JP3786023B2 - 有機el素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は有機EL素子に係り、詳しくは有機EL素子の発光層に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機EL素子は、液晶ディスプレイの次にくるディスプレイの素子として注目されている。有機EL素子は、ガラス基板上にITOの陽極を形成し、その陽極の上にホール輸送層、発光層、ホールブロック層、電子輸送層及、電子注入合層及び陰極を順番に積層することによって形成されている。そして、陽極と陰極との間に直流駆動電圧を印加することによって、陽極からホール(正孔)が、陰極から電子が注入される。注入されたホールは、ホール輸送層を介して発光層に移動する。又、注入された電子は電子輸送層及びホールブロック層を介して発光層に移動する。そして、発光層において、ホールと電子が再結合しその再結合する際に放出される再結合エネルギーによって発光する。
【0003】
ところで、有機EL素子を構成する発光層において、発光効率を上げる上で、ホスト材中に数パーセントの発光材料をドーパントとして一様に取り込ませている。つまり、発光層を成膜する際、そのドーパントのドープ量が発光層中どこでも一様になるように成膜している。例えば、ホスト材をCBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl)、ドーパント材をイリジウム錯体(Ir(ppy)3;fac tris(2-phenylpyridine)iridium、尚、facは通常筆記体で表記される)とからなる発光層の有機EL素子においては、発光効率の高い緑色発光することが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、有機EL素子は、初期輝度半減寿命が長いことが要求されている。初期輝度半減寿命とは、有機EL素子に対して、予め定めた輝度(初期輝度)となるように予め定めた直流駆動電圧を印加し、その電流を流し続けたとき、有機EL素子が劣化して輝度が初期輝度の半分の輝度にまで低下するまでに要した時間である。
【0005】
そして、発光効率を上げるために前記した発光層中どこでも一様になるように発光材料をドープさせた有機EL素子についても、初期輝度半減寿命をより長くすることが求められている。
【0006】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は初期輝度半減寿命を延ばすことができる有機EL素子を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、1又は複数種類の発光材料をドーピングした発光層よりなる有機EL素子において、前記発光層の材料はCBP( 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl )であるとともに前記発光材料はイリジウム錯体( Ir(ppy)3;fac tris(2-phenylpyridine)iridium 、尚、 fac は通常筆記体で表記される)であり、同一の前記発光層に同一の前記発光材料をドーピングするとともに前記発光材料のドープ量を陰極側にいくほど少なくしたことをその要旨とする。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の有機EL素子において、前記ドープ量は、前記発光層の厚さ方向に線形に変化させたことをその要旨とする。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の有機EL素子において、ドープ量は、前記発光層の厚さ方向に段階的に変化させたことをその要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1に記載の有機EL素子において、発光材料はホスト材料と共蒸着によって発光層にドープしたことをその要旨とする。
【0010】
(作用)
請求項1〜4に記載の発明によれば、有機EL素子の発光層にドーピングする発光材料のドープ量を発光層の厚さ方向に変化させた。その結果、発光層中どこでも一様に発光材料をドープさせた有機EL素子に較べて、寿命を長くすることができる。
【0011】
加えて、請求項3によれば、発光材料のドープ量を発光層の厚さ方向に段階的に変えるだけなので簡単に発光層を形成することができる。
加えて、請求項4に記載の発明によれば、特に低分子の有機EL素子材料を用いた場合に、従来の装置を用いてドーパントの濃度を変化させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1に従って説明する。
図1は有機EL素子1の断面図を示す。基板2は、本実施形態では透明のガラス基板よりなり、その上面に厚さ1900ÅのITO等透明導電材料よりなる陽極3が形成されている。陽極3の上には、ホール輸送層4が形成されている。ホール輸送層4は、本実施形態ではα―NDP(4,4-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)よりなり、真空蒸着法にて厚さ350Åの層になるように形成されている。
