特表-13161603IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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再表2013-161603透明電極、電子デバイス、および透明電極の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2013年10月31日
【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】透明電極、電子デバイス、および透明電極の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H05B 33/28 20060101AFI20151201BHJP
   H01B 5/14 20060101ALI20151201BHJP
   H01L 51/50 20060101ALI20151201BHJP
   H05B 33/26 20060101ALI20151201BHJP
   H05B 33/10 20060101ALI20151201BHJP
   H01B 13/00 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   H05B33/28
   H01B5/14 A
   H05B33/14 A
   H05B33/26 Z
   H05B33/26 A
   H05B33/10
   H01B13/00 503B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】116
【出願番号】特願2014-512473(P2014-512473)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年4月15日
(31)【優先権主張番号】特願2012-98534(P2012-98534)
(32)【優先日】2012年4月24日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2012-102286(P2012-102286)
(32)【優先日】2012年4月27日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木下 敏幸
(72)【発明者】
【氏名】波木井 健
(72)【発明者】
【氏名】石代 宏
(72)【発明者】
【氏名】吉田 和央
(72)【発明者】
【氏名】小野 美奈子
(72)【発明者】
【氏名】辻村 隆俊
【テーマコード(参考)】
3K107
5G307
5G323
【Fターム(参考)】
3K107AA01
3K107CC05
3K107CC11
3K107DD22
3K107DD27
3K107DD42X
3K107DD42Y
3K107DD44X
3K107DD44Y
3K107FF00
3K107FF14
3K107FF15
5G307FA01
5G307FA02
5G307FB02
5G307FC09
5G323BA01
5G323BB01
5G323BB03
5G323BB04
5G323BB05
(57)【要約】
十分な導電性と光透過性とを兼ね備えた透明電極を提供し、さらにこの透明電極を用いることによって性能の向上が図られた電子デバイスを提供する。またこの透明電極の製造方法を提供する。透明電極は、窒素含有層と電極層とを備える。窒素含有層は、0.3nm/s以上の成膜速度で成膜され、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成される。また電極層は、窒素含有層に隣接して設けられると共に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
0.3nm/s以上の成膜速度で成膜され、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層と、
前記窒素含有層に隣接して設けられると共に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層と
を備えた透明電極。
【請求項2】
前記窒素含有層は、0.5nm/s以上の成膜速度で成膜された
請求項1に記載の透明電極。
【請求項3】
窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層と、
前記窒素含有層の成膜後2分以内に当該窒素含有層に隣接して成膜された層である共に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層と
を備えた透明電極。
【請求項4】
前記電極層は、前記窒素含有層の成膜後1分以内に当該窒素含有層に隣接して成膜された層である
請求項3に記載の透明電極。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明電極を有する
電子デバイス。
【請求項6】
前記電子デバイスが有機電界発光素子である
請求項5に記載の電子デバイス。
【請求項7】
0.3nm/s以上の成膜速度により、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層を形成する工程と、
前記窒素含有層上に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層を形成する工程と
を含む透明電極の製造方法。
【請求項8】
窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層を成膜する工程と、
前記窒素含有層の成膜後2分以内に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層を当該窒素含有層に隣接させて成膜する工程と
を含む透明電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、透明電極、電子デバイス、および透明電極の製造方法に関し、特には導電性と光透過性とを兼ね備えた透明電極、この透明電極を用いた電子デバイス、さらにこの透明電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence:以下ELと記す)を利用した有機電界発光素子(いわゆる有機EL素子)は、数V〜数十V程度の低電圧で発光が可能な薄膜型の完全固体素子であり、高輝度、高発光効率、薄型、軽量といった多くの優れた特徴を有する。このため、各種ディスプレイのバックライト、看板や非常灯等の表示板、照明光源等の面発光体として近年注目されている。
【0003】
このような有機電界発光素子は、2枚の電極間に有機材料を用いて構成された発光層を挟持した構成であり、発光層で生じた発光光は電極を透過して外部に取り出される。このため、2枚の電極のうちの少なくとも一方は透明電極として構成される。
【0004】
透明電極としては、酸化インジウムスズ(SnO−In:Indium Tin Oxide:ITO)等の酸化物半導体系の材料が一般的に用いられているが、ITOと銀とを積層して低抵抗化を狙った検討もなされている(例えば下記特許文献1,2参照)。しかしながら、ITOはレアメタルのインジウムを使用しているため、材料コストが高く、また抵抗を下げるために成膜後に300℃程度でアニール処理する必要がある。そこで、電気伝導率の高い銀等の金属材料を薄膜化した構成や、銀にアルミニウムを混ぜることにより銀単独よりも薄い膜厚で導電性を確保する構成も提案されている(例えば下記特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−15623号公報
【特許文献2】特開2006−164961号公報
【特許文献3】特開2009−151963号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、電気伝導率の高い銀やアルミニウムを用いて構成された透明電極であっても、十分な導電性と光透過性との両立を図ることは困難であった。
【0007】
そこで本発明は、十分な導電性と光透過性とを兼ね備えた透明電極を提供すること、およびこの透明電極を用いることによって性能の向上が図られた電子デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
【0009】
1.0.3nm/s以上の成膜速度で成膜され、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層と、
前記窒素含有層に隣接して設けられると共に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層と
を備えた透明電極。
【0010】
2.前記窒素含有層の成膜速度が0.5nm/s以上である1に記載の透明電極。
【0011】
3.窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層と、
前記窒素含有層の成膜後2分以内に当該窒素含有層に隣接して成膜された層である共に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層と
を備えた透明電極。
【0012】
4.前記電極層は、前記窒素含有層の成膜後1分以内に当該窒素含有層に隣接して成膜された層である3に記載の透明電極。
【0013】
5.1〜4のいずれか1項に記載の透明電極を有する電子デバイス。
【0014】
6.前記電子デバイスが有機電界発光素子である5に記載の電子デバイス。
【0015】
7.0.3nm/s以上の成膜速度により、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層を形成する工程と、
前記窒素含有層上に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層を形成する工程と
を含む透明電極の製造方法。
【0016】
8.窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層を成膜する工程と、
前記窒素含有層の成膜後2分以内に、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有し、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層を当該窒素含有層に隣接させて成膜する工程と
を含む透明電極の製造方法。
【0017】
以上のような構成の本発明の透明電極は、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層に隣接して、銀または銀を主成分とする合金からなる電極層を設けた構成である。これにより、窒素含有層に隣接して電極層を成膜する際には、電極層を構成する銀原子が窒素含有層を構成する窒素原子を含んだ化合物と相互作用し、銀が凝集することなく、銀の連続膜として構成され易くなる。したがって、銀を用いた電極層は連続膜である。また、以降の実施例で説明するように、窒素含有層が0.3nm/s以上の成膜速度で成膜されることにより、電極層は、より連続性の高い膜となる。
【0018】
また、電極層を、窒素含有層の成膜後2分以内に窒素含有層に隣接して成膜された層とすることにより、以降の実施例で説明するように、電極層はより連続性の高い膜として構成されることが確認されている。
【0019】
また、電極層は、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有する。これにより、電極層は、電極用の膜としての実用性を確保しつつも、光の吸収成分または反射成分が低く抑えられたものとなる。
【0020】
以上の結果、この様な電極層を備えた透明電極は、実質的に電極としての機能を果たす電極層が、薄い膜厚であることで、光透過性を確保しつつも、連続性の高い膜であることにより導電性も確保されているため、導電性の向上と光透過性の向上との両立が図られたものとなる。
【発明の効果】
【0021】
以上説明したように本発明によれば、透明電極における導電性の向上と光透過性の向上との両立を図ることが可能になり、またこの透明電極を用いた電子デバイスの性能の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の透明電極の構成を示す断面模式図である。
図2】本発明の透明電極の製造方法を示す断面工程図である。
図3】本発明の透明電極を用いた有機電界発光素子の第1例を示す断面構成図である。
図4】本発明の透明電極を用いた有機電界発光素子の第2例を示す断面構成図である。
図5】本発明の透明電極を用いた有機電界発光素子の第3例を示す断面構成図である。
図6】有機電界発光素子を用いて発光面を大面積化した照明装置の断面構成図である。
図7】実施例1で作製した試料1-1の透明電極のSEM画像である。
図8】実施例1で作製した試料1-2の透明電極のSEM画像である。
図9】実施例1で作製した試料1-3の透明電極のSEM画像である。
図10】実施例1で作製した試料1-4の透明電極のSEM画像である。
図11】実施例1で作製した試料1-5の透明電極のSEM画像である。
図12】実施例1で作製した試料1-6の透明電極のSEM画像である。
図13】実施例1で作製した試料1-7の透明電極のSEM画像である。
図14】実施例1で作製した試料1-8の透明電極のSEM画像である。
図15】実施例1で作製した試料1-9の透明電極のSEM画像である。
図16】実施例2で作製した試料2-1の透明電極のSEM画像である。
図17】実施例2で作製した試料2-2の透明電極のSEM画像である。
図18】実施例2で作製した試料2-3の透明電極のSEM画像である。
図19】実施例2で作製した試料2-4の透明電極のSEM画像である。
図20】実施例2で作製した試料2-5の透明電極のSEM画像である。
図21】実施例2で作製した試料2-6の透明電極のSEM画像である。
図22】実施例2で作製した試料2-7の透明電極のSEM画像である。
図23】実施例2で作製した試料2-8の透明電極のSEM画像である。
図24】実施例2で作製した試料2-9の透明電極のSEM画像である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて次に示す順に説明する。
1.透明電極
2.透明電極の用途
3.有機電界発光素子の第1例
4.有機電界発光素子の第2例
5.有機電界発光素子の第3例
6.有機電界発光素子の用途
7.照明装置−1
8.照明装置−2
【0024】
≪1.透明電極≫
図1は、本発明の透明電極の一構成例を示す断面模式図である。図1に示すように、透明電極1は、窒素含有層1aと、これに隣接して設けられた電極層1bとを積層した2層構造であり、例えば基材11の上部に、窒素含有層1a、電極層1bの順に設けられている。このうち、窒素含有層1aは、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された層であり、電極層1bは、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された層である。本実施形態においては、特にこの窒素含有層1aが、以降に詳細に説明するように、所定の成膜速度で形成されたところが特徴的である。また、以降に詳細に説明するように、電極層1bが、窒素含有層1aの成膜後所定時間以内に窒素含有層1aに隣接して成膜された構成としても良い。
【0025】
以下に、このような積層構造の透明電極1を構成する電極層1b、窒素含有層1a、および透明電極1が設けられる基材11の順に、詳細な構成を説明し、続いて、透明電極1の製造方法を説明する。
【0026】
<電極層1b>
電極層1bは、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された層であって、図1の断面模式図に示すように、窒素含有層1aに隣接して設けられた層である。この電極層1bは、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有する。電極層1bは、シート抵抗の測定が可能な膜厚とすることにより、電極層1bを構成する金属が面内方向においての2次元的な連続性を備えたものとなり、電極用の膜としての実用性が確保されている。また電極層1bは、12nm以下の膜厚であることにより、電極層1bにおける吸収成分または反射成分が低く抑えられ、透明電極1の光透過率が確保されている。
【0027】
なお、電極層1bは、窒素含有層1aの成膜後2分以内に窒素含有層1aに隣接して成膜された層である構成としても良い。より好ましくは、電極層1bは、窒素含有層1aの成膜後1分以内に窒素含有層1aに隣接して成膜された層である。
【0028】
