JP2007208102A - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子において、高い発光効率、特に青色発光において改良が望まれている。また、定電圧駆動したときの電圧上昇、発光輝度と寿命の両立においても更なる改良が望まれている。
該有機層は少なくとも1層の発光層を有し、該発光層の少なくとも1層は、下記一般式(1)で表される燐光性化合物を含み、且つ、該有機層の少なくとも1層が、正孔輸送材料およびアクセプター性化合物を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2.前記アクセプター性化合物が、Au、Pt、W、Ir、POCl3、AsF6、I2、TCNQ、TCNQF4、TCNE、HCNB、DDQ、TNF、DNF、フルオラニル、クロラニル及びブロマニルからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明に係る有機層は、少なくとも1層の発光層を有し、該発光層の少なくとも1層は、前記一般式(1)で表される燐光性化合物を含有する。尚、本発明に係る有機層については、後に詳細に説明する。
一般式(1)で表される燐光性化合物について説明する。
本発明に係る正孔輸送材料としては、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有していれば特に制限はなく、従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、導電性高分子オリゴマー、チオフェンオリゴマー、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物等が挙げられる。
本発明に係るアクセプター化合物(アクセプター材料ともいう)について説明する。
本発明に用いられる蛍光性化合物、燐光性化合物について説明する。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の層構成について説明する。
(ii)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
本発明に係る有機層は、発光層、正孔輸送層または電子輸送層の他に必要に応じて、電子輸送層、陽極バッファー層及び陰極バッファー層等を有してもよく、陰極と陽極で挟持された構造をとる。有機EL素子を構成する、電極(陽極及び陰極)間に挟持された複数層のうち、有機層は2層以上が好ましく、さらに好ましくは3層以上である。
本発明の有機EL素子に係る発光層について説明する。
このようにして形成された発光層の膜厚については特に制限はなく、状況に応じて適宜選択することができるが、5nm〜5μmの範囲に膜厚調整することが好ましい。
本発明に用いられる正孔注入層、正孔輸送層は、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、この正孔注入層、正孔輸送層を陽極と発光層の間に介在させることにより、より低い電界で多くの正孔が発光層に注入され、その上発光層に陰極、電子注入層、または電子輸送層より注入された電子は、発光層と正孔注入層もしくは正孔輸送層の界面に存在する電子の障壁により、発光層内の界面に累積され発光効率が向上するなど発光性能の優れた素子となる。
この正孔注入層、正孔輸送層の材料(各々、正孔注入材料、正孔輸送材料という)については、前記陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有する性質を有するものであれば特に制限はないが、正孔輸送材料としては、上記の正孔輸送材料を含有することが好ましく、特に好ましくは、上記一般式(2)、(3)または(4)で表される化合物を含有することが好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、5nm〜5μm程度での範囲に調整することが好ましい。この正孔注入層、正孔輸送層は上記材料の一種または二種以上からなる一層構造であってもよく、同一組成または異種組成の複数層からなる積層構造であってもよい。
本発明に係る電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
電子輸送層の膜厚は特に制限はないが、5nm〜5μmの範囲に調整することが好ましい。この電子輸送層は、これらの電子輸送材料一種または二種以上からなる一層構造であってもよいし、あるいは同一組成または異種組成の複数層からなる積層構造であってもよい。
次に有機EL素子の電極について説明する。有機EL素子の電極は陰極と陽極からなる。この有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。
本発明の有機EL素子は、基材(以下、基板、基体、支持体、フィルム等ともいう)上に形成されているのが好ましい。
本発明の有機EL素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用してもよいし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置(ディスプレイ)として使用してもよい。動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は、単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。または異なる発光色を有する本発明の有機EL素子を2種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
