JP3967946B2 - Organic electroluminescence device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明光源などに用いられる有機電界発光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
フラットパネルディスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明光源などに用いられる発光体として、フラットパネルディスプレイの薄型化、液晶表示機を備える電子機器の小型化や薄型化、あるいは照明器具の形状の自由化などのために、薄く、軽量であり、かつ高効率であるものが近年ますます要求されるようになっている。そしてこのような要求に応じることができるものとして、有機電界発光素子(有機エレクトロルミネッセンス素子)が注目されている。
【0003】
有機電界発光素子が低電圧で発光することは、イーストマン・コダック社のC.W.Tangらにより、電極間に二層の薄膜を積層した構成の素子において初めて示された(Appl.Phys.Lett.,51,12,913(1987))。そしてこれ以降、有機電界発光素子は、電池などの10V程度の低電圧で100〜100000cd/m2程度の高輝度の発光が可能なこと、蛍光物質を構成する材料の組み合せで多数の色を発光させることが可能なこと、非常に薄い面発光体として使用可能なこと、などから産業界で注目され、素子構成に改良を加えた種々の薄膜構成の有機電界発光素子が検討されている。
【0004】
ここで、有機電界発光素子の基本的な素子構成は、陽極/有機発光層/陰極であるが、その他、陽極/ホール輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰極の構成や、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰極の構成や、陽極/ホール注入層/有機発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極の構成や、陽極/ホール注入層/有機発光層/電子注入層/陰極の構成など、種々の構成のものが挙げられる。
【0005】
そして、有機電界発光素子の発光効率を向上させることを目的として、上記の各層の最適化が検討されている。すなわち、各層のイオン化ポテンシャル、電子親和力の観点に注目した素子構成の検討が種々行なわれており、有機発光層とキャリア輸送層の界面でのホールや電子のブロックによるホール−電子再結合効率の向上、励起子の有機発光層内への閉じ込め等を実現する素子構成が多数提案されている。例えば、特開2000−68057号公報では、有機発光層を複数層に形成し、各有機発光層のイオン化ポテンシャルを陽極から陰極に向かって大きくなるようにする共に、有機発光層の電子親和力を規定することによって、長寿命化と高い発光効率を実現する試みがなされている。また特開平10−74584号公報では、ホール輸送層と電子輸送層を形成するホスト材料の電子親和力及びイオン化ポテンシャルの大小関係を規定することによって、発光効率を高める試みがなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来では、複数層の発光層を形成するホスト材料について電子親和力やイオン化ポテンシャルを規定する試みがなされているが、発光層にドープする発光性有機物質についての検討はなされておらず、この点での有機電界発光素子の長寿命化と高発光効率化の検討が不十分なものであった。
【0007】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、発光層にドープする発光性有機物質を規定することによって、長寿命化と高い発光効率を実現するようにした有機電界発光素子を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る有機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機電界発光素子において、異なる発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値が、これら以外の発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きいことを特徴とするものである。
【0009】
た、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値よりも0.05eV以上小さいことを特徴とするものである。
【0010】
また請求項の発明は、請求項において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値以下であることを特徴とするものである。
【0011】
また請求項の発明は、請求項1又は2において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値よりも0.05eV以上大きいことを特徴とするものである。
【0012】
また請求項の発明は、請求項1乃至のいずれかにおいて、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値以上であることを特徴とするものである。
【0013】
ここで、電子親和力(Electron Affinity)とは、真空準位に対する有機物質の伝導帯レベルを表す値の絶対値に相当し、イオン化ポテンシャル(Ionization Potential)とは、真空準位に対する有機物質の価電子帯レベルを表す値の絶対値に相当する。またエネルギーギャップは、各有機物質においてそのイオン化ポテンシャルと電子親和力の差に相当するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0015】
本発明に係る有機電界発光素子は、陽極1と陰極2の間に、発光性有機物質(蛍光物質)がドープされた有機材料よりなる複数層の有機発光層3を備えたものである。本発明の有機電界発光素子の積層構成は、陽極1と陰極2の間の複数層の発光層3が本発明に相当するものである限り、任意のものを用いることができる。図1は有機電界発光素子の一例を示すものであり、基板10の表面上に透明導電膜などからなる陽極1を積層し、陽極1の表面上にホール輸送層11を介して複数層の有機発光層3を積層すると共に、さらに発光層3の上に電子輸送層12を介して陰極2が積層してある。これを基本構成として有機電界発光素子、すなわち有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を形成することができるものであり、陽極1に正電圧を、陰極2に負電圧を印加すると、電子輸送層12を介して発光層3に注入された電子と、ホール輸送層11を介して発光層3に注入されたホールとが、発光層3内にて結合して発光が起こるものである。ここで、発光層3を三層以上の構成で形成することによって、任意の色調において発光効率の高い有機電界発光素子を得ることができ、特に白色など、単一の発光性有機物質からなる単一層の発光層3では実現が難しい発光色を容易に、かつ必要に応じて任意に得ることが可能になるものである。
【0016】
本発明において発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる発光層3は複数層を積層した構成に形成されるものであり、図1の実施の形態では3層の発光層3a,3b,3cを積層した構成に形成してある。そして本発明は、三層以上の複数層に形成される各発光層3a,3b,3cにドープする発光性有機物質として、最も陽極1に近い発光層3aにドープする発光性有機物質のエネルギーギャップの値及び、最も陰極2に近い発光層3cにドープする発光性有機物質のエネルギーギャップの値が、それ以外の発光層3bにドープする発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きくなるよう選択するようにしたものである。
【0017】
本発明において発光層3に用いることのできる発光性有機物質としては、公知の任意のものを挙げることができる。例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、トリス(4-メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチルベンゼン誘導体、ジスチルアリーレン誘導体、及びこれらの発光性化合物からなる基を分子内の一部に有するものであるが、これに限定されるものではない。またこれらの化合物に代表される蛍光色素由来の化合物のみならず、三重項状態からの燐光発光が可能な発光材料も好適に用いることができる。
【0018】
発光層3のホスト材料としては、電子輸送性の材料、ホール輸送性の材料のいずれも使用することができるものである。またこれらを混合して用いることもできるものであり、さらに層内で濃度勾配を有する状態で、陽極1の側ではホール輸送性の材料の割合が多く、陰極2の側になるに従って電子輸送性の材料の割合が多くなるようにして用いることもできる。電子輸送性のホスト材料やホール輸送性のホスト材料としては特に制限されるものではないが、後述するホール輸送層11を構成する材料や、電子輸送層12を構成する材料に相当するものから、適宜選択して用いることができる。
【0019】
発光層3のホスト材料は電子輸送性、ホール輸送性のいずれでもよいが、例えば、陽極1に最も近い発光層3aをホール輸送性のホスト材料、他の発光層3b、3cを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、陽極1に近い側の発光層3a,3bをホール輸送性のホスト材料、陰極2に最も近い発光層3cを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、陽極1に最も近い発光層3aをホール輸送性のホスト材料、中間の発光層3bをホール輸送性のホスト材料と電子輸送性のホスト材料の混合物、陰極2に最も近い発光層3cを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、発光層3a,3b,3cの総てを電子輸送性のホスト材料で形成したり、発光層3a,3b,3cの総てを電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料の混合物で形成したり、あるいは上記のような濃度勾配を有するホスト材料で形成したりすることができるものである。素子寿命の観点からは、ホール輸送性のホスト材料からなる発光層3と、電子輸送性のホスト材料からなる発光層3をそれぞれ少なくとも一層設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。またドープされた発光性有機材料へのキャリア注入性やエネルギー移動の観点から、ホスト材料と発光性有機材料との組み合わせを適正化することは好ましいことであり、このために発光層3に用いるホスト材料が各発光層3において異なるものとなってもよく、素子の性能、製造プロセス等の観点から任意に構成を設定することができるものである。
【0020】
本発明では既述のように、最も陽極1に近い発光層3a及び最も陰極2に近い発光層3cにドープする発光性有機物質のエネルギーギャップの値が、それ以外の発光層3bにドープする発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きくなるように、各発光層3にドープする発光性有機物質を選択するようにしたものであり、この結果、陰極2側に位置する発光層3から陽極側に位置する発光層3に効率よくエネルギーが移動し、有機電界発光素子の発光効率を向上させることができるものである。
【0021】
また本発明では、最も陽極1側に位置する発光層3aにドープする発光性有機物質として、この発光層3aに隣接する発光層3bにドープする発光性有機物質の電子親和力(EA)の値(単位eV)よりも、EA値が0.05eV以上小さいものから選択するのが好ましい。この条件を満たさないと、陰極2から注入された電子が発光層3を通過して陽極1側に通過してしまい易くなり、有機電界発光素子の色度安定性、寿命、発光効率等が低下するおそれがあるので好ましくない。最も陽極1側の発光層3aとこれに隣接する発光層3bにドープする発光性有機物質の電子親和力(EA)の値の差は大きいほうがよく、両者の差の上限は特に設定されるものではないが、実用上は、1.2eV程度が上限である。
【0022】
そして本発明において、最も陰極2側に位置する発光層3cにドープする発光性有機物質として、この発光層3cに隣接する発光層3bにドープする発光性有機物質の電子親和力(EA)の値よりも、EA値が小さいものから選択するのが好ましい。この条件を満たすことで、陰極2から注入された電子が発光層3cから発光層3bに効率よく注入されることになり、有機電界発光素子の寿命や発光効率を高めることができるものである。
