JP6090343B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)は、電極と電極の間を厚さわずか0.1μm程度の有機材料の膜で構成する全固体素子であり、且つ、その発光が2V〜20V程度の比較的低い電圧で達成できることから、次世代の平面ディスプレイや照明として期待されている技術である。
リン光発光を利用した有機EL素子の発見により、以前の蛍光発光を利用するそれに比べ原理的に約4倍の発光効率が実現可能であることから、その材料開発を初めとし、発光素子の層構成に関する研究開発が世界中で行われている。
近年有機EL素子の面発光光源としての魅力が高まると共に、その商品用途としての機能から「高効率、高輝度、長寿命」の全てを満足させる必要が高まっている。これらの要求に対する、多くの発明がこれまでにも成されているが、一般に有機ELの素子寿命は発光輝度とトレードオフの関係にあり、高輝度と長寿命を両立させることが出来ない。
このジレンマに対する技術的解決手段として、有機EL素子を電荷発生層により直列接続したマルチユニット構造を有する有機EL素子が報告されて(例えば、特許文献1、2参照)いる。
一方で、有機EL素子の製造方法には大別して2つの方法、真空化での蒸着による成膜(ドライプロセス)、溶液の塗布・成膜(塗布プロセス)が知られており、大面積化や高生産性等の点で優れた塗布プロセスが注目されている。塗布プロセスで作製したマルチユニット構造を有する有機EL素子(例えば、特許文献3〜5参照)、さらに電荷発生層(以下、CGLという)の塗布プロセス化については、インクジェット方式を用いた製造方法が知られている(特許文献6参照)。
発光ユニットを塗布プロセス(非真空プロセス)で作製し、CGLを蒸着(真空プロセス)で製造する方法では、真空プロセスと非真空プロセスを繰り返すことになり、かえって非生産的である。またインクジェット方式による電荷発生層の塗布プロセス化によって真空プロセスからの脱却に成功したように見えるが、インクジェット方式は、高速成膜に不向きである点や溶液の粘度や乾燥性等の観点から、照明や大面積ディスプレイ等を目的とした有機EL素子製造に適した塗布プロセスとは言い難い。さらにリン光発光を利用した有機EL素子や、それを直列接続したマルチユニット構造を有する有機EL素子においては、電荷輸送機能の精密な制御が必要とされ、膜厚の均一性や膜の平滑性が強く求められ、局所的な凹凸や巨視的な膜のうねりが素子の発光効率、素子の発光寿命、駆動電圧、さらには発光輝度のムラ等の有機EL素子の基本物性に直接的に影響を与えることが知られている。従って、大面積化、高生産性等の要求を満足した塗布プロセスによるマルチユニット構造を有する有機EL素子は未だ達成されていない。
特許第3884564号明細書 特許第3933591号明細書 国際公開第2007/091548号 特開2007−059848号公報 特開2008−277193号公報 特開2005−251529号公報
本発明の目的は、有機エレクトロルミネッセンス素子の基本物性を損なうことなく、歩留まりを向上させ、生産性の高い、マルチユニット構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
すなわち、本発明によれば、陽極と陰極の間に、電界をかけることで正孔と電子を発生する電荷発生層と、前記電荷発生層を挟んで介在された複数の発光ユニットとを含む積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
含ハロゲン溶媒を含む塗布液を用いて成膜し、乾燥させることにより、転写材料を作製する工程と、
前記転写材料を転写法により転写して積層し、少なくとも1層の前記電荷発生層を形成する工程と、
を有し、
前記発光ユニットは複数の有機化合物層から構成されており、
前記有機化合物層には少なくとも1層以上の発光層を含み、
前記電荷発生層と前記発光層の間には、非発光性層を有し、
前記電荷発生層は、下記有機ドナーのいずれか、及び下記有機アクセプターのいずれかを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法が提供される。
有機ドナー:下記一般式(A)で表されるフタロシアニン誘導体、下記一般式(B)で表されるポルフィリン誘導体、分子内に架橋基を有するテトラチアテトラセン(TTT)誘導体、メタロセン誘導体、イミダゾールラジカル誘導体、または、下記一般式(F)で表される遷移金属配位錯塩誘導体
Figure 0006090343
〔式(A)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Ni、Na、CsまたはSbを表す。フタロシアニン環上には置換基を有してもよい。〕
Figure 0006090343
〔式(B)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbを表す。ポルフィリン環上には置換基を有してもよい。〕
Figure 0006090343
〔式(F)中、X,X,X,X はSである。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbであり、R,R,R,Rは各々独立にアリール基またはアルケニル基である。〕
有機アクセプター:下記一般式(O)で表されるキノン誘導体、縮合芳香族炭化水素環もしくは縮合芳香族複素環を有するポリシアノ誘導体、下記一般式(H)で表されるDCNQI誘導体、下記一般式(I)で表される遷移金属配位錯塩誘導体、分子内に単環のピリジン環を1つ以上有する複素芳香族炭化水素化合物、または、下記一般式(P)で表されるフタロシアニン誘導体
Figure 0006090343
〔式(O)中、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。R,R,R,Rの少なくとも1つ以上はシアノ基である。〕
Figure 0006090343
〔式(H)中、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。〕
Figure 0006090343
〔式(I)中、X,X,X,X はSである。R ,R,R,Rは各々独立にアルキル基、シアノ基、スルフィド基、パーフルオロメチル基、エステル基またはアリール基である。但し、これらの置換基中、フッ素置換アルキル基、電子吸引性基を少なくとも一つ有している。RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Cr、Ag、Na、CsまたはSbである。〕
Figure 0006090343
〔式(P)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。フタロシアニン環上には置換基を有してもよい。MはV=O、Ti=Oを表す。〕
本発明によれば、歩留まりが向上し、生産性の高い、マルチユニット構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供することができる。
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
有機エレクトロルミネッセンス素子を塗布プロセスで作製する際は、積層時の下層の溶けだしや層間の混合など積層時の課題が多く、またそのために使用する材料や溶剤の選択にも制限が大きい。
一方、蒸着プロセスでは、高真空条件が必要であることからコストが高く、また大面積の素子を作製する際には装置の大型化や蒸着源からの距離などにより膜厚や膜質にムラが生じやすく、均一な有機薄膜や有機化合物層を形成することが難しい。
それに対し、転写法は材料の選択に制限はなく、塗布プロセスのような積層時溶けだしの課題もない。また、均一かつ大面積の薄膜を形成することも可能である。さらに同じ構成の発光ユニットを繰り返し積層するタンデム素子においては、転写元のシートを材料の種類数だけ用意すればよく、プロセスが簡便化され、コストメリットが生じる。
《有機EL素子の構成層、有機化合物層》
本発明の有機EL素子の層構成について説明する。本発明の有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
(1)陽極/発光ユニット1/CGL/発光ユニット2/陰極
(2)陽極/発光ユニット1/CGL1/発光ユニット2/CGL2/発光ユニット3/陰極
(3)陽極/発光ユニット1/CGL1/〔発光ユニットn−1/CGLn−1/〕n−1/発光ユニットn/陰極
ここで、[発光ユニット1]は最も陽極側(1番目)の発光ユニットを指し、[CGL1]は最も陽極側(1番目)の電荷発生層を指す。[発光ユニットn−1]は(n−1)個の発光ユニットの(n−1)番目の発光ユニットを、[発光ユニットn]はn個の発光ユニットのn番目の発光ユニットを、[CGLn−1]は(n−1)個のCGLのn−1番目のCGLを指す。nは1〜100の整数であり、各々の発光ユニットは同一でも異なっていてもよく、CGLが複数存在する場合、各々のCGLは同一でも異なっていてもよい。
本発明の有機EL素子の発光ユニット、その層構成等について説明する。本発明の発光ユニットは有機化合物層(有機EL層)から構成され、その好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
(i)正孔輸送層/発光層/電子輸送層
(ii)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層
(iii)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
(iv)陽極バッファー層/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
(v)正孔輸送層/発光層1/発光層2/電子輸送層
(vi)正孔輸送層/発光層1/発光層2/正孔阻止層/電子輸送層
(vii)正孔輸送層/発光層1/発光層2/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層
(viii)陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層1/発光層2/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層
(ix)正孔輸送層/発光層1/発光層2/発光層3/電子輸送層
(x)正孔輸送層/発光層1/発光層2/発光層3/正孔阻止層/電子輸送層
(xi)正孔輸送層/発光層1/発光層2/発光層3/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層
(xii)陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層1/発光層2/発光層3/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層
《有機化合物層》
本発明に係る有機化合物層について説明する。
本発明の有機EL素子は、構成層として複数の有機化合物層を有することが好ましく、該有機化合物層としては、例えば、上記の層構成の中で、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層等が挙げられるが、その他、正孔注入層、電子注入層等、有機EL素子の構成層に含有される有機化合物が含有されていれば、本発明に係る有機化合物層として定義される。
更に、陽極バッファー層、陰極バッファー層等に有機化合物が用いられる場合には、陽極バッファー層、陰極バッファー層等も、各々有機化合物層を形成していることになる。
尚、前記有機化合物層には、「有機EL素子の構成層に使用可能な有機EL素子材料」等を含有する層も含まれる。
本発明の有機EL素子としては白色発光層であることが好ましく、これらを用いた表示、照明装置であることが好ましい。本発明の有機EL素子において、複数存在する発光ユニット全てが白色発光層を有していても、異なった発光色を呈する発光ユニットの組み合わせにより白色を呈しても良い。更に、一つの発光ユニットが白色発光を呈する場合、1層、または2層以上の発光層を積層して白色発光層としても良い。更に、発光層間には非発光性の中間層を有していてもよい。
本発明の有機EL素子を構成する各層について説明する。
《電荷発生層(CGL)》
〈電荷発生層の構成層〉
本発明の電荷発生層の層構成について説明する。下記(1)〜(10)に示した層を単独、もしくは任意に複数層組み合わせることで、本発明の電荷発生層として使用できる。
本発明において電荷発生層は少なくとも一層以上から形成される。
電荷発生層は半導体以上の導電性を有することが望ましいが、それに限定されるものではない。
電荷発生層とは電界中において、正孔と電子を発生する層であるが、その発生界面は、電荷発生層内でもよく、また電荷発生層と隣接する他層との界面もしくはその近傍でも良い。
例えば、電荷発生層が一層である場合、電子とホールの電荷発生は電荷発生層内でもよく、もしくは隣接する電荷発生層界面でもよい。
本発明において、更に好ましくは、電荷発生層は二層以上からなり、p型半導体層、n型半導体層の一方もしくは両方を含むことが更に好ましい。
電荷発生層は正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層として機能しても良く、同一の層として用いることが出来るが、電荷発生層とは正孔と電子が発生する層、もしくは複数の発光ユニットを、直列に電気的に連結する有機EL層との界面を持つ層を指す。
