WO2005002289A1 - 電界発光素子 - Google Patents

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inorganic compound
light
emitting layer
metal
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Yasuyuki Goto
Mitsuharu Noto
Masanao Era
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Kyushu Electric Power Co., Inc.
Daiden Co., Ltd.
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    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers

Definitions

  • the present invention relates to a novel charge injection type electroluminescent device.
  • the present invention relates to a novel charge injection type electroluminescent device which can be expected to improve internal light efficiency by improving internal quantum efficiency in addition to using a phosphorescent material as a light emitting layer. Also, the present invention relates to an electroluminescent device having good color purity, particularly suitable for blue color for full color display.
  • an inorganic electroluminescent device using an inorganic compound for a light emitting layer has been mainly used.
  • the inorganic electroluminescent device employs a method in which an inorganic compound is sandwiched between insulating layers and driven by applying an AC voltage.
  • the intrinsic electric field in which high-speed electrons accelerated by a high electric field collide with each other and excite the emission center is used. It is a light emitting element. Due to their high durability, inorganic electroluminescent elements have been put to practical use in car audio and displays of factory automation (FA) equipment.
  • FA factory automation
  • the conventional inorganic electroluminescent device requires an AC power supply and a high voltage as high as 200 V to drive the device, and it is difficult to achieve full color display and insufficient brightness. Yes.
  • This device is also called a charge injection type, and its light emission mechanism is based on the fact that holes (holes) injected from an anode and electrons injected from a cathode are recombined to generate a molecule in an excited state (hereinafter referred to as an excited state). It is said to emit energy by emitting energy when the exciton returns to the ground state.
  • the light emission observed in the organic electroluminescent device is a light emission phenomenon when the exciton returns to the basal state as described above.
  • the types of excitons formed by the organic compound include a singlet excited state and a triplet excited state.
  • the ratio of exciton generation between the singlet excited state and the triplet excited state in the organic electroluminescent device is 1: 3.
  • the ground state of the organic compound is usually a singlet ground state.
  • the transition from the singlet excited state to the singlet ground state is a spin-allowed transition (the spin direction is opposite), but the transition from the triplet excited state to the singlet ground state is a strong spin-forbidden transition (spin Are the same direction).
  • Non-Patent Document 2 Hijikawa Hosokawa, Tadashi Kusumoto, (Junji Kido) "Organic EL Materials and Displays", 2001, p.321
  • the inventors of the present invention have conducted intensive research and development based on the idea that there is an effective means for increasing the internal quantum efficiency other than using a phosphorescent material as the light emitting layer.
  • a new charge injection type electroluminescent device formed by the above was completed.
  • the internal quantum efficiency of 25% of the conventional organic electroluminescent device is due to the exciton generation ratio (1: 3) between the singlet excited state and the triplet excited state. If an inorganic compound that is not affected by the generation ratio of GaN is used for the light emitting layer, it is expected that the internal quantum efficiency will be improved and the luminous efficiency will be increased.
  • the light emitting layer is formed of an inorganic compound, useful research results of inorganic electroluminescent elements that have been conventionally stacked (what kind of light emitting characteristics should be used when using an inorganic compound for the light emitting layer). Can be referred to, and the degree of freedom in selecting a light emitting material is increased.
  • An object of the present invention is to provide a novel charge injection type electroluminescent device which can be expected to improve internal light efficiency by improving internal quantum efficiency, in addition to using a phosphorescent material as a light emitting layer.
  • Another object of the present invention is to provide an electroluminescent device having good color purity, particularly suitable for blue color for full color display.
  • a charge injection type electroluminescent element that emits light by recombination of holes injected from an anode and electrons injected from a cathode is formed of an organic compound.
  • An electroluminescent device comprising a light emitting layer formed only of an inorganic compound between a hole transport layer and an electron transport layer.
  • the inorganic compound includes a metal compound that emits light by an emission transition composed of a spin-allowed transition or a spin-forbidden transition, or that emits light by an emission transition caused by an inner-shell transition of a metal ion.
  • An electroluminescent device according to the first invention characterized in that:
  • the inorganic compound is a combination of a luminescent metal compound and an inorganic compound capable of forming a solid solution with the metal compound. Or an electroluminescent device according to the second invention.
  • a fourth invention is the electroluminescent device according to the first, second or third invention, wherein the inorganic compound is a metal halide.
  • the fifth invention is characterized in that the inorganic compound is a combination of a rare earth element halide and an alkali metal or alkaline earth metal halide.
  • the inorganic compound comprises a divalent europium halide
  • the electroluminescent device according to the first, second or third invention characterized in that it is a combination of a halide of a alkali metal or an alkaline earth metal.
  • the inorganic compound is a combination of europium bromide ( ⁇ ) and cesium iodide, wherein the inorganic compound is a combination of europium bromide ( ⁇ ) and cesium iodide. This is the electroluminescent device.
  • an organic compound formed of an inorganic compound alone is provided between a hole transport layer and an electron transport layer formed of an organic compound.
  • a novel charge injection type electroluminescent device can be formed which is not affected by a limit value where the upper limit of the internal quantum efficiency is 25%.
  • a novel charge injection type electroluminescent device that can be expected to improve luminous efficiency by improving internal quantum efficiency can be obtained.
  • the light-emitting layer can be deposited at a relatively low temperature, and thus there is an advantage that the organic layer is not easily damaged by heat.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an element configuration of an electroluminescent device according to Example 1 of the present invention.
  • Garden 2 FIG. It is a characteristic diagram.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between luminance and current of the electroluminescent device according to Example 1.
