JP3099529B2 - 有機薄膜発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は各種表示装置の発光源
として用いる有機薄膜発光素子に係り、特に素子の発光
層に用いられる発光物質に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラウン管に代わるフラットディ
スプレイの需要の急増に伴い、各種表示素子の開発及び
実用化が精力的に進められている。エレクトロルミネッ
センス素子（以下ＥＬ素子とする）もこうしたニ−ズに
即するものであり、特に全固体の自発発光素子として、
他のディスプレイにはない高解像度及び高視認性により
注目を集めている。現在、実用化されているものは、発
光層にＺｎＳ／Ｍｎ系を用いた無機材料からなるＥＬ素
子である。しかるに、この種の無機ＥＬ素子は発光に必
要な駆動電圧が１００Ｖ以上と高いため駆動方法が複雑
となり製造コストが高いといった問題点がある。また、
青色発光の効率が低いため、フルカラ−化が困難であ
る。これに対して、有機材料を用いた薄膜発光素子は、
発光に必要な駆動電圧が大幅に低減でき、かつ各種発光
材料の適用によりフルカラ−化の可能性を充分に持つこ
とから、近年研究が活発化している。

【０００３】特に、電極／正孔注入層／発光層／電極か
らなる積層型において、発光剤にトリス（８−ヒドロキ
シキノリン）アルミニウムを、正孔注入剤に１，１’−
ビス（４−Ｎ，Ｎ−ジトリアミノフェニル）シクロヘキ
サンを用いることにより、１０Ｖ以下の印加電圧で１０
００ｃｄ／ｃｍ² 以上の輝度が得られたという報告がな
されて以来開発に拍車がかけられた（Appl.Phys.Lett.
51,913,(1987))。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様に、有機材料を
用いた薄膜発光素子は低電圧駆動やフルカラ−化の可能
性等を強く示唆しているものの、性能面で解決しなけれ
ばならない課題が多く残されている。特に約１万時間の
長時間駆動に伴う特性劣化の問題は乗り越えなければな
らない課題である。また、フルカラー化におけるＲＧＢ
三原色の発光を可能にする発光材料の開発、また有機層
の膜厚が１μｍ以下であるために、成膜性が良好でピン
ホール等の電気的欠陥がなく、電子，正孔の輸送能力に
優れた有機材料の開発、有機層への電荷の注入性に優れ
る電極材料の選択等がある。

【０００５】さらには量産性の観点から大量製造が可能
で安価な有機材料の開発や素子形成方法の改良等も重要
な課題である。この発明は上述の点に鑑みてなされその
目的は、高輝度で安定性に優れるうえに成膜性が良好な
新規な緑色発光物質を開発することにより高輝度で安定
性に優れ、安価かつ容易に製造可能な有機薄膜発光素子
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば正極と負極とからなる一対の電極と、その間に挟
まれた電荷注入層と発光層とを有し、電荷注入層は電子
注入層と正孔注入層の内の少なくとも一方からなり、発
光層は電荷注入層に挟まれてなり、注入された電子と正
孔を再結合させて発光するものであり、下記一般式
（Ｉ）のエチレン系化合物を含むものであるとすること
により達成される。

【０００７】

【化２】

【０００８】〔式（Ｉ）中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ ，
Ｒ₅ ，Ｒ₈ ，Ｒ₉ ，Ｒ₁₀，Ｒ₁₁，Ｒ₁₂はそれぞれ水素原
子，ハロゲン原子，アルキル基，アルコキシ基またはア
リール基、Ｒ₆ ，Ｒ₇ は水素原子，アルキル基を表
す。〕一般式（Ｉ）で示されるエチレン系化合物の具体
例が以下に示される。

【０００９】

【化３】

【００１０】

【化４】

【００１１】

【作用】本発明者等は前記目的を達成するために各種物
質について多くの実験を重ねた結果、詳細は不明である
が前記一般式（Ｉ）で示されるエチレン系化合物が有効
であることを見い出した。

【００１２】

【実施例】本発明におけるエチレン系化合物を用いた有
機薄膜発光素子の具体的実施例について、図面を参照し
ながら説明する。一般式（Ｉ）に示すエチレン系化合物
のうち対称な化合物は一般式（IV）に示す中間体を用
い、テトラヒドロフラン等の有機溶媒中で四塩化チタン
と亜鉛とによるカプリング反応により合成することがで
きる。

【００１３】

【化５】

【００１４】〔式（Ｉ）中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ ，
Ｒ₅ はそれぞれ水素原子，ハロゲン原子，アルキル基，
アルコキシ基またはアリール基、Ｒ₆ は水素原子，アル
キル基を表す。〕図１はこの発明の実施例に係る有機薄
膜発光素子を示す断面図である。図２はこの発明の異な
る実施例に係る有機薄膜発光素子を示す断面図である。

