JP3152506B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子

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佳高 西尾
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ホール注入電極と電子
注入電極の間に、少なくとも発光層を含めて1種類以上
の有機化合物を積層した有機電界発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、情報機器の多様化に伴って、CR
Tより低消費電力で空間優先容積が少ない平面表示素子
のニーズが高まっている。このような平面表示素子とし
ては、液晶、プラズマディスプレイ等があるが、特に、
最近は自己発光型で表示が鮮明な電界発光素子(エレク
トロルミネッセンス(EL)素子)が注目されている。
【0003】ここで、上記EL素子は構成する材料によ
り、無機EL素子と有機EL素子とに大別することがで
き、無機EL素子は既に実用化されている。しかしなが
ら、無機EL素子の駆動方式は、高電界の印加によって
加速された電子が、発光中心を衝突励起して発光させる
という、所謂「衝突励起型発光」であるため、高電圧で
駆動させる必要がある。このため、周辺機器の高コスト
化を招来するという課題を抱えている。
【0004】これに対し、有機EL素子は電極から注入
された電荷(ホール、および電子)が発光体中で再結合
して発光するという、所謂「注入型発光」であるため低
電圧で駆動することができる。しかも、有機化合物の分
子構造を変更することによって任意の発光色を容易に得
ることができるという利点もある。従って、有機EL素
子はこれからのディスプレイデバイスとして非常に有望
である。
【0005】ここで、有機EL素子の構造について述べ
る。一般に、有機2層構造及び有機3層構造とに大きく
分けられる。2層構造は、ホール注入電極と電子注入電
極との間に、ホール輸送層と発光層が形成された構造
(SH−A構造)、またはホール注入電極と電子注入電
極との間に、発光層と電子輸送層とが形成された構造
(SH−B構造)である。3層構造は、ホール注入電極
と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層、電子
輸送層とが形成された構造(DH構造)を有する。上記
ホール注入電極としては、金やITO(インジウム−ス
ズ酸化物)のような仕事関数の大きな電極材料を用い、
電子注入電極としては、Mgのような仕事関数の小さな
電極材料を用いる。また上記ホール輸送層、発光層、電
子輸送層、には有機材料が用いられ、ホール輸送層はp
型半導体の性質、電子輸送層はn型半導体の性質を有す
る材料が用いられる。発光層は、SH−A構造ではn型
半導体の性質、SH−B構造ではp型半導体の性質、D
H構造では中性に近い性質を有する材料が用いられる。
いずれにしても、ホール注入電極から注入されたホール
と電子注入電極から注入された電子が発光層とホール
(または電子)輸送層の界面、発光層内で再結合して発
光するという原理である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、有機
電界発光素子は、比較的低電圧で駆動でき、しかも様々
な発光色を発光させることができる。しかしながら、発
光材料の安定性が悪く発光寿命が短いという問題点を有
していた。これは、これまでの発光材料が熱に弱いため
に、駆動初期は高輝度の発光を示すが、素子を駆動した
際の発熱により時間が経つと共に劣化が進行し、明るさ
が急速に減少しすぐに発光が認められなくなるためであ
る。
【0007】本発明は、上記問題点に鑑みて、安定性に
優れた発光層を有した有機電界発光素子を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ホール注入電極と電子注入電極との間
に、少なくとも発光層を含めて1種類以上の有機化合物
を積層した有機電界発光素子において、上記発光層にト
