JP2007317980A - Organic el element - Google Patents
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Description
本発明は、高精細かつ視認性に優れ、多色表示可能な有機エレクトロルミネセンス(以下有機ELという)ディスプレイや、カラー液晶表示器のバックライトその他の照明機器に使用する有機EL素子の構成に関する。 The present invention relates to a configuration of an organic EL element used in an organic electroluminescence (hereinafter referred to as organic EL) display capable of high-definition and excellent visibility and capable of multicolor display, a backlight of a color liquid crystal display, and other lighting devices. .
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機EL素子が知られている。有機EL素子は、薄膜の自発光型素子であり、低駆動電圧、高解像度、高視野角といった優れた特徴を有することから、それらの実用化に向けて様々な検討がなされている。
従来の白色有機EL素子は、陽極を形成したガラス基板の上に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が順次形成され、さらに、電子注入層上に陰極が形成された構造を有する。このような従来の白色有機EL素子において、キャリア再結合中心となる発光層は、複数の発光色素を混合した単一発光層、あるいは複数の異なる発光色素を含む層の積層体のいずれかである。
As an example of a light-emitting element applied to a display device, an organic EL element having a thin film laminated structure of an organic compound is known. Organic EL elements are thin-film self-luminous elements and have excellent characteristics such as low drive voltage, high resolution, and high viewing angle. Therefore, various studies have been made for their practical application.
In a conventional white organic EL device, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer are sequentially formed on a glass substrate on which an anode is formed, and a cathode is formed on the electron injection layer. It has a formed structure. In such a conventional white organic EL device, the light-emitting layer serving as the carrier recombination center is either a single light-emitting layer in which a plurality of light-emitting dyes are mixed or a laminate of layers containing a plurality of different light-emitting dyes. .
従来の白色有機EL素子において、キャリアは陰極および陽極から注入され、キャリアのバランスをうまく取ることにより、マイナスキャリア(電子)とプラスキャリア(ホール)とを発光層で再結合させて、発光層に含まれる複数の色素発光材料を同時に励起させ、基板表面から白色を得ている(例えば、非特許文献1および2、特許文献1および2参照。)。
In the conventional white organic EL device, carriers are injected from the cathode and the anode, and by properly balancing the carriers, negative carriers (electrons) and positive carriers (holes) are recombined in the light emitting layer, thereby forming the light emitting layer. A plurality of dye light-emitting materials included are excited simultaneously to obtain white color from the substrate surface (see, for example,
このような発光機構の有機EL素子によれば、高効率、長寿命の単純な白色有機EL素子は実現することが難しい。たとえば、複数の発光色素材料(発光ドーパント)を混合した単一発光層を含む白色有機EL素子(例えば、特許文献3参照。)では、キャリアの発生から白色を発光するまでに以下の過程:(1)キャリア再結合層へのキャリア(電子およびホール)の移動、(2)ホスト発光材料励起子の生成、(3)ホスト発光材料分子間の励起エネルギーの伝達、(4)ホスト発光材料からゲスト発光材料への励起エネルギー移動、(5)ゲスト発光材料励起子の生成、(6)異なるゲスト発光材料同士間のエネルギー移動を経て、そして(7)ゲスト発光材料励起子の基底状態への緩和によって発光する。 According to the organic EL element having such a light emitting mechanism, it is difficult to realize a simple white organic EL element with high efficiency and long life. For example, in a white organic EL element including a single light-emitting layer in which a plurality of light-emitting pigment materials (light-emitting dopants) are mixed (see, for example, Patent Document 3), the following process from generation of carriers to emission of white light: 1) transfer of carriers (electrons and holes) to the carrier recombination layer, (2) generation of host luminescent material excitons, (3) transfer of excitation energy between host luminescent material molecules, (4) host luminescent material to guest By excitation energy transfer to the luminescent material, (5) generation of guest luminescent material excitons, (6) via energy transfer between different guest luminescent materials, and (7) relaxation of the guest luminescent material excitons to the ground state Emits light.
それぞれのエネルギー伝達過程((3)〜(6))は、種々のエネルギー失活過程との競争反応である。この構成において純粋な白色EL発光を得るためには、特に(6)の異なるゲスト発光材料同士間のエネルギー伝達過程が非常に重要になる。
従って、これらの色素発光材料のドーピング濃度などが最適化されていない場合、励起エネルギーの大きい色素材料から励起エネルギーの小さい色素材料へのエネルギー移動が起こってしまい、純粋な白色が得られない可能性がある。また、赤色発光ドーパントおよび青色発光ドーパントを使用する場合、良好な電界発光特性を示すために必要な赤色発光ドーパントおよび青色発光ドーパントの濃度がホスト材料の例えば0.12%および0.25%と非常に低く、量産で制御するには困難な濃度である(例えば、特許文献4参照。)。また初期発光が純粋な白色であっても、通電電流の大小または通電時間により、発光層(キャリア再結合層)中の発光色素材料間のエネルギー伝達のバランスが崩れ、発光色が変わってしまうケースが多い。
Each energy transfer process ((3) to (6)) is a competitive reaction with various energy deactivation processes. In order to obtain pure white EL light emission in this configuration, the energy transfer process between the different guest light-emitting materials (6) is very important.
