JP3223571B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
センス素子(以下有機EL素子)に関する。詳しくは、
高分子発光材料を用いた有機EL素子に関する。
エレクトロルミネッセンス素子(以下無機EL素子)
は、例えばバックライトとしての面状光源やフラットパ
ネルディスプレイ等の表示装置に用いられているが発光
させるのに高電圧の交流が必要であった。最近、C.
W.Tangらは有機蛍光色素を発光層とし、これと電
子写真の感光体等に用いられている有機電荷輸送化合物
とを積層した二層構造を有する有機EL素子を作製し、
低電圧駆動、高効率、高輝度の有機EL素子を実現させ
た(特開昭59−194393号公報)。有機EL素子
は、無機EL素子に比べ、低電圧駆動、高輝度に加えて
多数の色の発光が容易に得られるという特長があること
から素子構造や有機蛍光色素、有機電荷輸送化合物につ
いて多くの試みが報告されている〔ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn.
J.Appl.Phys.)第27巻、L269頁(1
988年)〕、〔ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス(J.Appl.Phys.)第65巻、36
10頁(1989年)〕。これまでに、発光層として
は、低分子量の有機蛍光色素が一般に用いられており、
高分子量の発光材料としては、WO9013148号公
開明細書、特開平3−126787号公報、アプライド
・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Le
tt.)第58巻、1982頁(1991年)などで提
案されているにすぎなかった。
に安定であり、また塗布法により低分子の発光材料より
比較的容易に均一性に優れた発光層を形成できるという
特徴があるが、これまで報告されてきた高分子発光材料
は溶媒への溶解性が十分とはいえず、あるいは中間体の
みが可溶性であるために有機EL素子の発光層として用
いるために薄膜化することが、必ずしも容易ではなかっ
た。溶媒への溶解性が優れた高分子発光材料を用いて、
塗布法により容易に作成できる有機EL素子が要望され
ている。
高分子発光材料を用いて、塗布法により容易に発光層の
形成が可能で優れた発光特性を有する有機EL素子を提
供することにある。
光材料を発光層として用いた有機EL素子を容易に作成
するために、高分子発光材料の溶解性について鋭意検討
してきた。その結果、高分子発光材料として共役系部分
と飽和炭化水素基がエーテル結合等で結合された重合体
を用いることにより、塗布法で容易に作成できる有機E
L素子が実現されることを見い出し、本発明に至った。
明または半透明である、陽極および電子注入陰極からな
る一対の電極間に、発光材料を含む発光層を有する有機
エレクトロルミネッセンス素子において、該発光材料が
下記化3、
ーク波長が400nmより長波長の化合物からなる基、
Rは炭素数1から20の炭化水素または複素環化合物か
らなる基を示す。)で表される繰り返し単位を有する重
合体であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセ
ンス素子を提供することにある。
詳細に説明する。本発明に用いられる発光材料としての
上記化3のArは、蛍光を発し、その蛍光スペクトルの
最大ピーク波長が400nmより長波長の化合物からな
る基であればよい。これは化3の繰り返し単位を有する
重合体を合成する方法と同様な方法を用いてArの両末
端に水素、メチル基等、Arの共役系に関与しない基を
有する化合物を合成した場合、その化合物の蛍光スペク
トルの最大ピーク波長が400nmより長波長のものを
意味する。なお、上記Arの両末端を水素、メチル基等
にした化合物の蛍光スペクトルの最大ピーク波長は、上
記化3を繰り返し単位とする重合体の蛍光スペクトルの
最大ピーク波長に近い。上記Arは、好ましくは共役系
を形成する2重結合が8個以上の、窒素、硫黄、酸素を
含んでもよい炭化水素基であり、更に好ましくは、下記
化4
レン基と連続した炭素−炭素共役結合を形成するアリー
レン基または芳香族性複素環化合物基)である。ここで
Ar1 、Ar2 、Ar3 としては、下記化5
のアルキル基、アルコキシ基およびアルキルチオ基、炭
素数6〜18のアリール基およびアリールオキシ基なら
びに炭素数4〜14の複素環化合物基から選ばれた基で
あり、a、b、c、d、e、f、i、jは0〜4の整
数、g、h、qは0〜3の整数、k、l、m、n、o、
p、r、sは0〜2の整数を示す。また、同一の環に置
換基が複数ある場合、それらは同一または異なっていて
もよい。)で表される基が例示される。
レン基、ビフェニレン基、置換ビフェニレン基、ナフタ
レンジイル基、置換ナフタレンジイル基、アントラセン
−9,10−ジイル基、置換アントラセン−9,10−
ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、置換ピリジン
−2,5−ジイル基、チエニレン基および置換チエニレ
