JP6941115B2 - 発光性膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機材料組成物及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
発光性膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機材料組成物及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
なお、加速係数とは、下記(E)式中のnである。
[L1:電流密度2.5mA/cm2印加時の初期輝度
L2:電流密度16.25mA/cm2印加時の初期輝度
t1:輝度L1(低輝度・低電流2.5mA/cm2)での素子寿命(輝度半減寿命)
t2:輝度L2(高輝度・高電流16.25mA/cm2)での素子寿命(輝度半減寿命)]
4(T1 *+T1 *)→S1 *+3T1 *+4S0
S1 *→S0+hν
・青色リン光発光性化合物は発光減衰寿命τが数μs〜数十μs程長いこと
・三重項励起状態の準位が高いために、青色リン光発光性化合物からの発光スペクトルと消光物質の吸収スペクトルとに重なりが生じやすく、エネルギー移動速度が大きくなっていること
の2点が相まって、前記数式(A)からも分かるように、青色リン光発光性化合物の使用による素子寿命を長寿命化させることの困難な要因となっている。
特許文献1〜3に開示された技術についても、素子寿命は十分とはいえず、大いに改善の余地が残っている。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする発光性膜。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
数式(3):PF/PD≧0.34
[前記数式(3)中、PFは、前記青色リン光発光性化合物の三重項励起状態から前記
青色蛍光発光性化合物の一重項励起状態へのフェルスター型エネルギー移動確率を表す。PDは、前記青色リン光発光性化合物の三重項励起状態から前記青色蛍光発光性化合物の三重項励起状態へのデクスター型エネルギー移動確率を表す。]
前記発光層が、第1項から第3項までのいずれか一項に記載の発光性膜を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層が、ホスト化合物及び青色リン光発光性化合物を含有し、
前記発光層に隣接する層が、青色蛍光発光性化合物を含有し、
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出され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。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
数式(5):HOMOBPM>HOMOBFM
数式(6):LUMOBPM<LUMOBFM
また、LUMOBPMは、前記青色リン光発光性化合物の最低空軌道(LUMO)におけるエネルギー準位を表す。LUMOBFMは、前記青色蛍光発光性化合物のLUMOエネルギー準位を表す。]
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長とが
、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする有機材料組成物。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように考えている。
前記のStern−Volmerの式によると、発光性膜における青色リン光発光性化合物の発光強度の減衰を抑えて素子寿命を長寿命化する手段としては、
(1)青色リン光発光性化合物の発光減衰寿命τを短くする
(2)光や電界駆動経時において生成する消光物質量([Q])を減らす
(3)生成した消光物質へのエネルギー移動速度(Kq)を抑制する
の三つが挙げられる。
図1は、特許文献1に開示された技術において、発光に寄与しないホスト化合物とリン光発光性化合物が存在する発光性膜に、リン光発光性化合物からエネルギー移動が可能な蛍光発光性化合物を添加した場合のエネルギー移動を示す模式図である。特許文献1に開示された技術においては、リン光発光性化合物から蛍光発光性化合物へと、フェルスター型エネルギー移動又はデクスター型エネルギー移動し、ひいては、蛍光発光又は無輻射失活する、というリン光発光性化合物の励起子失活経路が増大する。よって、前記蛍光発光性化合物を添加した発光性膜は、添加していない発光性膜と比較した際に、リン光発光性化合物自身の発光減衰寿命τを短期化できることが知られている。
一般に、青色蛍光発光性化合物の三重項励起状態は赤色程度と低いエネルギー準位であるため、青色リン光発光性化合物の三重項励起状態のエネルギー準位よりも低エネルギー準位となり、無輻射失活が優位に起こると考えられる。
すなわち、図2に示すように、蛍光発光性化合物を添加した発光性膜は、リン光発光性化合物の発光減衰寿命τを短期化できる。その一方で、リン光発光性化合物のT1よりも低い蛍光発光性化合物のT1へのエネルギー移動(デクスター型エネルギー移動)が増加することで、蛍光発光性化合物を添加しない発光性膜で十分に得られていた発光特性が低下し、この結果、発光性膜から得られる発光量が減ってしまう。このようにリン光発光性化合物のT1準位から、添加した蛍光発光性化合物のT1準位へ励起子失活すると、生成した励起子を熱失活などの無輻射失活機構で失活させてしまい、発光輝度低下を引き起こし、結果として同輝度換算での発光性膜を使用する素子の素子寿命を短くする。
一般に、図1に示すように、青色リン光発光性化合物と青色蛍光発光性化合物を用いた場合には、青色リン光発光性化合物の三重項励起子は青色蛍光発光性の三重項励起状態へのデクスター型エネルギー移動によって無輻射失活で励起子が発光に寄与することなく失活する。
なお、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルの重なり及び数式(1)と本願発明の効果発現との関係の具体的検討・結果は実施例で詳述する。
加えて、青色リン光発光性化合物単体では成し遂げることのできなかった超高速な励起子排出により、高電流密度下で駆動させた場合にもロールオフが起きづらく、この結果、低電流密度下での駆動状況と近しい、つまりは加速係数の増大を抑えた(すなわち、加速係数nが1に近い)素子を提供できる。
消光物質による失活の抑制は、消光物質である水や酸素に対する耐性を向上させることになる。この結果、本願発明に係るガスバリアー層においては、従来採用されているような高いガスバリアー性(例えば、水蒸気透過度、酸素透過度。)を必要としない。従来は、例えば、フレキシブルな有機EL素子の信頼性を確保するには、フレキシブルな基板が、ガスバリアー性の高いガスバリアー層を有することが必要であり、コストを高くする一因となっていた。本発明に係る発光材料は水や酸素に対する耐性があるため、ガスバリアー性の高いガスバリアー層を必要とせず、この結果、ガスバリアー性の低いガスバリアー層を採用した場合であっても実用に耐えることができ、ひいては、コストを抑えることができる。
本発明に係るガスバリアー層の性能としては、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(WVTR)が0.001〜1g/(m2・day)で、かつJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度(OTR)が0.001〜1mL/(m2・day・atm)のガスバリアー性を有することが好ましく、従来のような高いガスバリアー性、例えばWVTRが1.0×10−5g/(m2・day)以下のガスバリアー性を有していなくとも実用に耐えられる。本発明に係るガスバリアー層の性能は、さらに好ましくはWVTRが0.01〜1g/(m2・day)の範囲内、OTRが0.01〜1mL/(m2・day・atm)の範囲内である。本発明のガスバリアー層は、有機EL素子において、基材上に形成され若しくは封止部材として、又はその両方の態様で備えられていればよく、有機EL素子の形態により任意に設定できる。
(1)低電流密度下駆動時
発光層内にできる励起子量は少ない。
そのため、リン光発光性化合物とホスト化合物を用いた従来技術であっても生成した励起子はTTAなど相互作用し無輻射失活することはすくない。
発光層内にできる励起子量は多い。
そのため、従来技術では励起子排出能がμ秒と低いため、TTAなどの相互作用により無輻射失活が発現する(図3A参照。)。
一方、本発明では、生成した励起子は速やかに基底状態へと輻射失活可能であるためTTAが起こりづらく発光性を維持することができる(図3B参照。)。そのため、低電流密度下駆動と近しい状態で発光可能であり、加速係数は1に近くなる。
高電流密度下などでの駆動により、キャリアバランスが崩れHTL及びETLのいずれかの界面近くで発光してしまう場合、従来技術では(2)同様TTAなどの相互作用による無輻射失活過程を引き起こす(図3A参照。)。一方、本発明では、再結合位置は従来技術同様界面に寄ってしまった際にも、フェルスターエネルギー移動により蛍光発光性化合物へとエネルギー移動が可能であるため、従来技術よりも発光領域を広く使うことができ、励起子密度の緩和が可能となる(図3B参照。)。加えて、蛍光発光性化合物へとエネルギー移動することで励起子滞留時間を大幅に短寿命化できるため、さらに無輻射失活を引き起こしにくくなる。
初期状態では理想の発光位置で再結合していた場合でも、素子駆動中に通電や駆動の熱により膜質が変動し、キャリアバランスが変わることで、上記(3)で述べたような発光性が低減することがある(図3A参照。)。本発明では、上記(3)で述べたように、駆動中に再結合位置が変動した際にも発光領域を広く使うことができるだけでなく、励起子の排出を速やかに行うことが可能であるために、駆動中の再結合位置の変動に起因して発光性が低減することの抑制にも大きく効果を発現する(図3B参照。)。
