JP3992795B2 - 有機エレクトロルミネセンスデバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、多層有機ＥＬデバイスにおける電子伝達層用の新規な有機材料の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬデバイスは、高効率であることが知られ、広範囲の色を形成することができる。平坦パネルのディスプレーのような有用な応用が考えられている。従来の代表的なＥＬデバイスは、1965年3月9日に発行された Gurnee等の米国特許第3,172,862号公報、1965年3月9日に発行された Gurnee等の米国特許第3,173,050号公報、Dresner等の文献「アントラセンにおける二重注入エレクトロルミネセンス(Double Injection Electroluminescence in Anthracene」、RCA Review、第30巻、322-334頁、1969年、及び、1973年1月9日に発行された Dresner等の米国特許第3,710,167号公報に記載されている。典型的な有機発光材料は、共役有機ホスト材料と、縮合ベンゼン環を有する共役有機活性化剤とから形成される。ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ベンゾピレン、クリセン、ピセン、カルバゾール、フルオレン、ビフェニル、ターフェニルス、クォーターフェニルス、トリフェニレンオキシド、ジハロビフェニル、トランス−スチルベン、及び１，４−ジフェニルブタジエンが、有機ホスト材料の例として挙げることができる。アントラセン、テトラセン、及びペンタセンは、活性化剤の例として挙げられる。有機発光材料は、１マイクロメーターより大きな厚みを有する単一層媒体として存在する。よって、この有機ＥＬ媒体は高抵抗であり、このＥＬデバイスを作動させるには比較的高い電圧（＞１００ボルト）が必要である。
【０００３】
有機ＥＬデバイス製造の分野における最近の発見により、アノードとカソードとに挟設された極めて薄い層（＜１．０マイクロメーター）からなるＥＬ媒体を具備するデバイスが得られた。ここで、このＥＬ媒体は、アノード及びカソード電極の間の有機部材として定義される。基本的な２層ＥＬデバイス構造では、一方の有機層がホールの注入及び伝達のために特に選択され、他方の有機層が電子の注入及び伝達のために特に選択される。２つの層の界面は、注入されたホール−電子対の再結合、その結果としてのエレクトロルミネセンスに有効な場所を提供する。極めて薄い有機ＥＬ層は抵抗を減少させ、与えられたレベルの電気的バイアス電圧で高い電流密度をもたらす。光放射は、有機ＥＬ媒体を通した電流密度に直接関係しているので、向上した電荷注入及び伝達効率を持つ薄層により、許容できる光放射レベル（例えば、環境光において目視で検出されうる明るさレベル）が、電解効果トランジスタのような集積回路ドライバに匹敵する範囲の低い印加電圧において達成される。
【０００４】
さらに、有機ＥＬデバイスにおける、色、安定性、効率、及び製造方法等の改善が、米国特許第4,356,429号、第4,539,507号、第4,720,432号、第4,885,211号、第5,151,629号、第5,150,006号、第5,141,671号、第5,073,446号、第5,061,569号、第5,059,862号、第5,059,861号、第5,047,687号、第4,950,950号、第4,769,292号、第5,104,740号、第5,227,252号、第5,256,945号、第5,069,975号、第5,122,711号、第5,366,811号、第5,126,214号、第5,142,343号、第5,389,444号、及び第5,458,977号公報に記載されている。
【０００５】
フルカラーＥＬディスプレーパネルの製造のために、有効な赤、緑、及び青（ＲＧＢ）ＥＬ材料を具備することが必要である。これらの一次材料を用いて、これらの発光の適当な組み合わせにより、白を含む任意の所望のＥＬ色相即ち色を生ぜしめることができる。特に重要なのは、青色ＥＬ材料の製造であり、有効な青色ＥＬ材料を与えることにより、下方へエネルギー移動過程で他のＥＬ色を作製することができるからである。例えば、緑色ＥＬ発光は、ホストの青色ＥＬ材料に少量の感緑色蛍光色素をドープすることによって得られる。このホスト−ゲストエネルギー移動機構は、Tang等（米国特許第4,769,292号）によって詳細に議論されている。同様に、赤色ＥＬ色は、ホストの青色ＥＬ材料に赤色蛍光色素をドープすることによって得られる。Imai等（米国特許第5,015,999号）に議論されているように、ほぼ類似した機構において、感蛍光色素は、ＥＬ発光波長のシフトを効率的にするために、青色ＥＬエミッタの外側に配置してもよい。この機構では、感光性媒体は、青色ＥＬエミッタによって発生した青色光子を吸収し、次いで、より長波長において発光する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極と電子伝達層とを具備するＥＬデバイスに関し、該電子伝達層は、下記式（Ｉ）で表される分子からなるベンザゾール化合物を含有する。これらのベンザゾール化合物は、有機ＥＬデバイスに有用な広いバンドギャップの電子伝達材料である。本発明のＥＬデバイスにおいては、前記電子伝達層を具備するＥＬ媒体が、アノード及びカソードの間に挟設される。
【０００７】
【化１１】
【０００８】
上記式（Ｉ）において、
ｎは２から８の整数であり、
ＺはＯ、ＮＲ、またはＳであり、
Ｒ及びＲ’は、個々に、水素、例えばプロピル、t-ブチル、ヘプチル等の１から２４の炭素原子を持つアルキル、例えばフェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル及び他の複素環系等のアリールまたはヘテロ原子置換アリール、またはクロロ、フルオロ等のハロゲン、または縮合芳香環を完成するのに必要な原子である。
Ｂは、複数のベンザゾール類を共役的または非共役的に互いに結合させるアルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールからなる結合単位である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の利点は、図面を参照した以下の詳細な説明を考慮することにより、さらに正しく理解される。
図１に、本発明のＥＬデバイス１００を模式的に示す。支持体は、ガラスまたはプラスチック等の電気絶縁性で光透過性の材料からなる層１０２である。アノード１０４は、積層された２層の有機フィルムからなるＥＬ媒体１０８によってカソード１０６と離間されている。アノード側の層１１０は、有機ＥＬ媒体のホール伝達層を形成している。このホール伝達層の上に、有機ＥＬ媒体の電子伝達層を構成する層１１２が配設されている。アノードとカソードは、各々導体１１６及び１１８によって、外部ＡＣまたはＤＣ電源に接続されている。この電源は、パルス電源、周期的電源、または連続電源でもよい。
【００１０】
作動時において、アノードがカソードより高電位である場合は、ＥＬデバイスは順方向にバイアスされたダイオードとみなせる。この条件下では、ホール（正電荷キャリア）は、アノードからホール伝達層に注入され、電子は電子伝達層に注入される。注入されたホールと電子は、各々、矢印１２０及び１２２で示したような反対に帯電した電極に向けて泳動する。その結果、ホール−電子の再結合が起こり、エネルギーの一部が光として放出されてエレクトロルミネセンスが生ずる。
【００１１】
ホールと電子とが再結合する領域は、再結合ゾーンとして知られている。特に２層デバイス構造は、再結合をエレクトロルミネセンスの起こる可能性が最も高いホール伝達層と電子伝達層の界面付近近傍に閉じ込めるように設計される。この再結合閉じ込め機構は、Tang 及び Van Slyke（Applied Physics Letters、51巻、913頁、1987年）に開示され、適当な仕事関数のキャリア注入電極及び適当なキャリア移動度の伝達材料を選択することによって実施されている。この有機層界面から離れて、そして特に注入電極においてまたはその近傍においては、導電性の表面による発光の消光効果によって、一般的にホールと電子の再結合が発光することは極めて少ない。
