JP2006173050A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも発光色の異なる複数の発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成した有機ＥＬ素子において、所定の輝度で長時間発光する長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも複数の発光層を有する有機層５を陽極（第一電極）３と陰極（第二電極）６との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。前記発光層として、陽極３側に位置し正孔輸送性の第一のホスト材料と第一の発光材料とを混合してなる第一の発光層５ｂと、陰極６側に第一の発光層５ｂと接するように形成され前記第一のホスト材料と正孔及び電子の輸送が可能である第二のホスト材料と第二の発光材料とを混合してなる第二の発光層５ｃと、を備えてなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも複数の発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成した有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。

有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、前記第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものであり、所定の輝度で長時間発光させる長寿命化が望まれている。

有機ＥＬ素子を長寿命化する方法として、特許文献２には、青色発光層を含む１層または２層以上の発光層を有し、前記青色発光層はホール（正孔）輸送層および／または電子輸送層中のホール輸送性化合物および／または電子輸送性化合物をホスト材料として含有する有機ＥＬ素子が開示されている。また、特許文献２には、青色以外の発光層を有する場合は、同様のホスト材料に発光材料を加えて青色とは異なる色の光を発する発光層とすることが開示されている。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２００１−５２８７０号公報

しかしながら、発光色の異なる複数の発光層を備える有機ＥＬ素子において、前記各発光層にそれぞれ輸送性材料を混合させた場合、特に、前記各発光層に含有される前記輸送性材料の濃度が同等である場合には、前記各発光層内のキャリアバランスが悪くなることで発光効率が低下し、前記輸送性材料を混合しない場合の有機ＥＬ素子よりも発光寿命が短くなるという問題点があった。

本発明は、このような問題に鑑み、少なくとも複数の発光層を有する有機ＥＬ素子において、所定の輝度で長時間発光する長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ素子は、前記課題を解決するために、複数の発光層を少なくとも有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層として、前記陽極側に位置し正孔輸送性の第一のホスト材料と第一の発光材料とを混合してなる第一の発光層と、前記陰極側に前記第一の発光層と接するように形成され前記第一のホスト材料と正孔及び電子の輸送が可能である第二のホスト材料と第二の発光材料とを混合してなる第二の発光層と、を備えてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第二のホスト材料は、その電子移動度が前記第一のホスト材料の電子移動度よりも高い有機材料からなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第二の発光層は、前記第一のホスト材料の含有量が層全体に対して１０質量パーセント以上７０質量パーセント以下となるように形成されてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記有機層は、前記陽極と前記第一の発光層との間に形成され前記第一のホスト材料と同一材料からなる正孔輸送層を有してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第二の発光層は、層内において前記第一の発光層に近い側においては前記第一のホスト材料の濃度が高く、前記第一の発光層から遠い側に向かって前記第一のホスト材料の濃度が低くなるように形成されてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第一の発光層は、層内において、前記第二の発光層に近い側においては前記第一の発光材料の濃度が高く、前記第二の発光層から遠い側に向かって前記第一の発光材料の濃度が低くなるように形成されてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第一，第二の発光層は、互いに異なる発光色を示し、前記第二の発光層は前記第一の発光層よりも発光主波長が短い発光色を示してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第二の発光層は、青色発光を示してなることを特徴とする。

本発明は、少なくとも複数の発光層を有する有機層を一対の電極間に積層形成した有機ＥＬ素子に関するものであり、所定の輝度で長時間発光する長寿命化を可能とするものである。

以下、セグメント型の有機ＥＬパネルに本発明の有機ＥＬ素子を適用した実施の形態を添付の図面に基いて説明する。

図１において、有機ＥＬパネルは、有機ＥＬ素子１を透光性の支持基板２上に配設してなるものである。有機ＥＬ素子１は、透光性の第一電極（陽極）３と、絶縁層４と、有機層５と、第二電極（陰極）６と、から主に構成されている。また、支持基板２上には有機ＥＬ素子１を気密的に覆うように封止部材７が配設されている。かかる有機ＥＬパネルは、有機ＥＬ素子１の発光を支持基板２側から取り出し、後述する第一の発光層の黄色発光と第二の発光層の青色発光との混色によって白色の表示を得るものである。

支持基板２は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。

第一電極３は、有機層５に正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板２上にＩＴＯ等の導電性材料を蒸着法やスパッタリング法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍの層状に形成し、フォトリソグラフィー法エッチング等によって例えば日の字型の表示意匠に応じてパターニングしてなるもので、日の字型の表示セグメント部３ａと、個々のセグメントからそれぞれ引き出し成形されたリード部３ｂと、リード部３ｂの終端部に設けられる電極部３ｃとを備えている。尚、電極部３ｃは、支持基板２の一辺に集中的に配設され、定電流源（図示しない）と電気的に接続される。