このような電極層1bを構成する金属は、例えば銀(Ag)、または銀を主成分とした合金である。銀(Ag)とは、銀の安定性を確保するために添加されるパラジウム(Pd)、銅(Cu)、金(Au)などを含んでいてもよく、銀の純度が99%以上のものとする。また銀を主成分とした合金とは、銀の含有率が50%以上のものとする。このような合金の一例として、銀マグネシウム(AgMg)、銀銅(AgCu)、銀パラジウム(AgPd)、銀パラジウム銅(AgPdCu)、銀インジウム(AgIn)、銀金(AgAu)、銀アルミ(AgAl)、銀亜鉛(AgZn)、銀錫(AgSn)、銀白金(AgPt)、銀チタン(AgTi)、銀ビスマス(AgBi)などが挙げられる。
【0029】
また以上のような電極層1bは、銀または銀を主成分とした合金の層が、必要に応じて複数の層に分けて積層された構成であっても良い。
【0030】
<窒素含有層1a>
窒素含有層1aは、0.3nm/s以上の成膜速度で成膜され、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された層である。より好ましくは、窒素含有層1aは、0.5nm/s以上の成膜速度で成膜された層である。このような窒素含有層1aは、電極層1bに隣接して設けられる。
【0031】
窒素含有層1aを構成する窒素原子を含んだ化合物は、分子内に窒素原子を含んでいる化合物であれば、特に限定はないが、窒素原子をヘテロ原子とした複素環を有する化合物が好ましい。窒素原子をヘテロ原子とした複素環としては、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾリジン、アゾール、アジナン、ピリジン、アゼパン、アゼピン、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾリン、ピラジン、モルホリン、チアジン、インドール、イソインドール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、シンノリン、プテリジン、アクリジン、カルバゾール、ベンゾ−C−シンノリン、ポルフィリン、クロリン、コリン等が挙げられる。
【0032】
また、以上のような窒素原子をヘテロ原子とした複素環を有する化合物として特に好ましいのは、下記一般式(1)〜(3)で表される化合物である。
【0033】
[一般式(1)]
一般式(1) (Ar1)n1−Y1
【0034】
一般式(1)の式中、n1は1以上の整数を表し、Y1はn1が1の場合は置換基を表し、n1が2以上の場合は単なる結合手またはn1価の連結基を表す。Ar1は後記する一般式(A)で表される基を表し、n1が2以上の場合、複数のAr1は同一でも異なっていてもよい。但し、前記一般式(1)で表される化合物は分子内に3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環を少なくとも2つ有する。
【0035】
一般式(1)において、Y1で表される置換基の例としては、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)、芳香族炭化水素基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基)、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、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、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またはヘテロ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、ピペリジル基(ピペリジニル基ともいう)、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル基等)、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)、リン酸エステル基(例えば、ジヘキシルホスホリル基等)、亜リン酸エステル基(例えばジフェニルホスフィニル基等)、ホスホノ基等が挙げられる。
【0036】
これらの置換基の一部は、上記の置換基によってさら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。
【0037】
一般式(1)において、Y1で表されるn1価の連結基としては、具体的には、2価の連結基、3価の連結基、4価の連結基等が挙げられる。
【0038】
一般式(1)において、Y1で表される2価の連結基としては、アルキレン基(例えば、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、2,2,4−トリメチルヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、シクロヘキシレン基(例えば、1,6−シクロヘキサンジイル基等)、シクロペンチレン基(例えば、1,5−シクロペンタンジイル基など)等)、アルケニレン基(例えば、ビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ペンテニレン基、1−メチルビニレン基、1−メチルプロペニレン基、2−メチルプロペニレン基、1−メチルペンテニレン基、3−メチルペンテニレン基、1−エチルビニレン基、1−エチルプロペニレン基、1−エチルブテニレン基、3−エチルブテニレン基等)、アルキニレン基(例えば、エチニレン基、1−プロピニレン基、1−ブチニレン基、1−ペンチニレン基、1−ヘキシニレン基、2−ブチニレン基、2−ペンチニレン基、1−メチルエチニレン基、3−メチル−1−プロピニレン基、3−メチル−1−ブチニレン基等)、アリーレン基(例えば、o−フェニレン基、p−フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ナフタセンジイル基、ピレンジイル基、ナフチルナフタレンジイル基、ビフェニルジイル基(例えば、[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイル基、3,3’−ビフェニルジイル基、3,6−ビフェニルジイル基等)、テルフェニルジイル基、クアテルフェニルジイル基、キンクフェニルジイル基、セキシフェニルジイル基、セプチフェニルジイル基、オクチフェニルジイル基、ノビフェニルジイル基、デシフェニルジイル基等)、ヘテロアリーレン基(例えば、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(モノアザカルボリン環ともいい、カルボリン環を構成する炭素原子のひとつが窒素原子で置き換わった構成の環構成を示す)、トリアゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピラジン環、キノキサリン環、チオフェン環、オキサジアゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、インドール環からなる群から導出される2価の基等)、酸素や硫黄などのカルコゲン原子、3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基等(ここで、3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環としては、好ましくはN、O及びSから選択されたヘテロ原子を、縮合環を構成する元素として含有する芳香族複素縮合環であることが好ましく、具体的には、アクリジン環、ベンゾキノリン環、カルバゾール環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、カルボリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭素原子の任意の一つが窒素原子で置き換わったものを表す)、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、チオファントレン環(ナフトチオフェン環)等)が挙げられる。
【0039】
一般式(1)において、Y1で表される3価の連結基としては、例えば、エタントリイル基、プロパントリイル基、ブタントリイル基、ペンタントリイル基、ヘキサントリイル基、ヘプタントリイル基、オクタントリイル基、ノナントリイル基、デカントリイル基、ウンデカントリイル基、ドデカントリイル基、シクロヘキサントリイル基、シクロペンタントリイル基、ベンゼントリイル基、ナフタレントリイル基、ピリジントリイル基、カルバゾールトリイル基等が挙げられる。
【0040】
一般式(1)において、Y1で表される4価の連結基としては、上記の3価の基にさらにひとつ結合基がついたものであり、例えば、プロパンジイリデン基、1,3−プロパンジイル−2−イリデン基、ブタンジイリデン基、ペンタンジイリデン基、ヘキサンジイリデン基、ヘプタンジイリデン基、オクタンジイリデン基、ノナンジイリデン基、デカンジイリデン基、ウンデカンジイリデン基、ドデカンジイリデン基、シクロヘキサンジイリデン基、シクロペンタンジイリデン基、ベンゼンテトライル基、ナフタレンテトライル基、ピリジンテトライル基、カルバゾールテトライル基等が挙げられる。
【0041】
なお、上記の2価の連結基、3価の連結基、4価の連結基は、各々さらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有していてもよい。
【0042】
一般式(1)で表される化合物の好ましい態様としては、Y1が3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基を表すことが好ましく、当該3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環としては、ジベンゾフラン環またはジベンゾチオフェン環が好ましい。また、n1が2以上であることが好ましい。
【0043】
さらに、一般式(1)で表される化合物は、分子内に上記の3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環を少なくとも2つ有する。
【0044】
また、Y1がn1価の連結基を表す場合、一般式(1)で表される化合物の三重項励起エネルギーを高く保つために、Y1は非共役であることが好ましく、さらに、Tg(ガラス転移点、ガラス転移温度ともいう)を向上させる点から、芳香環(芳香族炭化水素環+芳香族複素環)で構成されていることが好ましい。
【0045】
ここで、非共役とは、連結基が単結合(一重結合ともいう)と二重結合の繰り返しによって表記できないか、または連結基を構成する芳香環同士の共役が立体的に切断されている場合を意味する。
【0046】
[一般式(A)で表される基]
一般式(1)中におけるAr1は、下記一般式(A)で表される基を表す。
【0047】
【化1】
【0048】
式中、Xは、−N(R)−、−O−、−S−または−Si(R)(R′)−を表し、E1〜E8は、−C(R1)=または−N=を表し、R、R′及びR1は水素原子、置換基またはY1との連結部位を表す。*はY1との連結部位を表す。Y2は単なる結合手または2価の連結基を表す。Y3及びY4は、各々5員または6員の芳香族環から導出される基を表し、少なくとも一方は環構成原子として窒素原子を含む芳香族複素環から導出される基を表す。n2は1〜4の整数を表す。
【0049】
ここで、一般式(A)のXで表される−N(R)−または−Si(R)(R′)−において、さらに、E1〜E8で表される−C(R1)=において、R、R′及びR1で各々表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0050】
また、一般式(A)において、Y2で表される2価の連結基としては、一般式(1)において、Y1で表される2価の連結基と同義である。
【0051】
さらに、一般式(A)において、Y3及びY4で各々表される5員または6員の芳香族環から導出される基の形成に用いられる5員または6員の芳香族環としては、ベンゼン環、オキサゾール環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ジアジン環、トリアジン環、イミダゾール環、イソオキサゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
【0052】
さらに、Y3及びY4で各々表される5員または6員の芳香族環から導出される基の少なくとも一方は、環構成原子として窒素原子を含む芳香族複素環から導出される基を表すが、当該環構成原子として窒素原子を含む芳香族複素環としては、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ジアジン環、トリアジン環、イミダゾール環、イソオキサゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
【0053】
(Y3で表される基の好ましい態様)
一般式(A)において、Y3で表される基としては、上記6員の芳香族環から導出される基であることが好ましく、さらに好ましくは、ベンゼン環から導出される基である。
【0054】
(Y4で表される基の好ましい態様)
一般式(A)において、Y4で表される基としては、上記6員の芳香族環から導出される基であることが好ましく、さらに好ましくは、窒素原子を環構成原子と含む芳香族複素環から導出される基であり、特に好ましくは、Y4がピリジン環から導出される基であることである。
【0055】
(一般式(A)で表される基の好ましい態様)
一般式(A)で表される基の好ましい態様としては、下記一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)または(A−4)のいずれかで表される基が挙げられる。
【0056】
【化2】
【0057】
上記一般式(A−1)の式中、Xは−N(R)−、−O−、−S−または−Si(R)(R′)−を表し、E1〜E8は−C(R1)=または−N=を表し、R、R′及びR1は水素原子、置換基またはY1との連結部位を表す。Y2は単なる結合手または2価の連結基を表す。E11〜E20は、−C(R2)=または−N=を表し、少なくとも1つは−N=を表す。R2は、水素原子、置換基または連結部位を表す。但し、E11、E12の少なくとも1つは−C(R2)=を表し、R2は連結部位を表す。n2は1〜4の整数を表す。*は、上記一般式(1)のY1との連結部位を表す。
【0058】
【化3】
【0059】
上記一般式(A−2)の式中、Xは−N(R)−、−O−、−S−または−Si(R)(R′)−を表し、E1〜E8は−C(R1)=または−N=を表し、R、R′及びR1は水素原子、置換基またはY1との連結部位を表す。Y2は単なる結合手または2価の連結基を表す。E21〜E25は−C(R2)=または−N=を表し、E26〜E30は−C(R2)=、−N=、−O−、−S−または−Si(R3)(R4)−を表し、E21〜E30の少なくとも1つは−N=を表す。R2は、水素原子、置換基または連結部位を表し、R3及びR4は水素原子または置換基を表す。但し、E21またはE22の少なくとも1つは−C(R2)=を表し、R2は連結部位を表す。n2は1〜4の整数を表す。*は、上記一般式(1)のY1との連結部位を表す。
【0060】
【化4】
【0061】
上記一般式(A−3)の式中、Xは−N(R)−、−O−、−S−または−Si(R)(R′)−を表し、E1〜E8は−C(R1)=または−N=を表し、R、R′及びR1は水素原子、置換基またはY1との連結部位を表す。Y2は単なる結合手または2価の連結基を表す。E31〜E35は−C(R2)=、−N=、−O−、−S−または−Si(R3)(R4)−を表し、E36〜E40は−C(R2)=または−N=を表し、E31〜E40の少なくとも1つは−N=を表す。R2は、水素原子、置換基または連結部位を表し、R3及びR4は水素原子または置換基を表す。但し、E32またはE33の少なくとも1つは−C(R2)=で表され、R2は連結部位を表す。n2は1〜4の整数を表す。*は、上記一般式(1)のY1との連結部位を表す。
【0062】
【化5】
【0063】
上記一般式(A−4)の式中、Xは−N(R)−、−O−、−S−または−Si(R)(R′)−を表し、E1〜E8は−C(R1)=または−N=を表し、R、R′及びR1は水素原子、置換基またはY1との連結部位を表す。Y2は単なる結合手または2価の連結基を表す。E41〜E50は−C(R2)=、−N=、−O−、−S−または−Si(R3)(R4)−を表し、少なくとも1つは−N=を表す。R2は、水素原子、置換基または連結部位を表し、R3及びR4は水素原子または置換基を表す。但し、E42またはE43の少なくとも1つは−C(R2)=で表され、R2は連結部位を表す。n2は1〜4の整数を表す。*は、上記一般式(1)のY1との連結部位を表す。