本発明における電荷発生層の構成は下記の通りである。
1.発光ユニット/バイポーラー層(一層)/発光ユニット
2.発光ユニット/n型層/p型層/発光ユニット
3.発光ユニット/n型層/中間層/p型層/発光ユニット
上記バイポーラー層とは外部電界により、層内部で正孔、電子を発生・輸送することが出来る層である。
n型層とは、多数キャリアが電子である輸送層であり、半導体以上の導電性を有していることが好ましい。
p型層とは、多数キャリアが正孔である輸送層であり、半導体以上の導電性を有していることが好ましい。
中間層とは、電荷発生能および、長期安定性を向上する上で、必要であれば設けてよく、例えば、n型層およびp型層の拡散防止層やn型層p−n型層間の反応抑制層、p型層とn型層の電荷準位を調整する準位調整層などが挙げられる。
発光ユニットと電荷発生層の間に、更にバイポーラー層、p型層、n型層を有しても良い。
これは発生した電荷を速やかに発光ユニットに注入する場合、必要であれば設けてもよいが、本発明においてこれらの層は発光ユニットに含まれ、電荷発生層とは見なさない。
具体的な電荷発生層であるバイポーラー層、p型層、n型層の例を以下に示すが、これに限定されるものではない。
(1)単一の電子輸送性材料層
(2)複数種の電子輸送性材料混合層
(3)電子輸送性材料とアルカリ(土類)金属塩(もしくはアルカリ(土類)金属前駆体)の混合層
(4)n型半導体層(有機材料、無機材料)
(5)n型導電性ポリマー層
(6)単一の正孔注入・輸送性材料層
(7)複数種の正孔注入・輸送性材料混合層
(8)正孔輸送性材料と金属酸化物の混合層
(9)p型半導体層
(10)p型導電性ポリマー層
前述のとおり、本発明において電荷発生層とは、少なくとも一層以上の層から形成され、電圧印加時、素子の陰極方向に正孔を、陽極方向に電子を注入する機能を有する層を指す。
また、電荷発生層が、二層以上の層から形成されるとき、二層以上の層から成る電荷発生層の層界面は、界面(ヘテロ界面、ホモ界面)を有していても良く、またバルクヘテロ構造、島状、相分離等の多次元的な界面を形成していても良い。
二つの層それぞれの厚さは、1nm以上100nm以下が望ましく、さらに望ましくは10nm以上50nm以下である。
本発明の電荷発生層の光透過率は、発光層から放出される光に対して高い透過率を有することが望ましい。十分に光を取り出し、十分な輝度を得るためには、波長550nmでの透過率が50%以上であることが望ましく、さらに好ましくは80%以上である。
本発明の前記二層以上の層から成る電荷発生層を構成する材料としては、後述の有機化合物、無機化合物を単独もしくは複数種混合して使用することが出来る。
本発明の有機化合物としては、ナノカーボン材料、有機半導体材料(有機アクセプター、有機ドナー)として機能する有機金属錯体化合物、有機塩、芳香族炭化水素化合物、およびその誘導体、複素芳香族炭化水素化合物、およびその誘導体等があげられる。
本発明の無機化合物としては、金属、もしくは無機酸化物、無機塩等が挙げられる。
本発明の電荷発生層を構成する各々の材料として、以下に具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
〈ナノカーボン材料〉
ナノカーボン材料とは粒子径が1ナノメートルから500ナノメートルのカーボン材料を指し、その代表例としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレン及びその誘導体、カーボンナノコイル、カーボンオニオンフラーレン及びその誘導体、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、グラファイトが挙げられる。
特にフラーレン及びフラーレン誘導体が好適に使用できる、本発明におけるフラーレンとは、20個以上の炭素原子から成る12面の五角面と(n/2−10)枚の六角面を持つ閉多面体かご型分子を示し、その誘導体をフラーレン誘導体という。フラーレン骨格の炭素数は20個以上であれば特に限定しないが、好ましくは炭素数60、70、84である。フラーレン及びフラーレン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
フラーレン誘導体(1)中、Rは水素原子または置換基を表し、nは1〜12の整数を表す。
Rで表される好ましい置換基としては、アルキル基(メチル基、エチル基、i−プロピル基、ヒドロキシエチル基、メトキシメチル基、トリフルオロメチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基等)、アリール基(フェニル基、ナフチル基、p−トリル基、p−クロロフェニル基等)、ヘテロアリール基(ピロール基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ベンズイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、トリアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、チエニル基、カルバゾリル基等)、アルケニル基(ビニル基、プロペニル基、スチリル基等)、アルキニル基(エチニル基等)、アルキルオキシ基(メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、ブトキシ基等)、アリールオキシ基(フェノキシ基等)、アルキルチオ基(メチルチオ基、エチルチオ基、i−プロピルキオ基等)、アリールチオ基(フェニルチオ基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルメチルアミノ基等)、アリールアミノ基(アニリノ基、ジフェニルアミノ基等)、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、シアノ基、ニトロ基、非芳香族性複素環基(ピロリジル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、等)、シリル基(トリメチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、トリフェニルシリル基等)等が挙げられ、それぞれの置換基は更に置換基を有していてもよい。
Figure 0006090343
フラーレン誘導体(2−1)〜(2−3)において、R、R、Rは、前記Rと同様にそれぞれ独立して水素または置換基を表し、また、Xは−(CR)m−、または−CH−NR−CH−等で表される二価の基を表す。ここにおいて、R、R、R等の基は水素原子または置換基を表し、nは1〜12の整数を表し、mは1〜4の整数を表す。置換基としては前記Rで表される置換基と同義である。
Figure 0006090343
フラーレン誘導体(3−1)〜(3−7)において、R、R、R、R、R、R、R、R、R〜R13はそれぞれ水素原子または置換基を表し、R〜R13で表される置換基は前記Rと同義である。またnは1〜4の整数を表す。また、Mは遷移金属原子を表し、Lはこの金属原子に配位する配位子を表す。配位子としては、通常の金属錯体において配位子を構成する分子或いはイオンであれば限定はない。また、ここでmは1〜5の整数を表す。
以下に、これらフラーレン及びフラーレン誘導体について例示するが、これらに限定されない。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
Figure 0006090343
Figure 0006090343
〈有機半導体材料〉
(有機ドナー)
有機ドナーとしては、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、テトラチアフルバレン(TTF)誘導体、テトラチアテトラセン(TTT)誘導体、メタロセン誘導体、チオフェン誘導体、イミダゾールラジカル誘導体、縮合多環芳香族炭化水素、アリールアミン誘導体、アジン誘導体、遷移金属配位錯塩誘導体、後述の一般式(N)で表される化合物(a,b,c,d,eは−NRn1−,−CRc1c2−であり、EはN、−CRc3−であり、MはMo,Wであり、n,mは0〜5を表す)、トリアリールアミン誘導体があげられる。
(1)フタロシアニン誘導体の例としては、下記一般式(A)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはH又は金属原子を表す。またフタロシアニン環上に置換基を有してもよい。Mは好ましくは、H、Co、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbである。
Figure 0006090343
フタロシアニン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
(2)ポルフィリン誘導体の例としては、下記一般式(B)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはH又は金属原子を表す。またポルフィリン環上に置換基を有してもよい。Mは好ましくは、H、Co、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbである。
Figure 0006090343
ポルフィリン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
(3)テトラチアフルバレン(TTF)誘導体の例としては、一般式(C)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にS,Se、またはTeであり、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 0006090343
一般式(C)で表されるTTF誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(4)TTT誘導体の例としては、一般式(D)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にS,Se、またはTeであり、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 0006090343
一般式(D)で表されるTTT誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(5)メタロセン誘導体の例としては、フェロセン、コバルトセン、ニッケロセンがあげられ、これらは置換基を有してもよい。
Figure 0006090343
(6)イミダゾールラジカル類としては、光又は熱によりイミダゾールラジカルを生成する化合物であり、具体的には、下記一般式(E)で表される化合物であり、R,R,Rは水素原子又は置換基を表し、RとRは環を形成してもよい。
Figure 0006090343
一般式(E)で表されるイミダゾールラジカル誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(7)縮合多環芳香族炭化水素の例としては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、トリフェニレン、クリセン、テトラセン、ペンタセン、ぺリレン、オバレン、サーカムアントラセン、アンスアンスレン、ピラセンスレン、ルブレンがあげられる。
(8)アリールアミン誘導体の例としては、ジエチルアミノベンゼン、アニリン、トルイジン、アニシジン、クロロアニリン、ジフェニルアミン、インドール、スカトール、p−フェニレンジアミン、デュレンジアミン、N,N,N,Nテトラメチル−p−フェニレンジアミン、ベンジジン、N,N,N,Nテトラメチルベンジジン、テトラキスジメチルアミノピレン、テトラキスジメチルアミノエチレン、ビイミダゾール、m−MDTATA、α−NPDがあげられる。
(9)アジン誘導体の例としては、シアニン色素、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、N,N−ジヒドロジメチルフェナジン、フェノキサジン、フェノチアジンである。
(10)遷移金属配位錯塩誘導体の例としては、下記一般式(F)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にS,Se,TeまたはNRである。Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。また、R,R,R,Rは各々独立に水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。Mは好ましくは、H、Co、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Cr、Ag、Na、CsまたはSbである。
Figure 0006090343
一般式(F)で表される遷移金属配位錯塩誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(11)遷移金属配位錯塩誘導体の例としては、さらに、下記一般式(N)で表される化合物があり、a,b,c,d,eは−NRn1−,−CRc1c2−であり、ここにおいて、Rn1,Rc1,Rc2は各々独立に水素原子又は置換基であり、EはN、−CRc3−であり、Rc3は水素原子又は置換基である。MはMo,Wであり、n,mは0〜5を表す。
Figure 0006090343