Therefore, if the doping concentration of these dye light-emitting materials is not optimized, energy transfer from a dye material having a high excitation energy to a dye material having a low excitation energy may occur, and a pure white color may not be obtained. There is. In addition, when using a red light emitting dopant and a blue light emitting dopant, the concentration of the red light emitting dopant and the blue light emitting dopant necessary for exhibiting good electroluminescent characteristics is extremely low, for example, 0.12% and 0.25% of the host material. The concentration is low and difficult to control in mass production (see, for example, Patent Document 4). In addition, even if the initial emission is pure white, the balance of energy transfer between the light-emitting dye materials in the light-emitting layer (carrier recombination layer) may be disrupted due to the magnitude of the energization current or the energization time, and the emission color may change. There are many.
複数の異なる発光層を重ねることにより構成した白色有機EL素子では、キャリアは電極から注入され、複数の発光層においてキャリアを再結合させて、複数の色素発光材料を同時に励起させ、素子表面から白色EL発光を得る。
このように構成した白色有機EL素子においては、キャリアを複数の発光層においてバランスよく再結合させる必要がある。しかしながら、素子の駆動電圧により、キャリア再結合領域が変化し、一方の色素発光が強くなり、他方の色素発光が弱くなり、基板表面から得られた発光色が変わってしまうケースが多い。
In a white organic EL device configured by stacking a plurality of different light-emitting layers, carriers are injected from the electrodes, and carriers are recombined in the plurality of light-emitting layers to simultaneously excite a plurality of dye light-emitting materials, and white from the device surface. Get EL emission.
In the white organic EL element configured as described above, it is necessary to recombine carriers in a plurality of light emitting layers in a balanced manner. However, in many cases, the carrier recombination region changes depending on the driving voltage of the element, the emission of one dye becomes stronger, the emission of the other dye becomes weaker, and the emission color obtained from the substrate surface changes.
それぞれ異なる発光色素を含む複数の発光層を積層して構成した白色有機EL素子では、キャリアは電極から注入され、複数の発光層においてキャリアを再結合させて、複数の色素発光材料を同時に励起させ、素子表面から白色EL発光を得ている。
例えば、米国イーストマン・コダック社より、有機EL素子のキャリア再結合領域を発光層とキャリア輸送層の界面に調整し、キャリア再結合中心を発光層と黄色発光ドーパントをドープしたキャリア輸送層の界面にして、発光層中の青色発光材料を励起させると共に、一部の励起エネルギーを隣接するキャリア輸送層に移動させ、黄色発光ドーパントも発光させることで、基板表面から青色発光および黄色発光のスペクトルが混合された白色を得る白色EL発光素子が発表された(特許文献5及び6参照。)。
In a white organic EL device that is formed by laminating a plurality of light-emitting layers containing different light-emitting dyes, carriers are injected from the electrodes, and carriers are recombined in the light-emitting layers to simultaneously excite a plurality of dye light-emitting materials. White EL emission is obtained from the element surface.
For example, from Eastman Kodak, USA, the carrier recombination region of the organic EL device is adjusted to the interface between the light emitting layer and the carrier transport layer, and the carrier recombination center is the interface between the light emitting layer and the carrier transport layer doped with the yellow light emitting dopant. The blue light emitting material in the light emitting layer is excited, part of the excitation energy is transferred to the adjacent carrier transport layer, and the yellow light emitting dopant is also emitted, so that the blue and yellow light emission spectra are emitted from the substrate surface. A white EL light-emitting element that obtains a mixed white color has been announced (see Patent Documents 5 and 6).
上記の先行技術によれば、キャリア再結合中心は青色発光層と黄色色素ドープ電子輸送層との界面であり、駆動電流が高くなるほどキャリア再結合部が広くなり、青色発光層から黄色色素ドープキャリア輸送層までエネルギーが移動し、各層からの青色光および黄色光が混合されて、素子表面から白色が得られると考えられる。
上記エネルギー移動により異種材料を発光させる方法においては、エネルギー移動を行う際の距離的要件であるイオン化した分子のポテンシャル半径は理論的に約15nm以下であるため、理論的には、高い発光エネルギーの発光層の膜厚および隣接した低い発光エネルギーの発光層の膜厚が隣接界面から15nm以内であることが、エネルギー移動に特に有効であると考えられる。
According to the above prior art, the carrier recombination center is the interface between the blue light-emitting layer and the yellow dye-doped electron transport layer, and the carrier recombination portion becomes wider as the driving current increases, and the yellow light-doped carrier from the blue light-emitting layer It is considered that energy is transferred to the transport layer, and blue light and yellow light from each layer are mixed to obtain white color from the element surface.
In the method of emitting light of a different material by the energy transfer, the potential radius of ionized molecules, which is a distance requirement when performing energy transfer, is theoretically about 15 nm or less. It is considered that the film thickness of the light emitting layer and the light emitting layer adjacent to the light emitting layer having a thickness of 15 nm or less from the adjacent interface are particularly effective for energy transfer.
