JP2007329176A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】エキシマー・エキシプレックス蛍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、実用に耐えうる高輝度及び白色を実現する。
【解決手段】一対の電極体間に有機化合物層を挟んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、有機化合物層は発光層を含み、発光層は、正孔輸送材料としてのＰＶＫと、ピレン誘導体と、赤色リン光色素と、を有することを特徴としている。ここで例えばビレン誘導体を１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレンとするようにしてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、エキシマー・エキシプレックス蛍光を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、単色光だけでなく白色光も得ることができ、色調も太陽光のような白、白熱電球のような白等のように必要に応じて設計し、実現することができる発光素子であり、次世代ディスプレイデバイス、照明機器等への実現に向け、研究、開発が行われている。現在実用化されている主な白色発光ＥＬ素子としては、白色蛍光を有する有機色素を発光中心として用いたものと、青、緑、赤の三原色である三種の色素からの発光を混合して白色とする素子構造のものと、を挙げることができる。さらに、蛍光、りん光、エキシマー・エキシプレックス蛍光といった様々な発光メカニズムからのアプローチが試みられている。

このようなアプローチの中でもエキシマー・エキシプレックス蛍光は、より好ましい白色光を実用的なレベルで実現することができるものとして期待されており、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載された有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている。非特許文献１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子は、ｒｕｂｒｅｎｅをドープしたｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｐｙｒｅｎｅ（ＴＴＰｙ）からなる層を電極上に形成したものであり、この構成により比較的高い輝度の有機エレクトロルミネッセンス素子を実現していた。また、特許文献１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極間に挟まれた有機分子性結晶薄膜がα−ＮＰＤとピレン誘導体からなるものであって、白色発光を実現していた。
Ｔ．Ｏｙａｍａｄａ， Ｓ．Ａｋｉｙａｍａ， Ｙ．Ｏｋｕ， Ｎ．Ｓｈｉｍｏｊｉ， Ｋ．Ｍａｔｓｕｓｈｉｇｅ， Ｈ．Ｓａｓａｂｅ， ａｎｄ Ｃ．Ａｄａｃｈｉ「Ｌａｔｅｒａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｗｉｔｈ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ９８． ０７４５０６ （２００５） 特開２００５−３２６２９号公報

しかしながら、非特許文献１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子では、ｒｕｂｒｅｎｅをドープすることにより白色発光の実現を試みてはいるものの、ＴＴＰｙからｒｕｂｕｒｅｎｅへのエネルギー移動が強いため、その発光色は実用レベルの白色を実現しているとは言えなかった。

また、特許文献１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光色は、短波長側（青色、緑色側）の成分が強く、長波長側（赤色側）の成分が弱いため、これも実用レベルの白色を実現しているとは言えなかった。

そこで本発明は、エキシマー蛍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、実用に耐えうる高輝度及び白色を実現することを目的とする。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極体間に有機化合物層を挟んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機化合物層は発光層を含み、発光層は、正孔輸送材料としてのＰＶＫと、ピレン誘導体と、赤色リン光色素と、を有することを特徴としている。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、ピレン誘導体が、１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレンであることを特徴としている。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、赤色リン光色素が、ビス−（３−（２−（２−ピリジル）ベンゾチエニル）モノ−アセチルアセトネートであることを特徴としている。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、一対の電極体の一方がＩＴＯ基板であり、他方が陰電極素材からなることを特徴としている。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレン及びビス−（３−（２−（２−ピリジル）ベンゾチエニル）モノ−アセチルアセトネートの有機高分子薄膜における混合比を制御することにより、白色度が変化することが可能であることを特徴としている。

本発明に係るエキシマー・エキシプレックス蛍光を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極体間に有機化合物層を挟んでなり、この有機化合物層は発光層を含み、発光層が、正孔輸送材料としてのＰＶＫと、ピレン誘導体と、赤色リン光色素と、を有し、これにより、実用レベルの高輝度と白色を同時に備えた発光が可能である。さらに、白熱電球のような白色の発光を可能とする発光素子の提供が可能となるため、次世代ディスプレイデバイス、照明機器等への応用が可能となる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明は、一対の電極体間に有機化合物を挟んでなる白色光を発する有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に係り、具体的には、ピレン誘導体分子及び赤色リン光色素を用いて実用レベルの白色の発光スペクトルを有する色素分散型ポリマーＥＬ素子（ＩＴＯ／正孔注入材料／正孔輸送材料（ピレン誘導体＋赤色リン光色素）正孔阻止材料／陰極材料を実現するものである。ここで、実用レベルの白色とは、ＣＩＥ色度図（ＣＩＥ表色系）において、およそｘ＝０．２８〜０．３８ 、ｙ＝０．２８〜０．３８の範囲に入る色をいうものとする。また、正孔注入材料、電子輸送材料、及び陰極材料は公知の材料から適宜選択して用いることができる。

