(57)【要約】【課題】発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、基板１と一対の電極２、６と、一対の電極２、６の間に、正孔輸送帯３と発光帯４と電子輸送帯５からなる基本構成１０を複数設けた有機電界発光素子であって、基本構成１０を接続する部分がポルフィリン化合物含有層７、または芳香族アミン化合物または金属錯体化合物を含有する層であることを特徴とする。このような構成により、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子が提供される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に、正孔輸送帯と発光帯と電子輸送帯からなる基本構成を複数設けた有機電界発光素子であって、前記基本構成を接続する部分がポルフィリン化合物を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記基本構成を接続する部分が、ポルフィリン化合物と金属または金属化合物を含有することを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記ポルフィリン化合物が、下記一般式で示されるものであることを特徴とする請求項１または２記載の有機電界発光素子。
【化１】
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ただし、（化１）におけるＲ１〜Ｒ８は同一でも異なってもよい水素原子、ハロゲンまたは１価の有機残基を示し、Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６、Ｒ７とＲ８は共同で環を形成してもよく、Ａ１は−Ｎ＝あるいは−ＣＲ９＝を示し、Ｒ９は水素原子、ハロゲンまたは１価の有機残基であり、Ｍ１は水素原子、金属原子、金属酸化物、ハロゲン化金属または１価有機残基を有する金属である。
【請求項４】
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に、正孔輸送帯と発光帯と電子輸送帯からなる基本構成を複数設けた有機電界発光素子であって、前記基本構成を接続する部分が芳香族アミン化合物を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項５】
前記基本構成を接続する部分が、芳香族アミン化合物と金属または金属化合物を含有することを特徴とする請求項４記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
基板と一対の電極と前記一対の電極の間に、正孔輸送帯と発光帯と電子輸送帯からなる基本構成を複数設けた有機電界発光素子であって、前記基本構成を接続する部分が金属錯体化合物を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項７】
前記基本構成を接続する部分が、金属錯体化合物と金属または金属化合物を含有することを特徴とする請求項６記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ等の各種の表示装置または照明等の各種光源として広範囲に利用される発光素子であって、特に低い駆動電圧、高輝度、安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、旧来多くの研究者によって研究されてきた。特に、発光材に有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベルからはほど遠いものであったが、アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻，９１３頁，１９８７年（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５１，Ｐ．９１３，１９８７）で開示されているように、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子により、その特性が飛躍的に進歩した。彼らは、蒸着膜の構造が安定であって電子を輸送することのできる蛍光体と、正孔を輸送することのできる有機物を積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。これによって、有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２　以上の発光が得られるようになった。
【０００３】
さらに、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、６５巻，３６１０頁，１９８９年（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６５，Ｐ．３６１０，１９８９）で開示されているように、１９８９年には同じくコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによりゲストホストシステムによる発光層が提案され、素子の発光効率の向上および多様な発光材料の使用が可能となった。その後、多くの研究者により活発な研究開発がなされ、有機電界発光素子に用いられる発光材料や電荷輸送材料の開発、および素子構造の改良がなされてきた。その結果、現在では低輝度で１万時間程度の輝度半減時間を有する素子も発表されるようになり、カーステレオや携帯電話などの小型表示装置として一部商品化され始めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テレビなどに用いる大型ディスプレイや照明等の電子デバイスとして広く有機電界発光素子を用いるには、発光効率、駆動寿命とも未だ不充分であり、効率、寿命を大幅に向上させることが実用化において大きな課題となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と一対の電極と前記一対の電極の間に、正孔輸送帯と発光帯と電子輸送帯からなる基本構成を複数設けた有機電界発光素子であって、前記基本構成を接続する部分が特定のポルフィリン化合物または芳香族アミン化合物または金属錯体化合物を含有することを特徴とする有機電界発光素子である。