JP2005150082A

JP2005150082A - 白色有機エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JP2005150082A
Application number: JP2004245879A
Authority: JP
Inventors: Meiso Yokoyama; 明聡横山
Original assignee: ITC KK; Pentax Corp
Current assignee: ITC KK; Pentax Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】高輝度で色純度の高い白色の発色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を得る。
【解決手段】白色有機ＥＬ素子２０は、基板１０上に陽極１１および陰極１８により挟まれた有機層２１を有する。有機層２１には、陽極側から青色発光層１３、２層のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、緑色発光層１６が積層される。２層のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂはＤｙｅ層１４を挟み込む。Ｄｙｅ層１４は、その厚さが約０．１〜３ｎｍ程度であり、赤色色素および黄色色素から形成される。電源２２から電圧を印加すると、青色発光層１３から青色の光が、緑色発光層１６からは緑色の光が、Ｄｙｅ層１４からは赤色の光が発する。白色有機ＥＬ素子２０は、これら３色の光によって、白色の発色光を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス素子に関する。

従来、有機エレクトロルミネセンス素子を用いて、フルカラー表示が可能な表示素子を作成する例として、いわゆる白色法が知られている。白色法は、白色有機エレクトロルミネセンス素子（以下白色有機ＥＬ素子という。）から白色光を発光させ、その白色光をカラーフィルタでフィルタリングして、ＲＧＢの発光色を実現させる方法である。

白色法で用いられる白色有機ＥＬ素子としては、例えば、特許文献１に記載されるように、第１の青色発光層、黄色色素から成るδ層、および第２の青色発光層を積層して発光層を形成する白色有機ＥＬ素子が知られている。この白色有機ＥＬ素子は、青色発光層とδ層の発色光が補色の関係にあることを利用し、白色の発色光を実現している。
特開２００２−１８４５７４号公報

特許文献１に記載される白色有機ＥＬ素子においては、青色発光層およびδ層において、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが再結合して光を発する。しかし、この白色有機ＥＬ素子においては、再結合する領域が狭いため、高輝度の白色光を得ることは困難である。

そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、高輝度でかつ純度の高い白色の発色光を発することができる白色有機ＥＬ素子を得ることを目的とする。

本発明に係る白色有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、白色の発色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス素子であって、有機層には、少なくとも、青色発光層と、第１および第２のホールブロッキング層と、第１および第２のホールブロッキング層の間に挟まれ少なくとも赤色色素および黄色色素のいずれか一方を材料として形成されるＤｙｅ層とが積層されることを特徴とする。

青色発光層の発光色とＤｙｅ層の発光色とが補色の関係にあり、白色の発光色を発することが好ましい。

陽極側から青色発光層、第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、第２のホールブロッキング層の順で積層されることが好ましい。

Ｄｙｅ層の最低空準位のエネルギー準位は、第１および第２のホールブロッキング層の最低空準位のエネルギー準位より低く、さらにＤｙｅ層の最高被占準位のエネルギー準位は、第１および第２のホールブロッキング層の最高被占準位のエネルギー準位より高いことが好ましい。

有機層にさらに緑色発光層が積層される場合、青色発光層の発光色と、Ｄｙｅ層の発光色と、緑色発光層の発光色とが混合されることにより、白色の発光色を発し、好ましくは陽極側から青色発光層、第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、第２のホールブロッキング層、緑色発光層の順で積層される。

Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素を材料として形成される場合、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多いことが好ましく、黄色色素と赤色色素の重量比は１．８〜２．２：１、さらに好ましくは約２：１であるほうが良い。

Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素が混合されて形成されることが好ましく、この場合Ｄｙｅ層は、赤色色素と黄色色素とが共蒸着されることにより形成される。

本発明に係る有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、所定の色の光を発する有機エレクトロルミネセンス素子であって、有機層には、少なくとも、第１および第２のホールブロッキング層と、第１および第２のホールブロッキング層の間に挟まれ所定の色素を材料として形成されるＤｙｅ層とが積層され、Ｄｙｅ層の最低空準位のエネルギー準位は、第１および第２のホールブロッキング層の最低空準位のエネルギー準位より低く、Ｄｙｅ層の最高被占準位のエネルギー準位は、第１および第２のホールブロッキング層の最高被占準位のエネルギー準位より高いことを特徴とする。