リフェノジカルコジン誘導体を用いることを特徴とす
る。
【0009】また、ホール注入電極と電子注入電極との
間に、少なくとも発光層を含めて1種類以上の有機化合
物を積層した有機電界発光素子において、上記発光層中
のドーパントとしてトリフェノジカルコジン誘導体を用
いることを特徴とする。更に、上記トリフェノジカルコ
ジン誘導体は、上記化1〜化4に示す群から選択される
ことを特徴とする。
【0010】尚、上記Xは、O,S,Se,の中から選
択される。R1 は、H,F,Cl,Br,I,Cn
2n+1(n=1〜10),OCn 2n+1(n=1〜10)
中から選択される。R2 ,R3 は、H,F,Cl,B
r,I,Cn 2n+1(n=1〜10),OCn
2n+1(n=1〜10),N(CH3 2 ,N(C
2 5 2 ,N(C6 5 2 の中から選択される。
【0011】R4 は、H,Cn 2n+1(n=1〜10)
の中から選択される。
【0012】
【作用】トリフェノジカルコジン誘導体は、それ自身が
熱的、及び化学的に安定な化合物である。この誘導体
を、有機電界発光素子の構成材料、例えば単独で発光材
料に用いることによって、発光層の熱に対する耐久性が
向上し、素子の発光時間を延ばすことができる。
【0013】また、他の発光材料にドーパントとして用
いた場合、発光効率が上昇し、従来の素子を駆動する電
圧よりも低電圧で駆動できるため、発光層にかかる熱的
な負担も小さくなり、発光寿命が上昇する。このように
発光効率が上昇するのは以下のようなメカニズムによる
のではないかと考えられる。
【0014】正負の電極間に電圧を印加することによっ
て、それぞれの電極から、ホールと電子の注入が起こ
り、ドープされる側の発光材料の分子内で、励起状態が
形成される。従来のものであれば、この励起状態から電
子とホールが再結合し発光がおこっていた。この際、励
起エネルギー状態の電子が全て発光して失活するわけで
はなく、熱を放出して失活してしまうものもあった。
【0015】一方、トリフェノジカルコジン誘導体をド
ーパントとして用いた場合、励起状態からの失活の際
に、励起状態にある電子は、ドープされる側の発光材料
の励起状態よりも低いエネルギー状態をとるトリフェノ
ジカルコジン誘導体の励起エネルギー状態に遷移し、こ
のエネルギー状態から発光が起こり、失活する。
【0016】上記したように、トリフェノジカルコジン
誘導体の励起エネルギー状態はドープされる側の発光材
料の励起状態よりも低いエネルギー状態をとるため、エ
ネルギー的に安定であり、効率よく発光を行うことがで
きる。
【0017】
【実施例】
〔ドーパントとして用いた実施例〕 〔実施例1〕図1は、本発明の実施例1に係る電界発光
素子の断面図であり、ガラス基板1上には、ホール注入
電極2(厚み:1000Å)と、有機ホール輸送層3
(厚み:500Å)と、有機発光層4(厚み:500
Å)と、電子注入電極5(厚み:2000Å)とが順に
形成されている。
【0018】尚、上記ホール注入電極2、および電子注
入電極5には、それぞれリード線6が接続されており、
電圧を印加できるようになっている。上記ホール注入電
極2の材料としてはインジウム−スズ酸化物(ITO)
が、有機ホール輸送層3の材料としてはジアミン誘導体
(TPD 下記化5に示す。)が、有機発光層4の材料
としてはトリフェノジカルコジン誘導体(下記化6に示
す)をドープしたトリス(8−ヒドロキシキノリン)ア
ルミニウム錯体(Alq3 下記化7に示す)が、電子
注入電極(陰極)5の材料としてはMgとInとの混合
物(比率9:1)が、それぞれ用いられている。
【0019】尚、ホール注入電極の材料としては、仕事
関数が高く、透明性の高いものが望ましく、上記ITO
の他に、金の半透明膜を用いることができる。また、有
機ホール輸送層の材料として、上記TPDの他に、Y.Ta
keshita, et.al., Report on Progress in Polymer Phy
sics in Japan vol.30(1987)503, T.Fujii, et.al., J.
