JP5948276B2 - 積層体、及び有機電界発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、積層体、及び有機電界発光装置に関する。
有機電界発光装置は、一対の電極間に有機発光層を有する構成であり、自発光型の表示装置であり、ディスプレイや照明の用途に期待されている。例えば、有機電界発光ディスプレイは、従来のCRTやLCDと比較して視認性が高く、視野角依存性がない等の表示性能上の利点を有している。また、ディスプレイを軽量化、薄層化できる利点もある。その一方、有機電界発光照明は、軽量化、薄層化が可能であるとの利点に加え、フレキシブルな基板を用いることでこれまで実現できなかった形状の照明を実現できる可能性を有している。
光取り出し効率を向上させるために、基板と光拡散層と平坦化層とをこの順に有する積層体からなる光取り出し部材を有する有機電界発光装置が知られている(例えば特許文献1〜3)。光拡散層は、平均粒径がミクロンオーダーの光拡散粒子とバインダーとを含む層であり、光拡散粒子により有機発光層側から出射した光が散乱し、光取り出し側に拡散することで、光取り出し効率を向上させることができる。平坦化層は、光拡散層の表面が凹凸形状を有している場合などに、表面を平らにするために設けられ、その後の電極形成プロセスなどの工程を行いやすくするはたらきがある。
特開2012−155177号公報 特開2009−76452号公報 特開2012−221604号公報
しかしながら、有機電界発光装置において、光拡散層のバインダーとして(メタ)アクリレート系モノマーを重合してなる(メタ)アクリル系樹脂を用いた場合、光取り出し効率の低下や、発光面に暗い部分が多数発生し、明るく光っている部分との輝度差が生じ、シミ・ムラとなって視認されるため、外観上望ましくないという問題があった。このシミ・ムラは長時間の駆動で更に目立って見られる。
本発明者らは、上記問題の解決について検討したところ、光拡散層と平坦化層の重合度が関係していることを見出した。
本発明者らの検討によると、光拡散層中には光拡散粒子があるため、(メタ)アクリレート系モノマーが重合で体積収縮した際に、重合度が高すぎると、光拡散粒子とバインダーとの界面で応力が生じて膜が脆くなり、光拡散粒子とバインダーとの間に空隙ができて、光取出し効率が低下したり、上記のシミやムラが現れたりすることが分かった。
一方、光拡散層上の平坦化層は光拡散粒子を含まないため、重合度が高くなっても膜が脆くなることはない。また、平坦化層は、その上にITOなどの陽極を成膜する際のプラズマやスパッタダメージ、更にはフォトリソグラフィによるパターニングに耐えられるように十分に重合度を高くする必要がある。平坦化層の重合度が低すぎる場合、フォトリソグラフィによるパターニングのプロセス耐性が低かったり、ITOなどの陽極の成膜時のダメージによりITO表面が荒れ、時間経過とともに上記のシミやムラが現れたりする。
平坦化層の重合度を上げるため、光拡散層/平坦化層形成後にも加熱やUV照射を行う場合があるが、このとき下地である光拡散層も重合が更に進み、シミやムラが発生し、長時間の駆動でさらに顕著になる。
したがって、光取り出し効率が高く、発光面にシミやムラがない有機電界発光装置が求められている。
本発明は、耐久性向上、光取り出し効率の向上及びシミ・ムラ発生の抑制に寄与する積層体を提供することを目的とする。また、本発明は、耐久性が高く、光取り出し効率が高く、かつ、シミ・ムラが発生しない有機電界発光装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。
[1]
基板と、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダー及び光拡散粒子を含む光拡散層と、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダーを含む平坦化層とを、この順に有する積層体であって、光拡散層の重合度が30%以上65%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が50%以上である積層体。
[2]
上記光拡散層中の光拡散粒子の平均粒径が0.5μm〜10μmである[1]に記載の積層体。
[3]
上記光拡散層中のバインダーの体積収縮率が2%以下である[1]又は[2]に記載の積層体。
[4]
上記光拡散層が、(メタ)アクリレート系モノマー、光拡散粒子、及び重合開始剤を含む光拡散層形成用組成物から形成され、
上記平坦化層が、(メタ)アクリレート系モノマー、及び重合開始剤を含む平坦化層形成用組成物から形成され、
光拡散層形成用組成物中の重合開始剤の配合割合が、(メタ)アクリレート系モノマーに対して3質量%以下であり、
平坦化層形成用組成物中の重合開始剤の配合割合が、(メタ)アクリレート系モノマーに対して3質量%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載の積層体。
[5]
上記光拡散粒子は、架橋された(メタ)アクリル系樹脂粒子である[1]〜[4]のいずれかに記載の積層体。
[6]
上記光拡散層及び上記平坦化層は、更に光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子を含む[1]〜[5]のいずれかに記載の積層体。
[7]
[1]〜[6]のいずれかに記載の積層体と、上記積層体の平坦化層側に、第一電極と、有機発光層と、第二電極とを、この順に有する有機電界発光装置。
本発明によれば、耐久性向上、光取り出し効率の向上及びシミ・ムラ発生の抑制に寄与する積層体を提供することができる。また、本発明によれば、耐久性が高く、光取り出し効率が高く、かつ、シミ・ムラが発生しない有機電界発光装置を提供することができる。
本発明の積層体の一例を示す模式図である。 本発明の有機電界発光装置の一例を示す模式図である。
(積層体)
本発明の積層体は、基板と、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダー及び光拡散粒子を含む光拡散層と、バインダーを含む平坦化層とを、この順に有する積層体であって、光拡散層の重合度が30%以上65%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が50%以上である。
図1は、本発明の積層体の一例を示す概略図である。この図1の積層体10は、基板1上に、光拡散層2と、平坦化層3とを有する。
<光拡散層>
本発明の積層体の光拡散層は、少なくとも(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダーと光拡散粒子を含む。
<<バインダー>>
光拡散層のバインダーは、(メタ)アクリル系樹脂を含む。なお、「(メタ)アクリル系樹脂」とは、「アクリル系樹脂」と「メタクリル系樹脂」の両方を含む概念である。また、(メタ)アクリル系樹脂には、アクリレート/メタクリレートの誘導体、特にアクリレートエステル/メタクリレートエステルの(共)重合体も含まれる。「(メタ)アクリレート系モノマー」等も同様である。
(メタ)アクリル系樹脂は、(メタ)アクリレート系モノマーを重合させてなることが好ましい。
(メタ)アクリル系樹脂が有する繰り返し単位は、特に限定されない。前記(メタ)アクリル系樹脂は、繰り返し単位として(メタ)アクリル酸エステル単量体由来の繰り返し単位を有することが好ましい。
光拡散層のバインダーは、光取り出し効率の観点から、屈折率の大きいものが好ましい。バインダーの屈折率は、1.4〜1.9の範囲が好ましく、より好ましくは1.5〜1.85、さらに好ましくは1.55〜1.80である。バインダーの屈折率が上記範囲であれば、屈折率調整のために添加する後述の酸化チタン微粒子の量を少なくすることが出来る。酸化チタン微粒子の添加量が少ないと、酸化チタン微粒子の散乱や吸収が起こりにくく、膜の強度も適切に保たれやすいため好ましい。
光拡散層のバインダーの体積収縮率は、2%以下であることが好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。
ここでバインダーの体積収縮率とは、重合前のバインダー(モノマー)に対する硬化後のバインダー(ポリマー)の体積の変化率をいう。
前記バインダーの体積収縮率が2%以下であると、光拡散粒子とバインダーとの間に隙間が生じにくく、光取り出し効率が向上し、かつシミ・ムラが発生しにくくなるため好ましい。
<<光拡散粒子>>
前記光拡散粒子としては、光を拡散可能なものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、有機粒子であっても、無機粒子であってもよく、2種以上の粒子を含有していても構わない。
有機粒子としては、例えば(メタ)アクリル系樹脂粒子(例えば、ポリメチルメタクリレート粒子、架橋ポリメチルメタクリレート粒子、アクリル−スチレン共重合体粒子)、メラミン粒子、ポリカーボネート粒子、ポリスチレン粒子、架橋ポリスチレン粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ベンゾグアナミン−メラミンホルムアルデヒド粒子、などが挙げられる。
