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JP5499482B2 - 有機電界発光素子、有機elディスプレイおよび有機el照明 - Google Patents
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有機電界発光素子、有機elディスプレイおよび有機el照明 Download PDF

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Description

本発明は、湿式成膜法で形成される正孔注入層、正孔輸送層および発光層を有する有機電界発光素子に関する。
近年、有機薄膜を用いた電界発光素子(有機電界発光素子)の開発が行われている。
有機電界発光素子は、通常、陽極と陰極との間に複数の有機層が積層されてなり、該有機層としては、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層などが挙げられる。これら有機層の形成方法としては、真空蒸着法や湿式成膜法などが利用されているが、大面積のディスプレイを製造するためには、湿式成膜法を利用することが好ましい。
例えば陽極上に形成される正孔注入層に高分子正孔輸送材料を湿式成膜により形成する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、低分子発光材料を湿式成膜して発光層を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、これら湿式成膜法を用いて製造される素子、特に、低分子発光材料を湿式成膜して形成する発光層を有する素子は、駆動時に輝度が低下し、長寿命の素子が得られないという問題点があった。
特開2007−123257号公報 特開2006−190759号公報
本発明は、高分子正孔輸送材料を湿式成膜して得られる正孔注入層および低分子発光材料を湿式成膜して得られる発光層を有する有機電界発光素子において、駆動時の輝度低下が少なく、長寿命の素子を提供することを課題とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、高分子正孔輸送材料を湿式成膜して得られる正孔注入層と低分子発光材料を湿式成膜して得られる発光層との間に設ける正孔輸送層を、架橋性化合物を架橋して形成することにより、上記課題が解決できることがわかり本発明に到達した。
すなわち、本発明は、陽極、陰極及び該陽極と該陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層および発光層をこの順に有する有機電界発光素子において、該正孔注入層は、高分子正孔輸送材料を湿式成膜して形成される層であり、該正孔輸送層は、架橋性化合物を架橋して形成される層であり、該発光層は、低分子発光材料を湿式成膜して形成される層であることを特徴とする有機電界発光素子に存する。
本発明によれば、高分子正孔輸送材料を湿式成膜して得られる正孔注入層および低分子発光材料を湿式成膜して得られる発光層を有する有機電界発光素子において、駆動時の輝度低下が少なく、駆動電圧の改善された、長寿命の素子を提供できる。
本発明の有機電界発光素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定はされない。
本発明の有機電界発光素子は、陽極、陰極及び該陽極と該陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層および発光層をこの順に有する有機電界発光素子において、該正孔注入層は、高分子正孔輸送材料を湿式成膜して形成される層であり、該正孔輸送層は、架橋性化合物を架橋して形成される層であり、該発光層は、低分子発光材料を湿式成膜して形成される層であることを特徴とする。
以下、図1に従い、本発明の有機電界発光素子について説明する。本発明の有機電界発光素子は、陽極および陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層および発光層を少なくとも有するが、その他の層は有していても、有していなくてもよい。
[1]基板
基板は有機電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
[2]陽極
陽極は、後述する有機発光層側の層(正孔注入層または有機発光層など)への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウムおよび/またはスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。陽極2の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基板上に塗布することにより陽極を形成することもできる。更に、導電性高分子の場合は、電解重合により直接基板上に薄膜を形成したり、基板上に導電性高分子を塗布して陽極2を形成することもできる(Applied Physics Letters,1992年,Vol.60,pp.2711参照)。陽極は異なる物質で積層して形成することも可能である。
陽極の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常60%以上、好ましくは80%以上とすることが望ましく、この場合、厚みは、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。不透明で良い場合、陽極は基板と同一でもよい。また、更には上記の陽極の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
なお、陽極に付着した不純物を除去し、イオン化ポテンシャルを調整して正孔注入性を向上させることを目的として、陽極表面を紫外線(UV)/オゾン処理したり、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ処理することが好ましい。また、正孔注入の効率を更に向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔注入層と陽極との間に公知の陽極バッファ層を挿入してもよい。
[3]正孔注入層
本発明において、正孔注入層は高分子正孔輸送材料を湿式成膜して形成される層である
。正孔注入層には、高分子正孔輸送材料の他、電子受容性化合物、低分子の正孔輸送材料、バインダー樹脂、塗布性改良剤等が含まれていてもよい。
尚、本発明において、湿式成膜とは、有機層を形成するための材料を、適宜溶媒に分散または溶解させて成膜する方法であって、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、等が挙げられる。
高分子正孔輸送材料として具体的には、通常、有機電界発光素子の正孔注入層に使用される、正孔輸送性を有する高分子材料であることが好ましい。
正孔輸送性化合物としては、陽極2から正孔注入層3への電荷注入障壁の観点から4.5eV〜6.0eVのイオン化ポテンシャルを有する化合物が好ましい。高分子正孔輸送材料の例としては、芳香族アミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ベンジルフェニル誘導体、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリキノリン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、芳香族ポリアミン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、カーボン等が挙げられる。
尚、本発明において誘導体とは、例えば、芳香族アミン誘導体を例にするならば、芳香族アミンそのもの及び芳香族アミンを主骨格とする化合物を含むものである。
中でも芳香族アミンを有する高分子正孔輸送材料が好ましく、特に芳香族3級アミノ基を構成単位として主骨格に含む高分子正孔輸送材料が好ましい。また、本発明に用いられる高分子正孔輸送材料の重量平均分子量は1000以上、1000000以下であることが好ましい。高分子正孔輸送材料は、このような化合物のうち何れか1種を単独で使用しても、2種以上を使用してもよい。2種以上の高分子正孔輸送材料を使用する場合、その組み合わせは任意であるが、芳香族3級アミノ基を構成単位として主骨格に含む高分子正孔輸送材料1種または2種以上と、その他の正孔輸送性化合物1種または2種以上とを併用することが好ましい。
以下、好ましい高分子正孔輸送材料の例である式(2)について説明する。
Figure 0005499482
(式(2)中、Ar44〜Ar48は、各々独立して置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、R31〜R32は、各々独立して置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示し、Xは直接結合、または下記の連結基から選ばれる。なお、「芳香族環基」とは、「芳香族炭化水素環由来の基」および「芳香族複素環由来の基」の両方を含む。)
Figure 0005499482
(式(3)中、Ar49は置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、Ar50は置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示す。)
