JPWO2018047853A1 - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
こうした逆項間交差を生じうる化合物を利用した有機発光素子として、熱活性型の遅延蛍光体とホスト材料を共蒸着して形成した単一の発光層を有するものが多数提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。ここで、熱活性型の遅延蛍光体とは、熱エネルギーの吸収により励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差が生じる化合物であり、基底一重項状態から直接励起された一重項励起子からの蛍光放射が観測された後、逆項間交差を経由して生じた一重項励起子からの蛍光放射(遅延蛍光放射)が遅れて観測されるものである。
ΔEST ≦ 0.3eV (1)
(上式において、ΔESTは、最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差である。)
[2] 前記励起子生成層と前記発光層の間に隔離層を有する、[1]に記載の有機発光素子。
[3] 前記発光層の陽極側および陰極側のいずれか一方に前記励起子生成層を有する、[1]または[2]に記載の有機発光素子。
[4] 前記発光層の陽極側と陰極側にそれぞれ前記励起子生成層を有する、[1]または[2]に記載の有機発光素子。
[5] 前記発光層とその発光層よりも陽極側に形成された励起子生成層の間に第1隔離層を有し、前記発光層とその発光層よりも陰極側に形成された励起子生成層の間に第2隔離層を有する、[4]に記載の有機発光素子。
[6] 前記励起子生成層の陽極側と陰極側にそれぞれ前記発光層を有する、[1]または[2]に記載の有機発光素子。
[7] 前記励起子生成層とその励起子生成層よりも陽極側に形成された発光層の間に第1隔離層を有し、前記励起子生成層とその励起子生成層よりも陰極側に形成された発光層の間に第2隔離層を有する、[6]に記載の有機発光素子。
[8] 前記第1隔離層と前記第2隔離層がキャリア輸送性化合物を含む、[5]または[7]に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
[9] 前記発光層がキャリア輸送性化合物を含む、[1]〜[8]のいずれか1項に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
[10] 前記励起子生成層(複数の励起子生成層がある場合は少なくとも1層の励起子生成層)がキャリア輸送性化合物を含む、[1]〜[9]のいずれか1項に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
[11] 前記発光層と前記励起子生成層(複数の励起子生成層がある場合は少なくとも1層の励起子生成層)が同じキャリア輸送性化合物を含む、[10]に記載の有機発光素子。
[12] 前記発光層と前記励起子生成層のうち最も陽極側に形成されている層の陽極側に、前記キャリア輸送性化合物を含む層が直接接するように形成されている、[9]〜[11]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[13] 前記発光層と前記励起子生成層のうち最も陰極側に形成されている層の陰極側に、前記キャリア輸送性化合物を含む層が直接接するように形成されている、[9]〜[12]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[14] 前記発光層が量子ドットを含む、[1]〜[13]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[15] 遅延蛍光を放射する、[1]〜[14]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
ΔEST ≦ 0.3eV (1)
式(1)において、ΔESTは、最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差である。
励起子生成層と発光層の間には隔離層が形成されていてもよい。また、励起子生成層は複数層形成されていてもよく、発光層の陽極側、発光層の陰極側、発光層の陽極側と陰極側の両方に形成されていてもよい。また、発光層の陽極側と陰極側の両方に励起子生成層が形成されている場合は、発光層と陽極側の励起子生成層の間だけに隔離層が形成されていてもよく、発光層と陰極側の励起子生成層の間だけに隔離層が形成されていてもよく、陽極側と陰極側の両方に隔離層が形成されていてもよい。さらに本発明では、励起子生成層の陽極側と陰極側の両方に発光層が形成されていてもよい。このとき、励起子生成層と陽極側の発光層の間だけに隔離層が形成されていてもよく、励起子生成層と陰極側の発光層の間だけに隔離層が形成されていてもよく、陽極側と陰極側の両方に隔離層が形成されていてもよい。
すなわち、本発明の有機発光素子は、「励起子生成層/(隔離層)/発光層」の積層構造、または、「発光層/(隔離層)/励起子生成層」の積層構造を少なくとも有するものである。また、「励起子生成層/(隔離層)/発光層/(隔離層)/励起子生成層」の積層構造を有するものであっても、「発光層/(隔離層)/励起子生成層/(隔離層)/発光層」の積層構造を有するものであってもよい。ここで「/」は各層間の境界を表し、「/」の前後の層は互い積層されていることを意味する。また、積層構造の表示は左側が陽極側であり、右側が陰極側である。「( )」内に記載された層は、必要に応じて設けられる層である。以下における積層構造の中の「/」、「( )」も同様の意味であることとする。
すなわち、式(1)を満たす化合物は、励起エネルギーの供給により励起三重項状態になると、ΔESTが小さいことにより一定の確率で励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差が生じると推測される。仮に、この式(1)を満たす化合物と発光材料とを単一の発光層に共存させた場合、上記のように励起三重項状態になった式(1)を満たす化合物の一部は逆項間交差を生じて励起一重項状態に遷移するが、励起三重項状態になった式(1)を満たす化合物の他の一部は、その励起三重項エネルギーがデクスター機構により発光材料に移動して失活する。ここで、逆項間交差により励起一重項状態に遷移した式(1)を満たす化合物の励起一重項エネルギーは、フェルスター機構またはデクスター機構により発光材料に移動して該発光材料が励起一重項状態に遷移する。そして、その発光材料が基底一重項状態に失活する際に蛍光を放射して発光層が発光することになる。一方、式(1)を満たす化合物からデクスター機構で励起三重項エネルギーを受け取った発光材料は、励起三重項状態に遷移するが、励起三重項状態から基底一重項状態への遷移はスピン禁制であるために時間がかかり、ほとんどの発光材料では、その間に熱放射してエネルギーを失い、無放射失活してしまう。このため、式(1)を満たす化合物と発光材料とを単一の発光層に共存させた場合には、励起三重項状態になった式(1)を満たす化合物の他の一部の励起三重項エネルギー(すなわち、式(1)を満たす化合物から発光材料にデクスター機構で移動する励起三重項エネルギー)が発光に利用されず、発光効率が低くなってしまう。
