JP2018125434A - Organic el device and method of manufacturing the same - Google Patents

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宣孝 谷垣
Nobutaka Tanigaki
宣孝 谷垣
クライレ ヘック
Claire Heck
クライレ ヘック
中村 浩行
Hiroyuki Nakamura
浩行 中村
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Shinano Kenshi Co Ltd
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic EL element that emits light in the near infrared range and a method of manufacturing the same.SOLUTION: In an organic EL device using an organic material as a light emitting layer, the light emitting layer is formed of a narrow band gap polymer and emits light in the near infrared range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、有機EL(ElectroLuminescence)素子に関する。特に、近赤外域で発光する有機EL素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic EL (Electro Luminescence) element. In particular, the present invention relates to an organic EL element that emits light in the near-infrared region and a manufacturing method thereof.

出願人らは、生体情報取得用のプローブとして、生体組織による吸収が小さい近赤外線に着目している。人間の生命情報を常時測定するウェアラブルデバイスの光源として、フレキシブル化が容易な有機EL素子は有利である。しかし、有機EL素子は、現在のところディスプレイ等の表示用や照明向け(例えば引用文献1参照)が主用途であり、近赤外線域を含めた可視光以外の発光材料や素子の研究事例は僅かであって(例えば特許文献2参照)、製品化には至っていないのが現状である。   Applicants are paying attention to near-infrared rays that are absorbed by a living tissue as a probe for obtaining biological information. An organic EL element that is easily flexible is advantageous as a light source for a wearable device that constantly measures human life information. However, at present, organic EL elements are mainly used for displays such as displays and for lighting (see, for example, cited document 1), and there are only a few research examples of light emitting materials and elements other than visible light including the near infrared region. However, the present situation is that it has not yet been commercialized (see, for example, Patent Document 2).

特開2014−72120号公報JP 2014-72120 A 特開平10−36829号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-36829

本発明は、近赤外線域で発光する有機EL素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the organic EL element which light-emits in a near infrared region, and its manufacturing method.

本発明の有機EL素子は、電流キャリアの注入により光を発生する発光層と、この発光層に電流キャリアを注入するキャリア注入手段と、を備え、発光層として有機材料を用いた有機EL素子において、発光層が狭バンドギャップ高分子により形成され、近赤外線域で発光することを特徴とする。   An organic EL element of the present invention includes a light emitting layer that generates light by injecting current carriers, and a carrier injection unit that injects current carriers into the light emitting layer, and uses an organic material as the light emitting layer. The light emitting layer is formed of a narrow band gap polymer and emits light in the near infrared region.

狭バンドギャップ高分子が、発光層の層内の一方向に配向して形成されていることが望ましい。分子が配向していることにより、本発明の有機EL素子は、配向の方向に沿って偏光発光する。発光層を形成する狭バンドギャップ高分子としては、PTB7(poly{4,8−bis[(2−ethylhexyl)oxy]benzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene−2,6−diyl−alt−3−fluoro−2−[(2−ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4−b]thiophene−4,6−diyl}を用いることができる。   It is desirable that the narrow band gap polymer is formed so as to be oriented in one direction within the light emitting layer. Due to the orientation of the molecules, the organic EL device of the present invention emits polarized light along the orientation direction. As a narrow band gap polymer forming the light emitting layer, PTB7 (poly {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene-2,6 -Diyl-alt-3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophene-4,6-diyl} can be used.

発光層に接して、可視光発光する層が積層されていることが望ましい。可視光を発光する層の材料としては、F8BT(poly(9,9−dioctylfluorene−alt−benzothiadiazole))を用いることができる。発光層を形成する狭バンドギャップ高分子が配向している場合、可視光発光する層の分子も、狭バンドギャップ高分子の配向に沿って配向していることが望ましい。   A layer that emits visible light is preferably stacked in contact with the light emitting layer. As a material for the layer that emits visible light, F8BT (poly (9,9-dioctylfluorene-alt-benzodiazole)) can be used. When the narrow band gap polymer forming the light emitting layer is oriented, it is desirable that the molecules of the visible light emitting layer are also oriented along the orientation of the narrow band gap polymer.

