特許 6784842 電極及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンスデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784842

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】電極及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンスデバイス

(51)【国際特許分類】

   H05B 33/28 20060101AFI20201102BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20201102BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/28

   H05B33/14 A

   B32B15/08 D

【請求項の数】10

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-529907(P2019-529907)

(86)(22)【出願日】2018年1月5日

(65)【公表番号】特表2020-513660(P2020-513660A)

(43)【公表日】2020年5月14日

(86)【国際出願番号】CN2018071553

(87)【国際公開番号】WO2018127127

(87)【国際公開日】20180712

【審査請求日】2019年6月3日

(31)【優先権主張番号】201710008675.4

(32)【優先日】2017年1月5日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】515179314

【氏名又は名称】昆山工研院新型平板顕示技術中心有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＫＵＮＳＨＡＮ ＮＥＷ ＦＬＡＴ ＰＡＮＥＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＥＮＴＥＲ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(73)【特許権者】

【識別番号】515179325

【氏名又は名称】昆山国顕光電有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＫＵＮＳＨＡＮ ＧＯ−ＶＩＳＩＯＮＯＸ ＯＰＴＯ−ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】趙菲

(72)【発明者】

【氏名】李維維

(72)【発明者】

【氏名】閔超

(72)【発明者】

【氏名】羅志忠

【審査官】 酒井 康博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３２９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６８４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３６８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１７４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１８２５６６２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３３／２８

Ｂ３２Ｂ １５／０８

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機エレクトロルミネッセンスデバイス用の電極であって、
前記電極は積層設置された第１の膜層と第２の膜層を含み、
前記第２の膜層は有機エレクトロルミネッセンスデバイスの有機発光層に接して設置され、
前記第１の膜層はアルカリ土類金属合金層であり、
前記第２の膜層の仕事関数が２．０ｅＶから３．５ｅＶであり、
前記第２の膜層はＹｂ_２Ｏ_３層、ＹｂＮとＹｂのドープ層、又は、ＹｂとＣｅ_２Ｏのドープ層である、
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスデバイス用の電極。

【請求項2】

前記第２の膜層は、ＹｂＮとＹｂのドープ層であり、ＹｂＮ：Ｙｂの質量比が１：１であることを特徴とする請求項１に記載の電極。

【請求項3】

前記第２の膜層がＹｂとＣｅ_２Ｏのドープ層であり、Ｙｂ：Ｃｅ_２Ｏの質量比が１：１であることを特徴とする請求項２に記載の電極。

【請求項4】

前記アルカリ土類金属合金層におけるアルカリ土類金属の質量パーセントは、５％〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の電極。

【請求項5】

前記アルカリ土類金属合金層におけるアルカリ土類金属の質量パーセントは、５％〜２０％であることを特徴とする請求項４に記載の電極。

【請求項6】

前記アルカリ土類金属合金層は、さらに銀及び／又はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項５に記載の電極。

【請求項7】

前記第１の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極。

【請求項8】

前記第２の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極

【請求項9】

前記第２の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜２ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の電極。

【請求項10】

積層設置された第１の電極、有機発光層及び第２の電極を含む有機エレクトロルミネッセンスデバイスであって、前記第２の電極が請求項１〜９のいずれか一項に記載の電極であり、前記第２の膜層が前記有機発光層に接して設置されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機エレクトロルミネッセンスの分野に関し、具体的には、電極及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンスデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）は、自発光デバイスである。従来のフラットパネル表示技術における薄膜トランジスタ液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、プラズマ表示パネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：ＰＤＯ）に比べて、有機発光ダイオードを用いた有機発光表示装置は、コントラストが高く、視野角が広く、消費電力が低く、体積が薄い等の利点を有し、次世代の主流フラットパネル表示技術となることが期待され、現在のフラットパネル表示技術において最も注目されている技術の一つである。

