JP3889564B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と呼ぶ）は、新しい自己発光型素子として期待されている。有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間にキャリア輸送層（電子輸送層またはホール輸送層）および発光層が形成された積層構造を有している。
【０００３】
ホール注入電極としては、金またはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）のような仕事関数の大きな電極材料が用いられ、電子注入電極としては、Ｍｇ（マグネシウム）またはＬｉ（リチウム）のような仕事関数の小さな電極材料が用いられる。
【０００４】
また、ホール輸送層、発光層および電子輸送層には有機材料が用いられる。ホール輸送層にはｐ型半導体の性質を有する材料が用いられ、電子輸送層にはｎ型半導体の性質を有する材料が用いられる。発光層も、電子輸送性またはホール輸送性のようなキャリア輸送性を有するとともに、蛍光または燐光を発する有機材料により構成される。
【０００５】
これらのホール注入電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入電極はこの順に積層され、有機ＥＬ素子が形成される。
【０００６】
なお、用いる有機材料によって、ホール輸送層、電子輸送層および発光層の各機能層が複数の層により構成されたり、または省略されたりする。
【０００７】
例えば、Chihaya Adachi et al., Appl. Phys.Lett., Vol.55, pp.1489-1491(1989 )に示された素子構造では、ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層および電子輸送層の２層の有機層しか存在しない。それは、ＮＳＤという発光材料により構成された発光層が良好なホール輸送性を有しているので、発光層がホール輸送層も兼ねているからである。
【０００８】
また、C.W.Tang et al., Appl. Phys.Lett., Vol.51, pp.913-915(1987) に示された素子構造は、ホール輸送層および発光層の２層の有機層から構成されている。この場合、発光層のトリス（8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑと呼ぶ）が発光および電子輸送の２つの役割を果たしている。
【０００９】
一方、S.A.VanSlyke et al., Appl. Phys.Lett., Vol.69, pp.2160-2162(1996) に示された素子構造は、ホール注入層、ホール輸送層および発光層の３層の有機層から構成されている。この場合、ホール注入層は銅フタロシアニンから構成され、ホール輸送層と同様の働きを示し、素子全体では、ホール輸送層が２層存在することになる。
【００１０】
このように、用いる有機材料によって、電子輸送層、ホール輸送層および発光層の構成数を自由に調整することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子は、電子輸送層、ホール輸送層および発光層の各機能層により構成されているが、現状で用いられている有機材料では、電子またはホールの輸送性が不十分である。そのため、輝度または発光効率が低いという課題が発生している。
【００１２】
特に、電子輸送層がこのような課題の大きな原因になっている。電子輸送材料として、広く用いられている材料として、上記のＡｌｑがある。この有機材料は、発光材料としても用いることができ、真空蒸着法により容易に成膜することができ、かつ成膜後の安定性が高く、しかも耐熱性が良好といった優れた特性を備え持っている。しかし、ホールおよび電子のキャリア輸送性は乏しく、それが発光特性の低さとして現れている。
【００１３】
Ａｌｑの欠点は、通電している間にが劣化してしまうことである（Hany Aziz et al., Science, Vol.283, pp.1900-1902(1999)参照）。これは、Ａｌｑにホールが流れ込むと、分子自体に劣化が生じるためである。
【００１４】
Vi-En Choong et al., Appl. Phys.Lett., Vol.75 , pp.172-174(1999)には、この問題を解決するためにＡｌｑにホール輸送性材料であるN,N'- ジ（ナフタレン-1- イル）-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine；以下、ＮＰＢと呼ぶ）を用いることが提案されているが、未だ、上記の発光効率の低さを克服するには至っていない。
【００１５】
本発明の目的は、高い輝度および発光効率を得ることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に電子輸送層および発光層が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含み、キャリア輸送性ドーパントは、カルバゾール基を有する化合物またはその化合物の誘導体からなるものである。
【００１７】
カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体は、結晶化が起こりやすい。そのため、カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体を単独で用いて電子輸送層または発光層を形成した場合あるいは電子輸送層または発光層にドーピング法のホスト材料として用いた場合には、非常に耐久性に劣り、発光効率も低い。
【００１８】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、電子輸送層または発光層がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００１９】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（１）で表される分子構造を有し、式（１）中のＲ１は置換基であり、Ｒ２は結合手または置換基であってもよい。
【００２０】
【化４】
【００２１】
キャリア輸送性ドーパントは、4,4'-ビス（カルバゾール-9-イル）-ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl；以下、ＣＢＰと呼ぶ）であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２２】
キャリア輸送性ドーパントは、4,4',4"-トリス（カルバゾール-9-イル）-トリフェニルアミン（4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine；以下、ＴＣＴＡと呼ぶ）であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２３】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（２）で表される化合物であり、式（２）中のｎは１以上の整数であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２４】
【化５】
【００２５】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（３）で表される分子構造を有する化合物であってもよい。ここで、式（３）中のＲ３は、水素、アルキル基、フェニル基またはナフチル基である。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２６】
【化６】
【００２７】
キャリア輸送性ドーパントは、9-フェニルカルバゾールであってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２８】
電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層におけるキャリア輸送性ドーパントの含有量は、ホスト材料に対して５０重量％以下であることが好ましい。キャリア輸送成ドーパントが５０重量％よりも多くなると、ドーパントとしてよりもホスト材料として働くため、結晶化が起こり易くなるからである。また、キャリア輸送性ドーパントは、ホスト材料に対して１重量％以上含有することが好ましい。それにより、発光特性およびキャリアの輸送性が向上する。
【００２９】
ホスト材料は、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を含んでもよい。これにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００３０】
錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであってもよい。特に、錯体における金属がアルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。それにより、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００３１】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum；以下、Ａｌｑと呼ぶ）であってもよい。
【００３２】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(4-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum）であってもよい。
【００３３】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛（Bis-8-hydroxyquinolinato)zinc ）であってもよい。
【００３４】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム（Tris(4-hydroxyphenanthridinato)aluminum ）であってもよい。
【００３５】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum ）であってもよい。
【００３６】
電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層は、ホスト材料を５０重量％以上含んでもよい。また、ホスト材料の含有量は、９９重量％以下であることが好ましい。
【００３７】
電子輸送層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含んでもよい。この場合にも、輝度および発光効率が向上する。
【００３８】
また、発光層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含んでもよい。この場合にも、輝度および発光効率が向上する。発光層は、発光性ドーパントをさらに含んでもよい。
【００３９】
発光層は、エネルギー移動ドーパントをさらに含んでもよい。それにより、輝度および発光効率が十分に高くなる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１は有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の構造の一例を示す模式図である。
【００４１】
図１の有機ＥＬ素子１００において、ガラス基板１上に、透明導電膜からなるホール注入電極（陽極）２が形成されている。ホール注入電極２上には、有機材料からなるホール輸送層３、有機材料からなる発光層４および有機材料からなる電子輸送層５が順に形成されている。電子輸送層５上には、電子注入電極（陰極）６が形成されている。
【００４２】
図１の有機ＥＬ素子１００では、電子輸送層５が電子輸送材料（ホスト材料）およびキャリア輸送性ドーパントを含む。キャリア輸送性ドーパントは、電子輸送材料に対して１重量％〜５０重量％含有し、好ましくは１重量％〜１０重量％含有する。
【００４３】
キャリア輸送性ドーパントとしては、カルバゾール基を有する化合物またはその化合物の誘導体を用いる。
【００４４】
特に、キャリア輸送性ドーパントは、上記式（１）で表される分子構造を有することが好ましい。特に、上記式（１）中のＲ２が結合手の場合には、カルバゾール基が構成される。
【００４５】
例えば、キャリア輸送性ドーパントとして、下記式（４）の分子構造を有するＣＢＰ、下記式（５）の分子構造を有するＴＣＴＡ、または上記式（２）の分子構造を有する化合物を用いることができる。
【００４６】
【化７】
【００４７】
【化８】
【００４８】
なお、上記式（２）において、ｎ＝１〜５であることが好ましく、ｎ＝２の場合に、4,4'-ビス（ジヒドロ-ジベンズ- アゼピン-1-イル）-ビフェニル（4,4'- Bis(dihydro-dibenz-azepin-1-yl)-biphenyl ；以下、ＡＺＢと呼ぶ）となる。
【００４９】
また、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（３）の分子構造を有する化合物を用いてもよい。ここで、上記式（３）中のＲ３は、-ＣnＨ2n+1（ｎ＝０〜５）、フェニル基またはナフチル基である。
【００５０】
上記式（３）の分子構造を有する化合物は、例えば、下記式（６）の分子構造式を有する9-フェニルカルバゾールであってもよい。
【００５１】
【化９】
【００５２】
電子輸送材料としては、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を用いる。錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであり、特に、アルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。
【００５３】
例えば、電子輸送材料として、下記式（７）の分子構造を有するＡｌｑ、下記式（８）の分子構造を有するトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、下記式（９）の分子構造を有する ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛、下記式（１０）の分子構造を有するトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム、下記式（１１）の分子構造を有するトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム等を用いることができる。
【００５４】
【化１０】
【００５５】
【化１１】
【００５６】
【化１２】
【００５７】
【化１３】
【００５８】
【化１４】
【００５９】
図１の有機ＥＬ素子１００においては、電子輸送層５がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００６０】
図２は有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示す模式図である。図２の有機ＥＬ素子１０１において、ガラス基板１上に、透明導電膜からなるホール注入電極（陽極）２が形成されている。ホール注入電極２上には、有機材料からなる第１ホール輸送層７、有機材料からなる第２ホール輸送層８および有機材料からなる発光層９が順に形成されている。発光層９上には、電子注入電極（陰極）６が形成されている。
【００６１】
図２の有機ＥＬ素子１０１では、発光層９がホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含む。キャリア輸送性ドーパントは、ホスト材料に対して１重量％〜５０重量％含有し、好ましくは１重量％〜１０重量％含有する。
【００６２】
キャリア輸送性ドーパントとしては、カルバゾール基を有する化合物または化合物の誘導体を用いる。
【００６３】
特に、キャリア輸送性ドーパントは、上記式（１）で表される分子構造を有することが好ましい。特に、上記式（１）中のＲ２が結合手の場合には、カルバゾール基が構成される。
【００６４】
例えば、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（４）の分子構造を有するＣＢＰ、上記式（５）の分子構造を有するＴＣＴＡ、または上記式（２）の分子構造を有する化合物を用いることができる。
【００６５】
なお、上記式（２）において、ｎ＝１〜５であることが好ましく、ｎ＝２の場合に、4,4'- ビス（ジヒドロ-ジベンズ- アゼピン-1- イル）-ビフェニル（4,4'-Bis(dihydro-dibenz-azepin-1-yl)-biphenyl ；以下、ＡＺＢと呼ぶ）となる。
【００６６】
また、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（３）の分子構造を有する化合物を用いてもよい。ここで、上記式（３）中のＲ３は、-ＣnＨ2n+1（ｎ＝０〜５）、フェニル基またはナフチル基である。
【００６７】
上記式（３）の分子構造を有する化合物は、例えば、上記式（６）の分子構造式を有する9-フェニルカルバゾールであってもよい。
【００６８】
ホスト材料としては、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を用いる。錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであり、特に、アルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。
【００６９】
