JP2008034631A - Organic electroluminescence device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス装置及び電子機器に関するものである。 The present invention relates to an organic electroluminescence device and an electronic apparatus.
エレクトロルミネッセンス素子(以下、「EL素子」という)は、自発光型の平面型表示素子としての用途が有望視されている。EL素子の中でも有機EL素子は、無機EL素子とは異なり、交流駆動かつ高電圧が必要といった制約が無く、また、有機化合物の多様性により多色化が比較的容易であると考えられることから、フルカラーディスプレイなどへの応用が期待され、盛んに研究開発が行なわれている。 An electroluminescence element (hereinafter referred to as “EL element”) is expected to be used as a self-luminous flat display element. Among EL elements, organic EL elements, unlike inorganic EL elements, are not limited to AC driving and require a high voltage, and it is considered that multicolorization is relatively easy due to the diversity of organic compounds. Therefore, it is expected to be applied to full-color displays, and research and development is actively conducted.
カラーパネルの作製に必要な3原色を得る方法としては、白色発光素子にカラーフィルタを組み合わせる方法(カラーフィルタ方式;特許文献1参照)、3原色のうち最もエネルギーの高い青色発光素子を用いてこれを緑色又は赤色に色変換する方法(色変換方式)、3原色の発光素子を個別に塗り分ける方法(塗り分け方式;特許文献2参照)等が提案されている。そのうち、カラーフィルタ方式および色変換方式は、塗り分け方式に比べると、発光色の塗り分けが不要であり、白色あるいは青色発光面をパネル一面に形成することができることから、プロセス的には容易となる。しかしながら、カラーフィルタ方式および色変換方式は、発光エネルギーの取り出しのロスが大きく、全体の効率としては未だ十分とはいえない。 As a method of obtaining the three primary colors necessary for the production of the color panel, a method of combining a color filter with a white light emitting element (color filter method; see Patent Document 1), using a blue light emitting element having the highest energy among the three primary colors. A method of color-converting green to red (color conversion method), a method of separately coating light emitting elements of three primary colors (coloring method; see Patent Document 2), and the like have been proposed. Of these, the color filter method and the color conversion method do not require separate light emission colors compared to the separate color paint method, and the white or blue light-emitting surface can be formed on the entire panel, making the process easier. Become. However, the color filter method and the color conversion method have a large loss of light emission energy extraction, and the overall efficiency is still not sufficient.
一方、塗り分け方式は、発光色の塗り分け技術が必要であるが、発光エネルギーの取り出しのロスは前二者に比べて少ない。したがって、RGBのいずれについても高特性の素子が得られれば、自発光というメリットを十分に生かすことができる合理的な方法といえる。この構造の有機EL素子に関しては、高輝度、高効率化を目指した材料開発がなされており、特に緑色に関しては、発光層をアルミニウムの8―キノリノール錯体にキナクリドン誘導体をドープしたものとすることで、優れた特性が得られている。また、青色に関しては、ジスチリルアリーレン誘導体を発光層に用いることで優れた特性が得られている。両者の特性は、いずれも最高輝度にして数万cd/m2を超えており、実用化に耐えうるところまで来ている。
しかしながら、3原色のうち残りの赤色発光素子の開発については、前二色に比べ遅れており、実用化を目指し各方面で活発な研究開発がなされていにもかかわらず、未だ十分な特性を有する素子は得られていない。 However, the development of the remaining red light-emitting elements among the three primary colors is delayed compared to the previous two colors, and it still has sufficient characteristics even though active research and development has been conducted in various directions for practical application. An element is not obtained.
赤色発光有機EL素子を得る方法として、ドープ型、アンドープ型の両面から、高色純度、高発光効率、高輝度を目指した研究開発が行われている。アンドープ型とは、一つの発光材料で発光層を形成する方法である。一方、ドープ型は、ホスト材料である発光材料中にゲスト材料である発光ドーパント(蛍光色素等)を添加して発光層を形成する方法である。 As a method for obtaining a red light-emitting organic EL element, research and development aiming at high color purity, high light emission efficiency, and high brightness are being carried out from both doped and undoped types. The undoped type is a method of forming a light emitting layer with one light emitting material. On the other hand, the dope type is a method of forming a light emitting layer by adding a light emitting dopant (such as a fluorescent dye) as a guest material to a light emitting material as a host material.
両者のうち、アンドープ型においては比較的色純度の良い発光材料が見出されているものの、輝度が低く、カラーパネルへの適用は困難である。一方、ドープ型は、比較的高輝度な特性が得られるが、高い色純度を保ちつつ高輝度化を図ることが困難である。ドープ型有機EL素子においては、ホスト材料に対するドーパントの割合が多いほど、色純度の良い赤色発光が得られるが、輝度は低下する。逆にドーパント濃度が少ないほど、色純度は悪くなるが、輝度は上昇する。色再現領域の広いディプレイパネルを作製するには、高輝度化を図る一方で、高色純度化にも十分に配慮しなければならない。 Among them, in the undoped type, although a light emitting material with relatively good color purity has been found, the luminance is low and it is difficult to apply to a color panel. On the other hand, the dope type can obtain relatively high luminance characteristics, but it is difficult to achieve high luminance while maintaining high color purity. In the doped organic EL element, the higher the ratio of the dopant to the host material, the more red light emission with good color purity can be obtained, but the luminance decreases. Conversely, the smaller the dopant concentration, the worse the color purity, but the luminance increases. In order to produce a display panel having a wide color reproduction region, it is necessary to give sufficient consideration to high color purity while achieving high luminance.