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、上記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が上記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする。この特徴は各請求項に係る発明に共通又は対応する技術的特徴である。これにより、本発明は、発光効率、色度及び素子寿命に優れるという効果を得られる。
このように、本発明によれば、このようなガスバリアー性のあまり高くないガスバリアー層を有する場合でも実用に耐えることができるため、コストを抑えることができる。
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長とが、上記数式(1)を満たし、前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が上記数式(2)を満たし、前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする有機材料組成物であってもよい。これにより、例えば、ウェットプロセスなど様々な作製プロセスに対応できる。
また、上記有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法では、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が0.001〜1g/(m2・day)の範囲内で、かつJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が0.001〜1mL/(m2・day・atm)の範囲内のガスバリアー層を有することができる。
溶液スペクトルは、2−メチルテトラヒドロフラン(2m−THF)に溶解させた試料を分光光度計により測定することで求めることができる。
具体的には、2m−THFによって1×10−5mol/Lの濃度に調製された試料を用いて、分光光度計U−3000(日立ハイテクノロジーズ(株)製)により測定すればよい。
本発明の発光性膜は、ホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物を含む発光性膜であって、
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
本発明の発光性膜は、ホスト化合物と青色リン光発光性化合物と青色蛍光発光性化合物とを含有する。
本発明の発光性膜における青色リン光発光性化合物やホスト化合物や青色蛍光発光性化合物の含有量は、適用する製品に要求される条件に基づいて、任意に決定することができるとともに、膜厚方向に対して均一な濃度で含有されていてもよく、また任意の濃度分布を有していてもよい。
ただし、本発明に係る発光性膜における青色リン光発光性化合物の含有量は、発光現象を好適に発現させるべく、発光性膜の質量を100質量%とした場合、1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。また、本発明に係る発光性膜におけるホスト化合物の含有量は、発光性膜の質量を100質量%とした場合、50〜99質量%が好ましく、70〜99質量%がより好ましい。また、本発明に係る発光性膜における青色蛍光発光性化合物の含有量は、青色リン光発光性化合物からの増感現象を好適に発現させると同時に電界駆動時に蛍光発光性化合物上での直接再結合を抑制させる点から、青色リン光発光性化合物と同等以下の質量%が好ましく、0.1〜5.0質量%がより好ましい。
1D*+1X→1D+1X*
1X*→3X*
3X*+1A→1X+1A*
1A*→1A+hν
<デクスター型エネルギー移動>
デクスター型エネルギー移動は隣り合った分子の分子軌道の重複に依存する短期的な過程である。また、エネルギー供与体とエネルギー受容体の対の対称性も保持する。したがって、数式(C)のエネルギー移動はデクスター機構によっては不可能である。
フェルスター型エネルギー移動の機構では、数式(C)のエネルギー移動は可能である、フェルスター型エネルギー移動では、送信機及びアンテナと同様に、エネルギー供与体及びエネルギー受容体の両方の分子中で許容された遷移によって生ずる。このことは典型的にはフェルスター型エネルギー移動は一重項状態の間の移動に限定させることになる。
が許容されるリン光発光性化合物を考える。しかし、励起三重項状態と基底一重項状態の対称性の相違により、この移動確率は低い。
このため、本発明においては、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有することが必須である。
実施例において、重なり積分の重要性に関して詳細に記述する。
なお、より好ましくは、上限は特に限定されないものの、素子寿命を長寿命化できる点で数式(3A)を満たすことが好ましい。
数式(3A):PF/PD≧0.5
上述のように、フェルスター型エネルギー移動を効率的に発現させる主な因子として、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルの重なりがある。前記各スペクトルの重なりの大きさは重なり積分値と呼ばれ、下記数式(OI)で算出されることが知られている。
青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たす。
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
発光スペクトルの測定は公知の方法で行うことができる。例えば、蛍光光度計(HITACHI F−7000形分光蛍光光度計)を用いて行うことができる。
吸収スペクトルの測定は公知の方法で行うことができる。例えば、蛍光光度計(HITACHI U−3300分光光度計)を用いて行うことができる。
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たすことが好ましい。
数式(2):yBPM≧yBFM
[前記数式(2)中、yBPMは、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。yBFMは、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
本発明の有機EL素子や本発明の発光性膜の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ(株)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、上記y値は、このCIE色度座標のy値である。
なお、各化合物の発光色の色度の検出方法は、特に限定されず、例えば、HPLC(High Performance Liquid Chromatography)などで化合物を分離精製した上で、発光色を上記分光放射輝度計などで測定すればよい。
青色リン光発光性化合物の含有量(質量%)と青色蛍光発光性化合物の含有量(質量%)とが、下記数式(4)を満たす態様であってもよい。これにより、青色リン光発光性化合物を介して青色蛍光発光性化合物をより効率よく増感することができる。
数式(4):前記青色リン光発光性化合物の含有量(質量%)≧前記青色蛍光発光性化合物の含有量(質量%)
本発明に係る青色蛍光発光性化合物について説明する。
中でも、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルの重なり積分値をより大きくする点で、ストークスシフトの小さい青色蛍光発光性化合物を用いることがより好ましい。
本発明に係る青色リン光発光性化合物は、重原子を含有し、三重項励起からの発光が可能な化合物であり、三重項励起からの発光が観測される限り特に限定されない。好ましくは、下記一般式(1)で表される青色リン光発光性化合物である。これにより、より励起子の安定性な青色リン光発光性化合物を作製できるだけでなく、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとの重なり積分値を大きくでき、この結果、励起子をより効果的に発光に用いることができ、ひいては、素子寿命をより長寿命化できる発光性膜が得られる。
Rb3〜Rb5は水素原子又は置換基を表し、Rb3〜Rb5で表される置換基としては、前述の一般式(1)における環Z1及び環Z2が有する置換基と同義の基が挙げられる。
一般式(DP−1a)におけるB4及びB5は、炭素原子又は窒素原子であり、より好ましくは少なくとも一つが炭素原子である。
一般式(DP−1b)におけるB3〜B5は、炭素原子又は窒素原子であり、より好ましくは少なくとも一つは炭素原子である。
一般式(DP−1c)におけるB3及びB4は、炭素原子又は窒素原子であり、より好ましくは少なくとも一つは炭素原子であり、Rb3とRb4で表される置換基がさらに互いに結合して縮環構造を形成していることがより好ましく、このとき新たに形成される縮環構造は芳香族環であることが好ましく、ベンゾイミダゾール環、イミダゾピリジン環、イミダゾピラジン環又はプリン環のいずれかであることが好ましい。Rb5はアルキル基、アリール基であることが好ましく、フェニル基であることがより好ましい。
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また、環Z1及び環Z2が有する炭素原子がカルベン炭素原子である場合(具体的には、カルベン錯体である場合。)、例えば、国際公開2005/019373号公報、国際公開2006/056418号公報、国際公開2005/113704号公報、国際公開2007/115970号公報、国際公開2007/115981号公報及び国際公開2008/000727号公報に記載されるカルベン錯体を好適に使用できる。
本発明の発光性膜は、青色蛍光発光性化合物、青色リン光発光性化合物以外にホスト化合物も含む。以下に、本発明に係るホスト化合物について述べる。
本発明に係るホスト化合物は、発光層において主に電荷の注入及び輸送を担う化合物であり、有機EL素子においてそれ自体の発光は実質的に観測されない。
本発明に係るホスト化合物としては、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。低分子化合物でも繰り返し単位を有する高分子化合物でもよく、また、ビニル基やエポキシ基のような反応性基を有する化合物でもよい。
