JPWO2009116414A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Abstract

白色発光効率が改善された有機エレクトロルミネッセンス素子、更にはウェットプロセスのような簡便なプロセスでも製造可能な有機エレクトロルミネセンス素子は、基板上に少なくとも陽極、陰極、該陽極、陰極間に挟まれた発光層、及び正孔輸送層を少なくとも有し、得られる発光色が白色である有機エレクトロルミネッセンス素子において、該発光層が少なくともλmaxの異なる2種以上のリン光ドーパントを含有し、且つ該発光層と該正孔輸送層の間に中間層が設けられていることを特徴とする。

Description

本発明は有機エレクトロルミネセンス素子に関する。詳しくは、白色発光効率が改善された有機エレクトロルミネッセンス素子。更には、ウェットプロセスのような簡便なプロセスでも製造可能な有機エレクトロルミネセンス素子に関する。
発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(以下、ELDと略記する)がある。ELDの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子(以下、無機EL素子とも言う)や有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子とも言う)が挙げられる。無機EL素子は平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光する化合物を含有する発光層を陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光する素子である。数V〜数十V程度の電圧で発光が可能であり、更に自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、従来実用に供されてきた主要な光源、例えば、発光ダイオードや冷陰極管と異なり、面光源であることも大きな特徴である。この特性を有効に活用できる用途として、照明用光源や様々なディスプレイのバックライトがある。特に近年、需要の増加が著しい液晶フルカラーディスプレイのバックライトとして用いることも好適である。
有機エレクトロルミネッセンス素子をこのような照明用光源、あるいはディスプレイのバックライトとして実用するための課題として発光効率の向上が挙げられる。発光効率は、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する発光層と隣接する正孔輸送層とのエネルギーの関係に大きく関わる。異なる二層間にそれぞれの成分が連続的に混合した混合層を設ける技術が開示されて(例えば、特許文献1参照)いる。これは層間の注入障壁を緩和するのに有効であるが、燐光発光性発光層と正孔輸送層間にこのような混合層が存在すると、燐光発光材料の励起エネルギーが正孔輸送材料に移動してしまい、発光効率が低下してしまう場合がある。特に三重項励起エネルギーの大きい青色燐光発光材料を含む発光層を用いた場合、その傾向は顕著であり、更に青色燐光発光材料、緑色燐光発光材料、赤色燐光発光材料等を混合して白色発光層を形成する場合、緑と赤の発光は青色発光材料からのエネルギー移動により生じると考えられる。前記混合層の正孔輸送材料にエネルギー移動が生じた場合、発光効率の低下のみならず、白色色度の不安定化をもたらす。
一方、反応性有機化合物を正孔輸送材料として用い、3次元架橋膜とすることで正孔輸送層と発光層の混合を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この技術により励起エネルギーの正孔輸送材料への漏れはある程度抑制されるものの、特に白色燐光発光層との組合せにおいてはその効果は充分とは言えない。3次元硬化膜を形成する際の膜収縮等の要因により、正孔輸送層と発光層の界面に乱れが生じ、結果として層間混合に近い状態となっているためと考えられる。
特開2007−42312号公報 特許3157589号公報
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、白色発光効率が改善された有機エレクトロルミネッセンス素子、更にはウェットプロセスのような簡便なプロセスでも製造可能な有機エレクトロルミネセンス素子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。
1.基板上に少なくとも陽極、陰極、該陽極、陰極間に挟まれた発光層、及び正孔輸送層を少なくとも有し、得られる発光色が白色である有機エレクトロルミネッセンス素子において、該発光層が少なくともλmaxの異なる2種以上のリン光ドーパントを含有し、且つ該発光層と該正孔輸送層の間に中間層が設けられてい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。
2.前記中間層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TI)と前記正孔輸送層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TH)が下記式で表される関係に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。
I > TH
3.前記中間層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TI)、前記正孔輸送層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TH)及び前記発光層に含まれるうち最もλmaxが短波のリン光ドーパントの励起三重項エネルギー(TL)がそれぞれ下記式を満たす関係に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。
I > TH
I > TL
4.前記発光層がウェットプロセスで形成されることを特徴とする前記1〜3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。
5.前記正孔輸送層を構成する材料が下記反応性基を有する有機化合物であり、製膜後に外部より与えられるエネルギーによって重合し、有機溶媒に不溶となる材料であることを特徴とする前記1〜4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。
6.前記外部より与えられるエネルギー源が紫外線であることを特徴とする前記5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7.前記反応性基を有する有機化合物が下記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする前記5または6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、Ar1〜Ar5は置換または非置換のフェニル基またはナフチル基を表す。Ar1〜Ar5の少なくとも一つに下記反応性基を有する。nは1または2の整数を表す。)
8.前記中間層を構成する材料が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする前記1〜7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。
(式中、XはO、SまたはNR0を表し、R0〜R8は水素原子または置換基を有しても良いアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。但し、式中いずれかの部位に下記反応性基を少なくとも一つ有する。)
9.前記中間層を構成する材料が下記一般式(3)で表される化合物であることを特徴とする前記1〜7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。
(式中、Z1及びZ2は5〜7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。L1はX1、X2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。m1は1、2または3の整数を表し、m2は0、1または2の整数を表すが、m1+m2は2または3である。また、式中いずれかの部位に下記反応性基を少なくとも一つ有する。)
本発明により、白色発光効率が改善され、しかもウェットプロセスのような簡便なプロセスでも製造可能な有機エレクトロルミネセンス素子を提供することができた。
本発明を更に詳しく説明する。以下、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の各構成要素の詳細について、順次説明する。
《有機EL素子の層構成》
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。
(i)陽極/正孔輸送層/中間層/発光層ユニット/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/中間層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/中間層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(iv)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/中間層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、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。
発光層の膜厚は特に制限はないが、形成する膜の均質性や、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、2〜200nmの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは5nm以上、100nm以下の範囲に調整される。
