JP4946862B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、画像表示装置および照明装置 - Google Patents
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Description
前記陽極と前記発光ユニットの間の有機層の総膜厚をd1、前記発光ユニットの膜厚をd2、前記発光ユニットと前記陰極の間の有機層の総膜厚をd3とするとき、各膜厚d1、d2、d3の関係が下記式(1)、(2)のいずれも満足する有機エレクトロルミネッセンス素子に於いて、
式(1)
5nm≦d2<30nm
式(2)
5≦(d1+d3)/d2
前記発光ユニットの全ての発光層が、各々2種以上の発光ドーパントを含有し、かつ該発光ドーパントの濃度が前記発光層中で連続的に変化することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(3)
d1+d2+d3>150nm
式(4)
120nm≦d1≦180nm
式(5)
30nm≦d3≦80nm
式(6)
d2/d4<2
3 画素
5 走査線
6 データ線
7 電源ライン
10 有機EL素子
11 スイッチングトランジスタ
12 駆動トランジスタ
13 コンデンサ
21 シャッター
22 蒸着用ボート
23 支持基板
A 表示部
B 制御部
発光層中の主成分である発光ホスト化合物に対する発光ドーパントとの混合比は好ましくは質量で0.1質量%〜30質量%未満の範囲である。
本発明に用いられる発光ホスト化合物とは、室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が0.01未満の化合物である。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることが出来る。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料を含み、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層もしくは複数層を設けることができる。
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び、陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
本発明の有機EL素子に係る陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10nm〜1000nm、好ましくは10nm〜200nmの範囲で選ばれる。
一方、本発明に係る陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えばマグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1000nm、好ましくは50nm〜200nmの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機EL素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
本発明の有機EL素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては、例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層(2層以上)/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。
本発明の表示装置について説明する。
本発明の照明装置について説明する。
《有機EL素子の作製》
〈有機EL素子1−1の作製〉
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、ITO(インジウムチンオキシド)を110nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに銅フタロシアニン(CuPc)を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにm−TDATAを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−14を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−15を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにIr−12を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにIr−15を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−16を200mg入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、ITO(インジウムチンオキシド)を110nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板上にポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)分散液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、80nmの正孔注入層を設けた。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにm−TDATAを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−14を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−15を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにIr−12を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにIr−15を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−16を200mg入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
有機EL素子1−2の作製において、発光層を表1に示すような構成に変更した以外は同様にして、有機EL素子1−3、1−4、1−6〜1−8を作製した。
有機EL素子1−1の作製において、発光層を表1に示すような構成に変更した以外は同様にして、有機EL素子1−5を作製した。
上記有機EL素子1−1の作製において、正孔注入層、正孔輸送層及び発光層を表1に示すような構成に変更した以外は同様にして、有機EL素子1−9〜1−11を作製した。
得られた各素子を次のような方法で評価した。
作製した有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm2定電流を印加した時の外部取り出し量子効率(%)を測定した。なお、測定には分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。更に、駆動電圧の低電圧化、消費電力の指標として、パワー効率(lm(ルーメン)/W)を測定した。また、生産性、素子性能の安定性の指標としてダークスポット発生率(素子10個中、何個にダークスポットが発生するか。)も測定し、得られた結果を表2に示す。
実施例1に記載の有機EL素子1−1〜1−8の作製において、それぞれの発光層の間に中間層としてH−16を2nm蒸着法により設けた以外は同様にして、有機EL素子2−1〜2−8を作製し、実施例1で作製した有機EL素子1−1〜1−8と共に、下記の色度ずれの評価を行い、得られた結果を表3に示す。
色度のずれはCIE色度図において、100cd/m2輝度時の色度座標と5000cd/m2輝度時の色度座標のずれを表す。尚、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下でCS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて測定を行った。
