JP6691848B2 - Light emitting element, display device and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子、表示装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a light emitting element, a display device, and an electronic device.
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子(有機EL素子)の発光効率を高める研究が盛んに行われている。近年、素子の発光効率を上げる試みとして、燐光発光体を用いて三重項励起状態からの発光を利用する素子が開発されている。一方で、燐光発光体はその殆どがイリジウムなどの希少金属を中心金属とした錯体であり、そのコストや供給の安定性に不安がある。 Researches for improving the light emission efficiency of a light emitting element (organic EL element) utilizing electroluminescence have been actively conducted. In recent years, in an attempt to increase the luminous efficiency of the device, a device utilizing light emission from a triplet excited state using a phosphorescent substance has been developed. On the other hand, most of the phosphorescent emitters are complexes containing a rare metal such as iridium as a central metal, and there is concern about the cost and the stability of supply.
このため、希少金属を用いることなく、三重項励起状態を発光に変換することが可能な材料として、熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)を発現する材料(以下、TADF材料ともいう)の研究が行われている(非特許文献1参照)。TADF材料では、三重項励起状態(T1)から逆項間交差により一重項励起状態(S1)が生成され、一重項励起状態が発光に変換される。 Therefore, as a material capable of converting a triplet excited state into light emission without using a rare metal, a material that exhibits thermally activated delayed fluorescence (TADF) (hereinafter, also referred to as TADF material). ) Has been conducted (see Non-Patent Document 1). In the TADF material, the singlet excited state (S1) is generated from the triplet excited state (T1) by the inverse intersystem crossing, and the singlet excited state is converted into emission.
このようなTADF材料を発光層に用いた有機EL素子において、高い三重項励起準位T1を持つホールブロック材料をホールブロック層に用いることで、高い発光効率が得られることが報告されている(非特許文献2参照)。この特徴は、発光層にりん光材料を用いた有機EL素子と基本的に同じである。 In an organic EL device using such a TADF material for the light emitting layer, it has been reported that high light emitting efficiency can be obtained by using a hole blocking material having a high triplet excitation level T1 for the hole blocking layer ( Non-Patent Document 2). This feature is basically the same as that of the organic EL element using the phosphorescent material in the light emitting layer.
しかしながら、非特許文献2に記載されたホールブロック層を備える有機EL素子は、耐熱性が低い。有機EL素子の車載用途への適用を考えた場合、車両等は日照下で高温になるため、高い耐熱性が要求される。また、車載用途以外であっても、有機EL素子が屋外で使用されるような場合には、高い耐熱性が要求される。
However, the organic EL device including the hole blocking layer described in Non-Patent
本発明は上記点に鑑み、高い三重項励起準位T1を持つホールブロック材料をホールブロック層に用いる発光素子において、耐熱性を向上させることを目的とする。 In view of the above points, the present invention has an object to improve heat resistance in a light emitting device using a hole blocking material having a high triplet excitation level T1 for a hole blocking layer.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、陽極(11)と、陰極(17)と、陽極と陰極との間に設けられた発光する機能を有する第1の層(13)と、陰極と第1の層との間に設けられた第2の層(14)と、を備えている。第2の層は、少なくとも分子内の主たるπ結合が同一平面に存在している第1有機化合物と立体障害がある第2有機化合物とで構成されており、第1有機化合物は、T2T、T2T−3tBu、T2T−4tBu、またはT2T−tert−Phの少なくとも何れかであり、第2有機化合物は、2CzPN、2CzBN、2CzBN3,6Me、3CzBN、または3CzBN3,6Meの少なくとも何れかである。
