JP6717150B2 - 有機エレクトロニクス素子、及び、電子機器 - Google Patents
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Description
[1]
log(VH(EM)/VH(HT))<1
log(VH(EM)/VH(ET))<1
log(VE(EM)/VE(HT))>1
log(VE(EM)/VE(ET))>1
[2]
log(VH(EM)/VH(HT))>1
log(VH(EM)/VH(ET))>1
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log(VE(EM)/VE(ET))<1
本発明の電子機器は、上記有機エレクトロニクス素子を備える。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.発明の概要
2.環状縮合芳香族化合物、及び、有機エレクトロニクス素子用材料
3.有機エレクトロニクス素子
4.電子機器
具体的な実施形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。なお、以下の説明では、有機エレクトロニクス素子の一例として、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の構成を用いる。
上記条件[1]のように、発光領域の電子輸送速度を、正孔輸送領域及び電子輸送領域よりも大きくした場合には、発光領域の正孔輸送領域側の部分において電子が留まりやすく、この部分の電子密度が高まりやすい。すなわち、発光領域の正孔輸送領域側において、電子の分布が局在化し固定化される。この結果、局在化した電子と、陰極側から注入される正孔との再結合確率が増大する。
[1]
log(VH(EM)/VH(HT))<1 ・・・(1−1)
log(VH(EM)/VH(ET))<1 ・・・(1−2)
log(VE(EM)/VE(HT))>1 ・・・(1−3)
log(VE(EM)/VE(ET))>1 ・・・(1−4)
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[X]
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log(VH(EM)/VH(ET))>1 ・・・(X−2)
log(VE(EM)/VE(HT))>1 ・・・(X−3)
log(VE(EM)/VE(ET))<0 ・・・(X−4)
条件[1]においては、発光領域の電子輸送速度が、正孔輸送領域及び電子輸送領域の電子輸送速度よりも大きい。そして、正孔輸送領域及び電子輸送領域の電子輸送速度が発光領域の電子輸送速度の1/100以下のため、「正(>1)」となる。そして、条件[1]においては、正孔輸送領域及び電子輸送領域の正孔輸送速度が、発光領域の正孔輸送速度の10倍以内のため、「0近傍(<1)」すなわち「−1以上1未満」となる。
次に、上述の条件[1]、条件[2]を実現するための有機エレクトロニクス素子の素子構成の一例について説明する。以下、図1及び図2に示す有機EL素子の構成を用いて、上記条件[1]、条件[2]を実現することが可能な素子構成について説明する。
A.(第1)非ドープ領域23A、(第1)ドープ領域23B、(第2)非ドープ領域23C、が、正孔輸送領域、発光領域、電子送領域の3領域となる。
B.(第2)非ドープ領域23C、(第2)ドープ領域23D、(第3)非ドープ領域23Eが、正孔輸送領域、発光領域、電子輸送領域の3領域となる。
上記有機EL素子の構成において上記[1]又は[2]の規定の実現が可能な、正孔輸送領域、発光領域、及び、電子送領域を構成する材料について説明する。なお、以下で説明する材料は、上記[1]又は[2]の規定を実現するための一例であり、上記[1]又は[2]の規定を実現できる材料であれば、有機エレクトロニクス素子への適用は特に制限されない。
通常、発光領域においては、濃度消光や不要なエネルギー移動を防ぐため、発光ホスト中に10%前後の量の発光ドーパントをドープして使用する。すなわち、発光領域においては、発光ドーパントの濃度が高くなく、さらに、発光ドーパントがホスト材料中で一様に分散しにくく、発光ドーパントがある程度凝集した集団となり、複数の集団が発光ドーパントに分散された形態となるため、発光ドーパントが一様に分散された状態に比べ、発光ドーパントの集団間のホッピング距離が大きくなる。この結果、発光ドーパントの電子輸送性が非常に高くしても、ホッピング距離の増大により、発光領域全体に要求される高い電子輸送性を十分に発現することができない。
[環状縮合芳香族化合物]
以下、本発明の環状縮合芳香族化合物、及び、有機エレクトロニクス素子用材料の具体的な実施形態について説明する。本実施形態の環状縮合芳香族化合物は、下記一般式(1)によって表される。また、有機エレクトロニクス素子用材料は、下記一般式(1)によって表される環状縮合芳香族化合物を含有する。
環状縮合芳香族化合物の合成方法について説明する。合成方法についてはカップリング反応を利用して合成することができる。カップリング反応としては、上記一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物を製造することが可能な方法であればよく、公知のカップリング反応を適宜採用することができる。例えば、鈴木カップリング反応、スティルカップリング反応、熊田カップリング反応、ウルマン反応、山本カップリング反応、根岸カップリング反応、檜山カップリング反応、並びに、これらの反応を組み合わせた反応を用いることができる。これらの中でも、得られる環状縮合芳香族化合物の収率が高く、反応に用いる材料の入手が容易であるという観点から、山本カップリング反応を用いることが好ましい。
