JP6803727B2 - Organic electroluminescence element - Google Patents
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Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、エレクトロルミネッセンス(電界発光)を「EL」と記す場合がある。)に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescence device (hereinafter, electroluminescence (electroluminescence) may be referred to as "EL").
有機EL素子は、自発光型である、視野角が広い、視認性に優れる、低電圧で駆動できる、面発光で薄型化・軽量化可能である、多色表示可能であるなどの特徴を有している。このため、有機EL素子は、ディスプレイなどの画像表示装置や照明装置に好適に用いることができる。 Organic EL elements are self-luminous, have a wide viewing angle, have excellent visibility, can be driven at a low voltage, can be made thinner and lighter by surface emission, and can display in multiple colors. doing. Therefore, the organic EL element can be suitably used for an image display device such as a display or a lighting device.
有機EL素子は、通常、透明基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極がこの順に積層されることにより構成されている。有機EL素子の発光は、以下に示す(i)〜(v)の過程を経て生じる。
(i)正孔および電子が電極から注入される。
(ii)注入された正孔および電子が輸送される。
(iii)発光層内で正孔と電子が再結合する。
(iv)発光材料が電子的励起状態を形成する。
(v)発光材料が電子的励起状態から光を放射する。
An organic EL element is usually configured by laminating an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and a cathode in this order on a transparent substrate. The light emission of the organic EL element is generated through the steps (i) to (v) shown below.
(I) Holes and electrons are injected from the electrodes.
(Ii) The injected holes and electrons are transported.
(Iii) Holes and electrons recombine in the light emitting layer.
(Iv) The luminescent material forms an electronically excited state.
(V) The light emitting material emits light from an electronically excited state.
有機EL素子では、高効率化するために、発光層の発光材料としてリン光材料を用いることが提案されている。発光材料は、エネルギーを得て電子的励起状態となるとき、一重項励起状態(S1)と三重項励起状態(T1)を1:3の確率で生成する。そして、発光材料が電子的励起状態から基底状態に戻る際に、光としてエネルギーを放出する。
発光材料として蛍光材料を用いた場合、S1からのエネルギーしか光に変換されない。これに対し、リン光材料を用いた場合、S1からのエネルギーだけでなく、T1からのエネルギーも光に変換される。このため、発光材料として、蛍光材料を用いた有機EL素子よりも、リン光材料を用いた有機EL素子の方が、高効率化が期待できる(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照)。
In an organic EL device, it has been proposed to use a phosphorescent material as a light emitting material of a light emitting layer in order to improve efficiency. When the luminescent material gains energy and becomes an electronically excited state, it generates a singlet excited state (S 1 ) and a triplet excited state (T 1 ) with a probability of 1: 3. Then, when the luminescent material returns from the electronically excited state to the ground state, it emits energy as light.
When a fluorescent material is used as the light emitting material, only the energy from S 1 is converted into light. On the other hand, when a phosphorescent material is used, not only the energy from S 1 but also the energy from T 1 is converted into light. Therefore, higher efficiency can be expected in the organic EL element using the phosphorescent material than in the organic EL element using the fluorescent material as the light emitting material (see, for example, Non-Patent
リン光材料は、通常、ゲスト材料として、ホスト材料とともに用いられる。ホスト材料とリン光材料(ゲスト材料)とを含む発光層を有する有機EL素子では、正孔と電子との再結合により励起されたホスト材料のエネルギーがリン光材料に移動する。そのエネルギーによりリン光材料が励起され、光エネルギーとして放出される。ホスト材料からリン光材料への効率的なエネルギー移動を可能とするためには、ホスト材料の三重項励起状態(T1)のエネルギーを、ゲスト材料であるリン光材料のT1エネルギーよりも大きくすることが好ましい(例えば、非特許文献3参照)。ホスト材料のT1エネルギーよりもゲスト材料のT1エネルギーが大きいと、ゲスト材料からホスト材料への逆エネルギー移動が起こって、リン光発光の高効率化が妨げられる可能性がある。 Phosphorescent materials are typically used with host materials as guest materials. In an organic EL device having a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent material (guest material), the energy of the host material excited by the recombination of holes and electrons is transferred to the phosphorescent material. The phosphorescent material is excited by the energy and emitted as light energy. In order to enable efficient energy transfer from the host material to the phosphorescent material, the energy of the triplet excited state (T 1 ) of the host material is made larger than the T 1 energy of the phosphorescent material which is the guest material. (See, for example, Non-Patent Document 3). If the T 1 energy of the guest material is larger than the T 1 energy of the host material, reverse energy transfer from the guest material to the host material may occur, which may hinder the high efficiency of phosphorescence emission.
