WO2012063691A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法、照明装置、表示装置及びリン光発光性粒子 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法、照明装置、表示装置及びリン光発光性粒子 Download PDF

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池水 大
修 石毛
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    • H10K59/879Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescence element, a method for producing an organic electroluminescence element, a lighting device, a display device, and phosphorescent particles.
  • An organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as an organic EL element) is an all-solid-state element composed of an organic material film having a thickness of only about 0.1 ⁇ m between electrodes and emits light of 2 to 20 V. Since it can be achieved at a relatively low voltage, it is a technology expected as a next-generation flat display and illumination.
  • the escape from the influence of moisture, oxygen, etc., of the luminescent dopant that plays the most important role is an important issue that is closely related to reducing the load of the process environment.
  • Non-Patent Documents 4 and 5 Recently, there have been reports on glass capsule light-emitting materials (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5), but there is no suggestion regarding light-emitting dopants in organic electroluminescence devices, and a solution to the problem is awaited.
  • an organic light emitting material having a triethoxysilyl group at the terminal in the light emitting layer and a colloidal medium as a medium for holding the organic light emitting material For example, an organic EL element in which a porous light emitting layer is formed using silica or silica airgel and the refractive index of the light emitting layer is adjusted to 1.10 or more and less than 1.50 (see, for example, Patent Document 2) is known. Yes.
  • the light-emitting layer formed using colloidal silica or silica airgel having a high porosity as described in Patent Document 2 has low physical durability (scratches are easily generated, light-emitting defects, etc.
  • the organic EL device formed using the light emitting layer has high light extraction efficiency, but has a problem that the light emitting life and driving voltage of the light emitting layer are increased. .
  • An object of the present invention is to provide a long-life organic electroluminescence device having a high resistance to external factors such as moisture and oxygen, which have been extremely concerned about organic EL performance, and a method for producing the device. And it is providing the illuminating device provided with this element, a display apparatus, and phosphorescence-emitting particle
  • an organic electroluminescence device having at least one organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, At least one of the organic compound layers contains a luminescent dopant material, and the luminescent dopant material is phosphorescent particles obtained by a sol-gel reaction of a compound represented by the following general formula (1).
  • An organic electroluminescence device characterized by the above.
  • D- (L) a -M- (X) b [Wherein, D represents a phosphorescent residue, L represents a divalent linking group, M represents a metal element, X represents a functional group capable of sol-gel reaction, and a represents one or more. An integer, b represents an integer of 1 or more.
  • P and Q each represent a carbon atom or a nitrogen atom
  • A1 is necessary for forming an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle together with PC (C represents a carbon atom).
  • A2 represents an atomic group necessary for forming an aromatic heterocyclic ring together with QN (N represents a nitrogen atom).
  • P1-L1-P2 represents a bidentate ligand, and P1 and P2 each independently represent a carbon atom, a nitrogen atom or an oxygen atom.
  • L1 represents an atomic group necessary for forming a bidentate ligand together with P1 and P2.
  • r represents an integer of 1 to 3
  • s represents an integer of 0 to 2
  • r + s is 2 or 3.
  • M1 represents a group 8-10 transition metal element in the periodic table. ] 3.
  • organic electroluminescent element according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the organic compound layers is a light emitting layer, and the light emitting layer contains the light emitting dopant material.
  • the organic light-emitting device according to any one of items 1 to 4, wherein the light-emitting layer contains a light-emitting host compound having a phosphorescence 0-0 band of 460 nm or less.
  • A represents N (R 1 ), an oxygen atom, a sulfur atom or Si (R 2 ) (R 3 ), and B 1 to B 8 each represent CR 4 or an N atom.
  • R 1 to R 4 each represent a hydrogen atom or a substituent, and R 2 and R 3 , and adjacent R 4 may be bonded to form a ring.
  • each R 4 may be the same or different.
  • An illuminating device comprising the organic electroluminescent element according to any one of items 1 to 6.
  • a display device comprising the organic electroluminescence element according to any one of items 1 to 6.
  • At least one layer of the organic compound layer containing the light-emitting dopant material is formed and formed by a wet method (wet process).
  • the manufacturing method of the organic electroluminescent element characterized by having a process.
  • the organic EL element material of the present invention has higher resistance to external factors such as moisture, oxygen, etc., which have been extremely concerned about the organic EL performance, and is wet compared to conventional organic EL element materials. As a result of the process, it has become possible to provide an organic EL element with high cost performance and high performance (high external extraction quantum efficiency and long life). In addition, it is possible to provide a lighting device or a display device having the element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a display unit A.
  • FIG. It is a schematic diagram of a pixel. It is a schematic diagram of a passive matrix type full-color display device. It is the schematic of an illuminating device. It is a schematic diagram of an illuminating device.
  • the organic EL device of the present invention by having the structure according to any one of claims 1 to 6, external factors such as moisture, oxygen, impurities, etc., which have conventionally had a very high concern about the device performance. On the other hand, the organic EL element which shows high tolerance was able to be provided.
  • an organic EL device having a high external extraction quantum efficiency and a long light emission lifetime can be provided.
  • the organic EL element manufactured by the manufacturing method, the display apparatus and the illuminating device including the element, and the phosphorescent particles could be provided.
  • the luminescent dopant material according to the present invention is phosphorescent particles obtained by a sol-gel reaction of the compound represented by the general formula (1), and the preferred form of the phosphorescent particles is nanoparticles.
  • the particle size of the nanoparticles is preferably in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 10 to 50 nm.
  • the particle size of the nanoparticles used in the present invention was measured with a transmission electron microscope (JEM-2010F).
  • D represents a phosphorescent dopant residue (specifically, also referred to as a residue derived from a phosphorescent dopant).
  • the phosphorescent dopant is a compound in which light emission from an excited triplet is observed, specifically, a compound that emits phosphorescence at room temperature (25 ° C.), preferably an element periodic table. And organometallic complexes containing Group 8 to Group 10 metal elements.
  • the phosphorescence quantum yield is defined to be a compound of 0.01 or more at 25 ° C., the preferred phosphorescence quantum yield is 0.1 or more.
  • the phosphorescence quantum yield will be described in the constituent layer of the organic EL element described later.
  • the phosphorescent dopant residue represented by D is preferably a monovalent group derived from the compound represented by the general formula (10).
  • the aromatic hydrocarbon ring formed with PC represented by A1 includes benzene ring, biphenyl ring, naphthalene ring, azulene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyrene ring, chrysene Ring, naphthacene ring, triphenylene ring, o-terphenyl ring, m-terphenyl ring, p-terphenyl ring, acenaphthene ring, coronene ring, fluorene ring, fluoranthrene ring, naphthacene ring, pentacene ring, perylene ring, pentaphen And a ring, a picene ring, a pyrene ring, a pyranthrene ring, and an anthraanthrene ring.
  • a picene ring a pyrene ring
  • a pyrene ring
  • these rings may further have a substituent described later.
  • examples of the aromatic heterocycle formed with PC represented by A1 include a furan ring, a thiophene ring, an oxazole ring, a pyrrole ring, a pyridine ring, a pyridazine ring, a pyrimidine ring, Pyrazine ring, triazine ring, benzimidazole ring, oxadiazole ring, triazole ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, indole ring, indazole ring, benzimidazole ring, benzothiophene ring, benzothiazole ring, benzoxazole ring, quinoxaline Ring, quinazoline ring, cinnoline ring, quinoline ring, isoquinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, carbazole ring, carboline ring, diazole ring,
  • A2 represents an aromatic heterocyclic ring formed with QN, for example, an oxazole ring, pyrrole ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, triazine ring, benzimidazole ring , Oxadiazole ring, triazole ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, indole ring, indazole ring, benzimidazole ring, benzothiazole ring, benzoxazole ring, quinazoline ring, cinnoline ring, quinoline ring, isoquinoline ring, phthalazine ring , A naphthyridine ring, and the like. These rings may further have a substituent described later.
  • Substituent As the substituent that the aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocyclic ring represented by A1 may have, and the substituent that the aromatic heterocyclic ring represented by A2 may have,
  • groups include alkyl groups (eg, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.)
  • a cycloalkyl group eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.
  • an alkenyl group eg, vinyl group, allyl group, etc.
  • an alkynyl group eg, ethynyl group, propargyl group, etc.
  • aromatic hydrocarbon group aromatic hydrocarbon
  • cyclic group aromatic carbocyclic group, aryl group, etc.
  • phenyl group p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group Group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc.
  • aromatic heterocyclic group eg pyridyl group, pyrimidinyl group, furyl group, pyrrolyl group, imidazolyl
  • benzimidazolyl group pyrazolyl group, pyrazinyl group, triazolyl group (for example, 1,2,4-triazol-1-yl group, 1,2,3-triazol-1-yl group, etc.), oxazolyl group, benzoxazolyl Group,
  • substituents may be further substituted with the above substituents.
  • a plurality of these substituents may be bonded to each other to form a ring.
  • examples of the bidentate ligand represented by P1-L1-P2 include substituted or unsubstituted phenylpyridine, phenylpyrazole, phenylimidazole, phenyltriazole, phenyltetrazole, pyrazabol, acetylacetone And picolinic acid.
  • L1 represents an atomic group necessary for forming a bidentate ligand together with P1 and P2, r represents an integer of 1 to 3, and s represents an integer of 0 to 2. However, r + s represents 2 or 3, and in the compound represented by the general formula (10), it is particularly preferable that s is 0.
  • M1 is a transition metal element of Groups 8 to 10 in the periodic table of elements (also simply referred to as transition metal).
  • transition metal a transition metal element of Groups 8 to 10 in the periodic table of elements
  • iridium and platinum are preferable, and iridium is particularly preferable.
  • the compound represented by the general formula (10) is, for example, Inorg. Chem. It can be synthesized by referring to the method described in Vol. 40, 1704-1711.
  • L represents a divalent linking group, and a is an integer of 0 or more. When a is 2 or more, each L may be the same or different.
  • Examples of the divalent linking group represented by L include an alkylene group (for example, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, propylene group, ethylethylene group, pentamethylene group, hexamethylene group, etc.), alkenylene group (for example, Vinylene group, propenylene group, butenylene group, pentenylene group, 1-methylvinylene group, 1-methylpropenylene group, 2-methylpropenylene group, 1-methylpentenylene group, 3-methylpentenylene group, 1- Ethyl vinylene group, 1-ethyl propenylene group, 1-ethyl butenylene group, 3-ethyl butenylene group, etc.), alkynylene group (for example, ethynylene group, 1-propynylene group, 1-butynylene group, 1-pentynylene group, 1-hexynylene group) 2-butynylene group, 2-pentynylene group, 1-methyl
  • a hetero atom such as a divalent group having a chalcogen atom such as an oxygen atom or a sulfur atom at the end of the alkylene group or in the alkylene chain, an alkylimino group, a dialkylsilanediyl group or a diarylgermandiyl group. It may be a group linked via
  • an alkylene group for example, ethylene group
  • a divalent group having an oxygen atom at the terminal of the alkylene group for example, oxyethylene group
  • a divalent group having a chalcogen atom in the alkylene chain are preferable.
  • Groups for example, ethyleneoxymethylene group
  • M represents a metal element, preferably, Si, Ti, Ni, W, Zr, Mg, Al, Ge, B, Ga, Sb, Sn, Ta, and V are more preferable. Are Si, Ti, Ni, Al, Zr, Sn.
  • X represents a functional group capable of sol-gel reaction, preferably an alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group, isopropyloxy group, propyloxy group, etc.), amino group, and the like.
  • . b represents an integer of 1 or more, and the maximum is the valence ⁇ 1 of the metal element M.
  • the phosphorescent dopant (simply referred to as phosphorescent dopant) composed of phosphorescent particles obtained by sol-gel reaction of the compound represented by the general formula (1) according to the present invention is semiconducting. It is desirable to have a specific resistance value in the range of 1.0 ⁇ 10 2 to 1.0 ⁇ 10 10 ⁇ ⁇ cm.
  • Preferred embodiments of the phosphorescent particles obtained by subjecting the compound represented by the general formula (1) according to the present invention to a sol-gel reaction are pre-CD-1 to pre-CD-14 shown above. Nanoparticles obtained by sol-gel reaction of such precursors.
  • the sol-gel reaction according to the present invention is a method for producing a crosslinked polymer by hydrolysis of the compound (precursor) represented by the general formula (1) and subsequent polycondensation reaction.
  • it can be synthesized by referring to the method described in the 5th edition Experimental Chemistry Course.
  • a phosphorescent dopant according to the present invention by subjecting the compound represented by the general formula (1) to a sol-gel reaction will be described in detail in Example 1 to be described later.
  • Pre-CD-1 which is a synthetic raw material, is used as a precursor, and the precursor is subjected to a sol-gel reaction to produce CD-1, which is an example of a light-emitting dopant according to the present invention.
  • the phosphorescent particles according to the present invention can be used in any constituent layer of the organic electroluminescence device of the present invention, but it is particularly preferable that the phosphorescent particles are used in a light emitting layer.
