JPH04348183A - 電界発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発光性物質からなる発光
層を有し、電界を印加することにより電気エネルギーを
直接光エネルギーに変換でき、従来の白熱灯、蛍光灯あ
るいは発光ダイオード等とは異なり大面積の面状発光体
の実現を可能にする電界発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界発光素子はその発光励起機構の違い
から、（１）発光層内での電子や正孔の局所的な移動に
より発光体を励起し、交流電界でのみ発光する真性電界
発光素子と、（２）電極からの電子と正孔の注入とその
発光層内での再結合により発光体を励起し、直流電界で
作動するキャリア注入型電界発光素子の二つに分けられ
る。（１）の真性電界発光型の発光素子は一般にＺｎＳ
にＭｎ、Ｃｕ等を添加した無機化合物を発光体とするも
のであるが、駆動に２００Ｖ以上の高い交流電界を必要
とすること、製造コストが高いこと、輝度や耐久性も不
十分である等の多くの問題点を有する。

【０００３】（２）のキャリア注入型電界発光素子は発
光層として薄膜状有機化合物を用いるようになってから
高輝度のものが得られるようになった。たとえば、特開
昭５９−１９４３９３、米国特許４，５３９，５０７、
特開昭６３−２９５６６９５、米国特許４，７２０，４
３２及び特開昭６３−２６４６９２には、陽極、有機質
ホール注入輸送帯、有機質電子注入性発光体および陰極
から成る電界発光素子が開示されており、これらに使用
される材料としては、例えば、有機質ホール注入輸送用
材料としては芳香族三級アミンが、また、有機質電子注
入性発光材料としては、アルミニウムトリスオキシン等
が代表的な例としてあげられる。

【０００４】また、Ｊｐｎ．Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　
　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｄ，ｖｏｌ．２７，
ｐ７１３−７１５には陽極、有機質ホール輸送層、発光
層、有機質電子輸送層および陰極から成る電界発光素子
が報告されており、これらに使用される材料としては、
有機質ホール輸送材料としてはＮ，Ｎ’−ジフェニル−
Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビ
フェニル−４，４’−ジアミンが、また、有機質電子輸
送材料としては、３，４，９，１０−ペリレンテトラカ
ルボン酸ビスベンズイミダゾールがまた発光材料として
はフタロペリノンが例示されている。

【０００５】これらの例は有機化合物を、ホール輸送材
料、発光材料、電子輸送材料として用いるためには、こ
れらの有機化合物の各種特性を探求し、かかる特性を効
果的に組み合わせて電界発光素子とする必要性を意味し
、換言すれば広い範囲の有機化合物の研究開発が必要で
あることを示している。

【０００６】さらに、上記の例を含め有機化合物を発光
体とするキャリア注入型電界発光素子はその研究の歴史
も浅く、未だその材料研究やデバイス化への研究が充分
になされているとは言えず、現状では更なる輝度の向上
、フルカラーディスプレーへの応用を考えた場合の青、
緑および赤の発光色相を精密に選択できるための発光波
長の多様化あるいは耐久性の向上など多くの課題を抱え
ているのが実情である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は発光波
長に多様性があり、種々の発光色相を呈すると共に耐久
性に優れた電界発光素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するための発光層の構成要素について鋭意検討し
た結果、陽極および陰極と、これらの間に挾持された一
層または複数層の有機化合物層より構成される電界発光
素子において、前記有機化合物層のうち少なくとも一層
が、下記一般式化１で表わされる有機化合物を構成成分
とする層であることを特徴とする電界発光素子が、上記
課題に対し、有効であることを見い出し、本発明を完成
するに至った。

【化１】 （式中、Ａｒは芳香族炭化水素基、Ｒは水素原子、置換
もしくは無置換のアルキル基又はアリール基を表わす。 ｎは０又は１であり、ｍは１又は２である。ｎ＝０、ｍ
＝１の場合、ＡｒとＲは共同で環を形成してもよい。）
前記一般式化１において、Ａｒは芳香族炭化水素基であ
り、かかる具体例としてはフェニル基、ビフェニル基、
ターフェニル基等の非縮合炭素環式の芳香族基及び縮合
多環式炭化水素基が挙げられる。