一般式(N)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(12)トリアールアミン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(有機アクセプター)
有機アクセプターとしては、キノン誘導体、ポリシアノ誘導体、テトラシノアキノジメタン誘導体、DCNQI誘導体、ポリニトロ誘導体、遷移金属配位錯塩誘導体、フェナントロリン誘導体、アザカルバゾール誘導体、キノリノール金属錯体誘導体、複素芳香族炭化水素化合物、フラーレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、フッ素化複素環誘導体があげられる。
(1)キノン誘導体の例としては、一般式(O)で表される化合物であり、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。R,R,R,Rはハロゲン原子、シアノ基が好ましい。
Figure 0006090343
キノン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(2)ポリシアノ誘導体の例としては、以下の例があげられる。
Figure 0006090343
(3)テトラシノアキノジメタン誘導体の例としては、下記一般式(G)で表される化合物であり、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 0006090343
一般式(G)で表されるテトラシノアキノジメタン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(4)DCNQI誘導体の例としては、一般式(H)で表される化合物であり、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 0006090343
一般式(H)で表されるDCNQI誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(5)ポリニトロ誘導体の例としては、トリニトロベンゼン、ピクリン酸、ジニトロフェノール、ジニトロビフェニル、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、9−ジシアノメチレン2,4,7−トリニトロフルオレノン、9−ジシアノメチレン2,4,5,7−テトラニトロフルオレノンがあげられる。
(6)遷移金属配位錯塩誘導体の例としては、下記一般式(I)または(J)で表される遷移金属配位錯塩もしくはその誘導体を使用できる。遷移金属配位錯塩誘導体の具体例としては、前述の化合物が挙げられる。
Figure 0006090343
ここで、X,X,X,Xは各々独立にS,Se,TeまたはNRである。Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。また、R,R,R,Rは各々独立に水素原子又は置換基である。但し、これらの置換基中、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基等のフッ素置換アルキル基、カルボアルコキシ基等の電子吸引性基を少なくとも一つを有している。また、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。Mは好ましくは、H、Co、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Cr、Ag、Na、CsまたはSbである。また、X〜Xは酸素、硫黄原子、またはイミノ基(=NH)のいずれかを表す。
これらの具体例としては、以下の化合物があげられる。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
(7)フェナントロリン誘導体の例としては、下記一般式(K)で表される化合物であり、R,R,R,R,R,R,R,Rは水素原子又は置換基である。
Figure 0006090343
一般式(K)で表されるフェナントロリン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(8)アザカルバゾール誘導体の例としては、下記一般式(L)で表される化合物であり、X,X,X,X,X,X,X,Xは各々独立にN又はCRである。Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Rは水素原子又は置換基である。
Figure 0006090343
一般式(L)で表されるアザカルバゾール誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
Figure 0006090343
(9)キノリノール金属錯体誘導体の例としては、一般式(M)の部分構造をもつ化合物であり、MはAl、Co、Fe、Mg、Ru、Zn、Cu、Niが好ましい。
Figure 0006090343
一般式(M)で表されるキノリノール金属錯体誘導体の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(10)複素芳香族炭化水素化合物(本発明中、複素芳香族炭化水素化合物は、芳香族炭化水素化合物において炭素原子のうち、1つ以上の原子が酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素などのヘテロ原子で置換されたものを指す。)のうち、特に窒素原子で置換されたピリジン誘導体が好適に使用でき、その具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
Figure 0006090343
(11)ナノカーボン材料の例としては、前述のナノカーボン材料を使用できる。好ましくは前述のフラーレン誘導体が上げられる。
(12)フタロシアニン誘導体の例としては、下記一般式(P)で表される化合物があり、ここにおいて、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。またフタロシアニン環上に置換基を有してもよい。MはV=O、Ti=Oを表す。
Figure 0006090343
具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(13)ポルフィリン誘導体の例としては、下記一般式(Q)で表される化合物であり、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。またポルフィリン環上に置換基を有してもよい。MはV=O、Ti=Oを表す。
Figure 0006090343
具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
(14)フッ素化複素環誘導体の例としては、フッ素化された芳香族炭化水素化合物もしくは、複素芳香族炭化水素化合物が上げられ、好ましくは、フッ化フタロシアニン、フッ化ポルフィリン、フッ化フラーレンがあげられる。
本発明で用いられる置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、ヘテロアリール基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、ヘテロアリールチオ基、ヘテロアリールアルキル基、ヘテロアリールアルコキシ基、ヘテロアリールアルキルチオ基、ヘテロアリールアルケニル基、ヘテロアリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、シアノ基またはニトロ基、ハロゲニル基があげられる。またアリール基とは、芳香族炭化水素から、水素原子1個を除いたものであり、芳香族炭化水素としては、芳香族単環式炭化水素、縮合多環式炭化水素、独立した複数の芳香族単環式炭化水素または縮合多環式炭化水素が結合したものも含まれる。例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ビナフチル基等を挙げることができる。ヘテロアリール基とは、複素芳香族炭化水素から、水素原子1個を除いたものであり、複素芳香族炭化水素としては、前述の芳香族炭化水素環を構成する元素が炭素原子のうち、1つ以上の原子が酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素などのヘテロ原子で置換されたものを指し、複素芳香族単環式炭化水素、複素縮合多環式炭化水素、独立した複数の複素芳香族単環式炭化水素または複素縮合多環式炭化水素が結合したものも含まれる。例えば、ピリジル基、チオフェニル基、ビピリジル基、フェニルピリジニル基、カルバゾリル基、アザカルバゾリル基、イミダゾリル基、ジベンゾフラニル基、イソキノリル基、ジベンゾホスホニル基等を挙げることができる。
また、本発明に用いられる電荷発生層を構成する材料は、低分子量材料、高分子量材料、あるいは高分子重合体中に架橋基(重合成反応基)を有していてもよい。架橋基を利用して、塗布・成膜後に、熱・光・電磁波等々の刺激により多次元架橋を行い、層を不溶化することができる。以下に架橋基を有する具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。また、熱・光重合開始剤や、架橋剤を併用しても構わない。
Figure 0006090343
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〈無機材料〉
本発明の電荷発生層に係る無機化合物層を形成する無機化合物とは、半導体性以上の導電性のある無機化合物が好ましい。
半導体性以上の導電性のある金属、無機塩、無機酸化物を選択することができる。
無機化合物層の形成方法としては、微粒子分散液、前駆体微粒子分散液もしくは前駆体溶液、もしくは溶解液を塗布プロセスにて、塗布し、必要であれば外部からエネルギーを供与することで、無機化合物層を得ることが可能である。
外部エネルギー源としては、熱、光(紫外、可視、赤外など)、電磁波(マイクロ波など)、プラズマ、放電などを選択することが出来るが、好ましくは基材の温度が180℃以下、更に好ましくは130℃以下に保たれる条件が好ましい。外部エネルギーを加えることにより、より導電性の高い膜を形成することができる。また、無機化合物層の伝導帯、価電子帯、フェルミ準位を外部エネルギーで変化させることが出来る。
無機化合物層の形成方法としては、微粒子分散液、前駆体微粒子分散液もしくは前駆体溶液、もしくは溶解液を非吐出型塗布プロセスにて形成するが、微粒子分散液とは、微粒子を水もしくは有機溶剤で分散した分散液である。微粒子とは、好ましくは10μm以下の平均粒径であり、更に好ましくは100nm以下の平均粒径であり、更に好ましくは20nm以下の平均粒径をもつ粒子である。
更に、微粒子分散液について、粒径は揃っている方が好ましい。
無機化合物層を形成するための微粒子分散液としては微粒子金属分散液、微粒子無機酸化物分散液、微粒子無機塩分散液などが挙げられる。
微粒子金属分散液の金属の例としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、亜鉛などの金属が挙げられるが、好ましくは銀、アルミニウムであるがこれに限定するものではない。更に、これらの金属が合金になっていても良い。
微粒子無機酸化物分散液の無機酸化物の例としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、ITO、IZO、In−Ga−Zn−Oxideなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの無機酸化物が混合していても良い。
微粒子無機塩分散液の無機塩とは、銅金属塩(CuIなど)、銀金属塩(AgIなど)、鉄塩(FeClなど)、化合物半導体(ガリウム−ヒ素、カドミウム−セレンなど)、チタン酸塩(SrTiO、BaTiOなど)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらにこれらが混合していても良い。
前駆体微粒子分散液もしくは前駆体溶液は、ゾルゲル反応、酸化、還元反応を用いて、金属もしくは無機酸化物の薄膜を得る前駆体の分散液もしくは溶液である。
ゾルゲル反応によれば、金属のハロゲン化塩、もしくはアルコキシド、酢酸塩などから、加水分解重縮合等を経ることで、無機酸化物を得る事が出来る。
必要であれば、触媒量の水分、酸(無機酸、有機酸)、塩基(無期塩基、有機塩基)、を溶液中に混合し、塗布することで、ゾルゲル反応を迅速に進めることが出来る。
また、得られた無機酸化物膜は、炭素分が多くのこり、完全な無機酸化物膜となっていないことが多く導電性が低い場合がある。必要であれば、外部エネルギーを加えることにより、導電性の高い無機酸化物を得ることが出来る。外部エネルギーとは上記に示したものである。
また、外部エネルギーを加えることで、伝導帯、価電子帯、フェルミ準位を変化させることも出来る。
ゾルゲル反応の金属の例としてはチタン、ジルコニウム、亜鉛、スズ、ニオブ、モリブデン、バナジウムなどが選ばれるが、これらに限定されるものではない。
酸化、還元反応とは、酸化剤、還元剤を入れることで、前駆体を半導体性以上の導電性のある無機化合物に変える方法である。
例えば、AgIを還元することによりAg金属を得ることが出来るように、金属塩と還元剤の組み合わせや、金属と酸化剤で金属酸化物にする等の、金属と酸化剤との組み合わせである。
無機化合物層を得るにあたり、上記の方法を相互に組み合わせることも可能である。
