JP2008244424A - 有機電界蛍光発光素子、有機電界蛍光発光層塗布溶液、カラーディスプレイ表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の陽極2と陰極9との間に発光性化合物を含む発光層5を有する有機電界蛍光発光素子であって、発光層5は湿式製膜法により形成され、発光性化合物がガラス転移温度80℃以上、トルエンの溶解度0.2重量%以上の青蛍光化合物であり、少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と3核乃至5核の縮合環(KK2)との核数の差が1以上3以下である分子構造を有し、好ましくは2位が無置換、6位に5個以上のベンゼン環を含む置換基を有するアントラセン骨格を有する。
【選択図】図1
Description
各層の形成方法としては、真空蒸着法及び湿式製膜法が挙げられる。真空蒸着法によれば、良質な薄膜が均一に製膜され、積層化が容易、不純物の混入が少ない等の利点がある。
一方、湿式製膜法は、真空プロセスが要らず大面積化が容易であることから、例えば、ジスチリルアリーレン誘導体を含む有機薄膜層を湿式製膜法により製膜した有機エレクトロルミネッサンスが報告されている(特許文献1参照)。
また、発光層を形成後に行われる封止材加熱硬化処理等の後工程処理により、発光層中の蛍光化合物が相変化を起こし易いという問題がある。このため、通常、ガラス転移温度(Tg)が高い蛍光化合物が用いられる。
しかし、ガラス転移温度(Tg)が高い蛍光化合物は、剛直な分子構造を有するため、加熱による相変化の影響を受けず、素子の長寿命化に優れているものの、反面、有機溶剤への可溶性が低いという問題がある。そのため、湿式製膜法で使用する発光層塗布溶液を得ることが困難である。
即ち、本発明の目的は、湿式製膜法で製膜が可能な青蛍光化合物を含む発光層を有する有機電界蛍光発光素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、かかる青蛍光化合物を含む有機電界蛍光発光層塗布溶液を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、かかる有機電界蛍光発光素子を備えるカラーディスプレイ表示装置を提供することにある。
ここで、本発明が適用される有機電界蛍光発光素子において、青蛍光化合物は、少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と、3核乃至5核の縮合環(KK2)と、を有し、
KK2の核数とKK1の核数との差が1以上3以下であることが好ましい。
また、青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有し、アントラセン骨格は、2位が無置換、且つ、6位に少なくとも5個のベンゼン環を含む置換基を有することが好ましい。
さらに、青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有する発光性化合物と、アントラセン骨格以外の構造を有する他の発光性化合物と、を含むことが好ましい。
一方、本発明が適用される有機電界蛍光発光素子において、発光層は、青蛍光化合物と所定の有機溶剤を含む塗布溶液を塗布して形成されることが好ましい。
また、発光層は、青蛍光化合物と所定の有機溶剤とを含む塗布溶液を塗布して形成した後、酸素濃度1ppm以下、水分濃度1ppm以下の環境下で乾燥させることが好ましい。
さらに、本発明が適用される有機電界蛍光発光素子は、発光層と電極との間に、湿式製膜法により形成された正孔注入層を有し、正孔注入層は200℃以上で加熱された層であることが好ましい。
ここで、青蛍光化合物は、少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と、3核乃至5核の縮合環(KK2)と、を有し、KK2の核数とKK1の核数との差が1以上3以下であることが好ましい。
また、青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有し、アントラセン骨格は、2位が無置換、且つ、6位に少なくとも5個のベンゼン環を含む置換基を有することが好ましい。
さらに、青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有する発光性化合物と、アントラセン骨格以外の構造を有する他の発光性化合物と、を含むことが好ましい。
本実施の形態が適用される有機電界蛍光発光素子は、基板上に少なくとも一対の電極(陽極、陰極)及びこれらの両極間に設けられた発光層を有するものであって、発光層に含まれる発光性化合物が、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上、且つ、トルエンに対する溶解度が0.2重量%以上である青蛍光化合物から構成されるものである。
次に、有機電界蛍光発光素子の各層について説明する。
