WO2012173079A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置 Download PDF

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邦夫 谷
片倉 利恵
井上 暁
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コニカミノルタホールディングス株式会社
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescence element, an illumination device using the same, and a display device.
  • ELD electroluminescence display
  • an inorganic electroluminescence element hereinafter also referred to as an inorganic EL element
  • an organic electroluminescence element hereinafter also referred to as an organic EL element
  • Inorganic EL elements have been used as planar light sources, but an alternating high voltage is required to drive the light emitting elements.
  • an organic electroluminescence device has a structure in which a light emitting layer containing a light emitting compound is sandwiched between a cathode and an anode, and excitons (exciton) are injected by injecting electrons and holes into the light emitting layer and recombining them. ) And emits light by using light emission (fluorescence / phosphorescence) when this exciton is deactivated, and can emit light at a voltage in the range of several volts to several tens of volts. Furthermore, since it is a self-luminous type, it has a wide viewing angle, high visibility, and since it is a thin-film type completely solid element, it has attracted attention from the viewpoints of space saving, portability and the like.
  • the organic electroluminescence element is also a major feature that it is a surface light source, unlike the main light sources that have been used in the past, such as light-emitting diodes and cold-cathode tubes.
  • Applications that can effectively utilize this characteristic include illumination light sources and various display backlights.
  • it is also suitable to be used as a backlight of a liquid crystal full color display whose demand has been increasing in recent years.
  • an organic electroluminescence element When an organic electroluminescence element is used as such a light source for illumination or a backlight of a display, it is used as a light source that exhibits white or a so-called light bulb color (hereinafter collectively referred to as white).
  • white light emission with an organic electroluminescent device a method of adjusting a plurality of light emitting dopants having different light emission wavelengths in one device and obtaining white color by mixing, a multicolor light emitting pixel, for example, blue, green, red
  • a white color for example, blue, green, red
  • a white color is obtained by using a color conversion dye (for example, a combination of a blue light emitting material and a color conversion fluorescent dye).
  • a method for obtaining white light by the above-described method will be described in more detail.
  • a method for obtaining white by mixing two light emitting dopants having complementary colors in the element, for example, a blue light emitting dopant and a yellow light emitting dopant, and blue A method of obtaining a white color by mixing three or more light emitting dopants of green and red and mixing them.
  • an organic electroluminescence device that emits white light
  • layers having different emission colors are not separated from each other, but two or more colors of light-emitting dopants are allowed to coexist in one layer, and thus a high-energy level light-emitting dopant is used.
  • Patent Document 3 discloses an organic electroluminescent device in which a red light emitting layer and a blue light emitting layer are sequentially provided from an anode, and the red light emitting layer contains at least one green light emitting dopant. ing.
  • a phosphorescent compound capable of obtaining an organic electroluminescence device with higher brightness
  • a fluorescent material fluorescent dopant
  • Patent Document 4 and Non-Patent Documents 1 and 2 The light emission from the conventional fluorescent material is light emission from the excited singlet, and the generation ratio of the singlet exciton and the triplet exciton is 1: 3. Therefore, the generation probability of the luminescent excited species is 25%.
  • the upper limit of the internal quantum efficiency is 100% due to the exciton generation ratio and the internal conversion from a singlet exciton to a triplet exciton. Therefore, in principle, the luminous efficiency is up to four times that of a fluorescent luminescent dopant.
  • a phosphorescent dopant two or more colors of luminescent dopants are allowed to coexist in one layer, and multiple colors are emitted by energy transfer from a high energy level luminescent dopant to a relatively low energy level luminescent dopant. Therefore, when trying to obtain an organic electroluminescence device that emits white light, the chromaticity is more stable with respect to driving conditions, device drive time, or storage time than when white layers are obtained by stacking multiple layers with different light emission colors. It has been found that performance, long life, and driving voltage are not always at a sufficient level.
  • Patent Documents 5, 6 and 7 disclose a method of providing a low-voltage and high-efficiency device without pixel defects by using a metal complex as a hole injection material or a hole transport material.
  • a metal complex as a hole injection material or a hole transport material.
  • IP the ionization potential
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a solution to the problem is that in an organic electroluminescence device having a plurality of light emitting dopants having different light emission wavelengths and exhibiting white light emission, long life, low voltage driving, and stability.
  • the present invention provides a white light-emitting organic electroluminescence element that is excellent in lightness and has few dark spots, and an illumination device and a display device using the same.
  • An organic electroluminescence device in which at least one light emitting layer is sandwiched between an anode and a cathode, and the contribution of the light emitting layer defined by the ratio ⁇ PL / ⁇ EL of the photoluminescence intensity attenuation rate to the electroluminescence intensity attenuation rate
  • An organic electroluminescence element characterized by having a rate of 0.3 to 1.0.
  • a hole transport layer is sandwiched between the anode and the light emitting layer adjacent to the light emitting layer, and the ionization potential of the at least one phosphorescent compound contained in the light emitting layer is the hole transport layer. 4.
  • a hole injection layer is sandwiched between the anode and the hole transport layer, and an ionization potential of at least one hole injection material included in the hole injection layer is ⁇ 0 with respect to a work function of the anode. In the range of 2 to 0.3 eV and in the range of ⁇ 0.3 to 0.2 eV with respect to the ionization potential of at least one hole transport material included in the hole transport layer. 5.
  • the organic electroluminescence device as described in 4 above.
  • R 1 represents a substituent.
  • Z represents a group of nonmetallic atoms necessary to form a 5- to 7-membered ring.
  • N1 represents an integer of 0 to 5.
  • B 1 to B 5 represent carbon. Represents an atom, nitrogen atom, oxygen atom or sulfur atom, at least one of which represents a nitrogen atom, and these five atoms form a monocyclic aromatic nitrogen-containing heterocycle, wherein M 1 is from 8 to Represents a metal belonging to Group 10.
  • X 1 and X 2 represent a carbon atom, a nitrogen atom or an oxygen atom
  • L 1 represents an atomic group which forms a bidentate ligand together with X 1 and X 2
  • m1 represents 1 Represents an integer of ⁇ 3
  • m2 represents an integer of 0 to 2 but m1 + m2 is 2 or 3.
  • R 20 represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R 20 is represented by the following general formula: (Represented by the formula (b1))
  • L 20 represents a divalent linking group derived from an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring.
  • N23 represents 0 or an integer of 1 to 3, and when n23 is 2 or more, a plurality of L 20 May be the same or different, * represents a linking site with the mother nucleus of the general formula (2), Ar 20 represents a group represented by the following general formula (b2).
  • An illuminating device comprising the organic electroluminescent element according to any one of 1 to 13 above.
  • a display device comprising the organic electroluminescence element as described in any one of 1 to 13 above.
  • a white light emitting organic electroluminescence device having a plurality of light emitting dopants having different light emission wavelengths and exhibiting white light emission has a long life, low voltage drive, excellent stability, and few dark spots.
  • An illumination device and a display device using the same can be provided.
  • Schematic diagram showing an example of a display device composed of organic EL elements Schematic diagram of display part A Schematic diagram of pixels
  • Schematic diagram of a passive matrix display device Schematic of lighting device
  • Cross section of the lighting device Schematic configuration diagram of organic EL full-color display device
  • the inventors of the present invention are organic electroluminescent elements in which at least one light emitting layer is sandwiched between an anode and a cathode, and the intensity reduction rate of electroluminescence is reduced. It has been found that the intended effect is achieved when the contribution ratio of the light emitting layer defined by the ratio ⁇ PL / ⁇ EL of the intensity decay rate of photoluminescence is 0.3 or more and 1.0 or less. is there.
  • ⁇ EL and ⁇ PL represent the intensity decay rates of electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) after driving, respectively, and can be represented by the following equations.
  • ⁇ EL 1 ⁇ [EL (after driving) / EL (initial)]
  • ⁇ PL 1 ⁇ [PL (after driving) / PL (initial)]
  • the light emitting layer contribution ratio ⁇ PL / ⁇ EL is more preferably in the range of 0.4 to 1.0, and still more preferably in the range of 0.5 to 1.0.
  • the upper limit is 1.0 or less.
  • the light is efficiently emitted in the light emitting layer by being within the above-mentioned range.
  • PL photoluminescence
  • EL electroluminescence
  • the contribution ratio of the light emitting layer defined above is an index that contributes to light emission excluding the local light emission portion such as the interface.
  • the PL spectrum can be measured using USB2000 (manufactured by Ocean Optics) at 23 ° C. and an excitation wavelength of 365 nm. The measurement can be performed within 2 hours after the organic EL device is driven until the strength is reduced from the initial half.
  • the target effect is more remarkable when the light emitting layer is thicker, and is preferably in the range of 20 to 150 nm, particularly preferably in the range of 50 to 130 nm.
  • the light emitting layer may be a single layer or a plurality of layers, but a single layer is preferable from the viewpoint of ⁇ PL / ⁇ EL and chromaticity stability. It is presumed that these aspects have a great effect of reducing local light emission by EL driving.
  • the objective effect is remarkable by using the compounds represented by the general formula (1) and the general formula (2), and it is preferable to use them in combination.
  • UV light deterioration resistance ratio PL (after UV light irradiation) / PL (before UV light irradiation), and only a light emitting layer is formed on a quartz substrate with a thickness of 50 nm.
  • a spot light source / lightening cure LC8 manufactured by Hamamatsu Photonics is used to irradiate light having an emission maximum at 365 nm 1 cm, 20 min.
  • the output of the spot light source was adjusted so that the number of absorbed fonts was constant in each element.
  • the maximum absorption wavelength of the phosphorescent blue light-emitting dopant in the present invention is about 365 nm, the evaluation was performed with the irradiation light of 365 nm unified.
  • UV light deterioration ratio value is 0.6 or more, not only the long life but also the effect on chromaticity stability is great.
  • This value is considered to be related to delocalization of the light emitting portion other than the interface of the light emitting layer in EL driving, and is preferably 0.7 or more and the upper limit is 1.0 or less.
  • the light emitting layer is adjacent to the hole transport layer.
  • the IP of at least one phosphorescent compound contained in the light emitting layer is in the range of ⁇ 0.3 to 0.2 eV with respect to the IP of at least one hole transporting material contained in the hole transporting layer. It is preferable to be within. In this case, it has surprisingly been found that it is effective in reducing defective light emission (dark spots).
  • At least one phosphorescent compound is a dopant having the smallest IP, and this is because a dopant having the smallest IP among the dopants contained in the light emitting layer is likely to be a carrier trap. This is because the influence on the device performance is great.
  • the dopant having the smallest IP is preferably a blue light emitting dopant when a phosphorescent compound used in a multicolor organic electroluminescence device that emits white light is used in the same layer. This is because energy transfer from the highest triplet excited blue light-emitting material to the green / red light-emitting material occurs due to one of the white light emission principles.
  • a hole injection layer is provided between the anode and the hole transport layer, and the IP of the hole injection layer is within a range of ⁇ 0.2 to 0.3 eV with respect to the work function of the anode. In addition, it is also a preferable aspect that it is in a range of ⁇ 0.3 to 0.2 eV with respect to IP of at least one hole transport material contained in the hole transport layer.
  • the ionization potential is defined by the energy required to emit electrons at the HOMO (highest occupied orbital) level of the compound to the vacuum level, and can be obtained by the following method in the present invention.
  • the ionization potential can be determined by a method of direct measurement by photoelectron spectroscopy.
  • a low energy electron spectrometer “Model AC-1” manufactured by Riken Keiki Co., Ltd., an ESCA 5600 UPS (ultraviolet photoemission spectroscopy) manufactured by ULVAC-PHI, or a method known as ultraviolet photoelectron spectroscopy is suitable.
  • ESCA 5600 UPS ultraviolet photoelectron spectroscopy
  • the ionization potential (maximum electron occupation level (HOMO) level) of the metal complex, hole transport material, and hole injection material in the present invention can be obtained by using, for example, ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS). That is, the IP value can be measured by measuring the UPS of a thin film of these compounds formed on a glass substrate.
  • UPS ultraviolet photoelectron spectroscopy
  • the metal complex represented by the said General formula (1) is a phosphorescence-emitting compound contained in the light emitting layer mentioned later.
  • organometallic complex represented by the above general formula (1) is also a preferable aspect to contain an organometallic complex represented by the above general formula (1) as a hole transport material.
  • R 1 represents a substituent.
  • Z represents a nonmetallic atom group necessary for forming a 5- to 7-membered ring.
  • n1 represents an integer of 0 to 5.
  • B 1 to B 5 represent a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom, and at least one represents a nitrogen atom. These five atoms form a monocyclic aromatic nitrogen-containing heterocycle.