【0003】

ＯＬＥＤデバイスは、主に積層設置されたアノード、有機発光層及びカソードを含む。電子の注入効率を向上させるために、ＯＬＥＤのカソードは、仕事関数ができるだけ低い金属材料を選択すべきであり、その理由として、電子の注入が正孔の注入よりも難しく、金属の仕事関数の大きさがＯＬＥＤデバイスの発光効率及び耐用年数に深刻な影響を与え、金属の仕事関数が低いほど、電子注入が容易となり、発光効率が高くなり、また、仕事関数が低いほど、有機／金属界面の障壁が低くなり、動作中に発生したジュール熱が少なくなり、デバイスの耐用年数を大幅に向上させる。

【0004】

しかしながら、低仕事関数の単層金属、例えばＭｇ、Ｃａ等のカソードは、空気中に酸化されやすく、デバイスが安定せず、耐用年数が短くなるため、一般的には、低仕事関数金属と耐腐食性金属の合金をカソードとして選択することによりこの問題を緩和する。単一金属カソード薄膜を蒸着した場合、大量の形状欠陥又は構造欠陥が形成されたので、耐酸化性が低くなり、合金カソードを蒸着した場合、化学的性質が比較的活性な少量の金属が欠陥に優先的に拡散することで、膜層構造がより完全になり、さらにカソード層全体を安定させる。

【0005】

しかしながら、実際の応用において、上記合金カソード構造の安定性は依然として低い。研究により、カソード合金中のアルカリ金属は、依然として空気中の水分及び酸素と反応してデバイスの光取り出し率を低下させるとともに、発光層に拡散して発光消光を引き起こしやすいことが証明される。

【発明の概要】

【0006】

そのために、本発明は、性能が安定した電極及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンスデバイスを提供する。

【0007】

本発明は、次の技術手段を採用する。
本発明に係る電極は、積層設置された、アルカリ土類金属合金層の第１の膜層と、仕事関数が２．０ｅＶ〜３．５ｅＶの第２の膜層とを含む。

【0008】

好ましくは、前記第２の膜層は、ランタン系金属層及び／又はランタン系金属化合物層である。

【0009】

好ましくは、前記ランタン系金属層及びランタン系金属化合物層におけるランタン系金属は、イッテルビウム及び／又はユーロピウムである。

【0011】

好ましくは、前記アルカリ土類金属合金層におけるアルカリ土類金属の質量パーセントは、５％〜５０％である。

【0012】

好ましくは、前記アルカリ土類金属合金層におけるアルカリ土類金属の質量パーセントは、５％〜２０％である。

【0013】

好ましくは、前記アルカリ土類金属合金層は、さらに銀及び／又はアルミニウムを含む。

【0014】

好ましくは、前記第１の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜３０ｎｍである。

【0015】

好ましくは、前記第２の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜１０ｎｍである。

【0016】

好ましくは、前記第２の膜層の厚さは、０．５ｎｍ〜２ｎｍである。

【0017】

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、積層設置された第１の電極、有機発光層及び第２の電極を含み、前記第２の電極が上記電極であり、前記第２の膜層が前記有機発光層に近接して設置される。

【0018】

本発明の上記技術手段は、従来の技術に比べて以下の利点を有する。
１、本発明の実施例は、積層設置された、アルカリ土類金属合金層の第１の膜層と、仕事関数が２．０ｅＶ〜３．５ｅＶの第２の膜層とを含む電極を提供する。出願人は、研究により、仕事関数の勾配を有する複合膜層電極が安定性に優れ、デバイスの耐用年数を効果的に向上させることができることを発見した。
２、本発明の実施例に係る電極において、第２の膜層の仕事関数が２．０ｅＶ〜３．５ｅＶだけであり、また、その厚さが０．５ｎｍ〜１０ｎｍである場合、有機／金属界面の障壁を効果的に低減することができ、また、仕事関数の勾配を有する複合電極構造は、電子注入障壁を段階的に低減し、電子注入を規則的に誘導し、デバイスの発光効率を向上させることができる。
３、本発明の実施例に係る電極において、前記第２の膜層がランタン系金属層及び／又はランタン系金属化合物層である。ランタン系金属、ランタン系金属化合物は、低い仕事関数を有し、電子注入のエネルギー障壁を効果的に低減し、デバイスの駆動電圧を低減するだけでなく、低い光吸収率を有し、デバイスの光取り出し効率への影響が少ない。また、ランタン系金属、ランタン系金属化合物は、蒸着プロセスにおいて化学的性質が安定し、量産に役立つ。前記第１の膜層は、アルカリ土類金属合金層であり、そのうちのアルカリ土類金属は、第２の膜層中の物質と他のカソード材料との固溶を効果的に阻止し、電極の安定性を効果的に向上させることにより、それを用いたデバイスの安定性と耐用年数を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本発明の内容をより明瞭に理解しやすくするために、以下、本発明の具体的な実施形態及び図面を組み合わせて、本発明をさらに詳細に説明する。

