JP5277588B2

JP5277588B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP5277588B2
Application number: JP2007214475A
Authority: JP
Inventors: 直樹松本; 高則宮崎; 正一西山
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: JP2009048893A

Description

本発明は、駆動電圧が低く、発光効率の高い有機ＥＬ素子に関するものである。

有機ＥＬ素子は、有機薄膜を１対の電極で狭持した面発光型素子であり、薄型軽量、高視野角、高速応答などの特徴を有し、各種表示素子への応用が期待されている。有機ＥＬ素子とは、電圧を印加することにより陽極から注入された正孔と、陰極から注入された電子とが発光層で再結合する際に発する光を利用した素子であり、その素子構造は１９８７年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって報告された正孔輸送層と発光層を積層した二層型素子が基本となっている（例えば、非特許文献１参照）。その後、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の三層から構成される素子が提案され（例えば、非特許文献２参照）、現在では多層積層型素子が主流になっている。また、発光層に関しては、１９８９年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらが発光量子収率の高い発光ドーパント材料を発光層にドープする手法を提案して以来（例えば、非特許文献３参照）、発光ホスト材料と発光ドーパント材料の混合薄膜が発光層として用いられている。正孔輸送層や電子輸送層のような電荷輸送層の使用、発光層への発光ドーパント材料のドーピングにより有機ＥＬ素子の駆動電圧、発光効率は改善されてきたが、実用化に際してはさらなる低電圧駆動、発光効率の向上が必要とされている。特に、青色発光素子では発光層のエネルギーギャップが大きいため、電荷輸送層と発光層間のエネルギー障壁が大きく、駆動電圧が高くなる傾向がある。また、電荷輸送層と発光層間の大きなエネルギー障壁は、発光層内に注入される電子と正孔のバランスを悪化させ、さらには励起子と電荷間の相互作用による励起子の失活を招くために（例えば、非特許文献４参照）、有機ＥＬ素子の発光効率の低下原因となる。

Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１．９１３（１９８７）Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２７．Ｌ２６９（１９８８）Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６５．３６１０（１９８９）Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．１９．２２８８（２００７）

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、駆動電圧が低く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、正孔輸送層と発光層との間に発光ドーパント材料からなる層を設けた有機ＥＬ素子が、低駆動電圧、高発光効率を実現することを見出し、本発明を完成させるに至った。即ち本発明は、一対の電極間に少なくとも正孔輸送層と発光層を有する有機ＥＬ素子において、正孔輸送層と発光層との間に発光ドーパント層を設け、かつ発光ドーパント層の発光量子収率が４０％以上であることを特徴とする有機ＥＬ素子に関するものである。

以下に、本発明の有機ＥＬ素子を図面を用いて具体的に説明する。

図１に、本発明における有機ＥＬ素子の概略断面図を示すが、本発明はこの形態に限定されるものではない。

本発明の有機ＥＬ素子は、陽極２および陰極７との間に少なくとも正孔輸送層３と発光層５を有し、正孔輸送層３と発光層５との間に発光ドーパント材料からなる層（発光ドーパント層）４が設けられている。

ここで、発光ドーパント材料からなる層４は、発光ドーパント材料の濃度が１００％である層を意味する。

本発明の有機ＥＬ素子では、陽極から注入された正孔は、正孔輸送層３および発光ドーパント層４を介して発光ホスト材料および／または発光ホスト材料に分散された発光ドーパント材料に注入される。従って、発光ドーパント材料は正孔輸送性を有し、かつイオン化ポテンシャルが正孔輸送材料より高く、発光ホスト材料より低いことが好ましい。ここでいうイオン化ポテンシャルは、光電子分光装置で測定した値を示す。

即ち、発光ドーパント材料が正孔輸送性を有し、正孔輸送材料、発光ドーパント材料および発光ホスト材料のイオン化ポテンシャルが前記関係にある時、発光ドーパント層４を正孔輸送層３と発光層５との間に設けることにより、正孔輸送層３から発光層５への正孔の注入障壁が緩和され、発光層へ効率良く正孔を注入することが可能となる。

ここでいう正孔輸送性を有すとは、注入された正孔を電界の力で輸送できる機能を有していればよく、１０^４〜１０^６Ｖ／ｃｍの電界印加時の正孔移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・秒以上であることが好ましく、１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・秒以上であることがより好ましい。

