JP4054082B2 - Thin film light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面光源やディスプレイ装置などに使用される薄膜発光素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機物質を用いたEL(エレクトロルミネセンス;電解発光)素子は、少なくとも一方が透明である一対の電極層と、この一対の電極層間に介挿された発光層とから構成されている。発光層は、例えばアントラセン、ピレン、スチルベン、ペリレンなどの蛍光性有機物質で形成されており、また、最近では、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)などの金属錯体である蛍光性有機物質で形成された発光層と、トリフェニルジアミン(TPD)などの芳香族アミンまたはその誘導体で形成された有機物層とを積層させて、その積層物を一対の電極層間に介挿させた有機EL素子が注目されている。さらに、最近、有機発光層と電極層との間に金属酸化物からなる導電層を介挿することにより有機EL素子の発光特性が向上することが報告されている(第43回応用物理学関係連合講演会予稿集、1122頁、1996年3月27日)。
【0003】
上記報告によると、ガラス基板上に透明導電材であるITO(酸化インジウム−酸化スズ;In 2 O 3 −SnO2)層を形成し、そのITO層の上にバナジウム酸化物(VOx)、ルテニウム酸化物(RuOx)、モリブデン酸化物(MoOx)の金属酸化物層を形成して、その金属酸化物層の上にトリフェニルジアミン(TPD)誘導体とキノリノールアルミ錯体(Alq)を積層させ、最後に電極としてマグネシウム−銀(Mg−Ag(9:1))を形成することにより有機EL素子を作成したことが記載されている。この有機EL素子の金属酸化物層は、RFマグネトロンスパッタ法で形成される。そして、この有機EL素子は、金属酸化物層を有しない素子に比べ、発光開始電圧が低減し輝度特性の改善がみられたことが報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、より一層の発光特性の向上を図るために金属酸化物と有機物質とを複合体化させた有機−無機ハイブリッド(有機−無機複合体)を形成しようとしても、スパッタリング法や真空蒸着法によっては、有機−無機ハイブリッド化は不可能である。
【0005】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、発光特性がより一層向上した薄膜発光素子を提供すること、および、そのような薄膜発光素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、少なくとも一方が透明である一対の電極層間に、蛍光性有機物質からなる発光層を介挿させた薄膜発光素子において、前記一対の電極層のうちの一方の電極層と前記発光層との間に、金属アルコキシドの分解生成物と有機高分子とで形成された有機−無機ハイブリッド導電層を介挿させたことを特徴とする。
【0007】
請求項2に係る発明は、ガラス基板上に透明導電材からなる電極層を形成する工程と、前記電極層の表面に、金属アルコキシドと有機高分子とを含有する溶液を塗布し、それを成膜化して導電層を形成する工程と、前記導電層の表面に、蛍光性有機物質からなる発光層を形成する工程と、前記発光層上に導電材料からなる電極層を形成する工程とを順次経ることにより、薄膜発光素子を製造することを特徴とする。
【0008】
請求項1に係る発明の薄膜発光素子は、一方の電極層と発光層との間に介挿された導電層が、金属アルコキシドの分解生成物と有機高分子とで形成された有機−無機ハイブリッドであり、この導電層は、金属酸化物からなる無機導電層に比べ、導電層と有機発光層との界面が安定化して、両層間の密着性が向上する。また、有機−無機ハイブリッド導電層は、その多孔質化により電極層から有機発光層へのホール注入効率が向上し、この有機−無機ハイブリッド導電層を有する薄膜発光素子は、無機導電層を有する薄膜発光素子に比べ、より一層の発光特性の向上が図られる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図1を参照しながら説明する。
【0010】
図1は、この発明の実施形態の1例を示し、薄膜発光素子の構造を示す模式的拡大縦断面図である。この薄膜発光素子は、透明のガラス基板1上に透明導電材からなる透明電極層2を形成し、透明電極層2の表面に透光性を有する導電層3(正孔注入層)を形成し、導電層3上に、芳香族アミンまたはその誘導体で形成された有機物層(正孔輸送層)4および蛍光性有機物質で形成された発光層5を積層させ、発光層5上に背面電極層6を形成した構造を有している。透明電極層2を形成する透明導電材としては、例えばITO、酸化スズ−酸化アンチモンなどが使用される。導電層3は、金属酸化物と有機高分子とを均一に配合して得られる透光性を有した有機−無機ハイブリッドで形成される。この有機−無機ハイブリッドを形成する金属酸化物としては、薄膜化することで透光性を有する化合物であればよく、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化モリブデン(MoO3)、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO3)などが使用される。また、有機−無機ハイブリッドを形成する有機高分子としては、アクリル系、メタクリル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ポリアミド系など、種々のものが使用され得る。そして、導電層3を形成する材料は、上記特性が得られれば、結晶質であるか非晶質であるかを問わない。また、導電層3の厚みは、例えば1,000Å以下、好ましくは500Å以下とされる。
【0011】
有機物層4を形成する芳香族アミンまたはその誘導体としては、例えばTPDまたはその誘導体が使用される。また、発光層5を形成する蛍光性有機物質としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)などの金属錯体、アントラセン、ピレン、スチルベン、ペリレン、キノン、フェナンスレン、ナフタレンおよびそれらの誘導体など、一般に使用されているものでよい。背面電極層6を形成する導電性材料としては、例えばマグネシウム−銀(Mg−Ag(9:1))合金などが使用される。
【0012】
次に、上記した薄膜発光素子を製造する方法について説明する。まず、ガラス基板1上に、スパッタリング法あるいは真空蒸着法によりITOなどの透明導電材を被着させて成膜し、透明電極層2を形成する。次に、透明電極層2上に、ゾル−ゲル法により有機−無機ハイブリッドの導電層3を形成する。これには、まず、金属元素成分、例えばバナジウム(V)のアルコキシドと有機高分子とを出発原料とし、これらを溶剤に溶解させて、均一なコーティング溶液を調製する。また、溶剤としては、アルコールやアセトニトリル等の極性溶剤、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどのうちから、出発原料の溶解度により適宜選択すればよい。
【0013】
