JP4928088B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は有機電界発光素子に関し、特に電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）の間に正孔注入層または正孔輸送層を含む有機電界発光素子に関する。
最近、表示装置の大型化に伴い、空間に占める割合が少ない平面表示素子に対する要求が増大している。このような平面表示素子の１つとして、有機発光ダイオードと呼ばれる有機電界発光素子の技術が急速に発展しており、既に様々な試作品が発表されている。
有機電界発光素子は、電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）の間に形成された有機膜に電荷を注入すると、電子と正孔とが対を成した後、消滅して発光する素子である。従って、有機電界発光素子は、プラスチックのようなフレキシブルな透明基板上にも素子を形成できるばかりでなく、プラズマディスプレイパネルや無機電界発光（ＥＬ）ディスプレイに比べて低い電圧（１０Ｖ以下）での駆動が可能で、また電力消耗が比較的少なく、色特性が優れているという長所がある。
低い電圧で有機電界発光素子を動作させるためには、有機膜の総厚さが約１００〜２００ｎｍ程度で非常に薄く、かつ均一な状態で素子の安定性を維持することが重要である。
さらに、有機電界発光素子の高効率化において、発光時に正孔と電子の密度が均衡をなすことが重要である。
例えば、電子輸送層（ＥＴＬ：Electron Transport Layer）が有機発光層（ＥＭＬ：Emitting Layer）と陰極の間に位置するようになると、陰極から発光層に注入された電子の大部分は正孔と再結合するために陽極の方へ移動する。
例えば、電子輸送層（ＥＴＬ：Electron Transport Layer）が有機発光層（ＥＭＬ：Emitting Layer）と陰極の間に位置するようになると、陰極から発光層に注入された電子の大部分は正孔と再結合するために陽極の方へ移動する。
しかしながら、正孔輸送層（ＨＴＬ：Hole Transport Layer）を陽極と有機発光層の間に挿入すると、発光層に注入された電子は正孔輸送層の界面に塞がれて、それ以上陽極の方へ移動できず有機発光層にのみ存在するので、再結合の効率が向上する。
一方、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層（ＨＩＬ：Hole Injection Layer）をさらに挿入し得る。陽極の仕事関数（４．７〜５．０ｅＶ）と正孔輸送層のイオン化エネルギー（ＩＰ：Ionization Potential）を考慮して、仕事関数が５．０〜５．２ｅＶである有機物を選定すると、陽極から正孔輸送層への正孔注入時にエネルギー障壁が低減し、より効果的な正孔の注入が可能となる。
ここで、有機ＥＬ素子の製作過程を簡単に説明する：
（１）先ず、透明な基板上に陽極材料を被覆する。陽極材料としては主にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
（２）その上に正孔注入層（ＨＩＬ）を被覆する。正孔注入層としては主に銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）を１０〜３０ｎｍの厚さで被覆する。
（３）その後、正孔輸送層（ＨＴＬ）を被覆する。このような正孔輸送層として、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ビフェニル（ＮＰＢ）を３０ないし６０ｎｍ程度蒸着して被覆する。
（４）その上に有機発光層を形成する。このとき、必要に応じてドーパントを添加する。緑色発光の場合、主に有機発光層としてトリス（８−ヒドロキシキノレート）アルミニウム（Ａｌｑ3）を３０〜６０ｎｍの厚さで蒸着し、ドーパントとしてはＭＱＤ（Ｎ−メチルキナクリドン）を多用する。
（５）その上に電子輸送層（ＥＴＬ）および電子注入層（ＥＩＬ：Electron Injecting Layer）を連続的に被覆するか、それとも電子注入輸送層を形成する。緑色発光の場合、前記（４）のＡｌｑ3が優れた電子輸送能力を有しているため、電子注入／輸送層を用いない場合も多い。
（６）その後、陰極を形成し、最後に保護膜を重ねて被覆する。
（１）先ず、透明な基板上に陽極材料を被覆する。陽極材料としては主にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
（２）その上に正孔注入層（ＨＩＬ）を被覆する。正孔注入層としては主に銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）を１０〜３０ｎｍの厚さで被覆する。
