JP2007235081A - 有機ｌｅｄ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来より発光効率を高めることのできる有機ＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】発光層６は、正孔輸送性発光層６ａと電子輸送性発光層６ｂとからなる。また、正孔ブロッキング層１７は、電子輸送性発光層６ｂに接するとともに、電子輸送性発光層６ｂに含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を含む。正孔輸送性発光層６ａはオレンジ色発光層とすることができ、電子輸送性発光層６ｂは青色発光層とすることができる。
【選択図】図１
【解決手段】発光層６は、正孔輸送性発光層６ａと電子輸送性発光層６ｂとからなる。また、正孔ブロッキング層１７は、電子輸送性発光層６ｂに接するとともに、電子輸送性発光層６ｂに含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を含む。正孔輸送性発光層６ａはオレンジ色発光層とすることができ、電子輸送性発光層６ｂは青色発光層とすることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子に関する。
有機ＬＥＤ素子は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子とも呼ばれ、有機物中に注入された電子と正孔が再結合して生じた励起子によって発光が起こる現象を利用した素子である。
近年では、この有機ＬＥＤ素子を用いたディスプレイの開発が盛んに行われている。これは、有機ＬＥＤディスプレイが、液晶ディスプレイに比較して、広い視野角、速い応答速度および高いコントラストなどを有することによるものである。
一般に、有機ＬＥＤ素子は、陰極と陽極の間に発光層が挟持された構造を有している。有機ＬＥＤ素子に電圧を印加すると、陰極からは電子が、陽極からは正孔がそれぞれキャリアとして注入される。これらのキャリアが発光層の内部で再結合すると、励起子が発生して発光が起こる。発光には、励起子の励起一重項状態からの発光を利用したものと、励起三重項状態からの発光を利用したものとがあるが、後者の方が高い発光効率が得られることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
このような有機ＬＥＤ素子においては、陰極と発光層の間に正孔ブロッキング層を設けることによって、正孔を発光層内に閉じ込めて電子との再結合の確立を高めるとともに、生成した励起子が陰極の側へ拡散するのを防ぐことが行われる。特に、発光に燐光を利用する場合では、励起子の寿命が長いために、励起子が発光層の外に拡散して発光効率を低下させるおそれが高くなる。正孔ブロッキング層を設けることにより、励起子がこの層を越えて陰極の側へ移動するのを防ぐことができるので、発光効率の低下を抑制することが可能となる。
タン（Ｔｕｎｇ）、外７名、ＳＩＤ ０４ ＤＩＧＥＳＴ、２００４年、ｐ．４８−５１
しかしながら、正孔の一部は、発光層から正孔ブロッキング層に移動して電子と再結合する。これにより、正孔ブロッキング層の内部で、目的とする色の発光とは別の発光が起こったり、あるいは、発光ではなく発熱が起こったりする。こうした励起子の失活はいわば無駄な失活であり、有機ＬＥＤ素子の発光効率を低下させる原因となっていた。
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、従来より発光効率を高めることのできる有機ＬＥＤ素子を提供することにある。
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
本発明は、陽極と陰極によって挟持され、ホスト材料およびドーパント材料を含む発光層を備えた有機ＬＥＤ素子において、
前記発光層の前記陰極の側には、前記発光層に接して正孔ブロッキング層が設けられており、
前記正孔ブロッキング層はドーパント材料を含むことを特徴とするものである。
前記発光層の前記陰極の側には、前記発光層に接して正孔ブロッキング層が設けられており、
前記正孔ブロッキング層はドーパント材料を含むことを特徴とするものである。
前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔ブロッキング層は、前記電子輸送性発光層に接するとともに、前記電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を含むものとすることができる。
この場合、前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であるとすることができる。
また、前記正孔輸送性発光層は青色発光層であり、
前記電子輸送性発光層はオレンジ色発光層であるとすることもできる。
前記正孔ブロッキング層は、前記電子輸送性発光層に接するとともに、前記電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を含むものとすることができる。
この場合、前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であるとすることができる。
