WO2007004563A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Hideaki Nagashima
Hidetsugu Ikeda
Hiroaki Nakamura
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Definitions

  • the present invention relates to an organic electoluminescence (EL) device, and more particularly to a highly efficient organic EL device.
  • EL organic electoluminescence
  • Organic EL devices using organic substances are promising for use as inexpensive solid-state light-emitting large-area full-color display devices, and many developments have been made.
  • an organic EL element is composed of a light emitting layer and a pair of counter electrodes sandwiching the layer. When an electric field is applied between both electrodes, electrons are injected from the cathode side and holes are injected from the anode side. Light emission is a phenomenon in which these electrons recombine with holes in the light emitting layer to generate an excited state, and energy is released as light when the excited state returns to the ground state.
  • Patent Document 1 discloses an ITO (indium tin oxide) / hole transport layer / light emitting layer / cathode device.
  • a structured organic EL device is disclosed.
  • an aromatic tertiary amine is used as a material for the hole transport layer, and this element configuration enables high luminance of several hundred cd / m 2 at an applied voltage of 20 V or less. .
  • Non-Patent Document 1 discloses that by using an iridium complex, which is a phosphorescent light-emitting dopant, as a dopant in the light-emitting layer, the luminance is several hundred cdZm 2 or less and the light emission efficiency is about 40 lumens / W or more. It is reported that there is.
  • Patent Document 2 discloses a technique using a concentration gradient in the light emitting layer of an organic EL element.
  • Example 1 and Comparative Example 1 of Patent Document 2 there is a description of an organic EL device using a heavy metal complex Irppy.
  • the device of Example 1 has a configuration in which a portion other than the light-emitting layer containing the complex is also used as a driving or mixed layer, and the external quantum yield is 15% to 16%, which is only 1%. It ’s not rising.
  • Patent Document 2 describes only Irppy, ie, adaptation of light emission to the green range, and does not describe blue light emission, particularly an organic EL device using a heavy metal complex.
  • Patent Document 3 also describes a technique for improving performance by using a concentration gradient. However, this is a technology that provides a monotonic concentration gradient on the anode side and cathode side of the light emitting layer.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-295695
  • Patent Document 2 JP 2005-100767
  • Patent Document 3 US2005 / 0046337A1
  • Non-Patent Document 1 T. Tsutsui. Et. Al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp. L15 02-L1504
  • An object of the present invention is to provide an organic EL device having a high current efficiency or a high luminous efficiency, in particular, an organic EL device emitting blue light.
  • the dopant used in the light emitting layer is required to have a charge injection property and a light emitting property into the light emitting layer.
  • the dopant concentration region has excellent charge injection properties and the dopant concentration has excellent light emission properties. It has been found that by containing these regions separately and containing these concentration regions, the light emission characteristics can be improved and a higher performance device can be produced, and the present invention has been completed.
  • the following organic EL device is provided.
  • anode side region Between the anode and the cathode, an anode side region, an inner region, and a light emitting layer having a cathode side region force,
  • Each region includes a host compound made of an organic material and a metal complex having a heavy metal. And a dopant having a light emission performance of a triplet contribution,
  • An organic electoluminescence device in which the dopant concentration in the internal region is higher than the dopant concentration in the anode side region and the cathode side region.
  • the organic electoluminescence device according to any one of 1 to 4, wherein the dopant concentration in the internal region is 30% by weight or less.
  • anode side region and the cathode side region are regions from the anode or cathode interface to 5 nm or more, respectively.
  • a hole transport layer is provided between the light emitting layer and the anode, or an electron transport layer is provided between the light emitting layer and the negative electrode, and the anode side region and the cathode side region are respectively the positive side and the positive side.
  • the organic electoluminescence device according to any one of 1 to 7, which is a region from the interface between the hole transport layer or the electron transport layer and the light emitting layer to 5 nm or more.
  • the organic electoluminescence device according to any one of 1 to 9, wherein the device emits light containing a wavelength component of 350 nm or more and 450 nm or less.
  • an organic EL device having high current efficiency or high luminous efficiency particularly an organic EL device emitting blue light
  • an organic EL device emitting blue light can be provided.
  • the average concentration in the entire area of the light emitting layer is lower than the average concentration of the conventional uniform concentration of the light emitting layer, it is more efficient than the conventional device, and as a result, the consumption of the complex is reduced. Realized high efficiency in a suppressed form.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of an organic EL element according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a photoexcitation emission spectrum for explaining how to obtain a triplet energy gap.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the organic EL device according to the invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an organic EL element according to the present invention.
  • the organic EL element 1 includes an anode 10, a light emitting layer 20, and a cathode 30, and the light emitting layer 20 includes a layered anode side region 22, an internal region 24, and a cathode side region 26.
  • the film thickness of the entire light emitting layer 20 is usually 15 nm to 500 nm.
  • the thickness of each region 22, 24, 26 is preferably 5 nm or more, more preferably 5 nm to: 100 nm, and more preferably 5 nm to 30 nm.
  • a continuous film is required as a layer. However, if it is less than 5 nm, this mechanism cannot be provided, and the light emission performance may be uneven.
  • the anode side region 22 and the cathode side region 24 are preferably regions from the interfaces a and b of the anode 10 and the cathode 30 to 5 nm or more, respectively.
  • Each region 22, 24, and 26 contains a host compound composed of an organic material and a dopant having a light emission performance of a triplet contribution that is a metal complex having a heavy metal.
  • the triplet energy gap of the metal complex is 2.65 eV or more.
  • the light emitting layer is an organic layer containing the above dopant.
  • the dopant concentration in the internal region 24 is higher than the dopant concentration in the anode side region and the dopant concentration in the cathode side region.
  • the dopant concentration in each region is the average dopant concentration in each region.