しかしながら、このように構成した白色有機EL素子においては、キャリアを複数の発光層においてバランスよく再結合させる必要がある。素子の駆動電圧により、キャリア再結合領域が変化し、一方の色素発光が強くなり、他方の色素発光が弱くなり、基板表面からえられた発光色が変わってしまうケースが多い。
近年、有機EL素子を用いて構成されるディスプレイのマルチカラー化またはフルカラー化の方法の1例として、有機EL素子から放射される近紫外光、青色光、青緑色光、または白色光を吸収し、波長分布変換を行って可視光域の光を発光する色変換色素を含む色変換層を用いる色変換(CCM)方式が検討されてきている。色変換方式を用いる場合、光源の発光色が白色に限定されないため、光源の選択の自由度を高めることが出来る。例えば、青色ないし青緑色で発光する有機EL素子を用い、波長分布変換により緑及び赤色光を得ることができる。最近、有機EL素子とは独立した基板上に設けた色変換層を用いる方式に加えて、有機EL素子の構成層に色変換の機能を付与した有機EL素子が提案されてきている(例えば、特許文献7ないし9参照。)。
In recent years, as an example of a multi-color or full-color display method for a display composed of organic EL elements, it absorbs near-ultraviolet light, blue light, blue-green light, or white light emitted from the organic EL elements. A color conversion (CCM) method using a color conversion layer including a color conversion dye that emits light in the visible light region by performing wavelength distribution conversion has been studied. When the color conversion method is used, the light emission color of the light source is not limited to white, so that the degree of freedom in selecting the light source can be increased. For example, green and red light can be obtained by wavelength distribution conversion using an organic EL element that emits blue to blue green light. Recently, in addition to a method of using a color conversion layer provided on a substrate independent of an organic EL element, an organic EL element in which a color conversion function is imparted to a constituent layer of the organic EL element has been proposed (for example, (See
有機EL素子の構成層に色変換機能を持たせる場合、当該構成層に対して、色変換色素をドープすることが一般的である。しかしながら、色変換色素は一般的に絶縁性であるため、所望の波長分布を達成するために色変換色素ドープの量を増加させると、当該構成層の電子的特性の低下、すなわちキャリア(電子またはホール)の移動が妨害されて駆動電圧が増加するという問題が発生する。この電子的特性の低下を防止するためには、色変換色素のドープ量の減少、あるいは当該構成層の薄膜化という対策が考えられるが、その場合には十分な色変換が達成されずに、発光層からの光が当該構成層を通過してしまう恐れがある。 In the case where the constituent layer of the organic EL element is provided with a color conversion function, it is common to dope the constituent layer with a color conversion dye. However, since color conversion dyes are generally insulating, increasing the amount of color conversion dye dope to achieve the desired wavelength distribution reduces the electronic properties of the constituent layers, ie carriers (electrons or electrons). This causes a problem that the driving voltage increases due to the hindrance to the movement of the holes. In order to prevent the deterioration of the electronic characteristics, it is conceivable to take measures such as a reduction in the doping amount of the color conversion dye or a reduction in the thickness of the constituent layer. In that case, sufficient color conversion is not achieved, There is a possibility that light from the light emitting layer may pass through the constituent layer.
本発明の目的は、所望の波長分布を達成するのに十分な色変換能を有すると同時に、高い電子的特性(キャリア移動特性)を得ることができる有機EL素子を提供することである。加えて、発光効率の大きな変化がなく、従来の有機EL素子の製造工程に適応でき、通電時間および通電電流の大小により発光色が変化しにくい有機EL素子を提供することが、本発明の更なる目的である。 An object of the present invention is to provide an organic EL device that has sufficient color conversion ability to achieve a desired wavelength distribution and at the same time can obtain high electronic characteristics (carrier movement characteristics). In addition, it is a further object of the present invention to provide an organic EL element that does not change greatly in light emission efficiency, can be adapted to the manufacturing process of a conventional organic EL element, and whose emission color is less likely to change depending on the energization time and the energization current. Is the purpose.
本発明の有機EL素子は、一対の電極に挟持される有機EL層を備え、前記有機EL層は、少なくともキャリア再結合層と1つまたは複数層のキャリア非結合層を含み、前記キャリア再結合層は、前記有機EL素子に注入されるキャリアの再結合によってEL光を発光し、前記キャリア非結合層は、ホスト材料と前記EL光より低エネルギーのPL(フォトルミネセンス)光を発する1種または複数種のPL発光色素材料とキャリア輸送材とを含み、該キャリア輸送材料が前記ホスト材料よりもキャリア移動度が大きく、前記キャリア再結合層と前記キャリア非結合層との間隔が15nm以上であることを特徴とする。ここでキャリア非結合層は、望ましくはホール注入層であり、EL光は、400〜500nmのピーク波長を有する青色ないし青緑色光であることが好ましい。 The organic EL device of the present invention includes an organic EL layer sandwiched between a pair of electrodes, and the organic EL layer includes at least a carrier recombination layer and one or more carrier non-bonding layers, and the carrier recombination The layer emits EL light by recombination of carriers injected into the organic EL element, and the carrier non-bonding layer emits PL (photoluminescence) light having a lower energy than the host material and the EL light. Or a plurality of kinds of PL luminescent dye materials and a carrier transport material, wherein the carrier transport material has a carrier mobility larger than that of the host material, and the distance between the carrier recombination layer and the carrier non-bonding layer is 15 nm or more. It is characterized by being. Here, the carrier non-bonding layer is desirably a hole injection layer, and the EL light is preferably blue to blue-green light having a peak wavelength of 400 to 500 nm.
