JPH0913025A - キノキサリン誘導体を用いた有機電界発光素子 - Google Patents

キノキサリン誘導体を用いた有機電界発光素子

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JPH0913025A
JPH0913025A JP7184789A JP18478995A JPH0913025A JP H0913025 A JPH0913025 A JP H0913025A JP 7184789 A JP7184789 A JP 7184789A JP 18478995 A JP18478995 A JP 18478995A JP H0913025 A JPH0913025 A JP H0913025A
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Manabu Uchida
内田  学
Yusho Izumisawa
勇昇 泉澤
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顕治 古川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 既知の発光素子では得られない耐久性と電荷
輸送能に優れた電界発光素子の提供。 【構成】 一般式[化1]で表されるキノキサリン誘導
体を用いてなる電界発光素子。 【化1】 (式中Xは炭素数2〜5のアルキル基等を、R1 〜R8
は独立にH、ハロゲン、炭素数1〜6のアルキル基等を
示す。) 【効果】 寿命が長く実用的価値の高いEL素子であっ
て、高効率な発光素子の作成に使用できる。

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(以下EL)
素子等に関するもので、詳しくはキノキサリン誘導体を
用いた該素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその問題点】近年、これまでにない高輝
度な平面ディスプレイの候補として有機EL素子が注目
され、その研究開発が活発化している。有機EL素子は
有機発光層を2つの電極で挟んだ構造であり、陽極から
注入された正孔と陰極から注入された電子とが発光層中
で再結合して光を発する。用いられる有機材料には低分
子材料と高分子材料があり、共に高輝度のEL素子がで
きることが示されている。このような有機EL素子には
2つのタイプがある。1つは、タン(C.W.Tan
g)らによって発表された蛍光色素を電荷輸送層中に添
加したもの(ジャーナルオブジアプライドフィジックス
(J.Appl.Phys.),65,3610(19
89))、もう1つは、蛍光色素を単独に用いたもので
ある(例えば、ジャパニーズジャーナルオブジアプライ
ドフィジクス(Jpn.J.Appl.Phys.),
27,L269(1988)に記載されている素子)。 後者の素子では、蛍光色素が電荷の1つである正孔のみ
を輸送する正孔輸送層および/あるいは電子のみを輸送
する電子輸送層と積層しているような場合に発光効率が
向上することが示されている。しかしいずれも実用化す
るために充分な条件を備えていない。例えば、前者では
正孔輸送材料の薄膜状態での物理的な耐久性が乏しく、
また、蛍光色素を添加するのに用いた電子輸送性のホス
ト材料自身が緑色に発光するため、青色の発光を得るの
が困難であり、後者では用いた電子輸送材料の耐久性お
よび電荷輸送能が低く、実用上充分な性能が出せないと
いう問題点があった。
【0003】電子輸送材料の1つとして2−(4−ビフ
ェニルイル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)
−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)が知られて
いる。このPBDを電子輸送層として用いた例として前
記の有機EL素子(Jpn.J.Appl.Phy
s.,27,L269(1988))がある。しかし、
結晶化を起こしやすいなど、薄膜の安定性に乏しいこと
が指摘され、オキサジアゾール環を複数持つ化合物が開
発された(日本化学会誌,11,1540(199
1)、特開平6−145658、特開平6−9294
7、特開平5−152072、特開平5−20201
1、特開平,6−136359などに記載のもの)。し
かしながら、これらにおいても実用上充分な性質を有し
ていなかった。他の化合物系としてキノキサリン誘導体
が報告されている(特開平6−207169)。2量化
させることにより分子量が増大し薄膜の安定性が向上し
ているが、実用化には十分ではなかった。これは、2つ
のキノキサリン環をつなぐ結合が回転するため、分子間
での相互作用が弱まり、結果として薄膜状態での安定性
が十分に向上しなかったことによると考えられる。一
方、薄膜の安定性を向上させた素子として正孔輸送性ポ
リマーなどの高分子媒体を用いた素子が報告されている
(特開平4−212286)。しかしながら駆動電圧が
高く、また、薄膜の安定性は向上したが素子の耐久性の
向上にはつながらなかった。
【0004】また、キノキサリン系のポリマーを用いた
EL素子も報告されているが、輝度が非常に低く実用的
ではなかった(Jpn.J.Appl.Phys.,3
3(2B),L250,1994)。 有機EL素子に用いられる電子輸送材料の特性として
は、電子輸送能に優れ、薄膜状態での物理的、化学的安
