JP2001135481A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
有機エレクトロルミネッセンス素子Info
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Abstract
優れた新規な赤色、及び青色発光材料を提供し、性能の
改善された有機エレクトロルミネッセンス素子を提供す
ることにある。 【解決手段】 一対の電極間に少なくとも有機発光層及
び/または有機電子輸送層を有する有機エレクトロルミ
ネッセンス素子において、有機発光層及び/または有機
電子輸送層が少なくとも1種の下記一般式(I)で表さ
れる化合物を用いることを特徴とした有機エレクトロル
ミネッセンス素子。 【化1】 (式中、R1,R2,R3のうち少なくとも1つは水素
原子以外の電子供与性置換基を表し、R4,R5,R6
のうち少なくとも1つは水素原子以外の電子吸引性置換
基を表す。また、Mは金属原子を表し、mは1から3の
整数を表す。)
Description
の用途として用いられる有機エレクトロルミネッセンス
素子に関するものである。
ルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と言うことが
ある。)は、自発光デバイスとして視認性や応答速度に
優れており、加えて作製プロセスが容易であることから
次世代のディスプレイとして多くの開発がなされてい
る。有機EL素子は発光層に用いられる蛍光性を有した
有機材料を一対の電極で挟んだ構造をしており、電極間
に直流電流を流すことにより、励起子を発生させ、この
励起子が基底状態におちるときにそのエネルギーを光と
して放出するという原理に基づいている。
EL素子はそれまでの有機EL素子に比べて著しく発光
効率が高く、駆動電圧も低く注目を集めた(アプライド
・フィジックス・レターズ、第51巻、913ページ、
1987年)。この素子は、アルミニウムトリスキノリ
ナートを発光材料に、有機アミン系材料をホール輸送材
料に用いて、数ボルトの駆動電圧で輝度は1000カン
デラ/m2以上の緑色発光を達成している。しかしなが
ら、発光の色相は自由に選択することが出来ず、発光の
輝度にも限界があった。
3768号公報にはアルミキノリノール錯体の配位子の
置換基について記載されており、発光強度が向上すると
いう記載があるものの、具体的な化合物についての言及
はない。また、特開平5−214333号公報、特開平
5−331460号公報にはキノリノール配位子の置換
基について言及しているが、発光波長については比較的
狭い範囲にしか変化しておらず、青色、赤色とも不十分
であった。また、効率、寿命の面でもさらに改良する必
要があった。さらに、特開平9−31454号公報、9
−20885号公報にはキノキサリンの誘導体について
の記載があるが色純度、及び寿命の点で課題があった。
輝度が高く、安定性に優れた新規な赤色、及び青色発光
材料を提供し、性能の改善された有機エレクトロルミネ
ッセンス素子を提供することにある。
続けた結果、本発明の目的は以下の手段によって達成さ
れることを見いだした。
層及び/または有機電子輸送層を有する有機エレクトロ
ルミネッセンス素子において、有機発光層及び/または
有機電子輸送層が少なくとも1種の下記一般式(I)で
表される化合物を用いることを特徴とした有機エレクト
ロルミネッセンス素子を提供するものである。
も1つは水素原子以外の電子供与性置換基を表し、R
4,R5,R6のうち少なくとも1つは水素原子以外の
電子吸引性置換基を表す。また、Mは金属原子を表し、
mは1から3の整数を表す。)
電極間に少なくとも有機発光層及び/または有機電子輸
送層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、有機発光層及び/または有機電子輸送層が少なくと
も1種の下記一般式(I)で表される化合物を用いるこ
とによって、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機
発光効率が向上すると共に、半減期寿命の向上を図るこ
とができる。また、発光波長を短波化することができ、
発光色として水色から青色を与える事ができる。
も1つは水素原子以外の電子供与性置換基を表し、R
4,R5,R6のうち少なくとも1つは水素原子以外の
電子吸引性置換基を表す。また、Mは金属原子を表し、
mは1から3の整数を表す。) 請求項2に記載の発明は、一対の電極間に少なくとも有
機発光層及び/または有機電子輸送層を有する有機エレ
クトロルミネッセンス素子において、有機発光層及び/
または有機電子輸送層が少なくとも1種の下記一般式
(I)で表される化合物を用いることによって、有機エ
レクトロルミネッセンス素子の有機発光効率が向上する
と共に、半減期寿命の向上を図ることができる。また、
発光波長を長波化することができ、発光色として黄色か
ら赤色を与える事ができる。
