JP2003308978A - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
する有機発光素子を提供する。 【解決手段】 陽極および陰極からなる一対の電極と、
該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物
を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前
記有機化合物を含む層のうち少なくとも一層が、下記一
般式[1]で示される化合物を含有することを特徴とす
る有機発光素子。 【化1】
Description
し、詳しくは有機化合物を含む薄膜に電界を印加するこ
とにより光を放出する素子に関する。
有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子お
よびホール(正孔)を注入することにより、蛍光性化合
物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる
際に放射される光を利用する素子である。
Phys.Lett.51,913(1987))で
は、陽極にITO、陰極にマグネシウム銀の合金をそれ
ぞれ用い、電子輸送材料および発光材料としてアルミニ
ウムキノリノール錯体を用い、ホール輸送材料にトリフ
ェニルアミン誘導体を用いた機能分離型2層構成の素子
で、10V程度の印加電圧において1000cd/m2
程度の発光が報告されている。関連の特許としては,米
国特許4,539,507号,米国特許4,720,4
32,米国特許4,885,211号等が挙げられる。
とにより、紫外から赤外までの発光が可能であり、最近
では様々な化合物の研究が活発に行われている。例え
ば、米国特許5,151,629号,米国特許5,40
9,783号,米国特許5,382,477号,特開平
2−247278号公報,特開平3−255190号公
報,特開平5−202356号公報,特開平9−202
878号公報,特開平9−227576号公報等に記載
されている。
有機発光素子の他にも、共役系高分子を用いた有機発光
素子が、ケンブリッジ大学のグループ(Nature,
347,539(1990))により報告されている。
この報告ではポリフェニレンビニレン(PPV)を塗工
系で成膜することにより、単層で発光を確認している。
共役系高分子を用いた有機発光素子の関連特許として
は、米国特許5,247,190号、米国特許5,51
4,878号、米国特許5,672,678号、特開平
4−145192号公報、特開平5−247460号公
報等が挙げられる。
歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長
の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が
可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆して
いる。
出力あるいは高変換効率が必要である。また、長時間の
使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気など
による劣化等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。さ
らにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場
合、色純度の良い青、緑、赤の発光が必要となるが、こ
の問題に関してもまだ十分に解決されていない。
従来技術の問題点を解決するためになされたものであ
り、極めて高効率で高輝度、高寿命の光出力を有する有
機発光素子を提供することを目的とする。
光色相を呈するとともに極めて耐久性のある有機発光素
子を提供することを目的とする。
作成可能な有機発光素子を提供することを目的とする。
題を解決するために鋭意検討した結果、陽極及び陰極か
らなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一ま
たは複数の有機化合物を含む層を少なくとも有する有機
発光素子において、前記有機化合物を含む層のうち少な
くとも一層が特定の化合物を含有することにより、より
高効率で高輝度の光出力を有する有機発光素子を作成す
ることが可能となることを見出し、本発明を完成するに
至った。
び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持さ
れた一または複数の有機化合物を含む層を少なくとも有
する有機発光素子において、前記有機化合物を含む層の
うち少なくとも一層が、下記一般式[1]で示される化
合物を含有することを特徴とする。
ウムまたはプラチナ原子である。P、Qは置換もしくは
無置換の芳香族炭化水素基、または置換もしくは無置換
の芳香族複素環基であり、P、Qでキレート配位子を構
成し、P、Qは互いに縮合環を形成してもよい。L1、
L2は配位子または二重結合でMに結合する酸素原子で
あり、L1、L2が互いに縮合環を形成した2配位型キレ
ート配位子でもよい。Xは陰イオンまたは陽イオンのカ
ウンターイオンを表す。aは1から3の整数、b,cは
0から4の整数、dは0から3の整数を示す。但し、
P、Q、L1、L2、Xはそれらが複数ある場合、同じで
あっても異なっていても良い。)
は、P、Qで構成されるキレート配位子、L1、L2と1
6電子5配位もしくは6配位18電子による結合方式を
とることが好ましい。
示される化合物について説明する。
えば、Pd(II)、Pt(II)、Ru(II)C
O、Zn(II)、Mg(II)、Sn(IV)、Pb
(II)、Al、Cd、Si(IV)、Ge(IV)、
Ba、Sr、Be、Sc(III)、Ti(IV)、Z
r(IV)、Hf(IV)、Nb(V)、Ta(V)、
Co(III)、Rh(III)、Ir(III)、I
r(IV)、Ni(II)、VO、Sn(II)、Ru
(II)、Ru(III)、Cu(II)、Ag、Co
(II)、Ca、Hg、Mn(II)、Fe(II)、
Fe(III)などが挙げられるが、これらに限定され
ることなく、一般的な金属原子を使用することができ
る。
具体的な例を以下に示す。