定性が高い必要がある。有機EL素子の電荷輸送層ある
いは発光層に用いられる薄膜はアモルファス状態にある
ものが多く、この薄膜のTgが低いとアモルファス状態
から徐々に結晶化が進み、均一な状態を保つことができ
なくなる。結果として、電流が流れにくくなり最後には
絶縁破壊を引き起こし素子が崩壊する。一方、フェナジ
ン誘導体を発光材料として用いた素子が報告されている
が、分子量が小さく単独で十分な安定性を持つ薄膜を形
成することが困難である(特開平7−102250)。 そこで、これらの問題を解決し、耐久性が高く、高発光
効率な有機EL素子を見いだすべく鋭意研究した結果、
キノキサリン誘導体を用いた有機EL素子が上記問題点
を解決することを見いだし本発明を完成した。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1)、
(2)、(3)ないし(4)の各構成を有する。 (1)一般式[化5]で表されるキノキサリン誘導体を
用いた電界発光素子。
【化5】 (式中、Xは炭素数2から5までの飽和あるいは不飽和
のアルキレン、アリーレン若しくはアルキルアリーレン
基を示しR1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲン、
炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロアルキ
ル基あるいはシアノ基を示す。) (2)一般式[化6]で表されるキノキサリン誘導体を
用いた電界発光素子。
【化6】 (式中、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲン、
炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロアルキ
ル基あるいはシアノ基を示し、R9 〜R12はそれぞれ独
立に水素あるいは炭素数1から6までのアルキル基を示
すかあるいは、隣接した場合にはベンゼン環が縮合して
も良い。) (3)一般式[化7]で表されるキノキサリン誘導体を
用いた電界発光素子。
【化7】 (式中、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲン、
炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロアルキ
ル基あるいはシアノ基を示し、R9 〜R11はそれぞれ独
立に水素あるいは炭素数1から6までのアルキル基を示
すかあるいは、隣接した場合にはベンゼン環が縮合して
も良い。) (4)一般式[化8]で表されるキノキサリン誘導体を
電荷輸送材料として用いたことをを特徴とする電界発光
素子。
【化8】 (式中、Xは炭素数2から5までの飽和あるいは不飽和
のアルキレン、アリーレン若しくはアルキルアリーレン
基を示し、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲ
ン、炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロア
ルキル基あるいはシアノ基を示す。)
【0006】本発明の構成と効果につき以下に詳述す
る。上述した本発明で使用されるキノキサリン誘導体
は、例えば、以下のようにして製造できる。まず、一般
式[化9]
【0007】
【化9】
【0008】(式中、Xは炭素数2から5までの飽和あ
るいは不飽和のアルキレン、アリーレン若しくはアルキ
ルアリーレン基を示す。)で表されるジアミン誘導体
と、一般式[化10]
【0009】
【化10】
【0010】(式中、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水
素、ハロゲン、炭素数1から6までのアルキル基、パー
フルオロアルキル基あるいはシアノ基を示す。)で表さ
れるジケトン誘導体を反応させることにより得ることが
できる。この際の溶媒としては、不活性な溶媒であるな
ら特に制限はない。好ましいものとしては、トルエン、
キシレン等の芳香族系があげられる。
【0011】本発明で使用されるキノキサリン誘導体の
具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【0012】
【化11】
【0013】
【化12】
【0014】
【化13】
【0015】
【化14】
【0016】
【化15】
【0017】
【化16】
【0018】これらのキノキサリン誘導体は、EL素子
の電子輸送材料として有用であることがわかった。特
に、薄膜状態における安定性が既存の電子輸送材料に比
べ増加しており、単独でも安定な電子輸送層を形成でき
ることもわかった。これは、ピラジン環に縮合している
フェナンスレン環の影響により、Tgが上昇したことに
よる。さらに、これらのキノキサリン誘導体は、それ自
身強い蛍光を示すのでEL素子の発光材料としても有用
である。
【0019】本発明のEL素子の構成は、各種の態様が
あるが、基本的には一対の電極(陽極と陰極)間に、前
記キノキサリン誘導体を挟持した構成とし、これに必要
に応じて、正孔輸送材料、発光材料および電子輸送材料
を加えるか、別の層として積層すればよい。具体例とし
ては、陽極/キノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔
