JP2001110568A - 有機発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い発光効率を有するポリマー分散型の有機
発光素子を提供する。 【解決手段】 発光層が、特定のホール輸送性能をもつ
電荷輸送性ポリマー３Ａと、特定の電子輸送性能をもつ
電荷輸送材３Ｂ、及び発光材３Ｃからなることにより、
高い発光効率を有するポリマー分散型の有機発光素子を
提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平面光源や平板状デ
ィスプレイに使用される有機発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電場発光素子は、自発光のため視認性が
高く、薄型化が可能なため、平板状ディスプレイ等の表
示素子として注目を集めている。中でも、有機化合物を
発光体とする有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子と比較して
低電圧駆動が可能なこと、大面積化が容易なこと、適当
な色素を選ぶことにより、所望の発光色を容易に得られ
ること等の特徴を有し、次世代ディスプレイとして活発
に開発が行われている。

【０００３】有機発光体を用いたＥＬ素子としては、例
えば厚さ１μm以下のアントラセン蒸着膜に３０Ｖの電
圧を印加することにより、青色発光が得られている(Thi
n Solid Films, 94(1982) 171)。しかし、この素子は高
電圧を印加しても十分な輝度が得られず、さらに発光効
率を向上する必要があった。

【０００４】これに対し、Tangらは透明電極（陽極）、
ホール輸送層、電子輸送性の発光層、仕事関数の低い金
属を用いた陰極を積層することにより、発光効率の向上
を図り、１０Ｖ以下の印加電圧で、１０００cd/m²の輝
度を実現した(Appl.Phys.Lett., 51(1987) 913)。

【０００５】さらに、ホール輸送層と電子輸送層で発光
層を挟み込んだ３層構造の素子(Jpn.J.Appl Phys., 27
(1988) L269)や、発光層にドーピングされた色素からの
発光を得る素子(J.Appl.Phys., 65(1989)3610)が報告さ
れている。

【０００６】一方、上記構成の素子が全て真空蒸着法な
どのドライプロセスにより各層を形成するのに対し、ス
ピンコート法やキャスト法などの、いわゆる湿式成膜法
で素子を形成する方法がある（例えば、特開平第３−７
９０号、特開平第３−１７１５９０号等）。

【０００７】すなわち、前記ホール輸送層、電子輸送
層、発光層を形成する材料の少なくとも１種以上を、ポ
リマーバインダーとともに適当な溶媒に溶解し、これを
電極表面に塗布して発光層を形成した後、さらに発光層
上に電極を蒸着法等で形成するものである。以下、こう
して作製された有機発光素子を従来の積層型発光素子に
対してポリマー分散型発光素子という。

【０００８】ドライプロセスにより作製する有機発光素
子と比べて、ポリマー分散型発光素子の有利な点とし
て、以下の点が挙げられる。 （１）蒸着等のドライプロセスでは成膜が困難な材料も
使用可能である。 （２）ドライプロセスでは制御が困難な微量のドーピン
グも容易に実現できる。 （３）大面積化が容易。 （４）低コストで作製できる。 （５）複数の発光材を導入することにより、容易に各発
光材からの発光を同時に得ることができる（白色発光が
可能）。 （６）従来の積層型発光素子は、各層がアモルファス状
態であるのに対し、ポリマー分散型発光素子は、各材料
がポリマーバインダーに分散されているため熱的に安定
である。

【０００９】従来のポリマー分散型発光素子の発光層の
構成としては、ポリビニルカルバゾールに発光材として
ペリノン誘導体あるいはトリス（８−キノリノラト）ア
ルミニウムを分散したもの、ポリカーボネートに発光材
としてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム及びテ
トラフェニルベンジジンを分散したもの、等がある（例
えば、特開平３−７９０号公報、特開平３−１７１５９
０号公報等）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ポリマー分散型発光素
子は、上記した利点がある反面、従来の積層型発光素子
に比べて発光効率が低いという課題がある。

【００１１】すなわち積層型発光素子では、陽極からホ
ール輸送層にホールが注入され、陰極から電子輸送性の
発光層あるいは電子輸送層に電子が注入される。そし
て、これらのホールと電子が発光層中で再結合した際、
励起子が形成され、この励起子が基底状態に遷移する際
に発光する。ここで、電子輸送とホール輸送がそれぞれ
機能分離されているため、電子・ホールの再結合は各層
の界面近傍でのみ起こる。従って、励起子の生成が効率
よく起こり、発光効率も向上する。

【００１２】さらに、ホール及び電子の注入について
も、陽極、陰極との注入障壁が小さくなるように各電極
に接する層の材料を選択すれば、注入が容易に行え、低
電圧での駆動が可能となる。

