JP4782791B2 - White organic electroluminescent device using three primary colors - Google Patents
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Description
本発明は白色有機電界発光素子に関し、より詳しくは3色発光によって白色光を発生する有機電界発光素子に関するものである。 The present invention relates to a white organic electroluminescent device, and more particularly to an organic electroluminescent device that generates white light by three-color light emission.
有機電界発光素子は発光層形成材料が有機物からなり、それ自体で発光するために無機電界発光素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性に優れ、多色化が可能であるという長所を持つ。また、カラーディスプレイ素子に適用する時、発色性に優れて軽薄短小で、携帯用情報通信機器の情報表示用素子として多くの長所を持っている。 The organic electroluminescent element has the advantages that the light emitting layer forming material is made of an organic substance and emits light by itself, so that it has superior brightness, driving voltage and response speed characteristics and can be multicolored compared to the inorganic electroluminescent element. . Further, when applied to a color display element, it is excellent in color development, is light and thin, and has many advantages as an information display element for portable information communication equipment.
カラー有機電界発光素子を実現する方法の中には白色光を利用する方法があるが、この場合、カラーフィルターを使用するが、微細にパターン化した金属マスクを精巧に移動させながら、RGB発光層を順次に蒸着して製作する独立蒸着方式に比べて不良率が低く、製作工程が単純な長所がある。 Among the methods for realizing a color organic electroluminescent device, there is a method using white light. In this case, a color filter is used, but an RGB light emitting layer is used while finely moving a finely patterned metal mask. The defect rate is lower than that of the independent vapor deposition method in which the vapor deposition is sequentially performed and the production process is simple.
青色と赤色発光を利用する白色有機電界発光素子は図1の構造を有する。つまり、基板上部にアノード1が形成され、アノード1上部に正孔輸送及び青色発光層10、正孔制限及び赤色発光層11、電子輸送層12及びカソード9を順次に積層したり、正孔輸送及び青色発光層13、赤色発光層14,正孔制限層15、電子輸送層16、カソード9を順次に積層したりして白色光を得る構造である。
A white organic electroluminescent device using blue and red light emission has the structure of FIG. That is, the
このような2種類の構造は類似の駆動原理を有し、その駆動メカニズムは次の通りである。 These two types of structures have a similar driving principle, and the driving mechanism is as follows.
前記アノード1とカソード9の間に電圧を印加すると、アノード1から注入された正孔は正孔輸送層(10、13)を経由して赤色発光層(11、14)に移動し、高いHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital:電子が充填されている最も高いレベルのオビタル)レベルを有する正孔制限層15によってカソード側への移動が制限される。
When a voltage is applied between the
一方、電子はカソード9から電子輸送層12、16を経由して赤色発光層(11、14)に注入され、正孔輸送層(10、13)と赤色発光層(11、14)の界面及びバルク上でキャリアが再結合して励起子が生成される。この生成された励起子が基底状態で遷移しながら発光が行われるが、正孔輸送層(10、13)では青色光が発光層(11、14)では赤色光が形成されて白色を表示する。
On the other hand, electrons are injected from the
前記のような駆動原理によって作動される有機電界発光素子の赤色及び青色励起子の分布は任意に調節することが難しく、印加される電圧によってその分布が大きく変化して白色の色純度の調節が難しいという短所がある。さらに、正孔輸送層(10、13)での励起子形成によって発光した青色と発光層(11、14)での励起子生成によって発光した赤色の2つ色のみで白色が実現されて低い効率を示し、緑色発光が殆どなくてカラーフィルターを利用してもカラーディスプレイ素子に適用することが難しい。 It is difficult to arbitrarily adjust the distribution of red and blue excitons of an organic electroluminescent device operated according to the driving principle as described above, and the white color purity can be adjusted by largely changing the distribution according to the applied voltage. There is a disadvantage that it is difficult. Furthermore, white is realized with only two colors of blue light emitted by exciton formation in the hole transport layer (10, 13) and red light emitted by exciton generation in the light emitting layer (11, 14), and low efficiency is achieved. Even when a color filter is used, it is difficult to apply to a color display element.
図2には3つの発光層を利用する白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造が示されている。まず、アノード1が形成され、このアノード1上部に正孔輸送層18、青色発光層19、緑色発光層20、赤色発光層21を順次に形成させた後、電子輸送層22及びカソード9が積層される。
FIG. 2 shows an energy level structure of a white organic electroluminescent device using three light emitting layers. First, the
このような構造を有する白色有機電界発光素子の駆動原理は次の通りである。 The driving principle of the white organic electroluminescent device having such a structure is as follows.
