JPH10140146A - 有機薄膜el素子 - Google Patents

有機薄膜el素子

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JPH10140146A
JPH10140146A JP8298920A JP29892096A JPH10140146A JP H10140146 A JPH10140146 A JP H10140146A JP 8298920 A JP8298920 A JP 8298920A JP 29892096 A JP29892096 A JP 29892096A JP H10140146 A JPH10140146 A JP H10140146A
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多田  宏
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命な有機薄膜EL素子を提供する。 【解決手段】 下記一般式(I)で示される化合物(式
中、Ar1 〜Ar6 は置換基を有していても良いフェニ
ル基を示す。Ar基上の置換基は、炭素数が1から4の
アルキル基、炭素数が1から4のアルコキシ基、アミノ
基、炭素数が1から4のアルキルアミノ基、炭素数が1
から4のジアルキルアミノ基、炭素数が1から4のアル
キルチオ基、ハロゲン元素、炭素数が1から4のハロゲ
ノアルキル基であり、これらの置換基がフェニル基上に
複数置換していても良い。置換基を複数有する場合に
は、その置換基は同一でも異なっていても良い。R1
6 は水素もしくはメチル基を示す。)を用いる。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は平面光源やディスプ
レイに使用される有機薄膜EL(エレクトロルミネッセ
ンス)素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機薄膜EL素子は、自発光の面状表示
素子としての利用が注目されている。この発光素子は、
有機層を積層して機能分離する事によって大幅に発光効
率の改善がなされ、印加電圧10V弱で高輝度な発光が
実現している(アプライド・フィジクス・レターズ(A
pplied Physics Letters)、5
1巻’87年913、56巻’90年799)。その基
本となる素子構成は、陽極/正孔輸送帯域/EL発光帯
域/電子輸送帯域/陰極となっているものがほとんどで
ある。正孔輸送帯域、電子輸送帯域の片方または両方を
設けない場合もある。正孔輸送帯域は、主に陽極からの
正孔の注入の役割をはたす第1正孔輸送層と、主にEL
発光帯域からの電子及び励起子のブロッキングの役割を
はたす第2正孔輸送層の2層からなる場合もあり、さら
に多層にすることも可能である。
【0003】従来の有機薄膜EL素子は、正孔輸送帯域
に芳香族アミンの蒸着膜を用いるものが多かった。その
中でも特に1,1−ビス(4−ジパラトリルアミノフェ
ニル)シクロヘキサン、または、N,N’−ジフェニル
−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−
ビフェニル−4,4’−ジアミンは、正孔注入特性が良
く、成膜性が良いため、好んで用いられている。これら
の材料の蒸着膜は蒸着直後は均一な膜であるが、数日後
にはかなり凝集が進む事が報告されている(’93春応
用物理学会予講集30a−SZK−1,’93年秋応用
物理学会予講集29a−ZC−8)。そのために、素子
の劣化が起こる(アプライド・フィジクス・レターズ
(Applied Physics Letter
s)、68巻’96年1787)。
【0004】これに対して、ポルフィリン系化合物を正
孔輸送層に用いるという方法も開示されているが(特開
昭57−51781号公報)、この場合でも素子作成後
の正孔輸送層の結晶化や凝集が素子の劣化をもたらし
た。
【0005】また、正孔輸送材料としてスターバースト
タイプの3級アミン誘導体を用いる方法が特公平7−1
10940号公報、アプライド・フィジクス・レターズ
(Applied Physics Letter
s)、65巻’94年807に開示されている。しか
し、この構成においても十分な高輝度連続発光を得るこ
とはできなかった。
【0006】また、ピンホールを減少させて素子の安定
性を上げるために、正孔輸送層として、陽極側から正孔
注入性ポルフィリン系化合物の層と正孔注入性芳香族3
級アミンの層の2層を用いるという有機薄膜EL素子の
構成が開示されている(特開昭63−295695号公
報)。しかし、この構成でも素子の安定性の向上は不十
分であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、有機薄
膜EL素子は高輝度を示すが、その寿命は他の発光素子
と比べると短く、実用化の妨げとなっている。
【0008】本発明は、以上のような従来の事情に対処