発光層に用いられるホスト材料は、これまでにも多数報告されている。例えば、ホスト材料として、カルバゾール系化合物などが挙げられる(例えば、非特許文献4参照)。カルバゾール系化合物は、比較的大きなT1エネルギーを有する。ホスト材料として一般的に用いられるカルバゾール系化合物としては、下記一般式(10)で示されるCBPなどがある(例えば、非特許文献5参照)。 Many host materials used for the light emitting layer have been reported so far. For example, examples of the host material include carbazole compounds (see, for example, Non-Patent Document 4). Carbazole compounds have a relatively large T 1 energy. Examples of the carbazole-based compound generally used as a host material include CBP represented by the following general formula (10) (see, for example, Non-Patent Document 5).
有機EL素子においては、発光効率を確保しつつ、駆動電圧を低くすることが要求されている。しかし、従来の有機EL素子では、電極から発光層への正孔および電子の移動におけるエネルギー障壁が大きいため、十分に駆動電圧を低くすることはできなかった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、発光効率が高く、駆動電圧の低い有機EL素子を提供することを課題とする。
In an organic EL element, it is required to lower the drive voltage while ensuring the luminous efficiency. However, in the conventional organic EL element, the drive voltage cannot be sufficiently lowered because the energy barrier in the movement of holes and electrons from the electrode to the light emitting layer is large.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an organic EL element having high luminous efficiency and low driving voltage.
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、有機EL素子の2つの電極間に形成された発光層を含む積層構造が、正孔輸送性に寄与するインドロカルバゾール基と電子輸送性に寄与するスルホニル基の両方を兼ね備える下記一般式(1)で示される化合物を含む層を有していればよいことを見出し、本発明を想到した。 The present inventor has made extensive studies in order to solve the above problems. As a result, the laminated structure including the light emitting layer formed between the two electrodes of the organic EL device has both an indolocarbazole group contributing to hole transportability and a sulfonyl group contributing to electron transportability. The present invention was conceived by finding that it is sufficient to have a layer containing the compound shown in (1).
すなわち、本発明は、以下の発明に関わる。
〔1〕2つの電極間に、発光層を含む積層構造が形成され、前記積層構造が、下記一般式(1)で示される化合物を含む層を有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。
That is, the present invention relates to the following invention.
[1] An organic electroluminescence device characterized in that a laminated structure including a light emitting layer is formed between two electrodes, and the laminated structure has a layer containing a compound represented by the following general formula (1).
〔2〕前記化合物を含む層が、正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれるいずれかであ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。 [2] The organic electroluminescence device according to [1], wherein the layer containing the compound is any one selected from a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer.
〔3〕前記発光層が、上記一般式(1)で示される化合物からなるホスト材料と、下記一般式(6−2)で示されるゲスト材料とを含むことを特徴とする〔1〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 [3] Described in [1], wherein the light emitting layer contains a host material composed of a compound represented by the general formula (1) and a guest material represented by the following general formula (6-2). Organic electroluminescence element.
本発明の有機EL素子は、2つの電極間に、発光層を含む積層構造が形成され、前記積層構造が、一般式(1)で示される化合物を含む層を有する。このため、本発明の有機EL素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低い。 In the organic EL device of the present invention, a laminated structure including a light emitting layer is formed between two electrodes, and the laminated structure has a layer containing a compound represented by the general formula (1). Therefore, the organic EL element of the present invention has high luminous efficiency and low drive voltage.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者は、上記課題を解決し、発光効率が高く、駆動電圧の低い有機EL素子を実現するために、発光層のホスト材料に着目し、鋭意検討を重ねた。
従来の有機EL素子においては、発光層のホスト材料として、カルバゾール系化合物である一般式(10)で示されるCBPが一般に用いられていた。CBPは、正孔輸送性のみを示し、S1(一重項励起状態)エネルギーとT1(三重項励起状態)エネルギーとの差が大きい材料であり、エネルギーギャップが大きい。このため、CBPを用いた発光層を有する有機EL素子では、電極から発光層への正孔および電子の移動におけるエネルギー障壁が大きく、駆動電圧が高かった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present inventor has focused on the host material of the light emitting layer and repeated diligent studies in order to solve the above problems and realize an organic EL device having high luminous efficiency and low driving voltage.
In a conventional organic EL device, CBP represented by the general formula (10), which is a carbazole-based compound, is generally used as a host material for a light emitting layer. CBP is a material that exhibits only hole transportability and has a large difference between S 1 (singlet excited state) energy and T 1 (triplet excited state) energy, and has a large energy gap. Therefore, in the organic EL device having a light emitting layer using CBP, the energy barrier in the movement of holes and electrons from the electrode to the light emitting layer is large, and the driving voltage is high.
駆動電圧を低くするには、発光層のホスト材料として、CBPを用いた場合と同程度のT1エネルギーを有し、CBPと比較してS1エネルギーとT1エネルギーとの差が小さい化合物を用いればよい。このことにより、CBPと比較してホスト材料のエネルギーギャップを小さくできる。 To lower the drive voltage, use a compound that has the same T 1 energy as when CBP is used as the host material of the light emitting layer, and the difference between S 1 energy and T 1 energy is smaller than that of CBP. It may be used. This makes it possible to reduce the energy gap of the host material as compared to CBP.
