JP4035372B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機化合物を用いた発光素子に関するものであり、さらに詳しくは複数の化合物を発光層内にドープすることによる、輝度・効率・駆動耐久性の高い発光素子、特に有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機EL素子は、高速応答性や高効率の発光素子として、応用研究が精力的に行われている。その基本的な構成を図1(a)・(b)に示した[例えばMacromol.Symp.125,1〜48(1997)参照]。
【0003】
図1に示したように、一般に有機EL素子は透明基板15上に透明電極14と金属電極11の間に複数層の有機膜層から構成される。
【0004】
図1(a)では、有機層が発光層12とホール輸送層13からなる。透明電極14としては、仕事関数が大きなITOなどが用いられ、透明電極14からホール輸送層13への良好なホール注入特性を持たせている。金属電極11としては、アルミニウム、マグネシウムあるいはそれらを用いた合金などの仕事関数の小さな金属材料を用い有機層への良好な電子注入性を持たせる。これら電極には、50〜200nmの膜厚が用いられる。
【0005】
発光層12には、電子輸送性と発光特性を有するアルミキノリノール錯体など(代表例は、化1に示すAlq3)が用いられる。また、ホール輸送層13には、例えばビフェニルジアミン誘導体(代表例は、化1に示すα−NPD)など電子供与性を有する材料が用いられる。
【0006】
以上の構成をした素子は整流性を示し、金属電極11を陰極に透明電極14を陽極になるように電界を印加すると、金属電極11から電子が発光層12に注入され、透明電極15からはホールが注入される。
【0007】
注入されたホールと電子は発光層12内で再結合により励起子が生じ発光する。この時ホール輸送層13は電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層12/ホール輸送層13界面の再結合効率が上がり、発光効率が上がる。
【0008】
さらに、図1(b)では、図1(a)の金属電極11と発光層12の間に、電子輸送層16が設けられている。発光と電子・ホール輸送を分離して、より効果的なキャリアブロッキング構成にすることで、効率的な発光を行うことができる。電子輸送層16としては、例えば、オキサジアゾール誘導体などを用いることができる。
【0009】
これまで、一般に有機EL素子に用いられている発光は、発光中心の分子の一重項励起子から基底状態になるときの蛍光が取り出されている。一方、一重項励起子を経由した蛍光発光を利用するのでなく、三重項励起子を経由したりん光発光を利用する素子の検討がなされている。発表されている代表的な文献は、文献1:Improvedenergytransferinelectrophosphorescentdevice(D.F.O’Brienら、AppliedPhysicsLettersVol74,No3p422(1999))、文献2:Veryhigh−efficiencygreenorganiclight−emittingdevicesbasdonelectrophosphorescence(M.A.Baldoら、AppliedPhysicsLettersVol75,No1p4(1999))である。
【0010】
これらの文献では、図1(c)に示す有機層の4層構成が主に用いられている。それは、陽極側からホール輸送層13、発光層12、励起子拡散防止層17、電子輸送層16からなる。用いられている材料は、化1に示すキャリア輸送材料とりん光発光性材料である。各材料の略称は以下の通りである。
Alq3:アルミ−キノリノール錯体
α−NPD:N4,N4’−Di−naphthalen−1−yl−N4,N4’−diphenyl−biphenyl−4,4’−diamine
CBP:4,4’−N,N’−dicarbazole−biphenyl
BCP:2,9−dimethyl−4,7−diphenyl−1,10−phenanthroline
PtOEP:白金−オクタエチルポルフィリン錯体
Ir(ppy)3:イリジウム−フェニルピリジン錯体
【0011】
【化1】
【0012】