アノード1とカソード9間に電圧が印加されると、アノード1とカソード9から正孔と電子が注入される。注入された正孔と電子は正孔輸送層18及び電子輸送層22を経由して励起子を形成し、形成された励起子は3つの発光層(19、20、21)に任意に分布して基底状態で遷移しながら発光する。
When a voltage is applied between the
このような駆動原理によって作動する白色有機電界発光素子もまたRGB発光に寄与する励起子を調節することが難しくて白色の色純度を合わせることが難しく、低い発光効率を示す。また、エネルギーレベル観点で青色発光層19を緑色20及び赤色発光層21より常にアノード1の側に近く位置させなければならない構造的制約が伴う。
A white organic electroluminescent device that operates according to such a driving principle also has a low luminous efficiency because it is difficult to adjust excitons that contribute to RGB light emission and to match the color purity of white. Further, there is a structural restriction that the blue
本発明が目的とする技術的課題は前記問題点を解決するもので、赤、緑、青の三色を均等に発光させて高効率の白色光を発生する有機電界発光素子を提供することにある。 The technical problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide an organic electroluminescence device that emits three colors of red, green, and blue uniformly to generate high-efficiency white light. is there.
前記技術的課題を解決するために本発明では、白色調節層と励起子閉じ込め構造を利用する。 In order to solve the technical problem, the present invention uses a white adjustment layer and an exciton confinement structure.
具体的には、アノード、前記アノード上に形成される正孔注入層、前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、前記複数の発光層のうちの所定の2つの層間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも1つの有機物層、前記発光層上に形成される電子輸送層及び前記電子輸送層上に形成されるカソードを含む有機電界発光素子を備える。 Specifically, an anode, a hole injection layer formed on the anode, a hole transport layer formed on the hole injection layer, a plurality of light emitting layers formed on the hole transport layer, At least one organic material layer formed between two predetermined layers of the plurality of light emitting layers and having an electron blocking effect, an electron transport layer formed on the light emitting layer, and a cathode formed on the electron transport layer The organic electroluminescent element containing is provided.
この時、前記複数の発光層のうちの少なくとも一つの層はその両側に隣接する2つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成することが好ましく、前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、前記緑色発光層が前記正孔輸送層と前記赤色発光層の間に位置し、励起子閉じ込め構造を形成するのが好ましい。 At this time, it is preferable that at least one of the plurality of light-emitting layers has an energy level lower than two adjacent layers on both sides to form an exciton confinement structure, and the plurality of light-emitting layers are green. It is preferable that the light emitting layer, the red light emitting layer, and the blue light emitting layer are formed, and the green light emitting layer is located between the hole transport layer and the red light emitting layer to form an exciton confinement structure.
また、前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、電子遮断効果を有する少なくとも1つの有機物層は前記赤色発光層と前記青色発光層間に位置するのが好ましい。 Preferably, the plurality of light emitting layers include a green light emitting layer, a red light emitting layer, and a blue light emitting layer, and at least one organic material layer having an electron blocking effect is located between the red light emitting layer and the blue light emitting layer.
または、アノード、前記アノード上に形成される正孔注入層、前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、前記発光層上に形成される電子輸送層及び前記電子輸送層上に形成されるカソードを含み、前記複数の発光層のうちの少なくとも1つの層はその両側に隣接する2つの層より低いエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成する有機電界発光素子を備える。 Or an anode, a hole injection layer formed on the anode, a hole transport layer formed on the hole injection layer, a plurality of light emitting layers formed on the hole transport layer, and the light emitting layer An electron transport layer formed on the electron transport layer and a cathode formed on the electron transport layer, wherein at least one of the light emitting layers has a lower energy level than two adjacent layers on both sides thereof. An organic electroluminescent element forming an exciton confinement structure is provided.
この時、前記複数の発光層のうちの所定の2つの層間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも1つの有機物層をさらに含むのが好ましい。 At this time, it is preferable to further include at least one organic material layer formed between two predetermined layers of the plurality of light emitting layers and having an electron blocking effect.
添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限られない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out the embodiments. However, the present invention can be realized in various and different forms, and is not limited to the embodiments described here.
