JP2000053957A - 新規な有機金属発光物質およびそれを含む有機電気発光素子 - Google Patents

新規な有機金属発光物質およびそれを含む有機電気発光素子

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JP2000053957A JP11176775A JP17677599A JP2000053957A JP 2000053957 A JP2000053957 A JP 2000053957A JP 11176775 A JP11176775 A JP 11176775A JP 17677599 A JP17677599 A JP 17677599A JP 2000053957 A JP2000053957 A JP 2000053957A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 青色、緑色または赤色光の発光特性を有し、
熱安定性が高い新規な有機金属化合物、およびそれを含
む有機電気発光素子を提供する。 【解決手段】 青色、緑色または赤色光の発光特性を有
する、一般式(I)ないし(V)の化合物からなる群か
ら選ばれた有機金属発光物質。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な有機金属発
光物質に関し、さらに詳細には、青色、緑色または赤色
光の発光特性を有し、熱安定性が高い新規な有機金属化
合物、およびそれを含む有機電気発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】通常の有機電気発光素子用有機金属化合
物は、主として亜鉛およびアルミニウムのような2価ま
たは3価金属の錯体である。
【0003】たとえば、有機金属発光物質として米国特
許第5,456,988号には、亜鉛、アルミニウムおよ
びマグネシウムの8−ヒドロキシキノリンの錯体、米国
特許第5,837,390号には、2−(o−ヒドロキシ
フェニルベンゾオキサゾール)のマグネシウム、亜鉛お
よびカドミウムなどの金属との錯体、特開平7−133
483号には、2−(o−ヒドロキシフェニルベンゾオ
キサゾール)のマグネシウムおよび銅のような2価金属
との錯体、米国特許第5,529,853号ならびに特開
平6−322362号、特開平8−143548号、お
よび特開平10−072580号には、10−ヒドロキ
シベンゾ[10]キノリンの2価または3価金属との錯体
がそれぞれ開示されている。
【0004】このように2価または3価金属を含む有機
金属発光物質は、比較的に弱いリガンドが金属結合と長
い共役構造を有するので、比較的熱安定性が低く、緑色
および赤色光を発するが、青色発光はしない。
【0005】したがって、改善された熱安定性および青
色発光をするなどの改善された発光特性を有する有機発
光物質の開発が要求されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、青色、緑色または赤色光の発光特性を有する新
規な有機金属発光物質およびそれを含む有機電気発光素
子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明では、一般式(I)ないし(V)の化合物から
なる群から選ばれた有機金属化合物が提供される。
【0008】
【化9】
【0009】
【化10】
【0010】
【化11】
【0011】
【化12】
【0012】
【化13】
【0013】前記式で、M1およびM4は、互いに独立的
にLi、Na、K、Zr、Si、Ti、Sn、Cs、F
r、Rb、Hf、Pr、Pa、Ge、Pb、Tmおよび
Mdからなる群から選ばれた1価または4価金属であ
り;M2は、Li、Na、K、Ca、Be、Ga、Z
n、Cd、Al、Cs、Fr、Rb、Be、Mg、M
n、Ti、Cu、Zr、Si、Hf、Pr、Pa、G
e、Sn、Pb、TmおよびMdからなる群から選ばれ
た1価、2価、3価または4価金属であり;M3は、L
+、Na+、K+、Cs+、Fr+、Rb+、Ca2+、Be
2+、Ga3+、Zn2+、Al3+、Mg2+、Mn2+、Ti2+
およびCu2+からなる群から選ばれ;Rは、水素または
1-10アルキル基であり;XおよびYは、互いに独立的
に水素、Cl、F、I、BrまたはSO3Hであり;A
は、水素、F、Cl、BrまたはIであり;Bは、O、
S、SeまたはTeであり;Dは、OまたはSであり;