輸送層/キノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送
層/発光層/キノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔
輸送材料+発光材料+キノキサリン誘導体層/陰極など
が挙げられる。また、本発明の素子は、いずれも基板に
支持されていることが好ましく、該基板については特に
制限はなく、従来EL素子に慣用されているもの、例え
ばガラス、透明プラスチック、導電性高分子あるいは石
英などから成るものを用いることができる。
【0020】本発明で使用される各層は、例えば蒸着
法、塗布法等の公知の方法によって、薄膜化する事によ
り形成することができる。該キノキサリン誘導体を用い
た層は薄膜状態の安定性が高いために特に樹脂などの結
着剤を必要とせず、蒸着法などにより薄膜化し形成する
ことができるので工業的に有利である。このようにして
形成された各層の薄膜の厚みについては特に制限はな
く、適宜状況に応じて選ぶことができるが、通常2nm
ないし5000nmの範囲で選定される。
【0021】本発明のEL素子における陽極としては、
仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導
性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好
ましく用いられる。このような電極物質の具体例として
はAuなどの金属、CuI、ITO、SnO2 、ZnO
などの誘電性透明材料が挙げられる。該陽極は、これら
の電極物質を蒸着やスパッタリングなどの方法により、
薄膜を形成させることにより作製することができる。こ
の電極より発光を取り出す場合には、透過率を10%よ
り大きくすることが望ましく、また、電極としてのシー
ト抵抗は数百Ω/square以下が好ましい。さらに
膜厚は材料にもよるが、通常10nmないし1μm、好
ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
【0022】一方、陰極としては、仕事関数の小さい
(4.3eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及び
これらの混合物を電極物質とするものが用いられる。こ
のような電極物質の具体例としては、カルシウム、マグ
ネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム合
金、リチウム合金、アルミニウム合金、アルミニウム/
リチウム混合物、マグネシウム/銀混合物、インジウム
などを挙げられる。該陰極は、これらの電極物質を蒸着
やスパッタリングなどの方法により、薄膜を形成させる
ことにより、作製することができる。また、電極として
のシート抵抗は数百Ω/square以下が好ましく、
膜厚は10nmないし1μm、好ましくは50〜200
nmの範囲で選ばれる。
【0023】本発明のEL素子の構成は、前記したよう
に各種の態様があるが、正孔輸送層を設けると発光効率
が向上する。正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料とし
ては、電界を与えられた2個の電極間に配置されて陽極
から正孔が注入された場合、該正孔を適切に発光層へ伝
達しうる化合物であって、例えば、104 〜106 V/
cmの電界印加時に、少なくとも10-6cm2 /V・秒
以上の正孔移動度をもつものが好適である。このような
正孔輸送材料については、前記の好ましい性質を有する
ものであれば特に制限はなく、従来、光導電材料におい
て、正孔の電荷輸送材として慣用されているものやEL
素子の正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意
のものを選択して用いることができる。該正孔輸送材料
としては、例えばカルバゾール誘導体(N−フェニルカ
ルバゾール、ポリビニルカルバゾールなど)、トリアリ
ールアミン誘導体(N,N’−ジフェニル−N,N’−
ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジアミノビフェ
ニル(TPD)、芳香族第3級アミンを主鎖あるいは側
鎖にもつポリマー、1,1−ビス(4−ジ−p−トリル
アミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニ
ル−N,N’−ジナフチル−4,4’−ジアミノビフェ
ニルなど)、フタロシアニン誘導体(無金属、銅フタロ
シアニンなど)、ポリシランなどがあげられる。本発明
のEL素子における電子を輸送する層において、複数の
電子輸送材料を使用する場合は、該キノキサリン誘導体
ばかりでなく、他の電子輸送材料を用いても良い。この
ような電子輸送材料について特に制限はなく、従来公知
の化合物の中から任意のものを選択して用いる事ができ
る。該電子輸送材料の好ましい例としては、
【0024】
【化17】
【0025】などのジフェニキノン誘導体(電子写真学
会誌、30,3(1991)などに記載のもの)あるい
は、
【0026】
【化18】
【0027】
【化19】
【0028】などの化合物(J.Apply.Phy
s.,27,269(1988)などに記載のもの)
や、オキサジアゾール誘導体(前記文献、Jpn.J.
Appl.Phys.,27,L713(1988)、
アプライドフィジックスレター(Appl.Phys.