例えば、アルカリとしては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、リン酸三カリウム、酢酸カリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム等が挙げられる。
カップリング反応の温度としては、用いる有機溶媒等によって異なるが、20〜80℃であることが好ましい。カップリング反応の反応時間としては、特に制限されず、用いるハロゲン化ベンゼンや採用するカップリング反応によっても異なる。目的の重合度に達したときを反応時間の上限としてもよいが、1〜24時間程度であることが好ましい。
上記一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物の合成方法の一例として、上述の[n]CPhen3,6(n=3,4,5,7,8)の合成方法を示す。
Solubility in chloroform: 1.1×10-7 M (20 °C);
1H NMR (600 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 9.74 (s, 6H), 8.41 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 8.12 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 7.89 (s, 6H);
1H NMR (600 MHz, oDCB-d4, 150 °C): ・・・.51 (s, 6H), 8.25 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 7.95 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 7.72 (s, 6H);
Td (onset) 577 °C (helium atmosphere);
HRMS (direct-APCI-TOF) m/z calcd for C42H24[M]+ 528.1873, found 528.1873;
Anal. calcd for C42H24C: 95.42, H: 4.58, found C: 95.62, H: 4.67.
1H NMR (600 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 9.06 (s, 8H), 8.00 (d, J = 7.8 Hz, 8H), 7.84 (s, 8H), 7.69 (d, J = 7.8 Hz, 8H);
13C HNMR (150 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 122.4, 126.9, 128.1, 129.1, 130.6, 131.5, 141.9; Td (onset) 570 °C (helium atmosphere);
HRMS (MALDI-TOF) m/z calcd for C56H32 [M]+ 704.2498, found 704.2475;
Anal. calcd for C56H32・0.6H2O C: 93.98, H: 4.52, found C: 93.99, H: 4.59.
1H NMR (600 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 8.62 (s, 10H), 7.90 (d, J = 8.4 Hz, 10H), 7.74 (s, 10H), 7.64 (d, J= 8.4 Hz, 10H);
13C HNMR (150 MHz, CDCl3, °C): ・ 123.2, 126.7, 128.3, 128.5, 130.7, 131.5, 141.7;
Td (onset) 577 °C (helium atmosphere);
HRMS (MALDI-TOF) m/z calcd for C70H40 [M]+ 880.3124, found 880.3136.
1H NMR (600 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 8.75 (s, 14H), 7.77 (dd, J= 11.4, 7.8 Hz, 28 H), 7.50 (s, 14H);
13C HNMR (150 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 122.5, 126.7, 126.8, 128.9, 130.7, 131.5, 140.4;
Td (onset) ? °C (helium atmosphere);
HRMS (ESI-TOF) m/z calcd for C98H56 [M]+ 1233.4410, found 1233.4410.
1H NMR (600 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 8.98 (s, 16H), 7.95 (d, J = 7.8 Hz, 16H), 7.89 (d, J = 7.8 Hz, 16H), 7.64 (s, 16H);
13C HNMR (150 MHz, CDCl3, 25 °C): ・ 122.2, 126.9, 127.0, 129.3, 130.7, 131.6, 140.4;
Td (onset) ? °C (helium atmosphere);
HRMS (ESI-TOF) m/z calcd for C112H64 [M]+ 1409.5036, found 1409.5036.
