したと捉えることが出来る。同様に、図３に示されるもう一つの実施例の電子供給層１３０と電子輸送層１２０と、図４に示したもう一つの実施形態として陰極１２２と電子輸送層１２０とが電子供給層を構成したと捉えることも出来る。
【００３７】
本件発明で表されたＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤ間の効能の差異を比較するため、以下に実施例と比較例とを挙げる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１に係るＯＬＥＤの層構成は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００３９】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０〜３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０〜６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ １０ｎｍ
バッファ層： Ａｌｑ３：ＣｓＦ ２０ｎｍ
陰極： Ａｇ １００ｎｍ
【実施例２】
【００４０】
実施例２に係るＯＬＥＤの層構成は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／第１バッファ層／第２バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、第１バッファ層／第２バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００４１】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０−３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０−６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ １０ｎｍ
第１バッファ層： Ａｌｑ３：ＣｓＦ ２０ｎｍ
第２バッファ層： ＣｕＰｃ １０ｎｍ
陰極： Ａｇ １００ｎｍ
【比較例】
【００４２】
この比較例に係るＯＬＥＤの層構成は、図１２に示す層構成を備え、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／バッファ層／陰極であり、これらの構成成分及び概略厚さ等に関して以下に記載する。ここで、電子供給層１３０は、第１バッファ層／第２バッファ層／陰極である。そして、正孔供給層２００は、陽極／正孔注入層／正孔輸送層である。なお、各層の形成方法に関しては、既に公知の種々の手法の使用が可能であり、特段の限定を要さないために省略する。
【００４３】
陽極： ＩＴＯ
正孔注入層： ＩＤＥ４０６：Ｆ４ ６０ｎｍ
正孔輸送層： ＮＰＢ ２０−３０ｎｍ
有機発光層： ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔ ３０−６０ｎｍ
電子輸送層： Ａｌｑ３ ３０ｎｍ
バッファ層： ＬｉＦ ０．９５ｎｍ
陰極： Ａｌ １００ｎｍ
【００４４】
なお、Ｆ４は、Ｆ４−ＴＣＮＱの略であり、約２％の重量濃度のＰ型ドーパントを含むものである。ＮＰＢ：Ａｌｑ３：Ｃ５４５Ｔは、ホスト材料としてＡｌｑ３とＮＰＢとを１：１の重量比とし、緑色を発光させるためのドーパント材料として１ｗｔ％のＣ５４５Ｔが混入するよう、共蒸着して形成したものである。
【００４５】
以下、上記実施例と比較例との対比した評価結果に関して説明する。
【００４６】
Ａ．電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）
図５で表しているのは、電流密度と印加電圧との関係図である。なお、図５〜図１０のＡ、Ｂ、Ｃとして示した各曲線は、実施例１、比較例、実施例２の評価結果をそれぞれ示している。ここで、図５に示すように、実施例１と実施例２の電流密度は、比較例より良い電流効率を示していることが理解できる。比較例で、実施例と同程度の電流密度を得ようとすれば、約２０％程度の電圧を上げて印可しなければ、同レベルの電流密度に達しない。例えば、電流密度を１４ｍＡ／ｃｍ２としたいとき、比較例の場合には６Ｖの電圧を必要とする。これに対し実施例２は５．１Ｖ、実施例１は４．８Ｖで済むことになり、消費電力を削減することが可能となる。
【００４７】
Ｂ．輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ；ｃｄ／ｍ２）
図６で表しているのは、輝度と印加電圧との関係図である。図６に示すように、同一の印可電圧であれば、実施例１と実施例２の発光効率が、比較例より高いことが分かる。比較例では、実施例と同程度の輝度を得ようとすれば、約２０％程度電圧を上昇させて印可しなければ、同レベルの輝度を得ることが出来ない。約２０％の電圧を加えなければ、同じ電流密度に達しない。例えば、輝度を１５００ｃｄ／ｍ２としたいとき、比較例の場合には６Ｖの電圧印可を必要とする。これに対し、実施例２は５．１Ｖ、実施例１は４．８Ｖで済むことになり、低電圧で省電力で高い発光輝度を得ることが出来る。
【００４８】
Ｃ．電流効率（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ； ｃｄ／Ａ）
図７には電流効率と輝度との関係を示し、図８には電流効率と印加電圧との関係を示している。図７から分かるように、輝度を１０００（ｎｉｔ＝ｃｄ／ｍ２）としようとするとき、実施例１と実施例２の電流効率は、比較例より約１２％程度高いため、１Ａあたりの輝度が高いことが分かる。そして、例えば、輝度が２０００（ｎｉｔ＝ｃｄ／ｍ２）とする場合には、比較例の電流効率は１１．８（ｃｄ／Ａ）であり図８によれば６．３Ｖの印可電圧が必要となる。これに対して、実施例２の電流効率は１３．５（ｃｄ／Ａ）であり図８より必要な印可電圧は５．２Ｖで済むことがわかる。同様に、実施例１の電流効率は１３（ｃｄ／Ａ）であり図８より必要な印可電圧は４．８Ｖで済むことがわかる。従って、図７及び図８より、同じ輝度を得ようとする限り、実施例１と実施例２との電流効率は、比較例より好ましく、必要な印可電圧も低くなるため、消費電力の削減に大きく寄与する。
