JP3254822B2 - 有機薄膜発光素子 - Google Patents

有機薄膜発光素子

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JP3254822B2 JP15399793A JP15399793A JP3254822B2 JP 3254822 B2 JP3254822 B2 JP 3254822B2 JP 15399793 A JP15399793 A JP 15399793A JP 15399793 A JP15399793 A JP 15399793A JP 3254822 B2 JP3254822 B2 JP 3254822B2
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昌美 黒田
健一 大倉
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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、特に素子の正孔
注入層に用いられる正孔注入物質に関する。
【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、発光物質にトリス(8−ヒドロ
キシキノリン)アルミニウムを、正孔注入物質に1,1
−ビス(4−N,N−ジトリルアミノフェニル)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
1000cd/m2 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.Let
t. 51,913,(1987))。
【0004】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、全ての要求特性を満たす有機薄膜発光素子
は未だ得られていないのが現状であり、素子構造や製造
法とともに有機発光物質,電荷注入物質等の探索開発が
精力的に進められている。発光物質としては成膜性に優
れること,発光効率が高く且つ安定であることが要求さ
れる。また電荷注入物質としては成膜性に優れること,
電荷輸送性能および発光層への電荷の注入性能が高く且
つ安定していることが必要で、特開平2−311591
号公報や特開昭59−194393号公報には正孔注入
物質の一例が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら有機の正
孔注入物質を用いた有機薄膜発光素子は無機物質を用い
た有機薄膜発光素子に比し、多くの利点を持つが未だ全
ての要求特性を満足するものは得られていない。この発
明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は新規な正孔注
入物質を開発することにより、成膜性が良好であるうえ
に高輝度で寿命安定性に優れる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正孔注入層からな
り、電子注入層は負極と発光層の間に挟まれ、正孔注入
層は正極と発光層の間に挟まれ、発光層は注入された電
子と正孔を再結合させて発光するものであり、正孔注入
層は下記一般式(I)のチオフェン誘導体を含む層であ
るとすることにより達成される。
【0007】
【化2】
【0008】〔式(I)中、R1 ,R2 はそれぞれ水素
原子,ハロゲン原子,アルキル基またはアルコキシ基、
3 は水素原子,アルキル基またはアリール基、Aはア
リール基または置換されてもよい複素環基を表す。〕 一般式(I)で示されるチオフェン誘導体の具体例が以
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)で示されるチオフェン誘導体が有効
であることを見い出した。
【0012】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。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。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。
【0013】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。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、10〜300nmの厚さにすることが望ましい。
【0014】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20ないし200nmであり、好適には
30ないし80nmである。
【0015】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20ないし200nmであるが好適には30ないし
80nmである。
【0016】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20ない
し200nmであるが好適には30ないし80nm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。
【0017】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。 参考例 一般式(I)に示すチオフェン誘導体は以下に示す公知
の方法により合成することができる。一般式(II) に示
すアルデヒドと一般式(III) に示すチオフェン誘導体中
間体とを例えばn−ブチルリチウム等の塩基存在下にジ
メトキシエタン等の有機溶媒中で30ないし150℃で
反応させて容易に得ることができる。
【0018】
【化5】
【0019】〔式(III )中、R1 ,R2 はそれぞれ水
素原子,ハロゲン原子,アルキル基またはアルコキシ
基、R3 は水素原子,アルキル基またはアリール基、式
(II)中Aはアリール基または置換されてもよい複素環基
を表す。〕 実施例1 膜厚約100nm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5×10-4Paとし
た。正孔注入層には前記化学式(I −1)に示される化
合物を用いボート温度100ないし180℃の範囲で加
熱し、成膜速度0.2nm/sとして60nm厚さに形
成した。真空層の真空を破らずに続けて発光層としてト
リス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウムボート温
度100ないし300℃の範囲で加熱し、成膜速度0.
