JP2020129454A - 塗布用インキ並びに該塗布用インキを用いた電子デバイス及びエレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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前記ヘテロポリオキソメタレートはリンモリブデン酸であることが好ましい。
前記インキ溶媒は、ニトリル基を持つ化合物であることが好ましい。
前記金属は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、スズ、アンチモン及びタングステンのうちいずれか一種であることが好ましい。
前記ヘテロポリオキソメタレートは、リンモリブデン酸であることが好ましい。
前記金属をドープしたリンモリブデン酸薄膜は、素子内部で電荷を発生させた際に、電荷アクセプター層として機能することが好ましい。
前記金属は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、スズ、アンチモン及びタングステンのうち一種であることが好ましい。
本発明の塗布用インキは、室温で塗布可能なことから、PET基板などの耐熱性の低い基板にも使用でき、フレキシブルエレクトロルミネッセンス素子の開発に大幅に貢献できる。また、塗布型タンデム素子の中間層材料として従来のものよりも優れた性能を発揮する。
本発明の塗布用インキは、金属をドープしたヘテロポリオキソメタレート、及び、インキ溶媒を含み、かつ、該金属をドープしたヘテロポリオキソメタレートを構成する元素、及び、該インキ溶媒を構成する元素のみからなることを特徴とする。すなわち、本発明の塗布用インキは、金属をドープしたヘテロポリオキソメタレート、及び、インキ溶媒のみからなる。
ヘテロポリオキソメタレートには、リンモリブデン酸(H3[PMo12O40])、ケイモリブデン酸(H4[SiMo12O40])、リンタングステン酸(H3[PW12O40])、ケイタングステン酸(H4[SiW12O40])及びリンタングストモリブデン酸(H3[PW6Mo6O40])等が挙げられる。これらのうち、下記構造式を有するリンモリブデン酸(H3[PMo12O40])が溶解性、安定性および入手容易などの点で好ましい。ヘテロポリオキソメタレートは従来公知の方法で合成してもよいし、市販品を入手してもよい。
インキ溶媒と、金属ドープしたヘテロポリオキソメタレートとの比率(重量比)は、通常1:1〜99.9:0.1である。
本発明の電子デバイスは、一層又は複数層の薄膜を含み、該薄膜のうち少なくとも一層が、前記した金属ドープされたヘテロポリオキソメタレートの薄膜である。
前記ヘテロポリオキソメタレートには、リンモリブデン酸を用いることが好ましく、金属ドープしたリンモリブデン酸の薄膜は、素子内部で電荷を発生させた際に、電荷アクセプター層として機能する。
本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、タンデム状に積層された複数の発光ユニットと、該複数の発光ユニットのうち、2つの発光ユニットの間に配置され、該発光ユニット間を電気的に接続する中間層とを有し、前記中間層のうち少なくとも一層が、銀をドープしたリンモリブデン酸薄膜からなる電荷アクセプター層であることを特徴とする。
前記エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極と、該陽極及び陰極に挟まれた少なくとも一層の薄膜層を有する。前記薄膜層は、発光層及び電荷移動層であり、該電荷移動層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層などである。正孔注入層のうち、三酸化モリブデンなどのように電子を受け取るタイプのものを電荷アクセプター層、それに隣接して電子を与える正孔輸送層を電荷ドナー層といい、これら二つからなるものを電荷発生層という。
タンデム構造の代表的な素子構成は、陽極/第1発光ユニット/電荷移動層/第2発光ユニット/電荷移動層/第3発光ユニット/陰極である。第1発光ユニット、第2発光ユニット及び第3発光ユニットは同一であっても異なっていてもよい。また、例えば、2つの発光層が同じであり、残る1つが異なっていてもよい。
<陽極1>
ボトムエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子の場合、陽極1には光透過性を示す電極が用いられる。陽極1には、例えば、電気伝導度の高い金属酸化物、金属硫化物又は金属等の薄膜が挙げられ、具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、金、白金、銀、又は銅等からなる薄膜が挙げられる。また、ポリアニリン若しくはその誘導体、又はポリチオフェン若しくはその誘導体等の有機の透明導電膜を陽極1として用いてもよい。
トップエミッション型のエレクトロルミネッセンス素子の場合、陽極2には、光を反射する材料を用いてもよく、このような材料としては、仕事関数3.0eV以上の金属、金属酸化物、金属硫化物が好ましい。
正孔注入材料には、本発明の塗布用インキが用いられる。その他、前記塗布用インキとともに、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム及び酸化アルミニウム等の酸化物、並びにフェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、アモルファスカーボン、ポリアニリン、及びポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT:PSS)等のポリチオフェン誘導体等を用いてもよい。