また、赤色有機EL素子に関しては、プリンタヘッド(ラインヘッド)への応用が検討されている。しかしながら、プリンタヘッドには、感光体ドラムに露光するための十分な発光輝度が必要とされており、ディスプレイパネルに要求されるものよりも高い発光輝度及び発光効率が求められている。 As for the red organic EL element, application to a printer head (line head) is being studied. However, the printer head is required to have sufficient light emission luminance for exposing the photosensitive drum, and higher light emission luminance and light emission efficiency than those required for the display panel are required.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高い発光輝度を有し、且つ高い色純度も確保することのできる有機EL装置を提供することを目的とする。また、このような有機EL装置を備えることにより、高輝度化、高色純度化を図ることのできる、有機ELディスプレイ、光プリンタ等の電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an organic EL device that has high emission luminance and can ensure high color purity. It is another object of the present invention to provide an electronic device such as an organic EL display or an optical printer that can achieve high luminance and high color purity by including such an organic EL device.
上記の課題を解決するため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、一対の電極間に発光層を有してなる有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記発光層が、同一分子内に、発光機能を有する発光ユニット、正孔輸送機能を有する正孔輸送ユニット及び電子輸送機能を有する電子輸送ユニットを有する発光材料であるホスト材料と、前記ホスト材料の発光波長よりも短い発光波長を有する発光材料である発光ドーパントと、を含んでなることを特徴とする。
この構成によれば、発光層内にホスト材料よりも発光エネルギーの高い(波長の短い)光を放射する発光ドーパントがドープされているので、ホスト材料を次の2つの経路、すなわち、(1)発光層に注入した電子及び正孔によってホスト材料を発光させる経路(エレクトロルミネッセンス)と、(2)発光層に注入した電子及び正孔によって発光ドーパントを発光させ、この発光ドーパントから放出された光のエネルギーによってホスト材料を励起させ発光させる経路(フォトルミネッセンス)、の2つの経路によって発光させることができる。このため、ホスト材料を単独で用いる場合に比べて、発光効率の高い有機EL装置を提供することができる。また、発光ドーパントから放射された光は略全てホスト材料によって吸収されるため、発光層からはホスト材料に起因した波長の光のみが放射される。したがって、発光ドーパントをドープしたことによる混色等の問題が生じず、色純度の高い有機EL装置が提供される。
In order to solve the above problems, an organic electroluminescence device of the present invention is an organic electroluminescence device having a light emitting layer between a pair of electrodes, and the light emitting layer has a light emitting function in the same molecule. A host material which is a light emitting material having a light emitting unit, a hole transport unit having a hole transport function and an electron transport unit having an electron transport function, and a light emitting material having a light emission wavelength shorter than the light emission wavelength of the host material And a light-emitting dopant.
According to this configuration, the light emitting layer is doped with a light emitting dopant that emits light having a light emission energy higher (shorter wavelength) than that of the host material. Therefore, the host material is passed through the following two paths: (1) A path (electroluminescence) in which the host material emits light by electrons and holes injected into the light emitting layer, and (2) a light emitting dopant is emitted by the electrons and holes injected into the light emitting layer, and light emitted from the light emitting dopant is emitted. Light can be emitted by two paths: a path (photoluminescence) in which the host material is excited by energy to emit light (photoluminescence). For this reason, compared with the case where a host material is used independently, an organic EL device with high luminous efficiency can be provided. Further, since almost all the light emitted from the light emitting dopant is absorbed by the host material, only light having a wavelength caused by the host material is emitted from the light emitting layer. Therefore, problems such as color mixing due to doping with a light emitting dopant do not occur, and an organic EL device with high color purity is provided.
ここで、本発明においては、前記発光ドーパントとして、1種類又は2種類以上の発光材料を用いることができる。これらの発光材料は、低分子材料又は高分子材料のいずれを用いることもできる。低分子材料とした場合、100%に近い蛍光量子効率を有するものが得られることから、高い発光効率の有機EL装置を実現することができる。一方、高分子材料とした場合には、低分子材料に比べて蛍光量子効率は劣るものの、湿式法で成膜できる等のプロセス上のメリットを有する。例えば、湿式法で形成する場合には、低分子材料に比べて溶媒中での分散性が高く、析出等の問題も生じにくい。 Here, in the present invention, one kind or two or more kinds of light emitting materials can be used as the light emitting dopant. As these light emitting materials, either a low molecular material or a high molecular material can be used. When a low molecular material is used, a material having a fluorescence quantum efficiency close to 100% can be obtained, so that an organic EL device with high luminous efficiency can be realized. On the other hand, when the polymer material is used, the fluorescence quantum efficiency is inferior to that of the low-molecular material, but it has a merit in process such that the film can be formed by a wet method. For example, in the case of forming by a wet method, the dispersibility in a solvent is higher than that of a low-molecular material, and problems such as precipitation hardly occur.
また、本発明において「ユニット」とは、所定の機能を発現する分子又はその分子の集合体をいい、高分子であるか低分子であるかは問わない。 In the present invention, the “unit” refers to a molecule expressing a predetermined function or an assembly of the molecules, regardless of whether it is a high molecule or a low molecule.
本発明においては、前記ホスト材料は、赤色の発光機能を有する発光ユニットを含むことが望ましい。
前述のように、赤色の有機EL装置は、緑色及び青色の有機EL装置に比べて十分な発光輝度を有するものが得られていないが、本発明の構成を赤色の有機EL装置に適用すれば、赤、緑、青の全ての色について十分な発光輝度を確保することができ、フルカラーディスプレイへの適用が可能となる。また、赤色の有機EL装置はラインヘッドへの適用が検討されているが、本発明の有機EL装置によれば、十分な発光輝度を有するラインヘッドが提供でき、表示品質の高い画像形成装置(光プリンタ)が実現可能となる。
In the present invention, it is desirable that the host material includes a light emitting unit having a red light emitting function.