【００４９】
Ｄ．Ｘ軸の色度座標図（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ＣＩＥＸ）
図９には、１９３１ ＣＩＥＸ値と電圧との関係を示している。図９から分かるように、実施例１と実施例２の１９３１ ＣＩＥＸ値は、印加電圧が４Ｖの時、比較例はＣＩＥＸ＝０．２９、実施例１と実施例２は、ＣＩＥＸ＝０．２８でほぼ同程であるが、全体的に比較例より僅かに低くなっている。この結果、ＣＩＥＸ値において、従来のＯＬＥＤと同等の色度の再現が可能であることが分かる。なお、１９３１ ＣＩＥＸとは、国際照明委員会（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ：ＣＩＥ）が、色を数値で表わす方法として、１９３１年にＸＹＺ（Ｙｘｙ）表色系として制定したもので、ＸＹＺ表色系色度図（横軸方向がｘ、縦軸方向がｙで、無彩色は色度図の中心にあり、彩度は周辺になるほど高くなるとした図である。）を基準として、Ｙが反射率で明度に対応し、ｘｙが色度を表すものであり、１９３１ ＣＩＥＸ（図面中では単に「ＣＩＥＸ」と表示）は、ｘの測定値を意味する。大まかに言えば、ｘの値が高いほど赤に、ｘの値が小さいほど緑〜青に近づいて行く。
【００５０】
Ｅ．Ｙ軸の色度座標図（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ＣＩＥｙ）
図１０は、１９３１ ＣＩＥｙ値と電圧との関係図である。図１０から分かるように、実施例１と実施例２の１９３１ ＣＩＥｙ値は、比較例とほぼ一致している。例えば、印加電圧が４Ｖのときをみれば、比較例のＣＩＥｙと実施例１とのＣＩＥｙ＝０．６４であり、実施例２のＣＩＥｙ＝０．６５である。この結果、ＣＩＥｙ値において、従来のＯＬＥＤと同等の色度の再現が可能であることが分かる。なお、１９３１ ＣＩＥｙ（図面中では単に「ＣＩＥｙ」と表示）は、ｙの測定値を意味する。大まかに見れば、このｙの値が高いほど緑に、ｙの値が小さいほど青に近づいて行く。
【００５１】
以上の評価結果から分かるように、本件発明に係る実施例１と実施例２は、比較例である従来のＯＬＥＤに比べ、消費電力を削減する事の出来る良好なＯＬＥＤであることが理解できる。そして、本件発明に係るＯＬＥＤの呈する色度は、ＸＹＺ表色系色度図において、従来のＯＬＥＤとほぼ同等であることが理解できる。しかし、本件発明に係るＯＬＥＤは、従来のＯＬＥＤと同等の色調の発光を得ようとすれば、陰極と電子輸送層との間のエネルギー障壁を低下させ、陰極から効率よく電子注入を行うことが出来るため、正孔と電子との再結合を効率よく行わせることが出来るため、印可電圧が低くとも、エネルギー利用効率に優れるため良好な電流密度を示し、低消費電力で高い発光輝度を得ることが可能となる。以下の表１では、本件発明に係るＯＬＥＤと、従来のＯＬＥＤとの全体的な性能を対比して掲載した比較表である。なお、この表１においては、輝度が２０００ｃｄ／ｍ２の場合を用いて比較している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
以上、本件発明に係るＯＬＥＤの好適な実施例を例示したが、これは本件発明を限定するものではなく、本件発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る変更や要素付加を行うことは可能であり、本件の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本件発明に係るＯＬＥＤは、貴金属を陰極材料とした点に特徴を有し、貴金属を電極材料として使用すると、前記陰極が酸化されにくく、腐食環境に置かれても侵食を受けにくいためＯＬＥＤの長寿命化が可能となり、フラットディスプレイパネルの製造に応用することで、長寿命化した有機ＥＬディスプレイパネルの供給が可能となる。しかも、本件発明に係るＯＬＥＤは、陰極に本来高い仕事関数を示す貴金属を用いると、電子供給の効率が低下することを防止するため、陰極と主にＡｌｑ３（ＬＵＭＯ＝２．９ｅＶ）で構成される電子輸送層と間のエネルギー障壁を低くするため、フッ化アルカリ（例えば、ＣｓＦ）又はアルカリ土類フッ化物をドープしたＡｌｑ３材料をバッファ層として電子輸送層と陰極との間に用いて欠点を解決した。この本件発明に係るＯＬＥＤは、その製造工程に特殊な製造方法を要するものではなく、従来の公知の技術を用いて製造することが可能であるため、製造的見地から見ても新たな製造設備の費用投資を必要とせず好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本件発明に係るＯＬＥＤの１実施形態の層構成を示す断面模式図である。
【図２】本件発明に係るＯＬＥＤの１実施形態の層構成を示す断面模式図である。
【図３】本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。
【図４】本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。
【図５】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流密度と印加電圧のと関係）を示すグラフである。
【図６】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（輝度と印加電圧との関係）を示すグラフである。本件発明に係るＯＬＥＤの一つの基本的層構成を示す断面模式図である。 を図示している。
