JP2003231692A

JP2003231692A - 有機化合物、有機ｅｌ素子およびディスプレイ

Info

Publication number: JP2003231692A
Application number: JP2002351662A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tokito; 静士時任; Toshimitsu Tsuzuki; 俊満都築; Nobuhiko Shirasawa; 信彦白沢; Toshiyasu Suzuki; 敏泰鈴木
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2003-08-19
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP4220767B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い発光効率と長寿命を有する発光材料とし
て好適な、また、大面積の発光材料を安価かつ容易に形
成することができる、新規な有機化合物およびこの有機
化合物を用いた有機ＥＬ素子およびディスプレイを提供
する。【解決手段】有機化合物１０は、燐光成分からなる発
光性の構造単位１２を中心として３次元的に分岐した外
部構造単位１４が取り囲んだ樹木状多分岐高分子構造ま
たは樹木状多分岐低分子構造を有する。外部構造単位１
４は、荷電キャリア輸送成分を構造内に有する。さら
に、外部構造単位１４は発光性の構造単位１２との間を
−Ｏ−、−ＣＨ_２−あるいは−Ｏ−ＣＨ_２−等の非共役
系で結ばれている。薄膜固体１８に形成するとき、有機
化合物１０の集合体は、外部構造単位１４の存在によっ
て、隣り合う発光性の構造単位１２が近接することが阻
害され、薄膜固体１８内に均一に分布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機化合物、有機
ＥＬ素子およびディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスプレイに用いる各種素子の１つと
して、有機ＥＬ素子の利用が検討されている。

【０００３】有機ＥＬ素子は、代表的なものとして、例
えば図１に示すように、ＩＴＯ陽極１付のガラス基板２
上にホール輸送層３、発光層４、電子輸送層５および金
属陰極６が積層された構成を有する。ホール輸送層３、
発光層４および電子輸送層５は、いずれも有機化合物材
料で形成され、このうち、発光層４は有機化合物材料と
して主に蛍光材料を用いて薄膜に形成される。

【０００４】有機ＥＬ素子は、有機薄膜（発光層４）に
電子とホールを注入して再結合させることにより、有機
分子の励起子を生成させ、この励起子が失活する際に蛍
光を放出する機構を利用したデバイスである。ここでの
励起子は、一重項励起状態のことである。

【０００５】有機ＥＬ素子の特徴は、１０Ｖ程度の低い
印加電圧で１０００ｃｄ／ｍ^２以上の高輝度を実現で
き、かつ、有機化合物の種類を選択することで、青から
赤までの任意の色の発光が得られることにある。また、
有機ＥＬ素子は、自発光であるため、ディスプレイに用
いたときに、視野角依存性がなく視認性にすぐれた表示
を得ることができる。そのため、有機ＥＬ素子の次世代
フルカラーディスプレイへの応用が期待されている。

【０００６】しかしながら、上記した発光材料として蛍
光有機化合物を用いた有機ＥＬ素子は、発光量子効率が
最大で５％程度に止まるため、発光量子効率がさらに高
い有機ＥＬ素子が求められている。

【０００７】このような高い発光量子効率を有する発光
材料として、燐光有機化合物が注目され始めている（例
えば、非特許文献１参照。）。これらの研究で用いられ
る燐光有機化合物は、白金やイリジウムを中心に有する
金属錯体であり、これらの金属錯体をカルバゾール系化
合物のホスト層に数％の濃度でドーピングしたものを発
光層とする。このような燐光有機化合物を用いた有機Ｅ
Ｌ素子は、上記の蛍光有機化合物を用いた有機ＥＬ素子
を凌ぐ８％程度の高い発光量子効率が得られることが報
告されている。また、ごく最近では、燐光有機化合物を
用いた有機ＥＬ素子の素子構成を工夫することで１５％
もの高い発光量子効率が得られることも報告されており
（例えば、非特許文献２参照。）、超高効率化を実現す
る手段として注目されている。ここでの燐光とは、三重
項励起状態から基底状態へ移るときの発光をいう。

【０００８】

【非特許文献１】Baldo,et al.，Vol.395,pp.151 Natu
re(1998),.Baldo,et al.,Appl．Phys.Lett.,Vol.175,p
p.4(1999)

【非特許文献２】Appl．Phys.Lett.,Vol.77,pp.904(200
0)

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た燐光有機化合物を発光層に用いた有機ＥＬ素子の場
合、燐光有機化合物を用いた発光層の作製方法等が原因
となって、有機ＥＬ素子の課題である発光効率の改善と
長寿命化を実用レベルで実現することを困難としてい
る。

【００１０】すなわち、発光層は、燐光有機化合物を最
適濃度でホスト層中に均一に分散（ドーピング）したも
のであることが必要である。通常、最適濃度は６質量％
程度とされている。ところが、例えば代表的な発光層の
作製方法である真空蒸着法の一種である共蒸着により発
光層を作成した場合、発光層中の濃度分布の均一化を実
現することが難しい。このことは、燐光有機化合物を高
分子のホスト層に分散した高分子型ＥＬ素子の発光層に
ついても同様である。そして、このような燐光有機化合
物の分散性の悪い有機ＥＬ素子は、燐光有機化合物の濃
度の高い箇所では燐光有機化合物分子間のエネルギ移動
が活発になり、発光しないままエネルギを失うプロセス
が優勢になり、発光効率が低下する。

【００１１】また、上記の燐光有機化合物を発光層に用
いた有機ＥＬ素子は、仮に燐光有機化合物をホスト層中
に均一に分散できたとしても、時間経過とともに、素子
駆動中に発生する熱によって燐光有機化合物分子が発光
層内で移動し、分散不均一化に至り、素子の長寿命化が
阻害されるおそれもある。