例えば、ホスト材料として、上記式（７）の分子構造を有するＡｌｑ、上記式（８）の分子構造を有するトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、上記式（９）の分子構造を有する ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛、上記式（１０）の分子構造を有するトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム、上記式（１１）の分子構造を有する（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム等を用いることができる。
【００７０】
発光層９に発光性ドーパントをさらにドープしてもよい。発光性ドーパントとしては、例えば、下記式（１２）の分子構造を有するルブレン、下記式（１３）の分子構造を有する2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-1H,5H-ベンズ(ij)キノリジン-9-イル)エテニル)-4H-ピラン-4H-イリデン)プロパンジニトリル (2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-1H,5H-ベンゾ(ij)キノリジン-9-イル（2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H-benzo(ij)quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4H-ylidene)propanedinitrile；以下、ＤＣＪＴＢと呼ぶ）を用いることができる。
【００７１】
【化１５】
【００７２】
【化１６】
【００７３】
発光層９にエネルギー移動ドーパントをさらにドープしてもよい。それにより、輝度および発光効率が十分に高くなる。エネルギー移動ドーパントとしては、例えば、ルブレンを用いることができる。
【００７４】
なお、発光層９は、ホスト材料を５０重量％以上含んでもよい。また、ホスト材料の含有量は、９９重量％以下であることが好ましい。
【００７５】
図２の有機ＥＬ素子１０１においては、発光層９がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００７６】
なお、有機ＥＬ素子の構造は、上記の構造に限定されず、種々の構造を用いることができる。例えば、ホール注入電極２と電子注入電極６との間にホール注入層、ホール輸送層および発光層の３層を設けてもよく、ホール注入電極２と電子注入電極６との間に発光層および電子輸送層の２層のみを設けてもよい。
【００７７】
有機ＥＬ素子１００，１０１のホール注入電極２と電子注入電極６との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００，１０１の発光層５が発光し、ガラス基板１の裏面から光が出射される。
【００７８】
【実施例】
以下、実施例１〜１２および比較例１〜６の有機ＥＬ素子を作製し、発光特性を測定した。
＜電子輸送層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合＞
実施例１〜７および比較例１〜３では、電子輸送層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合の発光特性における効果を調べた。
【００７９】
［実施例１］
実施例１の有機ＥＬ素子は、図１に示した構造を有する。ホール注入電極（陽極）２はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。ホール輸送層３は、厚み５００Åを有し、下記式（１４）の分子構造式を有する２ＴＮＡＴＡからなる。発光層４は、厚み１５０Åを有し、ホスト材料として下記式（１５）の分子構造を有するＮＰＢを含み、発光性ドーパントとしてルブレンをホスト材料に対して５重量％含む。電子輸送層５は、厚み３５０Åを有し、電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを電子輸送材料に対して４重量％含む。電子注入電極（陰極）６は、厚み２０００ÅのＭｇＩｎ合金（比率１０対１）からなる。
【００８０】
【化１７】
【００８１】
【化１８】
【００８２】
ここで、上記構造を有する有機ＥＬ素子を以下のようにして作製した。まず、ガラス基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２が形成されたガラス基板１を、中性洗剤により洗浄した後、アセトン中で１０分間およびエタノール中で１０分間超音波洗浄した。さらに、オゾンクリーナにてガラス基板１の表面の洗浄を行った。
【００８３】
この後、上記ＩＴＯからなるホール注入電極２上に、真空蒸着法によりホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５および電子注入電極６を順に積層した。これらの蒸着は、いずれも真空度１×１０-6Ｔｏｒｒで基板温度の制御を行わずに常温の条件下で行った。
【００８４】
この有機ＥＬ素子のホール注入電極２に正のバイアス電圧を印加し、電子注入電極６に負のバイアス電圧を印加し、発光特性の測定を行った。
【００８５】
［実施例２］
実施例２の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＴＣＴＡを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８６】
［実施例３］
実施例３の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＡＺＢを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８７】
［実施例４］
実施例４の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５に電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８８】
［実施例５］
実施例５の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５の電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛を用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８９】
［実施例６］
実施例６の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５に電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９０】
［実施例７］
実施例７の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりに9-フェニルカルバゾールを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９１】
［比較例１］
比較例１の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＮＰＢを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９２】
［比較例２］
比較例２の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりに下記式（１６）の分子構造を有するＭＴＤＡＴＡを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９３】
【化１９】
【００９４】
［比較例３］
比較例３の有機ＥＬ素子は、キャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９５】
上記の実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子における電子輸送層の材料を表１に示す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子についての発光特性の測定結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
【００９９】
表２に示すように、実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子は、黄色に発光した。
【０１００】
また、表２からわかるように、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた実施例１，４，５，６の有機ＥＬ素子、ＴＣＴＡを用いた実施例２の有機ＥＬ素子、ＡＺＢを用いた実施例３の有機ＥＬ素子および9-フェニルカルバゾールを用いた実施例７の有機ＥＬ素子では、キャリア輸送性ドーパントとしてＮＰＢを用いた比較例１の有機ＥＬ素子、ＭＴＤＡＴＡを用いた比較例２の有機ＥＬ素子およびキャリア輸送性ドーパント用いない比較例３の有機ＥＬ素子に比べて、発光効率が高くなった。
【０１０１】