しては、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチ
ルフェニル基、3−クロロフェニル基、3,5−ジメチ
ルフェニル基、トリフェニルアミノ基、ビフェニル基、
ターフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナン
スリル基、ピレニル基、トリル基、トシル基、ハロゲン
置換ナフチル基等が挙げられる。
ては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリ
ル基、ピラゾリル基、イソチアゾリル基、イソオキサゾ
リル基等の五員環複素環、ピラニル基、ピリジル基、ピ
ラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基等の六員
環複素環、ビピリジル基、メチルピリジル基、ターチエ
ニル基、プロピルチエニル基、イソベンゾフラニル基、
インドリジニル基、イソインドリル基、インドリル基、
インダゾリル基、プリニル基、インドリニル基、イソイ
ンドリニル基、クロメニル基、キノリジニル基、イソキ
ノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニ
ル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、N−エチルカ
ルバゾリル基、チアントレニル基、フェナントリジニル
基、ペリミジニル基等が挙げられる。
ゾ、ナフト、アントラ、アセナフト等が挙げられ、また
フロ、イミダゾ、ピリド、キノ、チエノ等ヘテロ環を含
むこともできる。
は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プ
ロピル基、ter−ブチル基、オクチル基、ベンジル
基、フェネチル基等のアルキル基又はアラルキル基;ビ
ニル基、アリル基(2−プロペニル基)、1−プロペニ
ル基、iso−プロペニル基、2−ブテニル基等のアル
ケニル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、2
−エチル−オクチルオキシ基、フェノキシ基、4−ブチ
ルフェノキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基;
アセチル基、プロピオニル基、イソブチリル基、メタク
リロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基、アンスロイ
ル基、トルオイル基等のカルボニル基;メチルアミノ
基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミ
ノ基、メチルエチルアミノ基、ベンジルアミノ基、メチ
ルベンジルアミノ基、アニリノ基、ジフェニルアミノ
基、フェニルトリルアミノ基、ジトリルアミノ基等のア
ミノ基;ハロゲン;アゾ基;上記のようなアリール基、
複素環基又は縮合環等が挙げられるが、もちろんこれら
に限定されるものではない。
ては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、2−エ
チル−オクチルオキシ基、フェノキシ基、4−ブチルフ
ェノキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基が挙げ
られる。
基、4−エチルフェニル基、3−クロロフェニル基、
3,5−ジメチルフェニル基、トリフェニルアミノ基、
ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アンスリ
ル基、フェナンスリル基、ピレニル基、トリル基、トシ
ル基、ハロゲン置換ナフチル基等のアリール基が挙げら
れる。
基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、イソチアゾリル
基、イソオキサゾリル基等の五員環複素環、ピラニル
基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリ
ダジニル基等の六員環複素環、ビピリジル基、メチルピ
リジル基、ターチエニル基、プロピルチエニル基、イソ
ベンゾフラニル基、インドリジニル基、イソインドリル
基、インドリル基、インダゾリル基、プリニル基、イン
ドリニル基、イソインドリニル基、クロメニル基、キノ
リジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニ
ル基、ナフチリジニル基、キナゾリニル基、カルバゾリ
ル基、N−エチルカルバゾリル基、チアントレニル基、
フェナントリジニル基、ペリミジニル基等の複素環基が
挙げられる。
チルホスフィノ基、トリエチルホスフィノ基等のホスフ
ィノ基が挙げられる。
ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルア
ミノ基、ベンジルアミノ基、メチルベンジルアミノ基、
アニリノ基、ジフェニルアミノ基、フェニルトリルアミ
ノ基、ジトリルアミノ基等のアミノ基が挙げられる。
アゾ基が使用できる。
ゾ、ナフト、アントラ、アセナフト等が使用でき、また
フロ、イミダゾ、ピリド、キノ、チエノ等ヘテロ環を含
むこともできる。
置換基としては、上記のようなアルコキシ基、複素環
基、ホスフィノ基、アミノ基、ハロゲン、アゾ基、縮合
環等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるもの
ではない。
であれば、たとえばF-、Cl-、Br-、I-、O2 -、
(O2)2-、(O2)-、(OH)-、(SH)-、(S
O4)2-、NH2 -、N3-、(CN)-、(NCO)-、
(NCS)-、(NO2)-、(OAc)-、(Cl
O4)-、(SbO4)-、(Im)-、(BF4)-等が挙
げられ、陽イオン性であれば、たとえばK+、Na+、N
H4 +、Li+等が挙げられるが、これらに限定されるこ
となく、一般的なカウンターイオンを使用することがで
きる。
て代表例を挙げる。ただし、これらの化合物に限定され
るものではない。
に沿って説明する。
断面図である。図1は基板1上に陽極2、発光層3及び
陰極4を順次設けた構成のものである。ここで使用する