一般式(2)において、Ar44〜Ar48は、好ましくは、各々独立して置換基を有していてもよい2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基またはビフェニル基であり、好ましくはベンゼン環由来の基である。前記置換基としてはハロゲン原子;アルキル基;アルケニル基;アルコキシカルボニル基;アルコキシ基;アリールオキシ基;ジアルキルアミノ基、などが挙げられる。これらのうち、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基が挙げられる。Ar44〜Ar48がいずれも無置換の芳香族環基である場合が、最も好ましい。
31およびR32として好ましくは、各々独立して、置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、またはビフェニル基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基またはビフェニル基であり、より好ましくはフェニル基である。該置換基としては、Ar44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。
一般式(3)において、Ar49は、置換基を有していてもよい2価の芳香族環基、好ましくは正孔輸送性の面からは芳香族炭化水素環基であり、具体的には置換基を有していてもよい2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基、ビフェニレン基、およびターフェニレン基等が挙げられる。また、該置換基としては、Ar44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。これらのうち、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基が挙げられる。
Ar50は、置換基を有していてもよい芳香族環基、好ましくは正孔輸送性の面からは芳香族炭化水素環基であり、具体的には、置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、およびビフェニル基等が挙げられる。該置換基としては、一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。
尚、本発明の正孔注入層に用いられる高分子正孔輸送材料は、下記詳述する正孔輸送層のような架橋性化合物であってもよく、すなわち、正孔注入層は架橋性化合物を架橋して得られる層であってもよい。
式(2)で表される繰り返し単位を有する芳香族三級アミン高分子化合物の具体例としては、国際公開第2005/089024号パンフレットに記載のものが挙げられる。
また、高分子正孔輸送材料としては、ポリチオフェンの誘導体である3,4-ethylenedioxythiophene(3,4-エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー(PEDOT/PSS)もまた好ましい。また、このポリマーの末端
をメタクリレート等でキャップしたものであってもよい。
次に電子受容性化合物について説明する。電子受容性化合物としては、例えば、トリアリールホウ素化合物、ハロゲン化金属、ルイス酸、有機酸、オニウム塩、アリールアミンとハロゲン化金属との塩、アリールアミンとルイス酸との塩よりなる群から選ばれる1種または2種以上の化合物等が挙げられる。さらに具体的には、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンダフルオロフェニル)ボラート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボラート等の有機基の置換したオニウム塩;塩化鉄(III)(特開平11−251067号公報)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等の高原子
価の無機化合物;テトラシアノエチレン等のシアノ化合物、トリス(ペンダフルオロフェニル)ボラン(特開2003−31365号公報)等の芳香族ホウ素化合物;フラーレン誘導体;ヨウ素;ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、ショウノウスルホン酸イオン等のスルホン酸イオン等が挙げられる。これらの電子受容性化合物は、正孔輸送材料を酸化することにより正孔注入層の導電率を向上させることができる。電子受容性化合物の高分子正孔輸送材料に対する含有量は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上である。但し、通常100重量%以下、好ましくは40重量%以下である。
また、低分子の正孔輸送材料としては、有機電界発光素子の正孔輸送材料として利用されてきた、従来公知の化合物が挙げられる。例えば、芳香族ジアミン化合物、芳香族トリアミン化合物、ベンジルフェニル化合物、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン化合物、シラザン化合物、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン化合物、フタロシアニン誘導体又はポルフィリン誘導体などが挙げられる。
正孔注入層を湿式成膜して形成するには、通常、高分子正孔輸送材料を溶媒に溶解または分散した塗布液を調製して、湿式成膜に用いる。
正孔注入層成膜用塗布液中の、高分子正孔輸送材料の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、膜厚の均一性の点で通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。この濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると成膜された正孔注入層に欠陥が生じる可能性がある。
溶媒としては、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、アミド系溶媒が挙げられ、特にこれらのような疎水性の溶媒を用いることが好ましい。具体的には、エーテル系溶媒としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル等の脂肪族エステル;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは何れか1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いてもよい。
この溶媒の沸点は通常110℃以上、好ましくは140℃以上、中でも200℃以上、通常400℃以下、中でも300℃以下であることが好ましい。溶剤の沸点が低すぎると、乾燥速度が速すぎ、膜質が悪化する可能性がある。また、溶剤の沸点が高すぎると乾燥工程の温度を高くする必要があし、他の層や基板に悪影響を与える可能性がある。
塗布液を調製後、通常は陽極上に湿式成膜により塗布液を成膜する。成膜時の温度は10〜50℃が好ましく、相対湿度は0.01ppm〜80%以下が好ましい。
成膜後、乾燥させるが、加熱工程において使用する加熱手段の例を挙げると、クリーンオーブン、ホットプレート、赤外線、ハロゲンヒーター、マイクロ波照射などが挙げられる。中でも、膜全体に均等に熱を与えるためには、クリーンオーブンおよびホットプレートが好ましい。
加熱工程における加熱温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り、溶媒の沸点以上の温度で加熱することが好ましい。また、塗布液に用いた溶媒が2種類以上含まれている混合溶媒の場合、少なくとも1種類がその溶媒の沸点以上の温度で加熱されるのが好ましい。溶媒の沸点上昇を考慮すると、加熱工程においては、好ましくは120℃以上、好ましくは410℃以下、より好ましくは300℃以下で加熱することが好ましい。
加熱工程において、加熱温度が塗布液の溶媒の沸点以上であり、かつ塗布膜の十分な不溶化が起こらなければ、加熱時間は限定されないが、好ましくは10秒以上、通常180分以下である。加熱時間が長すぎると他の層の成分が拡散する傾向があり、短すぎると正孔注入層が不均質になる傾向がある。加熱は2回に分けて行ってもよい。
正孔注入層の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
[4]正孔輸送層
正孔輸送層は、通常は、正孔注入層上に成膜される。本発明において、正孔輸送層は架橋性化合物を架橋して形成される。
架橋性化合物は、架橋基を有する化合物であって、架橋することによりポリマーを形成する。架橋性化合物は、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであってもよい。架橋性化合物は1種のみを有していてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で有していてもよい。
また、架橋基の例を挙げると、オキセタン、エポキシなどの環状エーテル由来の基;ビニル基、トリフルオロビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリロイル、シンナモイル等の不飽和二重結合由来の基;ベンゾシクロブテン由来の基などが挙げられる。
架橋基を有するモノマー、オリゴマー又はポリマーが有する架橋基の数に特に制限はないが、単位電荷輸送ユニットあたり通常2.0未満、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下となる数が好ましい。比誘電率を好適な範囲に納めるためである。また、架橋基の数が多すぎると、反応活性種が発生し、他の材料に悪影響を与える可能性があるためである。ここで、単位電荷輸送ユニットとは、架橋性ポリマーを形成する材料がモノマー体の場合、モノマー体そのものであり、架橋基をのぞいた骨格(主骨格)のことを示す。他種類のモノマーを混合する場合においても、それぞれのモノマーの主骨格のことを示す。架橋性ポリマーを形成する材料がオリゴマーやポリマーの場合、有機化学的に共役がとぎれる構造の繰り返しの場合は、その繰り返しの構造を単位電荷輸送ユニットとする。また、広く共役が連なっている構造の場合には、電荷輸送性を示す最小繰り返し構造、乃至はモノマー構造を示す。例えば、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、クリセン、ピレン、ペリレンなどの多環系芳香族、フルオレン、トリフェニレン、カルバゾール、トリアリールアミン、テトラアリールベンジジン、1,4−ビス(ジアリールアミノ)ベンゼンなどが挙げられる。
