JP2011210873A - 有機電界発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】加熱することで色を変化させることができ、加熱しても低電圧であり、輝度の変化を抑制できる有機電界発光素子の提供。
【解決手段】本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に、1層の発光層と、を少なくとも有し、前記発光層は、ホスト材料と、燐光発光材料と、を少なくとも含み、前記ホスト材料は、第1ホスト材料と、第2ホスト材料の少なくとも2種類を含み、前記第1ホスト材料のガラス転移点(Tg)が、前記第2ホスト材料のガラス転移点(Tg)よりも小さく、前記第1ホスト材料の三重項励起準位(T1)が、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)よりも少なくとも20kJ/mol大きく、第1ホスト材料が、加熱により変性されてなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機電界発光素子(以下、「有機エレクトロルミネッセンス素子」、「有機EL素子」と称することもある)に関する。
有機電界発光素子は、自発光、高速応答などの特長を持ち、フラットパネルディスプレイへの適用が期待されており、特に、正孔輸送性の有機薄膜(正孔輸送層)と電子輸送性の有機薄膜(電子輸送層)とを積層した2層型(積層型)のものが報告されて以来、10V以下の低電圧で発光する大面積発光素子として関心を集めている。積層型の有機電界発光素子は、正極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/負極、を基本構成としている。
このような有機電界発光素子において、輝度を変化させるため、種々の検討がなされており、例えば、有機電界発光素子を加熱処理することにより有機電界発光素子を変性させ輝度を変化させることが提案されている(特許文献1)。
しかしながら、この提案では、輝度を変化させることができるが、色を変化させることができないという問題があった。
このような問題を解決するために、例えば、発光層が、加熱することで変性しないホスト材料を含む第1発光層と、加熱することで変性するホスト材料を含む第2発光層と、からなる2層構造とすることで、駆動電圧の低下、色の変化、輝度の変化を実現することが提案されている(特許文献2)。
しかしながら、この提案は、加熱することにより第2発光層に含まれる変性したホスト材料に電流が流れにくくなる。このため、電圧が上昇し、輝度の減少が著しくなり、場合によっては発光しなくなるという問題があった。
したがって、加熱することで色を変化させることができ、加熱しても低電圧であり、輝度の変化を抑制できる有機電界発光素子の速やかな開発が強く求められているのが現状である。
特開2006−93010号公報 特開2007−242600号公報
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、加熱することで色を変化させることができ、加熱しても低電圧であり、輝度の変化を抑制できる有機電界発光素子を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 陽極と陰極との間に、1層の発光層と、を少なくとも有し、前記発光層は、ホスト材料と、燐光発光材料と、を少なくとも含み、前記ホスト材料は、第1ホスト材料と、第2ホスト材料の少なくとも2種類を含み、前記第1ホスト材料のガラス転移点(Tg)が、前記第2ホスト材料のガラス転移点(Tg)よりも小さく、前記第1ホスト材料の三重項励起準位(T1)が、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)よりも少なくとも20kJ/mol大きく、第1ホスト材料が、加熱により変性されてなることを特徴とする有機電界発光素子である。
<2> 第1ホスト材料のガラス転移点と第2ホスト材料のガラス転移点との差が、70℃以上である前記<1>に記載の有機電界発光素子である。
<3> 加熱の温度が、第1ホスト材料のガラス転移点よりも高く、第2ホスト材料のガラス転移点よりも低い前記<1>から<2>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<4> 第1ホスト材料の含有量が、発光層に対して5質量%以上95質量%未満である前記<1>から<3>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
<5> 第2ホスト材料の含有量が、発光層に対して5質量%以上95質量%未満である前記<1>から<4>のいずれかに記載の有機電界発光素子である。
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、加熱することで色を変化させることができ、加熱しても低電圧であり、輝度の変化を抑制できる有機電界発光素子を提供することができる。
図1は、本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示す概略図である。
(有機電界発光素子)
本発明の有機電界発光素子は、陽極と、陰極と、発光層とを有してなり、更に、必要に応じて、その他の層を有してなる。
<発光層>
前記発光層は、ホスト材料と、燐光発光材料と、を少なくとも含み、更に、必要に応じて、その他の成分を含有してなる。
−ホスト材料−
前記ホスト材料としては、第1ホスト材料と、第2ホスト材料との少なくとも2種類を含む。
前記第1ホスト材料のガラス転移点(Tg)としては、前記第2ホスト材料のガラス転移点(Tg)よりも小さい。また、前記第1ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)よりも大きい。
前記第1ホスト材料のガラス転移点は、前記第2ホスト材料のガラス転移点よりも小さいので、加熱により前記第1ホスト材料が先に変性される。加熱により、三重項励起準位の大きい前記第1ホスト材料が発光できなくなるので、前記第2ホスト材料のみが発光することとなり、加熱後、前記第2ホスト材料の発光する色に変化させることができる。
本明細書において、変性とは、加熱によりアモルファスの状態から結晶状態に相転移することを意味する。通常加熱してガラス転移点(Tg)を超えた後に室温に冷却すると、結晶状態の膜になりアモルファスに戻らない。アモルファスで混じり合っていることで発光能を得ているにもかかわらず、ホスト材料が結晶状態になることで、結晶化した部分は発光材料と混じり合わず、発光も起こらなくなると考えられる。一方、ガラス転移点(Tg)が高いホスト材料は、加熱してもアモルファス状態を保ち、発光材料と混ざり合った、安定な状態を保つことが可能である。結晶化は光学顕微鏡で微結晶の析出を直接確認することもできるが、X線回折でも確認することができる。
前記第1ホスト材料のガラス転移点としては、30℃〜300℃が好ましく、35℃〜200℃がより好ましく、40℃〜150℃が特に好ましい。
前記ガラス転移点が、30℃未満であると、発光時に出る熱で発光直後すぐに結晶化することがあり、300℃を超えると、第1ホスト材料自体の昇華が起こることがある。ガラス転移点は、示差走査熱量計(DSC)で測定することができる。
前記第2ホスト材料のガラス転移点としては、80℃〜500℃が好ましく、85℃〜400℃がより好ましく、90℃〜300℃が特に好ましい。
前記ガラス転移点が、80℃未満であると、前記第1ホスト材料とのガラス転移点の差が十分に取れずに変色の効果が不十分なことがあり、500℃を超えると、第2ホスト材料自体の昇華や分解が起こることがある。ガラス転移点は、示差走査熱量計(DSC)で測定することができる。
