有機ＥＬ素子
【課題】低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも発光層３ｂを有する有機層３を陽極２と陰極４との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。発光層３ｂは、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする。
【解決手段】少なくとも発光層３ｂを有する有機層３を陽極２と陰極４との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。発光層３ｂは、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の低電圧化及び高効率化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素子は、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、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている。
【０００３】
かかる有機ＥＬ素子は、前記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前記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素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、自己発光のため視認性に優れ、完全固体素子であるため耐衝撃性や低温環境下での応答性に優れているため表示の瞬間判読が必要な車両用計器などの車載表示装置に採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特に車載表示装置に採用される有機ＥＬ素子は、広範囲な温度環境下での高信頼性が要求されるとともに低電力化が求められている。低電力で高温環境下での信頼性を高めるためには、低電圧化と高効率化が重要な課題である。これに対し、低電圧化と高効率を達成するための方法としては、発光層と陰極との間に電子移動度の高い電子輸送層を形成することが考えられるが、電子輸送層の電子移動度が高いと、電子の供給が過剰となりキャリアバランスが崩れると発光層と陽極との間に形成される正孔輸送層が電子によって劣化し、寿命が短くなるという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献１に開示されるように、発光層にホスト材料の有するキャリア輸送性を補完するアシストドーパントを加え、発光層に正孔輸送性材料、電子輸送性材料という相反するキャリア輸送性を持つ材料を混在させることにより、発光層自体をバイポーラ（両キャリア輸送性）とし、発光層内の再結合確率を高め発光効率を向上させる方法がある。しかしながら、かかる方法においてもキャリアバランスを保つことが重要であり高温環境下での信頼性向上のため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、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機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、少なくとも発光層を有する有機層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、
前記発光層は、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、を少なくとも含んでなり、
前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記正孔輸送性ドーパントは、前記発光層中の濃度が５０重量％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記発光ドーパントと前記ホスト材料とのイオン化ポテンシャルの差が０．０５ｅＶ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を提供することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。
【図２】本発明の実施例１〜７及び比較例１〜４の試験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態である有機ＥＬ素子は、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、有機層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。
【００１５】
支持基板１は、例えば透光性の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，有機層３及び第二電極４が順に積層形成される。
【００１６】
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上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法等の手段によって層状に形成した酸化物透明導電膜からなり、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てなる。また、第一電極２は、表面がＵＶ／Ｏ３処理やプラズマ処理等の表面処理を施されてなる。
【００１７】
有機層３は、少なくとも発光層を含む多層からなり、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輸送層３ａ，発光層３ｂ，電子輸送層３ｃ及び電子注入層３ｄが順に積層形成されてなる。
【００１８】
正孔注入輸送層３ａは、第一電極２から正孔を取り込み発光層３ｂへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔輸送性材料を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。
【００１９】
発光層３ｂは、正孔移動度（以下、ホスト材料の正孔移動度をμｈＥＭと記す）と電子移動度（以下、ホスト材料の電子移動度をμｅＥＭと記す）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下である（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）ホスト材料に少なくとも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共蒸着等の手段によって添加してなるものである。前記ホスト材料は、通常発光層３ｂ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し、３．０ｅＶ程度のエネルギーギャップを有する。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発光する機能を有し、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以上で例えば緑色発光を示す蛍光材料からなる。前記正孔輸送性ドーパントは、第一電極２から発光層３ｂへの正孔の注入効率を向上させる機能を有し、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度（以下、正孔輸送性ドーパントの正孔移動度をμｈＨＴと記す）との比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が０．１以上１０以下（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）であり、発光層３ｂ中の濃度が５０重量％以下で、ガラス転移温度が８５℃以上で好ましくは１１０℃以上の材料である。
【００２０】
電子輸送層３ｃは、電子を発光層３ｂへ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。
【００２１】
電子注入層３ｄ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）やリチウムキノリン（Ｌｉｑ）を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなる。
【００２２】
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層状に形成した導電膜からなるものである。
【００２３】
以上の各部によって有機ＥＬ素子が構成されている。
【００２４】
