JPWO2009116414A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
TI > 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。
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。
(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。
本発明に用いられるホスト化合物について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(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。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。
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(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
《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。
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。
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。
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。
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))2)1/2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。
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。
Ir−A TL=2.8eV λmax=472nm
Ir(ppy)3 TL=2.6eV λmax=518nm
Ir(piq)3 TL=2.4eV λmax=622nm
《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。
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。
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。
Claims (9)
- 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。
- 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。
TI > TH - 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。
TI > TH
TI > TL - 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。
- 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。
- 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。
- 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。)
- 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。)
- 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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