【００１２】本発明は、上記の鑑みてなされたものであ
り、高い発光効率と長寿命を有する発光材料として好適
な、新規な有機化合物およびこの有機化合物を用いた有
機ＥＬ素子およびディスプレイを提供することを第１の
目的とする。

【００１３】また、本発明は、大面積の発光材料を安価
かつ容易に形成することができる、新規な有機化合物お
よびこの有機化合物を用いた有機ＥＬ素子およびディス
プレイを提供することを第２の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る有機化合物
は、発光性の構造単位を中心に有する樹木状多分岐高分
子または樹木状多分岐低分子（デンドリマー）構造から
なるものである。

【００１５】これにより、発光性の構造単位が周辺構造
である樹木状に多分岐した多数の分枝によって３次元的
に孤立させられた状態となるため、この有機化合物を発
光材料として用いて発光層を形成した場合、形成方法に
関わらず、発光性の構造単位が発光層中に均一に分散さ
れ、高い発光効率と長寿命を有する発光層を得ることが
でき、有機ＥＬ素子の発光層として、あるいは、照明機
器の発光材料として、さらにまた、発光性塗料等として
好適に用いることができる。

【００１６】この場合、前記発光性の構造単位が燐光成
分からなり、分岐した分枝単位の少なくとも一部分に荷
電キャリア輸送性成分を有すると、蛍光成分を用いた場
合に比べて高い発光効率を得ることができる。

【００１７】このとき、前記荷電キャリア輸送性成分
が、正孔輸送性および電子輸送性のいずれか１つまたは
双方を有すると、好適である。

【００１８】また、この場合、前記発光性の構造単位と
前記荷電キャリア輸送性成分とが非共役系で結合してい
ると、好適である。

【００１９】ここで、非共役系とは、多重結合を含む発
光性の構造単位と多重結合を含む荷電キャリア輸送性成
分とが１または２以上の単結合を挟んで結合している系
であることをいう。

【００２０】また、この場合、異なる分枝単位の前記荷
電キャリア輸送性成分同士が非共役系で結合している構
造であってもよい。

【００２１】また、この場合、前記発光性の構造単位が
金属原子を含む錯体構造からなり、さらにまた、前記金
属原子が遷移金属原子および希土類金属原子のうちの少
なくとも１つの金属原子であると、好適である。

【００２２】ここで、遷移金属としては、イリジウム、
白金、金、ルテニウム等を挙げることができ、また、希
土類金属としては、ユウロビウム、テルビウム、ジスプ
ロシウム等を挙げることができる。

【００２３】また、この場合、有機化合物が、有機溶剤
または水に可溶であると、塗布法により容易かつ安価に
発光層を形成することができる。このとき、有機化合物
の分子量は８００以上が好ましい。

【００２４】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、一対
の電極と、該一対の電極間に挟まれた発光層とを有し、
該発光層が上記の有機化合物を含む層を有することを特
徴とする。

【００２５】これにより、上記した有機化合物の効果を
奏する有機ＥＬ素子を得ることができる。

【００２６】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、一対
の電極と、該一対の電極間に挟まれた発光層とを有し、
該発光層が上記の有機化合物、および該有機化合物とは
別の低分子化合物若しくは高分子化合物を少なくとも２
種類以上含むと、好適である。

【００２７】この場合、前記有機化合物の少なくとも１
種類が電子輸送性成分または正孔輸送性成分を有し、前
記低分子化合物若しくは高分子化合物の少なくとも１種
類が該有機化合物の少なくとも１種類の有さない荷電キ
ャリア輸送性成分を有すると、好適である。

【００２８】また、この場合、前記有機化合物の少なく
とも１種類が電子輸送性成分または正孔輸送性成分を有
し、該有機化合物の少なくとも他の１種類が該有機化合
物の少なくとも１種類の有さない荷電キャリア輸送性成
分を有すると、好適である。

【００２９】また、この場合、前記有機化合物の少なく
とも２種類が、異なる波長領域に発光性を有し、白色光
を呈すると、好適である。

【００３０】また、本発明に係るディスプレイは、上記
の有機ＥＬ素子とカラーフィルタを組み合わせてなるフ
ルカラー表示可能なディスプレイであると、好適であ
る。

【００３１】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、前記
発光層が可撓性（フレキシブル）基板上に形成されてな
ると、フレキシブルな有機ＥＬ素子を得ることができ
る。

【００３２】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、前記
有機化合物を含む層が塗布法により形成されてなると、
容易かつ安価に大面積の発光層を形成することができ
る。

【００３３】また、本発明に係るディスプレイは、上記
の有機ＥＬ素子と２個以上の薄膜トランジスタとで画素
が形成されることを特徴とするアクティブマトリクス方
式のディスプレイである。

【００３４】これにより、高い発光効率と長寿命を有
し、また、高い応答速度を有するディスプレイを得るこ
とができる。

【００３５】この場合、前記薄膜トランジスタが有機薄
膜トランジスタであると、基板としてプラスチックフィ
ルムを好適に用いることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明に係る有機化合物、有機Ｅ
Ｌ素子およびディスプレイの好適な実施の形態につい
て、図を参照して、以下に説明する。

【００３７】まず、本実施の形態例に係る有機化合物に
ついて、図２および図３を参照して説明する。

【００３８】本実施の形態例に係る有機化合物は、下記
式に示す基本構造を有する樹木状多分岐高分子または樹
木状多分岐低分子である。ここで、分岐数ｎは、２以上
が好ましい。また、下記式では１つの分枝であるカッコ
内のＸの分岐回数として２回（２段階）を例示している
が、合成が容易な範囲内であれば分岐回数には特に上限
はない。また、Ｘは、分岐回数が０回、すなわち、直鎖
状でもよい。

