JP2005104843A

JP2005104843A - 有機金属錯体および有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2005104843A
Application number: JP2003336271A
Authority: JP
Inventors: Masato Fukutome; 正人福留
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】積層数を低減しても電荷注入効率に優れ、かつ高い発光効率を実現する有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】コア部と枝部とからなる樹状構造を有し、燐光発光特性を示す有機金属錯体において、前記コア部が、周期律表の８族に属する金属原子を含み、且つ前記枝部が正孔及び電子の電荷輸送性を示す有機系置換基を含むことを特徴とし、前記有機系置換基が、π電子共役系化合物からなること、前記π電子共役系化合物がパラフェニレンビニレン誘導体であることが好ましい。
該金属錯体は、例えば下式で示される。

（Ｔは枝部，Ｃは発光中心のコア部である。）
【選択図】なし

Description

本発明は、本発明は民生用および工業用の表示装置あるいはプリンタヘッドの光源、照明等に好適に用いられる有機金属錯体および有機電界発光素子に関するものである。

電界発光素子（エレクトロルミネッセント素子又はＥＬ素子）は蛍光性化合物に電場を加えることにより励起し、発光させる素子であり、現在無機系材料を発光体として用いた無機電界発光素子が実用化され、液晶ディスプレイのバックライトやフラットディスプレイ等への応用展開が図られている。

また最近では、有機系材料を発光体として用いた有機電界発光素子の開発も行われ、簡素な行程で作製プロセスの低コスト化が可能で、かつ高輝度（５００Ｃｄ／ｍ２以上）、高効率（１０ｌｍ／Ｗ）、直流低電圧駆動、高速応答性（ｎｓｅｃ）などの特長を持つことから、実用化を目指した研究が盛んに行われている。

有機電界発光素子の基本構造は、例えば図３に示すように、ガラス等の光透光性基板１の上に、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物からなる陽極５２と、低仕事関数金属（Ｍｇ、Ａｌなど）からなる陰極５６と、この電極５２、５６間に機能別（正孔輸送層５３、電子輸送層５５、発光層５４）に積層した有機層５７を挟持した構成となっている。このような有機電界発光素子は、陽極５２から注入された正孔と陰極５６から注入された電子がそれぞれ正孔輸送層５３と電子輸送層５５を移動して対極に移動し、発光層５４内で再結合して励起子を生成、そして発生した励起子が基底状態に戻るときに光を放射させる。

有機電界発光素子に用いられる有機層５７は、Ｔａｎｇらにより提案された電荷輸送特性と発光特性の機能別に有機薄膜層を積層した素子構造が主流となっている（非特許文献１参照）。

また最近では、図４に示したように、正孔注入電極となる陽極５２と、正孔輸送層５３との間に電子阻止層５８を設けることによって、陽極５２からの電荷の注入量を制御し、再結合部位における正孔と電子の密度を等しくすることができる。また同様に、電子注入電極となる陰極５６と電子輸送層５５との間に正孔阻止層（図示せず）を設けることもできる。

ところがこのような有機電界発光素子が多層化し、層構成が複雑化することによって、製造面でプロセスの複雑化を招き、製造コストが上昇する問い問題があった。また、積層構造の場合、電子と正孔の再結合部位が、電極や有機薄膜層との界面部分に集中し、素子が劣化するという問題があった。

この状況を鑑みて、発光層に対して特定の電荷注入補助剤や正孔注入補助剤などの添加物を添加し、発光層を電荷輸送層や電荷注入層として用いることで素子の積層数を低減することにより、素子の製造コストを抑え、かつ界面における電荷の集中を低減させ素子劣化を防ぐという試みがなされている。（特許文献１参照）
C.W.Tang、Appl.Phys.Lett.Vol.51(1987)p.913 特開平１１−３５４２７９号公報

しかしながら特許文献１記載の有機電界発光素子は、添加物の濃度および均一性をコントロールすることが困難でるため、電荷の注入効率が悪く、発光効率が低いという問題があった。