  • the dopant concentration in the inner region is preferably at least 2% by weight, more preferably at least 4% by weight higher than the dopant concentration in the anode side region and the cathode side region.
  • the dopant concentration in the anode side region 22 and the dopant concentration in the cathode side region 26 may be the same or different. If different, it may be different by more than 1% by weight.
  • the dopant concentration in the cathode side region 26 is preferably higher than the dopant concentration in the cathode side region 24 in order to improve the charge injection property.
  • each region 22, 24, 26, preferably 0.5: a ⁇ 30 weight 0/0, more preferably, 0.:! ⁇ 20 wt%!.
  • the anode side region 22 and the cathode side region 26 are 1% by weight to: 15% by weight
  • the inner region 24 is 5% by weight to 30% by weight
  • the anode side region 22 and the negative electrode side region 26 are 3% by weight.
  • % To 10% by weight, the inner region 24 is 8% to 20% by weight.
  • the dopant concentration difference between the inner region 24 and the anode side region 22 and the cathode side region 26 is the difference between the dopant concentration of the anode side region 22 or the cathode side region 26 and the lower dopant concentration. -: It is preferable that it is 15 weight%.
  • the change in dopant concentration among the anode side region 22, the inner region 24, and the cathode side region 26 is discontinuous.
  • Discontinuity preferably means that at the interface between the two regions, the dopant concentration does not continue and changes by 3% by weight or 1 ⁇ 1 (there is a difference of 3% by weight or more between two points separated by 1 ⁇ ). is there.
  • the dopant is composed of a metal complex having a heavy metal.
  • the triplet energy gap of the metal complex is 2.65 eV or more.
  • the organic EL device of the present invention is a phosphorescent organic EL device. More preferably, the organic EL element 1 emits green to blue light. In this case, the triplet light emission contributes to the “green power blue light emission”, thereby realizing highly efficient light emission. Green to blue light has a peak wavelength of at least about 420-530 nm.
  • the triplet energy gap (Eg T ) can be calculated from the shortest wavelength value obtained by measuring the photoexcitation emission spectrum of a metal complex at 77K.
  • a known phosphorescence measurement method for example, “the world of photochemistry” (edited by the Chemical Society of Japan, 1993), page 50). Specifically, an organic material is dissolved
  • the element 1 emits light including a wavelength component of 350 nm or more and 450 nm or less.
  • a wavelength component of 35 Onm or more and 450 nm or less it is possible to produce blue in the chromaticity plane.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the organic EL element according to the present invention.
  • This organic EL element 2 is the same as the above embodiment except that the hole transport layer 40 is provided between the light emitting layer 20 and the anode 10 and the electron transport layer 50 is provided between the light emitting layer 20 and the negative electrode 30.
  • the hole transport layer 40 and the electron transport layer 50 the charge injection property to the light emitting layer is further improved, and high current efficiency (L / J efficiency) can be achieved.
  • the organic EL element of the present invention can include other intervening layers.
  • the following configuration can be adopted.
  • Anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode [0029] (3) or (4) is preferred. Laminate on the substrate in this order or vice versa. In order to efficiently extract light emitted from the light emitting layer, at least one of the anode and the cathode is preferably formed of a transparent or translucent material.
  • the anode side region 22 and the cathode side region 24 are preferably regions up to 5 nm or more from the interface between the hole transport layer 40 or the electron transport layer 50 and the light emitting layer 20, respectively.
  • the method of forming the layers 10 to 40 of the organic EL element 1 is not particularly limited, and can be manufactured using a conventional method for manufacturing an organic EL element. Specifically, it can be formed by a vacuum deposition method, a casting method, a coating method, a spin coating method, or the like.
  • the film formation speed of the host compound and the film formation speed of the dopant are adjusted.
  • the concentration can be determined by adjusting.
  • the complex concentration in the light-emitting layer can be determined by the weight ratio of the host compound and the dopant in the film formation solution.
  • Examples of the concentration gradient method include a change in deposition temperature and a change in film formation rate by opening and closing a shutter in the vacuum deposition method.
  • the coating method can be prepared with an ink solution in which the host material corresponding to the concentration and the complex weight are mixed.
  • a thin film having a concentration gradient can be produced by a balance between the precipitation rate and the drying rate.
  • the concentration gradient is not limited to the force that can be realized by these methods.
  • the hole injecting property in which the hole barrier is smaller than the electron barrier is superior to the electron injecting property. Therefore, from the viewpoint of the charge injecting property to the light emitting layer, it is preferable.
  • the dopant concentration in the cathode region is higher than the dopant concentration in the anode side region. It is preferable that the concentration in the high concentration region is a concentration that provides the highest efficiency when a device is manufactured with a uniform concentration.
  • ⁇ ⁇ ⁇ (dopant) —Ip (host compound)
  • the hole injection is smaller than the electron barrier, and the hole injection is superior to the electron injection. This is a condition that makes this remarkable. Further preferable conditions are shown below.
  • the ionization potential can be measured with a commercially available atmospheric photoelectron spectrometer AC-1 etc.
  • the difference in the optical energy gap between the host compound and the dopant compound tends to be small. May be wider.
  • the ionization potential may be larger than that of the host compound from the viewpoint of structural stability and reactivity. The That is, the function of stopping (accumulating) holes in the light emitting layer may be weakened.
  • a mixed layer of the hole transport layer and the host material is provided between the light emitting layer and the anode, or non-light emitting property. It is preferable to use a dopant, and as a result, the emission stability is improved.
  • Examples of the heavy metal of the dopant of the present invention include Ir, Pt, Pd, Ru, Rh, Mo, and Re.
  • Examples of the ligand include a ligand in which C and N are coordinated or bonded to a metal (C N ligand), and specific examples thereof include the following ligands.