有機エレクトロニクス素子用材料は、上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物のみから構成されていてもよく、また、一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物による効果を阻害しない範囲内において、環状縮合芳香族化合物の合成に用いた試薬由来の不純物、精製により生じる不純物等が更に含まれていてもよい。
次に、有機エレクトロニクス素子の実施形態について説明する。本実施形態の有機エレクトロニクス素子は、陽極、陰極、及び、陰極と陽極との間に配置される有機化合物層を備える有機エレクトロニクス素子であって、有機化合物層の有機エレクトロニクス素子用材料として上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物を含有する。
また、有機薄膜太陽電池の層構成の中では、正孔輸送層、p型半導体層、発電層、n型半導体層、電子輸送層等が挙げられる。
なお、一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物は、電子輸送材料、正孔輸送材料及び発光層のホスト材料及びドーパント材料のいずれの材料としても用いることができるため、単一有機化合物層、又は、複数層のいずれの層においても有機エレクトロニクス素子用材料として含有させることができる。
以下、有機エレクトロニクス素子の好ましい一態様として、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)について説明する。上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物は、有機EL素の有機化合物層の材料として用いることが可能である。
以下に有機EL素子の層構成の好ましい具体例を示すが、有機EL素子の層構成はこれらに限定されない。
(i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層(陰極バッファー層)/陰極
(iv)陽極/正孔注入層(陽極バッファー層)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層(陰極バッファー層)/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層(陰極バッファー層)/陰極(vi)陽極/正孔注入層(陽極バッファー層)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(vii)陽極/単一有機化合物層[非ドープ領域、発光領域(ドープ領域)、非ドープ領域]/陰極
(viii)陽極/単一有機化合物層[正孔輸送領域、発光領域(ドープ領域)、及び、非ドープ領域]/陰極
(iX)陽極/単一有機化合物層[非ドープ領域、発光領域(ドープ領域)、及び、電子輸送領域]/陰極
(X)陽極/単一有機化合物層[発光領域(ドープ領域)]/陰極
(Xi)陽極/正孔注入層(陽極バッファー層)/単一有機化合物層[非ドープ領域、発光領域(ドープ領域)、非ドープ領域]/電子注入層(陰極バッファー層)/陰極
(Xii)陽極/単一有機化合物層[非ドープ領域、発光領域(ドープ領域)、非ドープ領域]/電子注入層(陰極バッファー層)/陰極
(Xiii)陽極/正孔注入層(陽極バッファー層)/単一有機化合物層[非ドープ領域、発光領域(ドープ領域)、非ドープ領域]/陰極
有機EL素子において、有機化合物層は、陽極と陰極とに挟持される層が単一層として構成された、又は、複数の領域が積層された構成とすることができる。以下、これらの単一層として構成される有機化合物層や、複数の領域が積層された構成の有機化合物層を単一有機化合物層として表記する。
有機EL素子を構成する発光層、又は、単一有機化合物層を構成する発光領域は、電極又は電子輸送層(領域)、正孔輸送層(領域)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る。発光層及び発光領域において、発光する部分は発光層(領域)内であっても発光層(領域)と隣接層(領域)との界面であってもよい。以下の説明においては、特に断りがない限り、発光層と、単一有機化合物層を構成する発光領域との両方の構成をまとめて、発光層と表記する。
また、発光層は、後述する正孔輸送材料や電子輸送材料を更に含有していてもよい。
発光層ホスト材料、及び、共通ホスト材料(以下、場合により「ホスト材料」という)とは、発光層に含有される化合物のうち、その層中での質量比が20%以上であり、かつ、室温(25℃)におけるリン光発光のリン光量子収率が0.1未満の化合物を指す。好ましくは、リン光量子収率が0.01未満である。
発光ドーパントとしては、蛍光ドーパント(蛍光性化合物ともいう)、リン光発光性ドーパント(リン光発光体、リン光性化合物、リン光発光性化合物等ともいう)を用いることができる。
上記のいずれの場合においても、リン光発光性ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト材料の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
また、一般式(3)において、P1−L1−P2で表される2座の配位子としては、例えば、置換又は無置換のフェニルピリジン、フェニルピラゾール、フェニルイミダゾール、フェニルトリアゾール、フェニルテトラゾール、ピラザボール、アセチルアセトン、ピコリン酸等が挙げられる。