正孔輸送材料には、例えば、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−アルト−N−(4−ブチルフェニル)ジフェニルアミン)(TFB)、4,4’−シクロヘキシリデンビス[N,N−ビス(4−メチルフェニル)ベンゼンアミン](TAPC)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(α−NPD)、(4,4’,4’’トリ−9−カルバゾリルトリフェニルアミン(TCTA))及び(4,4’,4’’トリス[フェニル(m−トリル)アミノ]トリフェニルアミン))等が挙げられる。これらのうち、塗布成膜が可能でかつ、寿命の向上の観点から、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−アルト−N−(4−ブチルフェニル)ジフェニルアミン)(TFB)が好ましい。
発光層4には、エレクトロルミネッセンス素子で用いられる他の発光層と同様に、発光材料と共にホスト化合物を併用することが好ましい。発光材料には、例えば、ビス[2−(4−n−ヘキシルフェニル)キノリン](アセチルアセトネート)イリジウム(III)(HexIr(phq)3)、トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)、ビス[2−(4,6−ジフルオロフェニル)ピリジナト−C2,N](ピコリナト)イリジウム(III)(FIrpic)、トリス[1−フェニルイソキノリン−C2,N]イリジウム(III)(Ir(piq)3)、(4s,6s)−2,4,5,6−テトラ(9H−カルバゾール−9−イル)イソフタロニトリル(4CzIPN)、10,10’−(4,4’−スルホニルビス(4,1−フェニレン))ビス(9,9−ジメチル−9,10−ジヒドロアクリジン))(DMAC−DPS)等が挙げられる。ホスト化合物には、例えば、ICTRZ−1、ビス[2−(ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテルオキシド(DPEPO)、3,6−ビス(ジフェニルホルホリル)−9−フェニルカルバゾール(PO9)、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル(CBP)、3,3’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル(mCBP)、トリス(4−カルバゾイル−9−イルフェニル)アミン(TCTA)、2,8−ビス(ジフェニルホスホリル)ジベンゾチオフェン(PPT)、アダマンタン・アントラセン(Ad−Ant)、ルブレン、及び2,2’−ビ(9,10−ジフェニルアントラセン)(TPBA)等が挙げられる。
電子注入材料には、炭酸セシウム(Cs2CO3);酸化亜鉛(ZnO);ポリエチレンイミン誘導体(PEIE);8−キノリノラトナトリウム(Naq)、8−ヒドロキシキノリノラートリチウム(Liq)、リチウム2−(2−ピリジル)フェノラート(Lipp)、及びリチウム2−(2’,2’’−ビピリジン−6’−イル)フェノラート(Libpp)等のリチウムフェノラート塩等のアルカリ金属塩等が知られている。これらのうち、特にLiqは、大気中で安定であり、しかも大気下に曝露できないCs2CO3よりも低電圧化及び高効率化できることから、塗布型電子注入材料として好適である。これらの公知の電子注入材料を、本発明で用いられる電子注入層5に所期の量で添加してもよい。
電荷発生層6は、電荷ドナー層及び電荷アクセプター層である。電荷ドナー層の材料は正孔輸送層3と同じものを使用できる。一方、電荷アクセプター層には、ヘキサアザトリフェニレンカルボ二トリル(HAT-CN)、三酸化タングステン、三酸化モリブデン等の金属酸化物、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸などのヘテロポリオキソメタレート及び本発明の金属ドープしたヘテロポリオキソメタレート等が挙げられる。
陰極9には、一般的にAlの金属電極が用いられるが、銀など他の金属であってもよい。この金属電極は蒸着法又は塗布法により形成される。その他、例えば、PEDOT:PSS等の導電性樹脂からなる薄膜、並びに樹脂及び導電性フィラーからなる薄膜等が用いられる。
樹脂及び導電性フィラーからなる薄膜の場合、樹脂には導電性樹脂が使用でき、導電性フィラーには、金属微粒子や導電性ワイヤー等を使用できる。導電性フィラーには、Au、Ag、Al、Cu、及びC等が使用できる。
〔実施例1〕塗布用インキの調製
リンモリブデン酸(PMA)に対して、14種類の金属(Mg、Al、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ag、Sn、Sb又はW)をそれぞれ10wt%の濃度になるように添加した後、アセトニリルに溶解させて、濃度30mg/mLの塗布用インキを調製した。
〔実施例2〕塗布用インキの調製
実施例1において、アセトニトリルの代わりに1−ブタノールを用いた以外は、実施例1と同様にして、塗布用インキを調製した。
リンモリブデン酸(PMA)をアセトニトリルに溶解させて、濃度10mg/mLのインキを調製した。
〔比較例2〕
比較例1において、アセトニトリルの代わりに1−ブタノールを用いた以外は、比較例1と同様にして、塗布用インキを調製した。
