JPH03115486A - 有機電界発光素子 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は表示素子、照明素子などとして用いられる有機
電界発光素子に関する。

（従来の技術） 近年、携帯用ＴＶ、コンピュータの需要の増加に伴い、
フラットパネルデイスプレィを中心とした薄型軽量の表
示素子の開発が急速に進められている。現在、その主流
は液晶表示素子であるが、液晶表示素子は大画面化しに
（く、視角によってはみづらいなどの欠点がある。

このため、色の鮮やかさ、動画表示の容易さ、暗い場所
でも表示可能であるなど、優れた表示機能が期待できる
発光型表示素子の開発が要望されている。このような発
光型表示素子としては、プラズマデイスプレィ、無機系
エレクトロルミネッセンス素子、蛍光表示管、発光ダイ
オードなどが研究されている。これらの素子でフルカラ
ーデイスプレィを実現するには、高輝度のＲＧＢ発光が
要求される。しかし、現状ではいずれの素子も青色を発
光させることが困難であり、フルカラーデイスプレィは
実現されていない。

ところで、有機色素分子のなかにはそのフォトルミネッ
センスにおいて青色領域（波長４ＢＯｒ＋ｍ近傍）に蛍
光やリン光を発するものが多い。このことから、２枚の
電極の間に有機色素薄膜からなる発光層を設けた構造の
有機電界発光素子は、フルカラーの表示素子などを実現
できる可能性が高く、大きい期待が寄せられている。し
かし、有機電界発光素子では、肉眼で認識できないほど
輝度の低いことが問題となっていた。

そこで、有機電界発光素子の輝度を向上するために、有
機色素を混合した有機色素薄膜又は有機色素薄膜の多層
積層構造を素子の基本構造とし、発光性色素に対する電
子供与性色素と電子受容性色素とを様々な形態で組合わ
せた構造の有機電界発光素子が提案されている（特開昭
６１−４３８８４号、特開昭６１−４４９７４号、特開
昭６１−４４９７８号、特開昭６１−４４９８１号、特
開昭６１−４４９８８号など）。

また、プラス極と発光層との間に正孔移動層を設けた構
造の有機電界発光素子では、低電圧の直流電源で高輝度
の発光が得られることが報告されている（　Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、５１，９１３（１，９８７）、
特開昭８３−４９４５０号、特開昭６３−２８４６９２
号、特開昭６３−２９５８９５号）。

また、九州大学の斎藤省吾らは、プラス極と発光層との
間に正孔移動層を設けるとともに、マイナス極と発光層
との間に電子移動層を設けた構造の有機電界発光素子で
は、更に輝度が向上することを報告している（Ｊ、Ｊ、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、　２５．Ｌ７７５（１９８６）
　　、同、　２７．Ｌ２８９（１９８８））。そして、
発光層を構成する色素として、例えばアントラセン（Ｂ
）、コロネン（Ｇ）、ペリレン（Ｒ）の３種を用いるこ
とにより、ＲＧ　Ｂ、発光を得ることができる。

以上のように、有機電界発光素子においては、■発光効
率が良好である、■発光輝度が高い、■青色の短波長発
光が得られる、■低電圧で駆動する、■歩留まりが高い
、という５つの条件を満たすことが要求されている。■
、■に対しては、正孔移動層と電子移動層に用いられる
電子供与性色素と電子受容性色素の電子的性質を最適な
条件に制御することが重要である。■に対しては、色素
のバンドギャップを広くとることが重要である。

ここで、青色発光（λ−４６Ｏｎｉ）に相当するエネル
ギーは約２．７ｅＶである。発光位置は吸収位置より長
波長側にストークスシフトするから、色素の吸収位置す
なわちバンドギャップは３ｅＶ以上にとることが望まし
い。■に対しては、有機薄膜層に高電界を印加するため
に、各有機薄膜層の膜厚を薄くすることが重要である。

しかし、有機薄膜層の膜厚を薄くしつつ、■の歩留まり
を高めるという条件を満たすことは、現状では非常に困
難である。これは以下のような理由による。有機電界発
光素子は、透明基板上に形成された透明電極（例えばＩ
ＴＯ）上に、キャリア注入層や発光層を順次真空蒸着し
、最後に上部金属電極を真空蒸着することにより製造さ
れる。