【0023】
さらに本発明では、最も陰極2側に位置する発光層3cにドープする発光性有機物質として、この発光層3cに隣接する発光層3bにドープされる発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値(単位eV)よりも、IP値が0.05eV以上大きいものから選択するのが好ましい。この条件を満たさないと、陽極1から注入されたホールが発光層3を通過して陰極2側に通過してしまい易くなり、有機電界発光素子の色度安定性、寿命、発光効率等が低下するおそれがあるので好ましくない。最も陰極2側の発光層3cとこれに隣接する発光層3bにドープする発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値の差は大きいほうがよく、両者の差の上限は特に設定されるものではないが、実用上は、1.2eV程度が上限である。
【0024】
そして本発明において、最も陽極1側に位置する発光層3aにドープする発光性有機物質として、この発光層3aに隣接する発光層3bにドープされる発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値よりも、IP値が大きいものから選択するのが好ましい。この条件を満たすことで、陽極1から注入されたホールが発光層3aから発光層3bに効率よく注入されることになり、有機電界発光素子の寿命や発光効率を高めることができるものである。
【0025】
以上の条件を満たす発光性有機物質の電子親和力(EA)、イオン化ポテンシャル(IP)の関係を、図1のような三層構成の発光層3a,3b,3bについて例示する。例えば図2に示すように、発光層3a,3b,3cにドープされた発光性有機材料のEAの値をL1,L2,L3、IPをH1,H2,H3とすると、発光層3a,3b,3cのエネルギーギャップはそれぞれH1−L1、H2−L2、H3−L3である。そしてエネルギーギャップの上記の条件から、H1−L1>H2−L2、H3−L3>H2−L2である。また電子親和力(EA)の上記の条件から、L2−L1≧0.05、L2−L3≧0である。さらにイオン化ポテンシャル(IP)の上記の条件から、H3−H2≧0.05、H1−H2≧0である。このような条件を満たすように各発光層3にドープする発光性有機物質を選択することによって、陰極2から注入された電子が陽極1側へ通過してしまうことや、陽極1から注入されたホールが陰極2側に通過してしまうことを、発光層3bと発光層3aの界面や、発光層3cと発光層3bの界面でそれぞれ防止することができるものであり、電子とホールの量的バランスを良くすることができ、有機電界発光素子の色度安定性、寿命、発光効率等を向上させることができるものである。尚、三層以上に構成される各発光層3は、隣合う発光層3同士が直接接していもよいし、隣合う発光層3間に非発光性の層、例えば絶縁層等が形成されていてもよい。
【0026】
また本発明において、各発光層3にドープする発光性有機物質は、一種単独でもよく、複数種を併用してもよい。複数種の発光性有機物質をドープする場合には、任意の発光層3と、これに隣接する発光層3とにおいて、ドープされる発光性有機物質の一組以上が上記のエネルギーギャップ、電子親和力(EA)、イオン化ポテンシャル(IP)の条件を満たしていればよい。さらに上記では発光層3が三層構成のものを例に挙げて説明したが、発光層3が四層以上の場合においても、同様に適用することができるのはいうまでもない。また最も陽極1側の発光層3と最も陰極2側の発光層3に挟まれる他の発光層3については、より陰極2側に近い発光層3にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップがより大きくなるように設定するのが好ましいが、この順に限定されるものではない。発光性有機物質をドープする方法としては、ホスト材料と発光性有機物質を共蒸着する方法や、ホスト材料と発光性有機物質を交互に蒸着する方法や、ホスト材料を蒸着した後に発光性物質を蒸着して、ホスト材料に発光性有機物質を拡散させる方法や、ホスト材料と発光性有機物質を溶解した液をスピンコート等で塗布して発光層3を形成する方法などがあり、ホスト材料と発光性有機物質を共存させる方法であれば特に限定されることなく使用することができる。
【0027】
一方、ホール輸送層11(あるいはホール注入層)を構成する材料としては、ホールを輸送する能力を有し、陽極1からのホール注入効果を有するとともに、発光層3に対して優れたホール注入効果を有し、さらに電子のホール輸送層11への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1'−ビフェニル)−4,4'−ジアミン(TPD)や4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオイサイドチオフェン(PEDOT)、PTPDES([化1])等の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0028】
【化1】

Figure 0003967946
【0029】
また電子輸送層12を構成する電子輸送材料としては、電子を輸送する能力を有し、陰極2からの電子注入効果を有するとともに、発光層3に対して優れた電子注入効果を有し、さらにホールの電子輸送層12への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体的には、フルオレン、バソフェナントロリン、バソクプロイン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、アントラキノジメタン、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)等やそれらの化合物、金属錯体化合物もしくは含窒素五員環誘導体を挙げることができる。上記の金属錯体化合物としては、具体的には、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリ(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)ベリリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリナート)(o−クレゾラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−キノリナート)(1−ナフトラート)アルミニウム等があるが、これらに限定されるものではない。また上記の含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘導体が好ましい。具体的には、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−チアゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルチアジアゾリル)]ベンゼン、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−トリアゾール、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等があるが、これらに限定されるものではない。さらに、ポリマー有機発光素子に使用されるポリマー材料も使用することができる。例えば、ポリパラフェニレン及びその誘導体、フルオレン及びその誘導体等である。
【0030】
この電子輸送層12にはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類をドープしてもよい。例えばセシウムをバソフェナントロリンにモル比1:1の割合でドープして電子輸送層12を形成したものを挙げることができる。
【0031】
また、有機電界発光素子を構成する他の部材、例えば、積層された素子を保持する基板10、陽極1、陰極2等には、従来から使用されているものをそのまま用いることができる。また有機電界発光素子から光を取り出す面上に、光散乱層、マイクロレンズ、プリズム等を配置することもできる。
【0032】
上記の基板10としては、発光層3で発光された光が基板10を通して出射されるものである場合には、光透過性を有するものが使用されるが、無色透明のものの他に、多少着色されているものや、スリガラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどの透明ガラス板、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などの樹脂から任意の方法で作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などを用いることができる。またさらに、基板10内に基板10の母材と屈折率の異なる粒子、粉体、泡等を含有することによって、光拡散効果を有するものを使用することも可能である。また、発光層3で発光された光を基板10を通さずに出射させる場合には、基板10は必ずしも光透過性を有するものでなくてもかまわない。そして有機電界発光素子の発光特性、寿命特性等を損なわない限り、任意の基板10を用いることができるものであり、特に通電時の有機電界発光素子の発熱による温度上昇を低減するために、熱伝導性の高い基板10を用いることもできるものである。
【0033】
上記の陽極1は素子にホールを注入するための電極であり、この陽極1としては、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いるのが好ましく、特に仕事関数が4eV以上の電極材料を用いるのが好ましい。このような電極材料としては、具体的には、金などの金属、CuI、ITO(インジウム−スズ酸化物)、SnO2、ZnO、IZO(インジウム−亜鉛酸化物)等の導電性透明材料があげられる。例えばこれらの電極材料を基板10の上に真空蒸着法やスパッタリング法等の方法で成膜することによって、陽極1を薄膜として作製することができる。発光層3における発光を陽極1を透過させて基板10から外部に照射する場合には、陽極1の光透過率を70%以上にすることが好ましい。また、陽極1のシート抵抗は数百Ω/□以下であることが好ましく、特に100Ω/□以下であることが好ましい。さらに陽極1の膜厚は、陽極1の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、通常500nm以下に設定するのが好ましく、より好ましくは10〜200nmの範囲である。
【0034】
上記の陰極2は、発光層3中に電子を注入するための電極であり、この陰極2としては、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が5eV以下の電極材料を用いるのが好ましい。このような電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、希土類等や、これらと他の金属との合金などを用いることができるものであり、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Al/LiF混合物などを例として挙げることができる。これらの他にアルミニウム、Al/Al23混合物なども使用可能である。またアルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、あるいは金属酸化物を下地として用い、上記の仕事関数が5eV以下である材料(あるいはこれらを含有する合金)を1層以上積層して陰極2を作製することもできる。例えば、アルカリ金属/Alの積層、アルカリ金属のハロゲン化物/アルカリ土類金属/Alの積層、Al23/Alの積層などを例として挙げることができる。またITO、IZOなどに代表される透明電極で陰極2を作製し、発光層3で発光した光を陰極2の側から取り出す構成に形成するようにしてもよい。さらに、陰極2の界面の電子輸送層12にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしてもよい。
【0035】