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能又は電子輸送能を有しつつ、且つ、発光の長波長化を防ぎ、さらに、有機EL素子を高温駆動時や素子駆動中の発熱に対して安定して動作させる観点から、高いガラス転移温度(Tg)を有することが好ましい。好ましくはTgが90℃以上であり、より好ましくは120℃以上である。
ここで、ガラス転移点(Tg)とは、DSC(Differential Scanning Calorimetry:示差走査熱量法)を用いて、JIS−K−7121に準拠した方法により求められる値である。
Ar−(L′)n−*
一般式(HC)におけるL′で表される芳香族複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、キナゾリン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す。)、フタラジン環等が挙げられる。
また、前記した複数の「青色リン光発光性化合物」を併用してもよいとともに、前記した複数の「ホスト化合物」を併用してもよい。そして、本発明に係る発光性膜は、様々な製品に適用可能であり、例えば、後記の有機エレクトロルミネッセンス素子、有機発光性膜太陽電池等に適用することができる。なお、本発明に係る発光性膜は、前記した「青色リン光発光性化合物」と「ホスト化合物」以外にも、各製品に適用する際に通常使用されている公知物質をさらに含有していてもよい。
本発明の発光性膜は、陽極と陰極との間に、発光層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層に好適に採用できる。
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の最高被占軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)とにおけるエネルギー準位の差が、
数式(5):HOMOBPM>HOMOBFM
数式(6):LUMOBPM<LUMOBFM
のいずれかを満たすことが望ましい。
[前記数式において、HOMOBPMは、青色リン光発光性化合物の最高被占軌道(HOMO)におけるエネルギー準位を表す。HOMOBFMは、青色蛍光発光性化合物のHOMOエネルギー準位を表す。
また、LUMOBPMは、前記青色リン光発光性化合物の最低空軌道(LUMO)におけるエネルギー準位を表す。LUMOBFMは、前記青色蛍光発光性化合物のLUMOエネルギー準位を表す。]
本発明における青色蛍光発光性化合物又は青色リン光発光性化合物の分子軌道計算による構造最適化及び電子密度分布の算出は、計算手法として、ホスト材料、蛍光発光性化合物は汎関数としてB3LYP、基底関数として6−31G(d)を用い、リン光発光性材料には汎関数としてB3LYPを、基底関数としてLanL2DZを用いた分子軌道計算用ソフトウェアを用いて算出することができ、ソフトウェアに特に限定はなく、いずれを用いても同様に求めることができる。
具体的には、例えば、分子軌道計算用ソフトウェアとして、米国Gaussian社製のGaussian09(Revision C.01,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,2010.)を用いることができる。
本発明の有機EL素子における代表的な素子構成としては、以下の構成を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(6)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(7)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/(電子阻止層/)発光層/(正孔阻止層/)電子輸送層/電子注入層/陰極
前記の中で(7)の構成が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。
また、本発明に係る有機EL素子は、少なくとも1層の発光層を含む発光ユニットを複数積層した、いわゆるタンデム構造の素子であってもよい。
陽極/第1発光ユニット/中間層/第2発光ユニット/中間層/第3発光ユニット/陰極
ここで、前記第1発光ユニット、第2発光ユニット及び第3発光ユニットは全て同じであっても、異なっていてもよい。また二つの発光ユニットが同じであり、残る一つが異なっていてもよい。
本発明に係る発光層は、電極又は隣接する層(以下、「隣接層」ともいう。)から注入されてくる電子及び正孔が再結合し、励起子を経由して発光する場を提供する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても、発光層と隣接層との界面であってもよい。そして、本発明に係る発光層は、前記した本発明の「発光性膜」を有する構成であってもよい。具体的には、本発明に係る発光層は、本発明の「発光性膜」あってもよいが、特に限定されず、例えば、その他の発光層やその他の化合物などからなる膜などを含んでいてもよい。
なお、本発明に係る発光層は、本発明で規定する発光性膜に関する要件を満たしていれば、その構成に特に制限はない。
本発明に係る発光層は、上述のように、本発明の発光性膜を含有するため、上述の「青色リン光発光性化合物」と「青色蛍光発光性化合物」「ホスト化合物」を含有して構成される。
さらに、本発明に係る有機EL素子において、本発明の発光性膜は、当該発光性膜に隣接する層の材料を含有していてもよい。隣接する層の材料としては、発光性膜(発光層)に隣接する層の材料であれば、特に限定されず、例えば正孔輸送層に含有させる化合物などが挙げられる。これにより、上述のように、本発明の発光性膜は外部環境に影響されにくい有機エレクトロルミネッセンス素子を安定して提供できる。
また、本発明に係る発光層は、本発明の効果を妨げない範囲内において、別途、以下に示す「(1)発光ドーパント(以下、「その他の発光ドーパント」ともいう。):(1.1)リン光発光性化合物(以下、「その他のリン光発光性化合物」ともいう。)、(1.2)蛍光発光性化合物(以下、「その他の蛍光発光性化合物」ともいう。)」や「(2)ホスト化合物(以下、「その他のホスト化合物」ともいう。)」を含有していてもよい。
本発明に係るその他の発光ドーパントについて説明する。
その他のリン光発光性化合物(以下、「その他のリン光ドーパント」ともいう)について説明する。
その他の蛍光発光性ドーパント(以下、「その他の蛍光ドーパント」ともいう)について説明する。
その他のホスト化合物は、発光層において主に電荷の注入及び輸送を担う化合物であり、有機EL素子においてそれ自体の発光は実質的に観測されない。
本発明において電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する材料からなり、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い。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する層であり、好ましくは電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が小さい材料からなり、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。
本発明に係る電子注入層(「陰極バッファー層」ともいう)とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために陰極と発光層との間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されている。
本発明において正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する材料からなり、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有していればよい。
電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有する層であり、好ましくは正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が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。
本発明に係る正孔注入層(「陽極バッファー層」ともいう)とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために陽極と発光層との間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されている。
前述した本発明における有機層は、更に他の含有物が含まれていてもよい。
本発明の発光性膜を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、公知の方法を好適に採用することができるが、特に、前記発光性膜が、ウェットプロセス又はドライプロセスを用いて製膜される態様であることが好ましい。
以下に、有機層(正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等)の形成方法について説明する。
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上、好ましくは4.5V以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Au等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。
陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。
本発明の有機EL素子に用いることのできる支持基板(以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
本発明の有機EL素子の封止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いればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に限定されない。
