JPH05214333A

JPH05214333A - 電界発光素子

Info

Publication number: JPH05214333A
Application number: JP4016422A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hamada; 祐次浜田; Kenji Sano; 健志佐野; Yoshitaka Nishio; 佳高西尾; Takanori Fujii; 孝則藤井; Kazuhiko Kuroki; 和彦黒木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-24
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2828821B2

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた電子輸送材料を有する高輝度で、安
定性のよい電界発光素子を提供することを目的とする。【構成】ホール注入電極２と電子注入電極６との間
に、有機ホール輸送層３と有機発光層４と、有機電子輸
送層５とがホール注入電極２側から順に形成された有機
３層素子構造、或いはホール注入電極２と電子注入電極
６との間に有機発光層４と有機電子輸送層５とがホール
注入電極２側から順に形成された有機２層素子構造を有
する電界発光素子において、前記有機電子輸送層５に８
−キノリノール誘導体−金属錯体を用いることを特徴と
する電界発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界発光素子に関し、
特に電子輸送層に新規な有機材料を用いた有機電界発光
素子（以下有機ＥＬ素子という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の多様化に伴って、ＣＲ
Ｔより低消費電力で空間占有容積が少ない平面表示素子
のニーズが高まっている。このような平面表示素子とし
ては、液晶、プラズマディスプレイ等があるが、特に最
近は、自己発光型で表示が鮮明な電界発光素子〔エレク
トロルミネッセンス（ＥＬ）素子〕が注目されている。

【０００３】ここで、上記ＥＬ素子は構成する材料によ
り、無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに大別することがで
き、無機ＥＬ素子は既に実用化されている。しかしなが
ら、上記無機ＥＬの駆動方式は、高電界の印加によって
加速された電子が、発光中心を衝突励起して発光させる
という所謂「衝突励起型発光」であるため、高電圧で駆
動する必要がある。このため、周辺機器の高コスト化を
招来するという課題を有していた。これに対し、上記有
機ＥＬ素子は、電極から注入された電荷（ホール、およ
び電子）が発光体中で再結合して発光するという所謂
「注入型発光」であるため、低電圧で駆動することがで
きる。しかも、有機化合物の分子構造を変更することに
よって任意の発光色を容易に得ることができるといった
利点もある。したがって、有機ＥＬ素子は、これからの
表示素子として、非常に有望である。

【０００４】ここで、有機ＥＬ素子は、一般に、２層構
造〔ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸
送層と、発光層とが形成された構造（ＳＨ−Ａ構造）、
またはホール注入電極と電子注入電極との間に、発光層
と、電子輸送層とが形成された構造（ＳＨ−Ｂ構造）〕
或いは３層構造〔ホール注入電極と電子注入電極との間
に、ホール輸送層と、発光層と、電子輸送層とが形成さ
れた構造〕のような素子構造を有している。上記ホール
注入電極としては、金やＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）のような仕事関数の大きな電極材料を用い、上記電
子注入電極としては、Ｍｇのような仕事関数の小さな電
極材料を用いる。また、上記ホール輸送層、発光層、電
子輸送層には有機材料が用いられ、ホール輸送層はｐ型
半導体の性質、電子輸送層はｎ型半導体の性質を有する
材料が用いられる。上記発光層は、上記ＳＨ−Ａ構造で
はｎ型半導体の性質、ＳＨ−Ｂ構造ではｐ型半導体の性
質、ＤＨ構造では中性に近い性質を有する材料が用いら
れる。いずれにしてもホール注入電極から注入されたホ
ールと電子注入電極から注入された電子が発光層とホー
ル（又は、電子）輸送層の界面、及び発光層内で再結合
して発光するという原理である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記有機Ｅ
Ｌ素子における有機材料の選択は、その発光効率及び耐
久性等、諸特性に大きな影響を与える。この場合、ｐ型
を示す物質は多数の材料が提案されているが、ｎ型を示
す物質は余り提案されていない。例えば、ｎ型を示す物
質としては、ｔBu-PBD （2-(4'-tert-Butylphenyl)-5-
(4"-biphenyl)-1,3,4-oxadiazole）や、ペリレン誘導体
等しか知られていない。

【０００６】しかしながら、前者では、製膜性が悪いた
め、ＥＬ素子の耐久性を悪化させる。一方、後者では、
ケイ光波長が６００〜８００ｎｍ前後であるため電子輸
送層としての使用が制限される。これは、発光層のケイ
光波長より電子輸送層のケイ光波長の方が長いと、発光
層で生じた励起子が電子輸送層に移動して消失してしま
うという理由による。