【００１２】
図２に示した有機ＥＬデバイス２００は、本発明の他の好ましい実施態様を示す。絶縁性の透明な支持体は層２０２である。アノード２０４は、積層された３層の有機フィルムからなるＥＬ媒体２０８によってカソード２０６と離間されている。アノード２０４に隣接する層２１０はホール伝達層である。カソード２０６の隣接する層２１４は電子伝達層である。ホール伝達層と電子伝達層との間に配設された層２１２は発光層である。また、この発光層は、ホールと電子とが再結合する再結合層としても働く。
【００１３】
デバイス１００と２００とは、デバイス２００には、主にホール−電子再結合そしてエレクトロルミネセンスの場所として作用する発光層が付加されていることを除けば類似している。この点で、個々の有機層の機能は区別することができ、よって、個々に独立して最適化できる。即ち、発光または再結合層は、所望のＥＬ色並びに高い発光効率を持つように選択することができる。同様に、電子及びホール伝達層は、第１に、そのキャリア移動特性で最適化することができる。
【００１４】
図３の有機デバイス３００は、本発明の更に他の好ましい実施態様を例示している。絶縁性かつ透明な支持体は層３０２である。アノード３０４は、積層された５層の有機薄フィルムからなるＥＬ媒体３０８によってカソード３０６と離間されている。アノード層３０４の上には、ホール注入層３１０、ホール伝達層３１２、発光層３１４、電子伝達層３１６、及び電子注入層３１８が順次積層されている。デバイス３００の構造は、アノード及びカソードの注入効率を向上させるために、各々ホール注入層及び電子注入層が設けられていることを除けばデバイス２００に類似している。ＥＬデバイスは、デバイス特性を不当に損なうことなく、有機ＥＬ媒体にホールまたは電子注入層を具備するように構成してもよいことがわかる。
【００１５】
ＥＬデバイス１００、２００および３００の基板は、電気絶縁性で光透過性である。光透過性は、基板を通したＥＬ発光の点から望ましい。ＥＬ発光が最上の(top)電極を通して見られる使用法では、基板の透明性は重要ではなく、従って、不透明な半導体やセラミックウェハを用いてもよい。当然のことながら、これらのデバイス構成では、光透過性の最上電極を具備する必要がある。
【００１６】
有機ＥＬ媒体の組成は、特にデバイス構造３００を参照して以下に説明する。
ポルフィリン化合物を含有する層が、有機ＥＬデバイスのホール注入層（図３における層３１０）を形成する。ポルフィリン化合物は、ポルフィリン自身を含むポルフィリン構造から誘導された、またはそれを含む天然または合成の任意の化合物である。ある種のポルフィリン化合物が、Alder の米国特許第３，９３５，０３１号、または、Tang の米国特許第４，３５６，４２９号に記載されており、それらをここで参考文献として取り入れる。
【００１７】
好ましいポルフィリン化合物は、下記式（ＩＩ）で表されるものである。
【化１２】
式中、Ｑは、−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ）＝であり、
Ｒは金属、金属酸化物、または金属ハライドであり、
Ｔ1およびＴ2は、水素、または、共に不飽和６員環を形成し、この６員環は置換基を含んでいてもよい。好ましい６員環は、炭素、イオウ、および窒素の環原子を含む。好ましいアルキル部分は、１から６の炭素原子を含み、フェニルは好ましいアリール部分を構成する。
【００１８】
ポルフィリン化合物の選択しうる好ましい形態は、式（ＩＩＩ）に示すように、２つの水素で金属原子が置換されることにより構造式（Ｉ）のものと異なる。
【化１３】
【００１９】
有用なポルフィリン化合物の極めて好ましい例は、フリーなフタロシアニンおよび金属含有フタロシアニンである。一般的にポルフィリン化合物、特にフタロシアニンは、任意の金属を含有でき、この金属は２価以上の正電荷を持つのが好ましい。好ましい金属の例は、コバルト、マグネシウム、亜鉛、パラジウム、ニッケル、および、特に銅、鉛、および白金である。
【００２０】
有用なポルフィリン化合物の例は以下のものである。
ポルフィリン、
１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−銅（ＩＩ）ポルフィリン、
１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−亜鉛（ＩＩ）ポルフィリン、
銅フタロシアニン、
クロムフタロシアニンフルオリド。
【００２１】
有機ＥＬデバイスのホール伝達層（３１２）は、少なくとも１つのホール伝達性芳香族４級アミンを含有し、該アミンは、少なくとも１つの３価の窒素原子を含むと解され、その窒素原子は炭素原子とのみ結合し、その炭素原子の少なくとも１つは芳香族環の一員である。芳香族４級アミンの形態はモノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン、またはアリールアミンポリマーなどのアリールアミンである。トリアリールアミンモノマーの例は、Klupfel 等の米国特許第３，１８０，７３０号公報に記載されている。ビニル即ちビニル基で置換され、及び／または少なくとも１つの活性水素含有基を含む他の好ましいトリアリールアミン類は、Brantley 等の米国特許第3,567,450号及び第3,658,520号に記載されている。
【００２２】
他の種類の芳香族４級アミン類は、少なくとも２つの４級アミン部分を含む。このような化合物は、下記式（ＩＶ）で表されるものを含む。
【化１４】
ここで、Ｑ1及びＱ2は、個々に芳香族４級アミン部分であり、
Ｇは、アリーレン、シクロアルキレン、またはアルキレン基等の炭素−炭素結合の結合基である。
【００２３】
前記構造式（ＩＶ）を満足し、２つのトリアリールアミン部分を具備する好ましい種類のトリアリールアミンは、下記式（Ｖ）で表されるものである。
【化１５】
ここで、Ｒ1及びＲ2は、各々独立に、水素原子、アリール基、またはアルキル基を示し、Ｒ1とＲ2とは、ともにシクロアルキル基を形成してもよい。
Ｒ3及びＲ4は、各々独立に、アリール基を示し、それは、下記式（ＶＩ）で表されるようなジアリール置換アミノ基で置換されていてもよい。
【化１６】
ここで、Ｒ5、Ｒ6は、個々に選択されたアリール基である。
【００２４】
他の好ましい種類の芳香族４級アミン類は、テトラアリールジアミン類である。好ましいテトラアリールジアミン類は、アリーレン基で結合された下記化学式（ＶＩＩ）で表されるような２つのジアリールアミノ基を含有する。
【化１７】
ここで、Ａｒｅは、アリーレン基である。
ｎは、１から４の整数である。
Ａｒ、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9は、個々に選択されたアリール基である。
【００２５】
上記の式（ＩＶ）、（Ｖ）、（ＶＩＩ）における種々のアルキル、アルキレン、アリール、及びアリーレン部分は、各々置換されていてもよい。典型的な置換基は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、及び、フルオライド、クロライド及びブロマイド等のハロゲンである。種々のアルキルアルキレン部分は、典型的には約１から６の炭素原子を含む。シクロアルキル部分は、３から約１０の炭素原子を含むことができるが、典型的には５、６、または７の環炭素を含む、即ち、シクロペンチル、シクロヘキシル、及びシクロヘプチル環構造を有する。アリール及びアリーレン部分は、好ましくはフェニルまたはフェニレン部分である。
【００２６】
有用なホール伝達化合物の例を以下に挙げる。
【化１８】
【化１９】
【化２０】
【化２１】
【００２７】