  • Examples of the host compound of the light-emitting layer include fluorescent brighteners such as amamine derivatives, strong rubazole derivatives, oxadiazole derivatives, triazolene derivatives, benzoxazole series, benzothiazole series and benzoimidazole series, metals
  • a compound having a good thin film forming property such as a chelate hyoxanoid compound or a styryl compound can be used.
  • a preferable host compound is an organic compound having at least one rubazolyl group, specifically, a compound group described in Japanese Patent Application Nos. 2003-387855 and US6863997B2.
  • Preferred structural skeletons include those described in claims 1 and 11 of US6863997B2. More preferred ray compounds include the y compound compounds described in claims 24 and 26 of US6863997B2.
  • the triplet level energy of the host compound is preferably larger than the triplet level energy of the dopant.
  • host compound examples include the following carbazolyl group-containing compounds.
  • the material for the hole injection layer and the hole transport layer known organic materials used for conventional organic EL devices without particular limitation can be used. Specific examples include ammine derivatives, stilbene derivatives, silazane derivatives, polysilanes and amylin copolymers.
  • Examples of the material for the electron transport layer and the electron injection layer include heterocyclic and carbazolyl group-containing compounds and conventionally used aluminum chelate complexes. Particularly preferred is the compound strength S described in Japanese Patent Application 2002-299810 and Japanese Patent Application 2004-064004.
  • heterocyclic and carbazolyl group-containing compounds include the following compounds. [Chemical 4]
  • R 1 is an alkyl group, an oxy group, an amino group
  • R 2 and R 3 are a hydrogen atom
  • R 5 and R 6 may each be selected from cyan, halogen, haloalkyl, haloalkoxy, amide, sulfonyl, and the like.
  • L is the following formula (2) Or (3).
  • R 7 to R 26 each represents hydrogen or a hydrocarbon group.
  • the organic EL device of the present invention is preferably supported by a substrate.
  • a substrate With respect to the material of the substrate, those conventionally used for organic EL elements that are not particularly limited, such as glass, transparent plastic, or quartz, can be used.
  • the material of the anode a metal, an alloy, an electrically conductive compound or a mixture thereof having a large work function of 4 eV or more is preferably used.
  • Specific examples include metals such as Au, and dielectric transparent materials such as Cul, ITO, SnO, and ZnO.
  • the anode is, for example, an evaporation method or It can be produced by forming a thin film of the material by a method such as sputtering. When light emitted from the light emitting layer is extracted from the anode, the transmittance of the anode is preferably larger than 10%.
  • the sheet resistance of the anode is preferably several hundred ⁇ / mouth or less.
  • the film thickness of the anode is a force depending on the material, and is usually selected in the range of 10 nm to lxm, preferably 10 to 200 nm.
  • a metal, an alloy, an electrically conductive compound or a mixture thereof having a work function as small as 4 eV or less is preferably used.
  • Specific examples include sodium, lithium, anorium, magnesium Z silver mixture, magnesium Z copper mixture, AlZAl 2 O 3, indium
  • the cathode can be produced by forming a thin film of the material by a method such as vapor deposition or sputtering.
  • the transmittance of the cathode is preferably larger than 10%.
  • the sheet resistance of the cathode is preferably several hundred ⁇ or less.
  • the film thickness of the cathode depends on the material, it is usually selected in the range of 10 nm to l / im, preferably 50 to 200 nm.
  • an inorganic material may be added to the hole transport layer and the electron injection layer as necessary in order to further increase the current efficiency or the light emission efficiency. Further, preferably, an inorganic material may be used for the hole injection layer or the hole transport layer. On the other hand, an inorganic material may be used between the electron transport layer and the metal cathode in order to further increase the current (luminescence) efficiency. Specifically, they are fluorides and oxides of alkali metals such as Li, Mg, and Cs.
  • a glass substrate with a 25 mm ⁇ 75 mm ⁇ l. 1 mm thick IT ⁇ transparent electrode (Zomatic Co., Ltd.) was ultrasonically cleaned in isopropyl alcohol for 5 minutes, followed by UV ozone cleaning for 30 minutes.
  • the glass substrate with the transparent electrode line after cleaning is mounted on the substrate holder of the vacuum deposition apparatus, and the film thickness of 1 OOnm is first covered on the surface on the side where the transparent electrode line is formed so as to cover the transparent electrode.
  • a hole injection material composed of the following HIM was formed by resistance heating vapor deposition. This film functions as a hole injection layer (HIL).
  • HTL hole transport layer
  • HTM hole transport layer
  • the anode side region is produced by co-evaporating to a film thickness of 5 nm with a predetermined concentration by controlling the film formation speed, and then co-depositing to a film thickness of 5 nm with the predetermined concentration in the inner region.
  • a region was prepared, and then the cathode side region was changed to a predetermined concentration and further co-evaporated to a film thickness of 20 nm to prepare a cathode side region.
  • An emission layer (EML) is formed from the anode side region, the inner region, and the cathode side region.
  • an electron transport layer made of the following ETM having a thickness of 25 nm was formed on the light emitting layer by resistance heating vapor deposition, and an Alq layer was further formed on the layer.
  • ETL electron transport layer
  • Alq layer Alq layer
  • LiF electron injecting electrode
  • cathode an electron injecting electrode
  • Metal A1 was vapor-deposited on this LiF layer, and a metal cathode was formed to a thickness of 130 nm to form an organic EL device.
  • the ionization potential of the host compound and dopant was measured with an atmospheric ultraviolet photoelectron analyzer AC-1 (manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.).
  • the Eg S value was obtained from the measurement result of the absorption spectrum of the diluted Tonorene solution of the host compound.
  • the Eg T value was determined by the method described above.
  • the dopant concentration in each region is substantially constant, and the dopant concentration is converted from the film formation rate at the time of film formation.
