JP3141023B2 - 電界発光素子 - Google Patents

電界発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電界発光素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】有機材料の電界発光現象は1963年P
opeらによってアントラセン単結晶で観測され(J.
Chem.Phys.38(1963)2042)、そ
れに続き1965年HelfinnchとSchnei
derは注入効率の良い溶液電極系を用いることにより
比較的強い注入型エレクトロルミネッセンス(EL)の
観測に成功している(Phys.Rev.Lett.1
4(1965)229)。それ以来、米国特許3,17
2,862、米国特許3,173,050、米国特許
3,710,167、J.Chem.Phys.44
(1966)2902、J.Chem.Phys.50
(1969)14364、J.Chem.Phys.5
8(1973)1542あるいはChem.Phys.
Lett.36(1975)345などに報告されてい
るように、共役の有機ホスト物質と縮合ベンゼン環を持
つ共役の有機活性化剤とで有機発光性物質を形成した研
究が行われた。ナフタレン、アンスラセン、フェナンス
レン、テトラセン、ピレン、ベンゾピレン、クリセン、
ピセン、カルバゾール、フルオレン、ビフェニル、ター
フェニル、トリフェニレンオキサイド、ジハロビフェニ
ル、トランス−スチルベンおよび1,4−ジフェニルブ
タジエンなどが有機ホスト物質の例として示され、アン
スラセン、テトラセンおよびペンタセンなどが活性化剤
の例として挙げられた。しかし、これらの有機発光性物
質はいずれも1μmを超える厚さを持つ単一層として存
在し、発光には高電界が必要であった。このため、真空
蒸着法による薄膜素子の研究が進められた(例えばTh
inn Solid Films94(1982)17
1、Polymer24(1983)748、Jpn.
J.Appl.Phys.25(1986)L77
3。)しかし薄膜化は駆動電圧の低減には有効であった
が、実用レベルの高輝度の素子を得るには至らなかっ
た。
【0003】近年、Tanngsらにより(Appl.
Phys.Lett.51(1987)913あるいは
米国特許4,356,429)陽極と陰極との間に極め
て薄い2層(電荷輸送層と感光層)を真空蒸着で積層し
たEL素子を考案し、低い駆動電圧で高輝度を実現し
た。この種の積層型有機ELデバイスはその後も活発に
研究され、例えば特開昭59−194393、米国特許
4,539,507、米国特許4,720,432、特
開昭63−264692、Appl.Phys.Let
t.55(1986)1467、特開平3−16318
8などに記載されている。
【0004】また更にJpn.J.Appl.Phy
s.27(1988)L269,L713にはキャリア
輸送と発光の機能を分離した3層構造のEL素子が報告
されており、発光色を決める発光層の色素の選定に際し
てもキャリア輸送性能の制約が緩和され選択の自由度が
かなり増し、更には中央の発光層にホールと電子(ある
いは励起子)を有効に閉じ込めて発光の向上を図る可能
性も示唆される。
【0005】積層型有機EL素子作成には、一般に真空
蒸着法が用いられているが、キャスティング法によって
もかなりの明るさの素子が得られることが報告されてい
る(例えば、第50回応物学会学術講演会講演予稿集1
006(1989)および第51回応物学会学術講演会
講演予稿集1041(1990)。
【0006】更には、ホール輸送化合物としてポリビニ
ルカルバゾール、電子輸送化合物としてオキサジアゾー
ル誘導体および発光体としてクマリン6を混合した溶液
から浸漬塗布法で形成した混合1層型EL素子でもかな
り高い発光効率が得られることが報告されている(例え
ば、第38回応物関係連合講演会講演予稿集1086
(1991)。
【0007】上述のように有機ELデバイスにおける最
近の進歩は著しく広範な用途の可能性を示唆している。
しかし、それらの研究の歴史はまだまだ浅く、未だその
材料研究やデバイス化への研究は十分なされていない。
現状では更なる高輝度の光出力や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な
どの耐久性の面に未だ問題がある。更にはフルカラーデ
ィスプレーなどへの応用を考えた場合の青、緑、赤の発
光色相を精密に選択できるための発光波長の多様化など
の問題も未だ充分に解決されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は第一に
極めて高輝度の光出力を有する電界発光素子を提供する
こと、第二に発光波長に多様性があり、種々の発光色相
を呈するとともに極めて耐久性のある電界発光素子を提
供すること、第三に製造が容易で、かつ、比較的安価に
