説明

有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び液晶表示装置

【課題】 高輝度、且つ演色性に優れる有機エレクトロルミネッセンス素子、及び該素子を用いた照明装置、液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 支持基盤上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に複数の発光層を含む有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルが440〜480nm(青領域)、510〜540nm(緑領域)、600〜640nm(赤領域)の各々の領域に発光極大を有し、発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以上であるように調整されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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(ELD)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(無機EL素子)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。
【0003】
有機EL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・燐光)を利用して発光する素子であり、数V〜数十V程度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。
【0004】
また、有機EL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、様々なディスプレイのバックライトがある。照明光源として用いた場合には、一般的には白色光源として用いることになる。有機EL素子で白色光を得るには、1つの素子中に発光材料を調整して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。
【0005】
しかしながら、安価、高生産性、簡便な駆動方法など一般照明光源に求められる諸要求から見て、1つの素子中に発光材料を調整して混色により白色を得る方法がこ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。
【0006】
この方法において、白色光を得るには、更に詳細に述べれば、素子中に補色の関係にある2色の発光材料、例えば、青発光材料と黄発光材料を用い混色して白色を得る方法、青・緑・赤の3色の発光材料を用い混色して白色を得る方法があるが、より演色性が高く、照明に適した方法として青・緑・赤の3色の発光材料を用い混色する方法が好ましい。
【0007】
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EL素子が得られることが報告されている(例えば、特許文献1、2参照)。更に白色有機EL素子の事例が報告されている(例えば、特許文献3、4及び非特許文献1参照。)。
【0008】
また、より高輝度の有機EL素子が得られることから、近年、燐光発光材料の開発が進められている(例えば、特許文献5及び非特許文献2、3参照)。これは従来の蛍光体からの発光が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が25%であるのに対し、励起三重項からの発光を利用する燐光材料の場合には、前記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、蛍光発光材料の場合に比べて原理的に発光効率が最大4倍となりことによる。このような燐光発光材料を用いた白色有機EL素子が報告されている(例えば、非特許文献4、5参照。)。
【0009】
しかしながら、青、緑、赤の3色の発光材料を用いた白色有機EL素子においても、まだ演色性能において十分とは言えない。これは白色光を構成するエレクトロルミネッセンスのスペクトル形状が演色性の観点から十分に制御されていないためである。
【0010】
例えば、前記特許文献1においては、青、緑、赤の各色の発光極大波長については記載されているものの、演色性を左右する重要な因子である発光スペクトルの形状については記載がない。前記特許文献2〜4及び非特許文献1についてもスペクトルに関する詳細な記載はない。燐光発光体の記載がある非特許文献4、5においても、その発光スペクトル形状は本発明の範囲外にある。
【特許文献1】特開平6−207170号公報
【特許文献2】特開2004−235168号公報
【特許文献3】特開平8−78163号公報
【特許文献4】特開平8−96959号公報
【特許文献5】米国特許第6,097,147号明細書
【非特許文献1】Y.Kawamura et al.,Journal of Applied Physics,92(2002),p.87
【非特許文献2】M.A.Baldo et al.,Nature、395巻、151〜154頁(1998年)
【非特許文献3】M.A.Baldo et al.,Nature、403巻、17号、750〜753頁(2000年)
【非特許文献4】B.W.D’Andrade et al.,Adv.Mater.14(2002),p.147
【非特許文献5】Y.Tung et al.,SID2004 DIGEST,p.48
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、高輝度、且つ演色性に優れる有機エレクトロルミネッセンス素子、及び該素子を用いた照明装置、液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の上記目的は、下記の構成1〜10により達成された。
【0013】
(請求項1)
支持基盤上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に複数の発光層を含む有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルが440〜480nm(以下、青領域と呼称)、510〜540nm(以下、緑領域と呼称)、600〜640nm(以下、赤領域と呼称)の各々の領域に発光極大波長を有し、該発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以上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。
【0014】
(請求項2)
支持基盤上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に複数の発光層を含む有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルが440〜480nm(以下、青領域と呼称)、510〜540nm(以下、緑領域と呼称)、600〜640nm(以下、赤領域と呼称)の各々の領域に発光極大波長を有し、該発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の70%以上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。
【0015】
(請求項3)
前記緑領域に発光極大を有する燐光発光体、及び前記赤領域に発光極大を有する燐光発光体を有することを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0016】
(請求項4)
前記青領域に発光極大を有する燐光発光体を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0017】
(請求項5)
前記発光極大波長が青領域にある青発光層、緑領域にある緑発光層、赤領域にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0018】
(請求項6)
