(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極、燐光材料を含む有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる正孔ブロッキング層、有機化合物からなる電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記正孔ブロッキング層の間に前記発光層を構成する材料及び前記正孔ブロッキング層を構成する材料を含む混合層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記陽極及び前記発光層間に、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ材料からなる層が１層以上配されていることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記陽極及び前記発光層間に、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ複数の材料からなる混合層が１層以上配されていることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記陰極及び前記電子輸送層間に電子注入層が配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記発光層と前記正孔ブロッキング層の間の前記混合層は、一種類の電子輸送材料が全体の種類の電子輸送材料に対して重量比率で５〜９５％の割合で混合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流の注入によって発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬともいう）を利用して、かかる物質を層状に形成した発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、有機材料を用いたデイスプレイパネルを構成する各有機ＥＬ素子は、表示面としてのガラス基板上に、透明電極としての陽極、有機発光層を含む複数の有機材料層、金属電極からなる陰極を、順次、薄膜として積層した構造を有している。有機材料層には、有機発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層などの正孔輸送能を持つ材料からなる層や、電子輸送層、電子注入層などの電子輸送能を持つ材料からなる層などが含まれ、これらが設けられた構成の有機ＥＬ素子も提案されている。電子注入層には無機化合物も含まれる。
【０００３】
有機発光層並びに電子あるいは正孔の輸送層の積層体の有機ＥＬ素子に電界が印加されると、陽極からは正孔が、陰極からは電子が注入される。有機ＥＬ素子は、この電子と正孔が有機発光層において再結合再結合し、励起子が形成され、それが基底状態に戻るときに放出される発光を利用したものである。発光の高効率化や素子を安定駆動させるために、発光層に色素をドープすることもある。
【０００４】
例えばオキシンのＡｌ錯体（Ａｌｑ３）に代表される金属錯体は電子輸送能力を持ち、陽極から注入され発光層中を移動する正孔をブロックするが、正孔の一部がＡｌｑ３に移動し、完全にブロックするわけではない。
そこで、有機ＥＬ素子の低電力性、発光効率の向上と駆動安定性を向上させるために、有機発光層から陰極の間に、有機発光層からの正孔の移動を制限する正孔ブロッキング層を設けることが提案されている。この正孔ブロッキング層により正孔を発光層中に効率よく蓄積することによって、電子との再結合確率を向上させ、発光の高効率化を達成することができる。正孔ブロック材料としてトリフェニルジアミン誘導体やトリアゾール誘導体が有効であると報告されている（特開平８−１０９３７３号及び特開平１０−２３３２８４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ素子の発光効率を増大させるには正孔ブロッキング層を設けることが有効であるが、さらに、素子の延命化が必要がある。少ない電流によって高輝度で連続駆動発光する高発光効率の有機エレクトロルミネッセンス素子が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、陽極から注入される正孔を発光層中に閉じ込め、かつ陰極から注入される電子を通過させ、両キャリアの再結合確率を高める正孔ブロック層を有した有機ＥＬ素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極、有機化合物からなる発光層、有機化合物からなる正孔ブロッキング層、有機化合物からなる電子輸送層及び陰極が積層されて得られる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記発光層と前記正孔ブロッキング層の間に前記発光層を構成する材料及び前記正孔ブロッキング層を構成する材料を含む混合層を有することを特徴とする。
【０００８】
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記陽極及び前記発光層間に、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ材料からなる層が１層以上配されていることを特徴とする。
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記陽極及び前記発光層間に、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ複数の材料からなる混合層が１層以上配されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記陰極及び前記電子輸送層間に電子注入層が配されていることを特徴とする。
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記混合層において、一種類の電子輸送材料が全体の種類の電子輸送材料に対して重量比率で５〜９５％の割合で混合されていることを特徴とする。
【００１０】
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記混合層を構成する少なくとも一種類の電子輸送材料が前記発光層よりも大なるイオン化ポテンシャルを有する電子輸送材料を主成分とすることを特徴とする。
かかる有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記発光層が蛍光材料又は燐光材料を含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラスなどの透明基板１上にて、透明な陽極２、有機化合物からなる正孔輸送層３、有機化合物からなる発光層４、有機化合物からなる正孔ブロッキング層５、有機化合物からなる電子輸送層６及び金属からなる陰極７が積層されて得られる有機ＥＬ素子であって、発光層４と正孔ブロッキング層５の間に発光層を構成する材料及び正孔ブロッキング層を構成する材料を含む混合層４５を設けた素子である。
【００１２】
他の有機ＥＬ素子構造には、上記構造に加えて、図２に示すように、電子輸送層６及び陰極７間に電子注入層７ａを薄膜として積層、成膜したものも含まれる。
