JP2006210747A

JP2006210747A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JP2006210747A
Application number: JP2005022480A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okumoto; 健二奥本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】１つの発光層で白色発光する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、優れた発光効率及び発光寿命を示す有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
【解決手段】陽極１と、陰極５と、陽極１及び陰極５の間に挟まれる発光層３とを備え、発光層３が、アントラセン誘導体またはアントラセン誘導体及びアリールアミン誘導体の混合物からなるホスト材料と、青色発光ドーパントと、ナフタセン誘導体からなるオレンジ色発光ドーパントとを含有する白色発光層であり、ホスト材料に対するオレンジ色発光ドーパントの重量比（オレンジ色発光ドーパント／ホスト材料×１００）が０．１〜１．０％であることを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものであり、さらに詳細には１つの発光層で白色発光する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、ディスプレイや照明への応用の観点から活発に開発が行われている。

特に白色発光の有機ＥＬ素子は、照明、液晶ディスプレイなどのバックライトあるいはカラーフィルタ方式の有機ＥＬディスプレイへの応用の観点から重要である。

従来の白色発光の有機ＥＬ素子としては、青系の発光色を示す発光層と、オレンジ系の発光色を示す発光層とを積層した構造を有するものが多く提案されている。しかしながら、このような素子構造においては、有機層の数が増えるため製造プロセスの工程が増加するという問題があった。また、発光色の駆動電圧の変化や、発光色の経時変化が大きいという問題があった。

１つの発光層で白色を発光する有機ＥＬ素子としては、発光層に高分子材料を用いた素子が提案されている（非特許文献１など）。

しかしながら、このような有機ＥＬ素子においては、発光効率及び発光寿命において不十分であるという問題があった。

特許文献１においては、１つの発光層に、青色系発光材料と、少なくとも１つのフルオランテン骨格、ペンタセン骨格またはペリレン骨格を有する蛍光性化合物とを含有させた白色系有機ＥＬ素子が開示されている。しかしながら、このような有機ＥＬ素子においても、高い発光効率は得られておらず、発光寿命も不十分なものであった。

また、特許文献２には、後述する青色発光ドーパントＢ−１が開示されている。
特開２００１−２５０６９０号公報特開２００４−１３４３９６号公報 J.Kido,M.Kimura,and K.Nagai、Science、267号、1332ページ、1995年

本発明の目的は、１つの発光層で白色発光する有機ＥＬ素子であって、優れた発光効率及び発光寿命を示す有機ＥＬ素子を提供することにある。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰極と、陽極及び陰極の間に挟まれる発光層とを備え、発光層が、アントラセン誘導体、またはアントラセン誘導体及びアリールアミン誘導体の混合物からなるホスト材料と、青色発光ドーパントと、ナフタセン誘導体からなるオレンジ色発光ドーパントとを含有する白色発光層であり、ホスト材料に対するオレンジ色発光ドーパントの重量比（オレンジ色発光ドーパント／ホスト材料×１００）が０．１〜１．０％であることを特徴としている。

本発明に従えば、１つの発光層で白色発光する有機ＥＬ素子であって、優れた発光効率及び発光寿命を示す有機ＥＬ素子とすることができる。

本発明においては、ホスト材料に対するオレンジ色発光ドーパントの重量比を０．１〜１．０％としている。重量比が０．１％未満になると、オレンジ色の発光が不足し、良好な白色発光が得られなくなる。また、１．０％を超えると、オレンジ色発光が強くなりすぎ、良好な白色発光が得られなくなる。

本発明においては、上記ホスト材料と、青色発光ドーパントと、オレンジ色発光ドーパントとを発光層に含有させている。有機ＥＬ素子の駆動原理は、陽極及び陰極からそれぞれ正孔と電子が注入され、それらが有機薄膜中を輸送され、正孔と電子の対が有機薄膜中で再結合し、励起状態を生じ、励起状態から発光が得られるというものである。この正孔と電子の再結合により生じる励起状態において、励起状態のエネルギーが別の発光種に移動され、その発光種から発光が得られる場合がある。このような場合、再結合を担う材料をホスト材料といい、発光種を発光ドーパントと呼ぶ。本発明においては、このようなホスト材料として、アントラセン誘導体、またはアントラセン誘導体及びアリールアミン誘導体の混合物を用いている。また、発光ドーパントとしては、青色発光ドーパントと、ナフタセン誘導体からなるオレンジ色発光ドーパントとを用いている。