図3Aは本発明の実施例による白色有機電界発光素子の層構造を示す断面図であり、図3Bは本発明の実施例による白色有機電界発光素子のエネルギーレベル構造を示す図面である。 3A is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a white organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram illustrating an energy level structure of the white organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は、図3Aに示したように、絶縁基板100上にアノード1、正孔注入層2、正孔輸送層3、緑色発光層4,赤色発光層5、白色調節層6、青色発光層7、電子輸送層8及びカソード9が順次に積層された構造を有する。
As shown in FIG. 3A, the white organic electroluminescent device according to the embodiment of the present invention includes an
ここで、青色発光層7と赤色発光層5の間に形成される白色調節層6は、その厚さを調節すると赤色(R)、緑色(G)、青色(B)発光生成比率を調節することができる。白色調節層6はカソード9、電子輸送層8及び青色発光層7を通って入る電子の進行を適切に遮断することによって赤、緑、青発光比率を調節する。
Here, the
また、緑色発光層4はその両側に配置される正孔輸送層3と赤色発光層5に比べて低いLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital:電子が充填されていない最も低いエネルギー準位の分子オビタル)レベルを持っていて、励起子閉じ込め構造17を形成して緑色発光の効率を上げている。
The green
本発明の実施例による有機電界発光素子において正孔輸送層3、発光層4,5、7及び電子輸送層8の中の1つ以上は正孔−電子結合によって発光できるドーパントを含むことができる。この時、ドーパントとしては下記構造式のクマリン6(Coumarin 6)、ルブレン(Rubrene)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(P−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(英名:4−(Dicyanomethylene)−2−methyl−6−(P−dimethylaminostyryl)−4H−pyran:DCM)、4−(ジシアノメチレン)−2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(英名:4−(dicyanomethylene)−2−t−butyl−6−(1,1,7,7−tetramethyljulolidyl−9−enyl)−4H−pyran:DCJTB)、青色実現に使用されるペリレン、キナクリドン、2−メチル−6−2−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾキノリジン−9−イル)エテニル)−4H−ピラン−4−イリデン)プロパン−ジニトリル(英名:2−metyl−6−(2−(2,3,6,7−tetrahydro−1H,5H−benzo quinolizin−9−yl)ethenyl)−4H−pyran−4−ylidene)propane−dinitrile:DCM2)などを用いることができる。
In the organic electroluminescent device according to the embodiment of the present invention, one or more of the
燐光ドーパントとしては赤色の2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィンプラチナ(英名:2,3,7,8,12,13,17,18−Octaethyl−21H,23H−porphine platinum:PtOEP)、青色のイリジウム(III)ビス[4,6−ジ−フルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネイト(英名:iridium(III)bis[(4,6−di− fluoropheny)−pyridinato−N,C2’]picolinate:Firpic)などを用いることができる。そして、ドーパントの含量は正孔輸送層3、発光層(4、5、7)及び電子輸送層8のホスト形成材料に対して1乃至20重量%である。
As a phosphorescent dopant, red 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-porphine platinum (English name: 2,3,7,8,12,13,17,18-Octaethyl) -21H, 23H-porphine platinum (PtOEP), blue iridium (III) bis [4,6-di-fluorophenyl) -pyridinato-N, C2 ′] picolinate (English name: iridium (III) bis [(4,6 -Di-fluoropheny) -pyridinato-N, C2 '] picolineate: Firric). The dopant content is 1 to 20 wt% with respect to the host forming materials of the
発光層(4、5、7)を形成するホスト材料は次の通りである。 The host materials for forming the light emitting layers (4, 5, 7) are as follows.
緑色発光層4のホスト材料としてはアルミニウムトリス(8−ヒドロキシキノリン)(英名:Aluminum tris (8−hydroxyquinoline))を使用する。
Aluminum tris (8-hydroxyquinoline) (English name: Aluminum tris (8-hydroxyquinoline)) is used as a host material of the green
赤色及び/又は黄色発光層5のホスト材料としては(N,N−ビス(ナフタレン−1−イル)フェニル)−N,N−ビス(フェニル)ベンジディン(英名:N,N’−bis(naphthalen−1−yl)phenyl)−N,N’−bis(phenyl)benzidine:NPB)と燐光ホストである4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(英名:4,4’−Bis(carbazol−9−yl)biphenyl:CBP)を使用する。 As a host material of the red and / or yellow light-emitting layer 5, (N, N-bis (naphthalen-1-yl) phenyl) -N, N-bis (phenyl) benzidine (English name: N, N′-bis (naphthalen- 1-yl) phenyl) -N, N′-bis (phenyl) benzidine (NPB) and 4,4′-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (English name: 4,4′-bis (carbazol)) which is a phosphorescent host -9-yl) biphenyl: CBP).
青色発光層7のホスト材料としては4,4’−ビス(2,2−ジフェニル−エテン−1−イル)−ジフェニル(英名:4,4’−bis(2,2−diphenyl−ethen−1−yl)−diphenyl:DPVBi)を使用する。青色発光層7を形成する物質としては低分子の、4,4”−ビス(2,2−ジフェニルビニル−1−イル)−p−テルフェニレン(英名:4,4”−bis(2,2−diphenylvinyl−1−yl)−p−terphenylene:DPVTP)、スピロ−DPVBiなどを利用することもできる。
As a host material of the blue
このような発光層(4、5、7)は効率を増加させ、色変化のために前記ドーパント材料と混合して形成される。 Such a light emitting layer (4, 5, 7) is formed by mixing with the dopant material to increase efficiency and change color.
発光層(4、5、7)の厚さは白色に対する寄与度に応じて100Å乃至500Å程度に形成するのが好ましく、使用される材料の特性によってその範囲が変化する。 The thickness of the light emitting layer (4, 5, 7) is preferably about 100 to 500 mm depending on the contribution to white, and the range varies depending on the characteristics of the material used.