架橋性化合物としては、架橋性基を有する正孔輸送性化合物(架橋性正孔輸送化合物)を用いることが好ましい。正孔輸送性化合物の例を挙げると、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体等の含窒素芳香族
化合物誘導体;トリフェニルアミン誘導体;シロール誘導体;オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。その中でも、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体等の含窒素芳香族誘導体;トリフェニルアミン誘導体、シロール誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが好ましく、特に、トリフェニルアミン誘導体がより好ましい。また、例えば、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリアリールアミン誘導体、ポリビニルトリフェニルアミン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアリーレン誘導体、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン誘導体、ポリアリーレンビニレン誘導体、ポリシロキサン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体等が挙げられる。これらは、交互共重合体、ランダム重合体、ブロック重合体又はグラフト共重合体のいずれであってもよい。また、主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある高分子や、所謂デンドリマーであってもよい。
これら正孔輸送性化合物に対して、架橋性基が主鎖または側鎖に結合しているものが挙げられる。特に架橋性基は、アルキレン基等の連結基を介して、主鎖に結合していることが好ましい。
また、特に正孔輸送性化合物としては、架橋性基を有する繰り返し単位を含む重合体であることが好ましく、中でも、ポリアリールアミン誘導体やポリアリーレン誘導体を繰り返し単位に有することが好ましく、特に下記式(II)や式(III−1)〜(III−3)に架橋性基が直接または連結基を介して結合した繰り返し単位を有する重合体であることが好ましい。
<式(II)>
下記式(II)で表される繰り返し単位を含むポリアリールアミン誘導体系の重合体が好ましい。特に、下記式(II)で表される繰り返し単位からなる重合体であることが好ましく、この場合、繰り返し単位それぞれにおいて、ArまたはArが異なっているものであってもよい。
Figure 0005499482
(式(II)中、Ar及びArは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。)
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環などの、6員環の単環または2〜5縮合環由来の基およびこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、例えばフラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジ
ン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環などの、5または6員環の単環または2〜4縮合環由来の基およびこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
溶解性、耐熱性の点から、ArおよびArは、各々独立に、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、トリフェニレン環、ピレン環、チオフェン環、ピリジン環、フルオレン環からなる群より選ばれる環由来の基やベンゼン環が2環以上連結してなる基(例えば、ビフェニル基やターフェニル基)が好ましい。
中でも、ベンゼン環由来の基(フェニル基)、ベンゼン環が2環連結してなる基(ビフェニル基)およびフルオレン環由来の基(フルオレニル基)が好ましい。
ArおよびArにおける芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アシル基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、シロキシ基、シアノ基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基などが挙げられる。
ポリアリーレン誘導体としては、前記式(II)におけるArやArとして例示した置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基などのアリーレン基をその繰り返し単位に有する重合体が挙げられる。
<式(III−1)〜(III−3)>
ポリアリーレン誘導体としては、下記式(III−1)および/または下記式(III−2)からなる繰り返し単位を有する重合体が好ましい。
Figure 0005499482
(式(III−1)中、Ra、Rb、RおよびRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニルアルキル基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、アルキルフェニル基、アルコキシフェニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、又はカルボキシ基を表す。tおよびsは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。tまたはsが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のRaまたはRbは同一であっても異なっていてもよく、隣接するRaまたはRbどうしで環を形成していてもよい。)
Figure 0005499482
(式(III−2)中、RおよびRは、それぞれ独立に、上記式(III−1)にお
けるRa、Rb、RまたはRと同義である。rおよびuは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。rまたはuが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のRおよびRは同一であっても異なっていてもよく、隣接するRまたはRどうしで環を形成していてもよい。Xは、5員環または6員環を構成する原子または原子群を表す。)
Xの具体例としては、酸素原子、置換基を有していてもよいホウ素原子、置換基を有していてもよい窒素原子、置換基を有していてもよいケイ素原子、置換基を有していてもよいリン原子、置換基を有していてもよいイオウ原子、置換基を有していてもよい炭素原子またはこれらが結合してなる基である。
また、ポリアリーレン誘導体としては、下記式(III−1)および/または下記式(III−2)からなる繰り返し単位に加えて、さらに下記式(III−3)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 0005499482
(式(III−3)中、Ar〜Arは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。vおよびwは、それぞれ独立に0または1を表す。)
Ar〜Arの具体例としては、前記式(II)における、Ar及びArと同様である。
上記式(III−1)〜(III−3)の具体例およびポリアリーレン誘導体の具体例等は、特開2008-98619号公報に記載のものなどが挙げられる。
架橋性化合物の分子量は、低分子材料(単一の分子量からなる化合物)の場合、通常5000以下、好ましくは2500以下であり、また好ましくは300以上、さらに好ましくは500以上である。高分子材料(繰り返し単位を含む重合体)の場合、重量平均分子量が通常10000以上、好ましくは15000以上、通常2000000以下、好ましくは1000000以下、数平均分子量が通常3000以上、好ましくは6000以上、通常1000000以下、好ましくは500000以下である。
また、本発明における正孔輸送層では架橋性化合物と組み合わせて、架橋基を有さないモノマー、オリゴマー及びポリマーを用いることもできる。
以下に架橋性化合物の具体例を挙げるがこれに限定されるものではない。また、具体例としては、以下に記載の化合物以外にも、例えば、下記詳述する実施例において用いている、架橋性正孔輸送化合物等が挙げられる。
Figure 0005499482
Figure 0005499482
架橋性化合物を架橋して正孔輸送層を形成するには、通常、架橋性化合物を溶媒に溶解または分散した塗布液を調製して、湿式成膜により成膜して架橋させる。