一方、本発明によれば、式(1)を満たす化合物と発光材料が別々の層に含まれているために、式(1)を満たす化合物と発光材料との間の距離が長くなる。ここで、励起三重項状態の分子から基底一重項状態の分子へのエネルギー移動は、フェルスター機構では禁制であり、デクスター機構でのみ起こりうるが、デクスター機構でのエネルギー移動が可能な距離は0.3〜1nmであり、フェルスター移動が可能な距離(1〜10nm)に比べて遥かに短距離である。このため、式(1)を満たす化合物と発光材料との間の距離が長くなると、励起三重項状態にある式(1)を満たす化合物から基底一重項状態にある発光材料へのデクスター機構によるエネルギー移動は顕著に抑制され、その分、式(1)を満たす化合物が励起三重項状態から励起一重項状態へ逆項間交差する確率が高くなる。その結果、その励起一重項エネルギーを受け取って蛍光を放射する発光材料の割合も大きくなるために、高い発光効率が得られることになる。以上のことから、本発明によれば高い発光効率が得られることを説明することができる。
遅延蛍光を発するエキサイプレックスも、基本的に同じ原理により高い発光効率を実現することができる。
また、本発明の有機発光素子は低い電圧で駆動させることができるとともに、発光ピークの半値幅が狭く、色度や色純度が優れている。
以下において、本発明の有機発光素子が有する励起子生成層および発光層を含む積層構造、必要に応じて設けられる隔離層等について詳細に説明する。
励起子生成層(exciton generation layer)は、下記式(1)を満たす化合物、または、遅延蛍光を発するエキサイプレックスを含む。
ΔEST ≦ 0.3eV (1)
励起子生成層が含む式(1)を満たす化合物は、式(1)を満たす化合物群のうちの1種類であってもよいし、2種類以上の組み合わせであってもよい。また、単一の化合物であってもよいし、エキサイプレックスであってもよい。エキサイプレックスとは、種類が異なる2つ以上の分子(アクセプター分子とドナー分子)の会合体であって、励起エネルギーが供与されると一の分子から他の分子に電子遷移が生じて励起状態に変換するものである。
式(1)におけるΔESTは、化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1を以下の方法で算出し、ΔEST=ES1−ET1により求められる値である。
(1)最低励起一重項エネルギー準位ES1
測定対象化合物とmCPとを、測定対象化合物が濃度6重量%となるように共蒸着することでSi基板上に厚さ100nmの試料を作製する。常温(300K)でこの試料の蛍光スペクトルを測定する。励起光入射直後から入射後100ナノ秒までの発光を積算することで、縦軸を発光強度、横軸を波長の蛍光スペクトルを得る。蛍光スペクトルは、縦軸を発光、横軸を波長とする。この発光スペクトルの短波側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値 λedge[nm]を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をES1とする。
換算式:ES1[eV]=1239.85/λedge
発光スペクトルの測定には、例えば励起光源に窒素レーザー(Lasertechnik Berlin社製、MNL200)を用い、検出器にストリークカメラ(浜松ホトニクス社製、C4334)を用いることができる。
(2) 最低励起三重項エネルギー準位ET1
最低励起一重項エネルギー準位ES1と同じ試料を5[K]に冷却し、励起光(337nm)を燐光測定用試料に照射し、ストリークカメラを用いて、燐光強度を測定する。励起光入射後1ミリ秒から入射後10ミリ秒の発光を積算することで、縦軸を発光強度、横軸を波長の燐光スペクトルを得る。この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をET1とする。
換算式:ET1[eV]=1239.85/λedge
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引く。燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ(つまり縦軸が増加するにつれ)、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の10%以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
遅延蛍光を放射する化合物(遅延蛍光体)として、WO2013/154064号公報の段落0008〜0048および0095〜0133、WO2013/011954号公報の段落0007〜0047および0073〜0085、WO2013/011955号公報の段落0007〜0033および0059〜0066、WO2013/081088号公報の段落0008〜0071および0118〜0133、特開2013−256490号公報の段落0009〜0046および0093〜0134、特開2013−116975号公報の段落0008〜0020および0038〜0040、WO2013/133359号公報の段落0007〜0032および0079〜0084、WO2013/161437号公報の段落0008〜0054および0101〜0121、特開2014−9352号公報の段落0007〜0041および0060〜0069、特開2014−9224号公報の段落0008〜0048および0067〜0076に記載される一般式に包含される化合物、特に例示化合物を好ましく挙げることができる。これらの公報は、本明細書の一部としてここに引用している。
また、遅延蛍光を放射する化合物(遅延蛍光体)として、特開2013−253121号公報、WO2013/133359号公報、WO2014/034535号公報、WO2014/115743号公報、WO2014/122895号公報、WO2014/126200号公報、WO2014/136758号公報、WO2014/133121号公報、WO2014/136860号公報、WO2014/196585号公報、WO2014/189122号公報、WO2014/168101号公報、WO2015/008580号公報、WO2014/203840号公報、WO2015/002213号公報、WO2015/016200号公報、WO2015/019725号公報、WO2015/072470号公報、WO2015/108049号公報、WO2015/080182号公報、WO2015/072537号公報、WO2015/080183号公報、特開2015−129240号公報、WO2015/129714号公報、WO2015/129715号公報、WO2015/133501号公報、WO2015/136880号公報、WO2015/137244号公報、WO2015/137202号公報、WO2015/137136号公報、WO2015/146541号公報、WO2015/159541号公報に記載される一般式に包含される化合物、特に例示化合物を好ましく挙げることができる。これらの公報も、本明細書の一部としてここに引用している。
ここでいう置換アミノ基は、ジアリールアミノ基であることが好ましく、ジアリールアミノ基を構成する2つのアリール基は互いに連結して例えばカルバゾリル基となっていてもよい。また、置換アミノ基はR1〜R5のいずれであってもよいが、例えばR1、R3、R4の組み合わせ、R2、R4の組み合わせなどを好ましく例示することができる。
一般式(A)に包含される化合物群と化合物の具体例については、本明細書の一部としてここに引用するWO2015/080183号公報およびWO2015/129715号公報を参照することができる。
Spはベンゼン環またはビフェニル環を表し、
