JP5255794B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
<1> 陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層が挟まれた有機電界発光素子であって、前記発光層中に、電子輸送性の発光材料、正孔輸送性のホスト材料、及び電気的に不活性な材料を含み、前記電子輸送性の発光材料の濃度が、前記陰極側から前記陽極側に向けて漸減し、かつ、前記電気的に不活性な材料の濃度が、前記陰極側から前記陽極側に向けて漸減していることを特徴とする有機電界発光素子。
一般式(1) L−(Ar)m
(一般式(1)中、Arは下記一般式(2)で表される基、Lは3価以上のベンゼン骨格を表し、mは3以上の整数を表す。);
(一般式(2)中、R1は置換基を表し、R1が複数存在する場合、互いに同じでも異なっていてもよい。n1は0〜9の整数を表す。)。
本発明者の知見によると、発光層にホスト材料と発光材料を用いた有機EL素子において、正孔輸送性を示すホスト材料と、電子輸送性を示す発光材料を用いた典型構成の場合、発光層内の発光分布は、電子輸送層(ETL)側に寄った分布であることが実験的に示された。これは、発光層内のキャリアバランスが正孔過多、電子不足の状態にあるためであり、このような局所発光は発光効率の低下、発光負荷集中による耐久性の悪化を引き起こすと考えられる。
有機EL素子10を形成するための支持基板12は、有機EL素子10を支持することができる強度、光透過性等を有するものであれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。例えば、ジルコニア安定化イットリウム(YSZ)、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の有機材料が挙げられる。
また、熱可塑性の支持基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
本発明に係る有機EL素子10は、例えば以下のような層構成を採用することができるが、これらに限定されず、目的等に応じて適宜決めればよい。
・陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
陽極14は、有機EL層16に正孔を供給する電極としての機能を有するものであれば、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機EL素子10の用途、目的等に応じて公知の電極材料から適宜選択することができる。
陽極14を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物が好適に挙げられる。具体例として、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、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、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITOとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはITOが好ましい。
陽極14を形成する位置は、有機EL素子10の用途、目的等に応じて適宜選択することができ、支持基板12の全体に形成してもよいし、一部に形成してもよい。
また、陽極14の抵抗値は、有機EL層16に確実に正孔を供給するために、103Ω/□以下が好ましく、102Ω/□以下がより好ましい。
有機層(有機EL層)16は、陽極14と陰極18の間に挟まれ、少なくとも発光層を含む構成とする。有機層16を構成する発光層以外の層としては、前述したように、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。好ましい層構成として、陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が挙げられ、さらに、例えば正孔輸送層と発光層との間、又は、発光層と電子輸送層との間に、電荷ブロック層等を有していてもよい。陽極14と正孔輸送層との間に正孔注入層を有してもよく、陰極18と電子輸送層との間には電子注入層を有してもよい。また、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
有機層16を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法等いずれによっても好適に形成することができる。
発光層は、電界印加時に、陽極14、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極18、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明に係る有機EL素子10は、いずれの層構成とする場合でも、発光層中に、電子輸送性の発光材料、正孔輸送性のホスト材料、及び電気的に不活性な材料を含み、電子輸送性の発光材料の濃度を、陽極側よりも陰極側で高くする。ここで、電子輸送性の発光材料とは、正孔輸送性よりも電子輸送性が高く、かつ、発光する材料であり、正孔輸送性のホスト材料とは、電子輸送性よりも正孔輸送性が高く、かつ、発光しない材料である。また、電気的に不活性な材料とは、電荷輸送性(電子輸送性及び正孔輸送性)を有さず、かつ、発光しない材料であり、バインダとも呼ばれる。
また、発光層の陽極側界面付近の領域における電子輸送性の発光材料の濃度が、発光層の陰極側界面付近の領域における電子輸送性の発光材料の濃度に対して0質量%以上50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、0質量%以上20質量%以下である。
