JP2007207916A - 有機ｅｌディスプレイ及び有機ｅｌ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】３重項発光材料を用いた有機ＥＬディスプレイ及び有機ＥＬ素子において、駆動電圧を低減し、製造工程を簡略化させる。
【解決手段】発光層５として、互いに発光色が異なる複数の発光層をそれぞれ有する、発光色が異なる複数の発光素子が設けられた有機ＥＬディスプレイであって、発光色が異なる複数の発光層の内の少なくとも１種の発光層において、発光性ドーパントとして、３重項励起状態を経由して発光する発光材料が用いられており、かつ該発光材料が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられており、発光色が異なる複数の発光素子において、ホール注入電極２、ホール輸送層４、電子輸送層及び電子注入電極７が同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有することを特徴としている。
【選択図】図１
【解決手段】発光層５として、互いに発光色が異なる複数の発光層をそれぞれ有する、発光色が異なる複数の発光素子が設けられた有機ＥＬディスプレイであって、発光色が異なる複数の発光層の内の少なくとも１種の発光層において、発光性ドーパントとして、３重項励起状態を経由して発光する発光材料が用いられており、かつ該発光材料が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられており、発光色が異なる複数の発光素子において、ホール注入電極２、ホール輸送層４、電子輸送層及び電子注入電極７が同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有することを特徴としている。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ及び有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関するものである。
有機ＥＬディスプレイは、視野角が広い、コントラストが高い、応答速度が速い、軽量薄型などの種々の特徴を有しており、携帯機器用ディスプレイとして期待されている。しかしながら、携帯機器は電池駆動であるため、電池の消耗を抑制するためには、ディスプレイの消費電力を小さくすることが求められている。また、携帯機器の価格の低下に伴い、部品としてのディスプレイの低コスト化も要求されている。
有機ＥＬディスプレイには、パッシブ型とアクティブ型が知られている。アクティブ型は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の上に有機ＥＬ素子を積層させている。パッシブ型は加工された透明電極上に有機ＥＬ素子を積層させた単純マトリックス構造である。アクティブ型は、画素を個別に制御できるスタティック駆動であるため、線順次駆動のパッシブ型に比べて、寿命、消費電力の点で有利である。
また、フルカラー方式としては、白色発光とカラーフィルタの組み合わせ方式、青色発光と色変換フィルタの組み合わせ方式、ＲＧＢの塗分け方式の３種類の方式が一般に知られている。この中で、白色発光とカラーフィルタの組み合わせ方式、及び青色発光と色変換フィルタの組み合わせ方式は、白色発光層または青色発光層を基板全面に塗布するため、製造工程は簡単であるが、ＮＴＳＣの色再現性が低いという欠点がある。一方、ＲＧＢの塗分け方式の場合、マスクプロセスを用いて、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３原色を個別に塗り分ける工程が必要となり、製造工程が複雑になる。
しかしながら、色再現性においては、上記他の方式に比べて高く、フルカラーディスプレイとしてはＲＧＢの塗分け方式の方が優れている。また、消費電力の低減、寿命という面でも優れた特性を有している。それは、上記他の方式と異なり、カラーフィルタを用いていないからである。カラーフィルタを用いると、カラーフィルタでの光の吸収が起こるため、発光強度が低下する。ディスプレイは、所定の輝度を出す必要があるため、印加する電力及び電圧を増大させなければならず、素子に対する負荷が増大する。一方、ＲＧＢの塗分け方式の場合、カラーフィルタが存在しないので、発光強度の低下が生じない。従って、素子に対する負荷が小さくなり、寿命及び消費電力の面で有利である。
ＲＧＢの塗分け方式において、ＲＧＢの３種類の有機ＥＬ素子は、それぞれ独立した個別の素子である。従って、有機ＥＬディスプレイ全体の性能を向上させるためには、個々の素子のパフォーマンスを向上させる必要がある。そこで、注目されているのは、３重項発光材料である。通常、有機分子は、励起エネルギーを得て、励起状態になる場合、電子のスピンの向きによって１重項励起子と３重項励起子の２種類に分けることができる。物理上の存在確率としては、１重項励起子と３重項励起子の割合は１：３の比率となり、３重項励起子の方が１重項励起子よりも存在確率が高い。従って、理論的には、３重項発光材料を用いれば、発光効率が向上する。発光効率が高くなると、素子に流す電力が少なくなり、ディスプレイ全体として消費電力を低減することができる。
上記のように、３重項発光材料は、理論的には発光効率の向上が望めるが、今まで実際には使用されていない。それは、ほとんどの３重項発光材料が、極低温では高い発光効率を示すが、常温で高い発光効率を示す材料が存在しなかったからである。
しかしながら、１９９９年にプリンストン大学のＢａｌｄらは、室温でも高い発光効率を示すイリジウム錯体を見出し、３重項発光材料の有用性を示した（非特許文献１）。この３重項発光材料をＲＧＢの塗分け方式に用いることにより、大幅に消費電力を低減することができる。
３重項発光材料の中で、量産レベルでは、赤色と緑色に安定で高効率を示すイリジウム錯体が知られている。しかしながら、青色においては、安定で高効率を示す３重項発光材料は見つかっておらず、現在のところ青色のみ１重項発光材料を用いている。従って、量産レベルのフルカラーディスプレイでは、赤色及び緑色の発光材料として３重項発光材料を用い、青色発光材料として１重項発光材料を用いるか、あるいは赤色発光材料として３重項発光材料を用い、青色及び緑色の発光材料として１重項発光材料を用いる組み合わせが現実的である。