また、本発明の有機ＥＬ素子において、陰極７から注入された電子および陽極２から注入された正孔は、発光ドーパント層４および発光層５で再結合することが好ましい。即ち、陰極７から注入された電子が発光ドーパント層４にも一部注入され、発光ドーパント層４でも電子と正孔が再結合することにより、発光層５と発光ドーパント層４との界面に正孔や電子が蓄積することが抑制され、発光効率が向上する。

しかしながら、電子と正孔が発光ドーパント層４および発光層５において再結合する有機ＥＬ素子では、発光ドーパント層４の発光量子収率が有機ＥＬ素子の発光効率に反映される。一般的に、発光ドーパント材料を発光ホスト材料に分散した薄膜と比較して、発光ドーパント材料１００％の薄膜では、濃度消光によって発光量子収率が低くなる傾向がある。つまり、濃度１００％の薄膜で発光量子収率が低い発光ドーパント材料を本発明の有機ＥＬ素子に用いた場合、有機ＥＬ素子の発光効率が期待通り向上しない可能性がある。従って、電子と正孔が発光ドーパント層４および発光層５において再結合する有機ＥＬ素子では、発光ドーパント層の発光量子収率が４０％以上になる発光ドーパント材料を用いることが好ましく、発光量子収率が６０％以上である発光ドーパント材料を用いることがより好ましい。ここでいう発光量子収率は、真空蒸着等により成膜した発光ドーパント材料の濃度が１００％である薄膜における値を示し、その値は積分球を用いて測定した値である。

また、本発明の有機ＥＬ素子では、発光ドーパント層４を設けるに際し、発光ドーパント材料単独で安定な薄膜を形成することが好ましい。

本発明の有機ＥＬ素子では、上記の条件を満たすように選択されていれば、従来から有機ＥＬ素子に使用されている公知の発光ドーパント材料を使用することができる。発光ドーパント材料としては、オキサジアゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチリルベンゼン誘導体、クマリン誘導体、アクリドン誘導体、キナクリドン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、オキサゾン誘導体、ピラン誘導体、縮合芳香族化合物およびその誘導体、８−キノリノール誘導体のアルミニウム錯体、配位子として塩素、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、フェナントロリン、アセチルアセトン等を有するレニウム錯体、イリジウム錯体、白金錯体、ユーロピウム錯体等を例示することができるが、正孔輸送性を有し、１００％濃度の薄膜において高い発光量子収率を示すと共に、単独で安定な薄膜を形成することが可能であることから、一般式（１）

（式中、Ａｒ^１，Ａｒ^２は各々独立して置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基を表し、結合している窒素原子と共に含窒素複素環を形成してもよい。Ａｒ^３は置換もしくは無置換のアリーレン基またはヘテロアリーレン基を表す。Ｒ^１，Ｒ^２は各々独立して置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Ｒ^１とＲ^２が結合して環状構造を形成してもよい。）
で示されるフルオレン化合物を発光ドーパント材料として使用することが好ましい。