そこで、本発明者は鋭意検討を重ね、発光層のホスト材料として、一般式(1)で示される化合物を用いればよいことを見出した。一般式(1)で示される化合物は、正孔輸送性に寄与するインドロカルバゾール基と電子輸送性に寄与するスルホニル基の両方を兼ね備えており、S1エネルギーとT1エネルギーとの差が小さい。このため、一般式(1)で示される化合物をホスト材料として含む発光層を有する有機EL素子では、ホスト材料のエネルギーギャップが小さくなる。その結果、電極から発光層への正孔移動および/または電極から発光層への電子移動におけるエネルギー障壁が小さくなり、有機EL素子の駆動電圧が低くなる。しかも、一般式(1)で示される化合物をホスト材料として含む発光層を有する有機EL素子では、ホスト材料としてCBPを用いた場合と同等の高い発光効率が得られる。 Therefore, the present inventor has made extensive studies and found that the compound represented by the general formula (1) may be used as the host material for the light emitting layer. The compound represented by the general formula (1) has both an indolocarbazole group that contributes to hole transportability and a sulfonyl group that contributes to electron transportability, and the difference between S 1 energy and T 1 energy is small. .. Therefore, in an organic EL device having a light emitting layer containing the compound represented by the general formula (1) as a host material, the energy gap of the host material becomes small. As a result, the energy barrier in the hole transfer from the electrode to the light emitting layer and / or the electron transfer from the electrode to the light emitting layer becomes small, and the driving voltage of the organic EL element becomes low. Moreover, in an organic EL device having a light emitting layer containing the compound represented by the general formula (1) as a host material, high luminous efficiency equivalent to that when CBP is used as the host material can be obtained.
さらに、本発明者は鋭意検討を重ね、2つの電極間に形成された発光層を含む積層構造に含まれる正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれるいずれかが、一般式(1)で示される化合物を含む場合、電極から発光層への正孔移動および/または電子移動におけるエネルギー障壁を小さくでき、上記効果が得られることを確認し、本発明を想到した。 Further, the present inventor has made extensive studies, and any one selected from the hole transport layer, the light emitting layer, and the electron transport layer contained in the laminated structure including the light emitting layer formed between the two electrodes is the general formula (1). ) Is included, the energy barrier in hole transfer and / or electron transfer from the electrode to the light emitting layer can be reduced, and it has been confirmed that the above effect can be obtained, and the present invention has been conceived.
「有機EL素子」
図1は、本実施形態の有機EL素子の一例を説明するための断面模式図である。図1に示す本実施形態の有機EL素子1は、陽極9(電極)と陰極3(電極)との間に、発光層6を含む積層構造が形成されているものである。
本実施形態の有機EL素子1における積層構造は、正孔注入層8と、正孔輸送層7と、発光層6と、電子輸送層5と、電子注入層4とがこの順に形成されたものである。
"Organic EL element"
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element of the present embodiment. The
In the laminated structure of the
図1に示す有機EL素子1は、基板2と反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよいし、基板2側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。
The
(基板)
基板2の材料としては、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。基板2の材料は、1種のみを用いてもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
基板2に用いられる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。基板2の材料として、樹脂材料を用いた場合、柔軟性に優れた有機EL素子1が得られるため好ましい。
基板2に用いられるガラス材料としては、石英ガラス、ソーダガラス、パイレックス(登録商標)等が挙げられる。
(substrate)
Examples of the material of the
Examples of the resin material used for the
Examples of the glass material used for the
有機EL素子1がボトムエミッション型のものである場合には、基板2の材料として、透明基板を用いる。
有機EL素子1がトップエミッション型のものである場合には、基板2の材料として、透明基板だけでなく、不透明基板を用いてもよい。不透明基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成した基板、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。
When the
When the
(陽極)
陽極9は、正孔注入層8または正孔輸送層7に正孔を注入する。このため、陽極9の材料としては、仕事関数が比較的大きい各種金属材料や、各種合金等が用いられる。陽極9の材料としては、例えば、金、ヨウ化銅、酸化スズ、アルミニウムドープの酸化亜鉛(ZnO:Al)、インジウム酸化スズ(ITO)、インジウム酸化亜鉛(IZO)、フッ素酸化スズ(FTO)等が挙げられる。これらの中でも、透明性や仕事関数の観点から、陽極9の材料として、ITO、IZO、FTOが好ましい。
(anode)
The
有機EL素子1がボトムエミッション型のものである場合、陽極9の材料として、透明導電材料が用いられる。
有機EL素子1がトップエミッション型のものである場合、陽極9の材料として、透明導電材料だけでなく、不透明材料を用いてもよく、反射性の材料を用いてもよい。