（３）その後、正孔輸送層（ＨＴＬ）を被覆する。このような正孔輸送層として、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ビフェニル（ＮＰＢ）を３０ないし６０ｎｍ程度蒸着して被覆する。
（４）その上に有機発光層を形成する。このとき、必要に応じてドーパントを添加する。緑色発光の場合、主に有機発光層としてトリス（８−ヒドロキシキノレート）アルミニウム（Ａｌｑ3）を３０〜６０ｎｍの厚さで蒸着し、ドーパントとしてはＭＱＤ（Ｎ−メチルキナクリドン）を多用する。
（５）その上に電子輸送層（ＥＴＬ）および電子注入層（ＥＩＬ：Electron Injecting Layer）を連続的に被覆するか、それとも電子注入輸送層を形成する。緑色発光の場合、前記（４）のＡｌｑ3が優れた電子輸送能力を有しているため、電子注入／輸送層を用いない場合も多い。
（６）その後、陰極を形成し、最後に保護膜を重ねて被覆する。
上述したように、従来の技術においては正孔注入時にエネルギーの障壁を低減させて、より効果的に正孔を注入することができる材料が要求されている。
従って、本発明の目的は、エネルギー障壁を低減できる材料を用いて正孔注入層または正孔輸送層を形成することで、高輝度の有機電界発光素子を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る有機電界発光素子は、電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）の間に形成される有機発光層と、該陽極と該有機発光層の間に形成される正孔注入層および／または正孔輸送層を含み、ここで、該正孔注入層および該正孔輸送層の少なくとも一方の材料は下記の化学式
［式中、Ｒ１〜Ｒ８の少なくとも１つは、置換されているか置換されていないフェニル基、ビフェニル基、ピリジル基、ナフチル基、キノリン基、フルオレニル基、フェナントリン基および水素原子からなる群より選択されることを特徴とする。
本発明に係る有機電界発光素子は、陰極と陽極の間に正孔注入層および正孔輸送層の少なくとも一方を有し、上記化学式の構造を有する材料で正孔注入層または正孔輸送層を形成することで、高輝度の有機電界発光素子を製作することができる。
以下、本発明に係る有機電界発光素子の好適な例について説明する。
本発明に係る有機電界発光素子は、基板上に電子注入電極(陽極)、正孔注入層と、正孔輸送層と、有機発光層と、電子輸送層と、電子注入層と、電子注入電極(陰極)とが順次積層されて構成される。ここで、正孔注入層および正孔輸送層の少なくとも一方は下記の化学式
で表される立体配置を有する材料で形成する。
上記式中、Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立的に、置換されているか置換されていない芳香族基、ヘテロ環基、脂肪族基および水素原子から選択できる。
特に、前記Ｒ１〜Ｒ８は、置換されているか置換されていないフェニル基、ビフェニル基、ピリジル基、ナフチル基、キノリン基、イソキノリン基、フルオレニル基、ターフェニル基、アントリル基、フェナントリン基、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基および水素原子から選択できる。
そして、Ｒ１〜Ｒ８が置換されている基を表す場合、その置換基は、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子およびシアノ基からなる群より選択できる。
例えば、前記置換されているＲ１〜Ｒ８の置換基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基、シクロヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基、トリルオキシ基、フッ素原子、塩素原子およびシアノ基からなる群より選択できる。
そして、正孔注入層または／および正孔輸送層の材料は、下記の化学式
で表される立体配置を有する材料のうちの何れか１つであり得る。
本発明に係る有機電界発光素子において、正孔注入層または正孔輸送層の材料として使用されるＮ3，Ｎ3，Ｎ5，Ｎ5，Ｎ3'，Ｎ3'，Ｎ5'，Ｎ5'−オクタフェニル−ビフェニル−３，５，３’，５’−テトラアミン(ＨＭ−０１)は次のように合成される。
１．３，５，３’，５’−テトラブロモ−ビフェニルの合成
先ず、２口丸底フラスコ中でトリブチルマグネシウムクロリド（ＢｕＭｇＬｉ、８．７３ｍＬ、０．０１７ｍｏｌ）をＴＨＦ（５０ｍＬ）と混合し、０℃で２．５Ｍのｎ−ＢｕＬｉ（１４．０ｍＬ、０．０３５ｍｏｌ）を徐々に滴下した後、１０分間攪拌させ、トリブチルマグネシウムリチウムを生成する。