前記第1ホスト材料のガラス転移点と第2ホスト材料のガラス転移点との差(ΔTg)としては、70℃以上が好ましく、70℃〜100℃がより好ましく、70℃〜80℃が特に好ましい。
前記差(ΔTg)が70℃未満であると、第1ホスト材料とのガラス転移点の差が十分に取れずに変色の効果が不十分なことがある。
前記第1ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、220kJ/mol〜320kJ/molが好ましく、230kJ/mol〜310kJ/molがより好ましく、240kJ/mol〜300kJ/molが特に好ましい。
前記三重項励起準位が、220kJ/mol未満であると、可視光が出せる発光材料以下のエネルギーしか出せずに可視光を発光できないことがあり、320kJ/molを超えると、発光材料が可視光以上のエネルギーを持つことになり分解しやすくなることがある。前記三重項励起準位は、PL特性での燐光発光の短波長端(77K)から測定することができる。
前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、200kJ/mol〜300kJ/molが好ましく、210kJ/mol〜290kJ/molがより好ましく、220kJ/mol〜280kJ/molが特に好ましい。
前記三重項励起準位が、200kJ/mol未満であると、第1ホスト材料とのエネルギー差を20kJ/mol以上とる場合、第2ホスト材料では可視光が発光できないことがあり、300kJ/molを超えると、発光材料が可視光以上のエネルギーを持つことになり分解しやすくなることがある。前記三重項励起準位は、PL特性での燐光発光の短波長端(77K)からで測定することができる。
前記第1ホスト材料の三重項励起準位と前記第2ホスト材料の三重項励起準位との差(ΔT1)としては、20kJ/mol以上が好ましく、20kJ/mol〜60kJ/molがより好ましく、20kJ/mol〜30kJ/molが特に好ましい。
前記差(ΔT1)が、20kJ/mol未満であると、色の変化に十分対応できるエネルギー差にならないことがあり、60kJ/molを超えると、可視領域の変化にならないことがある。三重項励起準位は、PL特性での燐光発光の短波長端(77K)から測定することができる。
前記加熱した後の色を赤色とする場合、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、200kJ/mol〜280kJ/molが好ましく、210kJ/mol〜260kJ/molがより好ましく、220kJ/mol〜250kJ/molが特に好ましい。
前記加熱した後の色を緑色とする場合、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、247kJ/mol〜300kJ/molが好ましく、250kJ/mol〜290kJ/molがより好ましく、250kJ/mol〜280kJ/molが特に好ましい。
前記加熱した後の色を青色とする場合、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)としては、268kJ/mol〜300kJ/molが好ましく、270kJ/mol〜290kJ/molがより好ましく、270kJ/mol〜280kJ/molが特に好ましい。
前記第1ホスト材料の含有量としては、前記発光層における含有量が5質量%以上95質量%未満が好ましく、20質量%〜80質量%がより好ましく、30質量%〜70質量%が特に好ましい。
前記含有量が、5質量%未満であると、駆動電圧が高くなり、発光効率が低下することがあり、95質量%以上になると、第2ホスト材料の含有量が5%未満になりホスト材料として十分機能しないことがある。
前記第2ホスト材料の含有量としては、前記発光層における含有量が5質量%以上95質量%未満が好ましく、20質量%〜80質量%がより好ましく、30質量%〜70質量%が特に好ましい。
前記含有量が、5質量%未満であると、駆動電圧が高くなり、発光効率が低下することがあり、95質量%以上になると、第1ホスト材料の含有量が5%未満になりホスト材料として十分機能しないことがある。
前記第1ホスト材料及び前記第2ホスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子輸送性ホスト材料、正孔輸送性ホスト材料などが挙げられる。
−−電子輸送性ホスト材料−−
前記電子輸送性ホスト材料の電子親和力Eaとしては、2.5eV〜3.5eVが好ましく、2.6eV〜3.2eVがより好ましく、2.8eV〜3.1eVが特に好ましい。
前記電子親和力が、2.5eV未満であると、耐久性が劣り、駆動安定性が低下することがあり、3.5eVを超えると、発光層中の燐光発光材料へ電子が移動しにくくなることがある。
前記電子輸送性ホスト材料のイオン化ポテンシャルIpとしては、5.7eV〜7.5eVが好ましく、5.8eV〜7.0eVがより好ましく、5.9eV〜6.5eVが特に好ましい。
前記イオン化ポテンシャルが、5.7eV未満であると、耐久性が劣り、駆動安定性が低下することがあり、7.5eVを超えると、発光層中の燐光発光材料へ正孔が移動しにくくなることがある。
前記電子輸送性ホスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、アゾール誘導体、アジン誘導体、金属錯体などが挙げられる。
前記複素環テトラカルボン酸無水物としては、例えば、ナフタレンペリレンなどが挙げられる。
前記金属錯体としては、例えば、フタロシアニン、8−キノリノール誘導体の金属錯体、メタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体などが挙げられる。
前記アゾール誘導体としては、例えば、ベンズイミダゾール誘導体、イミダゾピリジン誘導体などが挙げられる。
前記アジン誘導体としては、例えば、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体などが挙げられる。
これらの中でも、金属錯体、アゾール誘導体、アジン誘導体が好ましく、耐久性の点から金属錯体化合物がより好ましい。
前記金属錯体化合物としては、金属に配位する少なくとも1つの窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体が好ましい。
前記金属錯体中に含まれる金属イオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、パラジウムイオンなどが挙げられる。これらの中でも、ベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、パラジウムイオンが好ましく、アルミニウムイオン、亜鉛イオン、パラジウムイオンよりが好ましい。
前記金属錯体中に含まれる配位子としては、例えば、「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」、Springer−Verlag社、H.Yersin著、1987年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」、裳華房社、山本明夫著、1982年発行等に記載の配位子が挙げられる。
前記配位子としては、例えばアジン配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子、アルコキシ配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ配位子、アルキルチオ配位子、アリールチオ配位子、ヘテロアリールチオ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、芳香族ヘテロ環アニオン配位子、インドレニンアニオン配位子などが挙げられる。