無機粒子としては、例えばZrO、TiO、Al、In、ZnO、SnO、Sb、などが挙げられる。これらの中でも、TiO、ZrO、ZnO、SnOが特に好ましい。
光拡散粒子としては、耐溶剤性とバインダー中の分散性の点で架橋状態の樹脂粒子が好ましく、架橋された(メタ)アクリル系樹脂粒子が特に好ましい。
光拡散粒子が、架橋状態の樹脂粒子であることは、溶剤、例えばトルエン中に分散させ、樹脂粒子の溶け難さを見ることで確認することができる。
前記光拡散粒子の平均粒径は、0.5μm〜10μmが好ましく、0.5μm〜6μmがより好ましく、1〜3μmが更に好ましい。前記光拡散粒子の平均粒径が10μm以下であれば、光の殆どが前方散乱にならず、光拡散粒子による光の角度を変換する能力が低下しないため好ましい。一方、前記光拡散粒子の平均粒径が、0.5μm以上であれば、可視光の波長より小さくならず、ミー散乱がレイリー散乱の領域に変化せず、光拡散粒子の散乱効率の波長依存性が小さくなり、有機電界発光装置の色度が変わりにくく、後方散乱が強くならず、光取り出し効率が向上するため好ましい。
前記光拡散粒子の平均粒径は、例えば日機装株式会社製ナノトラックUPA−EX150等の動的光散乱法を利用した装置や、電子顕微鏡写真の画像処理により測定することができる。
前記光拡散粒子の屈折率は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1.0〜3.0が好ましく、1.2〜1.6がより好ましく、1.3〜1.5が更に好ましい。前記屈折率が、1.0未満及び3.0を超えると、光拡散(散乱)が強くなりすぎるため、光取り出し効率が低下することがある。
前記光拡散粒子の屈折率は、例えば自動屈折率測定器(KPR−2000、株式会社島津製作所製)を用い、屈折液の屈折率を測定してから、精密分光計(GMR−1DA、株式会社島津製作所製)で、シュリブスキー法により測定することができる。
前記光拡散層における光拡散粒子の含有量は、30体積%以上66体積%以下が好ましく、40体積%以上60体積%以下がより好ましく、45体積%以上55体積%以下が特に好ましい。前記含有量が、30体積%以上であると、光拡散層に入射してきた光が光拡散粒子に散乱される確率が高く、光拡散層の光角度を変換する能力が大きくなり、光拡散層の厚みを厚くしなくても光取り出し効率を向上させることができる。また、前記光拡散層の厚みを厚くしなくてもよいことはコストの低減に繋がり、光拡散層の厚みのバラツキが小さくなり、発光面内の散乱効果にバラツキが生じにくいため好ましい。一方、前記含有量が、66体積%以下であれば、前記光拡散層のバインダーが光拡散粒子を充分に覆い内部にも空洞が生じないため、光拡散層の物理的強度が高いものとなる。
光拡散層は上記バインダーと光拡散粒子以外の成分を含んでもよい。
<<酸化チタン微粒子>>
光拡散層は、有機発光層側から出射した光を効率よく取り出すために、有機発光層と同等以上の屈折率(例えば1.8以上)を有することが好ましい。光拡散層の屈折率を高くするために、酸化チタンを主成分とするナノ粒子を用いることができる。すなわち、光拡散層は、酸化チタン微粒子を含むことが好ましく、特に、光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子を含むことが好ましい。
光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子は、光触媒活性を有していなければ特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、(1)酸化チタン微粒子表面をアルミナ、シリカ、及びジルコニアの少なくとも1種で被覆した酸化チタン微粒子、(2)前記(1)の被覆した酸化チタン微粒子の被覆表面に樹脂を被覆してなる酸化チタン微粒子などが挙げられる。前記樹脂としては、例えばポリメタクリル酸メチル(PMMA)などが挙げられる。
前記光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子が、光触媒活性を有さないことの確認は、例えばメチレンブルー法により行うことができる。
前記光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子における酸化チタン微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、結晶構造は、ルチル、ルチル/アナターゼの混晶、アナターゼが主成分であることが好ましく、特にルチル構造が主成分であることが好ましい。
前記酸化チタン微粒子は、酸化チタン以外の金属酸化物を添加して複合化させても構わない。
前記酸化チタン微粒子に複合化させることができる金属酸化物としては、Sn、Zr、Si、Zn、及びAlから選択される少なくとも1種の金属酸化物が好ましい。
前記金属酸化物のチタンに対する添加量は、1モル%〜40モル%が好ましく、2モル%〜35モル%がより好ましく、3モル%〜30モル%が更に好ましい。
前記酸化チタン微粒子の一次平均粒径は、1nm〜30nmが好ましく、1nm〜25nmがより好ましく、1nm〜20nmが更に好ましい。前記一次平均粒径が、30nmを超えると、分散液が白濁し、沈降が起きることがあり、1nm未満であると、結晶構造がはっきりせずアモルファスに近いものとなり、経時でゲル化などの変化が起こるようになる。
前記一次平均粒径は、例えば、X線回折装置で測定された回折パターンの半値幅からの計算や電子顕微鏡(TEM)撮影像の直径からの統計計算などにより測定することができる。
前記酸化チタン微粒子の形状は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状、又は不定形状が好ましい。前記酸化チタン微粒子は、1種を単独で用いてもよいが、2種類以上を併用して用いることもできる。
前記光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子は、屈折率が2.2以上3.0以下であり、2.2以上2.8以下がより好ましく、2.2以上2.6以下が更に好ましい。前記屈折率が、2.2以上であれば、光拡散層の屈折率を効果的に高めることができ、前記屈折率が、3.0以下であれば、光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子が着色するなどの不都合がないので好ましい。
ここで、前記酸化チタン微粒子のように屈折率が高く(1.8以上)、平均一次粒径が1〜100nm程度の微粒子の屈折率を測定することは困難であるが、次のようにして屈折率を測定することができる。屈折率既知の樹脂材料に前記酸化チタン微粒子をドープし、前記酸化チタン微粒子が分散された樹脂材料をSi基板、又は石英基板上に塗布膜を形成する。前記塗布膜の屈折率をエリプソメーターで測定し、前記塗布膜を構成する樹脂材料と酸化チタン微粒子の体積分率から、前記酸化チタン微粒子の屈折率が判る。
前記光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子の含有量は、前記バインダーに対し、10体積%以上30体積%以下であり、10体積%以上25体積%以下がより好ましく、10体積%以上20体積%以下が更に好ましい。前記含有量が、10体積%以上であると、バインダーの屈折率を上げる作用が大きく、光取り出し効果が高くなり、30体積%以下であると、レイリー散乱が強くならず、光取り出し効果が向上するため好ましい。
<光拡散層形成用組成物>
光拡散層は、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダーとなる(メタ)アクリレート系モノマーと光拡散粒子を含み、必要に応じて酸化チタン微粒子を含む光拡散層形成用組成物から形成されることが好ましい。
光拡散層形成用組成物は、上記成分以外の成分を含んでもよく、該成分としては、重合開始剤、溶媒などが挙げられる。
<<重合開始剤>>
光拡散層形成用組成物には、重合開始剤を含有することが好ましい。前記重合開始剤としては、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられ、光重合開始剤が好ましい。
前記重合開始剤は、光及び/又は熱照射により、ラジカルもしくは酸を発生する化合物が好ましく、光によりラジカルもしくは酸を発生する化合物がより好ましい。
前記光重合開始剤は、極大吸収波長が400nm以下が好ましい。このように吸収波長を紫外線領域にすることにより、取り扱いを白灯下で実施することができる。また、近赤外線領域に極大吸収波長を持つ化合物を用いることもできる。
前記ラジカルを発生する化合物は、光及び/又は熱照射によりラジカルを発生し、重合性の不飽和基を有する化合物の重合を、開始、促進させる化合物を指す。公知の重合開始剤や結合解離エネルギーの小さな結合を有する化合物などを、適宜、選択して用いることができる。また、ラジカルを発生する化合物は、単独で又は2種以上を併用することができる。
