(57)【要約】  無機ホスト材料を用いてより高い効率の耐久性の高い発光素子であって、基板上に対向して設けられた上部電極と下部電極と、電極間に配置された正孔輸送層及び電子輸送層を含む発光層とを有し、発光層は、ホスト材料として無機化合物を用い、ドーパントに無機化合物からの電荷注入を促進するための置換基を含むことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に対向して設けられた上部電極と下部電極と、前記電極間に配置された正孔輸送層及び電子輸送層を含む発光層とを有し、
前記発光層は、ホスト材料として無機化合物を用い、ドーパントに前記無機化合物からの電荷注入を促進するための置換基を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記ドーパントは、下記の置換基を有する発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項３】
前記発光層に含まれるドーパントの電子親和力が３．０〜４．５ｅＶであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ドーパントは、下記の置換基を有する青色発光材料を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項５】
前記ドーパントは、下記の置換基を有し、前記置換基が有する炭素数が６以上であることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項６】
前記無機化合物にＴｉ化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項７】
前記無機化合物にバナジウム化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項８】
発光素子の発光層に用いる材料であって、
前記材料は、無機化合物と１種類以上の発光ドーパントを含み、前記ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用材料。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項９】
請求項８に記載の発光層用材料を分散状態とする溶媒であって、
前記無機化合物と１種類以上の前記発光ドーパントと分散用溶媒を含み、前記ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用分散液。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層用材料及び発光層用分散液、並びに発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＬＥＤの発光層用ホスト材料には、これまで有機材料が使われてきた。
最近では、それに加えて、長寿命化のため、無機化合物をホスト材料に使用する発光素子が報告されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の無機化合物をホスト材料に用いた発光素子は、必ずしも高効率が得られないという課題があった。【０００５】
そこで、本発明の目的は、無機ホスト材料を用いてより高い効率の耐久性の高い発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）基板上に対向して設けられた上部電極と下部電極と、電極間に配置された正孔輸送層及び電子輸送層を含む発光層とを有し、発光層は、ホスト材料として無機化合物を用い、ドーパントに無機化合物からの電荷注入を促進するための置換基を含むことを特徴とする発光素子。
（２）上記（１）において、ドーパントは、下記の置換基を有する発光材料を含むことを特徴とする発光素子。【０００７】
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
（３）上記（１）において、発光層に含まれるドーパントの電子親和力が３．０〜４．５ｅＶであることを特徴とする発光素子。
（４）上記（２）において、ドーパントは、下記の置換基を有する青色発光材料を含むことを特徴とする発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
（５）上記（２）において、ドーパントは、下記の置換基を有し、置換基が有する炭素数が６以上であることを特徴とする発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
（６）上記（２）において、無機化合物にＴｉ化合物を含むことを特徴とする発光素子。
（７）上記（２）において、無機化合物にバナジウム化合物を含むことを特徴とする発光素子。
（８）発光素子の発光層に用いる材料であって、材料は、無機化合物と１種類以上の発光ドーパントを含み、ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用材料。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
（９）上記（８）に記載の発光層用材料を分散状態とする溶媒であって、無機化合物と１種類以上の発光ドーパントと分散用溶媒を含み、ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用分散液。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、無機ホスト材料を用いて高効率で耐久性の高い発光素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の発光素子の構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等により本発明を詳細に説明する。
