JP2000260565A - 有機el素子 - Google Patents

有機el素子

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JP2000260565A
JP2000260565A JP11057217A JP5721799A JP2000260565A JP 2000260565 A JP2000260565 A JP 2000260565A JP 11057217 A JP11057217 A JP 11057217A JP 5721799 A JP5721799 A JP 5721799A JP 2000260565 A JP2000260565 A JP 2000260565A
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JP11057217A
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English (en)
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Hisamitsu Takahashi
尚光 高橋
Yasuhiro Iiizumi
安広 飯泉
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Futaba Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 有機層にドープしても水素結合による凝集等
の不都合を起さず、またホール輸送層材料に用いても銅
フタロシアニンと比較して可視光域での透過率が良く、
高輝度・高効率な発光を得る。 【解決手段】 少なくとも一方が透明である一対の電極
間に有機化合物からなる有機層が積層された有機EL素
子において、下記化学式で示される化合物を有機層に含
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一方が
透明である一対の電極間に有機化合物からなる有機層が
積層された有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、
有機EL素子という)に関する。
【0002】
【従来の技術】有機EL素子は、蛍光性有機化合物を含
む薄膜を陰極と陽極の間に挟んだ構造を有し、前記薄膜
に電子およびホール(正孔)を注入して再結合させるこ
とにより励起子(エキシトン)を生成させ、この励起子
が失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して表示
を行う表示素子である。
【0003】図3は前記有機EL素子の基本構成を示す
図である。この有機EL素子21は、基板22上の陽極
(アノード)23にITO(Indium Tin Oxide)を使用
し、ホール輸送層24に下記化学式(化2)の構造式で
示すDiamine を使用し、有機発光層25に下記化学式
(化3)の構造式で示すトリス(8−キノリノラト)ア
ルミニウム(III) (Alq3 )を使用し、陰極(カソー
ド)26にマグネシウムと銀の合金を使用している。有
機の各層の厚みは50nm程度である。各層の成膜は真
空蒸着で行っている。この有機EL素子21に直流10
Vを加えると1000cd/m2 程度の緑色の発光が得
られる。この発光はITOの陽極23側から取り出す。
【0004】
【化2】
【0005】
【化3】
【0006】下記化学式(化4)は車の塗装材料として
有名な高級赤色顔料であるキナクリドンの構造式を示し
ている。このキナクリドンを有機EL素子の発光層のA
lq 3 に1mol%以下でドーピングすることにより、
高効率191m/W、高輝度10万cd/m2 が得られ
たとの報告もなされている。
【0007】
【化4】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キナク
リドンをドープした有機EL素子は、ドープしない場合
に比べて寿命が悪化するという問題があり、色純度や耐
久性の点において改善すべき所があった。これは、キナ
クリドン分子のイミノ基とカルボニル基が他のキナクリ
ドン分子と水素結合することで有機EL素子の動作中に
膜の凝集を起こしやすいからであり、またキナクリドン
分子が上記の理由で多量体を形成して発光しなくなるか
らであると考えられる。
【0009】ところで、有機EL素子の信頼性の向上を
図るべく、下記化学式(5)の構造式で示される銅フタ
ロシアニン(CuPc)をホール注入層として用いた有
機EL素子も知られている。
【0010】
【化5】
【0011】しかしながら、ホール注入材料として銅フ
タロシアニンを使用した場合、銅フタロシアニンはその
蒸着膜に青い体色があるため、EL発光スペクトルの黄
色から赤色の部分の吸収が大きく、外部量子収率が低く
なる。また、銅フタロシアニンは、遊離した銅イオンが
有機EL素子中を動くため、リーク電流等を生じ易いと
いう問題があった。
【0012】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、有機層にドープしても水素結合によ
る凝集等の不都合を起こすことなく、またホール輸送層
材料に用いても銅フタロシアニンと比較して可視光域で
の透過率が良く、高輝度・高効率な発光が得られる有機