本発明の有機EL素子の製造方法は、発光層として有機材料を用いた有機EL素子の製造方法において、発光層を狭バンドギャップ高分子により形成することを特徴とする。狭バンドギャップ高分子を、摩擦転写法により、発光層に沿って一方向に配向させて形成することが望ましい。   The organic EL device manufacturing method of the present invention is characterized in that in the organic EL device manufacturing method using an organic material as the light emitting layer, the light emitting layer is formed of a narrow band gap polymer. It is desirable to form the narrow band gap polymer by aligning it in one direction along the light emitting layer by a friction transfer method.

発光層に接して、可視光発光する層を積層することができる。狭バンドギャップ高分子を配向させている場合、可視光発光する層を熱処理することで、その層の分子を、狭バンドギャップ高分子の配向に沿って配向させることができる。   A layer that emits visible light can be stacked in contact with the light-emitting layer. In the case where the narrow band gap polymer is oriented, the visible light emitting layer is heat-treated so that the molecules of the layer can be oriented along the orientation of the narrow band gap polymer.

本発明によると、近赤外線域で発光する有機EL素子が得られる。さらに、発光層の材料の分子を配向させることで、偏光発光が可能となる。また、発光層に可視光発光する層を積層したことで、エネルギー移動により発光効率を増大させることができる。   According to the present invention, an organic EL device that emits light in the near infrared region can be obtained. Furthermore, polarized light emission is possible by orienting the molecules of the material of the light emitting layer. In addition, by stacking a layer that emits visible light on the light emitting layer, light emission efficiency can be increased by energy transfer.

図1は、本発明の第一の実施形態を説明する図であり、有機EL素子の積層構造を概略的に示す。FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention, and schematically shows a laminated structure of organic EL elements. 図2は、PTB7の化学構造を示す。FIG. 2 shows the chemical structure of PTB7. 図3は、PTB7配向膜の偏光紫外可視スペクトルを示す。FIG. 3 shows a polarized UV-visible spectrum of the PTB7 alignment film. 図4は、PTB7配向膜の偏光蛍光スペクトルを示す。FIG. 4 shows a polarized fluorescence spectrum of the PTB7 alignment film. 図5は、本発明の第二の実施形態を説明する図であり、有機EL素子の積層構造を概略的に示す。FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention, and schematically shows a laminated structure of organic EL elements. 図6は、F8BTの化学構造を示す。FIG. 6 shows the chemical structure of F8BT. 図7は、実施例1の有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示す。FIG. 7 shows the voltage versus current density / output power characteristics of the organic EL device of Example 1. 図8は、実施例2の有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示す。FIG. 8 shows the voltage versus current density / output power characteristics of the organic EL device of Example 2. 図9は、実施例2の有機EL素子の発光スペクトルの測定結果を示す。FIG. 9 shows the measurement results of the emission spectrum of the organic EL device of Example 2. 図10は、実施例2の有機EL素子の偏光発光スペクトルの測定結果を示す。FIG. 10 shows the measurement result of the polarized emission spectrum of the organic EL device of Example 2. 図11は、実施例3の有機EL素子の発光スペクトルの測定結果を示す。FIG. 11 shows the measurement results of the emission spectrum of the organic EL device of Example 3. 図12は、実施例4の有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示す。FIG. 12 shows the voltage versus current density / output power characteristics of the organic EL device of Example 4. 図13は、実施例4の有機EL素子の発光スペクトルの測定結果を示す。FIG. 13 shows the measurement results of the emission spectrum of the organic EL device of Example 4. 図14は、実施例4の有機EL素子の偏光発光スペクトルの測定結果を示す。FIG. 14 shows the measurement results of the polarized emission spectrum of the organic EL device of Example 4.

図1は、本発明の第一の実施形態を説明する図であり、有機EL素子の積層構造を概略的に示す。この有機EL素子は、ガラス基板1上に、透明電極2、ホール注入層3、発光層4、ホールブロック層5および電極6が積層された構造を有する。発光層4は、電流キャリアの注入により光を発生する層であり、透明電極2およびホール注入層3と、ホールブロック層5および電極6とが、この発光層4に電流キャリアを注入するキャリア注入手段を構成する。   FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention, and schematically shows a laminated structure of organic EL elements. This organic EL element has a structure in which a transparent electrode 2, a hole injection layer 3, a light emitting layer 4, a hole blocking layer 5 and an electrode 6 are laminated on a glass substrate 1. The light emitting layer 4 is a layer that generates light by injection of current carriers, and the transparent electrode 2 and the hole injection layer 3, and the hole blocking layer 5 and the electrode 6 inject current carriers into the light emitting layer 4. Configure the means.

