JP2001338759A

JP2001338759A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2001338759A
Application number: JP2000156816A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kohama; 恵一小浜
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】発光層が厚く、且つホールと電子との再結合
が発光層の内部においてもなされ、発光層の劣化が大幅
に抑制され、素子全体としての耐久性が格段に向上した
有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】真空蒸着法により、ガラス製の透明基板
２の表面に、ＩＴＯからなる陽極３、発光層を有する有
機ＥＬ薄膜及びＡｌからなる陰極５を、この順に成膜し
た後、封止部材６により封止して得られる有機ＥＬ素子
１において、発光層４３を６０〜１００ｎｍ、特に７０
〜９０ｎｍの厚さとする。また、ホール輸送材料である
トリフェニルアミン２量体の誘導体を、電子輸送性発光
材料であるＡｌｑ３に対して１：０．５〜１：１．５の
体積比で含有する発光層とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光層が厚く、且
つ発光層の厚さ方向における発光領域を広くすることが
でき、発光層の劣化が抑えられ、耐久性に優れる有機エ
レクトロルミネセンス（ＥＬ）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子の発光層に用いられる発光
材料は、ホール輸送性、電子輸送性のうちのいずれか一
方に優れ、従来の素子構成ではホール又は電子が注入さ
れる界面近傍の狭い領域でのみ発光する。そして、発光
材料の劣化は、発光層とホール輸送層又は電子輸送層と
の界面から発光層の内部に向かって進行し、正常に発光
する領域が徐々に減少していくが、発光領域が狭い範囲
に限られているため、比較的短時間のうちに素子全体と
しての輝度が低下し、耐久性に優れる素子とすることは
容易ではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点を解決するものであり、発光層を厚くし、
且つホールと電子との再結合領域を発光層の内部にまで
広げることにより、耐久性に優れる有機ＥＬ素子を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発光材料の劣化を抑え、
素子の耐久性を向上させるためには、発光層を厚くする
ことが考えられる。しかし、発光層を厚くしても、発光
領域は発光層とホール輸送層又は電子輸送層との界面近
傍に限定されるため、耐久性を大きく向上させることは
できない。一方、発光領域を発光層の厚さ方向において
広くすることによっても素子の耐久性を向上させること
ができ、これらを組み合わせることにより、素子の耐久
性が格段に向上することが見出された。本発明は、この
ような知見に基づきなされたものである。

【０００５】第１発明の有機ＥＬ素子は、基板と、該基
板の表面に、陽極、有機ＥＬ薄膜及び陰極が、この順に
積層され形成される有機ＥＬ積層体とを備え、上記有機
ＥＬ薄膜は少なくとも発光層を有し、該発光層の厚さが
６０〜１００ｎｍであり、該発光層は、ホール輸送材料
を含む電子輸送性発光材料、又は、電子輸送材料及びホ
ールブロック材料の少なくとも一方を含むホール輸送性
発光材料からなることを特徴とする。

【０００６】上記「有機ＥＬ薄膜」は、陽極の表面に、
少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層が順次
積層され、形成される。また、陽極とホール輸送層との
間にホール注入層を設けることができ、電子輸送層と陰
極との間に電子注入層を設けることもできる。

【０００７】上記「発光層」の厚さは６０〜１００ｎｍ
であり、特に７０〜９０ｎｍであることが好ましい。発
光層の厚さが６０ｎｍ未満であると、素子の耐久性が向
上せず、この厚さが１００ｎｍを超える場合は、耐久性
が十分に向上しないとともに、所定の輝度で発光させる
ために要する電圧を高くする必要がある。

【０００８】上記「電子輸送性発光材料」としてはＡｌ
ｑ３、ＢＡｌｑ等のアルミキノリウム錯体等が使用され
ることが多く、これにホール輸送材料を含有させること
により発光層を形成することができる。上記「ホール輸
送材料」としては、トリフェニルアミン誘導体の２量体
であるα−ＮＰＤ、トリフェニルアミンの２量体をシク
ロヘキサンにより連結した構造のＮ，Ｎ’−ビス（４−
ジフェニルアミノ−４−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフ
ェニル−ビス（４−アミノフェニル）シクロヘキサン、
トリフェニルアミンの２量体であるＴＰＤ、スターバー
ストアミン誘導体（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、α−ＮＰＢ及
び３個のトリフェニルアミンを連結した構造のＨＴＭ
１、ＮＳＤ等のトリアリルアミン誘導体並びにＤＰＡＶ
Ｂｉ等のビススチリルアミン誘導体等を用いることがで
きる。