  • Step 4 (Pre-CD-1 Synthesis and CD-1 Synthesis) IMIr-3 (0.2 mmol, 153 mg) was dissolved in 20 ml of anhydrous methanol, 0.5 ml of trimethoxysilane and platinum / activated carbon (10% Pt) were added, and the mixture was heated to reflux overnight under a nitrogen atmosphere. .
  • pre-CD-1 (0.1 mmol, 100 mg) was dissolved in 120 ml of absolute ethanol, 5 ml of aqueous ammonia was added, and the mixture was stirred at a speed of 500 rpm for 24 hours.
  • Examples of the synthesis of the light-emitting dopant material according to the present invention include a method described in ACS Nano, Vol. 4, page 3397 (2010), a method for producing an orthometalated complex disclosed in JP 2005-532255 A, and the like. It can be synthesized with appropriate reference to general organic chemical reactions described in the edition of Experimental Chemistry Course (Edited by Chemical Society of Japan).
  • At least one organic compound layer containing phosphorescent particles obtained by subjecting the compound represented by the general formula (1) to a sol-gel reaction It is preferable to have a process of forming and forming a film by a wet method (wet process).
  • a thin film made of a desired electrode material for example, an anode material, is formed on a suitable substrate so as to have a thickness of 1 ⁇ m or less, preferably 10 nm to 200 nm, and an anode is manufactured.
  • a thin film containing organic compounds such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, a hole blocking layer, and an electron transport layer, which are element materials, is formed thereon.
  • a method for forming each of these layers there are a vapor deposition method, a wet process (spin coating method, casting method, ink jet method, printing method), etc., but it is easy to obtain a homogeneous film and it is difficult to generate pinholes.
  • a method of forming and forming a film by a wet method (also referred to as a wet process) is preferable.
  • the wet method include spin coating, casting, die coating, blade coating, roll coating, and inkjet.
  • Printing method, spray coating method, curtain coating method, etc. but it is possible to form precise thin films and roll-to-roll such as die coating method, roll coating method, ink jet method, spray coating method, etc. from the viewpoint of high productivity.
  • -A method with high roll system suitability is preferred.
  • Different film forming methods may be applied for each layer.
  • a thin film made of a cathode material is formed thereon so as to have a thickness of 1 ⁇ m or less, preferably in the range of 50 to 200 nm, and a desired organic EL device can be obtained by providing a cathode. .
  • the cathode, electron transport layer, hole blocking layer, light emitting layer, hole transport layer, hole injection layer, and anode can be produced in the order of the reverse order.
  • a DC voltage When a DC voltage is applied to the multicolor display device thus obtained, light emission can be observed by applying a voltage of about 2 to 40 V with the positive polarity of the anode and the negative polarity of the cathode.
  • An alternating voltage may be applied.
  • the alternating current waveform to be applied may be arbitrary.
  • the production of the organic EL device of the present invention is preferably produced from the hole injection layer to the cathode consistently by a single evacuation, but it may be taken out halfway and subjected to different film forming methods. At that time, it is preferable to perform the work in a dry inert gas atmosphere.
  • the phosphorescent particles according to the present invention can be used in any constituent layer of the organic electroluminescence element of the present invention, but it is particularly preferable that the phosphorescent particles are used in the light emitting layer.
  • Organic compound layer (also called organic layer) >> The organic compound layer according to the present invention will be described.
  • the organic EL device of the present invention preferably has a plurality of organic compound layers as a constituent layer, and examples of the organic compound layer include a hole transport layer, a light emitting layer, and a hole blocking layer in the above-described layer configuration.
  • the organic compound layer according to the present invention an organic compound contained in a constituent layer of the organic EL element, such as a hole injection layer or an electron injection layer, is included. Defined.
  • an organic compound is used for the anode buffer layer, the cathode buffer layer, etc.
  • the anode buffer layer, the cathode buffer layer, etc. each form an organic compound layer.
  • the organic compound layer includes a layer containing “organic EL element material that can be used for a constituent layer of an organic EL element” or the like.
  • the blue light emitting layer preferably has an emission maximum wavelength of 430 to 480 nm
  • the green light emitting layer has an emission maximum wavelength of 510 to 550 nm
  • the red light emitting layer has an emission maximum wavelength of 600 to 640 nm.
  • a monochromatic light emitting layer in the range is preferable, and a display device using these is preferable.
  • a white light emitting layer may be formed by laminating at least three of these light emitting layers. Further, a non-light emitting intermediate layer may be provided between the light emitting layers.
  • the organic EL element of the present invention is preferably a white light emitting layer, and is preferably a lighting device using these.
  • the light emitting layer according to the present invention is a layer that emits light by recombination of electrons and holes injected from the electrode, the electron transport layer, or the hole transport layer, and the light emitting portion is in the layer of the light emitting layer. May be the interface between the light emitting layer and the adjacent layer.
  • the total film thickness of the light emitting layer is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the uniformity of the film, preventing unnecessary application of high voltage during light emission, and improving the stability of the emission color with respect to the drive current. It is preferable to adjust in the range of 2 nm to 5 ⁇ m, more preferably in the range of 2 to 200 nm, and particularly preferably in the range of 10 to 20 nm.
  • a light-emitting dopant or a host compound which will be described later, is formed and formed by a known thinning method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, a casting method, an LB method, or an ink-jet method. it can.
  • a light emitting host compound described later in addition to phosphorescent particles obtained by sol-gel reaction of at least one compound represented by the general formula (1), a light emitting host compound described later It is preferable to contain. If necessary, a well-known light-emitting dopant (phosphorescent dopant (also referred to as phosphorescent dopant) or fluorescent dopant), and further, a hole transport material or an electron transport material to be described later may be mixed. It may be used.
  • phosphorescent dopant also referred to as phosphorescent dopant
  • fluorescent dopant fluorescent dopant
  • a hole transport material or an electron transport material to be described later may be mixed. It may be used.
  • the host compound in the present invention is a phosphorescent quantum yield of phosphorescence emission at a room temperature (25 ° C.) having a mass ratio of 20% or more in the compound contained in the light emitting layer. Is defined as a compound of less than 0.1.
  • the phosphorescence quantum yield is preferably less than 0.01.
  • the mass ratio in the layer is 20% or more among the compounds contained in a light emitting layer.
  • a compound having a 0-0 band having a shorter wavelength than the phosphorescence 0-0 band of the luminescent dopant is preferable, and the 0-0 band of phosphorescence is characterized by having a wavelength of 460 nm or less.
  • the 0-0 band of phosphorescence is preferably 450 nm or less, more preferably 440 nm or less, and still more preferably 430 nm or less.
  • a method for measuring the 0-0 band of phosphorescence in the present invention will be described.
  • a method for measuring a phosphorescence spectrum will be described.
  • phosphorescence Since phosphorescence has a longer emission lifetime than fluorescence, it can be considered that light remaining after 100 ms is almost phosphorescence. Note that for compounds with a phosphorescence lifetime shorter than 100 ms, measurement may be performed with a shorter delay time. However, phosphorescence and fluorescence cannot be separated if the delay time is shortened so that it cannot be distinguished from fluorescence. Therefore, it is necessary to select a delay time that can be separated.
  • any solvent that can dissolve the compound may be used (substantially, the above-described measuring method has no problem because the solvent effect of the phosphorescence wavelength is negligible).
  • the 0-0 band is determined.
  • the emission maximum wavelength appearing on the shortest wavelength side in the phosphorescence spectrum chart obtained by the above measurement method is defined as the 0-0 band. . Since the phosphorescence spectrum usually has a low intensity, when it is enlarged, it may be difficult to distinguish between noise and peak.
  • the emission spectrum immediately after the excitation light irradiation (for convenience, this is referred to as a steady light spectrum) is expanded, and the emission spectrum 100 ms after the excitation light irradiation (for convenience, this is referred to as a phosphorescence spectrum) is superimposed. It can be determined by reading the peak wavelength from the stationary light spectrum portion derived from the spectrum.
  • a host compound a well-known host compound may be used together, and may be used in combination of multiple types. By using a plurality of types of host compounds, it is possible to adjust the movement of charges, and the organic EL element can be made highly efficient.
  • a conventionally known host compound that may be used in combination is preferably a compound that has a hole transporting ability and an electron transporting ability, prevents the emission of light from becoming longer, and has a high Tg (glass transition temperature).
  • a compound represented by the above general formula (2) is preferably used as the host compound according to the present invention.
  • the substituent represented by R 4 of CR 4 has an aromatic hydrocarbon ring and an aromatic heterocyclic ring formed together with P—C represented by A1 in the general formula (10). It is synonymous with the substituent which may be.
  • Luminescent dopant The light emitting dopant according to the present invention will be described.
  • Examples of the light emitting dopant contained in the light emitting layer according to the present invention include a fluorescent dopant (also referred to as a fluorescent compound), a conventionally known phosphorescent dopant (phosphorescent material, phosphorescent compound, phosphorescent compound, etc.)
  • a fluorescent dopant also referred to as a fluorescent compound
  • a conventionally known phosphorescent dopant phosphorescent material, phosphorescent compound, phosphorescent compound, etc.
  • the phosphorescent dopant according to the present invention is a compound in which light emission from an excited triplet is observed, specifically, a compound that emits phosphorescence at room temperature (25 ° C.).
  • the phosphorescence quantum yield is defined as a compound of 0.01 or more at 25 ° C., but the preferred phosphorescence quantum yield is 0.1 or more.
  • the phosphorescent quantum yield can be measured by the method described in Spectroscopic II, page 398 (1992 edition, Maruzen) of the Fourth Edition Experimental Chemistry Course 7. Although the phosphorescence quantum yield in a solution can be measured using various solvents, the phosphorescence emitting compound according to the present invention achieves the above phosphorescence quantum yield (0.01 or more) in any solvent. It only has to be done.
  • emission of phosphorescent compounds There are two types of emission of phosphorescent compounds in principle. One is the recombination of carriers on the host compound to which carriers are transported to generate an excited state of the host compound. Energy transfer type to obtain light emission from the phosphorescent compound by transferring to the phosphorescent compound, the other is that the phosphorescent compound becomes a carrier trap, carrier recombination occurs on the phosphorescent compound, Examples include a carrier trap type in which light emission from a phosphorescent compound can be obtained.
  • a light-emitting dopant also referred to simply as a dopant used in the light-emitting layer of the organic EL device of the present invention
  • phosphorescence emission obtained by sol-gel reaction of the compound represented by the general formula (1) as described above
  • luminescent particles conventionally known light-emitting dopant materials (compounds) can be used in combination as appropriate.
  • Examples of conventionally known light emitting dopant materials used in combination with the light emitting dopant material (compound) according to the present invention include compounds represented by the general formula (10), but the present invention is limited to these. Not.
  • Fluorescent dopants include coumarin dyes, pyran dyes, cyanine dyes, croconium dyes, squalium dyes, oxobenzanthracene dyes, fluorescein dyes, rhodamine dyes, pyrylium dyes, perylene dyes Examples thereof include dyes, stilbene dyes, polythiophene dyes, and rare earth complex phosphors.
  • Injection layer electron injection layer, hole injection layer >> The injection layer is provided as necessary, and there are an electron injection layer and a hole injection layer, and as described above, it exists between the anode and the light emitting layer or the hole transport layer, and between the cathode and the light emitting layer or the electron transport layer. May be.
  • An injection layer is a layer provided between an electrode and an organic layer in order to reduce drive voltage and improve light emission luminance.
  • Organic EL element and its forefront of industrialization (issued by NTT Corporation on November 30, 1998) 2), Chapter 2, “Electrode Materials” (pages 123 to 166) in detail, and includes a hole injection layer (anode buffer layer) and an electron injection layer (cathode buffer layer).
  • anode buffer layer hole injection layer
  • copper phthalocyanine is used.
  • examples thereof include a phthalocyanine buffer layer represented by an oxide, an oxide buffer layer represented by vanadium oxide, an amorphous carbon buffer layer, and a polymer buffer layer using a conductive polymer such as polyaniline (emeraldine) or polythiophene.
  • cathode buffer layer (electron injection layer) The details of the cathode buffer layer (electron injection layer) are described in JP-A-6-325871, JP-A-9-17574, JP-A-10-74586, and the like. Specifically, strontium, aluminum, etc.
  • Metal buffer layer typified by lithium, alkali metal compound buffer layer typified by lithium fluoride, alkaline earth metal compound buffer layer typified by magnesium fluoride, oxide buffer layer typified by aluminum oxide, etc.
  • the buffer layer (injection layer) is preferably a very thin film, and the film thickness is preferably in the range of 0.1 nm to 10 nm, depending on the material.
  • ⁇ Blocking layer hole blocking layer, electron blocking layer>
  • the blocking layer is provided as necessary in addition to the basic constituent layer of the organic compound thin film as described above. For example, it is described in JP-A Nos. 11-204258 and 11-204359, and “Organic EL elements and the forefront of industrialization (published by NTT Corporation on November 30, 1998)” on page 237. There is a hole blocking (hole blocking) layer.