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、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度μｈＨＴと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、低電力で高温環境下での信頼性の高い素子を得ること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０．６以上１０以下である（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）前記ホスト材料により発光層３ｂを形成し、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記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以下となる（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）前記正孔輸送性ドーパントを発光層３ｂに添加することによって、キャリアバランスを安定させて低電圧と高効率を達成することができ、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。前記ホスト材料は、電子と正孔とを輸送し、かつ電子と正孔とを再結合させ、励起子を形成するものであり電子と正孔の移動度の差が大きいと励起子の形成する領域が偏ってしまい、発光層３ｂ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注入輸送層３ａや電子輸送層３ｃへ影響を及ぼし、材料を劣化させ寿命特性を悪化させている。このキャリアのバランスを整合させるためには、前記ホスト材料の電子と正孔の移動度の比率をある範囲でそろえる必要があった。具体的には、本発明のように移動度の比が０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０のとき効果が得られた。また、前記ホスト材料に添加する前記正孔輸送性ドーパントは、低電圧化と寿命特性に関与していて、電子移動度μｅＥＭが高い前記ホスト材料では電子が正孔注入輸送層３ａと発光層３ｂとの界面に蓄積されあふれた電子が正孔注入輸送層３ａの正孔輸送性材料を劣化させて寿命特性を悪くするが、前記正孔輸送性ドーパントを添加することで電子の蓄積を低減でき正孔注入輸送層３ａの材料劣化を抑制することができる。具体的には、本発明のように前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度μｈＨＴの比率を０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０にすることで抑制効果が顕著にあった。
【００２５】
また、前記正孔輸送性ドーパントを発光層３ｂ中の濃度が５０重量％以下となるように添加することによって、発光効率を維持することができ寿命特性を短くすることなく低電圧化が可能となる。発光層３ｂ中の前記正孔輸送性ドーパントの濃度は、駆動電圧と効率及び寿命特性に大きく関与している。前記正孔輸送性ドーパントの濃度が高いと前記正孔輸送性ドーパントの移動度により電流電圧特性の電圧は低下するが、発光に関与する前記ホスト材料が少なくなるため発光効率の低下が起き、同じ輝度を出すためには電流を多く流さなければならず、結果として寿命が短くなる。本発明では、発光層３ｂの前記ホスト材料と前記正孔輸送性ドーパントは同一比率までは発光効率を低下させることがなかった。しかし、前記正孔輸送性ドーパントの濃度が５５重量％を超えると発光効率の低下が顕著に現れた。
【００２６】
また、前記発光ドーパントと前記ホスト材料とのＩｐの差を０．０５ｅＶ以上とすることによって、前記ホスト材料から前記発光ドーパントへ前記ホスト材料で形成された励起子のエネルギーを効率よく前記発光ドーパントへ移行することができ高い発光効率を得ることができる。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０．０５ｅＶ以下である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。
【００２７】
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は各実施例及び各比較例の性能比較を示している。
【実施例１】
【００２８】
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からなる正孔注入輸送層３ａを膜厚３０ｎｍで形成した。また、正孔注入輸送層３ａ上に、ホスト材料ＥＭ１と緑色発光を示す蛍光ドーパントＧＤ１からなる前記発光ドーパントと正孔輸送性材料ＨＴ１からなる前記正孔輸送性ドーパントを４５：１．5：５の比率で含有させて発光層３ｂを膜厚５０ｎｍで形成した。ホスト材料ＥＭ１は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ（電子親和力）＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝３×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝２×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は１．５である。蛍光ドーパントＧＤ１は、Ｅｇ（エネルギーギャップ）＝２．４ｅＶ、Ｉｐ＝５．８ｅＶであり、ホスト材料ＥＭ１とのＩｐの差は０．１ｅＶである。正孔輸送性材料ＨＴ１は、Ｔｇ（ガラス転移温度）＝１３０℃、Ｉｐ＝５．４ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝４×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、発光層３ｂ中の濃度は１０重量％である。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．１３である。さらに、発光層３ｂ上に電子輸送層３ｃとして電子輸送性材料ＥＴ１を膜厚２５ｎｍで形成した。電子輸送性材料ＥＴ１は、Ｉｐ＝５．８ｅＶ、Ｅａ＝３．０ｅＶ、電子移動度μｅ＝５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓである。さらに、電子輸送層３ｃ上に電子注入層３ｄとしてＬｉＦを膜厚1ｎｍで形成し、電子注入層３ｄ上に第二電極４としてＡｌを膜厚１００ｎｍで形成して有機ＥＬ素子を作製した。実施例１は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．７Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例２】
【００２９】
また、実施例２として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ２に変更したほかは、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。なお、ホスト材料ＥＭ２は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝６×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝１×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は０．６である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ２とのＩｐの差は０．１ｅＶである。また、ホスト材料ＥＭ２の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．６７である。実施例２は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．８Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例３】
【００３０】
