JPH1088119A - 有機電界発光素子 - Google Patents
有機電界発光素子Info
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Abstract
及び陰極が積層された有機電界発光素子であって、前記
正孔注入輸送層が、式(I) 【化1】 (式中、Arはメチレン基又は置換されてもよい炭素数
6〜20のアリーレン基であり、Aは置換されてもよい
炭素数6〜20のアリール基であり、R1 は同一又は異
なって水素原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基
である。)で示される芳香族ジアミノ化合物を含有する
ことを特徴とする有機電界発光素子。 【効果】 正孔注入輸送層がガラス転移点が高く結晶化
を起こしにくく、更に移動度が高い特定の有機化合物か
ら構成されているため、高輝度で寿命の長い素子を得る
ことができる。本発明の有機電界発光素子は、長期信頼
性が必要な光源、ディスプレイ等に応用可能で、工業的
価値が高い。
Description
に関する。より詳しくは、本発明は、光源やディスプレ
イ等に使用される有機電界発光素子に関する。
MnやSrS:Ce等の材料を発光層として用いた無機
電界発光素子が実用化されている。しかし、これら無機
電界発光素子は、駆動電圧に200Vもの高電圧が必要
なことや青色で実用化に耐えうる高い輝度を持つ発光層
が得られていないという問題があった。
り組みがなされてきているが、近年、有機材料を用いた
電界発光素子が注目を集めている。特に、正孔注入輸送
層と発光層を積層した2層構造の有機電界発光素子は、
駆動電圧が低く、また輝度の高い青色、緑色、赤色の発
光色を容易に得ることができる。例えば、Appl.Phys.Le
tt.51(12),pp.913-915(1987)、特開昭59−19439
3号公報及びパイオニア技報No.9第16〜23頁に
は、発光層に緑色の蛍光体であるキノリールアルミニウ
ム錯体(以下Alq3 と略記)を持ち、正孔注入輸送層
には電子写真感光体として使用されている芳香族ジアミ
ン化合物を用いた2層積層構造の有機電界発光素子が発
表されている。この素子では10V以下の直流電圧を印
加することで約1000cd/m2 の緑色発光が得られ
ている。
有機電界発光素子は一般に寿命が短く、信頼性に乏しい
という問題がある。これは、正孔注入輸送層として主に
用いられている芳香族ジアミン化合物である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と略記)の不安
定性によると考えられている。例えば、日本学術振興会
光電相互変換第125委員会第11回EL分科会資料
(94.05.28)、第19頁には、TPDは蒸着直
後から結晶化により表面層から変化し、TPDを正孔注
入輸送層に用いて素子とした場合には、発光に伴う発熱
によりTPD膜が不安定化を起こし、発光効率を低下さ
せると述べられている。
命が長く信頼性の高い有機電界発光素子を得るために、
結晶化が起こりにくい材料を探索した。その際の指針と
しては、高い融点を持つ材料や、高いガラス転移点(ア
モルファス状になった物質が結晶化する温度であり、示
差走査熱量分析(DSC)等で測定される。)を持つ材
料が適当であると考えた。これは、例えば、第39回応
用物理学会関係連合講演会28p-Q-9 の報告に基づいたも
のである。つまり、この報告には、発光による素子の発
熱時の融解を避けるためには高融点の物質が良いこと、
また、素子の温度がTPDのガラス転移点を越えて上が
るためTPDが結晶化して劣化することが述べられてい
る。
正孔注入輸送材料として、結晶化が起きにくく、かつ発
熱により熱分解の起きにくい材料を種々検討した結果、
下記式(I)で表されるN,N′型ジ−ビフェニルアミ
ノ化合物が、高い融点と高いガラス転移点、更には高移
動度とを有することを見出すと共に、この化合物を正孔
注入輸送材料として用いた場合、高輝度性を有し、かつ