When the
When the
(正孔注入層)
正孔注入層8に用いられる材料は、陽極の仕事関数と正孔輸送層7のイオン化ポテンシャル(IP)との関係、電荷輸送特性等の観点に応じて選ばれる。正孔注入層8の材料は、適切なIPと電荷輸送特性を有する化合物であればよく、低分子、高分子問わず、各種の有機化合物、無機化合物を選択して用いることができる。正孔注入層8の材料は、1種のみであってもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
(Hole injection layer)
The material used for the
正孔注入層8に用いられる無機化合物としては、例えば、モリブデン酸化物(MoOx)、酸化バナジウム(V2O5)等が挙げられる。無機化合物は、有機化合物と比較して安定であるため、正孔注入層8に無機化合物を用いた場合、有機化合物を用いた場合と比較して、酸素や水に対する高い耐性が得られやすい。
As the inorganic compound used for the
正孔注入層8に用いられる有機化合物としては、例えば、下記一般式(8−1)〜(8−19)で示される化合物が挙げられる。一般式(8−1)〜(8−19)で示される化合物の中でも、一般式(8−11)で示されるポリ(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)、一般式(8−19)で示されるポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、一般式(8−4)で示される銅フタロシアニン(CuPc)が好ましく、特に、一般式(8−19)で示されるPEDOTが好ましい。
Examples of the organic compound used in the
(正孔輸送層)
正孔輸送層7に用いられる材料としては、例えば、下記一般式(7−1)〜(7−36)で示される化合物が挙げられる。一般式(7−1)〜(7−36)で示される化合物の中でも特に、一般式(7−1)で示されるα−NPDと、バンドギャップが大きく、電気的安定性・熱的安定性に優れる一般式(7−36)で示される化合物とを組み合わせて用いることが好ましい。
正孔輸送層7の材料は、1種のみであってもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。また、正孔輸送層7は、1層のみで形成されていてもよいし、2層以上積層して形成されたものであってもよい。例えば、正孔輸送層7は、発光層6側に配置した一般式(7−36)で示される化合物からなる層と、正孔注入層8側に配置した一般式(7−1)で示されるα−NPDからなる層とを積層したものとすることができる。
(Hole transport layer)
Examples of the material used for the
The material of the
(発光層)
本実施形態の有機EL素子1に含まれる発光層6は、電荷輸送および電荷再結合を行うホスト材料と、発光材料であるゲスト材料とを含む。
「ホスト材料」
本実施形態では、ホスト材料として、一般式(1)で表わされる化合物を用いる。
(Light emitting layer)
The
"Host material"
In this embodiment, a compound represented by the general formula (1) is used as the host material.
一般式(1)中のRは、水素、又は炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基である。一般式(1)中のRは、全て異なっていてもよいし、一部または全てが同じであってもよい。
一般式(1)中のRは、上記の中でも特に、水素、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数1〜5のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、水素であることが最も好ましい。
R in the general formula (1) is hydrogen or a substituent selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and an alkylamino group having 1 to 20 carbon atoms. is there. The Rs in the general formula (1) may be all different, or some or all may be the same.
R in the general formula (1) is particularly selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and an alkylamino group having 1 to 5 carbon atoms. It is preferably a substituent, and most preferably hydrogen.
(化合物の同定)
一般式(1)で表わされる化合物は、核磁気共鳴(NMR)測定の結果を用いて同定できる。NMR測定を行うと、化合物固有のスペクトルが得られる。このスペクトルから、化合物中の原子の結合状態、化学シフト、カップリングの情報を知ることにより、化合物を同定できる。NMR測定は、少量の試料を各種重溶媒に溶かして行う。
(Identification of compound)
The compound represented by the general formula (1) can be identified by using the result of nuclear magnetic resonance (NMR) measurement. When NMR measurement is performed, a spectrum peculiar to the compound can be obtained. From this spectrum, the compound can be identified by knowing the bonding state, chemical shift, and coupling information of the atoms in the compound. NMR measurement is performed by dissolving a small amount of sample in various deuterated solvents.
(化合物の発光スペクトル)
化合物の蛍光スペクトルを測定することで、化合物のS1(一重項励起状態)エネルギーを求めることができる。また、化合物のリン光スペクトルを測定することで、化合物のT1(三重項励起状態)エネルギーを求めることができる。
(Emission spectrum of compound)
By measuring the fluorescence spectrum of the compound, the S 1 (singlet excited state) energy of the compound can be obtained. Further, the T 1 (triplet excited state) energy of the compound can be obtained by measuring the phosphorescence spectrum of the compound.
「ゲスト材料」
ゲスト材料としては、蛍光材料および/またはリン光材料を用いる。ゲスト材料は、ホスト材料からのエネルギー移動を有効に行うために、ホスト材料の発光波長と重なる吸収波長を有することが好ましい。
"Guest material"
As the guest material, a fluorescent material and / or a phosphorescent material is used. The guest material preferably has an absorption wavelength that overlaps the emission wavelength of the host material in order to effectively transfer energy from the host material.