透明電極2の材料としては、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)が用いられる。ホール注入層3の材料としては、例えば、PEDOT:PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate)が用いられる。ホールブロック層5の材料としては、例えばBCP(Bathocuproine)が用いられる。電極6としては、Al(アルミニウム)あるいはAg(銀)などが用いられる。また、電極6の一部として、ホールブロック層5側にLiF(フッ化リチウム)層を設けることもできる。電極6の一部にLiF層を設ける場合、ホールブロック層5を省略することもできる。以上の材料は、有機EL素子を形成する材料として一般的なものである。   For example, ITO (indium tin oxide) is used as the material of the transparent electrode 2. As a material for the hole injection layer 3, for example, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfate) is used. As a material of the hole block layer 5, for example, BCP (Bathocupline) is used. As the electrode 6, Al (aluminum) or Ag (silver) is used. Further, as part of the electrode 6, a LiF (lithium fluoride) layer can be provided on the hole block layer 5 side. When the LiF layer is provided on a part of the electrode 6, the hole block layer 5 can be omitted. The above materials are general materials for forming an organic EL element.

発光層4の材料としては、最高被占軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)のエネルギー差(バンドギャップ)が赤外域になるような、狭バンドギャップ高分子を用いる。狭バンドギャップ高分子は、バンドギャップが小さく可視光域の光を吸収する材料であり、有機太陽電池の材料として利用されている。おおよそのバンドギャップの範囲は0.01〜1.7eVで、今回の目的では1.3〜1.7eV程度の物が望ましい。このような狭バンドギャップ高分子として、
PTB7(poly{4,8−bis[(2−ethylhexyl)oxy]benzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene−2,6−diyl−alt−3−fluoro−2−[(2−ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4−b]thiophene−4,6−diyl})、
PCPDTBT(Poly[2,1,3−benzothiadiazole−4,7−diyl[4,4−bis(2−ethylhexyl)−4H−cyclopenta[2,1−b:3,4−b’]dithiophene−2,6−diyl]])、
PSiF-DBT ポリ[2,7−(9,9-ビス(2−エチルヘキシル)−ジベンゾシロール)−alt−4,7−ビス(チオフェン−2−イル)ベンゾ−2,1,3−チアジアゾール、
PSBTBT−8(poly(4,4−dioctyldithieno(3,2−b:2’,3’−d)silole)−2,6−diyl−alt−(2,1,3−benzothiadiazole)−4,7−diyl)、
Si-PCDTBT(ポリ[N−9’−ヘプタデカニル−2,7−カルバゾール−alt−5,5−(4’,7’−di−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)],ポリ[[9−(1−オクチルノニル)−9H−カルバゾール−2,7−ジイル]−2,5−チオフェンジイル−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−2,5−チオフェンジイル])、
PCDT()BT)(ポリ[N−9’−ヘプタデカニル−2,7−カルバゾール−alt−5,5−(4’,7’−di−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)],ポリ[[9−(1−オクチルノニル)−9H−カルバゾール−2,7−ジイル]−2,5−チオフェンジイル−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−2,5−チオフェンジイル])、
APF03(Poly[2,7−(9,9−dioctylfluorene)−alt−5,5−(4’,7’−di−2−thienyl−2’,1’,3−benzothiadiazole))
があげられる。その一方で、このような材料は、バンドギャップが赤外域に達していることから、近赤外域で発光する可能性がある。このような狭バンドギャップ高分子を有機EL素子の発光層4に用いることで、近赤外光源が得られる。さらに、発光層4の材料の分子を層内で一方向に配向させることで、偏光発光する近赤外光源が得られる。偏光近赤外光は、生体情報取得用のプローブとして特に有望視される。近赤外光は一般に0.7から1.4μmの波長範囲であるが、今回の目的では700nmから900nm程度が望ましい。
As the material of the light emitting layer 4, a narrow band gap polymer is used in which the energy difference (band gap) between the highest occupied orbit (HOMO) and the lowest unoccupied orbit (LUMO) is in the infrared region. The narrow band gap polymer is a material that has a small band gap and absorbs light in the visible light range, and is used as a material for organic solar cells. The approximate range of the band gap is 0.01 to 1.7 eV, and for this purpose, a range of about 1.3 to 1.7 eV is desirable. As such a narrow band gap polymer,
PTB7 (poly {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene-2,6-diyl-alt-3-fluor-2-[( 2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophene-4,6-diyl}),
PCPDTBT (Poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl [4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene-2, 6-diyl]]),
PSiF-DBT poly [2,7- (9,9-bis (2-ethylhexyl) -dibenzosilol) -alt-4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole,
PSBTBT-8 (poly (4,4-dioctyldithione (3,2-b: 2 ′, 3′-d) silole) -2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7 -Diyl),
Si-PCDTBT (Poly [N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ′, 7′-di-2-thienyl-2 ′, 1 ′, 3′-benzothiadiazole) ], Poly [[9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5 -Thiophenediyl]),
PCDT () BT) (poly [N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ′, 7′-di-2-thienyl-2 ′, 1 ′, 3′-benzo Thiadiazole)], poly [[9- (1-octylnonyl) -9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2 , 5-thiophenediyl]),
APF03 (Poly [2,7- (9,9-dioctylfluorene) -alt-5,5- (4 ′, 7′-di-2-thienyl-2 ′, 1 ′, 3-benzothiazole))
Can be given. On the other hand, such a material may emit light in the near infrared region because the band gap reaches the infrared region. By using such a narrow band gap polymer in the light emitting layer 4 of the organic EL element, a near infrared light source can be obtained. Furthermore, a near-infrared light source that emits polarized light can be obtained by orienting molecules of the material of the light-emitting layer 4 in one direction within the layer. Polarized near-infrared light is particularly promising as a probe for obtaining biological information. Near-infrared light is generally in the wavelength range of 0.7 to 1.4 μm, but for this purpose, about 700 nm to 900 nm is desirable.