また、前記正孔輸送性発光層は青色発光層であり、
前記電子輸送性発光層はオレンジ色発光層であるとすることもできる。
また、前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は、前記発光層に含まれるドーパント材料とは発光波長が異なるものとすることもできる。
この場合、前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は緑色に発光するものとすることができる。
また、前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は青色に発光するものとすることもできる。ここで、電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と、正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料とは、異なる発光波長を有するものとする。
この場合、前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は緑色に発光するものとすることができる。
また、前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
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前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は青色に発光するものとすることもできる。ここで、電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と、正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料とは、異なる発光波長を有するものとする。
本発明によれば、正孔ブロッキング層がドーパント材料を含むので、従来より発光効率を高めることのできる有機ＬＥＤ素子とすることができる。
実施の形態１．
有機ＬＥＤディスプレイでフルカラー表示を実現する方法の１つに、白色光を出射する有機ＬＥＤ素子とカラーフィルタを組み合わせて用いる方法がある。この場合、白色光は、有機ＬＥＤ素子の発光層にオレンジ色発光層と青色発光層を設け、これらを同時に発光させることによって得られる。しかしながら、この方法では、有機ＬＥＤ素子からの発光光の一部がカラーフィルタによって吸収されてしまうので、高輝度の光を得るためには、発光効率を高くすることが必要となる。
有機ＬＥＤディスプレイでフルカラー表示を実現する方法の１つに、白色光を出射する有機ＬＥＤ素子とカラーフィルタを組み合わせて用いる方法がある。この場合、白色光は、有機ＬＥＤ素子の発光層にオレンジ色発光層と青色発光層を設け、これらを同時に発光させることによって得られる。しかしながら、この方法では、有機ＬＥＤ素子からの発光光の一部がカラーフィルタによって吸収されてしまうので、高輝度の光を得るためには、発光効率を高くすることが必要となる。
一方、上述の通り、陰極と発光層の間に正孔ブロッキング層を設けることによって、正孔や励起子が陰極の側へ拡散するのを防ぐことができる。しかしながら、正孔の一部は、発光層から正孔ブロッキング層に移動する。このため、発光層だけでなく、正孔ブロッキング層においても、電子と正孔の再結合が起こる。これにより、目的とするオレンジ色や青色の発光とは別の発光が起こったり、あるいは、発光ではなく発熱が起こったりする。
そこで、本発明者は、正孔ブロッキング層にドーパント材料を添加することによって、正孔ブロッキング層の内部で起こる励起子の失活を目的とする発光光に利用することを考え、本発明に至った。すなわち、本発明は、これまで無駄な失活として終わっていた正孔ブロッキング層内での電子と正孔の再結合を積極的に利用することによって、有機ＬＥＤ素子の発光効率の向上を図るものである。
以下、図面を参照しながら、本実施の形態について述べる。尚、本明細書において、正孔注入性とは陽極から正孔を注入され得る能力を称し、正孔輸送性とは注入された正孔を発光層へ輸送する能力を称する。また、電子注入性とは陰極から電子を注入され得る能力を称し、電子輸送性とは注入された電子を発光層へ輸送する能力を称する。
図１は、本実施の形態における有機ＬＥＤ素子１の模式的断面図である。図において、基板２の上には、陽極３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、正孔ブロッキング層７、電子輸送層８、電子注入層９および陰極１０が形成されている。また、発光層６は、正孔輸送層５の上に形成された正孔輸送性発光層６ａと、正孔輸送性発光層６ａの上に形成された電子輸送性発光層６ｂとからなっている。
正孔輸送性発光層６ａおよび電子輸送性発光層６ｂのいずれにも、正孔輸送性のホスト材料と電子輸送性のホスト材料が含まれている。但し、正孔輸送性発光層６ａでは、正孔輸送性のホスト材料の割合が多く、電子輸送性発光層６ｂでは、電子輸送性のホスト材料の割合が多い。また、正孔輸送性発光層６ａは、オレンジ色に発光するドーパント材料を含み、電子輸送性発光層６ｂは、青色に発光するドーパント材料を含む。そして、正孔ブロッキング層７は、電子輸送性のホスト材料と、電子輸送性発光層６ｂと同じドーパント材料とを含む。