前記アジン配位子としては、例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、及びターピリジン配位子などが挙げられる。
前記ヒドロキシフェニルアゾール配位子としては、例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。
前記アルコキシ配位子としては、炭素数1〜30が好ましく、炭素数1〜20がより好ましく、炭素数1〜10が特に好ましく、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。
前記アリールオキシ配位子としては、炭素数6〜30が好ましく、炭素数6〜20がより好ましく、炭素数6〜12が特に好ましく、例えば、フェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシ、2,4,6−トリメチルフェニルオキシ、4−ビフェニルオキシなどが挙げられる。
前記ヘテロアリールオキシ配位子としては、炭素数1〜30が好ましく、炭素数1〜20がより好ましく、炭素数1〜12が特に好ましく、例えば、ピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。
前記アルキルチオ配位子としては、炭素数1〜30が好ましく、炭素数1〜20がより好ましく、炭素数1〜12が特に好ましく、例えば、メチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。
前記アリールチオ配位子としては、炭素数6〜30が好ましく、炭素数6〜20がより好ましく、炭素数6〜12が特に好ましく、例えば、フェニルチオなどが挙げられる。
前記ヘテロアリールチオ配位子としては、例えば、炭素数1〜30が好ましく、炭素数1〜20がより好ましく、炭素数1〜12が特に好ましく、例えば、ピリジルチオ、2−ベンズイミダゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。
前記シロキシ配位子としては、例えば、炭素数1〜30が好ましく、炭素数3〜25がより好ましく、炭素数6〜20が特に好ましく、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、トリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる。
前記芳香族炭化水素アニオン配位子としては、例えば、炭素数6〜30が好ましく、炭素数6〜25がより好ましく、炭素数6〜20が特に好ましく、例えば、フェニルアニオン、ナフチルアニオン、アントラニルアニオンなどが挙げられる。
前記芳香族ヘテロ環アニオン配位子としては、炭素数1〜30が好ましく、炭素数2〜25がより好ましく、炭素数2〜20が特に好ましく、例えば、ピロールアニオン、ピラゾールアニオン、トリアゾールアニオン、オキサゾールアニオン、ベンゾオキサゾールアニオン、チアゾールアニオン、ベンゾチアゾールアニオン、チオフェンアニオン、ベンゾチオフェンアニオンなどが挙げられる。
これらの中でも、アジン配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、芳香族ヘテロ環アニオン配位子が好ましく、アジン配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子、アリールオキシ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、芳香族ヘテロ環アニオン配位子がより好ましい。
前記電子輸送性ホスト材料としては、例えば、特開2002−235076、特開2004−214179、特開2004−221062、特開2004−221065、特開2004−221068、特開2004−327313等の各公報に記載の金属錯体の電子輸送性ホスト材料などが挙げられる。
このような電子輸送性ホスト材料としては、具体的には、例えば、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
−−正孔輸送性ホスト材料−−
前記正孔輸送性ホスト材料の電子親和力Eaとしては、1.0eV〜3.0eVが好ましく、1.5eV〜2.8eVがより好ましく、2.0eV〜2.5eVが特に好ましい。
前記電子親和力が、1.0eV未満であると、耐久性が劣り、駆動安定性が低下することがあり、3.0eVを超えると、発光層中の燐光発光材料へ電子が移動しにくくなることがある。
前記正孔輸送性ホスト材料のイオン化ポテンシャルIpとしては、5.0eV〜7.0eVが好ましく、5.2eV〜6.5eVがより好ましく、5.5eV〜6.0eVが特に好ましい。
前記イオン化ポテンシャルが、5.0eV未満であると、耐久性が劣り、駆動安定性が低下することがあり、7.0eVを超えると、発光層中の燐光発光材料へ正孔が移動しにくくなることがある。
前記正孔輸送性ホスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アントラセン、トリフェニレン、ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、ピラゾール、イミダゾール、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、それらの誘導体などが挙げられる。
これらの中でも、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、アザインドール誘導体、アザカルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体が好ましく、分子内にインドール骨格、カルバゾール骨格、アザインドール骨格、アザカルバゾール骨格、又は芳香族第三級アミン骨格を有するものがより好ましく、カルバゾール骨格を有する化合物が特に好ましい。
また、前記正孔輸送性ホスト材料としては、前記正孔輸送性ホスト材料の水素を一部又は全てを重水素に置換したものを用いることもできる。
このような正孔輸送性ホスト材料としての具体的化合物としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
−燐光発光材料−
前記燐光発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば遷移金属原子、ランタノイド原子を含む錯体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記遷移金属原子としては、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金などが挙げられる。これらの中でも、レニウム、イリジウム、白金が好ましく、イリジウム、白金が特に好ましい。
前記ランタノイド原子としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテシウム、などが挙げられる。これらの中でも、ネオジム、ユーロピウム、ガドリニウムが特に好ましい。
前記錯体の配位子としては、例えば、G.Wilkinson等著,Comprehensive Coordination Chemistry,Pergamon Press社1987年発行、H.Yersin著,「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」Springer−Verlag社1987年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社、1982年発行等に記載の配位子などが挙げられる。