なお、本願明細書において、「発光層の陰極側界面付近の領域」とは、発光層の陰極側界面から発光層全体の厚みの10%の厚みの領域を指すものと定義され、「発光層の陽極側界面付近の領域」とは、発光層の陽極側界面から発光層全体の厚みの10%の厚みの領域を指すものと定義される。また、その領域における濃度とは、その領域における平均濃度を指すものとして定義される。さらに、「発光層の陰極側(陽極側)界面付近の領域」における各材料の濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)、エッチングX線光電子分光分析(XPS/ESCA)などの方法によって測定することができる。
また、電子輸送性の発光材料は、十分な発光強度を得ること、濃度消光を防ぐことなどの観点から、発光層中に5〜50質量%含有されることが好ましく、10〜30質量%含有されることがより好ましい。
また、正孔輸送性のホスト材料は、キャリアバランスなどの観点から、発光層中に5〜90質量%含有されることが好ましく、10〜70質量%含有されることがより好ましい。
また、電気的に不活性な材料(バインダ)は、バインダによる効果を十分得るため、発光層中に1〜90質量%含有されることが好ましく、10〜80質量%含有されることがより好ましい。
また、発光層中の正孔輸送性のホスト材料又は電気的に不活性な材料が濃度分布を有する場合も、発光層の厚さ方向に直線状又は曲線状に連続的に低減又は増加してもよいし、段階的に漸減又は漸増してもよい。
次に、発光層を構成する各材料等についてより具体的に説明する。
本発明に係る発光層中の発光材料は、電子輸送性であれば、蛍光発光材料でも、燐光発光材料であっても良い。
燐光発光材料としては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体を挙げることができる。
遷移金属原子としては、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金であり、更に好ましくはイリジウム、白金である。
ランタノイド原子としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。
具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子(好ましくは塩素配位子)、芳香族炭素環配位子(例えば、シクロペンタジエニルアニオン、ベンゼンアニオン、またはナフチルアニオンなど)、含窒素ヘテロ環配位子(例えば、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、またはフェナントロリンなど)、ジケトン配位子(例えば、アセチルアセトンなど)、カルボン酸配位子(例えば、酢酸配位子など)、アルコラト配位子(例えば、フェノラト配位子など)、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。
上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、2つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
蛍光性の発光性ドーパントとしては、一般には、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、ピラン、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、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、縮合多環芳香族化合物(アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、又はペンタセンなど)、8−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、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、有機シラン、およびこれらの誘導体などを挙げることができる。
具体的には、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテシウム錯体が挙げられ、より好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、又は白金錯体であり、最も好ましくは白金錯体である。
白金錯体を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されものではない。
本発明の発光層を構成するホスト材料としては、正孔輸送性のホスト材料を用いる。
このような正孔輸送性のホスト材料は、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルIpが5.1eV以上6.4eV以下であることが好ましく、5.4eV以上6.2eV以下であることがより好ましく、5.6eV以上6.0eV以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Eaが1.2eV以上3.1eV以下であることが好ましく、1.4eV以上3.0eV以下であることがより好ましく、1.8eV以上2.8eV以下であることが更に好ましい。
ピロール、カルバゾール、アザカルバゾール、インドール、アザインドール、ピラゾール、イミダゾール、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマチオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及びそれらの誘導体等が挙げられる。
中でも、カルバゾール誘導体、インドール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、またはチオフェン誘導体が好ましく、特に分子内にカルバゾール骨格および/またはインドール骨格および/または芳香族第三級アミン骨格を複数個有するものが好ましい。更には、カルバゾール骨格および/またはインドール骨格を有するものが好ましい。
