JP2007150338A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層が式(46)〜(81)に示されるアルミキレート錯体から選択されたいずれか1つ及びりん光性の有機ゲスト材料(ただし、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウムを除く)からなり、前記アルミキレート錯体のイオン化ポテンシャルエネルギーが前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きくかつ、該イオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.4eVから0.8eVの範囲にあることを。
【選択図】 図1
【解決手段】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層が式(46)〜(81)に示されるアルミキレート錯体から選択されたいずれか1つ及びりん光性の有機ゲスト材料(ただし、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウムを除く)からなり、前記アルミキレート錯体のイオン化ポテンシャルエネルギーが前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きくかつ、該イオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.4eVから0.8eVの範囲にあることを。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電流の注入によって発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンス(以下、ELともいう)を利用して、かかる物質を層状に形成した発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)に関する。
一般に、有機材料を用いたデイスプレイパネルを構成する各有機EL素子は、表示面としてのガラス基板上に、透明電極としての陽極、有機発光層を含む複数の有機材料層、金属電極からなる陰極を、順次、薄膜として積層した構造を有している。有機材料層には、有機発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層などの正孔輸送能を持つ材料からなる層や、電子輸送層、電子注入層などの電子輸送能を持つ材料からなる層などが含まれ、これらが設けられた構成の有機EL素子も提案されている。電子注入層には無機化合物も含まれる。
有機発光層並びに電子あるいは正孔の輸送層の積層体の有機EL素子に電界が印加されると、陽極からは正孔が、陰極からは電子が注入される。有機EL素子は、この電子と正孔が有機発光層において再結合再結合し、励起子が形成され、それが基底状態に戻るときに放出される発光を利用したものである。発光の高効率化や素子を安定駆動させるために、発光層に色素をゲスト材料としてドープすることもある。
近年、発光層に蛍光材料の他に、りん光材料を利用することも提案されている。有機EL素子の発光層において、電子と正孔の再結合後の一重項励起子と三重項励起子の発生確率が1:3と考えられており、三重項励起子によるりん光をも利用した素子のほうが一重項励起子による蛍光を使った素子の3〜4倍の発光効率の達成が考えられているためである。
一方、有機EL素子の低電力性、発光効率の向上と駆動安定性を向上させるために、有機発光層から陰極の間に有機発光層からの正孔の移動を制限する正孔ブロッキング層を設けることが提案されている。この正孔ブロッキング層により正孔を発光層中に効率よく蓄積することによって、電子との再結合確率を向上させ、発光の高効率化を達成することができる。正孔ブロック材料としてフェナントロリン誘導体やトリアゾール誘導体が有効であると報告されている(特開平8−109373号及び特開平10−233284号公報参照)。
従来のりん光発光を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層ホスト材料に正孔輸送性材料を用い、発光層陰極側に隣接する層に、フェナントロリン誘導体の例えば2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-,1,10-phenathroline:BCPあるいはアルミキレート錯体の例えば((1,1’-biphenyl)-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato Nl,O8) aluminum:BAlqなどの発光層のホスト材料よりもさらにイオン化ポテンシャルエネルギーの大きい材料を正孔ブロッキング層として用いていた。正孔ブロッキング層としてBCPを用いた場合、初期の発光特性は良好であるが、駆動寿命が著しく短いという欠点がある。現時点では、十分にイオン化ポテンシャルエネルギーが大きく、かつ、耐久性に優れる材料が無いのが実情である。
BAlqは耐久性に優れるが,十分にイオン化ポテンシャルエネルギーが大きくないため正孔ブロッキング能が劣るという欠点がある。このため、正孔ブロッキング層としてBAlqを、電子輸送層としてtris(8-hydroxyquinolato N1, O8) aluminum:Alq3を用いた場合は,電子輸送層が発光してしまう。赤色のりん光発光を利用した有機エレクトロネミネッセンス素子においては、Alq3の発光(緑色)は色度劣化につながる(赤色ではなく、オレンジ色になってしまう)。