正孔注入層2及び正孔輸送層3の形成材料としては正孔輸送特性があるトリフェニルアミン基を有する材料を使用し、下記の構造式を有する4,4’,4”−トリス(N−3−メチルフェニル−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(英名:4,4’,4”−Tris(N−3−methylphenyl−N−phenyl−amino)−triphenylamine:m−MTDATA)とN,N−ビス(ナフタレン−1−イル)フェニル)−N,N−ビス(フェニル)ベンジディン(英名:N,N’−Bis(naphthalen−1−yl)phenyl)−N,N’−bis(phenyl)benzidine:NPB)等が使用される。アノード1上に形成される正孔注入層2は400Å乃至1500Å程度が好ましく、正孔輸送層3の厚さは100Å乃至500Å程度が好ましい。
As a material for forming the
本発明の実施例による有機電界発光素子において絶縁基板100としては通常の有機EL素子で使用される基板を使用するが、透明性、表面平滑性、取扱い容易性及び防水性に優れたガラス基板又は透明プラスチック基板を使用するのが好ましい。
In the organic electroluminescent device according to the embodiment of the present invention, a substrate used in a normal organic EL device is used as the
アノード1形成用物質としては透明で伝導性に優れた酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫、酸化亜鉛などを使用し、その厚さは1000乃至2000Åに形成する。
As the
カソード9形成用物質としてはリチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、アルミニウム−リチウム(Al−Li)、カルシウム(Ca)、マグネシウム−インジウム(Mg−In)、マグネシウム−銀(Mg−Ag)等の金属を利用し、その膜の厚さは500乃至5000Å範囲に形成する。
Materials for forming the
ここで、カソード9は反応性が高くて仕事関数値の小さいフッ化リチウム(LiF)を5乃至20Å厚さに形成し、その上に仕事関数値の大きいアルミニウムを1000乃至2000Å厚さに形成して二重層に形成するのが素子安定性と効率面で好ましい。
Here, the
電子輸送層8を形成する電子輸送性物質としては下記構造式のトリス(8−キノリノレート)−アルミニウム(Alq3)を用い、電子輸送層8膜の厚さは100乃至1000Å範囲が好ましい。
As the electron transporting material forming the
白色調節層6を形成する物質としてはN,N’−ビス(ナフタレン−1−イル)フェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジディン(NPB(=α−NPD))を使用し、その厚さは10乃至30Å程度が好ましい。
N, N′-bis (naphthalen-1-yl) phenyl) -N, N′-bis (phenyl) benzidine (NPB (= α-NPD)) is used as a material for forming the
図3Bは本発明の実施例による有機電界発光素子の構造をエネルギーレベルに合わせて示す図面である。 FIG. 3B is a view illustrating a structure of an organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention according to energy levels.
赤色発光層5と青色発光層7の間に電子遮断効果のある白色調節層6が介され、正孔輸送層3と赤色発光層5の間にはLUMOレベルの低い緑色発光層4が形成され、量子井戸(quantum well)が形成されて励起子閉じ込め構造17をなす。
A white light-emitting
この時、白色調節層6の膜厚さは発光寄与度に応じて10Å乃至30Å程度が好ましく、厚さを調節することによってエネルギー障壁によって界面で蓄積される電子の量と注入されて赤色発光層5及び緑色発光層4に到達する電子の量を適切な範囲内に調節することができる。
At this time, the thickness of the
緑色発光層4は励起子閉じ込め構造17を形成するために必ず井戸形態のエネルギーレベル構造を有する正孔輸送層3と赤色発光層5の間に構成されなければならない。
In order to form the
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は、上述のような順、つまり、アノード/正孔注入層/正孔輸送層/緑色発光層/赤色発光層/白色調節層/青色発光層/電子輸送層/カソードの順に形成されるが、赤色発光層の代わりに黄色発光層を形成してもよい。 The white organic electroluminescent device according to the embodiment of the present invention has the above order, that is, anode / hole injection layer / hole transport layer / green light emitting layer / red light emitting layer / white light emitting layer / blue light emitting layer / electron. The transport layer / cathode is formed in this order, but a yellow light-emitting layer may be formed instead of the red light-emitting layer.
ここで、アノード1上に順次に積層される有機膜のうちの赤色又は黄色発光層5と白色調節層6はエネルギー準位の配列や使用されるホスト材料に応じて位置が互いに交換されてもよい。つまり、図4に示したように、アノード/正孔注入層/正孔輸送層/緑色発光層/白色調節層/赤色発光層/青色発光層/電子輸送層/カソードの順に形成されてもよい。
Here, among the organic films sequentially stacked on the
また、青色の発光効率を高効率の白色有機電界発光素子を実現するために、図5に示したように青色発光層7と電子輸送層23の間に青色発光層7の発光効率を高めるための発光増強層23をさらに含むことができる。発光増強層23は青色発光層/n型層、青色発光層/p型層、青色発光層/n型層/p型層などの多重層からなる。
Further, in order to realize a white organic electroluminescence device having high blue light emission efficiency, the light emission efficiency of the blue
本発明の実施例による白色有機電界発光素子は白色調節層6を使用して有機電界発光素子が動作する時に生成される励起子をR、G、Bそれぞれの発光層(5、4、7)に白色寄与度に合わせて調節且つ分布させることによってR、G、B素子構造(ドーピング濃度、発光層の厚さ)に大きく依存せず各独立色が有する最大発光効率を得ることができる。また、白色調節層6の厚さ調節によって色純度を簡単に変化することができる。
In the white organic electroluminescent device according to the embodiment of the present invention, the excitons generated when the organic electroluminescent device operates using the
従来の白色素子が正孔ブロッキング層(Hole Blocking Layer:HBL;図1で図面符号11、15)の正孔ブロッキング効果によって正孔輸送層(図1で図面符号10、13)と発光層(図1で11、14)の間の界面及びバルク上での発光を誘導することによって白色光を得ることとは異なって、本発明における白色調節層6は電子遮断効果によって電子分布を調節することで青色発光層7で使用されない励起子を赤色5と緑色4に寄与させる役割を果たす。
A conventional white element has a hole blocking layer (HBL;
図1のようにHBL材料を使用する場合においては、発光メカニズムを満足させるためにエネルギーレベル観点で青色発光層(10、13)を必ずアノード1側に前置させなければならず、赤色発光層(11、14、21)を後方に位置させなければならない構造的制限が伴う。しかし、本発明の実施例による白色有機電界発光素子にはこのような構造的制限がない。
In the case of using an HBL material as shown in FIG. 1, the blue light emitting layer (10, 13) must always be placed in front of the
また、有機素子の寿命に大きく影響を与える正孔輸送層5をドーピングさせて発光に寄与させることによって、正孔輸送層5が電荷運搬体に露出することで発生する熱による劣化及び寿命低下現象をホスト−ゲスト間のエネルギー移動現象によって解消させることができるので、素子の寿命にさらに有利な構造的特徴を有する。 In addition, the hole transport layer 5 that greatly affects the lifetime of the organic element is doped to contribute to light emission, so that the hole transport layer 5 is exposed to the charge transporting body and is deteriorated due to heat and a lifetime decrease phenomenon. Can be eliminated by an energy transfer phenomenon between the host and the guest, and thus has a structural feature more advantageous for the lifetime of the device.
