JP6513565B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
このような技術状況下において、本発明者らは、青色のように比較的波長が短い発光の効率を上げて色味を改善するとともに、設計上の自由度が大きくて簡易な構造を実現できる多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目指して研究を重ねた。
[2] 最も短波長で発光する発光材料が、他の発光材料のホスト材料を兼ねているか、あるいは、単独で有機層を形成していることを特徴とする[1]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[3] 最も短波長で発光する発光材料における、5Kの最低励起三重項エネルギー準位と最低励起一重項エネルギー準位のエネルギー差(ΔEST)が0.3eV以下であることを特徴とする[1]または[2]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[4] 最も短波長で発光する発光材料が青色発光材料であることを特徴とする[1]〜[3]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。
[5] 最も短波長で発光する発光材料の発光強度が全発光の20%超であることを特徴とする[1]〜[4]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。
[6] 最も短波長で発光する発光材料とそれ以外の波長で発光する少なくとも1種の発光材料が1つの有機層に含まれており、前記最も短波長で発光する発光材料がホスト材料としても機能することを特徴とする[1]〜[5]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。
[7] 最も短波長で発光する発光材料とそれ以外の波長で発光する少なくとも2種の発光材料が1つの有機層に含まれており、前記最も短波長で発光する発光材料が発光材料がホスト材料としても機能することを特徴とする[1]〜[5]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。
[8] 最も短波長で発光する発光材料が、単独で少なくとも1層の有機層を形成していることを特徴とする[1]〜[7]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。
[9] 発光材料を含む層が2層以上形成されており、そのうち陰極に最も近い層と陽極に最も近い層がともに最も短波長で発光する発光材料を含む層であることを特徴とする[1]〜[8]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。
[10] 前記陰極に最も近い層と前記陽極に最も近い層の間に、最も短波長で発光する発光材料をホスト材料として含む層を有することを特徴とする[9]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[11] 青色発光材料に緑色発光材料または赤色発光材料をドープした層を含むことを特徴とする[1]〜[10]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。
[12] 青色発光材料を含む層と青色発光材料に緑色発光材料または赤色発光材料をドープした層と青色発光材料を含む層を積層した層を含むことを特徴とする[1]〜[10]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。
[13] 前記複数の発光材料が、青色発光材料、緑色発光材料および赤色発光材料を含むことを特徴とする[1]〜[12]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。
[14] 青色発光材料に緑色発光材料と赤色発光材料をドープした層を含むことを特徴とする[1]〜[13]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。
[15] 緑色発光材料を含む層と緑色発光材料に赤色発光材料をドープした層と青色発光材料を含む層を積層した構造を含むことを特徴とする[1]〜[14]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。
[16] 前記複数の発光材料のすべてが遅延蛍光を発することを特徴とする[1]〜[15]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。
[17] 前記複数の発光材料のうちの少なくとも1つがリン光を発光することを特徴とする[1]〜[15]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。
[18] 前記複数の発光材料からの発光が混色して白色発光することを特徴とする[1]〜[17]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。
本発明の多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも陰極、陽極、これらに挟まれた有機層を含む。有機層は少なくとも1層形成されていればよく、有機層の中には複数の発光材料が含まれている。このとき、複数の発光材料は、それぞれ別の有機層に含まれていてもよいし、同じ有機層に含まれていてもよい。例えば青色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料の3種の発光材料を用いる場合、これら3種の発光材料は1つの発光層の中に含まれていてもよいし、3つの有機層にそれぞれが含まれていてもよい。また、特定の発光材料が複数の有機層に含まれていてもよい。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子では、これらの複数の発光材料がそれぞれ発光して多波長発光型として機能する。