具体的な配位子としては、例えば、ハロゲン配位子、芳香族炭素環配位子、含窒素ヘテロ環配位子、ジケトン配位子、カルボン酸配位子、アルコラト配位子、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子などが挙げられる。これらの中でも、含窒素ヘテロ環配位子が特に好ましい。
前記ハロゲン配位子としては、例えば、塩素配位子などが挙げられる。
前記芳香族炭素環配位子としては、例えば、シクロペンタジエニルアニオン、ベンゼンアニオン、ナフチルアニオンなどが挙げられる。
前記含窒素ヘテロ環配位子としては、例えば、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、フェナントロリンなどが挙げられる。
前記ジケトン配位子としては、例えば、アセチルアセトンなどが挙げられる。
前記カルボン酸配位子としては、例えば、酢酸配位子などが挙げられる。
前記アルコラト配位子としては、例えば、フェノラト配位子などが挙げられる。
前記錯体は、化合物中に遷移金属原子を1つ有してもよいし、また、2つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。これらの中でも、燐光発光材料としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記イリジウムを含む錯体である燐光発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、下記一般式(1)、(2)及び(3)のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
ただし、前記一般式(1)、(2)及び(3)中、nは、1〜3の整数を表す。X−Yは、二座配位子を表す。環Aは、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のいずれかを含んでいてもよい環構造を表す。R11は、置換基を表し、m1は、0〜6の整数を表す。m1が2以上の場合には隣接するR11どうしが結合して窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のいずれかを含んでいてもよい環を形成してもよく、該環は更に置換基により置換されていてもよい。R12は、置換基を表し、m2は、0〜4の整数を表す。m2が2以上の場合には隣接するR12どうしが結合して窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のいずれかを含んでいてもよい環を形成してもよく、該環は更に置換基により置換されていてもよい。なお、R11とR12とが結合して窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のいずれかを含んでいてもよい環を形成してもよく、該環は更に置換基により置換されていてもよい。
前記環Aは、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のいずれかを含んでいてもよい環構造を表し、5員環、6員環などが好適に挙げられる。該環は置換基で置換されていてもよい。
X−Yは、二座配位子を表し、二座のモノアニオン性配位子などが好適に挙げられる。
前記二座のモノアニオン性配位子としては、例えば、ピコリナート(pic)、アセチルアセトナート(acac)、ジピバロイルメタナート(t−ブチルacac)などが挙げられる。
上記以外の配位子としては、例えば、Lamanskyらの国際公開第2002/15645号パンフレットの89頁〜91頁に記載の配位子が挙げられる。
前記R11及びR12における置換基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、窒素原子又は硫黄原子を含んでいてもよいアリール基、窒素原子又は硫黄原子を含んでいてもよいアリールオキシ基を表し、これらは更に置換されていてもよい。
前記R11及びR12は、互いに隣接するものどうしで結合して、窒素原子、硫黄原子又は酸素原子を含んでいてもよい環を形成してもよく、5員環、6員環などが好適に挙げられる。該環は更に置換基で置換されていてもよい。
前記一般式(1)、(2)、及び(3)のいずれかで表される具体的化合物としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

前記燐光発光材料のその他の例としては、以下のような化合物が挙げられる。
前記燐光発光材料の全ての含有量(濃度)としては、前記発光層の全質量に対して、0.01質量%〜80質量%が好ましく、0.1質量%〜60質量%がより好ましく、1質量%〜40質量%が特に好ましい。
前記含有量が、0.01質量%未満であると、発光が不十分であることがあり、80質量%を超えると、第1ホスト材料もしくは第2ホスト材料が5質量%未満となることがありホスト材料が機能しにくいため十分な発光が得られないことがある。
前記燐光発光材料のガラス転移点としては、第1ホスト材料よりも低いと変色させる前に発光しなくなるという点で、前記第1ホスト材料のガラス転移点よりも大きいことが好ましい。
前記燐光発光材料の三重項励起準位としては、第1ホスト材料の三重項励起準位よりも高いと発光しないという点で、前記第1ホスト材料の三重項励起準位よりも小さいことが好ましい。
前記発光層の厚みとしては、1nm〜100nmが好ましく、3nm〜50がより好ましく、10nm〜30nmが特に好ましい。
前記厚みが、1nm未満であると、発光層として形成されず劣化が著しくなることがあり、100nmを超えると、電圧が極端に上昇することがある。前記厚みは、分光光度計で測定することができる。
前記発光層としては、加熱による電圧上昇の防止、及び輝度の減少を抑制するために1層構造が好ましい。加熱により前記第1ホスト材料が変性されるので、前記第1ホスト材料に電流が流れにくくなるが、1層構造とすることで、加熱により変性しない前記第2ホスト材料には電流が流れるので、電圧が上昇することがなく、輝度の変化が抑制される。
−−発光層の形成方法−−
前記発光層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば抵抗加熱蒸着、真空蒸着、電子ビーム、スパッタリング、分子積層法、コーティング法(スピンコート法、キャスト法、ディップコート法など)などの方法が挙げられる。
前記発光層を形成させた後、前記発光層全体を加熱し、前記発光層中の前記第1ホスト材料を変性させる。
前記加熱の温度としては、第1ホスト材料のガラス転移点よりも高く、第2ホスト材料のガラス転移点よりも低いことが好ましい。
前記加熱の温度が、前記第1ホスト材料のガラス転移点よりも低いと、前記第1ホスト材料を変性させることができないことがあり、前記第2ホスト材料のガラス転移点を超えると、第2ホスト材料も変性してしまうことがある。
具体的には、前記加熱の温度としては、30℃〜500℃が好ましく、40℃〜400℃がより好ましく、50℃〜300℃が特に好ましい。
前記加熱の温度が、30℃未満であると、室温でも変色することがあり、500℃を超えると、第2ホスト材料も変質することがある。前記加熱の温度は、放射温度計で測定することができる。
前記加熱の方法としては、特に制限されず、例えば、サーマルヘッド法、レーザー加熱法、高周波加熱法等が挙げられる。これらの中でも、部分的に加熱できるという点で、サーマルヘッド法及びレーザー加熱法が好ましい。
前記サーマルヘッド法としては、プリンタ用途などに使用されるものを用いることができる。本発明の有機電界発光素子の構成が、<基板/陽極/発光層/陰極>の場合、サーマルヘッドによる加熱は基板側から行ってもよいし、陰極側から行ってもよい。
前記レーザー加熱法としては、任意の波長のレーザー光を使用できるが、本発明の有機電界発光素子側でレーザー光のエネルギーを熱に変換する必要がある。近赤外の半導体レーザー(波長780nm〜830nm)を用いる場合、光熱変換層として近赤外光吸収層を陰極上に付設する。