このように１重項発光材料の素子と３重項発光材料の素子を組み合わせると、素子の特性面と製造面において問題が生じる。非特許文献１に示されているように、３重項発光材料を用いた素子構造においては、ホールブロック層が用いられている。ホールブロック層は、発光層と電子輸送層との間に挿入される。ホールブロック材料としては、ＨＯＭＯの絶対値が発光層の構成材料より十分に大きい材料が使用される。これにより、再結合を起こさずに、ホールが発光層から電子輸送層に突き抜けるのを抑制することができる。そのため、発光層内での再結合確率が高まり、発光効率が向上する。非特許文献１でホスト材料として用いられているＣＢＰは、３重項発光材料としてよく使用されている材料であり、通常、この材料は、パイポーラ性を有するが、どちらかと言えばホール輸送性が強いため、ホールが発光層内に入り易くなり、ホール過多となる。そして、その一部が再結合せずに発光層から電子輸送層に突き抜けてしまう。それを防ぐために、ホールブロック層が挿入されているが、ホールブロック層を挿入すると、素子の駆動電圧が増加する。それは、発光層の構成材料よりホールブロック層のＨＯＭＯの絶対値が十分に大きいため、そこに注入障壁が生じるためである。
従って、３重項発光材料を用いた素子においては、高電圧という特性が生じる。ＲＧＢの塗分けの場合、１重項発光材料と組み合わせているため、１重項発光材料の素子と３重項発光材料の素子において駆動電圧のアンバランスが生じる。つまり、ホールブロック層を有しない１重項発光材料の素子は駆動電圧が低く、ホールブロック層を有する３重項発光材料の素子は駆動電圧が高くなる。アクティブ型ディスプレイにおいて、ＴＦＴと組み合わせる場合、駆動回路の構成上、ＲＧＢのそれぞれのサブピクセルで電源電圧を共通にしている。つまり、ＲＧＢのうち、１つでも駆動電圧が高いサブピクセルが存在すると、電源電圧はその電圧に合わせて高めに設定しなければならない。そうすると、ディスプレイ全体の消費電力が増加する。電圧が低くても発光が可能な１重項発光材料の素子は、無駄に高電圧をかけるので、消費電力のロスが大きくなる。このような問題を防ぐには、ＲＧＢのそれぞれの電圧を低い方にシフトさせて、その差を最小にする必要がある。
３重項発光材料の素子における製造面での問題は、ホールブロック層を挿入することにより、１重項発光材料の素子に比べ、層数が１層増加することである。１層増加することにより、コストが増大する原因となる。特性的には、ＲＧＢ各素子は独立しているが、製造面からみると、工程の簡略化を図るため、共通にできる層は、できるだけ共通にする必要がある。つまり、発光層は、ＲＧＢのそれぞれの色を出すためには、最低限個別に製造する必要があるが、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層などを共通化することが望ましい。共通化することにより、薄膜形成用のソースに仕込む材料をまとめることができる。これにより、材料費の削減、製造装置のチャンバー数の削減による設備投資の抑制、及びタクトタイムの低減による生産性の向上をもたらし、ディスプレイのコストの低減をもたらすことができる。
しかしながら、従来の３重項発光材料の素子の場合、上述のようにホールブロック層を挿入しなければならないので、上記各層を共通化させることは困難であった。
特許文献１においては、ＲＧＢの塗分け方式のディスプレイにおいて、１重項発光材料の素子と３重項発光材料の素子の駆動電圧の差により生じる問題が開示されている。この文献では、３重項発光材料の素子の発光効率が高いので、ディスプレイの所定輝度を出すためには、１重項発光材料の素子より少ない電力値でよく、その場合の駆動電圧も小さくなると記載されている。しかしながら、３重項発光材料の素子の場合、実際にディスプレイで使用する輝度領域（１００〜１００００ｃｄ／ｍ２）においては、電圧（横軸）−電力（縦軸）曲線が急峻になっている。これは、電流変化に対して電圧変化が小さいことを意味している。従って、３重項発光材料の素子を用いれば、低電圧駆動になるとは限らないのである。特許文献１には、３重項発光材料の素子の具体的な構成については記載されていない。
特許文献２には、本発明においてホスト材料として用いる電子輸送性亜鉛錯体が開示されているが、これを発光層のホスト材料として用いることにより、ホールブロック層を設ける必要がなくなり、駆動電圧を低減できることについては何ら開示されていない。
特開２００２−２６８４号公報
特開２００２−３０５０８３号公報
M.A.Bald,S.Lamansky,P.E.Burrows,M.E.Thompson and S.R.Forrest:Appl.Phys,Lett.,75,4,(1999))
本発明の目的は、３重項発光材料を用いた有機ＥＬディスプレイ及び有機ＥＬ素子において、駆動電圧を低減することができ、かつ製造工程を簡略化させることができる有機ＥＬディスプレイ及び有機ＥＬ素子を提供することにある。
本発明の有機ＥＬディスプレイは、ホール注入電極と、電子注入電極と、ホール注入電極及び電子注入電極の間に設けられ、ホスト材料と発光性ドーパントを含有する発光層と、ホール注入電極及び発光層の間に設けられるホール輸送層と、電子注入電極及び発光層の間に設けられる電子輸送層とを備え、発光層として、互いに発光色が異なる複数の発光層をそれぞれ有する、発光色が異なる複数の発光素子が設けられた有機ＥＬディスプレイであって、発光色が異なる複数の発光層の内の少なくとも１種の発光層において、発光性ドーパントとして、３重項励起状態を経由して発光する発光材料が用いられており、かつ該発光材料が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられており、発光色が異なる複数の発光素子において、ホール注入電極、ホール輸送層、電子輸送層及び電子注入電極が同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有することを特徴としている。
本発明においては、３重項発光励起状態を経由して発光する発光材料（３重項発光材料）が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体を用いているので、従来のように、発光層と電子輸送層の間にホールブロック層を設ける必要がなく、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子などの発光色が異なる複数の発光素子において、ホール注入電極、ホール輸送層、電子輸送層及び電子注入電極を同一組成から形成することができる。従って、各発光素子において同一素子構造とすることができるので、製造工程を簡略化することができる。また、３重項発光材料を含有させた素子においてホールブロック層を設けることなく、駆動電圧を低減させることができるので、有機ＥＬディスプレイ全体としての消費電力を低減することができる。
本発明においては、ホール注入電極とホール輸送層の間に設けられるホール注入層、及び電子注入電極と電子輸送層の間に設けられる電子注入層のうちの少なくとも一方の層が設けられていてもよい。この場合、ホール注入層及び／または電子注入層は、発光色が異なる複数の発光素子において同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有するように各層が設けられる。
本発明において用いる３重項発光材料は、以下の一般式（１）または（２）で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
