JPH0963768A - 有機発光素子 - Google Patents
有機発光素子Info
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Abstract
い有機EL発光素子を提供する。 【構成】 パイ共役を有する炭素の主鎖に対して酸素及
び窒素が直接的または間接的に接続されている構造を有
する分子を含有する有機発光素子において、電子供与性
の官能基を分子に置換により接続する。さらに上記の官
能基としてハロゲン、酸素、窒素、硫黄、ベンゼン環ま
たはメチル基を用いる。
Description
ものである。
駆動で高効率の発光素子が発表されて以来、これまで有
機エレクトロルミネッセンス素子(以下有機EL素子と
記す)の研究が盛んに行われてきた。その後、発光素子
の構造をホール輸送層と電子輸送性発光層の2層構造と
することにより、高効率な発光が実現された。また、こ
の発光層にレーザ色素をドープすることにより、発光の
多色化、高効率化の可能性も示唆されている。
面ディスプレイ装置が考えられており、従来のブラウン
管を用いたディスプレイ装置(以下、Cathode
Ray Tube Display:CRTと記す)で
は、その構造上、画面の大型化と共に装置の奥行きが増
し装置自体が大型化すると共に、電力消費も大きくなる
などの問題点を有している。しかしながら、有機EL材
料を用いれば、有機EL材料はそもそも原子の励起状態
と基底状態との間の電子の享受により発光をさせるもの
であるため、消費電力が増大することはなく、また有機
材料は非常に軽いため、装置の大型化に関しても全く問
題点は生じない。
画面用ディスプレイ装置として、プラズマディスプレイ
装置も広く研究されていが、有機EL素子は単に薄膜を
堆積することにより製造することができるため、製造過
程も簡便化され、製造コストを大幅に削減できる可能性
を有しており、有機EL素子の実用化が期待されてい
る。
目されているものに、アルミを中心に8−キノリノール
3分子が配位したTris(8−quinolinol
ate)alminum(III)(以下、アルミキノ
リン、または、Alq3と記す)があげられる。このア
ルミキノリンは、その高発光効率と共に蒸着といった製
造工程の観点からみても有望な材料と考えられている。
の素子はその発光効率がアルミキノリンの場合1.6lm/
w、ベリリウムキノリンの場合3.5lm/wとなっており、実
用化に必要とされている20lm/wには十分とは言えない。
そこで本発明は従来の有機EL材料に比較して発光効率
の高い有機EL発光素子を提供することを目的とする。
に本発明は、パイ共役を有する炭素の主鎖に対して酸素
及び窒素が直接的または間接的に接続されている構造を
有する分子を含有する有機発光素子であって、電子供与
性の官能基を分子に置換により接続した構成となってい
る。さらに本発明では上記の官能基としてハロゲン、酸
素、窒素、硫黄、ベンゼン環またはメチル基を用いるこ
とを特徴とする。
素から構成され、且つパイ共役を有する主鎖に直接ある
いは間接的に接続されている構造を有する分子あるいは
分子集合体からなる発光素子において、その発光効率と
電子遷移確率はボルン−オッペンハイマー近似において
比例関係にある。したがって、電子遷移確率を増大させ
ることは、その材料の発光効率を増大させることにつな
がる。材料の物性などを理論的に考察する一手法として
通常用いられる分子軌道法によると、この電子遷移確率
はその電子が遷移する時の遷移元の分子軌道係数と遷移
先の分子軌道係数、及びその2つの軌道の重なりの大き
さに比例する。また、この軌道係数を掛け合わせたもの
がその軌道の電子密度に比例することより、その電子密
度を増大させることによって、その軌道が関与する電子
遷移確率を高くすることによって発光効率を増大させる
ことが可能となる。
ルミキノリン1分子の構造を、図2にその軌道相関図を
示す。図1に示すように、アルミキノリン1はアルミニ
ウム金属原子を中心にキノリノールの酸素と窒素とで6
配位構造を取るよう配置されている。しかし、そのアル
ミニウムと酸素及び窒素との結合次数はそれぞれ0.7
28及び0.460と小さく、共有結合性は小さく、静
電力によるイオン結合性が大きいと考えられる。なお、
この結合次数は一重結合で1.0、二重結合で2.0、
三重結合で3.0などとなる。また、アルミキノリンの
最高被占軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)付
近の分子軌道はキノリノールの原子軌道に大きな係数を
有している。したがって、発光吸収過程(発光効率に影
響する)においてアルミそのものは直接大きな寄与はせ
ず、キノリノール分子内の電子遷移過程が重要であると
考えられることを見いだした。
