JP2006173569A - トリアジン誘導体化合物を含む有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 トリアジン基からなるＣ−Ｆ化合物（ＰＦＰＴ）から構成される有機化合物層を備える有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】２個の電極と、それらの間に形成された少なくとも一つの有機化合物層を備える有機電界発光素子。有機化合物層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物がドーピングされている：
式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれパーフルオロフェニレン誘導体である。
【選択図】なし
【解決手段】２個の電極と、それらの間に形成された少なくとも一つの有機化合物層を備える有機電界発光素子。有機化合物層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物がドーピングされている：
式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれパーフルオロフェニレン誘導体である。
【選択図】なし
Description
本発明は、有機電界発光素子に係り、特に、トリアジン誘導体化合物を含む機能性有機化合物層からなる有機電界発光素子に関する。
有機電界発光素子は、基板上に形成された正孔注入層（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：以下、ＨＩＬ）と電子注入層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：以下、ＥＩＬ）との間に発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｔｅｒ：以下、ＥＭＬ）とキャリア輸送層、すなわち、電子輸送層（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：以下、ＥＴＬ）または正孔輸送層（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）が形成されている積層構造を有している。通常、前記の積層構造でＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬを機能性有機薄膜から構成する。
これまでは、前記機能性有機薄膜を構成する有機材料としてＣ6Ｈ6（ベンゼンリング）のように、Ｃ−Ｈ結合を有する化合物が一般的に使用された。しかし、機能性有機材料を構成するＣ−Ｈ結合は、結合エネルギーが小さいため、紫外光または高電圧が印加される状況で、Ｃ−Ｈ結合が切れやすく、材料の劣化現象が発生して、有機電界発光素子の寿命の短縮をもたらした。
最近、有機電界発光素子の寿命を延長させるための努力の一つとして、Ｃ−Ｈ結合の代りにＣ−Ｆ結合を有しているフッ素置換体を導入して、パーフルオロフェニレン誘導体化合物からなる機能性有機薄膜を利用した有機電界発光素子を形成しようとする試みがあった（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。しかし、このような努力にもかかわらず、フッ素置換反応の難しさのため、非常に制限的に有機電界発光素子及び素子の開発が行われてきた。
本発明は、前記のような従来技術での問題点を克服するためになされたものであって、本発明の目的は、更に強いＣ−Ｆ結合を有する有機化合物を利用することで発光効率を増加させると共に、素子の寿命を向上させうる有機電界発光素子を提供するところにある。
前記目的を達成するために、本発明の第１様態に係る有機電界発光素子は、２個の電極と、それらの間に形成された少なくとも一つの有機化合物層を備え、前記有機化合物層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物がドーピングされている有機化合物からなる：
式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれパーフルオロフェニレン誘導体である。
前記トリアジン誘導体化合物は、前記有機化合物層内に０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされる。
前記２個の電極の間には、ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬが順に積層されている構成を採用でき、前記有機化合物層は、前記ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬからなる群から選択される少なくとも一つを構成できる。
本発明に係る有機電界発光素子は、前記２個の電極及び有機化合物層を外部の水分及び酸素から保護するための保護膜を更に備えることが可能であり、この時前記保護膜は、前記定義されたトリアジン誘導体化合物からなる。
また、前記目的を達成するために、本発明の第２様態に係る有機電界発光素子は、２個の電極と、前記２個の電極の間に順に形成されたＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬを備える。前記ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬからなる群から選択される少なくとも一つの層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物から構成される：