ン基が好ましい。さらに好ましくは、フェニレン基、置
換フェニレン基、ビフェニレン基、置換ビフェニレン
基、ナフタレンジイル基、置換ナフタレンジイル基、ピ
リジン−2,5−ジイル基、置換ピリジン−2,5−ジ
イル基、チエニレン基、置換チエニレン基である。
1〜20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エ
チル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル
基、ヘプチル基、オクチル基、ラウリル基などであり、
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル
基、ヘキシル基、ヘプチル基が好ましい。または炭素数
1〜20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキ
シ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、
ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、ラウリルオキシ
基などであり、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ
基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ
基、ヘプチルオキシ基が好ましい。アルキルチオ基とし
ては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、
ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプ
チルチオ基、オクチルチオ基、ラウリルチオ基などであ
り、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブ
チルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチ
ルチオ基が好ましい。アリール基としては、フェニル
基、4−C1 〜C12アルコキシフェニル基(C1 〜C12
は炭素数が1〜12個のものであることを示す。以下、
同様)、4−C1 〜C12アルキルフェニル基、1−ナフ
チル基、2−ナフチル基などが例示される。アリールオ
キシ基としては、フェノキシ基が例示される。複素環化
合物基としては2−チエニル基、2−ピロリル基、2−
フリル基、2−、3−または4−ピリジル基などが例示
される。溶剤への溶解性や成膜性のよい重合体を得るに
は、Ar1 、Ar2 、Ar3 の内、少なくとも1つが炭
素数1〜20のアルキル基、アルコキシ基またはアルキ
ルチオ基、炭素数6〜18のアリール基またはアリール
オキシ基、あるいは炭素数4〜14の複素環化合物基を
置換基として1個以上核置換されたアリール基または芳
香族性複素環化合物基であることが好ましい。
の2価の炭化水素基または複素環化合物基であり、炭化
水素としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、
ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン
基、オクチレン基、ラウリレン基、フェニレン基、ナフ
チレン基、アントリレン基などであり、プロピレン基、
ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン
基、オクチレン基が好ましい。複素環化合物としては、
チエニレン基、フラン−2,5−ジイル基、ピリジン−
2,3−ジイル基、ピリジン−2,4−ジイル基、ピリ
ジン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,6−ジイル基
などが例示される。上記化3で表される繰り返し単位の
共役系部分と飽和炭化水素基を結合する基としては、−
O−、−S−、−COO−あるいは−OCO−が考えら
れるが、本発明においては、このうち、合成の容易さと
重合体の溶解性の点から、−O−である。
されず、Ar1 、Ar2 、Ar3 およびRの構造によっ
ても変わるが、成膜性の点から一般には2以上、好まし
くは2〜3000、より好ましくは3〜2000であ
る。
ことにより、溶液から成膜する場合、この溶液を塗布後
乾燥により溶媒を除去するだけでよく、また、後述する
電荷輸送材料を混合した場合においても同様な手法が適
用でき、製造上非常に有利である。
特に限定されないが、例えば、Arが化4で表され、且
つAr1 =Ar3 の場合は、 OHC−Ar1 −OHと (C6H5)3P+−CH2−Ar2−CH2−P+(C6H5)3 とのWittig反応で得られる HO−Ar1 −CH=CH−Ar2 −CH=CH−Ar
1 OHと、 Y−CH2 −R−CH2 −Y(Yはハロゲンを表す)と
を重合する反応、あるいはOHC−Ar1 −OHとY−
CH2 −R−CH2 −Yとを縮合する反応で得られるO
HC−Ar1 −O−CH2 −R−CH2 −O−Ar1 −
CHOと、 (C6H5)3P+−CH2−Ar2−CH2−P+(C6H5)3 とを重合するWittig反応が例示される。