  • M 1 represents a group 8-10 metal in the periodic table.
  • X 1 and X 2 represent a carbon atom, a nitrogen atom or an oxygen atom, and L 1 represents an atomic group which forms a bidentate ligand together with X 1 and X 2 .
  • m1 represents an integer of 1 to 3
  • m2 represents an integer of 0 to 2
  • m1 + m2 is 2 or 3.
  • Examples of the substituent represented by R 1 include an alkyl group (eg, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group).
  • an alkyl group eg, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group.
  • cycloalkyl group eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.
  • alkenyl group eg, vinyl group, allyl group, etc.
  • alkynyl group eg, ethynyl group, propargyl group, etc.
  • aromatic carbonization Hydrogen ring group also called aromatic carbocyclic group, aryl group, etc., for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, Phenanthryl, indenyl, pyrenyl, biphenylyl, etc.), aromatic A cyclic group (for example, pyridyl group, pyrimidinyl group, furyl group, pyr
  • a plurality of R 1 may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • alkyl group and an aryl group are preferred. More preferred is an unsubstituted alkyl group or aryl group.
  • Z represents a nonmetallic atom group necessary for forming a 5- to 7-membered ring.
  • the 5- to 7-membered ring formed by Z include a benzene ring, naphthalene ring, pyridine ring, pyrimidine ring, pyrrole ring, thiophene ring, pyrazole ring, imidazole ring, oxazole ring and thiazole ring. Of these, a benzene ring is preferred.
  • B 1 to B 5 represent a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom, and at least one represents a nitrogen atom.
  • Examples of the monocyclic aromatic nitrogen-containing heterocycle formed by these five atoms include a pyrrole ring, a pyrazole ring, an imidazole ring, a triazole ring, a tetrazole ring, an oxazole ring, an isoxazole ring, a thiazole ring, and an isothiazole ring.
  • Oxadiazole ring and thiadiazol ring are preferable, and an imidazole ring is more preferable.
  • the aromatic nitrogen-containing heterocycle formed by these five atoms may have a substituent.
  • substituents include the same substituent as R 1 described above.
  • a plurality of substituents may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • the substituent may be bonded to a 5- to 7-membered ring containing Z to form a condensed 3-ring ring.
  • L 1 represents an atomic group that forms a bidentate ligand together with X 1 and X 2 .
  • Specific examples of the bidentate ligand represented by X 1 -L 1 -X 2 include, for example, substituted or unsubstituted phenylpyridine, phenylpyrazole, phenylimidazole, phenyltriazole, phenyltetrazole, pyrazabol and acetylacetone. Is mentioned. These groups may be further substituted with the above substituents.
  • M1 represents an integer of 1 to 3
  • m2 represents an integer of 0 to 2
  • m1 + m2 is 2 or 3.
  • m2 is preferably 0.
  • a transition metal element belonging to Group 8 to 10 of the periodic table (also simply referred to as a transition metal) is used, among which iridium and platinum are preferable, and iridium is more preferable.
  • the light emitting layer containing a phosphorescence-emitting compound contains the compound represented by General formula (2).
  • R 20 represents a hydrogen atom or a substituent. At least one of R 20 is represented by the following general formula: (Represented by the formula (b1))
  • L 20 represents a divalent linking group derived from an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring.
  • N23 represents 0 or an integer of 1 to 3, and when n23 is 2 or more, a plurality of L 20 May be the same or different, * represents a linking site with the mother nucleus of the general formula (2), Ar 20 represents a group represented by the following general formula (b2).
  • the compound represented by the general formula (2) is a 6-membered aromatic heterocycle containing at least one nitrogen atom in the molecule, or at least one nitrogen as one of the rings constituting the condensed ring. It has a condensed ring having a 6-membered aromatic heterocyclic ring containing an atom.
  • Anode / light emitting layer / electron transport layer / cathode ii) Anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode (iii) Anode / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron Transport layer / cathode (iv) Anode / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / cathode buffer layer / cathode (v) Anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / positive Hole blocking layer / electron transport layer / cathode buffer layer / cathode (vi) anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer / cathode buffer layer / cathode (vii) anode / Hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode
  • a non-light emitting intermediate layer may be provided between the light emitting layers, and the intermediate layer may include a charge generation layer.
  • 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 within the light-emitting layer and the light-emitting layer And the interface between adjacent layers.
  • the total thickness of the light-emitting layer is not particularly limited, but it is possible to prevent film homogeneity and application of unnecessary high voltage during light emission, and to improve the chromaticity of the emitted color. Therefore, it is preferably in the range of 20 to 150 nm, particularly preferably in the range of 50 to 130 nm.
  • a light emitting dopant or host compound described later is used, for example, a vacuum deposition method, a wet method (also referred to as a wet process, for example, a spin coating method, a casting method, a die coating method, a blade coating method, a roll coating method,
  • the film can be formed by an inkjet method, a printing method, a spray coating method, a curtain coating method, an LB method (including Langmuir-Blodgett method)) and the like.
  • LB method including Langmuir-Blodgett method
  • the light emitting layer of the organic EL device of the present invention preferably contains a light emitting dopant and a host compound.
  • Luminescent dopant A light-emitting dopant (also referred to as a dopant) will be described.
  • a fluorescent luminescent dopant also referred to as a fluorescent dopant
  • a phosphorescent compound also referred to as a phosphorescent luminescent dopant or a phosphorescent dopant
  • 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.), and a phosphorescence quantum yield is 25 ° C.
  • the phosphorescence quantum yield is preferably 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 dopant according to the present invention achieves the phosphorescence quantum yield (0.01 or more) in any solvent. That's fine.
  • phosphorescent dopants There are two types of emission of phosphorescent dopants 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, and this energy is transferred to the phosphorescent dopant. Energy transfer type to obtain light emission from the phosphorescent dopant, and the other is that the phosphorescent dopant becomes a carrier trap, carrier recombination occurs on the phosphorescent dopant, and light emission from the phosphorescent dopant compound is obtained. In either case, the excited state energy of the phosphorescent dopant is required to be lower than the excited state energy of the host compound.
  • the light-emitting layer according to the present invention may be used in combination with compounds described in the following patent publications.
  • JP 2002-280178 A JP 2001-181616 A, JP 2002-280179 A, JP 2001-181617 A, JP 2002-280180 A.
  • JP-A-2001-247859, JP-A-2002-299060 JP-A-2001-313178, JP-A-2002-302671, JP-A-2001-345183, JP-A-2002-324679, international JP 02/15645 pamphlet, JP 2002-332291 A, JP 2002-50484 A, JP 2002-332292 A, JP 2002-83684 A, JP 2002-540572 A, JP No.
  • fluorescent dopant As fluorescent dopants, coumarin dyes, pyran dyes, cyanine dyes, croconium dyes, squalium dyes, oxobenzanthracene dyes, fluorescein dyes, rhodamine dyes, pyrylium dyes, perylene dyes, stilbene dyes , Polythiophene dyes, rare earth complex phosphors, and the like, and compounds having a high fluorescence quantum yield represented by laser dyes.
  • the light-emitting dopant according to the present invention may be used in combination of a plurality of types of compounds, or may be a combination of phosphorescent dopants having different structures, or a combination of a phosphorescent dopant and a fluorescent dopant.
  • the light emitting layer preferably contains at least one phosphorescent compound.
  • the organic EL device of the present invention preferably emits white light, and a light emitting dopant and a host compound can be used in appropriate combination so as to achieve the preferred chromaticity as the white device described above.
  • the luminescent dopant is preferably a phosphorescent compound, and at least one of the phosphorescent compounds preferably has an emission maximum of 480 nm or less. It is more preferable to have an emission maximum at 400 nm to 480 nm.
  • the luminescent dopant is particularly preferably the compound represented by the general formula (1) described above as the phosphorescent compound.
  • the light emitting layer is formed containing a phosphorescent compound selected from the general formula (1) and a compound selected from the general formula (2).
  • the light emitting layer may be a single layer or a plurality of layers, but a single layer is preferred.
  • the host compound has a mass ratio of 20% or more among the compounds contained in the light emitting layer, and a phosphorescence quantum yield of phosphorescence emission is 0 at room temperature (25 ° C.). Defined as less than 1 compound.
  • 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.
  • the light-emitting host that can be used in the present invention is not particularly limited, and compounds conventionally used in organic EL devices can be used.
  • a compound that has a hole transporting ability and an electron transporting ability, prevents the emission of light from being increased in wavelength, and has a high Tg (glass transition temperature) is preferable.
  • the luminescent host (the compound represented by the general formula (2) according to the present invention and / or a known luminescent host) may be used alone or in combination of two or more. Good.
  • the light emitting host used in the present invention may be a low molecular compound, a high molecular compound having a repeating unit, or a low molecular compound having a polymerizable group such as a vinyl group or an epoxy group (polymerizable light emitting host).
  • a polymerizable group such as a vinyl group or an epoxy group (polymerizable light emitting host).
  • one or a plurality of such compounds may be used.
  • the light emitting host of the light emitting layer of the organic EL device of the present invention is the compound represented by the general formula (2) according to the present invention described above.
  • 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 include stilbene derivatives, silazane derivatives, aniline copolymers, conductive polymer oligomers (particularly thiophene oligomers), and organometallic complexes.
  • the above-mentioned materials can be used as the hole transport material, porphyrin compounds, aromatic tertiary amine compounds and styrylamine compounds, and organometallic complexes are preferable, and aromatic tertiary amine compounds and organic compounds are more preferable. It is preferable to use an organometallic complex as the metal complex.
  • 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
  • the organometallic complex is preferably an organometallic complex represented by the general formula (1).
  • 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.
  • inorganic compounds such as p-type-Si and p-type-SiC can 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 as described in a book (Applied Physics Letters 80 (2002), p. 139) can also be used. In the present invention, these materials are preferably used because a light-emitting element with higher efficiency can be obtained.
  • 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. it can.
  • the film thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is usually about 5 nm to 5 ⁇ m, preferably 5 nm to 200 nm.
  • the 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.
  • ⁇ 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 above-described configuration of the electron transport layer 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 carbazole derivatives and azacarbazole derivatives mentioned above as the host compounds (where azacarbazole derivatives are those in which one or more carbon atoms constituting the carbazole ring are replaced by nitrogen atoms) Preferably).
  • 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 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 above-described configuration of the hole transport layer can be used as an electron blocking layer as necessary.
  • the film thicknesses of the hole blocking layer and the electron blocking layer according to the present invention are preferably in the range of 3 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 3 nm to 30 nm.
  • Injection layer electron injection layer (cathode buffer 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) ) ”, Chapter 2,“ Electrode Materials ”(pages 123 to 166), which has a hole injection layer (anode buffer layer) and an electron injection layer (cathode buffer layer).
  • hole injection layer anode buffer 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.
  • a hole injection layer is preferably provided between the anode and the hole transport layer.
  • the electron injection layer (cathode buffer layer) is also 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, alkali metal compound buffer layer typified by lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, etc., alkaline earth metal compound buffer layer typified by magnesium fluoride, and aluminum oxide And an oxide buffer layer.
  • 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 5 ⁇ m, although it depends on the material.
  • the materials used for the hole injection layer (anode buffer layer) and the cathode buffer layer can be used in combination with other materials, for example, mixed in the hole transport layer or the electron transport layer. It is also possible.
  • 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 with a single layer or a plurality of layers.
  • An electron transport material (including a hole blocking material and an electron injection material) used for the electron transport layer only needs to have a function of transmitting electrons injected from the cathode to the light emitting layer.
  • electron transport materials examples include heterocyclic tetracarboxylic acid anhydrides such as nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives, naphthalene perylene, And azacarbazole derivatives including carbodiimide, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, carboline derivatives, and the like.
  • heterocyclic tetracarboxylic acid anhydrides such as nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives, naphthalene perylene, And azacarbazole derivatives including carbodiimide, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, carboline derivatives
  • the azacarbazole derivative means one in which one or more carbon atoms constituting the carbazole ring are replaced with nitrogen atoms.
  • a thiadiazole derivative in which the oxygen atom of the oxadiazole ring is substituted with a sulfur atom, and a quinoxaline derivative having a quinoxaline ring known as an electron-withdrawing group can also be used as an electron transport material.
  • 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 in which the terminal is substituted with an alkyl group or a sulfonic acid group can also be used as the electron transport material.
  • inorganic semiconductors such as n-type-Si and n-type-SiC can also be used as the electron transport material.
  • the electron transport layer is made of an electron transport material such as a vacuum deposition method, a wet method (also called a wet process, such as a spin coating method, a casting method, a die coating method, a blade coating method, a roll coating method, an ink jet method, a printing method, It is preferable to form the film by a coating method, a curtain coating method, an LB method (such as Langmuir's Blodgett method)).