基板1は有機電界蛍光発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシート等が用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン等の透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界蛍光発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
基板1上には陽極2が設けられる。陽極2は発光層側の層(正孔注入層3又は発光層5等)への正孔注入の役割を果たすものである。
この陽極2は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウム及び/又はスズの酸化物等の金属酸化物、ヨウ化銅等のハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子等により構成される。
陽極2は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
正孔注入層3は陽極2から発光層5へ正孔を輸送する層であるため、正孔注入層3には正孔輸送性化合物を含むことが好ましい。
正孔注入層3は、正孔輸送性化合物を含むことが好ましく、正孔輸送性化合物と電子受容性化合物とを含むことがさらに好ましい。また、正孔注入層3にカチオンラジカル化合物を含むことが好ましく、カチオンラジカル化合物と正孔輸送性化合物とを含むことがさらに好ましい。
さらに、必要に応じて、正孔注入層3には電荷のトラップになりにくいバインダー樹脂や、塗布性改良剤を含んでいてもよい。
正孔輸送性化合物としては、4.5eV〜6.0eVのイオン化ポテンシャルを有する化合物が好ましい。
正孔輸送性化合物の例としては、芳香族アミン化合物、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。中でも非晶質性、可視光の透過率の点から、芳香族アミン化合物が好ましい。
芳香族三級アミン高分子化合物の好ましい例として、下記一般式(VII)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が挙げられる。
尚、これらの正孔輸送性化合物を発光層5に適宜含有させてもよい。
電子受容性化合物とは、酸化力を有し、上述の正孔輸送性化合物から一電子受容する能力を有する化合物が好ましく、具体的には、電子親和力が4eV以上である化合物が好ましく、5eV以上の化合物がさらに好ましい。
カチオンラジカル化合物とは、正孔輸送性化合物から一電子取り除いた化学種であるカチオンラジカルと、対アニオンからなるイオン化合物である。但し、カチオンラジカルが正孔輸送性の高分子化合物由来である場合、カチオンラジカルは高分子化合物の繰り返し単位から一電子取り除いた構造となる。
正孔注入層3上に正孔輸送層4が設けられる。正孔輸送層4の材料としては、陽極2からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが必要である。そのためには、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光の光に対して透明性が高く、しかも正孔移動度が大きく、更に安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。また、発光層5に接するために発光層5からの発光を消光したり、発光層5との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させないことが求められる。上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、素子には更に耐熱性が要求される。従って、ガラス転移温度(Tg)として85℃以上の値を有する材料が望ましい。
ここで「重合性基」とは、熱及び/又は活性エネルギー線の照射により、近傍に位置する他の分子の同一又は異なる基と反応して、新規な化学結合を生成する基をいう。重合性基としては、特に限定されるものではないが、例えば、不飽和二重結合、環状エーテル、ベンゾシクロブタン等を含む基が好ましい。
重合性化合物の例としては、前述した重合性基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーが挙げられるが、中でもモノマーが好ましい。
尚、正孔輸送層4は必ずしも設ける必要はなく、正孔注入層3上に、後述する発光層5を直接形成してもよい。
正孔輸送層4の上には、発光層5(有機発光層)が設けられる。発光層5は、発光性化合物を含み、電界を与えられた電極間において、陽極2から正孔注入層3を通じて注入された正孔と、陰極9から電子注入層8を通じて注入された電子との再結合により励起されて、主たる発光源となる。発光層5は発光性化合物(ドーパント)と1種又は2種以上のホスト材料を含むことが好ましい。
ここで、青蛍光化合物は、発光層5において電場中で青色発光し、ドーパント又はホストとして、単独又は複数混合し用いられる。青蛍光化合物のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計により測定される。また、トルエンに対する溶解度は、25℃におけるものである。