【図７】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流効率と輝度との関係）を示すグラフである。
【図８】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（電流効率と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図９】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（１９３１ ＣＩＥのＸ軸の色度座標と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図１０】本件発明に係るＯＬＥＤと従来のＯＬＥＤとの評価結果（１９３１ ＣＩＥのＸ軸の色度座標と印加電圧との関係）を示すグラフである。
【図１１】従来の代表的ＯＬＥＤの層構成を示す断面模式図である。
【図１２】従来の代表的ＯＬＥＤの層構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１００、１００’ 有機ＥＬダイオード（ＯＬＥＤ）
１２、１１２ 基板
１４、１１４ 陽極
１５、１１５ 正孔注入層
１６、１１６ 正孔輸送層
１８、１１８ 有機発光層
２０、１２０ 電子輸送層
２１ バッファ構造
２２ 陰極
１１９ 電子輸送層
１２１ 第１バッファ層
１２２ 陰極
１２３ 第２バッファ層
１３０ 電子供給層
２００ 正孔供給層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の基本層構成を備える有機ＥＬダイオードであって、
前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とする有機ＥＬダイオード。
【請求項２】
前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなり、前記第２バッファ層は、ＣｕＰｃを主成分として構成された請求項１に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項３】
前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はＡｌｑ３を用いて構成され、前記第２バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなる請求項１に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項４】
第２バッファ層と陰極との間に、ＣｕＰｃを主成分として構成された第３バッファ層を備えた請求項３に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項５】
ホスト材料であるＡｌｑ３に対するドープ種に、ＣｓＦを用いた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項６】
前記陰極は、貴金属である銀、金、白金よりなる群より選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて構成した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項７】
前記電子供給層を構成する電子輸送層は、Ａｌｑ３を主成分として用いて構成される請求項１〜請求項６のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項８】
前記正孔供給層は、前記有機発光層に隣接された正孔輸送層及び陽極を含む請求項１〜請求項７のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項９】
前記正孔輸送層と前記陽極との間に正孔注入層を設けた請求項８に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の有機ＥＬダイオードの有機ＥＬダイオードの効率改善方法であって、
実質的に透明で光透過性のある基板を用意し、
前記基板の上に陽極を形成し、その上に正孔輸送層を形成し、その上に有機発光層を形成し、その上に電子輸送層を形成し、その上に前記陰極と前記電子輸送層間のエネルギー障壁を減少させるためホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分で少なくとも１層のバッファ層を形成し、
前記バッファ層の上に仕事関数が４．２ｅＶ以上の貴金属成分で陰極を構成する各ステップを含むことを特徴とした有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の有機ＥＬダイオードの有機ＥＬダイオードの効率改善方法であって、
前記基板の上に陽極を形成し、正孔輸送層を形成する前に、陽極上に正孔注入層を形成する請求項１０に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１２】
前記バッファ層に対するドープ種は、ＣｓＦである請求項１０又は請求項１１に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１３】
前記バッファ層（第１バッファ層）の形成と前記陰極形成の間に、更にＣｕＰｃを主成分として構成した材料で第２バッファ層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む請求項１０〜請求項１２に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１４】
前記電子輸送層形成と前記バッファ層（第２バッファ層）形成との間に、更に第１バッファ層としてＡｌｑ３で構成した層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む請求項１０〜請求項１２に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１５】