陰極2は、例えば上記の電極材料を、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。また、発光層3における発光を陰極2を透過させて外部に照射する場合には、陰極2は光透過率を70%以上にすることが好ましい。ここで、陰極2の膜厚は、陰極2の光透過率等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、通常500nm以下に設定するのが好ましく、好ましくは100〜200nmの範囲とするのがよい。また、陰極金属の形成の際、蒸発源からの熱輻射の影響を抑えるためには、さらに薄い50〜100nmの範囲とするのがよい。蒸着速度を速くした場合、この厚みはより厚くても構わない。さらにより好ましくは厚みを25〜50nmの範囲とするのがよい。何故ならば、発光面積が大きくなると、短絡による発光停止という問題が生じ易くなるが、陰極金属の膜厚を薄くすることにより、短絡部分の陰極金属が短絡時の刺激により取り除かれ、その部分のみが光らなくなるオープンモードとなり、発光部分全体の発光停止という不良を抑えることができるのである。さらに、陰極2の上にAl等の金属をスパッタで積層したり、フッ素系化合物、フッ素系高分子、その他の有機分子など高分子を、蒸着、スパッタ、CVD、プラズマ重合、塗布した後に紫外線硬化させる方法、熱硬化、その他の方法で形成することも可能である。
【0036】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、使用した発光性有機材料のエネルギーギャップ、電子親和力(EA)、イオン化ポテンシャル(IP)の値を表1にまとめて示し、発光層3a,3b,3cの構成を表2にまとめて示す。
【0037】
(実施例1)
基板10として、厚み0.7mmの透明ガラス板を用い、この基板10の一方の表面に、ITO(インジウム−スズ酸化物)をスパッタしてシート抵抗7Ω/□の透明電極からなる陽極1を形成した。そしてこれをアセトン、純水、イソプロピルアルコールで15分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
【0038】
次に、この基板10を真空蒸着装置にセットし、1×10-6Torr(1.33×10-4Pa)の減圧下、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(株式会社同仁化学研究所製:以下α−NPDと略す)を1000Å厚に蒸着し、陽極1の上にホール輸送層11を形成した。
【0039】
次に、ホール輸送層11の上に、α−NPDとDSA誘導体(出光興産社製「BCzVBi」:化学式1)をモル比94:6の割合で100Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてBCzVBiをドープした発光層3aを形成した。またこの上にジスチリルビフェニル誘導体(出光興産社製「DPVBi」:化学式2)とルブレン(化学式3)をモル比98:2の割合で50Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層3bを形成した。さらにこの上にDPVBiとBCzVBiをモル比94:6の割合で400Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてBCzVBiをドープした発光層3cを形成した。尚、上記の有機層の蒸着速度はいずれも1〜2Å/sに設定した。
【0040】
【化2】
Figure 0003967946
【0041】
【化3】
Figure 0003967946
【0042】
【化4】
Figure 0003967946
【0043】
次に、発光層3cの上に、バソフェナントロリン(株式会社同仁化学研究所製:BCP)とCsをモル比1:1で共蒸着して膜厚200Åの電子輸送層12を形成し、最後に、電子輸送層12の上にAlを10Å/sの蒸着速度で厚み1500Å蒸着して陰極2を形成することによって、図1のような構成の有機電界発光素子を得た。
【0044】
(実施例2)
α−NPDとシグマアルドリッチジャパン(Sigma Aldrich Japan K.K.)製:「クマリン6」をモル比98:2で膜厚100Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてクマリン6をドープした発光層3aを形成し、DPVBiとイーストマンコダック社製「DCJTB」をモル比98:2で膜厚50Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてDCJTBをドープした発光層3bを形成し、DPVBiとBCzVBiをモル比94:6で膜厚400Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてBCzVBiをドープした発光層3cを形成するようにした他は、実施例1と同様にして、図1のような構成の有機電界発光素子を得た。
【0045】
(比較例1)
DPVBiとルブレンをモル比98:2で膜厚100Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層3aを形成し、発光層3bは形成せずに、発光層3cは実施例1と同様に形成した。その他は実施例1と同様にして、有機電界発光素子を得た。
【0046】
(比較例2)
α−NPDとルブレンをモル比98:2で膜厚100Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層3aを形成し、DPVBiとBCzVBiをモル比94:6で膜厚400Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてBCzVBiをドープした発光層3bを形成し、DPVBiとルブレンをモル比98:2で膜厚100Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層3cを形成するようにした他は、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を得た。
【0047】
(比較例3)
α−NPDとBCzVBiをモル比94:6で膜厚400Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてBCzVBiをドープした発光層3aを形成し、DPVBiとクマリン6をモル比98:2で膜厚100Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてクマリン6をドープした発光層3bを形成し、DPVBiとDCJTBをモル比98:2で膜厚50Åに共蒸着することによって、発光性有機物質としてDCJTBをドープした発光層3cを形成するようにした他は、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を得た。
【0048】
【表1】
Figure 0003967946
【0049】
上記の実施例1〜2及び比較例1〜3について、発光素子3a,3b,3cのそれぞれの組成をまとめて、表2に示す。
【0050】
【表2】
Figure 0003967946
【0051】
また、上記の実施例1〜2及び比較例1〜3について、発光素子3a,3b,3cにドープした発光性有機材料のエネルギーギャップ、電子親和力(EA)、イオン化ポテンシャル(IP)をまとめて表3に示す。
【0052】
【表3】
Figure 0003967946
【0053】
上記のようにして実施例1〜2及び比較例1〜3で得た有機電界発光素子について、発光色度、消費電力、量子効率、素子半減寿命を測定し、結果を表4に示した。
【0054】
有機電界発光素子の色度は、CIE色度座標で評価した。測定は、有機電界発光素子を電源(東陽テクニカ社製「KEYTHLEY236モデル」)に接続し、マルチチャンネルアナライザー(浜松ホトニクス株式会社製「PMA−10」)を用いて、輝度200cd/m2の条件で行なった。尚、輝度の測定はトプコン株式会社製「BM−5A」で行なった。
【0055】
有機電界発光素子の消費電力の測定は、有機電界発光素子を電源(東陽テクニカ社製「KEYTHLEY236モデル」)に接続し、200cd/m2の条件で発光させた状態における値から算出した。
【0056】
有機電界発光素子の量子効率は、有機電界発光素子の発光スペクトル、輝度、印加電圧、電流量から定法に基づき算出した。
【0057】
有機電界発光素子の半減寿命の測定は、初期の発光輝度が200cd/m2になる電流値を予め決定し、次いで定電流電源を用いて有機電界発光素子に所定の電流を通電して、輝度が初期の半分の100cd/m2になるまでの時間を計測することによって行ない、この時間を半減寿命とした。
【0058】
【表4】
Figure 0003967946
【0059】
表4にみられるように、実施例1〜2の有機電界発光素子は、消費電力が少ないと共に量子効率が高く、発光効率が優れるものであり、また半減寿命が長く、長寿命化と高い発光効率を実現できることが確認された。
【0060】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項1に係る有機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機電界発光素子において、異なる発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値が、これら以外の発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きくなるようにしたので、発光層にドープする発光性有機物質のエネルギーギャップをこのように規定することによって、陰極側に位置する発光層から陽極側に位置する発光層に効率よくエネルギーを移動させることができ、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるものである。
【0061】
た、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値よりも0.05eV以上小さくなるようにしたので、発光層にドープする発光性有機物質の電子親和力(EA)をこのように規定することによって、陰極から注入された電子が発光層を通過して陽極側に通過してしまうことを防ぐことができ、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるものである。
【0062】
また請求項の発明は、請求項において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値以下になるようにしたので、発光層にドープする発光性有機物質の電子親和力(EA)をこのように規定することによって、陰極から注入された電子が最も陰極側に位置する発光層から隣接する発光層に効率よく注入されることになり、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるものである。
【0063】
また請求項の発明は、請求項1又は2において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値よりも0.05eV以上大きくなるようにしたので、発光層にドープする発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)をこのように規定することによって、陽極から注入されたホールが発光層を通過して陰極側に通過してしまうことを防ぐことができ、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるものである。
【0064】
また請求項の発明は、請求項1乃至のいずれかにおいて、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値以上になるようにしたので、発光層にドープする発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)をこのように規定することによって、陽極から注入されたホールが最も陽極側に位置する発光層から隣接する発光層に効率よく注入されるようにすることができ、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】有機電界発光素子の一例の概略構成を示す正面図である。
【図2】同上の発光層の概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1 陽極
2 陰極
3 発光層
3a,3b,3c 発光層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescent element used for a flat panel display, a backlight for a liquid crystal display, an illumination light source, and the like.
[0002]
[Prior art]