このような正孔輸送性ホストとしての具体的化合物としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
発光層に含まれる電気的に不活性な材料は、有機材料及び無機材料のいずれも用いることができる。
一般式(1) L−(Ar)m
別の好ましい化合物群は、下記一般式(3)で示される化合物である。
一般式(1)に含まれるLは3価以上のベンゼン骨格を表す。Arは一般式(2)で表される基を表し、mは3以上の整数を表す。mは好ましくは3以上6以下であり、さらに好ましくは3または4である。
一般式(2)に含まれるR1は置換基を表す。ここで置換基としては、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10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、及びシクロヘキシルなど)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、及び3−ペンテニルなど)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなど)、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、及びアントラニルなど)などが挙げられる。
一般式(3)におけるR2は置換基を表す。置換基R2は、前記置換基R1と好ましい態様を含んで同義である。
n2は0から20の整数を表す。n2の好ましい範囲は0から10であり、さらに好ましくは0から5である。
上記無機材料としては、例えば金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ハロゲン化物、金属硫酸塩、金属硝酸塩、金属リン酸塩、金属硫化物、金属炭酸塩、金属ホウハロゲン化物、金属リンハロゲン化物等が使用可能である。なかでも発光材料との相溶性や、製膜適性の観点から、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、炭化珪素、酸化ゲルマニウム、二酸化ゲルマニウム、酸化スズ、二酸化スズ、酸化バリウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、フッ化セシウム、又は塩化セシウム等が好ましい。さらに好ましくは、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素、および炭化珪素である。また、硫化亜鉛(ZnS)も好適である。
正孔注入層及び正孔輸送層は、陽極14又は陽極側から正孔を受け取り、発光層側(陰極側)に輸送する機能を有する層である。正孔注入層及び正孔輸送層は、具体的には、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、インドール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン、フェニルアゾールやフェニルアジンを配位子に有するIr錯体に代表される各種金属錯体等を含有する層であることが好ましい。
正孔注入層、あるいは正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用でき、具体的には、無機化合物は塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化物、五酸化バナジウム、三酸化モリブデン等の金属酸化物を好適に用いることができる。
具体的にはヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、p−フルオラニル、p−クロラニル、p−ブロマニル、p−ベンゾキノン、2,6−ジクロロベンゾキノン、2,5−ジクロロベンゾキノン、テトラメチルベンゾキノン、1,2,4,5−テトラシアノベンゼン、o−ジシアノベンゼン、p−ジシアノベンゼン、1,4−ジシアノテトラフルオロベンゼン、2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノベンゾキノン、p−ジニトロベンゼン、m−ジニトロベンゼン、o−ジニトロベンゼン、p−シアノニトロベンゼン、m−シアノニトロベンゼン、o−シアノニトロベンゼン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジクロロナフトキノン、1−ニトロナフタレン、2−ニトロナフタレン、1,3−ジニトロナフタレン、1,5−ジニトロナフタレン、9−シアノアントラセン、9−ニトロアントラセン、9,10−アントラキノン、1,3,6,8−テトラニトロカルバゾール、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,3,5,6−テトラシアノピリジン、マレイン酸無水物、フタル酸無水物、フラーレンC60、およびフラーレンC70などが挙げられる。この他にも、特開平6−212153、同11−111463、同11−251067、特開2000−196140、同2000−286054、同2000−315580、2001−102175、同2001−160493、同2002−252085、同2002−56985、同2003−157981、同2003−217862、同2003−229278、同2004−342614、同2005−72012、同2005−166637、同2005−209643号公報等に記載の化合物を好適に用いることができる。
正孔輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、5nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、0.1nm〜500nmであるのが好ましく、0.5nm〜400nmであるのがより好ましく、1nm〜300nmであるのが更に好ましい。