以上の構成を採ることによって、PL発光性キャリア非結合層は、キャリア移動性に優れるキャリア輸送材料のドープによって、色変換層中に添加されるPL発光色素材料の量を多くしたとしても、PL発光性キャリア非結合層全体としての電子的特性に悪影響を及ぼすことなく、高効率の色変換と駆動電圧の低減とを両立することが可能となる。
また、本発明の有機EL素子において,キャリアの再結合を必要とするEL(エレクトロルミネセンス)による青色発光は発光層においてのみ発生し、他の色はこの青色発光の一部を吸収してPL(フォトルミネセンス)によって発光する。したがって、1つの発光層にドーパントとして複数種のEL発光色素を添加した場合に、それら色素間のエネルギー移動が発生して、より高エネルギーの青色光の発光が妨害されることに比較して、本発明の有機EL素子においては、キャリア再結合層と前記キャリア非結合層との間隔を15nm以上とすることによって、そのようなエネルギー移動の発生がなく、蛍光性ドーパントを有する層(キャリア非結合層)のホスト材料にも色変換の機能を負担させることによって発光効率を低下させることがない。
By adopting the above configuration, the PL light-emitting carrier non-bonding layer can be obtained even if the amount of the PL light-emitting dye material added to the color conversion layer is increased by doping the carrier transport material having excellent carrier mobility. It is possible to achieve both high-efficiency color conversion and drive voltage reduction without adversely affecting the electronic characteristics of the entire light-emitting carrier non-bonding layer.
Further, in the organic EL device of the present invention, blue light emission by EL (electroluminescence) that requires carrier recombination occurs only in the light emitting layer, and other colors absorb a part of this blue light emission and PL. Light is emitted by (photoluminescence). Therefore, when multiple types of EL light emitting dyes are added as a dopant to one light emitting layer, energy transfer between the dyes occurs, and the emission of higher energy blue light is disturbed. In the organic EL device of the present invention, by setting the distance between the carrier recombination layer and the carrier non-bonding layer to 15 nm or more, such energy transfer does not occur and a layer having a fluorescent dopant (carrier non-bonding). The luminous efficiency is not lowered by placing the color conversion function on the host material of the layer.
更に、本発明の有機EL素子において、キャリアの再結合を必要とするEL(エレクロルミネッセンス)による発光は有機発光層においてのみ発生し、他の色はこのEL光の一部を吸収してPL(フォトルミネッセンス)によって発光する。そして、特定のPL発光色素材料に関して、特定の励起光(EL光)の吸収の量子収率は一定であり、PL発光色素材料のPL発光強度はEL光の強度に比例して変化する。 Furthermore, in the organic EL device of the present invention, light emission by EL (electroluminescence) that requires carrier recombination occurs only in the organic light emitting layer, and other colors absorb a part of this EL light to cause PL. Light is emitted by (photoluminescence). For a specific PL luminescent dye material, the quantum yield of absorption of specific excitation light (EL light) is constant, and the PL luminescence intensity of the PL luminescent dye material changes in proportion to the intensity of EL light.
したがって、本発明の有機EL素子は、駆動電圧及び電流の変化により発光スペクトルが変化しにくく、所望される波長分布(色相)の安定に発光することが可能となる。さらに、有機EL素子に対する累積通電時間の増加に伴って、有機発光層からのEL光の強度が変化したとしても、その変化に追随してPL光の発光強度も変化するために、この場合も所望される波長分布(色相)の光を安定に発光することが可能となる。 Therefore, the organic EL device of the present invention is less likely to change its emission spectrum due to changes in driving voltage and current, and can emit light stably in a desired wavelength distribution (hue). Furthermore, even if the intensity of the EL light from the organic light emitting layer changes as the cumulative energization time for the organic EL element increases, the emission intensity of the PL light also changes in accordance with the change. It is possible to stably emit light having a desired wavelength distribution (hue).
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の有機EL素子の一例を示す概略断面図である。有機EL素子は、陽極2を形成した透明基板1の上に、有機EL層(具体的には、ホール注入層3、ホール輸送層4、発光層5、電子輸送層6および電子注入層7)および陰極8が順次形成された構造を有する。陽極2および陰極8は、それぞれ光透過性または光反射性であることができるが、いずれか一方が光透過性であり、他方が光反射性であることが好ましい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the organic EL element of the present invention. The organic EL element has an organic EL layer (specifically, a
透明基板1は可視光(波長400〜700nm)に対して透明であることが好ましい。また、透明基板1は、その上に積層される層(後述)の形成に用いられる条件に耐えるものであるべきであり、さらに寸法安定性に優れていることが好ましい。好ましくは、石英、ガラス板、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン等の樹脂製フィルムまたはシート等を、透明基板1として用いることができる。
The
また、陽極2としては、正孔注入のエネルギー障壁の低減を意図して、4.7eV以上の仕事関数を有する仕事関数の大きい材料から選択される。陽極2は、光透過性であっても光反射性であってもよい。有機EL素子からの光を透明基板1側から取り出す場合、陽極2は光透過性(可視光に対して80%以上の透過率を有する)であることが好ましい。光透過性の陽極2は、たとえば、一般的に透明電極として知られる透明導電性材料である、ITO(インジウム・スズ酸化物)、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)、SnO2、ZnO、TiN、ZrN、TiOxなどの導電性無機化合物を用いて形成することができる。これらの物質は真空蒸着、またはスパッタリング法などにより透明基板1上に形成される。