As light emitters used in flat panel displays, backlights for liquid crystal displays, illumination light sources, etc., flat panel displays are made thinner, electronic devices equipped with liquid crystal displays are made smaller and thinner, or the shape of lighting fixtures is liberalized. In recent years, there has been an increasing demand for thin, lightweight, and highly efficient products. An organic electroluminescence element (organic electroluminescence element) has attracted attention as a device that can meet such a demand.
[0003]
The fact that the organic electroluminescence device emits light at a low voltage is the fact that C.E. W. Tang et al. (Appl. Phys. Lett., 51, 12, 913 (1987)) showed for the first time an element having a structure in which two thin films were laminated between electrodes. And after this, the organic electroluminescent element is 100 to 100000 cd / m at a low voltage of about 10 V such as a battery. 2 Focusing on the industry because of its ability to emit light with high brightness, the ability to emit a large number of colors with a combination of materials that make up a phosphor, and the ability to use it as a very thin surface emitter In addition, organic electroluminescence devices having various thin film configurations obtained by improving the device configuration have been studied.
[0004]
Here, the basic element configuration of the organic electroluminescent element is anode / organic light emitting layer / cathode, but in addition, the configuration of anode / hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer / cathode, and anode / hole Structure of injection layer / hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer / cathode, structure of anode / hole injection layer / organic light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode, anode / hole injection layer / organic The thing of various structures, such as a structure of a light emitting layer / electron injection layer / cathode, is mentioned.
[0005]
And the optimization of each said layer is examined for the purpose of improving the luminous efficiency of an organic electroluminescent element. In other words, various device configurations have been studied focusing on the ionization potential and electron affinity of each layer, and hole-electron recombination efficiency is improved by blocking holes and electrons at the interface between the organic light-emitting layer and the carrier transport layer. Many device configurations for realizing confinement of excitons in an organic light emitting layer have been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-68057, an organic light emitting layer is formed in a plurality of layers so that the ionization potential of each organic light emitting layer increases from the anode to the cathode, and the electron affinity of the organic light emitting layer is specified. By doing so, an attempt has been made to realize a long life and high luminous efficiency. In Japanese Patent Laid-Open No. 10-74584, an attempt is made to increase luminous efficiency by defining the magnitude relationship between the electron affinity and ionization potential of the host material forming the hole transport layer and the electron transport layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the past, attempts have been made to define the electron affinity and ionization potential for the host material that forms a plurality of light-emitting layers, but no study has been made on the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer. In this respect, studies on extending the life and increasing the luminous efficiency of the organic electroluminescence device have been insufficient.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and provides an organic electroluminescent device that achieves a long lifetime and high luminous efficiency by defining a luminescent organic material that is doped into a light emitting layer. It is for the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The organic electroluminescent device according to claim 1 of the present invention is an organic electroluminescent device comprising a light emitting layer made of an organic material doped with a luminescent organic material between an anode and a cathode. It has at least three light emitting layers made of a doped organic material, and the energy gap value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode and the light emitting layer located closest to the cathode is determined by these values. It is characterized by being larger than the value of the energy gap of the luminescent organic material doped in the luminescent layer other than the above.
[0009]
Ma The The electron affinity (EA) value (unit eV) of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side is the EA of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. It is characterized by being 0.05 eV or more smaller than the value of.
[0010]
And claims 2 The invention of claim 1 The electron affinity (EA) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the cathode side is the value of the EA of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. It is characterized by the following.
[0011]
And claims 3 The invention of claim 1 Or 2 In which the ionization potential (IP) value (unit: eV) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer located closest to the cathode is doped in the light-emitting layer adjacent to the light-emitting layer It is characterized by being 0.05 eV or more larger than the value of IP.
[0012]
And claims 4 The invention of claim 1 to claim 1 3 In any of the above, the ionization potential (IP) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side is equal to that of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. It is more than the value of IP.
