JP3571977B2 - 有機発光素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機発光素子に関し、詳しくは有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する有機発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
【０００３】
１９８７年コダック社の研究（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１，９１３（１９８７））では、陽極にＩＴＯ、陰極にマグネシウム銀の合金をそれぞれ用い、電子輸送材料および発光材料としてアルミニウムキノリノール錯体を用い、ホール輸送材料にトリフェニルアミン誘導体を用いた機能分離型２層構成の素子で、１０Ｖ程度の印加電圧において１０００ｃｄ／ｍ２程度の発光が報告されている。関連の特許としては、米国特許第４，５３９，５０７号、米国特許第４，７２０，４３２号、米国特許第４，８８５，２１１号等が挙げられる。
【０００４】
また、蛍光性有機化合物の種類を変えることにより、紫外から赤外までの発光が可能であり、最近では様々な化合物の研究が活発に行われている。例えば、米国特許第５，１５１，６２９号、米国特許第５，４０９，７８３号、米国特許第５，３８２，４７７号、特開平２−２４７２７８号公報、特開平３−２５５１９０号公報、特開平５−２０２３５６号公報、特開平９−２０２８７８号公報、特開平９−２２７５７６号公報等に記載されている。
【０００５】
さらに、上記のような低分子材料を用いた有機発光素子の他にも、共役系高分子を用いた有機発光素子が、ケンブリッジ大学のグループ（“Ｎａｔｕｒｅ”，３４７，５３９（１９９０））により報告されている。この報告ではポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を塗工系で成膜することにより、単層で発光を確認している。共役系高分子を用いた有機発光素子の関連特許としては、米国特許第５，２４７，１９０号、米国特許第５，５１４，８７８号、米国特許第５，６７２，６７８号、特開平４−１４５１９２号公報、特開平５−２４７４６０号公報等が挙げられる。
【０００６】
このように有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。
【０００７】
しかしながら、現状では更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、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等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合の色純度の良い、青、緑、赤の発光が必要となるが、この問題に関してもまだ十分に解決されていない。
【０００８】
さらに、電子注入材料として、オキサジアゾール誘導体、例えば特開平２−２１６７９１号公報、特開平４−３６３８９１号公報等、あるいはトリアジン誘導体、例えば特開平７−４１７５９号公報、特開平７−９０２６０号公報等が知られている。しかしながら、これらを用いた有機発光素子では、膜の安定性、電子注入効率とも十分なものではなく、発光輝度、寿命ともまだ十分なものとはいえない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、極めて高効率で高輝度、高寿命の光出力を有する有機発光素子を提供することにある。また、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有機発光素子を提供する事にある。さらには製造が容易でかつ比較的安価に作成可能な有機発光素子を提供する事にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前記有機化合物からなる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有機発光素子である。
【００１２】
【化２】
Figure 0003571977
【００１３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアラルキル基、置換または無置換の複素環基のいずれかを示す。但し、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は同じでも異なっていてもよい。また、Ｒ１とＲ２，Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６またはＲ１とＲ６，Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５が縮合環を形成していてもよい。）
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前記有機化合物からなる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。
【００１５】
【化３】
Figure 0003571977
【００１６】
上記一般式［１］中、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアラルキル基、置換または無置換の複素環基のいずれかを示す。但し、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は同じでも異なっていてもよい。
【００１７】
また、置換基のＲ１とＲ２，Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６またはＲ１とＲ６，Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５が縮合環を形成していてもよい。
【００１８】
次に、上記の置換基のＲ１〜Ｒ６の具体的な例を以下に示す。
まず、Ｒ１〜Ｒ６は、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアラルキル基、置換または無置換の複素環基の何れかから選択される。
【００１９】
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基などの直鎖アルキル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基などの分岐アルキル基が挙げられる。
【００２０】
アリール基としては、フェニル基などの単環芳香環、ナフチル、アンスラニルなどの多環芳香環などが挙げられる。
【００２１】
アラルキル基としては、ベンジル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基などが挙げられる。
【００２２】
複素環基としては、ピロリル基、チエニル基、ピリジル基、フェナジル基、ピリダジル基、アクリジル基などの複素単環や複素縮合環などが挙げられる。
【００２３】
さらに、これら置換基Ｒ１〜Ｒ６のアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基の置換基としては、ハロゲン、ニトリル基、ニトロ基、フォルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、エチニル基やフェニル基、ナフチル基、アンスラニル基などの単環の芳香環や多環縮合環、ピリジル基、ピリダジル基、フェナジル基やピロリル基、イミダゾリル基などやキノリル基、アクリジル基などの多環複素縮合環などが挙げられる。
【００２４】
また、置換基のＲ１とＲ２，Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６またはＲ１とＲ６，Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５間で形成する縮合環としては、ベンゾ基、ナフト基、ピリド基などが挙げられる。
【００２５】
次に、一般式［１］で示される化合物についてその代表例を下記に示す。ただし、これらの化合物に限定されるものではない。
【００２６】
【化４】
Figure 0003571977
【００２７】
【化５】
Figure 0003571977
【００２８】
【化６】
Figure 0003571977
【００２９】
【化７】
Figure 0003571977
【００３０】
【化８】
Figure 0003571977
【００３１】
【化９】
Figure 0003571977
【００３２】
【化１０】
Figure 0003571977
【００３３】
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極の間に挟持された一または複数の有機化合物を含む層を有し、前記有機化合物からなる層のうち少なくとも一層が前記一般式［１］で示される化合物から選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする。
【００３４】
本発明の有機発光素子においては、上述の様な一般式［１］で示され化合物を真空蒸着法や溶液塗布法により陽極及び陰極の間に形成する。その有機層の厚みは１０μｍより薄く、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．０１〜０．５μｍの厚みに薄膜化することが好ましい。
【００３５】
以下に、図面に沿って本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。図１は基板１上に陽極２、発光層３及び陰極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及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合して使う場合に有用である。