2°視野角正面色度がX=0.35±0.1、Y=0.35±0.1であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0019】
(請求項7)
前記青領域と緑領域の発光極大波長間、または前記緑領域と赤領域間の発光極大波長間に発光極大波長を有する少なくとも1種の発光体を少なくとも1層中に有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0020】
(請求項8)
前記発光体が燐光発光体であ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。
【0021】
(請求項9)
請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【0022】
(請求項10)
請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトとして有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の効果】
【0023】
本発明により、高輝度、且つ演色性が良好な有機EL素子、及び該素子を用いた照明装置、液晶表示装置を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
本発明においては、請求項1〜10のいずれか1項に規定する構成とすることにより、高輝度、且つ演色性に優れた有機EL素子、該素子を用いた照明装置及び液晶表示装置を提供することができた。
【0025】
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について順次説明する。
【0026】
《有機EL素子》
本発明の有機EL素子について説明する。
【0027】
《有機EL素子の発光と正面輝度》
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。
【0028】
本発明の有機EL素子は好ましくは2°視野角色度がX=0.35±0.1、Y=0.35±0.1にあり、更に好ましくは該色度がX=0.35±0.05、Y=0.35±0.05の領域内にある。更には2°視野角正面輝度が4000cd/m2において、前記色度にあることが好ましい。色度が前記範囲にあることにより、例えば、照明用光源として好ましく用いることができる。
【0029】
また、本発明の有機EL素子の発光スペクトルは、発光極大波長が各々440〜480nm(青領域)、510〜540nm(緑領域)、600〜640nm(赤領域)の各々の範囲に存在し、且つ各発光極大波長間の極小発光強度が隣接する前記波長領域にある極大発光強度の50%以上であり、更に好ましくは70%以上である。
【0030】
また、本発明の有機EL素子の構成層である発光層は素子の発光スペクトルが前記形状となるものであれば、その構成には特に制限はないが、発光極大波長が前記青領域にある青発光層、前記緑領域にある緑発光層、前記赤領域にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することが好ましい。
【0031】
なお、本発明の有機EL素子に係る発光層については、後述する有機EL素子の層構成のところで詳細に説明する。
【0032】
次に本発明の有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【0033】
(i)陽極/発光層ユニット/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(v)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層ユニット/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
ここで発光層ユニットは発光層が1層であってもよく、複数層の発光層であってもよい。更には複数層の発光層を有する場合には、各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【0034】
《発光層》
本発明に係る発光層は電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【0035】
本発明に係る発光層は発光極大波長が前記要件を満たしていれば、その構成には特に制限はないが、発光極大波長が前記青領域にある青発光層、前記緑領域にある緑発光層、前記赤領域にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することが好ましい。また、発光層の数が4層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
【0036】
なお、以下本発明では発光極大波長が440〜480nmにある層を青発光層、510〜540nmにある層を緑発光層、600〜640nmの範囲にある層を赤発光層と称する。
【0037】
発光層の積層順としては特に制限はなく、また各発光層間に非発光性の中間層を有していることが好ましい。本発明においては、少なくとも一つの青発光層が全発光層中最も陽極に近い位置に設けられていることが好ましい。また発光層を4層以上設ける場合には、陽極に近い順から、例えば、青/緑/赤/青、青/緑/赤/青/緑、青/緑/赤/青/緑/赤のように青、緑、赤を順に積層することが、輝度安定性を高める上で好ましい。
【0038】
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、且つ駆動電流に対する発光色の安定性向上の観点から、2nm〜5μmの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは2〜200nmの範囲に調整され、特に好ましくは10〜20nmの範囲である。
【0039】
個々の発光層の膜厚としては、2〜100nmの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは2〜20nmの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
【0040】
発光層の作製には後述する発光ドーパントやホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【0041】
また前記のスペクトル形状要件を維持する範囲において、各発光層には複数の発光性化合物を混合してもよい。例えば、青発光層に極大波長440〜480nmの青発光性化合物と、極大波長510〜540nmの緑発光性化合物を混合して用いてもよい。
【0042】
本発明においては、前記青領域と緑領域の発光極大波長間、または/及び前記緑と赤領域間の発光極大波長間に発光極大波長を有する少なくとも1種の発光体を少なくとも1層中に有することが好ましい。
【0043】
次に、発光層に含まれるホスト化合物、発光ドーパント(発光ドーパント化合物ともいう)について説明する。
【0044】
(ホスト化合物)
本発明の有機EL素子の発光層に含まれるホスト化合物とは、室温(25℃)における燐光発光の燐光量子収率が、0.1未満の化合物が好ましい。更に好ましくは燐光量子収率が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。
【0045】
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することができる。また後述する発光ドーパントを複数種用いることで異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【0046】
本発明に係るホスト化合物としては、下記一般式(1)で表される化合物が好ましく用いられる化合物の一例として挙げられる。また、前記化合物は発光層の隣接層(例えば、正孔阻止層等)にも好ましく用いられる。下記一般式(1)で表される化合物を発光層または該発光層の隣接層に含み、本発明に係る燐光発光体を発光層に用いて作製した有機EL素子は発光効率が高くなり、高輝度の素子を得ることができる。
【0047】
【化1】