  • the hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense, and is made of a hole blocking material that has a function of transporting electrons and has a remarkably small ability to transport holes. The probability of recombination of electrons and holes can be improved by blocking.
  • the structure of the electron transport layer described later can be used as a hole blocking layer according to the present invention, if necessary.
  • the hole blocking layer of the organic EL device of the present invention is preferably provided adjacent to the light emitting layer.
  • the light emitting layer having the shortest wavelength of light emission is preferably closest to the anode among all the light emitting layers.
  • 50% by mass or more of the compound contained in the hole blocking layer provided at the position has an ionization potential of 0.3 eV or more larger than the host compound of the shortest wave emitting layer.
  • the ionization potential is defined by the energy required to emit electrons at the HOMO (highest occupied molecular orbital) level of the compound to the vacuum level, and can be obtained by the following method, for example.
  • Gaussian 98 Gaussian 98, Revision A.11.4, MJ Frisch, et al, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2002.
  • the ionization potential can be obtained as a value obtained by rounding off the second decimal place of a value (eV unit converted value) calculated by performing structural optimization using B3LYP / 6-31G *. This calculation value is effective because the correlation between the calculation value obtained by this method and the experimental value is high.
  • the ionization potential can also be obtained by a method of directly measuring by photoelectron spectroscopy.
  • a low energy electron spectrometer “Model AC-1” manufactured by Riken Keiki Co., Ltd. or a method known as ultraviolet photoelectron spectroscopy can be suitably used.
  • the electron blocking layer has a function of a hole transport layer in a broad sense, and is made of a material that has a function of transporting holes and has an extremely small ability to transport electrons, and transports electrons while transporting holes. By blocking, the recombination probability of electrons and holes can be improved.
  • the structure of the hole transport layer described later can be used as an electron blocking layer as necessary.
  • the film thickness of the hole blocking layer and the electron transporting layer according to the present invention is preferably 3 to 100 nm, more preferably 5 to 30 nm.
  • the hole transport layer is made of a hole transport material having a function of transporting holes, and in a broad sense, a hole injection layer and an electron blocking layer are also included in the hole transport layer.
  • the hole transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
  • the hole transport material has any of hole injection or transport and electron barrier properties, and may be either organic or inorganic.
  • triazole derivatives oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives
  • Examples thereof include stilbene derivatives, silazane derivatives, aniline copolymers, and conductive polymer oligomers, particularly thiophene oligomers.
  • the above-mentioned materials can be used as the hole transport material, but it is preferable to use a porphyrin compound, an aromatic tertiary amine compound and a styrylamine compound, particularly an aromatic tertiary amine compound.
  • aromatic tertiary amine compounds and styrylamine compounds include N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminophenyl; N, N′-diphenyl-N, N′— Bis (3-methylphenyl)-[1,1′-biphenyl] -4,4′-diamine (TPD); 2,2-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) propane; 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) cyclohexane; N, N, N ′, N′-tetra-p-tolyl-4,4′-diaminobiphenyl; 1,1-bis (4-di-p-tolyl) Aminophenyl) -4-phenylcyclohexane; bis (4-dimethylamino-2-methylphenyl) phenylmethane; bis (4-di-p-tolylaminoph
  • No. 5,061,569 Having a condensed aromatic ring of, for example, 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (NPD), JP-A-4-308 4,4 ′, 4 ′′ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine in which three triphenylamine units described in Japanese Patent No. 88 are linked in a starburst type ( MTDATA) and the like.
  • NPD 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl
  • JP-A-4-308 4,4 ′, 4 ′′ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine in which three triphenylamine units described in Japanese Patent No. 88 are linked in a starburst type ( MTDATA) and the
  • polymer materials in which these materials are introduced into polymer chains or these materials are used as polymer main chains can also be used.
  • inorganic compounds such as p-type-Si and p-type-SiC can also be used as the hole injection material and the hole transport material.
  • JP-A-11-251067 J. Org. Huang et. al. A so-called p-type hole transport material described in a book (Applied Physics Letters 80 (2002), p. 139) can also be used.
  • the present invention contains a polymerizable compound represented by the general formula (1) or a polymer compound having a structural unit derived from the polymerizable compound.
  • organic EL element materials are preferably used, and the above materials may be used in combination.
  • the hole transport layer can be formed by thinning the hole transport material by a known method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, a casting method, a printing method including an ink jet method, or an LB method. However, in the present invention, it is preferably produced by a coating method (wet process).
  • the thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is usually about 5 nm to 5 ⁇ m, preferably 5 to 200 nm. This hole transport layer may have a single layer structure composed of one or more of the above materials.
  • a hole transport layer having a high p property doped with impurities examples thereof include JP-A-4-297076, JP-A-2000-196140, JP-A-2001-102175, J. Pat. Appl. Phys. 95, 5773 (2004), and the like.
  • a hole transport layer having such a high p property because a device with lower power consumption can be produced.
  • the electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons, and in a broad sense, an electron injection layer and a hole blocking layer are also included in the electron transport layer.
  • the electron transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
  • an electron transport material also serving as a hole blocking material used for an electron transport layer adjacent to the cathode side with respect to the light emitting layer is injected from the cathode.
  • Any material may be used as long as it has a function of transferring electrons to the light-emitting layer, and any material can be selected from conventionally known compounds.
  • Examples include nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives, carbodiimides, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, and the like.
  • thiadiazole derivatives in which the oxygen atom of the oxadiazole ring is substituted with a sulfur atom, and quinoxaline derivatives having a quinoxaline ring known as an electron-withdrawing group can also be used as the electron transport material.
  • quinoxaline derivatives having a quinoxaline ring known as an electron-withdrawing group can also be used as the electron transport material.
  • a polymer material in which these materials are introduced into a polymer chain or these materials are used as a polymer main chain can also be used.
  • metal complexes of 8-quinolinol derivatives such as tris (8-quinolinol) aluminum (Alq), tris (5,7-dichloro-8-quinolinol) aluminum, tris (5,7-dibromo-8-quinolinol) aluminum Tris (2-methyl-8-quinolinol) aluminum, tris (5-methyl-8-quinolinol) aluminum, bis (8-quinolinol) zinc (Znq), and the like, and the central metals of these metal complexes are In, Mg, Metal complexes replaced with Cu, Ca, Sn, Ga, or Pb can also be used as the electron transport material.
  • metal-free or metal phthalocyanine, or those having terminal ends substituted with an alkyl group or a sulfonic acid group can be preferably used as the electron transporting material.
  • the distyrylpyrazine derivative exemplified as the material for the light emitting layer can also be used as an electron transport material, and an inorganic semiconductor such as n-type-Si, n-type-SiC, etc. as in the case of the hole injection layer and the hole transport layer. Can also be used as an electron transporting material.
  • the electron transport layer can be formed by thinning the electron transport material by a known method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, a casting method, a printing method including an ink jet method, or an LB method.
  • the thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is usually about 5 nm to 5 ⁇ m, preferably 5 to 200 nm.
  • the electron transport layer may have a single layer structure composed of one or more of the above materials.
  • an electron transport layer having a high n property doped with impurities examples thereof include JP-A-4-297076, JP-A-10-270172, JP-A-2000-196140, 2001-102175, J.A. Appl. Phys. 95, 5773 (2004), and the like.
  • an electron transport layer having such a high n property because an element with lower power consumption can be produced.
  • anode As the anode in the organic EL element, an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function (4 eV or more) is preferably used.
  • Electrode materials include metals such as Au, and conductive transparent materials such as CuI, indium tin oxide (ITO), SnO 2 , and ZnO.
  • an amorphous material such as IDIXO (In 2 O 3 —ZnO) capable of forming a transparent conductive film
  • the anode may be formed by depositing a thin film of these electrode materials by vapor deposition or sputtering, and a pattern having a desired shape may be formed by photolithography, or when pattern accuracy is not so high (about 100 ⁇ m or more)
  • a pattern may be formed through a mask having a desired shape at the time of vapor deposition or sputtering of the electrode material.
  • wet film forming methods such as a printing system and a coating system, can also be used.
  • the transmittance is greater than 10%, and the sheet resistance as the anode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less.
  • the film thickness depends on the material, it is usually selected in the range of 10 to 1000 nm, preferably 10 to 200 nm.
  • cathode a material having a low work function (4 eV or less) metal (referred to as an electron injecting metal), an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof as an electrode material is used.
  • electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like.
  • a mixture of an electron injecting metal and a second metal which is a stable metal having a larger work function than this for example, a magnesium / silver mixture, Magnesium / aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred.
  • the cathode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering.
  • the sheet resistance as the cathode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less, and the film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 ⁇ m, preferably 50 to 200 nm.
  • the film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 ⁇ m, preferably 50 to 200 nm.
  • a transparent or semi-transparent cathode can be produced by producing the conductive transparent material mentioned in the description of the anode on the cathode after producing the metal with a thickness of 1 to 20 nm on the cathode.
  • an element in which both the anode and the cathode are transmissive can be manufactured.
  • the support substrate (hereinafter also referred to as a substrate, substrate, substrate, support, etc.) that can be used in the organic EL device of the present invention is not particularly limited in the type of glass, plastic, etc., and is transparent. May be opaque. When extracting light from the support substrate side, the support substrate is preferably transparent.
  • a transparent support substrate that is preferably used is a resin film that can be coated.
  • polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene, polypropylene, cellophane, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate (CAP), Cellulose esters such as cellulose acetate phthalate (TAC) and cellulose nitrate or derivatives thereof, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene vinyl alcohol, syndiotactic polystyrene, polycarbonate, norbornene resin, polymethylpentene, polyether ketone, polyimide , Polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide, polysulfones Cycloolefin resins such as polyetherimide, polyetherketoneimide, polyamide, fluororesin, nylon, polymethylmethacrylate, acrylic or polyarylate, Arton (trade name, manufactured by JSR) or Appel (
  • the surface of the resin film may be formed with an inorganic film, an organic film, or a hybrid film of both, and the water vapor permeability (25 ⁇ 0.5 ° C.) measured by a method according to JIS K 7129-1992.
  • Relative humidity (90 ⁇ 2)% RH) is preferably 0.01 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less, and further, oxygen measured by a method according to JIS K 7126-1987.
  • a high barrier film having a permeability of 10 ⁇ 3 ml / (m 2 ⁇ 24 h ⁇ MPa) or less and a water vapor permeability of 10 ⁇ 5 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less is preferable.
  • the material for forming the barrier film may be any material that has a function of suppressing the intrusion of elements that cause deterioration of elements such as moisture and oxygen.
  • silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride, or the like can be used.
  • the method for forming the barrier film is not particularly limited.
  • the vacuum deposition method, sputtering method, reactive sputtering method, molecular beam epitaxy method, cluster ion beam method, ion plating method, plasma polymerization method, atmospheric pressure plasma weight A combination method, a plasma CVD method, a laser CVD method, a thermal CVD method, a coating method, and the like can be used, but an atmospheric pressure plasma polymerization method as described in JP-A-2004-68143 is particularly preferable.
  • the opaque support substrate examples include metal plates such as aluminum and stainless steel, films, opaque resin substrates, ceramic substrates, and the like.
  • the external extraction efficiency at room temperature of light emission of the organic EL element of the present invention is preferably 1% or more, more preferably 5% or more.
  • the external extraction quantum efficiency (%) the number of photons emitted to the outside of the organic EL element / the number of electrons sent to the organic EL element ⁇ 100.
  • a hue improvement filter such as a color filter may be used in combination, or a color conversion filter that converts the emission color from the organic EL element into multiple colors using a phosphor may be used in combination.
  • the ⁇ max of light emission of the organic EL element is preferably 480 nm or less.
  • ⁇ Sealing> As a sealing means used for this invention, the method of adhere
  • the sealing member may be disposed so as to cover the display area of the organic EL element, and may be a concave plate shape or a flat plate shape. Further, transparency and electrical insulation are not particularly limited.
  • Specific examples include a glass plate, a polymer plate / film, and a metal plate / film.
  • the glass plate include soda-lime glass, barium / strontium-containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, and quartz.
  • the polymer plate include polycarbonate, acrylic, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, and polysulfone.
  • the metal plate include those made of one or more metals or alloys selected from the group consisting of stainless steel, iron, copper, aluminum, magnesium, nickel, zinc, chromium, titanium, molybdenum, silicon, germanium, and tantalum.
  • a polymer film and a metal film can be preferably used because the element can be thinned.
  • the polymer film has an oxygen permeability of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ml / (m 2 ⁇ 24 h ⁇ MPa) or less measured by a method according to JIS K 7126-1987, and a method according to JIS K 7129-1992. It is preferable that the water vapor permeability (25 ⁇ 0.5 ° C., relative humidity (90 ⁇ 2)% RH) measured in (1) is 1 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ 24 h) or less.
  • sealing member For processing the sealing member into a concave shape, sandblasting, chemical etching, or the like is used.
