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Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。)
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]
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]
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。
具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
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。
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。
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。
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。
(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。
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、
会誌、30,3(1991)などに記載のもの)あるい
は、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。) - 【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。) - 【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。) - 【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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|---|---|---|---|
| JP18478995A JP3579730B2 (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 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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