このような構成とすることにより、発光効率が大幅に改善された低消費電力の有機電界発光素子が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。有機電界発光素子１１は、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、発光現象が起こる発光帯４、電子を輸送する電子輸送帯５、ポルフィリン化合物を含有するポルフィリン化合物含有層７、正孔輸送帯３、発光帯４、電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。すなわち、正孔輸送帯３と発光帯４と電子輸送帯５とからなる基本構成１０の二つを、ポルフィリン化合物含有層７で接続した構成を有する。
【０００８】
ガラス基板１は、他にプラスチック基板やフィルム基板を用いることも可能である。また、透明電極２は、他に金属膜の半透明電極を用いることも可能である。
【０００９】
正孔輸送帯３は、正孔輸送材料として（化２）で示すＮ，Ｎ’−ビス［４’−（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−４−ビフェニリル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（以下ＴＰＴという。）が用いられる。また、発光帯４は、蛍光性発光材料として（化３）で示すスチリル化合物（以下ＳＴという。）が用いられる。また、電子輸送帯５は、電子輸送材料として（化４）で示すトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑという。）が用いられる。さらに、ポルフィリン化合物含有層７として銅フタロシアニン（以下ＣｕＰｃという）が用いられる。
【化２】
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【化３】
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【化４】
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【００１０】
発光帯４に用いる蛍光性発光材料としては、通常の有機電界発光素子で用いられるものでよく、各種の蛍光性有機化合物から選ぶことができるものであり、特に有用な発光材料としては各種の蛍光性金属錯体化合物、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物、トリフェニルアミン誘導体などが挙げられる。また、ポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレノンなどの蛍光性高分子化合物なども用いることができる。
【００１１】
また、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドンなどのキナクリドン誘導体や３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）などのクマリン誘導体、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−アミノスチリル）−４Ｈ−ピラン、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどの各種蛍光材料を発光層にドーパントとして添加することによりさらに、高効率、高輝度、高信頼性の有機電界発光素子を作製することができる。
【００１２】
接続層であるポルフィリン化合物含有層７に用いる材料としては、下記一般式で示されるものが好適である。
【化５】
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ただし、（化５）におけるＲ１〜Ｒ８は同一でも異なってもよい水素原子、ハロゲンまたは１価の有機残基を示し、Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６、Ｒ７とＲ８は共同で環を形成してもよく、Ａ１は−Ｎ＝あるいは−ＣＲ９＝を示し、Ｒ９は水素原子、ハロゲンまたは１価の有機残基であり、Ｍ１は水素原子、金属原子、金属酸化物、金属ハロゲン化物または１価有機残基を有する金属である。
【００１３】
また、Ｒ１〜Ｒ９の１価の有機残基としては、分岐してもしなくてもよいアルキル基、置換または無置換のアリール基、ビニル基やアリル基等の不飽和炭化水素基、カルボキシル基、カルボキシアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、アシル基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ニトロ基、アミノ基、アミノアルキル基、シアノ基、シアノアルキル基、置換または無置換の３員環以上の複素環等が用いられ得る。
【００１４】
また、Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６、Ｒ７とＲ８は共同で環を形成してもよく、特に芳香族環のベンゼン環やナフタレン環等を形成した場合にはベンゾポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物などと呼ばれる化合物群となる。このような化合物は安定性が向上したものが得られさらに好適である。
【００１５】