正孔注入層及び正孔輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子注入層及び電子輸送層は、陰極18又は陰極側から電子を受け取り、発光層側(陽極側)に輸送する機能を有する層である。電子注入層及び電子輸送層は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子注入層、あるいは電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Liなどのアルカリ金属、Mgなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。
金属としては、特に仕事関数が4.2eV以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Cs、La、Sm、Gd、およびYbなどが挙げられる。
また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物等が挙げられる。この他にも、特開平6−212153、特開2000−196140、同2003−68468、同2003−229278、同2004−342614号公報等に記載の材料を用いることができる。
電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して0.1質量%〜99質量%であることが好ましく、1.0質量%〜80質量%であることが更に好ましく、2.0質量%〜70質量%であることが特に好ましい。該使用量が、電子輸送層材料に対して0.1質量%未満のときには、本発明の効果が不十分であるため好ましくなく、99質量%を超えると電子輸送能力が損なわれるため好ましくない。
電子輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、0.1nm〜200nmであるのが好ましく、0.2nm〜100nmであるのがより好ましく、0.5nm〜50nmであるのが更に好ましい。
電子注入層及び電子輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。発光層と陰極側で隣接する正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する有機化合物の例としては、BAlq等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、BCP等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、3nm〜200nmであるのがより好ましく、5nm〜50nmであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
陰極18は、通常、有機層16に電子を注入する電極としての機能を有し、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機EL素子10の用途、目的等に応じて公知の電極材料の中から適宜選択することができる。陰極18を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられる。具体例としてアルカリ金属(たとえば、Li、Na、K、Cs等)、アルカリ土類金属(たとえばMg、Ca等)、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点から、2種以上を好適に併用することができる。
陰極18の形成位置は特に制限はなく、有機層16上の全体に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
有機層16上に陰極18を形成した後、水分や酸素による有機EL素子の劣化を抑制するため、封止部材(保護層)により被覆して封止することが好ましい。封止部材としては、ガラス、金属、プラスチック等を用いることができる。
さらに、各電極14,18に対して、それぞれ制御配線、信号配線等の外部配線を接続する。これにより、有機EL素子による表示装置を製造することができる。
そして、上記のような方法により製造された有機EL素子は、発光層における発光分布が全体発光に近づき、発光効率及び耐久性を向上させることができる。特に青色燐光素子の場合、発光効率及び耐久性を向上させることができるほか、高電流領域における発光効率の低下を極めて効果的に抑制することができる。
なお、下記の実施例及び比較例において、「x%→y%」とは、陽極側の濃度(質量%)がx%、陰極側の濃度(質量%)がy%であり、陽極側から陰極側に向けて連続的に濃度が変化していることを示す。
支持基板(材質:ガラス)上に陽極としてITO膜(厚さ100nm)を形成した後、真空蒸着装置(1×10−6torr)を用いて、この上に正孔注入層として2−TNATA(4,4’,4’’−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン)と2−TNATAに対してF4−TCNQ(テトラフルオロテトラシアノキノジメタン)を1.0質量%となるように共蒸着を行い、160nmの厚さに形成した。次いで正孔輸送層としてNPD(N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン)を10nmの厚さで形成した。2−TNATA、F4−TCNQ及びNPDの構造式は下記の通りである。
ITO(100nm)/2−TNATA+1.0%F4−TCNQ(160nm)/NPD(10nm)/26%→0%mCP+74%有機バインダ+0%→26%Pt−1(60nm)/BAlq(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)
作製した発光素子をKEITHLEY製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流電圧を発光素子に印加し、青色に発光させた。その発光スペクトルと光量をトプコン社製輝度計SR−3を用いて測定し、発光スペクトル、光量、及び測定時の電流から外部量子効率を計算した。
初期輝度360cd/m2で定電流駆動により連続発光させ、輝度が180cd/m2となるまでの時間(輝度半減時間)を測定した。