nは、1ないし4の整数である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
【0015】本発明の有機金属発光物質は、前記一般式
(I)の8−ヒドロキシキノリン金属錯体、前記一般式
(II)の8−ヒドロキシキノリナト−5−スルホナト金
属錯体、前記一般式(III)のベンゾオキサゾールまた
はベンズチアゾール金属錯体、前記一般式(IV)のベン
ゾトリアゾール金属錯体および前記一般式(V)のベン
ゾキノリン金属錯体を含む。
【0016】本発明の有機金属発光物質のうち好ましい
化合物を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】前記本発明の有機金属化合物は、適当な溶
媒中でリガンドとして作用する有機化合物と適当な金属
化合物を反応させることによって製造することができ
る。
【0019】本発明に使用することができる溶媒として
は、水、エタノール、メタノール、プロパノールなどが
ある。
【0020】本発明の有機金属発光化合物の製造に使用
することができる化合物の例は、LiOH、NaOH、
KOH、NaCl、KCl、LiCl、ZrCl4、S
nCl4、TiCl4、SiCl4、BeCl2、MgCl
2、AlCl3、CaCl2、ZnCl2などがある。
【0021】本発明にリガンドとして使用することがで
きる有機化合物の例は、2−(2−ヒドロキシフェニ
ル)ベンゾオキサゾール、8−ヒドロキシキノリン、8
−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸、2−(2−ベ
ンゾトリアゾリル)−p−クレゾール、10−ヒドロキ
シベンゾキノリンなどを含む。
【0022】本発明の有機金属化合物を製造するための
有機および金属化合物の反応は、nによって決定される
モル当量比で、25ないし100℃で、1ないし24時
間反応させることにより行うことができる。
【0023】一般式(II)の8−ヒドロキシキノリン−
5−スルホナト金属誘導体の製造時には、8−ヒドロキ
シキノリン−5−スルホン酸とM2化合物を反応させて
一般式(VI)の8−ヒドロキシキノリン−5−スルホナ
ト誘導体を得る。次いで、一般式(VI)の化合物をM3
化合物と反応させて一般式(II)の8−ヒドロキシキノ
リン−5−スルホナト誘導体を得る。
【0024】代替的に、一般式(II)の8−ヒドロキシ
キノリン−5−スルホナト金属誘導体は乾式工程によっ
て製造することができる。すなわち、一般式(VI)の化
合物と一般式(VII)の化合物をそれぞれ基板上に蒸着
またはコーティングした後、減圧(約10-6トール)
下、150ないし450℃でin situ反応させて
もよい。反応式1のスルホン酸基の金属化反応が起るに
従って発光は青色に推移(blue shift)す
る。たとえば、一般式(VI)の化合物の最大発光波長は
510nmである反面、一般式(II)の化合物の最大発
光波長は460nmである。
【0025】
【化14】
【0026】前記式で、M2、M3およびnは前記で定義
した通りであり、Zはハロゲン原子またはヒドロキシ基
である。
【0027】本発明の有機金属錯体は、有機発光物質と
してだけでなく、発光ドーピング物質(lumines
cent doping material)として使用
できる。たとえば、発光効率のよい青色有機発光層にこ
の錯体を2%程度の少量ドーピングすれば、発光色が青
色から薄い青色または緑色に変わる。したがって、発光
波長を調節することが可能な効率のよい電気発光素子を
製造することができる。
【0028】本発明の有機発光素子は、単一層の形態、
または正孔輸送層もしくは電子輸送層とともに二重層ま
たは多重層の形態の有機薄膜を含む構造を有していても
よい。この際、本発明の有機金属発光物質は単独で、ま
たは高分子もしくは無機化合物と共に、または高分子に
ドーピングして得られる蛍光体薄膜として使用すること
ができる。
【0029】本発明の電気発光素子の一態様は図1
(A)に示すような単一有機層を有する。前記素子は、
ガラス基板1、陽極透明電極層2であるインジウム−ス
ズ−酸化物(以下、ITOという)層、本発明の有機発
光物質を含有する有機発光層3および金属電極(陰極)
層4が順次的に積層された構造を有する。本発明の素子
の他の態様は図1(B)に示すように追加的な正孔輸送
層31を有するか、図1(C)に示すように追加的な電
子輸送層32を更に有していてもよい。本発明の電気発
光素子は、直流または交流で動作するが、直流を用いる
ことが好ましい。
