JP3596084B2 - Electroluminescent device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラーディスプレイ等の表示デバイスに応用される電界発光(エレクトロルミネッセンス)素子に関し、特に、有機材料を発光層として青色のエレクトロルミネッセンスを生じる素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、有機材料によるエレクトロルミネッセンスが注目されている。すでに1966年には、アントラセン結晶による青色の発光について報告されている。このときは、まだ駆動電圧が高い(100ボルト以上)、輝度が低い、効率が悪いなどの理由により、無機材料のエレクトロルミネッセンスに比べて発光特性に優れた面はなかった。
【0003】
しかし、1987年に米国イーストマン・コダック社のタン、バンスライク両博士によって、有機材料による注入型エレクトロルミネッセンスの発光素子が発表された。その構造は金属電極/発光層(n型)/正孔注入層(p型)/透明電極からなる。発光層は、アルミニウムキノリン錯体、正孔注入層はジアミンである。金属電極から電子が、ジアミン層から正孔が注入され、アルミニウムキノリン錯体層とジアミン層との境界部で、エキシトンを形成後、発光しているものと考えられている(多くのエレクトロルミネッセンスの発光メカニズムは完全には解明されていない)。この素子の発光は緑色であり、駆動は直流電圧10ボルト、輝度は1000カンデラ/平方メートル、発光効率は1.5ルーメン/ワットを得ている。
【0004】
このコダック社の発表以来、各方面で有機材料エレクトロルミネッセンスの研究が盛んに行われている。カラーディスプレイへの応用を目指し、RGB三原色でそれぞれ発光する有機材料の開発し、発光安定性および輝度を向上し、低電圧で駆動できる薄型の素子構造やその製作方法などを開発する、といった目的を掲げて研究が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
有機材料エレクトロルミネッセンスによるカラーディスプレイを実現するにはRGB三原色で発光する素子が不可欠である。しかし現在の段階では、緑色の発光素子は実用レベルに達しているものの、赤色および青色の素子については実用レベルにはほど遠い特性しか得られていない。
【0006】
とくに青色エレクトロルミネッセンスについては、発光にともなう熱緩和過程からの発熱や一重項酸素などが原因して、安定した発光すら得ることも困難な現状である。再結晶性が高い有機材料を発光層に用いると、固体化した場合に二量体等の生成により発光波長が長くなり、青色発光を実現できないし、発光してもすぐに消光してしまうなどの現象が見られる。
【0007】
優れたエレクトロルミネッセンス特性を示す有機材料としてクマリン系レーザー色素が知られている。これは蛍光収率が大きな材料であり、緑色発光の色純度向上のためのドープ材料として使用したり、赤色発光のためのドープ材料として使用した研究報告がある。しかし、クマリン系レーザー色素を用いて安定した青色発光を実現できたという報告はない。むしろクマリン系レーザー色素は青色エレクトロルミネッセンスの材料としては適していないと見なされている。
【0008】
例えばクマリン450などは、最大蛍光波長が446nm近辺にあり、色度としてはRGB三原色の青色に対応している。このように短波長の蛍光を発するクマリン系レーザー色素が存在するものの、一般的に単体では結晶性が高い。例えばクマリン450単体で蒸着膜を形成して発光層とした場合では、蒸着膜の再結晶化が起こり、望ましいアモルファス状の薄膜にはならない。そして、わずかに青色に発光が認められてものでも、その寿命は著しく短く、輝度が低くて安定しない。あるいは二量体を形成し、まったく青色に発光しないなどの結果が得られた。
【0009】
この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、既知のクマリン系レーザー色素を用いて良好な特性で青色発光する電界発光素子を実現することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の電界発光素子は、有機物質の薄膜からなる発光層を含んだ有機物質の積層構造を有する素子であって、前記発光層は、種類の異なる複数のクマリン系レーザー色素の混合物からなるアモルファス状の薄膜であり、その発光層にはクマリン450を含め、これを発光中心とすることが望ましい。
【0011】
つぎの発明の電界発光素子では、前記発光層は、発光中心となるクマリン450をゲスト材料として適宜なホスト材料中に分散したアモルファス状の薄膜であり、その蛍光中心波長がクマリン450の蛍光波長以下であることを特徴とする。ここで前記ホスト材料としては、蛍光中心がクマリン450の蛍光波長よりも短波長領域側であるレーザー色素や、電子輸送性またはホール輸送性の有機材料を用いる。
【0012】
【作用】
この発明により、発光層として、クマリン系レーザー色素を含んだアモルファス状の薄膜を形成でき、この発光層から安定に効率の良い青色発光を得ることができた。
【0013】
【実施例】
まず最初に、この発明による電界発光素子の素子構造について、図1に従って簡単に説明する。図1に示すように、透明基板であるガラス基板1上に透明電極であるアノード電極2を形成し、その上に順次、ホール輸送層3、発光層4、電子輸送層5、背面電極であるカソード電極6を積層形成する。各層の詳細は以下の実施例で説明する。
【0014】
〔実施例1〕
30mm×30mmのガラス基板1上にアノード電極2であるITO(膜厚約100nm)のITO基板を設け、この基板上に、SiO2蒸着により2mm×2mmの発光領域以外をマスクした発光素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層3として図6に示す構造式のTPD(N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(3−メチルフェニル)4,4′−ジアミノビフェニル)を真空蒸着法により真空下で約50nm蒸着(蒸着速度2〜4Å/sec)し、さらに発光層4を約50nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した後、電子輸送層5として図7に示す構造式のt−butyl−PBDを約50nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した。その後、カソード電極6としてAlを約2kÅ蒸着(蒸着速度11〜13Å/sec)して、発光素子を作製した。