提供できる電界発光素子を提供することである。
【0009】
【課外を解決するための手段】本発明は陽極および陰極
と、これらの間に挟持された一層または複数層の有機化
合物より構成される電界発光素子において、前記有機化
合物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電界発光素子か
ら構成される。 一般式(1)
【化2】 (式中、Arは、置換基を有してもよい、ベンゼン環を
4個以上有する縮合多環芳香族基を示し、R、R
よびRは水素原子、置換基を有してもよい、アルキル
基、アラルキル基または芳香環基を示し、nは0または
1の整数を示す。ただし、Ar、R 、R およびR
はピレンであることはなく、R とR が同時に水素原
子であることはない。
【0010】
【発明の実施の形態】上記一般式(1)における基の定
義において、具体的には、縮合多環芳香環基としてはト
リフェニレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペン
タセン、コロナンなどの基、アルキル基としては炭素数
1〜4の基、アラルキル基としてはベンジル、フェネチ
ル、ナフチルメチルなどの基、芳香環基としてはフェニ
ル、ナフチルなどの基が挙げられる。
【0011】また、上記基における置換基としては炭素
数1〜4のアルキル基、ベンジル、フェネチルなどのア
ラルキル基、フェニル、ナフチルなどの芳香環基、メト
キシ、エトキシ、プロポキシなどのアルコキシ基、フェ
ノキシ、ナフトキシなどのアリールオキシ基、フッ素原
子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子、ベンゾイ
ル、ナフトイル、アセチル、ブチリルなどのアシル基、
水酸基、ニトロ基またはシアノ基などが挙げられる。
【0012】一般式(1)で示される化合物について、
その代表例を表1および2に挙げる。ただし、本発明は
これらの化合物に限定されるものではない。
【表1】
【表2】
【0013】本発明の電界発光素子は、一般式(1)で
示される化合物から選ばれる化合物を真空蒸着法や溶液
塗布法などにより陽極および陰極の間に形成する。その
有機相の厚みは2μmより薄く、好ましくは0.5μm
より小さく薄膜化することが好ましい。
【0014】本発明を更に図面に添って詳細に説明す
る。図1は基盤1上に陽極2、発光層3および陰極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および
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効である。
【0015】図2は基盤1上に陽極2、ホール輸送層
5、エレクトロン輸送層6および陰極4を順次設けた構
成のものである。この場合は発光物質はホール輸送性か
あるいはエレクトロン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
ない単なるホール輸送物質あるいはエレクトロン輸送物
質と組み合わせて用いる場合に有用である。
【0016】図3は基盤1上に陽極2、ホール輸送層
5、発光層3、エレクトロン輸送層6および陰極4を順
次設けた構成のものである。これはキャリア輸送と発光
の機能を分離したものであり、ホール輸送性、エレクト
ロン輸送性、発光性の各特性を有した化合物と適宜組み
合わせて用いられ極めて材料の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を使用できるた
め、発光色相の多様化が可能となる。また、更に、中央
の発光層にホールとエレクトロン(あるいは励起子)を
有効に閉じ込めて発光効率の向上を図ることも可能にな
る。
【0017】前記一般式(1)で示される化合物から選
ばれる化合物は、従来の化合物に比べていずれも極めて
発光特性の優れた化合物であり、必要に応じて図1、図
2または図3のいずれの形態でも使用することが可能で
ある。
【0018】また、化合物の構造によりホール輸送性あ
るいはエレクトロン輸送性のいずれかあるいは両方の性
能を有し、図1、図2または図3のいずれの形態の場合
でも前記一般式(1)で示される化合物から選ばれる化
合物を必要に応じ2種類以上使用してもかまわない。
【0019】本発明においては、発光層構成成分として
一般式(1)で示される化合物から選ばれる化合物を用
いるものであるが、必要に応じて電子写真感光体分野な
どで研究されているホール輸送性化合物やこれまで知ら
れているホール輸送性発光体化合物(例えば表3および
5に挙げられる化合物など)あるいはエレクトロン輸送
性化合物やこれまで知られているエレクトロン輸送性発
光体化合物(例えば表6に挙げられる化合物など)を一
緒に使用することもできる。
【0020】ホール輸送性化合物
【表3】
【表4】
【表5】
【0021】エレクトロン輸送性化合物