【0013】
ホール輸送層4の上には、発光層5が形成されている。発光層5は、本実施形態ではホスト材料をCBP(4,4'-N,N'-di carbazole-biphenyl)、ドーパント材(発光材料)をイリジウム錯体(Ir(ppy)3;fac tris(2-phenylpyridine)iridium、尚、facは通常筆記体で表記される)とから形成され、真空蒸着法(共蒸着)にて厚さ350Åの層になるように形成されている。イリジウム錯体(Ir(ppy)3)よりなる発光材料は緑色発光する色素でなので、本実施形態の有機EL素子1は緑色発光することになる。
【0014】
発光層5は、有機EL素子1の寿命を延ばすために発光材料のドープ量を発光層5の厚さ方向に相対して変化させている。詳述すると、ホール輸送層4と発光層5との界面を基準に、0〜100Åの部分、100Å〜200Åの部分、200Å〜300Åの部分、300Å〜350Åの部分の各部分で発光材料のドープ量を変えている。本実施形態では、図2に示す表Hのように、0〜100Åの部分では発光材料のドープ量を10.5wt%、100Å〜200Åの部分では発光材料のドープ量を7.8wt%、200Å〜300Åの部分では発光材料のドープ量を5.4wt%、300Å〜350Åの部分では発光材料のドープ量を4.4wt%としている。そして、平均すると、ほぼ7.0wt%のドープ量となる。つまり、前記ドープ量は、ホール輸送層4と発光層5との界面から上方に離間するほど段階的にドープ量が少なくなるように変化させている。
【0015】
前記発光層5の上には、ホールブロック層6が形成されている。ホールブロック層6は、本実施形態ではBAlq(((1,1'biphenyl)-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolinolato N1,O8)aluminium)よりなり、真空蒸着法にて厚さ100Åの層になるように形成されている。ホールブロック層6の上には、電子輸送層7が形成されている。電子輸送層7は、本実施形態ではAlq3(Tris-(hydroxyquinoline)aluminum)よりなり、真空蒸着法にて厚さ400Åの層になるように形成されている。
【0016】
前記電子輸送層7の上には、電子注入層8が形成されている。電子注入層8は本実施形態ではフッ素リチウム(LiF)よりなり、真空蒸着法にて厚さ5Åの層になるように形成されている。電子注入層8の上には、導電材料よりなる陰極9が形成されている。陰極9は本実施形態ではアルミニウム(Al)よりなり、真空蒸着法にて厚さ1000Åの層になるように形成されている。
【0017】
このように形成した有機EL素子1は、発光層5をホスト材料をCBP、ドーパント材(発光材料)をIr(ppy)3とし、Ir(ppy)3のドープ量を上方に行くほど段階的に少なくなるように変化させたことから、寿命を長くすることができた。
【0018】
因みに、図3、図4に示した発光層の構成が本実施形態と相違した従来の有機EL素子10、11に比べて寿命が長いことがわかった。
詳述すると、図3の有機EL素子10は、発光層12を除いて、基板2、陽極3、ホール輸送層4、ホールブロック層6、電子輸送層7、電子注入層8及び陰極9は、上記実施形態と同じ条件で形成した。そして、有機EL素子10の発光層12は、厚さ(350Å)、ホスト材料をCBP、ドーパント材(発光材料)をIr(ppy)3とした点は前記実施形態と同じであるが、発光層中どこでも一様にIr(ppy)3を分散させそのドープ量が7.0wt%としたものである。勿論、発光層12を形成する際は、上記実施形態と同じ真空蒸着法で行った。
【0019】
図4の有機EL素子11も、同様に、発光層13を除いて、基板2、陽極3、ホール輸送層4、ホールブロック層6、電子輸送層7、電子注入層8及び陰極9は、上記実施形態と同じ条件で形成した。そして、有機EL素子10の発光層14は、厚さ(350Å)、ホスト材料をCBP、ドーパント材(発光材料)をIr(ppy)3とした点は前記実施形態と同じであるが、発光層13中どこでも一様にIr(ppy)3に分散させそのドープ量が2.0wt%としたものである。つまり、図3の有機EL素子10と相違する点は、有機EL素子11は発光層13に一様にドープされるIr(ppy)3のドープ量が少ない点である。
【0020】
そして、この3つの有機EL素子1、10、11について、それぞれ輝度測定器(TOPCONのBM7)を使用して初期輝度を4800cd/m2としその4800cd/m2の輝度が半分に下がるまでの時間(初期輝度半減寿命)を求めた。その結果、本実施形態の有機EL素子1の初期輝度半減寿命は187時間であった。有機EL素子10の初期輝度半減寿命は97時間、有機EL素子11の初期輝度半減寿命は121時間であった。
【0021】
このことから、本実施形態のように、発光層5のIr(ppy)3のドープ量を上方に行くほど段階的に少なくなるように変化させた有機EL素子1が、発光層13、14中どこでも一様にIr(ppy )3に分散させた有機EL素子10、11より長くなることがわる。
