JPH113782A

JPH113782A - 有機薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH113782A
Application number: JP9155211A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ito; 祐一伊藤; Yuichi Sakaki; 祐一榊
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: JP3588978B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性が高く、電気的短絡が生じにくい有機薄
膜ＥＬ素子を提供すること。【解決手段】本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、基板１と、
前記基板１上に配置され対向する電極対２、５と、前記
電極対２、５間に設けられた有機発光層４と、前記電極
対２、５の一方と前記有機発光層４との間に設けられた
正孔注入輸送層３と、を具備し、前記有機発光層４及び
正孔注入輸送層３の少なくとも一方が、下記一般式
（１）に示す化合物を含有することを特徴とする。【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、ＥＬ素子に係り、
より詳細には、有機薄膜ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機薄膜エレクトロルミネッセンス（以
下、ＥＬという）素子は、イーストマン・コダック社の
C. W. Tangらにより開発され、特開昭５９−１９４３９
３号公報、特開昭６３−２６４６９２号公報、特開昭６
３−２９５６９５号公報、特開平６−１７２７５１号公
報、特開平６−１９８３７８号公報、アプライド・フィ
ジックス・レター第５１巻第１２号第９１３頁（１９８
７年）、及びジャーナル・オブ・アプライドフィジック
ス第６５巻第９号第３６１０頁（１９８９年）等で開示
されている。

【０００３】これら文献によると、有機薄膜ＥＬ素子
は、一般的には、基板上に、陽極、有機正孔注入輸送
層、有機発光層、及び陰極が順次積層された構成であ
り、以下のようにして形成される。

【０００４】まず、ガラスや樹脂フィルム等の透明絶縁
性の基板上に、蒸着法またはスパッタリング法等によ
り、インジウムとスズの複合酸化物（以下、ＩＴＯとい
う）からなる透明導電性被膜を、陽極として形成する。

【０００５】次に、この陽極上に、銅フタロシアニン
（以下ＣｕＰｃという）、下記化学式（１）に示す１，
１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロ
ヘキサン［融点１８１．４〜１８２．４℃、ガラス転移
温度（Ｔ_g ）８４℃］、下記化学式（２）に示すＮ，
Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−１，１’−ビフ
ェニル−４，４’−ジアミン［融点１２０℃］、また
は、下記化学式（３）に示す４，４’−ビス［Ｎ−（１
−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル［融点
２７７℃、Ｔ_g ９６℃］等のテトラアリールジアミン
を、有機正孔注入輸送層として、蒸着法により、１００
ｎｍ程度以下の厚さで、単層または積層して形成する。

【０００６】

【化２】

【０００７】さらに、この正孔注入輸送層上に、有機蛍
光体を１００ｎｍ程度以下の厚さで蒸着して有機発光層
を形成し、この有機発光層上に、陰極として、Ｍｇ：Ａ
ｇ、Ａｇ：Ｅｕ、Ｍｇ：Ｃｕ、Ｍｇ：Ｉｎ、及びＭｇ：
Ｓｎ等の合金からなる導電性被膜を、共蒸着法を用いて
２００ｎｍ程度の厚さで形成することにより、有機薄膜
ＥＬ素子が形成される。

【０００８】なお、この有機発光層と陰極との間には、
陰極からの電子注入効率を高め低電圧駆動するために、
必要に応じて、トリス（８−キノリノール）アルミニウ
ム及び１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリン−ベリリ
ウム錯体等からなる電子注入輸送層が形成される。

【０００９】以上のように構成される有機薄膜ＥＬ素子
においては、通常、２０〜３０Ｖ以下の直流低電圧を印
加することにより、発光層に正孔と電子とが注入され、
それらが再結合することにより発光が生じる。また、陰
極にＭｇ：Ａｇ合金を用いた素子では、１０００ｃｄ／
ｍ² 以上の輝度が得られている。

【００１０】このように、有機薄膜ＥＬ素子では、比較
的高い輝度が得られている。しかしながら、従来の有機
薄膜ＥＬ素子は、十分な耐久性が得られていない。例え
ば、上記化学式１〜３に示した化合物を正孔輸送材料と
して用いた場合、非晶質状態で平滑な蒸着膜を形成する
ことが可能であり、最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネ
ルギーレベルが、発光層中の励起電子を閉じ込めるのに
十分に高く、可視光領域での吸収も生じない。

【００１１】しかしながら、これら正孔輸送材料は、Ｔ
_g が１００℃以下であるため、素子作製プロセスや素子
駆動時の発熱、または夏場の自動車内等のような高温条
件下に晒されることにより、発光層と正孔注入輸送層と
の溶融・混合や、正孔注入輸送層の結晶化による電気的
短絡が生じる可能性がある。

【００１２】また、ＣｕＰｃを正孔輸送材料として用い
た場合、ＣｕＰｃ膜のイオン化エネルギーが約５．２ｅ
Ｖと小さいため、高い正孔注入効率を得ることができ
る。しかしながら、ＣｕＰｃは、可視光線波長領域の吸
収が大きいため、光の取り出し効率が低い。また、Ｃｕ
Ｐｃは、結晶性が高いため、凸凹な膜になり易く、電気
的短絡が生じ易い。さらに、最低空分子軌道（ＬＵＭ
Ｏ）のエネルギーレベルが低いため、発光層中の励起電
子の閉じ込め能力が低いという問題を有している。