As described above, a red organic EL device has not been obtained that has sufficient emission luminance as compared with green and blue organic EL devices, but if the configuration of the present invention is applied to a red organic EL device. It is possible to secure sufficient light emission brightness for all the colors of red, green and blue, and application to a full color display becomes possible. The red organic EL device is being considered for application to a line head. However, according to the organic EL device of the present invention, a line head having sufficient light emission luminance can be provided, and an image forming apparatus with high display quality ( Optical printer) can be realized.
本発明においては、前記発光ドーパントの発光スペクトルは、前記ホスト材料の吸収スペクトルと重なり合う波長領域を有することが望ましい。
この構成によれば、発光ドーパントから放射された光をホスト材料を励起するためのエネルギーとして有効に活用することができる。すなわち、発光ドーパントの発光波長とホスト材料の吸収波長とが大きく離れている場合、ホスト材料を励起させずに外部に放射される光の割合が大きくなるが、本発明のように発光ドーパントの発光波長とホスト材料の吸収波長とが近い位置に配置されている場合、発光ドーパントから発光された光のエネルギーを略全てホスト材料の励起に利用することができ、ホスト材料の発光効率の向上及び発光層から発光される光の色純度の向上を図ることができる。
In the present invention, the emission spectrum of the luminescent dopant preferably has a wavelength region that overlaps with the absorption spectrum of the host material.
According to this structure, the light radiated | emitted from the light emission dopant can be utilized effectively as energy for exciting a host material. That is, when the emission wavelength of the luminescent dopant and the absorption wavelength of the host material are far apart, the proportion of light emitted outside without exciting the host material increases, but the emission of the luminescent dopant as in the present invention. When the wavelength and the absorption wavelength of the host material are close to each other, almost all of the energy of the light emitted from the light-emitting dopant can be used for excitation of the host material, improving the luminous efficiency of the host material and emitting light The color purity of light emitted from the layer can be improved.
本発明においては、前記ホスト材料と前記発光ドーパントによって発光層を形成した場合の発光スペクトルと、前記ホスト材料のみで発光層を形成した場合の発光スペクトルとは、90%以上の重なりで一致することが望ましい。或いは、前記ホスト材料と前記発光ドーパントによって発光層を形成した場合の発光色度と、前記ホスト材料のみで発光層を形成した場合の発光色度とは、色度座標上で小数点2桁まで一致することが望ましい。
この構成によれば、発光層から放射される光のスペクトル又は色度は、ホスト材料単体で発光層を形成した場合の光のスペクトル又は色度と実質的に同じものとなり、発光ドーパントをドープしたことによる色純度の低下は殆ど生じなくなる。
In the present invention, the emission spectrum when the emission layer is formed with the host material and the emission dopant and the emission spectrum when the emission layer is formed only with the host material coincide with each other with an overlap of 90% or more. Is desirable. Alternatively, the light emission chromaticity when the light emitting layer is formed with the host material and the light emitting dopant, and the light emission chromaticity when the light emitting layer is formed only with the host material coincide with each other up to two decimal places on the chromaticity coordinates. It is desirable to do.
According to this configuration, the spectrum or chromaticity of the light emitted from the light emitting layer is substantially the same as the spectrum or chromaticity of the light when the light emitting layer is formed of the host material alone, and the light emitting dopant is doped. Therefore, the color purity is hardly reduced.
本発明においては、前記ホスト材料のバンドギャップは、前記発光ドーパントのバンドギャップより狭いことが望ましい。
この構成によれば、発光ドーパントの発光波長をホスト材料の発光波長よりも短い発光波長とすることができる。
In the present invention, the band gap of the host material is preferably narrower than the band gap of the light emitting dopant.
According to this configuration, the emission wavelength of the luminescent dopant can be made shorter than the emission wavelength of the host material.
本発明においては、前記ホスト材料のバンドギャップは、前記発光ドーパントのバンドギャップの内側に存在することが望ましい。
この構成によれば、発光層内に注入された電子及び正孔が発光ドーパントにトラップされ易くなり、高い発光効率が実現される。例えば、ホスト材料のHOMO(最高占有分子軌道)又はLUMO(最低非占有分子軌道)が発光ドーパントのHOMO又はLUMOの外側に配置されている場合には、電子又は正孔はホスト材料にトラップされ易くなるが、ホスト材料は発光ドーパントに比べて蛍光量子効率が低いため、多くの電子及び正孔をトラップしても十分な発光効率を実現することはできない。一方、発光ドーパントのHOMO及びLUMOをホスト材料のHOMO及びLUMOの外側に配置して発光ドーパントに電子及び正孔をトラップさせ易くした場合、トラップした電子及び正孔は高い確率で発光に寄与するため、それによって生じた光エネルギーによってホスト材料の励起も促進される。したがって、ホスト材料に直接電子及び正孔をトラップさせて発光させる場合に比べて、高い発光効率を実現できる。
In the present invention, it is preferable that the band gap of the host material exists inside the band gap of the light emitting dopant.
According to this configuration, electrons and holes injected into the light emitting layer are easily trapped by the light emitting dopant, and high light emission efficiency is realized. For example, when the host material HOMO (highest occupied molecular orbital) or LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) is arranged outside the luminescent dopant HOMO or LUMO, electrons or holes are easily trapped by the host material. However, since the host material has a fluorescence quantum efficiency lower than that of the light emitting dopant, sufficient light emission efficiency cannot be achieved even if many electrons and holes are trapped. On the other hand, when the luminescent dopants HOMO and LUMO are arranged outside the host material HOMO and LUMO to make the luminescent dopant easily trap electrons and holes, the trapped electrons and holes contribute to light emission with a high probability. The excitation of the host material is also promoted by the light energy generated thereby. Therefore, higher light emission efficiency can be realized as compared with a case where light is emitted by trapping electrons and holes directly in the host material.