塗布液には、架橋性化合物の他、架橋反応を促進する添加物を含んでいてもよい。架橋反応を促進する添加物の例を挙げると、アルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシムエステル化合物、アゾ化合物、オニウム塩等の重合開始剤及び重合促進剤;縮合多環炭化水素、ポルフィリン化合物、ジアリールケトン化合物等の光増感剤;などが挙げられる。また、さらに、レベリング剤、消泡剤等の塗布性改良剤;電子受容性化合物:バインダー樹脂、などを含有していてもよい。
塗布液に用いられる溶媒は、前記正孔注入層を形成するための溶媒として例示したものと同様である。塗布液は、架橋性化合物を通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量%以上、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下含有する。
塗布液を下層上(通常正孔注入層上)に成膜後、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射により、架橋性化合物を架橋させてポリマー化する。成膜時の温度、湿度などの条件は、前記正孔注入層の成膜時と同様である。
成膜後の加熱の手法は特に限定されないが、例としては加熱乾燥、減圧乾燥等が挙げられる。加熱乾燥の場合の条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下に成膜された層を加熱する。加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、成膜された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
光などの電磁エネルギー照射による場合には、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、赤外ランプ等の紫外・可視・赤外光源を直接用いて照射する方法、あるいは前述の光源を内蔵するマスクアライナ、コンベア型光照射装置を用いて照射する方法などが挙げられる。光以外の電磁エネルギー照射では、例えばマグネトロンにより発生させたマイクロ波を照射する装置、いわゆる電子レンジを用いて照射する方法が挙げられる。照射時間としては、膜の溶解性を低下させるために必要な条件を設定することが好ましいが、通常、0.1秒以上、好ましくは10時間以下照射される。
加熱および光などの電磁エネルギー照射は、それぞれ単独、あるいは組み合わせて行ってもよい。組み合わせる場合、実施する順序は特に限定されない。
加熱および光を含む電磁エネルギー照射は、実施後に層に含有する水分および/または表面に吸着する水分の量を低減するために、窒素ガス雰囲気等の水分を含まない雰囲気で行うことが好ましい。同様の目的で、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射を組み合わせて行う場合には、少なくとも有機発光層の形成直前の工程を窒素ガス雰囲気等の水分を含まない雰囲気で行うことが特に好ましい。
[5]発光層
本発明において発光層は、低分子発光材料を湿式成膜して形成される層である。発光層は、この低分子発光材料をドーパント材料として含み、さらに低分子電荷輸送材料をホスト材料として含む層であることが好ましい。ここで、本発明で言う低分子発光材料および低分子電荷輸送材料とは、その分子量が、通常10000以下、好ましくは5000以下、より好ましくは4000以下、更に好ましくは3000以下、また、通常100以上、好ましくは200以上、より好ましくは300以上、更に好ましくは400以上の化合物である。分子量が前記下限を下回ると、耐熱性が著しく低下したり、ガス発生の原因となったり、膜を形成した際の膜質の低下を招いたり、あるいはマイグレーションなどによる有機電界発光素子のモルフォロジー変化をきたしたりするため、好ましくない。分子量が
上限を超えると、有機化合物の精製が困難となってしまったり、溶媒に溶解させる際に時間を要する可能性が高いため、好ましくない。
低分子発光材料としては、任意の公知の材料を適用可能である。例えば、蛍光発光材料であってもよく、燐光発光材料であってもよいが、内部量子効率の観点から、好ましくは燐光発光材料である。
青色発光を与える蛍光色素(蛍光発光材料)としては、ナフタレン、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼンおよびそれらの誘導体等が挙げられる。緑色蛍光色素としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。黄色蛍光色素としては、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。赤色蛍光色素としては、DCM(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
燐光発光材料としては、例えば、長周期型周期表(以下、特に断り書きの無い限り「周期表」という場合には、長周期型周期表を指すものとする。)第7〜11族から選ばれる金属を含む有機金属錯体が挙げられる。周期表第7〜11族から選ばれる金属として、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金等が挙げられる。錯体の配位子としては、(ヘテロ)アリールピリジン配位子、(ヘテロ)アリールピラゾール配位子などの(ヘテロ)アリール基とピリジン、ピラゾール、フェナントロリンなどが連結した配位子が好ましく、特にフェニルピリジン配位子、フェニルピラゾール配位子が好ましい。ここで、(ヘテロ)アリールとは、アリール基またはヘテロアリール基を表す。燐光発光材料として、具体的には、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム、トリス(2−フェニルピリジン)ルテニウム、トリス(2−フェニルピリジン)パラジウム、ビス(2−フェニルピリジン)白金、トリス(2−フェニルピリジン)オスミウム、トリス(2−フェニルピリジン)レニウム、オクタエチル白金ポルフィリン、オクタフェニル白金ポルフィリン、オクタエチルパラジウムポルフィリン、オクタフェニルパラジウムポルフィリン等が挙げられる。
低分子発光材料は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ホスト材料として用いられる低分子電荷輸送材料としては、発光層のホスト材料として用いられている化合物であればよく、例えば、カルバゾール系化合物、トリアリールアミン系化合物、フェニルアントラセン系化合物、縮環アリーレンのスターバースト型化合物、縮環型イミダゾール系化合物、アゼピン系化合物、縮環型トリアゾール系化合物、プロペラ型アリーレン系化合物、モノトリアリールアミン型化合物、アリールベンジジン系化合物、トリアリール硼素化合物、インドール系化合物、インドリジン系化合物、ピレン系化合物、ジベンゾオキサゾール(又はジベンゾチアゾール)系化合物、ビピリジル系化合物、ピリジン系化合物などが挙げられる。
これらの中でも、有機電界発光素子を用いた場合の優れた発光特性の点から、カルバゾール系化合物、トリアリールアミン系化合物、フェナントロリン系化合物、オキサジアゾール系化合物、縮環アリーレンのスターバースト型化合物、縮環型イミダゾール系化合物、プロペラ型アリーレン系化合物、モノトリアリールアミン型化合物、インドール系化合物、インドリジン系化合物、ビピリジル系化合物、ピリジン系化合物等が好ましい。
さらに具体的には、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル、4,4’,4”−トリス(1−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン、2,2’,7,7’−テトラキス−(ジフェニルアミノ)−9,9’−スピロビフルオレン、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)、2,5−ビス(6’−(2’,2”−ビピリジル))−1,1−ジメチル−3,4−ジフェニ
ルシロール(PyPySPyPy)、バソフェナントロリン(BPhen)、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP、バソクプロイン)、2−(4−ビフェニリル)−5−(p−ターシャルブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(tBu−PBD)、4,4’−ビス(9−カルバゾール)−ビフェニル(CBP)等が挙げられる。
低分子電荷輸送材料は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
低分子発光材料を湿式成膜により成膜して発光層を得るには通常、低分子発光材料を溶媒に溶解または分散した塗布液を調製して、湿式成膜により成膜する。塗布液は低分子発光材料の他、通常溶媒を含有し、さらに低分子電荷輸送材料を含有することが好ましい。
溶媒としては、上記正孔注入層を湿式成膜する際に用いる溶媒として例示したものが同様に好適である。また、塗布液中の低分子発光材料および低分子電荷輸送材料の濃度としては、本発明の効果を著しく損なわない限り制限はないが、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると成膜された層に欠陥が生じる可能性がある。
また、塗布液中或いは発光層中における、発光材料/電荷輸送材料の重量混合比は、通常、0.1/99.9以上であり、より好ましくは0.5/99.5以上であり、更に好ましくは1/99以上であり、最も好ましくは2/98以上で、通常、50/50以下であり、より好ましくは40/60以下であり、更に好ましくは30/70以下であり、最も好ましくは20/80以下である。
また、塗布液中には、レベリング剤や消泡剤等の各種添加剤、バインダー樹脂などを含有していてもよい。
