JP2008098582A

JP2008098582A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2008098582A
Application number: JP2006281681A
Authority: JP
Inventors: Shiyouki Maeda; 将規前田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US20090273276A1

Abstract

【課題】発光層を通過するホールの量を抑制し、発光効率及び色純度を高めた有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】基板上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、負電極７が積層されている。発光層５のホスト材料に金属錯体以外であってＨＯＭＯレベルが５．７ｅＶを越える電子輸送材料を用いることで、従来よりも正孔輸送層４と発光層５とのエネルギー障壁差を大きくすることができるので、ホールブロッキング性が高まり、発光層５における電子とホールとのキャリアバランスが向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光効率を高めた有機ＥＬ素子に関する。

従来、有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネセンス素子）は、発光層を挟むように電子や正孔のキャリアを発光層に注入しやすくするための有機層が設けられ、さらにその外側に電極が形成されている。

有機ＥＬ素子構造の一例として、ガラス基板上に、正電極２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６、負電極２７が順に形成された構造が良く知られている。図５は、上記構造のエネルギーダイヤグラムを示す。なお、図５のエネルギーバンドに記載されている数字は仕事関数を表し、その単位はｅＶである。

電子輸送層２６は、電子を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った正孔が電子輸送層２６に移動してくることを阻止するために用いられる。逆に、正孔輸送層２４は、正孔を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った電子が正孔輸送層２４に移動してくることを阻止するために用いられる。

また、正孔注入層２３は、正電極２２とのエネルギー障壁を小さくして正孔を発光層２５側へ注入しやすくするために設けられている。図５に示された有機ＥＬ素子の各層は、真空蒸着法によって形成される。

ところで、従来の有機ＥＬ素子の発光層２５のホスト材料には、非特許文献１にも示されているように、アルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）が広く用いられて主流となっており、このアルミキノリノール錯体によって発光層２５のエネルギーバンド幅は、３．０〜５．７ｅＶとなる。また、正電極にＩＴＯ等の透明電極を用いる場合は、図５のように正孔輸送層２４のＨＯＭＯ準位側のエネルギーバンドは５．３ｅＶ付近となる。
有機ＥＬディスプレイの最新技術動向（１０２頁〜１０７頁）

しかし、上記従来の有機ＥＬ素子では、正電極２２から注入されたホールは、発光層２５内に閉じ込められて発光に使用されるホールだけではなく、負電極２７側に抜けていく無駄なホールも多い。これは、図５に示すようにＨＯＭＯ準位側では発光層２５と正孔輸送層２４とのエネルギー障壁差が０．４ｅＶしかないため、発光層２５のホールブロッキング性が十分でなく、発光層２５をすり抜けて負電極２７まで通過するホール量が多いためである。

このようになると、発光層２５内におけるホールと電子のキャリアバランスが十分ではなくなるので、電子との再結合確率が低下し、生成された励起子のエネルギー散逸が増加して、発光効率の低下や色純度の低下を招いていた。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、発光層を通過するホールの量を抑制し、発光効率及び色純度を高めた有機ＥＬ素子を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光層のホスト材料に金属錯体以外であってＨＯＭＯレベルが５．７ｅＶを越える電子輸送材料を用いたことを特徴とする有機ＥＬ素子である。

また、請求項２記載の発明は、前記電子輸送材料は、電子移動度が１０^−４ｃｍ^２／（Ｖ・ｓ）以上であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子である。

本発明によれば、発光層のホスト材料に金属錯体以外であってＨＯＭＯレベルが５．７ｅＶを越える電子輸送材料を用いているので、発光層と発光層に隣接する正電極側の有機層とのエネルギー障壁差を大きくすることができ、ホールブロッキング性が高まるので、高色純度、高発光効率を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は本発明の有機ＥＬ素子の断面構造の一例を示し、図１に図２の構造の有機ＥＬ素子におけるエネルギーダイヤグラムを示す。

基板１上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、負電極７が積層されている。発光層５は例えば発光材料（ホスト材料）に蛍光色素をドーピングする等により可視光領域（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）において特定の色を発光するように構成されている。例えば、緑色を発光させるためには、発光層５としてアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）に、クマリンC545Tまたはキナクリドンをゲスト材料としてドープした有機材料が用いられる。

電子輸送層６にはアルミキノリノール錯体等が用いられ、負電極７はアルミニウム等の金属で構成される。正孔輸送層４はナフテル・フェニル・ベンチジン（ＮＰＢ）、ＴＰＤ（トリフェルアミン誘導体）やＮＰＤ等により構成される。正孔注入層３は、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＣｕＰｃ等のフタロシアニン類、ポリチオフェン等で構成される。また、基板１にはガラス等の透明基板が、正電極２にはＩＴＯ等の透明電極が用いられる。そして、発光層５で発光した光は、図２の矢印方向に取り出される。

まず、本発明の構成として、基板１をガラス基板、正電極２をＩＴＯ、正孔注入層３をポリチオフェン、正孔輸送層４をＴＰＤ、電子輸送層６をアルミキノリノール錯体、負電極７をアルミニウム（Ａｌ）で構成した。また、発光層５については、電子輸送材料の一種であり、金属錯体ではないＴＲ−Ｅ３１４をホスト材料に使用し、ゲスト材料となるドーパントの内、アシストドーパントにルブレンを、エミッションドーパントにＲＤ３を用いた。

上記のように、図２の各層を構成した場合に、図１のようなエネルギーダイヤグラムが得られるが、この図１と図５とを比較して見ると、エネルギーバンド構成は、発光層を除いて同じものとなっている。発光層５については、電子輸送材料の一種であるＴＲ−Ｅ３１４をホスト材料に使用しているので、バンド幅が大きくなり、ＨＯＭＯ準位側の仕事関数は、６．１ｅＶとなって、正孔輸送層４とのエネルギー障壁差は０．８ｅＶにもなっている。

