JP3519819B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子

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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、有機電界発光素子に関
し、より詳しくは、光源やディスプレイ等に使用される
有機電界発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電界発光素子はZnS:Mn
やSrS:Ce等の材料を発光層として用いた無機電界
発光素子が実用化されている。しかし、これら無機電界
発光素子は、駆動電圧に200Vもの高電圧が必要なこ
とや青色で実用化に耐えうる高い輝度を持つ発光層が得
られていないという問題があった。
【0003】このような課題を解決するために様々な取
り組みがなされてきているが、近年、有機材料を用いた
電界発光素子が注目を集めている。特に、正孔注入輸送
層と発光層を積層した2層構造の有機電界発光素子は、
駆動電圧が低く、また輝度の高い青色、緑色、赤色の発
光色が容易に得られる。
【0004】例えば、 Appl.Phys.Lett.51(12),pp.913-
915(1987)には、発光層に緑色の蛍光体であるキノリー
ルアルミニウム錯体(以下Alq3と略記)を持ち、正
孔注入輸送層には電子写真感光体で使用されている芳香
族ジアミン化合物を用いた2層積層構造の有機電界発光
素子が発表されており、この素子では10V以下の直流
電圧を印加することで約1000cd/m2の緑色発光
が得られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
有機電界発光素子は一般に寿命が短く、信頼性に乏しい
という問題がある。これは、正孔注入輸送層として主に
用いられている芳香族ジアミン化合物であるN,N′−
ビス(3−メチルフェニル)−(1,1′−ビフェニ
ル)−4,4′−ジアミン(以下TPDと略記)の不安
定性によると考えられている。例えば、日本学術振興会
光電相互変換第125委員会第11回EL分科会資料
(94.05.28)、19頁には、TPDは蒸着直後
から結晶化により表面層から変化し、TPDを正孔注入
輸送層に用いて素子とした場合には、発光に伴う発熱に
よりTPD膜が不安定化を起こし、発光効率を低下させ
ると述べられている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基体上
に陽極、正孔注入輸送層、発光層及び陰極が積層された
有機電界発光素子であって、前記正孔注入輸送層が、式
(I)
【0007】
【化4】
【0008】(式中、R1、R2及びR3は置換されてい
てもよい炭素数6〜12のアリール基であり、Arは炭
素数6〜12のアリーレン基)で示されるエナミン化合
物を含有する4層型有機電界発光素子が提供される。ま
た、本発明によれば、基体上に陽極、正孔注入輸送層、
発光層、電子注入輸送層及び陰極が積層された有機電界
発光素子であって、前記正孔注入輸送層が、上記式
(I)で示されるエナミン化合物を含有する5層型有機
電界発光素子が提供される。
【0009】本発明において、寿命が長く信頼性の高い
有機電界発光素子を得るために、結晶化が起こりにくい
材料を探索したが、その際の指針としては、高い融点を
持つ材料や、高いガラス転移点(アモルファス状になっ
た物質が結晶化する温度であり、示差走査熱量分析(D
SC)等で測定される。)を持つ材料が良いものが適当
であると考えた。これは、例えば、第39回応用物理学
会関係連合講演会28p-Q-9の報告に基づいたものであ
る。つまり、この報告によれば、発光による素子の発熱
による融解を避けるためには高融点の物質が良いこと、
また、素子の温度がTPDのガラス転移点を越えて上が
るためTPDが結晶化して劣化することが述べられてい
る。
【0010】つまり、本発明者らは、特にTPDに代る
正孔注入輸送材料として、結晶化が起きにくく、かつ発
熱により熱分解の起きにくい材料を種々検討した結果、
式(I)で表されるN,N′−型ビスエナミン化合物
が、高い融点と高いガラス転移点とを有することを見出
し、この化合物を正孔注入輸送材料として用いた場合
に、高輝度性を有し、かつ寿命の長い有機電界発光素子
が得られることを見出し、本発明に至った。
【0011】本発明の有機電界発光素子における陽極、
正孔注入輸送層、発光層及び陰極は、基体上にこの順に
形成されることが好ましい。さらに、発光層及び陰極の
間に、任意に電子注入輸送層が形成されていてもよい。
基体としては、特に限定されるものではなく、例えば、
ガラス、セラミックス、硬質プラスチックス等種々の材
質のものを使用することができ、好ましくは透明な基板
が挙げられる。
【0012】また、陽極と陰極とを形成する電極材料と
しては、例えば金、銀、銅、アルミニウム、インジウ
ム、マグネシウム等の金属及びそれらの合金、並びにI
TO、SnO2等の金属酸化物等を挙げることができ
る。本発明の有機電界発光素子における正孔注入輸送層
