JP3736881B2 - 有機薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は平面光源やディスプレイに使用される有機薄膜ＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機薄膜ＥＬ素子は、自発光の面状表示素子としての利用が注目されている。
この発光素子は、有機層を積層して機能分離する事によって大幅に発光効率の改善がなされ、印加電圧１０Ｖ弱で高輝度な発光が実現している。その基本となる素子構成は、陽極／正孔注入輸送層／発光層／陰極、または、陽極／発光層／電子注入輸送層／陰極、または、陽極／正孔注入輸送層／発光層／電子注入輸送層／陰極、等が報告されている（アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、５１巻’８７年９１３、５６巻’９０年７９９）。
【０００３】
有機薄膜ＥＬ素子の発光剤には、様々な有機蛍光剤が使用されている。特開昭５９−１９４３９３号公報には、８−キノリノールの金属錯体を発光剤として用いた有機薄膜ＥＬ素子が提示されている。トリス（８−キノリノール）アルミニウムを発光剤として用いた有機薄膜ＥＬ素子は、正孔と電子の再結合が発光層内で効率良く起こること、また、成膜性が良いことから、高輝度、高効率で均質な発光が得られている。
【０００４】
また、トリス（８−キノリノール）アルミニウムのような発光母体中に、蛍光量子収率の高い有機蛍光剤を微量ドーピングする方法も提案されている（特開昭６３−２６４６９２号公報）。蛍光量子収率が高く濃度消光を起こしてしまうような材料を発光剤として用いる場合、母体中に微量ドーピングすることによって消光を防ぐことができる。また、この手法のメリットの一つは、成膜性が悪いために単独で薄膜形成が困難な材料も適用が可能であることである。この手法を用いることによって有機薄膜ＥＬ素子の発光効率を向上させ、また、発光色を変化させることができる。
【０００５】
また、特開平３−１５２８９７号公報には、有機薄膜ＥＬ素子のエレクトロルミネッセンス発光を吸収して蛍光を発光する部位を設けることによって発光色の変換を行う方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
有機薄膜ＥＬ素子に用いられる発光剤の蛍光スペクトルは、一般にブロードなものがほとんどである。これは、有機化合物が一般に室温付近で振動準位等の多様なエネルギー準位を有していることに由来する。有機薄膜ＥＬ素子における発光スペクトルは、ほとんどの場合、発光剤として用いる有機蛍光剤の蛍光スペクトルに一致するので、やはりブロードなスペクトルになる。そのため、これをディスプレイデバイスに適用した場合、発光の色純度は低くなる。一方、青、赤、緑を画素としてフルカラーディスプレイを構成する場合、高彩度の画像を得るためには、構成画素の色純度が高いことが要求される。
【０００７】
特開平５−１５２０７６号公報には、発光スペクトルの半値幅を狭くして色純度を向上させるために、光放射側の有機キャリア輸送層に、発光スペクトルの一部を吸収する添加剤を添加するという手法が提案されている。しかし、この方法を用いても、発光スペクトルの半値幅を十分に狭くすることはできなかった。
【０００８】
特開平１−２５６５８４、アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、６５巻’９４年２１２４には、希土類金属錯体をエレクトロルミネッセンス発光剤として用いた有機薄膜ＥＬ素子が提案されている。しかし、この場合、鋭い発光スペクトルを得ることはできるが、希土類金属錯体のキャリア輸送能が低いために高輝度発光を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、以上のような従来の事情に対処してなされたもので、エレクトロルミネッセンス発光から分布幅の狭い発光を得ることによって色純度の高い発光が得られる有機薄膜ＥＬ素子を提供する事を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、陽極もしくは陰極の少なくとも一方が透明電極よりなる一対の電極間に設けられたエレクトロルミネッセンス発光部位と、希土類金属錯体を含有する再発光部とを有することを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子において、色純度の高い発光が実現される事を見いだした。
【００１１】
本発明における再発光部とは、有機薄膜ＥＬ素子において発光層内での正孔と電子の再結合により得られるエレクトロルミネッセンス発光を吸収して蛍光を発光する部位を指す。
【００１２】
発光層には、公知の有機蛍光剤を用いることができる。例えば、８−キノリノールの金属錯体（特開昭５９−１９４３９３号公報）やジスチリルアリーレン誘導体（特開平２−２４７２７８号公報、特開平５−１７７６５号公報）は、単独で発光層を形成することができる。また、発光母体中に有機蛍光剤をドーピングすることも可能である。例えば、クマリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ペリレン誘導体（特開昭６３−２６４６９２号公報）、また、キナクリドン誘導体（特開平５−７０７７３号公報）は有用なドーパントである。これらは、蒸着法、塗布法等の公知の成膜方法によって形成することができる。
【００１３】
本発明における希土類金属錯体とは、周期律表でランタノイド系列のＣｅからＬｕまでの１４種類の元素にＳｃ、Ｙ、Ｌａを加えた１７種類の元素（希土類金属）に配位子が配位した錯体である。希土類金属錯体の蛍光は、まず、励起光によって配位子が励起されこれが三重項準位に遷移した後に、中心金属にエネルギー移動が起こり、これが、発光するものと考えられている。希土類金属錯体は、一般に他の金属錯体と比べると蛍光量子収率が高く、溶液中で求められた量子収率は、Ｅｕ³⁺錯体において０．８前後の値が得られている（有機ＥＬ素子開発戦略、サイエンスフォーラム、ｐｐ．１５３〜１６８、１９９２年）。配位子は、中心金属へのエネルギー移動を高効率に行うために適宜選択される。
【００１４】
以下に、配位子として有効な材料を例示するが、本発明はこれに限定されるわけではない。
【００１５】
【化２】