【００１５】図３はこの発明のさらに異なる実施例に係
る有機薄膜発光素子を示す断面図である。１は絶縁性基
板、２は正極、３は正孔注入層、４は発光層、５は電子
注入層、６は負極である。絶縁性基板１は素子の支持体
でガラス，樹脂等を用いる。発光面となるときは透明な
材料を用いる。

【００１６】正極２は金，ニッケル等の半透膜やインジ
ウムスズ酸化物（ＩＴＯ），酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）等の
透明導電膜からなり抵抗加熱蒸着、電子ビ−ム蒸着、ス
パッタ法により形成する。該正極２は、透明性を持たせ
るために、１００〜３０００Åの厚さにすることが望ま
しい。正孔注入層３は正孔を効率良く輸送し、且つ注入
することが必要で発光した光の発光極大領域においてで
きるだけ透明であることが望ましい。成膜方法としてス
ピンコ−ト、キャスティング、ＬＢ法、抵抗加熱蒸着、
電子ビ−ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的であ
る。膜厚は２００ないし５０００Åであり、好適には３
００ないし８００Åである。正孔注入物質としてはヒド
ラゾン化合物，ピラゾリン化合物，スチルベン化合物，
アミン系化合物などが用いられる。代表的な正孔注入物
質が以下に示される。

【００１７】

【化６】

【００１８】発光層は正孔注入層または正極から注入さ
れた正孔と、負極または電子注入層より注入された電子
の再結合により効率良く発光を行う。成膜方法はスピン
コ−ト、キャスティング、ＬＢ法、抵抗加熱蒸着、電子
ビ−ム蒸着等があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。膜
厚は２００ないし５０００Åであるが好適には３００な
いし８００Åである。

【００１９】電子注入層５は電子を効率良く発光層に注
入することが望ましい。成膜方法はスピンコ−ト、キャ
スティング、ＬＢ法、抵抗加熱蒸着、電子ビ−ム蒸着等
があるが抵抗加熱蒸着が一般的である。膜厚は２００な
いし５０００Åであるが好適には３００ないし８００Å
である。電子注入物質としてはオキサジアゾール誘導
体，ペリレン誘導体などが用いられる。以下に代表的な
電子注入物質が示される。

【００２０】

【化７】

【００２１】負極６は電子を効率良く有機層に注入する
ことが必要である。成膜方法としては抵抗加熱蒸着，電
子ビーム蒸着，スパッタ法が用いられる。負極６用材料
としては、仕事関数の小さいＭｇ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｃａ，
Ａｌ等およびこれらの合金，積層体等が用いられる。 実施例１ 膜厚約１０００ÅのＩＴＯを設けた５０ｍｍ角のガラス
を基板とし該基板を抵抗加熱蒸着装置内にセットし、前
記図１に示すように正孔注入層、発光層と順次成膜し
た。成膜に際して、真空槽内圧は８×１０^-4Ｐａとし
た。正孔注入層には前記化学式（II−１）に示される化
合物を用い６００Å形成した。続けて発光層として前記
化学式（Ｉ−１）に示されるエチレン系化合物を用いボ
−ト温度約２１０ないし２４０℃にて加熱し、成膜速度
を約２Å／ｓとして６００Å形成した。この後、基板を
真空槽から取り出し、直径５ｍｍドットパタ−ン用ステ
ンレス製マスクを取りつけ、新たに抵抗加熱蒸着装置内
にセットし負極６として Ｍｇ／Ｉｎ（１０：１の重量
比率）を形成した。

【００２２】上記実施例１において、該エチレン系化合
物からなる発光層は均一な蒸着膜となり、かつ該直径５
ｍｍの有機薄膜発光素子に直流電圧を印加したところ、
緑色（発光中心波長５１０〜５３０ｎｍ）の均一な発光
が得られた。また発光輝度１２０ｃｄ／ｃｍ² で１００
ｈ以上の安定性を確認した。 実施例２ 膜厚約１０００ÅのＩＴＯを設けた５０ｍｍ角のガラス
を基板とし該基板を抵抗加熱蒸着装置内にセットし、発
光層、電子注入層と順次成膜した。成膜に際して、真空
槽内圧は８×１０^-4Ｐａとした。発光層には前記化学式
（Ｉ−１）に示される化合物を用いボ−ト温度約２１０
ないし２４０℃にて加熱し、成膜速度を約２Å／ｓとし
て６００Å形成した。続けて電子注入層として化学式
（III −４）に示される化合物を用い６００Å形成し
た。この後、基板を真空槽から取り出し、直径５ｍｍド
ットパタ−ン用ステンレス製マスクを取りつけ、新たに
抵抗加熱蒸着装置内にセットし負極６として Ｍｇ／Ｉ
ｎ（１０：１の重量比率）を形成した。