このような青蛍光化合物としては、置換基を有していてもよい縮合又は非縮合ベンゼン環を2個以上15個以下有する化合物であって、分子量が、好ましくは400〜1,000、より好ましくは400〜800の化合物が挙げられる。
より具体的には、置換基を有していてもよいアミノスチルベン化合物、フルオレン化合物、アントラセン化合物、ナフタレン化合物、ピレン化合物、ペリレン化合物、クリセン化合物等が挙げらる。
以下、具体的な化合物について説明する。
(1−1)ジアミノスチルベン化合物
置換基を有していてもよいジアミノスチルベン化合物としては、下記式(1)で表される化合物が挙げられる。
また、式(1)において、分子は対称性を有さないことが好ましい。特に(i)R1=R2,R3=R4,R1≠R4、(ii)R1≠R2,R3≠R4であることが好ましい。
さらに、R1〜R4において、少なくとも1つが2核〜3核の縮合環(KK1)であり、少なくとも1つが3核〜5核の縮合環(KK2)である場合、1≦〔〔(KK2)の核数〕−〔(KK1)の核数〕〕≦3であることが好ましい。この範囲を満たすことにより、高いガラス転移温度を保持しながら、有機溶媒に対する溶解性を向上させ、さらに、発光効率が向上する。
例えば、置換基を有していてもよいアルキル基(好ましくは、炭素数1〜炭素数8の直鎖又は分岐のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、n−プロピル、2−プロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル基等が挙げられる。);置換基を有していてもよいアルケニル基(好ましくは、炭素数2〜炭素数9のアルケニル基であり、例えばビニル、アリル、1−ブテニル基等が挙げられる。);置換基を有していてもよいアルキニル基(好ましくは、炭素数2〜炭素数9のアルキニル基であり、例えばエチニル、プロパルギル基等が挙げられる。);
置換基を有していてもよいモノアミノスチルベン化合物としては、下記式(1−2)で表される化合物が挙げられる。
R21〜R23の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等の5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜5縮合環由来の1価の基が挙げられる。
また、芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、上記置換基群Aに記載の基が挙げられる。具体例を以下に挙げる。
置換基を有していてもよいフルオレン化合物としては、下記式(2)で表される化合物が挙げられる。
アミノ基に結合するアリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、フルオランテン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、ペリレン環等の、5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜5縮合環由来の基が挙げられる。特に好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環である。ジアリールアミノ基の2つのアリール基は同一であっても異なっていてもよいが、異なっている方が好ましい。また、R5及びR6は同一であることが好ましい。
ここで、置換基を有していてもよいアルキル基としては、通常、炭素数1〜炭素数8の直鎖又は分岐のアルキル基であり、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、2−プロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル基等が挙げられる。好ましくはメチル基である。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、例えば、フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環等の5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜4縮合環由来の1価の基が挙げられる。
また、nは、1〜5の整数を表し、3であることが好ましい。n個のフルオレン環は、置換基を有していてもよい。また、n個のフルオレン環は、同一であっても異なっていてもよい。
本実施の形態において、置換基を有していてもよいフルオレン化合物の中でも、下記式(2−1)で表されるビスフルオレン化合物が好ましい。
置換基を有していてもよいアントラセン化合物としては、下記式(3)で表される9,10置換基アントラセン化合物が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等の、5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜5縮合環由来の1価の基が挙げられる。
R9及びR10の置換基が、それぞれ、R9及びR10と及び/またはアントラセン環と結合して環を形成していてもよい。
また、アントラセン環は置換基を有していてもよく、このような置換基としては前述した置換基群Aに記載されたものが挙げられる。