する場合は、例えば、2,5−ジエチル−p−キシリレ
ンジブロミドをN,N−ジメチルホルムアミド溶媒中、
トリフェニルホスフィンと反応させてホスホニウム塩を
合成し、p−ヒドロキシベンズアルデヒドと1,6−ジ
ブロモヘキサンとを反応して得たジアルデヒドとを、例
えばエチルアルコール中、リチウムエトキシドを用いて
重合させる反応を挙げることができる。
光材料として用いる場合、その純度が発光特性に影響を
与えるため、合成後、再沈精製、クロマトグラフによる
分別等の純化処理をすることが望ましい。
くとも一方が透明または半透明である、陽極および電子
注入陰極からなる一対の電極間に設ける発光層中に前述
の重合体よりなる発光材料が用いられておれば、特に制
限はなく、公知の構造が採用される。例えば、該重合体
からなる発光層、もしくは該重合体と電荷輸送材料(電
子輸送材料と正孔輸送材料の総称を意味する。)との混
合物からなる発光層の両面に一対の電極を有する構造の
もの、さらに発光層と陰極の間に電子輸送材料を含有す
る電子輸送層または/および発光層と陽極の間に正孔輸
送材料を含む正孔輸送層を積層したものが例示される。
また、発光層や電荷輸送層は1層の場合と複数の層を組
み合わせる場合も本発明に含まれる。さらに、発光層に
例えば下記に述べる該重合体以外の発光材料を混合使用
してもよい。また、該重合体および/または電荷輸送材
料を高分子化合物に分散させた層とすることもできる。
荷輸送材料、すなわち、電子輸送材料または正孔輸送材
料としては公知のものが使用でき、特に限定されない
が、正孔輸送材料としてはピラゾリン誘導体、アリール
アミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミ
ン誘導体等が、電子輸送材料としてはオキサジアゾール
誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ベン
ゾキノンおよびその誘導体、ナフトキノンおよびその誘
導体、アントラキノンおよびその誘導体、テトラシアノ
アンスラキノジメタンおよびその誘導体、フルオレノン
誘導体、ジフェニルジシアノエチレンおよびその誘導
体、ジフェノキノン誘導体等が例示される。
同63−175860号、特開平2−135359号、
同2−135361号、同2−209988号、同3−
37992号および同3−152184号公報に記載さ
れているもの等が例示されるが、正孔輸送材料としては
トリフェニルジアミン誘導体、電子輸送材料としてはオ
キサジアゾール誘導体、ベンゾキノンおよびその誘導
体、アントラキノンおよびその誘導体が好ましく、特
に、正孔輸送材料としては4,4’−ビス(N−(3−
メチルフェニル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル、
電子輸送材料としては2−(4−ビフェニリル)−5−
(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジア
ゾール、ベンゾキノン、アントラキノンが好ましい。こ
れらのうち、電子輸送性の化合物と正孔輸送性の化合物
のいずれか一方、または両方を同時に使用すればよい。
これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して
用いてもよい。
種類等によっても異なるので、十分な成膜性と発光特性
を阻害しない量範囲でそれらを考慮して適宜決めればよ
い。通常、発光材料に対して1〜40重量%であり、よ
り好ましくは2〜30重量%である。
共に使用できる既知の発光材料としては特に限定されな
いが、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセンおよび
その誘導体、ペリレンおよびその誘導体、ポリメチン
系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素
類、8−ヒドロキシキノリンおよびその誘導体の金属錯
体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン
およびその誘導体、テトラフェニルブタジエンおよびそ
の誘導体などを用いることができる。具体的には、例え
ば特開昭57−51781号、同59−194393号
公報に記載されているもの等、公知のものが使用可能で
ある。
作製方法について述べる。陽極および陰極からなる一対
の電極で、透明または半透明な電極としては、ガラス、
透明プラスチック等の透明基板の上に、透明または半透
明の電極を形成したものが用いられる。陽極の材料とし
ては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が用
いられる。具体的にはインジウム・スズ・オキサイド
(ITO)、酸化スズ(NESA)、Au、Pt、A
g、Cu等が用いられる。作製方法としては真空蒸着
法、スパッタリング法、メッキ法などが用いられる。
重合体、または該重合体と電荷輸送材料を含む発光層を
形成する。形成方法としてはこれら材料の溶液または混
合液を使用してスピンコーティング法、キャスティング