【0015】
発光層4は、クマリン440、445、450(構造式を図2,図3,図4に示す)をそれぞれ重量比で等量、同一のTa蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。クマリン440、445,450のそれぞれの昇華点はほぼ同一温度であり、同一ボードを用いて共蒸着を行うことができる。この手法は実際の量産プロセスにおいても有意義な手法である。
【0016】
こうして作製された有機電界青色発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長は447nmであり、スペクトルの形状からクマリン450が発光中心となっていることが明らかであった。また、15Vの印加電圧に対して約300cd/m2の輝度を得ることができた。
【0017】
〔実施例2〕
30mm×30mmのガラス基板1上にアノード電極2であるITO(膜厚約100nm)のITO基板を設け、この基板に、SiO2蒸着により2mm×2mmの発光領域以外をマスクした発光素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層3としてTPD(N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(3−メチルフェニル)4,4′−ジアミノビフェニル)を真空蒸着法により真空下で約50nm蒸着(蒸着速度2〜4Å/sec)し、さらに発光層4を約50nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した後、電子輸送層5としてアルミキノリノール錯体てある図5に示す構造式のA1q3(トリス(8−キノリノール)アルミニウム)を約20nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した。その後、カソード電極6としてA1を約2kÅ蒸着(蒸着速度11〜13Å/sec)して発光素子を作製した。
【0018】
発光層4は、レーザー色素QUIをホスト材料とし、ゲスト材料であるクマリン450をドープした。それぞれを別のTa蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。蒸着時にそれぞれの蒸着速度が2〜4Å/secになるように調節を行い発光層4を作製した。
【0019】
こうして作製された発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長446nmであり、スペクトルの形状からクマリン450が発光中心となっていることが明らかであった。また、14Vの印加電圧に対して約280cd/m2の輝度を得ることができた。
【0020】
〔実施例3〕
30mm×30mmのガラス基板1上にアノード電極2であるITO(膜厚約100nm)のITO基板を設け、この基板上に、SiO2蒸着により2mm×2mmの発光領域以外をマスクした素子作製用のセルを作製する。次にホール輸送層3としてTPD(N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(3−メチルフェニル)4,4′−ジアミノビフェニル)を真空蒸着法により真空下で約50nm蒸着(蒸着速度2〜4Å/sec)し、さらに発光層4を約50nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した後、電子輸送層5としてt−buty1−PBDを約50nm(蒸着速度2〜4Å/sec)蒸着した。その後、カソード電極6としてA1を約2kÅ蒸着(蒸着速度11〜13Å/sec)して、発光素子を作製した。
【0021】
発光層4は、亜鉛錯体である図8に示す構造式のZn(oxz)2をホスト材料とし、ゲスト材料であるクマリン450をドープした。それぞれを別のTa蒸着ボード上に配置して蒸着することにより、アモルファスな発光層を得ることができた。蒸着時にそれぞれの蒸着速度が2〜4Å/secになるように調節を行い発光層4を作製した。
【0022】
こうして作製された有機電界青色発光素子の特性を測定したところ、最大発光波長は446nmであり、スペクトルの形状からクマリン450が発光中心となっていることが明らかであった。また、14Vの印加電圧に対して約400cd/m2の輝度を得ることができた。
【0023】
〔他の実施態様〕
前記の各実施例において、アノード電極2、電子輸送層5、ホール輸送層3、カソード電極6の材料は上記に限るものではなく、例えばホール輸送層3であるならばベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体等のホール輸送性有機物質を用いても良い。同様に、電子輸送層5にはペリレン誘導体、クマリン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体等の電子輸送性有機物質を用いても良い。カソード電極6の材料については、効率良く電子を注入するために、電極材料の真空準位からの仕事関数の小さい金属を用いるのが好ましく、例えば、In,Mg,Ag,Ca,Ba,Li等の低仕事関数金属を単体で、または他の金属との合金として安定性を高めて使用しても良い。本発明においてはアノード電極6の側から有機電界青色発光を取り出すため、アノード電極6には透明電極であるITOを用いたが、もちろん効率良くホールを注入するために、アノード電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばAu、SnO2+Sb、ZnO+A1等の電極を用いても良い。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本来結晶性が高く、薄膜化することにより二量体等を生じ、発光波長が長波長化すると考えられていたクマリン系レーザー色素を用いても青色発光が可能であることが明らかになった。
【0025】