  • the thickness distribution of the dopant concentration in the thickness direction can be measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). The results are shown in Table 1.
  • the numerical value (%) in parentheses in the light emitting layer (ELM) column in the table indicates the dopant concentration (% by weight) in each region.
  • Example 2-11 An organic EL device was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the dopant concentration was kept the same in each region of the light emitting layer. The results are shown in Table 1. [0056] Example 2-11
  • An organic EL device was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the film thickness and dopant concentration in each region of the light emitting layer were changed as shown in Table 16. The results are shown in Table 16.
  • Phosphorescent devices require higher concentrations than conventional fluorescent devices to achieve high current efficiency (L / J (cd./A)) and high luminous efficiency (k (lm./W)) There is. However, in the examples, high current efficiency and high luminous efficiency were realized with the same doping amount.
  • the organic EL device of the present invention can be used as a light source for a flat light emitter of a wall-mounted television or a backlight of a display.

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Abstract

　陽極（１０）及び陰極（３０）と、陽極（１０）及び陰極（３０）の間に、陽極側領域（２２）、内部領域（２４）及び陰極側領域（２６）からなる発光層（２０）を有し、各領域（２２），（２４），（２６）が、有機材料からなるホスト化合物と、重金属を有する金属錯体からなる三重項寄与の発光性能を有するドーパントとを含有し、内部領域（２４）のドーパント濃度が、陽極側領域（２２）及び陰極側領域（２４）のドーパント濃度より、高い有機エレクトロルミネッセンス素子(１)。

Description

明 細 書
有機エレクト口ルミネッセンス素子
技術分野
[0001] 有機エレクト口ルミネッセンス (EL)素子に関し、さらに詳しくは、高効率な有機 EL 素子に関するものである。 背景技術
[0002] 有機物質を使用した有機 EL素子は、固体発光型の安価な大面積フルカラー表示 素子としての用途が有望視され、多くの開発が行われている。一般に有機 EL素子は 、発光層及び該層を挟んだ一対の対向電極から構成されている。両電極間に電界 が印加されると、陰極側から電子が注入され、陽極側から正孔が注入される。発光は 、この電子が発光層において正孔と再結合し、励起状態を生成し、励起状態が基底 状態に戻る際にエネルギーを光として放出する現象である。
[0003] 従来の有機 EL素子の構成としては、様々なものが知られているが、例えば、特許 文献 1には、 ITO (インジウムチンォキシド) /正孔輸送層/発光層/陰極の素子構 成の有機 EL素子が開示されている。さらに、正孔輸送層の材料として、芳香族第三 級ァミンを用いることが開示されており、この素子構成により、 20V以下の印加電圧で 数百 cd/m2の高輝度が可能となった。
[0004] さらに、非特許文献 1には、りん光性発光ドーパントであるイリジウム錯体を発光層 にドーパントとして用いることにより、輝度数百 cdZm2以下で、発光効率が約 40ルー メン/ W以上であることが報告されてレ、る。
しかし、このようなりん光型有機 EL素子の多くは、緑色系又は赤色系の発光であり 、多色化、さらには、青色発光の高効率化が問題とされている。特に、青色系では、 発光量子効率 5%以上の素子構成が少ないという問題があった。
[0005] また、有機 EL素子をフラットパネルディスプレイ等へ応用する場合、発光効率を改 善し、低消費電力化することが求められているが、非特許文献 1の素子構成では、発 光輝度向上とともに、発光効率が著しく低下するという欠点を有しており、そのためフ ラットパネルディスプレイの消費電力が低下しないという問題があった。 [0006] 尚、有機 EL素子の発光層において濃度勾配を利用した技術として、特許文献 2が ある。特許文献 2の実施例 1と比較例 1に重金属錯体 Irppyを用いた有機 EL素子の 記載がある。しかし、この実施例 1の素子は、錯体を含有する発光層以外の部位もド 一ビング又は混合層を用レ、た構成であり、外部量子収率が 15%から 16 %とわずか 1 %しか上昇していなレ、。さらに、特許文献 2では Irppy即ち発光が緑域への適応のみ が記載されており、青色発光、特に重金属錯体を用いた有機 EL素子は記載されて いない。
[0007] また、特許文献 3にも濃度勾配による性能向上の技術が記載されている。しかし、こ れは、発光層の陽極側と陰極側で単調に濃度勾配を持たせる技術である。
[0008] 特許文献 1 :特開昭 63— 295695号公報
特許文献 2 :特開 2005— 100767号公報
特許文献 3 : US2005/0046337A1
非特許文献 1 :T. Tsutsui. et. al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp. L15 02-L1504