本発明に係る白色有機ＥＬ素子は、色純度が高くかつ高輝度の白色光を得ることができる。

以下本発明に係る実施形態を図１〜図２を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の白色有機ＥＬ素子の一実施形態の模式的な断面図を示す。白色有機ＥＬ素子２０は、基板１０と、基板１０上に形成された陽極１１と、陽極１１上に積層された有機層２１と、有機層２１の上に形成された電子注入層１７と、電子注入層１７の上に形成された陰極１８を有する。

基板１０は、透光性を有するガラスを材料として形成される。陽極１１は、ITO（インジウムとスズの酸化物）を材料として形成される半透明膜であって、その膜厚は１００ｎｍ程度である。陽極１１上に形成された有機層２１は、後述するように白色光を発光させ、その白色光は、陽極１１および基板１０を透過して白色有機ＥＬ素子２０外部に発せられる。

有機層２１は陽極１１側（すなわち図１においては下側）から順に、正孔輸送層（ホール輸送層）１２、青色発光層１３、第１のホールブロッキング層１５ａ、Ｄｙｅ層１４、第２のホールブロッキング層１５ｂ、および緑色発光層１６が積層されて、形成される。

正孔輸送層１２は、NPB（Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）―Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine））を材料として形成され、その厚さは約７０ｎｍである。正孔輸送層１２は、陽極１１から注入された正孔（ホール）を青色発光層１３等に有効に移動させる。

青色発光層１３は、ホスト有機材料であるDPVBi（１，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（1,4-bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl））に青色ドーパント色素であるPe（ペリレン（perylene））またはTBPe（テトラ（ｔ−ブチル）ペリレン）がドープされて形成され、その厚さは約１０ｎｍである。

第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂは、陽極から注入された正孔が陰極側へ移動するのを阻害するための層である。ホールブロッキング層１５ａ、１５ｂは、TPBi（２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）（2,2',2"-(1,3,5-benzenetriyl)tris(1-phenyl-1H-benzimidazole)））を材料として形成され、その厚さは約３０ｎｍである。ホールブロッキング層１５ａ、１５ｂに挟まれるＤｙｅ層１４は、黄色色素および赤色色素を材料として形成され、その厚さは約０．１〜３ｎｍ程度である。黄色色素としては、ルブレン（Rubrene）が用いられる。赤色色素としては、DCM2（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（２−（２，３，６，７−テトラ−ヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ）［ｉｊ］キノリジン−８−イル）−４Ｈ−ピラン（4-dicyanomethylene-2-methyl-6-(2-(2,3,6,7-tetra-hydro-1H,5H-benzo)[ij]quinolizin-8-yl)-4H-pyran)）が用いられる。ここで、黄色色素の含有量は、赤色色素の含有量より多く、黄色色素と赤色色素の重量比は約２：１である。緑色発光層１６は、厚さ２０ｎｍ程度の層であり、アルキレート化合物であるAlq₃（トリキノリノレートアルミニウム）を材料として形成される。なお、青色発光層１３、緑色発光層１６、および第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂは、電子輸送性に優れ、電子輸送層の役割も果たす。なお、NPB、DPVBi、Pe、TBPe、ルブレン、DCM2、TPBi、およびAlq₃の化学式は、以下式［１］〜［８］に示す。

有機層２１を挟み込む陽極１１と陰極１８は、電源２２に接続され、電源２２から電圧が印加されると、陽極１１から正孔が、陰極１８から電子が有機層２１に注入される。陰極１８は例えばアルミニウムを材料として形成される。陰極１８と有機層２１の間には電子注入層１７が形成される。電子注入層１７は陰極１８から電子を有機層２１に容易に注入させやすくするための層であって、例えばＬｉＦを材料として形成され、その厚さは約０．７ｎｍである。

有機層２１の各層は、陽極上に順次蒸着されることにより、形成される。特に、Ｄｙｅ層１４は、黄色色素と赤色色素が共蒸着されることにより、形成される。これにより、Ｄｙｅ層１４は、赤色色素および黄色色素が略均一に混合されて形成される。また、電子注入層１７および陰極１８についても、有機層２１上に蒸着されることにより形成される。

図２は白色有機ＥＬ素子２０の有機層２１の各層のエネルギー準位を模式的に示した図である。図２を参照して白色有機ＥＬ素子２０の発光原理について詳細に説明する。上述したように、有機層２１には、陽極側から順に、NPB（正孔輸送層１２）、DPVBi（青色発光層１３）、TPBi（第１のホールブロッキング層１５ａ）、RubreneとDCM2（Ｄｙｅ層１４）、TPBi（第２のホールブロッキング層１５ｂ）、Alq₃（緑色発光層１６）を材料として形成された層が積層される。

