(57)【要約】【課題】数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動及び任意の発光色での長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】少なくとも正孔輸送層３ｂと有機発光層３ｃとを第一電極２と第二電極４との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子１０である。有機発光層３ｃは、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上であるホスト材料と、所定色の発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含み、正孔輸送層３ｂは、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である正孔輸送性材料を含んでなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも正孔輸送層と有機発光層と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、
前記有機発光層は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上であるホスト材料と、所定色の発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含み、
前記正孔輸送層は、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である正孔輸送性材料を含んでなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ホスト材料は、正孔移動度μｈＥＭが１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Electro  Luminescence）素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子として、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、を順次積層してなるものが知られている。
【０００３】
かかる有機ＥＬ素子は、第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が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る。有機ＥＬ素子は、ディスプレイや照明装置のほか、プリントヘッドの光源など幅広い用途で用いられる。
【０００４】
また、特許文献１には、高温環境下での信頼性を高めるために、発光層が正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが０．６以上１０以下となるホスト材料と、発光を呈する発光ドーパントと、正孔輸送性ドーパントと、を少なくとも含み、ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性ドーパントの正孔移動度μｈＨＴとの比μｈＨＴ／μｅＥＭが０．１以上１０以下である有機ＥＬ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１０８７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般にホスト材料として利用される、正孔及び電子の両キャリアの移動が良好なバイポーラ（両キャリア輸送性）の有機材料の多くは、正孔移動度に対して電子移動度が高いのが実状であり、特許文献１に開示される構成は、ホスト材料と発光ドーパントとの組み合わせが限られ、任意の発光色（例えば赤色）での長寿命化が難しいという問題があった。また、特許文献１に開示される構成は、３０００ｃｄ／ｍ２程度の発光輝度での駆動については長寿命化が可能となるものの、プリントヘッドの光源のように数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動についての長寿命化にはなお改善の余地があった。
【０００７】
そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動及び任意の発光色での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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも正孔輸送層と有機発光層と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、
前記有機発光層は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上であるホスト材料と、所定色の発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含み、
前記正孔輸送層は、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である正孔輸送性材料を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動及び任意の発光色での長寿命化が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施例１及び比較例１〜３の構成及び試験結果を示す図。
【図３】本発明の実施例１及び比較例１〜３の試験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０を示す図である。有機ＥＬ素子１０は、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、機能層３と、陰極となる第二電極４と、を有するものである。なお、有機ＥＬ素子は、吸湿剤が塗布される封止基板を支持基板１上に配設して封止されるものであるが、図１ではこの封止基板を省略している。