も1つは水素原子以外の電子吸引性置換基を表し、R
4,R5,R6のうち少なくとも1つは水素原子以外の
電子供与性置換基を表す。また、Mは金属原子を表し、
mは1から3の整数を表す。) ここで、本発明における、一般式(I)のR1〜R6で
表されるキノリノール環の電子吸引性置換基としては、
ハメットのシグマ置換基定数が正のものが好ましい。例
えば、F,Cl,Br,Iのようなハロゲン原子、C
N,SCN,CHO,SOCH3,SO2CH3,CF3,
CCl3,COCH3,COOR(R=アルキル)等エス
テル類、NO2等の置換基を表し、ハメットのシグマ定
数が0.2を超えるものが特に好ましい。電子供与性置
換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のア
ルキル基(直鎖でも枝分かれでもまた環状を形成しても
良い)、電子供与性基が置換されたフェニル基、アミノ
基、ジアルキルアミノ基、等がありハメットのシグマ定
数が−0.05以下のものが特に好ましい。
測定法、算出法があるが、本発明においては8−キノリ
ノールのN原子、O原子が結合している炭素原子を基準
にして、オルト位、パラ位の置換基ついては、σpの値
を、メタ位の置換基についてはσmの値を用いることが
出来る。具体的な置換基とそのシグマ値は例えば、化学
便覧基礎編、改訂第4版、平成5年発行、丸善出版、及
びその引用文献に記載がある。
ことが出来る二価、または三価の金属原子なら限定はさ
れないが、Be,Zn,Mg,Co,Cu,Ni,A
l,Ga,Inのうちから選択すること好ましい。特に
Al,Be,Gaを用いることが好ましい。二価の金属
は二配位を三価の金属では三配位をとる。
いては、発光波長は中心金属の種類が支配的ではなく、
主として配位子の置換基で大きく変わりうることが明ら
かになった。
R4〜R6が電子供与性基を持つ場合は発光波長が黄色
から赤色になり発光は長波化する。一方、R1〜R3が
電子供与性基をもち、R4〜R6が電子吸引性基を持つ
場合は逆に発光波長が短波化し、水色から青色を与え
る。オルト位にバルキーな置換基を導入すると、金属原
子との結合が弱まり化合物が不安定になるので好ましく
ない。
無置換または一置換の配位子を用いたときよりも蛍光強
度が強くなることは驚くべきことであった。
合物の金属原子にアルミニウムを用いた化合物を下記一
般式(II)で表す。
で表される本発明の化合物の具体例を(表1)に示し
た。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。
I)で表される本発明の化合物であるアルミニウム錯体
の合成方法について、以下に代表例を示す。
号、米国特許第5646150号、オーガノメタリクス
(Organometallics)第16巻、328
2ページ、1997年等に記載された合成例と類似の方
法で合成をおこなった。
硫酸カリウムアルミニウム・12水塩を純水に溶かす。
配位子の溶解した溶液を硫酸カリウムアルミニウム溶液
に、撹拌しながら徐々に添加する。ただちに反応を起こ
し、沈殿を生じる。そのまま撹拌を続け、得られた沈殿
物を濾過する。得られた沈殿物を乾燥後、昇華精製を行
って目的物を得ることができる。
様にして合成が可能である。
ンス素子は、陽極と陰極間に少なくとも一層の有機層を
形成した素子である。有機EL素子の層構成としてはさ
まざまなバリエーションがある。例えば、陽極から注入
した正孔もしくは陰極から注入した電子を発光材料まで
輸送させるために正孔輸送層もしくは電子輸送層を設け
ることが発光効率を向上させる上で望ましい場合が多
い。
正孔輸送層/発光層/陰極、陽極/発光層/電子注入層
/陰極、陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子
注入層/陰極、等の多層構成やこれらのバリエーション
がある。正孔注入層、電子輸送層は正孔、電子の注入、
輸送を容易に行わせるために複数の層を設けることが好
ましい。本発明の一般式(I)で表される化合物は、主
に電子輸送性に優れており、その電子輸送性を使用して
発光層としてのみでなく、電子注入層、電子輸送層に使
用しても優れた性能を示す。
発光材料としてのみでなく、発光層のドーピング材料と
して用いることもできる。この場合はホスト材料として
公知のものを用いることが出来るが、エネルギー移動が
おこるための還元電位がより小さい材料を選択するのが
好ましい。また、本発明の化合物を発光のホスト材料と
して使用し、他の有機材料をドーピングすることも好ま
しい。この場合もドーピング材料は特に限定されるもの
ではなく公知のものが使用出来るが、エネルギー移動が
容易に行われるように還元電位がより負である材料が好
ましい。
子の陽極に使用される導電性材料は、正孔を容易に注入
できるよう大きな仕事関数を持つものが好ましい。例え
ば、炭素、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、