これにより一般的によく知られた、クマリン系の短波長レーザー色素等を用いても、青色発光を得ることができ、材料開発における可能性と時間短縮、また、新たな共蒸着系の指針を示すことができたと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用した発光素子の構造を示す概略図。
【図2】クマリン450の構造式。
【図3】クマリン445の構造式。
【図4】クマリン440の構造式。
【図5】A1q3の構造式。
【図6】TPDの構造式。
【図7】t−Bu−PBDの構造式。
【図8】
Zn(oxz)2の構造式。
【符号の説明】
1…透明基板
2…透明電極(アノード電極)
3…ホール輸送層
4…発光層
5…電子輸送層
6…背面電極(カソード電極)[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an electroluminescence (electroluminescence) element applied to a display device such as a color display, and more particularly to an element that generates blue electroluminescence using an organic material as a light emitting layer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attention has been paid to electroluminescence using organic materials. Already in 1966, blue light emission from anthracene crystals was reported. At this time, there was no surface that was more excellent in light emission characteristics than the electroluminescence of the inorganic material because the driving voltage was still high (100 volts or more), the luminance was low, and the efficiency was poor.
[0003]
However, in 1987, Dr. Tan and Vanslike of Eastman Kodak Company of the United States announced an injection-type electroluminescent light emitting device using an organic material. The structure is composed of a metal electrode / a light emitting layer (n-type) / a hole injection layer (p-type) / a transparent electrode. The light emitting layer is an aluminum quinoline complex, and the hole injection layer is a diamine. It is considered that electrons are injected from the metal electrode and holes are injected from the diamine layer, and light is emitted after exciton is formed at the boundary between the aluminum quinoline complex layer and the diamine layer (emission of many electroluminescences). The mechanism has not been fully elucidated). This device emits green light, is driven at a DC voltage of 10 volts, has a luminance of 1000 candelas / square meter, and has a luminous efficiency of 1.5 lumens / watt.
[0004]
Since the announcement of Kodak, research on organic material electroluminescence has been actively conducted in various fields. Aiming at application to color displays, the goal was to develop organic materials that emit light in each of the three primary colors of RGB, to improve light emission stability and luminance, and to develop a thin device structure that can be driven at low voltage and its manufacturing method. Research is being carried out.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to realize a color display using organic material electroluminescence, an element that emits light in three primary colors of RGB is indispensable. However, at the present stage, although the green light emitting element has reached the practical level, the red and blue elements have characteristics far from the practical level.