本発明の有機EL素子は、発光層から放射された光の取り出し効率を向上させるため、基板の表面にプリズムやレンズ状の加工を施す、もしくは基板の表面にプリズムシートやレンズシートを貼りつけてもよい。
本発明に係るガスバリア層とは、酸素及び水蒸気の透過を阻止する層であれば、その組成等は特に限定されるものではない。酸素の透過度が23℃、0%RHにおいて0.005ml/m2/日以下が好ましく、また、JIS K7129 B法に従って測定した水蒸気透過度が0.1g/m2/日以下が好ましい。本発明に係るガスバリア層を構成する材料として、具体的には無機酸化物が好ましく、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等を挙げることができる。
基材として、厚さ100μmのポリエチレンナフタレートフィルム(帝人・デユポン社製フィルム、以下PENと略記する)上に、下記の大気圧プラズマ放電処理装置及び放電条件で、図1に記載のガスバリア層を有する基材21を作製した。
図2の大気圧プラズマ放電処理装置を用い、誘電体で被覆したロール電極及び複数の角筒型電極のセットを以下のように作製した。
下記の条件で、プラズマ放電を行って、厚さ約50nmの密着層を形成した。
放電ガス:窒素ガス 94.5体積%
薄膜形成性ガス:ヘキサメチルジシロキサン(リンテック社製気化器にて窒素ガスに混合して気化) 0.5体積%
添加ガス:酸素ガス 5.0体積%
〈電源条件:第1電極側の電源のみを使用した〉
第1電極側 電源種類 応用電機社製高周波電源
周波数 80kHz
出力密度 10W/cm2
上記形成した第1層(密着層)の密度は、前述のマックサイエンス社製MXP21を用いたX線反射率法で測定した結果、1.90であった。
下記の条件で、プラズマ放電を行って、厚さ約30nmのセラミック層を形成した。
放電ガス:窒素ガス 94.9体積%
薄膜形成性ガス:ヘキサメチルジシロキサン(リンテック社製気化器にて窒素ガスに混合して気化) 0.1体積%
添加ガス:酸素ガス 5.0体積%
〈電源条件〉
第1電極側 電源種類 応用電機社製高周波電源
周波数 80kHz
出力密度 10W/cm2
第2電極側 電源種類 パール工業社製高周波電源
周波数 13.56MHz
出力密度 10W/cm2
上記形成した第2層(セラミック層)の密度は、前述のマックサイエンス社製MXP21を用いたX線反射率法で測定した結果、2.20であった。
下記の条件で、プラズマ放電を行って、厚さ約200nmの保護層を形成した。
放電ガス:窒素ガス 93.0体積%
薄膜形成性ガス:ヘキサメチルジシロキサン(リンテック社製気化器にて窒素ガスに混合して気化) 2.0体積%
添加ガス:酸素ガス 5.0体積%
〈電源条件:第1電極側の電源のみを使用した〉
第1電極側 電源種類 応用電機社製高周波電源
周波数 80kHz
出力密度 10W/cm2
上記形成した第3層(保護層)の密度は、前述のマックサイエンス社製MXP21を用いたX線反射率法で測定した結果、1.95であった。
図3に示すようなインクジェット記録方法を用いて、本発明の有機EL素子OLED1−1の作製を行った。以下、工程を図3を基にして説明する。
反応容器に、2.0g(2.5mmol)の例示化合物A26、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)0.010g(0.061mmol)、酢酸ブチル30mlを入れて窒素置換を行った後、80℃で10時間反応させた。反応後、アセトンに投入して再沈殿を行い、濾過によりポリマーを回収した。回収したポリマーのクロロホルム溶液をメタノール中に投入して再沈殿させることを更に2回行うことにより精製し、回収後、真空乾燥し、例示化合物A26の重合体1.50gを粉末として得た。
有機EL素子OLED1−1の製造方法において、各層の材料を下記表1に示す材料に替えた以外は、有機EL素子OLED1−1の製造方法と同様の製造方法で、有機EL素子OLED1−2〜1−10を作製した。
得られた有機EL素子1−1〜1−10について下記の評価を行った。
有機EL素子の温度23℃、10V直流電圧を印加した時の発光輝度(cd/m2)を測定した。発光輝度は有機エレクトロルミネッセンス素子OLED1−10を100とした時の相対値で表した。発光輝度については、CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて測定した。
作製した有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm2定電流を印加した時の外部取り出し量子効率(%)を測定した。
駆動電圧とは、2.5mA/cm2で駆動した時の電圧で、有機エレクトロルミネッセンス素子OLED1−10を100とした時の相対値で表した。
10mA/cm2の一定電流で駆動したときに、初期電圧と150時間後の電圧を測定した。初期電圧に対する100時間後の電圧の相対値を電圧上昇率とした。