ここで、キャリア注入層や発光層の膜厚は通常１００〜
１．００００人の範囲である。また、上部金属電極を真
空蒸着する際には、真空度１０−５〜１０”’Ｔｏｒｒ
で、抵抗加熱又は電子銃加熱により温度約２００〜３０
０℃という条件が用いられる。この結果、キャリア注入
層や発光層は、蒸着源からの放射熱や飛来する金属原子
ビームが伝達する熱の影響を受ける。このうち最も大き
い影響は、色素が低分子量である場合に、その蒸気圧が
高いために、前述した熱の影響により色素が再昇華して
欠陥が生じることである。更に、熱によって薄膜が融解
して膜構造が乱れたり、欠陥が生じ、上部電極と下部透
明電極との間に短絡バスが生じ、有機薄膜層に所定の電
界を印加することが不可能になるという問題も頻発する
というしていた。

実際、青色発光するアントラセンなどの低分子量の発光
性色素を用いた場合、素子の歩留まりが非常に低いとい
う問題があっ・た。また、分子量の高いフタロシアニン
を用いれば比較的高い歩留りが期待できるが、フタロシ
アニンは非発光性であるため、この素子では正孔移動層
にフタロシアニンを用い、電子移動層に発光性の電子受
容性色素を用いなければならない。ところが、発光性の
電子受容性色素で、バンドギャップが広く青色発光に適
したものは非常に少ないという欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の有機電界発光素子では、上部電極
形成時に有機薄膜層がダメージを受け、発光輝度の低下
や短絡を生じるため、歩留りが低いという問題があった
。

本発明はこの問題を解決し、上部電極形成プロセスに耐
える有機薄膜層を有し、特性が良好で歩留りの高い有機
電界発光素子を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の有機電界発光素子は、少なくとも一方が透明な
２枚の電極間に、有機色素からなり、少なくともいずれ
か一方が発光性である正孔移動層と電子移動層とを積層
した有機薄膜を有する有機電界発光素子において、前記
発光性の有機色素として、バンドギャップが３ｅＶ以上
である有機色素を非共役性結合を介して２個以上結合し
た多量体を用いたことを特徴とするものである。

本発明において用いられる発光性の有機色素は、バンド
ギャップが３ｅＶ以上である有機色素を非共役性結合を
介して２個以上結合した多量体であるので、蒸気圧が高
く、上部電極を形成するための真空蒸着プロセスにおい
ても、再昇華を防止することができる。

本発明において、発光性の有機色素の分子量は４００以
上であることが望ましい。これは、上部電極形成時の真
空度ｆＯ−’〜１Ｏ−６Ｔｏｒｒ、温度２００〜３００
℃という一般的な条件下で、分子量の異なる種々の縮合
多環型芳香族色素の蒸気圧を測定することにより得られ
た知見に基づいている。この場合、同一分子量でもベン
ゼン環の結合の仕方によって若干蒸気圧が異なるが、分
子ｆｆ１Ｍと蒸気圧Ｐとの関係は概ね下記式 ％式％ （ここで、Ｔは温度、Ｂ、Ｃは定数） という関係を満たしている。

そして、実験的な結果から、２００〜３００℃において
蒸気圧力月０−５〜ｔｏ−６Ｔｏｒｒとなるのは、分子
量が４００以上の色素であることが判明した。

このような分子量の大きい色素分子としては種々のもの
が挙げられるが、前述した■〜■の条件を全て満たすた
めには、その分子構造も考慮する必要がある。例えば、
分子量の大きい色素分子として、π電子共役系が広がっ
た縮合多環芳香族分子の誘導体が挙げられる。これらの
色素は発光性であり、一般に電子供与性であるため、正
孔移動層として用いられている。縮合多環芳香族分子の
誘導体を電子移動層として用いるためには、芳香族骨格
にキノイド構造に誘導したり、更にニトロ基、シアノ基
、ハロゲン基などを導入して電子受容性を付与すること
が行われている。また、分子量の大きい色素分子として
、ポルフィリン金属錯体やフタロシアニン金属錯体も公
知である。

しかし、大形の縮合多環芳香族分子を基本骨格とする色
素分子、又はポルフィリン金属錯体やフタロシアニン金
属錯体を基本骨格とする色素分子は、バンドギャップが
狭くなり、青色発光させることが困難であるという欠点
がある。また、その色素分子を合成することも困難であ
り、色素の電子受容性又は電子供与性を制御することが
困難となる。