  • the adhesive include photocuring and thermosetting adhesives having reactive vinyl groups of acrylic acid oligomers and methacrylic acid oligomers, and moisture curing adhesives such as 2-cyanoacrylates. be able to.
  • heat- and chemical-curing types such as epoxy type can be mentioned.
  • hot-melt type polyamide, polyester, and polyolefin can be mentioned.
  • a cationic curing type ultraviolet curing epoxy resin adhesive can be mentioned.
  • an organic EL element may deteriorate by heat processing, what can be adhesively cured from room temperature to 80 ° C. is preferable.
  • a desiccant may be dispersed in the adhesive.
  • coating of the adhesive agent to a sealing part may use commercially available dispenser, and may print like screen printing.
  • the electrode and the organic layer are coated on the outside of the electrode facing the support substrate with the organic layer interposed therebetween, and an inorganic or organic layer is formed in contact with the support substrate to form a sealing film.
  • the material for forming the film may be any material that has a function of suppressing intrusion of elements that cause deterioration of elements such as moisture and oxygen.
  • silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride, or the like may be used. it can.
  • the method for forming these films is not particularly limited.
  • a polymerization method, a plasma CVD method, a laser CVD method, a thermal CVD method, a coating method, or the like can be used.
  • an inert gas such as nitrogen or argon, or an inert liquid such as fluorinated hydrocarbon or silicon oil can be injected in the gas phase and liquid phase.
  • an inert gas such as nitrogen or argon, or an inert liquid such as fluorinated hydrocarbon or silicon oil
  • a vacuum is also possible.
  • a hygroscopic compound can also be enclosed inside.
  • hygroscopic compound examples include metal oxides (for example, sodium oxide, potassium oxide, calcium oxide, barium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide) and sulfates (for example, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, cobalt sulfate).
  • metal oxides for example, sodium oxide, potassium oxide, calcium oxide, barium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide
  • sulfates for example, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, cobalt sulfate.
  • metal halides eg calcium chloride, magnesium chloride, cesium fluoride, tantalum fluoride, cerium bromide, magnesium bromide, barium iodide, magnesium iodide etc.
  • perchloric acids eg perchloric acid Barium, magnesium perchlorate, and the like
  • anhydrous salts are preferably used in sulfates, metal halides, and perchloric acids.
  • a protective film or a protective plate may be provided on the outer side of the sealing film on the side facing the support substrate with the organic layer interposed therebetween or on the sealing film.
  • the sealing is performed by the sealing film, the mechanical strength is not necessarily high. Therefore, it is preferable to provide such a protective film and a protective plate.
  • a material that can be used for this the same glass plate, polymer plate / film, metal plate / film, etc. used for the sealing can be used, but the polymer film is light and thin. Is preferably used.
  • the organic EL element emits light inside a layer having a refractive index higher than that of air (refractive index is about 1.7 to 2.1) and can extract only about 15% to 20% of the light generated in the light emitting layer. It is generally said.
  • a method of improving the light extraction efficiency for example, a method of forming irregularities on the surface of the transparent substrate and preventing total reflection at the transparent substrate and the air interface (US Pat. No. 4,774,435), A method for improving efficiency by giving light condensing property to a substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 63-314795), a method of forming a reflective surface on the side surface of an element (Japanese Patent Laid-Open No. 1-220394), and light emission from the substrate A method of forming an antireflection film by introducing a flat layer having an intermediate refractive index between the bodies (Japanese Patent Laid-Open No.
  • these methods can be used in combination with the organic EL device of the present invention.
  • a method of introducing a flat layer having a lower refractive index than the substrate between the substrate and the light emitter, or a substrate, transparent A method of forming a diffraction grating between any layers of the electrode layer and the light emitting layer (including between the substrate and the outside) can be suitably used.
  • the low refractive index layer examples include aerogel, porous silica, magnesium fluoride, and a fluorine-based polymer. Since the refractive index of the transparent substrate is generally about 1.5 to 1.7, the low refractive index layer preferably has a refractive index of about 1.5 or less. Further, it is preferably 1.35 or less.
  • the thickness of the low refractive index medium is preferably at least twice the wavelength in the medium. This is because the effect of the low refractive index layer is diminished when the thickness of the low refractive index medium is about the wavelength of light and the electromagnetic wave that has exuded by evanescent enters the substrate.
  • the method of introducing a diffraction grating into an interface or any medium that causes total reflection is characterized by a high effect of improving light extraction efficiency.
  • This method uses the property that the diffraction grating can change the direction of light to a specific direction different from refraction by so-called Bragg diffraction such as first-order diffraction and second-order diffraction.
  • Bragg diffraction such as first-order diffraction and second-order diffraction.
  • light that cannot go out due to total reflection between layers, etc. is diffracted by introducing a diffraction grating into any layer or medium (inside a transparent substrate or transparent electrode). I want to take it out.
  • the diffraction grating to be introduced has a two-dimensional periodic refractive index. This is because light emitted from the light-emitting layer is randomly generated in all directions, so in a general one-dimensional diffraction grating having a periodic refractive index distribution only in a certain direction, only light traveling in a specific direction is diffracted. Therefore, the light extraction efficiency does not increase so much.
  • the refractive index distribution a two-dimensional distribution
  • the light traveling in all directions is diffracted, and the light extraction efficiency is increased.
  • the position where the diffraction grating is introduced may be in any interlayer or medium (in the transparent substrate or in the transparent electrode), but is preferably in the vicinity of the organic light emitting layer where light is generated.
  • the period of the diffraction grating is preferably about 1/2 to 3 times the wavelength of light in the medium.
  • the arrangement of the diffraction grating is preferably two-dimensionally repeated such as a square lattice, a triangular lattice, or a honeycomb lattice.
  • the organic EL device of the present invention is processed on the light extraction side of the substrate so as to provide, for example, a microlens array structure, or combined with a so-called condensing sheet, for example, with respect to a specific direction, for example, the device light emitting surface.
  • a specific direction for example, the device light emitting surface.
  • a quadrangular pyramid having a side of 30 ⁇ m and an apex angle of 90 degrees is arranged two-dimensionally on the light extraction side of the substrate.
  • One side is preferably 10 to 100 ⁇ m. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate
  • the condensing sheet it is possible to use, for example, a sheet that has been put to practical use in an LED backlight of a liquid crystal display device.
  • a brightness enhancement film (BEF) manufactured by Sumitomo 3M Limited can be used.
  • BEF brightness enhancement film
  • the shape of the prism sheet for example, the base material may be formed with a triangle stripe having a vertex angle of 90 degrees and a pitch of 50 ⁇ m, or the vertex angle is rounded and the pitch is changed randomly. Other shapes may be used.
  • a light diffusion plate / film may be used in combination with the light collecting sheet.
  • a diffusion film (light-up) manufactured by Kimoto Co., Ltd. can be used.
  • the organic EL element of the present invention can be used as a display device, a display, and various light emission sources.
  • lighting devices home lighting, interior lighting
  • clock and liquid crystal backlights billboard advertisements, traffic lights, light sources of optical storage media, light sources of electrophotographic copying machines, light sources of optical communication processors, light
  • the light source of a sensor etc. are mentioned, It is not limited to this, Especially, it can use effectively for the use as a backlight of a liquid crystal display device, and a light source for illumination.
  • patterning may be performed by a metal mask, an ink jet printing method, or the like when forming a film, if necessary.
  • the electrode In the case of patterning, only the electrode may be patterned, the electrode and the light emitting layer may be patterned, or the entire layer of the element may be patterned. In the fabrication of the element, a conventionally known method is used. Can do.
  • the light emission color of the organic EL device of the present invention and the compound according to the present invention is shown in FIG. 4.16 on page 108 of “New Color Science Handbook” (edited by the Japan Color Society, University of Tokyo Press, 1985). It is determined by the color when the result measured with a total CS-1000 (manufactured by Konica Minolta Sensing) is applied to the CIE chromaticity coordinates.
  • the display device of the present invention comprises the organic EL element of the present invention.
  • the display device of the present invention may be single color or multicolor, but here, the multicolor display device will be described.
  • a shadow mask is provided only at the time of forming a light emitting layer, and a film can be formed on one surface by vapor deposition, casting, spin coating, ink jet, printing, or the like.
  • the method is not limited, but is preferably a vapor deposition method, an inkjet method, a spin coating method, or a printing method.
  • the configuration of the organic EL element included in the display device is selected from the above-described configuration examples of the organic EL element as necessary.
  • the manufacturing method of an organic EL element is as having shown in the one aspect
  • a DC voltage When a DC voltage is applied to the obtained multicolor display device, light emission can be observed by applying a voltage of about 2 to 40 V with the positive polarity of the anode and the negative polarity of the cathode. Further, even when a voltage is applied with the opposite polarity, no current flows and no light emission occurs. Further, when an AC voltage is applied, light is emitted only when the anode is in the + state and the cathode is in the-state.
  • the alternating current waveform to be applied may be arbitrary.
  • the multicolor display device can be used as a display device, a display, and various light sources.
  • a display device or display full-color display is possible by using three types of organic EL elements of blue, red, and green light emission.
  • Display devices and displays include televisions, personal computers, mobile devices, AV devices, teletext displays, information displays in automobiles, and the like. In particular, it may be used as a display device for reproducing still images and moving images, and the driving method when used as a display device for reproducing moving images may be either a simple matrix (passive matrix) method or an active matrix method.
  • Light sources include home lighting, interior lighting, clock and liquid crystal backlights, billboard advertisements, traffic lights, light sources for optical storage media, light sources for electrophotographic copying machines, light sources for optical communication processors, light sources for optical sensors, etc.
  • the present invention is not limited to these examples.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a display device composed of organic EL elements. It is a schematic diagram of a display such as a mobile phone that displays image information by light emission of an organic EL element.
  • the display 1 includes a display unit A having a plurality of pixels, a control unit B that performs image scanning of the display unit A based on image information, and the like.
  • the control unit B is electrically connected to the display unit A, and sends a scanning signal and an image data signal to each of a plurality of pixels based on image information from the outside, and the pixels for each scanning line respond to the image data signal by the scanning signal.
  • the image information is sequentially emitted to scan the image and display the image information on the display unit A.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the display unit A.
  • the display unit A has a wiring unit including a plurality of scanning lines 5 and data lines 6 and a plurality of pixels 3 on the substrate.
  • the main members of the display unit A will be described below.
  • the light L emitted from the pixel 3 is extracted in the direction of the white arrow (downward).
  • the scanning line 5 and the plurality of data lines 6 in the wiring portion are each made of a conductive material, and the scanning lines 5 and the data lines 6 are orthogonal to each other in a grid pattern and are connected to the pixels 3 at the orthogonal positions (details are illustrated). Not) When a scanning signal is applied from the scanning line 5, the pixel 3 receives an image data signal from the data line 6 and emits light according to the received image data.
  • a full color display can be achieved by appropriately arranging pixels in the red region, the green region, and the blue region on the same substrate.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pixel.
  • the pixel includes an organic EL element 10, a switching transistor 11, a driving transistor 12, a capacitor 13, and the like.
  • a full color display can be performed by using red, green, and blue light emitting organic EL elements as the organic EL elements 10 in a plurality of pixels, and juxtaposing them on the same substrate.
  • an image data signal is applied from the control unit B to the drain of the switching transistor 11 via the data line 6.
  • a scanning signal is applied from the control unit B to the gate of the switching transistor 11 via the scanning line 5
  • the driving of the switching transistor 11 is turned on, and the image data signal applied to the drain is supplied to the capacitor 13 and the driving transistor 12. Is transmitted to the gate.
  • the capacitor 13 is charged according to the potential of the image data signal, and the drive transistor 12 is turned on.
  • the drive transistor 12 has a drain connected to the power supply line 7 and a source connected to the electrode of the organic EL element 10, and the power supply line 7 connects to the organic EL element 10 according to the potential of the image data signal applied to the gate. Current is supplied.
  • the driving of the switching transistor 11 is turned off. However, even if the driving of the switching transistor 11 is turned off, the capacitor 13 maintains the potential of the charged image data signal, so that the driving of the driving transistor 12 is kept on and the next scanning signal is applied. Until then, the light emission of the organic EL element 10 continues.
  • the driving transistor 12 is driven according to the potential of the next image data signal synchronized with the scanning signal, and the organic EL element 10 emits light.
  • the light emission of the organic EL element 10 is performed by providing the switching transistor 11 and the drive transistor 12 which are active elements with respect to the organic EL element 10 of each of the plurality of pixels. It is carried out.
  • Such a light emitting method is called an active matrix method.
  • the light emission of the organic EL element 10 may be light emission of a plurality of gradations by a multi-value image data signal having a plurality of gradation potentials, or by turning on / off a predetermined light emission amount by a binary image data signal. Good.
  • the potential of the capacitor 13 may be maintained until the next scanning signal is applied, or may be discharged immediately before the next scanning signal is applied.
  • the present invention not only the active matrix method described above, but also a passive matrix light emission drive in which an organic EL element emits light according to a data signal only when a scanning signal is scanned.