【0048】
式中、Z1は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表し、Z2は各々置換基を有していてもよい芳香族複素環または芳香族炭化水素環を表し、Z3は2価の連結基または単なる結合手を表す。R101は水素原子または置換基を表す。
【0049】
前記一般式(1)において、Z1、Z2で表される芳香族複素環としては、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、トリアジン環、ベンゾイミダゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、カルバゾール環、カルボリン環、カルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子が更に窒素原子で置換されている環等が挙げられる。更に前記芳香族複素環は、後述するR101で表される置換基を有してもよい。
【0050】
前記一般式(1)において、Z2で表される芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o−テルフェニル環、m−テルフェニル環、p−テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。更に前記芳香族炭化水素環は、後述するR101で表される置換基を有してもよい。
【0051】
一般式(1)において、R101で表される置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、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(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)等が挙げられる。これらの置換基は上記の置換基によって更に置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
【0052】
好ましい置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、フッ化炭化水素基、アリール基、芳香族複素環基である。
【0053】
2価の連結基としては、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、アリーレンなどの炭化水素基のほか、ヘテロ原子を含むものであってもよく、また、チオフェン−2,5−ジイル基や、ピラジン−2,3−ジイル基のような、芳香族複素環を有する化合物(ヘテロ芳香族化合物ともいう)に由来する2価の連結基であってもよいし、酸素や硫黄などのカルコゲン原子であってもよい。また、アルキルイミノ基、ジアルキルシランジイル基やジアリールゲルマンジイル基のような、ヘテロ原子を会して連結する基でもよい。
【0054】
単なる結合手とは、連結する置換基同士を直接結合する結合手である。
【0055】
本発明においては、前記一般式(1)のZ1が6員環であることが好ましい。これにより、より発光効率を高くすることができる。更に、一層長寿命化させることができる。また、本発明においては前記一般式(1)のZ2が6員環であることが好ましい。これにより、より発光効率を高くすることができる。更により一層長寿命化させることができる。更に前記一般式(1)のZ1とZ2を共に6員環とすることで、より一層発光効率と高くすることができるので好ましい。更により一層長寿命化させることができるので好ましい。
【0056】
以下、本発明に係る一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
【0057】
【化2】