ニッケル、タングステン、銀、金、白金、パラジウム等
およびそれらの合金、ITO基板、NESA基板と称さ
れる酸化スズ、酸化インジウム等の酸化金属が用いられ
る。
子を容易に注入できるよう小さな仕事関数を持つものが
好適であり、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタ
ニウム、アルミニウム、リチウム、ルテニウム、マンガ
ン、サマリウム等およびそれらの合金が用いられるが、
これらに限定されるものではない。
の構成、例えば、有機層に隣接してリチウムを設け、さ
らにアルミニウムを設けるようにすれば陰極の安定性の
向上が可能である。またLiF等のフッ化物やホウ素の
化合物、金属フタロシアニン類を有機層と陰極の間に設
けることは更なる安定性の確保の上で重要である。
る基板は、少なくとも一方は発光波長領域において透明
であることが望ましい。基板は、機械的、熱的強度を有
し、透明であれば限定されるものではないが、例示する
と、ガラス基板や、ポリエチレン、ポリエーテルサルフ
ォン、ポリプロピレン等の透明性樹脂からなるフィルム
基板があげられる。
ンス素子の各層は、真空蒸着、スパッタリング等の乾式
成膜法やスピンコーティング、ディッピング等の湿式成
膜法のいずれの方法も用いることが出来る。
が、各層は最適な膜厚に設定する必要がある。膜厚が厚
すぎると、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が
必要になり効率が悪くなる。膜厚が薄すぎるとピンホー
ル等が発生して、ショートして十分な発光が得られない
場合がある。通常の膜厚は5nmから20nmの範囲で
用いられる。
を、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサン等
の溶媒に溶解または分散して薄膜を形成するが、その溶
媒はいずれであっても良い。また、いずれの薄膜におい
ても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な
樹脂や添加剤を使用することが好ましい。このような樹
脂としては、ポリスチレン、ポリカーポネート、ポリア
リレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、
ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチ
ルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂、ポリ−N
−ビニルカルバソール、ポリシラン等の光導電性樹脂、
ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げる
ことができる。
加えて、使用できる発光材料またはドーピング材料とし
ては、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピ
レン、テトラセン、コロネン、クリセン、フルオレセイ
ン、ベリレン、フタロベリレン、ナフタロベリレン、ベ
リノン、フタロベリノン、ナフタロベリノン、ジフェニ
ルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、
オキサジアゾール、アルダジン、ビスベンゾキサゾリ
ン、ピススチリル、ピラジン、シクロベンタジエン、公
知のキノリン金属錯体類、イミン、ジフェニルエチレ
ン、ピニルアントラセン、ジアミノカルバゾール、ピラ
ン、チオピラン、ポリメチン、メロシアニン、イミダゾ
ールキレート化オキシノイド化合物、キナクリドン、ル
ブレン等およびそれらの誘導体があるが、これらに限定
されるものではない。
力を持ち、発光層または発光材料に対して優れた正孔注
入効果を有し、発光層で生成した励起子の電子注入層ま
たは電子輸送材料への移動を防止し、かつ薄膜形成能の
優れた化合物が挙げられる。具体的には、フタロシアニ
ン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン
系化合物、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾ
ール、イミダゾロン、イミダゾールチオン、ピラゾリ
ン、ピラゾロン、テトラヒドロイミダゾール、オキサゾ
ール、オキサジアゾール、ヒドラゾン、アシルヒドラゾ
ン、ポリアリールアルカン、スチルベン、ブタジエン、
ペンジジン型トリフェニルアミン、スチリルアミン型ト
リフェニルアミン、ジアミン型トリフェニルアミン等
と、それらの誘導体、およびポリピニルカルパゾール、
ポリシラン、導電性高分子等の高分子材料等があるが、
これらに限定されるものではない。
力を持ち、発光層または発光材料に対して優れた電子注
入効果を有し、発光層で生成した励起子の正孔注入層ま
たは正孔輸送材料への移動を防止し、かつ薄膜形成能の
優れた化合物が挙げられる。
電子輸送材料として用いても優れた性能を発揮するが、