(リン光材料)
ゲスト材料がリン光材料である場合、ゲスト材料のT1エネルギーは、ホスト材料のT1エネルギーよりも小さいことが好ましい。
ゲスト材料として用いられるリン光材料としては、例えば、下記一般式(6−1)〜(6−29)で示される化合物が挙げられる。本実施形態では、ホスト材料として、一般式(1)で表わされる化合物を用いるため、一般式(6−1)〜(6−29)で示されるリン光材料の中でも特に、一般式(6−2)で示されるIr(mppy)3などの緑色発光が好ましい。
(Phosphorescent material)
If the guest material is a phosphorescent material, the T 1 energy of the guest material is preferably smaller than the T 1 energy of the host material.
Examples of the phosphorescent material used as the guest material include compounds represented by the following general formulas (6-1) to (6-29). In this embodiment, since the compound represented by the general formula (1) is used as the host material, among the phosphorescent materials represented by the general formulas (6-1) to (6-29), the general formula (6--) is particularly used. Green light emission such as Ir (mppy) 3 represented by 2) is preferable.
Ir(mppy)3は、一般式(1)で表わされる化合物よりもT1エネルギーが小さい。このため、ホスト材料として一般式(1)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料としてIr(mppy)3を用いた場合、ホスト材料からゲスト材料への効率的なエネルギー移動が起こる。その結果、駆動電圧の低い有機EL素子1となる。また、Ir(mppy)3が、一般式(1)で表わされる化合物の発光波長と重なる吸収波長を有するため、発光効率の高い有機EL素子1となる。
Ir (mppy) 3 has a smaller T 1 energy than the compound represented by the general formula (1). Therefore, when a compound represented by the general formula (1) is used as the host material and Ir (mppy) 3 is used as the guest material, efficient energy transfer from the host material to the guest material occurs. As a result, the
ホスト材料として、一般式(1)で表わされる化合物を用い、ゲスト材料としてIr(mppy)3を用いる場合、ホスト材料中のゲスト材料の含有量は、1〜6重量%であることが好ましい。ゲスト材料の含有量が上記範囲であると、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動が効率的に起こり、なおかつゲスト濃度増加による三重項−三重項消滅(TTA)による効率低下を防ぐことができる。このため、有機EL素子1の発光効率が良好となる。
When a compound represented by the general formula (1) is used as the host material and Ir (mppy) 3 is used as the guest material, the content of the guest material in the host material is preferably 1 to 6% by weight. When the content of the guest material is within the above range, energy transfer from the host material to the guest material occurs efficiently, and the efficiency decrease due to triplet-triplet annihilation (TTA) due to the increase in guest concentration can be prevented. Therefore, the luminous efficiency of the
(蛍光材料)
ゲスト材料として用いられる蛍光材料としては、例えば、下記一般式(6−30)〜(6−51)で示される化合物が挙げられる。
(Fluorescent material)
Examples of the fluorescent material used as the guest material include compounds represented by the following general formulas (6-30) to (6-51).
(電子輸送層)
適切な最低未占有分子軌道(LUMO)レベルを有する電子輸送層5を、陰極3または電子注入層4と発光層6との間に設けると、陰極3または電子注入層4から電子輸送層5への電子注入障壁が緩和され、電子輸送層5から発光層6への電子注入障壁が緩和される。また、電子輸送層5に用いられる材料が適切な最高被占有分子軌道(HOMO)レベルを有する場合、発光層6で再結合せずに対極へ流出する正孔が阻止される。その結果、発光層6内に正孔が閉じ込められて、発光層6内での再結合効率が高められる。
電子輸送層5は、電子注入障壁が問題とならず、発光層6の電子輸送能が十分に高い場合には、省略される場合がある。
(Electronic transport layer)
When an
The
電子輸送層5に用いられる材料としては、例えば、下記一般式(5−1)〜(5−28)で示される化合物が挙げられる。一般式(5−1)〜(5−28)で示される化合物の中でも特に、一般式(5−4)で示されるTPBiが好ましい。
Examples of the material used for the
(電子注入層)
電子注入層4に用いられる材料は、陰極3の仕事関数と電子輸送層5のLUMOレベル等の観点から選ばれる。電子注入層4に用いられる材料は、電子輸送層5を設けない場合には、発光層6のゲスト材料およびホスト材料のLUMOレベルを考慮して選ばれる。
電子注入層4に用いられる材料は、有機化合物でもよいし、無機化合物でもよい。電子注入層4が、無機化合物からなるものである場合には、例えば、アルカリ金属や、アルカリ土類金属の他、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、炭酸セシウム等を用いることができ、フッ化リチウムを用いることが好ましい。
(Electron injection layer)
The material used for the
The material used for the
(陰極)