【００１３】以上、正孔注入輸送層に基づく問題につい
て説明したが、このような問題は、有機発光層において
も生ずることがある。有機発光層を構成する発光材料、
例えば、青色発光材料としては、下記化学式（４）に示
すテトラフェニルブタジエン、下記化学式（５）に示す
ビス（２−メチル−８−キノリラート）アルミニウム
（III ）−μ−オキソ−ビス（２−メチル−８−キノリ
ラート）アルミニウム（III ）にペリレンをドープした
混合物、及び、下記化学式（６）に示すビス（２−メチ
ル−８−キノリラート）（パラ−フェニル−フェノラー
ト）アルミニウム（III ）にペリレンをドープした混合
物等が知られている。

【００１４】

【化３】

【００１５】これらの発光材料は、一般的に用いられて
いる青色発光材料であるが、いずれもＴ_g が低い。その
ため、これら発光材料は、結晶化が生じ易く、特に、上
記化学式（４）に示すテトラフェニルブタジエンは、室
温でも容易に結晶化してしまう。また、上記化学式
（６）に示す化合物は、高純度な合成が困難であり、上
記化学式（５）、（６）に示す化合物を用いて有機発光
層を形成する場合、ペリレンの濃度を精密にコントロー
ルしてドーピングさせなければ、色純度の良い青色発光
が得られない。すなわち、ドーピング濃度を精密に制御
することが困難となり、高い再現性を得ることができな
い。このように、従来の有機薄膜ＥＬ素子は、耐熱性が
低く、電気的短絡が生じ易い等の問題を有している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性が高
く、電気的短絡が生じにくい有機薄膜ＥＬ素子を提供す
ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、前記
基板上に配置され対向する電極対と、前記電極対間に設
けられた有機発光層と、前記電極対の一方と前記有機発
光層との間に設けられた正孔注入輸送層と、を具備し、
前記有機発光層及び正孔注入輸送層の少なくとも一方
が、下記一般式（１）に示す化合物を含有することを特
徴とする有機薄膜ＥＬ素子を提供する。

【００１８】

【化４】

【００１９】（式中、Ｒ¹ は、水素原子、アルキル基、
アルコキシ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、ナフ
チル基に縮合する炭素環、及び第３級アミンからなる群
から選ばれるナフチル基上の置換基を示し、Ｒ² 及びＲ
³ は、水素原子、アルキル基、及びアルコキシ基からな
る群から選ばれるアントラセン環上の置換基を示し、
ｌ、ｍ、及びｎは、１または２の置換数を示す。）本発明は、上記有機薄膜ＥＬ素子において、前記電極対
の他方と前記有機発光層との間に設けられた電子注入輸
送層を具備することを特徴とする。

【００２０】本発明は、上記有機薄膜ＥＬ素子におい
て、前記有機発光層が、前記一般式（１）に示す化合物
を含有することを特徴とする。本発明は、上記有機薄膜
ＥＬ素子において、前記正孔輸送層が、前記一般式
（１）に示す化合物を含有することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の有機薄膜ＥＬ素子
について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発
明の一態様に係る有機薄膜ＥＬ素子の一断面図を示す。
図１で、基板１上には、陽極として電極２が形成され、
電極２上には、正孔注入輸送層３、有機発光層４、及び
陰極として電極５が順次積層されて有機薄膜ＥＬ素子が
構成されている。基板１上には、電源６の陰極に配線７
を介して電気的に接続された導電部８が形成されてお
り、導電部８は、電極５に電気的に接続されている。ま
た、電源６の陽極は、配線９を介して電極２に電気的に
接続されている。

【００２２】さらに、この有機薄膜ＥＬ素子の電極５上
には、封止層１０が形成され、この封止層１０上に接着
性材料１１で封止板１２を接着することにより、有機薄
膜ＥＬ素子が封止されている。

【００２３】図１では、正孔注入輸送層が１層のみ形成
されているが、正孔注入輸送層を複数積層してもよい。
図２に、本発明の他の態様に係る有機薄膜ＥＬ素子の一
断面図を示す。

【００２４】図２に示す有機薄膜ＥＬ素子では、図１に
示す有機薄膜ＥＬ素子の正孔注入輸送層３の代わりに、
電極２上に、第１の正孔注入輸送層１３、第２の正孔注
入輸送層１４、及び第３の正孔注入輸送層１５が順次積
層されている。

【００２５】本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、電子注入輸
送層が設けられていてもよい。図３に、本発明のさらに
他の態様に係る有機薄膜ＥＬ素子の一断面図を示す。図
３に示す有機薄膜ＥＬ素子は、図２に示す素子の有機発
光層４と電極５との間に、電子注入輸送層１６が形成さ
れた構造を有している。

【００２６】これら図１〜図３に示す有機薄膜ＥＬ素子
は、正孔注入輸送層及び有機発光層の少なくとも一方
に、上記一般式（１）に示す化合物を含有している。以
下に、上記一般式（１）に示す化合物について説明す
る。

【００２７】上記一般式（１）に示す化合物において、
Ｒ¹ は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ
基、トリフルオロメチル基、ナフチル基に縮合する炭素
環、及び第３級アミンからなる群から選ばれる置換基を
示しており、Ｒ² 及びＲ³ は、水素原子、アルキル基、
及びアルコキシ基からなる群から選ばれる置換基を示し
ている。

【００２８】Ｒ¹ 、Ｒ² 、及びＲ³ に用いられるアルキ
ル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、
及びターシャリーブチル基等を挙げることができ、アル
コキシ基としては、メトキシ基等を挙げることができ
る。