絶縁層４は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるもので、スパッタリング法等の手段によって層状に形成し、フォトリソグラフィー法エッチング等の手段によって支持基板２上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層４は、表示セグメント３ａに対応した窓部４ａと、第二電極６の後述する電極部に対応する切り欠き部４ｂとを有し、発光領域の輪郭を鮮明に表示するため、第一電極３の表示セグメント３ａの周縁部と若干重なるように窓部４ａが形成され、また、第一電極３と第二電極６との絶縁を確保するためにリード部３ｂ上を覆うように配設される。

有機層５は、第一電極３及び絶縁層４上に絶縁層４における窓部４ａの形成箇所に対応するように所定の大きさをもって形成されるものであり、図２に示すように、正孔輸送層５ａ，第一の発光層５ｂ，第二の発光層５ｃ，電子輸送層５ｄ及び電子注入層５ｅを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなるものである。

正孔輸送層５ａは、第一電極３から正孔を取り込むとともに正孔を発光層５ｃへ伝達する機能を有し、例えばアリールアミン誘導体であるα−ＮＰＤ等の正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚１０〜６０ｎｍの層状に形成してなるものである。

第一の発光層５ｂは、正孔の輸送が可能である正孔輸送層５ａを構成する前記正孔輸送性材料を第一のホスト材料とし、この第一のホスト材料に、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し黄色発光を示す例えばナフタセン誘導体からなる第一の発光材料を共蒸着等の手段によって混合して例えば膜厚２０ｎｍ程度の層状に形成してなる。前記第一のホスト材料は、有機ＥＬ素子１を発光駆動させる定電流を印加した場合に電子を輸送しない材料であることが好ましい。また、前記第一の発光材料としては、最高占有軌道準位（以下、ＨＯＭＯ準位という）が前記第一のホスト材料のＨＯＭＯ準位よりも小さく、また、電子親和力が前記第一のホスト材料の電子親和力よりも大きい材料を使用することが好ましい。かかる材料を用いることによって、第一の発光層５ｂ内において正孔あるいは電子が前記第一の発光材料のトラップに捉えられやすく、前記第一の発光材料５ｂ２を効率よく発光させることが可能となる。また、第一の発光層５ｂは、前記第一の発光材料の濃度が正孔輸送層５ａ近傍にあっては低く、正孔輸送層５ａから遠い側である第二の発光層５ｄ近傍に向かって徐々に高くなるように形成されている。また、前記第一の発光材料は、ＨＯＭＯ準位が５．４ｅＶであり、最低空軌道準位（以下、ＬＵＭＯ準位という）が３．２ｅＶであり、エネルギーギャップの値が２．２ｅＶとなっている。なお、前記第一のホスト材料，前記第一の発光材料及び後述する第二の発光材料のＨＯＭＯ準位は理研計器株式会社製のＡＣ−２によって測定されたものであり、前記第一の発光材料及び前記第二の発光材料のＬＵＭＯ準位は、光学的に見積もられたものである。

第二の発光層５ｃは、正孔及び電子の輸送が可能な有機材料である例えば出光興産株式会社製のＩＤＥ１２０からなる第二のホスト材料と、第一の発光層５ｂを構成する前記第一のホスト材料と、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、前記第一の発光材料の黄色発光よりも発光主波長の短い青色発光を示す例えば出光興産株式会社製のＢＤ１０２からなる第二の発光材料とを共蒸着等の手段によって混合し、例えば膜厚３０ｎｍ程度の第一の発光層５ｂよりも厚い層状に形成してなる。前記第二のホスト材料としては、前記第一のホスト材料よりも電子移動度が高い有機材料が望ましく、また、少なくともそのエネルギーギャップ内に前記第二の発光材料のエネルギーギャップが含まれる材料を用いる。第二の発光層５ｃは、層全体に対する前記第一のホスト材料の含有量が１０質量パーセント以上７０質量パーセントとなっている。また、さらに好ましくは前記第一のホスト材料の含有量は５０質量パーセント以下であることが望まれる。また、第二の発光層５ｃは、前記第一のホスト材料の濃度が正孔が輸送される第一の発光層５ｂ近傍にあっては高く、電子が輸送される電子輸送層５ｄ近傍に向かって徐々に低くなるように形成されている。また、前記第二のホスト材料はＨＯＭＯ準位が５．７ｅＶであり、前記第二の発光材料はＨＯＭＯ準位が５．５ｅＶであり、前記第二のホスト材料と前記第二の発光材料とのＨＯＭＯ準位の差は０．２ｅＶとなっている。なお、前記第二の発光材料と前記第二のホスト材料とのＨＯＭＯ準位の差は０．３ｅＶより小さい値であることが好ましい。また、前記第二の発光材料は、ＬＵＭＯ準位が２．７ｅＶであり、エネルギーギャップの値が２．８ｅＶとなっており、前記第一の発光材料よりも大きい値となっている。