前記ラジカルを発生する化合物としては、例えば、従来公知の有機過酸化化合物、アゾ系重合開始剤等の熱ラジカル重合開始剤、有機過酸化化合物(特開2001−139663号公報等)、アミン化合物(特公昭44−20189号公報記載)、メタロセン化合物(特開平5−83588号公報、特開平1−304453号公報等記載)、ヘキサアリールビイミダゾール化合物(米国特許第3,479,185号明細書等記載)、ジスルホン化合物(特開平5−239015号公報、特開昭61−166544号公報等)、有機ハロゲン化化合物、カルボニル化合物、有機ホウ酸化合物、ホスフィンオキサイド化合物、ホスホナート化合物等の光ラジカル重合開始剤が挙げられる。前記ラジカル発生剤としてより好ましくは、ホスフィンオキサイド化合物、ホスホナート化合物であり、特に好ましくはアシルフォスフィンオキサイド、アシルホスホナート等が挙げられ、具体的にはビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイドである。
前記有機ハロゲン化化合物としては、具体的には、若林等の"Bull.Chem.Soc Japan",42巻2924頁(1969年)、米国特許第3,905,815号明細書、特開平5−27830号公報、M.P.Hutt,"J.Heterocyclic Chemistry",1巻(3号)、(1970年)」等に記載の化合物が挙げられ、特に、トリハロメチル基が置換したオキサゾール化合物:s−トリアジン化合物が挙げられる。より好適には、少なくとも一つのモノ、ジ又はトリハロゲン置換メチル基がs−トリアジン環に結合したs−トリアジン誘導体が挙げられる。
前記カルボニル化合物としては、例えば、「最新 UV硬化技術」60ページ〜62ページ[株式会社技術情報協会刊、1991年]、特開平8−134404号公報の段落番号〔0015〕〜〔0016〕、特開平11−217518号公報の段落番号〔0029〕〜〔0031〕に記載の化合物などが挙げられる。また、アセトフェノン系、ヒドロキシアセトフェノン系、ベンゾフェノン系、チオキサン系、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン化合物、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体、ベンジルジメチルケタール、アシルフォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
前記有機ホウ酸塩化合物としては、例えば、特許第2764769号、特開2002−116539号等の各公報、及び、Kunz,Martin,"Rad.Tech'98.Proceeding April 19〜22,1998,Chicago"等に記載される有機ホウ酸塩記載される化合物が挙げられる。例えば、前記特開2002−116539号公報の段落番号〔0022〕〜〔0027〕に記載の化合物が挙げられる。またその他の有機ホウ素化合物としては、特開平6−348011号公報、特開平7−128785号公報、特開平7−140589号公報、特開平7−306527号公報、特開平7−292014号公報等の有機ホウ素遷移金属配位錯体等が具体例として挙げられる。
次に、光重合開始剤として用いることができる光酸発生剤について詳述する。
前記光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、又はマイクロレジスト等に使用されている公知の光酸発生剤等、公知の化合物及びそれらの混合物等が挙げられる。また、前記光酸発生剤としては、例えば、有機ハロゲン化化合物、ジスルホン化合物、オニウム化合物などが挙げられる。これらの中でも、有機ハロゲン化化合物、ジスルホン化合物が特に好ましい。前記有機ハロゲン化合物、ジスルホン化合物の具体例は、前記ラジカルを発生する化合物の記載と同様のものが挙げられる。
前記オニウム化合物としては、例えばジアゾニウム塩、アンモニウム塩、イミニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、アルソニウム塩、セレノニウム塩等が挙げられ、例えば特開2002−29162号公報の段落番号〔0058〕〜〔0059〕に記載の化合物、などが挙げられる。
前記酸発生剤としては、オニウム塩が特に好適に用いられ、中でも、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、イミニウム塩が、光重合開始の光感度、化合物の素材安定性等の点から好ましい。
前記オニウム塩の具体例としては、例えば、特開平9−268205号公報の段落番号〔0035〕に記載のアミル化されたスルホニウム塩、特開2000−71366号公報の段落番号〔0010〕〜〔0011〕に記載のジアリールヨードニウム塩又はトリアリールスルホニウム塩、特開2001−288205号公報の段落番号〔0017〕に記載のチオ安息香酸S−フェニルエステルのスルホニウム塩、特開2001−133696号公報の段落番号〔0030〕〜〔0033〕に記載のオニウム塩等が挙げられる。
前記光酸発生剤の他の例としては、特開2002−29162号公報の段落番号〔0059〕〜〔0062〕に記載の有機金属/有機ハロゲン化物、o−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、光分解してスルホン酸を発生する化合物(イミノスルフォネート等)等の化合物が挙げられる。
重合開始剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤の添加量は、前記バインダーとなる(メタ)アクリレート系モノマーに対して3質量%以下であることが好ましく、1〜2.5質量%がより好ましく、1.5〜2.2質量%が更に好ましい。上記重合開始剤の添加量が3質量%以下であれば光拡散層において、重合度が高くなりすぎず、光拡散粒子とバインダーとの界面で応力が生じないため、膜が脆くならず、光拡散粒子とバインダーとの間で空隙ができないため、光取出し効率が向上し、また、シミやムラが発生しない。
<<溶媒>>
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばアルコール類、ケトン類、エステル類、アミド類、エーテル類、エーテルエステル類、脂肪族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。具体的には、アルコール(例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノアセテート等)、ケトン(例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等)、エステル(例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、乳酸エチル等)、脂肪族炭化水素(例えばヘキサン、シクロヘキサン)、ハロゲン化炭化水素(例えばメチルクロロホルム等)、芳香族炭化水素(例えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等)、アミド(例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリドン等)、エーテル(例えばジオキサン、テトラハイドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル等)、エーテルアルコール(例えば1−メトキシ−2−プロパノール、エチルセルソルブ、メチルカルビノール等)が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、芳香族炭化水素、ケトン類が好ましく、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンがより好ましく、トルエン、キシレンが特に好ましい。
<光拡散層の形成>
光拡散層は、光拡散層形成用組成物により形成される。
光拡散層は、光拡散層形成用組成物を、基板上に、例えばディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、エクストルージョンコート法等の公知の薄膜形成方法で塗布し、乾燥、光及び/又は熱照射することにより作製することができる。好ましくは、光照射による硬化が、迅速硬化の点から有利である。更には、光硬化処理の後、光重合開始剤による拡散層の硬化(重合反応)を止める上で加熱処理することも好ましい。この場合、加熱温度としては、60℃〜105℃が好ましく、70℃〜100℃がより好ましく、70℃〜90℃が更に好ましい。