また、実施例３として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ３に変更したほかは、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。なお、ホスト材料ＥＭ３は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝４×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝４×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は１０である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ２とのＩｐの差は０．１ｅＶである。また、ホスト材料ＥＭ３の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は０．１である。実施例３は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．８Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１８００時間を越えた。
【実施例４】
【００３１】
また、実施例４として、発光層３ｂにおけるホスト材料ＥＭ１，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を２５：１．５：２５とし、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度を５０重量％としたほかは、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。実施例４は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．９Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２５ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１５００時間を越えた。
【実施例５】
【００３２】
また、実施例５として、発光層３ｂにおけるホスト材料ＥＭ１，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を３０：１．５：２０とし、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度を４０重量％としたほかは、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。実施例５は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１９００時間を越えた。
【実施例６】
【００３３】
また、実施例６として、発光層３ｂの前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ２に変更したほかは、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。なお、正孔輸送性材料ＨＴ２は、Ｔｇ＝１２８℃、Ｉｐ＝５．５ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝３×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、発光層３ｂ中の濃度は１０％である。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ２の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は１である。実施例６は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．４Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例７】
【００３４】
また、実施例７として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ２に変更し、前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ２に変更したほかは、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。ホスト材料ＥＭ２は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は０．６である。また、ホスト材料ＥＭ２の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ２の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は、５である。実施例７は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた（Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２）。
【００３５】
（比較例１）
また、比較例１として、発光層３ｂに前記正孔輸送性ドーパントを含有させず、ホスト材料ＥＭ１と蛍光ドーパントＧＤ１の比率を５０：１．５としたほかは、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。比較例１は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．２Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１０００時間であった。
【００３６】
（比較例２）
また、比較例２として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ４に変更し、ホスト材料ＥＭ４，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を４５：１．５：５としたほかは、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。ホスト材料ＥＭ４は、Ｉｐ＝５．８ｅＶ、Ｅａ＝２．９５ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝３×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝１×１０−８ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は３００である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ４とのＩｐの差は０．０５ｅＶである。また、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度は１０重量％である。また、ホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は、約１３３である。比較例２は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝７．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３７】
（比較例３）
また、比較例３として、発光層３ｂの前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ３に変更したほかは、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、Ｔｇ＝１００℃、Ｉｐ＝５．４ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝８×１０−５ｃｍ２／Ｖｓである。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ３の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．０３である。比較例３は、緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．０Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３８】
（比較例４）
また、比較例４として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ４に変更し、前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ３に変更したほかは、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。ホスト材料ＥＭ４は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は３００である。また、ホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ３の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約２６．７である。比較例４は、緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．０Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３９】