従来の無機化合物をホスト材料に用いる素子では、適切な有機発光材料の構造について、検討されていなかった。効率よく発光させるには、発光層に電子と正孔を注入させ、発光ドーパント上で再結合させることが望ましい。
【００１１】
そのためには、置換基に分極性基を有する発光ドーパントを用いるとよい。特に、置換基として、フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基を有することが望ましい。
特に、上記置換基のアルキル基の炭素数が６以上であることが、さらに望ましい。
【００１２】
ドーパントをこのような分子構造とすることにより、発光層表面に真空準位シフトを起こす上記発光ドーパントが局在化する。それによって、発光ドーパントのLUMO（Lowest Unoccupied Molecular Orbital：最低非占軌道）と無機化合物の伝導帯のエネルギー差が小さく、電子注入が促進される。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の発光素子の構造の一例の断面図を示す。発光素子は、図示するように、基板１、下部電極２、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５、上部電極６の順に積層された構造を有し、各層の特徴は以下に述べる。
基板１は、ガラス基板である。但し、ガラス基板に限るものではなく、適切な透水性低下保護膜を施したプラスティック基板や金属基板も用いることもできる。
下部電極２は、陽極である。ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明電極が用いられる。但し、それらに限られるものではなく、Ａｌ、Ａｇなどの積層体やＭｏ、Ｃｒや透明電極と光拡散層との組合せなども用いることができる。また、下部電極は陽極に限るものではなく、陰極も用いることができる。その場合は、Ａｌ、ＭｏやＡｌとＬｉの積層体やＡｌＮｉなどの合金などが用いられる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明電極を用いてもよい。
上部電極６は、陰極である。ＩＴＯ、ＩＺＯ、Ａｌなどが用いられる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極とＡｌ、Ａｇなどの反射性金属を積層した素子も用いることができる。ＩＴＯ、ＩＺＯをスパッタ法で形成する際には、スパッタによるダメージを緩和するため、バッファー層を設けることがある。バッファー層には、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどの金属酸化物を用いる。上記のように下部電極が陰極となる場合には、上部電極は陽極となる。その場合には、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明電極が用いられる。また、Ａｇ薄膜などの金属薄膜を用いることができる。ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明電極をスパッタ法で形成する際には、スパッタによるダメージを緩和するため、バッファー層を設けることがある。バッファー層には、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどの金属酸化物を用いる。
【００１４】
正孔輸送層３は、下部電極２から正孔を注入するための層である。単層もしくは複数層設けてもよい。正孔輸送層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステンなどを用いる。
【００１５】
発光層４は、所望の発光色の発光を得るための層である。発光層４はホスト及びドーパントを含む。ドーパントとして、種々の有機発光材料を用いる。ドーパントは１種類だけでもよいが、２種類、３種類を用いてもよい。ドーパント濃度は、０．１ｗｔ％から５０ｗｔ％が望ましい。あまり多くドーパントを混合するとドーパント同士の相互作用により、濃度消光が起こり、発光効率が低下してしまう。ホストとしてはガラス組成物を用いる。Ｖ２Ｏ５、Ａｇ２Ｏ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２などの無機化合物を含む。
【００１６】
電子輸送層５は陰極から発光層に電子を注入するための層である。電子輸送層５としては、ＴｉＯ２などが用いられる。ＴｉＯ２はスパッタ法やゾルゲル法、スプレー法などで作製できる。また、膜のち密さを向上するため、スメクタイトを含んでいてもよい。
【００１７】
また、上記発光素子の作製手順は以下の通りであり、後述する実施例１〜３、及び比較例１〜３のいずれも同様の作製手順で作製されるものとする。
≪試料作製手順≫
（１）基板（ガラス、あるいは金属、あるいはプラスティク樹脂など）を用意する。
【００１８】
（２）下部電極材料（ＩＴＯ、あるいはＩＺＯなど）をスパッタなどを用いて上記基板上に堆積する。
【００１９】
（３）次に、堆積した下部電極材料をマスクを用いて所望の形状にパターニングする。
【００２０】
（４）正孔輸送層とする材料（酸化モリブデン（ＭｏＯ２）など）を蒸着、あるいは塗布方法により下部電極材料上に形成する。
【００２１】
（５）次に、正孔輸送層上に無機材料とドーパントを塗布し発光層を形成する。
【００２２】