また、Ｍ１は２個の水素原子、１個または２個の金属原子、金属酸化物、ハロゲン化金属または１価の有機残基を有する金属であり、金属原子としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｖ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｄ等が用い得る。さらに、１価の有機残基としては、分岐してもしなくてもよいアルキル基、置換または無置換のアリール基、ビニル基やアリル基等の不飽和炭化水素基、カルボキシル基、カルボキシアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、アシル基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ニトロ基、アミノ基、アミノアルキル基、シアノ基、シアノアルキル基、置換または無置換の３員環以上の複素環等が用いられ得る。
【００１６】
具体的には、ポルフィン、エチオポルフィン、メソポルフィン、プロトポルフィン、プロトポルフィン亜鉛、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチルポルフィン、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチルポルフィン銅、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチルポルフィンマグネシウム、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン銅、５，１０，１５，２０−テトラピリジルポルフィン、テトラベンゾポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラアザポルフィリン、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−５，１０，１５，２０−テトラアザポルフィリン、２，７，１２，１７−テトラ−ｔ−ブチル−５，１０，１５，２０−テトラアザポルフィリン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−５，１０，１５，２０−テトラアザポルフィリン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−５，１０，１５，２０−テトラアザポルフィリン銅、無金属フタロシアニン、銅フタロシアニン、鉛フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、マグネシウムフタロシアニン、コバルトフタロシアニン、錫フタロシアニン、塩化錫フタロシアニン、塩化アルミフタロシアニン、チタニルフタロシアニン、ナフタロシアニン、銅ナフタロシアニン銅、コバルトナフタロシアニン、銅−４，４’，４’’，４’’’テトラアザフタロシアニン等が挙げられる。
【００１７】
本実施の形態１では、有機電界発光素子１１を以上のように構成することにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができる。このため、有機電界発光素子１１の発光効率を大幅に改善することができる。
【００１８】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。有機電界発光素子１１Ａは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極を予め形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、発光現象が起こる発光帯４、電子を輸送する電子輸送帯５、芳香族アミン化合物を含有する芳香族アミン化合物含有層８、正孔輸送帯３、発光帯４、電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。すなわち、正孔輸送帯３と発光帯４と電子輸送帯５とからなる基本構成１０の二つを、芳香族アミン化合物含有層８で接続した構成を有する。ガラス基板１、電極２、６および基本構成１０を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。
【００１９】
芳香族アミン化合物含有層８に用いられる材料は、一般に有機電界発光素子に用いられているものでよく、芳香族第３級アミン化合物、スターバーストアミン、芳香族アミンオリゴマーなどがよい。特に、特開平７−１２６６１５号公報、特開平７−３３１２３８号公報、特開平８−１００１７２号公報等で開示されている芳香族アミン化合物は、耐熱性が向上したものであり最適である。
【００２０】
このように、本実施の形態２によれば、基本構成１０の二つを、芳香族アミン化合物含有層８で接続することにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ａの発光効率を大幅に改善することができる。
【００２１】
なお、芳香族アミン化合物含有層８を、芳香族アミン化合物と金属または金属化合物を含有する層としてもよく、このような構成としても、上記と同様な作用効果を有する。
【００２２】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図である。有機電界発光素子１１Ｂは、ガラス基板１上に、透明電極２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送帯３、発光現象が起こる発光帯４、電子を輸送する電子輸送帯５、金属錯体化合物を含有する金属錯体化合物含有層９、正孔輸送帯３、発光帯４、電子輸送帯５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。すなわち、正孔輸送帯３と発光帯４と電子輸送帯５とからなる基本構成１０の二つを、金属錯体化合物含有層９で接続した構成を有する。ガラス基板１、電極２、６および基本構成１０を構成する材料は、上記実施の形態１と同様である。このように、基本構成１０の二つを、金属錯体化合物含有層９で接続することにより、陰極６および透明電極２から注入された電子と正孔が再結合して生成された励起子を、効率良く発光させることができ、有機電界発光素子１１Ｂの発光効率を大幅に改善することができる。
【００２３】
なお、金属錯体化合物含有層９は、金属錯体化合物と金属または金属化合物を含有する層としてもよく、このような構成としても、上記と同様な作用効果を有する。