[0006]
In particular, with regard to blue electroluminescence, it is difficult to obtain even stable light emission due to heat generated from a thermal relaxation process accompanying light emission, singlet oxygen, and the like. When an organic material having a high recrystallization property is used for the light emitting layer, when solidified, the emission wavelength becomes longer due to the formation of a dimer or the like, so that blue light emission cannot be realized, and even if light is emitted, the light is immediately extinguished. Phenomenon is seen.
[0007]
Coumarin-based laser dyes are known as organic materials that exhibit excellent electroluminescence properties. This is a material having a large fluorescence yield, and there are research reports of using it as a doping material for improving the color purity of green light emission or as a doping material for red light emission. However, there is no report that stable blue light emission was realized using a coumarin-based laser dye. Rather, coumarin-based laser dyes are not considered suitable as blue electroluminescent materials.
[0008]
For example, Coumarin 450 and the like have a maximum fluorescence wavelength near 446 nm and correspond to chromaticity of blue of RGB primary colors. Although a coumarin-based laser dye that emits short-wavelength fluorescence as described above exists, it generally has high crystallinity when used alone. For example, when a light-emitting layer is formed by forming a vapor-deposited
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to realize an electroluminescent device that emits blue light with good characteristics using a known coumarin-based laser dye.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The electroluminescent device of the present invention is a device having a laminated structure of an organic material including a light emitting layer formed of a thin film of an organic material, wherein the light emitting layer is made of an amorphous material composed of a mixture of a plurality of different types of coumarin-based laser dyes. It is desirable that the luminescent layer of the light-emitting layer contains
[0011]
In the electroluminescent device of the next invention, the light-emitting layer is an amorphous thin film in which
[0012]
[Action]
According to the present invention, an amorphous thin film containing a coumarin-based laser dye can be formed as a light emitting layer, and efficient blue light emission can be stably obtained from the light emitting layer.
[0013]
【Example】
First, an element structure of an electroluminescent element according to the present invention will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, an
[0014]
[Example 1]
An ITO (film thickness: about 100 nm) ITO substrate serving as the
[0015]
The light-emitting
[0016]
When the characteristics of the organic electroluminescent blue light emitting device thus manufactured were measured, the maximum emission wavelength was 447 nm, and it was clear from the shape of the spectrum that
[0017]
[Example 2]
An ITO (film thickness: about 100 nm) ITO substrate serving as an
[0018]
The
[0019]
When the characteristics of the light-emitting device thus manufactured were measured, it was found that the maximum emission wavelength was 446 nm, and that the
[0020]
[Example 3]
An ITO (film thickness: about 100 nm) ITO substrate as the
[0021]
The light-emitting
[0022]
When the characteristics of the organic electroluminescent blue light emitting device thus manufactured were measured, the maximum emission wavelength was 446 nm, and it was clear from the shape of the spectrum that
[0023]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the materials of the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if a coumarin-based laser dye, which was originally considered to have a high crystallinity and to be formed into a dimer or the like by being thinned, and to have a long emission wavelength, was used, the blue color was obtained. It became clear that light emission was possible.
[0025]
As a result, it is possible to obtain blue light emission even using commonly known coumarin-based short-wavelength laser dyes, etc., and to shorten the time and the potential for material development. It is considered possible to show.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a light emitting element to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a structural formula of
FIG. 3 is a structural formula of
FIG. 4 is a structural formula of
FIG. 5 is a structural formula of A1q3.
FIG. 6 is a structural formula of TPD.
FIG. 7 is a structural formula of t-Bu-PBD.
FIG. 8
Structural formula of Zn (oxz) 2.
[Explanation of symbols]
1: transparent substrate 2: transparent electrode (anode electrode)
3
Claims (2)
前記発光層は、種類の異なる複数のクマリン系レーザー色素のみからなるアモルファス状の薄膜であり、その発光層には下記の構造式で示されるクマリン450(クマリン2)が含まれ、
The light-emitting layer is an amorphous thin film composed of only a plurality of different types of coumarin-based laser dyes, and the light-emitting layer contains coumarin 450 (coumarin 2) represented by the following structural formula;
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