The
有機EL素子の光を陰極8側から取り出す場合、陽極2は光反射性であることが好ましい。光反射性の陽極2は、好ましくは可視光に対して80%以上の光反射率を有し、高反射率の金属、アモルファス合金または微結晶性合金と、前述の透明導電性材料とを積層することによって形成することができる。用いることができる高反射率の金属は、Al、Ag、Mo、W、Ni、Crなどを含む。用いることができる高反射率のアモルファス合金は、NiP、NiB、CrPおよびCrBなどを含む。用いることができる高反射率の微結晶性合金は、NiAlなどを含む。
When the light of the organic EL element is taken out from the
また、陰極8としては,電子注入のエネルギー障壁の低減を意図して、4.3eV以下の仕事関数を有する仕事関数の小さい材料から選択されることが多い。陰極8は、光透過性であっても光反射性であってもよい。有機EL素子からの光を透明基板1側から取り出す場合、陰極8は光反射性(好ましくは90%以上の可視光反射率を有する)であることが好ましい。光反射性の陰極8は、具体的にはLi、Na、K等のアルカリ金属、Mg、Ca等のアルカリ土類金属等からなる金属単体、もしくは、これらの金属とAl、Ag、In等との合金などから形成することができる。あるいはまた、Al、In、Tiなどの金属、もしくはこれらの金属を含有する合金を陰極材料として使用することもできる。
The
有機EL素子の光を陰極8側から取り出す場合、陰極8は光透過性であることが好ましい。光透過性の陰極は、前述の透明導電性材料を用いて形成することができる。
なお、特に、透明導電性材料を用いて陰極を作製する場合、電子注入層として、陰極と有機EL層との界面に電子注入性のバッファ層を設けて、電子注入効率を向上させることが可能である。バッファ層の材料としては、Li、Na、K、またはCsなどのアルカリ金属、Ba、Srなどのアルカリ土類金属、またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物などを用いることができるが、それらに限定されるものではない。バッファ層の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には10nm以下であることが好ましい。
When the light of the organic EL element is extracted from the
In particular, when a cathode is manufactured using a transparent conductive material, it is possible to improve the electron injection efficiency by providing an electron injection buffer layer at the interface between the cathode and the organic EL layer as the electron injection layer. It is. As a material for the buffer layer, an alkali metal such as Li, Na, K, or Cs, an alkaline earth metal such as Ba or Sr, an alloy containing them, a rare earth metal, or a fluoride of these metals may be used. Yes, but not limited to them. The film thickness of the buffer layer can be appropriately selected in consideration of the driving voltage, transparency, and the like, but in a normal case, it is preferably 10 nm or less.
ここで有機EL素子のPL発光性キャリア非結合層をホール注入層とする場合について説明する。
PL発光性キャリア非結合層は、ホール注入性のホスト材料と、色変換色素材料と、ホール注入性ホスト材料よりもキャリア移動度が大きくキャリア輸送特性に優れるキャリア輸送材料とを含んで構成される。
Here, a case where the PL light-emitting carrier non-bonding layer of the organic EL element is a hole injection layer will be described.
The PL light-emitting carrier non-bonding layer includes a hole injecting host material, a color conversion dye material, and a carrier transport material having a carrier mobility larger than that of the hole injecting host material and excellent in carrier transport characteristics. .
PL発光性キャリア非結合層は、入射光(有機EL素子からの発光)の一部を吸収して波長分布変換を行い、入射光の非吸収分と変換光とを含む、異なる波長分布を有する光を放出するための層である。好ましくは、有機EL素子からの青色〜青緑色光を、白色光に変換する。本発明における白色光とは、可視領域(400〜700nm)の波長成分を均一に含む光のみならず、該波長成分を均一には含んでいないが肉眼で白色に見える光をも含む。 The PL light-emitting carrier non-bonding layer absorbs a part of incident light (light emission from the organic EL element) and performs wavelength distribution conversion, and has different wavelength distributions including non-absorption of incident light and converted light. It is a layer for emitting light. Preferably, blue to blue-green light from the organic EL element is converted into white light. The white light in the present invention includes not only light that uniformly contains a wavelength component in the visible region (400 to 700 nm) but also light that does not contain the wavelength component uniformly but appears white to the naked eye.
色変換色素は、入射光を吸収して、異なる波長域の光を放射する色素であり、好ましくは光源が発する青色〜青緑色の光を吸収して、所望の波長域の光(たとえば、緑色または赤色)を放射する色素である。色変換色素としては、(化1)で示される、DCM−1(I)、DCM−2(II)、DCJTB(III)、4,4−ジフルオロ−1,3,5,7−テトラフェニル−4−ボラ−3a,4a−ジアザ−s−インダセン(IV)、ナイルレッド(V)などの赤色発光材料用の色素、赤色光を放射するローダミン系色素、シアニン系色素、ピリジン系色素、オキサジン系色素など、緑色光を放射するクマリン系色素、ナフタルイミド系色素など、当該技術で知られている任意のものを用いることができる。 The color conversion dye is a dye that absorbs incident light and emits light in different wavelength ranges, and preferably absorbs blue to blue-green light emitted from a light source to emit light in a desired wavelength range (for example, green (Or red). As the color conversion dye, represented by (Chemical Formula 1), DCM-1 (I), DCM-2 (II), DCJTB (III), 4,4-difluoro-1,3,5,7-tetraphenyl- 4-Bora-3a, 4a-diaza-s-indacene (IV), dyes for red light emitting materials such as Nile Red (V), rhodamine dyes that emit red light, cyanine dyes, pyridine dyes, oxazines Any dye known in the art such as a coumarin dye or naphthalimide dye emitting green light can be used.