式(3)で表される9,10置換基アントラセン化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
本実施の形態において、置換基を有していてもよいアントラセン化合物の中でも、下記式(3−1)で表される6,9,10置換アントラセン化合物、又は式(3−2)で表される2,6,9,10置換基アントラセン化合物が好ましい。
特に、アントラセン骨格は、2位が無置換、且つ、6位に少なくとも5個のベンゼン環を含む置換基を有するアントラセン化合物が好ましい。
本実施の形態において、置換基を有していてもよいアントラセン化合物の中でも、下記式(3−3)で表されるビアントラセン化合物が好ましい。
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等の5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜5縮合環由来の1価の基が挙げられる。これらの中でも、ベンゼン環が好ましい。
また、アントラセン環は置換基を有していてもよく、このような置換基としては前述した置換基群Aに記載されたものが挙げられる。さらに、アントラセン環の置換基はそれぞれ結合して環を形成してもよい。
本実施の形態において、置換基を有していてもよいアントラセン化合物の中でも、下記式(3−4)で表されるアントラセン化合物が好ましい。
さらにR15及びR16以外にも、アントラセン環またはベンゼン環は置換基を有していてもよい。このような置換基としては、前述した置換基群Aに記載されたものが挙げられる。
式(3−4)で表されるアントラセン化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
置換基を有していてもよいナフタレン化合物としては、下記式(4)で表されるジアリールアミノ基を有するナフタレン化合物が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等の5員環又は6員環の単環又は2縮合環〜5縮合環由来の1価の基が挙げられる。
R17〜R20の置換基としては前述した置換基群Aに記載された置換基及びジアリールアミノ基が挙げられる。
−NR17R18基及び−NR19R20基は、それぞれ、ナフタレン環の2位及び6位に結合していることが好ましい。
式(4)で表されるジアリールアミノ基を有するナフタレン化合物の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
さらに、本実施の形態において、少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と、3核乃至5核の縮合環(KK2)と、を有し、KK2の核数とKK1の核数との差が1以上3以下である青蛍光化合物として、下記の化合物が挙げられる。
置換基を有していてもよいピレン化合物としては以下に例示する化合物が挙げられる。
脂環炭化水素基としては、炭素数5〜炭素数8の脂環炭化水素基が好ましく、具体的には、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が挙げられる。
また、前記置換基群Aの中でも、アルキル基が好ましく、特に3級炭素原子または4級炭素原子を基内に有するアルキル基が好ましく、中でも炭素数4〜炭素数15のアルキル基が好ましい。尚、下記具体例中のMeは、メチル基を表す。
さらに、以下に例示するクリセン化合物。
R41,R42,R47,R48の置換基を有していてもよいアルキル基の具体例としては、好ましくは、炭素数1〜炭素数8の直鎖又は分岐のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。
脂肪族環を有する化合物としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Y1の芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等由来の基が挙げられる。これらの芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよく、置換基としては、前述した置換基群Aに記載された基が挙げられる。
環X1の脂肪族環としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。
nは、1以上の整数を表し、好ましくは4以下、さらに好ましくは2以下、特に好ましくは2である。
下記化学式(EqI)で示される脂肪族環を有する化合物において、置換基R61〜置換基R70としてアリールアミノ基、水素原子、エチル基を有する化合物1〜化合物6を表1に示す。
特に、本実施の形態において、発光層5に含まれる青蛍光化合物として、少なくともアントラセン骨格を有する青蛍光化合物と、アントラセン骨格以外の構造を有する他の青蛍光化合物とを組み合わせて使用することが好ましい。