前記塗布液を調製後、下層上(通常正孔輸送層上)に該塗布液を湿式成膜する。成膜温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、10℃以上が好ましく、13℃以上がより好ましく、16℃以上がさらに好ましく、また、50℃以下が好ましく、40℃以下がより好ましく、30℃以下がさらに好ましい。塗布液中に結晶が生じることを抑制するためである。相対湿度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.01ppm以上、好ましくは0.05ppm以上、より好ましくは0.1ppm以上、また、通常80%以下、好ましくは60%以下、より好ましくは15%以下、更に好ましくは1%以下、特に好ましくは100ppm以下である。相対湿度が小さすぎると、湿式成膜法における成膜条件の制御が困難となる可能性がある。また、大きすぎると有機層への水分吸着が影響しやすくなる可能性がある。
成膜時の酸素の体積濃度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、好ましくは0.01ppm以上、より好ましくは0.05ppm以上、また、好ましくは50%以下、より好ましくは25%以下、さらに好ましくは1%以下、中でも好ましくは100ppm以下、特に好ましくは10ppm以下である。酸素濃度が低すぎる環境は制御が難しく、また酸素濃度が高すぎると、有機層内部に酸素が拡散することで、素子特性に悪影響を与える可能性がある。
尚、本発明の発光層における低分子発光材料は、主として発光する成分であって、有機電界発光素子から発せられる光量(単位:cd/m)の内、通常10〜100%、好ましくは20〜100%、より好ましくは50〜100%、最も好ましくは80〜100%を発するものである。従って、本発明の発光層において、高分子発光材料を多少含んでい
てもよいが、その場合、主として発光するものではない。本発明の発光層は、高分子の発光材料を含有しないことが好ましい。
成膜後、発光層を加熱乾燥することが好ましい。この加熱乾燥には、ホットプレート、オーブン、電磁波加熱等公知の加熱手段が用いられる。加熱処理による効果を十分に得るためには、60℃以上で処理することが好ましく、残留水分量の低減のために100℃以上で処理することがより好ましい。加熱時間は通常1分〜8時間程度である。
発光層の膜厚は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常3nm以上、好ましくは5nm以上、また、通常200nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。発光層の膜厚が、薄すぎると発光層に欠陥が生じる可能性があり、厚すぎると有機EL素子の駆動電圧が上昇する可能性がある。
以上、本発明において、正孔注入層、正孔輸送層および発光層はこの順に積層されればよく、これら各層の間に他の層を有していてもよいが、通常は正孔注入層、正孔輸送層および発光層はこの順に隣接して積層されることが好ましい。
[6]正孔阻止層
発光層上に正孔阻止層を設けてもよい。この正孔阻止層は、陽極から移動してくる正孔を陰極に到達するのを阻止する役割と、陰極から注入された電子を効率よく発光層の方向に輸送する役割とを有する。
正孔阻止層を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いこと、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。このような条件を満たす正孔阻止層の材料としては、例えば、ビス(2−メチル−8−キノリノラト),(フェノラト)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラト),(トリフェニルシラノラト)アルミニウム等の混合配位子錯体、ビス(2−メチル−8−キノラト)アルミニウム−μ−オキソ−ビス−(2−メチル−8−キノリラト)アルミニウム二核金属錯体等の金属錯体、ジスチリルビフェニル誘導体等のスチリル化合物(特開平11−242996号公報)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体(特開平7−41759号公報)、バソクプロイン等のフェナントロリン誘導体(特開平10−79297号公報)などが挙げられる。更に、国際公開第2005−022962号公報に記載の2,4,6位が置換されたピリジン環を少なくとも1個有する化合物も、正孔阻止層の材料として好ましい。なお、正孔阻止層の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。正孔阻止層の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、真空蒸着法や、その他の方法で形成できる。好ましくは真空蒸着法である。
正孔阻止層の膜厚は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.3nm以上、好ましくは0.5nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
[7]電子輸送層
例えば、陰極と発光層との間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層は、素子の発光効率を更に向上させることを目的として設けられるもので、電界を与えられた電極間において陰極から注入された電子を効率よく発光層の方向に輸送することができる化合物より形成される。
電子輸送層に用いられる電子輸送性化合物としては、通常、陰極6又は電子注入層5からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物を用いる。このような条件を満たす化合物としては、例えば、8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体(特開昭59−194393号公
報)、10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、3−ヒドロキシフラボン金属錯体、5−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン(米国特許第5645948号明細書)、キノキサリン化合物(特開平6−207169号公報)、フェナントロリン誘導体(特開平5−331459号公報)、2−t−ブチル−9,10−N,N’−ジシアノアントラキノンジイミン、n型水素化非晶質炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛などが挙げられる。なお、電子輸送層の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
電子輸送層の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、真空蒸着法や、その他の方法で形成することができる。好ましくは真空蒸着法である。
電子輸送層の膜厚は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1nm以上、好ましくは5nm以上、また、通常300nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。
[8]電子注入層
電子注入層は、陰極から注入された電子を効率良く発光層へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行なうには、電子注入層を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましい。例としては、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属等が用いられる。その膜厚は通常0.1nm以上、5nm以下が好ましい。
更に、バソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体に代表される有機電子輸送化合物に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(特開平10−270171号公報、特開2002−100478号公報、特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。また、例えばフッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化リチウム(Li2O)、炭酸セシウム(II)(CsCO3)等で形成され
た極薄絶縁膜(0.1〜5nm)を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である(Applied Physics Letters, 1997年, Vol.70, pp.152;特開平10−74586号公報;IEEE Transactions on Electron Devices, 1997年,Vol.44, pp.1245;SID 04 Digest, pp.154等参照)。
この場合の膜厚は、通常、5nm以上、中でも10nm以上が好ましく、また、通常200nm以下、中でも100nm以下が好ましい。
なお、電子注入層5の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
電子注入層5の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、真空蒸着法や、その他の方法で形成することができる。
[9]陰極
陰極は、発光層側の層に電子を注入する役割を果たすものである。