なお、本発明の説明において、400nm以上490nm以下に極大発光波長を有する発光材料を青色発光材料とし、490nm超580nm以下に極大発光波長を有する発光材料を緑色発光材料とし、580nm超700nm以下に極大発光波長を有する発光材料を赤色発光材料とする。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、素子に含まれる発光材料からの発光のうちで最も短波長な発光が遅延蛍光を含む。このような遅延蛍光は、発光材料として遅延蛍光を放射する遅延蛍光材料(遅延蛍光体)を選択して有機エレクトロルミネッセンス素子に用いることにより発光させることができる。このような遅延蛍光材料を用いれば、その遅延蛍光材料の蛍光波長の発光効率を高めることができる。その原理は、以下のように説明される。
<A> R25およびR26は一緒になって単結合を形成する。
<B> R27およびR28は一緒になって置換もしくは無置換のベンゼン環を形成するのに必要な原子団を表す。]
[1] 下記一般式(131)で表される化合物。
[2] 前記一般式(132)で表される基が、下記一般式(133)〜(138)のいずれかで表される基であることを特徴とする[1]に記載の化合物。
[3] 一般式(131)のR3が、シアノ基であることを特徴とする[1]または[2]に記載の化合物。
[4] 一般式(131)のR1とR4が前記一般式(132)で表される基であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の化合物。
[5] 前記一般式(132)のL12が、フェニレン基であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物。
[6] 前記一般式(132)で表される基が、前記一般式(133)で表される基であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の化合物。
[7] 前記一般式(133)のL13が、1,3−フェニレン基であることを特徴とする[6]に記載の化合物。
[8] 前記一般式(132)で表される基が、前記一般式(134)で表される基であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の化合物。
[9] 前記一般式(134)のL14が、1,4−フェニレン基であることを特徴とする[8]に記載の化合物。
[10] 前記一般式(132)で表される基が、前記一般式(138)で表される基であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の化合物。
[11] 前記一般式(132)のL18が、1,4−フェニレン基である[10]に記載の化合物。
[1] 下記一般式(191)で表される化合物。
[2] 一般式(191)のR1〜R4の少なくとも1つが置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であって、R5〜R8の少なくとも1つが置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であることを特徴とする[1]に記載の化合物。
[3] 一般式(191)のR3およびR6が置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であることを特徴とする[2]に記載の化合物。
[4] 一般式(191)のR1〜R8の少なくとも1つが置換もしくは無置換のジフェニルアミノ基であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の化合物。
[5] 一般式(191)のAr2およびAr3が各々独立に置換もしくは無置換のフェニル基であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物。
[6] 一般式(191)のAr1が各々独立に置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、または置換もしくは無置換のアントラセニレン基であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の化合物。
[7] 下記一般式(192)で表される構造を有することを特徴とする[1]に記載の化合物。
[8] 一般式(192)のR1〜R4の少なくとも1つが置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であって、R5〜R8の少なくとも1つが置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であることを特徴とする[7]に記載の化合物。
[9] 一般式(192)のR3およびR6が置換もしくは無置換のジアリールアミノ基であることを特徴とする[8]に記載の化合物。
[1]下記一般式(201)で表される化合物。
[2]前記一般式(201)のR3およびR6の少なくとも一つが置換もしくは無置換のカルバゾリル基である[1]の化合物。
[3]前記カルバゾリル基が、1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基または4−カルバゾリル基である[1]または[2]に記載の化合物。
[4]前記カルバゾリル基が、カルバゾール環構造中の窒素原子に置換基を有する[1]〜[3]のいずれか一つの化合物。。
[5]前記一般式(201)のAr1、Ar2およびAr3の少なくとも一つが、ベンゼン環またはナフタレン環である[1]〜[4]のいずれか一つの化合物。
[7]前記一般式(201)のAr1、Ar2およびAr3がベンゼン環である[1]〜[6]のいずれか一つの化合物。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子における発光層の構成について説明する。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子には、複数の発光材料が用いられる。それらの発光材料は、1つの発光層にまとめて含まれていてもよいし、異なる発光層に個別に含まれていてもよい。また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子には、2以上の発光材料が含まれている発光層と単一の発光材料が含まれている発光層が混在していてもよい。