例えば、アントラセン骨格を有する青蛍光化合物(A)成分の比率が大きく、混合比(A/B)が(90/10)<(A/B)<100の場合は、有機電界蛍光発光素子が長寿命化される傾向がある。また、アントラセン骨格以外の構造を有する他の青蛍光化合物(B)成分の比率が増大し、混合比(A/B)が(90/10)より小さい場合((A/B)<(90/10))は、発光層5の発光効率が高まる傾向がある。
発光層5を湿式製膜法により形成する場合は、青蛍光化合物の1種または2種以上の所定量を、必要により電荷のトラップにならないバインダー樹脂や塗布性改良剤等を溶剤に溶解させた有機電界蛍光発光層塗布溶液を調製し、これをスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ダイコート、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット法等の湿式製膜法により陽極2上に塗布し、乾燥して、発光層5を形成する。
有機電界蛍光発光層塗布溶液中の、正孔輸送材料の含有量としては、0.1重量%〜20重量%が好ましく、0.5重量〜%10重量%がさらに好ましい。
発光層5を湿式製膜法により形成する場合、製膜は通常10℃以上、好ましくは13℃以上、さらに好ましくは16℃以上、通常50℃以下、好ましくは40℃以下、さらに好ましくは30℃以下で行われる。また、相対湿度は、通常、0.01%以上、好ましくは0.05%以上、好ましくは80%以下、より好ましくは60%以下で行われる。また、酸素濃度は、通常0.01ppm以上、より好ましくは0.05ppm以上、好ましくは50%以下、より好ましくは25%以下である。
有機電界蛍光発光層塗布溶液中の水分量を低減する方法としては、例えば、窒素ガスシール、乾燥剤の使用、溶剤を予め脱水する、水の溶解度が低い溶剤を使用する等が挙げられる。なかでも、水の溶解度が低い溶剤を使用する場合は、湿式製膜工程中に、溶液膜が大気中の水分を吸収して白化する現象を防ぐことができるため好ましい。この様な観点からは、例えば、25℃における水の溶解度が1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下である溶剤を、組成物中10重量%以上含有することが好ましい。
また、より均一な膜を得るためには、製膜直後の液膜から溶剤が適当な速度で蒸発することが必要で、このためには通常沸点80℃以上、好ましくは沸点100℃以上、より好ましくは沸点120℃以上で、通常沸点270℃未満、好ましくは沸点250℃未満、より好ましくは沸点230℃未満の溶剤を用いることが効果的である。溶剤は、単独又は2種類以上の溶剤を混合して用いることもできる。
また、より均一な膜を得るためには、必要に応じて、真空乾燥、加熱乾燥、製膜から乾燥処理までの時間の最適化等を施すこともできる。乾燥は、酸素濃度1ppm以下、水分濃度1ppm以下の環境下で行うことが好ましい。
正孔阻止層6は正孔と電子を発光層5内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。即ち、正孔阻止層6は、発光層5から移動してくる正孔が電子輸送層7に到達するのを阻止することで、発光層5内で電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、電子輸送層7から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送する役割がある。
電子輸送層7は素子の発光効率をさらに向上させることを目的として、発光層5と電子注入層8との間に設けられる。
電子輸送層7は、電界を与えられた電極間において陰極9から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送することができる化合物より形成される。電子輸送層7に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極9又は電子注入層8からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。
電子注入層8は陰極9から注入された電子を効率よく発光層5へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましく、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウム等のアルカリ土類金属が用いられる。電子注入層8の膜厚は0.1nm〜5nmが好ましい。
陰極9は、発光層5側の層(電子注入層8又は発光層5等)に電子を注入する役割を果たす。陰極9として用いられる材料は、前記陽極2に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
以上、図1に示す層構成の素子を中心に説明してきたが、本実施の形態においては、有機電界蛍光発光素子における陽極2及び陰極9と発光層5との間には、その性能を損なわない限り任意の層を有していてもよく、また発光層5以外の任意の層を省略してもよい。例えば、電子輸送層7及び正孔阻止層6は必要に応じて、適宜設ければよく、1)電子輸送層7のみ、2)正孔阻止層6のみ、3)正孔阻止層6/電子輸送層7の積層、4)用いない等の用法がある。