に含有される式(I)の化合物において、R1、R2及び
3における「アリール基」としてはフェニル基、ナフ
チル基等が挙げられ、「置換されていてもよいアリール
基」としては、p−メトキシフェニル基、p−メチルフ
ェニル基、p−エトキシフェニル基、m−クロルフェニ
ル基、3,4−ジメトキシフェニル基等が挙げられる。
【0013】Arにおける「炭素数6〜12アリーレン
基」としては、m−フェニレン基、p−フェニレン基、
ビフェニレン基、1,4−ナフチレン基等が挙げられ
る。「炭素数6〜12のアリーレン基」は、1以上の置
換基で置換されていてもよく、その際の結合部位はパラ
位又はメタ位のいずれでもよい。ここで、「置換基」と
は、メチル基、エチル基、プロピル基等の低級アルキル
基を挙げることができる。
【0014】本発明の式(I)の化合物のうち、好まし
くは下記式(II)の化合物が挙げられる。式(II)
【0015】
【化5】
【0016】(式中、nは2又は3の整数を示し、R2
は式(I)と同義である。)具体的には下記で示される
式(I)のN,N′−型ビスエナミン化合物が好まし
く、特に、式(II)の化合物である化合物1−7がより
好ましい。
【0017】
【化6】
【0018】尚、化合物1−2は、参考例として挙げて
いるだけであり、本発明には含まない。
【0019】
【化7】
【0020】本発明における正孔注入輸送層は、1層又
は2層以上の積層構造で形成されていてもよい。この場
合には、式(I)のN,N′−型ビスエナミン化合物を
含有しない1層又は2層以上の積層構造の上層又は下層
に、式(I)のN,N′−型ビスエナミン化合物を含有
する層を積層することが好ましい。正孔注入輸送層が式
(I)の化合物を含有する1層で構成されている場合に
は、その膜厚は、約20〜3000Å、好ましくは約5
0〜500Åである。また、式(I)の化合物を含有す
る層の他に、式(I)の化合物を含有しない層が1層又
は2層以上の積層されている場合には、式(I)の化合
物を含有する層の膜厚は、約20〜3000Å、好まし
くは約50〜500Åである。
【0021】本発明の有機電界発光素子においては、上
記正孔注入輸送層上に発光層が形成されている。この発
光層は、例えばAlq3により形成することができ、こ
れら材料に、上記式(I)で表されるN,N′−型ビス
エナミン化合物がドーピングされていることが好まし
い。なかでも、発光層中にドーピングされている化合物
が、式(II)中、nが2の整数で表されるビスエナミン
化合物の場合には、発光層中に1%以上ドーピングする
ことがより好ましい。これにより、より発光効率の良好
な有機電界発光素子を得ることができる。発光層の膜厚
は約0.01μ〜1μが好ましく、この膜厚が厚すぎる
と電流の流れが悪くなるため、低電圧での駆動が困難と
なり、好ましくない。一方、あまり薄すぎると充分な輝
度が得られにくくなるため好ましくない。
【0022】本発明の有機電界発光素子は、発光層上
(発光層と後述する陰極との間)にさらに、電子注入輸
送層を積層してもよい。これにより、発光層中への電子
の注入及び移動が促進される。この電子注入輸送層を形
成する材料としては、ガラス転移点が高く、結晶化を起
こしにくい化合物が好ましく、一般に電子写真感光体材
料中の電子輸送性化合物として使用できる化合物、例え
ば、トリニトロフロレノン、1−シアノ−1−フェニル
−2−(p−トリフロロメチル)エチレン(下記構造
式)、キナクリドン等が挙げられる。
【0023】
【化8】
【0024】この電子注入輸送層は、蒸着により発光層
上に形成される。発光層上に積層蒸着されている場合の
膜厚は、約10〜1000nm、好ましくは約20〜2
00nmである。本発明の有機電界発光素子は、通常、
基板上に陽極を積層し、この陽極上に正孔注入層を積極
し、更にその上に発光層を積層し、この発光層の上に必
要に応じて電子注入輸送層を介して陰極を積層した構造
に形成される。これら各層の形成方法としては、真空蒸
着法、スピンコート法、キャスト法、ディップコート法
等の公知の成膜法が適用できる。
【0025】また、本願発明においては、発光層が式
(III)、(IV)で示されるオキサゾール化合物を含有し
ていてもよい。
【0026】
【化9】
【0027】
【化10】
【0028】これらのオキサゾール化合物は、青色発光
素子の発光層を形成する場合に特に有効であり、エキサ
イプレックス現象の少ない有機電界発光素子を得ること
ができる。この場合、正孔注入輸送層としては、上記の
式(I)の化合物の他のものを用いることもできるが、
式(I)の化合物を用いることが好ましい。
【0029】
【作用】本発明の有機電界発光素子によれば正孔注入輸
送層が、ガラス転移点が高く結晶化を起こしにくい特定
の有機化合物から構成されているため、高輝度で寿命の
長い有機電界発光素子を得ることができる。
【0030】
【実施例】以下実施例により本発明を詳しく説明する。 実施例1〜3及び比較例1 図1に示すように、厚さ1mmの透明なガラス基板1上
に陽極2aとして透明電極であるITOを150nm形
成した。さらにその上に正孔注入輸送層3として真空蒸
着法で、表1に示されるN,N’−ビスエナミン化合物
