JP2008098580A

JP2008098580A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2008098580A
Application number: JP2006281678A
Authority: JP
Inventors: Shiyouki Maeda; 将規前田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US20080213622A1

Abstract

【課題】発光層の劣化を防ぎ、デバイスを長寿命化した有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】基板１上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、負電極８が積層されている。正孔注入層３又は正孔輸送層４の少なくとも一方の有機層に、該有機層を構成している有機材料とは異なる有機材料をドーピングする。例えば、正孔注入層３には有機材料Ａが、正孔輸送層４には有機材料Ｂがドーピングされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、デバイスの寿命を高めた有機ＥＬ素子に関する。

従来、有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネセンス素子）は、発光層を挟むように電子や正孔のキャリアを発光層に注入しやすくするための有機層が設けられ、さらにその外側に電極が形成されている。

図５は、有機ＥＬ素子構造の一例を示すもので、ガラス基板２１上に、正電極２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６、負電極２７が順に形成されている。正電極２２は、透明電極で構成されており、発光層２５で発生した光は図５の矢印方向に取り出される。

電子輸送層２６は、電子を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った正孔が電子輸送層２６に移動してくることを阻止するために用いられる。逆に、正孔輸送層２４は、正孔を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った電子が正孔輸送層２４に移動してくることを阻止するために用いられる。

また、正孔注入層２３は、正電極２２とのエネルギー障壁差を小さくしてホール（正孔）を発光層２５側へ注入しやすくするために設けられている。図５に示された有機ＥＬ素子の各層は、真空蒸着法によって形成される。
有機ＥＬディスプレイ（61頁−63頁）オーム社

しかし、上記従来の有機ＥＬ素子では、正孔輸送層２４と発光層２５の界面においてホール（正孔）が常に蓄積されている状態であり、電流に対してホールリッチな状態となっている。

この電流に対してホールリッチな状態を示すのが、図４のエネルギーダイヤグラムである。正電極２２からはホールが、負電極２７からは電子が注入されるが、図に示されるように、各層の界面にはエネルギー障壁が存在し、これらのエネルギー障壁を越えてホールも電子も発光層２５の方向へ移動する。

非特許文献１に記載されているように、正孔注入層２３や正孔輸送層２４に用いられる正孔輸送材料中のホール移動度は、電子輸送層２６に用いられる電子輸送材料中の電子移動度よりも、電子の方が電子輸送材料中を移動する間にトラップされる割合が高い等の理由により、通常、約２桁程大きくなるためにホールの方が電子よりも早く発光層２５に到達する。

したがって、発光層２５に到達する電子の量はホールの量よりも少ないために、発光層２５内での電子とホールのバランスが崩れるので、再結合にあずかれない多くのホールが、正孔輸送層２４と発光層２５の界面に蓄積し、蓄積したホールにより、発光層２５中の有機分子の酸化が継続して行われ、ラジカルカチオン状態となる時間が長くなる。このため、発光層２５中の有機分子は劣化しやすくなり、デバイス寿命が低下するという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、発光層の劣化を防ぎ、デバイスを長寿命化した有機ＥＬ素子を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光層と正電極との間に正孔注入層又は正孔輸送層を備えた有機ＥＬ素子であって、前記正孔注入層又は正孔輸送層の少なくとも一方の有機層に対し、該有機層を構成する有機材料とは異なる有機材料をドーピングしたことを特徴とする有機ＥＬ素子である。

また、請求項２記載の発明は、前記ドーピングする有機材料は、前記発光層の蛍光材料であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子である。

本発明によれば、正孔注入層又は正孔輸送層に、これらの各有機層自身を構成している有機材料とは異なる有機材料をドーピングすることにより、正孔注入層中又は正孔輸送層中にホールのトラップを意図的に作り出すことができる。この作用により、正孔注入層中や正孔輸送層中でのホール移動度を低下させることができ、発光層におけるホールと電子のバランスが取れるので、正孔輸送層と発光層との界面でのホール蓄積量が減少し、発光層の劣化を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の有機ＥＬ素子の構造を示す。基板１上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、負電極８が積層されている。