さらに、図３に示すように、陽極２及び正孔輸送層３間に正孔注入層３ａを薄膜として積層、成膜したものも含まれる。
【００１３】
さらに、発光層４が正孔輸送性を有する発光材料からなるものであれば、図１〜図３に示す構造から、正孔輸送層３や正孔注入層３ａを省いた構造であってもよい。例えば、図４及び図５に示すように、有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔注入層３ａ、発光層４、混合層４５、正孔ブロッキング層５、電子輸送層６及び陰極７が順に成膜された構造や、陽極２、発光層４、混合層４５、正孔ブロッキング層５、電子輸送層６及び陰極７が順に成膜された構造を有し得る。
【００１４】
陰極１には、例えばアルミニウム、マグネシウム、インジウム、銀又は各々の合金等の仕事関数が小さな金属からなり厚さが約１００〜５０００オングストローム程度のものが用い得る。また、例えば陽極２には、インジウムすず酸化物（以下、ＩＴＯという）等の仕事関数の大きな導電性材料からなり厚さが１０００〜３０００オングストローム程度、又は金で厚さが８００〜１５００オングストローム程度のものが用い得る。なお、金を電極材料として用いた場合には、電極は半透明の状態となる。陰極及び陽極について一方が透明又は半透明であればよい。
【００１５】
実施形態において、発光層４と正孔ブロッキング層５との間に積層されている混合層４５は、発光層４に使用する材料と正孔ブロッキング層５に使用する電子輸送材料を共蒸着などにより混合して成膜された混合層である。さらに、この混合層４５に一種類以上の電子輸送材料を混ぜてもよい。電子輸送能力を有する電子輸送材料は、例えば、下記式に示される物質から選択される。電子輸送材料はそのイオン化ポテンシャルが発光層のイオン化ポテンシャルよりも大なるものが選択される。混合層４５において、一種類の電子輸送材料が全体の種類の電子輸送材料に対して重量比率で５〜９５％の割合で混合されていることが好ましい。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
【化２】
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【００１８】
【化３】
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【００１９】
【化４】
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【００２０】
【化５】
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【００２１】
【化６】
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【００２２】
【化７】
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【００２３】
【化８】
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【００２４】
【化９】
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【００２５】
【化１０】
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【００２６】
【化１１】
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【００２７】
【化１２】
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【００２８】
【化１３】
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【００２９】
【化１４】
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【００３０】
【化１５】
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【００３１】
【化１６】
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【００３２】
【化１７】
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【００３３】
【化１８】
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【００３４】
【化１９】
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【００３５】
【化２０】
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【００３６】
【化２１】
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【００３７】
【化２２】
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【００３８】
実施形態において、発光層４に含まれる成分は、例えば、下記式に示される正孔輸送能力を有する物質である。
【００３９】
【化２３】
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【００４０】
【化２４】
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【００４１】
【化２５】
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【００４２】
【化２６】
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【００４３】
【化２７】
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【００４４】
【化２８】
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【００４５】
【化２９】
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【００４６】
【化３０】
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【００４７】
【化３１】
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【００４８】
【化３２】
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【００４９】
【化３３】
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【００５０】
【化３４】
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【００５１】
【化３５】
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【００５２】
【化３６】
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【００５３】
【化３７】