【0058】
【化3】

【0059】
【化4】

【0060】
【化5】

【0061】
【化6】

【0062】
【化7】

【0063】
【化8】

【0064】
【化9】

【0065】
【化10】

【0066】
【化11】

【0067】
【化12】

【0068】
【化13】

【0069】
【化14】

【0070】
【化15】

【0071】
【化16】

【0072】
【化17】

【0073】
【化18】

【0074】
【化19】

【0075】
【化20】

【0076】
【化21】

【0077】
【化22】

【0078】
【化23】

【0079】
【化24】

【0080】
【化25】

【0081】
【化26】

【0082】
【化27】

【0083】
【化28】

【0084】
【化29】

【0085】
【化30】

【0086】
【化31】

【0087】
【化32】

【0088】
【化33】

【0089】
【化34】

【0090】
【化35】

【0091】
【化36】

【0092】
【化37】

【0093】
また、本発明に用いられる発光ホストとしては、従来公知の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(蒸着重合性発光ホスト)でもいい。
【0094】
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ発光の長波長化を防ぎ、なお且つ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。
【0095】
例えば、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号公報等が挙げられる。
【0096】
本発明においては、発光極大波長が440〜480nmの範囲にある青発光層、510〜540nmの範囲にある緑発光層、600〜640nmの範囲にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することが好ましいが、前記3層の少なくとも2層のホスト化合物の50質量%以上が燐光発光エネルギーが各々2.9eV以上であり、且つTg(ガラス転移点)が各々90℃以上の化合物が好ましく、更に好ましくは100℃以上の化合物である。中でも、有機EL素子保存性向上(耐久性向上ともいう)、発光層界面での化合物の分布のむらを低減させる観点から、特に好ましくは前記化合物の分子構造が同一であることが好ましい。
【0097】
ここで、ホスト化合物の物理化学的特性が同一または分子構造が同一であることが好ましい理由については、後述する非発光性の中間層のところで詳細に説明する。
【0098】
(Tg(ガラス転移点))
ここで、ガラス転移点(Tg)とは、DSC(Differential Scanning Colorimetry: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。
【0099】
上記のような同一の物理的特性を有するホスト化合物を用いること、更に好ましくは同一の分子構造を有するホスト化合物を用いることにより、有機EL素子の有機化合物層(有機層ともいう)全体に渡って均質な膜性状が得られ、更にまたホスト化合物の燐光発光エネルギーを2.9eV以上になるように調整することが、特に燐光ドーパントを用いた際にドーパントへのエネルギー移動が効率的となり、より高い輝度を得ることができる。
【0100】
(燐光発光エネルギー)
本発明に係る燐光発光エネルギーについて説明する。本発明に係る燐光発光エネルギーとは、ホスト化合物を支持基盤(単に基板でもよい)上に100nmの蒸着膜のフォトルミネッセンスを測定した時、得られる燐光発光の0−0バンドのピークエネルギーを言う。
【0101】
《燐光発光の0−0バンドの測定方法》
まず、燐光スペクトルの測定方法について説明する。
【0102】
測定する発光ホスト化合物を、よく脱酸素されたエタノール/メタノール=4/1(体積/体積)の混合溶媒に溶かし、燐光測定用セルに入れた後液体窒素温度77°Kで励起光を照射し、励起光照射後100msでの発光スペクトルを測定する。燐光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、100ms後に残存する光はほぼ燐光であると考えることができる。なお燐光寿命が100msより短い化合物に対しては、遅延時間を短くして測定しても構わないが、蛍光と区別できなくなるほど遅延時間を短く設定すると、燐光と蛍光が分離できないので問題となるため、その分離が可能な遅延時間を選択する必要がある。
【0103】
また上記溶剤系で溶解できない化合物については、その化合物を溶解しうる任意の溶剤を使用してもよい(実質上、上記測定法では燐光波長の溶媒効果はごくわずかなので問題ない)。
【0104】
次に0−0バンドの求め方であるが、本発明においては、上記測定法で得られた燐光スペクトルチャートのなかで最も短波長側に現れる発光極大波長をもって0−0バンドと定義する。
【0105】
燐光スペクトルは通常強度が弱いことが多いため、拡大するとノイズとピークの判別が難しくなるケースがある。このような場合には励起光照射中の発光スペクトル(便宜上これを定常光スペクトルと言う)を拡大し、励起光照射後100ms後の発光スペクトル(便宜上これを燐光スペクトルと言う)と重ねあわせ、燐光スペクトルに由来する定常光スペクトル部分から燐光スペクトルのピーク波長を読みとることで決定することができる。また、燐光スペクトルをスムージング処理することでノイズとピークを分離し、ピーク波長を読みとることもできる。なおスムージング処理としては、Savitzky&Golayの平滑化法等を適用することができる。
【0106】
(発光ドーパント)
本発明に係る発光ドーパントについて説明する。
【0107】
本発明に係る発光どーパントとしては、蛍光性化合物、燐光発光体(燐光性化合物、燐光発光性化合物等ともいう)を用いることができるが、より発光効率の高い有機EL素子を得る観点からは、本発明の有機EL素子の発光層や発光ユニットに使用される発光ドーパント(単に、発光材料ということもある)としては、上記のホスト化合物を含有すると同時に、燐光発光体を含有することが好ましい。
【0108】
(燐光発光体)
本発明に係る燐光発光体は、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℃)にて燐光発光する化合物であり、燐光量子収率が25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましい燐光量子収率は0.1以上である。上記燐光量子収率は、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。溶液中での燐光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係る燐光発光体は、任意の溶媒のいずれかにおいて上記燐光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
【0109】
燐光発光体の発光は原理としては2種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起ってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーを燐光発光体に移動させることで燐光発光体からの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つは燐光発光体がキャリアトラップとなり、燐光発光体上でキャリアの再結合が起こり燐光発光体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、燐光発光体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。燐光発光体は、有機EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
【0110】
本発明に係る燐光発光体としては、好ましくは元素の周期表で8族〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物(白金錯体系化合物)、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【0111】
以下に燐光発光体として用いられる化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。これらの化合物は、例えば、Inorg.Chem.40巻、1704〜1711に記載の方法等により合成できる。
【0112】
【化38】

