JP2003142264A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
子を提供する。 【解決手段】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、
有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる電子輸
送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミ
ネッセンス素子であって、発光層が電子輸送能を有する
有機ホスト材料及びりん光性の有機ゲスト材料からな
り、有機ホスト材料のイオン化ポテンシャルエネルギー
が正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネルギーよりも
大きくかつ、該イオン化ポテンシャルエネルギーの差が
0.4eVから0.8eVの範囲にある。
Description
て発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンス(以
下、ELともいう)を利用して、かかる物質を層状に形
成した発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素
子(以下、有機EL素子ともいう)に関する。
パネルを構成する各有機EL素子は、表示面としてのガ
ラス基板上に、透明電極としての陽極、有機発光層を含
む複数の有機材料層、金属電極からなる陰極を、順次、
薄膜として積層した構造を有している。有機材料層に
は、有機発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層などの
正孔輸送能を持つ材料からなる層や、電子輸送層、電子
注入層などの電子輸送能を持つ材料からなる層などが含
まれ、これらが設けられた構成の有機EL素子も提案さ
れている。電子注入層には無機化合物も含まれる。
層の積層体の有機EL素子に電界が印加されると、陽極
からは正孔が、陰極からは電子が注入される。有機EL
素子は、この電子と正孔が有機発光層において再結合再
結合し、励起子が形成され、それが基底状態に戻るとき
に放出される発光を利用したものである。発光の高効率
化や素子を安定駆動させるために、発光層に色素をゲス
ト材料としてドープすることもある。
料を利用することも提案されている。有機EL素子の発
光層において、電子と正孔の再結合後の一重項励起子と
三重項励起子の発生確率が1:3と考えられており、三
重項励起子によるりん光をも利用した素子のほうが一重
項励起子による蛍光を使った素子の3〜4倍の発光効率
の達成が考えられているためである。
の向上と駆動安定性を向上させるために、有機発光層か
ら陰極の間に有機発光層からの正孔の移動を制限する正
孔ブロッキング層を設けることが提案されている。この
正孔ブロッキング層により正孔を発光層中に効率よく蓄
積することによって、電子との再結合確率を向上させ、
発光の高効率化を達成することができる。正孔ブロック
材料としてフェナントロリン誘導体やトリアゾール誘導
体が有効であると報告されている(特開平8−1093
73号及び特開平10−233284号公報参照)。
ロルミネッセンス素子においては、発光層ホスト材料に
正孔輸送性材料を用い、発光層陰極側に隣接する層に、
フェナントロリン誘導体の例えば2,9-dimethyl-4,7-dip
henyl-,1,10-phenathroline:BCPあるいはアルミキ
レート錯体の例えば((1,1’-biphenyl)-4-olato)bis(2-
methyl-8-quinolinolato Nl,O8) aluminum:BAlqな
どの発光層のホスト材料よりもさらにイオン化ポテンシ
ャルエネルギーの大きい材料を正孔ブロッキング層とし
て用いていた。正孔ブロッキング層としてBCPを用い
た場合、初期の発光特性は良好であるが、駆動寿命が著
しく短いという欠点がある。現時点では、十分にイオン
化ポテンシャルエネルギーが大きく、かつ、耐久性に優
れる材料が無いのが実情である。
ン化ポテンシャルエネルギーが大きくないため正孔ブロ
ッキング能が劣るという欠点がある。このため、正孔ブ
ロッキング層としてBAlqを、電子輸送層としてtris
(8-hydroxyquinolato N1, O8) aluminum:Alq3を用
いた場合は,電子輸送層が発光してしまう。赤色のりん
光発光を利用した有機エレクトロネミネッセンス素子に
おいては、Alq3の発光(緑色)は色度劣化につなが
る(赤色ではなく、オレンジ色になってしまう)。
率を増大させるには有機りん光物質の発光層及び正孔ブ
ロッキング層を設けることが有効であるが、さらに、素
