JP4058881B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気エネルギーを光に変換できる素子であって、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機、光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する際に発光するという有機積層薄膜発光素子の研究が近年活発に行われている。この素子は、薄型、低駆動電圧下での高輝度発光、蛍光材料を選ぶことによる多色発光が特徴であり注目を集めている。
【0003】
この研究は、コダック社のC.W.Tangらが有機積層薄膜素子が高輝度に発光することを示して以来(Appl.Phys.Lett.51(12)21,p.913,1987)、多くの研究機関が検討を行っている。コダック社の研究グループが提示した有機積層薄膜発光素子の代表的な構成は、ITOガラス基板上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層である8−ヒドロキシキノリンアルミニウム、そして陰極としてMg:Agを順次設けたものであり、10V程度の駆動電圧で1000cd/m2の緑色発光が可能であった。現在の有機積層薄膜発光素子は、上記の素子構成要素の他に電子輸送層を設けているものなど構成を変えているものもあるが、基本的にはコダック社の構成を踏襲している。
【0004】
多色発光の中でも赤色発光は、有用なる発光色として研究が進められている。ビス(ジイソプロピルフェニル)ペリレンなどのペリレン系、ペリノン系、ポルフィリン系、Eu錯体、ジスチリル誘導体などが赤色発光材料として知られている。
【0005】
また、赤色発光を得る手法として、ホスト材料の中に微量の赤色蛍光材料をドーパントとして混入させる方法も検討されている。ホスト材料としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体、ビス(10−ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体、ジアリールブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体などがあげられ、その中にドーパントとして4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン、金属フタロシアニン(MgPc、AlPcClなど)化合物、スクアリリウム化合物、ビオラントロン化合物、ピロメテン系化合物を存在させることによって赤色発光を取り出していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の赤色発光材料(ホスト材料およびドーパント材料)は、発光ピーク波長が短波長である、発光スペクトルのピーク幅が広い、ホスト−ドーパント間のエネルギー移動が不十分なためホスト自体の発光が混在している、等の理由から色純度が悪く綺麗な赤色発光が得られなかった。例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体をホスト材料とし、ベンゾピロメテン系化合物をドーパント材料として用いた例が特開平11−97180号公報に提案されているが、発光色は赤橙色であり、高色純度の赤色発光は得られていない。
【0007】
他方、Eu錯体などの希土類錯体は発光ピーク幅が狭く、綺麗な赤色発光が得られるが、最高輝度が数〜数十cd/m2と低いため、明瞭な表示ができないことが問題であった。
【0008】
またピロメテン骨格を有する化合物をドーパント材料として用いた例があるが、ホスト材料もしくはドーパント材料が適切ではなく、赤色発光以外の色しか得られていない(特開平9−118880号公報、特開平9−208946号公報、特開平11−97180号公報)か、赤色発光は得られていても、ホスト−ドーパントの組合せが不適切なために特性が不十分である(特開平9−289081号公報、特開平11−176572号公報)。
【0009】
本発明はかかる問題を解決し、高色純度、高効率の赤色発光素子を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
陽極と陰極の間に発光物質が存在し、電気エネルギーによりピーク波長が580nm以上720nm以下に発光する素子であって、素子は下記一般式(4)に示すピロメテン骨格を有する化合物および蛍光ピーク波長が540nm以上720nm以下の蛍光化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【0011】
【化4】
【0012】
(ここでR12〜R15の少なくとも一つは芳香環かあるいは芳香環ビニル基であり、これらの芳香環のうち少なくとも一箇所はアルキルが置換されている。また芳香環かあるいは芳香環ビニル基でないR12〜R15およびR16〜R18はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル、アルコキシ、アリール、アルケニル、アリロキシ、複素環、アミノ、隣接置換基との間に形成される脂肪族環の中から選ばれる。R19およびR20は同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、アリール基から選ばれる。X4は炭素または窒素であるが、窒素の場合には上記R18は存在しない。)