【表6】
【0022】本発明の一般式(1)で示される化合物か
ら選ばれる化合物を用いた電界発光素子は、一般には真
空蒸着あるいは適当な結着性樹脂と組み合わせて薄膜を
形成する。
【0023】結着剤としては広範囲な結着性樹脂より選
択でき、例えば、ポリビニルカルバゾール、ポリカーボ
ネート、ポリエステル、ポリアリレート、ブチラール樹
脂、ポリスチレン、ポリビニルアセタール、ジアリルフ
ラレート樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリスルホ
ン、尿素樹脂などが挙げられるが、これらに限定される
ものではない。これらの樹脂は単独または共重合体ポリ
マーとして1種または2種以上混合して用いることがで
きる。
【0024】陽極材料としては仕事関数がなるべく大き
なものがよく、例えばニッケル、金、白金、パラジウ
ム、セレン、レニウム、イリジウムやこれらの合金、あ
るいは酸化錫、酸化錫インジウム(ITO)、ヨウ化銅
が好ましい。また、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポ
リフェニレンスルフィドあるいはポリピロールなどの導
電性ポリマーも用いることができる。
【0025】陰極材料としては仕事関数が小さな銀、
鉛、錫、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、マ
ンガン、インジウム、クロムあるいはこれらの合金が用
いられる。
【0026】また、陽極および陰極として用いる材料の
うち少なくとも一方は、素子の発光波長領域において5
0%より多くの光を透過することが好ましい。
【0027】本発明で用いる透明性基盤としてはガラ
ス、プラスチックフィルムなどが用いられる。
【0028】本発明の電界発光素子は、従来の白熱灯、
蛍光灯あるいは発光ダイオードなどと異なり大面積、高
分解能、薄型、軽量、高速動作、完全な固体デバイスで
あり、高度な要求を満たす可能性のあるエレクトロルミ
ネッセンス(EL)パネルに使用する。
【0029】
【実施例】実施例1 酸化錫インジウム(ITO)被膜(50nm)ガラスの
透明陽極上に、化合物例5からなる発光層100nm、
そしてMg/Ag(10/1)合金からなる陰極250
nmを各々順次真空蒸着により形成し、図1に示す構成
の電界発光素子を作成した。
【0030】作成した電界発光素子の陽極と陰極をリー
ド線で結び直流電源を接続し7.2Vの電圧を印加した
ところ、電流密度5.5mA/cmの電流が素子に流
れ、0.37mW/cmの光出力が確認された。
【0031】そして、そのままの電流密度(5.5mA
/cm)を36時間保ったところ、36時間後でも最
終出力0.34mW/cmの光出力が8.0Vの印加
電圧で得られた。
【0032】比較例1〜5 実施例1で用いた化合物例5に代えて、下記構造式の化
合物(a)、化合物(b)、化合物(c)、化合物
(d)、化合物(e)を用いた他は、実施例1と同様に
して、比較例1、比較例2、比較例3、比較例4、比較
例5の電界発光素子を作成した。化合物(a)
【化3】 化合物(b)
【化4】 化合物(c)
【化5】 化合物(d)
【化6】 化合物(e)
【化7】
【0033】作成した各電界発光素子の陽極と陰極をリ
ード線で結び直流電源を接続し、実施例1と同様に電流
密度5.5mA/cmを36時間流した。結果を表7
に示す。
【表7】
【0034】以上から明らかなように、本発明の電界発
光素子は比較例の電界発光素子に比べて光出力および耐
久性においては極めて優れていることが知られる。
【0035】実施例2 酸化錫インジウム(ITO)被膜(60nm)ガラスの
透明陽極上に、化合物例10からなる発光層50nm、
化合物Aからなる電子輸送層60nm、そしてMg/A
g(10/1)合金からなる陰極200nmを各々順次
真空蒸着により形成し、図2に示す構成の電界発光素子
を作成した。
【0036】作成した電界発光素子の陽極と陰極をリー
ド線で結び直流電源を接続し8.0Vの電圧を印加した
ところ、電流密度7.5mA/cmの電流が素子に流
れ、0.35mW/cmの光出力が確認された。
【0037】そして、そのままの電流密度(7.5mA
/cm)を48時間保ったところ、48時間後でも最
終出力0.32mW/cmの光出力が8.5Vの印加
電圧で得られた。
【0038】実施例3 実施例2で用いた化合物例10に代えて、化合物例7を
用いた他は、実施例2と同様にして実施例3の電界発光
素子を作成した。
【0039】作成した電界発光素子に、電流密度7.5
mA/cmの電流を流した。結果を表8に示す。
【表8】
【0040】比較例6〜8 実施例2で用いた比較化合物10に代えて、下記構造式
の化合物(f)、化合物(g)、化合物(h)を用いた
他は、実施例2と同様にして、比較例6、比較例7、比
較例8の電界発光素子を作成した。 化合物(f)
【化8】 化合物(g)