光照射の光源は、光重合開始剤の反応する波長(吸収波長)付近であればいずれでもよく、吸収波長が紫外領域の場合、光源として、超高圧、高圧、中圧、低圧の各水銀灯、ケミカルランプ、カーボンアーク灯、メタルハライド灯、キセノン灯、太陽光等が挙げられる。波長350nm〜420nmの入手可能な各種レーザー光源をマルチビーム化して照射してもよい。また、吸収波長が赤外領域の場合、光源としてはハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧ナトリウムランプが挙げられ、波長750nm〜1,400nmの入手可能な各種レーザー光源をマルチビーム化して照射してもよい。
光照射による光ラジカル重合の場合は、空気又は不活性気体中で行うことができるが、ラジカル重合性モノマーの重合の誘導期を短くするか、照射時間を短縮するためにできるだけ酸素濃度を少なくした雰囲気とすることが好ましい。前記酸素濃度範囲は0〜1,000ppmが好ましく、0〜800ppmがより好ましく、0〜600ppmが更に好ましい。照射する紫外線の照射強度は、0.1mW/cm〜200mW/cmが好ましく、塗布膜表面上での光照射量は、100mJ/cm〜100,000mJ/cmが好ましく、100mJ/cm〜50,000mJ/cmがより好ましく、100mJ/cm〜20,000mJ/cmが特に好ましい。前記光照射量が、100mJ/cm未満であると、光拡散層が十分に硬化せず、光拡散層上に平坦化層を塗布する際に溶解、また、基板洗浄時に崩壊することがある。一方、前記光照射量が、100,000mJ/cmを超えると、光拡散層の重合が進み過ぎ表面が黄変し、透過率が低下し、光取り出し効率が低下することがある。また、光照射工程での温度は、15℃〜70℃が好ましく、20℃〜60℃がより好ましく、25℃〜50℃が特に好ましい。前記温度が、15℃未満であると、光重合による光拡散層の硬化に時間がかかることがあり、70℃を超えると、光重合開始剤自体に影響を及ぼし、光重合(硬化)できなくなることがある。
前記光拡散層の平均厚みは、1μm〜10μmが好ましく、2μm〜8μmがより好ましく、3μm〜6μmが特に好ましい。前記平均厚みが、1μm以上であると、十分な光拡散が得られ、光取り出し効率が向上し、10μm以下であれば、光散乱が強くなりすぎず、光取り出し効率が向上するため好ましい。
前記光拡散層の平均厚みは、例えば光拡散層の一部を切り取り、走査型電子顕微鏡(S−3400N、日立ハイテク株式会社製)で測定して、求めることができる。
光拡散層から光拡散粒子を除いた層の屈折率は、1.7〜2.2が好ましく、1.7〜2.1がより好ましく、1.7〜2.0が更に好ましい。光拡散層から光拡散粒子を除いた層の屈折率が、1.7以上であると、光取り出し効率が向上し、2.2以下であると、光拡散層中のバインダー内の光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子量が多すぎないため、散乱が強くなりすぎず、光取り出し効率が向上する。
光拡散層から光拡散粒子を除いた層の屈折率は、有機電界発光層中の発光層の屈折率と同等乃至高いことが好ましい。
前記光拡散層の光出射面が平坦であるか、又は前記光拡散層の光出射面に平坦化層を有すること好ましい。これにより、光拡散粒子の密度を増加させても後方散乱の増加を抑制できる。また、平坦化することで異物付着が防止される。
前記光拡散層の光出射面を平坦にする方法としては、光拡散層形成用組成物から光拡散粒子を取り除いた平坦化層形成用組成物を、硬化した光拡散層上に積層する方法などが挙げられる。
<平坦化層>
本発明の積層体は、平坦化層を有する。
平坦化層としては、前記光拡散層において前記光拡散粒子を含まない組成であることが好ましく、前記光拡散層と同様にして形成することができる。
前記平坦化層の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1μm〜10μmが好ましく、2μm〜8μmがより好ましく、3μm〜6μmが特に好ましい。前記平坦化層の平均厚みが、1μm未満であると、突出した元の光拡散層の表面を平坦化できず、10μmを超えると、前記平坦化層の光の吸収により光取り出し能が低下してしまうことがある。
前記光拡散層と前記平坦化層の合計平均厚みは、2μm〜15μmが好ましく、3μm〜14μmがより好ましく、5μm〜12μmが特に好ましい。前記合計平均厚みが2μm以上であれば十分な拡散、平坦化ができ、15μm以下であれば、平坦化層での吸収、光拡散層での過剰な拡散が起こらず、光取り出し効率が向上する。
前記平坦化層の屈折率は、1.7〜2.2が好ましく、1.7〜2.1がより好ましく、1.7〜2.0が更に好ましい。前記平坦化層の屈折率が、1.7以上であれば、平坦化層とバリア層又は透明電極層との界面での全反射が増えず、光取り出し効率が向上し、2.2以下であれば、平坦化層中のバインダー内の光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子量が多すぎないため、光散乱が強くなりすぎず、光取り出し効率が向上する。
前記平坦化層の屈折率は、前記光拡散層の屈折率と同等乃至高いことが好ましい。
<光拡散層及び平坦化層の重合度>
前記積層体において、光拡散層の重合度が30%以上65%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が50%以上である。光拡散層の重合度が35%以上60%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が60%以上であることがより好ましく、光拡散層の重合度が40%以上55%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が65%以上75%以下であることがさらに好ましい。
ここで光拡散層の重合度とは、二重結合を有する重合性化合物の重合体を含む光拡散層における前記重合性化合物の重合度であり、好ましくは(メタ)アクリレート系モノマーの重合度である。また、平坦化層の重合度とは、二重結合を有する重合性化合物の重合体を含む平坦化層における前記重合性化合物の重合度であり、好ましくは(メタ)アクリレート系モノマーの重合度である。
前記重合度は、透過IRにより測定される二重結合の量により定められる。平坦化層の重合度については、Si基板に平坦化層をそれぞれ塗布し、フーリエ変換赤外分光光度計(NICOLET 4700:Thermo Scientific社製)にてIRスペクトルを測定し、960〜1000(cm−1)に見られる二重結合によるピークの強度の積分値を算出する。この時、重合前・後で測定を行い、重合前の強度積分値をI、重合後をIとし、重合度は、((I−I)/I)*100[%]とした。
光拡散層の重合度については、Si基板に拡散層を塗布し重合を行い、その上に平坦化層を塗布して重合を行う。その後、ドライエッチャーもしくは逆スパッタ法にて平坦化層のみを除去し、その後、フーリエ変換赤外分光光度計(NICOLET 4700:Thermo Scientific社製)にてIRスペクトルを測定し、960〜1000(cm−1)に見られる二重結合によるピークの強度の積分値Iを算出する。また、Si基板に拡散層を塗布し重合処理をせず測定を行い同様に二重結合によるピークの強度の積分値Iを算出する。重合度は、((I−I)/I)*100[%]とした。
光拡散層の重合度が30%未満であると、バインダーの重合が不十分となり、膜が形成できない、または基板と光拡散層の密着性に劣るため剥離が発生する。
また、光拡散層の重合度が65%より大きいと、光拡散粒子とバインダーとの界面に空隙が生じ、光取り出し効率が低下する。
平坦化層の重合度が50%未満であると、バインダーの重合が不十分となり、フォトリソグラフィによるパターニングへの耐久性が低くなり、ITO成膜時のダメージによりITO表面が荒れ、ITO成膜後の洗浄工程で剥離が生じたり、素子にした場合に時間経過とともにシミやムラが現れる。
<基板>
本発明の積層体は基板を有する。
基板としては、その形状、構造、大きさ、材料等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記形状としては、例えば平板状などが挙げられ、前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては、前記光取り出し部材の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
前記基板の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガラス(無アルカリガラス、ソーダライムガラス等)等の無機材料、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)等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド樹脂(PI)、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリエステル樹脂が好ましく、ロールでの塗布適性の観点から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)が特に好ましい。