寿命の長い有機電界発光素子が得られることを見い出
し、本発明に至った。更に、下記式(IV)及び(V)で
表される特定のオキサゾール化合物を発光層に用いるこ
とにより、エキサイプレックス現象(励起状態のコンプ
レックス形成:発光層から発光される光が長波長域側あ
るいは短波長域側にシフトし、発光体自体の色の発色が
阻害される現象)を抑制し、純粋な青色発光を実現でき
ることをも見い出し、本発明に至った。
正孔注入輸送層、発光層及び陰極が積層されてなり、前
記正孔注入輸送層が、式(I)
もよい炭素数6〜20のアリーレン基であり、Aは置換
されてもよい炭素数6〜20のアリール基であり、R1
は水素原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基であ
る。)で示される芳香族ジアミノ化合物を含有すること
を特徴とする4層型有機電界発光素子が提供される。
に電子注入輸送層が形成されてなる5層型有機電界発光
素子も提供される。
る陽極、正孔注入輸送層、発光層及び陰極は、基体上に
この順に形成されることが好ましい。更に、発光層及び
陰極の間に、任意に電子注入輸送層が形成されていても
よい。基体としては、特に限定されるものではなく、例
えば、ガラス、セラミックス、硬質プラスチックス等の
種々の材質のものを使用することができ、好ましくは透
明な基板が挙げられる。
しては、例えば金、銀、銅、アルミニウム、インジウ
ム、マグネシウム等の金属及びそれらの合金、並びにI
TO、SnO2 等の金属酸化物等を挙げることができ
る。本発明の有機電界発光素子における正孔注入輸送層
に含有される式(I)の化合物において、R1 及びR2
における「低級アルキル基」としては、炭素数1〜5の
直鎖又は分枝のアルキル基を挙げることができる。具体
的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso
−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル
基等が挙げられる。このうち、メチル基、エチル基、n
−プロピル基、iso−プロピル基及びt−ブチル基が
好ましい。
トキシ基、エトキシ基、n−ブトキシ基、t−ブトキシ
基、n−プロピル基及びiso−プロピル基が挙げられ
る。このうち、メトキシ基及びエトキシ基が好ましい。
次にAにおける「置換されていてもよい炭素数6〜20
のアリール基」としては、フェニル基、ナフチル基、ビ
フェニル基、アンソラニル基、ターフェニル基、ジフェ
ニルメタン基、フロレン基、ビナフチル基、スチリル
基、アセナフチレン基及びこれらの置換体が挙げられ
る。置換体を構成する置換基には、メチル基、エチル
基、メトキシ基又はエトキシ基が好ましい。
ーレン基」としてはm−フェニレン基、p−フェニレン
基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、1,4−ナフ
チレン基、2,7−フェナントリレン基、9,10−ア
ントリレン基等が挙げられる。Arの置換基は、上記A
の置換基と同じものが挙げられる。本発明の式(I)の
化合物のうち、好ましい化合物として下記式(II)の化
合物が挙げられる。
低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、nは1〜
3までの整数である(nが2以上の時、R2 は同一でも
異なっていても良い。)〕 上記式(II)において、R2 の「低級アルキル基」とし
ては、メチル基、エチル基等が挙げられる。
キシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、「ハロゲン
原子」としては塩素原子、臭素原子等が挙げられる。更
に一般式(III )で示される化合物も式(I)の好まし
い化合物として挙げることができる。
低級アルキル基又は低級アルコキシ基であり、R2 及び
nは式(II)と同義である。) 上記式(III )において、R3 の低級アルキル基及び低