Czは1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基(ここにおいて、9−カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1〜8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)を表し、
Dはハメットのσp値が負である置換基を表し、
Aはハメットのσp値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)を表し、
aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基を表す。
R1〜R10は、水素原子または置換基を表し、R1とR8の少なくとも一方は置換基である。また、R1〜R8の少なくとも1つはジベンゾフリル基またはジベンゾチエニル基である。
他の材料として、ホスト材料を挙げることができる。ホスト材料には、少なくとも最低励起三重項エネルギー準位ET1が式(1)を満たす化合物の最低励起三重項エネルギー準位ET1よりも高いものを用いることが好ましい。これにより、励起三重項状態にあるホスト材料のエネルギーを、式(1)を満たす化合物に円滑に移動させることができるとともに、式(1)を満たす化合物の励起三重項エネルギーを該化合物の分子内に閉じ込めることが可能になり、そのエネルギーを有機発光素子の発光に効果的に利用することができる。ホスト材料を用いる場合は、励起子生成層における式(1)を満たす化合物の含有量を50質量%以下とすることが好ましく、効率を考慮して25質量以下、15質量%以下、10%質量以下とすることもできる。
また、その他の態様として、励起子生成層は、式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスを構成するアクセプター分子とドナー分子が高分子材料(結着用樹脂)や無機材料中に分散されて構成されたものであってもよい。
発光層は発光材料を含む。発光層が含む発光材料は、1種類単独であってもよいし、2種類以上の組み合わせであってもよい。また、2種類以上の発光材料を用いる場合、各発光材料の発光色は同じ色相であってもよいし、異なる色相であってもよい。異なる色相の発光材料を用いることにより、その混合色や白色の発光を得ることができる。
発光層に用いる発光材料の種類は特に制限されず、蛍光発光材料、遅延蛍光材料、燐光発光材料のいずれであってもよいが、蛍光発光材料または遅延蛍光発光材料であることがより好ましい、蛍光発光材料であることがより好ましい。また、発光材料には、最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTが式(1)を満たす化合物よりも大きい化合物を用いることが好ましく、ΔEST > 0.3eVである化合物を用いることがより好ましく、例えばΔEST > 0.5eVである化合物を用いることもできる。
また、発光材料は、励起子生成層が含む式(1)を満たす化合物よりも、その最低励起一重項エネルギー準位ES1が低いことが好ましい。これにより、励起子生成層において励起一重項状態に遷移した式(1)を満たす化合物のエネルギーを、発光層の発光材料に円滑に移動させることができ、そのエネルギーを発光材料の発光に効果的に利用することができる。発光材料の最低励起一重項エネルギー準位ES1が、励起子生成層が含む式(1)を満たす化合物よりも高い場合は、両者の最低励起一重項エネルギー準位ES1の差は0.5eV以下であることが好ましく、0.3eV以下であることがより好ましく、0.2eV以下であることがさらに好ましい。
発光材料が発光する光の種類は、特に限定はされないが、可視光、赤外光、紫外光であることが好ましく、可視光であることがより好ましい。
以下に、発光材料として用いることができる好ましい化合物を発光色毎に具体的に例示する。ただし、本発明において用いることができる発光材料は、以下の例示化合物によって限定的に解釈されることはない。なお、以下の例示化合物の構造式において、Etはエチル基を表し、i−Prはイソプロピル基を表す。
量子ドットの構成材料種は特に制限されない。通常は、周期表第14〜16族から選択される1以上の元素により構成された量子ドットを好ましく用いることができる。例えば、C、Si、Ge、Sn、P、Se、Teなどの単一元素からなる単体であってもよいし、2つ以上の元素からなる化合物であってもよい。2つ以上の元素からなる量子ドットとしては、SiC、SnO2、Sn(II)Sn(IV)S3、SnS2、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、Al2S3、Al2Se3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2O3、In2S3、In2Se3、In2Te3、TlCl、TlBr、TlI、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS)、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、As2S3、As2Se3、As2Te3、Sb2S3、Sb2Se3、Sb2Te3、Bi2S3、Bi2Se3、Bi2Te3、Cu2O、Cu2Se、CuCl、CuBr、CuI、AgCl、AgBr、NiO、CoO、CoS、Fe3O4、FeS、MnO、MoS2、WO2、VO、VO2、Ta2O5、TiO2、Ti2O5、Ti2O3、Ti5O9、MgS、MgSe、CdCr2O4、CdCr2Se4、CuCr2S4、HgCr2Se4、BaTiO3を挙げることができる。また、これらを混合して用いることもできる。上記の例示の中では、CdSe、ZnSe、CdS、CdSeS/ZnSを好ましく採用することができる。また、本発明では、市販の量子ドットを用いることもできる。例えば、Aldorich社製の型番753785や753742などを好ましく用いることができる。
本発明で用いる量子ドットは、表面がコーティングされているものであってもよい。
量子ドットは、適切な溶剤を用いてスピンコートする等の方法により製膜することができる。溶剤としては、例えばトルエン、ヘキサン、ハロゲン溶媒、アルコール系溶媒、水などを用いることができる。
なお、各層に含まれるキャリア輸送性化合物は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。2種類以上の化合物が含まれている場合は、その存在比は各層で異なっていてもよい。
発光は、蛍光発光であり、遅延蛍光発光や燐光発光を含んでいてもよい。遅延蛍光は、エネルギー供与により励起状態になった化合物において、励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差が生じた後、その励起一重項状態から基底状態に戻る際に放射される蛍光であり、直接生じた励起一重項状態からの蛍光(通常の蛍光)よりも遅れて観測される蛍光である。
本発明の有機発光素子は、さらに、励起子生成層と発光層の間に隔離層が存在していてもよい。隔離層を存在させることによって、励起子生成層に含まれる式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスと、発光層に含まれる発光材料との距離がより長くなるため、励起子生成層において励起三重項状態に遷移した式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスのエネルギーが発光層に含まれる発光材料へデクスター機構で移動することをより確実に抑制することができる。その結果、式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスが励起三重項状態から励起一重項状態に逆項間交差する確率が高くなると推測され、励起三重項状態に遷移した式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスのエネルギーを蛍光発光に有効に利用することができる。
