JP2006013482A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】 一対の電極間に発光層を有する有機電界発光素子において、前記発光層は燐光ドーパント及びホストを含み、前記ホストとして、（ｉ）電荷輸送化合物（好ましくはカルバゾール系化合物）と、（ｉｉ）オキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうちから選択された一つ以上と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子である。これにより、発光層の形成時に、正孔輸送物質と電子輸送物質との混合物を燐光デバイスのホストとして使用することにより、正孔阻止層を別途に形成せずとも発光効率及び寿命特性が改善される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機電界発光素子に係り、さらに詳細には燐光ドーパントを含む発光層を採用し、効率及び寿命特性が改善された有機電界発光素子に関する。

有機電界発光素子の発光材料は、その発光メカニズムにより、一重項状態の励起子を利用する蛍光材料と、三重項状態を利用する燐光材料とに分けられる。

燐光材料は、一般的に重い原子を含有する有機金属化合物構造を有し、かかる燐光材料を利用すれば、元来禁止転移であった三重項状態の励起子が許容転移を経て発光するようになる。燐光材料は、７５％の生成確率を有する三重項励起子を使用できるようになり、２５％生成確率を有する一重項励起子を利用する蛍光材料よりはるかに高い発光効率を有することができる。

燐光材料を利用した発光層は、ホスト物質、及びそこからエネルギーを転移されて発光するドーパント物質より構成される。前記ドーパント物質としては、プリンストン大学及び南カリフォルニア大学でイリジウム金属化合物を利用したさまざまな材料が報告されている。特に、青色発光材料としては、（４，６−Ｆ_２ｐｐｙ）_２Ｉｒｐｉｃやフッ素化されたｐｐｙ配位子構造を基本とするＩｒ化合物が開発され、それら物質のホスト材料としては、ＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル）が多用されている。ＣＢＰは、その三重項状態のエネルギーバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）が緑色、赤色材料のエネルギーギャップに対しては十分なエネルギー転移を可能にするが、青色材料のエネルギーギャップよりは小さいので、発熱エネルギー転移ではない、非常に非効率的な吸熱転移が起きると報告されている。かかる結果より、ＣＢＰホストは、青色ドーパントへのエネルギー転移が十分でないので、青色発光効率が低くて寿命が短いという問題点の原因として指摘されている。

最近、燐光材料を利用した発光層形成時に、ＣＢＰより大きい三重項エネルギーバンドギャップを有するカルバゾール系化合物をホストとして利用する方法が公知された。

しかし、これまで知られているカルバゾール系化合物を利用する場合、燐光デバイスの効率及び寿命特性を満足するだけのレベルに至れずに改善の余地が多い。

このために、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の問題点を解決し、効率及び寿命特性が改善された有機電界発光素子を提供することである。

前記技術的課題を解決するために、本発明では、一対の電極間に発光層を有する有機電界発光素子において、前記発光層は燐光ドーパント及びホストを含み、前記ホストとして、（ｉ）電荷輸送化合物と、（ｉｉ）オキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうちから選択された一つ以上と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子を提供する。

前記発光層の上部には、正孔阻止層なしに電子輸送層が直に積層される。

本発明の有機電界発光素子は、発光層形成時に、正孔輸送性を有した電荷輸送化合物と電子輸送性を有したオキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうち、選択された一つ以上の混合物を燐光デバイスのホストとして使用することにより、正孔阻止層を使用せずにデバイスの効率及び寿命特性が改善される。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明では、燐光ドーパントを含む発光層の形成時に、ホストとして正孔輸送特性を有する電荷輸送化合物（好ましくはカルバゾール系化合物）と、電子輸送特性を有するオキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうち、選択された一つ以上を共に使用し、正孔阻止層（ＨＢＬ）を形成しないので、デバイス構造が単純化されるだけではなく、発光効率及び寿命特性が向上した有機電界発光素子を得ることができる。

前記オキサジアゾール化合物の例としては、（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾールがあり、前記フェナントロリン系化合物の例としては、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−９，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）を挙げることができ、前記トリアジン系化合物の例としては、２，４，６−トリス（ジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリカルバゾロ−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリス（Ｎ−フェニル−２−ナフチルアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリス（Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミノ）−１，３，５−トリアジンなどを挙げることができる。

前記電荷輸送化合物（好ましくはカルバゾール系化合物）の例として、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン及びビス（４−カルバゾリルフェニル）シランからなる群から選択された一つ以上を挙げることができる。

前記発光層でのホストの含有量は、発光層形成材料の総重量（すなわち、ホストとドーパントの総重量）１００重量部を基準として８０ないし９９重量部であることが望ましい。もし、ホストの含有量が８０重量部未満ならば、三重項の消光現象が起きて効率が低下し、９９重量部を超えれば、発光物質が不足して効率及び寿命が低下して望ましくない。