【００１３】
支持基板１は、例えば透明なガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第一電極２，機能層３及び第二電極４が順に積層形成される。
【００１４】
第一電極２は、正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にＩＴＯ等の透明導電材料をスパッタリング法等の手段によって層状に形成してなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされる。また、第一電極２は、その表面にＵＶ／Ｏ３処理やプラズマ処理等の表面処理が施される。
【００１５】
機能層３は、少なくとも有機発光層を含む多層構造からなり、第一電極２上に形成されるものである。本実施形態においては、第一電極２側から順に正孔注入層３ａ，正孔輸送層３ｂ，有機発光層３ｃ，電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅが順に積層形成されてなる。
【００１６】
正孔注入層３ａは、第一電極２から正孔を取り込む機能を有する。正孔注入層３ａは、例えば低分子の有機材料であるアミン系化合物等の正孔輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって膜厚１５〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。
【００１７】
正孔輸送層３ｂは、有機発光層３ｃと接し、正孔を有機発光層３ｃへ伝達する機能を有する。正孔輸送層３ｂは、正孔移動度（以下、正孔輸送層３ｂに用いられる正孔輸送性材料の正孔移動度を正孔移動度μｈＨＴと記す）が１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である例えば低分子の有機材料であるアミン系化合物等の正孔輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって膜厚１５〜４０ｎｍ程度の層状に形成してなる。
【００１８】
有機発光層３ｃは、正孔移動度（以下、ホスト材料の正孔移動度を正孔移動度μｈＥＭと記す）と電子移動度（以下、ホスト材料の電子移動度を電子移動度μｅＥＭと記す）との比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上（μｅＥＭ／μｈＥＭ≧１０）となる低分子の有機材料であるホスト材料に少なくとも所定の色の発光を呈する発光ドーパントを共蒸着等の手段によって添加し、膜厚３０〜５０ｎｍ程度の層状に形成した混合層である。また、前記ホスト材料の正孔移動度μｈＥＭは１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上であり（μｈＥＭ≧１０−５ｃｍ２／Ｖｓ）、電子移動度μｅＥＭは１０−４ｃｍ２／Ｖｓ以上である（μｅＥＭ≧１０−４ｃｍ２／Ｖｓ）ことが望ましい。前記ホスト材料は、通常有機発光層３ｃ中で最も高い比率で含まれるものであり、正孔及び電子の輸送が可能であり、その分子内で正孔及び電子が再結合することで前記発光ドーパントを発光させる機能を有する。前記発光ドーパントは、正孔と電子との再結合に反応して所定の色で発光する機能を有し、例えば赤色発光を示す低分子の有機材料であるピロメテン化合物等の蛍光材料からなる。前記発光ドーパントは、前記ホスト材料とのＩｐ（イオン化ポテンシャル）の差が０．０５ｅＶ以上であることが望ましい。前記発光ドーパントと前記ホスト材料とのＩｐの差は、励起子のエネルギー移動の効率に関与し、Ｉｐの差が小さいと前記発光ドーパントは前記発光ドーパント自体で正孔と電子で励起子を形成して発光する割合が高くなり、前記ホスト材料で形成された励起子からのエネルギー移動による発光割合が低下するため、発光効率の低下が生じるからである。したがって、所望の発光色を得ようとする場合には、その発光色で発光する発光ドーパントに対して、Ｉｐの差が上記の条件を満たすホスト材料を選択する必要がある。
【００１９】
電子輸送層３ｄは、有機発光層３ｃと接し、電子を有機発光層３ｃへ伝達する機能を有する。電子輸送層３ｄは、例えば電子移動度（以下、電子輸送層３ｄに用いられる電子輸送性材料の電子移動度をμｅＥＴと記す）が１０−４ｃｍ２／Ｖｓ以上（μｅＥＴ≧１０−４ｃｍ２／Ｖｓ）である例えば低分子の有機材料であるトリアジン化合物等の電子輸送性材料と例えばリチウム８−キノリノラート（Ｌｉｑ）等のリチウム錯体とを共蒸着等の手段によって混合し、膜厚８〜３０ｎｍ程度の層状に形成した混合層である。なお、前記電子輸送性材料とリチウム錯体とは例えばｗｔ％比率が１：１で混合されるものであるが、この比率を変更することでキャリアバランスを変化させることも可能である。
【００２０】
電子注入層３ｅは、電子を第二電極４から取り込む機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）やＬｉｑを真空蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の薄膜状に形成してなる。
【００２１】
第二電極４は、電子を注入する陰極となるものであり、電子注入層３ｄ上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗導電材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成した導電膜からなる。
【００２２】
以上の各部によって有機ＥＬ素子１０が構成されている。
【００２３】
