JP2014241315A - 有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動電圧が低く、発光効率及び耐久性に優れた有機発光素子を提供する。
【解決手段】陽極11と陰極15と、陽極11と陰極15との間に、正孔注入層12と、正孔輸送層13と、発光層14と、を有する有機化合物層と、を有し、発光層14が、ホストとドーパントとを有し、正孔輸送層13が、複数の芳香族炭化水素骨格と、前記芳香族炭化水素骨格同士を連結する単結合と、を有する正孔輸送材料を有し、前記正孔輸送材料の三重項準位T1が1.8eV以上であり、前記正孔輸送材料の正孔移動度が1×10-5cm2/Vs以上であり、正孔輸送層13と発光層14とにおいて、下記式(1)及び式(2)の関係が成り立つことを特徴とする、有機発光素子1。
|正孔輸送材料の還元電位|−|ホストの還元電位|>0.1V (1)
|正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位|<0.1eV (2)
【選択図】図1

Description

本発明は、有機発光素子に関する。
有機発光素子は、陽極と陰極と間に、発光性有機化合物を含む薄膜が設けられている電子素子である。陽極と陰極との間に電圧を印加し、正孔及び電子を注入することにより有機発光素子は駆動する。具体的には、各電極からそれぞれ印加された正孔と電子とが素子内部(発光性有機化合物を含む薄膜)で再結合し、この再結合によって生じた励起状態の発光性有機化合物(励起子)が基底状態に戻る際に光が放射される。有機発光素子は、この放射される光を利用する素子である。
有機発光素子の発光について、発光原理の視点から分類すると、一重項励起子を利用した蛍光発光と三重項励起子を利用した燐光発光との二種類に分けることができる。ここで原理的に一重項励起子と三重項励起子との生成確率は1:3であり、三重項励起子が生成しやすいことがわかる。このことから蛍光を利用した有機発光素子の場合、発光として利用できる割合(内部量子効率)は最大で25%となる一方で、燐光を利用した有機発光素子の場合、内部量子効率は最大で75%となる。
有機発光素子を携帯電話やテレビ等のフルカラーディスプレイの構成部材へと応用した場合、赤色及び緑色においては、燐光を利用することで有機発光素子の高効率化及び高耐久化が実現されている。しかしながら青色においては、青色発光する有機発光素子の耐久性に課題があるため、連続駆動寿命が短いという点が問題となっていた。そこで青色においては、比較的に耐久性が良い蛍光を利用した有機発光素子が用いられていたが、上述したように一重項励起子の生成確率が低いため、発光効率という観点で課題が生じていた。
ここで、蛍光を利用し、かつ発光色が青色の有機発光素子の発光効率を向上させる方法として、特許文献1や非特許文献1にて提案されている方法が挙げられる。
特許第4772942号公報
有機EL討論会第11回例会予稿集(P3−4) Small 2011,7,No9,1186−1191 R.Ahlrichs,M.Baer,M.Haeser,H.Horn,and C.Koelmel Electronic structure calculations on workstation computers:the program system TURBOMOLE Chem.Phys.Lett.162−165(1989)
ところで、蛍光を利用した有機発光素子において、発光効率を向上させる方法として、これまで有効活用されていなかった三重項励起子を蛍光発光に利用する方法が提案されている。この方法は、Triplet−Triplet annihilation(TTA)と呼ばれる方法であり、具体的な発光メカニズムは、以下に説明する通りである。まず発光層内で三重項励起子が複数発生した後、そのうちの2つの三重項励起子が衝突し消滅する際に、一重項励起子が生成される。これにより蛍光発光に必要な一重項励起子が増加することで蛍光発光が増加する。その結果、内部量子効率は最大で62.5%となり、発光効率が増加する。ここで発光として素子外部に取り出せる割合(外部量子効率(EQE)=内部量子効率×光取り出し)を計算すると、従来の上限である5%(光取り出しを20%と仮定した場合)を超え、最大で12.5%とすることができる。
このTTAを利用した青色発光する有機発光素子については、アントラセン誘導体を発光層のホストとして用いた有機発光素子が提案され、発光効率が高いことが報告されている。例えば非特許文献1では、青色発光する有機発光素子の外部量子収率は7%程度であり、従来の上限を超えている。しかしながらTTAを利用したとしても有機発光素子の外部量子収率の上限は12.5%であるため、さらなる改善の余地があるといえる。ところで非特許文献1では、正孔輸送層に芳香族アミン誘導体(α−NPD)が含まれているが、この芳香族アミン誘導体は発光効率の低下をもたらすと考えられる。
一般的に芳香族アミン誘導体は強い電子供与性を有するため、発光層の構成材料と相互作用を起こすが、この相互作用が発光消光の原因となる。よって発光効率を向上させるために、正孔輸送層の構成材料として芳香族アミン誘導体以外の有機化合物を用いた有機発光素子が提案されている。例えば特許文献1では、芳香族アミン誘導体以外の有機化合物として、アントラセン誘導体、アリールエチレン及びアリールアセチレン誘導体、ポリフェニレン炭化水素が開示されている。また特許文献1の実施例において、正孔輸送層としてアントラセン誘導体を用いた有機発光素子は、赤色及び緑色において、発光効率の向上が見られる。
しかし、正孔輸送層の構成材料であるアントラセン誘導体は、その三重項エネルギー準位(T1)が発光層のホストと同程度である。このため、非特許文献1にて提案されているTTAを利用した有機発光素子において、正孔輸送層の構成材料としてアントラセン誘導体を用いると、発光層内に三重項励起子を閉じ込めることができない。このため、発光層と隣接する層(例えば、正孔輸送層)に三重項励起子が漏れ、発光効率の低下に繋がる。従って、T1がアントラセン誘導体(1.8eV以下)より高い有機化合物が望まれていた。
ただし、アントラセン誘導体以外の化合物であって、T1が高いと考えられる有機化合物を用いた有機発光素子は、赤色及び緑色において、発光効率があまり向上しないばかりか、駆動電圧の高電圧化を招くことが特許文献1にて示されている。これは青色発光する有機発光素子においても同様と考えられる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、特に、青色発光の有機発光素子において、駆動電圧が低く、発光効率及び耐久性に優れた有機発光素子を提供することにある。
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に、正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、を有する有機化合物層と、を有し、
前記発光層が、ホストとドーパントとを有し、
前記正孔輸送層が、複数の芳香族炭化水素骨格と、前記芳香族炭化水素骨格同士を連結する単結合と、を有する正孔輸送材料を有し、
前記正孔輸送材料の三重項準位T1が1.8eV以上であり、
前記正孔輸送材料の正孔移動度が1×10-5cm2/Vs以上であり、