【００３９】

【化１】また、本実施の形態例に係る有機化合物１０は、例えば
図２に模式的に示すように、燐光成分からなる発光性の
構造単位１２を中心（コア）として３次元的に他の化学
構造が周辺を取り巻いた樹木状多分岐高分子構造または
樹木状多分岐低分子を有する。有機化合物１０は、樹木
状多分岐高分子の場合、分子量が８００以上であると、
好適である。

【００４０】発光性の構造単位（図２では、燐光性発光
単位と表示）１２の周辺を取り巻く他の化学構造、言い
換えれば、分岐した分枝単位（以下、これを外部構造単
位という。）１４は、荷電キャリア輸送成分１６を構造
内に有する。さらに、外部構造単位１４は発光性の構造
単位１２との間を後述するように−Ｏ−、−ＣＨ_２−、
−ＣＨ_２−ＣＨ_２−あるいは−Ｏ−ＣＨ_２−等で結ばれ
ているのが、より好ましい。

【００４１】上記の構造を有する有機化合物１０は、発
光性の構造単位１２および外部構造単位１４の荷電キャ
リア輸送成分１６が、および荷電キャリア輸送成分１６
同士が、それぞれ非共役、すなわち１または２以上の単
結合で結ばれ、また、荷電キャリア輸送成分１６が発光
性の構造単位１２よりも電子構造的に大きな光学ギャッ
プ（最低非占有分子軌道と最高占有分子軌道とのエネル
ギ差）および大きな三重項エネルギレベルを有すること
が好ましい。

【００４２】また、有機化合物１０は、発光性の構造単
位１２を３次元的に複数の外部構造単位１４が取り巻い
た樹木状多分岐高分子構造または樹木状多分岐低分子構
造を有するため、発光性の構造単位１２が３次元的に孤
立した状態となり、有機化合物自体１０が微粒子状の形
態をとる。このため、図３に模式的に示すように、例え
ば薄膜固体１８に形成するとき、有機化合物１０の集合
体は、外部構造単位１４の存在によって、隣り合う発光
性の構造単位１２が近接することが阻害され、発光性の
構造単位１２が薄膜固体１８内に均一に分布する。

【００４３】また、有機化合物１０は、上記の構造のた
めに、連続的に電圧を印加したりあるいは熱を加えたと
きにも、発光性の構造単位１２の均一分布状態が変わら
ず、時間経過によっても安定した構造を維持することが
できる。

【００４４】したがって、有機化合物１０を発光材料と
して用いて発光層を形成した場合、形成方法に関わら
ず、発光性の構造単位が発光層中に均一に分散され、高
い発光効率と長寿命を有する発光層を得ることができ、
有機ＥＬ素子の発光層として、あるいは、照明機器の発
光材料として、さらにまた、発光性塗料等として好適に
用いることができる。

【００４５】なお、本実施の形態例に係る有機化合物１
０において、外部構造単位１４は荷電キャリア輸送成分
を含まない分子構造であってもよく、この場合、発光層
を形成する際、荷電キャリア輸送成分は、有機化合物と
は別の材料として有機化合物に混合してもよく、あるい
はまた、発光層とは別に荷電キャリア輸送成分層を設け
てもよい。

【００４６】本実施の形態例に係る有機化合物１０の具
体的な分子構造としては、例えば下記の５つを挙げるこ
とができる。

【００４７】

【化２】

【００４８】

【化３】

【００４９】

【化４】

【００５０】

【化５】

【００５１】

【化６】これらの有機化合物（Ａ）〜（Ｅ）は、いずれも、発光
性の構造単位がフェニルピリジンを配位子にもつイリジ
ウム錯体である。また、外部構造単位の荷電キャリア輸
送成分として、有機化合物（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）にお
いてはホール輸送性成分であるカルバゾール環を有し、
有機化合物（Ｃ）においては電子輸送成分であるトリア
ゾール環とホール輸送成分であるカルバゾール環とを有
し、有機化合物（Ｄ）においては電子輸送成分であるト
リアジンを有する。そして、イリジウム錯体とこれらの
荷電キャリア輸送成分、および隣り合うこれらの荷電キ
ャリア輸送成分同士が、有機化合物（Ａ）については−
Ｏ−により、また、有機化合物（Ｂ）〜（Ｄ）について
は−Ｏ−ＣＨ_２−により、有機化合物（Ｅ）については
−ＣＨ_２−ＣＨ_２−により、それぞれ非共役系で結ばれ
ている。

【００５２】この場合、有機化合物は、例えば下記式に
示す分子構造のように、荷電キャリア輸送成分として例
えばカルバゾール環を外部構造単位の一部分である末端
にのみ設けた構造としてもよい。

【００５３】

【化７】また、有機化合物は、下記式に示す（Ｆ）、（Ｇ）のよ
うに、外部構造単位の荷電キャリア輸送成分（有機化合
物（Ｆ）、（Ｇ）の場合はフェニルカルバゾール）が発
光性構造単位に直接結合していてもよい。あるいは、荷
電キャリア輸送成分が、フェニル基などのアリール基を
介して結合していてもよい。