以下、有機ＬＥＤ素子１を構成する各部材について説明する。
基板２には、可視光に対して透過率の高い材料が用いられる。具体的には、アルカリガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラスの他に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール並びにポリフッ化ビニリデンおよびポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明材料が挙げられる。
陽極３には、透明であって仕事関数の大きな金属若しくはその合金または他の導電性化合物が用いられる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２またはＺｎＯなどを陽極材料として用いることができる。例えば、基板２の上に、これらの膜を蒸着法またはスパッタ法などによって成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、陽極３を形成することができる。
正孔注入層４と正孔輸送層５は、ともに正孔輸送性の有機材料によって構成される。すなわち、陽極３とのイオン化ポテンシャルの差が小さいことによって、陽極３からの正孔注入障壁が低く、また、正孔移動度の高い材料が用いられる。
本実施の形態においては、例えば、陽極３の上に銅フタロシアニンを蒸着することによって、正孔注入層４を形成することができる。また、銅フタロシアニンに代えて、４，４′，４″−トリス｛Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ｝トリフェニルアミンおよび４，４′，４″−トリス｛Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ｝トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体などを用いることもできる。
正孔輸送層５としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス［Ｎ−フェニル−Ｎ−（２−ナフチル）−４’−アミノビフェニル−４−イル］−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＴＥ）、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＨＴＭ２）およびＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）などを用いることができる。本実施の形態においては、例えば、正孔注入層４の上にα−ＮＰＤを蒸着することによって、正孔輸送層５を形成することができる。
発光層６は、ホスト材料およびドーパント材料からなっている。ホスト材料は、それ自体で発光可能な材料であるが、ドーパント材料と組み合わせて使用することによって、ホスト材料の発光波長特性を変化させることができる。
ホスト材料としては、例えば、８−キノリノールおよびその誘導体を配位子としたアルミニウム錯体などを用いることができる。
ドーパント材料としては、例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、ビス（８−ヒドロキシ）キナルジンアルミニウムフェノキサイド（Ａｌｑ′２ＯＰｈ）、ビス（８−ヒドロキシ）キナルジンアルミニウム−２，５−ジメチルフェノキサイド（ＢＡｌｑ）、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）リチウム錯体（Ｌｉｑ）、モノ（８−キノリノラート）ナトリウム錯体（Ｎａｑ）、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）リチウム錯体、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）ナトリウム錯体およびビス（８−キノリノラート）カルシウム錯体（Ｃａｑ２）などのキノリン誘導体の金属錯体、テトラフェニルブタジエン、フェニルキナクドリン（ＱＤ）、アントラセン、ペリレン並びにコロネンなどを用いることができる。
本実施の形態においては、発光層６は、正孔輸送性発光層６ａと電子輸送性発光層６ｂとからなる。そして、正孔輸送性発光層６ａはオレンジ色発光層であり、電子輸送性発光層６ｂは青色発光層である。但し、正孔輸送性発光層６ａを青色発光層とし、電子輸送性発光層６ｂをオレンジ色発光層とすることもできる。これらの層は、正孔輸送性および電子輸送性の有機材料をホスト材料とし、これにオレンジ色または青色に発光するドーパント材料が添加されてなるものとすることができる。
陽極３と陰極１０の間に直流電流が印加されると、陽極３からは、正孔注入層４と正孔輸送層５を介して、正孔輸送性発光層６ａへ正孔が注入される。また、陰極１０からは、電子注入層９、電子輸送層８および正孔ブロッキング層７を介して、電子輸送性発光層６ｂへ電子が注入される。さらに、これらの発光層の界面で正孔と電子の移動が起こると、各発光層の内部のホスト材料で正孔と電子が再結合してホスト材料が励起される。次いで、ホスト材料からドーパント材料に励起エネルギーが移動して、ドーパント材料が励起される。そして、励起されたドーパント材料が基底状態に戻る際に、ドーパント材料の発光ピーク波長に応じた固有の色の発光が起こる。このとき、視認者には、各発光層の発光色の混色が有機ＬＥＤ素子１の発光色として認識される。