を75nm形成した。次に、この正孔注入輸送層3上に
発光層4として真空蒸着法でAlq3を60nm形成し
た。さらに、真空蒸着法にて陰極2bとしてMg:Ag
を共蒸着にて形成した。
【0031】この際、比較例として、特開昭59−19
4393号公報記載のTPD*を正孔注入輸送層に用い
た素子も同様に作成した。
【0032】
【化11】
【0033】このようにして作成した有機電界発光素子
の陽極2aと陰極2bとの間に電圧15Vを印加した時
の電流値および最高輝度値を測定した。また、寿命(半
減期)として、輝度200cd/m2から100cd/
2まで低下するに要した時間も測定した。測定はAr
ガス中で室温(20℃)で行なった。
【0034】
【表1】
【0035】表1より、本発明のビスエナミン化合物を
正孔注入輸送層に用いた発光素子においては、最高輝度
及び寿命のいずれにおいてもTPDより優れており、特
に化合物1−7及び化合物1−11は、TPDと比較し
て2倍〜4倍の性能を有していることがわかった。この
ような要因としては、本発明の化合物中エナミン構造の
有する正孔輸送効率の高さと、化合物ガラス転移点が高
いことがあげられる。
【0036】例えば、化合物1−7とTPDとの正孔輸
送効率及びガラス転移点を比較すると表2に示す様な結
果となる。
【0037】
【表2】
【0038】実施例4〜7 発光層4を形成する発光材料としてオキサゾール化合物
のうち、化合物2−6及び例2−10の化合物を使用
し、かつ正孔注入輸送層としてエナミン化合物のうち、
化合物1−7及び化合物1−9を使用し、上記実施例1
〜3と同様にして有機電界発光素子4種類を作成した。
このようにして作成した発光素子を同様に15Vの電圧
を印加し、その時の最高輝度及び輝度200cd/m2
から100cd/m2までの低下に要する時間で表され
る寿命、更には最高輝度波長を測定した。その結果を表
3に示す。
【0039】
【表3】
【0040】(実施例8) 実施例2の発光素子において発光層4として真空蒸着法
でAlq3を10部に対して化合物1−7を1部加えた
混合系での発光層を形成した以外は実施例2と同様にし
て有機電界発光素子を作成した。これを実施例2と同様
にして最高輝度及び寿命を測定した結果、最高輝度は4
900cd/m2と余り変化は認められなかったが寿命
は770(H)と10%程度良くなった。この原因とし
てAlq3の結晶化がエナミン化合物の添加によって防
止されたこととエナミン化合物自身もかなり高い発光特
性を有していることが考えられる。
【0041】
【発明の効果】本発明の有機電界発光素子によれば正孔
注入輸送層が、ガラス転移点が高く結晶化を起こしにく
い特定の有機化合物から構成されているため、高輝度で
寿命の長い有機電界発光素子を得ることができる。ま
た、特定のオキサゾール化合物を発光層を形成する発光
材料として用いることにより、青色発光性を有する高輝
度、高寿命性の有機電界発光素子を得ることができる。
【0042】従って、長期信頼性が必要な光源として、
更にはディスプレイ等に応用可能であり、その工業的価
値は高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機電界発光素子の実施例を示す要部
の概略断面図である。
【符号の説明】
1 …基板 2a…陽極 3 …正孔注入輸送層 4 …発光層 2b…陰極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−348046(JP,A) 特開 平5−78655(JP,A) 特開 平1−173034(JP,A) 特公 平6−32307(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 33/00 - 33/28 C09K 11/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に陽極、正孔注入輸送層、発光層
    及び陰極が積層された有機電界発光素子であって、前記
    正孔注入輸送層が、式(II) 【化1】 (式中、nは2又は3の整数を示し、R2は置換されて
    いてもよい炭素数6〜12のアリール基である。)で示
    されるエナミン化合物を含有することを特徴とする有機
    電界発光素子。
  2. 【請求項2】 前記発光層と陰極の間に、電子注入輸送
    層が積層されてなる請求項1に記載の有機電界発光素
    子。
  3. 【請求項3】 前記発光層が、式(II)の化合物を含有
    する請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。
  4. 【請求項4】 前記発光層が、式(III)で示されるオ
    キサゾ−ル化合物を含有する請求項1又は2に記載の有
    機電界発光素子。 【化2】
  5. 【請求項5】 前記発光層が、式(IV)で示されるオキ
    サゾ−ル化合物を含有する請求項1又は2に記載の有機
    電界発光素子。 【化3】
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