【０００９】このホール輸送材料としては、第２発明の
ように、酸化電位が５．０５ｅＶ以上であるものが好ま
しい。そのようなホール輸送材料としては、上記のトリ
フェニルアミンの２量体をシクロヘキサンにより連結し
た構造の化合物（酸化電位；５．０８ｅＶ）が好まし
い。酸化電位が５．０５ｅＶ未満のホール輸送材料で
は、電子輸送性発光材料との間でエキサイプレックス状
態を生じ、発光効率が低下する傾向にある。

【００１０】電子輸送性発光材料からなる発光層では、
ホールと電子との再結合は、通常、発光層のホール輸送
層との界面近傍においてなされる。そのため、この界面
近傍における発光材料の劣化が進行し易く、素子の耐久
性が低下する。また、電子の移動距離が長く、抵抗が大
きくなって、発光効率が低下し、所定の輝度とするため
には高い電圧を印加しなればならない等の問題もある。
この発光層にホール輸送材料を含有させることにより、
発光層のホール輸送性が向上し、ホールと電子との再結
合の確率を発光層内においてより均一にすることができ
る。その結果、発光層の内部、及び電子輸送層との界面
近傍においてもホールと電子とを再結合させることがで
き、発光領域を発光層の厚さ方向において広げることが
できる。

【００１１】また、上記「ホール輸送性発光材料」とし
ては、トリアリルアミン誘導体及びビススチリルアミン
誘導体等が使用されることが多く、これに電子輸送材料
及びホールブロック材料の少なくとも一方を含有させる
ことにより発光層を形成することができる。上記「電子
輸送材料」としては、ＰＢＤ、ＢＮＤ等のオキサジアゾ
ール系化合物、トリアゾール構造を有する化合物、ヒド
ロキシフラボンＢｅ錯体及び発光材料として多用される
アルミキノリウム錯体等を用いることができる。この電
子輸送材料としては、第２発明のように、還元電位が
３．３ｅＶ以下であるものが好ましい。更に、上記「ホ
ールブロック材料」としては、Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物
を使用することができる。

【００１２】ホール輸送性発光材料からなる発光層で
は、ホールと電子との再結合は、通常、発光層の電子輸
送層との界面近傍においてなされ、この界面近傍におけ
る発光材料の劣化が進行し易く、素子の耐久性が低下す
る。また、発光効率も低下し、所定の輝度とするために
は高い電圧を印加しなればならない等の問題もある。こ
の発光層に電子輸送材料及びホールブロック材料の少な
くとも一方を含有させることにより、発光層の内部、及
びホール輸送層との界面近傍においてもホールと電子と
を再結合させることができ、発光領域を発光層の厚さ方
向において広げることができる。

【００１３】電子輸送性発光材料とホール輸送材料との
量比、又は、ホール輸送性発光材料と電子輸送材料及び
ホールブロック材料の少なくとも一方との量比は、体積
比で１：０．５〜１：１．５、特に１：０．８〜１：
１．２であることが好ましい。電子輸送性発光材料又は
ホール輸送性発光材料の量比が高すぎる場合は、発光領
域を発光層の厚さ方向において十分に広げることができ
ず、耐久性の高い素子とすることができない等の問題が
ある。一方、電子輸送性発光材料又はホール輸送性発光
材料の量比が低すぎる場合は、電子輸送層又はホール輸
送層からの発光が混ざり始めるため好ましくない。

【００１４】更に、第１乃至第２発明では、第３発明の
ように、発光層に色素をドープすることができる。色素
としては、キナクリドン、クマリン等を使用することが
できる。このように色素をドープすることにより、素子
の耐久性を更に向上させることができる。また、発光層
の色度を制御することもでき、素子の発光色を所望のも
のに容易に調整することができる。