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【００５４】
【化３８】
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【００５５】
【化３９】
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【００５６】
【化４０】
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【００５７】
【化４１】
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【００５８】
【化４２】
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【００５９】
【化４３】
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【００６０】
【化４４】
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【００６１】
【化４５】
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【００６２】
【化４６】
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【００６３】
【化４７】
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【００６４】
【化４８】
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【００６５】
【化４９】
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【００６６】
なお、上記式中、Ｍｅはメチル基を示し、Ｅｔはエチル基を示し、Ｂｕはブチル基を示し、ｔ−Ｂｕは第３級ブチル基を示す。発光層４内には、上記式の物質以外のものが含まれてもよい。発光層の中に蛍光の量子効率の高いクマリン誘導体（化２８）、キナクリドン誘導体（化３０）〜（化３２）などの蛍光材料又は燐光材料（化２６）〜（化３２）をドープすることも好ましい。
【００６７】
実施形態において、正孔注入層３ａ又は正孔輸送層３を構成する材料は、例えば、上記式（化３３）〜（化４９）に示される正孔輸送能を持つ物質から選択される。また、陽極及び発光層間に配置され正孔注入層、正孔輸送層はそれぞれ、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ複数の材料からなる混合層として共蒸着して形成してもよく、更に、その混合層を１層以上設けてもよい。このように、陽極及び発光層間に、有機化合物からなる正孔輸送能を持つ材料からなる層が、正孔注入層又は正孔輸送層として１層以上、配置される構成とすることができる。
【００６８】
具体的に、有機ＥＬ素子を作製して、その特性を評価した。
＜比較例１＞
膜厚１１００Åの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よって真空度５．０×１０-6Ｔｏｒｒで積層させた。
まず、ＩＴＯ上に、正孔注入層として（化３４）で示されるＮ，Ｎ´−ジフェニル−Ｎ，Ｎ´−（３−メチルフェニル）−１，１´−ビフェニル−４，４´−ジアミン（以下、ＴＰＤという）を蒸着速度３Å／秒で４００Åの厚さに形成した。
【００６９】
次に、正孔注入層上に、発光層として（化２３）で示される４，４´−Ｎ，Ｎ´−ジカルバソル−ビフェニル（以下、ＣＢＰという）と（化３２）で示されるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（以下、Ｉｒ（ＰＰＹ）３という）とを異なる蒸着源から共蒸着した。この時、発光層中のＩｒ（ＰＰＹ）３の濃度は６．５ｗｔ％であった。ＣＢＰの蒸着速度は５Å／秒で蒸着した。
【００７０】
さらに、この発光層上に、正孔ブロッキング層として（化１４）で示される２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（以下、ＢＣＰという）を蒸着速度３Å／秒で１００Åを積層した。
この後、正孔ブロッキング層上に、電子輸送層として（化１）で示されるトリス（８−ヒドロキシキノリンアルミニウム）（以下、Ａ１ｑ３という）を蒸着速度３Å／秒で４００Å蒸着した。
【００７１】
さらに、電子輸送層上に、電子注入層として酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）を蒸着速度０．１Å／秒で、５Å蒸着し、さらにその上に電極としてアルミニウム（Ａｌ）を１０Å／秒で１５００Å積層し、有機発光素子を作成した。
この素子はＩｒ（ＰＰＹ）３からの発光が得られた。この様にして作成した素子を一定電流値１．２ｍＡ／ｃｍ2で駆動したところ、輝度半減期は１７０時間（Ｌｏ＝５００ｃｄ／ｍ2）であった。
＜実施例１＞
正孔ブロッキング層と発光層の間に、正孔ブロッキング層を構成する材料のＢＣＰと発光層を構成する材料のＣＢＰとを膜厚比１：１の割合で異なる蒸着源から１００Å共蒸着して混合層を設けた以外、比較例１と同様にして素子を作成した。
【００７２】
この素子を比較例１と同じ定電流値１．２ｍＡ／ｃｍ2で駆動したところ、初期輝度４４０ｃｄ／ｍ2、半減期３５００時間と寿命が著しく改善された。
＜比較例２＞
比較例１の発光層を、Ｉｒ（ＰＰＹ）３を共蒸着せずＣＢＰのみで形成した以外、比較例１と同様に素子を作成した。
【００７３】
この素子も比較例１と同様に１．２ｍＡ／ｃｍ2で駆動したところ、半減期は５０時間であった。
＜実施例２＞
正孔ブロッキング層と発光層の間に、正孔ブロッキング層を構成する材料のＢＣＰと発光層を構成する材料のＣＢＰとを膜厚比１：１の割合で異なる蒸着源から１００Å共蒸着して混合層を設けた以外、比較例２と同様にして素子を作成した。
【００７４】
この素子も比較例１と同様に１．２ｍＡ／ｃｍ2で駆動したところ、半減期は７３０時間と改善された。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発光層を構成する材料及び正孔ブロッキング層を構成する材料を含む混合層を発光層と正孔ブロッキング層の間に設けたために、有機ＥＬ素子駆動中の熱による正孔ブロッキング層と隣接層との相互拡散を防ぐことができ、長期間発光させ得る有機ＥＬ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子を示す構造図である。
【図２】有機ＥＬ素子を示す構造図である。
【図３】有機ＥＬ素子を示す構造図である。
【図４】有機ＥＬ素子を示す構造図である。
【図５】有機ＥＬ素子を示す構造図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  透明電極（陽極）
３  有機正孔輸送層
３a  正孔注入層
４  有機発光層
５  正孔ブロッキング層
６  電子輸送層
７  金属電極（陰極）
７a  電子注入層
４５  混合層
【図１】
0003904793.tif 000051
【図２】
0003904793.tif 000052
【図３】
0003904793.tif 000053
【図４】
0003904793.tif 000054
【図５】
0003904793.tif 000055