【０００７】このように優れた電子輸送材料がないため
に、有機ＥＬ素子の作製に支障をきたすとういう課題を
有していた。本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、優れた電子輸送材料を有する電界発光素子を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、ホール注入電極と電子注入電極と
の間に、有機ホール輸送層と有機発光層と、有機電子輸
送層とがホール注入電極側から順に形成された有機３層
素子構造、或いはホール注入電極と電子注入電極との間
に有機発光層と有機電子輸送層とがホール注入電極側か
ら順に形成された有機２層素子構造を有する電界発光素
子において、前記有機電子輸送層に８−キノリノール誘
導体−金属錯体を用いることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の８−キ
ノリノール誘導体−金属錯体において、その配位子とな
る８−キノリノール誘導体が、上記化１の分子構造を持
つ８−キノリノールであることを特徴とする。請求項３
の発明は、請求項１記載の８−キノリノール誘導体−金
属錯体において、その配位子となる８−キノリノール誘
導体が、上記化２に示すように８−キノリノールの５位
および７位にハロゲン基を有する８キノリノール誘導体
であることを特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１記載の８−キ
ノリノール誘導体−金属錯体において、その配位子とな
る８−キノリノール誘導体が、上記化３に示すように８
キノリノールの２位にアルキル基を有する８−キノリノ
ール誘導体であることを特徴とする。請求項５の発明
は、請求項１記載の８−キノリノール誘導体−金属錯体
において、その配位子となる８−キノリノール誘導体
が、上記化４に示すように８キノリノールの８位のＯＨ
基を、−ＳＨ基または−ＳｅＨ基で置き換えた８−キノ
リノール誘導体であることを特徴とする。

【００１１】請求項６の発明は、請求項１記載の８キノ
リノール誘導体−金属錯体において、金属イオンが周期
律表第３族または第２族であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】８−キノリノール誘導体を配位子としたキレー
ト金属錯体には、電子輸送性の性質が強い。またこれら
化合物は真空蒸着法で製膜した場合、膜質が非晶性ある
いは多結晶性であり、製膜性に優れている。

【００１３】さらに、これら化合物は４９０ｎｍ〜５５
０ｎｍのケイ光ピーク波長を持ち、励起エネルギーが大
きい。従ってこれら化合物を有機ＥＬ素子の電子輸送層
に用いると発光層で発生した励起子のエネルギーが電子
輸送層に移動することがなく発光の高効率化が望める。
しかも、製膜性が良好なので発光時の安定性および素子
保存時の安定性も向上することができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明の実施例に係る電界発光素
子（ＤＨ）の断面図である。ガラス基板１上には、ホー
ル注入電極（陽極）２と、有機ホール輸送層３（厚み：
５００Å）と、有機発光層４（厚み：１００Å）と、有
機電子輸送層５（厚み：５００Å）電子注入電極（陰
極）６（厚み：２０００Å）とが、順に形成されてい
る。そして、上記ホール注入電極（陽極）２と電子注入
電極（陰極）６はリード線７を介して外部から電圧が印
加できるようになっている。

【００１５】上記ホール注入電極２にはインジウム−ス
ズ酸化物（ＩＴＯ）が、上記有機電子輸送層３には下記
化５に示すポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）が、上
記有機発光層４には下記化６に示すペリノン誘導体が、
上記有機電子輸送層５には下記化７に示す８−キノリノ
ールアルミ錯体が、上記電子注入電極（陰極）６にはＭ
ｇとＡｇとが１０：１の比率で混合されたものが用いら
れている。

【００１６】

【化５】

【００１７】

【化６】

【００１８】

【化７】

【００１９】上記有機電子輸送層５に用いた８−キノリ
ノールアルミ錯体は以下のようにして合成を行なった。キレート金属錯体の合成方法キレート金属錯体の標準的な合成例を以下に示す。８−
キノリノール（東京化成製）を２ｇ（１３．８ｍｍｏ
ｌ）はかりとり、エタノール５０ｍｌに溶解させる。更
に硫酸カリウムアルミニウム・１２水（カリウムミョウ
バン）を２．１８ｇ（４．６ｍｍｏｌ）はかりとり、純
水２００ｍｌに溶かす。

