JP2001338761A

JP2001338761A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2001338761A
Application number: JP2000156817A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Koyama; 裕小山; Keiichi Kohama; 恵一小浜
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ホールと電子との再結合が発光層の内部にお
いてもなされ、発光層における発光領域の厚さ及び厚さ
方向における発光領域の位置並びに色度を制御すること
ができ、発光色を所望のものに容易に調整することがで
きる有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】真空蒸着法により、ガラス製の透明基板
２の表面に、ＩＴＯからなる陽極３、発光層を有する有
機ＥＬ薄膜及びＡｌ−Ｌｉ合金からなる陰極５を、この
順に成膜した後、封止部材６により封止して得られる有
機ＥＬ素子１において、電子輸送性発光材料であるＢＡ
ｌｑにホール輸送性の青色ドーパントであるペリレンと
ホール輸送材料であるＴＥＬ２２とを含有させた第１発
光領域４４１と、ホール輸送性の赤色ドーパントである
ＤＣＪＴを含有させた第２発光領域４４２との２種の発
光領域を備える発光層とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光層の厚さ方向
における発光領域を広くすることができ、また、発光領
域の厚さ等を制御することができ、発光効率が高く、十
分な輝度で発光させるために要する電圧を低くすること
ができる有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子の発光層に用いられる発光
材料は、ホール輸送性、電子輸送性のうちのいずれか一
方に優れ、従来の素子構成ではホール又は電子が注入さ
れる界面近傍の狭い領域でのみ発光し、このことが素子
の寿命の低下をもたらしている。また、このように一方
の界面近傍のみでなく、発光層の内部も含む広い領域で
発光させる際には、発光層の厚さ及びドーパントの含有
量等を発光効率が最大となる最適値から外れた設定と
し、ホールと電子との再結合の確率を低くして発光領域
を制御しなければならず、これが発光効率の低下につな
がっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点を解決するものであり、ホールと電子との
再結合領域を発光層の内部にまで広げることができ、寿
命の長い有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、発光層の厚さ方向における発光領域の厚
さ及びその位置並びに色度を制御することができ、特
に、発光色の異なる発光領域の色度を高い発光効率を維
持したまま制御することができ、素子の発光色を所望の
ものに容易に調整することができる有機ＥＬ素子を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１発明の有機ＥＬ素子
は、基板と、該基板の表面に、陽極、有機ＥＬ薄膜及び
陰極が、この順に積層され形成される有機ＥＬ積層体と
を備え、上記有機ＥＬ薄膜は少なくとも発光層を有し、
該発光層は、ホール輸送材料を含む電子輸送性発光材
料、又は、電子輸送材料及びホールブロック材料の少な
くとも一方を含むホール輸送性発光材料からなり、上記
発光層におけるホールと電子との再結合領域が、該発光
層の内部にまで拡大されていることを特徴とする。

【０００５】上記「有機ＥＬ薄膜」は、陽極の表面に、
少なくともホール輸送層、発光層及び電子輸送層が順次
積層され、形成される。発光層には、発光効率及び素子
の安定性等を向上させるためドーパントを含有させるこ
とができ、このドーパントにより発光色を所望のものと
することもできる。また、陽極とホール輸送層との間に
ホール注入層を設けることができ、電子輸送層と陰極と
の間に電子注入層を設けることもできる。

【０００６】上記「電子輸送性発光材料」としてはＡｌ
ｑ３、ＢＡｌｑ等のアルミキノリウム錯体等が使用され
ることが多く、これにホール輸送材料を含有させること
により発光層を形成することができる。上記「ホール輸
送材料」としては、トリフェニルアミンの２量体である
ＴＰＤ、スターバーストアミン誘導体（ｍ−ＭＴＤＡＴ
Ａ）、α−ＮＰＢ及び３個のトリフェニルアミンを連結
した構造のＨＴＭ１、ＮＳＤ等のトリアリルアミン誘導
体及びＤＰＡＶＢｉ等のビススチリルアミン誘導体等を
用いることができる。

【０００７】電子輸送性発光材料からなる発光層では、
ホールと電子との再結合は、通常、発光層のホール輸送
層との界面近傍においてなされる。そのため、電子の移
動距離が長く、抵抗が大きくなって、発光効率が低下
し、所定の輝度とするためには高い電圧を印加しなれば
ならない等の問題がある。この発光層にホール輸送材料
を含有させることにより、発光層のホール輸送性が向上
し、ホールと電子との再結合の確率を発光層内において
より均一にすることができる。その結果、発光層の内
部、及び電子輸送層との界面近傍においてもホールと電
子とを再結合させることができ、発光領域を発光層の厚
さ方向において広げることができる。また、ホール輸送
層から発光層へのホール注入効率が向上し、より低い電
圧で定電流駆動することができ、しかも十分な輝度で発
光させることができる。