さらに、Forrest.et al.,Nature,403,p750には積層構造のEL素子に於いて発光層のホスト材料としてCBPを用い、Ir(ppy)3の緑発光材料層からDCMの赤色発光層に三重項と一重項間のエネルギー転移をさせる方式が示されている。
【0013】
これらと、本発明との差異は共存する発光材料の発光波長が離れている点、また形成方法が混合物を真空蒸着していない点などで異なり、詳細は実施例等で詳述する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記、燐光発光を用いた有機EL素子では、低電圧で電子・正孔のバランスを保ちながら、低い電圧でより多くのキャリアを発光層に注入することが高輝度化・高効率化に重要な課題である。
【0015】
しかし、上記燐光材料の中には電荷注入性・輸送性が低く低電圧で多くの電流を流すことが困難なものもあった。
【0016】
また、一般に多くの有機材料は蒸発時に複数分子の集合体(クラスター)として蒸発することが知られており、このようなクラスターは局所的に発光材料の濃度が高く、発光効率を下げる原因となると考えられている。
【0017】
さらに、有機材料はたとえば、発光層中で同種分子同士の結晶化等により特性の劣化が起こることが問題となっていた。
【0018】
このように高い発光輝度を得て、また長寿命の発光素子を実現することが望まれている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、有機発光材料を用いた有機EL素子において、低電圧駆動を可能にし、高輝度化・高効率化・高耐久性を可能にする発光素子を提供することを目的とする。
【0020】
本発明は、基板上に配置された陽極および陰極からなる電極と、前記電極間に有機発光層を有する発光素子であって、前記発光層がホスト材料と複数の発光材料で構成され、前記複数の発光材料がいずれも燐光発光材料であり、かつ前記複数の発光材料の発光波長スペクトルの重なり部分の面積が非重なり部分の面積より大きいことを特徴とする発光素子である。
【0021】
また前記複数の発光材料の量子収率が、発光波長の短い発光材料の量子収率が発光波長の長い発光材料の量子収率より大きいことを特徴とする。
【0022】
さらに前記複数の発光材料が金属錯体および/または有機化合物であり、各々のHOMO準位が異なることを特徴としている。
【0024】
またこれらの複数の発光材料間の発光スペクトルのピーク波長の差が30nm以下であることがより好ましい。
【0025】
さらに、前記複数の金属錯体が同一の配位子骨格を有しており、前記配位子骨格の置換基がそれぞれ異なる複数の金属錯体で構成されたことを特徴としている。特に、前記複数の金属錯体の中心金属が同一の金属であること、前記中心金属がイリジウムであることを特徴とする化合物を用いることを特徴としている。
【0026】
また、前記置換基がフッ素原子であること、前記配位子骨格がイソキノリン骨格を有することが好ましい。
【0028】
また、前記複数の発光材料の少なくとも1つが、異なる2種以上の配位子が同一金属に配位した金属錯体であることが好ましい。
また、前記複数の発光材料のうち、発光波長の長い材料から発する発光が、発光波長の短い材料から発する発光よりも強いことが好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子は、陽極および陰極と、陽極および陰極間に挟持された有機発光層を有する発光素子である。発光素子の層構成としては特に限定されず、図1に示す様な構成が挙げられる。
【0031】
本発明の発光素子は、有機発光層がホスト材料とホスト材料に混入される発光材料と他の発光材料からなることを特徴とする。他の発光材料の役割は、
(1)キャリアの注入やキャリアの移動がおこりにくい発光層、例えば、燐光発光材料を用いた発光層等においても、電流を増加させ、駆動電圧の低下・高効率化を図ることができる。
(2)発光層中での結晶化が抑制されたり
(3)発光材料と共に蒸着することで蒸着温度を下げる効果などがある。
(4)さらには発光層中の発光部位を変化させることにより輝度増加等の改善効果がもたらされる。
【0032】
本発明の素子の特徴は、有機発光層以外の構成が同様の発光素子において比較したとき、有機発光層が単一の発光材料のみの素子と、発光材料および他の発光材料からなる混合発光層を持つ素子では、後者のほうが同等の電圧を印加した際により多くの電流が流れる、もしくは大きな発光輝度が得られる、連続駆動により長時間の耐久特性を持つような素子特性を持つことである。