前記正孔輸送層と前記発光層とにおいて、下記式(1)及び式(2)の関係が成り立つことを特徴とする。
|正孔輸送材料の還元電位|−|ホストの還元電位|>0.1V (1)
|正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位|<0.1eV (2)
本発明によれば、特に、青色発光の有機発光素子において、駆動電圧が低く、発光効率及び耐久性に優れた有機発光素子を提供することができる。
本発明の有機発光素子における実施形態の例を示す断面模式図である。 本発明の有機発光素子と、この有機発光素子に接続されている能動素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。
(1)有機発光素子
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に、少なくとも正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、を有する有機化合物層と、を有する。つまり、本発明の有機発光素子において、陽極から発生した正孔は、まず正孔注入層へ注入され、正孔注入層と正孔輸送層とを経由してから発光層へと輸送される。
本発明において、発光層は、ホストとドーパントとを有する。本発明において、正孔輸送層は、複数の芳香族炭化水素骨格と、これら芳香族炭化水素骨格同士を連結する単結合と、を有する正孔輸送材料を有している。本発明において、正孔輸送材料の三重項準位T1が1.8eV以上である。本発明において、正孔輸送材料の正孔移動度が1×10-5cm2/Vs以上である。本発明において、正孔輸送層と発光層とにおいて、下記式(1)及び式(2)の関係が成り立つ。
|正孔輸送材料の還元電位|−|ホストの還元電位|>0.1V (1)
|正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位|<0.1eV (2)
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することがない限りその形態及び詳細(の少なくとも一部)を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるものである。
図1は、本発明の有機発光素子における実施形態の例を示す断面模式図である。図1の有機発光素子1は、陽極11と、正孔注入層12と、正孔輸送層13と、発光層14と、陰極15と、がこの順に積層されている。尚、図1の有機発光素子1において、基板(不図示)の上に形成される電極(下部電極)は、陽極11であってもよいし、陰極15であってもよい。
図1の有機発光素子1において、正孔注入層12と、正孔輸送層13と、発光層14とからなる積層体は、有機発光素子1を構成する有機化合物層に該当する。本発明において、有機化合物層を構成する層としては、正孔注入層12、正孔輸送層13及び発光層14に限定されるものではない。例えば、発光層14と陰極15との間に、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等の介在層を適宜設けてもよい。
また図1の有機発光素子1において、発光層14は、単層として表記されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光層14が複数の層からなる積層体であってもよい。
以下、図1の有機発光素子1の構成部材について説明する。
陽極11の構成材料としては、仕事関数がなるべく大きな無機化合物がよい。例えば、金、白金、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体あるいはこれら金属単体を複数種類混合した合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が挙げられる。これら無機化合物(電極物質)は、一種類を単独で使用してもよいし複数種を併用して使用してもよい。また、陽極11は単層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
正孔注入層12は、正孔を陽極11から効率よく注入させると共に、この正孔を正孔輸送層13へ効率よく注入させる材料、即ち、正孔注入材料からなる層である。本発明において、正孔注入層12の構成材料としては特に限定はないが、好ましくは、テトラシアノキノジメタン誘導体又はヘキサアザトリフェニレン誘導体である。
正孔注入材料の具体例として、Novaled社製のNDP−9や、Luminescence Technology社のHAT−CN等が挙げられるが、結晶化せず安定な単層膜を形成できる材料であれば特に限定されない。尚、正孔注入材料においては、所定の物性を有する化合物が好ましく用いられるが、この所定の物性については、後述する。
正孔輸送層13は、正孔注入層12から注入された正孔を発光層14へ輸送するために設けられる層である。本発明において、正孔輸送層13は、複数の芳香族炭化水素骨格と、これら芳香族炭化水素骨格同士を連結する単結合と、を有する正孔輸送材料を有する。また、本発明において、正孔輸送層13に含まれる正孔輸送材料の三重項準位T1は、1.8eV以上であり、この正孔輸送材料の正孔移動度は1×10-5cm2/Vs以上である。ただし、芳香族炭化水素骨格のうち、アントラセン骨格は、三重項準位に関する要件(T1≧1.8eV)を満たしていないので、正孔輸送材料として、好ましくは、アントラセン誘導体(アントラセン骨格を有する化合物)以外の化合物である。本発明において、正孔輸送材料として、好ましくは、フェニレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体、ピレン誘導体等が挙げられるが、アントラセン誘導体以外の化合物(アントラセン骨格を有していない化合物)であれば特に限定されるものではない。
尚、正孔輸送材料として用いられる化合物が有する芳香族炭化水素骨格は、メチル基、エチル基、iso−プロピル基、tert−ブチル基等のアルキル基をさらに有してもよい。また正孔輸送層13の構成材料である正孔輸送材料については、材料の物性に関する要件をいくつか満たす必要がある。この要件の詳細については、後述する。
発光層14は、ホストとドーパント(ゲスト)とを有する層である。ただし、本発明において、発光層14に含まれる材料はホスト及びドーパントのみに限定されるものではない。
発光層14に含まれるホストとなる化合物としては特に限定されないが、好ましくは、ピレン誘導体である。尚、ホストとなる化合物については、材料の物性に関する要件をいくつか満たす必要がある。この要件の詳細については、後述する。
発光層14に含まれるドーパント(ゲスト)となる化合物としては特に限定されないが、好ましくは、電子トラップ材料である。これにより、発光層14内のキャリアバランスが良好になるので、有機発光素子の発光効率の向上につながる。ドーパントとなる電子トラップ材料として、例えば、主骨格中にフルオランテン骨格を含む化合物が挙げられる。尚、主骨格中にフルオランテン骨格を含む化合物とは、フルオランテン骨格そのものが含まれる化合物に限定されず、フルオランテン骨格にベンゼン環等の環構造がさらに縮合されてなる縮合多環化合物も含まれている。