電子輸送層５ｄは、電子を発光層５ｃへ伝達する機能を有する例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍの層状に形成してなる。

電子注入層５ｅは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）等を蒸着法等の手段によって膜厚略１ｎｍの層状に形成してなる。

第二電極６は、有機層５に電子を注入する陰極となるものであり、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍの層状に形成してなるものであり、支持基板２の一辺に設けられるリード部６ａと電気的に接続してなる。なお、リード部６ａの終端部には、電極部（引き出し部）６ｂが設けられ、リード部６ａ及び電極部６ｂは第一電極３と同材料により形成される。また、電極部６ｂは前記定電流源と電気的に接続される。

封止部材７は、例えばガラス材料からなる平板部材に凹部７ａをサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で形成してなるものである。封止部材７は、凹部７ａを取り囲むようにして形成される支持部７ｂを例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤（図示しない）を介し支持基板２上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板２とで有機ＥＬ素子１を封止する。封止部材７は、第一電極３の電極部３ｃおよび第二電極６の電極部６ｂが外部に露出するように支持基板２よりも若干小さめに構成されている。

本実施の形態である有機ＥＬ素子１は、複数の発光層を少なくとも有する有機層５を第一電極３と第二電極６との間に積層形成してなり、発光層として、第一電極３側に位置し正孔輸送性の前記第一のホスト材料と前記第一の発光材料とを混合してなる第一の発光層５ｂと、第二電極６側に第一の発光層５ｂと接するように形成され前記第一のホスト材料と正孔及び電子の輸送が可能である前記第二のホスト材料と前記第二の発光材料とを混合してなる第二の発光層５ｃと、を備えてなるものである。また、第二の発光層５ｃは、前記第一のホスト材料の含有量が層全体に対して１０質量パーセント以上７０質量パーセント以下となるように形成されてなるものである。また、第一の発光層５ｂは、層内において、第二の発光層５ｃに近い側においては第一の発光材料の濃度が高く、第二の発光層５ｃから遠い側に向かって前記第一の発光材料の濃度が低くなるように形成されてなるものである。また、第一，第二の発光層５ｂ，５ｃは、互いに異なる発光色を示し、第二の発光層５ｃは第一の発光層５ｂよりも発光主波長が短い発光色を示してなるものである。また、第二の発光層５ｃは、青色発光を示してなるものである。

かかる構成の有機ＥＬ素子１は、第一の発光層５ｂにおいては第二の発光層５ｃとの界面領域にて黄色の発光を示し、第二の発光層５ｃにおいては層全体で青色の発光を示すが、主として第一の発光層５ｂに近く前記第一のホスト材料の濃度が高い領域にて発光を示すものである。正孔を有機層５に注入する第一電極３側に位置する第一の発光層５ｂにおいては、正孔輸送性の前記第一のホスト材料を単一のホスト材料として用いることで第一の発光層５ｂ内には電子が輸送されにくくなっている。そのため、第二電極６から注入される電子は主に第二の発光層５ｃ内の第一の発光層５ｂとの界面領域に集積し、電子の一部が第二の発光層５ｃから第一の発光層５ｂに含有される前記第一の発光材料のトラップに移動して第一の発光層５ｂ内の正孔と再結合して第一の発光層５ｂにおいて黄色の発光が示される。したがって、第一の発光層５ｂ内に発光に寄与しない電子が輸送されることを抑制して発光効率を向上させることができ、発光に要する電流量を低減することが可能となる。なお、第一の発光層５ｂ内に良好に電子を輸送させるために、前記第二のホスト材料はその電子移動度が前記第一のホスト材料の移動度よりも高いことが望ましい。また、青色発光を示す第二の発光層５ｃにおいて前記第二のホスト材料と正孔輸送性の前記第一のホスト材料とを混合ホスト材料とすることによって、第一の発光層５ｂから第二の発光層５ｃへ正孔を良好に輸送させ、また、第二の発光層５ｃ内のおいて正孔を良好に移動させることができ、正孔の移動に要する抵抗値を低減させることができる。また、青色発光層のドーパントとなる有機材料（本実施形態の第二の発光層５ｃにおいては第二の発光材料）は、一般的にエネルギーギャップが広く、前記青色発光層内における正孔あるいは電子輸送性材料の濃度が高くなると前記ドーパントに正孔あるいは電子が輸送されにくくなり、良好な青色発光を得ることができない場合があるが、第二の発光層５ｃに含有される輸送性材料を正孔輸送性の前記第一のホスト材料とすることによって、正孔輸送性材料は電子輸送性材料よりもキャリア（正孔輸送性材料においては正孔、電子輸送性材料においては電子）の移動度が高いため、第二の発光層５ｃ全体における輸送性材料の含有量を１０重量パーセントから７０重量パーセントの良好な青色発光を妨げない比較的低い含有量で上記の効果を得ることができる。以上の作用及び効果によって、有機ＥＬ素子１は、発光時間の経過による第一，第二の発光層５ｂ，５ｃを構成する各材料の劣化を抑制することが可能であり、第一，第二の発光層５ｂ，５ｃにおける発光輝度の低下を抑制することができ、長寿命化が可能となる。