（６）電子輸送層とする材料（ＴｉＯ２など）を発光層上に塗布、あるいはスパッタ方法により形成する。
【００２３】
（７）最後に、上部電極としてＩＴＯあるいはＩＺＯなどをスパッタなどを用いて堆積する。
≪発光素子の測定方法≫
また、後述する実施例１〜３、及び比較例１〜３で作製した発光素子の特性評価のための測定は、以下の通りである。
【００２４】
得られた発光素子の電力効率は、電流−電圧−輝度（Ｉ−Ｖ−Ｌ）測定により算出した。Ｉ−Ｖ−測定は、陰極を接地して陽極に正の直流電圧を一定の刻みで印加し、各電圧における電流と輝度を記録して行った。得られた結果をもとに、電力効率（ｌｍ/Ｗ）は発光面積と電流、電圧と輝度から計算して算出した。
【実施例１】
【００２５】
本実施例では、各層に以下のような材料を用いた。
基板１にはガラス基板を用い、下部電極（陽極）２には、ＩＴＯを用いた。膜厚は１５０ｎｍとした。正孔輸送層３には、酸化モリブデンを用いた。膜厚は５０ｎｍとした。酸化モリブデンの仕事関数は５．７ｅＶである。発光層４には、固体状のＶ２Ｏ５、Ａｇ２Ｏ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２を含むガラス化合物（質量％はそれぞれ４０、４０、２０％）と下記の発光ドーパントを用いた。
青色ドーパントは、化学式[化１]で示した分子構造の材料である。【００２６】
【化１】
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緑色ドーパントは、化学式[化２]で示した分子構造の材料である。【００２７】
【化２】
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赤色ドーパントは、化学式[化３]で示した分子構造の材料である。【００２８】
【化３】
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青色ドーパント、緑色ドーパント及び赤色ドーパントは全体の固形分に対して、３ｗｔ％、１ｗｔ％、１ｗｔ％とした。膜厚は４０ｎｍとした。ドーパントのイオン化ポテンシャル／電子親和力の値は、青ドーパント−５．８ｅＶ／−３．０ｅＶ、緑ドーパントは−５．１ｅＶ／−２．５ｅＶ、赤ドーパントは−５．８ｅＶ／−４．１ｅＶである。
上記の発光層用材料を溶媒（αテルピネオール）中に撹拌して分散させ、印刷・焼成して、発光層を形成した。【００２９】
なお、発光層用材料を塗布し成膜するにあたって、発光層用材料を分散状態とする溶媒であって、無機化合物と１種類以上の発光ドーパントと分散用溶媒を含み、ドーパントの少なくとも１種類がフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基の置換基を有する発光層用分散液を用いる。【００３０】
電子輸送層５には、ＴｉＯ２とスメクタイトの混合物を用いた。膜厚は４０ｎｍとした。なお、ＴｉＯ２の仕事関数は、４．０ｅＶである。【００３１】
上部電極（陰極）６には、ＩＺＯを用いた。膜厚は１００ｎｍとした。
本実施例の下部電極２に＋（プラス）電位を上部電極６に−（マイナス）電位を印加したところ、発光が得られた。
また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。測定結果は、比較例１で測定した電力効率を１（基準）とした時、本実施例１の電力効率は、１．４倍の値が得られた。【００３２】
本実施例の構成では、分極性の大きい、フルオロアルキル基を有する青色ドーパントが発光層表面に局在化する。そこで、フルオロアルキル基のために真空準位シフトが起こり、青色ドーパントのＬＵＭＯレベルが実質的に深くなる。そのため、電子輸送層５から発光層４への電荷移動が容易に起こるようになり、発光層での電荷再結合が効率よく起こる。【００３３】
以下に、実施例１〜３および比較例１〜３で用いた各層の仕様の一覧を表１に示す。【００３４】
【表１】
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（比較例１）
比較例１で用いる青色ドーパントは、化学式[化４]で示した分子構造の材料である。この材料を青色ドーパントに用い、その他の材料は実施例１と同様に発光素子を作製した。【００３５】
【化４】
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この青色ドーパントのイオン化ポテンシャル／電子親和力の値は、−５．６ｅＶ／−２．８ｅＶである。
また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。電力効率は５ｌｍ／Ｗであった。この測定値を、他の実施例あるいは比較例との比較の基準値として、それぞれの電力効率を示している。【００３６】
本比較例の青色ドーパントの電子親和力は−２．８ｅＶである。または分極性の高い置換基を有しない。そのため、表面に局在化することもなく、真空準位シフトも起こさない。そのため、電子輸送層から発光層への電子注入が起こりにくく、電荷再結合が起こりにくい。そのため、効率が実施例１と比較して低いものと考えられる。
【実施例２】
【００３７】
化学式[化５]は、実施例２の青色発光材料の構造式である。この材料を青色ドーパントに用い、その他の材料は実施例１と同様に発光素子を作製した。【００３８】
【化５】
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また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。その結果、比較例１の電力効率を基準とすると、実施例２の電力効率は１．２倍であった。すなわち、比較例１と比較すれば、電力効率は高いことを示す。