【0033】
他の発光材料の第一の機能としては、電流促進材料としての機能であり、素子電流を増大させることが可能である。
【0034】
その他の機能は、発光性材料であって、その発光量子収率が発光材料よりも低いものを用いることができる。この場合に、主要な発光材料が主たる発光輝度を与え、発光性を有する他の発光材料からの発光輝度を小さくすることができる。
【0035】
他の発光材料の第二の機能としては発光層中の発光材料の存在を安定化させる機能である。このとき他の発光材料は発光材料と異なる分子構造をもち、基底状態での結晶化もしくは二量体化、励起時の会合体形成を阻害する化合物が望ましい。例えば金属錯体の構造について言えば、基本骨格は変わらないで、異なる置換基を持つ化合物など、発光材料と発光特性は似通っていて、かつ分子構造が異なる化合物が望ましい。
【0036】
他の発光材料の第三の機能としては、蒸着時の分子流の制御機能が考えられる。蒸発温度の異なる複数の材料を混合して加熱蒸着することで、発光材料が蒸発する時、クラスターを形成するのを抑制することが考えられる。たとえば、フッ素化された有機化合物を発光材料と同時に蒸着するとこの効果が期待できると考えられる。
【0037】
フッ素化されたイリジウム錯体の配位子としては次のような化合物が考えられる。
【0038】
【化2】
【0039】
他の発光材料を用いた場合には、なるべく単一の発光色を得ることが重要である。特に複数の発光材料それぞれの発光波長スペクトルの主要な部分が重なり合うこと、あるいは発光スペクトルのピーク波長の差が30nm以下とすることが好ましい。
【0040】
例えば発光材料が赤発光の場合、発光材料と他の発光材料との発光強度比を10:1とすると、シミュレーションの結果からスペクトルピークの差が30nm以下ならば、CIE座標が大きく変化しないことが確かめられている。よって、色純度の高い発光を得るという観点からは発光材料と他の発光材料の発光スペクトルピーク波長の差が30nm以下であることが好ましい。
【0041】
こうすれば発光材料および他の発光材料の双方が発光した場合でも、色純度の変化が少ない素子が作製できる。また、他の発光材料から発光材料にエネルギー転移が起こるような場合でも、エネルギー差が少ないためエネルギー転移が起こりやすい。
【0042】
また、他の発光材料のバンドギャップを、発光材料のバンドギャップよりも大きくすることにより、正孔と電子が他の発光材料よりも発光材料上で再結合を起こしやすくなり、主として発光材料からの発光を得ることができる。
【0043】
本発明においては、発光材料と他の発光材料の割合を、有機発光層内の場所により変化させることにより、発光層内の電子および正孔の分布をコントロールすることができ、発光層内の電子−正孔の再結合位置を調整することが容易になり、結果として発光色のよい、高効率の素子を作成することができる。
【0044】
発光層に用いるホスト材料としては、例えばCBP、TAZ等があり、他の発光材料としては、例えば化合物A、CBP、Ir錯体A等が挙げられる。
【0045】
主要な発光材料としては、例えばIr錯体b,Ir(ppy)3、Ir錯体C等を用いることができる。
【0046】
化1に示したもの以外の構造は、以下の通りである。
【0047】
【化3】
【0048】
本発明の高効率な発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。また、プリンターの光源としては、現在広く用いられているレーザビームプリンタのレーザー光源部を、本発明の発光素子に置き換えることができる。独立にアドレスできる素子をアレイ上に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、画像形成する。本発明の素子を用いることで、装置体積を大幅に減少することができる。照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。
【0049】
【実施例】
実施例1、実施例2に用いた素子作成工程の共通部分を説明する。
【0050】