励起子閉じ込め構造17は緑色発光層4がアノード1側に前置された時、緑色発光のみが主に起こる従来の問題点を解決するためのもので、本発明では励起子閉じ込め構造17を使用することでこのような現象を防止することができ、青色7及び赤色5と共に緑色4発光による3色白色光の実現が可能になる。励起子閉じ込め効果は緑色発光層4に注入される励起子を量子井戸に落として閉じ込める励起子閉じ込め構造17によって可能となる。したがって、従来のHBLを使用する発光器具だけでなく、3色発光層を積層して白色光を誘導し出す発光器具の問題のうちの1つである緑色光の低い寄与度を克服することができる。また、前記量子井戸構造を使用することによって、青色及び赤色発光に使用されない余剰励起子を緑色発光寄与にのみ限定させて寿命低下の要因となり得るアノード1側への非発光寄与を防止するのに有利である。
The
以下、各層の厚さ及び物質含量まで考慮したより具体的な実施例を提示する。 Hereinafter, more specific examples will be presented in consideration of the thickness and material content of each layer.
下記の実施例は本発明の理解のために提示されるものに過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されることではない。 The following examples are presented only for the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
以下の実施例説明における図面符号は図3Aの符号を基準にしたものである。 The reference numerals in the following description of the embodiments are based on the reference numerals in FIG. 3A.
[第1実施例]
ガラス基板100上に1800Å厚さにITOを蒸着してアノード1を形成し、この上部にm−MTDATAを真空蒸着して正孔注入層2を400Å厚さに形成する。
[First embodiment]
On the
次いで、正孔注入層2上にNPBを真空蒸着して100Å厚さの正孔輸送層3を形成する。
Next, NPB is vacuum-deposited on the
その後、正孔輸送層3上にAlq3とクマリン6を同時に真空蒸着して180Å厚さの緑色発光層4を形成する。この時Alq3の含量は99重量%、クマリン6の含量は1.0重量%であった。
Thereafter, Alq3 and
次に、緑色発光層4上に同様な方法でNPBとDCMを同時に真空蒸着して120Å厚さの赤色発光層5を形成する。この時、NPBの含量は96重量%、DCMの含量は4.0重量%であった。
Next, NPB and DCM are simultaneously vacuum-deposited on the green
次に、NPBを赤色発光層5上に真空蒸着して励起子の分布が調節できる白色調節層6を形成する。形成された白色調節層6の厚さは17Åであった。
Next, NPB is vacuum-deposited on the red light emitting layer 5 to form a
白色調節層6上にDPVBiを真空蒸着して青色発光層7を形成し、青色発光層7上にAlq3を真空蒸着して電子輸送層8を形成する。この時、形成された厚さは青色発光層7が180Å、電子輸送層8が120Åであった。
DPVBi is vacuum-deposited on the
また、電子輸送層8上にLiFを真空蒸着して10Å厚さのLiF電子注入層を形成し、このLiF電子注入層上にAlを真空蒸着して2000Å厚さにAl層を形成することによってカソード9を形成する。
Further, LiF is vacuum-deposited on the
このような方法で製造された有機電界発光素子では赤色発光層5と青色発光層7の間に白色調節層6を形成することによって現れる電子遮断効果によって一部はDPVBiからなる青色発光層7で発光し、一部はDCMがドーピングされた赤色発光層5でオレンジ−レッド発光をし、残りは励起子閉じ込め構造によって緑色発光層4であるクマリンで緑色発光に寄与する。
In the organic electroluminescent device manufactured by such a method, a part of the organic light emitting device is a blue
図4は本発明の第1実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。 FIG. 4 is a view illustrating an emission spectrum, color coordinates, and efficiency characteristics of an organic electroluminescent device manufactured according to the first embodiment of the present invention.