法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法等
の塗布法が例示される。
m、好ましくは1nm〜1μmである。電流密度を上げ
て発光効率を上げるためには10〜500nmの範囲が
好ましい。なお、塗布法により薄膜化した場合には、溶
媒を除去するため、減圧下あるいは不活性雰囲気下,3
0〜200℃、好ましくは60〜100℃の温度で熱処
理することが望ましい。
および電子輸送層の総称を意味する。)とを積層する場
合には、上記の成膜方法で発光層を設ける前に陽極の上
に正孔輸送層を形成する、および/あるいは発光層を設
けた後にその上に電子輸送層を形成する。
されないが、粉末状態からの真空蒸着法、あるいは溶媒
に溶かした溶液のスピンコーティング法、キャスティン
グ法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法
等の塗布法が採用でき、また高分子化合物と電荷輸送材
料とを溶液状態または溶融状態で混合し分散させた場合
は、混合物液のスピンコーティング法、キャスティング
法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法等
の塗布法を採用することができる。
されないが、電荷輸送を極度に阻害しないものが好まし
く、また、可視光に対する吸収が強くないものが好適に
用いられる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾー
ル)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及
びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びそ
の誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びそ
の誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリ
メチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ
スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンなどが例示
される。
ルが発生しないような厚みが必要であるが、あまり厚い
と、素子の抵抗が増加し、高い駆動電圧が必要となり好
ましくない。したがって、電荷輸送層の膜厚は0.5n
m〜10μm、好ましくは1nm〜1μm、さらに好ま
しくは5〜200nmである。
極を設ける。この電極は電子注入陰極となる。その材料
としては、特に限定されないが、イオン化エネルギーの
小さい材料が好ましい。例えば、Al、In、Mg、C
a、Li、Mg−Ag合金、In−Ag合金、Mg−I
n合金、グラファイト薄膜等が用いられる。陰極の作製
方法としては真空蒸着法、スパッタリング法等が用いら
れる。
料として優れている点は、融点や分解温度が比較的高い
ので熱的に安定で、また塗布法により容易に均一性に優
れた発光層を形成できることから、非常に容易に有機E
L素子を作製することができる点である。
らに限定されるものではない。
ジブロミドを、N,N−ジメチルホルムアミド溶媒中、
トリフェニルホスフィンと反応させてホスホニウム塩を
合成した。ヒドロキシベンズアルデヒドをエチルアルコ
ール溶媒中水酸化カリウムと反応させ、カリウムアルコ
ラートとした後、これに1,6−ジブロモーn−ヘキサ
ンを反応させ、ジアルデヒド化合物を合成した。得られ
たホスホニウム塩7.7gとジアルデヒド2.0gと
を、エチルアルコール70gに溶解させた。これとは別
にリチウム0.2gをエチルアルコール50gと反応さ
せてリチウムエトキシドを得た。このリチウムエトキシ
ドをホスホニウム塩とジアルデヒドのエチルアルコール
溶液に滴下し、室温でWittig反応で重合させた。
沈殿を濾別し、エチルアルコールで洗浄後、乾燥して重
合体0.5gを得た。GPCによるポリスチレン換算の
数平均分子量は4000であった。
によって、40nmの厚みでITO膜を付けたガラス基
板に、上記重合体の0.65wt%クロロホルム溶液
に、電子輸送材料として2−(4−ビフェニリル)−5
−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジ
アゾール(以下PBD)を重合体に対して5wt%混合
し、スピンコートにより100nmの厚みで成膜した。
次いで、これを減圧下60℃で1時間乾燥した後、その
上に陰極としてインジウムを300nm蒸着して有機E
L素子を作成した。蒸着のときの真空度は3×10-6T
orr以下であった。この素子に電圧33.3Vを印加
したところ、電流密度20.4mA/cm2の電流が流
れ、輝度4.6cd/m2 の黄緑色のEL発光が観察さ
れた。輝度は電流密度に比例していた。また、EL発光
スペクトルは、重合体薄膜の蛍光スペクトルとほぼ一致
しており(ピーク波長532nm)、重合体よりのEL
発光が確認された。
10)を150nm蒸着した以外は、実施例1と同じ方
法で、有機EL素子を作成した。この素子に電圧34.