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明において陽極は、光を取り出すために透明であれば酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)などの導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマなど特に限定されるものでないが、ITOガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するが、現在では10Ω/□程度の基板の供給も可能になっていることから、低抵抗品を使用することが特に望ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常100〜300nmの間で用いられることが多い。また、ガラス基板はソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが用いられ、また厚みも機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、0.5mm以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましいが、SiO2 などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用できる。さらに、陽極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えばプラスチック基板上に陽極を形成しても良い。ITO膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法など特に制限を受けるものではない。
【0014】
陰極は、電子を本有機物層に効率良く注入できる物質であれば特に限定されないが、一般に白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどがあげられるが、電子注入効率をあげて素子特性を向上させるためにはリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムまたはこれら低仕事関数金属を含む合金が有効である。しかし、これらの低仕事関数金属は、一般に大気中で不安定であることが多く、例えば、有機層に微量のリチウムやマグネシウム(真空蒸着の膜厚計表示で1nm以下)をドーピングして安定性の高い電極を使用する方法が好ましい例として挙げることができるが、フッ化リチウムのような無機塩の使用も可能であることから特にこれらに限定されるものではない。更に電極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、チタニア、窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子などを積層することが好ましい例として挙げられる。これらの電極の作製法も抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティング、コーティングなど導通を取ることができれば特に制限されない。
【0015】
発光物質とは、1)正孔輸送層/発光層、2)正孔輸送層/発光層/電子輸送層、3)発光層/電子輸送層、4)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層、5)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層、6)発光層/正孔阻止層/電子輸送層そして、7)以上の組合わせ物質を一層に混合した形態のいずれであってもよい。即ち、素子構成としては、上記1)〜6)の多層積層構造の他に7)のように発光材料単独または発光材料と正孔輸送材料や電子輸送材料を含む層を一層設けるだけでもよい。さらに、本発明における発光物質は自ら発光するもの、その発光を助けるもののいずれにも該当し、発光に関与している化合物、層などを指すものである。
【0016】
正孔輸送層とは陽極から正孔が注入され、さらに正孔を輸送することを司る層であり、正孔輸送性材料として具体的にはN,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミンなどのトリフェニルアミン類、ビス(N−アリルカルバゾール)またはビス(N−アルキルカルバゾール)類、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、オキサジアゾール誘導体やフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体に代表される複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどが挙げられるが、素子作製に必要な薄膜を形成し、陽極から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる化合物であれば特に限定されるものではない。
【0017】
発光層とは実際に発光を司る層であり、本発明の発光材料は電気エネルギーによりピーク波長が580nm以上720nm以下で発光する。580nm以下では、ピーク幅が狭くても色純度の良好な赤色発光を得ることが出来ず、720nm以上では、視感度が悪くなるので、効率良い高輝度赤色発光を得ることができない。
【0018】
発光材料はホスト材料のみでも、ホスト材料とドーパント材料の組み合わせでも、いずれであってもよい。また、その各々の材料が2種類以上の化合物から構成されていても良い。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれであってもよい。
【0019】
本発明における発光材料を赤色発光材料として用いる場合、高輝度特性を得るためには、蛍光量子収率が高いものがより好ましい。そこで、前記ピロメテン骨格を有する化合物としては、下記一般式(4)〜(6)で表されるホウ素錯体がより好ましい。
【0020】
【化5】
【0021】