前記基板の表面は、その上に設ける光拡散層との密着性を向上させるため、表面活性化処理を行うことが好ましい。前記表面活性化処理としては、例えばグロー放電処理、コロナ放電処理などが挙げられる。
前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
前記基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、10μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましい。
前記基板の屈折率は、1.3〜1.8が好ましく、1.4〜1.7がより好ましく、1.4〜1.6が更に好ましい。前記基板の屈折率が、1.3未満であると、前記基板と光拡散層の屈折率差が大きくなり、前記光拡散層からの光が入射する際、フレネル反射が強くなり、光取り出し効率が低下することがあり、1.8を超えると、基板と空気(光出射側)の屈折率差が大きくなり、フレネル反射が強くなり、光取り出し効率が低下することがある。
本発明の積層体は、光取り出し部材として用いることができる。本発明の積層体及び光取り出し部材は、光取り出し効率を高めることができるので、有機電界発光装置に用いることが特に好ましい。
(有機電界発光装置及び有機電界発光装置の製造方法)
本発明の有機電界発光装置は、本発明の積層体と、該積層体の平坦化層側に、第一電極と、有機発光層と、第二電極とを、この順に有する。
本発明の有機電界発光装置は、好ましい第1の形態では、基板と、該基板上に、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と前記第二陰極の間に有機電界発光層とを備え、
前記基板が、本発明の前記積層体であり、
封止板内に、少なくとも、前記第一電極、前記第二電極、前記有機電界発光層、及び前記光拡散層が封入されている。なお、封止板内に、前記第一電極、前記第二電極、前記有機電界発光層、前記平坦化層、及び前記光拡散層が封入されていることが好ましい。
本発明の有機電界発光装置は、好ましい第2の形態では、基板と、該基板上に、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と前記第二陰極の間に有機電界発光層とを備え、
前記基板が、本発明の前記積層体であり、
前記第一電極と、前記平坦化層又は前記光拡散層との間に、バリア層を有する。
本発明の有機電界発光装置の製造方法は、基板上に、前記光拡散層形成用組成物を塗布し、光拡散層を形成する光拡散層形成工程と、
前記光拡散層上に、光拡散層形成用組成物から光拡散粒子を除いた平坦化層形成用組成物を塗布し、平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記光拡散層形成工程が、光拡散層形成用組成物に重合開始剤を添加してから24時間以内に行われ、
前記平坦化層形成工程が、平坦化層形成用組成物に重合開始剤を添加してから24時間以内に行われることが、前記光拡散層形成用組成物及び前記平坦化層形成用組成物の重合が進行して徐々に粘度が変化し、塗布後の膜厚異常、硬化不足などを防ぐことができる点で好ましい。
−有機電界発光層−
前記有機電界発光層としては、少なくとも発光層を有する。前記発光層以外の機能層としては、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。
前記有機電界発光層は、陽極と発光層との間に正孔輸送層を有することが好ましく、陰極と発光層との間に電子輸送層を有することが好ましい。更に、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層を設けてもよく、電子輸送層と陰極との間に電子注入層を設けてもよい。
また、前記発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層(電子ブロック層)を設けてもよく、発光層と電子輸送層との間に電子輸送性中間層(正孔ブロック層)を設けてもよい。各機能層は複数の二次層に分かれていてもよい。
前記発光層を含むこれらの機能層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、湿式塗布方式、転写法、印刷法、インクジェット方式等のいずれによっても好適に形成することができる。
−−発光層−−
前記発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
前記発光層は、発光材料を含む。前記発光層は発光材料のみで構成されていてもよいし、ホスト材料と発光材料の混合層でもよい(後者の場合、発光材料を「発光性ドーパント」もしくは「ドーパント」と称する場合がある)。前記発光材料は蛍光発光材料でも燐光発光材料であってもよく、2種以上が混合されていてもよい。ホスト材料は電荷輸送材料が好ましい。ホスト材料は1種であっても2種以上であってもよい。更に、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいてもよい。
前記発光層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、2nm〜500nmであるのが好ましく、外部量子効率の観点で、3nm〜200nmであるのがより好ましく、5nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、前記発光層は1層であっても2層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
−−−発光材料−−−
前記発光材料は、燐光発光材料、蛍光発光材料等のいずれも好適に用いることができる。
前記発光材料は、ホスト化合物との間で、イオン化ポテンシャルの差(ΔIp)と電子親和力の差(ΔEa)が、1.2eV>△Ip>0.2eV、及び/又は1.2eV>△Ea>0.2eVの関係を満たすドーパントであることが、駆動耐久性の観点で好ましい。
前記発光層中の発光材料は、前記発光層中に一般的に発光層を形成する全化合物質量に対して、0.1質量%〜50質量%含有されるが、耐久性、外部量子効率の観点から1質量%〜50質量%含有されることが好ましく、2質量%〜50質量%含有されることがより好ましい。
<燐光発光材料>
前記燐光発光材料としては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体を挙げることができる。
前記遷移金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金であり、更に好ましくはイリジウム、白金である。
前記錯体の配位子としては、例えば、G.Wilkinson等著,Comprehensive Coordination Chemistry, Pergamon Press社1987年発行、H.Yersin著,「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer−Verlag社1987年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社1982年発行等に記載の配位子などが挙げられる。
前記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、2つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
これらの中でも、燐光発光材料としては、例えば、US6303238B1、US6097147、WO00/57676、WO00/70655、WO01/08230、WO01/39234A2、WO01/41512A1、WO02/02714A2、WO02/15645A1、WO02/44189A1、WO05/19373A2、WO2004/108857A1、WO2005/042444A2、WO2005/042550A1、特開2001−247859、特開2002−302671、特開2002−117978、特開2003−133074、特開2002−235076、特開2003−123982、特開2002−170684、EP1211257、特開2002−226495、特開2002−234894、特開2001−247859、特開2001−298470、特開2002−173674、特開2002−203678、特開2002−203679、特開2004−357791、特開2006−93542、特開2006−261623、特開2006−256999、特開2007−19462、特開2007−84635、特開2007−96259等の各公報に記載の燐光発光化合物などが挙げられる。これらの中でも、Ir錯体、Pt錯体、Cu錯体、Re錯体、W錯体、Rh錯体、Ru錯体、Pd錯体、Os錯体、Eu錯体、Tb錯体、Gd錯体、Dy錯体、Ce錯体が好ましく、Ir錯体、Pt錯体、又はRe錯体がより好ましく、金属−炭素結合、金属−窒素結合、金属−酸素結合、金属−硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が更に好ましく、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点で、3座以上の多座配位子を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が特に好ましい。