本発明に従い、上記ホスト材料と、青色発光ドーパントと、上記オレンジ色発光ドーパントとを含有し、上記オレンジ色発光ドーパントの重量比を上記の範囲内とすることにより、優れた発光効率及び発光寿命が得られる。

本発明の有機ＥＬ素子において、青色発光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内であることが好ましい。この範囲を外れると、良好な白色発光が得られない場合がある。

本発明の有機ＥＬ素子において、オレンジ色発光の発光ピーク波長は、５４０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であることが好ましい。この範囲を外れると、良好な白色発光が得られない場合がある。

本発明において、青色発光のピーク波長における発光強度と、オレンジ色発光のピーク波長における発光強度の比（青色発光強度／オレンジ色発光強度）は、０．３〜５．０の範囲内であることが好ましい。このような範囲内にすることにより、図４に示すＣＩＥ１９３１色度座標において、白色系の色と認識される点線で囲まれる範囲内の色を発光することができる。

本発明においては、発光層の陽極側の界面から陰極までの距離が３５ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内であることが好ましい。この距離が３５ｎｍ未満であると、発光効率が大きく減少する場合がある。また、この距離が６０ｎｍを超えると、駆動電圧が著しく高くなる場合がある。

本発明において、ホスト材料として用いられるアントラセン誘導体としては、例えば、以下の一般式（１）で表されるものが挙げられる。

（ここで、Ａｒ₁及びＡｒ₂は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒは、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、アントラセン環上のいずれの置換位置にあってもよい。）
上記一般式（１）におけるＡｒ₁及びＡｒ₂としては、特に、フェニル基、トルイル基、ターシャリーブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基あるいはアンスリル基が好ましい。また、Ｒとしては、メチル基、ターシャリーブチル基が特に好ましい。

本発明において、アントラセン誘導体と混合して用いられるアリールアミン誘導体としては、以下の一般式（２）で表されるものが好ましく用いられる。

（ここで、Ａｒ₁、Ａｒ₂及びＡｒ₃は、炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
上記一般式（２）におけるＡｒ₁、Ａｒ₂及びＡｒ₃としては、特に、フェニル基、トルイル基、ターシャリーブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基あるいはジフェニルアミノ基が好ましい。

本発明におけるアリールアミン誘導体のその他の例としては、以下の一般式（３）で表されるものが挙げられる。

（ここで、Ａｒ₁〜Ａｒ₄は、炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
上記一般式（３）におけるＡｒ₁〜Ａｒ₄としては、特に、フェニル基、トルイル基、ターシャリーブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ジフェニルアミノ基が好ましい。

本発明において用いる青色発光ドーパントは、特に限定されるものではないが、例えば、以下の一般式（４）で表されるものが好ましく用いられる。

（ここで、Ａｒ₁及びＡｒ₂は、炭素数３０以下の芳香族置換基または炭素数３０以下のジアリールアミノ基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
上記一般式（４）におけるＡｒ₁及びＡｒ₂としては、特に、フェニル基、トルイル基、ターシャリーブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ジフェニルアミノ基、ジトルイルアミノ基が好ましい。

青色発光ドーパントのその他の例としては、以下の一般式（５）で表されるものが挙げられる。

（ここで、Ｒ１〜Ｒ４は、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
上記一般式（５）におけるＲ１〜Ｒ４としては、特に、メチル基、ターシャリーブチル基が好ましい。

本発明におけるオレンジ色発光ドーパントとしては、特に限定されないが、例えば、以下の一般式（６）で表されるものが挙げられる。

（ここで、Ａｒ₁〜Ａｒ₄は、水素、ハロゲン、炭素数５以下の脂肪族置換基、炭素数３０以下の芳香族置換基、または炭素数３０以下のジアリールアミノ基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒは、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、ナフタセン環上のいずれの置換位置であってもよい。）
上記一般式（６）におけるＡｒ₁〜Ａｒ₄としては、特に、フェニル基、トルイル基、ターシャリーブチルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ベンゾチアゾイルフェニル基、メチルベンゾチアゾイルフェニル基、ジフェニルアミノ基、ジトルイルアミノ基が好ましい。また、Ｒとしては、特に、メチル基、ターシャリーブチル基が好ましい。