例えば、ゾルゲル法と無機微粒子との組み合わせ、無機塩微粒子と無機塩溶解液の組み合わせ、更には無機化合物と有機化合物の組み合わせを行うこともできる。
有機化合物の例としては、前記に記載の化合物などが用いられる。
無機化合物層の膜厚は1nm〜1μmであるが、好ましくは1nm〜200nmであり、更に好ましくは、1〜20nmである。
以下、複数の発光ユニット間に、電界をかけることで正孔と電子を発生する電荷発生層を有するマルチユニット構造を有する有機EL素子において、発光ユニットを構成する有機化合物層(有機EL層)について詳しく説明する。
《発光層》
本発明の有機EL素子に係る発光層は、電極または電荷発生層、または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
発光層の膜厚の総和は特に制限はないが、膜の均質性や、発光時に不必要な高電圧を印加するのを防止し、且つ、駆動電流に対する発光色の安定性向上の観点から、2nm〜5μmの範囲に調整することが好ましく、さらに好ましくは2nm〜200nmの範囲に調整され、特に好ましくは、10nm〜20nmの範囲である。
発光層の作製には、後述する発光ドーパントやホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の公知の薄膜化法により成膜して形成することができる。
本発明の有機EL素子の発光層には、発光ホスト化合物と、発光ドーパント(リン光発光性ドーパント(リン光発光性ドーパントともいう)や蛍光ドーパント等)の少なくとも1種類とを含有することが好ましい。
発光ホスト化合物とゲスト材料としての発光ドーパントの少なくとも一種を含有することが好ましく、発光ホスト化合物と3種以上の発光ドーパントを含有することがさらに好ましい。以下に発光層に含まれるホスト化合物(発光ホスト等ともいう)と発光ドーパント(発光ドーパント化合物ともいう)について説明する。
(ホスト化合物(発光ホスト等ともいう))
本発明に用いられるホスト化合物について説明する。
ここで、本発明においてホスト化合物とは、発光層に含有される化合物の内でその層中での質量比が20%以上であり、且つ室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義される。好ましくはリン光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。
本発明では、カルバゾール環を部分構造として有する化合物、また、重合性基を有し、且つ、カルバゾール環を部分構造として有する化合物、該化合物の重合体が、ホスト化合物として特に好ましく用いられる。
尚、ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を併用で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することができる。また、後述する発光ドーパントを複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
併用してもよい従来公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ、発光の長波長化を防ぎ、なお且つ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。
従来公知のホスト化合物の具体例としては、以下に示した化合物もしくは以下の文献に記載されている化合物等が挙げられる。
Figure 0006090343
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特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報等。
(発光ドーパント)
本発明に係る発光ドーパントについて説明する。
本発明に係る発光ドーパントとしては、蛍光ドーパント(蛍光性化合物ともいう)、リン光発光性ドーパント(リン光発光体、リン光性化合物、リン光発光性化合物等ともいう)を用いることができるが、より発光効率の高い有機EL素子を得る観点からは、本発明の有機EL素子の発光層や発光ユニットに使用される発光ドーパント(単に、発光材料ということもある)としては、上記のホスト化合物を含有すると同時に、リン光発光性ドーパントを含有することが好ましい。
(リン光発光性化合物(リン光発光性ドーパント))
本発明に係るリン光発光性化合物(リン光発光性ドーパント)について説明する。
本発明に係るリン光発光性化合物は、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には、室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましいリン光量子収率は0.1以上である。
上記リン光量子収率は、第4版実験化学講座7の分光IIの398頁(1992年版、丸善)に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係るリン光発光性化合物は、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
リン光発光性化合物トの発光は原理としては2種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光発光性化合物に移動させることでリン光発光性化合物トからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つはリン光発光性化合物がキャリアトラップとなり、リン光発光性化合物上でキャリアの再結合が起こり、リン光発光性化合物からの発光が得られるというキャリアトラップ型が挙げられる。
上記のいずれの場合においても、リン光発光性化合物の励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
リン光発光性化合物は、有機EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
本発明に係るリン光発光性化合物としては、好ましくは元素周期表で8族〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、さらに好ましくはイリジウム化合物(Ir錯体)、オスミウム化合物、または白金化合物(白金錯体系化合物)、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物(Ir錯体)である。
以下に、リン光発光性化合物として用いられる化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。これらの化合物は、例えば、Inorg.Chem.40巻、1704〜1711に記載の方法等により合成できる。
以下、本発明に係るリン光発光性ドーパントの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006090343
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(蛍光ドーパント(蛍光性化合物ともいう))
蛍光ドーパント(蛍光性化合物)としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、または希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
次に、本発明の有機EL素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。
《注入層:電子注入層、正孔注入層》
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、上記の如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。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層)と電子注入層(陰極バッファー層)とがある。
陽極バッファー層(正孔注入層)は、特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
陰極バッファー層(電子注入層)は、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層(注入層)はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は0.1nm〜5μmの範囲が好ましい。
《阻止層:正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如く有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
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正孔阻止材料からなり、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。
また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
本発明の有機EL素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
正孔阻止層には、前述のホスト化合物として挙げたアザカルバゾール誘導体を含有することが好ましい。
また、本発明においては、複数の発光色の異なる複数の発光層を有する場合、その発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。
更には、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の50質量%以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対しそのイオン化ポテンシャルが0.3eV以上大きいことが好ましい。
イオン化ポテンシャルは化合物のHOMO(最高被占分子軌道)レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば下記に示すような方法により求めることができる。
(1)米国Gaussian社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるGaussian98(Gaussian98、Revision A.11.4,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,Pittsburgh PA,2002.)を用い、キーワードとしてB3LYP/6−31G*を用いて構造最適化を行うことにより算出した値(eV単位換算値)の小数点第2位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
(2)イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Model AC−1」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。
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。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては、好ましくは3nm〜100nmであり、更に好ましくは5nm〜30nmである。
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル;N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(TPD);2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン;N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン;ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン;ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン;N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル;N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル;4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル;N,N,N−トリ(p−トリル)アミン;4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン;N−フェニルカルバゾール、更には米国特許第5,061,569号明細書に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(NPD)、特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)等が挙げられる。
更に、これらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載されているような、所謂p型正孔輸送材料を用いることもできる。さらには後述する重合性化合物または該重合性化合物から導かれる構造単位を有する高分子化合物を含有する本発明の有機EL素子材料を用いることができる、また、上記の材料を併用してもよい。
