JP4484476B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記方法では充分に効率の高い素子は得られず、また製造が煩雑であるという問題が残されている。
〔1〕一対の電極間に蒸着法で形成された有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層が、単一のホスト材料中に正孔輸送材料がドープされた正孔輸送領域、該ホスト材料中に発光材料がドープされた発光領域、及び電子輸送領域の三領域を含み、該電子輸送領域は、該ホスト材料中に電子輸送材料がドープされた電子輸送領域、又は該ホスト材料のみからなる電子輸送領域であり、該正孔輸送領域、該発光領域及び該電子輸送領域にドープされた該正孔輸送材料、該発光材料及び該電子輸送材料は、それぞれの領域のみに含有され、かつ、該有機層を形成する全領域に該単一のホスト材料が含まれることを特徴とする有機電界発光素子。
〔2〕陽極側から、単一のホスト材料中に正孔輸送材料をドープした正孔輸送領域、該ホスト材料中に発光材料をドープした発光領域、該ホスト材料中に正孔阻止材料をドープした正孔阻止領域、及び該ホスト材料中に電子輸送材料をドープした電子輸送領域の四領域が順に構成された四領域型素子であることを特徴とする〔1〕に記載の有機電界発光素子。
〔3〕発光領域が、励起三重項状態から発光する発光材料を含むことを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕に記載の有機電界発光素子。
〔4〕ホスト材料が正孔と電子の両電荷輸送性であることを特徴とする上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
〔5〕ホスト材料がカルバゾール化合物、金属錯体材料又はピレン化合物であることを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
〔6〕ホスト材料が金属錯体材料であることを特徴とする上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
〔7〕ホスト材料が下記一般式(I)で表される金属錯体材料であることを特徴とする上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
一般式(I)
一般式(II)
一般式(IV)
〔12〕一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(V)で表される金属錯体材料であることを特徴とする上記〔7〕に記載の有機電界発光素子。
一般式(V)
一般式(VI)
一般式(VII)
〔15〕前記一般式(VII)において、Y 7 は酸素原子を表し、Z 7 は−NR 75 −を表し、R 75 はアルキル基又はアリール基を表し、Q 72 はピリジン環を表し、Q 71 はベンゼン環又はナフタレン環を表し、M 7 はAl 3+ 、Zn 2+ 又はGa 3+ を表し、n 7 は2又は3を表し、m 7 は0又は1を表し、かつ、L 7 はアリールオキシイオンを表すことを特徴とする上記〔14〕に記載の有機電界発光素子。
本発明は、上記〔1〕〜〔15〕に係る発明であるが、以下、それ以外の事項についても記載している。
本発明の有機EL素子は、従来の積層型素子においては不可避であった層間に界面が生ずる問題を回避するため、有機層を形成する複数の領域の全領域に単一のホスト材料が含まれることを特徴とする。すなわち、本発明の有機EL素子の有機層は、単一のホスト材料中に各機能性材料が分散され保持された(ドープされた)複数の領域からなり、さらに必要に応じて該ホスト材料のみからなる領域を有する。
この本発明の有機EL素子におけるホスト材料とは、有機層の全領域に含有される材料であり、この場合、「全領域に含有される」とは、有機層の任意単位体積中の体積存在比率が40%以上であることを表す。体積存在比率は50%以上であることがより好ましく、さらに好ましくは60%以上である。
このように、有機層の全領域に単一のホスト材料が含ませることで、実質的に有機層から界面をなくすことができるので、素子耐久性を向上させることができる。
本発明におけるホスト材料は、その機能を果たす際に電気化学的に酸化もしくは還元され得るため、電気化学的酸化及び還元に対して非常に安定であるものが好ましい。言い換えれば、酸化種(例えばラジカルカチオン種)及び還元種(例えばラジカルアニオン種)が非常に安定であるものが好ましい。
また、ホスト材料分子において正孔と電子が再結合する場合には、ホスト材料分子の励起状態が生成することから、ホスト材料分子の励起状態は分解や熱失活を引き起こさず安定であることが好ましい。このことはすなわち、光に対しても安定なホスト材料が好ましいことをも意味するものである。
さらに、有機EL素子では駆動時の発熱による膜の破壊や材料の分解が劣化の大きな要因であることから、ホスト材料もまた熱による分解がなく、高温まで安定なアモルファス膜を保持できる材料であることが好ましい。すなわち、ガラス転移温度が100℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更に好ましい。
なかでも、本発明のホスト材料としては、好ましくは金属錯体材料であり、下記一般式(I)で表される金属錯体であることがより好ましい。
一般式(I)
一般式(I)中、X1は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、炭素原子、リン原子を表し、可能な場合は置換基を有していてもよく、またキレート環以外の環の構成原子となっていてもよい。X1として好ましくは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子であり、より好ましくは窒素原子である。X1に置換基が置換する場合、置換基としては例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニル等が挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニル等が挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル等が挙げられる。)、置換カルボニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、メトキシカルボニル、フェニルオキシカルボニル、ジメチルアミノカルボニル、フェニルアミノカルボニル、等が挙げられる。)、置換スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシル等が挙げられる。)、ヘテロ環基(脂肪族ヘテロ環基、芳香族ヘテロ環基がある。好ましくは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子のいずれかを含み、好ましくは炭素数1〜50、より好ましくは炭素数1〜30、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばイミダゾリル、ピリジル、フリル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾオキサゾリル、トリアゾリル基等が挙げられる。)等が挙げられる。これらの置換基は更に下記の置換基群Aから選択される置換基で置換されてもよい。
アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニル等が挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニル等が挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル等が挙げられる。)、置換カルボニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、メトキシカルボニル、フェニルオキシカルボニル、ジメチルアミノカルボニル、フェニルアミノカルボニル、等が挙げられる。)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジメチルアミノ、メチルカルボニルアミノ、エチルスルフォニルアミノ、ジメチルアミノカルボニルアミノ基、フタルイミド基等が挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシル等が挙げられる。)、スルホ基、カルボキシル基、ヘテロ環基(脂肪族ヘテロ環基、芳香族ヘテロ環基がある。好ましくは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子のいずれかを含み、好ましくは炭素数1〜50、より好ましくは炭素数1〜30、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばイミダゾリル、ピリジル、フリル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾオキサゾリル、トリアゾリル基等が挙げられる。)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメトキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェノキシ基、ナフチルオキシ基等が挙げられる。)、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子が挙げられる。)、チオール基、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ基等が挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオ基等が挙げられる。)、シアノ基、シリル基(好ましくは炭素数0〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜18であり、例えばトリメチルシリル基、トリフェニルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等が挙げられる。)。これらの置換基は更にこれら置換基群Aから選択される置換基で置換されてもよい。
一般式(II)
X2とZ21、Y2とZ22及びZ21とZ22が形成し得るキレート環以外の環としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、イソキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、テトラゾール環や上記芳香環が全部又は部分的に還元された環等が挙げられる。これらの環はさらに縮環されていてもよく、また置換基を有していてもよい。置換基としては、一般式(I)におけるQ1の置換基として挙げたものが適用できる。
一般式(III)
X3とZ31、Y3とZ33、Z31とZ32及びZ32とZ32が形成し得るキレート環以外の環としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、イソキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、テトラゾール環や上記芳香環が全部又は部分的に還元された環等が挙げられる。これらの環はさらに縮環されていてもよく、また置換基を有していてもよい。
一般式(IV)
Q41で形成される環の具体例としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、イソキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、テトラゾール環や上記の芳香環類が全部又は部分的に還元された環等が挙げられ、好ましくはピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環であり、より好ましくは、ピリジン環、ピラジン環、であり、さらに好ましくはピリジン環である。Q41で形成される環はさらに他の環と縮合環を形成してもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては一般式(I)のQ1の置換基として挙げたものが適用できる。
Q42で形成される環の具体例としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、イソキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、テトラゾール環や上記の芳香環類が全部又は部分的に還元された環等が挙げられ、好ましくはベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環であり、より好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環であり、さらに好ましくはベンゼン環である。Q42で形成される環はさらに他の環と縮合環を形成してもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては一般式(I)のQ1の置換基として挙げたものが適用できる。
一般式(V)