陰極3は、電子注入層4または電子輸送層5に電子を注入する。このため、陰極3の材料としては、仕事関数の比較的小さな各種金属材料、各種合金等が用いられる。陰極3の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム、金、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、マグネシウムインジウム合金(MgIn)、銀合金等が挙げられる。
(cathode)
The
有機EL素子1がボトムエミッション型のものである場合、陰極3の材料として、金属からなる不透明電極を用いることができ、反射性の材料を用いてもよい。
有機EL素子1がトップエミッション型のものである場合、陰極3の材料として、透明導電材料が用いられる。なお、陰極3の材料としてITOを用いた場合、ITOの仕事関数が大きいため、電子注入が困難となる。また、ITO膜は、スパッタ法やイオンビーム蒸着法を用いて成膜するため、成膜時に電子注入層4等にダメージが与えられる可能性がある。このため、陰極3の材料としてITOを用いる場合には、電子注入層4とITOとの間に、マグネシウム層や銅フタロシアニン層を設けることが好ましい。
When the
When the
図1に示す有機EL素子1は、基板2上に、陽極9と、正孔注入層8と、正孔輸送層7と、発光層6と、電子輸送層5と、電子注入層4と、陰極3をこの順に形成することにより製造できる。陽極9、正孔注入層8、正孔輸送層7、発光層6、電子輸送層5、電子注入層4、陰極3の各層の形成方法は、特に限定されず、各層に用いられる材料の特性に合わせて、従来公知の種々の形成方法を適宜用いて形成できる。
The
具体的には、例えば、陰極3および陽極9を形成する方法として、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、スプレー熱分解(SPD)法、原子層堆積(ALD)法、気相成膜法、液相成膜法等が挙げられる。
また、電子注入層4、電子輸送層5、発光層6、正孔輸送層7、正孔注入層8の各層を形成する方法として、各層となる有機化合物を含む有機化合物溶液を塗布する塗布法、真空蒸着法、ESDUS(Evaporative Spray Deposition from Ultra−dilute Solution)法などが挙げられる。これらの形成方法の中でも特に、塗布法を用いることが好ましい。
Specifically, for example, as a method for forming the
Further, as a method of forming each layer of the
また、電子注入層4、電子輸送層5、正孔輸送層7、正孔注入層8のうちいずれかの層が無機材料からなるものである場合、無機材料からなる層は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等の方法を用いて形成できる。
When any one of the
図1に示す有機EL素子1は、陽極9と陰極3との間に、発光層6を含む積層構造が形成され、発光層6が一般式(1)で示される化合物を含む。このため、本実施形態の有機EL素子1は、発光効率が高い。また、本実施形態の有機EL素子1は、駆動電圧が低く、消費電力が低い。
The
「他の例」
本発明の有機EL素子は、上述した実施形態において説明した有機EL素子に限定されるものではない。
具体的には、上述した実施形態においては、一般式(1)で示される化合物を含む層が発光層6である場合を例に挙げて説明したが、一般式(1)で示される化合物を含む層は、2つの電極間に形成された積層構造に含まれていればよく、発光層6に限定されない。
例えば、一般式(1)で示される化合物を含む層は、正孔輸送層7または電子輸送層5であってもよい。
"Other examples"
The organic EL device of the present invention is not limited to the organic EL device described in the above-described embodiment.
Specifically, in the above-described embodiment, the case where the layer containing the compound represented by the general formula (1) is the
For example, the layer containing the compound represented by the general formula (1) may be a
また、上述した実施形態においては、一般式(1)で示される化合物を、発光層6のホスト材料として用いる場合を例に挙げて説明したが、一般式(1)で示される化合物は、発光層のゲスト材料として用いることもできるし、発光層を一般式(1)で示される化合物のみで形成することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the case where the compound represented by the general formula (1) is used as the host material of the
また、上述した実施形態においては、基板2と発光層6との間に陽極9が配置された順構造の有機EL素子1を例に挙げて説明したが、本発明の有機EL素子は、基板と発光層との間に陰極が配置された逆構造のものであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、図1に示す有機EL素子1においては、電子注入層4、電子輸送層5、正孔輸送層7、正孔注入層8は、必要に応じて形成すればよく、設けられていなくてもよい。
また、陰極3、電子注入層4、電子輸送層5、発光層6、正孔輸送層7、正孔注入層8、陽極9の各層は、1層で形成されているものであってもよいし、2層以上からなるものであってもよい。
Further, in the
Further, each of the
また、図1に示す有機EL素子1は、図1に示す陽極9、正孔注入層8、正孔輸送層7、発光層6、電子輸送層5、電子注入層4、陰極3の各層の間に、他の層を有するものであってもよい。具体的には、有機EL素子の特性をさらに向上させる等の理由から、必要に応じて、電子阻止層などを有していてもよい。
Further, the
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
「実験1」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、以下に示す化合物からなる厚み50nmの薄膜を形成した。
図2は、実験1で形成した薄膜に使用した化合物の1H−NMR測定の結果(スペクトル)を示すグラフである。NMR測定は、実験1で形成した薄膜に使用した化合物を、重溶媒である重クロロホルム(CDCl3)に溶解して行った。図2に示す結果から、実験1で形成した薄膜に使用した化合物を同定した。その結果、一般式(1)で示される化合物(一般式(1)中のRは水素である。)であることが確認できた。
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to the examples shown below.
"
A thin film having a thickness of 50 nm made of the following compounds was formed on a substrate made of a glass material by a vacuum vapor deposition method.