特に、電子輸送材料としてＡｌｑを用いた場合には、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた場合、9-フェニルカルバゾールを用いた場合、ＴＣＴＡを用いた場合、およびＡＺＢを用いた場合の順に発光効率が高くなった。
【０１０２】
また、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた場合において、電子輸送材料としてＡｌｑ、トリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛およびトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウムのいずれを用いた場合にも、８ｃｄ／Ａ以上の高い発光効率が得られた。
【０１０３】
上記の結果から、カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子においては、それ以外の有機材料を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子と比較して、輝度および発光効率が大きく向上することがわかった。
＜キャリア輸送性ドーパントを発光層に用いた場合＞
実施例８〜１２および比較例４〜６では、発光層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合の発光特性における効果を調べた。
【０１０４】
［実施例８］
実施例８の有機ＥＬ素子は、図２に示した構造を有する。ホール注入電極（陽極）２はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。第１ホール輸送層７は、厚み５００Åを有し、２ＴＮＡＴＡからなる。第２ホール輸送層８は、厚み１５０Åを有し、ＮＰＢからなる。発光層９は、厚み３５０Åを有し、ホスト材料（発光材料）としてＡｌｑを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰをホスト材料に対して６重量％含む。電子注入電極（陰極）６は、厚み２０００ÅのＭｇＩｎ合金（比率１０対１）からなる。
【０１０５】
なお、実施例８の有機ＥＬ素子の作製条件は実施例１の有機ＥＬ素子と同様である。
【０１０６】
この有機ＥＬ素子のホール注入電極２に正のバイアス電圧を印加し、電子注入電極６に負のバイアス電圧を印加し、発光特性の測定を行った。
【０１０７】
［比較例４］
比較例４の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例８の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１０８】
［実施例９］
実施例９の有機ＥＬ素子は、発光層９に発光性ドーパントとしてルブレンをＡｌｑに対して５重量％ドープした点を除いて、実施例８の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１０９】
［比較例５］
比較例５の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例９の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１０】
［実施例１０］
実施例１０の有機ＥＬ素子は、発光層９に発光性ドーパントとして赤色発光性ドーパントであるＤＣＪＴＢをＡｌｑに対して２重量％ドープした点を除いて、実施例９の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１１】
すなわち、発光層９は、ホスト材料としてＡｌｑを含み、赤色発光性ドーパントとしてＤＣＪＴＢを含み、エネルギー移動ドーパントとしてルブレンを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを含む。
【０１１２】
なお、ＤＣＪＴＢの蛍光の波長は６４９ｎｍであり、ルブレンの蛍光の波長は５６６ｎｍとＤＣＪＴＢの波長よりも短いため、大きな励起エネルギーを有するルブレンから小さな励起エネルギーを有するＤＣＪＴＢにエネルギーの移動が起こる。そのため、この発光層９では、ルブレンは発光せず、ＤＣＪＴＢの赤色が発光する。
【０１１３】
［実施例１１］
実施例１１の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＴＣＴＡをＡｌｑに対して６重量％ドープした点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１４】
［比較例６］
比較例６の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１５】
［実施例１２］
実施例１２の有機ＥＬ素子は、発光層９にホスト材料としてＡｌｑの代わりにトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１６】
上記の実施例８〜１２および比較例４〜６の有機ＥＬ素子における電子輸送層の材料を表３に示す。
【０１１７】
【表３】
【０１１８】
実施例８〜１２および比較例４〜６の有機ＥＬ素子についての発光特性の測定結果を表４に示す。
【０１１９】
【表４】
【０１２０】
表４に示すように、実施例８および比較例４の有機ＥＬ素子は緑色に発光した。実施例８および比較例４の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２１】
また、実施例９および比較例５の有機ＥＬ素子は黄色に発光した。実施例９および比較例５の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２２】
さらに、実施例１０，１１，１２および比較例６の有機ＥＬ素子は赤色に発光した。実施例１０，１１および比較例６の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰまたはＴＣＴＡを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２３】
また、実施例１２から、発光層９にホスト材料としてＡｌｑの代わりにトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた場合にも発光効率が高くなることがわかる。
【０１２４】
上記の結果から、カルバゾール基を有する化合物を発光層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子においては、それ以外の有機材料を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子と比較して、輝度および発光効率が大きく向上することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す模式図である。
【図２】有機ＥＬ素子の構造の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ ホール注入電極
３ ホール輸送層
４，９ 発光層
５ 電子輸送層
６ 電子注入電極
７ 第１ホール輸送層
８ 第２ホール輸送層
１００，１０１ 有機ＥＬ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と呼ぶ）は、新しい自己発光型素子として期待されている。有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間にキャリア輸送層（電子輸送層またはホール輸送層）および発光層が形成された積層構造を有している。
【０００３】
ホール注入電極としては、金またはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）のような仕事関数の大きな電極材料が用いられ、電子注入電極としては、Ｍｇ（マグネシウム）またはＬｉ（リチウム）のような仕事関数の小さな電極材料が用いられる。
【０００４】
また、ホール輸送層、発光層および電子輸送層には有機材料が用いられる。ホール輸送層にはｐ型半導体の性質を有する材料が用いられ、電子輸送層にはｎ型半導体の性質を有する材料が用いられる。発光層も、電子輸送性またはホール輸送性のようなキャリア輸送性を有するとともに、蛍光または燐光を発する有機材料により構成される。
【０００５】
これらのホール注入電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入電極はこの順に積層され、有機ＥＬ素子が形成される。
【０００６】
なお、用いる有機材料によって、ホール輸送層、電子輸送層および発光層の各機能層が複数の層により構成されたり、または省略されたりする。
【０００７】
例えば、Chihaya Adachi et al., Appl. Phys.Lett., Vol.55, pp.1489-1491(1989 )に示された素子構造では、ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層および電子輸送層の２層の有機層しか存在しない。それは、ＮＳＤという発光材料により構成された発光層が良好なホール輸送性を有しているので、発光層がホール輸送層も兼ねているからである。