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜又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、保護膜若しくは保護板を設けてもよい。特に、封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
有機エレクトロルミネッセンス素子は、空気よりも屈折率の高い(屈折率1.6〜2.1程度の範囲内)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と一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として、光が素子側面方向に逃げるためである。
本発明の有機EL素子は、支持基板(基板)の光取り出し側に、例えばマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、又は、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。
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。
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。
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。
本発明の発光性膜に含有されるホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物は、有機材料組成物にも好適に採用できる。
具体的には、ホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物を含有する有機材料組成物であって、前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長とが、下記数式(1)を満たし、前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする有機材料組成物とすることができる。
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。]
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、前記数式(1)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出され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であってもよい。これにより、青色蛍光発光性化合物と青色リン光発光性化合物との距離を離すことができ、この結果、デクスター型エネルギー移動を抑制することができ、ひいては、素子寿命の低下を抑制できる。
この場合、発光層に隣接する層とは、発光層に隣接している層であれば、特に限定されず、例えば、正孔輸送層や電子輸送層が挙げられるがこれに限定されない。
具体的には、例えば、正孔輸送層に蛍光発光性化合物を添加する際には、発光層に近い正孔輸送層の一部を正孔輸送層と蛍光発光性化合物の混合層にするなどすればよい。
なお、このような態様の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層及び当該発光層に隣接する層が含有するホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物は、本発明の発光性膜に使用されるホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物である。
0.6≦PLQE/PLQE0≦1・・・(A2)
HOMO(F)≦HOMO(P)・・・(A3)
LUMO(P)≦LUMO(F)・・・(A4)
[τ:前記発光層単層の発光減衰寿命
τ0:前記リン光発光性化合物の単膜(すなわち、青色蛍光発光性化合物が添加されていない発光性膜)の発光減衰寿命
PLQE:前記発光層単層の絶対量子収率
PLQE0:前記リン光発光性化合物の単膜の絶対量子収率
HOMO(P)、LUMO(P):それぞれ、前記リン光発光性化合物の最高被占分子軌道(HOMO)と最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位
HOMO(F)、LUMO(F):それぞれ、前記蛍光発光性化合物の最高被占分子軌道(HOMO)と前記蛍光発光性化合物の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位]
<(A1)式>
発光層がリン光発光性化合物及び蛍光発光性化合物を含有することで、リン光発光性化合物の発光減衰寿命を短縮できることが知られている。
そして、リン光発光性化合物の発光減衰寿命が短いことは、リン光発光性化合物の三重項励起エネルギーが速やかに消費されることを意味するが、本発明者は、リン光発光性化合物の発光減衰寿命の短縮(τ/τ0)が0.7以下であれば、有機EL素子の半減寿命の加速係数を下げる効果が大きいことを見出した。
なお、本発明において、0より大きければ、τ/τ0は小さいほどよい。
リン光発光性化合物に蛍光発光性化合物を含有することで、リン光発光性化合物の三重項励起状態から、蛍光発光性化合物の三重項励起状態へ、デクスター型エネルギー移動が発生し得る。デクスター型エネルギー移動が発生した場合、蛍光発光性化合物の三重項励起状態からは非発光で失活するので、絶対量子収率(すなわち、発光層単層の絶対量子収率PLQE)は低下する。
しかしながら、有機EL素子の性能において、発光層単層の絶対量子収率PLQEは高い方が望ましい。
実用的なリン光発光性化合物は100%に近い高い絶対量子収率(すなわち、リン光発光性化合物の単膜の絶対量子収率PLQE0)を有しており、蛍光発光性化合物を添加しても、デクスター型エネルギー移動による絶対量子収率の低下を抑制し、高い絶対量子収率を維持することが望まれる。
以上の観点から、PLQE/PLQE0が0.6〜1.0の範囲内であれば、実用的な発光素子性能をより好適に維持することができる。なお、リン光単独のPLQE0を維持する(低下しない)という意味で、PLQE/PLQE0の最大値は1である。
(A3)又は(A4)式を満たすことにより、蛍光発光性化合物上で直接電荷が再結合せず、外部取り出し量子効率(EQE)の低下をより好適に抑制できる。
また、青色蛍光発光性化合物が添加されていない発光性膜の発光減衰寿命τ0は、光減衰寿命τを計測した発光性膜において、蛍光発光性化合物を含有させないほかは同様にして製造した発光性膜について、同様に計測すればよい。
また、青色蛍光発光性化合物が添加されていない発光性膜の絶対量子収率PLQE0は、PLQEを計測した発光性膜において、蛍光発光性化合物を含有させないほかは同様にして製造した発光性膜について、同様に計測すればよい。
50mm×50mm、厚さ0.7mmの石英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分間行った後、この透明基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。真空蒸着装置の蒸着用るつぼの各々に、「ホスト化合物(以下、単に「ホスト化合物」ともいう。)」及び「青色リン光発光性化合物(以下、単に「リン光発光性化合物」ともいう。)」、並びに「青色蛍光発光性化合物(以下、単に「蛍光発光性化合物」ともいう。)」を、各々素子作製に最適の量となるように充填した。蒸着用るつぼはモリブデン性の抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
真空蒸着装置内を真空度1×10−4Paまで減圧した後、ホスト化合物、リン光発光性化合物、蛍光発光性化合物が、それぞれ84体積%、15体積%、1体積%になるように、ホスト化合物は0.56Å/秒、リン光発光性化合物は0.1Å/秒、蛍光発光性化合物は0.06Å/秒の蒸着速度で蒸着させ、膜厚30nmの評価用発光性膜(発光性膜1−1〜1−25)を作製した。
実施例1では、リン光発光性化合物と蛍光発光性化合物を想定した化合物を使用し発光性膜1−1〜1−25を作製し、重なり積分値に対するPF/PDを観測した。また、本発明の発光性膜において、蛍光発光化合物由来の発光が発現し、色度(y値)の改善が可能であるか、PLQEの維持が可能かを確認した。
なお、比較例(発光性膜1−1)としては、蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長がリン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長よりも短波長側に存在する組み合わせのものを用いた。
なお、発光性膜1−1〜1−25の作製法は上記評価用発光性膜の作製の手順で作製した。また、リン光発光性化合物、蛍光発光性化合物は表1に記載のものを使用した。ホスト化合物は、下記のH1を使用した。
以下、発光性膜1−1〜1−25までを評価した。
評価の方法は下記のとおりである。なお、結果は表1に示すとおりである。
前記蛍光発光性化合物を添加する前後の発光性膜のτと、PLQEの変化より、上記数式(D)を用いて、各エネルギー移動効率PF及びPDを算出した。
上記数式(D)中の発光減衰寿命τについては、過渡PL特性を測定することによって求めた。過渡PL特性の測定には、小型蛍光寿命測定装置C11367−03(浜松ホトニクス社製)を用いた。減衰成分は、280nmのLEDを励起光源としたTCC900モードにて測定した。
絶対量子収率の測定は、絶対量子収率測定装置C9920−02(浜松ホトニクス社製)を用いた。なお、表1のPLQE(相対値)は、発光性膜1−1のPLQEを1としたときの、当該発光性膜1−1のPLQEに対する発光性膜1−1〜1−25までのPLQEの相対値である。
PF/PDの評価は以下のとおりである。
○:PF/PDが0.5以上(最良、合格)
△:PF/PDが0.34以上、0.5未満(良、合格)
×:PF/PDが0.34未満(不良、不合格)