したがって、本発明は、積層数を低減しても高い発光効率を示す有機電界発光素子を提供することを目的とする。

本発明の有機金属錯体は、コア部と枝部とからなる樹状構造を有し、燐光発光特性を示す有機金属錯体において、前記コア部が、周期律表の８族に属する金属原子を含み、かつ前記枝部が正孔および電子の電荷輸送性を示す有機系置換基を含むことを特徴とするものである。

前記有機系置換基が、π電子共役系化合物からなることが好ましい。

前記π電子共役系化合物がパラフェニレンビニレン誘導体であることが好ましい。

本発明の有機電界発光素子は、透光性基板上に、透明性電極と発光層と金属電極が順次形成されてなる有機電界発光素子であって、前記発光層が請求項１〜３のいずれかに記載の有機金属錯体を含むことを特徴とする。

前記発光層がさらに電荷輸送性の有機ホスト材料を含むことが好ましい。

前記有機ホスト材料がパラフェニレンビニレン誘導体であることが好ましい。

前記光透過性電極と前記発光層との間に、陽極バッファー層を有することが好ましい。

前記金属電極と前記発光層との間に、陰極バッファー層を有することが好ましい。

本発明は、発光層に正孔および電子の両方を輸送可能な燐光発光特性を示す有機金属錯体材料を用いることにより、単層構造又は２層構造と積層数が少なくとも、電荷注入効率に優れ、且つ高い発光効率を有する有機電界発光素子を実現できる。

特に、前記有機系置換基が、π電子共役系化合物からなるため、発光中心であるコア部まで、正孔、電子を効率良く、素早く移動させることができる。

特に、π電子共役系化合物がパラフェニレンビニレン誘導体であるため、正孔および電子の輸送効率が向上し、発光効率が向上する。

また、本発明の有機電界発光素は、上記の有機金属錯体を含む発光層を用いており、従来構造よりも積層数を低減しても優れた発光効率を実現できる。

特に、前記発光層が電荷輸送性を有する有機ホスト材料を含むため、電極から注入された正孔および電子が効率よく前記有機金属錯体へ注入され、コア部で効率よい高い発光効率を得ることが可能となる。

さらに、前記有機ホスト材料がパラフェニレンビニレン誘導体であるため、有機金属錯体の枝部と同様の構造を持つことより、有機金属錯体の分散性が向上し、効率が更に優れた発光を得ることができる。

さらにまた、本発明の有機電界発光素子は、光透過性電極と発光層との間に、陽極バッファー層を有するため、発光部位で再結合する正孔、電子の数を制御することができ、発光効率を向上することが出来る。

また、金属電極と発光層との間に、陰極バッファー層を有するため、発光部位で再結合する正孔、電子の数を制御することができ、発光効率を向上することが出来る。

本発明の有機金属錯体は有機電界発光素子に好適に使用できるものであり、以下に有機電界発光素子について図を用いて説明する。

本発明の有機電界発光素子は、図１に示すように、光透過性基板１上に、光透過性電極である光透過性の下部電極２と、発光層４と、上部電極６とがこの順に形成されてなるものである。このような構成を採用すると、発光層の厚みを厚くでき、さらに劣化部位になりうる各層間の界面の数を従来よりも低減することができるため、積層数が少なくても高い発光効率を示すとともに、素子の劣化を抑制し、長寿命を実現できる。

本発明によれば、発光層４は、コア部と枝部とからなる樹状構造を有し、燐光発光特性を示す有機金属錯体で構成されている。

この有機金属錯体は、中心に金属原子Ｍからなるコア部と、それを覆うように、３方向に展開された有機化合物からなる枝部とからなる樹状構造を有し、かつ中心金属からの発光が燐光を発する性質を有する。

そして、コア部が周期律表の８族に属する金属原子を含み、且つ枝部が正孔及び電子の電荷輸送性を示す有機系置換基を含む有機化合物であることが重要である。金属原子Ｍが周期律表８族の金属原子、即ちＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属であると、ｄ軌道を利用することが可能で、優れた発光特性を有するという効果がある。例えば、化１に示すように、８族の金属原子であるＩｒが中心に配置し、コア部Ｃを形成するとともに、コア部Ｃの周囲を枝部Ｔが取り囲んでいる。この枝部Ｔは、有機化合物が３方向に展開し、回転対称となっている。