あると考えられるキノリノールの電子状態について説明
する。キノリノール(以下、Q−OHと記す)の溶液に
はそのpHによって図3に示すようなプロトン脱離種
(以下、Q−O−と記す)とプロトン付加種(以下、Q
−OH2+と記す)が存在するが、それぞれの吸光強度
と励起エネルギーには違いが見られることが実験的に知
られている。そこで、そのメカニズムを一電子励起配置
計算(SE−CI)を行うことにより検討した。
上電子密度解析の結果を、図4に各分子種の一電子励起
配置計算による励起エネルギーの結果を示す。
移エネルギーの概念図を示す。図5において(a)は吸
光エネルギーと発光エネルギーに差が生じる場合、
(b)は両者に差が生じない場合を示したものである。
発光エネルギーに差が生じる場合には、そのエネルギー
差E1は主に振動エネルギーなどとなって消費される。
このように、厳密には図5に示すように、発光過程と吸
光過程ではその遷移エネルギー、すなわち発光あるいは
吸収される光の波長にはE1で示されるエネルギー分の
相違があるが、ボルン−オッペンハイマー近似の範囲で
はE1はE2に比べて小さく、吸光過程と発光過程のエ
ネルギーはほぼ同じと考えて良い。
響する)においてアルミそのものは直接大きな寄与はせ
ず、キノリノール分子内の電子遷移過程が重要であると
考えられるが、アルミキノリンの分子軌道解析による
と、アルミキノリンの電子遷移はキノリノールの分子内
酸素−窒素間で生じており、その強度は酸素原子上の電
子密度と比例関係にある(図6)。そこで電子遷移確率
をP(x)とすると、分子軌道法によれば、
分子の基底状態の波動関数、Ψabは一電子励起配置の波
動関数、ψaは励起した電子のもとの分子軌道、ψbはそ
の電子が励起した時に占有している分子軌道、χrは原
子軌道、Cは分子軌道係数、Xは座標軸、xは各電子の座
標軸である。また、各積分値<χr|eΣxk|χs>や<
χr|χt>は、この場合、キノリノールの酸素と窒素の
位置が変化しなければ一定値である。したがって、前述
の説明及び上記の2式より、酸素上の電子密度が大きい
ということは、すなわちその分子軌道係数が大きいとい
うことであり、これは、酸素−窒素間の電子遷移確率が
大きくなるということである。この関係を下記の表に示
す。
χr|eΣxk|χs>と<χr|χt>は一定の値をとる。
比例することを考えれば、酸素上の電子密度の増加が発
光強度及び吸光強度の増加に寄与することが理解でき、
すなわちそれは、発光効率の増大につながる。
本骨格とする有機EL素子の吸光・発光効率を上げるた
めの指針のひとつとして、酸素の電子密度を増加させれ
ば良いことが考えられる。
うな有機EL発光素子に用いるアルミキノリンの配位子
である8−キノリノールに電子供与性の官能基を置換し
た分子構造を用いることにより発光効率を向上させた。
Y、ZはF、OH、NH2、SHまたはCH3のうちのい
ずれかである。
から見てオルト位に電子供与性の置換基を置換したも
の、(化2)は同じくパラ位に置換したもの、(化3)
は(化1)と(化2)の構造の両方を組み合わせて置換
したもの、(化4)は8−キノリノールの窒素から見て
パラ位に置換したもの、(化5)は同じくオルト位に置
換したもの、(化6)は(化4)と(化5)の構造の両
方を組み合わせたものの例である。
供与性の官能基の例としてフッ素(F)、水酸基(O
H)、アミノ基(NH2)、チオール基(SH)、メチ
ル基(CH3)を挙げているが、これらはそれぞれ、ハ
ロゲン、酸素が直接結合する官能基、窒素が直接結合す
る官能基、及び硫黄が直接結合する官能基の例である。
(化6)に示した分子構造を設計する際の基本骨格とし
た8−キノリノールの構造を示すものである。
マー状に形成した場合の発光・吸光について説明する。
をポリマー状に形成したものであり、電子供与性の官能
基としてフッ素を用いポリマーとしたものとした。そし
て、(化2)及び(化8)に示される分子の電子密度と
吸光強度の関係を図7に示す。
そのプロトン脱離種、付加種と同様、酸素上の電子密度
と吸光強度の間に比例関係が見られ、先に述べたよう
に、この吸光強度の増大は発光効率の増大と比例する。
移は主にキノリノール分子内酸素−窒素間によって行わ
れ、その吸光強度はアルミキノリン分子の酸素上の電子
密度の大きさと比例関係にあった。そこで、キノリノー
ルの分子構造を基本骨格にもついくつかの分子を作成
し、その酸素上の電子密度と吸光強度を計算した結果、
やはり酸素上の電子密度を大きくするような電子供与性
基を置換あるいは付加することにより、吸光強度を増大
させることが可能となった。
述の他、酸素、アルコキシ基、カルボニル基、アミド
基、アルキル基、チオール基、スルフィド基、チオアル
デヒド基、チオケトン基、チオアセタール基、チオカル
ボニル基などが考えられる。