ここでR12〜R15の少なくとも一つは芳香環かあるいは芳香環ビニル基であり、これらの芳香環のうち少なくとも一箇所はアルキルが置換されている。また芳香環かあるいは芳香環ビニル基でないR12〜R15およびR16〜R18はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル、アルコキシ、アリール、アルケニル、アリロキシ、複素環、アミノ、隣接置換基との間に形成される脂肪族環の中から選ばれる。R19およびR20は同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、アリール基から選ばれる。X4は炭素または窒素であるが、窒素の場合には上記R18は存在しない。
【0022】
【化6】
【0023】
ここで、R21〜R23はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル、アルコキシ、アリール、アルケニル、アリロキシ、複素環、アミノ基の中から選ばれる。R24およびR25は同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、アリール基から選ばれる。Ar4は芳香環を表し、かつ少なくとも一箇所はアルキルが置換されている。X5は炭素または窒素であるが、窒素の場合には上記R23は存在しない。
【0024】
【化7】
【0025】
ここで、R26は水素、アルキル、アルコキシ、アリール、アルケニル、アリロキシ、複素環、アミノ基の中から選ばれる。R27およびR28は同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、アリール基から選ばれる。Ar5、Ar6は芳香環を表し、かつこれらの芳香環のうち少なくとも一箇所はアルキルが置換されている。X6は炭素または窒素であるが、窒素の場合には上記R26は存在しない。
【0026】
上記のピロメテン骨格を有する化合物として、特に限定されるわけではないが具体的には下記のような構造があげられる。
【0027】
【化8】
【0028】
【化9】
【0029】
【化10】
【0030】
本発明のピロメテン骨格を有する化合物もしくはその金属錯体はホスト材料、ドーパント材料のどちらにも用いることができるが、好ましい方法としてピロメテン骨格を有する化合物もしくはその金属錯体をドーパント材料とし、適切なホスト材料と組み合わせて用いるドーピング法を挙げることができる。
【0031】
ホスト材料からドーパント材料へのエネルギー移動には、ホスト材料の蛍光スペクトルとドーパント材料の吸収スペクトル(励起スペクトル)の重なりが必要である。またピロメテン骨格を有する化合物のような色純度の良いドーパント材料のストークスシフト(励起スペクトルのピークと蛍光スペクトルのピークの差)は数〜数十nmと狭く、580nm以上720nm以下のドーパント材料からの高色純度赤色発光を得ようとすると、ドーパント材料の吸収スペクトル(励起スペクトル)は黄色、黄橙色、橙色、赤橙色、赤色領域(540nm以上720nm以下)になる。ホスト材料の蛍光スペクトルが、黄色よりも短波長側の黄緑色、緑色、青緑色、青色、青紫色、紫色領域にありスペクトルの重なりが小さいと、エネルギー移動効率は低下し、ドーパント材料からの発光が得られなかったり、得られたとしてもホスト材料からの発光が残り、白色化するなど、高色純度の赤色発光が得られない場合が多い。
【0032】
またピロメテン骨格を有する化合物をドーパント材料として用いた例があるが、これまではホスト材料もしくはドーパント材料が適切ではなく、赤色発光以外の色しか得られていない、赤色発光は得られていても、ホスト−ドーパントの組合せが不適切なために特性が不十分であった。
【0033】
上記の理由により、580nm以上720nm以下でドーパント材料が高輝度、高色純度で発光するには、ホスト材料は540nm以上720nm以下に蛍光ピーク波長を有することが必要である。目安としては、黄色、黄橙色、橙色、赤橙色、赤色などの蛍光を有するものが該当する。
【0034】
蛍光ピーク波長が540nm以上720nm以下であればホスト材料の基本骨格としては特に限定されるものではないが、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレン、ペリレンなどの縮合環誘導体、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、ピリミジン、チオフェン、チオキサンテンなどの複素環誘導体、トリス(8−キノリノラト)ガリウム錯体、ビス(8−キノリノラト)亜鉛錯体などのキノリノール金属錯体、ビピリジン金属錯体、ローダミン金属錯体、アゾメチン金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、クマリン誘導体、フタルイミド誘導体、ナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、イミダゾール誘導体やオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体などのアゾール誘導体およびその金属錯体、メロシアニン誘導体、ポリフィリン誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などが使用できる。
【0035】
ホスト材料の基本骨格自身の蛍光ピーク波長が540nm以上720nm以下であれば必ずしも修飾する必要はないが、蛍光ピーク波長が540nm以下の場合や、ドーパントとのエネルギー移動を効率的に行うために長波長化させたい場合には、基本骨格に芳香環あるいは複素環の少なくとも一つを置換基として導入するか、あるいは縮合する、または蛍光化合物の基本骨格に含まれる環構造を複素環に置換することで長波長化することができ、ホスト材料としてさらに好適に用いることが出来る。基本骨格に芳香環あるいは複素環の少なくとも一つを置換基として導入するか、あるいは縮合する場合には、基本骨格自身を置換基として導入することや縮合することも含まれる。また、基本骨格に極性基を付与することでも長波長化は可能である。