前記一般式（１）で示されるフルオレン化合物において、Ａｒ^１，Ａｒ^２である置換もしくは無置換のアリール基としては、置換基を有していてもよい炭素数６〜２４の芳香族基であり、具体的には、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、２−アントリル基、９−アントリル基、２−フルオレニル基、フェナントリル基、ピレニル基、クリセニル基、ペリレニル基、ピセニル基、４−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、２−メチルフェニル基、４−エチルフェニル基、３−エチルフェニル基、２−エチルフェニル基、４−ｎ−プロピルフェニル基、４−イソプロピルフェニル基、２−イソプロピルフェニル基、４−ｎ−ブチルフェニル基、４−イソブチルフェニル基、４−ｓｅｃ−ブチルフェニル基、２−ｓｅｃ−ブチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、３−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、４−ｎ−ペンチルフェニル基、４−イソペンチルフェニル基、２−ネオペンチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ペンチルフェニル基、４−ｎ−ヘキシルフェニル基、４−（２’−エチルブチル）フェニル基、４−ｎ−ヘプチルフェニル基、４−ｎ−オクチルフェニル基、４−（２’−エチルヘキシル）フェニル基、４−ｔｅｒｔ−オクチルフェニル基、４−ｎ−デシルフェニル基、４−ｎ−ドデシルフェニル基、４−ｎ−テトラデシルフェニル基、４−シクロペンチルフェニル基、４−シクロヘキシルフェニル基、４−（４’−メチルシクロヘキシル）フェニル基、４−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシル）フェニル基、３−シクロヘキシルフェニル基、２−シクロヘキシルフェニル基、４−エチル−１−ナフチル基、６−ｎ−ブチル−２−ナフチル基、２，４−ジメチルフェニル基、２，５−ジメチルフェニル基、３，４−ジメチルフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基、２，６−ジメチルフェニル基、２，４−ジエチルフェニル基、２，３，５−トリメチルフェニル基、２，３，６−トリメチルフェニル基、３，４，５−トリメチルフェニル基、２，６−ジエチルフェニル基、２，５−ジイソプロピルフェニル基、２，６−ジイソブチルフェニル基、２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、４，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−メチルフェニル基、５−ｔｅｒｔ−ブチル−２−メチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチル−２，６−ジメチルフェニル基、９−メチル−２−フルオレニル基、９−エチル−２−フルオレニル基、９−ｎ−ヘキシル−２−フルオレニル基、９，９−ジメチル−２−フルオレニル基、９，９−ジエチル−２−フルオレニル基、９，９−ジ−ｎ−プロピル−２−フルオレニル基、４−メトキシフェニル基、３−メトキシフェニル基、２−メトキシフェニル基、４−エトキシフェニル基、３−エトキシフェニル基、２−エトキシフェニル基、４−ｎ−プロポキシフェニル基、３−ｎ−プロポキシフェニル基、４−イソプロポキシフェニル基、２−イソプロポキシフェニル基、４−ｎ−ブトキシフェニル基、４−イソブトキシフェニル基、２−ｓｅｃ−ブトキシフェニル基、４−ｎ−ペンチルオキシフェニル基、４−イソペンチルオキシフェニル基、２−イソペンチルオキシフェニル基、４−ネオペンチルオキシフェニル基、２−ネオペンチルオキシフェニル基、４−ｎ−ヘキシルオキシフェニル基、２−（２’−エチルブチル）オキシフェニル基、４−ｎ−オクチルオキシフェニル基、４−ｎ−デシルオキシフェニル基、４−ｎ−ドデシルオキシフェニル基、４−ｎ−テトラデシルオキシフェニル基、４−シクロヘキシルオキシフェニル基、２−シクロヘキシルオキシフェニル基、２−メトキシ−１−ナフチル基、４−メトキシ−１−ナフチル基、４−ｎ−ブトキシ−１−ナフチル基、５−エトキシ−１−ナフチル基、６−メトキシ−２−ナフチル基、６−エトキシ−２−ナフチル基、６−ｎ−ブトキシ−２−ナフチル基、６−ｎ−ヘキシルオキシ−２−ナフチル基、７−メトキシ−２−ナフチル基、７−ｎ−ブトキシ−２−ナフチル基、２−メチル−４−メトキシフェニル基、２−メチル−５−メトキシフェニル基、３−メチル−４−メトキシフェニル基、３−メチル−５−メトキシフェニル基、３−エチル−５−メトキシフェニル基、２−メトキシ−４−メチルフェニル基、３−メトキシ−４−メチルフェニル基、２，４−ジメトキシフェニル基、２，５−ジメトキシフェニル基、２，６−ジメトキシフェニル基、３，４−ジメトキシフェニル基、３，５−ジメトキシフェニル基、３，５−ジエトキシフェニル基、３，５−ジ−ｎ−ブトキシフェニル基、２−メトキシ−４−エトキシフェニル基、２−メトキシ−６−エトキシフェニル基、３，４，５−トリメトキシフェニル基、４−ビフェニリル基、３−ビフェニリル基、２−ビフェニリル基、４−（４’−メチルフェニル）フェニル基、４−（３’−メチルフェニル）フェニル基、４−（４’−メトキシフェニル）フェニル基、４−（４’−ｎ−ブトキシフェニル）フェニル基、２−（２’−メトキシフェニル）フェニル基、４−（４’−クロロフェニル）フェニル基、３−メチル−４−フェニルフェニル基、３−メトキシ−４−フェニルフェニル基、ターフェニル基、３，５−ジフェニルフェニル基、１０−フェニルアントリル基、１０−（３，５−ジフェニルフェニル）−９−アントリル基、９−フェニル−２−フルオレニル基、４−フルオロフェニル基、３−フルオロフェニル基、２−フルオロフェニル基、４−クロロフェニル基、３−クロロフェニル基、２−クロロフェニル基、４−ブロモフェニル基、２−ブロモフェニル基、４−クロロ−１−ナフチル基、４−クロロ−２−ナフチル基、６−ブロモ−２−ナフチル基、２，３−ジフルオロフェニル基、２，４−ジフルオロフェニル基、２，５−ジフルオロフェニル基、２，６−ジフルオロフェニル基、３，４−ジフルオロフェニル基、３，５−ジフルオロフェニル基、２，３−ジクロロフェニル基、２，４−ジクロロフェニル基、２，５−ジクロロフェニル基、３，４−ジクロロフェニル基、３，５−ジクロロフェニル基、２，５−ジブロモフェニル基、２，４，６−トリクロロフェニル基、２，４−ジクロロ−１−ナフチル基、１，６−ジクロロ−２−ナフチル基、２−フルオロ−４−メチルフェニル基、２−フルオロ−５−メチルフェニル基、３−フルオロ−２−メチルフェニル基、３−フルオロ−４−メチルフェニル基、２−メチル−４−フルオロフェニル基、２−メチル−５−フルオロフェニル基、３−メチル−４−フルオロフェニル基、２−クロロ−４−メチルフェニル基、２−クロロ−５−メチルフェニル基、２−クロロ−６−メチルフェニル基、２−メチル−３−クロロフェニル基、２−メチル−４−クロロフェニル基、３−クロロ−４−メチルフェニル基、３−メチル−４−クロロフェニル基、２−クロロ−４，６−ジメチルフェニル基、２−メトキシ−４−フルオロフェニル基、２−フルオロ−４−メトキシフェニル基、２−フルオロ−４−エトキシフェニル基、２−フルオロ−６−メトキシフェニル基、３−フルオロ−４−エトキシフェニル基、３−クロロ−４−メトキシフェニル基、２−メトキシ−５−クロロフェニル基、３−メトキシ−６−クロロフェニル基、５−クロロ−２，４−ジメトキシフェニル基等を例示することができる。