【００２９】Ｒ¹ に用いられるナフチル基に縮合する炭
素環として、フェナントレン環を挙げることができる。
また、Ｒ¹ に用いられる第３級アミンとしては、ジメチ
ルアミノ基及びジエチルアミノ基等を挙げることができ
る。また、上記一般式（１）に示す化合物として、下記
化学式（７）〜（１２）に示す化合物を挙げることがで
きる。

【００３０】

【化５】

【００３１】

【化６】

【００３２】上記化学式（７）に示す化合物は、融点が
２８９．５℃、Ｔ_g が１２５℃であり（ＤＳＣ、２０℃
／ｍｉｎ）、上記化学式（８）〜（１１）に示す化合物
も、ほぼ同様の融点及びＴ_g を有している。なお、上記
化学式（１２）に示す化合物については、融点４４６
℃、Ｔ_g １９０℃であった。このように、これら一般式
（１）に示す化合物は、融点及びＴ_g が高いため、素子
の作製時の熱や駆動時に生じる熱に晒されても、隣接す
る有機薄膜層との混合や、結晶化は生じない。すなわ
ち、良好な耐熱性を有する有機薄膜を形成することがで
きるのである。

【００３３】また、上記一般式（１）に示す化合物で薄
膜を形成した場合、透明な膜が形成される。したがっ
て、この化合物を用いて形成される薄膜は、可視光の吸
収が非常に少なく、発光素子の材料として適している。

【００３４】上記一般式（１）に示す化合物は、アント
ラセン環に２つのナフタレン環誘導体がβ位で結合し
た、またはフェナントレン環が９位で結合した分子構造
を有している。そのため、分子形状が立体的に嵩高くな
っている。したがって、この化合物を用いて成膜した場
合、アモルファスへの制御が容易であり、かつ、形成さ
れた膜は結晶化が生じ難い。

【００３５】さらに、上記一般式（１）に示す化合物
は、アントラセン環に置換基Ｒ² 、Ｒ³ が結合してい
る。そのため、分子を分子平面に垂直な方向に積層した
場合、これら置換基Ｒ² 及びＲ³ が立体障害となる。し
たがって、結晶化がさらに生じにくくなり、平滑なアモ
ルファス膜の形成がさらに容易になる。

【００３６】また、一般式（１）に示す化合物で薄膜を
形成した場合、透明な膜が形成される。このような透明
な薄膜は、可視光の吸収が非常に少なく、有機薄膜ＥＬ
素子の材料として適している。

【００３７】したがって、上記一般式（１）に示す化合
物を用いることにより、耐熱性が高く結晶化が生じにく
い、すなわち、電気的短絡が生じにくい、有機薄膜ＥＬ
素子に用いられる有機薄膜を作製することが可能となる
のである。

【００３８】この有機薄膜としては、上述のように、正
孔注入輸送層及び有機発光層を挙げることができる。上
記一般式（１）に示す化合物では、アントラセン環は２
つのナフチル基で置換されているため、例えば、フェニ
ル基で置換した場合等に比べて、分子のイオン化エネル
ギーが小さくなり、高い正孔輸送能力を得ることができ
る。

【００３９】したがって、上記一般式（１）に示す化合
物を正孔輸送層に用いた場合、高い正孔輸送能力を有
し、耐熱性が高く、電気的短絡が生じにくい有機薄膜Ｅ
Ｌ素子を得ることができるのである。

【００４０】また、上記一般式（１）に示す化合物は、
いずれもピーク波長が４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度の青
色発光を生ずる青色発光有機蛍光体として用いることが
できる。したがって、上記一般式（１）に示す化合物を
用いて有機発光層を形成することにより、耐熱性が高
く、電気的短絡が生じにくく色純度の良好な青色発光の
有機薄膜ＥＬ素子を形成することが可能となるのであ
る。なお、上記一般式（１）に示す化合物は、下記化学
反応式（１）に示すようにして合成することができる。

【００４１】

【化７】

【００４２】［式中、ｌ、ｍ、Ｒ² 及びＲ³ は、上記一
般式（１）のｌ、ｍ、Ｒ² 及びＲ³と同様であり、Ａｒ
は、一般式（１）中のナフタレン環誘導体の芳香族環基
を示している。］また、これら化合物からなる有機薄膜は、真空蒸着法、
スピンコート法、ディップコート法、及びロールコート
法等の方法を用いて形成することができる。

【００４３】以下、本発明の有機薄膜ＥＬ素子につい
て、より詳細に説明する。本発明の有機薄膜ＥＬ素子で
用いられる基板としては、金属基板、半導体基板、及び
絶縁性基板を挙げることができる。

【００４４】この金属基板を構成する材料としては、
金、プラチナ、パラジウム及びニッケル等の仕事関数が
４．６ｅＶ以上の金属や、これら金属が放熱性の良い銅
やアルミニウムの金属基板上に成膜された基板を挙げる
ことができ、基板を陰極とする場合には、アルミニウム
基板や銅基板上に仕事関数が２．５〜４ｅＶのマグネシ
ウム合金やアルミニウム合金を成膜した基板を挙げるこ
とができる。基板を金属基板で構成する場合、この金属
基板上に電極を形成する必要はない。

【００４５】半導体基板を構成する材料としては、シリ
コン、ガリウムリン、アモルファス炭化シリコン、及び
酸化銅等の半導体を挙げることができる。半導体基板を
構成する半導体の仕事関数は、４．６ｅＶ以上であるこ
とが好ましい。仕事関数が４．６ｅＶ以上の場合、通
常、イオン化エネルギーが５．０〜６．０ｅＶである有
機正孔注入輸送層に対して正孔注入障壁が小さくなり、
低い電圧で正孔注入が正孔の注入が可能となる。

