JP2007335590A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】燐光材料を用いる場合であっても、高電流密度領域において発光色の変化を抑制することが可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】陽極と陰極との間に複数層からなる有機層５を積層形成してなる有機ＥＬ素子Ａであって、有機層５は、正孔輸送材料５ｅを含む正孔注入輸送層５ａと燐光ドーパント５ｈを含む発光層５ｂとを少なくとも有し、有機層５のうち発光層５ｂよりも前記陽極側に形成される層に蛍光ドーパント５ｈが含まれてなることを特徴とする。蛍光ドーパント５ｆは、そのエネルギーギャップが正孔輸送材料５ｅのエネルギーギャップより小さい材料からなることを特徴とする。蛍光ドーパント５ｆは、燐光ドーパント５ｈの発光色と略同色の発光を呈することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の発光色に関するものである。

有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものであり、所定の輝度で長時間発光させる長寿命化が望まれている。

従来、前記発光層には発光材料として蛍光材料がドーピングされる構成が一般的であったが、近年、三重項状態からの燐光発光が可能な燐光材料を前記発光層にドーピングする有機ＥＬ素子が知られている（例えば特許文献２参照）。蛍光を利用する場合の内部量子効率（励起によるエネルギーが光に変換される割合）の上限が２５%であるのに対し、燐光を利用する場合の内部量子効率の上限は理論的には１００%が可能であり、発光効率及び発光寿命の向上が可能になることが期待されている。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００１−２５７０７６号公報

しかしながら、燐光材料をドーピングした発光層においては、駆動条件によって電子とホールの注入バランス、及び励起子の発生箇所が変化して発光する色が変化することがあった。特に、パッシブ駆動のように瞬間輝度を高くするために１００Ａ／ｍ^２以上の高電流密度領域で駆動させた場合に発光色の変化が大きいといった問題点があった。

そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、燐光材料を用いる場合であっても、高電流密度領域での駆動における発光色の変化を抑制することが可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

本発明の有機ＥＬ素子は、前記課題を解決するために、陽極と陰極との間に複数層からなる有機層を積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記有機層は、正孔輸送材料を含む正孔注入輸送層と燐光ドーパントを含む発光層とを少なくとも有し、前記有機層のうち前記発光層よりも前記陽極側に形成される層に蛍光ドーパントが含まれてなることを特徴とする。

また、前記蛍光ドーパントは、そのエネルギーギャップが、前記正孔輸送材料のエネルギーギャップより小さい材料からなることを特徴とする。

また、前記蛍光ドーパントは、前記燐光ドーパントの発光色と略同色の発光を呈することを特徴とする。

また、前記蛍光ドーパントは、前記正孔注入輸送層の少なくとも一部分にドーピングされていることを特徴とする。

また、前記蛍光ドーパントは、前記発光層と接する層にドーピングされていることを特徴とする。

また、前記燐光ドーパントは、赤色あるいは緑色の発光を呈することを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に有機ＥＬ素子の発光色に関するものであって、燐光材料を用いる場合であっても高電流密度領域での駆動における発光色の変化を抑制することが可能となるものである。

以下に、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。

図１において、有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極（陽極）２，絶縁層３，隔壁部４，有機層５及び第二電極（陰極）６を積層形成してなる有機ＥＬ素子Ａと、封止部材７とから主に構成されるものである。

支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極２は、図１（ａ）に示すように陽極配線部２ａ及び陽極部２ｂを有しており、陽極配線部２ａは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部２ｃを備える。また、第一電極２は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されている。

絶縁層３は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板１上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層３は、第一電極２の各陽極部２ｂの間に形成されるとともに第一電極２と若干重なるように形成され、第一電極２と後述する第二電極６との間を絶縁するものである。

隔壁部４は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が逆テーパー状に形成される。隔壁部４は第一電極２及び絶縁層３上においては陽極部２ｂと略直角に交わるように形成され、また、支持基板１上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図１（ａ）に示すように支持基板１の有機ＥＬ素子形成面側から見て円弧状となるように形成される。

有機層５は、第一電極２及び絶縁層３上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入輸送層５ａ，発光層５ｂ，電子輸送層５ｃ及び電子注入層５ｄを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚８０〜２８０ｎｍ程度の層状となるものである。