【００１６】
【化３】

【００１７】
【化４】

【００１８】
【化５】

【００１９】
【化６】

【００２０】
【化７】

【００２１】
【化８】

【００２２】
【化９】

【００２３】
【化１０】

【００２４】
【化１１】

【００２５】
再発光部には、希土類金属錯体を適宜他の材料中に分散させて用いることができるが、効率良くエレクトロルミネッセンス発光を吸収し蛍光を発光するために、その比率は０．１重量％以上であることが望ましい。希土類金属錯体が濃度消光を起こしてしまう場合には、他の材料中に分散させることが有効である。
【００２６】
以下に、好適な希土類金属錯体の例を上げるが、本発明はこれに限定されるわけではない。
【００２７】
【化１２】

【００２８】
【化１３】

【００２９】
【化１４】

【００３０】
再発光部は、有機薄膜ＥＬ素子におけるエレクトロルミネッセンス発光を吸収することができるいかなる位置に形成しても構わない。有機薄膜ＥＬ素子は対電極の少なくとも一方にインジウム錫酸化物、ＳｎＯ₂ 、金等の光透過率の高い電極を用いるが、エレクトロルミネッセンス発光部位に対してこの電極側に希土類金属錯体を含む膜を設けることが可能である。この場合、再発光部は有機薄膜ＥＬ素子の対電極の内側でも外側でも構わないが、内側に設けると素子のキャリア輸送を抑制する可能性があるため、外側の方が好ましい。再発光部は有機薄膜ＥＬ素子部と同一の基板上に、形成してもよいが、別々の基板に形成しても構わない。
【００３１】
再発光部を膜状に形成する場合、その膜厚は、エレクトロルミネッセンス発光を効率良く吸収し、かつ、効率良く再発光を行うように適宜選択される。通常、再発光部の膜厚は、１０nm〜１mmが好ましいが、より望ましくは２０nm〜１０μm である。
【００３２】
再発光部の形成は公知の方法が適用できるが、例えば、蒸着法によって行うことができる。これは具体的には、抵抗加熱，エレクトロンビーム，スパッタ，イオンプレーティング，ＭＢＥ等である。
【００３３】
また、湿式成膜法によっても形成できる。例えば、スピンコーター，スプレーコーター，バーコーター，ディップコーター，ドクターブレード，ローラーコーター等の装置を用いて成膜する事ができる。
【００３４】
この場合、塗液の作成に使用する溶剤は公知の溶剤が適宜用いられる。例えば、アルコール類，芳香族炭化水素，ケトン類，エステル類，脂肪族ハロゲン化炭化水素，エーテル類，アミド類，スルホキシド類等が適用される。
【００３５】
また、再発光部として、希土類金属錯体を高分子バインダー中に分散させた膜を用いることもできる。高分子バインダーは、公知の材料から適宜選択される。例えば、ビニル系樹脂，アクリル系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコン系樹脂，スチリル系樹脂，ポリイミド，ポリシリレン，ポリビニルカルバゾール，ポリカーボネート，セルロース系樹脂，ポリオレフィン系樹脂等の他、にかわ，ゼラチン等の天然樹脂が適用できる。
【００３６】
希土類金属錯体の高分子バインダー分散膜を成膜する方法としては公知の方法が適用できるが、例えば、高分子バインダーを溶剤にとかして上記のような湿式成膜法を用いることができる。この場合の湿式成膜法及び溶剤は上記のような公知の方法及び材料が適宜選択される。
【００３７】
本発明は、エレクトロルミネッセンス発光から分布幅の狭い発光を得て色純度を向上させることが目的であり、再発光部以外の有機薄膜ＥＬ素子は、公知のいずれの素子構成でも適用できる。