また、有機ＥＬ素子１は、有機層５として、第一電極３と第一の発光層５ｂとの間に形成され第一のホスト材料５ｂ１と同一材料からなる正孔輸送層５ａを有するものである。第一のホスト材料５ｂ１を正孔輸送層５ａと同材料とすることによって、正孔輸送層５ａから第一の発光層５ｂへの正孔の移動をより円滑にすることが可能となる。

また、有機ＥＬ素子１は、第二の発光層５ｃを前記第一のホスト材料の濃度が第一の発光層５ｂに近い側においては高く、第一の発光層５ｂから遠い側に向かって徐々に低くなるように形成することによって、第一の発光層５ｂから第二の発光層５ｃへの正孔の移動をより円滑にし、第二の発光層５ｃ内に正孔を集積させることが可能となる。

なお、本実施の形態はセグメント型の有機ＥＬパネルに本発明の有機ＥＬ素子１を適用したが、本発明の有機ＥＬ素子は、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルにも適用可能である。また、本第一，第二の実施形態である有機ＥＬパネルは、透光性の第一電極３を備え、有機ＥＬ素子１の発光を支持基板２側から取り出し、所定の表示を行うものであったが、本発明の有機ＥＬ素子は、有機層上の第二電極を透光性の導電材料で形成し、封止部材側から光を採りだして所定の表示を行ういわゆるトップエミッション型の有機ＥＬパネルにも適用可能である。

本発明の有機ＥＬ素子が適用された実施の形態である有機ＥＬパネルを示す図。 同上の有機層を示す拡大断面図。

符号の説明

１ 有機ＥＬ素子
２ 支持基板
３ 第一電極（陽極）
４ 絶縁層
５ 有機層
５ａ 正孔輸送層
５ｂ 第一の発光層
５ｃ 第二の発光層
５ｄ 電子輸送層
５ｅ 電子注入層
６ 第二電極（陰極）

Claims (8)

1. 複数の発光層を少なくとも有する有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
   前記発光層として、前記陽極側に位置し正孔輸送性の第一のホスト材料と第一の発光材料とを混合してなる第一の発光層と、前記陰極側に前記第一の発光層と接するように形成され前記第一のホスト材料と正孔及び電子の輸送が可能である第二のホスト材料と第二の発光材料とを混合してなる第二の発光層と、を備えてなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
2. 前記第二のホスト材料は、その電子移動度が前記第一のホスト材料の電子移動度よりも高い有機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記第二の発光層は、前記第一のホスト材料の含有量が層全体に対して１０質量パーセント以上７０質量パーセント以下となるように形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記有機層は、前記陽極と前記第一の発光層との間に形成され前記第一のホスト材料と同一材料からなる正孔輸送層を有してなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記第二の発光層は、層内において前記第一の発光層に近い側においては前記第一のホスト材料の濃度が高く、前記第一の発光層から遠い側に向かって前記第一のホスト材料の濃度が低くなるように形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記第一の発光層は、層内において、前記第二の発光層に近い側においては前記第一の発光材料の濃度が高く、前記第二の発光層から遠い側に向かって前記第一の発光材料の濃度が低くなるように形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記第一，第二の発光層は、互いに異なる発光色を示し、前記第二の発光層は前記第一の発光層よりも発光主波長が短い発光色を示してなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記第二の発光層は、青色発光を示してなることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。

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