  • a wet method also called a wet process, such as a spin coating method, a casting method, a die coating method, a blade coating method, a roll coating method, an ink jet method, a printing method
  • LB method such as Langmuir's Blodgett method
  • the thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is usually in the range of about 5 nm to 5000 nm, preferably 5 nm 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.
  • 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. Specific examples of such electrode substances 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) that can form a transparent conductive film may be used.
  • 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.
  • a wet film forming method such as a printing method or a coating method can be used.
  • the transmittance be 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 nm to 1000 nm, preferably 10 nm 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
  • a magnesium / aluminum mixture a magnesium / aluminum mixture, a magnesium / indium mixture, an aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, a lithium / aluminum mixture, aluminum and the like.
  • 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 nm to 200 nm.
  • the emission luminance is advantageously improved.
  • a transparent or translucent cathode can be manufactured by forming the above metal on the cathode with a film thickness in the range of 1 nm to 20 nm and then forming the conductive transparent material mentioned in the description of the anode thereon.
  • 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) that can be used in the organic EL device of the present invention is not particularly limited in the type of glass, plastic, and the like, and may be transparent or opaque.
  • the support substrate is preferably transparent.
  • the transparent support substrate preferably used include glass, quartz, and a transparent resin film.
  • a particularly preferable support substrate is a resin film capable of giving flexibility to the organic EL element.
  • 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 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 ⁇ atm) 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.
  • a desired electrode material for example, a thin film made of an anode material is formed on a suitable substrate so as to have a film thickness of 1 ⁇ m or less, preferably in the range of 10 nm to 200 nm, thereby producing an anode.
  • a thin film containing an organic compound such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, or a cathode buffer layer, which is an element material, is formed thereon.
  • the layer containing the compound represented by the general formula (2) is applied and formed by a wet method.
  • Wet methods include spin coating, casting, die coating, blade coating, roll coating, ink jet, printing, spray coating, curtain coating, and LB, but precise thin films can be formed.
  • a method having high suitability for a roll-to-roll method such as a die coating method, a roll coating method, an ink jet method, or a spray coating method is preferable. Different film forming methods may be applied for each layer.
  • liquid medium for dissolving or dispersing the organic EL material according to the present invention examples include ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, fatty acid esters such as ethyl acetate, halogenated hydrocarbons such as dichlorobenzene, toluene, xylene, and mesitylene.
  • ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone
  • fatty acid esters such as ethyl acetate
  • halogenated hydrocarbons such as dichlorobenzene, toluene, xylene, and mesitylene.
  • Aromatic hydrocarbons such as cyclohexylbenzene, aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, decalin, and dodecane
  • organic solvents such as DMF and DMSO
  • a dispersion method it can be dispersed by a dispersion method such as ultrasonic wave, high shearing force dispersion or media dispersion.
  • 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, cathode buffer layer, electron transport layer, hole blocking layer, light emitting layer, hole transport layer, hole injection layer, and anode can be formed in the reverse order.
  • a DC voltage When a DC voltage is applied to the multicolor display device obtained in this way, light emission can be observed by applying a voltage of about 2V to 40V 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.
  • ⁇ 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.
  • examples of the polymer plate include polycarbonate, acrylic, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, polysulfone and the like.
  • examples of 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 measured by a method according to JIS K 7126-1987 of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ml / (m 2 ⁇ 24 h ⁇ atm) or less, 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.
  • 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 mechanical strength is not necessarily high. Therefore, it is preferable to provide such a protective film and a protective plate.
  • the same glass plate, polymer plate / film, metal plate / film, and the like 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. This is because light incident on the interface (interface between the transparent substrate and air) at an angle ⁇ greater than the critical angle causes total reflection and cannot be taken out of the device, or between the transparent electrode or light emitting layer and the transparent substrate. This is because the light is totally reflected between the light and the light is guided through the transparent electrode or the light emitting layer, and as a result, the light escapes in the direction of the element side surface.
  • 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 element of the present invention can be processed on a light extraction side of a substrate, for example, by providing a microlens array-like structure, or combined with a so-called condensing sheet, for example in a specific direction, for example, with respect to the element light emitting surface.
  • a condensing sheet for example in a specific direction, for example, with respect to the element light emitting surface.
  • quadrangular pyramids having a side of 30 ⁇ m and an apex angle of 90 degrees are arranged two-dimensionally on the light extraction side of the substrate.
  • One side is preferably within a range of 10 ⁇ m 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.
  • a triangle stripe having a vertex angle of 90 degrees and a pitch of 50 ⁇ m may be formed on the substrate, the vertex angle may be rounded, and the pitch may be 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 during film formation, if necessary.
  • 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.
  • a conventionally known method is used. Can do.
  • the preferred chromaticity as a white element in the present invention is such that the correlated color temperature is in the range of 2500 K to 7000 K, and in the CIE1931 color system, the y value deviation from the black body radiation at each color temperature is 0.1 or less. is there.
  • 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 2V to 40V 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 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)
  • the pixel 3 When the scanning signal is applied from the scanning line 5, the pixel 3 receives the 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 lighting device of the present invention has the organic EL element of the present invention.
  • 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 to an organic EL element that emits substantially white light as a lighting device.
  • 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 red, green and blue, or two using the complementary colors such as blue and yellow, blue green and orange. It may contain a light emission maximum wavelength.
  • 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 addition, the sealing operation with the glass cover is to bring the organic EL element 101 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.
  • the emitted light is irradiated in the direction of the white arrow (downward).
  • Example 1 ⁇ Preparation of organic EL element 1-1> Transparent support provided with this ITO transparent electrode after patterning on a substrate (NH45 manufactured by NH Techno Glass) made of ITO (indium tin oxide) with a thickness of 100 nm on a glass substrate of 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 1.1 mm as an anode
  • the substrate was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, dried with dry nitrogen gas, and subjected to UV ozone cleaning for 5 minutes.
  • This transparent support substrate is fixed to a substrate holder of a commercially available vacuum evaporation apparatus, while 200 mg of the hole transport material 3 is placed in a molybdenum resistance heating boat, and the hole transport material 1 is used as a hole transport material in another molybdenum resistance heating boat.
  • 200 mg, 200 mg of the exemplified compound 1 represented by the general formula (2) as a host compound is put in another molybdenum resistance heating boat, and 100 mg of the blue light emitting dopant DPT is added as a luminescent dopant in another molybdenum resistance heating boat.
  • the pressure in the vacuum chamber was reduced to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and then the heating boat containing the hole transport material 3 was energized and heated, and deposited on the transparent support substrate at a deposition rate of 0.1 nm / sec.
  • a hole injection layer (HIL) was provided.
  • the heating boat containing the hole transport material 1 was energized and heated, and deposited on the hole injection layer at a deposition rate of 0.1 nm / sec to provide a 70 nm hole transport layer (HTL).
  • HTL hole transport layer
  • the heating boat containing the host compound 1, DPT, Ir (ppy) 3 and Ir (piq) 3 was energized and heated, the host compound was deposited at a deposition rate of 0.1 nm / sec, the DPT was 0.009 nm / sec, Ir (ppy) 3 and Ir (piq) 3 were co-evaporated on the hole transport layer at 0.0003 nm / sec to provide a 30 nm light emitting layer (EML).
  • EML light emitting layer
  • the heating boat containing the electron transport material 1 was energized and heated, and deposited on the light emitting layer at a deposition rate of 0.1 nm / sec to provide an electron transport layer (ETL) having a film thickness of 50 nm.
  • ETL electron transport layer
  • lithium fluoride 0.5 nm was vapor-deposited as a cathode buffer layer, and aluminum 110 nm was vapor-deposited to form a cathode, whereby an organic EL device 1-1 was produced.
  • Organic EL elements 1-2 to 1-8 >> In the organic EL element 1-1, the hole transport material 1 of the hole transport layer (HTL), the host compound (exemplary compound 1) of the light emitting layer (EML), the blue light emitting dopant DPT of the light emitting layer (EML), the electron transport layer Organic EL devices 1-2 to 1-8 were fabricated in the same manner as the organic EL device 1-1 except that only the electron transporting material 1 of (ETL) and the thickness of each layer were changed as shown in Table 1. .
  • Each of the produced organic EL devices 1-2 to 1-8 was irradiated with ultraviolet rays having an excitation wavelength of 365 nm at 23 ° C., and photoluminescence was measured.
  • each organic EL element was allowed to emit light continuously under a constant current condition of 2.5 mA / cm 2 until the light emission luminance [cd / m 2 ] immediately after the start of light emission was reduced to half the luminance.
  • ⁇ EL became 0.5
  • measured photoluminescence, calculated photoluminescence intensity decay rate ⁇ PL, and calculated ⁇ PL / ⁇ EL. did.
  • USB2000 manufactured by Ocean Optics
  • CS-1000 manufactured by Konica Minolta Sensing Co., Ltd.
  • the organic EL device emits light continuously under a constant current condition of 2.5 mA / cm 2 at room temperature, measures the time ( ⁇ 1/2 ) required to reach half the initial luminance, and emits this value. A measure of lifespan.
  • the light emission lifetime was expressed as a relative value where the organic EL element 1-1 was set to 100.
  • CS-1000 manufactured by Konica Minolta Sensing Co., Ltd. was used for measuring the light emission luminance of the organic EL element.
  • the chromaticity of light emission is within the range where the correlated color temperature is 2500 K to 7000 K in the above measurement, and the y value deviation from the black body radiation at each color temperature is 0.1 or less in the CIE1931 color system. It was confirmed that
  • ⁇ E ( ⁇ x 2 + ⁇ y 2 ) 1/2
  • Table 1 shows the evaluation results. . In the following tables, the following abbreviations were used.
  • HTL hole transport layer HIL: hole injection layer EML: light emitting layer EML1: light emitting layer 1 EML2: Light emitting layer 2 ETL: Electron transport layer Host: Host compound ⁇ PL / ⁇ EL: Contribution ratio of light emitting layer Life: Light emitting lifetime Dopant: Phosphorescent compound (phosphorescent dopant) or fluorescent dopant
  • the organic EL device of the present invention is superior in emission lifetime and chromaticity stability as compared with the comparative organic EL device.
  • the luminescent dopant is exemplified compound 1-81 which is a phosphorescent compound represented by the general formula (1), and the compound represented by the general formula (2) is It is favorable when the host is a light emitting host, and the effect is large when the hole transport material contains an organometallic complex represented by the general formula (1) or when the thickness of the light emitting layer is thick.
  • Example 2 In the production of the organic EL element 1-3, the exemplified compound 97 represented by the general formula (2) is used as the host compound instead of the exemplified compound 1 which is the host compound of the light emitting layer (EML).
  • An organic EL device 2-1 was produced in the same manner except that the blue phosphorescent dopant compound A was used instead of the blue phosphorescent dopant 1-81.
  • 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.
  • This substrate was transferred to a nitrogen atmosphere, and a solution prepared by dissolving 50 mg of the hole transport material 2 in 10 ml of toluene was spin-coated on the hole transport layer at 1500 rpm for 30 seconds on the hole injection layer. Formed. Further, ultraviolet light was irradiated for 180 seconds to carry out photopolymerization / crosslinking, thereby obtaining a hole transport layer having a film thickness of about 20 nm.
  • a thin film was formed on this light emitting layer by a spin coating method using a solution of 50 mg of electron transport compound 2 dissolved in 10 ml of hexafluoroisopropanol (HFIP) at 1000 rpm for 30 seconds. Furthermore, it vacuum-dried at 60 degreeC for 1 hour, and was set as the electron carrying layer with a film thickness of about 30 nm.
  • HFIP hexafluoroisopropanol
  • this substrate was fixed to a substrate holder of a vacuum deposition apparatus, and after the vacuum chamber was depressurized to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, lithium fluoride was deposited at 0.4 nm as a cathode buffer layer, and aluminum was deposited at 110 nm as a cathode.
  • a cathode was formed to produce an organic EL element 2-1.
  • the organic EL device of the present invention is superior in emission lifetime and chromaticity stability as compared with the comparative organic EL device.
  • ⁇ PL / ⁇ EL is in the range of 0.3 to 1.0 and the UV light deterioration is 0.6 or more, it can be seen that the effect on not only the long life but also the chromaticity stability is great.
  • the organic EL element 2-4 in which the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, and the electron transport layer are coated and formed by a wet method can provide preferable results.
  • the ionization potential value of each compound used in the hole transport layer and the light emitting layer was measured with UPS (ESCA 5600 manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd.), and ⁇ PL / ⁇ EL and UV light resistance were deteriorated by the above-described method. The ratio value was measured.
  • X Dark spots of 20 or more.