FIG. 2 is a graph showing the results (spectrums) of 1 H-NMR measurement of the compound used in the thin film formed in
「実験2」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、一般式(10)で示されるCBPからなる厚み50nmの薄膜を形成した。
「実験3」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、一般式(6−2)で示されるIr(mppy)3からなる厚み50nmの薄膜を形成した。
"
A thin film having a thickness of 50 nm made of CBP represented by the general formula (10) was formed on a substrate made of a glass material by a vacuum vapor deposition method.
"
A thin film having a thickness of 50 nm made of Ir (mppy) 3 represented by the general formula (6-2) was formed on a substrate made of a glass material by a vacuum vapor deposition method.
実験1および実験2で形成した薄膜について、HORIBA社製のFluoroMax−4を用い、波長300nmの励起光源を用いて、300K及び77Kにおける発光スペクトルを測定した。その結果を図3および図4に示す。図3は、実験1で形成した薄膜の測定結果を示したグラフである。図4は、実験2で形成した薄膜の測定結果を示したグラフである。
For the thin films formed in
常温(300K)での発光スペクトルは、蛍光発光を示している。したがって、常温(300K)での発光スペクトルから、S1(一重項励起状態)エネルギーに相当する知見が得られる。図3および図4に示すように、一般式(1)で示される化合物(実験1)の蛍光発光は、CBP(実験2)の蛍光発光よりも長波長側にみられる。したがって、一般式(1)で示される化合物のS1エネルギーは、CBPよりも小さい。 The emission spectrum at room temperature (300K) shows fluorescence emission. Therefore, from the emission spectrum at room temperature (300K), knowledge corresponding to S 1 (singlet excited state) energy can be obtained. As shown in FIGS. 3 and 4, the fluorescence emission of the compound represented by the general formula (1) (Experiment 1) is observed on the longer wavelength side than the fluorescence emission of CBP (Experiment 2). Therefore, S 1 energy of the compound represented by the general formula (1) is smaller than CBP.
また、実験1および実験2で形成した薄膜について、低温(77K)での発光スペクトル測定によりリン光発光を観測し、薄膜の三重項励起状態(T1)のエネルギーを求めた。なお、低温での発光スペクトル測定は、蛍光発光成分を除去してリン光スペクトルを観測するために、励起光照射後70msの遅延を設けて測定した。このようにして求めた実験1および実験2で形成した薄膜の三重項励起状態(T1)のエネルギーを表1に示す。
Further, with respect to the thin films formed in
図3および図4に示すように、一般式(1)で示される化合物のS1エネルギーは、CBPよりも小さい。また、表1に示すように、一般式(1)で示される化合物(実験1)のT1エネルギーは、CBP(実験2)とほぼ同程度である。したがって、一般式(1)で示される化合物は、CBPよりもエネルギーギャップが小さい。よって、一般式(1)で示される化合物は、発光層のホスト材料として、CBPよりも好ましい。 As shown in FIGS. 3 and 4, the S 1 energy of the compound represented by the general formula (1) is smaller than that of CBP. Further, as shown in Table 1, the T 1 energy of the compound represented by the general formula (1) (Experiment 1) is almost the same as that of CBP (Experiment 2). Therefore, the compound represented by the general formula (1) has a smaller energy gap than CBP. Therefore, the compound represented by the general formula (1) is preferable to CBP as a host material for the light emitting layer.
また、実験3で形成した薄膜について、実験1および実験2と同様にして、薄膜の三重項励起状態(T1)のエネルギーを求めた。
このようにして求めた実験3で形成した薄膜(Ir(mppy)3)の三重項励起状態(T1)のエネルギーを表1に示す。
Further, for the thin film formed in
Table 1 shows the energy of the triplet excited state (T 1 ) of the thin film (Ir (mppy) 3 ) formed in
表1に示すように、一般式(1)で示される化合物(実験1)のT1エネルギーは、一般的な緑色リン光材料であるIr(mppy)3のT1エネルギーよりも大きかった。
したがって、一般式(1)で示される化合物は、発光層のホスト材料に適している。
As shown in Table 1, the T 1 energy of the compound represented by the general formula (1) (Experiment 1) was larger than the T 1 energy of Ir (mppy) 3 , which is a general green phosphorescent material.
Therefore, the compound represented by the general formula (1) is suitable as a host material for the light emitting layer.
「実施例」
以下に示す材料を用いて、以下に示す方法により、実施例の有機EL素子を作製した。
基板の陽極上に、真空蒸着法により、正孔注入層と、第2正孔輸送層と、第1正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層と、電子注入層と、陰極とを、この順に形成し、実施例の有機EL素子を作製した。
"Example"
Using the materials shown below, the organic EL device of the example was produced by the method shown below.
On the anode of the substrate, a hole injection layer, a second hole transport layer, a first hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and a cathode are formed by a vacuum deposition method. , In this order, the organic EL element of the example was produced.