図２に示すように、それぞれの層の最低空準位（LUMO）および最高被占準位（HOMO）のエネルギー準位は、それぞれの層を形成する物質に基づき、真空準位を０ｅＶとすると、正孔輸送層１２が−２．１，−５．２ｅＶ、青色発光層１３が−２．８，−５．９ｅＶ、ホールブロッキング層１５ａ、１５ｂが−２．７，−６．２ｅＶ、Ｄｙｅ層１４が−３．１５および、−５．１５および−２．９，−５．２ｅＶ、緑色発光層１６が−３．１，−５．７ｅＶである。

陰極から注入された電子は、緑色発光層１６、２層のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、Ｄｙｅ層１４を通って、青色発光層１３に送られる。ここで、ホールブロッキング層１５ｂのLUMOのエネルギー準位は、緑色発光層１６のLUMOのエネルギー準位より高いので、電子は層１５ｂと層１６の界面に集約される。また、Ｄｙｅ層１４は、LUMOのエネルギー準位がＤｙｅ層１４（RubreneとDCM2）のLUMOのエネルギー準位より高いホールブロッキング層１５ａ、１５ｂに挟み込まれているので、電子は、Ｄｙｅ層１４にも集約される。さらに、正孔輸送層１２のLUMOのエネルギー準位は、青色発光層１３のLUMOのエネルギー準位より高く、正孔輸送層１２のために電子は青色発光層１３に集約する。

陽極から注入された正孔は、正孔輸送層１２、青色発光層１３、ホールブロッキング層１５ａ、１５ｂ、Ｄｙｅ層１４を通って、緑色発光層１６まで送られる。ここで、HOMOのエネルギー準位は、ホールブロッキング層１５ａが青色発光層１３より低く、青色発光層１３が正孔輸送層１２より低い。したがって、正孔は層１２と層１３の界面、および層１３と層１５ａの界面に集約される。また、Ｄｙｅ層１４のHOMOのエネルギー準位は、ホールブロッキング層１５ａのHOMOのエネルギー準位より高く、すなわち、Ｄｙｅ層１４のバンドギャップ（LUMOとHOMOのエネルギー準位差）が、Ｄｙｅ層１４を挟むホールブロッキング層１５ａ、１５ｂのバンドギャップより小さいので、正孔は容易にＤｙｅ層１４に注入され、Ｄｙｅ層１４とホールブロッキング層１５ｂの界面に集約される。

上述した電子および正孔の挙動により、本実施形態では、青色発光層１３と正孔輸送層１２の界面、Ｄｙｅ層１４と第１および第２のホールブロッキング層１５ａ、１５ｂの界面付近、および第２のホールブロッキング層１５ｂと緑色発光層１６の界面において、正孔と電子の再結合が非常に多く発生する。これらの再結合によって、青色発光層１３は青色の発色光を、Ｄｙｅ層１４は赤色の発色光を、緑色発光層は緑色の発色光を発する。これらの３色の発色光は混合され、白色有機ＥＬ素子２０は、白色の発色光を発する。

なお、ホールブロッキング層１５ａ、１５ｂの励起状態のエネルギー準位は、黄色色素の励起状態のエネルギー準位より高く、また黄色色素の励起状態のエネルギー準位は赤色色素のエネルギー準位より高い。したがって、Ｄｙｅ層１４と層１５ａ、１５ｂの界面付近で発生した再結合によって生じた励起子のエネルギーは、黄色色素、続いて赤色色素に移動する。したがって、Ｄｙｅ層１４は赤色の発色光を発する。

以上のように、本実施形態においては、複数箇所で電子と正孔の再結合が起こるので、再結合される領域が広がり、高輝度の白色発光を得ることができる。また、各発光層およびＤｙｅ層の膜厚を調整することにより、各発光色の強度が任意に調整することができるので、容易に白色発光を得ることができる。

なお、赤色色素および黄色色素は、他の色素でもよく、例えば、赤色色素としては、ローダミン６Ｇ（rhodamine 6G）、DCJTB（４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−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（4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran））等を使用してもよい。

さらに、本実施形態においては、Ｄｙｅ層１４は、赤色色素（DCM2）に黄色色素（Rubrene）が混合されて形成されているが、これはホールブロッキング層１５ａ、１５ｂで生じた励起子のエネルギーが、黄色色素を介することによって、赤色色素に移動しやすくするためである。したがって、Ｄｙｅ層１４は、黄色色素が含有されず、色素として赤色色素（DCM2）のみが材料として形成されてもよい。しかし、この場合、赤色色素へのエネルギー移動が起こりにくくなるので、Ｄｙｅ層１４からは赤色の発色光は発せられずに、ピンク色の発色光が発せられる。