【０００９】この場合、縮合多環式炭化水素基としては
、好ましくは環を形成する炭素数が１８個以下のもの例
えば、ペンタレニル基、インデニル基、ナフチル基、ア
ズレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、ａｓ
−インダセニル基、フルオレニル基、Ｓ−インダセニル
基、アセナフチレニル基、プレイアデニル基、アセナフ
テニル基、フェナレニル基、フェナントリル基、アント
リル基、フルオランテニル基、アセフェナントリレニル
基、アセアントリレニル基、トリフェニレニル基、ピレ
ニル基、クリセニル基、及びナフタセニル基等が挙げら
れる。

【００１０】Ａｒには以下に示す置換基を有することが
できる。 （１）　　ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基（２）　
　アルキル基、好ましくは、Ｃ１−Ｃ１２とりわけＣ１
〜Ｃ８、さらに好ましくはＣ１〜Ｃ４の直鎖または分岐
鎖のアルキル基であり、これらのアルキル基はさらにフ
ッ素原子、水酸基、シアノ基、Ｃ１〜Ｃ４のアルコキシ
基、フェニル基又はハロゲン原子、Ｃ１〜Ｃ４のアルキ
ル基もしくはＣ１〜Ｃ４のアルコキシ基で置換されたフ
ェニル基を含有してもよい。具体的には、メチル基、エ
チル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル
基、ｓ−ブチル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、トリ
フルオロメチル基、２−ヒドロキシエチル基、２−シア
ノエチル基、２−エトキシエチル基、２−メトキシエチ
ル基、ベンジル基、４−クロロベンジル基、４−メチル
ベンジル基、４−メトキシベンジル基、４−フェニルベ
ンジル基等が挙げられる。

【００１１】（３）　　アルコキシ基（−ＯＲ１）；Ｒ
１は（２）で定義したアルキル基を表わす。具体的には
、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プ
ロポキシ基、ｔ−ブトキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｓ−ブ
トキシ基、ｉ−ブトキシ基、２−ヒドロキシエトキシ基
、２−シアノエトキシ基、ベンジルオキシ基、４−メチ
ルベンジルオキシ基、トリフルオロメトキシ基等が挙げ
られる。

【００１２】（４）　　アリールオキシ基：アリール基
としてフェニル基、ナフチル基があげられる。これは、
Ｃ１〜Ｃ４のアルコキシ基、Ｃ１〜Ｃ４のアルキル基ま
たはハロゲン原子を置換基として含有してもよい。具体
的には、フェノキシ基、１−ナフチルオキシ基、２−ナ
フチルオキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−メトキ
シフェノキシ基、４−クロロフェノキシ基、６−メチル
−２−ナフチルオキシ基等が挙げられる。

【００１３】（５）　　アルキルチオ基（−ＳＲ１）；
Ｒ１は（２）で定義したアルキル基を表わす。具体的に
はメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、ｐ−
メチルフェニルチオ基等が挙げられる。

【００１４】 としては、例えばフェニル基、ビフェニル基又はナフチ
ル基があげられ、これらはＣ１〜Ｃ４のアルコキシ基、
Ｃ１〜Ｃ４のアルキル基、又はハロゲン原子、シアノ基
を置換基として含有してもよい。Ｒ２とＲ３は共同で環
を形成しても良い。またアリール基上の炭素原子と共同
で環を形成してもよい。）具体的には、アミノ基、ジエ
チルアミノ基、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ
，Ｎ−ジフェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリール
）アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モル
ホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。

【００１５】（７）　　メチレンジオキシ基、又はメチ
レンジチオ基等のアルキレンジオキシ基又はアルキレン
ジチオ基、等が挙げられる。一般式化１中のＲのアルキ
ル基としては芳香族炭化水素で説明したアルキル基がア
リール基としてはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル
基等がある。またこれらアリール基は前記で定義した置
換基（１）〜（７）を有することができる。

【００１６】次に本発明で使用される一般式化１で表わ
される化合物の具体例を表１に示すが、本発明はこれら
に限定されるものではない。

【表１−（１）】

【表１−（２）】

【表１−（３）】

【表１−（４）】

【表１−（５）】

【表１−（６）】

【表１−（７）】

【表１−（８）】

【表１−（９）】

【表１−（１０）】

【表１−（１１）】

【００１７】本発明における電界発光素子は、以上で説
明した有機化合物を真空蒸着法、溶液塗布等により、有
機化合物全体で２μｍより小さい厚み、さらに好ましく
は、０．０５μｍ〜０．５μｍの厚みに薄膜化すること
により有機化合物層を形成し、陽極及び陰極で挾持する
ことにより構成される。