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができるが、本発明においては塗布法(塗布プロセス)により作製されることが好ましい。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5nm〜200nmである。この正孔輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報の各公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
本発明においては、このようなp性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《電子輸送層》
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。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。
更に上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、GaまたはPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。
その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にn型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。
電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5nm〜200nmである。電子輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたn性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
本発明においては、このようなn性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、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)、SnO、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。
また、IDIXO(In−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。
あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。
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。更に膜厚は材料にもよるが、通常10nm〜1000nm、好ましくは10nm〜200nmの範囲で選ばれる。
《陰極》
一方、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(Al)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(Al)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、銀ナノインク等金属ナノ粒子の分散液を塗布成膜し、その後の加熱焼成によって形成した金属箔膜を使用しても良い。
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10nm〜5μm、好ましくは50nm〜200nmの範囲で選ばれる。尚、発光した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。
また、陰極に上記金属を1nm〜20nmの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
《支持基板》
本発明の有機EL素子及び転写材料に用いることのできる支持基板(以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう)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、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。
好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、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。
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン(商品名JSR社製)あるいはアペル(商品名三井化学社製)といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が0.01g/(m・24h)以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、10−3ml/(m・24h・MPa)以下、水蒸気透過度が、10−5g/(m・24h)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。
無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
本発明の有機EL素子の発光の室温における外部取り出し効率は、1%以上であることが好ましく、より好ましくは5%以上である。
ここに、外部取り出し量子効率(%)=有機EL素子外部に発光した光子数/有機EL素子に流した電子数×100である。
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機EL素子からの発光色を蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機EL素子の発光のλmaxは480nm以下が好ましい。
《封止》
本発明に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に問わない。
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。更には、ポリマーフィルムは、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10−3ml/(m・24h・MPa)以下、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が1×10−3g/(m・24h)以下のものであることが好ましい。
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。
また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
なお、有機EL素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。
これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。
封止部材と有機EL素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。
特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量且つ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
《光取り出し》
有機EL素子は空気よりも屈折率の高い(屈折率が1.7〜2.1程度)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15%から20%程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。
これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法(米国特許第4,774,435号明細書)、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法(特開昭63−314795号公報)、素子の側面等に反射面を形成する方法(特開平1−220394号公報)、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法(特開昭62−172691号公報)、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法(特開2001−202827号公報)、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法(特開平11−283751号公報)等がある。
本発明においては、これらの方法を本発明の有機EL素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5〜1.7程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。また、更に1.35以下であることが好ましい。
また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の2倍以上となるのが望ましい。これは低屈折率媒質の厚みが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
全反射を起こす界面もしくはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。
この方法は回折格子が1次の回折や2次の回折といった所謂ブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間もしくは、媒質中(透明基板内や透明電極内)に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な1次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。
しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
回折格子を導入する位置としては前述の通り、いずれかの層間もしくは媒質中(透明基板内や透明電極内)でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約1/2〜3倍程度が好ましい。
回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、2次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
《集光シート》
本発明の有機EL素子は基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10μm〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のLEDバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム(BEF)等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
また、発光素子からの光放射角を制御するために、光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、(株)きもと製拡散フィルム(ライトアップ)等を用いることができる。
《有機EL素子の作製方法》
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1/発光層1/電子輸送層1/電荷発生層/正孔輸送層2/発光層2/電子輸送層2/電子注入層/陰極からなる有機EL素子の作製法を説明する。
まず適当な基体上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10nm〜200nmの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陽極を作製する。
次に、有機EL素子材料である正孔注入層、正孔輸送層1、発光層1、電子輸送層1、電荷発生層、正孔輸送層2、発光層2、電子輸送層2、電子注入層の有機化合物薄膜を、転写用の支持体の上にそれぞれ独立に形成して、正孔注入層の転写材料から、電子注入層の転写材料を9枚作製する。
これら各層の形成方法としては、前記の如く蒸着法、塗布プロセス(スリットコート法、ダイコート法、スピンコート法、キャスト法、印刷法)等があるが、均質な膜が得られやすく、且つ、ピンホールが生成しにくい等の点から、本発明においてはスリットコート法、ダイコート法、スピンコート法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
上記各構成層を塗布により形成する場合、塗布に用いる各種の有機EL材料を溶解または分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノ等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、1−ブタノール等のアルコール類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。