発光層の陽極側と陰極側のそれぞれに励起子生成層が存在している場合は、いずれか一方の励起子生成層と発光層の間にだけ隔離層が存在していてもよいし、両方の励起子生成層と発光層の間にそれぞれ隔離層が存在していてもよい。好ましいのは、両方にそれぞれ隔離層が存在している態様である。
複数の隔離層が存在する場合、各隔離層の材料は、同一であっても異なっていてもよいが、各隔離層がキャリア輸送性化合物を含むことが好ましい。複数の隔離層は、キャリア輸送性化合物により全体が構成されていてもよいし、キャリア輸送性化合物により一部が構成されていてもよいが、キャリア輸送性化合物により全体が構成されていることが好ましい。また、複数の隔離層にキャリア輸送性化合物は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
また、少なくとも1層の隔離層と、上記の発光層は、発光層が含む発光材料とは異なるキャリア輸送性化合物を含むことが好ましい。発光材料とは異なるキャリア輸送性化合物として、「発光層」の欄で説明したホスト材料に用いられる化合物を挙げることができる。隔離層は、発光層に含まれているのと同じキャリア輸送性化合物により全体が構成されていてもよいし、発光層に含まれているのと同じキャリア輸送性化合物により一部が構成されていてもよいが、発光層とキャリア輸送性化合物により全体が構成されていることが好ましい。発光層は、発光材料を除く材料の全体が少なくとも1層の隔離層に含まれているのと同じキャリア輸送性化合物により構成されていてもよいし、その一部が隔離層に含まれているのと同じキャリア輸送性化合物により構成されていてもよいが、発光材料を除く材料の全体が隔離層と同じキャリア輸送性化合物により構成されていることが好ましい。発光層と隔離層の化合物は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
本発明の有機発光素子が有機エレクトロルミネッセンス素子である場合、さらに、発光層と励起子生成層のうち最も陽極側に存在する層に直接接するように層が形成されていてもよいし、また、発光層と励起子生成層のうち最も陰極側に存在する層に直接接するように層が形成されていてもよく、これら両方に層が形成されていてもよい。これらの直接接するように形成される層を便宜的に外側層と呼ぶ。本発明の有機発光素子は、「外側層/発光層/(隔離層)/励起子生成層」、「外側層/励起子生成層/発光層」、「発光層/(隔離層)/励起子生成層/外側層」、「励起子生成層/(隔離層)/発光層/外側層」の構造を含むものとすることが可能である。
陽極側と陰極側の両方に外側層を有する場合、これらの外側層の材料は、同一であっても異なっていてもよい。外側層は、キャリア輸送性化合物を含むことが好ましい。また、発光層と励起子生成層(と隔離層)がキャリア輸送性化合物を含む場合、外側層も、その化合物を含むことが好ましい。化合物としては、「励起子生成層」、「発光層」の欄で説明したホスト材料を挙げることができる。外側層は、励起子生成層と発光層(と隔離層)とキャリア輸送性化合物により全体が構成されていてもよいし、その一部がキャリア輸送性化合物により構成されていてもよいが、キャリア輸送性化合物により全体が構成されていることが好ましい。また、外側層が含むキャリア輸送性化合物は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
以上の励起子生成層、発光層、隔離層および外側層は、必要に応じて添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよい。
本発明の有機発光素子は、上記のように、少なくとも励起子生成層と発光層を含み、その間に隔離層が存在していてもよいし、その陽極側または陰極側に外側層が存在していてもよい。以下の説明では、励起子生成層と発光層からなる積層構造の全体、および、励起子生成層と発光層からなる積層構造に、さらに隔離層および外側層の少なくとも一方を追加した積層構造の全体を「発光部」と称することとする。
本発明の有機発光素子は、有機フォトルミネッセンス素子(有機PL素子)および有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)のいずれであってもよい。有機フォトルミネッセンス素子は、基板上に少なくとも発光部を形成した構造を有する。
(1)発光部
(2)正孔輸送層/発光部
(3)発光部/電子輸送層
(4)正孔注入層/発光部
(5)正孔輸送層/発光部/電子輸送層
(6)正孔注入層/正孔輸送層/発光部/電子輸送層
(7)正孔注入層/正孔輸送層/発光部/電子輸送層/電子注入層
(8)正孔注入層/正孔輸送層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層
(9)正孔注入層/正孔輸送層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(10)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/電子輸送層
(11)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/電子輸送層/電子注入層
(12)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層
(13)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(14)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層
(15)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(16)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層
(17)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(18)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層
(19)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/発光部/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
(20)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層
(21)正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層/励起子阻止層/発光部/励起子阻止層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層
また、代表例として、(6)の層構成を有する有機エレクトロルミネッセンスを図1に示す。図1において、1は基板、2は陽極、3は正孔注入層、4は正孔輸送層、5は発光部、6は電子輸送層、7は陰極である。
発光部は、励起子生成層、隔離層、発光層などから構成させる。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機エレクトロルミネッセンス素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英、シリコンなどからなるものを用いることができる。