【００１３】これに対して、ポリマー分散型発光素子の
場合、主として単層構成のため、上記した積層型発光素
子のようなホール・電子の再結合及び励起子の生成が局
所的に起こるものではなく、また、電極からのホール・
電子の注入障壁も大きいため、発光効率の向上が困難で
あった。

【００１４】本発明は、上記課題を解決するもので、ポ
リマー分散型の有機発光素子においても、高い発光効率
および低駆動電圧を実現するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】我々は、前期目的を達成
するため鋭意検討を行った結果、ポリマー分散型発光素
子において、ポリマー中に特定のキャリア移動度を有す
る電荷輸送材を含むこと、あるいは特定のキャリア移動
度を有する電荷輸送性ポリマーを用いることにより、電
流−輝度効率を向上できることを見出した。さらに特定
のイオン化ポテンシャルを有するホール注入層を陽電極
及び発光層間に挿入するか、あるいは特定のイオン化ポ
テンシャルを有するホール輸送材を発光層中に含むこと
により、駆動電圧の低減を図れることを見出した。

【００１６】具体的には、本願の請求項１の発明の有機
発光素子は、陽電極及び陰電極間に少なくとも１層の発
光層を有する有機発光素子において、前記発光層が、電
荷輸送材、発光材、及びこれらを分散させるためのポリ
マーからなる有機発光素子である。

【００１７】また本願の請求項２の発明は、請求項１記
載のポリマーが、電荷輸送性ポリマーである有機発光素
子としたものである。

【００１８】また本願の請求項３の発明は、請求項１記
載のポリマーが、ホール輸送性ポリマーである有機発光
素子としたものである。

【００１９】また本願の請求項４の発明は、請求項３記
載の有機発光素子において、電荷輸送材が電子輸送材で
ある有機発光素子である。

【００２０】また本願の請求項５の発明は、請求項３ま
たは４記載のホール輸送性ポリマーのキャリア移動度が
１×１０^-7cm²/V・s以上である有機発光素子としたもの
である。

【００２１】また本願の請求項６の発明は、請求項４ま
たは５記載の電子輸送材のキャリア移動度が５×１０^-8
cm²/V・s以上である有機発光素子としたものである。

【００２２】また本願の請求項７の発明は、請求項４〜
６記載の電子輸送材の含有率が、前記ポリマーに対して
３０〜１２０重量％である有機発光素子としたものであ
る。

【００２３】また本願の請求項８の発明は、請求項４〜
７記載のホール輸送性ポリマーのイオン化ポテンシャル
が、前記発光材のイオン化ポテンシャルよりも大きく、
かつ前記電子輸送材の電子親和力が、前記発光材の電子
親和力よりも小さい有機発光素子としたものである。

【００２４】また本願の請求項９の発明は、請求項３〜
８記載のポリマーが、一般式（化１）で表される繰り返
し単位を有するポリ−Ｎ−ビニルカルバゾールである有
機発光素子としたものである。

【００２５】また本願の請求項１０の発明は、請求項４
〜９記載の電子輸送材が、オキサゾール誘導体、オキサ
ジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導
体、アルダジン誘導体のうち少なくとも１種からなる有
機発光素子としたものである。

【００２６】また本願の請求項１１の発明は、請求項４
〜９記載の電子輸送材が、キノリノール錯体またはその
誘導体からなる有機発光素子としたものである。

【００２７】また本願の請求項１２の発明は、請求項１
１記載の電子輸送材が、トリス（８−キノリノラト）ア
ルミニウムまたはその誘導体からなる有機発光素子とし
たものである。

【００２８】また本願の請求項１３の発明は、請求項１
〜１２記載の有機発光素子において、陽電極と発光層の
間にホール注入層を有する有機発光素子である。

【００２９】また本願の請求項１４の発明は、請求項１
３記載のホール注入層のイオン化ポテンシャル（Ip
(h)）、前記ポリマーのイオン化ポテンシャル（Ip
(p)）、前記陽電極のイオン化ポテンシャルあるいは仕
事関数（Ip(a)）の関係が、以下の式で表される有機発
光素子である。

【００３０】Ip(a)＜Ip(h)＜Ip(p) また本願の請求項１５の発明は、請求項１３または１４
記載のホール注入層が、ポリアニリン誘導体、ポリチオ
フェン誘導体、アモルファスカーボンのうち少なくとも
１種からなる有機発光素子としたものである。

