JP5019068B2 - 有機ｅｌ素子の耐光性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に耐光性に優れた有機ＥＬ素子に関するものである。

従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる第一電極と、少なくとも有機発光層を有する機能層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる有機ＥＬ素子は、前記陽極から正孔を注入し、また、前記陰極から電子を注入して正孔及び電子が前記有機発光層にて再結合することによって光を発するものであり、視認性及び低温環境下での高速応答性に優れているため、瞬間判読が必要な車載計器に採用されている。

また、有機ＥＬ素子としては、発光色の異なる有機発光層を積層し、複数色の発光の混色によって所望の発光色（例えば白色）を得る構成が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開２０００−６８０５７号公報

しかしながら、しかしながら、上記構成の有機ＥＬ素子は、外光が照射されることによる色度の経時変化が大きいという問題点があった。特に車載計器に採用される有機ＥＬ素子においては、耐光性に優れた有機ＥＬ素子が望まれている。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、光照射による色度の経時変化を抑制し、耐光性に優れた有機ＥＬ素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、少なくとも有機発光層を有する機能層を陽極と陰極の間に積層形成してなり、前記機能層として、前記陽極と前記有機発光層との間に形成され正孔輸送性材料からなる正孔注入輸送層を有する有機ＥＬ素子の耐光性評価方法であって、両電極間に前記正孔輸送性材料の単層のみを形成してなる単膜素子にカーボンアーク灯を光源として備えるサンシャインウェザー試験機による耐光性試験で光照射して３００時間経過した場合の電流−電圧特性における電圧比（３００時間経過後の電圧値／初期電圧値）が１．０以下であるか否かによって前記有機ＥＬ素子の耐光性を評価することを特徴とする。

本発明は、有機ＥＬ素子に関し、光照射による色度の経時変化を抑制し、耐光性に優れた有機ＥＬ素子を提供することが可能となるものである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態を示す図である。本実施形態である有機ＥＬ素子は、支持基板１と、陽極となる第一電極２と、機能層３と、陰極となる第二電極４と、を有するものである。なお、有機ＥＬ素子は、吸湿剤が塗布される封止基板を支持基板１上に配設して封止されるものであるが、図１ではこの封止基板を省略している。

支持基板１は、例えば透光性のガラス材料からなる矩形状の基板である。支持基板１上には、第一電極２，機能層３及び第二電極４が順に積層形成される。

第一電極２は、正孔を注入する陽極となるものであり、支持基板１上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタリング法等の手段によって層状に形成した酸化物透明導電膜からなり、フォトエッチング等の手段によって所定の形状にパターニングされてなる。

機能層３は、少なくとも正孔注入輸送層と有機発光層を含む多層からなり、第一電極２上に形成されるものである。本実施形態においては、第一電極２側から順に正孔注入輸送層３ａ，第一の有機発光層３ｂ，第二の有機発光層３ｃ，電子輸送層３ｄ及び電子注入層３ｅが順に積層形成されてなる。

正孔注入輸送層３ａは、第一電極２から正孔を取り込み、第一の有機発光層３ｂに伝達する機能を有し、正孔移動度の高い正孔輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。

第一，第二の有機発光層３ｂ，３ｃは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで所定色の発光を示す機能を有し、所望の発光色に応じて種々の有機材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなるものである。なお、第一，第二の有機発光層３ｂ，３ｃは単一材料からなるものであってもよく、また、ホスト材料に発光ドーパントを添加してなるものであってもよい。本実施形態においては、第一，第二の有機発光層３ｂ，３ｃはそれぞれ橙色発光及び青色発光を示し、混色によって白色の表示光が得られるものである。

電子輸送層３ｄは、電子を第二の有機発光層３ｃへ伝達する機能を有し、例えばアルミキノリノール（Ａｌｑ↓３）等の電子輸送性材料を真空蒸着法等の手段によって層状に形成してなる。

電子注入層３ｅは、電子を第二電極４から取り込む機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を真空蒸着法等の手段によって薄膜状に形成してなる。

第二電極４は、電子を注入する陰極となるものであり、電子注入層３ｅ上に例えばアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗導電材料を蒸着法等の手段によって層状に形成した導電膜からなるものである。