2nm/sとして60nm厚さに形成した。この後、試
料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
置内にに載置し負極6として Mg/Ag(10:1の
重量比率)を形成した。
【0020】上記実施例1において、化学式(I−1)
に示されるチオフェン誘導体を含む正孔注入層は均一な
蒸着膜となり、かつ該直径5mmの有機薄膜発光素子に
直流電圧10Vを印加したところ、緑色(発光中心波長
530nm)の均一な発光が得られた。また100hを
越える連続発光においても良好な安定性が得られた。 実施例2 膜厚約100nm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載置し、図2
に示すように正孔注入層、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。正孔注入層には前記化学式(I−3)に示される
チオフェン誘導体を用い、ボート温度100ないし18
0℃の範囲で加熱し、成膜速度0.2nm/sとして6
0nm厚さに形成した。真空層の真空を破らずに続けて
発光層としてトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミ
ニウムボート温度100ないし300℃の範囲で加熱
し、成膜速度0.2nm/sとして60nm厚さに形成
した。さらに真空層の真空を破らずに続けて電子注入層
として下記に示すペリレンテトラカルボン酸誘導体を7
0nmの厚さに形成した。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/Ag(10:1の重量比率)を形成
した。
【0021】上記実施例2において、化学式(I−3)
に示すチオフェン誘導体からなる正孔注入層は均一な蒸
着膜となり、かつ該直径5mmの有機発光素子に直流電
圧10Vを印加したところ、緑色(発光中心波長530
nm)の均一な発光が得られた。また100hを越える
連続発光においても良好な安定性が得られた。
【0022】
【化6】
【0023】実施例3 膜厚約100nm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5×10-4Paとし
た。正孔注入層には前記化学式(I −5)に示される化
合物を用いボート温度100ないし180℃の範囲で加
熱し、成膜速度0.2nm/sとして60nm厚さに形
成した。真空層の真空を破らずに続けて発光層としてト
リス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウムボート温
度100ないし300℃の範囲で加熱し、成膜速度0.
2nm/sとして60nm厚さに形成した。この後、試
料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
置内にに載置し負極6として Mg/Ag(10:1の
重量比率)を形成した。
【0024】上記実施例3において、化学式(I−5)
に示されるチオフェン誘導体を含む正孔注入層は均一な
蒸着膜となり、かつ該直径5mmの有機薄膜発光素子に
直流電圧10Vを印加したところ、緑色(発光中心波長
530nm)の均一な発光が得られた。また100hを
越える連続発光においても良好な安定性が得られた。
【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
なくとも正孔注入層からなり、電子注入層は負極と発光
層の間に挟まれ、正孔注入層は正極と発光層の間に挟ま
れ、発光層は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、正孔注入層は下記一般式(I)のチオ
フェン誘導体を含む層であるとするので、成膜性が良好
で均一発光性に優れ且つ高輝度で寿命安定性にも優れる
有機薄膜発光素子が得られる。
【0026】
【化7】
【0027】〔式(I)中、R1 ,R2 はそれぞれ水素
原子,ハロゲン原子,アルキル基またはアルコキシ基、
3 は水素原子,アルキル基またはアリール基、Aはア
リール基または置換されてもよい複素環基を表す。〕
【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
【符号の説明】
1 絶縁性基板 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 (56)参考文献 特開 平5−125360(JP,A) 特開 平5−29078(JP,A) 特開 平6−346050(JP,A) 特開 平6−1972(JP,A) 特開 平6−188074(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 33/14 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
    正孔注入層からなり、 電子注入層は負極と発光層の間に挟まれ、 正孔注入層は正極と発光層の間に挟まれ、 発光層は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、 正孔注入層は下記一般式(I)のチオフェン誘導体を含
    む層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 はそれぞれ水素原子,ハロゲ
    ン原子,アルキル基またはアルコキシ基、R3 は水素原
    子,アルキル基またはアリール基、Aはアリール基また
    は置換されてもよい複素環基を表す。〕
  2. 【請求項2】請求項1記載の素子において、Aは2−メ
    チル−1−ナフチル基、R1 ,R3 は水素原子、R2
    p−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、Aは9−ア
    ンスリル基、R1 は水素原子、R2 はp−メチル基、R
    3 はp−トリル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、Aは9−フ
    ェナンスリル基、R 1 はプロピル基、R2 はp−メチル
    基、R3 はp−トリル基であることを特徴とする有機薄
    膜発光素子。
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