[0009] 本発明の目的は、高電流効率又は高発光効率の有機 EL素子、特に青色発光の 有機 EL素子を提供することである。
発明の開示
[0010] 発光層に用いるドーパントは、発光層内への電荷注入性及び発光性が求められる 。本発明者らは、りん光発光型有機 EL素子において、この両特性を分離させること による発光性能の向上を鋭意検討した結果、電荷注入性に優れたドーパント濃度域 と発光性に優れたドーパント濃度域があり、これらの濃度域を分離して含有すること により、発光特性を向上させ、より高性能な素子ができることを見出し、本発明を完成 させた。
[0011] 本発明によれば、以下の有機 EL素子が提供される。
1.陽極及び陰極と、
前記陽極及び陰極の間に、陽極側領域、内部領域及び陰極側領域力 なる発光 層を有し、
前記各領域が、有機材料からなるホスト化合物と、重金属を有する金属錯体からな る三重項寄与の発光性能を有するドーパントとを含有し、
前記内部領域のドーパント濃度が、前記陽極側領域及び陰極側領域のドーパント 濃度より、高い有機エレクト口ルミネッセンス素子。
2.前記金属錯体の三重項エネルギーギャップ力 2. 65eV以上である 1記載の有 機エレクト口ルミネッセンス素子。
3.前記陽極側領域のドーパント濃度と、前記陰極側領域のドーパント濃度が異なる 1又は 2記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
4.前記陰極側領域のドーパント濃度が、前記陽極側領域のドーパント濃度より、高 レ、 3記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
5.前記内部領域のドーパント濃度が、 30重量％以下である 1乃至 4のいずれか記載 の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
6.前記内部領域のドーパント濃度と、前記陽極側領域又は陰極側領域のドーパント 濃度のうち低いドーパント濃度との差が、 3重量％〜15重量％でぁる1乃至5のぃず れか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
7.前記陽極側領域、前記内部領域及び前記陰極側領域の間におけるドーパント濃 度の変化が、不連続である 1乃至 6のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素 子。
8.前記陽極側領域及び陰極側領域が、それぞれ前記陽極又は陰極の界面から 5n m以上までの領域である 1乃至 7のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素 子。
9.さらに、前記発光層と前記陽極の間に正孔輸送層を、又は前記発光層と前記陰 極の間に電子輸送層を有し、前記陽極側領域及び陰極側領域が、それぞれ前記正 孔輸送層又は電子輸送層と、発光層との界面から 5nm以上までの領域である 1乃至 7のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
10.前記素子が、 350nm以上 450nm以下の波長成分を含む光を発する 1乃至 9記 載のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
本発明によれば、高電流効率又は高発光効率の有機 EL素子、特に青色発光の有 機 EL素子が提供できる。 [0013] 本発明では、発光層内全域での平均濃度が、従来の均一濃度の発光層の平均濃 度より低くても、従来の素子よりも高効率であり、この結果、錯体の消費を抑えた形態 での高効率化を実現した。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明に係る有機 EL素子の一実施形態を示す断面図である。
[図 2]三重項エネルギーギャップの求め方を説明するための光励起発光スぺクトノレを 示す図である。
[図 3]本発明に係る有機 EL素子の他の実施形態を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図 1は、本発明に係る有機 EL素子の一実施形態を示す断面図である。 この有機 EL素子 1は、陽極 10、発光層 20及び陰極 30からなり、発光層 20は、層 状の陽極側領域 22、内部領域 24及び陰極側領域 26からなる。
[0016] 発光層 20全体の膜厚は通常 15nm〜500nmである。各領域 22, 24, 26の膜厚 は、好ましくは 5nm以上であり、さらに好ましくは 5nm〜： 100nm、より好ましくは 5nm 〜30nmである。面発光として機能させるには層として連続性のある膜が必要である が、 5nm未満ではこの機構を持つことができず、発光性能が不均一性となる場合が ある。陽極側領域 22及び陰極側領域 24は、それぞれ陽極 10及び陰極 30の界面 a, bから 5nm以上までの領域であることが好ましい。
[0017] 各領域 22, 24， 26は、それぞれ有機材料からなるホストィヒ合物と、重金属を有する 金属錯体力 なる三重項寄与の発光性能を有するドーパントとを含有する。好ましく は、金属錯体の三重項エネルギーギャップは 2. 65eV以上である。
本発明において、発光層とは、上記のドーパントを含有している有機層である。
[0018] 具体的には、この実施形態では、内部領域 24のドーパント濃度は、陽極側領域の ドーパント濃度及び陰極側領域のドーパント濃度より高い。ここで各領域のドーパント 濃度は、各領域における平均ドーパント濃度である。内部領域のドーパント濃度は、 陽極側領域及び陰極側領域のドーパント濃度より、好ましくは 2重量％以上、より好ま しくは 4重量％以上高い [0019] 陽極側領域 22のドーパント濃度と、陰極側領域 26のドーパント濃度は同一でも異 なってもよレ、。異なる場合、 1重量％以上、異なってよい。
異なるときは、電荷注入性を改善するため、陰極側領域 26のドーパント濃度が、陽 極側領域 24のドーパント濃度より、高いほうが好ましい。
[0020] 各領域 22, 24, 26のドーパント濃度は、好ましくは 0. ：!〜 30重量0 /0、より好ましく は、 0.：!〜 20重量％である。通常、陽極側領域 22と陰極側領域 26は 1重量％〜： 15 重量％、内部領域 24は 5重量％〜30重量％であり、好ましくは陽極側領域 22と陰 極側領域 26は 3重量％〜 10重量％、内部領域 24は 8重量％〜 20重量％である。