図4の発光スペクトルを参照すると、R、G、B三色に相当する455nm、510nm、590nm付近のピークを伴ってR、G、B三色が白色発光に均等に寄与することを簡単に確認できる。この時の発光する白色光の色座標は(0.33、0.38)であり、発光効率は6.1cd/A、2.3lm/Wの値を示す。 Referring to the emission spectrum of FIG. 4, it is easily confirmed that the three colors R, G, and B contribute equally to white light emission with peaks near 455 nm, 510 nm, and 590 nm corresponding to the three colors R, G, and B. it can. The color coordinates of the white light emitted at this time are (0.33, 0.38), and the light emission efficiency is 6.1 cd / A and 2.3 lm / W.
[第2実施例]
赤色発光層5をNPBとルブレンを同時に真空蒸着してNPB97重量%とルブレン3重量%になるように形成し、色純度を調節するために白色調節層6の厚さを19Åに変化させたことを除いては、第1実施例と同様な方法によって有機電界発光素子を製造する。
[Second Embodiment]
The red light-emitting layer 5 was formed by simultaneously vacuum-depositing NPB and rubrene to be 97% by weight of NPB and 3% by weight of rubrene, and the thickness of the
したがって、第2実施例では赤色発光層5のルブレンによってイエロー−オレンジ発光に一部励起子が寄与し、白色調節層6の厚さの変化によって色純度を調節して青色及び緑色発光に残り励起子が寄与する。
Accordingly, in the second embodiment, excitons partially contribute to yellow-orange light emission by rubrene of the red light emitting layer 5, and the color purity is adjusted by changing the thickness of the
図5は本発明の第2実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。 FIG. 5 is a view showing an emission spectrum, color coordinates, and efficiency characteristics of an organic electroluminescent device manufactured according to the second embodiment of the present invention.
図5のスペクトルを参照すると、455nm、511nm、560nmの最大波長ピークを伴い、R、G、B三色が全て色発光に寄与する。この時、色座標は(0.28、0.36)であり、発光効率は6.8cd/A、2.5lm/Wの値を示す。 Referring to the spectrum of FIG. 5, all three colors of R, G, and B contribute to color emission with maximum wavelength peaks of 455 nm, 511 nm, and 560 nm. At this time, the color coordinates are (0.28, 0.36), and the luminous efficiency is 6.8 cd / A, 2.5 lm / W.
[第3実施例]
白色調節層6の厚さを17Åに変化させたことを除いては、第2実施例と同様な方法によって有機電界発光素子を製造する。
[Third embodiment]
An organic electroluminescent element is manufactured by the same method as in the second embodiment except that the thickness of the white
白色調節層6の役割は前記で言及したように発光に寄与する電子の分布を調節することであり、これは励起子の分布を調節するということを意味する。したがって、赤色発光層5と青色発光層7の間に形成された白色調節層6の厚さを減少させると、電子遮断効果が減って青色発光層7の寄与が減少し、緑色発光層4と赤色発光層5の寄与が増加する。つまり、緑色と黄色の寄与度がより大きくなって色座標が長い波長側に変化する。
The role of the
図6は本発明の第3実施例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。 FIG. 6 is a view showing an emission spectrum, color coordinates, and efficiency characteristics of an organic electroluminescent device manufactured according to the third embodiment of the present invention.
図6のスペクトルを参照すると、このような予想とよく合うことが分かり、この時の色座標は(0.31、0.40)で、7.1cd/A、2.3lm/Wの発光効率を示す。 Referring to the spectrum of FIG. 6, it can be seen that this fits well with this expectation, and the color coordinates at this time are (0.31, 0.40), and the luminous efficiency is 7.1 cd / A, 2.3 lm / W. Indicates.
[第1比較例]
本発明の第1乃至第3実施例の構造と比較して励起子閉じ込め構造を有しない有機電界発光素子を製作してその特性を確認した。
[First comparative example]
An organic electroluminescence device having no exciton confinement structure as compared with the structures of the first to third embodiments of the present invention was manufactured and its characteristics were confirmed.
ガラス基板上に1800Å厚さにITO電極(アノード)を形成し、その上にm−MTDATAを真空蒸着して正孔注入層を400Å厚さに形成した。次いで、正孔注入層上部にNPBを真空蒸着して100Å厚さの正孔輸送層を形成した。 An ITO electrode (anode) having a thickness of 1800 mm was formed on a glass substrate, and m-MTDATA was vacuum-deposited thereon to form a hole injection layer having a thickness of 400 mm. Next, NPB was vacuum-deposited on the hole injection layer to form a hole transport layer having a thickness of 100 mm.
その後、正孔輸送層上部にNPBとルブレンを同時に真空蒸着して140Å厚さの緑色発光層を形成した。この時、NPBの含量は97重量%、ルブレンの含量は3.0重量%である。 Thereafter, NPB and rubrene were simultaneously vacuum deposited on the hole transport layer to form a 140 mm thick green light emitting layer. At this time, the content of NPB is 97% by weight and the content of rubrene is 3.0% by weight.