このように、正孔輸送性発光層６ａには、電子輸送性発光層６ｂから電子が注入される。一方、電子輸送性発光層６ｂには、正孔輸送性発光層６ａから正孔が注入される。そして、これらの発光層の界面から所定の厚さの領域を発光帯域として、正孔輸送性発光層６ａでオレンジ色の光が発光し、同時に、電子輸送性発光層６ｂで青色の光が発光すると、人間の目には白色の光が発光したものとして映る。
有機ＬＥＤ素子１においては、発光層６の陰極１０の側に、発光層６、具体的には、電子輸送性発光層６ｂに接して正孔ブロッキング層７が設けられている。正孔ブロッキング層７は、発光層６から電子輸送層８への正孔や励起子の移動をブロックする層である。
例えば、発光層にカルバゾール骨格を有する化合物を用いた場合、この化合物は正孔輸送性を有しているものの、イオン化ポテンシャルが大きいために、注入された正孔が陰極側に抜けやすいという問題がある。そこで、陰極側に正孔ブロッキング層を設けることにより、正孔が陰極側に移動するのを抑制することが可能となる。
本実施の形態における正孔ブロッキング層７は、正孔輸送性発光層６ａや電子輸送性発光層６ｂに用いられる電子輸送性のホスト材料と同じホスト材料と、電子輸送性発光層６ｂに用いられるドーパント材料と同じドーパント材料とからなるものとする。これにより、正孔ブロッキング層７のホスト材料で正孔と電子が再結合してホスト材料が励起される。次いで、ホスト材料からドーパント材料に励起エネルギーが移動して、ドーパント材料が励起される。そして、励起されたドーパント材料が基底状態に戻る際に、ドーパント材料の発光ピーク波長に応じた固有の色、すなわち、本実施の形態においては青色の発光が起こる。すなわち、本実施の形態の構成によれば、正孔ブロッキング層７で起こる正孔と電子の再結合を利用することにより、電子輸送性発光層６ｂで起こる発光の色と同じ色の光を正孔ブロッキング層７でも生じさせることができる。
このように、正孔ブロッキング層７で青色の光を発光させることによって、正孔輸送性発光層６ａ、電子輸送性発光層６ｂおよび正孔ブロッキング層７のそれぞれで発光した光の混色が有機ＬＥＤ素子１の発光光として視認される。ここで、有機ＬＥＤ素子１では、視認者は、陽極３の側から有機ＬＥＤ素子１を観察する。このため、正孔ブロッキング層７でのキャリアの再結合を利用しない場合、すなわち、従来の有機ＬＥＤ素子の場合には、視認者から見て前面にある正孔輸送性発光層６ａでの発光が強くなり、発光光はオレンジがかった白色光となる。これに対して、本実施の形態の構成によれば、正孔ブロッキング層７でも青色の発光を起こしているので、従来より青色の発光光の強度が強くなっている。これにより、従来よりオレンジ味が相対的に弱くなるので、より色純度の高い白色光を得ることができる。
尚、本実施の形態において、正孔輸送性発光層６ａを青色発光層とし、電子輸送性発光層６ｂをオレンジ色発光層とした場合にも、正孔ブロッキング層７は、正孔輸送性発光層６ａや電子輸送性発光層６ｂに用いられる電子輸送性のホスト材料と同じホスト材料と、電子輸送性発光層６ｂに用いられるドーパント材料と同じドーパント材料とからなるものとする。この場合、従来の有機ＬＥＤ素子では、視認者から見て前面にある電子輸送性発光層６ｂでの発光が強くなることによって、発光光は青味がかった白色光となる。しかし、本実施の形態の構成とすることにより、従来より相対的に青味を弱くすることができるので、従来より色純度に優れた白色光を得ることが可能となる。
図１の有機ＬＥＤ素子１において、電子輸送層８および電子注入層９は、ともに電子輸送性の有機材料から構成される。
電子輸送層８には、電子親和力が大きく電子の移動度が大きい材料が用いられる。例えば、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）および２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−５−（４−ビフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）などが挙げられる。
電子注入層９は、陰極１０からの電子の注入を容易にしたり、陰極１０との密着性を良好にしたりする。電子注入層９には、例えば、ＬｉＦ（フッ化リチウム）などのアルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物などが用いられる。これらの材料は絶縁性であるので、膜厚は１０ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
陰極１０には、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属および周期表第３族の金属などが挙げられる。この内、安価で化学的安定性のよい材料であることから、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、または、ＭｇとＡｌ、ＭｇとＡｇ（銀）、ＭｇとＩｎ（インジウム）若しくはＡｌとＬｉ（リチウム）などの合金を用いることができる。例えば、電子注入層１０の上に、これらの膜を蒸着法によって成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、陰極１０を形成することができる。