本発明の請求の範囲4に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層は、ウェットプロセスにより形成される。既知のウェットプロセスの塗布方法としては、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、スプレー法、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ピンコート法、インクジェット法、スプレー法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
以下に、発光層に含まれる発光ドーパント、ホスト合物について説明する。
(ホスト化合物(発光ホスト等とも言う))
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未満の化合物である。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。
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、また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。
また、本発明に用いられる発光ホストとしては、従来公知の低分子化合物でも繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物(蒸着重合性発光ホスト)でもよい。
併用してもよい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。
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。
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、より発光効率の高い有機EL素子を得る観点からリン光ドーパントを用いる。
(リン光ドーパント)
本発明に係るリン光ドーパントについて説明する。本発明に係るリン光ドーパントは、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以上の化合物であり、好ましいリン光量子収率は0.1以上である。
本発明においては、発光層にλmaxの異なる2種以上のリン光ドーパントを含有している。
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ドーパントは、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。
リン光ドーパントの最低励起三重項エネルギーは、リン光ドーパントのリン光スペクトルを測定し、リン光スペクトルの短波側の立ち上がり波長から求めることができる。請求の範囲3に係る発明においては、発光層に含まれるうち最もλmaxが短波のリン光ドーパントの最低励起三重項エネルギーが中間層材料の最低励起三重項エネルギーより小さい。
リン光ドーパン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ドーパントに移動させることでリン光ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つはリン光ドーパントがキャリアトラップとなり、リン光ドーパント上でキャリアの再結合が起こりリン光ドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型である。いずれの場合においても、リン光ドーパント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。
リン光ドーパントは、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ドーパントとしては、好ましくは元素の周期表で8〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、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である。
次に、本発明の有機EL素子の構成層として用いられる中間層について説明する。
《中間層》
本発明の有機EL素子における中間層は正孔輸送層と発光層の間に設けられ、中間層材料としては正孔輸送性の公知の材料を用いることができる。中間層は、正孔輸送層と発光層の間の界面乱れを緩和する目的で正孔輸送層と同一の材料を再度用いてもよいが、中間層には最低励起三重項エネルギーの大きい材料を用いることが発光層からの励起エネルギーの移動を防止する目的で好ましい。
各材料の最低励起三重項エネルギー準位は、それぞれのリン光スペクトルを測定し、リン光スペクトルの短波側の立ち上がり波長から求めた。請求の範囲2に係る発明においては、中間層材料の最低励起三重項エネルギーが正孔輸送材料の最低励起三重項エネルギーより大きい。請求の範囲3に係る発明においては、中間層材料の最低励起三重項エネルギーが正孔輸送材料の最低励起三重項エネルギーより大きく、且つ発光層に含まれるうち最もλmaxのが短波のリン光ドーパントの最低励起三重項エネルギーより大きい。
以下、請求の範囲8、9に係る中間層材料として用いられる一般式(2)及び(3)で表さ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。
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)は非常に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3〜100nmであり、更に好ましくは5〜30nm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。
本発明においては、正孔輸送層を構成する材料が前記反応性基を有する有機化合物であることが好ましい。具体的には前記一般式(1)で示される化合物であり、その具体例を下記に示す。
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。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5〜200nm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、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、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5〜200nm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、本発明においては、不純物をドープしたn性の高い電子輸送層を用いてもよい。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。
《反応性基を有する有機化合物》
本発明では、反応性基を有する有機化合物を正孔輸送層、中間層に用いることが好ましいが、用いる層としては特に制限はなく、各層に用いることもできる。
反応性基を有する有機化合物を基板上で反応させ、有機分子によるネットワークポリマーを形成させることができる。ネットワークポリーマーが生成することで、構成層のTg(ガラス転移点)調整による素子劣化の抑制させることができる。
また、素子使用中の活性ラジカルを用いて分子の共役系の切断または生成を伴う反応を調整することにより、有機EL素子の発光波長を変えたり、特定波長の劣化を抑制すること等も可能である。
一方、製造面では、例えば、塗布で積層する工程の場合では、下層が上層の塗布液に溶解しないことが好ましく、下層を樹脂化し溶剤溶解性を劣化させることで、上層塗布を可能とすることができる。
《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)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In23−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10〜1000nm、好ましくは10〜200nm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(Al23)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(Al23)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10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。なお、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1〜20nm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、支持体等とも言う)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(JSR製)あるいはアペル(三井化学製)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、水蒸気透過度が0.01g/m2/日・atm以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には酸素透過度10-3g/m2/日以下、水蒸気透過度10-5g/m2/日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−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、レーザー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量子効率は、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/m2/24h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/(m2/24h)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−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、レーザー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10〜100μm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/発光層/電子輸送層/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10〜200nm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、この上に有機EL素子材料である、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層の有機化合物薄膜を形成させる。