【０００８】
また、C.W.Tang et al., Appl. Phys.Lett., Vol.51, pp.913-915(1987) に示された素子構造は、ホール輸送層および発光層の２層の有機層から構成されている。この場合、発光層のトリス（8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑと呼ぶ）が発光および電子輸送の２つの役割を果たしている。
【０００９】
一方、S.A.VanSlyke et al., Appl. Phys.Lett., Vol.69, pp.2160-2162(1996) に示された素子構造は、ホール注入層、ホール輸送層および発光層の３層の有機層から構成されている。この場合、ホール注入層は銅フタロシアニンから構成され、ホール輸送層と同様の働きを示し、素子全体では、ホール輸送層が２層存在することになる。
【００１０】
このように、用いる有機材料によって、電子輸送層、ホール輸送層および発光層の構成数を自由に調整することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子は、電子輸送層、ホール輸送層および発光層の各機能層により構成されているが、現状で用いられている有機材料では、電子またはホールの輸送性が不十分である。そのため、輝度または発光効率が低いという課題が発生している。
【００１２】
特に、電子輸送層がこのような課題の大きな原因になっている。電子輸送材料として、広く用いられている材料として、上記のＡｌｑがある。この有機材料は、発光材料としても用いることができ、真空蒸着法により容易に成膜することができ、かつ成膜後の安定性が高く、しかも耐熱性が良好といった優れた特性を備え持っている。しかし、ホールおよび電子のキャリア輸送性は乏しく、それが発光特性の低さとして現れている。
【００１３】
Ａｌｑの欠点は、通電している間にが劣化してしまうことである（Hany Aziz et al., Science, Vol.283, pp.1900-1902(1999)参照）。これは、Ａｌｑにホールが流れ込むと、分子自体に劣化が生じるためである。
【００１４】
Vi-En Choong et al., Appl. Phys.Lett., Vol.75 , pp.172-174(1999)には、この問題を解決するためにＡｌｑにホール輸送性材料であるN,N'- ジ（ナフタレン-1- イル）-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine；以下、ＮＰＢと呼ぶ）を用いることが提案されているが、未だ、上記の発光効率の低さを克服するには至っていない。
【００１５】
本発明の目的は、高い輝度および発光効率を得ることができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に電子輸送層および発光層が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含み、キャリア輸送性ドーパントは、カルバゾール基を有する化合物またはその化合物の誘導体からなるものである。
【００１７】
カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体は、結晶化が起こりやすい。そのため、カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体を単独で用いて電子輸送層または発光層を形成した場合あるいは電子輸送層または発光層にドーピング法のホスト材料として用いた場合には、非常に耐久性に劣り、発光効率も低い。
【００１８】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、電子輸送層または発光層がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００１９】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（１）で表される分子構造を有し、式（１）中のＲ１は置換基であり、Ｒ２は結合手または置換基であってもよい。
【００２０】
【化４】
キャリア輸送性ドーパントは、4,4'-ビス（カルバゾール-9-イル）-ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl；以下、ＣＢＰと呼ぶ）であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２２】
キャリア輸送性ドーパントは、4,4',4"-トリス（カルバゾール-9-イル）-トリフェニルアミン（4,4',4"-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine；以下、ＴＣＴＡと呼ぶ）であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２３】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（２）で表される化合物であり、式（２）中のｎは１以上の整数であってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２４】
【化５】
キャリア輸送性ドーパントは、下記式（３）で表される分子構造を有する化合物であってもよい。ここで、式（３）中のＲ３は、水素、アルキル基、フェニル基またはナフチル基である。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２６】
【化６】
キャリア輸送性ドーパントは、9-フェニルカルバゾールであってもよい。この場合、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００２８】
電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層におけるキャリア輸送性ドーパントの含有量は、ホスト材料に対して５０重量％以下であることが好ましい。キャリア輸送成ドーパントが５０重量％よりも多くなると、ドーパントとしてよりもホスト材料として働くため、結晶化が起こり易くなるからである。また、キャリア輸送性ドーパントは、ホスト材料に対して１重量％以上含有することが好ましい。それにより、発光特性およびキャリアの輸送性が向上する。
【００２９】
ホスト材料は、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を含んでもよい。これにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００３０】
錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであってもよい。特に、錯体における金属がアルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。それにより、より高い輝度および発光効率が得られる。
【００３１】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum；以下、Ａｌｑと呼ぶ）であってもよい。
【００３２】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(4-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum）であってもよい。
【００３３】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛（Bis-8-hydroxyquinolinato)zinc ）であってもよい。
【００３４】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム（Tris(4-hydroxyphenanthridinato)aluminum ）であってもよい。
【００３５】
錯体における8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum ）であってもよい。
【００３６】
電子輸送層および発光層のうち少なくとも１層は、ホスト材料を５０重量％以上含んでもよい。また、ホスト材料の含有量は、９９重量％以下であることが好ましい。
【００３７】
電子輸送層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含んでもよい。この場合にも、輝度および発光効率が向上する。
【００３８】
また、発光層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含んでもよい。この場合にも、輝度および発光効率が向上する。発光層は、発光性ドーパントをさらに含んでもよい。
【００３９】