発光層14から出力される光の色は特に限定される物ではなく、白色であってもよい。ここで発光層14から白色光を出力する場合、発光層14から複数種類の光(例えば、赤色、緑色、青色)を出力させる必要がある。
発光層14から複数種類の光を出力させる方法としては、発光層14に複数種のゲストを含ませる方法がある。ここで発光層14が単層である場合は、当該発光層14はゲストを複数種有している状態になる。このとき発光層14に含まれるゲストのうち少なくとも1種が、他のゲストと異なる色の光を発する材料であることが好ましい。一方、発光層14が複数の層からなる積層体である場合、発光層14を構成する各層には少なくともゲストが1種類含まれる。またこのように発光層14が複数の層からなる積層体である場合では、発光層14を構成する層のうち少なくとも一層が、発光層14を構成する他の層と異なる色の光を発する層であることが好ましい。
陰極15の構成材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれらの金属単体を複数種組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。酸化錫インジウム(ITO)等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし複数種を併用して使用してもよい。また、陰極15は単層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
また発光層14から出力された光を取り出す観点から、陽極11及び陰極15のうちの少なくともいずれかが透明又は半透明の電極であることが望ましい。
(2)材料物性に関する要件
本発明においては、有機発光素子の構成材料の材料物性について、以下に説明する要件を満たすことを要するあるいは満たすことが好ましい。
(2−1)三重項準位(T1
三重項準位(T1)とは、最低三重項励起状態となった化合物が有するエネルギー準位である。言い換えれば、対象化合物の最低三重項励起エネルギーがT1に該当する。本発明においては、正孔輸送層に含まれる正孔輸送材料のT1が1.8eV以上であることを要する。
(2−2)正孔移動度(μh
正孔移動度μhとは、固体の物質中における正孔の移動のしやすさを数値化したものである。ここでμhは、その値が大きければ大きいほど正孔が移動しやすいことを示す。
本発明においては、正孔輸送材料の正孔移動度μhは、1×10-5cm2/Vs以上であることを要する。
(2−3)酸化電位、還元電位
酸化電位は、対象化合物以外の化合物を酸化させる力を電位で表した数値である。これに対して、還元電位は、対象化合物以外の化合物を還元させる力を電位で表した数値である。
本発明においては、下記式(1)が成り立つことを要する。
|正孔輸送材料の還元電位|−|ホスト材料の還元電位|>0.1V (1)
ここで式(1)は、正孔輸送層13と発光層14との間の界面における電子ブロック性、即ち、発光層14における電子の閉じ込め性能を示す式である。本発明は、この式(1)を満たすことにより、発光層14内に注入された電子を、発光層14内に閉じ込めることができる。
(2−4)HOMO準位
HOMO準位とは、対象化合物の最高被占有軌道(Highest Occupied Molecular Orbital)が有するエネルギー準位である。
本発明において、正孔輸送材料については、上述した正孔移動度の要件に加えて下記式(2)が成り立つことを要する。
|正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位|<0.1eV (2)
この関係式を満たすことで、正孔輸送層13から発光層14への正孔の注入障壁を低減し、正孔輸送層13と発光層14との界面において正孔溜りを無くすことができる。この正孔溜りを無くすことにより、発光層14近傍に生じる電荷消光を低減させることができる。
(2−5)材料物性に関する好適要件
また一般的に、青色発光する発光層において、ホストのHOMO準位は6.0eV程度であり、陽極からの正孔注入性は赤色や緑色の発光層に比べて悪い。このため正孔注入層12及び正孔輸送層13に用いられる材料については、当該材料のHOMO準位が階段状になるように設計することで、正孔注入性を改善している。
しかしながら本発明では、正孔輸送材料のHOMO準位とホストのHOMO準位とが近いため、陽極11からの正孔注入性も考慮する必要がある。そこで本発明では、正孔注入層12に還元電位の低い正孔注入材料を用いのが好ましい。具体的には、下記式(3)及び式(4)が成り立つことが好ましい。
|正孔輸送材料の酸化電位|−|正孔注入材料の還元電位|<1.4V (3)
|正孔注入材料のHOMO|>|正孔輸送材料のHOMO| (4)
式(3)及び式(4)の要件を満たすことで、正孔輸送材料から電子を引き抜くことができるので、正孔輸送層内にホールを発生させることができる。
以上、述べた要件を満たすことにより、蛍光を利用した、特に、発光色が青色である有機発光素子は、駆動電圧を上げることなく、発光効率及び耐久化に優れた有機発光素子となる。
(3)有機発光素子の用途
本発明の有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の3つの色が透過するフィルターが挙げられる。
本発明の表示装置は、本発明の有機発光素子を表示部に有する。尚、この表示部は複数の画素を有する。
そしてこの画素は、本発明の有機発光素子と、発光輝度を制御するための能動素子(スイッチング素子)又は増幅素子の一例であるトランジスタとを有し、この有機発光素子の陽極又は陰極とトランジスタのドレイン電極又はソース電極とが電気接続されている。ここで表示装置は、PC等の画像表示装置として用いることができる。上記トランジスタとして、例えば、TFT素子が挙げられ、このTFT素子は、例えば、基板の絶縁性表面に設けられている。またこのTFT素子は、透明酸化物半導体からなる電極を有するのが好ましい。
表示装置は、エリアCCD、リニアCCD、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。
また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は特に限定されない。
また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色(色温度が4200K)、昼白色(色温度が5000K)、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってもよい。
本発明の照明装置は、本発明の有機発光素子と、この有機発光素子と接続し有機発光素子に駆動電圧を供給するAC/DCコンバーター回路(交流電圧を直流電圧に変換する回路)とを有している。尚、この照明装置は、カラーフィルターをさらに有してもよい。
本発明の画像形成装置は、感光体とこの感光体の表面を帯電させる帯電部と、感光体を露光して静電潜像を形成するための露光部と、感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器とを有する画像形成装置である。ここで画像形成装置に備える露光手段、例えば、露光器は、本発明の有機発光素子を含んでいる。