【００５４】

【化８】

【００５５】

【化９】また、この場合、有機化合物は、ホール輸送性が知られ
ているシリコン系の高分子構造（ポリシラン）を外部構
造単位として設けた構造としてもよい。

【００５６】ここで、本実施の形態例に係る有機化合物
の製造方法について、上記有機化合物（Ｂ）を例にとっ
て説明する。

【００５７】製造方法は、基本的に通常の樹木状多分岐
分子の場合と同様である。すなわち、発光性構造単位の
配位子にヒドロキシ基（−ＯＨ）あるいはハロゲン原子
などを置換させた化合物を出発物質として、そのヒドロ
キシ基あるいはハロゲン原子部分に荷電キャリア輸送成
分を反応させることにより、樹木状に分子を成長させて
本実施の形態例に係る有機化合物を得ることができる。
あるいは、あらかじめ、荷電キャリヤ輸送性成分を含む
配位子を合成したのちに、金属錯体化することにより、
本実施の形態例に係る有機化合物を得ることもできる。

【００５８】調製された有機化合物が上記有機化合物
（Ｂ）の構造を有することは、ＮＭＲや赤外吸収スペク
トルにより確認することができる。

【００５９】本実施の形態例に係る有機化合物１０の分
子構造についてさらに説明する。

【００６０】発光性の構造単位１２は、配位子として、
例示したフェニルピリジンのみでなく、下記式に示すよ
うに、芳香環、複素環あるいは縮合環等のいずれかを用
いることができる。これらは、π電子系に富んだ化学構
造であるため、キャリア輸送性に優れる。

【００６１】

【化１０】また、発光性の構造単位１２は、金属元素として、例示
したイリジウムのほかに白金、金、ルテニウム、ロジウ
ム等の遷移金属あるいはユウロビウム、テルビウム、ジ
スプロシウム等の希土類金属を用いることができる。

【００６２】これらの配位子と金属元素を組み合わせた
発光性の構造単位１２は、例えば、下記の式のものを例
示することができる。

【００６３】

【化１１】外部構造単位１４に含む荷電キャリア輸送成分１６は、
有機化合物（Ａ）〜（Ｇ）について既に説明したよう
に、ホール輸送性成分および電子輸送性成分のいずれで
あってもよく、また、双方でもよい。外部構造単位１４
にホール輸送性成分および電子輸送性成分のうちのいず
れか一方のみを含ませる場合、外部構造単位１４に含ま
れないもう一方の荷電キャリア輸送成分を含む他の低分
子または高分子を本発明の有機化合物に混合して発光層
を形成してもよい。なお、この場合、他の低分子または
高分子は、もう一方の荷電キャリア輸送成分を含まない
ものであってもよい。また、この場合、発光層は、本発
明の有機化合物および他の低分子または高分子を、それ
ぞれ１または２種類以上有するものであってもよい。ま
た、本発明の有機化合物を２種類以上有する場合は、そ
のうちの少なくとも１種類を例えば電子輸送性を有する
有機化合物とし、他の少なくとも１種類を正孔輸送性を
有する有機化合物とすると、好適である。

【００６４】ホール輸送性成分は、３級アミンであるカ
ルバゾール、トリフェニルアミン、ピラゾリンやそれら
の誘導体を挙げることができる。また、電子輸送性成分
は、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダール、ト
リアジン等の構造を含むものが挙げられ、さらにまた、
チオフェン、フェニレン、ｐ−フェニレンビニレンやフ
ルオレンの構造を含むものを用いてもよい。なお、ここ
で挙げた成分以外のホール輸送性成分や電子輸送性成分
を用いることを排除するものではない。

【００６５】つぎに、本実施の形態例に係る有機ＥＬ素
子について、図４を参照して説明する。

【００６６】図４に示すように、本実施の形態例に係る
有機ＥＬ素子２０は、基板２２の上に陽極２４が設けら
れ、陽極２４の上に発光層２６が設けられ、発光層の２
６上に陰極２８が設けられた積層構造を有する。

【００６７】発光層２６は、本実施の形態の第１の例に
係る有機化合物１０を含む層を少なくとも１層有する。

【００６８】発光層２６は、スピンコート法、印刷法あ
るいはインクジェット法等の塗布法により形成する。こ
の場合、有機化合物１０を、例えばクロロホルム等の有
機溶剤に溶解した溶液を用いて塗布する。塗布法は、製
造コストが安価であるため好適である。このうち、特に
インクジェット法は、大面積の無数の画素を形成する際
に、有機化合物で塗り分けることができるため、容易に
フルカラー化を実現することができる。有機化合物１０
が比較的低分子の場合は、真空蒸着法を用いて成膜して
もよい。

【００６９】なお、発光効率を高めるためには、発光層
２６とともに電子輸送層やホール輸送層を有する積層構
造としてもよく、また、電子注入層やホール注入層を設
けてもよい。またさらに、陽極２４上（発光層２６との
間）に導電性高分子層を形成してもよい。

【００７０】電子輸送層の材料としては、オキサジアゾ
ール、トリアゾール、イミダゾール、トリアジン、金属
錯体化合物等を用いることができる。また、ホール輸送
層の材料としては、芳香族３級アミン誘導体、ポリパラ
フェニレンビニレン、ポリジアルキルフルオレン等を用
いることができる。

【００７１】基板２２は、透明材料で形成される。透明
材料からなる基板としては、従来例で説明したガラス基
板のほか、プラスチックフィルムや金属フィルム等の可
撓性を有する基板を用いることができる。

【００７２】プラスチックフィルムを用いるときは、耐
熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低
通気性および低吸湿性に優れた材料を用いる。このよう
な材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエ
チレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミ
ド等が挙げられる。