前記燐光発光材料の具体例として、以下の化合物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。
<蛍光発光材料>
前記蛍光発光材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、縮合多環芳香族化合物(アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、又はペンタセンなど)、8−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン、又はこれらの誘導体などを挙げることができる。
−−−ホスト材料−−−
前記ホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料(正孔輸送性ホストと記載する場合がある)及び電子輸送性に優れる電子輸送性ホスト化合物(電子輸送性ホストと記載する場合がある)を用いることができる。
<正孔輸送性ホスト材料>
前記正孔輸送性ホスト材料としては、例えば、以下の材料を挙げることができる。即ち、ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、又はそれらの誘導体などが挙げられる。
これらの中でも、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体、分子内にカルバゾール基を有するものが好ましく、t−ブチル置換カルバゾール基を有する化合物がより好ましい。
<電子輸送性ホスト材料>
前記電子輸送性ホスト材料としては、例えば、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、又はそれらの誘導体(他の環と縮合環を形成してもよい)、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。これらの中でも、耐久性の点から金属錯体化合物が好ましく、金属に配位する少なくとも1つの窒素原子又は酸素原子又は硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体がより好ましい。前記金属錯体電子輸送性ホストとしては、例えば特開2002−235076号公報、特開2004−214179号公報、特開2004−221062号公報、特開2004−221065号公報、特開2004−221068号公報、特開2004−327313号公報等に記載の化合物が挙げられる。
前記正孔輸送性ホスト材料、電子輸送性ホスト材料の具体例として、以下の化合物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。
−−正孔注入層、正孔輸送層−−
前記正孔注入層、又は前記正孔輸送層は、陽極又は陽極側の層から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いられる正孔注入材料、正孔輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。具体的には、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、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、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、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、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層が好ましい。
前記正孔注入層、又は前記正孔輸送層には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。前記正孔注入層、又は正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用できる。
具体的には、無機化合物は塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化金属、五酸化バナジウム、及び三酸化モリブデンなどの金属酸化物などが挙げられる。有機化合物の場合は、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基などを有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどを好適に用いることができる。
これらの電子受容性ドーパントは、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。電子受容性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、正孔輸送層材料に対して0.01質量%〜50質量%が好ましく、0.05質量%〜40質量%が更に好ましく、0.1質量%〜30質量%が特に好ましい。
前記正孔注入層、又は正孔輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
−−電子注入層、電子輸送層−−
前記電子注入層、又は前記電子輸送層は、陰極又は陰極側の層から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料、電子輸送材料は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体、等を含有する層が好ましい。
前記電子注入層、又は電子輸送層には、電子供与性ドーパントを含有させることができる。前記電子注入層、又は電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Liなどのアルカリ金属、Mgなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。金属としては、特に仕事関数が4.2eV以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Cs、La、Sm、Gd、及びYbなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。
これらの電子供与性ドーパントは、単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して0.1質量%〜99質量%が好ましく、1.0質量%〜80質量%が更に好ましく、2.0質量%〜70質量%が特に好ましい。
前記電子注入層、又は前記電子輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
−−正孔ブロック層、電子ブロック層−−
前記正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が陰極側に通り抜けることを防止する機能を有する層であり、通常、発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として設けられる。
一方、前記電子ブロック層は、陰極側から発光層に輸送された電子が陽極側に通り抜けることを防止する機能を有する層であり、通常、発光層と陽極側で隣接する有機化合物層として設けられる。
前記正孔ブロック層を構成する化合物の例としては、BAlq等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、BCP等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。電子ブロック層を構成する化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが利用できる。
前記正孔ブロック層及び電子ブロック層の厚みは、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、前記正孔ブロック層及び電子ブロック層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
−−電極−−
前記有機電界発光素子は、透明電極及び反射電極、即ち陽極と陰極とを含む。有機電界発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は透明が好ましい。