本実施形態では、陽極は第1電極として基板の表面に設けられている。
有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料、Au合金、Al合金等が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、単層構造であってもよいし、2種類以上の導電膜を積層した多層構造であってもよい。多層構造の陽極の好ましい例として、金属膜と透明導電膜との積層構造を挙げることができ、ITO/Ag/ITOからなる積層構造であることがより好ましい。陽極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。
陽極の光透過率の好ましい範囲は、発光を取り出す向きによって異なり、基板側から発光を取り出すボトムエミッション構造である場合には、光透過率を10%より大きくすることが望ましく、透明または半透明の材料により陽極を構成することが好ましい。一方、陰極(第2電極)側から発光を取りだすトップエミッション構造である場合には、陽極の透過率は特に制限されず、非透光性であっても構わない。また、この実施形態とは異なり、第2電極が陽極である場合には、陽極の透過率は、トップエミッション構造で10%より大きくすることが望ましく、ボトムエミッション構造では特に制限されず、陽極は非透光性であってもよい。
陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
本実施形態では、陰極は第2電極として有機EL層の陽極と反対側に設けられている。
陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。このような電極材料の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性および酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
陰極の光透過率の好ましい範囲は、発光を取り出す向きによって異なり、陰極(第2電極)側から発光を取り出す場合(トップエミッション構造である場合)には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、透明または半透明の材料により陰極を構成することが好ましい。透明または半透明の陰極は、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで作製することができる。い。一方、基板側から発光を取り出す場合(ボトムエミッション構造である場合)には、陰極の透過率は特に制限されず、非透光性であっても構わない。また、この実施形態とは異なり、第1電極が陰極である場合には、陰極の透過率は、ボトムエミッション構造で10%より大きくすることが望ましく、トップエミッション構造では特に制限されず、陰極は非透光性であってもよい。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子がトップエミッション構造である場合、必要に応じて、第1電極と第2電極を反射性電極とし、これらの電極間の光学距離Lを調整して微小共振器構造(マイクロキャビティ構造)を構成してもよい。この場合、第1電極として反射電極を用い、第2電極として半透明電極を用いることが好ましい。
半透明電極である第2電極の膜厚は、5〜30nmであることが好ましい。半透明電極の膜厚が5nm以上であることにより、光を十分に反射でき、干渉効果を十分に得られる。また、半透明電極の膜厚が30nm以下であることにより、光の透過率の急激な低下を抑制でき、輝度及び発光効率の低下を抑制できる。
発光部は、陽極および陰極のそれぞれから注入された正孔および電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり、励起子生成層と発光層を少なくとも含み、これらの層の間に隔離層が存在してもよく、これらの層の陽極側または陰極側に外側層が存在していてもよい。発光部を構成する各層の説明と好ましい範囲、具体例については、上記の「励起子生成層」、「発光層」、「隔離層」、「その他の層」の欄を参照することができる。
電荷輸送層は、各電極から注入された電荷を発光部へ効率よく輸送するために電極と発光部との間に設けられる層のことで、正孔輸送層と電子輸送層がある。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、正孔注入層と電子注入層があり、陽極と発光部または正孔輸送層の間、および陰極と発光部または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層は必要に応じて設けることができる。
正孔注入層および正孔輸送層は、陽極である第1電極からの正孔の注入や発光部への輸送(注入)をより効率よく行う目的で、陽極と発光部との間に設けられる。正孔注入層と正孔輸送層は、いずれか一方のみが設けられていてもよいし、両方の層が設けられていてもよいし、両方の機能を兼ねる1つの層(正孔注入輸送層)として設けられていてもよい。
電子注入層および電子輸送層は、陰極である第2電極からの電子の注入や発光部への輸送(注入)をより効率よく行う目的で、陰極と発光部との間に設けられる。電子注入層と電子輸送層は、いずれか一方のみが設けられていてもよいし、両方の層が設けてられていてもよいし、両方の機能を兼ねる1つの層(電子注入輸送層)として設けられていてもよい。
電子注入材料としては、特に、フッ化リチウム(LiF)、フッ化バリウム(BaF2)等のフッ化物;酸化リチウム(Li2O)等の酸化物等が例示できる。
阻止層は、発光部中に存在する電荷(電子もしくは正孔)および/または励起子の発光部外への拡散を阻止することができる層である。電子阻止層は、発光部および正孔輸送層の間に配置されることができ、電子が正孔輸送層の方に向かって発光部を通過することを阻止する。同様に、正孔阻止層は発光部および電子輸送層の間に配置されることができ、正孔が電子輸送層の方に向かって発光部を通過することを阻止する。阻止層はまた、励起子が発光部の外側に拡散することを阻止するために用いることができる。すなわち電子阻止層、正孔阻止層はそれぞれ励起子阻止層としての機能も兼ね備えることができる。本明細書でいう電子阻止層または励起子阻止層は、一つの層で電子阻止層および励起子阻止層の機能を有する層を含む意味で使用される。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する。正孔阻止層は電子を輸送しつつ、正孔が電子輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光部中での電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。正孔阻止層を構成する材料としては、上記の電子輸送層および電子注入層を構成する材料として例示しているものと同じものを挙げることができる。
電子阻止層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子阻止層は正孔を輸送しつつ、電子が正孔輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光部中での電子と正孔が再結合する確率を向上させることができる。電子阻止層を構成する材料としては、上記の正孔輸送層および正孔注入層を構成する材料として例示しているものと同じものを挙げることができる。