【0030】本発明の有機発光層は、スピンコーティン
グのような湿式方法および蒸着、真空熱蒸着、スパッタ
リングおよび電子ビーム蒸着法のような乾式方法によっ
て形成することができる。
【0031】本発明の新規な有機金属発光物質は、青
色、緑色または赤色発光が可能であり、1価の金属を含
む錯体の場合は高温でも安定であり、青色発光などの優
れた発光特性を有する。
【0032】
【実施例】以下、本発明を下記実施例によってさらに詳
細に説明する。ただし、下記実施例は本発明を例示する
のみであり、本発明の範囲を制限しない。
【0033】実施例1:化合物13の製造 2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾールと
水酸化リチウムを1:1のモル比でエタノール250m
lに加えて78℃で4時間還流した。反応混合物を濾過
し、溶媒および水分を減圧下で除去して目的とする一般
式(VIII)の2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオ
キサゾール−リチウム錯体(化合物13)を得た。
【0034】
【化15】
【0035】図2に、前記で製造した錯体の発光スペク
トルを示す。
【0036】実施例2 ITOを陽極透明電極としてコーティングして得られた
ITOガラスを一定な形にフォトリソグラフィーし、パ
ターン化されたITOガラスを非リン系界面活性剤、ア
セトンおよびエタノールを含む溶液で洗浄した。
【0037】次いで、一般式(IX)のポリエーテルイミ
ドおよび一般式(X)のトリフェニルジアミンの混合物
を50:50の重量比でクロロホルムに0.5wt%の
濃度に溶解した後、この混合液を前記ITOガラス上に
スピンコーティングして正孔輸送層を製造した。
【0038】
【化16】
【0039】
【化17】
【0040】前記正孔輸送層上に、発光物質として前記
実施例1で製造した2−(2−ヒドロキシフェニル)ベ
ンゾオキサゾールリチウム錯体を約20nm厚さに真空
蒸着して有機発光層を形成した後、アルミニウムを約5
00nm厚さに蒸着して金属電極層を形成した。次い
で、素子をパッケージングして有機電気発光素子を製造
した。
【0041】前記製造された有機電気発光素子の発光特
性を図3、4および5に示す。図3は、本発明によって
製造された有機電気発光素子の印加電圧による電流密度
(A/m2)(3−1)および電気発光強度(cd/
2)(3−2)であって、電流注入は約6V程度から
始まるが、ターンオン電圧は約7ないし8Vであり、約
11Vの電圧で500cd/m2の明るさを示した。
【0042】図4(A)および4(B)は、各々前記有
機電気発光素子の電流密度(A/m 2)および電気発光
強度(cd/m2)による発光効率曲線であって、電流
密度が約200A/m2を超える領域では発光効率が約
1.2lm/Wと一定であった。
【0043】図5は、本発明によって製造された有機電
気発光素子の種々の印加電圧(8、9、10、11、1
2および13V)における電気発光スペクトル結果であ
って、主ピークは約456nmにおいて認められ、43
0および487nmにおいてショルダー(should
er)ピークが認められた。全体的に見える電気発光色
は青色であった。
【0044】実施例3:化合物5および6の製造 8−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸と水酸化リチ
ウムを1:1のモル比でエタノール250mlに加えて
78℃で4時間還流した。反応混合物を濾過して過剰量
の水に溶解した。次いで、水分を減圧下で除去して8−
ヒドロキシキノリナト−(5−スルホン酸)−リチウム
錯体(LiQSA)を得た。
【0045】このように得られたLiQSAと(または
NaOH)を1:1のモル比でエタノール100mlに
加えて室温で1時間反応させた。反応混合物から沈澱物
を分離し、減圧下で24時間乾燥して最終生成物である
8−ヒドロキシキノリナト(5−スルホナトリチウム
塩)−リチウム錯体(LiQSLi、化合物5)および
8−ヒドロキシキノリン−(5−スルホナトナトリウム
塩)−ナトリウム錯体(LiQSNa、化合物6)を各
々得た。合成された錯体の最大発光波長および発光色を
表1に示す。
【0046】実施例4:化合物7および8の製造 8−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸と水酸化ナト
リウム(NaOH)を1:1のモル比でエタノール25
0mlに加えて78℃で4時間還流した。反応混合物を