これに対して、本発明では大きい分子量をもっという条
件を満たしながら、バンドギャップが狭まることのない
構造を有する発光性の有機色素として、バンドギャップ
が３ｅＶ以上である有機色素を非共役性結合を介して２
個以上結合した多量体を用いている。単量体としてのバ
ンドギャップが３ｅＶ以上である有機色素は、分子量１
ｏｏ〜４００のものでよい。この有機色素は、バンドギ
ャップが３ｅＶ以上であり青色の短波長発光を示すもの
であるが、このほか発光効率がよく、発光輝度の高いこ
とが望ましい。

これらの有機色素を結合する非共役性結合としては、炭
素−炭素単結合、炭化水素残基、エステル結合、カルボ
ニル残基、アミド結合、エーテル結合などが挙げられる
。また、これらの有機色素を直鎖重合体にペンダント状
に結合してもよい。

この場合、非共役性結合は直鎖を構成する繰り返し単位
となる。

以上のように、バンドギャップが３ｅＶ以上である有機
色素を非共役性結合を介して２個以上結合した多量体か
らなる発光性の有機色素の例を第１表〜第３表に示す。

第１表は非共役性結合が炭素−炭素単結合又は炭化水素
残基（−ＣＨ−ＣＨ−）である発光性の有機色素の例を
示すものである。（ａ）はドナー　（ｂ）はアクセプタ
である。

第２表は発光性の有機色素を構成する（ａ）単量体とな
るドナー　（ｂ）単量体となるアクセプタ、（、Ｃ）非
共役性結合としてのエステル結合、カルボニル残基、ア
ミド結合、エーテル結合などの組み合わせの例を示すも
のである。ここで、Ｒはドナー又はアクセプタを示す。

第３表は単量体となる直鎖重合体にドナー又はアクセプ
タＲがペンダント状に結合した発光性の有機色素の例を
示すものである。

本発明に係る発光性の有機色素は、前記のような有機色
素を非共役性結合を介して２個以上結合することにより
多量体化しているので、元の有機色素と比較して、その
電子的性質、例えば電子受容性、電子供与性、バンドギ
ャップの広さなどに大きな影響が表れることがなく、良
好な特性を示す。しかも、大きな分子量を有するので、
上部金属電極を形成するための真空蒸着プロセスでもダ
メージを受けに＜＜、有機電界発光素子の歩留りが向」
ニする。

第 表（その１） （ａ） ドナー ビジペンツアトフナＩノルハＶニ〜 第 表（その２） （ｂ）アクセプタ Ｃｚｓ　Ｈｓ　Ｎ　６０　＋　ｂ （ｃ）非共役性結合 ○ ０− 表（その２） Ｒ の非共役性結合が導入されたものでもよい。

リ −ＣＩ−（２−０− 第 ３ 表 ＣＨ。

■−べＣＨ２ＣＨ汁７−１（ −０ Ｈ−ＨＣＨｚ　−ＣＨｈ−Ｈ −０ ｒｌ−３〜１０ （実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図に本発明に係る有機電界発光素子の構成図を示す
。第１図において、ガラス基板１上にはＩＴＯ電極２、
正孔移動層３、電子移動層４、及びＡｇ電極５が順次形
成されている。また、ＩＴＯ電極２とＡｌ電極５との間
には直流電源６が接続される。

ＩＴＯ電極２はスパッタ法により形成された。

正孔移動層３、電子移動層４は、有機化合物を真空昇華
することにより形成された。Ａｇ電極５は真空蒸着法に
より形成された。この際、抵抗加熱方式により加熱し、
真空度は１Ｏ−６Ｔｏｒｒとした。

実施例１ 正孔移動層として発光性のビビレニルを用い、電子移動
層としてジニトロビフルオレノニルを用いて第１図の有
機電界発光素子を作製した。ビビレニルの吸収端は４０
０ｎｍ付近にあり、バンドギャップ３ｅＶ以上を満たし
ている。正孔移動層及び電子移動層の膜厚をそれぞれ５
０００．２０００．１０００．５００．２５０人として
素子を作製して直流電圧をば加したところ、膜厚が５０
０人までは素子に短絡力士じなかった。