さらに、一般式(3)において、Mは、元素周期表における8〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)を示すが、中でも、イリジウム、白金が好ましく、特にイリジウムが好ましい。これらのリン光発光性ドーパントは、例えば、Inorg.Chem.40巻、1704〜1711に記載の方法等により合成することができる。
有機EL素子の正孔輸送層、正孔輸送領域とは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料を含む層又は領域である。正孔輸送層は単層であってもよく、複数層を組み合わせて設けてもよい。正孔輸送層及び正孔輸送領域は、正孔輸送材料として、上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物を単独で、又は、他の正孔輸送材料と組み合わせて用いることが好ましい。また、上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物が、上述のホスト材料や、後述する電子輸送材料として用いられる場合には、正孔輸送材料として一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物以外の他の材料を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機EL素子の電子輸送層、電子輸送領域とは、電子を輸送する機能を有する材料を含む層又は領域である。電子輸送層は単層であってもよく、複数層を組み合わせて設けてもよい。
また、電子輸送層が複数層の場合は、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)として上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物を、単独で、又は、他の電子輸送材料と組み合わせて用いることが好ましい。また、一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物が、上述のホスト材料や正孔輸送材料として用いられる場合には、電子輸送材料として一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物以外の他の材料を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機EL素子の注入層は、必要に応じて設けることができる。例えば、「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)に記載されている正孔注入層(陽極バッファー層)や電子注入層(陰極バッファー層)等を有機EL素子に設けることができる。
有機EL素子の阻止層は、必要に応じて設けることができる。阻止層としては、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)層等が挙げられる。
,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方法。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ことがある。
(2)光電子分光法で直接測定する方法。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」を用いる方法、又は、紫外光電子分光として知られている方法を用いる方法。
有機EL素子の陽極としては、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して用いる構成が好ましい。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)等の非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。
有機EL素子の陰極としては、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、これらの混合物をとして用いる構成が好ましい。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、希土類金属等が挙げられる。
有機EL素子は、支持基板(基体、基板、基材、支持体等ともいう)を備えていることが好ましい。支持基板としては、ガラス、プラスチック等の種類に限定はなく、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、支持基板が透明であることが好ましい。
有機EL素子においては、支持基板の反対側に、陽極、有機化合物層、及び、陰極を覆うように配置された封止部材を更に備えていることが好ましい。このような封止部材としては、凹板状でも平板状でもよく、透明性や電気絶縁性は特に問わない。封止部材を凹板状に加工する場合には、サンドブラスト加工や、化学エッチング加工等が使われる。
有機EL素子おいては、支持基板と対向する側の封止部材の外側に、有機EL素子の機械的強度を高める観点から、保護層として保護膜又は保護板を設けてもよい。特に、封止部材が封止膜である場合には、封止膜の機械的強度は必ずしも高くないため、保護層を設けることが好ましい。保護層の材料としては、封止部材として挙げたものと同様のガラス板、ポリマー板、ポリマーフィルム、金属板及び金属フィルム等を用いることができる。軽量かつ薄膜化という観点から、ポリマーフィルムを用いることが好ましい。
有機EL素子の発光の23℃における部取り出し量子効率は、1%以上であることが好ましい。より好ましくは5%以上である。なお、部取り出し量子効率は、[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。