本発明の有機EL素子の発光層は前述の通り、ウェットプロセスで形成される。発光層以外の有機層の形成方法としては、蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、スプレー法、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、本発明においては有機層の一部もしくは全部について、スピンコート法、インクジェット法、スプレー法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
本発明に係る有機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、シクロヘキサノン等のケトン類、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、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。
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは、50〜200nm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、発光層、正孔輸送層、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多色の表示装置に、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。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。
実施例1
《有機EL素子の作製》
〔有機EL素子101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分間行った。この基板上に、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、H.C.Starlk製、Baytron P AI 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製膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの正孔注入層を設けた。
この基板を窒素雰囲気下に移し、正孔注入層上に50mgの例示化合物1−8を10mlのトルエンに溶解した溶液を1500rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜(膜厚約20nm)し、紫外光を60秒照射した後、120℃で30分間加熱乾燥し、正孔輸送層とした。
更に、正孔輸送層上に30mgの例示化合物2−11を10mlのトルエンに溶解した溶液を1000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜(膜厚約20nm)し、紫外光を30秒照射した後、120℃で30分乾燥し、中間層とした。
この基板を真空蒸着装置の基板ホルダに固定し、一方、6つのモリブデン製抵抗過熱ボートにH−A、Ir−A、Ir(ppy)3、Ir(piq)3、ET−A、CsFをそれぞれ入れ、真空蒸着装置に取り付けた。真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、まず、H−Aの入った前記加熱ボートとIr−Aの入ったボートとIr(ppy)3の入ったボート及びIr(piq)3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H−Aと発光ドーパントであるIr−A、Ir(ppy)3及びIr(piq)3の蒸着速度が100:10:0.2:0.2になるように調節し膜厚40nmの厚さになるように蒸着し、発光層を設けた。なお、この発光層において最もλmaxが短波なリン光ドーパントはIr−Aであり、リン光スペクトルの短波側立ち上がり波長から求めた最低励起三重項エネルギー(TL)の値は2.8eVであった。更に、ET−AとCsFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.2nm/秒、0.03nm/秒で前記発光層の上に蒸着して、更に膜厚40nmの電子輸送層を設けた。引き続きアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子101を作製した。
〔有機EL素子102〜108の作製〕
有機EL素子101の作製において、中間層組成物及び発光層構成を表1のように変化させた以外は同様にして、有機EL素子102〜108を作製した。なお、用いた中間層材料及び正孔輸送層材料の最低励起三重項エネルギーの値は表1に示す通りであった。
《有機EL素子の評価》
作製した有機EL素子について、下記のようにして外部取り出し量子効率及び白色色度安定性を評価した。
〔外部取り出し量子効率〕
作製した有機EL素子に対し、2.5mA/cm2定電流を流したときの外部取り出し量子効率(%)を測定した。なお、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製)を用いた。得られた結果を有機EL素子107(比較)の測定値を100としたときの相対値で表1に表した。
〔白色色度安定性〕
作製した有機EL素子に対し、2.5mA/cm2定電流を流したときのCIE1931色度座標x、yをそれぞれx(a)、y(a)、10mA/cm2したときのCIE色度x、yをそれぞれx(b)、y(b)として、色変動Δxy=((x(a)−x(b))2+(y(a)−y(b))21/2として色変動を定義し、下記基準で色安定性を評価した。使用用途により異なるが、色変動は0.05未満であることが好ましい。なお、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製)を用いた。
A:Δxyが0.001未満
B:Δxyが0.001以上、0.01未満
C:Δxyが0.01以上、0.05未満
D:Δxyが0.05以上
評価の結果を表1に示す。
下記表1において、TL及びλmaxは以下の通りである。ここで、λmaxの最も短波なリン光ドーパントはIr−Aである。従って、λmaxの最も短波なリン光ドーパントの最低励起三重項エネルギー(TL)は2.8eVである。
H−A TL=2.9eV
Ir−A TL=2.8eV λmax=472nm
Ir(ppy)3L=2.6eV λmax=518nm
Ir(piq)3L=2.4eV λmax=622nm
表1から、本発明の有機EL素子は、発光効率に優れ、白色色度の安定性も改善されていることがわかる。
実施例2
《有機EL素子の作製》
〔有機EL素子201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分間行った。この基板上に、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、H.C.Starlk製、Baytron P AI 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製膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの正孔注入層を設けた。
この基板を窒素雰囲気下に移し、正孔注入層上に50mgの例示化合物1−8を10mlのトルエンに溶解した溶液を1500rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜(膜厚約20nm)し、紫外光を60秒照射した後、120℃で30分間加熱乾燥し、正孔輸送層とした。
更に、正孔輸送層上に30mgの例示化合物2−11を10mlのトルエンに溶解した溶液を、1000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜(膜厚約20nm)し、紫外光を30秒照射した後、120℃で30分乾燥し、中間層とした。
次いで、下記組成の発光層組成物を2000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜(膜厚約40nm)した後、120度で30分乾燥し、発光層とした。
(発光層組成物)
トルエン 10ml
H−A 100mg
Ir−A 10mg
Ir(ppy)3 0.2mg
Ir(piq)3 0.2mg
この基板を真空蒸着装置の基板ホルダに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにET−Aを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにCsFを100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、ET−AとCsFの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.2nm/秒、0.03nm/秒で前記発光層の上に蒸着して、更に膜厚40nmの電子輸送層を設けた。引き続きアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子201を作製した。
〔有機EL素子202〜207の作製〕
有機EL素子201の作製において、中間層組成物及び発光層構成を表2のように変化させた以外は同様にして、有機EL素子202〜207を作製した。
《有機EL素子の評価》
作製した有機EL素子について、実施例1と同様にして外部取り出し量子効率及び白色色度安定性を評価した。結果を表2に示す。表2において、外部取り出し量子効率は有機EL素子205(比較)を100としたときの相対値で示した。
なお、表2において、H−A、Ir−A、Ir(ppy)3、Ir(piq)3のTL及びλmaxは前述した通りである。
表2から、本発明の有機EL素子は、発光層をウェットプロセスで形成した場合においても発光効率に優れ、白色色度の安定性も改善されていることがわかる。