有機ＥＬ媒体の発光層（図３における層３１４）は、発光または蛍光材料を含有し、この領域における電子−ホール再結合の結果としてエレクトロルミネセンスが生ずる。最も簡単な構造では、発光層は単一成分、即ち、高蛍光効率を持つ純粋な物質のみからなる。周知の材料は、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム((8-quinolinato)Alminum)（Ａｌｑ）であり、これは優れた緑色エレクトロルミネセンスを生ずる。発光層の好ましい実施態様は、１またはそれ以上の蛍光色素成分をドープされたホスト材料からなる複数の成分からなる。この方法を用いると、高効率のＥＬデバイスが構成できる。同時に、ＥＬデバイスの色は、共通のホスト材料で異なる発光波長を持つ蛍光色素を用いることによって変えることができる。ドーパントの概略は、ホスト材料としてＡｌｑを用いたＥＬデバイスについて、Tgang 等により、J. Applied Physics, 第65巻、3610-3616頁、米国特許第4,769292号にかなり詳細に記載されている。
【００２８】
ホスト材料中に存在するときに光放出の色合いを修正することのできるドーパントとして蛍光色素を選択することにおいての重要な関係は、分子の最高占有分子軌道と最低非占有分子軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップ電位におけるそれらの比較である。ホストからドーパント分子への有効なエネルギー伝達のために必要な条件は、ドーパントのバンドギャップが、ホスト材料のバンドギャップより小さいことである。ベンザゾール等の青色ホストを用いる利点は、そのバンドギャップが十分に大きく、青色中で発光する一般に入手可能な多くの蛍光色素に有効にエネルギー伝達できることである。これらの青色ドーパントは、クマリン、スチルベン、ジスチリルスチルベン、アントラセン誘導体、テトラセン、ペリレン、及び他の共役ベンゼノイド類である。低波長でのＥＬ発光のための他のドーパントは、クマリン、ローダミン、及び他の緑色または赤色発光蛍光色素である。
【００２９】
本発明の実施において、有機ＥＬデバイスの電子伝達層（図３における層３１６）を形成するのに有用な種類の有機材料は、下記の分子式（Ｉ）で表される。
【００３０】
【化２２】
上記式（Ｉ）において、
ｎは２から８の整数であり、
ＺはＯ、ＮＲ、またはＳであり、
Ｒ及びＲ’は、個々に、水素、例えばプロピル、t-ブチル、ヘプチル等の１から２４の炭素原子を持つアルキル、例えばフェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル及び他の複素環系等のアリールまたはヘテロ原子置換アリール、またはクロロ、フルオロ等のハロゲン、または縮合芳香環を完成するのに必要な原子であり、
Ｂは、複数のベンザゾール類を共役的または非共役的に互いに結合させるアルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールからなる結合単位である。
【００３１】
前記結合単位Ｂは、以下の群の少なくとも１つから選択されるのが好ましい。
第１群：
【化２３】
【化２４】
【化２５】
【００３２】
第２群：
【化２６】
【化２７】
【化２８】
【化２９】
【化３０】
【化３１】
【００３３】
第３群：
【化３２】
【化３３】
【００３４】
第４群：
【化３４】
【化３５】
【００３５】
第５群：
【化３６】
【化３７】
【００３６】
第６群：
【化３８】
式中、Ｚは、Ｏまたは Ｃ（ＣＮ）2である。
【００３７】
第７群：
【化１】
式中、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＨＲ １ 、ＣＲ ２ Ｒ ３ またはＮＲ ４ であり、かつＲ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、水素、１から２４炭素原子の飽和脂肪族基、例えばプロピル、ｔ-ブチル、ヘプチル等、６から２０炭素原子のアリール基、例えばフェニル及びナフチル等、またはハロゲン、例えばクロロ、フルオロ等であり；あるいは、Ｒ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、縮合芳香環を完成するために必要な原子である。
【００３８】
第８群：
【化２】
式中、Ｚは、Ｏまたは Ｃ（ＣＮ）2である。
【化３】
式中、Ｘ及びＹは、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＨＲ １ 、ＣＲ ２ Ｒ ３ またはＮＲ ４ であり、かつＲ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、水素、１から２４炭素原子の飽和脂肪族基、例えばプロピル、ｔ-ブチル、ヘプチル等、６から２０炭素原子のアリール基、例えばフェニル及びナフチル等、またはハロゲン、例えばクロロ、フルオロ等であり；あるいは、Ｒ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、縮合芳香環を完成するために必要な原子である。
【００３９】
第９群：
【化４】
【化５】
式中、Ｚは、ＯまたはＣ（ＣＮ）2であり、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＨＲ １ 、ＣＲ ２ Ｒ ３ またはＮＲ ４ であり、かつＲ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、水素、１から２４炭素原子の飽和脂肪族基、例えばプロピル、ｔ-ブチル、ヘプチル等であり、６から２０炭素原子のアリール基、例えばフェニル 及びナフチル等、またはハロゲン、例えばクロロ、フルオロ等であり；あるいは、Ｒ １ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 及びＲ ４ は、個々に、縮合芳香環を完成するために必要な原子である。
【００４０】
以下の分子構造は、本発明の要件を満足する好ましいベンザゾールの特定の例を構成する。
【化４７】
【化４８】
【化４９】
【化５０】
【００４１】
【化５１】
【化５２】
【化５３】
【００４２】
【化５４】
【化５５】
【００４３】
【化５６】
Ｘ＝Ｓ，Ｏ
【化５７】
Ｘ＝Ｓ，Ｏ
【００４４】
【化５８】
Ｘ＝Ｓ，Ｏ，Ｎ，Ａｒ
【化５９】
【００４５】
【化６０】
【化６１】
【００４６】
【化６２】
【化６３】
【００４７】
【化６４】
【化６５】
【００４８】
有機ＥＬ媒体の電子伝達層は、高い電子移動度を有するのが好ましい。高い移動度を有する材料は、電子伝達層を横切る電圧低下を低減させ、従ってＥＬデバイスとしての効率を高める。さらに、電子伝達材料は、広いバンドギャップ、例えば２．００ｅＶを越えるエネルギーギャップを有するのが特に好ましい。広いバンドギャップを持つ電子伝達材料を用いると、ホール伝達層と電子伝達層とに挟設された発光層からのＥＬ発光が、吸収による減衰無しに電子伝達層を通過することができる。更に重要なのは、広いバンドギャップを持つ伝達材料は、エネルギー即ち電荷を発光層から伝達層へ戻り難くし、よって、発光を、主に発光層内に閉じこめることである。
【００４９】
有機ＥＬ媒体の多層を形成するのに好ましい材料は、フィルム形成材料、即ち５０００Å未満の厚さを有する連続膜を形成しうる材料である。有機ＥＬ媒体の好ましい形成方法は、真空蒸着によるものである。この方法によって、極めて薄い欠陥のない連続層が得られる。特に、個々の層を約５０Å程度の薄さにして構成し、なおかつ満足できるＥＬデバイス特性を実現することができる。一般に、有機ＥＬデバイス全体の厚さは、少なくとも約１０００Åとするのが好ましい。
【００５０】
本発明のＥＬデバイスにおける薄フィルムの他の形成方法は、ＥＬ材料を含有する溶液からのスピンコートを含む。スピンコート法と真空蒸着法との組み合わせも、多層ＥＬデバイスの作製には有用である。
【００５１】
有機ＥＬデバイスのアノード及びカソードは、各々、従来から用いられている如何なる便利な形状としてもよい。有機ＥＬデバイスからアノードを通して発光させようとする場合は、光透過性基板、例えば透明または本質的に透明なガラスプレートまたはプラスチックフィルム上に薄い導電層を被覆することによって適切に達成される。本発明の有機ＥＬデバイスの１つの形態は、Gurnee 等の米国特許第3,172,862号、Gurnee の米国特許第3,173,050号、Dresner の「アントラセンにおける２重注入エレクトロルミネセンス(Double Injection Electroluminescence in Anthracene)」、RCA Review, 第30巻、322-334頁、1969年、及び Dresner の米国特許第3,710,167号に開示されているような、ガラスプレート上に被覆された酸化スズ、インジウム酸化スズ(Indium tin oxide)からなる光透過性アノードを含む従来の経験に従う。