有機EL素子は、支持基板の光取り出し側に集光部材を設けることにより、特定方向の輝度を高めることができる。例えば、支持基板の光取り出し側に、マイクロレンズアレイ状の構造や、所謂集光シート等を設け、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、この正面方向の輝度を高めることができる。
次に、有機エレクトロデバイスの製造方法について説明する。以下の説明では、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/電子注入層/陰極からなる層構成の有機EL素子の製造方法について説明する。各層の構成は、上述の有機EL素子の説明における構成と同様とすることができるため、以下の製造方法での詳細な説明は省略する。
また、上記の作製順序を逆にして、支持基板側から、陰極、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、及び、陽極の順に作製することも可能である。
次に、有機エレクトロニクス素子の好ましい一態様として、有機薄膜太陽電池について説明する。上述の一般式(1)で表される環状縮合芳香族化合物は、有機薄膜太陽電池の有機化合物層の材料として用いることも可能である。
(i)陽極/発電層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発電層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発電層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/第1発電層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発電層/電子輸送層/陰極
(vi)陽極/単一有機化合物層(非ドープ領域、発電領域、非ドープ領域)/陰極
(vii)陽極/単一有機化合物層(p型半導体領域、発電領域、及び、非ドープ領域)/陰極
(viii)陽極/単一有機化合物層(非ドープ領域、発電領域、及び、n型半導体領域)/陰極
(iX)陽極/単一有機化合物層(発電領域)/陰極
上述の有機エレクトロニクス素子は、各種有機エレクトロニクス素子が用いられる電子機器に適用することができる。以下、有機エレクトロニクス素子が適用される電子機器の一例として、有機EL素子が適用される電子機器について説明する。
有機EL素子を備える表示装置は、単色表示装置、及び、多色表示装置のいずれも構成することができる。以下の説明では、多色表示装置について説明する。多色表示装置の場合、発光層を形成する工程において、シャドーマスクを設け、蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の方法を用いて一面に発光層を形成する。また、発光層のみにパターニングを行う場合、発光層の形成方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、スピンコート法、印刷法を用いる。
照明装置としては、有機EL素子に共振器構造を持たせた構成を用いることができる。有機EL素子に共振器構造を持たせた照明装置の使用方法としては、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。また、レーザ発振をさせることにより各種光源に使用してもよい。
上述の(合成反応1)に示す方法で環状縮合芳香族化合物の合成を行った後、上記[化5]に示す方法で順次単離操作を行い、環状縮合芳香族化合物1;[3]CPhen3,6、環状縮合芳香族化合物2;[4]CPhen3,6、環状縮合芳香族化合物3;[5]CPhen3,6、環状縮合芳香族化合物4;[6]CPhen3,6、及び、環状縮合芳香族化合物5;[8]CPhen3,6を合成した後、環状縮合芳香族化合物1;[3]CPhen3,6を単離して得た。
次に、有機EL素子の有機化合物層に適用する材料のキャリア移動度を測定するために、下記の材料を用いたホールオンリーデバイス(HOD)1〜7及びエレクトロンオンリーデバイス(EOD)1〜7の単電荷デバイスを製造した。
以下の方法で、図3に示す構成のホールオンリーデバイス(HOD)1〜7を作製した。
まず、100mm×100mm×1.1mmのガラス基板31上にITO(インジウムチンオキシド)層が100nmの厚さに成膜された基材(NHテクノグラス社製NA−45)を準備した。そして、このITO層にパターニングを行った後、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分間行ってガラス基板31上にITOからなる陽極33を形成した。
有機化合物層を構成する材料を下記表3に示す材料に変更した以外は、HOD−1と同様の方法でHOD−2〜7を作製した。HOD−3〜7については、単元蒸着のため、製膜レートを1.00Å/secとした。
以下の方法で、図3に示す構成のエレクトロンオンリーデバイス(EOD)1〜7を作製した。
まず、100mm×100mm×1.1mmのガラス基板31上にITO(インジウムチンオキシド)層が100nmの厚さに成膜された基材(NHテクノグラス社製NA−45)を準備した。そして、このITO層にパターニングを行った後、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分間行ってガラス基板31上にITOからなる陽極33を形成した。