また分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
これらの各層が形成された転写材料を作製後、それぞれの層を以下の方法で形成する。
まず、基体上に所望の陽極を形成した陽極層の上に、正孔注入層の転写材料の正孔注入層側を重ね合わせ、正孔注入層の転写材料の支持体側から0.3MPa以上の加圧力の1対のローラー(一方が130℃以上の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより正孔注入層の転写材料の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、陽極層の上面に正孔注入層を形成した。以下、正孔注入層、正孔輸送層1、発光層1、電子輸送層1、電荷発生層、正孔輸送層2、発光層2、電子輸送層2、電子注入層の順序で正孔注入層の形成と同様にして、転写材料から転写して各有機層を形成した。
次に、電子注入層まで作製した試料の電子注入層の上に陰極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは、50nm〜200nmの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機EL素子が得られる。
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層2、発光層2、正孔輸送層2、電荷発生層、電子輸送層1、発光層1、正孔輸送層1、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。
このようにして得られた有機EL素子に、直流電圧を印加する場合には陽極を+、陰極を−の極性として電圧2〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
《用途》
本発明の有機EL素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置(家庭用照明、車内照明)、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
本発明の有機EL素子においては、必要に応じ成膜時にメタルマスクや印刷法等でパターニングを施してもよい。
パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもよいし、電極と発光層をパターニングしてもよいし、素子全層をパターニングしてもよく、素子の作製においては、従来公知の方法を用いることができる。
本発明の有機EL素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)で測定した結果をCIE色度座標に当てはめたときの色で決定される。
また、本発明の有機EL素子が白色素子の場合には、白色とは、2度視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、1000cd/mでのCIE1931表色系における色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.1の領域内にあることをいう。
《表示装置》
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、本発明の有機EL素子を具備したものである。
本発明の表示装置は単色でも多色でもよいが、ここでは多色表示装置について説明する。多色表示装置の場合は発光層形成時のみシャドーマスクを設け、一面に蒸着法、スリットコート法、ダイコート法、キャスト法、スピンコート法、印刷法等で膜を形成できる。
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、スリットコート法、ダイコート法、スピンコート法、印刷法である。
表示装置に具備される有機EL素子の構成は、必要に応じて上記の有機EL素子の構成例の中から選択される。
また、有機EL素子の製造方法は、上記の本発明の有機EL素子の製造の一態様に示したとおりである。
得られた多色表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として電圧2V〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。更に交流電圧を印加する場合には、陽極が+、陰極が−の状態になったときのみ発光する。尚、印加する交流の波形は任意でよい。
多色表示装置は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。表示デバイス、ディスプレイにおいて、青、赤、緑発光の3種の有機EL素子を用いることによりフルカラーの表示が可能となる。
表示デバイス、ディスプレイとしては、テレビ、パソコン、モバイル機器、AV機器、文字放送表示、自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。
発光光源としては家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
《照明装置》
本発明の照明装置について説明する。本発明の照明装置は上記有機EL素子を有する。
本発明の有機EL素子に共振器構造を持たせた有機EL素子として用いてもよく、このような共振器構造を有した有機EL素子の使用目的としては、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。また、レーザ発振をさせることにより上記用途に使用してもよい。
また、本発明の有機EL素子は照明用や露光光源のような一種のランプとして使用してもよいし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置(ディスプレイ)として使用してもよい。
動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は、単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。または、異なる発光色を有する本発明の有機EL素子を2種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
また本発明の有機EL材料は照明装置として、実質白色の発光を生じる有機EL素子に適用できる。複数の発光材料により複数の発光色を同時に発光させて混色により白色発光を得る。複数の発光色の組み合わせとしては、青色、緑色、青色の3原色の3つの発光極大波長を含有させたものでもよいし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した2つの発光極大波長を含有したものでもよい。
また複数の発光色を得るための発光材料の組み合わせは、複数のリン光または蛍光で発光する材料を複数組み合わせたもの、蛍光またはリン光で発光する発光材料と、発光材料からの光を励起光として発光する色素材料との組み合わせたもののいずれでもよいが、本発明に係る白色有機EL素子においては、発光ドーパントを複数組み合わせ混合するだけでよい。
発光層、正孔輸送層あるいは電子輸送層等の形成時のみマスクを設け、マスクにより塗り分ける等単純に配置するだけでよく、他層は共通であるのでマスク等のパターニングは不要であり、一面に蒸着法、スリットコート法、ダイコート法、キャスト法、スピンコート法、印刷法等で例えば電極膜を形成でき、生産性も向上する。
この方法によれば、複数色の発光素子をアレー状に並列配置した白色有機EL装置と異なり、素子自体が発光白色である。
発光層に用いる発光材料としては特に制限はなく、例えば、液晶表示素子におけるバックライトであれば、CF(カラーフィルター)特性に対応した波長範囲に適合するように、本発明に係る金属錯体、また公知の発光材料の中から任意のものを選択して組み合わせて白色化すればよい。
以下実施例により本発明を説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。
実施例
≪転写材料の作製≫
(A)転写材料Aの作製
(塗布液の作製)
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する正孔輸送層塗布液をワイヤーバーを用いて塗布し、室温で乾燥させることにより、膜厚40nmの正孔輸送層を支持体上に形成した転写材料Aを作製した。
(塗布液の作製)
ADS−254(American Dye Source, Inc製) 4g
ジクロロエタン 150ml
(B)転写材料Bの作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する発光層塗布液をワイヤーバーを用いて塗布し、室温で乾燥させることにより、膜厚40nmの発光層を支持体上に形成した転写材料Bを作製した。
(塗布液の作製)
OC−43(MW=5000) 8.3g
D−1 1.6g
D−20 0.05g
ジクロロエタン 300ml
(C)転写材料Cの作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する電子輸送層塗布液をワイヤーバーを用いて塗布し、室温で乾燥させることにより、膜厚20nmの電子輸送層を支持体上に形成した転写材料Cを作製した。
(塗布液の作製)
OC−109(MW=6000) 4g
ジクロロエタン 200ml
(D)転写材料Dの作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有するn型電界発生層用塗布液をワイヤーバーを用いて塗布し、室温で乾燥させることにより、膜厚20nmのn型電界発生層を支持体上に形成した転写材料Dを作製した。
(塗布液の作製)
DB−1 5g
DF−9 5g
ジクロロエタン 100ml
(E)転写材料Eの作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有するp型電界発生層用塗布液をワイヤーバーを用いて塗布し、室温で乾燥させることにより、膜厚20nmのp型電界発生層を支持体上に形成した転写材料Dを作製した。
(塗布液の作製)
AC−9 3g
ジクロロエタン 60ml
≪有機EL素子(有機エレクトロルミネッセンス素子)1−1の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
次にこの基板の第1正孔輸送層面と前記転写材料Aの正孔輸送層側とを重ね合わせ、転写材料Aの支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Aの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、前記第1正孔輸送性有機層の上面に第2正孔輸送層1を形成した。
同様に、第2正孔輸送層1の上面に転写材料Bの発光層側を重ね、転写材料Bの支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Bの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、第2正孔輸送層1の上面に発光層1を形成した。
次に、発光層1の上面に転写材料Cの電子輸送層側を重ね、転写材料Cの支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Cの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、発光性層1の上面に電子輸送層1を形成した。
次に、電子輸送層1の上面に転写材料Dのn型電荷発生層側を重ね、転写材料Dの支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Dの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、電子輸送層1の上面にn型電荷発生層を形成した。
次に、n型電荷発生層の上面に転写材料Eのp型電荷発生層側を重ね、転写材料Eの支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Eの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、n型電荷発生層の上面にp型電荷発生層を形成した。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記転写材料A、B、Cの順に転写し、第2正孔輸送層2、発光層2、電子輸送層2を形成した。続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiFの電子注入層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子1−1を作製した。
≪有機EL素子1−2の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
この第1正孔輸送層上に、4gのADS−254(American Dye Source, Inc製)をジクロロエタン60mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜したのち、室温で乾燥し、膜厚40nmの第2正孔輸送層を形成した。