【００４６】絶縁性基板としては、酸化膜付きシリコン
基板や窒化膜付きシリコン基板等の不透明絶縁性基板、
及びガラスやポリエーテルスルホン等のプラスチックフ
ィルム等の透明絶縁性基板を挙げることができる。

【００４７】この絶縁性基板上に陽極として形成される
電極としては、不透明電極、半透明電極、及び透明電極
を挙げることができる。不透明電極を構成する材料とし
ては、上述の金属基板や半導体基板を構成する材料を挙
げることができ、基板側から光を出す場合は、陽極をメ
ッシュ状またはストライプ状に形成し、光が陽極間から
出るようにする。

【００４８】また、半透明電極としては、金やプラチナ
を薄く蒸着することにより形成される導電膜、及びポリ
アニリン、ポリピロール及びポリチオフェン等の高分子
からなる導電膜等を挙げることができ、透明電極として
は、ＩＴＯ（仕事関数４．６〜４．８ｅＶ）や酸化亜鉛
アルミニウムの非晶質または微結晶の透明導電膜を挙げ
ることができる。

【００４９】基板として透明絶縁性基板を用い、陽極を
透明電極または半透明電極とした場合、この基板側から
表示を行うことができる。この場合、透明絶縁性基板の
少なくとも一方の主面に、コントラストや耐性向上のた
めに、着色してもよく、円偏光フィルタ、多層膜反射防
止フィルタ、紫外線吸収フィルタ、ＲＧＢカラーフィル
タ、蛍光波長変換フィルタ、及びシリカコーティング等
を設けてもよい。

【００５０】また、この基板側から表示を行う場合、透
明絶縁性基板上に形成する電極は、表面抵抗が１〜５０
Ω／□で、可視光線透過率が８０％以上の透明電極であ
ることが好ましい。

【００５１】低抵抗化のために、銀、銅、及び銀と銅と
の合金からなる１０ｎｍ程度の厚さの層を、ＩＴＯ、イ
ンジウム亜鉛複合酸化物、酸化チタン、酸化錫等からな
る非晶質または微結晶の透明導電膜で挟んだ構造の膜
を、透明電極として用いてもよい。これらの透明電極
は、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、上
記基板上に形成される。

【００５２】なお、上述の透明電極を用いた有機薄膜Ｅ
Ｌ素子を、単純マトリクス駆動ディスプレイとして用い
る場合、透明電極のラインに接して、Ｃｕ、Ａｌ等の低
抵抗率金属からなる金属バスラインを設け、より低抵抗
化する必要がある。

【００５３】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、正孔
注入輸送層に用いられる材料としては、上記一般式
（１）に示す化合物、上記化学式（１）〜（３）に示す
正孔輸送材料、ＣｕＰｃ、塩素化銅フタロシアニン、テ
トラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン等の金属フタロシ
アニン類及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン等
の低分子正孔注入輸送材料、ポリ（パラ−フェニレンビ
ニレン）及びポリアニリン等の高分子正孔輸送材料、及
び、その他既存の正孔注入輸送材料を挙げることができ
る。

【００５４】本発明の正孔注入輸送層は、上述のよう
に、正孔注入輸送材料からなる複数の膜が積層された積
層構造であってもよい。例えば、正孔注入輸送層を、各
層間の密着性の向上、素子の劣化防止、及び色調の調整
の目的で３層構造とし、陽極側から順に、第１の正孔注
入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送
層とした場合、これら正孔注入輸送層、有機発光層、及
び陽極の仕事関数またはイオン化エネルギーの値を、陽
極＜第１の正孔注入輸送層＜第２の正孔注入輸送層＜第
３の正孔注入輸送層＜有機発光層の順に制御することが
好ましい。

【００５５】このように積層すると、陽極と有機発光層
間の仕事関数の値の段差が小さくなり、有機発光層への
正孔注入効率が向上し、低電圧でＥＬ発光を得ることが
できる。

【００５６】正孔注入輸送層の積層数に特に制限はな
く、種類の異なる正孔注入輸送材料同士を混合、または
積層して用いることもできる。この正孔注入輸送層は、
真空蒸着法等により形成することができる。また、正孔
注入輸送材料をトルエンやクロロホルム等の有機溶媒に
溶かし、スピンコート法、ディップコート法、及びロー
ルコート法等の方法により、基板上に塗布・成膜するこ
とができる。

【００５７】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、有機
発光層とは、素子への電圧の印加時に、可視光領域で強
い蛍光を発する任意の有機蛍光体を１種以上含む層であ
る。この有機蛍光体が、固体状態で強い蛍光を有し、平
滑な膜の形成が可能であれば、有機蛍光体のみで有機発
光層を構成することが可能である。

【００５８】しかしながら、固体状態で蛍光が消光した
り、平滑な膜の形成が困難な場合は、有機蛍光体を、正
孔注入輸送材料、電子注入輸送材料、または所定の樹脂
バインダと混合した混合物で有機発光層を構成すること
ができる。