【００５２】
本発明のＥＬデバイスは、高または低仕事関数金属を有し、これまでにカソードとして有用であることが教示されているような任意の金属からなるカソードを用いてよい。低仕事関数金属と少なくとも１つの他の金属との組み合わせによってカソードを構成することにより、予期しない構成、特性、及び安定性の利点が実現される。さらなる開示として、Tang 及び Van Slyke の米国特許第4,885,211号を参照されたい。ここに、その開示を参考として取り入れる。
【００５３】
【実施例】
本発明及びその利点を、以下の特別な実施例を用いてさらに説明する。
実施例１
１，３，５-トリス（Ｎ-フェニル-Ｎ-フェニルアミノ）ベンズアミドの合成
Ｎ-フェニル-１，２-フェニレンジアミン（１６．６ｇ、０．０９モル）の１００ｍＬのＮ-メチルピロリドン溶液に、塩化１，３，５-ベンゼントリカルボニル（８．０ｇ、０．０３モル）を、窒素下、室温で分けて添加した。反応混合物を室温で２時間撹拌し、次いで反応温度を５０℃上げて、さらに３０分反応させた。反応混合物を冷却した後、３００ｍｌの冷水に撹拌しながら投入した。得られた沈殿を濾過し、水で洗浄した。乾燥の後、回収したトリベンズアミドは１９．５ｇ（収率９２％）であった。
【００５４】
実施例２
２，２’，２”-（１，３，５-フェニレン）トリス［１-フェニル-１Ｈ-ベンズイミダゾール］（ＴＰＢＩ）の合成
ＴＰＢＩは、１，３，５-トリス（Ｎ-フェニル-Ｎ-フェニルアミノ）ベンズアミドを、０．３気圧の窒素圧下、２８０から２９５℃で約１時間加熱することにより合成した。純粋なＴＰＢＩ（セル作製に直接使用できるもの）は、２Ｔｏｒｒ圧において、３１５℃で２回昇華させることによって得た。
【００５５】
実施例３
ＥＬデバイス作製及び特性
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、３つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層及び電子伝達層を含む。
ａ）インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）被覆ガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）銅フタロシアニン層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）ＴＰＢＩの電子伝達層（５００Å）を、ホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩ層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００５６】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源及び７．３Ｖのバイアス電圧で作動させたときに３４８ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．１５３かつＹ＝０．１５７の青色であった。図４に示したＥＬスペクトルは、４６０ｎｍにピーク放出を有していた。このＥＬスペクトルは、ＥＬ放出が電子伝達ＴＰＢＩ層を起源としていることを示している。
【００５７】
実施例４
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）銅フタロシアニン層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）Ａｌｑの発光層（３７５Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（３７５Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００５８】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源及び８．９Ｖのバイアス電圧で作動させたときに６３１ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．３１６かつＹ＝０．５５７の緑色であった。ＥＬスペクトルは、５２８ｎｍにピーク放出を有していた。
【００５９】
実施例５
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）ホール注入層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）４，４’-ビス-［（２，２-ジフェニル）エテニル］-１，１-ビフェニルの発光層（３００Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（２００Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００６０】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに５３７ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．１５４かつＹ＝０．１５９の青色であった。ＥＬスペクトルは、４６０ｎｍにピーク放出を有していた。
【００６１】
実施例６
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）ホール注入層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）ビス-（２-メチル-８-キノリノラト）（２，３-ジメチルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）の発光層（Ｂ-Ａｌｑ、３７５Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（３７５Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００６２】
上記の連続工程が、ＥＬデバイスの堆積を完了させる。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに６６６ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．２０８かつＹ＝０．３６０の青緑色であった。ＥＬスペクトルは、４９２ｎｍにピーク放出を有していた。
【００６３】
実施例７
電子伝達層がＴＰＢＩではなくＡｌｑ（３７５Å）であること以外は実施例６と同様の方法でＥＬデバイスを作製した。このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに４６０ｃｄ／ｍ2であった。ＣＩＥ色座標は、Ｘ＝０．２１４かつＹ＝０．３７３であった。ＥＬスペクトルは、４９２ｎｍにピーク放出を有していた。この実施例は、電子伝達材料としてのＴＰＢＩは、Ａｌｑより有効なＥＬデバイスを製することを示した。
本発明を、ある好ましい実施態様を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲内において、種々の変形及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図２】 本発明の他の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図３】 本発明の更に他の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図４】 実施例３に記載したＥＬデバイスの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…ＥＬデバイス、
１０２…基板、
１０４…アノード、