本実施例の青色ドーパントのイオン化ポテンシャル／電子親和力の値は、−５．７ｅＶ／−２．９ｅＶである。実施例１の青色ドーパントと比較して、フルオロアルキル基の炭素数が３で短いため、分極が小さい。そのため、真空準位シフトが小さく、電子輸送層から発光層への電子注入が小さくなり、効率が実施例１と比較して小さくなったと考えられる。
【実施例３】
【００３９】
化学式[化６]は、実施例３の青色発光材料の構造式である。この材料を青色ドーパントに用い、その他の材料は実施例１と同様に発光素子を作製した。【００４０】
【化６】
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また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。その結果、比較例１の電力効率を基準とすると、実施例３の電力効率は１．４倍であった。すなわち、比較例１と比較すれば、電力効率は高く、実施例１の電力効率と同程度の値を示している。【００４１】
本実施例の青色ドーパントのイオン化ポテンシャル／電子親和力の値は、−５．８ｅＶ／−３．０ｅＶである。分極性の高い長いフルオロアルキル基を有するため、真空準位シフトが十分起こり、高い効率が得られたと考えられる。
（比較例２）
比較例２では、発光層に含まれるガラス組成物がＶ２Ｏ５、Ａｇ２Ｏ、ＴｅＯ２からなること以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。【００４２】
また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。その結果、比較例１の電力効率を基準とすると、比較例２の電力効率は１．０倍であった。すなわち、比較例１と同程度の電力効率を示した。
（比較例３）
比較例３では、発光層に含まれるガラス組成物がＡｇ２Ｏ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２からなること以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。
また、輝度１０ｃｄ／ｍ２での電力効率を測定した。その結果、比較例１の電力効率を基準とすると、比較例３の電力効率は１．０倍であった。すなわち、比較例１と同程度の電力効率を示した。【００４３】
なお、上掲した表１に実施例１〜３および比較例１〜３で得られた発光素子の測定結果のまとめを示している。
【符号の説明】
【００４４】
１…基板、
２…下部電極、
３…正孔輸送層、
４…発光層、
５…電子輸送層、
６…上部電極。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月29日(2013.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に対向して設けられた上部電極と下部電極と、前記電極間に配置された正孔輸送層及び電子輸送層を含む発光層とを有し、
前記発光層は、ホスト材料として無機化合物を用い、ドーパントに前記無機化合物からの電荷注入を促進するための置換基を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記ドーパントは、下記の置換基を有する発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項３】
前記発光層に含まれるドーパントの電子親和力が３．０〜４．５ｅＶであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ドーパントは、下記の置換基を有する青色発光材料を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項５】
前記ドーパントは、下記の置換基を有し、前記置換基が有する炭素数が６以上であることを特徴とする請求項２記載の発光素子。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項６】
前記無機化合物にＴｉ化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項７】
前記無機化合物にバナジウム化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
【請求項８】
発光素子の発光層に用いる材料であって、
前記材料は、無機化合物と１種類以上の発光ドーパントを含み、前記ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用材料。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項９】
請求項８に記載の発光層用材料を分散状態とする溶媒であって、
前記無機化合物と１種類以上の前記発光ドーパントと分散用溶媒を含み、前記ドーパントの少なくとも１種類が下記の置換基を有することを特徴とする発光層用分散液。
置換基：フルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基。
【請求項１０】
前記無機化合物にＴｉ化合物を含むことを特徴とする請求項８記載の発光層用材料。
【請求項１１】
前記無機化合物にバナジウム化合物を含むことを特徴とする請求項８記載の発光層用材料。
【国際調査報告】
2014162566.tif 000011
2014162566.tif 000012
2014162566.tif 000013
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