子の延命化が必要がある。少ない電流によって高輝度で
連続駆動発光する高発光効率の有機エレクトロルミネッ
センス素子が望まれている。
素子を提供することにある。
ルミネッセンス素子は、陽極、有機化合物からなる正孔
輸送層、有機化合物からなる発光層、有機化合物からな
る電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレク
トロルミネッセンス素子であって、前記発光層が電子輸
送能を有する有機ホスト材料及びりん光性の有機ゲスト
材料からなり、前記有機ホスト材料のイオン化ポテンシ
ャルエネルギーが前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャ
ルエネルギーよりも大きくかつ、該イオン化ポテンシャ
ルエネルギーの差が0.4eVから0.8eVの範囲に
あることを特徴とする。
子においては、前記陽極及び前記正孔輸送間に、正孔注
入層が配されていることを特徴とする。本発明の有機エ
レクトロルミネッセンス素子においては、前記陰極及び
前記電子輸送層間に電子注入層が配されていることを特
徴とする。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子
においては、前記正孔輸送層が4,4’ビス(N−(ナ
フチル)−N−フェニル−アミノ)ビフェニルからな
り、前記有機ホスト材料が((1,1’‐ビフェニル)
−4−オルアト)ビス(2−メチル−8−キノリノルア
トNl,O8)アルミニウムであることを特徴とする。
子においては、前記正孔輸送層が4,4’ビス(N−
(ナフチル)−N−フェニル−アミノ)ビフェニルから
なり、前記有機ホスト材料がビス(2−メチル−8−ヒ
ドロキシキノリナアト)ガリウム塩化物であることを特
徴とする。
を参照しつつ説明する。本発明の有機EL素子は、図1
に示すように、少なくとも陽極2、正孔輸送層3、発光
層4、電子輸送層6及び陰極7から構成され、例えば、
ガラスなどの透明基板1上にて、透明な陽極2、有機化
合物からなる正孔輸送層3、有機化合物からなる発光層
4、有機化合物からなる電子輸送層6及び低仕事関数の
材料の例えば金属陰極7が積層されて得られる。本発明
の有機EL素子は、発光層4は電子輸送能を有する有機
材料をホスト材料として、りん光材料をゲスト材料とし
てドーピングしたものであり、該有機ホスト材料のイオ
ン化ポテンシャルエネルギー(Ip)が正孔輸送層3に
用いる有機化合物材料のイオン化ポテンシャルエネルギ
ーよりも大きく、かつ、その差が0.4eVから0.8
eVの範囲にあることを特徴とするものである。発光層
4において、有機ゲスト材料は一種類の材料が全体の種
類の材料に対して重量比率で4〜10%の割合でドープ
されていることが好ましい。
極にITO、正孔輸送層に4,4’bis(N-(naphthyl)-N-ph
enyl-amino)biphenyl:NPB(Ip=5.4eV)、
発光層ホスト材料に((1,1’‐biphenyl)-4-olato)bis(2
-methyl-8-quinolinolato Nl,O8) aluminum:BAlq
(Ip=5.9eV)、電子輸送層にAlq3、陰極に
アルミニウムを用いた構成がある。
えて、図2に示すように、電子輸送層6及び陰極7間に
Li2Oなどの電子注入層7aを薄膜として積層、成膜
したものも含まれる。さらに、他の有機EL素子構造に
は、上記構造に加えて、図3に示すように、陽極2及び
正孔輸送層3間に、銅フタロシアニン(CuPc)など
のポルフィりん化合物などの正孔注入層3aを薄膜とし
て積層、成膜したものも含まれる。
シウム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事関数が
小さな金属からなり厚さが約100〜5000オングス
トローム程度のものが用い得る。また、例えば陽極2に
は、インジウムすず酸化物(以下、ITOという)等の
仕事関数の大きな導電性材料からなり厚さが1000〜
3000オングストローム程度で、又は金で厚さが80
0〜1500オングストローム程度のものが用い得る。
なお、金を電極材料として用いた場合には、電極は半透
明の状態となる。陰極及び陽極について一方が透明又は
半透明であればよい。
る成分は、例えば、下記式(1)〜(26)に示される
正孔輸送能力を有する物質である。
有機ホスト材料は、そのイオン化ポテンシャルエネルギ
ー(Ip)が正孔輸送層3に用いる有機化合物材料のイ
オン化ポテンシャルエネルギーよりも大きく、かつ、そ
の差が0.4eVから0.8eVの範囲にある、例え
ば、下記式(27)〜(45)に示される物質から選択
され得る。
t−Buは第3級ブチル基を示す。実施形態において
は、より好ましく発光層4に使用できる電子輸送能力を