濾過して過剰量の水に溶解した。次いで、水分を減圧下
で除去して8−ヒドロキシキノリナト−(5−スルホナ
ト)−ナトリウム錯体(NaQSA)を得た。
【0047】このように得られたNaQSAとLiOH
(またはNaOH)を1:1のモル比でエタノール10
0mlに加えて室温で1時間反応させた。反応混合物か
ら沈澱物を分離し、減圧下で24時間乾燥して最終生成
物である8−ヒドロキシキノリナト(5−スルホナトリ
チウム塩)−ナトリウム錯体(NaQSLi、化合物
7)および8−ヒドロキシキノリナト(5−スルホナト
ナトリウム塩)−ナトリウム錯体(NaQSNa、化合
物8)を得た。合成された錯体の最大発光波長および発
光色を表1に示す。
【0048】実施例5:化合物9および10の製造 8−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸と塩化亜鉛
(ZnCl2)を2:1のモル比でエタノール250m
lに加えて78℃で4時間還流した。反応混合物を濾過
して過剰量の水に溶解した。次いで、水分を減圧下で除
去してビス(8−ヒドロキシキノリナト−5−スルホン
酸)−亜鉛錯体(Zn(QSA)2)を得た。
【0049】このように得られたZn(QSA)2とL
iOH(またはNaOH)を1:2のモル比でエタノー
ル100mlに加えて室温で1時間反応させた。反応混
合物から沈澱物を分離し、減圧下で24時間乾燥して最
終生成物であるビス(8−ヒドロキシキノリナト−5−
スルホナトリチウム塩)−亜鉛錯体(Zn(QSLi)
2、化合物9)およびビス(8−ヒドロキシキノリナト
−(5−スルホナトナトリウム塩)−亜鉛錯体(Zn
(QSNa)2、化合物10)を得た。合成された錯体
の最大発光波長および発光色を表1に示す。
【0050】実施例6:化合物11および12の製造 8−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸とAlCl2
を3:1のモル比でエタノール250mlに加えて78
℃で4時間還流した。反応混合物を濾過して過剰量の水
に溶解した。次いで、水分を減圧下で除去してトリス
(8−ヒドロキシキノリナト−5−スルホン酸)アルミ
ニウム(Al(QSA)3)を得た。
【0051】このように得られたAl(QSA)3とL
iOH(またはNaOH)を1:3のモル比でエタノー
ル100mlに加えて室温で1時間反応させた。反応混
合物から沈澱物を分離し、減圧下で24時間乾燥して最
終生成物であるトリス(8−ヒドロキシキノリン−5−
スルホナトリチウム塩)アルミニウム錯体(Al(QS
Li)3、化合物11)およびトリス(8−ヒドロキシ
キノリン−(5−スルホナトナトリウム塩)アルミニウ
ム錯体(Zn(QSNa)3、化合物12)を得た。合
成された錯体の最大発光波長および発光色を表1に示
す。
【0052】実施例7:化合物14の製造 2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾールと
NaOHを1:1のモル比でエタノール250mlに加
えて78℃で4時間還流した。反応混合物を濾過し、残
存溶媒および水分を減圧下で除去して目的とする2−
(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール−ナト
リウム錯体(化合物14)を得た。合成された錯体の最
大発光波長および発光色を表1に示す。
【0053】実施例8:化合物15および16の製造 2−(2−ヒドロキシベンゾトリアゾール)−p−クレ
ゾールとLiOH(またはNaOH)を1:1のモル比
でエタノール250mlに加えて78℃で4時間還流し
た。反応混合物を濾過し、残存溶媒および水分を減圧下
で除去して目的とする2−(2−ヒドロキシベンゾトリ
アゾール)p−クレゾール−リチウム錯体(LiBTZ
C、化合物15)および2−(2−ヒドロキシベンゾト
リアゾール)−p−クレゾール−ナトリウム錯体(Na
BTZC、化合物16)を製造した。合成された錯体の
最大発光波長および発光色を表1に示す。
【0054】実施例9:化合物17および18の製造 10−ヒドロキシキノリンとLiOH(またはNaO
H)を1:1のモル比でエタノール250mlに加えて
78℃で4時間還流した。反応混合物を濾過し、残存溶
媒および水分を減圧下で除去して目的とする10−ヒド
ロキシキノリン−リチウム錯体(LiBQ、化合物1
7)および10−ヒドロキシキノリン−ナトリウム錯体
(NaBQ、化合物18)を製造した。合成された錯体
