JP5858087B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
前記発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、
前記中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルE1と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルE2と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルE3と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルE4と、が下式(2)及び(3)を満たし、
(2) E1<E2≦E3
(3) E2>E4
前記中間材料は、カルボリン環を有する化合物であって、但し、下記化合物である場合は除くことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
(4) 0.001<L2/(L1+L2+L3)<0.2
8.前記中間材料と、前記ホスト材料が同一化合物であることを特徴とする第1項〜第7項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
図1は、有機EL素子において、中間層がない場合の、正孔輸送材料、発光層のホスト材料、ドーパント材料のイオン化ポテンシャル(それぞれE1、E3、E4)の関係を模式的に示した図である。中間層が無い場合(図1)は、正孔輸送層からホスト材料へと正孔が注入されると、ホスト材料の電子移動度μeが正孔移動度μhより大きいと、注入された正孔は陰極側へと移動することができず、ドーパント材料にトラップされ、電子がドーパント材料に注入されたときに発光が起こることになる。そのため、ドーパント材料にホールをトラップした時間が長くなり、ドーパント材料が劣化した結果、有機EL素子の寿命が短くなる。
(3) E2>E4
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、それによりドーパント材料の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができることを見出した。
これにより、より一層の長寿命化を図ることができる。
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制して、さらなる長寿命化を図ることができることを見出した。
また、従って、本発明において、前記式(2)、(3)そして式(5)を同時に満たすことはより好ましく、更に、式(1)を満たすことは長寿命化を図るうえでより好ましいものである。
(2) E1<E2≦E3
(3) E2>E4
かつ、正孔輸送材料の正孔移動度μ1と、中間材料の正孔移動度μ2が下式(5)を満たすことで、
(5) μ1>μ2
発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制することで、さらなる長寿命化を図ることができる。
μe>μh
本発明の有機EL素子の構成層についてさらに詳細に説明する。
本発明において、有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
(1) 陽極/正孔輸送層/中間層/発光層/陰極
(2) 陽極/正孔輸送層/中間層/発光層/電子輸送層/陰極
(3) 陽極/正孔輸送層/中間層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(4) 陽極/正孔輸送層/中間層/発光層/電子輸送層/陰極
(5) 陽極/正孔輸送層/中間層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(6) 陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/中間層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(7) 陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/中間層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
測定する化合物を、よく脱酸素されたエタノール/メタノール=4/1(vol/vol)等の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度77Kで励起光を照射し、励起光照射後100msでの発光スペクトルを測定する。リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、100ms後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光層は、異なる発光ピークを有する複数の発光層を構成しても、単層の中に発光ピークが異なる発光性化合物を含有して2種以上の発光色を形成する構成でも良い。また、発光層の数が4層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
本発明に係わる有機EL素子の発光層に含まれるホスト化合物は、室温(25℃)でのリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義する。好ましくはリン光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。発光ドーパントとして用いられるリン光性化合物等を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることも可能である。
ここで、ガラス転移点(Tg)とは、DSC(Differential Scanning Colorimetry:示差走査熱量法)を用いてJIS−K−7121に準拠した方法により求められる値である。
本発明においては、発光層中、非発光性の中間層を有することができる。非発光性の中間層とは、発光層が複数ある場合、発光層ユニットの各発光層の間に設けられるものであり、非発光性の中間層の膜厚としては、1nm〜50nmの範囲にあるのが好ましく、更には3nm〜10nmの範囲にあることが、隣接発光層間のエネルギー移動など相互作用を抑制し、且つ、素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないという観点から好ましい。
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層は駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層で、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層)と電子注入層(陰極バッファー層)とがある。
阻止層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するもので有機物、無機物のいずれでもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
電子輸送層は電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含む。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料は従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えばニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。
本発明の有機EL素子に係る支持基盤(以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう)は、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基盤側から光を取り出す場合は、支持基盤は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基盤は、ガラス、石英、透明樹脂フィルムがある。特に好ましい支持基盤は有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