  • Garden 4 FIG. 4 is a characteristic diagram of the emission spectrum of the electroluminescent devices according to Example 1 and Example 5. is there.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between luminance and current of the electroluminescent devices according to Example 1 and Example 5.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram of an emission spectrum of the electroluminescent devices according to Example 1 and Example 6.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between luminance and current of the electroluminescent elements according to Example 1 and Example 6.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing a luminance-voltage relationship of the electroluminescent devices according to Example 1 and Example 6.
  • the electroluminescent device according to the present invention is formed, for example, by the following device configuration.
  • a substrate an anode, a single layer or a plurality of organic layers having a hole transporting property, A light-emitting layer formed of a single layer, a single layer or a plurality of organic layers having an electron-transporting property, and a cathode sequentially laminated.
  • hole blocking layer hole blocking layer
  • electron injection layer an electron injection layer
  • Examples of the substrate include, but are not limited to, glass, plastic, and a metal thin film.
  • anode transparent electrode
  • examples of the anode include indium tin oxide (IT ⁇ ), titanium oxide, tin oxide, and the like formed into a thin film by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or a sol-gel method. It is not limited to these.
  • Examples of the organic material layer having a hole transporting property include polybutyral rubazole (PVK) and fueurenediamine derivatives (for example, ⁇ , ⁇ '-bis (3-methylphenyl) - ⁇ , ⁇ '-bis (phenyl)- Benzidine (TPD, etc.), triphenylamine derivative, sorbazole derivative, phenylstyrene derivative and the like are not limited thereto.
  • PVK polybutyral rubazole
  • fueurenediamine derivatives for example, ⁇ , ⁇ '-bis (3-methylphenyl) - ⁇ , ⁇ '-bis (phenyl)- Benzidine (TPD, etc.
  • triphenylamine derivative sorbazole derivative
  • phenylstyrene derivative and the like are not limited thereto.
  • the organic material layer having an electron-transporting property is not limited to these, and may be an oxaziazole derivative, a triazole derivative, a phenantophorin derivative, an aluminum quinolinol complex, or the like.
  • the organic layer having a hole transporting property and the organic layer having an electron transporting property can be formed by a vacuum evaporation method, a spin coating method, or the like.
  • Examples of the cathode (back electrode) include lithium, aluminum, magnesium, and silver, but are not limited thereto.
  • the light-emitting layer formed only of an inorganic compound is not limited to the above-described forces that can be formed by, for example, a vacuum evaporation method or a spin coating method.
  • a vacuum deposition method is preferable.
  • the inorganic compound a combination of a luminescent metal compound and an inorganic compound capable of forming a solid solution with the metal compound is preferable.
  • concentration quenching can be suppressed by increasing the distance between metal ions involved in luminescence, and as a result, the luminous efficiency of the electroluminescent device is increased. That can be S.
  • the inorganic compound is preferably a metal halide that can be deposited at a relatively low temperature so that the organic layer is not damaged by heat.
  • Examples of the inorganic compound include a rare earth element halide described below, an alkali metal or alkaline earth metal halide, manganese, copper, antimony, platinum, silver, gold, mercury, molybdenum, and tungsten. And luminescent metal compounds using iridium, ruthenium, cobalt and the like.
  • the light emitting layer can be used alone or in combination of two or more kinds.
  • halide examples include fluoride, chloride, bromide, and iodide. More specifically, as the metal halide, for example, a halide of a rare earth element, an alkali metal or an alkaline earth metal And a combination of the above halogen compounds.
  • Examples of the rare earth element include cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, honolemium, erbium, thulium, ytterbium and the like.
  • alkali metal examples include lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium.
  • alkaline earth metal examples include magnesium, calcium, strontium, barium and the like.
  • the light-emitting layer can be formed of a halide of an alkali metal or a halide of an alkaline earth metal alone or in combination of two or more.
  • the level (ground level) of Eu 2+ is the spin octet, In the light emission from each of these excited states, the octet excited state ⁇ the octet ground state The transition is a spin-allowed transition, and the transition from the sixt excited state to the octet ground state is a spin-forbidden transition. Moreover, unlike the light emitting layer of the organic electroluminescent device, Eu 2+ is said to emit light from both spin-allowed transition and spin-forbidden transition.
  • the internal quantum efficiency is usually 25. /. It can be expected to have an internal quantum efficiency of 100%, which is 4 times that of an organic electroluminescent device with an upper limit of 100%.
  • spin-allowed transition or spin-forbidden transition may include either a spin-allowed transition or a spin-forbidden transition, or a spin-allowed transition and a spin-forbidden transition. In some cases.
  • the excited state of cerium ion is (5C1) 1 level
  • the ground state is (4 is a level and both have only spin doublets. Since it is said that the transition between the excited state and the ground state is only a spin-allowed transition, a luminous efficiency with an internal quantum efficiency of 100% can be expected as in Eu 2+ .
  • the inorganic compounds there are compounds in which excitons in a triplet excited state intersecting from a singlet excited state participate in 100% emission.
  • the types of the light emission pathways are more diverse than those of the organic compounds. Therefore, if an inorganic compound suitable for the light emitting layer is selected, a device having higher internal quantum efficiency can be expected.
  • the Br dope concentration is preferably 0.01-40% by weight, more preferably 0.1-10% by weight.
  • the content is less than 0.01% by weight, carriers having a low emission center density are likely to emit light in the hole transporting layer or the electron transporting layer. Therefore, if the content exceeds 40% by weight, concentration quenching becomes strong and the luminance is significantly reduced. It is not preferable because the possibility is high.
  • the thickness of the light emitting layer is preferably 0.120 nm, more preferably 0.310 nm. . If the thickness of the light-emitting layer is less than 0.1 nm, carriers escape from the hole-transporting layer to the electron-transporting layer or vice versa to the hole-transporting layer and recombine outside the light-emitting layer It is not preferable because there is a possibility that the resistance value increases and the current becomes difficult to flow if it exceeds 20 bandages.