【００３１】また本願の請求項１６の発明は、請求項１
〜１５記載の有機発光素子において、陰電極と発光層の
間に、電子注入層を有する有機発光素子である。

【００３２】また本願の請求項１７の発明は、請求項１
６記載の電子注入層の電子親和力あるいは仕事関数が、
前記陰電極の仕事関数よりも小さい有機発光素子であ
る。

【００３３】また本願の請求項１８の発明は、請求項１
７記載の電子注入層が、ジリチウムフタロシアニン、ジ
ソディウムフタロシアニン、有機ホウ素錯化合物のうち
少なくとも１種からなる有機発光素子としたものであ
る。

【００３４】また本願の請求項１９の発明は、請求項１
８記載の電子注入層が、４，４，８，８−テトラキス
（１Ｈ−ピラゾール−１−イル）ピラザボールからなる
有機発光素子としたものである。

【００３５】また本願の請求項２０の発明は、請求項１
〜１９記載の有機発光素子において、電荷輸送材が、ホ
ール輸送材及び電子輸送材をそれぞれ少なくとも１種以
上含む有機発光素子である。

【００３６】また本願の請求項２１の発明は、請求項２
０記載のホール輸送材のイオン化ポテンシャルが、前記
ポリマーのイオン化ポテンシャルよりも小さい有機発光
素子である。

【００３７】また本願の請求項２２の発明は、請求項２
０〜２１記載のホール輸送材の含有率が、前記ポリマー
に対して１０〜１２０重量％である有機発光素子とした
ものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。図１は本発明に係る有機発光素子の１例を示
す断面図である。図１において、１は基板、２は陽電
極、３は発光層、４は陰電極である。

【００３９】基板１は、本発明の有機発光素子を坦持で
きるものであればよく、ガラスあるいはポリカーボネー
ト、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタ
レートなどの樹脂フィルムなどの透明基板、またはシリ
コンなどの不透明基板を用いることができる。

【００４０】陽電極２，陰電極４のうち、少なくとも一
方は透明あるいは半透明である必要があり、そのどちら
か一方あるいは両方の電極を通して発光層からの発光を
外部に取り出す。陽電極２としては通常、インジウムテ
ィンオキサイド（ＩＴＯ）、酸化錫などの透明電極を用
いることが多いが、ＮＩ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属
電極を用いてもよい。ＩＴＯ膜はその透明性を向上さ
せ、または抵抗率を低下させる目的で、スパッタ、エレ
クトロンビーム蒸着、イオンプレーティングなどの成膜
方法が採用されている。また、膜厚は必要とされるシー
ト抵抗値と可視光透過率から決定されるが、有機発光素
子では比較的駆動電流密度が高いため、シート抵抗値を
小さくするため１０００Å以上の厚さで用いられること
が多い。陰電極４としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの金
属、ＭｇＡｇ合金、ＡｌＬｉ合金などの仕事関数の低い
金属と比較的仕事関数が大きく安定な金属の合金、Ｌｉ
／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌなどの仕事関数の低い金属と仕事
関数の高い金属の積層電極などを用いることができる。
これら陰電極の形成には蒸着法やスパッタ法が好まし
い。なお、図１では、下から基板／陽電極／発光層／陰
電極の順の構成となっているが、必ずしもこの順に積層
する必要はなく、下から基板／陰電極／発光層／陽電極
の順としてもよい。また、図１において、基板１側の電
極すなわち陽電極２のみが透明で、陰電極４が不透明な
場合、発光を外部に取り出すためには基板１も透明基板
である必要がある。

【００４１】発光層は、電荷輸送材３Ｂ、発光材３Ｃ、
及びこれらを分散させるためのポリマー３Ａからなる。
ポリマー材料としては、電荷輸送性のポリマーが好まし
く、中でもホール輸送性のポリマーが好ましい。ホール
輸送性のポリマーは、そのキャリア移動度が１×１０^-7
cm²/V・s以上のものが好ましく、特には、一般式（化
１）で表される繰り返し単位を有するポリ−Ｎ−ビニル
カルバゾールが好ましい。ホール輸送性ポリマーを用い
た場合、電荷輸送材としては、電子輸送材を用いること
が好ましい。さらに、電子輸送材のキャリア移動度は、
５×１０^-8cm²/V・s以上のものが好ましい。特には、オ
キサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾ
ール誘導体、ピラジン誘導体、アルダジン誘導体、キノ
リノール錯体及びその誘導体が好ましい。また、電子輸
送材の含有率は、前記ポリマーに対して３０〜１２０重
量％であることが好ましい。すなわち、含有率が３０重
量％未満では電子輸送能が十分でなく、１２０重量％よ
り多ければポリマーへの分散性が悪くなる。発光材とし
ては、ホール・電子再結合に応答して発光を示す蛍光物
質あるいは燐光物質を用いればよく、特に強い蛍光ある
いは燐光を示す物質としては、シアニン色素、メロシア
ニン色素、スチリル系色素、アントラセン誘導体、ポル
フィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、クマリン、Ｄ
ＣＭ、ナイルレッドなどの色素及びレーザ色素を用いる
ことができる。また、発光材としては、該発光材のイオ
ン化ポテンシャルが前記ホール輸送性ポリマーのイオン
化ポテンシャルよりも小さく、かつ該発光材の電子親和
力が前記電子輸送材の電子親和力よりも大きい物質が好
ましい。