前記近赤外光吸収層に用いる近赤外吸収材料としては、特に制限はなく、顔料、染料などが挙げられる。
前記顔料としては、例えば、カーボンブラック、フタロシアニンなどが挙げられる。
前記染料としては、例えば、フタロシアニン系、ナフタロシアニンなどが挙げられる。
<陽極>
前記陽極としては、前記発光層に正孔を供給する電極としての機能を有していれば特に制限されない。本発明の白色有機電界発光素子の性質上、前記陽極及び前記陰極のうち少なくとも一方は透明であることが好ましい。
前記陽極としては、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、白色有機電界発光素子の用途、目的に応じて公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
前記陽極を構成する材料としては、例えば、導電性金属酸化物、金属、これらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、無機導電性物質、有機導電性材料、これらとITOとの積層物などが挙げられる。
前記導電性金属酸化物としては、例えば、アンチモン、フッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)などが挙げられる。
前記金属としては、例えば、金、銀、クロム、ニッケルなどが挙げられる。
前記無機導電性物質としては、例えば、ヨウ化銅、硫化銅などが挙げられる。
前記有機導電性材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどが挙げられる。
前記陽極の形成方法としては、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、湿式方式、化学的方式、物理的方式などが挙げられる。
前記湿式方式としては、例えば、印刷方式、コーティング方式などが挙げられる。
前記化学的方式としては、例えば、CVD、プラズマCVD法などが挙げられる。
前記物理的方式としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などが挙げられる。
なお、前記陽極を形成する際にパターニングを行う場合は、フォトリソグラフィー等による化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザー等による物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
前記陽極の厚みとしては、特に制限はなく、材料により適宜選択可能であるが、10nm〜5μmが好ましく、50nm〜10μmがより好ましい。前記厚みは、触針式段差計で測定することができる。
前記陽極の抵抗値としては、発光層などに確実に正孔を供給するために、10Ω/□以下が好ましく、10Ω/□以下がより好ましい。
<陰極>
前記陰極としては、前記発光層に電子を注入する電極としての機能を有していれば特に制限されない。
前記陰極としては、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
前記陰極を構成する材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、その他の金属、これらの金属の合金などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、2種以上を好適に併用することが好ましい。
前記アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウムなどが挙げられる。
前記アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられる。
前記その他の材料としては、例えば、金、銀、鉛、アルミニウムなどが挙げられる。
前記希土類金属としては、例えば、インジウム、イッテルビウムなどが挙げられる。
前記合金としては、例えば、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金などが挙げられる。
これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属、アルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを含有する材料が特に好ましい。前記アルミニウムを含有する材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01質量%〜10質量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物(例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など)を意味する。
前記陰極の形成方法としては、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、湿式方式、化学的方式、物理的方式などが挙げられる。
前記湿式方式としては、例えば、印刷方式、コーティング方式などが挙げられる。
前記化学的方式としては、例えば、CVD、プラズマCVD法などが挙げられる。
前記物理的方式としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などが挙げられる。
なお、前記陰極を形成する際にパターニングを行う場合は、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタなどをして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
前記陰極の厚みとしては、10nm〜1,000nmが好ましく、20nm〜500nmがより好ましく、50nm〜100nmが特に好ましい。
前記厚みが、10nm未満であると、酸化して劣化することがあり、1,000nmを超えると、成膜時に放射熱を得ることで劣化することがある。前記厚みは、触針式段差計で測定することができる。
<その他の層>
本発明の白色有機電界発光素子としては、前記その他の層としては、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層、基板などが挙げられる。
−正孔注入層、正孔輸送層−
前記正孔注入層及び正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。該正孔注入層及び正孔輸送層は、単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
これらの層に用いられる正孔注入材料又は正孔輸送材料としては、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよく、また、無機化合物であってもよい。
前記正孔注入材料及び正孔輸送材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、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、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、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン、三酸化モリブデンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層としては、電子受容性ドーパントを含有させることができる。
前記電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物であってもよく、有機化合物であってもよい。