また、本発明によれば、枝部Ｔが、正孔と電子を同時に輸送することが可能な有機系置換基を含むことが重要である。発光中心のコア部Ｃに正孔、電子を効率良く輸送することができるため、このような有機金属錯体は、従来構造より積層数を低減しても優れた発光効率を示すことができる。

枝部Ｔを構成する有機化合物が含有する有機系置換基が、π電子共役系化合物からなることが好ましい。π電子共役系化合物はその内部にπ電子共役ドメインが形成され、このドメイン間を正孔および電子がホッピング移動することにより、正孔および電子の両方の輸送が可能となる。

このような化合物としては、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、パラフェニレンビニレン誘導体の少なくとも１種を用いることができる。これらの中で、特にパラフェニレンビニレン誘導体が好ましい。このパラフェニレンビニレン誘導体は、正孔および電子の輸送効率が高いため、発光効率を容易に向上することができる。

化２には、このような有機金属錯体の例を示した。いずれも８族金属Ｍをコア部とし、ポリフェニレンビニレン誘導体からなる枝部で構成されている。

発光層４は、電荷輸送性を有する有機ホスト材料を含むことが好ましい。上部電極及び下部電極の表面状態は、平坦ではなく凸凹状態であるため、発光材料を直接形成する方法では、膜欠陥が発生し、この部分がダークスポットになる。

そのため、電極と発光層界面の欠陥をなくすために、高分子材料系のホスト材料からなる発光層を形成することが有効である。例えば、発光材料の置換基と同様の構造を持つ高分子材料を有機ホスト材料として用いることが好ましく、特にπ電子共役系化合物が良い。これにより、電極から注入された正孔および電子が効率よく前記有機金属錯体へ注入され、コア部Ｃで効率のよい発光が得られる。

特に、前記有機ホスト材料がパラフェニレンビニレン誘導体であることが好ましい。有機金属錯体の枝部と同様の構造を持つことより、有機金属錯体の分散性が向上するため、効率よい発光が得られる。

光透過性基板１は、透明で光学的等方性があり十分な耐熱性を有するものが好ましく、例えばソーダガラス、ホウ珪酸ガラス、石英、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリアリレート等が挙げられる。

光透過性基板１は、板状、シート状あるいはフィルム状等の形態で使用することができる。基板の厚さは、用途及び材質にあわせて適宜に設定できる。例として、携帯電話用２インチクラスのパネルの場合、安価で且つ透光性の優れたソーダガラス、ホウ珪酸ガラスが用いられる。重量およびハンドリングの点から０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが良い。

下部電極２は、仕事関数の大きく、発光を外部に放出させることができる金属や合金の電気導電性化合物、およびこれらの混合物が用いられる。これにより、下部電極からの正孔注入効率が向上する。例えば、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）、錫酸化物、金、ヨウ化銅等が用いられる。特に可視光領域で透過率の高いＩＴＯが好適に用いられる。

上部電極６は、仕事関数が小さく（４．０ｅＶ以下）、かつ抵抗が小さい導体薄膜を形成できる金属や合金が用いられる。これにより、上部電極から発光層への電子注入がしやすくなる。

このような材料としては、例えば、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム等の１ａ族、マグネシウム、カルシウム等の２ａ族金属、ガリウム、インジウム、アルミニウム等の３ｂ族金属が用いられる。特に安価で安定なマグネシウムが好適に用いられる。

本発明の有機電界発光素子は、例えば図２（ａ）に示したように、光透過性基板１１上に、陽極となる光透過性の下部電極１２と、電子阻止層８と、発光層１４と、陰極となる上部電極１６とがこの順に形成されてなる。下部電極１２と発光層１４との間に電子阻止層１８を挿入することによって、正孔と電子の数を等しく制御し、発光効率を向上させる効果がある。

発光層１４の種類や厚みによっては、電子のうちの一部は正孔とぶつかることなく発光層１４を通り抜けるものもある。この場合、発光層１４の陽極（下部電極）との界面に電子を押しとめる電子阻止層１８を設けると、電子が電子阻止層１８から漏れ出ることを防止でき、発光効率が上昇する。この電子阻止層１８としては、発光層１４より電子親和力の小さな材料を用いるのが良い。