陰極の材料としては、前記の陽極に使用される材料を用いることが可能であるが、効率良く電子注入を行なうには、仕事関数の低い金属が好ましく、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。なお、陰極6の材料は、
1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
陰極の膜厚は、通常、陽極と同様である。
さらに、低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上に更に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層すると、素子の安定性が増すので好ましい。この目的のために、例えば、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。なお、これらの材料は、1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[10]その他の層
本発明の有機電界発光素子は、その趣旨を逸脱しない範囲において、別の構成を有していてもよい。例えば、その性能を損なわない限り、陽極と陰極との間に、上記説明にある層の他に任意の層を有していてもよく、また、任意の層が省略されていてもよい。
[11]電子阻止層
電子阻止層は、発光層から移動してくる電子が正孔輸送層、正孔注入層に到達するのを阻止することで、発光層内で正孔と電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層内に閉じこめる役割と、正孔輸送層、正孔注入層から注入された正孔を効率よく発光層の方向に輸送する役割とがある。特に、発光材料として燐光材料を用いたり、青色発光材料を用いたりする場合は効果的である。
電子阻止層に求められる特性としては、正孔輸送性が高く、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いこと等が挙げられる。更に、本発明においては、発光層を本発明に係る有機層として湿式成膜法で作製する場合には、電子阻止層にも湿式成膜の適合性が求められる。このような電子阻止層8に用いられる材料としては、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(国際公開第2004/084260号公報記載)等が挙げられる。なお、電子阻止層の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
電子阻止層の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、真空蒸着法や、その他の方法で形成することができる。
また、以上説明した層構成において、基板以外の構成要素を逆の順に積層することも可能である。例えば、図1の層構成であれば、基板1上に他の構成要素を陰極から順に設けることになる。
更には、少なくとも一方が透明性を有する2枚の基板の間に、基板以外の構成要素を積層することにより、本発明の有機電界発光素子を構成することも可能である。
また、基板以外の構成要素(発光ユニット)を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その場合には、各段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合は、それら2層)の代わりに、例えば五酸化バナジウム(V25)等からなる電荷発生層(Carrier Generation Layer:CGL)を設けると、段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
更には、本発明の有機電界発光素子は、単一の有機電界発光素子として構成してもよく、複数の有機電界発光素子がアレイ状に配置された構成に適用してもよく、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構成に適用してもよい。
また、上述した各層には、本発明の効果を著しく損なわない限り、材料として説明した以外の成分が含まれていてもよい。
本発明の有機電界発光素子は、有機ELディスプレイや有機EL照明に使用される。本発明により得られる有機電界発光素子は、例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社,平成16年8月20日発行,時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で有機ELディスプレイや有機EL照明を形成することができる。
本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示す有機電界発光素子を作製した。
37.5mm×25mm(厚さ0.7mm)サイズのガラス基板1上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を120nmの厚さに堆積したもの(三容真空社製、スパッタ成膜品)を、通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用いて2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤水溶液による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄、超純水による水洗の順で洗浄後、圧縮空気で乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
まず、下記構造式に示す高分子正孔輸送材料(P1、重量平均分子量:29400、数平均分子量:12600)、電子受容性化合物(A1)及び溶媒として安息香酸エチルを含有する正孔注入層成膜用塗布液を大気中で調製した。この塗布液を下記条件で陽極2上にスピンコート法により成膜、加熱乾燥して、膜厚30nmの正孔注入層3を得た。
Figure 0005499482
<正孔注入層成膜用塗布液>
溶媒 安息香酸エチル
塗布液濃度 P1:2.0重量%
A1:0.8重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
加熱乾燥条件 大気中、230℃、3時間
続いて、上記正孔注入層上に、以下の手順で正孔輸送層4を湿式成膜法により形成した。架橋性正孔輸送化合物として、下記構造式(H1)に示す化合物(重量平均分子量:17000、数平均分子量:8900)及び溶媒としてのトルエンを含有する塗布液を用い、下記条件でスピンコート法により成膜し、加熱により架橋させ、膜厚20nmの均一な正孔輸送層4を得た。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 トルエン
塗布液濃度 H1:0.4重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、230℃、1時間
次に、発光層5を形成するにあたり、以下に示す有機化合物(E1)、(E2)、低分子発光材料としてイリジウム錯体(D1)および溶媒としてキシレンを含有する発光層成膜用塗布液を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコート法により成膜し、加熱乾燥して、膜厚50nmで発光層5を得た。
Figure 0005499482
<発光層成膜用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 E1:1.0重量%
E2:1.0重量%
D1:0.1重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱乾燥条件 窒素中、130℃、1時間
ここで、発光層5までを成膜した基板を真空蒸着装置内に移し、油回転ポンプにより装置の粗排気を行った後、装置内の真空度が2.4×10−4Pa以下になるまでクライオポンプを用いて排気した後、下記構造式C1に示す化合物(BAlq)を真空蒸着法によって積層し正孔阻止層6を得た。蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、発光層5の上に積層して膜厚10nmの膜の正孔阻止層6を形成した。蒸着時の真空度は2.4〜2.7×10−4Paであった。
Figure 0005499482
続いて、下記構造式C2に示すトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq3)を加熱して蒸着を行い、電子輸送層7を成膜した。蒸着時の真空度は0.4〜1.6×10−4Pa、蒸着速度は1.0〜1.5Å/秒の範囲で制御し、膜厚30nmの膜を正孔阻止層6の上に積層して電子輸送層7を形成した。
Figure 0005499482
ここで、電子輸送層7までの蒸着を行った素子を一度前記真空蒸着装置内より大気中に取り出して、陰極蒸着用のマスクとして2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、陽極2のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、別の真空蒸着装置内に設置して有機層と同様にして装置内の真空度が6.4×10−4Pa以下になるまで排気した。
電子注入層8として、先ずフッ化リチウム(LiF)を、モリブデンボートを用いて、蒸着速度0.1〜0.4Å/秒、真空度3.2〜6.7×10−4Paで制御し、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に成膜した。次に、陰極9としてアルミニウムを同様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度0.7〜5.3Å/秒、真空度2.8〜11.1×10−4Paで制御して膜厚80nmのアルミニウム層を形成した。以上の2層の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