【0064】
以下、一般式(A−1)〜(A−4)のいずれかで表される基について説明する。
【0065】
一般式(A−1)〜(A−4)で表される基のいずれかのXで表される−N(R)−または−Si(R)(R′)−において、さらに、E1〜E8で表される−C(R1)=において、R、R′及びR1で各々表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0066】
一般式(A−1)〜(A−4)で表される基のいずれかにおいて、Y2で表される2価の連結基としては、一般式(1)において、Y1で表される2価の連結基と同義である。
【0067】
一般式(A−1)のE11〜E20、一般式(A−2)のE21〜E30、一般式(A−3)のE31〜E40、一般式(A−4)のE41〜E50で、各々表される−C(R2)=のR2で表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0068】
次に、本発明に係る一般式(1)で表される化合物のさらに好ましい態様について説明する。
【0069】
[一般式(2)で表される化合物]
本発明では、上記一般式(1)で表される化合物の中でも、下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。以下、一般式(2)で表される化合物について説明する。
【0070】
【化6】
【0071】
上記一般式(2)の式中、Y5は、アリーレン基、ヘテロアリーレン基またはそれらの組み合わせからなる2価の連結基を表す。E51〜E66は、各々−C(R3)=または−N=を表し、R3は水素原子または置換基を表す。Y6〜Y9は、各々芳香族炭化水素環から導出される基または芳香族複素環から導出される基を表し、Y6またはY7の少なくとも一方、及びY8またはY9の少なくとも一方は、N原子を含む芳香族複素環から導出される基を表す。n3及びn4は0〜4の整数を表すが、n3+n4は2以上の整数である。
【0072】
一般式(2)において、Y5で表されるアリーレン基、ヘテロアリーレン基は、一般式(1)において、Y1で表される2価の連結基の一例として記載されているアリーレン基、ヘテロアリーレン基と各々同義である。
【0073】
Y5で表されるアリーレン基、ヘテロアリーレン基またはそれらの組み合わせからなる2価の連結基の好ましい態様としては、ヘテロアリーレン基の中でも、3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基を含むことが好ましく、また、当該3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基としては、ジベンゾフラン環から導出される基またはジベンゾチオフェン環から導出される基が好ましい。
【0074】
一般式(2)において、E51〜E66で各々表される−C(R3)=のR3で表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0075】
一般式(2)において、E51〜E66で各々表される基としては、E51〜E58のうちの6つ以上及びE59〜E66のうちの6つ以上が、各々−C(R3)=で表されることが好ましい。
【0076】
一般式(2)において、Y6〜Y9は、各々芳香族炭化水素環から導出される基の形成に用いら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。
【0077】
さらに、前記芳香族炭化水素環は、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0078】
一般式(2)において、Y6〜Y9は、各々芳香族複素環から導出される基の形成に用いられる芳香族複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、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、インダゾール環、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、シンノリン環、キノリン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭素原子の一つがさらに窒素原子で置換されている環を示す)等が挙げられる。
【0079】
さらに、前記芳香族炭化水素環は、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0080】
一般式(2)において、Y6またはY7の少なくとも一方、及びY8またはY9の少なくとも一方で表されるN原子を含む芳香族複素環から導出される基の形成に用いられるN原子を含む芳香族複素環としては、例えば、オキサゾール環、ピロール環、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、インダゾール環、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、シンノリン環、キノリン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭素原子の一つがさらに窒素原子で置換されている環を示す)等が挙げられる。
【0081】
一般式(2)において、Y7、Y9で表される基としては、各々ピリジン環から導出される基を表すことが好ましい。
【0082】
また、一般式(2)において、Y6及びY8で表される基としては、各々ベンゼン環から導出される基を表すことが好ましい。
【0083】
さらに、本発明に係る一般式(2)で表される化合物の中でもさらに好ましい態様について説明する。
【0084】
[一般式(3)で表される化合物]
本発明では、上記一般式(2)で表される化合物の中でも、さらに下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。以下、一般式(3)で表される化合物について説明する。
【0085】
【化7】
【0086】
上記一般式(3)の式中、Y5は、アリーレン基、ヘテロアリーレン基またはそれらの組み合わせからなる2価の連結基を表す。E51〜E66、E71〜E88は、各々−C(R3)=または−N=を表し、R3は水素原子または置換基を表す。但し、E71〜E79の少なくとも1つ及びE80〜E88の少なくとも1つは−N=を表す。n3及びn4は0〜4の整数を表すが、n3+n4は2以上の整数である。
【0087】
一般式(3)において、Y5で表されるアリーレン基、ヘテロアリーレン基は、一般式(1)において、Y1で表される2価の連結基の一例として記載されているアリーレン基、ヘテロアリーレン基と各々同義である。
【0088】
Y5で表されるアリーレン基、ヘテロアリーレン基またはそれらの組み合わせからなる2価の連結基の好ましい態様としては、ヘテロアリーレン基の中でも、3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基を含むことが好ましく、また、当該3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環から導出される基としては、ジベンゾフラン環から導出される基またはジベンゾチオフェン環から導出される基が好ましい。
【0089】
一般式(3)において、E51〜E66、E71〜E88で各々表される−C(R3)=のR3で表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0090】
一般式(3)において、E51〜E58のうちの6つ以上及びE59〜E66のうちの6つ以上が、各々−C(R3)=で表されることが好ましい。
【0091】
一般式(3)において、E75〜E79の少なくとも1つ及びE84〜E88の少なくとも1つが−N=を表すことが好ましい。
【0092】
さらには、一般式(3)において、E75〜E79のいずれか1つ及びE84〜E88のいずれか1つが−N=を表すことが好ましい。
【0093】
また、一般式(3)において、E71〜E74及びE80〜E83が、各々−C(R3)=で表されることが好ましい態様として挙げられる。
【0094】
さらに、一般式(2)または一般式(3)で表される化合物において、E53が−C(R3)=で表され、且つ、R3が連結部位を表すことが好ましく、さらに、E61も同時に−C(R3)=で表され、且つ、R3が連結部位を表すことが好ましい。
【0095】
さらに、E75及びE84が−N=で表されることが好ましく、E71〜E74及びE80〜E83が、各々−C(R3)=で表されることが好ましい。
【0096】
また窒素含有層1aを構成する化合物の他の例として、下記一般式(4)で表される化合物が用いられる。
【化8】
【0097】
上記一般式(4)の式中、T11およびT12のうちの少なくとも1つは窒素原子であり、T21〜T25のうちの少なくとも1つは窒素原子であり、T31〜T35のうちの少なくとも1つは窒素原子である。
【0098】
また一般式(4)のうち、Rは置換基を示す。置換基の例としては、一般式(1)のY1と同様のものが挙げられる。これらの置換基の一部は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。
【0099】
[化合物の具体例]
以下に、本発明に係る一般式(1)、(2)、(3)、または(4)で表される化合物、及びその他の窒素含有化合物の具体例(1〜125)を示すが、これらに限定されない。
【0100】
【化9】
【0101】
【化10】
【0102】
【化11】
【0103】
【化12】
【0104】
【化13】
【0105】
【化14】
【0106】
【化15】
【0107】
【化16】
【0108】
【化17】
【0109】
【化18】
【0110】
【化19】
【0111】
【化20】
【0112】
【化21】
【0113】
【化22】
【0114】
【化23】
【0115】
【化24】
【0116】
【化25】
【0117】
【化26】
【0118】
【化27】
【0119】
【化28】
【0120】
【化29】
【0121】
【化30】
【0122】
【化31】
【0123】
【化32】
【0124】
【化33】
【0125】
【化34】
【0126】
【化35】
【0127】
【化36】
【0128】
【化37】
【0129】
[化合物の合成例]
以下に代表的な化合物の合成例として、化合物5の具体的な合成例を示すが、これに限定されない。
【0130】
【化38】
【0131】
工程1:(中間体1の合成)
窒素雰囲気下、2,8−ジブロモジベンゾフラン(1.0モル)、カルバゾール(2.0モル)、銅粉末(3.0モル)、炭酸カリウム(1.5モル)を、DMAc(ジメチルアセトアミド)300ml中で混合し、130℃で24時間撹拌した。これによって得た反応液を室温まで冷却後、トルエン1Lを加え、蒸留水で3回洗浄し、減圧雰囲気下において洗浄物から溶媒を留去し、その残渣をシリカゲルフラッシュクロマトグラフィー(n−ヘプタン:トルエン=4:1〜3:1)にて精製し、中間体1を収率85%で得た。
【0132】
工程2:(中間体2の合成)
室温、大気下で中間体1(0.5モル)をDMF(ジメチルホルムアミド)100mlに溶解し、NBS(N−ブロモコハク酸イミド)(2.0モル)を加え、一晩室温で撹拌した。得られた沈殿を濾過し、メタノールで洗浄し、中間体2を収率92%で得た。
【0133】
工程3:(化合物5の合成)
窒素雰囲気下、中間体2(0.25モル)、2−フェニルピリジン(1.0モル)、ルテニウム錯体[(η−C)RuCl(0.05モル)、トリフェニルホスフィン(0.2モル)、炭酸カリウム(12モル)を、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)3L中で混合し、140℃で一晩撹拌した。
【0134】
反応液を室温まで冷却後、ジクロロメタン5Lを加え、反応液を濾過した。次いで減圧雰囲気下(800Pa、80℃)において濾液から溶媒を留去し、その残渣をシリカゲルフラッシュクロマトグラフィー(CHCl:EtN=20:1〜10:1)にて精製した。
【0135】
減圧雰囲気下において、精製物から溶媒を留去した後、その残渣をジクロロメタンに再び溶解し、水で3回洗浄した。洗浄によって得られた物質を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧雰囲気下において乾燥後の物質から溶媒を留去することにより、化合物5を収率68%で得た。
【0136】
<基材11>
以上のような透明電極1が形成される基材11は、例えばガラス、プラスチック等を挙げることができるが、これらに限定されない。また、基材11は透明であっても不透明であってもよい。本発明の透明電極1が、基材11側から光を取り出す電子デバイスに用いられる場合には、基材11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基材11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。
【0137】
ガラスとしては、例えば、シリカガラス、ソーダ石灰シリカガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。これらのガラス材料の表面には、窒素含有層1aとの密着性、耐久性、平滑性の観点から、必要に応じて、研磨等の物理的処理を施したり、無機物または有機物からなる被膜や、これらの被膜を組み合わせたハイブリッド被膜が形成される。
【0138】
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が挙げられる。
【0139】
樹脂フィルムの表面には、無機物または有機物からなる被膜や、これらの被膜を組み合わせたハイブリッド被膜が形成されていてもよい。このような被膜およびハイブリッド被膜は、JIS−K−7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度90±2%RH)が0.01g/(m2・24時間)以下のバリア性フィルム(バリア膜等ともいう)であることが好ましい。またさらには、JIS−K−7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が10-3ml/(m2・24時間・atm)以下、水蒸気透過度が10-5g/(m2・24時間)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【0140】
以上のようなバリア性フィルムを形成する材料としては、水分や酸素等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、窒化珪素等を用いることができる。さらに当該バリア性フィルム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(有機層)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。
【0141】
バリア性フィルム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、クラスターイオンビーム法、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、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号公報に記載の大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【0142】
一方、基材11が不透明なものである場合、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属基板、不透明樹脂基板、セラミック製の基板等を用いることができる。これらの基板は、フレキシブルに屈曲するフィルム状であっても良い。
【0143】
尚、以上のような電極層1bを有する透明電極1は、電極層1bの上部が保護膜で覆われていたり、別の導電性層が積層されていても良い。この場合、電極層1bの光透過性を損なうことのないように、保護膜及び導電性層が光透過性を有することが好ましい。また窒素含有層1aの下部、すなわち窒素含有層1aと基材11との間にも、必要に応じた層を設けた構成としても良い。さらに以上の実施形態において透明電極1は、窒素含有層1aと電極層1bとの積層構造として説明したが、透明電極1は電極層1bのみの単層構造であっても良い。
【0144】
<透明電極1の製造方法>
次に、透明電極1の製造方法を、図2を用いて説明する。
【0145】