In order to achieve the above object, in the invention according to
本発明によれば、平面性が高い第1有機化合物および立体障害がある第2有機化合物を混合して第2の層を構成することになる。この立体障害がある第2有機化合物によって結晶化を阻害することができ、発光素子の耐熱性を向上させることができる。この結果、発光素子を高温環境下で使用したとしても、発光効率等の機能が低下することを抑制できる。 According to the present invention, the first organic compound having high planarity and the second organic compound having steric hindrance are mixed to form the second layer. Crystallization can be inhibited by the second organic compound having steric hindrance, and heat resistance of the light emitting device can be improved. As a result, even when the light emitting element is used in a high temperature environment, it is possible to suppress deterioration of functions such as light emission efficiency.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図1〜図6に基づいて説明する。図1に示すように、有機EL素子1は、ガラス基板10上に陽極11を予め形成したものの上に、正孔注入・輸送層12、発光層13、正孔阻止層14、電子輸送層15、電子注入層16、陰極17の順に積層されている。なお、発光層13が本発明の第1の層に相当し、正孔阻止層14が本発明の第2の層に相当している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、正孔注入・輸送層12、発光層13は、塗布によって成膜される塗布成膜層として構成されている。また、正孔阻止層14、電子輸送層15、電子注入層16、陰極17は、真空蒸着によって成膜される蒸着成膜層として構成されている。本実施形態では、ガラス基板10の厚みを1mmとし、陽極11の厚みを100nmとし、正孔注入・輸送層12の厚みを40nmとし、発光層13の厚みを30nmとし、正孔阻止層14の厚みを10nmとし、電子輸送層15の厚みを40nmとし、電子注入層16の厚みを1nmとし、陰極17の厚みを100nmとしている。これらの各層10、11、12、13、14、15、16、17の厚みは一例として記載したものであり、これらの数値に限定されるものではない。
In the present embodiment, the hole injecting / transporting
透明なガラス基板10の上には、透明導電材料からなる陽極11が形成されている。陽極11は、発光層13に向けて正孔を注入する機能を有する。陽極11としては、仕事関数が高い材料を用いることが好ましく、例えば4eV以上の材料を用いることが好ましい。本実施形態では、ガラス基板10として無アルカリガラスを用いており、陽極11としてインジウム−錫の酸化物であるITOを用いている。
An
陽極20の上には、ホール注入性材料若しくはホール輸送材料からなる正孔注入・輸送層12が形成されている。本実施形態では、正孔注入・輸送層12として、以下に示すPEDOT:PSSを用いている。
A hole injecting / transporting
本実施形態では、ホスト材料として以下に示すCBPを用い、ゲスト材料として以下に示す4CzIPNを用いている。4CzIPNは、熱活性化遅延蛍光(TADF)を発現するTADF材料であり、緑色発光を示す。 In this embodiment, CBP shown below is used as the host material, and 4CzIPN shown below is used as the guest material. 4CzIPN is a TADF material that expresses thermally activated delayed fluorescence (TADF) and exhibits green emission.
TADF材料は、一重項励起状態と三重項励起状態のエネルギー差ΔEstが小さい蛍光ドーパント材料である。TADF材料は、ΔEstが小さために、三重項励起状態(T1)から一重項励起状態(S1)への熱エネルギーによる状態遷移(つまり、逆項間交差)を引き起こすことができる。 The TADF material is a fluorescent dopant material having a small energy difference ΔEst between the singlet excited state and the triplet excited state. Since the TADF material has a small ΔEst, it can cause a state transition (that is, an inverse intersystem crossing) due to thermal energy from the triplet excited state (T1) to the singlet excited state (S1).