有機EL素子の発光効率を増大させるには有機りん光物質の発光層及び正孔ブロッキング層を設けることが有効であるが、さらに、素子の延命化が必要がある。少ない電流によって高輝度で連続駆動発光する高発光効率の有機エレクトロルミネッセンス素子が望まれている。
本発明の目的は、延命化が図れる有機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、有機化合物からなる正孔輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層が下記(46)〜(81)に示されるアルミキレート錯体から選択されたいずれか1つ及びりん光性の有機ゲスト材料(ただし、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウムを除く)からなり、前記アルミキレート錯体のイオン化ポテンシャルエネルギーが前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きくかつ、該イオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.4eVから0.8eVの範囲にあることを特徴とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記りん光材料が、白金ポルフィリン錯体であることを特徴とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記りん光材料が、赤色のりん光を発するイリジウム錯体であることを特徴とする。
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本発明の有機EL素子は、図1に示すように、少なくとも陽極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層6及び陰極7から構成され、例えば、ガラスなどの透明基板1上にて、透明な陽極2、有機化合物からなる正孔輸送層3、有機化合物からなる発光層4、有機化合物からなる電子輸送層6及び低仕事関数の材料の例えば金属陰極7が積層されて得られる。本発明の有機EL素子は、発光層4は電子輸送能を有する有機材料をホスト材料として、りん光材料をゲスト材料としてドーピングしたものであり、該有機ホスト材料のイオン化ポテンシャルエネルギー(Ip)が正孔輸送層3に用いる有機化合物材料のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きく、かつ、その差が0.4eVから0.8eVの範囲にあることを特徴とするものである。発光層4において、有機ゲスト材料は一種類の材料が全体の種類の材料に対して重量比率で4〜10%の割合でドープされていることが好ましい。
具体的な有機EL素子の一例としては、陽極にITO、正孔輸送層に4,4’bis(N-(naphthyl)-N-phenyl-amino)biphenyl:NPB(Ip=5.4eV)、発光層ホスト材料に((1,1’‐biphenyl)-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato Nl,O8) aluminum:BAlq(Ip=5.9eV)、電子輸送層にAlq3、陰極にアルミニウムを用いた構成がある。
他の有機EL素子構造には、上記構造に加えて、図2に示すように、電子輸送層6及び陰極7間にLi2Oなどの電子注入層7aを薄膜として積層、成膜したものも含まれる。さらに、他の有機EL素子構造には、上記構造に加えて、図3に示すように、陽極2及び正孔輸送層3間に、銅フタロシアニン(CuPc)などのポルフィりん化合物などの正孔注入層3aを薄膜として積層、成膜したものも含まれる。
陰極1には、例えばアルミニウム、マグネシウム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事関数が小さな金属からなり厚さが約100〜5000オングストローム程度のものが用い得る。また、例えば陽極2には、インジウムすず酸化物(以下、ITOという)等の仕事関数の大きな導電性材料からなり厚さが1000〜3000オングストローム程度で、又は金で厚さが800〜1500オングストローム程度のものが用い得る。なお、金を電極材料として用いた場合には、電極は半透明の状態となる。陰極及び陽極について一方が透明又は半透明であればよい。
実施形態において、正孔輸送層3に含まれる成分は、例えば、下記式(1)〜(26)に示される正孔輸送能力を有する物質である。
発光層4に使用する電子輸送能力を有する有機ホスト材料は、そのイオン化ポテンシャルエネルギー(Ip)が正孔輸送層3に用いる有機化合物材料のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きく、かつ、その差が0.4eVから0.8eVの範囲にある、例えば、下記式(27)〜(45)に示される物質から選択され得る。
なお、上記式中、Buはブチル基を示し、t−Buは第3級ブチル基を示す。実施形態においては、より好ましく発光層4に使用できる電子輸送能力を有する有機ホスト材料は、下記式(46)〜(81)に示されるアルミキレート錯体から選択される。