この第2正孔輸送層上に、4.1gのOC−110と0.8gのD−1、0.025gのD−20をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−110の重合基を光硬化し、膜厚40nmの不溶化した発光層を設けた。
次に、この発光層上に、2.5gのOC−107をヘキサフルオロイソプロパノール50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−107の重合基を光硬化し、膜厚20nmの不溶化した電子輸送層を設けた。
次に、この電子輸送層上に、2.5gのDBp−6と2.5gのAIp−4をジクロロベンゼン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、DBp−6とAIp−4の重合基を光硬化し、膜厚20nmの不溶化したn型電荷発生層を設けた。
次に、このn型電荷発生層上に、8.5gのACp−3と1.5gのACp−2をクロロベンゼン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、ACp−3とACp−2の重合基を光硬化し、膜厚20nmの不溶化したp型電荷発生層を設けた。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に、前記と同様に成膜した。
続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiF層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子1−2を作製した。
Figure 0006090343
≪有機EL素子1−3の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
この第1正孔輸送層上に、4gのADS−254(American Dye Source, Inc製)をジクロロエタン60mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜したのち、120℃で1時間乾燥し、膜厚40nmの第2正孔輸送層を形成した。
この第2正孔輸送層上に、4.1gのOC−43(MW=5000)と0.8gのD−1、0.025gのD−20を酢酸ブチル50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚40nmの発光層を設けた。
次に、この発光層上に、2.5gのOC−109(MW=6000)をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間乾燥し、膜厚20nmの電子輸送層を形成した。
次に、この電子輸送層上に、2.5gのDB−1と2.5gのDF−9をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚20nmのn型電荷発生層を設けた。
次に、このn型電荷発生層上に、10gのAC−9をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚20nmのp型電荷発生層を設けた。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に、前記と同様に成膜した。
続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiF層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子1−3を作製した。
しかしながら、電子輸送層積層時に下層の溶解による伴う流出が認められ、その結果、下層が溶けだしてしまい、成膜できなかった。
≪有機EL素子1−1〜1−3の評価≫
得られた有機EL素子の評価に際しては、製造後の各有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚み300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材として、エポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極上に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して、硬化させて、封止して、照明装置を形成し、外部取り出し量子効率、駆動電圧、初期の輝度変化を評価した。また、各々の評価項目における条件を以下に示す。
《初期の輝度変化》
初期の輝度変化ΔLは初期輝度3000cd/mでの定電流駆動において、100hr後の輝度変化を示す。
ΔL=100hr時間後の輝度/初期輝度(3000cd/m)×100
有機EL素子1−2における輝度の変化(ΔL)100として、それぞれの素子の輝度の変化(ΔL)を相対値で表した。
《外部取りだし量子効率》
有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm定電流を印加した時の外部取り出し量子効率(%)を測定した。尚、測定には分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。比較例1での値を100とした時の相対評価を行った(EQE)。
《駆動電圧》
有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm定電流を印加した時の電圧を測定した。比較例1での値を100とした時の相対評価を行った。
得られた結果を表1に示す。
Figure 0006090343
表1の結果から明らかなように、転写法を用いたプロセスでは適用できる材料の選択の幅が広く、また、ウェットプロセスで作製した素子よりも高い性能の素子を作製できた。
実施例2
≪有機EL素子2−1の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
この第1正孔輸送層上に、4gのADS−254(American Dye Source, Inc製)をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜したのち、室温で乾燥し、膜厚40nmの第2正孔輸送層を形成した。
この第2正孔輸送層上に、10gのOC−112と0.9gのD−1、0.04gのD−20をジクロロエタン12mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−112の重合基を光硬化し、不溶化した発光層を設けた。
次に、この発光層上に、5gのOC−113をヘキサフルオロイソプロパノール10mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−113の重合基を光硬化し、不溶化した電子輸送層を設けた。
次に、この電子輸送層上に、5gのDDp−1と5gのAGp−2をジクロロベンゼン15mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、DDp−1とAGp−2の重合基を光硬化し、不溶化したn型電荷発生層を設けた。
次に、このn型電荷発生層上に、3gのDAmp−2と3gのAG−6をクロロベンゼン8mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、DAmp−2とAG−6の重合基を光硬化し、膜厚20nmの不溶化したp型電荷発生層を設けた。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に、前記と同様に成膜した。
続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiF層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子2−1を作製した。
≪有機EL素子2−2の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
この第1正孔輸送層上に、4gのADS−254(American Dye Source, Inc製)をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜したのち、室温で乾燥し、膜厚40nmの第2正孔輸送層を形成した。
この第2正孔輸送層上に、10gのOC−36と0.9gのD−1、0.04gのD−20を酢酸ブチル12mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥しの発光層を設けた。
次に、この発光層上に、5gのOC−111を1−ブタノール10mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間乾燥し、膜厚20nmの電子輸送層を形成した。
次に、この電子輸送層上に、5gのDD−4と5gのAG−18をジクロロエタン15mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥し、n型電荷発生層を設けた。
次に、このn型電荷発生層上に、3gのDAm−7と3gのAG−6をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、スピンコート法により成膜し、120℃で1時間加熱乾燥し、p型電荷発生層を設けた。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に、前記と同様に成膜した。
続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiF層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子2−2を作製した。
しかしながら、n型電荷発生層積層時に下層の溶解による伴う流出が認められ、その結果、下層が溶けだしてしまい、成膜できなかった。
≪有機EL素子2−3≫
≪転写材料の作製≫
(A)転写材料A’の作製
(塗布液の作製)
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する正孔輸送層塗布液を2500rpm、30秒でスピンコート法で成膜した後、室温で乾燥させることにより、正孔輸送層を支持体上に形成した転写材料A’を作製した。
(塗布液の作製)
ADS−254(American Dye Source, Inc製) 4g
ジクロロエタン 50ml
(B)転写材料B’の作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する発光層塗布液を1500rpm、30秒でスピンコート法で成膜した後、室温で乾燥させることにより、発光層を支持体上に形成した転写材料B’を作製した。
(塗布液の作製)
OC−36 10g
D−1 0.9g
D−20 0.04g
ジクロロエタン 12ml
(C)転写材料C’の作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有する電子輸送層塗布液を1500rpm、30秒でスピンコート法で成膜した後、室温で乾燥させることにより、電子輸送層を支持体上に形成した転写材料C’を作製した。
(塗布液の作製)
OC−111 5g
ジクロロエタン 10ml
(D)転写材料D’の作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有するn型電界発生層用塗布液を1500rpm、30秒でスピンコート法で成膜した後、室温で乾燥させることにより、n型電界発生層を支持体上に形成した転写材料D’を作製した。
(塗布液の作製)
DD−4 5g
AG−18 5g
ジクロロエタン 15ml
(E)転写材料E’の作製
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、下記組成を有するp型電界発生層用塗布液を1500rpm、30秒でスピンコート法で成膜した後、室温で乾燥させることにより、p型電界発生層を支持体上に形成した転写材料E’を作製した。
(塗布液の作製)
DAm−7 3g
Ag−6 3g
ジクロロエタン 8ml
≪有機EL素子2−3の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
次にこの基板の第1正孔輸送層面と前記転写材料A’の正孔輸送層側とを重ね合わせ、転写材料A’の支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料A’の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、前記第1正孔輸送性有機層の上面に第2正孔輸送層1を形成した。
同様に、第2正孔輸送層1の上面に転写材料B’の発光層側を重ね、転写材料B’の支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料B’の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、第2正孔輸送層1の上面に発光層1を形成した。
次に、発光層1の上面に転写材料C’の電子輸送層側を重ね、転写材料C’の支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料C’の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、発光性層1の上面に電子輸送層1を形成した。