  • FIG. 4 is a schematic view of a passive matrix display device.
  • a plurality of scanning lines 5 and a plurality of image data lines 6 are provided in a lattice shape so as to face each other with the pixel 3 interposed therebetween.
  • the pixel 3 connected to the applied scanning line 5 emits light according to the image data signal.
  • the lighting device of the present invention will be described.
  • the illuminating device of this invention has the said organic EL element.
  • the organic EL element of the present invention may be used as an organic EL element having a resonator structure.
  • the purpose of use of the organic EL element having such a resonator structure is as follows.
  • the light source of a machine, the light source of an optical communication processing machine, the light source of a photosensor, etc. are mentioned, However, It is not limited to these. Moreover, you may use for the said use by making a laser oscillation.
  • the organic EL element of the present invention may be used as a kind of lamp for illumination or exposure light source, a projection device for projecting an image, or a display for directly viewing a still image or a moving image. It may be used as a device (display).
  • the drive method when used as a display device for moving image reproduction may be either a simple matrix (passive matrix) method or an active matrix method.
  • the organic EL material of the present invention can be applied as an illumination device to an organic EL element that emits substantially white light.
  • a plurality of light emitting colors are simultaneously emitted by a plurality of light emitting materials to obtain white light emission by color mixing.
  • the combination of a plurality of emission colors may include three emission maximum wavelengths of the three primary colors of blue, green, and blue, or two using the relationship of complementary colors such as blue and yellow, blue green and orange, etc. The thing containing the light emission maximum wavelength may be used.
  • a combination of light emitting materials for obtaining a plurality of emission colors is a combination of a plurality of phosphorescent or fluorescent materials, a light emitting material that emits fluorescence or phosphorescence, and light from the light emitting material as excitation light. Any of those combined with a dye material that emits light may be used, but in the white organic EL device according to the present invention, only a combination of a plurality of light-emitting dopants may be mixed.
  • an electrode film can be formed by a vapor deposition method, a cast method, a spin coating method, an ink jet method, a printing method, or the like, and productivity is also improved.
  • the elements themselves are luminescent white.
  • luminescent material used for a light emitting layer For example, if it is a backlight in a liquid crystal display element, the metal complex which concerns on this invention so that it may suit the wavelength range corresponding to CF (color filter) characteristic, Any one of known luminescent materials may be selected and combined to whiten.
  • CF color filter
  • the non-light emitting surface of the organic EL device of the present invention is covered with a glass case, a glass substrate having a thickness of 300 ⁇ m is used as a sealing substrate, and an epoxy-based photocurable adhesive (LUX TRACK manufactured by Toagosei Co., Ltd.) is used as a sealing material.
  • LC0629B is applied, and this is overlaid on the cathode and brought into close contact with the transparent support substrate, irradiated with UV light from the glass substrate side, cured and sealed, and an illumination device as shown in FIGS. Can be formed.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a lighting device, and the organic EL element 101 of the present invention is covered with a glass cover 102 (in the sealing operation with the glass cover, the organic EL element 101 is brought into contact with the atmosphere. And a glove box under a nitrogen atmosphere (in an atmosphere of high-purity nitrogen gas having a purity of 99.999% or more).
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the lighting device.
  • 105 denotes a cathode
  • 106 denotes an organic EL layer
  • 107 denotes a glass substrate with a transparent electrode.
  • the glass cover 102 is filled with nitrogen gas 108 and a water catching agent 109 is provided.
  • Example 1 Production of Organic EL Element 1-1 >> This ITO transparent electrode was provided after patterning was performed on a substrate (NA-45 manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) formed by depositing 100 nm of ITO (indium tin oxide) on a 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 1.1 mm glass substrate as an anode.
  • the transparent support substrate was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, dried with dry nitrogen gas, and subjected to UV ozone cleaning for 5 minutes.
  • a solution prepared by dissolving 30 mg of polyvinylcarbazole (PVK; VP-6) and 3.0 mg of CD-1 in 3 ml of dichloroethane was formed by spin coating under the condition of 2000 rpm and 30 seconds.
  • the film was dried at 120 ° C. for 1 hour under nitrogen to obtain a light-emitting layer having a thickness of 50 nm.
  • the film was dried by heating at 120 ° C. for 1 hour, an electron transport layer having a thickness of 20 nm was provided, this was attached to a vacuum deposition apparatus, and the vacuum chamber was depressurized to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • a cathode was formed by vapor-depositing 1 nm of potassium fluoride as a cathode buffer layer and 110 nm of aluminum as a cathode to produce an organic EL device 1-1.
  • Organic EL elements 1-2 to 1-9 were prepared in the same manner as in the production of the organic EL element 1-1 except that CD-1 used as the light-emitting dopant was changed as shown in Table 1.
  • Pyr in Table 1 used for production of the light emitting layer of the comparative organic EL element 1-8 represents pyrene.
  • 1,6-BTEPyr was synthesized in the same manner except that pre-1,6-BTEPyr was used instead of pre-CD-1.
  • pre-BTEPyr (0.2 mmol, 106 mg) was dissolved in 120 ml of absolute ethanol, 5 ml of ammonia water was added, and the mixture was stirred at a speed of 500 rpm for 24 hours.
  • the film was dried by heating at 120 ° C. for 1 hour, an electron transport layer having a thickness of 20 nm was provided, this was attached to a vacuum deposition apparatus, and the vacuum chamber was depressurized to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • a cathode was formed by vapor-depositing 1 nm of potassium fluoride as a cathode buffer layer and 110 nm of aluminum as a cathode to produce an organic EL element 1-10.
  • each of the obtained organic EL elements 1-1 to 1-10 is covered with a glass case, and an epoxy photocurable adhesive (Toagosei Co., Ltd.) is covered. Sealing was performed with a LUX TRACK LC0629B manufactured by the company.
  • a spectral radiance meter CS-1000 manufactured by Konica Minolta Sensing was used in the same manner.
  • Example 2 Preparation of organic EL element 2-1 >> This ITO transparent electrode was provided after patterning was performed on a substrate (NA-45 manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) formed by depositing 100 nm of ITO (indium tin oxide) on a 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 1.1 mm glass substrate as an anode.
  • the transparent support substrate was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, dried with dry nitrogen gas, and subjected to UV ozone cleaning for 5 minutes.
  • a solution prepared by dissolving 30 mg of OC-25 and 6 mg of CD-6 in 3 ml of dichloroethane was formed by spin coating under a condition of 2000 rpm and 30 seconds. And dried for 1 hour to obtain a light emitting layer having a thickness of 50 nm.
  • the film was dried by heating at 120 ° C. for 1 hour, an electron transport layer having a thickness of 20 nm was provided, this was attached to a vacuum deposition apparatus, and the vacuum chamber was depressurized to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • a cathode was formed by vapor-depositing 1 nm of potassium fluoride as a cathode buffer layer and 110 nm of aluminum as a cathode to produce an organic EL element 2-1.
  • Organic EL elements 2-2 to 2-8 were prepared in the same manner as in the production of the organic EL element 2-1, except that the light emitting dopant CD-6 was changed to the light emitting dopant shown in Table 7.
  • each of the organic EL elements 2-1 to 2-8 is covered with a glass case as shown in FIG. 5 and FIG. Sealing was performed with an agent (Lux Track LC0629B manufactured by Toagosei Co., Ltd.).
  • the environment (moisture concentration and oxygen concentration) of the glove box used when performing this sealing was performed using the condition G (water concentration 1 ppm, oxygen concentration 10 ppm) shown in Table 2.
  • Luminescence life When driving at 23 ° C. and a constant current of 2.5 mA / cm 2 , the time required for the luminance to drop to half of the luminance immediately after the start of light emission (initial luminance) was measured, and this was calculated as the half-life time ( ⁇ 0 .5) was used as an index of life.
  • a spectral radiance meter CS-1000 manufactured by Konica Minolta Sensing
  • Table 8 shows the obtained results.
  • the measurement results of the external extraction quantum efficiency and the light emission lifetime were evaluated by relative evaluation with the organic EL element 2-8 as 100.
  • the luminescent dopant according to the present invention maintained the external extraction quantum efficiency even in a relatively simple sealing environment, and exhibited a very good luminescent lifetime.
  • Example 3 Provide of full-color display device> (Blue light emitting organic EL device) The organic EL element 1-2 produced in Example 2 was used.
  • Green light-emitting organic EL device As the green light-emitting organic EL element, the organic EL element 1-1 produced in Example 2 was used.
  • red light emitting organic EL device As the red light-emitting organic EL element, the organic EL element 1-3 produced in Example 2 was used.
  • the red, green and blue light-emitting organic EL elements are juxtaposed on the same substrate to produce an active matrix type full-color display device having the form shown in FIG. 1, and FIG. 2 shows the display of the produced display device. Only the schematic diagram of part A is shown.
  • a wiring portion including a plurality of scanning lines 5 and data lines 6 on the same substrate, and a plurality of juxtaposed pixels 3 (light emission color is a red region pixel, a green region pixel, a blue region pixel, etc.)
  • the scanning lines 5 and the plurality of data lines 6 in the wiring portion are each made of a conductive material, and the scanning lines 5 and the data lines 6 are orthogonal to each other in a lattice shape and are connected to the pixels 3 at the orthogonal positions ( Details are not shown).
  • the plurality of pixels 3 are driven by an active matrix system provided with an organic EL element corresponding to each emission color, a switching transistor as an active element, and a driving transistor, and a scanning signal is applied from a scanning line 5. Then, an image data signal is received from the data line 6 and light is emitted according to the received image data.
  • Example 4 Preparation of white light emitting lighting device ⁇
  • the white light-emitting organic EL device 1-2W was similarly prepared except that CD-9 was changed to a mixture of CD-1, D-9, and CD-13. was made.
  • the obtained organic EL element 1-1W was covered with a glass case on the non-light emitting surface as described above to obtain a lighting device.
  • the illuminating device could be used as a thin illuminating device that emits white light with high luminous efficiency and long emission life.