【0036】
具体的には、次のようなものが挙げられる。縮合環誘導体のアントラセン誘導体では芳香環を共役的に導入しさらに電子吸引性基のシアノ基を導入したビス(シアノスチリル)アントラセン誘導体など、ピレン誘導体では複素環を共役的に導入したカルバゾリルビニルピレン誘導体など、ペリレン誘導体では芳香環を縮合させたデカシクレン誘導体、電子吸引基のカルボン酸エステル基を導入したペリレンジカルボン酸エステル誘導体などが挙げられる。複素環誘導体のピラジン誘導体では複素環や芳香環を共役的に導入したビスナフチルビニルピラジン誘導体、トリスチリルピラジン誘導体、テトラピリジルビニルピラジン誘導体など、ナフチリジン誘導体では芳香環を導入したペンタフェニルナフチリジン誘導体など、キノキサリン誘導体では複素環を縮合させたピリドイミダゾキノキサリン誘導体、芳香環を導入したビストリフェニルアミノビニルキノキサリン誘導体、芳香環を共役的に導入したビスピレニルビニルキノキサリン誘導体、自身を共役的に連結したビス(フェニルキノキサリル)ビフェニル誘導体など、ピリミジン誘導体では自身を縮合させたピリミドピリミジン誘導体など、チオフェン誘導体では芳香環を共役的に導入したビススチリルチオフェン誘導体、自身を共役的に連結したチエニル誘導体などが挙げられる。キノリノール金属錯体では、芳香環を導入したトリス(5,7−ビス(4−フェニル)−8−キノリノラト)アルミニウム錯体、ビス(5,7−ビス(4−フェニル)−8−キノリノラト)亜鉛錯体、トリス(5,7−ビス(4−フルオロフェニル)−8−キノリノラト)アルミニウム錯体、ビス(2−フェニル−8−キノリノラト)亜鉛錯体、複素環や芳香環を共役的に導入したビス(2−(ビチエニルビニル)−8−キノリノラト)亜鉛錯体、ビス(2−(チエニルビニル)−8−キノリノラト)亜鉛錯体、ビス(2−(ピリジルビニル)−8−キノリノラト)亜鉛錯体、ビス(2−フェニル−8−キノリノラト)亜鉛錯体、ビス(2−スチリル−8−キノリノラト)亜鉛錯体、芳香環を縮合させたベンゾ(f)キノリノール亜鉛錯体、アクリジン金属錯体、電子吸引性基のシアノ基を導入したトリス(2−シアノ−8−キノリノラト)アルミニウム錯体、2−シアノ−8−キノリノラトリチウム錯体などが挙げられる。ビピリジル金属錯体では芳香環を縮合させさらに芳香環を導入したビフェニルフェナントロリン金属錯体などが挙げられる。ジスチリルベンゼン誘導体ではベンゼン骨格をピラジン骨格に置換したジスチリルピラジン誘導体、極性基を付与したジフェニルアミノ置換ジスチリルジシアノベンゼンなどが挙げられる。スチルベン誘導体では複素環を導入したビストリアジニルスチルベン誘導体などが挙げられる。アルダジン誘導体では芳香環を導入したビスナフチルアルダジン誘導体などが挙げられる。クマリン誘導体では複素環を導入したジベンゾトリアゾリルクマリン誘導体、フェニルオキサジアゾリルクマリン誘導体などが挙げられる。ナフタルイミド誘導体では自身を縮合的に連結したテトラフェニルカルボン酸ジアニリド誘導体、テトラフェニルカルボン酸ジイミド誘導体、複素環を縮合させてかつ導入したベンズイミダゾリルベンズイミダゾピリゾナフタルイミド誘導体などが挙げられる。ペリノン誘導体では、芳香環を縮合させたジベンゾペリノン誘導体、自身を共役的に連結したビスペリノン誘導体などが挙げられる。ピロロピロール誘導体では芳香環を導入したジフェニルピロロピロール誘導体などが挙げられる。シクロペンタジエン誘導体ではシクロペンタジエン骨格をシラシクロペンタジエン骨格に置換しさらに芳香環や複素環を導入したビス(ビチオフェニル)ジフェニルシラシクロペンタジエン誘導体、ビス(ベンゾチオフェニルチオフェニル)テトラフェニルシラシクロペンタジエン誘導体などが挙げられる。オキサゾール誘導体では芳香環を縮合させさらに自身を共役的に連結したビス(ベンゾオキサゾリル)エチレン誘導体などが挙げられる。チアゾール誘導体では芳香環を縮合させさらに芳香環を共役的に導入したフェニルアゾベンゾチアゾール誘導体が挙げられる。オキサジアゾール誘導体では芳香環を導入しさらに自身を共役的に連結したビス(アントラセニルオキサジアゾリル)ベンゼン誘導体、トリス(アントラセニルオキサジアゾリル)ベンゼン誘導体などが挙げられる。チアジアゾール誘導体では複素環を縮合させさらに芳香環を導入し自身を共役的に連結したビス(ジフェニルピリジノチアジアゾリル)ベンゼン誘導体などが挙げられる。メロシアニン誘導体では電子吸引性基のシアノ基を導入したジシアノメチレンピラン誘導体などが挙げられる。具体的に上記のようなものを挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0037】
さらに、ホスト材料は複数の化合物から構成されてもかまわない。その場合には、少なくとも1種類以上が上記に挙げたような540nm以上720nm以下に蛍光ピーク波長を有していればよい。したがって、複数の化合物からなるホスト材料の時にはトリス(キノリノラト)アルミニウム錯体およびその誘導体のような単独で蛍光ピーク波長が540nm以下のものが混在していても構わない。
【0038】
ドーピング量は、通常多すぎると濃度消光現象が起きるため、通常ホスト物質に対して10重量%以下で用いることが好ましく、更に好ましくは2重量%以下である。ドーピング方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着しても良い。また、ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれであってもよい。さらに、前記ピロメテン骨格を有する化合物もしくはその金属錯体は、極めて微量でも発光することから微量のピロメテン骨格を有する化合物もしくはその金属錯体をホスト材料にサンドイッチ状に挟んで使用することも可能である。この場合、一層でも二層以上ホスト材料と積層しても良い。