【００５９】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、有機
発光層に用いられる有機蛍光体としては、上記一般式
（１）に示す化合物、サリチル酸塩、ピレン、コロネ
ン、ペリレン、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、
９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン、８
−キノリノラートリチウム、Ａｌｑ、トリス（５，７−
ジクロロ，８−キノリノラート）アルミニウム錯体、ト
リス（５−クロロ−８−キノリノラート）アルミニウム
錯体、ビス（８−キノリノラート）亜鉛錯体、トリス
（５−フルオロ−８−キノリノラート）アルミニウム錯
体、トリス（４−メチル−５−トリフルオロメチル−８
−キノリノラート）アルミニウム錯体、トリス（４−メ
チル−５−シアノ−８−キノリノラート）アルミニウム
錯体、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８
−キノリノラート）（４−シアノフェニルフェノラー
ト）、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラ
ート）（４−シアノフェニルフェノラート）アルミニウ
ム錯体、トリス（８−キノリノラート）スカンジウム錯
体、ビス［８−（パラ−トシル）アミノキノリン］亜鉛
錯体及びカドミウム錯体、１，２，３，４−テトラフェ
ニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタ
ジエン、ポリ−２，５−ジヘプチルオキシ−ｐ−フェニ
レンビニレン、特開平４−３１４８８号公報に記載され
た蛍光体、米国特許第５，１４１，６７１号公報に記載
された蛍光体、米国特許第４，７６９，２９２号公報に
記載された蛍光体、Ｎ，Ｎ’−ジアリール置換ピロロピ
ロール化合物等を挙げることができる。

【００６０】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、有機
発光層は、種類の異なる有機蛍光体を混合して構成する
ことができる。上記一般式（１）に示す化合物を青色発
光ドーパントとして、他の適当な有機蛍光体をホストと
して、これらを混合して用いてもよい。また、有機発光
層を、種類の異なる有機蛍光体からなる複数の膜を積層
した積層構造としてもよい。

【００６１】この有機発光層は、単層構造においても、
積層構造においても、１００ｎｍ以下であることが好ま
しく、５〜５０ｎｍであることがより好ましい。また、
この有機発光層に、米国ラムダフィズィック社やイース
トマンコダック社から市販されているクマリン系、キナ
クリドン系、ペリレン系、及びピラン系の有機蛍光体を
ゲスト発光体としてドーピングしてもよい。

【００６２】このように、種類の異なる有機蛍光体を用
いることにより、発光波長の変換、発光波長領域の拡
大、及び発光効率の向上を図ることができる。なお、種
類の異なる有機蛍光体を用いる場合、少なくとも１種の
有機蛍光体が可視光領域で蛍光を発するものであれば、
他の有機蛍光体は、赤外域または紫外域で蛍光を発する
ものでもよい。

【００６３】この有機発光層は、上述の有機蛍光体を、
真空蒸着法、累積膜法、または適当な樹脂バインダ中に
分散させてスピンコートすること等の方法でコーティン
グすることにより形成される。

【００６４】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、有機
発光層上に陰極として設けられる電極は、低仕事関数の
材料で構成されることが好ましい。この低仕事関数の材
料としては、Ｍｇ及びＡｌ等の単体の金属、及び、Ｌ
ｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｓ
ｃ、Ｙ、及びＹｂ等の金属を１種以上含有する合金等を
挙げることができる。

【００６５】これらの低仕事関数の材料を陰極に用いる
と、電子注入が効果的に行なわれ、特に、上記合金を用
いた場合は、低仕事関数と安定性とを両立させることが
できる。

【００６６】また、陰極の厚さに特に制限はないが、陰
極を５〜２０ｎｍの厚さに形成すると、十分な可視光の
透過率が得られ、陰極側を表示面とすることができる。
上述の陰極は、用いる材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、
電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、及びイオンプレーテ
ィング法等を用いたり、合金ターゲット等を用いてスパ
ッタリング法等により形成することができる。

【００６７】この陰極を多成分合金で構成する場合は、
抵抗加熱法により１０^-5Ｔｏｒｒオーダー以下の真空下
で、成分ごとに別々の蒸着源から、水晶振動子式膜厚計
でモニターしながら共蒸着法により形成するか、或い
は、合金材料を少量ずつフラッシュ蒸着することにより
形成することができる。

【００６８】有機薄膜ＥＬ素子を、単純マトリクス駆動
ディスプレイとし、陰極をストライプ状に形成する必要
がある場合には、スリット状に穴の開いたマスクを基板
に密着させて蒸着するか、陰極形成部全面に蒸着した
後、レーザーアブレーション法や、イオンビームエッチ
ング法や、リアクティブエッチング法、隔壁法等によ
り、陰極金属のパターニングを行うことにより、形成す
ることができる。

【００６９】本発明の有機薄膜ＥＬ素子において、有機
発光層と陰極との間に、電子注入輸送層が設けられてい
ることが好ましい。電子注入輸送層に用いられる材料
は、電子移動度が大きく、ＬＵＭＯの状態密度が大き
く、ＬＵＭＯのエネルギーレベルが有機蛍光体のＬＵＭ
Ｏのエネルギーレベルと同程度から陰極材料のフェルミ
レベル（仕事関数）の間にあり、イオン化エネルギーが
有機蛍光体より大きく、成膜性がよいことが好ましい。

【００７０】このように、電子注入輸送層を設けると、
有機発光層への電子注入効率を高め、正孔が陰極へ到達
するのを抑制することができる。電子注入輸送層に用い
られる材料としては、ＢＰＢＤ及び２，５−ビス（１−
ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾール等を用いる
ことができる。

【００７１】また、浜田らが開示しているオキサジアゾ
ール誘導体（日本化学会誌、１５４０頁、１９９１年）
やビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリノラー
ト）ベリリウム錯体（以下ＢｅＢｑ₂ という）、及び特
開平７−９０２６０号公報で開示されているトリアゾー
ル化合物等を用いることができる。