前記無機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲン化金属、金属酸化物などが挙げられる。
前記ハロゲン化金属としては、例えば、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどが挙げられる。
前記金属酸化物としては、例えば、五酸化バナジウム、三酸化モリブデンなどが挙げられる。
前記有機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基等を有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどが挙げられる。
これらの電子受容性ドーパントは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記電子受容性ドーパントの使用量としては、材料の種類によって異なるが、正孔輸送材料又は正孔注入材料に対して0.01質量%〜50質量%が好ましく、0.05質量%〜50質量%がより好ましく、0.1質量%〜30質量%が特に好ましい。
前記正孔注入層及び正孔輸送層の厚みとしては、1nm〜500nmが好ましく、5nm〜200nmがより好ましく、10nm〜100nmが特に好ましい。
−電子輸送層、電子注入層−
前記電子輸送層及び電子注入層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層であり、上述したように、前記電子輸送層の三重項エネルギーは、陰極側隣接層の三重項エネルギーよりも大きいことが好ましい。
前記電子輸送層は、1種又は2種以上の材料からなる単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。前記電子注入層は、1種又は2種以上の材料からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
前記電子輸送層及び電子注入層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体などが挙げられる。
前記キノリン誘導体としては、例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(バソクプロイン;BCP)、BCPにLiをドープしたもの、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq)などの8−キノリノール又はその誘導体を配位子とする有機金属錯体、BAlq(ビス−(2−メチル−8−キノリノラト)−4−(フェニル−フェノラト)−アルミニウム(III))などが挙げられる。これらの中でも、BCPにLiをドープしたもの、BAlqが特に好ましい。
前記電子輸送層及び電子注入層の形成方法としては、例えば、蒸着法、湿式製膜法、電子ビーム法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシー)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、分子積層法、LB法、印刷法、転写法、などの上述した方法により好適に形成することができる。
前記電子輸送層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1nm〜500nmが好ましく、10nm〜50nmがより好ましい。
前記電子注入層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、0.1nm〜200nmが好ましく、0.2nm〜100nmがより好ましく、0.5nm〜50nmが特に好ましい。
−基板−
本発明の白色有機電界発光素子としては、前記基板上に設けられていることが好ましく、陽極と基板とが直接接する形で設けられていてもよいし、中間層を介在する形で設けられていてもよい。
前記基板の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無機材料、有機材料などが挙げられる。
前記無機材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどが挙げられる。
前記有機材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレンなどが挙げられる。
前記基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。
前記基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。また、単一部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよい。前記基板は透明でも不透明でもよく、透明な場合は無色透明でも有色透明でもよい。
前記基板には、その表面又は裏面に透湿防止層(ガスバリア層)を設けることができる。
前記透湿防止層(ガスバリア層)の材料としては、例えば、窒化珪素、酸化珪素等の無機物などが挙げられる。
前記透湿防止層(ガスバリア層)は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
−電子ブロック層−
前記電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が陽極側に通り抜けることを防止する機能を有する層であり、通常、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として設けられる。
前記電子ブロック層を構成する化合物としては、例えば前述の正孔輸送性ホスト材料として挙げたものが利用できる。また、前記電子ブロック層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
前記電子ブロック層の形成方法としては、特に制限はなく、公知の方法に従って形成することができるが、例えば、蒸着法、スパッタ法等の乾式製膜法、湿式塗布法、転写法、印刷法、インクジェット方式、などにより好適に形成することができる。
前記電子ブロック層の厚みとしては、1nm〜200nmが好ましく、1nm〜50nmがより好ましく、3nm〜10nmが特に好ましい。
−保護層−
本発明の白色有機電界発光素子は、保護層によって全体が保護されていてもよい。
前記保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni、MgO、SiO、SiO、Al、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe、Y、TiO、SiNx、SiNxOy、MgF、LiF、AlF、CaF、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質などが挙げられる。
前記保護層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシー)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、コーティング法、印刷法、転写法などが挙げられる。
−封止容器−
本発明の白色有機電界発光素子としては、封止容器を用いて全体が封止されていてもよい。更に、前記封止容器と白色有機電界発光素子の間の空間には、水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。
前記水分吸収剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記不活性液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばパラフィン類、流動パラフィン類、フッ素系溶剤、塩素系溶剤、シリコーンオイル類などが挙げられる。