このため、電子阻止層も湿式製膜適合性を有することが好ましく、このような電子阻止層に用いられる材料としては、例えば、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(WO2004/084260号公報記載)等が挙げられる。
さらに、図1に示す層構成を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その際には段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合はその2層)の代わりに、例えばV2O5等を電荷発生層(CGL)として用いると段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からもより好ましい。
本実施の形態が適用される有機電界蛍光発光素子は、カラーデイスプレーモジュール基板、カラーデイスプレー表示装置、カラーデイスプレーテレビ等の大面積を有するカラーデイスプレー用途に適用することができる。
図1に示す有機電界蛍光発光素子において、正孔輸送層4を有しない構造の有機電界蛍光発光素子を以下の方法で作製した。
ガラス基板1の上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(スパッター製膜品;シート抵抗15Ω)を通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用いて2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。
パターン形成したITO基板を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥し、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
溶媒 安息香酸エチル
塗布液濃度 P−1 2.0重量%
A−1 0.4重量%
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
乾燥条件 230℃×15分
上記のスピンコートにより膜厚30nmの均一な薄膜が形成された。
次に、この塗布溶液を正孔注入層3上に、乾燥膜厚30nmになるようにスピンコートし、10℃、15分間乾燥し、発光層5を形成した。
5mg、10mg、20mg、100mgの各青蛍光化合物(A,B)を5mlのガラスサンプル瓶に採取し、各サンプル瓶にトルエン溶液を添加し、青蛍光化合物(A,B)とトルエンとの合計が10gになるように調液した。次に、このトルエン溶液を25℃で10分間超音波撹拌装置にて撹拌処理を施し、以下の基準に基づき青蛍光化合物(A,B)の溶解性を評価した。
A:100mg以上の青蛍光化合物が溶解した。
B:20mg以上100mg未満の青蛍光化合物が溶解した。
C:10mg以上20mg未満の青蛍光化合物が溶解した。
D:5mg以上10mg未満の青蛍光化合物が溶解した。
この素子に7Vの電圧を印加した際の発光の有無と発光色を評価した。尚、青蛍光化合物(A,B)のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社社製:DSC6220)により測定した。実施例1〜実施例17、比較例1,2の結果を表5に示し、実施例18〜実施例24の結果を表6に示す。
この塗布溶液を用いて、インクジェット塗布方法、スクリーン印刷塗布方法等の各種印刷塗布法により、スピン塗布法と同様に発光層を形成できることが容易に推定される。
正孔注入層のスピンコート後の乾燥条件を230℃で1時間とした以外は、実施例22と同様にして有機電界蛍光発光素子を作製した。この素子の発光特性を表7に示す。発光特性は、実施例22で作製した素子を1としたときの、相対値で示す。
正孔注入層のスピンコート後の乾燥条件を230℃で12時間とした以外は、実施例22と同様にして有機電界蛍光発光素子を作製した。この素子の発光特性を表7に示す。発光特性は、実施例22で作製した素子を1としたときの、相対値で示す。
発光層を形成する際の、スピンコート後の乾燥を酸素濃度1ppm以下、水分濃度1ppm以下の窒素雰囲気下にて行った以外は、実施例22と同様にして有機電界蛍光発光素子を作製した。この素子の発光特性を表7に示す。発光特性は、実施例22で作製した素子を1としたときの、相対値で示す。
発光層を形成する塗布溶液に、青蛍光化合物に対して、下記化合物(H−1)を3重量%添加した他は、実施例22と同様にして有機電界蛍光発光素子を作製した。この素子の発光特性を表7に示す。発光特性は、実施例22で作製した素子を1としたときの、相対値で示す。
発光層を形成する塗布溶液に、青蛍光化合物に対して、下記化合物(H−2)を3重量%添加した他は、実施例22と同様にして有機電界蛍光発光素子を作製した。この素子の発光特性を表7に示す。発光特性は、実施例22で作製した素子を1としたときの、相対値で示す。
前述した式(3)で表される9,10置換基アントラセン化合物(ビアントラセン化合物)の具体例として例示した下記(3−1)〜(3−8)の8種類の化合物についてトルエンに対する溶解度及びガラス転移温度を測定した。結果を表8に示す。