【００１５】第１乃至第３発明の有機ＥＬ素子におい
て、上記「基板」としては、ソーダ石灰ガラス等のガラ
ス類の他、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテル
スルホン、ポリカーボネート等の合成樹脂及び石英等の
透明性を有するものを使用することができる。これらの
うちでは特にガラスからなる基板が多用される。

【００１６】また、上記「陽極」は、金、ニッケル等の
金属単体、及びＩＴＯ、ＣｕＩ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の
金属化合物により形成することができる。これらのう
ち、生産性、安定した導電性等の観点からＩＴＯが特に
好ましい。上記「陰極」は、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａ
ｇ合金、Ｎａ−Ｋ合金、ナトリウム、マグネシウム、リ
チウム、アルミニウム等により形成することができる。
これらのうちでは特にＡｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｇ合金
及びアルミニウムが多用される。これら有機ＥＬ素子を
構成する各層は、真空蒸着法により形成することがで
き、スピンコート法、キャスト法、スパッタリング法及
びＬＢ法等、他の各種の方法によっても形成することが
できる。

【００１７】有機ＥＬ積層体は封止部材により封止さ
れ、封止空間には窒素ガス等の不活性なガスを主成分と
するガスが充填される。封止部材としては、ステンレス
鋼、アルミニウム又はその合金等の金属、ソーダ石灰ガ
ラス、珪酸塩ガラス等のガラス、アクリル系樹脂、スチ
レン系樹脂等の合成樹脂などからなるものを使用するこ
とができる。

【００１８】この封止部材と基板の周縁との接合は、エ
ポキシ樹脂、アクリレート系樹脂等の熱硬化性樹脂の
他、光硬化性樹脂等の封止樹脂により行うことができ
る。これらのうち、輝度の低下等を抑えるため、水分等
が透過し難い硬化体が形成される封止樹脂を使用するこ
とが好ましい。また、素子に加わる熱応力を緩和するこ
とができ、且つ硬化速度の大きい光硬化性樹脂がより好
ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を更に
詳しく説明する。実施例１（発光層の厚さを８０ｎｍとし、電子輸送性発
光材料に酸化電位が５．０８ｅＶの特定のホール輸送材
料を含有させて発光層を形成した有機ＥＬ素子）（１）有機ＥＬ素子の製造図１に、その縦断面を模式的に示す有機ＥＬ素子を、以
下のようにして製造した。真空蒸着法により、ガラス製
の透明基板２の表面に、ＩＴＯからなり、厚さ１６０ｎ
ｍの陽極３、ＣｕＰｃからなり、厚さ３０ｎｍのホール
注入層４１、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ジフェニルアミノ−
４−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ビス（４−
アミノフェニル）シクロヘキサン（ＤＰＤＡＣ）からな
り、厚さ３０ｎｍのホール輸送層４２、Ａｌｑ３に対し
て体積比で１：１のＤＰＤＡＣが分散、混合されてな
り、厚さが８０ｎｍのホール輸送性発光層４３、Ａｌｑ
３からなり、厚さ３０ｎｍの電子輸送層４４、ＬｉＦか
らなり、厚さ０．５ｎｍの電子注入層４５、及びＡｌか
らなり、厚さ１５０ｎｍの陰極５を、この順に成膜し、
有機ＥＬ積層体を形成した後、透明基板２の周縁に封止
部材６を封止樹脂により接合し、有機ＥＬ積層体を封止
し、有機ＥＬ素子１を製造した。

【００２０】この有機ＥＬ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²の電
流密度となるようにして定電流駆動させたところ、初期
輝度を１０００ｃｄ／ｍ²とするために要する印加電圧
は６．２Ｖであった。また、連続駆動した場合に輝度が
半減するまでの時間を測定したところ６２０時間であっ
た。この素子では、発光層を厚くし、且つ電子輸送性発
光材料であるＡｌｑ３に、ホール輸送材料であるＤＰＤ
ＡＣを含有させたため、発光層において実際に発光して
いる領域も広くなり、これらの相乗効果により耐久性を
大きく向上させることができた。