図２に示すように、発光層３ｂのホスト材料に正孔移動度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（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）内となるホスト材料ＥＭ１〜３を用い、さらに正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ１〜ＥＭ３の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）内となる正孔輸送性材料ＨＴ１あるいはＨＴ２を適用した実施例１〜７は、低電圧及び高効率を示し、高温環境下であっても長寿命を得ることが可能となっている。これに対し、発光層３ｂ中に正孔輸送性ドーパントを有しない比較例１、発光層３ｂのホスト材料として正孔移動度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（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）外となるホスト材料ＥＭ４を用い、正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）外となる正孔輸送性材料ＨＴ３を適用した比較例２，４、正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）外となる正孔輸送性材料ＨＴ３を適用した比較例３は、実施例１〜７と比較して駆動電圧が高く、発光効率が低下し、高温環境下での半減寿命も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、本発明のように発光層３ｂを形成することにより低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができることは図２からも明らかである。なお、実施例１〜７のうち、高温環境下での半減寿命は正孔輸送性ドーパントの発光層３ｂ中の濃度が高い実施例４で比較的短くなっており、正孔輸送性ドーパントの発光層３ｂ中の濃度は少なくとも５０重量％以下が望ましく、４０重量％以下とすることがさらに望ましいことが図２から明らかである。
【００４０】
なお、本実施形態は、正孔注入輸送層３ａが単一層にて形成されるものであったが、本発明の有機ＥＬ素子は、正孔注入層及び正孔輸送層がそれぞれ順次積層されるものであってもよい。また、前記発光ドーパントは緑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、発光層あるいは電子輸送層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】
【００４１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に車載用表示器などの高温環境下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】
【００４２】
１ 支持基板
２ 第一電極（陽極）
３ 有機層
３ａ 正孔注入輸送層
３ｂ 発光層
３ｃ 電子輸送層
３ｄ 電子注入層
４ 第二電極（陰極）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の低電圧化及び高効率化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素子は、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、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている。
【０００３】
かかる有機ＥＬ素子は、前記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前記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素子を用いた有機ＥＬディスプレイは、自己発光のため視認性に優れ、完全固体素子であるため耐衝撃性や低温環境下での応答性に優れているため表示の瞬間判読が必要な車両用計器などの車載表示装置に採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特に車載表示装置に採用される有機ＥＬ素子は、広範囲な温度環境下での高信頼性が要求されるとともに低電力化が求められている。低電力で高温環境下での信頼性を高めるためには、低電圧化と高効率化が重要な課題である。これに対し、低電圧化と高効率を達成するための方法としては、発光層と陰極との間に電子移動度の高い電子輸送層を形成することが考えられるが、電子輸送層の電子移動度が高いと、電子の供給が過剰となりキャリアバランスが崩れると発光層と陽極との間に形成される正孔輸送層が電子によって劣化し、寿命が短くなるという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献１に開示されるように、発光層にホスト材料の有するキャリア輸送性を補完するアシストドーパントを加え、発光層に正孔輸送性材料、電子輸送性材料という相反するキャリア輸送性を持つ材料を混在させることにより、発光層自体をバイポーラ（両キャリア輸送性）とし、発光層内の再結合確率を高め発光効率を向上させる方法がある。しかしながら、かかる方法においてもキャリアバランスを保つことが重要であり高温環境下での信頼性向上のため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、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機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、少なくとも発光層を有する有機層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、
前記発光層は、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、を少なくとも含んでなり、
前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記正孔輸送性ドーパントは、前記発光層中の濃度が５０重量％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記発光ドーパントと前記ホスト材料とのイオン化ポテンシャルの差が０．０５ｅＶ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を提供することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。
【図２】本発明の実施例１〜７及び比較例１〜４の試験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態である有機ＥＬ素子は、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、有機層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。
【００１５】
支持基板１は、例えば透光性の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，有機層３及び第二電極４が順に積層形成される。
【００１６】
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上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法等の手段によって層状に形成した酸化物透明導電膜からなり、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てなる。また、第一電極２は、表面がＵＶ／Ｏ３処理やプラズマ処理等の表面処理を施されてなる。
【００１７】
有機層３は、少なくとも発光層を含む多層からなり、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輸送層３ａ，発光層３ｂ，電子輸送層３ｃ及び電子注入層３ｄが順に積層形成されてなる。
【００１８】
正孔注入輸送層３ａは、第一電極２から正孔を取り込み発光層３ｂへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔輸送性材料を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。