[0013]
Here, the electron affinity (Electron Affinity) corresponds to the absolute value of the value representing the conduction band level of the organic material with respect to the vacuum level, and the ionization potential (Ionization Potential) is the valence electron of the organic material with respect to the vacuum level. Corresponds to the absolute value of the band level. The energy gap corresponds to the difference between the ionization potential and the electron affinity in each organic substance.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0015]
The organic electroluminescent element according to the present invention includes a plurality of organic light emitting layers 3 made of an organic material doped with a light emitting organic substance (fluorescent substance) between an anode 1 and a cathode 2. As the laminated structure of the organic electroluminescent element of the present invention, any layer can be used as long as the plural light emitting layers 3 between the anode 1 and the cathode 2 correspond to the present invention. FIG. 1 shows an example of an organic electroluminescent device. An anode 1 made of a transparent conductive film or the like is laminated on the surface of a substrate 10, and a plurality of organic layers are formed on the surface of the anode 1 via a hole transport layer 11. The light emitting layer 3 is laminated, and the cathode 2 is further laminated on the light emitting layer 3 via the electron transport layer 12. An organic electroluminescence element, that is, an organic electroluminescence element (organic EL element) can be formed based on this structure. When a positive voltage is applied to the anode 1 and a negative voltage is applied to the cathode 2, the electron transport layer 12 is formed. The electrons injected into the light emitting layer 3 through the hole and the holes injected into the light emitting layer 3 through the hole transport layer 11 are combined in the light emitting layer 3 to emit light. Here, by forming the light emitting layer 3 with a structure of three or more layers, an organic electroluminescent device having high luminous efficiency in an arbitrary color tone can be obtained. A light emission color that is difficult to realize with a single light emitting layer 3 can be obtained easily and optionally as required.
[0016]
In the present invention, the light emitting layer 3 made of an organic material doped with a light emitting organic substance is formed by laminating a plurality of layers. In the embodiment shown in FIG. 1, three light emitting layers 3a, 3b, 3c are formed. Are formed in a laminated structure. The present invention relates to the energy gap of the light emitting organic material doped in the light emitting layer 3a closest to the anode 1 as the light emitting organic material doped in each of the light emitting layers 3a, 3b, 3c formed in a plurality of layers of three or more layers. And the energy gap value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer 3c closest to the cathode 2 are selected to be larger than the energy gap values of the light emitting organic materials doped in the other light emitting layers 3b. It is what I did.
[0017]
As the light-emitting organic substance that can be used for the light-emitting layer 3 in the present invention, any known arbitrary substances can be exemplified. For example, anthracene, naphthalene, pyrene, tetracene, coronene, perylene, phthaloperylene, naphthaloperylene, diphenylbutadiene, tetraphenylbutadiene, coumarin, oxadiazole, bisbenzoxazoline, bisstyryl, cyclopentadiene, quinoline metal complex, tris (8-hydroxy Quinolinato) aluminum complex, tris (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complex, tris (5-phenyl-8-quinolinato) aluminum complex, aminoquinoline metal complex, benzoquinoline metal complex, tri- (p-terphenyl) -4-yl) amine, 1-aryl-2,5-di (2-thienyl) pyrrole derivative, pyran, quinacridone, rubrene, distilbenzene derivative, distilarylene derivative, and these Although it has a group consisting of a luminescent compound in a part of the molecule, it is not limited to this. In addition to fluorescent dye-derived compounds typified by these compounds, light-emitting materials capable of phosphorescence emission from a triplet state can be suitably used.
[0018]
As the host material of the light emitting layer 3, either an electron transporting material or a hole transporting material can be used. They can also be used as a mixture, and in a state having a concentration gradient in the layer, the proportion of the hole transporting material is large on the anode 1 side, and the electron transporting property becomes closer to the cathode 2 side. It can also be used in such a way that the proportion of the material increases. The electron transporting host material and the hole transporting host material are not particularly limited, but from the material constituting the hole transporting layer 11 described later and the material constituting the electron transporting layer 12, It can be appropriately selected and used.
[0019]
The host material of the light emitting layer 3 may be either electron transporting or hole transporting. For example, the light emitting layer 3a closest to the anode 1 is the hole transporting host material, and the other light emitting layers 3b and 3c are electron transporting. Forming using a host material, forming the light emitting layers 3a and 3b near the anode 1 with a hole transporting host material, and forming the light emitting layer 3c closest to the cathode 2 with an electron transporting host material, The light emitting layer 3a closest to the anode 1 is a hole transporting host material, the intermediate light emitting layer 3b is a mixture of a hole transporting host material and an electron transporting host material, and the light emitting layer 3c closest to the cathode 2 is an electron transporting property. The light emitting layers 3a, 3b, 3c are all formed of an electron transporting host material, or the light emitting layers 3a, 3b, 3c are all formed of an electron transporting host material. Hole transportable host material May be formed with a mixture, or as it can be or is formed with a host material having a density gradient as described above. From the viewpoint of device lifetime, it is preferable to provide at least one light emitting layer 3 made of a hole transporting host material and at least one light emitting layer 3 made of an electron transporting host material, but the present invention is not limited to this. Moreover, it is preferable to optimize the combination of the host material and the light-emitting organic material from the viewpoint of carrier injection into the doped light-emitting organic material and energy transfer. For this purpose, the host used in the light-emitting layer 3 is preferable. The material may be different in each light emitting layer 3, and the configuration can be arbitrarily set from the viewpoint of the performance of the element, the manufacturing process, and the like.
[0020]
In the present invention, as described above, the light emitting layer 3a closest to the anode 1 and the light emitting layer 3c closest to the cathode 2 have the energy gap value of the light emitting organic material doped to the other light emitting layers 3b. The light emitting organic material to be doped in each light emitting layer 3 is selected so as to be larger than the value of the energy gap of the light emitting organic material. As a result, the light emitting layer 3 positioned on the cathode 2 side is selected as the anode. 1 Energy is efficiently transferred to the light emitting layer 3 located on the side, and the light emission efficiency of the organic electroluminescent element can be improved.
[0021]
In the present invention, the electron affinity (EA) value of the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3b adjacent to the luminescent layer 3a is used as the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3a located closest to the anode 1 ( Preferably, the EA value is smaller than the unit eV) by 0.05 eV or less. If this condition is not satisfied, electrons injected from the cathode 2 easily pass through the light emitting layer 3 to the anode 1 side, and the chromaticity stability, lifetime, luminous efficiency, etc. of the organic electroluminescent element are lowered. This is not preferable because it may cause The difference in electron affinity (EA) between the light emitting layer 3a closest to the anode 1 and the light emitting organic material 3b adjacent to the light emitting layer 3a should be large, and the upper limit of the difference between the two is not particularly set. Although not practical, the upper limit is about 1.2 eV.
[0022]
In the present invention, as the light emitting organic material doped in the light emitting layer 3c located closest to the cathode 2, the value of the electron affinity (EA) of the light emitting organic material doped in the light emitting layer 3b adjacent to the light emitting layer 3c is determined. However, it is preferable to select from those having a small EA value. By satisfying this condition, electrons injected from the cathode 2 are efficiently injected from the light emitting layer 3c to the light emitting layer 3b, and the lifetime and the light emission efficiency of the organic electroluminescence device can be increased.
[0023]
Further, in the present invention, as the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3c located closest to the cathode 2, the value of the ionization potential (IP) of the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3b adjacent to the luminescent layer 3c. It is preferable to select one having an IP value larger by 0.05 eV or more than (unit eV). If this condition is not satisfied, holes injected from the anode 1 will easily pass through the light emitting layer 3 to the cathode 2 side, and the chromaticity stability, lifetime, luminous efficiency, etc. of the organic electroluminescent element will be reduced. This is not preferable because it may cause The difference in ionization potential (IP) between the light emitting layer 3c closest to the cathode 2 and the light emitting layer 3b adjacent to the light emitting layer 3b should be large, and the upper limit of the difference between the two is not particularly set. Although not practical, the upper limit is about 1.2 eV.