Ａｒ^１，Ａｒ^２である置換もしくは無置換のヘテロアリール基としては、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のうち少なくとも一つのヘテロ原子を含有する芳香族基であり、例えば、４−キノリル基、４−ピリジル基、３−ピリジル基、２−ピリジル基、３−フリル基、２−フリル基、３−チエニル基、２−チエニル基、２−オキサゾリル基、２−チアゾリル基、２−ベンゾオキサゾリル基、２−ベンゾチアゾリル基、２−ベンゾイミダゾリル基等を例示することができる。

前記一般式（１）で示されるフルオレン化合物において、Ａｒ^１とＡｒ^２は結合している窒素原子と共に含窒素複素環を形成してもよく、置換もしくは無置換のＮ−カルバゾリイル基、Ｎ−フェノキサジニイル基、またはＮ−フェノチアジニイル基が挙げられ、具体的には、Ｎ−カルバゾリイル基、２−メチル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−メチル−Ｎ−カルバゾリイル基、４−メチル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−ブチル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−ヘキシル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−オクチル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−デシル−Ｎ−カルバゾリイル基、３，６−ジメチル−Ｎ−カルバゾリイル基、２−メトキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−メトキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−エトキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−イソプロポキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−ブトキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−オクチルオキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−ｎ−デシルオキシ−Ｎ−カルバゾリイル基、３−フェニル−Ｎ−カルバゾリイル基、３−（４’−メチルフェニル）−Ｎ−カルバゾリイル基、３−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−Ｎ−カルバゾリイル基、３−クロロ−Ｎ−カルバゾリイル基、Ｎ−フェノキサジニイル基、Ｎ−フェノチアジニイル基、２−メチル−Ｎ−フェノチアジニイル基等を例示することができる。

前記一般式（１）で示されるフルオレン化合物において、Ａｒ^３である置換もしくは無置換のアリーレン基またはヘテロアリーレン基としては、下記一般式（２ａ）〜（２ｔ）

（式中、Ｒ^３〜Ｒ^６は各々独立して水素原子、炭素数１〜１８のアルキル基もしくはアルコキシ基、または炭素数６〜１８のアリール基を表す。ｌ，ｍおよびｎは１≦ｌ＋ｍ＋ｎ≦４を満たす正の整数を表す。）
を例示することができる。