(基板、陽極)ITO(酸化インジウムスズ)からなる幅3mmにパターニングされた電極を有する平均厚さ0.7mmの市販の透明ガラス基板。
(正孔注入層)PEDOT(Clevios HIL1.5)(厚み30nm)
(正孔輸送層)「第1正孔輸送層」一般式(7−36)で示される化合物(厚み10nm)「第2正孔輸送層」α−NPD(厚み20nm)
(Substrate, Anode) A commercially available transparent glass substrate having an electrode made of ITO (indium tin oxide) and having a width of 3 mm and an average thickness of 0.7 mm.
(Hole injection layer) PEDOT (Clevios HIL1.5) (
(Hole transport layer) “First hole transport layer” Compound represented by the general formula (7-36) (
(発光層)一般式(1)で示される化合物(一般式(1)中のRは水素である。)であるホスト材料中に、ゲスト材料であるIr(mppy)3を1重量%含む(厚み25nm)
(電子輸送層)TPBi(厚み35nm)
(電子注入層)LiF膜(厚み0.8nm)
(陰極)Al膜(厚み100nm)
(Light emitting layer) 1% by weight of Ir (mppy) 3 which is a guest material is contained in the host material which is a compound represented by the general formula (1) (R in the general formula (1) is hydrogen) ( Thickness 25 nm)
(Electron transport layer) TPBi (thickness 35 nm)
(Electron injection layer) LiF film (thickness 0.8 nm)
(Cathode) Al film (
「比較例」
発光層のホスト材料に使用した化合物を、一般式(10)で示されるCBPとしたこと以外は、実施例と同様にして、比較例の有機EL素子を作製した。
"Comparison example"
An organic EL device of Comparative Example was produced in the same manner as in Examples except that the compound used as the host material of the light emitting layer was CBP represented by the general formula (10).
このようにして得られた実施例および比較例の有機EL素子について、それぞれ電流密度1mA/cm2における外部量子効率を測定した。その結果を表2に示す。
表2に示すように、実施例の有機EL素子の外部量子効率は、比較例の有機EL素子の外部量子効率と同程度であった。
The external quantum efficiencies of the organic EL devices of Examples and Comparative Examples thus obtained were measured at a current density of 1 mA / cm 2 , respectively. The results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, the external quantum efficiency of the organic EL device of the example was about the same as the external quantum efficiency of the organic EL device of the comparative example.
また、実施例および比較例の有機EL素子に対して、ケースレー社製の「2400型ソースメーター」を用いて電圧を印加し、コニカミノルタ社製の「LS−100」を用いて輝度を測定し、印加電圧と輝度の関係を調べた。その結果を図5に示す。 Further, a voltage was applied to the organic EL elements of Examples and Comparative Examples using a "2400 type source meter" manufactured by Keithley, and the brightness was measured using "LS-100" manufactured by Konica Minolta. , The relationship between the applied voltage and the brightness was investigated. The result is shown in FIG.
図5に示すように、実施例の有機EL素子では、比較例の有機EL素子と比較して、印加電圧が同じである場合に高い輝度が得られており、駆動電圧が低かった。これは、発光層のホスト材料として実施例で使用した一般式(1)で示される化合物が、比較例で使用したCBPと比較して、エネルギーギャップが小さいためであると推定される。 As shown in FIG. 5, in the organic EL element of the example, higher brightness was obtained when the applied voltage was the same, and the drive voltage was lower than that of the organic EL element of the comparative example. It is presumed that this is because the compound represented by the general formula (1) used as the host material of the light emitting layer in the examples has a small energy gap as compared with the CBP used in the comparative examples.
また、実施例および比較例の有機EL素子に対して、ケースレー社製の「2400型ソースメーター」を用いて電流密度と電力効率を調べた。その結果を図6に示す。 In addition, the current density and power efficiency of the organic EL elements of Examples and Comparative Examples were examined using a "2400 type source meter" manufactured by Keithley. The result is shown in FIG.
図6に示すように、実施例の有機EL素子では、比較例の有機EL素子と比較して、電流密度が同じである場合に高い電力効率が得られている。これは、発光層のホスト材料として実施例で使用した一般式(1)で示される化合物が、比較例で使用したCBPと比較して、エネルギーギャップが小さいためであると推定される。 As shown in FIG. 6, in the organic EL element of the example, higher power efficiency is obtained when the current density is the same as compared with the organic EL element of the comparative example. It is presumed that this is because the compound represented by the general formula (1) used as the host material of the light emitting layer in the examples has a small energy gap as compared with the CBP used in the comparative examples.
1…有機EL素子、2…基板、3…陰極、4…電子注入層、5…電子輸送層、6…発光層、7…正孔輸送層、8…正孔注入層、9…陽極。 1 ... organic EL element, 2 ... substrate, 3 ... cathode, 4 ... electron injection layer, 5 ... electron transport layer, 6 ... light emitting layer, 7 ... hole transport layer, 8 ... hole injection layer, 9 ... anode.
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