【００４２】本発明の有機発光素子の発光機構は、以下
の通りである。すなわち、図１の構成の有機発光素子に
おいて、陽電極２、陰電極４間に図に示す方向に電圧を
印加すると、陽電極２からホールが、陰電極４から電子
が発光層３に注入される。そして、注入されたホールは
陰電極４に、電子は陽電極２に向かって流れ出す。発光
層中でホールと電子が再結合し、これに応答して発光層
中の発光材から蛍光あるいは燐光が発せられる。ここ
で、発光の電流効率（注入された電流に対する発光の効
率）を決定する主な因子として、以下の点が挙げられ
る。 （１）注入電流に対するホールと電子の再結合効率 （２）再結合に伴う発光材の励起子生成効率 （３）発光材の励起子からの発光量子効率 上記のうち、（２）と（３）については、ほぼ発光材そ
のものの性質で決定されるものである。一方、（１）の
ホールと電子の再結合効率については、ホールと電子の
バランスに最も影響を受ける。すなわち、ホールと電子
のバランスが悪ければ、過剰なキャリアは電極から注入
されても発光層中で再結合せずに反対側の電極まで到達
してしまい、発光に寄与しない無駄な電流となる。そこ
で、発光層中での各キャリアの移動度を上げてやれば、
ホールと電子のバランスよく流れ、発光効率も向上す
る。具体的には、ホールの移動度が１×１０^-7cm²/V・s
以上、電子の移動度が５×１０^-8cm²/V・s以上であるこ
とが好ましい。

【００４３】図２〜図４は、本発明に係る有機発光素子
の別の例を示す断面図である。図２〜図４において、５
はホール注入層、６は電子注入層、３Ｄはホール輸送
材、３Ｅは電子輸送材である。

【００４４】ホール注入層５は、陽電極２から発光層３
へのホール注入を補助する目的で挿入される。ホール注
入層５としては、そのイオン化ポテンシャル(Ip(h))
と、前記ポリマーのイオン化ポテンシャル(Ip(p))及び
前記陽電極のイオン化ポテンシャルあるいは仕事関数(I
p(a))との関係が、Ip(a)＜Ip(h)＜Ip(p)となる材料を用
いることが好ましい。特には、ポリアニリン誘導体、ポ
リチオフェン誘導体、アモルファスカーボンのうち、少
なくとも１種からなることが好ましい。

【００４５】電子注入層６は、陰電極４から発光層３へ
の電子注入を補助する目的で挿入される。電子注入層６
としては、その電子親和力あるいは仕事関数が、前記陰
電極の仕事関数よりも小さい材料を用いることが望まし
い。特には、ジリチウムフタロシアニン、ジソディウム
フタロシアニン、有機ホウ素錯化合物のうち少なくとも
１種からなることが好ましい。ホール輸送材３Ｄは、ホ
ール注入層と同様に陽電極２から発光層３へのホール注
入を補助する目的で導入される。ただしホール注入層５
とは異なり、陽電極２と発光層３の間に層として挿入さ
れるのではなく、発光層中に直接分散される。ホール輸
送材３Ｄとしては、そのイオン化ポテンシャルが、前記
ポリマーのイオン化ポテンシャルよりも小さい材料を用
いることが好ましい。また、ホール輸送材の含有率は、
前記ポリマーに対して１０〜１２０重量％であることが
好ましい。すなわち、１０重量％未満では十分なホール
注入ができず、１２０重量％より多ければポリマーへの
分散性が悪くなる。

【００４６】前記ホール注入層５，電子注入層６、ホー
ル輸送材３Ｄの導入による効果を、図を用いて説明す
る。図５〜図８は、本発明に係る有機発光素子のエネル
ギーダイアグラムである。