電子輸送層15は、陰極17より注入された電子を発光層13に向けて輸送するための層である。本実施形態では、電子輸送層15として、以下に示すBpy−TP2を用いている。
The
陰極17は、発光層13に向けて電子を注入する機能を有する。そのような陰極17としては、仕事関数が低い材料を用いることが好ましく、例えば4eV以下の材料を用いることが好ましい。本実施形態では、ボトムエミッション構造を取っており、陰極17としてAl(アルミニウム)を用いている。
The
次に、正孔阻止層14について説明する。正孔阻止層14は、発光層13と陰極17との間に設けられている。本実施形態では、正孔阻止層14は発光層13に接するように形成されている。
Next, the
正孔阻止層14は、電子輸送層の機能も有している。つまり、正孔阻止層14は電子を輸送しつつ、正孔が電子輸送層15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13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。
The
本実施形態の正孔阻止層14は、複数種類の有機化合物を混合した混合材料である。正孔阻止層14には、第1有機化合物および第2有機化合物が含まれている。第1有機化合物および第2有機化合物は、金属元素を含んでおらず、金属元素以外の元素によって構成されている。本実施形態では、50%の第1有機化合物と50%の第2有機化合物を混合した混合材料を共蒸着することによって、正孔阻止層14を成膜している。
The
第1有機化合物として、以下に示すT2T、T2T−3tBu、T2T−4tBu、T2T−tert−Phの少なくとも何れかのトリアジン誘導体を例示できる。 Examples of the first organic compound include at least any of triazine derivatives of T2T, T2T-3tBu, T2T-4tBu, and T2T-tert-Ph shown below.
第2有機化合物として、以下に示す2CzPN、2CzBN、2CzBN3,6Me、3CzBN、3CzBN3,6Meの少なくとも何れかを例示できる。 Examples of the second organic compound include at least one of 2CzPN, 2CzBN, 2CzBN3,6Me, 3CzBN, 3CzBN3,6Me shown below.
正孔阻止層14は、励起子阻止層としても機能する。励起子阻止層とは、発光層13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子輸送層15に拡散することを阻止するための層である。本層の挿入により励起子を効率的に発光層13内に閉じ込めることが可能となり、有機EL素子1の発光効率を向上させることができる。
The
正孔阻止層14を励起子阻止層として機能させるために、第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位は、発光層13に含まれる最もT1準位が低い有機化合物のT1準位よりも高くなっている。本実施形態では、発光層13に含まれる有機化合物のうち最もT1準位が低い有機化合物は4CzIPNである。このため、第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位は、4CzIPNのT1準位である2.4eVより高くなっている。
In order for the
有機EL素子1で緑色発光を行う場合には、第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位を2.6eV以上とすることが望ましい。つまり、1240/530nm(緑色の波長)=2.3eVであり、発光層13からの励起子の移動を阻害するために、第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位を2.6eV以上とすることが望ましい。また、図3で例示した第2有機化合物のうち、T1準位の観点から、第2有機化合物として2CzBNまたは2CzBN3,6Meを用いることが望ましい。
When the
第1有機化合物は、HOMO準位が深いホールブロック材料となっている。一般的に高いT1準位を持つホールブロック材料は、π共役を短くする必要があり、小さい分子もしくはベンゼン環をメタ位でつなぐ構造もしくはその両方により実現される。本実施例における第1有機化合物の場合、小さい分子かつベンゼン環をメタ位でつなぐ構造となっている。第1有機化合物は、HOMO−LUMOの重なりが大きく、ΔEstが大きい材料である。第1有機化合物は、ΔEst≧0.5eVであることが望ましく、ΔEst≧0.6eVであることがより望ましい。 The first organic compound is a hole block material having a deep HOMO level. In general, a hole block material having a high T1 level needs to have a short π conjugation and is realized by a small molecule, a structure in which benzene rings are connected at a meta position, or both. In the case of the first organic compound in this example, it has a structure in which a small molecule is connected to the benzene ring at the meta position. The first organic compound is a material having a large HOMO-LUMO overlap and a large ΔEst. The first organic compound is preferably ΔEst ≧ 0.5 eV, and more preferably ΔEst ≧ 0.6 eV.