【０００８】また、上記「ホール輸送性発光材料」とし
ては、トリアリルアミン誘導体及びビススチリルアミン
誘導体等が使用されることが多く、これに電子輸送材料
及びホールブロック材料の少なくとも一方を含有させる
ことにより発光層を形成することができる。上記「電子
輸送材料」としては、ＰＢＤ、ＢＮＤ等のオキサジアゾ
ール系化合物、トリアゾール構造を有する化合物、ヒド
ロキシフラボンＢｅ錯体及び発光材料として多用される
アルミキノリウム錯体等を用いることができる。更に、
上記「ホールブロック材料」としては、Ａｌ₂Ｏ₃等の金
属酸化物を使用することができる。

【０００９】ホール輸送性発光材料からなる発光層で
は、ホールと電子との再結合は、通常、発光層の電子輸
送層との界面近傍においてなされ、発光効率が低下し、
所定の輝度とするためには高い電圧を印加しなればなら
ない等の問題がある。この発光層に電子輸送材料及びホ
ールブロック材料の少なくとも一方を含有させることに
より、発光層の内部、及びホール輸送層との界面近傍に
おいてもホールと電子とを再結合させることができ、発
光領域を発光層の厚さ方向において広げることができ
る。

【００１０】電子輸送性発光材料とホール輸送材料との
量比、又は、ホール輸送性発光材料と電子輸送材料及び
ホールブロック材料の少なくとも一方との量比は、体積
比で９９．９／０．１〜５０／５０であることが好まし
く、９９．９／０．１〜８５／１５であることがより好
ましい。電子輸送性発光材料又はホール輸送性発光材料
の体積比が９９．９を越える場合は、発光領域を発光層
の厚さ方向において十分に広げることができず、十分な
発光効率を得るためには印加電圧を高くしなければなら
ない等の問題がある。一方、電子輸送性発光材料又はホ
ール輸送性発光材料の体積比が５０未満であると、電子
輸送層又はホール輸送層からの発光が混ざり始めるため
好ましくない。尚、第１発明におけるホール輸送材料及
び電子輸送材料には、発光層に少量含有される前記のド
ーパントは含まれないものとする。

【００１１】本発明の有機ＥＬ素子では、第２発明のよ
うに、発光層に含まれるホール輸送材料、又は、電子輸
送材料及びホールブロック材料の少なくとも一方の濃度
により、発光層の厚さ方向における発光領域の厚さ及び
その位置のうちの少なくとも厚さを制御することができ
る。

【００１２】ホール輸送材料等の濃度は、発光層の厚さ
方向においてほぼ一定とすることもでき、濃度に傾斜を
持たせることもできる。濃度がほぼ一定である場合は、
その濃度により、ホールと電子との再結合の確率を発光
層の厚さ方向において変化させることができ、発光領域
の厚さを制御することができる。この厚さは、発光層の
ホール輸送層又は電子輸送層との界面から５０％以上、
特に７０％以上の厚さとすることができ、発光層全体を
発光させることもできる。

【００１３】また、濃度に傾斜を持たせた場合は、ホー
ルと電子とが再結合される確率を発光層の厚さ方向の特
定の部位において高くすることができる。それにより、
発光領域の厚さのみでなく、その厚さ方向における位置
を制御することもでき、発光層の厚さ方向のホール輸送
層及び電子輸送層との界面近傍を除く所定位置におい
て、発光層の厚さの２０〜８０％、特に４０〜６０％の
厚さの発光領域とすることができる。更に、第２発明で
は、発光領域の色度を制御することもでき、素子の発光
色を所望のものに容易に調整することができる。

【００１４】また、本発明の有機ＥＬ素子では、第３発
明のように、発光層の厚さ方向に色度の異なる２種以上
の発光領域が形成されており、これらの発光領域の少な
くとも１種にホール輸送材料、又は、電子輸送材料及び
ホールブロック材料の少なくとも一方が含有される有機
ＥＬ素子とすることができる。

【００１５】色度の異なる２種以上の発光領域は、通
常、発光材料に特定のドーパントを含有させることによ
り形成することができる。そして、ドーパントの濃度或
いはこれらの発光領域にホール輸送材料等を含有させた
場合は、その濃度により、それぞれの発光領域における
ホールと電子との再結合の比を制御することができる。
濃度は、発光領域内でほぼ一定とすることができ、発光
領域の厚さ方向において傾斜を持たせることもできる。
いずれの場合であっても、ドーパントを最も高い発光効
率となる濃度で含有させた状態で、各々の発光領域の色
度を制御することができ、高い発光効率を維持したまま
素子の発光色を所望のものに容易に調整することができ
る。