Ｒ^３〜Ｒ^６の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等のアルコキシ基、フェニル基、４−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、２−メチルフェニル基、４−エチルフェニル基、３−エチルフェニル基、２−エチルフェニル基、４−ｎ−プロピルフェニル基、４−ｎ−ブチルフェニル基、４−イソブチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、４−シクロペンチルフェニル基、４−シクロヘキシルフェニル基、１−ビフェニリル基、２−ビフェニリル基、３−ビフェニリル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基等のアリール基等を挙げることができる。

前記一般式（１）で示されるフルオレン化合物において、Ｒ^１，Ｒ^２である置換もしくは無置換のアルキル基としては、炭素数１〜１８の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基が挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ステアリル基、トリクロロメチル基、トリフルオロメチル基、シクロプロピル基、シクロヘキシル基等を例示することができる。

Ｒ^１，Ｒ^２である置換もしくは無置換のアリール基としては、Ａｒ^１，Ａｒ^２の置換もしくは無置換のアリール基として例示したアリール基を挙げることができる。

Ｒ^１，Ｒ^２である置換もしくは無置換のヘテロアリール基としては、Ａｒ^１，Ａｒ^２の置換もしくは無置換のヘテロアリール基として例示したヘテロアリール基を挙げることができる。

前記一般式（１）で示されるフルオレン化合物において、Ｒ^１とＲ^２は結合して環状構造を形成してもよく、環状構造としては、下記一般式（３ａ）〜（３ｃ）

（式中、Ｒ^７〜Ｒ^１６は各々独立して水素原子、炭素数１〜１８のアルキル基もしくはアルコキシ基、または炭素数６〜１８のアリール基を表す。）
を例示することができる。

Ｒ^７〜Ｒ^１６の具体例としては、Ｒ^３〜Ｒ^６の具体例として示した炭素数１〜１８のアルキル基もしくはアルコキシ基、または炭素数６〜１２のアリール基を挙げることができる。

発光ドーパント層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍである。

発光層は、発光ホスト材料に発光ドーパント材料が分散された層である。発光ホスト材料に分散される発光ドーパント材料の濃度に特に制限はないが、発光ドーパント材料の濃度が高くなると発光効率が低下するおそれがあるため、５０重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましい。

本発明の有機ＥＬ素子に使用できる発光ホスト材料は、分散する発光ドーパント材料よりもエネルギーギャップが大きければ特に制限はなく、発光ドーパント材料のエネルギーギャップに合わせて、公知の発光ホスト材料から任意に選択して使用することができる。また、必要に応じて２種類以上の材料を発光ホスト材料として用いてもよい。発光ホスト材料としては、例えば、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環、ピレン環等を有する芳香族化合物、スチリル基を有する化合物、トリアリールアミノ基を有する化合物、カルバゾリイル基を有する化合物、チオフェン環、ピリジン環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環等を有する複素環芳香族化合物、アルミニウム、亜鉛等の金属錯体化合物を挙げることができる。

発光ホスト材料に発光ドーパント材料が分散された発光層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍである。

以上、本発明の有機ＥＬ素子における発光ドーパント層および発光ホスト材料に発光ドーパント材料が分散された発光層について説明したが、その他の構成要素については特に限定されず、一般に用いられている構成および材料を使用することができる。

本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に少なくとも正孔輸送層および発光層を有し、かつ正孔輸送層と発光層との間に発光ドーパント層を設けた構成であり、必要に応じて新たな層を設けることができる。具体的には以下の構成を例示することができる。
（Ａ）陽極／正孔輸送層／発光ドーパント層／発光層／陰極
（Ｂ）陽極／正孔輸送層／発光ドーパント層／発光層／電子輸送層／陰極
（Ｃ）陽極／正孔輸送層／発光ドーパント層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（Ｄ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光ドーパント層／発光層／電子輸送層／陰極
（Ｅ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光ドーパント層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
以下に、有機ＥＬ素子を構成する各部材を説明する。

本発明の基板には透明で表面が平滑なものであれば使用でき、ガラス、プラスティック等を用いることができる。また、基板の厚さは素子の支持が可能な範囲で任意に選択することができる。