先ず図2Aに示すように、基板11上に、0.3nm/s以上の成膜速度により、窒素含有層1aを形成する。より好ましくは、0.5nm/s以上の成膜速度により、窒素含有層1aを形成する。この窒素含有層1aの形成は、塗布法、インクジェット法、コーティング法、ディップ法などのウェットプロセスを用いる方法や、蒸着法(抵抗加熱、EB法など)、CVD法などのドライプロセスを用いる方法などが挙げられる。なかでも、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、蒸着法が好ましく適用される。
【0146】
次に図2Bに示すように、窒素含有層1a上に隣接して、銀または銀を主成分とした合金を用いて構成された電極層1bを成膜する。電極層1bの成膜は、塗布法、インクジェット法、コーティング法、ディップ法などのウェットプロセスを用いる方法や、蒸着法(抵抗加熱、EB法など)、スパッタ法、CVD法などのドライプロセスを用いる方法などが挙げられる。なかでも、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、蒸着法が好ましく適用される。
なお、窒素含有層1aの成膜後2分以内に、窒素含有層1aに隣接させて、電極層1bを成膜しても良い。より好ましくは、窒素含有層1aの成膜後1分以内に、窒素含有層1aに隣接させて、電極層1bを成膜する。
【0147】
また電極層1bを成膜する際には、0.3nm/s以上の成膜速度により成膜することが好ましい。所定の成膜速度で成膜された窒素含有層1aに隣接させて、電極層1bを所定の成膜速度で成膜することにより、より連続性の高い膜で電極層1bを形成することができる。
【0148】
以上により、基板11上に所望の透明電極1が得られる。
【0149】
<透明電極1の効果>
以上のような構成の透明電極1は、窒素原子を含んだ化合物を用いて構成された窒素含有層1aに隣接して、銀または銀を主成分とする合金からなる電極層1bを設けた構成である。これにより、窒素含有層1aの上部に電極層1bを成膜する際には、電極層1bを構成する銀原子が窒素含有層1aを構成する窒素原子を含んだ化合物と相互作用し、銀原子の窒素含有層1a表面においての拡散距離が減少し、銀の凝集が抑えられる。このため、一般的には核成長型(Volumer−Weber:VW型)での膜成長により島状に孤立し易い銀薄膜が、単層成長型(Frank−van der Merwe:FM型)の膜成長によって連続膜が成膜されるようになる。したがって、薄い膜厚でありながらも、均一な膜厚の電極層1bが得られるようになる。
また、電極層1bを、窒素含有層1aの成膜後2分以内に窒素含有層1bに隣接して成膜された層である構成、さらに好ましくは、窒素含有層1aの成膜後1分以内に窒素含有層1bに隣接して成膜された層である構成としたときには、後の実施例で詳細に説明するように、電極層1bが、より連続性の高い膜となることが確認されている。
【0150】
また、窒素含有層1aは、0.3nm/s以上の成膜速度で成膜された層である。さらに好ましくは、0.5nm/s以上の成膜速度で成膜された層である。後の実施例で詳細に説明するように、窒素含有層1aの成膜速度が速いほど、この窒素含有層1aに隣接して設けられる電極層1bが、より連続性の高い膜となることが確認されている。この理由として、次のような仮説が考えられている。すなわち、窒素含有層1aの成膜速度が速いほど、成膜された窒素含有層1aの表面がより欠陥の多い不安定な状態となり、電極層1bを構成する銀原子が窒素含有層1aを構成する窒素原子を含んだ化合物と相互作用しやすくなるからだと推察される。
【0151】
また、透明電極1を構成する電極層1bは、シート抵抗の測定が可能な12nm以下の膜厚を有する。これにより、電極層1bは、電極用の膜としての実用性を確保しつつも光の吸収成分または反射成分が低く抑えられたものとなる。さらに、このように薄い膜厚である電極層1bは、上述したように窒素含有層1aに隣接して設けられることにより、均一な膜厚と連続性を有する。したがって、電極層1bは、上述したように12nm以下と言った極薄膜でありながらも、確実にシート抵抗の測定が可能な導電性を有するものとなる。これは、後の実施例で詳細に説明するように、このように窒素含有層1aを0.3nm/s以上の成膜速度で成膜し、これに隣接して電極層1bを設けた場合には、極薄膜でありながらもシート抵抗の測定が可能な電極層1bが形成されることからも確認された。また、電極層1bが、上述したように窒素含有層1aの成膜後2分以内に窒素含有層1aに隣接して成膜された場合も均一な膜厚と連続性を有し、極薄膜でありながらもシート抵抗の測定が可能であることが確認されている。
【0152】
以上の結果、この様な電極層1bを有する透明電極1は、実質的に電極としての機能を果たす電極層1bが、薄い膜厚であることで光透過性を確保しつつも、連続性の高い膜であることにより導電性も確保されているため、導電性の向上と光透過性の向上との両立を図ることが可能になる。
【0153】
またこのような透明電極1は、レアメタルであるインジウム(In)を用いていないため低コストであり、またZnOのような化学的に不安定な材料を用いていないため長期信頼性にも優れている。
【0154】
≪2.透明電極の用途≫
上述した構成の透明電極1は、各種電子デバイスに用いることができる。電子デバイスの例としては、有機電界発光素子、LED(light Emitting Diode)、液晶素子、太陽電池、タッチパネル等が挙げられ、これらの電子デバイスにおいて光透過性を必要とされる電極部材として、上述の透明電極1を用いることができる。
以下では、用途の一例として、透明電極をアノードおよびカソードとして用いた有機電界発光素子の実施の形態を説明する。
【0155】
≪3.有機電界発光素子の第1例≫
<有機電界発光素子EL-1の構成>
図3は、本発明の電子デバイスの一例として、上述した透明電極1を用いた有機電界発光素子の第1例を示す断面構成図である。以下にこの図に基づいて有機電界発光素子の構成を説明する。
【0156】
図3に示す有機電界発光素子EL-1は、透明基板13上に設けられており、透明基板13側から順に、透明電極1、有機材料等を用いて構成された発光機能層3、および対向電極5-1をこの順に積層して構成されている。この有機電界発光素子EL-1においては、透明電極1として、先に説明した本発明の透明電極1を用いているところが特徴的である。このため有機電界発光素子EL-1は、発生させた光(以下、発光光hと記す)を、少なくとも透明基板13側から取り出すように構成されている。
【0157】
また有機電界発光素子EL-1の層構造が限定されることはなく、一般的な層構造であって良い。ここでは、透明電極1がアノード(すなわち陽極)として機能し、対向電極5-1がカソード(すなわち陰極)として機能することとする。この場合、例えば発光機能層3は、アノードである透明電極1側から順に正孔注入層3a/正孔輸送層3b/発光層3c/電子輸送層3d/電子注入層3eを積層した構成が例示されるが、このうち少なくとも有機材料を用いて構成された発光層3cを有することが必須である。正孔注入層3aおよび正孔輸送層3bは、正孔輸送/注入層として設けられても良い。電子輸送層3dおよび電子注入層3eは、電子輸送/注入層として設けられても良い。またこれらの発光機能層3のうち、例えば電子注入層3eは無機材料で構成されている場合もある。
【0158】
また発光機能層3は、これらの層の他にも正孔阻止層や電子阻止層等が必要に応じて必要箇所に積層されていて良い。さらに発光層3cは、各波長領域の発光光を発生させる各色発光層を有し、これらの各色発光層を、非発光性の中間層を介して積層させた構造としても良い。中間層は、正孔阻止層、電子阻止層として機能しても良い。さらにカソードである対向電極5-1も、必要に応じた積層構造であっても良い。このような構成において、透明電極1と対向電極5-1とで発光機能層3が挟持された部分のみが、有機電界発光素子EL-1における発光領域となる。
【0159】
また以上のような層構成においては、透明電極1の低抵抗化を図ることを目的とし、透明電極1の電極層1bに接して補助電極15が設けられていても良い。
【0160】
以上のような構成の有機電界発光素子EL-1は、有機材料等を用いて構成された発光機能層3の劣化を防止することを目的として、透明基板13上において後述する封止材17で封止されている。この封止材17は、接着剤19を介して透明基板13側に固定されている。ただし、透明電極1および対向電極5-1の端子部分は、透明基板13上において発光機能層3によって互いに絶縁性を保った状態で封止材17から露出させた状態で設けられていることとする。
【0161】
以下、上述した有機電界発光素子EL-1を構成するための主要各層の詳細を、透明基板13、透明電極1、対向電極5-1、発光機能層3の発光層3c、発光機能層3の他の層、補助電極15、および封止材17の順に説明する。その後、有機電界発光素子EL-1の作製方法を説明する。
【0162】
[透明基板13]
透明基板13は、先に説明した本発明の透明電極1が設けられる基材11であり、先に説明した基材11のうち光透過性を有する透明な基材11が用いられる。
【0163】
[透明電極1(アノード)]
透明電極1は、先に説明した本発明の透明電極1であり、透明基板13側から順に窒素含有層1aおよび電極層1bを順に成膜した構成である。ここでは特に、透明電極1はアノードとして機能するものであり、電極層1bが実質的なアノードとなる。
【0164】
[対向電極5-1(カソード)]
対向電極5-1は、発光機能層3に電子を供給するカソードとして機能する電極膜であり、金属、合金、有機または無機の導電性化合物、およびこれらの混合物が用いられる。具体的には、アルミニウム、銀、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、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属、ITO、ZnO、TiO、SnO等の酸化物半導体などが挙げられる。
【0165】
対向電極5-1は、これらの導電性材料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、対向電極5-1としてのシート抵抗は、数百Ω/sq.以下が好ましく、膜厚は通常5nm〜5μm、好ましくは5nm〜200nmの範囲で選ばれる。
【0166】
尚、この有機電界発光素子EL-1が、対向電極5-1側からも発光光hを取り出すものである場合であれば、上述した導電性材料のうち光透過性の良好な導電性材料を選択して対向電極5-1を構成すれば良い。
【0167】
[発光層3c]
本発明に用いられる発光層3cは、発光材料として燐光発光化合物が含有されている。
【0168】
この発光層3cは、電極または電子輸送層3dから注入された電子と、正孔輸送層3bから注入された正孔とが再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層3cの層内であっても発光層3cと隣接する層との界面であってもよい。
【0169】
このような発光層3cとしては、含まれる発光材料が発光要件を満たしていれば、その構成には特に制限はない。また、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。この場合、各発光層3c間には非発光性の中間層(図示せず)を有していることが好ましい。
【0170】
発光層3cの膜厚の総和は1〜100nmの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは、より低い駆動電圧を得ることができることから1〜30nmである。尚、発光層3cの膜厚の総和とは、発光層3c間に非発光性の中間層が存在する場合には、当該中間層も含む膜厚である。
【0171】
複数層を積層した構成の発光層3cの場合、個々の発光層の膜厚としては、1〜50nmの範囲に調整することが好ましく、さらに好ましくは1〜20nmの範囲に調整することがより好ましい。積層された複数の発光層が、青、緑、赤のそれぞれの発光色に対応する場合、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。
【0172】
以上のような発光層3cは、後述する発光材料やホスト化合物を、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形成方法により製膜して形成することができる。
【0173】
また発光層3cは、複数の発光材料を混合してもよく、また燐光発光材料と蛍光発光材料(蛍光ドーパント、蛍光性化合物ともいう)を同一発光層3c中に混合して用いてもよい。
【0174】
発光層3cの構成として、ホスト化合物(発光ホスト等ともいう)、発光材料(発光ドーパント化合物ともいう)を含有し、発光材料より発光させることが好ましい。
【0175】
(ホスト化合物)
発光層3cに含有されるホスト化合物としては、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。さら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3cに含有される化合物の中で、その層中での体積比が50%以上であることが好ましい。
【0176】
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、有機電界発光素子EL-1を高効率化することができる。また、後述する発光材料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。
【0177】
用いられるホスト化合物としては、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)でもよい。
【0178】
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、発光の長波長化を防ぎ、かつ高Tg(ガラス転移温度)化合物が好ましい。ここでいうガラス転移点(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。
【0179】
以下に、本発明で用いることのできるホスト化合物の具体例(H1〜H79)を示すが、これらに限定されない。なお、ホスト化合物H68〜H79において、x及びyはランダム共重合体の比率を表す。その比率は、例えば、x:y=1:10などとすることができる。
【0180】
【化39】
【0181】
【化40】
【0182】
【化41】
【0183】
【化42】
【0184】
【化43】
【0185】
【化44】
【0186】
【化45】
【0187】
【化46】
【0188】
【化47】
【0189】
【化48】
【0190】
【化49】
【0191】
【化50】
【0192】
【化51】
【0193】
【化52】
【0194】
【化53】
【0195】
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を用いることもできる。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。
【0196】
(発光材料)
本発明で用いることのできる発光材料としては、燐光発光性化合物(燐光性化合物、燐光発光材料ともいう)が挙げられる。
【0197】
燐光発光性化合物とは、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。
【0198】
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、本発明において燐光発光性化合物を用いる場合、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。
【0199】
燐光発光性化合物の発光の原理としては2種挙げられる。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こ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性化合物に移動させることで燐光発光性化合物からの発光を得るというエネルギー移動型であり、もう一つは、燐光発光性化合物がキャリアトラップとなり、燐光発光性化合物上でキャリアの再結合が起こり燐光発光性化合物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。いずれの場合においても、燐光発光性化合物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となる。
【0200】