【0113】
【化39】

【0114】
【化40】

【0115】
【化41】

【0116】
【化42】

【0117】
【化43】

【0118】
(蛍光発光体(蛍光性ドーパント等ともいう))
蛍光発光体(蛍光性ドーパント)の代表例としては、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、または希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
【0119】
また、従来公知のドーパントも本発明に用いることができ、例えば、国際公開第00/70655号パンフレット、特開2002−280178号公報、同2001−181616号公報、同2002−280179号公報、同2001−181617号公報、同2002−280180号公報、同2001−247859号公報、同2002−299060号公報、同2001−313178号公報、同2002−302671号公報、同2001−345183号公報、同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、同2002−50484号公報、同2002−332292号公報、同2002−83684号公報、特表2002−540572号公報、特開2002−117978号公報、同2002−338588号公報、同2002−170684号公報、同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、同2002−100476号公報、同2002−173674号公報、同2002−359082号公報、同2002−175884号公報、同2002−363552号公報、同2002−184582号公報、同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、同2002−226495号公報、同2002−234894号公報、同2002−235076号公報、同2002−241751号公報、同2001−319779号公報、同2001−319780号公報、同2002−62824号公報、同2002−100474号公報、同2002−203679号公報、同2002−343572号公報、同2002−203678号公報等が挙げられる。
【0120】
《非発光性の中間層》
本発明に用いられる非発光性の中間層(非ドープ領域等ともいう)について説明する。非発光性の中間層とは、複数の発光層を有する場合、その発光層間に設けられる層である。
【0121】
非発光性の中間層の膜厚としては、1nm〜50nmの範囲にあるのが好ましく、更には3〜10nmの範囲にあることが、隣接発光層間のエネルギー移動など相互作用を抑制し、且つ素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないということから好ましい。この非発光性の中間層に用いられる材料としては、発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する2つの発光層の少なくとも一方の発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
【0122】
非発光性の中間層は非発光各発光層と共通の化合物(例えば、ホスト化合物等)を含有していてもよく、各々共通ホスト材料(ここで、共通ホスト材料が用いられるとは、燐光発光エネルギー、ガラス転移点等の物理化学的特性が同一である場合やホスト化合物の分子構造が同一である場合等を示す。)を含有することにより、発光層−非発光層間の層間の注入障壁が低減され、電圧(電流)を変化させても正孔と電子の注入バランスが保ちやすいという効果を得ることができる。更に非ドープ発光層に各発光層に含まれるホスト化合物とが、同一の物理的特性または同一の分子構造を有するホスト材料を用いることにより、従来の有機EL素子作製の大きな問題点である、素子作製の煩雑さをも併せて解消することができる。
【0123】
また青、緑、赤の各発光層を有する有機EL素子においては、各々の発光材料に燐光発光体を用いる場合、青色の燐光発光体の励起三重項エネルギーが一番大きくなるが、前記青色の燐光発光体よりも大きい励起三重項エネルギーを有するホスト材料を発光層と非発光性の中間層とが共通のホスト材料として含んでいてもよい。
【0124】
本発明の有機EL素子においては、ホスト材料はキャリアの輸送を担うため、キャリア輸送能を有する材料が好ましい。キャリア輸送能を表す物性としてキャリア移動度が用いられるが、有機材料のキャリア移動度は一般的に電界強度に依存性が見られる。電界強度依存性の高い材料は正孔と電子注入・輸送バランスを崩しやすいため、中間層材料、ホスト材料は移動度の電界強度依存性の少ない材料を用いることが好ましい。
【0125】
また一方では正孔や電子の注入バランスを最適に調整するためには、非発光性の中間層は後述する阻止層、即ち正孔阻止層、電子阻止層として機能することも好ましい態様として挙げられる。
【0126】
本発明においては、発光極大波長が前記青領域にある青発光層、前記緑領域にある緑発光層、前記赤領域にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することが好ましく、更には、陽極に最も近い発光層が青発光層であることが好ましい。この態様において、該青発光層と次に陽極に近い青以外の発光層との間に、前記青発光層に含有されるホスト化合物に対してイオン化ポテンシャル(イオン化ポテンシャルの測定方法は、阻止層に係る化合物のイオン化ポテンシャルの測定方法と同様である。)が0.2eV以上大きい化合物を50質量%以上含有する非発光性層を有することが、本発明の有機EL素子の輝度向上の観点から好ましい。
【0127】
《注入層:電子注入層、正孔注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層とは駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層)と電子注入層(陰極バッファー層)とがある。
【0128】
陽極バッファー層(正孔注入層)は、特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【0129】
陰極バッファー層(電子注入層)は、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層(注入層)はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は0.1nm〜5μmの範囲が好ましい。
【0130】
《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。
【0131】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。
【0132】
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。
【0133】
イオン化ポテンシャルは化合物のHOMO(最高被占分子軌道)レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば、下記に示すような方法により求めることができる。
【0134】
(1)米国Gaussian社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるGaussian98(Gaussian98、Revision A.11.4,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,Pittsburgh PA,2002.)を用い、キーワードとしてB3LYP/6−31G*を用いて構造最適化を行うことにより、算出した値(eV単位換算値)の小数点第2位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
【0135】
(2)イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Model AC−1」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。
【0136】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは3〜100nmであり、更に好ましくは5〜30nmである。
【0137】
《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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【0138】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
【0139】
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。
【0140】
更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。またp型−Si、p型−SiC等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters,80(2002),p.139)に記載されているような、所謂p型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高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。
【0141】
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5〜200nmである。この正孔輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0142】
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、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0143】
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。
【0144】
《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。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。更に、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、また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。
【0145】