以上述べたように、本実施の形態は、正孔ブロッキング層でのキャリアの再結合を有機ＬＥＤ素子の発光光として積極的に利用するので、結果として、従来より高効率の有機ＬＥＤ素子とすることができる。
また、電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を正孔ブロッキング層に添加することによって、従来より色純度に優れ、また、高い輝度を有する白色光を得ることが可能となる。
実施の形態２．
有機ＬＥＤ素子においては、用途により要求される発光色が異なる場合がある。したがって、有機ＬＥＤ素子には、バリエーションに富んだ発光色を実現することが求められている。
有機ＬＥＤ素子においては、用途により要求される発光色が異なる場合がある。したがって、有機ＬＥＤ素子には、バリエーションに富んだ発光色を実現することが求められている。
そこで、本発明者は、実施の形態１と同様に、正孔ブロッキング層にドーパント材料を添加することによって、正孔ブロッキング層の内部で起こる励起子の失活を発光光として利用することを考えた。但し、実施の形態１とは、正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料の発光波長と、発光層に含まれるドーパント材料の発光波長とが異なる点で相違する。
以下、図面を参照しながら、本実施の形態について述べる。
図２は、本実施の形態における有機ＬＥＤ素子１１の模式的断面図である。図において、基板１２の上には、陽極１３、正孔注入層１４、正孔輸送層１５、発光層１６、正孔ブロッキング層１７、電子輸送層１８、電子注入層１９および陰極２０が形成されている。また、発光層１６は、正孔輸送層１５の上に形成された正孔輸送性発光層１６ａと、正孔輸送性発光層１６ａの上に形成された電子輸送性発光層１６ｂとからなっている。
正孔輸送性発光層１６ａおよび電子輸送性発光層１６ｂのいずれにも、正孔輸送性のホスト材料と電子輸送性のホスト材料が含まれている。但し、正孔輸送性発光層１６ａでは、正孔輸送性のホスト材料の割合が多く、電子輸送性発光層１６ｂでは、電子輸送性のホスト材料の割合が多い。また、正孔輸送性発光層１６ａは、オレンジ色に発光するドーパント材料を含み、電子輸送性発光層１６ｂは、青色に発光するドーパント材料を含む。そして、正孔ブロッキング層１７は、電子輸送性のホスト材料と、緑色に発光するドーパント材料とを含む。
以下、有機ＬＥＤ素子１１を構成する各部材について説明する。
基板１２には、可視光に対して透過率の高い材料が用いられる。具体的には、アルカリガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラスの他に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール並びにポリフッ化ビニリデンおよびポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明材料が挙げられる。
陽極１３には、透明であって仕事関数の大きな金属若しくはその合金または他の導電性化合物が用いられる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２またはＺｎＯなどを陽極材料として用いることができる。例えば、基板２の上に、これらの膜を蒸着法またはスパッタ法などによって成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、陽極１３を形成することができる。
正孔注入層１４と正孔輸送層１５は、ともに正孔輸送性の有機材料によって構成される。すなわち、陽極１３とのイオン化ポテンシャルの差が小さいことによって、陽極１３からの正孔注入障壁が低く、また、正孔移動度の高い材料が用いられる。
本実施の形態においては、例えば、陽極１３の上に銅フタロシアニンを蒸着することによって、正孔注入層１４を形成することができる。また、銅フタロシアニンに代えて、４，４′，４″−トリス｛Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ｝トリフェニルアミンおよび４，４′，４″−トリス｛Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ｝トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体などを用いることもできる。
正孔輸送層１５としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス［Ｎ−フェニル−Ｎ−（２−ナフチル）−４’−アミノビフェニル−４−イル］−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＴＥ）、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＨＴＭ２）およびＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）などを用いることができる。本実施の形態においては、例えば、正孔注入層１４の上にα−ＮＰＤを蒸着することによって、正孔輸送層１５を形成することができる。