【００４７】図５は陽電極／発光層（ホール輸送性ポリ
マー＋電子輸送材＋発光材）／陰電極の構成の有機発光
素子、図６は陽電極／ホール注入層／発光層（ホール輸
送性ポリマー＋電子輸送材＋発光材）／陰電極の構成の
有機発光素子のエネルギーダイアグラム及びその動作機
構を表す。前述した通り、有機発光素子に電圧を印加し
た場合、陽電極からホールが、陰電極から電子が発光層
に注入される。さらに詳しくは、図５に示すように、両
キャリアは注入障壁のより小さい物質、すなわちホール
は発光層中のホール輸送性ポリマーに、電子は発光層中
の電子輸送材に注入される。ここで、両キャリア（ホー
ル及び電子）の注入障壁が小さいほど注入は容易に起こ
り、駆動電圧は低下する。従って電流効率が同じでも、
駆動電圧の低減により、発光の電力効率（投入電力に対
する発光の効率）を向上させることができる。そこで、
例えばイオン化ポテンシャルが陽電極とホール輸送性ポ
リマーの間にあるようなホール注入層を挿入した場合、
図６に示すようにホール注入障壁は緩和され、駆動電圧
も低減できる。さらに、図５に示すようにホール注入障
壁が電子注入障壁に比べて大きい場合、ホール注入障壁
を小さくすることにより、ホール注入量と電子注入量の
バランスがよくなるため、前述したような効果で電流効
率の向上も期待できる。

【００４８】また、図７は陽電極／発光層（ホール輸送
性ポリマー＋電子輸送材＋発光材）／電子注入層／陰電
極の構成の有機発光素子のエネルギーダイアグラムであ
る。ホール注入障壁と同様に、電子注入障壁について
も、陰電極に比べて小さい電子親和力をもつ電子注入層
を挿入することにより、図７に示すように障壁を小さく
することができ、駆動電圧の低減及び発光効率を向上で
きる。

【００４９】一方、図８は陽電極／発光層（ホール輸送
性ポリマー＋ホール輸送材＋電子輸送材＋発光材）／陰
電極の構成の有機発光素子のエネルギーダイアグラムで
ある。この場合、ホール輸送材のイオン化ポテンシャル
がホール輸送性ポリマーよりも小さいため、図に示すよ
うにホールは陽電極から直接発光層中のホール輸送材に
注入され、ホール輸送性ポリマーに注入された場合に比
べて注入障壁は小さくなる。従って、ホール注入層を挿
入した場合と同様に、駆動電圧を低減できると同時に電
流効率の向上も期待できる。

【００５０】もちろん、上記構成の組み合わせ、すなわ
ちホール注入層及び電子注入層の両方を挿入、あるいは
発光層をホール輸送性ポリマー＋ホール輸送材＋電子輸
送材＋発光材として、さらに電子注入層を挿入する等の
構成としてもよい。

【００５１】次に、具体的な実施例に基づいてさらに詳
細に説明する。

【００５２】（実施例１）図１の構成の有機発光素子を
下記の通り作製した。基板１として、厚さ０．７ｍｍの
ガラス基板を用い、この上に陽電極２として、ＩＴＯを
スパッタ法により成膜した。ＩＴＯの膜厚は約１０００
Å、シート抵抗は約１５Ω／□とし、フォトリソグラフ
ィーにより、所望の形状にパターニングした。発光層３
としては、ポリマー３Ａとしてポリ−Ｎ−ビニルカルバ
ゾール（ＰＶＫ）（分子量約２８０００）を、電荷輸送
材３Ｂとしてトリス（８−キノリノラト）アルミニウム
（Ａｌｑ₃）を、発光材３Ｃとしてレーザ色素であるナ
イルレッドを用いた。ＰＶＫはホール輸送性ポリマーで
あり、そのキャリア移動度は約２×１０^-6cm²/V・sであ
る。また、Ａｌｑ₃は電子輸送材であり、そのキャリア
移動度は約２×１０^-6cm²/V・sである。各材料の混合比
率は、ＰＶＫ：Ａｌｑ₃：ナイルレッド＝１００：６
０：０．２（重量比）とした。発光層の形成は、以下に
示す方法で行った。ＰＶＫ３００ｍｇ、Ａｌｑ₃１８０
ｍｇ、ナイルレッド０．６ｍｇをトルエンとクロロホル
ム１：１の混合溶媒３０ｍｌに溶かし、１日間撹拌し
た。この溶液を、あらかじめ洗浄及び酸素プラズマ処理
した前記ＩＴＯ付きガラス基板上にスピンコートして発
光層３を得た。スピンコートは、スピナーを用いて密閉
した状態で５００ｒｐｍ・１０秒、１０００ｒｐｍ・３
０秒の条件で行い、その後、ホットプレートを用いて１
１０℃で１分間熱処理を行った。発光層３の膜厚は約１
０００Åであった。次に、陰極４としてＬｉ／Ａｌ積層
電極を真空蒸着法により成膜した。成膜は、真空度約５
×１０^-6Ｔｏｒｒ下で行い、まずＬｉを約０．５Å／ｓ
ｅｃのレートで１０Å蒸着した後、Ａｌを約３０Å／ｓ
ｅｃで１５００Å蒸着した。陰極の形状は、マスクを用
いて所望のパターンを得た。