このため、正電極２より注入されて発光層５に向かって進んだホールは、発光層５内にほとんど閉じ込められるようになるので、発光層５をすり抜ける確率が低くなる。したがって、発光層５における電子とホールとのキャリアバランスが向上し、再結合確率が高くなり、生成された励起子のエネルギー散逸も少なくなるので、色純度や発光効率が向上する。

一方、従来構造の発光層２５については、ホスト材料として電子輸送材料の一種であるアルミキノリノール錯体を用いてはいるものの、金属錯体であるために、ホールブロッキング性が悪く、ホールのすり抜ける確率が高くなってしまう。

図３は、本発明の有機ＥＬ素子と、他の構成の有機ＥＬ素子との性能比較を示す。実験番号３が、上記構成の本発明による有機ＥＬ素子であり、実験番号１が図５に示される従来構造の素子を示す。実験番号１と３では、発光層を除いた正電極、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、負電極の構成は同じである。

また、発光層は、ホスト材料（図３のホスト）、ゲスト材料として２種類のドーパントから構成されており、２種類のドーパントは、アシストドーパント（図３のＡＤ）とエミッションドーパント（図３のＥＤ）から成り立っている。図３で有機材料Ａはアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）を、有機材料Ｙはルブレンを、有機材料Ｒは赤色ドーパントであるＲＤ３を、有機材料ＢはＴＲ−Ｅ３１４を示す。

ここで、実験番号１と３では、発光層の成分のうち、ホスト材料のみが異なっているだけであるが、図１で説明したように、ＨＯＭＯ準位側の正孔輸送層４と発光層５とのエネルギー障壁差は０．８ｅＶとなって、ホールブロッキング性が、実験番号３の方が非常に良くなるので、色純度、発光効率が、図３のように向上する。また、駆動電圧も低下している。

ところで、アルミキノリノール錯体（有機材料Ａ）とＴＲ−Ｅ３１４（有機材料Ｂ）とでは、ホールブロッキング性だけではなく、電子移動度も異なる。電子移動度はアルミキノリノール錯体が約１０^−５ｃｍ^２／（Ｖ・ｓ）に対して、ＴＲ−Ｅ３１４は、約１０^−４ｃｍ^２／（Ｖ・ｓ）以上と、ＴＲ−Ｅ３１４の方が電子移動度が１桁以上大きい。

通常、ホール移動度は電子移動度よりも約２桁程大きくなるためにホールの方が電子よりも早く発光層に到達するため、発光層に到達する電子の量は少なくなり、発光層における電子とホールのバランスが崩れ、再結合にあずかれないホールが、正孔輸送層と発光層の界面に多く蓄積するので、蓄積したホールにより、発光層中の有機分子の酸化が継続して行われ、ラジカルカチオン状態となる時間が長くなる。このため、発光層２５中の有機分子は劣化しやすくなる。しかし、上記のように金属錯体以外の電子輸送材料のうち、電子移動度が大きいものを選ぶことで、上述した劣化を抑制することができる。

一方、実験番号２は、図５の従来構造の実験番号１と発光層の成分材料は同じで、電子輸送層の材料のみを変更したものである。実験番号２では、電子輸送層をアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）ではなく、ＴＲ−Ｅ３１４としている。ＴＲ−Ｅ３１４のエネルギーバンド幅は、図１からもわかるように２．８〜６．１ｅＶとなり、このバンド幅を図５の電子輸送層２６に適用すると、図４のようなエネルギーダイヤグラムが得られる。

図４からもわかるように、正孔輸送層２４と発光層２５とのエネルギー障壁差は０．４ｅＶであって、図５と変わらないが、発光層２５と電子輸送層２８とのエネルギー障壁差は０．４ｅＶであり、図５よりも高くなってホールを電子輸送層２８でブロックすることができる。したがって、実験番号１よりも発光効率が良くなり、駆動電圧が下がる。

しかし、発光層２５と電子輸送層２８とのエネルギー障壁差が０．４ｅＶと小さいため、電子輸送層２８で十分ホールをブロックできずに、負電極２７に抜けてしまうホールもかなり発生するので、実験番号３の結果よりは、発光効率、駆動電圧、色純度は悪くなる。

なお、金属錯体以外の電子輸送材料としては、他にオキサジアゾール誘導体、スリルベン誘導体、トリアジン誘導体等があるが、ＨＯＭＯレベルがアルミキノリノール錯体の５．７ｅＶよりも大きく、電子移動度が同等以上の有機材料を選択して、発光層５のホスト材料に用いれば、ＴＲ−Ｅ３１４の場合と同様のホールブロッキング効果が期待できる。

本発明における有機ＥＬ素子のエネルギーダイヤグラムを示す図である。有機ＥＬ素子構造の一例を示す図である。本発明の有機ＥＬ素子と従来の有機ＥＬ素子との比較測定を示す図である。電子輸送層に発光層のホスト材料を用いた場合のエネルギーダイヤグラムを示す図である。従来の有機ＥＬ素子のエネルギーダイヤグラムを示す図である。

符号の説明

１ガラス基板
２正電極
３正孔注入層
４正孔輸送層
５発光層
６電子輸送層
７負電極

Claims

発光層のホスト材料に金属錯体以外であってＨＯＭＯレベルが５．７ｅＶを越える電子輸送材料を用いたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記電子輸送材料は、電子移動度が１０^−４ｃｍ^２／（Ｖ・ｓ）以上であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。