級アルコキシ基は式(I)の低級アルキル基及び低級ア
ルコキシ基と同様の置換基が挙げられる。式(I)の化
合物は、具体的には下記の構造式で示される化合物が挙
げられる。
例示化合物(1)(8)(10)(11)(12)(1
3)(17)(21)(22)(23)等が輝度及び熱
安定性さらには合成面に於いて好ましい化合物である。
これら例示化合物の大部分は新規化合物である。但し、
(1)(2)(11)(15)等はBeilstein der Chem
ie E II Vol13 99P に記載されている。
はその方法に準じて容易に合成することができる。例え
ば、例示化合物(10)は具体的には、以下の手順によ
り合成される。
を徐々に加えた後、60℃付近で5時間反応させ、次い
で過剰の食塩水を加えてターフェニルのスルホン酸ナト
リウム塩を得る。 次に、4−アミノビフェニルを無溶剤系で100〜1
30℃で少し過剰の金属ナトリウムを徐々に加え、泥状
の芳香族アミンのナトリウム混融物を得る。
得たナトリウム混融物を1:8〜10のモル比で、20
0℃24時間程度反応させることにより、N,N″−
(p−ビフェニル)−4,4″−ジアミノターフェニル
を得る。この工程において、ニトロベンゼン、ジクロル
ベンゼン等の溶剤を使用してもよい。なお、この工程
は、特開昭60−97942号公報を参考にして行っ
た。
s)第383〜385頁(1987)に記載されている
合成法(所謂ウルマン反応の1種)に準じて反応させる
ことにより例示化合物(10)を得る。更に、例示化合
物(10)の精製については、溶解性の優れた溶剤は余
りないので、まずジメチルホルムアミドにより再結晶を
行い、次いで昇華精製により行った。
は2層以上の積層構造で形成されていてもよい。この場
合には、式(I)の芳香族ジアミノ化合物を含有しない
1層又は2層以上の積層構造の上層又は下層に、式
(I)の芳香族ジアミノ化合物を含有する層を積層する
ことが好ましい。正孔注入輸送層が式(I)の化合物を
含有する1層で構成されている場合には、その膜厚は、
約20〜3000Å、好ましくは約50〜500Åであ
る。また、式(I)の化合物を含有する層の他に、式
(I)の化合物を含有しない層が1層又は2層以上積層
されている場合には、式(I)の化合物を含有する層の
膜厚は、約20〜3000Å、好ましくは約50〜50
0Åである。
記正孔注入輸送層上に発光層が形成されている。この発
光層は、例えばAlq3 、Beq2 (キノリールベリリ
ウム錯体)等により形成されていてもよい。また、この
層に、上記式(I)で表される芳香族ジアミノ化合物が
ドーピングされていることが好ましい。なかでも、発光
層中にドーピングされている化合物が、式(II)中、
N,N,N′,N′−テトラキス(P−ビフェニル)−
ベンジジン化合物の場合には、発光層中に1%以上ドー
ピングすることがより好ましい。これにより、より発光
効率の良好な有機電界発光素子を得ることができる。発
光層の膜厚は約0.01〜1μmが好ましい。この膜厚
が厚すぎると電流の流れが悪くなるため、低電圧での駆
動が困難となり、好ましくない。一方、あまり薄すぎる
と充分な輝度が得にくくなるため好ましくない。
(IV)で示されるオキサゾール化合物を含有させてもよ
い。
=CH−であり、R4 ,R5 ,R6 ,及びR7 は水素原
子、ハロゲン原子、低級アルキル基、低級アルコキシ
基、シアノ基、トリフロロメチル基及び置換基を含んで
もよいフェニル基、或いはR5 とR6 又はR6 とR7 と
が結合して形成されるナフタレン環であり、m及びlは
1〜4までの整数であり、kは0〜2の整数であり、A
r″は炭素数6〜10のアリーレン基である。) 更には下記式(V)で示されるオキサゾール化合物も発
光層に含有させてもよい。
であり、R8 及びR9 は水素原子、低級アルキル基、置
換基を含んでもよいフェニル基又は複素環基である。) これらのオキサゾール化合物は、青色発光素子の発光層
を形成する場合に特に有効であり、エキサイプレックス
現象の少ない有機電界発光素子を得ることができる。こ