【００１９】
発光層３ｂは、正孔移動度（以下、ホスト材料の正孔移動度をμｈＥＭと記す）と電子移動度（以下、ホスト材料の電子移動度をμｅＥＭと記す）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下である（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）ホスト材料に少なくとも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共蒸着等の手段によって添加してなるものである。前記ホスト材料は、通常発光層３ｂ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し、３．０ｅＶ程度のエネルギーギャップを有する。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発光する機能を有し、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以上で例えば緑色発光を示す蛍光材料からなる。前記正孔輸送性ドーパントは、第一電極２から発光層３ｂへの正孔の注入効率を向上させる機能を有し、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度（以下、正孔輸送性ドーパントの正孔移動度をμｈＨＴと記す）との比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が０．１以上１０以下（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）であり、発光層３ｂ中の濃度が５０重量％以下で、ガラス転移温度が８５℃以上で好ましくは１１０℃以上の材料である。
【００２０】
電子輸送層３ｃは、電子を発光層３ｂへ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。
【００２１】
電子注入層３ｄ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）やリチウムキノリン（Ｌｉｑ）を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなる。
【００２２】
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層状に形成した導電膜からなるものである。
【００２３】
以上の各部によって有機ＥＬ素子が構成されている。
【００２４】
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、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度μｈＨＴと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、低電力で高温環境下での信頼性の高い素子を得ること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０．６以上１０以下である（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）前記ホスト材料により発光層３ｂを形成し、前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記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以下となる（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）前記正孔輸送性ドーパントを発光層３ｂに添加することによって、キャリアバランスを安定させて低電圧と高効率を達成することができ、低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができる。前記ホスト材料は、電子と正孔とを輸送し、かつ電子と正孔とを再結合させ、励起子を形成するものであり電子と正孔の移動度の差が大きいと励起子の形成する領域が偏ってしまい、発光層３ｂ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注入輸送層３ａや電子輸送層３ｃへ影響を及ぼし、材料を劣化させ寿命特性を悪化させている。このキャリアのバランスを整合させるためには、前記ホスト材料の電子と正孔の移動度の比率をある範囲でそろえる必要があった。具体的には、本発明のように移動度の比が０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０のとき効果が得られた。また、前記ホスト材料に添加する前記正孔輸送性ドーパントは、低電圧化と寿命特性に関与していて、電子移動度μｅＥＭが高い前記ホスト材料では電子が正孔注入輸送層３ａと発光層３ｂとの界面に蓄積されあふれた電子が正孔注入輸送層３ａの正孔輸送性材料を劣化させて寿命特性を悪くするが、前記正孔輸送性ドーパントを添加することで電子の蓄積を低減でき正孔注入輸送層３ａの材料劣化を抑制することができる。具体的には、本発明のように前記ホスト材料の電子移動度μｅＥＭと前記正孔輸送性ドーパントの正孔移動度μｈＨＴの比率を０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０にすることで抑制効果が顕著にあった。
【００２５】
また、前記正孔輸送性ドーパントを発光層３ｂ中の濃度が５０重量％以下となるように添加することによって、発光効率を維持することができ寿命特性を短くすることなく低電圧化が可能となる。発光層３ｂ中の前記正孔輸送性ドーパントの濃度は、駆動電圧と効率及び寿命特性に大きく関与している。前記正孔輸送性ドーパントの濃度が高いと前記正孔輸送性ドーパントの移動度により電流電圧特性の電圧は低下するが、発光に関与する前記ホスト材料が少なくなるため発光効率の低下が起き、同じ輝度を出すためには電流を多く流さなければならず、結果として寿命が短くなる。本発明では、発光層３ｂの前記ホスト材料と前記正孔輸送性ドーパントは同一比率までは発光効率を低下させることがなかった。しかし、前記正孔輸送性ドーパントの濃度が５５重量％を超えると発光効率の低下が顕著に現れた。
【００２６】
また、前記発光ドーパントと前記ホスト材料とのＩｐの差を０．０５ｅＶ以上とすることによって、前記ホスト材料から前記発光ドーパントへ前記ホスト材料で形成された励起子のエネルギーを効率よく前記発光ドーパントへ移行することができ高い発光効率を得ることができる。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０．０５ｅＶ以下である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。
【００２７】
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は各実施例及び各比較例の性能比較を示している。
【実施例１】
【００２８】
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からなる正孔注入輸送層３ａを膜厚３０ｎｍで形成した。また、正孔注入輸送層３ａ上に、ホスト材料ＥＭ１と緑色発光を示す蛍光ドーパントＧＤ１からなる前記発光ドーパントと正孔輸送性材料ＨＴ１からなる前記正孔輸送性ドーパントを４５：１．5：５の比率で含有させて発光層３ｂを膜厚５０ｎｍで形成した。ホスト材料ＥＭ１は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ（電子親和力）＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝３×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝２×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は１．５である。蛍光ドーパントＧＤ１は、Ｅｇ（エネルギーギャップ）＝２．４ｅＶ、Ｉｐ＝５．８ｅＶであり、ホスト材料ＥＭ１とのＩｐの差は０．１ｅＶである。正孔輸送性材料ＨＴ１は、Ｔｇ（ガラス転移温度）＝１３０℃、Ｉｐ＝５．４ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝４×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、発光層３ｂ中の濃度は１０重量％である。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．１３である。さらに、発光層３ｂ上に電子輸送層３ｃとして電子輸送性材料ＥＴ１を膜厚２５ｎｍで形成した。電子輸送性材料ＥＴ１は、Ｉｐ＝５．８ｅＶ、Ｅａ＝３．０ｅＶ、電子移動度μｅ＝５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓである。さらに、電子輸送層３ｃ上に電子注入層３ｄとしてＬｉＦを膜厚1ｎｍで形成し、電子注入層３ｄ上に第二電極４としてＡｌを膜厚１００ｎｍで形成して有機ＥＬ素子を作製した。実施例１は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．７Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例２】