また、簡易な構造で高効率を実現できることから(3−1)〜(3−3)型を採用することも好ましく、(3−1)型を採用することがさらに好ましい。
発光層に発光材料をドープする場合、ホスト材料は上記のような発光材料でなくてもよい。すなわち、通常の発光材料に用いられているホスト材料を適宜選択して使用することもできる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子および有機フォトルミネッセンス素子が高い発光効率を発現するためには、発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、発光材料中に閉じ込めることが重要である。ホスト材料としては、励起一重項エネルギー、励起三重項エネルギーの少なくとも何れか一方がドープする発光材料よりも高い値を有する有機化合物を用いることができる。その結果、発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、発光材料の分子中に閉じ込めることが可能となり、その発光効率を十分に引き出すことが可能となる。もっとも、一重項励起子および三重項励起子を十分に閉じ込めることができなくても、高い発光効率を得ることが可能な場合もあるため、高い発光効率を実現しうるホスト材料であれば特に制約なく本発明に用いることができる。一般にホスト材料は、正孔輸送能、電子輸送能を有し、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高いガラス転移温度を有する有機化合物であることが好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子では、最も短波長で発光する発光材料からの発光強度が全発光の20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。特に、青色発光強度が全発光の20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも陽極、陰極、および陽極と陰極の間に有機層を形成した構造を有する。有機層は、少なくとも発光層を含むものであり、発光層のみからなるものであってもよいし、発光層の他に1層以上の有機層を有するものであってもよい。そのような他の有機層として、正孔輸送層、正孔注入層、電子阻止層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、励起子阻止層などを挙げることができる。正孔輸送層は正孔注入機能を有した正孔注入輸送層でもよく、電子輸送層は電子注入機能を有した電子注入輸送層でもよい。具体的な有機エレクトロルミネッセンス素子の構造例を図7に示す。図7において、1は基板、2は陽極、3は正孔注入層、4は正孔輸送層、5は発光層、6は電子輸送層、7は電子注入層、8は陰極を表わす。
以下において、有機エレクトロルミネッセンス素子の各部材および各層について説明する。なお、発光層については上記説明を参照することができる。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機エレクトロルミネッセンス素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英、シリコンなどからなるものを用いることができる。
有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としては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材料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)、上記電極材料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。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。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。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
一方、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、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。このような電極材料の具体例としては、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、電子注入性およ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材料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〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機エレクトロルミネッセンス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。
また、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、正孔注入層と電子注入層があり、陽極と発光層または正孔輸送層の間、およ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。注入層は必要に応じて設けることができる。