発光素子はそれ自体でホール輸送能、エレクトロン輸送
能及び発光性の性能を単一で有している場合や、それぞ
れの特性を有する化合物を混ぜて使う場合に有用であ
る。
例を示す断面図である。図2は基板1上に陽極2、ホー
ル輸送層5、電子輸送層6及び陰極4を順次設けた構成
のものである。この場合、発光物質はホール輸送性かあ
るいは電子輸送性のいずれかあるいは両方の機能を有し
ている材料をそれぞれの層に用い、発光性の無い単なる
ホール輸送物質あるいは電子輸送物質と組み合わせて用
いる場合に有用である。また、この場合、発光層はホー
ル輸送層5あるいは電子輸送層6のいずれかから成る。
例を示す断面図である。図3は基板1上に陽極2、ホー
ル輸送層5、発光層3,電子輸送層6及び陰極4を順次
設けた構成のものである。これはキャリヤ輸送と発光の
機能を分離したものであり、ホール輸送性、電子輸送
性、発光性の各特性を有した化合物と適時組み合わせて
用いられ極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光
波長を異にする種々の化合物が使用できるため、発光色
相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層3に各
キャリヤあるいは励起子を有効に閉じこめて発光効率の
向上を図ることも可能になる。
素子構成であり、本発明の化合物を用いた有機発光素子
の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電
極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干
渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの
異なる2層から構成されるなど多様な層構成をとること
ができる。
る化合物は、従来の化合物に比べいずれも極めて電子注
入性、電子輸送性、発光性の優れた化合物であり、図1
〜図3のいずれの形態をも使用することができる。
合物を用いた有機層は、電子輸送層として有用であり、
発光層としても有用である。
[1]で示される化合物を真空蒸着法や溶液塗布法によ
り陽極2及び陰極4の間に形成する。その有機層の厚み
は10μmより薄く、好ましくは0.5μm以下、より
好ましくは0.01〜0.5μmの厚みに薄膜化するこ
とが好ましい。
成成分として前記一般式[1]で示される化合物を用い
るものであるが、必要に応じてこれまで知られているホ
ール輸送性化合物、発光性化合物、発光層マトリックス
化合物、電子輸送性化合物、電荷輸送性ポリマー材料、
発光性ポリマー材料(例えば以下に示される化合物等)
を一緒に使用することもできる。但し、もちろんこれら
に限定されるものではない。
[1]で示される化合物を含有する層およびその他の有
機化合物を含む層は、一般には真空蒸着法あるいは、適
当な溶媒に溶解させて塗布法により薄膜を形成する。特
に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わ
せて膜を形成することもできる。
より選択でき、たとえばポリビニルカルバゾール樹脂、
ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレ
ート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリ
ル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、
ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、尿素樹脂等が
挙げられるが、これらに限定されるものではない。ま
た、これらは単独または共重合体ポリマーとして1種ま
たは2種以上混合してもよい。
なものがよく、例えば、金、白金、ニッケル、パラジウ
ム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体あるい
はこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化錫インジウム
(ITO),酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用
できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオ
フェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマー
も使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよ
く、複数併用することもできる。
ものがよく、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシ
ウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、
鉛、錫、クロム等の金属単体あるいは複数の合金として
用いることができる。酸化錫インジウム(ITO)等の
金属酸化物の利用も可能である。また、陰極は一層構成
でもよく、多層構成をとることもできる。
るものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等
の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等
の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィル
ター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜などを
用いて発色光をコントロールする事も可能である。
等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設
けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄
膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッソ樹
脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹
脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜さらには、光硬化性
樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィ
ルム、金属などをカバーし、適当な封止樹脂により素子
自体をパッケージングすることもできる。
説明していくが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
した。
ての酸化錫インジウム(ITO)をスパッタ法にて12
0nmの膜厚で成膜したものを透明導電性支持基板とし
て用いた。これをアセトン、イソプロピルアルコール
(IPA)で順次超音波洗浄し、IPAで煮沸洗浄、乾
燥をした。さらに、UV/オゾン洗浄したものを透明導
電性支持基板として使用した。
0.050gおよびポリビニルカルバゾール1.00g
をテトラヒドロフラン75mlに溶解して溶工液を調整
した。この溶工液を用いて、透明導電性支持基板上にス
ピンコート法(2000rpm)により厚さ120nm
の有機層膜(発光層3)を製膜した。
濃度1原子%)からなる蒸着材料を用いて、先ほどの有
機層の上に、真空蒸着法により厚さ150nmの金属層
膜(陰極4)を形成した。蒸着時の真空度は1.0×1
0-4Pa、成膜速度は1.0〜1.2nm/secの条
件で成膜した。
を正極、Al−Li電極を負極にして、8Vの直流電圧
を印加すると2.4mA/cm2の電流密度で電流が流
れ、初期輝度150cd/m2の赤色発光が観測され
た。
した。
に、α−NPDを真空蒸着法により70nmの膜厚で成
膜し、ホール輸送層5を形成した。さらに、例示化合物
No.15を真空蒸着法により50nmの膜厚で成膜
し、電子輸送層6を形成した。蒸着時の真空度は1.0
×10-4Pa、成膜速度は0.2〜0.3nm/sec
の条件で成膜した。
同様にして、陰極4を形成した。
を正極、Al−Li電極を負極にして、8Vの直流電圧
を印加すると5.1mA/cm2の電流密度で電流が流
れ、初期輝度330cd/m2の赤色発光が観測され
た。
した。
に、TPDを真空蒸着法により70nmの膜厚で成膜
し、ホール輸送層5を形成した。発光層3としては、例
示化合物No.1を真空蒸着法により40nmの膜厚で
成膜し、電子輸送層6としてはアルミニウムトリスキノ
リノールを用い真空蒸着法により25nmの膜厚で成膜
した。蒸着時の真空度は1.0×10-4Pa、成膜速度
は0.2〜0.3nm/secの条件で成膜した。
同様にして、陰極4を形成した。
を正極、Al−Li電極を負極にして、8Vの直流電圧
を印加すると5.4mA/cm2の電流密度で電流が流
れ、初期輝度570cd/m2の赤色発光が観測され
た。
電流密度5.0mA/cm2に保ち、1000時間電圧
を印加したところ、初期輝度530cd/m2から10
00時間後輝度480cd/m2と輝度劣化は非常に少
なかった。
した。
に、TPDを真空蒸着法により70nmの膜厚で成膜し
ホール輸送層5を形成した。さらに、例示化合物No.
1およびアルミニウムトリスキノリノール(重量比1:
50)を真空蒸着法により20nmの膜厚で成膜し、電
子輸送層6を形成した。蒸着時の真空度は1.0×10
-4Pa、成膜速度は0.2〜0.3nm/secの条件
で成膜した。
同様にして、陰極4を形成した。
を正極、Al−Li電極を負極にして、8Vの直流電圧
を印加すると5.4mA/cm2の電流密度で電流が流
れ、26500cd/m2の輝度で赤色の発光が観測さ
れた。
mA/cm2に保ち100時間電圧を印加したところ、
初期輝度12500cd/m2から100時間後960
0cd/m2と輝度劣化は小さかった。
物を、下記構造式の比較化合物(特開平10−3082
81号公報)に変えた他は実施例4の素子と全く同様に
して素子を作成した。
を正極、Al−Li電極を負極にして、8Vの直流電圧
を印加すると3.7mA/cm2の電流密度で電流が流
れ、15000cd/m2の赤色発光が観測された。
電流密度5.0mA/cm2に保ち、1000時間電圧
を印加したところ、初期輝度60cd/m2から100
0時間後には発光は確認されなかった。
を用いた有機発光素子は、実施例および比較例から示さ
れる通り、低い印加電圧で高輝度な発光が得られ、耐久
性にも優れている。
合物を用いた有機層は、電子輸送層として有用であり、
また、純赤色を発光する発光層としても有用である。
ャスティング法等を用いて作成可能であり、比較的安価
で大面積の素子を容易に作成できる。
図である。
面図である。
面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 陽極および陰極からなる一対の電極と、
該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物
を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前
記有機化合物を含む層のうち少なくとも一層が、下記一
般式[1]で示される化合物を含有することを特徴とす
る有機発光素子。 【化1】 (式中、Mは金属原子である。P、Qは置換もしくは無
置換の芳香族炭化水素基、または置換もしくは無置換の
芳香族複素環基であり、P、Qでキレート配位子を構成
しており、P、Qは互いに縮合環を形成してもよい。L
1、L2は配位子または二重結合でMに結合する酸素原子
であり、L1、L2が互いに縮合環を形成した2配位型キ
レート配位子でもよい。Xは陰イオンまたは陽イオンの
カウンターイオンを表す。aは1から3の整数、b,c
は0から4の整数、dは0から3の整数を示す。但し、
P、Q、L1、L2、Xはそれらが複数ある場合、同じで
あっても異なっていても良い。) - 【請求項2】 前記金属原子Mが、イリジウムまたはプ
ラチナ原子であることを特徴とする請求項1に記載の有
機発光素子。 - 【請求項3】 前記金属原子Mは、P、Qで構成される
キレート配位子、L 1、L2と16電子5配位もしくは6
配位18電子による結合方式をとることを特徴とする請
求項1または2に記載の有機発光素子。
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