式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、前記定義された通りである。
また、前記目的を達成するために、本発明の第３様態に係る有機電界発光素子は、２個の電極と、前記２個の電極の間に順に形成されたＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬを備える積層素子と、前記の積層素子を外部の水分及び酸素から保護するための保護膜とを備える。前記保護膜は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物から構成される：
式中、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、前記定義された通りである。
本発明に係る有機電界発光素子は、寿命の延長及び発光効率の向上を提供できる。
本発明に係る有機電界発光素子は、中心分子基が公知のベンゼン基ではないトリアジン基からなるＣ−Ｆ化合物（ＰＦＰＴ）から構成される有機化合物層を備える。本発明に係る化合物は、電子を引っ張る特性を有するトリアジン基により、従来技術で開発されたいかなるＮ−型有機半導体素材よりエネルギー準位（ＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ）が低い。したがって、有機電界発光素子の構造と使用電極とにより、ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及びＥＩＬでブロッキング層として使用されうる。特に、有機電界発光素子において、ＰＦＰＴがＨＴＬにドーピングされてＨＩＬの役割を行う場合、電流密度及び輝度の面で優れた特性を表すことが分かる。また、本発明に係る有機電界発光素子で、ＰＦＰＴより保護膜を構成することで素子の寿命を延長させるのに寄与できる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る有機電界発光素子の構造を示す図面である。
図１を参照すれば、基板１００上にアノード電極１１０とカソード電極１２０とが所定間隔離れて対向している。前記アノード電極１１０とカソード電極１２０との間には、それらの電極に電圧または電流印加時に発光されるＥＭＬ １３０が介在される。
前記アノード電極１１０とＥＭＬ １３０との間には、ＨＩＬ １３２及びＨＴＬ １３４が順次に形成されており、前記ＥＭＬ １３０とカソード電極１２０との間には、ＥＴＬ １３６及びＥＩＬ １３８が順次に形成されている。ここで、前記ＨＩＬ １３２、ＨＴＬ １３４、ＥＴＬ １３６及びＥＩＬ １３８は、有機化合物層からなる。特に、前記ＨＩＬ １３２、ＨＴＬ １３４、ＥＴＬ １３６及びＥＩＬ １３８からなる群から選択される少なくとも一つの有機化合物層は、化学式１のトリアジン誘導体化合物がドーピングされている。
化学式１で、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれパーフルオロフェニレン誘導体である。
図１の実施例では、前記ＨＩＬ １３２に化学式１のパーフルオロフェニレントリアジン化合物（以下、“ＰＦＰＴ”という）がドーピングされている場合を示した。
好ましくは、前記有機化合物層内で化学式１のＰＦＰＴは、約０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされている。
化学式１で、Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれ化学式２ないし化学式４の構造のうち、何れか一つの構造を有しうる。
化学式２ないし化学式４で、式中、ｎは、０〜２０の整数である。
図１で、前記基板１００は、ガラスまたはプラスチックからなりうる。そして、前記アノード電極１１０は、透明導電層、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＺｎＯからなり、前記カソード電極１２０は、金属層、例えば、Ａｌからなりうる。
前記ＨＩＬ １３２及びＨＴＬ １３４は、ＮＰＢ（Ｎ,Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン）またはＴＰＤ（Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ,Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１,１’−ビ−フェニル−４,４’−ジアミン）からなりうる。例えば、図１に示すように、前記ＨＩＬ １３２は、ＰＦＰＴドーピングされたＮＰＢから構成され、前記ＨＴＬ １３４は、ＮＰＢから構成されうる。
前記ＥＭＬ １３０は、発光しようとする色により他の構成物質からなる。例えば、緑色有機電界発光素子の場合、前記ＥＭＬ １３０は、Ａｌｑ3（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）からなり、赤色有機電界発光素子の場合、ＤＣＪＴＢ（４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１,１,７,７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）からなりうる。また、青色有機電界発光素子の場合には、ＤＰＶＢｉ（４,４’−ビス（２,２−ジフェニルエテン−１−イル）ビフェニル）からなりうる。