同様に、例えば図２（ｂ）に示したように、光透過性基板２１上に、陽極となる光透過性の下部電極２２と、発光層２４と、正孔阻止層２９と、陰極となる上部電極２６とがこの順に形成しても良い。このように上部電極２６と発光層２４との間に正孔阻止層２９を設けることも、電子阻止層１８と同様の効果がある。即ち、発光層の種類や厚みによっては、電子とぶつかることなく発光層を通り抜ける正孔があり、これを発光層２４の陽極（上部電極）との界面に設けた正孔阻止層２９によって正孔を押しとめることができ、その結果、発光効率を高めることが可能となる。この正孔阻止層２９としては、発光層２４のイオン化エネルギーよりも大きなイオン化エネルギーを持つ有機化合物を用いるのが良い。

さらに、図示していないが、電子阻止層と正孔阻止層との両方を形成しても良い。

透明なガラス基板上に光透過性のＩＴＯからなる陽極（下部電極）を電極パターンを形成するように蒸着する。

その上に化１に示す燐光性を有する有機金属錯体とパラフェニレンビニレン誘導体からなる発光層を塗布法の１種であるインクジェット法により形成する。

この上に、マグネシウム金属からなる陰極（上部電極）をＩＴＯ電極と対向するように電極パターンを形成する。

上記の方法で得られた有機電界発光素子を大気中に暴露することなく、プラズマＣＶＤ法により、酸化シリコン薄膜を封止層として１００℃以下の温度で形成する。

この封止層の上部にオルガノシランＲ_１−ＳｉＣｌ_４（Ｒ１：フルオロアルキル基）を用い、ＣＶＤ法によって薄膜形成する。

上記方法で得られた有機電界発光素子は、燐光による発光が見られ、従来発光効率に対して２．５倍程度の発光効率を示した。

また、積層数を低減することが出来るため、プロセスが簡略化され、低コストで有機発光素子を提供できる。

実施例１と同様に有機電界発光素子を形成したが、発光層と上部電極との間に正孔阻止層を形成した。正孔阻止層は、酸化リチウムを蒸着したものである。

上記方法で得られた有機電界発光素子は、燐光による発光が見られ、実施例１の有機電界発光素子よりも効率が２０％向上し、従来発光効率に対しても３倍程度の発光効率を示した。

本発明の有機電界発光素子の構造を示す概略断面図である。本発明の有機電界発光素子の他構造を示す概略断面図であり、（ａ）は電子阻止層を、（ｂ）は正孔阻止層を具備する。従来の有機電界発光素子の構造を示す概略断面図である。従来の有機電界発光素子の他の構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１、１１、２１・・・光透過性基板
２、１２、２２・・・下部電極
４、１４、２４・・・発光層
６、１６、２６・・・上部電極
１８・・・電子阻止層
２９・・・正孔阻止層
Ｃ・・・コア部
Ｔ・・・枝部

Claims

コア部と枝部とからなる樹状構造を有し、燐光発光特性を示す有機金属錯体において、前記コア部が、周期律表の８族に属する金属原子を含み、且つ前記枝部が正孔及び電子の電荷輸送性を示す有機系置換基を含むことを特徴とする有機金属錯体。
前記有機系置換基が、π電子共役系化合物からなることを特徴とする請求項１記載の有機金属錯体。
前記π電子共役系化合物がパラフェニレンビニレン誘導体であることを特徴する請求項1記載の有機金属錯体。
光透過性基板上に、光透過性電極と発光層と金属電極が順次形成されてなる有機電界発光素子であって、前記発光層が請求項１〜３のいずれかに記載の有機金属錯体を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
前記発光層がさらに電荷輸送性の有機ホスト材料を含むことを特徴する請求項４記載の有機電界発光素子。
前記有機ホスト材料がパラフェニレンビニレン誘導体であることを特徴とする請求項５記載の有機電界発光素子。
前記光透過性電極と前記発光層との間に、陽極バッファー層を有することを特徴とする請求項４〜６記載のいずれかに記載の有機電界発光素子。
前記金属電極と前記発光層との間に、陰極バッファー層を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の有機電界発光素子。