JP5391427B2 - 白色有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記のように異なる発光波長を有する複数の発光層を組み合わせることにより、高い発光効率で白色光を発光可能な白色有機EL素子を提供することができる。
R1は1又は複数のアリール基及びヘテロアリール基の一方又は双方を有し、任意の1又は複数の炭素原子上に下記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基を有していてもよい原子団を表し、
Ar1及びAr2は、それぞれ独立して1又は複数の置換基を有していてもよいアリール基を表し、Ar1及びAr2が結合することによりリン原子を含むヘテロ環を形成していてもよく、
式(4)、(5)、(6)及び(7)において、R2は水素原子及び上記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基のいずれかを表し、qは1、2及び3のいずれかの自然数を表す。
また、式(4)’においてR3、R4及びR5は、水素原子及び上記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基のいずれかを表し、かつR3、R4及びR5のうち少なくとも1つは上記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基である。
有機EL素子において、発光層への正孔輸送特性を向上させるために、陽極と発光層との間に正孔輸送層や正孔注入層が設けられた構造を採用することが多いが、そのような場合においても、湿式法により第1及び第2の発光層を形成することができる。
(1)白色有機電界発光素子
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る白色有機電界発光素子1は、陽極3と陰極7との間に挟まれるように積層された複数の有機化合物層(陽極3側から順に、正孔注入層4、第1の発光層5、第2の発光層6)を有する白色有機電界発光素子である。
陽極3は透明な基板2上に設けられており、全体が封止部材8で封止されている。
陽極3の上に形成された正孔注入層4は、後述する第1の発光層5の形成に用いられる第1の溶液に溶解したり膨潤したりしない材料からなる。
としては、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料を用いるのが好ましい。陽極3の構成材料としては、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)、IZO(酸化インジウムジルコニウム)、In3O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物、Au、Pt、Ag、Cu又はこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。陽極3の平均厚さは、特に限定されないが、10〜200nm程度であるのが好ましく、50〜150nm程度であるのがより好ましい。
なお、必要に応じて、正孔注入層4と第1の発光層5との間に、正孔輸送層等の1又は複数の有機化合物層を設けてもよい。その場合において、第1の発光層5と接する層は、第1の発光層5の形成に用いられる第1の溶液に不溶な材料からなるものである必要がある。
例えば、正孔注入層4には、正孔伝導準位(Ev)と陽極3に用いられる材料の仕事関数との差が小さく、放射光の再吸収を防ぐために可視光領域に吸収帯のない材料が好ましく用いられる。また、正孔注入層4には、第1の発光層5の構成材料との間で励起錯体(エキサイプレックス)や電荷移動錯体を形成せず、第1の発光層5において生成した励起子のエネルギーの移動や第1の発光層5からの電子注入を防ぐために、第2の発光層6の励起子エネルギーよりも一重項励起エネルギーが大きく、バンドギャップエネルギーが大きく、電子伝導電位(Ec)が浅い材料が好ましく用いられる。陽極3にITOが用いられる場合、正孔注入層4に好適に用いられる材料の例としては、それぞれ、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホン酸(PEDOT−PSS)及びポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)が挙げられる。
同様に、第1の発光層5と隣接して、第2の発光層6が設けられている。この第2の発光層6には、陰極7から直接、又は電子輸送層(図示しない)を介して電子が、また、第1の発光層5から正孔がそれぞれ供給(注入)される。そして、第2の発光層6の内部では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーにより励起子(エキシトン)が生成し、励起子が基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やリン光)が放出(発光)される。