正孔注入輸送層５ａは、第一電極２と発光層５ｂとの間に形成され、第一電極２から正孔を取り込むとともに発光層５ｂへ伝達する機能を有する。正孔注入輸送層５ａは、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送材料５ｅを蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍ程度の層状に形成してなるものである。また、正孔注入輸送層５ａは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１００℃以上）となっている。さらに、正孔注入輸送層５ａは、発光層５ｂの第一電極２側と接する部分に正孔輸送材料５ｅよりもエネルギーギャップの小さい材料からなる蛍光ドーパント５ｆがドーピングされている。蛍光ドーパント５ｆは後述する燐光ドーパントの発光色と略同色の発光を呈する材料からなり、例えば赤色発光を呈するコダック社製ＲＤ３からなる。

発光層５ｂは、図２に示すようにホスト材料５ｇにゲスト材料として少なくとも燐光ドーパント５ｈを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなるものである。ホスト材料５ｇは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばＣＢＰ誘導体等からなる。燐光ドーパント５ｈは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、本実施形態においては赤色発光を呈するものであって、例えばイリジウム錯体Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）からなる。なお、燐光ドーパント５ｈのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、発光層５ｂにおける濃度が２〜２０％となるように燐光ドーパント５ｈが添加されている。

電子輸送層５ｃは、電子を発光層５ｂへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子移動度の高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。

電子注入層５ｄは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の層状に形成してなる。

第二電極６は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部４によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部６ａ及び透明電極２に略直角に交わる陰極部６ｂが形成される（図１（ａ）参照）。また、陰極配線部６ａは接続配線部８に電気的に接続されている。接続配線部８ａは、第一電極２とともに形成されるものであり、同一材料のＩＴＯからなるものである。また、接続配線部８は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部８ａが形成されている。

以上のように、支持基板１上に第一電極２と絶縁層３と隔壁部４と有機層５と第二電極６とを順次積層して、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる発光画素がマトリクス状に設けられた有機ＥＬ素子Ａが得られる。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる成型ガラス或いは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材７は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤７ａを介して支持基板１上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板１とで前記有機ＥＬ素子を封止する。封止部材７は、第一電極２の陽極端子部２ｃおよび第二電極６に接続される陰極端子部８ａが外部に露出するように支持基板１よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材は、平板状であってもよく、その場合、前記封止部材はスペーサーを介して支持基板上に配設される。

以上のように、陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素がマトリクス状に設けられた有機ＥＬ素子Ａを表示部とするドットマトリクス型の有機ＥＬパネルが得られる。かかる有機ＥＬパネルは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが発光層５ｂにて再結合することによって赤色の発光を得るものである。また、前記有機ＥＬパネルはストライプ状に形成された複数の陽極部２ｂと複数の陰極部６ｂのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所からなる画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で駆動するものである。

本実施形態における有機ＥＬ素子Ａは、有機層５が正孔輸送材料５ｅを含む正孔注入輸送層５ａと燐光ドーパント５ｈを含む発光層５ｂとを少なくとも有し、有機層５のうち発光層５ｂよりも第一電極２側に形成される層に蛍光ドーパント５ｆが含まれてなることを特徴とするものである。また、蛍光ドーパント５ｆが、そのエネルギーギャップが正孔輸送材料５ｅのエネルギーギャップより小さい材料からなることを特徴とするものである。また、蛍光ドーパント５ｆが、燐光ドーパント５ｈの発光色と略同色の発光を呈することを特徴とするものである。また、蛍光ドーパント５ｆが、正孔注入輸送層５ａの少なくとも一部分にドーピングされていることを特徴とするものである。また、蛍光ドーパント５ｆが、発光層５ｆと接する層にドーピングされていることを特徴とするものである。また、燐光ドーパント５ｈが、赤色の発光を呈することを特徴とするものである。