１０６…カソード、
１０８…有機ＥＬ媒体、
１１０…ホール伝達層、
１１２…電子伝達層、
１１４…外部電源、
１１６…導体、
１１８…導体、
１２０…ホール、
１２２…電子、
２００…ＥＬデバイス、
２０２…基板、
２０４…アノード、
２０６…カソード、
２０８…有機ＥＬ媒体、
２１０…ホール伝達層、
２１２…発光層、
２１４…電子伝達層、
３００…ＥＬデバイス、
３０２…基板、
３０４…アノード、
３０６…カソード、
３０８…有機ＥＬ媒体、
３１０…ホール注入層、
３１２…ホール伝達層、
３１４…発光層、
３１６…電子伝達層、
３１８…電子注入層
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、多層有機ＥＬデバイスにおける電子伝達層用の新規な有機材料の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬデバイスは、高効率であることが知られ、広範囲の色を形成することができる。平坦パネルのディスプレーのような有用な応用が考えられている。従来の代表的なＥＬデバイスは、1965年3月9日に発行された Gurnee等の米国特許第3,172,862号公報、1965年3月9日に発行された Gurnee等の米国特許第3,173,050号公報、Dresner等の文献「アントラセンにおける二重注入エレクトロルミネセンス(Double Injection Electroluminescence in Anthracene」、RCA Review、第30巻、322-334頁、1969年、及び、1973年1月9日に発行された Dresner等の米国特許第3,710,167号公報に記載されている。典型的な有機発光材料は、共役有機ホスト材料と、縮合ベンゼン環を有する共役有機活性化剤とから形成される。ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ベンゾピレン、クリセン、ピセン、カルバゾール、フルオレン、ビフェニル、ターフェニルス、クォーターフェニルス、トリフェニレンオキシド、ジハロビフェニル、トランス−スチルベン、及び１，４−ジフェニルブタジエンが、有機ホスト材料の例として挙げることができる。アントラセン、テトラセン、及びペンタセンは、活性化剤の例として挙げられる。有機発光材料は、１マイクロメーターより大きな厚みを有する単一層媒体として存在する。よって、この有機ＥＬ媒体は高抵抗であり、このＥＬデバイスを作動させるには比較的高い電圧（＞１００ボルト）が必要である。
【０００３】
有機ＥＬデバイス製造の分野における最近の発見により、アノードとカソードとに挟設された極めて薄い層（＜１．０マイクロメーター）からなるＥＬ媒体を具備するデバイスが得られた。ここで、このＥＬ媒体は、アノード及びカソード電極の間の有機部材として定義される。基本的な２層ＥＬデバイス構造では、一方の有機層がホールの注入及び伝達のために特に選択され、他方の有機層が電子の注入及び伝達のために特に選択される。２つの層の界面は、注入されたホール−電子対の再結合、その結果としてのエレクトロルミネセンスに有効な場所を提供する。極めて薄い有機ＥＬ層は抵抗を減少させ、与えられたレベルの電気的バイアス電圧で高い電流密度をもたらす。光放射は、有機ＥＬ媒体を通した電流密度に直接関係しているので、向上した電荷注入及び伝達効率を持つ薄層により、許容できる光放射レベル（例えば、環境光において目視で検出されうる明るさレベル）が、電解効果トランジスタのような集積回路ドライバに匹敵する範囲の低い印加電圧において達成される。
【０００４】
さらに、有機ＥＬデバイスにおける、色、安定性、効率、及び製造方法等の改善が、米国特許第4,356,429号、第4,539,507号、第4,720,432号、第4,885,211号、第5,151,629号、第5,150,006号、第5,141,671号、第5,073,446号、第5,061,569号、第5,059,862号、第5,059,861号、第5,047,687号、第4,950,950号、第4,769,292号、第5,104,740号、第5,227,252号、第5,256,945号、第5,069,975号、第5,122,711号、第5,366,811号、第5,126,214号、第5,142,343号、第5,389,444号、及び第5,458,977号公報に記載されている。
【０００５】
フルカラーＥＬディスプレーパネルの製造のために、有効な赤、緑、及び青（ＲＧＢ）ＥＬ材料を具備することが必要である。これらの一次材料を用いて、これらの発光の適当な組み合わせにより、白を含む任意の所望のＥＬ色相即ち色を生ぜしめることができる。特に重要なのは、青色ＥＬ材料の製造であり、有効な青色ＥＬ材料を与えることにより、下方へエネルギー移動過程で他のＥＬ色を作製することができるからである。例えば、緑色ＥＬ発光は、ホストの青色ＥＬ材料に少量の感緑色蛍光色素をドープすることによって得られる。このホスト−ゲストエネルギー移動機構は、Tang等（米国特許第4,769,292号）によって詳細に議論されている。同様に、赤色ＥＬ色は、ホストの青色ＥＬ材料に赤色蛍光色素をドープすることによって得られる。Imai等（米国特許第5,015,999号）に議論されているように、ほぼ類似した機構において、感蛍光色素は、ＥＬ発光波長のシフトを効率的にするために、青色ＥＬエミッタの外側に配置してもよい。この機構では、感光性媒体は、青色ＥＬエミッタによって発生した青色光子を吸収し、次いで、より長波長において発光する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極と電子伝達層とを具備するＥＬデバイスに関し、該電子伝達層は、下記式（Ｉ）で表される分子からなるベンザゾール化合物を含有する。これらのベンザゾール化合物は、有機ＥＬデバイスに有用な広いバンドギャップの電子伝達材料である。本発明のＥＬデバイスにおいては、前記電子伝達層を具備するＥＬ媒体が、アノード及びカソードの間に挟設される。
【０００７】
【化１１】
上記式（Ｉ）において、
ｎは２から８の整数であり、
ＺはＯ、ＮＲ、またはＳであり、
Ｒ及びＲ’は、個々に、水素、例えばプロピル、t-ブチル、ヘプチル等の１から２４の炭素原子を持つアルキル、例えばフェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル及び他の複素環系等のアリールまたはヘテロ原子置換アリール、またはクロロ、フルオロ等のハロゲン、または縮合芳香環を完成するのに必要な原子である。
Ｂは、複数のベンザゾール類を共役的または非共役的に互いに結合させるアルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールからなる結合単位である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の利点は、図面を参照した以下の詳細な説明を考慮することにより、さらに正しく理解される。
図１に、本発明のＥＬデバイス１００を模式的に示す。支持体は、ガラスまたはプラスチック等の電気絶縁性で光透過性の材料からなる層１０２である。アノード１０４は、積層された２層の有機フィルムからなるＥＬ媒体１０８によってカソード１０６と離間されている。アノード側の層１１０は、有機ＥＬ媒体のホール伝達層を形成している。このホール伝達層の上に、有機ＥＬ媒体の電子伝達層を構成する層１１２が配設されている。アノードとカソードは、各々導体１１６及び１１８によって、外部ＡＣまたはＤＣ電源に接続されている。この電源は、パルス電源、周期的電源、または連続電源でもよい。
【００１０】
作動時において、アノードがカソードより高電位である場合は、ＥＬデバイスは順方向にバイアスされたダイオードとみなせる。この条件下では、ホール（正電荷キャリア）は、アノードからホール伝達層に注入され、電子は電子伝達層に注入される。注入されたホールと電子は、各々、矢印１２０及び１２２で示したような反対に帯電した電極に向けて泳動する。その結果、ホール−電子の再結合が起こり、エネルギーの一部が光として放出されてエレクトロルミネセンスが生ずる。
【００１１】