  • the thickness of the light emitting layer is preferably 5 nm or less. Exceeding 5 waking is not preferable because the driving voltage is no longer high and the brightness is reduced, and the element is liable to be damaged.
  • the hole blocking layer includes, for example, bathocuproine (BCP), a triazole derivative (TAZ), and an oxadiazole derivative.
  • BCP bathocuproine
  • TEZ triazole derivative
  • oxadiazole derivative an oxadiazole derivative
  • Examples of the electron injecting layer include, but are not limited to, lithium fluoride and magnesium fluoride.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an element configuration of an electroluminescent element according to Example 1 of the present invention.
  • EuBr (europium (II) bromide), which is a halide of a rare earth element, and an alkali metal
  • An electroluminescent device 1 shown in FIG. 1 was produced by co-evaporating Csl (cesium iodide), which is a halide, to form a light emitting layer 5.
  • Csl cesium iodide
  • Transparent electrode 2 I ⁇
  • Hole transport layer 4 TPD
  • Emitting layer 5 CsI + EuBr
  • Hole block layer 6 BCP
  • Electron transport layer 7 Alq
  • Cathode 8 LiF / Al
  • TPD T, ⁇ ′-bis (3-methylphenyl) - ⁇ , ⁇ ′-bis (phenyl) -benzidine
  • a glass substrate 3 having a transparent electrode 2 (100 nm) made of ITO.
  • a vacuum deposition method to form a hole transport layer 4.
  • Vacuum is 2.0 X 10- 4 Pa (Example 2 hereinafter same), the thickness of the hole transport layer 4 is 55 nm.
  • a hole block layer 6 having a thickness of 25 nm is formed thereon by vapor deposition using BCP (batasoproin), and further, using Alq (tris (8-hydroxyquinoline) aluminum). Evaporation
  • a LiF-Al electrode as a cathode was set to 100.7 nm (LiF 0.7 nm, Al 100 nm
  • reference numeral 9 denotes an electrode.
  • Example 2 using Rbl, Example 3 using KI, and Example 4 using CsBr (cesium bromide).
  • FIG. 2 shows a light emitting spectrum of the electroluminescent device according to Examples 14 to 14.
  • the emission spectrum was measured with a multi-channel detector (Hamamatsu Photonitas PMA-11).
  • Example 1 in which Csl was used as the alkali metal halide (host material), a sharp emission peak of 466 nm, which is a wavelength region showing blue, and a half-value width of 67 nm was obtained. The coordinates (0.15,0.11) were obtained. This is high-purity blue light emission exceeding the CIE1931 chromaticity coordinates (0.15, 0.16) of the blue light-emitting material reported in Non-Patent Document 2.
  • Fig. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the luminance and the current.
  • the light emitting layer is formed by changing the doping concentration of EuBr to Csl, and the light emitting layer of the device is formed.
  • Example 5 An electroluminescent device was produced in the same manner as in Example 1, and this was designated as Example 5.
  • the emission spectrum of the electroluminescent device according to Example 5 is shown in FIG. In the fifth embodiment, even if the doping concentration of EuBr is set to 5% by weight, which is five times that of the first embodiment, the luminescence of the phosphor is not increased.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the luminance and the current.
  • FIG. 5 shows Example 1 (EuBr doping concentration was Csl
  • Example 1 (1% by weight) has about 2.5 times higher brightness per current. Therefore, doping of EuBr
  • the light emitting layer was formed by changing the thickness of the light emitting layer, and the light emission spectrum and light emission luminance of the device were measured.
  • Example 6 an electroluminescent device was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the light emitting layer was changed to 5 nm, and this was designated as Example 6.
  • Example 6 The emission spectrum of the electroluminescent device according to Example 6 is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in Example 6 in which the thickness of the light-emitting layer was set to 5 nm, the emission at the bottom was reduced, High-purity blue luminescence with CIE 1931 chromaticity coordinates (0.16, 0.09) was obtained. This is considered to be due to the fact that the crystal was grown and the defects were reduced by increasing the thickness of the light emitting layer.
  • FIG. 7 shows the relationship between the luminance and the current.
  • FIG. 7 also shows the relationship between the luminance and the current of the electroluminescent device according to Example 1 (film thickness: 2 nm).
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between luminance and voltage of the electroluminescent elements according to Example 1 and Example 6.
  • Example 6 in which the light emitting layer was thickened to 5 nm, the luminance per current was reduced.
  • the maximum luminance in Example 6 was about 5 cd / m 2 . This is considered to be due to the fact that the drive voltage was increased by increasing the thickness of the light emitting layer.
  • an inorganic compound is provided between a hole transport layer and an electron transport layer formed of an organic compound.
  • a novel charge-injection-type electroluminescent element which is not affected by a limit value where the upper limit of the internal quantum efficiency is 25% can be formed. This makes it possible to obtain a novel charge injection type electroluminescent device that can be expected to improve luminous efficiency by improving internal quantum efficiency.
  • the light emitting layer can be deposited at a relatively low temperature, there is an advantage that the organic layer is not easily damaged by heat.
  • the light emitting element described in Non-Patent Document 2 has a higher chromaticity coordinate (0.15, 0.16) and higher color purity. A blue light-emitting element can be formed.