（Ｄは２座のモノアニオン（−１価）配位子を表す。Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは、非置換または置換されたアルキル基、非置換または置換されたアルコキシ基、非置換または置換されたアリールオキシ基、非置換または置換されたアリールチオ基、非置換または置換されたアミノ基、非置換または置換されたユロリジル基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、非置換または置換されたシリル基、非置換または置換されたシロキサニル基であり、それ以外は全て水素である。Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。ｎは１〜３の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す。）
（Ｄは２座のモノアニオン（−１価）配位子を表す。Ｒ５〜Ｒ８は、水素、非置換または置換されたアルキル基、非置換または置換されたアルコキシ基、非置換または置換されたアリールオキシ基、非置換または置換されたアリールチオ基、非置換または置換されたアミノ基、非置換または置換されたユロリジル基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、非置換または置換されたシリル基、非置換または置換されたシロキサニル基のうちのいずれかである。Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。ｎは１〜３の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す。）
現在のところ安定で高効率を示す３重項発光材料は、赤色発光材料及び緑色発光材料であるので、発光色が異なる複数の発光層が、赤色発光層、緑色発光層、及び青色発光層である場合、３重項発光材料が含有される発光層は、赤色発光層及び／または緑色発光層であることが好ましい。
現在のところ安定で高効率を示す３重項発光材料は、赤色発光材料及び緑色発光材料であるので、発光色が異なる複数の発光層が、赤色発光層、緑色発光層、及び青色発光層である場合、３重項発光材料が含有される発光層は、赤色発光層及び／または緑色発光層であることが好ましい。
３重項発光材料が赤色発光層に含有される場合、赤色発光層にホスト材料として含有される電子輸送性亜鉛錯体は、ベンゾチアゾール誘導体を配位子として有するものであることが好ましく、特に２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾールを配位子として有するものであることが好ましい。
本発明においてホスト材料として用いられる電子輸送性亜鉛錯体は、電子輸送性が強く、ホール輸送性が小さいため、発光層内においては電子の方がリッチな状態になる。従って、ホールは再結合によって消費されていくため、発光層から電子輸送層にホールが突き抜ける頻度が小さくなる。これによって、ホールブロック層が不要になるため、発光層／ホールブロック層のエネルギー障壁をなくすことができ、低電圧化することができる。
なお、ベンゾチアゾール誘導体を配位子とする電子輸送性亜鉛錯体を用いる場合には、ホール輸送性の低さをカバーするため、３級アミン化合物などのホール輸送性材料をアシストドーパントとして発光層内に適量ドープしてもよい。これにより、キャリアバランスの微調整を行うことができ、発光効率及び寿命を向上させることができる。なお、３級アミン化合物として、実施例において説明するＮＰＢなどを用いることができる。
３重項発光材料が、緑色発光層に含有される場合、３重項発光の緑色発光材料は、３重項発光の赤色発光材料より励起エネルギーが大きいため、上記のベンゾチアゾール誘導体を配位子とする亜鉛錯体をホスト材料として緑色発光層に含有させると、ホスト材料の発光が生じる場合がある。このような場合には、より大きな励起エネルギーを有するホスト材料を用いることが好ましい。このようなホスト材料としては、配位子としてベンゾオキサゾール誘導体を有する亜鉛錯体が好ましく用いられる。特に、２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾールを配位子として有する亜鉛錯体が好ましく用いられる。このような亜鉛錯体を用いることにより、駆動電圧を低減することができ、有機ＥＬディスプレイの消費電力を低減させることができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と、電子注入電極と、ホール注入電極及び電子注入電極の間に設けられ、ホスト材料と発光性ドーパントを含有する発光層と、ホール注入電極及び発光層の間に設けられるホール輸送層と、電子注入電極及び発光層の間に設けられる電子輸送層とを備える有機ＥＬ素子であって、発光性ドーパントとして、以下の一般式（１）または（２）で表されるイリジウム錯体を用い、ホスト材料として、電子輸送性亜鉛錯体を用いることを特徴としている。
（Ｄは２座のモノアニオン（−１価）配位子を表す。Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは、非置換または置換されたアルキル基、非置換または置換されたアルコキシ基、非置換または置換されたアリールオキシ基、非置換または置換されたアリールチオ基、非置換または置換されたアミノ基、非置換または置換されたユロリジル基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、非置換または置換されたシリル基、非置換または置換されたシロキサニル基であり、それ以外は全て水素である。Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。ｎは１〜３の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す。）
（Ｄは２座のモノアニオン（−１価）配位子を表す。Ｒ５〜Ｒ８は、水素、非置換または置換されたアルキル基、非置換または置換されたアルコキシ基、非置換または置換されたアリールオキシ基、非置換または置換されたアリールチオ基、非置換または置換されたアミノ基、非置換または置換されたユロリジル基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、非置換または置換されたシリル基、非置換または置換されたシロキサニル基のうちのいずれかである。Ｒ５〜Ｒ８はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。ｎは１〜３の整数を表し、ｍは０〜２の整数を表す。）