Lett.),55,1489(1989)などに記載
のもの)、チオフェン誘導体(特開平4−212286
号公報などに記載のもの)、トリアゾール誘導体(Jp
n.J.Appl.Phys.,32,L917(19
93)などに記載のもの)、チアジアゾール誘導体(第
43回高分子学会予稿集、III Pla007などに記載
のもの)、オキシン誘導体の金属錯体(電子情報通信学
会技術研究報告、92(311),43(1992)な
どに記載のもの)、キノキサリン誘導体のポリマー(J
pn.J.Appl.Phys.,33,L250(1
994)などに記載のもの)、フェナントロリン誘導体
(第43回高分子討論会予稿集、14J07などに記載
のもの)などを挙げることができる。
【0029】本発明に用いる発光材料には、高分子学会
編、高分子機能材料シリーズ“光機能材料”、共立出版
(1991)、P236に記載されているような昼光蛍
光材料、蛍光増白剤、レーザー色素、有機シンチレー
タ、各種の蛍光分析試薬などの公知の発光材料を用いる
ことができるが、具体的には、アントラセン、フェナン
トレン、ピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、ルブ
レン、キナクリドンなどの多環縮合化合物、クオーター
フェニルなどのオリゴフェニレン系化合物、1,4−ビ
ス(2−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(4
−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(4−メチ
ル−5−フェニル−2−オキザゾリル)ベンゼン、1,
4−ビス(5−フェニル−2−オキサゾリル)ベンゼ
ン、2,5−ビス(5−タシャリー−ブチル−2−ベン
ズオキサゾリル)チオフェン、1,4−ジフェニル−
1,3−ブタジエン、1,6−ジフェニル−1,3,5
−ヘキサトリエン、1,1,4,4−テトラフェニル−
1,3−ブタジエンなどの液体シンチレーション用シン
チレータ、特開昭63−264692号公報記載のオキ
シン誘導体の金属錯体、クマリン染料、ジシアノメチレ
ンピラン染料、ジシアノメチレンチオピラン染料、ポリ
メチン染料、オキソベンズアントラセン染料、キサンテ
ン染料、カルボスチリル染料及びペリレン染料、独国特
許2534713号公報に記載のオキサジン系化合物、
第40回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、114
6(1993)に記載のスチルベン誘導体及び特開平4
−363891号公報記載のオキサジアゾール系化合物
が好ましい。
【0030】本発明のEL素子を作製する好適な方法の
例を次の構成の素子について説明する。陽極/該キノキ
サリン誘導体層/陰極からなるEL素子の作製法につい
て説明すると、まず適当な基板上に、所望の電極物質、
例えば陽極用物質からなる薄膜を、1μm以下、好まし
くは10〜200nmの範囲の膜厚になるように、蒸着
やスパッタリングなどの方法により形成させ、陽極を作
製したのち、この上にキノキサリン誘導体の薄膜を形成
させる。薄膜化の方法としては、例えば、浸せき塗工
法、スピンコート法、キャスト法、蒸着法などがある
が、均質な膜が得られやすく、不純物が混ざり難くかつ
ピンホールが生成しにくいなどの点から蒸着法が好まし
い。
【0031】次に、このキノキサリン誘導体層の形成
後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、1μm以下、
例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、
陰極を設けることにより、所望のEL素子が得られる。
なお、このEL素子の作製においては、作製順序を逆に
して、陰極、該キノキサリン誘導体層、陽極の順に作製
することも可能である。このようにして得られたEL素
子に、直流電圧を印加する場合には、電圧3〜40V程
度を印加すると、発光が透明または半透明の電極側より
観測できる。さらに、交流電圧を印加することによって
も発光する。なお印加する交流の波形は任意でよい。
【0032】
【実施例】次に本発明を実施例に基づいて更に詳しく説
明する。 実施例1 25mm×75mm×1.1mmのガラス基板上にIT
Oを蒸着法にて50nmの厚さで製膜したもの(東京三
容真空(株)製)を透明支持基板とした。この透明支持
基板を市販の蒸着装置(真空機工(株)製)の基板ホル
ダーに固定し、石英製のるつぼにTPDをいれ、別のる
つぼに1,3−ジ(9−アンスリル)−2−(9−カル
バゾリルメチル)−プロパン(AnCz)をいれ、もう
1つのるつぼに[化20]で表される化合物(TBP)
を入れて真空槽を1×10-4Paまで減圧した。
【0033】
【化20】
【0034】TPD入りのるつぼを加熱し、膜厚50n
mになるように蒸着した。次に、この上にAnCz入り
のるつぼを加熱して、膜厚50nmになるように蒸着し
た。最後に、TBPを入れたるつぼを加熱して膜厚50
nmになるように蒸着した。蒸着速度は0.1〜0.2
nm/秒であった。その後真空槽を2×10-4Paまで
減圧してから、グラファイト性のるつぼから、マグネシ
ウムを1.2〜2.4nm/秒の蒸着速度で、同時にも
う一方のるつぼから銀を0.1〜0.2nm/秒の蒸着
速度で蒸着した。上記条件でマグネシウムと銀の混合金
属電極を発光層の上に200nm積層蒸着して対向電極
とし素子を形成した。ITO電極を陽極、マグネシウム
と銀の混合電極を陰極として、得られた素子に、直流電