Claims (9)

  1. 基板上に少なくとも陽極、陰極、該陽極、陰極間に挟まれた発光層、及び正孔輸送層を少なくとも有し、得られる発光色が白色である有機エレクトロルミネッセンス素子において、該発光層が少なくともλmaxの異なる2種以上のリン光ドーパントを含有し、且つ該発光層と該正孔輸送層の間に中間層が設けられてい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。
  2. 前記中間層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TI)と前記正孔輸送層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TH)が下記式で表される関係に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。
    I > TH
  3. 前記中間層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TI)、前記正孔輸送層を構成する材料の最低励起三重項エネルギー(TH)及び前記発光層に含まれるうち最もλmaxが短波のリン光ドーパントの励起三重項エネルギー(TL)がそれぞれ下記式を満たす関係に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。
    I > TH
    I > TL
  4. 前記発光層がウェットプロセスで形成されることを特徴とする請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記正孔輸送層を構成する材料が下記反応性基を有する有機化合物であり、製膜後に外部より与えられるエネルギーによって重合し、有機溶媒に不溶となる材料であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記外部より与えられるエネルギー源が紫外線であることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記反応性基を有する有機化合物が下記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする請求の範囲第5項または第6項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

    (式中、Ar1〜Ar5は置換または非置換のフェニル基またはナフチル基を表す。Ar1〜Ar5の少なくとも一つに下記反応性基を有する。nは1または2の整数を表す。)
  8. 前記中間層を構成する材料が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

    (式中、XはO、SまたはNR0を表し、R0〜R8は水素原子または置換基を有しても良いアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。但し、式中いずれかの部位に下記反応性基を少なくとも一つ有する。)
  9. 前記中間層を構成する材料が下記一般式(3)で表される化合物であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

    (式中、Z1及びZ2は5〜7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。L1はX1、X2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。m1は1、2または3の整数を表し、m2は0、1または2の整数を表すが、m1+m2は2または3である。また、式中いずれかの部位に下記反応性基を少なくとも一つ有する。)
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