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Abstract

 水分、酸素など、これまで有機EL性能に対する懸念が非常に高かった外的要因に対し、高い耐性を有し、長寿命の有機エレクトロルミネッセンス素子、該素子製造方法を提供し、かつ、該素子を備えた照明装置及び表示装置を提供する。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極の間に挟持された少なくとも一層の有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該有機化合物層の少なくとも一層が発光ドーパント材料を含有し、該発光ドーパント材料が、下記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子であることを特徴とする。 一般式(1) D-(L)-M-(X)

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子、その製造方法、照明装置、表示装置及びリン光発光性粒子
 本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法、照明装置、表示装置及びリン光発光性粒子に関する。
 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、かつ、その発光が2~20V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(例えば、特許文献1、非特許文献1~3参照)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製膜(ドライプロセス)、溶液の塗布・製膜(ウェットプロセス)が知られており、大面積化や高生産性等の点で優れたウェットプロセスが注目されている。
 現在主流となっている多層構成の有機EL素子においては、塗布による積層方法や塗布積層可能な材料の開発が求められ、特に実用上の観点からは溶液安定性や製膜性の等の点でまだ不十分であり、更なる改良技術が不可欠である。
 特に最も重要な役割を担う発光ドーパントの水分や酸素等の影響からの脱却は、プロセス環境の負荷低減と密接な関わりを持つ重要な課題である。
 最近、ガラスカプセル発光材料(例えば、非特許文献4、5参照)に関する報告はあるが、有機エレクトロルミネッセンス素子における発光ドーパントに関する示唆はなく、課題解決が待たれている。
 また、一方で、素子の光取り出しの効率を向上させる手法が種々検討されており、例えば、発光層に、末端にトリエトキシシリル基を有する有機発光材料と該有機発光材料を保持する媒体としてコロイダルシリカやシリカエアロゲルを用いて多孔質な発光層を形成し、かつ、発光層の屈折率を1.10以上1.50未満に調整した有機EL素子(例えば、特許文献2参照)が知られている。
 しかしながら、上記特許文献2に記載のような、空孔率の高いコロイダルシリカやシリカエアロゲルを用いて形成された発光層は、物理的な耐久性が弱く(傷が発生しやすく、発光欠陥等が発生しやすい)、また、前記発光層を用いて形成された有機EL素子は、高い光取り出し効率が得られる反面、発光層の発光寿命や駆動電圧が高くなってしまう等の問題点があった。
米国特許第6,097,147号明細書 特開2007-266243号公報
M.A.Baldo et al.,Nature、395巻、151~154頁(1998年) M.A.Baldo et al.,Nature、403巻、17号、750~753頁(2000年) S.Lamansky et al.,J.Am.Chem.Soc.,123巻、4304頁(2001年) Ok-Hee Kim et al.,ACS Nano,4巻,3397頁(2010年) 独立行政法人産業技術総合研究所プレスリリース(2010年6月)
 本発明の目的は、水分、酸素等、これまで有機EL性能に対する懸念が非常に高かった外的要因に対し、高い耐性を有し、長寿命の有機エレクトロルミネッセンス素子、該素子製造方法を提供し、かつ、該素子を備えた照明装置、表示装置、及びリン光発光性粒子を提供することである。
 本発明の上記目的は、以下の構成により達成された。
 1.陽極と陰極の間に挟持された少なくとも一層の有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
 該有機化合物層の少なくとも一層が発光ドーパント材料を含有し、該発光ドーパント材料が、下記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
 一般式(1)
 D-(L)-M-(X)
 〔式中、Dはリン光発光性残基を表し、Lは2価の連結基を表し、Mは金属元素を表し、Xはゾル・ゲル反応可能な官能基を表し、aは1以上の整数、bは1以上の整数を表す。
 2.前記一般式(1)のDが下記一般式(10)で表される化合物から導出される1価の基であることを特徴とする第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 〔式中、P、Qは、各々炭素原子又は窒素原子を表し、A1は、P-C(Cは炭素原子を表す)と共に芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を形成するのに必要な原子群を表す。A2は、Q-N(Nは窒素原子を表す)と共に芳香族複素環を形成するのに必要な原子群を表す。P1-L1-P2は2座の配位子を表し、P1及びP2は各々独立に炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表す。L1はP1及びP2と共に2座の配位子を形成するのに必要な原子群を表す。rは1~3の整数を表し、sは0~2の整数を表すが、r+sは2又は3である。M1は元素周期表における8族~10族の遷移金属元素を表す。〕
 3.前記一般式(10)のsが0であることを特徴とする第2項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 4.前記有機化合物層の少なくとも一層が発光層であり、該発光層が前記発光ドーパント材料を含有することを特徴とする第1項から第3項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 5.前記発光層が、リン光の0-0バンドが460nm以下の発光ホスト化合物を含有することを特徴とする第1項から第4項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 6.前記発光ホスト化合物が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする第5項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 〔式中、Aは、N(R)、酸素原子、硫黄原子又はSi(R)(R)を表し、B~Bは、各々CR又はN原子を表す。R~Rは、各々水素原子又は置換基を表し、RとR、及び隣接するR同士が結合して環を形成しても良い。B~Bのうち複数の箇所がCRである場合、各々のRは、同一でも、異なっていても良い。〕
 7.第1項から第6項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする照明装置。
 8.第1項から第6項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする表示装置。
 9.第1項から第6項のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を製造するにあたり、前記発光ドーパント材料を含有する有機化合物層の少なくとも一層を湿式法(ウェットプロセス)により製膜、形成する工程を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
 10.第1項に記載の一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたことを特徴とするリン光発光性粒子。
 本発明の有機EL素子材料は、従来の有機EL素子材料に比べて、水分、酸素など、これまで有機EL性能に対する懸念が非常に高かった外的要因に対し、高い耐性を有し、かつウェットプロセスで可能となったことにより、コストパフォーマンスが高く、かつ、高性能(外部取り出し量子効率が高く、長寿命)な有機EL素子を提供することが可能になった。併せて、該素子を有する照明装置や表示装置を提供することが可能になった。
有機EL素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。 表示部Aの模式図である。 画素の模式図である。 パッシブマトリクス方式フルカラー表示装置の模式図である。 照明装置の概略図である。 照明装置の模式図である。
 本発明の有機EL素子においては、請求項1~6のいずれか一項に記載の構成を有することにより、水分、酸素、不純物など、従来、素子性能に対する懸念が非常に高かった外的要因に対し、高い耐性を示す有機EL素子を提供することができた。
 詳しくは、本発明の一般式(1)で示される繰返し単位からなる発光ドーパント材料を用いると、外部取り出し量子効率が高く、発光寿命の長い有機EL素子を提供することができ、併せて、該製造方法により製造された有機EL素子、該素子を具備した表示装置及び照明装置、及びリン光発光性粒子を提供することができた。
 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。
 《発光ドーパント材料》
 本発明に係る発光ドーパント材料は、上記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子であり、該リン光発光性粒子の好ましい形態はナノ粒子であり、該ナノ粒子の粒径は、1~100nmの範囲が好ましく、更に好ましくは、10~50nmの範囲である。
 ここで、本発明に用いられるナノ粒子の粒径は、透過電子顕微鏡(JEM-2010F)により測定した。
 続いて、本発明に係る発光ドーパント材料の前駆体である一般式(1)で表される化合物について説明する。
 《一般式(1)で表される化合物(前駆体ともいう)》
 一般式(1)において、Dはリン光発光性ドーパント残基(詳しくは、リン光発光性ドーパントから導出される残基ともいう)を表す。
 ここで、リン光発光性ドーパントとは、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、好ましくは元素周期表で8族~10族の金属元素を含有する有機金属錯体である。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。
 尚、リン光量子収率について、後述する有機EL素子の構成層のところで説明する。
 一般式(1)において、Dで表されるリン光発光性ドーパント残基としては、上記一般式(10)で表される化合物から導出される1価の基が好ましい。
 (一般式(10)で表される化合物から導出される1価の基)
 一般式(10)において、A1で表される、P-Cと共に形成される芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o-テルフェニル環、m-テルフェニル環、p-テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。中でも、ベンゼン環が好ましい。
 尚、これらの環は更に、後述する置換基を有してもよい。
 一般式(10)において、A1で表される、P-Cと共に形成される芳香族複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、ベンゾイミダゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、キノリン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭素原子の一つが更に窒素原子で置換されている環を示す)等が挙げられる。尚、これらの環は更に後述する置換基を有していても良い。
 一般式(10)において、A2は、Q-Nと共に形成される芳香族複素環としては、例えば、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、ベンゾイミダゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、キナゾリン環、シンノリン環、キノリン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、等が挙げられる。なお、これらの環は更に後述する置換基を有していても良い。
 《置換基》
 上記のA1で表される芳香族炭化水素環又は芳香族複素環が有していても良い置換基、また、A2で表される芳香族複素環が有してもよい置換基としては、置換基の例としてはアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、芳香族炭化水素基(芳香族炭化水素環基、芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、p-クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4-トリアゾール-1-イル基、1,2,3-トリアゾール-1-イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2-ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2-エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2-エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2-エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2-ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2-ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2-エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2-ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2-エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基又はヘテロアリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2-ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2-エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2-ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)、ホスホノ基等が挙げられる。
 また、これらの置換基は上記の置換基によって更に置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
 一般式(10)において、P1-L1-P2で表される2座の配位子としては、例えば、置換又は無置換のフェニルピリジン、フェニルピラゾール、フェニルイミダゾール、フェニルトリアゾール、フェニルテトラゾール、ピラザボール、アセチルアセトン、ピコリン酸等が挙げられる。
 一般式(10)において、L1はP1、P2と共に2座の配位子を形成するのに必要な原子群を表し、rは1~3の整数を表し、sは0~2の整数を表すが、r+sは2又は3を表すが、一般式(10)で表される化合物においては、特にsが0である場合が好ましい。
 一般式(10)において、M1で表される元素周期表における8族~10族の金属元素としては、M1は、元素周期表における8族~10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)が用いられるが、中でもイリジウム、白金が好ましく、特にイリジウムが好ましい。
 以下、一般式(10)で表される化合物から導出される1価の基の合成に用いられる該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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 上記一般式(10)で表される化合物は、例えば、Inorg.Chem.40巻、1704~1711に記載の方法等を参照することにより合成できる。
 一般式(1)において、Lは、2価の連結基を表し、aは0以上の整数である。aが2以上の場合、各々のLは同一でも異なっていても良い。
 Lで表される2価の連結基としては、アルキレン基(例えば、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等)、アルケニレン基(例えば、ビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基、1-メチルビニレン基、1-メチルプロペニレン基、2-メチルプロペニレン基、1-メチルペンテニレン基、3-メチルペンテニレン基、1-エチルビニレン基、1-エチルプロペニレン基、1-エチルブテニレン基、3-エチルブテニレン基等)、アルキニレン基(例えば、エチニレン基、1-プロピニレン基、1-ブチニレン基、1-ペンチニレン基、1-ヘキシニレン基、2-ブチニレン基、2-ペンチニレン基、1-メチルエチニレン基、3-メチル-1-プロピニレン基、3-メチル-1-ブチニレン基等)、アリーレン基(例えば、o-フェニレン基、m-フェニレン基、p-フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ナフタセンジイル基、ピレンジイル基、ナフチルナフタレンジイル基、ビフェニルジイル基(例えば、[1,1′-ビフェニル]-4,4′-ジイル基、3,3′-ビフェニルジイル基、3,6-ビフェニルジイル基等)、テルフェニルジイル基、クアテルフェニルジイル基、キンクフェニルジイル基、セキシフェニルジイル基、セプチフェニルジイル基、オクチフェニルジイル基、ノビフェニルジイル基、デシフェニルジイル基等)、ヘテロアリーレン基(例えば、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(モノアザカルボリン環ともいい、カルボリン環を構成する炭素原子のひとつが窒素原子で置き換わった構成の環構成を示す)、トリアゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピラジン環、キノキサリン環、チオフェン環、オキサジアゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、インドール環からなる群から導出される2価の基等)、酸素や硫黄などのカルコゲン原子であってもよい。
 また、上記のアルキレン基の末端又はアルキレン鎖の中に酸素原子や硫黄原子等のカルコゲン原子を有する2価の基や、アルキルイミノ基、ジアルキルシランジイル基やジアリールゲルマンジイル基のような、ヘテロ原子を介して連結する基でもよい。
 中でも、好ましいのは、アルキレン基(例えば、エチレン基等)、アルキレン基の末端に酸素原子を有する2価の基(例えば、オキシエチレン基等)、アルキレン鎖の中にカルコゲン原子を有する2価の基(例えば、エチレンオキシメチレン基等)、エチレンイミノカルボニル基、(1-エチル-4-ビニルベンゼン)-2′,2″-ジイル基、エチレンカルボニルオキシ基等が挙げられる。
 一般式(1)において、Mは金属元素を表し、好ましくは、Si、Ti、Ni、W、Zr、Mg、Al、Ge、B、Ga、Sb、Sn、Ta、Vが挙げられ、より好ましくは、Si、Ti、Ni、Al、Zr、Snである。
 (ゾル・ゲル反応可能な基)
 一般式(1)において、Xはゾル・ゲル反応可能な官能基を表し、好ましくは、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロピルオキシ基、プロピルオキシ基等)、アミノ基等が挙げられる。bは1以上の整数を表すが、最大は、金属元素Mの価数-1である。
 本発明に係る、一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られるリン光発光性粒子からなるリン光発光性ドーパント(単に、リン光発光ドーパントともいう)は、半導体性を有することが望ましく、更に、1.0×10~1.0×1010Ω・cmの範囲の比抵抗値を有することが好ましい。
 (ナノ粒子の好ましい態様)
 本発明に係る一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られるリン光発光性粒子の好ましい態様は、上記に示した、pre-CD-1~pre-CD-14のような前駆体をゾル・ゲル反応させて得られたナノ粒子である。
 また、本発明に係るゾル・ゲル反応とは、上記一般式(1)で表される化合物(前駆体)の加水分解とそれに続く重縮合反応により、架橋重合体を製造する方法であり、製造については、例えば、第5版実験化学講座等に記載の方法を参照することにより合成することが可能である。
 上記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて本発明に係るリン光発光性ドーパントを得る工程については、後述する実施例1で詳細に説明するが、例えば、以下に示す合成原料であるpre-CD-1を前駆体として用い、該前駆体をゾル・ゲル反応させ、本発明に係る発光ドーパントの一例である、CD-1を製造することができる。
 本発明に係るリン光発光性粒子は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子のいずれの構成層に用いることができるが、特に好ましいのは発光層に用いられることである。
 尚、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の構成層については、後に詳細に説明する。
 以下、本発明に係る発光ドーパント材料の合成原料(前駆体)として用いられる、一般式(1)で示される化合物(本発明に係る発光ドーパント材料の前駆体、単に前駆体ともいう)の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 (本発明に係る発光ドーパント材料CD-1の合成)
 以下、一般式(1)で示される化合物(本発明に係る発光ドーパント材料の前駆体、単に前駆体ともいう)の具体例であるpre-CD-1の合成、次いで、pre-CD-1を以下の工程4においてゾル・ゲル反応させて、本発明に係る発光ドーパント材料であるCD-1の合成例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 (工程1)