狭バンドギャップ高分子として、PTB7を例に説明する。PTB7の化学構造を図2に示す。PTB7は、有機薄膜太陽電池用に開発された狭バンドギャップ高分子であり、可視光ほぼ全域に光吸収をもち、近赤外域770nm付近で発光する。   As a narrow band gap polymer, PTB7 will be described as an example. The chemical structure of PTB7 is shown in FIG. PTB7 is a narrow bandgap polymer developed for organic thin-film solar cells, has light absorption in almost the entire visible light region, and emits light in the near infrared region of around 770 nm.

PTB7の特性を調べるため、摩擦転写法により、配向薄膜を作製した。具体的には、PTB7を真空下で加圧成形しペレットとして、一定温度に加熱した洗浄したガラス基板に対して、一定圧力で押しつけ、一定速度で擦り付けることで摩擦転写を行った。製膜条件を様々に検討し、適切な条件で良好な配向薄膜が得られることがわかった。基板温度は70℃〜100℃、掃引速度は10から100cm/分、圧力1から5MPaの条件で製膜できる。最適条件として、基板温度90℃、掃引速度20cm/分、圧力2MPaと決定した。薄膜は偏光顕微鏡、偏光紫外可視(UV−vis)スペクトル、放射光を用いた薄膜X線回折等により評価した。図3に、PTB7配向薄膜の偏光UV−visスペクトルを示す。スペクトル測定にはグラン・テーラープリズムを使用した。図3より、可視光領域ほぼ全体にわたって、摩擦方向に平行な直線偏光を垂直方向よりも強く吸収していることがわかる。これは、膜中で、PTB7主鎖が摩擦方向に平行に配列していることを示している。   In order to investigate the characteristics of PTB7, an oriented thin film was prepared by a friction transfer method. Specifically, PTB7 was pressure-formed under vacuum to form pellets, which were pressed against a cleaned glass substrate heated to a constant temperature at a constant pressure and rubbed at a constant speed to perform friction transfer. Various film forming conditions were examined, and it was found that a good alignment thin film was obtained under appropriate conditions. The substrate temperature can be 70 to 100 ° C., the sweep rate can be 10 to 100 cm / min, and the pressure can be 1 to 5 MPa. As optimum conditions, the substrate temperature was 90 ° C., the sweep rate was 20 cm / min, and the pressure was 2 MPa. The thin film was evaluated by polarizing microscope, polarized ultraviolet-visible (UV-vis) spectrum, thin film X-ray diffraction using synchrotron radiation, and the like. FIG. 3 shows a polarized UV-vis spectrum of the PTB7 oriented thin film. A Gran Taylor prism was used for the spectrum measurement. FIG. 3 shows that linearly polarized light parallel to the friction direction is absorbed more strongly than the vertical direction over almost the entire visible light region. This indicates that the PTB7 main chain is arranged parallel to the friction direction in the film.