【００２３】上記実施例２において、該エチレン系化合
物からなる発光層は均一な蒸着膜となり、かつ該直径５
ｍｍの有機発光素子に直流電圧を印加したところ、緑色
（発光中心波長５１０〜５３０ｎｍ）の均一な発光が得
られた。また発光輝度１００ｃｄ／ｃｍ² で１２０ｈ以
上の安定性を確認した。 実施例３ 膜厚約１０００ÅのＩＴＯを設けた５０ｍｍ角のガラス
を基板とし該基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、前記
図３に示す様に正孔注入層、発光層、電子注入層と順次
成膜した。真空槽内圧は８×１０^-4Ｐａとした。正孔注
入層には前記化学式（II−１）に示される化合物を用い
６００Å形成した。続いて発光層として前記エチレン系
化合物のうち化学式（Ｉ−１）で示される化合物を用い
ボ−ト温度約２１０ないし２４０℃にて加熱し、成膜速
度を約２Å／ｓとして６００Å形成した。さらに続けて
電子注入層として前記化学式（III −４）で示される化
合物をを用い、６００Å形成した。この後該基板を真空
槽から取り出し、直径５ｍｍのドットパタ−ンからなる
ステンレス製マスクを取りつけ、新たに抵抗加熱蒸着装
置内に装着し負極６としてＭｇ／Ｉｎ（１０：１の比
率）を形成した。

【００２４】前記実施例３において、該エチレン系化合
物からなる発光層は均一な蒸着膜となり、かつ該直径５
ｍｍの有機薄膜発光素子に直流電圧を印加したところ、
緑色（発光中心波長５１０〜５３０ｎｍ）の均一な発光
が得られた。また発光輝度１８０ｃｄ／ｃｍ² で１５０
ｈ以上の安定性を確認した。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば正極と負極とからなる
一対の電極と、その間に挟まれた電荷注入層と発光層と
を有し、電荷注入層は電子注入層と正孔注入層の内の少
なくとも一方からなり、発光層は電荷注入層に挟まれて
なり、注入された電子と正孔を再結合させて発光するも
のであり、下記一般式（Ｉ）のエチレン系化合物を含む
ものであるので高輝度かつ安定な緑色発光が実現する。
また成膜性に優れ、安価かつ容易に合成されることか
ら、大量製造が容易な有機薄膜発光素子が得られる。

【００２６】

【化８】

【００２７】〔式（Ｉ）中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ ，
Ｒ₅ ，Ｒ₈ ，Ｒ₉ ，Ｒ₁₀，Ｒ₁₁，Ｒ₁₂はそれぞれ水素原
子，ハロゲン原子，アルキル基，アルコキシ基またはア
リール基、Ｒ₆ ，Ｒ₇ は水素原子，アルキル基を表
す。〕

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る有機薄膜発光素子を示
す断面図

【図２】この発明の異なる実施例に係る有機薄膜発光素
子を示す断面図

【図３】この発明のさらに異なる実施例に係る有機薄膜
発光素子を示す断面図

【符号の説明】

１ 絶縁性透明基板 ２ 正極 ３ 正孔注入層 ４ 発光層 ５ 電子注入層 ６ 負極

フロントページの続き (72)発明者 古庄 昇 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−135878（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264189（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−161480（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 11/06 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正極と負極とからなる一対の電極と、その
   間に挟まれた電荷注入層と発光層とを有し、 電荷注入層は電子注入層と正孔注入層の内の少なくとも
   一方からなり、 発光層は電荷注入層に挟まれてなり、注入された電子と
   正孔を再結合させて発光するものであり、下記一般式
   （Ｉ）のエチレン系化合物を含むものであることを特徴
   とする有機薄膜発光素子。 【化１】 〔式（Ｉ）中、Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ ，Ｒ₅ ，Ｒ₈ ，
   Ｒ₉ ，Ｒ₁₀，Ｒ₁₁，Ｒ₁₂はそれぞれ水素原子，ハロゲン
   原子，アルキル基，アルコキシ基またはアリール基、Ｒ
   ₆ ，Ｒ₇ は水素原子，アルキル基を表す。〕
2. 【請求項２】請求項１記載の素子において、アルキル基
   はメチル基であることを特徴とする有機薄膜発光素子。
3. 【請求項３】請求項１記載の素子において、アルコキシ
   基はメトキシ基であることを特徴とする有機薄膜発光素
   子。
4. 【請求項４】請求項１記載の素子において、アリール基
   はフェニル基であることを特徴とする有機薄膜発光素
   子。