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または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、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、n型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【0146】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。電子輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0147】
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)などに記載されたものが挙げられる。
【0148】
本発明においては、このようなn性の高い電子輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0149】
《支持基盤》
本発明の有機EL素子に係る支持基盤(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。支持基盤側から光を取り出す場合には、支持基盤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盤としては、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盤は、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。
【0150】
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またはそれらの誘導体、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。
【0151】
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜また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が、0.01g/m2・day・atm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 7126−1992に準拠した方法で測定された酸素透過度が10-3g/m2/day以下、水蒸気透過度が10-3g/m2/day以下の高バリア性フィルムであることが好ましく、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも10-5g/m2/day以下であることが更に好ましい。
【0152】
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素など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、窒化珪素など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。
【0153】
《バリア膜の形成方法》
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、コーティング法など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。
【0154】
不透明な支持基盤としては、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。
【0155】
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量子効率は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。
【0156】
ここで、本発明に係る支持基盤に用いられる透明なバリア膜の層構成の一例を図7により説明し、更にバリア層の形成に好ましく用いられる大気圧プラズマ放電処理装置の一例を図8を用いて説明する。
【0157】
図7は、バリア膜(ガスバリアフィルムともいう)の層構成とその密度プロファイルの一例を示す模式図である。
【0158】
バリア膜201(透明でも不透明でもよい)は、基材202上に密度の異なる層を積層した構成をとる。本発明においては、低密度層203と高密度層205との間に中密度層204を設け、更に高密度層205上にも中密度層204を設け、これらの低密度層、中密度層、高密度層及び中密度層からなる構成を1ユニットとし、図7においては2ユニット分を積層した例を示してある。この時、各密度層内における密度分布は均一とし、隣接する層間での密度変化が階段状となるような構成をとる。なお、図7においては中密度層204を1層として示したが、必要に応じて2層以上の構成を採ってもよい。
【0159】
図8は、基材を処理する大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【0160】
大気圧プラズマ放電処理装置としては、少なくともプラズマ放電処理装置230、二つの電源を有する電界印加手段240、ガス供給手段250、電極温度調節手段260を有している装置である。
【0161】
図8は、ロール回転電極(第1電極)235と角筒型固定電極群(第2電極)236(個々の電極も角筒型固定電極236とする)との対向電極間(放電空間)232で、基材Fをプラズマ放電処理して薄膜を形成するものである。図8においては、1対の角筒型固定電極群(第2電極)236とロール回転電極(第1電極)235とで1つの電界を形成し、この1ユニットで、例えば、低密度層の形成を行う。図8においては、この様な構成からなるユニットを計5カ所備えた構成例を示し、それぞれのユニットで供給する原材料の種類、出力電圧等を任意に独立して制御することにより、積層型のバリア膜(透明ガスバリア層ともいう)を連続して形成することができる。
【0162】
ロール回転電極(第1電極)235と角筒型固定電極群(第2電極)236との間の放電空間(対向電極間)232に、ロール回転電極(第1電極)235には第1電源241から周波数ω1、電界強度V1、電流I1の第1の高周波電界を、また角筒型固定電極群(第2電極)236にはそれぞれに対応する各第2電源242から周波数ω2、電界強度V2、電流I2の第2の高周波電界をかけるようになっている。
【0163】
ロール回転電極(第1電極)235と第1電源241との間には、第1フィルタ243が設置されており、第1フィルタ243は第1電源241から第1電極への電流を通過しやすくし、第2電源242からの電流をアースして、第2電源242から第1電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【0164】
また、角筒型固定電極群(第2電極)236と第2電源242との間には、それぞれ第2フィルタ244が設置されており、第2フィルタ244は第2電源242から第2電極への電流を通過しやすくし、第1電源241からの電流をアースして、第1電源241から第2電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【0165】
なお、ロール回転電極235を第2電極、また角筒型固定電極群236を第1電極としてもよい。いずれにしろ第1電極には第1電源が、また第2電極には第2電源が接続される。第1電源は第2電源より高い高周波電界強度(V1>V2)を印加することが好ましい。また周波数はω1<ω2となる能力を有している。
【0166】
また電流はI1<I2となることが好ましい。第1の高周波電界の電流I1は好ましくは0.3〜20mA/cm2、更に好ましくは1.0〜20mA/cm2である。また第2の高周波電界の電流I2は好ましくは10〜100mA/cm2、更に好ましくは20〜100mA/cm2である。
【0167】
ガス供給手段250のガス発生装置251で発生させたガスGは、流量を制御して給気口よりプラズマ放電処理容器231内に導入する。
【0168】
基材Fを図示されていない元巻きから巻きほぐして搬送されて来るか、または前工程から搬送されて来て、ガイドロール264を経てニップロール265で基材に同伴されて来る空気等を遮断し、ロール回転電極235に接触したまま巻き回しながら角筒型固定電極群236との間に移送し、ロール回転電極(第1電極)235と角筒型固定電極群(第2電極)236との両方から電界をかけ、対向電極間(放電空間)232で放電プラズマを発生させる。基材Fはロール回転電極235に接触したまま巻き回されながらプラズマ状態のガスにより薄膜を形成する。基材Fはニップロール266、ガイドロール267を経て、図示してない巻き取り機で巻き取るか、次工程に移送する。放電処理済みの処理排ガスG′は排気口253より排出する。
【0169】
薄膜形成中、ロール回転電極(第1電極)235及び角筒型固定電極群(第2電極)236を加熱または冷却するために、電極温度調節手段260で温度を調節した媒体を送液ポンプPで配管261を経て両電極に送り、電極内側から温度を調節する。なお、268及び269はプラズマ放電処理容器231と外界とを仕切る仕切板である。
【0170】
《封止》
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、支持基盤とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【0171】
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、電気絶縁性は特に限定されない。
【0172】
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または合金からなるものが挙げられる。
【0173】
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酸素透過度10-3g/m2/day以下、水蒸気透過度10-3g/m2/day以下のものであることが好ましい。また前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも10-5g/m2/day以下であることが、更に好ましい。
【0174】
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などの湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。またエポキシ系など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。
【0175】
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。
【0176】
また、有機層を挟み支持基盤と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基盤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、水分や酸素など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、窒化珪素など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、コーティング法などを用いることができる。
