JP5076888B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
Youn.0g,Tetsuo Tsutsui等は、やはり、The 10th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence(EL’00、浜松)において、ドーパントとして、トリス(2−(p−トリル)ピリジン)イリジウム(Ir(ptpy)3),トリス(ベンゾ[h]キノリン)イリジウム(Ir(bzq)3)等を用いた検討を行っている(なおこれらの金属錯体は一般にオルトメタル化イリジウム錯体と呼ばれている)。
但し、(i)R11〜R14のうち少なくとも二つが芳香族基、芳香族複素環基、アルキルチオ基もしくはアリールオキシ基であるか、または(ii)R11もしくはR12のうち少なくとも一つが電子吸引性基であり、かつ、R15が芳香族環基または芳香族複素環基である。
(2) 下記一般式(1A)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体であることを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
(3) 下記一般式(2)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体であることを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
(4) 下記一般式(3)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体であることを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
(5) 下記一般式(4)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体であることを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
(6) M01がイリジウムまたは白金であることを特徴とする前記(1)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
3 画素
5 走査線
6 データ線
7 電源ライン
10 有機EL素子
11 スイッチングトランジスタ
12 駆動トランジスタ
13 コンデンサ
A 表示部
B 制御部
101 透明電極付きガラス基板
102 有機EL層
103 陰極
104 ガラス製封止缶
105 酸化バリウム(捕水剤)
106 窒素ガス
107 紫外線硬化型接着剤
発光波長の計算には、Gaussian 98(Revision A.11.4,M.J.Frisch,G.W.Trucks,H.B.Schlegel,G.E.Scuseria,M.A.Robb,J.R.Cheeseman,V.G.Zakrzewski,J.A.Montgomery,Jr.,R.E.Stratmann,J.C.Burant,S.Dapprich,J.M.Millam,A.D.Daniels,K.N.Kudin,M.C.Strain,O.Farkas,J.Tomasi,V.Barone,M.Cossi,R.Cammi,B.Mennucci,C.Pomelli,C.Adamo,S.Clifford,J.Ochterski,G.A.Petersson,P.Y.Ayala,Q.Cui,K.Morokuma,N.Rega,P.Salvador,J.J.Dannenberg,D.K.Malick,A.D.Rabuck,K.Raghavachari,J.B.Foresman,J.Cioslowski,J.V.Ortiz,A.G.Baboul,B.B.Stefanov,G.Liu,A.Liashenko,P.Piskorz,I.Komaromi,R.Gomperts,R.L.Martin,D.J.Fox,T.Keith,M.A.Al−Laham,C.Y.Peng,A.Nanayakkara,M.Challacombe,P.M.W.Gill,B.Johnson,W.Chen,M.W.Wong,J.L.Andres,C.Gonzalez,M.Head−Gordon,E.S.Replogle,andJ.A.Pople,Gaussian,Inc.,Pittsburgh PA,2002.)を用いた。
本発明に係る一般式(1)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体(以下、一般式(1)で表される金属錯体ともいう)について説明する。
本発明に係る一般式(1)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体(以下、一般式(1A)で表される金属錯体ともいう)について説明する。
一般式(1−1)において、Ar01は芳香族炭素環基または芳香族複素環基を表す。Ar01で表される芳香族炭素環基または芳香族複素環基としては、Ar00で表される芳香族炭素環基または芳香族複素環基と同義である。
本発明に係る一般式(2)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体(以下、一般式(2)で表される金属錯体ともいう)について説明する。
本発明に係る一般式(3)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体(以下、一般式(3)で表される金属錯体ともいう)について説明する。
本発明に係る一般式(4)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体(以下、一般式(4)で表される金属錯体ともいう)について説明する。
Chemistry,第41巻,第12号,3055〜3066ページ(2002年)、New Journal of Chemistry.,第26巻,1171ページ(2002年)、Angewandte Chemie International Edition,第38巻,1698〜1712ページ(1999年)、Bulletin
of the Chemical Society of Japan,第71巻,467〜473ページ(1998年)、J.Am.Chem.Soc.,第125巻,18号,5274〜5275(2003年)、J.Am.Chem.Soc.,第125巻,35号,10580〜10585(2003年)、さらに、これらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。
本発明の有機EL素子材料を用いて本発明の有機EL素子を作製する場合、有機EL素子の構成層(詳細は後述する)の中で、発光層または電子阻止層に本発明の有機EL素子材料を用いることが好ましい。また、発光層中では上記のように、発光ドーパントとして好ましく用いられる。