本実施例1、実施例2では、素子構成として、図1(c)に示す有機層が4層の素子を使用した。ガラス基板(透明基板15)上に厚み100nmのITO(透明電極14)をパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10-4Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜した。
ホール輸送層13(40nm):α−NPD
発光層12(40nm):ホスト材料+発光材料の所定量+他の発光材料の所定量
励起子拡散防止層17(10nm)BCP
電子輸送層16(30nm):Alq3
金属電極層1(15nm):AlLi合金(Li含有量1.8重量%)
金属電極層2(100nm):Al
対向する電極面積が3mm2になるようにパターニングした。
【0051】
<実施例1>
発光層のホストとしてCBPを用い、発光材料としてIr錯体Cを7重量%の濃度で、さらに他の発光材料としてIr錯体Aを3重量%となるように発光層にドープして素子を作製した。
【0052】
(比較例11)
Ir錯体Aをドープしない以外は、実施例1と同様にして、素子を作製した。
【0053】
これらの素子に10Vの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表1に示す。
【0054】
【表1】
【0055】
他の発光材料として、Ir錯体Aを加えた実施例1は、電流・輝度共に上昇した。発光スペクトルはIr錯体Cの発光の他にIr錯体Aからの発光も現れた。Ir錯体Cは620nmがピークの発光スペクトルを持ち、Ir錯体Aは610nmをピークとする発光スペクトルである。発光スペクトルのピークの差が30nm以下であるため、CIE座標では大きな変化はなかった。
【0056】
Ir錯体Aの量子収率は0.3であるのに対して、Ir錯体Cの量子収率は0.66である。ここで、量子収率は次のように決定した。
【0057】
実施例で用いた量子収率の求め方は、次式で与えられる。
Φ(sample)/Φ(st)=[Sem(sample)/Iabs(sample)]/[Sem(st)/Iabs(st)]
Φ(sample):試料の量子収率
Φ(st):標準試料の量子収率
Iabs(st):標準試料の励起する波長での吸収係数
Sem(st):同じ波長で励起した時の標準試料の発光スペクトル面積強度
Iabs(sample):目的化合物の励起する波長での吸収係数
Sem(sample):同じ波長で励起した時の目的化合物の発光スペクトル面積強度
【0058】
ここで言う量子収率ΦはIr錯体G(後述)のΦを標準の1とした相対値で示している。IabsはUV分光光度計(島津製作所 UV3100)、Semは蛍光スペクトルメーター(日立製作所 F4500)によって測定した。
【0059】
<実施例2>
発光層のホストとしてCBPを用い、発光層40nmのうちホール輸送層側の10nmに他の発光材料としてIr錯体Aを3重量%、発光材料としてIr錯体Cを7重量%の濃度で発光層にドープして、残りの30nmにはIr錯体Cのみを7重量%の濃度でドープして素子を作製した。
【0060】
この素子と、比較例11の素子に10Vの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を比較した結果を表2に示す。
【0061】
【表2】
【0062】
表2から比較例11に比べて、実施例2の素子は電流・輝度が共に上昇し、発光層の1部に他の発光材料をドープした場合でも電流・輝度の増加作用があることが確認された。ここでIr錯体AとIr錯体Cの量子収率およびバンドギャップを次表に示す。Ir錯体Aの方がバンドギャップが大きく量子収率は小さい。
【0063】
【表3】
【0064】
実施例1と実施例2を比較すると、実施例2の発光スペクトルは実施例1に比べて、Ir錯体Aからの発光が弱くなり、Ir錯体Cからの発光の比率が高くなった。これは電流促進効果によって、正孔の注入が容易になり、電子−正孔の再結合および発光がIr錯体Cで主に起こるようになったためである。
【0065】
<実施例3>
本実施例では、素子構成として、図1(c)に示す有機層が4層の素子を使用した。ガラス基板(透明基板15)上に厚さ100nmのITO(透明電極14)を成膜してパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10-4Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜した。