そして、ＩＯＶの直流電圧を印加したとき、５ｒｒＡ　
／　ｃｍ　’の電流が流れ、最大輝度５０００ｃ　ｄ　
／　ｍ　”の青色発光が得られた。

比較例１ 正孔移動層として分子量が４００以下である発ツ性のピ
レンを用い、電子移動層としてジニトロ；ルオレノンを
用いて第１図の有機電界発光素子イ作製した。実施例１
と同様に、正孔移動層及びγ子移助層の膜厚を薄くして
いった場合、２０００人１も素子に短絡が生じ、５００
０人の膜厚が必要であ・た。

そして、１００■の直流電圧を印加しても、１「Ａｌｃ
ＩＩ＋２の電流しか流れず、最大輝度も５００Ｃ／ｍ　
２と低かった。

実施例２ 正孔移動層として発光性のビス（アントリルチロキシ）
テレフタル酸エステルを用い、電子、助層としてビスに
トロアントリルメチロキシ）テレフタル酸エステルを用
いて第１図の有機電界発光素子を作製した。正孔移動層
及び電子移動層の膜厚をそれぞれ５０００．２０００．
１０００．５００．２５０人として素子を作製して直流
電圧を印加したところ、膜厚が５００人までは素子に短
絡が生じなかった。

そして、ｌＯＶの直流電圧を印加したとき、５ｍＡ　／
　ｃｍ　２の電流が流れ、最大輝度５０００ｃ　ｄ　／
　ｍ　２の青色発光が得られた。

比較例２ 正孔移動層として分子量が４００以下である発光性のア
ントラセンを用い、電子移動層としてジニトロアントラ
センを用いて第１図の有機電界発光素子を作製した。実
施例１と同様に、正孔移動層及び電子移動層の膜厚を薄
くしていった場合、２０００人でも素子に短絡が生じ、
５０００人の膜厚が必要であった。

そして、１００　Ｖの直流電圧を印加しても、１ｍＡ／
−２の電流しか流れず、最大輝度も５００ｃｄ７ｍ２と
低かった。

実施例３ 正札移動層として発光性のテトラフェニルピレンを用い
、電子移動層としてテトラニトロフェニルアントラキノ
ンを用いて第１図の有機電界発光素子を作製した。正孔
移動層及び電子移動層の膜厚をそれぞれ５０００．２０
００．１０００．５００．２５０人として素子を作製し
て直流電圧を印加したところ、膜厚が５００人までは素
子に短絡が生じなかった。

そして、ＩＯＶの直流電圧を印加したとき、５ｍＡ　／
　ｃｍ　’の電流が流れ、最大輝度５０００ｃ　ｄ　／
　ｍ　２の青色発光が得られた。

比較例３ 正孔移動層として分子量が４００以下である発光性のピ
レンを用い、電子移動層としてニトロアントラキノンを
用いて第１図の有機電界発光素子を作製した。実施例１
と同様に、正孔移動層及び電子移動層の膜厚を薄くして
いった場合、２０００人でも素子に短絡が生じ、５００
０人の膜厚が必要であった。

そして、１００ｖの直流電圧を印加しても、１ｍＡ　／
　ｃｍ　２の電流しか流れず、最大輝度も５００ｃ　ｄ
／　ｍ　２と低かった。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の有機電界発光素子は、分子
量の大きい有機色素を用いているため、上部金属電極を
形成するための真空蒸着プロセスでもダメージを受けに
＜＜、有機薄膜層の厚みを薄くしてより低電圧で駆動さ
せても高輝度を得ることができ、しかも歩留りも著しく
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における有機電界発光素子の構
成図である。 １・・・ガラス基板、２・・・ＩＴＯ電極、３・・・正
孔移動層、４・・・・・・電子移動層、５・・・ＡＪ２
電極、６・・・直流電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方が透明な２枚の電極間に、有機色
   素からなり、少なくともいずれか一方が発光性である正
   孔移動層と電子移動層とを積層した有機薄膜を有する有
   機電界発光素子において、前記発光性の有機色素として
   、バンドギャップが３ｅＶ以上である有機色素を非共役
   性結合を介して２個以上結合した多量体を用いたことを
   特徴とする有機電界発光素子。
2. （２）非共役性結合が、炭素−炭素単結合、炭化水素残
   基、エステル結合、カルボニル残基、アミド結合、又は
   エーテル結合であることを特徴とする請求項（１）記載
   の有機電界発光素子。