【００２９】
また、実施例２として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ２に変更したほかは、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。なお、ホスト材料ＥＭ２は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝６×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝１×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は０．６である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ２とのＩｐの差は０．１ｅＶである。また、ホスト材料ＥＭ２の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．６７である。実施例２は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．８Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例３】
【００３０】
また、実施例３として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ３に変更したほかは、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。なお、ホスト材料ＥＭ３は、Ｉｐ＝５．９ｅＶ、Ｅａ＝２．９ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝４×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝４×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は１０である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ２とのＩｐの差は０．１ｅＶである。また、ホスト材料ＥＭ３の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は０．１である。実施例３は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．８Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１８００時間を越えた。
【実施例４】
【００３１】
また、実施例４として、発光層３ｂにおけるホスト材料ＥＭ１，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を２５：１．５：２５とし、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度を５０重量％としたほかは、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。実施例４は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．９Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２５ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１５００時間を越えた。
【実施例５】
【００３２】
また、実施例５として、発光層３ｂにおけるホスト材料ＥＭ１，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を３０：１．５：２０とし、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度を４０重量％としたほかは、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。実施例５は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１９００時間を越えた。
【実施例６】
【００３３】
また、実施例６として、発光層３ｂの前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ２に変更したほかは、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。なお、正孔輸送性材料ＨＴ２は、Ｔｇ＝１２８℃、Ｉｐ＝５．５ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝３×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、発光層３ｂ中の濃度は１０％である。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ２の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は１である。実施例６は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．４Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた。
【実施例７】
【００３４】
また、実施例７として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ２に変更し、前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ２に変更したほかは、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。ホスト材料ＥＭ２は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は０．６である。また、ホスト材料ＥＭ２の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ２の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は、５である。実施例７は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝６．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝２８ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は２０００時間を越えた（Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２）。
【００３５】
（比較例１）
また、比較例１として、発光層３ｂに前記正孔輸送性ドーパントを含有させず、ホスト材料ＥＭ１と蛍光ドーパントＧＤ１の比率を５０：１．５としたほかは、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。比較例１は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．２Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１０００時間であった。
【００３６】
（比較例２）