このような構造を備える第1有機化合物は、立体障害がなく、平面性が高い材料となっている。換言すれば、第1有機化合物は、分子内の主たるπ結合が同一平面に存在している。このため、第1有機化合物は、分子同士がパッキングしやすくなり、結晶化しやすくなる。この結果、第1有機化合物のみから正孔阻止層14を構成した場合には、耐熱性が低くなる。また、上記の特性を備える第1有機化合物はガラス転移温度Tgが低くなる場合が多い。本実施形態における第1有機化合物は、ガラス転移温度Tg<100℃である。
The first organic compound having such a structure is a material having high planarity without steric hindrance. In other words, in the first organic compound, the main π bond in the molecule exists in the same plane. Therefore, in the first organic compound, the molecules are easily packed with each other, and the first organic compound is easily crystallized. As a result, when the
第2有機化合物は、立体障害のある材料である。平面性の高い第1有機化合物と立体障害がある第2有機化合物を混合して正孔阻止層14を構成することで、分子同士のパッキングが阻害され、結晶化が阻害される。この結果、有機EL素子1の耐熱性を向上させることができる。
The second organic compound is a material having steric hindrance. By mixing the first organic compound having high planarity and the second organic compound having steric hindrance to form the
第2有機化合物では、分子内に立体障害を設けるために、分子構造をねじる設計をしている。分子構造をねじることで、HOMO−LUMOが分離され、この結果、第2有機化合物は、ΔEstが小さくなる。第2有機化合物では、ΔEst<0.5eVであることが望ましく、ΔEst≦0.4eVであることがより望ましい。 The second organic compound is designed to have a twisted molecular structure in order to provide steric hindrance in the molecule. HOMO-LUMO is separated by twisting the molecular structure, and as a result, ΔEst of the second organic compound is reduced. In the second organic compound, ΔEst <0.5 eV is desirable, and ΔEst ≦ 0.4 eV is more desirable.
第2有機化合物は、ΔEstが小さく、かつ、振動子強度f>0となっており、熱活性化遅延蛍光(TADF)を発現するTADF材料である。 The second organic compound is a TADF material that has a small ΔEst and a vibrator strength f> 0 and that exhibits thermally activated delayed fluorescence (TADF).
また、上記の特性を備える第2有機化合物は、ガラス転移温度Tgが高くなる場合が多い。第2有機化合物のガラス転移温度Tg≧100℃であることが望ましい。 In addition, the glass transition temperature Tg of the second organic compound having the above characteristics is often high. It is desirable that the glass transition temperature Tg of the second organic compound ≧ 100 ° C.
図4は、本実施形態の有機EL素子1の発光層13、正孔阻止層14、電子輸送層15のエネルギーバンドを示している。図4に示すように、本実施形態では、第1有機化合物としてT2Tを用いており、第2有機化合物として2CzBN3,6Meを用いている。T2Tは、ガラス転移温度Tg<70℃であり、2CzBN3,6Meはガラス転移温度Tg=125℃である。
FIG. 4 shows energy bands of the
図5は、本実施形態の有機EL素子1をベーク処理した場合において、ベーク処理の前後での発光効率を示している。図5では、発光効率として外部量子効率を示している。図5では、比較例として、T2Tのみからなる正孔阻止層を備える有機EL素子の発光効率を示している。ベーク処理は、90℃で30分間行った。
FIG. 5 shows the luminous efficiency before and after the baking process when the
図5に示すように、比較例では、ベーク処理を行った後はベーク処理を行う前よりも発光効率が87%程度低下している。これに対して、本実施形態では、ベーク処理を行った後はベーク処理を行う前よりも発光効率が20%程度低下している。つまり、本実施形態では、ベーク処理の後においても発光効率の低下が抑えられており、耐熱性が向上していることが示されている。 As shown in FIG. 5, in the comparative example, the luminous efficiency after the baking treatment is reduced by about 87% as compared with before the baking treatment. On the other hand, in the present embodiment, the luminous efficiency after the baking treatment is reduced by about 20% as compared with that before the baking treatment. That is, in the present embodiment, it is shown that even after the baking treatment, the decrease in luminous efficiency is suppressed and the heat resistance is improved.