圧10Vを印加すると10mA/cm2 の電流が流れ、
1500cd/m2 の緑色の発光を得た。この素子は、
5時間駆動後も安定に発光した。
【0035】比較例1 実施例1で用いたキノキサリン誘導体をPBDに代えた
以外は同様な方法で素子を作成した。得られた素子に、
直流電圧13Vを印加すると70mA/cm2の電流が
流れ、1300cd/m2 の緑色の発光を得た。この素
子は、5分駆動後に非発光部位が生じ、発光揮度が約1
/3に低下した。
【0036】実施例2 実施例1で用いたAnCzを4,4’−ビス(2,2−
ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)に代えた
以外は同様な方法で素子を作成した。得られた素子に、
直流電圧12Vを印加すると30mA/cm2 の電流が
流れ、1400cd/m2 の青色の発光を得た。この素
子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0037】実施例3 実施例1で用いたTBPを[化21]で表される化合物
に代えた以外は同様な方法で素子を作成した。得られた
素子に、直流電圧15Vを印加すると約20mA/cm
2 の電流が流れ、1800cd/m2 の緑色の発光を得
た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0038】
【化21】
【0039】実施例4 実施例1で用いたTBPを[化22]で表される化合物
に代えた以外は同様な方法で素子を作成した。得られた
素子に、直流電圧11Vを印加すると約20mA/cm
2 の電流が流れ、1900cd/m2 の緑色の発光を得
た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0040】
【化22】
【0041】実施例5 実施例1で用いたTBPを[化23]で表される化合物
に代えた以外は同様な方法で素子を作成した。得られた
素子に、直流電圧10Vを印加すると約30mA/cm
2 の電流が流れ、2100cd/m2 の緑色の発光を得
た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0042】
【化23】
【0043】実施例6 実施例1で用いたTBPを[化24]で表される化合物
に代えた以外は同様な方法で素子を作成した。得られた
素子に、直流電圧10Vを印加すると約30mA/cm
2 の電流が流れ、2500cd/m2 の緑色の発光を得
た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0044】
【化24】
【0045】
【発明の効果】本発明のEL素子は、融点およびTgが
高く薄膜状態での安定性に富むキノキサリン誘導体を用
いているので、寿命が長く実用的価値が高い。これらを
用いることにより、フルカラーディスプレー等の高効率
な発光素子が作成できる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式[化1]で表されるキノキサリン
    誘導体を用いた電界発光素子。 【化1】 (式中、Xは炭素数2から5までの飽和あるいは不飽和
    のアルキレン、アリーレン若しくはアルキルアリーレン
    基を示し、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲ
    ン、炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロア
    ルキル基あるいはシアノ基を示す。)
  2. 【請求項2】 一般式[化2]で表されるキノキサリン
    誘導体を用いた電界発光素子。 【化2】 (式中、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲン、
    炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロアルキ
    ル基あるいはシアノ基を示し、R9 〜R12はそれぞれ独
    立に水素あるいは炭素数1から6までのアルキル基を示
    すかあるいは、隣接した場合にはベンゼン環が縮合して
    も良い。)
  3. 【請求項3】 一般式[化3]で表されるキノキサリン
    誘導体を用いた電界発光素子。 【化3】 (式中、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲン、
    炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロアルキ
    ル基あるいはシアノ基を示し、R9 〜R11はそれぞれ独
    立に水素あるいは炭素数1から6までのアルキル基を示
    すかあるいは、隣接した場合にはベンゼン環が縮合して
    も良い。)
  4. 【請求項4】 一般式[化4]で表されるキノキサリン
    誘導体を電荷輸送材料として用いたことをを特徴とする
    電界発光素子。 【化4】 (式中、Xは炭素数2から5までの飽和あるいは不飽和
    のアルキレン、アリーレン若しくはアルキルアリーレン
    基を示し、R1 〜R8 はそれぞれ独立に水素、ハロゲ
    ン、炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロア
    ルキル基あるいはシアノ基を示す。)
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