以上の各部によって有機ＥＬ素子が構成されている。

本願発明者らは、鋭意検討した結果、正孔注入輸送層３ａの電流−電圧特性と有機ＥＬ素子との耐光性についての関係性を見いだし、本発明に達した。すなわち、陽極と陰極との間に前記正孔輸送性材料の単層のみを形成した単膜素子を耐光性試験で３００時間光照射した場合の電流−電圧特性において、前記耐光性試験前の電圧値（以下、初期電圧値という）Ｖ０と３００時間経過後の電圧値Ｖとの電圧比（Ｖ／Ｖ０）が１．０以下となる前記正孔輸送性材料にて正孔注入輸送層３ａを形成することによって光照射による色度変化を抑制し、耐光性を向上させることができる。これは耐光性を特に要求される車載計器用の有機ＥＬ素子に好適である。本発明における前記単膜素子は、前記陽極上に前記正孔輸送性材料の単層を膜厚５０〜３００ｎｍ程度に形成し、さらに前記陰極を積層し、吸湿剤を塗布した封止基板等を用いて封止してなるものである。前記耐光性試験において前記単膜素子をカーボンアーク灯で３００時間光照射を行う。なお、光源はカーボンアーク灯に限定されず、同等の性能を有するものであればよい。本願発明者らは、前記単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）と同様の正孔輸送性材料を正孔注入輸送層３ａに用いた有機ＥＬ素子の色度変化との関係を綿密に調査し、両者の関係性を明らかにした。その結果、前記単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）が１．０以下となる前記正孔輸送性材料を正孔注入輸送層３ａに用いると光照射による有機ＥＬ素子の色度変化が小さいことがわかった。なお、色度変化は、ＣＩＥ色度座標におけるｘ値及びｙ値の変化量ΔＣＩＥｘ及びΔＣＩＥｙの絶対値が０．０２以下（｜ΔＣＩＥｘ｜≦０．０２，｜ΔＣＩＥｙ｜≦０．０２）であれば、特に白色光においては使用者からは認識されない程度であると言える。従来は有機ＥＬ素子においていずれの層が耐光性に寄与しているか不明であり、有機ＥＬ素子を作製した上で前記耐光性試験を行わなければ有機ＥＬ素子の耐光性を評価することができなかったが、本発明によれば前記単膜素子の試験結果から有機ＥＬ素子の耐光性を評価することができ、短時間かつ安価に耐光性を判定することが可能となる。

以下、さらに本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。実施例１として、正孔輸送性材料である有機材料Ａを用いて単膜素子及び図１に示す有機ＥＬ素子を作製した。
〔単膜素子の作製〕
ガラス材料からなる支持基板にスパッタ形成及びパターニングされたＩＴＯからなる第一電極（陽極）にプラズマ処理またはＵＶ／Ｏ↓３処理を施し、正孔注入輸送層３ａとして用いる有機材料Ａを蒸着させて有機材料Ａの単層を膜厚５０ｎｍで形成し、ついで第二電極としてＡｌを蒸着し、吸湿剤が塗布された封止基板で封止して単膜素子を作製した。
〔初期電流−電圧測定〕
有機ＥＬ素子と略同等の電流密度で前記単膜素子の電流−電圧測定を行い、初期電圧値Ｖ０を得た。
〔耐光性試験〕
前記支持基板に円偏光板を貼り付け、サンシャインウェザー試験機（スガ試験機（株）社製 ＷＥＬ−ＳＵＮ−ＤＣＨ−ＢＥｍ）に投入し光照射を行った。なお、前記サンシャインウェザー試験機の光源はカーボンアーク灯である。３００時間経過後に前記サンシャインウェザー試験機から取り出し、上述の初期電流−電圧測定と同様の方法で電流−電圧測定を行い、３００時間経過後の電圧値Ｖを得た。
〔有機ＥＬ素子の作製〕
ガラス材料からなる支持基板１上に、第一電極（陽極）２としてＩＴＯをスパッタ法で形成した。さらに形成したＩＴＯ膜をフォトエッチングにより所定のパターンに形成した。その後、形成された第一電極２にプラズマ処理またはＵＶ／Ｏ↓３処理を施し、有機材料Ａを蒸着させて正孔注入輸送層３ａを膜厚６０ｎｍで形成した。さらに、橙色発光を示す第一の有機発光層３ｂを形成した。第一の有機発光層３ｂは、共蒸着法によりアントラセン誘導体のホスト材料に橙色発光ドーパントとしてルブレンを５ｗｔ％添加して形成した。さらに、青色系の発光を示す第二の有機発光層３ｃを形成した。第二の有機発光層３ｃは、共蒸着法によりアントラセン誘導体のホスト材料に青緑色発光ドーパントを５ｗｔ％添加して形成した。なお、各ドーパントの添加量は濃度消光を起こさない程度とするのが望ましい。さらに、電子輸送層３ｄとしてＡｌｑ３を真空蒸着法により２０ｎｍ積層し、電子注入層３ｅとしてＬｉＦを真空蒸着法により１ｎｍ形成した。そして最後に第二電極（陰極）４としてＡｌを真空蒸着法により１５０ｎｍ形成して実施例１である有機ＥＬ素子を作製し、初期色度を測定した。そして、作製した有機ＥＬ素子に対して上述の耐光性試験を３００時間行い、３００時間経過後の色度を測定して色度変化量を算出した。