有する有機ホスト材料は、下記式(46)〜(81)に
示されるアルミキレート錯体から選択される。
きる電子輸送能力を有する有機ホスト材料は、下記式
(82)〜(90)に示されるフェナントロリン誘導体
からも選択される。
材料は、2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23H-porp
hine platinum(II)や、tris(2-phenylpyridine)iridium
や、bis(2-(2’-benzo[4,5-α] thienyl)pyridinato-N,
C3)iridiumなどである。
る成分は、上記有機ホスト材料として挙げた電子輸送能
力を有する有機材料から選択できる。 <実験例1>具体的に、サンプルの有機EL素子の複数
を作製して、その発光特性を評価した。
輸送層にAlq3を用い、発光層のホスト材料を種々変
更して作製した。サンプル共通に、膜厚1100ÅのI
TOからなる陽極が形成されたガラス基板上に各材料の
薄膜を真空蒸着法によって真空度5.0×10-6Tor
rで順次積層させた。まずサンプル1では、ITO上
に、正孔輸送層NPBを蒸着速度3Å/秒で800Åの
厚さに形成した。
ト材料Alq3とゲスト材料の赤色のりん光を発する赤
色りん光材料(以下、ドーパントAという)とを異なる
蒸着源から475Åの厚さに共蒸着した。この時、発光
層中のドーパントAの濃度は7wt%であった。次に、
この発光層上に、電子輸送層としてAlq3を蒸着速度
3Å/秒で300Å蒸着した。
酸化リチウム(Li20)を蒸着速度0.1Å/秒で5
Å蒸着し、さらにその上に電極としてアルミニウム(A
l)を10Å/秒で1000Å積層し、有機発光素子を
作製した。このサンプル1の素子について、各有機材料
の層の膜厚を、正孔輸送層/発光層/電子輸送層で80
0Å/625Å/150Åとした素子も作製した。
材料を換えてサンプル2〜5の素子も作製した。下記の
表1はサンプル1〜5の素子の発光特性を示す。
lq3(Ip=5.7eV)を用いた、NPBとAlq
3とのイオン化ポテンシャルエネルギーの差が0.4e
Vよりも小さい場合、発光層中を正孔が通り抜け易くな
り、励起子生成が効率的ではなくなる。従って,この場
合も良好な発光特性が得られない。サンプル2及び3に
ついて、サンプル2は発光層ホスト材料としてBAlq
(イオン化ポテンシャルエネルギー5.9eV)を、サ
ンプル3は発光層ホスト材料としてbis(2-methyl-8-hyd
roxyquinolinato) gallium chloride:GaqMe2Cl
(Ip=6.1eV)を用いたものである。どちらの素
子においても良好な特性が得られている。発光層の膜厚
475Åと625Åとの素子を比較すると、625Åの
方が輝度量子効率が高くなっている。このことから、発
光層における発光領域は少なくとも475Å以上あると
考えられる。
CP(Ip=6.4eV)を、サンプル5は発光層のホ
スト材料として1,3−bis(2−(4tert−b
utylphenyl)−1,3,4−oxadiaz
ol−5−yl)benzene:OXD−7(Ip=
6.5eV)を用いたものである。サンプル4及びサン
プル5ともNPBと発光層ホスト材料とのイオン化ポテ
ンシャルエネルギーの差が0.8eVよりも大きい場合
には良好な発光特性が得られない。これは、イオン化ポ
テンシャルエネルギーの差が大きいために発光領域がN
PBとの界面近傍に限定されたためである。NPBはり
ん光発光(三重項励起子)に対しては失活材として働く
ため、輝度量子効率がサンプル2及びサンプル3と比較
して低くなっている。
は5.4eVであるので、サンプル2及びサンプル3が
本発明の実施例と、サンプル1、サンプル4及びサンプ
ル5が比較例となる。 <実験例2>実施例としてNPB正孔輸送層600Å/
発光層(BAlqホスト材料+ドーパントA)300Å
/Alq3電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5
Å/Al電極1000Åと順に積層し、Host:BA
lq素子を作製した。
/発光層(CBPホスト材料+ドーパントA)300Å
/BCP正孔ブロッキング層100Å/Alq3電子輸
送層650Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極10
00Åと順に積層し、HBL:BCP素子を作製した。
なお、発光層のホスト材料CBPは、4,4’N,N’-dicar
bazol-biphenylである。さらに、BAlqを正孔ブロッ
キング層とした以外、上記比較例1と同一な比較例2の
HBL:BAlq素子も作製した。
例1のHBL:BCP素子及び比較例2のHBL:BA
lq素子との発光特性の比較を表2に示す。また、2.