図6は、本実施形態の有機EL素子1をベーク処理した場合において、ベーク処理の前後での発光スペクトルを示している。図6においても、比較例として、T2Tのみからなる正孔阻止層を備える有機EL素子の発光スペクトルを示している。
FIG. 6 shows emission spectra before and after the baking process when the
図6に示すように、本実施形態および比較例ともに、ベーク処理前は緑色に対応する530nm前後の発光強度が大きくなっている。 As shown in FIG. 6, in both the present embodiment and the comparative example, the emission intensity around 530 nm corresponding to green is large before the baking treatment.
比較例では、ベーク処理後はベーク処理前よりも450nm前後(つまり、青色に対応する波長)の発光強度が増大している。これは、比較例ではベーク処理によって正孔阻止層が熱劣化することによりホールブロック性が低下し、発光層からホールが抜けて発光層以外の層で発光しているものと推定できる。 In the comparative example, the emission intensity around 450 nm (that is, the wavelength corresponding to blue) after the bake treatment is higher than that before the bake treatment. This can be presumed to be because in the comparative example, the hole blocking layer is thermally deteriorated by the baking treatment, so that the hole blocking property is deteriorated, holes are removed from the light emitting layer, and light is emitted in a layer other than the light emitting layer.
これに対し、本実施形態では、ベーク処理後においてもベーク処理前と発光スペクトルがほとんど変化していない。つまり、本実施形態では、ベーク処理の後においても、正孔阻止層14の熱劣化が抑制されたことによりホールブロック性が維持されており、耐熱性が向上している。
On the other hand, in the present embodiment, the emission spectrum after the bake treatment hardly changes from that before the bake treatment. That is, in the present embodiment, the hole blocking property is maintained and the heat resistance is improved even after the baking treatment by suppressing the thermal deterioration of the
以上説明した本実施形態によれば、平面性が高い第1有機化合物および立体障害がある第2有機化合物を混合して正孔阻止層14を構成することで、第2有機化合物が結晶化を阻害する。この結果、有機EL素子1の耐熱性を向上させることができる。これにより、有機EL素子1を高温環境下で使用したとしても、発光効率等の機能が低下することを抑制できる。
According to the present embodiment described above, by mixing the first organic compound having high planarity and the second organic compound having steric hindrance to form the
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention. Further, the means disclosed in each of the above embodiments may be appropriately combined within a practicable range.
(1)上記実施形態で示した有機EL素子1は、各種情報を表示する表示装置として好適に用いることができる。また、有機EL素子1からなる表示装置は、電子機器の表示部として好適に用いることができる。
(1) The
有機EL素子1からなる表示部を備えた電子機器として、車載用オーディオ機器や自動車用計器、カーナビゲーション装置等の車載用ディスプレイを挙げることもできる。さらに、有機EL素子1からなる表示部を備えた電子機器は、車載用機器に限らず、例えば、携帯電話機を含む電話機、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯用テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、PDA、携帯用ゲーム機、ページャ、電子手帳、電卓、時計、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器などを挙げることができる。
As an electronic device including a display unit including the
(2)上記実施形態では、発光層13のゲスト材料としてTADF材料を用いたが、本発明は、正孔阻止層14に高いT1準位を必要とする発光層13を有する発光素子であれば適用可能である。このため、本発明の発光層13に用いることができるゲスト材料はTADF材料に限定されず、例えばIr(ppy)3のようなりん光材料であっても良い。
(2) In the above embodiment, the TADF material is used as the guest material of the
(3)上記本実施形態では、発光層13のゲスト材料として緑色発光する材料を用いたが、本発明の発光層13に用いることができるゲスト材料は緑色発光する材料に限定されず、例えば2CzPNもしくはFIrpic等のような青色発光する材料や、HAP−3TPAもしくはIr(piq)3等のような赤色発光する材料であっても良い。