本発明においては、前記発光ドーパントの蛍光量子効率は、前記ホスト材料の蛍光量子効率と同等かそれ以上の蛍光量子効率であることが望ましい。
この構成によれば、高い発光効率を実現することができる。
In the present invention, the fluorescence quantum efficiency of the luminescent dopant is preferably equal to or higher than the fluorescence quantum efficiency of the host material.
According to this configuration, high luminous efficiency can be realized.
本発明においては、前記ホスト材料に対する前記発光ドーパントの濃度は、1重量%〜10重量%の範囲であることが望ましい。
発光ドーパントの濃度が1重量%よりも小さいと、電子及び正孔の注入によって励起されなかったホスト材料を十分に励起することができない。一方、発光ドーパントの濃度が10重量%よりも大きいと、濃度消光によって発光ドーパントの発光強度が低下し、発光スペクトルも長波長側にシフトしてしまう。
In the present invention, the concentration of the light-emitting dopant with respect to the host material is preferably in the range of 1% by weight to 10% by weight.
When the concentration of the luminescent dopant is less than 1% by weight, the host material that is not excited by the injection of electrons and holes cannot be sufficiently excited. On the other hand, if the concentration of the luminescent dopant is larger than 10% by weight, the luminescence intensity of the luminescent dopant decreases due to concentration quenching, and the emission spectrum also shifts to the longer wavelength side.
本発明においては、前記発光層は、湿式法を用いて形成されることが望ましい。
この構成によれば、真空蒸着等により発光層を形成する場合に比べて、簡単な装置で発光層を形成することができる。なお、湿式法としては、スピンコート法、液滴吐出法、ディップコート法、ロールコート法等が適用可能であるが、中でも、液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できることから、好適である。
In the present invention, the light emitting layer is preferably formed using a wet method.
According to this configuration, the light emitting layer can be formed with a simple apparatus as compared with the case where the light emitting layer is formed by vacuum deposition or the like. Note that as the wet method, a spin coating method, a droplet discharge method, a dip coating method, a roll coating method, or the like can be applied. This is preferable because a desired amount of material can be accurately disposed on the surface.
本発明においては、前記一対の電極のうちの一方の電極と前記発光層との間に正孔注入層が設けられ、前記正孔注入層と前記発光層との間に、前記発光層を溶解する溶媒に対して不溶な正孔輸送層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、発光層を湿式法で形成する際に、発光層を溶解する溶媒に対して正孔注入層が再溶解されることがなく、信頼性の高い有機EL装置が提供できる。また、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層を設けることで、発光層への正孔輸送効率を向上することができ、より発光効率の高い有機EL装置が提供できる。
In the present invention, a hole injection layer is provided between one of the pair of electrodes and the light emitting layer, and the light emitting layer is dissolved between the hole injection layer and the light emitting layer. It is desirable to provide a hole transport layer insoluble in the solvent to be used.
According to this configuration, when the light emitting layer is formed by a wet method, the hole injection layer is not redissolved in the solvent for dissolving the light emitting layer, and a highly reliable organic EL device can be provided. Further, by providing a hole transport layer between the hole injection layer and the light emitting layer, the hole transport efficiency to the light emitting layer can be improved, and an organic EL device with higher light emission efficiency can be provided.
本発明の電子機器は、前述した本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、発光効率の高い電子機器を提供することができる。かかる電子機器としては、当該有機EL装置を表示部として備えた有機EL表示装置(有機ELディスプレイ)や、当該有機EL装置をラインヘッドとして備えた画像形成装置(光プリンタ)等がある。また、当該有機EL装置を面光源として備えた照明装置(バックライト等)に本発明を適用することもできる。特に、有機ELディスプレイに本発明の有機EL装置を適用した場合には、高輝度且つ高色純度の有機ELディスプレイが提供できる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described organic electroluminescence device according to the present invention.
According to this configuration, an electronic device with high luminous efficiency can be provided. Examples of such electronic devices include an organic EL display device (organic EL display) including the organic EL device as a display unit, and an image forming device (optical printer) including the organic EL device as a line head. Further, the present invention can be applied to an illumination device (backlight or the like) provided with the organic EL device as a surface light source. In particular, when the organic EL device of the present invention is applied to an organic EL display, an organic EL display with high luminance and high color purity can be provided.