以下のようにして、発光スペクトル、吸収スペクトルの測定を測定した。
なお、図8A〜8Eに、例として、発光性膜1−1〜1−5の発光スペクトル(図8A〜図8Eには、それぞれ、Dp−1*F−2、Dp−2*F−2、Dp−3*F−2、Dp−4*F−2、Dp−5*F−2と記載。)を示す。横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度及び吸光度(いずれも任意単位)を示す。
発光性膜1−1〜1−25について、発光スペクトル、吸収スペクトルを計測した。
発光スペクトルの測定は、日立製のF−7000型分光蛍光光度計を用い、室温(300K)にて行った。また、吸収スペクトルの測定は、日立製のU−3300分光光度計を用い、室温(300K)にて行った。
蛍光発光性化合物の吸収スペクトル(溶液スペクトル)の測定については、下記のようにして行った。
まず、発光性膜1−1〜1−25に含有される蛍光発光性化合物を、2−メチルテトラヒドロフラン(2m−THF)(安定剤なし)にそれぞれ溶解させて、濃度1.0×10−5mol/Lの溶液を得た。得られた溶液を、石英セル(10mm長四角セル)に入れて、分光光度計(HITACHI 分光光度計U−3000)を用いて、溶液の波長領域250〜500nmの範囲の吸光度を測定し、これを蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとした(なお、液温は300Kであった。)。
発光性膜1−1〜1−25まで及びリン光発光性化合物のみを含有する発光性膜の発光色について、「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(株)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y値を決定した。表1中の色度(相対値)とは、発光性膜1−1のy値を1としたときの、当該発光性膜1−1のy値に対する発光性膜1−1〜1−25までのy値の相対値である。なお、本発明においては、色度(相対値)が、小さくなるほど青みを増し色度がよいことを示す。
各発光性膜に含有されるリン光発光性化合物と蛍光発光性化合物との極大波長差を求めた。計測方法は下記のとおりである。
まず、蛍光発光性化合物を含まず、ホスト化合物とリン光発光性化合物Dp−1〜Dp−7のいずれか一種を含む発光性膜Dp−1〜Dp−7を作製した。
次に、リン光発光性化合物を含まず、ホスト化合物と蛍光発光性化合物F−2〜F−6のいずれか一種を含む発光性膜F−2〜F−6を作製した。
なお、上記発光性膜Dp−1〜Dp−7は、蛍光発光性化合物の蒸着を行わない点(蛍光発光性化合物を0体積%とし、蛍光発光性化合物を減らした分(1体積%)はホスト化合物に変更した。)以外は、前記の「評価用発光性膜の作製」と同様の方法で作製を行った。
また、上記発光性膜F−2〜F−6は、リン光発光性化合物の蒸着を行わない点(リン光発光性化合物を0体積%とし、リン光発光性化合物を減らした分(15体積%)はホスト化合物に変更した。)以外は、前記の「評価用発光性膜の作製」と同様の方法で作製を行った。
上記発光性膜Dp−1〜Dp−7及びF−2〜F−6について、上述の発光スペクトル及び吸収スペクトルの測定を上記と同様の条件で行った。測定された各発光スペクトルにおいて、発光強度(発光ピーク強度)が極大となるときの波長のうち、最短波長側にあるものを発光極大波長とした。
上記のようにして求められた発光極大波長を、それぞれ、リン光発光性化合物Dp−1〜Dp−7及び蛍光発光性化合物F−2〜F−6の発光極大波長とした。
このリン光発光性化合物Dp−1〜Dp−7並びに蛍光発光性化合物F−2の発光極大波長から、発光性膜1−1〜1−25に含有される蛍光発光性化合物とリン光発光性化合物の発光極大波長の差を求めた。この差が正のとき、蛍光発光性化合物の発光極大波長のほうがが大きいことを示す。結果は表1に示すとおりである。
なお、発光性膜Dp−1〜Dp−5について、上記のようにして計測された発光スペクトルをリン光発光性化合物Dp−1〜Dp−5の発光スペクトルとして、図8A〜図8Eに記載した(図8A〜図8Eには、Dp−1〜Dp−5発光と記載。)。
また、発光性膜F−2について、上記のようにして計測された発光スペクトル及び吸収スペクトルを、蛍光発光性化合物F−2の発光スペクトル及び吸収スペクトルとして、図8A〜図8Eに記載した(図8A〜図8EにはF−2発光、F−2吸収と記載。)。
重なり積分値は、上記数式(OI)から求めた。表1中の値は比較例である発光性膜1−1の重なり積分を1としたときの相対値である。
図8A〜8Eに、発光性膜1−1〜1−5までについて、測定された発光強度及び吸光度を示した。
上述のように、比較例である発光性膜1−1は、蛍光発光性化合物の最短波長側の極大発光波長が、リン光発光性化合物の最短波長側の極大発光波長よりも短波長側に存在する発光性化合物の組み合わせである(図8A参照。)。発光性膜1−1においては、リン光発光性化合物の発光スペクトルと蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとの重なり積分値が小さく、フェルスター型エネルギー移動効率が小さいことから、PF/PDが0.1以下となっていた。
一方、発光性膜1−2〜1−5までは、蛍光発光性化合物の最短波長側の極大発光波長が、リン光発光性化合物の最短波長側の極大発光波長と同等又はより長波長側に存在する発光性化合物の組み合わせである(図8B〜8E参照。)。表1に示すように、発光性膜1−2〜1−5までにおいては、リン光発光性化合物の発光スペクトルと蛍光発光性化合物の吸収スペクトルの重なり積分値が大きく、PF/PDが短波側に存在する組み合わせと比較し大幅に改善されていることを確認した。
さらに、本発明である発光性膜1−2〜1−5では、比較例である発光性膜1−1に対し色度が良好になり、かつ、PQLEも向上することが示された。これにより、重なり積分値が大きくなるリン光発光性化合物と蛍光発光性化合物の組み合わせを使用するほうが、リン光発光性化合物から蛍光発光性化合物へのフェルスター型エネルギー移動が効率良く発現することを確認した。
更に、発光性膜1−2〜1−7と発光性膜1−8〜1−13との比較から、F−2に対し吸収波長のみ長波化したF−3を使用することで、重なり積分値が大きくなるためにフェルスター移動効率が向上し、色度改善と発光性(PLQE)の維持を可能なことを明らかにした。
また、F−4を使用した発光性膜1−14〜1−19においては、重なり積分値はF−3を使用した発光性膜1−8〜1−13よりも小さいものの、置換基が嵩高い(π平面の被覆率が高い)ことからデクスターエネルギー移動を抑制することで、発光性を高効率で維持できることを明らかにした。
次に、実施例2では、照明装置(有機エレクトロルミネッセンス素子)の素子寿命(半減寿命)について確認した。
(陽極の形成)
50mm×50mm、厚さ0.7mmのガラス基板(透明基板)上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を150nmの厚さで成膜し、パターニングを行った後、このITO透明電極を付けた透明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。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、HI−1の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒でITO透明電極上に蒸着し、厚さ10nmの正孔注入層を形成した。
次いで、HT−1を蒸着速度1.0Å/秒で蒸着し、厚さ30nmの正孔輸送層を形成した。
次いで、ホスト化合物(H1)並びに表2に示す「リン光発光性化合物」及び「蛍光発光性化合物」(以下、これらを合わせて単に「ドーパント」ともいう。)の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物(H1)、ドーパントがそれぞれ84体積%、15体積%、1体積%になるように、それぞれ蒸着速度0.56Å/秒、0.1Å/秒、0.006Å/秒で正孔輸送層上に共蒸着し、厚さ30nmの発光層を形成した。
次いで、発光層の上に電子輸送層として、第二電子輸送層及び第二電子輸送層を形成した。具体的には、HB−1を蒸着速度1.0Å/秒で蒸着し、厚さ30nmの第一電子輸送層を形成した。さらにその上に、ET−1を蒸着速度1.0Å/秒で蒸着し、厚さ30nmの第二電子輸送層を形成した。
その後、フッ化リチウムを厚さ0.5nmになるよう蒸着した後に、アルミニウムを厚さ100nmとなるよう蒸着して陰極を形成し、評価用の有機EL素子を作製した。
上記評価用照明装置に対し、以下の評価をし、結果を表2に示す。
なお、表2に記載の重なり積分値については、装置2−2の重なり積分値を1.0とする相対値とした他は、実施例1と同様の方法で評価した。
発光効率の測定は、室温(25℃)で、2.5mA/cm2の定電流密度条件下による点灯を行い、分光放射輝度計CS−2000(コニカミノルタ社製)を用いて、各評価用照明装置の発光輝度を測定し、当該電流値における発光効率(外部取り出し量子効率)を求めた。なお、表2には、発光効率として、装置2−2の発光効率を1としたときの、当該装置2−2の発光効率に対する発光性膜2−1〜2−21までの発光効率の相対値を記載した。
各評価用照明装置について、分光放射輝度計CS−2000を用いて輝度を測定し、測定した輝度が半減する時間(LT50)を半減寿命として求めた。駆動条件は、15mA/cm2となる電流値とした。
また、本発明用の各評価用照明装置(装置2−1〜2−21)について、蛍光発光性化合物を含有しない比較用照明装置2−1〜2−21を作製し、当該比較用照明装置の半減寿命を1.0とする相対値(半減寿命:相対値)を求めた。具体例を挙げて説明すると、表2に記載の半減寿命は、比較用照明装置2−1の半減値を1として装置2−1の半減寿命の相対値であり、比較用照明装置2−2を1として装置2−2の半減寿命の相対値である。
蛍光発光性化合物又はリン光発光性化合物の集合体を構成する化合物の分子軌道計算による構造最適化及び電子密度分布の算出は、分子軌道計算用ソフトウェアとして、米国Gaussian社製のGaussian09(Revision C.01,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,2010.)を用いて行った。