【００１６】第１乃至第３発明の有機ＥＬ素子におい
て、上記「基板」としては、ソーダ石灰ガラス等のガラ
ス類の他、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテル
スルホン、ポリカーボネート等の合成樹脂及び石英等の
透明性を有するものを使用することができる。これらの
うちでは特にガラスからなる基板が多用される。

【００１７】また、上記「陽極」は、金、ニッケル等の
金属単体、及びＩＴＯ、ＣｕＩ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の
金属化合物により形成することができる。これらのう
ち、生産性、安定した導電性等の観点からＩＴＯが特に
好ましい。上記「陰極」は、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａ
ｇ合金、Ｎａ−Ｋ合金、ナトリウム、マグネシウム、リ
チウム、アルミニウム等により形成することができる。
これらのうちでは特にＡｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ａｇ合金
及びアルミニウムが多用される。これら有機ＥＬ素子を
構成する各層は、真空蒸着法により形成することがで
き、スピンコート法、キャスト法、スパッタリング法及
びＬＢ法等、他の各種の方法によっても形成することが
できる。

【００１８】有機ＥＬ積層体は封止部材により封止さ
れ、封止空間には窒素ガス等の不活性なガスを主成分と
するガスが充填される。封止部材としては、ステンレス
鋼、アルミニウム又はその合金等の金属、ソーダ石灰ガ
ラス、珪酸塩ガラス等のガラス、アクリル系樹脂、スチ
レン系樹脂等の合成樹脂などからなるものを使用するこ
とができる。

【００１９】この封止部材と基板の周縁との接合は、エ
ポキシ樹脂、アクリレート系樹脂等の熱硬化性樹脂の
他、光硬化性樹脂等の封止樹脂により行うことができ
る。これらのうち、輝度の低下等を抑えるため、水分等
が透過し難い硬化体が形成される封止樹脂を使用するこ
とが好ましい。また、素子に加わる熱応力を緩和するこ
とができ、且つ硬化速度の大きい光硬化性樹脂がより好
ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を更に
詳しく説明する。実施例１（電子輸送性発光材料からなる発光層にホール
輸送性のドーパントであるＤＣＪＴと、ホール輸送材料
であるＴＥＬ２２とを含有させた有機ＥＬ素子）（１）有機ＥＬ素子の製造図１に、その縦断面を模式的に示す有機ＥＬ素子を、以
下のようにして製造した。真空蒸着法により、ガラス製
の透明基板２の表面に、ＩＴＯからなる陽極３、ＣｕＰ
ｃからなるホール注入層４１、ＴＥＬ２２からなるホー
ル輸送層４２、体積比で１０：１のＡｌｑ３及びＴＥＬ
２２並びにＡｌｑ３に対して０．８体積％のＤＣＪＴが
厚さ方向に均一に分散、混合されてなるホール輸送性発
光層４３、Ａｌｑ３からなる電子輸送層４５及びＡｌ−
Ｌｉ合金からなる陰極５を、この順に成膜し、有機ＥＬ
積層体を形成した後、透明基板２の周縁に封止部材６を
封止樹脂により接合し、有機ＥＬ積層体を封止し、有機
ＥＬ素子１を製造した。

【００２１】この有機ＥＬ素子を８．３ｍＡ／ｃｍ²の
電流密度となるようにして定電流駆動したところ、４．
６９Ｖの電圧で５０７ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた。ま
た、発光効率は４．０７ｌｍ／Ｗであり、色度はｘ＝
０．５１３、ｙ＝０．４６１であった。この素子では、
発光層にホール輸送材料であるＴＥＬ２２と赤色ドーパ
ントであるＤＣＪＴとが均一に分散され、含有されてい
る。そのため、発光層のホール輸送性が向上し、発光層
において実際に発光している領域が広くなり、発光層と
電子輸送層との界面近傍においてもホールと電子との再
結合がなされる。また、ホール輸送層から発光層へのホ
ールの注入効率が高くなるため、低い電圧により高い効
率で発光させることができた。