ホール輸送層13(40nm):FL03(次構造式)
【0066】
【化4】
【0067】
発光層12(40nm):ホスト材料+発光材料1+発光材料2
電子輸送層17(50nm)Bphen(次構造式)
【0068】
【化5】
【0069】
電子注入層16(1nm):KF
金属電極層(100nm):Al
対向する電極面積が3mm2になるようにパターニングした。
【0070】
発光層12の形成においては、発光材料1としてフェニルイソキノリンを配位子としたIr錯体C、発光材料2としてIr錯体Dを用いた。
(Ir錯体D)
【0071】
【化6】
【0072】
Ir錯体CおよびIr錯体Dを等量秤量し、メノウ乳鉢で結晶形を小さくしながら撹拌、混合して混合物粉体を作成した。
【0073】
この混合物粉体を蒸着用ボートに投入し、ホスト材料としてCBPと共蒸着を行った。上記のIr錯体の混合物が重量比7%になるような条件でホスト材料と共蒸着した。
【0074】
(比較例31)
発光材料として発光材料1、発光材料2の代わりにIr錯体Cのみを用いた。
【0075】
(比較例32)
発光材料として発光材料1、発光材料2の代わりにIr錯体Dのみを用いた。
【0076】
このような素子の評価結果を次表にしめす。
【0077】
【表4】
【0078】
本実施例の素子では100cd/m2の輝度で発光するための駆動電圧は5.7Vであって、比較例31の5Vと比べてやや高いものの、比較例32の7.5Vに比べて大幅に低電圧化されている。
【0079】
さらに電流効率(単位はcd/A)においても13.5cd/Aと比較例31の7.6cd/A、比較例32の6.8cd/Aに比べて大幅に改善されている。
【0080】
これは電力効率においても同様であり、比較例31の4.8lm/W、比較例32の2.9lm/Wに比べて、本実施例は7.6lm/Wと非常に高効率な素子を作成することに成功している。
【0081】
さらに、その素子の初期輝度1000cd/m2からの連続駆動における輝度半減時間を調べたところ、比較例31の50時間、比較例32の5.4時間に比べて52時間と大幅に改善することに成功している。輝度半減時間は比較例52の10倍の改善があり本発明の効果が特に大きいと考えられる。
【0082】
本実施例のIr錯体Cの量子収率は0.66であるのに対して、Ir錯体Dの量子収率は0.92である。発光波長ピークはIr錯体Cのは620nmであるのに対して、Ir錯体Dは595nmである。
【0083】
しかしながら、発光波長がIr錯体Dと同じく595nmであるが、量子収率が0.29である次のIr錯体Iを用いた場合には300cd/m2の輝度での発光効率、半減寿命ともIr錯体Dを用いた物に比べて劣るため、発光波長の短い発光材料の量子収率が発光波長の長い発光材料の量子収率より大きいことがより望ましいことが分かった。
【0084】
【表5】
(Ir錯体I)
【0085】
【化7】
【0086】
本実施例に用いたイリジウム錯体のHOMO準位およびLUMO準位を調べると次表の様になっている。
【0087】
【表6】
【0088】
イリジウム錯体CのHOMO準位は−5.13eVとイリジウム錯体DのHOMO準位、−5.32eVよりより高く、一方イリジウム錯体CのLUMO準位も−2.47eVとイリジウム錯体DのLUMO準位、−2.6eVよりより高くなっている。
【0089】
ここでの電子準位の測定はサイクリックボルタンメトリ法による酸化還元電位の測定(測定機器名 エレクトロケミカル インターフェース SI1287 Solartron社製)と光吸収によるバンドギャップ測定データを基に、別途測定したイリジウム錯体CのHOMO測定(測定器名AC−1 理研機器製)による結果との照合換算によって決定した。
【0090】
次に本実施例に用いたIr錯体CおよびIr錯体Dのホトルミネッセンス(トルエン希薄溶液中での光励起発光スペクトル)を図2に示すが、これら二つの化合物の発光スペクトルは非常に近接しており、発光波長スペクトルの主要な部分は重なりあっている。このように非常に近接した発光波長を持つ発光材料を用いることで、色ずれが目立たない。
【0091】
本発明に用いたイリジウム錯体CおよびIr錯体Dの真空中での蒸発温度はそれぞれ、267度、234度であり、フッ素原子のついたイリジウム錯体の方が蒸発温度が低い。本発明のひとつの特徴は、蒸発温度の異なる発光材量を混合して同一るつぼ上で蒸発させることにより、蒸発時の分子流の制御(例えばクラスターサイズの制御)ができると考えられる。