なお、F−2及びDp−1〜Dp−7のエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位は、表2に示すとおりである。
各評価用装置及び上記比較用照明装置について、y値を測定した。なお、測定方法は、実施例2と同様の方法で行った。
まず、実施例1と同様に、発光スペクトル、吸収スペクトルの測定、重なり積分値の計算をしたところ、装置2−3〜2−21までは、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、数式(1)を満たし、青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出された。
リン光発光性化合物を含まない、蛍光発光性化合物とホスト化合物のみの発光層を用いた装置2−1に対し、リン光発光性化合物をドーパントとして用い、蛍光発性化合物を増感した素子を使用する装置2−3〜2−21は、高い発光効率であることが確認された。
また、蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長がリン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長よりも短波長側に存在する組み合わせのドーパントを含有する発光層を有する装置2−2では、リン光発光性化合物から蛍光発光性化合物へのデクスター型エネルギー移動による励起子失活の寄与が大きく、素子寿命(半減寿命)が蛍光発光性化合物を添加する前と比較し、低下する結果となった。
その中でも特に、リン光発光性化合物と蛍光発光性化合物の、最高被占軌道(HOMO)におけるエネルギー準位がHOMOBFM<HOMOBPM又は最低空軌道(LUMO)におけるエネルギー準位がLUMOBFM>LUMOBPMの関係を満たす装置2−4の組み合わせであれば、高い発光効率かつ素子寿命の長い素子を作製できることを確認した。これは、蛍光発光性化合物上で直接再結合する確率が減るためである。
≪評価用照明装置の作製≫
<正孔注入層までの形成>
実施例2の評価用照明装置の作製と同様にして正孔注入層までを形成した。
正孔注入層上に、以下のようにして正孔輸送層を形成した。
なお、発光層に隣接する層である正孔輸送層に、蛍光発光性化合物を添加しない場合(表3の「正孔輸送層への添加」において「無」。)及び正孔輸送層に蛍光発光性化合物を添加する場合(表3の「正孔輸送層への添加」において「有」。)について記載する。
正孔注入層上に、HT−1を蒸着速度0.1Å/秒で蒸着し、厚さ25nmの正孔輸送層を形成した。
正孔注入層上に、HT−1を蒸着速度0.1Å/秒で蒸着し、蛍光発光性化合物を含有しない正孔輸送層を厚さ25nmで形成した。
次に、この蛍光発光性化合物を含有しない正孔輸送層の上に、正孔輸送層材料であるHT−1と表3に記載の蛍光発光性化合物とが97体積%、3体積%となるよう、蒸着速度0.6Å/秒、0.02Å/秒で、蛍光発光性化合物を含有した正孔輸送層を厚さ5nmになるよう共蒸着にて形成した。
次いで、上記ホスト化合物H1及び表3に示す「リン光発光性化合物」の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物H1、リン光発光性化合物が、それぞれ85体積%、15体積%、0.56Å/秒、0.1Å/秒で正孔輸送層上に、発光層を厚さ30nmとなるよう共蒸着した。
発光層に隣接する層である電子輸送層に、蛍光発光性化合物を添加しない場合(表3の電子輸送層への添加」において「無」。)及び電子輸送層に蛍光発光性化合物を添加する場合(表3の「電子輸送層への添加」において「有」。)について記載する。
発光層上に、実施例2の評価用照明装置の作製と同様にして第一電子輸送層、第二電子輸送層及び陰極を形成し、評価用の有機EL素子を作製し、評価用照明装置を作製した。
発光層上に実施例2と同様の電子輸送性化合物と蛍光発光性化合物が97体積%、3体積%となるよう、0.6Å/秒、0.02Å/秒で共蒸着し厚さ5nmの蛍光発光性化合物を含有した電子輸送層を厚さ5nmとなるよう形成した。
その上に、実施例2と同様の電子輸送性化合物HB−1を蒸着速度1.0Å/秒で蒸着し、蛍光発光性化合物を含有しない電子輸送層を25nmの厚さとなるよう形成した。
2.5mA/cm2、16.25mA/cm2で電流駆動して、初期輝度が半減する時間から、これを累乗近似曲線で外装した際の乗数を加速係数とした。すなわち、加速係数とは、下記(E)式における半減寿命の加速係数nである。
t1/t2=(L1/L2)−n・・・(E)
[L1:電流密度2.5mA/cm2印加時の初期輝度
L2:電流密度16.25mA/cm2印加時の初期輝度
t1:輝度L1(低輝度・低電流2.5mA/cm2)での素子寿命(輝度半減寿命)
t2:輝度L2(高輝度・高電流16.25mA/cm2)での素子寿命(輝度半減寿命)]
なお、輝度の測定には、分光放射輝度計CS−2000(コニカミノルタ(株)製)を用いた。
ロールオフの増大を評価するために、J0を以下のようにして求めた。まず、各装置について電流密度を増大させていき、最大となるEQEを計測した。当該最大のEQEの半分となるEQEになる電流密度を求め、これをJ0とした。
発光層ではなく、隣接層に蛍光発光性化合物を添加することによって、EQEの低下を抑制しながら、半減寿命を向上させることを明らかにした。3−2と3−3で半減寿命の長寿命化に効果の差が発現することに関しては、発光層中の電荷再結合位置(発光中心)によるものと考えられる。本実施例では、発光層内における発光位置が電子輸送層側であり、正孔輸送層に蛍光発光性化合物を添加した3−3でエネルギー移動効率が高くなり、素子寿命が長寿命化する効果が表れたと考えられる。このように、発光層に隣接する層に蛍光発光性化合物を添加することでEQEの低下を抑制できる。
≪評価用照明装置の作製≫
(正孔注入層までの形成)
実施例2の評価用照明装置の作製と同様にして正孔注入層までを形成した。
次いで、HT−1を蒸着速度1.0Å/秒で蒸着し、厚さ25nmの正孔輸送層を形成した。
次いで、ホスト化合物H1、表4に示す「リン光発光性化合物」及び「蛍光発光性化合物」の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、HT−1(隣接する層である正孔輸送層の材料)、ホスト化合物H1、リン光発光性化合物及び蛍光発光性化合物が、それぞれ42体積%、42体積%、15体積%、1体積%になるように、それぞれ蒸着速度0.25Å/秒、0.25Å/秒、0.1Å/秒、0.003Å/秒で正孔輸送層上に、正孔輸送層と発光層の混合層(隣接する層の材料を含有する発光性膜)を5nm共蒸着した。
次いで、ホスト化合物H1、表4に示す「リン光発光性化合物」及び「蛍光発光性化合物」の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物H1、リン光発光性化合物及び蛍光発光性化合物がそれぞれ84体積%、15体積%、1体積%になるように、それぞれ蒸着速度0.5Å/秒、0.1Å/秒、0.003Å/秒で前記隣接層との混合層上に厚さ30nmの発光層を形成した。
なお、装置4−0については、ホスト化合物H1及び表4に示す「蛍光発光性化合物」の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、ホスト化合物H1及び蛍光発光性化合物がそれぞれ97体積%、3体積%になるように、それぞれ蒸着速度0.64Å/秒、0.02Å/秒で前記隣接層との混合層上に厚さ30nmの発光層を形成した。
次いで、発光層上に、実施例2の評価用照明装置の作製と同様にして第一電子輸送層、第二電子輸送層及び陰極を形成し、評価用の有機EL素子を作製し、評価用照明装置を作製した。
また、比較例として、蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長がリン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長よりも短波長側に存在する組み合わせのものを用いた。
また、発光効率については、装置4−1の発光効率を1.0とする相対値とした他は、実施例2と同様の方法で評価した。
半減寿命については、実施例2と同様の方法で評価した。
まず、実施例1と同様に、発光スペクトル、吸収スペクトルの測定、重なり積分値の計算をしたところ、装置4−2〜4−5までは、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、数式(1)を満たし、青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出された。
比較例4−1において、フェルスターエネルギー移動効率の悪いリン光発光性化合物と蛍光発光性化合物を含有する発光性膜に当該発光性膜に隣接する層の材料を含有させた際に、隣接する層(実施例4では、正孔輸送層)の材料HT−1の低T1への失活、若しくは正孔輸送層上での直接再結合によって、混合層を有さない装置と比較して、大幅に素子寿命が低下することを確認した。
一方、本発明である装置4−2〜4−5では、重なり積分値が十分大きく、リン光発光性化合物から蛍光発光性化合物のS1へのフェルスター型エネルギー移動が効率的に発現し、速やかに発光するため、発光性膜に隣接する層の材料を含有させた際に、発光効率の低下を抑制できたと考えられる。このように、素子寿命の維持や長寿命化に対し、重なり積分値が重要であることが分かる。
≪有機EL素子5−1の作製≫
以下のように、基材上に、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極を積層して封止し、ボトムエミッション型の有機EL素子を作製した。
まず、ポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポン社製、以下、PENと略記する。)の陽極を形成する側の全面に、特開2004−68143号公報に記載の構成の大気圧プラズマ放電処理装置を用いて、SiOxからなる無機物のガスバリアー層を厚さ500nmとなるように形成した。これにより、酸素透過度0.001mL/(m2・24h)以下、水蒸気透過度0.001g/(m2・24h)以下のガスバリアー性を有する可撓性の基材を作製した。