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Abstract

　発光層として燐光材料を用いる以外に、内部量子効率を高めて発光効率を改善することが期待できる新規な電荷注入型の電界発光素子を提供する。 　本発明に係る電界発光素子は、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子との再結合により発光する電界発光素子であり、有機化合物で形成された正孔輸送層と電子輸送層の間に、無機化合物のみで形成された発光層を備えている。無機化合物としては、例えば臭化ユーロピウム（II）とヨウ化セシウムを組み合わせたものを用いることができる。

Description

明 細 書
電界発光素子
技術分野
[0001] 本発明は新規な電荷注入型の電界発光素子に関するものである。
更に詳しくは、発光層として燐光材料を用いる以外に、内部量子効率を高めて発 光効率を改善することが期待できる新規な電荷注入型の電界発光素子に関する。 また色純度の良好な、特にフルカラーディスプレイ用の青色に適した電界発光素子 に関する。
背景技術
[0002] 従来、薄膜型の電界発光素子としては、発光層に無機化合物を用いる無機電界発 光素子が主流であった。
無機電界発光素子は、無機化合物を絶縁層で挟み、交流電圧を印加して駆動さ せる方式を採っており、高電界で加速された高速の電子が衝突して発光中心を励起 する真性な電界発光素子である。無機電界発光素子はその耐久性の高さから、カー オーディオや FA(Factory Automation)機器のディスプレイ等で実用化されてレ、る。
[0003] し力、しながら、従来の無機電界発光素子では、その駆動に交流電源と 200Vもの高 電圧が必要で、フルカラー化も困難であり、また輝度も不十分である等の問題点を有 している。
[0004] 一方、 1987年にイーストマン.コダック（Eastman Kodak)社のタン氏（C.W.Tang)ら は、陽極と陰極との間に有機薄膜を積層した有機電界発光素子を発表し、低電圧駆 動で高輝度の発光を実現した (非特許文献 1参照)。
[0005] 非特許文献 l : C.W.Tang他， Γ Applied Physics Letters] , 1987,第 51卷， p.913
[0006] この素子は電荷注入型とも称され、その発光機構は、陽極から注入される正孔 (ホ ール）と陰極から注入される電子が再結合して励起状態の分子 (以下、励起子という） を形成し、その励起子が基底状態にもどる際にエネルギーを放出し発光するものと 言われている。
[0007] このタン氏（C.W.Tang)らの発表以来、有機電界発光素子にっレ、て、 RGBの三原 色の発光、輝度向上、安定性、積層構造、作製方法等の研究が盛んに行われてい る。現在では、携帯電話やカーオーディオ用のディスプレイとして一部実用化が始ま つており、液晶ディスプレイに代わる次世代のフラット 'ディスプレイとして有望視され ている。
[0008] ところで、有機電界発光素子においてみられる発光は、上記したように励起子が基 底状態にもどる際の発光現象である。そして、有機化合物が形成する励起子の種類 としては、一重項励起状態と三重項励起状態がある。また、理論的 (統計的）に、有 機電界発光素子における一重項励起状態と三重項励起状態の励起子の生成比は、 1： 3であることが分かっている。
[0009] 更に有機化合物の基底状態は、通常、一重項基底状態である。また、一重項励起 状態→一重項基底状態の遷移はスピン許容遷移 (スピンの向きが逆向き）であるが、 三重項励起状態→一重項基底状態への遷移は、強度のスピン禁制遷移 (スピンの 向きが同じ)である。
[0010] 以上のようなことから、三重項励起状態の励起子が一重項基底状態へもどろうとし ても、既に同じ向きにスピンしている電子が基底状態に存在しているため、三重項励 起状態にある励起子は、励起状態に長く留まってエネルギーを熱として放出しまい、 結果的に発光に関与できない。
[0011] このため一般的な有機化合物は、通常、一重項励起状態からの発光（蛍光）のみ が観測され、三重項励起状態からの発光 (燐光）は観測されない。しかも上記したよう に、一重項励起状態と三重項励起状態の励起子の生成比が 1 : 3であることから、有 機電界発光素子における発光の内部量子効率は 25%が上限とされている。つまり、 100個の電子を正孔と再結合させてエネルギー励起を生じさせても、理論的には、 1 00個の電子から 25個の光子しか作り出すことができないことになり、極めて生産性が 低い。
[0012] そこで近年、内部量子効率を高めるため、三重項励起状態の励起子を利用して発 光 (燐光)する有機化合物が開発され始めてレ、る。
[0013] 一方、テレビジョンやコンピュータ一等のフラット 'ディスプレイを実用化させるため には、上記した発光効率の改善と共に、フルカラー化が必要不可欠である。特にフ ルカラーディスプレイ用の青色としては、その色度が緑側にシフトしているため、色純 度の良好な青色発光層の開発が望まれている。
[0014] この色純度の課題を解決するため、例えば発光層としてジスチリルァリーレン誘導 体を使用し、この発光層に蛍光性のドーパント（ァミン誘導体である DSAァミン)を導 入したものが開発されており、 CIE1931色度座標（0.15,0.16)の青色発光が得られた ことが報告されている（非特許文献 2参照）。
[0015] 非特許文献 2 :細川地潮，楠本正，（監修城戸淳二)「有機 EL材料とディスプレイ」 ，2001， p.321
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 上記したように、電荷注入型の電界発光素子において、内部量子効率を高めて発 光効率を改善するため、三重項励起状態の励起子を利用して発光 (燐光)する有機 化合物が開発され始めている。
[0017] し力、しながら、室温で安定に燐光を発する材料は蛍光材料と比べると非常に少なく
、材料選択の自由度が狭いというのが現状である。このため、発光層として燐光材料 を用いる以外に、内部量子効率を高めて発光効率の改善が期待できる新規な電荷 注入型の電界発光素子の開発が望まれる。