【００１８】以下、図面に沿って本発明を更に詳細に説
明する。図１は本発明の電界発光素子の代表的な例であ
って、基板上に陽極、発光層及び陰極を順次設けた構成
のものである。図１に係る電界発光素子は使用する化合
物が単一でホール輸送性、電子輸送性、発光性の特性を
有する場合あるいは各々の特性を有する化合物を混合し
て使用する場合に特に有用である。

【００１９】図２はホール輸送性化合物と電子輸送性化
合物との組み合わせにより発光層を形成したものである
。この構成は有機化合物の好ましい特性を組み合わせる
ものであり、ホール輸送性あるいは電子輸送性の優れた
化合物を組み合わせることにより電極からのホールある
いは電子の注入を円滑に行ない発光特性の優れた素子を
得ようとするものである。なお、このタイプの電界発光
素子の場合、組み合わせる有機化合物によって発光物質
が異なるため、どちらの化合物が発光するかは一義的に
定めることはできない。

【００２０】図３は、ホール輸送性化合物、発光性化合
物、電子輸送性化合物の組み合わせにより発光層を形成
するものであり、これは上記の機能分離の考えをさらに
進めたタイプのものと考えることができる。

【００２１】このタイプの電界発光素子はホール輸送性
、電子輸送性及び発光性の各特性を適合した化合物を適
宜組み合わせることによって得ることができるので、化
合物の対象範囲が極めて広くなるため、その選定が容易
となるばかりでなく、発光波長を異にする種々の化合物
が使用できるので、素子の発光色相が多様化するといっ
た多くの利点を有する。

【００２２】本発明の化合物はいずれも発光特性の優れ
た化合物であり、必要により、図１、図２及び図３の様
な構成をとることができる。

【００２３】また本発明においては、前記一般式化１に
おけるＡｒ，Ｒ１，Ｒ２あるいは置換基の種類を適宜選
定することによりホール輸送性の優れた化合物あるいは
電子輸送性の優れた化合物の両者の提供を可能とする。

【００２４】従って、図２及び図３の構成の場合、発光
層形成成分として、前記一般式化１で示される化合物の
２種類以上用いても良い。

【００２５】本発明においては、発光層形成成分として
前記一般式化１で示される化合物を用いるものであるが
、必要に応じて、ホール輸送性化合物として芳香族第三
級アミンあるいはＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビ
ス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４
，４’−ジアミン等を、また電子輸送性化合物として、
アルミニウムトリスオキシン、またはペリレンテトラカ
ルボン酸誘導体等を用いることができる。

【００２６】本発明の電界発光素子は発光層に電気的に
バイアスを付与し発光させるものであるが、わずかなピ
ンホールによって短絡をおこし素子として機能しなくな
る場合もあるので、発光層の形成には皮膜形成性に優れ
た化合物を併用することが望ましい。更にこのような皮
膜形成性に優れた化合物とたとえばポリマー結合剤を組
み合わせて発光層を形成することもできる。この場合に
使用できるポリマー結合剤としては、ポリスチレン、ポ
リビニルトルエン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポ
リメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポ
リエステル、ポリカーボネート、ポリアミド等を挙げる
ことができる。また、電極からの電荷注入効率を向上さ
せるために、電荷注入輸送層を電極との間に別に設ける
ことも可能である。

【００２７】陽極材料としてはニッケル、金、白金、パ
ラジウムやこれらの合金或いは酸化錫（ＳｎＯ２）、酸
化錫インジウム（ＩＴＯ）、沃化銅などの仕事関数の大
きな金属やそれらの合金、化合物、更にはポリ（３−メ
チルチオフェン）、ポリピロール等の導電性ポリマーな
どを用いることができる。

【００２８】一方、陰極材料としては、仕事関数の小さ
な銀、錫、鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム
、或いはこれらの合金が用いられる。陽極及び陰極とし
て用いる材料のうち少なくとも一方は、素子の発光波長
領域において十分透明であることが望ましい。具体的に
は％以上の光透過率を有することが望ましい。

【００２９】本発明においては、透明陽極を透明基板上
に形成し、図１〜図３の様な構成とすることが好ましい
が、場合によってはその逆の構成をとっても良い。また
透明基板としてはガラス、プラスチックフィルム等が使
用できる。