以下、本発明を図面を参照して説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings below, the film thicknesses and dimensional ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
[有機EL装置の構成]
図1は本発明の有機EL装置の一実施の形態を示す概略構成図である。この有機EL装置1は、基体2上に、第1電極としての陽極3、正孔注入層4、正孔輸送層5、発光層6、及び第2電極としての陰極8を備えている。正孔注入層4、正孔輸送層5及び発光層6は有機物材料によって形成されており、これら有機物層によって有機機能層7が形成されている。また、有機機能層7は第1電極3と第2電極8との間に挟持されており、これら第1電極3、有機機能層7及び第2電極8によって、有機EL素子9が形成されている。
[Configuration of organic EL device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an organic EL device of the present invention. The organic EL device 1 includes an
第1電極3と第2電極8には、駆動電圧を印加するための配線が接続されている。そして、この配線を介して電極間に駆動電圧を印加すると、第2電極8より電子が、第1電極8より正孔が発光層6に注入され、印加された電場により発光層6中を移動し、再結合する。この再結合の際に放出されたエネルギーにより、励起子が生成し、この励起子が基底状態に戻る際に蛍光や燐光という形でエネルギーを放出する。有機EL素子9から放出された光は、例えばガラス基板等からなる基体2から射出され、外部に取り出される(ボトムエミッション方式)。なお、以下の説明では、発光層内に注入された電子及び正孔をキャリアと呼ぶことがある。
A wiring for applying a drive voltage is connected to the
ここで、正孔注入層4としては、ポリテトラヒドロチオフェニルフェニレンであるポリフェニレンビニレン、1,1−ビス−(4−N,N−ジトリルアミノフェニル)シクロヘキサン、トリス(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニウム、ポリスチレンスルフォン酸等が用いられる。特に、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸との混合物(PEDOT/PSS)が好適である。
Here, as the
正孔輸送層5としては、ポリフルオレン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリメチルフェニルシランなどのポリシラン系などの高分子有機材料が好適に用いられる。この正孔輸送層5は、正孔注入層4から注入された正孔を発光層6へ効率的に輸送するために、LUMO(最低非占有分子軌道)レベルが発光層6と正孔注入層4との間に配置されるものが好ましい。また、第2電極8から発光層6に注入された電子が発光層内で再結合せずにそのまま正孔注入層側に通過するのを阻止するために、HOMO(最高占有分子軌道)レベルが発光層6と正孔注入層4との間に配置されるものが好ましい。こうすることで、発光効率の向上を図ることができる。
As the
発光層6は、ホスト材料である発光材料6aと、該発光材料6中にドープされたゲスト材料である発光ドーパント6bとを含んでいる。
The
ホスト材料6aは、同一分子内に、発光機能を有する発光ユニット、正孔輸送機能を有する正孔輸送ユニット及び電子輸送機能を有する電子輸送ユニットを有する発光材料からなる。このような発光材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の高分子発光材料である、ポリフルオレン誘導体(PF)、ポリパラフェニレンビニレン誘導体(PPV)、ポリフェニレン誘導体(PP)、ポリパラフェニレン誘導体(PPP)、ポリビニルカルバゾール(PVK)、ポリチオフェン誘導体、ポリジアルキルフルオレン(PDAF)、ポリフルオレンベンゾチアジアゾール(PFBT)、ポリアルキルチオフェン(PAT)や、ポリメチルフェニルシラン(PMPS)等のポリシラン系などを好適に用いることができる。
The
発光ドーパント6bは、ホスト材料6aよりも波長の短い光を発光することが可能な1種類以上の発光材料からなる。このような発光材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料である、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料からなる色素、ルブレン、ペリレン、9,10−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン6、キナクリドン等の低分子系材料からなる色素、又はこれらの高分子系若しくは低分子系の発光材料を1種類以上混合したものを用いることができる。
The
発光ドーパント6bは、自身の発光によって生じた光エネルギーによってホスト材料6aを励起(フォトルミネッセンス)させる。そして、これにより、キャリア注入によって励起されなかったホスト材料6aを発光に寄与させる。この場合、発光ドーパント6bから放射された光は全てホスト材料6aに吸収され、外部に放射されることはない。したがって、発光層6から放射される光は全てホスト材料6aの発光波長域(バンドギャップエネルギー)に対応した波長の光となる。
The
なお、発光ドーパント6bは、ホスト材料6aと同等かそれ以上の蛍光量子効率を有することが望ましい。例えば、80%以上の蛍光量子効率を有することが望ましい。また、発光ドーパント6bの発光スペクトルはホスト材料6aの吸収スペクトルと重なり合う波長領域を有することが望ましい。これにより、キャリア注入によって励起されなかったホスト材料6aを確実に励起させ、発光に寄与させることができる。
The
また、発光ドーパント6bの濃度は、1重量%〜10重量%の範囲が望ましい。1重量%よりも濃度が小さいと、キャリア注入によって励起されなかったホスト材料6aを十分に励起することができず、10重量%よりも濃度が大きいと、濃度消光によって発光ドーパント6bの発光強度が低下し、発光スペクトルも長波長側にシフトしてしまうからである。
The concentration of the light-emitting
図1の有機EL装置1では、ホスト材料6a及び発光ドーパント6bとして、例えば[化1]及び[化2]に示す発光材料が用いられる。[化1]は、ホスト材料6aの一例である赤色発光機能を有する高分子発光材料であり、[化2]は、発光ドーパント6bの一例である黄色の蛍光色を有する蛍光色素である。発光ドーパント6bとしては、[化3]に示すような緑色の蛍光色素を用いることもできるが、発光光率や色純度を向上させる観点からは、ホスト材料6aの吸収波長に近い発光波長を有する[化2]の発光材料を用いることが望ましい。発光ドーパント6bの発光波長とホスト材料6aの吸収波長とが離れていると、ホスト材料6aを励起させずに外部に放射される光の割合が大きくなるからである。
In the organic EL device 1 of FIG. 1, for example, the light emitting materials shown in [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2] are used as the
図2は、発光層6におけるホスト材料6aと発光ドーパント6bのバンドダイアグラムを示す図である。図2に示すように、発光ドーパント6bはホスト材料6aよりも大きなバンドギャップエネルギー(HOMO-LUMOギャップ)E2を有している。正孔輸送層5及び陰極8から輸送された正孔及び電子の一部は、発光ドーパント6bを発光させ、そのバンドギャップエネルギーE2に対応した光L1ELを放射する。この光L1ELはホスト材料6aに全て吸収され、ホスト材料6aを励起する。そして、ホスト材料6aのバンドギャップエネルギーE1に対応した光L2PLとして外部に取り出される。一方、正孔輸送層5及び陰極8から輸送された正孔及び電子は、ホスト材料6aを発光させ、そのバンドギャップエネルギーE1に対応した光L2ELを放射する。
FIG. 2 is a diagram showing a band diagram of the