EL素子を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、少なくとも一方が透明である一
対の電極間に有機化合物からなる有機層が積層された有
機EL素子において、前記化学式(化1)で示される化
合物を前記有機層に含有することを特徴とする。
【0014】請求項2の発明は、請求項1の有機EL素
子において、前記一対の電極のうちの陰極と前記有機層
の発光層との間に有機化合物からなる電子輸送層が配さ
れたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明による有機EL素子
の構造を示す図である。
【0016】図1に示すように、有機EL素子1は、絶
縁性および透光性を有するガラス等の基板2の上に陽極
(アノード)3としてのITOが成膜されている。陽極
3の上には有機層4が成膜されている。
【0017】有機層4は、陽極3の上に成膜されるホー
ル注入層4a、ホール注入層4aの上に成膜されるホー
ル輸送層4b、ホール輸送層4bの上に成膜される発光
層4c、発光層4cの上に成膜される電子輸送層4dか
ら構成される。
【0018】ホール注入層4aは、前記化学式(化5)
の構造式で示すCuPc(銅フタロシアニン)、又は前
記化1で示す化合物からなり、陽極3の上に成膜され
る。
【0019】なお、前記化1のR1 〜R22は、それぞれ
独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト
基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、置換もしくは無置
換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、
置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無
置換のN−モノアルキルアミノ基、置換もしくは無置換
のN,N−ジアルキルアミノ基、置換もしくは無置換の
アリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無
置換の複素環基を示す。ただし、さらに隣接した置換基
同士で結合して置換もしくは無置換の芳香族環または置
換もしくは無置換の複素環を形成してもよい。
【0020】ホール輸送層4bは、下記化学式(化6)
の構造式で示すα−NPD(N,N’−ビス−(1−ナ
フチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン)からな
り、ホール注入層4aの上に成膜される。
【0021】
【化6】
【0022】発光層4cは、下記化学式(化7)の構造
式で示すホスト材料のDPVBiからなり、正孔輸送層
4bの上に成膜される。DPVBiは、フォトルミネッ
センスのピークが450nm前後にある。また、前記化
1で示す化合物は、ドーパントとして用いる場合に前記
DPVBiに添加される。
【0023】
【化7】
【0024】電子輸送層4dは、前記化学式(化3)の
構造式で示すAlq3 からなり、発光層4cの上に成膜
される。
【0025】有機層4(電子輸送層4d)の上には、電
子注入層5としてのLiFが成膜されている。電子注入
層5の上には、陰極(カソード)6としての金属薄膜か
らなるAlが成膜されている。
【0026】
【実施例】(実施例1)ガラスからなる基板2の上にI
TOをストライプ状にパターン形成(パターン幅2m
m)して陽極3を形成し、このITO付き基板2をアセ
トン等で湿式洗浄して乾燥する。その後、ITO付き基
板2を蒸着装置にセットし、チャンバー内を10-5to
rrの真空にする。続いて、ITO付き基板2の陽極3
の上にマスクを介して10mm2 角に20nmの膜厚で
ホール注入層4aとしてのCuPcを蒸着する。さらに
CuPcの上に60nmの膜厚でホール輸送層4bとし
てのα−NPDを蒸着する。そして、α−NPDの上に
下記化学式(化8)で示す構造式からなる化合物とDP
VBiを共蒸着する。
【0027】
【化8】
【0028】このとき、化合物(化8)はDPVBiに
対して0.5mol%とする。そして、全体の膜厚が4
0nmからなる発光層4cとした。さらに発光層4cの
上に電子輸送層4dとしてのAlq3 を20nmの膜厚
で蒸着する。その後、マスクを介して0.5nmの膜厚
でストライプ状(パターン幅2mm)に電子注入層5と
してのLiFを蒸着し、LiFの上に陰極6としてのA
lを膜厚120nmで蒸着する。
【0029】上記実施例において、DPVBiに添加さ
れる化合物(化8)は以下のようにして合成される。
【0030】フラスコにインダンスレン(東京化成製)
をジメチルスルホキシド(DMSO)と共に入れ、攪拌
溶解する。続いて、この溶液にナトリウムメトキシド
(NaOMe)を加え、室温で30分間攪拌する。次
に、この混合溶液に塩化ベンジルを加えて80℃で1時
間混合攪拌する。反応終了後、溶液を氷水の中に投入す
る。この水溶液中から反応生成物をトルエンで抽出す
る。さらに、エバポレーターによりトルエンを除去、真
空乾燥して固形物を得る。この固形物をトルエンで再溶
解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで分離・精
製して目的の化合物(化8)が得られる。
【0031】このようにして得られる化合物(化8)の
フォトルミネッセンスを図2に示す。この図2におい