【００２１】実施例２発光層の厚さを６０ｎｍとした他は、実施例１と同様に
して有機ＥＬ素子を製造した。実施例３発光層の厚さを１００ｎｍとした他は、実施例１と同様
にして有機ＥＬ素子を製造した。

【００２２】比較例１ＤＰＤＡＣを含有しない発光層とし、その厚さを３０ｎ
ｍとした他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を製
造した。比較例２ＤＰＤＡＣを含有しない発光層とし、その厚さを６０ｎ
ｍとした他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を製
造した。

【００２３】比較例３発光層の厚さを３０ｎｍとした他は、実施例１と同様に
して有機ＥＬ素子を製造した。比較例４発光層の厚さを４０ｎｍとした他は、実施例１と同様に
して有機ＥＬ素子を製造した。比較例５発光層の厚さを１２０ｎｍとした他は、実施例１と同様
にして有機ＥＬ素子を製造した。以上、実施例２〜３及
び比較例１〜５の有機ＥＬ素子についても、実施例１の
場合と同様にして定電流駆動し、耐久性を評価した。初
期輝度を１０００ｃｄ／ｍ²とするための所要電圧及び
輝度半減時間を実施例１の結果も併せ、表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１の結果によれば、発光層の厚さが第１
発明の上下限値である実施例２及び３においても、十分
な耐久性を有する素子が得られていることが分かる。一
方、発光層にＤＰＤＡＣが含有されておらず、且つ厚さ
も第１発明の下限値未満である比較例１、厚さは第１発
明の範囲内であるものの、ＤＰＤＡＣが含有されていな
い比較例２では、いずれも耐久性が大きく低下している
ことが分かる。また、発光層に所要量のＤＰＤＡＣが含
まれていても、厚さが第１発明の下限値未満である比較
例３及び４、厚さが上限値を超える比較例５でも、耐久
性が大きく低下していることが分かる。特に、発光層が
厚すぎる比較例５では、所要電圧も相当に高くなってお
り、より好ましくないことが分かる。このように、発光
層が所定の厚さを有していても、ホール輸送材料が含有
されていない場合、及び発光層に所要量のホール輸送材
料が含有されていても、所定の厚さでない場合、は耐久
性は向上せず、これらの実施例及び比較例は第１乃至第
２発明の効果を裏付けるものである。

【００２６】尚、本発明においては、上記の実施例に限
られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更
した実施例とすることができる。例えば、電子注入層
は、アルカリ金属の酸化物及びＢａＦ₂等のアルカリ土
類金属のフッ化物等により形成することもできる。

【００２７】

【発明の効果】第１発明によれば、発光層を所定の厚さ
とし、且つ発光層における発光領域をホール輸送層又は
電子輸送層との界面ばかりでなく、発光層の内部を含む
広い領域とすることにより、素子の耐久性を大きく向上
させることができる。また、第２発明によれば、電子輸
送性発光材料との間にエキサイプレックス状態を生じる
ことがなく、発光効率が低下することがない。更に、第
３発明によれば、より耐久性に優れる有機ＥＬ素子とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における有機ＥＬ素子の縦断面を示す
模式図である。

【符号の説明】

１；有機ＥＬ素子、２；透明基板、３；陽極、４１；ホ
ール注入層、４２；ホール輸送層、４３；発光層、４
４；電子輸送層、４５；電子注入層、５；陰極、６；封
止部材、６１；接合部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板の表面に、陽極、有機Ｅ
Ｌ薄膜及び陰極が、この順に積層され形成される有機Ｅ
Ｌ積層体とを備え、上記有機ＥＬ薄膜は少なくとも発光
層を有し、該発光層の厚さが６０〜１００ｎｍであり、
該発光層は、ホール輸送材料を含む電子輸送性発光材
料、又は、電子輸送材料及びホールブロック材料の少な
くとも一方を含むホール輸送性発光材料からなることを
特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】上記ホール輸送材料の酸化電位が５．０
５ｅＶ以上であり、上記電子輸送材料の還元電位が３．
３ｅＶ以下である請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】上記発光層に更に色素がドープされてい
る請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。