通常、陽極は有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、陰極は有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよい。その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。電極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物等が好適に挙げられる。
前記電極としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その陽極、陰極において、前記反射金属、前記半透明部材としての半透明金属を構成することが好ましい。
前記陽極を構成する材料の具体例としては、例えば、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITOとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはITOが好ましい。
前記陰極を構成する材料としては、例えば、アルカリ金属(例えば、Li、Na、K、Cs等)、アルカリ土類金属(例えば、Mg、Ca等)、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、及びイッテルビウム等の希土類金属などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、2種以上を好適に併用することができる。これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01質量%〜10質量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物(例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など)をいう。
前記電極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式などの中から、前記電極を構成する材料との適性を考慮し、適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料としてITOを選択する場合には、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って形成することができる。陰極の材料として金属等を選択する場合には、その1種又は2種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って形成することができる。
なお、前記電極を形成する際にパターニングを行う場合は、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
−バリア層−
前記バリア層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよく、有機材料からなる有機層単独、又は無機材料からなる無機層単独であってもよいが、有機材料からなる有機層と、無機材料からなる無機層とを積層した多層構造であってもよい。
前記無機材料としては、例えばSiNx、SiON、SiO、Al、TiOなどが挙げられる。
前記有機材料としては、例えばシリコーン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、アクリル系ポリマー、ウレタン系ポリマーなどが挙げられる。
前記バリア層の形成方法としては、特に制限はなく、材料に応じて適宜選択することができ、例えば、塗布法、CVD法、真空蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
前記バリア層の屈折率(多層構造の場合は、平均屈折率)は、1.7以上が好ましく、1.8〜2.2がより好ましい。前記バリア層の屈折率が、1.7未満であると、透明電極とバリア層の界面で、有機電界発光層からの光の全反射が多くなり、光取り出し効率が低下することがある。
前記バリア層の光学的性質は、光線透過率が80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上が更に好ましい。
前記バリア層の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1μm〜10μmが好ましく、0.1μm〜5μmがより好ましく、0.2μm〜3μmが更に好ましい。前記バリア層の平均厚みが、0.1μm未満であると、大気中の酸素及び水分の透過を防ぐ封止機能が不充分であることがあり、10μmを超えると、光線透過率が低下し、透明性を損なうこと、また、無機材料を単層で用いる場合、応力差により割れ、隣接層との剥離等、バリア性が損なわれることがある。
−封止板−
前記封止板としては、前記透明電極、前記反射電極、前記有機電界発光層、前記平坦化層、及び前記光拡散層からなる積層体が封入できる大きさ、形状、構造などを有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記封止缶と前記透明電極、前記反射電極、前記有機電界発光層、前記平坦化層、及び前記光拡散層からなる積層体の間の空間には、水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。
前記水分吸収剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記不活性液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類;パーフルオロアルカン、パーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤;塩素系溶剤、シリコーンオイル類などが挙げられる。
ここで、図2は、本発明の有機電界発光装置の一例を示す概略図である。この図2の有機電界発光装置20は、基板1上に、光拡散層2と、平坦化層3とを有する積層体(光取り出し部材)の平坦化層3上に、透明電極4と、有機発光層5と、反射電極6とを有し、光拡散層2、平坦化層3、透明電極4、有機発光層5、及び反射電極6が封止缶7で封止されたものである。
前記有機電界発光装置は、フルカラーで表示し得る装置として構成することができる。
前記有機電界発光装置をフルカラータイプのものとする方法としては、例えば「月刊ディスプレイ」、2000年9月号、33〜37ページに記載されているように、色の3原色(青色(B)、緑色(G)、赤色(R))に対応する光をそれぞれ発光する層構造を基板上に配置する3色発光法、白色発光用の層構造による白色発光をカラーフィルタ層を通して3原色に分ける白色法、青色発光用の層構造による青色発光を蛍光色素層を通して赤色(R)及び緑色(G)に変換する色変換法、などが知られている。
この場合は、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)の画素ごとにレーザーパワー、厚みを適宜調整することが好ましい。
また、上記方法により得られる、異なる発光色の層構造を複数組み合わせて用いることにより、所望の発光色の平面型光源を得ることができる。例えば、青色及び黄色の発光素子を組み合わせた白色発光光源、青色(B)、緑色(G)、及び赤色(R)の有機電界発光素子を組み合わせた白色発光光源、等である。
前記有機電界発光装置は、例えば、照明機器、コンピュータ、車載用表示器、野外表示器、家庭用機器、業務用機器、家電用機器、交通関係表示器、時計表示器、カレンダ表示器、ルミネッセントスクリーン、音響機器等をはじめとする各種分野において好適に使用することができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
以下に説明する実施例及び比較例において、光拡散層の平均厚み、平坦化層の平均厚み、及びバインダーの屈折率については、以下のようにして測定した。
<光拡散層及び平坦化層の平均厚み>
前記光拡散層及び平坦化層の平均厚みは、例えば光拡散層又は平坦化層の一部を切り取り、走査型電子顕微鏡(S−3400N、日立ハイテク株式会社製)を用いて、求めることができる。
<屈折率の測定>
前記光拡散層及び平坦化層を構成するバインダーの屈折率(光拡散層から光拡散粒子を除いた層及び平坦化層の屈折率)は、Si基板、又は石英基板上に光の波長程度の厚さに前記バインダーを成膜し、その成膜した基板上のバインダーをエリプソメーター測定して屈折率を求めることができる。
表面をアルミナ及びジルコニアで被覆した酸化チタン分散液(平均直径15nmの酸化チタンのナノ粒子が分散、屈折率2.45)「材料名:酸化チタン分散トルエン、商品名:高透明性酸化チタンスラリーHTD−760T」について、以下のようにして、光触媒活性の有無を測定した。その結果、光触媒活性が抑制され、光触媒効果の無い酸化ジルコニウム粒子と同等であることが分かった。
<光触媒活性の測定>
光触媒活性の測定は、一般的な方法として公知の「メチレンブルー法」を用いる。「メチレンブルー法」は石英管にメチレンブルー水溶液を入れ、その中に各粒子をドープし、光照射前の透過率を測定後、光照射を行い、メチレンブルー水溶液の透過率の変化を確認することで光触媒活性を定量的に測定した。