更に、実施形態において発光層4に使用できる電子輸送能力を有する有機ホスト材料は、下記式(82)〜(90)に示されるフェナントロリン誘導体からも選択される。
発光層4に使用するりん光性の有機ゲスト材料は、2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23H-porphine platinum(II)や、tris(2-phenylpyridine)iridiumや、bis(2-(2’-benzo[4,5-α] thienyl)pyridinato-N,C3)iridiumなどである。
実施形態において、電子輸送層6に含まれる成分は、上記有機ホスト材料として挙げた電子輸送能力を有する有機材料から選択できる。
<実験例1>具体的に、サンプルの有機EL素子の複数を作製して、その発光特性を評価した。
<実験例1>具体的に、サンプルの有機EL素子の複数を作製して、その発光特性を評価した。
サンプルは、正孔輸送層にNPB及び電子輸送層にAlq3を用い、発光層のホスト材料を種々変更して作製した。サンプル共通に、膜厚1100ÅのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に各材料の薄膜を真空蒸着法によって真空度5.0×10-6Torrで順次積層させた。まずサンプル1では、ITO上に、正孔輸送層NPBを蒸着速度3Å/秒で800Åの厚さに形成した。
次に、正孔輸送層上に、発光層としてホスト材料Alq3とゲスト材料の赤色のりん光を発する赤色りん光材料(以下、ドーパントAという)とを異なる蒸着源から475Åの厚さに共蒸着した。この時、発光層中のドーパントAの濃度は7wt%であった。次に、この発光層上に、電子輸送層としてAlq3を蒸着速度3Å/秒で300Å蒸着した。
さらに、電子輸送層上に電子注入層として酸化リチウム(Li20)を蒸着速度0.1Å/秒で5Å蒸着し、さらにその上に電極としてアルミニウム(Al)を10Å/秒で1000Å積層し、有機発光素子を作製した。このサンプル1の素子について、各有機材料の層の膜厚を、正孔輸送層/発光層/電子輸送層で800Å/625Å/150Åとした素子も作製した。
さらに、サンプル1と同様にして、ホスト材料を換えてサンプル2〜5の素子も作製した。下記の表1はサンプル1〜5の素子の発光特性を示す。
サンプル1は発光層のホスト材料としてAlq3(Ip=5.7eV)を用いた、NPBとAlq3とのイオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.4eVよりも小さい場合、発光層中を正孔が通り抜け易くなり、励起子生成が効率的ではなくなる。従って,この場合も良好な発光特性が得られない。サンプル2及び3について、サンプル2は発光層ホスト材料としてBAlq(イオン化ポテンシャルエネルギー5.9eV)を、サンプル3は発光層ホスト材料としてbis(2-methyl-8-hydroxyquinolinato) gallium chloride:GaqMe2Cl(Ip=6.1eV)を用いたものである。どちらの素子においても良好な特性が得られている。発光層の膜厚475Åと625Åとの素子を比較すると、625Åの方が輝度量子効率が高くなっている。このことから、発光層における発光領域は少なくとも475Å以上あると考えられる。
サンプル4は発光層のホスト材料としてBCP(Ip=6.4eV)を、サンプル5は発光層のホスト材料として1,3−bis(2−(4tert−butylphenyl)−1,3,4−oxadiazol−5−yl)benzene:OXD−7(Ip=6.5eV)を用いたものである。サンプル4及びサンプル5ともNPBと発光層ホスト材料とのイオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.8eVよりも大きい場合には良好な発光特性が得られない。これは、イオン化ポテンシャルエネルギーの差が大きいために発光領域がNPBとの界面近傍に限定されたためである。NPBはりん光発光(三重項励起子)に対しては失活材として働くため、輝度量子効率がサンプル2及びサンプル3と比較して低くなっている。
NPBのイオン化ポテンシャルエネルギーは5.4eVであるので、サンプル2及びサンプル3が本発明の実施例と、サンプル1、サンプル4及びサンプル5が比較例となる。
<実験例2>実施例としてNPB正孔輸送層600Å/発光層(BAlqホスト材料+ドーパントA)300Å/Alq3電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Åと順に積層し、Host:BAlq素子を作製した。
<実験例2>実施例としてNPB正孔輸送層600Å/発光層(BAlqホスト材料+ドーパントA)300Å/Alq3電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Åと順に積層し、Host:BAlq素子を作製した。
比較例1としてNPB正孔輸送層600Å/発光層(CBPホスト材料+ドーパントA)300Å/BCP正孔ブロッキング層100Å/Alq3電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Åと順に積層し、HBL:BCP素子を作製した。なお、発光層のホスト材料CBPは、4,4’N,N’-dicarbazol-biphenylである。さらに、BAlqを正孔ブロッキング層とした以外、上記比較例1と同一な比較例2のHBL:BAlq素子も作製した。