【0177】
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。
【0178】
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。
【0179】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基盤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。
【0180】
《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あまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式など湿式製膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
【0181】
《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。
【0182】
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50〜200nmの範囲で選ばれる。なお発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極または陰極のいずれか一方が透明または半透明であれば、発光輝度が向上し好都合である。
【0183】
また陰極に上記金属を1〜20nmの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで透明また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。
【0184】
《有機EL素子の作製方法》
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。
【0185】
まず適当な支持基盤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10〜200nmの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次にこの上に有機EL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、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。
【0186】
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如く、蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法)等があるが、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点から真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。更に層毎に異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度50〜450℃、真空度10-6〜10-2Pa、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−50〜300℃、膜厚0.1nm〜5μm、好ましくは5〜200nmの範囲で適宜選ぶことが望ましい。これらの層を形成後、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、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機EL素子が得られる。この有機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等の配慮が必要となる。
【0187】
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた多色の表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として電圧2〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお印加する交流の波形は任意でよい。
【0188】
《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1.6〜2.1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。
【0189】
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(例えば、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(例えば、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(例えば、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(例えば、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(例えば、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)などがある。
【0190】
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。
【0191】
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。
【0192】
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。
【0193】
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、フッ素系ポリマーなどが挙げられる。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。
【0194】
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。
【0195】
全反射を起こす界面、またはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が1次の回折や2次の回折といった所謂ブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち、層間での全反射等により外に出ることができない光をいずれかの層間、もしくは媒質中(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。
【0196】
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。
【0197】
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。
【0198】
回折格子を導入する位置としては前述の通り、いずれかの層間もしくは媒質中(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、ハニカムラチス状など2次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【0199】
《集光シート》
本発明の有機EL素子は支持基盤(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、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【0200】
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10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【0201】
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)などを用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【0202】
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)などを用いることができる。
【0203】
《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、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、これに限定するものではない。本発明の有機EL素子は、特に照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【実施例】
【0204】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0205】
実施例1
《有機EL素子1−1の作製》
陽極として30mm×30mm、厚さ0.7mmのガラス基板上に、ITO(インジウムチンオキシド)を120nm成膜した基板(支持基盤ともいう)にパターニングを行った後、このITO透明電極を付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た。
【0206】
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を各々素子作製に最適の量充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
【0207】
次いで真空度4×10-4Paまで減圧した後、m−MTDATAの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板に蒸着し、40nmの正孔注入層を設けた。
【0208】
更に表1に記載の混合比で、各層が形成されるように上記材料が装填された蒸着用るつぼに通電を行い、共蒸着または単独蒸着して正孔輸送層、各発光層及び各中間層を各々成膜した。更にBAlqの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記層上に蒸着して正孔阻止層を作製し、次いで同様にして電子輸送層を設けた。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。
【0209】
《有機EL素子1−2〜1−4の作製》
表1に記載されるように各層の構成材料及び膜厚を変更した以外は、有機EL素子1−1と同様にして有機EL素子1−2〜1−4を作製した。
【0210】
なお、各発光層、電子輸送層に複数の材料を用いる場合の表1き記載される混合比(%)は、膜厚比で定義されるものである。
【0211】
【化44】