また、比較例２として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ４に変更し、ホスト材料ＥＭ４，蛍光ドーパントＧＤ１及び正孔輸送性材料ＨＴ１の比率を４５：１．５：５としたほかは、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。ホスト材料ＥＭ４は、Ｉｐ＝５．８ｅＶ、Ｅａ＝２．９５ｅＶ、電子移動度μｅＥＭ＝３×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ、正孔移動度μｈＥＭ＝１×１０−８ｃｍ２／Ｖｓであり、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は３００である。また、蛍光ドーパントＧＤ１とホスト材料ＥＭ４とのＩｐの差は０．０５ｅＶである。また、正孔輸送性材料ＨＴ１の発光層３ｂ中の濃度は１０重量％である。また、ホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ１の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は、約１３３である。比較例２は緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝７．５Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１７ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３７】
（比較例３）
また、比較例３として、発光層３ｂの前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ３に変更したほかは、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、Ｔｇ＝１００℃、Ｉｐ＝５．４ｅＶ、正孔移動度μｈＨＴ＝８×１０−５ｃｍ２／Ｖｓである。また、ホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ３の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約０．０３である。比較例３は、緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．０Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３８】
（比較例４）
また、比較例４として、発光層３ｂの前記ホスト材料をホスト材料ＥＭ４に変更し、前記正孔輸送性ドーパントを正孔輸送性材料ＨＴ３に変更したほかは、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。ホスト材料ＥＭ４は、正孔移動度μｈＥＭと電子移動度μｅＥＭとの比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）は３００である。また、ホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔輸送性材料ＨＴ３の正孔移動度μｈＨＴとの比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）は約２６．７である。比較例４は、緑色発光を示し、その特性は発光輝度Ｌｐ＝１３５００ｃｄ／ｍ２での駆動電圧Ｅ＝８．０Ｖ、電流効率Ｌ／Ｊ＝１６ｃｄ／Ａであり、８５℃の高温温度環境下における初期輝度Ｌｐ＝３０００ｃｄ／ｍ２でのＤＣ駆動時の半減寿命は１２００時間であった。
【００３９】
図２に示すように、発光層３ｂのホスト材料に正孔移動度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（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）内となるホスト材料ＥＭ１〜３を用い、さらに正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ１〜ＥＭ３の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）内となる正孔輸送性材料ＨＴ１あるいはＨＴ２を適用した実施例１〜７は、低電圧及び高効率を示し、高温環境下であっても長寿命を得ることが可能となっている。これに対し、発光層３ｂ中に正孔輸送性ドーパントを有しない比較例１、発光層３ｂのホスト材料として正孔移動度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（０．６≦μｅＥＭ／μｈＥＭ≦１０）外となるホスト材料ＥＭ４を用い、正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ４の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）外となる正孔輸送性材料ＨＴ３を適用した比較例２，４、正孔輸送性ドーパントにホスト材料ＥＭ１の電子移動度μｅＥＭと正孔移動度μｈＨＴと比（μｈＨＴ／μｅＥＭ）が本発明における規定範囲（０．１≦μｈＨＴ／μｅＥＭ≦１０）外となる正孔輸送性材料ＨＴ３を適用した比較例３は、実施例１〜７と比較して駆動電圧が高く、発光効率が低下し、高温環境下での半減寿命も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、本発明のように発光層３ｂを形成することにより低電力で高温環境下での信頼性の高い有機ＥＬ素子を得ることができることは図２からも明らかである。なお、実施例１〜７のうち、高温環境下での半減寿命は正孔輸送性ドーパントの発光層３ｂ中の濃度が高い実施例４で比較的短くなっており、正孔輸送性ドーパントの発光層３ｂ中の濃度は少なくとも５０重量％以下が望ましく、４０重量％以下とすることがさらに望ましいことが図２から明らかである。
【００４０】
なお、本実施形態は、正孔注入輸送層３ａが単一層にて形成されるものであったが、本発明の有機ＥＬ素子は、正孔注入層及び正孔輸送層がそれぞれ順次積層されるものであってもよい。また、前記発光ドーパントは緑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、発光層あるいは電子輸送層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】
【００４１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に車載用表示器などの高温環境下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】
【００４２】
１ 支持基板
２ 第一電極（陽極）
３ 有機層
３ａ 正孔注入輸送層
３ｂ 発光層
３ｃ 電子輸送層
３ｄ 電子注入層
４ 第二電極（陰極）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも発光層を有する有機層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、
前記発光層は、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、
前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記正孔輸送性ドーパントは、前記発光層中の濃度が５０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記発光ドーパントは、前記ホスト材料とのイオン化ポテンシャルの差が０．０５ｅＶ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。
【請求項１】
少なくとも発光層を有する有機層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、
前記発光層は、正孔移動度（μｈＥＭ）と電子移動度（μｅＥＭ）との比（μｅＥＭ／μｈＥＭ）が０．６以上１０以下であるホスト材料と、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、
前記ホスト材料の電子移動度（μｅＥＭ）と前記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以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記正孔輸送性ドーパントは、前記発光層中の濃度が５０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記発光ドーパントは、前記ホスト材料とのイオン化ポテンシャルの差が０．０５ｅＶ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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４９４３６（Ｐ２０１１−２４９４３６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８９３９（Ｐ２０１０−１１８９３９）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]