ピレン誘導体溶液（（Ｐｙｒｅｎｅ）−Ｒ）（エタノール溶液）の蛍光スペクトルを図１に示す。ピレン誘導体溶液のモノマーの蛍光は３５０ｎｍ付近に発するが、ピレン誘導体の濃度を高くするにしたがって、モノマーの蛍光の長波長（４７０ｎｍ付近）側に新たなバンドが現れる。この蛍光がエキシマー蛍光である。すなわちエキシマー・エキシプレックス蛍光は、本来の単体の電子遷移よりも非常に長波長側に現れ、振動構造のないブロードな発光スペクトルとなる。本発明は、このようなエキシマー・エキシプレックス蛍光の特性に着目して、エキシマー蛍光を有する代表的な分子として知られているピレン誘導体分子を用いるとともに、赤色リン光色素（赤色発光体）を用いることにより、実用に耐えうるレベルの高輝度の白色光の実現を図るものである。以下に、具体的な材料を示した実施例について説明する。

実施例１に係る有機ＥＬ素子２０は、色素分散型ポリマーＥＬ素子であって、図２の素子構造に示すように、一対の電極体としてのＩＴＯ薄膜２２（又はＩＴＯ薄膜が成膜されたガラス基板（透明基板）２１）とＡｌ層（陰極）２４の間に有機化合物層３０が挟まれた構成となっている。ここで、ＩＴＯ薄膜２２は、ガラス基板（例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ）２１にスリットパターニングされている。

有機化合物層３０は、ＩＴＯ薄膜２２側から、ホール輸送層３１、発光層３２、ホールブロック層３３、電子輸送層３４、電子注入層３５の順に積層され、電子注入層３５の上に陰極２４が積層されている。

ホール輸送層３１は、導電ポリマーのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリスチレンスルホン酸）（図３（ａ））をＩＴＯ薄膜２２上にスピンコータを用いて塗布、乾燥して形成する

このホール輸送層３１上には、発光層の母体となる導電性ポリマーであるＰＶＫ（ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール））（図３（ｂ））、発光体としての青色のエキシマー蛍光を示すＤＥＰ（１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレン）（ピレン誘導体）（図３（ｃ））、及び、より良い白色を得る為の赤色発光体（例えば、赤色りん光を示す色素であるＢｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）（ビス−（３−（２−（２−ピリジル）ベンゾチエニル）モノ−アセチルアセトネート）イリジウム（III）））（図３（ｄ））を、有機溶媒（例えばジクロロエタン）に溶かした混合溶液を、スピンコータにより塗布、乾燥して発光層３２を形成する。ここで、発光層３２の形成のために塗布される混合溶液の混合比は、ＰＶＫ：ＤＥＰ：Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）＝９４．５：５．０：０．５（モル％）のとするとＣＩＥ色座標において白色領域に入るため好ましい。

発光層３２の上には、ホールブロック層３３としてのＢＣＰ（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナンスロリン）（図３（ｅ））、電子輸送層３４としてのＡｌｑ_３（トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）（図３（ｆ））、電子注入層３５としてのＬｉＦ（フッ化リチウム）、及び、陰極２４としてのＡｌ（アルミニウム）が、順に、真空蒸着装置によって成膜される。

なお、ホール輸送層３１、ホールブロック層３３、電子輸送層３４、電子注入層３５、及び、陰極２４は、その機能を果たすことが出来るならば、任意の材料で構成することができる。

有機ＥＬ素子２０のＥＬスペクトルを測定したところ次の結果を得た。図４は、ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／（ＰＶＫ＋ＤＥＰ＋Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ））／ＢＣＰ／Ａｌｑ_３／ＬｉＦ／Ａｌで構成される有機ＥＬ素子２０のＥＬスペクトルを示す。この図４に示すように、ＤＥＰ由来の幅広な発光が４９０ｎｍ付近に、Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）由来の発光が６２０ｎｍ付近に確認できる。また、印加電圧を増加していくと４９０ｎｍ及び６２０ｎｍ付近のピークを維持しつつ発光強度が増すので、電圧を調整することにより任意の明るさを選択できる。