【００７３】金属フィルムを用いるときは、金属フィル
ムの陽極２４と接する側の面に絶縁層を形成する。

【００７４】このような可撓性のあるフレキシブルな基
板を用いることにより、フレキシブルな有機ＥＬ素子を
得ることができる。

【００７５】なお、基板２２のいずれかの一面あるいは
両面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けると、好適で
ある。透湿防止層の材料としては、窒化ケイ素や酸化ケ
イ素等の無機物が好適である。透湿防止層は、高周波ス
パッタリング法等により成膜できる。

【００７６】また、必要に応じてハードコート層やアン
ダーコート層を設けてもよい。

【００７７】陽極２４は、光透過性材料で形成される。
光透過性材料としては、従来例で説明したＩＴＯのほ
か、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化インジウム酸
化亜鉛合金等を好適に用いることができる。また、陽極
２４は、金、白金、銀マグネシウム等の金属の薄膜であ
ってもよい。さらにまた、陽極２４の材料として、ポリ
アニリン、ポリチオフェン、ポリピロールおよびそれら
の誘導体からなる導電性高分子を用いることもできる。

【００７８】陰極２８の材料は、仕事関数の低いリチウ
ム、カリウム等のアルカリ金属や、マグネシウム、カル
シウム等のアルカリ土類金属を用いるのが、電子注入を
良好に行う観点から好適である。安定なアルミニウムも
陰極２８の材料として好適である。

【００７９】また、陰極２８は、安定性と電子注入性と
を両立させるためには、２種類以上の材料を含む層とし
てもよく、それらの材料は、特開平２−１５５９５号公
報や特開平５−１２１１７２号公報等に記載されている
ものを用いることができる。

【００８０】また、陰極２８は、アルミニウムを用いた
場合、アルミニウムと発光層２６との界面にセシウム、
バリウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ金
属やアルカリ土類金属の０．０１〜１００ｎｍ程度の厚
みの薄層を設けてもよい。

【００８１】陽極２４および陰極２８は、いずれも、真
空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の公
知の方法で形成することができる。また、陽極２４およ
び陰極２８、このうち特に陽極２４は、フォトリソグラ
フィ等による化学的エッチングや、レーザ等による物理
的エッチングによってパターニングすることが好まし
い。また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタリング等
によってパターニングしてもよい。

【００８２】上記のように構成した本実施の形態例に係
る有機ＥＬ素子２０の発光メカニズムは以下のように推
測される。

【００８３】陽極２４から注入されたホールは、外部構
造単位１４のカルバゾール環等からなる荷電キャリア輸
送成分１６をホッピング伝導する。一方、陰極２８から
注入された電子が荷電キャリア輸送成分１６上でホール
と再結合することによって、例えばカルバゾール環の一
重項と三重項の励起状態が生成し、その両方の励起エネ
ルギが例えばイリジウム錯体からなる発光性の構造単位
１２へ移動する。その結果、例えばイリジウム錯体の励
起状態が生成し、燐光発光が観察されるものと考えられ
る。

【００８４】また、注入されたホールと電子の再結合が
イリジウム錯体上で直接起こるメカニズムも考えられ
る。

【００８５】本実施の形態例に係る有機ＥＬ素子２０
は、発光性の構造単位が発光層中に均一に分散され、高
い発光効率と長寿命を有する。

【００８６】また、有機ＥＬ素子２０は、安価な塗布法
により大面積の発光層を容易に形成することができる。

【００８７】また、本実施の形態例に係る有機ＥＬ素子
２０の各画素単位に２個以上の薄膜トランジスタを配置
し、薄膜トランジスタによるアドレスと駆動によって、
アクティブマトリクス方式のディスプレイを得ることが
できる。このようにして得られるディスプレイは、高い
発光効率と長寿命を有し、また、高い応答速度を有す
る。

【００８８】また、上記のディスプレイは、安価な塗布
法により大面積の発光層を容易に形成することにより、
大面積の画像を得ることができる。

【００８９】また、上記のディスプレイは、薄膜トラン
ジスタを有機薄膜トランジスタとすることで、基板とし
てプラスチックフィルムを用いることが可能となる。

【００９０】また、上記のディスプレイは、本発明の有
機ＥＬ素子として異なる波長領域に発光を示す有機化合
物を２種類以上有するように構成し、白色光を呈するも
のとすると、好適である。

【００９１】また、このとき、白色光を呈する有機ＥＬ
素子とカラーフィルタを組み合わせると、フルカラー表
示が可能である。

【００９２】

【実施例】実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。
なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるも
のではない。＜発光材料の合成＞以下、上述した実施形態に係る有機
発光材料を合成する方法について、具体例をもって説明
する。ここでは、前記した有機化合物（Ｅ）、（Ｆ）お
よび（Ｇ）を合成する場合について説明する。（有機化合物（Ｅ） (PhCbz-CH₂CH₂-ppy)₃Irの合成）ま
ず、下記スキーム(1)にしたがって、配位子PhCbz-CH₂CH
₂-ppyの合成を行った。

【００９３】

【化１２】次に、下記スキーム(2)にしたがって、錯体(PhCbz-CH₂C
H₂-ppy)₃Irを合成した。

【００９４】

【化１３】 Na₃IrCl₆(2H₂O)と2.3等量の配位子を2-エトキシエタノ
ール/水(3:1)の混合溶液中、アルゴン下、120℃で12 h
加熱した。反応溶液を室温まで放冷し、析出した固体を
ろ過してジエチルエーテルで洗浄した。得られたクロロ
錯体と等量のトリフルオロメタンスルホン酸銀、大過剰
（30-50等量）の配位子PhCbz-CH₂CH₂-ppyをアルゴン下
で160℃に加熱し、融液状態のまま8 h加熱を続けた。加
熱終了後、室温まで放冷してからジクロロメタンを加え
て不溶物をろ別し、ろ液に含まれる化合物をフラッシュ
クロマトグラフィー（シリカゲル、ジクロロメタン）で
精製した。錯体成分をジクロロメタン/ヘキサンから再
結晶することにより(PhCbz-CH₂CH₂-ppy)₃Irを得た。（有機化合物（Ｆ）(PhCbz-ppy)_２Ir(acac)および有機
化合物（Ｇ） (PhCbz-ppy)_３Irの合成）まず、下記スキ
ーム(3)にしたがって、配位子PhCbz-ppyの合成を行っ
た。