発光層５は例えば発光材料（ホスト材料）に発光色素をドーピングする等により可視光領域（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）において特定の色を発光するように構成されている。例えば、緑色を発光させるためには、発光層５としてアルミキノリノール錯体に、クマリンC545Tまたはキナクリドンをドープした有機材料等が用いられる。

電子輸送層６にはアルミキノリノール錯体やオキサジアゾール類等が、電子注入層７にはリチウム錯体やリチウム等のアルカリ金属などが用いられ、負電極８は、アルミニウム等の金属で構成される。正孔輸送層４はナフテル・フェニル・ベンチジン（ＮＰＢ）、ＴＰＤ（トリフェルアミン誘導体）やＮＰＤ等により構成される。正孔注入層３は、フタロシアニン類やオリゴアミン系化合物等で構成される。また、基板１にはガラス等の透明基板が、正電極２にはＩＴＯ等の透明電極が用いられる。

本発明で特徴的なのは、正孔注入層３又は正孔輸送層４の少なくとも一方の有機層に、該有機層を構成している有機材料とは異なる有機材料をドーピングしていることである。本実施例では、正孔注入層３には有機材料Ａが、また、正孔輸送層４には有機材料Ｂがドーピングされている。

本実施例では、比較用素子の基本的構造として、基板１をガラス基板、正電極２をＩＴＯ、正孔注入層３をオリゴアミン系化合物、正孔輸送層４をＮＰＢ（ナフテル・フェニル・ベンチジン）、発光層５をホスト材料としてジスチリルアリーレン系化合物にゲスト材料である蛍光材料としてスチリルアミン系化合物をドーピングした有機材料、電子輸送層６をアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）、電子注入層７をフッ化リチウム（ＬｉＦ）、負電極８をアルミニウム（Ａｌ）で構成し、これらは真空蒸着により形成した。

また、本発明の素子構造として、上記比較用素子における正孔注入層３にのみ有機材料Ａ（ドーパントＡ）をドーピングした素子、他に正孔輸送層４にのみ有機材料Ｂ（ドーパントＢ）をドーピングした素子の２種類の素子を作製してこれらと比較用素子とを比較したのが、図３である。

図３の実験番号１は、比較用素子であり、正孔注入層３及び正孔輸送層４に何もドーピングしない構造のものである。また、実験番号２は有機材料Ａを正孔注入層３にのみドーピングした素子を、実験番号３は有機材料Ｂを正孔輸送層４にのみドーピングした素子を示す。

そして、各素子について、駆動電圧、発光効率、輝度半減寿命を測定した。ここで、輝度半減寿命とは、連続発光させた場合、最初の発光開始時の輝度の半分の輝度にまで落ちるのにかかる時間のことである。輝度半減寿命試験の条件は、初期輝度１００００ｃｄ／ｍ^２で測定を行った。また、駆動電圧、発光効率については、１０００ｃｄ／ｍ^２となるように素子を駆動して測定を行った。

また、実験番号２の素子は、正孔注入層３を構成するオリゴアミン系化合物に、発光層のアシストドーパント等に用いられるルブレンをドーパントＡ（有機材料Ａ）としてドーピングし、正孔輸送層４には、ドーパントＢ（有機材料Ｂ）のドーピングを行わないように構成した。

また、実験番号３の素子は、正孔注入層４を構成するＮＰＢの有機材料に、本実施例の発光層５の蛍光材料に用いているスチリルアミン系化合物をドーパントＢとしてドーピングし、正孔輸送層４には、ドーパントＡのドーピングを行わないように構成した。