発光層中の主成分であるホスト化合物である発光ホストに対する発光ドーパントとの混合比は好ましくは質量で0.1質量%〜30質量%未満の範囲に調整することである。
発光ホスト(単にホストともいう)とは、2種以上の化合物で構成される発光層中にて混合比(質量)の最も多い化合物のことを意味し、それ以外の化合物については「ドーパント化合物(単に、ドーパントともいう)」という。例えば、発光層を化合物A、化合物Bという2種で構成し、その混合比がA:B=10:90であれば化合物Aがドーパント化合物であり、化合物Bがホスト化合物である。さらに、発光層を化合物A、化合物B、化合物Cの3種から構成し、その混合比がA:B:C=5:10:85であれば、化合物A、化合物Bがドーパント化合物であり、化合物Cがホスト化合物である。
本発明の有機EL素子の構成層について説明する。
(i)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(vi)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(vii)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
《阻止層(電子阻止層、正孔阻止層)》
本発明に係る阻止層(例えば、電子阻止層、正孔阻止層)について説明する。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料を含み、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層もしくは複数層を設けることができる。
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び、陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
本発明の有機EL素子に係る陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
一方、本発明に係る陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えばマグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10〜1000nm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機EL素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
本発明の有機EL素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。
本発明の表示装置について説明する。本発明の表示装置は上記有機EL素子を有する。
本発明の照明装置について説明する。本発明の照明装置装置は上記有機EL素子を有する。
《有機EL素子1−1の作製》
陽極としてガラス上にITOを150nm成膜した基板(NHテクノグラス社製:NA−45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をiso−プロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。この透明支持基板を、市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、5つのタンタル製抵抗加熱ボートに、α−NPD、CBP、Ir−12、BCP、Alq3をそれぞれ入れ、真空蒸着装置(第1真空槽)にとりつけた。
有機EL素子1−1の作製において、表1に記載のように発光ホスト及び発光ドーパントを変更した以外は同様にして、有機EL素子1−2〜1−24を作製した。
得られた有機EL素子1−1〜1−24について下記のような評価を行った。
有機EL素子を室温(約23〜25℃)、2.5mA/cm2の定電流条件下による点灯を行い、点灯開始直後の発光輝度(L)[cd/m2]を測定することにより、外部取り出し量子効率(η)を算出した。ここで、発光輝度の測定は、CS−1000(ミノルタ製)を用いた。外部取り出し量子効率は、有機EL素子1−1を100とする相対値で表した。
有機EL素子を室温下、2.5mA/cm2の定電流条件下による連続点灯を行い、初期輝度の半分の輝度になるのに要する時間(τ1/2)を測定した。発光寿命は、有機EL素子1−1を100と設定する相対値で表した。
《有機EL素子2−1の作製》
陽極としてガラス上にITOを150nm成膜した基板(NHテクノグラス社製:NA−45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をiso−プロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
有機EL素子2−1の作製において、表2に記載のように発光ホスト及び発光ドーパントを変更した以外は同様にして、有機EL素子2−2〜2−16を作製した。
得られた有機EL素子2−1〜2−16について、外部取り出し量子効率を実施例1と同様の方法で評価を行った。外部取り出し量子効率は、有機EL素子2−1を100とする相対値で表した。また、下記方法で発光寿命を測定した。
有機EL素子2−1〜2−16を室温下、2.5mA/cm2の定電流条件下による連続点灯を行い、初期輝度の90%の輝度になるのに要する時間(τ1/9)を測定した。なお、発光寿命は、有機EL素子2−1を100とする相対値で表した。
《有機EL素子3−1の作製》
陽極としてガラス上にITOを150nm成膜した基板(NHテクノグラス社製:NA−45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をiso−プロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
有機EL素子3−1の作製において、表3に記載のように発光ホスト及び発光ドーパントを変更した以外は同様にして、有機EL素子3−2〜3−19を作製した。
得られた有機EL素子3−1〜3−19について、実施例1と同様の方法で外部取り出し量子効率及び発光寿命の評価を行った。なお、外部取り出し量子効率及び発光寿命は、有機EL素子3−1を100とする相対値で表した。また、下記方法で色度差を測定した。
有機EL素子を室温(約23℃〜25℃)、2.5mA/cm2の定電流条件下による点灯を行い、点灯開始直後の素子発光色のCIE色度((x,y)=(a,b))を測定し、NTSC(modern)の青((x,y)=(0.155,0.07))との差をΔとして算出した。
得られた結果を表3に示す。
《有機EL素子4−1の作製》