【００３８】
このように、再発光部を設けることによって、色純度が高い発光を呈する有機薄膜ＥＬ素子が得られた。
【００３９】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００４０】
【実施例１】
ガラス基板上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を成膜し、陽極とした。その抵抗値は１５Ω／□とした。その上に化合物ｄを、ジクロロメタン溶液から、スピンコート法によって４５nm成膜した。その上に化合物ｅを２０nm真空蒸着によって成膜し、さらに化合物ｆを２５nm真空蒸着によって成膜した。最後に陰極として真空蒸着によってＡｌＳｃＬｉ合金を１５０nm成膜した。
【００４１】
【化１５】

【００４２】
【化１６】

【００４３】
【化１７】

【００４４】
この有機薄膜ＥＬ素子とは別のガラス基板に、化合物ａをポリカーボネートｚ２００（三菱ガス化学社製）に重量比２０％で分散させた膜を５００nm成膜して再発光部を形成した。成膜はスピンコート法を用いて行い、溶媒はテトラヒドロフランを用いた。この再発光部を形成したガラス基板を、有機薄膜ＥＬ素子を形成したガラス基板の光取り出し側に密着させた（素子ａ）。
【００４５】
素子ａの発光特性を空気中で測定したところ、化合物ａの蛍光とほぼ一致した鮮明な赤色の発光が得られた。最高輝度は２５００ｃｄ／m ² に達した。発光スペクトルは図２に示した。この実験より、再発光部を設けることによって、半値幅の狭いスペクトルが得られることが分かった。
【００４６】
【比較例１】
再発光部を形成しないこと以外は実施例１と同様にして有機薄膜ＥＬ素子を作成した（素子ｂ）。この素子の発光特性を空気中で測定したところ、発光スペクトルは化合物ｄからの発光と考えられる青紫色のブロードなスペクトルであった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色純度が高い発光を呈する有機薄膜ＥＬ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機薄膜ＥＬ素子の１例を示す断面図である。
【図２】素子ａと素子ｂ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 陽極
３ 有機層
４ 陰極
５ 再発光部

Claims (3)

1. 陽極もしくは陰極の少なくとも一方が透明電極よりなる一対の電極間に設けられたエレクトロルミネッセンス発光部位と、０．１重量％以上で希土類金属錯体を分散して含有する再発光部を有することを特徴とする有機薄膜ＥＬ素子。
2. 希土類金属錯体の配位子として下記一般式（Ｉ）で表される化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜ＥＬ素子。
   

   

   （式中、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基、ヘテロ原子を含む複素環式基、またはハロゲン化アルキル基を表し、Ｒ３は水素原子、アルキル基、またはアリール基を表す。）
3. 希土類金属錯体の配位子としてポリピリジンを含むことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜ＥＬ素子。

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