[0024]
In the present invention, the ionization potential (IP) value of the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3b adjacent to the luminescent layer 3a as the luminescent organic material doped in the luminescent layer 3a located closest to the anode 1 side. It is preferable to select one having a larger IP value. By satisfying this condition, holes injected from the anode 1 are efficiently injected from the light emitting layer 3a to the light emitting layer 3b, and the lifetime and the light emission efficiency of the organic electroluminescent element can be increased.
[0025]
The relationship between the electron affinity (EA) and the ionization potential (IP) of the light-emitting organic material that satisfies the above conditions is illustrated for the light-emitting layers 3a, 3b, and 3b having a three-layer structure as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 2, when the EA values of the light emitting organic materials doped in the light emitting layers 3a, 3b, 3c are L1, L2, L3, and IP are H1, H2, H3, the light emitting layers 3a, 3b, The energy gaps of 3c are H1-L1, H2-L2, and H3-L3, respectively. And from said conditions of an energy gap, it is H1-L1> H2-L2, and H3-L3> H2-L2. Further, from the above conditions of electron affinity (EA), L2-L1 ≧ 0.05 and L2-L3 ≧ 0. Furthermore, from the above conditions of the ionization potential (IP), H3-H2 ≧ 0.05 and H1-H2 ≧ 0. By selecting a light emitting organic material to be doped in each light emitting layer 3 so as to satisfy such conditions, electrons injected from the cathode 2 may pass to the anode 1 side or injected from the anode 1. It is possible to prevent holes from passing to the cathode 2 side at the interface between the light emitting layer 3b and the light emitting layer 3a or at the interface between the light emitting layer 3c and the light emitting layer 3b. The balance can be improved, and the chromaticity stability, life, luminous efficiency, etc. of the organic electroluminescent element can be improved. In addition, each light emitting layer 3 comprised in three or more layers may be in contact with adjacent light emitting layers 3, or a non-light emitting layer such as an insulating layer is formed between adjacent light emitting layers 3. May be.
[0026]
Moreover, in this invention, the luminescent organic substance doped to each light emitting layer 3 may be single 1 type, and may use multiple types together. When doping a plurality of kinds of light-emitting organic substances, one or more pairs of light-emitting organic substances to be doped in the arbitrary light-emitting layer 3 and the light-emitting layer 3 adjacent thereto have the above-mentioned energy gap and electron affinity. (EA) and the condition of ionization potential (IP) should just be satisfy | filled. Further, in the above description, the light emitting layer 3 has a three-layer structure as an example, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied even when the light emitting layer 3 has four or more layers. For the other light emitting layer 3 sandwiched between the light emitting layer 3 closest to the anode 1 and the light emitting layer 3 closest to the cathode 2, the energy gap of the light emitting organic material doped in the light emitting layer 3 closer to the cathode 2 side. Is preferably set to be larger, but is not limited to this order. As a method for doping a luminescent organic substance, a method in which a host material and a luminescent organic substance are co-evaporated, a method in which a host material and a luminescent organic substance are alternately deposited, or a luminescent substance is deposited after the host material is deposited. There are a method of diffusing a luminescent organic substance in the host material by vapor deposition, a method of forming a luminescent layer 3 by applying a solution in which the host material and the luminescent organic substance are dissolved by spin coating, etc. Any method can be used as long as it is a method in which a light-emitting organic substance is allowed to coexist.
[0027]
On the other hand, as a material constituting the hole transport layer 11 (or hole injection layer), it has the ability to transport holes, has a hole injection effect from the anode 1, and has an excellent hole injection effect for the light emitting layer 3. In addition, a compound that prevents the movement of electrons to the hole transport layer 11 and has an excellent ability to form a thin film can be used. Specifically, phthalocyanine derivatives, naphthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD), 4,4 ′ -Aromatic diamine compounds such as bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, poly Arylalkanes, butadiene, 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), and polyvinylcarbazole, polysilane, polyethylenedioside thiophene (PEDOT) ), PTPDES ([Chemical 1]), etc. Child materials including but not limited to.
[0028]
[Chemical 1]
Figure 0003967946
[0029]
The electron transport material constituting the electron transport layer 12 has the ability to transport electrons, has an electron injection effect from the cathode 2, and has an excellent electron injection effect for the light emitting layer 3. A compound that prevents the movement of holes to the electron transport layer 12 and has an excellent ability to form a thin film can be given. Specifically, fluorene, bathophenanthroline, bathocuproine, anthraquinodimethane, diphenoquinone, oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, anthraquinodimethane, 4,4′-N, N′-dicarbazole biphenyl (CBP) And their compounds, metal complex compounds, and nitrogen-containing five-membered ring derivatives. Specific examples of the metal complex compound include tris (8-hydroxyquinolinate) aluminum, tri (2-methyl-8-hydroxyquinolinate) aluminum, tris (8-hydroxyquinolinato) gallium, Bis (10-hydroxybenzo [h] quinolinato) beryllium, bis (10-hydroxybenzo [h] quinolinato) zinc, bis (2-methyl-8-quinolinato) (o-cresolate) gallium, bis (2-methyl-8) -Quinolinato) (1-naphtholato) aluminum, but is not limited thereto. The nitrogen-containing five-membered ring derivative is preferably an oxazole, thiazole, oxadiazole, thiadiazole or triazole derivative. Specifically, 2,5-bis (1-phenyl) -1,3,4-oxazole, 2,5-bis (1-phenyl) -1,3,4-thiazole, 2,5-bis (1 -Phenyl) -1,3,4-oxadiazole, 2- (4′-tert-butylphenyl) -5- (4 ″ -biphenyl) 1,3,4-oxadiazole, 2,5-bis ( 1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole, 1,4-bis [2- (5-phenylthiadiazolyl)] benzene, 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4 -Triazole, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-t-butylphenyl) -1,2,4-triazole, and the like, but is not limited thereto. Polymer materials used in polymer organic light emitting devices can also be used. In example, polyparaphenylene and its derivatives, fluorene and its derivatives.
[0030]
The electron transport layer 12 may be doped with alkali metal, alkaline earth metal, or rare earth. For example, cesium may be doped with bathophenanthroline at a molar ratio of 1: 1 to form the electron transport layer 12.
[0031]
Moreover, what is conventionally used can be used as it is for other members constituting the organic electroluminescent element, for example, the substrate 10 holding the stacked elements, the anode 1 and the cathode 2. In addition, a light scattering layer, a microlens, a prism, or the like can be disposed on a surface from which light is extracted from the organic electroluminescent element.
[0032]
As said board | substrate 10, when the light light-emitted by the light emitting layer 3 is radiate | emitted through the board | substrate 10, what has a light transmittance is used, In addition to a colorless and transparent thing, it is somewhat colored Or a ground glass. For example, a transparent glass plate such as soda lime glass or non-alkali glass, a plastic film or a plastic plate produced by an arbitrary method from a resin such as polyester, polyolefin, polyamide, epoxy resin, or fluorine resin can be used. Furthermore, it is possible to use a material having a light diffusing effect by containing particles, powder, bubbles or the like having a refractive index different from that of the base material of the substrate 10 in the substrate 10. Further, when the light emitted from the light emitting layer 3 is emitted without passing through the substrate 10, the substrate 10 does not necessarily have to be light transmissive. An arbitrary substrate 10 can be used as long as the light emission characteristics, life characteristics, etc. of the organic electroluminescent element are not impaired, and in order to reduce the temperature rise due to the heat generation of the organic electroluminescent element particularly during energization, A highly conductive substrate 10 can also be used.