励起子阻止層は、発光層中で生成された励起子のエネルギーが正孔輸送層や電子輸送層に移動して該励起子が失活することを防止する機能を有する。励起阻止層を挿入することにより、より効果的に励起子のエネルギーを発光に利用することが可能となり、素子の発光効率を向上させることができる。
励起子阻止層は発光部に隣接して陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。すなわち、励起子阻止層を陽極側に有する場合、正孔輸送層と発光部の間に、発光部に隣接して該層を挿入することができる。また、励起子阻止層を陰極側に有する場合、電子輸送層と発光部の間に、発光部に隣接して該層を挿入することができる。さらに、正孔輸送層と発光部の間、および、電子輸送層と発光部の両方に、発光部に隣接させて励起阻止層を挿入してもよい。また、陽極と、発光部の陽極側に隣接する励起子阻止層との間には、正孔注入層や電子阻止層などを有することができ、陰極と、発光部の陰極側に隣接する励起子阻止層との間には、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層などを有することができる。阻止層を配置する場合、阻止層として用いる材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーの少なくともいずれか一方は、発光材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーよりも高いことが好ましい。励起子阻止層の構成材料としては、公知の励起子阻止材料がいずれも使用可能である。
一方、燐光については、通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定で熱等に変換され、寿命が短く直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
以下において、アクティブ駆動方式で有機エレクトロルミネッセンス素子を駆動する有機エレクトロルミネッセンス表示装置の一例について説明する。
アクティブ駆動方式の有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、例えば、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子に、TFT(薄膜トランジスタ)回路、層間絶縁膜、平坦化膜および封止構造が付加されて構成される。具体的には、こうしたアクティブ駆動方式の有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、TFT回路を備えた基板(回路基板)と、回路基板上に層間絶縁膜及び平坦化膜を介して設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)と、有機EL素子を覆う無機封止膜と、無機封止膜上に設けられた封止基板と、基板と封止基板との間に充填された封止材とで概略構成され、封止基板側から光を取り出すトップエミッション構造とされている。
この有機エレクトロルミネッセンス表示装置で用いる有機EL素子は、基板を除いた残りの部分、すなわち、第1電極と有機EL層と第2電極からなる積層体であることとする。
基板としては、ガラス、石英等からなる無機材料基板;ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスチック基板;アルミナ等からなるセラミックス基板等の絶縁性基板や、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等からなる金属基板;前記基板表面に酸化シリコン(SiO2)等の有機絶縁材料等からなる絶縁物をコーティングした基板;Al等からなる金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した基板等が例示できるが、これらに限定されない。
活性層の材料としては、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)、多結晶シリコン(ポリシリコン)、微結晶シリコン、セレン化カドミウム等の無機半導体材料;酸化亜鉛、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛等の酸化物半導体材料;ポリチオフェン誘導体、チオフエンオリゴマー、ポリ(p−フェリレンビニレン)誘導体、ナフタセン、ペンタセン等の有機半導体材料等が挙げられる。
ゲート絶縁膜は、公知の材料を用いて形成することができる。具体的には、ゲート絶縁膜の材料として、プラズマ誘起化学気相成長(PECVD)法若しくは減圧化学気相成長(LPCVD)法等により形成されたSiO2又はポリシリコン膜を熱酸化して得られたSiO2等を例示することができる。
TFTを構成するソース電極、ドレイン電極およびゲート電極、配線回路の信号電極線、走査電極線、共通電極線、第1駆動電極及び第2駆動電極は、例えば、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の公知の材料を用いて形成することができる。
層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN、Si2N4)、酸化タンタル(TaO、Ta2O5)等の無機材料;アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等、公知の材料を用いて形成することができる。層間絶縁膜の形成方法としては、化学気相成長(CVD)法、真空蒸着法等のドライプロセスや、スピンコート法等のウエットプロセスを例示することができ、必要に応じてフォトリソグラフィー法等によりパターニングしてもよい。
また、層間絶縁膜には遮光性を付与するか、層間絶縁膜と遮光性絶縁膜とを組み合わせて設けることが好ましい。この有機エレクトロルミネッセンス表示装置では、発光を封止基板側から取り出すために大半が光透過性の材料で構成される。このため、外光がTFT回路に入射して、TFT特性を不安定にすることが懸念される。これに対して、層間絶縁膜に遮光性を付与するか、層間絶縁膜と遮光性絶縁膜とを組み合わせ設ければ、TFT回路への外光の入射が抑えられ、安定なTFT特性を得ることができる。遮光性の層間絶縁膜および遮光性絶縁膜の材料としては、フタロシアニン、キナクロドン等の顔料又は染料をポリイミド等の高分子樹脂に分散させたものや、カラーレジスト、ブラックマトリクス材料、NixZnyFe2O4等の無機絶縁材料等を例示することができる。
平坦化膜は、特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等の無機材料や、ポリイミド、アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等の公知の材料を用いて形成することができる。平坦化膜の形成方法としては、CVD法、真空蒸着法等のドライプロセスや、スピンコート法等のウエットプロセスを例示することができるが、これらの方法に限定されるものではない。また、平坦化膜は、単層構造及び多層構造のいずれであってもでもよい。
有機EL素子の第1電極は、各画素に対応するように、X−Yマトリクス状に複数個配置されており、TFTのドレイン電極に接続されている。この第1電極は有機エレクトロルミネッセンス表示装置の画素電極として機能する。第1電極は、発光部からの発光の取り出し効率を向上させるために、光の反射率が高い電極(反射電極)を用いることが好ましい。このような電極としては、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等の光反射性金属電極や、透明電極と前記光反射性金属電極(反射電極)とを組み合わせた電極等を例示することができる。