次に、コーティング溶液をスピンコート、ディップコートなどのコーティング法によりガラス基板1上の透明電極層2の表面に塗布し、そのコーティング溶液を例えば100〜200℃程度の温度で乾燥させて、透明電極層2上に導電層3を形成する。場合によっては、コーティング溶液を減圧乾燥させて成膜化するようにしてもよい。そして、導電層3上に有機物層4および発光層5を真空蒸着法により積層させて形成する。また、まず、TPDなどの芳香族アミンまたはその誘導体を適当な溶媒、例えばトルエンに溶解させた溶液を調製し、ディップコーティング法またはスピンコーティング法により導電層3の表面に有機物層4を形成し、次に、Alqなどの蛍光性有機物質を適当な溶媒、例えば水−アルコール系溶媒に溶解させた溶液を調製し、ディップコーティング法またはスピンコーティング法により有機物層4の表面に感光層5を形成するようにしてもよい。そして、最後に、Mg−Ag合金などの導電性材料を蒸着法などによって感光層5の表面に付着させ、感光層5上に背面電極層6を形成する。
【0014】
【実施例】
〔実施例1〕
トリエトキシバナジル(VO(OC2H5)3)のエタノール溶液(V2O5換算:40重量%)とPMMA(ポリメタクリル酸メチル)とをクロロホルムで0.4重量%(V2O5換算)および0.1重量%の濃度に希釈して、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液を、ガラス基板上に形成されたITO膜の表面に大気中でスピンコート(2,350rpm、3秒間)した。次に、ITO膜上に塗布された溶液を100℃の温度で30分間乾燥させ、これにより200Åの厚みのVOx−PMMAハイブリッド層がITO膜の表面に形成された。続いて、VOx−PMMAハイブリッド層上に400Åの厚みのTPD層を、さらにその上に600Åの厚みのAlq層をそれぞれ積層させ、Alq層の表面にMg−Ag電極層を形成して、導電層(正孔注入層)としてVOx−PMMAハイブリッド層を有する図1の素子構造の薄膜発光素子を作製した。
【0015】
〔比較例1〕
トリエトキシバナジル(VO(OC2H5)3)のエタノール溶液(V2O5換算:40重量%)をクロロホルムで0.4重量%(V2O5換算)の濃度に希釈して、コーティング溶液を調製した。このコーティング溶液を、ガラス基板上に形成されたITO膜の表面に大気中でスピンコート(2,350rpm、3秒間)した。次に、ITO膜上に塗布された溶液を100℃の温度で30分間乾燥させ、これにより200Åの厚みのVOx層がITO膜の表面に形成された。続いて、VOx層上に400Åの厚みのTPD層を、さらにその上に600Åの厚みのAlq層をそれぞれ真空蒸着法により積層させ、Alq層の表面にMg−Ag電極層を形成して、図1に示したような素子構造を有する薄膜発光素子を作製した。
〔比較例2〕
比較例2として、導電層(正孔注入層)を有しないITO/TPD(400Å)/Alq(600Å)/Mg−Agといった素子構造の薄膜発光素子を作製した。
【0016】
上記比較例1および比較例2のそれぞれの薄膜発光素子の発光特性(電圧−輝度特性)を図2に示す。図2中、○:ITO/V2O5(200Å)/TPD(400Å)/Alq(600Å)/Mg−Ag(比較例1)、●:ITO/TPD(400Å)/Alq(600Å)/Mg−Ag(比較例2)である。図2に示した結果から分かるように、比較例1の薄膜発光素子は、比較例2の薄膜発光素子に比べ、低い印加電圧で発光が開始され、また、特に低電圧部分では輝度が高い。
【0017】
また、図3に上記実施例1および比較例2のそれぞれの薄膜発光素子の発光特性を示す。図3中、○:ITO/V2O5−PMMA(200Å)/TPD(400Å)/Alq(600Å)/Mg−Ag(実施例1)、●:ITO/TPD(400Å)/Alq(600Å)/Mg−Ag(比較例2)である。図3に示した結果から分かるように、実施例1の薄膜発光素子は、比較例1の薄膜発光素子よりさらに発光開始電圧が低下し、また、特に低電圧部分での輝度が高くなる。
【0018】
【発明の効果】
請求項1に係る発明の薄膜発光素子は、電極層と有機発光層との間に介挿された導電層と有機発光層との界面が安定化して、両層間の密着性が向上し、また、導電層の多孔質化により電極層から有機発光層へのホール注入効率が向上するので、電極層と有機発光層との間に無機導電層を有する薄膜発光素子に比べ、発光特性がより一層向上する。
【0019】
請求項2に係る発明の製造方法によれば、スパッタリング法や真空蒸着法によっては製造することができない、請求項1に係る発明の薄膜発光素子を製造することができ、発光特性がより一層向上した薄膜発光素子が得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態の1例を示し、薄膜発光素子の構造を示す模式的縦断面図である。
【図2】 比較例の薄膜発光素子の発光特性(電圧−輝度特性)を示す図である。
【図3】 この発明の実施例に係る薄膜発光素子および比較例の薄膜発光素子のそれぞれの発光特性(電圧−輝度特性)を示す図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 透明電極層
3 導電層
4 有機物層
5 発光層
6 背面電極層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film light emitting element used for a flat light source, a display device, and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An EL (electroluminescence; electroluminescence) element using an organic substance is composed of a pair of electrode layers, at least one of which is transparent, and a light emitting layer interposed between the pair of electrode layers. The light emitting layer is made of a fluorescent organic material such as anthracene, pyrene, stilbene, or perylene, and recently, a fluorescent organic material that is a metal complex such as tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq). An organic EL device in which a formed light emitting layer and an organic material layer formed of an aromatic amine such as triphenyldiamine (TPD) or a derivative thereof are laminated and the laminate is interposed between a pair of electrode layers. Attention has been paid. Furthermore, recently, it has been reported that the light emission characteristics of organic EL elements are improved by interposing a conductive layer made of a metal oxide between the organic light emitting layer and the electrode layer (the 43rd Applied Physics Relationship). (Proceedings of the Joint Lecture Meeting, page 1122, March 27, 1996).
