JP6786393B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
一方で特許文献3では、TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)機構を利用した有機EL素子が開示されている。TADF機構は一重項準位と三重項準位のエネルギー差が小さい材料において三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差が生じる現象を利用するものであり、理論上内部量子効率を100%まで高められると考えられている。しかしながら燐光型素子と同様に耐久性の更なる改善が求められている。
L1とL2は独立に炭素数6〜30の芳香族炭化水素基又は炭素数3〜18の芳香族複素環基を表し、Ar1とAr2は独立に炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の芳香族複素環基、又はそれらが2〜6個連結してなる連結芳香族基である。
Rは独立にシアノ基、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数12〜44のジアリールアミノ基、炭素数12〜44のジアリールボリル基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基又は炭素数3〜18の芳香族複素環基である。
aは1〜3の整数を表し、bは0〜3の整数を表し、cとdは独立に0〜4の整数を表し、eは0〜2の整数を表し、fは0〜3の整数を表す。
但し、L1、L2、Ar1、Ar2及びRは、一般式(2)で表されるインドロカルバゾール環を有する芳香族複素環基であることはない。)
本明細書において、芳香族基は芳香族炭化水素基、芳香族複素環基又は両者を意味すると解される。連結芳香族基は、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基又は両者が、2以上直接結合で連結した化合物を意味する。
本発明の有機EL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EL素子に用いられているものであれば良く、例えばガラス、透明プラスチック、石英等からなるものを用いることができる。
有機EL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成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良く、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合(100μm以上程度)は、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。あるいは有機導電性化合物のように塗布可能な物質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。更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EL素子の陽極又は陰極のいずれか一方が透明又は半透明であれば発光輝度は向上し、好都合である。
発光層は陽極及び陰極のそれぞれから注入された正孔及び電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり発光層には有機発光性ドーパント材料とホスト材料を含む。
他のホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、トリフェニレン、フルオレン、インデン等の縮合芳香族環を有する化合物やその誘導体、N,N’-ジナフチル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジフェニル-1-ジアミン等の芳香族アミン誘導体、トリス(8−キノリナート)アルミニウム(III)等の金属錯体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、カルバゾール誘導体、ジカルバゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体等の複素環を有する化合物の誘導体が挙げられる。
燐光発光ドーパント材料は、発光層中に1種類のみが含有されても良いし、2種類以上を含有しても良い。燐光発光ドーパント材料を2種類以上含有する場合には、燐光発光ドーパント材料の総重量がホスト材料に対して30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。
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、陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び陰極と発光層又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。
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正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで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。
電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで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。
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、正孔輸送層は単層又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、電子輸送層は単層又は複数層設けることができる。
化合物2−13(0.50g)と化合物2−69(0.50g)を量りとり、乳鉢ですり潰しながら混合することで、予備混合ホストH1を作製した。
化合物2−13(0.50g)と化合物2−59(0.50g)を量りとり、乳鉢ですり潰しながら混合することで、予備混合ホストH2を作製した。
膜厚110nmの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4.0×10-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてCuPcを20nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPBを20nmの厚さに形成した。次に、発光層のホストとして予備混合ホストH1を、発光ドーパントとしてIr(PPy)3をそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、30nmの厚さに発光層を形成した。この時、H1とIr(PPy)3の蒸着速度比は、94:6であった。次に、正孔阻止層としてBAlqを10nmの厚さに形成し、次に電子輸送層としてAlq3を40nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を0.5nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてアルミニウム(Al)を100nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。