−樹脂封止層−
本発明の白色有機電界発光素子としては、大気からの酸素や水分による素子性能劣化を樹脂封止層により封止することで抑制するようにしてもよい。
前記樹脂封止層の樹脂素材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂、エステル系樹脂などが挙げられる。これらの中でも、水分防止機能の点からエポキシ樹脂が特に好ましい。前記エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、又は光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
前記樹脂封止層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着又は熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法などが挙げられる。
(有機電界発光素子の層構成)
図1は、本発明の有機電界発光素子の層構成の一例を示す概略図である。白色有機電界発光素子10としては、基板1上に形成された陽極2と、正孔注入層3と、正孔輸送層4と、発光層5と、電子輸送層6と、電子注入層7と、陰極8とをこの順に積層してなる。なお、陽極2と陰極8とは電源を介して互いに接続されている。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
<有機電界発光素子の作製>
厚み0.5mm、2.5cm角のガラス基板を洗浄容器に入れ、2−プロパノール中で超音波洗浄した後、30分間UV−オゾン処理を行った。このガラス基板上に真空蒸着装置(ALS社製E−200)を用いて真空蒸着法にて以下の各層を蒸着した。なお、以下の実施例及び比較例における真空蒸着法は、全て同条件で行い、蒸着速度は、特に断りのない場合は0.2nm/秒である。蒸着速度は水晶振動子を用いて測定した。また、蒸着温度は、20℃であり、圧力は、1×10−4Paである。また、以下の各層の厚みは水晶振動子を用いて測定した。
まず、ガラス基板上に、陽極としてITO(Indium Tin Oxide)を厚み100nmにスパッタして設けた。
陽極(ITO)上に、下記構造式で表される4,4’,4”−トリス(N,N−(2−ナフチル)−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(2−TNATA)に、下記構造式で表されるF4−TCNQを0.3質量%ドープした正孔注入層を厚みが120nmになるように真空蒸着法にて形成した。
次に、正孔注入層上に、正孔輸送層として下記構造式で表されるNPD(N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン)を厚みが10nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
正孔輸送層上に、第1ホスト材料である下記構造式で表される化合物Aを44.9質量%と、第2ホスト材料である下記構造式で表される化合物Bを40質量%と、該化合物A及び化合物Bに対して下記構造式で表される燐光発光材料Aを15質量%、及び下記構造式で表される燐光発光材料Bを0.1質量%ドープした発光層を厚みが30nmとなるように真空蒸着法にて形成した。化合物Aと化合物Bのガラス転移点を示差走査熱量計(DSC)で測定したところ、化合物Aが62℃であり、化合物Bが141℃であった。化合物Aと化合物Bの三重項励起準位をPL特性での燐光発光の短波長端(77K)から測定したところ、化合物Aが279kJ/molであり、化合物Bが、251kJ/molであった。同様に、燐光発光材料A及び燐光発光材料Bのガラス転移点を測定したところ、燐光発光材料A、燐光発光材料Bともに110℃以上であり、燐光発光材料Aの三重項励起準位が、266kJ/molであり、燐光発光材料Bの三重項励起準位が、243kJ/molであった。

次に、発光層上に、下記構造式で表されるBAlq(ビス−(2−メチル−8−キノリノラト)−4−(フェニル−フェノラト)−アルミニウム(III))を、厚みが29nmとなるように真空蒸着法にて形成した。

上記構造式で表されるBAlq上に、BCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)を、厚みが1nmとなるように真空蒸着法にて形成した。BAlqからなる層とBCPからなる層とを電子輸送層とした。
電子輸送層上に、電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を、厚みが1nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
次に、電子注入層上に、陰極としてパタ−ニングしたマスク(発光領域が2mm×2mmとなるマスク)を設置し、金属アルミニウムを厚み70nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
陰極を形成後、サーマルヘッドにより100℃の温度で陰極側を1分間加熱することで、第1ホスト材料を変性させた。加熱前は、青色と緑色との混合色が発光していたが、加熱後は緑色に変色した。
以上により作製した積層体を、アルゴンガスで置換したグローブボックス内に入れ、ステンレス製の封止缶、及び紫外線硬化型の接着剤(XNR5516HV、長瀬チバ株式会社製)を用いて封止した。以上により、実施例1の有機電界発光素子を作製した。
(評価)
作製した実施例1の有機電界発光素子の駆動電圧、色の変化、及び輝度の変化を以下のように評価した。
<電圧差>
KEITHLEY社製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流電流通電時の電圧を計測した。加熱後の実施例1の有機電界発光素子の電圧と、加熱前の実施例1の有機電界発光素子の電圧を計測し、この差を電圧差とした。
<色の変化>
東陽テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流定電流を加熱前の実施例1の有機電界発光素子に印加して発光させた。得られた発光スペクトルを島津製作所製の発光スペクトル測定システム(ELS1500)で測定し、得られたスペクトルからCIE表色系を用いx値とy値を算出した。
次に、東陽テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流定電圧を加熱後の実施例1の有機電界発光素子に印加して発光させた。得られた発光スペクトルを島津製作所製の発光スペクトル測定システム(ELS1500)で測定し、得られたスペクトルからCIE表色系を用いx値とy値を算出した。
加熱後のx値とy値と、加熱前のx値とy値との差を色の変化とした。
<輝度の変化>
加熱前の実施例1の有機電界発光素子について、該有機電界発光素子の中心と鉛直方向に同じ高さとなり該有機電界発光素子から1メートル離れた位置に分光輝度計(トップコム社製:SR−3)を設置し、加熱前の実施例1の有機電界発光素子に2.5mA/cmで通電して発光の1点(パネル中央付近)を点灯させて輝度(単位:cd/A)を測定した。
次に、加熱後の実施例1の有機電界発光素子について、該有機電界発光素子の中心と鉛直方向に同じ高さとなり該有機電界発光素子から1メートル離れた位置に分光輝度計(トップコム社製:SR−3)を設置し、加熱後の実施例1の有機電界発光素子に2.5mA/cmで通電して発光の1点(パネル中央付近)を点灯させて輝度(単位:cd/A)を測定した。
加熱後の実施例1の有機電界発光素子の輝度と加熱前の実施例1の有機電界発光素子の差を輝度の変化とした。