有機ＥＬ素子２０の発光色をＣＩＥ色度図上に示したのが図５である。ここで低電圧領域とは８〜１０Ｖ、高電圧領域は１２〜１５Ｖをいう。また、白色を示す電圧としては８〜１０Ｖがおおむね適当である。図５から分かるように、有機ＥＬ素子２０によれば実用レベルの白色を実現することができ、さらに、印加電圧を増やすにつれてやや赤味を帯びた白色からやや青味を帯びた白色へシフトして、色味を変化させることも可能である。

また、図６は、発光層３２を構成する材料の混合比をＰＶＫ：ＤＥＰ：Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）＝９４．６：５．０：０．４（ｍ％）にしたとき（ＰＶＫを増やしてＢｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を減らしたとき）の有機ＥＬ素子の発光色をＣＩＥ色度図上に示したものである。図６に示すように、赤色材料（Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ））の量を減少したことにより、発光色がやや青側に寄っている。また、図６でも、印加電圧を増やすにつれて、発光色が赤側から青側へシフトすることが分かる。

図７は、発光層３２を構成する材料の混合比をＰＶＫ：ＤＥＰ：Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）＝９４．４：５．０：０．６（ｍ％）にしたとき（ＰＶＫを減らしてＢｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を増加したとき）の有機ＥＬ素子の発光色をＣＩＥ色度図上に示したものである。図７に示すように、赤色材料（Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ））の量を増加したことにより、発光色がやや赤側に寄っている。また、図７でも、印加電圧を増やすにつれて、発光色が赤側から青側へシフトすることが分かる。

以上のように、駆動電圧（印加電圧）の増減制御のほかに、発光層３２であるＰＶＫ：ＤＥＰ：Ｂｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）の混合比を変化させることにより、発光色の色味を変えることが可能である。

図８は、有機ＥＬ素子２０の電流（電流密度）−ＥＬ効率（発光効率）特性、及び、輝度−ＥＬ効率（発光効率）特性を示す図である。
この図１０から分かるように、電流密度を増加させて４８８Ａ／ｍ^２（１０Ｖで駆動）に至ったときに、ＥＬ効率０．６１ｃｄ／Ａに達し、その後も、輝度１００〜１０００ｃｄ／ｍ^２、電流密度３００〜１６００Ａ／ｍ^２という広範囲で高いＥＬ効率０．５９ｃｄ／Ａ維持した。

ピレン誘導体溶液の蛍光スペクトルを示す図である。 実施例１の素子構造を概念的に示す断面図である。 （ａ）はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの構造式を、（ｂ）はＰＶＫの構造式を、（ｃ）はＤＥＰの構造式を、（ｄ）はＢｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）の構造式を、（ｅ）はＢＣＰの構造式を、（ｆ）はＡｌｑ_３の構造式示す図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の発光色をＣＩＥ色度図上に示した図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の発光層においてＰＶＫを増やしてＢｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を減らしたときの発光色をＣＩＥ色度図上に示した図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の発光層においてＰＶＫを減らしてＢｔｐ_２Ｉｒ（ａｃａｃ）を増やしたときの発光色をＣＩＥ色度図上に示した図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の電流−ＥＬ効率特性、及び、輝度−ＥＬ効率特性を示す図である。

符号の説明

２０ 有機ＥＬ素子
２１ 透明基板
２２ ＩＴＯ薄膜
２４ 陰極
３０ 有機化合物層
３１ ホール輸送層
３２ 発光層
３３ ホールブロック層
３４ 電子輸送層
３５ 電子注入層

Claims (5)

1. 一対の電極体間に有機化合物層を挟んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機化合物層は発光層を含み、上記発光層は、正孔輸送材料としてのＰＶＫと、ピレン誘導体と、赤色リン光色素と、を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。
2. 請求項１の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記ピレン誘導体は、１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレン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。
3. 請求項１の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記赤色リン光色素は、ビス−（３−（２−（２−ピリジル）ベンゾチエニル）モノ−アセチルアセトネート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。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記一対の電極体の一方がＩＴＯ基板であり、他方が陰電極素材からな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。
5. 請求項３又は請求項４の有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記１−（２，２−ジフェニル−エタン−１−イル）ピレン及び上記ビス−（３−（２−（２−ピリジル）ベンゾチエニル）モノ−アセチルアセトネートの上記有機高分子薄膜における混合比を制御することにより、白色度が変化することが可能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。