【化9】 化合物(h)
【化10】
【0041】作成した各電界発光素子の陽極と陰極をリ
ード線で結び直流電源を接続し、実施例2と同様に電流
密度7.5mA/cmの電流を流した。結果を表9に
示す。
【表9】
【0042】表8および表9から明らかなように、本発
明の電界発光素子は比較例の電界発光素子に比べて光出
力および耐久性においては極めて優れていることが知ら
れる。
【0043】実施例4 ガラス基盤上に金からなる陽極80nm、下記構造式の
化合物Aからなるホール輸送層80nm、化合物例9か
らなる発光層50nm、そしてアルミニウムからなる陰
極200nmを各々順次真空蒸着により形成し、図2に
示す構成の電界発光素子を作成した。 化合物A
【化11】
【0044】作成した電界発光素子の陽極と陰極をリー
ド線で結び直流電源を接続し8.0Vの電圧を印加した
ところ、電流密度6.5mA/cmの電流が素子に流
れ、0.24mW/cmの光出力が確認された。
【0045】実施例5 酸化錫インジウム(ITO)被膜(55nm)ガラスの
透明陽極上に、下記構造式の化合物Bからなるホール輸
送層60nm、化合物例1からなる発光層80nm、下
記構造式の化合物Cからなる電子輸送層60nm、そし
てMg/Ag(10/1)合金からなる陰極180nm
を各々順次真空蒸着により形成し、図3に示す構成の電
界発光素子を作成した。 化合物B
【化12】 化合物C
【化13】
【0046】作成した電界発光素子の陽極と陰極をリー
ド線で結び直流電源を接続し7.3Vの電圧を印加した
ところ、電流密度6.0mA/cmの電流が素子に流
れ、0.28mW/cmの光出力が確認された。
【0047】実施例6および7 実施例5で用いた化合物例1に代えて、それぞれ化合物
例9、化合物例12を用いた他は、実施例5と同様にし
て実施例6および実施例7の電界発光素子を作成した。
【0048】作成したそれぞれの電界発光素子に、電流
密度6.0mA/cmの電流を流した。結果を表10
に示す。
【表10】
【0049】比較例9〜11 実施例5で用いた化合物例1に代えて、下記構造式の化
合物(i)、化合物(j)、化合物(k)を用いた他
は、実施例5と同様にして、比較例9、比較例10、比
較例11の電界発光素子を作成した。 化合物(i)
【化14】 化合物(j)
【化15】 化合物(k)
【化16】
【0050】作成した各電界発光素子に、実施例5と同
様に電流密度6.0mA/cmの電流を流した。結果
を表11に示す。
【表11】
【0051】表10および表11から明らかなように、
本発明の電界発光素子は比較例の電界発光素子に比べて
光出力および耐久性においては極めて優れていることが
知られる。
【0052】
【発明の効果】本発明の電界発光素子は、低い印加電圧
で極めて輝度の高い発光を得ることができ、かつ、耐久
性にも極めて優れている。また、電界発光素子の作成も
真空蒸着あるいはキャスティング法などで作成でき、比
較的安価で大面積の素子を容易に作成することが可能で
あるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電界発光素子の一例の断面図である。
【図2】本発明の電界発光素子の一例の断面図である。
【図3】本発明の電界発光素子の一例の断面図である。
【符号の説明】
1 基盤 2 陽極 3 発光層 4 陰極 5 ホール輸送層 6 エレクトロン輸送層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−269995(JP,A) 特開 平3−54289(JP,A) 特開 平3−35084(JP,A) 特開 平4−115487(JP,A) 特開 平3−163188(JP,A) 特開 平4−46987(JP,A) 特開 平4−348183(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 11/06 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極および陰極と、これらの間に挟持さ
    れた一層または複数層の有機化合物より構成される電界
    発光素子において、前記有機化合物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
    とを特徴とする電界発光素子。 一般式(1) 【化1】 (式中、Arは、置換基を有してもよい、ベンゼン環を
    4個以上有する縮合多環芳香族基を示し、R、R
    よびRは水素原子、置換基を有してもよい、アルキル
    基、アラルキル基または芳香環基を示し、nは0または
    1の整数を示す。ただし、Ar、R 、R およびR
    はピレンであることはなく、R とR が同時に水素原
    子であることはない。
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