本発明の有機ＥＬ素子において用いられる電子輸送層亜鉛錯体は、上記本発明の有機ＥＬディスプレイにおいて説明した電子輸送性亜鉛錯体を用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子において用いられる電子輸送層亜鉛錯体は、上記本発明の有機ＥＬディスプレイにおいて説明した電子輸送性亜鉛錯体を用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層のホスト材料として、電子輸送性亜鉛錯体を用いているので、発光層と電子輸送層の間にホールブロック層を設ける必要がなく、駆動電圧を低減することができる。従って、製造工程を簡略化することができる。
本発明の有機ＥＬディスプレイ及び有機ＥＬ素子において３重項発光材料として用いることができるイリジウム錯体としては、上述のように、一般式（１）及び（２）で表されるものが挙げられる。
一般式（１）で表されるイリジウム錯体において、Ｒ３及びＲ４は水素であることがさらに好ましい。また、さらには、Ｒ１、Ｒ３及びＲ４は水素であることが好ましい。特に好ましくは、Ｒ１、Ｒ３及びＲ４が水素であり、Ｒ２が水素または非置換または置換されたアルキル基である。
一般式（１）で表されるイリジウム錯体の好ましい具体例としては、以下に示す構造のものが挙げられる。
一般式（２）で表されるイリジウム錯体において、さらに好ましくは、Ｒ５〜Ｒ８が水素または、非置換または置換されたアルキル基である。また、一般式（２）において、ｎ＝３であり、ｍ＝０であることがさらに好ましい。
一般式（２）で表されるイリジウム錯体の好ましい具体例としては、以下のものが挙げられる。
本発明の有機ＥＬディスプレイでは、３重項発光材料が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体を用いている。電子輸送性亜鉛錯体を用いることにより、従来発光層と電子輸送層の間に必要であったホールブロック層を設ける必要がなくなる。このため、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子などの発光色が異なる発光素子において、各素子を構成する層を同一組成とし、各素子を同一素子構造としても、駆動電圧を低減化することができ、消費電力を低減させることができる。
また、各発光層素子が同一素子構造を有しているので、各素子の各層を同時に形成することができ、製造工程を簡略化することができる。従って、低コストで生産できると共に、生産量を大幅に増大させることができる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光性ドーパントとして、３重項発光材料である特定のイリジウム錯体を用い、ホスト材料として、電子輸送性亜鉛錯体を用いているので、発光層から電子輸送層へのホールの突き抜けを抑制することができ、従来必要であったホールブロック層を設ける必要がなくなる。このため、駆動電圧を低減化し、発光効率を高めることができる。
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されものではない。
（実施例１）
図１は、本実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。図１を参照してガラス基板１の上には、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、発光層５、電子輸送・電子注入層９、及び電子注入電極７が順次積層されている。
図１は、本実施例の有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。図１を参照してガラス基板１の上には、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、発光層５、電子輸送・電子注入層９、及び電子注入電極７が順次積層されている。
上記構造の有機ＥＬ素子は、具体的には以下のようにして作製した。
先ず、ガラス基板１上には、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）膜が形成された基板を、イソプロピルアルコールで５分間超音波洗浄を２回行い、基板表面をＯ２プラズマ処理した。次に、ＩＴＯからなるホール注入電極２の上にＣＦｘ膜からなるホール注入層３（厚み１ｎｍ）をフッ化炭素膜形成装置により形成した。次に、真空蒸着機を用いて、ホール注入層３の上に、ホール輸送層４（厚み５０ｎｍ）、発光層５（厚み４０ｎｍ）、電子輸送・電子注入層９（厚み２０ｎｍ）、及び電子注入電極７を順に真空蒸着法で積層して形成した。ホール輸送層４はＮＰＢから形成した。発光層５は、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体であるＺｎＢＴＺを用い、ドーパント材料として化合物１を用いて形成した。化合物１は、３重項発光材料ドーパントであり、ホスト材料に対して６重量％となる含有量で用いた。電子注入層９は、ＡｌｑとＣｓから形成した。ＡｌｑとＣｓの割合は、１：１である。電子注入電極７は、厚み１ｎｍのフッ化リチウムの上に厚み２００ｎｍのアルミニウムを積層することにより形成した。なお、発光層５は、ホスト材料とドーパント材料を同時に熱して蒸着する共蒸着法で行った。また、蒸着は、いずれの層も真空度１×１０−６Ｔｏｒｒ、基板温度制御なしの条件で行った。
ＮＰＢは、Ｎ，Ｎ′−ジ（ナフタセン−１−イル）−Ｎ，Ｎ′−ジフェニルベンジジンであり、以下の構造を有している。
ＺｎＢＴＺは、ビス〔２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンズ−１，３−チアゾラト〕亜鉛（II）であり、以下の構造を有している。
化合物１は、ビス〔２−（３−メチルフェニル）キノリン〕イリジウム（III）アセチルアセトネートであり、以下の構造を有している。
Ａｌｑは、トリス−（８−キノリラト）アルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
以上のようにして得られた有機ＥＬ素子について、発光特性を測定した。発光特性の測定は、ホール注入電極をプラス、電子注入電極をマイナスにバイアスして、電圧を印加して行った。電圧を印加することにより、化合物１に基づく赤色発光（ピーク波長６２０ｎｍ、色度（０．６６，０．３４））を観測した。初期特性において、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．２Ｖであり、電流効率は７．３ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は７．２ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は６．５％であった。また、この素子を１０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は、２００時間であった。
（実施例２）
化合物１に代えて、発光ドーパント材料として化合物２を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