また本発明の有機発光素子は、感光体を露光するための露光器の構成部材(発光部材)として使用することができる。本発明の有機発光素子を有する露光器は、例えば、本発明の有機発光素子と本発明の有機発光素子に接続される能動素子とを有する発光点を少なくとも1つ、好ましくは、複数有している。そして、この発光点が所定の直線方向(例えば、感光体の長軸方向)に沿って配置されている。
次に、図面を参照しながら本発明の表示装置につい説明する。図2は、有機発光素子とこの有機発光素子に接続されるスイッチング素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。尚、図2の表示装置2を構成する有機発光素子として、本発明の有機発光素子が用いられている。
図2の表示装置1は、ガラス等の基板21とその上部にスイッチング素子となるTFT素子28又は有機化合物層を保護するための防湿膜22が設けられている。また符号23は金属のゲート電極23である。符号24はゲート絶縁膜であり、符号25は半導体層である。
TFT素子28は、半導体層25とドレイン電極26とソース電極27とを有している。TFT素子28の上部には絶縁膜29が設けられている。コンタクトホール30を介して有機発光素子を構成する陽極31とソース電極27とが接続されている。
尚、有機発光素子に含まれる電極(陽極、陰極)とTFTに含まれる電極(ソース電極、ドレイン電極)との電気接続の方式は、図2に示される態様に限られるものではない。つまり陽極又は陰極のうちいずれか一方とTFT素子ソース電極又はドレイン電極のいずれか一方とが電気接続されていればよい。
図2の表示装置2では多層の有機化合物層を1つの層の如く図示をしているが、有機化合物層32は、複数層であってよい。陰極33の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層34や第二の保護層35が設けられている。
図2の表示装置2が白色を発する表示装置の場合、図1の有機発光素子1を構成する有機化合物層に含まれる発光層は、赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を混合してなる層としてもよい。また赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層をそれぞれ積層させてなる積層型の発光層としてもよい。さらに別法として、赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層を横並びにするなりして一の発光層の中にドメインを形成した態様であってもよい。
図2の表示装置2ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてMIM素子をスイッチング素子として用いてもよい。
また図2の表示装置2に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてアモルファスシリコンや微結晶シリコン等の非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてインジウム亜鉛酸化物やインジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであってもよい。尚、薄膜トランジスタはTFT素子とも呼ばれる。
図2の表示装置2に含まれるトランジスタは、Si基板等の基板内に形成されていてもよい。ここで基板内に形成されるとは、Si基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。
基板内にトランジスタを設けるかどうかについては、精細度によって選択される。例えば1インチでQVGA程度の精細度の場合はSi基板内に有機発光素子を設けることが好ましい。
以上の説明の通り、本発明の有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間安定な表示が可能になる。
[実施例1]
本実施例(実施例1)では、基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層及び陰極がこの順に積層されてなる有機発光素子を、以下に説明する方法で作製した。ここで本実施例にて使用した材料の一部を以下に列挙する。
Figure 2014241315
まずスパッタ法により、ガラス基板(基板)上に、酸化錫インジウム(ITO)を成膜して陽極を形成した。このとき陽極の膜厚を110nmとした。次に、陽極が形成された基板を、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄し、次いでIPAで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、UV/オゾン洗浄を行った。以上の処理を行った陽極付基板を、透明導電性支持基板として、次の工程に用いた。
次に、真空蒸着法により、NDP−9(Novaled社製)を成膜して正孔注入層を形成した。このとき正孔注入層の膜厚を4nmとした。次に、真空蒸着法により、正孔注入層の上に、化合物1を成膜して正孔輸送層を形成した。このとき正孔輸送層の膜厚を106nmとした。次に、正孔輸送層の上に、化合物2(ホスト)と、化合物3(ドーパント)と、を、それぞれ別のボートから同時蒸着して発光層を形成した。このとき発光層の膜厚を25nmとし、発光層に含まれるドーパントの濃度を1重量%となるようにした。次に、真空蒸着法により、発光層の上に、化合物4を成膜してホールブロック層を形成した。このときホールブロック層の膜厚を15nmとした。次に、真空蒸着法により、ホールブロック層の上に、化合物5を成膜して電子輸送層を形成した。このとき電子輸送層の層厚を15nmとした。
尚、以上説明した正孔注入層、正孔輸送層層、発光層、ホールブロック層及び電子輸送層の各層を形成する際に、蒸着時の真空度を2.0×10-5Pa以下とし、成膜速度を0.08nm/sec以上0.10nm/sec以下の条件とした。ただし、発光層を形成する際の成膜速度は、ホストの蒸着速度とドーパントの蒸着速度とを合わせたものである。また、正孔輸送層の成膜が終了してから発光層の成膜が開始するまでの間は多くても10分以内真空状態を維持し、また、発光層の成膜が終了してから電子輸送層の成膜が開始するまでの間においても多くても10分以内真空状態を維持した。
次に、真空蒸着法により、電子輸送層の上に、フッ化リチウム(LiF)を成膜して電子注入層を形成した。このとき電子注入層の膜厚を0.5nmとし、蒸着時の真空度を3.0×10-5Paとし、成膜速度を0.05nm/secとした。次に、真空蒸着法により、電子注入層の上に、アルミニウムを成膜して陰極(電子注入電極)を形成した。このとき陰極の膜厚を120nmとし、蒸着時の真空度を3.0×10-5Paとし、成膜速度を0.8nm/sec以上1.2nm/sec以下の条件とした。
最後に、水分の吸着が起こらないように、露点−70℃以下の窒素雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、エポキシ系接着材で封止した。尚、保護ガラスの接着面側には掘り込みが設けられており、水分吸着用のシート(有機EL用水分ゲッターシート、ダイニック株式会社製)が封入されていた。