本願発明者らは、鋭意検討した結果、前記ホスト材料の正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとを所定の範囲に規定し、また、前記正孔輸送性材料の正孔移動度μｈＨＴを所定の範囲に規定することで有機ＥＬ素子のキャリアバランスを安定化させ、数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動及び任意の発光色での長寿命化が可能であることを見いだし、本発明に達した。すなわち、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上（μｅＥＭ／μｈＥＭ≧１０）である前記ホスト材料により有機発光層３ｃを形成し、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である前記正孔輸送性材料によって正孔輸送層３ｂを形成することによって、キャリアバランスを安定させて数万ｃｄ／ｍ２の高輝度での駆動及び任意の発光色で寿命の長い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００２４】
前述したように、一般にホスト材料として利用される、正孔及び電子の両キャリアの移動が良好なバイポーラ（両キャリア輸送性）の有機材料の多くは、正孔移動度μｈＥＭに対して電子移動度μｅＥＭが高いのが実状であり、所望の発光色を得るためには（所望の発光ドーパントを用いるためには）、ホスト材料の正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭがある程度大きい条件を満たす必要があった。具体的には、本発明のように移動度の比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上（μｅＥＭ／μｈＥＭ≧１０）である場合に所望の発光ドーパントと組み合わせ可能な（発光ドーパントとのＩｐの差が０．０５ｅＶ以上である）前記ホスト材料を適宜選定できる。
一方で、ホスト材料は、電子と正孔とを輸送しかつ電子と正孔とを再結合させて励起子を形成するものであり、電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＥＭとの差が大きいと励起子の形成する領域が偏ってしまい、有機発光層３ｃの中で均一に発光することができず、励起子同士の再結合が生じ発光効率を低下させる。さらに再結合できないであふれた電子や正孔は正孔輸送層３ｂや電子輸送層３ｄへ影響を及ぼし、材料を劣化させ寿命特性を悪化させる。正孔移動度μｈＥＭに対して電子移動度μｅＥＭが一桁以上高いホスト材料では、電子が正孔輸送層３ｂと有機発光層３ｃとの界面に蓄積され、あふれた電子が正孔輸送層３ｂの正孔輸送性材料を劣化させて寿命特性を悪くすると考えられる。これに対し本願発明者は、鋭意検討した結果、数万ｃｄ／ｍ２の高輝度での駆動においては、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である前記正孔輸送性材料で正孔輸送層３ｂを形成することで顕著な劣化抑制効果を得ることができ、長寿命化が可能であることを見いだした。
【００２５】
以下、さらに本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。図２及び図３は実施例及び比較例の性能比較を示している。
【実施例１】
【００２６】
支持基板１上にＩＴＯからなる第一電極２を膜厚１４５ｎｍで形成し、第一電極２上に正孔輸送性材料ＨＴ１からなる正孔注入層３ａを真空蒸着法によって膜厚３０ｎｍで形成した。正孔輸送性材料ＨＴ１は、アザトリフェニレン誘導体からなり、Ｉｐ＝５．６５ｅＶである。
さらに、正孔注入層３ａ上に、正孔輸送性材料ＨＴ２からなる正孔輸送層３ｂを真空蒸着法によって膜厚２０ｎｍで形成した。正孔輸送性材料ＨＴ２は、アリールアミン化合物からなり、Ｉｐ＝５．４８ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝３．２×１０−３ｃｍ２／Ｖｓである。
さらに、正孔輸送層３ｂ上に、ホスト材料ＥＭ１と赤色発光を示す蛍光ドーパントＲＤ１を１００：１のｗｔ％比率で含有させて共蒸着法によって有機発光層３ｃを膜厚４０ｎｍで形成した。ホスト材料ＥＭ１は、ナフタセン化合物からなり、Ｉｐ＝５．６７ｅＶ、Ｅａ（電子親和力）＝３．２７ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝１０−４ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝１０−５ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭは１０（μｅＥＭ／μｈＥＭ＝１０）である。蛍光ドーパントＲＤ１は、ピロメテン化合物からなり、Ｅｇ（エネルギーギャップ）＝２．０ｅＶ、Ｉｐ＝５．５６ｅＶであり、ホスト材料ＥＭ１とのＩｐの差は０．１１ｅＶである。
さらに、有機発光層３ｃ上に電子輸送性材料ＥＴ１とＬｉｑとを１：１のｗｔ％比率で含有させて電子輸送層３ｄを共蒸着法によって膜厚２０ｎｍで形成した。電子輸送性材料ＥＴ１は、トリアジン化合物からなり、Ｉｐ＝６．５ｅＶ、Ｅａ＝３．１ｅＶ、電子移動度μｅＥＴ＝１０−４ｃｍ２／Ｖｓである。
さらに、電子輸送層３ｄ上に電子注入層３ｅとしてＬｉＦを真空蒸着法によって膜厚１ｎｍで形成し、電子注入層３ｅ上に第二電極４としてＡｌを真空蒸着法によって膜厚１００ｎｍで形成して有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１は赤色発光を示し、６０℃の温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝２１０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２５００時間を超えた。なお、発光輝度の測定はトプコン社製の分光放射計ＳＲ−３を用いて行った。
【００２７】
（比較例１）