[0003]
According to the above report, an ITO (indium oxide-tin oxide; In 2 O 3 -SnO 2 ) layer, which is a transparent conductive material, is formed on a glass substrate, and vanadium oxide (VOx), ruthenium oxide is formed on the ITO layer. A metal oxide layer of a product (RuOx) and molybdenum oxide (MoOx), a triphenyldiamine (TPD) derivative and a quinolinol aluminum complex (Alq) are laminated on the metal oxide layer, and finally an electrode It is described that an organic EL element was formed by forming magnesium-silver (Mg—Ag (9: 1)) as The metal oxide layer of this organic EL element is formed by RF magnetron sputtering. This organic EL element has been reported to have a reduced emission start voltage and improved luminance characteristics as compared with an element having no metal oxide layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if an attempt is made to form an organic-inorganic hybrid (organic-inorganic composite) in which a metal oxide and an organic material are combined in order to further improve the light emission characteristics, the sputtering method or the vacuum evaporation method is used. Organic-inorganic hybrids are not possible.
[0005]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides a thin-film light-emitting element having further improved light-emitting characteristics and a method for manufacturing such a thin-film light-emitting element. Objective.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0007]
The invention according to
[0008]
Thin-film light emitting device of the invention according to
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0010]
FIG. 1 is a schematic enlarged longitudinal sectional view showing a structure of a thin film light emitting element, showing an example of an embodiment of the present invention. In this thin film light emitting element, a
[0011]
For example, TPD or a derivative thereof is used as the aromatic amine or the derivative thereof that forms the organic layer 4. The fluorescent organic material forming the
[0012]
Next, a method for manufacturing the above-described thin film light emitting device will be described. First, a
[0013]
Next, the coating solution is applied to the surface of the
[0014]
【Example】
[Example 1]
Ethanol solution of triethoxyvanadyl (VO (OC 2 H 5 ) 3 ) (V 2 O 5 conversion: 40 wt%) and PMMA (polymethyl methacrylate) are 0.4 wt% (V 2 O 5 conversion) with chloroform. ) And 0.1 wt% concentration to prepare a coating solution. This coating solution was spin coated (2,350 rpm, 3 seconds) in the air on the surface of the ITO film formed on the glass substrate. Next, the solution applied on the ITO film was dried at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes, whereby a 200 mm thick VOx-PMMA hybrid layer was formed on the surface of the ITO film. Subsequently, a 400 mm thick TPD layer is laminated on the VOx-PMMA hybrid layer, and a 600 mm thick Alq layer is further laminated thereon, and an Mg-Ag electrode layer is formed on the surface of the Alq layer. A thin film light emitting device having the device structure of FIG. 1 having a VOx-PMMA hybrid layer as a (hole injection layer) was produced.