第２バッファ層の形成と陰極の形成との間に、ＣｕＰｃより構成される第３バッファ層を形成する工程を含む請求項１４に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１】
正孔供給層／有機発光層／電子供給層の３層の基本層構成を備える有機ＥＬダイオードであって、
前記有機発光層の表面にある前記電子供給層は、電子輸送層／バッファ層／陰極の３層の構造を備え、前記バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分を用い、陰極は貴金属成分を用いて構成したことを特徴とする有機ＥＬダイオード。
【請求項２】
前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなり、前記第２バッファ層は、ＣｕＰｃを主成分として構成された請求項１に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項３】
前記バッファ層は、有機発光層と接する第１バッファ層と陰極と接する第２バッファ層との２層構成であり、第１バッファ層はＡｌｑ３を用いて構成され、前記第２バッファ層はホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分からなる請求項１に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項４】
第２バッファ層と陰極との間に、ＣｕＰｃを主成分として構成された第３バッファ層を備えた請求項３に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項５】
ホスト材料であるＡｌｑ３に対するドープ種に、ＣｓＦを用いた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項６】
前記陰極は、貴金属である銀、金、白金よりなる群より選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて構成した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項７】
前記電子供給層を構成する電子輸送層は、Ａｌｑ３を主成分として用いて構成される請求項１〜請求項６のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項８】
前記正孔供給層は、前記有機発光層に隣接された正孔輸送層及び陽極を含む請求項１〜請求項７のいずれかに記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項９】
前記正孔輸送層と前記陽極との間に正孔注入層を設けた請求項８に記載の有機ＥＬダイオード。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の有機ＥＬダイオードの有機ＥＬダイオードの効率改善方法であって、
実質的に透明で光透過性のある基板を用意し、
前記基板の上に陽極を形成し、その上に正孔輸送層を形成し、その上に有機発光層を形成し、その上に電子輸送層を形成し、その上に前記陰極と前記電子輸送層間のエネルギー障壁を減少させるためホスト材料であるＡｌｑ３にフッ化アルカリ又はアルカリ土類フッ化物をドープした成分で少なくとも１層のバッファ層を形成し、
前記バッファ層の上に仕事関数が４．２ｅＶ以上の貴金属成分で陰極を構成する各ステップを含むことを特徴とした有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の有機ＥＬダイオードの有機ＥＬダイオードの効率改善方法であって、
前記基板の上に陽極を形成し、正孔輸送層を形成する前に、陽極上に正孔注入層を形成する請求項１０に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１２】
前記バッファ層に対するドープ種は、ＣｓＦである請求項１０又は請求項１１に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１３】
前記バッファ層（第１バッファ層）の形成と前記陰極形成の間に、更にＣｕＰｃを主成分として構成した材料で第２バッファ層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む請求項１０〜請求項１２に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１４】
前記電子輸送層形成と前記バッファ層（第２バッファ層）形成との間に、更に第１バッファ層としてＡｌｑ３で構成した層を形成し、二層のバッファ層を形成するステップを含む請求項１０〜請求項１２に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【請求項１５】
第２バッファ層の形成と陰極の形成との間に、ＣｕＰｃより構成される第３バッファ層を形成する工程を含む請求項１４に記載の有機ＥＬダイオードの効率改善方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１５７０２２（Ｐ２００６−１５７０２２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４５５３３（Ｐ２００５−３４５５３３）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（３０４０６０５２０）友達光電股▲ふん▼有限公司 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（３０４０６０５２０）友達光電股▲ふん▼有限公司 (15)
【Ｆターム（参考）】
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