[0018] また上記したように、色純度の良好な青色発光層として、 CIE1931色度座標（
0.15,0.16)を実現したものが報告されているが、更に色純度の高い青色発光材料が 実現されると、カラーフィルタを使用する必要も無くなり、より高品質のディスプレイが 実現可能である。
[0019] そこで本発明者らは、発光層として燐光材料を用いる以外に内部量子効率を高め る有効な手段がないかという発想のもと鋭意研究開発に努めた結果、発光層を無機 化合物のみで形成した新規な電荷注入型の電界発光素子を完成した。
[0020] つまり、従来の有機電界発光素子の内部量子効率 25%がー重項励起状態と三重 項励起状態の励起子の生成比（1 : 3)に起因していることから、この励起子の生成比 に影響されない無機化合物を発光層に用いれば、内部量子効率を向上させて発光 効率を上げることが期待できる。 [0021] しかも、無機化合物で発光層を形成するようにすれば、従来から積み重ねられてき た無機電界発光素子の有用な研究結果 (どの無機化合物を発光層に使用すればど のような発光特性が得られるか等）を参考にすることができ、発光材料の選択の自由 度が広くなる。
[0022] (本発明の目的）
本発明の目的は、発光層として燐光材料を用いる以外に、内部量子効率を高めて 発光効率を改善することが期待できる新規な電荷注入型の電界発光素子を提供す ることである。
[0023] 本発明の他の目的は、色純度の良好な、特にフルカラーディスプレイ用の青色に 適した電界発光素子を提供することである。
課題を解決するための手段
[0024] 即ち、上記目的を達成するために講じた本発明の手段は次のとおりである。
[0025] 第 1の発明にあっては、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子との再 結合により発光する電荷注入型の電界発光素子であって、有機化合物で形成された 正孔輸送層と電子輸送層の間に、無機化合物のみで形成された発光層を備えてい ることを特徴とする、電界発光素子である。
[0026] 第 2の発明にあっては、無機化合物は、スピン許容遷移またはスピン禁制遷移から なる発光遷移で発光するか、金属イオンの内殻遷移による発光遷移で発光する金属 化合物を備えていることを特徴とする、第 1の発明に係る電界発光素子である。
[0027] 第 3の発明にあっては、無機化合物は、発光性の金属化合物と、該金属化合物を 固溶することができる無機化合物を組み合わせたものであることを特徴とする、第 1ま たは第 2の発明に係る電界発光素子である。
[0028] 第 4の発明にあっては、無機化合物が金属ハロゲン化物であることを特徴とする、 第 1 , 2または第 3の発明に係る電界発光素子である。
[0029] 第 5の発明にあっては、無機化合物が、希土類元素のハロゲン化物と、アルカリ金 属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を組み合わせたものであることを特徴とす る、第 1， 2または第 3の発明に係る電界発光素子である。
[0030] 第 6の発明にあっては、無機化合物が、二価のユーロピウムのハロゲン化物と、ァ ルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を組み合わせたものであることを 特徴とする、第 1 , 2または第 3の発明に係る電界発光素子である。
[0031] 第 7の発明にあっては、無機化合物が、臭化ユーロピウム（Π)とヨウ化セシウムを組 み合わせたものであることを特徴とする、第 1， 2または第 3の発明に係る電界発光素 子である。
発明の効果
[0032] 本発明の効果は次の通りである。
(a)本発明によれば、有機化合物を発光層として用いた有機電界発光素子と相違し て、有機化合物で形成された正孔輸送層と電子輸送層の間に、無機化合物のみで 形成された発光層を用いることにより、内部量子効率の上限が 25%とされる限界値 の影響を受けない新規な電荷注入型の電界発光素子を形成することができる。これ により、内部量子効率を向上させることで、発光効率の改善が期待できる新規な電荷 注入型の電界発光素子を得ることができる。
[0033] (b)無機化合物として、発光性の金属化合物と、該金属化合物を固溶できる無機化 合物を組み合わせたものを用いたものでは、発光に関わる金属イオン間の距離を離 して濃度消光を抑制することができ、結果的に電界発光素子の発光効率を上げるこ とができる。
[0034] (c)無機化合物として金属ハロゲン化物を用いたものでは、発光層を比較的低温度 で蒸着できるので、有機層を熱で傷めにくいという利点がある。
[0035] (d)無機化合物として臭化ユーロピウム（Π)とヨウ化セシウムを組み合わせたものを用 レ、たものでは、非特許文献 2に記載された発光素子の色度座標 (0.15,0.16)を上回る 高レ、色純度の青色発光素子を形成することができる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]図 1は本発明の実施例 1に係る電界発光素子の素子構成を示す説明図である 園 2]図 2は実施例 1一 4に係る電界発光素子の発光スペクトルの特性図である。 園 3]図 3は実施例 1に係る電界発光素子の輝度-電流の関係を示す特性図である。 園 4]図 4は実施例 1及び実施例 5に係る電界発光素子の発光スペクトルの特性図で ある。
[図 5]図 5は実施例 1及び実施例 5に係る電界発光素子の輝度一電流の関係を示す 特性図である。
[図 6]図 6は実施例 1及び実施例 6に係る電界発光素子の発光スペクトルの特性図で ある。
[図 7]図 7は実施例 1及び実施例 6に係る電界発光素子の輝度一電流の関係を示す 特性図である。
[図 8]図 8は実施例 1及び実施例 6に係る電界発光素子の輝度 -電圧の関係を示す 特性図である。
符号の説明
[0037] 1 電界発光素子
2 透明電極
3 ガラス基板
4 ホール輸送層
5 発光層
6 ホーノレブロック層
7 電子輸送層
8 陰極
9 電極
発明を実施するための最良の形態