各有機EL素子を、50℃の一定条件で、初期輝度1000cd/m2を与える電流で定電流駆動して、初期輝度の1/2(500cd/m2)になる時間を求め、これを50℃駆動寿命の尺度とした。なお、50℃駆動寿命は、比較の有機エレクトロルミネッセンス素子OLED1−10を100とした時の相対値で表した。
《有機EL素子2−1の作製》
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにA1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにDDQ(ジシクロジシアノベンゾキノン)を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてCBPを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパントD−1を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにBCPを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
《有機EL素子2−2〜2−10の作製》
有機EL素子2−1の作製において、電子輸送層、発光層および正孔輸送層を表3に示す各化合物に置き換えた以外は有機EL素子1−1と同じ方法で有機EL素子2−2〜2−10を作製した。
得られた有機EL素子2−1〜2−10の評価を実施例1に記載と同様に行った。尚、発光輝度、外部取りだし量子効率、駆動電圧および駆動寿命は有機エレクトロルミネッセンス素子OLED2−2を100とした時の相対値で表した。
《フルカラー表示装置の作製》
実施例2で作製した本発明の有機EL素子2−3と、実施例2で作製した本発明の有機EL素子OLED2−3の燐光性化合物をIr−1に代えた以外は、同様にして作製した緑色発光有機EL素子と、本発明の有機EL素子OLED2−3の燐光性化合物をIr−9に代えた以外は、同様にして作製した赤色発光有機EL素子を同一基板上に並置し、図4に示すアクティブマトリックス方式フルカラー表示装置を作製した。
《照明装置の作製》
実施例3で作製した青色発光、緑色発光及び赤色発光の有機EL素子各々の非発光面をガラスケースで覆い、照明装置とした。照明装置は発光効率が高く、発光寿命の長い白色光を発する薄型の照明装置として使用することができた。図5は照明装置の概略図で、図6は照明装置の断面図である。有機EL素子101をガラスカバー102で覆った。105は陰極で106は有機EL層、107は透明電極付きガラス基板である。なおガラスカバー102内には窒素ガス108が充填され、捕水剤109が設けられている。
《有機EL素子OLED5−1の作製》
実施例2の有機EL素子OLED2−1の作製において、下記表5に示す材料(化合物)及び膜厚構成に変更した以外は同様にして、有機EL素子OLED5−1を作製した。尚、表5中の%は質量比(%)を表す。尚、中間層1、中間層2の作製は下記のようにして行った。
35 ロール電極
36 電極
41、42 電源
51 ガス供給装置
55 電極冷却ユニット
100 ITO基板
111 正孔輸送層
112 発光層
113 電子輸送層
114 陰極
115 ガスバリア層
10 インクジェット式ヘッド
D 液滴
1 ディスプレイ
3 画素
5 走査線
6 データ線
A 表示部
B 制御部
107 透明電極付きガラス基板
106 有機EL層
105 陰極
102 ガラスカバー
108 窒素ガス
109 捕水剤
Claims (10)
- 基板と該基板の上に電極と少なくとも1層以上の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
該有機層は少なくとも1層の発光層を有し、該発光層の少なくとも1層は、下記一般式(1)で表される燐光性化合物を含み、且つ、該有機層の少なくとも1層が、正孔輸送材料およびアクセプター性化合物を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記アクセプター性化合物が、Au、Pt、W、Ir、POCl3、AsF6、I2、TCNQ、TCNQF4、TCNE、HCNB、DDQ、TNF、DNF、フルオラニル、クロラニル及びブロマニルからなる群から選択される少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記一般式(1)の、m2が0であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記一般式(1)の、B1〜B5で形成される含窒素複素環がイミダゾール環であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記基板がガスバリア層を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 青色に発光することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 白色に発光することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の照明装置と表示手段としての液晶素子を有することを特徴とする表示装置。
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