阻止層は、発光層中に存在する電荷(電子もしくは正孔)および/または励起子の発光層外への拡散を阻止することができる層である。電子阻止層は、発光層および正孔輸送層の間に配置されることができ、電子が正孔輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。同様に、正孔阻止層は発光層および電子輸送層の間に配置されることができ、正孔が電子輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。阻止層はまた、励起子が発光層の外側に拡散することを阻止するために用いることができる。すなわち電子阻止層、正孔阻止層はそれぞれ励起子阻止層としての機能も兼ね備えることができる。本明細書でいう電子阻止層または励起子阻止層は、一つの層で電子阻止層および励起子阻止層の機能を有する層を含む意味で使用される。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する。正孔阻止層は電子を輸送しつつ、正孔が電子輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光層中での電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。正孔阻止層の材料としては、後述する電子輸送層の材料を必要に応じて用いることができる。
電子阻止層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子阻止層は正孔を輸送しつつ、電子が正孔輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光層中での電子と正孔が再結合する確率を向上させることができる。
励起子阻止層とは、発光層内で正孔と電子が再結合することにより生じた励起子が電荷輸送層に拡散することを阻止するための層であり、本層の挿入により励起子を効率的に発光層内に閉じ込めることが可能となり、素子の発光効率を向上させることができる。励起子阻止層は発光層に隣接して陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。すなわち、励起子阻止層を陽極側に有する場合、正孔輸送層と発光層の間に、発光層に隣接して該層を挿入することができ、陰極側に挿入する場合、発光層と陰極との間に、発光層に隣接して該層を挿入することができる。また、陽極と、発光層の陽極側に隣接する励起子阻止層との間には、正孔注入層や電子阻止層などを有することができ、陰極と、発光層の陰極側に隣接する励起子阻止層との間には、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層などを有することができる。阻止層を配置する場合、阻止層として用いる材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーの少なくともいずれか一方は、発光材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーよりも高いことが好ましい。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。使用できる公知の正孔輸送材料としては例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、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、オキサゾール誘導体、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、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物およびスチリルアミン化合物を用いることが好ましく、芳香族第3級アミン化合物を用いることがより好ましい。
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、電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる場合もある)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよい。使用できる電子輸送層としては例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、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、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
下記の実施例で用いた各発光材料の一重項エネルギー(ES1)と三重項エネルギー(ET1)の差(ΔEST)は、一重項エネルギー(ES1)と三重項エネルギーを以下の方法で算出し、ΔEST=ES1−ET1により求めた。測定した結果を表1に示す。
測定対象化合物とDPEPOとを、測定対象化合物が濃度6重量%となるように共蒸着することでSi基板上に厚さ100nmの試料を作製した。常温(300K)でこの試料の蛍光スペクトルを測定した。励起光入射直後から入射後100ナノ秒までの発光を積算することで、縦軸を燐光強度、横軸を波長の蛍光スペクトルを得た。蛍光スペクトルは、縦軸を発光、横軸を波長とした。この発光スペクトルの短波側の立ち下がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値 λedge[nm]を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をES1とした。
換算式:ES1[eV]=1239.85/λedge
発光スペクトルの測定には、励起光源に窒素レーザー(Lasertechnik Berlin社製、MNL200)を検出器には、ストリークカメラ(浜松ホトニクス社製、C4334)を用いた。
一重項エネルギーES1と同じ試料を5[K]に冷却し、励起光(337nm)を燐光測定用試料に照射し、ストリークカメラを用いて、燐光強度を測定した。励起光入射後1ミリ秒から入射後10ミリ秒の発光を積算することで、縦軸を燐光強度、横軸を波長の燐光スペクトルを得た。この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をET1とした。
換算式:ET1[eV]=1239.85/λedge
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引いた。燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ(つまり縦軸が増加するにつれ)、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とした。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の10%以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とした。