[0038] 本発明に係る電界発光素子は、例えば次のような素子構成によって形成される。
(1)基板、陽極 (透明電極）、無機化合物のみで形成された発光層、陰極 (背面電極 )を順次積層したもの、
(2)基板、陽極、無機化合物のみで形成された発光層、単層又は複数層の電子輸 送性を有する有機物層、陰極を順次積層したもの、
(3)基板、陽極、単層又は複数層の正孔輸送性を有する有機物層、無機化合物の みで形成された発光層、陰極を順次積層したもの、
(4)基板、陽極、単層又は複数層の正孔輸送性を有する有機物層、無機化合物の みで形成された発光層、単層又は複数層の電子輸送性を有する有機物層、陰極を 順次積層したもの等である。
また、ホールブロック層（正孔阻止層）や電子注入層を有するものを使用することも できる。
[0039] 基板としては、ガラス、プラスチック、金属薄膜等を挙げることができるが、これらに 限定するものではない。
[0040] 陽極 (透明電極）としては、インジウム錫ォキシド (IT〇）、酸化チタン、酸化錫等を、 真空蒸着法、スパッタリング法、ゾルゲル法により薄膜に形成したもの等を挙げること ができるが、これらに限定するものではない。
[0041] 正孔輸送性を有する有機物層としては、ポリビュル力ルバゾール（PVK)、フエユレ ンジァミン誘導体（例えば Ν,Ν'-ビス (3-メチルフエ二ル)- Ν，Ν'-ビス (フエニル) -ベンジ ジン (TPD等）、トリフヱニルァミン誘導体、力ルバゾール誘導体、フヱニルスチレン誘 導体等を挙げることができる力 これらに限定するものではない。
[0042] 電子輸送性を有する有機物層としては、ォキサジァゾール誘導体、トリァゾール誘 導体、フエナント口リン誘導体、アルミキノリノール錯体等を挙げることができる力 これ らに限定するものではない。
[0043] 正孔輸送性を有する有機物層及び電子輸送性を有する有機物層は、真空蒸着法 やスピンコート法等により形成することができる。
[0044] 陰極（背面電極）としては、リチウム、アルミニウム、マグネシウム、銀等を挙げること ができるが、これらに限定するものではない。
[0045] 無機化合物のみで形成された発光層は、例えば真空蒸着法やスピンコート法等に より形成することができる力 これらに限定するものではない。
なお、均質な膜が得られやすぐかつピンホールが生成しにくいなどの観点から、 真空蒸着法が好ましい。
[0046] また無機化合物としては、発光性の金属化合物と、該金属化合物を固溶することが できる無機化合物を組み合わせたものが好ましレ、。
発光性の金属化合物を固溶させることにより、発光に関わる金属イオン間の距離を 離して濃度消光を抑制することができ、結果的に電界発光素子の発光効率を上げる こと力 Sできる。
[0047] 無機化合物としては、有機層を熱で傷めないように、比較的低温度で蒸着すること ができる金属ハロゲン化物が好ましい。
[0048] 無機化合物としては、以下で説明する希土類元素のハロゲンィ匕物と、アルカリ金属 またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の他、マンガン、銅、アンチモン、白金、銀、 金、水銀、モリブデン、タングステン、イリジウム、ルテニウム、コバルト等を用いた発光 性の金属化合物を挙げることができる。
なお、無機化合物は、単独で、または二種類以上組み合わせて発光層とすることが できる。
[0049] ハロゲン化物としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物等を挙げることができる 更に具体的には、金属ハロゲンィヒ物として、例えば希土類元素のハロゲン化物と、 アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲンィヒ物を組み合わせたものを挙げるこ とができる。
[0050] 希土類元素としては、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、ホノレミゥム、エルビウム、ツリウム、イツテル ビゥム等を挙げることができる。
アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等を挙げ ること力 Sできる。
アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等を 挙げること力 Sできる。
なお、アルカリ金属のハロゲン化物またはアルカリ土類金属のハロゲン化物は、単 独で、または二種類以上組み合わせて発光層を形成することができる。
[0051] 例えば無機化合物として二価のユーロピウムを有する金属化合物を用いた場合、 E u2+の発光は、
Figure imgf000010_0001
ムイオンの内殻遷移に由来している。 Eu2+の (4が準位（基底状態）はスピン 8重項で あり、
Figure imgf000010_0002
この それぞれの励起状態からの発光において、 8重項励起状態→8重項基底状態への 遷移はスピン許容遷移であり、 6重項励起状態→8重項基底状態への遷移はスピン 禁制遷移である。しかも、有機電界発光素子の発光層とは異なり、 Eu2+はスピン許 容遷移及びスピン禁制遷移の両方から発光すると言われている。
[0052] したがって、この Eu2+を電荷注入型の電界発光素子の発光層として利用すれば、 通常、内部量子効率 25。/。が上限とされている有機電界発光素子と比較して、その 4 倍の内部量子効率 100%の発光効率が期待できる。
[0053] 本明細書にレ、う「スピン許容遷移またはスピン禁制遷移」には、スピン許容遷移また はスピン禁制遷移のいずれか一方を含む場合もあるし、あるいはスピン許容遷移及 びスピン禁制遷移の両方を含む場合もある。
[0054] また無機化合物として例えばセリウムを有する金属化合物を用いた場合、セリウムィ オンの励起状態は (5C1)1準位、基底状態は (4が準位で共にスピン二重項しか存在せ ず、励起状態と基底状態間の遷移はスピン許容遷移のみであると言われているため 、 Eu2+と同様、内部量子効率 100%の発光効率が期待できる。