本発明の実施形態におけるホール輸送層4は、キャリア非結合層(発光性ホール注入層3)と発光層5との間の距離を画定する層であり、15nm以上の膜厚を有することが好ましい。ホール輸送層4は、ホールを輸送する能力を有し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物から形成することができる。これらの材料の層はホールを発光層5により円滑かつ高効率に輸送するという優れたホール輸送効果を果たすとともに、電子がホール輸送層4中に移動することを防止できる。
The
具体的にその材料としては、TPD、N,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルビフェニルアミン(α−NPD)、4,4’,4”−トリス(N−3−トリル−N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、N,N,N’,N’−テトラビフェニル−4,4’−ビフェニレンジアミン(TBPB)などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。あるいはまた、公知のフェニルアミン多量体材料系のN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン、N,N−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル等の化合物などの有機材料を、ホール注入性および輸送性材料として用いてもよい。 Specifically, the material includes TPD, N, N′-bis (1-naphthyl) -N, N′-diphenylbiphenylamine (α-NPD), 4,4 ′, 4 ″ -tris (N-3- Known to include triarylamine-based materials such as tolyl-N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), N, N, N ′, N′-tetrabiphenyl-4,4′-biphenylenediamine (TBPB) Alternatively, the known phenylamine multimeric material system N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine, N, N-diphenyl-N, N ′-(3-methylphenyl) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine, 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) cyclohexane, 4, 4 ' An organic material such as bis (N-(1-naphthyl) -N- phenylamino) compounds such as biphenyl, or may be used as a hole-injecting property and a hole-transporting material.
これらの材料は、慣用の真空蒸着法により基板上に形成できる。また、ポリビニルカルバゾールやポリシラン等の高分子材料は、ホール注入層材料にも利用できる。これらの高分子材料は、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエステル等のバインダーとともに、有機溶剤に溶解後、塗布乾燥することによって形成される。高分子材料以外の有機材料は、真空蒸着法によって形成してもよい。また、成膜方法は、これらに限定されるものではない。 These materials can be formed on the substrate by a conventional vacuum deposition method. In addition, polymer materials such as polyvinyl carbazole and polysilane can be used as the hole injection layer material. These polymeric materials are formed by coating and drying after dissolving in an organic solvent together with a binder such as polycarbonate, polyacrylate, or polyester. Organic materials other than the polymer material may be formed by a vacuum deposition method. Further, the film forming method is not limited to these.
発光層5は、陽極2側からPL発光性ホール注入層3、ホール輸送層4を介して輸送されたホールと、陰極8から電子注入層7、電子輸送層6を介して注入された電子との再結合によって放出されるエネルギーを発光するもので、この発光層5の材料としては、所望の色調に応じて選択することが可能である。
例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などを使用することができる。より具体的には、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)が挙げられる。
The light-emitting layer 5 includes holes transported from the
For example, in order to obtain blue to blue-green light emission, fluorescent whitening agents such as benzothiazole, benzimidazole, and benzoxazole, metal chelated oxonium compounds, styrylbenzene compounds, and aromatic dimethylidin compounds are used. can do. More specifically, 4,4′-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (DPVBi) can be mentioned.
また、種々の波長の発光を得るために、ホスト化合物(ジスチリルアリーレン化合物、4,4’−ビス[N−(3−トリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(TPD)、アルミニウム錯体(例えばトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム錯体(Alq3)など)にドーパント(ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど)を添加したものを使用することもできる。 In addition, in order to obtain light emission of various wavelengths, a host compound (distyrylarylene compound, 4,4′-bis [N- (3-tolyl) -N-phenylamino] biphenyl (TPD), aluminum complex (for example, tris A material obtained by adding a dopant (perylene, quinacridones, rubrene, etc.) to (8-hydroxyquinolinato) aluminum complex (Alq3) or the like) can also be used.
本発明に用いることができ、電子輸送層6および電子注入層7を構成する材料としては、電子を輸送および注入する能力を有し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。これらの材料の層は、電子を陰極8から発光層5により円滑かつ高効率に輸送するという優れた電子輸送効果を果たすとともに、電子がホール輸送層4へ移動することを防止できる。
Examples of materials that can be used in the present invention and that constitute the
本発明において用いることができる電子輸送層および電子注入層材料は特に限定されることなく、公知の材料をもちいることができる。例えば、電子輸送層は2−(4−ビフェニル)−5−(p−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体(例えばAlq3)などを使用して形成することができる。そして、電子注入層はLi,Ca,Cs,Mgなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属、あるいはこれら金属のフッ化物または酸化物などを使用して形成することができる。 The electron transport layer and electron injection layer materials that can be used in the present invention are not particularly limited, and known materials can be used. For example, the electron transport layer may be an oxadiazole derivative such as 2- (4-biphenyl) -5- (pt-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD), a triazole derivative, or a triazine derivative. , Phenylquinoxalines, quinolinol complexes of aluminum (eg, Alq3), and the like. The electron injection layer can be formed using an alkali metal or alkaline earth metal such as Li, Ca, Cs, or Mg, or a fluoride or oxide of these metals.