【００７２】さらに、ＭａｒｋｏＳｔｒｕｋｅｌｊら
がサイエンス誌第２６７巻１９６９頁（１９９５年）で
開示している、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）発光層
上に設けられた１，２−ビス（３−ヒドロキシ）フェニ
ル−４−（３−トリフルオロメチルフェニル）トリアゾ
ールとデカフルオロビフェニルとの脱フッ化水素縮合ポ
リマー等の化合物や、炭化シリコン、アモルファスシリ
コン等の無機半導体や光導電性材料等を用いることがで
きる。上記一般式（１）に示す化合物を有機発光層に用
いた場合、電子注入輸送層を、下記化学式（１３）に示
す化合物で構成することが好ましい。

【００７３】

【化８】

【００７４】上記化学式（１３）に示す化合物を用いる
と、ＬＵＭＯのエネルギーレベルが一般式（１）で表す
化合物のＬＵＭＯのエネルギーレベルと陰極の仕事関数
の間のレベルとなるため、電子注入効率が向上し、高輝
度が得られる。

【００７５】また、有機発光層を、ホスト蛍光体中にゲ
スト蛍光体をドーピングした構成とする場合、ホスト蛍
光体を電子注入輸送材料として用いることも可能であ
る。有機薄膜ＥＬ素子を、陰極側から表示が行われる構
成とする場合、この電子注入輸送層は、少なくとも有機
蛍光体の蛍光波長領域において、実質的に透明である必
要がある。

【００７６】電子注入輸送層は、真空蒸着法、ＣＶＤ
法、スピンコート法等の塗布法、及び累積膜法等の方法
により形成され、１ｎｍ〜１μｍの厚さに、単層、また
は多層構造として形成されることが好ましい。

【００７７】以上、基板側から順に、陽極、正孔注入輸
送層、有機発光層、必要に応じて電子注入輸送層、及び
陰極を積層した構造について示したが、本発明の有機薄
膜ＥＬ素子は、基板側から順に、陰極、電子注入輸送
層、有機発光層、正孔注入輸送層、及び陽極を積層した
構造であってもよい。

【００７８】本発明の有機薄膜ＥＬ素子は、有機層や電
極の酸化を防止するために、有機層及び電極上に、封止
層が形成されていてもよい。この封止層に用いられる材
料は、ガスバリア性及び水蒸気バリア性の高い材料であ
れば特に制限はないが、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯ、ＧｅＯ、Ｍ
ｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｎＯ、及び
ＳｎＯ等の酸化物（これら酸化物の組成は、化学量論比
からずれていることもある）、ＭｇＦ₂ 、ＬｉＦ、Ｂａ
Ｆ₂ 、ＡｌＦ₃ 、及びＦｅＦ₂ 等のフッ化物、ＺｎＳ、
ＧｅＳ、及びＳｎＳ等の硫化物等の無機化合物を挙げる
ことができる。

【００７９】封止層は、これら材料を、蒸着法、反応性
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及びイオンプレ
ーティング法等の方法により、単体または複合化して、
或いは、積層して成膜することにより、形成される。

【００８０】陰極の酸化防止のために、封止層中または
封止層表面に、Ｌｉ等のアルカリ金属、Ｃａ及びＭｇ等
のアルカリ土類金属、及びＥｕ等の希土類金属等の単体
及び合金の層を設けることができる。また、上述の無機
化合物とこれら金属との混合層を設けてもよい。

【００８１】さらに、このＥＬ素子中への水蒸気の進入
を防止するために、ハーメチックシール等により素子を
真空中で密封するか、ガラス板等の封止板を素子の有機
発光層が形成された面に配置し、ガラス板と素子との間
隙を、市販の低吸湿性の光硬化性接着剤、エポキシ系接
着剤、シリコーン系接着剤、架橋エチレン−酢酸ビニル
共重合体接着剤シート等の接着性樹脂、及び低融点ガラ
ス等の接着材料で封止することが好ましい。

【００８２】封止板としては、上述のガラス板の他に、
金属板及びプラスチック板等を用いることができる。ま
た、接着材料中に、シリカゲルやゼオライト等の乾燥剤
を混合することができ、封止層表面や、封止板の有機発
光層側の面に、シリカゲル、ゼオライト、及びカルシア
等の乾燥剤や、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び
希土類等からなるゲッター剤の層を形成してもよい。

【００８３】以上のように構成される本発明の有機薄膜
ＥＬ素子は、正孔注入輸送層側を正として直流電圧を印
加することにより発光するが、交流電圧を印加した場合
でも正孔注入輸送層側に正の電圧が印加されている間は
発光する。

【００８４】また、本発明の有機薄膜ＥＬ素子を、基板
上に２次元的に配列することにより、文字や画像を表示
することが可能な薄型ディスプレイを形成することがで
きる。

【００８５】さらに、赤、青、緑の３色の発光素子を２
次元的に配列するか、或いは、白色発光素子とカラーフ
ィルタとを用いることにより、カラーディスプレイ化が
可能となる。また、上記一般式（１）に示す化合物を有
機発光層の有機蛍光体として用いた場合は、青から緑、
及び青から赤に変換する、蛍光変換フィルタを配列する
ことにより、カラーディスプレイ化が可能となる。

【００８６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。（実施例１）上記化学式（７）に示す化合物を、以下の
ようにして合成した。

【００８７】まず、０．１モルの２−リチオ−６−メト
キシナフタレンを１００ｍｌのジエチルエーテルに溶解
した。この溶液に、０．０２７モルの２−ｔ−ブチルア
ントラキノンを５０ｍｌのエーテルに溶解した溶液を滴
下し、室温で２時間反応させた。この反応液を、カラム
クロマトグラフィーで精製し、ジオール体を得た（収率
５７％）。