[0055] 更に無機化合物の中には、一重項励起状態から項間交差した三重項励起状態の 励起子が 100%発光に関与するようなものも存在する。このように、その発光経路の 種類は有機化合物よりも多岐に亘つているため、発光層に好適な無機化合物を選択 すれば、内部量子効率がより高い素子の作製が期待できる。
[0056] 無機化合物として EuBrと Cslを組み合わせたものを用いた場合、 Cslに対する Eu
2
Brドープ濃度は好ましくは 0.01— 40重量％であり、更に好ましくは 0.1から 10重量％
2
である。 0.01重量％未満では、発光センター密度が低ぐキャリアが正孔輸送層また は電子輸送層で発光する可能性が高いため好ましくなぐ 40重量％を越えると濃度 消光が強くなり、著しく輝度が低下する可能性が高いので好ましくない。
[0057] 無機化合物として希土類元素の塩ィヒ物とアルカリ金属の塩化物を組み合わせたも のを用いた場合、発光層の厚さは好ましくは 0.1 20匪であり、更に好ましくは 0.3 10nmである。発光層の厚さが O.lnm未満では、キャリアが正孔輸送層から電子輸送 層へまたは逆の電子輸送層力、ら正孔輸送層へ抜けて、発光層以外で再結合してし まう可能性があるため好ましくなぐ 20匪を越えると抵抗値が上がり電流が流れにくく なる可能性が高いので好ましくない。 [0058] また無機化合物として臭化ユーロピウム (Π)とヨウ化セシウムを組み合わせたものを 用いた場合、発光層の厚さは 5nm以下が好ましい。 5醒を越えると、駆動電圧が高く なくなると共に輝度が低下し、更に素子が損傷を受けやすくなるので好ましくない。
[0059] 無機化合物として臭化ユーロピウム（II)とヨウ化セシウムを組み合わせたものを用い た場合、 CIE1931色度座標で x≤0.16、 y≤ 0.15の高純度の青色発光を得ることがで きる。即ち、非特許文献 2に記載された発光素子の色度座標 (0.15,0.16)と同等か、あ るいはそれを上回る高レ、色純度の青色発光素子を得ることができる。
[0060] ホールブロック層としては、例えばバソクプロイン (BCP)、トリァゾール誘導体 (TAZ )、ォキサジァゾール誘導体を挙げることができる力 これらに限定するものではない
[0061] 電子注入層としては、例えばフッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどを挙げること ができるが、これらに限定するものではない。
実施例
[0062] 以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな レ、。
[0063] [実施例 1]
図 1は本発明の実施例 1に係る電界発光素子の素子構成を示す説明図である。
[0064] 希土類元素のハロゲン化物である EuBr (臭化ユーロピウム（II) )と、アルカリ金属
2
のハロゲン化物である Csl (ヨウ化セシウム）を共蒸着して発光層 5を成膜することによ り、図 1に示す電界発光素子 1を作製した。
[0065] 素子構成の詳細は、以下の通りである。
透明電極 2 (IT〇） /ホール輸送層 4 (TPD) /発光層 5 (CsI+EuBr ) /ホールブロッ ク層 6 (BCP) I電子輸送層 7 (Alq ) I陰極 8(LiF/Al)
[0066] 即ち、 ITOで構成される透明電極 2 (lOOnm)付きのガラス基板 3上に、 TPD (Ν,Ν'- ビス (3-メチルフエニル) -Ν,Ν'-ビス (フエニル) -ベンジジン）を真空蒸着法によって蒸 着し、ホール輸送層 4を形成した。真空度は 2.0 X 10— 4Paであり（実施例 2以降も同じ） 、ホール輸送層 4の膜厚は 55nmである。
[0067] その上に、発光層 5として、 EuBrと Cslを共蒸着して成膜した。 EuBrは Cslに対し て 1重量％とし、発光層 5の膜厚は 2nmとした。蒸着速度は、 Cslが 0.2ng m2' sec、臭 化ユーロピウムが 0.002ngん m2 · secとした。
[0068] 更にその上に、 BCP (バタソプロイン）を用いて蒸着を行レ、、厚さ 25nmのホールブロ ック層 6を形成し、更に、 Alq (トリス (8-ヒドロキシキノリン)アルミニウム）を用いて蒸着
3
を行い、膜厚 35nmの電子輸送層 7を形成した。
[0069] 更に電子輸送層 7の上に、陰極として LiF-Al電極を 100.7nm (LiF 0.7nm、 Al lOOnm
)蒸着し、陰極 8を得た。図 1で符号 9は電極を示している。
[0070] [実施例 2— 4]
アルカリ金属のハロゲン化物として、 Rbl (ヨウ化ルビジウム）、 KI (ヨウ化カリウム）、 CsBr (臭化セシウム）をそれぞれ用いる以外は、上記した実施例 1と同様に発光層を 成膜して電界発光素子を作製した。 Rblを用いたものを実施例 2、 KIを用いたものを 実施例 3、 CsBr (臭化セシウム）を用いたものを実施例 4とした。
[0071] (実施例 1一 4の発光スペクトルの測定）
実施例 1一 4に係る電界発光素子の発光スぺクトルを図 2に示す。
なお、発光スペクトルは、マルチチャンネル検出器（浜松ホトニタス PMA-11)で測 定した。
[0072] 図 2に示すように、各実施例において、 Eu2+の最低励起状態 (4が(5 →基底状態 (4f)7に由来する発光が観測された。
[0073] また、アルカリ金属のハロゲン化物（ホスト材料）として Cslを用いた実施例 1では、 青色を示す波長域である発光ピーク 466nm、半値幅 67nmのシャープな発光ピークが 得られ、 CIE1931色度座標（0.15,0.11)が得られた。これは、非特許文献 2記載で報 告されてレ、る青色発光材料の CIE1931色度座標（0.15,0.16)を上回る高純度の青色 発光である。
[0074] Cslを用いた場合に高い色純度が実現できた理由は明らかではなレ、が、 Cslの陽ィ オン (Cs+)と陰イオン (Γ)が共に大きなイオン半径を持っため、 Csl結晶の 6配位空間 に EuBrが固溶されて、 Eu2+の周囲の歪みが少なくなつたためであると推察される。
2
[0075] (実施例 1の発光輝度の測定）