１，３，５−トリブロモベンゼン（１０ｇ、０．０３１ｍｏｌ）をＴＨＦ（５０ｍＬ）に溶かし、−４０℃で先に生成したトリブチルマグネシウムリチウムを徐々に滴下して５０分間攪拌した後、塩化チタニウム（ＴｉＣｌ4、３．４ｇ、０．０２１ｍｏｌ）を滴下して０℃で２時間攪拌する。
１，３，５−トリブロモベンゼン（１０ｇ、０．０３１ｍｏｌ）をＴＨＦ（５０ｍＬ）に溶かし、−４０℃で先に生成したトリブチルマグネシウムリチウムを徐々に滴下して５０分間攪拌した後、塩化チタニウム（ＴｉＣｌ4、３．４ｇ、０．０２１ｍｏｌ）を滴下して０℃で２時間攪拌する。
反応終了後、ＮＨ4Ｃｌ溶液（１００ｍＬ）に入れて、３０分間攪拌した後、酢酸エチルで抽出する。抽出した溶液をエタノールで再結晶化させ、そして濾過すると、生成物の３，５，３’，５’−テトラブロモ−ビフェニル（４．０ｇ、５０％）の白色固形物を得ることができる。
２．Ｎ3，Ｎ3，Ｎ5，Ｎ5，Ｎ3'，Ｎ3'，Ｎ5'，Ｎ5'−オクタフェニル−ビフェニル−３，５，３’，５’−テトラアミン（ＨＭ−０１）の合成
先ず、２口丸底フラスコ中で３，５，３’，５’−テトラブロモ−ビフェニル（２ｇ、０．００４３ｍｏｌ）、ジフェニルアミン（５．８ｇ、０．０３４ｍｏｌ）、２．２’−ビス（ジフェニルホスフィノ）−１，１’−ビナフチル（ＢＩＮＡＰ、０．５３ｇ、０．８５ｍｍｏｌ）、パラジウムアセテート（Ｐｄ（ＯＡｃ）2、０．１ｇ、０．４４ｍｍｏｌ）およびナトリウムｔ−ブトキシド（ＮａＯｔＢｕ、４．１ｇ、０．０４３ｍｏｌ）をトルエン（１００ｍＬ）に溶かした後、１００℃で２４時間攪拌する。
反応終了後、減圧蒸留してトルエンを除去した後、トルエンおよびメタノールを用いて再結晶化させ、そして濾過すると、生成物のＨＭ−０１（２．３５ｇ、６７％）の白色固形物を得ることができる。
以下、本発明に係る有機電界発光素子の好適な実施例を説明する。
各実施例および比較例では、ＩＴＯ基板の発光面積が３ｍｍ×３ｍｍの大きさとなるようにパターニングし、そして洗浄した後、基板を真空チャンバーに装着し、基本圧力を１．０×１０-6ｔｏｒｒに設定し、そして有機物をＩＴＯ上に正孔注入層（６００Å）、正孔輸送層（４００Å）、発光層（２００Å）、Ａｌｑ3（４００Å）、ＬｉＦ（５Å）、Ａｌ（１０００Å）の順序で成膜した。
正孔注入層としてＨＭ−０１、正孔輸送層としてＮＰＢを用いて１ｍＡの電流を流したとき、駆動電圧は１０．３Ｖ、輝度は２３３０ｃｄ／ｍ2を得、この際、ＣＩＥ（Commision Internationale de L’Eclairage)はｘ＝０．３３５、ｙ＝０．６２２であった。
正孔注入層としてＣｕＰＣ、正孔輸送層としてＨＭ−０１を用いて１ｍＡの電流を流したとき、駆動電圧は９．４Ｖ、輝度は２３０５ｃｄ／ｍ2を得、この際、ＣＩＥはｘ＝０．３５６、ｙ＝０．６１３であった。
比較例１
正孔注入層としてＣｕＰＣ、正孔輸送層としてＮＰＢを使用して１ｍＡの電流を流したとき、駆動電圧は８．５Ｖ、輝度は１５４１ｃｄ／ｍ2を得、この際、ＣＩＥはｘ＝０．３５１、ｙ＝０．６１２であった。
ＣｕＰＣ、ＮＰＢ、Ａｌｑ3の構造は下記の化学式の通りである。
正孔注入層としてＣｕＰＣ、正孔輸送層としてＮＰＢを使用して１ｍＡの電流を流したとき、駆動電圧は８．５Ｖ、輝度は１５４１ｃｄ／ｍ2を得、この際、ＣＩＥはｘ＝０．３５１、ｙ＝０．６１２であった。
ＣｕＰＣ、ＮＰＢ、Ａｌｑ3の構造は下記の化学式の通りである。
以上説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な
変更および修正が可能なことが分かる。従って、本発明の技術的範囲は実施例に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められなければならない。
変更および修正が可能なことが分かる。従って、本発明の技術的範囲は実施例に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められなければならない。
Claims (3)
- 電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）の間に形成される有機発光層と、
該陽極と該有機発光層の間に形成される正孔注入層および/または正孔輸送層を含み、 ここで、
該正孔注入層および該正孔輸送層の少なくと一方の材料は下記の化学式
- 前記置換されているＲ１〜Ｒ８のそれぞれの置換基は、メチル基、メトキシ基、フッ素原子およびシアノ基からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１記載の有機電界発光素子。
- 前記正孔注入層および前記正孔輸送層の少なくとも一方の材料は、下記の化学式
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