の場合、正孔注入輸送層としては、上記の式(I)の化
合物の他のものを用いることもできるが、式(I)の化
合物を用いることが好ましい。
ゾール化合物において、Ar″における「炭素数6〜1
0のアリーレン基」としては、p−フェニレン基、m−
フェニレン基、P,P′−ビフェニレン基、1,4−ナ
フチレン基、P,P′−ジフェニルメタン基又は2,7
−フェナントリレン基等があげられる。また、「低級ア
ルキル基」としては、メチル基、エチル基等が挙げられ
る。
キシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、「ハロゲン
原子」としては塩素原子、臭素原子等が挙げられる。更
に、フェニル基の置換基としては、上記低級アルキル基
及び低級アルコキシ基が挙げられる。
は1が好ましい。発光層としてオキサゾール化合物を使
用した場合においても、膜厚に依存して上記と同様の傾
向を示すため、膜厚は、上記の膜厚とほぼ同程度が好ま
しい。式(IV)及び式(V)で表されるオキサゾール化
合物として、下記構造式で示される化合物が好ましい。
(発光層と後述する陰極との間)に更に、電子注入輸送
層を積層してもよい。これにより、発光層中への電子の
注入及び移動を促進することができる。この電子注入輸
送層を形成する材料としては、ガラス転移点が高く、結
晶化を起こしにくい化合物が好ましく、一般に電子写真
感光体材料の分野において電子輸送性化合物として使用
できる化合物が挙げられる。具体的には、トリニトロフ
ロレノン、1−シアノ−1−フェニル−2−(p−トリ
フロロメチル)エチレン、キナクリドン、2,7−ジニ
トロ−9−(4′−トリフロロメチルベンジリデン)フ
ロレン(下記構造式)が挙げられる。
上に形成できる。発光層上に蒸着する場合の膜厚は、約
10〜1000nm、好ましくは約20〜200nmであ
る。本発明の有機電界発光素子は、通常、基板上に陽極
を積層し、この陽極上に正孔注入層を積層し、更にその
上に発光層を積層し、この発光層の上に必要に応じて電
子注入輸送層を介して陰極を積層した構造に形成され
る。これら各層の形成方法としては、真空蒸着法、スピ
ンコート法、キャスト法、ディップコート法等の公知の
成膜法が適用できる。
注入輸送層がガラス転移点が高く結晶化を起こしにくい
特定の有機化合物から構成されているため、寿命の長い
有機電界発光素子が得られる。更に、特定のオキサゾー
ル化合物を、発光層を形成する発光材料として用いるこ
とにより純粋な青色発光素子が得られる。
陽極2aとして透明電極であるITOを150nm形成し
た。更にその上に正孔注入輸送層3として真空蒸着法
で、表1に示される芳香族ジアミノ化合物を75nm形成
した。次に、この正孔注入輸送層3上に発光層4として
真空蒸着法でAlq3 を60nm形成した。更に、真空蒸
着法にて陰極2bとしてMg:Agを共蒸着にて形成し
た。
4393号公報記載のTPDを正孔注入輸送層に用いた
素子も同様に作成した。
の陽極2aと陰極2bとの間に電圧15Vを印加した時
の電流値及び最高輝度値を測定した。また、寿命(半減
期)として、輝度200cd/m2 から100cd/m
2 まで低下するに要した時間も測定した。測定はArガ
ス中で室温(20℃)で行なった。
を正孔注入輸送層に用いた発光素子においては、最高輝
度及び寿命のいずれにおいてもTPDより優れており、
特に化合物11及び13は、TPDと比較して3倍〜4
倍の性能を有していることがわかった。このような要因
としては、本発明の化合物中の多ビフェニル構造の有す
る正孔輸送効率の高さと、化合物ガラス転移点が高いこ
とがあげられる。
効率及びガラス転移点を比較すると表2に示す様な結果
となる。
のうち、化合物9及び化合物19を使用し、かつ正孔注
入輸送層として芳香族ジアミノ化合物のうち、化合物1
1及び化合物17を使用し、上記実施例1〜3と同様に
して有機電界発光素子を4種類作成した。このようにし
て作成した発光素子を同様に15Vの電圧を印加し、そ
の時の最高輝度及び輝度200cd/m2 から100c