発光層は、エネルギー移動ドーパントをさらに含んでもよい。それにより、輝度および発光効率が十分に高くなる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１は有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の構造の一例を示す模式図である。
【００４１】
図１の有機ＥＬ素子１００において、ガラス基板１上に、透明導電膜からなるホール注入電極（陽極）２が形成されている。ホール注入電極２上には、有機材料からなるホール輸送層３、有機材料からなる発光層４および有機材料からなる電子輸送層５が順に形成されている。電子輸送層５上には、電子注入電極（陰極）６が形成されている。
【００４２】
図１の有機ＥＬ素子１００では、電子輸送層５が電子輸送材料（ホスト材料）およびキャリア輸送性ドーパントを含む。キャリア輸送性ドーパントは、電子輸送材料に対して１重量％〜５０重量％含有し、好ましくは１重量％〜１０重量％含有する。
【００４３】
キャリア輸送性ドーパントとしては、カルバゾール基を有する化合物またはその化合物の誘導体を用いる。
【００４４】
特に、キャリア輸送性ドーパントは、上記式（１）で表される分子構造を有することが好ましい。特に、上記式（１）中のＲ２が結合手の場合には、カルバゾール基が構成される。
【００４５】
例えば、キャリア輸送性ドーパントとして、下記式（４）の分子構造を有するＣＢＰ、下記式（５）の分子構造を有するＴＣＴＡ、または上記式（２）の分子構造を有する化合物を用いることができる。
【００４６】
【化７】
【化８】
なお、上記式（２）において、ｎ＝１〜５であることが好ましく、ｎ＝２の場合に、4,4'-ビス（ジヒドロ-ジベンズ- アゼピン-1-イル）-ビフェニル（4,4'- Bis(dihydro-dibenz-azepin-1-yl)-biphenyl ；以下、ＡＺＢと呼ぶ）となる。
【００４９】
また、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（３）の分子構造を有する化合物を用いてもよい。ここで、上記式（３）中のＲ３は、-ＣnＨ2n+1（ｎ＝０〜５）、フェニル基またはナフチル基である。
【００５０】
上記式（３）の分子構造を有する化合物は、例えば、下記式（６）の分子構造式を有する9-フェニルカルバゾールであってもよい。
【００５１】
【化９】
電子輸送材料としては、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を用いる。錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであり、特に、アルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。
【００５３】
例えば、電子輸送材料として、下記式（７）の分子構造を有するＡｌｑ、下記式（８）の分子構造を有するトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、下記式（９）の分子構造を有する ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛、下記式（１０）の分子構造を有するトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム、下記式（１１）の分子構造を有するトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム等を用いることができる。
【００５４】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
図１の有機ＥＬ素子１００においては、電子輸送層５がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００６０】
図２は有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示す模式図である。図２の有機ＥＬ素子１０１において、ガラス基板１上に、透明導電膜からなるホール注入電極（陽極）２が形成されている。ホール注入電極２上には、有機材料からなる第１ホール輸送層７、有機材料からなる第２ホール輸送層８および有機材料からなる発光層９が順に形成されている。発光層９上には、電子注入電極（陰極）６が形成されている。
【００６１】
図２の有機ＥＬ素子１０１では、発光層９がホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含む。キャリア輸送性ドーパントは、ホスト材料に対して１重量％〜５０重量％含有し、好ましくは１重量％〜１０重量％含有する。
【００６２】
キャリア輸送性ドーパントとしては、カルバゾール基を有する化合物または化合物の誘導体を用いる。
【００６３】
特に、キャリア輸送性ドーパントは、上記式（１）で表される分子構造を有することが好ましい。特に、上記式（１）中のＲ２が結合手の場合には、カルバゾール基が構成される。
【００６４】
例えば、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（４）の分子構造を有するＣＢＰ、上記式（５）の分子構造を有するＴＣＴＡ、または上記式（２）の分子構造を有する化合物を用いることができる。
【００６５】
なお、上記式（２）において、ｎ＝１〜５であることが好ましく、ｎ＝２の場合に、4,4'- ビス（ジヒドロ-ジベンズ- アゼピン-1- イル）-ビフェニル（4,4'-Bis(dihydro-dibenz-azepin-1-yl)-biphenyl ；以下、ＡＺＢと呼ぶ）となる。
【００６６】
また、キャリア輸送性ドーパントとして、上記式（３）の分子構造を有する化合物を用いてもよい。ここで、上記式（３）中のＲ３は、-ＣnＨ2n+1（ｎ＝０〜５）、フェニル基またはナフチル基である。
【００６７】
上記式（３）の分子構造を有する化合物は、例えば、上記式（６）の分子構造式を有する9-フェニルカルバゾールであってもよい。
【００６８】
ホスト材料としては、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を用いる。錯体における金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであり、特に、アルミニウムまたは亜鉛であることが好ましい。
【００６９】
例えば、ホスト材料として、上記式（７）の分子構造を有するＡｌｑ、上記式（８）の分子構造を有するトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、上記式（９）の分子構造を有する ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛、上記式（１０）の分子構造を有するトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウム、上記式（１１）の分子構造を有する（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム等を用いることができる。
【００７０】
発光層９に発光性ドーパントをさらにドープしてもよい。発光性ドーパントとしては、例えば、下記式（１２）の分子構造を有するルブレン、下記式（１３）の分子構造を有する2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-1H,5H-ベンズ(ij)キノリジン-9-イル)エテニル)-4H-ピラン-4H-イリデン)プロパンジニトリル (2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-1H,5H-ベンゾ(ij)キノリジン-9-イル（2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H-benzo(ij)quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4H-ylidene)propanedinitrile；以下、ＤＣＪＴＢと呼ぶ）を用いることができる。
【００７１】
【化１５】
【化１６】
発光層９にエネルギー移動ドーパントをさらにドープしてもよい。それにより、輝度および発光効率が十分に高くなる。エネルギー移動ドーパントとしては、例えば、ルブレンを用いることができる。
【００７４】
なお、発光層９は、ホスト材料を５０重量％以上含んでもよい。また、ホスト材料の含有量は、９９重量％以下であることが好ましい。
【００７５】
図２の有機ＥＬ素子１０１においては、発光層９がカルバゾール基を有する化合物またはその誘導体からなるキャリア輸送性ドーパントを含むことにより、高い輝度および発光効率が得られる。
【００７６】
なお、有機ＥＬ素子の構造は、上記の構造に限定されず、種々の構造を用いることができる。例えば、ホール注入電極２と電子注入電極６との間にホール注入層、ホール輸送層および発光層の３層を設けてもよく、ホール注入電極２と電子注入電極６との間に発光層および電子輸送層の２層のみを設けてもよい。