前記ＥＭＬ １３０をＡｌｑ3から構成した場合、Ａｌｑ3は、電子輸送機能を兼用する発光材料として知られているため、前記ＥＴＬ １３６を別途に形成する必要はない。Ａｌｑ3内では、電子を主に輸送するが、正孔も輸送できる。したがって、ＥＴＬ １３６を別途に形成せずに、ＥＴＬ兼用のＥＭＬ１３６としてＡｌｑ3層を形成することも可能であり、前記ＨＴＬ １３４を別途に形成せずに、ＨＴＬ兼用のＥＭＬ １３０としてＡｌｑ3層を形成することも可能である。前記ＥＩＬ １３８は、ＬｉＦから構成されうる。
図２は、本発明の第２実施形態に係る有機電界発光素子の構造を示す図面である。
図２に例示した実施例では、ＥＴＬ２３６としてＰＦＰＴドーピングされたＡｌｑ3層を形成し、ＨＩＬ ２３２をＮＰＢから構成したことを除いては、図１の場合とほぼ類似している。図２の構成において、図１と同じ参照符号は、同じ構成要素を示し、説明の簡略化のために、本例では、それについての詳細な説明を省略する。前記ＥＴＬ２３６内には、ＰＦＰＴが０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされうる。
図３は、本発明の第３実施形態に係る有機電界発光素子の構造を示す図面である。
図３に示した実施例では、ＥＩＬ ３３８をＰＦＰＴで形成し、ＨＩＬ ３３２をＮＰＢから構成したことを除いては、図１の場合とほぼ類似している。図３の構成において、図１と同じ参照符号は、同じ構成要素を示し、説明の簡略化のために、本例では、それについての詳細な説明を省略する。前記ＥＩＬ ３３８を構成するＰＦＰＴ膜は、例えば、真空蒸着、スピンコーティング、インクジェットコーティング、またはスクリーン印刷方法によって形成されうる。
図３の例において、前記ＥＭＬ １３０及びＥＴＬ １３６を一つのＡｌｑ3層で形成することが可能である。
図４は、本発明の第４実施例に係る有機電界発光素子の構造を示す図面である。
図４に例示された構成では、図１の構成を有する有機電界発光素子の特徴的な構成と共に、両電極１１０、１２０及びそれらの間に積層された有機化合物層を外部の水分及び酸素から保護するための保護膜４００を更に備える構成を示した。前記保護膜４００は、化学式１に表したトリアジン誘導体化合物からなる。図４の構成において、図１と同じ参照符号は、同じ構成要素を示し、説明の簡略化のために、本実施例では、それについての詳細な説明を省略する。
次いで、本発明に係る有機電界発光素子を製造及び評価した具体的な実施例を説明する。
図１に示すような有機電界発光素子を具現するために、図５に示すような積層構造を有する素子を形成した。図５を参照して、その製造工程を簡略に説明すれば、次の通りである。
アノード電極として透明電極であるＩＴＯ電極がガラス基板をきれいに洗浄した後、真空蒸着器を利用して約１０-7〜１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力を維持しつつ、熱蒸着法により前記ＩＴＯ電極上に有機化合物層を順に蒸着した。このために、まず、ＨＩＬであるＮＰＢとＰＦＰＴとを同時に前記基板上に供給しつつ蒸着工程を行った。ＮＰＢの蒸着厚さは、約２０〜６０ｎｍとし、ドーパントとして使用されたＰＦＰＴの含量は、ＮＰＢの総量を基準に約０.１〜１０重量％とした。正孔輸送層をＮＰＢで形成し、ＥＭＬ及びＥＴＬとしてＡｌｑ3を５０〜１００ｎｍの厚さに蒸着した。ＥＩＬとしては、ＬｉＦを約０.１〜３ｎｍの厚さに蒸着した。陰極電極として使用されたＡｌを、５０〜１５０ｎｍの厚さに蒸着した。
本実施例では、具体的に例示された特定の場合のみを説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、当業者ならば、多様な変形及び変更が可能であるということが分かる。例えば、前記基板は、ガラスの他にもポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、またはポリエチレンやフタレートからなってもよい。また、前記透明電極は、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛またはそれらの混合物を利用して形成することが可能である。
実施例１で製造された本発明に係る有機電界発光素子について、電気発光（ＥＬ）スペクトルを評価して図６に表した。図６において、実施例１で製造した本発明に係る有機電界発光素子のＥＬ特性、すなわち、電圧と電流との密度、及び電圧と輝度との関係を、従来の有機電界発光素子の構造でのＥＬ特性と比較して示した。本評価で比較用として評価された従来の有機電界発光素子の構造を図７に示した。
図６の結果から、本発明に係る有機電界発光素子は、従来の場合に比べてターンオン電圧の変化なしに電流密度が大きく増加するだけでなく、輝度も増加することが分かる。これは、電子注入に対して障壁の変化はないが、正孔輸送層であるＮＰＢにＰＦＰＴをドーピングすることで、ドーピング前に比べて正孔の電気伝導度が大きく増加することが分かる。さらに、炭素−フッ素からなるＰＦＰＴ素材自体が、空気中にある酸素と反応しないため、素子の寿命が大きく増加することを確認した。
図８は、図２に示すように、ＥＴＬにＰＦＰＴがドーピングされた有機電界発光素子の電圧と電流との密度、及び電圧と輝度との関係を示すグラフである。図８の評価に使用された有機電界発光素子の構造を図９に示した。
図１０は、図３に示すように、ＥＩＬをＰＦＰＴで形成した有機電界発光素子の電圧と電流との密度、及び電圧と輝度との関係を示すグラフである。図１０の評価に使用された有機電界発光素子の構造を図１１に示した。