化合物１に代えて、発光ドーパント材料として化合物２を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１と同様にして発光特性を測定したところ、化合物２に基づく赤色発光（ピーク波長６２９ｎｍ、色度（０．６５，０．３５））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．２Ｖであり、電流効率は６．８ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は６．７ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は６．５％であった。また、この素子を１０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は７５６時間であった。
なお、化合物２は、ビス〔２−（３−メチルフェニル）−３−メチルキノリン〕イリジウム（III）アセチルアセトネートであり、以下の構造を有している。
（比較例１）
発光層におけるホスト材料を、ＺｎＢＴＺからＣＢＰに代え、また発光層と電子輸送・電子注入層の間にＢＡｌｑからなるホールブロック層（厚み１０ｎｍ）を設けた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
発光層におけるホスト材料を、ＺｎＢＴＺからＣＢＰに代え、また発光層と電子輸送・電子注入層の間にＢＡｌｑからなるホールブロック層（厚み１０ｎｍ）を設けた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
この有機ＥＬ素子について、発光特性を測定したところ、化合物１に基づく赤色発光（ピーク波長６２０ｎｍ、色度（０．６６，０．３４））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は７．３Ｖであり、電流効率は７．２ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は３．２ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は５．３％であった。また、この素子を１０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は１６０時間であった。
なお、ＣＢＰは、４，４′−Ｎ，Ｎ′−ジカルバゾール−ビフェニルであり、以下の構造を有している。
また、ＢＡｌｑは、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラトアルミニウム（III）であり、以下の構造を有している。
（比較例２）
発光層における発光ドーパントをＢＴＰＩｒに代える以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。なお、ＢＴＰＩｒは、特許文献２に開示されている３重項発光材料である赤色発光のイリジウム錯体である。得られた有機ＥＬ素子について、発光特性を測定したところ、ＢＴＰＩｒに基づく赤色発光（色度（０．６７，０．３２））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．２Ｖであり、電流効率は２．５ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は２．５ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は３．２％であった。また、この素子を１０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は３１時間であった。
発光層における発光ドーパントをＢＴＰＩｒに代える以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。なお、ＢＴＰＩｒは、特許文献２に開示されている３重項発光材料である赤色発光のイリジウム錯体である。得られた有機ＥＬ素子について、発光特性を測定したところ、ＢＴＰＩｒに基づく赤色発光（色度（０．６７，０．３２））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．２Ｖであり、電流効率は２．５ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は２．５ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は３．２％であった。また、この素子を１０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は３１時間であった。
ＢＴＰＩｒは、ビス（ベンゾチエニルピリジン）イリジウム（III）アセチルアセトネートであり、以下の構造を有している。
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の発光特性の測定結果を表１にまとめて示す。
実施例１と比較例１との比較から明らかなように、本発明のホスト材料であるＺｎＢＴＺを用いた実施例１の有機ＥＬ素子は、ホールブロック層を有しない構造であるが、比較例１のＣＢＰをホスト材料として用いた有機ＥＬ素子に匹敵する電流効率を示し、駆動電圧においては、比較例１よりも大幅に低減された値を示しており、高いパワー効率が得られることがわかる。
また、実施例１及び比較例２との比較から明らかなように、特許文献２に開示された３重項発光材料を用いた場合には、発光特性が低く、輝度半減期が短くなることがわかる。
（実施例３）
発光層のホスト材料としてＺｎＢＴＺを８０重量％、ＮＰＢを２０重量％用い、これらのホスト材料に対して６重量％の化合物１を発光ドーパントとして用いる以外は、上記実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。なお、ここでＮＰＢはアシストドーパントとして用いている。
発光層のホスト材料としてＺｎＢＴＺを８０重量％、ＮＰＢを２０重量％用い、これらのホスト材料に対して６重量％の化合物１を発光ドーパントとして用いる以外は、上記実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。なお、ここでＮＰＢはアシストドーパントとして用いている。
得られた有機ＥＬ素子について発光特性を測定した結果、化合物１に基づく赤色発光（ピーク波長６２０ｎｍ、色度（０．６６，０．３４））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．４Ｖであり、電流効率は８．６ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は７．９ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は８．９％であった。また、この素子を３０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は９００時間であった。