してなされたもので、長寿命の有機薄膜EL素子を提供
する事を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、単層または
積層の有機薄膜を陽極および陰極で挟持してなる有機薄
膜EL素子において、該有機薄膜が下記一般式(I)で
示される化合物を含むことを特徴とする有機薄膜EL素
子において長寿命が達成されることを見出した。
【0010】
【化2】
【0011】(式中、Ar1 〜Ar6 は置換基を有して
いても良いフェニル基を示す。Ar基上の置換基は、炭
素数が1から4のアルキル基、炭素数が1から4のアル
コキシ基、アミノ基、炭素数が1から4のアルキルアミ
ノ基、炭素数が1から4のジアルキルアミノ基、炭素数
が1から4のアルキルチオ基、ハロゲン元素、炭素数が
1から4のハロゲノアルキル基であり、これらの置換基
がフェニル基上に複数置換していても良い。置換基を複
数有する場合には、その置換基は同一でも異なっていて
も良い。R1 〜R6 は水素もしくはメチル基を示す。)
一般式(I)で示される化合物は成膜性が非常に良好で
あり、アモルファス性が強いために凝集を起こしにく
い。そのため、一般式(I)で示される化合物を含むこ
とによってより安定な有機層を形成することができ、本
発明の有機薄膜EL素子は非常に優れた耐久性を示す。
【0012】一般式(I)で示される化合物を含む層
は、上記のような特性を発揮するため、一般式(I)で
示される化合物の重量比は10〜100%が好ましい
が、より望ましくは50〜100%である。また、一般
式(I)で示される化合物を含む層の膜厚は、1nm〜
500nmが好ましいが、より望ましくは2nm〜10
0nmである。膜厚が厚すぎると有機薄膜EL素子の駆
動電圧が高くなってしまい好ましくない。また、有機薄
膜EL素子は電流注入型のデバイスであるために、駆動
電圧が高いと素子内部での発熱量が大きくなり素子の劣
化を早めてしまう。
【0013】上記のように、一般式(I)で示される化
合物を用いる目的は有機薄膜EL素子の有機層を安定化
させることにある。’96秋応用物理学会予稿集8p−
ZM−7にはトリススチリルトリフェニルアミン骨格を
有する有機材料が高速移動を有することが報告されてい
る。例えば、電子写真プリンタにおいては、印字速度の
高速化のために感光体の電荷輸送層における電荷移動度
の高速化が求められる。これは、耐摩耗性等を考慮して
電荷輸送層の膜厚が一般に数10マイクロメーターと厚
く設定されるため、電荷輸送層中の電界移動過程が印字
速度の律速になっているからである。しかし、一般に有
機層の膜厚がこれより一桁以上小さい有機薄膜EL素子
においては事情は異なり、有機層が凝集を起こしにくく
基板との密着性が良好であることが素子の高耐久化のた
めに求められる。それは、有機薄膜EL素子は、非常に
薄い膜に高電界を印加して駆動するからである。一般式
(I)で示される化合物は、アモルファス性が強いた
め、これを含む薄膜は凝集を起こしにくく基板との密着
性が良好であるために有機薄膜EL素子の耐久性が向上
する。
【0014】一般式(I)で示される化合物を含む層の
成膜には公知の方法が適用できるが、例えば、蒸着法に
よって行うことができる。これは具体的には、抵抗加
熱,エレクトロンビーム,スパッタ,イオンプレーティ
ング,MBE等である。
【0015】また、湿式成膜法によっても形成できる。
例えば、スピンコーター,スプレーコーター,バーコー
ター,ディップコーター,ドクターブレード,ローラー
コーター等の装置を用いて成膜する事ができる。
【0016】この場合、塗液の作成に使用する溶剤は公
知の溶剤が適宜用いられる。例えば、アルコール類,芳
香族炭化水素,ケトン類,エステル類,脂肪族ハロゲン
化炭化水素,エーテル類,アミド類,スルホキシド類等
が適用される。
【0017】また、一般式(I)で示される化合物を含
む層は、一般式(I)で示される化合物等の低分子化合
物を高分子バインダー中に分散させた膜を用いることも
できる。高分子バインダーは、公知の材料から適宜選択
される。例えば、ビニル系樹脂,アクリル系樹脂,エポ
キシ系樹脂,シリコン系樹脂,スチリル系樹脂,ポリイ
ミド,ポリシリレン,ポリビニルカルバゾール,ポリカ
ーボネート,セルロース系樹脂,ポリオレフィン系樹脂
等の他、にかわ,ゼラチン等の天然樹脂が適用できる。
【0018】高分子バインダー分散膜を成膜する方法と
しては公知の方法が適用できるが、例えば、高分子バイ
ンダーを溶剤にとかして上記のような湿式成膜法を用い
ることができる。この場合の湿式成膜法及び溶剤は上記
のような公知の方法及び材料が適宜選択される。
【0019】表1〜表6に一般式(I)で示される化合
物の例を示すが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】
【表5】
【0025】
【表6】
【0026】本発明の有機薄膜EL素子において、陽極