また、比較例１として、正孔輸送層３ｂを正孔輸送性材料ＨＴ３で形成したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。正孔輸送性材料ＨＴ３は、芳香族アミン誘導体からなり、Ｉｐ＝５．３８ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝７×１０−４ｃｍ２／Ｖｓである。比較例１は赤色発光を示し、６０℃の温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝２１０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は５００時間程度であった。
【００２８】
（比較例２）
また、比較例２として、正孔輸送層３ｂを正孔輸送性材料ＨＴ４で形成したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。正孔輸送性材料ＨＴ４は、芳香族化合物からなり、Ｉｐ＝５．２７ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝８．５×１０−４ｃｍ２／Ｖｓである。比較例２は赤色発光を示し、６０℃の温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝２１０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は５００時間程度であった。
【００２９】
（比較例３）
また、比較例３として、正孔輸送層３ｂを正孔輸送性材料ＨＴ５で形成したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の作製及び特性の測定を行った。正孔輸送性材料ＨＴ５は、芳香族化合物からなり、Ｉｐ＝５．２９ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝３．８×１０−４ｃｍ２／Ｖｓである。比較例３は赤色発光を示し、６０℃の温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝２１０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は５００時間程度であった。
【００３０】
図２及び図３に示すように、有機発光層３ｃに正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが本発明における規定範囲（μｅＥＭ／μｈＥＭ≧１０）内となるホスト材料ＥＭ１を用い、さらに正孔輸送層３ｂに正孔移動度μｈＨＴが本発明における規定範囲（μｈＨＴ≧１０−３ｃｍ２／Ｖｓ）内となる正孔輸送性材料ＨＴ２を用いた実施例１は、任意の発光色（赤色）を呈し、初期輝度Ｌｐが２１０００ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動において顕著な長寿命化が可能となっている。これに対し、正孔輸送層３ｂに正孔移動度μｈＨＴが本発明における規定範囲（μｈＨＴ≧１０−３ｃｍ２／Ｖｓ）外となる正孔輸送性材料ＨＴ３〜ＨＴ５を用いた比較例１〜３は、任意の発光色が得られるものの、実施例１と比較して高輝度駆動における半減寿命が極端に短くなっているため有機ＥＬ素子としての特性が悪化している。したがって、本発明のように有機ＥＬ素子１０を形成することにより数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動において任意の発光色で長寿命化が可能となることは図２及び図３からも明らかである。
【００３１】
以上のような効果は、以下の構成によって得ることができる。
すなわち、少なくとも正孔輸送層３ｂと有機発光層３ｃとを第一電極２（陽極）と第二電極４（陰極）との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子１０であって、
有機発光層３ｃは、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比μｅＥＭ／μｈＥＭが１０以上である（μｅＥＭ／μｈＥＭ≧１０）ホスト材料と、所定色の発光を呈する発光ドーパントと、を少なくとも含み、
正孔輸送層３ｂは、正孔移動度μｈＨＴが１０−３ｃｍ２／Ｖｓ以上である（μｈＨＴ≧１０−３ｃｍ２／Ｖｓ）正孔輸送性材料を含んでなる。
【００３２】
また、前記ホスト材料は、正孔移動度μｈＥＭが１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上である（μｈＥＭ≧１０−５ｃｍ２／Ｖｓ）。これによれば、前記ホスト材料自体でも正孔の移動を高めキャリアバランスを安定させて長寿命化が可能となる。
【００３３】
本発明は、前述の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更（構成要素の削除を含む）が可能であることは勿論である。例えば、発光ドーパントＲＤ１は赤色発光を示すものであったが、発光ドーパントは他の発光色を示すものであってもよい。また、正孔注入層３ａ、有機発光層３ｃ及び／あるいは電子輸送層３ｄが複数層形成される構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に数万ｃｄ／ｍ２の高輝度駆動での使用が想定される機器に用いられる有機ＥＬ素子に好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  有機ＥＬ素子
１  支持基板
２  第一電極（陽極）
３  機能層
３ａ  正孔注入層
３ｂ  正孔輸送層
３ｃ  有機発光層
３ｄ  電子輸送層
３ｅ  電子注入層
４  第二電極（陰極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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