以上により、有機発光素子を得た。
[比較例1]
実施例1において、下記に示される化合物6を用いて正孔輸送層を形成し、発光層に含まれるホストとして化合物6を使用した。これらを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[比較例2]
実施例1において、下記に示される化合物7を用いて正孔輸送層を形成し、発光層に含まれるホストとして化合物6を使用した。これらを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[比較例3]
実施例1において、発光層に含まれるホストとして下記に示される化合物8を用いた。これを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[比較例4]
実施例1において、下記に示される化合物9を用いて正孔輸送層を形成し、発光層に含まれるホストとして下記に示される化合物10を使用した。これらを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[参考例1]
実施例1において、下記に示される化合物11を用いて正孔輸送層を形成し、発光層に含まれるホストとして化合物6を使用した。これらを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[実施例2]
実施例1において、発光層に含まれるホストとして下記に示される化合物10を使用した。これを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を得た。
Figure 2014241315
[実施例3]
本実施例(実施例3)では、基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、第一発光層、第二発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層及び陰極がこの順に積層されてなる有機発光素子を、以下に説明する方法で作製した。ここで本実施例にて使用した材料の一部を以下に列挙する。
Figure 2014241315
まずスパッタ法により、ガラス基板(基板)上に、酸化錫インジウム(ITO)を成膜して陽極を形成した。このとき陽極の膜厚を110nmとした。次に、陽極が形成された基板を、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄し、次いでIPAで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、UV/オゾン洗浄を行った。以上の処理を行った陽極付基板を、透明導電性支持基板として、次の工程に用いた。
次に、真空蒸着法により、NDP−9(Novaled社製)を成膜して正孔注入層を形成した。このとき正孔注入層の膜厚を4nmとした。次に、真空蒸着法により、正孔注入層の上に、化合物1を成膜して正孔輸送層を形成した。このとき正孔輸送層の膜厚を106nmとした。次に、正孔輸送層の上に、化合物6(ホスト)と、化合物3(ドーパント)と、を、それぞれ別のボートから同時蒸着して第一発光層を形成した。このとき第一発光層の膜厚を20nmとし、発光層に含まれるドーパントの濃度を1重量%となるようにした。次に、第一発光層の上に、化合物10(ホスト)と、化合物3(ドーパント)と、を、それぞれ別のボートから同時蒸着して第二発光層を形成した。このとき第二発光層の膜厚を5nmとし、第二発光層に含まれるドーパントの濃度を1重量%となるようにした。次に、真空蒸着法により、発光層の上に、化合物4を成膜してホールブロック層を形成した。このときホールブロック層の膜厚を15nmとした。次に、真空蒸着法により、ホールブロック層の上に、化合物5を成膜して電子輸送層を形成した。このとき電子輸送層の層厚を15nmとした。
尚、以上説明した正孔注入層、正孔輸送層層、第一発光層、第二発光層、ホールブロック層及び電子輸送層の各層を形成する際に、蒸着時の真空度を2.0×10-5Pa以下とし、成膜速度を0.08nm/sec以上0.10nm/sec以下の条件とした。ただし、発光層を形成する際の成膜速度は、ホストの蒸着速度とドーパントの蒸着速度とを合わせたものである。また、正孔輸送層の成膜が終了してから第一発光層の成膜が開始するまでの間は多くても10分以内真空状態を維持し、また、第二発光層の成膜が終了してから電子輸送層の成膜が開始するまでの間においても多くても10分以内真空状態を維持した。
次に、真空蒸着法により、電子輸送層の上に、フッ化リチウム(LiF)を成膜して電子注入層を形成した。このとき電子注入層の膜厚を0.5nmとし、蒸着時の真空度を3.0×10-5Paとし、成膜速度を0.05nm/secとした。次に、真空蒸着法により、電子注入層の上に、アルミニウムを成膜して陰極(電子注入電極)を形成した。このとき陰極の膜厚を120nmとし、蒸着時の真空度を3.0×10-5Paとし、成膜速度を0.8nm/sec以上1.2nm/sec以下の条件とした。
最後に、水分の吸着が起こらないように、露点−70℃以下の窒素雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、エポキシ系接着材で封止した。尚、保護ガラスの接着面側には掘り込みが設けられており、水分吸着用のシート(有機EL用水分ゲッターシート、ダイニック株式会社製)が封入されていた。
以上により、有機発光素子を得た。
[実施例4]
実施例3において、第二発光層を形成する際に、ホストとして化合物12を使用したことを除いては、実施例3と同様の方法により有機発光素子を得た。
[正孔輸送材料、ホストの物性]
ここで、実施例、比較例及び参考例のいずれかにおいて使用された材料のうち、正孔輸送層の構成材料(正孔輸送材料)及びホストとして使用された化合物について、下記の物性の評価を行った。
(1)三重項準位(T1
1は、下の計算方法を用いて算出した。算出した値を、表1に示す。
(1−1)構造最適化
計算方法:密度汎関数法(DFT)
汎関数:B3LYP
基底関数:def2−SV(P)
ソフトウェア:TURBOMOLE
(1−2)励起最低三重項(吸収)励起エネルギー
計算方法:時間依存密度汎関数法(TDDFT)、密度汎関数法(DFT)
汎関数:B3LYP
基底関数:def2−SV(P)
ソフトウェア:TURBOMOLE
ソフトウェア:TURBOMOLE:
TURBOMOLE V5.10(非特許文献3参照)
(2)正孔移動度(μh
正孔輸送材料の正孔移動度(μh)は、以下に説明する方法により測定した。
まず真空蒸着法により、ITO付きガラス基板上に、測定対象の有機化合物を膜厚2μmで成膜した後、続けてアルミニウムを膜厚100nm程度で成膜することで、正孔移動度測定用の素子を得た。得られた素子について、水分の吸着が起こらないように、露点−70℃以下の窒素雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、エポキシ系接着材で封止した。尚、保護ガラスの接着面側には掘り込みを入れ、水分吸着用のシート(有機EL用水分ゲッターシート、ダイニック株式会社製)を封入した。