側の第1正孔輸送層に一般式(I)で示される化合物を
含み、陰極側の第2正孔輸送層に芳香族3級アミンを含
む場合、該芳香族3級アミンには公知の材料を用いるこ
とができる。例えば、特公平6−32307号公報、特
開平5−234681号公報、特公平7−110940
号公報、特開平5−239455号公報、特開平6−3
12982号公報に開示されている材料が適用可能であ
る。
【0027】また、本発明の有機薄膜EL素子におい
て、陽極に接して陽極界面層を導入する場合、該陽極界
面層には公知の縮合多環系化合物を含むことができる。
例えば、特公昭64−7635号公報に開示されている
ポルフィリン系化合物が適用可能である。また、スピロ
化合物、ペリレン化合物、アゾ化合物、キノン化合物、
インジゴ化合物、ポリメチン化合物、アクリジン化合
物、キナクリドン化合物等の縮合多環系化合物も適用可
能である。
【0028】EL発光材料には、公知の有機蛍光剤を用
いることができる。例えば、アントラセン系化合物をは
じめ、8−キノリノールの金属錯体(特開昭59−19
4393号公報)やジスチリルアリーレン誘導体(特開
平2−247278号公報、特開平5−17765号公
報)は、単独で発光層を形成することができる。また、
発光母体中に有機蛍光剤をドーピングすることも可能で
ある。例えば、クマリン誘導体、ジシアノメチレンピラ
ン誘導体、ペリレン誘導体(特開昭63−264692
号公報)、また、キナクリドン誘導体(特開平5−70
773号公報)は有用なドーパントである。これらは、
蒸着法、塗布法等の公知の成膜方法によって形成するこ
とができる。
【0029】本発明は、一般式(I)で示される化合物
を用いることによって有機薄膜を安定化させることが目
的である。したがって、一般式(I)で示される化合物
を含む層以外の部分は公知のいかなる構成も適用可能で
ある。例えば、EL発光帯域は発光ホストのみの層であ
っても構わないし、さらに発光ドーパントがドープされ
ていても構わない。また一般式(I)で示される化合物
を含む層の中に発光材料が含まれていても構わない。ま
た、電子輸送帯域は設けられていても設けられていなく
ても構わない。また、陽極、陰極は公知の材料から適宜
選択することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
【0031】(実施例1)ガラス基板上にITO(イン
ジウム錫酸化物)をスパッタリングによって成膜し、陽
極とした。その抵抗値は20Ω/□とした。その上に正
孔輸送層として化合物1を抵抗加熱式真空蒸着法によっ
て50nm成膜した。その上に発光層としてトリス−
(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニウム(化合物
a)を60nm抵抗加熱式真空蒸着法によって成膜し
た。最後に陰極として抵抗加熱式真空蒸着法によってM
gAg(蒸着速度比10:1)を200nm成膜した。
【0032】
【化3】
【0033】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は165cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は132c
d/m2 を維持していた。また、1000時間後にも初
期輝度の半減には達しなかった。これは、比較例と比べ
本発明の有機薄膜EL素子において耐久性が向上してい
ることを示している。
【0034】(実施例2〜7)正孔輸送層の材料を変え
た以外は実施例1と同様にして素子を作成した。これら
の素子の発光特性を空気中で測定したところ、どの素子
も非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノー
ル)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。それぞ
れの素子を6mA/cm2 の一定電流密度で連続して発
光させたときの初期と500時間後の発光輝度を表7に
示す。
【0035】
【表7】
【0036】(実施例8)ガラス基板上にITOをスパ
ッタリングによって成膜し、陽極とした。その抵抗値は
20Ω/□とした。その上に第1正孔輸送層として化合
物1を抵抗加熱式真空蒸着法によって30nm成膜し
た。その上に第2正孔輸送層として化合物bを抵抗加熱
式真空蒸着法によって20nm成膜した。その上に発光
層としてトリス−(8−ヒドロキシキノリノール)アル
ミニウム(化合物a)を60nm抵抗加熱式真空蒸着法
によって成膜した。最後に陰極として抵抗加熱式真空蒸
着法によってMgAg(蒸着速度比10:1)を200
nm成膜した。
【0037】
【化4】
【0038】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は226cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は191c