得られた有機EL素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、極大波長517nmの発光スペクトルが観測され、Ir(PPy)3からの発光が得られていることがわかった。表2に作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率、輝度半減寿命を示す。輝度、駆動電圧、発光効率は駆動電流20mA/cm2時の値であり、初期特性である。輝度半減時間は、初期輝度1000cd/m2時の値であり、寿命特性である。
実施例1において、発光層のホストとしてH2を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。得られた有機EL素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、極大波長517nmの発光スペクトルが観測され、Ir(PPy)3からの発光が得られていることがわかった。表2に作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率、輝度半減時間を示す。
発光層のホストとして化合物2−13を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
発光層のホストとして化合物2−69を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
発光層のホストとして化合物2−59を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
下記化合物A(0.50g)と下記化合物B(0.50g)を量りとり、乳鉢ですり潰しながら混合することで作製した予備混合ホストHCをホストとして使用した以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1と同様にして有機EL素子を連続して3回作製した。表3に1回目に作製した素子を実施例3、2回目に作製した素子を実施例4、そして3回目に作製した素子を実施例5とし、作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率を示す。輝度、駆動電圧、発光効率は駆動電流20mA/cm2時の値であり、初期特性である。
膜厚110nmの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4.0×10-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてCuPcを20nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPBを20nmの厚さに形成した。次に、発光層として、ホストとして化合物2−13を、第2ホストとして化合物2−69を、発光ドーパントとしてIr(PPy)3をそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、30nmの厚さに形成した。この時、第1ホストと第2ホストとIr(PPy)3の蒸着速度比は、47:47:6であった。次に、正孔阻止層としてBAlqを10nmの厚さに形成した。次に電子輸送層としてAlq3を40nmの厚さに形成した。更に電子輸送層上に電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を0.5nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてアルミニウム(Al)を100nmの厚さに形成し、3回連続で有機EL素子を作製した。
得られた有機EL素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、極大波長517nmの発光スペクトルが観測され、Ir(PPy)3からの発光が得られていることがわかった。表3に1回目に作製した素子を例6、2回目に作製した素子を例7、そして3回目に作製した素子を例8とし、作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率を示す。
化合物2−13(0.50g)とmCBP(0.50g)を量りとり、乳鉢ですり潰しながら混合することで作製した予備混合ホストHDをホストとして使用した以外は実施例1と同様にして、3回連続で有機EL素子を作製した。表3に1回目に作製した素子を比較例9、2回目に作製した素子を比較例10、そして3回目に作製した素子を比較例11とし、作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率を示す。なお、mCBPの蒸発温度は288℃である。
Claims (6)
- 対向する陽極と陰極の間に、1つ以上の発光層を含む有機電界発光素子において、真空蒸着によって作製される少なくとも1つの発光層が、下記一般式(1)で表される化合物から選ばれる2種類以上の化合物からなるホスト材料と、発光性ドーパント材料を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
L1とL2の一方は炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、他方は炭素数3〜18の含窒素芳香族複素環基であり、Ar1とAr2は独立に炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の芳香族複素環基、又はそれらが2〜6個連結してなる連結芳香族基である。
Rは独立にシアノ基、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数12〜44のジアリールアミノ基、炭素数12〜44のジアリールボリル基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基又は炭素数3〜18の芳香族複素環基である。
aは1の整数を表し、bは0〜3の整数を表し、cとdは独立に0〜4の整数を表し、eは0〜2の整数を表し、fは0〜3の整数を表す。
但し、L1、L2、Ar1、Ar2及びRは、一般式(2)で表されるインドロカルバゾール環含有基であることはない。また、上記2種類以上の化合物中の2種は、イオン化ポテンシャル(IP)、電子親和力(EA)、及び三重項エネルギー(T1)の差が同時に0.10eV以下となることはない。
- ホスト材料中に含まれる2種類以上の化合物の蒸発温度の差が20℃以内であることを特徴する請求項1に記載の有機電界発光素子。
- 発光性ドーパント材料が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体からなる燐光発光ドーパント材料である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。
- 発光性ドーパント材料が、蛍光発光ドーパント材料である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。
- 発光性ドーパント材料が、熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料である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。
- 請求項1に記載の有機電界発光素子を製造するに当たり、少なくとも1つの発光層を、前記一般式(1)で表される化合物から選ばれる2種類以上の化合物を予備混合したホスト材料と、発光性ドーパント材料を含有する材料を真空蒸着することにより作製することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
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