この素子を、タイムオブフライト測定装置(オプテル社製TOF−301)を用いて、1.0×105V/cmの電界強度で正孔移動度を測定した。得られた測定値を、表1に示す。
(3)酸化電位、還元電位
酸化電位及び還元電位は、サイクリックボルタンメトリー法により測定した。ここで測定の際に使用した部材、サンプル及び測定条件について以下に示す。尚、使用した測定系は、酸化電位及び還元電位が同時に測定できる測定系である。
支持電解物質:テトラブチルアンモニウムパークロレイト(濃度:0.1mol/L)
サンプル(酸化電位測定):測定対象の有機化合物の塩化メチレン溶液(濃度:1×10-4mol/L以上1×10-6mol/L以下)
サンプル(還元電位測定):測定対象の有機化合物のN,N−ジメチルホルムアミド溶液(濃度:1×10-4mol/L以上1×10-6mol/L以下)
測定温度:25℃
参照電極:Ag/AgNO3
対向電極:白金電極
作用電極:グラシックカーボン
得られた測定値については、フェロセン/フェロセニウム(Fc/Fc+)を用い、電位値に換算した。換算した値を、表1に示す。
(4)HOMO準位
HOMO準位は、は、以下に説明する方法により測定した。
まずITO付きガラス基板上に、測定対象の有機化合物を約100nm程度成膜した後、大気下光電子分光装置(理研計器株式会社製、AC−3)を用いて、スペクトルを測定した。次に、得られたスペクトルから光電子放出しきい値を決定し、このしきい値をHOMO準位(イオン化ポテンシャル)とした。得られた値を、表1に示す。
尚、測定条件は以下の通りとした。
測定するエネルギー範囲:5.00eV以上7.00eV以下
エネルギー間隔:0.05eV
計数時間:10sec
設定光量:4nW以上10nW以下
ここで実施例(実施例1乃至実施例4)、比較例(比較例1乃至比較例4)及ぶ参考例1にて、正孔輸送層の構成材料(正孔輸送材料)として用いられた化合物、並びに発光層のホストとして用いられた化合物の物性値を下記表1にまとめる。
Figure 2014241315
一方、NDP9の各物性は以下の通りである。
LUMO:5.10eV(注1)
バンドギャップ(BG):2.3eV
還元電位:−0.37V(注2)
((注1)Novaled社がホームページで公開している物性値であり、サイクリックボルタンメトリーにより換算したもの。(注2)非特許文献2に記載されている物性値。)
ここでHOMOは、LUMO+BGで表され、7.4eVと推測できる。
よって、実施例で使用したNDP9は、下記の関係を満たしている。
|正孔注入材料のHOMO|>|正孔輸送材料のHOMO|
[発光素子の評価結果と考察]
実施例及び比較例で得られた素子について、ITO電極(陽極)を正極、アルミニウム電極(陰極)を負極にして、電圧を印加して、電流及び発光輝度を評価した。尚、電流及び発光輝度を評価する際には、以下の装置を使用した。
電流電圧特性:ヒューレッドパッカード社製、微小電流計4140B
発光輝度:トプコン社製、SR3
得られた発光素子の評価結果、及び輝度を1000Cd/m2に設定した際の有機発光素子の物性の評価結果と、に基づいて、正孔輸送層の構成材料(正孔輸送材料)と発光層のホストとのエネルギー関係について、下記式(i)及び(ii)を用いて考察した。
ΔE1=|正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位| (i)
ΔE2=|正孔輸送材料の還元電位|−|ホストの還元電位| (ii)
さらに正孔注入層の構成材料(正孔注入材料)と正孔輸送層の構成材料(正孔輸送材料)とエネルギー関係について、下記式(iii)を用いて考察した。
ΔE3=|正孔輸送材料の酸化電位|−|正孔注入材料の還元電位| (iii)
考察の結果を下記表2に示す。
Figure 2014241315
表2において、実施例1の有機発光素子は、下記(ia)、(iia)及び(iiia)の関係を満たしている。
(ia)ΔE1<0.1eV
(iia)ΔE2>0.1V
(iiia)ΔE3<1.4V
また実施例1の有機発光素子は、正孔輸送性材料の三重項準位(T1)が1.8eV以上であり、かつ正孔移動度μhが1×10-5cm2/Vs以上である。
従って、実施例1の有機発光素子は、蛍光を利用した青色の発光を有する有機発光素子であって、駆動電圧、発光効率及び耐久性の観点で優れていることがわかった。
一方、比較例1の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子よりも発光効率が低かった。これは、比較例1の有機発光素子について正孔輸送性材料の三重項準位(T1)に関する要件(T1≧1.8eV)を満たしていなかったことに起因すると考えられる。つまり、正孔輸送層の構成材料としてアントラセン誘導体を用いると、T1が発光層のホストの三重項準位と同程度になる。このため、発光層内に三重項励起子を閉じ込めることができない。そのため、発光層に隣接する正孔輸送層に三重項励起子が漏れるため発光効率の低下に繋がっていると考えられる。
また比較例2の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子と比較して駆動電圧が高かった。これは、比較例2の有機発光素子について正孔移動度(μh)に関する要件(μh≧1×10-5cm2/Vs)を満たしていなかったことに起因すると考えられる。つまり、正孔輸送層の構成材料(正孔輸送材料)の正孔移動度μhが小さいことが、高電圧化に繋がっていると考えられる。
また比較例3の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子よりも発光効率が低かった。これは、比較例3の有機発光素子についてΔE1に関する要件(ΔE1<0.1eV)を満たしていなかったことに起因すると考えられる。つまり、正孔輸送材料のHOMO準位と発光層のホストのHOMO準位との差が大きいと、正孔輸送層と発光層との界面が正孔の注入障壁となる。このように正孔輸送層と発光層との界面が正孔の注入障壁となることで、当該界面に正孔が溜り、発光層内の励起子を電荷クエンチしていることが考えられる。
また比較例4の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子よりも発光効率が低かった。これは、比較例4の有機発光素子についてΔE2に関する要件(ΔE2>0.1eV)を満たしていなかったことに起因すると考えられる。つまり、正孔輸送材料とホストとの間の還元電位差が0.1eVを超えないと、発光層内に注入された電子を、発光層内に閉じ込めることができず、発光効率の低下に繋がると考えられる。
また、参考例1の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子よりも駆動電圧が高かった。これは、参考例1の有機発光素子についてΔE3に関する要件(ΔE3<1.4eV)を満たしていなかったことに起因すると考えられる。つまり、正孔輸送材料の酸化電位と正孔注入材料の還元電位との差(電位差)が大きいと、正孔輸送材料から電子を引き抜くことができず、正孔輸送層内に正孔を発生させることができない状態になる。そのため駆動電圧が高くなったと考えられる。