実施例 1に係る電界発光素子に電圧 13Vを印加し、その発光輝度を輝度計 (ミノル タ LS-110)で測定したところ、その輝度は 25cd/m2であった。図 3にその輝度一電流 の関係を示す特性図を示す。
[0076] [実施例 5]
Cslに対する EuBrのドープ濃度を変えて発光層を成膜し、その素子の発光スぺク
2
トル及び発光輝度を測定した。
詳しくは、 EuBrのドープ濃度を Cslに対して 5重量％とした以外は、上記した実施
2
例 1と同様に電界発光素子を作製し、これを実施例 5とした。
[0077] (発光スペクトルについて）
実施例 5に係る電界発光素子の発光スペクトルを、実施例 1と共に図 4に示す。実 施例 5では、 EuBrのドープ濃度を実施例 1の 5倍である 5重量％としてもその発光ス
2
ぺクトルはほぼ同じであり、じ 1931色度座標（0.16，0.10)が得られた。
[0078] (発光輝度について）
実施例 5に係る電界発光素子に電圧 15Vを印加し、その発光輝度を輝度計 (ミノル タ LS-110)で測定したところ、その輝度は 15cd/m2であった。図 5にその輝度一電流 の関係を示す特性図を示す。なお、図 5には、実施例 1 (EuBrのドープ濃度が Csl
2
に対して 1重量％)に係る電界発光素子の輝度一電流の関係についても併せて示し ている。
[0079] 図 5に示すように、 EuBrのドープ濃度を 5倍にした実施例 5 (5重量％)よりも、実施
2
例 1 (1重量％)の方が電流当たりの輝度が約 2. 5倍と高い。よって、 EuBrのドープ
2 濃度は 1重量％程度が良いと考えられる。
[0080] [実施例 6]
発光層の膜厚を変えて発光層を成膜し、その素子の発光スペクトル及び発光輝度 を測定した。
詳しくは、発光層の膜厚を 5nmにした以外は、上記した実施例 1と同様に電界発光 素子を作製し、これを実施例 6とした。
[0081] (発光スペクトルついて）
実施例 6に係る電界発光素子の発光スペクトルを、実施例 1と共に図 6に示す。図 6 に示すように、発光層の膜厚を 5nmにした実施例 6では、その裾の発光が減少し、 CIE1931色度座標（0.16,0.09)の高純度の青色発光が得られた。これは、発光層を厚 くしたことにより、結晶が成長し、欠陥が減少したためと考えられる。
[0082] (発光輝度について）
実施例 6に係る電界発光素子に電圧 15Vを印加し、その発光輝度を輝度計 (ミノル タ LS-110)で測定したところ、その輝度は 5.5cd/m2であった。図 7にその輝度一電流 の関係を示す。なお、図 7には実施例 1に係る電界発光素子（膜厚を 2nm)の輝度一 電流の関係についても併せて示している。
更に図 8に、実施例 1及び実施例 6に係る電界発光素子の輝度 -電圧の関係を示 す特性図を示す。
[0083] 図 7に示すように、発光層を 5nmまで厚くした実施例 6では、電流当たりの輝度が低 下した。最高輝度についても実施例 6では 5cd/m2程度であった。この原因としては、 発光層を厚くしたことにより、駆動電圧が上がってしまったことに起因すると考えられ る。
[0084] なお、本明細書で使用している用語と表現はあくまで説明上のものであって、限定 的なものではなぐ上記用語、表現と等価の用語、表現を除外するものではない。 産業上の利用可能性
[0085] 以上のように、本発明によれば、有機化合物を発光層として用いた有機電界発光 素子と相違して、有機化合物で形成された正孔輸送層と電子輸送層の間に、無機化 合物のみで形成された発光層を用いることにより、内部量子効率の上限が 25%とさ れる限界値の影響を受けない新規な電荷注入型の電界発光素子を形成することが できる。これにより、内部量子効率を向上させることで、発光効率の改善が期待できる 新規な電荷注入型の電界発光素子を得ることができる。
[0086] 無機化合物として、発光性の金属化合物と、該金属化合物を固溶できる無機化合 物を組み合わせたものを用いたものでは、発光に関わる金属イオン間の距離を離し て濃度消光を抑制することができ、結果的に電界発光素子の発光効率を上げること ができる。
[0087] 無機化合物として金属ハロゲン化物を用いたものでは、発光層を比較的低温度で 蒸着できるので、有機層を熱で傷めにくいという利点がある。 無機化合物として臭化ユーロピウム（II)とヨウ化セシウムを組み合わせたものを用い たものでは、非特許文献 2に記載された発光素子の色度座標（0.15,0.16)を上回る高 レ、色純度の青色発光素子を形成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子との再結合により発光する電荷 注入型の電界発光素子であって、
有機化合物で形成された正孔輸送層と電子輸送層の間に、無機化合物のみで形 成された発光層を備えていることを特徴とする、
電界発光素子。
[2] 無機化合物は、スピン許容遷移またはスピン禁制遷移からなる発光遷移で発光す るか、金属イオンの内殻遷移による発光遷移で発光する金属化合物を備えているこ とを特徴とする、
請求項 1記載の電界発光素子。
[3] 無機化合物は、発光性の金属化合物と、該金属化合物を固溶することができる無 機化合物を組み合わせたものであることを特徴とする、
請求項 1または 2記載の電界発光素子。
[4] 無機化合物が金属ハロゲン化物であることを特徴とする、
請求項 1 , 2または 3記載の電界発光素子。
[5] 無機化合物が、希土類元素のハロゲン化物と、アルカリ金属またはアルカリ土類金 属のハロゲン化物を組み合わせたものであることを特徴とする、
請求項 1 , 2または 3記載の電界発光素子。
[6] 無機化合物が、二価のユーロピウムのハロゲン化物と、アルカリ金属またはアルカリ 土類金属のハロゲン化物を組み合わせたものであることを特徴とする、
請求項 1 , 2または 3記載の電界発光素子。
[7] 無機化合物が、臭化ユーロピウム（Π)とヨウ化セシウムを組み合わせたものであるこ とを特徴とする、
請求項 1 , 2または 3記載の電界発光素子。
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