レンが直接結合する分子構造の官能基、及びベンゼン環
が直接結合する分子構造の官能基なども考えられる。
ば、パイ共役を有する炭素の主鎖に対して酸素及び窒素
が直接的または間接的に接続されている構造を有する分
子を含有する有機発光素子であって、電子供与性の官能
基を分子に置換により接続した構成となっているため、
酸素原子上の価電子密度を増大させ、電子遷移確率を高
くすることによって発光効率を増大させることが可能と
なる。
構造を示す概略図
道相関図
ネルギーを示す図
概念図
電子密度と吸光強度の関係を示す図
電子密度と吸光強度の関係を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】パイ共役を有する炭素の主鎖に対して酸素
及び窒素が直接的または間接的に接続されている構造を
有する分子を含有する有機発光素子であって、電子供与
性の官能基を前記分子に置換により接続したことを特徴
とする有機発光素子。 - 【請求項2】電子供与性の官能基としてハロゲン、酸
素、窒素、硫黄、ベンゼン環またはメチル基を用いるこ
とを特徴とする請求項1記載の有機発光素子。 - 【請求項3】パイ共役を有する炭素の主鎖に対して酸素
及び窒素が直接的または間接的に接続されている構造を
有する分子を配位子とする金属錯体により形成されたこ
とを特徴とする請求項1または2記載の有機発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21583995A JP3269345B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 有機発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21583995A JP3269345B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 有機発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963768A true JPH0963768A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3269345B2 JP3269345B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=16679125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21583995A Expired - Lifetime JP3269345B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 有機発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3269345B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007201436A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-08-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | キャリア移動度の計算方法 |
| US8454748B2 (en) | 2005-12-27 | 2013-06-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of calculating carrier mobility |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH06313168A (ja) * | 1992-05-11 | 1994-11-08 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
-
1995
- 1995-08-24 JP JP21583995A patent/JP3269345B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8454748B2 (en) | 2005-12-27 | 2013-06-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of calculating carrier mobility |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3269345B2 (ja) | 2002-03-25 |
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