この配向薄膜の偏光蛍光スペクトルを測定した。励起光は非偏光(600nm)で蛍光を偏光板を通して測定した。図4に、PTB7配向膜の偏光蛍光スペクトルを示す。770nmにピークを持つ近赤外発光を示した。PTB7配向膜は偏光蛍光を示すことがわかった。図1に示す実施形態では、このPTB7配向膜を発光層4として用いる。   The polarized fluorescence spectrum of this oriented thin film was measured. Excitation light was non-polarized light (600 nm), and fluorescence was measured through a polarizing plate. FIG. 4 shows a polarized fluorescence spectrum of the PTB7 alignment film. Near infrared emission having a peak at 770 nm was exhibited. It was found that the PTB7 alignment film exhibits polarized fluorescence. In the embodiment shown in FIG. 1, this PTB7 alignment film is used as the light emitting layer 4.

図5は、本発明の第二の実施形態を説明する図であり、有機EL素子の積層構造を概略的に示す。この有機EL素子が図1に示す第一の実施形態と異なるのは、発光層4とホールブロック層5との間に、発光層4に接して、可視光発光層7が積層されていることである。   FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention, and schematically shows a laminated structure of organic EL elements. This organic EL element is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a visible light emitting layer 7 is laminated between the light emitting layer 4 and the hole blocking layer 5 in contact with the light emitting layer 4. It is.

可視光発光層7は、自分自身で可視光を発光することができる層であるが、エネルギー移動により、発光層4の発光特性を高めることができる。特に、発光層4を形成する狭バンドギャップ高分子が配向している場合、可視光発光層7の分子も狭バンドギャップ高分子の配向に沿って配向させることで、大きな効果が得られることが判明した。   The visible light emitting layer 7 is a layer that can emit visible light by itself, but the light emission characteristics of the light emitting layer 4 can be enhanced by energy transfer. In particular, when the narrow bandgap polymer forming the light emitting layer 4 is oriented, the visible light emitting layer 7 molecules can be aligned along the orientation of the narrow bandgap polymer, so that a great effect can be obtained. found.

可視光発光層7の材料としては、F8BT(poly(9,9−dioctylfluorene−alt−benzothiadiazole))やMEH−PPV(poly[2−methoxy−5−(2−ethylhexyloxy)−1,4−phenylenevinylene])を用いることができる。F8BTは、液晶転移温度が約150℃であり、発光層4を形成する狭バンドギャップ高分子が配向している場合、その温度で熱処理することで、自分自身も配向する傾向がある。このとき、熱処理は、可視光発光層7のみに行っても良いし、積層された全体に行ってもよい。   As a material of the visible light emitting layer 7, F8BT (poly (9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)) or MEH-PPV (poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene) is used. ) Can be used. F8BT has a liquid crystal transition temperature of about 150 ° C., and when the narrow band gap polymer forming the light emitting layer 4 is oriented, it tends to be oriented by heat treatment at that temperature. At this time, the heat treatment may be performed only on the visible light emitting layer 7 or on the entire laminated layer.

以下、摩擦転写PTB7を発光層4として用いた有機EL素子の実施例について説明する。   Examples of organic EL elements using the friction transfer PTB 7 as the light emitting layer 4 will be described below.

[摩擦転写PTB7を発光層とする素子]
素子基板として、ガラス基板1に幅2mmのストライプ状のITOが透明電極2として付されたITO基板を用いた。このITO基板にPEDOT:PSSをスピンコートして、ホール注入層3を形成した。PTB7粉末を真空下でプレスし、厚さ約1mmの板状に成型した。これを直線的に切断し、切断面を、70℃に加熱したPEDOT:PSSを塗布したITO基板に圧力2MPaで押しつけ、速度20cm/分で擦り付けることによって、約50nmの膜厚のPTB7摩擦転写膜を形成し、発光層4とした。この発光層4の上に、BCPを30nm真空蒸着してホールブロック層5とし、さらにAlを50nm真空蒸着して電極6を積層し、発光面積2mm×2mmの有機EL素子を作製した。
[Element using friction transfer PTB7 as light emitting layer]
As an element substrate, an ITO substrate in which a striped ITO having a width of 2 mm was attached as a transparent electrode 2 to a glass substrate 1 was used. A hole injection layer 3 was formed by spin coating PEDOT: PSS on the ITO substrate. The PTB7 powder was pressed under vacuum and molded into a plate shape having a thickness of about 1 mm. This is cut linearly, and the cut surface is pressed against an ITO substrate coated with PEDOT: PSS heated to 70 ° C. at a pressure of 2 MPa and rubbed at a speed of 20 cm / min. The light emitting layer 4 was formed. On this light emitting layer 4, BCP was vacuum-deposited to 30 nm to form a hole blocking layer 5, and Al was vacuum-deposited to 50 nm to laminate an electrode 6 to produce an organic EL device having a light emitting area of 2 mm × 2 mm.