d/m2 を維持していた。これは、比較例と比べ本発明
の有機薄膜EL素子において耐久性が向上していること
を示している。
【0039】(実施例9〜14)第1正孔輸送層の材料
を変えた以外は実施例8と同様にして素子を作成した。
これらの素子の発光特性を空気中で測定したところ、ど
の素子も非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリ
ノール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。そ
れぞれの素子を6mA/cm2 の一定電流密度で連続し
て発光させたときの初期と500時間後の発光輝度を表
8に示す。
【0040】
【表8】
【0041】(実施例15)ガラス基板上にITOをス
パッタリングによって成膜し、陽極とした。その抵抗値
は20Ω/□とした。その上に、化合物1とポリ(N−
ビニルカルバゾール)を重量比1:1にしてテトラヒド
ロフランに1重量%で溶かした塗液を作成し、これをデ
ィップコートによって膜厚50nmになるように成膜し
た後、80℃で1時間乾燥させ、正孔輸送層とした。そ
の上に発光層としてトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウム(化合物a)を60nm抵抗加熱式
真空蒸着法によって成膜した。最後に陰極として抵抗加
熱式真空蒸着法によってMgAg(蒸着速度比10:
1)を200nm成膜した。
【0042】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は154cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は131c
d/m2 を維持していた。
【0043】(実施例16)ガラス基板上にITOをス
パッタリングによって成膜し、陽極とした。その抵抗値
は20Ω/□とした。その上に正孔輸送層として化合物
2と化合物bを抵抗加熱式真空蒸着法によって速度比
4:1で共蒸着して50nm成膜した。その上に発光層
としてトリス−(8−ヒドロキシキノリノール)アルミ
ニウム(化合物a)を60nm抵抗加熱式真空蒸着法に
よって成膜した。最後に陰極として抵抗加熱式真空蒸着
法によってMgAg(蒸着速度比10:1)を200n
m成膜した。
【0044】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は220cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は178c
d/m2 を維持していた。
【0045】(実施例17)ガラス基板上にITO(イ
ンジウム錫酸化物)をスパッタリングによって成膜し、
陽極とした。その抵抗値は20Ω/□とした。その上に
正孔輸送層として化合物1を抵抗加熱式真空蒸着法によ
って50nm成膜した。その上に発光層としてトリス−
(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニウム(化合物
a)とDCM(化合物c)を50nm抵抗加熱式真空蒸
着法によって蒸着速度比100:2で共蒸着して成膜し
た。その上に電子輸送層としてトリス−(8−ヒドロキ
シキノリノール)アルミニウムを抵抗加熱式真空蒸着法
によって20nm成膜した。そして最後に、陰極として
抵抗加熱式真空蒸着法によってMgAg(蒸着速度比1
0:1)を200nm成膜した。
【0046】
【化5】
【0047】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいDCMからのオレンジ色の発光が得
られた。また、6mA/cm2 の一定電流密度で発光さ
せたところ初期輝度は352cd/m2 を示したが、5
00時間後にも面発光の状態を持続しており、発光輝度
は296cd/m2 を維持していた。
【0048】(実施例18)ガラス基板上にITOをス
パッタリングによって成膜し、陽極とした。その抵抗値
は20Ω/□とした。その上に陽極界面層として銅フタ
ロシアニン(化合物d)を抵抗加熱式真空蒸着法によっ
て5nm成膜した。その上に正孔輸送層として化合物4
を抵抗加熱式真空蒸着法によって50nm成膜した。そ
の上に発光層としてトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウム(化合物a)を60nm抵抗加熱式
真空蒸着法によって成膜した。最後に陰極として抵抗加
熱式真空蒸着法によってMgAg(蒸着速度比10:
1)を200nm成膜した。
【0049】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は160cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は141c
d/m2 を維持していた。
【0050】
【化6】
【0051】(実施例19)ガラス基板上にITOをス