一方、実施例2の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子と比較してΔE1の値が大きい(0.02eV)が、ΔE1二巻知る要件は満たされているので、実施例1と同様に、駆動電圧、発光効率及び耐久性の観点で優れていることがわかった。
また、実施例3及び実施例4の有機発光素子は、実施例1の有機発光素子と異なり発光層が複数の層(第一発光層、第二発光層)で構成されているが、実施例1と同様に上記(ia)、(iia)及び(iiia)の要件、並びにT1及びμhの要件を満たす。このため実施例1と同様に、駆動電圧、発光効率及び耐久性の観点で優れていることがわかった。
実施例の有機発光素子は、外部量子収率において、従来の上限(5%)超え、最大で10.5%を達成した。また実用輝度1000Cd/m2における電圧(駆動電圧)も低く、また耐久性能も良好である。よって本発明の有機発光素子は、ディスプレイ及び照明の青色発光成分として用いたとしても、十分に耐え得ると考えられる。
1:有機発光素子、11:陽極、12:正孔注入層、13:正孔輸送層、14:発光層、15:陰極

Claims (15)

  1. 陽極と陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に、正孔注入層と、正孔輸送層と、発光層と、を有する有機化合物層と、を有し、
    前記発光層が、ホストとドーパントとを有し、
    前記正孔輸送層が、複数の芳香族炭化水素骨格と、前記芳香族炭化水素骨格同士を連結する単結合と、を有する正孔輸送材料を有し、
    前記正孔輸送材料の三重項準位T1が1.8eV以上であり、
    前記正孔輸送材料の正孔移動度が1×10-5cm2/Vs以上であり、
    前記正孔輸送層と前記発光層とにおいて、下記式(1)及び式(2)の関係が成り立つことを特徴とする、有機発光素子。
    |正孔輸送材料の還元電位|−|ホストの還元電位|>0.1V (1)
    |正孔輸送材料のHOMO準位−ホストのHOMO準位|<0.1eV (2)
  2. 前記正孔注入層と前記正孔輸送層とにおいて、下記式(3)及び式(4)の関係が成り立つことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子。
    |正孔輸送材料の酸化電位|−|正孔注入材料の還元電位|<1.4V (3)
    |正孔注入材料のHOMO準位|>|正孔輸送材料のHOMO準位| (4)
  3. 前記正孔注入材料が、テトラシアノキノジメタン誘導体又はヘキサアザトリフェニレン誘導体であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の有機発光素子。
  4. 前記正孔輸送材料が、フェニレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体又はピレン誘導体であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  5. 前記ホストが、ピレン誘導体であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  6. 前記ゲストは、電子トラップ材料であることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  7. 青色発光であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  8. 前記発光層が、ゲストを複数種有し、
    複数種ある前記ゲストのうち少なくとも1種が、他のゲストと異なる色の光を発する材料であり、
    前記発光層が白色光を出力することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  9. 前記発光層が、複数の層からなる積層体であり、
    前記発光層を構成する層のうち少なくとも一層が、前記発光層を構成する他の層と異なる色の光を発する層であり、
    前記発光層が白色光を出力することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  10. 複数の画素を有し、
    前記複数の画素のうち少なくとも一つが、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続する能動素子と、を有し、
    前記複数の画素の少なくとも一部が発光することにより所定の表示をすることを特徴とする、表示装置。
  11. 画像情報を入力するための入力部と、画像を表示するための表示部とを有し、
    前記表示部が、請求項10に記載の表示装置であることを特徴とする、画像情報処理装置。
  12. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に駆動電圧を供給するためのAC/DCコンバーター回路と、を有することを特徴とする、照明装置。
  13. 感光体と、
    前記感光体を帯電させる帯電部と、
    前記感光体を露光して静電潜像を形成するための露光部と、
    前記感光体に形成された静電潜像を現像するための現像器と、を有し、
    前記露光部が、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とする、画像形成装置。
  14. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されている能動素子と、を備えた発光点を有し、
    前記発光点から出力された光を用いて感光体を露光することを特徴とする、露光器。
  15. 前記発光点を複数有し、
    複数の前記発光点が、前記感光体の長軸方向に沿って列を形成して配置されていることを特徴とする、請求項14に記載の露光器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021049653A1 (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021090933A1 (ja) * 2019-11-08 2021-05-14 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021256564A1 (ja) * 2020-06-19 2021-12-23 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021256565A1 (ja) * 2020-06-19 2021-12-23 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2022255454A1 (ja) * 2021-06-04 2022-12-08 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
US11594689B2 (en) 2017-01-16 2023-02-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic light-emitting device

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6305068B2 (ja) * 2013-04-30 2018-04-04 キヤノン株式会社 有機発光素子