て、実線は励起スペクトルを示し、破線は蛍光スペクト
ルを示している。また、上記化合物(化8)の同定は、
フーリエ変換赤外分光光度計(IR)や核磁気共鳴分光
法(1H−NMR)および質量分析により行った。その
結果、上記化合物(化8)の分子量は587であった。
【0032】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子から510nmにピークを持
つELスペクトルが得られた。また、駆動寿命も改善さ
れた。
【0033】(実施例2)ガラスからなる基板2の上に
ITOをストライプ状にパターン形成(パターン幅2m
m)して陽極3を形成し、このITO付き基板2をアセ
トン等で湿式洗浄して乾燥する。その後、ITO付き基
板2を蒸着装置にセットし、チャンバー内を10-5to
rrの真空にする。続いて、ITO付き基板2の陽極3
の上にマスクを介して10mm2 角にホール注入層4a
としてのCuPcを20nmの膜厚で蒸着する。さらに
CuPcの上にホール輸送層4bとしてのα−NPDを
60nmの膜厚で蒸着する。そして、α−NPDの上に
下記化学式(化9)で示す構造式からなる化合物とDP
VBiを共蒸着する。
【0034】
【化9】
【0035】このとき、化合物(化9)はDPVBiに
対して0.5mol%とする。そして、全体の膜厚が4
0nmからなる発光層4cとした。さらに発光層4cの
上に電子輸送層4dとしてのAlq3 を20nmの膜厚
で蒸着する。その後、マスクを介して0.5nmの膜厚
でストライプ状(パターン幅2mm)に電子注入層5と
してのLiFを蒸着し、LiFの上に陰極6としてのA
lを膜厚120nmで蒸着する。
【0036】上記実施例において、DPVBiに添加さ
れる化合物(化9)は以下のようにして合成される。
【0037】フラスコにインダンスレン(東京化成製)
をジメチルスルホキシド(DMSO)と共に入れ、攪拌
溶解する。続いて、この溶液にナトリウムメトキシド
(NaOMe)を加え、室温で30分間攪拌する。次
に、この混合溶液に1−(クロロメチル)ナフタレンを
加えて80℃で1時間混合攪拌する。反応終了後、溶液
を氷水の中に投入する。この水溶液中から反応生成物を
トルエンで抽出する。さらに、エバポレーターによりト
ルエンを除去、真空乾燥して固形物を得る。この固形物
をトルエンで再溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラ
フィーで分離・精製して目的の化合物(化9)が得られ
る。
【0038】また、上記化合物(化9)の同定は、フー
リエ変換赤外分光光度計(IR)や核磁気共鳴分光法
(1H−NMR)および質量分析により行った。その結
果、上記化合物(化9)の分子量は702であった。
【0039】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子から510nmにピークを持
つELスペクトルが得られた。また、駆動寿命も改善さ
れた。
【0040】(実施例3)ガラスからなる基板2の上に
ITOをストライプ状にパターン形成(パターン幅2m
m)して陽極3を形成し、このITO付き基板2をアセ
トン等で湿式洗浄して乾燥する。その後、ITO付き基
板2を蒸着装置にセットし、チャンバー内を10-5to
rrの真空にする。続いて、ITO付き基板2の陽極3
の上にマスクを介して10mm2 角にホール注入層4a
としての前記化合物(化8)を20nmの膜厚で蒸着す
る。さらに化合物(化8)の層の上にホール輸送層4b
としてのα−NPDを60nmの膜厚で蒸着する。そし
て、α−NPDの上に発光層兼電子輸送層4c,4dと
してのAlq3 を50nmの膜厚で蒸着する。その後、
マスクを介して0.5nmの膜厚でストライプ状(パタ
ーン幅2mm)に電子注入層5としてのLiFを蒸着
し、LiFの上に陰極6としてのAlを膜厚120nm
で蒸着する。
【0041】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子から520nmにピークを持
つELスペクトルが得られた。
【0042】ところで、上記実施例では、ホスト材料の
DPVBiに化合物(化8又は化9)を発光材料として
ドーピングした場合と、化合物(化8)をホール注入層
とした場合について説明したが、前記化学式(化1)の
具体的構造を示す下記の化合物(化10〜化27)をホ
スト材料にドーピングしたり、ホール注入層として用い
ることもできる。
【0043】
【化10】
【0044】上記化合物(化10)を合成する場合に
は、フラスコに2,11−ジメチルインダンスレンをジ
メチルスルホキシド(DMSO)と共に入れ、攪拌溶解
する。続いて、この溶液にナトリウムメトキシド(Na
OMe)を加え、室温で30分間攪拌する。次に、この
混合溶液に塩化ベンジンを加えて80℃で1時間混合攪
拌する。反応終了後、溶液を氷水の中に投入する。この
水溶液中から反応生成物をトルエンで抽出する。さら
に、エバポレーターによりトルエンを除去、真空乾燥し
て固形物を得る。この固形物をトルエンで再溶解し、シ
リカゲルカラムクロマトグラフィーで分離・精製して目
的の化合物(化10)が得られる。
【0045】また、上記化合物(化10)の同定は、フ
ーリエ変換赤外分光光度計(IR)や核磁気共鳴分光法
(1H−NMR)および質量分析により行った。その結
果、上記化合物(化10)の分子量は630であった。