その他に、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフ
ェノキノン、チオピランジオキシド、オキサジアゾー
ル、チアジアゾール、テトラゾール、ベリレンテトラカ
ルポン酸、フレオレニリデンメタン、アントラキノジメ
タン、アントロン等とそれらの誘導体があるが、これら
に限定されるものではない。
洗浄したITO電極付きガラス基板(透過率87%)上
に、銅フタロシアニン色素を10nm真空蒸着して正孔
注入層を得た。次いで、正孔輸送層として下記式(II
I)で表される正孔輸送化合物を70nm真空蒸着し
た。
(1)を75nm蒸着した。さらに陰極としてAl−L
i合金(Al:Li=10:1)よりなる電極を250
nmの厚みで形成して実施例1の有機EL素子を得た。
これらはすべて10-6Torrの真空下で基板温度は4
0℃の条件下でおこなった。
化合物(4)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1と
同様にして作製し、実施例2の有機EL素子を得た。
化合物(5)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1と
同様にして作製し、実施例3の有機EL素子を得た。
化合物(8)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1と
同様にして作製し、実施例4の有機EL素子を得た。
化合物(11)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1
と同様にして作製し、実施例5の有機EL素子を得た。
化合物(14)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1
と同様にして作製し、実施例6の有機EL素子を得た。
(1),(4),(5),(8),(11),(14)
の化合物は、一般式(II)及び(表1)で示されてい
る化合物である。
製:洗浄したITO電極付きガラス基板(透過率87
%)上に、銅フタロシアニン色素を10nm真空蒸着し
て正孔注入層を得た。次いで、正孔輸送層として下記式
(III)で表される正孔輸送化合物を70nm真空蒸
着した。
8−Hydroxyquinoline Alumin
um(以下、Alq3と省略する)を75nm蒸着し
た。さらに陰極としてAl−Li合金(Al:Li=1
0:1)よりなる電極を250nmの厚みで形成して比
較例1の有機EL素子を得た。これらはすべて10-6T
orrの真空下で基板温度は40℃の条件下でおこなっ
た。このように、比較例1では、実施例1〜6における
本発明の化合物を蛍光性化合物Alq3に置き換えた以
外、膜厚も含め実施例1〜6と同様にして作製した。
られた有機EL素子を、素子部分をくりぬいた厚さ0.
8mmのガラス板の周囲にUV樹脂を塗布し、窒素雰囲
気中においてUV照射をおこなって有機EL素子を封止
した。なお、内部には十分に乾燥した酸化バリウムの粉
末を封入した。次にこれらの素子の陽極、陰極にリード
線をつなぎ直流電流10mAを与えてその時の発光色、
発光輝度を測定した。得られた結果を(表2)に示し
た。次に1000cd/m2を与えるように電圧をか
け、連続発光をさせた。これらの発光輝度を時間を追っ
て測定し輝度の半減寿命を求めた。これらの結果も(表
2)に示した。
合物を用いた有機EL素子は、無置換の配位子を用いた
ときの緑発光に比べ、青色から赤色まで得られており、
発光効率、寿命共に優れた性能を得ることが出来た。な
お、発光輝度はトプコン製BM−3型輝度計を用いて測
定した。本測定器は緑に対して最も感度が高い。
製:洗浄したITO電極付きガラス基板(透過率87
%)上に、カーボンをDCスパッタリングした。厚みは
10nmであった。
(1)を80nm蒸着した。さらに陰極としてAl−L
i合金(Al:Li=10:1)よりなる電極を250
nmの厚みで形成して実施例7の有機EL素子を得た。
これらはすべて10-6Torrの真空下で基板温度は4
0℃の条件下でおこなった。
化合物(4)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例7と
同様にして作製し、実施例8の有機EL素子を得た。
化合物(5)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例1と
同様にして作製し、実施例9の有機EL素子を得た。
を化合物(8)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例7
と同様にして作製し、実施例10の有機EL素子を得
た。
を化合物(11)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例
7と同様にして作製し、実施例11の有機EL素子を得
た。
を化合物(14)に置き換えた以外、膜厚も含め実施例
7と同様にして作製し、実施例12の有機EL素子を得