【0022】
上記したように構成した本実施形態によれば、以下の特徴を有する。
(1)本実施形態では、発光層5のドーパントであるIr(ppy)3のドープ量を上方に行くほど段階的に少なくなるように変化させので、発光層12、13中どこでも一様にIr(ppy)3にドープさせた有機EL素子10、11に較べて、寿命を長くすることができる。
【0023】
しかも、段階的に変化させるように構成したので、その時々でドープ量を調整するだけで発光層5のドープ量を変化させることができるため、発光層5は簡単に形成することができる。
【0024】
(2)本実施形態では、発光層5を共蒸着で形成した。従って、従来の装置を用いてドーパントの濃度を変化させることができる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
【0025】
上記実施形態では、発光層中のドーパントのドープ量を発光層の厚さ方向に段階的に変化させたが、発光層の厚さ方向に線形又は非線形に連続的に変化させてもよい。この場合にも、長寿命化が期待できる。
【0027】
○上記実施形態では、有機EL素子1は緑色発光のために、発光層5のドーパントにイリジウム錯体を用いたが、青色、赤色、その他の色を発光する有機EL素子に応用してもよい。要は、発光層中のドーパントのドープ量を発光層の厚さ方向に変化させるものであるならば、発色する色が異なる有機EL素子であってもよい。この場合にも、長寿命化が期待できる。
【0028】
○上記実施形態では、緑色発光のための発光層5のみを備えた有機EL素子であった。これを、図5に示すように、赤色を発光する発光層5a、青色を発光する発光層5b、及び、緑色を発光する発光層5cの3つの発光層5a,5b、5cを形成した白色発光をさせる有機EL素子18に応用してもよい。つまり、それぞれドープされるドーパントをそれぞれの発光層5a,5b,5cにおいてそのドープ量を発光層の厚み方向に変化させて実施のよい。この場合にも、長寿命化が期待できる。
【0029】
○上記実施形態では、基板2をガラス基板で実施したが、透明樹脂フィルムで実施してもよい。
上記実施形態では、ホールブロック層6、電子注入層8を設けた有機EL素子に具体化したが、ホールブロック層6、電子注入層8を有さない有機EL素子や、反対に、ホール注入層を備えた有機EL素子に具体化してもよい。要は、少なくとも発光層を備え、その発光層中のドーパントのドープ量を発光層の厚み方向に変化させる有機EL素子であればよい。この場合にも、長寿命化が期待できる。
【0030】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜4に記載の発明によれば、発光層中どこでも一様に発光材料をドープさせた有機EL素子に較べて、寿命を長くすることができる。
【0031】
加えて、請求項3によれば、簡単に発光層を形成することができる。
加えて、請求項4に記載の発明によれば、従来の装置を用いてドーパントの濃度を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した有機EL素子を説明するための概略断面図。
【図2】有機EL素子の発光層における厚み方向に対するIr(ppy)3のドープ量を説明するための図。
【図3】発光層におけるIr(ppy)3のドープ量が一様に7.0wt%の場合の有機EL素子の断面図。
【図4】発光層におけるIr(ppy)3のドープ量が一様に2.0wt%の有機EL素子の断面図。
【図5】本発明の別例を説明するための有機EL素子の断面図。
【符号の説明】
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…ホール輸送層、5,5a,5b,5c…発光層、6…ホールブロック層、7…電子輸送層、8…電子注入層、9…陰極、18…有機EL素子。
Claims (4)
- 1又は複数種類の発光材料をドーピングした発光層よりなる有機EL素子において、
前記発光層の材料はCBP( 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl )であるとともに前記発光材料はイリジウム錯体( Ir(ppy)3;fac tris(2-phenylpyridine)iridium 、尚、 fac は通常筆記体で表記される)であり、同一の前記発光層に同一の前記発光材料をドーピングするとともに前記発光材料のドープ量を陰極側にいくほど少なくしたことを特徴とする有機EL素子。 - 請求項1に記載の有機EL素子において、
前記発光材料のドープ量は、前記発光層の厚さ方向に線形に変化させたことを特徴とする有機EL素子。 - 請求項1に記載の有機EL素子において、
前記発光材料のドープ量は、前記発光層の厚さ方向に段階的に変化させたことを特徴とする有機EL素子。 - 請求項1〜3のいずれか1に記載の有機EL素子において、
前記発光材料はホスト材料と共蒸着によって発光層にドープしたことを特徴とする有機EL素子。
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