また、実施例２として、正孔輸送性材料を有機材料Ｂに変更したほかは、実施例１と同様に単膜素子の作製，初期電流−電圧測定，耐光性試験及び有機ＥＬ素子の作製を行った。

また、比較例１として、正孔輸送性材料を有機材料Ｃに変更したほかは、実施例１と同様に単膜素子の作製，初期電流−電圧測定，耐光性試験及び有機ＥＬ素子の作製を行った。

また、比較例２として、正孔輸送性材料を有機材料Ｄに変更したほかは、実施例１と同様に単膜素子の作製，初期電流−電圧測定，耐光性試験及び有機ＥＬ素子の作製を行った。

実施例１，２及び比較例１，２における単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）及び有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘ及びｙ値の変化量ΔＣＩＥｙを図２に示す。また、実施例１，２及び比較例１，２における単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）と有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘとの関係及びｙ値の変化量ΔＣＩＥｙとの関係を図３に示す。なお、図３（ａ）の特性Ｓ１は、実施例１，２及び比較例１，２の単膜素子における電圧比（Ｖ／Ｖ０）と有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘとの関係を示している。また、図３（ｂ）の特性Ｓ２は、実施例１，２及び比較例１，２における単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）と有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｙ値の変化量ΔＣＩＥｙとの関係を示している。図２に示すように、有機材料Ａを用いた実施例１は、単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）は０．８９であるのに対し、有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘは−０．００６，ｙ値の変化量ΔＣＩＥｙは−０．００４である。しがたって、いずれもその絶対値が０．０２以下であり（｜ΔＣＩＥｘ｜＝０．００６≦０．０２，｜ΔＣＩＥｙ｜＝０．００４≦０．０２）、利用者に認識されない程度に色度変化を抑制することが可能となっている。また、有機材料Ｂを用いた実施例２は、単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）は０．８２であるのに対し、有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘ及びｙ値の変化量ΔＣＩＥｙは−０．００２である。したがって、いずれもその絶対値が０．０２以下であり（｜ΔＣＩＥｘ｜＝０．００２≦０．０２，｜ΔＣＩＥｙ｜＝０．００２≦０．０２）、利用者に認識されない程度に色度変化を抑制することが可能となっている。これに対し、有機材料Ｃを用いた比較例１は、単膜素子の電圧比（Ｖ／Ｖ０）は１．１６であるのに対し、有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘは０．０５２，ｙ値の変化量ΔＣＩＥｙは０．０２である。しがたって、ＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘの絶対値が０．０２より大きく（｜ΔＣＩＥｘ｜＝０．０５２＞０．０２，｜ΔＣＩＥｙ｜＝０．０２≦０．０２）、利用者に認識される程度の色度変化が生じている。また、有機材料Ｄを用いた比較例２は、単膜素子における電圧比（Ｖ／Ｖ０）は１．０３であるのに対し、有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘは０．０２８，ｙ値の変化量ΔＣＩＥｙは０．００９である。しがたって、ＣＩＥ色度座標におけるｘ値の変化量ΔＣＩＥｘの絶対値が０．０２より大きく（｜ΔＣＩＥｘ｜＝０．０２８＞０．０２，｜ΔＣＩＥｙ｜＝０．００９≦０．０２）、利用者に認識される程度の色度変化が生じている。また、図３に示す特性Ｓ１及び特性Ｓ２によれば、単膜素子における電圧比（Ｖ／Ｖ０）を１．０以下とすることで有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標のｘ値の変化量ΔＣＩＥｘ及びｙ値の変化量の絶対値を０．０２以下とすることが可能となる。したがって、本発明のように正孔注入輸送層３ａを形成することより有機ＥＬ素子の耐光性が大きく改善されることは図２及び図３からも明らかである。

本発明の第一の実施形態である有機ＥＬ素子を示す図。 本発明の実施例１，２及び比較例１，２の試験結果を示す図。 本発明の実施例１，２及び比較例１，２における単膜素子の電圧比と有機ＥＬ素子の色度変化量との関係を示す図。

符号の説明

Ａ 有機ＥＬ素子
１ 支持基板
２ 第一電極（陽極）
３ 機能層
３ａ 正孔注入輸送層
３ｂ 第一の有機発光層
３ｃ 第二の有機発光層
３ｄ 電子輸送層
３ｅ 電子注入層
４ 第二電極（陰極）

Claims (1)

1. 少なくとも有機発光層を有する機能層を陽極と陰極の間に積層形成してなり、前記機能層として、前記陽極と前記有機発光層との間に形成され正孔輸送性材料からなる正孔注入輸送層を有する有機ＥＬ素子の耐光性評価方法であって、
   両電極間に前記正孔輸送性材料の単層のみを形成してなる単膜素子にカーボンアーク灯を光源として備えるサンシャインウェザー試験機による耐光性試験で光照射して３００時間経過した場合の電流−電圧特性における電圧比（３００時間経過後の電圧値／初期電圧値）が１．０以下であるか否かによって前記有機ＥＬ素子の耐光性を評価することを特徴とする有機ＥＬ素子の耐光性評価方法。

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