【0092】
さらに、本実施例の蒸着に必要な加熱容器に流す電流量を調べると、混合物の方が電流量が低く素子作成時の熱による衝撃が少なくなっていることが分かる。この結果を次表に示した。
【0093】
【表7】
【0094】
(比較例33)
Ir錯体CおよびIr錯体Dを異なるボートから加熱した場合との比較を次表に示した。
【0095】
【表8】
【0096】
Ir錯体Cのみを蒸着した場合と比べ、Ir錯体Dとの混合発光層を別ボート上から蒸着した場合でも、電流効率、電力効率は改善している。一方本実施例3の場合、2種の錯体を同一ボートで混合し蒸着した場合には、比較例31、33に比べてさらに電流効率、電力効率が改善されている。これは、蒸着時の温度が混合物を用いることで低下し膜質が改善したためと考えている。
【0097】
(比較例34)
次の比較例としてIr錯体G(次構造式)とIr錯体Cを混合した上で蒸着して素子を作った場合を次に示した。
(Ir錯体G)
【0098】
【化8】
【0099】
Ir錯体Gは514nmの発光ピークを持つが、Ir錯体Cは620nmに発光ピークを持つことから、図3に示すように発光スペクトルの重なりは少ない。本比較例の場合、電流効率、電力効率ともに本実施例よりも低いことが分かる。このことから、発光材料それぞれの発光波長の重なり部分が非重なり部分より大きいことにより素子特性を向上させることができることが分かった。
【0100】
【表9】
【0101】
<実施例4>
本実施例では、素子構成として、図1(c)に示す有機層が4層の素子を使用した。ガラス基板(透明基板15)上に厚さ100nmのITO(透明電極14)をパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10-4Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜した。
ホール輸送層13(40nm):FL03(次構造式)
【0102】
【化9】
【0103】
発光層12(40nm):ホスト材料+発光材料1+発光材料2+発光材料3+発光材料4
電子輸送層17(50nm)Bphen(次構造式)
【0104】
【化10】
【0105】
電子輸注入層16(1nm):KF
金属電極層(100nm):Al
対向する電極面積が3mm2になるようにパターニングした。
【0106】
本実施例においては、発光材料1としてフェニルイソキノリンを配位子としたIr錯体C、発光材料2としてIr錯体D(次構造式)を用いた。
(Ir錯体D)
【0107】
【化11】
【0108】
発光材料3としてIr錯体E(次構造式)を用いた。
(Ir錯体E)
【0109】
【化12】
【0110】
発光材料4としてIr錯体F(次構造式)を用いた。
(Ir錯体F)
【0111】
【化13】
【0112】
Ir錯体CおよびIr錯体D、Ir錯体E、Ir錯体Fを3:1:2.5:3.5の割合で混合して混合物粉体を作成した。この混合物粉体を蒸着用ボートに投入してホスト材料としてCBPと共蒸着を行った。ホスト材料に対して上記のIr錯体の混合物を重量比7%になるように成膜した。このようにして作った素子の特性を次に示す。
【0113】
これらの評価結果を表10に示す。
【0114】
【表10】
【0115】
本実施例の素子では100cd/m2の発光輝度を出す駆動電圧は4.2Vであり、比較例31の5V、比較例32の7.5Vに比べて大幅に改善されている。さらに電流効率(単位はcd/A)においても11.7cd/Aと比較例31の7.6cd/A、比較例32の6.8cd/Aに比べて大幅に改善されており、これは電力効率においても同様であり非常に高効率な素子を作成することに成功している。
【0116】
さらに、その素子の初期輝度1000cd/m2からの連続駆動における輝度半減時間を調べた。比較例31の50時間、比較例32の5.4時間に比べて、116時間と大幅に改善することに成功している。輝度半減時間は比較例の2倍から20倍以上の改善があり本発明の効果が特に大きいと考えられる。
【0117】
さらに、本実施例の蒸着に必要なボートに流す電流量を調べると、混合物の方が電流量が低く素子作成時の熱による衝撃が少なくなっていることが分かる。
【0118】
この結果を次表に示した。
【0119】
【表11】
【0120】