ホールと電子とが再結合する領域は、再結合ゾーンとして知られている。特に２層デバイス構造は、再結合をエレクトロルミネセンスの起こる可能性が最も高いホール伝達層と電子伝達層の界面付近近傍に閉じ込めるように設計される。この再結合閉じ込め機構は、Tang 及び Van Slyke（Applied Physics Letters、51巻、913頁、1987年）に開示され、適当な仕事関数のキャリア注入電極及び適当なキャリア移動度の伝達材料を選択することによって実施されている。この有機層界面から離れて、そして特に注入電極においてまたはその近傍においては、導電性の表面による発光の消光効果によって、一般的にホールと電子の再結合が発光することは極めて少ない。
【００１２】
図２に示した有機ＥＬデバイス２００は、本発明の他の好ましい実施態様を示す。絶縁性の透明な支持体は層２０２である。アノード２０４は、積層された３層の有機フィルムからなるＥＬ媒体２０８によってカソード２０６と離間されている。アノード２０４に隣接する層２１０はホール伝達層である。カソード２０６の隣接する層２１４は電子伝達層である。ホール伝達層と電子伝達層との間に配設された層２１２は発光層である。また、この発光層は、ホールと電子とが再結合する再結合層としても働く。
【００１３】
デバイス１００と２００とは、デバイス２００には、主にホール−電子再結合そしてエレクトロルミネセンスの場所として作用する発光層が付加されていることを除けば類似している。この点で、個々の有機層の機能は区別することができ、よって、個々に独立して最適化できる。即ち、発光または再結合層は、所望のＥＬ色並びに高い発光効率を持つように選択することができる。同様に、電子及びホール伝達層は、第１に、そのキャリア移動特性で最適化することができる。
【００１４】
図３の有機デバイス３００は、本発明の更に他の好ましい実施態様を例示している。絶縁性かつ透明な支持体は層３０２である。アノード３０４は、積層された５層の有機薄フィルムからなるＥＬ媒体３０８によってカソード３０６と離間されている。アノード層３０４の上には、ホール注入層３１０、ホール伝達層３１２、発光層３１４、電子伝達層３１６、及び電子注入層３１８が順次積層されている。デバイス３００の構造は、アノード及びカソードの注入効率を向上させるために、各々ホール注入層及び電子注入層が設けられていることを除けばデバイス２００に類似している。ＥＬデバイスは、デバイス特性を不当に損なうことなく、有機ＥＬ媒体にホールまたは電子注入層を具備するように構成してもよいことがわかる。
【００１５】
ＥＬデバイス１００、２００および３００の基板は、電気絶縁性で光透過性である。光透過性は、基板を通したＥＬ発光の点から望ましい。ＥＬ発光が最上の(top)電極を通して見られる使用法では、基板の透明性は重要ではなく、従って、不透明な半導体やセラミックウェハを用いてもよい。当然のことながら、これらのデバイス構成では、光透過性の最上電極を具備する必要がある。
【００１６】
有機ＥＬ媒体の組成は、特にデバイス構造３００を参照して以下に説明する。
ポルフィリン化合物を含有する層が、有機ＥＬデバイスのホール注入層（図３における層３１０）を形成する。ポルフィリン化合物は、ポルフィリン自身を含むポルフィリン構造から誘導された、またはそれを含む天然または合成の任意の化合物である。ある種のポルフィリン化合物が、Alder の米国特許第３，９３５，０３１号、または、Tang の米国特許第４，３５６，４２９号に記載されており、それらをここで参考文献として取り入れる。
【００１７】
好ましいポルフィリン化合物は、下記式（ＩＩ）で表されるものである。
【化１２】
Ｒは金属、金属酸化物、または金属ハライドであり、
Ｔ1およびＴ2は、水素、または、共に不飽和６員環を形成し、この６員環は置換基を含んでいてもよい。好ましい６員環は、炭素、イオウ、および窒素の環原子を含む。好ましいアルキル部分は、１から６の炭素原子を含み、フェニルは好ましいアリール部分を構成する。
【００１８】
ポルフィリン化合物の選択しうる好ましい形態は、式（ＩＩＩ）に示すように、２つの水素で金属原子が置換されることにより構造式（Ｉ）のものと異なる。
【化１３】
有用なポルフィリン化合物の極めて好ましい例は、フリーなフタロシアニンおよび金属含有フタロシアニンである。一般的にポルフィリン化合物、特にフタロシアニンは、任意の金属を含有でき、この金属は２価以上の正電荷を持つのが好ましい。好ましい金属の例は、コバルト、マグネシウム、亜鉛、パラジウム、ニッケル、および、特に銅、鉛、および白金である。
【００２０】
有用なポルフィリン化合物の例は以下のものである。
ポルフィリン、
１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−銅（ＩＩ）ポルフィリン、
１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−亜鉛（ＩＩ）ポルフィリン、
銅フタロシアニン、
クロムフタロシアニンフルオリド。
【００２１】
有機ＥＬデバイスのホール伝達層（３１２）は、少なくとも１つのホール伝達性芳香族４級アミンを含有し、該アミンは、少なくとも１つの３価の窒素原子を含むと解され、その窒素原子は炭素原子とのみ結合し、その炭素原子の少なくとも１つは芳香族環の一員である。芳香族４級アミンの形態はモノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン、またはアリールアミンポリマーなどのアリールアミンである。トリアリールアミンモノマーの例は、Klupfel 等の米国特許第３，１８０，７３０号公報に記載されている。ビニル即ちビニル基で置換され、及び／または少なくとも１つの活性水素含有基を含む他の好ましいトリアリールアミン類は、Brantley 等の米国特許第3,567,450号及び第3,658,520号に記載されている。
【００２２】
他の種類の芳香族４級アミン類は、少なくとも２つの４級アミン部分を含む。このような化合物は、下記式（ＩＶ）で表されるものを含む。
【化１４】
Ｇは、アリーレン、シクロアルキレン、またはアルキレン基等の炭素−炭素結合の結合基である。
【００２３】
前記構造式（ＩＶ）を満足し、２つのトリアリールアミン部分を具備する好ましい種類のトリアリールアミンは、下記式（Ｖ）で表されるものである。
【化１５】
Ｒ3及びＲ4は、各々独立に、アリール基を示し、それは、下記式（ＶＩ）で表されるようなジアリール置換アミノ基で置換されていてもよい。
【化１６】
【００２４】
他の好ましい種類の芳香族４級アミン類は、テトラアリールジアミン類である。好ましいテトラアリールジアミン類は、アリーレン基で結合された下記化学式（ＶＩＩ）で表されるような２つのジアリールアミノ基を含有する。
【化１７】
ｎは、１から４の整数である。
Ａｒ、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9は、個々に選択されたアリール基である。
【００２５】
上記の式（ＩＶ）、（Ｖ）、（ＶＩＩ）における種々のアルキル、アルキレン、アリール、及びアリーレン部分は、各々置換されていてもよい。典型的な置換基は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、及び、フルオライド、クロライド及びブロマイド等のハロゲンである。種々のアルキルアルキレン部分は、典型的には約１から６の炭素原子を含む。シクロアルキル部分は、３から約１０の炭素原子を含むことができるが、典型的には５、６、または７の環炭素を含む、即ち、シクロペンチル、シクロヘキシル、及びシクロヘプチル環構造を有する。アリール及びアリーレン部分は、好ましくはフェニルまたはフェニレン部分である。
【００２６】
有用なホール伝達化合物の例を以下に挙げる。
【化１８】