Q51で形成される環の具体例としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、イソキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、テトラゾール環や上記の芳香環類が全部又は部分的に還元された環等が挙げられ、好ましくはピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、オキサゾール環、イミダゾール環であり、より好ましくは、ピリジン環、ピラジン環、オキサゾール環、イミダゾール環であり、さらに好ましくはイミダゾール環である。Q51で形成される環はさらに他の環と縮合環を形成してもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては一般式(I)のQ1の置換基として挙げたものが適用できる。
一般式(VI)
上記Q6を含む環としては、例えばシクロペンテン環、シクロヘキセン環、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環、ピラジン環、ピリミジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、ナフトチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、ナフトオキサゾール環、イソオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ナフトイミダゾール環、イソキノリン環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
Q6を含む環は芳香環であることが好ましい。好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、チオフェン環、ピラジン環、ピリミジン環であり、より好ましくはベンゼン環、ナフタレン環であり、さらに好ましくはベンゼン環である。
一般式(VII)
本発明の有機EL素子において、ホスト材料中にドープされる発光材料としては、励起一重項状態から発光する蛍光材料でも、励起三重項状態から発光する燐光材料でもよいが、素子の効率を勘案すると、燐光材料の方が好ましい。
蛍光材料としては特に限定されないが、例えば、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ペリレン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、8−キノリノール誘導体の金属錯体、フェニルピリジン誘導体の金属錯体、有機金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、又は上記化合物の誘導体等が挙げられる。
本発明の有機EL素子は有機層以外に保護層などを有していても良い。これらの層は、本発明における有機層とは別層であり、有機層と同一のホスト材料が含まれていなくてもよい。
保護層の材料としては水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入る事を抑止する機能を有しているものであれば良い。その具体例としては、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni等の金属、MgO、SiO、SiO2、Al2O3、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe2O3、Y2O3、TiO2等の金属酸化物、MgF2、LiF、AlF3、CaF2等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質等が挙げられる。
保護層の形成方法についても特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシー)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、コーティング法、インクジェット法、印刷法、転写法、電子写真法を適用できる。
陽極は正孔注入層、有機層等に正孔を供給するものであり、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物等を用いることができ、好ましくは仕事関数が4eV以上の材料である。具体例としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物、又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅等の無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料、及びこれらとITOとの混合物・積層物等が挙げられ、好ましくは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高伝導性、透明性等の観点からITOが好ましい。陽極の膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm〜5μmの範囲のものが好ましく、より好ましくは50nm〜1μmであり、更に好ましくは100nm〜500nmである。
陽極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング法、化学反応法(ゾル−ゲル法等)、スプレー法、ディップ法、熱CVD法、プラズマCVD法、ITO分散物の塗布等の方法で膜形成される。
陽極は洗浄その他の処理により、素子の駆動電圧を下げ、発光効率を高めることも可能である。例えばITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理等が効果的である。
陰極は電子注入層、有機層等に電子を供給するものであり、電子注入層、有機層(電子輸送領域、発光領域)等の陰極と隣接する層との密着性やイオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。陰極の材料としては金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物を用いることができ、具体例としてはアルカリ金属(例えばLi、Na、K、Cs等)又はそのフッ化物、アルカリ土類金属(例えばMg、Ca等)又はそのフッ化物、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、又はそれらの混合金属、リチウム−アルミニウム合金、又はそれらの混合金属、マグネシウム−銀合金、又はそれらの混合金属、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属が挙げられ、好ましくは仕事関数が4eV以下の材料であり、より好ましくはアルミニウム、リチウム−アルミニウム合金、又はそれらの混合金属、マグネシウム−銀合金、又はそれらの混合金属等である。陰極の膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm〜5μmの範囲のものが好ましく、より好ましくは50nm〜1μmであり、更に好ましくは100nm〜1μmである。