【0046】
【化11】
【0047】上記化合物(化11)は、出発原料として
2,11−ジメチルインダンスレンの代わりに、2,1
1−ジフルオロインダンスレンを使用すること以外は化
合物(化8)の合成方法と同様の合成方法によって得ら
れる。そして、上記化合物(化11)の分子量は638
であった。
【0048】
【化12】
【0049】上記化合物(化12)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ナフタレンを使用すること以外は化合物
(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化12)の分子量は702で
あった。
【0050】
【化13】
【0051】上記化合物(化13)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、1−(ク
ロロメチル)ビフェニルを使用すること以外は化合物
(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化13)の分子量は754で
あった。
【0052】
【化14】
【0053】上記化合物(化14)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ビフェニルを使用すること以外は化合物
(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化14)の分子量は754で
あった。
【0054】
【化15】
【0055】上記化合物(化15)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、9−(ク
ロロメチル)アントラセンを使用すること以外は化合物
(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化15)の分子量は802で
あった。
【0056】
【化16】
【0057】上記化合物(化16)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、9−(ク
ロロメチル)フェナンスレンを使用すること以外は化合
物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化16)の分子量は802で
あった。
【0058】
【化17】
【0059】上記化合物(化17)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)−9−ジメチルフルオレンを使用すること
以外は化合物(化9)の合成方法と同様の合成方法によ
って得られる。そして、上記化合物(化17)の分子量
は834であった。
【0060】
【化18】
【0061】上記化合物(化18)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ジベンゾチオフェンを使用すること以外は
化合物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得
られる。そして、上記化合物(化18)の分子量は81
4であった。
【0062】
【化19】
【0063】上記化合物(化19)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、3−(ク
ロロメチル)−9−エチルカルバゾールを使用すること
以外は化合物(化9)の合成方法と同様の合成方法によ
って得られる。そして、上記化合物(化19)の分子量
は836であった。
【0064】
【化20】
【0065】上記化合物(化20)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ジベンゾフランを使用すること以外は化合
物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化20)の分子量は782で
あった。
【0066】
【化21】
【0067】上記化合物(化21)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)−1−フェニルベンズイミダゾールを使用
すること以外は化合物(化9)の合成方法と同様の合成
方法によって得られる。そして、上記化合物(化21)
の分子量は834であった。
【0068】
【化22】
【0069】上記化合物(化22)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ベンズオキサゾールを使用すること以外は
化合物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得
られる。そして、上記化合物(化22)の分子量は68
4であった。
【0070】
【化23】
【0071】上記化合物(化23)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)ベンゾチアゾールを使用すること以外は化
合物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得ら
れる。そして、上記化合物(化23)の分子量は716
であった。
【0072】
【化24】
【0073】上記化合物(化24)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)アントラキノンを使用すること以外は化合