d/m2までの低下に要する時間で表される寿命、更に
は最高輝度波長を測定した。その結果を表3に示す。
を正孔注入輸送層に用いた発光素子においては、最高輝
度及び寿命のいずれにおいても比較例1に記載したTP
Dより優れていることがわかった。 実施例8 実施例2の発光素子において発光層4として真空蒸着法
でAlq3 10部に対して芳香族ジアミノ化合物8を1
部加えた混合系での発光層を形成した以外は実施例2と
同様にして有機電界発光素子を作成した。これを実施例
2と同様にして最高輝度及び寿命を測定した結果、最高
輝度は6900cd/m2 と余り変化は認められなかっ
たが寿命は870(時間)と10%程度良くなった。こ
の原因としてAlq3 の結晶化が芳香族ジアミノ化合物
の添加によって防止されたことと芳香族ジアミノ化合物
自身もかなり高い発光特性を有していることが考えられ
る。
孔注入輸送層が高い正孔輸送効率を有し、ガラス転移点
が高く結晶化を起こしにくい特定の有機化合物から構成
されているため、高輝度で寿命の長い有機電界発光素子
を得ることができる。また、特定のオキサゾール化合物
が発光層を形成する発光材料として用いられているの
で、青色発光性を有する高輝度、高寿命性の有機電界発
光素子を得ることができる。
期信頼性が必要な光源として、更にはディスプレイ等に
応用可能であり、その工業的価値は高い。
の概略断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 基体上に陽極、正孔注入輸送層、発光層
及び陰極が積層されてなり、前記正孔注入輸送層が、式
(I) 【化1】 (式中、Arはメチレン基又は置換されてもよい炭素数
6〜20のアリーレン基であり、Aは置換されてもよい
炭素数6〜20のアリール基であり、R1 は水素原子、
低級アルキル基又は低級アルコキシ基である。)で示さ
れる芳香族ジアミノ化合物を含有することを特徴とする
有機電界発光素子。 - 【請求項2】 発光層と陰極の間に電子注入輸送層が形
成されてなる請求項1記載の有機電界発光素子。 - 【請求項3】 発光層が、式(I)の化合物を含有する
請求項1又は2記載の有機電界発光素子。 - 【請求項4】 式(I)の化合物が、式(II) 【化2】 〔式中、R2 は水素原子、ハロゲン原子、低級アルキル
基又は低級アルコキシ基であり、nは1〜2までの整数
である(nが2の時、R2 は同一でも異なっていても良
い。)〕で示される芳香族ジアミノ化合物である請求項
1〜3いずれか1つに記載の有機電界発光素子。 - 【請求項5】 式(I)の化合物が、式(III ) 【化3】 (式中R3 は水素原子、低級アルキル基又は低級アルコ
キシ基であり、R2 及びnは式(II)と同義である。)
で示される芳香族アミン化合物である請求項1〜3いず
れか1つに記載の有機電界発光素子。 - 【請求項6】 発光層が、式(IV) 【化4】 (式中、Ar′は 【化5】 ,−Ar″−又は−CH=CH−Ar″−CH=CH−
であり、R4 ,R5 ,R 6 及びR7 は水素原子、ハロゲ
ン原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、シアノ
基、トリフロロメチル基又は置換基を含んでもよいフェ
ニル基、或いはR5とR6 又はR6 とR7 とが結合して
形成されるナフタレン環であり、m及びlは1〜4まで
の整数であり、kは0〜2までの整数であり、Ar″は
炭素数6〜10のアリーレン基である。)で示されるオ
キサゾール化合物を含有する請求項1〜5いずれか1つ
に記載の有機電界発光素子。 - 【請求項7】 発光層が、式(V) 【化6】 (式中、Ar′は式(IV)中のAr′と同義であり、R
8 及びR9 は水素原子、低級アルキル基、置換基を含ん
でもよいフェニル基又は複素環基である。)で示される
オキサゾール化合物を含有する請求項1〜5いずれか1
つに記載の有機電界発光素子。
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