陰極の作製には電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、コーティング法等の方法が用いられ、金属を単体で蒸着することも、二成分以上を同時に蒸着することもできる。さらに、複数の金属を同時に蒸着して合金電極を形成することも可能であり、またあらかじめ調製した合金を蒸着させても良い。
陽極及び陰極のシート抵抗は低い方が好ましく、数百Ω/□以下が好ましい。
洗浄したITO基板を蒸着装置に入れ、正孔輸送材料TPDを50nm蒸着し、この上にホスト材料例示化合物159及び発光材料Ir(ppy)3を17:1の質量比で36nm蒸着し、さらにこの上に電子輸送材料Aを36nm蒸着した。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して比較例1の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子に、東陽テクニカ製ソースメジャーユニット2400を用いて、直流定電圧を印加し、発光させ、その輝度をトプコン社の輝度計BM−8、発光波長とCIE色度座標を浜松ホトニクス社製スペクトルアナライザーPMA−11を用いて測定した。その結果、CIE色度が(x,y)=(0.28,0.63)、発光ピーク波長が515nmの緑色発光が得られ、最高輝度は42000cd/m2、外部量子効率は16.0%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物159と正孔輸送材料TPDを質量比1:1で膜厚50nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物159と発光材料Ir(ppy)3を質量比17:1で膜厚36nmに蒸着し、さらにこの上に、ホスト材料例示化合物159と電子輸送材料Aを質量比6:1で膜厚36nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中のホスト材料例示化合物159の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例1の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.30,0.63)、発光ピーク波長が514nmの緑色発光が得られ、最高輝度は16000cd/m2、外部量子効率は10.7%であった。
比較例1と実施例1の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較したところ、実施例1の有機EL素子の方が6倍長寿命であった。
ホスト材料例示化合物159に代えて、例示化合物2を用いた以外は比較例1と同様にして比較例2の有機EL素子を作成した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.30,0.62)、発光ピーク波長が517nmの緑色発光が得られ、最高輝度は53000cd/m2、外部量子効率は23.1%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物2と正孔輸送材料TPDを質量比1:1で膜厚50nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物2と発光材料Ir(ppy)3を質量比17:1で膜厚36nmに蒸着し、さらにこの上に、ホスト材料例示化合物2と電子輸送材料Aを質量比6:1で膜厚36nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中のホスト材料例示化合物2の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例2の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.29,0.62)、発光ピーク波長が513nmの緑色発光が得られ、最高輝度は48000cd/m2、外部量子効率は20.5%であった。
実施例2の有機EL素子と比較例2の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例2の有機EL素子の方が15倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物2と正孔輸送材料TPDを質量比1:1で膜厚50nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物2と発光材料Ir(ppy)3を質量比17:1で膜厚36nmに蒸着し、さらにこの上に例示化合物2を膜厚36nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中の例示化合物2の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例3の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.30,0.61)、発光ピーク波長が515nmの緑色発光が得られ、最高輝度は31000cd/m2、外部量子効率は17.2%であった。
実施例3の有機EL素子と比較例2の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例2の有機EL素子の方が18倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、正孔輸送材料NPDを膜厚40nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物141と発光材料ルブレンを質量比10:1で膜厚20nmに蒸着し、さらにこの上に、電子輸送材料Aを膜厚40nmに蒸着して有機層を作製した。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して比較例3の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.50,0.46)、発光ピーク波長が567nmの黄色発光が得られ、最高輝度は26000cd/m2、外部量子効率は2.5%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物141と正孔輸送材料NPDを質量比1:1で膜厚40nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物141と発光材料ルブレンを質量比10:1で膜厚20nmに蒸着し、さらにこの上に、ホスト材料例示化合物141と電子輸送材料Aを6:1の質量比で膜厚40nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中の例示化合物141の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例4の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.50,0.45)、発光ピーク波長が565nmの黄色発光が得られ、最高輝度は32000cd/m2、外部量子効率は1.9%であった。