[0021] また、内部領域 24と、陽極側領域 22及び陰極側領域 26とのドーパント濃度差は、 陽極側領域 22又は陰極側領域 26のドーパント濃度のうち低いドーパント濃度との差 力 ¾重量％〜： 15重量％であることが好ましい。
[0022] さらに、陽極側領域 22、内部領域 24及び陰極側領域 26の間におけるドーパント濃 度の変化が、不連続であることが好ましい。不連続とは、好ましくは、二つの領域間の 界面において、ドーパント濃度が連続しないで 3重量％以上/ 1θΑ(1θΑ離れた 2 点間で 3重量％以上の差異があること）変化することである。
[0023] ドーパントは、重金属を有する金属錯体からなる。好ましくは金属錯体の三重項ェ ネルギーギャップは 2. 65eV以上である。即ち、本発明の有機 EL素子はりん光型有 機 EL素子である。さらに好ましくは、有機 EL素子 1は、緑から青系の光を発する。こ の場合、「緑力 青系発光」を三重項発光が寄与することにより、高効率な発光が実 現する。緑から青系光は、少なくとも約 420〜530nmにピーク波長を有する。
[0024] 三重項エネルギーギャップ（EgT)は、 77Kで金属錯体の光励起発光スペクトルを 測定し、その最短波長値から算出できる。
本発明では、図 2に示すように、波長「λ ο」のエネルギーを換算して、 EgTを求める 。図 2に示す光励起発光スペクトルの短波長側成分で接線を引き、 λ οを決定する。 この λ οの値を元に、換算式 EgT(eV) = 1239. 85Ζ λ οにより、 EgT値を決定する。
[0025] 例えば、三重項エネルギーギャップ (EgT)は公知のりん光測定法（例えば、「光化 学の世界」（日本化学会編 · 1993) 50頁付近の記載方法）により測定できる。具体的 には、有機材料を溶媒に溶解 (試料 10 μ mol/リットル EPA (ジェチルエーテル:ィ ソペンタン:エタノール = 5 : 5 : 2 (容積比））し、りん光測定用試料とする。石英セルへ 入れた試料を 77Kに冷却、励起光を照射し、該りん光を波長に対し、測定する。図 2 に示すように、りん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、該波 長値（ λ ο)をエネルギー値に換算した値を EgTとする。
[0026] 好ましくは、素子 1は、 350nm以上 450nm以下の波長成分を含む光を発する。 35 Onm以上 450nm以下の波長成分を含む光を発すると、色度面において青色化する こと力 Sできる。
[0027] 図 3は、本発明に係る有機 EL素子の他の実施形態を示す断面図である。
この有機 EL素子 2は、発光層 20と陽極 10の間に正孔輸送層 40を、発光層 20と陰 極 30の間に電子輸送層 50を有する他は、前記実施形態と同じである。正孔輸送層 40と電子輸送層 50により、より発光層への電荷注入性が改善され、高電流効率 (L /J効率)化できる。
[0028] この他、本発明の有機 EL素子は他の介在層を含むことでき、例えば以下の構成を とることができる。
(1)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(2)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(4)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極 [0029] 上記（3)又は (4)の構成が好ましレ、。基板上、この順序で又はこの逆の順序で積層 する。尚、発光層力 の発光を効率よく取り出すために、陽極及び陰極の少なくとも 一方は透明又は半透明物質により形成することが好ましい。
本実施形態において、陽極側領域 22及び陰極側領域 24は、それぞれ正孔輸送 層 40又は電子輸送層 50と、発光層 20との界面から 5nm以上までの領域であること が好ましい。
[0030] 有機 EL素子 1の各層 10〜40の成膜法は特に限定されず、従来の有機 EL素子を 製造する方法を用いて製造できる。具体的には、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、 スピンコート法等により形成することができる。
真空蒸着法では、発光層のホストイ匕合物の成膜速度とドーパントの成膜速度の調 整により濃度を決定できる。
キャスト法、塗布法、スピンコート法等の湿式成膜の場合は、成膜溶液へのホスト化 合物とドーパントの重量比により発光層中の錯体濃度を決定できる。
[0031] 濃度勾配させる方法として例えば、真空蒸着法では、蒸着温度の変更やシャッター の開閉による成膜速度の変更が挙げられる。また、塗布方法では、その濃度相当の ホスト材料と錯体重量を混合したインク溶液により作製できる。さらに、キャスト法では 、沈殿速度と乾燥速度のバランスにより濃度勾配のある薄膜を作製できる。濃度勾配 はこれらの方法により実現できる力 これらに限定されない。
[0032] 本発明の素子構成においては、正孔障壁が電子障壁より小さぐ正孔注入性の方 が電子注入性より優れていることから、発光層への電荷注入性の観点から、好ましく は、陰極領域のドーパント濃度が、陽極側領域のドーパント濃度より高い。高濃度域 の濃度は均一濃度で素子を作製したときの最高効率を得る濃度とするのが好ましい
[0033] 特に、発光性ドーパントとホストイ匕合物のイオンィ匕ポテンシャルの差（ Δ ΐρ)が以下 の条件を満たし、さらに、各濃度域のいずれの濃度も 30重量％以下であると、本発 明のように濃度域を変えることによる高効率化が一層有効になる。
-0. 4eV≤ Δ ΐρ≤0. 4eV
Δ ΐρ = Ιρ (ドーパント）—Ip (ホストイ匕合物）
上記式は、前述のように本発明での素子構成の場合、正孔障壁が電子障壁より小 さぐ正孔注入性の方が電子注入性より優れていることから、特に、電流効率向上の 効果が顕著になる条件である。さらに好ましい条件を以下に示す。
-0. 3eV≤ Δ Ιρ≤0. 3eV
イオン化ポテンシャルは、市販の大気下光電子分光装置 AC— 1等により測定でき る。
[0034] また、青系の場合、特に、三重項からの発光が寄与する場合、ホストイ匕合物とドー パントイ匕合物の光学エネルギーギャップの差は小さくなる傾向があり、場合によって は、ドーパントの方が広くなる場合もある。特に、重金属錯体の場合、その構造安定 性や反応性の観点から、イオン化ポテンシャルがホストイ匕合物より大きくなる場合があ る。即ち、発光層内での正孔を止める（溜める)機能が弱くなることがある。このような 正孔の溜め込み効果を向上するため、正孔輸送層を有する構成の場合、発光層と 陽極の間に、該正孔輸送層とホスト材料の混合層を設ける、又は、非発光性ドーパン トを用いることが好ましぐその結果発光安定性が向上する。