【0039】
また、発光材料に添加するドーパント材料は、前記ピロメテン骨格を有する化合物一種のみに限る必要はなく、複数の前記化合物を混合して用いたり、既知のドーパント材料の一種類以上を前記化合物と混合して用いてもよい。具体的には従来から知られている、テリレンなどの縮合多環芳香族炭化水素、ビス(ジイソプロピルフェニル)ペリレンテトラカルボン酸イミドなどのナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、アセチルアセトンやベンゾイルアセトンとフェナントロリンなどを配位子とするEu錯体などの希土類錯体、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピランやその類縁体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニンなどの金属フタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、デアザフラビン誘導体、クマリン誘導体、オキサジン化合物、チオキサンテン誘導体などを共存させることが出来るが特にこれらに限定されるものではない。
【0040】
電子輸送層とは陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送することを司る層であり、本発明における電子輸送性材料としては、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタレン、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体などがあるが特に限定されるものではない。
【0041】
正孔阻止層とは、電界を与えられた電極間において陽極からの正孔が陰極からの電子と再結合することなく移動するのを防止するための層であり、各層を構成する材料の種類によっては、この層を挿入することにより正孔と電子の再結合確率が増加し、発光効率の向上が望める場合がある。したがって、正孔阻止性材料としては正孔輸送性材料よりも最高占有分子軌道レベルがエネルギー的に低く、隣接する層を構成する材料とエキサイプレックスを生成しにくいことが望まれる。具体的にはフェナントロリン誘導体やトリアゾール誘導体などが挙げられるが、素子作製に必要な薄膜を形成し、陽極からの正孔の移動を効率よく阻止できる化合物であれば特に限定されるものではない。
【0042】
以上の正孔輸送層、発光層、電子輸送層、正孔阻止層は単独または二種類以上の材料を積層、混合するか、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ABS樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂などに分散させて用いることも可能である。
【0043】
発光を司る物質の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されるものではないが、通常は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着が特性面で好ましい。層の厚みは、発光を司る物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、1〜1000nmの間から選ばれる。
【0044】
綺麗な赤色表示を行わせるためには、発光スペクトルのピーク波長が580nm以上720nm以下、より好ましくは600nm以上700nm以下の範囲内であり、半値幅が100nm以下であることが重要である。発光スペクトルは、できるだけ単一ピークであることが好ましいが、場合によっては他のピークとの重なりによって複数の極大点を有したり、ピークの裾に肩が現れることもある。本発明において、ピーク波長とは発光中心波長に値する主ピークの波長であり、半値幅とはこれらピーク全体において発光中心波長の高さの半分のところのピーク幅であると定義している。
【0045】
電気エネルギーとは主に直流電流を指すが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力、寿命を考慮するとできるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるようにするべきである。
【0046】
本発明におけるマトリクスとは、表示のための画素が格子状に配置されたものをいい、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状、サイズは用途によって決まる。例えばパソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が300μm以下の四角形の画素が用いられるし、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がmmオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法としては、線順次駆動方法やアクティブマトリックスのどちらでもよい。線順次駆動の方が構造が簡単であるという利点があるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリックスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
【0047】