参考例1で発光層を形成するときに用いた化合物A(有機バインダ)に代えて、酸化珪素<SiO>(無機バインダ)を用いた以外は参考例1と同様の層構成で青色発光の有機EL素子を作製した。発光層における各材料の濃度分布は図4(B)に示す。発光素子の層構成、各層の厚み等は以下の通りである。
発光層以外は参考例1と同様の層構成及び厚さで有機EL素子を作製した。発光層は、参考例1の場合と同様の材料を用い、各材料が図4(C)に示すような濃度分布を有するように形成した。発光素子の層構成、各層の厚み等は以下の通りである。
発光層中のバインダの濃度を陰極側から陽極側に向けて漸減させることにより、発光効率及び輝度半減時間がさらに向上したと考えられる。
また、高輝度10000cd/m2時の外部量子効率を測定した結果、13.1%であり、360cd/m2時の外部量子効率の97%を保っていて、高輝度時の効率低下が極めて小さかった。
発光層以外は参考例1と同様の層構成及び厚さで有機EL素子を作製した。発光層は、mCPとPt−1を用い、各材料が図5(A)に示すような濃度分布を有するように形成した。発光素子の層構成、各層の厚み等は以下の通りである。
また、高輝度10000cd/m2時の外部量子効率を測定した結果、8.5%であり、360cd/m2時の外部量子効率の93%であって、実施例3に比べれば効率低下が大きかった。
発光層以外は参考例1と同様の層構成及び厚さで有機EL素子を作製した。発光層は、mCP及びPt−1のほかに正孔輸送性のホスト材料として、下記構造式で示されるCBP(4,4’−ジカルバゾール−ビフェニル)を用い、各材料が図5(B)に示すような濃度分布を有するように形成した。
ITO(100nm)/2−TNATA+1.0%F4−TCNQ(160nm)/NPD(10nm)/26%→0%mCP+74%CBP+0%→26%Pt−1(60nm)/BAlq(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)
発光層以外は参考例1と同様の層構成及び厚さで有機EL素子を作製した。発光層は、参考例1と同様の材料を用いて形成したが、各材料の濃度は、図5(C)に示すように発光層の厚さ方向で一定とした。発光素子の層構成、各層の厚み等は以下の通りである。
実施例3において、発光層の電子輸送性発光材料をPt−1からPt−2(緑色発光材料)に、電気的に不活性な材料(バインダ)を化合物Aから化合物Bに変更する以外は、実施例3と同様にして有機EL素子を作製した。Pt−2及び化合物Bの構造式は下記の通りである。
また、高輝度10000cd/m2時の外部量子効率を測定した結果、15.8%であり、500cd/m2時の外部量子効率の96%を保っていて、高輝度時の効率低下が小さかった。
例えば、本発明に係る有機EL素子の発光層における各構成材料の濃度分布は図2〜図4に示したものに限定されず、例えば、図7に示すように、電子輸送性の発光材料の濃度が陰極側から陽極側に向けて漸減し、電気的に不活性な材料(バインダ)の濃度は漸増し、正孔輸送性のホスト材料の濃度はほぼ均一、あるいは漸増してもよい。
また、本発明に係る有機EL素子を備えた発光装置や表示装置を製造する場合、その駆動方式は限定されず、パッシブマトリクス方式及びアクティブマトリクス方式のいずれも採用することができる。発光色も限定されず、単色表示、エリアカラー表示、フルカラー表示のいずれにも本発明を適用することができる。
12・・・支持基板
14・・・陽極
16・・・有機層
18・・・陰極
Claims (10)
- 陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層が挟まれた有機電界発光素子であって、前記発光層中に、電子輸送性の発光材料、正孔輸送性のホスト材料、及び電気的に不活性な材料を含み、前記電子輸送性の発光材料の濃度が、前記陰極側から前記陽極側に向けて漸減し、かつ、前記電気的に不活性な材料の濃度が、前記陰極側から前記陽極側に向けて漸減していることを特徴とする有機電界発光素子。
- 前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性の発光材料の濃度が、前記発光層の陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性の発光材料の濃度に対して0質量%以上50質量%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。
- 前記発光層中における前記電子輸送性の発光材料の濃度が、前記陽極側界面付近の領域で0質量%以上10質量%以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機電界発光素子。
- 前記電気的に不活性な材料が、最高占有軌道と最低非占有軌道とのエネルギー差Egが4.0eV以上の有機材料であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記有機材料が、シロキサン化合物であることを特徴とする請求項4に記載の有機電界発光素子。
- 前記電気的に不活性な材料が、無機誘電体材料であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記無機誘電体材料が、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素、および炭化珪素の中から選ばれ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。
- 前記発光材料が燐光発光材料であることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 発光スペクトルのピーク波長が430nmから480nmの間であることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
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