燐光発光性化合物は、一般的な有機電界発光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が、好ましくは元素の周期表で8〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、さら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。
【0201】
本発明においては、少なくとも一つの発光層3cに2種以上の燐光発光性化合物を含有していてもよく、発光層3cにおける燐光発光性化合物の濃度比が発光層3cの厚さ方向で変化していてもよい。
【0202】
燐光発光性化合物は好ましくは発光層3cの総量に対し0.1体積%以上30体積%未満である。
【0203】
(一般式(5)で表される化合物)
発光層3cに含まれる化合物(燐光発光性化合物)は、下記一般式(5)で表される化合物であることが好ましい。
【0204】
なお、一般式(5)で表される燐光発光性化合物(燐光発光性の金属錯体ともいう)は、有機電界発光素子EL-1の発光層3cに発光ドーパントとして含有されることが好ましい態様であるが、発光層3c以外の発光機能層に含有されていてもよい。
【0205】
【化54】
【0206】
上記一般式(5)中、P、Qは、各々炭素原子または窒素原子を表し、A1はP−Cと共に芳香族炭化水素環または芳香族複素環を形成する原子群を表す。A2はQ−Nと共に芳香族複素環を形成する原子群を表す。P1−L1−P2は2座の配位子を表し、P1、P2は各々独立に炭素原子、窒素原子または酸素原子を表す。L1はP1、P2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。j1は1〜3の整数を表し、j2は0〜2の整数を表すが、j1+j2は2または3である。M1は元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。
【0207】
一般式(5)において、P、Qは、各々炭素原子または窒素原子を表す。
【0208】
そして、一般式(5)において、A1が、P−Cと共に形成す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。
【0209】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0210】
一般式(5)において、A1が、P−Cと共に形成する芳香族複素環としては、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、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、アザカルバゾール環等が挙げられる。
【0211】
ここで、アザカルバゾール環とは、前記カルバゾール環を構成するベンゼン環の炭素原子が1つ以上窒素原子で置き換わったものを示す。
【0212】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0213】
一般式(5)において、A2が、Q−Nと共に形成する芳香族複素環としては、オキサゾール環、オキサジアゾール環、オキサトリアゾール環、イソオキサゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、チアトリアゾール環、イソチアゾール環、ピロール環、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、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
【0214】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0215】
一般式(5)において、P1−L1−P2は2座の配位子を表し、P1、P2は各々独立に炭素原子、窒素原子または酸素原子を表す。L1はP1、P2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。
【0216】
P1−L1−P2で表される2座の配位子としては、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。
【0217】
一般式(5)において、j1は1〜3の整数を表し、j2は0〜2の整数を表すが、j1+j2は2または3を表す、中でも、j2は0である場合が好ましい。
【0218】
一般式(5)において、M1は元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)が用いられるが、中でも、イリジウムが好ましい。
【0219】
(一般式(6)で表される化合物)
一般式(5)で表される化合物の中でも、下記一般式(6)で表される化合物であることがさらに好ましい。
【0220】
【化55】
【0221】
上記一般式(6)式中、Zは、炭化水素環基または複素環基を表す。P、Qは、各々炭素原子または窒素原子を表し、A1はP−Cと共に芳香族炭化水素環または芳香族複素環を形成する原子群を表す。A3は−C(R01)=C(R02)−、−N=C(R02)−、−C(R01)=N−または−N=N−を表し、R01、R02は、各々水素原子または置換基を表す。P1−L1−P2は2座の配位子を表し、P1、P2は各々独立に炭素原子、窒素原子、または酸素原子を表す。L1はP1、P2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。j1は1〜3の整数を表し、j2は0〜2の整数を表すが、j1+j2は2または3である。M1は元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。
【0222】
一般式(6)において、Zで表される炭化水素環基としては、非芳香族炭化水素環基、芳香族炭化水素環基が挙げられ、非芳香族炭化水素環基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0223】
また、芳香族炭化水素環基(芳香族炭化水素基、アリール基等ともいう)としては、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等が挙げられる。
【0224】
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0225】
一般式(6)において、Zで表される複素環基としては、非芳香族複素環基、芳香族複素環基等が挙げられ、非芳香族複素環基としては、例えば、エポキシ環、アジリジン環、チイラン環、オキセタン環、アゼチジン環、チエタン環、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、オキサゾリジン環、テトラヒドロチオフェン環、スルホラン環、チアゾリジン環、ε−カプロラクトン環、ε−カプロラクタム環、ピペリジン環、ヘキサヒドロピリダジン環、ヘキサヒドロピリミジン環、ピペラジン環、モルホリン環、テトラヒドロピラン環、1,3−ジオキサン環、1,4−ジオキサン環、トリオキサン環、テトラヒドロチオピラン環、チオモルホリン環、チオモルホリン−1,1−ジオキシド環、ピラノース環、ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン環等から導出される基を挙げられる。
【0226】
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0227】
芳香族複素環基としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等が挙げられる。
【0228】
これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0229】
好ましくは、Zで表される基は芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基である。
【0230】
一般式(6)において、A1が、P−Cと共に形成す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。
【0231】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0232】
一般式(6)において、A1がP−Cと共に形成する芳香族複素環としては、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、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、アザカルバゾール環等が挙げられる。
【0233】
ここで、アザカルバゾール環とは、前記カルバゾール環を構成するベンゼン環の炭素原子が1つ以上窒素原子で置き換わったものを示す。
【0234】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0235】
一般式(6)のA3で表される、−C(R01)=C(R02)−、−N=C(R02)−、−C(R01)=N−において、R01、R02で各々表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0236】
一般式(6)において、P1−L1−P2で表される2座の配位子としては、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。
【0237】
また、j1は1〜3の整数を表し、j2は0〜2の整数を表すが、j1+j2は2または3を表す、中でも、j2は0である場合が好ましい。
【0238】
一般式(6)において、M1で表される元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)は、一般式(5)において、M1で表される元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素と同義である。
【0239】
(一般式(7)で表される化合物)
上記一般式(6)で表される化合物の好ましい態様の一つとして、下記一般式(7)で表される化合物が挙げられる。
【0240】
【化56】
【0241】
上記一般式(7)式中、R03は置換基を表し、R04は水素原子または置換基を表し、複数のR04は互いに結合して環を形成してもよい。n01は1〜4の整数を表す。R05は水素原子または置換基を表し、複数のR05は互いに結合して環を形成してもよい。n02は1〜2の整数を表す。R06は水素原子または置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。n03は1〜4の整数を表す。Z1はC−Cと共に6員の芳香族炭化水素環もしくは、5員または6員の芳香族複素環を形成するのに必要な原子群を表す。Z2は炭化水素環基または複素環基を形成するのに必要な原子群を表す。P1−L1−P2は2座の配位子を表し、P1、P2は各々独立に炭素原子、窒素原子または酸素原子を表す。L1はP1、P2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。j1は1〜3の整数を表し、j2は0〜2の整数を表すが、j1+j2は2または3である。M1は元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。R03とR06、R04とR06及びR05とR06は互いに結合して環を形成していてもよい。
【0242】
一般式(7)において、R03、R04、R05、R06で各々表される置換基は、一般式(1)において、Y1で表される置換基と同義である。
【0243】
一般式(7)において、Z1がC−Cと共に形成する6員の芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環等が挙げられる。
【0244】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0245】
一般式(7)において、Z1がC−Cと共に形成する5員または6員の芳香族複素環としては、例えば、オキサゾール環、オキサジアゾール環、オキサトリアゾール環、イソオキサゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、チアトリアゾール環、イソチアゾール環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、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、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
【0246】
これらの環はさらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0247】
一般式(7)において、Z2で表される炭化水素環基としては、非芳香族炭化水素環基、芳香族炭化水素環基が挙げられ、非芳香族炭化水素環基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0248】
また、芳香族炭化水素環基(芳香族炭化水素基、アリール基等ともいう)としては、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等が挙げられる。これらの基は、無置換でもよく、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0249】
一般式(7)において、Z2で表される複素環基としては、非芳香族複素環基、芳香族複素環基等が挙げられ、非芳香族複素環基としては、例えば、エポキシ環、アジリジン環、チイラン環、オキセタン環、アゼチジン環、チエタン環、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、オキサゾリジン環、テトラヒドロチオフェン環、スルホラン環、チアゾリジン環、ε−カプロラクトン環、ε−カプロラクタム環、ピペリジン環、ヘキサヒドロピリダジン環、ヘキサヒドロピリミジン環、ピペラジン環、モルホリン環、テトラヒドロピラン環、1,3−ジオキサン環、1,4−ジオキサン環、トリオキサン環、テトラヒドロチオピラン環、チオモルホリン環、チオモルホリン−1,1−ジオキシド環、ピラノース環、ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン環等から導出される基を挙げることができる。これらの基は無置換でもよく、また、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0250】
芳香族複素環基としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等が挙げられる。
【0251】
これらの環は無置換でもよく、さらに、一般式(1)において、Y1で表される置換基を有してもよい。
【0252】
一般式(7)において、Z1及びZ2で形成される基としては、ベンゼン環が好ましい。
【0253】
一般式(7)において、P1−L1−P2で表される2座の配位子は、一般式(5)において、P1−L1−P2で表される2座の配位子と同義である。
【0254】
一般式(7)において、M1で表される元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素は、一般式(5)において、M1で表される元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素と同義である。
【0255】
また、燐光発光性化合物は、有機電界発光素子EL-1の発光層3c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。
【0256】
本発明に係る燐光発光性化合物は、好ましくは元素の周期表で8〜10族の金属を含有する錯体系化合物であり、さら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。
【0257】
本発明に係る燐光発光性化合物の具体例(Pt−1〜Pt−3、A−1、Ir−1〜Ir−50)を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。なお、これらの化合物において、m及びnは繰り返し数を表す。
【0258】
【化57】
【0259】
【化58】
【0260】
【化59】
【0261】
【化60】
【0262】
【化61】
【0263】
【化62】
【0264】
【化63】
【0265】
【化64】
【0266】
【化65】
【0267】