次に、緑色発光層上部に励起子の分布を調節することができる白色調節層を17Å形成し、Alq3とクマリン6を同時に真空蒸着して100Å厚さの赤色発光層を形成した。この時、Alq3の含量は99重量%、クマリン6の含量は1.0重量%である。
Next, 17 白色 white adjustment layer capable of adjusting the exciton distribution was formed on the green luminescent layer, and Alq3 and
また、DPVBiを赤色発光層上部に真空蒸着して180Å厚さの青色発光層を形成した。 Further, DPVBi was vacuum deposited on the red light emitting layer to form a 180 mm thick blue light emitting layer.
その後、青色発光層上に電子輸送層150Åを形成し、電子輸送層上にLiFを真空蒸着して10Å厚さのLiF電子注入層を形成した後、このLiF電子注入層上にAlを真空蒸着して2000Å厚さにAl電極を形成することによって有機電界発光素子を製造した。 Thereafter, an electron transport layer 150 Å is formed on the blue light-emitting layer, LiF is vacuum deposited on the electron transport layer to form a 10 Å thick LiF electron injection layer, and then Al is vacuum deposited on the LiF electron injection layer. Then, an organic EL device was manufactured by forming an Al electrode with a thickness of 2000 mm.
図7は第1比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。 FIG. 7 is a view showing an emission spectrum, color coordinates, and efficiency characteristics of an organic electroluminescence device manufactured according to the first comparative example.
図7のスペクトルを参照すると、励起子閉じ込め効果が期待できない第1比較例のスペクトルは青色領域におけるピークが著しく減少し、黄色−緑色領域のピークのみが主な寄与をして白色を得ることができなかった。この時の色座標は(0.37、0.54)で薄い黄色を現わした。 Referring to the spectrum of FIG. 7, in the spectrum of the first comparative example in which the exciton confinement effect cannot be expected, the peak in the blue region is significantly reduced, and only the peak in the yellow-green region contributes mainly to obtain white. could not. The color coordinates at this time were (0.37, 0.54) and a light yellow color appeared.
[第2比較例]
本発明の第1乃至第3実施例の構造と比較して白色調節層6を形成しない有機電界発光素子を製作してその特性を確認した。
[Second Comparative Example]
Compared with the structures of the first to third embodiments of the present invention, an organic electroluminescent device not forming the
ガラス基板上に1800Å厚さにITO電極(アノード)を形成した後、この上にm−MTDATAを真空蒸着して正孔注入層を370Å厚さに形成した。次いで、正孔注入層上にNPBを真空蒸着して100Å厚さの正孔輸送層を形成した。その上に白色調節層をせず、緑色発光層と赤色発光層を形成した。緑色発光層はNPBとルブレンを97重量%対比3重量%に混合して蒸着し、赤色発光層はDPVBiを真空蒸着してそれぞれ200Åの厚さに形成した。 An ITO electrode (anode) having a thickness of 1800 mm was formed on a glass substrate, and m-MTDATA was vacuum-deposited thereon to form a hole injection layer having a thickness of 370 mm. Next, NPB was vacuum-deposited on the hole injection layer to form a hole transport layer having a thickness of 100 mm. A green light emitting layer and a red light emitting layer were formed without a white adjusting layer thereon. The green light-emitting layer was deposited by mixing NPB and rubrene at 97% by weight to 3% by weight, and the red light-emitting layer was formed by vacuum-depositing DPVBi to a thickness of 200 mm.
また、電子輸送層160Åと電子輸送層上にLiFを真空蒸着して10Å厚さのLiF電子注入層を形成した後、このLiF電子注入層上部にAlを真空蒸着して2000Å厚さにAl電極を形成することによって有機電界発光素子を製造した。 Also, LiF was vacuum-deposited on the electron transport layer 160 Å and the electron transport layer to form a LiF electron injection layer having a thickness of 10 、, and then Al was vacuum-deposited on the LiF electron injection layer to form a 2000 Å thick Al electrode. An organic electroluminescent device was manufactured by forming
図8は第2比較例によって製造された有機電界発光素子の発光スペクトルと色座標及び効率特性を示す図面である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an emission spectrum, color coordinates, and efficiency characteristics of an organic electroluminescent device manufactured according to a second comparative example.
図8を参照すると、白色調節層を形成しない場合、全ての励起子は緑色発光層であるルブレンに分布してイエロー発光を示す。つまり、電子遮断効果による青色発光を可能にする白色調節層を形成しなかったので、青色発光が起こらなかった。したがって、色座標は(0.46、0.47)を示した。 Referring to FIG. 8, when no white adjustment layer is formed, all excitons are distributed in rubrene, which is a green light emitting layer, and emit yellow light. That is, no blue light emission occurred because the white adjustment layer that enables blue light emission by the electron blocking effect was not formed. Therefore, the color coordinates are (0.46, 0.47).