<比較例5>
本比較例では、素子構成として、図1(b)に示す有機層が3層の素子を使用した。ガラス基板(透明基板15)上に厚み100nmのITO(透明電極14)をパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10-4Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜する。
ホール輸送層13(40nm):FL03(次構造式)
【0121】
【化14】
【0122】
発光層12(40nm):ホスト材料+発光材料1+発光材料2
電子輸送層17(50nm)Bphen(次構造式)
【0123】
【化15】
【0124】
金属電極層(100nm):Al
対向する電極面積が3mm2になるようにパターニングした。
【0125】
本比較例においては、発光材料1として化合物C(DCM)を用いる。
(化合物C)
【0126】
【化16】
【0127】
他の発光材料1としては次の構造式の化合物Dでもよい。
(化合物D)
【0128】
【化17】
【0129】
発光材料2としてIr錯体Cを用いる。
【0130】
化合物CおよびIr錯体Cを等量秤量し、メノウ乳鉢で結晶形を小さくしながら撹拌、混合して混合物粉体を作成する。この混合物粉体を蒸着用ボートに投入してホスト材料としてCBPと共蒸着を行う。
【0131】
上記の化合物CおよびIr錯体Cの混合物は重量比7%になるようにホスト材料と共蒸着する。
【0132】
<実施例6>
本実施例では、素子構成として、図1(c)に示す有機層が4層の素子を使用した。ガラス基板(透明基板15)上に100nmのITO(透明電極14)をパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10-4Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜した。
ホール輸送層13(40nm):FL03(次構造式)
【0133】
【化18】
【0134】
発光層12(40nm):ホスト材料+発光材料1+発光材料2
電子輸送層17(50nm)Bphen(次構造式)
【0135】
【化19】
【0136】
電子輸注入層16(1nm):KF
金属電極層(100nm):Al
対向する電極面積が3mm2になるようにパターニングした。
【0137】
本実施例においては、発光材料1としてフェニルイソキノリンを配位子としたIr錯体C、発光材料2としてIr錯体H(次構造式)を用いた。
(Ir錯体H)
【0138】
【化20】
【0139】
Ir錯体CおよびIr錯体Hを等量秤量し、メノウ乳鉢で結晶形を小さくしながら撹拌、混合して混合物粉体を作成した。この混合物粉体を蒸着用ボートに投入してホスト材料としてCBPと共蒸着を行った。
【0140】
上記のIr錯体の混合物は重量比7%となるように、ホスト材料と共蒸着し成膜した。
【0141】
(比較例61)
発光材料としてIr錯体Cのみを用いて重量比7%となるように、ホスト材料と共蒸着し成膜した。
【0142】
(比較例62)
発光材料としてIr錯体Hのみを重量比7%となるように、ホスト材料と共蒸着し成膜した。
【0143】
このような素子の評価結果を次表に示す。
【0144】
【表12】
【0145】
本実施例の素子では100cd/m2の発光輝度を出す駆動電圧は5.7Vであった。比較例61の5vと比べてやや高いものの、比較例62の5.8vに比べて大幅に低電圧化されており、さらに電流効率(単位はcd/A)においても10.5cd/Aと比較例61の7.6cd/A、に比べて大幅に改善されている。これは電力効率においても同様であり、比較例61の4.8lm/W、に比べて本実施例は5.9lm/Wと非常に高効率な素子を作成することに成功している。
【0146】
さらに、その素子の初期輝度1000cd/m2からの連続駆動における輝度半減時間も、比較例61の50時間、比較例62の1.5時間に比べて80時間と大幅に改善することに成功している。
【0147】
本実施例は電流効率、電圧効率では比較例62に劣っているが、比較例62の発光色が赤方向に改善されている。比較例62のCIE座標は(0.65,0.35)なのに対して本実施例では(0.68,0.33)であった。比較例61の発光は(0.68,0.33)と本実施例とほぼ同じであった。また輝度半減時間は比較例62の10倍以上の改善があり本発明の効果が特に大きいと考えられる。