上記基材上に厚さ120nmのITO(インジウム・スズ酸化物)をスパッタ法により製膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、陽極を形成した。なお、パターンは発光領域の面積が5cm×5cmになるようなパターンとした。
陽極を形成した基材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。そして、陽極を形成した基材上に、特許第4509787号公報の実施例16と同様に調製したポリ(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)の分散液をイソプロピルアルコールで希釈した2質量%溶液をスピンコート法にて塗布、80℃で5分乾燥し、厚さ40nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔注入層を形成した基材を、窒素ガス(グレードG1)を用いた窒素雰囲気下に移し、下記組成の正孔輸送層形成用塗布液を用いて、スピンコート法にて塗布、130℃で30分乾燥し、厚さ30nmの正孔輸送層を形成した。
正孔輸送材料(化合物(HT−1))(重量平均分子量Mw=80000)
10質量部
クロロベンゼン 3000質量部
次に、正孔輸送層を形成した基材を、下記組成の発光層形成用塗布液を用い、スピンコート法にて塗布し、120℃で30分間乾燥し、厚さ50nmの発光層を形成した。
ホスト化合物H1 9質量部
青色蛍光発光性化合物F−2 1質量部
酢酸イソプロピル 2000質量部
次に、発光層を形成した基材を、下記組成のブロック層形成用塗布液を用い、スピンコート法にて塗布し、80℃で30分間乾燥し、厚さ10nmのブロック層(正孔阻止層)を形成した。
HS−1 2質量部
イソプロピルアルコール(IPA) 1500質量部
1H,1H,5H−オクタフルオロペンタノール(OFAO)
500質量部
次に、ブロック層を形成した基材を、下記組成の電子輸送層形成用塗布液を用い、スピンコート法にて塗布し、80℃で30分間乾燥し、厚さ30nmの電子輸送層を形成した。
ET−1 6質量部
2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール(TFPO)
2000質量部
続いて、基板を大気に曝露することなく真空蒸着装置へ取り付けた。また、モリブデン製抵抗加熱ボートにフッ化ナトリウム及びフッ化カリウムを入れたものを真空蒸着装置に取り付け、真空槽を4×10−5Paまで減圧した。その後、ボートに通電して加熱し、フッ化ナトリウムを0.02nm/秒で前記電子輸送層上に蒸着し、膜厚1nmの薄膜を形成した。同様に、フッ化カリウムを0.02nm/秒でフッ化ナトリウム薄膜上に蒸着し、厚さ1.5nmの電子注入層を形成した。
引き続き、アルミニウムを蒸着して厚さ100nmの陰極を形成した。
以上の工程により形成した積層体に対し、市販のロールラミネート装置を用いて封止基材を接着した。
封止基材として、可撓性を有する厚さ30μmのアルミニウム箔(東洋アルミニウム(株)製)に、ドライラミネーション用の2液反応型のウレタン系接着剤を用いて厚さ1.5μmの接着剤層を設け、厚さ12μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムをラミネートしたものを作製した。
(A)ビスフェノールAジグリシジルエーテル(DGEBA)
(B)ジシアンジアミド(DICY)
(C)エポキシアダクト系硬化促進剤
以上のようにして、有機EL素子5−1を作製した。
上記有機EL素子5−1の作製において、発光層形成用塗布液に含有される材料を表5に記載のとおりに変更した以外は同様にして、有機EL素子5−2〜5−5を作製した。なお、発光層形成用塗布液に複数種の溶媒が含有される場合には、総含有量が2000質量部となるように調整した。なお、発光層形成用塗布液に含有させるリン光発光性化合物の量は19体積%となるようにした。
上記のように作製した有機EL素子5−1〜5−5について、発光効率、素子寿命(半減)の評価を行った。なお、表5に記載の重なり積分値については、装置5−1の重なり積分値を1.0とする相対値とした他は、実施例1と同様の方法で評価した。
また、発光効率については、装置5−1の発光効率を1.0とする相対値とした他は、実施例2と同様の方法で評価した。
半減寿命については、実施例2と同様の方法で評価した。
評価結果を表5に示す。
まず、実施例1と同様に、発光スペクトル、吸収スペクトルの測定、重なり積分値の計算をしたところ、装置5−2〜5−5までは、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、数式(1)を満たし、青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出された。
表5に示すように、本発明に係る有機EL素子5−2〜5−5は、比較例の有機EL素子5−1に比べて、発光効率と素子の素子寿命が向上することが分かる。これにより、スピンコート法においても本発明のような重なり積分を十分に有しているリン光発光性化合物と蛍光発光性化合物の組み合わせにおいて素子寿命が長寿命化することが分かる。
<基材の準備>
実施例5における基材の準備で、ガスバリアー層の厚さを適宜調整し、水蒸気透過度(WVTR)0.00001〜0.8g/(m2・day)、酸素透過度(OTR)0.000012〜1mL/(m2・day・atm)として、基材を作製した。
実施例5における電子注入層を以下に変えた以外は実施例5と同様にして、照明装置5−11〜15、5−21〜25、5−31〜35、5−41〜45、5−51〜52を作製した。
実施例5におけるフッ化ナトリウムとフッ化カリウムをフッ化リチウムに変更し、厚さ1.0nmの電子注入層を形成した。
各照明装置5−11〜15、5−21〜25、5−31〜35、5−41〜45、5−51〜55を、85℃、85%RHの環境下で、500時間保存した。その後、各照明装置に、1mA/cm2の電流を印加して発光させた。次に、100倍の光学顕微鏡(株式会社モリテックス製 MS−804、レンズMP−ZE25−200)で、照明装置の発光部の一部分を拡大して撮影した。次に、撮影画像を2mm四方に切り抜き、それぞれの画像について、ダークスポット発生の有無を観察した。観察結果より、発光面積に対するダークスポットの発生面積比率を求め、下記の基準に従って、ダークスポット耐性を評価した。結果は表6のDS評価に示した。
4:ダークスポットの発生面積が、0.1%以上、1.0%未満である
3:ダークスポットの発生面積が、1.0%以上、3.0%未満である
2:ダークスポットの発生面積が、3.0%以上、6.0%未満である
1:ダークスポットの発生面積が、6.0%以上である
各照明装置5−11〜15、5−21〜25、5−31〜35、5−41〜45、5−51〜55を、85℃、85%RHの環境下で、実施例5と同様にして発光効率と半減寿命を評価した。
表6に示すとおり、重なり積分値を十分に有している本発明の照明装置5−12〜15、5−22〜25、5−32〜35、5−42〜45及び5−52は、フレキシブル基材のガスバリアー性が高くなくてもダークスポットの発生がおさえられることが明らかになった。また、上記の85℃、85%RHの環境下での発光効率と半減寿命の評価においても本発明の照明装置は良好な結果を得ることができた。すなわち、厚さを薄くすることで、低コストにしたバリアー基材でも実用上問題ないことが確認された。
≪有機EL素子6−1の作製≫
以下のように、基材上に、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極を積層して封止し、ボトムエミッション型の有機EL素子6−1を作製した。
まず、実施例5と同様にして、基材上に、陽極を形成した。
次に、実施例5において、スピンコート法からインクジェット法に換えたほかは同様にして、正孔注入層を形成した。
次に、正孔注入層を形成した基材を、窒素ガス(グレードG1)を用いた窒素雰囲気下に移し、下記組成の正孔輸送層形成用塗布液を用いて、インクジェット法にて塗布、150℃で30分乾燥し、厚さ30nmの正孔輸送層を形成した。
正孔輸送材料(化合物(HT−1))(重量平均分子量Mw=80000)
10質量部
キシレン 3000質量部
次に、正孔輸送層を形成した基材を、下記組成の発光層形成用塗布液を用い、インクジェット法にて塗布し、130℃で30分間乾燥し、厚さ50nmの発光層を形成した。
ホスト化合物H1 9質量部
青色蛍光発光性化合物F−2 1質量部
酢酸ノルマルブチル 2000質量部
次に、発光層を形成した基材上に、実施例5のブロック層の形成、電子輸送層の形成においてスピンコート法の代わりにインクジェット法にしたほかは実施例5と同様にして、ブロック層の形成、電子輸送層の形成をした。
次に、電子注入層、陰極の形成、封止については、実施例5と同様にした。
以上のようにして、有機EL素子6−1を作製した。
上記有機EL素子6−1の作製において、発光層形成用塗布液に含有される材料を表7に記載のとおりに変更した以外は同様にして、有機EL素子6−2〜6−5を作製した。なお、発光層形成用塗布液に複数種の溶媒が含有される場合には、総含有量が2000質量部となるように調整した。
上記のように作製した有機EL素子6−1〜6−5について、実施例5と同様の評価を行った。その評価結果を表7に示す。
なお、表7に記載の重なり積分値については、装置6−1の重なり積分値を1.0とする相対値とした。
また、発光効率については、装置6−1の発光効率を1.0とする相対値とした。
まず、実施例1と同様に、発光スペクトル、吸収スペクトルの測定、重なり積分値の計算をしたところ、装置6−2〜6−5までは、青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、数式(1)を満たし、青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出された。