本発明における陽極は、有機ＥＬ素子において用いることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などのような導電性金属酸化物の薄膜が挙げられる。この上にフルオロカーボン（ＣＦｘ）層を形成したものが特に好ましく用いられる。

本発明における陰極は、特に限定されるものではなく、有機ＥＬ素子の陰極として用いることができるものであればよい。例えば、Ａｌなどの金属の上にＬｉＦ層を形成した陰極を用いることができる。

本発明においては、電極と発光層の間に正孔輸送層、電子輸送層などのキャリア輸送層が設けられていてもよい。

本発明によれば１つの発光層で白色発光することができ、かつ優れた発光効率及び発光寿命を示す有機ＥＬ素子とすることができる。

本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔有機ＥＬ素子の作製〕
（実施例１〜１０及び比較例１〜５）
図５に示す構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。図５に示す有機ＥＬ素子は、陽極１の上に、正孔輸送層２が設けられており、この上に白色発光層３が設けられている。白色発光層３の上には電子輸送層４が設けられており、この上に陰極５が設けられている。

陽極１は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の上に、厚み１ｎｍのＣＦｘ（フルオロカーボン）層を形成することにより構成されている。正孔輸送層２は、ＮＰＢから形成されており、その厚みは５０ｎｍである。発光層は、表１に示すホスト材料に、青色発光ドーパント及びオレンジ色発光ドーパントを含有させることにより形成されている。白色発光層３の厚みは表１に示す通りである。

電子輸送層４は、Ａｌｑから形成されており、その厚みは１０ｎｍである。陰極５は、ＬｉＦ層の上にＡｌ層を形成することにより構成されている。ＬｉＦ層の厚みは１ｎｍである。

発光層のホスト材料として用いているＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。

また、ホスト材料として用いているＮＰＢは、Ｎ，Ｎ′−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。

青色発光ドーパントとして用いているＢ−１は、１，４−ビス｛４−（ジ（ｐ−トルイル）アミノ）スチリル｝ベンゼンであり、以下の構造を有している。なお、Ｂ−１は特許文献２に開示されている。

青色発光ドーパントとして用いているＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。

オレンジ色発光ドーパントとして用いているＮＲは、５，６，１１，１２−テトラ（２−ナフチル）ナフタセンであり、以下の構造を有している。

オレンジ色発光ドーパントとして用いているＤＢｚＲは、５，１２−ビス｛４−（６−ベチルベンゾチアゾール−２−イル）フェニル｝−６，１１−ジフェニルナフタセンであり、以下の構造を有している。

オレンジ色発光ドーパントとして用いているＤＣＪＴＢは、（４−ジシアノメチレン）−２−ターシャリー−ブチル−６−（１，１，７，７−テトラメチルユーロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピランであり、以下の構造を有している。

電子輸送層に用いられているＡｌｑは、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。

ＣＦｘは、プラズマＣＶＤ法により形成した。その他の正極輸送層、白色発光層、電子輸送層、及び陰極は蒸着法により形成した。

作製した各有機ＥＬ素子について、表１に示す駆動電圧で駆動し、色度、発光効率、電力効率、輝度半減寿命を測定した。なお、駆動電流は２０ｍＡ／ｃｍ²である。また、輝度半減寿命は、一定電流（８０ｍＡ／ｃｍ²）で駆動したときの半減寿命である。

青／オレンジピーク比は、青色発光のピーク波長における発光強度と、オレンジ色発光のピーク波長における発光強度の比である。

測定結果を表１に示す。なお、表１において、％は重量％であり、ドーパントの含有量はホスト材料に対する重量比である。

図１は、実施例１〜３の発光スペクトルを示す図であり、図２は、実施例１及び比較例１〜２の発光スペクトルを示す図であり、図３は、実施例８の発光スペクトルを示す図である。

実施例１〜３に示すように、本発明に従う発光層を備えることにより、高い発光効率が得られ、長い発光寿命が得られることがわかる。また、実施例１〜３と比較例１〜２との比較から明らかなように、本発明に従い、ホスト材料に対するオレンジ色発光ドーパントの重量比を０．１〜１．０％の範囲内とすることにより、良好な白色発光が得られることがわかる。比較例１から明らかなように、オレンジ色発光ドーパントの重量比が１．０％を超えると、オレンジ色の発光が強くなりすぎ、白色発光が得られないことがわかる。また、比較例２から明らかなように、オレンジ色発光ドーパントの重量比が０．１％未満であると、青色の発光が強くなりすぎて、白色発光が得られないことがわかる。