これらの光L2PL、L2ELはいずれもホスト材料6aのバンドギャップエネルギーE1に対応した光であり、発光ドーパント6bをドープしなかった場合と同じ発光スペクトルを有する。例えば、ホスト材料6aを[化1]、発光ドーパント6bを[化2]で構成した場合、発光層6から放射される光Lの発光スペクトルは、ホスト材料単体で発光層6を形成した場合と比較して90%以上の重なりで一致する。色度座標でみた場合、両者の発光色度は、小数点2桁まで一致する。
These lights L2 PL and L2 EL are both lights corresponding to the band gap energy E1 of the
[有機EL装置の製造方法]
次に、図3を用いて、有機EL装置1の製造方法について説明する。
まず、図3(a)に示すように、第1電極3が形成された基体2上に湿式法を用いて正孔注入層4を形成する。湿式法としては、スピンコート法、液滴吐出法、ディップコート法、ロールコート法等が適用可能である。中でも、液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できることから、好適である。
[Method for Manufacturing Organic EL Device]
Next, a method for manufacturing the organic EL device 1 will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 3A, the
液滴吐出法(インクジェット法)としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御してノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散してノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式(ピエゾ方式)は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル(泡)を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。 Examples of the droplet discharge method (inkjet method) include a charge control method, a pressure vibration method, an electromechanical conversion method, an electrothermal conversion method, and an electrostatic suction method. In the charge control method, a charge is applied to a material by a charging electrode, and the flight direction of the material is controlled by a deflection electrode and discharged from a nozzle. In addition, the pressure vibration method applies an ultra-high pressure to the material and discharges the material to the tip of the nozzle. When the control voltage is not applied, the material moves straight and is discharged from the nozzle, and the control voltage is applied. Electrostatic repulsion occurs between the materials and the materials are scattered and not discharged from the nozzle. In addition, the electromechanical conversion method (piezo method) utilizes the property that a piezo element (piezoelectric element) deforms in response to a pulsed electric signal, and can be used in a space where material is stored by deformation of the piezo element. Pressure is applied through a flexible substance, and the material is pushed out from this space and discharged from the nozzle. In the electrothermal conversion method, a material is rapidly vaporized by a heater provided in a space in which the material is stored to generate bubbles, and the material in the space is discharged by the pressure of the bubbles. In the electrostatic attraction method, a minute pressure is applied in a space in which the material is stored, a meniscus of the material is formed on the nozzle, and an electrostatic attractive force is applied in this state before the material is drawn out. In addition to this, techniques such as a system that uses a change in the viscosity of a fluid due to an electric field and a system that uses a discharge spark are also applicable.
正孔注入層4は、例えば、正孔注入層形成材料である3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)を含む液体材料を第1電極3上に配置し、これを乾燥・焼成することにより形成する。正孔注入層形成材料の溶媒としては、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−イミダゾリノン等の極性溶媒を用いることができる。
For the
次に、図3(b)に示すように、正孔注入層4上に湿式法を用いて正孔輸送層5を形成する。正孔輸送層5は、例えば、正孔輸送層形成材料であるポリフルオレン誘導体等に架橋性官能基を付与したものを含む液体材料を正孔注入層4上に配置し、これを不活性ガス雰囲気で乾燥・焼成(加熱硬化)することにより形成する。正孔輸送層形成材料の溶媒としては、正孔注入層4の再溶解を防止するために、正孔注入層4に対して不溶な無極性溶媒を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
基体2をホットプレート等に載せて不活性ガス雰囲気下で加熱すると、正孔注入層4の表面に、無極性溶媒に対して不溶な膜(正孔輸送層形成材料の膜)が形成される。そして、この膜の表面の可溶分をトルエン等の無極性溶媒で除去することにより、正孔輸送層5が得られる。また、正孔輸送層形成材料として、所定のHOMOレベル及びLUMOレベルの材料を用いることで、正孔輸送層5を電子ブロック層として機能させることができ、これにより有機EL装置1の高効率化、長寿命化を実現することができる。
When the