パッタリングによって成膜し、陽極とした。その抵抗値
は20Ω/□とした。その上に陽極界面層としてキナク
リドン(化合物e)を抵抗加熱式真空蒸着法によって5
nm成膜した。その後、基板をテトラヒドロフランに1
0秒間浸してから80℃で1時間乾燥した。その上に正
孔輸送層として化合物4を抵抗加熱式真空蒸着法によっ
て50nm成膜した。その上に発光層としてトリス−
(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニウム(化合物
a)を60nm抵抗加熱式真空蒸着法によって成膜し
た。最後に陰極として抵抗加熱式真空蒸着法によってM
gAg(蒸着速度比10:1)を200nm成膜した。
【0052】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で発光させたところ
初期輝度は166cd/m2 を示したが、500時間後
にも面発光の状態を持続しており、発光輝度は153c
d/m2 を維持していた。
【0053】
【化7】
【0054】(比較例1)ガラス基板上にITOを成膜
し、陽極とした。その抵抗値は20Ω/□とした。その
上に正孔注入輸送層としてN,N’−ジフェニル−N,
N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェ
ニル−4,4’−ジアミンを50nm、さらに発光層と
してトリス−(8−ヒドロキシキノリノール)アルミニ
ウムを60nm抵抗加熱式真空蒸着法によって成膜し、
最後に陰極として抵抗加熱式真空蒸着法によってMgA
g(蒸着速度比10:1)を200nm成膜した。
【0055】この素子の発光特性を空気中で測定したと
ころ、非常に明るいトリス−(8−ヒドロキシキノリノ
ール)アルミニウムからの緑色の発光が得られた。ま
た、6mA/cm2 の一定電流密度で連続して発光させ
たところ、410時間後に、発光輝度が175cd/m
2 から82cd/m2 に落ちたところで素子が破壊し
た。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば耐
久性が向上した有機薄膜EL素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機薄膜EL素子の1例を示す断面図
である。
【図2】本発明の有機薄膜EL素子の1例を示す断面図
である。
【符号の説明】
11 ガラス基板 12 陽極 13 正孔輸送層 14 発光層 15 電子輸送層 16 陰極 21 ガラス基板 22 陽極 23 第1正孔輸送層 24 第2正孔輸送層 25 発光層 26 電子輸送層 27 陰極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇津木 功二 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単層または積層の有機薄膜を陽極および陰
    極で挟持してなる有機薄膜EL素子において、該有機薄
    膜が下記一般式(I)で示される化合物を含むことを特
    徴とする有機薄膜EL素子。 【化1】 (式中、Ar1 〜Ar6 は置換基を有していても良いフ
    ェニル基を示す。Ar基上の置換基は、炭素数が1から
    4のアルキル基、炭素数が1から4のアルコキシ基、ア
    ミノ基、炭素数が1から4のアルキルアミノ基、炭素数
    が1から4のジアルキルアミノ基、炭素数が1から4の
    アルキルチオ基、ハロゲン元素、炭素数が1から4のハ
    ロゲノアルキル基であり、これらの置換基がフェニル基
    上に複数置換していても良い。置換基を複数有する場合
    には、その置換基は同一でも異なっていても良い。R1
    〜R6 は水素もしくはメチル基を示す。)
  2. 【請求項2】該有機薄膜が一般式(I)で示される化合
    物を含む正孔輸送帯域を含むことを特徴とする請求項1
    記載の有機薄膜EL素子。
  3. 【請求項3】該有機薄膜が該陽極に接する陽極界面層と
    正孔輸送帯域を含み、該正孔輸送帯域が一般式(I)で
    示される化合物を含み、かつ該陽極界面層が縮合多環系
    化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の有機薄膜
    EL素子。
  4. 【請求項4】該正孔輸送帯域が該陽極側に位置する第1
    正孔輸送層と該陰極側に位置する第2正孔輸送層を含
    み、該第1正孔輸送層が一般式(I)で示される化合物
    を含むことを特徴とする請求項2又は3記載の有機薄膜
    EL素子。
  5. 【請求項5】該第2正孔輸送層が芳香族3級アミン化合
    物を含むことを特徴とする請求項4記載の有機薄膜EL
    素子。
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