本願発明者は、燐光ドーピングした発光層の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを解析し、発光色が変化する要因を検討した。有機ＥＬ素子の発光駆動に際しては発光層と発光層の陽極側と接する正孔注入輸送層との界面付近で励起子が形成される。さらに、低電流密度領域では前記発光層中の燐光ドーパントにエネルギー移動しこの燐光ドーパントから発光が示される。これに対し、高電流密度領域では、励起子が前記正孔注入輸送層でも形成されて前記正孔注入輸送層からも発光が生じ、前記有機ＥＬ素子全体の発光色が前記正孔注入輸送層の発光と前記燐光ドーパントの発光との混合色となる。その結果、電流密度が高くなるのに応じて発光色に変化が起きていたことが分かった。そこで、本実施形態における有機ＥＬ素子Ａは、正孔注入輸送層５ａに正孔輸送材料５ｅよりエネルギーギャップの小さい蛍光ドーパント５ｆをドーピングすることによって、正孔注入輸送層５ａに発生した励起子を蛍光ドーパント５ｆへエネルギー移動させ、蛍光ドーパント５ｆを燐光ドーパント５ｈと略同色で発光させることで発光色の変化を抑制することを可能としている。さらに、燐光ドーパント５ｈは高電流密度領域において電流効率が大きく低下するものの、蛍光ドーパント５ｆは材料の特性上燐光ドーパント５ｈよりも電流効率の低下が抑制される。したがって、有機ＥＬ素子Ａは、従来の燐光ドーパントのみによって発光を示す有機ＥＬ素子と比較して高電流密度領域での電流効率を改善することができる。

図３及び図４は、同一発光面積の従来の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネル及び本実施形態の有機ＥＬ素子Ａを備える有機ＥＬパネルを所定の電流密度で駆動した場合の発光色の変化を示す実験結果である。なお、図３は電流密度に対するＣＩＥ色度座標のＸ値の変化を示しており、図4は電流密度に対するＣＩＥ色度座標のＹ値の変化を示している。また、特性Ｓ１及びＳ３は従来の有機ＥＬパネルの特性を示しており、特性Ｓ２及びＳ４は本実施形態の有機ＥＬパネルの特性を示している。本実施形態の有機ＥＬ素子Ａを備える有機ＥＬパネルが、従来の有機ＥＬパネルよりも電流密度が高くなるのに伴う色度変化の度合いが低減されていることは図３及び図4からも明らかである。

なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに適用したものであったが、本発明は、セグメント型の有機ＥＬパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。

また、本実施形態の有機ＥＬ素子Ａは、正孔注入輸送層５ａが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては、正孔注入層及び正孔輸送層が順次積層形成されて正孔注入輸送層を複数層で構成するものであってもよい。

また、本実施形態の有機ＥＬパネルＡにおいて、発光層５ｂは、ホスト材料５ｇに赤色にて発光する燐光ドーパント５ｈをドープするものであったが、本発明は、ホスト材料にドープする燐光ドーパントは他の発光色にて発光するものであってもよく、例えば緑色発光を呈する材料からなるものであってもよい。

本発明が適用された有機ＥＬパネルを示す図。 同上の有機層を示す拡大断面図。 同上の有機ＥＬパネルと従来の有機ＥＬパネルにおける発光色と電流密度との関係を示す図。 同上の有機ＥＬパネルと従来の有機ＥＬパネルにおける発光色と電流密度との関係を示す図。

符号の説明

Ａ 有機ＥＬ素子
１ 支持基板
２ 第一電極（陽極）
３ 絶縁層
５ 有機層
５ａ 正孔注入輸送層
５ｂ 発光層
５ｃ 電子輸送層
５ｄ 電子注入層
５ｅ 正孔輸送材料
５ｆ 蛍光ドーパント
５ｇ ホスト材料
５ｈ 燐光ドーパント
６ 第二電極（陰極）

Claims (6)

1. 陽極と陰極との間に複数層からなる有機層を積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
   前記有機層は、正孔輸送材料を含む正孔注入輸送層と燐光ドーパントを含む発光層とを少なくとも有し、前記有機層のうち前記発光層よりも前記陽極側に形成される層に蛍光ドーパントが含まれてなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記蛍光ドーパントは、そのエネルギーギャップが、前記正孔輸送材料のエネルギーギャップより小さい材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記蛍光ドーパントは、前記燐光ドーパントの発光色と略同色の発光を呈することを特徴とする請求項1に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記蛍光ドーパントは、前記正孔注入輸送層の少なくとも一部分にドーピングされていることを特徴とする請求項1に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記蛍光ドーパントは、前記発光層と接する層にドーピングされていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記燐光ドーパントは、赤色あるいは緑色の発光を呈することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。

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