[0033]
The anode 1 is an electrode for injecting holes into the device. As the anode 1, it is preferable to use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function. In particular, it is preferable to use an electrode material having a work function of 4 eV or more. Specific examples of such electrode materials include metals such as gold, CuI, ITO (indium-tin oxide), SnO. 2 , ZnO, IZO (indium-zinc oxide), and other conductive transparent materials. For example, the anode 1 can be formed as a thin film by depositing these electrode materials on the substrate 10 by a method such as vacuum deposition or sputtering. When light emitted from the light emitting layer 3 is transmitted through the anode 1 and irradiated from the substrate 10 to the outside, the light transmittance of the anode 1 is preferably set to 70% or more. The sheet resistance of the anode 1 is preferably several hundred Ω / □ or less, and particularly preferably 100 Ω / □ or less. Furthermore, although the film thickness of the anode 1 varies depending on the material in order to control the light transmittance, sheet resistance and other characteristics of the anode 1 as described above, it is usually preferably set to 500 nm or less, more preferably 10 to 10 nm. The range is 200 nm.
[0034]
The cathode 2 is an electrode for injecting electrons into the light emitting layer 3, and as the cathode 2, an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a low work function is used. It is preferable to use an electrode material having a work function of 5 eV or less. Examples of such electrode materials include alkali metals, alkali metal halides, alkali metal oxides, alkaline earth metals, rare earths, alloys of these with other metals, and the like. Examples include sodium, sodium-potassium alloy, lithium, magnesium, magnesium-silver mixture, magnesium-indium mixture, aluminum-lithium alloy, Al / LiF mixture, and the like. Besides these, aluminum, Al / Al 2 O Three Mixtures and the like can also be used. Further, the cathode 2 is formed by laminating one or more layers of materials (or alloys containing them) having the work function of 5 eV or less using an alkali metal oxide, an alkali metal halide, or a metal oxide as a base. It can also be produced. For example, alkali metal / Al laminate, alkali metal halide / alkaline earth metal / Al laminate, Al 2 O Three As an example, a laminate of / Al can be given. Alternatively, the cathode 2 may be formed with a transparent electrode typified by ITO, IZO, etc., and the light emitted from the light emitting layer 3 may be extracted from the cathode 2 side. Further, the electron transport layer 12 at the interface of the cathode 2 may be doped with an alkali metal such as lithium, sodium, cesium, or calcium, or an alkaline earth metal.
[0035]
The cathode 2 can be produced, for example, by forming the above electrode material into a thin film by a method such as a vacuum deposition method or a sputtering method. Further, when the light emitted from the light emitting layer 3 is transmitted through the cathode 2 and irradiated outside, the cathode 2 preferably has a light transmittance of 70% or more. Here, although the film thickness of the cathode 2 varies depending on the material in order to control the characteristics such as the light transmittance of the cathode 2 as described above, it is preferably set to 500 nm or less, preferably 100 to 200 nm. It should be a range. Further, when the cathode metal is formed, in order to suppress the influence of thermal radiation from the evaporation source, it is preferable to set the thickness in the range of 50 to 100 nm. When the deposition rate is increased, this thickness may be larger. Even more preferably, the thickness is in the range of 25-50 nm. This is because when the light emitting area is increased, the problem of light emission stop due to a short circuit is likely to occur, but by reducing the film thickness of the cathode metal, the cathode metal in the short circuit part is removed by the stimulation at the time of the short circuit, and only that part. This is an open mode in which the light does not shine, and it is possible to suppress the failure of stopping the light emission of the entire light emitting portion. Furthermore, a metal such as Al is laminated on the cathode 2 by sputtering, or a polymer such as a fluorine compound, a fluorine polymer, or other organic molecules is deposited, sputtered, CVD, plasma polymerized, applied, and then cured by UV. It is also possible to form it by the method of making it, thermosetting, and other methods.
[0036]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. The values of the energy gap, electron affinity (EA), and ionization potential (IP) of the light-emitting organic material used are shown together in Table 1, and the structures of the light emitting layers 3a, 3b, and 3c are shown together in Table 2.
[0037]
Example 1
A transparent glass plate having a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 10, and an anode 1 made of a transparent electrode having a sheet resistance of 7Ω / □ is formed on one surface of the substrate 10 by sputtering ITO (indium-tin oxide). did. This was ultrasonically washed with acetone, pure water, and isopropyl alcohol for 15 minutes, and then dried.
[0038]
Next, the substrate 10 is set in a vacuum deposition apparatus, and 1 × 10 -6 Torr (1.33 × 10 -Four Pa), 4,4′-bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (manufactured by Dojindo Laboratories Co., Ltd .; hereinafter abbreviated as α-NPD) was deposited to a thickness of 1000 mm, and the anode A hole transport layer 11 was formed on 1.
[0039]
Next, α-NPD and a DSA derivative (“BCzVBi” manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd .: Chemical formula 1) are co-deposited on the hole transport layer 11 at a molar ratio of 94: 6 to a thickness of 100 mm to obtain a light-emitting organic substance. A light emitting layer 3a doped with BCzVBi was formed. Further, a distyryl biphenyl derivative (“DPVBi” manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd .: Chemical formula 2) and rubrene (Chemical formula 3) and a rubrene (chemical formula 3) are co-evaporated in a molar ratio of 98: 2 on top of this, and rubrene is doped as a light-emitting organic substance. The light emitting layer 3b was formed. Further, DPVBi and BCzVBi were co-evaporated at a molar ratio of 94: 6 to a thickness of 400 mm thereon to form a light emitting layer 3c doped with BCzVBi as a light emitting organic material. In addition, the vapor deposition rate of said organic layer was set to 1-2 Å / s.
[0040]
[Chemical 2]
Figure 0003967946
[0041]
[Chemical 3]
Figure 0003967946
[0042]
[Formula 4]
Figure 0003967946
[0043]
Next, on the light emitting layer 3c, bathophenanthroline (manufactured by Dojindo Laboratories Co., Ltd .: BCP) and Cs are co-evaporated at a molar ratio of 1: 1 to form an electron transport layer 12 having a thickness of 200 mm. Then, Al was deposited on the electron transport layer 12 at a thickness of 1500 Å at a deposition rate of 10 Å / s to form the cathode 2, thereby obtaining an organic electroluminescent device having a configuration as shown in FIG. 1.
[0044]
(Example 2)
α-NPD and Sigma Aldrich Japan KK: “Coumarin 6” is co-evaporated at a molar ratio of 98: 2 to a film thickness of 100 mm to form a luminescent layer 3a doped with Coumarin 6 as a luminescent organic substance. Then, by co-evaporating DPVBi and “DCJTB” manufactured by Eastman Kodak Co. in a molar ratio of 98: 2 to a film thickness of 50 mm, a light emitting layer 3b doped with DCJTB as a light emitting organic material is formed, and DPVBi and BCzVBi are formed. As in Example 1, except that the light emitting layer 3c doped with BCzVBi as a light emitting organic material is formed by co-evaporation at a molar ratio of 94: 6 to a film thickness of 400 mm, as shown in FIG. An organic electroluminescent device having the structure was obtained.
[0045]
(Comparative Example 1)
By co-evaporating DPVBi and rubrene at a molar ratio of 98: 2 to a film thickness of 100 mm, the luminescent layer 3a doped with rubrene as the luminescent organic material is formed, and the luminescent layer 3c is formed without forming the luminescent layer 3b. Formed as in Example 1. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the organic electroluminescent element.