図３の測定結果の比較からわかるように、実験番号１のように、正孔注入層３及び正孔輸送層４に何もドーピングしない基本構造の比較用素子が最も輝度半減寿命が短く、駆動電圧が高く、発光効率が低いという結果となっている。一方、実験番号２、実験番号３の順に、駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなり、輝度半減寿命が長くなるという結果が得られた。

これらの結果より、正孔注入層３及び正孔輸送層４の少なくともどちらか一方に、各有機層を構成している該有機材料とは異なる有機材料をドーピングすることで、輝度半減寿命が長くなるばかりでなく、駆動電圧の低下や発光効率の上昇が望める。

特に、正孔輸送層４に、発光層５に蛍光材料として用いられている有機材料を用いた場合（実験番号３）が、輝度半減寿命が非常に長くなり、発光効率も良くなることがわかる。また、正孔輸送層４にドーピングされた蛍光材料が、仮に発光したとしても、発光層５の蛍光材料と同じものを使用しているので、発光波長や発光色への影響は非常に少なくなるので、発光色の変化を防止できるという利点がある。なお、発光層５に用いている蛍光材料と同じ有機材料を正孔注入層３にドーピングした場合でも同様の利点がある。

上記のように正孔注入層３又は正孔輸送層４の少なくともどちらか一方に、有機材料をドーピングした場合の作用効果を図２のエネルギーダイヤグラムに基づいて説明する。図２は、正孔輸送層４のみに有機材料Ｂをドーピングした場合を示す。図に示されるように、正電極２からは、ホールが注入され、負電極８からは電子が注入され、ホールも電子も各有機層の境界面におけるエネルギー障壁を越えて発光層５に向かって進んで行く。

通常は、電子が有機層内のトラップ等により、移動度が小さく、ホールの方が早く発光層５に到達し、正孔輸送層４と発光層５との界面に次々と蓄積されてしまうのであるが、図２の例では、正孔輸送層４に正孔輸送層４を構成する有機材料とは異なる有機材料Ｂをドーピングしているので、ドーパントＢによる不純物準位が点線のように現われ、この不純物準位にホールがトラップされるので、正孔輸送層４中を移動するホールの移動度は低下する。

ホールの移動度が低下すると、電子の移動度に近づくので、発光層５で再結合するホール量を考慮すると、図２に示すように、正孔輸送層４と発光層５との界面に蓄積するホール量は減少するので、発光層５の有機分子がラジカルカチオン状態になる時間が短くなる。したがって、発光層５中の有機分子の劣化が抑制され、デバイス寿命が長くなる。上述した作用については、正孔注入層３に有機材料Ａをドーピングした場合も同じ作用が働く。

以上のように、正孔注入層又は正孔輸送層に、これらの各有機層自身を構成している有機材料とは異なる有機材料をドーピングすることにより、正孔注入層中又は正孔輸送層中にホールのトラップを意図的に作り出すことができる。この作用により、正孔輸送層と発光層との界面でのホール蓄積量が減少し、界面劣化を抑制することができ、従来の素子よりも寿命の長い有機ＥＬ素子を得ることができる。

本発明における有機ＥＬ素子の断面構造と材料構成を示す図である。正孔輸送層にドーパントＢがドーピングされたときのエネルギーダイヤグラムを示す図である。正孔注入層又は正孔輸送層に有機材料をドーピングした素子と従来の素子との比較測定データを示す図である。従来の有機ＥＬ素子のエネルギーダイヤグラムを示す図である。従来の有機ＥＬ素子の断面構造を示す図である。

符号の説明

１基板
２正電極
３正孔注入層
４正孔輸送層
５発光層
６電子輸送層
７電子注入層
８負電極

Claims

発光層と正電極との間に正孔注入層又は正孔輸送層を備えた有機ＥＬ素子であって、
前記正孔注入層又は正孔輸送層の少なくとも一方の有機層に対し、該有機層を構成する有機材料とは異なる有機材料をドーピングしたことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記ドーピングする有機材料は、前記発光層の蛍光材料であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。