次に、電子輸送層1の上面に転写材料D’のn型電荷発生層側を重ね、転写材料D’の支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料D’の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、電子輸送層1の上面にn型電荷発生層を形成した。
次に、n型電荷発生層の上面に転写材料E’のp型電荷発生層側を重ね、転写材料E’の支持体側から0.3MPaの加圧力の1対のローラー(一方が160℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料E’の支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、n型電荷発生層の上面にp型電荷発生層を形成した。
さらに、p型電荷発生層の上面に前記転写材料A’、B’、C’の順に転写し、第2正孔輸送層2、発光層2、電子輸送層2を形成した。続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiFの電子注入層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子2−3を作製した。
以下、表2に示す材料に変更した以外は実施例2−3と同様の方法で有機EL素子2−4〜2−9を作製した。
表中の発光ドーパント及び電荷発生層において、コロン(:)は複数種の材料の混合からなることを示し、混合したときの各材料の質量比率を括弧内に示すが、特に示していない場合は等分(2成分の場合は、50質量%:50質量%)とする。
作製した素子については、前記同様にして、製造後の各有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚み300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材として、エポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極上に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して、硬化させて、封止して照明装置を形成し、外部取り出し量子効率、駆動電圧、初期の輝度変化を前記同様の評価方法により評価した。また、駆動時の電圧上昇については下記の条件で評価した。
<駆動時の電圧上昇>
駆動時の電圧上昇ΔVは、初期輝度3000cd/cmでの定電流駆動における電圧と、輝度半減時における電圧の比を表す。
ΔV=輝度半減時の電圧/初期電圧×100
Figure 0006090343
実施例3
≪転写材料の作製≫
≪転写材料A≫
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、5gのDAp−2をクロロベンゼン10mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒の条件でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、DAp−2の重合基を光硬化し、不溶化したn型電荷発生層を設けた。
次にこのn型電荷発生層上に3gのOC−106を1,1,1−3,3,3−ヘキサフルオロイソプロパノール50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−106の重合基を光硬化し、不溶化した電子輸送層を設けた。
次にこの電子輸送層上に5gのOC−38と、0.1gのD−34をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−38の重合基を光硬化し、不溶化した発光層を設けた。
次に、この発光層上に5gのOC−97をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−97の重合基を光硬化し、不溶化した第2正孔輸送層を設けた。
≪転写材料B≫
厚さ4.5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上に、3gのOC−106を1,1,1−3,3,3−ヘキサフルオロイソプロパノール50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−106の重合基を光硬化し、不溶化した電子輸送層を設けた。
次にこの電子輸送層上に5gのOC−38と、0.1gのD−34をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−38の重合基を光硬化し、不溶化した発光層を設けた。
次に、この発光層上に5gのOC−97をジクロロエタン50mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒でスピンコート法により成膜し、成膜後、低圧水銀灯(15mW/cm)を30秒、130℃でUV照射することで、OC−97の重合基を光硬化し、不溶化した第2正孔輸送層を設けた。
さらにこの第2正孔輸送層上に、5gのDB−11と5gのAI−8をクロロベンゼン10mlに溶解した溶液を用い、1500rpm、30秒の条件でスピンコート法により成膜し、室温で乾燥し、p型電荷発生層を設けた。
≪有機EL素子3の作製≫
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)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イソ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分間行なった。
この基盤を市販のスピンコータに取り付け、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ネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を3000rpm、30秒でスピンコート法により成膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
次にこの基板の第1正孔輸送層面と前記転写材料Aの第2正孔輸送層側とを重ね合わせ、転写材料Aの支持体側から0.2MPaの加圧力の1対のローラー(一方が130℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Aの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、前記第1正孔輸送性有機層の上面に第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層、n型電荷発生層を含むユニット1を形成した。
同様に、ユニット1のn型電荷発生層の上面に転写材料Bのp型電荷発生層側を重ね、転写材料Aの支持体側から0.2MPaの加圧力の1対のローラー(一方が130℃の加熱ローラー)の間を0.05m/分の速度で通すことにより転写材料Bの支持体側から加熱しながら加圧した。次いで、支持体を引きはがすことにより、前記第1正孔輸送性有機層の上面にp型電荷発生層、第2正孔輸送層、発光層、電子輸送層を含むユニット2を形成した。
続いて、この基板を真空蒸着措置の基板ホルダーに固定し、真空蒸着装置に取り付けた。真空層を4×10−4Paまで減圧した後、LiFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、前記電子輸送層の上に0.5nmのLiF層を形成し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、2つの発光ユニットと1つのCGL層を有する有機EL素子3を作製した。
得られた有機EL素子3に通電したところ、十分な青色の光が得られた。

Claims (7)

  1. 陽極と陰極の間に、電界をかけることで正孔と電子を発生する電荷発生層と、前記電荷発生層を挟んで介在された複数の発光ユニットとを含む積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
    含ハロゲン溶媒を含む塗布液を用いて成膜し、乾燥させることにより、転写材料を作製する工程と、
    前記転写材料を転写法により転写して積層し、少なくとも1層の前記電荷発生層を形成する工程と、
    を有し、
    前記発光ユニットは複数の有機化合物層から構成されており、
    前記有機化合物層には少なくとも1層以上の発光層を含み、
    前記電荷発生層と前記発光層の間には、非発光性層を有し、
    前記電荷発生層は、下記有機ドナーのいずれか、及び下記有機アクセプターのいずれかを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
    有機ドナー:下記一般式(A)で表されるフタロシアニン誘導体、下記一般式(B)で表されるポルフィリン誘導体、分子内に架橋基を有するテトラチアテトラセン(TTT)誘導体、メタロセン誘導体、イミダゾールラジカル誘導体、または、下記一般式(F)で表される遷移金属配位錯塩誘導体
    Figure 0006090343
    〔式(A)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Ni、Na、CsまたはSbを表す。フタロシアニン環上には置換基を有してもよい。〕
    Figure 0006090343
    〔式(B)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbを表す。ポルフィリン環上には置換基を有してもよい。〕
    Figure 0006090343
    〔式(F)中、X,X,X,X はSである。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Na、CsまたはSbであり、R,R,R,Rは各々独立にアリール基またはアルケニル基である。〕
    有機アクセプター:下記一般式(O)で表されるキノン誘導体、縮合芳香族炭化水素環もしくは縮合芳香族複素環を有するポリシアノ誘導体、下記一般式(H)で表されるDCNQI誘導体、下記一般式(I)で表される遷移金属配位錯塩誘導体、分子内に単環のピリジン環を1つ以上有する複素芳香族炭化水素化合物、または、下記一般式(P)で表されるフタロシアニン誘導体
    Figure 0006090343
    〔式(O)中、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。R,R,R,Rの少なくとも1つ以上はシアノ基である。〕
    Figure 0006090343
    〔式(H)中、R,R,R,Rは水素原子又は置換基であり、RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。〕
    Figure 0006090343
    〔式(I)中、X,X,X,X はSである。R ,R,R,Rは各々独立にアルキル基、シアノ基、スルフィド基、パーフルオロメチル基、エステル基またはアリール基である。但し、これらの置換基中、フッ素置換アルキル基、電子吸引性基を少なくとも一つ有している。RとR、RとRは互いに結合して環を形成してもよい。MはCo、Fe、Mg、Li、Ru、Zn、Cu、Ni、Cr、Ag、Na、CsまたはSbである。〕
    Figure 0006090343
    〔式(P)中、X,X,X,Xは各々独立にN又は−CRであり、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。フタロシアニン環上には置換基を有してもよい。MはV=O、Ti=Oを表す。〕
  2. 前記電荷発生層は、少なくとも2層以上の層から成ることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  3. 前記含ハロゲン溶媒は、ハロゲン化炭化水素であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  4. 前記電荷発生層は、前記有機ドナーを2種以上含むことを特徴とする請求項1〜3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の製造方法。
  5. 前記電荷発生層は、前記有機アクセプターを2種以上含むことを特徴とする請求項1〜4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の製造方法。
  6. 前記非発光性層は、下記非発光性層から選択される層であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
    非発光性層:リン光量子収率が0.1未満の化合物から成る層、または、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、導電性高分子オリゴマー、もしくは、チオフェンオリゴマーから選択される化合物から成る層
  7. 前記リン光量子収率が0.1未満の化合物は、カルバゾール環を部分構造として有する化合物、重合性基を有し、且つ、カルバゾール環を部分構造として有する化合物、または、該化合物の重合体から選択される化合物であることを特徴とする請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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