【００２４】
なお、上記各実施の形態における有機電界発光素子の構成として、陽極、正孔輸送帯、発光帯、電子輸送帯、陰極の順に積層したものを代表的に示したが、本発明はこの構成に限定されるものでは勿論ない。また、通常は基板上に陽極から陰極の順に積層するが、これとは逆に基板上に陰極から陽極の順に積層してもよい。
【００２５】
また、上記各実施の形態における有機電界発光素子は、発光帯４の材料として蛍光性発光材料と電荷輸送材料とを混合したものを用いることができる。これにより、励起子をさらに効率良く発光させることができ、素子の発光効率を大幅に改善することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
まず、実施の形態１に対応する実施例１について説明する。予めＩＴＯ電極を蒸着して透明電極２とした十分に洗浄したガラス基板１、ＴＰＴ、ＳＴ、Ａｌｑ、ＣｕＰｃ、アルミニウムおよびリチウムを蒸着装置にセットした。次いで、２×１０−４Ｐａまで排気した後、ＴＰＴを蒸着して正孔輸送帯３を５０ｎｍ形成した。次に、ＳＴからなる発光帯４を膜厚２５ｎｍ形成した後、Ａｌｑからなる電子輸送帯５を膜厚２５ｎｍ積層して基本構成１０を形成した。その後、ＣｕＰｃを膜厚１０ｎｍ蒸着してポリフィリン化合物含有層７を形成した後、再度、上記の基本構成１０を積層した。その後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着して、アルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極６とした。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターし、発光領域は３ｍｍ×３ｍｍとした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き発光特性の測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２の場合の値で定義した。その結果、発光効率は７ｃｄ／Ａとなった。
【００２７】
比較としてポリフィリン化合物含有層７を設けない素子を作製して同様の測定を行ったところ、発光効率、駆動寿命は４ｃｄ／Ａであった。これにより、本実施例１の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２８】
（実施例２）
次に、同様に実施の形態１に対応する実施例２について説明する。ポリフィリン化合物含有層７として、ポルフィリン化合物ＣｕＰｃとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着して、ＣｕＰｃとリチウムの共蒸着層を１０ｎｍ形成して接続層とした以外は、実施例１と同様にして素子を作製し評価した。その結果、素子の発光効率は１５ｃｄ／Ａとなり、本実施例２の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００２９】
（実施例３）
次に、実施の形態２に対応する実施例３について説明する。芳香族アミン化合物であるＴＰＴを１０ｎｍ形成して接続層とした以外は、実施の形態１と同様にして素子を作製し評価した。その結果、素子の発光効率は８ｃｄ／Ａとなり、本実施例３の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００３０】
（実施例４）
次に、同様に実施の形態２に対応する実施例４について説明する。芳香族アミン化合物であるＴＰＴとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着しＣｕＰｃとリチウムの共蒸着層を１０ｎｍ形成して接続層とした以外は、実施例１と同様にして素子を作製し評価した。その結果、素子の発光効率は１０ｃｄ／Ａとなり、本実施例４の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００３１】
（実施例５）
次に、実施の形態３に対応する実施例５について説明する。金属錯体化合物であるＡｌｑを１０ｎｍ形成して接続層とした以外は、実施例１と同様にして素子を作製し評価した。その結果、素子の発光効率は９ｃｄ／Ａとなり、本実施例５の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００３２】
（実施例６）
次に、同様に実施の形態３に対応する実施例６について説明する。金属錯体化合物であるＡｌｑとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着しＣｕＰｃとリチウムの共蒸着層を１０ｎｍ形成して接続層とした以外は、実施例１と同様にして素子を作製し評価した。その結果、素子の発光効率は１６ｃｄ／Ａとなり、本実施例６の有機電界発光素子は、発光効率が優れていることが確認された。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明による有機電界発光素子は、基板と一対の電極と、一対の電極の間に正孔輸送帯と発光帯と電子輸送帯からなる基本構成を複数設けた有機電界発光素子であって、基本構成を接続する部分が、特定のポルフィリン化合物または芳香族アミン化合物または金属錯体化合物を含有することを特徴とするものであり、発光効率が高く消費電力の小さい、優れた電界発光素子が得られるという有利な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す概略断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１　ガラス基板
２　透明電極
３　正孔輸送帯
４　発光帯
５　電子輸送帯
６　陰極
７　ポリフィリン化合物含有層
８　芳香族アミン化合物含有層
９　金属錯体化合物含有層
１０　基本構成
１１、１１Ａ、１１Ｂ　有機電界発光素子
【図１】
2004031212.tif 000008
【図２】
2004031212.tif 000009
【図３】
2004031212.tif 000010