上記の燐光発光性化合物(燐光発光性金属錯体等ともいう)は、例えば、Organic Letters誌、vol.3、No.16、2579〜2581頁(2001)、Inorganic Chemistry,第30巻、第8号、1685〜1687頁(1991年)、J.Am.Chem.Soc.,123巻、4304頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第40巻、第7号、1704〜1711頁(2001年)、Inorganic Chemistry,第41巻、第12号、3055〜3066頁(2002年)、New Journal of Chemistry.,第26巻、1171頁(2002年)、European Journal of Organic Chemistry,第4巻、695〜709頁(2004年)、さらにこれらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。
【0268】
(蛍光発光材料)
蛍光発光材料としては、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。
【0269】
[注入層:電子注入層3e、正孔注入層3a]
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発光層3cの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3aと電子注入層3eとがある。
【0270】
注入層は、必要に応じて設けることができる。正孔注入層3aであれば、アノードと発光層3cまたは正孔輸送層3bの間、電子注入層3eであればカソードと発光層3cまたは電子輸送層3dとの間に存在させてもよい。
【0271】
正孔注入層3a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層、酸化バナジウムに代表される酸化物層、アモルファスカーボン層、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層等が挙げられる。
【0272】
電子注入層3e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層、フッ化カリウムに代表されるアルカリ金属ハライド層、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層、酸化モリブデンに代表される酸化物層等が挙げられる。本発明の電子注入層3e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1nm〜10μmの範囲が好ましい。
【0273】
[正孔輸送層3b]
正孔輸送層3b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3a、電子阻止層も正孔輸送層3bに含まれる。正孔輸送層3bは単層または複数層設けることができる。
【0274】
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。
【0275】
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。
【0276】
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、さらには米国特許第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。
【0277】
さら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。
【0278】
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.,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。
【0279】
正孔輸送層3b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3b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3b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。
【0280】
また、正孔輸送層3bの材料に不純物をドープしてp性を高くすることもできる。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。
【0281】
このように、正孔輸送層3bのp性を高くすると、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。
【0282】
[電子輸送層3d]
電子輸送層3d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3e、正孔阻止層(図示せず)も電子輸送層3dに含まれる。電子輸送層3dは単層構造または複数層の積層構造として設けることができる。
【0283】
単層構造の電子輸送層3d、および積層構造の電子輸送層3dにおいて発光層3cに隣接する層部分を構成する電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、カソードより注入された電子を発光層3cに伝達する機能を有していれば良い。このような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る。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、アントロン誘導体及びオキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、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、電子輸送層3dの材料として用いることができる。さら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。
【0284】
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(Alq3)、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、電子輸送層3dの材料として用いることができる。
【0285】
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、電子輸送層3dの材料として好ましく用いることができる。また、発光層3cの材料としても例示されるジスチリルピラジン誘導体も電子輸送層3dの材料として用いることができるし、正孔注入層3a、正孔輸送層3bと同様にn型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送層3dの材料として用いることができる。
【0286】
電子輸送層3dは、上記材料を、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3d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3d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。
【0287】
また、電子輸送層3dに不純物をドープし、n性を高くすることもできる。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)等に記載されたものが挙げられる。さらに電子輸送層3dには、カリウムやカリウム化合物などを含有させることが好ましい。カリウム化合物としては、例えば、フッ化カリウム等を用いることができる。このように電子輸送層3dのn性を高くすると、より低消費電力の素子を作製することができる。
【0288】
また電子輸送層3dの材料(電子輸送性化合物)として、上述した窒素含有層1aを構成する材料と同様のものを用いても良い。これは、電子注入層3eを兼ねた電子輸送層3dであっても同様であり、上述した窒素含有層1aを構成する材料と同様のものを用いても良い。
【0289】
[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。
【0290】
正孔阻止層とは、広い意味では、電子輸送層3dの機能を有する。正孔阻止層は、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3d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。正孔阻止層は、発光層3cに隣接して設けられていることが好ましい。
【0291】
一方、電子阻止層とは、広い意味では、正孔輸送層3bの機能を有する。電子阻止層は、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3b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の膜厚としては、好ましくは3〜100nmであり、さらに好ましくは5〜30nmである。
【0292】
[補助電極15]
補助電極15は、透明電極1の抵抗を下げる目的で設けるものであって、透明電極1の電極層1bに接して設けられる。補助電極15を形成する材料は、金、白金、銀、銅、アルミニウム等の抵抗が低い金属が好ましい。これらの金属は光透過性が低いため、光取り出し面13aからの発光光hの取り出しの影響のない範囲でパターン形成される。このような補助電極15の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、印刷法、インクジェット法、エアロゾルジェット法などが挙げられる。補助電極15の線幅は、光を取り出す開口率の観点から50μm以下であることが好ましく、補助電極15の厚さは、導電性の観点から1μ以上であることが好ましい。
【0293】
[封止材17]
封止材17は、有機電界発光素子ELを覆うものであって、板状(フィルム状)の封止部材であって接着剤19によって透明基板13側に固定されるものであっても良く、封止膜であっても良い。このような封止材17は、有機電界発光素子ELにおける透明電極1および対向電極5-1の端子部分を露出させる状態で、少なくとも発光機能層3を覆う状態で設けられている。また封止材17に電極を設け、有機電界発光素子EL-1の透明電極1および対向電極5-1の端子部分と、この電極とを導通させるように構成されていても良い。
【0294】
板状(フィルム状)の封止材17としては、具体的には、ガラス基板、ポリマー基板、金属基板等が挙げられ、これらの基板材料をさらに薄型のフィルム状にして用いても良い。ガラス基板としては、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、ポリマー基板としては、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。金属基板としては、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、モリブデン、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。
【0295】
なかでも、素子を薄膜化できるということから、封止材としてポリマー基板や金属基板を薄型のフィルム状にしたものを好ましく使用することができる。
【0296】
さらには、フィルム状としたポリマー基板は、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10-3ml/(m2・24h・atm)以下、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下のものであることが好ましい。
【0297】
また以上のような基板材料は、凹板状に加工して封止材17として用いても良い。この場合、上述した基板部材に対してサンドブラスト加工、化学エッチング加工等の加工が施され、凹状が形成される。
【0298】
またこのような板状の封止材17を透明基板13側に固定するための接着剤19は、封止材17と透明基板13との間に挟持された有機電界発光素子EL-1を封止するためのシール剤として用いられる。このような接着剤19は、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等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。
【0299】
またこのような接着剤19としては、エポキシ系等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。
【0300】
なお、有機電界発光素子EL-1を構成する有機材料は、熱処理により劣化する場合がある。このため、接着剤19は、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、接着剤19中に乾燥剤を分散させておいてもよい。
【0301】
封止材17と透明基板13との接着部分への接着剤19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。
【0302】
また板状の封止材17と透明基板13と接着剤19との間に隙間が形成される場合、この間隙には、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。
【0303】
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。
【0304】
一方、封止材17として封止膜を用いる場合、有機電界発光素子EL-1における発光機能層3を完全に覆い、かつ有機電界発光素子EL-1における透明電極1および対向電極5-1の端子部分を露出させる状態で、透明基板13上に封止膜が設けられる。
【0305】
このような封止膜は、無機材料や有機材料を用いて構成される。特に、水分や酸素等、有機電界発光素子EL-1における発光機能層3の劣化をもたらす物質の浸入を抑制する機能を有する材料で構成されることとする。このような材料として、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等の無機材料が用いられる。さらに封止膜の脆弱性を改良するために、これら無機材料からなる膜と共に、有機材料からなる膜を用いて積層構造としても良い。
【0306】
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、クラスターイオンビーム法、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、コーティング法等を用いることができる。
【0307】
[保護膜、保護板]
尚、ここでの図示は省略したが、透明基板13との間に有機電界発光素子ELおよび封止材17を挟んで保護膜もしくは保護板を設けても良い。この保護膜もしくは保護板は、有機電界発光素子ELを機械的に保護するためのものであり、特に封止材17が封止膜である場合には、有機電界発光素子ELに対する機械的な保護が十分ではないため、このような保護膜もしくは保護板を設けることが好ましい。
【0308】
以上のような保護膜もしくは保護板は、ガラス板、ポリマー板、これよりも薄型のポリマーフィルム、金属板、これよりも薄型の金属フィルム、またはポリマー材料膜や金属材料膜が適用される。このうち特に、軽量か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。
【0309】
[有機電界発光素子EL-1の作製方法]
ここでは一例として、図3に示す有機電界発光素子ELの製造方法を説明する。
【0310】
まず、透明基板13上に窒素原子を含んだ化合物からなる窒素含有層1aを、1μm以下、好ましくは10nm〜100nmの膜厚になるように蒸着法等の適宜の方法により形成する。次に銀(または銀を主成分とした合金)からなる電極層1bを、12nm以下、好ましくは4nm〜9nmの膜厚になるように蒸着法等の適宜の方法により窒素含有層1a上に形成し、アノードとなる透明電極1を作製する。
【0311】
次に、この上に正孔注入層3a、正孔輸送層3b、発光層3c、電子輸送層3d、電子注入層3eの順に成膜し、発光機能層3を形成する。これらの各層の成膜は、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、蒸着法、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、真空蒸着法またはスピンコート法が特に好ましい。さらに層ごとに異なる成膜法を適用してもよい。これらの各層の成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10-6Pa〜10-2Pa、蒸着速度0.01nm/秒〜50nm/秒、基板温度−50℃〜300℃、膜厚0.1μm〜5μmの範囲で、各条件を適宜選択することが望ましい。