【0212】
【化45】

【0213】
【表1】

【0214】
(素子の封止化処理と色度、発光スペクトルの評価)
実施例1で得られた有機EL素子1−1〜1−4の各々の非発光面をガラスケースで覆い、ガラスカバーでの封止作業は有機EL素子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5、図6に示すような照明装置とした後、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)を用いて、各素子の色度、及び発光スペクトルを評価した。
【0215】
また有機EL素子1−1〜1−4の全ての素子は、正面輝度4000cd/m2でのCIE1931表色系における色度がX=0.35±0.05、Y=0.35±0.05の範囲内にあった。
【0216】
また有機EL素子1−1〜1−4の発光スペクトルを図1〜4に示す。
【0217】
(色再現忠実性の評価法)
次いで、下記の方法により上記照明装置の色再現における忠実性の評価を行った。
【0218】
マクベス社製カラーチェッカーチャートの赤、緑、青、黄、マゼンタ、シアンチャートについて、D50標準光源で照射した際に観測されるこれらのチャートのCIE1976表色系での色度(a*、b*)を色再現計算によって求め、次いで前記有機EL素子1−1〜1−4を用いた照明装置で照射した際の色度を同様にして色再現計算によって求める。次いで、標準光源に対する前記6色の色差の合計ΔEを下記式によって求める。
【0219】
【数1】

【0220】
ここで、a*(D50)、b*(D50)は標準光源D50で照射した際の各色チャートの色度を、a*(素子)、b*(素子)は前記有機EL素子1−1〜1−4のいずれかの1種を用いた照明装置で照射した際の色度を示す。ΔEが小さいほど標準光源に対する差異が小さく、色再現の忠実性が高いこと、即ち演色性が高いことを示す。
【0221】
なお上記の評価において基準光源としてD50を用いたが、本発明の有機EL素子は、いずれもD50とほぼ同等色温度(<200°K)を有しており、黒体軌跡からの偏差Δuvは0.02以下であり、基準光源としてD50を用いることは妥当であった。
【0222】
【表2】

【0223】
【表3】

【0224】
上表より、本発明の発光スペクトル形状を有する有機EL素子1−3、1−4は、色再現の忠実性、即ち演色性において優れていることがわかる。
【0225】
有機EL素子1−1と1−2の比較より、本発明でいうところの青、緑、赤領域の各々発光極大を有する素子1−2の方が忠実性に優れるが、なお十分ではない。即ち、有機EL素子1−2に対し本発明の発光スペクトル形状を有する有機EL素子1−3の方が優れており、更には本発明のより好ましい形態、即ち青、緑、赤各領域間の極小発光強度が各領域の極大発光強度の70%以上にある有機EL素子1−4がより優れた特性を示している。
【0226】
以上の実施例により、有機EL素子による照明装置において、色再現の忠実性、即ち演色性を高める好ましい態様が具体的構成、手段と共に示されている。
【図面の簡単な説明】
【0227】
【図1】有機EL素子の発光スペクトルである。
【図2】有機EL素子の発光スペクトルである。
【図3】有機EL素子の発光スペクトルである。
【図4】有機EL素子の発光スペクトルである。
【図5】照明装置の概略図である。
【図6】照明装置の断面図である。
【図7】バリア膜の層構成とその密度プロファイルの一例を示す模式図である。
【図8】基材を処理する大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【0228】
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 バリア膜
202 基材
203 低密度層
204 中密度層
205 高密度層
230 プラズマ放電処理装置
231 プラズマ放電処理容器
235 ロール回転電極
236 角筒型固定電極群
240 電界印加手段
250 ガス供給手段
251 ガス発生装置
253 排気口
260 電極温度調節手段
261 配管
266 ニップロール
267 ガイドロール
268、269 仕切板
F 基材
P 送液ポンプ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持基盤上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に複数の発光層を含む有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルが440〜480nm(以下、青領域と呼称)、510〜540nm(以下、緑領域と呼称)、600〜640nm(以下、赤領域と呼称)の各々の領域に発光極大波長を有し、該発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の50%以上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。
【請求項2】
支持基盤上に少なくとも陽極、陰極及び該陽極と該陰極間に複数の発光層を含む有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルが440〜480nm(以下、青領域と呼称)、510〜540nm(以下、緑領域と呼称)、600〜640nm(以下、赤領域と呼称)の各々の領域に発光極大波長を有し、該発光極大波長間の極小発光強度が隣接する波長領域にある極大発光強度の70%以上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。
【請求項3】
前記緑領域に発光極大を有する燐光発光体、及び前記赤領域に発光極大を有する燐光発光体を有することを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項4】
前記青領域に発光極大を有する燐光発光体を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項5】
前記発光極大波長が青領域にある青発光層、緑領域にある緑発光層、赤領域にある赤発光層の少なくとも3層の発光層を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項6】
2°視野角正面色度がX=0.35±0.1、Y=0.35±0.1であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項7】
前記青領域と緑領域の発光極大波長間、または前記緑領域と赤領域間の発光極大波長間に発光極大波長を有する少なくとも1種の発光体を少なくとも1層中に有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項8】
前記発光体が燐光発光体であ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。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【請求項10】
請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子をバックライトとして有することを特徴とする液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2006−287154(P2006−287154A)
【公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−108507(P2005−108507)
【出願日】平成17年4月5日(2005.4.5)
【出願人】(000001270)コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Fターム(参考)】