エッジカバーの膜厚は、100〜2000nmであることが好ましい。エッジカバーの膜厚が100nm以上であることにより、十分な絶縁性が得られ、第1電極と第2電極との間のリークに伴う消費電力の上昇や非発光の発生を効果的に抑制することができる。また、エッジカバーの膜厚が2000nm以下であることにより、成膜プロセスでの生産性の低下や、エッジカバーにおける第2電極の断線を効果的に抑制することができる。
封止基板としては、回路基板で用いる基板と同様のものを用いることができるが、封止基板側から発光を取り出すため、光透過性を有することが必要である。また、封止基板には、色純度を高めるために、カラーフィルタが設けられていてもよい。
また、封止材として窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよく、この場合、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスをガラス等の封止基板で封止する方法が挙げられる。さらにこの場合には、水分による有機EL部の劣化を効果的に抑制するために、不活性ガスと共に酸化バリウム等の吸湿剤を封入することが好ましい。
また、本実施例では、発光寿命が0.05μs以上の蛍光を遅延蛍光として判定した。
なお、以下に掲載する発光素子の層構成を示す表における「厚み」の単位はnmである。また、単一層の中に2種以上の材料が含まれている場合は、ホスト材料を「材料1」とし、ドーパント材料を「材料2」として表示している。3成分系の場合は、便宜上ホスト材料を「材料1」とし、それ以外の2成分を「材料2」として表示している。また、「材料2」の欄に層中における材料2の濃度(単位:重量%}を表示している。表中の「HIL」はホール注入層、「HTL」はホール輸送層、「EBL」は電子阻止層、「INT」は隔離層、「ASL」は励起子生成層、「EML」は発光層、「HBL」はホール阻止層、「ETL」は電子輸送層を示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10−5Paで積層した。
まず、ITO上にHAT−CNを10nmの厚さに蒸着して正孔注入層を形成し、その上に、TrisPCzを30nmの厚さに蒸着して正孔輸送層を形成した。続いて、mCBPを6.5nmの厚さに蒸着して電子阻止層を形成した。
次に、TBRbとmCBPを異なる蒸着源から共蒸着し、5nmの厚さの発光層を形成した。この時、TBRbの濃度は1重量%とした。その上に、4CzIPNMeとmCBPを異なる蒸着源から共蒸着し、10nmの厚さの励起子生成層を形成した。この時、4CzIPNMeの濃度は10重量%とした。
次に、T2Tを12nmの厚さに蒸着して正孔阻止層を形成し、その上に、BpyTP2を55nmの厚さに蒸着して電子輸送層を形成した。さらにLiqを1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに形成することにより陰極を形成した。
以上の工程により、表1に示す層構成を有する実施例1の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。
発光層におけるTBRbの濃度を表1に示すように変えたこと以外は、実施例1と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。
実施例1と同様の方法により、比較例1の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。ただし、励起子生成層は形成せず、発光層は4CzIPNMeとTBRbとmCBPとを異なる蒸着源から共蒸着して15nmの厚さの層とした。また、発光層を形成する際、4CzIPNMeの濃度は10重量%とし、TBRbの濃度は1重量%とした。比較例1の有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成は表1に示すとおりである。
発光層におけるTBRbの濃度を表1に示すように変えたこと以外は、比較例1と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。
各実施例および各比較例で使用した4CzIPNMeのΔESTは0.02eVであった。
また、各実施例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子について、1000cd/m2で測定した発光ピーク波長、外部量子効率、色度座標(x,y)を表2に示し、比較例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子について、1000cd/m2で測定した発光ピーク波長、外部量子効率、色度座標(x,y)を表3に示す。
さらに、各実施例および各比較例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子のうち、発光層におけるTBRb濃度が25重量%、50重量%、75重量%であるもの(実施例5〜実施例7で作製した素子、比較例5〜7で作製した素子)について、初期輝度を約1000cd/m2に調整して定電流で連続駆動を行い、輝度が初期輝度の95%になるまでの時間LT95%を測定した。LT95%の測定結果を表4に示す。
これらのことから、ΔESTが0.3以下である化合物を含む励起子生成層と発光材料を含む発光層を別の層として形成することにより、これらをともに含む単一の発光層を設ける場合に比べて、有機エレクトロルミネッセンス素子の効率と寿命が大きく改善されることがわかった。
実施例1と同様の方法により、実施例9〜12の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。ただし、電子ブロック層と発光層の間に、電子ブロック層側から順に励起子生成層と隔離層を形成し、発光層と正孔ブロック層の間に、発光層側から順に隔離層、励起子生成層、隔離層を形成した。実施例9〜12の各有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成は下の表に示すとおりである。
実施例の電流密度を比較すると、励起子生成層と発光層の間に形成した2つの隔離層の厚みが2nmである実施例10、11の有機エレクトロルミネッセンス素子よりも、隔離層の厚みが1nmである実施例9、12の有機エレクトロルミネッセンス素子の方が高い電流密度が得られている。このことから、励起子生成層と発光層の間に形成する隔離層の厚みは2nmよりも薄い方が好ましいことがわかった。
実施例9〜12の有機エレクトロルミネッセンス素子の最大外部量子効率は13〜14%であり、いずれも高い発光効率が認められた。
実施例1と同様の方法により、比較例9、実施例13、実施例14の各有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。ただし、実施例13と実施例14では、励起子生成層とホールブロック層の間に発光層を形成した。比較例9、実施例13、実施例14の各有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成は下の表に示すとおりである。