本実施例のHost:BAlq素子と比較例1のHBL:BCP素子及び比較例2のHBL:BAlq素子との発光特性の比較を表2に示す。また、2.5mA/cm2で駆動した場合の駆動寿命の比較を図4に示す。
表2から明らかなように、発光効率(量子効率)については、Host:BAlq素子は比較例より10%程度低下するが、図4から明らかなように、駆動寿命についてはBCPを正孔ブロッキング層とした比較例1のHBL:BCP素子に対しては20倍、BAlqを正孔ブロッキング層とした比較例2のHBL:BAlq素子に対しては3倍良好である。
<実験例3>上記サンプルのドーパントAに換えて、赤色のりん光を発する2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23H-porphine platinum(II)(以下、ドーパントBという)を用い、他の実施例のHost:BAlq素子を作製した。すなわち、Host:BAlq素子はNPB正孔輸送層900Å/発光層(BAlqホスト材料+ドーパントB)325Å/Alq3電子輸送層550Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Åと順に積層したものである。また、上記実験例1のサンプル3で用いたGaqMe2Clをホスト材料としてドーパントBをゲスト材料として用い更なる他の実施例のHost:GaqMe2Cl素子を作製した。すなわち、Host:GaqMe2Cl素子はNPB正孔輸送層900Å/発光層(GaqMe2Clホスト材料+ドーパントB)325Å/Alq3電子輸送層550Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Å/Al電極1000Åと順に積層したものである。
また、比較例3として発光層及び電子輸送層間に正孔ブロッキング層を設けた素子、すなわち、NPB正孔輸送層600Å/発光層(CBPホスト材料+ドーパントB)300Å/BCP正孔ブロッキング層100Å/電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5Åと順に積層したHBL:BCP素子を作製した。さらに、BAlqを正孔ブロッキング層とした以外、上記比較例3と同一な比較例4のHBL:BAlq素子も作製した。
これら実施例のHost:BAlq素子及びHost:GaqMe2Cl素子と比較例3のHBL:BCP素子及び比較例4のHBL:BAlq素子との発光特性の比較を表3に示す。
表3から明らかなように、発光効率(量子効率)についてはHost:BAlq素子及びHost:GaqMe2Cl素子は比較例より30%程度低下する。しかしながら、正孔ブロッキング層としてBAlqを用いた比較例4のHBL:BAlq素子は色度がCIEx=0.608,CIEy=0.359となり、発光色はオレンジ色になってしまったのに対し、本実施例素子では赤色のNTSC標準座標以上を維持している。
また、実施例のHost:BAlq素子を7.5mA/cm2で、比較例3及び4素子を5.0mA/cm2で駆動した場合の駆動寿命の比較を図5に示す。図5から明らかなように、駆動寿命については、本実施素子のBAlqを発光層ホスト材料としたHost:BAlq素子は著しく良好であり、1700時間経過時で初期輝度の97%を維持している。
以上のように、本発明によれば、りん光発光を利用した有機EL素子において、電子輸送性を有する発光層ホスト材料のイオン化ポテンシャルエネルギーが正孔輸送層に用いる材料のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも大きく、かつ、その差が0.4eVから0.8eVの範囲にある構成にすることにより良好な発光特性を維持したまま、長駆動寿命化を達成できる。
また、従来では必要不可欠であった正孔ブロッキング層が不要となるため、有機EL素子作製時において有機層の蒸着工程を一工程減らすことができる。
1 ガラス基板
2 透明電極(陽極)
3 有機正孔輸送層
3a 正孔注入層
4 有機発光層
6 電子輸送層
7 金属電極(陰極)
7a 電子注入層
2 透明電極(陽極)
3 有機正孔輸送層
3a 正孔注入層
4 有機発光層
6 電子輸送層
7 金属電極(陰極)
7a 電子注入層
Claims (3)
- 前記りん光材料が、白金ポルフィリン錯体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。
- 前記りん光材料が、赤色のりん光を発するイリジウム錯体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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JP2001284056A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Pioneer Electronic Corp | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
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