本発明の陽極には仕事関数が大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、酸化物等を用いることができ、例えば、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、金、銀、銅、クロム等を挙げることができる。陽極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。

本発明の正孔輸送層および正孔注入層には陽極からの正孔注入障壁を緩和し、発光ドーパント層に正孔を輸送することができる材料を用いることができる。

陽極からの正孔注入障壁を緩和するという点から、正孔輸送材料および正孔注入材料のイオン化ポテンシャルは６．０ｅＶより小さいことが好ましく、５．６ｅＶより小さいことがより好ましい。

正孔を輸送することができるとは、注入された正孔を電界の力で輸送できる機能を有すことであり、例えば、１０^４〜１０^６Ｖ／ｃｍの電界印加時の正孔移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖ・秒以上であることが好ましく、１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・秒以上であることがより好ましい。

正孔輸送および注入材料としては、上記の性質を有していればよく、従来、有機ＥＬ素子の正孔輸送および注入層に使用されている公知の材料を用いることができる。

具体的には、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アリールアミン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、チオフェン誘導体、ポルフィリン誘導体、アニリン系共重合体、ポリチオフェン誘導体、ポリアリールアルカン誘導体などを挙げることができる。

正孔輸送層および正孔注入層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍである。また、必要に応じて２種類以上の材料を混合したり、積層させて用いてもよく、正孔輸送層および正孔注入層中に、例えば、酸化モリブデン等の酸化物、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）や２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）等の電子受容性ドーパントを含有させてもよい。

本発明の電子輸送層には、陰極から注入された電子を受け取り、発光層に輸送する機能を有する公知の材料を用いることができ、例えば、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体等の芳香族化合物誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フェナントロリン誘導体等の複素環化合物誘導体、８−キノリノール誘導体のアルミニウム錯体、有機シラン誘導体等が挙げられる。電子輸送層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍである。また、必要に応じて２種類以上の材料を混合したり、積層させて用いてもよく、電子輸送層に、例えば、アルカリ金属、アルカリ土金属等の還元性ドーパントを含有させてもよい。

本発明の電子注入層には、電流のリーク防止および電子注入性を向上させる機能を有する公知の材料を用いることができ、例えば、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土金属のハロゲン化物が挙げられる。電子注入層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は０．０１ｎｍ〜１００ｎｍであり、好ましくは０．１ｎｍ〜５０ｎｍである。

本発明の陰極には仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物を用いることができ、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の金属またはこれらを主成分とする合金が挙げられる。陰極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の方法を適用することができ、膜厚は特に制限はないが、通常は１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。

本発明によれば、正孔輸送層と発光層との間に発光ドーパント層を設けることにより、駆動電圧が低く、発光効率が高い有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

尚、作製した有機ＥＬ素子の電流−電圧特性および外部量子効率の測定はアジレント・テクノロジー・インク社製のＡｇｉｌｅｎｔ４１５５Ｃｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｙｚｅｒおよびニューポート社製のＭｕｌｔｉ−ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｍｅｔｅｒを使用して行った。

イオン化ポテンシャル（以下、Ｉｐと略す）の測定は、ガラス基板上にサンプルを１００ｎｍ蒸着した薄膜を用い、理研計器社製の大気中光電子分光装置ＡＣ−３を使用して行った。

発光量子収率（以下、Φ_ＰＬと略す）の測定は、石英基板上にサンプルを１００ｎｍ蒸着した薄膜を用い、浜松ホトニクス社製の絶対ＰＬ量子収率測定装置（Ｃ９９２０−０２）を使用して積分球を用いて測定した。