以上のような構成において、陽極2が光透過性であり、陰極8が光反射性である場合、発光層5を陽極側に向かって発せられるEL光は、PL発光性ホール注入層3等の層を通過して、透明基板1から出射する。また発光層5から陰極側に向かって発せられるEL光は、陰極8で反射され、同様にPL発光性ホール注入層3等の層を通過して、透明基板1から出射する。その際に、PL発光性ホール注入層3において、EL光の一部が波長分布変換を受けて黄色から赤色のPL光となる。出射するEL光とPL光との混合により、素子全体の発光としては白色を有する光が得られる。
In the configuration as described above, when the
逆に陽極2が光反射性であり、陰極8が光透過性である場合、発光層5を陽極側に向かって発せられるEL光は、PL発光性ホール注入層3等の層を通過して波長分布変換を受け、陽極2で反射されて再びPL発光性ホール注入層3を通過して陰極8から出射する。この際に、2回のPL発光性ホール注入層3の通過の際に、EL光の一部が波長分布変換を受けて、黄色から赤色のPL光となる。また発光層5から陰極側に向かって発せられるEL光は、波長分布変換を受けることなく陰極8から出射する。この場合も、出射するEL光とPL光との混合により、素子全体の発光としては白色を有する光が得られる。本実施形態において、EL光の発光からPL光への変換が行われるまでの経路に透明電極(陽極2)は存在せず、したがって透明電極界面における全反射によってEL光が基板エッジ方向に散失することなしに波長分布変換に用いられるので、より高い効率で白色の光を得ることが可能となる。
On the contrary, when the
以下に具体的な実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。なお、素子の特性評価には、ソースメータ2400(ケースレーインスツルメンツ株式会社製)およびトプコンBM−8輝度計を使用した。以下の実施例において作製した素子は、直流電圧を印加して測定することにより、発光輝度、発光効率および最大発光輝度の評価を行なった。また、素子を、0.1A/cm2、1A/cm2の駆動電流密度で定電流直流駆動して、EL発光スペクトルおよび駆動電圧を評価した。なお、ELスペクトルは、PMA−11オプチカルマルチチャンネルアナライザー(浜松ホトニクス株式会社製)を使用して測定した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto. Note that a source meter 2400 (manufactured by Keithley Instruments Co., Ltd.) and a Topcon BM-8 luminance meter were used for element characteristic evaluation. The devices manufactured in the following examples were evaluated by evaluating the light emission luminance, the light emission efficiency, and the maximum light emission luminance by applying a DC voltage and measuring. Also, elements, and a constant current DC driven by the driving current density of 0.1A / cm 2, 1A / cm 2, was evaluated EL emission spectrum and the driving voltage. The EL spectrum was measured using a PMA-11 optical multichannel analyzer (manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.).
上記構成の有機EL素子の実施例をその手順に沿って説明する。 Examples of the organic EL element having the above-described configuration will be described along the procedure.
本実施例の有機EL素子は、図2のごとく層構成を取る。厚さ0.7mmのガラス透明基板11を純水中で超音波洗浄し、乾燥させた後に、さらにUVオゾン洗浄した。洗浄済ガラス透明基板11に対して、スピンコート法を用いてカラーモザイクCK−7800(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を塗布し、フォトリソグラフ法を用いてパターニングを行い、幅0.03mm、膜厚1μmの複数のストライプ状部分がピッチ0.11mmで配列されているブラックマトリクス12を形成した。
The organic EL element of this example has a layer structure as shown in FIG. The glass transparent substrate 11 having a thickness of 0.7 mm was subjected to ultrasonic cleaning in pure water and dried, and then further subjected to UV ozone cleaning. Color mosaic CK-7800 (manufactured by Fuji Film Electronics Materials Co., Ltd.) is applied to the cleaned glass transparent substrate 11 using a spin coating method, patterned using a photolithographic method, and a width of 0.03 mm. A
引き続いて、カラーモザイクCB−7001(フジフィルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を塗布し、フォトリソグラフ法を用いてパターニングして幅0.1mm、膜厚1μmの第1方向に延びる複数のストライプ状の部分がピッチ0.33mmで配置されている青色カラーフィルター層13を形成した。
引き続いて、カラーモザイクCGおよびCR−7001(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ(株))製)を用い、フォトリソクラフ法を用いてパターニングして幅0.1mm、膜厚1μmの第1方向に延びる複数のストライプ状の部分がピッチ0.33で配置されている緑色カラーフィルター層14、赤色カラーフィルター層15をそれぞれ順次形成した。
Subsequently, a color mosaic CB-7001 (manufactured by Fuji Film Electronics Materials Co., Ltd.) is applied and patterned using a photolithographic method to form a plurality of stripes extending in the first direction with a width of 0.1 mm and a thickness of 1 μm. The blue
Subsequently, using a color mosaic CG and CR-7001 (manufactured by Fuji Film Electronics Materials Co., Ltd.), a plurality of patterns extending in the first direction having a width of 0.1 mm and a film thickness of 1 μm by patterning using a photolithographic method. A green
カラーフィルター層13,14,15が形成された透明基板に対して、フォトレジストV259PA/P5(新日鐵化学(株))製)を塗布し、高圧水銀灯の光を照射して膜厚8μmの平坦化層16を形成した。この際、カラーフィルター層のストライプ形状に変形は発生せず、かつ平坦化層の上面は平坦であった。
スパッタ法にて、平坦化層16の上に膜厚300nmのSiOx膜からなるパッシベーション層17を形成した。スパッタ装置はRF−プレーナマグネトロン、ターゲットはSiを用いた。成膜時のスパッタガスはArと酸素との混合ガスを使用した。
Photoresist V259PA / P5 (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is applied to the transparent substrate on which the color filter layers 13, 14, 15 are formed, and irradiated with light from a high-pressure mercury lamp. A
A
パッシベーション層17の上面に、スパッタ法にてIZO(インジウム・亜鉛酸化物)からなる陽極2を全面成膜した。DCスパッタ装置を用い、圧力0.3PaのAr雰囲気中、ターゲットとしてIn2O3-10%ZnOを用い、100Wの電力を印加した。この際の成膜速度は0.33nm/sであった。つづいてフォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、更に乾燥処理(150℃)およびUV処理(水銀灯、室温および150℃)を行って、それぞれの副画素に位置する、幅0.094mm、ピッチ0.11mm、膜厚100nmの第1方向に延びる複数のストライプ形状の部分電極からなる透明電極(陽極)2を得た。
On the upper surface of the