（実施例４）
ドーパント材料として、化合物１に代えて化合物２を用いた以外は、上記実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ドーパント材料として、化合物１に代えて化合物２を用いた以外は、上記実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子の発光特性を測定したところ、化合物２に基づく赤色発光（ピーク波長６２９ｎｍ、色度（０．６５，０．３４））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．３Ｖであり、電流効率は１０ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は９．５ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は１１％であった。また、この素子を３０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は２０００時間であった。
実施例３及び実施例４の測定結果を表２に示す。
表１に示す実施例１及び実施例２との比較から明らかなように、アシストドーパント材料を発光層中に含有させることにより、輝度半減期を長くすることができ、素子安定性が高められることがわかる。
（実施例５）
発光層のホスト材料として、ＺｎＯＸＤを用い、発光ドーパント材料として化合物３をホスト材料に対して８重量％となるように用い、発光層の厚みを５０ｎｍとする以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
発光層のホスト材料として、ＺｎＯＸＤを用い、発光ドーパント材料として化合物３をホスト材料に対して８重量％となるように用い、発光層の厚みを５０ｎｍとする以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子について、発光特性を測定したところ、化合物３に基づく緑色発光（ピーク波長５２０ｎｍ、色度（０．２９，０．６３））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は５．６Ｖであり、電流効率は３９ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は２２ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は１１％であった。
ＺｎＯＸＤは、ビス〔２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンズ−１，３オキサゾラト〕亜鉛（II）であり、以下の構造を有している。
化合物３は、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）であり、以下の構造を有している。
（比較例３）
発光層におけるホスト材料としてＣＢＰを用い、発光層と電子輸送・電子注入層の間に比較例１と同様にＢＡｌｑからなるホールブロック層（厚み１０ｎｍ）を設ける以外は、実施例５と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
発光層におけるホスト材料としてＣＢＰを用い、発光層と電子輸送・電子注入層の間に比較例１と同様にＢＡｌｑからなるホールブロック層（厚み１０ｎｍ）を設ける以外は、実施例５と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子の発光特性を測定したところ、化合物３に基づく緑色発光（ピーク波長５２０ｎｍ、色度（０．２７，０．６３））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は７．０Ｖであり、電流効率は２９ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は１３ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は８．３％であった。
実施例５及び比較例３の測定結果を表３に示す。
実施例５と比較例３の結果から、ホスト材料としてＺｎＯＸＤを用いた有機ＥＬ素子は、ホールブロック層を有しない構造であっても、ＣＢＰをホスト材料とした比較例３の有機ＥＬ素子を超える電流効率を示し、さらに大幅に低い駆動電圧を示し、高いパワー効率を示すことがわかる。
（実施例６）
発光層の発光ドーパント材料として化合物４を用いる以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
発光層の発光ドーパント材料として化合物４を用いる以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子について発光特性を測定したところ、化合物４に基づく赤色発光（ピーク波長６２９ｎｍ、色度（０．６８，０．３２））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．４Ｖであり、電流効率は８．６ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は７．９ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は１２．２％であった。また、この素子を３０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は１０００時間であった。
化合物４は、トリス（フェニルイソキノリン）イリジウム（III）であり、以下の構造を有している。
（実施例７）
発光層の発光ドーパント材料として、化合物４を用いる以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子の発光特性を測定したところ、化合物４に基づく赤色発光（ピーク波長６２９ｎｍ、色度（０．６８，０．３２））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．５Ｖであり、電流効率は８．９ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は８．２ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は１２．３％であった。また、この素子を３０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は１０００時間であった。