【００５３】一方、各材料のエネルギーレベルについて
は、ＩＴＯのイオン化ポテンシャルが４．９ｅＶ、ＰＶ
Ｋのイオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ、電子親和力が
２．０ｅＶ、Ａｌｑ３のイオン化ポテンシャルが５．７
ｅＶ、電子親和力が３．０ｅＶ、ナイルレッドのイオン
化ポテンシャルが５．３ｅＶ、電子親和力が３．５ｅ
Ｖ、Ｌｉの仕事関数が２．９ｅＶ、Ａｌの仕事関数が
４．３ｅＶである。

【００５４】こうして作製した有機発光素子に図１に示
す方向に電圧を印加すると、素子はオレンジ色に発光し
た。この時の電流効率（ｃｄ／Ａ）、輝度１００ｃｄ／
ｍ²時の駆動電圧、及び輝度１００ｃｄ／ｍ²時の電力効
率（ｌｍ／Ｗ）を表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】（実施例２）図２の構成の有機発光素子を
作製、評価した。基板１、陽電極２、発光層３、陰極４
は実施例１と同じ構成・膜厚とし、ホール注入層５とし
て、市販のポリチオフェン誘導体を挿入した。ホール注
入層の成膜は発光層と同様にスピンコート法を用いて行
い、膜厚は１５０Åとした。ここで使用したポリチオフ
ェン誘導体のイオン化ポテンシャルは、５．３ｅＶであ
る。この素子の評価結果を（表１）に示す。

【００５７】（実施例３）実施例２のホール注入層５と
して、ポリチオフェン誘導体の代わりに前記ポリチオフ
ェン誘導体と同等のイオン化ポテンシャルを示す市販の
ポリアニリン誘導体を用いた。ポリアニリン誘導体の成
膜は実施例２と同様に行い、膜厚は１５０Åとした。こ
の素子の評価結果を（表１）に示す。

【００５８】（実施例４）実施例２のホール注入層５と
して、ポリチオフェン誘導体の代わりにアモルファスカ
ーボンを用いた。アモルファスカーボンは、スパッタ法
により形成し、膜厚は１００Åとした。アモルファスカ
ーボンのイオン化ポテンシャルは、５．２ｅＶである。
この素子の評価結果を（表１）に示す。

【００５９】（実施例５）図３の構成の有機発光素子を
作製、評価した。基板１、陽電極２、発光層３は実施例
１と同じ構成・膜厚とし、発光層上に電子注入層６とし
て、ジリチウムフタロシアニンを成膜し、さらに陰電極
４としてＡｌを成膜した。ジリチウムフタロシアニンと
Ａｌは、真空蒸着法により形成し、発光層３上にジリチ
ウムフタロシアニンを約０．３Å／ｓｅｃのレートで１
０Å成膜した後、Ａｌを約３０Å／ｓｅｃで１５００Å
成膜した。ジリチウムフタロシアニンの電子親和力は
３．０ｅＶである。この素子の評価結果を（表１）に示
す。

【００６０】（実施例６）実施例５の電子注入層６とし
て、ジリチウムフタロシアニンの代わりにこれと同等の
電子親和力を示すジソディウムフタロシアニンを用い
た。ジソディウムフタロシアニンの成膜は実施例５と同
様に行い、膜厚は１０Åとした。この素子の評価結果を
（表１）に示す。

【００６１】（実施例７）実施例５の電子注入層６とし
て、ジリチウムフタロシアニンの代わりに４，４，８，
８−テトラキス（１Ｈ−ピラゾール−１−イル）ピラザ
ボールを用いた。４，４，８，８−テトラキス（１Ｈ−
ピラゾール−１−イル）ピラザボールの成膜は実施例５
と同様に行い、膜厚は１０Åとした。４，４，８，８−
テトラキス（１Ｈ−ピラゾール−１−イル）ピラザボー
ルの電子親和力は２．３ｅＶである。この素子の評価結
果を（表１）に示す。