実施例4の有機EL素子と比較例3の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例4の有機EL素子の方が3倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物141と正孔輸送材料NPDを質量比1:1で膜厚40nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物141と発光材料ルブレンを質量比10:1で膜厚20nmに蒸着し、さらにこの上に、例示化合物141を膜厚40nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中の例示化合物141の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例5の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.51,0.45)、発光ピーク波長が567nmの黄色発光が得られ、最高輝度は30000cd/m2、外部量子効率は2.0%であった。
実施例5の有機EL素子と比較例3の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例5の有機EL素子の方が3.5倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、正孔輸送材料TPDを50nm蒸着し、この上にホスト材料例示化合物159及び発光材料Ir(ppy)3を17:1の質量比で35nm蒸着し、この上に正孔阻止材料BAlqを10nm蒸着し、さらにこの上に電子輸送材料Alqを35nm蒸着した。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して比較例4の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.28,0.63)、発光ピーク波長が512nmの緑色発光が得られ、最高輝度は52000cd/m2、外部量子効率は7.4%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物159と正孔輸送材料TPDを質量比1:1で膜厚50nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物159と発光材料Ir(ppy)3を質量比17:1で膜厚35nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物159と正孔阻止材料BAlqを質量比1:1で膜厚10nmに蒸着し、さらにこの上に、ホスト材料例示化合物159と電子輸送材料Alqを質量比6:1で膜厚35nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中のホスト材料例示化合物159の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例6の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.31,0.61)、発光ピーク波長が515nmの緑色発光が得られ、最高輝度は53000cd/m2、外部量子効率は7.0%であった。
実施例6の有機EL素子と比較例4の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例6の有機EL素子の方が2倍長寿命であった。
ホスト材料例示化合物159に代えて、例示化合物1を用いた以外は比較例4と同様にして比較例5の有機EL素子を作成した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.30,0.61)、発光ピーク波長が517nmの緑色発光が得られ、最高輝度は60000cd/m2、外部量子効率は14.7%であった。
ホスト材料例示化合物159に代えて、例示化合物1を用いた以外は実施例6と同様にして実施例7の有機EL素子を作成した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.31,0.61)、発光ピーク波長が514nmの緑色発光が得られ、最高輝度は55000cd/m2、外部量子効率は12.9%であった。
実施例7の有機EL素子と比較例5の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例7の有機EL素子の方が8.3倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、正孔輸送材料NPDを40nm蒸着し、この上にホスト材料例示化合物164及び発光材料Cを19:1の質量比で20nm蒸着し、この上に正孔阻止材料Bを10nm蒸着し、さらにこの上に電子輸送材料Alqを40nm蒸着した。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して比較例6の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.16,0.28)、発光ピーク波長が487nmの青色発光が得られ、最高輝度は20000cd/m2、外部量子効率は3.1%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物164と正孔輸送材料NPDを質量比3:2で膜厚40nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物164と発光材料Cを質量比19:1で膜厚20nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物164と正孔阻止材料Bを質量比1:1で膜厚10nmに蒸着し、さらにこの上に、ホスト材料例示化合物164と電子輸送材料Alqを質量比1:1で膜厚40nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中のホスト材料例示化合物164の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例8の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.17,0.28)、発光ピーク波長が489nmの青色発光が得られ、最高輝度は17500cd/m2、外部量子効率は2.9%であった。