<有機電界発光装置の作製>
−バインダー(平坦化層形成材料)の調製−
表面をアルミナ及びジルコニアで被覆した酸化チタン分散液(平均直径15nmの酸化チタンのナノ粒子が分散、屈折率2.45)「材料名:酸化チタン分散トルエン、商品名:高透明性酸化チタンスラリーHTD−760T」35g、アクリレート系モノマー(樹脂材料)「材料名:フルオレン誘導体、商品名:オグソールEA−0200」(体積収縮率1%以下)10g、及びトルエン8.5gをローラーミキサー、スターラーにより攪拌して溶解し、更に超音波(ソニファイヤー)により分散させて、バインダー形成材料を得た。
得られたバインダー形成材料は、そのまま平坦化層の形成材料となるので、以下、平坦化層形成材料と称することもある。
−光拡散層形成材料の作製−
得られたバインダー形成材料19gに光拡散粒子(平均直径1.5μmの架橋アクリル系粒子、屈折率1.49)「材料名:EX−150」4.2g、及びトルエン14gをスターラーにて攪拌しながら添加し、超音波にて光拡散粒子をバインダー形成材料に十分に分散させ、更にスターラーで攪拌し、光拡散粒子の含有量が40体積%となる光拡散層形成材料を得た。
次に、作製した平坦化層形成材料及び光拡散層形成材料に重合開始剤(ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド)を表1に記載の量(アクリレート系モノマーに対する質量割合)を添加し、十分に攪拌した。
−光取出し部材の作製−
次に、ガラス基板(コーニング社製、Eagle XG、屈折率1.51)を洗浄容器に入れ、中性洗剤中で超音波洗浄した後、純水中で超音波洗浄し、120℃で120分間加熱乾燥を行った。
ガラス基板にワイヤーバーを用いて光拡散層形成材料を塗布し、その後、窒素雰囲気下でUV照射(365nm)を1分間行い硬化させ、平均厚み5μmの光拡散層を作製した。
次に、光拡散層の上にワイヤーバーを用いて平坦化層形成材料を塗布し、UV照射を行い硬化させ、平均厚み5μmの平坦化層を形成し、光取り出し部材(積層体)を作製した。なお、有機電界発光装置を組み立てた際に、光拡散層及び平坦化層が封止板内に収まる大きさとなるように塗布した。
その後、作製した光取り出し部材をイソプロピルアルコール(IPA)、純水の順に超音波洗浄を行い、120℃で2時間、乾燥した。
次に、作製した光取り出し部材をUS洗浄後(水20分)し(陽極成膜前の光取り出し層(光拡散層と平坦化層からなる)の剥離はここで起こり得る)、その後、平坦化層上に、スパッタ成膜機にて金属マスクによりITO(Indium Tin Oxide)を厚みが100nmとなるように成膜し第1電極(陽極)とした。
前記手法で作成した第1電極を有する積層体をUS洗浄後(水20分)し{有機層形成前の陽極の剥離はここで起こり得る}、その後、第1電極上に、真空蒸着装置により、HAT−CNを10nm(正孔注入層)、その上にα−NPDを500nm(正孔輸送層)、CBP(85%)とIr(ppy)(15%)を30nm共蒸着させ発光層を形成し、更にその上にトリフェニレン10nm(正孔ブロック層)、その上にAlqを40nm(電子注入層)を積層することで有機層が得られた。次に、電子注入層上にバッファ層としてLiFを厚みが1nmとなるように蒸着し、該バッファ層上にアルミニウムを電極層(第2電極)として厚みが100nmとなるように蒸着し積層体を得た。

−−封止−−
次に、作製した積層体に、窒素ガス雰囲気中にて乾燥剤を貼り付け、基板との設置面に封止材を塗った封止ガラス缶にて基板の有機層側を封止した。以上により、有機電界発光装置を作製した。
〔評価〕
作製した有機電界発光装置について、以下のようにして、光拡散層及び平坦化層の重合度、陽極成膜前の光取り出し層の剥離の有無、有機層形成前の陽極の剥離の有無、光取り出し効率、外観状のムラやシミの有無を評価した。結果を表1に示す。
<重合度の測定>
光拡散層の重合度と平坦化層は透過IRにより測定した。
平坦化層の重合度については、Si基板に平坦化層をそれぞれ塗布し、フーリエ変換赤外分光光度計(NICOLET 4700:Thermo Scientific社製)にてIRスペクトルを測定し、960〜1000(cm−1)に見られる二重結合によるピークの強度の積分値を算出する。この時、重合前・後で測定を行い、重合前の強度積分値をI、重合後をIとし、重合度は、((I−I)/I)*100[%]とした。
光拡散層の重合度については、Si基板に拡散層を塗布し重合を行い、その上に平坦化層を塗布して重合を行う。その後、ドライエッチャーもしくは逆スパッタ法にて平坦化層のみを除去し、その後、フーリエ変換赤外分光光度計(NICOLET 4700:Thermo Scientific社製)にてIRスペクトルを測定し、960〜1000(cm−1)に見られる二重結合によるピークの強度の積分値Iを算出する。また、Si基板に拡散層を塗布し重合処理をせず測定を行い同様に二重結合によるピークの強度の積分値Iを算出する。重合度は、((I−I)/I)*100[%]とした。
<外部量子収率の測定>
外部量子収率の測定は、浜松ホトニクス株式会社製の外部量子効率測定装置「C9920−12」を用いて、直流定電流を各有機電界発光装置に印加して発光させ測定した。
<有機電界発光装置の経時変化の評価方法>
発光面の目視観察にて、有機電界発光装置の経時変化の評価を行った。東陽テクニカ(株)製ソースメジャーユニット2400を用いて、直流電流を各素子に印加し、発光させた時の輝度が1000cd/m2で駆動させ、温度20℃、湿度60%で駆動させた。100時間放置後の外観上のムラやシミの発生を目視で確認した。
<有機電界発光装置の製造中の状態の評価方法>
光拡散層、及び平坦化層を成膜プロセス毎に、目視にて表面を観察することで、表面の凹凸、剥離等を確認した。
表1の結果から、実施例1〜3は、いずれも外部量子効率が高く、上記有機電界発光装置の経時変化の評価方法による結果も良好であることが分かった。
比較例1及び2は拡散層の重合開始剤の添加量を増やしたことにより、実施例1及び2と比較して、拡散層の重合度が高くなったものである。光取出し層や陽極の剥離は観察されなかったが、100時間経過後にムラやシミが観察された。
比較例3は、拡散層の重合開始剤の添加量を少なくしたものであるが、拡散層の重合度が低く、陽極成膜前に光取出し層の剥離が観察された。
また、バインダーの硬化時の屈折率は1.8、拡散微粒子の屈折率は1.49で屈折率差が十分に大きく、薄膜でも光取り出しに十分な拡散を得ることができる。
またトルエンを溶媒としているため、樹脂の粒子は十分な耐溶剤性が必要であるが、その点でも本材料の組み合わせは溶剤に強く、また経時変化による分散の劣化(凝集等)においても非常に優れている。
1 基板
2 光拡散層
3 平坦化層
4 透明電極
5 有機発光層
6 反射電極
7 封止缶
10 積層体
20 有機電界発光装置

Claims (7)

  1. 基板と、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダー及び光拡散粒子を含む光拡散層と、(メタ)アクリル系樹脂を含むバインダーを含む平坦化層とを、この順に有する積層体であって、光拡散層の重合度が30%以上65%以下であり、かつ、平坦化層の重合度が50%以上である積層体。
  2. 前記光拡散層中の光拡散粒子の平均粒径が0.5μm〜10μmである請求項1に記載の積層体。
  3. 前記光拡散層中のバインダーの体積収縮率が2%以下である請求項1又は2に記載の積層体。
  4. 前記光拡散層が、(メタ)アクリレート系モノマー、光拡散粒子、及び重合開始剤を含む光拡散層形成用組成物から形成され、
    前記平坦化層が、(メタ)アクリレート系モノマー、及び重合開始剤を含む平坦化層形成用組成物から形成され、
    光拡散層形成用組成物中の重合開始剤の配合割合が、(メタ)アクリレート系モノマーに対して3質量%以下であり、
    平坦化層形成用組成物中の重合開始剤の配合割合が、(メタ)アクリレート系モノマーに対して3質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層体。
  5. 前記光拡散粒子は、架橋された(メタ)アクリル系樹脂粒子である請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層体。
  6. 前記光拡散層及び前記平坦化層は、更に光触媒不活性処理した酸化チタン微粒子を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層体。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層体と、該積層体の平坦化層側に、第一電極と、有機発光層と、第二電極とを、この順に有する有機電界発光装置。
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