【００３０】また、本発明においては、この様にして得
られた電界発光素子の安定性の向上、特に大気性の水分
に対する保護のために、別に保護層を設けたり、素子全
体をセル中に入れ、シリコンオイル等を封入するように
しても良い。

【００３１】

【実施例】以下実施例に基いて、本発明をより具体的に
説明する。 実施例１ 厚さ１．１ｍｍの無アルカリ硼硅酸ガラスを基板として
用い、十分に洗浄を行なった後、このガラス基板上に電
子ビーム蒸着により厚さ約５００ÅのＩＴＯ薄膜からな
る陽極を形成した。次にこの陽極上に前記化合物Ｎｏ．
１１を真空蒸着し、厚さ７５０Åのホール輸送層を形成
した。

【００３２】次いでホール輸送層上に下記化２示される
オキサジアゾール誘導体

【化２】 を約７５０Åの厚さに蒸着して電子輸送層を形成した。 更にアルミニウムを約１，０００Å蒸着し、陰極を形成
して図２のような構造の電界発光素子を作製した。なお
、ホール輸送層以降の材料は抵抗加熱により蒸発させた
。ついで陽極及び陰極よりリード線を引き出し、直流電
源に接続して電流を通じたところ、明瞭な発光が観測さ
れた。またこの電界発光素子は下記のような特性を有す
ることが確認された。 発光色…緑色 駆動電圧…２１Ｖ 駆動電流…３．６ｍＡ／ｃｍ２ 輝度…８４．６ｃｄ／ｍ２

【００３３】実施例２〜５ 実施例１におけるホール輸送物質である前記化合物Ｎｏ
．１１に代えて、表１に示される化合物を用いた以外は
実施例１と同様にして実施例２〜５の電界発光素子を得
た。これらの電界発光素子の特性を表２に示す。

【表２】

【００３４】実施例６ 実施例１で用いた基板を用い、陽極上に、下記化３に示
されるトリフェニルアミン誘導体からなるホール輸送層
５００Å、前記化合物Ｎｏ．７からなる電子輸送層５０
０Å、陰極として、アルミニウムを順次実施例１と同様
な条件で各々真空蒸着により形成し、図２に示すような
素子を作製した。この素子を実施例１と同様に駆動した
ところ、２４Ｖで５２．２ｍＡ／ｃｍ２の電流が素子に
流れ、黄色の明瞭な発光が長期間にわたって確認された
。この時の輝度は１９２ｃｄ／ｍ２であった。

【化３】

【００３５】実施例７〜９ 実施例１で用いた化合物Ｎｏ．１１の代わりに、表３に
示す化合物を用いた以外は実施例１と同様に操作し、図
２に示すような素子を作成した。得られた結果を表３に
示す。

【表３】

【００３６】

【発明の効果】本発明の電界発光素子は有機化合物層の
構成材料として前記一般式化１で示される化合物を用い
たことから、低い駆動電圧でも長期間にわたって輝度の
高い発光を得ることが出来ると共に種々の色調を呈する
ことが可能となる。また素子の作成も真空蒸着法等によ
り容易に行なえるので安価で大面積の素子を効率よく生
産できる等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に係る電界発光素子の模式断面図で
ある。

【図２】　　本発明に係る他の電界発光素子の模式断面
図である。

【図３】　　本発明に係る更に別の電界発光素子の模式
断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　陽極および陰極と、これらの間に挾持
   された一層または複数層の有機化合物層より構成される
   電界発光素子において、前記有機化合物層のうち少なく
   とも一層が、下記一般式化１で表わされる有機化合物を
   構成成分とする層であることを特徴とする電界発光素子
   。 【化１】 （式中、Ａｒは芳香族炭化水素基、Ｒは水素原子、置換
   もしくは無置換のアルキル基又はアリール基を表わす。 ｎは０又は１であり、ｍは１又は２である。ｎ＝０、ｍ
   ＝１の場合、ＡｒとＲは共同で環を形成してもよい。）
   
2. 【請求項２】　　一般式化１において、Ａｒが置換のア
   リール基である請求項１の電界発光素子。
3. 【請求項３】　　一般式化１において、Ａｒがアルキル
   基又はアルコキシ基で置換されたアリール基である請求
   項１又は請求項２の電界発光素子。