有機ＥＬ媒体の発光層（図３における層３１４）は、発光または蛍光材料を含有し、この領域における電子−ホール再結合の結果としてエレクトロルミネセンスが生ずる。最も簡単な構造では、発光層は単一成分、即ち、高蛍光効率を持つ純粋な物質のみからなる。周知の材料は、トリス−（８−キノリナト）アルミニウム((8-quinolinato)Alminum)（Ａｌｑ）であり、これは優れた緑色エレクトロルミネセンスを生ずる。発光層の好ましい実施態様は、１またはそれ以上の蛍光色素成分をドープされたホスト材料からなる複数の成分からなる。この方法を用いると、高効率のＥＬデバイスが構成できる。同時に、ＥＬデバイスの色は、共通のホスト材料で異なる発光波長を持つ蛍光色素を用いることによって変えることができる。ドーパントの概略は、ホスト材料としてＡｌｑを用いたＥＬデバイスについて、Tgang 等により、J. Applied Physics, 第65巻、3610-3616頁、米国特許第4,769292号にかなり詳細に記載されている。
【００２８】
ホスト材料中に存在するときに光放出の色合いを修正することのできるドーパントとして蛍光色素を選択することにおいての重要な関係は、分子の最高占有分子軌道と最低非占有分子軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップ電位におけるそれらの比較である。ホストからドーパント分子への有効なエネルギー伝達のために必要な条件は、ドーパントのバンドギャップが、ホスト材料のバンドギャップより小さいことである。ベンザゾール等の青色ホストを用いる利点は、そのバンドギャップが十分に大きく、青色中で発光する一般に入手可能な多くの蛍光色素に有効にエネルギー伝達できることである。これらの青色ドーパントは、クマリン、スチルベン、ジスチリルスチルベン、アントラセン誘導体、テトラセン、ペリレン、及び他の共役ベンゼノイド類である。低波長でのＥＬ発光のための他のドーパントは、クマリン、ローダミン、及び他の緑色または赤色発光蛍光色素である。
【００２９】
本発明の実施において、有機ＥＬデバイスの電子伝達層（図３における層３１６）を形成するのに有用な種類の有機材料は、下記の分子式（Ｉ）で表される。
【００３０】
【化２２】
ｎは２から８の整数であり、
ＺはＯ、ＮＲ、またはＳであり、
Ｒ及びＲ’は、個々に、水素、例えばプロピル、t-ブチル、ヘプチル等の１から２４の炭素原子を持つアルキル、例えばフェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリル及び他の複素環系等のアリールまたはヘテロ原子置換アリール、またはクロロ、フルオロ等のハロゲン、または縮合芳香環を完成するのに必要な原子であり、
Ｂは、複数のベンザゾール類を共役的または非共役的に互いに結合させるアルキル、アリール、置換アルキル、または置換アリールからなる結合単位である。
【００３１】
前記結合単位Ｂは、以下の群の少なくとも１つから選択されるのが好ましい。
第１群：
【化２３】
第２群：
【化２６】
第３群：
【化３２】
第４群：
【化３４】
第５群：
【化３６】
第６群：
【化３８】
【００３７】
第７群：
【化１】
【００３８】
第８群：
【化２】
【化３】
【００３９】
第９群：
【化４】
【００４０】
以下の分子構造は、本発明の要件を満足する好ましいベンザゾールの特定の例を構成する。
【化４７】
【化５１】
【化５４】
【化５６】
【化５７】
【００４４】
【化５８】
【化５９】
【化６０】
【化６２】
【化６４】
有機ＥＬ媒体の電子伝達層は、高い電子移動度を有するのが好ましい。高い移動度を有する材料は、電子伝達層を横切る電圧低下を低減させ、従ってＥＬデバイスとしての効率を高める。さらに、電子伝達材料は、広いバンドギャップ、例えば２．００ｅＶを越えるエネルギーギャップを有するのが特に好ましい。広いバンドギャップを持つ電子伝達材料を用いると、ホール伝達層と電子伝達層とに挟設された発光層からのＥＬ発光が、吸収による減衰無しに電子伝達層を通過することができる。更に重要なのは、広いバンドギャップを持つ伝達材料は、エネルギー即ち電荷を発光層から伝達層へ戻り難くし、よって、発光を、主に発光層内に閉じこめることである。
【００４９】
有機ＥＬ媒体の多層を形成するのに好ましい材料は、フィルム形成材料、即ち５０００Å未満の厚さを有する連続膜を形成しうる材料である。有機ＥＬ媒体の好ましい形成方法は、真空蒸着によるものである。この方法によって、極めて薄い欠陥のない連続層が得られる。特に、個々の層を約５０Å程度の薄さにして構成し、なおかつ満足できるＥＬデバイス特性を実現することができる。一般に、有機ＥＬデバイス全体の厚さは、少なくとも約１０００Åとするのが好ましい。
【００５０】
本発明のＥＬデバイスにおける薄フィルムの他の形成方法は、ＥＬ材料を含有する溶液からのスピンコートを含む。スピンコート法と真空蒸着法との組み合わせも、多層ＥＬデバイスの作製には有用である。
【００５１】
有機ＥＬデバイスのアノード及びカソードは、各々、従来から用いられている如何なる便利な形状としてもよい。有機ＥＬデバイスからアノードを通して発光させようとする場合は、光透過性基板、例えば透明または本質的に透明なガラスプレートまたはプラスチックフィルム上に薄い導電層を被覆することによって適切に達成される。本発明の有機ＥＬデバイスの１つの形態は、Gurnee 等の米国特許第3,172,862号、Gurnee の米国特許第3,173,050号、Dresner の「アントラセンにおける２重注入エレクトロルミネセンス(Double Injection Electroluminescence in Anthracene)」、RCA Review, 第30巻、322-334頁、1969年、及び Dresner の米国特許第3,710,167号に開示されているような、ガラスプレート上に被覆された酸化スズ、インジウム酸化スズ(Indium tin oxide)からなる光透過性アノードを含む従来の経験に従う。
【００５２】
本発明のＥＬデバイスは、高または低仕事関数金属を有し、これまでにカソードとして有用であることが教示されているような任意の金属からなるカソードを用いてよい。低仕事関数金属と少なくとも１つの他の金属との組み合わせによってカソードを構成することにより、予期しない構成、特性、及び安定性の利点が実現される。さらなる開示として、Tang 及び Van Slyke の米国特許第4,885,211号を参照されたい。ここに、その開示を参考として取り入れる。
【００５３】
【実施例】
本発明及びその利点を、以下の特別な実施例を用いてさらに説明する。
実施例１
１，３，５-トリス（Ｎ-フェニル-Ｎ-フェニルアミノ）ベンズアミドの合成
Ｎ-フェニル-１，２-フェニレンジアミン（１６．６ｇ、０．０９モル）の１００ｍＬのＮ-メチルピロリドン溶液に、塩化１，３，５-ベンゼントリカルボニル（８．０ｇ、０．０３モル）を、窒素下、室温で分けて添加した。反応混合物を室温で２時間撹拌し、次いで反応温度を５０℃上げて、さらに３０分反応させた。反応混合物を冷却した後、３００ｍｌの冷水に撹拌しながら投入した。得られた沈殿を濾過し、水で洗浄した。乾燥の後、回収したトリベンズアミドは１９．５ｇ（収率９２％）であった。
【００５４】
実施例２
２，２’，２”-（１，３，５-フェニレン）トリス［１-フェニル-１Ｈ-ベンズイミダゾール］（ＴＰＢＩ）の合成
ＴＰＢＩは、１，３，５-トリス（Ｎ-フェニル-Ｎ-フェニルアミノ）ベンズアミドを、０．３気圧の窒素圧下、２８０から２９５℃で約１時間加熱することにより合成した。純粋なＴＰＢＩ（セル作製に直接使用できるもの）は、２Ｔｏｒｒ圧において、３１５℃で２回昇華させることによって得た。
【００５５】
実施例３
ＥＬデバイス作製及び特性
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、３つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層及び電子伝達層を含む。
ａ）インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）被覆ガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）銅フタロシアニン層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）ＴＰＢＩの電子伝達層（５００Å）を、ホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩ層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００５６】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源及び７．３Ｖのバイアス電圧で作動させたときに３４８ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．１５３かつＹ＝０．１５７の青色であった。図４に示したＥＬスペクトルは、４６０ｎｍにピーク放出を有していた。このＥＬスペクトルは、ＥＬ放出が電子伝達ＴＰＢＩ層を起源としていることを示している。