実施例8の有機EL素子と比較例6の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例8の有機EL素子の方が4.3倍長寿命であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、正孔輸送材料NPDを60nm蒸着し、この上にホスト材料例示化合物141及び発光材料ルブレンを10:1の質量比で40nm蒸着して有機層を作製した。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して比較例7の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.52,0.44)、発光ピーク波長が565nmの黄色発光が得られ、最高輝度は9700cd/m2、外部量子効率は1.1%であった。
比較例1と同様に洗浄したITO基板上に、ホスト材料例示化合物141と正孔輸送材料NPDを質量比1:1で膜厚60nmに蒸着し、この上に、ホスト材料例示化合物141及び発光材料ルブレンを質量比10:1で膜厚40nmに蒸着して有機層を作製した。この有機層の任意体積中のホスト材料例示化合物141の含有率は50%以上であった。得られた有機薄膜上にパターニングしたマスク(発光面積が4mm×5mmとなる)を設置し、フッ化リチウムを3nm蒸着した後アルミニウムを60nm蒸着して実施例9の有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子を比較例1と同様に評価したところ、CIE色度が(x,y)=(0.53,0.43)、発光ピーク波長が567nmの黄色発光が得られ、最高輝度は8700cd/m2、外部量子効率は0.87%であった。
実施例9の有機EL素子と比較例7の有機EL素子の耐久性を、初期輝度2000cd/m2で定電流駆動した場合の輝度半減時間で比較した。実施例9の有機EL素子の方が1.5倍長寿命であった。
Claims (15)
- 一対の電極間に蒸着法で形成された有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層が、単一のホスト材料中に正孔輸送材料がドープされた正孔輸送領域、該ホスト材料中に発光材料がドープされた発光領域、及び電子輸送領域の三領域を含み、該電子輸送領域は、該ホスト材料中に電子輸送材料がドープされた電子輸送領域、又は該ホスト材料のみからなる電子輸送領域であり、該正孔輸送領域、該発光領域及び該電子輸送領域にドープされた該正孔輸送材料、該発光材料及び該電子輸送材料は、それぞれの領域のみに含有され、かつ、該有機層を形成する全領域に該単一のホスト材料が含まれることを特徴とする有機電界発光素子。
- 陽極側から、単一のホスト材料中に正孔輸送材料をドープした正孔輸送領域、該ホスト材料中に発光材料をドープした発光領域、該ホスト材料中に正孔阻止材料をドープした正孔阻止領域、及び該ホスト材料中に電子輸送材料をドープした電子輸送領域の四領域が順に構成された四領域型素子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。
- 発光領域が、励起三重項状態から発光する発光材料を含む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。
- ホスト材料が正孔と電子の両電荷輸送性であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- ホスト材料がカルバゾール化合物、金属錯体材料又はピレン化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- ホスト材料が金属錯体材料であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の有機電界発光素子。
- ホスト材料が下記一般式(I)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の有機電界発光素子。
一般式(I)
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(II)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(II)
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(III)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(III)
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(IV)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(IV)
- 前記一般式(IV)において、X 4 は窒素原子を表し、Y 4 は酸素原子を表し、Z 41 、Z 42 及びZ 43 は炭素原子を表し、Q 41 はピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環又はピラジン環を表し、Q 42 はベンゼン環、ピリジン環又はピラジン環を表し、M 4 はAl 3+ 、Zn 2+ 又はGa 3+ を表し、n 4 は2又は3を表し、m 4 は0又は1を表し、かつ、L 4 はアリールオキシイオンを表すことを特徴とする請求項10に記載の有機電界発光素子。
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(V)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(V)
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(VI)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(VI)
- 一般式(I)で表される金属錯体材料が、下記一般式(VII)で表される金属錯体材料であることを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
一般式(VII)
- 前記一般式(VII)において、Y 7 は酸素原子を表し、Z 7 は−NR 75 −を表し、R 75 はアルキル基又はアリール基を表し、Q 72 はピリジン環を表し、Q 71 はベンゼン環又はナフタレン環を表し、M 7 はAl 3+ 、Zn 2+ 又はGa 3+ を表し、n 7 は2又は3を表し、m 7 は0又は1を表し、かつ、L 7 はアリールオキシイオンを表すことを特徴とする請求項14に記載の有機電界発光素子。
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