また、Ｄｙｅ層１４は赤色色素が含有されず、色素としては黄色色素（Rubrene）のみが材料として形成され、さらに有機層２１に、緑色発光層１６が積層されていない構成であってもよい。この場合、Ｄｙｅ層１４によって発せられる光は、黄色の発色光であるので、青色発光層１３から発する青色の光と、Ｄｙｅ層１４から発する黄色の光が補色の関係となり、白色有機ＥＬ素子２０は白色光を発する。

なお、本実施形態においては、青色発光層１３のホスト材料として、DPVBiを用いたが、ホスト材料としては、β-ADN（９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（9,10-di(2-naphthyl）anthracene））、TBADN（２−ｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（2-t-buthyl-9,10-di(2-naphthyl）anthracene））等を用いてもよい。

また、本実施形態においては、青色発光層１３は、ホスト材料であるDPVBiにPeまたはTBPeをドープして形成されるが、ドーパント色素がドープされていなくともよい。この場合、青色発光層１３は、ドーパント色素がドープされていなくても、充分に発光する青色発光材料を材料として形成される。なお、rhodamine 6G、DCJTB、β-ADNおよびTBADNの化学式は、以下の式［９］〜［１２］に示す通りである。

本発明の白色有機ＥＬ素子の一実施形態の模式的な断面図を示す。本発明の一実施形態に係る白色有機ＥＬ素子が有する有機層の各層のエネルギー準位を模式的に示す。

符号の説明

１０基板
１１陽極
１２正孔輸送層
１３青色発光層
１４Ｄｙｅ層
１５ａ、１５ｂ第１、第２のホールブロッキング層
１６緑色発光層
１８陰極
２０白色有機エレクトロルミネセンス素子（白色有機ＥＬ素子）

Claims

基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、白色の発色光を発する白色有機エレクトロルミネセンス素子であって、
前記有機層には、少なくとも、青色発光層と、第１および第２のホールブロッキング層と、前記第１および第２のホールブロッキング層の間に挟まれ少なくとも赤色色素および黄色色素のいずれかを材料として形成されるＤｙｅ層とが積層されることを特徴とする白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記青色発光層の発光色と前記Ｄｙｅ層の発光色とが補色の関係にあり、白色の発光色を発することを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記陽極側から青色発光層、第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、第２のホールブロッキング層の順で積層されることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記Ｄｙｅ層の最低空準位のエネルギー準位は、前記第１および第２のホールブロッキング層の最低空準位のエネルギー準位より低く、さらに前記Ｄｙｅ層の最高被占準位のエネルギー準位は、前記第１および第２のホールブロッキング層の最高被占準位のエネルギー準位より高いことを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記有機層にさらに緑色発光層が積層されることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記青色発光層の発光色と、前記Ｄｙｅ層の発光色と、前記緑色発光層の発光色とが混合されることにより、白色の発光色を発することを特徴とする請求項５に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記陽極側から青色発光層、第１のホールブロッキング層、Ｄｙｅ層、第２のホールブロッキング層、緑色発光層の順で積層されることを特徴とする請求項５に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記Ｄｙｅ層は、赤色色素および黄色色素を材料として形成され、前記黄色色素の含有量は、前記赤色色素の含有量より多いことを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記黄色色素と赤色色素の重量比が１．８〜２．２：１であることを特徴とする請求項８に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記Ｄｙｅ層は、前記赤色色素および前記黄色色素が混合されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
前記Ｄｙｅ層は、前記赤色色素と前記黄色色素とが共蒸着されることにより形成されることを特徴とする請求項１０に記載の白色有機エレクトロルミネセンス素子。
基板上に、陽極および陰極により挟まれた有機層で構成され、所定の色の光を発する有機エレクトロルミネセンス素子であって、
前記有機層には、少なくとも、第１および第２のホールブロッキング層と、前記第１および第２のホールブロッキング層の間に挟まれ所定の色素を材料として形成されるＤｙｅ層とが積層され、
前記Ｄｙｅ層の最低空準位のエネルギー準位は、前記第１および第２のホールブロッキング層の最低空準位のエネルギー準位より低く、前記Ｄｙｅ層の最高被占準位のエネルギー準位は、前記第１および第２のホールブロッキング層の最高被占準位のエネルギー準位より高いことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。