前記説明で、本発明によってＣ−Ｆ結合を有するトリアジン誘導体化合物から構成された有機電界発光素子の特性を説明したが、本発明は、前記例示された方法に限定されるものではない。当業者ならば、本発明に係る有機電界発光素子を製作するために、前記例示された実施例の他に多様な薄膜積層構造及び蒸着方法を適用できるということが分かる。
以上、本発明は、好ましい実施例を挙げて詳細に説明されたが、前記実施例に限定されず、当業者により本発明の技術的思想及び範囲内で多様な変形及び変更が可能である。
本発明は、有機電界発光素子に関連した技術分野に好適に適用され得る
１００ 基板
１１０ アノード電極
１２０ カソード電極
１３０ ＥＭＬ
１３２ ＨＩＬ
１３４ ＨＴＬ
１３６ ＥＴＬ
１３８ ＥＩＬ
１１０ アノード電極
１２０ カソード電極
１３０ ＥＭＬ
１３２ ＨＩＬ
１３４ ＨＴＬ
１３６ ＥＴＬ
１３８ ＥＩＬ
Claims (12)
- ２個の電極と、それらの間に形成された少なくとも一つの有機化合物層と、を備え、
前記有機化合物層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物がドーピングされている有機化合物からなることを特徴とする有機電界発光素子。
- 前記トリアジン誘導体化合物は、前記有機化合物層内に０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 前記Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれ次の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子：
- 前記Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれ次の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子：
- 前記Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3は、それぞれ次の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子：
- 前記２個の電極の間には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層が順に積層されており、
前記有機化合物層は、前記正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択される少なくとも一つを構成することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機化合物層は、ＮＰＢ（Ｎ,Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン）またはＴＰＤ（Ｎ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ,Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１,１’−ビ−フェニル−４,４’−ジアミン）からなり、
前記有機化合物層内には、前記トリアジン誘導体化合物が０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機化合物層は、Ａｌｑ3（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）、ＤＣＪＴＢ（４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチル−６−（１,１,７,７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン）及びＤＰＶＢｉ（４,４’−ビス（２,２−ジフェニルエテン−１−イル）ビフェニル）からなる群から選択される何れか一つからなり、
前記有機化合物層内には、前記トリアジン誘導体化合物が０.００１〜１０重量％の濃度でドーピングされていることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - 前記２個の電極及び有機化合物層を外部の水分及び酸素から保護するための保護膜を更に備え、
前記保護膜は、前記トリアジン誘導体化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。 - ２個の電極と、
前記２個の電極の間に順に形成された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を備え、
前記正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる群から選択される少なくとも一つの層は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物から構成されたことを特徴とする有機電界発光素子：
- 前記電子注入層は、前記トリアジン誘導体化合物から構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の有機電界発光素子。
- ２個の電極と、前記２個の電極の間に順に形成された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を備える積層素子と、
前記の積層素子を外部の水分及び酸素から保護するための保護膜を備え、
前記保護膜は、次式で表示されるトリアジン誘導体化合物から構成されたことを特徴とする有機電界発光素子：
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