【００５７】
実施例４
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）銅フタロシアニン層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）Ａｌｑの発光層（３７５Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（３７５Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００５８】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源及び８．９Ｖのバイアス電圧で作動させたときに６３１ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．３１６かつＹ＝０．５５７の緑色であった。ＥＬスペクトルは、５２８ｎｍにピーク放出を有していた。
【００５９】
実施例５
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）ホール注入層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）４，４’-ビス-［（２，２-ジフェニル）エテニル］-１，１-ビフェニルの発光層（３００Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（２００Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００６０】
上記の連続工程により、ＥＬデバイスの堆積が完了する。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに５３７ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．１５４かつＹ＝０．１５９の青色であった。ＥＬスペクトルは、４６０ｎｍにピーク放出を有していた。
【００６１】
実施例６
本発明の要件を満足するＥＬデバイスを、以下の方法に従って作製した。デバイス構造は、４つの有機層、即ち、ホール注入層、ホール伝達層、発光層、及び電子伝達層を含む。
ａ）ＩＴＯガラス基板を、市販の洗浄剤中で連続的に超音波処理し、脱塩水でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、紫外光及びオゾンに数分間露呈した。
ｂ）銅フタロシアニンのホール注入層（１５０Å）をＩＴＯ被覆基板の上に、タンタルボートからの蒸着によって堆積させた。
ｃ）ホール注入層の上に、やはりタンタルボートからの蒸着により、Ｎ，Ｎ’-ビス-（１-ナフチル）-Ｎ，Ｎ’-ジフェニルベンジジンのホール伝達層（６００Å）を堆積させた。
ｄ）ビス-（２-メチル-８-キノリノラト）（２，３-ジメチルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）の発光層（Ｂ-Ａｌｑ、３７５Å）をホール伝達層の上に堆積させた。
ｅ）ＴＰＢＩの電子伝達層（３７５Å）を発光層の上に堆積させた。
ｆ）電子伝達層の上に、原子比１０：１のＭｇ及びＡｇから形成される２０００Åのカソードを堆積させた。
【００６２】
上記の連続工程が、ＥＬデバイスの堆積を完了させる。デバイスは、次いで、周囲環境から保護するための乾燥した溝箱に密封収納した。
このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに６６６ｃｄ／ｍ2であった。このＥＬ色は、１９３１ＣＩＥ色座標においてＸ＝０．２０８かつＹ＝０．３６０の青緑色であった。ＥＬスペクトルは、４９２ｎｍにピーク放出を有していた。
【００６３】
実施例７
電子伝達層がＴＰＢＩではなくＡｌｑ（３７５Å）であること以外は実施例６と同様の方法でＥＬデバイスを作製した。このＥＬデバイスからの発光出力は、２０ｍＡ／ｃｍ2の電流源で作動させたときに４６０ｃｄ／ｍ2であった。ＣＩＥ色座標は、Ｘ＝０．２１４かつＹ＝０．３７３であった。ＥＬスペクトルは、４９２ｎｍにピーク放出を有していた。この実施例は、電子伝達材料としてのＴＰＢＩは、Ａｌｑより有効なＥＬデバイスを製することを示した。
本発明を、ある好ましい実施態様を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲内において、種々の変形及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図２】 本発明の他の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図３】 本発明の更に他の好ましいＥＬデバイスの多層構造の断面模式図である。
【図４】 実施例３に記載したＥＬデバイスの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…ＥＬデバイス、
１０２…基板、
１０４…アノード、
１０６…カソード、
１０８…有機ＥＬ媒体、
１１０…ホール伝達層、
１１２…電子伝達層、
１１４…外部電源、
１１６…導体、
１１８…導体、
１２０…ホール、
１２２…電子、
２００…ＥＬデバイス、
２０２…基板、
２０４…アノード、
２０６…カソード、
２０８…有機ＥＬ媒体、
２１０…ホール伝達層、
２１２…発光層、
２１４…電子伝達層、
３００…ＥＬデバイス、
３０２…基板、
３０４…アノード、
３０６…カソード、
３０８…有機ＥＬ媒体、
３１０…ホール注入層、
３１２…ホール伝達層、
３１４…発光層、
３１６…電子伝達層、
３１８…電子注入層
Claims (9)
- アノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に挟設されたエレクトロルミネッセンス媒体とを備え、前記エレクトロルミネッセンス媒体が電子伝達層を含み、前記電子伝達層が下記式：
ｎは３から８の整数であり、
Ｚは、ＮＲであり、
Ｒ及びＲ’は、個々に、水素、１から２４の炭素原子を持つアルキル、アリールまたはヘテロ原子置換アリール、または、ハロゲン、または縮合芳香環を完成するのに必要な原子であり、
Ｂは、アリール、または置換アリールからなる結合単位である]
で表されるベンザゾール化合物を含有する、有機エレクトロルミネセンスデバイス。 - 前記結合単位Ｂが、下記式：
- ｎ＝３である、請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｂがアリール基である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｒが、６〜２０炭素原子のアリール基である、請求項１又は２に記載 の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｒ’が水素である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｂがアリール基である、請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｒ’が水素である、請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
- Ｒがフェニルである、請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンスデバイス。
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