この基板を真空蒸着装置に取付け、真空槽を4×10−4Paまで減圧した上で、形成した陽極33上に以下の条件で真空蒸着法にて有機化合物層34を順次積層した。まず、カルシウムを成膜レート0.1Å/secにて5nm、ホスト材料(CNP−1)と環状縮合芳香族化合物([3]CPhen3,6)を二元同時蒸着法にて70nm形成した。このとき、3CPの製膜レートを0.94Å/sec、CPhenの製膜レートを0.06Å/secとした。次いでセシウムを成膜レート0.1Å/secにて2.0nm形成した。
次に、Al(陰極35)を成膜レート4Å/secにて100nm形成した。この後、ガラスケース32により封止し、EOD−1を作製した。
有機化合物層を構成する材料を下記表4に示す材料に変更した以外は、EOD−1と同様の方法でEOD−2〜7を作製した。EOD−3〜7については、単元蒸着のため、製膜レートを1.00Å/secとした。
HOD−1の正孔移動度VHは、下記Mott-Gurney式(Child’s law in solids)を用いて、HOD−1の100mA/cm2時における電流・電圧値より、正孔移動度VHを算出した。同様に、HOD−2〜HOD−7を用いることで、各々の正孔移動度VHを算出した。さらに、EOD−1〜EOD−7を用いて、全く同様の測定及び算出を行うことで、各々の電子移動度VEを算出した。
(J:電流、ε:誘電率、ε0:真空中での誘電率、μ:移動度、V:電圧、L:膜厚)
以下の方法で、有機EL素子101〜105を作製した。有機EL素子101〜105の構成は、上述の図3に示す構成と同様とし、有機化合物層の層構成は、図4に示す構成とした。
まず、100mm×100mm×1.1mmのガラス基板31上にITO(インジウムチンオキシド)層が100nmの厚さに成膜された基材(NHテクノグラス社製NA−45)を準備した。そして、このITO層にパターニングを行った後、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分間行ってガラス基板31上にITOからなる陽極33を形成した。
まず、PEDOT/PSS(正孔注入層36)上に、CNP−1を成膜レート1Å/secにて20nm形成し、正孔輸送領域34A(非ドープ領域)を作製した。次に、ホスト化合物CNP−1と環状縮合芳香族化合物([3]CPhen3,6)を二元同時蒸着法にて40nm形成し、発光領域34B(ドープ領域)を作製した。この時、CNP−1の製膜レートを0.94Å/sec、3CPの製膜レートを0.06Å/secとした。次に、CNP−1を成膜レート1Å/secにて10nm形成し、電子輸送領域34C(非ドープ領域)を作製した。
最後に、Alを成膜レート4Å/secにて100nm形成し、陰極35を作製した。この後、上述のようにガラスケース32により封止し、有機EL素子103を作製した。
正孔注入層36、有機化合物層34、電子注入層37を構成する材料を下記表5に示す材料に変更した以外は、有機EL素子103と同様の方法で有機EL素子101,102,104,105を作製した。
図3に示すように、得られた有機EL素子101〜105のガラス基板31とは反対の面をガラスケース32で覆い、周囲にシール材としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成製ラックストラックLC0629B)を用いてガラス基板31とガラスケース32とを密着させ、UV光によって硬化させて封止せしめ、有機EL素子101〜105の評価素子を作製した。なお、ガラスケースの中には乾燥窒素ガスを充填し、捕水剤を封入した。評価素子の発光面はガラス基板31側の面である。
作製した有機EL素子101〜105の評価素子について、温度23℃において2.5mA/cm2定電流を印加した時の外部取り出し量子効率(%)を測定した。なお、測定には分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ社製)を用いた。
また、有機EL素子101〜103は、発光領域の電子輸送速度が、正孔輸送領域及び電子輸送領域の正孔輸送速度と同程度である。このため、表7に示すように、式(1−1)[log(VH(EM)/VH(HT))]及び式(1−2)[log(VH(EM)/VH(ET))]が、0近傍(−1以上1未満)である。
Claims (4)
- 陽極、陰極、及び、前記陰極と前記陽極との間に配置される有機化合物層を備える有機エレクトロニクス素子であって、有機化合物層が正孔輸送領域(HTL)/発光領域(EML)/電子輸送領域(ETL)の少なくとも3領域を有する構造、且つ前記発光領域は発光HOSTホストと発光ドーパントから構成される有機エレクトロニクス素子において、
前記正孔輸送領域(HTL)の正孔輸送速度VH(HT)と電子輸送速度VE(HT)、前記発光領域(EML)の正孔輸送速度VH(EM)と電子輸送速度VE(EM)、及び、前記電子輸送領域(ETL)の正孔輸送速度VH(ET)と電子輸送速度VE(ET)が、下記[1]又は[2]の条件を満たすことを特徴とする有機エレクトロニクス素子。
[1]
log(VH(EM)/VH(HT))<1
log(VH(EM)/VH(ET))<1
log(VE(EM)/VE(HT))>1
log(VE(EM)/VE(ET))>1
[2]
log(VH(EM)/VH(HT))>1
log(VH(EM)/VH(ET))>1
log(VE(EM)/VE(HT))<1
log(VE(EM)/VE(ET))<1 - 前記孔輸送領域及び前記電子輸送領域を構成する材料が、前記発光領域に含まれるホスト材料である請求項1に記載の有機エレクトロニクス素子。
- 請求項1に記載の有機エレクトロニクス素子を備える電子機器。
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