 塩化イリジウム・n水和物(Ir換算1mmol)と4-(2-ピリジル)ベンズアルデヒド(8mmol、1.46g)及び2-フェニルキノリン(8mmol、1.64g)を2-エトキシエタノール(30ml):水(10ml)混合溶媒中で加熱還流を行った。
 析出した固体をろ別した後、エタノール中で水素化ホウ素ナトリウムを加え、IMIr-1を得た。
 (工程2)
 次いでIMIr-1(0.2mmol,238mg)、ピコリン酸(0.5mmol、62mg)を塩基性2-エトキシエタノール中で12時間加熱還流を行った。析出した固体をろ別し、IMIr-2を得た。
 (工程3)
 得られたIMIr-2(0.2mmol、136mg)、tertブトキシカリウム(1mmol、112mg)を無水THF(20ml)に溶解し、ヨウ化アリル(2ml)を加えた。窒素雰囲気下で12時間加熱還流を行い、通常の処理を行い、IMIr-3を得た。
 (工程4)(pre-CD-1の合成及びCD-1の合成)
 20mlの無水メタノールにIMIr-3(0.2mmol、153mg)を溶解した後、0.5mlのトリメトキシシラン、白金/活性炭(10%Pt)を加え、窒素雰囲気下、一晩加熱還流を行った。
 室温まで冷却した後、白金/活性炭をろ別し、母液を減圧下濃縮を行いpre-CD-1(トータル収率20%)を得た。
 得られたpre-CD-1(0.1mmol、100mg)を120mlの無水エタノールに溶解した後、5mlのアンモニア水を加え、500rpmの速度で、24時間撹拌を行った。
 撹拌終了後、15,000rpmで遠心分離を行い、本発明に係る発光ドーパントCD-1(収量20mg、平均粒径45nm)を得た。
 精製は、無水エタノールへの再分散後、遠心分離を行い、上澄み液を除去の工程を3度繰り返した。
 (発光ドーパント材料CD-2~CD-4の合成)
 尚、上記で示したpre-CD-1からCD-1の合成において、pre-CD-2~pre-CD-14を各々用いた以外は同様にして合成することができる。
 また、本発明係る発光ドーパント材料の合成例としては、ACS Nano,4巻,3397頁(2010年)記載の方法や、特表2005-532255号公報等のオルトメタル化錯体の製造方法や第5版実験化学講座(日本化学会編)等に記載の一般的な有機化学反応を適宜参照して合成することができる。
 《有機EL素子の製造方法》
 本発明の有機EL素子の製造方法においては、前記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子を含有する有機化合物層の少なくとも1層が、湿式法(ウェットプロセス)により製膜、形成される工程を有することが好ましい。
 以下、本発明の有機EL素子の製造方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなる素子の製造方法について説明する。
 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形成させ、陽極を作製する。
 次に、この上に素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層等の有機化合物を含有する薄膜を形成させる。
 これら各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、印刷法)等があるが、均質な膜が得られやすく、かつ、ピンホールが生成しにくい等の点から、本発明においては湿式法(ウェットプロセスともいう)による製膜、形成する方法が好ましく、湿式法としては、スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法等があるが、精密な薄膜が形成可能で、かつ高生産性の点から、ダイコート法、ロールコート法、インクジェット法、スプレーコート法などのロール・ツー・ロール方式適性の高い方法が好ましい。また、層ごとに異なる製膜法を適用してもよい。
 これらの層の形成後、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、順序を逆にして、陰極、電子輸送層、正孔阻止層、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。尚、印加する交流の波形は任意でよい。
 本発明の有機EL素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施しても構わない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
 《有機EL素子の構成層、有機化合物層》
 本発明の有機EL素子の構成層、有機化合物層等について説明する。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。
 尚、上記のように、本発明に係るリン光発光性粒子は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子のいずれの構成層に用いることができるが、特に好ましいのは発光層に用いられることである。
 (i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
 (ii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
 (iii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
 (iv)陽極/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/陰極
 《有機化合物層(有機層ともいう)》
 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素子においては、青色発光層の発光極大波長は430~480nmにあるものが好ましく、緑色発光層は発光極大波長が510~550nm、赤色発光層は発光極大波長が600~640nmの範囲にある単色発光層であることが好ましく、これらを用いた表示装置であることが好ましい。
 また、これらの少なくとも3層の発光層を積層して白色発光層としたものであってもよい。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、これらを用いた照明装置であることが好ましい。
 本発明の有機EL素子を構成する各層について説明する。
 《発光層》
 本発明に係る発光層は、電極又は電子輸送層、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、かつ、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2~200nmの範囲に調整され、特に好ましくは、10~20nm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、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製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、少なくとも1種類の一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子の他に、後述する発光ホスト化合物を含有することが好ましい。また必要に応じて、一般によく知られた発光ドーパント(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)、さらには後述する正孔輸送材料や電子輸送材料を混合して用いても良い。
 (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、かつ室温(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。
 また、発光ドーパントのリン光0-0バンドよりも短波長な0-0バンドをもつ化合物が好ましく、リン光の0-0バンドが460nm以下であることが特徴である。リン光の0-0バンドは、450nm以下が好ましく、440nm以下がより好ましく、430nm以下が更に好ましい。
 本発明におけるリン光の0-0バンドの測定方法について説明する。まず、リン光スペクトルの測定方法について説明する。測定する発光ホスト化合物を、よく脱酸素されたエタノール/メタノール=4/1(vol/vol)の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度77Kで励起光を照射し、励起光照射後100msでの発光スペクトルを測定する。
 リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、100ms後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。なお、リン光寿命が100msより短い化合物に対しては遅延時間を短くして測定しても構わないが、蛍光と区別できなくなるほど遅延時間を短くしてしまうと、リン光と蛍光が分離できないので問題となるため、その分離が可能な遅延時間を選択する必要がある。
 また、上記溶剤系で溶解できない化合物については、その化合物を溶解しうる任意の溶剤を使用してもよい(実質上、上記測定法ではリン光波長の溶媒効果はごくわずかなので問題ない)。
 次に、0-0バンドの求め方であるが、本発明においては、上記測定法で得られたリン光スペクトルチャートの中で最も短波長側に現れる発光極大波長をもって0-0バンドと定義する。リン光スペクトルは通常強度が弱いことが多いため、拡大するとノイズとピークの判別が難しくなるケースがある。
 このような場合には励起光照射直後の発光スペクトル(便宜上これを定常光スペクトルという)を拡大し、励起光照射後100ms後の発光スペクトル(便宜上これをリン光スペクトルという)と重ね合わせ、リン光スペクトルに由来する定常光スペクトル部分からピーク波長を読みとることで決定することができる。
 また、リン光スペクトルをスムージング処理することでノイズとピークを分離し、ピーク波長を読みとることもできる。なお、スムージング処理としては、Savitzky&Golayの平滑化法等を適用することができる。
 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、又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、かつ、発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。
 本発明に係るホスト化合物としては、上記一般式(2)で表される化合物が好ましく用いられる。
 《一般式(2)で表される化合物》
 本発明に係るホスト化合物として好ましく用いられる一般式(2)で表される化合物について説明する。
 一般式(2)において、Aで表される、N(R)又はSi(R)(R)におけるR~R、で表される置換基、B~Bで各々表されるCRのRで表される置換基は、上記一般式(10)において、A1で表される、P-Cと共に形成される芳香族炭化水素環、芳香族複素環が各々有してもよい置換基と同義である。
 以下、本発明に係るホスト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。
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 尚、本発明に係る一般式(2)で表される化合物は、特開2007-288035号公報、Chem.Mater.2008,20,5951、実験化学講座第5版(日本化学会編)等に記載の公知の方法を参照して合成することができる。
 従来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等が挙げられる。
 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。
 本発明に係る発光層に含有され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)、従来公知の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、より発光寿命の長い有機EL素子を得る観点からは、本発明に係る、上記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子を少なくとも1層の発光層が含有することが好ましい。
 本発明に係るリン光発光性ドーパントは、上記にも記載したように、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。
 本発明の有機EL素子の発光層に用いられる発光ドーパント(単にドーパントともいう)としては、上記のように一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子を用いることが好ましいが、従来公知の発光ドーパント材料(化合物)も適宜併用して用いることができる。
 本発明に係る発光ドーパント材料(化合物)と併用して用いられる従来公知の発光ドーパント材料としては、上記一般式(10)で表される化合物等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。
 (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、又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又は正孔輸送層の間、及び陰極と発光層又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~10nm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。
 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。正孔輸送層は単層又は複数層設けることができる。
 正孔輸送材料としては、正孔の注入又は輸送、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、又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、より高性能の発光素子が得られることから、上記一般式(1)で表される重合性化合物又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好ましく、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(ウェットプロセス)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5~200nmである。この正孔輸送層は上記材料の1種又は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。
 以下、本発明の有機EL素子に係る正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料の具体例を示すが本発明はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 《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。電子輸送層は単層又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、又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又は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、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又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種又は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余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製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(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、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。尚、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極又は陰極のいずれか一方が透明又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、透明又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又はそれらの誘導体、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、有機物の被膜又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-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又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-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、軽量か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若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、いずれかの層間若しくは、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とおり、いずれかの層間若しくは媒質中(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、二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二次元に配列する。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。
 《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、必要に応じ製膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング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、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、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、インクジェット法、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2~40V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。
 以下、本発明の有機EL素子を有する表示装置の一例を図面に基づいて説明する。
 図1は有機EL素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機EL素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
 ディスプレイ1は複数の画素を有する表示部A、画像情報に基づいて表示部Aの画像走査を行う制御部B等からなる。
 制御部Bは表示部Aと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Aに表示する。
 図2は表示部Aの模式図である。
 表示部Aは基板上に、複数の走査線5及びデータ線6を含む配線部と複数の画素3等とを有する。表示部Aの主要な部材の説明を以下に行う。
 図においては、画素3の発光した光Lが白矢印方向(下方向)へ取り出される場合を示している。
 配線部の走査線5及び複数のデータ線6はそれぞれ導電材料からなり、走査線5とデータ線6は格子状に直交して、直交する位置で画素3に接続している(詳細は図示していない)。画素3は走査線5から走査信号が印加されると、データ線6から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。
 発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を適宜同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
 次に、画素の発光プロセスを説明する。
 図3は画素の模式図である。
 画素は有機EL素子10、スイッチングトランジスタ11、駆動トランジスタ12、コンデンサ13等を備えている。複数の画素に有機EL素子10として、赤色、緑色、青色発光の有機EL素子を用い、これらを同一基板上に並置することでフルカラー表示を行うことができる。
 図3において、制御部Bからデータ線6を介してスイッチングトランジスタ11のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Bから走査線5を介してスイッチングトランジスタ11のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ13と駆動トランジスタ12のゲートに伝達される。
 画像データ信号の伝達により、コンデンサ13が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ12の駆動がオンする。駆動トランジスタ12は、ドレインが電源ライン7に接続され、ソースが有機EL素子10の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン7から有機EL素子10に電流が供給される。
 制御部Bの順次走査により走査信号が次の走査線5に移ると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフしてもコンデンサ13は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ12の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機EL素子10の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ12が駆動して有機EL素子10が発光する。
 即ち、有機EL素子10の発光は、複数の画素それぞれの有機EL素子10に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ11と駆動トランジスタ12を設けて、複数の画素3それぞれの有機EL素子10の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