[0046]
(Comparative Example 2)
By co-evaporating α-NPD and rubrene at a molar ratio of 98: 2 to a film thickness of 100 mm, a light emitting layer 3a doped with rubrene as a luminescent organic material is formed, and DPVBi and BCzVBi are formed at a molar ratio of 94: 6. The light emitting layer 3b doped with BCzVBi is formed as a luminescent organic material by co-evaporation at 400 、, and rubrene as a luminescent organic material is formed by co-evaporation of DPVBi and rubrene at a molar ratio of 98: 2 at a film thickness of 100 Å. An organic electroluminescent element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the light emitting layer 3c doped with was formed.
[0047]
(Comparative Example 3)
By co-evaporating α-NPD and BCzVBi at a molar ratio of 94: 6 to a film thickness of 400 mm, a light emitting layer 3a doped with BCzVBi as a luminescent organic material is formed, and DPVBi and coumarin 6 are formed at a molar ratio of 98: 2. By co-evaporating to a thickness of 100 mm, a luminescent layer 3b doped with coumarin 6 is formed as a luminescent organic material, and by co-evaporating DPVBi and DCJTB in a molar ratio of 98: 2 to a thickness of 50 mm, As in Example 1, an organic electroluminescent element was obtained except that the light emitting layer 3c doped with DCJTB was formed.
[0048]
[Table 1]
Figure 0003967946
[0049]
Table 2 shows the compositions of the light-emitting elements 3a, 3b, and 3c for Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 described above.
[0050]
[Table 2]
Figure 0003967946
[0051]
For Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, the energy gap, electron affinity (EA), and ionization potential (IP) of the light emitting organic material doped in the light emitting elements 3a, 3b, and 3c are collectively shown. 3 shows.
[0052]
[Table 3]
Figure 0003967946
[0053]
With respect to the organic electroluminescent elements obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 as described above, the luminescence chromaticity, power consumption, quantum efficiency, and element half-life were measured, and the results are shown in Table 4.
[0054]
The chromaticity of the organic electroluminescent element was evaluated by CIE chromaticity coordinates. The measurement was performed by connecting the organic electroluminescence device to a power source (“KEYTHLEY236 model” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) and using a multi-channel analyzer (“PMA-10” manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) with a luminance of 200 cd / m. 2 It performed on condition of this. The luminance was measured with “BM-5A” manufactured by Topcon Corporation.
[0055]
The power consumption of the organic electroluminescent device is measured by connecting the organic electroluminescent device to a power source (“KEYTHLEY 236 model” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) and 200 cd / m. 2 It calculated from the value in the state made to light-emit on the conditions of.
[0056]
The quantum efficiency of the organic electroluminescent device was calculated based on a conventional method from the emission spectrum, luminance, applied voltage, and current amount of the organic electroluminescent device.
[0057]
Measurement of the half-life of the organic electroluminescent element is that the initial luminance is 200 cd / m. 2 A predetermined current value is determined in advance, and then a predetermined current is applied to the organic electroluminescent element using a constant current power source. The luminance is 100 cd / m, which is half of the initial luminance. 2 This was done by measuring the time until it became a half-life.
[0058]
[Table 4]
Figure 0003967946
[0059]
As seen in Table 4, the organic electroluminescent elements of Examples 1 and 2 have low power consumption, high quantum efficiency, excellent light emission efficiency, long half life, long life and high light emission. It was confirmed that efficiency could be realized.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, the organic electroluminescent device according to claim 1 of the present invention is different from the organic electroluminescent device having a light emitting layer made of an organic material doped with a luminescent organic material between an anode and a cathode. A light-emitting organic substance doped with a light-emitting organic substance doped with a light-emitting layer located on the most anode side and a light-emitting layer located on the most cathode side. Since the value is larger than the value of the energy gap of the light emitting organic material doped in the light emitting layer other than these, by defining the energy gap of the light emitting organic material doped in the light emitting layer in this way The energy can be efficiently transferred from the light emitting layer located on the cathode side to the light emitting layer located on the anode side. In which it is possible to realize an optical efficiency.
[0061]
Ma The The electron affinity (EA) value (unit eV) of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side is the EA of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. Since the electron affinity (EA) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer is defined in this manner, electrons injected from the cathode pass through the light-emitting layer. Thus, the organic electroluminescence device can be prevented from passing to the anode side, and the lifetime of the organic electroluminescence device can be increased and high luminous efficiency can be realized.
[0062]
And claims 2 The invention of claim 1 The electron affinity (EA) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the cathode side is the value of the EA of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. Since the electron affinity (EA) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer is defined in this manner, electrons injected from the cathode are adjacent to the light-emitting layer located closest to the cathode side. As a result, the organic electroluminescence device can be efficiently injected into the light emitting layer, and the lifetime of the organic electroluminescence device can be increased and high light emission efficiency can be realized.
[0063]
And claims 3 The invention of claim 1 Or 2 In which the ionization potential (IP) value (unit: eV) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer located closest to the cathode is doped in the light-emitting layer adjacent to the light-emitting layer Since the ionization potential (IP) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer is defined in this manner, holes injected from the anode are formed in the light-emitting layer. It is possible to prevent the organic electroluminescence device from passing through and to the cathode side, and to realize a long life and high luminous efficiency of the organic electroluminescence device.
[0064]
And claims 4 The invention of claim 1 to claim 1 3 In any of the above, the ionization potential (IP) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side is equal to that of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. Since the value is equal to or greater than the value of IP, by defining the ionization potential (IP) of the light-emitting organic material doped in the light-emitting layer in this way, the light-emitting layer in which holes injected from the anode are located on the most anode side Can be efficiently injected into the adjacent light emitting layer, and the lifetime of the organic electroluminescent device can be extended and high luminous efficiency can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of an example of an organic electroluminescent element.
FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the light emitting layer.
[Explanation of symbols]
1 Anode
2 Cathode
3 Light emitting layer
3a, 3b, 3c Light emitting layer

Claims (4)

陽極と陰極の間に、発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機電界発光素子において、異なる発光性有機物質がドープされた有機材料よりなる少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値が、これら以外の発光層にドープされている発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きく、且つ最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値よりも0.05eV以上小さいことを特徴とする有機電界発光素子。In an organic electroluminescent device having a light emitting layer made of an organic material doped with a light emitting organic substance between an anode and a cathode, at least three light emitting layers made of an organic material doped with different light emitting organic substances The energy gap value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side and the light emitting layer located closest to the cathode side of the light emitting organic material doped in other light emitting layers rather greater than the value of the energy gap, and most value of the electron affinity of the light-emitting organic material that is doped in the light emitting layer located on the anode side (EA) (unit eV) is doped into the light emitting layer adjacent to the light-emitting layer the organic electroluminescent device characterized by small Ikoto than 0.05eV than the value of EA luminous organic material being. 最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力(EA)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のEAの値以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。The electron affinity (EA) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the cathode side is less than or equal to the EA value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. the organic electroluminescence device according to claim 1, characterized in that. 最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値(単位eV)が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値よりも0.05eV以上大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。The value (unit eV) of the ionization potential (IP) of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the cathode side is the IP of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. The organic electroluminescent element according to claim 1, wherein the organic electroluminescent element is 0.05 eV or more larger than the value of . 最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル(IP)の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のIPの値以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の有機電界発光素子。The ionization potential (IP) value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer located closest to the anode side is equal to or greater than the IP value of the light emitting organic material doped in the light emitting layer adjacent to the light emitting layer. the organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that there.
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