JP2007180277A - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1種の燐光発光ドーパントと少なくとも1種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも2層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが2.8eV以上の有機化合物と仕事関数が2.9eV以下の金属原子または金属イオンを含有す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。
【選択図】なし
Description
または、少なくとも1種の燐光発光ドーパントと少なくとも1種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも2層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ1〜5nmの中間層を有する有機EL素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが2.8eV以上の有機化合物と仕事関数が2.9eV以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きい有機EL素子により、電力効率に優れた有機EL素子、及び該有機EL素子を用いた表示装置、照明装置が得られることを見出した。
本発明の有機EL素子について説明する。
本発明の有機EL素子や該有機EL素子に係る化合物の発光色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)で測定した結果をCIE色度座標に当てはめたときの色で決定される。
λGR−20nm≦λ2≦λGR+10nm
ここで、λ1は前記青領域と緑領域間の最小発光波長、λ2は前記緑領域と赤領域間の最小発光波長、λBGは波長450〜550nmの範囲におけるカラーフィルター青画素の透過率と緑画素の透過率の積が最大となる波長、λGRは波長550〜630nmの範囲におけるカラーフィルター緑画素の透過率と赤画素の透過率の積が最大となる波長である。
(2)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(5)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
ここで、発光層ユニットは、前記少なくとも発光波長の異なる3層の発光層を有し、また各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
本発明の有機EL素子の発光層に含まれるホスト化合物としては、室温(25℃)における燐光発光の燐光量子収率が0.1未満の化合物が好ましい。さらに好ましくは燐光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。
本発明に係る燐光発光ドーパントは励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温(25℃)にて燐光発光する化合物であり、燐光量子収率が25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましい燐光量子収率は0.1以上である。
本発明に用いられる非発光性の中間層(非ドープ領域等ともいう)について説明する。
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
阻止層は、上記のごとく有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
本発明においては、発光層と上記金属または金属イオンを含有する正孔阻止層との間に、発光層ホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じかそれ以上の三重項遷移エネルギーを有する化合物からなる中間層を有することが好ましい。該中間層の厚さは、1〜5nmであり、1〜3nmであることが好ましい。該中間層を有することで素子の駆動寿命特性が向上する。該中間層が5nmより厚いと駆動電圧の増大等好ましくない影響が増大し、1nmより薄いと中間層としての機能を発現しがたくなる。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
本発明の有機EL素子に係る支持基板(以下、基体、基盤、基材、支持体等ともいう)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
本発明の有機EL素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式製膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。
本発明の有機EL素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特にカラーフィルターと組み合わせた液晶液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
《有機EL素子1−1の作製》
陽極として30mm×30mm、厚さ0.7mmのガラス基板上に、ITO(インジウムチンオキシド)を120nm成膜した支持基板にパターニングを行った後、このITO透明電極を付けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
化合物(A−3)を用いて正孔阻止層を形成した以外は、有機EL素子1−1と同様にして有機EL素子1−2を作製した。
化合物(A−3)とCsFを膜厚比4:1になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、有機EL素子1−1と同様にして有機EL素子1−4を作製した。
有機EL素子1−1〜1−3の各々の非発光面をガラスケースで覆い(なお、ガラスカバーでの封止作業は有機EL素子を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った。)、封止化処理した。次いで、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて、各有機EL素子の電流効率、電力効率を評価した。評価結果を表1に示す。表1において、両効率は輝度1000cd/m2における有機EL素子1−1の効率を100とする相対値で示す。
《有機EL素子2−1の作製》
実施例1の有機EL素子1−3の作製において、発光層と正孔阻止層の間に厚さ3nmのCBPよりなる中間層を設けた以外は、有機EL素子1−3の作製と同様にして有機EL素子2−1を作製した。
CBPに替えて化合物(A−6)を用いて前記中間層を形成した以外は、有機EL素子2−1の作製と同様にして有機EL素子2−2を作製した。
化合物(A−6)を用いた中間層の厚さを5nmとした以外は、有機EL素子2−2の作製と同様にして有機EL素子2−3を作製した。
化合物(A−6)を用いた中間層の厚さを10nmとした以外は、有機EL素子2−2の作製と同様にして有機EL素子2−4を作製した。
実施例1と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率、常温での駆動寿命を評価した。表2に、有機EL素子2−1の効率、寿命(輝度半減時間)を100とした場合の相対値で示す。
《有機EL素子3−1の作製》
実施例1で用いたのと同様の基板上に、真空度4×10-4Paまで減圧した後、m−MTDATAの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板に蒸着し20nmの正孔注入層を設け、次にα−NPDを同様にして蒸着し40nmの正孔輸送層を設けた。
化合物(A−3)とCsFを膜厚比4:1になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、素子3−1と全く同様にして有機EL素子3−2を作製した。
実施例1と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率及び駆動寿命を評価した。
Claims (9)
- 少なくとも1種の燐光発光ドーパントと少なくとも1種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも2層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが2.8eV以上の有機化合物と仕事関数が2.9eV以下の金属原子または金属イオンを含有す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。
- 少なくとも1種の燐光発光ドーパントと少なくとも1種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも2層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ1〜5nmの中間層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが2.8eV以上の有機化合物と仕事関数が2.9eV以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層を少なくとも2層以上有し、前記正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きい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。
- 前記電子輸送層に仕事関数が2.9eV以下の金属原子または金属イオンを含有す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。
- 前記金属原子または金属イオンがCsまたはCsイオン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。
- 前記発光層が、発光極大波長が440〜480nmの燐光発光ドーパントを含有す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。
- CIE色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.07にある白色発光を呈す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。
- 請求項1〜7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を用いることを特徴とする表示装置。
- 請求項1〜7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を用いることを特徴とする照明装置。
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