4Vを印加したところ、電流密度59.7mA/cm2
の電流が流れ、輝度12.0cd/m2 の黄緑色のEL
発光が観察された。輝度は電流密度に比例していた。ま
た、EL発光スペクトルは、重合体薄膜の蛍光スペクト
ルとほぼ一致しており(ピーク波長532nm)、重合
体よりのEL発光が確認された。
ジブロミドの代わりに2,5−ジエチル−p−キシリレ
ンジブロミドを用いた以外は実施例1と同じ方法で重合
体を得た。得られた重合体のGPCによるポリスチレン
換算の数平均分子量は7000であった。 <素子の作成および評価>上記重合体を用いた以外は実
施例1と同じ方法で、有機EL素子を作成した。発光層
の厚さは100nmであった。この素子に電圧16.7
Vを印加したところ、電流密度197mA/cm2 の電
流が流れ、輝度3.8cd/m2 の青色のEL発光が観
察された。輝度は電流密度に比例していた。また、EL
発光スペクトルは、重合体薄膜の蛍光スペクトルとほぼ
一致しており(460nm)、重合体よりのEL発光が
確認された。
ジブロミドの代わりに2,5−ビス(ブロモメチル)チ
オフェンを用いた以外は実施例1と同じ方法で、重合体
を得た。得られた重合体のGPCによるポリスチレン換
算の重量平均分子量は2600であった。 <素子の作成および評価>上記重合体を用いた以外は実
施例1と同じ方法で、有機EL素子を作成した。発光層
の厚さは100nmであった。この素子に電圧20.0
Vを印加したところ、電流密度85.6mA/cm2 の
電流が流れ、輝度0.4cd/m2 の黄緑色のEL発光
が観察された。輝度は電流密度に比例していた。また、
EL発光スペクトルは、重合体薄膜の蛍光スペクトルと
ほぼ一致しており(530nm)、重合体よりのEL発
光が確認された。
上に下記化4で表される繰り返し単位を有し、表1およ
び2で具体的に示される各種重合体
設けることにより有機EL素子を作成することができ、
直流電圧を印加することにより重合体からのEL発光が
得られる。
末端を水素にした化合物の蛍光スペクトルの最大ピーク
波長であり、これを繰り返し単位とする重合体の蛍光ス
ペクトルの最大ピーク波長に近く、また、一般に発光ス
ペクトルの最大ピーク波長は蛍光スペクトルの最大ピー
ク波長とほぼ一致する。
発光材料として用いた有機EL素子は、作製が容易で、
また優れた発光特性を示すので、バックライトとしての
面状光源,フラットパネルディスプレイ等の装置として
の使用が可能である。
Claims (3)
- 【請求項1】少なくとも一方が透明または半透明であ
る、陽極および電子注入陰極からなる一対の電極間に、
発光材料を含む発光層を有する有機エレクトロルミネッ
センス素子において、該発光材料が下記化1、 【化1】−Ar−O−CH2−R−CH2−O− (式中Arは蛍光を発し、その蛍光スペクトルの最大ピ
ーク波長が400nmより長波長の化合物からなる基、
Rは炭素数1から20の炭化水素または複素環化合物か
らなる基を示す。)で表される繰り返し単位を有する重
合体であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセ
ンス素子。 - 【請求項2】Arが下記化2 【化2】 (式中Ar1 、Ar2 、Ar3 はそれぞれ独立にビニレ
ン基と連続した炭素−炭素共役結合を形成するアリーレ
ン基または2価の芳香族性複素環化合物基)で表される
基である請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス
素子。 - 【請求項3】発光層中に電荷輸送材料が混合されている
ことを特徴とする請求項1または2記載の有機エレクト
ロルミネッセンス素子。
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1992
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