  • the organic EL device of the present invention is superior in emission life and chromaticity stability and produces less dark spots than the comparative organic EL device.
  • ⁇ PL / ⁇ EL is in the range of 0.3 to 1.0
  • UV light degradation is 0.6 or more
  • ⁇ IP IP of blue light emitting dopant IP-HTL
  • IP-HTL IP of blue light emitting dopant IP-HTL
  • IP of green light emitting dopants Ir (ppy) 3 and red light emitting dopant Ir (piq) 3 other than blue has higher IP values than 5.48 and 5.40, respectively, it gives to device performance. The impact was not dominant.
  • Example 4 An organic EL element 4-1 was produced in the same manner as in the production of the organic EL element 2-1, except that the hole transport material 5 was used instead of the hole transport material 1 of the hole transport layer (HTL).
  • HTL hole transport layer
  • the ionization potential value of each compound used in the hole injection layer, the hole transport layer, and the light emitting layer was measured with the UPS, and ⁇ PL / ⁇ EL, UV light deterioration resistance ratio was measured by the method described in the specification. The value was measured.
  • Example 3 The emission life, chromaticity stability, and dark spots were the same as in Example 3.
  • the chromaticity of the emission color was measured in the same manner as in Example 1 and confirmed to be within the preferred white chromaticity range.
  • ⁇ IP IP of blue light-emitting dopant IP-HTL IP
  • ⁇ IP HIL IP-ITO work function
  • Example 5 An organic EL element 5-1 was produced in the same manner as in the production of the organic EL element 2-1, except that the host compound 100 was used instead of the host compound 97 in the light emitting layer.
  • organic EL elements 5-2 to 5-9 are the same as the organic EL element 5-1, except that the hole transport material and the phosphorescent blue light-emitting dopant are changed to the compounds shown in Table 5. Was made.
  • the ionization potential value of each compound used in the hole transport layer and the light emitting layer was measured with the UPS, and the values of ⁇ PL / ⁇ EL and UV light deterioration resistance ratio were measured by the methods described in the specification.
  • Example 3 The emission life, chromaticity stability, and dark spots were the same as in Example 3.
  • the chromaticity of the emission color was measured in the same manner as in Example 1 and confirmed to be within the preferred white chromaticity range.
  • the organic EL device of the present invention is superior in light emission life and chromaticity stability and produces less dark spots than the comparative organic EL device.
  • the compound of the general formula (1) shown in Table 5 it can be seen that not only long life and chromaticity stability, but also the effect of reducing dark spots is great, and by aligning HTL and blue light emitting dopants The effect is more remarkable.
  • Example 6 An organic EL element 6-1 was produced in the same manner as in the production of the organic EL element 2-1, except that CBP was used instead of the host compound 97.
  • the ionization potential value of each compound used in the hole transport layer and the light emitting layer was measured with the UPS, and the values of ⁇ PL / ⁇ EL and UV light deterioration resistance ratio were measured by the methods described in the specification.
  • Example 3 The emission life, chromaticity stability, and dark spots were the same as in Example 3.
  • the chromaticity of the emission color was measured in the same manner as in Example 1 and confirmed to be within the preferred white chromaticity range.
  • the organic EL device of the present invention is superior in emission life and chromaticity stability and has less dark spots compared to the comparative organic EL device. It can be seen that by using the compound of the general formula (2) shown in Table 6, not only the long life and chromaticity stability but also the effect of reducing dark spots is great.
  • Example 7 ⁇ Preparation of organic EL element 7-1>
  • 1-90 is used instead of the hole transport material 1
  • the light emitting dopant 1-86 is used instead of the light emitting dopant compound A
  • the host compound 1 is used instead of the host compound 97.
  • An organic EL element 7-1 was produced in the same manner except that the film thickness was 120 nm.
  • the pressure in the vacuum chamber was reduced to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and then the heating boat containing the hole transport material 3 was energized and heated, and deposited on the transparent support substrate at a deposition rate of 0.1 nm / sec.
  • a hole injection layer (HIL) was provided.
  • the pressure in the vacuum chamber was reduced to 4 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and then the heating boat containing the hole transport material 3 was energized and heated, and deposited on the transparent support substrate at a deposition rate of 0.1 nm / sec.
  • a hole injection layer (HIL) was provided.
  • the heating boat containing 1-90 was energized and heated, and deposited on the hole injection layer at a deposition rate of 0.1 nm / sec to provide a 40 nm hole transport layer (HTL).
  • HTL hole transport layer
  • the heating boat containing the host compounds 1 and 1-86 is energized and heated, and the host compound is deposited on the hole transport layer at a deposition rate of 0.1 nm / sec and 1-86 at 0.009 nm / sec.
  • the light emitting layer 1 (EML1) of 40 nm was provided by vapor deposition.
  • the heating boat containing the host compound 97, Ir (ppy) 3 and Ir (piq) 3 was energized and heated to deposit the host compound at a deposition rate of 0.1 nm / sec and Ir (ppy) 3 to 0.0005 nm / Then, 80 nm of the light emitting layer 2 (EML2) was provided by co-evaporating sec, Ir (piq) 3 on the hole transport layer at 0.0003 nm / sec.
  • EML2 light emitting layer 2
  • the heating boat containing the electron transport material 2 was energized and heated, and was deposited on the light emitting layer at a deposition rate of 0.1 nm / sec to provide an electron transport layer (ETL) having a thickness of 30 nm.
  • ETL electron transport layer
  • lithium fluoride 0.5 nm was vapor-deposited as a cathode buffer layer, and aluminum 110 nm was vapor-deposited to form a cathode, thereby producing an organic EL element 7-2.
  • organic EL elements 7-1 to 7-3 When evaluating the obtained organic EL elements 7-1 to 7-3, the specific light emitting surface of each organic EL element after production was covered with a glass cover, and the glass cover and the glass substrate on which the organic EL element was produced were separated.
  • An epoxy-based photo-curing adhesive (Luxtrac LC0629B manufactured by Toagosei Co., Ltd.) is applied as a sealant around the glass cover side that comes into contact with the transparent support substrate so as to overlap the cathode side, and the glass substrate side. Then, it was cured by irradiating with UV light and sealed, and the lighting device as shown in FIGS. 5 and 6 was formed and evaluated. Subsequently, the following evaluation was performed.
  • Example 1 The emission life and chromaticity stability were the same as in Example 1.
  • the chromaticity of the emission color was measured in the same manner as in Example 1 and confirmed to be within the preferred white chromaticity range.
  • the organic EL device of the present invention has an excellent light emission lifetime, and even when the light emitting layer is composed of two layers, it can achieve both a long life and chromaticity stability. The same applies to the case where only green and red dopants are used in the light emitting layer made of HTL.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an organic EL full-color display device. After patterning at a pitch of 100 ⁇ m on a substrate (NH45 manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) having a 100 nm thick ITO transparent electrode (202) formed on a glass substrate 201 as an anode, non-between the ITO transparent electrodes on this glass substrate. A photosensitive polyimide partition 203 (width 20 ⁇ m, thickness 2.0 ⁇ m) was formed by photolithography.
  • a hole injection layer composition having the following composition is ejected and injected between polyimide partition walls on the ITO electrode using an inkjet head (manufactured by Epson Corporation; MJ800C), irradiated with ultraviolet light for 200 seconds, and dried at 60 ° C. for 10 minutes.
  • a hole injection layer 204 having a thickness of 40 nm was produced by the treatment.
  • the following blue light-emitting layer composition, green light-emitting layer composition, and red light-emitting layer composition are similarly discharged and injected onto the hole injection layer using an inkjet head and dried at 60 ° C. for 10 minutes.
  • Compound Example 54 was vapor-deposited to a thickness of 20 nm so as to cover the light emitting layer, and further lithium fluoride was 0.6 nm and Al (206) was vapor-deposited as a cathode at 130 nm to produce an organic EL device.
  • the produced organic EL element showed blue, green and red light emission by applying a voltage to each electrode, and could be used as a full color display device.
  • the chromaticity of the emission color was measured in the same manner as in Example 1 and confirmed to be within the preferred white chromaticity range.
  • the organic electroluminescence element of the present invention has a long lifetime, low voltage driving, excellent chromaticity stability, and has few dark spots, and can be suitably used for lighting devices and display devices.

Abstract

 本発明の課題は、発光波長の異なる複数の発光ドーパントを有し、白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子において、長寿命、低電圧駆動、色度安定性に優れ、かつダークスポットが少ない白色発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、それを用いた照明装置及び表示装置を提供することである。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、少なくとも1層の発光層が挟持されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、エレクトロルミネッセンスの強度減衰率に対するフォトルミネッセンスの強度減衰率の比ΔPL/ΔELで定義される発光層寄与率が0.3以上1.0以下であることを特徴とする。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置
 本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、それを用いた照明装置及び表示装置に関するものである。