【００７７】
有機ＥＬ素子１００，１０１のホール注入電極２と電子注入電極６との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００，１０１の発光層５が発光し、ガラス基板１の裏面から光が出射される。
【００７８】
【実施例】
以下、実施例１〜１２および比較例１〜６の有機ＥＬ素子を作製し、発光特性を測定した。
＜電子輸送層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合＞
実施例１〜７および比較例１〜３では、電子輸送層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合の発光特性における効果を調べた。
【００７９】
［実施例１］
実施例１の有機ＥＬ素子は、図１に示した構造を有する。ホール注入電極（陽極）２はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。ホール輸送層３は、厚み５００Åを有し、下記式（１４）の分子構造式を有する２ＴＮＡＴＡからなる。発光層４は、厚み１５０Åを有し、ホスト材料として下記式（１５）の分子構造を有するＮＰＢを含み、発光性ドーパントとしてルブレンをホスト材料に対して５重量％含む。電子輸送層５は、厚み３５０Åを有し、電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを電子輸送材料に対して４重量％含む。電子注入電極（陰極）６は、厚み２０００ÅのＭｇＩｎ合金（比率１０対１）からなる。
【００８０】
【化１７】
【化１８】
ここで、上記構造を有する有機ＥＬ素子を以下のようにして作製した。まず、ガラス基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２が形成されたガラス基板１を、中性洗剤により洗浄した後、アセトン中で１０分間およびエタノール中で１０分間超音波洗浄した。さらに、オゾンクリーナにてガラス基板１の表面の洗浄を行った。
【００８３】
この後、上記ＩＴＯからなるホール注入電極２上に、真空蒸着法によりホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５および電子注入電極６を順に積層した。これらの蒸着は、いずれも真空度１×１０-6Ｔｏｒｒで基板温度の制御を行わずに常温の条件下で行った。
【００８４】
この有機ＥＬ素子のホール注入電極２に正のバイアス電圧を印加し、電子注入電極６に負のバイアス電圧を印加し、発光特性の測定を行った。
【００８５】
［実施例２］
実施例２の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＴＣＴＡを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８６】
［実施例３］
実施例３の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＡＺＢを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８７】
［実施例４］
実施例４の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５に電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにトリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８８】
［実施例５］
実施例５の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５の電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛を用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００８９】
［実施例６］
実施例６の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５に電子輸送材料（ホスト材料）としてＡｌｑの代わりにトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９０】
［実施例７］
実施例７の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりに9-フェニルカルバゾールを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９１】
［比較例１］
比較例１の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＮＰＢを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９２】
［比較例２］
比較例２の有機ＥＬ素子は、電子輸送層５にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりに下記式（１６）の分子構造を有するＭＴＤＡＴＡを用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９３】
【化１９】
［比較例３］
比較例３の有機ＥＬ素子は、キャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【００９５】
上記の実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子における電子輸送層の材料を表１に示す。
【００９６】
【表１】
実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子についての発光特性の測定結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
表２に示すように、実施例１〜７および比較例１〜３の有機ＥＬ素子は、黄色に発光した。
【０１００】
また、表２からわかるように、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた実施例１，４，５，６の有機ＥＬ素子、ＴＣＴＡを用いた実施例２の有機ＥＬ素子、ＡＺＢを用いた実施例３の有機ＥＬ素子および9-フェニルカルバゾールを用いた実施例７の有機ＥＬ素子では、キャリア輸送性ドーパントとしてＮＰＢを用いた比較例１の有機ＥＬ素子、ＭＴＤＡＴＡを用いた比較例２の有機ＥＬ素子およびキャリア輸送性ドーパント用いない比較例３の有機ＥＬ素子に比べて、発光効率が高くなった。
【０１０１】
特に、電子輸送材料としてＡｌｑを用いた場合には、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた場合、9-フェニルカルバゾールを用いた場合、ＴＣＴＡを用いた場合、およびＡＺＢを用いた場合の順に発光効率が高くなった。
【０１０２】
また、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いた場合において、電子輸送材料としてＡｌｑ、トリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウム、ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛およびトリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウムのいずれを用いた場合にも、８ｃｄ／Ａ以上の高い発光効率が得られた。
【０１０３】
上記の結果から、カルバゾール基を有する化合物またはその誘導体を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子においては、それ以外の有機材料を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子と比較して、輝度および発光効率が大きく向上することがわかった。
＜キャリア輸送性ドーパントを発光層に用いた場合＞
実施例８〜１２および比較例４〜６では、発光層にキャリア輸送性ドーパントを用いた場合の発光特性における効果を調べた。
【０１０４】
［実施例８］
実施例８の有機ＥＬ素子は、図２に示した構造を有する。ホール注入電極（陽極）２はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。第１ホール輸送層７は、厚み５００Åを有し、２ＴＮＡＴＡからなる。第２ホール輸送層８は、厚み１５０Åを有し、ＮＰＢからなる。発光層９は、厚み３５０Åを有し、ホスト材料（発光材料）としてＡｌｑを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰをホスト材料に対して６重量％含む。電子注入電極（陰極）６は、厚み２０００ÅのＭｇＩｎ合金（比率１０対１）からなる。
【０１０５】
なお、実施例８の有機ＥＬ素子の作製条件は実施例１の有機ＥＬ素子と同様である。