【００８８】次に、この０．０１３モルのジオール体
を、７０ｍｌの酢酸水に溶解させ、これに、０．０３５
モルのＫＩ及び０．０１６モルのホスフィン酸ナトリウ
ム１水和物を加えて、３０分加熱還流した。これに多量
の水を投入し、沈殿を濾過・採取した。この沈殿を、ト
ルエン／ヘキサンで再結晶化することにより、上記化学
式（７）に示す化合物を得た（収率７１％）。

【００８９】なお、この化合物のプロトンＮＭＲスペク
トルを図４に示す。この化合物について、理研計器
（株）製の表面分析装置ＡＣ−１による測定を行ったと
ころ、イオン化エネルギーが５．７ｅＶであり、また、
吸収端波長から求めたエネルギーギャップは、２．９ｅ
Ｖであった。

【００９０】以上のようにして合成した上記化学式
（７）に示す化合物を正孔注入輸送層に用いて、以下に
示すようにして有機薄膜ＥＬ素子を作製した。まず、透
明絶縁性の基板として厚さ１．１ｍｍの青板ガラスを用
い、このガラス板上に、スパッタリング法により厚さ１
２０ｎｍのＩＴＯ膜を陽極として形成した。このＩＴＯ
膜が形成されたガラス板に、水洗及びプラズマ洗浄を施
した後、真空蒸着法により、ＩＴＯ膜上に、アルドリッ
チ製のＣｕＰｃからなる厚さ１０ｎｍの第１正孔注入輸
送層を成膜した。

【００９１】次に、この第１正孔注入輸送層上に、下記
化学式（１４）に示す正孔注入輸送材料を用いて、真空
蒸着法により厚さ１０ｎｍで第２正孔注入輸送層を成膜
し、この第２正孔注入輸送層上に、上述のようにして合
成した上記化学式（７）に示す化合物を用いて、真空蒸
着法により厚さ３０ｎｍで第３正孔注入輸送層を成膜し
た。

【００９２】

【化９】

【００９３】この第３正孔注入輸送層上に、蒸着法によ
り、Ａｌｑからなる膜を５０ｎｍの厚さで成膜して有機
発光層を形成した。この有機発光層上に、ＭｇとＡｇと
を蒸着速度比１０：１で２０ｎｍの厚さで蒸着し、さら
にＡｌを２００ｎｍの厚さで蒸着して、陰極を形成し
た。

【００９４】さらに、陰極上に、封止層としてＧｅＯを
１．４μｍの厚さで蒸着し、この封止層上にガラス板を
配置して、封止層とガラス板との間隙を光硬化性樹脂で
充填・接着することにより、有機薄膜ＥＬ素子を作製し
た。

【００９５】以上のようにして作製した有機薄膜ＥＬ素
子について、直流電圧を印加して発光させたところ、３
Ｖの直流電圧印加時には黄緑色の安定発光が得られ、１
５Ｖの直流電圧印加時には、１００００ｃｄ／ｍ² の輝
度が得られ、この時の電流密度は７００ｍＡ／ｃｍ² で
あった。

【００９６】この素子の作製時に、素子に熱が印加され
たが、作製された素子に電気的短絡等の不具合は生じな
かった。また、この素子に、２５℃の温度条件下で、２
０ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を１０００時間連続的に印加
して、素子特性の変化を調べたが、電気的短絡に基づく
特性の劣化は生じなかった。

【００９７】（実施例２）上記化学式（７）に示す化合
物を有機発光層に用いて、以下に示すようにして有機薄
膜ＥＬ素子を作製した。

【００９８】まず、透明絶縁性の基板として厚さ１．１
ｍｍの青板ガラスを用い、このガラス板上に、スパッタ
リング法により厚さ１２０ｎｍのＩＴＯ膜を陽極として
形成した。このＩＴＯ膜が形成されたガラス板に、水洗
及びプラズマ洗浄を施した後、真空蒸着法により、ＩＴ
Ｏ膜上に、アルドリッチ製のＣｕＰｃからなる厚さ１０
ｎｍの第１正孔注入輸送層を成膜した。

【００９９】次に、この第１正孔注入輸送層上に、Ｎ，
Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｍ−トリル−１，１’−ビフ
ェニル−４，４’−ジアミンを用いて、真空蒸着法によ
り厚さ３５ｎｍで第２正孔注入輸送層を成膜し、この第
２正孔注入輸送層上に、上記化学式（１）に示す化合物
を用いて、真空蒸着法により厚さ５ｎｍで第３正孔注入
輸送層を成膜した。

【０１００】この第３正孔注入輸送層上に、蒸着法によ
り、上記化学式（７）に示す化合物からなる膜を５０ｎ
ｍの厚さで成膜して有機発光層を形成した。この有機発
光層上に、ＡｌとＬｉとを蒸着速度比４：１で５０ｎｍ
の厚さで蒸着し、さらにＡｌを２００ｎｍの厚さで蒸着
して、陰極を形成した。

【０１０１】さらに、陰極上に、封止層としてＧｅＯを
１．４μｍの厚さで蒸着し、この封止層上にガラス板を
配置して、封止層とガラス板との間隙を光硬化性樹脂で
充填・接着することにより、有機薄膜ＥＬ素子を作製し
た。

【０１０２】以上のようにして作製した有機薄膜ＥＬ素
子について、直流電圧を印加して発光させたところ、４
Ｖの直流電圧印加時にはピーク波長が４６０ｎｍの青色
の安定発光が得られ、１２Ｖの直流電圧印加時には、１
６５０ｃｄ／ｍ² の輝度が得られ、この時の電流密度は
１６５ｍＡ／ｃｍ² であった。