【0312】
以上のようにして発光機能層3を形成した後、この上部にカソードとなる対向電極5-1を、蒸着法やスパッタ法などの適宜の成膜法によって形成する。この際、対向電極5-1は、発光機能層3によって透明電極1に対して絶縁状態を保ちつつ、発光機能層3の上方から透明基板13の周縁に端子部分を引き出した形状にパターン形成する。これにより、有機電界発光素子EL-1が得られる。またその後には、有機電界発光素子EL-1における透明電極1および対向電極5-1の端子部分を露出させた状態で、少なくとも発光機能層3を覆う封止材17を設ける。
【0313】
以上により、透明基板13上に所望の有機電界発光素子ELが得られる。このような有機電界発光素子EL-1の作製においては、一回の真空引きで一貫して発光機能層3から対向電極5-1まで作製するのが好ましいが、途中で真空雰囲気から透明基板13を取り出して異なる成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。
【0314】
このようにして得られた有機電界発光素子EL-1に直流電圧を印加する場合には、アノードである透明電極1を+の極性とし、カソードである対向電極5-1を−の極性として、電圧2V以上40V以下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。
【0315】
<有機電界発光素子EL-1の効果>
以上説明した有機電界発光素子EL-1は、本発明の導電性と光透過性とを兼ね備えた透明電極1をアノードとして用い、この上部に発光機能層3とカソードとなる対向電極5-1とを設けた構成である。このため、透明電極1と対向電極5-1との間に十分な電圧を印加して有機電界発光素子EL-1での高輝度発光を実現しつつ、透明電極1側からの発光光hの取り出し効率が向上することによる高輝度化を図ることが可能である。さらに、所定輝度を得るための駆動電圧の低減による発光寿命の向上を図ることも可能になる。
【0316】
≪4.有機電界発光素子の第2例≫
<有機電界発光素子の構成>
図4は、本発明の電子デバイスの一例として、上述した透明電極を用いた有機電界発光素子の第2例を示す断面構成図である。この図に示す第2例の有機電界発光素子EL-2が、図3を用いて説明した第1例の有機電界発光素子EL-1と異なるところは、透明電極1をカソードとして用いるところにある。以下、第1例と同様の構成要素についての重複する詳細な説明は省略し、第2例の有機電界発光素子EL-2の特徴的な構成を説明する。
【0317】
図4に示す有機電界発光素子EL-2は、透明基板13上に設けられており、第1例と同様に、透明基板13上の透明電極1として先に説明した本発明の透明電極1を用いているところが特徴的である。このため有機電界発光素子EL-2は、少なくとも透明基板13側から発光光hを取り出すように構成されている。ただし、この透明電極1は、カソード(陰極)として用いられる。このため、対向電極5-2は、アノードとして用いられることになる。
【0318】
このような有機電界発光素子EL-2の層構造が限定されることはく、一般的な層構造であって良いことは、第1例と同様である。本第2例の場合の一例としては、カソードとして機能する透明電極1の上部に、電子注入層3e/電子輸送層3d/発光層3c/正孔輸送層3b/正孔注入層3aをこの順に積層した構成が例示される。ただし、このうち少なくとも有機材料で構成された発光層3cを有することが必須である。
【0319】
尚、発光機能層3は、これらの層の他にも、第1例で説明したと同様に、必要に応じたさまざまな構成が採用される。このような構成において、透明電極1と対向電極5-2とで発光機能層3が挟持された部分のみが、有機電界発光素子EL-2における発光領域となることも第1例と同様である。
【0320】
また以上のような層構成においては、透明電極1の低抵抗化を図ることを目的とし、透明電極1の電極層1bに接して補助電極15が設けられていても良いことも、第1例と同様である。
【0321】
ここで、アノードとして用いられる対向電極5-2は、金属、合金、有機または無機の導電性化合物、およびこれらの混合物が用いられる。具体的には、金(Au)等の金属、ヨウ化銅(CuI)、ITO、ZnO、TiO、SnO等の酸化物半導体などが挙げられる。
【0322】
以上のような対向電極5-2は、これらの導電性材料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、対向電極5-2としてのシート抵抗は、数百Ω/sq.以下が好ましく、膜厚は通常5nm〜5μm、好ましくは5nm〜200nmの範囲で選ばれる。
【0323】
尚、この有機電界発光素子EL-2が、対向電極5-2側からも発光光hを取り出すものである場合、対向電極5-2を構成する材料として、上述した導電性材料のうち光透過性の良好な導電性材料を選択すれば良い。
【0324】
以上のような構成の有機電界発光素子EL-2は、発光機能層3の劣化を防止することを目的として、第1例と同様に封止材17で封止されている。
【0325】
以上説明した有機電界発光素子EL-2を構成する主要各層のうち、アノードとして用いられる対向電極5-2以外の構成要素の詳細な構成、および有機電界発光素子EL-2の作製方法は、第1例と同様である。このため詳細な説明は省略する。
【0326】
<有機電界発光素子EL-2の効果>
以上説明した有機電界発光素子EL-2は、本発明の導電性と光透過性とを兼ね備えた透明電極1をカソードとして用い、この上部に発光機能層3とアノードとなる対向電極5-2とを設けた構成である。このため、第1例と同様に、透明電極1と対向電極5-1との間に十分な電圧を印加して有機電界発光素子EL-2での高輝度発光を実現しつつ、透明電極1側からの発光光hの取り出し効率が向上することによる高輝度化を図ることが可能である。さらに、所定輝度を得るための駆動電圧の低減による発光寿命の向上を図ることも可能になる。
【0327】
≪5.有機電界発光素子の第3例≫
<有機電界発光素子の構成>
図5は、本発明の電子デバイスの一例として、上述した透明電極を用いた有機電界発光素子の第3例を示す断面構成図である。この図に示す第3例の有機電界発光素子EL-3が、図3を用いて説明した第1例の有機電界発光素子EL-1と異なるところは、基板13’側に対向電極5-3を設け、この上部に発光機能層3と透明電極1とをこの順に積層したところにある。以下、第1例と同様の構成要素についての重複する詳細な説明は省略し、第3例の有機電界発光素子EL-3の特徴的な構成を説明する。
【0328】
図5に示す有機電界発光素子EL-3は、基板13’上に設けられており、基板13’側から順に、アノードとなる対向電極5-3、発光機能層3、およびカソードとなる透明電極1が積層されている。このうち、透明電極1として、先に説明した本発明の透明電極1を用いているところが特徴的である。このため有機電界発光素子EL-3は、少なくとも基板13'とは逆の透明電極1側から発光光hを取り出すように構成されている。
【0329】
このような有機電界発光素子EL-3の層構造が限定されることはく、一般的な層構造であって良いことは、第1例と同様である。本第3例の場合の一例としては、アノードとして機能する対向電極5-3の上部に、正孔注入層3a/正孔輸送層3b/発光層3c/電子輸送層3dをこの順に積層した構成が例示される。ただし、このうち少なくとも有機材料を用いて構成された発光層3cを有することが必須である。また、電子輸送層3dは、電子注入層3eを兼ねたもので、電子注入性を有する電子輸送層3dとして設けられていることとする。
【0330】
そして特に本第3例の有機電界発光素子EL-3に特徴的な構成としては、電子注入性を有する電子輸送層3dが、透明電極1における窒素含有層1aとして設けられているところにある。つまり本第3例においては、カソードとして用いられる透明電極1が、電子注入性を有する電子輸送層3dを兼ねる窒素含有層1aと、この上部に設けられた電極層1bとで構成されているのである。
【0331】
このような電子輸送層3dは、先に述べた上述した透明電極1の窒素含有層1aを構成する材料を用いて構成されていることが重要である。
【0332】
尚、発光機能層3は、これらの層の他にも、第1例で説明したと同様に、必要に応じたさまざまな構成が採用されるが、透明電極1の窒素含有層1aを兼ねる電子輸送層3dと、透明電極1の電極層1bとの間には、電子注入層や正孔阻止層が設けられることはない。以上のような構成において、透明電極1と対向電極5-3とで発光機能層3が挟持された部分のみが、有機電界発光素子EL-3における発光領域となることは、第1例と同様である。
【0333】
また以上のような層構成においては、透明電極1の低抵抗化を図ることを目的とし、透明電極1の電極層1bに接して補助電極15が設けられていても良いことも、第1例と同様である。
【0334】
さらに、アノードとして用いられる対向電極5-3は、金属、合金、有機または無機の導電性化合物、およびこれらの混合物が用いられる。具体的には、金(Au)等の金属、ヨウ化銅(CuI)、ITO、ZnO、TiO、SnO等の酸化物半導体などが挙げられる。
【0335】
以上のような対向電極5-3は、これらの導電性材料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、対向電極5-3としてのシート抵抗は、数百Ω/sq.以下が好ましく、膜厚は通常5nm〜5μm、好ましくは5nm〜200nmの範囲で選ばれる。
【0336】
尚、この有機電界発光素子EL-3が、対向電極5-3側からも発光光hを取り出すものである場合、対向電極5-3を構成する材料としては、上述した導電性材料のうち光透過性の良好な導電性材料を選択して用いれば良い。またこの場合、基板13’としては、第1例で説明した透明基板13と同様のものが用いられ、基板13’の外側に向かう面が光取り出し面13a’となる。
【0337】
<有機電界発光素子EL-3の効果>
以上説明した有機電界発光素子EL-3は、発光機能層3の最上部を構成する電子注入性を有する電子輸送層3dを窒素含有層1aとし、この上部に電極層1bを設けることにより、窒素含有層1aとこの上部の電極層1bとからなる透明電極1をカソードとして設けた構成である。このため、第1例および第2例と同様に、透明電極1と対向電極5-3との間に十分な電圧を印加して有機電界発光素子EL-3での高輝度発光を実現しつつ、透明電極1側からの発光光hの取り出し効率が向上することによる高輝度化を図ることが可能である。さらに、所定輝度を得るための駆動電圧の低減による発光寿命の向上を図ることも可能になる。また以上のような構成において対向電極5-3が光透過性を有する場合であれば、この対向電極5-3からも発光光hを取り出すことができる。
【0338】
尚、以上の第3例においては、透明電極1の窒素含有層1aが電子注入性を有する電子輸送層3dを兼ねた構成を説明した。しかしながら、窒素含有層1aは、電子注入層を兼ねるものであったり、電子注入性を持たない電子輸送層3dを兼ねるものであっても良く、また発光機能に影響を及ぼさない程度に極薄膜として設けられる場合であれば電子輸送性および電子注入性を持たなくても良い。
【0339】
さらに、透明電極1の窒素含有層1aが発光機能に影響を及ぼさない程度に極薄膜として設けられる場合であれば、基板13’側の対向電極をカソードとし、発光機能層3上の透明電極1をアノードとしても良い。この場合、発光機能層3は、基板13’上の対向電極(カソード)側から順に、例えば電子注入層3e/電子輸送層3d/発光層3c/正孔輸送層3b/正孔注入層3aが積層される。そしてこの上部に極薄い窒素含有層1aと電極層1bとの積層構造からなる透明電極1が、アノードとして設けられる。このような窒素含有層1aは、正孔輸送性または正孔注入性を有する窒素含有化合物を用いることで、正孔輸送層または正孔注入層を兼ねる窒素含有層としてもよい。またさらには、アノード、カソード共に透明電極1としても良い。この場合、カソードである透明電極1を設ける基板には透明基板を用い、アノード側、カソード側の両側から発光光hを取り出す。
【0340】
≪6.有機電界発光素子の用途≫
上述した各構成の有機電界発光素子は、上述したように面発光体であるため各種の発光光源として用いることができる。例えば、家庭用照明や車内照明などの照明装置、時計や液晶用のバックライト、看板広告用照明、信号機の光源、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く、特にカラーフィルターと組み合わせた液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【0341】
また、本発明の有機電界発光素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用してもよいし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置(ディスプレイ)として使用してもよい。この場合、近年の照明装置およびディスプレイの大型化にともない、有機電界発光素子を設けた発光パネル同士を平面的に接合する、いわゆるタイリングによって発光面を大面積化しても良い。
【0342】
動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は、単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。また異なる発光色を有する本発明の有機電界発光素子を2種以上使用することにより、カラーまたはフルカラー表示装置を作製することが可能である。
【0343】
以下では、用途の一例として照明装置について説明し、次にタイリングによって発光面を大面積化した照明装置について説明する。
【0344】
≪7.照明装置−1≫
本発明の照明装置は、上記有機電界発光素子を有する。
【0345】
本発明の照明装置に用いる有機電界発光素子は、上述した構成の各有機電界発光素子に共振器構造を持たせた設計としてもよい。共振器構造として構成された有機電界発光素子の使用目的としては、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が、これらに限定されない。また、レーザー発振をさせることにより上記用途に使用してもよい。
【0346】
尚、本発明の有機電界発光素子に用いられる材料は、実質的に白色の発光を生じる有機電界発光素子(白色有機電界発光素子ともいう)に適用できる。例えば、複数の発光材料により複数の発光色を同時に発光させて混色により白色発光を得ることもできる。複数の発光色の組み合わせとしては、赤色、緑色、青色の3原色の3つの発光極大波長を含有させたものでもよいし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した2つの発光極大波長を含有したものでもよい。
【0347】
また、複数の発光色を得るための発光材料の組み合わせは、複数のリン光または蛍光で発光する材料を複数組み合わせたもの、蛍光またはリン光で発光する発光材料と、発光材料からの光を励起光として発光する色素材料との組み合わせたもののいずれでもよいが、白色有機電界発光素子においては、発光ドーパントを複数組み合わせて混合したものでもよい。
【0348】
このような白色有機電界発光素子は、各色発光の有機電界発光素子をアレー状に個別に並列配置して白色発光を得る構成と異なり、有機電界発光素子自体が白色を発光する。このため、素子を構成するほとんどの層の成膜にマスクを必要とせず、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で例えば電極膜を形成でき、生産性も向上する。
【0349】
またこのような白色有機電界発光素子の発光層に用いる発光材料としては、特に制限はなく、例えば液晶表示素子におけるバックライトであれば、CF(カラーフィルター)特性に対応した波長範囲に適合するように、本発明に係る金属錯体、また公知の発光材料の中から任意のものを選択して組み合わせて白色化すればよい。
【0350】
以上に説明した白色有機電界発光素子を用いれば、実質的に白色の発光を生じる照明装置を作製することが可能である。
【0351】
≪8.照明装置−2≫