【００９５】

【化１４】 9-(p-Br-Phenyl)carbazole)のTHF 溶液にn-BuLi/hexane
を-78°C で適下した。1h 撹拌後、SnBu₃Clを適下して
暫く撹拌し、室温まで昇温した。反応溶液を水に注ぎ暫
く撹拌してからジエチルエーテルで分液した。MgSO₄で
乾燥後、溶媒をエバポ乾固してカラムで精製（シリカゲ
ル、展開溶媒: ヘキサン）し、Bu₃Sn(PhCbz)を得た。次
に、Bu₃SnPhCbz, Br-ppy, Pd(PPh₃)₄をアルゴン下でト
ルエン中、115°C で8 h 加熱した。反応溶液を室温ま
で放冷した後、ろ過して残った固体をトルエンで洗浄し
た。ろ液をエバポ乾固して、カラム精製（シリカゲル、
展開溶媒: トルエン）し、配位子PhCbz-ppyを得た。

【００９６】次に、スキーム(3)において得られた配位
子PhCbz-ppyを用い、スキーム(4)にしたがって、有機化
合物（Ｆ）(PhCbz-ppy)₂Ir(acac)を合成した。

【００９７】

【化１５】 PhCbz-ppyとNa₃IrCl₆(2H₂O)をシュレンク管に秤取り、
アルゴン雰囲気にした。2-ethoxyethanolと水を加え、
脱気してからアルゴン置換し、120°C で24 h加熱、還
流した。反応終了後室温まで放冷し、析出した黄色い固
体をろ過してエーテルで洗浄し、(PhCbz-ppy)₂IrCl 錯
体を得た。次に、(PhCbz-ppy)₂IrCl 錯体とNa₂CO₃をシ
ュレンク管に秤り取り、アルゴン置換した。ここへTHF
とacetylacetoneを加えて室温で12 h 撹拌した。反応終
了後、溶媒をエバポ乾固し、CH₂Cl₂を加えてセライトろ
過した。ろ液を濃縮して、カラム精製（シリカゲル、展
開溶媒: CH₂Cl₂）により、(PhCbz-ppy)₂Ir(acac)の二種
類の異性体を得た。一番目のフラクションが(PhCbz-pp
y)₂Ir(acac)のtrans体、二番目がcis 体と考えられる。

【００９８】また、スキーム(4)において得られる中間
生成物(PhCbz-ppy)₂IrCl 錯体を用い、スキーム(5)にし
たがって、有機化合物（Ｇ）(PhCbz-ppy)₃Irを合成し
た。

【００９９】

【化１６】 PhCbz-ppyと(PhCbz-ppy)₂IrCl 錯体及びトリフルオロメ
タンスルホン酸銀をシュレンク管に秤り取り、アルゴン
雰囲気にした。無溶媒にて205°C で6 h加熱・撹拌し、
茶色い固体を得た。室温まで放冷した後、固体をCH₂Cl₂
に溶解し、セライトろ過した後、カラム精製（シリカ
ゲル、展開溶媒: CH₂Cl₂/hexane (2:1)）した。二回カ
ラム精製を行い、CH2Cl₂/hexane から再結晶することに
より有機化合物（Ｇ）(PhCbz-ppy)₃Irを得た。

【０１００】実施例の有機ＥＬ素子として、前記した３
つの樹木状分枝を有する本発明の有機化合物（Ｇ）、
（Ｅ）、（Ｃ）および以下に説明する２つの樹木状分枝
を有する本発明の有機化合物（Ｈ）を発光層に用いた有
機ＥＬを以下の手順で調製した。（実施例1：有機化合物(Ｇ)を用いた有機EL素子）前記
した有機化合物(Ｇ)を発光層に用いた有機EL素子を以下
の手順で作製した。

【０１０１】まず、スピンコートにより、50nmの導電性
高分子層(エチレンジオキシチオフェンおよびポリスル
ホン酸 : PEDOT/PSS)を透明陽極ITO付ガラス基板上に形
成した。この導電性高分子層を180℃で1時間乾燥させ
た。

【０１０２】次に、有機化合物（Ｇ）の1重量%トルエン
溶液を調製し、スピンコート法によって上記の導電性高
分子層上に塗布し、100nmの膜厚の発光層を形成した。
このとき、有機化合物（Ｇ）に、電子輸送性材料として
1,3,4オキサジアゾール誘導体を添加した溶液も調製
し、同様にスピンコートにより成膜した。さらに真空中
で発光層を十分に乾燥させた後、発光層の上に、真空蒸
着により、陰極としてカルシウム/アルミニウム(10nm/1
00nm)を形成した。このとき、発光層の上に真空蒸着に
より、正孔ブロック層としてBathocuproine(10nm)、電
子輸送層としてtris(8-quinolinolato)aluminum(350nm)
を成膜した後、陰極としてフッ化リチウム/アルミニウ
ム 0.5nm/100nm)を形成した素子も作製した。