図7は、作製した有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示す。電圧対電流特性は、ソースメーター、ケースレー社製2400を用いて測定した。赤外線の出力は、サーモパイル検出器を付したオフィール社製パワーメーターNovaによって測定した。ITOを陽極、Alを陰極として直流電圧を印加したところ、9Vから赤外発光が観測され始め、18Vで1.2mWの発光を観測した(変換効率0.7%)。摩擦転写PTB7を発光層とする赤外発光EL素子を作製できた。   FIG. 7 shows the voltage versus current density / output power characteristics of the produced organic EL element. The voltage-to-current characteristics were measured using a source meter, Keithley 2400. Infrared output was measured by a power meter Nova manufactured by Offiel with a thermopile detector. When a direct current voltage was applied using ITO as an anode and Al as a cathode, infrared light emission began to be observed from 9V, and light emission of 1.2 mW was observed at 18V (conversion efficiency 0.7%). An infrared light emitting EL element having the friction transfer PTB7 as a light emitting layer was produced.

[F8BTとPTB7との積層素子(偏光)]
実施例1同様の条件でPEDOT:PSS塗布したITO基板上にPTB7摩擦転写膜を形成した後、F8BTをクロロホルム溶液(30g/l)から2000rpmでスピンコートし、可視光発光層7を形成した。さらに、電極6としてLiF0.5nm、Al50nmを真空蒸着して、有機EL素子を作製した。ホールブロック層5は設けていない。
[Laminated element of F8BT and PTB7 (polarized light)]
A PTB7 friction transfer film was formed on an ITO substrate coated with PEDOT: PSS under the same conditions as in Example 1, and then F8BT was spin-coated from a chloroform solution (30 g / l) at 2000 rpm to form a visible light emitting layer 7. Furthermore, LiF0.5nm and Al50nm were vacuum-deposited as the electrode 6, and the organic EL element was produced. The hole block layer 5 is not provided.

図8は、作製した有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示す。実施例1と同様の測定を行い、ITOを陽極、Alを陰極として直流電圧を印加したところ、8Vから赤外発光が観測され始め、20Vで8.8mWの発光を観測した(変換効率1%)。実施例1との違いは、積層したF8BTが可視発光し、PTB7へ発光エネルギーが移動することで、赤外発光させることである。なお、この素子ではエネルギー移動が完全に起こるわけではなく、なお、可視光発光層7のF8BTからの可視部の発光が残り、目視でも発光が確認できた。   FIG. 8 shows the voltage versus current density / output power characteristics of the produced organic EL element. When the same measurement as in Example 1 was performed and a direct current voltage was applied using ITO as an anode and Al as a cathode, infrared light emission started to be observed from 8V, and light emission of 8.8 mW was observed at 20V (conversion efficiency 1%) ). The difference from Example 1 is that the laminated F8BT emits visible light, and the emission energy is transferred to PTB7 to emit infrared light. In this element, the energy transfer does not occur completely, and the visible light emission from the F8BT of the visible light emitting layer 7 remained, and the light emission could be confirmed visually.