【００２２】実施例２（実施例１においてＴＥＬ２２を
厚さ方向の濃度に傾斜を持たせて含有させた有機ＥＬ素
子）発光層に含有されるＴＥＬ２２を、ホール輸送層との界
面側では高濃度となり、電子輸送層との界面側では低濃
度となるように、発光層の厚さ方向において濃度に傾斜
を持たせた他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を
製造した。この有機ＥＬ素子を８．３ｍＡ／ｃｍ²の電
流密度となるようにして定電流駆動したところ、４．７
３Ｖの電圧で４９６ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた。ま
た、発光効率は３．９５ｌｍ／Ｗであり、色度はｘ＝
０．５４２、ｙ＝０．４４４であった。この素子では、
発光層の厚さ方向におけるホールの濃度がほぼ一定とな
り、発光層の全体を効率よく使った発光となり、低い電
圧により高い効率で発光させることができた。

【００２３】比較例１（実施例１においてＴＥＬ２２を
含有させなかった有機ＥＬ素子）発光層にＴＥＬ２２を含有させなかった以外は、実施例
１と同様にして、図２に、その縦断面を模式的に示す有
機ＥＬ素子を製造した。この有機ＥＬ素子を８．３ｍＡ
／ｃｍ²の電流密度となるようにして定電流駆動したと
ころ、５．２９Ｖの電圧で４６７ｃｄ／ｍ²の輝度が得
られた。また、発光効率は３．３３ｌｍ／Ｗであり、色
度はｘ＝０．５４３、ｙ＝０．４３９であった。この素
子では、発光層の電子輸送性が強いため、ホール輸送層
と発光層との界面近傍のみでホールと電子との再結合が
なされ、この界面において集中的に発光する。そして、
電子輸送層との界面近傍にも多く存在するＤＣＪＴは発
光に寄与しないばかりか、発光層の抵抗が大きくなり、
輝度が若干低下し、要する電圧は高くなり、発光効率も
低下した。

【００２４】実施例３（異なる色度の発光領域を有し、
一方の発光領域にホール輸送材料を含有させた有機ＥＬ
素子）電子輸送性発光材料であるＢＡｌｑに、青色ドーパント
であるペリレンを０．８体積％含有させた第１発光領域
４４１と、赤色ドーパントであるＤＣＪＴを０．８体積
％含有させた第２発光領域４４２とからなる発光層と
し、第１発光領域にのみＢＡｌｑに対して体積比で１０
／１のＴＥＬ２２を含有させた他は、実施例１と同様に
して有機ＥＬ素子を製造した。図３に、その縦断面を模
式的に示す。

【００２５】この有機ＥＬ素子を８．３ｍＡ／ｃｍ²の
電流密度となるようにして定電流駆動したところ、７．
１Ｖの電圧で３９８ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた。ま
た、発光効率は２．１１ｌｍ／Ｗであり、色度はｘ＝
０．３４８、ｙ＝０．３５６であった。この素子では、
第１発光領域におけるペリレンを高い発光効率が得られ
る最適な含有量に維持したまま、第２発光領域にもホー
ルを注入することができ、第２発光領域も高い効率で発
光させることができ、発光色を目的とする白色にするこ
とができた。また、ホール輸送層から第１発光領域への
ホールの注入が容易であるため、低い電圧により高い効
率で発光させることができた。

【００２６】比較例２（実施例３において第１発光領域
にＴＥＬ２２を含有させなかった有機ＥＬ素子）第１発光領域にＴＥＬ２２を含有させなかった他は、実
施例３と同様にして有機ＥＬ素子を製造した。この有機
ＥＬ素子を８．３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度となるように
して定電流駆動したところ、９．２Ｖの電圧で２４９ｃ
ｄ／ｍ²の輝度が得られた。また、発光効率は１．０２
ｌｍ／Ｗであり、色度はｘ＝０．２１０、ｙ＝０．３０
８であった。この素子では、第１発光領域のホール輸送
性が低いため、ホール輸送層と第１発光領域との界面近
傍のみで発光し、また、第２発光領域へのホールの注入
効率が低く、第２発光領域はほとんど発光しない。その
ため、素子の発光色は青色となってしまい、この青色と
第２発光領域の発光色である赤色とから発光色を白色に
調整しようとする目的が達せられなかった。

【００２７】比較例３（比較例２においてペリレンの濃
度を低くした有機ＥＬ素子）ペリレンの濃度を０．３体積％とした他は、比較例２と
同様にして有機ＥＬ素子を製造した。この有機ＥＬ素子
を８．３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度となるようにして定電
流駆動したところ、８．９Ｖの電圧で２７９ｃｄ／ｍ²
の輝度が得られた。また、発光効率は１．１８ｌｍ／Ｗ
であり、色度はｘ＝０．２９５、ｙ＝０．３７１であっ
た。この素子では、色度は制御し得るものの、ペリレン
の含有量が少ないため第１発光領域における発光効率が
低下し、発光層全体の発光効率も低下した。また、ペリ
レンによる青色の発光強度が低下し、ＢＡｌｑの発光が
混ざったため、色度が緑色方向にシフトし、発光色を白
色にしようとする目的は達せられなかった。