発光層の発光ドーパント材料として、化合物４を用いる以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子の発光特性を測定したところ、化合物４に基づく赤色発光（ピーク波長６２９ｎｍ、色度（０．６８，０．３２））を観測した。電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２における駆動電圧は３．５Ｖであり、電流効率は８．９ｃｄ／Ａであり、パワー（電力）効率は８．２ｌｍ／Ｗであり、外部量子収率は１２．３％であった。また、この素子を３０００ｃｄ／ｍ２にて連続駆動させた際の輝度半減期は１０００時間であった。
実施例６及び実施例７の測定結果を表４に示す。
表４に示す結果から明らかなように、３重項発光材料として、化合物４を用いた場合にも、本発明の効果が得られることがわかる。
＜有機ＥＬディスプレイの作製＞
図２は、本発明に従う有機ＥＬディスプレイを示す平面図であり、図３は断面図である。
図２は、本発明に従う有機ＥＬディスプレイを示す平面図であり、図３は断面図である。
図２において、左から順に、赤色発光素子である有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色発光素子である有機ＥＬ１００Ｇ、及び青色発光素子である有機ＥＬ素子１００Ｂが設けられている。
各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ、及び１００Ｂは、行方向に延びる２つのゲート信号線５１と列方向に延びる２つのドレイン信号線（データ線）５２とに囲まれた領域に形成されている。各有機ＥＬ素子の領域内において、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２との交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が形成され、中央付近には各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ、及び１００Ｂを駆動する第２のＴＦＴ１４０が形成されている。また、各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ、及び１００Ｂの領域内に補助容量７０、及びＩＴＯ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の領域に各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ、及び１００Ｂが島状に形成されている。
第２のＴＦＴ１３０のドレインは、ドレイン電極１３ｄを介してドレイン信号線５２に接続され、第１のＴＦＴ１３０のソースは、ソース電極１３ｓを介して電極５５に接続される。第１のＴＦＴ１３０のゲート電極１１１は、ゲート信号線５１から延びる。
補助容量７０は、電源電圧Ｖｓｃを受けるＳＣ線５４と、能動層１１（図６参照）と一体の電極５５とから構成される。
第２のＴＦＴ１４０のドレインは、ドレイン電極４３ｄを介して各有機ＥＬ素子のホール注入電極２に接続され、第２のＴＦＴ１４０のソースは、ソース電極４３ｓを介して列方向に延びる電源線５３に接続される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は、電極５５に接続される。
図３に示されるように、ガラス基板１０の上に、多結晶シリコン等からなる能動層１１が形成され、その能動層１１の一部が有機ＥＬ素子を駆動するための第２のＴＦＴ１４０となる。能動層１１の上にゲート酸化膜（図示せず）を介してダブルゲート構造のゲート電極４１が形成され、ゲート電極４１を覆うように能動層１１の上に層間絶縁膜１３及び第１の平坦化層１５が形成される。第１の平坦化層１５の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができる。第１の平坦化層１５の上に透明なホール注入電極２が各有機ＥＬ素子ごとに形成され、ホール注入電極２を覆うように第１の平坦化層１５の上に絶縁性の第２の平坦化層１８が形成される。第２のＴＦＴ１４０は、第２の平坦化層１８の下に形成されている。
ホール注入電極２及び第２の平坦化層１８を覆うようにホール輸送層４が全体の領域上に形成される。
各有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇ及び有機ＥＬ素子１００Ｂのホール輸送層４上には、それぞれ列方向に延びるストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇ及び青色発光層５Ｂが形成されている。赤色発光層５Ｒ及び／または緑色発光層５Ｇにおいては、本発明に従い３重項発光材料が用いられており、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられている。
ストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇ及び青色発光層５Ｂの間の境界は、第２の平坦化層１８上の表面でガラス基板１０と平行になっている領域に設けられる。
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇ及び有機ＥＬ素子１００Ｂの赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇ及び青色発光層５Ｂ上には、電子輸送層８及び電子注入層６がそれぞれ形成されている。
電子注入層６上には電子注入電極（陰極）７が形成されている。電子注入電極７の上には、樹脂等からなる保護層３４が形成されている。なお、発光層５Ｒ、５Ｇ及び５Ｂ、並びに電子輸送層８、電子注入層６及び電子注入電極７は、マスクを用いて、各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂの各領域上に同時に形成している。
本実施例の有機ＥＬディスプレイにおいては、上述のように、赤色発光層５Ｒ及び／または緑色発光層５Ｇに、３重項発光材料が用いられ、かつホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられているので、発光層と電子輸送層の間にホールブロック層を設ける必要がない。このため、有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇ、及び有機ＥＬ素子１００Ｂにおいて、ホール注入電極２、ホール輸送層４、電子輸送層８、電子注入層６及び電子注入電極７を同一の組成から構成することができる。従って、各有機ＥＬ素子１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂを同一の素子構造とすることができるので、各有機ＥＬ素子の各層を、製造工程において同時に形成することができる。従って、製造工程を簡略化することができ、生産効率を高めることができる。
（実施例８）
発光層以外の層は、上記実施例と同様にして、青色発光素子、緑色発光素子、及び赤色発光素子を作製した。