 発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(以下、ELDと略記する)がある。ELDの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子(以下、無機EL素子ともいう)や有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)が挙げられる。無機EL素子は平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。
 一方、有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・リン光)を利用して発光する素子であり、数V~数十V程度の範囲内の電圧で発光が可能であり、更に自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
 また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、従来実用に供されてきた主要な光源、例えば、発光ダイオードや冷陰極管と異なり、面光源であることも大きな特徴である。この特性を有効に活用できる用途として、照明用光源や様々なディスプレイのバックライトがある。特に近年、需要の増加が著しい液晶フルカラーディスプレイのバックライトとして用いることも好適である。
 有機エレクトロルミネッセンス素子をこのような照明用光源、あるいはディスプレイのバックライトとして用いる場合には、白色若しくは、いわゆる電球色(以下、総合して白色と称す)を呈する光源として用いることになる。有機エレクトロルミネッセンス素子で白色発光を得るには、1つの素子中に発光波長の異なる複数の発光ドーパントを調整し、混色により白色を得る方法、多色の発光画素、例えば、青・緑・赤の3色を塗りわけ同時に発光させ、混色して白色を得る方法、色変換色素を用いて白色を得る方法(例えば、青発光材料と色変換蛍光色素の組み合わせ)などがある。
 しかしながら、低コスト、高生産性、簡便な駆動方法など照明用光源、バックライトに求められる様々な要求から判断すると、1つの素子中に発光波長の異なる複数の発光ドーパントを調整し、混色により白色を得る方法がこれらの用途には有効であり、近年、研究開発が意欲的に進められている。
 上述の方法により白色光を得る方法について更に詳細に述べれば、素子中に補色の関係にある2色の発光ドーパント、例えば、青色発光ドーパントと黄色発光ドーパントを用い混色して白色を得る方法、青・緑・赤の3色の発光ドーパントを用い、混色して白色を得る方法が挙げられる。
 例えば、効率の高い青、緑、赤の3色の蛍光体を発光材料としてドープすることによって、白色の有機エレクトロルミネッセンス素子を得る方法が開示されている(例えば、特許文献1、2参照)。
 また、白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光色の異なる層を各々別個の層にするのではなく、2色以上の発光ドーパントを1層中に共存させ、高エネルギー準位の発光ドーパントから相対的にエネルギー準位の低い発光ドーパントへのエネルギー移動により、多色を発光させる方式がある。この方式は、有機層数を削減できること、また発光ドーパントの使用量を減少できることから、白色発光の有機EL素子を得るにあたり有力な方法の一つである。例えば、特許文献3には、陽極から赤色発光層及び青色発光層が順次設けられてなり、かつ赤色発光層は少なくとも一つの緑色発光ドーパントを含有することを特徴とする有機電界発光素子が開示されている。
 ところで、近年、蛍光材料(蛍光発光ドーパント)に対し、より高輝度の有機エレクトロルミネッセンス素子が得られるリン光発光性化合物(以下リン光発光ドーパントともいう)の開発が精力的に進められている(例えば、特許文献4、非特許文献1及び2参照)。従来の蛍光材料からの発光は、励起一重項からの発光であり、一重項励起子と三重項励起子の生成比が1:3であるため、発光性励起種の生成確率は25%であるのに対し、励起三重項からの発光を利用するリン光発光ドーパントの場合には、励起子生成比率と一重項励起子から三重項励起子への内部変換により、内部量子効率の上限が100%となるため、蛍光発光ドーパントの場合に比べ、原理的に発光効率が最大4倍となる。
 しかしながら、リン光発光ドーパントを用いて、2色以上の発光ドーパントを1層に共存させ、高エネルギー準位の発光ドーパントから相対的にエネルギー準位の低い発光ドーパントにエネルギー移動により多色を発光させることにより、白色発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を得ようとした場合、発光色の異なる複数層を積層して白色を得る場合に比し駆動条件やデバイスの駆動経時、あるいは保存経時に対する色度の安定性、長寿命、駆動電圧が必ずしも十分なレベルにはないことが判ってきた。とりわけ照明光源用途においては、発光色の安定性に対する要求は厳しく、有機エレクトロルミネッセンス素子を照明光源用途に実用化するには、いかに色度の安定性を確保するかが重要な課題となっている。また、長時間駆動によるダークスポット(スポット状の非発光部)の発生も課題として残っており、更なる改良技術が不可欠であることが判ってきた。
 例えば、特許文献5、6及び7には正孔注入材料又は正孔輸送材料として金属錯体を用いることで画素欠陥がなく、低電圧で高効率な素子を提供する手法が開示されているが、青色に発光するリン光発光材料を使用した白色素子での構成例は開示されておらず、更に、照明用途に必要な経時での色度変化を目的としているとは言えず、また、リン光発光性化合物、金属錯体のイオン化ポテンシャル(以下IPともいう)についての記載もない。
特開平6-207170号公報 特開2004-235168号公報 国際公開第2004/077886号パンフレット 米国特許第6,097,147号明細書 特開2008-147398号公報 特開2008-147399号公報 特開2008-147400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)
 本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その解決課題は、発光波長の異なる複数の発光ドーパントを有し、白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子において、長寿命、低電圧駆動、安定性に優れ、かつダークスポットが少ない白色発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、それを用いた照明装置及び表示装置を提供することである。
 本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
 1.陽極と陰極の間に、少なくとも1層の発光層が挟持された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、エレクトロルミネッセンスの強度減衰率に対するフォトルミネッセンスの強度減衰率の比ΔPL/ΔELで定義される発光層寄与率が、0.3以上1.0以下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。
 2.前記発光層に少なくとも一種のリン光発光性化合物を含有することを特徴とする前記1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 3.前記発光層の単膜における耐UV光劣化比の値が、0.6以上であることを特徴とする前記1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 4.前記陽極と前記発光層の間に正孔輸送層が発光層に隣接して挟持され、かつ前記発光層に含有される前記少なくとも一種のリン光発光性化合物のイオン化ポテンシャルが、前記正孔輸送層に含まれる少なくとも一種の正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルに対して、-0.3~0.2eVの範囲内であることを特徴とする前記2又は3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 5.前記陽極と前記正孔輸送層の間に正孔注入層が挟持され、かつ前記正孔注入層に含まれる少なくとも一種の正孔注入材料のイオン化ポテンシャルが、前記陽極の仕事関数に対して-0.2~0.3eVの範囲内であり、且つ、前記正孔輸送層に含まれる少なくとも1つの正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルに対して-0.3~0.2eVの範囲内であることを特徴とする前記4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 6.前記リン光発光性化合物の少なくとも一種は、発光極大波長が480nm以下であることを特徴とする前記2~5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。
 7.前記正孔輸送層に少なくとも一種の有機金属錯体を含有することを特徴とする前記4~6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。
 8.前記有機金属錯体が、一般式(1)で表されることを特徴とする前記7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 (式中、R1は置換基を表す。Zは5~7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。n1は0~5の整数を表す。B1~B5は炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。これら5つの原子により単環の芳香族含窒素複素環が形成される。M1は元素周期表における8~10族の金属を表す。X1及びX2は炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、L1はX1及びX2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。m1は1~3の整数を表し、m2は0~2の整数を表すが、m1+m2は2又は3である。)
 9.前記発光層に含まれるリン光発光性化合物が前記一般式(1)で表されることを特徴とする前記2~8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。
 10.前記正孔輸送層に隣接する発光層に含有されるリン光発光性化合物と、該正孔輸送層に含まれる少なくとも一種の金属錯体が、同一であることを特徴とする前記7~9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。
 11.前記リン光発光性化合物を含有する発光層が、一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする前記2~10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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 (式中、X20はO又はSを表し、X21~X28はC(R20)又はNを表し、R20は水素原子又は置換基を表す。R20のうち少なくとも1つは下記一般式(b1)で表される。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 (式中L20は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から誘導される2価の連結基を表す。n23は0又は1~3の整数を表し、n23が2以上の場合複数のL20は同じでも異なっていてもよい。*は一般式(2)の母核との連結部位を表す。Ar20は下記一般式(b2)で表される基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 (式中、X29はN(R21)、O又はSを表し、E21~E28はC(R22)又はNを表し、R21及びR22は水素原子、置換基又はL20との連結部位を表す。*はL20との連結部位を表す。)
 12.前記一般式(2)で表される化合物を含有した層が湿式法により成膜され、形成される工程を経て製造されたものであることを特徴とする前記11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
 13.白色に発光することを特徴とする前記1~12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。
 14.前記1~13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。
 15.前記1~13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。
 本発明により、発光波長の異なる複数の発光ドーパントを有し、白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子において、長寿命、低電圧駆動、安定性に優れ、かつダークスポットが少ない白色発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、それを用いた照明装置及び表示装置を提供することができた。
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 表示部Aの模式図 画素の模式図 パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図 照明装置の概略図 照明装置の断面図 有機ELフルカラー表示装置の概略構成図
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
 《発光層寄与率》
 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、陽極と陰極の間に、少なくとも1層の発光層が挟持されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、エレクトロルミネッセンスの強度減衰率に対するフォトルミネッセンスの強度減衰率の比ΔPL/ΔELで定義される発光層寄与率が、0.3以上1.0以下である場合に目的の効果を達成することを見いだし、本発明に至った次第である。
 ここでΔEL、ΔPLはそれぞれ駆動後のエレクトロルミネッセンス(EL)、フォトルミネッセンス(PL)の強度減衰率を表し、以下の式で表すことかできる。
  ΔEL=1-[EL(駆動後)/EL(初期)]
  ΔPL=1-[PL(駆動後)/PL(初期)]
 本発明ではΔELが半分になったときの値を用いる。すなわち有機EL素子をエレクトロルミネッセンスの発光強度が初期強度から半分になるまで駆動させた後(この状態をΔEL=0.5とする)、PL(フォトルミネッセンス)スペクトル測定から得られる発光極大の強度を測定し、この強度とEL駆動前の初期のPLの強度とから減衰率を測定することで算出することができる。
 発光層寄与率ΔPL/ΔELは0.4~1.0の範囲内がより好ましく、0.5~1.0の範囲内が更に好ましい。上限は1.0以下である。
 上記した範囲内であることで、発光層内で効率的に発光しているためと推定している。つまりPL(フォトルミネッセンス)駆動では素子への光照射が面で行われ発光も面で起こるのに対し、EL駆動では、局所(特に発光層の界面部分)での発光が存在し、この局所的な発光の寄与が高いと、局所部分での発光負荷が高いため寿命や発光の安定性を損なうためであると考えられる。上記で定義した発光層寄与率が界面等の局所発光部分を除いた発光に寄与する指標であると推定している。
 PLスペクトル測定にはUSB2000(Ocean Optics製)を用い、23℃、励起波長365nmで行うことができる。有機EL素子を強度が初期から半分になるまで駆動させた後、2時間以内に測定することができる。
 また、目的の効果は発光層が厚い方がより顕著であり、20~150nmの範囲内が好ましく、特に好ましくは50~130nmの範囲内である。更に、発光層は単一層でも複数層でも構わないが、単一層である方がΔPL/ΔEL、及び色度安定性の観点からは好ましい。これらの態様によりEL駆動による局所的な発光を軽減させる効果が大きいためと推定している。更に、一般式(1)、一般式(2)で表される化合物を用いることで目的の効果が顕著であり、これらを組み合わせて用いることが好ましい。
 《耐UV光劣化比》
 本発明における耐UV光劣化比とは、耐UV光劣化比=PL(UV光照射後)/PL(UV光照射前)で表され、石英基板上に発光層のみを50nmの膜厚にて蒸着、又はスピンコート法に代表される湿式法にて単膜を設けた後、23℃にて、スポット光源・ライトニングキュアLC8(浜松ホトニクス製)を用いて365nmに発光極大を有する光を照射距離1cm、20min.照射し、照射前後でのPLスペクトル測定(USB2000にて測定)から得られる発光極大の強度比のことをいう。スポット光源の出力は各素子において吸収フォント数が一定となるように調整した。なお、本発明におけるリン光青色発光ドーパントの吸収極大波長が、約365nmであることから、365nmの照射光に統一して評価を実施した。
 耐UV光劣化比の値が0.6以上であると、長寿命だけでなく、色度安定性への効果は大きいことが分かった。この値はEL駆動において、発光層の界面以外の発光部分の非局在性と関連していると考えられ、好ましくは0.7以上で、上限は1.0以下である。
 《仕事関数、イオン化ポテンシャル》
 ITO(インジウム錫酸化物)の仕事関数(eV)から発光層の発光材料のIP(イオン化ポテンシャル:eV)までがフラットであるほど本発明の効果は大きく、中でも発光層が正孔輸送層に隣接し、発光層に含有される少なくとも1つのリン光発光性化合物のIPが、正孔輸送層に含まれる少なくとも1つの正孔輸送材料のIPに対して、-0.3~0.2eVの範囲内であることが好ましい。この場合驚くべきことに発光不良(ダークスポット)の低減にも効果があることを見いだした。これは、EML(発光層)-HTL(正孔輸送層)間のIPの差を制御することでEMLとHTL間のエネルギー障壁に由来するジュール熱が小さくなり、材料の熱劣化や低Tg材料の結晶化、再配向が減少し、ダークスポットの発生が減少しているのではないかと推測している。また、発光ドーパント及びHT(正孔輸送)材料が共に金属錯体であることで目的の効果はより顕著であることも見いだした。これは界面での電荷移動が良化しことで、上述したような効果が出ているのではないかと推定している。
 白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子において、少なくとも1つのリン光発光性化合物は、最もIPの小さいドーパントであり、これは発光層に含まれるドーパントの内、最もIPの小さいドーパントがキャリアトラップとなり易いためであり、素子性能に与える影響が大きいからである。
 また、最もIPの小さいドーパントは、白色発光を呈する多色有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられるリン光発光性化合物を同一層で用いる場合は、青色発光ドーパントである事が好ましい。これは、白色発光原理の1つにより、最も高い三重項励起状態の青色発光材料から緑色・赤色発光材料へのエネルギー移動が起きるからである。
 また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層(HIL)が設けられ、かつ正孔注入層のIPが、陽極の仕事関数に対して-0.2~0.3eVの範囲内であり、且つ、正孔輸送層に含まれる少なくとも1つの正孔輸送材料のIPに対して-0.3~0.2eVの範囲内であるであることも好ましい態様である。
 イオン化ポテンシャルは化合物のHOMO(最高占有軌道)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、本発明においては下記に示す方法により求めることができる。
 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ができる。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」、アルバック-ファイ(株)製ESCA 5600 UPS(ultraviolet photoemission spectroscopy)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。
 本発明における金属錯体、正孔輸送材料、正孔注入材料のイオン化ポテンシャル(最高電子占有準位(HOMO)準位)は、例えば紫外光電子分光法(UPS)等を用いることで求めることができる。即ち、これらの化合物の単体膜を、ガラス基板上に成膜した薄膜のUPSを測定することでIP値を測定することができる。
 《一般式(1)で表される化合物》
 本発明においては、上記一般式(1)で表される金属錯体は後述する発光層に含まれるリン光発光性化合物であることが好ましい。
 また正孔輸送材料として上記一般式(1)で表される有機金属錯体を含有することも好ましい態様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 式中、R1は置換基を表す。Zは5~7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。n1は0~5の整数を表す。B1~B5は炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。これら5つの原子により単環の芳香族含窒素複素環が形成される。M1は元素周期表における8~10族の金属を表す。X1及びX2は炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、L1はX1及びX2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。m1は1~3の整数を表し、m2は0~2の整数を表すが、m1+m2は2又は3である。
 R1で表される置換基としては、例えばアルキル基(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)、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)等が挙げられる。
 また、複数のR1がお互いに結合して縮合環を形成しても良い。
 これらの置換基のうち、好ましいものはアルキル基若しくはアリール基である。さらに好ましいものは無置換のアルキル基若しくはアリール基である。