前記ホストを構成する電子輸送物質であるオキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうち、選択された一つ以上の含有量は、正孔輸送物質１００重量部を基準として５ないし２，０００重量部であることが望ましい。もし、電子輸送物質の含有量が５重量部未満ならば、単一ホストに比べて特性が改善されず、２，０００重量部を超えれば、特性改善効果が現れないために望ましくない。

本発明の発光層形成時に使われる燐光ドーパントは、発光物質であり、この非制限的な例として、ビスチエニルピリジンアセチルアセトネートイリジウム、ビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトネートイリジウム、ビス（２−フェニルベンゾチアゾール）アセチルアセトネートイリジウム、ビス（１−フェニルイソキノリン）イリジウムアセチルアセトネート、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウムなどを挙げることができる。

以下、本発明の有機電界発光素子の製造方法について述べれば次の通りである。
図１を参照し、本発明の一実施形態による有機電界発光素子の製造方法を説明すれば、次の通りである。

まず、基板上部に、第１電極であるアノード用物質をコーティングしてアノードを形成する。ここで、基板としては、一般的な有機電界発光素子で使われる基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱い容易性及び防水性にすぐれる有機基板または透明プラスチック基板が望ましい。そして、アノード用物質としては、透明であって伝導性にすぐれる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを使用する。

前記アノードの上部に正孔注入物質を真空熱蒸着、またはスピンコーティングして正孔注入層（ＨＩＬ）を選択的に形成する。ここで、正孔注入層の厚さは、５０ないし１，５００Åであるのが望ましい。もし、正孔注入層の厚さが５０Å未満である場合には、正孔注入特性が低下し、１，５００Åを超える場合には、駆動電圧の上昇のために望ましくない。

前記正孔注入層物質としては特別に制限されず、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）またはスターバスト（Ｓｔａｒｂｕｒｓｔ）型アミン類であるＴＣＴＡ（構造式を以下に記載）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−ｔｒｉｓ｛Ｎ，−３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ｝ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）（構造式を以下に記載）、ＩＤＥ４０６（出光社製）などを正孔注入層として使用できる。

前記過程によって形成された正孔注入層の上部に、正孔輸送層物質を真空熱蒸着またはスピンコーティングして正孔輸送層（ＨＴＬ）を選択的に形成する。前記正孔輸送層の物質は特別に制限されず、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）（構造式を以下に記載）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）（構造式を以下に記載）、ＩＤＥ３２０（出光社製）などが使われる。ここで、正孔輸送層の厚さは５０ないし１，５００Åであることが望ましい。もし、正孔輸送層の厚さが５０Å未満である場合には、正孔伝達特性が低下し、１，５００Åを超える場合には、駆動電圧の上昇のために望ましくない。

次に、正孔輸送層上部に、ホストとして前述の電子輸送物質と正孔輸送物質との混合物と、燐光ドーパントとを共に発光層（ＥＭＬ）が形成される。ここで、発光層の形成方法は特別に制限されないが、真空蒸着、インクジェットプリンティング、レーザ転写法、フォトリソグラフィなどの方法を利用する。

前記発光層の厚さは、１００ないし８００Åであることが望ましい。もし、発光層の厚さが１００Å未満ならば、効率及び寿命が低下し、８００Åを超えれば、駆動電圧が上昇して望ましくない。

発光層の形成時に燐光ドーパントを使用する場合には、発光層の上部に正孔阻止用物質を真空蒸着またはスピンコーティングして正孔阻止層（ＨＢＬ）を形成するのが一般的である。しかし、本願発明では、かかる正孔阻止層を形成せずとも効率及び寿命特性が優秀である。

前記発光層上には、電子輸送物質を真空蒸着またはスピンコーティングによって電子輸送層（ＥＴＬ）を形成する。電子輸送層材料としては特別に制限されず、Ａｌｑ３を利用できる。前記電子輸送層の厚さは、５０ないし６００Åであることが望ましい。もし、電子輸送層の厚さが５０Å未満である場合には、寿命特性が低下し、６００Åを超える場合には、駆動電圧の上昇のために望ましくない。

また、前記電子輸送層上に電子注入層（ＥＩＬ）が選択的に積層されうる。前記電子注入層形成材料としては、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ、Ｌｉｑ（下記に構造式を記載）などの物質を利用できる。前記電子注入層の厚さは、１ないし１００Åであることが望ましい。もし、電子注入層の厚さが１Å未満である場合には、効果的な電子注入層としての役割を行えずに駆動電圧が高く、１００Åを超える場合には、絶縁層として作用して駆動電圧が高くなって望ましくない。

次に、前記電子注入層上部に第２電極であるカソード用金属を真空熱蒸着し、第２電極であるカソードを形成することによって、有機電界発光素子が完成される。

前記カソード金属としては、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｌ−Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ−Ｉｎ、Ｍｇ−Ａｇなどが利用される。

本発明の有機電界発光素子は、アノード、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、カソードの必要性によって、一層または二層の中間層をさらに形成することも可能である。前記の層の他にも正孔阻止層、電子阻止層が入りうる。

