JP3643797B2

JP3643797B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JP3643797B2
Application number: JP2001237552A
Authority: JP
Inventors: 健志佐野; 祐次浜田; 賢一柴田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: JP2002117980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いた発光層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子に係り、特に、低電圧で効率よく発光させることができ、長期にわたって安定した発光が行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化等にともなって、従来より一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力や空間占有面積が少ない平面表示素子のニーズが高まり、このような平面表示素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と略す。）が注目されている。
【０００３】
そして、このＥＬ素子は使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に大別され、無機ＥＬ素子においては、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている一方、有機ＥＬ素子においては、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内に注入させて、このように注入された電子とホールとを発光中心で再結合させ、有機材料を励起させて、この有機材料が励起状態から基底状態に戻るときに蛍光を発光するようになっている。
【０００４】
ここで、無機ＥＬ素子においては、上記のように高電界を作用させるため、その駆動電圧として１００〜２００Ｖと高い電圧を必要とするのに対し、上記の有機ＥＬ素子においては、５〜２０Ｖ程度の低い電圧で駆動できるという利点があった。また、このような有機ＥＬ素子においては、発光材料である螢光物質を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、フルカラーの表示装置等としても利用できるという期待があり、近年、このような有機ＥＬ素子について様々な研究が行なわれるようになった。
【０００５】
そして、上記の有機ＥＬ素子における素子構造としては、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と発光層と電子輸送層とを積層させたＤＨ構造と称される三層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と電子輸送性に富む発光層とが積層されたＳＨ−Ａ構造と称される二層構造のものや、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送性に富む発光層と電子輸送層とが積層されたＳＨ−Ｂ構造と称される二層構造のものが知られていた。
【０００６】
また、上記の有機ＥＬ素子における発光層については、そのホスト材料に対して微量のドーパントをドープし、このドーパントを発光中心として発光を行なうようにしたものが開発された。
【０００７】
ここで、このようにホスト材料に対して微量のドーパントをドープさせた発光層を得る場合、ホスト材料に良好な成膜性をもつ材料を使用することが必要であり、従来においては、ホスト材料として、キノリノール金属錯体やベンゾキノリノール金属錯体等が一般に使用されていた。
【０００８】
しかし、上記のように良好な成膜性をもつホスト材料は一般にその蛍光量子収率が低く、上記のような金属錯体においても、その蛍光量子収率が２０％以下の低い値になっており、ドーパントを高い効率で励起させ、十分な発光を得ることのさまたげとなり、またこのように蛍光量子収率が低い上に励起エネルギーがあまり大きくないホスト材料を用いた場合には、ドーパントの励起エネルギーが非発光過程を経て失われやすく、このエネルギーの多くが熱に変わり、これによって有機ＥＬ素子が劣化し、長期にわたって安定した発光が行なえなくなったり、低い駆動電圧で効率の良い発光を得ることができないという問題があった。
【０００９】
さらに、有機ＥＬ素子における発光効率を高めるためには、ホスト材料からドーパントに対して効率よくエネルギーが移動するように、ホスト材料における蛍光エネルギーと、ドーパントにおける励起エネルギーとが略同一になったホスト材料とドーパントとを組み合わせることが好ましいが、現在、ホスト材料の種類が限定されているため、このようなホスト材料に対して有効なドーパントを組み合わせて使用することが困難であり、有機ＥＬ素子における発光効率を十分に高めることができないという問題もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、有機ＥＬ素子における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものであり、従来の有機ＥＬ素子に比べて低い駆動電圧で効率のよい発光が行なえると共に、長期にわたって安定した発光が行なえる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いた発光層が設けられてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記発光層におけるポリビニルカルバゾールからなるホスト材料に対して、ＴＰＤからなる第１ドーパントと、ルブレンからなる第２ドーパントとを含有させたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明においては、上記第１ドーパントのＴＰＤは、上記ポリビニルカルバゾールからなるホスト材料の蛍光ピーク波長より蛍光ピーク波長が短く、上記第２ドーパントのルブレンは上記ホスト材料の蛍光ピーク波長より蛍光ピーク波長が長いものである。
【００１３】
この発明における有機ＥＬ素子のように、このホスト材料より蛍光ピーク波長が短いＴＰＤを第１ドーパントとして用いると共にホスト材料より蛍光ピーク波長が長い第２ドーパントとしてルブレンを用いているので、第１ドーパントのＴＰＤにおいては発光が行なわれずに、第２ドーパントのルブレンにおいて効率の良い発光が行なわれるようになる。
【００１４】
そして、上記のように第２ドーパントが効率良く発光するため、低い駆動電圧で高輝度の発光が得られると共に、長期にわたって安定した発光が得られるようになる。
【００１５】
第１ドーパントのＴＰＤにおける発光効率をさらに高めるためには、この第１ドーパントだけではなく、上記の第２ドーパントにも蛍光量子収率の高いルブレンを使用する。
【００１６】
また、この発明における有機ＥＬ素子においては、上記のホール注入電極として、金やＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の仕事関数の大きな材料を用いるようにする一方、電子注入電極としては、マグネシウム等の仕事関数の小さな電極材料を用いることが好ましく、この有機ＥＬ素子において生じたＥＬ光を取り出すために、少なくとも一方の電極を透明にする必要があり、一般にはホール注入電極に透明で仕事関数の大きい材料、たとえばＩＴＯを用いるようにする。
【００１７】
また、この発明における有機ＥＬ素子の素子構造は、ホール注入電極と電子注入電極との間にホール輸送層と発光層と電子輸送層とを積層させたＤＨ構造からなる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係る有機ＥＬ素子を添付図面に基づいて具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この実施例における有機ＥＬ素子が低電圧で効率よく発光することを明らかにする。
（実施例１）
この実施例１における有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラス基板１上にＩＴＯで構成されて膜厚が１０００Åになった透明なホール注入電極２と、下記の化１に示すトリフェニルアミン誘導体（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）で構成されて膜厚が４００Åになったホール輸送層３と、下記の化２に示すポリビニルカルバゾールからなるホスト材料に対して、蛍光ピーク波長が長い第２ドーパントとして下記の化３に示すルブレンが５重量％，蛍光ピーク波長が短い第１ドーパントとして下記の化４に示すジアミン誘導体（ＴＰＤ）が５重量％ドープされて膜厚が４００Åになった発光層４と、下記の化５に示す１０−ベンゾ［ｈ］キノリノール−ベリリウム錯体（ＢｅＢｑ2 ）で構成されて膜厚が４００Åになった電子輸送層５と、マグネシウム・インジウム合金で構成されて膜厚が２０００Åになった電子注入電極６とが順々に積層されたＤＨ構造になっている。
【００１９】
【化１】