次いで、上記の透明電極を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、ホール注入層3、ホール輸送層4、発光層5及び電子輸送層6からなる有機EL層9を、真空を破らずに順次成膜した。成膜に際して真空槽内圧は1×10−4Paまで減圧した。ホール注入層3として、CzPP、DCJTB(5質量%)、TBPB(25質量%)を200nm積層した。従って、本実施例ではホール注入層3がPL発光性キャリア非結合層であり、TBPBがキャリア非結合層に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料である。ホール輸送層4としてTBPBを20nm積層し、発光層5としてDPVBiを40nm積層した。続いて、電子輸送層6としてAlq3を膜厚20nm成膜した。
Next, the substrate on which the transparent electrode is formed is mounted in a resistance heating vapor deposition apparatus, and the organic EL layer 9 composed of the
この後、真空を破ることなしに、第1の方向と直交する第2方向に延びる幅0.3mm、ピッチ0.33mmのストライプパターンが得られるマスクを用いて、電子注入層7として、LiF(膜厚1nm)を堆積させ、さらに陰極8として、Al(膜厚100nm)を堆積させて、複数のストライプ形状の部分電極からなる反射電極を形成して、有機EL素子を得た。
Thereafter, LiF (as the
こうして得られた有機EL素子をグローブボックス内の乾燥窒素雰囲気(水分濃度10ppm以下)に移動させ、ゲッター剤が塗布されている封止ガラスとUV硬化接着剤を用いて封止した。
本実施例の有機EL素子は、図1に対応する陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極2/ホール注入層3/ホール輸送層4/発光層5/電子輸送層6/電子注入層7/陰極8であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[25質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。本実施例ではホール注入層3がPL発光性キャリア非結合層であり、TBPBがキャリア非結合層に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料である。
The organic EL device thus obtained was moved to a dry nitrogen atmosphere (moisture concentration of 10 ppm or less) in the glove box, and sealed using a sealing glass coated with a getter agent and a UV curable adhesive.
In the organic EL device of this example, the layer structure between the anode and cathode corresponding to FIG. 1 is as follows:
得られた有機EL素子の白色光発光特性および電流効率を評価すると共に、駆動電圧を評価した結果を表1に示した。 Table 1 shows the results of evaluating the white light emission characteristics and current efficiency of the obtained organic EL elements and evaluating the drive voltage.
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を5質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[5質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the addition amount of TBPB, which is a carrier transport material with excellent carrier mobility added to the
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を15質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[15質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the addition amount of TBPB, which is a carrier transport material excellent in carrier mobility added to the
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を40質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm))/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[40質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the addition amount of TBPB, which is a carrier transporting material with excellent carrier mobility added to the
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を50質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[50質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
(比較例1)
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を2質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[2質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
(比較例2)
本実施例の有機EL素子は、実施例1に準ずる有機EL素子であり、ホール注入層3に添加されるキャリア移動特性に優れるキャリア輸送材料であるTBPBの添加量を60質量%とした場合の実施例である。即ち、陽極陰極間の部分の層構成としては、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極であり、IZO(100nm)/CzPP,DCJTB[5質量%],TBPB[60質量%](200nm)/TBPB(20nm)/DPVBi(40nm)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)の構成を有した。得られた有機EL素子の評価結果を表1に示した。
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the addition amount of TBPB, which is a carrier transport material excellent in carrier mobility added to the
(Comparative Example 1)
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the addition amount of TBPB, which is a carrier transport material excellent in carrier mobility added to the
(Comparative Example 2)
The organic EL device of this example is an organic EL device according to Example 1, and the amount of TBPB, which is a carrier transport material with excellent carrier mobility added to the
実施例1〜5、および比較例1,2の有機EL素子を発光させたところ、いずれの素子もCIE-xy色座標で(x=0.29,y=0.31)の白色光を発した(図2)。電流密度0.1A/cm2時の電流効率は14cd/Aを示し、電流密度によるスペクトルの変化は生じなかった。次に、各有機EL素子に対して電流密度1A/cm2の電流を流した際の電圧を測定した。評価結果を表1に示した。
When the organic EL elements of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were caused to emit light, each element emitted white light of CIE-xy color coordinates (x = 0.29, y = 0.31). (FIG. 2). The current efficiency at a current density of 0.1 A /
1 透明基板
2 陽極
3 ホール注入層(ホール注入ホスト材料+色変換色素+ホール輸送材料)
4 ホール輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 陰極
9 有機EL層
11 ガラス透明基板
12 ブラックマトリックス
13 青カラーフィルター
14 緑カラーフィルター
15 赤カラーフィルター
16 平坦化層
17 パッシベーション層
1
4 hole transport layer 5
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