本発明におけるセグメントタイプとは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、決められた領域を発光させることになる。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示、自動車のパネル表示などがあげられる。そして、前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
【0048】
本発明の発光素子はバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板、標識などに使用される。特に液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっているパソコン用途のバックライトとしては、従来方式のものが蛍光灯や導光板からなっているため薄型化が困難であることを考えると、本発明における発光素子を用いたバックライトは薄型、軽量が特徴になる。
【0049】
【実施例】
以下、実施例および比較例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0050】
実施例1
ITO透明導電膜を150nm堆積させたガラス基板(旭硝子(株)製、15Ω/□、電子ビーム蒸着品)を30×40mmに切断、エッチングを行った。得られた基板をアセトン、”セミコクリン56”で各々15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。続いてイソプロピルアルコールで15分間超音波洗浄してから熱メタノールに15分間浸漬させて乾燥させた。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10−5Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔輸送材料としてN,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)を50nm蒸着した。次にホスト材料としてトリス(5,7−ジフェニル−8−キノリノラト)アルミニウム錯体を、ドーパント材料として下記に示すEM1を用いて、ドーパントが0.5wt%になるように15nmの厚さに共蒸着して発光層を積層し、引き続いてホスト材料のみを30nmの厚さに積層した。次に電子注入層として、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンを5nmの厚さに積層し、引き続いてリチウムを0.2nmドーピングし、最後に銀を150nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が627nm、スペクトル半値幅が46nm、最高輝度が8500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0051】
【化11】
【0052】
比較例1
発光層をトリス(5,7−ジフェニル−8−キノリノラト)アルミニウム錯体のホスト材料のみとした以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは最高輝度が16000cd/m2の高輝度発光が得られたが、発光ピーク波長が570nmの黄色発光であった。
【0053】
比較例2
ドーパント材料として下記に示すピロメテン誘導体を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が620nm、スペクトル半値幅が50nmの赤色発光が得られたが、最高輝度が400cd/m2と低輝度であった。
【0054】
【化12】
【0055】
実施例2
ドーパント材料として下記に示すEM2を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が614nm、スペクトル半値幅が40nm、最高輝度が6000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0056】
【化13】
【0057】
実施例3
ドーパント材料として下記に示すEM3を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が610nm、スペクトル半値幅が40nm、最高輝度が7000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0058】
【化14】
【0059】
実施例4
ドーパント材料として下記に示すEM4を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が617nm、スペクトル半値幅が40nm、最高輝度が5500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0060】
【化15】
【0061】
実施例5
ドーパント材料として下記に示すEM5を用いた以外は実施例1と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が620nm、スペクトル半値幅が45nm、最高輝度が6500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0062】
【化16】
【0063】
実施例6
ホスト材料としてビス(2−(ビフェニルビニル)−8−キノリノラト)亜鉛錯体を、ドーパント材料として下記に示すEM6を用いた以外は実施例1と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が635nm、スペクトル半値幅が45nm、最高輝度が3000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0064】