【０１０６】
この有機ＥＬ素子のホール注入電極２に正のバイアス電圧を印加し、電子注入電極６に負のバイアス電圧を印加し、発光特性の測定を行った。
【０１０７】
［比較例４］
比較例４の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例８の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１０８】
［実施例９］
実施例９の有機ＥＬ素子は、発光層９に発光性ドーパントとしてルブレンをＡｌｑに対して５重量％ドープした点を除いて、実施例８の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１０９】
［比較例５］
比較例５の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例９の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１０】
［実施例１０］
実施例１０の有機ＥＬ素子は、発光層９に発光性ドーパントとして赤色発光性ドーパントであるＤＣＪＴＢをＡｌｑに対して２重量％ドープした点を除いて、実施例９の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１１】
すなわち、発光層９は、ホスト材料としてＡｌｑを含み、赤色発光性ドーパントとしてＤＣＪＴＢを含み、エネルギー移動ドーパントとしてルブレンを含み、キャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを含む。
【０１１２】
なお、ＤＣＪＴＢの蛍光の波長は６４９ｎｍであり、ルブレンの蛍光の波長は５６６ｎｍとＤＣＪＴＢの波長よりも短いため、大きな励起エネルギーを有するルブレンから小さな励起エネルギーを有するＤＣＪＴＢにエネルギーの移動が起こる。そのため、この発光層９では、ルブレンは発光せず、ＤＣＪＴＢの赤色が発光する。
【０１１３】
［実施例１１］
実施例１１の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰの代わりにＴＣＴＡをＡｌｑに対して６重量％ドープした点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１４】
［比較例６］
比較例６の有機ＥＬ素子は、発光層９にキャリア輸送性ドーパントを用いなかった点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１５】
［実施例１２］
実施例１２の有機ＥＬ素子は、発光層９にホスト材料としてＡｌｑの代わりにトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた点を除いて、実施例１０の有機ＥＬ素子と同じ条件で作製した。
【０１１６】
上記の実施例８〜１２および比較例４〜６の有機ＥＬ素子における電子輸送層の材料を表３に示す。
【０１１７】
【表３】
実施例８〜１２および比較例４〜６の有機ＥＬ素子についての発光特性の測定結果を表４に示す。
【０１１９】
【表４】
表４に示すように、実施例８および比較例４の有機ＥＬ素子は緑色に発光した。実施例８および比較例４の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２１】
また、実施例９および比較例５の有機ＥＬ素子は黄色に発光した。実施例９および比較例５の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２２】
さらに、実施例１０，１１，１２および比較例６の有機ＥＬ素子は赤色に発光した。実施例１０，１１および比較例６の比較から、発光層９にキャリア輸送性ドーパントとしてＣＢＰまたはＴＣＴＡを用いることにより、発光効率が高くなることがわかる。
【０１２３】
また、実施例１２から、発光層９にホスト材料としてＡｌｑの代わりにトリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを用いた場合にも発光効率が高くなることがわかる。
【０１２４】
上記の結果から、カルバゾール基を有する化合物を発光層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子においては、それ以外の有機材料を電子輸送層のキャリア輸送性ドーパントとして用いた有機ＥＬ素子と比較して、輝度および発光効率が大きく向上することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す模式図である。
【図２】有機ＥＬ素子の構造の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ ホール注入電極
３ ホール輸送層
４，９ 発光層
５ 電子輸送層
６ 電子注入電極
７ 第１ホール輸送層
８ 第２ホール輸送層
１００，１０１ 有機ＥＬ素子
Claims (16)
- ホール注入電極と電子注入電極との間に電子輸送層および発光層が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記電子輸送層は、ホスト材料およびキャリア輸送性ドーパントを含み、前記キャリア輸送性ドーパントは、カルバゾール基を有する化合物または前記化合物の誘導体からな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。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、下記式（１）で表される分子構造を有し、式（１）中のＲ１は置換基であり、Ｒ２は結合手または置換基であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、4,4'-ビス（カルバゾール-9-イル）-ビフェニルであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、4,4',4"-トリス（カルバゾール-9-イル）-トリフェニルアミンであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、下記式（２）で表される化合物であり、式（２）中のｎは１以上の整数であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、下記式（３）で表される分子構造を有する化合物であり、式（３）中のＲ３は、水素、アルキル基、フェニル基またはナフチル基であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記キャリア輸送性ドーパントは、9-フェニルカルバゾールであることを特徴とする請求項６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電子輸送層における前記キャリア輸送性ドーパントの含有量は、前記ホスト材料に対して５０重量％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ホスト材料は、8-ヒドロキシキノリン誘導体と金属との錯体を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記金属は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムまたはベリリウムであることを特徴とする請求項９記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムであることを特徴とする請求項９または１０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムであることを特徴とする請求項９または１０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記8-ヒドロキシキノリン誘導体は、ビス（8-ヒドロキシキノリナト）亜鉛であることを特徴とする請求項９または記１０載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（4-ヒドロキシフェナントリジナト）アルミニウムであることを特徴とする請求項９または１０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記錯体における前記8-ヒドロキシキノリン誘導体は、トリス（2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト）アルミニウムであることを特徴とする請求項９または１０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電子輸送層は、前記ホスト材料を５０重量％以上含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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