【００６２】（実施例８）図４の構成の有機発光素子を
作製、評価した。基板１、陽電極２、陰電極４は実施例
１と同じ構成・膜厚とした。発光層３としては、ポリマ
ー３ＡとしてＰＶＫを、ホール輸送材３ＤとしてＮ，
Ｎ’ージフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニ
ル）−１，１’−ビフェニルー４，４’−ジアミン（Ｔ
ＰＤ）を、電子輸送材３ＥとしてＡｌｑ₃を、発光材３
Ｃとしてナイルレッドを用いた。ＴＰＤのイオン化ポテ
ンシャルは、５．４ｅＶである。各材料の混合比率は、
ＰＶＫ：Ａｌｑ₃：ＴＰＤ：ナイルレッド＝１００：６
０：８０：０．２（重量比）とした。発光層の形成は、
ＰＶＫ３００ｍｇ、Ａｌｑ₃１８０ｍｇ、ＴＰＤ２４０
ｍｇ、ナイルレッド０．６ｍｇをトルエンとクロロホル
ム１：１の混合溶媒５０ｍｌに溶かし、１日間撹拌した
後、実施例１と同様の方法で、前記ＩＴＯ付きガラス基
板にスピンコートした。発光層３の膜厚は１０００Åで
あった。さらにこの上に（実施例１）と同様に陰電極４
としてＬｉ／Ａｌ積層電極を真空蒸着した。この素子の
評価結果を（表１）に示す。

【００６３】（実施例９）ホール注入層と、電子注入層
の両方を挿入した素子を作製した。すなわち、下から基
板／陽電極／ホール注入層／発光層／電子注入層／陰電
極とし、ホール注入層としては前記ポリチオフェン誘導
体を、電子注入層としては、前記ジリチウムフタロシア
ニンをそれぞれ実施例２、実施例５と同じ製法及び膜厚
で形成した。発光層は実施例１と同じ構成とし、陰電極
としてはＡｌを１５００Å形成した。この素子の評価結
果を（表１）に示す。

【００６４】（比較例１）図１の構成において、発光層
をＰＶＫとナイルレッドのみから構成し、それ以外は実
施例１と同様の有機発光素子を作製した。この素子の評
価結果を（表１）に示す。

【００６５】（比較例２）図１の構成において、発光層
をＰＶＫ、ＴＰＤ、ナイルレッドから構成し、それ以外
は実施例１と同様の有機発光素子を作製した。ＴＰＤ
は、ホール輸送性は示すが、極めて小さい電子輸送性し
か示さない。この素子の評価結果を（表１）に示す。

【００６６】電子輸送能の高い電荷輸送材を含まない比
較例１及び２に対して、実施例１に示すとおり、約２×
１０^-6cm²/V・sという高い電子移動度を持つＡｌｑ₃を
含む場合、電流効率を大きく向上することができた。ま
た、実施例２〜９に示すように、ホール注入層、電子注
入層を挿入するか、あるいは発光層中にホール注入を補
助する役割でホール輸送材を導入することにより、さら
に駆動電圧の低減および電力効率の向上を実現できた。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る有機
発光素子によれば、発光層が、電荷輸送材、発光材、及
びこれらを分散させるためのポリマーからなり、これら
の材料が特定のキャリア輸送性あるいはイオン化ポテン
シャルをもつことにより、発光層中をホールと電子がバ
ランスよく流れるため、発光効率を向上できるものであ
る。

【００６８】また、ホール注入層または電子注入層を挿
入するか、あるいは発光層中にホール注入を補助するホ
ール輸送材を導入することにより、ホールあるいは電子
の注入障壁を緩和し、さらに駆動電圧を低減し、発光効
率を向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の有機発光素子の断
面図