以下、本発明を下記実施例を挙げて説明するが、本発明が下記実施例だけに限定されるものではない。

［実施例１］
アノードは、コーニング（ｃｏｒｎｉｎｇ）１５Ω／ｃｍ^２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水の中でそれぞれ５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶ、オゾン洗浄して使用した。

前記基板上部にＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）を真空蒸着して正孔輸送層を６００Å厚さに形成した。

前記正孔輸送層上部にホストである電子輸送性を有した（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール５０重量部と、正孔輸送性を有した４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル５０重量部と、燐光ドーパントであるビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトネートイリジウム１０重量部とを共蒸着し、約４００Åの厚さに発光層を形成した。

前記発光層の上部に、電子輸送物質であるＡｌｑ３を蒸着し、約３００Å厚さの電子輸送層を形成した。

前記電子輸送層上部に、ＬｉＦ １０Å（電子注入層）と、Ａｌ １，０００Å（カソード）とを順次真空蒸着してＬｉＦ／Ａｌ電極を形成し、有機電界発光素子を製造した。

［比較例１］
アノードは、コーニング１５Ω／ｃｍ^２（１，２００Å）ＩＴＯガラス基板を５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ０．７ｍｍサイズに切り、イソプロピルアルコールと純水の中でそれぞれ５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶ、オゾン洗浄して使用した。

前記基板上部にＮＰＤを真空蒸着し、正孔輸送層を６００Å厚さに形成した。前記正孔輸送層上部に、ホストである４，４’−ビスカルバゾリルビフェニルに燐光ドーパントであるビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトネートイリジウム１０重量部を共蒸着して約４００Åの厚さに発光層を形成した。

前記発光層の上部に電子輸送物質であるＡｌｑ３を蒸着して約３００Å厚さの電子輸送層を形成した。

前記電子輸送層上部にＬｉＦ １０Å（電子注入層）とＡｌ １，０００Å（カソード）とを順次に真空蒸着してＬｉＦ／Ａｌ電極を形成し、有機電界発光素子を製造した。

前記実施例１及び比較例１によって製造された有機電界発光素子において、効率及び寿命特性を調べた。

その結果、比較例１の有機電界発光素子の効率は、約４．３ｃｄ／Ａであり、実施例１の有機電界発光素子は、効率が５．５ｃｄ／Ａであり、比較例１の場合に比べて効率が改善された。

また、寿命特性調査の結果、実施例１の有機電界発光素子は、比較例１の場合と比較して向上することが確認することができた。

本発明の有機電界素子は、電界発光関連技術分野で効果的に適用可能である。

本発明の一実施形態による有機電界発光素子の断面を表した図である。

Claims (11)

1. 一対の電極間に発光層を有する有機電界発光素子において、
   前記発光層は燐光ドーパント及びホストを含み、
   前記ホストとして、
   （ｉ）電荷輸送化合物と、
   （ｉｉ）オキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうちから選択された一つ以上と、
   を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 前記オキサジアゾール化合物は、（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾールであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 前記フェナントロリン系化合物は、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−９，１０−フェナントロリンであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
4. 前記トリアジン系化合物は、２，４，６−トリス（ジアリールアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリス（ジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリカルバゾロ−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリス（Ｎ−フェニル−２−ナフチルアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリス（Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミノ）−１，３，５−トリアジン、２，４，６−トリスビフェニル−１，３，５−トリアジンからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
5. 前記トリアゾール系化合物は、化合物が３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾルであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
6. 前記電荷輸送化合物はカルバゾール系化合物であることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
7. 前記電荷輸送化合物は、１，３，５−トリカルバゾリルベンゼン、４，４’−ビスカルバゾリルビフェニル、ポリビニルカルバゾール、ｍ−ビスカルバゾリルフェニル、４，４’−ビスカルバゾリル−２，２’−ジメチルビフェニル、４’，４”−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン、１，３，５−トリ（２−カルバゾリルフェニル）ベンゼン、１，３，５−トリス（２−カルバゾリル−５−メトキシフェニル）ベンゼン及びビス（４−カルバゾリルフェニル）シランからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
8. 前記発光層でのホストの含有量は、発光層形成材料の総重量１００重量部を基準として８０ないし９９重量部であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
9. 前記発光層でのオキサジアゾール化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物のうち、選択された一つ以上の含有量は、電荷輸送化合物１００重量部を基準として５ないし２，０００重量部であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
10. 前記発光層で前記燐光ドーパントは、
    ビスチエニルピリジンアセチルアセトネートイリジウム、ビス（ベンゾチエニルピリジン）アセチルアセトネートイリジウム、ビス（２−フェニルベンゾチアゾール）アセチルアセトネートイリジウム、ビス（１−フェニルイソキノリン）イリジウムアセチルアセトネート、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム、トリス（フェニルピリジン）イリジウム、トリス（２−ビフェニルピリジン）イリジウム、トリス（３−ビフェニルピリジン）イリジウム、トリス（４−ビフェニルピリジン）イリジウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
11. 前記発光層の上部に電子輸送層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
    

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