【図1】図１は、本発明の実施例１に係る電極の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセンスデバイスの安定性試験図である。

【0020】

図中の符号について、１−第１の膜層、２−第２の膜層。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の目的、技術手段及び利点をより明らかにするために、以下、図面を参照しながら本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。

【0022】

本発明は、ここで記載される実施例に限定されるものではなく、様々な形態で実施することが可能であると理解すべきである。逆に、これらの実施例を提供することにより、本開示が徹底し完全になり、かつ当業者に本発明の思想を十分に伝達することができ、本発明は特許請求の範囲にのみ限定される。図面において、明瞭のために、層及び領域の寸法及び相対的な寸法を誇張している場合がある。

【実施例1】

【0023】

本実施例は、図１に示すように、積層設置された第１の膜層１と第２の膜層２を含む電極を提供する。第１の膜層１は、Ａｇ：Ｍｇ合金層であり、Ｍｇの質量パーセントが１０％であり、厚さが１３ｎｍであり、第２の膜層２は、Ｙｂ層であり、厚さが１ｎｍである。

【0024】

本実施例は、Ａｇ／ＩＴＯ（２０ｎｍ）／ＨＡＴＣＮ（２０ｎｍ）／ＮＰＢ（４０ｎｍ）／ｍＣＢＰ：１０ｗｔ％Ｉｒ（ｐｐｙ）_３（３０ｎｍ）／ＴＰＢｉ（５０ｎｍ）／Ｙｂ（１ｎｍ）／Ａｇ：１０％Ｍｇ（１３ｎｍ）／ＩＴＯ（２０ｎｍ）である有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【0025】

第１の電極は、積層設置されたＡｇ層とＩＴＯ層であり、
正孔注入層は、ＨＡＴＣＮ（２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザ）層であり、
正孔輸送層は、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）層であり、
発光層は、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ））とＣＢＰ（Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル）のドープ層であり、
正孔阻止層は、ＴＰＢｉ（１，３，５−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）ベンゼン）層であり、
第２の電極は、上記電極であり、
光結合層は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層である。

【0026】

本発明の変形可能な実施例として、前記有機エレクトロルミネッセンスデバイスの構造は、これに限定されるものでなく、本発明に係る電極を用いたものであれば、いずれも本発明の目的を達成することができ、本発明の保護範囲に属する。

【0027】

本発明の変形可能な実施例として、第２の膜層の材料は、これに限定されるものでなく、仕事関数が２．０ｅＶ〜３．５ｅＶの任意のランタン系金属及び／又はランタン系金属化合物は、いずれも本発明の目的を達成することができ、本発明の保護範囲に属する。

【実施例2】

【0028】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第１の膜層がＡｌ層であり、第２の膜層の厚さが１０ｎｍであるという点で相違する電極を提供する。

【0029】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【実施例3】

【0030】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の膜層がＥｕ層であり、厚さが０．５ｎｍであるという点で相違する電極を提供する。

【0031】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【実施例4】

【0032】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の膜層がＹｂ_２Ｏ_３層であり、第１の膜層中のＭｇの質量パーセントが５％であり、厚さが０．５ｎｍであるという点で相違する電極を提供する。

【0033】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【実施例5】

【0034】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の膜層がＹｂＮとＹｂのドープ層であり、ＹｂＮ：Ｙｂの質量比が１：１であり、第１の膜層がＡｇ、Ｃａ合金層であり、Ｃａの質量パーセントが２０％であり、厚さが３０ｎｍであるという点で相違する電極を提供する。