Photopolymer Sci. and Technol. vol.4(1991)135に示
されているような各種ジアミン誘導体やポリビニルカル
バゾール等を用いることができる。
【0020】
【化5】
【0021】
【化6】
【0022】
【化7】
【0023】ここで、上記構造の電界発光素子を、以下
のようにして作成した。先ず、ガラス基板1上にホール
注入電極2としてインジウム−スズ酸化物(ITO)の
膜が形成された基板を、中性洗剤により洗浄した後、ア
セトン、イソプロピルアルコール中で各々20分間超音
波洗浄をした。次いで、上記基板を沸騰したエタノール
中に約1分間入れ、取り出した後、すぐに自然乾燥を行
った。この後、上記ITOから成るホール注入電極2上
に、ジアミン誘導体を真空蒸着してホール輸送層3を形
成した後、この有機ホール輸送層3上に、トリス(8−
ヒドロキシキノリン)アルミニウム錯体を抵抗加熱法に
より蒸着し、それと同時にトリフェノジカルコジン誘導
体をトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム錯
体に対して重量比が1〜50%の範囲の割合で共蒸着を
行い、有機発光層4を形成した。更に、有機発光層4上
に、MgとInとを9:1の比率で共蒸着して、電子注
入電極5を形成した。尚、これらの蒸着はいずれも、真
空度1×10 -6Torr、基板温度の制御なし、有機層
の蒸着速度2Å/secという条件下で行った。
【0024】またこのように作製した有機電界発光素子
における有機層や電子注入電極の酸化や、水分、ダスト
等による汚染等を防ぐため、素子に保護膜を密着させて
もよいし、シリコンオイル等の封止剤で密封してもよ
い。尚、上記トリフェノジカルコジン誘導体の合成につ
いては、〔西・村山、日本化学会誌 1979年 N
o.3 p432〕、〔北原・西、日本化学会誌 19
83年 No11 p1684〕等の文献を参照して行
うことができる。
【0025】上記のように作製した素子を、以下
(A1 )素子と称する。 〔実施例2〜実施例7〕Alq3 に対するドーパントと
して、下記化8〜化13に示す化合物を用いる以外は上
記実施例と同様に有機電界発光素子を作製した。
【0026】
【化8】
【0027】
【化9】
【0028】
【化10】
【0029】
【化11】
【0030】
【化12】
【0031】
【化13】
【0032】このように作製した素子をそれぞれ、以下
(A2 )素子〜(A7 )素子と称する。 〔比較例1、2〕ドーパントとしてフタロペリノン誘導
体(下記化14に示す)、またはペリレン誘導体(下記
化15に示す)を用いた以外は上記実施例1と同様に素
子を作製した。
【0033】
【化14】
【0034】
【化15】
【0035】この様に作製した素子を、以下(X1 )素
子、(X2 )素子と称する。 〔実験〕上記本発明の(A2 )素子〜(A7 )素子、比
較例の(X1 )素子、(X2 )素子を用いて、最高輝
度、発光色、発光時間を測定したので、その結果を表1
に示す。
【0036】尚、実験条件は、30V以下の電圧、電流
密度10mA/cm2 で駆動した。
【0037】
【表1】
【0038】表1からも明らかなように、トリフェノジ
カルコジン誘導体を発光層に用いることにより、発光時
間の長い、安定な素子を得ることがでた。また、
(A7 )素子については、図2に示すようにピーク波長
が640nmである。これは、従来の赤色発光の材料と
して用いられているペリレン誘導体(ピーク波長630
nm)と比べて長波長側であり、より鮮明な赤色を得る
ことができた。 〔発光層に用いた実施例〕 〔実施例1〕発光層を作製する際に、発光材料として上
記化6に示すトリフェノジカルコジン誘導体のみを蒸着
した以外は、ドーパントとして用いた場合の実施例1と
同様に素子を作製した。
【0039】このように作製した素子を、以下(B1
素子と称する。 〔実施例2、3〕発光層を作製する際に、発光材料とし
て上記化12、化13に示すトリフェノジカルコジン誘
導体を用いた以外は、発光層に用いた場合の実施例1と
同様に素子を作製した。
【0040】このように作製した素子を、以下(B2
素子、(B3 )素子と称する。 〔比較例1、2〕発光層を作製する際に、発光材料とし
てフタロペリノン誘導体(上記化14に示す)、また
は、ペリレン誘導体(上記化15に示す)を用いた以外
は、上記発光層に用いた場合の実施例1と同様に素子を
作製した。
【0041】このように作製した素子を、以下(Y1
素子、(Y2 )素子と称する。 〔実験〕本発明の(B1 )素子〜(B3 )素子、比較例
の(Y1 )素子、(Y2 )素子を用いて最高輝度、発光