発光層１６は、ホスト材料およびドーパント材料からなっている。ホスト材料は、それ自体で発光可能な材料であるが、ドーパント材料と組み合わせて使用することによって、ホスト材料の発光波長特性を変化させることができる。
ホスト材料としては、例えば、８−キノリノールおよびその誘導体を配位子としたアルミニウム錯体などを用いることができる。
ドーパント材料としては、例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）、ビス（８−ヒドロキシ）キナルジンアルミニウムフェノキサイド（Ａｌｑ′２ＯＰｈ）、ビス（８−ヒドロキシ）キナルジンアルミニウム−２，５−ジメチルフェノキサイド（ＢＡｌｑ）、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）リチウム錯体（Ｌｉｑ）、モノ（８−キノリノラート）ナトリウム錯体（Ｎａｑ）、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）リチウム錯体、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）ナトリウム錯体およびビス（８−キノリノラート）カルシウム錯体（Ｃａｑ２）などのキノリン誘導体の金属錯体、テトラフェニルブタジエン、フェニルキナクドリン（ＱＤ）、アントラセン、ペリレン並びにコロネンなどを用いることができる。
本実施の形態においては、発光層１６は、正孔輸送性発光層１６ａと電子輸送性発光層１６ｂとからなる。そして、正孔輸送性発光層１６ａはオレンジ色発光層であり、電子輸送性発光層１６ｂは青色発光層である。但し、正孔輸送性発光層１６ａを青色発光層とし、電子輸送性発光層１６ｂをオレンジ色発光層とすることもできる。これらの層は、正孔輸送性および電子輸送性の有機材料をホスト材料とし、これにオレンジ色または青色に発光するドーパント材料が添加されてなるものとすることができる。
陽極１３と陰極２０の間に直流電流が印加されると、陽極１３からは、正孔注入層１４と正孔輸送層１５を介して、正孔輸送性発光層１６ａへ正孔が注入される。また、陰極２０からは、電子注入層１９、電子輸送層１８および正孔ブロッキング層１７を介して、電子輸送性発光層１６ｂへ電子が注入される。さらに、これらの発光層の界面で正孔と電子の移動が起こると、各発光層の内部のホスト材料で正孔と電子が再結合してホスト材料が励起される。次いで、ホスト材料からドーパント材料に励起エネルギーが移動して、ドーパント材料が励起される。そして、励起されたドーパント材料が基底状態に戻る際に、ドーパント材料の発光ピーク波長に応じた固有の色の発光が起こる。
発光層１６の陰極２０の側には、発光層１６、具体的には、電子輸送性発光層１６ｂに接して正孔ブロッキング層１７が設けられている。正孔ブロッキング層１７は、発光層１６から電子輸送層１８への正孔の移動をブロックする層である。
例えば、発光層にカルバゾール骨格を有する化合物を用いた場合、この化合物は正孔輸送性を有しているものの、イオン化ポテンシャルが大きいために、注入された正孔が陰極側に抜けやすいという問題がある。そこで、陰極側に正孔ブロッキング層を設けることにより、正孔が陰極側に移動するのを抑制することが可能となる。
本実施の形態における正孔ブロッキング層１７は、正孔輸送性発光層１６ａや電子輸送性発光層１６ｂに用いられる電子輸送性のホスト材料と同じホスト材料と、これらの発光層に含まれるドーパント材料とは発光波長が異なるドーパント材料、具体的には、緑色に発光するドーパント材料とからなるものとする。
正孔ブロッキング層１７を上記の構成とすると、まず、正孔ブロッキング層１７のホスト材料で正孔と電子が再結合してホスト材料が励起される。次いで、ホスト材料からドーパント材料に励起エネルギーが移動して、ドーパント材料が励起される。そして、励起されたドーパント材料が基底状態に戻る際に、ドーパント材料の発光ピーク波長に応じた固有の色、すなわち、本実施の形態においては緑色の光の発光が起こる。
本実施の形態において、正孔輸送性発光層１６ａには、電子輸送性発光層１６ｂから電子が注入される。また、電子輸送性発光層１６ｂには、正孔輸送性発光層１６ａから正孔が注入される。さらに、正孔ブロッキング層１７には、これらの発光層から正孔が注入される。そして、正孔輸送性発光層１６ａでオレンジ色の光が、電子輸送性発光層１６ｂで青色の光が、正孔ブロッキング層１７で緑色の光がそれぞれ発光すると、視認者には、各発光層の発光色の混色、すなわち、黄緑がかった白色が有機ＬＥＤ素子１１の発光色として見える。
本実施の形態において、正孔ブロッキング層１７に添加するドーパント材料は、発光層１６に含まれるドーパント材料と発光波長の異なるものであればよく、緑色に発光するドーパント材料に限られるものではない。所望とする発光光の色に応じて、適宜ドーパント材料を選択し、正孔ブロッキング層１７に添加することが好ましい。