実施例1に記載の有機EL素子1−8の作製において、図3に示すように発光ユニット中の発光層1と発光層2の間にH−16とIr−13とIr−1の混合領域1、発光層2と発光層3の間にH−16とIr−1とIr−9の混合領域2をそれぞれ2nm設けた他は同様にして、有機EL素子3−8を作製した。ただし、混合領域1において、Ir−13の蒸着速度は蒸着開始時点から減少させ膜厚2nmに達した時点で0になるように、Ir−1の蒸着速度は蒸着開始時点から増加させ膜厚2nmに達した時点でH−16との質量比が発光層2と同じになるように調整した。混合領域2も同様に、Ir−1の蒸着速度は蒸着開始時点から減少させ膜厚2nmに達した時点で0になるように、Ir−9の蒸着速度は蒸着開始時点から増加させ膜厚2nmに達した時点でH−16との質量比が発光層3と同じになるように調整した。
作製した有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm2定電流を印加した時のパワー効率(lm(ルーメン)/W)を測定し、得られた結果を表4に示す。なお、測定には同様に分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。
実施例1に記載の有機EL素子1−8の作製において、図4のように発光ユニットの全層において、発光ドーパントの濃度が発光ユニット中で連続的に変化するようにした他は同様にして有機EL素子4−8を作製した。
作製した有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm2定電流を印加した時のパワー効率(lm(ルーメン)/W)を測定し、得られた結果を表5に示す。なお測定には同様に分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。
実施例1に記載の有機EL素子1−1〜1−8の作製において、正孔注入層と正孔輸送層をm−MTDATA:F4−TCNQ(質量比99:1)共蒸着膜に変更し、Alq3をBPhen:Cs(質量比75:25)共蒸着膜に変更しLiFを蒸着しなかった以外は同様にして有機EL素子5−1〜5−8を作製した。
〈白色の有機EL素子を用いた画像表示装置〉
実施例1に記載の有機EL素子1−7の作製において、非発光面をガラスケースで覆い、発光面にカラーフィルターを付け画像表示装置として用いたところ、良好なフルカラーの色表示性能を示し、優れた画像表示装置として使用することができた。
〈白色の有機EL素子を用いた照明装置の作製〉
実施例1に記載の有機EL素子1−2の作製において、非発光面をガラスケースで覆い、照明装置とした。照明装置は、発光効率が高い白色光を発する薄型の照明装置として使用することができた。
Claims (16)
- 支持基板上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に発光ユニットを含む有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光ユニットは、発光ピークの異なる発光層を2層以上有し、該発光層は全て発光ドーパントと発光ホストを含有し、
前記陽極と前記発光ユニットの間の有機層の総膜厚をd1、前記発光ユニットの膜厚をd2、前記発光ユニットと前記陰極の間の有機層の総膜厚をd3とするとき、各膜厚d1、d2、d3の関係が下記式(1)、(2)のいずれも満足する有機エレクトロルミネッセンス素子に於いて、
式(1)
5nm≦d2<30nm
式(2)
5≦(d1+d3)/d2
前記発光ユニットの全ての発光層が、各々2種以上の発光ドーパントを含有し、かつ該発光ドーパントの濃度が前記発光層中で連続的に変化することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記各膜厚d1、d2、d3の関係が下記式(3)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(3)
d1+d2+d3>150nm - 前記発光ユニットが、発光ピークの異なる少なくとも2層の発光層で構成され、前記発光ユニットの少なくとも隣接する2つの発光層が、同じ発光ホスト化合物を含有することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ユニットが、発光ピークの異なる少なくとも2層の発光層で構成され、前記発光ユニットの全ての発光層が、同じ発光ホスト化合物を含有することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ユニットの隣接する2層の発光層の接合部分が、各々2種の発光ドーパントの混合領域を有することを特徴とする請求の範囲第3項または第4項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ユニットの発光ピークの異なる発光層の間に、発光ドーパントを含有しない中間層が設けられていることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間層が発光ホスト化合物を含有し、前記発光ユニットの少なくとも隣接する2層が同じ発光ホスト化合物を含有することを特徴とする請求の範囲第6項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間層が発光ホスト化合物を含有し、前記発光ユニットの全ての層が同じ発光ホスト化合物を含有することを特徴とする請求の範囲第6項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記d1が下記式(4)で規定する範囲であり、かつ前記d3が下記式(5)で規定する範囲であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(4)
120nm≦d1≦180nm
式(5)
30nm≦d3≦80nm - 前記発光ピークの異なる発光層のうち、最も短波長に発光ピークを有する発光層の膜厚をd4としたとき、前記d2および該d4が下記式(6)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項乃至第9項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(6)
d2/d4<2 - 前記有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光が、白色であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第10項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ピークの異なる発光層のうち、少なくとも1つの発光層に含有される発光ドーパントが燐光性化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第11項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ピークの異なる発光層のうち、少なくとも2つの発光層に含有される発光ドーパントが燐光性化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第11項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光ピークの異なる全ての発光層に含有される発光ドーパントが、燐光性化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第11項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求の範囲第1項乃至第14項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする画像表示装置。
- 請求の範囲第1項乃至第14項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする照明装置。
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