以下の脂肪族環を有する化合物(9−1)、(9−2)についてトルエンに対する溶解度およびガラス転移温度を測定した。結果を表9に表す。また、いずれの化合物も、ガラス基板上に以下の条件で該化合物を製膜した際の色調は青色であった。
以下の操作に従い、2mm×2mmの大きさの発光面積部分を有する有機電界蛍光発光素子を調製した。
(陽極の形成)
ガラス基板の上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nmの厚みで製膜した(スパッタ製膜品、シート抵抗15Ω)。この透明導電膜に、通常のフォトリソグラフィー技術により、2mm幅のストライプにパターニングし、陽極を形成した。
パターニングしたITO基板を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、紫外線オゾン洗浄を行った。
続いて、陽極の上に正孔注入層を形成した。正孔注入層の材料として、下記に示す構造式の芳香族アミノ基を有する非共役系高分子化合物(PB−1:重量平均分子量29,400、数平均分子量12,600)を用い、光反応開始剤(A−1)と共に陽極の上にスピンコートした。
スピンコートの条件を表10に示す。また、非共役系高分子化合物(PB−1)と光反応開始剤(A−1)の使用比率は、(PB−1):(A−1)=10:4(重量比)とした。スピンコートを行なった後、260℃で180分の乾燥を行ない、膜厚30nmの均一な正孔注入層の薄膜を形成した。
形成した正孔注入層の上に正孔輸送層を形成した。正孔輸送層の材料として、以下に示す化合物(HT−1)を用いて、スピンコートにより、正孔輸送層を形成した。
スピンコートの条件を表11に示す。スピンコートを行なった後、230℃で60分の乾燥を行ない、膜厚20nmの均一な正孔輸送層の薄膜を形成した。
次に、形成した正孔輸送層の上に発光層を形成した。発光層の材料として、以下に示した化合物1及び蛍光発光性のドーパント(9−2)を下記条件でトルエンに溶解した組成物を用いて、スピンコートにより発光層を形成した。
スピンコートの条件を表12に示す。また、化合物1と(9−2)との使用比率は、化合物1:(9−2)=10:1(重量比)とした。
スピンコートを行なった後、100℃で60分の乾燥を行ない、膜厚50nmの均一な発光層の薄膜を形成した。尚、化合物1の溶解度は、8%であった。
続いて、形成した発光層の上に正孔阻止層を形成し、さらに、正孔阻止層の上に電子輸送層を形成した。
正孔阻止層の材料として、下記に示すHB−1を用いて、真空蒸着法により膜厚10nmの正孔阻止層を形成した。
次に、電子輸送層の材料として、下記に示すET−1を用いて、真空蒸着法により膜厚30nmの電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層の上に電子注入層8を形成し、さらに、電子注入層8の上に陰極を形成した。電子注入層8は、フッ化リチウム(LiF)を用い、有機層と同様に真空蒸着法によって膜厚0.5nmの電子注入層8を形成した。また、陰極の材料としてアルミニウムを用い、膜厚80nmの陰極を、それぞれ陽極であるITOストライプと直交する形状の2mm幅のストライプ状に積層した。
以上の様にして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界蛍光発光素子が得られた。この有機電界蛍光発光素子から、青色発光が得られた。
図1に示す構造を有する有機電界蛍光発光素子を以下の方法で作製した。
ガラス製の基板1の上にインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(スパッター製膜品;シート抵抗15Ω)を、通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用い、2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。
パターン形成したITO基板を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥し、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
正孔注入層3を以下のように湿式製膜法によって形成した。正孔注入層3の材料として、下記に示す構造式の芳香族アミノ基を有する高分子化合物(P−1(重量平均分子量:29400、数平均分子量:12600))と下記に示す構造式の電子受容性化合物(A−1)とを用い、下記の条件でスピンコートした。
溶媒 安息香酸エチル
塗布液濃度 (P−1) 2.0重量%
(A−1) 0.4重量%
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
乾燥条件 230℃×15分
続いて、正孔輸送層4を以下のように湿式製膜法によって形成した。正孔輸送層4の材料として、以下に示す化合物(HT−2)を用いて、スピンコートにより、正孔輸送層4を形成した。スピンコートを行なった後、窒素中、230℃で60分の乾燥を行ない、膜厚20nmの均一な正孔輸送層4の薄膜を形成した。
溶媒 トルエン
固形分濃度 0.5重量%
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