次に、図3(c)に示すように、正孔輸送層5上に湿式法を用いて発光層6を形成する。発光層6は、例えば、[化1]及び[化2]に示したホスト材料6a及び発光ドーパント6bを含む液体材料を正孔輸送層5上に配置し、これを乾燥・焼成することにより形成する。発光材料の溶媒としては、トルエン等の無極性溶媒が用いることができる。前述の処理によって正孔輸送層5は無極性溶媒に対して不溶な層となっているため、かかる液体材料を正孔輸送層5上に配置しても、正孔輸送層5及び正孔注入層4が溶媒に対して再溶解することはない。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(d)に示すように、発光層6上に第2電極8を形成する。第2電極8は、例えば、カルシウム、アルミニウムを真空蒸着法により順次積層させることにより形成することができる。カルシウム層はアルミニウム層から注入された電子を発光層6へ輸送する電子輸送層として機能する。以上により、基体2上に有機EL素子9が形成される。その後、必要に応じて封止工程を行い、有機EL装置1を完成する。
Next, as shown in FIG. 3D, the
以上説明したように、本実施形態の有機EL装置1によれば、発光層6内にホスト材料6aよりも発光エネルギーの高い(波長の短い)光を放射する発光ドーパント6bがドープされているので、ホスト材料6aを次の2つの経路、すなわち、(1)発光層6に注入した電子及び正孔によってホスト材料を発光させる経路(エレクトロルミネッセンス)と、(2)発光層6に注入した電子及び正孔によって発光ドーパント6bを発光させ、この発光ドーパント6bから放出された光のエネルギーによってホスト材料6aを励起させ発光させる経路(フォトルミネッセンス)、の2つの経路によって発光させることができる。このため、ホスト材料6aを単独で用いる場合に比べて、発光効率の高い有機EL装置1を提供することができる。また、発光ドーパント6bから放射された光は略全てホスト材料6aによって吸収されるため、発光層6からはホスト材料6aに起因した波長の光のみが放射される。したがって、発光ドーパント6bをドープしたことによる混色等の問題が生じず、色純度の高い有機EL装置1が提供される。
As described above, according to the organic EL device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態においては、ホスト材料6aのバンドギャップが、発光ドーパント6bのバンドギャップの内側に存在するため、発光層6内に注入された電子及び正孔が発光ドーパント6bにトラップされ易くなり、高い発光効率が実現される。例えば、図4(a)又は図4(b)のようにホスト材料6aのHOMO又はLUMOが発光ドーパントのHOMO又はLUMOの外側に配置されている場合には、電子又は正孔はホスト材料6aにトラップされ易くなるが、ホスト材料6aは発光ドーパント6bに比べて蛍光量子効率が低いため、多くの電子及び正孔をトラップしても十分な発光効率を実現することはできない。一方、発光ドーパント6bのHOMO及びLUMOをホスト材料6aのHOMO及びLUMOの外側に配置して発光ドーパント6bに電子及び正孔をトラップさせ易くした場合、トラップした電子及び正孔は高い確率で発光(L1EL)に寄与するため、それによって生じた光エネルギーによってホスト材料6aの励起も促進される。したがって、ホスト材料6aに直接電子及び正孔をトラップさせて発光させる場合に比べて、高い発光効率を実現できる。
In this embodiment, since the band gap of the
[画像形成装置]
次に、本発明の有機EL装置を備えた電子機器の第1の実施形態である画像形成装置について説明する。図5は、上記有機EL装置1をラインヘッドとして備えた画像形成装置100を示す概略構成図である。
[Image forming apparatus]
Next, an image forming apparatus that is a first embodiment of an electronic apparatus including the organic EL device of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an
画像形成装置100は、転写媒体22の走行経路の近傍に、像担持体としての感光体ドラム16を備えている。感光体ドラム16の周囲には、感光体ドラム16の回転方向(図中に矢印で示す)に沿って、露光装置15、現像装置18及び転写ローラ21が順次配設されている。感光体ドラム16は、回転軸17の周りに回転可能に設けられており、その外周面には、回転軸方向中央部に感光面16Aが形成されている。露光装置15及び現像装置18は感光体ドラム16の回転軸17に沿って長軸状に配置されており、その長軸方向の幅は、感光面16Aの幅と概ね一致している。
The
この画像形成装置100では、まず、感光体ドラム16が回転する過程において、露光装置15の上流側に設けられた図示略の帯電装置により感光体ドラム16の表面(感光面16A)が例えば正(+)に帯電され、次いで露光装置15により感光体ドラム16の表面が露光されて表面に静電潜像LAが形成される。さらに、現像装置18の現像ローラ19により、トナー(現像剤)20が感光体ドラム16の表面に付与され、静電潜像LAの電気的吸着力によって静電潜像LAに対応したトナー像が形成される。なお、トナー粒子は正(+)に帯電されている。
In this
現像装置18によるトナー像の形成後は、感光体ドラム16の更なる回転によりトナー像が図示略の転写媒体に接触し、転写ローラ21により転写媒体22の背面からトナー像のトナー粒子とは逆極性の電荷(ここでは負(−)の電荷)が付与され、これに応じて、トナー像を形成するトナー粒子が感光体ドラム16の表面から転写媒体22に吸引され、トナー像が転写媒体22の表面に転写される。
After the toner image is formed by the developing
露光装置15は、複数の有機EL素子9を有するラインヘッド1と、該ラインヘッド1から放射された光Lを正立等倍結像させる複数のレンズ素子13を有する結像光学素子12とを備えている。ラインヘッド1と結像光学素子12とは、互いにアライメントされた状態で図示略のヘッドケースによって保持され、感光体ドラム16上に固定されている。
The
ラインヘッド1は、複数の有機EL素子9を感光体ドラム16の回転軸17に沿って配列してなる発光素子列10と、有機EL素子9を駆動させる図示略の駆動素子からなる駆動素子群と、これら駆動素子(駆動素子群)の駆動を制御する制御回路群11とを備えている。有機EL素子9、駆動素子群及び制御回路群11は長細い矩形の素子基板(基体)2上に一体形成されている。
The line head 1 includes a light emitting
有機EL素子9は、図1に示した素子構造を有しており、その発光層には、[化1]に示した赤色発光材料からなるホスト材料と、[化2]又は[化3]に示した黄色又は緑色の蛍光色素からなる発光ドーパントとが含まれている。そして、ホスト材料のバンドギャップエネルギーに対応した赤色の光Lを素子基板2側から放射し、感光ドラム16上に結像するようになっている。
The
結像光学素子12は、日本板硝子株式会社製のセルフォック(登録商標)レンズ素子と同様の構成からなるレンズ素子13を感光体ドラム16の回転軸17に沿って千鳥状に2列配列(配置)してなるレンズ素子列14を備えている。
The imaging
この画像形成装置100は、ラインヘッド1に形成された有機EL素子9が、図1に示したホスト材料と発光ドーパントとを含む発光層を備えているので、発光輝度が高く、露光不良の生じない画像形成装置となる。
In the
[有機EL表示装置]
次に、本発明の有機EL装置を備えた電子機器の第2の実施形態である有機EL表示装置について説明する。図6は、図1に示した素子構造を有する有機EL素子を画素としてマトリクス状に備えた有機EL表示装置200の概略構成図である。
[Organic EL display device]
Next, an organic EL display device which is a second embodiment of an electronic apparatus including the organic EL device of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an organic
有機EL表示装置200は、基体2上に、回路素子としての薄膜トランジスタを含む回路素子部30、陽極である画素電極(第1電極)3、発光層を含む有機機能層7、陰極である対向電極(第2電極)8、及び封止部32等を備えている。
The organic
基体2としては、例えば、ガラス基板が用いられる。本発明における基板としては、ガラス基板の他に、シリコン基板、石英基板、セラミックス基板、金属基板、プラスチック基板、プラスチックフィルム基板等、電気光学装置や回路基板に用いられる公知の様々な基板が適用される。