一方、前記第1乃至第3実施例及び第1及び第2比較例によって製造された有機電界発光素子において、輝度効率、最大輝度、量子効率及び色座標特性を評価した結果を要約して表1に示した。 Meanwhile, Table 1 summarizes the results of evaluating the luminance efficiency, the maximum luminance, the quantum efficiency, and the color coordinate characteristics of the organic electroluminescent devices manufactured according to the first to third examples and the first and second comparative examples. It was shown to.
前記表1から、本発明の励起子閉じ込め構造と白色調節層を用いた第1乃至第3実施例の有機電界発光素子は、励起子閉じ込め構造又は白色調節層のうちのいずれかを適用しない第1及び第2比較例と比較して三色発光寄与による白色発光が可能であることが分かった。 From Table 1, the organic electroluminescence devices of the first to third examples using the exciton confinement structure and the white adjustment layer of the present invention do not apply either the exciton confinement structure or the white adjustment layer. It was found that white light emission due to three-color light emission contribution was possible as compared with the first and second comparative examples.
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the claims. Forms are also within the scope of the present invention.
本発明の有機電界発光素子は、白色調節層を導入して励起子の分布を任意に調節することが可能で、励起子閉じ込め構造によって三色(R、G、B)寄与による白色光実現が可能である。その結果、複数発光層の最大効率よりは色純度に依存して製造されたり、異色寄与によって実現される従来の白色有機電界発光素子とは異なって色調節が容易であり、複数発光層の最大効率を利用ことができるために高効率の白色素子製造が可能であり、三色全てが含まれる白色光を発生するので、カラーフィルターを使用してカラーディスプレイに転換することも容易である。 In the organic electroluminescent device of the present invention, the distribution of excitons can be arbitrarily adjusted by introducing a white adjustment layer, and white light can be realized by the contribution of three colors (R, G, B) by the exciton confinement structure. Is possible. As a result, it is easier to adjust the color than the conventional white organic electroluminescent device, which is manufactured depending on the color purity rather than the maximum efficiency of the multiple light emitting layers, or realized by the contribution of different colors. Since the efficiency can be utilized, a highly efficient white element can be manufactured, and white light including all three colors is generated. Therefore, it is easy to convert to a color display using a color filter.
1 アノード
9 カソード
2 正孔注入層
3、18 正孔輸送層
4、20 第1発光層(緑色)
5、21 第2発光層
6 白色調節層 (White Balancing Layer)
7、19 第3発光層(青色)
23 発光増強層
8、12、16、22 電子輸送層
10、13 正孔輸送および青色発光層
11 正孔制限および赤色発光層
14 赤色発光層
15 正孔制限層
17 励起子閉じ込め構造 (Exciton Confinement Structure)
DESCRIPTION OF
5, 21 Second light-emitting
7, 19 Third light emitting layer (blue)
23
Claims (15)
前記アノード上に形成される正孔注入層、
前記正孔注入層上に形成される正孔輸送層、
前記正孔輸送層上に形成される複数の発光層、
前記複数の発光層の中で所定の二層の間に形成され、電子遮断効果を有する少なくとも1つの有機物層、
前記発光層上に形成される電子輸送層、
前記電子輸送層上に形成されるカソードを含み、
前記複数の発光層は緑色発光層、赤色発光層及び青色発光層からなり、
前記正孔輸送層上に前記緑色発光層が形成され、かつ前記緑色発光層上に前記赤色発光層が形成され、前記緑色発光層がその両側に隣接する2つの層より低いLUMOエネルギー準位を持って励起子閉じ込め構造を形成することを特徴とする有機電界発光素子。anode,
A hole injection layer formed on the anode;
A hole transport layer formed on the hole injection layer;
A plurality of light emitting layers formed on the hole transport layer;
At least one organic layer formed between predetermined two layers of the plurality of light emitting layers and having an electron blocking effect;
An electron transport layer formed on the light emitting layer;
A cathode formed on the electron transport layer,
The plurality of light emitting layers includes a green light emitting layer, a red light emitting layer, and a blue light emitting layer,
The green light emitting layer is formed on the hole transport layer, and the red light emitting layer is formed on the green light emitting layer, and the green light emitting layer has a lower LUMO energy level than two adjacent layers on both sides thereof. An organic electroluminescence device characterized by having an exciton confinement structure.
前記青色発光層は主材料として4,4’−ビス(2,2−ジフェニル−エテン−1−イル)−ジフェニル(DPVBi)、4,4”−ビス(2,2−ジフェニルビニル−1−イル)−p−テルペリレン(DPVTP)及びスピロ−DPVBiの中で少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項5に記載の有機電界発光素子。The green light-emitting layer contains aluminum tris (8-hydroxyquinoline) as a main material, and the red light-emitting layer has (N, N-bis (naphthalen-1-yl) phenyl) -N, N-bis (phenyl) as a main material. ) Benzidine (NPB) and phosphorescent host 4,4′-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP),
The blue light-emitting layer is mainly composed of 4,4′-bis (2,2-diphenyl-ethen-1-yl) -diphenyl (DPVBi), 4,4 ″ -bis (2,2-diphenylvinyl-1-yl). The organic electroluminescent device according to claim 5, wherein the organic electroluminescent device comprises at least one of) -p-terperylene (DPVTP) and spiro-DPVBi.
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