実施例および比較例で使用した化合物の化学式を以下に示す。

実施例１
厚さ１６０ｎｍのＩＴＯ透明電極（陽極）を積層したガラス基板をアセトンおよび純水による超音波洗浄、イソプロピルアルコールによる沸騰洗浄を行なった。さらに紫外線オゾン洗浄を行ない、真空蒸着装置へ設置後１×１０^−３Ｐａになるまで、真空ポンプにて排気した。まず、ＩＴＯ透明電極上に４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ、Ｉｐ＝５．５ｅＶ）を蒸着速度０．３ｎｍ／秒で蒸着し、３０ｎｍの正孔輸送層とした。引き続き、発光ドーパント材料である２，７−ビス（４−ジフェニルアミノビフェニル）−９，９−ジフェニル−９Ｈ−フルオレン（Ｆｌｕｏｒｅｎｅ２、Ｉｐ＝５．７ｅＶ、Φ_ＰＬ＝９０％）を蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し、１０ｎｍの発光ドーパント層とした。さらに、発光ドーパント材料であるＦｌｕｏｒｅｎｅ２と発光ホスト材料である２，７−ビスビフェニル−９，９−ビスビフェニル−９Ｈ−フルオレン（Ｆｌｕｏｒｅｎｅ１、Ｉｐ＝５．９ｅＶ）を重量比が１：１５．５になるように蒸着速度０．３３ｎｍ／秒で共蒸着し、２０ｎｍの発光層とした。次に、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）を蒸着速度０．３ｎｍ／秒で蒸着し、４０ｎｍの電子輸送層とした後、電子注入層として沸化リチウムを蒸着速度０．０２ｎｍ／秒で０．５ｎｍ蒸着し、さらに陰極としてアルミニウムを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で１００ｎｍ蒸着して、有機ＥＬ素子を作製した。

作製した素子に１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した場合の駆動電圧および外部量子効率を測定したところ、駆動電圧は４．８Ｖ、外部量子効率は４．９％であった。

実施例２
発光ドーパント材料として、Ｆｌｕｏｒｅｎｅ２の代わりに２，７−ビス（４−ジフェニルアミノビフェニル）−９，９−ビスビフェニル−９Ｈ−フルオレン（Ｆｌｕｏｒｅｎｅ３、Ｉｐ＝５．７ｅＶ、Φ_ＰＬ＝９０％）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で有機ＥＬ素子を作製した。

作製した素子に１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した場合の駆動電圧および外部量子効率を測定したところ、駆動電圧は４．６Ｖ、外部量子効率は５．１％であった。

比較例１
発光ドーパント層を設けず、正孔輸送層の膜厚を４０ｎｍにした以外は、実施例１と同様の方法で有機ＥＬ素子を作製した。

作製した素子に１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した場合の駆動電圧および外部量子効率を測定したところ、駆動電圧は５．４Ｖ、外部量子効率は２．２％であった。

比較例２
発光ドーパント層を設けず、正孔輸送層の膜厚を４０ｎｍにした以外は、実施例２と同様の方法で有機ＥＬ素子を作製した。

作製した素子に１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した場合の駆動電圧および外部量子効率を測定したところ、駆動電圧は５．４Ｖ、外部量子効率は２．４％であった。

比較例３
発光ドーパント材料として、Ｆｌｕｏｒｅｎｅ２の代わりに４，４’−ビス（ｐ−ジフェニルアミノスチリル）ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ、Ｉｐ＝５．６ｅＶ、Φ_ＰＬ＝１９％）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で有機ＥＬ素子を作製した。

作製した素子に１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した場合の駆動電圧および外部量子効率を測定したところ、駆動電圧は５．０Ｖ、外部量子効率は２．７％であった。

本発明における有機ＥＬ素子の概略断面図を示す。

符号の説明

１．基板
２．陽極
３．正孔輸送層
４．発光ドーパント材料からなる層（発光ドーパント層）
５．発光層
６．電子輸送層
７．陰極

Claims

一対の電極間に少なくとも正孔輸送層と、発光ホスト材料に発光ドーパント材料が分散された層からなる発光層を有する有機ＥＬ素子において、当該正孔輸送層と発光層との間に、発光層で用いた発光ドーパント材料のみからなる層（以下、発光ドーパント層という）を設け、かつ発光ドーパント層の発光量子収率が４０％以上であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
発光ドーパント層が正孔輸送性を有し、かつイオン化ポテンシャルが正孔輸送層より高く、発光層より低いことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
発光ドーパント材料が一般式（１）

（式中、Ａｒ^１，Ａｒ^２は各々独立して置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基を表し、結合している窒素原子と共に含窒素複素環を形成してもよい。Ａｒ^３は置換もしくは無置換のアリーレン基またはヘテロアリーレン基を表す。Ｒ^１，Ｒ^２は各々独立して置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Ｒ^１とＲ^２が結合して環状構造を形成してもよい。）
で示されるフルオレン化合物であることを特徴とする請求項１〜２に記載の有機ＥＬ素子。