【0035】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【実施例6】

【0036】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の膜層がＹｂとＣｅ_２Ｏのドープ層であり、Ｙｂ：Ｃｅ_２Ｏの質量比が１：１であるという点で相違する電極を提供する。

【0037】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【実施例7】

【0038】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第１の膜層中のＭｇの質量パーセントが５０％であり、第２の膜層の厚さが２ｎｍであるという点で相違する電極を提供する。

【0039】

本実施例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本実施例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【比較例１】

【0040】

本比較例は、Ａｇ、Ｍｇ合金層であり、Ａｇ、Ｍｇの質量比が１０：１であり、厚さが１３ｎｍである電極を提供する。

【0041】

本比較例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本比較例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【比較例２】

【0042】

本比較例は、構造が実施例１と同じであるが、第１の膜層中のＭｇの質量パーセントが７０％であるという唯一の点で相違する電極を提供する。

【0043】

本比較例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本比較例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【比較例３】

【0044】

本比較例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の膜層の厚さが２０ｎｍであるという唯一の点で相違する電極を提供する。

【0045】

本比較例は、構造が実施例１と同じであるが、第２の電極が本比較例に係る電極であるという点で相違する有機エレクトロルミネッセンスデバイスをさらに提供する。

【試験例１】

【0046】

有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、長時間の動作条件下で、有機薄膜が元の非結晶性薄膜から結晶性薄膜に転移する可能性があり、その薄膜変化によりデバイスの劣化をもたらす。

【0047】

そのため、異なる温度でそれぞれ１時間アニーリングしたデバイスと、アニーリングしない（２５℃）デバイスとのＴ_９７（即ちデバイスの輝度が１００００ｎｉｔから９７％まで減衰する耐用年数に必要な時間）試験結果を表１に示す。

【表1】

【0048】

表１のデータから分かるように、本発明に係る電極をデバイスに用いると、デバイスの耐用年数が比較例に係るデバイスの耐用年数よりもはるかに大きく、高温環境（１４０℃）では比較例１よりも４倍高いため、本発明に係る電極は高温安定性に優れている。

【0049】

実施例１に係る有機エレクトロルミネッセンスデバイスの安定性試験図を図２に示す。ＯＬＥＤデバイスを試験する場合に、回路補償原理を利用して、高電流密度試験を行うことは、業界で常用の手段である。実施例１の有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、超高輝度１００００ｎｉｔで１００時間経過すると、輝度が常に９９．５％以上であるため、このデバイスが高い安定性を有することを示し、本発明に用いられるカソード金属で形成された緻密な金属薄膜が水分と酸素の腐食に効果的に抵抗することができ、カソード金属層が酸化されることを回避し、デバイスの安定性を向上させることが証明される。

【試験例２】

【0050】

動的耐用年数実験（５０％ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ評価）を行い、即ち特定の動作環境で、表示画面をクロスチェッカーボードの形で点灯し、１０Ｓごとに一回変換し、輝度減衰を試験することによりデバイスの耐用年数を評価し、輝度が初期輝度の５０％まで減衰すると、実験を停止し、輝度試験が光度計Ｓｐｅｃｔｒａｓｃａｎ ＰＲ６５５を用いて測定する。表２は常温（２５℃）条件下で測定した各例におけるデバイスの動的耐用年数である。

【表2】

【0051】

表２の試験結果から分かるように、本発明に係る電極は、高い電子注入能力及び安定性を有し、製造された有機エレクトロルミネッセンスデバイスは、低い駆動電圧、高い電流効率及び長い耐用年数を有する。

【0052】

明らかに、上記実施例は、実施形態を限定するものではなく、明確に説明するために例示したものに過ぎない。当業者にとって、上記説明を基にさらに様々な他の形式の変更又は修正を行うことができる。ここで、全ての実施形態を列挙する可能性も必要性もない。これから導出した明らかな変形又は変更は、すべて本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

【図1】

【図2】