実施例４及び５に示すように、発光層の膜厚が３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内において、高い発光効率及び長い発光寿命が得られていることがわかる。

実施例６に示すように、ホスト材料としてアントラセン誘導体とアリールアミン誘導体の混合物を用いることにより、発光寿命が大幅に向上することがわかる。

比較例３に示すように、ホスト材料として、アリールアミン誘導体を単独で用いると、発光効率が低くなることがわかる。

実施例７に示すように、オレンジ色発光ドーパントとして、ＮＲと同様のナフタセン誘導体であるＤＢｚＲを用いた場合にも、良好な特性が得られることがわかる。

比較例１に示すように、オレンジ色発光ドーパントとして、ナフタセン誘導体ではないＤＣＪＴＢを用いた場合には、白色の発光が得られているが、発光効率及び発光寿命共に本発明の実施例１よりも低下することがわかる。

実施例８に示すように、青色発光ドーパントとして、ペリレン誘導体であるＴＢＰを用いた場合にも、実施例１と同様に良好な特性が得られている。

実施例９に示すように、発光層の陽極側の界面から陰極までの距離が３５ｎｍ未満になると、発光効率が減少している。また、実施例１０に示すように、発光層の陽極側の界面から陰極までの距離が６０ｎｍを超えると、駆動電圧が高くなることがわかる。

比較例５に示すように、オレンジ色発光ドーパントとして、ナフタセン誘導体ではないＤＣＪＴＢを用いた場合には、白色の発光が得られているが、発光効率が実施例８よりも減少していることがわかる。

本発明に従う実施例１〜３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図。本発明に従う実施例１の有機ＥＬ素子及び比較例１〜２の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図。本発明に従う実施例８の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図。ＣＩＥ１９３１色度座標における白系の色と認識される範囲（点線の範囲）を示す図。本発明に従う実施例において作製した有機ＥＬ素子の模式的断面図。

符号の説明

１…陽極
２…正孔輸送層
３…白色発光層
４…電子輸送層
５…陰極

Claims

陽極と、陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に挟まれる発光層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層が、アントラセン誘導体、またはアントラセン誘導体及びアリールアミン誘導体の混合物からなるホスト材料と、青色発光ドーパントと、ナフタセン誘導体からなるオレンジ色発光ドーパントとを含有する白色発光層であり、前記ホスト材料に対する前記オレンジ色発光ドーパントの重量比（オレンジ色発光ドーパント／ホスト材料×１００）が０．１〜１．０％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素子。
青色発光の発光ピーク波長が、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
オレンジ色発光の発光ピーク波長が、５４０ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
青色発光のピーク波長における発光強度とオレンジ色発光のピーク波長における発光強度の比（青色発光強度／オレンジ色発光強度）が０．３〜５．０の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層の陽極側の界面から前記陰極までの距離が３５ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記アントラセン誘導体が、以下の一般式（１）で表されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ａｒ₁及びＡｒ₂は、水素、ハロゲン、または炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒは、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、アントラセン環上のいずれの置換位置にあってもよい。）
前記アリールアミン誘導体が、以下の一般式（２）で表されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ａｒ₁、Ａｒ₂及びＡｒ₃は、炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
前記アリールアミン誘導体が、以下の一般式（３）で表されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ａｒ₁〜Ａｒ₄は、炭素数３０以下の芳香族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
前記青色発光ドーパントが、以下の一般式（４）で表されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ａｒ₁及びＡｒ₂は、炭素数３０以下の芳香族置換基または炭素数３０以下のジアリールアミノ基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
前記青色発光ドーパントが、以下の一般式（５）で表されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ｒ１〜Ｒ４は、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。）
前記オレンジ色発光ドーパントが、以下の一般式（６）で表されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（ここで、Ａｒ₁〜Ａｒ₄は、水素、ハロゲン、炭素数５以下の脂肪族置換基、炭素数３０以下の芳香族置換基、または炭素数３０以下のジアリールアミノ基を表し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒは、水素、ハロゲン、または炭素数５以下の脂肪族置換基を表し、ナフタセン環上のいずれの置換位置であってもよい。）