【図２】本発明に係る第２の実施例の有機発光素子の断
面図

【図３】本発明に係る第３の実施例の有機発光素子の断
面図

【図４】本発明に係る第４の実施例の有機発光素子の断
面図

【図５】本発明に係る第１の実施例の有機発光素子のエ
ネルギーダイアグラムを示す図

【図６】本発明に係る第２の実施例の有機発光素子のエ
ネルギーダイアグラムを示す図

【図７】本発明に係る第３の実施例の有機発光素子のエ
ネルギーダイアグラムを示す図

【図８】本発明に係る第４の実施例の有機発光素子のエ
ネルギーダイアグラムを示す図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 陽電極 ３ 発光層 ３Ａ ポリマー ３Ｂ 電荷輸送材 ３Ｃ 発光材 ３Ｄ ホール輸送材 ３Ｅ 電子輸送材 ４ 陰電極 ５ ホール注入層 ６ 電子注入層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 徹哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松尾 三紀子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB06 CA00 CA01 CA05 CA06 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽電極及び陰電極間に少なくとも１層の
   発光層を有する有機発光素子であって、前記発光層が、
   電荷輸送材、発光材、及びこれらを分散させるためのポ
   リマーからなることを特徴とする有機発光素子。
2. 【請求項２】 前記ポリマーが、電荷輸送性ポリマーで
   あることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
3. 【請求項３】 前記ポリマーが、ホール輸送性ポリマー
   であることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
4. 【請求項４】 前記電荷輸送材が、電子輸送材であるこ
   とを特徴とする請求項３記載の有機発光素子。
5. 【請求項５】 前記ホール輸送性ポリマーのキャリア移
   動度が、１×１０^-7cm ²/V・s以上であることを特徴とす
   る請求項３または４記載の有機発光素子。
6. 【請求項６】 前記電子輸送材のキャリア移動度が、５
   ×１０^-8cm²/V・s以上であることを特徴とする請求項４
   または５記載の有機発光素子。
7. 【請求項７】 前記電子輸送材の含有率が、前記ポリマ
   ーに対して３０〜１２０重量％であることを特徴とする
   請求項４〜６のいずれかに記載の有機発光素子。
8. 【請求項８】 前記ホール輸送性ポリマーのイオン化ポ
   テンシャルが、前記発光材のイオン化ポテンシャルより
   も大きく、かつ前記電子輸送材の電子親和力が、前記発
   光材の電子親和力よりも小さいことを特徴とする請求項
   ４〜７のいずれかに記載の有機発光素子。
9. 【請求項９】 前記ポリマーが下記一般式（化１）で表
   される繰り返し単位を有するポリ−Ｎ−ビニルカルバゾ
   ールであることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに
   記載の有機発光素子。 【化１】
10. 【請求項１０】 前記電子輸送材が、オキサゾール誘導
    体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピ
    ラジン誘導体、アルダジン誘導体のうち少なくとも１種
    からなることを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記
    載の有機発光素子。
11. 【請求項１１】 前記電子輸送材が、キノリノール錯体
    またはその誘導体からなることを特徴とする請求項４〜
    ９のいずれかに記載の有機発光素子。
12. 【請求項１２】 前記電子輸送材が、トリス（８−キノ
    リノラト）アルミニウムまたはその誘導体からなること
    を特徴とする請求項１１記載の有機発光素子。
13. 【請求項１３】 前記陽電極と前記発光層の間に、ホー
    ル注入層を有することを特徴とする請求項１〜１２のい
    ずれかに記載の有機発光素子。
14. 【請求項１４】 前記ホール注入層のイオン化ポテンシ
    ャル（Ip(h)）、前記ポリマーのイオン化ポテンシャル
    （Ip(p)）、前記陽電極のイオン化ポテンシャルあるい
    は仕事関数（Ip(a)）の関係が、以下の式で表されるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の有機発光素子。 Ip(a)＜Ip(h)＜Ip(p)
15. 【請求項１５】 前記ホール注入層が、ポリアニリン誘
    導体、ポリチオフェン誘導体、アモルファスカーボンの
    うち少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１
    ３または１４記載の有機発光素子。
16. 【請求項１６】 前記陰電極と前記発光層の間に、電子
    注入層を有することを特徴とする請求項１〜１５のいず
    れかに記載の有機発光素子。
17. 【請求項１７】 前記電子注入層の電子親和力あるいは
    仕事関数が、前記陰電極の仕事関数よりも小さいことを
    特徴とする請求項１６記載の有機発光素子。
18. 【請求項１８】 前記電子注入層が、ジリチウムフタロ
    シアニン、ジソディウムフタロシアニン、有機ホウ素錯
    化合物のうち少なくとも１種からなることを特徴とする
    請求項１７記載の有機発光素子。
19. 【請求項１９】 前記電子注入層が、４，４，８，８−
    テトラキス（１Ｈ−ピラゾール−１−イル）ピラザボー
    ルからなることを特徴とする請求項１８記載の有機発光
    素子。
20. 【請求項２０】 前記電荷輸送材が、ホール輸送材及び
    電子輸送材をそれぞれ少なくとも１種以上含むことを特
    徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の有機発光素
    子。
21. 【請求項２１】 前記ホール輸送材のイオン化ポテンシ
    ャルが、前記ポリマーのイオン化ポテンシャルよりも小
    さいことを特徴とする請求項２０記載の有機発光素子。
22. 【請求項２２】 前記ホール輸送材の含有率が、前記ポ
    リマーに対して１０〜１２０重量％であることを特徴と
    する請求項２０または２１記載の有機発光素子。