(実施例2)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、発光層を下記のように作製した以外は、実施例1と同様にして実施例2の有機電界発光素子を作製した。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
−発光層の作製−
第1ホスト材料である上記構造式で表される化合物Aを29.9質量%と、第2ホスト材料である上記構造式で表される化合物Bを30質量%と、該化合物A及び化合物Bに対して上記構造式で表される燐光発光材料Aを40質量%、及び上記構造式で表される燐光発光材料Bを0.1質量%ドープした発光層を厚みが30nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
加熱前は、白色が発光していたが、加熱後は緑色に変色した。
(実施例3)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、第1ホスト材料として、上記構造式で表される化合物Aを下記構造式で表される化合物Cに代え、第2ホスト材料として、上記構造式で表される化合物Bを下記構造式で表される化合物Dに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例3の有機電界発光素子を作製した。加熱前は、白色が発光していたが、加熱後は緑色に変色した。
化合物Cと化合物Dとのガラス転移点を示差走査熱量計(DSC)で測定したところ、化合物Cのガラス転移点が44℃であり、化合物Dのガラス転移点が136℃であった。化合物Cと化合物Dとの三重項励起準位をPL特性での燐光発光の短波長端(77K)から測定したところ、化合物Cの三重項励起準位が269kJ/molであり、化合物Dの三重項励起準位が、247kJ/molであった。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
(比較例1)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、発光層を以下のように作製した以外は、実施例1と同様にして比較例1の有機電界発光素子を作製した。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
−発光層の作製−
第1ホスト材料である上記構造式で表される化合物Aを84.9質量%と、該化合物Aに対して上記構造式で表される燐光発光材料Aを15質量%、及び上記構造式で表される燐光発光材料Bを0.1質量%ドープした発光層を厚みが30nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
加熱前は、青色と緑色の混合色が発光していた。加熱後は、色の変化がほとんどなく全体的に暗く発光した。
(比較例2)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、発光層を以下のように作製した以外は、実施例1と同様にして比較例2の有機電界発光素子を作製した。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
−発光層の作製−
第1ホスト材料である上記構造式で表される化合物Aを59.9質量%と、該化合物Aに対して上記構造式で表される燐光発光材料Aを40質量%、及び上記構造式で表される燐光発光材料Bを0.1質量%ドープした発光層を厚みが30nmとなるように真空蒸着法にて形成した。
加熱前は、白色が発光していた。加熱後は、色はやや赤みを帯びたが全体的に暗く発光した。
(比較例3)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、発光層を以下のように作製した以外は、実施例1と同様にして比較例3の有機電界発光素子を作製した。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
−発光層の作製−
正孔輸送層上に、第2ホスト材料である上記構造式で表される化合物Bを85質量%と、該化合物Bに対して上記構造式で表される燐光発光材料Bを15質量%ドープした発光層を厚みが15nmとなるように真空蒸着法にて第1発光層を形成した。
第1発光層上に、第1ホスト材料である上記構造式で表される化合物Aを85質量%と、該化合物Aに対して上記構造式で表される燐光発光材料Aを15質量%ドープした発光層を厚みが15nmとなるように真空蒸着法にて第2発光層を形成した。
加熱前は、白色が発光していた。加熱後は、緑であったが、全体的に暗く発光した。
(比較例4)
<有機電界発光素子の作製>
実施例1において、第1ホスト材料として、上記構造式で表される化合物Aを下記構造式で表されるBCPに代え、第2ホスト材料として、上記構造式で表される化合物Bを下記構造式で表されるCBPに代えた以外は、実施例1と同様にして比較例4の有機電界発光素子を作製した。加熱前は、白色が発光していた。加熱後は、緑を帯びた白色であった。
BCP及びCBPのガラス転移点を示差走査熱量計(DSC)で測定したところ、BCPのガラス転移点が60−70℃であり、CBPのガラス転移点が100℃であった。BCP及びCBPの三重項励起準位をPL特性での燐光発光の短波長端(77K)からで測定したところ、BCPの三重項励起準位が243kJ/molであり、CBPの三重項励起準位が251kJ/molであった。
実施例1と同様に、作製した有機電界発光素子の電圧差、色の変化、及び輝度の変化を評価した。
実施例1〜3及び比較例1〜4で作製した有機電界発光素子について、電圧差、色の変化、及び輝度の変化の評価結果、及び素子構成を表1に示す。
(表中、「wt%」は、質量%を表す。電圧差、色の変化、及び輝度の変化は電流密度が11.6mA/cmでの値である。比較例3の発光層は、第1発光層と第2発光層とからなる2層構造である。)
本発明の有機電界発光素子は、加熱しても低電圧であり、輝度の変化の抑制ができるので、例えば、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読み取り光源、標識、看板、インテリア、光通信などに好適に用いられる。
10 有機電界発光素子
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 陰極

Claims (5)

  1. 陽極と陰極との間に、1層の発光層と、を少なくとも有し、
    前記発光層は、ホスト材料と、燐光発光材料と、を少なくとも含み、
    前記ホスト材料は、第1ホスト材料と、第2ホスト材料の少なくとも2種類を含み、
    前記第1ホスト材料のガラス転移点(Tg)が、前記第2ホスト材料のガラス転移点(Tg)よりも小さく、
    前記第1ホスト材料の三重項励起準位(T1)が、前記第2ホスト材料の三重項励起準位(T1)よりも少なくとも20kJ/mol大きく、
    第1ホスト材料が、加熱により変性されてなることを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 第1ホスト材料のガラス転移点と第2ホスト材料のガラス転移点との差が、70℃以上である請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 加熱の温度が、第1ホスト材料のガラス転移点よりも高く、第2ホスト材料のガラス転移点よりも低い請求項1から2のいずれかに記載の有機電界発光素子。
  4. 第1ホスト材料の含有量が、発光層に対して5質量%以上95質量%未満である請求項1から3のいずれかに記載の有機電界発光素子。
  5. 第2ホスト材料の含有量が、発光層に対して5質量%以上95質量%未満である請求項1から4のいずれかに記載の有機電界発光素子。
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