実施例2及び比較例2で得られた塗布用インキを用いて、厚さ30 nmの薄膜を形成し、XPS(X線光電子分光)測定を行ったところ、Moが6価から5価に還元されていることがわかった。色が濃いものほど、還元の度合いは高く、Znをドープした溶液では45%ほどが還元されていた。また、アセトニトリル溶液と1−ブタノール溶液とでは、色の変化の度合いが異なり、アセトニトリル溶液中でより強く色が変化していた。
なお、表1中、「Baked PMA」は溶液塗布後、200℃でベイクして薄膜を形成したサンプルである。
結果を図1〜3に示す。
実施例2で得られた塗布用インキ、及び比較例2のインキを用いてエレクトロルミネッセンス素子を作製した。
素子の構成を以下に示す(図4)。HIL(正孔注入層)には、PMA膜(ベイク無し)、PMA膜(200℃でベイク)、及び、PMA:10wt%(Mg、Al、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ag、Sn、SbまたはW)の3種類の層を形成した。括弧内は膜厚(nm)を示す。
ITO(130)/HIL(10)/NPD(30)/CBP:8wt%Ir(ppy)3(30)/BAlq2(10)/Alq3(40)/Liq(1)/Al(100)
実施例2のうち、Agで還元したリンモリブデン酸を含む塗布用インキを用いてタンデム素子を作製した。
素子構造を以下に示す。LEUは発光ユニットを表す。
1st−LEU
素子1:ITO/PEDOT:PSS/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/Al
素子2:ITO/PMA/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/Al
素子3:ITO/PMA:Ag/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/Al
素子4:ITO/PEDOT:PSS/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/PMA/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/Al
素子5:ITO/PEDOT:PSS/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/PMA:Ag/TFB/ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3/ZnO/PEIE/Al
正孔注入層 PEDOT:PSSの60wt%水溶液
電子注入層 ZnOの5mg/ml メタノール溶液
発光層 ICTRZ−1:12wt% Hex−Ir(phq)3の
10mg/ml THF溶液
電子注入層 PEIEの4mg/ml 2−プロパノール溶液
電荷発生層 PMAの10mg/ml アセトニトリル溶液
電荷発生層 PMA:Agの10mg/ml アセトニトリル溶液
(2時間攪拌後に成膜)
電荷発生層 TFBの7mg/ml p−キシレン溶液
2 正孔注入層
3 正孔輸送層
4 発光層
5,5’ 電子注入層
6,6’ 電荷発生層
7 発光層
8,8’ 電子注入層
9 陰極
Claims (9)
- 金属をドープしたヘテロポリオキソメタレート、及び、インキ溶媒を含む塗布用インキであって、
該塗布用インキ中に含まれる元素が、金属をドープしたヘテロポリオキソメタレートを構成する元素、及び、インキ溶媒を構成する元素のみからなることを特徴とする塗布用インキ。 - 前記ヘテロポリオキソメタレートがリンモリブデン酸である、請求項1に記載の塗布用インキ。
- 前記インキ溶媒が、ニトリル基を持つ化合物である、請求項1又は2に記載の塗布用インキ。
- 前記金属がマグネシウム、アルミニウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、スズ、アンチモン及びタングステンのうちいずれか一種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の塗布用インキ。
- 一層又は複数層の薄膜を含む電子デバイスであって、
前記薄膜のうち少なくとも一層が、金属をドープしたヘテロポリオキソメタレートの薄膜であることを特徴とする電子デバイス。 - 前記ヘテロポリオキソメタレートがリンモリブデン酸である、請求項5に記載の電子デバイス。
- 前記金属をドープしたリンモリブデン酸薄膜が、素子内部で電荷を発生させた際に、電荷アクセプター層として機能する、請求項5又は6に記載の電子デバイス。
- 前記金属が、マグネシウム、アルミニウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、スズ、アンチモン及びタングステンのうち一種である、請求項5〜7のいずれか一項に記載の電子デバイス。
- タンデム状に積層された複数の発光ユニットと、
該複数の発光ユニットのうち、2つの発光ユニットの間に配置され、該発光ユニット間を電気的に接続する中間層と、を有するエレクトロルミネッセンス素子であって、
前記中間層のうち少なくとも一層が、銀をドープしたリンモリブデン酸薄膜からなる電荷アクセプター層であることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
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