(I)アルコール系溶媒に不溶な1又は複数の第1のホスト材料と、
(II)1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物からなり、注入した電子と正孔との再結合により発光することができる第1のゲスト材料とを含んでいる。
第1のホスト材料は、有機EL素子の製造において発光層のホスト材料として用いられる材料のうちアルコール系溶媒に不溶なものの中から、使用する第1のゲスト材料の種類及び性質(吸収及び発光波長、三重項エネルギー準位等)に応じて適宜選択される。第1のホスト材料の例としては、前述の正孔注入層4に用いることができる正孔輸送特性を有する材料、リン光発光性のゲスト材料等が挙げられる。
第1のゲスト材料は、有機EL素子の製造において発光材料として用いられる材料から、発光波長、後述する第2のゲスト材料との組み合わせおよび溶媒への溶解性等を考慮して適宜決定される。
第1のゲスト材料としては、低分子系有機化合物もしくは金属錯体、σ共役系もしくはπ共役系高分子材料、または低分子色素含有高分子材料からなる群より選択される任意の1または複数の化合物を用いることができ、蛍光発光性材料およびリン光発光性のいずれについても用いることができるが、リン光発光性の材料であることが好ましい。特に好ましい第1のゲスト材料の例としては、青色の発光を示すFIrpic(下記の式(8)参照)、及び赤色の発光を示す(btp)2Ir(acac)(下記の式(9)参照)等のイリジウム錯体が挙げられる。
(I)アルコール系溶媒に可溶な1又は複数のホスフィンオキシド誘導体からなる第2のホスト材料と、
(II)遷移金属元素又はイオンに配位結合していないホスフィンオキシド基を有し、アルコール系溶媒に可溶な1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物からなり、注入した電子と正孔との再結合により電気的に励起され発光することができる第2のゲスト材料とを含んでいる。
第2のホスト材料を構成する前記ホスフィンオキシド誘導体としては、下記の一般式(1)で表されるものが好ましく用いられる。
R1は1又は複数のアリール基及びヘテロアリール基の一方又は双方を有し、任意の1又は複数の炭素原子上に下記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基を有していてもよい原子団を表し、
Ar1及びAr2は、それぞれ独立して1又は複数の置換基を有していてもよいアリール基を表し、Ar1及びAr2が結合することによりリン原子を含むヘテロ環を形成していてもよく、
X及びR6は、1又は複数のアリール基及びヘテロアリール基の一方又は双方を有し、1又は複数の置換基を有していてもよい原子団を表し、
Ar8〜Ar28はそれぞれ独立して1又は複数の置換基を有していてもよいアリール基を表し、
Ar8とAr9、Ar10とAr11、Ar15とAr16、Ar17とAr18、Ar19とAr20、Ar21とAr22、Ar23とAr24、Ar25とAr26及びAr27とAr28がそれぞれ結合することによりリン原子を含むヘテロ環を形成していてもよい。
X、R6、Ar8〜Ar28に含まれるアリール基についても上記の原子団R1の場合と同様であるが、Ar8〜Ar28は好ましくはフェニル基である。
ホスフィンオキシド誘導体は任意の1種類を単独で用いてもよく、任意の2種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。白色有機電界発光素子1の製造に用いられる陰極材料や第2の発光層6に含まれるゲスト材料の種類等に応じてホスフィンオキシド誘導体又はその組み合わせを適宜選択することにより、電子注入特性、電子輸送特性及び発光特性を最適化できる。
第2のゲスト材料を構成する前記有機化合物及び/又は有機金属化合物として好ましいのは、下記の一般式(3)で表されるホスフィンオキシド誘導体である。
第1の発光層5に含まれる第1のゲスト材料及び第2の発光層6に含まれる第2のゲスト材料の組み合わせ及び量比は、第1の発光層5からの発光と第2の発光層6からの発光とを重ね合わせると白色となるよう選択される。例えば、第1及び第2のゲスト材料は、それらの発光色が互いに補色の関係にあり、かつ一方がアルコール系溶媒に可溶であり他方がアルコール系溶媒に不溶であるものから選択される。発光色は、色度測定システム等の任意の方法及び装置を用いて決定でき、その結果は、例えば、CIE−XYZ表色系等を用いて表現できる。2つのゲスト材料の発光色が互いに補色の関係であるか否かについては、CIE−xy色度図を用いて判定できる。より具体的には、2つのゲスト材料の発光色より求めた座標値をCIE−xy色度図上にプロットし、両者の点を結ぶ線分が色度図上の白色点(0.33,0.33)を通るか否かによって判定できる。第1及び第2の発光層5、6にそれぞれ含まれる第1及び第2のゲスト材料の量及び各発光層5、6の厚さについては、発光色の色調や駆動電圧等に応じて適宜決定される。