 Zは5~7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Zにより形成される5~7員環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピロール環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環及びチアゾール環等が挙げられる。これらのうちで好ましいものは、ベンゼン環である。
 B1~B5は炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。これら5つの原子により形成される単環の芳香族含窒素複素環としては、例えば、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサジアゾール環及びチアジアゾー環ル等が挙げられる。これらのうちで好ましいものは、ピラゾール環、イミダゾール環であり、さらに好ましくはイミダゾール環である。
 これら5つの原子により形成される芳香族含窒素複素環は置換基を有しても良い。置換基としては前記R1と同じ置換基を挙げることができる。さらに複数の置換基がお互いに結合して縮合環を形成しても良い。また該置換基が前記Zを含む5~7員環と結合して3環の縮合環を形成することもできる。
 L1はX1、X2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。X1-L1-X2で表される2座の配位子の具体例としては、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、ピラザボール及びアセチルアセトン等が挙げられる。これらの基は上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。
 m1は1~3の整数を表し、m2は0~2の整数を表すが、m1+m2は2又は3である。中でも、m2は0が好ましい。
 M1で表される金属としては、元素周期表の8~10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、さらに好ましくはイリジウムである。
 以下に本発明に係る一般式(1)で表されるリン光発光ドーパントの具体的な例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 これらの金属錯体は、例えば、Organic Letter誌,vol3,No.16,2579~2581頁(2001)、Inorganic Chemistry,第30巻,第8号,1685~1687頁(1991年)、J.Am.Chem.Soc.,123巻,4304頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第40巻,第7号,1704~1711頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第41巻,第12号,3055~3066頁(2002年)、New Journal of Chemistry,第26巻,1171頁(2002年)、European Journal of Organic Chemistry,第4巻,695~709頁(2004年)、さらにこれらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。
 《一般式(2)で表される化合物》
 リン光発光性化合物を含有する発光層が一般式(2)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 (式中、X20はO又はSを表し、X21~X28はC(R20)又はNを表し、R20は水素原子又は置換基を表す。R20のうち少なくとも1つは下記一般式(b1)で表される。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 (式中L20は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から誘導される2価の連結基を表す。n23は0又は1~3の整数を表し、n23が2以上の場合複数のL20は同じでも異なっていてもよい。*は一般式(2)の母核との連結部位を表す。Ar20は下記一般式(b2)で表される基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 (式中、X29はN(R21)、O又はSを表し、E21~E28はC(R22)又はNを表し、R21及びR22は水素原子、置換基又はL20との連結部位を表す。*はL20との連結部位を表す。)
 さらにより好ましくは、一般式(2)で表される化合物は、分子内に少なくとも1つの窒素原子を含む6員芳香族複素環、又は、縮合環を構成する環の1つとして少なくとも1つの窒素原子を含む6員芳香族複素環、を有する縮合環を有する。
 以下に一般式(2)で表される化合物の具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
 本発明に係る一般式(2)で表される化合物は、国際公開第07/111176号パンフレット、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。
 以下に、上記化合物の具体例の代表的な化合物の合成例を示す。
 《化合物85の合成》
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
 酢酸22ml、無水酢酸22mlの溶液に化合物(3)6.3g、ヨウ素4.7gを加えた。更に化合物(8)3gを5分で添加し、硫酸を2~3滴加え20分攪拌した。反応液を5%亜硫酸ナトリウム水溶液300mlにあけ、炭酸ナトリウム1gを加えた後、減圧濾過で粗結晶を得た。クロロホルムで再結晶し、化合物(9)4.7g(収率62.2%)を得た。
 化合物(9)4.7g、化合物(10)3.2g、炭酸カリウム2.3g、Cu粉2.1g、dryDMAc60mlを混合し、窒素気流下、20時間攪拌した。(内温135~137℃)不溶分を減圧濾過した。濾液に井水15mlを加え析出した固体を減圧濾過した。得られた粗製品をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、展開液:酢酸エチル/トルエン)で精製し、化合物(11)を得た。収量3.4g(収率50%)。
 化合物(11)3.4g、化合物(12)2.3g、微粉炭酸カリウム1.0g、DMSO50mlを混合した後、系内を窒素気流で20分置換した。続いてPdCl2dppf0.45gを投入し、加熱攪拌2時間行った。(内温75~80℃)室温まで冷却し、井水4mlを加えた。室温で攪拌し析出した固体を減圧濾過した。得られた粗製品をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、展開液:酢酸エチル/トルエン)で精製し、更に、THF/MeOH系で再結晶し化合物(85)2.7gを得た。(収率66.0%)
 構造は1H-NMRスペクトル及び質量分析スペクトルによって確認した。
 《有機EL素子の構成層》
 本発明の有機EL素子の構成層について説明する。本発明において、有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
 (i)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
 (ii)陽極/正孔輸送層/発光層/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
 (iv)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
 (v)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/陰極バッファー層/陰極
 (vi)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/陰極バッファー層/陰極
 (vii)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
 発光層は、ユニットを形成して発光層ユニットにすることもある。
 更に、発光層間には非発光性の中間層を有していてもよく、中間層は電荷発生層を含んでいてもよい。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及び発光層と隣接層との界面である。
 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、長寿命かつ、発光色の色度の安定性向上の観点から、20~150nmの範囲内が好ましく、特に好ましくは50~130nmの範囲内である。
 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、湿式法(ウェットプロセスともいい、例えば、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、LB法(ラングミュア・ブロジェット(Langmuir Blodgett法)等を挙げることができる。))等により製膜して形成することができる。本発明に係る化合物を発光層に用いる場合、ウェットプロセスで作製することが好ましい。
 本発明の有機EL素子の発光層には、発光ドーパントと、ホスト化合物とを含有することが好ましい。
 (発光ドーパント)
 発光ドーパント(ドーパントともいう)について説明する。
 発光ドーパントとしては、蛍光発光ドーパント(蛍光ドーパントともいう)、リン光発光性化合物(リン光発光ドーパント、リン光ドーパントともいう)を用いることができる。
 (リン光発光性化合物)
 本発明に係るリン光発光性化合物について説明する。
 本発明に係るリン光ドーパントは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、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ドーパントは、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
 リン光ドーパントの発光は原理としては2種挙げられ、1つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光ドーパントに移動させることでリン光ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう1つはリン光ドーパントがキャリアトラップとなり、リン光ドーパント上でキャリアの再結合が起こり、リン光ドーパント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であるが、いずれの場合においても、リン光ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
 また、本発明に係る発光層には、以下の特許公報に記載されている化合物等を併用してもよい。
 例えば、国際公開第00/70655号パンフレット、特開2002-280178号公報、特開2001-181616号公報、特開2002-280179号公報、特開2001-181617号公報、特開2002-280180号公報、特開2001-247859号公報、特開2002-299060号公報、特開2001-313178号公報、特開2002-302671号公報、特開2001-345183号公報、特開2002-324679号公報、国際公開第02/15645号パンフレット、特開2002-332291号公報、特開2002-50484号公報、特開2002-332292号公報、特開2002-83684号公報、特表2002-540572号公報、特開2002-117978号公報、特開2002-338588号公報、特開2002-170684号公報、特開2002-352960号公報、国際公開第01/93642号パンフレット、特開2002-50483号公報、特開2002-100476号公報、特開2002-173674号公報、特開2002-359082号公報、特開2002-175884号公報、特開2002-363552号公報、特開2002-184582号公報、特開2003-7469号公報、特表2002-525808号公報、特開2003-7471号公報、特表2002-525833号公報、特開2003-31366号公報、特開2002-226495号公報、特開2002-234894号公報、特開2002-235076号公報、特開2002-241751号公報、特開2001-319779号公報、特開2001-319780号公報、特開2002-62824号公報、特開2002-100474号公報、特開2002-203679号公報、特開2002-343572号公報、特開2002-203678号公報等である。
 (蛍光ドーパント)
 蛍光ドーパントとしては、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や、レーザー色素に代表される蛍光量子収率が高い化合物が挙げられる。
 また本発明に係る発光ドーパントは、複数種の化合物を併用して用いてもよく、構造の異なるリン光ドーパント同士の組み合わせや、リン光ドーパントと蛍光ドーパントを組み合わせて用いてもよい。
 本発明においては、発光層に少なくとも1つのリン光発光性化合物を含有することが好ましい。
 本発明の有機EL素子としては白色光を発光することが好ましく、前述した白色素子としての好ましい色度となるよう、発光ドーパントとホスト化合物等を適宜組み合わせて用いることができる。
 発光ドーパントとしては、リン光発光性化合物であることが好ましく、リン光発光性化合物の少なくとも1つは発光極大が480nm以下であることが好ましい。400nm~480nmに発光極大を持つことがより好ましい。
 本発明において、発光ドーパントとしては、リン光発光性化合物として前述した一般式(1)で表される化合物が特に好ましい。
 さらに、発光層が、前記一般式(1)から選ばれるリン光発光性化合物と、前記一般式(2)から選ばれる化合物とを含有して形成されることがより好ましい。
 また、発光層は単一層でも複数層でも構わないが、単一層である方が好ましい。
 (ホスト化合物(発光ホストともいう))
 本発明においてホスト化合物は、発光層に含有される化合物の内で、その層中での質量比が20%以上であり、且つ室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義される。好ましくはリン光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。
 本発明に用いることができる発光ホストとしては、特に制限はなく、従来有機EL素子で用いられる化合物を用いることができる。代表的にはカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、芳香族誘導体、含窒素複素環化合物、チオフェン誘導体、フラン誘導体、オリゴアリーレン化合物等の基本骨格を有するもの、又は、カルボリン誘導体やジアザカルバゾール誘導体(ここで、ジアザカルバゾール誘導体とは、カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の少なくとも1つの炭素原子が窒素原子で置換されているものを表す。)等が挙げられる。
 本発明に用いることができる公知の発光ホストとしては正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ、発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。
 また、本発明においては、発光ホストとして(本発明に係る一般式(2)で表される化合物及び/又は公知の発光ホスト)を単独で用いてもよく、又は複数種併用して用いてもよい。
 発光ホスト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、本発明に用いられる発光ホストとしては、低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物(重合性発光ホスト)でもよく、このような化合物を一種又は複数種用いても良い。
 公知の発光ホストの具体例としては、以下の文献に記載の化合物が挙げられる。
 特開2001-257076号公報、同2002-308855号公報、同2001-313179号公報、同2002-319491号公報、同2001-357977号公報、同2002-334786号公報、同2002-8860号公報、同2002-334787号公報、同2002-15871号公報、同2002-334788号公報、同2002-43056号公報、同2002-334789号公報、同2002-75645号公報、同2002-338579号公報、同2002-105445号公報、同2002-343568号公報、同2002-141173号公報、同2002-352957号公報、同2002-203683号公報、同2002-363227号公報、同2002-231453号公報、同2003-3165号公報、同2002-234888号公報、同2003-27048号公報、同2002-255934号公報、同2002-260861号公報、同2002-280183号公報、同2002-299060号公報、同2002-302516号公報、同2002-305083号公報、同2002-305084号公報、同2002-308837号公報等。
 本発明の有機EL素子の発光層の発光ホストとして特に好ましいものは、前述した、本発明に係る一般式(2)で表される化合物である。
 一般式(1)で表されるリン光発光性化合物と一般式(2)で表される発光ホストを組み合わせて用いることが本発明の効果を一層高めるため好ましい。
 《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)、有機金属錯体等が挙げられる。
 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、有機金属錯体が好ましく、更に好ましくは芳香族第3級アミン化合物と有機金属錯体で、特に有機金属錯体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。
 有機金属錯体としては、前記一般式(1)で表される有機金属錯体が好ましい。
 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、いわゆる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、より高効率の発光素子が得られることからこれらの材料を用いることが好ましい。
 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。
 正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm~5μm程度、好ましくは5nm~200nmの範囲内である。この正孔輸送層は上記材料の一種又は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、特に好ましく用いられる一般式(1)で表される金属錯体の他に、本発明の有機EL素子の正孔輸送層の形成に好ましく用いられる化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
 《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、前述の電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
 本発明の有機EL素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
 正孔阻止層には、前述のホスト化合物として挙げた、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体(ここで、アザカルバゾール誘導体とは、カルバゾール環を構成する炭素原子の1つ以上が窒素原子で置き換わったものを示す)を含有することが好ましい。
 また、本発明においては、複数の発光色の異なる複数の発光層を有する場合、その発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。更には、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の50質量%以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対しそのイオン化ポテンシャルが0.3eV以上大きいことが好ましい。
 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、前述の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、電子阻止層の膜厚としては、好ましくは3nm~100nmの範囲内であり、更に好ましくは3nm~30nmの範囲内である。
 《注入層:電子注入層(陰極バッファー層)、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頁~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。
 正孔注入層(陽極バッファー層)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。本発明では、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層があることが好ましい。
 電子注入層(陰極バッファー層)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、フッ化ナトリウムやフッ化カリウム等に代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層(注入層)はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は0.1nm~5μmの範囲が好ましい。
 また、正孔注入層(陽極バッファー層)及び陰極バッファー層に用いられる材料は、他の材料と併用して用いることも可能であり、例えば正孔輸送層や電子輸送層中に混合して用いることも可能である。
 《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。電子輸送層は単層若しくは複数層を設けることができる。
 電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料、電子注入材料も含む)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、電子輸送層の構成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可能である。