【００２０】
【化２】

【００２１】
【化３】

【００２２】
【化４】

【００２３】
【化５】

【００２４】
そして、上記実施例１の有機ＥＬ素子を製造するにあたっては、まず、ＩＴＯでホール注入電極２を形成されたガラス基板１を中性洗剤により洗浄した後、これをアセトン中で２０分間，エタノール中で２０分間それぞれ超音波洗浄を行なった。そして、このガラス基板１を煮沸したエタノール中に約１分間入れ、これを取り出した後、すぐに送風乾燥を行なった。その後、上記のホール注入電極２上に前記の化１に示したｍ−ＭＴＤＡＴＡを真空蒸着させてホール輸送層３を形成し、さらに前記の化２に示したポリビニルカルバゾールに対し、化３に示したルブレンと化４に示したＴＰＤとがそれぞれ５重量％ドープされるようにして、ポリビニルカルバゾールとルブレンとＴＰＤとを上記のホール輸送層３上に共蒸着させて発光層４を形成し、その後、この発光層４上に前記の化５に示したＢｅＢｑ2 を真空蒸着させて電子輸送層５を形成した。なお、これらの蒸着は何れも抵抗加熱蒸着法により、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ，基板温度２０℃，蒸着速度２Å／ｓｅｃの条件で行なった。そして、上記の電子輸送層５上にマグネシウム・インジウム合金からなる電子注入電極６を成膜した。
【００２５】
ここで、上記の発光層４におけるホスト材料に用いた上記のポリビニルカルバゾールと、第１ドーパントに用いた上記のＴＰＤと、第２ドーパントに用いた上記のルブレンの各蛍光ピーク波長及びバンドギャップは下記の表１に示す通りであり、蛍光ピーク波長は第１ドーパントに用いたジアミン誘導体，ホスト材料に用いたポリビニルカルバゾール，第２ドーパントに用いたルブレンの順に長くなっていた。
【００２６】
【表１】

（比較例１）
この比較例１における有機ＥＬ素子も、上記実施例１の有機ＥＬ素子と同様のＤＨ構造になっており、この比較例１においては、発光層４におけるホスト材料に前記の化２に示したポリビニルカルバゾールを用い、このホスト材料に対して、ドーパントとして前記の化３に示したルブレンだけを５重量％ドープさせるようにし、それ以外については、上記実施例１の場合と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００２７】
次に、上記実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子を使用し、それぞれホール注入電極２に＋、電子注入電極６に−の電圧を印加し、各有機ＥＬ素子における最高輝度と、１ｃｍ2 あたりに１０ｍＡの電流を流した場合における輝度（輝度−電流効率）と、各有機ＥＬ素子において１ｃｄ／ｍ2 の輝度を得るのに必要な電圧（発光開始電圧）を調べ、その結果を下記の表２に示した。なお、上記のようにして実施例１の各有機ＥＬ素子を発光させた場合、実施例１における有機ＥＬ素子においては発光ピーク波長が５６０ｎｍになったルブレンによる黄色の発光が得られた。
【００２８】
【表２】

この結果から明らかなように、発光層におけるホスト材料に対して、上記のように２種類のドーパントをドープさせた各実施例のものと、１種類のドーパントをドープさせただけの比較例のものとを比較した場合、対応する実施例１と比較例１の各有機ＥＬ素子においては、何れも実施例の有機ＥＬ素子の方が最高輝度が高く、また輝度−電流効率を示す１０ｍＡ／ｃｍ2 時の輝度も高くなっており、さらに発光開始電圧も低くなっており、高輝度で効率の良い発光が行なえると共に、低い駆動電圧で発光できるようになっていた。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明に係る有機ＥＬ素子においては、有機材料を用いた発光層におけるホスト材料に、ＴＰＤからなる第１ドーパントと、ルブレンからなる第２ドーパントとを含有させるようにしたため、蛍光ピーク波長が長い第２ドーパントにおいて効率の良い発光が行なわれるようになり、低い駆動電圧で発光させることができ、また高輝度で効率のよい発光が得られると共に、長期にわたって安定した発光が行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１及び比較例１におけるＤＨ構造になった有機ＥＬ素子の状態を示した概略図である。
【図２】この発明の実施例び比較例におけるＳＨ−Ａ構造になった有機ＥＬ素子の状態を示した概略図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２ホール注入電極
３ホール輸送層
４発光層
５電子輸送層
６電子注入電極

Claims

ホール注入電極と電子注入電極との間に、少なくとも有機材料を用いた発光層が設けられてなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記発光層におけるポリビニルカルバゾールからなるホスト材料に対して、ＴＰＤからなる第１ドーパントと、ルブレンからなる第２ドーパントとを含有させたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。