第2の溶液に用いられるアルコール系溶媒としては、正孔注入層4及び第1の発光層5を溶解又は膨潤させにくく、ホスト材料、ゲスト材料の溶解性が高い任意のアルコール系溶媒を用いることができ、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜4の単価アルコールが用いられる。このようなアルコール系溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、任意の2以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
まず、基板2を用意し、この基板2上に陽極3を形成する。
陽極3は、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電界メッキ、浸漬メッキ、無電界メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等を用いて形成することができる。
正孔注入層4及び第1の発光層5は、例えば、正孔注入材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散してなる正孔注入層形成用溶液を陽極3上に供給した後、乾燥(脱溶媒又は脱分散媒)し、次いで第1のホスト材料及び第1のゲスト材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散した第1の溶液を正孔注入層4上に供給した後、乾燥することにより形成することができる。正孔注入層形成用溶液及び第1の溶液の供給方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いることができる。このような塗布法を用いることにより、正孔注入層4及び第1の発光層5を比較的容易に形成することができる。
なお、乾燥は、例えば、大気圧又は減圧雰囲気中での放置、加熱処理、不活性ガスの吹付け等により行うことができる。
ここで、酸素プラズマ処理の条件としては、例えば、プラズマパワー100〜800W程度、酸素ガス流量50〜100mL/min程度、被処理部材(陽極3)の搬送速度0.5〜10mm/sec程度、基板2の温度70〜90℃程度とするのが好ましい。
第2の発光層6は、例えば、上述のホスト材料及びゲスト材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散した第2の溶液を第1の発光層5上に供給した後、乾燥(脱溶媒又は脱分散媒)することにより形成することができる。発光層形成用材料の供給方法及び乾燥の方法は、正孔注入層4及び第1の発光層5の形成で説明したのと同様であるため、詳しい説明を省略する。
陰極7は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、金属箔の接合、金属微粒子インクの塗布及び焼成等を用いて形成することができる。
最後に、得られた白色有機電界発光素子1を覆うように封止部材8を被せ、基板2に接合する。
以上のような工程を経て、白色有機電界発光素子1が得られる。
実施例1〜4:白色有機電界発光素子の製造
(I)第2のホスト材料の合成
使用した第2のホスト材料(ホスフィンオキシド誘導体:上記の式A〜Qで表されるもの)のうち国際公開第2005/104628号パンフレットに記載のものは、同パンフレットに記載の方法にしたがい合成した。
トリス[(1−(4−ジフェニルホスホリル)イソキノリナト−N,C2’)]イリジウム(III)(Ir(pdpiq)3)の合成
収量:13.4g、収率:44.2%
収量:2.30g、収率:18.8%
収量:1.24g、収率:100%
収量:1.37g、収率=98.6%
粗収量:1.25g、粗収率:78.1%
素子構造は、陰極と第2の発光層の間に電子注入層を設けたこと以外は全て図1に示した構造と同様である。各層の材料及び膜厚は下記のとおりである。
陽極:ITO(150nm)
正孔注入層:PEDOT−PSS(30nm)
第1の発光層:PVK−FIrpic(70nm)
第2の発光層:TPPO-burst(後述)−Ir(pdpiq)3(30nm)
電子注入層:LiF(0.5nm)
陰極:Al(100nm)
正孔注入層までの工程は上記の実施例1〜4と同じである。正孔注入層を成膜後、ホスト材料としてPVK、ゲスト材料としてFIrpicとIr(btp)2(acac)(下記の式(9)参照:市販品を使用)を用い、1−2ジクロロエタンを溶媒としてスピンコート法で90nmの発光層を形成した。成膜後、窒素雰囲気中にて100℃で1時間乾燥した。ホスト材料中のゲスト材料の濃度はFIrpicが12wt%、Ir(btp)2(acac)は0.2wt%とした。