図6には、上記各構成の有機電界発光素子を複数用いて発光面を大面積化した照明装置の断面構成図を示す。この図に示す照明装置は、例えば透明基板13上に有機電界発光素子EL-1を設けた複数の発光パネル21を、支持基板23上に複数配列する(すなわちタイリングする)ことによって発光面を大面積化した構成である。支持基板23は、封止材17を兼ねるものであっても良く、この支持基板23と、発光パネル21の透明基板13との間に有機電界発光素子EL-1を挟持する状態で各発光パネル21をタイリングする。支持基板23と透明基板13との間には接着剤19を充填し、これによって有機電界発光素子EL-1を封止しても良い。尚、発光パネル21の周囲には、アノードである透明電極1およびカソードである対向電極5-1の端部を露出させておく。ただし図面においては対向電極5-1の露出部分のみを図示した。
【0352】
このような構成の照明装置では、各発光パネル21の中央が発光領域Aとなり、発光パネル21間には非発光領域Bが発生する。このため、非発光領域Bからの光取り出し量を増加させるための光取り出し部材を、光取り出し面13aの非発光領域Bに設けても良い。光取り出し部材としては、集光シートや光拡散シートを用いることができる。
【実施例1】
【0353】
≪透明電極の作製−1≫
以下に説明するように、試料1-1〜1-9の各透明電極を、導電性領域の面積が5cm×5cmとなるように作製した。
【0354】
試料1-1〜1-9では、下記表1に示すように、各化合物で構成された窒素含有層とこの上部の銀を用いた電極層との積層構造の透明電極を作製した。
【0355】
試料1-1〜1-3の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する下記化合物10を用いた。この化合物10は一般式(3)に含まれる化合物である。
【0356】
試料1-4〜1-6の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する下記化合物94を用いた。この化合物94は一般式(3)に含まれる化合物である。
【0357】
試料1-7〜1-9の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する下記化合物99を用いた。この化合物99は一般式(1)に含まれる化合物である。
【0358】
【化66】
【0359】
【表1】
【0360】
<試料1-1〜1-9の透明電極の作製手順>
透明な無アルカリガラス製の基材を市販の真空蒸着装置の基材ホルダーに固定した。また、各透明電極の作製において、上記化合物10、化合物94、及び化合物99をそれぞれタンタル製抵抗加熱ボートに入れた。これらの基板ホルダーと加熱ボートとを真空蒸着装置の第1真空槽に取り付けた。また、タングステン製の抵抗加熱ボートに銀(Ag)を入れ、第2真空槽内に取り付けた。
【0361】
この状態で、先ず、第1真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、各化合物の入った加熱ボートに通電して加熱し、上記表1に示すように各成膜速度(0.02nm/s、0.3nm/s、または0.5nm/s)で、基材上に膜厚25nmの各化合物で構成された窒素含有層を設けた。
【0362】
次に、窒素含有層まで成膜した基材を真空のまま第2真空槽に移し、第2真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、銀の入った加熱ボートを通電して加熱した。これにより、蒸着レート0.1nm/sで、上記表1に示すように各膜厚(8nmまたは12nm)の銀からなる電極層を形成し、窒素含有層とこの上部の電極層との積層構造からなる試料1-1〜1-9の各透明電極を得た。
【0363】
<実施例1の各試料の評価−1>
上記で作製した試料1-1〜1-9の各透明電極について、光透過率を測定した。光透過率の測定は、分光光度計(日立製作所製U−3300)を用い、試料と同じ基材をベースラインとして行った。この結果を上記表1に合わせて示した。
【0364】
<実施例1の各試料の評価−2>
上記で作製した試料1-1〜1-9の各透明電極について、シート抵抗値を測定した。シート抵抗値の測定は、抵抗率計(三菱化学社製MCP−T610)を用い、4端子4探針法定電流印加方式で行った。この結果を上記表1に合わせて示した。
【0365】
<実施例1の評価結果>
表1において、窒素含有層を構成する材料が化合物10である試料1-1〜1-3、窒素含有層を構成する材料が化合物94である試料1-4〜1-6、及び窒素含有層を構成する材料が化合物99である試料1-7〜1-9をそれぞれ比較した。試料1-1、1-4、及び1-7の窒素含有層の成膜速度が0.02nm/sである本発明の範囲外の透明電極では、シート抵抗が10Ω/sq.を超えていた。一方、試料1-2、1-5、及び1-8の窒素含有層の成膜速度が0.3nm/sである本発明構成の透明電極では、シート抵抗が10Ω/sq.未満と低く抑えられていた。さらに、試料1-3、1-6、及び1-9の窒素含有層の成膜速度が0.5nm/sである本発明構成の透明電極でも同様に、シート抵抗が10Ω/sq.未満と低く抑えられていた。このように全体の結果として、電極層に隣接して設けられた窒素含有層を構成する材料が同じであれば、窒素含有層の成膜速度が速いほど、シート抵抗が低く、光透過率が高かった。
【0366】
これにより本発明構成の透明電極は、高い光透過率と導電性とを兼ね備えていることが確認された。
【0367】
また、図7〜9は試料1-1〜1-3の各透明電極のSEM画像(倍率:10万倍)を示しており、これらを比較すると、次に説明するとおり、窒素含有層の成膜速度によって電極層を構成する銀の成膜状態が異なることが明らかであった。図7に示す試料1-1の窒素含有層の成膜速度が0.02nm/sである本発明の範囲外の透明電極では、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀(図中の白表示部)の連続性が低かった。さらに、銀に被覆されていない部分(図中の黒表示部)が目立って確認された。一方、図8に示す試料1-2の窒素含有層の成膜速度が0.3nm/sである本発明構成の透明電極では、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀が繋がっていた。また、図9に示す試料1-3の窒素含有層の成膜速度が0.5nm/sである本発明構成の透明電極でも同様に、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀が繋がっていた。さらに、図9に示す試料1-3の透明電極は、図8に示す試料1-2の透明電極よりも、銀に被覆されていない部分が少なく、電極層を構成する銀の連続性が高かった。
【0368】
さらに、試料1-4〜1-6の各透明電極のSEM画像(倍率:10万倍)を示す図10〜12を比較すると、上述した図7〜9と同様に、窒素含有層の成膜速度によって電極層を構成する銀の成膜状態が異なっていた。これと同様に、試料1-7〜1-9の各透明電極のSEM画像(倍率:10万倍)を示す図13〜15を比較しても、上述した図7〜9と同様に、窒素含有層の成膜速度によって電極層を構成する銀の成膜状態が異なっていた。
【0369】
これにより、窒素含有層の成膜速度が0.3nm/s以上である本発明構成の透明電極では、核成長型(Volumer−Weber:VW型)ではなく、単層成長型(Frank−van der Merwe:FM型)により近い膜成長によって、窒素含有層に隣接する電極層が形成されたことが確認された。
【0370】
また、電極層に隣接して設けられた窒素含有層を構成する材料が同じであれば、窒素含有層の成膜速度が速いほど、電極層を構成する銀(図中の白表示部)がより繋がっており、その連続性が高いことが確認された。
【0371】
なお、本実施例1では、窒素含有層の膜厚が25nmである例を説明したが、窒素含有層の膜厚はこれに限らず、これより薄くても厚くても、同様の結果が得られた。すなわち、窒素含有層の膜厚に関係なく、窒素含有層の成膜速度が速いほど、透明電極の光透過率とシート抵抗とが向上するという結果が得られた。
【実施例2】
【0372】
≪透明電極の作製−1≫
以下に説明するように、試料2-1〜2-9の各透明電極を、導電性領域の面積が5cm×5cmとなるように作製した。
【0373】
試料2-1〜2-9では、下記表2に示すように、各化合物で構成された窒素含有層とこの上部の銀を用いた電極層との積層構造の透明電極を作製した。
【0374】
試料2-1〜2-3の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する前記化合物10を用いた。この化合物10は一般式(3)に含まれる化合物である。
【0375】
試料2-4〜2-6の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する前記化合物94を用いた。この化合物94は一般式(3)に含まれる化合物である。
【0376】
試料2-7〜2-9の透明電極の作製においては、窒素含有層を構成する化合物として、窒素を含有する前記化合物99を用いた。この化合物99は一般式(1)に含まれる化合物である。
【0377】
【表2】
【0378】
<試料2-1〜2-9の透明電極の作製手順>
透明な無アルカリガラス製の基材を市販の真空蒸着装置の基材ホルダーに固定した。また、各透明電極の作製において、上記化合物10、化合物94、及び化合物99をそれぞれタンタル製抵抗加熱ボートに入れた。これらの基板ホルダーと加熱ボートとを真空蒸着装置の第1真空槽に取り付けた。また、タングステン製の抵抗加熱ボートに銀(Ag)を入れ、第2真空槽内に取り付けた。
【0379】
この状態で、先ず、第1真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、各化合物の入った加熱ボートに通電して加熱し、成膜速度0.3nm/sで、基材上に膜厚25nmの各化合物で構成された窒素含有層を成膜した。
【0380】
次に、窒素含有層まで成膜した基材を真空のまま第2真空槽に移し、成膜速度0.02nm/sで、上記表2に示すように各膜厚(8nmまたは12nm)の銀で構成された電極層を窒素含有層に隣接させて成膜した。この際、窒素含有層の成膜とその後の電極層の成膜との間隔が上記表2に示した各成膜間隔(1分、2分、または10分)となる時間内に、窒素含有層まで成膜した基材を第1真空槽から第2真空槽に移し、電極層の成膜までを行った。この第2真空槽は、基材を移し入れる前にあらかじめ槽内を4×10-4Paまで減圧し、さらに銀の入った加熱ボートの加熱を済ませた状態に準備しておいた。以上により、窒素含有層とこの上部の電極層との積層構造からなる試料2-1〜2-9の各透明電極を得た。
【0381】
<実施例2の各試料の評価−1>
上記で作製した試料2-1〜2-9の各透明電極について、光透過率を測定した。光透過率の測定は、分光光度計(日立製作所製U−3300)を用い、試料と同じ基材をベースラインとして行った。この結果を上記表2に合わせて示した。
【0382】
<実施例2の各試料の評価−2>
上記で作製した試料2-1〜2-9の各透明電極について、シート抵抗値を測定した。シート抵抗値の測定は、抵抗率計(三菱化学社製MCP−T610)を用い、4端子4探針法定電流印加方式で行った。この結果を上記表2に合わせて示した。
【0383】
<実施例2の評価結果>
表2において、窒素含有層を構成する材料が化合物10であり、電極層の膜厚が8nmである試料2-1〜2-3を比較した。試料2-1及び2-2の窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分以内である本発明構成の透明電極では、光透過率が70%以上と高く、シート抵抗が10Ω/sq.未満と低く抑えられていた。一方、試料2-3の窒素含有層と電極層との成膜間隔が10分である本発明の範囲外の透明電極では、光透過率が60%であり、シート抵抗が10Ω/sq.を超えていた。
【0384】
また表2において、窒素含有層を構成する材料が化合物94であり、電極層の膜厚が12nmである試料2-4〜2-6を比較した。試料2-4及び2-5の窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分以内である本発明構成の透明電極では、光透過率が65%以上と高く、シート抵抗が10Ω/sq.未満と低く抑えられていた。一方、試料2-6の窒素含有層と電極層との成膜間隔が10分である本発明の範囲外の透明電極では、光透過率が50%程度であり、シート抵抗が10Ω/sq.を超えていた。
【0385】
また表2において、窒素含有層を構成する材料が化合物99であり、電極層の膜厚が12nmである試料2-7〜2-9を比較した。試料2-7及び2-8の窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分以内である本発明構成の透明電極では、光透過率が60%以上と高く、シート抵抗が10Ω/sq.未満と低く抑えられていた。一方、試料2-9の窒素含有層と電極層との成膜間隔が10分である本発明の範囲外の透明電極では、光透過率が50%以下であり、シート抵抗が10Ω/sq.を超えていた。
【0386】
さらに表2の全体の結果として、窒素含有層を構成する材料が同じであれば、窒素含有層と電極層との成膜間隔が短時間であるほど、シート抵抗が低く、光透過率が高かった。また、一般式(3)に該当する化合物94を窒素含有層に用いた試料2-4及び2-5は、一般式(1)に該当する化合物99を窒素含有層に用いた試料2-7及び2-8と比較して、光透過率が高く、シート抵抗も高かった。
【0387】
以上より、窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分以内である本発明構成の透明電極は、光透過率が50%以上かつシート抵抗が10Ω/sq.未満であった。したがって、本発明の透明電極を構成する電極層が12nm以下の薄膜でありながらも、連続性が確保されていることにより、本発明構成の透明電極は、高い光透過率と導電性とを兼ね備えていることが確認された。
【0388】
また、図16〜18は試料2-1〜2-3の各透明電極のSEM画像(倍率:5万倍)を示しており、これらを比較すると、次に説明するとおり、窒素含有層と電極層との成膜間隔の時間によって、電極層を構成する銀の成膜状態が異なることが明らかであった。図16に示す試料2-1の窒素含有層と電極層との成膜間隔が1分である本発明構成の透明電極では、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀が繋がっていた。また、図17に示す試料2-2の窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分である本発明構成の透明電極でも同様に、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀が繋がっていた。さらに、図16に示す試料2-1の透明電極は、図17に示す試料2-2の透明電極よりも、銀に被覆されていない部分(図中の黒表示部)が少なく、電極層を構成する銀(図中の白表示部)の連続性が高かった。一方、図18に示す試料2-3の窒素含有層と電極層との成膜間隔が10分である本発明の範囲外の透明電極では、窒素含有層に隣接して設けられる電極層を構成する銀の連続性が低かった。さらに、銀に被覆されていない部分が目立って確認された。
【0389】
さらに、試料2-4〜2-6の各透明電極のSEM画像(倍率:5万倍)を示す図19〜21を比較すると、上述した図16〜18と同様に、窒素含有層と電極層との成膜間隔の時間によって電極層を構成する銀の成膜状態が異なっていた。これと同様に、試料2-7〜2-9の各透明電極のSEM画像(倍率:5万倍)を示す図22〜24を比較しても、上述した図16〜18と同様に、窒素含有層と電極層との成膜間隔の時間によって電極層を構成する銀の成膜状態が異なっていた。
【0390】
これにより、窒素含有層と電極層との成膜間隔が2分以内である本発明構成の透明電極では、核成長型(Volumer−Weber:VW型)ではなく、単層成長型(Frank−van der Merwe:FM型)により近い膜成長によって、窒素含有層に隣接する電極層が形成されたことが確認された。
【0391】
また、電極層に隣接して設けられた窒素含有層を構成する材料が同じであれば、窒素含有層と電極層との成膜間隔が短時間であるほど、電極層を構成する銀(図中の白表示部)がより繋がっており、その連続性が高いことが確認された。
【符号の説明】
【0392】
1…透明電極、1b…電極層、EL,EL-1,EL-2,EL-3…有機電界発光素子(電子デバイス)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
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図19
図20
図21
図22
図23
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【国際調査報告】