 電子輸送層に用いられる従来公知の材料(以下、電子輸送材料という)の例としては、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、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、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、カルボリン誘導体、を含むアザカルバゾール誘導体等が挙げられる。
 ここで、アザカルバゾール誘導体とは、カルバゾール環を構成する炭素原子の1つ以上が窒素原子で置き換わったものを示す。
 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、電子吸引性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。
 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用いることができる。
 また、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。
 電子輸送層は電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、湿式法(ウェットプロセスともいい、例えば、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、LB法(ラングミュア・ブロジェット(Langmuir Blodgett法)等を挙げることができる。))等により、製膜して形成することが好ましい。
 有機EL素子の構成層の形成法については、有機EL素子の作製方法のところで詳細に説明する。
 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~5000nm程度、好ましくは5nm~200nmの範囲内である。この電子輸送層は上記材料の一種又は二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。
 以下、本発明の白色有機EL素子の電子輸送層の形成に好ましく用いられる従来公知の化合物(電子輸送材料)の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
 《陽極》
 有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Au等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。
 また、IDIXO(In23-ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度を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成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10nm~1000nm、好ましくは10nm~200nmの範囲で選ばれる。
 《陰極》
 一方、陰極としては仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム-カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
 これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。
 陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm~5μm、好ましくは50nm~200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極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1nm~20nmの範囲内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、基板ともいう)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
 樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類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/(m2・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/(m2・24h・atm)以下、水蒸気透過度が、10-5g/(m2・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、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004-68143号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
 不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
 本発明の有機EL素子の発光の室温における外部取り出し効率は、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。
 《有機EL素子の製造方法》
 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/陰極バッファー層(電子注入層)/陰極からなる素子の製造方法について説明する。
 まず、適当な基板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の範囲内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、陰極バッファー層等の有機化合物を含有する薄膜を形成させる。
 リン光発光性の有機EL素子においては、一般式(2)で表される化合物を含有した層が湿式法により塗布・成膜されることがコスト、生産性の点から好ましい。
 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、LB法等があるが、精密な薄膜が形成可能で、且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。
 本発明に係る有機EL材料を溶解又は分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。
 また、分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
 これらの層の形成後、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、陰極バッファー層、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2V~40V程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
 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。
 《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/(m2・24h・atm)以下、JIS K 7129-1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下のものであることが好ましい。
 封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
 接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2-シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
 なお、有機EL素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
 また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。
 更に、該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ-イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。
 封止部材と有機EL素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
 吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
 《保護膜、保護板》
 有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量且つ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
 《光取り出し》
 有機EL素子は空気よりも屈折率の高い(屈折率が1.7~2.1程度)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15%から20%程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
 この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法(米国特許第4,774,435号明細書)、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法(特開昭63-314795号公報)、素子の側面等に反射面を形成する方法(特開平1-220394号公報)、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法(特開昭62-172691号公報)、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法(特開2001-202827号公報)、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法(特開平11-283751号公報)等がある。
 本発明においては、これらの方法を本発明の有機EL素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
 本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
 透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
 低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5~1.7程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。また、更に1.35以下であることが好ましい。
 また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の2倍以上となるのが望ましい。これは低屈折率媒質の厚みが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
 全反射を起こす界面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次の回折といったいわゆる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、2次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
 《集光シート》
 本発明の有機EL素子は基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいはいわゆる集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
 マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10μm~100μmの範囲内が好ましい。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、基板に頂角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、必要に応じ成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。
 《有機エレクトロルミネッセンス素子の白色色度》
 本発明の有機EL素子や該素子に係る化合物の発光色は、「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。
 本発明における白色素子としての好ましい色度は、相関色温度が2500K~7000Kの範囲内、かつCIE1931表色系おいて、各色温度での黒体輻射線上からのy値乖離が0.1以下である。
 《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2V~40V程度を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。更に交流電圧を印加する場合には、陽極が+、陰極が-の状態になったときのみ発光する。なお、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、本発明の有機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、レーザー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、赤色、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(なお、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。なお、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。
 なお、図5、図6において、発光した光は白矢印方向(下方向)に照射している。
 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。
 以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。また、実施例に用いられている化合物の記号が、「発明を実施するための形態」に記載の化合物の具体例の記号と一致する場合は、該具体例を意味する。
 また、実施例に用いる化合物の構造を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
 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NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
 この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料3を200mg入れ、別のモリブデン抵抗加熱ボートに正孔輸送材料として正孔輸送材料1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物として一般式(2)で表される例示化合物1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに発光ドーパントとして青色発光ドーパントDPTを100mg、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに緑色発光性リン光化合物Ir(ppy)3を100mg、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに赤色発光性リン光化合物Ir(piq)3を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料1を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
 次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、正孔輸送材料3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し20nmの正孔注入層(HIL)を設けた。
 更に正孔輸送材料1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで正孔注入層上に蒸着し70nmの正孔輸送層(HTL)を設けた。
 更にホスト化合物1とDPTとIr(ppy)3とIr(piq)3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物を蒸着速度0.1nm/sec、DPTを0.009nm/sec、Ir(ppy)3とIr(piq)3を0.0003nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して30nmの発光層(EML)を設けた。
 更に電子輸送材料1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記発光層上に蒸着して膜厚50nmの電子輸送層(ETL)を設けた。
 引き続き、陰極バッファー層としてフッ化リチウム0.5nmを蒸着し、更にアルミニウム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1-2~1-8》
 有機EL素子1-1において、正孔輸送層(HTL)の正孔輸送材料1、発光層(EML)のホスト化合物(例示化合物1)、発光層(EML)の青色発光ドーパントDPT、電子輸送層(ETL)の電子輸送材料1、及び各層の膜厚のみを表1記載のように変えた以外は、有機EL素子1-1と同様にして有機EL素子1-2~1-8を作製した。
 作製した有機EL素子1-2~1-8のそれぞれについて、23℃で、まず励起波長365nmの紫外線を照射し、フォトルミネッセンスを測定した。次いで、各有機EL素子を2.5mA/cm2の定電流条件下で、発光開始直後の発光輝度[cd/m2]が半分の輝度に低下するまで連続発光させた。このとき、すなわちΔELが0.5になってから1時間後、再度同条件で励起波長365nmの紫外線を照射し、フォトルミネッセンスを測定しフォトルミネッセンスの強度減衰率ΔPLを求め、ΔPL/ΔELを算出した。
 なお、PLスペクトル測定にはUSB2000(Ocean Optics製)を用いた。また、有機EL素子の発光輝度の測定はCS-1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。
 《有機EL素子1-1~1-8の評価》
 得られた有機EL素子1-1~1-8を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 (寿命)
 有機EL素子を室温下、2.5mA/cm2の定電流条件下による連続発光を行い、初期輝度の半分の輝度になるのに要する時間(τ1/2)を測定し、この値を発光寿命の尺度とした。なお、発光寿命は有機EL素子1-1を100と設定する相対値で表した。有機EL素子の発光輝度の測定はCS-1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いた。
 (色度安定性)
 色度変動幅は、分光放射輝度計CS-1000(コニカミノルタセンシング社製)を用い、正面輝度300cd/m2~1500cd/m2におけるCIE1931、x、y値の変動最大距離ΔEを下式で求め、結果をA~Dに分類した。
 なお、発光の色度は上記測定で相関色温度が2500K~7000Kの範囲内、かつCIE1931表色系おいて、各色温度での黒体輻射線上からのy値乖離が0.1以下の範囲内にあることを確認した。
 ΔE=(Δx2+Δy21/2
 A:ΔEが0.01未満
 B:ΔEが0.01以上0.015未満
 C:ΔEが0.015以上0.02未満
 D:ΔEが0.02以上
 以上の評価結果を表1に示した。なお、以下の表中、下記の略号を用いた。
 HTL:正孔輸送層
 HIL:正孔注入層
 EML:発光層
 EML1:発光層1
 EML2:発光層2
 ETL:電子輸送層
 ホスト:ホスト化合物
 ΔPL/ΔEL:発光層寄与率
 寿命:発光寿命
 ドーパント:リン光発光性化合物(リン光ドーパント)又は蛍光ドーパント
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000059
 表1から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れていることが明らかである。蛍光ドーパントであるDPTを用いた場合に比べ、発光ドーパントが一般式(1)で表されるリン光発光性化合物である例示化合物1-81であり、一般式(2)で表される化合物が発光ホストのとき良好であり、正孔輸送材料に、一般式(1)で表される有機金属錯体を含む場合や、発光層の膜厚が厚い場合に効果の大きいことが分かる。
 実施例2
 有機EL素子1-3の作製において、発光層(EML)のホスト化合物である例示化合物1の代わりにホスト化合物として一般式(2)で表される例示化合物97を用い、発光層(EML)の青色リン光発光ドーパント1-81の代わりに青色リン光発光ドーパント化合物Aを用いた以外は同様にして、有機EL素子2-1を作製した。
 《有機EL素子2-2~2-3の作製》
 有機EL素子2-1において、正孔輸送材料、ホスト化合物、青色発光ドーパントを表2記載の化合物に変えて、有機EL素子2-1と同様にして有機EL素子2-2~2-3を作製した。
 《有機EL素子2-4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%に希釈した溶液を用い、3000rpm、30秒の条件でスピンコート法により薄膜を形成した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚20nmの正孔注入層を設けた。
 この基板を窒素雰囲気下に移し、正孔注入層上に、50mgの正孔輸送材料2を10mlのトルエンに溶解した溶液を1500rpm、30秒の条件で正孔輸送層上にスピンコーティングし、薄膜を形成した。更に180秒間紫外光を照射し、光重合・架橋を行い、膜厚約20nmの正孔輸送層とした。
 この正孔輸送層上に、100mgのホスト化合物1と、9mgの青色リン発光ドーパント1-83、0.3mgのIr(ppy)3、0.3mgのIr(piq)3とを10mlのトルエンに溶解した溶液を用いて600rpm、30秒の条件でスピンコート法により薄膜を形成した。60℃で1時間真空乾燥し、膜厚約70nmの発光層とした。