次に、電極としてCa(10nm)/Al(100nm)を真空蒸着法で形成し、最後にグローブボックス内でUV硬化樹脂を用いてガラスキャップを接着して封止した。
作製したEL素子の電圧−電流−輝度特性はKEITHLEY製DC電圧電流電源・モニター(Source Mater 2400)を用いて0Vから20Vまで電圧を印加して0.4Vステップ毎電流値を測定した。発光輝度はコニカミノルタ製輝度計(LS−110)を用いて測定した。ELスペクトルと色度の測定にはコニカミノルタ製分光放射輝度計(CS−1000A)を用いた。
2 基板
3 陽極
4 正孔注入層
5 第1の発光層
6 第2の発光層
7 陰極
8 封止部材
Claims (15)
- 陽極と陰極との間に挟まれるように積層された複数の有機化合物層を有する白色有機電界発光素子において、
陽極側に形成され、アルコール系溶媒に不溶な有機化合物からなる第1の発光層と、
前記第1の発光層の陰極側に接する様に湿式法により形成され、アルコール系溶媒に可溶な有機化合物からなる第2の発光層とを有し、
前記第1の発光層が、正孔輸送性能を持つ1又は複数のアルコール系溶媒に不溶な有機化合物である第1のホスト材料と、注入された電子と正孔の再結合により発光する1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物である第1のゲスト材料とを含み、
前記第2の発光層が、アルコール系溶媒に可溶な1又は複数のホスフィンオキシド誘導体である第2のホスト材料と、遷移金属元素又はイオンに配位結合していないホスフィンオキシド基を有し、注入された電子と正孔との再結合により発光するアルコール系溶媒に可溶な1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物である第2のゲスト材料とを含み、
前記第1の発光層からの発光と前記第2の発光層からの発光とを重ね合わせると白色となるよう、前記第1及び第2のゲスト材料が選択されていることを特徴とする白色有機電界発光素子。 - 前記第2のホスト材料を構成する前記ホスフィンオキシド誘導体が、下記の一般式(1)で表されることを特徴とする請求項1記載の白色有機電界発光素子。
R1は1又は複数のアリール基及びヘテロアリール基の一方又は双方を有し、任意の1又は複数の炭素原子上に下記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基を有していてもよい原子団を表し、
Ar1及びAr2は、それぞれ独立して1又は複数の置換基を有していてもよいアリール基を表し、Ar1及びAr2が結合することによりリン原子を含むヘテロ環を形成していてもよく、
- 少なくとも陽極が表面に形成された基板の該電極側の表面に、正孔輸送性能を持つ1又は複数のアルコール系溶媒に不溶な有機化合物である第1のホスト材料と、注入された電子と正孔の再結合により発光する1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物である第1のゲスト材料と有機溶媒とを含む第1の溶液を用いて湿式法により第1の発光層を形成する工程と、
前記第1の発光層の表面に、アルコール系溶媒に可溶な1又は複数のホスフィンオキシド誘導体である第2のホスト材料と、遷移金属元素又はイオンに配位結合していないホスフィンオキシド基を有し、注入された電子と正孔との再結合により発光するアルコール系溶媒に可溶な1又は複数の有機化合物及び/又は有機金属化合物である第2のゲスト材料とアルコール系溶媒とを含む第2の溶液を用いて湿式法により第2の発光層を形成する工程とを有することを特徴とする白色有機電界発光素子の製造方法。 - 前記基板の前記電極上に1又は複数の有機化合物層が形成されており、前記第1の溶液に含まれる前記有機溶媒が、前記有機化合物層のいずれも溶解及び膨潤させない溶媒であることを特徴とする請求項8記載の白色有機電界発光素子の製造方法。
- 前記第2のホスト材料を構成する前記ホスフィンオキシド誘導体が、下記の一般式(1)で表されることを特徴とする請求項8及び9のいずれか1項記載の白色有機電界発光素子の製造方法。
R1は1又は複数のアリール基及びヘテロアリール基の一方又は双方を有し、任意の1又は複数の炭素原子上に下記の式(2)で表されるホスフィンオキシド基を有していてもよい原子団を表し、
Ar1及びAr2は、それぞれ独立して1又は複数の置換基を有していてもよいアリール基を表し、Ar1及びAr2が結合することによりリン原子を含むヘテロ環を形成していてもよく、
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