例えば、正孔ブロッキング層１７に対して、電子輸送性発光層１６ｂに含まれるドーパント材料とは発光波長の異なる青色のドーパント材料を添加することもできる。特に、電子輸送性発光層１６ｂに含まれるドーパント材料よりも青味の強いドーパント材料を、正孔ブロッキング層１７に添加すると、このようなドーパント材料を添加しない場合に比べて、より色純度のよい白色光を得ることができる。尚、発光層に青味の強いドーパント材料を添加した場合にも白色光の色純度を高めることができるが、有機ＬＥＤ素子の駆動寿命の著しい低下を招く。これに対して、正孔ブロッキング層に添加した場合には、駆動寿命の低下を軽減することができる。
本実施の形態において、正孔輸送層１５に正孔輸送性の高い材料を用いた場合には、正孔が電子輸送性発光層１６ｂや正孔ブロッキング層１７へ移動する傾向が強くなる。このため、有機ＬＥＤ素子１１の発光色は、電子輸送性発光層１６ｂや正孔ブロッキング層１７での発光による色に支配されて青緑がかった白色光となる。
一方、電子輸送層１８に電子輸送性の高い材料を用いた場合には、電子が電子輸送性発光層１６ｂや正孔輸送性発光層１６ａに移動する傾向が強くなる。このため、有機ＬＥＤ素子１１の発光色は、電子輸送性発光層１６ｂや正孔輸送性発光層１６ａでの発光による色に支配されて青赤（ピンク）がかった白色光となる。
さらに、本実施の形態において、正孔輸送性発光層１６ａを青色発光層とし、電子輸送性発光層１６ｂをオレンジ色発光層とした上で、正孔輸送層１５に正孔輸送性の高い材料を用いた場合には、有機ＬＥＤ素子１１の発光色は赤緑（黄色）がかった白色光となる。
図２の有機ＬＥＤ素子１１において、電子輸送層１８および電子注入層１９は、ともに電子輸送性の有機材料から構成される。
電子輸送層１８には、電子親和力が大きく電子の移動度が大きい材料が用いられる。例えば、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＢＮＤ）および２−（４−ｔ−ブチルフェニル）−５−（４−ビフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）などが挙げられる。
電子注入層１９は、陰極２０からの電子の注入を容易にしたり、陰極２０との密着性を良好にしたりする。電子注入層１９には、例えば、ＬｉＦ（フッ化リチウム）などのアルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物などが用いられる。これらの材料は絶縁性であるので、膜厚は１０ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
陰極２０には、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属および周期表第３族の金属などが挙げられる。この内、安価で化学的安定性のよい材料であることから、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、または、ＭｇとＡｌ、ＭｇとＡｇ（銀）、ＭｇとＩｎ（インジウム）若しくはＡｌとＬｉ（リチウム）などの合金を用いることができる。例えば、電子注入層１９の上に、これらの膜を蒸着法によって成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、陰極２０を形成することができる。
以上述べたように、本実施の形態は、正孔ブロッキング層でのキャリアの再結合を有機ＬＥＤ素子の発光光として積極的に利用するので、結果として、従来より高効率の有機ＬＥＤ素子とすることができる。
また、正孔ブロッキング層に発光層とは異なる発光波長のドーパント材料を添加することによって、有機ＬＥＤ素子の発光光の色味を変えることができる。尚、本実施の形態においては、オレンジ色と青色の発光層を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。発光層および正孔ブロッキング層で発光する個々の光の色を変えることによって、バリエーションに富んだ発光色を有機ＬＥＤ素子で実現することが可能となる。
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
以下、本発明の実施例について述べる。
実施例１．
ガラス基板の上にＩＴＯを成膜して、陽極を形成した。次に、これを真空蒸着機の中に入れ、真空蒸着機の内部を１×１０−６Ｔｏｒｒまで減圧した。次いで、式（１）に示す物質を２Å／秒の速度で４０ｎｍの厚さに蒸着して、陽極の上に正孔注入層を形成した。さらに、式（２）に示す物質を２Å／秒の速度で２０ｎｍの厚さに蒸着して、正孔注入層の上に正孔輸送層を形成した。
ガラス基板の上にＩＴＯを成膜して、陽極を形成した。次に、これを真空蒸着機の中に入れ、真空蒸着機の内部を１×１０−６Ｔｏｒｒまで減圧した。次いで、式（１）に示す物質を２Å／秒の速度で４０ｎｍの厚さに蒸着して、陽極の上に正孔注入層を形成した。さらに、式（２）に示す物質を２Å／秒の速度で２０ｎｍの厚さに蒸着して、正孔注入層の上に正孔輸送層を形成した。
式（１）
式（２）
式（３）に示す物質および式（４）に示す物質をホスト材料とし、式（５）に示す物質をドーパント材料として、正孔輸送層の上にこれらを同時に蒸着することによって、厚さ２０ｎｍの正孔輸送性発光層を形成した。ホスト材料の蒸着速度は、２Å／秒とした。また、ドーパント材料の蒸着速度は、０．０２Å／秒とした。
式（３）
式（４）
式（５）