【００２８】比較例４（比較例２において第１発光領域
を薄くした有機ＥＬ素子）第１発光領域の厚さを３０ｎｍから１５ｎｍと薄くした
他は、比較例２と同様にして有機ＥＬ素子を製造した。
この有機ＥＬ素子を８．３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度とな
るようにして定電流駆動したところ、８．４Ｖの電圧で
３３６ｃｄ／ｍ²の輝度が得られた。また、発光効率は
１．５１ｌｍ／Ｗであり、色度はｘ＝０．３６２、ｙ＝
０．３６５であった。この素子では、膜厚の変化による
色度の制御はできたものの、ホール輸送層と第１発光領
域との間でホールがブロックされてしまい、定電流駆動
に要する電圧が高く、また、ホール輸送層においても発
光してしまうため、発光効率も十分ではなかった。

【００２９】以上、実施例１〜３及び比較例１〜４の輝
度、駆動に要する電圧、発光効率及び色度の結果を、ま
とめて表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例４（実施例３においてＴＥＬ２２の
含有量を変化させた有機ＥＬ素子）実施例３において第１発光領域におけるＴＥＬ２２の含
有量をＢＡｌｑに対して体積比で９９．５：０．５、９
９：１、９０：１０及び５０：５０とした他は、実施例
３と同様にして有機ＥＬ素子を製造した。図４は、これ
らの素子の色度を示すグラフであり、○はＢＡｌｑとペ
リレンのみ、●はＢＡｌｑとＤＣＪＴのみの場合であ
る。このグラフによりＴＥＬ２２の含有量により色度を
容易に制御し得ることが分かる。

【００３２】尚、本発明においては、上記の実施例に限
られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更
した実施例とすることができる。例えば、必要に応じ
て、ＬｉＦ等のアルカリ金属のフッ化物又は酸化物及び
ＢａＦ₂等のアルカリ土類金属のフッ化物などからなる
電子注入層を形成することもできる。

【００３３】

【発明の効果】第１発明によれば、発光層における発光
領域をホール輸送層又は電子輸送層との界面ばかりでな
く、発光層の内部を含む広い領域とすることができる。
また、第２発明によれば、発光層の厚さ方向における発
光領域の厚さ及びその位置を容易に制御することがで
き、色度を制御することもできる。更に、第３発明によ
れば、発光層内に色度の異なる２種以上の発光領域を形
成し、これらの色度を制御することにより、所望の発光
色を有する有機ＥＬ素子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における有機ＥＬ素子の縦断面を示す
模式図である。

【図２】比較例１における有機ＥＬ素子の縦断面を示す
模式図である。

【図３】実施例３における有機ＥＬ素子の縦断面を示す
模式図である。

【図４】実施例３においてＴＥＬ２２の含有量を変化さ
せた実施例４における色度の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１；有機ＥＬ素子、２；透明基板、３；陽極、４１；ホ
ール注入層、４２；ホール輸送層、４３；ホール輸送性
発光層、４４１；第１発光領域、４４２；第２発光領
域、４５；電子輸送層、５；陰極、６；封止部材、６
１；接合部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板の表面に、陽極、有機Ｅ
Ｌ薄膜及び陰極が、この順に積層され形成される有機Ｅ
Ｌ積層体とを備え、上記有機ＥＬ薄膜は少なくとも発光
層を有し、該発光層は、ホール輸送材料を含む電子輸送
性発光材料、又は、電子輸送材料及びホールブロック材
料の少なくとも一方を含むホール輸送性発光材料からな
り、上記発光層におけるホールと電子との再結合領域
が、該発光層の内部にまで拡大されていることを特徴と
する有機ＥＬ素子。
【請求項２】上記発光層に含まれる上記ホール輸送材
料、又は、電子輸送材料及びホールブロック材料の少な
くとも一方の濃度により、上記発光層の厚さ方向におけ
る発光領域の厚さ及びその位置のうちの少なくとも該厚
さが制御される請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】上記発光層の厚さ方向に色度の異なる２
種以上の発光領域が形成されており、該発光領域の少な
くとも１種に上記ホール輸送材料、又は、電子輸送材料
及びホールブロック材料の少なくとも一方が含有される
請求項１記載の有機ＥＬ素子。