For example, a glass substrate is used as the
基体2上には、発光領域としての複数の画素領域Aがマトリクス状に配列されており、カラー表示を行う場合、例えば、赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の各色に対応する画素領域Aが所定の配列で並ぶ。各画素領域Aには、画素電極3が配置され、その近傍には信号線42、共通給電線43、走査線41及び図示しない他の画素電極用の走査線等が配置されている。画素領域Aの平面形状は、図に示す矩形の他に、円形、長円形など任意の形状が適用可能である。
On the
封止部32は、水や酸素の侵入を防いで対向電極8あるいは有機機能層7の酸化を防止するものであり、基体2に貼り合わされる封止基板(又は封止缶)34を含む。封止基板34は、ガラスや金属等からなり、基体2と封止基板34とはシール剤を介して貼り合わされている。基体2の内側には乾燥剤が配置されており、基板間に形成された空間には不活性ガスを充填した不活性ガス充填層33が形成されている。
The sealing
画素領域Aには、走査線41を介して走査信号がゲート電極に供給されるスイッチング用の第1の薄膜トランジスタ44と、この薄膜トランジスタ44を介して信号線42から供給される画像信号を保持する保持容量capと、保持容量capによって保持された画像信号がゲート電極に供給される駆動用の第2の薄膜トランジスタ45と、この薄膜トランジスタ45を介して共通給電線43に電気的に接続したときに共通給電線43から駆動電流が流れ込む画素電極3と、画素電極3と対向電極8との間に挟み込まれる有機機能層7とが設けられている。有機機能層7は発光層を含み、発光素子である有機EL素子9は、画素電極3、対向電極8、及び有機機能層7等を含んで構成される。
In the pixel region A, a first
ここで、有機EL素子9のうち、赤色の画素領域Aに対応する有機EL素子には、[化1]に示した赤色発光材料からなるホスト材料と、[化2]又は[化3]に示した黄色又は緑色の蛍光色素からなる発光ドーパントとを含む発光層が設けられている。このため、ホスト材料単体で発光層を形成した場合に比べて、発光輝度の高い有機EL素子となっている。
Here, among the
画素領域Aでは、走査線41が駆動されて第1の薄膜トランジスタ44がオンになると、そのときの信号線42の電位が保持容量capに保持され、この保持容量capの状態に応じて、第2の薄膜トランジスタ45の導通状態が決まる。また、第2の薄膜トランジスタ45のチャネルを介して共通給電線43から画素電極3に電流が流れ、さらに有機機能層7を通じて対向電極8に電流が流れる。そして、このときの電流量に応じて、有機機能層7が発光する。
In the pixel area A, when the scanning line 41 is driven and the first
有機EL表示装置200においては、有機機能層7から基体2側に発した光が、回路素子部30及び基体2を透過して基体2の下側(観測者側)に射出されるとともに、有機機能層7から基体2の反対側に発した光が対向電極8により反射されて、その光が回路素子部30及び基体2を透過して基体2の下側(観測者側)に射出される(ボトムエミッション型)。なお、対向電極8として、透明な材料を用いることにより対向電極側から発光する光を射出させることもできる(トップエミッション型)。この場合、対向電極用の透明な材料としては、ITO、Pt、Ir、Ni、もしくはPdを用いることができる。
In the organic
この有機EL表示装置200は、赤色の画素領域Aに形成された有機EL素子9が、図1に示したホスト材料と発光ドーパントとを含む発光層を備えているので、発光輝度が高く、色純度に優れた赤色画素を含む有機EL表示装置となる。
In the organic
なお、本実施形態では、赤色の画素領域Aに形成された有機EL素子9に対して本発明を適用したが、緑色又は青色の画素領域Aの有機EL素子9に対して本発明を適用することもできる。
In the present embodiment, the present invention is applied to the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
1…有機EL装置、2…基体、3…第1電極、4…正孔注入層、5…正孔輸送層、6…発光層、6a…ホスト材料、6b…発光ドーパント、7…有機機能層、8…第2電極、9…有機EL素子、100…画像形成装置(電子機器)、200…有機EL表示装置(電子機器)、E1…ホスト材料のバンドギャップエネルギー、E2…発光ドーパントのバンドギャップエネルギー、L1EL…発光ドーパントから放射されたエレクトロルミネッセンス光、L2EL…ホスト材料から放射されたエレクトロルミネッセンス光、L2PL…ホスト材料から放射されたフォトルミネッセンス光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Organic EL apparatus, 2 ... Base | substrate, 3 ... 1st electrode, 4 ... Hole injection layer, 5 ... Hole transport layer, 6 ... Light emitting layer, 6a ... Host material, 6b ... Light emitting dopant, 7 ... Organic functional layer , 8 ... second electrode, 9 ... organic EL element, 100 ... image forming apparatus (electronic device), 200 ... organic EL display device (electronic device), E1 ... band gap energy of host material, E2 ... band gap of luminescent dopant Energy, L1 EL ... electroluminescence light emitted from the luminescent dopant, L2 EL ... electroluminescence light emitted from the host material, L2 PL ... photoluminescence light emitted from the host material
Claims (12)
前記発光層が、同一分子内に、発光機能を有する発光ユニット、正孔輸送機能を有する正孔輸送ユニット及び電子輸送機能を有する電子輸送ユニットを有する発光材料であるホスト材料と、前記ホスト材料の発光波長よりも短い発光波長を有する発光材料である発光ドーパントと、を含んでなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。 An organic electroluminescence device having a light emitting layer between a pair of electrodes,
A host material in which the light emitting layer is a light emitting material having a light emitting unit having a light emitting function, a hole transporting unit having a hole transporting function, and an electron transporting unit having an electron transporting function in the same molecule; An organic electroluminescence device comprising: a light-emitting dopant that is a light-emitting material having an emission wavelength shorter than the emission wavelength.
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