色、及び発光時間を測定したので、その結果を表2に示
す。
【0042】尚、実験条件としては、上記実験と同様に
実験を行った。
【0043】
【表2】
【0044】表2から明らかなように、本発明の素子が
長寿命であった。 〔その他の事項〕 上記実施例では、トリフェノジカルコジン誘導体を
発光材料へのドーパント、または発光材料として用いた
が、これに限ることなく、電子輸送層、またはホール輸
送層の材料として用いることもできる。
【0045】SH−A構造において、ホール注入電極に
ITO、ホール輸送層にトリフェノジカルコジン誘導体
(上記化13に示す)、発光層にAlq3 、電子注入電
極にMgとInとの混合物(比率9:1)を用いて素子
を作製した。比較として、ホール輸送層にオキサジアゾ
ール誘導体(下記化16に示す)を用いたものを作製し
た。
【0046】
【化16】
【0047】SH−B構造において、ホール注入電極に
ITO、発光層にAlq3 、電子輸送層にトリフェノジ
カルコジン誘導体(上記化9に示す)、電子注入電極に
MgとInとの混合物(比率9:1)を用いて素子を作
製した。比較として、電子輸送層にオキサジアゾール誘
導体(下記化17に示す)を用いたものを作製した。
【0048】
【化17】
【0049】これらの素子を一定電流条件で連続的に駆
動した場合、SH−A構造、SH−B構造いずれにおい
ても、トリフェノジカルコジン誘導体をキャリア輸送層
として用いた場合の方が、従来キャリア輸送層として知
られているオキサジアゾール誘導体を使用した場合と比
べて、発光時間が長いことを確認している。 また2層構造についてしか上述されていないが3層
構造の素子に用いても同様の効果が得られる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トリフェノジカルコジン誘導体を、発光層の材料、発光
層のドーパント、に用いることにより、発光時間の長い
素子を提供することができるという効果を奏した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係る有機電界発光素子の断面図
である。
【図2】(A7 )素子の発光スペクトルを示す図であ
る。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ホール注入電極 3 有機ホール輸送層 4 有機発光層 5 電子注入電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 佳高 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 浜田 祐次 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 柴田 賢一 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 11/06 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホール注入電極と電子注入電極との間
    に、少なくとも発光層を含めて1種類以上の有機化合物
    を積層した有機電界発光素子において、 上記発光層にトリフェノジカルコジン誘導体を用いるこ
    とを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 【請求項2】 ホール注入電極と電子注入電極との間
    に、少なくとも発光層を含めて1種類以上の有機化合物
    を積層した有機電界発光素子において、 上記発光層中のドーパントとしてトリフェノジカルコジ
    ン誘導体を用いることを特徴とする有機電界発光素子。
  3. 【請求項3】 上記トリフェノジカルコジン誘導体は、
    下記化1〜化4に示す群から選択されることを特徴とす
    る請求項1、2記載の有機電界発光素子。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 尚、上記Xは、O,S,Se,の中から選択される。R
    1 は、H,F,Cl,Br,I,Cn 2n+1(n=1〜
    10),OCn 2n+1(n=1〜10)中から選択され
    る。R2 ,R3 は、H,F,Cl,Br,I,Cn
    2n+1(n=1〜10),OCn 2n+1(n=1〜1
    0),N(CH3 2 ,N(C2 5 2 ,N(C6
    5 2 の中から選択される。R4 は、H,Cn
    2n+1(n=1〜10)の中から選択される。
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