図9および図10は、発光スペクトルの測定結果を示す。図9は全体の発光スペクトルであり、図10は、PTB7の配向方向と平行方向および垂直方向の偏光スペクトルである。発光スペクトルは、オプトシリウス社のUSB2000ファイバ分光器を用いて測定した。偏光スペクトルは、偏光子を用いて測定した。530nmの発光がF8BT由来であり、770nmの発光がPTB7由来の発光である。この測定から、可視発光ポリマーからPTB7へのエネルギー移動により効率よく赤外発光し、かつPTB7の配向方向と平行方向に偏光発光していることが確認された。   9 and 10 show the measurement results of the emission spectrum. FIG. 9 shows the entire emission spectrum, and FIG. 10 shows the polarization spectra in the direction parallel to and perpendicular to the orientation direction of PTB7. The emission spectrum was measured using an Optoirius USB2000 fiber spectrometer. The polarization spectrum was measured using a polarizer. The 530 nm emission is derived from F8BT, and the 770 nm emission is derived from PTB7. From this measurement, it was confirmed that infrared light was efficiently emitted by energy transfer from the visible light-emitting polymer to PTB7, and that polarized light was emitted in a direction parallel to the alignment direction of PTB7.

[熱処理によるエネルギー移動の向上]
実施例2と同じ構成の素子において、電極を積層する前に、真空下160℃で熱処理した素子を作製した。F8BTは液晶ポリマーであり、160℃では液晶状態となることで、F8BT主鎖方向がPTB7の主鎖方向に平行に再配列する(偏光UV−visスペクトルで確認)。
[Improvement of energy transfer by heat treatment]
In the element having the same configuration as that of Example 2, an element that was heat-treated at 160 ° C. under vacuum was prepared before the electrodes were stacked. F8BT is a liquid crystal polymer, and when it is in a liquid crystal state at 160 ° C., the F8BT main chain direction is rearranged parallel to the main chain direction of PTB7 (confirmed by polarized UV-vis spectrum).

図11は、発光スペクトルの測定結果を示す。実施例3の素子では実施例2の素子と比べ、エネルギー移動の効率が増加し、770nmの近赤外域の発光が530nmの可視光発光と比べて相対的に強くなった。これは、熱処理により、F8BTとPTB7の発光の遷移ベクトルが平行になるため、エネルギー移動が容易になったためと考えられる。実施例2同様、偏光ELスペクトルも確認された。   FIG. 11 shows the measurement result of the emission spectrum. In the device of Example 3, the energy transfer efficiency increased compared to the device of Example 2, and the emission in the near-infrared region at 770 nm was relatively stronger than the emission of visible light at 530 nm. This is presumably because the heat transfer facilitates the energy transfer because the emission transition vectors of F8BT and PTB7 become parallel. As in Example 2, a polarized EL spectrum was also confirmed.

[電極の選択]
電極6としてAlではなくAgを用い、実施例3と同等の素子を作製した。図10に、作製した有機EL素子の電圧対電流密度・出力パワー特性を示し、図11に発光スペクトルの測定結果を示し、図12に偏光発光スペクトルを示す。発光し始める閾電圧が6Vに下がり、素子は低電圧でも安定して発光した。
[Select electrode]
An element equivalent to Example 3 was fabricated using Ag as the electrode 6 instead of Al. FIG. 10 shows voltage versus current density / output power characteristics of the produced organic EL device, FIG. 11 shows the measurement result of the emission spectrum, and FIG. 12 shows the polarized emission spectrum. The threshold voltage at which light emission started decreased to 6 V, and the device emitted light stably even at a low voltage.

[可視光発光層の材料選択]
実施例2における可視光発光層7の材料として、F8BTの代わりにMEH−PPVを、同条件でスピンコート積層した有機EL素子を作製した。9Vの電圧印加で光り始め、16Vで11.5mW(変換効率0.8%)の赤外発光を確認した。ただし、MEH−PPVは液晶転移しないため、熱処理効果は確認できなかった。
[Material selection of visible light emitting layer]
As a material for the visible light emitting layer 7 in Example 2, an organic EL element in which MEH-PPV was spin-coated under the same conditions instead of F8BT was produced. It started to shine when a voltage of 9 V was applied, and infrared emission of 11.5 mW (conversion efficiency 0.8%) was confirmed at 16 V. However, since MEH-PPV did not undergo liquid crystal transition, the heat treatment effect could not be confirmed.