引き続き、素子が保管中に大気中の水分等で劣化することを防ぐため、以下に記載の方法で封止処理を行った。
窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、約1m
mの幅で光硬化性樹脂(株式会社スリーボンド製ThreeBond 3124)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック株式会社製)を設置した。この上に、陰極形成を終了した基板を、蒸着された面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
以上のようにして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。得られた素子について、23〜25℃に保たれた環境で一定の直流電流を連続通電した場合の輝度変化を測定した。電流値は通電直後の輝度が2500cd/mとなる値に設定した。結果を表1に示す。
(比較例1)
実施例1において、正孔輸送層4を以下のように形成した他は、実施例1と同様にして図1に示す有機電界発光素子を作製した。
架橋基を有さない正孔輸送性化合物(H2)(重量平均分子量9240,数平均分子量4700)および溶媒としてトルエンを含有する正孔輸送層成膜用塗布液を調製し、下記の条件でスピンコート法により成膜し、加熱乾燥して、膜厚20nmの正孔輸送層4を形成した。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 トルエン
塗布液濃度 H2:0.4重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、170℃、30分
以上のようにして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。得られた素子の輝度変化を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
(比較例2)
実施例1において、正孔輸送層4を以下のように形成した他は、実施例1と同様にして図1に示す有機電界発光素子を作製した。
正孔注入層3を成膜した基板を真空蒸着装置内に移し、油回転ポンプにより装置の粗排気を行った後、装置内の真空度が2.0×10−4Pa以下になるまでクライオポンプを用いて排気した後、架橋基を有さない化合物(H3)を真空蒸着法によって積層し正孔輸送層4を得た。蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、正孔注入層3の上に積層して膜厚16nmの正孔輸送層4を形成した。蒸着時の真空度は2.2〜2.5×10−4Paであった。
Figure 0005499482
この後、正孔輸送層4を形成した試料を真空蒸着装置より取り出して、実施例1と同様にして発光層5以降の層を形成した。
以上のようにして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。得られた素子の輝度変化を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
Figure 0005499482
表1から明らかなように、架橋性化合物を含有する正孔輸送層を有する実施例1の有機電界発光素子は、架橋基を有さない化合物を正孔輸送層に用いた比較例1乃至2の素子と比較して、駆動時における輝度低下が小さく、より安定な素子が得られていることが明らかである。
(実施例2)
実施例1と同様にして、基板上に陽極および正孔注入層を形成した。
続いて、上記正孔注入層上に、以下の手順で正孔輸送層4を湿式成膜法により形成した。架橋性正孔輸送化合物として、下記構造式(H4)に示す化合物及び溶媒としてのトルエンを含有する塗布液を調製し、下記条件でスピンコート法により成膜した。その後、ウシオ電機株式会社製露光装置UX−1000SM−ACS01を用いて、500W超高圧水銀ランプ光を表に示す光量照射した。光照射は気温23℃、相対湿度60%の大気中で、積算照射光量5J/cm、照射時間179秒で行われた。照射面における365nm光(g線)の強度は28mW/cmであった。さらに、光照射後、ホットプレートにて窒素雰囲気中、230℃、1時間加熱を行った。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 H4:1重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
以上により、膜厚20nmの均一な正孔輸送層4を得た。
次に、発光層5を形成するにあたり、上記有機化合物(E1)、(E2)、低分子発光材料としてイリジウム錯体(D1)および溶媒としてキシレンを含有する発光層成膜用塗布液を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコート法により成膜して、加熱乾燥させ、膜厚80nmで発光層5を得た。
<発光層成膜用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 E1:1.0重量%
E2:1.0重量%
D1:0.1重量%
<成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 60秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱乾燥条件 0.01MPa、130℃、1時間
ここで、発光層5までを成膜した基板を真空蒸着装置内に移し、油回転ポンプにより装置の粗排気を行った後、装置内の真空度が2.7×10−4Pa以下になるまでクライオポンプを用いて排気した後、下記構造式C3に示す化合物を真空蒸着法によって積層し正孔阻止層6を得た。蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、発光層5の上に積層して膜厚5nmの膜の正孔阻止層6を形成した。蒸着時の真空度は1.7×10−4Paであった。
Figure 0005499482
その後、実施例1と同様にして、電子輸送層、電子注入層、陰極を形成し、封止処理を行い、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。得られた素子の輝度800cd/mに低下した時間およびその時の電圧を表2に示す。
(比較例3)
正孔輸送層を設けないこと以外は実施例2と同様にして有機電界発光素子を得た。得られた素子の輝度800cd/mに低下した時間およびその時の電圧を表2に示す。
架橋性化合物を架橋して形成される正孔輸送層を有することにより、低電圧駆動で長寿命の素子が得られることがわかった。
Figure 0005499482
(実施例3)
実施例1と同様にして、基板上に陽極および正孔注入層を形成した。
続いて、上記正孔注入層3上に、以下の手順で正孔輸送層4を湿式成膜法により形成し
た。架橋性正孔輸送化合物として、下記構造式(H5)に示す化合物および溶媒としてトルエンを含有する塗布液を調製し、下記条件でスピンコート法により成膜した。その後、ウシオ電機株式会社製露光装置UX−1000SM−ACS01を用いて、500W超高圧水銀ランプ光を照射した。光照射は、気温23℃、相対湿度60%の大気中で、積算照
射光量5J/cm、照射時間179秒で行われた。照射面における365nm光(g線)の強度は28mW/cmであった。さらに、光照射後、ホットプレートにて窒素雰囲気中、230℃、1時間加熱を行った。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 H5:1.0重量%
<正孔輸送層4の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
次に、発光層5を形成するにあたり、上記有機化合物(E1)、(E2)、低分子発光材料としてイリジウム錯体(D1)および溶媒としてキシレンを含有する発光層形成用塗布液を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコート法により成膜し、加熱乾燥させて、膜厚50nmの発光層5を得た。
<発光層形成用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 E1:1.0重量%
E2:1.0重量%
D1:0.1重量%
<発光層5の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 減圧下(0.1MPa)、130℃、1時間
ここで、発光層5までを成膜した基板を、真空蒸着装置内に移し、装置内の真空度が2.7×10-4Pa以下になるまで排気した後、下記に示す構造を有する有機化合物(C
3)を真空蒸着法によって積層し正孔阻止層6を得た。蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、発光層5の上に積層して膜厚5nmの膜の正孔阻止層6を形成した。蒸着時の真空度は1.7×10-4Paであった。
Figure 0005499482
電子輸送層7以降は、実施例1と同様にして形成し、有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
(比較例4)
正孔輸送層4を設けないこと以外は実施例3と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
(実施例4)
正孔輸送層4を以下のように形成した他は、実施例3と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