雰囲気 窒素
ここで、青蛍光化合物(10−1)と青蛍光化合物(10−2)とのトルエン溶媒に対する溶解性は、それぞれ、(10−1)がB(20mg以上100mg未満の青蛍光化合物が溶解した。)、(10−2)がA(100mg以上の青蛍光化合物が溶解した。)であった。また、(10−2)のガラス転移温度は148℃であった。
ここで、電子輸送層7まで形成した素子を、一旦、真空蒸着装置内より大気中に取り出した。次に、陰極蒸着用のマスクとして2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、陽極2のITOストライプと直交するように素子に密着させた。続いて、この素子を別の真空蒸着装置内に設置し、有機層を形成した場合と同様に、真空蒸着装置内の真空度が2.9×10−4Pa以下になるまで排気した。
次に、電子注入層8として、フッ化リチウム(LiF)を、モリブデンボートを用いて、蒸着速度0.008nm/秒〜0.01nm/秒、真空度2.9×10−4Paで、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に製膜した。続いて、同様に、アルミニウムをモリブデンボートにより加熱し、蒸着速度0.08nm/秒〜0.1nm/秒、真空度2.7×10−4Pa〜2.5×10−4Paで膜厚80nmのアルミニウム層を形成して陰極9を完成させた。以上の電子注入層8および陰極9を形成する際に、蒸着時の基板温度を室温に保持した。
輝度 3
発光効率 4
駆動電圧 (1/2)
寿命 5>
Claims (12)
- 一対の電極間に発光性化合物を含む発光層を有する有機電界蛍光発光素子であって、
前記発光性化合物は、
ガラス転移温度(Tg)が80℃以上、且つ、トルエンに対する溶解度が0.2重量%以上である青蛍光化合物から構成されることを特徴とする有機電界蛍光発光素子。 - 前記青蛍光化合物は、
少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と、
3核乃至5核の縮合環(KK2)と、を有し、
前記KK2の核数と前記KK1の核数との差が1以上3以下である
ことを特徴とする請求項1記載の有機電界蛍光発光素子。 - 前記青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有し、
前記アントラセン骨格は、
2位が無置換、且つ、6位に少なくとも5個のベンゼン環を含む置換基を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界蛍光発光素子。 - 前記青蛍光化合物は、
少なくともアントラセン骨格を有する発光性化合物と、前記アントラセン骨格以外の構造を有する他の発光性化合物と、を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光素子。 - 前記発光層は、
前記青蛍光化合物と所定の有機溶剤を含む塗布溶液を塗布して形成される
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光素子。 - 前記発光層は、前記青蛍光化合物と所定の有機溶剤とを含む塗布溶液を塗布して形成した後、酸素濃度1ppm以下、水分濃度1ppm以下の環境下で乾燥させることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光素子。
- 前記発光層と前記電極との間に、湿式製膜法により形成された正孔注入層をさらに有し、当該正孔注入層は200℃以上で加熱された層であることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光素子。
- 発光性化合物と所定の有機溶剤を含む有機電界蛍光発光層塗布溶液であって、
前記発光性化合物は、
ガラス転移温度(Tg)が80℃以上、且つ、トルエンに対する溶解度が0.2重量%以上である青蛍光化合物から構成される
ことを特徴とする有機電界蛍光発光層塗布溶液。 - 前記青蛍光化合物は、
少なくとも2核又は3核の縮合環(KK1)と、
3核乃至5核の縮合環(KK2)と、を有し、
前記KK2の核数と前記KK1の核数との差が1以上3以下である
ことを特徴とする請求項8記載の有機電界蛍光発光層塗布溶液。 - 前記青蛍光化合物は、少なくともアントラセン骨格を有し、
前記アントラセン骨格は、
2位が無置換、且つ、6位に少なくとも5個のベンゼン環を含む置換基を有する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の有機電界蛍光発光層塗布溶液。 - 前記青蛍光化合物は、
少なくともアントラセン骨格を有する発光性化合物と、前記アントラセン骨格以外の構造を有する他の発光性化合物と、を含む
ことを特徴とする請求項8乃至10いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光層塗布溶液。 - 請求項1乃至7いずれか1項に記載の有機電界蛍光発光素子を備えることを特徴とするカラーディスプレイ表示装置。
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