本発明の有機EL素子の封止に用いられる封止手段は、例えば封止部材と、電極、支持基盤とを接着剤で接着する方法がある。封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。具体的にはガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板は特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。
有機層を挟み支持基盤と対向する側の前記封止膜あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜の場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料は、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。まず適当な支持基盤上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10nm〜200nmの膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成させて陽極を作製する。次にこの上に有機EL素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、本発明に係わる中間層、また、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如く蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法)等があるが、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点から真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。引き続き陰極バッファー層としてフッ化リチウム0.5nmを蒸着し、更に、アルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子1−1を作製した。
正孔輸送材料(α−NPD)のイオン化ポテンシャル E1=5.5eV
中間材料またホスト材料のイオン化ポテンシャル
m−MTDATXA)のイオン化ポテンシャル E2,E3=5.5eV
H−Aのイオン化ポテンシャル E2,E3=6.1eV
ドーパント材料(D−1)のイオン化ポテンシャル E4=5.2eV
であり、前記式(2)(3)をいずれも満たすものである。
実施例1のようにして作製した有機EL素子1−1〜1−4の評価を行い、その結果を表1に示す。
陽極として100mm×100mm×1.1mmmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。
作製した有機EL素子2−1〜2−3の評価を実施例1と同様に行い、その結果を表2に示す。
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。
μ1(α−NPD)>μ2(H−20)
μ1(α−NPD)<μ2(m−MTDATXA)
尚、正孔移動度は、TOF法により2000nmの蒸着膜をITO付きガラス基板上に作製し金属電極を載せガラス側から光パルス照射を行いそれぞれのキャリアの過渡電流特性をオプテル社製TOF−301を用いて測定し、そのキャリア到達時間(t)から、α−NPDを基準として大小関係を求めた。
作製した以上の有機EL素子3−1〜3−5の評価を実施例1と同様に行い、その結果を表3に示した。
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにCuPcを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−1を300mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにD−1を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにHB−1を200mg入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
H−1のイオン化ポテンシャル6.1eV
三重項励起エネルギーT1 3.0eV
D−1
三重項励起エネルギーT1 2.63eV
イオン化ポテンシャル 5.0eV
であり、正孔輸送材料α−NPDのイオン化ポテンシャル5.5eVであることから、H−1、D−1は前記式(2)、(3)を満たすものである。また、H−1はμe>μhである材料である。
作製した有機EL素子4−1〜4−8の評価を実施例1と同様に行い、その結果を表4に示した。発光寿命結果は、有機EL素子4−1の発光寿命を100%としたときの相対値で有機EL素子4−2の寿命を、また、有機EL素子4−4に対しては、有機EL素子4−3の寿命を100%とした場合の、また、有機EL素子4−6、4−8に対しては有機EL素子4−5、4−7の発光寿命をそれぞれ100%としたときの相対値で示した。
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにCuPcを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにH−1を300mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにIr(ppy)3を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにD−1を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにHB−1を200mg入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
実施例5のようにして作製した有機EL素子5−1及び5−2の評価を行い、その結果を表5に示す。
表5の発光寿命の測定結果は、有機EL素子5−1と、有機EL素子5−2とを比較し、有機EL素子3−3の発光寿命を100%としたときの相対値で示した。
Claims (10)
- 対向した陰極および陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、
前記中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルE1と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルE2と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルE3と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルE4と、が下式(2)及び(3)を満たし、
(2) E1<E2≦E3
(3) E2>E4
前記中間材料は、カルボリン環を有する化合物であって、但し、下記化合物である場合は除くことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料が、りん光発光することを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料の三重項励起エネルギーが2.58eV以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルE4が5.3eV以下であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間層の膜厚が1〜20nmであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記正孔輸送層の膜厚L1と、前記中間層の膜厚L2と、前記発光層の膜厚L3と、が下式(4)を満たすことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(4) 0.001<L2/(L1+L2+L3)<0.2 - 前記ホスト材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間材料と、前記ホスト材料が同一化合物であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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