5mA/cm2で駆動した場合の駆動寿命の比較を図4
に示す。
効率)については、Host:BAlq素子は比較例よ
り10%程度低下するが、図4から明らかなように、駆
動寿命についてはBCPを正孔ブロッキング層とした比
較例1のHBL:BCP素子に対しては20倍、BAl
qを正孔ブロッキング層とした比較例2のHBL:BA
lq素子に対しては3倍良好である。
に換えて、赤色のりん光を発する2,3,7,8,12,13,17,18-
octaethyl-21H,23H-porphine platinum(II)(以下、ド
ーパントBという)を用い、他の実施例のHost:B
Alq素子を作製した。すなわち、Host:BAlq
素子はNPB正孔輸送層900Å/発光層(BAlqホ
スト材料+ドーパントB)325Å/Alq3電子輸送
層550Å/Li2O電子注入層5Å/Al電極100
0Åと順に積層したものである。また、上記実験例1の
サンプル3で用いたGaqMe2Clをホスト材料とし
てドーパントBをゲスト材料として用い更なる他の実施
例のHost:GaqMe2Cl素子を作製した。すな
わち、Host:GaqMe2Cl素子はNPB正孔輸
送層900Å/発光層(GaqMe2Clホスト材料+
ドーパントB)325Å/Alq3電子輸送層550Å
/Li2O電子注入層5Å/Al電極1000Å/Al
電極1000Åと順に積層したものである。
層間に正孔ブロッキング層を設けた素子、すなわち、N
PB正孔輸送層600Å/発光層(CBPホスト材料+
ドーパントB)300Å/BCP正孔ブロッキング層1
00Å/電子輸送層650Å/Li2O電子注入層5Å
と順に積層したHBL:BCP素子を作製した。さら
に、BAlqを正孔ブロッキング層とした以外、上記比
較例3と同一な比較例4のHBL:BAlq素子も作製
した。
びHost:GaqMe2Cl素子と比較例3のHB
L:BCP素子及び比較例4のHBL:BAlq素子と
の発光特性の比較を表3に示す。
効率)についてはHost:BAlq素子及びHos
t:GaqMe2Cl素子は比較例より30%程度低下
する。しかしながら、正孔ブロッキング層としてBAl
qを用いた比較例4のHBL:BAlq素子は色度がC
IEx=0.608,CIEy=0.359となり、発
光色はオレンジ色になってしまったのに対し、本実施例
素子では赤色のNTSC標準座標以上を維持している。
7.5mA/cm2で、比較例3及び4素子を5.0m
A/cm2で駆動した場合の駆動寿命の比較を図5に示
す。図5から明らかなように、駆動寿命については、本
実施素子のBAlqを発光層ホスト材料としたHos
t:BAlq素子は著しく良好であり、1700時間経
過時で初期輝度の97%を維持している。
発光を利用した有機EL素子において、電子輸送性を有
する発光層ホスト材料のイオン化ポテンシャルエネルギ
ーが正孔輸送層に用いる材料のイオン化ポテンシャルエ
ネルギーよりも大きく、かつ、その差が0.4eVから
0.8eVの範囲にある構成にすることにより良好な発
光特性を維持したまま、長駆動寿命化を達成できる。
ロッキング層が不要となるため、有機EL素子作製時に
おいて有機層の蒸着工程を一工程減らすことができる。
る。
る。
る。
すグラフである。
すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 陽極、有機化合物からなる正孔輸送層、
有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる電子輸
送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミ
ネッセンス素子であって、前記発光層が電子輸送能を有
する有機ホスト材料及びりん光性の有機ゲスト材料から
なり、前記有機ホスト材料のイオン化ポテンシャルエネ
ルギーが前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルエネル
ギーよりも大きくかつ、該イオン化ポテンシャルエネル
ギーの差が0.4eVから0.8eVの範囲にあること
を特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項2】 前記陽極及び前記正孔輸送間に、正孔注
入層が配されてい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。 - 【請求項3】 前記陰極及び前記電子輸送層間に電子注
入層が配されていることを特徴とする請求項1又は2に
記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 【請求項4】 前記正孔輸送層が4,4’ビス(N−
(ナフチル)−N−フェニル−アミノ)ビフェニルから
なり、前記有機ホスト材料が((1,1’‐ビフェニ
ル)−4−オルアト)ビス(2−メチル−8−キノリノ
ルアトNl,O8)アルミニウムであることを特徴とす
る請求項1〜3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。 - 【請求項5】 前記正孔輸送層が4,4’ビス(N−
(ナフチル)−N−フェニル−アミノ)ビフェニルから
なり、前記有機ホスト材料がビス(2−メチル−8−ヒ
ドロキシキノリナアト)ガリウム塩化物であることを特
徴とする請求項1〜3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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001334325A JP4011325B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
| US10/282,244 US7645523B2 (en) | 2001-10-31 | 2002-10-29 | Organic electroluminescence element |
| EP02257505.4A EP1308494B1 (en) | 2001-10-31 | 2002-10-29 | Organic electroluminescence element |
Applications Claiming Priority (1)
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