JP6210745B2 (ja) * 2013-06-11 2017-10-11 キヤノン株式会社 有機発光素子
KR102242795B1 (ko) * 2014-12-26 2021-04-21 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 소자와 그 제조 방법 및 그를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치
KR20230117645A (ko) 2017-04-26 2023-08-08 오티아이 루미오닉스 인크. 표면의 코팅을 패턴화하는 방법 및 패턴화된 코팅을포함하는 장치
US11751415B2 (en) 2018-02-02 2023-09-05 Oti Lumionics Inc. Materials for forming a nucleation-inhibiting coating and devices incorporating same
US11251375B2 (en) * 2018-11-20 2022-02-15 Canon Kabushiki Kaisha While organic EL element
KR20210149058A (ko) 2019-03-07 2021-12-08 오티아이 루미오닉스 인크. 핵생성 억제 코팅물 형성용 재료 및 이를 포함하는 디바이스
KR20210054645A (ko) 2019-11-05 2021-05-14 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 소자 및 이의 제조 방법
JP7379097B2 (ja) * 2019-11-07 2023-11-14 キヤノン株式会社 有機化合物及び有機発光素子
KR20230116914A (ko) 2020-12-07 2023-08-04 오티아이 루미오닉스 인크. 핵 생성 억제 코팅 및 하부 금속 코팅을 사용한 전도성 증착 층의 패턴화

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000182775A (ja) * 1998-12-09 2000-06-30 Eastman Kodak Co 有機系エレクトロルミネセンス素子
WO2011161425A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Cambridge Display Technonogy Limited Organic light-emitting device and method
WO2012176674A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 東レ株式会社 発光素子

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004200141A (ja) * 2002-10-24 2004-07-15 Toyota Industries Corp 有機el素子
US20060240281A1 (en) * 2005-04-21 2006-10-26 Eastman Kodak Company Contaminant-scavenging layer on OLED anodes
JP2009238910A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Canon Inc 有機発光素子
JP2010123917A (ja) * 2008-10-22 2010-06-03 Canon Inc 有機発光素子
JP5709382B2 (ja) * 2009-03-16 2015-04-30 キヤノン株式会社 新規クリセン化合物及びこれを有する有機発光素子
JP2013051159A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Canon Inc 表示装置
US9530969B2 (en) * 2011-12-05 2016-12-27 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Material for organic electroluminescence device and organic electroluminescence device
JP5963458B2 (ja) * 2012-01-31 2016-08-03 キヤノン株式会社 発光装置、画像形成装置及び撮像装置
JP6305068B2 (ja) 2013-04-30 2018-04-04 キヤノン株式会社 有機発光素子
JP6210745B2 (ja) * 2013-06-11 2017-10-11 キヤノン株式会社 有機発光素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000182775A (ja) * 1998-12-09 2000-06-30 Eastman Kodak Co 有機系エレクトロルミネセンス素子
WO2011161425A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Cambridge Display Technonogy Limited Organic light-emitting device and method
WO2012176674A1 (ja) * 2011-06-23 2012-12-27 東レ株式会社 発光素子

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11594689B2 (en) 2017-01-16 2023-02-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic light-emitting device
WO2021049653A1 (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021090933A1 (ja) * 2019-11-08 2021-05-14 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021256564A1 (ja) * 2020-06-19 2021-12-23 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2021256565A1 (ja) * 2020-06-19 2021-12-23 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器
WO2022255454A1 (ja) * 2021-06-04 2022-12-08 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器

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