 ここで、有機EL素子10の発光は複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、2値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。また、コンデンサ13の電位の保持は次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
 本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機EL素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
 図4はパッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。図4において、複数の走査線5と複数の画像データ線6が画素3を挟んで対向して格子状に設けられている。
 順次走査により走査線5の走査信号が印加されたとき、印加された走査線5に接続している画素3が画像データ信号に応じて発光する。
 パッシブマトリクス方式では画素3にアクティブ素子が無く、製造コストの低減が計れる。
 《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。又は、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、複数のリン光又は蛍光で発光する材料を複数組み合わせたもの、蛍光又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、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、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。
 《本発明の照明装置の一態様》
 本発明の有機EL素子を具備した、本発明の照明装置の一態様について説明する。
 本発明の有機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、これを陰極上に重ねて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、図5、図6に示すような照明装置を形成することができる。
 図5は、照明装置の概略図を示し、本発明の有機EL素子101はガラスカバー102で覆われている(尚、ガラスカバーでの封止作業は、有機EL素子101を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った。)。
 図6は、照明装置の断面図を示し、図6において、105は陰極、106は有機EL層、107は透明電極付きガラス基板を示す。尚、ガラスカバー102内には窒素ガス108が充填され、捕水剤109が設けられている。
 以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。尚、実施例において「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量%」を表す。
 実施例1
 《有機EL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NA-45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板を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。
 この透明支持基板上に、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、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製膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの正孔輸送層を設けた。
 この正孔輸送層上に、ポリビニルカルバゾール(PVK;VP-6)30mgと3.0mgのCD-1とをジクロロエタン3mlに溶解した溶液を、2000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜し、窒素下、120℃で1時間乾燥し、膜厚50nmの発光層とした。
 この発光層上に、10mgのOC-103をヘキサフルオロイソプロパノール3ml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した。
 120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚20nmの電子輸送層を設け、これを真空蒸着装置に取付け、真空槽を4×10-4Paまで減圧した。
 陰極バッファー層としてフッ化カリウム1nm及び陰極としてアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子1-1を作製した。
 《有機EL素子1-2~1-9の作製》
 有機EL素子1-1の作製において、発光ドーパントとして用いたCD-1を表1に示すように変更した以外は同様にして有機EL素子1-2~1-9を作製した。
 尚、比較の有機EL素子1-7の発光層の作製に用いた発光ドーパントPS-1と、比較の有機EL素子1-9の発光層の作製に用いた発光ドーパント1,6-BTEPyrについては、各々下記のようにして合成したものを用いた。
 尚、比較の有機EL素子1-8の発光層の作製に用いた表1のPyrはピレンを示す。
 (PS-1(多孔質シリカ内包ドーパント)の合成)
 テトラエトキシシラン1mlとPD-1(0.1mmol、65mg)を120mlの無水エタノールに溶解した後、5mlのアンモニア水を加え、500rpmの速度で、24時間撹拌を行った。撹拌終了後、15,000rpmで遠心分離を行い、多孔質シリカ内包ドーパントPS-1(収量15mg、平均粒径50nm)を得た。精製は、無水エタノールへの再分散後、遠心分離を行い、上澄み液を除去の工程を3度繰り返した。
 (発光ドーパント1,6-BTEPyrの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 上記のCD-1の合成において、pre-CD-1の代わりに、pre-1,6-BTEPyrを用いる以外は同様にして1,6-BTEPyrを合成した。
 具体的には、pre-BTEPyr(0.2mmol、106mg)を120mlの無水エタノールに溶解した後、5mlのアンモニア水を加え、500rpmの速度で、24時間撹拌を行った。
 撹拌終了後、15,000rpmで遠心分離を行い、高分子発光ドーパント1,6-BTEPyr(収量20mg、平均粒径45nm)を得た。
 精製は、無水エタノールへの再分散後、遠心分離を行い、上澄み液を除去の工程を3度繰り返した。
 《有機EL素子1-10の作製》
 有機EL素子1-1の作製において、有機EL素子1-1の作製と同様に正孔輸送層までを設けた後、この正孔輸送層上に、ポリビニルカルバゾール(PVK;VP-6)30mgと3.0mgのpre-CD-4とをトルエン3mlに溶解した溶液を、2000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜し、窒素下、80℃で10分間加熱し、次いで120℃で3時間加熱し、基板上でゾル・ゲル反応を生じさせ、膜厚50nmの発光層を形成した。
 この発光層上に、10mgのOC-103をヘキサフルオロイソプロパノール3ml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した。
 120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚20nmの電子輸送層を設け、これを真空蒸着装置に取付け、真空槽を4×10-4Paまで減圧した。
 陰極バッファー層としてフッ化カリウム1nm及び陰極としてアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子1-10を作製した。
 別途、ガラス基板上に発光層のみを形成し、ゾル・ゲル化反応前後の透過電子顕微鏡及び走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製;SPA400)を用いた表面観察を行ったところ、ゾル・ゲル反応前には見られなかった120~200nmの架橋・凝集体が観察されるとともに、100~150nmの突起が観察され、製膜後のゾル・ゲル反応によって発光層表面が荒れたことが予想される結果であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
 得られた有機EL素子1-1~1-10の各々について、酸素や水等の外的要因の影響を明らかにするために、封止環境と素子の耐久性(発光寿命)について詳細な検討を行った。
 具体的には、得られた有機EL素子1-1~1-10の各々を図5、図6に示すように、非発光面をガラスケースで覆い、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)で封止を行った。
 この封止を行う際に使用したグローブボックスの環境(水分濃度及び酸素濃度)を表2に記載のように変化させた際の素子の発光寿命の関係について測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
 表2に示したグローボックス環境における、有機EL素子1-1~1-9の発光寿命は以下のようにして測定、評価を行った。
 《発光寿命》
 23℃、2.5mA/cmの一定電流で駆動したときに、輝度が発光開始直後の輝度(初期輝度)の半分に低下するのに要した時間を測定し、これを半減寿命時間(τ0.5)として寿命の指標とした。
 尚、測定には同様に分光放射輝度計CS-1000(コニカミノルタセンシング製)を用いた。
 得られた結果を以下、表3~表6に示す。
 尚、表3~表6において、評価結果は、評価No.9(表3)、No.41(表4)、No.57(表5)、No.73(表6)を100とした時の各々相対評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000035
 表3から、多孔質シリカ内に内包した発光ドーパントを用いた有機EL素子1-7と通常の発光ドーパントを用いた有機EL素子1-4を比較すると、封止環境に関わらず、ほぼ同じ挙動を示すことがわかった。これは、単にシリカ等の細孔内に発光ドーパントを担持するだけでは、酸素や水等の外的要因の影響を排除できないことを意味する結果である。また、製膜後にゾル・ゲル反応を行った有機EL素子1-10においても、酸素や水等の外的要因の影響を排除できないことを意味し、製膜時にナノ粒子を形成していることが重要であることが明らである。
 一方、本発明に係る発光ドーパントを用いた有機EL素子1-1では、封止環境CあるいはHにおいて顕著な効果が認められていることから、水分に対する耐性が著しく向上していることが明らかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
 表4から、先程の結果と同様に、本発明に係る発光ドーパントを用いた場合(有機EL素子1-2)、比較のドーパントを用いた場合(有機EL素子1-5)に比べて、外的要因に対する耐性に向上が認められた。特に封止環境B、CあるいはG、Hにおいて顕著な効果が認められている。このことは、外的要因に対して非常にセンシティブな青色のリン光発光を示す系においても、非常に高い抑制性の付与が可能であることを示す結果であり、本発明の効果が最も効果的に発現できている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
 表5から、前述の結果と同様に、本発明に係る発光ドーパントを用いた場合(有機EL素子1-3)、比較のドーパントを用いた場合(有機EL素子1-6)に比べて、外的要因に対する耐性に向上が認められた。特に封止環境BあるいはCにおいて顕著な効果が認められている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
 表6から、前述の結果と同様に、本発明に係る発光ドーパントを用いた場合(有機EL素子1-8)、比較のドーパントを用いた場合(有機EL素子1-9)との比較において、外的要因に対する変化が認められなかった。
 このことは、蛍光発光を利用する有機EL素子がリン光発光を利用するものに比べ、外的要因に対するロバストが高く、本発明の効果を十分に発現することができなかったためと推定している。
 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NA-45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板を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。
 この透明支持基板上に、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、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製膜した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの正孔輸送層を設けた。
 この正孔輸送層上に、30mgのOC-25と6mgのCD-6とをジクロロエタン3mlに溶解した溶液を、2000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により製膜し、窒素下、120℃で1時間乾燥し、膜厚50nmの発光層とした。
 この発光層上に、10mgのOC-103をヘキサフルオロイソプロパノール3ml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した。
 120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚20nmの電子輸送層を設け、これを真空蒸着装置に取付け、真空槽を4×10-4Paまで減圧した。
 陰極バッファー層としてフッ化カリウム1nm及び陰極としてアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子2-1を作製した。
 《有機EL素子2-2~2-8の作製》
 有機EL素子2-1の作製において、発光ドーパントCD-6を表7に記載の発光ドーパントに変更した以外は同様にして有機EL素子2-2~2-8を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000039
 得られた有機EL素子2-1~2-8の各々について、酸素や水等の外的要因の影響を明らかにするために、封止環境と素子の耐久性(発光寿命)について詳細な検討を行った。
 具体的には、実施例1と同様に、有機EL素子2-1~2-8の各々を図5、図6に示すように、非発光面をガラスケースで覆い、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)で封止を行った。
 この封止を行う際に使用したグローブボックスの環境(水分濃度及び酸素濃度)は表2の条件G(水分濃度1ppm、酸素濃度10ppm)を用いて行った。
 素子の各測定・評価は以下のようにして行った。
 (外部取り出し量子効率)
 各素子について、23℃、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製)を用いた。
 (発光寿命》
 23℃、2.5mA/cmの一定電流で駆動したときに、輝度が発光開始直後の輝度(初期輝度)の半分に低下するのに要した時間を測定し、これを半減寿命時間(τ0.5)として寿命の指標とした。なお、測定には同様に分光放射輝度計CS-1000(コニカミノルタセンシング製)を用いた。
 得られた結果を表8に示す。尚、外部取り出し量子効率、発光寿命の測定結果は、有機EL素子2-8を100とした時の相対評価で行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
 表8から、本発明に係る発光ドーパントは、比較的簡便な封止環境においても、外部取り出し量子効率を維持し、かつ非常に良好な発光寿命を示した。
 これにより、これまで大きな懸念点であった外的要因(酸素や水)からの影響に対して強い有機EL素子を製造することが可能となり、製造プロセスの簡便化に繋がることが明らかである。
 実施例3
 《フルカラー表示装置の作製》
 (青色発光有機EL素子)
 実施例2で作製した有機EL素子1-2を用いた。
 (緑色発光有機EL素子)
 緑色発光有機EL素子として、実施例2で作製した有機EL素子1-1を用いた。
 (赤色発光有機EL素子)
 赤色発光有機EL素子として、実施例2で作製した有機EL素子1-3を用いた。
 上記の赤色、緑色及び青色発光有機EL素子を、同一基板上に並置し、図1に記載の形態を有するアクティブマトリクス方式フルカラー表示装置を作製し、図2には、作製した前記表示装置の表示部Aの模式図のみを示した。
 即ち、同一基板上に、複数の走査線5及びデータ線6を含む配線部と、並置した複数の画素3(発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素等)とを有し、配線部の走査線5及び複数のデータ線6はそれぞれ導電材料からなり、走査線5とデータ線6は格子状に直交して、直交する位置で画素3に接続している(詳細は図示せず)。
 前記複数の画素3は、それぞれの発光色に対応した有機EL素子、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタと駆動トランジスタそれぞれが設けられたアクティブマトリクス方式で駆動されており、走査線5から走査信号が印加されると、データ線6から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。
 この様に各赤、緑、青の画素を適宜、並置することによって、フルカラー表示装置を作製した。
 該フルカラー表示装置を駆動することにより、発光効率が高い発光寿命の長いフルカラー動画表示が得られることを確認することができた。
 実施例4
 《白色発光照明装置の作製》
 実施例2で作製した有機EL素子1-2の作製において、CD-9をCD-1、D-9、CD-13の混合物に変更した以外は同様して、白色発光有機EL素子1-2Wを作製した。
 得られた有機EL素子1-1Wを、前述にように非発光面をガラスケースで覆い、照明装置とした。照明装置は、発光効率が高く発光寿命の長い白色光を発する薄型の照明装置として使用することができた。
1 ディスプレイ
3 画素
5 走査線
6 データ線
7 電源ライン
10 有機EL素子
11 スイッチングトランジスタ
12 駆動トランジスタ
13 コンデンサ
L 光
A 表示部
B 制御部
101 有機EL素子
102 ガラスカバー
105 陰極
106 有機EL層
107 透明電極付きガラス基板
108 窒素ガス
109 捕水剤

Claims (10)

  1.  陽極と陰極の間に挟持された少なくとも一層の有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
     該有機化合物層の少なくとも一層が発光ドーパント材料を含有し、該発光ドーパント材料が、下記一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたリン光発光性粒子であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
     一般式(1)
     D-(L)-M-(X)
     〔式中、Dはリン光発光性残基を表し、Lは2価の連結基を表し、Mは金属元素を表し、Xはゾル・ゲル反応可能な官能基を表し、aは1以上の整数、bは1以上の整数を表す。
  2.  前記一般式(1)のDが下記一般式(10)で表される化合物から導出される1価の基であ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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     〔式中、P、Qは、各々炭素原子又は窒素原子を表し、A1は、P-C(Cは炭素原子を表す)と共に芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を形成するのに必要な原子群を表す。A2は、Q-N(Nは窒素原子を表す)と共に芳香族複素環を形成するのに必要な原子群を表す。P1-L1-P2は2座の配位子を表し、P1及びP2は各々独立に炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表す。L1はP1及びP2と共に2座の配位子を形成するのに必要な原子群を表す。rは1~3の整数を表し、sは0~2の整数を表すが、r+sは2又は3である。M1は元素周期表における8族~10族の遷移金属元素を表す。〕
  3.  前記一般式(10)のsが0であることを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4.  前記有機化合物層の少なくとも一層が発光層であり、該発光層が前記発光ドーパント材料を含有する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。
  5.  前記発光層が、リン光の0-0バンドが460nm以下の発光ホスト化合物を含有する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。
  6.  前記発光ホスト化合物が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     〔式中、Aは、N(R)、酸素原子、硫黄原子又はSi(R)(R)を表し、B~Bは、各々CR又はN原子を表す。R~Rは、各々水素原子又は置換基を表し、RとR、及び隣接するR同士が結合して環を形成しても良い。B~Bのうち複数の箇所がCRである場合、各々のRは、同一でも、異なっていても良い。〕
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする照明装置。
  8.  請求項1~6のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えたことを特徴とする表示装置。
  9.  請求項1~6のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を製造するにあたり、前記発光ドーパント材料を含有する有機化合物層の少なくとも一層を湿式法(ウェットプロセス)により製膜、形成する工程を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
  10.  請求項1に記載の一般式(1)で表される化合物をゾル・ゲル反応させて得られたことを特徴とするリン光発光性粒子。
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