本実施例において、1つの発光層に青色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料の3色の発光材料を混在させた多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5.0×10-4Paで積層した。まず、ITO上にα−NPDを35nmの厚さに形成し、mCBPを10nmの厚さに形成した。青色発光材料であるZHS02と緑色発光材料である4CzIPNと赤色発光材料である4CzTPN−Phを異なる蒸着源から共蒸着し、15nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、4CzIPNと4CzTPN−Phの濃度はそれぞれ0.1重量%とし、残りはZHS02とした。次に、PPTを10nmの厚さに形成し、TPBiを40nmの厚さに形成し、さらにフッ化リチウム(LiF)を0.8nm真空蒸着し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図8に示し、電流密度−外部量子効率特性を図9に示し、エネルギーバンド図を図10に示す。外部量子効率と色度は表2に示すとおりであった。発光強度比は、青色発光が32%、緑色発光が49%、赤色発光が19%であった。青色遅延蛍光によって青色発光の強度比が高まり、良好な青味と高い発光効率を両立させることができた。
本実施例において、1つの発光層に青色発光材料と赤色発光材料の2色の発光材料を3種の濃度で混在させた多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5.0×10-4Paで積層した。まず、ITO上にα−NPDを35nmの厚さに形成し、mCBPを10nmの厚さに形成した。青色発光材料である2CzPNと赤色発光材料である4CzTPN−Phを異なる蒸着源から共蒸着し、15nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、4CzTPN−Phの濃度が0.1重量%のもの(実施例2)と、0.2重量%のもの(実施例3)と、0.5重量%のもの(実施例4)を作製した。次に、TmPyPbを50nmの厚さに形成し、さらにフッ化リチウム(LiF)を0.8nm真空蒸着し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図11に示し、電流密度−外部量子効率特性を図12に示し、エネルギーバンド図を図13に示す。外部量子効率と色度は表2に示すとおりであり、良好な青味と高い発光効率を両立させることができた。
本実施例において、青色発光材料のみからなる発光層で、青色発光材料に赤色発光材料をドープした発光層を挟み込んだ構造を有する多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5.0×10-4Paで積層した。まず、ITO上にα−NPDを35nmの厚さに形成し、mCBPを10nmの厚さに形成し、青色発光材料であるZHS02を7nm形成した。次いで、ZHS02と赤色発光材料である4CzTPN−Phを異なる蒸着源から共蒸着し、1nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、4CzTPN−Phの濃度は0.2重量%とした。次に、ZHS02を7nmの厚さに形成し、TmPyPbを50nmの厚さに形成し、さらにフッ化リチウム(LiF)を0.8nm真空蒸着し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図14に示し、電流密度−外部量子効率特性を図15に示し、エネルギーバンド図を図16に示す。外部量子効率と色度は表2に示すとおりであり、良好な青味と高い発光効率を両立させることができた。
本実施例において、青色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料のすべてが遅延蛍光材料である多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5.0×10−4Paで積層した。まず、ITO上にHATCNを10nmの厚さに形成し、TrisPCzを35nmの厚さに形成した。次いで、緑色発光材料であるPXZ−TRZとmCBPを異なる蒸着源から共蒸着し、6nmの厚さの層を形成して第1発光層とした(PXZ−TRZの濃度は10重量%)。次に、PXZ−TRZと赤色発光材料である4CzTPN−PhとmCBPを異なる蒸着源から共蒸着し、3nmの厚さの層を形成して第2発光層とした(PXZ−TRZの濃度は6重量%、4CzTPN−Phの濃度は2重量%)。さらに、青色発光材料であるSHT02とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、6nmの厚さの層を形成して第3発光層とした(SHT02の濃度は6重量%)。次いで、DPEPOを10nmの厚さに形成し、TmPyPbを40nmの厚さに形成した。さらにフッ化リチウム(LiF)を0.8nm真空蒸着し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子Aとした(実施例6)。
10nm厚のDPEPO層のかわりに10nm厚のPPT層を形成した点を変更して、有機エレクトロルミネッセンス素子Aと同様の製法により有機エレクトロルミネッセンス素子Bを作製した(実施例7)。
また、10nm厚のDPEPO層を形成しなかった点を変更して、有機エレクトロルミネッセンス素子Aと同様の製法により有機エレクトロルミネッセンス素子Cを作製した(実施例8)。
作製した有機エレクトロルミネッセンス素子Aの発光スペクトルを図17に示す。色度は0.31,0.36であった。また、作製した有機エレクトロルミネッセンス素子A〜Cの電圧−電流密度特性を図18に示し、電流密度−外部量子効率特性を図19に示し、エネルギーバンド図を図20に示す。有機エレクトロルミネッセンス素子A〜Cは白色発光素子として良好な発光特性を示し、有機エレクトロルミネッセンス素子Aは外部量子効率11.8%を達成した。