 次にこの発光層上に、50mgの電子輸送化合物2を10mlのヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解した溶液を用いて、1000rpm、30秒の条件でスピンコート法により薄膜を形成した。更に60℃で1時間真空乾燥し、膜厚約30nmの電子輸送層とした。
 続いて、この基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、陰極バッファー層としてフッ化リチウムを0.4nm、更に陰極としてアルミニウムを110nm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2-1~2-4の評価》
 得られた有機EL素子2-1~2-4を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 (耐UV光劣化比)
 前記した様に、石英基板上に発光層のみを50nmの膜厚で設けた後、室温(23℃)にてスポット光源・ライトニングキュアLC8(浜松ホトニクス製)にて(365nm)の光を照射距離1cm、20min.照射し、照射前後でのPLスペクトル測定(分光放射輝度計CS-1000(コニカミノルタセンシング社製)を使用)から得られる発光極大の強度比を下記式より算出した。耐UV光劣化比=PL(照射後)/PL(照射後)。
 ΔPL/ΔEL、発光寿命、色度安定性に関しては、実施例1と同様に実施した。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 以上の結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000060
 表2から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れていることが明らかである。ΔPL/ΔELが0.3~1.0の範囲内であり、且つUV光劣化が0.6以上の時に、長寿命だけでなく、色度安定性への効果は大きいことが分かる。また、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を湿式法で塗布製膜した有機EL素子2-4でも好ましい結果の得られる事が分かる。
 実施例3
 《有機EL素子3-1の作製》
 有機EL素子2-1の作製において、発光層(EML)のホスト化合物である例示化合物97の代わりにホスト化合物として例示化合物1を用いた以外は同様にして、有機EL素子3-1を作製した。
 《有機EL素子3-2~3-3の作製》
 有機EL素子3-1の作製において、表3記載のように、化合物Aから一般式(1)で表されるリン光発光性化合物に変えた以外は、有機EL素子3-1と同様にして有機EL素子3-2~3-4を作製した。
 なお、正孔輸送層、発光層に用いた各化合物についてイオン化ポテンシャル値をUPS(アルバック-ファイ(株)製ESCA 5600)にて測定し、また前記した方法にてΔPL/ΔEL、耐UV光劣化比の値を測定した。
 《有機EL素子3-1~3-3の評価》
 得られた有機EL素子3-1~3-3を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 発光寿命、色度安定性に関しては、実施例2と同様に実施した。
 なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 (ダークスポット(スポット状の非発光部)の評価ランク)
 ◎:ダークスポットの発生が全くない
 ○:ダークスポット1個以上、5個未満
 △:ダークスポット5個以上、20個未満
 ×:ダークスポット20個以上
 以上の結果を表3に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000061
 表3から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れ、ダークスポットの発生が少ないことが明らかである。ΔPL/ΔELが0.3~1.0の範囲内、UV光劣化が0.6以上、且つΔIP(青色発光ドーパントのIP-HTLのIP)が-0.3~0.2eVの範囲内の時に、長寿命、色度安定性だけでなく、ダークスポット軽減の効果が大きいことが分かる。
 なお、青色以外の緑色発光ドーパントIr(ppy)3、赤色発光ドーパントIr(piq)3のIPはそれぞれ、5.48、5.40と青色発光ドーパントよりもIP値が高いため、素子性能に与える影響は支配的ではなかった。
 実施例4
 有機EL素子2-1の作製において、正孔輸送層(HTL)の正孔輸送材料1の代わりに正孔輸送材料5を用いた以外は同様にして、有機EL素子4-1を作製した。
 《有機EL素子4-2~4-3の作製》
 有機EL素子4-1の作製において、正孔注入層、正孔輸送層、発光ドーパントを表4記載の化合物に変えた以外は、有機EL素子4-1と同様にして有機EL素子4-2~4-3を作製した。
 なお、正孔注入層、正孔輸送層、発光層に用いた各化合物についてイオン化ポテンシャル値を前記UPSにて測定し、また明細書に記載した方法にてΔPL/ΔEL、耐UV光劣化比の値を測定した。
 《有機EL素子4-1~4-3の評価》
 得られた有機EL素子4-1~4-3を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 発光寿命、色度安定性、ダークスポットに関しては、実施例3と同様に実施した。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 以上の結果を表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000062
 表4から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れ、ダークスポットの発生が少ないことが明らかである。ΔIP(青色発光ドーパントのIP-HTLのIP)が-0.3~0.2eVの範囲内にするだけでなく、ΔIP(HILのIP-ITO仕事関数)を-0.2~0.3eVの範囲内、ΔIP(HTLのIP-HILのIP)を-0.3~0.2eVの範囲内にすることによって、長寿命、色度安定性だけでなく、ダークスポット軽減の効果がより顕著になることが分かる。
 実施例5
 有機EL素子2-1の作製において、発光層中のホスト化合物97に代えてホスト化合物100を用いた以外は同様にして、有機EL素子5-1を作製した。
 《有機EL素子5-2~5-9の作製》
 有機EL素子5-1において、正孔輸送材料、リン光青色発光ドーパントを表5記載の化合物に変えた以外は、有機EL素子5-1と同様にして有機EL素子5-2~5-9を作製した。
 なお、正孔輸送層、発光層に用いた各化合物についてイオン化ポテンシャル値を前記UPSにて測定し、また明細書に記載した方法にてΔPL/ΔEL、耐UV光劣化比の値を測定した。
 《有機EL素子5-1~5-9の評価》
 得られた有機EL素子5-1~5-9を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 発光寿命・色度安定性・ダークスポットに関しては、実施例3と同様に実施した。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 以上の結果を表5に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000063
 表5から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れ、ダークスポットの発生が少ないことが明らかである。表5に示した一般式(1)の化合物を用いることで、長寿命、色度安定性だけでなく、ダークスポット軽減の効果が大きいことが分かり、また、HTL,青色発光ドーパントを揃えることでその効果はより顕著である。
 実施例6
 有機EL素子2-1の作製において、ホスト化合物97の代わりにCBP、を用いた以外は同様にして、有機EL素子6-1を作製した。
 《有機EL素子6-2~6-8の作製》
 有機EL素子6-1の作製において、正孔輸送層の正孔輸送材料、発光層のホスト化合物、発光ドーパントを表6記載の化合物に変えた以外は、有機EL素子6-1と同様にして有機EL素子6-2~6-8を作製した。
 なお、正孔輸送層、発光層に用いた各化合物についてイオン化ポテンシャル値を前記UPSにて測定し、また明細書に記載した方法にてΔPL/ΔEL、耐UV光劣化比の値を測定した。
 《有機EL素子6-1~6-8の評価》
 得られた有機EL素子6-1~6-8を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 発光寿命・色度安定性・ダークスポットに関しては、実施例3と同様に実施した。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 以上の結果を表6に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000064
 表6から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、発光寿命、色度安定性に優れ、ダークスポットの発生が少ないことが明らかである。表6に示した一般式(2)の化合物を用いることで、長寿命、色度安定性だけでなく、ダークスポット軽減の効果が大きいことが分かる。
 実施例7
 〈有機EL素子7-1の作製〉
 有機EL素子2-1の作製において、正孔輸送材料1の代わりに1-90、発光ドーパント化合物Aの代わりに発光ドーパント1-86、ホスト化合物97の代わりにホスト化合物1を用い、発光層の膜厚を120nmとした以外は同様にして、有機EL素子7-1を作製した。
 〈有機EL素子7-2の作製〉
 有機EL素子7-1の作製において、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物98を200mg入れ、有機EL素子7-1と同様に真空蒸着装置に取付けた。
 次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、正孔輸送材料3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し20nmの正孔注入層(HIL)を設けた。
 次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、正孔輸送材料3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し20nmの正孔注入層(HIL)を設けた。
 更に1-90の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで正孔注入層上に蒸着し40nmの正孔輸送層(HTL)を設けた。
 更にホスト化合物1と1-86の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物を蒸着速度0.1nm/sec、1-86を0.009nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して40nmの発光層1(EML1)を設けた。
 更にホスト化合物97とIr(ppy)3とIr(piq)3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物を蒸着速度0.1nm/sec、Ir(ppy)3を0.0005nm/sec、Ir(piq)3を0.0003nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して80nmの発光層2(EML2)を設けた。
 更に電子輸送材料2の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層(ETL)を設けた。
 引き続き、陰極バッファー層としてフッ化リチウム0.5nmを蒸着し、更にアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子7-2を作製した。
 《有機EL素子7-3の作製》
 有機EL素子7-2において、発光層の構成、膜厚を表7記載の化合物に変えた以外は、有機EL素子7-2と同様にして有機EL素子7-3を作製した。
 なお、明細書に記載した方法にてΔPL/ΔELの値を測定し、同時に表に示した。
 《有機EL素子7-1~7-3の評価》
 得られた有機EL素子7-1~7-3を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の比発光面をガラスカバーで覆い、ガラスカバーと有機EL素子が作製されたガラス基板とが接触するガラスカバー側の周囲にシール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラクストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極側に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させ、封止して、上記の図5、図6に示すような照明装置を形成して評価した。次いで、下記評価を行った。
 発光寿命・色度安定性に関しては、実施例1と同様に実施した。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000065
 表7から明らかな通り、本発明の有機EL素子は、発光寿命に優れ、発光層を2層にしても高寿命、色度安定性を両立することができる。また、HTLよりの発光層に緑・赤色ドーパントのみを使用した場合においても同様である。
 実施例8
 〈有機ELフルカラー表示装置の作製〉
 図7は有機ELフルカラー表示装置の概略構成図である。陽極としてガラス基板201上にITO透明電極(202)を100nm成膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)に100μmのピッチでパターニングを行った後、このガラス基板上でITO透明電極の間に非感光性ポリイミドの隔壁203(幅20μm、厚さ2.0μm)をフォトリソグラフィーで形成させた。
 ITO電極上ポリイミド隔壁の間に下記組成の正孔注入層組成物を、インクジェットヘッド(エプソン社製;MJ800C)を用いて吐出注入し、紫外光を200秒間照射し、60℃、10分間の乾燥処理により膜厚40nmの正孔注入層204を作製した。
 この正孔注入層上に、各々下記の青色発光層組成物、緑色発光層組成物、赤色発光層組成物を、同様にインクジェットヘッドを使用して吐出注入し、60℃、10分間乾燥処理し、それぞれのそれぞれ青色(B)、緑色(G)、赤色(R)に発光する発光層(205B、205G、205R)を形成させた。
 次に、発光層を覆うように上に化合物例54を20nm蒸着し、更にフッ化リチウムを0.6nm、陰極としてAl(206)を130nm真空蒸着して有機EL素子を作製した。
 作製した有機EL素子はそれぞれの電極に電圧を印加することにより各々青色、緑色、赤色の発光を示し、フルカラー表示装置として利用できることがわかった。なお、発光色の色度は実施例1と同様に測定して好ましい白色の色度範囲内にあることを確認した。
 (正孔注入層組成物)
 正孔輸送材料1-87     20質量部
 シクロヘキシルベンゼン    50質量部
 イソプロピルビフェニル    50質量部
 (青色発光層組成物)
 一般式(2)-1      0.7質量部
 一般式(1)1-86   0.04質量部
 シクロヘキシルベンゼン    50質量部
 イソプロピルビフェニル    50質量部
 (緑色発光層組成物)
 一般式(2)-1      0.7質量部
 Ir(ppy)3      0.04質量部
 シクロヘキシルベンゼン    50質量部
 イソプロピルビフェニル    50質量部
 (赤色発光層組成物)
 一般式(2)-1      0.7質量部
 Ir(piq)3      0.04質量部
 シクロヘキシルベンゼン    50質量部
 イソプロピルビフェニル    50質量部
 本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、長寿命、低電圧駆動、色度安定性に優れ、かつダークスポットが少なく、照明装置及び表示装置に好適に使用できる。
 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
 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
 201 ガラス基板
 202 ITO透明電極
 203 隔壁
 204 正孔注入層
 205B、205G、205R 発光層
 206 Al

Claims (15)

  1.  陽極と陰極の間に、少なくとも1層の発光層が挟持された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、エレクトロルミネッセンスの強度減衰率に対するフォトルミネッセンスの強度減衰率の比ΔPL/ΔELで定義される発光層寄与率が、0.3以上1.0以下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。
  2.  前記発光層に少なくとも一種のリン光発光性化合物を含有す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。
  3.  前記発光層の単膜における耐UV光劣化比の値が、0.6以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4.  前記陽極と前記発光層の間に正孔輸送層が発光層に隣接して挟持され、かつ前記発光層に含有される前記少なくとも一種のリン光発光性化合物のイオン化ポテンシャルが、前記正孔輸送層に含まれる少なくとも一種の正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルに対して、-0.3~0.2eVの範囲内であることを特徴とする請求項2又は3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5.  前記陽極と前記正孔輸送層の間に正孔注入層が挟持され、かつ前記正孔注入層に含まれる少なくとも一種の正孔注入材料のイオン化ポテンシャルが、前記陽極の仕事関数に対して-0.2~0.3eVの範囲内であり、且つ、前記正孔輸送層に含まれる少なくとも1つの正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルに対して-0.3~0.2eVの範囲内であることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6.  前記リン光発光性化合物の少なくとも一種は、発光極大波長が480nm以下であることを特徴とする請求項2~5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。
  7.  前記正孔輸送層に少なくとも一種の有機金属錯体を含有することを特徴とする請求項4~6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。
  8.  前記有機金属錯体が、一般式(1)で表されることを特徴とする請求項7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、R1は置換基を表す。Zは5~7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。n1は0~5の整数を表す。B1~B5は炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。これら5つの原子により単環の芳香族含窒素複素環が形成される。M1は元素周期表における8~10族の金属を表す。X1及びX2は炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、L1はX1及びX2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。m1は1~3の整数を表し、m2は0~2の整数を表すが、m1+m2は2又は3である。)
  9.  前記発光層に含まれるリン光発光性化合物が前記一般式(1)で表されることを特徴とする請求項2~8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。
  10.  前記正孔輸送層に隣接する発光層に含有されるリン光発光性化合物と、該正孔輸送層に含まれる少なくとも一種の金属錯体が同一であることを特徴とする請求項7~9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。
  11.  前記リン光発光性化合物を含有する発光層が、一般式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする請求項2~10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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     (式中、X20はO又はSを表し、X21~X28はC(R20)又はNを表し、R20は水素原子又は置換基を表す。R20のうち少なくとも1つは下記一般式(b1)で表される。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     (式中L20は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から誘導される2価の連結基を表す。n23は0又は1~3の整数を表し、n23が2以上の場合複数のL20は同じでも異なっていてもよい。*は一般式(2)の母核との連結部位を表す。Ar20は下記一般式(b2)で表される基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     (式中、X29はN(R21)、O又はSを表し、E21~E28はC(R22)又はNを表し、R21及びR22は水素原子、置換基又はL20との連結部位を表す。*はL20との連結部位を表す。)
  12.  前記一般式(2)で表される化合物を含有した層が湿式法により成膜され、形成される工程を経て製造されたものであることを特徴とする請求項11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  13.  白色に発光することを特徴とする請求項1~12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。
  14.  請求項1~13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。
  15.  請求項1~13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。
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