【0148】
本実施例に用いたイリジウム錯体のHOMO準位およびLUMO準位を調べると次表の様になっており、Ir錯体CのHOMO準位は−5.13eVであり、Ir錯体HのHOMO準位−5.19eVより高い。
【0149】
一方イリジウム錯体CのLUMO準位も−2.47eVとIr錯体HのLUMO準位−2.6eVよりより高くなっている。
【0150】
本発明に用いたIr錯体CおよびIr錯体Hの真空中での蒸発温度はそれぞれ、267度、230度であり、フッ素原子のついたイリジウム錯体の方が蒸発温度が低い。本発明の特徴の1つは、蒸発温度の異なる発光材料を混合して同一るつぼ上で蒸発させることにより、蒸着温度を低下でき、また蒸発時の分子流の制御(例えばクラスターサイズをより細かくすること)ができると考えられる。
【0151】
さらに、本実施例の蒸着ボートに流す電流量を調べると、混合物の方が電流量が低く素子作成時の熱による劣化が少なくなっていることが分かる。
【0152】
この結果を次表に示した。
【0153】
【表13】
【0154】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、素子に流れる電流量を増加させることができ、また低電圧駆動を可能にし、輝度や発光効率の向上することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光素子の一例を示す図である。
【図2】本発明の発光スペクトル図。横軸が発光波長であり、縦軸は発光ピークで規格化した値である。
【図3】比較例の発光スペクトルを示す図。
【符号の説明】
11 金属電極
12 発光層
13 ホール輸送層
14 透明電極
15 透明基板
16 電子輸送層
17 励起子拡散防止層
Claims (12)
- 基板上に配置された陽極および陰極からなる電極と、前記電極間に有機発光層を有する発光素子であって、前記発光層がホスト材料と複数の発光材料で構成され、前記複数の発光材料がいずれも燐光発光材料であり、かつ前記複数の発光材料の発光波長スペクトルの重なり部分の面積が非重なり部分の面積より大きいことを特徴とする発光素子。
- 前記複数の発光材料の量子収率が、発光波長の短い発光材料の量子収率が発光波長の長い発光材料の量子収率より大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記複数の発光材料が金属錯体および/または有機化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記複数の発光材料が各々のHOMO準位が異なる金属錯体および/または有機化合物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発光素子。
- 前記複数の発光材料の発光スペクトルのピーク波長の差が30nm以内であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の発光素子。
- 前記複数の金属錯体が同一の配位子骨格を有しており、前記配位子骨格の置換基がそれぞれ異なる複数の金属錯体で構成されたことを特徴とする請求項3または4に記載の発光素子。
- 前記複数の金属錯体の中心金属が同一の金属であることを特徴とする請求項6に記載の発光素子。
- 前記中心金属がIrであることを特徴とする請求項7に記載の発光素子。
- 前記置換基がフッ素原子であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の発光素子。
- 前記配位子骨格がイソキノリン骨格を有することを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の発光素子。
- 前記複数の発光材料の少なくとも1つが、異なる2種以上の配位子が同一金属に配位した金属錯体であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の発光素子。
- 前記複数の発光材料のうち、発光波長の長い材料から発する発光が、発光波長の短い材料から発する発光よりも強いことを特徴とする請求項1乃至11のいずれに記載の発光素子。
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