【００２０】両者が完全に溶解した後、カリウムミョウ
バン水溶液に８−キノリノール溶液を少しずつ入れなが
ら、攪拌させる。すると、ただちに反応して、黄色の沈
澱物が生じる。そのまま、１５分程度攪拌を続け、最後
に黄色の沈澱物を吸引ろ過する。沈澱物は、完全に乾燥
させてからトレインサブリメーション法を用いた昇華精
製装置（H. J. Wagner, R. O. Loutfy, and C. K. Hsia
o, J. Mater. Sci., 17,2781(1982)の論文による) によ
り精製をおこなった。

【００２１】得られた錯体は８−キノリノールアルミ錯
体（Ａｌｑ₃）であり、ケイ光（ＰＬ）ピーク波長は５
２８ｎｍであった。また電界発光素子は以下のように作
製した。先ず、ガラス基板１上にインジウム−スズ酸化
物（ＩＴＯ）が形成された基板を中性洗剤により洗浄し
た後、アセトン中で２０分間、エタノール中で約２０分
間超音波洗浄をおこなった。次いで、上記基板を沸騰し
たエタノール中に約１分間入れ、取り出した後、すぐに
送風乾燥を行った。この後、上記ＩＴＯから成るホール
注入電極２上に、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）
を真空蒸着してホール輸送層３を形成した。この有機ホ
ール輸送層３上に、ペリノン誘導体を真空蒸着して、有
機発光層４を形成した。更に、有機発光層４上に、８−
キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ₃）を真空蒸着して、
有機電子輸送層５を形成した。最後に、ＭｇとＡｇとを
１０：１の比率で共蒸着して、電子注入電極６を形成し
た。尚、これらの蒸着はいずれも、真空度１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ、基板温度は２０℃、有機層の蒸着速度２Å／ｓ
ｅｃという条件下で行った。

【００２２】尚、上記のように作製した電界発光素子を
以下素子Ａ₁と称する。（実施例２）有機電子輸送層に下記化８〜化１２に示す
８−キノリノール誘導体−金属錯体を用いる以外は、実
施例１と同様に電界発光素子を作製した。尚、それぞれ
の金属錯体の合成は実施例１と同様な合成方法で行い、
ガリウムイオンは塩化ガリウム（GaCl₃)を純水に溶解さ
せて得た。またイットリウムイオンについては、硝酸イ
ットリウム６水和物を純水に溶解せて得た。

【００２３】以下、有機電子輸送層５に化８〜化１２に
示す８−キノリノール誘導体−金属錯体を用いた電界発
光素子を順に素子Ａ₂〜Ａ₆と称する。

【００２４】

【化８】

【００２５】

【化９】

【００２６】

【化１０】

【００２７】

【化１１】

【００２８】

【化１２】

【００２９】（比較例１）有機電子輸送層に従来の電子
輸送材料である下記化１３に示すｔＢｕ−ＰＢＤ（同仁
化学製）を用いる以外は、実施例１と同様に電界発光素
子を作製した。以下、この比較例の電界発光素子を素子
Ｘ₁と称する。

【００３０】

【化１３】

【００３１】（実験１）実施例１、実施例２の素子Ａ₁
〜Ａ₆、および比較例１の素子Ｘ₁について、ホール注
入電極をプラスに、電子注入電極をマイナスにバイアス
して直流電流を供給し、ＥＬ発光のピーク波長、輝度、
および連続発光させた場合の発光寿命を測定した。

【００３２】この測定結果を下記表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１からも明らかなように、有機電子輸送
層に従来の電子輸送材料であるｔＢｕ−ＰＢＤを用いる
と、製膜しても結晶が析出しやすいため発光寿命が短
い。しかしながら、有機電子輸送層に製膜性のよい８−
キノリノール誘導体−金属錯体を用いることにより、従
来の化合物を用いた電界発光素子に比べて寿命を延ばす
ことができた。（実施例３）図２に示すように、素子の構造が、ガラス
基板１上に、ホール注入電極２、有機発光層４、有機電
子輸送層５、電子注入電極６が順に形成されたＳＨ−Ｂ
構造で、有機発光層４に下記化１４に示すオキサジアゾ
ール誘導体（厚み：５００Å）を用い、電子輸送層に上
記化８に示す２−メチル−８−キノリノール−ガリウム
錯体を用いた以外は実施例１と同様に電界発光素子を作
製した。以下この素子を素子Ｂ₁と称する。