陽極としてガラス上にITOを150nm成膜した基板(NHテクノグラス社製:NA−45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をiso−プロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。この透明支持基板を、市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、タンタル製抵抗加熱ボートに、α−NPD、比較2、CBP、Ir−1、BCP、Alq3をそれぞれ入れ、真空蒸着装置(第1真空槽)にとりつけた。
有機EL素子1−1の作製において、表4に記載のように電子阻止材料を変更した以外は同様にして、有機EL素子4−2〜4−9を作製した。
得られた有機EL素子4−1〜4−9について、実施例1と同様の方法で外部取り出し量子効率及び発光寿命の評価を行った。なお、外部取り出し量子効率及び発光寿命は、有機EL素子4−1を100とする相対値で表した。
25mm×25mm×0.5mmのガラス支持基板上に直流電源を用い、スパッタ法にてインジウム錫酸化物(ITO、インジウム/錫=95/5モル比)の陽極を形成した(厚み200nm)。この陽極の表面抵抗は10Ω/□であった。これにポリビニルカルバゾ−ル(正孔輸送性バインダーポリマー)/Ir−13(青発光性オルトメタル化錯体)/2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(電子輸送材)=200/2/50質量比を溶解したジクロロエタン溶液をスピンコーターで塗布し、100nmの発光層を得た。この有機化合物層の上にパターニングしたマスク(発光面積が5mm×5mmとなるマスク)を設置し、蒸着装置内で陰極バッファー層としてフッ化リチウム0.5nm及び陰極としてアルミニウム150nmを蒸着して陰極を設けた。陽極、陰極よりそれぞれアルミニウムのリード線を出して発光素子を作製した。該素子を窒素ガスで置換したグローブボックス内に入れ、ガラス製の封止容器で紫外線硬化型接着剤(長瀬チバ製、XNR5493)を用いて封止して青色発光の有機EL素子5−1を作製した。
有機EL素子5−1の作製において、表5に記載のように発光ドーパントを変更した以外は同様にして、有機EL素子5−2〜5−5を作製した。
得られた有機EL素子5−1〜5−5について、下記のようにして発光輝度及び発光効率を測定した。
東洋テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流電圧を有機EL素子に印加して発光させ、10Vの直流電圧を印加した時の発光輝度(Cd/m2)と2.5mA/cm2の電流を通じた時の発光効率(lm/W)を測定した。
《フルカラー表示装置の作製》
(青色発光素子の作製)
実施例1の有機EL素子1−5を青色発光素子として用いた。
実施例4の有機EL素子4−7を緑色発光素子として用いた。
実施例2の有機EL素子2−1において、Ir−13をIr−9に変更した以外は同様にして、赤色発光素子を作製し、これを赤色発光素子として用いた。
《白色発光素子及び白色照明装置の作製》
実施例1の透明電極基板の電極を20mm×20mmにパターニングし、その上に実施例1と同様に正孔注入/輸送層としてα−NPDを25nmの厚さで成膜して、さらに、CBPの入った前記加熱ボートと本発明に係る化合物1−11の入ったボート及びIr−9の入ったボートをそれぞれ独立に通電して、発光ホストであるCBPと発光ドーパントである本発明に係る化合物1−11及びIr−9の蒸着速度が100:5:0.6になるように調節し膜厚30nmの厚さになるように蒸着し、発光層を設けた。
Claims (9)
- 下記一般式(1)またはその互変異性体を部分構造として有する金属錯体であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
但し、(i)R11〜R14のうち少なくとも二つが芳香族基、芳香族複素環基、アルキルチオ基もしくはアリールオキシ基であるか、または(ii)R11もしくはR12のうち少なくとも一つが電子吸引性基であり、かつ、R15が芳香族環基または芳香族複素環基である。) - M01がイリジウムまたは白金であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
- 構成層として発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
該発光層が下記一般式(1’)で表される有機エレクトロルミネッセンス素子材料を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
但し、(i)R 11 〜R 14 のうち少なくとも二つが芳香族基、芳香族複素環基、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、アルキルチオ基もしくはアリールオキシ基であるか、または(ii)R 11 もしくはR 12 のうち少なくとも一つが電子吸引性基であり、かつ、R 15 が芳香族環基または芳香族複素環基である。) - 請求の範囲第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 構成層として電子阻止層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
該電子阻止層が請求の範囲第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子材料を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 構成層として発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
該発光層が、カルボリン誘導体または該カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子の少なくとも一つが窒素原子で置換されている環構造を有する誘導体を含有することを特徴とする請求の範囲第3項〜第5項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 構成層として正孔阻止層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
該正孔阻止層が、カルボリン誘導体または該カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子の少なくとも一つが窒素原子で置換されている環構造を有する誘導体を含有することを特徴とする請求の範囲第3項〜第6項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求の範囲第3項〜第7項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。
- 請求の範囲第3項〜第7項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
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