本発明のドーパントの重金属としては、例えば、 Ir、 Pt、 Pd、 Ru、 Rh、 Mo又は Re が挙げられる。配位子としては、例えば、 C, Nが金属に配位又は結合する配位子（C N配位子）があり、具体的には、以下の配位子を例示できる。
[化 1]
Figure imgf000010_0001
発光層のホストイ匕合物としては、例えば、ァミン誘導体、力ルバゾール誘導体、ォキ サジァゾール誘導体、トリァゾーノレ誘導体、ベンゾォキサゾール系、ベンゾチアゾー ル系及びべンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤、金属キレートィヒォキサノイド化合物 又はスチリル系化合物等の薄膜形成性の良い化合物を用いることができる。 [0038] 好ましいホスト化合物は、少なくとも一つ力ルバゾリル基を有する有機化合物、具体 的には、特願 2003— 387855や US6863997B2に挙げられるィ匕合物群である。好 ましい構造骨格として、 US6863997B2のクレーム 1, 11記載の骨格が挙げられる。 より好ましレヽィ匕合物としては、 US6863997B2のクレーム 24， 26記載のィ匕合物カ挙 げられる。
[0039] また、ホスト化合物の 3重項準位エネルギーは、ドーパントの 3重項準位エネルギー よりも大きいことが好ましい。このような関係により、ホストイ匕合物のエネルギーが効率 よくドーパントへ移動し、発光効率がより向上する。
ホストイ匕合物の具体的例として、以下のカルバゾリル基含有化合物が挙げられる。
[化 3]
Figure imgf000011_0001
(Meはメチル基である。 )
[0040] 正孔注入層ゃ正孔輸送層用材料は、特に制限はなぐ従来の有機 EL素子に用い られる公知の有機材料を使用できる。具体的には、ァミン誘導体、スチルベン誘導体 、シラザン誘導体、ポリシランやアミリン共重合体等が挙げられる。
[0041] また、電子輸送層や電子注入層用材料として、ヘテロ環及びカルバゾリル基含有 化合物や従来から用いられているアルミキレート錯体等が挙げられる。特に好ましく は特願 2002— 299810、特願 2004— 064004記載のィ匕合物力 S挙げられる。
[0042] ヘテロ環及びカルバゾリル基含有化合物として、以下の化合物を例示できる。 [化 4]
Figure imgf000012_0001
また、アルミキレート錯体として、下記式（1)の化合物を例示できる。
[化 5]
Figure imgf000012_0002
(式中、 R1はアルキル基、ォキシ基、アミノ基、 R2, R3はそれぞれ水素原子、アルキル 基、ォキシ基、アミノ基、
Figure imgf000012_0003
R5及び R6は、それぞれシァノ、ハロゲン、 ひ—ハロアル キル、 ひ —ハロアルコキシ、アミド、スルホニル等から選択され得る。 Lは、下記式（2) 又は（3)で示される。
[化 6]
Figure imgf000013_0001
(3)
(式中、 R7〜〜R26はそれぞれ水素又は炭化水素基を表す。 ) )
[0044] アルミキレート錯体は、具体的には以下の化合物を例示できる。
[化 7]
Figure imgf000013_0002
[0045] 本発明の有機 EL素子は、基板により支持されることが好ましい。基板の材料につ いては、特に制限はなぐ有機 EL素子に慣用されているもの、例えば、ガラス、透明 プラスチック又は石英等を用いることができる。
[0046] 陽極の材料としては、仕事関数が 4eV以上と大きい金属、合金、電気伝導性化合 物又はこれらの混合物が好ましく用いられる。具体例としては、 Au等の金属、 Cul、 I TO、 SnO又は ZnO等の誘電性透明材料が挙げられる。陽極は、例えば蒸着法や スパッタリング法等の方法で、前記材料の薄膜を形成することにより作製することがで きる。発光層からの発光を陽極より取り出す場合、陽極の透過率は 10%より大きいこ とが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百 Ω /口以下が好ましい。陽極の膜厚 は材料にもよる力 通常 10nm〜l x m、好ましくは 10〜200nmの範囲で選択され る。
[0047] 陰極の材料としては、仕事関数が 4eV以下と小さい金属、合金、電気伝導性化合 物又はこれらの混合物が好ましく用いられる。具体例としては、ナトリウム、リチウム、 ァノレミニゥム、マグネシウム Z銀混合物、マグネシウム Z銅混合物、 AlZAl O 、イン
2 3 ジゥム等が挙げられる。この陰極は、蒸着法やスパッタリング法等の方法で、前記材 料の薄膜を形成することにより作製することができる。発光層からの発光を陰極より取 り出す場合、陰極の透過率は 10%より大きいことが好ましい。また、陰極のシート抵 抗は、数百 Ω Ζ口以下が好ましい。陰極の膜厚は材料にもよるが、通常 10nm〜l /i m、好ましくは 50〜200nmの範囲で選択される。
[0048] また、本発明の有機 EL素子は、さらに電流効率又は発光効率を上げるために、必 要に応じて、正孔輸送層及び電子注入層に無機材料を添加してもよい。また、好まし くは、正孔注入層ゃ正孔輸送層に無機材料を用いてもよい。一方、さらに電流 (発光 )効率を上げるために、電子輸送層と金属陰極との間に無機材料を用いてもよい。具 体的には、 Li, Mg, Cs等のアルカリ金属の弗化物や酸化物である。
[実施例]
[0049] 実施例 1
(有機 EL素子の作製）
25mm X 75mm X l . 1mm厚の IT〇透明電極付きガラス基板（ジォマティック社製 )をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を 5分間行なった後、 UVオゾン洗浄を 3 0分間行なった。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホ ルダ一に装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に、前記透明電極 を覆うようにして膜厚 1 OOnmの下記 HIMからなる正孔注入材料を抵抗加熱蒸着に より成膜した。この膜は、正孔注入層（HIL)として機能する。 HIMの成膜に続けて、 この膜上に膜厚 lOnmの下記 HTMからなる正孔輸送層（HTL)を抵抗加熱蒸着に より成膜した。
[0050] この膜上に膜厚 30nmで、ホスト化合物（下記 HOST、 Ip = 6. OeV、 Egs = 3. 21e V、 EgT= 2. 89eV)とドーパント（下記錯体 D、 Ip = 6. 3eV、 EgT= 2. 75eV)を抵 抗加熱により共蒸着成膜した。このとき、成膜速度制御により所定の濃度にして膜厚 5nmまで共蒸着して陽極側領域を作製し、その後、同様に内部領域の所定濃度に してさらに膜厚 5nmまで共蒸着して内部領域を作製し、その後、さらに陰極側領域の 所定濃度に変更してさらに膜厚 20nmまで共蒸着して陰極側領域を作製した。陽極 側領域、内部領域及び陰極側領域から、発光層（EML)が形成される。