発光層以外の層は、上記実施例と同様にして、青色発光素子、緑色発光素子、及び赤色発光素子を作製した。
青色発光素子の発光層は、ホスト材料としてＴＢＡＤＮを用い、発光ドーパントとして、１重量％のＴＢＰを用いた。
緑色発光素子の発光層は、ホスト材料としてＴＢＡＤＮを用い、発光ドーパントとして、１重量％のＣ５４５Ｔを用いた。
青色発光素子においては、実施例３と同様の発光層とした。
ＴＢＡＤＮは、２−ターシャリー−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセンであり、以下の構造を有している。
ＴＢＰは、２，５，８，１１−テトラ−ターシャリー−ブチルペリレンであり、以下の構造を有している。
Ｃ５４５Ｔは、１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル１−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−〔１〕ベンゾピラノ〔６，７，８，ｉｊ〕キノリジン−１１−オンであり、以下の構造を有している。
得られた青色発光素子、緑色発光素子、及び赤色発光素子について、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で発光特性を測定し、測定結果を表５に示した。
表５に示す結果から明らかなように、本発明に従い赤色発光素子の発光層のホスト材料として、ＺｎＢＴＺを用いることにより、青色発光素子、緑色発光素子、及び赤色発光素子の同一電流値における駆動電圧をほぼ同程度にすることができる。
（実施例９）
発光層以外の層は、上記実施例と同様にして、青色の３重項発光材料を用いて、青色発光素子を作製した。
発光層以外の層は、上記実施例と同様にして、青色の３重項発光材料を用いて、青色発光素子を作製した。
ホスト材料としては、２ＡＺＭ−ｉＰｒを用い、発光ドーパントとしては、青色３重項発光材料であるＦＩｒｐｉｃを８重量％用いて発光層を形成した。
２ＡＺＭ−ｉＰｒは、ビス（Ｎ−イソ−プロピルサリチリデンアミナト）亜鉛（II）であり、以下の構造を有している。
ＦＩｒｐｉｃは、ビス〔２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナト〕イリジウム（III）ピコリネートであり、以下の構造を有している。
得られた青色発光素子について、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で発光特性を測定し、測定結果を表６に示した。
表６に示すように、青色の３重項発光材料を用いた場合にも、駆動電圧を低減することができ、高い発光効率が得られることがわかる。
１…基板
２…ホール注入電極
３…ホール注入層
４…ホール輸送層
５…発光層
６…電子注入層
７…電子注入電極
８…電子輸送層
９…電子輸送・電子注入層
２…ホール注入電極
３…ホール注入層
４…ホール輸送層
５…発光層
６…電子注入層
７…電子注入電極
８…電子輸送層
９…電子輸送・電子注入層
Claims (9)
- ホール注入電極と、電子注入電極と、前記ホール注入電極及び前記電子注入電極の間に設けられ、ホスト材料と発光性ドーパントを含有する発光層と、前記ホール注入電極及び前記発光層の間に設けられるホール輸送層と、前記電子注入電極及び前記発光層の間に設けられる電子輸送層とを備え、前記発光層として、互いに発光色が異なる複数の発光層をそれぞれ有する、発光色が異なる複数の発光素子が設けられた有機ＥＬディスプレイであって、
前記発光色が異なる複数の発光層の内の少なくとも１種の発光層において、発光性ドーパントとして、３重項励起状態を経由して発光する発光材料が用いられており、かつ該発光材料が用いられている発光層において、ホスト材料として電子輸送性亜鉛錯体が用いられており、
前記発光色が異なる複数の発光素子において、前記ホール注入電極、前記ホール輸送層、前記電子輸送層及び前記電子注入電極が同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。 - 前記ホール注入電極と前記ホール輸送層の間に設けられるホール注入層、及び前記電子注入電極と前記電子輸送層の間に設けられる電子注入層の内の少なくとも一方の層が設けられており、該ホール注入層及び／または電子注入層が、前記発光色が異なる複数の発光素子において同一組成からなり、各素子が同一の素子構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- ３重項励起状態を経由して発光する発光材料が、以下の一般式（１）または（２）で表されるイリジウム錯体であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- 前記発光色が異なる複数の発光層が、赤色発光層、緑色発光層、及び青色発光層であり、３重項励起状態を経由して発光する発光材料が、前記赤色発光層及び／または前記緑色発光層に含有されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- 前記発光材料が前記赤色発光層に含有されており、該赤色発光層に含有される前記電子輸送性亜鉛錯体の配位子が、ベンゾチアゾール誘導体であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- 前記ベンゾチアゾール誘導体が、２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾールであることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- 前記発光材料が前記緑色発光層に含有されており、該緑色発光層に含有される前記電子輸送性亜鉛錯体の配位子が、ベンゾオキサゾール誘導体であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- 前記ベンゾオキサゾール誘導体が、２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾールであることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬディスプレイ。
- ホール注入電極と、電子注入電極と、前記ホール注入電極及び電子注入電極の間に設けられ、ホスト材料と発光性ドーパントを含有する発光層と、前記ホール注入電極及び前記発光層の間に設けられるホール輸送層と、前記電子注入電極及び前記発光層の間に設けられる電子輸送層とを備える有機ＥＬ素子であって、
前記発光性ドーパントとして、以下の一般式（１）または（２）で表されるイリジウム錯体を用い、前記ホスト材料として、電子輸送性亜鉛錯体を用いることを特徴とする有機ＥＬ素子。
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