[0015]
[Comparative Example 1]
A solution of triethoxyvanadyl (VO (OC 2 H 5 ) 3 ) in ethanol (V 2 O 5 equivalent: 40% by weight) is diluted with chloroform to a concentration of 0.4% by weight (V 2 O 5 equivalent). A solution was prepared. This coating solution was spin-coated (2,350 rpm, 3 seconds) in the air on the surface of the ITO film formed on the glass substrate. Next, the solution applied on the ITO film was dried at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes, whereby a VOx layer having a thickness of 200 mm was formed on the surface of the ITO film. Subsequently, a TPD layer having a thickness of 400 mm on the VOx layer and an Alq layer having a thickness of 600 mm on the VOx layer were laminated by a vacuum deposition method, and an Mg-Ag electrode layer was formed on the surface of the Alq layer. A thin film light emitting device having the device structure as shown in FIG.
[Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, a thin film light-emitting element having an element structure of ITO / TPD (400Å) / Alq (600Å) / Mg-Ag without a conductive layer (hole injection layer) was produced.
[0016]
FIG. 2 shows the light emission characteristics (voltage-luminance characteristics) of the respective thin film light emitting devices of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In FIG. 2, ◯: ITO / V 2 O 5 (200Å) / TPD (400Å) / Alq (600 −) / Mg-Ag (Comparative Example 1), ●: ITO / TPD (400Å) / Alq (600Å) / Mg -Ag (Comparative Example 2). As can be seen from the results shown in FIG. 2, the thin film light emitting device of Comparative Example 1 starts to emit light at a lower applied voltage than the thin film light emitting device of Comparative Example 2, and the luminance is particularly high in the low voltage portion.
[0017]
FIG. 3 shows the light emission characteristics of the respective thin film light emitting devices of Example 1 and Comparative Example 2. In FIG. 3, ○: ITO / V 2 O 5 -PMMA (200Å) / TPD (400Å) / Alq (600Å) / Mg-Ag (Example 1), ●: ITO / TPD (400Å) / Alq (600Å) / Mg-Ag (Comparative Example 2). As can be seen from the results shown in FIG. 3, the thin-film light-emitting device of Example 1 has a further lower emission start voltage than the thin-film light-emitting device of Comparative Example 1, and the luminance is particularly high at the low voltage portion.
[0018]
【The invention's effect】
In the thin film light emitting device of the invention according to
[0019]
According to the manufacturing method of the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a structure of a thin-film light emitting device, showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing light emission characteristics (voltage-luminance characteristics) of a thin film light emitting element of a comparative example.
FIG. 3 is a diagram showing light emission characteristics (voltage-luminance characteristics) of a thin film light emitting element according to an example of the present invention and a thin film light emitting element of a comparative example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記一対の電極層のうちの一方の電極層と前記発光層との間に、金属アルコキシドの分解生成物と有機高分子とで形成された有機−無機ハイブリッド導電層を介挿させたことを特徴とする薄膜発光素子。In a thin film light emitting device in which a light emitting layer made of a fluorescent organic material is interposed between a pair of electrode layers, at least one of which is transparent,
Between the light emitting layer and one electrode layer of the pair of electrode layers, the organic was formed by the decomposition products and organic polymer metal alkoxy de - that was inserted inorganic hybrid conductive layer A thin-film light emitting device characterized.
前記電極層の表面に、金属アルコキシドと有機高分子とを含有する溶液を塗布し、それを成膜化して導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面に、蛍光性有機物質からなる発光層を形成する工程と、
前記発光層上に導電材料からなる電極層を形成する工程とを有することを特徴とする、薄膜発光素子の製造方法。Forming an electrode layer made of a transparent conductive material on a glass substrate;
On the surface of the electrode layer, a step of a solution containing a metal alkoxy de and an organic polymer coating is then deposited of it form a conductive layer,
Forming a light emitting layer made of a fluorescent organic material on the surface of the conductive layer;
And a step of forming an electrode layer made of a conductive material on the light emitting layer.
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