以下の手順で正孔輸送層4を湿式成膜法により形成した。架橋性正孔輸送化合物として、下記構造式(H6)に示す化合物(重量平均分子量:36000、数平均分子量:21000)および溶媒としてトルエンを含有する塗布液を調製し、下記条件でスピンコート法により成膜して、加熱により架橋させることにより膜厚20nmの正孔輸送層4を形成
した。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 トルエン
塗布液濃度 H6:0.4重量%
<正孔輸送層4の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、230℃、1時間
(実施例5)
架橋性正孔輸送化合物(H6)を、下記の構造に示す架橋性正孔輸送化合物(H7)(重量平均分子量:41000、数平均分子量:22000)に代えた他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
Figure 0005499482
(実施例6)
架橋性正孔輸送化合物(H6)を、下記の構造に示す架橋性正孔輸送化合物(H8)(重量平均分子量:92000、数平均分子量:24000)に代えた他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
Figure 0005499482
(実施例7)
架橋性正孔輸送化合物(H6)を、下記の構造に示す架橋性正孔輸送化合物(H9)(重量平均分子量:41000、数平均分子量:25000)に代えた他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
Figure 0005499482
(実施例8)
架橋性正孔輸送化合物(H6)を、下記の構造に示す架橋性正孔輸送化合物(H10)(重量平均分子量:60000、数平均分子量:20000)に代えた他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、および駆動電圧を表3に示す。
Figure 0005499482
表3に、実施例3〜8および比較例4において作製した有機電界発光素子の駆動寿命および駆動電圧を示す。表中、駆動寿命は、初期輝度の60%に輝度が低下するまでの時間、初期輝度は、駆動寿命を測定する際の初期の輝度、電圧は、駆動試験開始時の電圧を表す。
表3から明らかな通り、本発明の有機電界発光素子は長寿命であることが分かる。
Figure 0005499482
(実施例9)
発光層を以下のように形成した他は、実施例1と同様にして有機電界発光素子を作製した。
発光層5を形成するにあたり、有機化合物(E1)、(E2)、低分子発光材料としてイリジウム錯体(D1)および下記に示すイリジウム錯体(D2)並びに溶媒としてトルエンを含有する発光層成膜用塗布液を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコート法により成膜し、加熱乾燥して膜厚60nmで発光層5を得た。
得られた素子の駆動寿命および駆動電圧を表4に示す。
Figure 0005499482
<発光層成膜用塗布液>
溶媒 キシレン
塗布液濃度 E1:1.0重量%
E2:1.0重量%
D1:0.1重量%
D2:0.1重量%
<発光層5の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 減圧下(0.1MPa)、130℃、1時間
(比較例5)
正孔輸送層4を比較例1と同様にして形成した他は、実施例9と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命および駆動電圧を表4に示す。
表4に、実施例9、および比較例5において作製した有機電界発光素子の駆動寿命、および駆動電圧を示す。表中、駆動寿命は、初期輝度の60%に輝度が低下するまでの時間、初期輝度は、駆動寿命を測定する際の初期の輝度、電圧は、駆動試験開始時の電圧を表
す。
表3から明らかな通り、本発明の有機電界発光素子は駆動電圧が改善され、長寿命であることが分かる。
Figure 0005499482
(実施例10)
正孔輸送層および発光層を以下のように形成した他は、実施例1と同様にして有機電界発光素子を作製した。
以下の構造式に示す架橋性正孔輸送化合物(H11)(重量平均分子量:60000、数平均分子量:22000)を含有する正孔輸送層成膜用塗布液を調製し、下記の条件でスピンコート法により成膜して、加熱により架橋させることにより膜厚20nmの正孔輸送層4を形成した。
Figure 0005499482
<正孔輸送層成膜用塗布液>
溶媒 トルエン
塗布液濃度 H11:0.4重量%
<正孔輸送層4の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、230℃、1時間
次に、発光層5を形成するにあたり、以下に示す有機化合物(E3)、低分子発光材料として有機化合物(D3)およびトルエンを含有する発光層成膜用塗布液を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコート法により成膜して、加熱乾燥させることにより、膜厚40nmで発光層5を得た。
Figure 0005499482
<発光層成膜用塗布液>
溶媒 トルエン
塗布液濃度 E3:0.80重量%
D3:0.08重量%
<発光層5の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 減圧下(0.1MPa)、130℃、1時間
得られた素子の駆動寿命、駆動電圧を表5に示す。表中、駆動寿命は、初期輝度の60%に輝度が低下するまでの時間、初期輝度は、駆動寿命を測定する際の初期の輝度、電圧は、駆動試験開始時の電圧を表す。また、ドープ濃度は、高分子正孔輸送材料に対する電子受容性化合物(A1)の重量%を表す。
(実施例11)
正孔注入層3を以下のように形成したほかは、実施例10と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、駆動電圧を表5に示す。
下の構造式(P2)に示す繰り返し構造を有する高分子正孔輸送材料(架橋性正孔輸送化合物)(重量平均分子量:66000、数平均分子量:31000)、電子受容性化合物(A1)および溶媒として安息香酸エチルを含有する正孔注入層成膜用塗布液を調製した。この塗布液を下記条件で陽極2上にスピンコート法により成膜して、加熱架橋させることにより、膜厚30nmの正孔注入層3を得た。
Figure 0005499482
<正孔注入層成膜用塗布液>
溶媒 安息香酸エチル
塗布液濃度 P2:2.0重量%
A1:0.2重量%
<正孔注入層3の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
加熱条件 大気中、230℃、1時間
(実施例12)
高分子正孔輸送材料(P2)を下記に示す構造で示される高分子正孔輸送材料(P3)(重量平均分子量:28000、数平均分子量:16000)に代えて正孔注入層3を形成した他は、実施例11と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、駆動電圧を表5に示す。
Figure 0005499482
(実施例13)
高分子正孔輸送材料(P2)を下記に示す構造で示される高分子正孔輸送材料(P4)(重量平均分子量:52000、数平均分子量:33000)に変更して正孔注入層3を形成した他は、実施例11と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の駆動寿命、駆動電圧を表5に示す。
Figure 0005499482
Figure 0005499482
1.基板
2.陽極
3.正孔注入層
4.正孔輸送層
5.発光層
6.正孔阻止層
7.電子輸送層
8.電子注入層
9.陰極

Claims (5)

  1. 陽極、陰極及び該陽極と該陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層および発光層をこの順に有する有機電界発光素子において、
    該正孔注入層は、芳香族3級アミノ基を構成単位として主骨格に含む正孔輸送材料を疎水性の溶媒に溶解または分散させて、湿式成膜して形成される層であり、
    該正孔輸送層は、架橋性化合物を架橋して形成される層であり、成膜後に、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射させた層であって、該架橋性化合物が、架橋基を有する繰り返し単位を含み、式(II)で表される繰り返し単位を含む重合体であり、
    Figure 0005499482
    (式中、Ara及びArbは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。)
    該発光層は、低分子発光材料を湿式成膜して形成される層であることを特徴とする、
    有機電界発光素子。
  2. 該発光層が、ドーパント材料として該低分子発光材料を含み、さらにホスト材料として低分子電荷輸送材料を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 該正孔注入層が、該高分子正孔輸送材料および電子受容性化合物を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の有機電界発光素子。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子を有する有機ELディスプレイ。
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子を有する有機EL照明。
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