(3) In the present embodiment described above, a material that emits green light is used as the guest material of the
(4)上記実施形態では、本発明をボトムエミッション構造を備える発光素子に適用した例について説明したが、本発明はボトムエミッション構造に限定されず、トップエミッション構造などにも適用可能である。トップエミッション構造とする場合には、陰極17として、例えばMgAg(マグネシウム銀)やAgAl(銀アルミニウム)などの合金の半透過膜を用いることができる。
(4) In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a light emitting element having a bottom emission structure has been described, but the present invention is not limited to the bottom emission structure and can be applied to a top emission structure and the like. In the case of a top emission structure, a semi-transmissive film of an alloy such as MgAg (magnesium silver) or AgAl (silver aluminum) can be used as the
(5)上記実施形態では、第1有機化合物と第2有機化合物を50%ずつ混合してし正孔阻止層14を構成したが、これに限らず、第1有機化合物と第2有機化合物の混合比率は任意に設定することができる。
(5) In the above embodiment, the
(6)上記実施形態では、発光層13と正孔阻止層14が接するように構成したが、これに限らず、発光層13と正孔阻止層14の間に薄い膜が存在していてもよい。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記実施形態では、正孔阻止層14に含まれる第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位が、発光層13に含まれる最もT1準位が低い有機化合物のT1準位よりも高くなるように構成した。これに限らず、第1有機化合物および第2有機化合物のT1準位を、発光層13に含まれる最もT1準位が低い有機化合物のT1準位と同じか若しくは若干低くなるようにしてもよい。発光層13に含まれる最もT1準位が低い有機化合物のT1準位と同じ材料としては、例えば発光層13のゲスト材料である4CzIPNを用いることができる。
(7) In the above embodiment, the T1 level of the first organic compound and the second organic compound contained in the
これにより、発光層13で発生した励起子が正孔阻止層14に移動可能となる。この結果、発光層13で発生した余分な励起子を消費でき、有機EL素子1の寿命を延ばし、耐久性を向上させることができる。
As a result, excitons generated in the
1 有機EL素子
11 陽極
13 発光層(第1の層)
14 正孔阻止層(第2の層)
17 陰極
1
14 Hole blocking layer (second layer)
17 cathode
Claims (13)
陰極(17)と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光する機能を有する第1の層(13)と、
前記陰極と前記第1の層との間に設けられた第2の層(14)と、を備え、
前記第2の層は、少なくとも分子内の主たるπ結合が同一平面に存在している第1有機化合物と立体障害がある第2有機化合物とで構成されており、
前記第1有機化合物は、T2T、T2T−3tBu、T2T−4tBu、またはT2T−tert−Phの少なくとも何れかであり、
前記第2有機化合物は、2CzPN、2CzBN、2CzBN3,6Me、3CzBN、または3CzBN3,6Meの少なくとも何れかである発光素子。 An anode (11),
The cathode (17),
A first layer (13) provided between the anode and the cathode and having a function of emitting light;
A second layer (14) provided between the cathode and the first layer,
The second layer is composed of at least a first organic compound having a main π bond in the molecule in the same plane and a second organic compound having steric hindrance ,
The first organic compound is at least one of T2T, T2T-3tBu, T2T-4tBu, and T2T-tert-Ph,
The light emitting device, wherein the second organic compound is at least one of 2CzPN, 2CzBN, 2CzBN3,6Me, 3CzBN, and 3CzBN3,6Me .
0.5eVである請求項1または2に記載の発光素子。 The first organic compound has ΔEst ≧ 0.5 eV, and the second organic compound has ΔEst <0.5 eV.
The light emitting device according to claim 1, which has a voltage of 0.5 eV.
0.4eVである請求項3に記載の発光素子。 The first organic compound has ΔEst ≧ 0.6 eV, and the second organic compound has ΔEst ≦ 0.6 eV.
The light emitting device according to claim 3, which has a voltage of 0.4 eV.
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