本実施例において、別の緑色発光材料を用いて、青色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料のすべてが遅延蛍光材料である多波長発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
緑色発光材料としてPXZ−TRZのかわりに4CzPNを用いて、第1発光層、第2発光層、第3発光層の厚さを下記のように変更して、実施例6の有機エレクトロルミネッセンス素子Aと同様の製法により有機エレクトロルミネッセンス素子D〜Fを作製した。
素子D:第1発光層(6nm)、第2発光層(3nm)、第3発光層(6nm)
素子E:第1発光層(4nm)、第2発光層(3nm)、第3発光層(8nm)
素子F:第1発光層(3nm)、第2発光層(2nm)、第3発光層(15nm)
作製した有機エレクトロルミネッセンス素子D〜Fの発光スペクトルを図21に示す。有機エレクトロルミネッセンス素子Fの色度は0.30,0.39であった。また、作製した有機エレクトロルミネッセンス素子D〜Fの電圧−電流密度特性を図22に示し、電流密度−外部量子効率特性を図23に示す。有機エレクトロルミネッセンス素子Fは白色発光素子として良好な発光特性を示し、外部量子効率12.1%を達成した。
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 陰極
Claims (15)
- 陰極、陽極、および複数の発光材料を含む少なくとも1層の有機層を前記陰極と前記陽極の間に有しており、前記複数の発光材料から発光する多波長発光型であり、下記A、B、CおよびDを満たす有機エレクトロルミネッセンス素子。
A.前記複数の発光材料がいずれも蛍光材料である。
B.前記発光材料からの発光のうちで最も短波長な発光が遅延蛍光を含む。
C.最も短波長で発光する発光材料が他の発光材料のホスト材料を兼ねている。
D.最も短波長で発光する発光材料の発光強度が全発光の20%超である。 - 最も短波長で発光する発光材料が単一の化合物である、請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 陰極、陽極、および複数の発光材料を含む少なくとも1層の有機層を前記陰極と前記陽極の間に有しており、前記複数の発光材料から発光する多波長発光型であり、下記A、BおよびCを満たす有機エレクトロルミネッセンス素子。
A.前記複数の発光材料がいずれも蛍光材料である。
B.前記発光材料からの発光のうちで最も短波長な発光が遅延蛍光を含む。
C.最も短波長で発光する発光材料が単独で有機層を形成していてなおかつ発光材料を含む層のうち陽極に最も近い層が最も短波長で発光する発光材料を含む層である。 - 最も短波長で発光する発光材料における、5Kの最低励起三重項エネルギー準位と最低励起一重項エネルギー準位のエネルギー差(ΔEST)が0.3eV以下であることを特徴とする請求項1〜3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。
- 最も短波長で発光する発光材料が青色発光材料であることを特徴とする請求項1〜4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。
- 最も短波長で発光する発光材料とそれ以外の波長で発光する少なくとも2種の発光材料が1つの有機層に含まれており、前記最も短波長で発光する発光材料がホスト材料としても機能することを特徴とする請求項1〜5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。
- 発光材料を含む層が2層以上形成されており、そのうち陰極に最も近い層と陽極に最も近い層がともに最も短波長で発光する発光材料を含む層であることを特徴とする請求項1〜6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。
- 前記陰極に最も近い層と前記陽極に最も近い層の間に、最も短波長で発光する発光材料をホスト材料として含む層を有することを特徴とする請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 青色発光材料に緑色発光材料または赤色発光材料をドープした層を含むことを特徴とする請求項1〜8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。
- 青色発光材料を含む層と青色発光材料に緑色発光材料または赤色発光材料をドープした層と青色発光材料を含む層を積層した層を含むことを特徴とする請求項1〜8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。
- 前記複数の発光材料が、青色発光材料、緑色発光材料および赤色発光材料を含むことを特徴とする請求項1〜10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。
- 青色発光材料に緑色発光材料と赤色発光材料をドープした層を含むことを特徴とする請求項1〜11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。
- 緑色発光材料を含む層とホスト材料中に緑色発光材料及び赤色発光材料をドープした層と青色発光材料を含む層を積層した構造を含むことを特徴とする請求項1〜12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。
- 前記複数の発光材料のすべてが遅延蛍光を発することを特徴とする請求項1〜13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。
- 前記複数の発光材料からの発光が混色して白色発光することを特徴とする請求項1〜14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。
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