続いて、式（４）に示す物質および式（３）に示す物質をホスト材料とし、式（６）に示す物質をドーパント材料として、正孔輸送性発光層の上にこれらを同時に蒸着することによって、厚さ４０ｎｍの電子輸送性発光層を形成した。ホスト材料の蒸着速度は、２Å／秒とした。また、ドーパント材料の蒸着速度は、０．０２Å／秒とした。
式（６）
続いて、式（４）に示す物質を２Å／秒の速度で、また、式（６）に示す物質をドーパントとして０．０２Å／秒の速度で同時に電子輸送性発光層の上に蒸着し、正孔ブロッキング層を形成した。
次いで、式（７）に示す物質を２Å／秒の速度で２０ｎｍの厚さに蒸着して、正孔ブロッキング層の上に電子輸送層を形成した。
式（７）
次に、ＬｉＦを０．５Å／秒の速度で０．５ｎｍの厚さに蒸着し、電子輸送層の上に電子注入層を形成した。続いて、Ａｌを５Å／秒の速度で１００ｎｍの厚さに蒸着して、電子注入層の上に陰極を形成した。
得られた有機ＬＥＤ素子の発光特性を評価したところ、正孔ブロッキング層からの青緑色の発光が見られた。また、５００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るときの電流効率は９．７ｃｄ／Ａであり、駆動電圧は１１．２Ｖであった。
実施例２．
正孔ブロッキング層を形成する際に、式（８）に示す物質を同時に蒸着した他は、実施例１と同様にして有機ＬＥＤ素子を形成した。
正孔ブロッキング層を形成する際に、式（８）に示す物質を同時に蒸着した他は、実施例１と同様にして有機ＬＥＤ素子を形成した。
式（８）
図３は、得られた有機ＬＥＤ素子の発光スペクトルである。尚、比較例１として、正孔ブロッキング層にドーパント材料を添加しない従来の有機ＬＥＤ素子の発光スペクトルについても示している。また、表１は、これらの有機ＬＥＤ素子の発光光について、ＣＩＥ色度座標のｘ値およびｙ値と、外部量子効率とを比較したものである。
表１
図３および表１より、実施例２では、比較例より黄緑がかった白色光が得られることが分かった。
実施例３．
正孔ブロッキング層を形成する際に、式（９）に示す物質を同時に蒸着した他は、実施例１と同様にして有機ＬＥＤ素子を形成した。
正孔ブロッキング層を形成する際に、式（９）に示す物質を同時に蒸着した他は、実施例１と同様にして有機ＬＥＤ素子を形成した。
式（９）
図４は、得られた有機ＬＥＤ素子の発光スペクトルである。尚、比較例２として、正孔ブロッキング層にドーパント材料を添加しない従来の有機ＬＥＤ素子の発光スペクトルについても示している。また、表２は、これらの有機ＬＥＤ素子の発光光について、ＣＩＥ色度座標のｘ値およびｙ値と、外部量子効率とを比較したものである。
表２
図４および表２より、実施例３では、比較例２より青味の強い白色光が得られることが分かった。
１，１１ 有機ＬＥＤ素子
２，１２ 基板
３，１３ 陽極
４，１４ 正孔注入層
５，１５ 正孔輸送層
６，１６ 発光層
７，１７ 正孔ブロッキング層
８，１８ 電子輸送層
９，１９ 電子注入層
１０，２０ 陰極
２，１２ 基板
３，１３ 陽極
４，１４ 正孔注入層
５，１５ 正孔輸送層
６，１６ 発光層
７，１７ 正孔ブロッキング層
８，１８ 電子輸送層
９，１９ 電子注入層
１０，２０ 陰極
Claims (7)
- 陽極と陰極によって挟持され、ホスト材料およびドーパント材料を含む発光層を備えた有機ＬＥＤ素子において、
前記発光層の前記陰極の側には、前記発光層に接して正孔ブロッキング層が設けられており、
前記正孔ブロッキング層はドーパント材料を含むことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。 - 前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔ブロッキング層は、前記電子輸送性発光層に接するとともに、前記電子輸送性発光層に含まれるドーパント材料と発光波長の同じドーパント材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＬＥＤ素子。 - 前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子。 - 前記正孔輸送性発光層は青色発光層であり、
前記電子輸送性発光層はオレンジ色発光層であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子。 - 前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は、前記発光層に含まれるドーパント材料とは発光波長が異なることを特徴とする請求項１に記載の有機ＬＥＤ素子。
- 前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は緑色に発光することを特徴とする請求項５に記載の有機ＬＥＤ素子。 - 前記発光層は、正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層とからなり、
前記正孔輸送性発光層はオレンジ色発光層であり、
前記電子輸送性発光層は青色発光層であって、
前記正孔ブロッキング層に含まれるドーパント材料は青色に発光することを特徴とする請求項５に記載の有機ＬＥＤ素子。
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