また、各有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を図2に示す。比較例9に比べて、実施例13と実施例14の各有機エレクトロルミネッセンス素子は、高い発光効率を示した。このことから、励起子発生層を形成することにより発光効率が向上することが確認された。
酢酸亜鉛1g、モノエタノールアミン0.28g、2−メトキシエタノール10mlの混合物を室温で一晩攪拌した後に、膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陰極が形成されたガラス基板上にスピンコーティングした(5000rpm、60秒)。その後、200℃で10分間アニーリングすることにより電子注入層を形成した。その上に、量子ドットのトルエン溶液(Aldrich製、型番753785、粒径6nm、濃度1mg/ml、蛍光ピーク波長575nm)をスピンコーティング(1000rpm、60秒)し、100℃で10分間アニーリングすることにより約12nmの厚さの発光層を形成した。その後、以下の薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10−5Paで積層した。まず、4CzIPNとmCBPを異なる蒸着源から共蒸着し、15nmの厚さの励起子発生層を形成した。この時、4CzIPNの濃度は20%とした。次いで、mCBPを5nmの厚さに蒸着して電子阻止層を形成し、その上にTrisPCzを30nmの厚さに蒸着して正孔輸送層を形成した。続いて、HAT−CNを20nmの厚さに蒸着して正孔注入層を形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに形成することにより陽極を形成した。
以上の工程により、表7に示す層構成を有する実施例15の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。
実施例15で使用した4CzIPNのΔESTは0.06eVであった。
実施例15と同様の方法により、比較例10の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。ただし、励起子発生層に相当する層を形成する際には4CzIPNを共蒸着させず、mCBPのみからなる層を15nm形成した。比較例10の有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成は表7に示すとおりである。
各有機エレクトロルミネッセンス素子の外部量子効率を0.1mA/cm2で測定したところ、比較例10では3.5%であったのに対して、実施例15では5%と高い値を示した。このことから、量子ドットを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子においても、励起子発生層を形成することにより発光効率が向上することが確認された。
実施例1と同様の方法により、陽極、正孔注入層、正孔輸送第1層、正孔輸送第2層、電子阻止層、励起子生成層、隔離層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、陰極を順に形成することにより、実施例16の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。この素子の層構成は表8に示すとおりである。
実施例16と同様の方法により、比較例11の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。ただし、実施例16の隔離層、発光層、正孔阻止層のかわりに総厚が同じ正孔阻止層を1層形成し、その他の層構成は実施例16と同じにした。この比較例11の有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成は表8に示すとおりである。実施例16における励起子生成層は、比較例11では発光層として機能する。
各有機エレクトロルミネッセンス素子の外部量子効率を0.1mA/cm2で測定したところ、比較例11では13.1%であったのに対して、実施例16では13.4%と高い値を示した。このことから、遅延蛍光材料をアシストドーパントとして用いた励起子発生層を形成した場合においても、発光効率が向上することが確認された。
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光部
6 電子輸送層
7 陰極
Claims (15)
- 下記式(1)を満たす化合物または遅延蛍光を発するエキサイプレックスを含む励起子生成層と発光材料を含む発光層を有する有機発光素子。
ΔEST ≦ 0.3eV (1)
(上式において、ΔESTは、最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差である。) - 前記励起子生成層と前記発光層の間に隔離層を有する、請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記発光層の陽極側および陰極側のいずれか一方に前記励起子生成層を有する、請求項1または2に記載の有機発光素子。
- 前記発光層の陽極側と陰極側にそれぞれ前記励起子生成層を有する、請求項1または2に記載の有機発光素子。
- 前記発光層とその発光層よりも陽極側に形成された励起子生成層の間に第1隔離層を有し、前記発光層とその発光層よりも陰極側に形成された励起子生成層の間に第2隔離層を有する、請求項4に記載の有機発光素子。
- 前記励起子生成層の陽極側と陰極側にそれぞれ前記発光層を有する、請求項1または2に記載の有機発光素子。
- 前記励起子生成層とその励起子生成層よりも陽極側に形成された発光層の間に第1隔離層を有し、前記励起子生成層とその励起子生成層よりも陰極側に形成された発光層の間に第2隔離層を有する、請求項6に記載の有機発光素子。
- 前記第1隔離層と前記第2隔離層がキャリア輸送性化合物を含む、請求項5または7に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
- 前記発光層がキャリア輸送性化合物を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
- 前記励起子生成層(複数の励起子生成層がある場合は少なくとも1層の励起子生成層)がキャリア輸送性化合物を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の有機発光素子(ただし、前記キャリア輸送性化合物は、前記式(1)を満たす化合物、前記遅延蛍光を発するエキサイプレックス、前記発光材料のいずれとも異なる化合物である。)。
- 前記発光層と前記励起子生成層(複数の励起子生成層がある場合は少なくとも1層の励起子生成層)が、同じキャリア輸送性化合物を含む、請求項10に記載の有機発光素子。
- 前記発光層と前記励起子生成層のうち最も陽極側に形成されている層の陽極側に、前記キャリア輸送性化合物を含む層が直接接するように形成されている、請求項9〜11のいずれか1項に記載の有機発光素子。
- 前記発光層と前記励起子生成層のうち最も陰極側に形成されている層の陰極側に、前記キャリア輸送性化合物を含む層が直接接するように形成されている、請求項9〜12のいずれか1項に記載の有機発光素子。
- 前記発光層が量子ドットを含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の有機発光素子。
- 遅延蛍光を放射する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機発光素子。
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