【０１０３】上記の手順で、調製した有機EL素子のITO
側にプラス、アルミニウム側にマイナスの極性を持たせ
て３V以上の直流電圧を印加したところ、いずれの素子
からも540nm付近にピークを有する黄緑色の発光が得ら
れた。この電界発光スペクトルは、有機化合物（Ｇ）の
光励起発光スペクトルと一致した。有機化合物（Ｇ）は
発光部位と外部構造部位が直接結合しているため、発光
部位の共役系が広がり、発光スペクトルが長波長シフト
する。発光層に本発明の化合物と電子輸送材料とを混合
して用い、さらに正孔ブロック層/電子輸送層を設けた
素子においては、最高輝度約10000cd/m²、輝度100cd/m
²における発光量子効率は約8％が得られ、優れた特性を
示すことが明らかとなった。（実施例２：有機化合物（Ｅ）を用いた有機EL素子）前
記した有機化合物（Ｅ）を発光層に用いた有機EL素子を
以下の手順で作製した。

【０１０４】まず、スピンコートにより、50nmの導電性
高分子層(PEDOT/PSS)を透明陽極ITO付ガラス基板上に形
成した。この導電性高分子層を180℃で1時間乾燥させ
た。

【０１０５】次に、有機化合物（Ｅ）の1重量%トルエン
溶液を調製し、スピンコート法によって上記の導電性高
分子層上に塗布し、100nmの膜厚の発光層を形成した。
このとき、有機化合物（Ｅ）に、電子輸送性材料として
1,3,4オキサジアゾール誘導体を添加した溶液も調製
し、同様にスピンコートにより成膜した。さらに真空中
で発光層を十分に乾燥させた後、発光層の上に、真空蒸
着により、陰極としてカルシウム/アルミニウム(10nm/1
00nm)を形成した。

【０１０６】上記の手順で、調製した有機EL素子のITO
側にプラス、アルミニウム側にマイナスの極性を持たせ
て３V以上の直流電圧を印加したところ、いずれの素子
からも520nm付近にピークを有する緑色の発光が得られ
た。この電界発光スペクトルは、有機化合物（Ｅ）の光
励起発光スペクトルと一致した。本実施例2で発光層に
用いた有機化合物（Ｅ）は、発光部位と外部構造部位が
非共役系で結合しているため、有機化合物（Ｅ）の発光
スペクトルは、発光部位単体の発光スペクトルとほぼ一
致する。発光層に有機化合物（Ｅ）と電子輸送材料とを
混合して用い、さらに正孔ブロック層/電子輸送層を設
けた素子においては、最高輝度約12000cd/m²、輝度100
cd/m²における発光量子効率は約9％が得られた。（実施例3）前記した有機化合物（Ｃ）を発光層に用い
た有機EL素子を以下の手順で作製した。

【０１０７】まず、チオフェン誘導体であるエチレンジ
オキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）およびポリスルホン酸
（ＰＰＳ）の混合水溶液を、スピンコート法でＩＴＯ付
ガラス基板上に塗布して、５０ｎｍの厚みの導電性高分
子層（ＰＥＤＯＴ／ＰＰＳ）を形成した。その後、この
導電性高分子層を１８０℃で1時間乾燥させた。

【０１０８】次に、有機化合物（Ｃ）をクロロホルムに
溶解させて、有機化合物（Ｃ）を１質量％含む溶液を調
製し、スピンコート法によって上記の導電性高分子層の
上に塗布して、１００ｎｍの厚みで成膜して発光層を形
成した。さらに、真空中で発光層を充分に乾燥した後、
真空蒸着法によって、３０ｎｍの厚みのカルシウムの層
および１００ｎｍの厚みのアルミニウムの層を、この順
に発光層の上に形成した。

【０１０９】上記の手順で調製した有機ＥＬ素子のＩＴ
Ｏ側にプラス、アルミニウム側にマイナスの極性を持た
せて１０Ｖの電圧を印加したところ、５２０ｎｍの波長
ピークを持つ緑色の発光が２００ｃｄ／ｍ^２の輝度で観
察された。この発光スペクトルは、有機化合物（Ｃ）の
光励起の発光スペクトル（ＰＬ）とほぼ一致した。これ
により、この発光が本発明の有機材料からのものである
ことが確認された。この有機ＥＬ素子の外部発光効率を
計算したところ、６％の値が最大で得られた。これは、
従来の蛍光を利用した有機ＥＬ素子の外部発光効率の上
限値である５％を越えるものである。（実施例4：２つの樹木状分枝を有する有機化合物
（Ｈ）を用いた有機EL素子）下記式に示す２つの樹木状
分枝を有する有機化合物（Ｈ）を用いた有機EL素子を以
下の手順で作製した。

【０１１０】

【化１７】まず、スピンコートにより、50nmの導電性高分子層(PED
OT/PSS)を透明陽極ITO付ガラス基板上に形成した。この
導電性高分子層を180℃で1時間乾燥させた。

【０１１１】次に、有機化合物（Ｈ）の1重量%トルエン
溶液を調製し、スピンコート法によって上記の導電性高
分子層上に塗布し、100nmの膜厚の発光層を形成した真
空中で発光層を十分に乾燥させた後、発光層の上に、真
空蒸着により、陰極としてカルシウム/アルミニウム(10
nm/100nm)を形成した。上記の手順で、調製した有機EL
素子のITO側にプラス、アルミニウム側にマイナスの極
性を持たせて３V以上の直流電圧を印加したところ、い
ずれの素子からも520nm付近にピークを有する緑色の発
光が得られた。この電界発光スペクトルは、有機化合物
（Ｈ）の光励起発光スペクトルと一致した。発光量子効
率は約5％が得られた。