の最大発光波長および発光色を表1に示す。
【0055】実施例10:化合物3の製造 8−ヒドロキシキノリンとZrCl4を4:1のモル比
でエタノール250mlに加えて78℃で4時間還流し
た。反応混合物を濾過し、水分を減圧下で除去して最終
化合物であるテトラ(8−ヒドロキシキノリナト)−ジ
ルコニウム錯体(ZrQ4、化合物3)を得た。合成さ
れた錯体の最大発光波長および発光色を表1に示す。
【0056】
【発明の効果】前記結果から分かるように、本発明の有
機金属発光物質は、高効率な青色、緑色または赤色光の
発光特性を有する。したがって、これを含有する有機電
気発光素子は高効率で可視光線領域のいずれの色相も実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】単一層、二重層および多重層構造の有機薄膜を
有する、本発明によって製造された有機電気発光素子の
構造を示す図。
【図2】本発明の実施例1の有機金属発光物質の発光ス
ペクトルを示す図。
【図3】本発明の実施例2の有機電気発光素子の印加電
圧による電流密度曲線および電気発光強度曲線を示す
図。
【図4】本発明の実施例2の有機電気発光素子の電流密
度および電気発光強度による発光効率曲線を示す図。
【図5】本発明の実施例2の有機電気発光素子の種々の
印加電圧における電気発光スペクトルを示す図。
【符号の説明】
1…ガラス基板 2…陽極透明電極層 3…有機発光層 4…金属電極(陰極)層 31…正孔輸送層 32…電子輸送層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 33/10 H05B 33/10 33/14 33/14 B

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I)ないし(V)の化合物から
    なる群から選ばれた有機金属発光物質。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 【化5】 前記式で、M1およびM4は、互いに独立的にLi、N
    a、K、Zr、Si、Ti、Sn、Cs、Fr、Rb、
    Hf、Pr、Pa、Ge、Pb、TmおよびMdからな
    る群から選ばれた1価または4価金属であり;M2は、
    Li、Na、K、Ca、Be、Ga、Zn、Cd、A
    l、Cs、Fr、Rb、Be、Mg、Mn、Ti、C
    u、Zr、Si、Hf、Pr、Pa、Ge、Sn、P
    b、TmおよびMdからなる群から選ばれた1価、2
    価、3価または4価金属であり;M3は、Li+、N
    +、K+、Cs+、Fr+、Rb+、Ca2+、Be2+、G
    3+、Zn2+、Al3+、Mg2+、Mn2+、Ti2+および
    Cu2+からなる群から選ばれ;Rは、水素またはC1-10
    アルキル基であり;XおよびYは、互いに独立的に水
    素、Cl、F、I、BrまたはSO3Hであり;Aは、
    水素、F、Cl、BrまたはIであり;Bは、O、S、
    SeまたはTeであり;Dは、OまたはSであり;n
    は、1ないし4の整数である。
  2. 【請求項2】 一般式(VI)の8−ヒドロキシキノリン
    −5−スルホン酸金属錯体および一般式(VII)の金属
    錯体の各々を蒸着またはコーティングして反応させる工
    程によって、一般式(II)の8−ヒドロキシキノリン−
    5−スルホナト金属錯体を製造する方法。 【化6】 【化7】 【化8】 前記式で、M2、M3、Rおよびnは請求項1で定義した
    通りであり、Zはハロゲン原子またはヒドロキシ基であ
    る。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の有機金属発光物質を有
    機発光層に含む有機電気発光素子。
  4. 【請求項4】 前記有機金属発光物質が単独で、または
    高分子もしくは無機化合物との混合物の形態、または高
    分子中のドーパントの形態で存在することを特徴とする
    請求項3に記載の有機電気発光素子。
  5. 【請求項5】 前記有機発光層が、スピンコーティン
    グ、蒸着法、真空熱蒸着法、スパッタリングまたは電子
    ビーム蒸着法によって蒸着されたことを特徴とする請求
    項3に記載の有機電気発光素子。
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