1 ガラス基板
2 ホール注入層
3 発光層
5 ホールブロック層
6 電極
7 可視光発光層

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Hole injection layer 3 Light emitting layer 5 Hole block layer 6 Electrode 7 Visible light emitting layer

Claims (12)

電流キャリアの注入により光を発生する発光層と、
この発光層に電流キャリアを注入するキャリア注入手段と、
を備え、
前記発光層として有機材料を用いた
有機EL素子において、
前記発光層が狭バンドギャップ高分子により形成され、近赤外線域で発光する
ことを特徴とする有機EL素子。
A light emitting layer that generates light by injection of current carriers;
Carrier injection means for injecting current carriers into the light emitting layer;
With
In the organic EL element using an organic material as the light emitting layer,
An organic EL element, wherein the light emitting layer is formed of a narrow band gap polymer and emits light in the near infrared region.
請求項1に記載の有機EL素子において、前記狭バンドギャップ高分子が、前記発光層の層内の一方向に配向して形成されていることを特徴とする有機EL素子。   2. The organic EL element according to claim 1, wherein the narrow band gap polymer is formed to be oriented in one direction in the light emitting layer. 請求項2に記載の有機EL素子において、前記発光層は前記配向の方向に沿って偏光発光することを特徴とする有機EL素子。   3. The organic EL element according to claim 2, wherein the light emitting layer emits polarized light along the orientation direction. 請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL素子において、前記狭バンドギャップ高分子がPTB7であることを特徴とする有機EL素子。   4. The organic EL element according to claim 1, wherein the narrow band gap polymer is PTB7. 5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の有機EL素子において、前記発光層に接して、可視光発光する層が積層されていることを特徴とする有機EL素子。   5. The organic EL device according to claim 1, wherein a layer that emits visible light is stacked in contact with the light emitting layer. 6. 請求項5に記載の有機EL素子において、前記可視光発光する層がF8BTにより形成されていることを特徴とする有機EL素子。   6. The organic EL element according to claim 5, wherein the visible light emitting layer is formed of F8BT. 請求項2または3に記載の有機EL素子において、前記発光層に接して可視光を発光する層が積層され、この可視光を発光する層の分子が、前記狭バンドギャップ高分子の配向に沿って配向していることを特徴とする有機EL素子。   4. The organic EL device according to claim 2, wherein a layer that emits visible light is stacked in contact with the light emitting layer, and molecules of the layer that emits visible light follow the orientation of the narrow band gap polymer. An organic EL element characterized by being oriented. 請求項7に記載の有機EL素子において、前記狭バンドギャップ高分子がPTB7であり、前記可視光発光する層がF8BTにより形成されていることを特徴とする有機EL素子。   8. The organic EL element according to claim 7, wherein the narrow band gap polymer is PTB7 and the visible light emitting layer is formed of F8BT. 発光層として有機材料を用いた有機EL素子の製造方法において、
前記発光層を狭バンドギャップ高分子により形成する
ことを特徴とする有機EL素子の製造方法。
In the method for producing an organic EL element using an organic material as the light emitting layer,
The method for producing an organic EL element, wherein the light emitting layer is formed of a narrow band gap polymer.
請求項9に記載の有機EL素子の製造方法において、前記狭バンドギャップ高分子を、摩擦転写法により、前記発光層の層内の一方向に配向させて形成することを特徴とする有機EL素子の製造方法。   10. The method of manufacturing an organic EL element according to claim 9, wherein the narrow band gap polymer is formed by being oriented in one direction within the light emitting layer by a friction transfer method. Manufacturing method. 請求項9または10に記載の有機EL素子の製造方法において、前記発光層に接して、可視光発光する層を積層することを特徴とする有機EL素子の製造方法。   11. The method of manufacturing an organic EL element according to claim 9, wherein a layer that emits visible light is laminated in contact with the light emitting layer. 請求項9に記載の有機EL素子の製造方法において、
前記狭バンドギャップ高分子を、摩擦転写法により、前記発光層に沿って一方向に配向させて、前記発光層を形成し、
前記発光層に接して、可視光発光する層を積層し、
前記可視光発光する層を熱処理することで、前記可視光を発光する層の分子を、前記狭バンドギャップ高分子の配向に沿って配向させる
ことを特徴とする有機EL素子の製造方法。

In the manufacturing method of the organic EL element of Claim 9,
The narrow band gap polymer is oriented in one direction along the light emitting layer by a friction transfer method to form the light emitting layer,
A layer that emits visible light is laminated in contact with the light emitting layer,
A method for producing an organic EL device, wherein the visible light emitting layer is heat-treated to align the molecules of the visible light emitting layer along the orientation of the narrow band gap polymer.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021111227A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Light emitting device, light emitting apparatus, electronic device and lighting device

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