【化17】
【0065】
実施例7
ドーパント材料として下記に示すEM7を用いた以外は実施例6と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が629nm、スペクトル半値幅が30nm、最高輝度が3000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0066】
【化18】
【0067】
実施例8
ドーパント材料として下記に示すEM8を用いた以外は実施例6と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が640nm、スペクトル半値幅が40nm、最高輝度が2500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0068】
【化19】
【0069】
実施例9
ドーパント材料として下記に示すEM9を用いた以外は実施例6と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が636nm、スペクトル半値幅が35nm、最高輝度が3200cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0070】
【化20】
【0071】
実施例10
ドーパント材料として下記に示すEM10を用いた以外は実施例6と同様にして素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が628nm、スペクトル半値幅が35nm、最高輝度が3500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0072】
【化21】
【0073】
実施例11
ホスト材料として下記ペリノン誘導体を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が627nm、スペクトル半値幅が46nm、最高輝度が6000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0074】
【化22】
【0075】
実施例12
ホスト材料として下記ナフタルイミド誘導体を、ドーパント材料としてEM2を用いた以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が614nm、スペクトル半値幅が40nm、最高輝度が5000cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0076】
【化23】
【0077】
実施例13
ホスト材料として下記キノキサリン誘導体(橙色蛍光)を、ドーパント材料としてEM7を用いる以外は実施例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子からは、発光ピーク波長が629nm、スペクトル半値幅が30nm、最高輝度が3500cd/m2の高輝度かつ高色純度の赤色発光が得られた。
【0078】
【化24】
【0079】
実施例14
ITO透明導電膜を150nm堆積させたガラス基板(旭硝子(株)製、15Ω/□、電子ビーム蒸着品)を30×40mmに切断、フォトリソグラフィ法によって300μmピッチ(残り幅270μm)×32本のストライプ状にパターン加工した。ITOストライプの長辺方向片側は外部との電気的接続を容易にするために1.27mmピッチ(開口部幅800μm)まで広げてある。得られた基板をアセトン、”セミコクリン56”で各々15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。続いてイソプロピルアルコールで15分間超音波洗浄してから熱メタノールに15分間浸漬させて乾燥させた。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まずTPDを50nm蒸着した。次にホスト材料としてトリス(5,7−ビス(4−フェニル)−8−キノリノラト)アルミニウム錯体を、ドーパント材料としてEM1を用いて、ドーパントが0.5wt%になるように15nmの厚さに共蒸着して発光層を積層し、引き続いて電子輸送材料として2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンを35nmの厚さに積層した。次に厚さ50μmのコバール板にウエットエッチングによって16本の250μmの開口部(残り幅50μm、300μmピッチに相当)を設けたマスクを、真空中でITOストライプに直交するようにマスク交換し、マスクとITO基板が密着するように裏面から磁石で固定した。そしてマグネシウムを50nm、アルミニウムを150nm蒸着して32×16ドットマトリクス素子を作製した。本素子をマトリクス駆動させたところ、クロストークなく文字表示できた。
【0080】
【発明の効果】
本発明は、電気エネルギーの利用効率が高く、色純度に優れた赤色発光素子を提供できるものである。
Claims (3)
- 陽極と陰極の間に発光物質が存在し、電気エネルギーによりピーク波長が580nm以上720nm以下に発光する素子であって、素子は下記一般式(4)に示すピロメテン骨格を有する化合物および蛍光ピーク波長が540nm以上720nm以下の蛍光化合物を含むことを特徴とする発光素子。
- 陽極と陰極の間に発光物質が存在し、電気エネルギーによりピーク波長が580nm以上720nm以下に発光する素子であって、素子は下記一般式(5)に示すピロメテン骨格を有する化合物および蛍光ピーク波長が540nm以上720nm以下の蛍光化合物を含むことを特徴とする発光素子。
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