た。
た(1),(4),(5),(8),(11),(1
4)の化合物も実施例1〜6で使用した化合物と同様で
あり、一般式(II)及び(表1)で示されている化合
物である。
製:洗浄したITO電極付きガラス基板(透過率87
%)上に、カーボンをDCスパッタリングした。厚みは
10nmであった。
8−Hydroxyquinoline Alumin
um(以下、Alq3と省略する)を80nm蒸着し
た。さらに陰極としてAl−Li合金(Al:Li=1
0:1)よりなる電極を250nmの厚みで形成して比
較例2の有機EL素子を得た。これらはすべて10-6T
orrの真空下で基板温度は40℃の条件下でおこなっ
た。このように、比較例2では、実施例7〜12におけ
る本発明の化合物を蛍光性化合物Alq3に置き換えた
以外、膜厚も含め実施例7〜12と同様にして作製し
た。
得られた有機EL素子に対しても、実施例1〜6及び比
較例1と同様な評価を行った。
結果と同様に、実施例7〜12の有機EL素子は、比較
例2の有機EL素子に比して、発光色は、青色から赤色
まで得られ、発光効率、寿命共に優れた性能を得ること
が出来た。
L素子と、実施例7〜12及び比較例2の有機EL素子
との評価結果を比較すると、その半減寿命は、次の通り
であった。
施例1〜6の有機EL素子に比べ、半減寿命が約20%
向上した。
く使用されていたAlq3の類縁体によって新規な青
色、赤色の発光材料を得ることが出来た。さらにこれら
は発光効率、半減期寿命共に優れており従来の有機EL
素子を超える性能を得ることが出来た。
Claims (2)
- 【請求項1】一対の電極間に少なくとも有機発光層及び
/または有機電子輸送層を有する有機エレクトロルミネ
ッセンス素子において、有機発光層及び/または有機電
子輸送層が少なくとも1種の下記一般式(I)で表され
る化合物を用いることを特徴とした有機エレクトロルミ
ネッセンス素子。 【化1】 (式中、R1,R2,R3のうち少なくとも1つは水素
原子以外の電子供与性置換基を表し、R4,R5,R6
のうち少なくとも1つは水素原子以外の電子吸引性置換
基を表す。また、Mは金属原子を表し、mは1から3の
整数を表す。) - 【請求項2】一対の電極間に少なくとも有機発光層及び
/または有機電子輸送層を有する有機エレクトロルミネ
ッセンス素子において、有機発光層及び/または有機電
子輸送層が少なくとも1種の下記一般式(I)で表され
る化合物を用いることを特徴とした有機エレクトロルミ
ネッセンス素子。 【化2】 (式中、R1,R2,R3のうち少なくとも1つは水素
原子以外の電子吸引性置換基を表し、R4,R5,R6
のうち少なくとも1つは水素原子以外の電子供与性置換
基を表す。また、Mは金属原子を表し、mは1から3の
整数を表す。)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31919199A JP2001135481A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004127639A (ja) * | 2002-10-01 | 2004-04-22 | Dainippon Printing Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセント画像表示装置 |
JP2008508705A (ja) * | 2004-07-28 | 2008-03-21 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 高められたラジカルアニオン安定性を有する有機発光ダイオード並びにその使用 |
-
1999
- 1999-11-10 JP JP31919199A patent/JP2001135481A/ja active Pending
Cited By (4)
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JP4527935B2 (ja) * | 2002-10-01 | 2010-08-18 | 大日本印刷株式会社 | 有機エレクトロルミネッセント画像表示装置 |
JP2008508705A (ja) * | 2004-07-28 | 2008-03-21 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 高められたラジカルアニオン安定性を有する有機発光ダイオード並びにその使用 |
US9570686B2 (en) | 2004-07-28 | 2017-02-14 | Osram Oled Gmbh | Organic light emitting diode with increased radical anion stability and applications thereof |
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