[0051] そして、発光層の成膜に続けて、この発光層上に膜厚 25nmの下記 ETMからなる 電子輸送層（ETL)を抵抗加熱蒸着により成膜し、さらにこの層の上に Alq層（電子 注入層）（EIL)を膜厚 5nm成膜した。この後、 LiFを電子注入性電極（陰極）として成 膜速度 l A/minで膜厚 0. lnm形成した。この LiF層上に金属 A1を蒸着させ、金属 陰極を膜厚 130nm形成し有機 EL素子を形成した。
[0052] ホストイ匕合物とドーパントのイオン化ポテンシャルは、大気中紫外線光電子分析装 置 AC— 1 (理研計器株式会社製)で測定した。 EgS値はホストイ匕合物のトノレェン希薄 溶液の吸収スペクトルの測定結果から求めた。 EgT値は前述の方法により決定した。 本実施例において各領域内のドーパント濃度はほぼ一定であり、ドーパント濃度は その成膜時の成膜速度より換算した。ドーパント濃度の厚さ方向濃度分布は、 XPS ( X線光電子分光法）により測定が可能である。結果を表 1に示す。
尚、表中の発光層（ELM)欄の括弧書きの数値（％)は、各領域におけるドーパント 濃度 (重量％)を示す。
[0053] [化 8]
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
ETM Alq
[0054] (有機 EL素子の評価）
得られた有機 EL発光素子について、輝度、効率、色度を所定直流電圧を印加した 条件で測定し、発光輝度 lOOcd/m2程度の発光時の電流効率（= (輝度) / (電流 密度)）を算出した。
結果を表 1に示す。表中において、 Vは印加直流電圧である。 Jは電流密度であり、 Lは輝度であり、 L/Jは電流効率を示す。 kは発光効率である。 E. Q. E.は外部量 子収率であり、同色系ではこの価が大きい程高性能であることを示す。 maxは EL スペクトルのピーク波長である。 CIE (x, y)は色度である。
[0055] 比較例 1
発光層の各領域においてドーパント濃度を変えず同じにした他は、実施例 1と同様 に有機 EL素子を作製し、評価した。結果を表 1に示す。 [0056] 実施例 2— 11
発光層の各領域の膜厚及びドーパント濃度を表 1 6に示すように変えた他は、実 施例 1と同様に有機 EL素子を作製し、評価した。結果を表 1 6に示す。
[0057] 比較例 2— 4
発光層のドーパント濃度を表 1—6に示すように変えた他は、比較例 1と同様に有機 EL素子を作製し、評価した。結果を表 1 _ 6に示す。
[0058] [表 1]
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000021_0001
^00614
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0002
*a0062
Figure imgf000023_0001
[0064] この結果より、実施例では、同じ発光色で、比較例より高電流効率の素子を実現で きたことがわかる。
りん光型素子では、高電流効率 (L/J (cd. /A) )や高発光効率 (k (lm. /W) )を 実現するには、従来の蛍光型より高濃度が必要な場合がある。しかし、実施例は、ド 一ピング量を同等にして高電流効率や高発光効率を実現できた。
産業上の利用可能性
[0065] 本発明の有機 EL素子は、壁掛テレビの平面発光体やディスプレイのバックライト等 の光源として使用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 陽極及び陰極と、
前記陽極及び陰極の間に、陽極側領域、内部領域及び陰極側領域力 なる発光 層を有し、
前記各領域が、有機材料からなるホスト化合物と、重金属を有する金属錯体からな る三重項寄与の発光性能を有するドーパントとを含有し、
前記内部領域のドーパント濃度が、前記陽極側領域及び陰極側領域のドーパント 濃度より、高い有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[2] 前記金属錯体の三重項エネルギーギャップ力 2. 65eV以上である請求項 1記載 の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[3] 前記陽極側領域のドーパント濃度と、前記陰極側領域のドーパント濃度が異なる請 求項 1又は 2記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[4] 前記陰極側領域のドーパント濃度が、前記陽極側領域のドーパント濃度より、高い 請求項 3記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[5] 前記内部領域のドーパント濃度が、 30重量％以下である請求項 1乃至 4のいずれ か記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[6] 前記内部領域のドーパント濃度と、前記陽極側領域又は陰極側領域のドーパント 濃度のうち低いドーパント濃度との差が、 3重量％〜： 15重量％である請求項 1乃至 5 のレ、ずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
[7] 前記陽極側領域、前記内部領域及び前記陰極側領域の間におけるドーパント濃 度の変化が、不連続である請求項 1乃至 6のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッ センス素子。
[8] 前記陽極側領域及び陰極側領域が、それぞれ前記陽極又は陰極の界面から 5nm 以上までの領域である請求項 1乃至 7のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセン ス素子。
[9] さらに、前記発光層と前記陽極の間に正孔輸送層を、又は前記発光層と前記陰極 の間に電子輸送層を有し、
前記陽極側領域及び陰極側領域が、それぞれ前記正孔輸送層又は電子輸送層と 、発光層との界面から 5nm以上までの領域である請求項 1乃至 7のいずれか記載の 有機エレクト口ルミネッセンス素子。
前記素子が、 350nm以上 450nm以下の波長成分を含む光を発する請求項 1乃 至 9のいずれか記載の有機エレクト口ルミネッセンス素子。
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