【０１０３】この素子の作製時に、素子に熱が印加され
たが、作製された素子に電気的短絡等の不具合は生じな
かった。また、この素子についても、２５℃の温度条件
下で、２０ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を１００時間連続的
に印加して、素子特性の変化を調べたが、電気的短絡に
基づく特性の劣化は生じなかった。

【０１０４】（実施例３）Ａｌｑからなる有機発光層の
厚さを２５ｎｍとし、有機発光層と陰極との間に、真空
蒸着法により、ＢｅＢｑ₂ からなる膜を２５ｎｍの厚さ
で成膜して電子注入輸送層を形成したこと以外は、実施
例１と同様にして有機薄膜ＥＬ素子を作製した。

【０１０５】このようにして作製した有機薄膜ＥＬ素子
について、直流電圧を印加して発光させたところ、３Ｖ
の直流電圧印加時には黄緑色の安定発光が得られ、１５
Ｖの直流電圧印加時には、１４４４０ｃｄ／ｍ² の輝度
が得られ、この時の電流密度は７７９ｍＡ／ｃｍ² であ
った。

【０１０６】この素子の作製時に、素子に熱が印加され
たが、作製された素子に電気的短絡等の不具合は生じな
かった。また、この素子に、２５℃の温度条件下で、２
０ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を１０００時間連続的に印加
して、素子特性の変化を調べたが、電気的短絡に基づく
特性の劣化は生じなかった。

【０１０７】（実施例４）上記化学式（７）に示す化合
物の代わりに、上記化学式（８）〜（１１）に示す化合
物を有機発光層の材料として用いたこと以外は実施例２
と同様にして、それぞれ有機薄膜ＥＬ素子を作製した。

【０１０８】それぞれの有機薄膜ＥＬ素子について、１
２Ｖの直流電圧印加したところ、全ての素子で、１００
０ｃｄ／ｍ² 以上の輝度の安定した青色発光が得られ
た。これら素子の作製時に、素子に熱が印加されたが、
作製された素子に電気的短絡等の不具合は生じなかっ
た。また、これら素子についても、２５℃の温度条件下
で、２０ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を１００時間連続的に
印加して、素子特性の変化を調べたが、電気的短絡に基
づく特性の劣化は生じなかった。

【０１０９】（比較例）有機発光層を構成する材料とし
て、１，１，４，４，−テトラフェニル−１，３−ブタ
ジエンを用いたこと以外は実施例２と同様にして有機薄
膜ＥＬ素子を作製した。

【０１１０】しかしながら、この素子の作製時に印加さ
れた熱により、作製された素子に電気的短絡等の不具合
が生じた。この有機薄膜ＥＬ素子についても、１２Ｖの
直流電圧を印加したところ、１００ｃｄ／ｍ² 程度の非
常に低い輝度の青色発光が得られた。

【０１１１】また、この素子について、２５℃の温度条
件下で、２０ｍＡ／ｃｍ² の直流電流を１時間連続的に
印加して、素子特性の変化を調べた。その結果、電気的
短絡がさらに増加し、発光輝度の大幅な低下が確認され
た。

【０１１２】

【発明の効果】以上示したように、本発明によると、融
点及びＴ_g が高く、透明で平滑なアモルファス膜の形成
が容易な上記一般式（１）に示す化合物が、正孔注入輸
送層或いは有機発光層中に含有されるため、有機層の溶
融・結晶化が防止され、耐熱性が高く、電気的短絡の生
じにくい有機薄膜ＥＬ素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る有機薄膜ＥＬ素子の
一断面図。

【図２】本発明の他の実施形態に係る有機薄膜ＥＬ素子
の一断面図。

【図３】本発明のさらに他の実施形態に係る有機薄膜Ｅ
Ｌ素子の一断面図。

【図４】本発明の一実施例に係る有機薄膜ＥＬ素子で用
いられる化合物のプロトンＮＭＲスペクトルを示す図。

【符号の説明】

１…基板２、５…電極３…正孔注入輸送層４…有機発光層６…電源７、９…配線８…導電部１０…封止層１１…接着性材料１２…封止板１３…第１の正孔注入輸送層１４…第２の正孔注入輸送層１５…第３の正孔注入輸送層１６…電子注入輸送層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に配置され対向する電極対と、前記電極対間に設けられた有機発光層と、前記電極対の一方と前記有機発光層との間に設けられた
正孔注入輸送層と、を具備し、前記有機発光層及び正孔注入輸送層の少なくとも一方
が、下記一般式（１）に示す化合物を含有することを特
徴とする有機薄膜ＥＬ素子。【化１】（式中、Ｒ¹ は、水素原子、アルキル基、アルコキシ
基、シアノ基、トリフルオロメチル基、ナフチル基に縮
合する炭素環、及び第３級アミンからなる群から選ばれ
るナフチル基上の置換基を示し、Ｒ² 及びＲ³ は、水素
原子、アルキル基、及びアルコキシ基からなる群から選
ばれるアントラセン環上の置換基を示し、ｌ、ｍ、及び
ｎは、１または２の置換数を示す。）
【請求項２】前記電極対の他方と前記有機発光層との
間に設けられた電子注入輸送層を具備することを特徴と
する請求項１に記載の有機薄膜ＥＬ素子。
【請求項３】前記有機発光層が、前記一般式（１）に
示す化合物を含有することを特徴とする請求項１または
２に記載の有機薄膜ＥＬ素子。
【請求項４】前記正孔輸送層が、前記一般式（１）に
示す化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の有機薄膜ＥＬ素子。