物(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化24)の分子量は862で
あった。
【0074】
【化25】
【0075】上記化合物(化25)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、2−(ク
ロロメチル)チオフェンを使用すること以外は化合物
(化9)の合成方法と同様の合成方法によって得られ
る。そして、上記化合物(化25)の分子量は614で
あった。
【0076】
【化26】
【0077】上記化合物(化26)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、1−(ク
ロロメチル)ピレンを使用すること以外は化合物(化
9)の合成方法と同様の合成方法によって得られる。そ
して、上記化合物(化26)の分子量は850であっ
た。
【0078】
【化27】
【0079】上記化合物(化27)は、出発原料として
1−(クロロメチル)ナフタレンの代わりに、3−(ク
ロロメチル)−2(3H)−ベンゾチアゾールを使用す
ること以外は化合物(化9)の合成方法と同様の合成方
法によって得られる。そして、上記化合物(化27)の
分子量は748であった。
【0080】このように、前記化学式(化1)の具体的
構造を示す化合物(化8〜化27)の有機化合物を用い
た有機EL素子によれば、ホスト材料に添加されるドー
パントとして用いた場合、従来のキナクリドンのような
水素結合による凝集が無いため、素子寿命の改善が期待
できる。
【0081】また、上記化合物(化8〜化27)は、蛍
光の量子収率が高いため、高輝度、高効率で、長期に渡
り良好な発光性能を持続する有機EL素子の作製が可能
である。
【0082】さらに、上記化合物(化8〜化27)をホ
ール輸送層材料として用いれば、銅フタロシアニンと比
較して、可視光域での透過率が良いので、EL発光の取
り出し効率が向上する。また、メタルフリーなため、有
機EL素子のリーク電流が無くなる。
【0083】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
有機EL素子によれば、水素結合による凝集が起こりに
くく、従来に比べて寿命の改善を図ることができる。ま
た、銅フタロシアニンと比較した場合、可視光域での透
過率が良いので、EL発光の取り出し効率が向上し、ま
た、メタルフリーなため、有機EL素子のリーク電流が
無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による有機EL素子の構造を示す図
【図2】発光材料又はホール注入層材料として使用され
る化合物(化8)のフォトルミネッセンスを示す図
【図3】従来の有機EL素子の構造を示す図
【符号の説明】
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…有機層、
4a…ホール注入層、4b…ホール輸送層、4c…発光
層、4d…電子輸送層、5…電子注入層、6…陰極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K007 AB00 AB02 AB03 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 FA03 4C050 AA02 AA07 BB04 CC04 DD02 EE02 FF02 FF05 GG02 GG03 HH01 HH02 HH03 HH04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明である一対の電極
    間に有機化合物からなる有機層が積層された有機EL素
    子において、 下記化学式(化1)で示される化合物を前記有機層に含
    有することを特徴とする有機EL素子。 【化1】 (式中、R1 〜R22はそれぞれ独立に、水素原子、ハロ
    ゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アミノ
    基、ニトロ基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換
    もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換の
    アルキルチオ基、置換もしくは無置換のN−モノアルキ
    ルアミノ基、置換もしくは無置換のN,N−ジアルキル
    アミノ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もし
    くは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の
    アリールチオ基、置換もしくは無置換の複素環基を示
    す。ただし、さらに隣接した置換基同士で結合して置換
    もしくは無置換の芳香族環または置換もしくは無置換の
    複素環を形成してもよい。)
  2. 【請求項2】 前記一対の電極のうちの陰極と前記有機
    層の発光層との間に有機化合物からなる電子輸送層が配
    されたことを特徴とする有機EL素子。
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