【００３６】
図２は本発明の有機発光素子の他の例を示す断面図である。図２は基板１上に陽極２、ホール輸送層５、電子輸送層６及び陰極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電子輸送性のいづ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、発光性の無い単なるホール輸送物質あるいは電子輸送物質と組み合わせて用いる場合に有用である。また、この場合発光層３はホール輸送層５あるいは電子輸送層６のいづれかから成る。
【００３７】
図３は本発明の有機発光素子の他の例を示す断面図である。図３は基板１上に陽極２、ホール輸送層５、発光層３，電子輸送層６及び陰極４を順次設けた構成のものである。これはキャリヤ輸送と発光の機能を分離したものであり、ホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した化合物と適時組み合わせて用いら、極めて材料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が使用できるため、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層に各キャリヤあるいは励起子を有効に閉じこめて発光効率の向上を図ることも可能になる。
【００３８】
ただし、図１〜３はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明の一般式［１］で示される化合物を含有する有機化合物層を用いた有機発光素子の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる２層から構成される、など多様な層構成をとることができる。
【００３９】
本発明においては、一般式［１］で示される化合物を含有する層は、ホール注入輸送層、電子輸送層、発光層のいずれにも適用することができるが、必要に応じてこれまで知られているホール輸送性化合物（例えば、下記の表１〜５に示される化合物等）あるいは電子輸送性化合物（例えば、下記の表６〜９に示される化合物等）また発光性化合物（例えば、下記の表１０に示される化合物等）を必要に応じて一緒に使用することもできる。
【００４０】
【表１】
Figure 0003571977
【００４１】
【表２】
Figure 0003571977
【００４２】
【表３】
Figure 0003571977
【００４３】
【表４】
Figure 0003571977
【００４４】
【表５】
Figure 0003571977
【００４５】
【表６】
Figure 0003571977
【００４６】
【表７】
Figure 0003571977
【００４７】
【表８】
Figure 0003571977
【００４８】
【表９】
Figure 0003571977
【００４９】
【表１０】
Figure 0003571977
【００５０】
本発明の有機発光素子において、一般式［１］で示される化合物を含有する層は、一般には真空蒸着法あるいは適当な溶媒に溶解させて塗布法により薄膜を形成する。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００５１】
上記結着樹脂としては広範囲な結着性樹脂より選択でき、たとえばポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独または共重合体ポリマーとして１種または２種以上混合してもよい。
【００５２】
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、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体あるいはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化錫インジウム（ＩＴＯ），酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよく、複数併用することもできる。
【００５３】
一方、陰極材料としては仕事関数の小さなものがよく、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体あるいは複数の合金として用いることができる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化の利用も可能である。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成をとることもできる。
【００５４】
本発明で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜などを用いて発色光をコントロールする事も可能である。
【００５５】
なお、作成した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッソ樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属などをカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５７】
実施例１
酸化錫−インジウム（ＩＴＯ）被膜（膜厚１２００Å）を設けたガラス基板の透明陽極上に、ホール輸送材料として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と記す）を５００Å、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体を５００Å、次いで前記例示化合物Ｎｏ．５を２０Å、陰極としてＡｌを１５００Åの厚みに順次真空蒸着を行い素子を作成した。この素子の発光は緑であり、その電圧−輝度特性を図４に示す。
【００５８】
実施例２
酸化錫−インジウム（ＩＴＯ）被膜（膜厚１２００Å）を設けたガラス基板の透明陽極上に、ホール輸送材料としＴＰＤを５００Å、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体を５００Å、次いで前記例示化合物Ｎｏ．７を２０Å、陰極としてＡｌを１５００Åの厚みに順次真空蒸着を行い素子を作成した。この素子の発光は緑色であり、その電圧−輝度特性を図５に示す。
【００５９】
比較例１として、前記例示化合物Ｎｏ．７の層を設けないで、それ以外は実施例２と同様の方法で素子を作製した。その電圧−輝度特性を実施例２と同時に図５に示す。
図５により、実施例２の前記例示化合物Ｎｏ．７が電子注入層として非常によい特性を示すことが確認できた。
【００６０】
実施例３
酸化錫−インジウム（ＩＴＯ）被膜（１２００Å）ガラスの透明陽極上に、ホール輸送材料としてＴＰＤを５００Å、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体にナイルレッドを５ｗｔ％ドーピングしたものを１５０Å、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体を３５０Å、次いで前記例示化合物Ｎｏ．５を２０Å、陰極としてＡｌを１５００Åの厚みに順次真空蒸着を行い素子を作成した。この素子の発光は橙色であり、その電圧−輝度特性を図６に示す。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の一般式［１］で示される化合物を用いた発光素子は、低い印加電庄で極めて輝度の高い発光を得ることができ且つ耐久性にも極めて優れている。
特に本発明の一般式［１］で示される化合物を用いた有機層は、電子注入層として有用である。
また素子の作成も真空蒸着あるいはキャスティング法等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事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の有機発光素子の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の有機発光素子の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１の有機発光素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２および比較例１の有機発光素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例３の有機発光素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 基板
２ 陽極
３ 発光層
４ 陰極
５ ホール輸送層
６ 電子輸送層

Claims (1)

  1. 陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前記有機化合物からなる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有機発光素子。
    Figure 0003571977
    （式中、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアラルキル基、置換または無置換の複素環基のいずれかを示す。但し、Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は同じでも異なっていてもよい。また、Ｒ１とＲ２，Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６またはＲ１とＲ６，Ｒ２とＲ３、Ｒ４とＲ５が縮合環を形成していてもよい。）
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