【０１１２】

【発明の効果】本発明に係る有機化合物によれば、発光
性の構造単位を中心に有する樹木状多分岐高分子構造ま
たは樹木状多分岐低分子構造からなるため、形成方法に
関わらず、発光性の構造単位が発光層中に均一に分散さ
れ、高い発光効率と長寿命を有する発光層を得ることが
でき、有機ＥＬ素子の発光層として、あるいは、照明機
器の発光材料として、さらにまた、発光性塗料等として
好適に用いることができる。

【０１１３】また、本発明に係る有機化合物によれば、
有機化合物が有機溶剤または水に可溶であるため、塗布
法により容易かつ安価に発光層を形成することができ
る。

【０１１４】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光
層が可撓性基板上に形成されているため、フレキシブル
な有機ＥＬ素子を得ることができる。

【０１１５】また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、有機
化合物を含む層が塗布法により形成されているため、容
易かつ安価に大面積の発光層を形成することができる。

【０１１６】また、本発明に係るアクティブマトリクス
方式のディスプレイは、上記の有機ＥＬ素子と２個以上
の薄膜トランジスタとで画素が形成されるため、高い発
光効率と長寿命を有し、また、高い応答速度を有するデ
ィスプレイを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の有機ＥＬ素子の概略構成を示す図であ
る。

【図２】本実施の形態例に係る有機化合物の構造を模式
的に示す図である。

【図３】図２の有機化合物の集合体である薄膜固体の一
部を模式的に示す図である。

【図４】本実施の形態例に係る有機ＥＬ素子の概略構成
を示す図である。

【符号の説明】

１０有機化合物１２発光性の構造単位１４外部構造単位１６荷電キャリア輸送成分１８薄膜固体２０有機ＥＬ素子２２基板２４陽極２６発光層２８陰極

フロントページの続き (72)発明者白沢信彦愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38 岡崎国立共同研究機構・分子科学研究所分子スケールナノサイエンスセンター内 (72)発明者鈴木敏泰愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38 岡崎国立共同研究機構・分子科学研究所分子スケールナノサイエンスセンター内Ｆターム(参考） 3K007 AB01 AB03 AB11 AB18 BA06 BA07 CA06 DB03 FA01 4H050 AA01 AA03 AB91 WB11 WB21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光性の構造単位を中心に有する樹木状
多分岐高分子構造からなる有機化合物。
【請求項２】発光性の構造単位を中心に有する樹木状
多分岐低分子構造からなる有機化合物。
【請求項３】前記発光性の構造単位が燐光成分からな
り、分岐した分枝単位の少なくとも一部分に荷電キャリ
ア輸送性成分を有することを特徴とする請求項１または
２記載の有機化合物。
【請求項４】前記荷電キャリア輸送性成分が、正孔輸
送性および電子輸送性のいずれか１つまたは双方を有す
ることを特徴とする請求項３記載の有機化合物。
【請求項５】前記発光性の構造単位と前記荷電キャリ
ア輸送性成分とが非共役系で結合していることを特徴と
する請求項３または４に記載の有機化合物。
【請求項６】異なる分枝単位の前記荷電キャリア輸送
性成分同士が非共役系で結合していることを特徴とする
請求項３または４に記載の有機化合物。
【請求項７】前記発光性の構造単位が金属原子を含む
錯体構造からなることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１項に記載の有機化合物。
【請求項８】前記金属原子が遷移金属原子および希土
類金属原子のうちの少なくとも１つの金属原子であるこ
とを特徴とする請求項７記載の有機化合物。
【請求項９】有機溶剤または水に可溶であることを特
徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の有
機化合物。
【請求項１０】一対の電極と、該一対の電極間に挟ま
れた発光層とを有し、該発光層が請求項１〜９のいずれ
か１項に記載の有機化合物を含む層を有することを特徴
とする有機ＥＬ素子。
【請求項１１】一対の電極と、該一対の電極間に挟ま
れた発光層とを有し、該発光層が請求項１〜９のいずれ
か１項に記載の有機化合物、および該有機化合物とは別
の低分子化合物若しくは高分子化合物を少なくとも２種
類以上含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項１２】前記有機化合物の少なくとも１種類が
電子輸送性成分または正孔輸送性成分を有し、前記低分
子化合物若しくは高分子化合物の少なくとも１種類が該
有機化合物の少なくとも１種類の有さない荷電キャリア
輸送性成分を有することを特徴とする請求項１１記載の
有機ＥＬ素子。
【請求項１３】前記有機化合物の少なくとも１種類が
電子輸送性成分または正孔輸送性成分を有し、該有機化
合物の少なくとも他の１種類が該有機化合物の少なくと
も１種類の有さない荷電キャリア輸送性成分を有するこ
とを特徴とする請求項１１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】前記有機化合物の少なくとも２種類
が、異なる波長領域に発光性を有し、白色光を呈するこ
とを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載
の有機ＥＬ素子。
【請求項１５】前記発光層が可撓性基板上に形成され
てなることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項
に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１６】前記有機化合物を含む層が塗布法によ
り形成されてなることを特徴とする請求項７〜１５のい
ずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１７】請求項１４記載の有機ＥＬ素子とカラ
ーフィルタを組み合わせてなるフルカラー表示可能なデ
ィスプレイ。
【請求項１８】請求項７〜１５のいずれか１項に記載
の有機ＥＬ素子と２個以上の薄膜トランジスタとで画素
が形成されることを特徴とするアクティブマトリクス方
式のディスプレイ。
【請求項１９】前記薄膜トランジスタが有機薄膜トラ
ンジスタであることを特徴とする請求項１８記載のディ
スプレイ。