表7に示すように、本発明に係る有機EL素子6−2〜6−5は、比較例の有機EL素子6−1に比べて、素子寿命が向上することが分かる。また、リン光発光化合物のみよりも素子寿命が向上することが確認された。
したがって、本発明の有機EL素子の製造方法によれば、可撓性基板にも適用可能であって、高発光効率及び長い素子寿命の有機EL素子を低コストで製造可能であるといえる。
実施例2の評価用照明装置の作製と同様にして評価用照明装置を形成した。なお、発光層に含有させるリン光発光性化合物の種類並びに蛍光発光性化合物の種類及び添加量は、表8のようにした。比較例7−1は、発光層に、蛍光発光性化合物を添加しなかった照明装置である。
なお、リン光発光性化合物の添加量は84体積%とし、蛍光発光性化合物とホスト化合物の合計の添加量は16体積%とした。
発光減衰寿命、加速係数、ロールオフの増大(J0について)については、上記と同様にして求めた。なお、各評価は、装置7−1の値を1.00とした相対値を求め、評価した。
表8から、蛍光発光性化合物の添加量を増大させるに従い、発光減衰寿命τが短くなり、ひいては加速係数が1に近づくことがわかる。
これは添加された蛍光発光性化合物が、発光層内で生成した励起子を即座に緩和可能になったことを意味し、高電流密度下での有機EL素子の駆動においても、低電流密度下での駆動に近しい状態で有機EL素子が駆動できていることを意味する。
また、ロールオフの指標であるJ0に関しても蛍光発光性化合物を添加したことにより、その値が大きくなり、ロールオフが抑制できていることを明らかにした。
3 画素
5 走査線
6 データ線
101 有機EL素子
102 ガラスカバー
105 陰極
106 有機EL層(発光ユニット)
107 透明電極付きガラス基板
108 窒素ガス
109 捕水剤
A 表示部
B 制御部
Claims (14)
- ホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物を含む発光性膜であって、
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする発光性膜。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。] - 前記青色リン光発光性化合物から前記青色蛍光発光性化合物へのエネルギー移動の割合が、下記数式(3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の発光性膜。
数式(3):PF/PD≧0.34
[前記数式(3)中、PFは、前記青色リン光発光性化合物の三重項励起状態から前記青色蛍光発光性化合物の一重項励起状態へのフェルスター型エネルギー移動確率を表す。PDは、前記青色リン光発光性化合物の三重項励起状態から前記青色蛍光発光性化合物の三重項励起状態へのデクスター型エネルギー移動確率を表す。] - 前記青色リン光発光性化合物が、下記一般式(1)で表されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光性膜。
〔前記一般式(1)において、Mは、Ir又はPtを表す。A1、A2、B1及びB2は、それぞれ独立に炭素原子又は窒素原子を表す。環Z1は、A1及びA2とともに形成される6員の芳香族炭化水素環又は5員若しくは6員の芳香族複素環、又はこれらの環のうちの少なくとも1つを含む芳香族縮合環を表す。環Z2は、B1及びB2とともに形成される5員若しくは6員の芳香族複素環、又はこれらの環のうちの少なくとも1つを含む芳香族縮合環を表す。前記環Z1及び環Z2が有する炭素原子は、カルベン炭素原子であってもよい。A1とMとの結合及びB1とMとの結合は、一方が配位結合であり、他方は共有結合を表す。環Z1及び環Z2は、それぞれ独立に置換基を有していてもよい。環Z1及び環Z2の置換基が結合することによって、縮環構造を形成していてもよく、環Z1と環Z2とで表される配位子同士が連結していてもよい。Lは、Mに配位したモノアニオン性の二座配位子を表し、置換基を有していてもよい。mは、0〜2の整数を表す。nは、1〜3の整数を表す。MがIrの場合のm+nは3であり、MがPtの場合のm+nは2である。m又はnが2以上のとき、環Z1と環Z2とで表される配位子又はLはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、環Z1と環Z2とで表される配位子とLとは連結していてもよい。〕 - 陽極と陰極との間に、発光層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層が、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発光性膜を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発光性膜が、当該発光性膜に隣接する層の材料を含有していることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が0.001〜1g/(m2・day)の範囲内で、かつJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が0.001〜1mL/(m2・day・atm)の範囲内のガスバリアー層を有することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 陽極と陰極との間に、発光層と当該発光層に隣接する層とを備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層が、ホスト化合物及び青色リン光発光性化合物を含有し、
前記発光層に隣接する層が、青色蛍光発光性化合物を含有し、
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長が、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出され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。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。] - 前記青色リン光発光性化合物及び前記青色蛍光発光性化合物が、下記数式(5)又は数式(6)の少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項4から請求項7まで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。
数式(5):HOMOBPM>HOMOBFM
数式(6):LUMOBPM<LUMOBFM
〔前記数式において、HOMOBPMは、青色リン光発光性化合物の最高被占軌道(HOMO)におけるエネルギー準位を表す。HOMOBFMは、青色蛍光発光性化合物のHOMOエネルギー準位を表す。
また、LUMOBPMは、前記青色リン光発光性化合物の最低空軌道(LUMO)におけるエネルギー準位を表す。LUMOBFMは、前記青色蛍光発光性化合物のLUMOエネルギー準位を表す。〕 - JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が0.001〜1g/(m2・day)の範囲内で、かつJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が0.001〜1mL/(m2・day・atm)の範囲内のガスバリアー層を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- ホスト化合物、青色リン光発光性化合物及び青色蛍光発光性化合物を含有する有機材料組成物であって、
前記青色リン光発光性化合物の発光スペクトルと前記青色蛍光発光性化合物の吸収スペクトルとが、重なりを有しており、かつ、
前記青色リン光発光性化合物(式中において「BPM」と略記する。)と前記青色蛍光発光性化合物(式中において「BFM」と略記する。)の最短波長側の発光極大波長とが、下記数式(1)を満たし、
前記青色リン光発光性化合物と前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値が下記数式(2)を満たし、
前記青色蛍光発光性化合物に由来する発光が検出されることを特徴とする有機材料組成物。
数式(1):λBFM≧λBPM
[前記数式(1)中、λBFMは前記青色蛍光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。λBPMは前記青色リン光発光性化合物の最短波長側の発光極大波長を表す。]
数式(2):y BPM ≧y BFM
[前記数式(2)中、y BPM は、前記青色リン光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。y BFM は、前記青色蛍光発光性化合物の発光色のCIE色度座標のy値を表す。] - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発光性膜を有する有機エレクトロル
ミネッセンス素子を製造する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。 - 前記発光性膜が、ドライプロセスで製造され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の製造方法。
- 前記発光性膜が、ウェットプロセスで製造され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の製造方法。
- JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が0.001〜1g/(m2・day)の範囲内で、かつJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が0.001〜1mL/(m2・day・atm)の範囲内のガスバリアー層を有することを特徴とする請求項11から請求項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の製造方法。
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