【００３５】

【化１４】

【００３６】（比較例２）電子輸送層にｔＢｕ−ＰＢＤ
（上記化１３に示す）を用いた以外は実施例３と同様に
電界発光素子を作製した。以下この素子を素子Ｙ₁と称
する。（実験２）上記実施例３の素子Ｂ₁と、比較例の素子Ｙ
₁のホール注入電極をプラスに、電子注入電極をマイナ
スに印加し、発光のピーク波長、輝度、発光寿命を測定
した。

【００３７】実施例３の素子Ｂ₁は、駆動電圧１６Ｖ、
電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ²で輝度が６００ｃｄ／ｍ²
の５２５ｎｍに発光のピーク波長を持つ緑色の発光を得
ることができた。この素子Ｂ₁は連続駆動させると２日
間の発光が確認できた。比較例２の素子Ｙ₁は、駆動電
圧１５Ｖ、電流密度１３０ｍＡ／ｃｍ²で輝度が５００
ｃｄ／ｍ²の５２５ｎｍに発光のピーク波長を持つ緑色
の発光を得ることができた。しかし連続発光させたとこ
ろ２時間しか発光せず素子の安定性が悪いことがわかっ
た。（その他の実施例）素子Ａ₂の電子輸送材料として用い
た２−メチル−８キノリノール−ガリウム錯体（上記化
８に示す）は、蛍光ピーク波長が４９５ｎｍにあるた
め、青色発光材料との組み合わせも可能である。

【００３８】また上記実施例には記載されていないが、
８キノリノールの８位のＯＨ基を、−ＳｅＨ基で置き換
えた８−キノリノール誘導体を配位子とした金属錯体を
電子輸送層の材料として用いても同様の効果が期待でき
る。更に、上記実施例では、中心金属としてガリウム、
イットリウム、アルミニウム、亜鉛を用いたが、ベリリ
ウム、マグネシウム、ストロンチウム、インジウム等を
用いても同様の効果が期待できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、電界発光素子にお
いて、８−キノリノール誘導体−金属錯体を電子輸送層
の材料に用いることによって、従来の材料より製膜性が
良好なため、発光時における素子の安定性が大幅に向上
した。加えて、８−キノリノール誘導体−金属錯体の合
成は容易で、しかも安価であり、材料の入手の容易さと
いう点においても優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】３層構造の有機電界発光素子の断面図である。

【図２】２層構造の有機電荷発光素子の断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ホール注入電極３有機ホール輸送層４有機発光層５有機電子輸送層６電子注入電極

フロントページの続き (72)発明者藤井孝則守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者黒木和彦守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホール注入電極と電子注入電極との間
に、有機ホール輸送層と有機発光層と、有機電子輸送層
とがホール注入電極側から順に形成された有機３層素子
構造、或いはホール注入電極と電子注入電極との間に有
機発光層と有機電子輸送層とがホール注入電極側から順
に形成された有機２層素子構造を有する電界発光素子に
おいて、前記有機電子輸送層に８−キノリノール誘導体
−金属錯体を用いることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】前記８−キノリノール誘導体−金属錯体
において、その配位子となる８−キノリノール誘導体
が、下記化１の分子構造を持つ８−キノリノールである
ことを特徴とする請求項１記載の電界発光素子。【化１】
【請求項３】前記８−キノリノール誘導体−金属錯体
において、その配位子となる８−キノリノール誘導体
が、下記化２に示すように８−キノリノールの５位およ
び７位にハロゲン基を有する８キノリノール誘導体であ
ることを特徴とする請求項１記載の電界発光素子。【化２】
【請求項４】前記８−キノリノール誘導体−金属錯体
において、その配位子となる８−キノリノール誘導体
が、下記化３に示すように８キノリノールの２位にアル
キル基を有する８−キノリノール誘導体であることを特
徴とする請求項１記載の電界発光素子。【化３】
【請求項５】前記８−キノリノール誘導体−金属錯体
において、その配位子となる８−キノリノール誘導体
が、下記化４に示すように８キノリノールの８位のＯＨ
基を、−ＳＨ基または−ＳｅＨ基で置き換えた８−キノ
リノール誘導体であることを特徴とする請求項１記載の
電界発光素子。【化４】
【請求項６】前記８キノリノール誘導体−金属錯体に
おいて、金属イオンが周期律表第３族または第２族であ
ることを特徴とする請求項１記載の電界発光素子。